专利名称：红外线传感器及其驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种检测从物体及人体放出的红外线的红外线传感器及其驱动方法。
背景领域 因为用来检测从以人体为首的物体辐射出的红外线的红外线传感器是通过非接触方式来获得物体的存在、温度等信息的，所以期待着它能在各个领域中得到利用。特别是，因为将多个红外线传感器排列成矩阵状的红外线传感器能够得到二维的红外线图像，所以就期待着它有更加广泛的应用。因为这样的红外线传感器不需要冷却、扼流电路，所以施加电场来检测介电常数随温度的变化情况的介质辐射热计就是很有希望的了。
图12显示的是现有的介质辐射热计型红外线传感器的信号读出电路。如图12所示，串联电容元件201和红外线检测电容元件202经由连接点210而串联连接。红外线检测电容元件202具有电容随着入射到元件的红外线的强度而变化的特性。在红外线尚未入射的情况下，将红外线检测电容元件202和串联电容元件201的电容值设定得相等。
串联电容元件201和红外线检测电容元件202上分别连接着驱动用交流电源204和交流电源205，交流电源204和交流电源205振幅相等，相位相反。
连接点210经由晶体管203连接在输出端子206上，借助由信号线Ssw使晶体管203为接通状态，便能够在输出端子206取到连接点210的电位。
连接点210的电位，由串联电容元件201和红外线检测电容元件202的电容值、交流电源204和交流电源205的电压(振幅)决定。如图19所示，在红外线入射到红外线检测电容元件202中，红外线检测电容元件202的电容值增加的情况下，便能得到如图19中A那样的输出曲线。补充说明一下，在图19中曲线C和曲线D分别表示交流电源204和交流电源205的输出电压。
在红外线尚未照射到红外线检测电容元件202的情况下，串联电容元件201和红外线检测电容元件202的电容值相等，如图13中的B曲线所示，连接点210的电位一直是0。因此，能够高精度地检测出红外线(参考例如专利文献1)。
专利文献1特开2002-365130发明内容发明要解决的技术问题 但是，因为所述现有的红外线传感器需要一个红外线检测电容元件和一个串联电容元件，所以出现的问题就是与没有串联电容元件的情况相比，红外线检测电容元件在像素中所占的比率即开口率变小。特别是，在将多个红外线传感器设置为矩阵状的情况下，对像素的面积的限制增大，开口率的下降就成了更大的问题。
另一个问题是，在红外线尚未入射时红外线检测电容元件的电容值和串联电容元件的电容值存在偏差的情况下，问题是，由于输出中出现了偏置，测量精度下降。若为防止测量精度由于偏置而下降设置上对偏置进行校正的电路，问题就是开口率会进一步下降。
本发明正是为解决上述问题而研究开发出来的，其目的在于在使开口率下降的情况下，就能实现测量精度很高的红外线传感器。用以解决问题的技术方案 为达成所述目的，本发明是这样的一种结构，将红外线传感器连接到多个红外线检测电容元件共用的串联电容元件和参考电容元件上。
具体而言，本发明所涉及的红外线传感器，包括多个参考像素单元，该多个参考像素单元布置成矩阵状，各个参考像素单元中包括输出线、经由开关元件连接在该输出线与接地线之间的参考电容元件以及电容值随着已入射的红外线的强度而变化的多个红外线检测电容元件以及多个串联电容元件，各个串联电容元件对应于所述各个参考像素单元而设且连接在所述输出线与电源之间。
根据本发明的红外线传感器，因为串联电容元件是对应于含有红外线检测电容元件的各个参考像素单元而设置的，所以能够将串联电容元件在红外线检测电容元件中所占有的面积抑制得很小。因此，能够使开口率提高。另外，因为参考像素单元包括参考电容元件，所以通过使用参考电容元件便能使偏置的影响减小，从而使测量精度提高。再就是，因为对多个红外线检测电容元件设置了一个参考电容元件，所以能够抑制开口率由于参考电容元件的存在而下降。
最好是，在本发明的红外线传感器中，参考电容元件的电容值、串联电容元件的电容值与红外线尚未入射时的红外线检测电容元件的电容值相等。做成这样的结构后，便能可靠地使偏置的影响减小。
最好是，在本发明的红外线传感器中，在参考像素单元中，参考电容元件和红外线检测电容元件呈一维排列。
