(57)【要約】【課題】機械的な手段を用いずに検出値の校正または補正を行うように構成された検出器、ならびに、検出器の校正方法および検出器の補正方法を提供する。【解決手段】量子井戸または量子ドットを含む活性層を備える検出器であって、評価可能範囲の波長領域と評価可能範囲以外の波長領域において検出スペクトルの検出ピーク波長を掃引可能であり、評価可能範囲以外の波長領域における検出値を用いて、評価可能範囲の波長領域における検出値を校正または補正するように構成されている検出器、ならびに、検出器を用いて、評価可能範囲以外の波長領域における検出値により評価可能範囲の波長領域における検出値を校正または補正する方法。【選択図】図１
2019095374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子井戸または量子ドットを含む活性層を備える検出器であって、
評価可能範囲の波長領域と評価可能範囲以外の波長領域において検出スペクトルの検出ピーク波長を掃引可能であり、
評価可能範囲以外の波長領域における検出値を用いて、評価可能範囲の波長領域における検出値を補正または校正するように構成されている、検出器。
【請求項２】
評価可能範囲以外の波長領域における検出値を出荷時の値と比較することにより、評価可能範囲の波長領域における検出値を補正または校正するように構成されている、請求項１に記載の検出器。
【請求項３】
評価可能範囲以外の波長領域の検出値から、周囲の物体からの放射スペクトルを算出し、この算出されたスペクトルを検出スペクトルから引くことにより、対象物からの放射スペクトルのみを抽出するように構成されている、請求項１に記載の検出器。
【請求項４】
２色法により温度を算出し、その温度での黒体放射スペクトルと評価可能範囲以外の範囲の測定結果から、理論検出値に対する測定値の比を算出するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の検出器。
【請求項５】
評価可能範囲とそれ以外の範囲の境界における印加電圧値を出荷時の値と比較し、ずれが生じている場合には、印加電圧値または波長を補正または校正するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の検出器。
【請求項６】
前記検出ピーク波長の掃引は印加電圧の印加により行うように構成されており、印加電圧が０Ｖのとき、検出ピーク波長が評価可能範囲以外の波長領域である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の検出器。
【請求項７】
前記検出ピーク波長の掃引は印加電圧の印加により行うように構成されており、印加電圧が０Ｖのとき、検出ピーク波長が評価可能範囲より短波長側にある、請求項１〜６のいずれか１項に記載の検出器。
【請求項８】
前記検出ピーク波長の掃引は印加電圧の印加により行うように構成されており、印加電圧が０Ｖのとき、検出ピーク波長が評価可能範囲より長波長側にある、請求項１〜６のいずれか１項に記載の検出器。
【請求項９】
評価可能範囲が、波長フィルタにより規定される請求項１〜８のいずれか１項に記載の検出器。
【請求項１０】
評価可能範囲が、大気の窓により規定される請求項１〜８のいずれか１項に記載の検出器。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の検出器を用いて、評価可能範囲以外の波長領域における検出値により評価可能範囲の波長領域における検出値を補正する、検出器の補正方法。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の検出器を用いて、評価可能範囲以外の波長領域における検出値により評価可能範囲の波長領域における検出値を校正する、検出器の校正方法。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の検出器を複数含む、検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出器、ならびに、それを用いた検出器の補正方法または校正方法、検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線検出器の１つの方式としてボロメータが利用されているが、ボロメータは、熱量を検出するため高速応答ができず、また、測定する波長を選択することができない。このため新たな方式として、量子井戸や量子ドットを用いて黒体（灰体）放射による電磁波を検出することで、非接触に物体の温度を測定する赤外線検出器が提案、開発されている。この方式は、高速応答が可能であるとともに、検出波長を選択、シフトすることができるため、赤外領域のスペクトルを検出できる。
【０００３】
いずれの方式の赤外線検出器でも、経時変化や環境温度などにより、検出値が誤差を含む。このような誤差を小さくするため、検出値の補正または校正が通常行われる。従来、検出値の補正または校正のために、機械的なシャッタ、平面鏡などが用いられてきた。
【０００４】
たとえば特開平０５−３１２６５３号公報（特許文献１）には、赤外線撮像装置において、光学系の前方のシャッタを開放して大気を視準したときの検出素子の出力と、シャッタを閉成して基準黒体を視準したときの検出素子の出力とから補正係数格納系が大気の熱輻射の影響を除去する補正係数を演算し、記憶することが開示されている。
【０００５】
