專利名稱：熱傳感器用檢測(cè)電路、熱傳感器裝置及電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱傳感器用檢測(cè)電路、熱傳感器裝置及電子設(shè)備等。
背景技術(shù)：
目前，已知使用熱釋電元件的紅外線檢測(cè)電路。例如，由人體輻射出波長(zhǎng)ΙΟμπι左右的紅外線，通過對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)能夠以非接觸的方式獲取人體的存在和溫度信息。因此， 通過利用這樣的紅外線檢測(cè)電路，能夠?qū)崿F(xiàn)侵入檢測(cè)及物理量測(cè)量。并且，如果利用采用 FPA (Focal Plane Array 焦平面陣列)的紅外攝像機(jī)，則能夠?qū)崿F(xiàn)在車輛行駛時(shí)檢測(cè)并顯示夜間的人等的身影的夜視儀或用于流感檢疫等的熱成像設(shè)備等。作為紅外線檢測(cè)電路的現(xiàn)有技術(shù)，已知的有例如日本專利文獻(xiàn)1、2所公開的技術(shù)。例如，在專利文獻(xiàn)1的現(xiàn)有技術(shù)中，在使用斷續(xù)器(chopper)反復(fù)對(duì)熱釋電元件照射和遮斷紅外線的同時(shí)，讀出來自熱釋電元件的熱釋電流。但是，該現(xiàn)有技術(shù)存在需要取得斷續(xù)器和FPA之間的同步或斷續(xù)器的使用壽命短等問題。在專利文獻(xiàn)2的現(xiàn)有技術(shù)中，采用了向熱釋電元件施加脈沖電壓的方式。也就是說，通過鐵電體實(shí)現(xiàn)的熱釋電元件的自發(fā)極化量等隨著入射到熱釋電元件的紅外線所引起的熱釋電元件的溫度而變化。因此，通過測(cè)量與自發(fā)極化量等對(duì)應(yīng)地發(fā)生變化的熱釋電元件的表面電荷量，從而測(cè)量入射的紅外線量。但是，在該現(xiàn)有技術(shù)中，由于在施加脈沖電壓時(shí)電流在放電用電阻元件中持續(xù)流動(dòng)，因而存在耗電量大的問題。并且，用放大器等放大熱釋電元件的電容變化的技術(shù)也是已知的。不過，在該現(xiàn)有技術(shù)中，由于電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而存在產(chǎn)生噪聲及增加耗電量等問題?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開昭59-142427號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開平646M11號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，根據(jù)本發(fā)明的幾個(gè)方面，可以提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的熱檢測(cè)的熱傳感器用檢測(cè)電路、熱傳感器裝置及電子設(shè)備等。本發(fā)明的第一方面涉及一種熱傳感器用檢測(cè)電路，其包括充電電路，設(shè)置在作為熱傳感器元件的一端節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)節(jié)點(diǎn)與第二電源節(jié)點(diǎn)之間；以及放電電路，設(shè)置在所述檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和第一電源節(jié)點(diǎn)之間，其中，所述放電電路具有串聯(lián)地設(shè)置在所述檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和所述第一電源節(jié)點(diǎn)之間的放電用電阻元件及放電用晶體管。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過采用例如不用斷續(xù)器等的極化量檢測(cè)方式，從而實(shí)現(xiàn)以簡(jiǎn)單的電路構(gòu)成熱傳感器用檢測(cè)電路等。
并且，在本發(fā)明的第一方面中，所述充電電路包括設(shè)置在所述第二電源節(jié)點(diǎn)和所述檢測(cè)節(jié)點(diǎn)之間的充電用晶體管，在充電期間中，所述充電用晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，所述放電用晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)，在放電期間中，所述充電用晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)，所述放電用晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)。據(jù)此，由于在充電期間放電用電阻元件中無電流流動(dòng)，所以可以降低耗電量。并且，在本發(fā)明的第一方面中，熱傳感器用檢測(cè)電路也可以包括控制電路和檢測(cè)所述檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的電壓的電壓檢測(cè)電路，其中，所述控制電路在所述充電期間中，進(jìn)行使所述充電用晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)、使所述放電用晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)的控制，在所述放電期間中，進(jìn)行使所述充電用晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)、使所述放電用晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)的控制，在所述放電期間后的讀出期間中，進(jìn)行使所述充電用晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)、使所述放電用晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)的控制，并指示所述電壓檢測(cè)電路對(duì)所述檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的電壓進(jìn)行采樣。