紅外線傳感器及其驅動方法
2023-05-30 22:25:01
專利名稱：紅外線傳感器及其驅動方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測從物體及人體放出的紅外線的紅外線傳感器及其驅動方法。
背景領域 因為用來檢測從以人體為首的物體輻射出的紅外線的紅外線傳感器是通過非接觸方式來獲得物體的存在、溫度等信息的，所以期待著它能在各個領域中得到利用。特別是，因為將多個紅外線傳感器排列成矩陣狀的紅外線傳感器能夠得到二維的紅外線圖像，所以就期待著它有更加廣泛的應用。因為這樣的紅外線傳感器不需要冷卻、扼流電路，所以施加電場來檢測介電常數隨溫度的變化情況的介質輻射熱計就是很有希望的了。
圖12顯示的是現有的介質輻射熱計型紅外線傳感器的信號讀出電路。如圖12所示，串聯電容元件201和紅外線檢測電容元件202經由連接點210而串聯連接。紅外線檢測電容元件202具有電容隨著入射到元件的紅外線的強度而變化的特性。在紅外線尚未入射的情況下，將紅外線檢測電容元件202和串聯電容元件201的電容值設定得相等。
串聯電容元件201和紅外線檢測電容元件202上分別連接著驅動用交流電源204和交流電源205，交流電源204和交流電源205振幅相等，相位相反。
連接點210經由電晶體203連接在輸出端子206上，藉助由信號線Ssw使電晶體203為接通狀態，便能夠在輸出端子206取到連接點210的電位。
連接點210的電位，由串聯電容元件201和紅外線檢測電容元件202的電容值、交流電源204和交流電源205的電壓(振幅)決定。如圖19所示，在紅外線入射到紅外線檢測電容元件202中，紅外線檢測電容元件202的電容值增加的情況下，便能得到如圖19中A那樣的輸出曲線。補充說明一下，在圖19中曲線C和曲線D分別表示交流電源204和交流電源205的輸出電壓。
在紅外線尚未照射到紅外線檢測電容元件202的情況下，串聯電容元件201和紅外線檢測電容元件202的電容值相等，如圖13中的B曲線所示，連接點210的電位一直是0。因此，能夠高精度地檢測出紅外線(參考例如專利文獻1)。
專利文獻1特開2002-365130發明內容發明要解決的技術問題 但是，因為所述現有的紅外線傳感器需要一個紅外線檢測電容元件和一個串聯電容元件，所以出現的問題就是與沒有串聯電容元件的情況相比，紅外線檢測電容元件在像素中所佔的比率即開口率變小。特別是，在將多個紅外線傳感器設置為矩陣狀的情況下，對像素的面積的限制增大，開口率的下降就成了更大的問題。
另一個問題是，在紅外線尚未入射時紅外線檢測電容元件的電容值和串聯電容元件的電容值存在偏差的情況下，問題是，由於輸出中出現了偏置，測量精度下降。若為防止測量精度由於偏置而下降設置上對偏置進行校正的電路，問題就是開口率會進一步下降。
本發明正是為解決上述問題而研究開發出來的，其目的在於在使開口率下降的情況下，就能實現測量精度很高的紅外線傳感器。用以解決問題的技術方案 為達成所述目的，本發明是這樣的一種結構，將紅外線傳感器連接到多個紅外線檢測電容元件共用的串聯電容元件和參考電容元件上。
具體而言，本發明所涉及的紅外線傳感器，包括多個參考像素單元，該多個參考像素單元布置成矩陣狀，各個參考像素單元中包括輸出線、經由開關元件連接在該輸出線與接地線之間的參考電容元件以及電容值隨著已入射的紅外線的強度而變化的多個紅外線檢測電容元件以及多個串聯電容元件，各個串聯電容元件對應於所述各個參考像素單元而設且連接在所述輸出線與電源之間。
根據本發明的紅外線傳感器，因為串聯電容元件是對應於含有紅外線檢測電容元件的各個參考像素單元而設置的，所以能夠將串聯電容元件在紅外線檢測電容元件中所佔有的面積抑制得很小。因此，能夠使開口率提高。另外，因為參考像素單元包括參考電容元件，所以通過使用參考電容元件便能使偏置的影響減小，從而使測量精度提高。再就是，因為對多個紅外線檢測電容元件設置了一個參考電容元件，所以能夠抑制開口率由於參考電容元件的存在而下降。
最好是，在本發明的紅外線傳感器中，參考電容元件的電容值、串聯電容元件的電容值與紅外線尚未入射時的紅外線檢測電容元件的電容值相等。做成這樣的結構後，便能可靠地使偏置的影響減小。