また、たとえば特開２００９−２８１８６３号公報（特許文献２）には、赤外線撮像システムにおいて、平面鏡の静止又は回転により、撮像素子上での像の移動速度が検出器の熱時定数よりも十分短く、像流れが生じるようにすることにより、大気の窓を通して一様な強度の赤外線がオフセット補正データ取得領域から入射している状態を等価的に作りだしてシャッタやデフォーカス手段を用いずにオフセット補正データを取得することが開示されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２に記載されたように機械的なシャッタ、平面鏡などを用いると、装置が大型となってしまい、また、経時劣化も早い。また、特許文献１、２のいずれにも、大気の窓以外の波長領域や波長の掃引（スキャン）を利用するという概念がなく、また、同じ方法で環境温度の影響を除去する概念もない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０５−３１２６５３号公報
【特許文献２】特開２００９−２８１８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、機械的な手段を用いずに検出値の補正または校正を行うように構成された検出器、ならびに、検出器の校正方法および検出器の補正方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の検出器は、量子井戸または量子ドットを含む活性層を備える検出器であって、評価可能範囲の波長領域と評価可能範囲以外の波長領域において検出スペクトルの検出ピーク波長を掃引可能であり、評価可能範囲以外の波長領域における検出値を用いて、評価可能範囲の波長領域における検出値を補正または校正するように構成されていることを特徴とする。本構成によれば、シャッタなどを用いることなく、評価可能範囲以外の波長領域における検出値を用いて、検出波長を補正または校正することができ、小型で高精度な検出器となる。また、機械的駆動部がないため、信頼性も高くなる。
【００１０】
本発明の検出器はまた、評価可能範囲以外の波長領域における検出値を出荷時の値と比較することにより、評価可能範囲の波長領域における検出値を補正または校正するように構成されていることが好ましい。本構成によれば、シャッタなどを用いることなく、評価可能範囲以外の波長領域における検出値を用いて、検出器のゲインやオフセットを、出荷時と同じ値に補正または校正することができ、小型で高精度な検出器となる。また、機械的駆動部がないため、信頼性も高くなる。
【００１１】
本発明の検出器はまた、評価可能範囲以外の波長領域の検出値から、周囲の物体からの放射スペクトルを算出し、この算出されたスペクトルを検出スペクトルから引くことにより、対象物からの放射スペクトルのみを抽出するように構成されていることが好ましい。本構成によれば、周囲の物体からの放射スペクトル（バックグラウンド）を容易に算出でき、検出スペクトルを補正または校正することができる。
【００１２】
本発明の検出器は、２色法により温度を算出し、その温度での黒体放射スペクトルと評価可能範囲以外の範囲の測定結果から、理論検出値に対する測定値の比を算出するように構成されていることが好ましい。本構成によれば、評価可能範囲の波長領域でのバックグラウンド値を計算できるようになり、高精度な検出器となる。
【００１３】
本発明の検出器はまた、評価可能範囲とそれ以外の範囲の境界における印加電圧値を出荷時の値と比較し、ずれが生じている場合には、印加電圧値または波長を補正または校正するように構成されていることが好ましい。本構成によれば、印加電圧と波長の関係を補正または校正するために、別途機構を用意する必要がなく、安価でかつ高精度な検出器となる。
【００１４】
本発明の検出器において、前記検出ピーク波長の掃引は印加電圧の印加により行うように構成されており、印加電圧が０Ｖのとき、検出ピーク波長が評価可能範囲以外の波長領域であることが好ましい。本構成によれば、検出器を立ち上げた状態で、評価可能範囲の波長領域における検出値を補正または校正するためのパラメータが求まるため、消費電力が少なくて済む。
【００１５】
本発明の検出器において、前記検出ピーク波長の掃引は印加電圧の印加により行うように構成されており、印加電圧が０Ｖのとき、検出ピーク波長が評価可能範囲より短波長側にあってもよいし、長波長側にあってもよい。本構成によれば、検出器を立ち上げた状態で、評価可能範囲の波長領域における検出値を補正または校正するためのパラメータが求まるため、消費電力が少なくて済むとともに、印加電圧を正または負とすることで、評価可能範囲の波長領域が測定できる。
【００１６】
本発明の検出器において、評価可能範囲は、波長フィルタにより規定されてもよい。検出器の検出ピーク波長の範囲に対応するよう、評価可能範囲を設計で決めることができ、自由度が高い。また、大気の窓の透過率が湿度などに影響されるのに対し、そのような影響がない。
【００１７】
本発明の検出器において評価可能範囲は、大気の窓により規定されてもよい。大気の窓を利用すれば、波長フィルタを設ける必要がなく、光学調整が不要となり、低コストとなる。
【００１８】
本発明はまた、上述した本発明の検出器を用いて、評価可能範囲以外の波長領域における検出値により評価可能範囲の波長領域における検出値を補正する検出器の補正方法についても提供する。
【００１９】
本発明は、上述した本発明の検出器を用いて、評価可能範囲以外の波長領域における検出値により評価可能範囲の波長領域における検出値を校正する検出器の校正方法についても提供する。
【００２０】
