(57)【要約】【課題】赤外線撮像装置においては、撮像信号の温度ドリフトを抑圧するためペルチェ素子及びペルチェ素子の制御回路を必要とし、コストや筐体サイズが大きくなっていた。【解決手段】オフセット算出回路（１５）は、Ａ／Ｄ変換器（７）の出力信号の１フレーム全画素分の平均値を算出して、信号ダイナミックレンジ中心の目標レベルとの信号レベル差を求めて、電位調整回路（５）へ電位調整量を供給する。オフセット算出回路（１５）から電位調整量を供給されることで電位調整回路（５）の出力信号は、平均信号レベルが信号ダイナミックレンジの中心値に一致するように調整される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長域に感度を有する撮像手段と、
所定の波長域成分を前記撮像手段の撮像面上で結像させる結像手段と、
前記撮像手段から出力される撮像信号の信号電位を電位調整する電位調整手段と、
前記電位調整手段の出力信号をデジタル信号に変換してデジタル撮像信号を出力するデジタル変換手段と、
前記デジタル変換手段から出力される前記デジタル撮像信号に基づいて電位調整量を算出し、前記電位調整手段へ供給する電位調整制御手段と
を備えることを特徴とする赤外線撮像装置。
【請求項２】
前記電位調整制御手段は、
前記デジタル撮像信号の所定水平画素範囲と所定垂直画素範囲に該当する画素平均値を算出する画素平均算出手段と、
前記画素平均算出手段から出力された前記画素平均値と所定の基準値から前記電位調整量を算出する調整量算出手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像装置。
【請求項３】
前記所定の基準値は、前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号のダイナミックレンジの中心値に対応する値であることを特徴とする請求項２に記載の赤外線撮像装置。
【請求項４】
前記電位調整制御手段は、
前記デジタル撮像信号の画像フレーム間の動きを検出する動き検出手段をさらに備え、
前記画素平均算出手段は、前記所定水平画素範囲と前記所定垂直画素範囲に該当する画素のうち前記動き検出手段において動いていると判断した画素部分の画素平均値を算出する
ことを特徴とする請求項２に記載の赤外線撮像装置。
【請求項５】
前記電位調整制御手段は、
前記デジタル撮像信号の所定水平画素範囲と所定垂直画素範囲に該当する画素の最大値と最小値の変動幅を求め、前記変動幅の変動中心値を算出する画素中心値算出手段と、
前記画素中心値算出手段から出力された画素中心値と所定の基準値から前記電位調整量を算出する調整量算出手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像装置。
【請求項６】
前記所定の基準値は、信号ダイナミックレンジの中心値であることを特徴とする請求項５に記載の赤外線撮像装置。
【請求項７】
前記電位調整制御手段は、前記デジタル撮像信号のノイズを抑圧するノイズ抑圧手段をさらに有し、前記画素中心値算出手段は、前記デジタル撮像信号の所定水平画素範囲と所定垂直画素範囲に該当する画素の最大値と最小値からノイズの影響を除いて前記変動幅の変動中心値を算出することを特徴とする請求項５に記載の赤外線撮像装置。
【請求項８】
前記所定水平画素範囲は、水平方向全有効画素範囲であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
【請求項９】
前記所定垂直画素範囲は、垂直方向全有効画素範囲であることを特徴とする請求項２乃至８のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
【請求項１０】
前記所定水平画素範囲は、水平方向全有効画素範囲の中心から所定の画素数であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
【請求項１１】
前記所定垂直画素範囲は、垂直方向全有効画素範囲の中心から所定の画素数であることを特徴とする請求項２乃至７、及び１０のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
【請求項１２】
前記電位調整手段は、
前記電位調整制御手段で算出した電位調整量をアナログ信号に変換してアナログ信号電位を出力するアナログ変換手段を備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
【請求項１３】
前記電位調整手段は、
前記電位調整制御手段で算出した電位調整量の上位ビットをアナログ信号に変換して第１のアナログ信号電位を出力する第１のアナログ変換手段と、
前記電位調整量の下位ビットをアナログ信号に変換して第２のアナログ信号電位を出力する第２のアナログ変換手段と、
前記上位ビットと下位ビットのアナログ換算値に基づいて第１のアナログ信号電位と第２のアナログ信号電位を加算する加算手段と
を備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
【請求項１４】
前記電位調整手段は、
前記電位調整制御手段で算出した電位調整量をパルス幅変調したパルス信号に変換するパルス幅変調手段と、
前記パルス信号を平滑してアナログ信号電位を出力する低域通過フィルタ手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像装置。
【請求項１５】
前記撮像手段の出力からデジタル変換手段の入力へ至る信号経路は、ＤＣ結合されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像装置。
【請求項１６】
前記撮像手段は、熱検知部が半導体基板内に形成された空洞内に支持脚で保持される中空構造画素を二次元配置した有効画素部と、半導体基板上に熱検知部を形成した非中空構造画素を前記有効画素部の外周を囲むように配置した周辺画素部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像装置。
【請求項１７】
前記所定の波長域成分は、概ね８〜１４マイクロメートル波長帯域であることを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線固体撮像素子を用いた赤外線撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の赤外線撮像装置として、特許文献１に示されたものがある。この赤外線撮像装置においては、温度ドリフトの影響を少なくする目的で、赤外線検出器のデバイス温度を一定に保つペルチェ素子を用いるとともに、オプティカルブラックのばらつき量と、各画素のドリフトの係数から、有効画素のドリフト量を推定して補正するドリフト補正回路を備えている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１６８１１６号公報（段落００３７）
【特許文献２】特開２００６−１９７７８４号公報  なお、特許文献２については後に言及する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来の装置は、赤外線検出器出力の温度ドリフトを抑制するためペルチェ素子及びペルチェ素子のコントローラを備えているので、部品コストや基板面積が大きくなっていた。またペルチェ素子による吸熱分の放熱構造も必要となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の赤外線撮像装置は、