最好是，在本发明的红外线传感器中，在参考像素单元中，参考电容元件和红外线检测电容元件呈二维排列。
最好是，在本发明的红外线传感器中，各个串联电容元件被设置在红外线入射的像素域的外侧区域。
最好是，在本发明的红外线传感器中，各个串联电容元件和各个参考电容元件，被设置在红外线入射的像素域的外侧区域。做成这样的结构后，便能可靠地避免由于串联电容元件和参考电容元件所造成的开口率的下降。
最好是，在本发明的红外线传感器中，多个参考电容元件分别形成在夹着像素域分别设置在像素域两侧的第一参考电容元件形成区域或者和第二参考电容元件形成区域。与形成在第一参考电容元件形成区域的参考电容元件属于同一个参考像素单元中的所述各个红外线检测电容元件，形成在像素域的第一参考电容元件形成区域一侧。与形成在第二参考电容元件形成区域的参考电容元件属于同一个参考像素单元中的所述各个红外线检测电容元件，形成在像素域的第二参考电容元件形成区域一侧。再就是，最好是，在这一情况下，各个串联电容元件，形成在像素域的外侧区域中与对应于各个串联电容元件的参考电容元件相同的一侧。做成这样的结构以后，便能够使串联电容元件与参考电容元件及红外线检测电容元件之间的距离缩短，所以能够使测量精度提高。
最好是，在本发明的红外线传感器中，使连接在参考电容元件和输出线之间的开关元件为接通状态后，将给定电压施加在串联电容元件和参考电容元件之间时输出线的电位定为基准电位。使连接在给定的红外线检测电容元件和输出线之间的开关元件为接通状态后，将给定电压施加在串联电容元件和给定的红外线检测电容元件之间时输出线的电位定为检测电位。将基准电位和检测电位的电位差作为显示入射到给定的红外线检测电容元件的红外线的强度的输出信号输出。做成这样的结构后，能够使偏置的影响减小，所以能够使测量精度提高。
最好是，在本发明的红外线传感器中，使连接在参考电容元件和输出线之间的开关元件为接通状态后，将给定电压施加在串联电容元件和参考电容元件之间时输出线的电位定为基准电位。使连接在给定的红外线检测电容元件和输出线之间的开关元件为接通状态，将给定电压施加在串联电容元件和给定的红外线检测电容元件之间时输出线的电位定为检测电位。将基准电位和检测电位的电位差作为显示入射到给定的红外线检测电容元件的红外线的强度的输出信号输出。利用布置在参考电容元件周围且在与参考电容元件属于同一个参考像素单元中的所述各个红外线检测电容元件的输出信号，算出入射到布置有参考电容元件的部分的红外线的强度。因为做成这样的结构后，能够抑制数据的欠缺，所以能够得到鲜明的红外图像。
本发明所涉及的一种红外线传感器的驱动方法，该红外线传感器包括参考像素单元和连接在输出线和电源之间的串联电容元件，该参考像素单元包括输出线、分别经由开关元件连接在该输出线和接地线之间的参考电容元件以及电容值随着已入射的红外线的强度而变化的多个红外线检测电容元件。包括步骤a，依次输出入射到参考像素单元中所包括的各个红外线检测电容元件的红外线的强度。步骤a，又包括步骤a1、步骤a2以及步骤a3。在该步骤a1中，与参考电容元件相连接的开关元件为接通状态，将参考电容元件与输出线电气连接起来后，在参考电容元件和串联电容元件之间施加给定电压，这样来将基准电位读出到输出线。在步骤a2中，在步骤a1之后，与多个红外线检测电容元件中的一个红外线检测电容元件相连接的开关元件为接通状态，将一个红外线检测电容元件和输出线电气连接起来以后，将给定电压施加到一个红外线检测电容元件与串联电容元件之间，这样来将检测电位读出到输出线。在步骤a3中，在步骤a1和步骤a2之后，求出基准电位和检测电位的电位差值，将所求得的电位差值作为入射到一个红外线检测电容元件的红外线的强度的值输出。
根据本发明的红外线传感器的驱动方法，因为能够使开口率提高，所以即使在对多个红外线检测电容元件设置一个参考电容元件的红外线传感器中，也能够使偏置的影响减小，测量出正确的红外线强度。
最好是，在本发明的红外线传感器的驱动方法中，参考电容元件和红外线检测电容元件形成在红外线入射的像素域。进一步包括步骤b，在步骤a之后，根据入射到多个红外线检测电容元件中与参考电容元件相邻布置着的红外线检测电容元件的红外线的强度的值，算出入射到像素域中的布置有参考电容元件的部分的红外线的强度的值。