本発明はまた、上述した本発明の検出器を複数含む検出装置についても提供する。本構成によれば、検出装置の製造バラつきの校正または補正を簡便かつ効率的に行うことができ、ユーザーへ提供する測定結果に誤差が出ることを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、機械的な手段を用いることなく、装置を大型化する必要性なしに、経時変化、環境温度などにより生じる検出値の誤差を補正または校正することができる検出器、ならびに、当該検出器の補正方法または校正方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１（ａ）は検出器により検出された検出スペクトルの一例を示すグラフであり、図１（ｂ）は大気の透過率の一例を示すグラフである。
【図２】本発明の検出器による検出結果の一例を示すグラフである。
【図３】本発明の好ましい一例の検出器の構成例を模式的に示す図である。
【図４】本発明の検出器におけるブロック図の一例である。
【図５】実施形態１における本発明の検出器の制御の一例を示すフローチャートである。
【図６】実施形態１における本発明の検出器の制御の別の例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の好ましい他の例の検出器１の構成例を模式的に示す図である。
【図８】測定対象物が３６℃、周囲の物体が２０℃としたときの、検出器の検出スペクトルである。
【図９】２色法を説明するためのグラフである。
【図１０】実施形態２における本発明の検出器の制御の一例を示すフローチャートである。
【図１１】実施形態２における本発明の検出器の制御の別の例を示すフローチャートである。
【図１２】実施形態３における本発明の検出器の制御の例を示すフローチャートである。
【図１３】実施形態３における本発明の検出器の制御の別の例を示すフローチャートである。
【図１４】実施形態３における本発明の検出器の制御の別の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明において、評価可能範囲とは、測定対象物からの光を検出することで評価が可能となる波長範囲を意味する。
【００２４】
＜実施形態１＞
本実施形態では、評価可能範囲として、大気の窓を利用する構成について説明する。よって、検出器は赤外線検出器となる。図１（ａ）は、赤外線検出器により検出された検出スペクトルの一例として３６℃の物体からの黒体放出強度を示すグラフであり、縦軸が黒体放射強度（Ｗ／ｍ２／μｍ）、横軸が波長（μｍ）である。また図１（ｂ）は、赤外線検出器における大気の透過率の一例を示すグラフであり、縦軸が透過率（％）、横軸が波長（μｍ）である。図１（ｂ）に示されるように、遠赤外線は殆どの波長域で大気中の水蒸気がガスにより吸収されてしまい、３．４〜５．５μｍと８〜１４μｍの範囲でのみ、遠方で放射された電磁波を検出することができる。これらの範囲は「大気の窓」として知られている。
【００２５】
また図１（ａ）には、検出器の検出スペクトルをガウス分布、検出波長の半値全幅を２μｍ、検出波長ピークを７μｍ、１１μｍ、１５μｍとした場合が例示されている。７μｍ、１５μｍでは検出スペクトルの範囲に大気の窓の範囲（図１（ａ）のグラフ中、白地の範囲）が殆ど含まれず、対象物およびその他の物体からの遠赤外線放射を検出できない。一方、１１μｍにピークがあれば、対象物およびその他の物体からの遠赤外線放射を検出できる状態にある。
【００２６】
ここで、本発明の赤外線検出器は、量子井戸または量子ドットを含む活性層を備える。このように量子井戸または量子ドットを含む活性層を備える赤外線検出器は、印加する電圧（印加電圧）によって赤外線検出ピークの位置をシフトさせることができる（シュタルクシフト）。この現象を用いて、対象物の放射スペクトルを測定することができる。この放射スペクトルとプランクの式を比較することで、対象物の温度が分かる。
【００２７】
赤外線検出器は、経時変化や環境温度などにより、検出値が誤差を含む。このような誤差を小さくするため、通常、検出値の補正または校正が行われる。本発明の赤外線検出器は、上述のように量子井戸または量子ドットを含む活性層を備え、大気の窓の波長領域と大気の窓以外の波長領域において赤外線の検出スペクトルの検出ピーク波長を掃引可能であり、大気の窓以外の波長領域における検出値を用いて、大気の窓の波長領域における検出値を補正または校正するように構成されていることを特徴とする。
【００２８】
本発明の赤外線検出器では、検出波長が大気の窓以外の波長領域となっているときに、この補正係数の決定または校正操作を行う。本発明の赤外線検出器は、検出ピーク波長の掃引は印加電圧の印加により行うように構成されており、印加電圧が０Ｖのとき、検出ピーク波長が大気の窓以外の波長領域であることが好ましい。この場合、赤外線検出器を立ち上げた状態で検出感度の劣化、算出回路のオフセット・ゲイン値の変化に対応すべく、補正係数の決定または校正操作をすることができる。
【００２９】
対象物からの放射スペクトルを検出するには、印加電圧を変化させ、検出波長を大気の窓の範囲に移動させればよい。本発明の赤外線検出器では、検出ピーク波長の掃引は印加電圧の印加により行うように構成されており、印加電圧が０Ｖのとき、検出ピーク波長が大気の窓より短波長側にあってもよい。この場合、印加電圧を上げることで検出波長を大気の窓の範囲にシフトすることができる。
【００３０】
一方、本発明の赤外線検出器において、検出ピーク波長の掃引は印加電圧の印加により行うように構成されており、印加電圧が０Ｖのとき、検出ピーク波長が大気の窓より長波長側にあってもよい。この場合には、印加電圧を下げる（マイナスにする）ことで検出波長を大気の窓の範囲にシフトすることができる。
【００３１】
さらに、印加電圧が０Ｖでないときに検出波長が大気の窓以外の範囲となってもよい。この場合、補正または校正が必要と判断されるタイミングで、印加電圧を変化させ、検出波長を大気の窓以外の範囲に移動させればよい。
【００３２】