所定の波長域に感度を有する撮像手段と、
所定の波長域成分を前記撮像手段の撮像面上で結像させる結像手段と、
前記撮像手段から出力される撮像信号の信号電位を電位調整する電位調整手段と、
前記電位調整手段の出力信号をデジタル信号に変換してデジタル撮像信号を出力するデジタル変換手段と、
前記デジタル変換手段から出力される前記デジタル撮像信号に基づいて電位調整量を算出し、前記電位調整手段へ供給する電位調整制御手段と
を備える。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、撮像信号に基づいて電位調整量を算出して、撮像信号の信号レベルを補正することにより、信号電位がデジタル変換回路の入力レンジにおさまり、デジタルの各種映像信号処理を加えることができる。また、デジタル変換回路の入力レンジぎりぎりまで増幅して撮像信号をデジタル変換回路へ入力できるため、より精細な階調でデジタル変換でき、量子化ノイズを抑圧することが出来る。さらに、ペルチェ素子及びペルチェ素子のコントローラを使わないことから、部品コストや基板面積を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の赤外線撮像装置の構成例を表すブロック図である。
図示の赤外線撮像装置は、レンズ１、シャッタ２、撮像素子３、減算回路４、電位調整回路５、増幅回路６、Ａ／Ｄ変換器７、オフセット算出回路１５、減衰回路１０、加算回路１１、更新回路１２、フレームメモリ１３、ＦＰＮ用Ｄ／Ａ変換器１４、タイミング生成回路１７、シャッタ制御回路１８、及び出力信号用Ｄ／Ａ変換器８を有する。
撮像素子３は、所定の波長域、例えば概ね８〜１４マイクロメートルの波長域に感度を有する。
レンズ１は、上記所定の波長域成分を撮像素子３の撮像面上で結像させる結像手段として用いられている。
【０００９】
電位調整回路５は、撮像素子３から出力される撮像信号の信号電位を電位調整する。
増幅回路６は、電位調整回路５の出力を増幅する。
Ａ／Ｄ変換器７は、電位調整回路５のアナログ出力信号を、増幅回路６で増幅したものをデジタル信号に変換してデジタル撮像信号を出力するデジタル変換手段として用いられている。
【００１０】
オフセット算出回路１５は、Ａ／Ｄ変換器７から出力されるデジタル撮像信号に基づいて電位調整量を算出し電位調整回路５に供給する電位調整制御手段としての役割を持つ。
【００１１】
まず標準動作状態としてシャッタ２が開いた状態での動作を説明する。被写体が放射する赤外線はレンズ１により集光され、シャッタ２が開放状態のとき撮像素子３上に結像する。撮像素子３には赤外線を検知する素子（検知素子）が二次元平面上に配列されており、各素子から赤外線強度に応じて変化する信号が得られる。撮像素子３に配列されている赤外線検知素子は概ね８〜１４マイクロメートルの波長帯域に感度を有する。
【００１２】
ＦＰＮ用Ｄ／Ａ変換器１４はフレームメモリ１３に格納されているデジタル固定パターンノイズ（固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を表すデジタル信号）をアナログ変換してアナログ固定パターンノイズ（固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を表すアナログ信号）を出力する。
減算回路４は、撮像素子３の出力信号である撮像信号から、ＦＰＮ用Ｄ／Ａ変換器１４の出力（アナログ固定パターンノイズ）を減算して、これにより得られる信号成分を出力する。
【００１３】
減算回路４の出力信号は、電位調整回路５に供給される。電位調整回路５はオフセット算出回路１５の出力信号に基づいて、減算回路４から供給された信号の電位を調整して増幅回路６へ供給する。
増幅回路６は電位調整回路５から供給された信号を所定の増幅率で増幅する。増幅回路６の増幅率は、撮像信号から固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を除いた信号成分振幅がＡ／Ｄ変換器７の入力ダイナミックレンジのフルレンジになるように設定する。増幅回路６の出力信号はＡ／Ｄ変換器７へ供給される。
【００１４】
Ａ／Ｄ変換器７は増幅回路６の出力信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器７の出力信号は、出力信号用Ｄ／Ａ変換器８、減衰回路１０、及びオフセット算出回路１５へ供給される。
出力信号用Ｄ／Ａ変換器８はＡ／Ｄ変換器７の出力信号をアナログ変換して出力端子９から出力する。
【００１５】
オフセット算出回路１５は、Ａ／Ｄ変換器７の出力信号の１フレーム全画素分を積算して積算画素数で割って画素平均値を算出して、信号ダイナミックレンジ中心の目標レベルとの信号レベル差を求めて、電位調整回路５へ電位調整量を供給する。また、１フレーム全画素分の積算値と、信号ダイナミックレンジの中心値に積算画素数をかけた目標レベルとの信号レベル差から、電位調整回路５への電位調整量を求めてもよい。オフセット算出回路１５から電位調整量を供給されることで電位調整回路５の出力信号は、信号のダイナミックレンジの中心値に一致するように調整される。
【００１６】
次にデジタル固定パターンノイズ（ＦＰＮ）をフレームメモリ１３に格納する動作モードを、図１を参照して説明する。この動作モードでは、シャッタ２は遮蔽状態に、更新回路１２はフレームメモリ１３の更新を許可された状態に制御される。シャッタ２が遮光状態なので撮像素子３からは固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を含むノイズ成分のみが出力信号として出力される。
【００１７】
減算回路４は、撮像素子３の出力信号である撮像信号から、フレームメモリ１３に格納されているデジタル固定パターンノイズ（ＦＰＮ）をＤ／Ａ変換器１４でアナログ変換して得られるアナログ固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を減算する。減算回路４の出力信号は、電位調整回路５で、所定の信号電位に調整され、増幅回路６で所定の増幅率で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器７でデジタル信号に変換される。
【００１８】
減衰回路１０は、Ａ／Ｄ変換器７の出力信号を所定の減衰率で減衰した信号を出力する。減衰回路１０の所定の減衰率は、増幅回路６の所定の増幅率を考慮して、減衰回路１０による信号振幅が元信号と同じ又はより小さくなるように定められる。
【００１９】
加算回路１１は、フレームメモリ１３に格納されている固定パターンノイズＦＰＮと、減衰回路１０の出力信号を加算し、最新のデジタル固定パターンノイズ（ＦＰＮ）として出力する。
【００２０】
加算回路１１から出力された最新のデジタル固定パターンノイズ（ＦＰＮ）は更新回路１２経由でフレームメモリ１３に格納される。フレームメモリ１３の格納信号は、Ｄ／Ａ変換器１４でアナログ信号に変換された後、減算回路４に供給されると共に加算回路１１にも供給される。