據(jù)此，在讀出期間中，由于熱傳感器元件的放電停止，放電停止時(shí)刻的電壓值保持在檢測(cè)節(jié)點(diǎn)上，所以電壓檢測(cè)電路能夠基于來自控制電路的采樣指示檢測(cè)出該電壓值。并且，在本發(fā)明的第一方面中，所述控制電路可以根據(jù)所述熱傳感器元件的測(cè)量模式，切換使所述放電用晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)的定時(shí)。據(jù)此，由于能夠根據(jù)測(cè)量模式設(shè)定最適合的放電時(shí)間，所以能夠提高對(duì)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的電壓的檢測(cè)精度。其結(jié)果，可以提高熱傳感器用檢測(cè)電路的檢測(cè)精度。 并且，在本發(fā)明的第一方面中，所述控制電路可以在所述熱傳感器元件的測(cè)量模式為低溫測(cè)量模式時(shí)，將使所述放電用晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)的定時(shí)設(shè)定成比所述測(cè)量模式為高溫測(cè)量模式的情況下的定時(shí)早的定時(shí)。據(jù)此，能夠在檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的電壓迅速下降的低溫測(cè)量時(shí)，在最適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)檢測(cè)出電壓。其結(jié)果，能在很寬的溫度范圍內(nèi)提高熱傳感器用檢測(cè)電路的檢測(cè)精度。本發(fā)明的第二方面涉及一種熱傳感器裝置，其包括具有多個(gè)傳感器單元的傳感器陣列；一條或多條行線；一條或多條列線；與所述一條或多條行線連接的行選擇電路；與所述一條或多條列線連接的讀出電路；以及控制電路，其中，所述多個(gè)傳感器單元中的各傳感器單元包括熱傳感器元件；充電電路，設(shè)置在作為所述熱傳感器元件的一端節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)節(jié)點(diǎn)與第二電源節(jié)點(diǎn)之間；放電電路，設(shè)置在所述檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和第一電源節(jié)點(diǎn)之間；以及選擇用開關(guān)元件，設(shè)置在所述檢測(cè)節(jié)點(diǎn)與所述一條或多條列線中的任一列線之間。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，關(guān)于極化量檢測(cè)方式，通過使每列共用一個(gè)檢測(cè)部，簡(jiǎn)化了傳感器單元的電路結(jié)構(gòu)。其結(jié)果，能夠減小傳感器單元的尺寸，所以實(shí)現(xiàn)了熱傳感器裝置的高精密化等。本發(fā)明的第三方面涉及一種熱傳感器裝置，其包括具有多個(gè)傳感器單元的傳感器陣列；一條或多條行線；一條或多條列線；與所述一條或多條行線連接的行選擇電路；與所述一條或多條列線連接的讀出電路；以及控制電路，其中，所述多個(gè)傳感器單元中的各傳感器單元具有熱傳感器元件；充電電路，設(shè)置在作為所述熱傳感器元件的一端節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)節(jié)點(diǎn)與第二電源節(jié)點(diǎn)之間；以及選擇用開關(guān)元件，設(shè)置在所述檢測(cè)節(jié)點(diǎn)與所述一條或多條列線中的任一列線之間，所述讀出電路具有設(shè)置在所述一條或多條列線中的任一列線與第一電源節(jié)點(diǎn)之間的放電用電阻元件，在充電期間中，所述各傳感器單元通過所述充電電路進(jìn)行充電，在所述充電期間后的放電期間中，使所述選擇用開關(guān)元件處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而通過所述放電用電阻元件進(jìn)行放電。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，通過使用例如不用斷續(xù)器等的極化量檢測(cè)方式，簡(jiǎn)化了傳感器單元的電路結(jié)構(gòu)。其結(jié)果，能夠減小傳感器單元的尺寸，所以實(shí)現(xiàn)了熱傳感器裝置的高精密化等。并且，由于在充電期間放電用電阻元件中無電流流動(dòng)，所以降低了耗電量。并且，能夠以簡(jiǎn)單的電路檢測(cè)信號(hào)，而且能夠用一個(gè)電阻元件檢測(cè)同一列的信號(hào)。其結(jié)果，能夠降低檢測(cè)偏差。本發(fā)明的第四方面涉及一種電子設(shè)備，其包括上述所記載的熱傳感器用檢測(cè)電路。本發(fā)明的第五方面涉及一種電子設(shè)備，其包括上述所記載的熱傳感器裝置。


圖1 (A)至圖1 (C)是極化量檢測(cè)方式的說明圖。圖2是檢測(cè)電壓與放電時(shí)間的關(guān)系示例圖。圖3(A)、圖3(B)是熱傳感器用檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)圖。圖4是熱傳感器用檢測(cè)電路的時(shí)序圖的一個(gè)示例。圖5是基于測(cè)量模式的放電時(shí)間切換的說明圖。圖6(A)、圖6(B)是熱傳感器裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖7是傳感器陣列、讀出電路的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。圖8是傳感器陣列、讀出電路的另一結(jié)構(gòu)圖。圖9是傳感器單元的另一結(jié)構(gòu)圖。圖10是電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)地說明。