抵抗型イメージングボロメータを具備した赤外線放射検出用デバイス、そのようなボロメータのアレイを具備したシステム、及びそのようなシステムに一体化されたイメージングボロメータの読み取り方法
【課題】抵抗型イメージングボロメータ１４０を具備した赤外線放射検出用デバイスを提供する。
【解決手段】本発明によれば、このデバイスは、ボロメータ１４０の電気抵抗の基準値に対するボロメータ１４０の電気抵抗のドリフトを測定する測定手段１６，３８；１６，２４，３８；１６，１４０；１６，２４と、ドリフトの影響を補正する補正手段３４又は抵抗のドリフトを補正する補正手段とを具備する。ボロメータ１４０の電気抵抗の基準値は、ボロメータ１４０の所定の動作条件に対応する。
【解決手段】本発明によれば、このデバイスは、ボロメータ１４０の電気抵抗の基準値に対するボロメータ１４０の電気抵抗のドリフトを測定する測定手段１６，３８；１６，２４，３８；１６，１４０；１６，２４と、ドリフトの影響を補正する補正手段３４又は抵抗のドリフトを補正する補正手段とを具備する。ボロメータ１４０の電気抵抗の基準値は、ボロメータ１４０の所定の動作条件に対応する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボロメータを用いた赤外線イメージング及び高温測定の分野に関する。
【０００２】
特に、本発明は、抵抗型イメージングボロメータを具備した赤外線放射検出用デバイスに関する。また、本発明は、そのようなデバイスのアレイを具備したシステムと、そのようなシステムに一体化されたイメージングボロメータの読み取り方法とに関する。
【背景技術】
【０００３】
赤外線検出器の分野において、アレイ状に構成される、大気温度で動作可能な、すなわち、極めて低い温度に冷却する必要のないデバイスを使用することは、よく知られている。これは、典型的に液体窒素の温度である極めて低い温度でのみ動作可能な「量子検出器」と称される検出デバイスとは対照的である。
【０００４】
従来、これらの非冷却型検出器は、３００Ｋ周辺の温度に応じた適切な材料の物理的単位の変化を使用する。ボロメトリック検出器の場合には、この物理的単位は電気抵抗率である。
【０００５】
一般に、そのような非冷却型検出器は、
−赤外線放射を吸収し、それを熱に変換する手段と、
−赤外線放射の影響で検出器の温度が上昇可能となるように、検出器を熱的に隔離する手段と、
−ボロメトリック検出器に関連して、抵抗素子を使用する温度測定手段と、
−温度測定手段によって提供された電気信号を読み取る手段と
を具備する。
【０００６】
従来、赤外線イメージング用に設計された検出器は、複数の検出器素子又は複数のボロメータの１次元又は２次元アレイとして作製される。上記アレイの各検出器素子は、支持アーム手段によって基板上に浮遊する膜を形成する。一般に、基板はシリコン製である。
【０００７】
通常、基板は、複数の検出器素子を連続的にアドレス指定する手段と、検出器素子を電気的に励起する手段と、これらの検出器素子によって生成される電気信号を前処理する手段とを併せ持つ。したがって、これらの連続的アドレス指定手段、電気的励起手段、及び前処理手段は、基板上に形成されて、読み取り回路を構成する。
【０００８】
この検出器を用いてシーン（scene）を取得するために、シーンのイメージが、検出器素子のアレイ上に適切な光を介して投影され、かつ、検出器素子のそれぞれに又はそのような検出器の各行に、読み取り回路を介して電気的クロックパルスを印加して、上記検出器素子のそれぞれによって届けられた温度イメージを構成する電気信号を取得する。この電気信号は、各検出器素子の電気抵抗に密接に関連している。そして、この信号は、読み取り回路によってある程度処理され、次いで、もし適用可能であれば、パッケージ外部の電子デバイスによって、観測されたシーンの熱イメージを生成する。
【０００９】
しかしながら、一般的に、イメージングボロメータの製造に通常用いられるボロメトリック材料、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）又は酸化バナジウム（Ｖｏｘ）の電気抵抗は、程度の差はあるが、時間とともにドリフトすることがわかっている。
【００１０】
本明細書中では、用語「ドリフト（drift）」とは、所与の環境及び動作条件下で、イメージングボロメータの電気抵抗が、そのような条件下で観測された初期値から時間とともにゆるやかに逸脱すること指す。環境及び動作条件は、例えば、ボロメータへの入射放射、ボロメータ及び電気的読み取り信号に対する周辺温度などであり、以降では、「基準条件」と称される。初期値は、基準値と称される。この基準値は、検出器の使用中、使用前、又は校正と称される特殊動作中の各基準条件下で測定できる。
【００１１】
そのようなドリフトの原因の１つは、従来用いられる温度測定材料につきものの不安定性にある。この不安定性は、生成又は作成しようとするイメージ又は熱測定値の精度と比較した場合に、無視できない程の抵抗率の変化をもたらすおそれがある。通常、このタイプのドリフトは、基板にわたって検出器の全画素に作用して、総合的な校正ドリフトをもたらす。
【００１２】
また、例えば、非常に長い時間、強烈な放射源（太陽、スポットライト等）を観察したときなど、高密光束による検出器の過剰照射に起因するドリフトを考慮する必要がある。これらのドリフト源は、検出器によって生成される熱イメージの品質に悪影響をもたらす。通常、このタイプのドリフトは、検出器の感知表面の限られた部分に局所的に作用して、空間的にばらついた検出器校正誤差をもたらす。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】E. Mottin et al., "Uncooled amorphous silicon enhancement for 25μm pixel pitch achievement", Infrared Technology and Application XXVIII, SPIE, vol. 4820
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
したがって、本発明の目的は、正確なまま、すなわち、正しく校正が行われた状態を保つ検出器を提供することにある。具体的には、検出器の出力信号は、そのライフサイクルを通して、いわゆる基準条件下に置かれ続けたときと同じように保たれる。その感知素子は、空間的及び／又は時間的ドリフトの影響を受けることがない。
【００１５】
これを達成するために、本発明は、抵抗型ボロメータを具備した赤外線放射検出用デバイスを提供する。
本発明によれば、このデバイスは、
・上記ボロメータの電気抵抗の基準値に対する上記ボロメータの電気抵抗のドリフトを測定する測定手段と、
・上記ドリフトの影響を補正する補正手段又は抵抗の上記ドリフトを補正する補正手段と
を具備する。上記基準値は、上記ボロメータの所定の動作条件に対応する。
【００１６】
本発明の一実施態様によれば、測定手段は、
・上記ドリフトの影響を受ける基準抵抗型ボロメータと、
・基準ボロメータの電気抵抗を測定する測定手段と、
・測定した電気抵抗に応じて上記ドリフトを決定する決定手段と
を具備する。
【００１７】
特に、基準ボロメータは、イメージボロメータに関連した補償ボロメータである。
【００１８】
あるいは、基準ボロメータは、イメージボロメータである。
【００１９】
本発明の一実施態様によれば、基準ボロメータの電気抵抗を測定する測定手段は、
・基準ボロメータに流れる電流を積分する積分手段と、
・積分手段によって積分された電流に応じて基準ボロメータの電気抵抗を決定する決定手段と
を具備する。
【００２０】
本発明の一実施態様によれば、基準ボロメータの電気抵抗を測定する測定手段は、
・基準ボロメータに接続可能な所定の電気抵抗を有した抵抗部と、
・基準ボロメータに流れる電流と抵抗部に流れる電流との差を積分する積分手段と、
・積分手段によって積分された電流差に応じて基準ボロメータの電気抵抗を決定する決定手段と
を具備する。
【００２１】
特に、後者に流れる電流を積分することによってイメージングボロメータの電気抵抗を測定する測定回路をさらに具備する。上記回路は、赤外線放射温度を測定するように構成される。積分手段は、上記測定回路に含まれている。
【００２２】
本発明の一実施態様によれば、補正手段は、上記ドリフトを補償するように、イメージングボロメータの温度を制御する制御手段を具備する。
【００２３】
本発明の一実施態様によれば、デバイスは、イメージングボロメータの電気抵抗を測定する測定手段と、測定された電気抵抗とイメージングボロメータの電気抵抗によって決まる少なくとも１つのパラメータとに応じてボロメータ上の入射放射の温度を決定する決定手段とをさらに具備する。補正手段は、温度決定時、ドリフトの影響を補正するように、測定されたドリフトに応じて上記少なくとも１つのパラメータを補正する機能を有する。
【００２４】
本発明の一実施態様によれば、上記少なくとも１つのパラメータは、イメージングボロメータの電気抵抗を測定する測定回路の温度に対する電気的感度である。
【００２５】
また、本発明の目的は、上記放射を検出するデバイスの少なくとも１つの行を具備する。
【００２６】
本発明に従い、これらデバイスは、先に記載したタイプのそれぞれである。
【００２７】
また、本発明は、赤外線放射検出用システムを構成するボロメータアレイ内の抵抗型ボロメータを読み取る方法を提供する。上記方法は、
・上記ボロメータの電気抵抗の基準値に対する上記ボロメータの電気抵抗のドリフトを測定する測定段階と、
・上記ドリフトの影響を補正する補正段階又は抵抗のドリフトを補正する補正段階と
を有する。上記基準値は、上記ボロメータの所定の動作条件に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態及び第２実施形態によるボロメトリック検出器の概略図である。
【図２】図１の検出器の構築に関する基本的な回路レイアウトの概略図である。
【図３】第１実施形態によるドリフト測定及び補償方法のフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態によるドリフト測定及び補償方法のフローチャートである。
【図５】本発明の第３実施形態及び第４実施形態による基本的な回路レイアウトの概略図である。
【図６】本発明の第５実施形態によるドリフト測定及び補償過程を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は、例示のみを目的として与えられた以下の説明と、添付の図面との参照によって、より容易に理解が得られる。図において、同一の参照符号は、同一又は類似の構成要素を指す。
【００３０】
図１は、ボロメトリック検出器１０を概略的に示す。そのような検出器１０は、以下の構成要素を具備する。
・ｎ行ｍ列のイメージング画素１４から成る２次元アレイ１２：各イメージング画素１４は、抵抗型ボロメータ１４０を具備する。ここで、ｎ及びｍは、１以上の整数である。イメージングアレイ１２は、赤外線放射（図示していない）を透過する光学焦点面に配列される。
・補償回路２４の行：補償回路２４のそれぞれは、アレイ１２の列に関連しており、補償ボロメータ５０を具備する。
・積分器１６の行：積分器１６のそれぞれは、アレイ１２の列に関連する。
・アレイ１２を行毎にアドレス指定するアドレス指定回路１８
【００３１】
周知のように、通常、抵抗型ボロメータ１４０及び補償ボロメータ５０は、読み取りに必要とされるさまざまな電子的構成要素が形成された基板上に、支持アームによって浮遊状態とされた（suspended）膜から成る。通常、これらの電子的構成要素は、「読み取り回路」と称される。
【００３２】
そのようなボロメトリック検出器の構成は典型的なものであるので、詳細な説明は省略する。追加的な情報としては、例えば、非特許文献１を参照されたい。
【００３３】
本発明によれば、この構成は、以下の構成要素をさらに具備する。
