(57)【要約】【課題】複数の受光素子が一次元または二次元状に配列したアレイ検出器に対して、測定精度に優れたクロストーク測定装置を提供すること。【解決手段】クロストーク測定装置１０は、一定の周期で強度変調した光を射出する光射出手段１２と、光射出手段１２からの光を測定対象であるアレイ型検出器１６の一の受光素子２２に集光する集光手段１４と、光を照射した一の受光素子及びその素子に隣接する受光素子が出力した受光信号の時間変化を記憶する記憶手段３２と、各受光信号の時間変化のデータに対し、時間に関してフーリエ変換を行い、可視光の強度変調の周期に対応するフーリエ成分を抽出する演算手段３４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光素子が一次元または二次元状に配列したアレイ検出器のクロストーク測定を行う測定装置であって、
一定の周期で強度変調した光を射出する光射出手段と、
前記光射出手段からの光を測定対象であるアレイ検出器の一の受光素子に集光する集光手段と、
前記光を照射した一の受光素子及びその素子に隣接する受光素子から受信した各受光信号の時間変化を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記各受光信号の時間変化のデータに対し、時間に関してフーリエ変換を行い、前記光射出手段から出射された光の強度変調の周期に対応するフーリエ成分を抽出する演算手段と、
を備えることを特徴とするクロストーク測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測定装置において、
前記測定対象のアレイ検出器は赤外アレイ検出器であり、
前記光射出手段は一定の周期で強度変調した可視光を射出することを特徴とするクロストーク測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の測定装置において、
前記測定対象のアレイ検出器は赤外アレイ検出器であり、
前記光射出手段は一定の周期で強度変調した赤外光を射出することを特徴とするクロストーク測定装置。
【請求項４】
請求項1に記載の測定装置において,
前記測定対象のアレイ検出器は赤外アレイ検出器であり、
前記光射出手段は、可視光源と、赤外光源と、該赤外光源から射出される赤外光を一定の周期で強度変調する変調部と、前記可視光源からの可視光と前記赤外光源からの赤外光を重ね合わせて前記集光手段へ導くハーフミラーと、を含んだことを特徴とするクロストーク測定装置。
【請求項５】
請求項１に記載の測定装置において、
前記光射出手段は、射出する光を赤外光または可視光のいずれかに切換え可能であることを特徴とするクロストーク測定装置。
【請求項６】
請求項１から５に記載の測定装置において、
前記アレイ検出器の光が照射される面の観察を行なう観察手段を備えたことを特徴とするクロストーク測定装置。
【請求項７】
請求項１から６に記載の測定装置において、
前記光射出手段は、光の強度変調を略正弦波状に行なうことを特徴とするクロストーク測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイ検出器のクロストーク測定を行う測定装置、特にその測定精度の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外アレイ検出器は複数の赤外受光素子を一次元もしくは二次元状に配列した赤外検出器であり、個々の赤外受光素子からの受光信号を読み出すことで検出器の受光面に入射した赤外光の空間分布を検出することができる。しかしながら、検出器の受光面における光の入射位置から外れた位置にある受光素子からも受光信号が出力されること、いわゆるクロストークが発生することがある。クロストークは光学的な原因によるもの、電気的な原因によるものに大別される。光学的なクロストークは、赤外アレイ検出器を構成する光学部材による光の反射、散乱等により、検出器の受光面における光の入射位置から外れた位置にある受光素子に光が到達してしまうことによって生じる。また、電気的なクロストークは、光の入射により発生した光電荷が隣接した受光素子へ拡散してしまう等により、本来受光していないはずの受光素子までが受光信号を出力してしまうことによって生じる。
【０００３】
