(57)【要約】  赤外線検知装置を、入射した赤外線に応じた電気信号を出力する赤外線検知素子（１０）と、第１動作温度において第１既知温度及び第２既知温度の黒体相当の強度の赤外線が入射した場合に赤外線検知素子から出力される第１電気信号及び第２電気信号を用いて求められる第１暗電流相当成分を含む、動作温度変化後に第２動作温度になった場合の動作温度変化による暗電流相当成分の変化を示す値によって、動作温度変化による赤外線検知素子から出力される電気信号の変化を補償する信号処理部（４）とを備えるものとする。
2015072006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した赤外線に応じた電気信号を出力する赤外線検知素子と、
第１動作温度において第１既知温度及び第２既知温度の黒体相当の強度の赤外線が入射した場合に前記赤外線検知素子から出力される第１電気信号及び第２電気信号を用いて求められる第１暗電流相当成分を含む、動作温度変化後に第２動作温度になった場合の動作温度変化による暗電流相当成分の変化を示す値によって、動作温度変化による前記赤外線検知素子から出力される電気信号の変化を補償する信号処理部とを備えることを特徴とする赤外線検知装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、前記第１暗電流相当成分を、赤外線強度の温度に対する依存性に関する部分に、定数ではなく、温度の関数を含む関係式から求めることを特徴とする、請求項１に記載の赤外線検知装置。
【請求項３】
前記関係式の前記赤外線強度の温度に対する依存性に関する部分に含まれる温度Ｔの関数ｆ（Ｔ）は、前記赤外線検知素子の波長応答特性におけるピーク波長をλｐとし、実係数をｘとし、ボルツマン定数をｋＢとし、プランク定数をｈとし、真空中での光速をｃとして、
【数１】
2015072006.tif 000109
で表されることを特徴とする、請求項２に記載の赤外線検知装置。
【請求項４】
前記実係数ｘは、前記赤外線検知素子の波長応答特性における半値全幅をＦＷＨＭとして、
【数２】
2015072006.tif 000110
を満たす温度Ｔに対して、
【数３】
2015072006.tif 000111
の範囲にあることを特徴とする、請求項３に記載の赤外線検知装置。
【請求項５】
前記信号処理部は、前記第１既知温度をＴ１とし、前記第２既知温度をＴ２（Ｔ２＞Ｔ１）とし、前記第１電気信号をＶ１とし、前記第２電気信号をＶ２として、前記第１暗電流相当成分Ｖｄ１を、
【数４】
2015072006.tif 000112
によって求めることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の赤外線検知装置。
【請求項６】
前記信号処理部は、前記関係式の前記赤外線強度の温度に対する依存性に関する部分に含まれる温度Ｔの関数をｇ（Ｔ）として、
【数５】
2015072006.tif 000113
で規定される関数Ｇ（Ｔ）を用いて、前記第１既知温度をＴ１とし、前記第２既知温度をＴ２（Ｔ２＞Ｔ１）とし、前記第１電気信号をＶ１とし、前記第２電気信号をＶ２として、前記第１暗電流相当成分Ｖｄ１を、
【数６】
2015072006.tif 000114
によって求めることを特徴とする、請求項２に記載の赤外線検知装置。
【請求項７】
前記信号処理部は、暗電流相当成分の動作温度依存性を表す関数をｈ（ＴＤ）とし、前記第１動作温度をＴＤ１とし、前記第２動作温度をＴＤ２とし、前記動作温度変化による暗電流相当成分の変化を示す値をＶｄ２−Ｖｄ１として、前記動作温度変化による暗電流相当成分の変化を示す値Ｖｄ２−Ｖｄ１を、
【数７】
2015072006.tif 000115
又は、前記第１動作温度ＴＤ１の近傍で線形化した、
【数８】
2015072006.tif 000116
によって求めることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の赤外線検知装置。
【請求項８】
前記暗電流相当成分の動作温度依存性を表す関数ｈ（ＴＤ）は、暗電流の活性化エネルギーをＥａとして、
【数９】
2015072006.tif 000117
で表されることを特徴とする、請求項７に記載の赤外線検知装置。
【請求項９】
前記暗電流相当成分の動作温度依存性を表す関数ｈ（ＴＤ）は、暗電流の活性化エネルギーをＥａとして、
【数１０】
2015072006.tif 000118
で表されることを特徴とする、請求項７に記載の赤外線検知装置。
【請求項１０】
前記暗電流相当成分の動作温度依存性を表す関数ｈ（ＴＤ）は、一の動作温度において第１既知温度及び第２既知温度の黒体相当の強度の赤外線が入射した場合に前記赤外線検知素子から出力される第１電気信号及び第２電気信号を用いて求められる、一の暗電流相当成分、及び、他の動作温度において前記第１既知温度及び前記第２既知温度の黒体相当の強度の赤外線が入射した場合に前記赤外線検知素子から出力される前記第１電気信号及び前記第２電気信号を用いて求められる、他の暗電流相当成分を用いて決定された関数であることを特徴とする、請求項７に記載の赤外線検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入射した赤外線に応じた電気信号を出力する赤外線検知素子を備える赤外線検知装置がある。
このような赤外線検知装置としては、例えば、赤外線検知素子を２次元状に配列したFocal Plane Array（ＦＰＡ）型赤外線検知装置がある。
また、動作温度が変化し、暗電流相当成分が変化してしまう場合に、赤外線を遮断したダミー素子を用いて補償できるようにしたものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２２１９１４号公報
【特許文献２】特開２００２−４３６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、動作温度が変化してしまうと、主に赤外線検知素子の暗電流が変化してしまい、赤外線検知素子から出力される電気信号が変化してしまう。
また、上述のように、赤外線を遮断したダミー素子を用いて補償する場合、完全に赤外線を遮断するのは難しいため、精度良く補償を行なうのは困難である。
そこで、動作温度が変化してしまった場合であっても、赤外線検知素子から出力される電気信号を精度良く補償できるようにしたい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本赤外線検知装置は、入射した赤外線に応じた電気信号を出力する赤外線検知素子と、第１動作温度において第１既知温度及び第２既知温度の黒体相当の強度の赤外線が入射した場合に赤外線検知素子から出力される第１電気信号及び第２電気信号を用いて求められる第１暗電流相当成分を含む、動作温度変化後に第２動作温度になった場合の動作温度変化による暗電流相当成分の変化を示す値によって、動作温度変化による赤外線検知素子から出力される電気信号の変化を補償する信号処理部とを備えることを要件とする。
【発明の効果】
【０００６】
したがって、本赤外線検知装置によれば、動作温度が変化してしまった場合であっても、赤外線検知素子から出力される電気信号を精度良く補償できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態にかかる赤外線検知装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の課題を説明するための図である。
【図３】暗電流相当成分の動作温度依存性を表す関数ｈ（ＴＤ）の一例を示す図である。
【図４】本実施形態にかかる赤外線検知装置の一例であるＦＰＡ型赤外線撮像装置の構成を示す図である。
【図５】本実施形態にかかる赤外線検知装置の一例であるＦＰＡ型赤外線撮像装置に備えられる赤外線イメージセンサの構成を示す図である。
【図６】本実施形態にかかる赤外線検知装置の一例であるＦＰＡ型赤外線撮像装置の赤外線イメージセンサに備えられる赤外線検知素子からの信号の読み出しを説明するための図である。
【図７】本実施形態にかかる赤外線検知装置の一例であるＦＰＡ型赤外線撮像装置における動作温度補償方法及び補正方法の第１の実施例を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態にかかる赤外線検知装置の一例であるＦＰＡ型赤外線撮像装置における動作温度補償方法及び補正方法の第１の実施例の信号処理部に備えられるデータ保存部及び信号演算部の構成の一例を示す図である。
【図９】本実施形態にかかる赤外線検知装置の一例であるＦＰＡ型赤外線撮像装置における動作温度補償方法及び補正方法の第２の実施例を示すフローチャートである。
【図１０】本実施形態にかかる赤外線検知装置の一例であるＦＰＡ型赤外線撮像装置における動作温度補償方法及び補正方法の第２の実施例の信号処理部に備えられるデータ保存部及び信号演算部の構成の一例を示す図である。
【図１１】図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、本実施形態にかかる赤外線検知装置の一例であるＦＰＡ型赤外線撮像装置における動作温度補償方法による効果を説明するための図である。
【図１２】線形補間による補正を行なう場合の課題を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる赤外線検知装置について、図１〜図１２を参照しながら説明する。
本実施形態では、図１に示すように、赤外線検知装置１は、入射した赤外線に応じた電気信号を出力する赤外線検知素子１０と、赤外線検知素子１０から出力される電気信号を処理する信号処理部４とを備える。なお、赤外線検知装置１を、赤外線検知器又は赤外線撮像装置ともいう。また、赤外線検知素子１０を、赤外線受光素子ともいう。また、信号処理部４を、信号演算部又は制御演算部ともいう。
【０００９】
特に、本赤外線検知装置１では、信号処理部４は、動作温度変化後に第２動作温度になった場合の動作温度変化による暗電流相当成分の変化を示す値によって、動作温度変化による赤外線検知素子１０から出力される電気信号（ここでは電圧；出力電圧）の変化を補償するようになっている。なお、暗電流相当成分は、暗電流に起因する成分である。
ここで、動作温度変化による暗電流相当成分の変化を示す値は、第１動作温度において第１既知温度及び第２既知温度の黒体相当の強度の赤外線が入射した場合に赤外線検知素子１０から出力される第１電気信号及び第２電気信号を用いて求められる第１暗電流相当成分を含む。
【００１０】
以下、具体的に説明する。
まず、実際の赤外線検知素子１０の入出力特性（入射光−出力信号特性）を正確に知ることができれば、動作温度が変化してしまった場合であっても、赤外線検知素子１０から出力される電気信号を精度良く補償することができる。
