(57)【要約】【課題】入射する赤外線の赤外線スペクトルを算出可能な赤外線検出装置を提供する。【解決手段】赤外線検出装置１０は、波長可変吸収フィルタ２と、検出器３と、算出部５とを備える。波長可変吸収フィルタ２は、赤外線を吸収する波長範囲である吸収波長範囲を変更可能である。検出器３は、吸収波長範囲を複数の吸収波長範囲に変更したときに波長可変吸収フィルタ２から出射される赤外線を複数の吸収波長範囲に対応した複数の積分値として検出する。算出部５は、検出器３によって検出された複数の積分値に基づいて、波長可変吸収フィルタ２に入射する赤外線の赤外線スペクトルを算出する。【選択図】図１
2020153914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線の透過波長が固定されている固定波長フィルタと、
前記固定波長フィルタの波長範囲と異なる第１の波長範囲と、前記固定波長フィルタの波長範囲と少なくとも一部が重複する第２の波長範囲とを有し、前記第１および第２の波長範囲において赤外線の吸収波長範囲を変更可能な波長可変吸収フィルタと、
前記第１および第２の波長範囲において前記吸収波長範囲を複数の吸収波長範囲に変更したときに前記波長可変吸収フィルタおよび前記固定波長フィルタから出射される赤外線を前記複数の吸収波長範囲に対応した複数の積分値として検出する検出器と、
前記検出器によって検出された複数の積分値に基づいて、前記波長可変吸収フィルタに入射する赤外線の赤外線強度を算出する算出部とを備える赤外線検出装置。
【請求項２】
前記第１の波長範囲は、前記波長可変吸収フィルタの吸収ピーク幅よりも広い、請求項１に記載の赤外線検出装置。
【請求項３】
前記波長可変吸収フィルタは、量子ドットまたは量子井戸層を有する光吸収層を含む、請求項１または請求項２に記載の赤外線検出装置。
【請求項４】
前記算出部は、前記複数の積分値のうち、前記吸収波長範囲を前記第１の波長範囲に設定したときの第１の積分値と、前記吸収波長範囲を少なくとも１つ以上前記第２の波長範囲に設定したときの第２の積分値との差を算出し、その算出した差と、前記第２の積分値にそれぞれ対応する前記吸収波長範囲における吸収ピーク波長との関係に基づいて前記波長可変吸収フィルタに入射する赤外線の赤外線強度を算出する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項５】
前記算出部は、前記吸収波長範囲が前記第２の波長範囲において複数設定されたときの前記複数の積分値に基づいて前記波長可変吸収フィルタに入射する赤外線の赤外線スペクトルを前記赤外線強度として算出する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項６】
前記算出部は、前記差と前記吸収ピーク波長とからなる点（差、吸収ピーク波長）を複数の前記差および複数の前記吸収ピーク波長について求め、その求めた複数の点をプロットし、そのプロットした複数の点を結んだ曲線を前記赤外線の赤外線スペクトルとして算出する、請求項５に記載の赤外線検出装置。
【請求項７】
前記固定波長フィルタは、大気の窓からなる、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項８】
前記波長可変吸収フィルタは、
前記吸収波長範囲が相互に異なる複数の吸収フィルタと、
前記検出器へ赤外線を出射すべき吸収フィルタを前記複数の吸収フィルタにおいて順次切り換える切換機構とを含む、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項９】
前記検出器は、赤外線の放射率が同じであるとみなせる第１および第２の波長をそれぞれ吸収ピーク波長として含む第１および第２の吸収波長範囲に対応する第３および第４の積分値を検出し、
前記算出部は、更に、前記第３および第４の積分値の比を算出し、その算出した比に基づいて、前記赤外線を放射する対象物の温度を算出する、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項１０】
固定波長フィルタの波長範囲と異なる第１の波長範囲と、前記固定波長フィルタの波長範囲と少なくとも一部が重複する第２の波長範囲とを有する波長可変吸収フィルタの赤外線の吸収波長範囲を前記第１および第２の波長範囲において複数の吸収波長範囲に変更したときに前記固定波長フィルタを透過して前記波長可変吸収フィルタおよび前記固定波長フィルタから出射される赤外線を前記複数の吸収波長範囲に対応した複数の積分値として検出する第１のステップと、
前記検出された複数の積分値に基づいて、前記波長可変吸収フィルタに入射する赤外線の赤外線強度を算出する第２のステップとを備える赤外線検出方法。
【請求項１１】
前記第２のステップは、
前記複数の積分値のうち、前記吸収波長範囲を前記第１の波長範囲に設定したときの第１の積分値と、前記吸収波長範囲を前記第２の波長範囲に設定したときの少なくとも１つ以上の第２の積分値との差を算出する第１のサブステップと、
前記算出された差と、前記第２の積分値にそれぞれ対応する前記吸収波長範囲における吸収ピーク波長との関係に基づいて前記波長可変吸収フィルタに入射する赤外線の赤外線強度を算出する第２のサブステップとを含む、請求項１０に記載の赤外線検出方法。
【請求項１２】
前記吸収波長範囲は、前記第２の波長範囲において複数設定され、
前記第２のサブステップにおいて、前記差と前記吸収ピーク波長とからなる点（差、吸収ピーク波長）を複数の前記差および複数の前記吸収ピーク波長について求め、その求めた複数の点をプロットし、そのプロットした複数の点を結んだ曲線を前記赤外線の赤外線スペクトルとして算出する、請求項１１に記載の赤外線検出方法。
【請求項１３】
前記第１のステップにおいて、前記波長可変吸収フィルタの吸収ピーク幅よりも広い前記第１の波長範囲に前記複数の吸収波長範囲のいずれかを設定して前記波長可変吸収フィルタおよび前記固定波長フィルタから出射される赤外線を前記吸収波長範囲に対応した積分値として検出する、請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の赤外線検出方法。
【請求項１４】
前記第１のステップにおいて、量子ドットまたは量子井戸層を有する光吸収層を含む前記波長可変吸収フィルタから出射される赤外線を前記複数の吸収波長範囲に対応した複数の積分値として検出する、請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の赤外線検出方法。
【請求項１５】
前記第１のステップにおいて、大気の窓からなる前記固定波長フィルタを透過して前記波長可変吸収フィルタおよび前記固定波長フィルタから出射される赤外線を前記複数の吸収波長範囲に対応した複数の積分値として検出する、請求項１０から請求項１４のいずれか１項に記載の赤外線検出方法。
【請求項１６】
前記波長可変吸収フィルタは、前記吸収波長範囲が相互に異なる複数の吸収フィルタを含み、
前記第１のステップにおいて、赤外線を出射すべき吸収フィルタを前記複数の吸収フィルタにおいて順次切り換えて前記固定波長フィルタおよび前記波長可変吸収フィルタから出射される赤外線を前記複数の吸収波長範囲に対応した複数の積分値として検出する、請求項１０から請求項１５のいずれか１項に記載の赤外線検出方法。
【請求項１７】
前記第１のステップにおいて、赤外線の放射率が同じであるとみなせる第１および第２の波長をそれぞれ吸収ピーク波長として含む第１および第２の吸収波長範囲に対応する第３および第４の積分値を検出し、
前記第２のステップにおいて、前記第３および第４の積分値の比を算出し、その算出した比に基づいて、前記赤外線を放射する対象物の温度を更に算出する、請求項１０から請求項１６のいずれか１項に記載の赤外線検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、赤外線検出装置および赤外線検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載の光学フィルタが知られている。この光学フィルタは、電気的に制御されたバンドを備え、量子井戸のシュタルクシフトを利用した波長フィルタである。
