检测装置、传感器装置以及电子设备的制作方法

专利名称：检测装置、传感器装置以及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测装置、传感器装置以及电子设备。
背景技术：
目前众所周知的是具有焦电元件(pyroelectric element)的红外线检测电路。 例如通过辐射波长为10 μ m左右的红外线对人体进行检测，从而可以非接触的方式获取人体的存在或温度信息。因此，利用这样的红外线检测电路可实现入侵检测或物理量的测量。 并且，如果利用使用了 FPA(Focal Plane Array 焦平面阵列)的红外摄像机，则可形成用于在车辆行驶时检测并显示夜间的人等身影的夜视仪和用于流感检疫等的热成像设备等。作为红外线检测电路的现有技术，众所周知的例如有专利文献1、2所公开的技术。在专利文献1的现有技术中，在利用断路器重复照射、截断向焦电元件的红外线的同时，读出来自焦电元件的焦电流。例如在专利文献2的现有技术中采用了对焦电元件施加脉冲电压的方式。即，由铁电体实现的焦电元件的自发极化量等随着向焦电元件入射的红外线引起的焦电元件的温度而变化。因此，通过测量随着自发极化量等而变化的焦电元件的表面电荷量，从而测量已入射的红外线量。但是，在这些现有技术中存在如下的问题不能避免因检测电路使用的晶体管的特性偏差而引起输出电压发生偏差，从而很难提高检测精度。现有技术文献专利文献专利文献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
本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种检测精度高的检测装置、传感器装置以及电子设备等。本发明第一方面的检测装置包括热传感器元件；检测电路，用于检测所述热传感器元件的一端的节点即检测节点的电压；以及读出电路，与所述检测电路的读出节点相连接，所述检测电路包括驱动晶体管，所述检测节点控制所述驱动晶体管的栅极，在编程期间，所述检测节点被编程为与所述驱动晶体管的阈值电压对应的电压值，在所述编程期间之后的读出期间，所述读出电路进行所述检测电路的检测结果的读出动作。根据本发明的第一方面，在编程期间可将检测节点的电压设定为与驱动晶体管的阈值电压相对应的电压值。这样可以消除驱动晶体管的阈值电压偏差产生的影响。其结果可降低晶体管的特性偏差等导致的输出信号电压的偏差，因此可提高例如检测装置的检测精度等。在本发明的第二方面中，所述检测电路可以包括设置在所述驱动晶体管的漏极与所述检测节点之间的编程用晶体管，所述编程用晶体管在所述编程期间处于导通状态， 在所述读出期间处于截止状态。据此，在编程期间编程用晶体管成为导通状态，从而驱动晶体管的栅极 源极间电压上升，栅极·源极间的寄生电容被充电，成为与阈值电压对应的值，该电压值通过寄生电容保持。另一方面，在读出期间，编程用晶体管成为截止状态，从而栅极·源极间的寄生电容由于焦电流被充电，驱动晶体管的栅极 源极间电压从与阈值电压对应的值进一步上升。 其结果，可减少驱动晶体管的阈值电压的偏差的影响。在本发明的第三方面中，所述读出节点可以是所述驱动晶体管的源极节点，所述读出电路读出所述驱动晶体管的所述源极节点的电压。据此，驱动晶体管栅极的电位由于焦电流而发生变化，通过栅极的电位变化，驱动晶体管的漏极电流发生变化，根据漏极电流的变化，源极节点的电位发生变化，因此读出电路可读出与焦电流对应的电压变化。在本发明的第四方面中，所述检测装置还可以包括补偿电路，设置在所述读出节点与第一电源节点之间，用于补偿所述驱动晶体管的电流供给能力的偏差。据此，由于可降低晶体管的移动程度或温度等的偏差引起的输出信号电压的偏差，因此可提高例如检测装置的检测精度等。在本发明的第五方面中，所述补偿电路可以包括设置在所述读出节点与所述第一电源节点之间的电阻元件或晶体管。据此，在驱动晶体管的电流供给能力高的情况下，读出节点的电位上升，驱动晶体管的漏极 源极间电压降低，从而漏极电流减少。并且，在驱动晶体管的电流供给能力低的情况下，读出节点的电位下降，驱动晶体管的漏极 源极间电压上升，从而漏极电流增加。通过这样，可补偿晶体管的电流供给能力的偏差。