(57)【要約】本方法及び装置はフレーム時間中、アレーの各マイクロボロメータに２以上のバイアスパルスを順次供給して、各マイクロボロメータの温度がフレーム時間中、均一になるようにする。そして供給した２以上のバイアスパルスの各々に関連して発生した信号を測定し、平均信号値を生成することにより雑音等価電力又は雑音等価温度差で評価されるようにアレーの感度及び性能を改善する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上のマイクロボロメータを有するアレーの性能、感度及び操作機能を改善する方法において、
上記アレーにおける各マイクロボロメータに２以上のバイアスパルスを実質的に順次供給し、当該２以上のバイアスパルス供給により生じる各アレーにおける各マイクロボロメータの温度がフレーム時間中、均一になるように供給するステップと、
上記２以上のバイアスパルスに対応して発生した２以上の信号を測定するステップと、
上記フレーム時間中、上記アレーの各マイクロボロメータに対応して発生した信号から平均値を算出するステップと、
上記フレーム時間中、上記アレーの各マイクロボロメータについて、上記算出した平均値に基づいて出力信号を生成するステップと、を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
さらに、各フレーム時間中、出力信号を算出するために上記供給、算出、及び生成するステップを反復することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
さらに、均一な出力信号値が得られるように上記アレーにおける１以上のマイクロボロメータ間の抵抗の不均一性を訂正するために訂正電気信号を上記出力信号に供給するステップを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
さらに、上記アレーの各マイクロボロメータに係る均一な出力信号値をデジタル信号値に変換するステップを含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
さらに、上記アレーの各マイクロボロメータに係る上記デジタル信号値を、デジタル画像プロセッサを介し画像の欠陥を訂正するステップを含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
上記画像の欠陥はファインオフセット、ゲイン不均一、又はデッドピクセルを含むことを特徴とする、請求項５記載の方法。
【請求項７】
上記バイアスパルスはほぼ同じ大きさであることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項８】
上記バイアスパルスはほぼ等しい時間間隔であることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項９】
上記２以上のバイアスパルスは２以上の電圧バイアスパルスであることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
上記発生した信号は２以上のバイアス電流信号であることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
上記バイアスパルスは約２乃至１００個のバイアスパルスの範囲内であることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
上記２以上のバイアスパルスの各々は約０．１乃至２０マイクロ秒の範囲内の時間継続を有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
上記フレーム時間は上記アレーが被写体の全画像を生成するのに要する時間であることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
マイクロボロメータのアレーと、
上記アレーに結合し、上記アレーにおける各マイクロボロメータに２以上のバイアスパルスを実質的に順次供給し、当該２以上のバイアスパルス供給によりアレーにおける各マイクロボロメータに生じる温度がフレーム時間中、均一になるようにするタイミング回路と、
上記アレーに結合し、上記フレーム時間中、上記供給された２以上の各バイアスパルスに関連して発生した２以上の信号を測定する測定回路と、
