(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外光学系と、上記赤外光学系の結像面に位置し、赤外線検知素子と上記赤外線検知素子に接続して撮像素子の出力レベルを制御する電流制御用のトランジスタとからなる、素子温度安定化手段非搭載の撮像素子と、を備えた赤外線撮像装置において、
上記撮像素子に熱的に接続され、上記撮像素子の温度を測定する素子温度モニタと、
同一温度の被写体を撮像したときの上記撮像素子の出力レベルが一定となる、上記撮像素子の温度と上記トランジスタへの出力電圧との関係を示す制御データを予め記憶している記憶手段と、
上記素子温度モニタからの撮像素子の温度と上記制御データに基づき、上記撮像素子の温度における上記出力電圧を上記トランジスタに出力する素子出力レベル設定手段と、を備えたことを特徴とする赤外線撮像装置。
【請求項２】
上記トランジスタのベース端子は上記素子出力レベル設定手段に接続し、
上記制御データは、同一温度の被写体を撮像したときの上記撮像素子の出力レベルが一定となる上記撮像素子の温度と上記トランジスタのベース電圧との関係を示したデータであり、
上記素子出力レベル設定手段は、上記素子温度モニタからの撮像素子の温度と上記制御データに基づき、上記撮像素子の温度における上記出力電圧を上記トランジスタのベース端子に出力することを特徴とする請求項１記載の赤外線撮像装置。
【請求項３】
上記赤外線検知素子に接続され、上記赤外線検知素子へ信号電圧を印加する素子駆動信号供給手段と、
同一温度の被写体を撮像したときの上記撮像素子の出力レベルが一定となる、上記撮像素子の温度と上記赤外線検知素子への信号電圧との関係を示す第２の制御データを予め記憶している記憶手段と、を備え、
上記素子駆動信号供給手段は、上記素子温度モニタからの撮像素子の温度と上記第２の制御データに基づき、上記撮像素子の温度における上記信号電圧を上記赤外線検知素子に出力することを特徴とする請求項１記載の赤外線撮像装置。
【請求項４】
赤外光学系の結像面に位置し、赤外線検知素子と上記赤外線検知素子に接続して撮像素子の出力レベルを制御する電流制御用のトランジスタとからなる、素子温度安定化手段非搭載の撮像素子を備えた赤外線撮像装置において、
上記撮像素子に熱的に接続され、上記撮像素子の温度を測定する素子温度モニタと、
同一温度の被写体を撮像したときの上記撮像素子の出力レベルが一定となる、上記撮像素子の温度と上記トランジスタへの出力電圧との関係を示す制御データを予め記憶している記憶手段と、
上記素子温度モニタからの撮像素子の温度と上記制御データに基づき、上記撮像素子の温度における上記出力電圧を上記トランジスタに出力する素子出力レベル設定手段と、を備えたことを特徴とする赤外線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は赤外線撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の赤外線撮像装置の一例であって、Ｍは被写体、１は赤外光学系、２は赤外光学系１の結像面に位置する撮像素子、３は撮像素子２に熱的に接続した素子温度モニタ、４は素子に対してある一定の電圧を供給する第１の素子駆動信号供給手段、５は撮像素子２に接続した第１の素子出力レベル設定手段、６は撮像素子２に接続したドライバ回路、７は撮像素子２に接続した増幅回路、８は増幅回路７に接続したオフセットレベル設定手段、９は増幅回路７に接続した表示処理回路、１０は表示処理回路９に接続した感度補正データ、１１は表示処理回路９に接続した欠陥補正データ、１２は撮像素子２に熱的に接続した熱電素子、１３は素子動作温度設定手段、１４は素子温度モニタ３と素子動作温度設定手段１３と熱電素子１２に接続した電力供給手段である。
【０００３】
