(57)【要約】      （修正有）【課題】少ない補正点により赤外線検出器の入出力特性を適切に補正できる赤外線検出装置を提供する。【解決手段】入力赤外線に応じた出力電気量を生成する１つ又は複数の赤外線検出器と、前記赤外線検出器の入出力特性を指数関数により補正することにより、前記出力電気量に基づいて前記入力赤外線に応じた温度を求める補正演算部２５とを含む。【選択図】図３
2014185860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力赤外線に応じた出力電気量を生成する１つ又は複数の赤外線検出器と、
前記赤外線検出器の入出力特性を指数関数により補正することにより、前記出力電気量に基づいて前記入力赤外線に応じた温度を求める補正演算部と
を含む赤外線検出装置。
【請求項２】
既知温度T1ならびにT2（T2＞T1）の黒体相当の入射光に対する前記赤外線検出器の出力電圧がV1ならびにV2である時、任意入射赤外光に対する前記赤外線検出器の出力電圧Vに対して、
【数１】
2014185860.tif 000082
として前記入射光相当の黒体温度Tを求めるか、あるいはDT0=T2-T1として、
【数２】
2014185860.tif 000083
に対してT＝T1+DTとして前記入射光相当の黒体温度Tを求めるか、あるいは、
【数３】
2014185860.tif 000084
に対してT＝T2-DTとして前記入射光相当の黒体温度Tを求めることによって、前記赤外線検出器の入出力特性の補正を行うことを特徴とする請求項１記載の赤外線検出装置。
【請求項３】
既知温度T1ならびにT2（T2＞T1）の黒体相当の入射光に対する前記赤外線検出器の出力電圧がV1ならびにV2である時、任意入射赤外光に対する前記赤外線検出器の出力電圧Vに対して、
【数４】
2014185860.tif 000085
として、
【数５】
2014185860.tif 000086
あるいは、
【数６】
2014185860.tif 000087
として前記入射光相当の黒体温度Tを求めることによって、前記赤外線検出器の入出力特性の補正を行うことを特徴とする請求項１項記載の赤外線検出装置。
【請求項４】
既知温度T1ならびにT2（T2＞T1）の黒体相当の入射光に対する前記赤外線検出器の出力電圧がV1ならびにV2である時、任意入射赤外光に対する前記赤外線検出器の出力電圧Vに対して、適宜設定したパラメタcを用いて、
【数７】
2014185860.tif 000088
として、
【数８】
2014185860.tif 000089
あるいは、
【数９】
2014185860.tif 000090
として前記入射光相当の黒体温度Tを求めるか、あるいはDT0=T2-T1として、
【数１０】
2014185860.tif 000091
あるいは、
【数１１】
2014185860.tif 000092
に対してT＝T1+DTとして前記入射光相当の黒体温度Tを求めるか、あるいは、
【数１２】
2014185860.tif 000093
あるいは、
【数１３】
2014185860.tif 000094
に対してT＝T2-DTとして前記入射光相当の黒体温度Tを求めることによって、前記赤外線検出器の入出力特性の補正を行うことを特徴とする請求項１記載の赤外線検出装置。
【請求項５】
赤外線検出器により入力赤外線に応じた出力電気量を生成し、
前記赤外線検出器の入出力特性を指数関数により補正することにより、前記出力電気量に基づいて前記入力赤外線に応じた温度を求める
各段階を含む赤外線検出器の入出力特性の補正方法。
【請求項６】
既知温度T1ならびにT2（T2＞T1）の黒体相当の入射光に対する前記赤外線検出器の出力電圧がV1ならびにV2である時、任意入射赤外光に対する前記赤外線検出器の出力電圧Vに対して、
【数１４】
2014185860.tif 000095
として前記入射光相当の黒体温度Tを求めるか、あるいはDT0=T2-T1として、
【数１５】
2014185860.tif 000096
に対してT＝T1+DTとして前記入射光相当の黒体温度Tを求めるか、あるいは、
【数１６】
2014185860.tif 000097
に対してT＝T2-DTとして前記入射光相当の黒体温度Tを求めることによって、前記赤外線検出器の入出力特性の補正を行うことを特徴とする請求項５記載の赤外線検出器の入出力特性の補正方法。
【請求項７】
既知温度T1ならびにT2（T2＞T1）の黒体相当の入射光に対する前記赤外線検出器の出力電圧がV1ならびにV2である時、任意入射赤外光に対する前記赤外線検出器の出力電圧Vに対して、
【数１７】
2014185860.tif 000098
として、
【数１８】
2014185860.tif 000099
あるいは、
【数１９】
2014185860.tif 000100
として前記入射光相当の黒体温度Tを求めることによって、前記赤外線検出器の入出力特性の補正を行うことを特徴とする請求項５項記載の赤外線検出器の入出力特性の補正方法。
【請求項８】
既知温度T1ならびにT2（T2＞T1）の黒体相当の入射光に対する前記赤外線検出器の出力電圧がV1ならびにV2である時、任意入射赤外光に対する前記赤外線検出器の出力電圧Vに対して、適宜設定したパラメタcを用いて、
【数２０】
2014185860.tif 000101
として、
【数２１】
2014185860.tif 000102
あるいは、
【数２２】
2014185860.tif 000103
として前記入射光相当の黒体温度Tを求めるか、あるいはDT0=T2-T1として、
【数２３】
2014185860.tif 000104
あるいは、
【数２４】
2014185860.tif 000105
に対してT＝T1+DTとして前記入射光相当の黒体温度Tを求めるか、あるいは、
【数２５】
2014185860.tif 000106
