(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出部と、前記検出部から出力される信号を信号処理する信号処理装置とを有し、
前記検出部は、冷却ステージと、前記冷却ステージに搭載された温度センサ、ヒータ及び赤外線固体撮像素子とを有し、
前記赤外線固体撮像素子は、赤外線を検出する複数の赤外線検出画素が２次元方向に配列された画素エリアと、前記画素エリアから映像信号を読み出して映像信号出力線に出力するとともに、所定のタイミングで前記温度センサの出力を前記映像信号出力線に出力する読み出し回路とを有し、
前記信号処理装置は、前記映像信号出力線から映像信号を抽出して信号処理し、表示装置に出力する映像信号処理回路と、前記映像信号出力線から前記温度センサの出力を抽出してラッチするラッチ回路と、前記ラッチ回路の出力に基づいて温度制御信号を出力し、前記ヒータに供給する温度制御回路とを有し、
前記温度センサは、前記冷却ステージの温度を検出し、前記ヒータは、前記温度制御回路の温度制御信号に基づいて前記冷却ステージの温度を調整する
ことを特徴とする赤外線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な赤外線撮像装置では、赤外線撮像用イメージセンサとしてＩＲＦＰＡ（Infrared Focal Plane Array）等の赤外線固体撮像素子が使用されている。ＩＲＦＰＡは二次元方向に配列した複数の微小な赤外線検出部を有し、それらの赤外線検出部は入射光（赤外線）の量に応じて電気抵抗が変化する。
【０００３】
各赤外線検出部の抵抗値は電圧に変換され、垂直シフトレジスタ及び水平シフトレジスタにより順次読み出されて、信号処理装置に送られる。信号処理装置では、ＩＲＦＰＡから送られてきた信号を処理して表示装置に出力する。このようにして、表示装置に赤外線画像が表示される。
【０００４】
ところで、ＩＲＦＰＡは、検出器の容器内で冷却ステージ上に搭載され、冷凍機やペルチェ素子によって所定の温度（例えば−５０℃以下）に冷却される。これは、熱による雑音を低減するためである。一方、信号処理装置は室温環境に配置され、検出器内のＩＲＦＰＡと信号処理装置との間は配線で接続される。
【０００５】
上述の赤外線撮像装置では、例えばＩＲＦＰＡと信号処理装置とを接続する配線を介して検出器内に熱が浸入する。これにより、ＩＲＦＰＡの暗電流が変化して、ＩＲＦＰＡの出力信号が揺らぐ原因となる。そこで、検出器内に温度センサとヒータとを配置し、温度センサによる検出温度に応じてヒータに適宜電力を供給して、冷却ステージの温度を一定に保っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０７−１６２０２１号公報
【特許文献２】特開２００９−２５０１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
受光量の変化にともなう温度変化を抑制できる赤外線検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
開示の技術の一観点によれば、検出部と、前記検出部から出力される信号を信号処理する信号処理装置とを有し、前記検出部は、冷却ステージと、前記冷却ステージに搭載された温度センサ、ヒータ及び赤外線固体撮像素子とを有し、前記赤外線固体撮像素子は、赤外線を検出する複数の赤外線検出画素が２次元方向に配列された画素エリアと、前記画素エリアから映像信号を読み出して映像信号出力線に出力するとともに、所定のタイミングで前記温度センサの出力を前記映像信号出力線に出力する読み出し回路とを有し、前記信号処理装置は、前記映像信号出力線から映像信号を抽出して信号処理し、表示装置に出力する映像信号処理回路と、前記映像信号出力線から前記温度センサの出力を抽出してラッチするラッチ回路と、前記ラッチ回路の出力に基づいて温度制御信号を出力し、前記ヒータに供給する温度制御回路とを有し、前記温度センサは、前記冷却ステージの温度を検出し、前記ヒータは、前記温度制御回路の温度制御信号に基づいて前記冷却ステージの温度を調整する赤外線検出装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