另外，以下所述的本實(shí)施方式并不是對(duì)權(quán)利要求書所記載的本發(fā)明的內(nèi)容的不當(dāng)限定，本實(shí)施方式所述的結(jié)構(gòu)中，并不是所有結(jié)構(gòu)都是本發(fā)明的解決手段所必需的。1.熱傳感器用檢測(cè)電路的方式在本實(shí)施方式的熱傳感器用檢測(cè)電路中，熱傳感器元件例如可以使用熱釋電元件。熱釋電元件是使用諸如鋯鈦酸鉛(PZT)等鐵電體的元件，利用鐵電體的極化隨著溫度而變化的現(xiàn)象來測(cè)量溫度。使用熱釋電元件的熱傳感器方式有熱釋電流檢測(cè)方式及極化量檢測(cè)方式(電容檢測(cè)方式)等。本實(shí)施方式的熱傳感器用檢測(cè)電路例如可以檢測(cè)紅外線用于測(cè)量紅外線源的溫度。在熱釋電流檢測(cè)方式中，通過由斷續(xù)器等周期性地遮斷向熱釋電元件照射的紅外線，使熱釋電元件的溫度變化從而產(chǎn)生熱釋電流。但是，存在需要取得斷續(xù)器與檢測(cè)電路的同步以及斷續(xù)器的使用壽命短等的問題。而本實(shí)施方式的熱傳感器用檢測(cè)電路中，采用不用斷續(xù)器的極化量檢測(cè)方式。下面，對(duì)極化量檢測(cè)方式的原理進(jìn)行說明。圖I(A)至圖I(C)是極化量檢測(cè)方式的說明圖。圖KA)示出了初始狀態(tài)下的熱釋電體11的自發(fā)極化及電極12a、12b所產(chǎn)生的表面電荷。在初始狀態(tài)下，自發(fā)極化量與表面電荷均衡，也就是說，呈電中性，電荷不移動(dòng)。因此，電阻元件RB中無電流流動(dòng)。接著，如圖I(B)所示，向熱釋電元件10施加電壓VB。通過施加電壓VB，一部分表面電荷消失，形成自發(fā)極化量與表面電荷的均衡瓦解的狀態(tài)。接著，如圖I(C)所示，當(dāng)去掉電壓源時(shí)，電荷移動(dòng)，以使自發(fā)極化量和表面電荷再次均衡，其結(jié)果，產(chǎn)生放電電流IB。如果所施加的電壓VB恒定，則放電電流IB的電流值依存于熱釋電體11的自發(fā)極化量(或電容)，而自發(fā)極化量(或電容)依存于熱釋電體11的溫度。因此，通過檢測(cè)該放電電流IB或電阻元件RB的兩端所產(chǎn)生的檢測(cè)電壓V0UT，能夠檢測(cè)紅外線，從而測(cè)量紅外線源的溫度。在該極化量檢測(cè)方式中，由于不需要周期性地遮斷照射至熱釋電元件的紅外線，所以具有無需斷續(xù)器等的優(yōu)點(diǎn)。圖2示出了檢測(cè)電壓VOUT與放電時(shí)間的一個(gè)關(guān)系示例。在圖2中，示出了電阻元件的電阻值為lkQ、熱傳感器元件(熱釋電元件)的電容值為90pF、95pF、100pF時(shí)放電引起的檢測(cè)電壓VOUT的時(shí)間性變化。來自熱釋電元件的放電電流隨著時(shí)間的經(jīng)過而減小，并最終為零，但由于熱釋電元件的電容(capacitance)不同，電流值的變化也不同。也就是說，在電容小時(shí)，放電電流(或檢測(cè)電壓V0UT)迅速地減小，在電容大時(shí)，放電電流緩慢地減小。而熱釋電元件的電容依存于熱釋電元件的溫度，例如鋯鈦酸鉛(PZT)在低溫時(shí)電容小， 在高溫時(shí)電容大。因此，通過檢測(cè)檢測(cè)電壓VOUT的時(shí)間變化，能夠檢測(cè)熱釋電元件的溫度， 進(jìn)而測(cè)量紅外線源的溫度。具體地說，如圖2所示，可以通過在經(jīng)過規(guī)定的放電時(shí)間td的時(shí)刻檢測(cè)VOUT來測(cè)量溫度。例如，在時(shí)間td，檢測(cè)電壓VOUT的電壓值為VI、V2、V3時(shí)，由于對(duì)應(yīng)的電容值分別為100pF、95pF、90pF，因此可以根據(jù)熱釋電元件的電容的溫度依存性來算出溫度。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的熱傳感器用檢測(cè)電路，例如使用熱釋電元件作為熱傳感器元件，能夠根據(jù)極化量檢測(cè)方式來測(cè)量溫度。由于不是熱釋電流檢測(cè)方式，所以具有無需斷續(xù)器等的優(yōu)點(diǎn)。2.熱傳感器用檢測(cè)電路圖3(A)、圖3(B)示出了本實(shí)施方式的熱傳感器用檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)例。圖3 (A)的結(jié)構(gòu)例包括作為熱傳感器元件CF的熱釋電元件、充電電路20、放電電路30、控制電路40及電壓檢測(cè)電路50。充電電路20設(shè)置在作為熱傳感器元件CF的一端節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)節(jié)點(diǎn)m與高電位側(cè)電源節(jié)點(diǎn)VDD(廣義上的第二電源節(jié)點(diǎn))之間。放電電路30設(shè)置在檢測(cè)節(jié)點(diǎn)m 和低電位側(cè)電源節(jié)點(diǎn)VSS(廣義上的第一電源節(jié)點(diǎn))之間。另外，本實(shí)施方式的熱傳感器用檢測(cè)電路并不限定于圖3(A)、圖3(B)中的結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行將其構(gòu)成要素的一部分省略或替換成其他構(gòu)成要素或者增加其他構(gòu)成要素等的各種變形。圖3(B)的結(jié)構(gòu)例將測(cè)輻射熱計(jì)和電容器串聯(lián)作為熱傳感器元件CF。測(cè)輻射熱計(jì)在高溫時(shí)電阻值大，在低溫時(shí)電阻值小。因此，高溫時(shí)放電時(shí)間長(zhǎng)，低溫時(shí)放電時(shí)間短，所以可以通過檢測(cè)檢測(cè)電壓VOUT的時(shí)間變化來測(cè)量溫度。充電電路20包括設(shè)置在高電位側(cè)電源節(jié)點(diǎn)VDD和檢測(cè)節(jié)點(diǎn)m之間的充電用晶體管Tl。放電電路30包括串聯(lián)設(shè)置在檢測(cè)節(jié)點(diǎn)m和低電位側(cè)電源節(jié)點(diǎn)VSS之間的放電用電阻元件RA及放電用晶體管T2。在充電期間，充電用晶體管T1為導(dǎo)通狀態(tài)，放電用晶體管T2 為截止?fàn)顟B(tài)。