あるいは、
【数２６】
2014185860.tif 000107
に対してT＝T2-DTとして前記入射光相当の黒体温度Tを求めることによって、前記赤外線検出器の入出力特性の補正を行うことを特徴とする請求項５記載の赤外線検出器の入出力特性の補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願開示は、入出力特性を補正する機能を備えた赤外線検出装置、及び赤外線検出器の入出力特性の補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Focal Plane Array（ＦＰＡ）型赤外線撮像装置では、画素に相当する受光素子（赤外線検出器）を平面上に２次元状に配置し、その面に投影される赤外線の強度分布を電気信号分布に変換して、赤外線画像を得る。しかしながら通常、各画素の間でその特性を均一に作製することは困難であり、したがってそのままでは、たとえ投影される赤外線強度の面内分布が均一であっても、その出力信号には分布を生じる。このためＦＰＡ型赤外線撮像装置では、各画素の出力を補正して、同一強度の入射赤外線強度には、同一の画素信号が得られるようにしている。具体的には、いくつかの既知の強度の赤外線を、面内に均一に入射させ、その出力を測定して、その結果から既知強度以外での入射光強度に対する画素出力を補間により補正する。
【０００３】
このような補正を行う場合、既知強度の赤外線源を、補正点の数だけ装置内などに備える必要があるため、装置の複雑化を招くから、通常は原理的に最も補正点が少ない、２点での補間が行われる。このような場合、通常は２点間での画素素子の線形性を仮定して、線形補間法が用いられる。
【０００４】
しかしながら、一般には画素素子の入射光−出力信号特性（以下、入出力特性と呼ぶ）は線形であるとは限らず、この場合には、図１に示したように、補正ずれが生じてしまう。ここで補正ずれとは、本当の入射光強度、あるいは入射光強度相当の黒体温度と、画素出力から求められる入射光強度、あるいは入射光強度相当の黒体温度とが異なってしまうことである。図１においては、着目画像素子について、温度Ｔ１の黒体相当の強度の赤外線を入射したときの出力電圧値がＶ１であり、温度Ｔ２の黒体相当の強度の赤外線を入射したときの出力電圧値がＶ２である。このとき、対象物体を撮像した際の当該画像素子の出力電圧値がＶ３であると、本来の入出力特性によれば温度Ｔ３が対象物体の温度として正しく検知されるべきところ、線形補間により近似した場合には温度Ｔ３'が対象物体の温度として誤って検知されてしまう。このような補正ずれを抑制するためには、補正点を増やして、細かく線形補間を行うか、多項式近似を用いてより実際の画素素子の入射光-出力信号特性に近い補正曲線を用いて補正を行うことなどが考えられる。しかしこの場合には、補正点相当の既知強度の赤外線源の数が増えてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１５１６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上を鑑みると、少ない補正点により赤外線検出器の入出力特性を適切に補正できる赤外線検出装置、及び赤外線検出器の入出力特性の補正方法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
赤外線検出装置は、入力赤外線に応じた出力電気量を生成する１つ又は複数の赤外線検出器と、前記赤外線検出器の入出力特性を指数関数により補正することにより、前記出力電気量に基づいて前記入力赤外線に応じた温度を求める補正演算部とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
少なくとも１つの実施例によれば、少ない補正点により赤外線検出器の入出力特性を適切に補正できる赤外線検出装置、及び赤外線検出器の入出力特性の補正方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】画素素子の入出力特性による補正ずれを示す図である。
【図２】赤外線検出素子による容量電圧変化を説明するための図である。
【図３】赤外線検出装置の一例である赤外線撮像装置の構成の一例を示す図である。
【図４】赤外線撮像装置における入出力特性の補正方法の第１の実施例を示すフローチャートである。
【図５】入出力特性較正データ保存部及び補正演算部の構成の一例を示す図である。
【図６】赤外線撮像装置における入出力特性の補正方法の第２の実施例を示すフローチャートである。
【図７】入出力特性較正データ保存部及び補正演算部の構成の一例を示す図である。
【図８】従来技術の補正を行った場合と第１の方法により補正を行った場合とを比較した図である。
【図９】従来技術の補正を行った場合と第２の方法により補正を行った場合とを比較した図である。
【図１０】従来技術の補正を行った場合と第３の方法により補正を行った場合とを比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施例を添付の図面を用いて詳細に説明する。
【００１１】
画素素子（赤外線検出器）の入射光-出力信号特性が線形でない原因としては、素子自体の非線形性や、画素で変換された電気信号強度に対する、後段の電気回路の非線形性など、さまざまな要因が含まれる。しかしながら素子自体に理想的な線形性を仮定したとしても、その入出力特性は原理的に非線形であること、またこの非線形性は、近似的に指数関数で表現される特性を有していることを、本願発明の発明者は見出した。この指数関数は、従来どおり２点での入射光強度-出力信号の相関から一意に決定できるから、本願装置では、従来技術における線形での２点補正よりも正確に画素素子の入出力特性を補正できる。また単純な指数関数により入出力特性を補正できるので、装置が必要以上に複雑になることもない。