上記の一観点によれば、画素エリアから読み出した映像信号を伝達する映像信号線を用いて、温度センサの出力を伝達する。そして、その温度センサの出力に基づいてヒータに温度制御信号を出力する。これにより、受光量の変化にともなう赤外線固体撮像素子の温度変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、赤外線検出装置の概要を説明するブロック図である。
【図２】図２は、１フレーム毎に温度が高いものと温度が低いものとを撮影した場合の検出器の出力と、発熱と、冷却ステージの温度変化との関係を模式的に表した図である。
【図３】図３は第１の実施形態に係る赤外線検出装置の概要を説明するブロック図である。
【図４】図４は、同じくその赤外線検出装置の検出器を表した斜視図である。
【図５】図５は、検出器内の回路構成を説明する図である。
【図６】図６は、赤外線検出画素の回路構成を説明する図である。
【図７】図７は、赤外線固体撮像素子の動作を説明するタイミングチャートである。
【図８】図８は、第２の実施形態に係る赤外線検出装置の検出器内の回路構成を説明する図である。
【図９】図９は、同じくその赤外線検出装置の信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、赤外線固体撮像素子の動作を説明するタイミングチャートである。
【図１１】図１１は、基準電圧を変更可能な基準電圧発生回路として、抵抗分割回路を使用した例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。
【００１４】
図１は、赤外線検出装置の概要を説明するブロック図である。この図１のように赤外線検出装置は、検出器１１０と、信号処理装置１３０とを有する。検出器１１０と信号処理装置１３０との間は、映像信号出力線１４１、撮像素子駆動信号線１４２、温度信号線１４３及びヒータ駆動電力供給線１４４等の配線で接続されている。
【００１５】
検出器１１０の容器内には、赤外線固体撮像素子（ＩＲＦＰＡ）１２０、ヒータ１１２及び温度センサ１１３が搭載された冷却ステージ１１１が収納されている。この冷却ステージ１１１は、冷凍機又はペルチェ素子（図示せず）により所定の温度に冷却される。
【００１６】
また、信号処理装置１３０は、Ａ／Ｄ変換回路１３１、映像信号処理回路１３２、パルス発生回路１３３、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）回路１３４、Ａ／Ｄ変換回路１３５、温度制御回路１３６及びＤ／Ａ変換回路１３７を有している。
【００１７】
赤外線固体撮像素子１２０は、複数の赤外線検出画素１２１ａが垂直方向及び水平方向に配列した画素エリア１２１と、垂直シフトレジスタ１２２と、水平シフトレジスタ１２３とを有する。
【００１８】
垂直シフトレジスタ１２２及び水平シフトレジスタ１２３には、信号処理装置１３０のパルス発生回路１３３から撮像素子駆動信号線１４２を介してパルス信号が供給される。垂直シフトレジスタ１２２及び水平シフトレジスタ１２３は、それらのパルス信号により決定されるタイミングで、画素エリア１２１の各赤外線検出画素１２１ａから映像信号を読み出す。
【００１９】
垂直シフトレジスタ１２２及び水平シフトレジスタ１２３により読み出された映像信号は、映像信号出力線１４１を介して信号処理装置１３０内のＡ／Ｄ変換回路１３１に伝達される。Ａ／Ｄ変換回路１３１は、赤外線固体撮像素子１２０から読み出されたアナログの映像信号をデジタルの映像信号に変換し、映像信号処理回路１３２に伝達する。映像信号処理回路１３２は、Ａ／Ｄ変換回路１３１から伝達された映像信号に対し種々の処理を施して、ＣＲＴ又は液晶ディスプレイ等の表示装置（図示せず）に出力する。
【００２０】
一方、温度センサ１１３は、冷却ステージ１１１の温度を検出し、その結果を温度信号線１４３を介して信号処理装置１３０のＬＰＦ回路１３４に出力する。この温度信号線１４３には、撮像素子駆動信号線１４２を通る高周波パルスの影響を受けて、誘導雑音（高周波の雑音）が重畳する。
【００２１】
ＬＰＦ回路１３４は、温度信号線１４３を介して温度センサ１１３から送られてくる温度信号から誘導雑音を除去して、Ａ／Ｄ変換回路１３５に伝達する。Ａ／Ｄ変換回路１３５は、温度センサ１１３から出力されたアナログの温度信号をデジタルの温度信号に変換する。温度制御回路１３６は、Ａ／Ｄ変換回路１３５から出力された温度信号を信号処理し、冷却ステージ１１１の温度を一定とすべく温度制御信号を出力する。