・積分器１６に接続された情報処理ユニット２８：情報処理ユニット２８は、演算論理ユニット３０を具備する。ユニット３０は、積分器によって出力された信号を処理するためのアルゴリズムを使用して、アレイ１２上に投影された赤外線イメージを求める。このために、ユニット２８は、シーンの温度に対する積分器１６の電気的感度の１つ以上の値を含んだ算出パラメータを用いる。これらの値は、メモリバンクユニット３２に格納される。また、ユニット２８は、以下でより詳細に記載されるように、イメージングボロメータ１４０の測定されたドリフトを補償する補正ユニット３４を具備する。
・ドリフト回路３８の行：ドリフト回路３８のそれぞれは、アレイ１２の列に関連する。
【００３４】
以下でより詳細に記載されるように、積分器１６に関連するドリフト回路３８は、アレイ１２中のボロメータのドリフトを測定するためのモジュールを一緒に形成する。
【実施例１】
【００３５】
図２は、第１実施形態による検出器１０の基本的なレイアウトを示す。この検出器１０は、
・アレイ１２のイメージング画素１４と、
・イメージング画素１４のボロメータ１４０を測定する積分器１６と、
・イメージング画素１４が読み取られるとき、イメージングボロメータ１４０に流れる共通ノード電流を補償する補償回路２４と、
・ボロメータ１４０の電気抵抗のドリフトを測定するドリフト回路３８と
を具備する。
【００３６】
積分器１６は、以下の構成要素を具備する。
・演算増幅器４０：その非反転入力（＋）は、所定の定電圧Ｖｂｕｓに保たれている。
・コンデンサ４２：コンデンサ４２は、所定の静電容量Ｃｉｎｔを有するとともに、演算増幅器４０の反転入力（−）と同出力との間に接続される。
・リセットスイッチ４４：リセットスイッチ４４は、コンデンサ４２と並列に接続されるとともに、アドレス指定回路１８によって制御される「Ｒｅｓｅｔ」信号によって制御可能である。
【００３７】
回路又は「画素（pixel）」１４は、ボロメータ１４０を具備する。ボロメータ１４０は、シーンから生じる赤外線放射ＩＲに暴露されるとともに、第１端子Ａによって定電位（図では接地電位に等しい）に接続される。また、画素は、以下の構成要素を具備する。
・リードスイッチ４６：リードスイッチ４６は、アドレス指定回路１８によって制御される「Ｓｅｌｅｃｔ」信号によって制御可能であり、かつその端子の一方が演算増幅器の反転入力（−）に接続される。
・第１ＭＯＳインジェクショントランジスタ４８：そのゲートは、所定の定電圧Ｖｆｉｄに保たれ、そのソースは、ボロメータ１４０の第２端子Ｂに接続され、かつそのドレインは、リードスイッチ４６の他方の端子に接続される。
【００３８】
イメージングボロメータ１４０に流れる共通ノード電流を補償するために用いられる補償回路２４は、抵抗型補償ボロメータ５０を具備する。抵抗型補償ボロメータ５０は、イメージングボロメータ１４０と同一の材料から成り、基板に比べて無視できる熱抵抗を有する。選択的に、補償ボロメータ５０には、シーンから生じる放射を遮断するためのシールド５２が取り付けられる。
【００３９】
補償ボロメータ５０の端子のうちの一方は、所定の電圧ＶＳＫに接続され、かつもう一方の端子は、回路２４の第２ＭＯＳインジェクショントランジスタ５４のソースに接続される。トランジスタ５４のドレインは、演算増幅器４０の反転入力に接続され、かつグリッドは、所定の電圧ＧＳＫに接続される。
【００４０】
ドリフト回路３８は、抵抗器５６と、第３ＭＯＳインジェクショントランジスタ５８とを具備する。それらは、補償ボロメータ５０及び第２インジェクショントランジスタ５４と同様に配置されている。
【００４１】
また、ドリフト回路３８は、第３ＭＯＳトランジスタ５８と演算増幅器４０の反転端子（−）との間に位置したドリフト測定スイッチ６０を具備する。上記スイッチは、「Ｄｅｒ１」信号により、アドレス指定回路１８によって制御可能である。
【００４２】
最後に、補償回路は、補償回路２４の枝路に位置した第２ドリフト測定スイッチ６２にも関連する。第２ドリフト測定スイッチ６２は、「Ｄｅｒ２」信号により、タイマ回路１８によって制御可能であるとともに、第２トランジスタ５４と演算増幅器４０の反転端子（−）との間に位置する。
【００４３】
抵抗器５６は、イメージングボロメータ１４０が暴露される温度範囲にわたって所定の定電気抵抗値Ｒｒｅｆを提供するように選択される。特に、抵抗器５６は、初期基準条件下のイメージングボロメータ１４０の抵抗値に実質的に等しい電気抵抗値を提供する。電気抵抗値Ｒｒｅｆは、情報処理ユニット２８のメモリバンク３２に格納される。
【００４４】
アレイによって検出されたシーンの温度を検出するために、イメージングアレイ１２の行を読み取る読み取りサイクルの間、第１ドリフト測定スイッチ６０は開となり、かつ第２ドリフト測定スイッチ６２は閉となる。コンデンサ４２の予備ゼロリセットサイクル間に閉となったリセットスイッチ４４は、タイマ回路１８によって開状態に切り換えられる。次いで、タイマ回路は、リードセレクトスイッチ４６を閉じる。イメージングボロメータ１４０に流れる電流と補償ボロメータ５０に流れる電流との差が、コンデンサ４２によって積分される。次いで、リードスイッチ４６が閉じてから所定の積分期間Ｔｉｎｔが経過したとき、タイマ回路１８は、リードスイッチを開く。そして、積分器１６の出力上の電圧Ｖｏｕｔは、以下の式で与えられる。
【００４５】
【数１】
【００４６】
ここで、ｔは、時間であり、ｉｉｍａｇは、イメージングボロメータ１４０に流れる電流であり、ｉｃｏｍｐは、補償ボロメータ５０に流れる電流である。
【００４７】
補償ボロメータ５０に流れる電流ｉｃｏｍｐはイメージングボロメータ１４０に流れる共通ノード電流に実質的に等しいので、実質的に、積分器１６の入力上の電流差の原因となるイメージングボロメータ１４０の電気抵抗と補償ボロメータ５０の電気抵抗との差は、イメージングボロメータ１４０の電気抵抗Ｒｉｍａｇの変化量ΔＲｉｍａｇを表す。これは、シーンから生じる放射に起因しており、イメージングボロメータに影響を及ぼす。
【００４８】
当業者には既知のように、次いで、電圧Ｖｏｕｔは、例えば、サンプリングブロッキングシーケンスに続いて、情報処理ユニット２８の演算論理ユニット３０に印加され、次いで、１つ以上のシリアル出力増幅器に多重化される。
【００４９】
次いで、演算論理ユニット３０は、電圧Ｖｏｕｔ及び校正パラメータに応じて、イメージングボロメータ１４０に影響を及ぼす赤外線放射（ＩＲ）の温度θｓｃｅｎｅを求める。校正パラメータには、メモリバンク３２に格納された検出器１０のシーンの温度に対する電圧Ｖｏｕｔの感度Ｓが含まれる。
【００５０】
校正パラメータは、校正（calibratin）と称される初期フェーズの間に取得される。典型的に、校正は、当業者には見慣れたものであるいわゆるゲイン／オフセットテーブルと称される２次元的アクセスを提供するために、空間的に均一な既知の温度に置かれた２つの黒色体を検出器に検出させることによって行われる。これらのテーブル中の各要素は、イメージングアレイの検出器素子に対応する。明細書中で用いられる用語「ゲイン（gain」、「感度（sensitivity）」、及び「電気的応答（electrical response）」は、数量Ｓ＝ΔＶｏｕｔ／Δθｓｃｅｎｅを指し、通常、ミリボルト毎ケルビンで表される。
【００５１】
検出器１０のこの感度Ｓは、以下の式によって、一般的に言えば、１次近似として、かつ抵抗のわずかな変化量について、表されることがわかっている。
【００５２】
【数２】
【００５３】
ここで、
・Ｒｉｍａｇは、所定の基準条件下でのボロメータ１４０の基準電気抵抗であり、
・Ｖｉｍａｇは、ボロメータ１４０が読み取られるときのボロメータ１４０の端子に掛かるバイアス電圧であり、
・ＴＣＲは、ボロメータ１４０の温度に応じたボロメータ１４０の電気抵抗変化量係数であり、
・Ｒｔｈは、ボロメータ１４０と該ボロメータ１４０がその上を浮遊する基板との間の熱抵抗であり、
・Φ（θｓｃｅｎｅ）は、ボロメータ１４０によって吸収されるエネルギー束であり、シーンθｓｃｅｎｅの温度の関数である。
【００５４】
感度Ｓが、１次近似として、値Ｒｉｍａｇに逆比例することは明らかである。したがって、数量Ｒｉｍａｇがドリフトする場合、これがθｓｃｅｎｅの温度測定結果を誤らせることは明らかである。
【００５５】
イメージングボロメータ１４０の読み取りに関して、先に記載した構成要素のレイアウト及び動作は、従来のものであるので、簡潔性を重視して、明細書中では詳細に説明しない。追加的な詳細については、例えば、非特許文献１を参照されたい。
【００５６】
図２に示したレイアウトを有する検出器１０で使用されるイメージングアレイ１２のイメージングボロメータ１４０の電気抵抗のドリフトを測定及び補償するための方法を、図３のフローチャートを参照して以下に記載する。
【００５７】
最初の初期化ステップ７０において、所定の基準条件下でのアレイ１２中のイメージングボロメータ１４０の電気抵抗の初期値が決定される。初期化ステップ７０は、検出器１０が初めて使用される前に、典型的には工場において行われる、
【００５８】
このために、ステップ７２において、検出器１０は、抵抗測定の間中、基準条件下に置かれる。具体的には、ステップ７２では、検出器１０を既知の均一な温度θｒｅｆとし、既知の均一な熱照度Φｒｅｆにさらす。この目的で、検出器１０は、例えば、それ自体は既知である、焦点面の温度を制御するためのシステム及びシャッターを備える。ステップ７２の間、温度制御システムは、イメージングアレイ１２を温度θｒｅｆに上昇させ、かつアレイが基準照度Φｒｅｆに暴露されるように、シャッターを閉じる。
【００５９】
次いで、ステップ７４において、タイマ回路１８の行カウンタＮｌｉｎｅ及び計測カウンタＮｍｅａｓｕｒｅが、値「１」に初期化される。
【００６０】
ステップ７６において、タイマ回路１８は、アレイ１２の行Ｎｌｉｎｅのリードスイッチ４６を開く。また、タイマ回路１８は、第１及び第２ドリフト測定スイッチ６０，６２を開くとともに、積分回路１６の行のリセットスイッチ４４を閉じる。そして、積分器１６のコンデンサ４２が、ほぼ即座に放電する。
【００６１】
次いで、ステップ７８において、タイマ回路１８は、アレイ１２の行Ｎｌｉｎｅのリードスイッチ４６を閉じる。さらに、タイマ回路１８は、第１ドリフト測定スイッチ６０を閉じるとともに、積分器１６の行のリセットスイッチ４４を開く。したがって、図２に示された行Ｎｌｉｎｅのレイアウト毎に、イメージングボロメータ１４０に流れる電流ｉｉｍａｇと基準抵抗Ｒｒｅｆ５６に流れる電流ｉｒｅｆとの差のコンデンサ４２による積分が開始される。
【００６２】
期間Ｔｉｎｔが経過したとき、タイマ回路１８は、ステップ８０で、行Ｎｌｉｎｅのリードスイッチ４６と、ドリフト回路３８の行の第１ドリフト測定スイッチ６０とを開く。そして、図２に示されたレイアウトにおける積分回路１６の出力上の電圧Ｖｏｕｔは、以下の式で与えられる。
【００６３】
【数３】
【００６４】
次いで、この電圧Ｖｏｕｔは、ステップ８２で、情報処理ユニット２８の補正ユニット３４によって、従来の手法で転送された後に保存される。さらにステップ８２において、ユニット３４は、電圧Ｖｏｕｔに応じて、イメージングボロメータ１４０の電気抵抗Ｒｉｍａｇと基準抵抗５６の電気抵抗Ｒｒｅｆとの差を求める。
【００６５】
次いで、ユニット２８のメモリバンク３２に格納された値Ｒｒｅｆを知ることによって、ユニット３４は、イメージングボロメータ１４０の電気抵抗Ｒｉｍａｇを求める。次いで、算定値Ｒｉｍａｇは、ステップ８４で、メモリバンク３２に格納される。
【００６６】
続いて、選択的なステップ８６において、計測カウンタＮｍｅａｓｕｒｅの値が所定の値
【数４】
に等しいか否かを確かめるテストが実行される。等しくない場合、タイマ回路は、ステップ８８で、カウンタＮｍｅａｓｕｒｅの値に「１」加算し、次いで、行Ｎｌｉｎｅを読み取る新しい読み取りサイクルのために、ステップ８８からステップ７６にループバックする。
【００６７】