【００１２】
赤外線検知器の感度Rを「単位入射光強度（パワー）に対して出力として得られる電流値Iの比」と定義する。ここで、波長λとλ+dλの間での入射光強度W(λ)dλの入射光に対する出力電流ｄIは、感度の波長分散（分光特性）をR(λ)として、感度の定義から、
【００１３】
【数１】
2014185860.tif 000003
と書ける。したがって、Wの全分光特性に対する出力電流Iは、上式を波長域[0,∞]で積分して、
【００１４】
【数２】
2014185860.tif 000004
となる。ここでR（λ）が、素子駆動バイアス電圧（VIg）によって変動するピーク値Rp（VIg）と、VIgによっては変動しない（と仮定した場合の）規格化分光応答特性R0（λ）によって、
【００１５】
【数３】
2014185860.tif 000005
の形に書けるとする。またW(λ)を、温度Tの黒体放射強度の波長分散特性W（λ,T）
【００１６】
【数４】
2014185860.tif 000006
（ｋ：ボルツマン定数、h：プランク定数、c：真空中での光速）によるものとする。光路中での減衰・散乱や、開口径によって決まる比例定数をA（波長に依存しないと仮定）として、上記出力電流Iは、
【００１７】
【数５】
2014185860.tif 000007
となる。したがって、暗電流、つまりすべての入射光強度の場合に流れる一定値の電流をId（VIg）とすると、温度T1の黒体からの放射によって赤外線検知器に流れる全電流IDC（VIg）は、
【００１８】
【数６】
2014185860.tif 000008
と表されることになる。一方、温度T1の黒体からの放射によって赤外線検知器に流れる全電流と、温度T2＝T1+ΔTの黒体からの放射によって赤外線検知器に流れる全電流との差分をΔIp（VIg）とすると、
【００１９】
【数７】
2014185860.tif 000009
となる。ここで、ΔTが十分微小であるとすると、括弧{・}の中は、
【００２０】
【数８】
2014185860.tif 000010
と近似できるから、
【００２１】
【数９】
2014185860.tif 000011
と表すことができる。
【００２２】
ここで、ΔIp（VIg）とIDC（VIg）の比、
【００２３】
【数１０】
2014185860.tif 000012
を考える。ここまでの結果から、この比は、
【００２４】
【数１１】
2014185860.tif 000013
となる。ここで、
【００２５】
【数１２】
2014185860.tif 000014
である。また上式のうち、
【００２６】
【数１３】
2014185860.tif 000015
は、定義ないしは仮定から、バイアス条件に依存しない定数であり、これを、
【００２７】
【数１４】
2014185860.tif 000016
と置く。すると、
【００２８】
【数１５】
2014185860.tif 000017
となる。したがって、
【００２９】
【数１６】
2014185860.tif 000018
という関係が得られる。
【００３０】
赤外線検知器素子ＦＰＡでの読み出し回路（Read Out Integrated Circuit：ＲＯＩＣ）が、一般的な、ダイレクト・インジェクション型であるとする。この場合、図２に示すように、赤外線検出素子（赤外線検出器）１０により流れる素子電流Ｉにより、容量素子１１の両端の電位差Ｖが変化する。容量素子１１の容量値C、蓄積電荷Q、及びその端子間電圧Vの間にはQ=CVという良く知られた関係式があり、
【００３１】
【数１７】
2014185860.tif 000019
となる。ここで出力信号Sを、蓄積時間Δtでの単位温度差あたりの出力電位差、と定義すると、
【００３２】
【数１８】
2014185860.tif 000020
となるから、先ほどの結果を用いて、
【００３３】
【数１９】
2014185860.tif 000021
という関係が得られる。ところで、出力信号Sは、その定義「蓄積時間Δtでの単位温度差あたりの出力電位差」から、
【００３４】
【数２０】
2014185860.tif 000022
であるから、結局VDC（T,VIg）に関する微分方程式、
【００３５】
【数２１】
2014185860.tif 000023
が得られる。ところで、ここで考えている赤外線検知器の動作状態では、そのバイアス電圧VIgは一定であるから、暗電流相当の電圧Vd（VIg）は赤外線入射光量（あるいはT）によらず一定である。ここで近似として、右辺の括弧[・]内の第二項を一定値kであると考えると、
【００３６】
【数２２】
2014185860.tif 000024
となる。良く知られているように、この形の微分方程式の解は指数関数、
【００３７】
【数２３】
2014185860.tif 000025
となる。ここでVDC0（VIg）は変数Tに対する積分定数である。
【００３８】
以上の議論からわかるように、赤外線検知器の入出力特性は一般に、入射光強度相当の黒体温度Tに対して近似的に指数関数の形を取ることがわかる。なお、（２）式の赤外線検知器の入出力特性の導出過程においては、黒体の温度変化に対する赤外線放射強度の変化量が∂W/∂Tに比例すると近似している。このことから分かるとおり、上記の赤外線検知器の入出力特性の指数関数関係は、黒体温度とその赤外放射強度との間に見られる指数関数関係を反映したものではない。
【００３９】
以下、既知温度T1ならびにT2（T1＜T2）の黒体相当の入射光を用いて、赤外線検知器の入出力特性を補正する方法について説明する。
＜第１の方法：任意の指数関数を用いる方法＞
上に述べたように、赤外線検知器の入出力特性は一般に、入射光強度相当の黒体温度Tに対して近似的に指数関数として表される。ここでこの指数関数を、定係数a,bを用いて
【００４０】
【数２４】
