专利名称：检测电路、传感器装置及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测电路、传感器装置及电子设备等。
背景技术：
以往已知有使用热电元件的红外线检测电路。例如从人体辐射出波长在ΙΟμπι 附近的红外线，通过检测它能非接触地获取人体的存在或温度的信息。因此，通过利用这 样的红外线检测电路可实现入侵检测或物理量测量。此外· 利用使用FPA(Focal Plane Array 焦平面阵列)的红外线照相机，可以实现在车辆行驶时检测夜间的人等的身影并予 以显示的夜视设备或用于流感检疫等的热成像设备等。红外线的检测电路的现有技术，已知有例如专利文献1、2中公开的技术。例如在 专利文献1的现有技术中，使用斩波器(chopper)反复进行向热电元件的红外线的照射、遮 挡，与此同时读取来自热电元件的热电流。然而，现有技术中存在需要实现斩波器与FPA之间的同步，或者斩波器的寿命短 等问题。在专利文献2的现有技术中，采用了对热电元件施加脉冲电压的方式。也就是说， 通过强电介体实现的热电元件的自发极化量等根据入射至热电元件的红外线引发的热电 元件的温度的变化而发生变化。于是，通过测量与自发极化量等对应地变化的热电元件的 表面电荷量，可测量入射的红外线量。然而，在现有技术中存在检测电压的变化相对于温度变化缓慢，因而难以提高分 辨率、制造工序的变更导致偏差较大等问题。专利文献1 日本特开昭59-142427号公报专利文献2 日本特开平616M11号公报
发明内容
根据本发明的几种方式，可提供抑制制造工序的变动导致的偏差等且能很高地设 定分辨率的检测电路、传感器装置及电子设备等。本发明的一方式涉及的检测电路，包括电流镜电路；热电元件，设置在第一电源 节点与所述电流镜电路的第一节点之间；电容元件，设置在所述第一电源节点与所述电流 镜电路的第二节点之间；以及充电电路，所述充电电路经由所述电流镜电路进行所述热电 元件及所述电容元件的充电动作。根据本发明的一方式，在电流镜电路的第一节点与第一电源节点之间设置热电元 件，在电流镜电路的第二节点与第一电源节点之间设置电容元件。而且，利用充电电路经由 电流镜电路进行热电元件及电容元件的充电动作。这样，可以使用电容元件将对例如热电 元件进行充电时流过的电流的总量转换为电压。因此，可实现能很高地设定分辨率的检测 电路。此外，在本发明的一方式中，也可以在所给的充电期间通过所述充电电路进行了所述热电元件及所述电容元件的充电动作后，从所述第二节点获取检测电压。这样，仅在所给的充电期间内进行充电动作，可以在第二节点的电压稳定后获取 该电压作为检测电压。此外在本发明的一方式中，也可包含放电电路，设置在所述第一节点及所述第二 节点与所述第一电源节点之间，所述放电电路进行所述热电元件及所述电容元件的放电动作。这样，即使不使用斩波器等，也可以利用放电电路进行热电元件及电容元件的放 电动作从而做好通过充电动作来获取检测电压的准备。此外，在本发明的一方式中，也可以在从所述第二节点获取检测电压后，所述放电 电路进行所述热电元件及所述电容元件的放电动作。这样，可以在获取检测电压后进行热电元件及电容元件的放电动作，从而做好下 一次通过充电动作获取检测电压的准备。此外，在本发明的一方式中，上述热电元件可以是受红外线照射的热电元件，上述 电容元件可以是与红外线隔绝的热电元件。这样，将热电元件用作电容元件，则抑制制造工序的变更导致的偏差等，可获取稳 定的检测电压。此外，在本发明的一方式中，上述电流镜电路也可包含第一电流镜用晶体管，设 置在所述充电电路与所述第一节点之间，所述第一电流镜用晶体管的栅极及漏极连接至所 述第一节点；以及第二电流镜用晶体管，设置在所述充电电路与所述第二节点之间，所述第 二电流镜用晶体管的栅极连接至所述第一节点，漏极连接至所述第二节点。这样，通过设定第一、第二电流镜用晶体管的电流镜比等可实现检测电压的调整寸。此外，在本发明的一方式中，上述充电电路也可包括设置在第二电源节点与所述 电流镜电路之间的在所述热电元件及所述电容元件的充电期间导通、在所述热电元件及所 述电容元件的放电期间截止的至少一个充电用晶体管。