ステップ８６で実行したテストが肯定的結果であった場合、補正ユニット３４は、ステップ９０で、かつ行Ｎｌｉｎｅ中のイメージングボロメータ１４０毎に、
【数５】
個の最終電気抵抗演算値Ｒｉｍａｇの時間平均
【数６】
を算出する。次いで、平均
【数７】
は、メモリバンク３２に格納される。
【００６８】
次いで、行カウンタＮｌｉｎｅの値がアレイ１２の行ｎの数に等しいか否かを確かめるテストが実行される。等しくない場合、タイマ回路は、ステップ９４で、このカウンタの値に「１」加算し、次の行を読み取るために、ステップ９４からステップ７６にループバックする。
【００６９】
等しい場合、イメージングボロメータ１４０のすべての電気抵抗が読み取られているので、ステップ９８に進む。ステップ９８では、各イメージングボロメータ１４０の値
【数８】
が、基準条件下のイメージングボロメータ１４０の電気抵抗
【数９】
の基準テーブルとして、メモリバンク３２に格納される。
【００７０】
測定された電気抵抗の時間平均をとることの利点は、平均によって測定誤差を取り除くことができるということにある。平均値によって、より正確に測定された電気抵抗値を得ることができるようになる。
【００７１】
これで初期化ステップ７０が終了した。したがって、この段において、メモリバンク３２は、アレイ１２のボロメータ１４０に対する電気抵抗基準値
【数１０】
の配列を格納している。
【００７２】
さらに、タイマ回路１８の手法と同様の読み取りサイクルにしたがって、ｍ×ｎ個のイメージングボロメータ１４０の感度Ｓｉｎｉｔが、異なる温度を有する２つの放射源（均一な黒色体）による標準的な最新の方法を用いて測定され、かつ、その感度は、メモリバンク３２に格納される。感度テーブルＳｉｎｉｔは、メモリバンク３２内のテーブルＳにコピーされて、検出器に備えられる演算感度テーブルとして使用される。
【００７３】
検出器の使用が開始されると、方法は、アレイ１２中の各イメージングボロメータ１４０の抵抗ドリフトを測定するステップ１００と、それに続いて、これらのドリフトを補正するためのステップ１０２とに進む。
【００７４】
ドリフト測定及び補正ステップ１００，１０２は、常時及び／又は周期的に、又は、例えば、検出器１０がドリフトによる不利な影響を受けているとユーザが気付いた際の検出器１０のユーザの要求時に、トリガされる。
【００７５】
特に、ドリフト測定ステップ１００は、先に記載したステップ７２ないし９４を含む。したがって、ステップ１００の完了時、各イメージングボロメータ１４０の電気抵抗の新しい平均測定値
【数１１】
が情報処理ユニット２８のメモリバンク３２に格納される。
【００７６】
次いで、補正ステップ１０２において、ユニット２８の補正ユニット３４は、テーブルＳｉｎｉｔ中の要素のそれぞれに、対応する比
【数１２】
を掛け、かつユニット３２に結果のテーブルＳを格納することによって、メモリバンク３２中の電気感度テーブルＳを修正する。これによって、演算テーブルが更新される。
【００７７】
次いで、アレイ１２のイメージングボロメータ１４０の新たなドリフトを測定及び補正するために、ステップ１０２は、所定の時間間隔でステップ１００にループバックする。典型的に、時間間隔は、１ヶ月又は１年単位であってよい。
【００７８】
以上の通り、本発明の第１実施形態は、イメージングボロメータのドリフトの「能動的」補正を不必要に行わなくても済むという利点を有する。
【００７９】
第１実施形態は、マイクロボロメータアレイに適用可能であり、あるマイクロボロメータと他のマイクロボロメータとの間の抵抗ドリフト差に関連した空間的感度変化現象を修正及び解消する。この場合、有利には、かつ必ずしもそうとは言えないが、それは、提案された実装の結果により更新された個々の感度のテーブル全体（当業者によってゲインテーブルと称される）に及ぶ。これが、さらなるわずらわしい作業である再校正ではなく、ゲインテーブルを安定させるための「算術的（arithmetic）」な過程をもたらすことは、当業者には明白である。このように、各イメージング画素の感度の精度は、いかなる再校正も行うことなく、非常に長い期間にわたって保たれる。
【００８０】
第１実施形態では、イメージングボロメータ１４０の電気抵抗のドリフト補正には、各ドリフト測定の間に基準条件を正確に再構成する必要があるということに留意されたい。基準条件は、抵抗の最初の「基準」測定値
【数１３】
が得られた時点で有効となる。これらの条件は、検出器に、温度制御器及びシャッターを提供することによって直接に得られる。これらの温度制御器及びシャッターは、この分野では慣習的である。しかしながら、ときには、これがユーザにとって不便を強いる。
【実施例２】
【００８１】
多くの場合、補償ボロメータ５０のドリフトの時間変化は、イメージングボロメータ１４０に見られる変化と実質的に同一であることに留意されたい。これは、両タイプの構造が同一の感度材料（複）層を用いて計画的及び有利に製造されていることを表している。そして、それらは、実質的に同一の熱ヒストリーを経る。
【００８２】
しかしながら、補償ボロメータ５０は、シーンから生じる放射に、相対的に鈍感に、かつ理想的に完全に鈍感に設計される。有利には、第２実施形態は、補償ボロメータのドリフトを測定することによって、かつ補償ボロメータ５０で測定されたドリフトに応じてイメージングボロメータ１４０のドリフトを補正することによって、この特徴を引き出す。したがって、補償ボロメータ５０がそのような放射に鈍感なので、ドリフト測定時に特殊な照明（赤外線束）条件を指定する必要がなくなる。したがって、これは、ユーザの使用法をごく容易にすることを意味し、及び／又は、有利には照明を指定する手段を提供するとしても、シャッターなどの照明を指定する手段を提供する必要がない。
【００８３】
第２実施形態によれば、イメージングボロメータ１４０と、積分器１６と、補償回路２４と、ドリフト回路３８とから成る検出器１０の基本的なレイアウトは、図２のそれと同一である。
【００８４】
したがって、この第２実施形態は、そこで使用される方法に関して、第１実施形態に類似している。この方法は、図４のフローチャートによって表される。
【００８５】
方法は、回路２４の行中の補償ボロメータ５０の電気抵抗を測定するフェーズ１１２から始まる。
【００８６】
このフェーズ１１２は、抵抗測定の間を通して検出器１０を所定の条件下に置くステップ１１４を含む。この実施形態では、これらの条件は、検出器１０を既知の均一な温度θｒｅｆに置くことである。
【００８７】
次いで、ステップ１１６において、タイマ回路１８の計測カウンタＮｍｅａｓｕｒｅが、「１」に初期化され、かつアレイ１２のすべてのリードスイッチ４６が、タイマ回路１８によって開かれる。
【００８８】
次いで、ステップ１１８において、タイマ回路１８が、第１及び第２ドリフト測定スイッチ６０，６２を開くとともに、積分回路１６の行のリセットスイッチ４４を閉じる。実質的に、積分器１６のコンデンサ４２は、即座に放電する。
【００８９】
次いで、タイマ回路１８は、ステップ１２０で、第１及び第２ドリフト測定スイッチ６０，６２を閉じるとともに、積分回路１６の行のリセットスイッチ４４を開く。したがって、図２に示された補償回路２４、ドリフト回路３８、及び積分器１６のレイアウト毎に、補償ボロメータ５０に流れる電流ｉｃｏｍｐと基準抵抗器５６に流れる電流ｉｒｅｆとの差の、コンデンサ４２による積分が開始される。
【００９０】
期間Ｔｉｎｔが経過すると、タイマ回路１８は、ステップ１２２で、ドリフト回路３８の行の第１及び第２ドリフト測定スイッチ６０，６２を開く。そして、図２に示されたレイアウト中の測定回路２２の出力上の電圧Ｖｏｕｔは、以下の式で得られる。
【００９１】
【数１４】
【００９２】
次いで、この電圧Ｖｏｕｔは、従来の手段によって転送された後、ステップ１２４で、情報処理ユニット２８の補正ユニット３４によって保存される。さらにステップ１２４において、次いで、ユニット３４が、電圧Ｖｏｕｔに応じて、補償ボロメータ５０の電気抵抗Ｒｃｏｍｐと抵抗器５６の電気抵抗Ｒｒｅｆとの差を求める。次いで、ユニット２８のメモリバンク３２に格納された値Ｒｒｅｆを知ることによって、ユニット３４は、補償ボロメータ５０の電気抵抗Ｒｃｏｍｐを求める。次いで、演算値Ｒｃｏｍｐが、メモリバンク３２に格納される。
【００９３】
続いて、選択的なステップ１２８において、計測カウンタＮｍｅａｓｕｒｅの値が値
【数１５】
に等しいか否かを確認するテストが実行される。等しくない場合、タイマ回路１８は、ステップ１３０で、カウンタＮｍｅａｓｕｒｅに「１」加算し、次いで、補償ボロメータ５０の行を読み取るための新しい読み取りサイクルのために、ステップ１３０からステップ１１８にループバックする。
【００９４】
ステップ１２８で実行されたテストが肯定的結果であった場合、補償ユニット３４は、ステップ１３２において、かつ補償回路２４の行中の補償ボロメータ５０毎に、
【数１６】
個の最終電気抵抗演算値Ｒｃｏｍｐの平均
【数１７】
を算出する。
【００９５】
次いで、平均
【数１８】
は、ステップ１３４で、補償ボロメータ５０の基準電気抵抗値
【数１９】
として、メモリバンク３２に設けられたスペースに格納される。
【００９６】
さらに、かつタイマ回路１８の手法と同様の読み取りサイクルに関連して、ｍ×ｎ個のイメージングボロメータ１４０の応答Ｓｉｎｉｔが、異なる温度を有した２つの均一な放射源による標準的な従来方法を用いて測定され、かつ、その応答は、メモリバンク３２に格納される。次いで、テーブルＳｉｎｉｔが、演算テーブルＳにコピーされる。
【００９７】
検出器の使用が開始されると、方法は、イメージングアレイ１２の各行の抵抗ドリフトを測定するステップ１３６と、それに続いて、このドリフトを補正するためのステップ１３８とに進む。ドリフト測定及び補正ステップ１３６，１３８は、常時及び／又は周期的に、又は、例えば、検出器１０がドリフトによる不利な影響を受けているとユーザが気付いた際の検出器１０のユーザの要求時に、トリガされる。
【００９８】
特に、ドリフト測定ステップ１３６は、先に記載したステップ１１４ないし１３２を含む。したがって、ステップ１３２の完了時、各補償ボロメータ５０の電気抵抗の新しい平均測定値
【数２０】
が情報処理ユニット２８のメモリバンク３２に格納される。
【００９９】
次いで、補正ステップ１３８において、ユニット２８の補正ユニット３４は、テーブルＳｉｎｉｔ中の要素のそれぞれに、対応する比
【数２１】
を掛けることによって、メモリバンク３２中の演算電気感度テーブルＳを算出する。
【０１００】
第１及び第２実施形態において、イメージングアレイ１２を読み取る検出器１０に通常存在する積分器１６は、アレイのドリフトを測定するために使用される。
【０１０１】
コンデンサ４２の静電容量Ｃｉｎｔの値は、イメージングボロメータ１４０に流れる電流と補償ボロメータ５０に流れる電流との差を積分するように、従来の通りに選択される。
【０１０２】
このため、抵抗１４０又は５０に近い抵抗５６をそれぞれ有するドリフト回路３８を使用する必要がある。それによって、コンデンサ４２は、イメージングボロメータ１４０のドリフト測定時に飽和しない。
【０１０３】
しかしながら、そのような抵抗器５６の使用によって、この測定は、例えば、抵抗器の電気抵抗値Ｒｒｅｆに影響を及ぼす技術的ばらつきに関連した誤差に起因して不正確なものとなる。
【０１０４】
以下に記載される第３及び第４実施形態によれば、それらの絶対電気抵抗を測定することによって、イメージングボロメータ１４０のドリフト測定が達成される。
【実施例３】
【０１０５】
第３実施形態を表した図５に示すように、第３実施形態の構成は、ドリフト回路３８が省略されているという点で、図１及び図２に関連して記載された２つの実施形態とは異なる。したがって、検出器１０の基本的なレイアウトは、画素１４と、積分器１６と、補償回路２４とから成る。
【０１０６】
第３実施形態は、図３に関連して先に記載された第１実施形態のそれと同様の方法を用いる。
【０１０７】
