(57)【要約】【課題】ガス観測の利便性を向上させたガス検出装置を提供すること。【解決手段】ガスの吸収線の波長を含む第１の波長域の光を感知する第１の受光素子と、前記第１の波長域よりも広い第２の波長域の光を感知する第２の受光素子とを含む画素部が複数配置された光センサ部と、前記第１の受光素子と前記第２の受光素子との画素部毎の出力比に基づいて、前記ガスの分布を表す画像信号を生成する信号処理部とを備える、ガス検出装置。例えば、前記第２の波長域は、前記第１の波長域の一部又は全部と重複する。例えば、前記第２の波長域は、前記吸収線の波長を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの吸収線の波長を含む第１の波長域の光を感知する第１の受光素子と、前記第１の波長域よりも広い第２の波長域の光を感知する第２の受光素子とを含む画素部が複数配置された光センサ部と、
前記第１の受光素子と前記第２の受光素子との画素部毎の出力比に基づいて、前記ガスの分布を表す画像信号を生成する信号処理部とを備える、ガス検出装置。
【請求項２】
前記第２の波長域は、前記第１の波長域の一部又は全部と重複する、請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項３】
前記第２の波長域は、前記吸収線の波長を含む、請求項２に記載のガス検出装置。
【請求項４】
前記第１の受光素子と前記第２の受光素子とが積層する、請求項１から３のいずれか一項に記載のガス検出装置。
【請求項５】
前記信号処理部は、
前記ガスが無い状態での各光強度に対する前記第１の受光素子と前記第２の受光素子との出力比を画素部毎に記憶するメモリと、
前記メモリに画素部毎に記憶された出力比を用いて、前記第２の受光素子の出力を基準出力に画素部毎に変換する変換部と、
前記基準出力と前記第１の受光素子の出力との画素部毎の比較結果に基づいて、前記画像信号を生成する画像信号生成部とを有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のガス検出装置。
【請求項６】
前記光センサ部を照らす光の照度を計測する照度計測部を備え、
前記メモリに画素部毎に記憶された出力比は、前記照度計測部の計測結果に応じて選定される、請求項５に記載のガス検出装置。
【請求項７】
前記画像信号に基づいて、前記ガスの分布を示す分布画像を表示する表示部を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のガス検出装置。
【請求項８】
前記表示部は、前記第２の受光素子の画素部毎の出力に基づいて生成された画像に、前記分布画像を重畳して表示する、請求項７に記載のガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、赤外線がガスに吸収されることを利用して、当該ガスの濃度を検出するガス検出装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０８１７５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１は、ガス検出システムの構成の一例を示す図である。図１に示されるガス検出システム１は、ガス検出装置３と、レーザ光源２とを備える。ガス検出装置３は、ガスの吸収線の波長と同じ波長のレーザ光を発射するレーザ光源２に対向して配置される。ガス検出装置３は、レーザ光源２からガス検出装置３までの間に存在するガスによるレーザ光の減衰量を検知するイメージセンサ４を有する。レーザ光の減衰量に応じてイメージセンサ４から出力される信号に基づいて、ガスの分布を表す画像を得ることができる。
【０００５】
しかしながら、ガス検出システム１では、例えば遠方に存在するガスを観測する場合、ガス検出装置３から当該ガスまでの距離よりも更に離れた場所にレーザ光源２を設置しなければならない。そのため、レーザ光源２をそのような場所に設置することが難しい場合、ガス観測の利便性が低下する。
【０００６】
そこで、本開示の一態様は、ガス観測の利便性を向上させたガス検出装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本開示の一態様では、