而在放電期間，充電用晶體管Tl為截止?fàn)顟B(tài)，放電用晶體管T2為導(dǎo)通狀態(tài)。另外，在圖3(A)、圖3(B)中，充電用晶體管Tl為P型(廣義上的第一導(dǎo)電型)晶體管，但也可以為N型(廣義上的第二導(dǎo)電型)晶體管。并且，放電用電阻元件RA與放電用晶體管T2的連接也可以為與圖3(A)、圖3(B)所示的連接相反的連接。即，也可以將T2 的漏極與檢測(cè)節(jié)點(diǎn)連接，在T2的源極和低電位側(cè)電源節(jié)點(diǎn)VSS之間設(shè)置RA?？刂齐娐?0控制充電電路20、放電電路30及電壓檢測(cè)電路50。具體地說，在充電期間，控制電路40進(jìn)行使充電用晶體管Tl處于導(dǎo)通狀態(tài)、使放電用晶體管T2處于截止?fàn)顟B(tài)的控制。而在放電期間，控制電路40進(jìn)行使充電用晶體管Tl處于截止?fàn)顟B(tài)、使放電用晶體管T2處于導(dǎo)通狀態(tài)的控制。而且，在放電期間之后的讀出期間中，控制電路40進(jìn)行使充電用晶體管Tl處于截止?fàn)顟B(tài)、使放電用晶體管T2處于截止?fàn)顟B(tài)的控制。而且，指示電壓檢測(cè)電路50對(duì)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)m的電壓(檢測(cè)電壓V0UT)進(jìn)行采樣(獲取)。電壓檢測(cè)電路50基于控制電路40的控制，檢測(cè)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)m的電壓(檢測(cè)電壓 V0UT)。具體地說，電壓檢測(cè)電路50例如包括放大檢測(cè)電壓VOUT的放大器AMP以及將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換器等。圖4示出本實(shí)施方式的熱傳感器用檢測(cè)電路(圖3(A)、圖3(B))的時(shí)序圖的一個(gè)示例。以下，使用圖4對(duì)熱傳感器用檢測(cè)電路的動(dòng)作進(jìn)行說明。在充電期間TC中，由于充電控制信號(hào)CHG為L(zhǎng)電平(低電位電平)，所以充電用晶體管Tl為導(dǎo)通狀態(tài)。并且，由于放電控制信號(hào)DCH為L(zhǎng)電平，所以放電用晶體管T2為截止?fàn)顟B(tài)。這樣，在熱傳感器元件CF中施加有H電平(高電位電平)的電壓，并通過充電用晶體管Tl流動(dòng)有充電電流IC，從而對(duì)CF充電。并且，在充電期間TC中，由于放電用晶體管 T2為截止?fàn)顟B(tài)，放電用電阻元件RA中無電流流動(dòng)，所以能夠降低耗電量。在放電期間TD中，由于充電控制信號(hào)CHG為H電平，所以充電用晶體管Tl為截止?fàn)顟B(tài)。并且，由于放電控制信號(hào)DCH為H電平，所以放電用晶體管T2為導(dǎo)通狀態(tài)。這樣，不再向熱傳感器元件CF施加電壓，放電電流ID通過放電用電阻元件RA及放電用晶體管T2 流動(dòng)，從而進(jìn)行CF的放電。該放電使檢測(cè)電壓(輸出電壓)VOUT開始下降，但是如上所述， 例如鋯鈦酸鉛(PZT)在低溫時(shí)電容小，所以檢測(cè)電壓VOUT迅速下降(圖4中的Al)，而高溫時(shí)電容大，所以檢測(cè)電壓VOUT緩慢下降(圖4中的A2)。在讀出期間TR中，由于充電控制信號(hào)CHG為H電平，所以充電用晶體管Tl為截止?fàn)顟B(tài)。并且，由于放電控制信號(hào)DCH為L(zhǎng)電平，所以放電用晶體管T2為截止?fàn)顟B(tài)。這樣，熱傳感器元件CF的放電停止，檢測(cè)電壓VOUT保持放電停止時(shí)刻的電壓值。該電壓值由電壓檢測(cè)電路50基于來自控制電路40的采樣信號(hào)SMP來檢測(cè)。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的熱傳感器用檢測(cè)電路，通過采用不用斷續(xù)器等的極化量檢測(cè)方式(電容檢測(cè)方式)，以簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了溫度測(cè)量(紅外線檢測(cè))。而且， 在充電期間，由于在放電用電阻元件中不流動(dòng)電流，所以能夠降低檢測(cè)電路的耗電量。如上所述，由于熱傳感器元件CF的溫度使CF的電容值或測(cè)輻射熱計(jì)情況下的電阻值發(fā)生變化，所以放電引起的輸出電壓VOUT的電壓下降速度不同。因此，根據(jù)所要測(cè)量的溫度區(qū)域的不同，適于電壓檢測(cè)的放電時(shí)間也不同。即，在低溫區(qū)域，由于VOUT的下降速度快，所以放電時(shí)間優(yōu)選比高溫時(shí)短。這是因?yàn)楫?dāng)放電時(shí)間變長(zhǎng)時(shí)，VOUT收斂于L電平附近，因而很難高精度地檢測(cè)電壓差，從而導(dǎo)致檢測(cè)精度(溫度分辨率)惡化。另一方面，在所要測(cè)量的溫度區(qū)域?yàn)楦邷貢r(shí)，由于VOUT的下降速度慢，所以放電時(shí)間優(yōu)選比低溫時(shí)長(zhǎng)。這是因?yàn)楫?dāng)放電時(shí)間變短時(shí)，在VOUT的電壓差變大之前放電就停止了，因而很難高精度地檢測(cè)電壓差，結(jié)果導(dǎo)致檢測(cè)精度(溫度分辨率)惡化。