在本发明的第六方面中，所述检测电路可以包括设置在所述驱动晶体管的栅极与所述检测节点之间的开关用晶体管；以及设置在所述检测节点与所述第一电源节点之间的复位用晶体管，所述开关用晶体管在所述编程期间处于截止状态，在所述读出期间处于导通状态，所述复位用晶体管在所述编程期间处于导通状态，在所述读出期间处于截止状态。据此，在编程期间，检测节点通过复位用晶体管与第一电源节点电连接，因此不对热传感器元件施加电压。另一方面，在读出期间，检测节点通过开关用晶体管与驱动晶体管的栅极电连接，因此驱动晶体管的栅极 源极间电压由于焦电流发生变化。通过这样，由于不向热传感器元件施加电压就可进行编程，因此可提高检测精度等。在本发明的第七方面中，所述读出电路可以包括设置在所述读出节点与所述第一电源节点之间的电流总线用晶体管，所述电流总线用晶体管在所述编程期间处于导通状态，在所述读出期间处于截止状态。据此，在编程期间漏极电流从驱动晶体管向电流总线用晶体管流动，读出节点的电位上升，驱动晶体管的栅极 源极间电压被设定成与阈值电压对应的值。并且，该电压值通过栅极·源极间寄生电容而被保持，从而可进行阈值电压的编程。本发明的另一方面的传感器装置包括传感器阵列，具有多个传感器单元；一条或多条行线；一条或多条列线；与所述一条或多条行线连接的行选择电路；以及与所述一
5条或多条列线连接的读出电路，所述多个传感器单元中的每个传感器单元包括热传感器元件；以及检测电路，用于检测所述热传感器元件的一端的节点即检测节点的电压，所述检测电路包括驱动晶体管，所述检测节点控制所述驱动晶体管的栅极，在编程期间，所述检测节点被编程为与所述驱动晶体管的阈值电压对应的电压值，在所述编程期间之后的读出期间，所述读出电路进行与所述一条或多条列线中的每条列线连接的所述检测电路的检测结果的读出操作。根据本发明的另一方面，在编程期间，可将检测节点的电压设定成与驱动晶体管的阈值电压对应的电压值。因此可消除驱动晶体管的阈值电压偏差产生的影响。其结果可减少晶体管的特性偏差等引起的检测信号电压在各传感器单元之间的偏差，因此可提高传感器装置的检测精度等。本发明的其他方面涉及包括上述检测装置的电子设备。本发明的其他方面涉及包括上述传感器装置的电子设备。


图1(A)、图I(B)是使用了焦电流检测方式的红外线检测的说明图。
图2(A)至图2(C)是使用了极化量检测方式的红外线检测的说明图。
图3是检测装置的第一构成例。
图4是第一构成例的信号波形的--个例子。
图5是检测装置的第二构成例。
图6是检测装置的第三构成例。
图7是第三构成例的信号波形的--个例子。
图8是检测装置的第三构成例的变形例。
图9是第三构成例的变形例的信号波形的一个例子。
图10是检测装置的第四构成例。
图11是检测装置的第五构成例。
图12(A)、图12(B)是传感器装置的构成例。
图13是传感器阵列、读出电路的详细构成例。
图14是电子设备的构成例。
具体实施例方式以下就本发明的优选实施方式进行具体说明。此外，以下说明的本实施方式并不当地限制本发明保护范围所述的本发明的内容，作为本发明的技术手段，本实施方式中说明的全部构成并不是必须的。1.检测方式在本实施方式的检测装置中，使用热传感器元件(焦电元件、红外线检测元件、热型光检测元件、铁电体元件)作为用于检测红外线等的元件。热传感器元件的一个例子即焦电元件例如是使用了锆钛酸铅(PZT)等铁电体的元件，利用铁电体的自发极化量随温度变化来检测红外线。作为使用焦电元件的红外线检测方式，有焦电流检测方式、极化量检测方式和介电常数检测方式等。在本实施方式的检测装置中，使用焦电流检测方式和极化量检测方式。以下就焦电流检测方式和极化量检测方式的原理进行说明。图1(A)、图I(B)是使用了焦电流检测方式的红外线检测的说明图。焦电元件 10 (广义上的热传感器元件)包括焦电体(铁电体)11和电极12(lh、12b)。图ΚΑ)表示初始状态下的焦电体11的自发极化和在电极12a、12b产生的表面电荷。在初始状态下，不向焦电元件10照射红外线。并且，在该状态下自发极化量与表面电荷平衡、即电中性，电荷不移动。因此，在电阻元件RA中没有电流流动。图1⑶表示向焦电元件10照射红外线，焦电元件10的温度上升后的状态。一旦焦电元件10的温度上升，则焦电体11的自发极化量减少。其结果是，由于自发极化量与表面电荷的平衡被打破，因此如图I(B)所示，一部分表面电荷移动。