2014185860.tif 000026
とおく。すると、既知温度T1ならびにT2の黒体相当の入射光に対する出力電圧がそれぞれV1ならびにV2であったとして、
【００４１】
【数２５】
2014185860.tif 000027
から、赤外線検知器の入出力特性の近似式としての指数関数を一意に決定できる。このとき、任意温度Tの黒体相当の入射光に対する出力電圧がVであるとき、
【００４２】
【数２６】
2014185860.tif 000028
によって、撮像対象の温度Tを決定できる。
【００４３】
ところで、温度Tを、T1を基準としてT=T1+DTと表し、T2= T1+DT0とすると、（３）式は、
【００４４】
【数２７】
2014185860.tif 000029
となる。ここで改めて、
【００４５】
【数２８】
2014185860.tif 000030
と置きなおすと、
【００４６】
【数２９】
2014185860.tif 000031
となる。従って、
【００４７】
【数３０】
2014185860.tif 000032
として、T=T1+DTからも撮像対象の温度Tを決定することができる。
【００４８】
同様に、温度Tを、T2を基準としてT=T2-DTと表し、T1= T2-DT0とすると、（３）式は、
【００４９】
【数３１】
2014185860.tif 000033
となる。ここで改めて、
【００５０】
【数３２】
2014185860.tif 000034
と置きなおすと、
【００５１】
【数３３】
2014185860.tif 000035
となる。従って、
【００５２】
【数３４】
2014185860.tif 000036
として、T=T2-DTからも撮像対象の温度Tを決定することができる。
【００５３】
上記の２種類の方法は、単に数式操作の問題であって、互いに等価な関係にあるから、このどちらの方法を用いてもよいことは明らかである。
＜第２の方法：（２）式の近似式を用いる方法＞
前述の（２）式、
【００５４】
【数３５】
2014185860.tif 000037
において、指数関数の引数の係数は、（１）式から、
【００５５】
【数３６】
2014185860.tif 000038
となる。この場合のSは、赤外線検知器の出力電圧がVDC（VIg）である場合の値（つまり、VDC-T曲線における、VDC＝VDC（VIg）での微係数）である。このSを、既知温度T1ならびにT2の黒体相当の入射光に対する出力電圧V1ならびにV2に対する平均のS、
【００５６】
【数３７】
2014185860.tif 000039
で近似する。すると、
【００５７】
【数３８】
2014185860.tif 000040
あるいは、
【００５８】
【数３９】
2014185860.tif 000041
が得られる。このとき、既知温度T1ならびにT2の黒体相当の入射光に対する出力電圧V1ならびにV2から、（４）式について、
【００５９】
【数４０】
2014185860.tif 000042
あるいは、
【００６０】
【数４１】
2014185860.tif 000043
が得られる（（５）式についても同様であるので、説明は省略する）。したがって、任意温度Tの黒体相当の入射光に対する出力電圧がVであるとき、
【００６１】
【数４２】
2014185860.tif 000044
あるいは、
【００６２】
【数４３】
2014185860.tif 000045
によって、撮像対象の温度Tを決定できる。あるいは（５）式から、
【００６３】
【数４４】
2014185860.tif 000046
あるいは、
【００６４】
【数４５】
2014185860.tif 000047
によって、撮像対象の温度Tを決定できる。
＜第３の方法：（２）式の近似式を用いる方法＞
前述のように、（１）式で表されるSは、赤外線検知器の出力電圧がVDC（VIg）である場合の値（つまり、VDC-T曲線における、VDC＝VDC（VIg）での微係数）である。ところで、いわゆる平均値の定理により、x-y座標系の任意の滑らかな連続曲線y=f(x)について、変数x変域の区間[x1,x2]において、
【００６５】
【数４６】
2014185860.tif 000048
を満たす実数cが存在する（ここで、f'(x)は、関数f(x)のxによる一次微分関数を表す）。このことを用いて、当該赤外線検知器の入出力特性上のある点（Tc,Vc）において、
【００６６】
【数４７】
2014185860.tif 000049
が成り立つように、（２）式の係数を決定する近似方法が考えられる。このとき、（１）式から、
【００６７】
【数４８】
2014185860.tif 000050
となるから、（２）式は、
【００６８】
【数４９】
2014185860.tif 000051
と書ける。既知温度T1ならびにT2の黒体相当の入射光に対する出力電圧V1ならびにV2から、
【００６９】
【数５０】
2014185860.tif 000052
あるいは、
【００７０】
【数５１】
2014185860.tif 000053
が得られる。したがって、任意温度Tの黒体相当の入射光に対する出力電圧がVであるとき、
【００７１】
【数５２】
2014185860.tif 000054
あるいは、
【００７２】
【数５３】
2014185860.tif 000055
によって、撮像対象の温度Tを決定できる。あるいは、温度Tを、T1を基準としてT=T1+DTと表し、T2= T1+DT0とすると（６）式は、
【００７３】
【数５４】
2014185860.tif 000056
となる。既知温度T1ならびにT2の黒体相当の入射光に対する出力電圧V1ならびにV2から、
【００７４】
【数５５】
2014185860.tif 000057
あるいは、
【００７５】
【数５６】
2014185860.tif 000058