上記測定回路に結合し、上記フレーム時間中、上記アレーの各マイクロボロメータについて、上記測定した２以上の信号の平均信号値を算出する計算回路と、
上記計算回路に結合し、上記フレーム時間中、上記アレーの各マイクロボロメータについて、上記算出した平均信号値に基づいて出力信号を生成する出力回路と、を備える赤外線放射検出装置。
【請求項１５】
さらに上記出力回路は、
上記アレーの各マイクロボロメータについて均一な出力信号値をデジタル信号値に変換するために積分器及びＡ／Ｄ変換器を有することを特徴とする、請求項１４記載の赤外線放射検出装置。
【請求項１６】
さらに、
上記出力回路に結合し、上記アレーの各マイクロボロメータに関係する上記デジタル信号値を受け、画像欠陥について当該デジタル信号値を訂正するデジタル画像プロセッサを有することを特徴とする、請求項１５記載の赤外線放射検出装置。
【請求項１７】
さらに上記デジタル画像プロセッサは、
均一な出力信号値が得られるように上記アレーにおける各マイクロボロメータ間の抵抗の不均一性を訂正するために訂正値に基づいた訂正電気信号を上記出力信号に供給する訂正回路を有することを特徴とする、請求項１６記載の赤外線放射検出装置。
【請求項１８】
さらに上記訂正回路はファインオフセット、ゲイン不均一、又はデッドピクセルについて上記均一な出力信号値を訂正することを特徴とする、請求項１７記載の赤外線放射検出装置。
【請求項１９】
さらに上記デジタル画像プロセッサは上記アレーの各マイクロボロメータについて訂正値を記憶するデジタルメモリを有することを特徴とする、請求項１８記載の赤外線放射検出装置。
【請求項２０】
上記２以上のバイアスパルスはほぼ同じ大きさであることを特徴とする、請求項１４記載の赤外線放射検出装置。
【請求項２１】
上記２以上のパルスの時間間隔はほぼ等しいことを特徴とする、請求項２０記載の赤外線放射検出装置。
【請求項２２】
上記２以上のバイアスパルスは電圧バイアスパルスであることを特徴とする、請求項１４記載の赤外線放射検出装置。
【請求項２３】
上記発生した信号は電流信号であることを特徴とする、請求項２２記載の赤外線放射検出装置。
【請求項２４】
上記２以上のバイアスパルスは約２乃至１００個のバイアスパルスの範囲内であることを特徴とする、請求項１４記載の赤外線放射検出装置。
【請求項２５】
上記２以上のバイアスパルスは約０．１乃至２０マイクロ秒の範囲内の時間継続を有することを特徴とする、請求項２４記載の赤外線放射検出装置。
【請求項２６】
上記フレーム時間は上記アレーが該アレーにより写される被写体の全画像を生成するのに要する時間であることを特徴とする、請求項１４記載の赤外線放射検出装置。
【請求項２７】
上記アレーに結合し、上記アレーにおける各マイクロボロメータに２以上のバイアスパルスを実質的に順次供給し、当該２以上のバイアスパルス供給によりアレーにおける各マイクロボロメータに生じる温度がフレーム時間中、均一になるようにするタイミング回路と、
上記アレーに結合し、上記フレーム時間中、上記供給されたバイアスパルスにそれぞれ関係して発生した２以上の信号を測定する測定回路と、
上記測定回路に結合し、上記フレーム時間中、上記アレーの各マイクロボロメータについて、上記測定され発生した信号の平均信号値を算出する計算回路と、
上記計算回路に結合し、上記フレーム時間中、上記アレーの各マイクロボロメータについて、上記算出した平均信号値に基づいて出力信号を生成する出力回路と、
を備える１以上のマイクロボロメータを有するアレーのための信号処理電子回路。
【請求項２８】
さらに上記出力回路は、
均一な出力信号値が得られるように上記アレーにおける各マイクロボロメータ間の抵抗の不均一性を訂正するために訂正値に基づいた訂正電気信号を上記出力信号に供給する訂正回路を有することを特徴とする、請求項２７記載の信号処理電子回路。
【請求項２９】
さらに上記出力回路は、
上記アレーの各マイクロボロメータについて上記均一な出力信号値をデジタル信号値に変換するために積分器及びＡ／Ｄ変換器を有することを特徴とする、請求項２８記載の信号処理電子回路。
【請求項３０】
さらに、
上記出力回路に結合し、上記アレーの各マイクロボロメータに関係する上記デジタル信号値を受け、ファインオフセット、ゲイン不均一、又はデッドピクセル等の画像欠陥について当該デジタル信号値を訂正するデジタル画像プロセッサを有することを特徴とする、請求項２９記載の信号処理電子回路。