最好是，在本發明的紅外線傳感器中，在參考像素單元中，參考電容元件和紅外線檢測電容元件呈一維排列。
最好是，在本發明的紅外線傳感器中，在參考像素單元中，參考電容元件和紅外線檢測電容元件呈二維排列。
最好是，在本發明的紅外線傳感器中，各個串聯電容元件被設置在紅外線入射的像素域的外側區域。
最好是，在本發明的紅外線傳感器中，各個串聯電容元件和各個參考電容元件，被設置在紅外線入射的像素域的外側區域。做成這樣的結構後，便能可靠地避免由於串聯電容元件和參考電容元件所造成的開口率的下降。
最好是，在本發明的紅外線傳感器中，多個參考電容元件分別形成在夾著像素域分別設置在像素域兩側的第一參考電容元件形成區域或者和第二參考電容元件形成區域。與形成在第一參考電容元件形成區域的參考電容元件屬於同一個參考像素單元中的所述各個紅外線檢測電容元件，形成在像素域的第一參考電容元件形成區域一側。與形成在第二參考電容元件形成區域的參考電容元件屬於同一個參考像素單元中的所述各個紅外線檢測電容元件，形成在像素域的第二參考電容元件形成區域一側。再就是，最好是，在這一情況下，各個串聯電容元件，形成在像素域的外側區域中與對應於各個串聯電容元件的參考電容元件相同的一側。做成這樣的結構以後，便能夠使串聯電容元件與參考電容元件及紅外線檢測電容元件之間的距離縮短，所以能夠使測量精度提高。
最好是，在本發明的紅外線傳感器中，使連接在參考電容元件和輸出線之間的開關元件為接通狀態後，將給定電壓施加在串聯電容元件和參考電容元件之間時輸出線的電位定為基準電位。使連接在給定的紅外線檢測電容元件和輸出線之間的開關元件為接通狀態後，將給定電壓施加在串聯電容元件和給定的紅外線檢測電容元件之間時輸出線的電位定為檢測電位。將基準電位和檢測電位的電位差作為顯示入射到給定的紅外線檢測電容元件的紅外線的強度的輸出信號輸出。做成這樣的結構後，能夠使偏置的影響減小，所以能夠使測量精度提高。
最好是，在本發明的紅外線傳感器中，使連接在參考電容元件和輸出線之間的開關元件為接通狀態後，將給定電壓施加在串聯電容元件和參考電容元件之間時輸出線的電位定為基準電位。使連接在給定的紅外線檢測電容元件和輸出線之間的開關元件為接通狀態，將給定電壓施加在串聯電容元件和給定的紅外線檢測電容元件之間時輸出線的電位定為檢測電位。將基準電位和檢測電位的電位差作為顯示入射到給定的紅外線檢測電容元件的紅外線的強度的輸出信號輸出。利用布置在參考電容元件周圍且在與參考電容元件屬於同一個參考像素單元中的所述各個紅外線檢測電容元件的輸出信號，算出入射到布置有參考電容元件的部分的紅外線的強度。因為做成這樣的結構後，能夠抑制數據的欠缺，所以能夠得到鮮明的紅外圖像。
本發明所涉及的一種紅外線傳感器的驅動方法，該紅外線傳感器包括參考像素單元和連接在輸出線和電源之間的串聯電容元件，該參考像素單元包括輸出線、分別經由開關元件連接在該輸出線和接地線之間的參考電容元件以及電容值隨著已入射的紅外線的強度而變化的多個紅外線檢測電容元件。包括步驟a，依次輸出入射到參考像素單元中所包括的各個紅外線檢測電容元件的紅外線的強度。步驟a，又包括步驟a1、步驟a2以及步驟a3。在該步驟a1中，與參考電容元件相連接的開關元件為接通狀態，將參考電容元件與輸出線電氣連接起來後，在參考電容元件和串聯電容元件之間施加給定電壓，這樣來將基準電位讀出到輸出線。在步驟a2中，在步驟a1之後，與多個紅外線檢測電容元件中的一個紅外線檢測電容元件相連接的開關元件為接通狀態，將一個紅外線檢測電容元件和輸出線電氣連接起來以後，將給定電壓施加到一個紅外線檢測電容元件與串聯電容元件之間，這樣來將檢測電位讀出到輸出線。在步驟a3中，在步驟a1和步驟a2之後，求出基準電位和檢測電位的電位差值，將所求得的電位差值作為入射到一個紅外線檢測電容元件的紅外線的強度的值輸出。
根據本發明的紅外線傳感器的驅動方法，因為能夠使開口率提高，所以即使在對多個紅外線檢測電容元件設置一個參考電容元件的紅外線傳感器中，也能夠使偏置的影響減小，測量出正確的紅外線強度。
最好是，在本發明的紅外線傳感器的驅動方法中，參考電容元件和紅外線檢測電容元件形成在紅外線入射的像素域。進一步包括步驟b，在步驟a之後，根據入射到多個紅外線檢測電容元件中與參考電容元件相鄰布置著的紅外線檢測電容元件的紅外線的強度的值，算出入射到像素域中的布置有參考電容元件的部分的紅外線的強度的值。