例えば、赤外線検知素子１０から出力される電気信号を補正する場合、例えば２つの赤外線源を用いて、既知強度の赤外線を赤外線検知素子１０に入射し、そのときに赤外線検知素子１０から出力される電気信号を取得する。このため、これらに基づいて、実際の赤外線検知素子１０の入出力特性が例えば図２中、実線Ａで示すようになっていることがわかれば、赤外線検知素子１０から出力される電気信号の暗電流相当成分を求めることができる。つまり、実際の赤外線検知素子１０の入出力特性が図２中、実線Ａで示すようになっていることがわかれば、温度Ｔ＝０（赤外線強度０）まで外挿し、そのときに赤外線検知素子１０から出力される電気信号Ｖを求めることで、赤外線検知素子１０から出力される電気信号の暗電流相当成分を求めることができる。このようにして求めた赤外線検知素子１０から出力される電気信号の暗電流相当成分を用いて、赤外線検知素子１０から出力される電気信号を精度良く補償することが可能である。これに対し、赤外線検知素子１０の入出力特性が図２中、点線Ｂで示すように線形であると仮定した場合には、これに基づいて、赤外線検知素子１０から出力される電気信号の暗電流相当成分を正確に求めるのは難しい。このため、動作温度が変化してしまった場合、赤外線検知素子１０から出力される電気信号を補償するのは困難である。
【００１１】
ここで、対象物体の温度Ｔに対して、その物体から放出される赤外線強度をｆ（Ｔ）とし、そのときの赤外線検知素子１０の赤外線強度相当の電気信号出力（光電流相当の電圧）をＶｐとする。対象物体の温度がＴからＴ＋ｄＴに変化したとき、物体から放出される赤外線強度の変化はf（Ｔ）ｄＴであり、したがって、赤外線検知素子１０の電気信号出力の変化ｄＶｐは、次式のように表現することができる。
【００１２】
【数１】
2015072006.tif 000003
【００１３】
この微分方程式の解は、Ｃを積分定数として、
【００１４】
【数２】
2015072006.tif 000004
【００１５】
となる。
したがって、f（Ｔ）の関数形を解析的に積分操作可能な形で決定することができれば、実際の赤外線検知素子１０の入出力特性を正確に知ることができたことになり、動作温度が変化してしまった場合であっても、赤外線検知素子１０から出力される電気信号を補償できることになる。
【００１６】
本発明者は、この関数f（Ｔ）を、後述の導出過程を経て、次式のように決定できることを見出した。なお、次式で表される関数ｆ（Ｔ）を、後述の近似関数ｆ（Ｔ）と区別するために、Ｆ（Ｔ）又は〈∂Ｗ／∂Ｔ〉と表記する場合がある。
【００１７】
【数３】
2015072006.tif 000005
【００１８】
また、この関数f（Ｔ）は、後述の近似式の導出過程を経て、実定数ｘを用いて近似すると、次式のようになる。なお、次式で表される関数ｆ（Ｔ）を近似関数ｆ（Ｔ）という。
【００１９】
【数４】
2015072006.tif 000006
【００２０】
そして、関数f（Ｔ）をこのような形に近似した場合、Ｖ０を積分定数として、
【００２１】
【数５】
2015072006.tif 000007
【００２２】
という式から、
【００２３】
【数６】
2015072006.tif 000008
【００２４】
となる。
そして、赤外線検知素子１０から出力される電気信号ＶＤＣは、これに暗電流相当成分（暗電流相当の出力成分）Ｖｄを加えて、
【００２５】
【数７】
2015072006.tif 000009
【００２６】
となる。
この式は、普遍物理定数（ｈ，ｃ，ｋＢ）及び別途決められるｘλｐを除けば、未知係数はＶ０，Ｖｄの２つであるから、相異なる既知温度Ｔ１，Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）の黒体相当の強度の赤外線が入射したときに赤外線検知素子１０から出力される電気信号ＶＤＣを、それぞれ、Ｖ１，Ｖ２とし、これらがわかれば、それぞれに対して上記の式を適用した連立方程式の解として、未知係数Ｖ０，Ｖｄを一意に決定することができる。
【００２７】
具体的には、未知係数Ｖｄは、以下のようにして決定することができる。
まず、上記の式に、既知温度Ｔ１に対して出力される電気信号Ｖ１を代入し、また、既知温度Ｔ２に対して出力される電気信号Ｖ２を代入すると、以下の２つの等式が得られる。
【００２８】
【数８】
2015072006.tif 000010
【００２９】
そして、これらの式のうち、上側の式に、
【００３０】
【数９】
2015072006.tif 000011
【００３１】
を掛け、下側の式に、
【００３２】
【数１０】
2015072006.tif 000012
【００３３】
を掛けて、辺々引き算することで、以下のように、未知係数Ｖｄを決定することができる。
【００３４】
【数１１】
2015072006.tif 000013
【００３５】
同様にして、未知係数Ｖ０も、以下のように、決定することができる。
【００３６】
【数１２】
2015072006.tif 000014
【００３７】
ところで、ｘλｐの値は、以下のようにして求めることができる。
まず、λｐは、赤外線検知素子の波長応答特性Ｒ０（λ）におけるピーク波長である。つまり、赤外線検知素子の波長応答特性Ｒ０（λ）は、適当な定数ｓを用いて、
【００３８】
【数１３】
2015072006.tif 000015
【００３９】
の形に近似することができ、このときのピーク波長である。
このため、例えば当該赤外線検知素子自体、又は、別途作製した同一仕様のパイロット素子などの実測結果からλｐを求めれば良い。
次に、実定数ｘは、以下のようにして決めれば良い。
まず、例えば、よく知られているように、λ＝λｐ±３sに対して、Ｒ０（λ）＝ｅｘｐ（−９）〜１．２３４×１０−４であり、その最大値１に対して十分小さいため、現実には、λ＝λｐ±３s の外側の積分範囲ではＲ０（λ）＝０であると考えられる。
【００４０】
このため、以下の不等式が成り立つ。
【００４１】
【数１４】
2015072006.tif 000016
【００４２】
したがって、上記実定数ｘは、
【００４３】
【数１５】
2015072006.tif 000017
【００４４】
を満たす範囲に見出されるはずである。
ここで、赤外線検知素子１０の波長応答特性Ｒ０（λ）の半値全幅（Full Width at Half Maximum：ＦＷＨＭ）を考えると、Ｒ０（λ）＝０．５とおいてλについて解くことによって、
【００４５】
【数１６】
2015072006.tif 000018
【００４６】
が得られるから、上記実定数ｘの範囲は、
【００４７】
【数１７】
2015072006.tif 000019
【００４８】
となる。
したがって、この条件を満たす範囲で実定数ｘを決めれば良い。
なお、実定数ｘの決め方は、これに限られるものではない。
例えば、当該赤外線検知素子自体、又は、別途作製した同一仕様のパイロット素子などの実測結果などから、その波長応答特性Ｒ０（λ）を得て、数値計算（数値積分）などの手法を用いて、赤外線の波長域をλ１〜λ２とし、赤外線強度をＷとし、温度をＴとし、温度Ｔの黒体放射強度の波長分散特性をＷ（λ，Ｔ）として、
【００４９】
【数１８】
2015072006.tif 000020
【００５０】
で表される関数Ｆ（Ｔ）によって実際に求めた値に、
【００５１】
【数１９】
2015072006.tif 000021
【００５２】
で表される近似関数ｆ（Ｔ）によって求めた値をフィッティングさせて実定数ｘの値を決定することも可能である。
ところで、上述のようにして、未知係数Ｖｄを決定することができることができる。このため、信号処理部４は、第１動作温度において赤外線検知素子１０から出力される電気信号の第１暗電流相当成分Ｖｄ１を、第１動作温度において第１既知温度Ｔ１及び第２既知温度Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）の黒体相当の強度の赤外線が入射した場合に赤外線検知素子１０から出力される第１電気信号Ｖ１及び第２電気信号Ｖ２を用いて、
【００５３】
【数２０】
2015072006.tif 000022
【００５４】
によって求める。
この場合、信号処理部４は、第１暗電流相当成分を、赤外線強度の温度に対する依存性に関する部分に、定数ではなく、温度の関数（即ち、温度を変数とする関数）を含む関係式から求めていることになる。
ここで、関係式は、赤外線検知素子１０から出力される赤外線強度相当の電気信号をＶｐとし、温度変化をｄＴとした場合の赤外線検知素子１０から出力される赤外線強度相当の電気信号の変化をｄＶｐとし、赤外線強度の温度に対する依存性に関する部分を温度Ｔの関数であるｆ（Ｔ）（Ｔを変数とする関数）として、次式のように表される。なお、関数ｆ（Ｔ）を、赤外線強度の温度に対する依存性を表す関数ともいう。
【００５５】
【数２１】
2015072006.tif 000023
【００５６】
ここでは、関係式の赤外線強度の温度に対する依存性に関する部分に含まれる温度Ｔの関数ｆ（Ｔ）は、赤外線の波長域をλ１〜λ２とし、赤外線強度をＷとし、温度をＴとし、赤外線検知素子１０の波長応答特性をＲ０（λ）とし、温度Ｔの黒体放射強度の波長分散特性をＷ（λ，Ｔ）として、次式のように表される。なお、波長応答特性を、波長分散、分光特性、又は、規格化分光応答特性ともいう。また、次式で表される関数ｆ（Ｔ）を、後述の近似関数ｆ（Ｔ）と区別するためにＦ（Ｔ）又は〈∂Ｗ／∂Ｔ〉と表記する場合がある。
【００５７】
【数２２】
2015072006.tif 000024
【００５８】
これを近似すると、赤外線検知素子１０の波長応答特性におけるピーク波長をλｐとし、実係数をｘとし、ボルツマン定数をｋＢとし、プランク定数をｈとし、真空中での光速をｃとして、次式のように表される。なお、次式で表される関数ｆ（Ｔ）を近似関数ｆ（Ｔ）という。
【００５９】
【数２３】
2015072006.tif 000025
【００６０】
この場合、実係数ｘは、赤外線検知素子１０の波長応答特性における半値全幅をＦＷＨＭとして、
【００６１】
【数２４】
2015072006.tif 000026
【００６２】
を満たす温度（任意の温度）Ｔに対して、
【００６３】
【数２５】
2015072006.tif 000027
【００６４】
の範囲にあるのが好ましい。
ところで、第１動作温度において赤外線検知素子１０から出力される電気信号の第１暗電流相当成分Ｖｄ１と、動作温度変化後の第２動作温度において赤外線検知素子１０から出力される電気信号の第２暗電流相当成分Ｖｄ２との関係、即ち、ΔＶｄ＝Ｖｄ２／Ｖｄ１は、暗電流相当成分の動作温度依存性を表す関数ｈ（ＴＤ）を用いて、
【００６５】
【数２６】
2015072006.tif 000028
【００６６】
又は、これを第１動作温度ＴＤ１の近傍で線形化して、
【００６７】
【数２７】
2015072006.tif 000029
【００６８】
というように表すことができる。ここで、ｈ´（Ｔ）は関数ｈ（Ｔ）のＴに対する導関数である。
このため、信号処理部４は、第１動作温度ＴＤ１から第２動作温度ＴＤ２へ動作温度が変化した場合の動作温度変化による暗電流相当成分の変化を示す値（ここでは変化量）Ｖｄ２−Ｖｄ１を、暗電流相当成分の動作温度依存性を表す関数ｈ（ＴＤ）を用いて、
【００６９】
【数２８】
2015072006.tif 000030
【００７０】
又は、第１動作温度ＴＤ１の近傍で線形化した、
【００７１】
