JP2013083534A - Infrared detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は2次元に配置されたアレイ状の赤外線検出装置に関する。 The present invention relates to an array-shaped infrared detector arranged in two dimensions.
従来の2次元に配置されたアレイ状の赤外線検出装置では特開2005−214639の公報の実施例に見られるように、S/N改善のため、赤外線検出素子に最も近い同一半導体チップ内で列ごとに差動積分回路を持ち、感度を持たない参照画素の出力と、感度を持つ検知素子からの出力との差信号を積分し、入力信号に含まれる温度ドリフトとオフセット分布を抑制し、水平走査回路で切り替えて出力をしている。また、実施例では1列に対し1つの積分回路を持っているが、複数列に対し1つの積分回路を持つ場合もある。 In a conventional two-dimensional array of infrared detectors, as can be seen in the example of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-214939, in order to improve S / N, the array is arranged in the same semiconductor chip closest to the infrared detector. Each has a differential integration circuit, integrates the difference signal between the output of the reference pixel with no sensitivity and the output of the sensing element with sensitivity, suppresses the temperature drift and offset distribution included in the input signal, and level The output is switched by the scanning circuit. In the embodiment, one integration circuit is provided for one column, but there may be one integration circuit for a plurality of columns.
上記の方法ではセンサ素子からの出力に含まれる温度ドリフトとオフセット分布は取り除くことができるが、差動積分用積分コンデンサ、各差動積分回路用半導体素子の温度ドリフトによって各列に発生する出力信号のドリフトは防ぐことができず、機器に組み込んだ後定期的にシャッタ等で同一の熱源を見せ、後処理の演算で補正をかけ、各列に発生するオフセットノイズを補正する必要があった。また、補正をかけても時間の経過、環境温度変動とともに温度ドリフトによる列ごとの信号差が縦縞状にノイズとなって現れてくる問題があり、このような問題を回避するために補正間隔を長く取ることができない等、使用に際し特殊なノウハウを必要とし、あらゆる機器に簡単に組み込んで使用するには困難な状態であった。 The above method can remove the temperature drift and offset distribution included in the output from the sensor element, but the output signal generated in each column due to the temperature drift of the differential integration integral capacitor and each differential integration circuit semiconductor element However, it was necessary to correct the offset noise generated in each column by showing the same heat source with a shutter or the like periodically after being incorporated in the device, and performing correction in post-processing calculations. In addition, even if correction is performed, there is a problem that the signal difference for each column due to temperature drift appears as noise in the form of vertical stripes with the passage of time and environmental temperature fluctuations.To avoid such problems, the correction interval is set. Special know-how is required for use because it cannot be taken for a long time, and it is difficult to easily incorporate it into any device.
上記の課題を解決するために本発明の赤外線検出装置は、2次元に配列された赤外線検出素子の出力を処理する処理回路で発生するドリフトノイズを補正するためのデータを記憶する不揮発性のメモリを持ち、2次元に配列された赤外線検出素子を選択して信号処理回路へ入力する切り替え回路へのコントロール信号を出し、信号処理回路からの出力をサンプルホールド、A/D変換を行い、得られたデータを不揮発性メモリに演算記憶した補正データ、及び、各信号処理系に対し複数配置した感度を持たない参照画素から得られるデータで求めた補正値で信号処理系の温度変化によるドリフト補正を行い、補正したデジタルデータを出力するCPUを、赤外線検出素子を構築した同一シリコンチップ内に内蔵する。 In order to solve the above-described problems, an infrared detection device according to the present invention is a nonvolatile memory that stores data for correcting drift noise generated in a processing circuit that processes the output of two-dimensionally arranged infrared detection elements. To obtain a control signal to a switching circuit that selects two-dimensionally arranged infrared detection elements and inputs them to the signal processing circuit, samples and holds the output from the signal processing circuit, and performs A / D conversion. Drift correction due to temperature changes in the signal processing system using correction data obtained by computing and storing the stored data in a non-volatile memory and correction values obtained from data obtained from reference pixels that do not have multiple sensitivities for each signal processing system The CPU that outputs the corrected digital data is built in the same silicon chip on which the infrared detection element is constructed.