【０００３】
また、特許文献２は、量子ドットからなる光吸収層の吸収波長に加え、共振器層の屈折率もシュタルクシフトによって変化させることによって、光吸収層の吸収波長範囲と共振器層の透過波長範囲との重複する波長範囲を検出できることを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１３−５００５０５号公報
【特許文献２】特開２０１４−１９０９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１は、波長フィルタの詳細について開示しておらず、波長フィルタに入射する赤外線の赤外線スペクトルの算出方法を開示していない。
【０００６】
また、特許文献２は、量子ドットからなる光吸収層で赤外線の検出を行っているが、光吸収層に入射する赤外線の赤外線スペクトルを算出することを開示していない。
【０００７】
そこで、この発明の実施の形態によれば、入射する赤外線の赤外線スペクトルを算出可能な赤外線検出装置を提供する。
【０００８】
また、この発明の実施の形態によれば、入射する赤外線の赤外線スペクトルを算出可能な赤外線検出方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（構成１）
この発明の実施の形態によれば、赤外線検出装置は、固定波長フィルタと、波長可変吸収フィルタと、検出器と、算出部とを備える。固定波長フィルタは、赤外線の透過波長が固定されている。波長可変吸収フィルタは、固定波長フィルタの波長範囲と異なる第１の波長範囲と、固定波長フィルタの波長範囲と少なくとも一部が重複する第２の波長範囲とを有し、第１および第２の波長範囲において赤外線の吸収波長範囲を変更可能である。検出器は、第１および第２の波長範囲において吸収波長範囲を複数の吸収波長範囲に変更したときに波長可変吸収フィルタおよび固定波長フィルタから出射される赤外線を複数の吸収波長範囲に対応した複数の積分値として検出する。算出部は、検出器によって検出された複数の積分値に基づいて、波長可変吸収フィルタに入射する赤外線の赤外線強度を算出する。
【００１０】
（構成２）
構成１において、第１の波長範囲は、波長可変吸収フィルタの吸収ピーク幅よりも広い。
【００１１】
（構成３）
構成１または構成２において、波長可変吸収フィルタは、量子ドットまたは量子井戸層を有する光吸収層を含む。
【００１２】
（構成４）
構成１から構成３のいずれかにおいて、算出部は、複数の積分値のうち、吸収波長範囲を第１の波長範囲に設定したときの第１の積分値と、吸収波長範囲を少なくとも１つ以上第２の波長範囲に設定したときの第２の積分値との差を算出し、その算出した差と、第２の積分値にそれぞれ対応する吸収波長範囲における吸収ピーク波長との関係に基づいて波長可変吸収フィルタに入射する赤外線の赤外線強度を算出する。
【００１３】
（構成５）
構成１から構成４のいずれかにおいて、算出部は、吸収波長範囲が第２の波長範囲において複数設定されたときの複数の積分値に基づいて波長可変吸収フィルタに入射する赤外線の赤外線スペクトルを赤外線強度として算出する。
【００１４】
（構成６）
構成５において、算出部は、差と吸収ピーク波長とからなる点（差、吸収ピーク波長）を複数の差および複数の吸収ピーク波長について求め、その求めた複数の点をプロットし、そのプロットした複数の点を結んだ曲線を赤外線の赤外線スペクトルとして算出する。
【００１５】
（構成７）
構成１から構成６のいずれかにおいて、固定波長フィルタは、大気の窓からなる。
【００１６】
（構成８）
構成１から構成７のいずれかにおいて、波長可変吸収フィルタは、複数の吸収フィルタと、切換機構とを含む。複数の吸収フィルタ吸収波長範囲が相互に異なる。切換機構は、検出器へ赤外線を出射すべき吸収フィルタを複数の吸収フィルタにおいて順次切り換える。
【００１７】
（構成９）
構成１から構成８のいずれかにおいて、検出器は、赤外線の放射率が同じであるとみなせる第１および第２の波長をそれぞれ吸収ピーク波長として含む第１および第２の吸収波長範囲に対応する第３および第４の積分値を検出する。算出部は、更に、第３および第４の積分値の比を算出し、その算出した比に基づいて、赤外線を放射する対象物の温度を算出する。
【００１８】
（構成１０）
また、この発明の実施の形態によれば、赤外線検出方法は、
固定波長フィルタの波長範囲と異なる第１の波長範囲と、固定波長フィルタの波長範囲と少なくとも一部が重複する第２の波長範囲とを有する波長可変吸収フィルタの赤外線の吸収波長範囲を第１および第２の波長範囲において複数の吸収波長範囲に変更したときに固定波長フィルタを透過して波長可変吸収フィルタおよび固定波長フィルタから出射される赤外線を複数の吸収波長範囲に対応した複数の積分値として検出する第１のステップと、
検出された複数の積分値に基づいて、波長可変吸収フィルタに入射する赤外線の赤外線強度を算出する第２のステップとを備える。
【００１９】
（構成１１）
構成１０において、第２のステップは、
複数の積分値のうち、吸収波長範囲を第１の波長範囲に設定したときの第１の積分値と、吸収波長範囲を第２の波長範囲に設定したときの少なくとも１つ以上の第２の積分値との差を算出する第１のサブステップと、
算出された差と、第２の積分値にそれぞれ対応する吸収波長範囲における吸収ピーク波長との関係に基づいて波長可変吸収フィルタに入射する赤外線の赤外線強度を算出する第２のサブステップとを含む。
【００２０】
（構成１２）
構成１１において、吸収波長範囲は、第２の波長範囲において複数設定される。第２のサブステップにおいて、差と吸収ピーク波長とからなる点（差、吸収ピーク波長）を複数の差および複数の吸収ピーク波長について求め、その求めた複数の点をプロットし、そのプロットした複数の点を結んだ曲線を赤外線の赤外線スペクトルとして算出する。
【００２１】
（構成１３）
構成１０から構成１２のいずれかの第１のステップにおいて、波長可変吸収フィルタの吸収ピーク幅よりも広い第１の波長範囲に複数の吸収波長範囲のいずれかを設定して波長可変吸収フィルタおよび固定波長フィルタから出射される赤外線を吸収波長範囲に対応した積分値として検出する。
【００２２】
（構成１４）
構成１０から構成１３のいずれかの第１のステップにおいて、量子ドットまたは量子井戸層を有する光吸収層を含む波長可変吸収フィルタから出射される赤外線を複数の吸収波長範囲に対応した複数の積分値として検出する。
【００２３】
（構成１５）
構成１０から構成１４のいずれかの第１のステップにおいて、大気の窓からなる固定波長フィルタを透過して波長可変吸収フィルタおよび固定波長フィルタから出射される赤外線を複数の吸収波長範囲に対応した複数の積分値として検出する。
【００２４】
（構成１６）
構成１０から構成１５のいずれかにおいて、波長可変吸収フィルタは、吸収波長範囲が相互に異なる複数の吸収フィルタを含む。
【００２５】
そして、第１のステップにおいて、赤外線を出射すべき吸収フィルタを複数の吸収フィルタにおいて順次切り換えて固定波長フィルタおよび波長可変吸収フィルタから出射される赤外線を複数の吸収波長範囲に対応した複数の積分値として検出する。
【００２６】
（構成１７）
構成１０から構成１６のいずれかの第１のステップにおいて、赤外線の放射率が同じであるとみなせる第１および第２の波長をそれぞれ吸収ピーク波長として含む第１および第２の吸収波長範囲に対応する第３および第４の積分値を検出する。そして、第２のステップにおいて、第３および第４の積分値の比を算出し、その算出した比に基づいて、赤外線を放射する対象物の温度を更に算出する。
【発明の効果】