感度補正データ１０及び欠陥補正データ１１はカメラの試験・調整の時点でメモリに記録して格納されたものである。１５は赤外光学系１と撮像素子２の間の光路中に設置したシャッタ、１６はドライバ回路６と表示処理回路９とシャッタ１５に接続したタイミング発生回路、１７は撮像素子２と素子温度モニタ３と熱電素子１２を収納する素子パッケージ、１８は赤外線を透過する赤外窓、１９は筐体である。素子パッケージ１７と赤外窓１８で囲まれた空間は真空に保持されており、このような実装方法に関する従来の技術例としては特表平７−５０８３８４号がある。
【０００４】
図８は撮像素子２の構成の一例であり、説明の簡素化のため２×２画素のものを示した。図中２０〜２３は赤外線検知素子、２４〜２７はダイオード、２８〜３２はトランジスタ、３３は水平走査回路、３４は垂直走査回路である。赤外線検知素子２０〜２３は例えば特表平７―５０９０５７号公報に記載されている中空構造を有するマイクロボロメータである。
【０００５】
図９は表示処理回路９の構成であり、図中３５はA/D変換回路、３６はオフセット補正データ、３７はオフセット補正回路、３８は感度補正回路、３９は欠陥補正回路、４０はD/A変換回路である。
【０００６】
従来の動作について以下に説明する。
電源を投入すると電力供給手段１４は素子温度モニタ３の出力と素子動作温度設定手段１３の出力との差に応じた電力を熱電素子１２に供給し、撮像素子２の温度を素子動作温度設定手段１３により設定される室温の一定温度に安定化させる。
【０００７】
次にタイミング発生回路１６が生成するクロックをドライバ回路６経由で撮像素子２に送る。上記クロックは水平走査回路３３と垂直走査回路３４に供給され、トランジスタ２８〜３１を順次導通状態にすることにより、第１の素子出力レベル設定手段５の出力とトランジスタ３２の特性により決まるバイアス電流を第１の素子駆動信号供給手段４から赤外線検知素子２０〜２３に順次供給する。
【０００８】
ダイオード２４〜２７の存在によりバイアス電流は選択した1個の赤外線検知素子とトランジスタ３２を経由してグランドへ流れ、各赤外線検知素子の抵抗値に応じた信号をトランジスタ３２とグランドとの間に生じる電位差として出力し、上記信号を増幅回路７で増幅した後表示処理回路９へ入力する。
【０００９】
次にシャッタ１５を一旦閉じ、赤外線検知素子２０〜２３に一様な赤外線を入射した際の出力、すなわち赤外線検知素子２０〜２３の抵抗値固有のばらつきに相当する電圧をA/D変換回路３５でデイジタル信号に変換し、オフセット補正データ３６に記憶する。
【００１０】
次にシャッタ１５を開き、被写体Mが放射する赤外線を赤外光学系１により集光し、赤外窓１８を透過した後赤外線検知素子２０〜２３に結像する。これにより被写体からの放射赤外線の強度に応じた数mK程度の微小な温度上昇が赤外線検知素子２０〜２３に生じ、抵抗値が各検知素子毎に変化する。この状態でオフセット補正回路３７においてオフセット補正データを各赤外線検知素子毎に減算し、オフセットの補正を行なう。
【００１１】
次に感度補正データ１０には各赤外線検知素子の目標温度差に対する感度のばらつきに関するデータが記憶されており、感度補正回路３８において記憶データを各赤外線検知素子毎に掛け合わせることにより感度の補正を行なう。
【００１２】
さらに欠陥補正データ１１には各ボロメータのうち感度があらかじめ設定した値よりも特に低い画素すなわち欠陥画素のアドレスが記憶されており、欠陥画素に対しては左隣の画素の出力を連続して出力し欠陥画素の補正を行なう。上記のような補正を実施した後D/A変換回路４０においてアナログのビデオ信号に変換して出力する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の赤外線撮像装置は上記のように構成されている。つまり赤外線の検知は、赤外線検知素子２０〜２３に赤外線が入射したときに生じる赤外線強度に応じた温度上昇に伴う赤外線検知素子２０〜２３の抵抗値変化によるものである。そのため撮像素子２の温度が変化すると赤外線検知素子２０〜２３の温度も変化し、その結果赤外線検知素子２０〜２３の抵抗値も変化することになり、同じ温度の被写体を撮像してもその出力値が大きく異なることになる。このことより同一被写体で同一出力が得られるようにするためには撮像素子を室温の一定温度に安定化させる必要があった。そのため、素子温度安定手段と熱電素子が必要となり、そのための消費電力が増加するという問題点があった。