根据本发明的红外线传感器的驱动方法，最好是，在步骤b中，求出已入射到与参考电容元件相邻布置着的红外线检测电容元件的红外线的强度的值的平均值。
发明的效果 根据本发明的红外线传感器，能够实现不使开口率下降，检测精度很高的红外线传感器。
附图的简单说明 [图1]图1是显示本发明的第一实施例所涉及的红外线传感器的平面布置图。
图2是显示本发明的第一实施例所涉及的红外线传感器的参考像素单元及周边电路部分的电路图。
图3是显示本发明的第一个实施例所涉及的红外线传感器的动作的时序图。
图4是显示算出本发明第一个实施例所涉及的红外线传感器的参考电容元件部分的红外线强度的方法的图。
图5是显示本发明的第二个实施例所涉及的红外线传感器的平面布置图。
图6是显示本发明的第二个实施例所涉及的红外线传感器的参考像素单元及周边电路部分的电路图。
图7是显示本发明的第二个实施例所涉及的红外线传感器的动作的时序图。
图8是显示算出本发明第二个实施例所涉及的红外线传感器的参考电容元件部分的红外线强度的方法的图。
图9是显示本发明的第二个实施例所涉及的红外线传感器的参考像素单元及周边电路部分的另一例的电路图。
图10是显示本发明的第二个实施例的一个变形例所涉及的红外线传感器的平面布置图。
图11显示本发明的第二个实施例的一个变形例所涉及的红外线传感器的另一例的平面布置图。
图12是显示现有例所涉及的红外线传感器的电路图。
图13是显示现有例所涉及的红外线传感器的驱动信号的曲线图。
符号的说明 1 像素域2 参考像素单元2A参考像素单元2B参考像素单元
2C参考像素单元3 参考电容元件形成区域12红外线检测电容元件12a 红外线检测电容元件12b 红外线检测电容元件12c 红外线检测电容元件13参考电容元件14串联电容元件15串联电容元件控制开关16红外线检测电容元件控制开关16a 红外线检测电容元件控制开关16b 红外线检测电容元件控制开关16c 红外线检测电容元件控制开关17参考电容元件控制开关18偏压控制开关20垂直移位寄存器21逻辑和电路22逻辑积电路23逻辑积电路30输出线30A 输出线30B 输出线30C 输出线31红外线检测电容元件控制线31A 红外线检测电容元件控制线31B 红外线检测电容元件控制线31C 红外线检测电容元件控制线32参考电容元件控制线33参考电容元件选择线34红外线检测电容元件选择线
35电源线37偏压控制线41输出节点42垂直移位寄存器的输出端子43垂直移位寄存器的输出端子44垂直移位寄存器的输出端子45偏压端子 (第一个实施例)参考附图对本发明的第一个实施例进行说明。图1示出了第一个实施例所涉及的红外线传感器的平面布置情况。如图1所示，在红外线入射的像素域1中多个参考像素单元2被配置成二维的矩阵状。在像素域1的外侧设置有后述的串联电容元件和周边电路等。
各个参考像素单元2中，包括多个红外线检测电容元件12和一个参考电容元件13。红外线检测电容元件12和参考电容元件13一起排列成二维的矩阵状。
图2是将该实施例的红外线传感器中的一个参考像素单元2与其周边电路拿出来后而示出的电路结构。如图2所示，参考像素单元2中，一个参考电容元件13和8个红外线检测电容元件12排列成3行3列的矩阵状。
在该实施例中，参考电容元件13被设置在矩阵的中央即第2行第2列。参考电容元件13的一端接地，另一端经由是晶体管的参考电容元件控制开关17连接在第2行的输出线30上。各个红外线检测电容元件12的一端接地，另一端经由是晶体管的红外线检测电容元件控制开关16分别连接在设置有各个红外线检测电容元件12的那一行的输出线30上。
各行的输出线30连接在一起构成输出节点41。各行的输出线30经由串联电容元件控制开关15连接在一起，与串联电容元件14的一端相连接。设置在每一条输出线30上的晶体管即串联电容元件控制开关15能够独立地控制，各个串联电容元件控制开关15的控制端子分别与控制线36A、控制线36B以及控制线36C相连。
串联电容元件14的电容值、参考电容元件13的电容值、红外线尚未入射到红外线检测电容元件12时红外线检测电容元件12的电容值被设定得实质上相等。换句话说，各个电容值在用现有的制造方法制造的情况下的误差范围内相等。