这样，通过控制充电用晶体管的导通、截止，可实现热电元件及电容元件的充电动作等。此外，在本发明的一方式中，也可以，包含定时调整电路，其中，在由所述定时调整 电路指示的第一定时所述充电电路开始所述热电元件及所述电容元件的充电动作，在由所 述定时调整电路指示的比所述第一定时迟的第二定时从所述第二节点获取检测电压。这样，可以在第一定时开始热电元件及电容元件的充电动作，在比第一定时迟的 第二定时从第二节点获取检测电压。此外，在本发明的一方式中，也可以，包含定时调整电路，其中，在由所述定时调整 电路指示的第二定时从所述第二节点获取检测电压，在由所述定时调整电路指示的比所述 第二定时迟的第三定时所述放电电路开始所述热电元件及所述电容元件的放电动作。这样，可以在第二定时从第二节点获取检测电压，在比第二定时迟的第三定时开 始热电元件及电容元件的放电动作。此外，本发明的另一方式涉及如下的传感器装置包含上述的任一所述的检测电 路以及定时调整电路，其中，在由所述定时调整电路指示的第一定时所述充电电路开始所述热电元件及所述电容元件的充电动作，在由所述定时调整电路指示的比所述第一定时迟 的第二定时从所述第二节点获取检测电压。此外，本发明的另一方式涉及如下的传感器装置包含上述的任一所述的检测电 路以及定时调整电路，其中，在由所述定时调整电路指示的第二定时从所述第二节点获取 检测电压，在由所述定时调整电路指示的比所述第二定时迟的第三定时所述放电电路开始 所述热电元件及所述电容元件的放电动作。此外，本发明的另一方式涉及如下的传感器装置传感器阵列，排列有多个传感器 单元；一条或多条行线；一条或多条列线；行选择电路，连接至所述一条或多条行线；以及 读取电路，连接至所述一条或多条列线，其中，在所述读取电路中与所述一条或多条列线中 的各列线对应地设置有电容元件，所述多个传感器单元中的各传感器单元包括电流镜电 路；热电元件，设置在第一电源节点与所述电流镜电路的第一节点之间；以及充电电路，所 述充电电路经由所述电流镜电路进行所述热电元件及所述电容元件的充电动作。根据本发明的另一方式，在读取电路中与各列线对应地设置电容元件。此外，各传 感器单元中设置电流镜电路、热电元件以及充电电路。然后，利用充电电路经由电流镜电路 来进行热电元件及电容元件的充电动作。这样，可以使用电容元件来将对热电元件充电时 流过的电流的总量转换为电压。因此，能实现可很高地设定分辨率的传感器装置。此外，本发明的另一方式中，所述各传感器单元也可以包括设置在所述第一节点 与所述第一电源节点之间的用于进行所述热电元件的放电动作的传感器单元侧放电电路。这样，可利用设置在各传感器单元上的传感器单元侧放电电路实现各传感器单元 的热电元件的放电动作。此外，本发明的另一方式中，所述读取电路也可以包括设置在所述列线与所述第 一电源节点之间的用于进行所述电容元件的放电动作的读取电路侧放电电路。这样，可利用设置在读取电路中的读取电路侧放电电路进行列线的放电动作。此外，本发明的另一方式涉及包含上述的任一所述的检测电路的电子设备。此外，本发明的另一方式涉及包含上述的任一所述的传感器装置的电子设备。
图1 (A)、图1 (B)是比较例的检测电路的说明图。图2 (A)、图2⑶是热电元件的放电特性的例子。图3是本实施方式的检测电路的基本结构例。
图4是设置了放电电路的检测电路的结构例。图5是设置了定时调整电路和电压获取电路的检测电路的结构例。图6是本实施方式的检测电路的详细的结构例。图7是说明本实施方式的检测电路的动作的信号波形图。图8是热电元件的磁滞回线的例子。图9是检测电路的温度-测量电压的特性的例。图10是本实施方式的检测电路的详细的另一结构例。图11是将热电元件用作电容元件的方法的说明图。图12是图12 (A)、图12⑶是传感器装置的结构例。