【００２２】
Ｄ／Ａ変換回路１３７は、温度制御回路１３６から出力されたデジタルの温度制御信号をアナログの温度制御信号に変換し、ヒータ駆動電力供給線１４４を介してヒータ１１２に供給する。ヒータ１１２は、Ｄ／Ａ変換回路１３７から供給された温度制御信号に応じた熱を発生し、冷却ステージ１１１の温度変化を抑制する。
【００２３】
ところで、一般的に、赤外線検出装置において、暗電流の大きさは素子温度（ＩＲＦＰＡの温度）に依存する。そのため、素子温度が揺らぐと暗電流が変化する。この暗電流の変化は、赤外線を検知する際の雑音の原因となる。例えば、素子温度が１Ｋ変化すると、赤外線検出器の出力は１００ｍＶ程度変化する。
【００２４】
素子温度が一定の場合の赤外線検出器の出力に含まれる雑音成分は数１００μＶ程度であるので、素子温度の揺らぎに起因する検出器出力の雑音を５０μＶ以下にすることが望まれる。すなわち、素子温度の揺らぎを０．５ｍＫ以下とすることが望まれる。
【００２５】
一方、赤外線固体撮像素子１２０内の出力アンプは、出力電圧の変動が原因になってその発熱量が変化する。例えば、撮像シーンの変化によって出力電圧が変われば、発熱量も変化する。また、撮像シーンの変化がなくても、通常は水平・垂直のブランキング期間と、撮像データを出力する期間とでは出力電圧が大きく異なるので、赤外線固体撮像素子１２０の発熱量は変化する。
【００２６】
画像フォーマットが小さい赤外線固体撮像装置では、赤外線固体撮像素子の発熱量そのものが小さいため、発熱量の変動は高々１０ｍＷ程度であり、素子温度の揺らぎを無視することができる。しかし、近年、画像フォーマットの大規模化によって赤外線固体撮像素子の出力アンプの消費電力が大きくなり、それにともなって赤外線固体撮像素子の発熱量の変動も例えば１００ｍＷ程度と大きくなってきた。
【００２７】
赤外線固体撮像素子の出力は、１フレーム毎に電圧が低い垂直ブランキング期間が設けており、また１フレームの期間内でも１ライン毎に電圧が低い水平ブランキング期間が設けてある。更に、撮像時には赤外線検出画素毎に出力電圧が異なるのが普通であるから、発熱量は、１フレーム期間内で変動し、より正確には１画素毎に変動する。
【００２８】
図２は、図１に例示した赤外線検出装置において、１フレーム毎に温度が高いものと温度が低いものとを撮影した場合の検出器の出力と、発熱と、冷却ステージの温度変化との関係を模式的に表した図である。
【００２９】
この図２のように、１フレーム毎に撮像対象の温度が異なるので、検出器の出力電圧も大きく変動し、その発熱量の変動によって冷却ステージの温度も変動する。
【００３０】
冷却ステージは熱容量（例えば１Ｊ／Ｋ程度）を有するため、素子温度の変動は発熱量の変動よりも緩やかである。しかし、１フレーム期間の温度変動を見積もると、おおむね温度変動＝発熱変動÷熱容量×１フレームの期間なので、１ｍＫ（＝１００ｍＷ÷１Ｊ／Ｋ×１０ｍsec）＞０．５ｍＫとなり、問題であることがわかる。
【００３１】
図１に例示した赤外線検出装置においては、Ａ／Ｄ変換回路１３５の前段にＬＰＦ回路１３４を配置し、このＬＰＦ回路１３４により高周波成分を除去している。このため、温度制御回路１３６には、例えば１０Ｈｚ以下の温度変化しか伝達されず、短時間の温度変動を抑制することは難しい。
【００３２】
冷却ステージ１１１の熱容量を１０倍以上大きくすれば、短時間の温度変動を十分に抑制することができる。しかし、システムの運用上冷却に要する時間を短くする要求が大きいため、冷却ステージ１１１の熱容量はむしろ小さくする傾向にある。
【００３３】
（第１の実施形態）
図３は第１の実施形態に係る赤外線検出装置の概要を説明するブロック図である。また、図４は、同じくその赤外線検出装置の検出器を表した斜視図である。
【００３４】
図３のように、第１の実施形態に係る赤外線検出装置は、検出器１０と、信号処理装置３０とを有する。検出器１０と信号処理装置３０との間は、映像信号出力線４１、撮像素子駆動信号線４２及びヒータ駆動電力線４４等の配線で接続されている。
【００３５】