【請求項３１】
さらに上記デジタル画像プロセッサは、
均一な出力信号値が得られるように上記アレーにおける各マイクロボロメータ間の抵抗の不均一性を訂正するために訂正値に基づいた訂正電気信号を上記出力信号に供給する訂正回路を有することを特徴とする、請求項３０記載の信号処理電子回路。
【請求項３２】
さらに、
上記アレーの各マイクロボロメータについて訂正値を記憶するメモリを有することを特徴とする、請求項３１記載の信号処理電子回路。
【請求項３３】
上記２以上のバイアスパルスはほぼ同じ大きさであることを特徴とする、請求項２７記載の信号処理電子回路。
【請求項３４】
上記２以上のパルスの時間間隔はほぼ等しいことを特徴とする、請求項３３記載の信号処理電子回路。
【請求項３５】
上記２以上のバイアスパルスは電圧バイアスパルスであることを特徴とする、請求項２７記載の信号処理電子回路。
【請求項３６】
上記発生した信号は電流信号であることを特徴とする、請求項３５記載の信号処理電子回路。
【請求項３７】
上記２以上のバイアスパルスは約２乃至１００個のバイアスパルスの範囲内であることを特徴とする、請求項２７記載の信号処理電子回路。
【請求項３８】
上記２以上のバイアスパルスの各々は約０．１乃至２０マイクロ秒の範囲内の時間継続を有することを特徴とする、請求項３７記載の信号処理電子回路。
【請求項３９】
上記フレーム時間は上記アレーが該アレーにより写された被写体の全画像を生成するのに要する時間であることを特徴とする、請求項２７記載の信号処理電子回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロボロメータ焦点面アレーに関し、特にマイクロボロメータアレーの動作を改善する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱型赤外線検出器は赤外線放射の加熱効果を検出することにより動作する検出器である。一般に熱型検出器は室温以下に冷却する必要がなく、このことが実用上の重要な利点になっている。室温で動作する熱型赤外線検出器は過去２００年間に亘り知られているが、最近ではこの分野において集積回路及びマイクロマシン技術の利用可能性に注目が集まっている。室温で良好に動作する何千もの熱型赤外線検出器を備えたアレーは既に実用化されている。
【０００３】
ボロメータは熱型赤外線検出器の一種であり、入射した電磁放射（代表的に赤外線放射）を吸収し、吸収した赤外線エネルギーを熱に変換し、その結果生じる検出器の温度変化を、温度の関数である、検出器の電気抵抗の変化として検出する。マイクロボロメータは代表的に外側の大きさが数十ミクロンの小さなボロメータである。代表的に、マイクロボロメータ赤外線撮像システムは長波領域の赤外線、代表的には８〜１２ミクロン（マイクロメートル）の波長領域の赤外線を感知するように設計されている。この種のマイクロボロメータ２次元アレー、代表的には１２０×１６０のアレーは視野内の被写体から出る放射量の変化を検出し、その２次元画像を形成する。同様に１次元アレーのマイクロボロメータは１次元画像を形成する。この種のマイクボロメータアレーでは、マイクロボロメータの信号対雑音比を損なうことなくアレーを構成する全てのマイクロボロメータの抵抗値を測定する必要がある。アレーの全マイクロボロメータの電気抵抗値を測定するために数千もの電気導線をアレーに接続することは実用的でないので、代表的にはマイクロボロメータアレーを読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）と呼ばれる単結晶シリコン上に形成し、このＲＯＩＣにより「フレーム時間」と呼ばれる短時間内にアレーの全マイクロボロメータの電気抵抗値を測定する。用語「フレーム時間」は被写体の全画像を生成するのに要する時間である。代表的にフレーム時間は１／３０秒程度であるが、これより長くても短くてもよい。マイクロボロメータアレーが検出赤外線放射の時間依存変化に十分に応答（追従）するようにするために、各マイクロボロメータの熱応答時間は代表的にフレーム時間にほぼ等しい値に調整される。その結果として、ＲＯＩＣに課せられた、大きさ、電力及び素子の制約の下で、極力高い信号対雑音比を確保しながらアレーを構成する何千（例えば、８００００個）ものマイクロボロメータの抵抗値をどのようにしたら効率よく測定できるかという問題が残される。