根據(jù)本實(shí)施方式的熱傳感器用檢測(cè)電路，控制電路40能夠根據(jù)熱傳感器元件CF 的測(cè)量模式來切換使放電用晶體管T2處于截止?fàn)顟B(tài)的定時(shí)。具體地，當(dāng)例如使用鋯鈦酸鉛 (PZT)作為熱傳感器元件CF時(shí)，控制電路40能夠在熱傳感器元件CF的測(cè)量模式為低溫測(cè)量模式時(shí)，將使放電用晶體管T2處于截止?fàn)顟B(tài)的定時(shí)設(shè)定成比測(cè)量模式為高溫測(cè)量模式的情況下的定時(shí)早的定時(shí)。另外，在使用其他材料作為熱傳感器元件CF時(shí)，有可能與PZT相反，在低溫區(qū)域電容大，電壓下降慢，而在高溫區(qū)域電容小，電壓下降快。在這種情況下，只要顛倒上述的定時(shí)設(shè)定即可。即，在熱傳感器元件CF的測(cè)量模式為高溫測(cè)量模式時(shí)，將使放電用晶體管T2處于截止?fàn)顟B(tài)的定時(shí)設(shè)定為比測(cè)量模式為低溫測(cè)量模式的情況下的定時(shí)早的定時(shí)。圖5是基于測(cè)量模式的放電時(shí)間切換的說明圖。在測(cè)量溫度區(qū)域?yàn)榈蜏貐^(qū)域時(shí)， 例如，如圖5中的實(shí)線所示，檢測(cè)電壓VOUT迅速地下降。因此，在低溫測(cè)量模式中，通過將放電期間TD設(shè)為放電時(shí)間較短的放電期間TD1，如圖5中的Bi、B2所示，能在電壓差變大的定時(shí)檢測(cè)出電壓值。另一方面，在測(cè)量溫度區(qū)域?yàn)楦邷貐^(qū)域時(shí)，例如，如圖5中的虛線所示，VOUT緩慢地變化。因此，在高溫測(cè)量模式中，通過將放電期間TD設(shè)為放電時(shí)間較長(zhǎng)的放電期間TD2， 如圖5中的B3、B4所示，能在電壓差變大的定時(shí)檢測(cè)出電壓值。這樣，由于能夠與測(cè)量對(duì)象的溫度區(qū)域?qū)?yīng)地設(shè)定優(yōu)選的放電時(shí)間，所以可以在很寬的溫度范圍內(nèi)提高熱傳感器用檢測(cè)電路的檢測(cè)精度(溫度分辨率)。例如，在用于獲取物體的溫度分布的熱成像儀等中，通過切換成最適于以人的體溫為中心的溫度區(qū)域的測(cè)量模式(低溫測(cè)量模式)，能以高精度測(cè)量體溫。并且，在用于檢測(cè)火或發(fā)熱的安全設(shè)備等中，通過切換成高溫測(cè)量模式，能夠可靠地檢測(cè)火或發(fā)熱。通過這樣切換測(cè)量模式，能夠與用途相對(duì)應(yīng)地提高溫度區(qū)域的檢測(cè)精度。3.熱傳感器裝置圖6(A)示出了本實(shí)施方式的熱傳感器裝置的結(jié)構(gòu)例。該熱傳感器裝置包括傳感器陣列100、行選擇電路(行驅(qū)動(dòng)器)110以及讀出電路120。并且，可以包括A/D轉(zhuǎn)換部 130和控制部150。通過使用該熱傳感器裝置，可以實(shí)現(xiàn)例如夜視儀等所使用的紅外攝像機(jī)寸。傳感器陣列100 (焦平面陣列)排列(配置)有多個(gè)傳感器單元。并且，設(shè)置有多條行線(字線、掃描線)和多條列線(數(shù)據(jù)線)。另外，行線及列線中的一個(gè)的條數(shù)也可以為一條。例如在行線為一條時(shí)，在圖6(A)中，沿行線的方向(橫向)上排列有多個(gè)傳感器單元。而在列線為一條時(shí)，沿列線的方向(縱向)上排列有多個(gè)傳感器單元。如圖6(B)所示，傳感器陣列100中的各傳感器單元配置(形成)在與各行線與各列線的相交位置對(duì)應(yīng)的位置。例如，圖6(B)的傳感器單元配置在與行線WLl與列線DLl的相交位置對(duì)應(yīng)的位置。其他的傳感器單元也是同樣的。行選擇電路110與一條或多條行線連接。而且，進(jìn)行選擇各行線的動(dòng)作。例如，以圖6(B)所示的QVGA(320X240像素)的傳感器陣列100(焦平面陣列)為例，行選擇電路
110進(jìn)行依次選擇(掃描)行線Wi)、ffLl、ffL2......WL239的操作。也就是說，將對(duì)這些行
線進(jìn)行選擇的信號(hào)(字選擇信號(hào))輸出至傳感器陣列100。讀出電路120與一條或多條列線連接。而且，進(jìn)行讀出各列線的操作。以O(shè)VGA的傳感器陣列100為例，讀出電路120進(jìn)行讀出來自列線DL0、DL1、DL2......DL319的檢測(cè)信
號(hào)(檢測(cè)電流、檢測(cè)電荷)的操作。A/D轉(zhuǎn)換部130進(jìn)行將讀出電路120中獲取的檢測(cè)電壓(測(cè)量電壓、極限電壓
(.....))· A · /D ·轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的處理。而且，輸出A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)D0UT。
具體地，A/D轉(zhuǎn)換部130中設(shè)置有與多條列線的各列線對(duì)應(yīng)的各A/D轉(zhuǎn)換器。而且，各A/D 轉(zhuǎn)換器對(duì)通過讀取電路120在相應(yīng)列線獲取的檢測(cè)電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換處理。另外，也可以與多條列線對(duì)應(yīng)地設(shè)置一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，并使用該一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)分地對(duì)多條列線的檢測(cè)電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換?？刂撇?50(定時(shí)生成部)生成各種控制信號(hào)，并將其輸出給行選擇電路110、讀取電路120、A/D轉(zhuǎn)換部130。例如，生成并輸出充電或放電(復(fù)位)的控制信號(hào)?；蛘撸刹⑤敵隹刂聘麟娐返亩〞r(shí)的信號(hào)。圖7示出傳感器陣列100與讀出電路120的詳細(xì)結(jié)構(gòu)例。在圖7中，傳感器單元及讀出電路使用的是圖3(A)、圖3(B)所示的結(jié)構(gòu)，但是也可以組合其他結(jié)構(gòu)和方法對(duì)其進(jìn)行變形。傳感器單元包括熱傳感器元件CF、充電電路20、放電電路30及選擇用開關(guān)元件 TW。充電電路20設(shè)置在作為熱傳感器元件CF的一端節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)節(jié)點(diǎn)m與高電位側(cè)電源節(jié)點(diǎn)VDD(廣義上的第二電源節(jié)點(diǎn))之間。放電電路30設(shè)置在檢測(cè)節(jié)點(diǎn)m和低電位側(cè)電源節(jié)點(diǎn)VSS(廣義上的第一電源節(jié)點(diǎn))之間。