串联电容元件14的另一端与电源线35相连接。偏压端子45经由偏压控制开关18连接在串联电容元件14和各个串联电容元件14控制开关15之间，能够在串联电容元件14和各个串联电容元件控制开关15之间施加给定的偏压。偏压控制开关18由偏压控制线37驱动。
参考电容元件控制开关17的控制端子与参考电容元件控制线32相连接，各个红外线检测电容元件控制开关16的控制端子分别与设置在每一列的红外线检测电容元件控制线31相连接。
参考电容元件控制线32，与逻辑积电路32的输出端子相连接，逻辑积电路22的各个输入端子分别与参考电容元件选择线33和逻辑和电路21的输出端子相连接。逻辑和电路21的各个输入端子分别与三级垂直移位寄存器20的第一级输出端子42、第二级输出端子43以及第三级输出端子44相连接。
设置在各列的红外线检测电容元件控制线31分别与设置在各列的逻辑积电路23的输出端子相连接。各个逻辑积电路23的一个输入端子与红外线检测电容元件选择线34相连接，各个逻辑积电路23的另一输入端子与垂直移位寄存器20的输出端子42、输出端子43以及输出端子44中的任一个端子相连接。
下面，对该实施例的红外线传感器的动作进行说明。图3示出了图2中所示的参考像素单元2和周边电路的动作时序。
首先，在期间T1的期间t1，垂直移位寄存器20的第一级输出端子42的电压成为“H”电平。因为逻辑和电路21的输入端子这样被施加了“H”电平的信号，所以逻辑和电路21的输出成为“H”电平。
在t1，因为参考电容元件选择线33的电压也成为“H”电平，所以与逻辑积电路22的输出相连接的参考电容元件控制线32的电压成为“H”电平。参考电容元件控制开关17于是成为导通状态，参考电容元件13与第2行的输出线30相连接。而且，因为控制线36B的电压成为“H”电平，所以第2行的串联电容元件控制开关15成为导通状态。这样就将串联电容元件14和参考电容元件13连接起来了。
在期间ta，因为偏压控制线37上被施加了“H”电平的电压，所以偏压控制开关18成为导通状态。这样一来，偏压便被施加在串联电容元件14和参考电容元件13的连接点上。因此，偏压(Vbias)被输出到输出节点41。
接着，在期间tb，电源线35从“L”电平上升到“H”电平。这样一来，串联电容元件14和参考电容元件13间的电位便被输出到输出节点41。因为串联电容元件14和参考电容元件13的电容值相等，所以V1被输出到输出节点41，该V1是在电源线35的电压的二分之一的电压中又加上偏压所得到的电位。该V1作为基准电位用。
在期间T1的期间t2，因为参考电容元件选择线33的电压成为“L”电平，所以逻辑积电路22的输出成为“L”电平，参考电容元件控制开关17成为非导通状态。代替它，因为红外线检测电容元件选择线34的电压成为“H”电平，所以逻辑积电路23的输出成为“H”电平。因此，第一列的各个红外线检测电容元件控制开关16分别成为导通状态，设置在第一列的各个红外线检测电容元件12和各个输出线30就分别连接起来了。而且，因为控制线26A的电压成为“H”电平，所以第1行的串联电容元件控制开关15成为导通状态。这样一来，串联电容元件14便与第1行第1列的红外线检测电容元件12相连接。
在期间ta，因为“H”电平电压施加在偏压控制线37上，所以偏压控制开关18成为导通状态。这样一来，偏压便施加在串联电容元件14和参考电容元件13的连接点上。因此，偏压(Vbias)被输出到输出节点41。
接着，在期间tb，电源线35从“L”电平上升到“H”电平。这样一来，串联电容元件14和参考电容元件13间的电位便被输出到输出节点41。因为红外线检测电容元件12的电容值随着所入射的红外线的强度的不同而不同，所以根据入射到红外线检测电容元件12的红外线的强度V2被输出到输出节点41，该V2是在比电源线35的电压的二分之一还小的电压中又加上偏压后所得到的电位。用该V2作检测电位，求出基准电位V1和检测电位V2之差，再以该差作为显示入射到第1行第1列的红外线检测电容元件12的红外线的强度的输出信号输出。