【００１４】
この発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、撮像素子２の温度に応じて撮像素子２に供給する第２の素子出力レベル設定手段４２の出力値および第２の素子駆動信号供給手段４１の出力値のうちいづれか一方または両方を変化させることにより、撮像素子２の温度変化による出力のずれを低減又は解消し、素子温度の安定化を必要としない消費電力が少ない赤外線撮像装置を得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による赤外線撮像装置は、赤外光学系と、上記赤外光学系の結像面に位置し、赤外線検知素子と上記赤外線検知素子に接続して撮像素子の出力レベルを制御する電流制御用のトランジスタとからなる、素子温度安定化手段非搭載の撮像素子と、を備えた赤外線撮像装置において、上記撮像素子に熱的に接続され、上記撮像素子の温度を測定する素子温度モニタと、同一温度の被写体を撮像したときの上記撮像素子の出力レベルが一定となる、上記撮像素子の温度と上記トランジスタへの出力電圧との関係を示す制御データを予め記憶している記憶手段と、上記素子温度モニタからの撮像素子の温度と上記制御データに基づき、上記撮像素子の温度における上記出力電圧を上記トランジスタに出力する素子出力レベル設定手段と、を備えたものである。
【００１６】
第２の発明による赤外線撮像装置は、第１の発明において、上記トランジスタのベース端子は上記素子出力レベル設定手段に接続し、上記制御データは、同一温度の被写体を撮像したときの上記撮像素子の出力レベルが一定となる上記撮像素子の温度と上記トランジスタのベース電圧との関係を示したデータであり、上記素子出力レベル設定手段は、上記素子温度モニタからの撮像素子の温度と上記制御データに基づき、上記撮像素子の温度における上記出力電圧を上記トランジスタのベース端子に出力するようにしたものである。
【００１７】
第３の発明による赤外線撮像装置は、第１の発明において、上記赤外線検知素子に接続され、上記赤外線検知素子へ信号電圧を印加する素子駆動信号供給手段と、同一温度の被写体を撮像したときの上記撮像素子の出力レベルが一定となる、上記撮像素子の温度と上記赤外線検知素子への信号電圧との関係を示す第２の制御データを予め記憶している記憶手段と、を備え、上記素子駆動信号供給手段は、上記素子温度モニタからの撮像素子の温度と上記第２の制御データに基づき、上記撮像素子の温度における上記信号電圧を上記赤外線検知素子に出力するようにしたものである。
【００１８】
第４の発明による赤外線撮像装置は、赤外光学系の結像面に位置し、赤外線検知素子と上記赤外線検知素子に接続して撮像素子の出力レベルを制御する電流制御用のトランジスタとからなる、素子温度安定化手段非搭載の撮像素子を備えた赤外線撮像装置において、上記撮像素子に熱的に接続され、上記撮像素子の温度を測定する素子温度モニタと、同一温度の被写体を撮像したときの上記撮像素子の出力レベルが一定となる、上記撮像素子の温度と上記トランジスタへの出力電圧との関係を示す制御データを予め記憶している記憶手段と、上記素子温度モニタからの撮像素子の温度と上記制御データに基づき、上記撮像素子の温度における上記出力電圧を上記トランジスタに出力する素子出力レベル設定手段と、を備えたものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示すブロック図である。図において４３はあらかじめ実測または算出により求めておいた撮像素子２の出力レベルが一定になるような素子温度モニタ３の出力とトタンジスタ３２への出力電圧の関係を示す第１の制御データ、４２は素子温度センサ３の出力を制御データ４３に出力し、その値に応じたデータ値を第１の制御データ４３を記憶したＲＯＭから得、得たデータ値に応じた出力を撮像素子２に出力する第２の素子出力レベル設定手段である。