【００２７】
入射する赤外線の赤外線スペクトルを算出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施の形態１による赤外線検出装置の概略図である。
【図２】図１に示す固定波長フィルタの波長範囲と波長可変吸収フィルタの波長範囲との関係を示す概念図である。
【図３】透過率と波長との関係を示す図である。
【図４】吸収率と波長との関係を示す図である。
【図５】波長可変吸収フィルタに入射する入射光スペクトルの概念図である。
【図６】電圧が印加されたときの波長可変吸収フィルタ２の出射光スペクトルの概念図である。
【図７】検出器の検出値と波長との関係を示す図である。
【図８】入射スペクトルを示す図である。
【図９】図１に示す赤外線検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】図２と異なる固定波長フィルタの波長範囲と波長可変吸収フィルタの波長範囲との関係を示す概念図である。
【図１１】実施の形態２による赤外線検出装置の概略図である。
【図１２】図１１に示す赤外線検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】実施の形態３による赤外線検出装置の概略図である。
【図１４】入射強度比および算出強度比と波長との関係を示す図である。
【図１５】図１３に示す赤外線検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００３０】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による赤外線検出装置の概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１による赤外線検出装置１０は、固定波長フィルタ１と、波長可変吸収フィルタ２と、検出器３と、制御部４と、算出部５とを備える。
【００３１】
固定波長フィルタ１は、赤外線の透過波長が固定されているフィルタである。そして、固定波長フィルタ１は、固定されている透過波長において赤外線を透過し、その透過した赤外線を波長可変吸収フィルタ２に照射する。
【００３２】
波長可変吸収フィルタ２は、固定波長フィルタ１と検出器３との間に配置される。そして、波長可変吸収フィルタ２は、固定波長フィルタ１から入射した赤外線を制御部４から印加される電圧に応じて設定された吸収波長範囲において吸収し、吸収した波長範囲を除く赤外線を検出器３に照射する。
【００３３】
検出器３は、固定波長フィルタ１および波長可変吸収フィルタ２を透過した赤外線の強度を積分値として検出し、その検出した積分値を制御部４へ出力する。検出器３は、例えば、ボロメータまたはサーモパイルからなる。
【００３４】
制御部４は、波長可変吸収フィルタ２の吸収波長範囲を設定するための電圧を波長可変吸収フィルタ２に印加する。また、制御部４は、積分値を検出器３から受ける。そして、制御部４は、積分値と、その積分値が検出されたときに波長可変吸収フィルタ２へ印加された電圧とを対応付けて算出部５へ出力する。
【００３５】
算出部５は、対応付けられた積分値および電圧を制御部４から受け、その受けた積分値および電圧に基づいて、後述する方法によって、波長可変吸収フィルタ２に入射する赤外線の赤外線スペクトルを算出する。
【００３６】
波長可変吸収フィルタ２は、コンタクト層２１，２３と、光吸収層２２と、電極２４，２５とを含む。光吸収層２２は、コンタクト層２１に接してコンタクト層２１上に配置される。
【００３７】
コンタクト層２３は、光吸収層２２に接して光吸収層２２上に配置される。電極２４は、コンタクト層２３に接してコンタクト層２３上に配置される。電極２５は、コンタクト層２１に接してコンタクト層２１上に配置される。電極２４，２５の各々は、制御部４からの電圧を光吸収層２２に有効に印加できるようにするためのものであり、電気伝導率が高いものであればよく、例えば、金属からなる。そして、電極２４は、赤外線を光吸収層２３に透過させるための開口部を有し、この開口部は、例えば、ドーナツ形状または櫛歯形状の平面形状を有する。
【００３８】
光吸収層２２は、量子ドットまたは量子井戸層を有する。量子ドットまたは量子井戸層は、従来、公知の半導体材料によって形成される。
【００３９】
コンタクト層２１，２３は、光吸収層２２と同じ半導体材料において、低抵抗化するためにドーパントをドーピングした半導体材料からなる。
【００４０】
なお、実施の形態１においては、波長可変吸収フィルタ２は、コンタクト層２１，２３を備えていなくてもよい。この場合、電極２４，２５は、光入射層２２に直接形成される。
【００４１】
また、波長可変吸収フィルタ２は、コンタクト層２１、光吸収層２２、コンタクト層２３および電極２４，２５が基板上に積層された構造からなっていてもよい。
【００４２】
制御部４は、波長可変吸収フィルタ２の吸収波長範囲を設定するための電圧を電極２４，２５に印加する。その結果、コンタクト層２１，２３の抵抗が低いので、制御部４から電極２４，２５に印加された電圧は、光吸収層２２に印加される。
【００４３】
図２は、図１に示す固定波長フィルタ１の波長範囲と波長可変吸収フィルタ２の波長範囲との関係を示す概念図である。
【００４４】
図２を参照して、波長可変吸収フィルタ２の波長範囲ＷＲ１＿Ｖは、波長λ１から波長λ２までの範囲である。また、固定波長フィルタ１の波長範囲ＷＲ＿Ｆは、波長λ３から波長λ４までの範囲である。従って、波長可変吸収フィルタ２の波長範囲は、固定波長フィルタ１の波長範囲よりも広い。波長範囲ＷＲ１＿Ｖのうち、波長λ３から波長λ４までの波長範囲は、固定波長フィルタ１の波長範囲ＷＲ＿Ｆと重複する波長範囲ＷＲ＿ＤＵＰ１であり、波長λ４から波長２までの波長範囲は、固定波長フィルタ１の波長範囲ＷＲ＿Ｆと異なる波長範囲ＷＲ＿ＤＩＦ１であり、波長λ１から波長λ３までの波長範囲も、固定波長フィルタ１の波長範囲ＷＲ＿Ｆと異なる波長範囲ＷＲ＿ＤＩＦ２である。そして、波長λ３から波長λ４までの範囲（＝赤外線の検出対象の波長範囲を示す検出対象波長範囲）の赤外線が波長可変吸収フィルタ２に入射する。
【００４５】
波長可変吸収フィルタ２は、電圧Ｖ０が印加されたとき、波長λ０を吸収ピーク波長とし、幅λＷの吸収波長範囲ＷＬＲにおいて赤外線を吸収し、吸収波長範囲ＷＬＲ以外の赤外線を透過する。そして、波長可変吸収フィルタ２に印加する電圧を変更することによって吸収波長範囲ＷＬＲを変更することができる。
【００４６】
図３は、透過率と波長との関係を示す図である。図４は、吸収率と波長との関係を示す図である。図３において、縦軸は、透過率Ｔｄ（λ）を表し、横軸は、波長を表す。図４において、縦軸は、吸収率Ａｄ（λ）を表し、横軸は、波長を表す。
【００４７】
図３を参照して、電圧Ｖ０が波長可変吸収フィルタ２に印加された場合、波長可変吸収フィルタ２は、波長λ０を吸収ピーク波長とした吸収波長範囲ＷＬＲ１において赤外線を吸収し、吸収波長範囲ＷＬＲ１以外の赤外線を透過する。従って、電圧Ｖ０が波長可変吸収フィルタ２に印加された場合、波長可変吸収フィルタ２の透過率スペクトルＴｄ（λ）は、図３の（ａ）に示すようになる。
【００４８】
また、電圧Ｖ０＋ΔＶが波長可変吸収フィルタ２に印加された場合、波長可変吸収フィルタ２は、波長λ０＋Δλを吸収ピーク波長とした吸収波長範囲ＷＬＲ２において赤外線を吸収し、吸収波長範囲ＷＬＲ２以外の赤外線を透過する。従って、電圧Ｖ０＋ΔＶが波長可変吸収フィルタ２に印加された場合、波長可変吸収フィルタ２の透過率スペクトルＴｄ（λ）は、図３の（ｂ）に示すようになる。
【００４９】
これにより、波長可変吸収フィルタ２は、波長可変な波長吸収フィルタとなる。即ち、波長可変吸収フィルタ２は、印加される電圧に対応する波長近辺で赤外線を吸収できるフィルタであり、印加される電圧によって赤外線の吸収波長を変化させることができるという特徴を有する。その結果、特定の波長近辺の赤外線を遮光することができるとともに、遮光する波長を変化させることができる。
