JP3415527B2 - 抵抗変化型赤外線センサ素子の温度補正方法と温度補正手段を具備した抵抗変化型赤外線センサ並びに撮像装置 - Google Patents
抵抗変化型赤外線センサ素子の温度補正方法と温度補正手段を具備した抵抗変化型赤外線センサ並びに撮像装置Info
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Description
補正方法並びにこの温度補正機能を具備した抵抗変化型
赤外線センサに関する。
線センサは、センサに入射する赤外光の入射パワーの強
度によって変化する温度を、温度によって抵抗値が変化
する温度センサの抵抗値変化によって検出するものであ
る。そして、2次元マトリック状に配列された抵抗変化
型赤外線センサにバイアス電流を印加し、抵抗値変化を
電圧変化に変換し、各センサ素子の電圧をシフトレジス
タによって転送して出力を取り出すタイプの2次元セン
サを、抵抗変化型フォーカルプレーンアレイ赤外線セン
サと呼び、被写体の温度分布をリアルタイムに撮像する
赤外線撮像カメラに広く使われている。
赤外線センサは、通常、各画素毎のセンサの抵抗ばらつ
きによって発生するるFPN(固定パターンノイズ:F
ixed Pattern Noise)をもってお
り、均一な赤外線光を入力した場合でもこのFPNが撮
像信号に現れるため、撮像信号に含まれるFPNを除去
する必要がある。
には均一の赤外線入力条件下で各センサ固有のFPNデ
ータを取得してメモリに記憶させ、入力画像データから
記憶しておいたFPNデータを減算することにより、F
PNを除去した画像データを得る方法がある。
従来の方式では、基板温度が一定である場合にはFPN
を除去することができるが、センサの基板温度が変動し
た場合、基板温度の変動によってもFPNが変動し、変
動分が画面に現れ画質を劣化させるため、センサの基板
温度を高精度に一定に保つ手段が必要であった。また、
センサの基板温度が変わると、赤外線光に対する感度自
体も変動するため、これを補正するために可変利得増幅
器が必要となっていた。また、センサの動作温度を高精
度に一定に保つ手段を持たない場合には、センサの動作
温度が変動する度にFPNデータを取り直す必要があっ
た。本発明の目的は、周囲温度が或る一定温度にてFP
Nを除去し、センサの基板温度が変動した場合でも、セ
ンサ基板温度を常に一定に保つ手段を必要とせずに、F
PN変動分が画面に現れることによる画質の劣化を防
ぎ、なおかつ赤外光に対する感度の変動を防ぐことがで
きる、温度補正方法とこの方法に基づく補正手段を具備
した抵抗変化型赤外線センサを提供することにある。
る発明の抵抗変化型赤外線センサ素子の温度補正方法
は、特定の周囲温度で固定パターンノイズを除去し、前
記周囲温度が変化した時、赤外線入力が遮断されている
画素であるオプティカルブラックの出力信号の振幅の平
均値に基づき、全画素に印加されるバイアス電流を一括
に制御して、周囲温度の変動により発生する固定パター
ンノイズの変動を抑圧することを特徴とする。また、本
発明の請求項2に係わる発明の抵抗変化型赤外線センサ
は、赤外線入力が遮断されている画素であるオプティカ
ルブラックと赤外線を感知する画素である有効画素とを
有する抵抗変化型赤外線センサ素子と、特定の周囲温度
で、均一の赤外線入力条件下にて前記各有効画素固有の
固定パターンノイズデータを取得してメモリに記憶さ
せ、前記抵抗変化型赤外線センサ素子出力データから記
憶しておいた前記固定パターンノイズデータを減算する
ことにより、前記有効画素の前記固定パターンノイズを
除去する手段と、前記抵抗変化型赤外線センサの出力信
号のうち複数の前記オプティカルブラックの出力信号の
振幅の平均値を算出する平均値算出手段と、前記平均値
算出手段の出力から前記赤外線センサを構成する全画素
に印加するバイアス電流を一括に制御するバイアス制御
手段を含み、前記抵抗変化型赤外線センサ素子の周囲温
度の変動により発生する前記抵抗変化型赤外線センサの
固定パターンノイズの変動を抑圧する温度補正機能を具
備したことを特徴とする。また、本発明の請求項3に係
わる発明の撮像装置は、前記請求項2記載の抵抗変化型
赤外線センサを備えたことを特徴とする。
度補正装置付き赤外線センサのブロック図であり、セン
サ1、A/Dコンバータ2、平均値算出回路3、D/A
コンバータ4、バイアス制御回路5、FPN除去回路6
によって構成されている。
アレイ赤外線センサで、その基本的な構成とバイアス制
御回路5とを図2に示す。センサ基板上に抵抗変化型の
センサ素子11が2次元に配置されている。センサの各
素子11は外部から入射される赤外線の強度に応じた温
度変化をし、その温度に対応した抵抗値となる。したが
って、センサの各素子にバイアス信号25を印加するこ
とにより、各センサ素子の抵抗値に対応した電圧は、垂
直シフトレジスタ13によって画素スイッチ15を開閉
し、また、水平シフトレジスタ14によって水平スイッ
チ16を開閉することによって順次読み出され、センサ
出力20として時系列に出力される。
受ける赤外線光の強度によって変化するが、センサ基板
の温度の影響も受ける。センサの基板温度が、センサ周
囲温度にほぼ等しい場合、外部赤外線が遮断されている
OB領域(オプティカル・ブラック領域)18のセンサ
出力により、センサ基板温度を検知することができる。
図2では2次元アレイの第1列の画素列ををOB画素領
域18、2列目以降を有効画素領域19としている。
赤外線センサのブロック図に戻り、温度補正装置の動作
を説明する。センサ1からのセンサ出力20は、A/D
コンバータ2よってディジタル信号に変換され、ディジ