【数２９】
2015072006.tif 000031
【００７２】
によって求める。
ここで、暗電流相当成分の動作温度依存性を表す関数ｈ（ＴＤ）は、暗電流の活性化エネルギーをＥａとして、
【００７３】
【数３０】
2015072006.tif 000032
【００７４】
で表されるものであれば良い。
これは、熱放出起因の電流変化の理論式、
【００７５】
【数３１】
2015072006.tif 000033
【００７６】
に基づくものである。
また、暗電流相当成分の動作温度依存性を表す関数ｈ（ＴＤ）は、暗電流の活性化エネルギーをＥａとして、
【００７７】
【数３２】
2015072006.tif 000034
【００７８】
で表されるものであっても良い。
これは、量子井戸型赤外線検知素子についての暗電流の理論式、
【００７９】
【数３３】
2015072006.tif 000035
【００８０】
に基づくものである。
また、暗電流相当成分の動作温度依存性を表す関数ｈ（ＴＤ）は、一の動作温度において赤外線検知素子１０から出力される電気信号の一の暗電流相当成分、及び、他の動作温度において赤外線検知素子１０から出力される電気信号の他の暗電流相当成分を用いて決定された関数であっても良い。
【００８１】
ここで、一の動作温度において赤外線検知素子１０から出力される電気信号の一の暗電流相当成分は、一の動作温度において第１既知温度及び第２既知温度の黒体相当の強度の赤外線が入射した場合に赤外線検知素子１０から出力される第１電気信号及び第２電気信号を用いて求めれば良い。また、他の動作温度において赤外線検知素子１０から出力される電気信号の他の暗電流相当成分は、他の動作温度において第１既知温度及び第２既知温度の黒体相当の強度の赤外線が入射した場合に赤外線検知素子１０から出力される第１電気信号及び第２電気信号を用いて求めれば良い。
【００８２】
例えば、一の動作温度において赤外線検知素子１０から出力される電気信号の一の暗電流相当成分、及び、他の動作温度において赤外線検知素子１０から出力される電気信号の他の暗電流相当成分は、次式によって求めれば良い。ここで、第１既知温度をＴ１とし、第２既知温度をＴ２（Ｔ２＞Ｔ１）とし、第１電気信号をＶ１とし、第２電気信号をＶ２とする。
【００８３】
【数３４】
2015072006.tif 000036
【００８４】
具体的には、動作温度を意図的に変化させて、それぞれの動作温度における実際の赤外線検知素子１０から出力される電気信号の暗電流相当成分を求め、例えば図３に示すように、動作温度ＴＤと暗電流相当成分Ｖｄとを対応づけることで、暗電流相当成分の動作温度依存性を表す関数ｈ（ＴＤ）を決定すれば良い。
なお、暗電流相当成分の動作温度依存性を表す関数ｈ（ＴＤ）は、全ての赤外線検知素子１０に共通に用いても良いし、赤外線検知素子毎に、又は、適当な数の赤外線検知素子を含む赤外線検知素子群毎に、異なるものを用いても良い。
【００８５】
そして、信号処理部４は、上述のようにして求められた第１暗電流相当成分Ｖｄ１を含む動作温度変化による暗電流相当成分の変化を示す値によって、動作温度変化（動作温度変動）による赤外線検知素子１０から出力される電気信号の変化（変動）を補償するようになっている。
ここで、第１動作温度ＴＤ１及び第２動作温度ＴＤ２において同一強度の赤外線が入射したときに赤外線検知素子１０から出力される電気信号をＶＤ１及びＶＤ２とする。また、同一強度の赤外線が入射したときに赤外線検知素子１０から出力される電気信号の光電流相当成分（光電流に起因する成分；ここでは同一強度の赤外線が入射したと仮定しているため、一定である）をＶＰとする。また、Ｖｄ２／Ｖｄ１をΔＶｄとする。なお、これらの動作温度、即ち、動作温度範囲において、赤外線検知素子１０の感度は変化しない又は無視できると仮定する。そうすると、以下のように表すことができる。
【００８６】
【数３５】
2015072006.tif 000037
【００８７】
ここでは、信号処理部４は、上述のようにして求められた第１暗電流相当成分Ｖｄ１を含む動作温度変化による暗電流相当成分の変化を示す値［例えば変化量Ｖｄ２−Ｖｄ１、又は、Ｖｄ１（Ｖｄ２／Ｖｄ１−１）、又は、Ｖｄ１（ΔＶｄ−１）］を、第２動作温度ＴＤ２における赤外線検知素子１０からの出力電気信号ＶＤ２から減算して、第１動作温度ＴＤ１における赤外線検知素子１０からの出力電気信号ＶＤ１に換算することで、動作温度変化による赤外線検知素子１０から出力される電気信号の変化を補償するようになっている。
【００８８】
このようにして、実際の赤外線検知素子１０の入出力特性に応じて、動作温度変化による赤外線検知素子１０から出力される電気信号の変化を補償することが可能となり、動作温度が変化してしまった場合であっても、未知温度（未知強度）の赤外線の温度（強度）に相当する電気信号を精度良く得ることが可能となる。また、暗電流相当成分を求めるのに用いる、第１動作温度において第１既知温度及び第２既知温度の黒体相当の強度の赤外線が入射した場合に赤外線検知素子１０から出力される第１電気信号及び第２電気信号は、例えば線形補間等の補正を行なう際に取得されるものであるため、これを利用することが可能である。この場合、補正実施時の動作温度における暗電流相当成分を求めることで第１動作温度ＴＤ１における第１暗電流相当成分Ｖｄ１を求め、さらに、理論的見積もり又は実測から、この第１暗電流相当成分Ｖｄ１を含む動作温度変化による暗電流相当成分の変化を示す値［例えば変化量Ｖｄ２−Ｖｄ１、又は、Ｖｄ１（Ｖｄ２／Ｖｄ１−１）、又は、Ｖｄ１（ΔＶｄ−１）］を求める。そして、これを、動作温度変化後の第２動作温度ＴＤ２に赤外線検知素子１０から出力される電気信号ＶＤ２から減算して、第１動作温度ＴＤ１における赤外線検知素子１０からの出力電気信号ＶＤ１に換算する。このようにして、第１動作温度ＴＤ１における赤外線検知素子１０からの出力電気信号ＶＤ１を見積もる、即ち、動作温度変化による赤外線検知素子１０から出力される電気信号の変化を補償することができる。さらに、例えば赤外線を遮断したダミー素子を用いることもない。このため、装置の複雑化を招くこともない。
【００８９】
次に、上述の関数f（Ｔ）の導出について説明する。
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、
【００９０】
【数３６】
2015072006.tif 000038
【００９１】
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、この式を、光学系の透過波長域よりも十分広い波長域［λ１，λ２］で積分して、
【００９２】
【数３７】
2015072006.tif 000039
【００９３】
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、
【００９４】
【数３８】
2015072006.tif 000040
【００９５】
の形に書ける。
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）、即ち、
【００９６】
【数３９】
2015072006.tif 000041
【００９７】
（ｋＢ：ボルツマン定数、ｈ：プランク定数、ｃ：真空中での光速）とすると、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、
【００９８】
【数４０】
2015072006.tif 000042
【００９９】
となる。
したがって、暗電流、即ち、すべての入射光強度に対して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素子に流れる全電流ＩＤＣ（ＶＩｇ）は、
【０１００】
【数４１】
2015072006.tif 000043
【０１０１】
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素子に流れる全電流と、温度Ｔ２＝Ｔ１＋ΔＴの黒体からの放射によって赤外線検知素子に流れる全電流との差分をΔＩｐ（ＶＩｇ）とすると、
【０１０２】
【数４２】
2015072006.tif 000044
【０１０３】
となる。
ここで、ΔＴが十分微小であるとすると、括弧｛・｝の中は、
【０１０４】
【数４３】
2015072006.tif 000045
【０１０５】
と近似できるから、
【０１０６】
【数４４】
2015072006.tif 000046
【０１０７】
と表すことができる。
ここで、ΔＩｐ（ＶＩｇ）とＩＤＣ（ＶＩｇ）の比、
【０１０８】
【数４５】
2015072006.tif 000047
【０１０９】
を考える。ここまでの結果から、この比は、
【０１１０】
【数４６】
2015072006.tif 000048
【０１１１】
となる。ここで、
【０１１２】
【数４７】
2015072006.tif 000049
【０１１３】
である。
また、上式のうち、
【０１１４】
【数４８】
2015072006.tif 000050
【０１１５】
は、定義ないしは仮定から、バイアス条件に依存しない温度Ｔの関数であり、これを、
【０１１６】
【数４９】
2015072006.tif 000051
【０１１７】
と置くと、
【０１１８】
【数５０】
2015072006.tif 000052
【０１１９】
となる。
したがって、
【０１２０】
【数５１】
2015072006.tif 000053
【０１２１】
という関係が得られる。
ところで、赤外線検知装置１（例えばＦＰＡ）の読出回路（Read Out Integrated Circuit：ＲＯＩＣ）が、一般的な、いわゆるダイレクト・インジェクション型であるとする。この場合、赤外線検知素子１０に流れる電流（素子電流）ＩによってＲＯＩＣに備えられる容量素子１１の両端の電位差Ｖが変化する（図８参照）。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、
【０１２２】
【数５２】
2015072006.tif 000054
【０１２３】
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、
【０１２４】
【数５３】
2015072006.tif 000055
【０１２５】
となるから、先ほどの結果を用いて、
【０１２６】
【数５４】
2015072006.tif 000056
【０１２７】
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、
【０１２８】
【数５５】
2015072006.tif 000057
【０１２９】
であるから、結局、ＶＤＣ（Ｔ，ＶＩｇ）に関する微分方程式、
【０１３０】
【数５６】
2015072006.tif 000058
【０１３１】
が得られる。
ここで考えている赤外線検知素子１０の動作状態では、そのバイアス電圧ＶＩｇは一定であるから、ＶＩｇの表記を省略し、ＶＤＣ＝Ｖｐ＋Ｖｄであるから、この式は、結局、
【０１３２】
【数５７】
2015072006.tif 000059
【０１３３】
の形となる。
したがって、
【０１３４】
【数５８】