【０００４】
アレーの全マイクロボロメータの電気抵抗値を測定するためにＲＯＩＣが行う代表的な方法はアレーの各マイクロボロメータに電圧（又は電流）の「バイアスパルス」を供給し、その結果として発生する電流（又は電圧）信号を測定することである。広く用いられているのはアレーの各マイクロボロメータに電圧バイアスパルスを印加し、各フレーム時間中にアレーの各マイクロボロメータから発生した電流を測定する方法である。ただし、大きなアレーの場合、通常、この種のバイアスパルスを２以上のマイクロボロメータに同時に印加し、その結果発生する電流信号を同時に測定する。
【０００５】
従来技術では、各フレーム時間毎にアレーの各マイクロボロメータに１個のバイアスパルスを供給する。各フレーム時間毎に単一のバイアスパルスを供給することによってマイクロボロメータにもたらされる温度上昇は入射赤外線放射による加熱効果を上回る。当然ながらこの種のバイアスパルスはフレーム時間より遙かに短時間であるため、その加熱効果は急激である。すなわち、各フレーム時間内においてアレーの各マイクロボロメータに１個のバイアスパルスが供給されると、マイクロボロメータの温度はバイアスパルス長に対応する短時間の間、急速に上昇した後、残りのフレーム時間の間、低下する。各バイアスパルス毎の温度上昇と低下により生じる信号レベルの変動は入射赤外線放射により生じる信号より大きい。したがって、この信号を受ける電子回路は赤外線放射だけの場合より遙かに大きなダイナミックレンジを持つように設計しなければならない。このため、この種の回路の設計や動作が困難になる。
【０００６】
マイクロボロメータにより検出可能な最小赤外線放射信号は発生した電流信号に含まれる電気雑音により定められる。マイクロボロメータの「雑音等価電力（ＮＥＰ）」は「平方自乗平均：ＲＭＳ）」電流雑音に等しい信号電流変化を生じさせるマイクロボロメータ入射赤外線放射電力として定義される。また、「雑音等価温度差（ＮＥＴＤ」という用語もマイクロボロメータの性能を記述するのによく用いられる。ＮＥＴＤはＲＭＳ電流雑音に等しい電流信号変化をマイクロボロメータに生じさせるターゲットの温度変化として定義される。要するに、マイクロボロメータアレーの性能は一般にアレーに使用したマイクロボロメータのＮＥＰ又はＮＥＴＤの大きさで評価される。一般にＮＥＰ又はＮＥＴＤの値が小さければマイクロボロメータアレーの感度は高く、高性能である。
【０００７】
従来においてマイクロボロメータの感度及び性能を改善する方法はバイアスパルスを大きくすることである。しかしながら、バイアスパルスを大きくすると、その分、マイクロボロメータの加熱パルスと温度変化も大きくなってしまう。加熱パルスと温度変化の増大によりマイクロボロメータ信号を受ける回路に要求されるダイナミックレンジは増大する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、マイクロボロメータアレーに対して著しく低い値のＮＥＰやＮＥＴＤでＲＯＩＣが動作し、マイクロボロメータの感度及び性能が改善されるようにＲＯＩＣを設計し、動作させるニーズが当該分野にある。また、供給バイアスパルスの加熱効果により生じるフレーム時間内のマイクロボロメータ温度変動を低減するニーズが当該分野にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る方法及び装置はアレーの各マイクロボロメータに２以上のバイアスパルスを実質的に順次供給して、各マイクロボロメータの温度がフレーム時間中、均一になるようにするとともに、フレーム時間中に供給した２以上のバイアスパルスに関連した２以上の発生信号を測定する。さらに、フレーム時間中、アレーの各マイクロボロメータについて測定した２以上の信号の平均信号値を算出する。その後、算出した平均信号値に基づいた出力信号を生成してアレーの性能、感度及び操作機能を改善する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明のその他の特徴は以下の説明及び本発明の一部を成す図面から明らかになる。本書はマイクロボロメータアレーのＮＥＰが低減し、性能及び感度が改善されるようにマイクロボロメータアレーを電子的に走査するシステム及び方法について説明する。
【００１１】