ガスの吸収線の波長を含む第１の波長域の光を感知する第１の受光素子と、前記第１の波長域よりも広い第２の波長域の光を感知する第２の受光素子とを含む画素部が複数配置された光センサ部と、
前記第１の受光素子と前記第２の受光素子との画素部毎の出力比に基づいて、前記ガスの分布を表す画像信号を生成する信号処理部とを備える、ガス検出装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の一態様によれば、ガス観測の利便性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ガス検出システムの構成の一例を示す図である。
【図２】ガス検出装置の構成の一例を示す図である。
【図３】イメージセンサの構成の一例を示す図である。
【図４】一画素部の構造の一例を示す図である。
【図５】信号処理部の一例を示す図である。
【図６】一画素部の構造の一具体例を示す図である。
【図７】受光素子の特性の一例を示す図である。
【図８】第１の受光素子のエネルギー構造の一例を示す図である。
【図９】第２の受光素子のエネルギー構造の一例を示す図である。
【図１０】イメージセンサを含む光センサ部の構成の一例を示す図である。
【図１１】信号処理部の構成の一例を示す図である。
【図１２】信号処理部での処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１３】熱撮像情報とガス濃度情報とを重畳して表示する一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施形態を図面に従って説明する。
【００１１】
図２は、ガス検出装置の構成の一例を示す図である。図２に示されるガス検出装置１０１は、レーザ光源を利用せずに、物体からの熱輻射や太陽光の反射による自然光を利用して、近赤外線から遠赤外線までの赤外線領域に吸収線を有するガスの空間濃度分布を観測する。自然光がガスを通過すると、当該ガスに固有の吸収線と同じ波長を有する光の強度は、当該ガスの濃度が高いほど低下する。したがって、ガス検出装置１０１は、観測対象のガスを通過した自然光の受光量を光センサ部１１０によって検出し、検出された受光量に基づいて画像信号を信号処理部１１８により生成する。表示モニタ１５３は、信号処理部１１８により生成された画像信号に基づいて、観測対象のガスの濃度分布を表す画像を表示する。これにより、観測対象のガスの濃度分布を当該画像から視覚的に観測することが可能となる。
【００１２】
ガス検出装置１０１は、光センサ部１１０と、信号処理部１１８と、表示モニタ１５３とを備える。光センサ部１１０は、観測対象のガスを通過した自然光を受光し、その受光量に応じたセンサ出力信号を出力する。光センサ部１１０は、レンズ１１１と、イメージセンサ１１４とを有する。表示モニタ１５３は、表示部の一例である。
【００１３】
図３は、イメージセンサの構成の一例を示す図である。図３に示されるイメージセンサ１１４は、物体からの熱輻射や太陽光の反射により観測対象のガスを通過した自然光を、センサアレイ１２において二次元のアレイ状に配置された複数の画素部で受光する。イメージセンサ１１４は、複数の画素部で受光された自然光の受光量に応じたセンサ出力信号を出力する。
【００１４】
イメージセンサ１１４は、センサアレイ１２と、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）読み出し回路１３とを備える。ＣＭＯＳ読み出し回路１３は、基板に設けられている。センサアレイ１２とＣＭＯＳ読み出し回路１３との対応する電極同士は、インジウム製のバンプ１７により接続されている。センサアレイ１２は、二次元のアレイ状に配置された複数の画素部を有する。
【００１５】