【００５０】
透過率スペクトルＴｄ（λ）は、吸収率スペクトルＡｄ（λ）とＴｄ（λ）＝１−Ａｄ（λ）の関係がある。従って、電圧Ｖ０＋ΔＶが波長可変吸収フィルタ２に印加された場合、波長可変吸収フィルタ２の吸収率スペクトルＡｄ（λ）は、図４に示すようになる。同様に、電圧Ｖ０が波長可変吸収フィルタ２に印加された場合、波長可変吸収フィルタ２の吸収率スペクトルＡｄ（λ）も、吸収ピーク波長が異なるだけであり、図４に示す吸収率スペクトルと類似の吸収率スペクトルとなる。
【００５１】
なお、量子ドット赤外線検出器では、吸収率スペクトルＡｄ（λ）の波長範囲の赤外線を検出しているが、光電流を取り出さず、波長フィルタとして用いる場合には、吸収率スペクトルＡｄ（λ）以外の波長範囲の赤外線が検出される。
【００５２】
図５は、波長可変吸収フィルタ２に入射する入射光スペクトルの概念図である。また、図６は、電圧が印加されたときの波長可変吸収フィルタ２の出射光スペクトルの概念図である。
【００５３】
図６を参照して、電圧が波長可変吸収フィルタ２に印加された場合、出射光スペクトルＳｄ（λ）は、波長λｄを中心とした部分が吸収されたスペクトルとなる。
【００５４】
以下、添え字のｄは、波長λｄのときの値を示すものとし、入射光スペクトルの算出方法を説明する。
【００５５】
入射光スペクトルＳｉｎ（λ）および出射光スペクトルＳｄ（λ）は、波長可変吸収フィルタ２の透過率スペクトルＴｄ（λ）との間に、Ｓｄ（λ）＝Ｓｉｎ（λ）×Ｔｄ（λ）の関係がある。なお、λｄは、波長可変吸収フィルタ２の吸収ピーク波長である。
【００５６】
検出器３で検出される検出値Ｓｄ（λｄ）は、出射光スペクトルＳｄ（λ）を検出可能な波長範囲（λｍ〜λＭ）で積分したものであるので、次式によって表される。
【００５７】
【数１】
2020153914.tif 000003
【００５８】
ここで、吸収率スペクトルＡｄ（λ，λｄ）を用いて波長可変吸収フィルタ２の透過率Ｔｄ（λ，λｄ）をＴｄ（λ，λｄ）＝１−Ａｄ（λ，λｄ）と記載すれば、検出値Ｓｄ（λｄ）は、次式によって表される。
【００５９】
【数２】
2020153914.tif 000004
【００６０】
なお、式（２）においては、吸収ピーク波長を中心とした波長範囲が波長可変吸収フィルタ２によって吸収されたものであることを示すために、出射光スペクトルの積分値を「Ｓｄ（λｄ）」と表記し、吸収率スペクトルの積分値を「Ａｄ（λｄ）」と表記している。
【００６１】
式（２）におけるＳｉｎおよびＡｄ（λｄ）は、それぞれ、式（３），（４）によって表される。
【００６２】
【数３】
2020153914.tif 000005
【００６３】
【数４】
2020153914.tif 000006
【００６４】
式（２）におけるＳｄ（λｄ）は、検出器３によって検出される検出値であるので、Ｓｉｎが分かれば、Ａｄ（λｄ）を算出することができる。
【００６５】
図２において説明したように、波長可変吸収フィルタ２の波長範囲は、固定波長フィルタ１の波長範囲よりも広いので、波長可変吸収フィルタ２における吸収波長範囲を図２に示すλ１〜λ３の波長範囲またはλ４〜λ２の波長範囲（即ち、固定波長フィルタ１の透過波長範囲外）に設定すると、波長可変吸収フィルタ２は、固定波長フィルタ１から入射した赤外線を吸収せずに、そのまま検出器３へ透過する。その結果、検出器３は、固定波長フィルタ１から波長可変吸収フィルタ２に入射した赤外線の強度を積分値として検出する。従って、検出器３によって検出される検出値（積分値）がＳｉｎに相当する。
【００６６】
Ｓｉｎが求まれば、その求めたＳｉｎと、波長可変吸収フィルタ２の吸収波長範囲が図２の波長λ３から波長λ４の波長範囲にあるときの検出器３の検出値Ｓｄ（λｄ）とを式（２）に代入することによってＡｄ（λｄ）を算出できる。
【００６７】
なお、図２に示す波長λ３から波長λ４の範囲は、上述したように、検出対象波長範囲であるので、波長可変吸収フィルタ２における吸収波長範囲を図２に示すλ１〜λ３の波長範囲またはλ４〜λ２の波長範囲に設定することは、波長可変吸収フィルタ２における吸収波長範囲を検出対象波長範囲外に設定することに相当し、波長可変吸収フィルタ２における吸収波長範囲を図２に示すλ３〜λ４の波長範囲に設定することは、波長可変吸収フィルタ２における吸収波長範囲を検出対象波長範囲に設定することに相当する。
【００６８】
Ａｄ（λｄ）を算出する概念について説明する。図７は、検出器３の検出値と波長との関係を示す図である。図７において、縦軸は、検出器３の検出値を表し、横軸は、波長を表す。また、曲線ｋ１〜ｋ７は、それぞれ、可変波長吸収フィルタ２の吸収波長範囲の吸収ピーク波長が８．５μｍ，９μｍ，９．５μｍ，１０μｍ，１０．５μｍ，１１μｍ，１５μｍであるときの検出値と波長との関係を示す。
【００６９】
図７を参照して、可変波長吸収フィルタ２の吸収波長範囲の吸収ピーク波長が８．５μｍであるとき、検出値は、約７．５μｍ〜約９．５μｍの波長範囲が吸収された値になる（曲線ｋ１参照）。可変波長吸収フィルタ２の吸収波長範囲の吸収ピーク波長が９μｍであるとき、検出値は、約８μｍ〜約１０．２μｍの波長範囲が吸収された値になる（曲線ｋ２参照）。可変波長吸収フィルタ２の吸収波長範囲の吸収ピーク波長が９．５μｍであるとき、検出値は、約８．３μｍ〜約１０．７μｍの波長範囲が吸収された値になる（曲線ｋ３参照）。
【００７０】
可変波長吸収フィルタ２の吸収波長範囲の吸収ピーク波長が１０μｍであるとき、検出値は、約８．８μｍ〜約１１．２μｍの波長範囲が吸収された値になる（曲線ｋ４参照）。可変波長吸収フィルタ２の吸収波長範囲の吸収ピーク波長が１０．５μｍであるとき、検出値は、約９．３μｍ〜約１１．７μｍの波長範囲が吸収された値になる（曲線ｋ５参照）。可変波長吸収フィルタ２の吸収波長範囲の吸収ピーク波長が１１μｍであるとき、検出値は、約９．９μｍ〜約１２．１μｍの波長範囲が吸収された値になる（曲線ｋ６参照）。可変波長吸収フィルタ２の吸収波長範囲の吸収ピーク波長が１５μｍであるとき、検出値は、約１３．８μｍ〜約１６μｍの波長範囲が吸収された値になる（曲線ｋ７参照）。
【００７１】
そして、波長が８μｍから１４μｍである領域は、固定波長フィルタ１の透過波長範囲であり、波長が８μｍ以下である領域および波長が１４μｍ以上である領域は、固定波長フィルタ１の透過波長範囲外である。
【００７２】
従って、可変波長吸収フィルタ２の吸収波長範囲の吸収ピーク波長が１５μｍであるときの検出値（曲線ｋ７）は、固定波長フィルタ１から可変波長吸収フィルタ２に入射した赤外線を可変波長吸収フィルタ２によって吸収せずに検出器３によって検出された値（積分値）である。よって、図７に示す曲線ｋ７によって表されるスペクトルを８μｍ〜１４μｍの波長範囲で積分した積分値は、Ｓｉｎに相当する。
【００７３】
一方、可変波長吸収フィルタ２の吸収波長範囲の吸収ピーク波長が８．５μｍ，９μｍ，９．５μｍ，１０μｍ，１０．５μｍ，１１μｍであるときの検出値（曲線ｋ１〜ｋ６）は、可変波長吸収フィルタ２によって所定の波長範囲が吸収された値である。従って、図７に示す曲線ｋ１〜ｋ６によって表されるスペクトルを８μｍ〜１４μｍの波長範囲で積分した積分値は、それぞれ、検出値Ｓｄ（８．５μｍ），Ｓｄ（９μｍ），Ｓｄ（９．５μｍ），Ｓｄ（１０μｍ），Ｓｄ（１０．５μｍ），Ｓｄ（１１μｍ）に相当する。
【００７４】
式（２）によれば、Ａｄ（λｄ）は、Ａｄ（λｄ）＝Ｓｉｎ−Ｓｄ（λｄ）によって表されるので、Ａｄ（８．５μｍ），Ａｄ（９μｍ），Ａｄ（９．５μｍ），Ａｄ（１０μｍ），Ａｄ（１０．５μｍ），Ａｄ（１１μｍ）は、次式によって表される。
【００７５】
【数５】
2020153914.tif 000007
【００７６】