赤外アレイ検出器に生じるクロストークは、赤外アレイ検出器を用いた赤外イメージ測定の空間分解精度を低下させてしまう。このため、赤外アレイ検出器の性能を評価するにあたって、クロストークを測定することは重要である。クロストークの測定は、検出器の一の受光素子に光を集光し、光が集光された受光素子及びそれに隣接する受光素子からの受光信号を比較することによって行なわれる（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】Khoa V. Dang, Christopher L. Kauffman, Zenon I. Derzko, "Infrared Focal Plane Array Crosstalk Measurement", SPIE Proceedings Vol. 1686:Test and Evaluation IR Detectors and Arrays II, (1992) p.125-135
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のクロストーク測定装置は測定精度の点で十分満足のいくものではなかった。十分な精度の測定データが得られない理由の一つは、受光素子が小型化されるにつれて、受光素子に集光する光の径を小さく絞る際に生じるエネルギーのロスが大きくなり、十分な強度の光を受光素子に集光できないということにある。照射する光の強度が微弱であると、受光素子からの受光信号も微弱なものとなり、Ｓ／Ｎ比の良い測定データが得られない。そのため、照射する光の強度が微弱であっても精度よくクロストーク測定を行うことができる装置が望まれていた。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、測定精度に優れたクロストーク測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明のクロストーク測定装置は、複数の受光素子が一次元または二次元状に配列したアレイ検出器のクロストーク測定を行う測定装置であって、一定の周期で強度変調した光を射出する光射出手段と、前記光射出手段からの光を測定対象であるアレイ検出器の一の受光素子に集光する集光手段と、前記光を照射した一の受光素子及びその素子に隣接する受光素子から受信した各受光信号の時間変化を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記各受光信号の時間変化のデータに対し、時間に関してフーリエ変換を行い、前記光射出手段から出射された光の強度変調の周期に対応するフーリエ成分を抽出する演算手段と、を備えることが好適である。
【０００６】
上記の測定装置において、前記測定対象のアレイ検出器は赤外アレイ検出器であり、前記光射出手段は一定の周期で強度変調した可視光を射出することが好適である。
もしくは、上記の測定装置において、前記測定対象のアレイ検出器は赤外アレイ検出器であり、前記光射出手段は一定の周期で強度変調した赤外光を射出することも好適である。
また、上記の測定装置において、前記測定対象のアレイ検出器は赤外アレイ検出器であり、前記光射出手段は、可視光源と、赤外光源と、該赤外光源から射出される赤外光を一定の周期で強度変調する変調部と、前記可視光源からの可視光と前記赤外光源からの赤外光を重ね合わせて前記集光手段へ導くハーフミラーと、を含むことも好適である。
また、上記の測定装置において、前記光射出手段は、射出する光を赤外光または可視光のいずれかに切換え可能であることも好適である。
【０００７】
上記の測定装置において、前記アレイ検出器の光が照射される面の観察を行なう観察手段を備えることが好適である。
上記の測定装置において、前記光射出手段は、光の強度変調を略正弦波状に行なうことが好適である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかるクロストーク測定装置によれば、一定の周期で強度変調した光をアレイ検出器の各受光素子に集光し、各受光素子からの受光信号をフーリエ変換して光の強度変調の周期に対応するフーリエ成分を抽出しているため、各受光素子からの受光信号が微弱であっても精度の高いクロストーク測定を行うことができる。
【０００９】
また、本発明にかかるクロストーク測定装置によれば、測定対象である赤外アレイ検出器に照射する光として可視光を用いることで、受光素子への可視光の集光状態を容易に確認することができ、また容易に一の受光素子のみに光を集光することができる。さらに、一定の周期で強度変調した可視光を各受光素子に集光し、各受光素子からの受光信号をフーリエ変換して可視光の強度変調の周期に対応するフーリエ成分を抽出しているため、可視光に対する感度が低い赤外アレイ検出器でも精度の高いクロストーク測定を行うことができる。
【００１０】