図２において、レンズ１１１は、観測対象のガスを通過した自然光を、イメージセンサ１１４のセンサアレイ１２（図３参照）上に投射する。センサアレイ１２に設けられた各画素部は、レンズ１１１により投射された自然光の入射光量に応じた光電流を発生する。これにより、観測対象のガスを通過した自然光は、電気信号に変換される。電気信号は、ＣＭＯＳ読み出し回路１３（図３参照）によってマルチプレクスされた後、各画素部で受光された自然光の受光量に応じたセンサ出力信号として、信号処理部１１８に出力される。信号処理部１１８は、光センサ部１１０からのセンサ出力信号を感度補正処理し、感度補正処理後のセンサ出力信号を、観測対象のガスの濃度分布を示す分布画像を生成するための画像信号に、フォーマット変換する。表示モニタ１５３は、信号処理部１１８から出力された画像信号に基づいて、観測対象のガスの濃度分布を示す分布画像を生成して表示する。
【００１６】
図４は、一画素部の構造の一例を示す図である。図４に示される画素部１０は、センサアレイ１２（図３参照）において二次元のアレイ状に配置された複数の画素部のうちの一つの画素部を表す。センサアレイ１２に設けられた各画素部は、図４に示される画素部１０と同じ構成を有する。センサアレイ１２に設けられた各画素部は、ＣＭＯＳ読み出し回路１３に複数のバンプ１７によって接続されている。
【００１７】
画素部１０は、受光素子１５と、受光素子１６とを含んでいる。受光素子は、光センサ素子とも称する。受光素子１５，１６は、光の入射量に応じて抵抗値が変化する特性を有する光伝導型素子である。
【００１８】
受光素子１５は、観測対象のガスの吸収線の波長を含む第１の波長域の光を感知する第１の受光素子の一例である。受光素子１５は、第１の波長域以外の波長域よりも高い感度で、第１の波長域に波長が含まれる光を感知する。受光素子１５は、第１の波長域の光の受光量に対応する電流値の光電流を出力する。
【００１９】
受光素子１６は、第１の波長域よりも広い第２の波長域の光を感知する第２の受光素子の一例である。受光素子１６は、第２の波長域以外の波長域よりも高い感度で、第２の波長域に波長が含まれる光を感知する。受光素子１６は、第２の波長域の光の受光量に対応する電流値の光電流を出力する。
【００２０】
受光素子１５は、観測対象のガスの吸収線の波長を含む第１の波長域の光を感知するので、当該ガスの濃度が高くなるほど、受光素子１５の光電流出力は低下する。なぜなら、観測対象のガスの濃度が高くなるほど、当該ガスの吸収線と同じ波長の光が当該ガスに吸収される量が多くなるからである。一方、受光素子１６は、第１の波長域よりも広い第２の波長域の光を感知するので、受光素子１６の光電流出力が低下する度合いは、受光素子１５の光電流出力が低下する度合いよりも小さい。このため、受光素子１５の光電流出力と受光素子１６の光電流出力との出力比（以下、「出力比Ｒ」とも称する）は、観測対象のガスの濃度に応じた値に変化する。
【００２１】
信号処理部１１８（図２参照）は、画素部毎に算出された出力比Ｒに基づいて、観測対象のガスの分布を表す画像信号を生成する。これにより、表示モニタ１５３（図２参照）は、信号処理部１１８により生成された画像信号に基づいて、観測対象のガスの濃度分布を示す分布画像を表示できる。このように、ガス検出装置１０１は、レーザ光源を利用せずに自然光を利用してガスの濃度を観測できるので、ガス観測の利便性を向上させることができる。
【００２２】
受光素子１６が光を感知する第２の波長域は、受光素子１５が光を感知する第１の波長域の一部又は全部と重複してもよい。第２の波長域が第１の波長域の一部又は全部と重複しても、第２の波長域は第１の波長域よりも広いので、出力比Ｒは、観測対象のガスの濃度に応じた値に変化する。したがって、観測対象のガスの分布を表す画像信号が画素部毎の出力比Ｒに基づいて信号処理部１１８（図２参照）により生成されることで、表示モニタ１５３（図２参照）は、観測対象のガスの濃度分布を示す分布画像を表示できる。
【００２３】
また、第１の波長域と第２の波長域とが重複することにより、光センサ部１１０が感知可能な自然光の波長域を全体的に狭めることができるので、光センサ部１１０が感知対象外のノイズを感知することを抑制することができる。第２の波長域は、観測対象のガスの吸収線の波長を含むことで、光センサ部１１０が感知対象外のノイズを感知することを一層抑制することができる。
【００２４】
