| 【発明の名称】 |
赤外線センサ読出し方法および読出し回路 |
| 【発明者】 |
【氏名】飯田 潔
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| 【要約】 |
【課題】トランジスタの１／ｆノイズによる性能劣化を回避し、装置性能が向上したボロメータ型赤外線センサ読出し回路の提供。
【解決手段】入射赤外線量に対応したボロメータ抵抗値の変化を、このボロメータ抵抗ＲbとコンデンサＣで構成した移相回路の位相変化から検出するもので、抵抗値ＲbのボロメータにコンデンサＣを介して交流駆動信号ｖ1を印加し、ボロメータの両端に現われる移相した交流信号ｖ2と交流駆動信号ｖ1とからその位相差Φを位相比較器４にて検出し、検出出力をＬＰＦ５を通すことによって、赤外線が入射するボロメータの抵抗値Ｒbの変化を電圧変化として検出できる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 赤外線が入射するボロメータにコンデンサを介して交流駆動信号を印加し、該駆動信号とボロメータの両端に現われる信号とからその位相差を検出し、検出出力に基づいて入射する赤外線量に対応したボロメータの抵抗値の変化を検出することを特徴とする赤外線センサ読出し方法。
【請求項２】 交流駆動信号源と、赤外線が入射するボロメータを含み、前記駆動信号源に接続される移相回路と、該移相回路の出力信号と前記駆動信号源の交流駆動信号との位相差を検出する位相比較器とを有することを特徴とするボロメータ型赤外線センサの読出し回路。
【請求項３】 交流駆動信号源と、該駆動信号源とコンデンサを介して接続されるボロメータと、赤外線が入射する前記ボロメータの出力信号と駆動信号源の交流駆動信号との位相差を検出する位相比較器とを有することを特徴とするボロメータ型赤外線センサの読出し回路。
【請求項４】 位相比較器の出力信号を低域フィルタを通すことを特徴とする請求項２または３記載のボロメータ型赤外線センサの読出し回路。
【請求項５】 交流駆動信号源と、該駆動信号源に接続されて交互にスイッチング動作する２つのスイッチ回路と、前記駆動信号源にコンデンサを介して接続されるボロメータと、赤外線が入射する前記ボロメータの出力信号を入力とし前記１方のスイッチ回路に接続される第１トランジスタと、定電圧を入力とし前記他方のスイッチ回路に接続される第２トランジスタと、前記第１、第２のトランジスタの出力電流和を定電流とする定電流回路とを有し、前記２つのスイッチ回路から出力を合成して得ることを特徴とするボロメータ型赤外線センサの読出し回路。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボロメータ型赤外線センサの読出し方法および読出し回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ボロメータとは、チタンなどの金属またはポリシリコンなどの半導体を母材とする感熱素子で、温度によりその抵抗値が変化する。レンズを使ってボロンメータ上に赤外線を集光させると、そのエネルギーでボロンメータの温度が上昇する。これを抵抗値の変化として読出すことで赤外線の検出が可能となる。
【０００３】赤外線センサは、このボロメータ材料を単独、一次元または２次元的に並べ、信号を読出すための回路を付加したものである。
【０００４】従来のボロメータ型赤外線センサについて図面を参照して説明する。
【０００５】図５は従来のボロメータ型赤外線センサ読出し回路のブロック図である。図示のボロメータ型赤外線センサは、赤外線が入射する前ボロメータ２３の抵抗値Ｒbの変化を、駆動電圧源２１、トランジスタ（Ｔr ）２２、ＩーＶ変換器２４およびＬＰＦ２５を使って読出すものである。
【０００６】直流駆動電圧源２１の直流駆動電圧をトランジスタ２２を介してボロメータ２３に印加し、赤外線が入射するボロメータ２３に流れ込む電流ＩcをＩーＶ変換器２４で電圧に変換し、その変換出力をＬＰＦ２５でノイズ除去してボロメータ２３の抵抗値Ｒbを検出するものである。ＩーＶ変換器２４およびＬＰＦ２５を積分回路に置き換える場合もある。
【０００７】この場合の信号帯域Δｆは、通常のＴＶ映像のようなリアルタイム映像を得るためには、数Ｈｚから数ＭＨｚまでの幅が必要である。
【０００８】一方、このような読出し回路は、ボロメータ型赤外線センサと同一チップ上に作り込まれるのが普通である。特に、ノイズ特性は極めて悪く、ＭＯＳ型のみならずバイポーラ型のトランジスタにおいても許容できるレベルには至っていない。図６は従来回路のノイズスペクトルを示したもので、トランジスラＴr２２の１／ｆノイズ領域が信号帯域Δｆ内にまで進入している様子を表わしている。
【０００９】このように、従来は性能の十分でない集積化されたデバイスによって、装置のＳ／Ｎ 比が制限されてしまっていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、トランジスタの１／ｆノイズによる性能劣化を回避し、装置性能が向上した赤外線センサ読出し回路を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を解決するために、入射赤外線量に対応したボロメータ抵抗値の変化を、このボロメータ抵抗ＲbとコンデンサＣで構成した移相回路の位相変化から検出するもので、抵抗値ＲbのボロメータにコンデンサＣを介して交流駆動信号ｖ1（＝Ａsinω0t）を印加する。ボロメータの両端には移相したｖ2なる交流信号が現われる。