2015072006.tif 000060
【０１３５】
となる。
このようにして、形を決定すべき関数ｆ（Ｔ）を導出することができる。
次に、上述の関数ｆ（Ｔ）の近似式の導出について説明する。
対象物体を黒体と仮定した場合、温度Ｔの黒体放射強度の波長分散特性Ｗ（λ，Ｔ）（いわゆるプランクの輻射式）は、
【０１３６】
【数５９】
2015072006.tif 000061
【０１３７】
であり、
【０１３８】
【数６０】
2015072006.tif 000062
【０１３９】
の場合、
【０１４０】
【数６１】
2015072006.tif 000063
【０１４１】
と近似できる。
なお、この近似条件は、一般的に赤外線検知装置１で用いられる波長であるλ＝３〜５μｍあるいはλ＝８〜１２μｍでは、それぞれ、およそ６００℃あるいは１００℃前後以下である（誤差２％を仮定）。一般的に赤外線検知装置１の応用分野としては、室温前後の物体、特に医療分野やセキュリティ分野では生物を対象としていることが多い。生物はその構成物質の大部分が水であるから、赤外線検知装置１の応用分野での対象物体の温度はおおむね０℃（水の凝固点）以上１００℃（水の沸点）以下であると考えられる。したがって、上記近似条件は、一般的な赤外線検知装置１における条件として十分であると考えられる。
【０１４２】
このような近似が成立する範囲においては、
【０１４３】
【数６２】
2015072006.tif 000064
【０１４４】
であるから、
【０１４５】
【数６３】
2015072006.tif 000065
【０１４６】
となる。
ここで、定積分、即ち、
【０１４７】
【数６４】
2015072006.tif 000066
【０１４８】
を、適当な実定数ｘを用いて、
【０１４９】
【数６５】
2015072006.tif 000067
【０１５０】
と近似する。
この場合、
【０１５１】
【数６６】
2015072006.tif 000068
【０１５２】
となる。
このようにして、上述の関数ｆ（Ｔ）の近似式を導出することができる。つまり、「撮像対象の物体の温度が、室温近傍」、及び、「１／λという因子が、実効的に１／ｘλｐという定数因子として、積分の外に出せる」という２つの近似を用いて、解析的な形の具体的な関数形として、このような近似式を導出することができる。
【０１５３】
ところで、ここでは、上述のように、
【０１５４】
【数６７】
2015072006.tif 000069
【０１５５】
という式の中の関数f（Ｔ）として、実定数ｘを用いて近似したもの、即ち、
【０１５６】
【数６８】
2015072006.tif 000070
【０１５７】
を用いているが、これに限られるものではない。
例えば、次式の中のＲ０（λ）として、実測結果として得られるＲ０（λ）（具体的にはこれを表現する関数）を代入し、解析的に積分を実行して、具体的なf（Ｔ）の解析的な関数形を決定し、これを上記式の中の関数f（Ｔ）として用いるようにしても良い。
【０１５８】
【数６９】
2015072006.tif 000071
【０１５９】
つまり、Ｒ０（λ）にガウシアンを想定し、上述のように近似して、具体的なf（Ｔ）の解析的な関数形を決定するのに代えて、Ｒ０（λ）にガウシアン以外、例えばローレンシアン、即ち、
【０１６０】
【数７０】
2015072006.tif 000072
【０１６１】
などを仮定して近似なしで、
【０１６２】
【数７１】
2015072006.tif 000073
【０１６３】
の積分を実行して、具体的なf（Ｔ）の関数形を決定できれば、これを上記式の中の関数f（Ｔ）として用いることもできる。
ただし、
【０１６４】
【数７２】
2015072006.tif 000074
【０１６５】
の積分が解析的に実行できることが望ましい。
このように、赤外線強度の温度に対する依存性に関する部分に、定数ではなく、温度の関数を含む関係式は、
【０１６６】
【数７３】
2015072006.tif 000075
【０１６７】
で表されるものを用いることができる。
つまり、赤外線強度の温度に対する依存性に関する部分に、定数ではなく、温度の関数を含む関係式が、
【０１６８】
【数７４】
2015072006.tif 000076
【０１６９】
で表される場合、この式の中の関数ｆ（Ｔ）は、
【０１７０】
【数７５】
2015072006.tif 000077
【０１７１】
で表されるものであっても良い。
以下、複数の赤外線検知素子１０を備える赤外線検知装置１である、複数の赤外線検知素子１０を２次元状に配列したＦＰＡ型赤外線撮像装置１における各赤外線検知素子１０（画素）からの出力電気信号（画素信号）の動作温度変化に起因する変化を補償するのに本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。
【０１７２】
ここで、赤外線撮像装置１は、物体の熱輻射によって放出される赤外線に対して、その赤外線撮像装置１に備えられる赤外線検知素子１０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。例えば、ＦＰＡ型赤外線撮像装置１では、画素に相当する赤外線検知素子１０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。
【０１７３】
このような赤外線撮像装置１は、可視光領域での撮像装置などとは異なり、暗闇の中においてもその対象物体を撮像可能であるため、いわゆるセキュリティ分野などといった応用分野で利用されている。また、対象物体から放出される赤外線の強度は、その対象物体の温度の関数であるため、撮像物体中での赤外線放射強度分布から、その物体中での温度分布を反映した画像が得られる。これを利用して、医療分野などでの応用も期待されている。
【０１７４】
しかしながら、同一の入出力特性を有する複数の赤外線検知素子を作製するのは難しい。つまり、同一強度の赤外線が入射した場合に同一の電気信号が出力される、複数の赤外線検知素子を作製するのは難しい。例えば、ＦＰＡ型赤外線検知装置に備えられる複数の赤外線検知素子の入出力特性を同一にするのは難しい。このため、赤外線検知素子が異なると、同一強度の赤外線が入射しているにもかかわらず、異なる電気信号が出力されてしまうことになる。例えば、ＦＰＡ型赤外線検知装置では、強度が面内で均一な赤外線が入射しているにもかかわらず、複数の赤外線検知素子から出力される電気信号には分布が生じてしまうことになる。このように、各赤外線検知素子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が生じてしまう。
【０１７５】
このため、赤外線検知素子から出力される電気信号を、赤外線検知装置に備えられる信号処理部で補正することで、赤外線検知素子が異なっても、同一強度の赤外線が入射した場合に同一の電気信号が得られるようにしている。例えば、ＦＰＡ型赤外線検知装置１では、各赤外線検知素子から出力される電気信号を信号処理部で補正することで、強度が面内で均一な赤外線が入射した場合に、各赤外線検知素子から出力される電気信号が均一になるようにしている。
【０１７６】
この場合、いくつかの既知強度の赤外線を、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。このような補正を行なう場合、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点での補間が行なわれる。この場合、通常は２点間での赤外線検知素子１０（画素素子）の線形性を仮定して、線形補間法が用いられる。つまり、例えば、２つの赤外線源を用いて、既知強度の赤外線を赤外線検知素子に入射し、そのときに赤外線検知素子から出力される電気信号を取得し、これらの２点間で赤外線検知素子の入出力特性は線形であると仮定して、線形補間によって、対象物体からの赤外線が赤外線検知素子に入射したときに赤外線検知素子から出力される電気信号を補正する。
【０１７７】
しかしながら、例えばなんらかの擾乱によって、動作温度が変化してしまうと、主に赤外線検知素子の暗電流が変化してしまい、赤外線検知素子から出力される電気信号が変化してしまう。
例えば、上述のような補正を行なう場合であっても、動作温度変化後に赤外線検知素子から出力された電気信号に対して、動作温度変化前に赤外線検知素子から出力された電気信号に基づいて求められた赤外線検知素子の入出力特性（補正情報）を用いて補正が行なわれてしまうことになる。このため、精度良く補正を行なうのが難しい。また、上述のような補正を行なっているにもかかわらず、同一強度の赤外線が入射した場合に同一の電気信号が得られず、各赤外線検知素子の特性のバラつきが反映される形で各赤外線検知素子から出力される電気信号のバラつきが再出現してしまう。この結果、得られる画像の画質が損なわれることになる。また、動作温度変化による出力電気信号の変化（主に暗電流相当成分の変化）は、各赤外線検知素子から出力される電気信号の平均値を変化させることになる。このため、例えば、各赤外線検知素子から出力される電気信号の大小を、画像の白黒のコントラストに対応させているような場合、撮像画像の全体的な色調を変化させてしまうことになる。例えば、画像全体が白く又は黒く変化してしまうことになる。
【０１７８】
また、赤外線を遮断したダミー素子を用いて補償する場合、完全に赤外線を遮断するのは難しいため、精度良く補償を行なうのは困難である。例えば、赤外線検知装置では、撮像対象とする赤外線が、その温度に対応した形で周囲の物体のすべてから放射されており、少なくとも実際に装置として組み込まれた状態において赤外線を完全に遮光することは困難である。また、例えば、複数の赤外線検知素子のそれぞれの暗電流相当成分を見積もるのは難しく、複数の赤外線検知素子の特性バラつきに応じて精度良く補償を行なうのは困難である。また、例えば、複数の赤外線検知素子のそれぞれにダミー素子を組み込むことも考えられるが、素子構造の複雑化を招いてしまう。
【０１７９】
そこで、動作温度が変化してしまった場合であっても、赤外線検知素子１０から出力される電気信号を精度良く補償できるようにすべく、上述の手法を適用して、ＦＰＡ型赤外線撮像装置１における各赤外線検知素子１０からの出力電気信号の動作温度変化に起因する変化を補償するようにしている。この場合、各赤外線検知素子１０からの出力電気信号の暗電流相当成分を直接かつ個別に求めることができ、動作温度変化に起因する出力電気信号の変化を補償することが可能となる。
【０１８０】
ここで、図１に示すように、赤外線検知装置１としてのＦＰＡ型赤外線撮像装置は、赤外線イメージセンサ２と、赤外線イメージセンサ２に備えられる各赤外線検知素子１０（画素）から出力される電気信号を処理する信号処理部４とを備える。
このうち、赤外線イメージセンサ２は、図５に示すように、複数の赤外線検知素子１０を２次元状に配列した２次元アレイ（赤外線検知素子アレイ）２１と、赤外線が入射して各赤外線検知素子１０（画素）に流れた電流量に応じた出力電圧を順次読み出す読出回路を備える読出回路チップ３とを備える。なお、読出回路をＲＯＩＣ（readout integrated circuit）ともいう。そして、２次元アレイ２１と読出回路チップ３とは、導電性の金属バンプ（導電バンプ；ここではＩｎバンプ）５を介して接続（ハイブリッド接続）され、一体化されている。ここでは、赤外線検知素子は、例えば量子井戸型赤外線検知素子又は量子ドット型赤外線検知素子などであって、動作温度変化によって、抵抗値が変化し、暗電流が変化するものである。