以下，同样地，能根据在期间t3得到的基准电压V1和在期间t4得到的检测电位，获得入射到第1行第2列的红外线检测电容元件12的红外线的强度；能根据在期间t5得到的基准电压V1和在期间t6得到的检测电位，获得入射到第1行第3列的红外线检测电容元件12的红外线的强度。同样，在期间T2，能取得入射到第2行的各个红外线检测电容元件的红外线的强度；在期间T3，取得入射到第3行的各个红外线检测电容元件的红外线的强度。
在该实施例的红外线传感器中，给8个红外线检测电容元件12设置了一个共用的串联电容元件。因此，能够大幅度地减小串联电容元件的占有面积。而且，通过这样共用一个串联电容元件，还能将串联电容元件设置在是红外线的入射区域的像素域之外。因此，几乎能够完全消除由于串联电容元件所造成的开口率的下降。
在是介电型辐射热计的情况下，是利用串联电容元件的电容值与红外线检测电容元件的电容值之差来检测红外线的强度。因此，需要使串联电容元件的电容值与红外线检测电容元件的红外线尚未入射时的电容值相等。在使多个红外线检测电容元件12共用一个串联电容元件的情况下，也需要使各个红外线检测电容元件的电容值相互相等。但是，在制造红外线检测电容元件的时候，因为膜厚等一定会出现偏差，所以各个红外线检测电容元件的电容值必定会有一定的偏差。因此，在单纯地共用一个串联电容元件的情况下，因为在每一个红外线检测电容元件产生偏置电位，所以测量精度下降。然而，在该实施例的红外线传感器中，是设置参考电容元件，利用参考电容元件和串联电容元件来求出基准电位，再利用基准电位和检测电位之差来检测红外线的强度。所以能够抑制红外线检测电容元件之间的电容值的偏差的影响，而能够高精度地检测出红外线的强度。
在该实施例的红外线传感器中，也是对8个红外线检测电容元件12设置了一个共用的参考电容元件。因此，也能够将由于参考电容元件导致的开口率的下降抑制在很小的数值上。
而且，可以象下述那样，模拟地求出在形成有参考电容元件的部分的红外线的强度。
图4模拟地示出了一个构成为3行3列的矩阵状的参考像素单元2的平面布置情况。在该情况下，参考电容元件13被布置在3行3列的矩阵的中心即第2行第2列上。若假定由8个红外线检测电容元件12检测到的红外线的强度分别是a、b、c、d、e、f、g、h，则只要对由例如相邻的行方向上的2个与列方向上的2个共计4个红外线检测电容元件所检测到的强度进行平均，得到(b+d+e+g)/4，作为参考电容元件13的部分的红外线强度即可。
还可以求出相邻的8个红外线检测电容元件12的平均(a+b+c+d+e+f+g+h)/8，或者是对相邻的红外线检测电容元件12进行加权平均，使行方向上的2个与列方向上的2个共计4个红外线检测电容元件12的系数为α，使对角方向上的4个红外线检测电容元件12的系数为β，求出[α×(b+d+e+g)+β×(a+c+f+h)]/8，作为参考电容元件13的部分的红外线强度即可。
如上所述，该实施例的红外线传感器，能够在不使检测精度下降的情况下，使开口率提高。
补充说明一下，在该实施例中，假定构成参考像素单元的矩阵的大小是3行3列，还可以对矩阵的大小进行任意的改变。还有，在该实施例中，是将参考电容元件布置在矩阵的中央即第2行第2列上，该位置也是可以任意改变的。
(第二个实施例)下面，参考附图对本发明的第二个实施例进行说明。图5示出了第二个实施例所涉及的红外线传感器的平面布置情况。如图5所示，在红外线入射的像素域1中多个参考像素单元2被布置成二维矩阵状。各个参考像素单元2包括多个红外线检测电容元件12和一个参考电容元件13。红外线检测电容元件和参考电容元件一维地排列着。
图6是将该实施例所涉及的红外线传感器的一个参考像素单元2中参考像素单元2A、参考像素单元2B以及参考像素单元2C与其周边电路拿出来后而示出的电路结构。如图6所示，各个参考像素单元2中，一个参考电容元件13与红外线检测电容元件12a、红外线检测电容元件12b构成一维的排列。
参考像素单元2A中所包括的参考电容元件13的一端接地，另一端经由参考电容元件控制开关17与输出线30A相连接。红外线检测电容元件12a和红外线检测电容元件12b的一端分别接地，另一端经由红外线检测电容元件控制开关16a和红外线检测电容元件控制开关16b与输出线30A相连接。