図４のように、検出器１０の容器１９はほぼ円筒状であり、容器１９の内部には冷却ステージ１１が配置されている。この冷却ステージ１１には、赤外線固体撮像素子（ＩＲＦＰＡ）２０、ヒータ１２及び温度センサ１３が搭載されている。また、冷却ステージ１１は、コールドフィンガ１７を介して例えば冷凍機（図示せず）に熱的に接続され、所定温度に冷却されるようになっている。
【００３６】
容器１９の端部には赤外線透過窓１８が設けられており、この赤外線透過窓１８を介して容器１９内に入射した赤外線が、赤外線固体撮像素子２０に受光される。
【００３７】
図３のように、信号処理装置３０は、Ａ／Ｄ変換回路３１と、映像信号処理回路３２と、ラッチ回路３３と、温度制御回路３４と、Ｄ／Ａ変換回路３５と、パルス発生回路３６とを有する。
【００３８】
また、赤外線固体撮像素子２０は、複数の赤外線検出画素２１ａが水平方向（行方向）及び垂直方向（列方向）に配列した画素エリア２１と、垂直シフトレジスタ２２と、水平シフトレジスタ２３とを有する。
【００３９】
垂直シフトレジスタ２２及び水平シフトレジスタ２３には、信号処理装置３０のパルス発生回路３６から撮像素子駆動信号線４２を介してパルス信号が供給される。垂直シフトレジスタ２２及び水平シフトレジスタ２３は、それらのパルス信号により決定されるタイミングで画素エリア２１の各赤外線検出画素２１ａから映像信号を読み出す。赤外線固体撮像素子２０の詳細は後述する。
【００４０】
垂直シフトレジスタ２２及び水平シフトレジスタ２３により読み出された映像信号は、映像信号出力線４１を介して信号処理装置３０のＡ／Ｄ変換回路３１に伝達される。なお、本実施形態では、後述するように温度センサ１３から出力される温度信号も映像信号出力線４１を介してＡ／Ｄ変換回路３１に伝達される。
【００４１】
Ａ／Ｄ変換回路３１は、検出器１０から映像信号出力線４１を介して送られてきた信号をデジタルの信号に変換する。映像信号処理回路３２は、Ａ／Ｄ変換回路３１の出力から映像信号を抽出し、種々の処理を施して、ＣＲＴ又は液晶ディスプレイ等の表示装置（図示せず）に出力する。
【００４２】
一方、温度センサ１３は、冷却ステージ１１の温度を検出し、その結果を差動増幅器１４に出力する。温度センサ１３は差動増幅器１４の第１入力端子に接続されており、差動増幅器１４の第２入力端子は基準電圧（一定電圧）を供給する基準電圧発生回路（図示せず）に接続されている。
【００４３】
差動増幅器１４は、温度センサ１３から出力された温度信号を増幅（インピーダンス変換）して出力する。差動増幅器１４から出力された温度信号は、トランジスタＴ１０を介して映像信号出力線４１に送られ、映像信号出力線４１を介して信号処理装置３０のＡ／Ｄ変換回路３１に伝達される。なお、トランジスタＴ１０は、スイッチ回路の一例である。
【００４４】
ラッチ回路３３は、検出器１０から温度信号が出力される所定のタイミングでＡ／Ｄ変換回路３１の出力をラッチする。そして、温度制御回路３４は、ラッチ回路３３でラッチされた温度信号を信号処理し、冷却ステージ１１の温度を一定とすべく温度制御信号を出力する。
【００４５】
Ｄ／Ａ変換回路３５は、温度制御回路３４から出力されたデジタルの温度制御信号をアナログの温度制御信号に変換し、ヒータ駆動電力供給線４４を介してヒータ１２に供給する。ヒータ１２は、Ｄ／Ａ変換回路３５から供給された温度制御信号に応じた熱を発生し、冷却ステージ１１の温度変化を抑制する。
【００４６】
図５は検出器１０内の回路構成を説明する図、図６は赤外線検出画素２１ａの回路構成を説明する図である。但し、図５ではヒータ１２の図示を省略している。また、図６は、図５中の破線部分の回路を示している。
【００４７】
図６の赤外線検出部２１ｂは、受光した赤外線の量により抵抗値が変化する。この赤外線検出部２１ｂの一方の端子は接地され、他方の端子と接続点Ｎ１との間には、トランジスタＴ５，Ｔ６が直列に接続されている。トランジスタＴ５のゲートには電源から電圧Ｖ３が印加され、トランジスタＴ６のゲートには所定のタイミングで“Ｈ”レベルと“Ｌ”レベルとに変化するパルス信号Φ５が供給される。
【００４８】
接続点Ｎ１と接地との間にはコンデンサＣ１が接続されている。また、接続点Ｎ１と電圧Ｖ４を供給する電源との間にはトランジスタＴ７が接続されている。トランジスタＴ７のゲートには、所定のタイミングで“Ｈ”レベルと“Ｌ”レベルとに変化するパルス信号Φ６が供給される。
【００４９】