根據本發明的紅外線傳感器的驅動方法，最好是，在步驟b中，求出已入射到與參考電容元件相鄰布置著的紅外線檢測電容元件的紅外線的強度的值的平均值。
發明的效果 根據本發明的紅外線傳感器，能夠實現不使開口率下降，檢測精度很高的紅外線傳感器。
附圖的簡單說明 [圖1]圖1是顯示本發明的第一實施例所涉及的紅外線傳感器的平面布置圖。
圖2是顯示本發明的第一實施例所涉及的紅外線傳感器的參考像素單元及周邊電路部分的電路圖。
圖3是顯示本發明的第一個實施例所涉及的紅外線傳感器的動作的時序圖。
圖4是顯示算出本發明第一個實施例所涉及的紅外線傳感器的參考電容元件部分的紅外線強度的方法的圖。
圖5是顯示本發明的第二個實施例所涉及的紅外線傳感器的平面布置圖。
圖6是顯示本發明的第二個實施例所涉及的紅外線傳感器的參考像素單元及周邊電路部分的電路圖。
圖7是顯示本發明的第二個實施例所涉及的紅外線傳感器的動作的時序圖。
圖8是顯示算出本發明第二個實施例所涉及的紅外線傳感器的參考電容元件部分的紅外線強度的方法的圖。
圖9是顯示本發明的第二個實施例所涉及的紅外線傳感器的參考像素單元及周邊電路部分的另一例的電路圖。
圖10是顯示本發明的第二個實施例的一個變形例所涉及的紅外線傳感器的平面布置圖。
圖11顯示本發明的第二個實施例的一個變形例所涉及的紅外線傳感器的另一例的平面布置圖。
圖12是顯示現有例所涉及的紅外線傳感器的電路圖。
圖13是顯示現有例所涉及的紅外線傳感器的驅動信號的曲線圖。
符號的說明 1 像素域2 參考像素單元2A參考像素單元2B參考像素單元
2C參考像素單元3 參考電容元件形成區域12紅外線檢測電容元件12a 紅外線檢測電容元件12b 紅外線檢測電容元件12c 紅外線檢測電容元件13參考電容元件14串聯電容元件15串聯電容元件控制開關16紅外線檢測電容元件控制開關16a 紅外線檢測電容元件控制開關16b 紅外線檢測電容元件控制開關16c 紅外線檢測電容元件控制開關17參考電容元件控制開關18偏壓控制開關20垂直移位寄存器21邏輯和電路22邏輯積電路23邏輯積電路30輸出線30A 輸出線30B 輸出線30C 輸出線31紅外線檢測電容元件控制線31A 紅外線檢測電容元件控制線31B 紅外線檢測電容元件控制線31C 紅外線檢測電容元件控制線32參考電容元件控制線33參考電容元件選擇線34紅外線檢測電容元件選擇線
35電源線37偏壓控制線41輸出節點42垂直移位寄存器的輸出端子43垂直移位寄存器的輸出端子44垂直移位寄存器的輸出端子45偏壓端子 (第一個實施例)參考附圖對本發明的第一個實施例進行說明。圖1示出了第一個實施例所涉及的紅外線傳感器的平面布置情況。如圖1所示，在紅外線入射的像素域1中多個參考像素單元2被配置成二維的矩陣狀。在像素域1的外側設置有後述的串聯電容元件和周邊電路等。
各個參考像素單元2中，包括多個紅外線檢測電容元件12和一個參考電容元件13。紅外線檢測電容元件12和參考電容元件13一起排列成二維的矩陣狀。
圖2是將該實施例的紅外線傳感器中的一個參考像素單元2與其周邊電路拿出來後而示出的電路結構。如圖2所示，參考像素單元2中，一個參考電容元件13和8個紅外線檢測電容元件12排列成3行3列的矩陣狀。
在該實施例中，參考電容元件13被設置在矩陣的中央即第2行第2列。參考電容元件13的一端接地，另一端經由是電晶體的參考電容元件控制開關17連接在第2行的輸出線30上。各個紅外線檢測電容元件12的一端接地，另一端經由是電晶體的紅外線檢測電容元件控制開關16分別連接在設置有各個紅外線檢測電容元件12的那一行的輸出線30上。
各行的輸出線30連接在一起構成輸出節點41。各行的輸出線30經由串聯電容元件控制開關15連接在一起，與串聯電容元件14的一端相連接。設置在每一條輸出線30上的電晶體即串聯電容元件控制開關15能夠獨立地控制，各個串聯電容元件控制開關15的控制端子分別與控制線36A、控制線36B以及控制線36C相連。
串聯電容元件14的電容值、參考電容元件13的電容值、紅外線尚未入射到紅外線檢測電容元件12時紅外線檢測電容元件12的電容值被設定得實質上相等。換句話說，各個電容值在用現有的製造方法製造的情況下的誤差範圍內相等。