图13是传感器阵列及读取电路的详细的结构例。图14是本实施方式的电子设备的结构例。
具体实施例方式以下，详细地说明本发明的优选实施方式。另外，以下说明的本实施方式并不是对 权利要求书记载的本发明的内容的不当限定，作为本发明的解决手段，并不限于需要本实 施方式中说明的全部结构。1.比较例图I(A)中将上述的专利文献2的现有技术的电路结构作为比较例示出。该比较 例的检测电路包含热电元件11、脉冲产生电路12、阻抗变换电路13、图像信号生成部14。 而且，作为源极跟随器电路的阻抗变换电路13包括电阻R1、R2与FET。热电元件11入射红外线，从而热电元件11的热电体(强电介体)Ila上产生与热 电元件11的温度相应的自发极化。而且，与电极IlbUlC的表面电荷保持电中性。脉冲产生电路12产生图1⑶中所示的脉冲信号VP并向热电元件11施加电压。 另外，在未对热电元件11施加脉冲信号VP的电压的状态下，脉冲产生电路12的输出设定 为高阻抗状态。在图1 (B)的期间Tm中，通过脉冲产生电路12向热电元件11施加脉冲信号VP 的电压VDO时，节点ND的电压VD = VDO0因此，电荷被吸引至热电元件11的电极lib、 11c。具体地说，例如正电荷被吸引至正电位侧的电极11b，负电荷被吸引至负电位侧的电极 11c，从而进行热电元件11的充电动作。在接下的期间THl中，脉冲产生电路12停止施加电压VDO时，被吸引至热电元件 11的电极IlbUlc的充电电荷经由电阻Rl放电。例如正电荷从正电位侧的电极lib向电 阻Rl侧放电，负电荷从负电位侧的电极Ilc向电阻Rl侧放电。因此，检测电流ID流过电 阻Rl，将节点ND产生的电压VD获取为检测电压。此时，如图I(B)的Al所示，检测电压VD的电压变化形成与由热电元件11的电容 值和Rl的电阻值确定的CR的时间常数相对应的放电特性。而且，热电元件11的电容值随 温度升高而增大。因此，在温度高的情况下，如图I(B)的A2所示，检测电压VD的电压变化 与Al相比变得更缓慢。图1⑶中脉冲信号VP的周期为TP，在期间THl中，在期间I^l内充电至热电元件 11的全部电荷被放电之前，在下一期间TN2中再次施加电压VD0。因此，节点ND的电压VD 在期间TN2的开始时不是0V，而是VD = VDl。例如，若期间THl足够长，则向热电元件11充 电的全部电荷被放电，电极IlbUlc的电荷与自发极化的电荷变为电中和的状态，故VD变 为0V。而且，如上述那样，热电元件11的电容值随温度升高而增大。因此，从图I(B)的 Al、A2可知，温度越高，期间TN2开始时节点ND的电压VD越高。在以上的图I(A)的比较例中，通过向热电元件的两端施加电压(VDO)来对热电元 件充电，之后，使用电阻(Rl)将对热电元件放电时通过的电流(ID)的量转换为电压(VD)， 从而检测红外线的量。具体地说，如果经由电阻(Rl)放电的电流(ID)多，则向热电元件充电的电压(VD)急速地下降；如果放电的电流小的话，则充电后电压的下降变缓。于是，通过测量放电一定 时间(图I(B)的期间THl)后的热电元件的两端的电压(VD)来检测红外线的量。图2㈧是示出热电元件的放电特性的例子。图2㈧对应于图I(B)的A1、A2中 所示的电压VD的特性。如图2㈧的Bl所示，由于在紧跟着热电元件的放电动作之后，热电元件的两端的 电压(VD)变高，电压的测量变得容易。然而，在图2㈧的Bl中，电压相对时间变化较大， 故测量误差变大。也就是说，如果改变电压的测量定时(timing)(采样定时)，测量的电压 也有很大变化。另一方面，如图2(A)的B2所示，一旦热电元件的放电动作进行到某种程度，电压 降低变得缓慢，故测量误差变小。