由于该表面电荷的移动， 焦电流IA在电阻元件RA中流动。焦电元件10的温度变化越大，焦电流IA就越大，因此通过检测焦电流IA就可测量红外线源的温度。该焦电流虽然产生于焦电元件10的温度发生变化期间，而在焦电元件10的温度固定期间，由于自发极化量与表面电荷平衡，所以不产生焦电流。因此，焦电流检测方式是通过利用断路器等周期性地截断向焦电元件照射的红外线，从而使焦电元件的温度变化，产生焦电流。图2(A)至图2(C)是使用了极化量检测方式的红外线检测的说明图。图2(A)表示初始状态下的焦电体11的自发极化和在电极12a、12b产生的表面电荷。在初始状态下，自发极化量和表面电荷平衡、即电中性，电荷不移动。因此，在电阻元件RB中没有电流流动。 然后，如图2(B)所示，向焦电元件10施加电压VB。通过施加电压VB，从而一部分表面电荷消失，处于自发极化量和表面电荷之间平衡被打破的状态。然后，一旦如图2(C)所示，如果除去电压源，则电荷移动使自发极化量和表面电荷重新平衡，结果产生电流IB。如果所施加的电压VB恒定，则电流IB的电流值依存于焦电体11的自发极化量，且自发极化量依存于焦电体11的温度。因此，通过检测该电流IB，从而可检测红外线，并测量红外线源的温度。如上所述，在本实施方式的检测装置中，使用热传感器元件(焦电元件)作为检测红外线等的元件。在本实施方式的检测装置中，可使用焦电流检测方式和极化量检测方式的任何一种方式。2.检测装置图3示出了本实施方式的检测装置(红外线检测装置)的第一构成例。第一构成例是使用了上述的焦电流检测方式的红外线的检测装置，其包括焦电元件10、检测焦电元件10的一端的节点即检测节点m的电压的检测电路20以及与检测电路20的读出节点N2 连接的读出电路30。并且，本实施方式的检测装置不局限于图3的结构，可以省略其构成元件的一部分、置换成其他构成元件或添加其他构成元件等进行各种变形。例如作为晶体管 Tl T3可以不使用N型晶体管，而使用P型晶体管。焦电元件10 (热传感器元件、红外线检测元件、热型光检测元件、铁电体元件)构成为包括焦电体(焦电膜)和以将焦电体夹在中间的方式设置在两端的第一电极、第二电极。焦电体例如由PZT(锆钛酸铅)等铁电体膜形成，产生自发极化。由于温度越高该自发极化越小，因此如上所述，随着焦电元件的温度变化而产生焦电流。检测电路20包括栅极被检测节点m控制的驱动晶体管Tl以及设置在驱动晶体管Tl的漏极与检测节点m之间的编程用晶体管T2。由控制信号CMP控制编程用晶体管T2的栅极，在编程期间TP是导通(ON)状态，在读出期间TR是截止(OFF)状态。读出节点N2是驱动晶体管Tl的源极节点(source node)。读出电路30读出驱动晶体管Tl的源极节点的电压。读出电路30包括设置在读出节点N2与低电位侧电源节点VSS(广义上的第一电源节点)之间的电流总线用晶体管T3。电流总线用晶体管T3在编程期间TP是导通状态， 在读出期间TR是截止状态。以下就第一构成例的动作进行说明。在编程(program)期间TP，检测节点m被编程为与驱动晶体管Tl的阈值电压对应的电压值。并且在编程期间TP之后的读出期间TR， 读出电路30进行检测电路20的检测结果的读出动作。具体地，在编程期间TP，控制信号CMP是H电平(高电位电平)，编程用晶体管T2 和电流总线用晶体管T3是导通状态。通过导通T2，检测节点m即驱动晶体管Tl的栅极的电位上升。通过Tl的栅极的电位上升，从而Tl成为导通状态，漏极电流在Tl和T3中流动。因此，施加在Tl的栅极和源极之间的寄生电容CS上的电压成为与Tl的阈值电压对应的值，该电压值通过被寄生电容CS充电的电荷而被保持。S卩，与Tl的阈值电压对应的电压值被编程。另外，除了寄生电容CS，也可将电压保持用电容器设置在Tl的栅极和源极之间。 在该编程期间TP，通过未图示的入射光控制机构(入射光控制部件、断路器)截断红外线， 焦电元件10的温度不发生变化。以下作为入射光控制机构的一个例子，就断路器进行具体说明。另一方面，在读出期间TR，控制信号CMP是L电平(低电位电平)，编程用晶体管 T2和电流总线用晶体管T3是截止状态。并且在读出期间TR，向焦电元件10照射红外线， 其结果焦电元件10的温度上升，产生焦电流。通过该焦电流，Tl的栅极 源极间寄生电容 CS被充电，检测节点m的电位从被编程的电压(与Tl的阈值电压对应的电压值)进一步上升。