が得られる。したがって、任意温度T=T1+DTの黒体相当の入射光に対する出力電圧がVであるとき、
【００７６】
【数５７】
2014185860.tif 000059
あるいは、
【００７７】
【数５８】
2014185860.tif 000060
として、T=T1+DTからも撮像対象の温度Tを決定することができる。
【００７８】
同様に、温度Tを、T2を基準としてT=T2-DTと表し、T2= T1+DT0とすると（６）式は、
【００７９】
【数５９】
2014185860.tif 000061
となる。既知温度T1ならびにT2の黒体相当の入射光に対する出力電圧V1ならびにV2から、
【００８０】
【数６０】
2014185860.tif 000062
あるいは、
【００８１】
【数６１】
2014185860.tif 000063
が得られる。したがって、任意温度T=T2-DTの黒体相当の入射光に対する出力電圧がVであるとき、
【００８２】
【数６２】
2014185860.tif 000064
あるいは、
【００８３】
【数６３】
2014185860.tif 000065
として、T=T2-DTからも撮像対象の温度Tを決定することができる。
【００８４】
図３は、赤外線検出装置の一例である赤外線撮像装置の構成の一例を示す図である。なお図３において、各ボックスで示される各機能ブロックと他の機能ブロックとの境界は、基本的には機能的な境界を示すものであり、物理的な位置の分離、電気的な信号の分離、制御論理的な分離等に対応するとは限らない。各機能ブロックは、他のブロックと物理的にある程度分離された１つのハードウェアモジュールであってもよいし、或いは他のブロックと物理的に一体となったハードウェアモジュール中の１つの機能を示したものであってもよい。
【００８５】
図３に示す赤外線撮像装置は、画素回路アレイ２１、行選択スイッチ部２２、信号取り出し＆シフトレジスタ部２３、入出力特性較正データ保存部２４、補正演算部２５、信号出力部２６、及びスイッチ２７を含む。画素アレイ２１は、縦横にマトリクス上に配置された複数の画素回路を含む。行選択スイッチ部２２により、指定した行位置にある画素回路を選択し、更に信号取り出し＆シフトレジスタ部２３により、指定した列位置にある画素回路を選択する。これにより、指定した行位置及び列位置にある画素回路から、当該画素の撮像データを出力電圧として読み出すことができる。
【００８６】
画素回路の各々は、例えば図２に示すような赤外線検出素子１０、容量素子１１、スイッチ１２として動作するトランジスタ等を含む。赤外線検出素子１０は、入射光（入射赤外線）の量に応じて電気抵抗値が変化する特性を有し、入力赤外線に応じた出力電気量を生成する（例えば電流を流す）。赤外線検出素子１０の抵抗値に応じた量の電流が、容量素子１１からスイッチ１２及び赤外線検出素子１０を介してグラウンドＧＮＤ側に流れ、容量素子１１の電荷が減少する。この電荷の減少により変化する容量素子１１の両端電位差に応じた電圧が、撮像データとして信号取り出し＆シフトレジスタ部２３に取り出される。
【００８７】
信号取り出し＆シフトレジスタ部２３は、選択された行での一定バイアス電圧下での列出力信号を時系列のシリアル信号として取り出す。このときのシリアル信号では、各画素素子の入出力特性バラツキによって、たとえ同じ強度の入射光量においても、出力電圧強度がばらついている。信号取り出し＆シフトレジスタ部２３により取り出された各画素の出力電圧は、スイッチ２７を介して、入出力特性較正データ保存部２４又は補正演算部２５に供給される。入出力特性較正データ保存部２４には、既知温度の黒体からの面内で均一な放射赤外線を画素回路アレイ２１に入射した状態で、信号取り出し＆シフトレジスタ部２３からの出力電圧を供給する。これにより、入出力特性較正データ保存部２４に、較正用のデータを保存する。
【００８８】
対象物体の撮像時には、信号取り出し＆シフトレジスタ部２３からのばらついたシリアル信号を、補正演算部２５に供給する。補正演算部２５は、入出力特性較正データ保存部２４に保存された較正用のデータに基づいて、所定のバイアス条件における入出力特性を補正する演算を、各画素毎に実行する。この補正演算により、入出力特性のバラツキを補正した補正後出力電圧が得られる。この際、補正演算部２５は、赤外線検出素子１０の入出力特性を指数関数により補正することにより、赤外線検知素子１０の出力電気量に基づいて入力赤外線に応じた温度を求める。補正後出力電圧は各画素毎に撮像対象の温度を示す電圧であり、補正演算部２５から信号出力部２６に供給される。
【００８９】
以下に、図３に示す赤外線撮像装置における入出力特性の補正方法について説明する。
【００９０】
図４は、赤外線撮像装置における入出力特性の補正方法の第１の実施例を示すフローチャートである。図３及び図４を参照して、図４に示される補正方法について説明する。なおフローチャートにおいて、各ステップの実行順はフローチャートに示される順番に限定されるものではなく、動作に支障が生じない限りにおいてステップの実行順を前後させてもよい。
【００９１】
まずステップＳ１で、所望のバイアス電圧を印加した動作状態、即ち、各画素の赤外線検出素子１０に一定バイアス電圧VIgを印加した状態に、２次元アレイ（画素回路アレイ２１）を設定する。ステップＳ２で、スイッチ２７を入出力特性較正データ保存部２４側に接続する。ステップＳ３で、温度T1の黒体相当の物体からの面内で均一な放射赤外線を画素回路アレイ２１に入射（照射）する。ステップＳ４で、上記赤外線を入射した状態で、画素回路アレイ２１の各画素に対して、画素出力電圧値V1（i,j）を取得する。出力電圧値V1（i,j）は、信号取り出し＆シフトレジスタ部２３から入出力特性較正データ保存部２４に供給される。
【００９２】