以下、検出器の経時変化により、検出感度の劣化、算出回路のオフセット・ゲイン値の変化が起きた場合（これらは、波長依存性を考慮する必要がない場合である）を例に挙げて、本発明における検出値の補正または校正についてさらに詳細に説明する。
【００３３】
ここで、図２は、本発明の赤外線検出器による検出結果の一例を示すグラフであり、縦軸は検出強度（Ｗ／ｍ２／μｍ）、横軸は波長（μｍ）である。図２には、対象物からの放射強度を正しく測定できた場合（３６℃、理論値）を実線、強度オフセットが発生した場合を破線、算出回路のゲイン変化が発生した場合を一点鎖線で示す。検出値を補正する場合、検出波長が大気の窓以外の範囲にあるときに測定した結果と、出荷時の検出値を比較し、これらの差および比を補正するよう、補正係数を算出する。印加電圧を変化させ、対象物からの放射スペクトル測定の際、この結果に該補正係数を利用することにより、対象物の正確な温度を算出することができる。また、検出値を校正する場合には、回路定数をこれらの補正係数に対応して調整すればよい。
【００３４】
まず、強度オフセットが発生した場合について考える。赤外線検出器から遠く離れた対象物から放射される遠赤外線は、検出ピーク波長が大気の窓以外の範囲にあるときには検出されない。よって、検出ピーク波長が大気の窓以外の範囲のときの検出値を、出荷時の検出値と比較することで、従来技術のようにシャッタなどを用いることなく、オフセットを除去する補正定数の決定、または、出荷時と同じ検出値になるようオフセット調整する校正が可能となる。
【００３５】
次に、算出回路のゲイン変化や赤外線検出器の劣化による感度の変化が発生した場合について考える。この場合も、検出ピーク波長が大気の窓以外の範囲のときの検出値は、赤外線検出器から遠く離れた対象物から放射される遠赤外線を含まないので、検出ピーク波長が大気の窓以外の範囲のときの検出値を、出荷時の検出値と比較することで、従来技術のようにシャッタなどを用いることなく、出荷時と同じ検出値になるよう補正定数の決定、または、ゲイン調整による校正が可能となる。
【００３６】
ここで、
検出値＝ゲイン×出荷時の検出値＋オフセット
または、
検出値＝ゲイン×（出荷時の検出値＋オフセット）
であるので、大気の窓以外の範囲の１波長でなく、ある範囲を検出することで、オフセットとゲイン誤差の両方が発生していても、出荷時との差が最も小さくなるようにフィッティングすれば、オフセットとゲインの両方の補正定数を決定または校正することが可能である。
【００３７】
図３は、本発明の好ましい一例の赤外線検出器１の構成例を模式的に示す図である。本発明の赤外線検出器１は、図３に示す例のように操作部２および算出部３に電気的に接続される。赤外線検出器１は、量子井戸または量子ドットを含む活性層を備え、大気の窓と呼ばれる、３．４〜５．５μｍまたは８〜１４μｍの波長領域を検出することができる。操作部２は、赤外線検出器１に印加する印加電圧値を操作する部分であり、また、算出部３は、検出強度の波長依存性（スペクトル）から測定対象の温度を算出する部分である。赤外線検出器１は、印加する電圧（印加電圧）によって赤外線検出ピークの位置をシフトさせることができ、赤外線検出器の検出値を元に、赤外線検出器に印加する印加電圧が決定される。赤外線検出器は、単素子でも、複数の素子からなるアレイやイメージャーでもよい。
【００３８】
ここで、図４は、本発明の赤外線検出器におけるブロック図の一例である。赤外線検出器は、電流検出信号を流せるようにプリアンプ（トランスインピーダンスアンプ）に電気的に接続され、プリアンプは出力可能に構成されると共に、電圧検出信号を流せるようにドライバ回路に電気的に接続されている。また図４に示す例では、ドライバ回路は、制御信号を流せるようにバイアス回路に電気的に接続され、さらに、バイアス回路はバイアス電圧（印加電圧）を印加可能なように赤外線検出器に電気的に接続されている。プリアンプ、ドライバ回路、バイアス回路は、操作部２に対応する。
【００３９】
なお、図４には、赤外線検出器は１個のみを示しているが、複数個の赤外線検出器が集積された赤外線検出器アレイの場合には、ドライバ回路、プリアンプを共通利用することも可能である。ゲインやオフセットは、個々の赤外線検出器に対して設定してもよいし、外部回路である値を設定しておき、そこからのずれを個々の赤外線検出器に付属する回路で調整してもよい。また、本発明は、上述した本発明の赤外線検出器を複数含む検出装置についても提供する。このような本発明の検出装置によれば、検出装置の製造バラつきの校正または補正を簡便かつ効率的に行うことができ、ユーザーへ提供する測定結果に誤差が出ることを防ぐことができる。
【００４０】
図５は、実施形態１における本発明の赤外線検出器の制御の一例を示すフローチャートである。たとえば、以下の（１）〜（４）のステップを各素子ごとに行う。
【００４１】
（１）検出波長が大気の窓以外の波長領域となる印加電圧にして測定、
（２）校正操作、
（３）印加電圧を変化させ、検出波長を大気の窓の範囲に移動、
（４）対象物を検出。
【００４２】
また、図６は、実施形態１における本発明の赤外線検出器の制御の別の例を示すフローチャートである。たとえば、以下の（１）〜（４）のステップを各素子ごとに行う。
【００４３】
（１）検出波長が大気の窓以外の波長領域となる印加電圧にして測定、
（２）補正係数を決定、
（３）印加電圧を変化させ、検出波長を大気の窓の範囲に移動、
（４）対象物を検出し、決定した補正係数で結果を補正する。
【００４４】
なお、上記（１）〜（３）のステップは、検出の際に毎回行ってもよいし、初期に一度だけ行ってもよい。
【００４５】
なお、上述のように、本発明の赤外線検出器は、製品出荷前時の検出波長が大気の窓以外の波長領域での検出結果を記憶しておくことが好ましい。たとえば、製品出荷前に検出波長が大気の窓以外の波長領域で検出しておき、当該検出結果を記憶させ、使用時に、記憶させた検出結果と比較することで校正操作または補正係数を決定してもよい。この校正または補正後の結果が評価結果となる。