检测节点m的电位高于Tl的阈值电压，从而产生Tl的漏极电流，其结果，读出节点 N2的电位上升。包括在读出电路30中的增强器(放大器)AMP对该电压变化进行放大。如上所述，在编程期间tp，检测节点m的电位被设定成与驱动晶体管τι的阈值电压对应的电压值，因此即使Tl的阈值电压发生偏差，也可消除偏差产生的影响。在将多个传感器单元配置成阵列状的传感器阵列等中，因包括在各传感器单元的检测电路中的晶体管的阈值电压的偏差，即使红外线源的温度相同，读出的输出信号电压也有可发生偏差。根据本实施方式的检测装置，可降低包括在检测电路中的晶体管的阈值电压的偏差而引起的输出信号电压的偏差。其结果可提高检测装置的检测精度。图4是第一构成例(图3)的信号波形的一个例子。图4示出了控制信号CMP、断路器信号CHP (广义上的入射光控制信号)、驱动晶体管Tl的栅极 源极间电压VGS以及读出节点N2的电压V(N2)(输出信号电压)。断路器信号CHP是用于控制断路器(广义上的入射光控制机构)的信号，在激活电平(active level)期间向焦电元件10入射红外线，在非激活电平期间截断红外线。如图4所示，在编程期间TP，在截断了红外线的状态下，驱动晶体管Tl的栅极 源极间电压VGS被设定(被编程)为Tl的阈值电压VHT (图4的A3)。然后，在读出期间TR，入射红外线，产生焦电流，VGS随着焦电元件10的温度变化而变化。例如在图4中，如果对象物(红外线源)的温度低，则VGS如Al所示地发生变化。并且，如果对象物的温度高，则VGS如A2所示地发生变化。根据该VGS的变化，读出节点N2 的电压V (N2)如Bl (低温情况下)或B2 (高温情况下)所示地变化。图5示出了本实施方式的检测装置的第二构成例。第二构成例是在上述的第一构成例(图幻中再添加两个晶体管T4、T5。通过这样，可在编程期间TP不对焦电元件10施加电压。在第二构成例中，检测电路20包括P型的开关用晶体管Τ4和N型的复位用晶体管Τ5。开关用晶体管Τ4设置在驱动晶体管Tl的栅极与检测节点m之间。复位(reset) 用晶体管T5设置在检测节点m与低电位侧电源节点VSS (广义上的第一电源节点)之间。开关用晶体管T4在编程期间TP是截止状态，在读出期间TR是导通状态。复位用晶体管T5在编程期间TP是导通状态，在读出期间TR是截止状态。因此在编程期间TP，检测节点m与低电位侧电源节点VSS电连接，与Tl的栅极非电连接，因此，焦电元件10上未被施加电压。另一方面，在读出期间TR，Nl电连接于Tl的栅极，因此通过焦电流充电寄生电容CS，Tl的栅极·源极间电压发生变化。这样，由于在编程期间TP焦电元件10未被施加电压，因此可提高检测装置的精度。并且，驱动晶体管Tl、编程用晶体管T2以及电流总线用晶体管T3的动作与第一构成例(图3)的相同，因此省略说明。图6示出了本实施方式的检测装置的第三构成例。第三构成例是使用极化量检测方式的检测装置。在第三构成例中，检测电路20包括P型驱动晶体管T11、N型编程用晶体管T21以及电阻元件R1。电阻元件Rl设置在检测节点m与低电位侧电源节点VSS之间。 读出电路30与上述的第一、第二构成例相同。图7示出了第三构成例(图6)的信号波形的一个例子。以下根据图7就第三构成例的动作进行说明。在初始状态下，控制信号CMP是L电平(低电位电平)，编程用晶体管T21和电流总线用晶体管T3是截止状态。并且，检测节点m是L电平，因此驱动晶体管Tll是导通状态，读出节点N2是H电平(高电位电平)。在接下来的编程期间TP，控制信号CMP是H电平，编程用晶体管T21和电流总线用晶体管T3是导通状态。漏极电流从Tll向T3流动，因此读出节点N2的电位变成由Tll 和T3的导通电阻的比决定的电压。另一方面，通过变成导通状态的T21，N2的电位反馈到附，因此检测节点m的电位上升。如果m的电位上升，且τιι的栅极 源极间电压VGS高于Tll的阈值电压VTH(使VTH <0)，则Tll成为截止状态，因此m的电位下降。然后，如果TII的VGS低于VTH，则TII再次成为导通状态，因此m的电位上升。这样，m的电位最终被设定为VDD+VTH。S卩，Tll的栅极·源极间电压VGS被设定成VTH(图7的C3)。