主な差異は、ボロメータ１４０の測定時、コンデンサ４２によって積分される電流が、イメージングボロメータ１４０に流れる電流と基準抵抗５６に流れる電流との差ではないという点である。それは、実際にイメージングボロメータ１４０に流れる電流となる。
【０１０８】
第２の差異は、コンデンサ４２の飽和を防止するために、積分期間が短縮されるという点である。故に、積分サイクルの終わりにおける積分器１６の出力上の電圧Ｖｏｕｔは、以下の式で得られる。
【０１０９】
【数２２】
【０１１０】
ここで、Ｔ´ｉｎｔは、イメージングボロメータ１４０のドリフト測定時にコンデンサ４２が飽和しないように選択された短縮積分期間である。次いで、演算論理ユニット３４が、電圧Ｖｏｕｔに応じて、イメージングボロメータ１４０の電気抵抗Ｒｉｍａｇを求める。
【０１１１】
あるいは、積分期間を短縮するのではなく、積分期間Ｔｉｎｔの間に飽和しないように、コンデンサ４２の静電容量値Ｃｉｎｔが増大される。
【０１１２】
例えば、積分器１６は、２つのコンデンサを具備する。第１コンデンサは、イメージングアレイ１２の読み取り時にタイマ回路１８によって選択される。第２コンデンサは、イメージングボロメータ１４０のドリフト測定時に選択される。
【実施例４】
【０１１３】
第４実施形態において、イメージングボロメータ１４０のドリフト測定及び補正は、第２実施形態で説明したものと同様の利点を得るように、補償ボロメータ５０のドリフト測定に基づいて実行される。
【０１１４】
このために、第４実施形態では、検出器１０の基本的なレイアウトは、図５のようになる。
【０１１５】
ドリフト測定及び補償方法は、図４に関連して説明された第２実施形態のそれに類似する。
【０１１６】
主な差異は、ボロメータ１４０のドリフト測定時、コンデンサ４２によって積分される電流が、補償ボロメータ５０に流れる電流と基準抵抗５６に流れる電流との差ではないという点である。それは、実際に補償ボロメータ５０に流れる電流となる。
【０１１７】
第２の差異は、コンデンサ４２の飽和を防止するために、積分期間が短縮されるという点である。故に、積分サイクルの終わりにおける積分器１６の出力上の電圧Ｖｏｕｔは、以下の式で得られる。
【０１１８】
【数２３】
【０１１９】
次いで、補正ユニット３４は、電圧Ｖｏｕｔに応じて、補償ボロメータ５０の電気抵抗Ｒｃｏｍｐを求める。
【０１２０】
あるいは、積分期間を短縮するのではなく、積分期間Ｔｉｎｔの間に飽和しないように、コンデンサ４２の静電容量値Ｃｉｎｔが増大される。
【０１２１】
例えば、積分器１６は、２つのコンデンサを具備する。第１コンデンサは、イメージングアレイ１２の読み取り時にタイマ回路１８によって選択される。第２コンデンサは、補償ボロメータ５０のドリフト測定時に選択される。
【０１２２】
本発明の第４実施形態によって、イメージングアレイ１２のドリフトの空間的補正が可能となることは明らかである。すなわち、イメージングボロメータのドリフトは、上記アレイ中のボロメータ毎に、１つずつ補償されるか（第１及び第３実施形態の場合）、又は、イメージングアレイ１２の列毎に、１列ずつ補償される（第２及び第４実施形態の場合）。
【実施例５】
【０１２３】
本発明の第５実施形態によれば、検出器は、その焦点面の温度をコントロールするシステムを使用する。例えば、検出器は、当業者には既知のペルチェ効果モジュール又はジュール効果モジュールを使用する。
【０１２４】
この実施形態において、イメージングボロメータのドリフトの測定は、図１ないし図５に関連して先に説明されたいずれかの実施形態に等しい。
【０１２５】
一方、ボロメータのドリフトは、図６のフローチャートに示された焦点面の温度をコントロールすることによるボロメータの電気抵抗のドリフトの補正によって、「能動的」に補正される。
【０１２６】
図６において、イメージングボロメータ１４０のドリフト測定及び補正方法は、例えば、第１初期ステップ１６０と、それに続く、ドリフト測定ステップ１６２とを伴う。ステップ１６０は、第１実施形態のステップ７２ないしステップ９４から成る。ステップ１６２は、第１実施形態の測定ステップ１００と同一である。ステップ７２ないしステップ９４と、ステップ１００とについては、図３に関連して先に説明がなされている。
【０１２７】
次いで、方法は、測定したドリフトを補正するフェーズ１６４に進む。これは、先に説明したものと同一の基準に関連してトリガされる。
【０１２８】
補正フェーズ１６４は、第１ステップ１６６から成る。第１ステップでは、情報処理ユニット２８の補正ユニット３４が、イメージングアレイ１２中のｍ×ｎ個のボロメータ１４０の平均ドリフト
【数２４】
、又は、補償ボロメータ５０の平均ドリフト
【数２５】
を算出する。特に、ユニット３４は、アレイ１２中のイメージングボロメータ１４０に関連する平均差
【数２６】
、又は、補償ボロメータ５０に関連する差
【数２７】
を求める。
【０１２９】
続くステップ１６６において、補正ユニット３４は、平均ドリフト
【数２８】
に応じて、焦点面の温度をコントロールするシステムのための設定温度ＴＣを算出する。この設定点ＴＣは、その温度が焦点面に適用されることによって、イメージングボロメータ１４０の電気抵抗が
【数２９】
だけ低下する結果が得られるように算出される。当然ながら、検出器１０の動作範囲にわたって、実際に、イメージングボロメータ１４０の温度と電気抵抗の値との間の関係を連続的に減少させることができる。故に、温度をコントロールすることは、その電気抵抗をコントロールすることに等しい。
【０１３０】
したがって、補償ステップ１６４は、焦点面の温度を設定温度ＴＣにコントロールするステップ１７０に進む。
【０１３１】
最後に、新しい平均ドリフト
【数３０】
、及び、新たなドリフトを補償する新しい設定温度ＴＣを測定するために、ステップ１７０からステップ１６２にループバックする。
【０１３２】
シーンの熱イメージを形成するための検出器１０の動作の間、イメージングボロメータ１４０が、焦点面温度を変更することによるこの補正過程によって値
【数３１】
だけ減少した電気抵抗を有することは明らかである。そのようにして、それら電気抵抗のドリフトが、能動的に補償される。
【０１３３】
第５実施形態におけるドリフト補償は、イメージングアレイ１２中のイメージングボロメータの平均ドリフトの補償を意味するということに留意されたい。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
この発明は、イメージセンサの分野に適用できる。イメージセンサは、検出周波数帯、又は、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、酸化バナジウム（Ｖｏｘ）、又は金属酸化物（Ｔｉ）などのイメージングボロメータ又は基準ボロメータの製造に用いられるボロメトリック材料のタイプにかかわらず、ボロメトリック検出に利用される。
【０１３５】
故に、本発明には、以下の用途がある。
・赤外線マイクロボロメータ高温測定
・赤外線マイクロボロメータイメージング
・赤外線マイクロボロメータイメージングによる車両の運転補助及び歩行者の検出
・赤外線マイクロボロメータイメージングによるガス測定
・より広範な、マイクロボロメータを用いた物理的測定
【符号の説明】
【０１３６】
１０ ボロメトリック検出器
１２ ２次元アレイ
１４ イメージング画素
１６ 積分器
１８ アドレス指定回路
２４ 補償回路
２８ 情報処理ユニット
３０ 演算論理ユニット
３２ メモリバンクユニット
３４ 補正ユニット
３８ ドリフト測定回路
４０ 演算増幅器
４２ コンデンサ
４４ リセットスイッチ
４６ リードセレクトスイッチ
４８ 第１ＭＯＳインジェクショントランジスタ
５０ 抵抗型補償ボロメータ
５２ シールド
５４ 第２ＭＯＳインジェクショントランジスタ
５６ 抵抗器
５８ 第３ＭＯＳインジェクショントランジスタ
６０ 第１ドリフト測定スイッチ
６２ 第２ドリフト測定スイッチ
１４０ 抵抗型イメージングボロメータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボロメータを用いた赤外線イメージング及び高温測定の分野に関する。
【０００２】
特に、本発明は、抵抗型イメージングボロメータを具備した赤外線放射検出用デバイスに関する。また、本発明は、そのようなデバイスのアレイを具備したシステムと、そのようなシステムに一体化されたイメージングボロメータの読み取り方法とに関する。
【背景技術】
【０００３】
赤外線検出器の分野において、アレイ状に構成される、大気温度で動作可能な、すなわち、極めて低い温度に冷却する必要のないデバイスを使用することは、よく知られている。これは、典型的に液体窒素の温度である極めて低い温度でのみ動作可能な「量子検出器」と称される検出デバイスとは対照的である。
【０００４】
従来、これらの非冷却型検出器は、３００Ｋ周辺の温度に応じた適切な材料の物理的単位の変化を使用する。ボロメトリック検出器の場合には、この物理的単位は電気抵抗率である。
【０００５】
一般に、そのような非冷却型検出器は、
−赤外線放射を吸収し、それを熱に変換する手段と、
−赤外線放射の影響で検出器の温度が上昇可能となるように、検出器を熱的に隔離する手段と、
−ボロメトリック検出器に関連して、抵抗素子を使用する温度測定手段と、
−温度測定手段によって提供された電気信号を読み取る手段と
を具備する。
【０００６】
従来、赤外線イメージング用に設計された検出器は、複数の検出器素子又は複数のボロメータの１次元又は２次元アレイとして作製される。上記アレイの各検出器素子は、支持アーム手段によって基板上に浮遊する膜を形成する。一般に、基板はシリコン製である。
【０００７】
通常、基板は、複数の検出器素子を連続的にアドレス指定する手段と、検出器素子を電気的に励起する手段と、これらの検出器素子によって生成される電気信号を前処理する手段とを併せ持つ。したがって、これらの連続的アドレス指定手段、電気的励起手段、及び前処理手段は、基板上に形成されて、読み取り回路を構成する。
【０００８】
この検出器を用いてシーン（scene）を取得するために、シーンのイメージが、検出器素子のアレイ上に適切な光を介して投影され、かつ、検出器素子のそれぞれに又はそのような検出器の各行に、読み取り回路を介して電気的クロックパルスを印加して、上記検出器素子のそれぞれによって届けられた温度イメージを構成する電気信号を取得する。この電気信号は、各検出器素子の電気抵抗に密接に関連している。そして、この信号は、読み取り回路によってある程度処理され、次いで、もし適用可能であれば、パッケージ外部の電子デバイスによって、観測されたシーンの熱イメージを生成する。
【０００９】
しかしながら、一般的に、イメージングボロメータの製造に通常用いられるボロメトリック材料、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）又は酸化バナジウム（Ｖｏｘ）の電気抵抗は、程度の差はあるが、時間とともにドリフトすることがわかっている。
【００１０】
本明細書中では、用語「ドリフト（drift）」とは、所与の環境及び動作条件下で、イメージングボロメータの電気抵抗が、そのような条件下で観測された初期値から時間とともにゆるやかに逸脱すること指す。環境及び動作条件は、例えば、ボロメータへの入射放射、ボロメータ及び電気的読み取り信号に対する周辺温度などであり、以降では、「基準条件」と称される。初期値は、基準値と称される。この基準値は、検出器の使用中、使用前、又は校正と称される特殊動作中の各基準条件下で測定できる。
【００１１】
そのようなドリフトの原因の１つは、従来用いられる温度測定材料につきものの不安定性にある。この不安定性は、生成又は作成しようとするイメージ又は熱測定値の精度と比較した場合に、無視できない程の抵抗率の変化をもたらすおそれがある。通常、このタイプのドリフトは、基板にわたって検出器の全画素に作用して、総合的な校正ドリフトをもたらす。
【００１２】