也就是说，即使改变电压的测量定时，测量的电压也不会 有很大的变化。然而，在图2㈧的B2中，电压较低，因此，电压的测量比较困难。图2(B)是示出与温度相对应的测量电压的特性的频率依赖性的图。即示出改变 图1⑶的脉冲信号VP的周期TP时的温度-测量电压的特性的图。例如，图1⑶中脉冲 信号VP的周期TP变长从而频率变低时(例如100Hz)，测量定时(VDl的采样定时)在时间 上延迟，因此测量电压(VDl)变低。另一方面，周期TP变短而频率变高(例如2KHz)时，由 于测量定时在时间上提前，因此测量电压变高。此外，在如图2(B)的B3中所示的高频率的区域(放电刚刚开始之后)中，温 度-测量电压的特性的线性严重走形，成为例如下凸的特性。另一方面，如B4所示，在低频 率的区域(放电进行到某种程度的定时)中，温度-测量电压的特性的线性性质也发生走 形，成为例如上凸的特性。其理由是，热电元件的温度特性原本是非线性的，其非线性的特 性随着温度而变化。这样，如果温度-测量电压的特性为非线性的话，可能产生测量误差。 例如在图2(B)中测量电压为VDA的情况下，或测定温度为TA，或温度为TB。此外，图2(A)中示出的比较例的输出电压(热电元件的两端的电压)是利用电阻 (Rl)将过渡性的电流(ID)转换成电压而得到的，未必是将电流的总量转换成电压而得到。 因而，此输出电压并未完全反映温度引起的热电元件的表面电荷量的变化。因此，输出电压 相对温度变化的变化变得缓慢。在更低的低频率的区域中，输出电压接近OV并饱和，故温 度梯度变得更小，温度差的检测变得非常困难。在以上的图I(A) 图2(B)的比较例中，能稳定地使用的频率范围较窄，一旦制造 工序偏差等使频率偏向高频率侧或低频率侧，测量性能容易恶化。也就是说，当脉冲信号的 时钟频率因工序偏差等而改变时测量精度恶化。而且，相对于温度变化输出电压的变化缓 慢，因此，还存在不能提高分辨率的问题。2.结构图3示出能解决以上问题的本实施方式的检测电路的基本结构。如图3所示，该检 测电路包含电流镜电路20以及充电电路30。而且，还可包含热电元件Cl和电容元件C2。热电元件Cl (红外线检测元件、热检测元件、强电介体元件)设置在电流镜电路20 的第一节点NAl (第一电流镜节点)与GND节点(广义上的第一电源节点)之间。此热电元 件Cl与图I(A)相同，由热电体(强电介体、热电膜)以及设置在热电体的两端的第一、第 二电极构成。热电体例如通过PZT (锆钛酸铅)等的强电介体的膜形成，并产生自发极化。 而且，如图I(B)的Al、A2中说明的那样，热电元件Cl的电容值随温度而变化。例如，温度因红外线的照射变高时，热电元件Cl的电容值变大。另外，也可以是不将热电元件Cl作为 结构要素包含在检测电路中的变形例。电容元件C2设置在电流镜电路20的第二节点NA2 (第二电流镜节点)与GND节点 (第一电源节点)之间。如上述那样，热电元件Cl的电容值随温度变化(红外线的变化) 而变化，但电容元件C2的电容值相对温度变化保持恒定，或电容值相对温度变化的变化程 度与Cl相比非常小。具体地说，如后述那样，电容元件C2由例如热电元件来实现。而且， 热电元件Cl被红外线照射，相反电容元件C2是与红外线隔绝的热电元件。另外，也可以是 不将电容元件C2作为结构要素包含在检测电路中的变形例。电流镜电路20使与经由节点NAl流向热电元件Cl的电流IAl相对应的电流 IA2(电流镜电流)经由节点NA2流向电容元件C2。例如使为IAl的K倍(K > 0)的电流 IA2作为充电电流流向电容元件C2。充电电路30经由电流镜电路20进行热电元件Cl及电容器C2的充电动作。例如， 充电用的控制信号XCG (负逻辑)变为活跃(active) (L电平)时，充电电路30的充电动作 开始。然后来自VCC的节点(广义上的第二电源节点)的电流经由电流镜电路20作为电 流IA1、IA2流向热电元件Cl、电容元件C2。