串聯電容元件14的另一端與電源線35相連接。偏壓端子45經由偏壓控制開關18連接在串聯電容元件14和各個串聯電容元件14控制開關15之間，能夠在串聯電容元件14和各個串聯電容元件控制開關15之間施加給定的偏壓。偏壓控制開關18由偏壓控制線37驅動。
參考電容元件控制開關17的控制端子與參考電容元件控制線32相連接，各個紅外線檢測電容元件控制開關16的控制端子分別與設置在每一列的紅外線檢測電容元件控制線31相連接。
參考電容元件控制線32，與邏輯積電路32的輸出端子相連接，邏輯積電路22的各個輸入端子分別與參考電容元件選擇線33和邏輯和電路21的輸出端子相連接。邏輯和電路21的各個輸入端子分別與三級垂直移位寄存器20的第一級輸出端子42、第二級輸出端子43以及第三級輸出端子44相連接。
設置在各列的紅外線檢測電容元件控制線31分別與設置在各列的邏輯積電路23的輸出端子相連接。各個邏輯積電路23的一個輸入端子與紅外線檢測電容元件選擇線34相連接，各個邏輯積電路23的另一輸入端子與垂直移位寄存器20的輸出端子42、輸出端子43以及輸出端子44中的任一個端子相連接。
下面，對該實施例的紅外線傳感器的動作進行說明。圖3示出了圖2中所示的參考像素單元2和周邊電路的動作時序。
首先，在期間T1的期間t1，垂直移位寄存器20的第一級輸出端子42的電壓成為「H」電平。因為邏輯和電路21的輸入端子這樣被施加了「H」電平的信號，所以邏輯和電路21的輸出成為「H」電平。
在t1，因為參考電容元件選擇線33的電壓也成為「H」電平，所以與邏輯積電路22的輸出相連接的參考電容元件控制線32的電壓成為「H」電平。參考電容元件控制開關17於是成為導通狀態，參考電容元件13與第2行的輸出線30相連接。而且，因為控制線36B的電壓成為「H」電平，所以第2行的串聯電容元件控制開關15成為導通狀態。這樣就將串聯電容元件14和參考電容元件13連接起來了。
在期間ta，因為偏壓控制線37上被施加了「H」電平的電壓，所以偏壓控制開關18成為導通狀態。這樣一來，偏壓便被施加在串聯電容元件14和參考電容元件13的連接點上。因此，偏壓(Vbias)被輸出到輸出節點41。
接著，在期間tb，電源線35從「L」電平上升到「H」電平。這樣一來，串聯電容元件14和參考電容元件13間的電位便被輸出到輸出節點41。因為串聯電容元件14和參考電容元件13的電容值相等，所以V1被輸出到輸出節點41，該V1是在電源線35的電壓的二分之一的電壓中又加上偏壓所得到的電位。該V1作為基準電位用。
在期間T1的期間t2，因為參考電容元件選擇線33的電壓成為「L」電平，所以邏輯積電路22的輸出成為「L」電平，參考電容元件控制開關17成為非導通狀態。代替它，因為紅外線檢測電容元件選擇線34的電壓成為「H」電平，所以邏輯積電路23的輸出成為「H」電平。因此，第一列的各個紅外線檢測電容元件控制開關16分別成為導通狀態，設置在第一列的各個紅外線檢測電容元件12和各個輸出線30就分別連接起來了。而且，因為控制線26A的電壓成為「H」電平，所以第1行的串聯電容元件控制開關15成為導通狀態。這樣一來，串聯電容元件14便與第1行第1列的紅外線檢測電容元件12相連接。
在期間ta，因為「H」電平電壓施加在偏壓控制線37上，所以偏壓控制開關18成為導通狀態。這樣一來，偏壓便施加在串聯電容元件14和參考電容元件13的連接點上。因此，偏壓(Vbias)被輸出到輸出節點41。
接著，在期間tb，電源線35從「L」電平上升到「H」電平。這樣一來，串聯電容元件14和參考電容元件13間的電位便被輸出到輸出節點41。因為紅外線檢測電容元件12的電容值隨著所入射的紅外線的強度的不同而不同，所以根據入射到紅外線檢測電容元件12的紅外線的強度V2被輸出到輸出節點41，該V2是在比電源線35的電壓的二分之一還小的電壓中又加上偏壓後所得到的電位。用該V2作檢測電位，求出基準電位V1和檢測電位V2之差，再以該差作為顯示入射到第1行第1列的紅外線檢測電容元件12的紅外線的強度的輸出信號輸出。