【００２１】
タイミング生成回路１７はシャッタ制御回路１８と更新回路１２の動作タイミングを指示する信号を出力する。シャッタ制御回路１８はタイミング生成回路１７から出力されるタイミング信号に基づいてシャッタ２の開閉動作を制御する。更新回路１２はタイミング生成回路１７から出力されるタイミング信号に基づいてフレームメモリ１３内の記憶データを加算回路１１の出力信号で更新する。タイミング生成回路１７はシャッタ２が完全に遮蔽状態の時、更新回路１２によるフレームメモリ１３内の記憶データの更新を許可する。
【００２２】
タイミング生成回路１７は、図示していない外部スイッチの操作によって手動モードでシャッタ２を閉じて、フレームメモリ１３内に保存されるデジタル固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を、その時点での撮像素子３の出力信号に含まれる固定パターンノイズ（ＦＰＮ）に対応するよう更新する。また、タイミング生成回路１７は、所定時間が経過する毎にシャッタ２を閉じて、フレームメモリ１３内に保存されるデジタル固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を、その時点での撮像素子３の出力信号に含まれる固定パターンノイズ（ＦＰＮ）に対応するよう更新する。上記の所定時間はフレームメモリ１３内に保存されるデジタル固定パターンノイズ（ＦＰＮ）と、撮像素子３の出力信号に含まれる固定パターンノイズ（ＦＰＮ）との違いが、温度変化などにより、無視できなくなるのに要する時間に相当する。
【００２３】
シャッタ２が完全に遮蔽状態になって最初のＦＰＮ取込１フレーム目で、フレームメモリ１３は新たにデジタル固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を取込むため記憶信号を０にリセットする。Ｄ／Ａ変換器１４はフレームメモリ１３から出力された０レベル信号をアナログ変換して減算回路４に供給する。減算回路４は、撮像素子３の出力信号から、フレームメモリ１３に格納されている０レベル信号のアナログ変換信号を減算するので撮像素子３の出力信号をそのまま出力する。減算回路４の出力信号は、電位調整回路５で、所定の信号電位に調整され、増幅回路６で所定の増幅率で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器７でデジタル信号に変換される。この段階では、撮像素子３から出力される固定パターンノイズ（ＦＰＮ）が、そのままＡ／Ｄ変換器７に入力されるため、Ａ／Ｄ変換器７の入力ダイナミックレンジ範囲よりも大きい固定パターンノイズ（ＦＰＮ）は振幅の中心部分だけがＡ／Ｄ変換される。入力ダイナミックレンジ範囲から外れた信号は、Ａ／Ｄ変換されないで切り捨てられる。この時、Ａ／Ｄ変換器７に供給される信号の直流電位は、Ａ／Ｄ変換器７の入力ダイナミックレンジ範囲の中心になるよう調整されている。
【００２４】
減衰回路１０は、Ａ／Ｄ変換器７の出力信号を減衰する。加算回路１１は、フレームメモリ１３に格納されているリセット後の０レベル信号と、減衰回路１０の出力信号とを加算し、ＦＰＮ取込１フレーム目のデジタル固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を生成する。加算回路１１から出力されたＦＰＮ取込１フレーム目のデジタル固定パターンノイズ（ＦＰＮ）は更新回路１２経由でフレームメモリ１３に格納される。
【００２５】
ＦＰＮ取込２フレーム目で、減算回路４は、撮像素子３から出力される固定パターンノイズ（ＦＰＮ）から、ＦＰＮ取込１フレーム目のデジタル固定パターンノイズ（ＦＰＮ）のアナログ変換信号を減算する。例えば増幅回路６の増幅率と減衰回路１０の減衰率が整合している場合は、ＦＰＮ取込１フレーム目で、Ａ／Ｄ変換器７でＡ／Ｄ変換されないで切り捨てられた部分が減算回路４の出力信号になる。
【００２６】
減算回路４の出力信号は、電位調整回路５で、所定の信号電位に調整され、増幅回路６で所定の増幅率で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器７でデジタル信号に変換される。撮像素子３の出力信号は振幅の中心部分だけがＡ／Ｄ変換される。入力ダイナミックレンジ範囲から外れた信号は、Ａ／Ｄ変換されないで切り捨てられる。この時、Ａ／Ｄ変換器７に供給される信号の直流電位は、Ａ／Ｄ変換器７の入力ダイナミックレンジ範囲の中心になるよう調整されている。
【００２７】
減衰回路１０は、Ａ／Ｄ変換器７の出力信号を減衰する。加算回路１１は、フレームメモリ１３に格納されているＦＰＮ取込１フレーム目のデジタル固定パターンノイズ（ＦＰＮ）と、減衰回路１０の出力信号とを加算し、ＦＰＮ取込２フレーム目のデジタル固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を生成する。加算回路１１から出力されたＦＰＮ取込２フレーム目のデジタル固定パターンノイズ（ＦＰＮ）は更新回路１２経由でフレームメモリ１３に格納される。
【００２８】
このように、シャッタ２を遮蔽状態にして固定パターンノイズ（ＦＰＮ）の取込を所定フレーム期間行うことで、撮像素子３の出力信号に含まれる固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を、デジタル化したデジタル固定パターンノイズ（ＦＰＮ）をフレームメモリ１３に取り込むことが出来る。固定パターンノイズ（ＦＰＮ）の取込に必要なフレーム数は、撮像素子３の出力信号に含まれる固定パターンノイズ（ＦＰＮ）の振幅、増幅回路６の増幅率、減衰回路１０の減衰率などに依存する。タイミング生成回路１７は、固定パターンノイズ（ＦＰＮ）の取込モードを所定フレーム期間として、シャッタ制御回路１８と更新回路１２を制御する。
【００２９】
また、Ａ／Ｄ変換器７の出力信号が所定値より小さくなったことで取込完了と判断してもよい。タイミング生成回路１７は、Ａ／Ｄ変換器７の出力信号が１フレーム期間以上にわたって所定値より小さくなったことを確認して標準動作状態に移行するためシャッタ制御回路１８と更新回路１２を制御する。
【００３０】
撮像素子３が出力する撮像信号から固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を差し引いた信号をデジタル変換することで、撮像素子３が出力する撮像信号をそのままデジタル変換する場合と比較し、デジタル変換器のダイナミックレンジを有効に利用することが出来る。
【００３１】
Ａ／Ｄ変換器７とＤ／Ａ変換器１４は例えば同じビット精度であっても出力信号の振幅、直線性などの性能に差があるため、Ａ／Ｄ変換器７の出力信号を減衰しないでそのままデジタル固定パターンノイズ（ＦＰＮ）と加算するとＡ／Ｄ変換器７とＤ／Ａ変換器１４の特性差によっては信号が発散し、収束しにくくなる。そのため、減衰回路１０にて振幅を所定の減衰率で減衰してからデジタル固定パターンノイズ（ＦＰＮ）と加算する。これにより、Ａ／Ｄ変換器７とＤ／Ａ変換器１４の特性差が吸収でき、信号の発散を防いでデジタル固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を取込むことができる。