同样，参考像素单元2B中所包括的参考电容元件13、红外线检测电容元件12a、红外线检测电容元件12b与输出线30B相连接。参考像素单元2C中所包括的参考电容元件13、红外线检测电容元件12a、红外线检测电容元件12b与输出线30C相连接。
输出线30A、输出线30B以及输出线30C的一端分别与串联电容元件14的一端相连接。各个串联电容元件14的另一端分别与电源线35相连接。而且，输出线30A、输出线30B以及输出线30C上经由偏压控制开关18分别连接有偏压端子45，能够将给定电压施加到输出线30A、输出线30B以及输出线30C上。各个偏压控制开关18由偏压控制线37驱动。
各个参考电容元件控制开关17的控制端子分别与参考电容元件控制线32相连接。各个红外线检测电容元件控制开关16a的控制端子分别与红外线检测电容元件控制线31A相连接，各个红外线检测电容元件控制开关16b的控制端子与红外线检测电容元件控制线31B相连接，参考电容元件控制线32与逻辑积电路22的输出端子相连接，逻辑积电路22的各个输入端子分别与参考电容元件选择线33和逻辑和电路21的输出端子相连接。逻辑和电路21的各个输入端子分别与二级垂直移位寄存器20的第一级输出端子42和第二级输出端子43相连接。
红外线检测电容元件控制线31A与逻辑积电路23的输出端子相连接，逻辑积电路23的一个输入端子与红外线检测电容元件控制线34相连接，另一个输入端子与垂直移位寄存器20的输出端子42相连接。红外线检测电容元件控制线31B与逻辑积电路23的输出端子相连接，逻辑积电路23的一个输入端子与红外线检测电容元件控制线34相连接，另一个输入端子与垂直移位寄存器20的输出端子43相连接。
下面，对该实施例的红外线传感器的动作进行说明。图7示出了图2中所示的参考像素单元2和周边电路的动作时序。
首先，在期间T1的期间t1，使垂直移位寄存器20的第一级输出端子42的电压为“H”电平。因为逻辑和电路21的输入端子这样被施加了“H”电平的信号，所以逻辑和电路21的输出成为“H”电平。
在t1，因为参考电容元件选择线33的电压也成为“H”电平，所以与逻辑积电路22的输出相连接的参考电容元件控制线32的电压成为“H”电平。各个参考电容元件控制开关17于是成为导通状态。各个串联电容元件14和各个参考电容元件13也因此而相连接。
在期间ta，因为偏压控制线37上被施加了“H”电平的电压，所以偏压控制开关18成为导通状态。这样一来，偏压(Vbias)便被施加在串联电容元件14和参考电容元件13的连接点上。因此，输出线30A、输出线30B及输出线30C的电压都是Vbias。
接着，在期间tb，电源线35从“L”电平上升到“H”电平。这样一来，串联电容元件14和参考电容元件13中间的电位便被输出到输出节点41。因为串联电容元件14和参考电容元件13的电容值相等，所以V1被输出到输出线30A、输出线30B及输出线30C，该V1是在电源线35的电压的二分之一的电压中又加上偏压所得到的电位。该V1作为基准电位用。
在期间T1的期间t2，因为参考电容元件选择线33的电压成为“L”电平，所以逻辑积电路22的输出成为“L”电平，参考电容元件控制开关17成为非导通状态。代替它，因为红外线检测电容元件选择线34的电压成为“H”电平，所以逻辑积电路23的输出成为“H”电平。因此，红外线检测电容元件控制线31A的电压成为“H”电平，各个红外线检测电容元件控制开关16a成为导通状态。这样一来，各个串联电容元件14便与各个红外线检测电容元件12a相连接。
在期间ta，因为“H”电平电压施加在偏压控制线37上，所以偏压控制开关18成为导通状态。这样一来，偏压便施加在串联电容元件14和参考电容元件13的连接点上。因此，输出线30A、输出线30B及输出线30C的电压都是Vbias。
接着，在期间tb，电源线35从“L”电平上升到“H”电平。这样一来，各个串联电容元件14和红外线检测电容元件12a间的电位便分别被输出到输出线30A、输出线30B及输出线30C上。因为红外线检测电容元件12a的电容值随着所入射的红外线的强度的不同而不同，所以根据入射到红外线检测电容元件12a的红外线的强度，将V2输出到输出线30A、输出线30B及输出线30C上。该V2是在比电源线35的电压的二分之一还小的电压中又加上偏压后所得到的电位。用该V2作检测电位，求出基准电位V1和检测电位V2之差，再以该差作为显示入射到红外线检测电容元件12a的红外线的强度输出。