该电压值被Tll的栅极·源极间寄生电容CS保持，从而与阈值电压VTH对应的电压值被编程。 并且通过检测节点m的电位上升，对焦电元件10施加电压。在接下来的读出期间TR，控制信号CMP成为L电平，T21、T3成为截止状态。由于不再对焦电元件10施加电压，因此放电电流从焦电元件10通过电阻元件Rl流动。检测节点W的电位由于该放电而下降，从而Tll成为导通状态，读出节点N2的电位上升。由于极化量根据焦电元件10的温度而不同，因此m的电压下降速度不同，其结果N2的电压上升速度也将不同。例如在图7中，在低温时如C1、D1所示地迅速变化，在高温时如C2、D2所示地缓慢变化。通过检测该电压变化，从而可测量红外线源的温度。
图8示出了本实施方式的检测装置的第三构成例的变形例。在图8的构成中，读出电路30还包括输出复位用晶体管T4。该输出复位用晶体管T4设置在读出节点N2与低电位侧电源节点VSS之间，在即将进入读出期间TR之前(即编程期间TP的最后时刻)使读出节点N2的电位复位到L电平(低电位电平)。这样，读出期间TR的读出节点N2的电压变化增大，因此容易检测电压变化，并可进一步提高温度检测的精度。图9示出了第三构成例的变形例(图8)的信号波形的一个例子。初始状态和编程期间TP的前半部分的动作与图7所示的第三构成例的动作相同。在编程期间TP的前半部分，检测节点W的电位被设定成VDD+VTH(VTH是Tll的阈值电压，设VTH < 0)后，控制信号CMP成为L电平，复位信号RST暂时成为H电平。由于复位信号RST成为H电平，从而输出复位用晶体管T4形成导通状态，因此读出节点N2的电位下降到L电平(或接近L电平)(图9的F3)。在接下来的读出期间TR，如上所述，通过焦电元件10的放电，检测节点m的电位下降，从而Tll成为导通状态，读出节点N2的电位上升。例如在图9中，在低温时如E1、F1 所示地快速变化，在高温时如E2、F2所示地缓慢变化。通过检测该电压变化，从而可检测红外线源的温度。图10示出了本实施方式的检测装置的第四构成例。第四构成例是使用焦电流检测方式的检测装置，其包括补偿驱动晶体管Tl的电流供给能力的偏差的补偿电路40。补偿电路40包括设置在读出节点N2与低电位侧电源节点VSS(广义上的第一电源节点)之间的电阻元件R2。通过设置电阻元件R2，从而形成电流总线，因此可省略读出电路30的电流总线用晶体管T3。如上所述，根据本实施方式的检测装置，可补偿驱动晶体管Tl的阈值电压的偏差。但是不能补偿因驱动晶体管Tl的移动程度的偏差或温度偏差等引起的电流供给能力的偏差。根据第四构成例，通过设置补偿电路40，从而可补偿电流供给能力的偏差，并可实现更高精度的检测装置。在驱动晶体管Tl的电流供给能力高的情况下，在电阻元件R2中流动的电流增加。 这样读出节点N2的电位上升，因此Tl的漏极·源极间电压降低。由于Tl的漏极·源极间电压降低，从而Tl的漏极电流减少。相反在驱动晶体管Tl的电流供给能力低的情况下，在电阻元件R2中流动的电流减少。这样读出节点N2的电位降低，因此Tl的漏极 源极间电压上升。由于Tl的漏极 源极间电压上升，从而Tl的漏极电流增加。通过这样设置补偿电路40，从而可得到消除晶体管的电流供给能力的偏差而产生的影响的效果，因此可抑制Tl的电流供给能力的偏差。其结果，可实现更高精度的检测装置。图11示出了本实施方式的检测装置的第五构成例。第五构成例是使用焦电流检测方式的检测装置，其与第四构成例同样地包括补偿电路40。在第五构成例中，补偿电路 40包括两个晶体管T6、T7和电阻元件R3。晶体管T6设置在读出节点N2与低电位侧电源节点VSS(广义上的第一电源节点)之间。电阻元件R3设置在高电位侧电源节点VDD(广义上的第二电源节点)与T6的栅极之间。晶体管T7设置在T6的栅极与低电位侧电源节点VSS之间，向T7的栅极施加基准电压VREF。与第四构成例相同，根据第五构成例，通过设置补偿电路40，可补偿晶体管的电流供给能力的偏差，从而实现更高精度的检测装置。可以同样地考虑使各晶体管的电流供给能力发生偏差。例如，如果向驱动晶体管 Tl的电流供给能力向高方向偏差，则T7的电流供给能力也变高。如果T7的电流供给能力变高，则T7的漏极电位即T6的栅极的电位降低。由于T6的栅极·源极间电压降低，所以读出节点N2的电位上升，Tl的漏极 源极间电压降低。