図１は撮像システム１００におけるマイクロボロメータアレー１１０の具体例を示したものである。さらに撮像システム１００は赤外線透過レンズ１２０を備える。アレー１１０は１次元又は２次元アレーである。アレー１１０は「読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）」１１５と呼ばれる単結晶シリコン上に形成される。図１に示す具体例において、アレー１１０は赤外線透過レンズ１２０の焦点面に配置されているため、放射赤外線１３０は焦点面上にフォーカスされ、写真用フィルムをカメラレンズの焦点面に置いたときにフィルムに画像が形成されるのと同様にして、遠くの被写体又はシーン１４０の画像が形成される。フォーカス画像の加熱効果によりアレー１１０を構成する個々のマイクロボロメータに温度変化が起きる。ＲＯＩＣ１１５はアレー１１０の各マイクロボロメータを問い合わせし、各マイクロボロメータの抵抗値の変化を測定する。アレー１１０の各マイクロボロメータの抵抗値変化はフレーム時間内に測定される。一般に、フレーム時間は約１／３０秒である。アレー１１０の各マイクロボロメータの熱応答時間は一般にフレーム時間にほぼ等しくなるように調整される。アレー１１０の各マイクロボロメータの抵抗値変化を測定する上記動作はフレーム時間毎に繰り返され、シーンや被写体１４０のリアルな画像が表示される。
【００１２】
図２はマイクロボロメータアレー１１０を形成する際に用いるＲＯＩＣ１１５の具体例を示したものである。アレー１１０の各マイクロボロメータは電気抵抗２２０として表している。アレー１１０の各マイクロボロメータ２２０に関連して電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２３０が設けられる。マイクロボロメータ２２０とＦＥＴ２３０は薄膜の金属導体２４０を介して相互接続される。さらに、ＲＯＩＣ１１５は列及び行のシフトレジスタ２５０及び２６０を備える。列シフトレジスタ２５０はアレー１１０の列に制御電圧を印加し、行シフトレジスタ２６０は行マルチプレクサ２７０に制御電圧を供給する。グローバルなバイアス電圧がアレー１１０の全マイクロボロメータに印加される。アレー１１０の出力信号ライン２８０は外部接続によりゼロボルトに保持される。動作において、ＲＯＩＣ１１５は各種制御電圧により一度に１つのマイクロボロメータのみにバイアス電圧（ＶＤＤＲ）が印加されるようにし、電流信号が対応する薄膜の金属導体を通り、マルチプレクサ２７０を経て出力信号ライン２８０に出力される。電圧源２９０から抵抗２９２を介して供給される電流により正味の出力電流２９４はゼロ近くになる。電圧源２９０は、（米国特許第4752694号に示されるように）マイクロボロメータ２２０のバイアス時間毎に、アレー１１０の異なるマイクロボロメータ２２０に対して印加するバイアス電圧を異ならせることができ、その結果、アレー１１０におけるマイクロボロメータ２２０間の製造変動によりマイクロボロメータの抵抗値がマイクロボロメータ間で若干異なるような場合でも、出力電流をゼロ近くに保持することができる。この信号ゼロ化処理は「粗い不均一訂正」と呼ばれるが、粗い不均一訂正のための訂正を行う他の方法及び装置とともに米国特許第4752694号に開示されている。
【００１３】
図３は出力信号２９４をデジタル信号値に変換するためにＲＯＩＣ１１５の出力ライン２９６に接続される積分器及びＡ／Ｄ変換器を含む代表的な回路３００を示したものである。ＲＯＩＣ１１５の出力ライン２９６からの出力電流２９４は電荷信号３１０及び電圧信号３２０に変換される。この電圧信号３２０はアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３３０に通される。
【００１４】
Ａ／Ｄ変換器３３０からの信号はデジタル画像プロセッサ３４０に渡される。デジタル画像プロセッサ３４０はアレー１１０の各マイクロボロメータに関する訂正値を記憶するデジタルメモリ３５０とともに訂正回路３６０を備える。訂正回路３６０はデジタルメモリ３５０に記憶された訂正値を使用して最終出力を訂正する。訂正は代表的に、小さなゼロ誤差信号を除去する「ファインオフセット訂正」である。また、訂正はアレー１１０の異なるマイクロボロメータ２２０間の感度のバラツキを訂正する「ゲイン訂正」を含んでもよい。さらに訂正は、マイクロボロメータアレー１１０における不良マイクロボロメータ２２０の信号を隣接するマイクロボロメータ２２０の信号値に置換する「デッドピクセル置換処理」を含んでよい。
【００１５】