図５は、入出力特性較正データ保存部２４及び補正演算部２５の構成の一例を示す図である。入出力特性較正データ保存部２４は、ＡＤ変換部３１、記憶制御部３２、読出制御部３３、V1（i,j）記憶部３４、V2（i,j）記憶部３５、及び温度記憶部３６を含む。また補正演算部２５は、演算部４１、及びＡＤ変換部４２を含む。
【００９３】
ＡＤ変換部３１は、信号取り出し＆シフトレジスタ部２３から供給されたアナログの出力電圧をデジタル電圧値に変換する。入出力特性較正データ保存部２４には、現在供給されている出力電圧の画素位置（i,j）を示すデータと、現在入射している赤外線源の温度Ｔ１又はＴ２を示すデータとが供給される。記憶制御部３２は、ＡＤ変換部３１によるＡＤ変換後のデジタル電圧値を、V1（i,j）記憶部３４に格納する。この際、記憶制御部３２は、画素位置（i,j）に応じたメモリ位置にデジタル電圧値を格納する。また更に、記憶制御部３２は、現在の赤外線源の温度Ｔ１を温度記憶部３６に格納する。
【００９４】
図４に戻り、ステップＳ５で、温度T2の黒体相当の物体からの面内で均一な放射赤外線を画素回路アレイ２１に入射（照射）する。ステップＳ６で、上記赤外線を入射した状態で、画素回路アレイ２１の各画素に対して、画素出力電圧値V2（i,j）を取得する。出力電圧値V2（i,j）は、信号取り出し＆シフトレジスタ部２３から入出力特性較正データ保存部２４に供給される。図５に示す入出力特性較正データ保存部２４では、出力電圧値V2（i,j）をＡＤ変換部３１によりＡＤ変換して得られるデジタル電圧値が、記憶制御部３２により、V2（i,j）記憶部３５に格納される。この際、記憶制御部３２は、画素位置（i,j）に応じたメモリ位置にデジタル電圧値を格納する。また更に、記憶制御部３２は、現在の赤外線源の温度Ｔ2を温度記憶部３６に格納する。
【００９５】
以上により、補正に用いられる較正データの取得が完了する。次に、赤外線撮像装置の通常の使用状態において、補正を実施して赤外線画像を得る動作が実行される。
【００９６】
図４のステップＳ７で、スイッチ２７を補正演算部２５側に接続する。これにより、各画素の赤外線検出素子１０に一定バイアス電圧VIgを印加した状態で、画素回路アレイ２１からの画素出力V(i,j)を補正演算部２５に順次読みだす。補正演算部２５では、入出力特性較正データ保存部２４に格納されているデータに基づき、前述の第１の方法乃至第３の方法のいずれかの式を用いて、各画素からの画素出力V(i,j)に対応する撮像対象の温度を求める。
【００９７】
温度計算の具体例を、例えば、補正式、
【００９８】
【数６４】
2014185860.tif 000066
を用いた場合について以下に説明する。信号取り出し＆シフトレジスタ部２３から、各画素(i,j)の画素出力電圧V(i,j)が順次出力されてくる。この出力に対応する撮像対象の当該部分の温度T(i,j)は、
【００９９】
【数６５】
2014185860.tif 000067
で求められる。画素(i,j)からの画素出力電圧V(i,j)が補正演算部２５に入力されると、画素位置(i,j)を示すデータに応じて、画素(i,j)に対応した補正データV1（i,j）、V2（i,j）、並びにT1及びT2が信号取り出し＆シフトレジスタ部２３から読み出される（図４のステップＳ８）。補正演算部２５のＡＤ変換部４２は、画素(i,j)の画素出力電圧V(i,j)をアナログ電圧からデジタル電圧値に変換する。補正演算部２５の演算部４１は、変換後のデジタル電圧値と上記の補正式とを用いて、画素(i,j)の画素出力電圧V(i,j)に対応する撮像対象の当該部分の温度T(i,j)を算出し、信号出力部２６へ出力する（図４のステップＳ９）。ステップＳ８の動作とステップＳ９の動作とが、全画素に対して繰り替えされる（図４のステップＳ１０）。
【０１００】
信号出力部２６は、赤外線撮像装置の構成に応じて、上記T(i,j)に応じた強度の信号を例えばテレビ画像出力のコントラスト信号として生成し、ディスプレイ装置に出力する（図４のステップＳ１１）。
【０１０１】
なお前述の第２の方法及び第３の方法では、補正データV1（i,j）及びV2（i,j）（並びにT1及びT2）に加え、
【０１０２】
【数６６】
2014185860.tif 000068
の値が必要になる。この値については、予めステップＳ６の段階で計算して信号取り出し＆シフトレジスタ部２３に格納しておいてもよいし、或いはステップＳ９で逐次算出してもよい。また前述の第３の方法では、パラメタcの値が必要になるが、この値は、予め信号取り出し＆シフトレジスタ部２３に保存しておけばよい。
【０１０３】
上記の実施例では、補正演算部２５にて、各T(i,j)を算出するために補正演算を逐次実行している。これに対し、T(i,j)を逐次算出するのではなく、各画素出力電圧V(i,j)に対応する温度T(i,j)を予め計算しておき、計算したデータを、V(i,j)とT(i,j)との対応を示すテーブルとして入出力特性較正データ保存部２４に保存しておいてもよい。そのような実施例を以下に説明する。
【０１０４】
図６は、赤外線撮像装置における入出力特性の補正方法の第２の実施例を示すフローチャートである。図３及び図６を参照して、図６に示される補正方法について説明する。なおフローチャートにおいて、各ステップの実行順はフローチャートに示される順番に限定されるものではなく、動作に支障が生じない限りにおいてステップの実行順を前後させてもよい。
【０１０５】
まずステップＳ２１で、所望のバイアス電圧を印加した動作状態、即ち、各画素の赤外線検出素子１０に一定バイアス電圧VIgを印加した状態に、２次元アレイ（画素回路アレイ２１）を設定する。ステップＳ２２で、スイッチ２７を入出力特性較正データ保存部２４側に接続する。ステップＳ２３で、温度T1の黒体相当の物体からの面内で均一な放射赤外線を画素回路アレイ２１に入射（照射）する。ステップＳ２４で、上記赤外線を入射した状態で、画素回路アレイ２１の各画素に対して、画素出力電圧値V1（i,j）を取得する。出力電圧値V1（i,j）は、信号取り出し＆シフトレジスタ部２３から入出力特性較正データ保存部２４に供給される。