接続点Ｎ１と接続点Ｎ２との間には、トランジスタＴ８，Ｔ９が並列に接続されている。また、接続点Ｎ２と接地との間には、コンデンサＣ２が接続されている。これらのトランジスタＴ８，Ｔ９及びコンデンサＣ２により、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ回路）が形成される。トランジスタＴ８，Ｔ９にはそれぞれ所定のタイミングで“Ｈ”レベルと“Ｌ”レベルとに変化するパルス信号（ＳＨパルス）Φ７，Φ８が供給される。
【００５０】
接続点Ｎ２は、図５のトランジスタＴ１のゲートに接続されている。トランジスタＴ１はソースホロアアンプとして用いられ、そのソースには電源から配線２７を介して電圧Ｖ１が供給される。このトランジスタＴ１のドレインと垂直データバス２８との間にはトランジスタＴ２が接続されている。トランジスタＴ２のゲートは、水平方向（行方向）に並んだ赤外線検出画素２１ａ間を接続する垂直選択線２６を介して、垂直シフトレジスタ２２に接続されている。また、トランジスタＴ２のドレインは、垂直方向（列方向）に並んだ赤外線検出画素２１ａ間を接続する垂直データバス２８に接続されている。
【００５１】
垂直シフトレジスタ２２は数１００個又はそれ以上の出力端子を有し、それらの出力端子はそれぞれ垂直選択線２６に接続されている。垂直シフトレジスタ２２には、所定のタイミングで“Ｈ”レベルと“Ｌ”レベルとに変化するパルス信号Φ１，Φ２が供給される。そして、垂直シフトレジスタ２２は、信号Φ１，Φ２で決まるタイミングで複数の端子に順番に行選択信号を出力する。ここでは、上側の端子から下側の端子に順番に行選択信号が出力されるものとする。
【００５２】
水平シフトレジスタ２３も数１００個又はそれ以上の出力端子を有する。本実施形態では、図５のように最も右側に配置された出力端子は、トランジスタＴ１０のゲートに接続され、その他の出力端子はそれぞれトランジスタＴ３のゲートに接続されている。それらのトランジスタＴ３のソースはそれぞれ対応する垂直データバス２８に接続され、ドレインは映像信号出力線４１に接続されている。
【００５３】
水平シフトレジスタ２２には、所定のタイミングで“Ｈ”レベルと“Ｌ”レベルとに変化するパルス信号Φ３，Φ４が供給される。そして、水平シフトレジスタ２２は、信号Φ３，Φ４により決まるタイミングで、複数の端子に順番に列選択信号を出力する。ここでは、右側の端子から左側の端子に順番に列選択信号が出力されるものとする。
【００５４】
映像信号出力線４１と接地との間にはトランジスタＴ４が接続されている。このトランジスタＴ４のゲートには電源から電圧Ｖ２が供給される。このトランジスタＴ４は、トランジスタＴ１，Ｔ２にバイアス電流を流すための定電流回路として用いられている。
【００５５】
図７は、赤外線固体撮像素子２０の動作を説明するタイミングチャートである。
【００５６】
まず、トランジスタＴ７が信号Φ６により一定時間オンになり、コンデンサＣ１がリセットされる。すなわち、トランジスタＴ７を介してコンデンサＣ１に一定量の電荷が蓄積される。
【００５７】
その後、トランジスタＴ６が信号Φ５により一定時間オンになり、コンデンサＣ１に蓄積された電荷がトランジスタＴ６，Ｔ５及び赤外線検出部２１ｂを介して接地に流れる。これにより、接続点Ｎ１の電圧が変化する。このときの接続点Ｎ１の電圧は赤外線検出部２１ｂの抵抗値、すなわち赤外線検出部２１ｂに入射した赤外線の量に依存する。
【００５８】
次に、信号Φ７，Φ８によりトランジスタＴ８，Ｔ９が一定時間オンになり、コンデンサＣ１に蓄積されていた電荷がコンデンサＣ２に移動して、接続点Ｎ１の電位と接続点Ｎ２の電位とが同じになる。
【００５９】
このようにして各赤外線検出画素２１ａのコンデンサＣ２に赤外線検出部２１ｂに入射した赤外線の量に応じた電荷が保持され、接続点Ｎ２の電圧が赤外線検出部２１ｂに入射した赤外線の量に応じた電圧となる。
【００６０】
一方、垂直シフトレジスタ２２は、信号Φ１，Φ２で決まる１フレーム期間（例えば１／６０秒又は１／３０秒）に、出力端子に順番に行選択信号を出力する。トランジスタＴ２は、そのゲートに垂直選択線２６を介して行選択信号が入力される間だけオンになる。
【００６１】
また、水平シフトレジスタ２３も、信号Φ３，Φ４で決まる１行分の読み出し時間内に、出力端子に順番に列選択信号を出力する。ここでは、右から左へ順番に列選択信号を出力するものとする。
【００６２】