図４において、受光素子１５と受光素子１６とが光の入射方向に対して重なるように配置されている。受光素子１５と受光素子１６とがこのように積層していることで、第１の波長域と第２の波長域のそれぞれに対応する光応答出力（光電流出力）を、同一の光入射位置で生成することができる。つまり、一つの画素部１０に含まれる受光素子１５と受光素子１６とが光の入射方向に対して同じ位置で受光できるので、ガスの濃度分布を示す画像を高精度に生成することができる。また、受光素子１５と受光素子１６とがこのように積層することにより、受光素子１５と受光素子１６とが積層せずにセンサアレイ１２上に平面的に並んで配置された形態に比べて、センサアレイ１２の小型化が可能となる。その結果、光センサ部１１０の小型化も可能となる。
【００２５】
図５は、信号処理部の一例を示す図である。図５に示される信号処理部１１８は、光センサ部１１０から出力されたセンサ出力信号を信号処理する回路である。本実施形態に係るガス検出装置１０１では、自然光がガス観測に利用されるが、物体からの熱輻射や太陽光の反射による自然光の強度は一定であるとは限らない。そのため、受光素子１５，１６の出力に応じてイメージセンサ１１４から出力されるセンサ出力信号の変化が、ガス通過前の元々の自然光の強度変化によるものなのか、ガスの濃度変化によるものなのかを、センサ出力信号からは判別することが難しいことがある。
【００２６】
そこで、信号処理部１１８は、換算係数メモリ１５０と、変換部１５１と、画像信号生成部１５２とを有する。
【００２７】
換算係数メモリ１５０は、観測対象のガスが無い状態での各光強度に対する受光素子１５と受光素子１６との出力比Ｒを、画素部毎に換算係数Ｅとして予め記憶する。
【００２８】
換算係数Ｅを換算係数メモリ１５０に予め記憶させるには、まず、観測対象のガスによる光吸収が無い状態での環境下において、基準光源（例えば、黒体放射光源）に対する受光素子１５及び受光素子１６の各出力を予め計測しておく。そして、基準光源の各光強度に対する受光素子１５と受光素子１６との出力比Ｒが、画素部毎に換算係数Ｅとして予め換算係数メモリ１５０に記憶される。
【００２９】
変換部１５１は、換算係数メモリ１５０に画素部毎に予め記憶された出力比Ｒ（換算係数Ｅ）を用いて、受光素子１６の出力に応じたセンサ出力信号Ｖｏｕｔ２を、基準出力信号Ｖｒに画素部毎に変換する。基準出力信号Ｖｒは、基準出力の一例である。
【００３０】
画像信号生成部１５２は、基準出力信号Ｖｒと、受光素子１５の出力に応じたセンサ出力信号Ｖｏｕｔ１とを比較し、その比較結果に基づいて、ガス吸収量の算出結果を表す画像信号を生成する。ガス吸収量の算出結果を表す画像信号によって、観測対象のガスの分布を表す画像が表示モニタ１５３（図２参照）により生成される。
【００３１】
図５において、実際にガスを検出・観測する場合、変換部１５１は、受光素子１６に基づくセンサ出力信号Ｖｏｕｔ２に換算係数Ｅを乗算することにより、基準出力信号Ｖｒ（＝Ｖｏｕｔ２×Ｅ）を導出する。このように導出された基準出力信号Ｖｒは、Ｖｏｕｔ２に対応する光強度でガスによる吸収を受けない場合に受光素子１５から得られるセンサ出力信号Ｖｏｕｔ１の想定値（換算値）を表す。
【００３２】
応答波長幅が受光素子１５よりも広い受光素子１６から出力される信号は、ガス吸収線の波長とは異なる波長を有する光の受光量に応じた信号成分で大半が占められている。そのため、観測対象のガスの濃度にかかわらず、自然光の強弱に応じた出力が受光素子１６から得られる。すなわち、受光素子１６は、常に、自然光の放射量をモニタしていることになる。この受光素子１６の出力に換算係数Ｅを乗じて算出された基準出力信号Ｖｒは、観測時点における自然光の環境下でガス吸収のない状態を仮定した場合での受光素子１５の想定出力に相当する。この基準出力信号Ｖｒと実際に受光素子１５から得られたセンサ出力信号Ｖｏｕｔ１との差分が、ガスによる自然光の吸収量を反映した値になる。画像信号生成部１５２は、基準出力信号Ｖｒと実際に受光素子１５から得られたセンサ出力信号Ｖｏｕｔ１との差分に応じた画像信号を生成する。
【００３３】