【０１０６】
図７は、入出力特性較正データ保存部２４及び補正演算部２５の構成の一例を示す図である。入出力特性較正データ保存部２４は、ＡＤ変換部３１、記憶制御部３２、テーブル演算部５１、電圧・温度記憶部５２、テーブル記憶部５３、及び読出制御・比較部５４を含む。また補正演算部２５は、演算部６１、及びＡＤ変換部４２を含む。
【０１０７】
ＡＤ変換部３１は、信号取り出し＆シフトレジスタ部２３から供給されたアナログの出力電圧をデジタル電圧値に変換する。入出力特性較正データ保存部２４には、現在供給されている出力電圧の画素位置（i,j）を示すデータと、現在入射している赤外線源の温度Ｔ１又はＴ２を示すデータとが供給される。記憶制御部３２は、ＡＤ変換部３１によるＡＤ変換後のデジタル電圧値を、電圧・温度記憶部５２に格納する。この際、記憶制御部３２は、画素位置（i,j）に応じたメモリ位置にデジタル電圧値を格納する。また更に、記憶制御部３２は、現在の赤外線源の温度Ｔ１を電圧・温度記憶部５２に格納する。
【０１０８】
図４に戻り、ステップＳ２５で、温度T2の黒体相当の物体からの面内で均一な放射赤外線を画素回路アレイ２１に入射（照射）する。ステップＳ２６で、上記赤外線を入射した状態で、画素回路アレイ２１の各画素に対して、画素出力電圧値V2（i,j）を取得する。出力電圧値V2（i,j）は、信号取り出し＆シフトレジスタ部２３から入出力特性較正データ保存部２４に供給される。図７に示す入出力特性較正データ保存部２４では、出力電圧値V2（i,j）をＡＤ変換部３１によりＡＤ変換して得られるデジタル電圧値が、記憶制御部３２により、電圧・温度記憶部５２に格納される。この際、記憶制御部３２は、画素位置（i,j）に応じたメモリ位置にデジタル電圧値を格納する。また更に、記憶制御部３２は、現在の赤外線源の温度Ｔ2を電圧・温度記憶部５２に格納する。
【０１０９】
ステップＳ２６では、更に、電圧・温度記憶部５２に格納されている画素(i,j)に対応した補正データV1（i,j）及びV2（i,j）（並びにT1及びT2）と、例えば以下の補正式、
【０１１０】
【数６７】
2014185860.tif 000069
とを用いて、テーブルを作成する。即ち、例えば適当な区間[V(i,j,k)，V(i,j,k)+δV）に対して、
【０１１１】
【数６８】
2014185860.tif 000070
を計算することにより、画素(i,j)毎に各区間に対してT(i,j,k)を求める。こうして求めた値が、テーブル記憶部５３に格納される。
【０１１２】
図６のステップＳ２７で、スイッチ２７を補正演算部２５側に接続する。これにより、各画素の赤外線検出素子１０に一定バイアス電圧VIgを印加した状態で、画素回路アレイ２１からの各画素(i,j)の画素出力電圧V(i,j)を、補正演算部２５に順次供給する。
【０１１３】
ステップＳ２８で、テーブル記憶部５３に格納されているテーブルからデータを読み出す。具体的には、補正演算部２５のＡＤ変換部４２が、画素(i,j)の画素出力電圧V(i,j)をアナログ電圧からデジタル電圧値に変換する。演算部６１は、画素出力のデジタル電圧値V(i,j)を、入出力特性較正データ保存部２４の読出制御・比較部５４に供給する。読出制御・比較部５４は、画素位置(i,j)を示すデータと画素出力のデジタル電圧値V(i,j)とに基づいて、テーブル記憶部５３に格納されているテーブルから、画素位置(i,j)とデジタル電圧値V(i,j)とに対応する温度T(i,j)を読み出す。
【０１１４】
ステップＳ２９で、画素出力電圧V(i,j)に対応する撮像対象の当該部分の温度T(i,j)求める。即ち、テーブル記憶部５３に格納されているテーブルから、
V(i,j,k) ≦V(i,j) ＜V(i,j,k)+δV
を満たすkに対応するT(i,j,k)を読出し、このT(i,j,k)を、画素出力電圧V(i,j)に対応する撮像対象の当該部分の温度T(i,j)とする。撮像対象の当該部分の温度T(i,j)は、演算部６１から信号出力部２６へ出力される。ステップＳ２８の動作とステップＳ２９の動作とが、全画素に対して繰り替えされる（ステップＳ３０）。
【０１１５】
信号出力部２６は、赤外線撮像装置の構成に応じて、上記T(i,j)に応じた強度の信号を例えばテレビ画像出力のコントラスト信号として生成し、ディスプレイ装置に出力する（ステップＳ３１）。
【０１１６】
なお前述の第２の方法及び第３の方法では、補正データV1（i,j）及びV2（i,j）（並びにT1及びT2）に加え、
【０１１７】
【数６９】
2014185860.tif 000071
の値が必要になる。この値については、ステップＳ２６の段階で計算してテーブル計算に用いてよい。また前述の第３の方法では、パラメタcの値が必要になるが、この値は、例えば電圧・温度記憶部５２に予め保存しておき、テーブル計算に用いてよい。
【０１１８】
図８は、従来技術の補正を行った場合と第１の方法により補正を行った場合とを比較した図である。横軸は被写黒体温度を示し、縦軸は、補正された温度と本来の温度とのずれを示す。図８では、T1=20℃であり、T2=60℃である場合を示してある。２点（T1、T2）間を従来技術により線形補間して補正した値と真の値とのずれが、曲線７１として示される。また、２点（T1、T2）間を前述の第１の方法により補正した値と真の値とのずれが、曲線７２として示される。図８から分かるように、比較的単純な指数関数を用いた第１の方法の場合でも、従来技術よりも補正精度が向上している。
【０１１９】