この場合、まずトランジスタＴ１０がオンになり、差動増幅器１４から出力された温度信号が映像信号出力線４１を介して信号処理装置３０に送られる。その後、トランジスタＴ３が順番にオンになって、行選択信号により選択された１行分の赤外線検出画素２１ａから順次映像信号が読み出され、それらの映像信号が映像信号出力線４１を介して信号処理装置３０に送られる。
【００６３】
ラッチ回路３３では、トランジスタＴ１０がオンの期間に映像信号出力線４１から信号を取り込む。そして、前述したように、温度制御回路３４は、ラッチ回路２３にラッチされた温度信号を入力し、冷却ステージ１１の温度を一定とすべく温度制御信号を出力する。この温度制御信号は、Ｄ／Ａ変換回路３５でアナログ信号に変換され、ヒータ駆動電力供給線４４を介して検出器１０内のヒータ１２に供給される。
【００６４】
一方、映像信号処理回路３２では、トランジスタＴ１０がオフの期間にＡ／Ｄ変換回路３１からデジタルに変換された映像信号を入力し、種々の処理を施して表示装置に出力する。このようにして、表示装置に赤外線映像が表示される。
【００６５】
上述したように、本実施形態では、温度センサ１３から出力される温度信号を、映像信号出力線４１を介して信号処理装置３０に伝達している。このため、図１の赤外線検出装置に比べて検出器１０と信号処理装置３０との間の配線を少なくすることができ、検出器１０内への熱侵入経路が削減される。その結果、検出器１０内への熱の侵入が抑制され、映像信号の揺らぎを従来に比べてより一層少なくすることができる。
【００６６】
また、本実施形態では、差動増幅器１４を使って温度センサ１３から出力される温度信号を増幅（インピーダンス変換）しているため、撮像素子駆動信号線４２を通る高周波信号によるノイズの影響を受けにくくなり、Ｓ／Ｎが改善される。これにより、図１に例示した赤外線検出装置では必要であったＬＰＦ回路１３４が不要になり、その結果短時間の温度変化に迅速に対応できるという効果を奏する。
【００６７】
（第２の実施形態）
図８は第２の実施形態に係る赤外線検出装置の検出器内の回路構成を説明する図、図９は同じくその赤外線検出装置の信号処理装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、赤外線固体撮像素子の構造が異なることにあり、その他の構成は基本的に第１の実施形態と同様であるので、重複する部分の説明は省略する。また、図８，図９において、図５と同一物には同一符号を付している。更に、図９では、パルス発生回路の図示を省略している。
【００６８】
図８のように、本実施形態では、差動増幅器１４の出力端子と映像信号出力線４１との間に配置されたトランジスタＴ１０のゲートが、多入力ＯＲ回路４９の出力端に接続されている。また、ＯＲ回路４９の各入力端は、垂直シフトレジスタ２２の出力端子に接続されている。但し、垂直シフトレジスタ２２の出力端子は、垂直選択線２６とＯＲ回路４９の入力端とに交互に接続されている。これにより、トランジスタＴ１０は１水平期間毎にオン−オフを繰り返す。
【００６９】
温度センサ１３から出力される温度信号は、差動増幅器１４で増幅（インピーダンス変換）され、トランジスタＴ１０がオンの期間に映像信号出力線４１を介して信号処理装置５０に送られる。
【００７０】
一方、図９のように、信号処理装置５０は、ＬＰＦ回路５１と、Ａ／Ｄ変換回路５２と、映像信号処理回路５３と、ＬＰＦ回路５４と、Ａ／Ｄ変換回路５５と、ラッチ回路５６と、温度制御回路５７と、Ｄ／Ａ変換回路５８とを有する。
【００７１】
ＬＰＦ回路５１は、映像信号の周波数（例えば１０ＭＨｚ）の信号を通過し、それよりも高い周波数の信号を遮断する。Ａ／Ｄ変換回路５２は、ＬＰＦ回路５１を通過した映像信号をデジタル信号に変換する。映像信号処理回路５３は、Ａ／Ｄ変換回路５２から出力された映像信号に対し種々の処理を施して、ＣＲＴ又は液晶ディスプレイ等の表示装置（図示せず）に出力する。
【００７２】
一方、ＬＰＦ回路５４は、映像信号の周波数よりも低い周波数の信号を通過し、映像信号及びそれよりも高い周波数の信号を遮断する。本実施形態では、ＬＰＦ回路５４の遮断周波数は、１０ｋＨｚ程度とする。温度センサ１３から出力される温度信号は、ＬＰＦ回路５４の遮断周波数よりも低く、ＬＰＦ回路５４を通過する。
【００７３】