式（５）によって算出されるＡｄ（８．５μｍ）は、図７の曲線ｋ１によって表されるスペクトルの落ち込み部分の積分値に相当する。ＳｉｎからＳｄ（８．５μｍ）を減算した結果は、曲線ｋ１によって表されるスペクトルの落ち込み部分になり、検出器３によって検出される検出値は、積分値であるからである。同様に、式（５ｂ）〜式（５ｆ）によって算出されるＡｄ（９μｍ）〜Ａｄ（１１μｍ）は、それぞれ、図７の曲線ｋ２〜ｋ６によって表されるスペクトルの落ち込み部分の積分値に相当する。
【００７７】
図８は、入射スペクトルを示す図である。図８において、第一縦軸は、入射強度を表し、第二縦軸は、算出値を表し、横軸は、波長を表す。また、実線は、入射スペクトルを示し、点線は、算出スペクトルを示す。
【００７８】
入射スペクトルＳｉｎ（λ）は、式（２）を用いて算出されたＡｄ（λｄ）のλｄを変化させることにより得られるものである。本願で用いる波長可変吸収フィルタ２は、光電流を取り出せば、光検出器になるものである。光検出器として用いる場合には、Ａｄ（λｄ）が検出値に対応するものであるため、Ａｄ（λｄ）のλｄを変化させることにより、入射スペクトルＳｉｎ（λ）に比例する値を得ることができる。よって、本願で波長可変吸収フィルタ２として用いる場合、上述の通りＡｄ（λｄ）を算出できる。即ち、図７の曲線ｋ７によって表されるスペクトルＳｉｎ（λ）のうち波長範囲：８μｍ〜１４μｍにおけるスペクトルの積分値Ｓｉｎ（λｄ）に対して、図７の曲線ｋ１〜ｋ６によって表されるスペクトルＳｄ（λ）のうち波長範囲：８μｍ〜１４μｍにおけるスペクトルの積分値Ｓｄ（λｄ）との差分を取ることにより、各スペクトルの落ち込み部分を算出する。この落ち込み部分がＡｄ（λｄ）に相当する。ここで、Ａｄ（λｄ）は、幅０．４μｍのガウス分布であり、ピーク波長での吸収率は、Ａｄ（λｄ）＝０．５とした。
【００７９】
式（５ａ）〜式（５ｆ）によってそれぞれ算出されたＡｄ（８．５μｍ），Ａｄ（９μｍ），Ａｄ（９．５μｍ），Ａｄ（１０μｍ），Ａｄ（１０．５μｍ），Ａｄ（１１μｍ）と、波長（吸収ピーク波長）：８．５μｍ，９μｍ，９．５μｍ，１０μｍ，１０．５μｍ，１１μｍとの関係をプロットすると、図８に示す黒四角（■）になる。そして、黒四角（■）を結んだ曲線が図８に示す点線（算出スペクトル）である。従って、上述した方法によって入射スペクトルを算出できる。
【００８０】
図８に示す結果より、吸収ピーク波長が８．５μｍ以外の結果は、入射スペクトルＳｉｎ（λ）（元のスペクトル）によく一致していることが分かる。吸収ピーク波長が８．５μｍの結果は、８μｍ以下の赤外線も吸収するため、式（２）をそのまま当てはめると、誤差が出てしまうので、吸収ピーク波長が８．５μｍの結果は、入射スペクトルＳｉｎ（λ）（元のスペクトル）と誤差が生じた。
【００８１】
しかし、各波長でのＡｄ（λ）を予め測定しておけば、これを用いて補正することによって誤差を低減できる。
【００８２】
入射スペクトルを算出する場合、制御部４は、吸収ピーク波長をそれぞれ８．５μｍ，９μｍ，９．５μｍ，１０μｍ，１０．５μｍ，１１μｍ，１５μｍに設定するための電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７を波長可変吸収フィルタ２に印加する。
【００８３】
そして、制御部４は、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７がそれぞれ波長可変吸収フィルタ２に印加されたときの検出値Ｓｄ（８．５μｍ），Ｓｄ（９μｍ），Ｓｄ（９．５μｍ），Ｓｄ（１０μｍ），Ｓｄ（１０．５μｍ），Ｓｄ（１１μｍ），Ｓｄ（１５μｍ）を検出器３から受ける。
【００８４】
そうすると、制御部４は、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７をそれぞれ検出値Ｓｄ（８．５μｍ），Ｓｄ（９μｍ），Ｓｄ（９．５μｍ），Ｓｄ（１０μｍ），Ｓｄ（１０．５μｍ），Ｓｄ（１１μｍ），Ｓｄ（１５μｍ）に対応付けた［８．５μｍ：Ｓｄ（８．５μｍ）］，［９μｍ：Ｓｄ（９μｍ）］，［９．５μｍ：Ｓｄ（９．５μｍ］，［１０μｍ：Ｓｄ（１０μｍ）］，［１０．５μｍ：Ｓｄ（１０．５μｍ）］，［１１μｍ：Ｓｄ（１１μｍ）］，［１５μｍ：Ｓｄ（１５μｍ）］と、固定波長フィルタ１の波長範囲：８μｍ〜１４μｍとを算出部５へ出力する。
【００８５】
算出部５は、［８．５μｍ：Ｓｄ（８．５μｍ）］，［９μｍ：Ｓｄ（９μｍ）］，［９．５μｍ：Ｓｄ（９．５μｍ］，［１０μｍ：Ｓｄ（１０μｍ）］，［１０．５μｍ：Ｓｄ（１０．５μｍ）］，［１１μｍ：Ｓｄ（１１μｍ）］，［１５μｍ：Ｓｄ（１５μｍ）］および固定波長フィルタ１の波長範囲：８μｍ〜１４μｍを制御部４から受ける。
【００８６】
そして、算出部５は、固定波長フィルタ１の波長範囲：８μｍ〜１４μｍに基づいて、検出値Ｓｄ（１５μｍ）をＳｉｎとし、式（５ａ）〜式（５ｆ）によって、それぞれ、Ａｄ（８．５μｍ），Ａｄ（９μｍ），Ａｄ（９．５μｍ），Ａｄ（１０μｍ），Ａｄ（１０．５μｍ），Ａｄ（１１μｍ）を算出する。
【００８７】
その後、算出部５は、Ａｄ（８．５μｍ），Ａｄ（９μｍ），Ａｄ（９．５μｍ），Ａｄ（１０μｍ），Ａｄ（１０．５μｍ），Ａｄ（１１μｍ）と、吸収ピーク波長８．５μｍ，９μｍ，９．５μｍ，１０μｍ，１０．５μｍ，１１μｍとの関係をプロットして図８に示す算出スペクトルを算出する。
【００８８】
上述した結果より、量子ドットを含む波長可変吸収フィルタ２と、既存の検出器３とを組み合わせ、上述した算出法を用いることによって、赤外線検出装置１０は、室温で動作する微小区間のスペクトル測定装置として機能する。
【００８９】
上記においては、スペクトル測定方法を説明したが、１つの波長λｄにおける検出値を測定してもよい。この場合、第１の波長範囲および第２の波長範囲において、それぞれ、１つの波長における検出値を交互に測定すればよく、その測定結果の差を取ることで、時間変化を評価できる。
【００９０】
なお、この発明の実施の形態においては、第１の波長範囲とは、波長可変吸収フィルタ２の波長範囲のうち、固定波長フィルタ１の波長範囲と異なる波長範囲を言い、第２の波長範囲とは、波長可変吸収フィルタ２の波長範囲のうち、固定波長フィルタ１の波長範囲と少なくとも一部が重複する波長範囲を言う。
【００９１】
量子ドットを含む赤外線検出装置１０には、次のメリットがある。量子ドットを含む波長可変吸収フィルタ２は、光電流を検出していないので、暗電流およびノイズ電流を低減する構造が不要であり、容易に室温で動作できる。
【００９２】
また、量子ドットを含む赤外線検出器であれば、Ａｄ（λ）の範囲の積分値に対応した光量を検出することになる。即ち、量子ドットを含む赤外線検出器は、式（４）の右辺を検出することになる。
【００９３】
一方、この発明の実施の形態においては、Ｓｄ（λｄ）は、式（２）によって表される。この場合、波長範囲：λｍ〜λＭがＡｄ（λｄ）の範囲よりも広いことにより、検出器３で検出する光量が多くなり、検出限界を下げることができる。
【００９４】
図９は、図１に示す赤外線検出装置１０の動作を説明するためのフローチャートである。図９を参照して、赤外線検出装置１０の動作が開始されると、波長可変吸収フィルタ２の吸収波長範囲の吸収ピーク波長をｎ（ｎは、３以上の整数）個のピーク波長λｄ１〜λｄｎに設定するための電圧Ｖ１〜Ｖｎを波長可変吸収フィルタ２に印加する（ステップＳ１）。なお、ピーク波長λｄ１〜λｄｎのうちの１つは、波長可変吸収フィルタ２の波長範囲のうち、固定波長フィルタ１の波長範囲と異なる波長範囲（例えば、図７の１４μｍ〜１６μｍの波長範囲）に設定される。
【００９５】
そして、検出器３は、それぞれ、電圧Ｖ１〜Ｖｎが波長可変吸収フィルタ２に印加された状態で、固定波長フィルタ１および波長可変吸収フィルタ２を透過した赤外線の検出値Ｓｄ（λｄ１）〜Ｓｄ（λｄｎ）を検出し（ステップＳ２）、その検出した検出値Ｓｄ（λｄ１）〜Ｓｄ（λｄｎ）を制御部４へ出力する。
【００９６】