このような信号処理が行われることにより、自然光の強度が時間的に変動したとしても、その時間的な変動の影響を常に排除しながら、ガス吸収による光応答変化のみを抽出することが可能となる。つまり、信号処理部１１８は、受光素子１５，１６の出力に応じてイメージセンサ１１４から出力されるセンサ出力信号の変化が、自然光の強度変化により生じたのか、ガスの濃度変化により生じたのかを、センサ出力信号から判別できる。したがって、レーザ光源を用いない場合においても、高精度のガス濃度観測の実現が可能となる。
【００３４】
次に、ガス検出装置１０１の各構成の具体例について説明する。
【００３５】
図６は、一画素部の構造の一具体例を示す図である。図６に示される画素部１０は、センサアレイ１２（図３参照）において二次元のアレイ状に配置された複数の画素部のうちの一つの画素部を表す。受光素子１５と受光素子１６とが光の入射方向に対して重なるように配置されている。
【００３６】
センサアレイ１２（図３参照）への光入射面i-InP（リン化インジウム）に近い側に、量子井戸型赤外線センサ（QWIP：Quantum  Well  Infrared  Photodetector）素子構造が配置されている。QWIPは、i-InAlAs障壁層とn-InGaAs井戸層とが交互に積層された多重量子井戸層（MQW：Multiple  Quantum  Well）の上下をn-InGaAsコンタクト層で挟んだ構造を有する。InAlAs、InGaAsは、それぞれ、インジウムアルミニウムヒ素、インジウムガリウムヒ素を表す。
【００３７】
QWIPに対して光入射面i-InPとは反対側に、Type-II超格子センサ（T2SL：Type  II  Super  Lattice）素子構造が配置されている。T2SLは、GaAsSb（ガリウムヒ素アンチモン）とInGaAs（インジウムガリウムヒ素）を短周期で繰り返した超格子層を有する。
【００３８】
T2SL素子構造は、ｎ型／ｐ型の不純物ドーピングが適宜加えられることによって形成されたpinフォトダイオードを有する。pinフォトダイオードは、ｐ型−ｉ型−ｎ型という半導体の層構造を有する。
【００３９】
なお、「i-」は、ｉ型を表す。「n-」は、ｎ型を表す。「p-」は、ｐ型を表す。
【００４０】
QWIPおよびT2SL素子構造は、InP基板上に分子線エピタキシー（MBE：Molecular  Beam  Epitaxy）法によって各層を結晶成長させることで製造される。層構造が結晶成長されたウェハを加工して、受光素子が２次元アレイ状に配置されたセンサアレイチップ（センサアレイ１２（図３参照））が製作される。図３に示されるように、インジウム製のバンプ１７を用いてセンサアレイ１２をＣＭＯＳ読み出し回路１３とフリップチップ接続することで、２波長イメージセンサ（イメージセンサ１１４）が製作される。イメージセンサ１１４のＣＭＯＳ読み出し回路１３は、各画素部からの２波長に応じた光電流をそれぞれ電圧信号に変換し、外部へ出力する回路を有し、各画素部からの出力電圧を順次選択して時系列に外部へと出力する。
【００４１】
図７は、受光素子の特性の一例を示す図である。QWIP構造を備えた受光素子１５は、ガス吸収線の波長を含む第１の波長域のみに感度を有する。一方、T2SL構造を備えた受光素子１６は、図７に示されるように、第１の波長域よりも広い第２の波長域に感度を有する。
【００４２】
図８は、第１の受光素子のエネルギー構造の一例を示す図である。図８は、QWIP構造を備えた受光素子１５のエネルギー構造の一例を示す。QWIP構造を備えた受光素子１５は、InAlAs障壁層に挟まれたInGaAs量子井戸内に発生した量子準位間のエネルギー差に一致した光エネルギーを選択的に吸収し、基底準位の束縛電子を励起準位へと遷移させ、光励起キャリアとして取り出す。
【００４３】
図９は、第２の受光素子のエネルギー構造の一例を示す図である。図９は、T2SL構造を備えた受光素子１６のエネルギー構造の一例を示す。T2SL構造を備えた受光素子１６は、GaAsSbとInGaAsとが交互に配置された薄層の積層構造内で価電子帯と導電帯のそれぞれに生じたミニバンドのエネルギー差を利用し、このエネルギー間の光吸収により正孔−電子ペアを生成する。
【００４４】
図１０は、イメージセンサを含む光センサ部の構成の一例を示す図である。
【００４５】