由此，进行热电元件Cl及电容元件C2的充电动作。然后，通过充电电路30在所给的充电期间内进行热电元件Cl及电容元件C2的充 电动作后，将节点NA2的输出电压VOUT作为检测电压来获取。也就是说，A/D转换部等的 电压获取电路获取检测电压。例如对输出电压VOUT进行采样，对采样的输出电压VOUT进 行A/D转换，并获取与VOUT对应的数字检测数据。此时，如上所述，在向热电元件Cl照射红外线使Cl的温度上升且Cl的电容值增 加的情况下，电容值C2的电容值恒定或其变化值非常小。因此，一旦热电元件Cl的温度因 红外线的照射而上升，则相应地输出电压VOUT也变大，故可以检测红外线的量。在图4中示出了还设置有放电电路40的检测电路的结构例。该放电电路40设置 在电流镜电路20的第一、第二节点NA1、NA2与GND节点(第一电源节点)之间。进行热电 元件Cl及电容元件C2的放电动作。具体地说，放电电路40在从节点NA2获取检测电压后进行热电元件Cl及电容元 件C2的放电动作。例如，通过未图示的控制电路使控制信号XCG变为活跃(L电平)，则充 电电路30进行热电元件Cl及电容元件C2的充电动作，并获取检测电压。随后，控制信号 XCG变为非活跃(H电平)，放电电路40进行热电元件Cl及电容元件C2的放电动作。基于 此，C1、C2的两端的电极间的电压差被重置为0V。随后，控制信号XCG变为活跃(L电平)， 充电电路30进行热电元件Cl及电容元件C2的充电动作。另外，在图4中，使用1个控制信号XCG来控制充电动作与放电动作双方，但也可 设置与充电用的控制信号不同的放电用的控制信号来控制放电电路40的放电动作。图5示出进一步设置有定时调整电路50、电压获取电路60的检测电路的结构例。定时调整电路50是调整(指示、设定)检测电路的各种定时的电路。具体地说， 定时调整电路50指示作为充电电路30的充电开始定时的第一定时TM1、作为电压获取电 路60的检测电压获取定时的第二定时TM2、作为放电电路40的放电开始定时的第三定时 TM3等。这些第一、第二、第三定时TM1、TM2、TM3的指示可以利用第一、第二、第三控制信号CNT1、CNT2、CNT3 来实现。另外，也可如图4中说明的那样，使用共同的控制信号XCG来指示定时TMl (充电 开始定时)与定时TM3(放电开始定时)。电压获取电路60是获取节点NA2的检测电压VOUT的电路。具体地说，在定时调 整电路50指示的定时TM2获取(采样)检测电压V0UT。该电压获取电路60可通过例如 A/D转换部等来实现。图5中，充电电路30在定时调整电路50指示的定时TMl开始热电元件Cl及电容 元件C2的充电动作。具体地说，控制信号CNTl在定时TMl变为活跃，开始充电动作。然后， 在定时调整电路50指示的定时TM2，从节点NA2获取检测电压V0UT。具体地说，控制信号 CNT2在定时TM2变为活跃，电压获取电路60获取检测电压VOUT。这里，定时TM2是比定时 TMl迟的定时。也就是说控制信号CNT2比控制信号CNTl更迟地变为活跃。此外，图5中，在定时调整电路50指示的定时TM2，从节点NA2获取检测电压VOUT， 在定时调整电路50指示的定时TM3，放电电路40开始热电元件Cl及电容元件C2的放电动 作。具体地说，一旦控制信号CNT2在定时TM2变为活跃，则获取检测电压V0UT，一旦控制 信号CNT3在定时TM3变为活动，则开始放电动作。这里，定时TM3是比定时TM2迟的定时。 也就是说，控制信号CNT3比控制信号CNT2更迟地变为活跃。另外，在利用共同的控制信号(图4的XCG)作为控制信号CNT1、CNT3的情况下， 充电电路30在该共同控制信号变为第一电压电平(例如L电平)的定时TMl开始充电动 作，放电电路40在共同控制信号变为第二电压电平(例如H电平)的定时TM3开始放电动作。