【０１８１】
ここで、読出回路チップ３は、図４に示すように、行選択スイッチ部２２と、信号取り出し＆シフトレジスタ部２３とを備える。なお、信号取り出し＆シフトレジスタ部２３に含まれる信号取り出し部は、赤外線検知素子１０毎に設けられている。そして、行選択スイッチ部２２及び信号取り出し＆シフトレジスタ部２３を用いて、各赤外線検知素子１０から出力される電気信号を個別に取り出すことができるようになっている。つまり、行選択スイッチ部２２により、指定した行位置にある画素を選択し、さらに信号取り出し＆シフトレジスタ部２３により、指定した列位置にある画素を選択して、指定した行位置及び列位置にある画素１０から、当該画素１０の撮影データを出力電圧として読み出すことができるようになっている。
【０１８２】
また、２次元アレイ２１は、２次元アレイ２１又は赤外線検知素子１０の動作温度を検出するための温度センサ７０を備える。この温度センサ７０は、２次元アレイ２１又は赤外線検知素子１０の近傍に設けられており、２次元アレイ２１又は赤外線検知素子１０の動作温度を検出（測定）するようになっている。このため、温度センサ７０によって、２次元アレイ２１の全体の動作温度、即ち、複数の赤外線検知素子１０の平均的な動作温度が検出されるようになっている。そして、温度センサ７０からの出力信号は、信号処理部４へ送られるようになっている。なお、温度センサ７０をアレイ温度センサともいう。
【０１８３】
なお、温度センサ７０は、赤外線検知素子毎に、又は、適当な数の赤外線検知素子群毎に設け、赤外線検知素子毎に、又は、適当な数の赤外線検知素子群毎に動作温度を検出するようにしても良い。また、温度センサ７０は、温度を検出することができるものであれば良く、例えば、赤外線検知素子１０に抵抗体を設け、その電流電圧特性から温度を推定するようなものであっても良い。このため、温度センサ７０を温度検出手段ともいう。
【０１８４】
また、信号処理部４は、データ保存部２４と、信号演算部２５と、信号出力部２６と、スイッチ２７とを含む。
このように、ＦＰＡ型赤外線撮像装置１は、２次元アレイ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、データ保存部２４、信号演算部２５、信号出力部２６、及び、スイッチ２７を含む。
【０１８５】
なお、図４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。
【０１８６】
ところで、ここでは、信号取り出し＆シフトレジスタ部２３に含まれる信号取り出し部は、それぞれ、図６に示すように、容量素子１１（キャパシタ）と、スイッチ１２として動作するトランジスタとを備え、赤外線検知素子１０に接続されている。赤外線検知素子１０は、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、入射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）。赤外線検知素子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及び赤外線検知素子１０を介してグランド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部に取り出される。そして、信号取り出し＆シフトレジスタ部２３に含まれるシフトレジスタ部は、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、各赤外線検知素子１０の入出力特性のばらつきによって、たとえ同じ強度の入射光量であっても、出力電圧強度がばらついている。
【０１８７】
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赤外線検知素子１０の出力電圧は、図４に示すように、スイッチ２７を介して、データ保存部２４又は信号演算部２５に供給される。
装置の立ち上げ時（又は補正実施時）には、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２次元アレイ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、データ保存部２４に、補正用及び動作温度補償用のデータを保存する。
【０１８８】
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、信号演算部２５に供給する。信号演算部２５は、データ保存部２４に保存された動作温度補償用のデータに基づいて、動作温度変化に起因する出力電気信号の変化を補償する演算を、各赤外線検知素子１０毎に実行する。この動作温度補償演算により、動作温度変化に起因する出力電圧強度の変化を補償した動作温度補償後出力電圧が得られる。また、信号演算部２５は、データ保存部２４に保存された補正用のデータに基づいて、所定のバイアス条件における各赤外線検知素子１０の入出力特性のばらつきによって生じる出力電圧強度のばらつきを補正する演算を、各赤外線検知素子１０毎に実行する。この補正演算により、各赤外線検知素子１０の入出力特性のばらつきによって生じる出力電圧強度のばらつきを補正した補正後出力電圧が得られる。この際、信号演算部２５は、赤外線検知素子１０の出力電気量に基づいて入射赤外線に応じた温度を求める。補正後出力電圧は各赤外線検知素子１０毎に撮像対象の温度を示す電圧であり、信号演算部２５から信号出力部２６に供給される。
【０１８９】
以下に、図４に示す赤外線撮像装置１における各赤外線検知素子１０からの出力電気信号の動作温度補償方法及び補正方法について説明する。
図７は、赤外線撮像装置１における各赤外線検知素子１０からの出力電気信号の動作温度補償方法及び補正方法の第１の実施例を示すフローチャートである。図４及び図７を参照して、図７に示される動作温度補償方法及び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。なお、２次元アレイ２１は、例えばｎ×ｎ画素からなる２次元アレイとする。
【０１９０】
まずステップＳ１で、２次元アレイ２１を所望のバイアス電圧を印加した動作状態に設定する。つまり、２次元アレイ２１の各画素を構成する赤外線検知素子１０に一定バイアス電圧ＶＩｇを印加した状態にする。
ステップＳ２で、スイッチ２７をデータ保存部２４側に接続する。
ステップＳ３で、温度Ｔ１の黒体相当の物体（赤外線源）から放射された赤外線（温度Ｔ１の黒体相当の強度の赤外線）を面内で均一に２次元アレイ２１に入射（照射）する。
【０１９１】
ステップＳ４で、上記赤外線を入射した状態で、行選択スイッチ部２２及び信号取り出し＆シフトレジスタ部２３を稼動させて、２次元アレイ２１の各画素１０から画素出力電圧値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からデータ保存部２４に供給され、データ保存部２４に保存される。
図８は、データ保存部２４及び信号演算部２５の構成の一例を示す図である。
【０１９２】
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、信号演算部２５は、演算部４１、及びＡＤ変換部４２を含む。
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
図７に戻り、ステップＳ５で、温度Ｔ２の黒体相当の物体（赤外線源）から放射された赤外線（温度Ｔ２の黒体相当の強度の赤外線）を面内で均一に２次元アレイ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、行選択スイッチ部２２及び信号取り出し＆シフトレジスタ部２３を稼動させて、２次元アレイ２１の各画素１０から画素出力電圧値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からデータ保存部２４に供給され、データ保存部２４に保存される。
【０１９５】
図８に示すデータ保存部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。
【０１９６】
また、記憶制御部３２は、温度センサ７０から２次元アレイ２１のこの時点の動作温度（第１動作温度）ＴＤ１を取得し、これを温度記憶部３６に格納する。
以上により、動作温度補償及び補正に用いられるデータの取得が完了する。
なお、このほか、データ保存部２４には、別途取得したｘ、λｐ又はｘλｐの値が保存されている。
【０１９７】
また、上述のデータ取得処理は、装置の立ち上げ時又は補正実施時に行なうようにすれば良い。特に、補正を実施する場合には、補正実施時に上述のデータ取得処理を行なうことになるため、これと別に上述のデータ取得処理を行なう必要はなく、補正実施時に行なった上述のデータ取得処理によって取得したデータを、動作温度補償のために用いれば良い。但し、補正実施時に行なわれる上述のデータ取得処理とは別に上述のデータ取得処理を行なうようにしても良い。
【０１９８】
次に、赤外線撮像装置１の通常の使用状態において、動作温度補償及び補正を実施して赤外線画像を得る動作が実行される。
図７のステップＳ７で、スイッチ２７を信号演算部２５側に接続する。
これにより、各画素を構成する赤外線検知素子１０に一定バイアス電圧ＶＩｇを印加した状態で、行選択スイッチ部２２及び信号取り出し＆シフトレジスタ部２３を稼動させて、２次元アレイ２１の各画素（ｉ，ｊ）からの画素出力Ｖ（ｉ，ｊ）を信号演算部２５に順次読みだす。ここでは、この時点の動作温度（第２動作温度；動作温度変化後の動作温度）をＴＤ２とし、この動作温度ＴＤ２における各画素（ｉ，ｊ）からの画素出力をＶＤ２（ｉ，ｊ）とする。
【０１９９】
各画素（ｉ，ｊ）からの画素出力電圧ＶＤ２（ｉ，ｊ）が信号演算部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）に対応したデータＶ１（ｉ，ｊ）、Ｖ２（ｉ，ｊ）及びＴ１、Ｔ２、ＴＤ１、ｘ、λｐ又はｘλｐなどの値がデータ保存部２４から読み出され（図７のステップＳ８）、また、温度センサ７０からこの時点の動作温度（第２動作温度）ＴＤ２が取得される。
【０２００】
信号演算部２５のＡＤ変換部４２は、各画素（ｉ，ｊ）からの画素出力電圧ＶＤ２（ｉ，ｊ）をアナログ電圧からデジタル電圧値に変換する。信号演算部２５の演算部４１は、変換後のデジタル電圧値に対して動作温度補償処理を実施して、動作温度ＴＤ１における各画素（ｉ，ｊ）の画素出力電圧ＶＤ１（ｉ，ｊ）に換算する。なお、動作温度ＴＤ２が動作温度ＴＤ１と同じ場合、即ち、動作温度が変化していない場合は、動作温度補償処理を実施しなくても良い。
【０２０１】