図４はアレー１１０の各マイクロボロメータ２２０を動作させる従来方法を示したものである。図４に示すように、従来方法では、アレー１１０の各マイクロボロメータの抵抗値を測定するためにフレーム時間４１０をアレー１１０のマイクロボロメータ２２０の個数に等しい数の区間４２０に分割し、この分割した等しい区間４２０毎にアレー１１０の各マイクロボロメータにバイアスパルスを供給する必要がある。したがって、アレー１１０の大きさをＲ×Ｃとし、フレーム時間をＴとすると、各バイアスパルスの時間長は最長でＴ／（Ｒ×Ｃ）になる。このようにして、アレー１１０の各マイクロボロメータにはフレーム時間内に１個のバイアスパルスが供給される。代わりに、各フレーム時間毎に１個のバイアスパルスをアレー１１０の幾つかの（Ｎ個の）マイクロボロメータに同時に供給してもよく、その場合、バイアスパルスの最長時間は（Ｔ×Ｎ）／（Ｒ×Ｃ）になる。
【００１６】
グラフ４００にはバイアスパルス４３０の印加により生じる各マイクロボロメータの温度変動４４０も示されている。グラフ４００から分かるように、アレー１１０の各マイクロボロメータについて各フレーム時間４１０内における温度変動４４０は著しい。その理由は、グラフ４００に示すように、各バイアスパルス４３０自体の加熱効果により各マイクロボロメータにおいて温度が急激に上昇することによる。この温度上昇は入射赤外線放射１３０による加熱効果を上回る。上述したように、必然的結果として各バイアスパルス４３０の時間長はフレーム時間４１０より遙かに短時間になるので、各バイアスパルス４３０の加熱効果は非常に急激になる。すなわち、図４に示すように、１個のバイアスパルス４３０をフレーム時間４１０毎に各マイクロボロメータに供給すると、アレー１１０の各マイクロボロメータの温度は先ず、バイアスパルス４３０の時間長４２０に等しい短時間の間、急激に上昇する（４５０）。そして残りのフレーム時間中は図４に示すように低下する（４６０）。この温度変動４４０により引き起こされる信号レベルの変動は入射赤外線放射１３０により発生する信号よりも著しく大きい。したがって、このような可変信号を受けるＲＯＩＣ１１５は赤外線放射１３０だけによる信号に対して要求されるダイナミックレンジより遙かに大きなダイナミックレンジを持つように設計しなければならない。ＲＯＩＣ１１５に要求される大きなダイナミックレンジのためにＲＯＩＣの設計や動作が困難になる。
【００１７】
図５は本発明の教示に基づいてアレーの各マイクロボロメータを動作させる実施形態を示したグラフ５００である。図４に示した従来方法による単一バイパスパルス４３０の供給に代え、一連の、２以上のバイアスパルス５１０をフレーム時間内にアレー１１０の各マイクロボロメータに順次供給する。フレーム時間４１０内に２以上のバイアスパルス５１０を各マイクロボロメータに供給する方式を「高速走査」と呼ぶことにする。前と同様に、Ｒ×ＣのアレーサイズとＴのフレーム時間を想定すると、フレーム時間４１０内において、アレー１１０の各マイクロボロメータに供給される２以上のバイアスパルス５１０の各時間長はＴ／（Ｎ×Ｒ×Ｃ）以下である。代わりに、幾つかのマイクロボロメータに２以上のバイアスパルス５１０を同時に供給するようにしてもよい。
【００１８】
グラフ５００には２以上のバイアスパルス５１０の印加により生じる各マイクロボロメータの温度変動も示されている。図示のように、アレー１１０の各マイクロボロメータに生じる各フレーム時間４１０内の温度変動は本発明に係る高速走査法により（フレーム時間４１０内に２以上のバイアスパルスを次々と供給することにより）著しく低減される。その理由は各バイアスパルスの加熱効果がフレーム時間内に供給するバイアスパルス５１０の数に応じて減少するからである。フレーム時間内に供給するバイアスパルス５１０の数をＮ個とすると、加熱変動効果はＮの分だけ減少する。また、２以上のバイアスパルス５１０を供給することにより、バイアスパルス５１０間の時間間隔５２０は図４に示すバイアスパルス間の時間間隔４７０より短くなる。２以上のバイアスパルス５１０間の時間間隔５２０が短いため冷却される時間は短くなり、温度変動は図５に示すように最小５３０に抑えられる。温度変動が小さいので高性能の電子回路を利用できる。図４に示すような、各フレーム時間内にアレーの各マイクロボロメータに１個のバイアスパルス４３０を供給する従来方式に比べ、図５に示す高速走査法５００により性能が改善される理由は以下の説明からも理解される。