此外，在图5中说明了在检测电路的内部设置定时调整电路50或电压获取电路60 的情况，但也可在检测电路的外部设置定时调整电路50或电压获取电路60。例如，后述的 图12 (A)的传感器装置包含具有电流镜电路20、充电电路30、放电电路40的检测电路以及 定时调整电路50、电压获取电路60。在此情况下，例如定时调整电路50设置在图12(A)的 控制电路150中，电压获取电路60通过A/D转换部130来实现。通过设置图5的定时调整电路50，可调整或设定充电电路30的充电开始定时(定 时TMl)、电压获取电路60的检测电压获取定时(定时TM2)、放电电路40的放电开始定时 (定时TM3)。因而，能实现与热电元件Cl或电容元件C2的特性等相应的适当的定时控制。 此外，通过在定时TMl开始Cl及C2的充电动作、在定时TM2获取检测电压VOUT、在定时TM3 开始Cl及C2的放电动作，从而即使不使用斩波器等，也能在适当的定时进行充电动作或放 电动作，进而获取检测电压VOUT。3.详细的结构例图6是本实施方式的检测电路的详细的结构例。在图6中示出了电流镜电路20、 充电电路30、放电电路40的详细结构例。另外，本实施方式的检测电路不限于图6的结构， 可进行各种变形实施，例如省略其结构要素的一部分、或添加另外的结构要素、或改变连接 关系等。在图6，电流镜电路20包括第一电流镜用晶体管TAl以及第二电流镜用晶体管 TA2。P型电流镜用晶体管TAl设置在充电电路30 (节点NA3)与节点NAl之间，且栅极及 漏极连接至节点NAl。P型电流镜用晶体管TA2设置在充电电路30(节点NA4)与节点NA2之间，栅极连接至节点NA1、漏极连接至节点NA2。通过设定这些晶体管TA1、TA2的例如W/ L比来设定电流镜的电流比(IAl与IA2的电流比)。充电电路30包含充电用晶体管TA3、TA4。这些P型充电用晶体管TA3、TA4设置 在VCC节点(广义上的第二电源节点)与电流镜电路20(节点NA3、NA4)之间。具体地说， 充电用晶体管TA3的漏极节点连接至电流镜用晶体管TAl的源节点，充电用晶体管TA4的 漏极节点连接至电流镜用晶体管TA2的源节点。而且，充电用晶体管TA3、TA4在热电元件Cl及电容元件C2的充电期间内导通。 此外，TA3、TA4在C1、C2的放电期间内截止。具体地说，在控制信号XCG为L电平(活跃) 的情况下充电用晶体管TA3、TA4导通，在XCG为H电平(非活跃)的情况下TA3、TA4截止。另外，图6中设置两个充电用晶体管TA3、TA4，但充电用晶体管也可以是1个。在 此情况下，可以例如省略充电用晶体管TA4，并将充电用晶体管TA3的漏极节点连接至电流 镜用晶体管TAl及TA2的源节点。放电电路40包含放电用晶体管TA5、TA6。N型的放电用晶体管TA5、TA6设置在节 点ΝΑΙ、NA2与GND节点(第一电源节点)之间。具体地说，放电用晶体管TA5的漏极节点 连接至电流镜用晶体管TAl的漏极节点，放电用晶体管TA6的漏极节点连接至电流镜用晶 体管TA2的漏极节点。放电用晶体管TA5、TA6在热电元件Cl及电容元件C2的放电期间内导通。此夕卜， TA5、TA6在Cl、C2的充电期间内截止。具体地说，在控制信号XCG为H电平(非活跃)的 情况下放电用晶体管TA5、TA6导通，XCG为L电平(活跃)的情况下TA5、TA6截止。根据以上的本实施方式的检测电路，将对热电元件Cl充电时流过的电流的总量 用作依赖于热电元件Cl的表面电荷量的物理量。然后，用电流镜电路20获取该电流的总 量，并用电容元件C2将其转换为电压，从而检测红外线的量。也就是说，在图I(A)的比较 例中，通过用电阻Rl将放电期间(TH1、TH2)中流过的电流转换为电压，从而实现了红外线 检测。与此相对，本实施方式中，使用电容元件C2将在充电期间中对热电元件Cl充电时流 过的电流的总量转换为电压，从而检测红外线的量。