【００３２】
図２はオフセット算出回路１５の構成例を示すブロック図である。図示のオフセット算出回路は、基準値生成回路１５２、平均回路１５１、調整量算出回路１５３、水平範囲生成回路１５４、及び垂直範囲生成回路１５５を有する。調整量算出回路１５３の出力に接続された第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５１、及び第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５２は電位調整回路５の構成要素である。
【００３３】
図２を参照して、オフセット算出回路１５の動作を説明する。Ａ／Ｄ変換器７で、アナログ信号からデジタル信号へ変換された信号は、平均回路１５１へ供給される。平均回路１５１は、Ａ／Ｄ変換器７から供給された信号のうち水平範囲生成回路１５４、垂直範囲生成回路１５５により指定された範囲の信号を積算した積算値を積算画素数で割った画素平均値を算出する。水平範囲生成回路１５４は、例えば水平ブランキング部分を除く水平有効画素に相当する信号を平均回路１５１へ供給する。垂直範囲生成回路１５５は、例えば垂直ブランキング部分を除く垂直有効画素に相当する信号を平均回路１５１へ供給する。
【００３４】
なお、上記の例のように、有効画素部分の全画素の平均値を求める代わりに、有効画素部分の中央部分画像の平均値を求めるように水平範囲生成回路１５４、垂直範囲生成回路１５５による範囲指定を行うようにしても良い。例えば、水平方向に関し、水平方向全有効画素範囲の中心から所定の画素数の範囲内の平均値を求めるようにしても良く、垂直方向に関し、垂直方向全有効画素範囲の中心から所定の画素数の範囲内の平均値を求めるようにしても良く、水平方向全有効画素範囲の中心から所定の画素数の範囲内で、かつ垂直方向全有効画素範囲の中心から所定の画素数の範囲内の平均値を求めるようにしても良い。水平範囲生成回路１５４、垂直範囲生成回路１５５による範囲指定は使用者が特に着目する画像部分を、優先的により見やすく画像調整するために任意に調整できるように構成することも可能である。
【００３５】
平均回路１５１は、算出した画素平均値を調整量算出回路１５３へ供給する。
基準値生成回路１５２はＡ／Ｄ変換器７の出力信号のダイナミックレンジの中心値を目標レベルとして調整量算出回路１５３へ供給する。
調整量算出回路１５３は、目標レベルである基準値生成回路１５２の出力信号と現在の画像フレームの信号レベルである平均回路１５１の出力信号から、電位調整回路５での信号レベルの調整量を求める。信号レベルの調整量は、例えば基準値生成回路１５２の出力信号と平均回路１５１の出力信号の差分をとり、所定の利得調整を行って求める。所定の利得は、調整量算出回路１５３から電位調整回路５までのデジタル、アナログを含む利得換算値及び、電位調整回路５からＡ／Ｄ変換器７までのアナログ、デジタルを含む利得換算値を考慮して求める。
【００３６】
以下、第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５１と第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５２が、例えば各々８ビットの電位調整用Ｄ／Ａ変換器であるものとして説明する。なお、本例のように、２個の８ビット電位調整用Ｄ／Ａ変換器を使う代わりに、１個の８ビット以上の電位調整用Ｄ／Ａ変換器を使うこととしても良く、この点は、回路性能や部品コストや実装面積など各種要素を考慮して決定する。調整量算出回路１５３は電位調整量を上位８ビットと下位８ビットに分け、上位８ビットを第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５１へ供給し、下位８ビットを第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５２へ供給する。
【００３７】
図３は電位調整回路５の詳細な構成例を、減算回路４と増幅回路６と合わせて表すブロック図である。
第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５１、第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５２、抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ６、抵抗Ｒ７、抵抗Ｒ８、コンデンサＣ１、及びオペアンプＡ１は電位調整回路５の構成要素である。
抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、及びオペアンプＡ１は減算回路４の構成要素であり、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ３、及びオペアンプＡ１は増幅回路６の構成要素である。
このように、オペアンプＡ１は、減算回路４と電位調整回路５と増幅回路６の各々の一部を成す。
電子回路の回路構成は、回路性能や部品コストや実装面積など各種要素を考慮して決定する。
抵抗Ｒ４はＡ／Ｄ変換器７の保護抵抗である。
【００３８】
図３を参照して減算回路４と増幅回路６の動作を説明する。撮像素子３からは、信号振幅と固定パターンノイズ振幅及び温度ドリフトを含めて２．５Ｖから４．５Ｖの電位範囲で信号が出力される。Ｄ／Ａ変換器１４からは、４Ｖから５Ｖの出力レンジにおいて有効画素部分は平均４．８Ｖで出力される。Ｄ／Ａ変換器１４の出力レンジは１Ｖ範囲であるため、撮像素子３の出力信号の２Ｖ範囲の固定パターンノイズを吸収するため、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２値は、撮像素子３の出力信号に対してＤ／Ａ変換器１４の出力信号が２倍になる加算比となるように定められている。図示の例では、Ｒ１が３．０ｋΩ、Ｒ２が１．５ｋΩとされている。
また、オペアンプＡ１は撮像素子３の出力信号が反転するような回路構成としているため、Ｄ／Ａ変換器１４からは反転位相の固定パターンノイズが得られる。このように抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とオペアンプＡ１を含んだ回路で減算回路４を構成している。
【００３９】
また、図示の例では、Ｒ３は３．０ｋΩとされ、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３とオペアンプＡ１は１倍の反転増幅器を、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とオペアンプＡ１は２倍の反転増幅器を構成している。これら回路部分で増幅回路６を構成している。増幅回路６のゲイン設定は、Ａ／Ｄ変換器７の入力レンジや撮像装置全体の利得を考慮して決定される。上記の例ではオペアンプＡ１を、他の回路ブロックと共用する回路例を示したが、必要な利得に応じて、増幅回路を電位調整回路５や減算回路４の前段などに配置することとしても良い。
【００４０】