以下，同樣地，能根據在期間t3得到的基準電壓V1和在期間t4得到的檢測電位，獲得入射到第1行第2列的紅外線檢測電容元件12的紅外線的強度；能根據在期間t5得到的基準電壓V1和在期間t6得到的檢測電位，獲得入射到第1行第3列的紅外線檢測電容元件12的紅外線的強度。同樣，在期間T2，能取得入射到第2行的各個紅外線檢測電容元件的紅外線的強度；在期間T3，取得入射到第3行的各個紅外線檢測電容元件的紅外線的強度。
在該實施例的紅外線傳感器中，給8個紅外線檢測電容元件12設置了一個共用的串聯電容元件。因此，能夠大幅度地減小串聯電容元件的佔有面積。而且，通過這樣共用一個串聯電容元件，還能將串聯電容元件設置在是紅外線的入射區域的像素域之外。因此，幾乎能夠完全消除由於串聯電容元件所造成的開口率的下降。
在是介電型輻射熱計的情況下，是利用串聯電容元件的電容值與紅外線檢測電容元件的電容值之差來檢測紅外線的強度。因此，需要使串聯電容元件的電容值與紅外線檢測電容元件的紅外線尚未入射時的電容值相等。在使多個紅外線檢測電容元件12共用一個串聯電容元件的情況下，也需要使各個紅外線檢測電容元件的電容值相互相等。但是，在製造紅外線檢測電容元件的時候，因為膜厚等一定會出現偏差，所以各個紅外線檢測電容元件的電容值必定會有一定的偏差。因此，在單純地共用一個串聯電容元件的情況下，因為在每一個紅外線檢測電容元件產生偏置電位，所以測量精度下降。然而，在該實施例的紅外線傳感器中，是設置參考電容元件，利用參考電容元件和串聯電容元件來求出基準電位，再利用基準電位和檢測電位之差來檢測紅外線的強度。所以能夠抑制紅外線檢測電容元件之間的電容值的偏差的影響，而能夠高精度地檢測出紅外線的強度。
在該實施例的紅外線傳感器中，也是對8個紅外線檢測電容元件12設置了一個共用的參考電容元件。因此，也能夠將由於參考電容元件導致的開口率的下降抑制在很小的數值上。
而且，可以象下述那樣，模擬地求出在形成有參考電容元件的部分的紅外線的強度。
圖4模擬地示出了一個構成為3行3列的矩陣狀的參考像素單元2的平面布置情況。在該情況下，參考電容元件13被布置在3行3列的矩陣的中心即第2行第2列上。若假定由8個紅外線檢測電容元件12檢測到的紅外線的強度分別是a、b、c、d、e、f、g、h，則只要對由例如相鄰的行方向上的2個與列方向上的2個共計4個紅外線檢測電容元件所檢測到的強度進行平均，得到(b+d+e+g)/4，作為參考電容元件13的部分的紅外線強度即可。
還可以求出相鄰的8個紅外線檢測電容元件12的平均(a+b+c+d+e+f+g+h)/8，或者是對相鄰的紅外線檢測電容元件12進行加權平均，使行方向上的2個與列方向上的2個共計4個紅外線檢測電容元件12的係數為α，使對角方向上的4個紅外線檢測電容元件12的係數為β，求出[α×(b+d+e+g)+β×(a+c+f+h)]/8，作為參考電容元件13的部分的紅外線強度即可。
如上所述，該實施例的紅外線傳感器，能夠在不使檢測精度下降的情況下，使開口率提高。
補充說明一下，在該實施例中，假定構成參考像素單元的矩陣的大小是3行3列，還可以對矩陣的大小進行任意的改變。還有，在該實施例中，是將參考電容元件布置在矩陣的中央即第2行第2列上，該位置也是可以任意改變的。
(第二個實施例)下面，參考附圖對本發明的第二個實施例進行說明。圖5示出了第二個實施例所涉及的紅外線傳感器的平面布置情況。如圖5所示，在紅外線入射的像素域1中多個參考像素單元2被布置成二維矩陣狀。各個參考像素單元2包括多個紅外線檢測電容元件12和一個參考電容元件13。紅外線檢測電容元件和參考電容元件一維地排列著。
圖6是將該實施例所涉及的紅外線傳感器的一個參考像素單元2中參考像素單元2A、參考像素單元2B以及參考像素單元2C與其周邊電路拿出來後而示出的電路結構。如圖6所示，各個參考像素單元2中，一個參考電容元件13與紅外線檢測電容元件12a、紅外線檢測電容元件12b構成一維的排列。
參考像素單元2A中所包括的參考電容元件13的一端接地，另一端經由參考電容元件控制開關17與輸出線30A相連接。紅外線檢測電容元件12a和紅外線檢測電容元件12b的一端分別接地，另一端經由紅外線檢測電容元件控制開關16a和紅外線檢測電容元件控制開關16b與輸出線30A相連接。