由于T6的栅极 源极间电压降低， 所以Tl的漏极电流减少。相反如果向驱动晶体管的电流供给能力向低方向偏差，则T6的栅极 源极间电压上升，读出节点N2的电位降低。其结果，Tl的漏极 源极间电压上升，Tl的漏极电流增加。通过这样设置补偿电路40，从而可得到消除晶体管的电流供给能力的偏差而产生影响的效果，因此可抑制Tl的电力供给能力的偏差。其结果可实现更高精度的检测装置。如上所述，根据本实施方式的检测装置，可补偿晶体管的阈值电压的偏差，因此可进行高精度的红外线检测等。此外，通过设置补偿电路，可补偿晶体管的移动程度和温度等的偏差而引起的电流供给能力的偏差，因此可进一步提高检测精度。并且，在后述的传感器阵列的构成中，如图10、图11所示，可形成针对各传感器单元设置补偿电路40的结构，且也可形成按每一纵列(列)设置的结构。3.传感器装置图12(A)示出了本实施方式的传感器装置的构成例。该传感器装置包括传感器阵列100、行选择电路(行驱动器)110以及读出电路120。并且也可包括A/D转换部130、列扫描电路140以及控制电路150。通过使用该传感器装置，从而可实现例如夜视仪等所使用的红外线摄像机等。在传感器阵列100 (焦平面阵列)上排列(配置)有多个传感器单元。并且设置有多条行线(字线、扫描线)和多条列线(数据线)。此外，行线和列线中的一者的数量也可是一条。例如行线为一条的情况下，在图12(A)中，在沿着行线的方向(横向)排列有多个传感器单元。而在列线为一条的情况下，沿着列线方向(纵向)排列有多个传感器单元。如图12⑶所示，传感器阵列100的各传感器单元被配置(形成)在与各行线和各列线交叉位置对应的部位。例如图12(B)的传感器单元被配置在与行线WLl和列线DLl 的交叉位置对应的部位。其他传感器单元也是一样。行选择电路110与一条或多条行线连接。并且，进行各行线的选择动作。例如以图12⑶的QVGA (320 X 240像素)的传感器阵列100(焦平面阵列)为例，进行依次选择 (扫描)行线Wi)、ffLl、ffL2*"ffL239的动作。即向传感器阵列100输出选择这些行线的信
号(字选择信号)。读出电路120与一条或多条列线连接。并且，进行各列线的读出操作。以QVGA的传感器阵列100为例，进行读出来自列线DL0、DL1、DL2*"DL319的检测信号(检测电流、检测电荷)的动作。通过将已说明的检测装置的第一至第五构成例的读出电路30与各列线对应地配置，从而可实现该读出电路120。A/D转换部130进行将在读出电路120获取的检测电压(测量电压、极限电压)A/ D转换成数字数据的处理。并且，输出A/D转换后的数字数据D0UT。具体是在A/D转换部 130中，与多条列线的各列线对应地设置有各A/D转换器。然后，各A/D转换器进行在所对应的列线通过读出电路120获取的检测电压的A/D转换处理。此外，也可与多条列线对应地设置一个A/D转换器，并利用该一个A/D转换器将多条列线的检测电压分时地进行A/D转换。列扫描电路140用于进行以下动作依次选择(扫描)各列(纵列)，将各列的A/ D转换后的数字数据作为时间序列数据进行输出。并且，也可不设置列扫描电路140，而并联(平行)输出各列的数字数据。控制电路150(定时生成电路)生成各种控制信号，并向行选择电路110、读出电路 120、A/D转换部130、列扫描电路140输出。例如生成充电或放电(复位)的控制信号并输出。或者生成控制各电路的定时的信号并输出。图13示出了传感器阵列100和读出电路120的具体结构例。此外，在图13中，虽然传感器单元以及读出电路使用了第一构成例(图3)，但也可组合图5、图6、图8、图10以及图11所示的各种结构、方法来实施变形。各传感器单元包括焦电元件10 (广义上的热传感器元件)和检测焦电元件10的一端的节点即检测节点m的电压的检测电路20。检测电路20包括通过检测节点m控制栅极的驱动晶体管Tl。在编程期间TP，检测节点m被编程为与驱动晶体管Tl的阈值电压对应的电压值。在后续编程期间TP的读出期间TR，读出电路120进行与一条或多条列线 DL(DL0 DL319)的各列线连接的检测电路的检测结果的读出动作。具体地，在选择例如行线Wi)的情况下，栅极与行线mi)连接的晶体管TW成为导通状态。并且，与行线札0对应的一个或多个传感器单元分别与对应的列线DL(DL0 DL319)电连接。