Ａ／Ｄ変換器７は、１．６Ｖを中心とした１Ｖ振幅の入力レンジを持つ。電位調整回路５は、反転増幅器の構成としているオペアンプＡ１の＋側バイアス入力を調整して、撮像素子３の出力信号から固定パターンノイズを除いた信号をＡ／Ｄ変換器７の入力レンジに収める。オペアンプＡ１の＋側バイアス入力が、３．６６Ｖ中心のときオペアンプＡ１の出力が１．６Ｖ中心になる。また、撮像素子３の出力信号が２．５Ｖから４．５Ｖまで変化した時でも、オペアンプＡ１の出力が１．６Ｖ中心になるように電位調整回路５は３．６６Ｖ±０．２７Ｖの調整範囲が必要である。
【００４１】
図３を参照して電位調整回路５の動作を説明する。第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５１の出力信号と第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５２の出力信号は所定の混合比で混合される。図３では、第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５１の出力信号に対して第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５２の出力信号が１／３２になるような抵抗比で混合している。８ビット信号の上位と下位の加算なので、下位を１／２５６にして混合すれば１６ビット精度の電位調整用Ｄ／Ａ変換器と同等になるが、電位調整用Ｄ／Ａ変換器各々のリニアリティ特性や利得のばらつきを考慮して粗調整側の上位８ビットの約８階調分を、微調整側の下位８ビットの２５６階調でカバーする混合比とした。この混合比は、電位調整用Ｄ／Ａ変換器の性能や回路ノイズなどを考慮して決めることが出来る。
【００４２】
第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５１の出力信号と第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５２が中心の1.６５Ｖ出力している時に、オペアンプＡ１の＋側バイアス入力が３．６６Ｖとなるように抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６は決められる。
また、第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５１の出力信号と第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５２の出力信号を０Ｖから３．３Ｖまで変化させることで、オペアンプＡ１の＋側バイアス入力で３．６６Ｖ±０．２７Ｖの調整範囲が得られるよう抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６は決められる。
図示の例では、Ｒ７は２．６ｋΩ、Ｒ８は３．６ｋΩ、Ｒ５は７．５ｋΩ、Ｒ６は２４０ｋΩとされている。
【００４３】
図４はこの発明の実施の形態１の赤外線撮像装置の別の構成例を表すブロック図である。図４においてレンズ１、シャッタ２、減算回路４、増幅回路６、Ａ／Ｄ変換器７、減衰回路１０、加算回路１１、更新回路１２、フレームメモリ１３、ＦＰＮ用Ｄ／Ａ変換器１４、タイミング生成回路１７、シャッタ制御回路１８、出力信号用Ｄ／Ａ変換器８、出力端子９、オフセット算出回路１５は、実施の形態１で説明した図１の同じ番号を付した回路要素と同様に動作して同様な効果を示すものであるので、その説明を省略する。
【００４４】
撮像素子３は、出力電位の調整回路を内蔵している。調整用電位出力回路５７は撮像素子３内蔵の出力電位の調整回路を調整して、温度ドリフトによる信号変動があっても撮像素子３の出力信号がＡ／Ｄ変換器７の入力レンジに収まるように動作する。さらに、撮像素子３が、出力電位の調整回路を内蔵している場合でも、図１の電位調整回路５を設けて、センサ内部での電位調整と、センサ外部での電位調整を同時に動作させても良い。
【００４５】
撮像素子３の出力から、減算回路４、増幅回路６など、Ａ／Ｄ変換回路７の入力へ至る信号経路は、ＤＣ結合で構成する。撮像素子３は、熱検知部が半導体基板内に形成された空洞内に支持脚で保持される中空構造画素を二次元配置した有効画素部と、半導体基板上に熱検知部を形成した非中空構造画素を前記有効画素部の外周を囲むように配置した周辺画素部を備えている。
【００４６】
そのような構造の撮像素子の例が、上記の特許文献２に示されている。特許文献２に示された撮像素子は、図５、図６及び図７に示すように構成されている。
【００４７】
図５において、検知素子２００はＳＯＩ基板４００上にアレイ状に複数個配列されている。その配列された個々の検知素子２００をアドレスするための走査回路１１０と、検知素子２００が出力した信号を処理して外部に出力するための信号処理回路１２０とが検知素子アレイ１３０の周辺部に設けられている。
【００４８】
図６は、図５中に配置されている検知素子２００を部分的に拡大した平面図であって、わかりやすく説明するために、ＰＮ接合ダイオード３００に係わる部分を透視したものである。検知素子２００は、検出部２１０と支持脚２２０とを含む構成であり、さらに、検出部２１０にはＰＮ接合ダイオード３００が内蔵されている。検出部２１０は支持脚２２０によって支えられて、検出部２１０が中空に浮いた状態となる。また、検出部２１０は、支持脚２２０により基板側と接続され、その支持脚２２０の中に配設されている配線４５１を介して図５に示す走査回路１１０に電気的に接続されている。
【００４９】
図７は、図６におけるＡ−Ａ線断面図であり、検知素子２００が断熱構造になっている状態を示すものである。検出部２１０は、シリコン基板１４０の一部分を除去することによって作った空洞２３０の上に支持脚２２０によって保持されている。このため、検出部２１０は、シリコン基板１４０から熱的に絶縁された構造になっている。
【００５０】
ＰＮ接合ダイオード３００はＰ型半導体層とＮ型半導体層とから構成されており、これら半導体層は不純物濃度の差によって区分され、Ｎ＋型、Ｎ−型、Ｎ−−型、Ｐ＋型、Ｐ−型、Ｐ−−型などと表記される。すなわち、“＋”から“−−”になるに従い不純物濃度は薄くなることを意味する。
【００５１】
図７に示した実施の形態１のＰＮ接合ダイオード３００は、Ｐ＋Ｎ−接合ダイオードの例である。すなわち、Ｐ型半導体層３１１は高濃度のＰ＋型であり、また、Ｎ型半導体層は、不純物濃度の違いによって、Ｎ−型半導体層３２２とＮ−型半導体層３２２より更に薄いＮ−−型半導体層３２３とに分かれて構成されている。実施の形態１において示したＮ型半導体層は、Ｎ−型半導体層３２２、Ｎ−−型半導体層３２３、Ｎ−型半導体層３２２とからなる３層構造に構成されている。また、Ｐ型半導体層とＮ型半導体層の下層は、ＢＯＸ層４２０であり、上層はシリコン酸化膜からなる絶縁膜４４０である。また、Ｐ型及びＮ型半導体層の側面は、分離酸化膜４３０と接している。すなわち、ＰＮ接合ダイオード３００の半導体層は、その周囲全てにおいてシリコン酸化膜と接している。
なお、符号２４０はエッチング孔、４６０は保護膜である。
【００５２】
図６および図７の画素構造は上記中空画素構造（検出器２１０が中空に浮いた構造）に相当し、図６及び図７においてエッチング孔２４０部分が開口されず（従って孔になっておらず）保護膜４６０とその下の絶縁膜４４０、分離酸化膜４３０、ＢＯＸ層４２０などがそのままとなっており、空洞２３０部分がエッチングされず（従って空洞となっておらず）シリコン基板１４０のままとなっている構造（検出器２１０が中空に浮いていない構造）が上記非中空画素構造に相当する。