同样，在期间T2，能够检测出入射到红外线检测电容元件12a的红外线的强度。
在该实施例的红外线传感器中，在参考像素单元中红外线检测电容元件和参考电容元件一维地排列。因此，与第一个实施例的红外线传感器相比，能够高速地从红外线检测电容元件读出。
在该实施例的红外线传感器中，也是与第一个实施例的红外线传感器一样，能够模拟地求出形成有参考电容元件的部分的红外线的强度。在该情况下，只要将如图8所示那样布置在参考电容元件的两侧的2个红外线检测电容元件的检测值进行一下平均即可，进行一下加权平均亦可。
在该实施例中，所采用的结构是将参考电容元件设置在2个红外线检测电容元件之间。不仅如此，如图9所示那样，改变参考电容元件的位置也是可以的。
补充说明一下，在该实施例中，是由2个红外线检测电容元件和1个参考电容元件构成参考像素单元，不仅如此，可以任意地改变参考像素单元中所包括的红外线检测电容元件的个数。
(第二个实施例的一个变形例)参考附图对本发明的第二个实施例的一个变形例。图10示出了该变形例所涉及的红外线传感器的平面布置情况。如图10所示，该变形例的红外线传感器，在像素域1仅形成有参考像素单元2中的红外线检测电容元件12。参考电容元件13形成在设置在像素域1外侧的参考电容元件形成区域3中。采用这样的结构后，就能够防止开口率由于参考电容元件13的存在而下降。
通过这样将参考电容元件13配置在设在像素域1之外的参考电容元件形成区域3中以后，像素域1中所配置的就全部是红外线检测电容元件12了。因此，能得到入射到整个像素域1的红外线的强度。补充说明一下，电路结构和动作基本上和第二个实施例的红外线传感器一样，说明就省略不提了。
还可以如图11所示那样将参考电容元件形成区域3设置在像素域1的两侧。采用这样的结构后，便能够使能设置在像素域1中的参考像素单元2的数量增加。因此，在不使像素域1中所包括的红外线检测电容元件12的个数减少的情况下，即能够使一个参考像素单元2中所包括的红外线检测电容元件12的个数减少。结果是，能够使读出速度提高。
因为与仅在像素域1的一侧设置参考电容元件13的情况相比，能够缩短红外线检测电容元件12和参考电容元件13之间的距离，所以能够使检测精度进一步提高。
在这一情况下，通过将串联电容元件14也设置到与参考电容元件13相同的一侧，便能够使串联电容元件14与参考电容元件13、红外线检测电容元件12之间的距离缩短，所以能够使检测精度进一步提高。
产业实用性 本发明的红外线传感器，能够在不使开口率下降的情况下实现很高的检测精度。因此，作为检测从物体以及人体释放出来的红外线的红外线传感器等很有用。
权利要求
1.一种红外线传感器，其中包括多个参考像素单元，该多个参考像素单元布置成矩阵状，各个参考像素单元中包括输出线、经由开关元件连接在该输出线与接地线之间的参考电容元件以及电容值随着已入射的红外线的强度而变化的多个红外线检测电容元件，以及多个串联电容元件，各个串联电容元件对应于所述各个参考像素单元而设且连接在所述输出线与电源之间。
2.根据权利要求1所述的红外线传感器，其中所述参考电容元件的电容值、所述串联电容元件的电容值与红外线尚未入射时的所述红外线检测电容元件的电容值相等。
3.根据权利要求1所述的红外线传感器，其中在所述参考像素单元中，所述参考电容元件和红外线检测电容元件呈一维排列。
4.根据权利要求1所述的红外线传感器，其中在所述参考像素单元中，所述参考电容元件和红外线检测电容元件呈二维排列。
5.根据权利要求1所述的红外线传感器，其中所述各个串联电容元件被设置在红外线入射的像素域的外侧区域。
6.根据权利要求1所述的红外线传感器，其中所述各个串联电容元件和各个参考电容元件，被设置在红外线入射的像素域的外侧区域。
7.根据权利要求6所述的红外线传感器，其中所述各个参考电容元件，分别形成在夹着所述像素域分别设置在所述像素域两侧的第一参考电容元件形成区域和第二参考电容元件形成区域，与形成在所述第一参考电容元件形成区域的参考电容元件属于同一个参考像素单元中的所述各个红外线检测电容元件，形成在所述像素域的所述第一参考电容元件形成区域一侧，与形成在所述第二参考电容元件形成区域的参考电容元件属于同一个参考像素单元中的所述各个红外线检测电容元件，形成在所述像素域的所述第二参考电容元件形成区域一侧。