图7是示出说明本实施方式的操作的信号波形例。如图7的Dl所示，如果控制信 号XCG变为H电平，则N型放电用晶体管TA5、TA6导通，节点NA1、NA2变为GND电平，从而 使热电元件Cl及电容元件C2放电。随后，如图7的D2所示，如果控制信号XCG变为L电平，则放电用晶体管TA5、TA6 截止而充电用晶体管TA3、TA4导通。基于此，经由电流镜电路20的电流镜用晶体管TA1、 TA2对热电元件Cl、电容元件C2充电。充电开始时，如图7的D3所示，热电元件Cl的一端的电压VTE上升至VCC-VTHP 附近，停止充电。另外，VTHP是P型晶体管TAl的阈值电压。此时，利用与对热电元件Cl充 电的电流成比例的电流来对电容元件C2充电。基于此，如图7的D4、D5、D6所示，节点NA2 的输出电压VOUT发生变化。这里，D4、D5、D6分别是温度低的情况、中间的情况、温度高的 情况下的输出电压。也就是说，照射至热电元件Cl的红外线的量变多则温度变高，随之，输 出电压VOUT变大。在图1 (A)的比较例中，检测在如图7的D7那样的放电期间内的电压变化，因此， 难以提高检测电压的分辨率。对此，本实施方式中将充电期间内流过的电流的总量转换为电压，进行检测。因此，如图7的D4、D5、D6所示，输出电压VOUT的相对于温度变化的变化 变大，从而可提高检测电压的分辨率。例如，在对热电元件Cl充电后的电荷的总量为Q1、对电容元件C2充电的电荷的总 量为Q2的情况下，如下式⑴、(2)那样使用晶体管TA1、TA2中流过的电流IA1、IA2来表 示 Q1、Q2。[数1]Ql = / IAl dt ... (1)Q2 = / IA2 dt ... (2)而且，在设电流镜电路20的电流镜比为K的情况下，Q2为下式(3)所示。[数2]Q2 = K · Ql ... (3)例如，若设定晶体管TA2的W/L比相对于晶体管TAl的W/L比的比例为1，则K = 1故Q2 = Q1。此外，若设定它们的W/L比的比例为2，则K = 2故Q2 = 2 · Q1。而且，设C2是电容值为CC2的常电介体的电容元件、且充电期间中的输出电压的 到达电压(检测电压)为VDT时，下式(4)成立。[数3]Q2 = CC2 · VDT — (4)因此，根据上式(3)与(4)，如下式(5)那样求出到达电压VDT，且如下式(6)所示， VDT与热电元件Cl的充电电荷总量Ql成比例。[数4]
权利要求
1.一种检测电路，其特征在于，包括 电流镜电路；热电元件，设置在第一电源节点与所述电流镜电路的第一节点之间； 电容元件，设置在所述第一电源节点与所述电流镜电路的第二节点之间；以及 充电电路，所述充电电路经由所述电流镜电路进行所述热电元件及所述电容元件的充 电动作。
2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，在所给的充电期间通过所述充电电路进行了所述热电元件及所述电容元件的充电动 作后，从所述第二节点获取检测电压。
3.根据权利要求1或2所述的检测电路，其特征在于，包括放电电路，设置在所述第一节点及所述第二节点与所述第一电源节点之间，所述放电 电路进行所述热电元件及所述电容元件的放电动作。
4.根据权利要求3所述的检测电路，其特征在于，在从所述第二节点获取检测电压后，所述放电电路进行所述热电元件及所述电容元件 的放电动作。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的检测电路，其特征在于， 所述热电元件是受红外线照射的热电元件，所述电容元件是与红外线隔绝的热电元件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的检测电路，其特征在于，所述电流镜电路包括 第一电流镜用晶体管，设置在所述充电电路与所述第一节点之间，所述第一电流镜用晶体管的栅极及漏极连接至所述第一节点；以及第二电流镜用晶体管，设置在所述充电电路与所述第二节点之间，所述第二电流镜用 晶体管的栅极连接至所述第一节点，漏极连接至所述第二节点。