選擇用開關(guān)元件TW設(shè)置在檢測(cè)節(jié)點(diǎn)m與一條或多條列線DL(DL0 DL319)中的任一列線之間。各傳感器單元的操作與上述說明的檢測(cè)電路(圖3(A)、圖3(B))的操作相同。在行線札0被選擇時(shí)，柵極與行線Wi)連接的選擇用開關(guān)元件TW處于導(dǎo)通狀態(tài)。而且，與行線mi)對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)傳感器單元分別與對(duì)應(yīng)的列線DL(DL0 DL319)電連接。這時(shí)， 行線mi)以外的行線WLOVLl WL239)未被選擇。在充電期間TC中，由于充電控制信號(hào)CHG為L(zhǎng)電平(低電位電平)，所以充電用晶體管Tl為導(dǎo)通狀態(tài)。并且，由于放電控制信號(hào)DCH為L(zhǎng)電平，所以放電用晶體管T2為截止?fàn)顟B(tài)。這樣，熱傳感器元件CF中施加有H電平(高電位電平)的電壓，充電電流通過充電用晶體管Tl流動(dòng)，從而進(jìn)行CF的充電。并且，在充電期間TC中，由于放電用晶體管T2為截止?fàn)顟B(tài)，在放電用電阻元件RA中無電流流動(dòng)，所以能夠降低耗電量。在放電期間TD中，由于充電控制信號(hào)CHG為H電平，所以充電用晶體管Tl為截止?fàn)顟B(tài)。并且，由于放電控制信號(hào)DCH為H電平，所以放電用晶體管T2為導(dǎo)通狀態(tài)。這樣，不再向熱傳感器元件CF施加電壓，放電電流通過放電用電阻元件RA及放電用晶體管T2流動(dòng)，從而進(jìn)行CF的放電。該放電使檢測(cè)電壓(輸出電壓)VOUT開始下降。在讀出期間TR中，由于充電控制信號(hào)CHG為H電平，所以充電用晶體管Tl為截止?fàn)顟B(tài)。并且，由于放電控制信號(hào)DCH為L(zhǎng)電平，所以放電用晶體管T2為截止?fàn)顟B(tài)。這樣，熱傳感器元件CF的放電停止，檢測(cè)電壓VOUT保持放電停止時(shí)刻的電壓值。該電壓值由讀出電路120通過與所選擇的各傳感器單元對(duì)應(yīng)的列線DL(DL0 DL319)讀出。通過這種方式，按列(column)讀出來自與行線Wi)對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)傳感器單元的檢測(cè)信號(hào)。之后，依次選擇其他的行線WL(WL1 WL239)，與上述同樣地從各傳感器單元讀出檢測(cè)信號(hào)。
另外，對(duì)于充電期間TC、放電期間TD、讀出期間TR的定時(shí)，除了如上所述的依次按行重復(fù)充電、放電、讀出這一循環(huán)的方法之外，還可以有各種方法。例如，也可以是對(duì)所有的傳感器單元同時(shí)進(jìn)行充電、放電，之后依次按行讀出的方法。圖8示出了傳感器陣列100與讀出電路120的另一結(jié)構(gòu)例。在圖8的結(jié)構(gòu)例中， 傳感器單元中不設(shè)置放電電路，而在讀出電路120中設(shè)置放電用電阻元件RA。具體地，傳感器單元包括熱傳感器元件CF、充電電路20及選擇用開關(guān)元件TW。充電電路20設(shè)置在作為熱傳感器元件CF的一端節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)節(jié)點(diǎn)m與高電位側(cè)電源節(jié)點(diǎn) VDD (廣義上的第二電源節(jié)點(diǎn))之間。選擇用開關(guān)元件TW設(shè)置在檢測(cè)節(jié)點(diǎn)m與一條或多條列線DL(DL0 DL319)中的任一列線之間。讀出電路120包括設(shè)置在一條或多條列線DL (DL0 DL319)中的任一列線與低電位側(cè)電源節(jié)點(diǎn)VSS(廣義上的第一電源節(jié)點(diǎn))之間的放電用電阻元件RA。在充電期間TC中，使選擇用開關(guān)元件TW處于截止?fàn)顟B(tài)、S卩非選擇狀態(tài)，從而通過充電電路20對(duì)熱傳感器元件CF充電。在放電期間TD中，使選擇用開關(guān)元件TW處于導(dǎo)通狀態(tài)、即處于選擇狀態(tài)，從而通過與相應(yīng)列線DL(DL0 DL319)連接的放電用電阻元件RA 進(jìn)行熱傳感器元件CF的放電。在讀出期間TR中，使選擇用開關(guān)元件TW處于截止?fàn)顟B(tài)、即非選擇狀態(tài)，從而停止熱傳感器元件CF的放電。檢測(cè)電壓VOUT保持放電停止時(shí)刻的電壓值。該電壓值由讀出電路120讀出。由此，由于能夠使每列(column)共用一個(gè)放電用電阻元件，所以能夠簡(jiǎn)化傳感器單元的結(jié)構(gòu)。并且，由于能夠在整個(gè)熱傳感器裝置中減少電阻元件的總數(shù)，所以能降低電阻元件的電阻值的偏差帶來的影響。圖9示出了本實(shí)施方式的傳感器單元的另一構(gòu)成例。在圖9所示的傳感器單元中， 在上述圖7所示的傳感器單元的基礎(chǔ)上增加了 P型晶體管T3，并根據(jù)檢測(cè)電壓VOUT控制T3 的柵極，從而輸出與VOUT對(duì)應(yīng)的輸出電流I0UT。這樣，能夠增加在列線DL(DL0 DL319) 中流動(dòng)的電流。其結(jié)果，能夠使列線DL的布線電容(寄生電容)所引起的傳輸延遲變小， 所以能夠縮短讀出所需的時(shí)間。并且，能夠降低列線DL所拾取的噪聲的影響。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的熱傳感器裝置，由于其是檢測(cè)熱傳感器元件的極化量(電容，capacitance)的方式，所以無需斷續(xù)器等。并且，由于傳感器單元的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以能夠減小產(chǎn)生的噪音，從而能提高成品率。并且，由于能夠減小傳感器單元的尺寸， 所以實(shí)現(xiàn)了熱傳感器裝置的高精密化。而且，由于在充電期間放電用電阻元件中無電流流動(dòng)，所以能降低耗電量。由于圖8所示的傳感器單元不含放電電路，因而能夠減小尺寸，所以有利于熱傳感器裝置的高精密化。由于能夠減少電阻元件的總數(shù)，所以具有不易受到電阻元件的電阻值偏差的影響的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于列線DL的布線電阻及布線電容導(dǎo)致放電時(shí)間變長(zhǎng)，所以具有測(cè)量時(shí)間變長(zhǎng)的缺點(diǎn)。圖9所示的傳感器單元由于能夠使列線DL的布線電容(寄生電容)所引起的傳輸延遲變小，所以具有以下優(yōu)點(diǎn)能夠縮短讀出所需的時(shí)間，并能夠降低列線DL所拾取的噪音的影響。但是，由于傳感器單元的尺寸變大，所以不利于高精密化。4.電子設(shè)備圖10示出了包括本實(shí)施方式的熱傳感器用檢測(cè)電路與熱傳感器裝置的電子設(shè)備