各フレーム時間内においてアレー１１０の各マイクロボロメータに供給するバイアスパルスの数Ｎが１より大きいとし、各パルスの時間長が単一バイアスパルス４３０の時間長の１／Ｎ倍であるとすると、信号の雑音帯域幅はＮの分だけ高い周波数にまで広がる。このため、各信号はＮ1/2倍の白色雑音を含むが、低周波数域の雑音は全ての値のＮについて雑音帯域幅内にほぼ収まるので１／ｆ雑音は増加しない。各フレーム時間内に各マイクロボロメータから得たＮ個の信号値からその平均信号値を形成すると、そのＲＭＳ白色雑音はＮ＝１の値にまで減少し、ほぼフレーム反復周波数からバイアスパルス反復周波数までの雑音周波数域に対する低周波数域雑音のＲＭＳ値はＮ＝１の値の約１／Ｎ1/2倍にまで減少する。したがって、Ｎ＞１であれば、各フレーム時間内に得られた最終出力に含まれる雑音は減少する。この雑音の減少によりアレー性能の因子が改善される（減少した値のＮＥＰやＮＥＴＤ）。
【００１９】
図６は従来方法により図１に示すアレー１１０を走査したときに得られる算出ＮＥＰ対入力バイアス電流パルスレベルのグラフを示したものである。図７は本発明に基づいて図１に示すアレー１１０を走査したときに得られる算出ＮＥＰ対入力バイアス電流パルスレベルのグラフを示したものである。図６と図７に示したグラフに関し、ＮＥＰを算出する際に使用したパラメータはバイアス電流パルスを除き、全て一定に保たれる。図６と図７のグラフから分かるように、図７の算出ＮＥＰは図６の算出ＮＥＰと比較すると（入力バイアス電流の増加に対して）著しく低下する。その理由は本発明に基づいて２以上のバイアス電流パルスを供給しているからであり、その結果、ＲＯＩＣにおける雑音が減少する。上述したように、雑音の減少によりアレーの性能が改善される。
【００２０】
図８は本発明に係るプロセス８００の実施形態の全体概要を示したものである。要素８１０に示すように、このプロセスは２以上のバイアスパルスを順次、アレーの各マイクロボロメータに供給してアレーの各マイクロボロメータの温度が２以上のバイアスパルスを供給することでフレーム時間を通じて均一になるようにする。フレーム時間はアレーが被写体の全画像を生成するのに要する時間である。２以上のバイアスパルスの大きさはほぼ等しくてよい。また、２以上のバイアスパルスの間隔もほぼ等しくてよい。２以上のバイアスパルスは電圧バイアスパルス、又はバイアス電流信号である。また、２以上のバイアスパルスの個数は概ね２乃至１００個のバイアスパルスの範囲内でよい。バイアスパルスの時間長は約０．１乃至２０マイクロ秒の範囲内でよい。
【００２１】
要素８２０はフレーム時間内にアレーの各マイクロボロメータに供給した２以上のバイアスパルスに対応する２以上の発生信号を測定する。要素８３０はフレーム時間内にアレーの各マイクロボロメータに対応して測定した２以上の発生信号から平均信号値を算出する。要素８４０はフレーム時間中にアレーの各マイクロボロメータについて算出した平均信号値に基づいた出力信号を生成して、１以上のマイクロボロメータから成るアレーの性能、感度及び操作機能を改善する。以上の要素は各フレーム時間毎に繰り返され、アレーによる被写体のリアルな画像を生成する。さらに、プロセス８００は積分器及びＡ／Ｄ変換器を用いることにより、アレーの各マイクロボロメータに係る均一な出力信号値をデジタル信号値に変換する処理を含んでよい。さらに、プロセス８００はアレーの各マイクロボロメータに係るデジタル信号値をデジタル画像プロセッサに渡して画像欠陥、例えば、ファインオフセット、ゲイン不均一性、又はデッドピクセルを訂正する処理、その他、画質を改善する他の訂正処理を含んでもよい。実施形態によっては、プロセス８００はさらに、アレーを構成する１以上のマイクロボロメータ間の抵抗の不均一性を訂正するため出力信号に訂正電気信号を供給して均一な出力信号値が得られるようにすることができる。また、プロセス８００はファインオフセット、ゲイン不均一性、又はデッドピクセルを訂正するために出力信号に訂正用の電気信号を供給してもよい。
【００２２】
図９は本発明に基づいて、赤外線放射検出装置９００の主要素とともにそれらの相互接続を示したものである。赤外線放射検出装置９００はマイクロボロメータアレー１１０、ＲＯＩＣ１１５、及び出力回路９５０を備える。ＲＯＩＣ１１５はタイミング回路９２０、測定回路９３０、及び計算回路９４０から成る。
【００２３】