また、本発明にかかるクロストーク測定装置によれば、光射出手段が、可視光源と、赤外光源と、赤外光源から出射される赤外光を一定の周期で強度変調する変調部と、可視光源からの可視光と赤外光源からの赤外光を重ね合わせて集光手段へ導くハーフミラーと、を含むことで、可視光の照射位置に基いて容易に赤外光の照射位置を確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に図面を参照して本発明の好適な実施形態の一例について説明する。
第一実施形態
図１は、本発明の第一実施形態にかかるクロストーク測定装置の概略構成図である。図１のクロストーク測定装置１０は、光射出手段１２と、集光手段１４と、測定対象であるアレイ検出器１６を設置するステージ１８と、受光信号の記憶、処理を行なうコンピュータ２０と、を備える。本実施形態にかかる測定装置１０は、複数の赤外受光素子２２が一次元または二次元状に配列した赤外アレイ検出器１６を測定対象とした、赤外アレイ検出器用クロストーク測定装置である。
【００１２】
光射出手段１２は、可視光源２４と、発振部２６（変調部）とを備えており、可視光源２４は発振部２６により駆動され、一定の周期で強度が変調する可視光を射出する。ここで、可視光源２４としては、可視ＬＥＤ光源等を用いればよい。また、可視光の強度変調は、測定対象の赤外検出器の性能等に合わせて、一定の周波数（例えば、１０００Ｈｚ〜５０００Ｈｚ）で行なえばよく、特にその方法等は限定されない。ただし、非正弦波状に変調すると、基本波成分だけでなく、高調波成分も含むことになるため、可視光の強度変調は略正弦波状に行なうことが好ましい。
【００１３】
集光手段１４は、光射出手段１２からの可視光を赤外アレイ検出器１６の一の受光素子２２に集光するものである。本実施形態の集光手段１４は、光射出手段１２からの可視光をピンホール２９に集光させるレンズ２８と、ピンホール２８を通過した可視光を測定対象の検出器１６の一の受光素子２２に集光するカセグレン鏡３０とで構成されている。例えば、受光素子２２への可視光のスポット径を１０μｍとする場合、ピンホール２９の径を２００μｍ、カセグレン鏡３０の倍率を２０倍にとればよい。
【００１４】
測定対象の赤外アレイ検出器１６はステージ１８に設置される。ステージ１８は、ステッピングモータ等で移動可能に構成されており、赤外アレイ検出器１６の光が照射される面上における可視光の集光位置を変更することができる。
【００１５】
コンピュータ２０は、測定対象である赤外アレイ検出器１６の各受光素子２２からの受光信号を受け取り、所定の処理を行なう。コンピュータ２０のメモリ、ハードディスク等で構成された記憶手段３２では、可視光を照射した一の受光素子及びその素子に隣接する受光素子から受信した受光信号の時間変化を記憶する。記憶手段３２にて記憶された各受光信号の時間変化のデータは、コンピュータ２０の演算手段３４によって、時間に関して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が行われ、光射出手段１２から出射された可視光の強度変調の周期に対応するフーリエ成分が抽出される。また、コンピュータ２０には、ディスプレイ等の表示デバイス３６が接続され、表示デバイス３６上に処理結果等が表示される。
【００１６】
さらに、本実施形態では、赤外アレイ検出器１６の光が照射される受光面における可視光の照射像（スポット像）の観察を行なう観察手段３８も備えている。本実施形態の観察手段３８は、ＣＣＤ検出器等の可視画像検出器４０と、対物レンズ４２、結像レンズ４４とで構成されている。照射像の観察時には、赤外アレイ検出器１６の受光面からの反射光が対物レンズ４２、結像レンズ４４を介して可視画像検出器４０にて検出される。可視画像検出器４０の画像検出信号はコンピュータ２０に送られ、ディスプレイ等の表示デバイス３６に表示される。なお、観察手段３８としてはここに示したものに限定されず、例えば目視で観察するものであってもよい。
【００１７】
以上が本実施形態の概略構成であり、以下にその作用について説明する。
光射出手段１２からは、図２に示すような周期Ｔの正弦波状に強度が変調された可視光が出射される。この可視光は、集光手段１４により、測定対象である赤外アレイ検出器１６の一の受光素子２２に集光される。そして、個々の受光素子２２から出力される受光信号の時間変化はコンピュータ２０へ送られ、記憶手段３２に記憶される。
【００１８】