【００４６】
本発明の赤外線検出器の好適な具体例としては、活性層に量子ドットを含む量子ドット赤外線検出器（ＱＤＩＰ）、活性層に量子井戸を含む量子井戸赤外線検出器（ＱＷＩＰ）などのサブバンド間遷移を利用した赤外線検出器が挙げられる。具体的には、Applied Physics Letters 88, 121102(2006)、Applied Physics Letters 84, 3277(2004)などに記載された赤外線検出器の構成が好適な例として挙げられる。
【００４７】
＜実施形態２＞
本実施形態では、評価可能範囲として、大気の窓を利用する構成について説明する。よって、検出器は赤外線検出器となる。図７は、本発明の好ましい他の例の赤外線検出器１の構成例を模式的に示す図である。なお、図７において、図３に示した操作部および算出部は図示を省略している。本実施形態では、環境温度の違いによる誤差発生について考える（経時変化は考慮しない）。
【００４８】
あらゆる物体は、その温度に対応して熱放射している。特に、室温近辺の物体は、放射スペクトルのピークが遠赤外線領域に存在するため、測定対象以外の物体（図７中、周囲の物体５）からの放射電磁波を検出してしまうと、算出する温度に誤差が生じる。
【００４９】
検出波長が大気の窓以外の波長領域であれば、遠方の物体から放射される赤外線は、大気で吸収され、検出されないが、赤外線検出器付近の物体、または赤外線検出器自身から放射される赤外線は、検出される。
【００５０】
大気の窓以外の波長領域では、周辺の物体からの放射電磁波（バックグラウンド）を検出することになり、大気の窓の波長領域では、周囲の物体からの放射電磁波（バックグラウンド）と、測定対象からの放射電磁波の両方を検出することになる。
【００５１】
ここで、図８は、測定対象物が３６℃、周囲の物体が２０℃としたときの、赤外線検出器の検出スペクトルを示しており、縦軸が検出強度（Ｗ／ｍ２／μｍ）、横軸が波長（μｍ）である。なお、図８のグラフにおいて、３６℃での測定値を実線、３６℃での理論値を破線、２０℃での理論値を一点鎖線で示している。図８に示すようなスペクトルのうち、大気の窓以外の範囲のスペクトルから、例えば以下のように大気の窓の範囲のバックグラウンドスペクトルを推定することができる。
【００５２】
まず、大気の窓以外の範囲の検出値から、周囲の物体の温度（環境温度）を算出する。一般の物体は黒体ではないため、その物体が黒体と同じ温度である場合の放射量は、黒体の放射量より小さくなる。黒体の放射量に対する周囲の物体の放射量の比を放射率εとすると、εは常に１以下となる。
【００５３】
赤外線検出器の周囲の物体が、赤外線検出器の筺体であれば、その材料、表面状態が変化することはないから、予め放射率εを測定しておくことができる。また、筺体と赤外線検出器との位置関係も変わらないので、筺体が放射する放射電磁波のうち、赤外線検出器が検出する割合αも予め測定・算出しておくことができる。よって、大気の窓以外の範囲の、ある波長λでの検出値Ｂ（λ）から、下記のプランクの式を使って温度Ｔを算出することができる。これを１色法と呼ぶ。
【００５４】
【数１】
2019095374.tif 000003
【００５５】
また、赤外線検出器の周囲の物体が検出するたびに異なる場合には、２色法により温度を算出することができる。ここで、図９は、２色法を説明するためのグラフであり、縦軸は輝度、横軸は波長（μｍ）である。筺体が放射する放射電磁波のうち、赤外線検出器が検出する割合をαとすると検出値Ｂ’’は以下のように求まる。
【００５６】
【数２】
2019095374.tif 000004
【００５７】
２色法では、測定する物質の二波長の放射率が同じとなるような波長領域を選べば、放射率εが自動的にキャンセルされるため、その影響を受けない。筺体が放射する放射電磁波のうち、赤外線検出器が検出する割合αも同様にキャンセルされる。よって、大気の窓以外の範囲のスペクトルのうち、２つの波長の検出値の比とし、プランクの式から求められる比と比較することで、温度を算出することができる。環境温度が算出されたら、大気の窓の波長領域でのバックグラウンド値が分かる。
【００５８】
１色法の場合、予め筺体の放射率ε、筺体が放射する放射電磁波のうち、赤外線検出器が検出する割合αが分かっているので、算出された温度をプランクの式に入力し、筺体の放射率ε、筺体が放射する放射電磁波のうち、赤外線検出器が検出する割合αをかけることで、大気の窓の波長領域での筺体からの放射強度（バックグラウンド値）を算出できる。
【００５９】
２色法の場合、算出された温度をプランクの式に入力し、大気の窓以外の範囲で測定した波長の検出値との比をとることで、筐体の温度が分かる。すると、その温度での黒体放射スペクトルから、検出している波長範囲の放射強度の積分値（理論検出値）が分かる。これより、筺体の放射率ε、筺体が放射する放射電磁波のうち赤外線検出器が検出する割合α、途中の光学系の透過率などの積、すなわち理論検出値に対する測定値の比が分かる。これより、大気の窓の波長領域での筺体からの放射強度（バックグラウンド値）を算出できる。
【００６０】
このように、本発明の赤外線検出器は、１色法、２色法などの方法により筐体の温度を算出し、その温度から、放射率、立体角、途中の光学系の透過率などの積である係数を算出するように構成されている。これから大気の窓の波長領域での筐体からの放射強度（バックグラウンド値）が算出できる。
【００６１】