11的結(jié)構(gòu)例。該電子設(shè)備例如是紅外攝像機(jī)，包括光學(xué)系統(tǒng)200、熱傳感器裝置210、圖像處理部220、處理部230、存儲(chǔ)部M0、操作部250以及顯示部沈0。另外，本實(shí)施方式的電子設(shè)備并不限定于圖10中的結(jié)構(gòu)，可以省略其構(gòu)成要素的一部分(例如光學(xué)系統(tǒng)、操作部、顯示部等)或追加其他的構(gòu)成要素等進(jìn)行各種變形。光學(xué)系統(tǒng)200例如包括一個(gè)或多個(gè)透鏡及驅(qū)動(dòng)這些透鏡的驅(qū)動(dòng)部等。而且，進(jìn)行將物體圖像成像在熱傳感器裝置210上等處理。并且，必要時(shí)也進(jìn)行調(diào)焦等。熱傳感器裝置210是圖6㈧等中所述的裝置，并進(jìn)行物體圖像的攝像處理。圖像處理部220基于來自熱傳感器裝置210的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)(像素?cái)?shù)據(jù))，進(jìn)行圖像校正處理等各種圖像處理。處理部230對(duì)整個(gè)電子設(shè)備進(jìn)行控制，或?qū)﹄娮釉O(shè)備內(nèi)的各模塊進(jìn)行控制。該處理部230例如通過CPU等來實(shí)現(xiàn)。存儲(chǔ)部240存儲(chǔ)各種信息，例如用作處理部230及圖像處理部220的工作區(qū)。操作部250是用于用戶操作電子設(shè)備的界面，通過例如各種按鈕及 ⑶I (Graphical User hterface 圖形用戶界面)畫面等來實(shí)現(xiàn)。顯示部260用于顯示例如由熱傳感器裝置210獲取的圖像及GUI畫面等，通過液晶顯示器或有機(jī)EL顯示器等各種顯示器來實(shí)現(xiàn)。另外，本實(shí)施方式可以應(yīng)用于例如拍攝夜間的物體圖像的夜視儀、獲取物體的溫度分布的熱成像儀、檢測(cè)人的侵入的侵入檢測(cè)器、解析(測(cè)量)物體的物理信息的解析設(shè)備 (測(cè)量設(shè)備)、檢測(cè)火或發(fā)熱的安全設(shè)備、工廠等所設(shè)置的FA(Fact0ry Automation 工廠自動(dòng)化)設(shè)備等各種電子設(shè)備。以上對(duì)本實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)地說明，但是只要實(shí)質(zhì)上不脫離本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)及效果，可以有很多的變形，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是容易理解的。因此，這樣的變形例也全部包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。例如，說明書或附圖中至少一次與更廣義或同義的其他不同術(shù)語(第一電源節(jié)點(diǎn)、第二電源節(jié)點(diǎn))同時(shí)記載的術(shù)語(VSS節(jié)點(diǎn)、VDD節(jié)點(diǎn))可以在說明書或附圖的任何地方替換成該不同術(shù)語。并且，熱傳感器用檢測(cè)電路、熱傳感器裝置及電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)與操作也并不限定于本實(shí)施方式所述的情況，可以有各種變形。
0099]附圖標(biāo)記0100]11熱釋電體12電極0101]20充電電路30放電電路0102]40控制電路50電壓檢測(cè)電路0103]100傳感器陣列110行選擇電路(行驅(qū)動(dòng)器)0104]120讀出電路130A/D轉(zhuǎn)換部0105]140列掃描電路150控制部0106]200光學(xué)系統(tǒng)210熱傳感器裝置0107]220圖像處理部230處理部(CPU)0108]240存儲(chǔ)部250操作部0109]260顯示部CF熱傳感器元件0110]Nl檢測(cè)節(jié)點(diǎn)RA放電用電阻元件0111]Tl充電用晶體管T2放電用晶體管
權(quán)利要求
1.一種熱傳感器用檢測(cè)電路，其特征在于，包括充電電路，設(shè)置在作為熱傳感器元件的一端節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)節(jié)點(diǎn)與第二電源節(jié)點(diǎn)之間；以及放電電路，設(shè)置在所述檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和第一電源節(jié)點(diǎn)之間，其中，所述放電電路具有串聯(lián)地設(shè)置在所述檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和所述第一電源節(jié)點(diǎn)之間的放電用電阻元件及放電用晶體管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱傳感器用檢測(cè)電路，其特征在于，所述充電電路包括設(shè)置在所述第二電源節(jié)點(diǎn)和所述檢測(cè)節(jié)點(diǎn)之間的充電用晶體管， 