制御部４は、検出値Ｓｄ（λｄ１）〜Ｓｄ（λｄｎ）を検出器３から受ける。そして、制御部４は、吸収ピーク波長λｄ１〜λｄｎと検出値Ｓｄ（λｄ１）〜Ｓｄ（λｄｎ）とをそれぞれ対応付けた［λｄ１：Ｓｄ（λｄ１）］〜［λｄｎ：Ｓｄ（λｄｎ）］と、固定波長フィルタ１の波長範囲とを算出部５へ出力する（ステップＳ３）。
【００９７】
算出部５は、［λｄ１：Ｓｄ（λｄ１）］〜［λｄｎ：Ｓｄ（λｄｎ）］および固定波長フィルタ１の波長範囲を制御部４から受ける。そして、算出部５は、固定波長フィルタ１の波長範囲に基づいて、検出値Ｓｄ（λｄ１）〜Ｓｄ（λｄｎ）の中から、波長可変吸収フィルタ２の吸収波長範囲が固定波長フィルタ１の波長範囲外になっているときのＳｉｎ（＝Ｓｄ（λｄｎ））を検出する（ステップＳ４）。なお、説明を分かり易くするために、Ｓｉｎが検出値Ｓｄ（λｄｎ）からなるとしているが、実際には、吸収ピーク波長が固定波長フィルタ１の波長範囲外に設定されていればよく、波長可変吸収フィルタ２の波長吸収範囲（λｄ１〜λｄｎ）の端の波長である必要はない。以下の説明では、簡単のため、Ｓｉｎ＝Ｓｄ（λｄｎ）とする。
【００９８】
ステップＳ４の後、算出部５は、検出値Ｓｄ（λｄ１）〜Ｓｄ（λｄｎ−１）の各々と、Ｓｉｎ（＝Ｓｄ（λｄｎ））との差を演算してＡｄ（λｄ１）〜Ａｄ（λｄｎ−１）を算出する（ステップＳ５）。
【００９９】
そして、算出部５は、Ａｄ（λｄ１）〜Ａｄ（λｄｎ−１）と吸収ピーク波長λｄ１〜λｄｎ−１との関係をプロットして入射スペクトルを算出する（ステップＳ６）。これによって、赤外線検出装置１０の動作が終了する。
【０１００】
実施の形態１においては、算出部５の動作は、ソフトウェアによって実行されてもよい。この場合、算出部５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）を備える。
【０１０１】
ＲＯＭは、吸収ピーク波長λｄ１〜λｄｎと検出値Ｓｄ（λｄ１）〜Ｓｄ（λｄｎ）とをそれぞれ対応付けた［λｄ１：Ｓｄ（λｄ１）］〜［λｄｎ：Ｓｄ（λｄｎ）］と、固定波長フィルタ１の波長範囲とを制御部４から受け付けるステップＳ１−１と、図９に示すステップＳ４〜ステップＳ６とを備えるプログラムＰｒｏｇ＿Ａを格納する。ＲＡＭは、ＣＰＵによって受け付けられた［λｄ１：Ｓｄ（λｄ１）］〜［λｄｎ：Ｓｄ（λｄｎ）］および固定波長フィルタ１の波長範囲、およびＣＰＵによって算出されたＡｄ（λｄ１）〜Ａｄ（λｄｎ−１）を一時的に記憶する。
【０１０２】
ＣＰＵは、ＲＯＭからプログラムＰｒｏｇ＿Ａを読み出し、その読み出したプログラムＰｒｏｇ＿ＡのステップＳ１−１，Ｓ４〜Ｓ６を順次実行して、上述した方法によって、入射スペクトルを算出する。
【０１０３】
この場合、Ａｄ（λｄ１）〜Ａｄ（λｄｎ−１）を算出するＣＰＵは、「算出手段」を構成する。また、［λｄ１：Ｓｄ（λｄ１）］〜［λｄｎ：Ｓｄ（λｄｎ）］および固定波長フィルタ１の波長範囲を受け付けるＣＰＵは、「受付手段」を構成する。
【０１０４】
また、プログラムＰｒｏｇ＿Ａは、記録媒体（例えば、ＣＤおよびＤＶＤ等）に記録されて流通されてもよい。この場合、コンピュータ（ＣＰＵ）は、記録媒体からプログラムＰｒｏｇ＿Ａを読み出して実行し、入射スペクトルを算出する。従って、プログラムＰｒｏｇ＿Ａを記録したＣＤ，ＤＶＤ等は、プログラムＰｒｏｇ＿Ａを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読み取り可能な記録媒体である。
【０１０５】
図１０は、図２と異なる固定波長フィルタの波長範囲と波長可変吸収フィルタの波長範囲との関係を示す概念図である。
【０１０６】
図１０を参照して、固定波長フィルタの波長範囲ＷＲ＿Ｆは、波長λ３から波長λ４までの波長範囲に設定され、波長可変吸収フィルタの波長範囲ＷＲ１＿Ｖは、波長λ５から波長λ２までの波長範囲に設定される（図１０の（ａ）参照）。そして、波長範囲ＷＲ１＿Ｖのうち、波長λ５から波長λ４までの波長範囲は、固定波長フィルタの波長範囲ＷＲ＿Ｆと重複する波長範囲ＷＲ＿ＤＵＰ１であり、波長λ４から波長λ２までの波長範囲は、固定波長フィルタの波長範囲ＷＲ＿Ｆと異なる波長範囲ＷＲ＿ＤＩＦ１である。ここで、波長λ５は、λ５＜λ４を満たすように設定され、より好ましくは、λ５＜λ４−２λＷを満たすように設定される。これは、波長範囲ＷＲ１＿Ｖが固定波長フィルタの波長範囲ＷＲ＿Ｆと重複する波長範囲ＷＲ＿ＤＵＰ１と固定波長フィルタの波長範囲ＷＲ＿Ｆと異なる波長範囲ＷＲ＿ＤＩＦ１とを有するようにするためである。そして、波長λ５がλ５＜λ４−２λＷを満たすように設定された場合、波長範囲ＷＲ＿ＤＵＰ１において、互いに重複する波長範囲が無いようにする吸収ピーク波長を少なくとも２以上とすることが確実に確保される。
【０１０７】
また、固定波長フィルタの波長範囲ＷＲ＿Ｆは、波長λ３から波長λ４までの波長範囲に設定され、波長可変吸収フィルタの波長範囲ＷＲ２＿Ｖは、波長λ１から波長λ６までの波長範囲に設定される（図１０の（ｂ）参照）。そして、波長範囲ＷＲ２＿Ｖのうち、波長λ３から波長λ６までの波長範囲は、固定波長フィルタの波長範囲ＷＲ＿Ｆと重複する波長範囲ＷＲ＿ＤＵＰ２であり、波長λ１から波長λ３までの波長範囲は、固定波長フィルタの波長範囲ＷＲ＿Ｆと異なる波長範囲ＷＲ＿ＤＩＦ２である。ここで、波長λ６は、λ３＜λ６を満たすように設定され、より好ましくは、λ３＋２λＷ＜λ６を満たすように設定される。これは、波長範囲ＷＲ２＿Ｖが固定波長フィルタの波長範囲ＷＲ＿Ｆと重複する波長範囲ＷＲ＿ＤＵＰ２と固定波長フィルタの波長範囲ＷＲ＿Ｆと異なる波長範囲ＷＲ＿ＤＩＦ２とを有するようにするためである。そして、波長λ６がλ３＋２λＷ＜λ６を満たすように設定された場合、波長範囲ＷＲ＿ＤＵＰｗにおいて、互いに重複する波長範囲が無いようにする吸収ピーク波長を少なくとも２以上とすることが確実に確保される。
【０１０８】
図１０の（ａ）および（ｂ）において、固定波長フィルタの波長範囲ＷＲ＿Ｆと異なる波長範囲ＷＲ＿ＤＩＦ１（または波長範囲ＷＲ＿ＤＩＦ２）は、固定波長フィルタの波長範囲ＷＲ＿Ｆと重複する波長範囲ＷＲ＿ＤＵＰ１（またはＷＲ＿ＤＵＰ２）に連続して設けられていなくてもよい。
【０１０９】
波長可変吸収フィルタの吸収ピーク波長が波長範囲ＷＲ＿ＤＩＦ１（＝λ４〜λ２）（または波長範囲ＷＲ＿ＤＩＦ２（＝λ１〜λ３））に設定された場合、波長可変吸収フィルタは、固定波長フィルタを透過した赤外線の全体を検出器３へ出射するので、検出器３は、上述したＳｉｎを検出する。
【０１１０】
また、波長可変吸収フィルタの吸収ピーク波長が波長範囲ＷＲ＿ＤＵＰ１（＝λ５〜λ４）（または波長範囲ＷＲ＿ＤＵＰ２（＝λ３〜λ６））に設定された場合、波長可変吸収フィルタは、固定波長フィルタを透過した赤外線の一部を吸収し、残りの赤外線を検出器３へ出射するので、検出器３は、上述したＳｄ（λｄ）を検出する。
【０１１１】
従って、波長可変吸収フィルタの複数の吸収波長範囲が波長範囲ＷＲ＿ＤＵＰ１（またはＷＲ＿ＤＵＰ２）および波長範囲ＷＲ＿ＤＩＦ１（または波長範囲ＷＲ＿ＤＩＦ２）に設定されるように、複数の電圧が波長可変吸収フィルタに印加される。
【０１１２】
以上より、この発明の実施の形態においては、波長可変吸収フィルタ２は、固定波長フィルタ１の波長範囲と異なる第１の波長範囲ＷＲ＿ＤＩＦと、固定波長フィルタ１の波長範囲と少なくとも一部が重複する第２の波長範囲ＷＲ＿ＤＵＰとを有していればよい。
【０１１３】
そして、好ましくは、第１の波長範囲は、波長可変吸収フィルタ２の吸収ピーク幅（図２に示す幅λＷ）よりも広く設定される。これによって、検出器３は、上述したＳｉｎを正確に検出できる。
【０１１４】
なお、波長λ３と波長λ５は、ほぼ等しくてもよい。同様に、波長λ４と波長λ６は、ほぼ等しくてもよい。すなわち、波長可変吸収フィルタの波長範囲ＷＲ１＿Ｖと固定波長フィルタの波長範囲ＷＲ＿Ｆは、短波長または長波長側の少なくともいずれかで異なっていればよい。