このスペクトルを検出スペクトルから引くことにより、対象物からの放射スペクトルのみを抽出することができ、対象物の温度を正確に算出することができる。すなわち、補正定数（バックグラウンド値）の決定または校正が可能となる。このように本発明の赤外線検出器においては、大気の窓以外の波長領域のスペクトルから、周囲の物体からの放射スペクトルを算出し、この算出されたスペクトルを検出スペクトルから引くことにより、対象物からの放射スペクトルのみを抽出するように構成されていることが好ましい。
【００６２】
図１０は、実施形態２における本発明の赤外線検出器の制御の一例を示すフローチャートである。たとえば、以下の（１）〜（４）のステップを各素子ごとに行う。
【００６３】
（１）検出波長が大気の窓以外の波長領域となる印加電圧にして測定、
（２）バックグラウンドを除去する校正操作、
（３）印加電圧を変化させ、検出波長を大気の窓の範囲に移動、
（４）対象物を検出。
【００６４】
また、図１１は、実施形態２における本発明の赤外線検出器の制御の別の例を示すフローチャートである。たとえば、以下の（１）〜（４）のステップを各素子ごとに行う。
【００６５】
（１）検出波長が大気の窓以外の波長領域となる印加電圧にして測定、
（２）バックグラウンドを除去する補正係数を決定、
（３）印加電圧を変化させ、検出波長を大気の窓の範囲に移動、
（４）対象物を検出し、決定した補正係数で結果を補正する。
【００６６】
なお、上記（１）〜（３）のステップは、検出の際に毎回行ってもよいし、初期に一度だけ行ってもよい。
【００６７】
なお、上述のように、本発明の赤外線検出器は、製品出荷前時の検出波長が大気の窓以外の波長領域での検出結果を記憶しておくことが好ましい。たとえば、製品出荷前に検出波長を大気の窓以外の波長領域で検出しておき、当該検出結果を記憶させ、使用時に、記憶させた検出結果と比較することで校正操作または補正係数を決定してもよい。この校正または補正後の結果が評価結果となる。
【００６８】
＜実施形態３＞
本実施形態では、評価可能範囲として、大気の窓を利用する構成について説明する。よって、検出器は赤外線検出器となる。印加電圧と検出波長（ピーク値）の関係も、経時変化や温度による回路定数の変化などにより、変化する場合がある。そこで、本実施形態では、大気の窓の範囲とそれ以外の範囲の境界を用いて、補正または校正を行う。このように、本発明の赤外線検出器は、大気の窓の範囲とそれ以外の範囲の境界における印加電圧値を出荷時の値と比較し、ずれが生じている場合には、検出値を補正または校正するように構成されていることが好ましい。
【００６９】
図１（ｂ）を再度参照して、たとえば検出波長範囲が７〜１５μｍの場合、波長を７μｍから長波長へシフトさせると、図１（ｂ）から分かるように、検出強度は当初０だが、７．５μｍあたりから急激に増加し、１４μｍあたりで急激に減少する。この急激に増加する電圧値と急激に減少する電圧値を、出荷時の値と比較し、ずれが生じている場合は補正または校正する。または、大気の窓の範囲とそれ以外の範囲の境界に存在する大気中の気体の吸収ピークを用いて補正または校正してもよい。
【００７０】
なお、掃引する波長領域を３．４〜４．５μｍや４．５〜６μｍとしてもよい。また、掃引する波長領域を３．４〜６μｍとすれば、掃引する波長領域にも検出強度が急激に減少・増加する範囲があるため、より精密な補正または校正が可能となる。
【００７１】
あるいは、掃引する波長領域を５．５μｍ以下から８μｍ以上のように、大気の窓の範囲を上限部と下限部に含んでいてもよい。この波長領域を、印加電圧を負の電圧値から正の電圧値まで変化させる構成としておけば、電圧値０Ｖのとき、大気の窓以外の範囲とし、実施形態１、２のような補正定数の決定または校正を行うと共に、電圧値を変化させ、上記のような補正定数の決定または波長の校正も行うことができる。このように本発明の赤外線検出器は、印加電圧を負の電圧値から正の電圧値まで変化させ得、電圧値０Ｖのとき、大気の窓以外の波長領域とするように構成されていてもよい。このような本発明の赤外線検出器によれば、吸収スペクトルを大気の窓を含む波長領域でシフトさせることで印加電圧と波長との関係を補正することで、経時変化を起こさず、正確な温度を算出することができる。これらの校正または補正後の結果が評価結果となる。
【００７２】
また、図１２は、実施形態３における本発明の赤外線検出器の制御の一例を示すフローチャートである。たとえば、以下の（１）〜（４）のステップを各素子ごとに行う。
【００７３】
（１）印加電圧を０Ｖから＋１Ｖに掃引して出力の変化を測定（ここで、掃引範囲を０Ｖから＋１Ｖとしているが、あくまで例であり、他の範囲でもよい）、
（２）出力の検出信号の急激な変化をサーチ（一般的なエッジ検出アルゴリズム）または最小値をサーチ（一般的なピークサーチアルゴリズム）（ここで、最小値は、極小値でもよい）、
（３）立上りエッジ、立下りエッジまたは最小値が現れる（絶対）印加電圧をＶＧとする、
（４）設計値Ｖ０とＶＧの差分（オフセット値ＶＯＦＦ）を算出し、目的の波長に対応するようオフセット値で校正した印加電圧を加えて出力を測定。
【００７４】
なお、上記（１）〜（３）のステップは、校正の際に毎回行ってもよいし、初期に一度だけ行ってもよい。
【００７５】
なお、上述のように、本発明の赤外線検出器の校正方法は、活性層に量子井戸または量子ドットを含む赤外線検出器に、オフセット値の電圧を印加するステップを含んでいることが好ましい。たとえば、製品出荷前に校正に適正なオフセット値の電圧を測定しておき、当該オフセット値の電圧を記憶させ、使用時に、記憶させたオフセット値の電圧を印加するように構成されていてもよい。また、上述した例のような構成であるとしても、使用のたびに検出ピーク波長を計測するのではなく、製品出荷前に校正に適正なオフセット値の電圧を計測しておき、使用時にオフセット値の電圧を印加するように構成されていてもよい。さらに、校正用のアタッチメントを取り付け可能に赤外線検出器が構成されていてもよい。すなわち、校正用のアタッチメントを取り付けることで検出ピーク波長を測定して校正に適正なオフセット値の電圧値を更新できるが、校正用のアタッチメントを取り付けない状態で通常は使用する、というように構成されていてもよい。