同樣，參考像素單元2B中所包括的參考電容元件13、紅外線檢測電容元件12a、紅外線檢測電容元件12b與輸出線30B相連接。參考像素單元2C中所包括的參考電容元件13、紅外線檢測電容元件12a、紅外線檢測電容元件12b與輸出線30C相連接。
輸出線30A、輸出線30B以及輸出線30C的一端分別與串聯電容元件14的一端相連接。各個串聯電容元件14的另一端分別與電源線35相連接。而且，輸出線30A、輸出線30B以及輸出線30C上經由偏壓控制開關18分別連接有偏壓端子45，能夠將給定電壓施加到輸出線30A、輸出線30B以及輸出線30C上。各個偏壓控制開關18由偏壓控制線37驅動。
各個參考電容元件控制開關17的控制端子分別與參考電容元件控制線32相連接。各個紅外線檢測電容元件控制開關16a的控制端子分別與紅外線檢測電容元件控制線31A相連接，各個紅外線檢測電容元件控制開關16b的控制端子與紅外線檢測電容元件控制線31B相連接，參考電容元件控制線32與邏輯積電路22的輸出端子相連接，邏輯積電路22的各個輸入端子分別與參考電容元件選擇線33和邏輯和電路21的輸出端子相連接。邏輯和電路21的各個輸入端子分別與二級垂直移位寄存器20的第一級輸出端子42和第二級輸出端子43相連接。
紅外線檢測電容元件控制線31A與邏輯積電路23的輸出端子相連接，邏輯積電路23的一個輸入端子與紅外線檢測電容元件控制線34相連接，另一個輸入端子與垂直移位寄存器20的輸出端子42相連接。紅外線檢測電容元件控制線31B與邏輯積電路23的輸出端子相連接，邏輯積電路23的一個輸入端子與紅外線檢測電容元件控制線34相連接，另一個輸入端子與垂直移位寄存器20的輸出端子43相連接。
下面，對該實施例的紅外線傳感器的動作進行說明。圖7示出了圖2中所示的參考像素單元2和周邊電路的動作時序。
首先，在期間T1的期間t1，使垂直移位寄存器20的第一級輸出端子42的電壓為「H」電平。因為邏輯和電路21的輸入端子這樣被施加了「H」電平的信號，所以邏輯和電路21的輸出成為「H」電平。
在t1，因為參考電容元件選擇線33的電壓也成為「H」電平，所以與邏輯積電路22的輸出相連接的參考電容元件控制線32的電壓成為「H」電平。各個參考電容元件控制開關17於是成為導通狀態。各個串聯電容元件14和各個參考電容元件13也因此而相連接。
在期間ta，因為偏壓控制線37上被施加了「H」電平的電壓，所以偏壓控制開關18成為導通狀態。這樣一來，偏壓(Vbias)便被施加在串聯電容元件14和參考電容元件13的連接點上。因此，輸出線30A、輸出線30B及輸出線30C的電壓都是Vbias。
接著，在期間tb，電源線35從「L」電平上升到「H」電平。這樣一來，串聯電容元件14和參考電容元件13中間的電位便被輸出到輸出節點41。因為串聯電容元件14和參考電容元件13的電容值相等，所以V1被輸出到輸出線30A、輸出線30B及輸出線30C，該V1是在電源線35的電壓的二分之一的電壓中又加上偏壓所得到的電位。該V1作為基準電位用。
在期間T1的期間t2，因為參考電容元件選擇線33的電壓成為「L」電平，所以邏輯積電路22的輸出成為「L」電平，參考電容元件控制開關17成為非導通狀態。代替它，因為紅外線檢測電容元件選擇線34的電壓成為「H」電平，所以邏輯積電路23的輸出成為「H」電平。因此，紅外線檢測電容元件控制線31A的電壓成為「H」電平，各個紅外線檢測電容元件控制開關16a成為導通狀態。這樣一來，各個串聯電容元件14便與各個紅外線檢測電容元件12a相連接。
在期間ta，因為「H」電平電壓施加在偏壓控制線37上，所以偏壓控制開關18成為導通狀態。這樣一來，偏壓便施加在串聯電容元件14和參考電容元件13的連接點上。因此，輸出線30A、輸出線30B及輸出線30C的電壓都是Vbias。
接著，在期間tb，電源線35從「L」電平上升到「H」電平。這樣一來，各個串聯電容元件14和紅外線檢測電容元件12a間的電位便分別被輸出到輸出線30A、輸出線30B及輸出線30C上。因為紅外線檢測電容元件12a的電容值隨著所入射的紅外線的強度的不同而不同，所以根據入射到紅外線檢測電容元件12a的紅外線的強度，將V2輸出到輸出線30A、輸出線30B及輸出線30C上。該V2是在比電源線35的電壓的二分之一還小的電壓中又加上偏壓後所得到的電位。用該V2作檢測電位，求出基準電位V1和檢測電位V2之差，再以該差作為顯示入射到紅外線檢測電容元件12a的紅外線的強度輸出。