【００１２】
ｖ2＝Ｂsin（ω0t＋Φ） （１）
Φ＝ｔａｎ-1（１／（Ｒb・Ｃ・ω0）） （２）
交流駆動信号ｖ1と位相交流信号ｖ2から位相比較器４にて（２）式で示される位相差Φを検出し、ＬＰＦ５を通すことによって、抵抗値Ｒbの変化を電圧変化として検出できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】図１は本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態は、入射する赤外線量をボロメータ抵抗Ｒb とコンデンサＣで構成した移相回路の位相変化から検出するもので、抵抗値ＲbのボロメータにコンデンサＣ２を介して交流駆動信号ｖ1を印加する。ボロメータの両端に現われる交流信号ｖ2と交流駆動信号ｖ1とから、その位相差Φを位相比較器４にて検出し、検出出力をＬＰＦ５を通すことによってノイズ除去し、入射赤外線量に対応したボロメータの抵抗値Ｒbの変化を電圧変化として検出するものである。
【００１５】図２は本発明のボロメータ型赤外線センサ読出し回路の具体的な構成を示す電気回路図である。
【００１６】図２に示すように、赤外線が入射するボロメータの抵抗Ｒbと交流駆動信号源１、コンデンサＣ２、トランジスタＴr1〜7、抵抗Ｒ1〜3、バイアスＶb1〜b2、インバータ、ＬＰＦから構成される。ボロメータ３の抵抗ＲbとコンデンサＣは移相回路を構成し、直列に交流駆動信号源１が接続される。交流駆動信号源１としては、オンチップトランジスタの１／ｆノイズ領域を外した交流であればよい。
【００１７】トランジスタＴr1〜7、抵抗Ｒ1〜3、バイアスＶb1〜b2、インバータ６が上記の位相比較器となる。交流駆動信号ｖ1は上段のトランジスタＴr1〜4を駆動し、交流位相信号ｖ2は中段のトランジスタＴr5を駆動する。トランジスタＴr6、Ｔr7のベースは一定バイアスＶb2、Ｖb1に接続されている。また、抵抗Ｒ1、Ｒ2には電源電圧Ｖccが印加されている。
【００１８】実施形態における動作について図面を参照して説明する。
【００１９】図３は本発明のボロメータ型赤外線センサ読出し回路のタイミングチャートである。
【００２０】ｖ1が駆動信号源１からの交流駆動信号で、ｖ2がボロメータ抵抗ＲbとコンデンサＣから成る移相回路の交流出力である。駆動信号ｖ1と位相出力ｖ2の間には位相差Φが生じている。位相出力ｖ2はトランジスタＴr5のベースに接続されており、トランジスタＴr5、6がトランジスタＴr7により定電流Ｉ0で駆動される。トランジスタＴr6のベースに適切なバイアスＶb2が供給されているならば、トランジスタＴr5、6のコレクタに電流ｉ5、ｉ6が流れる。交流駆動信号ｖ1はトランジスタＴr1、4のベースに、また交流駆動信号ｖ1の反転信号はトランジスタＴr2,3のベースに接続されているので、トランジスタＴr1,4 およびＴr2,3は、図３中に示すように、交互にそれぞれスイッチング動作を行う。
【００２１】その結果、トランジスタＴr2またはＴr4に交互に流れるコレクタ電流ｉ4は、位相出力ｖ2で駆動されるトランジスタＴr5のコレクタ電流ｉ5によって変化し、図３のように、定電流Ｉ0／２を中心にして位相変化量に応じた波形となる。コレクタ電流ｉ4の変化は抵抗Ｒ2で電圧に変換され、ＬＰＦ５に入力されノイズ除去される。
【００２２】図３の最下段はこのＬＰＦ５の出力ｖoutを示すものである。定電流Ｉ0／２を中心に位相変化量に応じて偏位した直流的な電圧Δｖが出力される。このようにして、赤外線が入射するボロメータ抵抗の変化を電圧変化の型で読出すことができる。
【００２３】図４は本発明のボロメータ型赤外線センサ回路のノイズスペクトルを示す図である。同図に見られるように、本実施形態によれば、トランジスタのノイズが小さい特性領域において駆動信号の周波数を設定してあるので、１／ｆノイズによる性能劣化を回避することができる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の赤外線センサ読出し回路では、ボロメータを交流信号で駆動するに際して、オンチップトランジスタの１／ｆノイズ領域を使用しないので、１／ｆノイズによる性能劣化を回避でき、装置性能を向上できるという効果がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２３７
【氏名又は名称】日本電気株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１２月２４日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】若林 忠 （外４名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１８３２６０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）７月９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３５５４５４ |
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