Ａ／Ｄ変換回路５５は、ＬＰＦ回路５４を通過した温度信号をデジタル信号に変換する。ラッチ回路５６は、トランジスタＴ１０がオンの期間にＡ／Ｄ変換回路５５の出力をラッチする。温度制御回路５７はラッチ回路５６にラッチされた温度信号を入力し、冷却ステージの温度を一定とすべく温度制御信号を出力する。この温度制御信号は、Ｄ／Ａ変換回路５８でアナログ信号に変換され、ヒータ駆動電力供給線４４を介して検出器１０内のヒータ１２に供給される。
【００７４】
図１０は、赤外線固体撮像素子２０の動作を説明するタイミングチャートである。このタイミングチャートからわかるように、本実施形態では１行分の映像信号を読み出す時間毎に、検出器１０から映像信号と温度信号とが交互に出力される。
【００７５】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に映像信号出力線４１を介して信号処理装置５０に温度信号を伝送するので、検出器１０と信号処理装置５０との間の配線を少なくすることができる。その結果、検出器１０内への熱の侵入を抑制することができる。また、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換回路５５の前段にＬＰＦ回路５４を配置して低周波成分を分離することにより、検出器１０内の温度を良好なＳ／Ｎで測定することができる。
【００７６】
（その他の実施形態）
第１及び第２の実施形態では、差動増幅器１４の第２入力端子が基準電圧発生回路に接続されており、第２入力端子には一定の電圧が供給されるものとしている。この差動増幅器１４の第２入力端子に供給される電圧を温度センサ出力電圧近傍の電圧とすることにより、差動増幅器１４の増幅率を大きくすることができる。
【００７７】
図１１は、基準電圧を変更可能な基準電圧発生回路として、抵抗分割回路を使用した例を示す回路図である。この抵抗分割回路は、端子６１，６２間には直列に接続された複数の抵抗６３を有する。端子６１，６２間には一定の電圧が供給される。各抵抗６３の接続部と出力端子６４との間には切替えスイッチ６５が設けられており、この切替えスイッチ６５により出力端子６４に出力される電圧が決まる。
【００７８】
本実施形態によれば、温度センサ１３に出力に応じて差動増幅器１４の増幅率を大きくできるので、Ｓ／Ｎをより一層改善することができる。抵抗分割回路に替えてＤ／Ａ変換回路を使用しても、同様の効果を得ることができる。
【００７９】
以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００８０】
（付記１）赤外線を検出する複数の赤外線検出画素が２次元方向に配列された画素エリアと、
前記画素エリアから映像信号を読み出して映像信号出力線に出力するとともに、所定のタイミングで温度センサの出力を前記映像信号出力線に出力する読み出し回路と
を有することを特徴とする赤外線固体撮像素子。
【００８１】
（付記２）更に、前記読み出し回路と前記温度センサとの間に配置される差動増幅器を有することを特徴とする付記１に記載の赤外線固体撮像素子。
【００８２】
（付記３）前記読み出し回路は、前記画素エリア内の水平方向に並んだ各赤外線検出画素に共通の第１の選択信号を与える第１のシフトレジスタと、前記画素エリア内の垂直方向に並んだ各赤外線検出画素に共通の第２の選択信号を与える第２のシフトレジスタとを有し、
前記温度センサの出力は、前記第２のシフトレジスタから出力される前記第２の選択信号によりオンーオフするスイッチ回路を介して前記映像信号出力線に出力されることを特徴とする付記１又は２に記載の赤外線固体撮像素子。
【００８３】
（付記４）前記読み出し回路は、前記画素エリア内の水平方向に並んだ各赤外線検出画素に共通の第１の選択信号を与える第１のシフトレジスタと、前記画素エリア内の垂直方向に並んだ各赤外線検出画素に共通の第２の選択信号を与える第２のシフトレジスタとを有し、
前記温度センサの出力は、前記第１のシフトレジスタから出力される前記第１の選択信号によりオンーオフするスイッチ回路を介して前記映像信号出力線に出力されることを特徴とする付記１又は２に記載の赤外線固体撮像素子。
【００８４】
（付記５）赤外線を検出する複数の赤外線検出画素が２次元方向に配列された画素エリアと、前記画素エリアから映像信号を読み出して映像信号出力線に出力するとともに、所定のタイミングで温度センサの出力を前記映像信号出力線に出力する読み出し回路とを有する赤外線固体撮像素子の駆動方法において、