【０１１５】
更に、実施の形態１においては、固定波長フィルタ１は、大気の窓からなっていてもよい。この場合、大気の窓は、例えば、３μｍ〜５．５μｍの波長範囲に設定される。
【０１１６】
更に、波長可変吸収フィルタ２は、検出器としてではなく、光吸収器として使用されているため、次の効果を有する。
【０１１７】
波長可変吸収フィルタ２を検出器として使用した場合（即ち、波長可変吸収フィルタ２から光電流を取り出す場合）、キャリアの取出効率を上げるために、光吸収により励起された電子の遷移先を障壁層の伝導帯近くにする必要があり、キャリアの取出効率がバイアス電圧により大きく変化する。これは、バイアス電圧ごとに、検出感度が異なることを意味するため、検出感度の補正が必要となる。
【０１１８】
これに対し、波長可変吸収フィルタ２を光吸収器として使用した場合（即ち、波長可変吸収フィルタ２から光電流を取り出さない場合）は、障壁層の伝導帯に対して深いエネルギー準位（量子井戸層または量子ドットの閉じ込め準位のうち、障壁層の伝導帯端から遠い閉じ込め準位）へ遷移する構成でも検出器３によって信号を検出できるため、波長可変吸収フィルタ２に印加する電圧の影響を受け難くすることができる。このようにすることで、印加電圧により吸収ピーク値や吸収幅などが変化せず、印加電圧ごとの補正を行う必要がない構成とすることができる。
【０１１９】
［実施の形態２］
図１１は、実施の形態２による赤外線検出装置の概略図である。図１１を参照して、実施の形態２による赤外線検出装置１０Ａは、図１に示す赤外線検出装置１０の波長可変吸収フィルタ２を波長可変吸収フィルタ２Ａに変えたものであり、その他は、赤外線検出装置１０と同じである。
【０１２０】
図１１において、波長可変吸収フィルタ２Ａは、固定波長フィルタ１と検出器３との間に配置されているが、固定波長フィルタ１の入射側に配置されていてもよい。そして、波長可変吸収フィルタ２Ａは、切換機構２６と、吸収フィルタ２７〜３０とを含む。
【０１２１】
吸収フィルタ２７〜３０は、切換機構２６の周囲に配置される。そして、吸収フィルタ２７〜３０は、吸収波長範囲（即ち、吸収ピーク波長）が相互に異なる。吸収フィルタ２７〜３０のうちのいずれか１つは、上述した波長範囲ＷＲ＿ＤＩＦに吸収波長範囲を有し、残りの吸収フィルタは、上述した波長範囲ＷＲ＿ＤＵＰに吸収波長範囲を有する。または、吸収フィルタ２７〜３０のうちのいずれか１つを設置せず、上述した波長範囲ＷＲ＿ＤＵＰの全てにおいて赤外線を透過させてもよい。
【０１２２】
切換機構２６は、制御部４からの制御に従って、設定すべき吸収フィルタを吸収フィルタ２７〜３０に順次切り換える。
【０１２３】
なお、図１１においては、４個の吸収フィルタ２７〜３０が図示されているが、波長可変吸収フィルタ２Ａは、１個以上の吸収フィルタを備えていればよい。
【０１２４】
赤外線検出装置１０Ａにおいては、検出器３は、吸収フィルタ２７〜３０を順次切り換えたときの検出値Ｓｄ（λｄ１）〜Ｓｄ（λｄ４）を順次検出し、その検出した検出値Ｓｄ（λｄ１）〜Ｓｄ（λｄ４）を制御部４へ出力する。
【０１２５】
制御部４は、検出値Ｓｄ（λｄ１）〜Ｓｄ（λｄ４）を検出器３から受ける。そして、制御部４は、波長λｄ１〜λｄ４と検出値Ｓｄ（λｄ１）〜Ｓｄ（λｄ４）とをそれぞれ対応付けた［λｄ１：Ｓｄ（λｄ１）］〜［λｄ４：Ｓｄ（λｄ４）］と、固定波長フィルタ１の波長範囲とを算出部５へ出力する。
【０１２６】
算出部５は、［λｄ１：Ｓｄ（λｄ１）］〜［λｄ４：Ｓｄ（λｄ４）］および固定波長フィルタ１の波長範囲を制御部４から受け、その受けた［λｄ１：Ｓｄ（λｄ１）］〜［λｄ４：Ｓｄ（λｄ４）］および固定波長フィルタ１の波長範囲に基づいて、実施の形態１における方法と同じ方法によって入射スペクトルを算出する。
【０１２７】
図１２は、図１１に示す赤外線検出装置１０Ａの動作を説明するためのフローチャートである。
【０１２８】
図１２に示すフローチャートは、図９に示すフローチャートのステップＳ１，Ｓ２をそれぞれステップＳ１Ａ，Ｓ２Ａに変えたものであり、その他は、図９に示すフローチャートと同じである。
【０１２９】
図１２を参照して、赤外線検出装置１０Ａの動作が開始されると、制御部４は、ｎ個の吸収ピーク波長λｄ１〜λｄｎをそれぞれ有するｎ個の吸収フィルタを順次切り換えるように波長可変吸収フィルタ２Ａを制御する（ステップＳ１Ａ）。
【０１３０】
そして、波長可変吸収フィルタ２Ａは、制御部４からの制御に従ってｎ個の吸収フィルタを順次切り換える。検出器３は、ｎ個の吸収フィルタが順次切り換えられた状態でそれぞれ検出値Ｓｄ（λｄ１）〜Ｓｄ（λｄｎ）を検出し（ステップＳ２Ａ）、その検出した検出値Ｓｄ（λｄ１）〜Ｓｄ（λｄｎ）を制御部４へ出力する。
【０１３１】
その後、上述したステップＳ３〜ステップＳ６が順次実行され、入射スペクトルが算出される。これによって、赤外線検出装置１０Ａの動作が終了する。
【０１３２】
赤外線検出装置１０Ａの算出部５の動作がソフトウェアによって実現される場合、実施の形態１において説明したプログラムＰｒｏｇ＿Ａによって算出部５の動作が実現される。
【０１３３】
実施の形態２におけるその他の説明は、実施の形態１における説明と同じである。
【０１３４】
［実施の形態３］
図１３は、実施の形態３による赤外線検出装置の概略図である。図１３を参照して、実施の形態３による赤外線検出装置１０Ｂは、図１に示す赤外線検出装置１０の算出部５を算出部５Ａに変えたものであり、その他は、赤外線検出装置１０と同じである。
【０１３５】
実施の形態１においては、Ｓｉｎ（λ）の波長依存性のみを求め、絶対値を求めていなかった。Ｓｉｎ（λ）は、プランクの式で表される黒体分光放射輝度（式（６）参照）と式（７）に示す関係がある。
【０１３６】
【数６】
2020153914.tif 000008
【０１３７】
【数７】
2020153914.tif 000009
【０１３８】
式（６）において、ｈは、プランク定数であり、ｃは、光速であり、ｋは、ボルツマン定数であり、Ｔは、絶対温度である。また、式（７）において、αは、放射される輝度のうち検出器で検出される空間的な割合を意味する。τは、大気の透過率であり、εは、対象物の放射率である。
【０１３９】
一般的に、二色法とは、２つの波長λ１，λ２で測定した結果の比を取ることにより、α×τ（λ）×ε（λ）の係数の依存性を除去する方法である。
【０１４０】
従って、次式が得られる。
【０１４１】
【数８】
2020153914.tif 000010
【０１４２】
式（８）の右辺は、理論値であるため、左辺の検出値から対象物の温度Ｔを算出できる。
【０１４３】
実施の形態３においては、算出部５Ａは、図１に示す算出部５と同じ方法によってＡｄ（λ１）〜Ａｄ（λｎ）を算出する。ここで、実施の形態１において説明したように、Ａｄ（λ１）およびＡｄ（λ２）は、Ｓｉｎ（λ１）およびＳｉｎ（λ２）と比例関係にある。λｍとλｍ＋１では、放射率εが同じであるとみなせるため、算出部５Ａは、波長λ１における入射スペクトル上の値（＝Ａｄ（λ１））と、波長λ２における入射スペクトル上の値（＝Ａｄ（λ２））とを検出し、その検出した２つの値の比Ａｄ（λ１）／Ａｄ（λ２）を算出する。これを式（６）に当てはめると、次式が得られる。
【０１４４】
【数９】
2020153914.tif 000011
【０１４５】
従って、比Ａｄ（λ１）／Ａｄ（λ２）および波長λ１，λ２を式（９）に代入することによって、赤外線を放射する対象物の温度Ｔを算出することができる。
【０１４６】
なお、放射率εが同じであるとみなせる範囲は、式（９）において２つの波長λ１，λ２における放射率の比を１とみなせる範囲であればよく、例えば、放射率の違いが１％以内に収まっていればよい。このとき、温度算出誤差は、１℃程度に収まる。
【０１４７】
算出部５Ａは、入射スペクトルを算出すると、その算出した入射スペクトルに基づいて、二色法によって対象物の温度Ｔを算出する。