また、例えば、非常に長い時間、強烈な放射源（太陽、スポットライト等）を観察したときなど、高密光束による検出器の過剰照射に起因するドリフトを考慮する必要がある。これらのドリフト源は、検出器によって生成される熱イメージの品質に悪影響をもたらす。通常、このタイプのドリフトは、検出器の感知表面の限られた部分に局所的に作用して、空間的にばらついた検出器校正誤差をもたらす。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】E. Mottin et al., "Uncooled amorphous silicon enhancement for 25μm pixel pitch achievement", Infrared Technology and Application XXVIII, SPIE, vol. 4820
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
したがって、本発明の目的は、正確なまま、すなわち、正しく校正が行われた状態を保つ検出器を提供することにある。具体的には、検出器の出力信号は、そのライフサイクルを通して、いわゆる基準条件下に置かれ続けたときと同じように保たれる。その感知素子は、空間的及び／又は時間的ドリフトの影響を受けることがない。
【００１５】
これを達成するために、本発明は、抵抗型ボロメータを具備した赤外線放射検出用デバイスを提供する。
本発明によれば、このデバイスは、
・上記ボロメータの電気抵抗の基準値に対する上記ボロメータの電気抵抗のドリフトを測定する測定手段と、
・上記ドリフトの影響を補正する補正手段又は抵抗の上記ドリフトを補正する補正手段と
を具備する。上記基準値は、上記ボロメータの所定の動作条件に対応する。
【００１６】
本発明の一実施態様によれば、測定手段は、
・上記ドリフトの影響を受ける基準抵抗型ボロメータと、
・基準ボロメータの電気抵抗を測定する測定手段と、
・測定した電気抵抗に応じて上記ドリフトを決定する決定手段と
を具備する。
【００１７】
特に、基準ボロメータは、イメージボロメータに関連した補償ボロメータである。
【００１８】
あるいは、基準ボロメータは、イメージボロメータである。
【００１９】
本発明の一実施態様によれば、基準ボロメータの電気抵抗を測定する測定手段は、
・基準ボロメータに流れる電流を積分する積分手段と、
・積分手段によって積分された電流に応じて基準ボロメータの電気抵抗を決定する決定手段と
を具備する。
【００２０】
本発明の一実施態様によれば、基準ボロメータの電気抵抗を測定する測定手段は、
・基準ボロメータに接続可能な所定の電気抵抗を有した抵抗部と、
・基準ボロメータに流れる電流と抵抗部に流れる電流との差を積分する積分手段と、
・積分手段によって積分された電流差に応じて基準ボロメータの電気抵抗を決定する決定手段と
を具備する。
【００２１】
特に、後者に流れる電流を積分することによってイメージングボロメータの電気抵抗を測定する測定回路をさらに具備する。上記回路は、赤外線放射温度を測定するように構成される。積分手段は、上記測定回路に含まれている。
【００２２】
本発明の一実施態様によれば、補正手段は、上記ドリフトを補償するように、イメージングボロメータの温度を制御する制御手段を具備する。
【００２３】
本発明の一実施態様によれば、デバイスは、イメージングボロメータの電気抵抗を測定する測定手段と、測定された電気抵抗とイメージングボロメータの電気抵抗によって決まる少なくとも１つのパラメータとに応じてボロメータ上の入射放射の温度を決定する決定手段とをさらに具備する。補正手段は、温度決定時、ドリフトの影響を補正するように、測定されたドリフトに応じて上記少なくとも１つのパラメータを補正する機能を有する。
【００２４】
本発明の一実施態様によれば、上記少なくとも１つのパラメータは、イメージングボロメータの電気抵抗を測定する測定回路の温度に対する電気的感度である。
【００２５】
また、本発明の目的は、上記放射を検出するデバイスの少なくとも１つの行を具備する。
【００２６】
本発明に従い、これらデバイスは、先に記載したタイプのそれぞれである。
【００２７】
また、本発明は、赤外線放射検出用システムを構成するボロメータアレイ内の抵抗型ボロメータを読み取る方法を提供する。上記方法は、
・上記ボロメータの電気抵抗の基準値に対する上記ボロメータの電気抵抗のドリフトを測定する測定段階と、
・上記ドリフトの影響を補正する補正段階又は抵抗のドリフトを補正する補正段階と
を有する。上記基準値は、上記ボロメータの所定の動作条件に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態及び第２実施形態によるボロメトリック検出器の概略図である。
【図２】図１の検出器の構築に関する基本的な回路レイアウトの概略図である。
【図３】第１実施形態によるドリフト測定及び補償方法のフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態によるドリフト測定及び補償方法のフローチャートである。
【図５】本発明の第３実施形態及び第４実施形態による基本的な回路レイアウトの概略図である。
【図６】本発明の第５実施形態によるドリフト測定及び補償過程を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は、例示のみを目的として与えられた以下の説明と、添付の図面との参照によって、より容易に理解が得られる。図において、同一の参照符号は、同一又は類似の構成要素を指す。
【００３０】
図１は、ボロメトリック検出器１０を概略的に示す。そのような検出器１０は、以下の構成要素を具備する。
・ｎ行ｍ列のイメージング画素１４から成る２次元アレイ１２：各イメージング画素１４は、抵抗型ボロメータ１４０を具備する。ここで、ｎ及びｍは、１以上の整数である。イメージングアレイ１２は、赤外線放射（図示していない）を透過する光学焦点面に配列される。
・補償回路２４の行：補償回路２４のそれぞれは、アレイ１２の列に関連しており、補償ボロメータ５０を具備する。
・積分器１６の行：積分器１６のそれぞれは、アレイ１２の列に関連する。
・アレイ１２を行毎にアドレス指定するアドレス指定回路１８
【００３１】
周知のように、通常、抵抗型ボロメータ１４０及び補償ボロメータ５０は、読み取りに必要とされるさまざまな電子的構成要素が形成された基板上に、支持アームによって浮遊状態とされた（suspended）膜から成る。通常、これらの電子的構成要素は、「読み取り回路」と称される。
【００３２】
そのようなボロメトリック検出器の構成は典型的なものであるので、詳細な説明は省略する。追加的な情報としては、例えば、非特許文献１を参照されたい。
【００３３】
本発明によれば、この構成は、以下の構成要素をさらに具備する。
・積分器１６に接続された情報処理ユニット２８：情報処理ユニット２８は、演算論理ユニット３０を具備する。ユニット３０は、積分器によって出力された信号を処理するためのアルゴリズムを使用して、アレイ１２上に投影された赤外線イメージを求める。このために、ユニット２８は、シーンの温度に対する積分器１６の電気的感度の１つ以上の値を含んだ算出パラメータを用いる。これらの値は、メモリバンクユニット３２に格納される。また、ユニット２８は、以下でより詳細に記載されるように、イメージングボロメータ１４０の測定されたドリフトを補償する補正ユニット３４を具備する。
・ドリフト回路３８の行：ドリフト回路３８のそれぞれは、アレイ１２の列に関連する。
【００３４】
以下でより詳細に記載されるように、積分器１６に関連するドリフト回路３８は、アレイ１２中のボロメータのドリフトを測定するためのモジュールを一緒に形成する。
【実施例１】
【００３５】
図２は、第１実施形態による検出器１０の基本的なレイアウトを示す。この検出器１０は、
・アレイ１２のイメージング画素１４と、
・イメージング画素１４のボロメータ１４０を測定する積分器１６と、
・イメージング画素１４が読み取られるとき、イメージングボロメータ１４０に流れる共通ノード電流を補償する補償回路２４と、
・ボロメータ１４０の電気抵抗のドリフトを測定するドリフト回路３８と
を具備する。
【００３６】
積分器１６は、以下の構成要素を具備する。
・演算増幅器４０：その非反転入力（＋）は、所定の定電圧Ｖｂｕｓに保たれている。
・コンデンサ４２：コンデンサ４２は、所定の静電容量Ｃｉｎｔを有するとともに、演算増幅器４０の反転入力（−）と同出力との間に接続される。
・リセットスイッチ４４：リセットスイッチ４４は、コンデンサ４２と並列に接続されるとともに、アドレス指定回路１８によって制御される「Ｒｅｓｅｔ」信号によって制御可能である。
【００３７】
回路又は「画素（pixel）」１４は、ボロメータ１４０を具備する。ボロメータ１４０は、シーンから生じる赤外線放射ＩＲに暴露されるとともに、第１端子Ａによって定電位（図では接地電位に等しい）に接続される。また、画素は、以下の構成要素を具備する。
・リードスイッチ４６：リードスイッチ４６は、アドレス指定回路１８によって制御される「Ｓｅｌｅｃｔ」信号によって制御可能であり、かつその端子の一方が演算増幅器の反転入力（−）に接続される。
・第１ＭＯＳインジェクショントランジスタ４８：そのゲートは、所定の定電圧Ｖｆｉｄに保たれ、そのソースは、ボロメータ１４０の第２端子Ｂに接続され、かつそのドレインは、リードスイッチ４６の他方の端子に接続される。
【００３８】
イメージングボロメータ１４０に流れる共通ノード電流を補償するために用いられる補償回路２４は、抵抗型補償ボロメータ５０を具備する。抵抗型補償ボロメータ５０は、イメージングボロメータ１４０と同一の材料から成り、基板に比べて無視できる熱抵抗を有する。選択的に、補償ボロメータ５０には、シーンから生じる放射を遮断するためのシールド５２が取り付けられる。
【００３９】
補償ボロメータ５０の端子のうちの一方は、所定の電圧ＶＳＫに接続され、かつもう一方の端子は、回路２４の第２ＭＯＳインジェクショントランジスタ５４のソースに接続される。トランジスタ５４のドレインは、演算増幅器４０の反転入力に接続され、かつグリッドは、所定の電圧ＧＳＫに接続される。
【００４０】
ドリフト回路３８は、抵抗器５６と、第３ＭＯＳインジェクショントランジスタ５８とを具備する。それらは、補償ボロメータ５０及び第２インジェクショントランジスタ５４と同様に配置されている。
【００４１】
また、ドリフト回路３８は、第３ＭＯＳトランジスタ５８と演算増幅器４０の反転端子（−）との間に位置したドリフト測定スイッチ６０を具備する。上記スイッチは、「Ｄｅｒ１」信号により、アドレス指定回路１８によって制御可能である。
【００４２】
最後に、補償回路は、補償回路２４の枝路に位置した第２ドリフト測定スイッチ６２にも関連する。第２ドリフト測定スイッチ６２は、「Ｄｅｒ２」信号により、タイマ回路１８によって制御可能であるとともに、第２トランジスタ５４と演算増幅器４０の反転端子（−）との間に位置する。
【００４３】
抵抗器５６は、イメージングボロメータ１４０が暴露される温度範囲にわたって所定の定電気抵抗値Ｒｒｅｆを提供するように選択される。特に、抵抗器５６は、初期基準条件下のイメージングボロメータ１４０の抵抗値に実質的に等しい電気抵抗値を提供する。電気抵抗値Ｒｒｅｆは、情報処理ユニット２８のメモリバンク３２に格納される。
【００４４】
アレイによって検出されたシーンの温度を検出するために、イメージングアレイ１２の行を読み取る読み取りサイクルの間、第１ドリフト測定スイッチ６０は開となり、かつ第２ドリフト測定スイッチ６２は閉となる。コンデンサ４２の予備ゼロリセットサイクル間に閉となったリセットスイッチ４４は、タイマ回路１８によって開状態に切り換えられる。次いで、タイマ回路は、リードセレクトスイッチ４６を閉じる。イメージングボロメータ１４０に流れる電流と補償ボロメータ５０に流れる電流との差が、コンデンサ４２によって積分される。次いで、リードスイッチ４６が閉じてから所定の積分期間Ｔｉｎｔが経過したとき、タイマ回路１８は、リードスイッチを開く。そして、積分器１６の出力上の電圧Ｖｏｕｔは、以下の式で与えられる。