第１の制御データ４３は撮像装置の試験・調整の時点でＲＯＭに記録して格納されたものである、
【００２３】
次に実施の形態１における動作を、図１をもとに説明する。撮像装置自身の発熱や外気温の変化等により、撮像装置内部温度は変化する。それに伴い、素子パッケージ１７内に収納された撮像素子２も素子パッケージ１７との接続部分の熱抵抗や撮像素子２および素子温度モニタ３の外部との電気的接続部分の熱抵抗を介して流出入する熱によりその温度が変化する。すると赤外線検知素子２０〜２３の温度も変化するためその抵抗値が変化し、結果として撮像素子２の出力レベルが変化する。
【００２４】
ところで、トランジスタ３２に第２の素子出力レベル設定手段４２から出力される電圧を変化させることにより、赤外線検知素子２０〜２３に流すバイアス電流を変化させることができる。これを利用すると、撮像素子２の温度変化に伴う赤外線検知素子２０〜２３の抵抗値変化による出力レベル変動分を相殺し、撮像素子２の温度が変化してもその出力レベルを一定にすることができる。
【００２５】
例えば、撮像装置の温度を変化させるなどの方法により撮像素子の温度を変化させる。各温度において、撮像素子２の出力レベルを計測器で測定し、出力レベルがある一定値となるようにトランジスタ３２への出力電圧値を調整する。このときのトランジスタ３２への電圧値と、素子温度モニタ３の出力値を測定する。これを各温度にて実施することにより、撮像素子２の出力レベルが一定となるような素子温度モニタ３の出力とトランジスタ３２への出力電圧との関係を求めることができる。また、トランジスタ３２に流れるバイアス電流特性および赤外線検知素子２０〜２３の温度による抵抗変化率が理論式で与えられていれば、撮像素子２の出力レベルは計算にて求めることができる。
【００２６】
図４は撮像素子２の出力レベルが一定となるような素子温度モニタ３の出力とトランジスタ３２への出力電圧との関係の一例を示す図である。
【００２７】
そこで、撮像素子２の出力レベルが一定になるような、素子温度モニタ３の出力とトランジスタ３２への出力電圧の関係を上記のような方法であらかじめ測定または算出にて求めて、第１の制御データ４３としてＲＯＭに記憶させておく。
【００２８】
第２の素子出力レベル設定手段４２が素子温度モニタ３の出力を受けると、それに応じたデータ値をＲＯＭから読み出し（第１の制御データ４３から得て）、その読み出されたデータ値に応じた出力を、第２の素子出力レベル設定手段４２から撮像素子２に出力する。これにより、撮像素子２の温度が変化してもその出力レベルは変化しない。一方被写体からの放射赤外線の強度に応じる微少な温度上昇は、撮像素子２の温度に対して発生するものであるため、従来の装置と同様に撮影が可能である。
【００２９】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２を示すブロック図である。図において４４はあらかじめ実測または算出により求めておいた撮像素子２の出力レベルが一定になるような素子温度モニタ３の出力とトランジスタ３０、３１への信号電圧の関係を示す第２の制御データ、４１は素子温度センサ３の出力を第２の制御データを記憶したＲＯＭに出力し、その値に応じたデータ値をＲＯＭに記憶された第２の制御データ４４から得、得たデータ値に応じた出力を撮像素子２に出力する第２の素子駆動信号供給手段である。第２の制御データ４４は撮像装置の試験・調整の時点でROMに記録して格納されたものである。
【００３０】
次に実施の形態２における動作を図２をもとに説明する。実施の形態１と同様に、トランジスタ３０、３１に第２の素子駆動信号供給手段４１から出力される信号電圧を変化させることにより、赤外線検知素子２０〜２３に流すバイアス電流を変化させることができる。これを利用すると、撮像素子２の温度変化に伴う赤外線検知素子２０〜２３の抵抗値変化による出力レベル変動分を相殺し、撮像素子２の温度が変化してもその出力レベルを一定にすることができる。