【０１４８】
図１４は、入射強度比および算出強度比と波長との関係を示す図である。図１４において、縦軸は、入射強度比および算出強度比を表し、横軸は、波長を表す。また、菱形は、理論値から算出した入射強度比を示し、四角は、検出値から算出した算出強度比を示す。
【０１４９】
波長８．５μｍに対応する強度比は、波長８．５μｍにおけるＡｄ（λ１）と波長９μｍにおけるＡｄ（λ２）との強度比である。また、波長９μｍに対応する強度比は、波長９μｍにおけるＡｄ（λ１）と波長９．５μｍにおけるＡｄ（λ２）との強度比である。その他の波長における強度比も同様である。
【０１５０】
図１４に示すように、検出値から算出した算出強度比は、理論値から算出した入射強度比と良く合致している。
【０１５１】
従って、上述した方法によって対象物の温度Ｔを算出することによって、対象物の温度Ｔを正確に算出できる。
【０１５２】
また、一つの強度比Ａｄ（λ１）／Ａｄ（λ２）のみから温度を算出するのではなく、図１３に示すように、強度比の波長依存性全体から温度を算出してもよい。即ち、算出された強度比に理論強度比が最も合致する温度を求めればよい。
【０１５３】
図１５は、図１３に示す赤外線検出装置１０Ｂの動作を説明するためのフローチャートである。
【０１５４】
図１５に示すフローチャートは、図９に示すフローチャートにステップＳ７〜ステップＳ１０を追加したものであり、その他は、図９に示すフローチャートと同じである。
【０１５５】
図１５を参照して、赤外線検出装置１０Ｂの動作が開始されると、上述したステップＳ１〜ステップＳ６が順次実行される。
【０１５６】
そして、ステップＳ６の後、算出部５Ａは、放射率εが同じであると見なせる異なる２つの波長λ１，λ２を決定する（ステップＳ７）。
【０１５７】
その後、算出部５Ａは、２つの波長λ１，λ２における入射スペクトル上のＡｄ（λ１），Ａｄ（λ２）を検出する（ステップＳ８）。
【０１５８】
引き続いて、算出部５Ａは、Ａｄ（λ１），Ａｄ（λ２）に基づいて比Ａｄ（λ１）／Ａｄ（λ２）を算出し（ステップＳ９）、その算出した比Ａｄ（λ１）／Ａｄ（λ２）に基づいて、二色法によって対象物の温度Ｔを算出する（ステップＳ１０）。これによって、赤外線検出装置１０Ｂの動作が終了する。
【０１５９】
算出部５Ａの動作は、ソフトウェアによって実行されてもよい。この場合、算出部５Ａは、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを備える。
【０１６０】
ＲＯＭは、吸収ピーク波長λｄ１〜λｄｎと検出値Ｓｄ（λｄ１）〜Ｓｄ（λｄｎ）とをそれぞれ対応付けた［λｄ１：Ｓｄ（λｄ１）］〜［λｄｎ：Ｓｄ（λｄｎ）］と、固定波長フィルタ１の波長範囲とを制御部４から受け付けるステップＳ１−１と、図１４に示すステップＳ４〜ステップＳ１０とを備えるプログラムＰｒｏｇ＿Ｂを格納する。
【０１６１】
ＲＡＭは、ＣＰＵによって受け付けられた［λｄ１：Ｓｄ（λｄ１）］〜［λｄｎ：Ｓｄ（λｄｎ）］および／または固定波長フィルタ１の波長範囲、およびＣＰＵによって算出されたＡｄ（λｄ１）〜Ａｄ（λｄｎ−１）またはＡｄ（λｄ１）〜Ａｄ（λｄｎ）を一時的に記憶する。
【０１６２】
ＣＰＵは、ＲＯＭからプログラムＰｒｏｇ＿Ｂを読み出し、その読み出したプログラムＰｒｏｇ＿ＢのステップＳ１−１，Ｓ４〜Ｓ１０を順次実行して、上述した方法によって、対象物の温度Ｔを算出する。
【０１６３】
この場合、Ａｄ（λｄ１）〜Ａｄ（λｄｎ−１）またはＡｄ（λｄ１）〜Ａｄ（λｄｎ）を算出するＣＰＵは、「算出手段」を構成する。また、［λｄ１：Ｓｄ（λｄ１）］〜［λｄｎ：Ｓｄ（λｄｎ）］および／または固定波長フィルタ１の波長範囲を受け付けるＣＰＵは、「受付手段」を構成する。
【０１６４】
また、プログラムＰｒｏｇ＿Ｂは、記録媒体（例えば、ＣＤおよびＤＶＤ等）に記録されて流通されてもよい。この場合、コンピュータ（ＣＰＵ）は、記録媒体からプログラムＰｒｏｇ＿Ｂを読み出して実行し、対象物の温度Ｔを算出する。従って、プログラムＰｒｏｇ＿Ｂを記録したＣＤ，ＤＶＤ等は、プログラムＰｒｏｇ＿Ｂを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読み取り可能な記録媒体である。
【０１６５】
なお、実施の形態３による赤外線検出装置は、波長可変吸収フィルタ２を図１０に示す波長可変吸収フィルタ２Ａに変えたものであってもよい。
【０１６６】
実施の形態３におけるその他の説明は、実施の形態１における説明と同じである。
【０１６７】
上述した実施の形態１〜３によれば、この発明の実施の形態による赤外線検出装置は、
赤外線の透過波長が固定されている固定波長フィルタと、固定波長フィルタの波長範囲と異なる第１の波長範囲と、固定波長フィルタの波長範囲と少なくとも一部が重複する第２の波長範囲とを有し、第１および第２の波長範囲において赤外線の吸収波長範囲を変更可能な波長可変吸収フィルタと、第１および第２の波長範囲において吸収波長範囲を複数の吸収波長範囲に変更したときに波長可変吸収フィルタおよび固定波長フィルタから出射される赤外線を複数の吸収波長範囲に対応した複数の積分値として検出する検出器と、検出器によって検出された複数の積分値に基づいて、波長可変吸収フィルタに入射する赤外線の赤外線強度を算出する算出部とを備えていればよい。
【０１６８】
また、この発明の実施の形態においては、吸収ピーク波長（吸収波長範囲）を電気的に変更可能な波長可変吸収フィルタ２および吸収ピーク波長（吸収波長範囲）を機械的に変更可能な波長可変吸収フィルタ２Ａを開示する。従って、この発明の実施の形態における波長可変吸収フィルタは、吸収ピーク波長（吸収波長範囲）を変更可能なものであれば、どのようなものであってもよい。
【０１６９】
更に、この発明の実施の形態によれば、赤外線検出方法は、
固定波長フィルタの波長範囲と異なる第１の波長範囲と、固定波長フィルタの波長範囲と少なくとも一部が重複する第２の波長範囲とを有する波長可変吸収フィルタの赤外線の吸収波長範囲を第１および第２の波長範囲において複数の吸収波長範囲に変更したときに固定波長フィルタを透過して波長可変吸収フィルタおよび固定波長フィルタから出射される赤外線を複数の吸収波長範囲に対応した複数の積分値として検出する第１のステップと、
検出された複数の積分値に基づいて、波長可変吸収フィルタに入射する赤外線の赤外線強度を算出する第２のステップとを備えていればよい。
【０１７０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１７１】
この発明は、赤外線検出装置および赤外線検出方法に適用される。
【符号の説明】
【０１７２】
１  固定波長フィルタ、２，２Ａ  波長可変吸収フィルタ、３  検出器、４  制御部、５，５Ａ  算出部、１０，１０Ａ，１０Ｂ  赤外線検出装置、２１，２３  コンタクト層、２２  光吸収層、２４，２５  電極、２６  切換機構、２７〜３０  吸収フィルタ。
【図１】
2020153914.tif 000012
【図２】
2020153914.tif 000013
【図３】
2020153914.tif 000014
【図４】
2020153914.tif 000015
【図５】
2020153914.tif 000016
【図６】
2020153914.tif 000017
【図７】
2020153914.tif 000018
【図８】
2020153914.tif 000019
【図９】
2020153914.tif 000020
【図１０】
2020153914.tif 000021
【図１１】
2020153914.tif 000022
【図１２】
2020153914.tif 000023
【図１３】
2020153914.tif 000024
【図１４】
2020153914.tif 000025
【図１５】
2020153914.tif 000026