イメージセンサ１１４は、真空容器１５５内に封入されている。冷却器１５６は、イメージセンサ１１４を７０〜８０Ｋへと冷却する。真空容器１５５の先端には赤外線を含む自然光の入射窓１５４が取り付けられている。真空容器１５５の前方に設置されたレンズ１１１を含む光学系により結像された自然光が、入射窓１５４を通してイメージセンサ１１４へ入射される。レンズ１１１が結像する焦点の位置は、イメージセンサ１１４の入射面に調整される。
【００４６】
光センサ部１１０は、イメージセンサ１１４の冷却温度を一定に保つための冷却器制御回路１５８と、レンズ１１１の焦点調整を行うための光学制御回路１５７とを有する。
【００４７】
光センサ部１１０は、イメージセンサ１１４を駆動するためのセンサ駆動回路１５９を有する。センサ駆動回路１５９は、タイミングパルス信号（例えば、クロック信号、フレーム同期信号、シフトレジスタ制御信号等）を、イメージセンサ１１４のＣＭＯＳ読み出し回路１３に供給するタイミング生成器１２０を有する。センサ駆動回路１５９は、ＣＭＯＳ読み出し回路１３の動作電源、並びにＣＭＯＳ読み出し回路１３内部の増幅器の電源電圧、リセット電圧及びバイアス電圧を、イメージセンサ１１４のＣＭＯＳ読み出し回路１３に供給する。
【００４８】
センサ駆動回路１５９は、Ａ／Ｄ（Analog-to-Digital）変換器１６０，２６０を有する。Ａ／Ｄ変換器１６０は、ＣＭＯＳ読み出し回路１３からのアナログのセンサ出力信号Ｖｏｕｔ１を、例えば１４ビットの並行デジタル出力に変換する。１４本の並行デジタル出力は、シリアライザ１６１によって１系統の時系列デジタル信号に変換され、変換後のデジタル信号は、センサ出力信号Ｖｏｕｔ１として外部へ出力される。同様に、Ａ／Ｄ変換器２６０は、ＣＭＯＳ読み出し回路１３からのアナログのセンサ出力信号Ｖｏｕｔ２を、例えば１４ビットの並行デジタル出力に変換する。１４本の並行デジタル出力は、シリアライザ２６１によって１系統の時系列デジタル信号に変換され、変換後のデジタル信号は、センサ出力信号Ｖｏｕｔ２として外部へ出力される。
【００４９】
ガス検出装置１０１の光センサ部１１０は、照度計１７０を有する。照度計１７０は、ガス検出装置１０１の光センサ部１１０を照らす光の照度を計測する照度計測部の一例である。光センサ部１１０は、照度の計測結果を表す照度モニタ出力を信号処理部１１８へ出力する。
【００５０】
図１１は、信号処理部の構成の一具体例を示す図である。信号処理部１１８は、光センサ部１１０の内部の読み出し回路１３から出力された二つの時系列のセンサ出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２から、表示モニタ１５３（図２参照）に表示される画像を生成するための画像信号を生成する。
【００５１】
信号処理部１１８は、各画素部の感度ばらつきを補正する感度補正回路１１６，２１６と、各画素部の感度ばらつきを補正するための補正係数を記憶するメモリ１１９，２１９とを備える。メモリ１１９は、受光素子１５に基づくセンサ出力信号Ｖｏｕｔ１を補正するための補正係数を画素部毎に記憶する。メモリ２１９は、受光素子１６に基づくセンサ出力信号Ｖｏｕｔ２を補正するための補正係数を画素部毎に記憶する。
【００５２】
各受光素子の感度は、各受光素子の光応答特性の個体差ばらつきなどの影響を受けてばらつく。これらの各受光素子での感度ばらつきを補正するため、感度補正回路１１６，２１６は、時系列に読み出された各センサ出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２に感度補正係数を乗じる処理を画素部毎に行う。画素部毎に基準となるオフセット値及び各画素部の光応答感度に相当するゲイン値は、メモリ１１９，２１９に補正係数として記憶されている。感度補正回路１１６，２１６は、メモリ１１９，２１９から読み出した補正係数を用いて、一様な入射光に対して各画素部で等しい感度が得られるような補正演算処理を行う。
【００５３】
換算係数メモリ１５０には、センサ出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２それぞれを感度補正した後の出力の比である換算係数Ｅが画素部毎に予め保管されている。変換部１５１は、感度補正後のセンサ出力信号Ｖｏｕｔ２に換算係数Ｅを画素部毎に乗じることによって、感度補正後のセンサ出力信号Ｖｏｕｔ２を基準出力信号Ｖｒに画素部毎に変換する。