ここでは、信号演算部２５の演算部４１は、画素（ｉ，ｊ）に対応したデータＶ１（ｉ，ｊ）、Ｖ２（ｉ，ｊ）及びＴ１、Ｔ２、ｘ、λｐ又はｘλｐなどの値を用いて、次式によって、第１動作温度ＴＤ１における各画素（ｉ，ｊ）の第１暗電流相当成分（第１暗電流相当出力電圧成分）Ｖｄ１（ｉ，ｊ）を求める。
【０２０２】
【数７６】
2015072006.tif 000078
【０２０３】
また、信号演算部２５の演算部４１は、Ｖｄ１（ｉ，ｊ）、ＴＤ１、ＴＤ２、暗電流相当成分の動作温度依存性を表す関数ｈ（ＴＤ）を用いて、第２動作温度ＴＤ２における各画素（ｉ，ｊ）の第２暗電流相当成分（第２暗電流相当出力電圧成分）をＶｄ２（ｉ，ｊ）として、動作温度変化後に第２動作温度になった場合の動作温度変化による各画素（ｉ，ｊ）の暗電流相当成分の変化を示す値である変化量Ｖｄ２（ｉ，ｊ）−Ｖｄ１（ｉ，ｊ）を、
【０２０４】
【数７７】
2015072006.tif 000079
【０２０５】
又は、第１動作温度ＴＤ１の近傍で線形化した、
【０２０６】
【数７８】
2015072006.tif 000080
【０２０７】
によって求める。なお、暗電流相当成分の動作温度依存性を表す関数ｈ（ＴＤ）としては、上述したものを用いれば良い。
そして、信号演算部２５の演算部４１は、次式によって、このようにして求められた動作温度変化による各画素（ｉ，ｊ）の暗電流相当成分の変化量、即ち、第２動作温度ＴＤ２における各画素（ｉ，ｊ）の第２暗電流相当成分Ｖｄ２（ｉ，ｊ）と第１動作温度ＴＤ１における各画素（ｉ，ｊ）の第１暗電流相当成分Ｖｄ１（ｉ，ｊ）との差分（Ｖｄ２（ｉ，ｊ）−Ｖｄ１（ｉ，ｊ））を、第２動作温度ＴＤ２における各画素（ｉ，ｊ）からの画素出力電圧ＶＤ２（ｉ，ｊ）から減算して、第１動作温度ＴＤ１における各画素（ｉ，ｊ）の画素出力電圧ＶＤ１（ｉ，ｊ）に換算する（図７のステップＳ９）。これにより、動作温度変化前の補正情報、即ち、第１動作温度ＴＤ１において取得した、第１既知温度Ｔ１及び第２既知温度Ｔ２の黒体相当の強度の赤外線が入射した場合に赤外線検知素子１０から出力される第１電気信号Ｖ１（ｉ，ｊ）及び第２電気信号Ｖ２（ｉ，ｊ）を用いて補正を行なうのに適した画素出力電圧を得ることができる。なお、動作温度範囲において赤外線検知素子１０の感度は変化しない又は無視できると仮定した場合、動作温度変化による暗電流相当成分の変化量は、動作温度変化による画素出力電圧の変化量に等しい。
ＶＤ１（ｉ，ｊ）＝ＶＤ２（ｉ，ｊ）−（Ｖｄ２（ｉ，ｊ）−Ｖｄ１（ｉ，ｊ））
このようにして、第１暗電流相当成分Ｖｄ１（ｉ，ｊ）を含む、動作温度変化後に第２動作温度ＴＤ２になった場合の動作温度変化による暗電流相当成分の変化量（Ｖｄ２（ｉ，ｊ）−Ｖｄ１（ｉ，ｊ））によって、動作温度変化による赤外線検知素子から出力される電気信号の変化を補償することができる。
【０２０８】
その後、信号演算部２５の演算部４１は、動作温度補償後（換算後）の各画素（ｉ，ｊ）の画素出力電圧ＶＤ１（ｉ，ｊ）に対して補正処理を実施して、動作温度補償後の各画素（ｉ，ｊ）の画素出力電圧ＶＤ１（ｉ，ｊ）に対応する撮像対象の当該部分の温度Ｔ（ｉ，ｊ）を求め、信号出力部２６へ出力する（図７のステップＳ９）。ここで、動作温度補償後（換算後）の各画素（ｉ，ｊ）の画素出力電圧ＶＤ１（ｉ，ｊ）に対して補正処理を実施しているのは、補正処理において、第１動作温度ＴＤ１において取得した、第１既知温度Ｔ１及び第２既知温度Ｔ２の黒体相当の強度の赤外線が入射した場合に赤外線検知素子１０から出力される第１電気信号Ｖ１（ｉ，ｊ）及び第２電気信号Ｖ２（ｉ，ｊ）を用いるからである。
【０２０９】
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７のステップＳ１０）。
信号出力部２６は、赤外線撮像装置１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７のステップＳ１１）。
【０２１０】
なお、ここでは、第１動作温度ＴＤ１における各画素（ｉ，ｊ）の第１暗電流相当成分（第１暗電流相当出力電圧成分）Ｖｄ１（ｉ，ｊ）をステップＳ９で逐次算出しているが、これに限られるものではなく、例えば、予めステップＳ６の段階で計算してデータ保存部２４に格納しておいても良い。
また、ここでは、動作温度補償処理（動作温度補償操作）を実施した後に補正処理（補正操作）を実施するようにしているが、これに限られるものではない。例えば、補正処理において、動作温度変化による暗電流相当成分の変化を示す値（例えば変化量）を加味して補正を行なうようにしても良い。つまり、補正処理において、各画素（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）を算出するのに必要な係数を、動作温度変化による暗電流相当成分の変化を示す値（例えば変化量）に応じて変更し、変更した係数を用いて補正処理を行なうようにしても良い。このような場合も、第１動作温度において第１既知温度及び第２既知温度の黒体相当の強度の赤外線が入射した場合に赤外線検知素子から出力される第１電気信号及び第２電気信号を用いて求められる第１暗電流相当成分を含む、動作温度変化後に第２動作温度になった場合の動作温度変化による暗電流相当成分の変化を示す値によって、動作温度変化による赤外線検知素子から出力される電気信号の変化を補償していることになる。
【０２１１】
また、ここでは、各画素に対して動作温度補償処理及び補正処理を順番に行なっていくようにしているが、これに限られるものではなく、例えば、各画素に対して動作温度補償処理を順番に行ない、全画素に対して動作温度補償処理が終わった後、各画素に対して補正処理を順番に行なうことで、全画素に対して補正処理を行なうようにしても良い。
ところで、上記の実施形態では、信号演算部２５にて、各（Ｖｄ２（ｉ，ｊ）−Ｖｄ１（ｉ，ｊ））を算出するために動作温度補償演算を逐次実行している。
【０２１２】
これに対し、例えば信号処理部４の演算速度などを考慮して、（Ｖｄ２（ｉ，ｊ）−Ｖｄ１（ｉ，ｊ））を逐次算出するのではなく、各動作温度ＴＤ２に対応する（Ｖｄ２（ｉ，ｊ）−Ｖｄ１（ｉ，ｊ））を予め計算しておき、計算したデータを、各ＴＤ２と（Ｖｄ２（ｉ，ｊ）−Ｖｄ１（ｉ，ｊ））との対応を示すテーブルとしてデータ保存部２４に保存しておいてもよい。
【０２１３】
このような実施形態を以下に説明する。
図９は、赤外線撮像装置１における各赤外線検知素子１０からの出力電気信号の動作温度補償方法の第２の実施例を示すフローチャートである。図９及び図１０を参照して、図９に示される動作温度補償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。
【０２１４】
まずステップＳ２１で、２次元アレイ２１を所望のバイアス電圧を印加した動作状態に設定する。つまり、２次元アレイ２１の各画素を構成する赤外線検知素子１０に一定バイアス電圧ＶＩｇを印加した状態にする。
ステップＳ２２で、スイッチ２７をデータ保存部２４側に接続する。
ステップＳ２３で、温度Ｔ１の黒体相当の物体（赤外線源）から放射された赤外線（温度Ｔ１の黒体相当の強度の赤外線）を面内で均一に２次元アレイ２１に入射（照射）する。
【０２１５】
ステップＳ２４で、上記赤外線を入射した状態で、行選択スイッチ部２２及び信号取り出し＆シフトレジスタ部２３を稼動させて、２次元アレイ２１の各画素１０から画素出力電圧値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からデータ保存部２４に供給され、データ保存部２４に保存される。
図１０は、データ保存部２４及び信号演算部２５の構成の一例を示す図である。
【０２１６】
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、信号演算部２５は、演算部６１、及びＡＤ変換部４２を含む。
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。
【０２１７】
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、温度センサ７０から２次元アレイ２１のこの時点の動作温度（第１動作温度）ＴＤ１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。
【０２１８】
図９に戻り、ステップＳ２５で、温度Ｔ２の黒体相当の物体（赤外線源）から放射された赤外線（温度Ｔ２の黒体相当の強度の赤外線）を面内で均一に２次元アレイ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、行選択スイッチ部２２及び信号取り出し＆シフトレジスタ部２３を稼動させて、２次元アレイ２１の各画素１０から画素出力電圧値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からデータ保存部２４に供給され、データ保存部２４に保存される。
【０２１９】
図１０に示すデータ保存部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。
【０２２０】
なお、上述のデータ取得処理は、装置の立ち上げ時又は補正実施時に行なうようにすれば良い。特に、補正を実施する場合には、補正実施時に上述のデータ取得処理を行なうことになるため、これと別に上述のデータ取得処理を行なう必要はなく、補正実施時に行なった上述のデータ取得処理によって取得したデータを、動作温度補償のために用いれば良い。但し、補正実施時に行なわれる上述のデータ取得処理とは別に上述のデータ取得処理を行なうようにしても良い。
【０２２１】
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）に対応したデータＶ１（ｉ，ｊ）、Ｖ２（ｉ，ｊ）、Ｔ１、Ｔ２、別途取得したｘ、λｐ又はｘλｐなどの値を用いて、次式によって、第１動作温度ＴＤ１における各画素（ｉ，ｊ）の第１暗電流相当成分Ｖｄ１（ｉ，ｊ）を求める。
【０２２２】
【数７９】
2015072006.tif 000081
【０２２３】
また、第１暗電流相当成分Ｖｄ１（ｉ，ｊ）、第１動作温度ＴＤ１、複数の第２動作温度ＴＤ２、暗電流相当成分の動作温度依存性を表す関数ｈ（ＴＤ）を用いて、各第２動作温度ＴＤ２における各画素（ｉ，ｊ）の第２暗電流相当成分（第２暗電流相当出力電圧成分）をＶｄ２（ｉ，ｊ）として、動作温度変化後に第２動作温度になった場合の動作温度変化による各画素（ｉ，ｊ）の暗電流相当成分の変化を示す値である変化量Ｖｄ２（ｉ，ｊ）−Ｖｄ１（ｉ，ｊ）を、
【０２２４】
【数８０】
2015072006.tif 000082
【０２２５】
又は、第１動作温度ＴＤ１の近傍で線形化した、
【０２２６】
【数８１】
2015072006.tif 000083
【０２２７】
によって求める。
そして、各第２動作温度ＴＤ２と（Ｖｄ２（ｉ，ｊ）−Ｖｄ１（ｉ，ｊ））との対応を示すテーブルを作成し、テーブル記憶部５３に格納する。
ここでは、適当な区間［ＴＤ２（ｋ），ＴＤ２（ｋ）＋δＴ］に対して、
【０２２８】
【数８２】
2015072006.tif 000084
【０２２９】
又は、第１動作温度ＴＤ１の近傍で線形化した、
【０２３０】