受光信号は照射される可視光の強度変化に応じて変化するため、図３（ａ）に示すように周期Ｔの正弦波状に時間変化するものとなる。この受光信号の時間変化を演算手段３４によってフーリエ変換することで、図３（ｂ）に示したような周波数に関するグラフが得られる。ここで、受光信号の時間変化は周期Ｔの略正弦波状であるため、これをフーリエ変換すると周波数１／Ｔの部分に、受光信号の振幅の大きさに応じた高さの離散ピークが現われることになる。そこで、可視光が照射された受光素子からの受光信号の周波数１／Ｔのフーリエ成分と、隣接する受光素子とからの受光信号の周波数１／Ｔのフーリエ成分とを比較することで測定対象の検出器１６のクロストークを測定することができる。
【００１９】
非特許文献１に記載されたような従来のクロストーク測定装置では、受光素子に照射する光として赤外光を用いているため、実際に一の受光素子のみに光が集光されているか否か、一の受光素子に納まるように光の照射径が十分小さくなっているか否か、を容易には確認することができない。また、受光素子が小型化されるにつれて、一つの受光素子に納まるように赤外光の照射径を十分小さくすることが難しくなるという問題もあった。
【００２０】
それに対して、本発明の実施形態にかかる測定装置では、可視光源を用いているため、光の照射位置を確認する際に、照射する可視光のスポット径が受光素子の大きさ以下になっているかどうか、一の受光素子内に集光されているかどうか、等を容易に確認することができる。さらに、可視光は赤外光に比べて波長が短いため、照射径も赤外光に比べて小さくすることも可能である。
また、検出器の受光面を観察する観察手段を備えることで、容易に実際に一の受光素子のみに光が集光されているか否か、一の受光素子に納まるように光の照射径が十分小さくなっているか否か、をさらに容易に確認することもできる。
【００２１】
また、赤外検出器は一般に可視光に対する感度が非常に低いため、本発明のように可視光源を用いた場合、通常の方法ではＳ／Ｎ比の良い受光信号を得るのが非常に困難である。そこで、本発明の実施形態にかかる測定装置では、可視光を一定の周期で強度変調して受光素子に照射し、受光素子からの受光信号をフーリエ変換処理して周波数信号として出力するという構成を採用した。この構成の結果、後述する試験結果から分かるように、高Ｓ／Ｎ比の信号を得ることができ、高精度の測定を行うことができた。
【００２２】
第二実施形態
図４は、本発明の第二実施形態にかかるクロストーク測定装置の概略構成図である。ここで、図１に示した構成と対応する構成には符号１００を加え、説明を省略する。図４のクロストーク測定装置１１０も赤外アレイ検出器１１６を測定対象とするものである。ただし、第二実施形態では赤外アレイ検出器１１６に照射する光として赤外光を用いており、光射出手段１１２は一定の周期で強度変調された赤外光を射出する。
【００２３】
本実施形態も第一実施形態と同様に、光射出手段１１２から出射された赤外光は、集光手段１１４によって測定対象であるアレイ検出器１１６の一の受光素子１２２に集光される。そして、赤外アレイ検出器１１６の各受光素子２２からの受光信号はコンピュータ１２０へと送られ、そこでデータの記憶及び処理が行なわれる。つまり、記憶手段１３２には、光を照射した一の受光素子及びその素子に隣接する受光素子から受信した各受光信号の時間変化を記憶され、演算手段１３４では、各受光信号の時間変化のデータに対し、時間に関してフーリエ変換を行い、光射出手段１１２から出射された赤外光の強度変調の周期に対応するフーリエ成分を抽出する。
【００２４】
このように、本実施形態においても、各受光素子からの受光信号をフーリエ変換して赤外光の強度変調の周期に対応するフーリエ成分を抽出するという構成をとっているため、各受光素子からの受光信号が微弱であっても精度の高いクロストーク測定を行うことができる。
【００２５】
さらに、図４に示すように、光射出手段１１２は、可視光源１２４と、赤外光源１２５と、発振部１２６（変調部）と、ハーフミラー１２７と、を備えることが好適である。発振部１２６は赤外光源１２５を駆動し、出射される赤外光を一定の周期で強度変調する。また、ハーフミラー１２７は、可視光源１２４からの可視光と、赤外光源１２５からの赤外光を重ね合わせ、集光手段１１４へと導いている。つまり、可視光と、強度変調された赤外光とが同一光路を通り、赤外アレイ検出器１１６の受光素子２２へ集光される。
【００２６】
上記の構成の結果、可視光と赤外光は、赤外アレイ検出器１１６の受光面上の同じ位置に照射されることになる。つまり、測定にあたって光照射位置を確認する際に、観察手段１３８で観察した可視光の照射位置に基いて、赤外光の照射位置を容易に確認することができる。よって、本実施形態の測定装置によれば、赤外アレイ検出器の検出感度の高い赤外光を用いても、赤外光の照射位置を容易に確認することができ、精度の高い測定を行うことが可能となる。