【００５４】
画像信号生成部１５２は、基準出力信号Ｖｒと感度補正後のセンサ出力信号Ｖｏｕｔ１との差分をガスによる光吸収量に相当する値として演算する。画像信号生成部１５２は、各画素部について演算して得られた差分を、ガス濃度情報を表す画像を生成するための画像信号に画素部毎に変換する。ガス濃度情報は、ガスの濃度分布を示す情報を含む。画像信号生成部１５２は、ガス濃度情報を表す画像を生成するための画像信号を画素部毎に表示モニタ１５３に出力する。また、画像信号生成部１５２は、感度補正後のセンサ出力信号Ｖｏｕｔ２を、熱撮像情報を表す画像を生成するための画像信号として画素部毎に表示モニタ１５３に出力する。
【００５５】
また、信号処理部１１８は、光センサ部１１０の照度計１７０から出力される照度モニタ出力に応じて、光センサ部１１０の周囲の明るさを判定する照度判定回路２２０を有する。照度判定回路２２０は、光センサ部１１０を照らす照度に応じて、換算係数メモリ１５０に格納された複数の換算係数Ｅの中から、基準出力信号Ｖｒの生成に使用する換算係数Ｅを選定する。照度判定回路２２０によって選定された換算係数Ｅを用いて、変換部１５１は、補正後のセンサ出力信号Ｖｏｕｔ２を基準出力信号Ｖｒに変換する。これによって、現在の照度に応じた適切な換算係数Ｅを用いて基準出力信号Ｖｒを生成することができるので、ガスの濃度分布の観測精度が向上する。
【００５６】
図１２は、信号処理部での処理手順の一例を示すフローチャートである。
【００５７】
ステップＳ１１にて、変換部１５１は、補正後のセンサ出力信号Ｖｏｕｔ２に基づいて、自然光の出力範囲（具体的には、自然光の光強度又は光強度範囲）を推定する。
【００５８】
ステップＳ１３にて、変換部１５１は、ステップＳ１１にて推定された光強度又は光強度範囲に対応する換算係数Ｅを換算係数メモリ１５０から選定する。換算係数メモリ１５０には、観測対象のガスが無い状態での各光強度に対する受光素子１５と受光素子１６との出力比Ｒが、画素部毎に換算係数Ｅとして予め記憶されている。換算係数Ｅは、例えば、観測対象のガスが無い状態での各光強度に対する、感度補正後のセンサ出力信号Ｖｏｕｔ１と感度補正後のセンサ出力信号Ｖｏｕｔ２との比で表される（Ｅ＝Ｖｏｕｔ１／Ｖｏｕｔ２）。
【００５９】
ステップＳ１３にて、変換部１５１は、ステップＳ１１にて推定された光強度又は光強度範囲に対応する２つの換算係数Ｅを換算係数メモリ１５０から選択し、選択した２つの換算係数Ｅを直線補間した値を換算係数Ｅとして選定してもよい。
【００６０】
ステップＳ１７にて、変換部１５１は、感度補正後のセンサ出力信号Ｖｏｕｔ２に、ステップＳ１３にて選定された換算係数Ｅを乗じることで、基準出力信号Ｖｒを導出する。ステップＳ１７で導出された基準出力信号Ｖｒは、ガスによる光吸収の無い状態で受光素子１５から得られるセンサ出力信号Ｖｏｕｔ１の想定値を表す。
【００６１】
ステップＳ１９にて、画像信号生成部１５２は、基準出力信号Ｖｒから実際のセンサ出力信号Ｖｏｕｔ１から減算して差分を演算する。差分は、ガスによる光の吸収量を表す。画像信号生成部１５２は、演算した差分に応じて、ガス濃度情報を表す画像を生成するための画像信号を画素部毎に表示モニタ１５３に出力する。
【００６２】
これにより、自然光の光強度が変化しても、その変化をキャンセルして、ガスの吸収量の観測が可能となる。
【００６３】
また、図１２において、ステップＳ１５が追加されてもよい。ステップＳ１５にて、照度判定回路２２０は、照度計１７０から出力される照度モニタ出力に基づいて、光センサ部１１０の周囲の明るさを推定する。ステップＳ１３にて、変換部１５１は、ステップＳ１１にて推定された光強度又は光強度範囲及びステップＳ１５にて推定された明るさに対応する換算係数Ｅを換算係数メモリ１５０から選定する。換算係数メモリ１５０には、観測対象のガスが無い状態での各光強度と各明るさに対する受光素子１５と受光素子１６との出力比Ｒが、画素部毎に換算係数Ｅとして予め記憶されている。換算係数Ｅは、例えば、観測対象のガスが無い状態での各光強度と各明るさに対する、感度補正後のセンサ出力信号Ｖｏｕｔ１と感度補正後のセンサ出力信号Ｖｏｕｔ２との比で表される（Ｅ＝Ｖｏｕｔ１／Ｖｏｕｔ２）。