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的检测电路，其特征在于，所述充电电路包括设置在第二电源节点与所述电流镜电路之间的在所述热电元件及 所述电容元件的充电期间导通、在所述热电元件及所述电容元件的放电期间截止的至少一 个充电用晶体管。
8.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，包括 定时调整电路，其中，在由所述定时调整电路指示的第一定时所述充电电路开始所述热电元件及所述 电容元件的充电动作，在由所述定时调整电路指示的比所述第一定时迟的第二定时从所述 第二节点获取检测电压。
9.根据权利要求3所述的检测电路，其特征在于，包括 定时调整电路，其中，在由所述定时调整电路指示的第二定时从所述第二节点获取检测电压，在由所 述定时调整电路指示的比所述第二定时迟的第三定时所述放电电路开始所述热电元件及 所述电容元件的放电动作。
10.一种传感器装置，其特征在于，包括 权利要求1所述的检测电路；以及定时调整电路，其中，在由所述定时调整电路指示的第一定时所述充电电路开始所述热电元件及所述 电容元件的充电动作，在由所述定时调整电路指示的比所述第一定时迟的第二定时从所述 第二节点获取检测电压。
11.一种传感器装置，其特征在于，包括 权利要求3所述的检测电路；以及定时调整电路，其中，在由所述定时调整电路指示的第二定时从所述第二节点获取检测电压，在由所 述定时调整电路指示的比所述第二定时迟的第三定时所述放电电路开始所述热电元件及 所述电容元件的放电动作。
12.—种传感器装置，其特征在于，包括 传感器阵列，排列有多个传感器单元； 一条或多条行线；一条或多条列线；行选择电路，连接至所述一条或多条行线；以及 读取电路，连接至所述一条或多条列线，在所述读取电路中与所述一条或多条列线中的各列线对应地设置有电容元件， 所述多个传感器单元中的各传感器单元包括 电流镜电路；热电元件，设置在第一电源节点与所述电流镜电路的第一节点之间；以及 充电电路，所述充电电路经由所述电流镜电路进行所述热电元件及所述电容元件的充 电动作。
13.根据权利要求12所述的传感器装置，其特征在于，所述各传感器单元包括设置在所述第一节点与所述第一电源节点之间的用于进行所 述热电元件的放电动作的传感器单元侧放电电路。
14.根据权利要求12或13所述的传感器装置，其特征在于，所述读取电路包括设置在所述列线与所述第一电源节点之间的用于进行所述电容元 件的放电动作的读取电路侧放电电路。
15.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的检测电路。
16.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求10至14中任一项所述的传感器装置。
全文摘要
本发明提供一种抑制制造工序变更造成的偏差等、且能很高地设定分辨率的检测电路、传感器装置及电子设备等。该检测电路包括电流镜电路20；设置在电流镜电路20的第1节点NA1与第1电源节点之间的热电元件C1；设置在电流镜电路20的第2节点NA2与第1电源节点之间的电容元件C2；以及经由电流镜电路20进行热电元件C1及电容元件C2的充电动作的充电电路30。
文档编号G01J5/14GK102141445SQ201110002398
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月6日 优先权日2010年1月6日
发明者山村光宏 申请人:精工爱普生株式会社