タイミング回路９２０はマイクロボロメータアレー１１０に結合しており、タイミング回路９２０からアレー１１０の各マイクロボロメータに２以上のバイアスパルスが順次供給され、フレーム時間４１０を通じてアレー１１０の各マイクロボロメータの温度が２以上のバイアスパルスの供給により均一化される。フレーム時間４１０はマイクロボロメータアレー１１０が被写体の全画像を生成するのに要する時間である。マイクロボロメータアレー１１０の動作については図１及び図２を参照して既に述べた。
【００２４】
幾つかの実施形態において、２以上のバイアスパルス５１０の大きさはほぼ等しい。また、フレーム時間４１０内において、２以上のバイアスパルス５１０の時間間隔もほぼ等しくてよい。２以上のバイアスパルス５１０は電圧バイアスパルスでよい。あるいは電流信号である。また、２以上のバイアスパルス５１０の個数は約２乃至１００個のバイアスパルスの範囲内でよい。２以上のバイアスパルス５１０の時間長は約０．１乃至２０マイクロ秒の範囲内でよい。
【００２５】
測定回路９３０はマイクロボロメータアレー１１０に結合しており、この測定回路９３０はフレーム時間４１０中に供給される２以上のバイアスパルス５１０に関連して発生する２以上の信号を測定する。計算回路９４０は測定回路９３０に結合し、測定回路９３０から２以上の測定信号を受け、受け取った２以上の測定信号毎に平均信号値を算出する。計算回路９４０に結合する出力回路９５０はアレー１１０の各マイクロボロメータに係る平均信号値に基づいた出力信号を生成することによりマイクロボロメータアレーの性能、感度及び操作機能を改善する。
【００２６】
幾つかの実施形態において、出力回路はさらに積分器及びＡ／Ｄ変換器３００を備える。積分器及びＡ／Ｄ変換器３００はアレー１１０の各マイクロボロメータに係る均一な出力信号値を受け、その出力信号値をデジタル信号値に変換する。積分器及びＡ／Ｄ変換器３００の動作については図３を参照して既に述べた。
【００２７】
幾つかの実施形態において、赤外線放射検出装置９００はさらにデジタル画像プロセッサ３４０を備える。デジタル画像プロセッサ３４０は出力回路９５０に結合し、アレー１１０の各マイクロボロメータに係るデジタル信号値を受け、ファインオフセット、ゲイン不均一性、又はデッドピクセル等の画像欠陥を訂正するとともに、（均一な出力信号値を得るために）訂正回路３６０によりアレーの各マイクロボロメータに係る抵抗の不均一性を訂正して画質を改善することができる。さらにデジタル画像プロセッサ３４０はアレー１１０の各マイクロボロメータに係る訂正値を記憶するデジタルメモリ３５０を備えてよい。
【００２８】
結論
以上説明した方法及び装置は第一に、ＮＥＰ及びＮＥＴＤを低減することによりマイクロボロメータアレーの性能及び感度を改善する。また、この方法及び装置はアレーの各マイクロボロメータにおけるマイクロボロメータ温度変動を低減することができる。
【００２９】
以上の説明は例示を目的とするものであって制限するものではない。当業者には多くの他の実施形態が明らかである。したがって、本発明の範囲は均等の全範囲を確保しつつ特許請求の範囲により定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】撮像システムにおけるマイクロボロメータアレーを示す。
【図２】代表的なＲＯＩＣ回路を示す。
【図３】出力信号をデジタル信号値に変換するのに使用する積分器及びＡ／Ｄ変換器を含む代表的な回路を示す。
【図４】アレーの各マイクロボロメータを動作させる従来方法とともにその温度変動を示す。
【図５】本発明に基づいた、アレーの各マイクロボロメータを動作させる方法の実施形態とともにその温度変動を示す。
【図６】従来方法により、図１に示すアレーを走査したときに得られる算出ＮＥＰ対供給入力バイアス電流パルスレベルのグラフである。
【図７】本発明に基づいて、図１に示すアレーを走査したときに得られる算出ＮＥＰ対供給入力バイアス電流パルスレベルのグラフである。
【図８】マイクロボロメータ焦点面アレーの性能及び感度を改善する方法を示す。
【図９】本発明に基づいた、赤外線放射検出装置の主要素及びそれらの相互接続を示す。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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