【００４５】
【数１】
【００４６】
ここで、ｔは、時間であり、ｉｉｍａｇは、イメージングボロメータ１４０に流れる電流であり、ｉｃｏｍｐは、補償ボロメータ５０に流れる電流である。
【００４７】
補償ボロメータ５０に流れる電流ｉｃｏｍｐはイメージングボロメータ１４０に流れる共通ノード電流に実質的に等しいので、実質的に、積分器１６の入力上の電流差の原因となるイメージングボロメータ１４０の電気抵抗と補償ボロメータ５０の電気抵抗との差は、イメージングボロメータ１４０の電気抵抗Ｒｉｍａｇの変化量ΔＲｉｍａｇを表す。これは、シーンから生じる放射に起因しており、イメージングボロメータに影響を及ぼす。
【００４８】
当業者には既知のように、次いで、電圧Ｖｏｕｔは、例えば、サンプリングブロッキングシーケンスに続いて、情報処理ユニット２８の演算論理ユニット３０に印加され、次いで、１つ以上のシリアル出力増幅器に多重化される。
【００４９】
次いで、演算論理ユニット３０は、電圧Ｖｏｕｔ及び校正パラメータに応じて、イメージングボロメータ１４０に影響を及ぼす赤外線放射（ＩＲ）の温度θｓｃｅｎｅを求める。校正パラメータには、メモリバンク３２に格納された検出器１０のシーンの温度に対する電圧Ｖｏｕｔの感度Ｓが含まれる。
【００５０】
校正パラメータは、校正（calibratin）と称される初期フェーズの間に取得される。典型的に、校正は、当業者には見慣れたものであるいわゆるゲイン／オフセットテーブルと称される２次元的アクセスを提供するために、空間的に均一な既知の温度に置かれた２つの黒色体を検出器に検出させることによって行われる。これらのテーブル中の各要素は、イメージングアレイの検出器素子に対応する。明細書中で用いられる用語「ゲイン（gain」、「感度（sensitivity）」、及び「電気的応答（electrical response）」は、数量Ｓ＝ΔＶｏｕｔ／Δθｓｃｅｎｅを指し、通常、ミリボルト毎ケルビンで表される。
【００５１】
検出器１０のこの感度Ｓは、以下の式によって、一般的に言えば、１次近似として、かつ抵抗のわずかな変化量について、表されることがわかっている。
【００５２】
【数２】
【００５３】
ここで、
・Ｒｉｍａｇは、所定の基準条件下でのボロメータ１４０の基準電気抵抗であり、
・Ｖｉｍａｇは、ボロメータ１４０が読み取られるときのボロメータ１４０の端子に掛かるバイアス電圧であり、
・ＴＣＲは、ボロメータ１４０の温度に応じたボロメータ１４０の電気抵抗変化量係数であり、
・Ｒｔｈは、ボロメータ１４０と該ボロメータ１４０がその上を浮遊する基板との間の熱抵抗であり、
・Φ（θｓｃｅｎｅ）は、ボロメータ１４０によって吸収されるエネルギー束であり、シーンθｓｃｅｎｅの温度の関数である。
【００５４】
感度Ｓが、１次近似として、値Ｒｉｍａｇに逆比例することは明らかである。したがって、数量Ｒｉｍａｇがドリフトする場合、これがθｓｃｅｎｅの温度測定結果を誤らせることは明らかである。
【００５５】
イメージングボロメータ１４０の読み取りに関して、先に記載した構成要素のレイアウト及び動作は、従来のものであるので、簡潔性を重視して、明細書中では詳細に説明しない。追加的な詳細については、例えば、非特許文献１を参照されたい。
【００５６】
図２に示したレイアウトを有する検出器１０で使用されるイメージングアレイ１２のイメージングボロメータ１４０の電気抵抗のドリフトを測定及び補償するための方法を、図３のフローチャートを参照して以下に記載する。
【００５７】
最初の初期化ステップ７０において、所定の基準条件下でのアレイ１２中のイメージングボロメータ１４０の電気抵抗の初期値が決定される。初期化ステップ７０は、検出器１０が初めて使用される前に、典型的には工場において行われる、
【００５８】
このために、ステップ７２において、検出器１０は、抵抗測定の間中、基準条件下に置かれる。具体的には、ステップ７２では、検出器１０を既知の均一な温度θｒｅｆとし、既知の均一な熱照度Φｒｅｆにさらす。この目的で、検出器１０は、例えば、それ自体は既知である、焦点面の温度を制御するためのシステム及びシャッターを備える。ステップ７２の間、温度制御システムは、イメージングアレイ１２を温度θｒｅｆに上昇させ、かつアレイが基準照度Φｒｅｆに暴露されるように、シャッターを閉じる。
【００５９】
次いで、ステップ７４において、タイマ回路１８の行カウンタＮｌｉｎｅ及び計測カウンタＮｍｅａｓｕｒｅが、値「１」に初期化される。
【００６０】
ステップ７６において、タイマ回路１８は、アレイ１２の行Ｎｌｉｎｅのリードスイッチ４６を開く。また、タイマ回路１８は、第１及び第２ドリフト測定スイッチ６０，６２を開くとともに、積分回路１６の行のリセットスイッチ４４を閉じる。そして、積分器１６のコンデンサ４２が、ほぼ即座に放電する。
【００６１】
次いで、ステップ７８において、タイマ回路１８は、アレイ１２の行Ｎｌｉｎｅのリードスイッチ４６を閉じる。さらに、タイマ回路１８は、第１ドリフト測定スイッチ６０を閉じるとともに、積分器１６の行のリセットスイッチ４４を開く。したがって、図２に示された行Ｎｌｉｎｅのレイアウト毎に、イメージングボロメータ１４０に流れる電流ｉｉｍａｇと基準抵抗Ｒｒｅｆ５６に流れる電流ｉｒｅｆとの差のコンデンサ４２による積分が開始される。
【００６２】
期間Ｔｉｎｔが経過したとき、タイマ回路１８は、ステップ８０で、行Ｎｌｉｎｅのリードスイッチ４６と、ドリフト回路３８の行の第１ドリフト測定スイッチ６０とを開く。そして、図２に示されたレイアウトにおける積分回路１６の出力上の電圧Ｖｏｕｔは、以下の式で与えられる。
【００６３】
【数３】
【００６４】
次いで、この電圧Ｖｏｕｔは、ステップ８２で、情報処理ユニット２８の補正ユニット３４によって、従来の手法で転送された後に保存される。さらにステップ８２において、ユニット３４は、電圧Ｖｏｕｔに応じて、イメージングボロメータ１４０の電気抵抗Ｒｉｍａｇと基準抵抗５６の電気抵抗Ｒｒｅｆとの差を求める。
【００６５】
次いで、ユニット２８のメモリバンク３２に格納された値Ｒｒｅｆを知ることによって、ユニット３４は、イメージングボロメータ１４０の電気抵抗Ｒｉｍａｇを求める。次いで、算定値Ｒｉｍａｇは、ステップ８４で、メモリバンク３２に格納される。
【００６６】
続いて、選択的なステップ８６において、計測カウンタＮｍｅａｓｕｒｅの値が所定の値
【数４】
に等しいか否かを確かめるテストが実行される。等しくない場合、タイマ回路は、ステップ８８で、カウンタＮｍｅａｓｕｒｅの値に「１」加算し、次いで、行Ｎｌｉｎｅを読み取る新しい読み取りサイクルのために、ステップ８８からステップ７６にループバックする。
【００６７】
ステップ８６で実行したテストが肯定的結果であった場合、補正ユニット３４は、ステップ９０で、かつ行Ｎｌｉｎｅ中のイメージングボロメータ１４０毎に、
【数５】
個の最終電気抵抗演算値Ｒｉｍａｇの時間平均
【数６】
を算出する。次いで、平均
【数７】
は、メモリバンク３２に格納される。
【００６８】
次いで、行カウンタＮｌｉｎｅの値がアレイ１２の行ｎの数に等しいか否かを確かめるテストが実行される。等しくない場合、タイマ回路は、ステップ９４で、このカウンタの値に「１」加算し、次の行を読み取るために、ステップ９４からステップ７６にループバックする。
【００６９】
等しい場合、イメージングボロメータ１４０のすべての電気抵抗が読み取られているので、ステップ９８に進む。ステップ９８では、各イメージングボロメータ１４０の値
【数８】
が、基準条件下のイメージングボロメータ１４０の電気抵抗
【数９】
の基準テーブルとして、メモリバンク３２に格納される。
【００７０】
測定された電気抵抗の時間平均をとることの利点は、平均によって測定誤差を取り除くことができるということにある。平均値によって、より正確に測定された電気抵抗値を得ることができるようになる。
【００７１】
これで初期化ステップ７０が終了した。したがって、この段において、メモリバンク３２は、アレイ１２のボロメータ１４０に対する電気抵抗基準値
【数１０】
の配列を格納している。
【００７２】
さらに、タイマ回路１８の手法と同様の読み取りサイクルにしたがって、ｍ×ｎ個のイメージングボロメータ１４０の感度Ｓｉｎｉｔが、異なる温度を有する２つの放射源（均一な黒色体）による標準的な最新の方法を用いて測定され、かつ、その感度は、メモリバンク３２に格納される。感度テーブルＳｉｎｉｔは、メモリバンク３２内のテーブルＳにコピーされて、検出器に備えられる演算感度テーブルとして使用される。
【００７３】
検出器の使用が開始されると、方法は、アレイ１２中の各イメージングボロメータ１４０の抵抗ドリフトを測定するステップ１００と、それに続いて、これらのドリフトを補正するためのステップ１０２とに進む。
【００７４】
ドリフト測定及び補正ステップ１００，１０２は、常時及び／又は周期的に、又は、例えば、検出器１０がドリフトによる不利な影響を受けているとユーザが気付いた際の検出器１０のユーザの要求時に、トリガされる。
【００７５】
特に、ドリフト測定ステップ１００は、先に記載したステップ７２ないし９４を含む。したがって、ステップ１００の完了時、各イメージングボロメータ１４０の電気抵抗の新しい平均測定値
【数１１】
が情報処理ユニット２８のメモリバンク３２に格納される。
【００７６】
次いで、補正ステップ１０２において、ユニット２８の補正ユニット３４は、テーブルＳｉｎｉｔ中の要素のそれぞれに、対応する比
【数１２】
を掛け、かつユニット３２に結果のテーブルＳを格納することによって、メモリバンク３２中の電気感度テーブルＳを修正する。これによって、演算テーブルが更新される。
【００７７】
次いで、アレイ１２のイメージングボロメータ１４０の新たなドリフトを測定及び補正するために、ステップ１０２は、所定の時間間隔でステップ１００にループバックする。典型的に、時間間隔は、１ヶ月又は１年単位であってよい。
【００７８】
以上の通り、本発明の第１実施形態は、イメージングボロメータのドリフトの「能動的」補正を不必要に行わなくても済むという利点を有する。
【００７９】
第１実施形態は、マイクロボロメータアレイに適用可能であり、あるマイクロボロメータと他のマイクロボロメータとの間の抵抗ドリフト差に関連した空間的感度変化現象を修正及び解消する。この場合、有利には、かつ必ずしもそうとは言えないが、それは、提案された実装の結果により更新された個々の感度のテーブル全体（当業者によってゲインテーブルと称される）に及ぶ。これが、さらなるわずらわしい作業である再校正ではなく、ゲインテーブルを安定させるための「算術的（arithmetic）」な過程をもたらすことは、当業者には明白である。このように、各イメージング画素の感度の精度は、いかなる再校正も行うことなく、非常に長い期間にわたって保たれる。
【００８０】
第１実施形態では、イメージングボロメータ１４０の電気抵抗のドリフト補正には、各ドリフト測定の間に基準条件を正確に再構成する必要があるということに留意されたい。基準条件は、抵抗の最初の「基準」測定値
【数１３】
が得られた時点で有効となる。これらの条件は、検出器に、温度制御器及びシャッターを提供することによって直接に得られる。これらの温度制御器及びシャッターは、この分野では慣習的である。しかしながら、ときには、これがユーザにとって不便を強いる。
【実施例２】
【００８１】
多くの場合、補償ボロメータ５０のドリフトの時間変化は、イメージングボロメータ１４０に見られる変化と実質的に同一であることに留意されたい。これは、両タイプの構造が同一の感度材料（複）層を用いて計画的及び有利に製造されていることを表している。そして、それらは、実質的に同一の熱ヒストリーを経る。
【００８２】