【００７６】
ここで、図１３は、実施形態３における本発明の赤外線検出器の制御の別の例を示すフローチャートである。たとえば、以下の（１）〜（４）のステップを各素子ごとに行う。
【００７７】
（１）印加電圧を０Ｖから＋１Ｖに掃引して出力の変化を測定、
（２）出力の検出信号の急激な変化をサーチ（一般的なエッジ検出アルゴリズム）または最小値をサーチ（一般的なピークサーチアルゴリズム）（ここで、最小値は、極小値でもよい）、
（３）立上りエッジ、立下りエッジまたは最小値が現れる（絶対）印加電圧をＶＧとする、
（４）測定結果の印加電圧を、ＶＧと設計値Ｖ０との差分電圧（オフセット値ＶＯＦＦ）で補正し、波長に換算する。
【００７８】
図１３に示したフローチャートにおいて、図１２に示したフローチャートと異なるのはステップ（４）であり、ＶＯＦＦをオフセット値として与えた状態で印加電圧を加えて測定するのではなく、（１）の測定結果の印加電圧の値をＶＯＦＦで補正している。
【００７９】
特に赤外線検出器がアレイ化されている場合、個々の素子にオフセット値を設定するよりも、測定後にデータを補正した方が簡便であるというメリットがある。
【００８０】
さらに、印加電圧ＶＧやＶＯＦＦを決定せずに、測定結果を補正してもよい。ここで、図１４は、実施形態３における本発明の赤外線検出器の制御の別の例を示すフローチャートである。たとえば、以下の（１）〜（３）のステップを各素子ごとに行う。
【００８１】
（１）印加電圧を０Ｖから＋１Ｖに掃引して測定、
（２）出力の検出信号の急激な変化をサーチ（一般的なエッジ検出アルゴリズム）または最小値をサーチ（一般的なピークサーチアルゴリズム）（ここで、最小値は、極小値でもよい）、
（３）立上りエッジ、立下りエッジまたは最小値が出ている波長を大気の窓の範囲とそれ以外の範囲の境界と一致するよう、印加電圧を波長に変換する。これは、印加電圧を波長に変換する際、オフセット波長を加えることになる。
【００８２】
すなわち、図１４に示したフローチャートでは、印加電圧ＶＧやＶＯＦＦを決定するステップを設けず、そのまま波長に換算している。このようにすることで、ステップ数が少なく、ＶＧやＶ０、ＶＯＦＦを保持（記憶）する必要がなく簡便であるというメリットがある。
【００８３】
＜実施形態４＞
本実施形態では、単一の大気の窓の範囲と大気の窓以外の範囲の境界だけでなく、複数の大気の窓の範囲と大気の窓以外の範囲の境界を参照することを説明する。以下、λ１、λ２の２つの大気の窓の範囲と大気の窓以外の範囲の境界を参照する場合を例に挙げて説明する。
【００８４】
λ１とλ２に対応する印加電圧の設計値が分かっていれば、λ１を参照することで判明したＶ１ＯＦＦと、λ２を参照することで判明したＶ２ＯＦＦが算出されるが、全波長に対してＶ１ＯＦＦとＶ２ＯＦＦの平均値をＶＯＦＦとして適用してもよいし、λ１とＶ１ＯＦＦ、λ２とＶ２ＯＦＦから波長とオフセット電圧の関係を線形近似するようにしてもよい。
【００８５】
このように、本発明の検出器は、複数の大気の窓の範囲と大気の窓以外の範囲の境界を用いて、印加電圧と検出波長（ピーク値）の関係を校正または補正するように構成されていてもよい。
【００８６】
また、本実施形態では、印加電圧の設計値を記憶しておかなくても、検出波長を校正することができる。すなわち、図１２に示したフローチャートにおいてステップ（２）でサーチした極小値、立上りエッジまたは立下りエッジのうち、印加電圧値が小さいものを大気の窓以外の波長領域における短い波長の検出波長、印加電圧値が大きいものを大気の窓以外の波長領域における長い波長の検出波長とし、λ１とＶ１Ｇ、λ２とＶ２Ｇから波長と印加電圧の関係を線形近似すればよい。
【００８７】
＜実施形態５＞
本実施形態では、評価可能範囲として、波長フィルタを利用する構成について説明する。よって、検出器は赤外線検出器に限らない。本実施形態は、実施形態１〜４に対して、検出器１と測定対象の間に波長フィルタを備えている点が異なる。これにより、大気の窓でなく、波長フィルタによって規定される評価可能範囲以外の波長領域の検出値を用いて、評価可能範囲の波長領域における検出値を補正または校正し、評価することが可能となる。
【００８８】
波長フィルタは、検出器１の近くに設置するほど、評価可能範囲以外の波長領域におけるバックグラウンドノイズが小さく、補正、校正の精度が高くなる。
【００８９】
波長フィルタは、ある波長以上で透過率が高くなるロングパスフィルター、ある波長以下で透過率が高くなるショートパスフィルター、ある波長範囲で透過率が高くなるバンドパスフィルターのいずれでもよい。
【００９０】
波長フィルタの透過率が高くなる波長範囲、すなわち評価可能範囲の少なくとも一部は大気の窓の波長範囲であることが好ましい。これにより、測定対象が遠方にあっても放射電磁場を検出することができる。また、評価可能範囲と評価可能範囲以外の境界となる波長（立上りエッジまたは立下りエッジ）の少なくとも一方が、大気の窓の波長範囲であれば、評価可能範囲と評価可能範囲以外に波長を掃引させるための印加電圧の差が小さくなり、波長掃引にかかる時間が短く、消費電力が少なくて済む。また、補正、校正において、大気の窓による透過率の低下を考慮する必要がなく、補正、校正プログラムが簡易となる。
【００９１】
補正、校正の詳細は、実施形態１〜４と同様の方法で行うことができる。
【符号の説明】