在充電期間中，所述充電用晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，所述放電用晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)， 在放電期間中，所述充電用晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)，所述放電用晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱傳感器用檢測(cè)電路，其特征在于，還包括 控制電路；以及檢測(cè)所述檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的電壓的電壓檢測(cè)電路，其中，在所述充電期間中，所述控制電路進(jìn)行使所述充電用晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)、使所述放電用晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)的控制，在所述放電期間中，所述控制電路進(jìn)行使所述充電用晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)、使所述放電用晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)的控制，在所述放電期間后的讀出期間中，所述控制電路進(jìn)行使所述充電用晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)、使所述放電用晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)的控制，并指示所述電壓檢測(cè)電路對(duì)所述檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的電壓進(jìn)行采樣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱傳感器用檢測(cè)電路，其特征在于，所述控制電路根據(jù)所述熱傳感器元件的測(cè)量模式，切換使所述放電用晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)的定時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱傳感器用檢測(cè)電路，其特征在于，在所述熱傳感器元件的測(cè)量模式為低溫測(cè)量模式時(shí)，所述控制電路將使所述放電用晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)的定時(shí)設(shè)定成比所述測(cè)量模式為高溫測(cè)量模式的情況下的定時(shí)早的定時(shí)。
6.一種熱傳感器裝置，其特征在于，包括 具有多個(gè)傳感器單元的傳感器陣列；一條或多條行線； 一條或多條列線；與所述一條或多條行線連接的行選擇電路； 與所述一條或多條列線連接的讀出電路；以及控制電路，其中，所述多個(gè)傳感器單元中的各傳感器單元包括 熱傳感器元件；充電電路，設(shè)置在作為所述熱傳感器元件的一端節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)節(jié)點(diǎn)與第二電源節(jié)點(diǎn)之間；放電電路，設(shè)置在所述檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和第一電源節(jié)點(diǎn)之間；以及選擇用開關(guān)元件，設(shè)置在所述檢測(cè)節(jié)點(diǎn)與所述一條或多條列線中的任一列線之間。
7.一種熱傳感器裝置，其特征在于，包括 具有多個(gè)傳感器單元的傳感器陣列；一條或多條行線； 一條或多條列線；與所述一條或多條行線連接的行選擇電路； 與所述一條或多條列線連接的讀出電路；以及控制電路，其中，所述多個(gè)傳感器單元中的各傳感器單元具有 熱傳感器元件；充電電路，設(shè)置在作為所述熱傳感器元件的一端節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)節(jié)點(diǎn)與第二電源節(jié)點(diǎn)之間；以及選擇用開關(guān)元件，設(shè)置在所述檢測(cè)節(jié)點(diǎn)與所述一條或多條列線中的任一列線之間， 所述讀出電路具有放電用電阻元件，所述放電用電阻元件設(shè)置在所述一條或多條列線中的任一列線與第一電源節(jié)點(diǎn)之間，在充電期間中，所述各傳感器單元通過所述充電電路進(jìn)行充電，在所述充電期間后的放電期間中，使所述選擇用開關(guān)元件處于導(dǎo)通狀態(tài)，從而通過所述放電用電阻元件進(jìn)行放 H1^ ο
8.一種電子設(shè)備，包括權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的熱傳感器用檢測(cè)電路。
9.一種電子設(shè)備，包括權(quán)利要求6或7所述的熱傳感器裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱傳感器用檢測(cè)電路、熱傳感器裝置及電子設(shè)備，其中熱傳感器用檢測(cè)電路包括充電電路，設(shè)置在熱傳感器元件的檢測(cè)節(jié)點(diǎn)與第二電源節(jié)點(diǎn)之間；以及放電電路，設(shè)置在檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和第一電源節(jié)點(diǎn)之間，其中，放電電路具有串聯(lián)地設(shè)置在檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和第一電源節(jié)點(diǎn)之間的放電用電阻元件及放電用晶體管。
文檔編號(hào)G01J5/34GK102192790SQ20111002747
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者吉崎圭, 山村光宏 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社