【数８３】
2015072006.tif 000085
【０２３１】
によって、画素（ｉ，ｊ）毎に各区間に対して（Ｖｄ２（ｉ，ｊ）−Ｖｄ１（ｉ，ｊ））（ｋ）を求める。そして、このようにして求めた（Ｖｄ２（ｉ，ｊ）−Ｖｄ１（ｉ，ｊ））（ｋ）とＴＤ２（ｋ）とを対応づけて、テーブルとして、テーブル記憶部５３に格納する。
図９のステップＳ２７で、スイッチ２７を信号演算部２５側に接続する。
【０２３２】
これにより、各画素を構成する赤外線検知素子１０に一定バイアス電圧ＶＩｇを印加した状態で、行選択スイッチ部２２及び信号取り出し＆シフトレジスタ部２３を稼動させて、２次元アレイ２１の各画素（ｉ，ｊ）からの画素出力Ｖ（ｉ，ｊ）を信号演算部２５に順次読みだす。ここでは、この時点の動作温度（第２動作温度；動作温度変化後の動作温度）をＴＤ２とし、この動作温度ＴＤ２における各画素（ｉ，ｊ）からの画素出力をＶＤ２（ｉ，ｊ）とする。
【０２３３】
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、信号演算部２５のＡＤ変換部４２が、各画素（ｉ，ｊ）からの画素出力電圧ＶＤ２（ｉ，ｊ）をアナログ電圧からデジタル電圧値に変換し、演算部６１に供給する。読出制御・比較部５４は、温度センサ７０からこの時点の動作温度（第２動作温度）ＴＤ２を取得し、画素位置（ｉ，ｊ）を示すデータと第２動作温度ＴＤ２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を読み出し、このテーブルから、画素位置（ｉ，ｊ）と第２動作温度ＴＤ２とに対応する（Ｖｄ２（ｉ，ｊ）−Ｖｄ１（ｉ，ｊ））を読み出して、演算部６１に供給する。
【０２３４】
ここでは、テーブル記憶部５３に格納されているテーブルから、
ＴＤ２（ｋ）≦ＴＤ２＜ＴＤ２（ｋ）＋δＴ
を満たすｋに対応する（Ｖｄ２（ｉ，ｊ）−Ｖｄ１（ｉ，ｊ））（ｋ）を読み出して、演算部６１に供給する。
ステップＳ２９で、この（Ｖｄ２（ｉ，ｊ）−Ｖｄ１（ｉ，ｊ））、即ち、動作温度変化による各画素（ｉ，ｊ）の暗電流相当成分の変化量を、第２動作温度ＴＤ２における各画素（ｉ，ｊ）からの画素出力電圧ＶＤ２（ｉ，ｊ）から減算して、第１動作温度ＴＤ１における各画素（ｉ，ｊ）の画素出力電圧ＶＤ１（ｉ，ｊ）に換算する。
ＶＤ１（ｉ，ｊ）＝ＶＤ２（ｉ，ｊ）−（Ｖｄ２（ｉ，ｊ）−Ｖｄ１（ｉ，ｊ））
そして、この動作温度補償後（換算後）の各画素（ｉ，ｊ）の画素出力電圧ＶＤ１（ｉ，ｊ）に対して補正処理を実施して、動作温度補償後の各画素（ｉ，ｊ）の画素出力電圧ＶＤ１（ｉ，ｊ）に対応する撮像対象の当該部分の温度Ｔ（ｉ，ｊ）を求め、信号出力部２６へ出力する。
【０２３５】
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）。
信号出力部２６は、赤外線撮像装置１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）。
【０２３６】
したがって、本実施形態にかかる赤外線検知装置によれば、動作温度が変化してしまった場合であっても、赤外線検知素子１０から出力される電気信号を精度良く補償できるという利点がある。
なお、例えば線形補間などの補正のためのデータの取得を、周期的又は温度変化時に再度行なうようにすることで対応することも可能である。この場合、周期的又は温度変化時に、再度、例えば２つの赤外線源を用いて、既知強度の赤外線を赤外線検知素子に入射し、そのときに赤外線検知素子から出力される電気信号を取得し、線形補間などによる補正を行なうことになる。このため、このような補正を行なっている時間は、赤外線を検知することができず、むだ時間となってしまう。これに対し、上述の実施形態のように動作温度補償を行なう場合、例えば線形補間などの補正は１度行なえば良い。このため、むだ時間の発生を抑えることができる。また、一般に動作温度はフィードバック制御されているが、このフィードバック制御の精度があまり好ましい場合であっても、上述の実施形態の動作温度補償を行なうことで、これを補うことが可能である。
【０２３７】
ここで、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、上述の本実施形態の動作温度補償を行なった場合（動作温度補償及び線形補間による補正を行なった場合）の効果を示す図である。なお、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）では、上述の本実施形態の動作温度補償を行なった場合を実線Ａで示しており、比較のために上述の本実施形態の動作温度補償を行なわなかった場合（線形補間による補正のみを行なった場合）を破線Ｂで示している。また、図１１（Ａ）は、動作温度と温度誤差（温度３０℃の均一赤外線源に対する画素出力（熱源温度換算）の誤差の平均値）との関係を示している。また、図１１（Ｂ）は、動作温度と図１１（Ａ）の場合の出力バラツキの標準偏差との関係を示している。なお、第１動作温度ＴＤ１は７０Ｋである。
【０２３８】
図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）から分かるように、上述の本実施形態の動作温度補償を行なった場合、上述の本実施形態の動作温度補償を行なわなかった場合と比較して、動作温度変動に伴う出力変動が抑制されているとともに、赤外線検知素子１０の特性のバラつきに起因する動作温度変動による出力変動のバラツキが抑制されていることがわかる。このように、動作温度が変化してしまった場合であっても、赤外線検知素子１０から出力される電気信号を精度良く補償できることがわかる。
【０２３９】
なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上述の実施形態では、複数の赤外線検知素子１０を備える赤外線検知装置１を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、単一の赤外線検知素子を備える赤外線検知装置に本発明を適用することもできる。この場合も、赤外線検知素子から出力される電気信号を、赤外線検知装置に備えられる信号処理部で動作温度補償を行なうことで、動作温度が変化してしまった場合であっても、赤外線検知素子から出力される電気信号を精度良く補償することができる。
【０２４０】
また、例えば、上述の実施形態において、補正処理としては、種々のものを採用しうる。例えば、２つの赤外線源を用いて、既知強度の赤外線を赤外線検知素子に入射し、そのときに赤外線検知素子から出力される電気信号を取得し、これらの２点間で赤外線検知素子の入出力特性は線形であると仮定して、線形補間によって、対象物体からの赤外線が赤外線検知素子に入射したときに赤外線検知素子から出力される電気信号を補正するのが一般的である。
【０２４１】
しかしながら、実際には、赤外線検知素子の入出力特性は線形ではないため、補正ずれが生じ、赤外線検知素子から出力される電気信号を補正して得られた赤外線強度（又は赤外線強度相当の黒体温度）と、実際の対象物体からの赤外線強度（又は赤外線強度相当の黒体温度）とが異なってしまうことになる。
例えば図１２に示すように、赤外線検知素子に温度Ｔ１の黒体相当の強度の赤外線を入射し、そのときに赤外線検知素子から出力される電気信号Ｖ１を取得する。また、赤外線検知素子に温度Ｔ２の黒体相当の強度の赤外線を入射し、そのときに赤外線検知素子から出力される電気信号Ｖ２を取得する。そして、対象物体からの赤外線が赤外線検知素子に入射したときに赤外線検知素子から出力された電気信号がＶ３であった場合、実際の赤外線検知素子の入出力特性（図１２中、実線Ｂ参照）によれば、対象物体の温度はＴ３であるとされ、赤外線検知素子から出力される電気信号が正しく補正されるべきところ、２点間で赤外線検知素子の入出力特性は線形であると仮定すると（図１２中、点線Ａ参照）、対象物体の温度はＴ３′であるとされ、赤外線検知素子から出力される電気信号が誤って補正されてしまうことになる。
【０２４２】
ここで、赤外線検知素子の入出力特性は線形であると仮定して赤外線検知素子から出力される電気信号を補正する場合、温度変化をｄＴとした場合の赤外線検知素子から出力される電気信号の変化をｄＶｐとし、ａを定数とし、Ｃを積分定数として、
【０２４３】
【数８４】
2015072006.tif 000086
【０２４４】
という関係式に基づいて、赤外線検知素子から出力される電気信号を補正することになる。
そして、上述のように、補正ずれが生じ、誤って補正されてしまうのは、赤外線検知素子の入出力特性は線形であると仮定し、上記関係式において定数ａを用いていることに起因する。
【０２４５】
そこで、実際の赤外線検知素子の入出力特性に応じて、赤外線検知素子から出力される電気信号を精度良く補正できるようにするのが好ましい。
例えば、信号処理部４は、既知温度Ｔ１及びＴ２（Ｔ２＞Ｔ１）の黒体相当の強度の赤外線が入射したときに赤外線検知素子１０から出力される電気信号がＶ１及びＶ２である場合、
【０２４６】
【数８５】
2015072006.tif 000087
【０２４７】
によって求められたＶ０、Ｖｄを用いて、
【０２４８】
【数８６】
2015072006.tif 000088
【０２４９】
によって、赤外線検知素子１０から出力された電気信号Ｖから対象物体の温度（未知温度）Ｔ（Ｔ２≧Ｔ≧Ｔ１）を求めることで、赤外線検知素子１０から出力される電気信号を補正するのが好ましい。つまり、Ｖ０，Ｖｄを用いて、任意の未知温度Ｔの対象物体（被撮像物体）からの赤外線（赤外光）に応じて赤外線検知素子から出力される電気信号Ｖを、上記の式を用いて適切に補正して、その温度Ｔ（黒体換算の温度；Ｔは絶対温度）を算出するのが好ましい。
【０２５０】
このようにして補正を行なうことで、既知強度（既知温度）の２つの赤外線源からの赤外線を入射させて測定した２つの測定点を用いた２点補正を行なう場合に、これらの２つの測定点間を補間するのに、赤外線検知素子１０の入出力特性に応じた補正曲線が用いられて、赤外線検知素子１０から出力される電気信号が補正されることになる。このため、実際の赤外線検知素子１０の入出力特性に応じて、対象物体からの赤外線が入射した場合に赤外線検知素子１０から出力される電気信号を精度良く補正することが可能となり、未知温度（未知強度）の赤外線の温度（強度）に相当する電気信号を精度良く得ることが可能となる。
【０２５１】
また、例えば、上述の実施形態では、赤外線検知素子１０から出力された電気信号Ｖから対象物体の温度Ｔを求めることで、赤外線検知素子１０から出力される電気信号を補正しているが、これに限られるものではない。つまり、信号演算部２５で、赤外線検知素子１０から出力された電気信号Ｖから対象物体の温度Ｔを求め、信号出力部２６で、温度Ｔ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て、ディスプレイ装置へ出力するようにしているが、これに限られるものではない。例えば、信号演算部で、赤外線検知素子から出力された電気信号Ｖから対象物体の温度Ｔ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て、ディスプレイ装置へ出力するようにしても良い。つまり、対象物体の温度（入射赤外線光量相当の黒体温度）Ｔを求めずに、赤外線検知素子１０から出力された電気信号Ｖから、対象物体の温度Ｔと例えばテレビ画像出力のコントラスト信号の強度との対応関係に基づいて、例えばテレビ画像出力のコントラスト信号を生成して、ディスプレイ装置へ出力するようにしても良い。