しかしながら、補償ボロメータ５０は、シーンから生じる放射に、相対的に鈍感に、かつ理想的に完全に鈍感に設計される。有利には、第２実施形態は、補償ボロメータのドリフトを測定することによって、かつ補償ボロメータ５０で測定されたドリフトに応じてイメージングボロメータ１４０のドリフトを補正することによって、この特徴を引き出す。したがって、補償ボロメータ５０がそのような放射に鈍感なので、ドリフト測定時に特殊な照明（赤外線束）条件を指定する必要がなくなる。したがって、これは、ユーザの使用法をごく容易にすることを意味し、及び／又は、有利には照明を指定する手段を提供するとしても、シャッターなどの照明を指定する手段を提供する必要がない。
【００８３】
第２実施形態によれば、イメージングボロメータ１４０と、積分器１６と、補償回路２４と、ドリフト回路３８とから成る検出器１０の基本的なレイアウトは、図２のそれと同一である。
【００８４】
したがって、この第２実施形態は、そこで使用される方法に関して、第１実施形態に類似している。この方法は、図４のフローチャートによって表される。
【００８５】
方法は、回路２４の行中の補償ボロメータ５０の電気抵抗を測定するフェーズ１１２から始まる。
【００８６】
このフェーズ１１２は、抵抗測定の間を通して検出器１０を所定の条件下に置くステップ１１４を含む。この実施形態では、これらの条件は、検出器１０を既知の均一な温度θｒｅｆに置くことである。
【００８７】
次いで、ステップ１１６において、タイマ回路１８の計測カウンタＮｍｅａｓｕｒｅが、「１」に初期化され、かつアレイ１２のすべてのリードスイッチ４６が、タイマ回路１８によって開かれる。
【００８８】
次いで、ステップ１１８において、タイマ回路１８が、第１及び第２ドリフト測定スイッチ６０，６２を開くとともに、積分回路１６の行のリセットスイッチ４４を閉じる。実質的に、積分器１６のコンデンサ４２は、即座に放電する。
【００８９】
次いで、タイマ回路１８は、ステップ１２０で、第１及び第２ドリフト測定スイッチ６０，６２を閉じるとともに、積分回路１６の行のリセットスイッチ４４を開く。したがって、図２に示された補償回路２４、ドリフト回路３８、及び積分器１６のレイアウト毎に、補償ボロメータ５０に流れる電流ｉｃｏｍｐと基準抵抗器５６に流れる電流ｉｒｅｆとの差の、コンデンサ４２による積分が開始される。
【００９０】
期間Ｔｉｎｔが経過すると、タイマ回路１８は、ステップ１２２で、ドリフト回路３８の行の第１及び第２ドリフト測定スイッチ６０，６２を開く。そして、図２に示されたレイアウト中の測定回路２２の出力上の電圧Ｖｏｕｔは、以下の式で得られる。
【００９１】
【数１４】
【００９２】
次いで、この電圧Ｖｏｕｔは、従来の手段によって転送された後、ステップ１２４で、情報処理ユニット２８の補正ユニット３４によって保存される。さらにステップ１２４において、次いで、ユニット３４が、電圧Ｖｏｕｔに応じて、補償ボロメータ５０の電気抵抗Ｒｃｏｍｐと抵抗器５６の電気抵抗Ｒｒｅｆとの差を求める。次いで、ユニット２８のメモリバンク３２に格納された値Ｒｒｅｆを知ることによって、ユニット３４は、補償ボロメータ５０の電気抵抗Ｒｃｏｍｐを求める。次いで、演算値Ｒｃｏｍｐが、メモリバンク３２に格納される。
【００９３】
続いて、選択的なステップ１２８において、計測カウンタＮｍｅａｓｕｒｅの値が値
【数１５】
に等しいか否かを確認するテストが実行される。等しくない場合、タイマ回路１８は、ステップ１３０で、カウンタＮｍｅａｓｕｒｅに「１」加算し、次いで、補償ボロメータ５０の行を読み取るための新しい読み取りサイクルのために、ステップ１３０からステップ１１８にループバックする。
【００９４】
ステップ１２８で実行されたテストが肯定的結果であった場合、補償ユニット３４は、ステップ１３２において、かつ補償回路２４の行中の補償ボロメータ５０毎に、
【数１６】
個の最終電気抵抗演算値Ｒｃｏｍｐの平均
【数１７】
を算出する。
【００９５】
次いで、平均
【数１８】
は、ステップ１３４で、補償ボロメータ５０の基準電気抵抗値
【数１９】
として、メモリバンク３２に設けられたスペースに格納される。
【００９６】
さらに、かつタイマ回路１８の手法と同様の読み取りサイクルに関連して、ｍ×ｎ個のイメージングボロメータ１４０の応答Ｓｉｎｉｔが、異なる温度を有した２つの均一な放射源による標準的な従来方法を用いて測定され、かつ、その応答は、メモリバンク３２に格納される。次いで、テーブルＳｉｎｉｔが、演算テーブルＳにコピーされる。
【００９７】
検出器の使用が開始されると、方法は、イメージングアレイ１２の各行の抵抗ドリフトを測定するステップ１３６と、それに続いて、このドリフトを補正するためのステップ１３８とに進む。ドリフト測定及び補正ステップ１３６，１３８は、常時及び／又は周期的に、又は、例えば、検出器１０がドリフトによる不利な影響を受けているとユーザが気付いた際の検出器１０のユーザの要求時に、トリガされる。
【００９８】
特に、ドリフト測定ステップ１３６は、先に記載したステップ１１４ないし１３２を含む。したがって、ステップ１３２の完了時、各補償ボロメータ５０の電気抵抗の新しい平均測定値
【数２０】
が情報処理ユニット２８のメモリバンク３２に格納される。
【００９９】
次いで、補正ステップ１３８において、ユニット２８の補正ユニット３４は、テーブルＳｉｎｉｔ中の要素のそれぞれに、対応する比
【数２１】
を掛けることによって、メモリバンク３２中の演算電気感度テーブルＳを算出する。
【０１００】
第１及び第２実施形態において、イメージングアレイ１２を読み取る検出器１０に通常存在する積分器１６は、アレイのドリフトを測定するために使用される。
【０１０１】
コンデンサ４２の静電容量Ｃｉｎｔの値は、イメージングボロメータ１４０に流れる電流と補償ボロメータ５０に流れる電流との差を積分するように、従来の通りに選択される。
【０１０２】
このため、抵抗１４０又は５０に近い抵抗５６をそれぞれ有するドリフト回路３８を使用する必要がある。それによって、コンデンサ４２は、イメージングボロメータ１４０のドリフト測定時に飽和しない。
【０１０３】
しかしながら、そのような抵抗器５６の使用によって、この測定は、例えば、抵抗器の電気抵抗値Ｒｒｅｆに影響を及ぼす技術的ばらつきに関連した誤差に起因して不正確なものとなる。
【０１０４】
以下に記載される第３及び第４実施形態によれば、それらの絶対電気抵抗を測定することによって、イメージングボロメータ１４０のドリフト測定が達成される。
【実施例３】
【０１０５】
第３実施形態を表した図５に示すように、第３実施形態の構成は、ドリフト回路３８が省略されているという点で、図１及び図２に関連して記載された２つの実施形態とは異なる。したがって、検出器１０の基本的なレイアウトは、画素１４と、積分器１６と、補償回路２４とから成る。
【０１０６】
第３実施形態は、図３に関連して先に記載された第１実施形態のそれと同様の方法を用いる。
【０１０７】
主な差異は、ボロメータ１４０の測定時、コンデンサ４２によって積分される電流が、イメージングボロメータ１４０に流れる電流と基準抵抗５６に流れる電流との差ではないという点である。それは、実際にイメージングボロメータ１４０に流れる電流となる。
【０１０８】
第２の差異は、コンデンサ４２の飽和を防止するために、積分期間が短縮されるという点である。故に、積分サイクルの終わりにおける積分器１６の出力上の電圧Ｖｏｕｔは、以下の式で得られる。
【０１０９】
【数２２】
【０１１０】
ここで、Ｔ´ｉｎｔは、イメージングボロメータ１４０のドリフト測定時にコンデンサ４２が飽和しないように選択された短縮積分期間である。次いで、演算論理ユニット３４が、電圧Ｖｏｕｔに応じて、イメージングボロメータ１４０の電気抵抗Ｒｉｍａｇを求める。
【０１１１】
あるいは、積分期間を短縮するのではなく、積分期間Ｔｉｎｔの間に飽和しないように、コンデンサ４２の静電容量値Ｃｉｎｔが増大される。
【０１１２】
例えば、積分器１６は、２つのコンデンサを具備する。第１コンデンサは、イメージングアレイ１２の読み取り時にタイマ回路１８によって選択される。第２コンデンサは、イメージングボロメータ１４０のドリフト測定時に選択される。
【実施例４】
【０１１３】
第４実施形態において、イメージングボロメータ１４０のドリフト測定及び補正は、第２実施形態で説明したものと同様の利点を得るように、補償ボロメータ５０のドリフト測定に基づいて実行される。
【０１１４】
このために、第４実施形態では、検出器１０の基本的なレイアウトは、図５のようになる。
【０１１５】
ドリフト測定及び補償方法は、図４に関連して説明された第２実施形態のそれに類似する。
【０１１６】
主な差異は、ボロメータ１４０のドリフト測定時、コンデンサ４２によって積分される電流が、補償ボロメータ５０に流れる電流と基準抵抗５６に流れる電流との差ではないという点である。それは、実際に補償ボロメータ５０に流れる電流となる。
【０１１７】
第２の差異は、コンデンサ４２の飽和を防止するために、積分期間が短縮されるという点である。故に、積分サイクルの終わりにおける積分器１６の出力上の電圧Ｖｏｕｔは、以下の式で得られる。
【０１１８】
【数２３】
【０１１９】
次いで、補正ユニット３４は、電圧Ｖｏｕｔに応じて、補償ボロメータ５０の電気抵抗Ｒｃｏｍｐを求める。
【０１２０】
あるいは、積分期間を短縮するのではなく、積分期間Ｔｉｎｔの間に飽和しないように、コンデンサ４２の静電容量値Ｃｉｎｔが増大される。
【０１２１】
例えば、積分器１６は、２つのコンデンサを具備する。第１コンデンサは、イメージングアレイ１２の読み取り時にタイマ回路１８によって選択される。第２コンデンサは、補償ボロメータ５０のドリフト測定時に選択される。
【０１２２】
本発明の第４実施形態によって、イメージングアレイ１２のドリフトの空間的補正が可能となることは明らかである。すなわち、イメージングボロメータのドリフトは、上記アレイ中のボロメータ毎に、１つずつ補償されるか（第１及び第３実施形態の場合）、又は、イメージングアレイ１２の列毎に、１列ずつ補償される（第２及び第４実施形態の場合）。
【実施例５】
【０１２３】
本発明の第５実施形態によれば、検出器は、その焦点面の温度をコントロールするシステムを使用する。例えば、検出器は、当業者には既知のペルチェ効果モジュール又はジュール効果モジュールを使用する。
【０１２４】
この実施形態において、イメージングボロメータのドリフトの測定は、図１ないし図５に関連して先に説明されたいずれかの実施形態に等しい。
【０１２５】
一方、ボロメータのドリフトは、図６のフローチャートに示された焦点面の温度をコントロールすることによるボロメータの電気抵抗のドリフトの補正によって、「能動的」に補正される。
【０１２６】
図６において、イメージングボロメータ１４０のドリフト測定及び補正方法は、例えば、第１初期ステップ１６０と、それに続く、ドリフト測定ステップ１６２とを伴う。ステップ１６０は、第１実施形態のステップ７２ないしステップ９４から成る。ステップ１６２は、第１実施形態の測定ステップ１００と同一である。ステップ７２ないしステップ９４と、ステップ１００とについては、図３に関連して先に説明がなされている。
【０１２７】
次いで、方法は、測定したドリフトを補正するフェーズ１６４に進む。これは、先に説明したものと同一の基準に関連してトリガされる。
【０１２８】
補正フェーズ１６４は、第１ステップ１６６から成る。第１ステップでは、情報処理ユニット２８の補正ユニット３４が、イメージングアレイ１２中のｍ×ｎ個のボロメータ１４０の平均ドリフト
【数２４】
、又は、補償ボロメータ５０の平均ドリフト
【数２５】
を算出する。特に、ユニット３４は、アレイ１２中のイメージングボロメータ１４０に関連する平均差
【数２６】
、又は、補償ボロメータ５０に関連する差
【数２７】
を求める。
【０１２９】
続くステップ１６６において、補正ユニット３４は、平均ドリフト
【数２８】
に応じて、焦点面の温度をコントロールするシステムのための設定温度ＴＣを算出する。この設定点ＴＣは、その温度が焦点面に適用されることによって、イメージングボロメータ１４０の電気抵抗が