同樣，在期間T2，能夠檢測出入射到紅外線檢測電容元件12a的紅外線的強度。
在該實施例的紅外線傳感器中，在參考像素單元中紅外線檢測電容元件和參考電容元件一維地排列。因此，與第一個實施例的紅外線傳感器相比，能夠高速地從紅外線檢測電容元件讀出。
在該實施例的紅外線傳感器中，也是與第一個實施例的紅外線傳感器一樣，能夠模擬地求出形成有參考電容元件的部分的紅外線的強度。在該情況下，只要將如圖8所示那樣布置在參考電容元件的兩側的2個紅外線檢測電容元件的檢測值進行一下平均即可，進行一下加權平均亦可。
在該實施例中，所採用的結構是將參考電容元件設置在2個紅外線檢測電容元件之間。不僅如此，如圖9所示那樣，改變參考電容元件的位置也是可以的。
補充說明一下，在該實施例中，是由2個紅外線檢測電容元件和1個參考電容元件構成參考像素單元，不僅如此，可以任意地改變參考像素單元中所包括的紅外線檢測電容元件的個數。
(第二個實施例的一個變形例)參考附圖對本發明的第二個實施例的一個變形例。圖10示出了該變形例所涉及的紅外線傳感器的平面布置情況。如圖10所示，該變形例的紅外線傳感器，在像素域1僅形成有參考像素單元2中的紅外線檢測電容元件12。參考電容元件13形成在設置在像素域1外側的參考電容元件形成區域3中。採用這樣的結構後，就能夠防止開口率由於參考電容元件13的存在而下降。
通過這樣將參考電容元件13配置在設在像素域1之外的參考電容元件形成區域3中以後，像素域1中所配置的就全部是紅外線檢測電容元件12了。因此，能得到入射到整個像素域1的紅外線的強度。補充說明一下，電路結構和動作基本上和第二個實施例的紅外線傳感器一樣，說明就省略不提了。
還可以如圖11所示那樣將參考電容元件形成區域3設置在像素域1的兩側。採用這樣的結構後，便能夠使能設置在像素域1中的參考像素單元2的數量增加。因此，在不使像素域1中所包括的紅外線檢測電容元件12的個數減少的情況下，即能夠使一個參考像素單元2中所包括的紅外線檢測電容元件12的個數減少。結果是，能夠使讀出速度提高。
因為與僅在像素域1的一側設置參考電容元件13的情況相比，能夠縮短紅外線檢測電容元件12和參考電容元件13之間的距離，所以能夠使檢測精度進一步提高。
在這一情況下，通過將串聯電容元件14也設置到與參考電容元件13相同的一側，便能夠使串聯電容元件14與參考電容元件13、紅外線檢測電容元件12之間的距離縮短，所以能夠使檢測精度進一步提高。
產業實用性 本發明的紅外線傳感器，能夠在不使開口率下降的情況下實現很高的檢測精度。因此，作為檢測從物體以及人體釋放出來的紅外線的紅外線傳感器等很有用。
權利要求
1.一種紅外線傳感器，其中包括多個參考像素單元，該多個參考像素單元布置成矩陣狀，各個參考像素單元中包括輸出線、經由開關元件連接在該輸出線與接地線之間的參考電容元件以及電容值隨著已入射的紅外線的強度而變化的多個紅外線檢測電容元件，以及多個串聯電容元件，各個串聯電容元件對應於所述各個參考像素單元而設且連接在所述輸出線與電源之間。
2.根據權利要求1所述的紅外線傳感器，其中所述參考電容元件的電容值、所述串聯電容元件的電容值與紅外線尚未入射時的所述紅外線檢測電容元件的電容值相等。
3.根據權利要求1所述的紅外線傳感器，其中在所述參考像素單元中，所述參考電容元件和紅外線檢測電容元件呈一維排列。
4.根據權利要求1所述的紅外線傳感器，其中在所述參考像素單元中，所述參考電容元件和紅外線檢測電容元件呈二維排列。
5.根據權利要求1所述的紅外線傳感器，其中所述各個串聯電容元件被設置在紅外線入射的像素域的外側區域。
6.根據權利要求1所述的紅外線傳感器，其中所述各個串聯電容元件和各個參考電容元件，被設置在紅外線入射的像素域的外側區域。
7.根據權利要求6所述的紅外線傳感器，其中所述各個參考電容元件，分別形成在夾著所述像素域分別設置在所述像素域兩側的第一參考電容元件形成區域和第二參考電容元件形成區域，與形成在所述第一參考電容元件形成區域的參考電容元件屬於同一個參考像素單元中的所述各個紅外線檢測電容元件，形成在所述像素域的所述第一參考電容元件形成區域一側，與形成在所述第二參考電容元件形成區域的參考電容元件屬於同一個參考像素單元中的所述各個紅外線檢測電容元件，形成在所述像素域的所述第二參考電容元件形成區域一側。