【００２７】
第三実施形態
図５Ａ、５Ｂは、本発明にかかる第三実施形態のクロストーク測定装置の概略構成図である。ただし、図５Ａ、５Ｂは、図１と異なる構成要素（光射出手段）のみを図示し、図１と同様の構成要素（集光手段、ステージ、コンピュータ、観察手段等）は図示を省略した。
【００２８】
本実施形態の光射出手段２１２は、可視光源２２４と、赤外光源２２６と、発振部２２２６（変調部）と、ミラー２２７と、を備える。発振部２２６は、可視光源２２４もしくは赤外光源２２６を駆動し、可視光源２２４から出射する可視光、もしくは赤外光源２２６から出射する赤外光、を一定の周期で強度変調する。ミラー２２７は、可視光源２２４および赤外光源２２６の光路上へ挿入および光路上から退避可能に構成されている。つまり、図５Ａに示すように、ミラー２２７を光路上から退避した場合には、可視光源２２４からの可視光が光射出手段２１２から射出され、集光手段へと導かれる。一方、図５Ｂに示すように、ミラー２２７を光路上に挿入した場合には、赤外光源２２５からの赤外光がミラー２２７によって反射されて光射出手段２１２から出射され、集光手段へと導かれる。
【００２９】
このように、本実施形態のクロストーク測定装置によれば、測定対象のアレイ検出器の種類（検出感度の高い波長域が赤外光であるか可視光であるか）によって、出射する光を赤外光か可視光かに切換えることができる。
【実施例１】
【００３０】
図６、及び図７は、上記の第一実施形態にかかる測定装置によって赤外アレイ検出器のクロストーク測定を行った結果（フーリエ変換後）を示したグラフである。グラフの横軸が周波数、縦軸が検出強度である。測定は、強度を周波数１０００Ｈｚの正弦波変調された可視光（波長６３５ｎｍ）を検出器の一の受光素子に集光することで行なった。
【００３１】
図６は、クロストークを生じない検出器を測定対象としたものであり、Ｃｈ−３の受光素子（画素）に可視光を集光したものである。図６から分かるように、Ｃｈ−３の受光素子にのみ周波数１０００Ｈｚの位置に離散ピークが観察され、隣接するＣｈ−２、Ｃｈ−４の受光素子にはそのような離散ピークは観察されなかった。
図７は、クロストークを生じる検出器を測定対象としたものであり、Ｃｈ−５の受光素子に赤外光を集光したものである。図７から分かるように、Ｃｈ−５の受光素子にのみならず、隣接するＣｈ−４、Ｃｈ−６の受光素子にも周波数１０００Ｈｚの位置に離散ピークが観察された。
このように、本発明の実施形態にかかる測定装置を用いることで、クロストーク測定が良好に行えることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第一実施形態にかかるクロストーク測定装置の概略構成図である。
【図２】光射出手段から射出される可視光の強度変調の様子を示す模式的なグラフである。
【図３】図３（ａ）は、受光素子からの受光信号の時間変化の様子を示す模式的なグラフであり、図３（ｂ）は図３（ａ）を時間に関してフーリエ変換した後の周波数信号を示す模式的なグラフである。
【図４】本発明の第二実施形態にかかるクロストーク測定装置の概略構成図である。
【図５Ａ】本発明の第三実施形態にかかるクロストーク測定装置の光射出手段部分の概略構成図である。
【図５Ｂ】本発明の第三実施形態にかかるクロストーク測定装置の光射出手段部分の概略構成図である。
【図６】本発明の第一実施形態にかかる測定装置を用いて行なったクロストーク測定の結果を示すグラフである。
【図７】本発明の第一実施形態にかかる測定装置を用いて行なったクロストーク測定の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１０        クロストーク測定装置
１２        光射出手段
１４        集光手段
１６        赤外アレイ検出器（測定対象物）
１８        ステージ
２０        コンピュータ
２２        受光素子
【図１】
2007311730.tif 000003
【図２】
2007311730.tif 000004
【図３】
2007311730.tif 000005
【図４】
2007311730.tif 000006
【図５Ａ】
2007311730.tif 000007
【図５Ｂ】
2007311730.tif 000008
【図６】
2007311730.tif 000009
【図７】
2007311730.tif 000010