8.根据权利要求7所述的红外线传感器，其中所述各个串联电容元件，形成在所述像素域的外侧区域中与对应于所述各个串联电容元件的所述参考电容元件相同的一侧。
9.根据权利要求1所述的红外线传感器，其中使连接在所述参考电容元件与所述输出线之间的开关元件是接通状态后，将给定电压施加在所述串联电容元件与所述参考电容元件之间时所述输出线的电位定为基准电位，使连接在给定的所述红外线检测电容元件与所述输出线之间的开关元件为接通状态后，将给定电压施加在所述串联电容元件与所述给定的红外线检测电容元件之间时所述输出线的电位定为检测电位，将所述基准电位与所述检测电位的电位差作为显示入射到所述给定的红外线检测电容元件的红外线的强度的输出信号输出。
10.根据权利要求1所述的红外线传感器，其中使连接在所述参考电容元件与所述输出线之间的开关元件是接通状态后，将给定电压施加在所述串联电容元件与所述参考电容元件之间时所述输出线的电位定为基准电位，使连接在给定的所述红外线检测电容元件与所述输出线之间的开关元件为接通状态后，将给定电压施加在所述串联电容元件与所述给定的红外线检测电容元件之间时所述输出线的电位定为检测电位，将所述基准电位与所述检测电位的电位差作为显示入射到所述给定的红外线检测电容元件的红外线的强度的输出信号输出，利用布置在所述参考电容元件周围且与所述参考电容元件属于同一个参考像素单元中的所述多个红外线检测电容元件的输出信号，算出入射到布置有所述参考电容元件的部分的红外线的强度。
11.一种红外线传感器的驱动方法，该红外线传感器包括参考像素单元和连接在所述输出线与电源之间的串联电容元件，所述参考像素单元包括输出线、分别经由开关元件连接在该输出线与接地线之间的参考电容元件以及电容值随着已入射的红外线的强度而变化的多个红外线检测电容元件，其中该红外线传感器的驱动方法中包括步骤a，依次输出入射到所述参考像素单元中所包括的所述各个红外线检测电容元件的红外线的强度，所述步骤a，又包括步骤a1，在该步骤中，与所述参考电容元件相连接的所述开关元件为接通状态，将所述参考电容元件与所述输出线电气连接起来后，在所述参考电容元件与所述串联电容元件之间施加给定电压，这样来将基准电位读出到所述输出线，步骤a2，在所述步骤a1之后，与所述多个红外线检测电容元件中的一个红外线检测电容元件相连接的所述开关元件为接通状态，将所述一个红外线检测电容元件与所述输出线电气连接起来以后，将给定电压施加到所述一个红外线检测电容元件与所述串联电容元件之间，这样来将检测电位读出到所述输出线，以及步骤a3，在所述步骤a1和步骤a2之后，求出所述基准电位与所述检测电位的电位差值，将所求得的电位差值作为入射到所述一个红外线检测电容元件的红外线的强度的值输出。
12.根据权利要求11所述的红外线传感器的驱动方法，其中所述参考电容元件和红外线检测电容元件形成在红外线入射的像素域中，该红外线传感器的驱动方法中进一步包括步骤b，在所述步骤a之后，根据入射到所述多个红外线检测电容元件中与所述参考电容元件相邻布置着的红外线检测电容元件的红外线的强度的值，算出入射到所述像素域中的布置有所述参考电容元件的部分的红外线的强度的值。
13.根据权利要求12所述的红外线传感器的驱动方法，其中在所述步骤b中，求出已入射到与所述参考电容元件相邻布置着的红外线检测电容元件的红外线的强度的值的平均值。
全文摘要
红外线传感器包括被配置成矩阵状的多个参考像素单元2、对应于各个参考像素单元2而设的串联电容元件14。参考像素单元2中包括输出线30、经由控制开关17连接在输出线30和接地线之间的参考电容元件13、以及经由控制开关16连接在输出线30和接地线之间的多个红外线检测电容元件12。串联电容元件14与输出线30相连接。
文档编号G01J5/48GK101052862SQ200680001148
公开日2007年10月10日 申请日期2006年6月9日 优先权日2005年10月21日
发明者村田隆彦, 山口琢己, 春日繁孝, 山田隆善 申请人:松下电器产业株式会社