8.根據權利要求7所述的紅外線傳感器，其中所述各個串聯電容元件，形成在所述像素域的外側區域中與對應於所述各個串聯電容元件的所述參考電容元件相同的一側。
9.根據權利要求1所述的紅外線傳感器，其中使連接在所述參考電容元件與所述輸出線之間的開關元件是接通狀態後，將給定電壓施加在所述串聯電容元件與所述參考電容元件之間時所述輸出線的電位定為基準電位，使連接在給定的所述紅外線檢測電容元件與所述輸出線之間的開關元件為接通狀態後，將給定電壓施加在所述串聯電容元件與所述給定的紅外線檢測電容元件之間時所述輸出線的電位定為檢測電位，將所述基準電位與所述檢測電位的電位差作為顯示入射到所述給定的紅外線檢測電容元件的紅外線的強度的輸出信號輸出。
10.根據權利要求1所述的紅外線傳感器，其中使連接在所述參考電容元件與所述輸出線之間的開關元件是接通狀態後，將給定電壓施加在所述串聯電容元件與所述參考電容元件之間時所述輸出線的電位定為基準電位，使連接在給定的所述紅外線檢測電容元件與所述輸出線之間的開關元件為接通狀態後，將給定電壓施加在所述串聯電容元件與所述給定的紅外線檢測電容元件之間時所述輸出線的電位定為檢測電位，將所述基準電位與所述檢測電位的電位差作為顯示入射到所述給定的紅外線檢測電容元件的紅外線的強度的輸出信號輸出，利用布置在所述參考電容元件周圍且與所述參考電容元件屬於同一個參考像素單元中的所述多個紅外線檢測電容元件的輸出信號，算出入射到布置有所述參考電容元件的部分的紅外線的強度。
11.一種紅外線傳感器的驅動方法，該紅外線傳感器包括參考像素單元和連接在所述輸出線與電源之間的串聯電容元件，所述參考像素單元包括輸出線、分別經由開關元件連接在該輸出線與接地線之間的參考電容元件以及電容值隨著已入射的紅外線的強度而變化的多個紅外線檢測電容元件，其中該紅外線傳感器的驅動方法中包括步驟a，依次輸出入射到所述參考像素單元中所包括的所述各個紅外線檢測電容元件的紅外線的強度，所述步驟a，又包括步驟a1，在該步驟中，與所述參考電容元件相連接的所述開關元件為接通狀態，將所述參考電容元件與所述輸出線電氣連接起來後，在所述參考電容元件與所述串聯電容元件之間施加給定電壓，這樣來將基準電位讀出到所述輸出線，步驟a2，在所述步驟a1之後，與所述多個紅外線檢測電容元件中的一個紅外線檢測電容元件相連接的所述開關元件為接通狀態，將所述一個紅外線檢測電容元件與所述輸出線電氣連接起來以後，將給定電壓施加到所述一個紅外線檢測電容元件與所述串聯電容元件之間，這樣來將檢測電位讀出到所述輸出線，以及步驟a3，在所述步驟a1和步驟a2之後，求出所述基準電位與所述檢測電位的電位差值，將所求得的電位差值作為入射到所述一個紅外線檢測電容元件的紅外線的強度的值輸出。
12.根據權利要求11所述的紅外線傳感器的驅動方法，其中所述參考電容元件和紅外線檢測電容元件形成在紅外線入射的像素域中，該紅外線傳感器的驅動方法中進一步包括步驟b，在所述步驟a之後，根據入射到所述多個紅外線檢測電容元件中與所述參考電容元件相鄰布置著的紅外線檢測電容元件的紅外線的強度的值，算出入射到所述像素域中的布置有所述參考電容元件的部分的紅外線的強度的值。
13.根據權利要求12所述的紅外線傳感器的驅動方法，其中在所述步驟b中，求出已入射到與所述參考電容元件相鄰布置著的紅外線檢測電容元件的紅外線的強度的值的平均值。
全文摘要
紅外線傳感器包括被配置成矩陣狀的多個參考像素單元2、對應於各個參考像素單元2而設的串聯電容元件14。參考像素單元2中包括輸出線30、經由控制開關17連接在輸出線30和接地線之間的參考電容元件13、以及經由控制開關16連接在輸出線30和接地線之間的多個紅外線檢測電容元件12。串聯電容元件14與輸出線30相連接。
文檔編號G01J5/48GK101052862SQ200680001148
公開日2007年10月10日 申請日期2006年6月9日 優先權日2005年10月21日
發明者村田隆彥, 山口琢己, 春日繁孝, 山田隆善 申請人:松下電器產業株式會社