【００５３】
撮像素子３の出力信号は、図８のような波形である。中空画素部分の信号電位に比べて、非中空画素部分の信号電位は高くなっている。撮像素子３の出力信号は、信号電位が低いほど高い温度を示し、信号電位が高いほど低い温度を示す。中空画素部分は、熱検知部を中空の断熱構造としており、熱検知部の読出し電流による発熱が放熱しにくい構造になっている。非中空画素部分は、熱検知部が半導体基板上に形成されており、熱検知部の読出し電流による発熱が放熱しやすい構造になっている。この構造の違いにより信号波形に電位差が生じる。この中空画素部分と非中空画素部分の電位差があるので、信号経路にコンデンサを含むＡＣ結合では、非中空画素部分を含むブランキング部分の影響を受けた信号電位となってしまう。そこで、このような影響を避けるため、本実施の形態では、撮像素子３の出力から、減算回路４、増幅回路６など、Ａ／Ｄ変換回路７の入力へ至る信号経路は、ＤＣ結合で構成する。
【００５４】
以上説明したように実施の形態１によれば、固定パターンノイズを除いた撮像信号の１フレーム画像の全画素平均値を算出して、撮像素子３の出力信号の信号レベルを補正することにより、信号電位がＡ／Ｄ変換器７の入力レンジに収まり、デジタルの各種映像信号処理を加えることができる。また、Ａ／Ｄ変換器７の入力レンジぎりぎりまで増幅して撮像信号をＡ／Ｄ変換器７へ入力できる（増幅回路６の出力信号がＡ／Ｄ変換器７の入力のダイナミックレンジの全体に及ぶようにすることができる）ため、より精細な階調でデジタル変換でき、量子化ノイズを抑圧することが出来る。さらに、ペルチェ素子及びペルチェ素子のコントローラを使わないことから、部品コストや基板面積を小さくすることができる。
【００５５】
実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２の赤外線撮像装置のオフセット算出回路１５の構成を表すブロック図である。図において、平均回路１５１、基準値生成回路１５２、調整量算出回路１５３、水平範囲生成回路１５４、垂直範囲生成回路１５５、動き検出回路１５６、フレームメモリ１５７は、オフセット算出回路１５の構成要素である。第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５１、第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５２は電位調整回路５の構成要素である。図２と同じ符号は同一又は同様の部材を示す。
【００５６】
以下、図９に示されるオフセット算出回路１５の動作を説明する。Ａ／Ｄ変換器７で、アナログ信号からデジタル信号へ変換された信号は、平均回路１５１及び動き検出回路１５６へ供給される。平均回路１５１は、Ａ／Ｄ変換器７から供給された信号のうち水平範囲生成回路１５４、垂直範囲生成回路１５５から指定された範囲の信号について平均値を算出する。
動き検出回路１５６は、入力信号とフレームメモリ１５７に格納した１フレーム前の信号のフレーム差分を行い、動き成分画素を求める。さらに孤立点除去などを加えてノイズの影響を除いた動き成分の画素だけを抽出する。動き検出回路１５６は、動き成分の画素に対応した画素アドレスを、各々水平範囲生成回路１５４、垂直範囲生成回路１５５へ供給する。水平範囲生成回路１５４、垂直範囲生成回路１５５は、動き検出回路１５６から供給された動き成分画素のうち、所定の画像範囲に含まれる画素の画素アドレスを、平均回路１５１へ供給する。上記の「所定の画像範囲」は用途に応じて全画素範囲とする場合もあれば、所定の中央部分画像とする場合もある。
【００５７】
平均回路１５１は、所定の水平及び垂直範囲内の動き成分の画素を積算した積算値を積算画素数で割った画素平均値を調整量算出回路１５３へ供給する。基準値生成回路１５２はＡ／Ｄ変換器７の出力信号のダイナミックレンジの中心値を調整量算出回路１５３へ供給する。調整量算出回路１５３は、目標レベルである基準値生成回路１５２の出力信号と現在の画像フレームの信号レベルである平均回路１５１の出力信号から、電位調整回路５での信号レベルの調整量を求める。信号レベルの調整量は、調整量算出回路１５３から電位調整回路５までのデジタル、アナログを含む利得換算値及び、電位調整回路５からＡ／Ｄ変換器７までのアナログ、デジタルを含む利得換算値を考慮して求める。
【００５８】
第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５１と第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５２が、例えば各々８ビットの電位調整用Ｄ／Ａ変換器であるものとして説明する。なお、本例のように、２個の８ビット電位調整用Ｄ／Ａ変換器を使う代わりに、１個の８ビット以上の電位調整用Ｄ／Ａ変換器を使うこととしても良く、この点は、回路性能や部品コストや実装面積など各種要素を考慮して決定する。調整量算出回路１５３は電位調整量を上位８ビットと下位８ビットに分け、上位８ビットを第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５１へ供給し、下位８ビットを第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５２へ供給する。
【００５９】
以上説明したように実施の形態２によれば、動き検出回路を設けて、動き積分画素を基準に信号レベルを調整したので、人体や車両など注目する被写体の信号レベルを中心としたダイナミックレンジを十分に確保することができるようになる。人体や車両など注目する被写体が白とびや黒つぶれすることなく、ディテール（画像の詳細）がよく視認できる表示となる。
【００６０】
実施の形態３．
図１０はこの発明の実施の形態３の赤外線撮像装置のオフセット算出回路１５の構成を表すブロック図である。図において、基準値生成回路１５２、最大値検出回路１５８、最小値検出回路１５９、変動中心値算出回路１６０、調整量算出回路１５３、水平範囲生成回路１５４、垂直範囲生成回路１５５は、オフセット算出回路１５の構成要素である。第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５１、第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５２は電位調整回路５の構成要素である。図２、図９と同じ符号は同一又は同様の部材を示す。
【００６１】
以下、図１０に示されるオフセット算出回路１５の動作を説明する。Ａ／Ｄ変換器７で、アナログ信号からデジタル信号へ変換された信号は、最大値検出回路１５８及び最小値検出回路１５９へ供給される。最大値検出回路１５８は、水平範囲生成回路１５４、垂直範囲生成回路１５５から指定された範囲の信号について最大値を算出する。最小値検出回路１５９は、水平範囲生成回路１５４、垂直範囲生成回路１５５から指定された範囲の信号について最小値を算出する。水平範囲生成回路１５４、垂直範囲生成回路１５５は、所定の画像範囲に含まれる画素の画素アドレスを、水平範囲生成回路１５４及び、垂直範囲生成回路１５５へ供給する。上記の「所定の画像範囲」は用途に応じて全画素範囲とする場合もあれば、所定の中央部分画像とする場合もある。