前記読み出し回路は、１フレーム毎又は１水平読み出し期間毎に１回、前記温度センサの出力を前記映像信号出力線に出力することを特徴とする赤外線固体撮像素子の駆動方法。
【００８５】
（付記６）検出部と、前記検出部から出力される信号を信号処理する信号処理装置とを有し、
前記検出部は、温度センサと、ヒータと、赤外線固体撮像素子とを有し、
前記赤外線固体撮像素子は、赤外線を検出する複数の赤外線検出画素が２次元方向に配列された画素エリアと、前記画素エリアから映像信号を読み出して映像信号出力線に出力するとともに、所定のタイミングで前記温度センサの出力を前記映像信号出力線に出力する読み出し回路とを有し、
前記信号処理装置は、前記映像信号出力線から映像信号を抽出して信号処理し、表示装置に出力する映像信号処理回路と、前記映像信号出力線から前記温度センサの出力を抽出してラッチするラッチ回路と、前記ラッチ回路の出力に基づいて温度制御信号を出力し、前記ヒータに供給する温度制御回路とを有する
ことを特徴とする赤外線検出装置。
【００８６】
（付記７）前記読み出し回路は、前記画素エリア内の水平方向に並んだ各赤外線検出画素に共通の第１の選択信号を与える第１のシフトレジスタと、前記画素エリア内の垂直方向に並んだ各赤外線検出画素に共通の第２の選択信号を与える第２のシフトレジスタとを有し、
前記温度センサの出力は、前記第２のシフトレジスタから出力される前記第２の選択信号によりオンーオフするスイッチ回路を介して前記映像信号出力線に出力されることを特徴とする付記６に記載の赤外線検出装置。
【００８７】
（付記８）前記読み出し回路は、前記画素エリア内の水平方向に並んだ各赤外線検出画素に共通の第１の選択信号を与える第１のシフトレジスタと、前記画素エリア内の垂直方向に並んだ各赤外線検出画素に共通の第２の選択信号を与える第２のシフトレジスタとを有し、
前記温度センサの出力は、前記第１のシフトレジスタから出力される前記第１の選択信号によりオンーオフするスイッチ回路を介して前記映像信号出力線に出力されることを特徴とする付記６に記載の赤外線検出装置。
【００８８】
（付記９）更に、第１入力端子が前記温度センサに接続され、第２入力端子が基準電圧源に接続され、出力端子が前記スイッチ回路に接続された差動増幅器を有することを特徴とする付記７又は８に記載の赤外線検出装置。
【００８９】
（付記１０）前記基準電圧源の出力電圧が変更可能であることを特徴とする付記９に記載の赤外線検出装置。
【符号の説明】
【００９０】
１０…検出器、１１…冷却ステージ、１２…ヒータ、１３…温度センサ、１４…差動増幅器、１７…コールドフィンガ、１８…赤外線透過窓、１９…容器、２０…赤外線固体撮像素子、２１ｂ…赤外線検出部、２０ａ…赤外線検出画素、２１…画素エリア、２２…垂直シフトレジスタ、２３…水平シフトレジスタ、２６…垂直選択線、２８…垂直データバス、３０…信号処理装置、３１…Ａ／Ｄ変換回路、３２…映像信号処理回路、３３…ラッチ回路、３４…温度制御回路、３５…Ｄ／Ａ変換回路、３６…パルス発生回路、４１…映像信号出力線、４２…撮像素子駆動信号線、４４…ヒータ駆動電力線、４９…ＯＲ回路、５０…信号処理装置、５１…ＬＰＦ回路、５２…Ａ／Ｄ変換回路、５３…映像信号処理回路、５４…ＬＰＦ回路、５５…Ａ／Ｄ変換回路、５６…ラッチ回路、５７…温度制御回路、５８…Ｄ／Ａ変換回路、６１，６２…端子、６３…抵抗、６４…出力端子、６５…切替えスイッチ、１００…検出器、１１１…冷却ステージ、１１２…ヒータ、１１３…温度センサ、１２０…赤外線固体撮像素子、１２１…画素エリア、１２１ａ，赤外線検出画素、１２２…垂直シフトレジスタ、１２３…水平シフトレジスタ、１３０…信号処理装置、１３１…Ａ／Ｄ変換回路、１３２…映像信号処理回路、１３３…パルス発生回路、１３４…ＬＰＦ回路、１３５…Ａ／Ｄ変換回路、１３６…温度制御回路、１３７…Ｄ／Ａ変換回路、１４１…映像信号出力線、１４２…撮像素子駆動信号線、１４３…温度信号線、１４４…ヒータ駆動電力供給線。
【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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