図９は、従来技術の補正を行った場合と第２の方法により補正を行った場合とを比較した図である。横軸は被写黒体温度を示し、縦軸は、補正された温度と本来の温度とのずれを示す。図９には、T1=20℃及びT2=60℃の２点を用い従来技術により線形補間した場合のずれが曲線８１として示され、T1=20℃及びT2=40℃の２点を用い従来技術により線形補間した場合のずれが曲線８２として示される。またT1=20℃及びT2=40℃の２点を用い前述の第２の方法により補正した場合のずれが、曲線８３として示される。前述の説明からわかるように、第２の方法では、入出力特性曲線の傾きが、直線の場合に比べて相対的に大きく変化する曲線の傾き（信号Sの値）を、既知温度T1ならびにT2での平均のSの値で近似して用いている。そのためにT1とT2との差が大きい場合には、第２の方法では、誤差が比較的大きくなってしまう（例えば被写黒体温度20〜40℃の範囲の曲線８３の値を参照）。しかしながら、従来技術ではその範囲外で急激に補正ずれの値が大きくなるのに対して、第２の方法では、全体に穏やかな変化にとどまっており、従来技術の場合に比べて全体としての有利性が認められる。
【０１２０】
図１０は、従来技術の補正を行った場合と第３の方法により補正を行った場合とを比較した図である。横軸は被写黒体温度を示し、縦軸は、補正された温度と本来の温度とのずれを示す。図１０では、T1=20℃及びT2=60℃の２点を用い従来技術により線形補間した場合のずれが曲線９１として示され、T1=20℃及びT2=40℃の２点を用い従来技術により線形補間した場合のずれが曲線９２として示される。またT1=20℃及びT2=40℃の２点を用いc=0.3として前述の第３の方法により補正した場合のずれが、曲線９３として示される。第３の方法では、被写黒体温度の広い範囲にわたって、従来技術の場合と同程度或いは小さなずれの補正が実現できている。即ち、第３の方法では、従来技術の場合に比べて全体としての有利性が認められる。なお第３の方法における定係数cは、概算ないしは経験上から適宜決定してもよいし、或いは使用する赤外線撮像素子と同一又は類似仕様の試料などを用いて最適値を決定してもよい。
【０１２１】
第１の方法乃至第３の方法の何れを選択するかは、使用する赤外線撮像装置の仕様及び実施時の各種制約を勘案し、適宜決定すればよい。また或いは、画素出力電圧の電圧値に応じて異なる補正式を選択的に用いることにより、広い範囲の画素出力電圧に対して小さな補正ずれを実現してもよい。
【０１２２】
例えば第２の方法では、既に述べたように、補正に用いた温度T1或いはT2から、撮像対象の温度が異なるほど、補正ずれが大きくなる。即ち、補正式として、
【０１２３】
【数７０】
2014185860.tif 000072
或いは、
【０１２４】
【数７１】
2014185860.tif 000073
を用いる場合、式を見ればわかるように、撮像対象の温度がT1（つまりV＝V1）では、補正ずれが厳密に０である。しかし撮像対象の温度がT1から離れるほど、補正ずれを生じる可能性が大きくなる。
【０１２５】
同様に、補正式として
【０１２６】
【数７２】
2014185860.tif 000074
或いは、
【０１２７】
【数７３】
2014185860.tif 000075
を用いる場合、式を見れば分かるように、撮像対象の温度がT2（つまりV＝V2）では、補正ずれが厳密に０である。しかし撮像対象の温度がT2から離れるほど、補正ずれを生じる可能性が大きくなる。
【０１２８】
上記の欠点を補う為に、例えばV＜V1では、
【０１２９】
【数７４】
2014185860.tif 000076
或いは、
【０１３０】
【数７５】
2014185860.tif 000077
を用い、V1≦Vでは、
【０１３１】
【数７６】
2014185860.tif 000078
或いは、
【０１３２】
【数７７】
2014185860.tif 000079
を用いてよい。このように、画素出力電圧Vの値に応じて、使用する補正式を適宜切り替えて補正を行ってもよい。
【０１３３】
或いは、画素出力Vの全領域において、たとえば
【０１３４】
【数７８】
2014185860.tif 000080
及び、
【０１３５】
【数７９】
2014185860.tif 000081
を用いて２つの温度Tを算出し、これら２つの温度Tの平均値を求めて補正結果として用いてもよい。また単純な平均値ではなく、撮像装置の所望の特性を実現するために適切に選ばれた重みづけ平均などの関数を用いて、Ta及びTbからTを求めて補正結果として用いてもよい。
【０１３６】
また上記の例に限らず、補正ずれをさらに抑制するために、第１乃至第３の方法のうちのいくつかの補正式を適宜組み合わせて用いてもよい。また、同様な理由から、第３の方法における定係数cを、画素出力Vの適切な関数として決定して用いてもよい。
【０１３７】
なお、上記実施例の説明では、複数の赤外線検出器（赤外線検出素子）を持つ赤外線撮像装置を例として説明したが、単一の赤外線検出器においても上記の補正方法が有効であることは言うまでもない。
【０１３８】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【０１３９】
１０  赤外線検出素子
１１  容量素子
１２  スイッチ
２１  画素回路アレイ
２２  行選択スイッチ部
２３  信号取り出し＆シフトレジスタ部
２４  入出力特性較正データ保存部
２５  補正演算部
２６  信号出力部
２７  スイッチ
【図１】
2014185860.tif 000108
【図２】
2014185860.tif 000109
【図３】
2014185860.tif 000110
【図４】
2014185860.tif 000111
【図５】
2014185860.tif 000112
【図６】
2014185860.tif 000113
【図７】
2014185860.tif 000114
【図８】
2014185860.tif 000115
【図９】
2014185860.tif 000116
【図１０】
2014185860.tif 000117