【００３１】
実施の形態１と同様の手法により撮像素子２の出力レベルが一定となるような素子温度モニタ３の出力とトランジスタ３０、３１との関係を測定または算出して求めることができる。
【００３２】
図５は撮像素子２の出力レベルが一定となるような素子温度モニタ３の出力とトランジスタ３０、３１との関係の一例を示す図である。
【００３３】
そこで、撮像素子２の出力レベルが一定になるような、素子温度モニタ３の出力とトランジスタ３０、３１への出力電圧の関係を上記のような方法であらかじめ測定または算出にて求めて、第２の制御データ４４としてＲＯＭに記憶させておく。第２の素子駆動信号供給手段４１が素子温度モニタ３の出力を受けると、それに応じたデータ値を第２の制御データ４４が記憶されたＲＯＭから読み出し、その読み出したデータ値に応じた出力を、第２の素子駆動信号供給手段４１から撮像素子２に出力する。
【００３４】
これにより撮像素子２の温度が変化してもその出力レベルは変化しない。一方被写体からの放射赤外線の強度に応じる微小な温度上昇は、撮像素子２の温度に対して発生するものであるため、従来の装置と同様に撮像が可能である。
【００３５】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３を示すブロック図である。図において４５はあらかじめ実測または算出により求めておいた撮像素子２の出力レベルおよび赤外線検知素子２０〜２３に流すバイアス電流が一定になるような素子温度モニタ３の出力とトランジスタ３２への出力電圧の関係を示す第３の制御データ、４６はあらかじめ実測または算出により求めておいた撮像素子２の出力レベルおよび赤外線検知素子２０〜２３に流すバイアス電流が一定になるような素子温度モニタ３の出力とトランジスタ３０、３１への信号電圧の関係を示す第４の制御データである。
【００３６】
次に実施の形態３における動作を、図３をもとに説明する。実施の形態１と同様に、トランジスタ３２に第２の素子出力レベル設定手段４２から出力する電圧を変化させることおよびトランジスタ３０、３１に第２の素子駆動信号供給手段４１から出力される信号電圧を変化させることにより、赤外線検知素子２０〜２３に流すバイアス電流および撮像素子２の出力レベルを変化させることができる。これらを利用すると、撮像素子２の温度が変化しても赤外線検知素子２０〜２３に流すバイアス電流および撮像素子２の出力レベルを、共に一定にする事ができる。
【００３７】
例えば、実施の形態１と同様に、撮像装置の温度を変化させるなどの方法により撮像素子の温度を変化させる。各温度において、撮像素子２の出力レベルおよび赤外線検知素子２０〜２３に流すバイアス電流を計測器で測定し、出力レベルがある一定値となるとともにバイアス電流が一定値となるようにトランジスタ３２への出力電圧値およびトランジスタ３０、３１への信号電圧とを調整する。
【００３８】
このときのトランジスタ３２への電圧値とトランジスタ３０、３１への信号電圧値および素子温度モニタ３の出力値を測定する。これを各温度にて実施することにより、赤外線検知素子２０〜２３に流すバイアス電流および撮像素子２の出力レベルが一定になるような、素子温度モニタ３の出力とトランジスタ３２への出力電圧およびトランジスタ３０、３１への信号電圧との関係を求めることができる。
【００３９】
また、トランジスタ３２に流れるバイアス電流特性および赤外線検知素子２０〜２３の温度による抵抗変化率が理論式で与えられていれば、撮像素子２の出力レベルは計算にて求めることができる。
【００４０】
図６（ａ）、（ｂ）は赤外線検知素子２０〜２３に流すバイアス電流および撮像素子２の出力レベルが一定になるような、素子温度モニタ３の出力とトランジスタ３２への出力電圧およびトランジスタ３０、３１への信号電圧との関係の一例を示す図である。
【００４１】