【０２５２】
ところで、上述の実施形態のように近似する手法とは別に、
【０２５３】
【数８７】
2015072006.tif 000089
【０２５４】
の形を、例えばプランクの輻射式から数値的に評価し、それを適当な関数ｇ（Ｔ）で近似するという手法も考えられる。
ここで、関数ｇ（Ｔ）は、温度Ｔの１次以上の整関数や指数関数など、数学的に取扱い可能な任意の関数が原理的には使用可能である。
この場合、対象物体の温度Ｔに対する赤外線検知素子の出力電気信号Ｖ（Ｔ）の関係は、すでに述べたのと同様にして、
【０２５５】
【数８８】
2015072006.tif 000090
【０２５６】
となる。
ここで、関数Ｇ（Ｔ）は、関数ｇ（Ｔ）の原始関数の一つ、即ち、
【０２５７】
【数８９】
2015072006.tif 000091
【０２５８】
である。
この場合、未知係数Ｖｄは、以下のようにして決定することができる。
まず、上記の式に、既知温度Ｔ１に対して出力される電気信号Ｖ１を代入し、また、既知温度Ｔ２に対して出力される電気信号Ｖ２を代入すると、以下の２つの等式が得られる。
【０２５９】
【数９０】
2015072006.tif 000092
【０２６０】
そして、これらの式のうち、上側の式に、
【０２６１】
【数９１】
2015072006.tif 000093
【０２６２】
を掛け、下側の式に、
【０２６３】
【数９２】
2015072006.tif 000094
【０２６４】
を掛けて、辺々引き算することで、以下のように、未知係数Ｖｄを決定することができる。
【０２６５】
【数９３】
2015072006.tif 000095
【０２６６】
同様にして、未知係数Ｖ０も、以下のように、決定することができる。
【０２６７】
【数９４】
2015072006.tif 000096
【０２６８】
ところで、上述のようにして、未知係数Ｖｄを決定することができることができる。このため、信号処理部４は、第１動作温度において赤外線検知素子１０から出力される電気信号の第１暗電流相当成分Ｖｄ１を、第１動作温度において第１既知温度Ｔ１及び第２既知温度Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）の黒体相当の強度の赤外線が入射した場合に赤外線検知素子１０から出力される第１電気信号Ｖ１及び第２電気信号Ｖ２を用いて、
【０２６９】
【数９５】
2015072006.tif 000097
【０２７０】
によって求める。
この場合も、上述の実施形態の場合と同様に、信号処理部４は、第１暗電流相当成分を、赤外線強度の温度に対する依存性に関する部分に、定数ではなく、温度の関数（即ち、温度を変数とする関数）を含む関係式から求めていることになる。
ここで、関係式は、赤外線検知素子１０から出力される赤外線強度相当の電気信号をＶｐとし、温度変化をｄＴとした場合の赤外線検知素子１０から出力される赤外線強度相当の電気信号の変化をｄＶｐとし、赤外線強度の温度に対する依存性に関する部分を温度Ｔの関数であるｇ（Ｔ）（Ｔを変数とする関数）として、次式のように表される。なお、関数ｇ（Ｔ）を、赤外線強度の温度に対する依存性を表す関数ともいう。
【０２７１】
【数９６】
2015072006.tif 000098
【０２７２】
つまり、信号処理部４は、関係式の赤外線強度の温度に対する依存性に関する部分に含まれる温度Ｔの関数をｇ（Ｔ）として、
【０２７３】
【数９７】
2015072006.tif 000099
【０２７４】
で規定される関数Ｇ（Ｔ）を用いて、第１既知温度をＴ１とし、第２既知温度をＴ２（Ｔ２＞Ｔ１）とし、第１電気信号をＶ１とし、第２電気信号をＶ２として、第１暗電流相当成分Ｖｄ１を、
【０２７５】
【数９８】
2015072006.tif 000100
【０２７６】
によって求めていることになる。
ところで、例えば、ｇ（Ｔ）を１次関数、即ち、
【０２７７】
【数９９】
2015072006.tif 000101
【０２７８】
とした場合、
【０２７９】
【数１００】
2015072006.tif 000102
【０２８０】
となる。
また、例えば、ｇ（Ｔ）を指数関数、即ち、
【０２８１】
【数１０１】
2015072006.tif 000103
【０２８２】
とした場合、
【０２８３】
【数１０２】
2015072006.tif 000104
【０２８４】
となる。
ところで、このような関数ｆ（Ｔ）の近似関数ｇ（Ｔ）を用いる場合、
【０２８５】
【数１０３】
2015072006.tif 000105
【０２８６】
なる関係を満たすｘ（Ｔ）を含む関数を考えると、
【０２８７】
【数１０４】
2015072006.tif 000106
【０２８８】
であるから、
【０２８９】
【数１０５】
2015072006.tif 000107
【０２９０】
となる。
これを上述の実施形態のＶＤＣの式と比較すると、上述の関数ｇ（Ｔ）を用いる手法は、数学的には上述の実施形態のＶＤＣの式の定数ｘに対して実効的に対象物体の温度Ｔに対する依存性を加味した場合に相当することになる。つまり、関数ｇ（Ｔ）を上述のようにした場合、上述の実施形態では実定数ｘを用いて近似した関数ｆ（Ｔ）を用いるのに対し、温度Ｔの関数ｘ（Ｔ）を用いて近似した関数ｇ（Ｔ）を用いるのに相当することになる。これは、
【０２９１】
【数１０６】
2015072006.tif 000108
【０２９２】
の形に近似した結果であるとも言うこともできる。
【符号の説明】
【０２９３】
１  赤外線検知装置
２  赤外線イメージセンサ
３  読出回路チップ
４  信号処理部
５  バンプ
１０  赤外線検知素子
１１  容量素子
１２  スイッチ
２１  ２次元アレイ（赤外線検知素子アレイ）
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  データ保存部
２５  信号演算部
２６  信号出力部
２７  スイッチ
３１  ＡＤ変換部
３２  記憶制御部
３３  読出制御部
３４  Ｖ１（ｉ，ｊ）記憶部
３５  Ｖ２（ｉ，ｊ）記憶部
３６  温度記憶部
４１  演算部
４２  ＡＤ変換部
５１  テーブル演算部
５２  電圧・温度記憶部
５３  テーブル記憶部
５４  読出制御・比較部
６１  演算部
７０  温度センサ
【図１】
2015072006.tif 000119
【図２】
2015072006.tif 000120
【図３】
2015072006.tif 000121
【図４】
2015072006.tif 000122
【図５】
2015072006.tif 000123
【図６】
2015072006.tif 000124
【図７】
2015072006.tif 000125
【図８】
2015072006.tif 000126
【図９】
2015072006.tif 000127
【図１０】
2015072006.tif 000128
【図１１】
2015072006.tif 000129
【図１２】
2015072006.tif 000130
【手続補正書】
【提出日】平成28年5月23日(2016.5.23)
【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】
入射した赤外線に応じた電気信号を出力する赤外線検知素子と、
第１動作温度において第１既知温度及び第２既知温度の黒体相当の強度の赤外線が入射した場合に前記赤外線検知素子から出力される第１電気信号及び第２電気信号を用いて求められる第１暗電流相当成分を含む、動作温度変化後に第２動作温度になった場合の動作温度変化による暗電流相当成分の変化を示す値によって、動作温度変化による前記赤外線検知素子から出力される電気信号の変化を補償する信号処理部とを備えることを特徴とする赤外線検知装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、前記第１暗電流相当成分を、赤外線強度の温度に対する依存性に関する部分に、定数ではなく、温度の関数を含む関係式から求めることを特徴とする、請求項１に記載の赤外線検知装置。
【請求項３】
前記関係式の前記赤外線強度の温度に対する依存性に関する部分に含まれる温度Ｔの関数ｆ（Ｔ）は、前記赤外線検知素子の波長応答特性におけるピーク波長をλｐとし、実係数をｘとし、ボルツマン定数をｋＢとし、プランク定数をｈとし、真空中での光速をｃとして、
【数１】
2015072006.tif 000131
で表されることを特徴とする、請求項２に記載の赤外線検知装置。
【請求項４】
前記実係数ｘは、前記赤外線検知素子の波長応答特性における半値全幅をＦＷＨＭとして、
【数２】
2015072006.tif 000132
を満たす温度Ｔに対して、
【数３】
2015072006.tif 000133
の範囲にあることを特徴とする、請求項３に記載の赤外線検知装置。
【請求項５】
前記信号処理部は、前記第１既知温度をＴ１とし、前記第２既知温度をＴ２（Ｔ２＞Ｔ１）とし、前記第１電気信号をＶ１とし、前記第２電気信号をＶ２として、前記第１暗電流相当成分Ｖｄ１を、
【数４】
2015072006.tif 000134
によって求めることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の赤外線検知装置。
【請求項６】
前記信号処理部は、前記関係式の前記赤外線強度の温度に対する依存性に関する部分に含まれる温度Ｔの関数をｇ（Ｔ）として、
【数５】
2015072006.tif 000135
で規定される関数Ｇ（Ｔ）を用いて、前記第１既知温度をＴ１とし、前記第２既知温度をＴ２（Ｔ２＞Ｔ１）とし、前記第１電気信号をＶ１とし、前記第２電気信号をＶ２として、前記第１暗電流相当成分Ｖｄ１を、
【数６】
2015072006.tif 000136
によって求めることを特徴とする、請求項２に記載の赤外線検知装置。
【請求項７】
前記信号処理部は、暗電流相当成分の動作温度依存性を表す関数をｈ（ＴＤ）とし、前記第１動作温度をＴＤ１とし、前記第２動作温度をＴＤ２とし、前記動作温度変化による暗電流相当成分の変化を示す値をＶｄ２−Ｖｄ１として、前記動作温度変化による暗電流相当成分の変化を示す値Ｖｄ２−Ｖｄ１を、
【数７】
2015072006.tif 000137
又は、前記第１動作温度ＴＤ１の近傍で線形化した、
【数８】
2015072006.tif 000138
によって求めることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の赤外線検知装置。
【国際調査報告】
2015072006.tif 000139
2015072006.tif 000140
2015072006.tif 000141
2015072006.tif 000142