【数２９】
だけ低下する結果が得られるように算出される。当然ながら、検出器１０の動作範囲にわたって、実際に、イメージングボロメータ１４０の温度と電気抵抗の値との間の関係を連続的に減少させることができる。故に、温度をコントロールすることは、その電気抵抗をコントロールすることに等しい。
【０１３０】
したがって、補償ステップ１６４は、焦点面の温度を設定温度ＴＣにコントロールするステップ１７０に進む。
【０１３１】
最後に、新しい平均ドリフト
【数３０】
、及び、新たなドリフトを補償する新しい設定温度ＴＣを測定するために、ステップ１７０からステップ１６２にループバックする。
【０１３２】
シーンの熱イメージを形成するための検出器１０の動作の間、イメージングボロメータ１４０が、焦点面温度を変更することによるこの補正過程によって値
【数３１】
だけ減少した電気抵抗を有することは明らかである。そのようにして、それら電気抵抗のドリフトが、能動的に補償される。
【０１３３】
第５実施形態におけるドリフト補償は、イメージングアレイ１２中のイメージングボロメータの平均ドリフトの補償を意味するということに留意されたい。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
この発明は、イメージセンサの分野に適用できる。イメージセンサは、検出周波数帯、又は、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、酸化バナジウム（Ｖｏｘ）、又は金属酸化物（Ｔｉ）などのイメージングボロメータ又は基準ボロメータの製造に用いられるボロメトリック材料のタイプにかかわらず、ボロメトリック検出に利用される。
【０１３５】
故に、本発明には、以下の用途がある。
・赤外線マイクロボロメータ高温測定
・赤外線マイクロボロメータイメージング
・赤外線マイクロボロメータイメージングによる車両の運転補助及び歩行者の検出
・赤外線マイクロボロメータイメージングによるガス測定
・より広範な、マイクロボロメータを用いた物理的測定
【符号の説明】
【０１３６】
１０ ボロメトリック検出器
１２ ２次元アレイ
１４ イメージング画素
１６ 積分器
１８ アドレス指定回路
２４ 補償回路
２８ 情報処理ユニット
３０ 演算論理ユニット
３２ メモリバンクユニット
３４ 補正ユニット
３８ ドリフト測定回路
４０ 演算増幅器
４２ コンデンサ
４４ リセットスイッチ
４６ リードセレクトスイッチ
４８ 第１ＭＯＳインジェクショントランジスタ
５０ 抵抗型補償ボロメータ
５２ シールド
５４ 第２ＭＯＳインジェクショントランジスタ
５６ 抵抗器
５８ 第３ＭＯＳインジェクショントランジスタ
６０ 第１ドリフト測定スイッチ
６２ 第２ドリフト測定スイッチ
１４０ 抵抗型イメージングボロメータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗型イメージングボロメータを具備した赤外線放射検出用デバイスであって、
前記ボロメータの電気抵抗の基準値に対する前記ボロメータの電気抵抗のドリフトを測定する測定手段と、
前記ドリフトの影響を補正する補正手段又は抵抗の前記ドリフトを補正する補正手段と
を具備し、
前記基準値は、前記ボロメータの所定の動作条件に対応することを特徴とする赤外線放射検出用デバイス。
【請求項２】
前記測定手段が、
前記ドリフトの影響を受ける基準抵抗型ボロメータと、
基準ボロメータの電気抵抗を測定する測定手段と、
測定した電気抵抗に応じて、前記ドリフトを決定する決定手段と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の赤外線放射検出用デバイス。
【請求項３】
基準ボロメータが、イメージングボロメータに関連した補償ボロメータであることを特徴とする請求項２に記載の赤外線放射検出用デバイス。
【請求項４】
基準ボロメータが、イメージングボロメータであることを特徴とする請求項２に記載の赤外線放射検出用デバイス。
【請求項５】
基準ボロメータの電気抵抗を測定する測定手段が、
基準ボロメータに流れる電流を積分する積分手段と、
積分手段によって積分された電流に応じて基準ボロメータの電気抵抗を決定する決定手段と
を具備することを特徴とする請求項２、３、又は４に記載の赤外線放射検出用デバイス。
【請求項６】
基準ボロメータの電気抵抗を測定する測定手段が、
基準ボロメータに接続可能な所定の電気抵抗を有した抵抗部と、
基準ボロメータに流れる電流と抵抗部に流れる電流との差を積分する積分手段と、
積分手段によって積分された電流差に応じて基準ボロメータの電気抵抗を決定する決定手段と
を具備することを特徴とする請求項２、３、又は４に記載の赤外線放射検出用デバイス。
【請求項７】
抵抗部に流れる電流を積分することによってイメージングボロメータの電気抵抗を測定する測定回路をさらに具備し、
前記回路は、赤外線放射温度を測定するように構成され、
積分回路が、前記測定回路に含まれていることを特徴とする請求項５又は６に記載の赤外線放射検出用デバイス。
【請求項８】
補正手段が、前記ドリフトを補償するように、イメージングボロメータの温度を制御する制御手段を具備することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の赤外線放射検出用デバイス。
【請求項９】
イメージングボロメータの電気抵抗を測定する測定手段と、
測定された電気抵抗とイメージングボロメータの電気抵抗によって決まる少なくとも１つのパラメータとに応じてボロメータ上の入射放射の温度を決定する決定手段と
をさらに具備し、
補正手段が、温度を決定したとき、ドリフトの影響を補正するように、測定されたドリフトに応じて前記少なくとも１つのパラメータを補正する機能を有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の赤外線放射検出用デバイス。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのパラメータが、イメージングボロメータの電気抵抗を測定する測定回路の温度に対する電気的感度であることを特徴とする請求項９に記載の赤外線放射検出用デバイス。
【請求項１１】
複数の前記赤外線放射検出用デバイスから成る少なくとも１つの行を具備した赤外線放射検出用システムであって、
前記デバイスのそれぞれが、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載されたデバイスであることを特徴とする赤外線放射検出用システム。
【請求項１２】
赤外線放射検出用システムを構成するボロメータアレイ内の抵抗型ボロメータを読み取る方法であって、
前記ボロメータの電気抵抗の基準値に対する前記ボロメータの電気抵抗のドリフトを測定する段階と、
前記ドリフトの影響を補正する段階又は抵抗の前記ドリフトを補正する段階と
を有し、
前記基準値は、前記ボロメータの所定の動作条件に対応することを特徴とする方法。
【請求項１】
抵抗型イメージングボロメータを具備した赤外線放射検出用デバイスであって、
前記ボロメータの電気抵抗の基準値に対する前記ボロメータの電気抵抗のドリフトを測定する測定手段と、
前記ドリフトの影響を補正する補正手段又は抵抗の前記ドリフトを補正する補正手段と
を具備し、
前記基準値は、前記ボロメータの所定の動作条件に対応することを特徴とする赤外線放射検出用デバイス。
【請求項２】
前記測定手段が、
前記ドリフトの影響を受ける基準抵抗型ボロメータと、
基準ボロメータの電気抵抗を測定する測定手段と、
測定した電気抵抗に応じて、前記ドリフトを決定する決定手段と
を具備することを特徴とする請求項１に記載の赤外線放射検出用デバイス。
【請求項３】
基準ボロメータが、イメージングボロメータに関連した補償ボロメータであることを特徴とする請求項２に記載の赤外線放射検出用デバイス。
【請求項４】
基準ボロメータが、イメージングボロメータであることを特徴とする請求項２に記載の赤外線放射検出用デバイス。
【請求項５】
基準ボロメータの電気抵抗を測定する測定手段が、
基準ボロメータに流れる電流を積分する積分手段と、
積分手段によって積分された電流に応じて基準ボロメータの電気抵抗を決定する決定手段と
を具備することを特徴とする請求項２、３、又は４に記載の赤外線放射検出用デバイス。
【請求項６】
基準ボロメータの電気抵抗を測定する測定手段が、
基準ボロメータに接続可能な所定の電気抵抗を有した抵抗部と、
基準ボロメータに流れる電流と抵抗部に流れる電流との差を積分する積分手段と、
積分手段によって積分された電流差に応じて基準ボロメータの電気抵抗を決定する決定手段と
を具備することを特徴とする請求項２、３、又は４に記載の赤外線放射検出用デバイス。
【請求項７】
抵抗部に流れる電流を積分することによってイメージングボロメータの電気抵抗を測定する測定回路をさらに具備し、
前記回路は、赤外線放射温度を測定するように構成され、
積分回路が、前記測定回路に含まれていることを特徴とする請求項５又は６に記載の赤外線放射検出用デバイス。
【請求項８】
補正手段が、前記ドリフトを補償するように、イメージングボロメータの温度を制御する制御手段を具備することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の赤外線放射検出用デバイス。
【請求項９】
イメージングボロメータの電気抵抗を測定する測定手段と、
測定された電気抵抗とイメージングボロメータの電気抵抗によって決まる少なくとも１つのパラメータとに応じてボロメータ上の入射放射の温度を決定する決定手段と
をさらに具備し、
補正手段が、温度を決定したとき、ドリフトの影響を補正するように、測定されたドリフトに応じて前記少なくとも１つのパラメータを補正する機能を有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の赤外線放射検出用デバイス。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのパラメータが、イメージングボロメータの電気抵抗を測定する測定回路の温度に対する電気的感度であることを特徴とする請求項９に記載の赤外線放射検出用デバイス。
【請求項１１】
複数の前記赤外線放射検出用デバイスから成る少なくとも１つの行を具備した赤外線放射検出用システムであって、
前記デバイスのそれぞれが、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載されたデバイスであることを特徴とする赤外線放射検出用システム。
【請求項１２】
赤外線放射検出用システムを構成するボロメータアレイ内の抵抗型ボロメータを読み取る方法であって、
前記ボロメータの電気抵抗の基準値に対する前記ボロメータの電気抵抗のドリフトを測定する段階と、
前記ドリフトの影響を補正する段階又は抵抗の前記ドリフトを補正する段階と
を有し、
前記基準値は、前記ボロメータの所定の動作条件に対応することを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−７１９８７（Ｐ２０１０−７１９８７Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００９−１９８２８０（Ｐ２００９−１９８２８０）
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（５０５２９６９６８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９８２８０（Ｐ２００９−１９８２８０）
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（５０５２９６９６８）
【Ｆターム（参考）】
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