そこで、赤外線検知素子２０〜２３に流すバイアス電流および撮像素子２の出力レベルが一定になるような、素子温度モニタ３の出力とトランジスタ３２への出力電圧およびトランジスタ３０、３１への信号電圧との関係を上記のような方法であらかじめ測定または算出にて求めて、それぞれを第３および第４の制御データ４５および４６としてＲＯＭに記憶させておく。
【００４２】
第２の素子出力レベル設定手段４２が素子温度モニタ３の出力を受けると、それに応じたデータ値を第１の制御データ４３を記憶したＲＯＭから読み出し、その読み出したデータ値に応じた出力を、第２の素子出力レベル設定手段４３から撮像素子２に出力する。
【００４３】
またこれと同時に第２の素子駆動信号供給手段４１が素子温度モニタ３の出力を受けると、それに応じたデータ値を第２の制御データ４４を記憶したＲＯＭから読み出して、その読み出したデータ値に応じた出力を、第２の素子駆動信号供給手段４１から撮像素子２に出力する。これらにより撮像素子２の温度が変化してもその出力レベルは変化しない。一方被写体からの放射赤外線の強度に応じる微小な温度上昇は、撮像素子２の温度に対して発生するものであるため、従来の装置と同様に撮像が可能である。
【００４４】
第２の素子出力レベル設定手段４２および第２の素子駆動信号供給手段４１の動作は同期しているのが望ましいが、個別の動作であってもかまわない。
【００４５】
なお、本実施の形態では、撮像素子２の構成の一例として説明の簡素化のため２×２画素のものを示したが、任意のｍ×ｎ（ｍ，ｎは自然数）画素であっても同様の効果があることは言うまでもない。
【００４６】
【発明の効果】
第１、第２、第４の発明によれば、撮像素子の温度に応じて素子出力レベル設定手段の出力値を変化させることにより撮像素子の温度変化による出力のずれを低減または解消できるようにしたため、素子温度の安定が不要で消費電力が少ない赤外線撮像装置が得られる効果がある。
【００４８】
第３の発明によれば、撮像素子の温度に応じて素子出力レベル設定手段の出力値および素子駆動信号供給手段の出力値を変化させることにより撮像素子の温度変化によるバイアス電流および出力のずれを低減または解消できるようにしたため、素子温度の安定が不要で消費電力が少ない赤外線撮像装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による赤外線撮像装置の実施の形態１を示すブロック図である。
【図２】  この発明による赤外線撮像装置の実施の形態２を示すブロック図である。
【図３】  この発明による赤外線撮像装置の実施の形態３を示すブロック図である。
【図４】  素子温度モニタ３の出力とトランジスタ３２への出力電圧との関係を示す図である。
【図５】  素子温度モニタ３の出力とトランジスタ３０?３１との関係を示す図である。
【図６】  素子温度モニタ３の出力とトランジスタ３２への出力電圧およびトランジスタ３０〜３１への信号電圧との関係を示す図である。
【図７】  従来の赤外線撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図８】   従来の赤外線撮像装置における撮像素子２の構成を示す図である。
【図９】  従来の赤外線撮像装置における表示処理回路９の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  赤外光学系、２  撮像素子、３  素子温度モニタ、４  第１の素子駆動信号供給手段、５  第１の素子出力レベル設定手段、１７  素子パッケージ、１８赤外窓、２０〜２３  赤外線検知素子、２４〜２７  ダイオード、２８〜３２トランジスタ、３３  水平走査回路、３４  垂直走査回路、４１  第２の素子駆動信号供給手段、４２  第２の素子出力レベル設定手段、４３  第１の制御データ、４４  第２の制御データ、４５  第３の制御データ、４６  第４の制御データ。
【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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