【００６４】
また、ステップＳ１５が追加された場合、ステップＳ１３にて、変換部１５１は、ステップＳ１１にて推定された光強度又は光強度範囲及びステップＳ１５にて推定された明るさに対応する２つの換算係数Ｅを換算係数メモリ１５０から選択する。変換部１５１は、選択した２つの換算係数Ｅを直線補間した値を換算係数Ｅとして選定する。
【００６５】
図１３は、熱撮像情報とガス濃度情報とを重畳して表示する一例を示す図である。表示モニタ１５３（図２参照）は、熱撮像情報を表す画像を生成するための画像信号（感度補正後のセンサ出力信号Ｖｏｕｔ２）を信号処理部１１８から画素部毎に取得する。表示モニタ１５３は、熱撮像情報を表す画像を生成するための画像信号に基づいて、図１３に示されるような背景画像を生成する。また、表示モニタ１５３は、ガス濃度情報を表す画像を生成するための画像信号を信号処理部１１８から画素部毎に取得する。表示モニタ１５３は、ガス濃度情報を表す画像を生成するための画像信号に基づいて、図１３に示されるようなガス分布画像を生成する。ガス分布画像は、ガス濃度を濃淡によって表す。
【００６６】
表示モニタ１５３は、図１３に示されるように、背景画像にガス分布画像を重畳して表示する。これにより、ガスがどのような箇所にどのような濃度で分布しているのかを視覚的に把握することが可能となる。
【００６７】
以上、ガス検出装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
【００６８】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
ガスの吸収線の波長を含む第１の波長域の光を感知する第１の受光素子と、前記第１の波長域よりも広い第２の波長域の光を感知する第２の受光素子とを含む画素部が複数配置された光センサ部と、
前記第１の受光素子と前記第２の受光素子との画素部毎の出力比に基づいて、前記ガスの分布を表す画像信号を生成する信号処理部とを備える、ガス検出装置。
（付記２）
前記第２の波長域は、前記第１の波長域の一部又は全部と重複する、付記１に記載のガス検出装置。
（付記３）
前記第２の波長域は、前記吸収線の波長を含む、付記２に記載のガス検出装置。
（付記４）
前記第１の受光素子と前記第２の受光素子とが積層する、付記１から３のいずれか一項に記載のガス検出装置。
（付記５）
前記第１の受光素子は、前記第２の受光素子に比べて光の入射面の近くに配置された、付記４に記載のガス検出装置。
（付記６）
前記信号処理部は、
前記第１の受光素子と前記第２の受光素子との前記ガスが無い状態での出力比に応じた係数を画素部毎に格納するメモリと、
前記第２の受光素子の出力を前記係数を用いて基準出力に画素部毎に変換する変換部と、
前記基準出力と前記第１の受光素子の出力との画素部毎の比較結果に基づいて、前記画像信号を生成する画像信号生成部とを有する、付記１から５のいずれか一項に記載のガス検出装置。
（付記７）
前記光センサ部を照らす光の照度を計測する照度計測部を備え、
前記変換部は、前記照度計測部にの計測結果に応じて、前記基準出力の変換に使用する前記係数を変更する、付記６に記載のガス検出装置。
（付記８）
前記画像信号に基づいて、前記ガスの分布を示す分布画像を表示する表示部を備える、付記１から７のいずれか一項に記載のガス検出装置。
（付記９）
前記表示部は、前記第２の受光素子の画素部毎の出力に基づいて生成された画像に、前記分布画像を重畳して表示する、付記８に記載のガス検出装置。
【符号の説明】
【００６９】
１０  画素部
１５，１６  受光素子
１２  センサアレイ
１３  ＣＭＯＳ読み出し回路
１７  バンプ
１１０  光センサ部
１１４  イメージセンサ
１１８  信号処理部
１５０  換算係数メモリ
１５１  変換部
１５２  画像信号生成部
１７０  照度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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