【００６２】
変動中心値算出回路１６０は、最大値検出回路１５８から出力される最大値と、最小値検出回路１５９から出力される最小値に基づいて画像変動幅を求め、画像変動幅の中心値を算出する。以上のように、最大値検出回路１５８と、最小値検出回路１５９と、変動中心値算出回路１６０とで、デジタル撮像信号の所定水平画素範囲と所定垂直画素範囲に該当する画素の最大値と最小値の変動幅を求め、該変動幅の変動中心値を算出する画素中心値算出手段１６２が構成されている。変動中心値算出回路１６０は、変動中心値を調整量算出回路１５３へ供給する。
【００６３】
基準値生成回路１５２はＡ／Ｄ変換器７の出力信号のダイナミックレンジの中心値を調整量算出回路１５３へ供給する。調整量算出回路１５３は、目標レベルである基準値生成回路１５２の出力信号と現在の画像フレームの信号レベルである変動中心値算出回路１６０の出力信号から、電位調整回路５での信号レベルの調整量を求める。信号レベルの調整量は、調整量算出回路１５３から電位調整回路５までのデジタル、アナログを含む利得換算値、及び電位調整回路５からＡ／Ｄ変換器７までのアナログ、デジタルを含む利得換算値を考慮して求める。
【００６４】
第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５１と第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５２が、例えば各々８ビットの電位調整用Ｄ／Ａ変換器であるものとして説明する。なお、本例にように、２個の８ビット電位調整用Ｄ／Ａ変換器を使う代わりに、１個の８ビット以上の電位調整用Ｄ／Ａ変換器を使うこととしても良く、この点は、回路性能や部品コストや実装面積など各種要素を考慮して決定する。調整量算出回路１５３は電位調整量を上位８ビットと下位８ビットに分け、上位８ビットを第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５１へ供給し、下位８ビットを第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５２へ供給する。
【００６５】
以上説明したように実施の形態３によれば、最大値検出回路及び最小値検出回路を設けて、画像内の振幅変動幅を基準に信号レベルを調整したので、注目する被写体が白とびや黒つぶれすることなく表示できる。
【００６６】
実施の形態４．
図１１はこの発明の実施の形態４の赤外線撮像装置のオフセット算出回路１５の構成を表すブロック図である。図において、基準値生成回路１５２、最大値検出回路１５８、最小値検出回路１５９、変動中心値算出回路１６０、調整量算出回路１５３、水平範囲生成回路１５４、垂直範囲生成回路１５５、ノイズ抑圧回路１６１は、オフセット算出回路１５の構成要素である。第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５１、第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５２は電位調整回路５の構成要素である。図２、図９、図１０と同じ符号は同一又は同様の部材を示す。
【００６７】
以下、図１１に示されるオフセット算出回路１５の動作を説明する。Ａ／Ｄ変換器７で、アナログ信号からデジタル信号へ変換された信号は、ノイズ抑圧回路１６１に供給され、ノイズ抑圧回路１６１は、入力信号中の、ランダムノイズに起因するインパルス状のノイズを除去して、実信号の振幅を反映する信号成分を出力する。このようにして、ノイズ抑圧回路１６１はノイズ成分を除去した信号を、最大値検出回路１５８及び最小値検出回路１５９へ供給する。最大値検出回路１５８は、水平範囲生成回路１５４、垂直範囲生成回路１５５から指定された範囲の信号について最大値を算出する。最小値検出回路１５９は、水平範囲生成回路１５４、垂直範囲生成回路１５５から指定された範囲の信号について最小値を算出する。水平範囲生成回路１５４、垂直範囲生成回路１５５は、所定の画像範囲に含まれる画素の画素アドレスを、水平範囲生成回路１５４及び、垂直範囲生成回路１５５へ供給する。上記の「所定の画像範囲」は用途に応じて全画素範囲とする場合もあれば、所定の中央部分画像とする場合もある。
【００６８】
変動中心値算出回路１６０は、最大値検出回路１５８から出力される最大値と、最小値検出回路１５９から出力される最小値に基づいて画像変動幅を求め、画像変動幅の中心値を算出する。最大値検出回路１５８と、最小値検出回路１５９と、変動中心値算出回路１６０とで、デジタル撮像信号の所定水平画素範囲と所定垂直画素範囲に該当する画素の最大値と最小値の変動幅を求め、該変動幅の変動中心値を算出する画素中心値算出手段１６２が構成されている。変動中心値算出回路１６０は、変動中心値を調整量算出回路１５３へ供給する。
【００６９】
基準値生成回路１５２はＡ／Ｄ変換器７の出力信号のダイナミックレンジの中心値を調整量算出回路１５３へ供給する。調整量算出回路１５３は、目標レベルである基準値生成回路１５２の出力信号と現在の画像フレームの信号レベルである変動中心値算出回路１６０の出力信号から、電位調整回路５での信号レベルの調整量を求める。信号レベルの調整量は、調整量算出回路１５３から電位調整回路５までのデジタル、アナログを含む利得換算値、及び電位調整回路５からＡ／Ｄ変換器７までのアナログ、デジタルを含む利得換算値を考慮して求める。
【００７０】
第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５１と第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５２が、例えば各々８ビットの電位調整用Ｄ／Ａ変換器であるものとして説明する。なお、本例にように、２個の８ビット電位調整用Ｄ／Ａ変換器を使う代わりに、１個の８ビット以上の電位調整用Ｄ／Ａ変換器を使うこととしても良く、この点は、回路性能や部品コストや実装面積など各種要素を考慮して決定する。調整量算出回路１５３は電位調整量を上位８ビットと下位８ビットに分け、上位８ビットを第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５１へ供給し、下位８ビットを第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５２へ供給する。
【００７１】
以上説明したように実施の形態４によれば、ノイズ抑圧回路を設けて画像信号のピーク振幅幅を求める際に混入するノイズの影響を除いたので信号レベルが安定し、注目する被写体が白とびや黒つぶれすることなく表示できる。ランダムノイズの影響によるピーク最大値や最小値の影響を除くことが出来て、信号レベルのノイズによる不安定な変動を抑圧できる。
【００７２】
なお、実施の形態２〜４においても、減算回路４、電位調整回路５、及び増幅回路６として、実施の形態１で図３を参照して説明したものを用いることができる。
【００７３】
実施の形態５．
図１２はこの発明の実施の形態５の赤外線撮像装置の電位調整回路５の構成例を表すブロック図である。回路構成の都合で電位調整回路５だけでなく減算回路４と増幅回路６と合わせて示す。図３と同じ符号は同一又は同様の部材を示す。