本発明によれば、時間変化、環境温度変化によって赤外線検出素子及び信号処理で発生するドリフトを除去し安定したデジタルデータを出力し、特殊なノウハウを必要とせず、簡単に使用できる赤外線撮像装置を提供できる。 According to the present invention, there is provided an infrared imaging device that removes a drift caused by an infrared detection element and signal processing due to time change and environmental temperature change, outputs stable digital data, and does not require special know-how and can be used easily. Can be provided.
以下、本発明の実施の形態について説明する。
2次元に配列された赤外線検出素子として抵抗変化型のボロメータを使用した赤外線撮像装置の実施例で説明を簡単にするため4×4画素の赤外線検出素子を2系列の信号処理回路で処理した場合を想定する。
Embodiments of the present invention will be described below.
In the case of processing an infrared detection element of 4 × 4 pixels by two series of signal processing circuits in order to simplify the description in the embodiment of the infrared imaging device using a resistance change type bolometer as the two-dimensionally arranged infrared detection elements. Is assumed.
図1では2次元に配列された赤外線検出センサ列103の4列、4行の内、出力B及び出力C、出力D及び出力E、各2列の出力を切り替え1つの信号処理系で信号処理を行うように接続されている。また、各信号処理系108,109に対し感度を持たない参照画素列102からの出力A、参照画素列104からの出力Fが接続されている。
In FIG. 1, the output B and output C, the output D and output E, and the output of each of the two columns of the four rows and four rows of the infrared detection sensor row 103 arranged in two dimensions are switched, and signal processing is performed by one signal processing system. Connected to do. Further, the output A from the
工場出荷前に一定常温環境下で、モード切り替え入力信号115を初期設定モードにして赤外線撮像装置に通電を行うと内蔵CPU101は初期設定モードであると判断し、初期設定モードに入る。初期設定モードではCPU101は垂直切り替え回路105に対し垂直方向切り替え信号を、水平切り替え信号108,109に対し水平方向切り替え信号を順次出力し、各画素からの出力を信号処理回路108,109に導き、信号処理、サンプルホールド110でサンプルホールド、A/D変換器112でA/D変換を行い、各画素からの出力変換データをCPU101内蔵の揮発性メモリ114に記憶していく。すべての画素からの信号を変換記憶が終了すると、同様の処理を繰り返し、各画素の変換データと前回記憶した変換データとの差分を取りながら、全画素の差分が設定値以下になるまで同じ処理を繰り返す。各画素の差分がすべて設定値以下になるとCPU101は赤外線撮像装置が熱的に安定な状態になったと判断し、参照画素列102に含まれる4素子の変換データの平均を求め信号処理回路108及び、信号処理回路108で処理される赤外線検出センサ列103の補正データとして不揮発性メモリ114に記憶する。次に、参照画素列104に含まれる4素子の変換データの平均を求め信号処理回路109及び、信号処理回路109で処理される赤外線検出センサ列103の補正データとして不揮発性メモリ114に記憶する。
When the infrared imaging apparatus is energized with the mode
工場出荷後赤外線検出装置を機器に組み込んだ場合、モード切り替え信号115は計測モードに固定され、機器に電源が投入されると内臓CPU101は計測モードに入る。計測モードではCPU101は初期設定モードと同様に垂直方向切り替え回路105に対し垂直方向切り替え信号を、水平方向切り替え回路106,107に対し水平方向切り替え信号を順次出力、各画素からの出力を信号処理回路108,109に導き、信号処理回路108,109で信号処理、サンプルホールド回路110、111でサンプルホールド、A/D変換器112でA/D変換を行い、変換データをCPU101内蔵の揮発性メモリに記憶していく。しかし、この時はまだデジタルデータとしては出力しない。この変換データは温度変化によるセンサ素子のドリフト出力と、処理回路108、109による温度ドリフトを含んだ値となっている。そのドリフト値を減算処理するため、すべての画素からの信号の変換記憶が終了するとCPU101は揮発性メモリに記憶したデータの中から参照画素列102に含まれる4画素の変換データの平均を求め、工場出荷前初期設定モードで不揮発性メモリ114に記憶した参照画素列102の平均データとの差分を求める。この差分データはセンサ出力と信号処理回路108の初期設定モード時の温度からの温度差による温度ドリフトの値となっている。その差分を赤外線センサ列103の出力B、出力Cで出力され信号処理回路108で処理記憶した各画素の変換データから減算し補正後のデジタルデータとして出力する。