【００９２】
１  検出器、２  操作部、３  算出部、５  周囲の物体。
【図１】
2019095374.tif 000005
【図２】
2019095374.tif 000006
【図３】
2019095374.tif 000007
【図４】
2019095374.tif 000008
【図５】
2019095374.tif 000009
【図６】
2019095374.tif 000010
【図７】
2019095374.tif 000011
【図８】
2019095374.tif 000012
【図９】
2019095374.tif 000013
【図１０】
2019095374.tif 000014
【図１１】
2019095374.tif 000015
【図１２】
2019095374.tif 000016
【図１３】
2019095374.tif 000017
【図１４】
2019095374.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月11日(2018.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子井戸または量子ドットを含む活性層を備える検出器であって、
評価可能範囲の波長領域と評価可能範囲以外の波長領域において検出スペクトルの検出ピーク波長を掃引可能であり、
評価可能範囲以外の波長領域における検出値を用いて、評価可能範囲の波長領域における検出値を補正または校正するように構成されている、検出器。
【請求項２】
評価可能範囲以外の波長領域における検出値を出荷時の値と比較することにより、評価可能範囲の波長領域における検出値を補正または校正するように構成されている、請求項１に記載の検出器。
【請求項３】
評価可能範囲以外の波長領域の検出値から、周囲の物体からの放射スペクトルを算出し、この算出されたスペクトルを検出スペクトルから引くことにより、対象物からの放射スペクトルのみを抽出するように構成されている、請求項１に記載の検出器。
【請求項４】
２色法により温度を算出し、その温度での黒体放射スペクトルと評価可能範囲以外の範囲の測定結果から、理論検出値に対する測定値の比を算出するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の検出器。
【請求項５】
評価可能範囲とそれ以外の範囲の境界における印加電圧値を出荷時の値と比較し、ずれが生じている場合には、印加電圧値または波長を補正または校正するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の検出器。
【請求項６】
前記検出ピーク波長の掃引は印加電圧の印加により行うように構成されており、印加電圧が０Ｖのとき、検出ピーク波長が評価可能範囲以外の波長領域である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の検出器。
【請求項７】
前記検出ピーク波長の掃引は印加電圧の印加により行うように構成されており、印加電圧が０Ｖのとき、検出ピーク波長が評価可能範囲より短波長側にある、請求項１〜６のいずれか１項に記載の検出器。
【請求項８】
前記検出ピーク波長の掃引は印加電圧の印加により行うように構成されており、印加電圧が０Ｖのとき、検出ピーク波長が評価可能範囲より長波長側にある、請求項１〜６のいずれか１項に記載の検出器。
【請求項９】
評価可能範囲が、波長フィルタにより規定される請求項１〜８のいずれか１項に記載の検出器。
【請求項１０】
評価可能範囲が、大気の窓により規定される請求項１〜８のいずれか１項に記載の検出器。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の検出器を用いて、評価可能範囲以外の波長領域における検出値により評価可能範囲の波長領域における検出値を補正する、検出器の補正方法。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の検出器を用いて、評価可能範囲以外の波長領域における検出値により評価可能範囲の波長領域における検出値を校正する、検出器の校正方法。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の検出器を複数含む、検出装置。
【請求項１４】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の検出器と、前記検出器に印加する電圧を操作する操作部と、前記検出器が検出した検出スペクトルから測定対象の温度を算出する算出部とを含む、検出システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
さらに、印加電圧が０Ｖでないときに検出波長が大気の窓以外の範囲となってもよい。この場合、補正または校正が必要と判断されるタイミングで、印加電圧を変化させ、検出波長を大気の窓の範囲に移動させればよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
波長フィルタの透過率が高くなる波長範囲、すなわち評価可能範囲の少なくとも一部は大気の窓の波長範囲であることが好ましい。これにより、測定対象が遠方にあっても放射電磁波を検出することができる。また、評価可能範囲と評価可能範囲以外の境界となる波長（立上りエッジまたは立下りエッジ）の少なくとも一方が、大気の窓の波長範囲であれば、評価可能範囲と評価可能範囲以外に波長を掃引させるための印加電圧の差が小さくなり、波長掃引にかかる時間が短く、消費電力が少なくて済む。また、補正、校正において、大気の窓による透過率の低下を考慮する必要がなく、補正、校正プログラムが簡易となる。