パルス幅変調回路５３は、オフセット算出回路１５で算出した電位調整量をパルス幅変調したパルス信号に変換する。
低域通過フィルタ５４は、パルス幅変調回路５３から出力されるパルス信号を平滑してアナログ信号電位を出力する。
パルス幅変調回路５３、低域通過フィルタ５４、バッファ回路５５、抵抗Ｒ７、抵抗Ｒ８、コンデンサＣ１及びオペアンプＡ１は電位調整回路５の構成要素である。抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、及びオペアンプＡ１は減算回路４の構成要素であり、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ３、及びオペアンプＡ１は増幅回路６の構成要素である。このように、オペアンプＡ１は、減算回路４と電位調整回路５と増幅回路６の各々の一部を成す。
電子回路の回路構成は、回路性能や部品コストや実装面積など各種要素を考慮して決定する。
抵抗Ｒ４はＡ／Ｄ変換器７の保護抵抗である。
【００７４】
図１２を参照して減算回路４と増幅回路６の動作を説明する。撮像素子３からは、信号振幅と固定パターンノイズ振幅及び温度ドリフトを含めて２．５Ｖから４．５Ｖの電位範囲で信号が出力される。Ｄ／Ａ変換器１４からは、４Ｖから５Ｖの出力レンジにおいて有効画素部分は平均４．８Ｖで出力される。Ｄ／Ａ変換器１４の出力レンジは１Ｖ範囲であるため、撮像素子３の出力信号の２Ｖ範囲の固定パターンノイズを吸収するため、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２値は、撮像素子３の出力信号に対してＤ／Ａ変換器１４の出力信号が２倍になる加算比となるように定められている。図示の例では、Ｒ１が３．０ｋΩ、Ｒ２が１．５ｋΩとされている。
また、オペアンプＡ１は撮像素子３の出力信号が反転するような回路構成としているため、Ｄ／Ａ変換器１４からは反転位相の固定パターンノイズが得られる。このように抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とオペアンプＡ１を含んだ回路で減算回路４を構成している。
【００７５】
また、図示の例では、Ｒ３は３．０ｋΩとされ、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３とオペアンプＡ１は１倍の反転増幅器を、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とオペアンプＡ１は２倍の反転増幅器を構成している。これら回路部分で増幅回路６を構成している。増幅回路６のゲイン設定は、Ａ／Ｄ変換器７の入力レンジや撮像装置全体の利得を考慮して決定される。上記の例ではオペアンプＡ１を、他の回路ブロックと共用する回路例を示したが、必要な利得に応じて、増幅回路を電位調整回路５や減算回路４の前段などに配置することとしても良い。
【００７６】
Ａ／Ｄ変換器７は、１．６Ｖを中心とした１Ｖ振幅の入力レンジを持つ。電位調整回路５は、反転増幅器の構成としているオペアンプＡ１の＋側バイアス入力を調整して、撮像素子３の出力信号から固定パターンノイズを除いた信号をＡ／Ｄ変換器７の入力レンジに収める。オペアンプＡ１の＋側バイアス入力が、３．６６Ｖ中心のときオペアンプＡ１の出力が１．６Ｖ中心になる。また、撮像素子３の出力信号が２．５Ｖから４．５Ｖまで変化した時でも、オペアンプＡ１の出力が１．６Ｖ中心になるように電位調整回路５は３．６６Ｖ±０．２７Ｖの調整範囲が必要である。
【００７７】
以下、図１２に示される電位調整回路５の動作を説明する。パルス幅変調回路５３は調整量算出回路１５３から供給された電位調整量（図９の例で第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５１に供給される上位ビットと第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器５２に供給される下位ビットを組合せたもの）に対応したパルス幅変調信号を出力する。低域通過フィルタ５４は、パルス幅変調回路５３から供給されたパルス幅変調信号を平滑してＤＣ成分電位をバッファ回路５５へ出力する。バッファ回路５５から出力されたＤＣ成分電位は、バイアス回路５６で所定のバイアス電位が加えられてオペアンプＡ１の＋側バイアス入力へ供給される。
【００７８】
調整量算出回路１５３から出力される電位調整量を変化させることで、オペアンプＡ１の＋側バイアス入力で３．６６Ｖ±０．２７Ｖの調整範囲が得られるようパルス幅変調回路５３とバイアス回路５６は電位設計される。
【００７９】
以上説明したように実施の形態５によれば、電位調整回路にパルス幅変調回路を用いたことでレベル変化の目立たないスムーズな電位調整を行うことができ、電位調整に伴う輝度変化が画面上で目立ちにくくなる。デジタル演算結果のアナログ出力は、階調分解能よりも時間分解能の方が細かく設定可能なことからスムーズな電位調整を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る赤外線撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のオフセット算出回路１５の一例を示すブロック図である。
【図３】図１の減算回路４、電位調整回路５、及び増幅回路６の一例を示す回路図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る赤外線撮像装置の他の構成を示すブロック図である。
【図５】図１の撮像素子３の斜視図である。
【図６】図５の撮像素子３の検出素子２００の平面図である。
【図７】図５の撮像素子３の検出素子２００の断面図である。
【図８】撮像素子３の出力信号の波形説明図である。
【図９】実施の形態２のオフセット算出回路１５を示すブロック図である。
【図１０】実施の形態３のオフセット算出回路１５を示すブロック図である。
【図１１】実施の形態４のオフセット算出回路１５を示すブロック図である。
【図１２】実施の形態５の減算回路４、電位調整回路５、及び増幅回路６の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１  レンズ、  ２  シャッタ、  ３  撮像素子、  ４  減算回路、  ５  電位調整回路、  ６  増幅回路、  ７  Ａ／Ｄ変換器、  ８  出力信号用Ｄ／Ａ変換器、  ９  出力端子、  １０  減衰回路、  １１  加算回路、  １２  更新回路、  １３  フレームメモリ、  １４  ＦＰＮ用Ｄ／Ａ変換器、  １５  オフセット算出回路、  １７  タイミング生成回路、  １８  シャッタ制御回路、  ５１  第１の電位調整用Ｄ／Ａ変換器、  ５２  第２の電位調整用Ｄ／Ａ変換器、  １５１  平均回路、  １５２  基準値生成回路、  １５３  調整量算出回路、  １５４  水平範囲生成回路、  １５５  垂直範囲生成回路。
【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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【図１２】
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