タル型のFPN除去回路6によって画素毎の抵抗変化値
のばらつきに起因するFPNが除去され撮像信号21と
して出力される。このFPNの除去の動作は、前述の従
来技術の説明で述べた、均一の赤外線入力条件下で各セ
ンサ固有のFPNデータを取得してメモリに記憶させ、
入力画像データから記憶しておいたFPNデータを減算
することにより、FPNを除去する方法である。
Nは、上記のFPN除去回路6によって取り除けるが、
センサ基板温度の変化によるFPNのドリフトは除去で
きない。図3にバイアス電流が一定な場合のFPNデー
タの一例を示す。バイアス電流が一定の時は、センサの
温度変動によってFPNのレベルも変動する。本実施例
では、センサの温度変動によって生じるFPNのレベル
の変動を抑圧するために、OB画素のデータからセンサ
のバイアス電流を制御する信号に帰還する帰還制御系を
構成している。
力特性のばらつきがあるので、OBデータ22から、平
均値算出回路3によってOB画素領域全体の平均値を算
出し、平均値データ23を出力する。この平均値をD/
Aコンバータ3に入力する。D/Aコンバータ4の出力
はバイアス制御回路4へバイアス制御信号24として入
力する。バイアス制御回路5は入力に応じたバイアス信
号25をセンサ1に供給する。
号25の電流の大きさに比例する。センサの抵抗値はセ
ンサ基板温度によって指数関数的に変化するが、どのセ
ンサも均一な抵抗温度係数を持っていれば、センサ基板
温度の変化によるセンサ出力20の変化と、バイアス信
号25の変化よるセンサ出力20の変化は同じように変
化する。つまり、バイアス信号25を制御することによ
りセンサ基板温度変化による、FPNのドリフトを相殺
し、そのレベルを一定に保つことが可能である。図4に
バイアス電流を制御した場合のFPNデータの一例を示
す。センサ温度が上昇するとFPNのレベルは高くなる
が、バイアス電流を下げることにより、FPNのレベル
を一定に保たれる。逆にセンサ温度が低下した場合は、
FPNレベルが低下するので、バイアス電流を上げるこ
とにより再びFPNのレベルを一定に保つことができ
る。OBデータの平均値データ23、すなわちセンサ基
板温度の電圧値をバイアス信号25に負帰還を掛けるバ
イアス制御回路5のゲインは、予め計測して定める。
FPN除去回路6により、上述の予め取得されているF
PNデータを減算され、FPN成分が取り除かれる。こ
のように、センサ温度が変動しても、FPNの大きさは
一定に保たれ、後のFPN除去回路6を通すことによっ
て、FPN成分が画面に現れることがない。またセンサ
抵抗とバイアス電流の積が、センサ周囲温度が変動して
も一定に保たれようと制御される為、赤外光に対する感
度の変動を防ぐ。
サを用いた温度補正回路のブロック図を示す。第一の実
施例ではOBデータの平均値から、赤外線センサの動作
温度の情報を算出しているが、OBデータの代わりに熱
電対やサーミスタのような温度センサ30を直接赤外線
センサの基板に設けて、この温度センサ30の温度セン
サ出力26を、バイアス制御回路40に入力し、赤外線
センサ1のバイアス信号を制御することによっても第一
の実施例と同様の効果が期待できる。
段を備えた赤外線センサを使用することによって画質の
優れた撮像装置が得られる。
センサの出力の中に含まれるOB領域の平均値を算出
し、または、抵抗変化型赤外線センサの基板に取り付け
た温度センサの出力から、FPNレベルが一定になるよ
う抵抗変化型赤外線センサのバイアス電流を制御するこ
とにより、センサ基板温度を常に一定に保つ手段を必要
とせずに、FPN変動分が画面に現れることによる画質
の劣化を防ぎ、なおかつ赤外光に対する感度の変動を防
ぐことができる。
を示す図である。
型フォーカルプレーンアレイ赤外線センサの基本的な構
成とバイアス制御回路とを示す図である。
例を示す図である。
一例を示す図である。
度補正回路のブロック図を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】特定の周囲温度で固定パターンノイズを除
去し、前記周囲温度が変化した時、赤外線入力が遮断さ
れている画素であるオプティカルブラックの出力信号の
振幅の平均値に基づき、全画素に印加されるバイアス電
流を一括に制御して、前記周囲温度の変動により発生す
る前記固定パターンノイズの変動を抑圧することを特徴
とする抵抗変化型赤外線センサ素子の温度補正方法。 - 【請求項2】赤外線入力が遮断されている画素であるオ
プティカルブラックと赤外線を感知する画素である有効
画素とを有する抵抗変化型赤外線センサ素子と、特定の周囲温度で、均一の赤外線入力条件下にて前記各
有効画素固有の固定パターンノイズデータを取得してメ
モリに記憶させ、前記抵抗変化型赤外線センサ素子出力
データから記憶しておいた前記固定パターンノイズデー
タを減算することにより、前記有効画素の前記固定パタ
ーンノイズを除去する手段と、 前記抵抗変化型赤外線センサの出力信号のうち複数の前
記オプティカルブラックの出力信号の振幅の平均値を算
出する平均値算出手段と、 前記平均値算出手段の出力から前記赤外線センサを構成
する全画素に印加するバイアス電流を一括に制御するバ
イアス制御手段を含み、前記抵抗変化型赤外線センサ素
子の周囲温度の変動により発生する前記抵抗変化型赤外
線センサの固定パターンノイズの変動を抑圧する温度補
正機能を具備したことを特徴とする抵抗変化型赤外線セ
ンサ。 - 【請求項3】前記請求項3記載の抵抗変化型赤外線セン
サを備えたことを特徴とする撮像装置。
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