此时，未选择行线WD以外的行线札OVLl 札239)。在编程期间TP，控制信号CMP是H电平(高电位电平)，所选传感器单元的编程用晶体管T2和读出电路120的电流总线用晶体管T3是导通状态。通过T2导通，从而检测节点m即驱动晶体管Tl的栅极的电位上升。通过Tl的栅极的电位上升，Tl成为导通状态， 漏极电流在Tl和T3中流动。因此，施加在Tl的栅极和源极之间的寄生电容CS上的电压成为与Tl的阈值电压对应的值，该电压值通过充电给寄生电容CS的电荷而被保持。即，与 Tl的阈值电压对应的电压值被编程。并且，除了寄生电容CS，也可将电压保持用电容器设置在Tl的栅极和源极之间。在该编程期间TP，红外线被断路器截断，焦电元件10的温度不发生变化。而在读出期间TR，控制信号CMP是L电平(低电位电平)，编程用晶体管T2和电流总线用晶体管T3是截止状态。并且在读出期间TR，向焦电元件10照射红外线，其结果焦电元件10的温度上升，产生焦电流。通过该焦电流，Tl的栅极·源极间寄生电容CS被充电，检测节点m的电位上升。由于读出节点N2的电位根据检测节点m的电位变化而发生变化，因此包括在读出电路120中的增幅器(放大器)AMP对该变化进行放大。这样，按纵列(列)读出来自与行线Wi)对应的一个或多个传感器单元的检测信号。然后，依次选择其他的行线ffL(WLl WL239)，与上述相同地读出各传感器单元的检测信号。如上所述，由于初始状态(即红外线被截断的状态)下的检测节点m的电位被设定成与驱动晶体管Tl的阈值电压对应的电压值，因此即使Tl的阈值电压存在偏差，也可抑制偏差的影响。在传感器阵列等中，由于各传感器单元的晶体管的阈值电压的偏差，即使红外线
12源的温度相同，在传感器单元之间读出的信号电压也担心发生偏差。根据本实施方式的传感器装置，可降低包括在各传感器单元中的晶体管的阈值电压的偏差引起的检测信号电压 (读出信号电压)的偏差。其结果，可提高传感器装置的检测精度(分辨率)。此外，对于编程期间TP和读出期间TR的定时，除了如上所述地依次按每一行重复进行编程和读出的方法以外，还可有各种方法。例如也存在如下的方法在测量红外线之前同时对所有的传感器单元进行编程。4.电子设备图14示出了包括本实施方式的检测装置或传感器装置的电子设备的构成例。该电子设备例如是红外线摄像机，包括光学系统200、传感器装置210、图像处理部220、处理部230、存储部M0、操作部250以及显示部沈0。并且，本实施方式的电子设备不局限于图 14的结构，也可进行如下的各种变形省略其一部分构成元件(例如光学系统、操作部、显示部等)或添加其他的构成元件等。光学系统200例如包括一个或多个透镜、和驱动这些透镜的驱动部等。并且，向传感器装置210进行物体图像的成像等。并且根据需要调整焦距等。传感器装置210是在图12(A)等中说明的装置，其用于进行物体图像的摄像处理。 图像处理部220基于来自传感器装置210的数字图像数据(像素数据)来进行图像校正处理等各种图像处理。处理部230进行电子设备的整体控制或进行电子设备内的各模块的控制。该处理部230例如由CPU等实现。存储部240用于存储各种信息，例如作为处理部230和图像处理部220的工作区而发挥作用。操作部250是用于操作电子设备的接口，例如由各种按钮或⑶I (graphic userinterface，图形用户界面)界面等实现。显示部260例如是用于显示通过传感器装置210获取的图像和GUI界面等，并通过液晶显示器或有机EL显示器等各种显示器来实现。并且，本实施方式也可应用于例如对夜间的物体图像进行摄像的夜视仪、获取物体的温度分布的热成像设备、检测有人侵入的入侵检测设备、分析(测量)物体的物理信息的分析设备(测量设备)、检测火灾或发热的消防安全设备以及设置在工厂等中的 FA(factory automation，工厂自动化)设备等各种电子设备。以上就本实施方式进行了具体说明，但在实际不脱离本发明的新事项以及效果的范围内可进行各种变形，这是本领域技术人员可以理解的。因此，这样的变形例都属于本发明的范围。例如在说明书或附图中，至少一次与更广义的或同义的不同术语(第一电源节点、第二电源节点)同时记载的术语(VSS节点、VDD节点)在说明书或附图中的任何部分都可置换成该不同的术语。并且，检测装置、传感器装置以及电子设备的构成、动作也不局限于本实施方式中的说明，可进行各种变形。符号说明