同様に、CPU101は揮発性メモリに記憶したデータの中から参照画素列104に含まれる4画素の変換データの平均を求め、工場出荷前初期設定モードで不揮発性メモリ114に記憶した参照画素列104の平均データとの差分を求める。この差分データはセンサ出力と信号処理回路109の初期設定モード時の温度からの温度差による温度ドリフトの値となっている。その差分を赤外線センサ列103の出力D、出力Eで出力され信号処理回路109で処理記憶した各画素の変換データから減算し補正後のデジタルデータとして出力する 。
When the infrared detection device is incorporated in the device after shipment from the factory, the
Similarly, the CPU 101 obtains the average of the conversion data of the four pixels included in the reference pixel column 104 from the data stored in the volatile memory, and stores the reference pixel column 104 stored in the nonvolatile memory 114 in the pre-factory initial setting mode. Find the difference from the average data. This difference data is a value of temperature drift due to a temperature difference from the sensor output and the temperature in the initial setting mode of the
以上の処理を繰り返すことにより環境温度変化によるセンサ素子出力の温度ドリフト、各信号処理回路の温度ドリフトを補正し、赤外線検出信号を安定したデジタルデータに変換し出力する。 By repeating the above processing, the temperature drift of the sensor element output due to the environmental temperature change and the temperature drift of each signal processing circuit are corrected, and the infrared detection signal is converted into stable digital data and output.
本発明の赤外線検出装置が出力するデジタルデータは環境温度変化によるドリフトを補正したデジタルデータとなるため、機器に組み込んで使用する場合、特別な補正ノウハウを必要とせず使用することができ、あらゆる分野で簡単に使用できる赤外線検出装置を提供できる。 Since the digital data output by the infrared detection device of the present invention is digital data in which drift due to environmental temperature changes is corrected, it can be used without requiring special correction know-how when used in a device. It is possible to provide an infrared detector that can be used easily.
101 補正演算処理用CPU+揮発性メモリ
102 参照画素列
103 赤外線検出センサ列
104 参照画素列
105 垂直方向切り替え回路
106 水平方向切り替え回路
107 水平方向切り替え回路
108 信号処理回路
109 信号処理回路
110 サンプルホールド回路
111 サンプルホールド回路
112 A/D変換器
113 バイアス回路
114 不揮発性メモリ
115 モード切り替え回路
101 CPU for correction calculation +
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2011223176A JP2013083534A (en) | 2011-10-07 | 2011-10-07 | Infrared detecting device |
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JP2011223176A JP2013083534A (en) | 2011-10-07 | 2011-10-07 | Infrared detecting device |
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JP2011223176A Pending JP2013083534A (en) | 2011-10-07 | 2011-10-07 | Infrared detecting device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103528675A (en) * | 2013-09-22 | 2014-01-22 | 华中科技大学 | Wide-illuminance panchromatic imaging detection chip |
CN113701891A (en) * | 2021-08-25 | 2021-11-26 | 西安中科立德红外科技有限公司 | Temperature drift suppression model construction method, image processing method, device and equipment |
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2011
- 2011-10-07 JP JP2011223176A patent/JP2013083534A/en active Pending
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