10焦电元件11焦电体
12电极20检测电路
30读出电路40补偿电路
100传感器阵列110行选择电路(行驱动器)
120读出电路130A/D转换部
140列扫描电路150控制电路
200光学系统210传感器装置
220图像处理部230处理部(CPU)
240存储部250操作部
260显示部CMP控制信号
CS栅极·源极间寄生电容m检测节点
N2读出节点Tl驱动晶体管
T2编程用晶体管T3电流总线用晶
权利要求
1.一种检测装置，其特征在于，包括 热传感器元件；检测电路，用于检测所述热传感器元件的一端的节点即检测节点的电压；以及读出电路，与所述检测电路的读出节点相连接，所述检测电路包括驱动晶体管，所述检测节点控制所述驱动晶体管的栅极， 在编程期间，所述检测节点被编程为与所述驱动晶体管的阈值电压对应的电压值， 在所述编程期间之后的读出期间，所述读出电路进行所述检测电路的检测结果的读出动作。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测电路包括设置在所述驱动晶体管的漏极与所述检测节点之间的编程用晶体管，所述编程用晶体管在所述编程期间处于导通状态，在所述读出期间处于截止状态。
3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于， 所述读出节点是所述驱动晶体管的源极节点，所述读出电路读出所述驱动晶体管的所述源极节点的电压。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其特征在于，还包括补偿电路，设置在所述读出节点与第一电源节点之间，用于补偿所述驱动晶体管的电流供给能力的偏差。
5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述补偿电路包括设置在所述读出节点与所述第一电源节点之间的电阻元件或晶体管。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述检测电路包括设置在所述驱动晶体管的栅极与所述检测节点之间的开关用晶体管；以及设置在所述检测节点与所述第一电源节点之间的复位用晶体管，所述开关用晶体管在所述编程期间处于截止状态，在所述读出期间处于导通状态，所述复位用晶体管在所述编程期间处于导通状态，在所述读出期间处于截止状态。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述读出电路包括设置在所述读出节点与所述第一电源节点之间的电流总线用晶体管，所述电流总线用晶体管在所述编程期间处于导通状态，在所述读出期间处于截止状态。
8.—种传感器装置，其特征在于，包括 传感器阵列，具有多个传感器单元；一条或多条行线； 一条或多条列线；与所述一条或多条行线连接的行选择电路；以及与所述一条或多条列线连接的读出电路，所述多个传感器单元中的每个传感器单元包括热传感器元件；以及检测电路，用于检测所述热传感器元件的一端的节点即检测节点的电压，所述检测电路包括驱动晶体管，所述检测节点控制所述驱动晶体管的栅极， 在编程期间，所述检测节点被编程为与所述驱动晶体管的阈值电压对应的电压值， 在所述编程期间之后的读出期间，所述读出电路进行与所述一条或多条列线中的每条列线连接的所述检测电路的检测结果的读出操作。
9.一种电子设备，其特征在于，包括根据权利要求1至7中任一项所述的检测装置。
10.一种电子设备，其特征在于，包括根据权利要求8中所述的传感器装置。
全文摘要
本发明公开了检测装置、传感器装置以及电子设备。该检测装置包括热传感器元件、与热传感器元件的检测节点连接的检测电路、以及与检测电路的读出节点连接的读出电路，检测电路包括通过检测节点控制栅极的驱动晶体管。在编程期间，检测节点被编程为与驱动晶体管的阈值电压相对应的电压值，在编程期间之后的读出期间，读出电路进行检测电路的检测结果的读出动作。
文档编号G01J5/10GK102192789SQ201110025800
公开日2011年9月21日 申请日期2011年1月24日 优先权日2010年1月26日
发明者堀内浩 申请人:精工爱普生株式会社