JP4699925B2 - Infrared imaging device - Google Patents

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Description

本発明は、赤外線の入射量に応じて電気出力信号が得られる赤外線センサ素子を備えた画素をマトリクス状に配置したイメージセンサを有する赤外線撮像装置に関する。   The present invention relates to an infrared imaging device having an image sensor in which pixels provided with an infrared sensor element capable of obtaining an electrical output signal according to the amount of incident infrared rays are arranged in a matrix.

赤外線撮像装置では一般に、イメージセンサ中の多数の画素間で生じる感度ばらつきを補正する必要がある。このため、赤外線撮像装置は補正動作時に用いられる均一な温度を持つ均温板を有している。赤外線撮像装置は、この均温板からの赤外線の入射量を基準として各画素の感度を測定し、取得されたデータを補正データとして用いている。この際、補正用の感度データを取得するための２種類の入射条件を作り出せるように、補正機構内には温度が異なる２つの均温板が設けられている。   In general, in an infrared imaging device, it is necessary to correct sensitivity variations that occur between a large number of pixels in an image sensor. For this reason, the infrared imaging device has a soaking plate having a uniform temperature used during the correction operation. The infrared imaging device measures the sensitivity of each pixel with reference to the amount of incident infrared rays from the temperature equalizing plate, and uses the acquired data as correction data. At this time, two soaking plates having different temperatures are provided in the correction mechanism so that two types of incident conditions for acquiring correction sensitivity data can be created.

赤外線撮像装置では、この２種類の入射条件から「２点補正」が実施される。従来の赤外線撮像装置では、補正機構の簡略化を図るため、通常、適当な温度差が生じるような熱源（例えばペルチェ素子の吸熱側/低温部と排熱側/高温部）に均温板を設置した基準熱源が使用されている。赤外線撮像装置では、このような基準熱源を用い、イメージセンサに均温板を対向させて基準となる赤外線を入射させながら補正データが計測される。実際の撮像時には均温板をイメージセンサ前から外して、撮像対象から赤外線が入射するようにする。この際、イメージセンサは一定の動作条件（積分時間）で運用される。   In the infrared imaging apparatus, “two-point correction” is performed based on these two types of incident conditions. In order to simplify the correction mechanism in a conventional infrared imaging device, a temperature equalizing plate is usually provided on a heat source (for example, the heat absorption side / low temperature part and the exhaust heat side / high temperature part of the Peltier element) that generates an appropriate temperature difference. The installed reference heat source is used. In the infrared imaging device, such a reference heat source is used, and correction data is measured while an infrared ray serving as a reference is incident with the temperature equalizing plate facing the image sensor. During actual imaging, the temperature equalizing plate is removed from the front of the image sensor so that infrared rays are incident from the imaging target. At this time, the image sensor is operated under a certain operating condition (integration time).

従来の赤外線撮像装置での補正処理は次のような手順で実施される。補正機構で作られる高温及び低温の基準熱源（均温板）を用いてイメージセンサ各画素の感度データを２種類の入射条件で測定する。取得された２点のデータから直線補間によって補正処理を行う。   The correction process in the conventional infrared imaging apparatus is performed in the following procedure. Sensitivity data of each pixel of the image sensor is measured under two types of incident conditions using a high-temperature and low-temperature reference heat source (temperature equalizing plate) created by the correction mechanism. Correction processing is performed by linear interpolation from the acquired two points of data.

取得された２点のデータから以下の式（１）を用いて直線補間がなされる。補正対象画素の低温側の補正点での出力電位と高温側の補正点での出力電位との電位差（感度差）をΔＶとし、全画素の低温側の補正点での出力電位の平均電位と高温側の補正点での出力電位の平均電位との電位差をΔＶａｖｅとし、赤外線の所定入射量での補正対象画素の出力電圧をＶｏとすると、補正対象画素の補正後の画素出力電圧Ｖｃは、
Ｖｃ＝Ｖｏ×ΔＶａｖｅ／ΔＶ ・・・（１）
となる。 Linear interpolation is performed using the following equation (1) from the acquired two points of data. The potential difference (sensitivity difference) between the output potential at the correction point on the low temperature side of the correction target pixel and the output potential at the correction point on the high temperature side is ΔV, and the average potential of the output potential at the correction point on the low temperature side of all pixels is If the potential difference from the average potential of the output potential at the correction point on the high temperature side is ΔVave, and the output voltage of the correction target pixel at a predetermined incident amount of infrared is Vo, the pixel output voltage Vc after correction of the correction target pixel is
Vc = Vo × ΔVave / ΔV (1)
It becomes.

補正処理時の積分時間は、常温付近の撮像対象を想定した赤外線入射量に対して各画素から適当な出力電圧が得られるように設定されている。補正機構の均温板が撮像対象と同等レベルで適切な温度差を保っている場合には、上記の補正処理によって各画素の感度差が正しく補正され、補正後には出力ばらつきが低減された高画質の撮像を得ることが可能になる。   The integration time at the time of the correction process is set so that an appropriate output voltage can be obtained from each pixel with respect to the amount of incident infrared rays assuming an imaging target near room temperature. When the temperature equalization plate of the correction mechanism maintains an appropriate temperature difference at the same level as the object to be imaged, the sensitivity difference of each pixel is correctly corrected by the above correction process, and the output variation is reduced after correction. It is possible to obtain image quality.

図６は、補正機構の均温板が適切な温度を保っている場合の赤外線の入射量に対する画素の感度の一例を示している。横軸は、赤外線の入射量又は均温板の温度を表し、縦軸は画素の出力電圧を表している。なお、ここでの出力電圧とは後述するリセット電圧からの電圧変化量を意味している。曲線Ａは、イメージセンサに備えられた複数画素のうちの所定の画素Ａの出力電圧特性を示し、曲線Ｂは、当該複数画素のうちの所定の画素Ｂの出力電圧特性を示している。入射量ＩＲＬは低温側の均温板からの赤外線の入射量を示し、入射量ＩＲＨは高温側の均温板からの赤外線の入射量を示している。ΔＶＡは画素Ａの感度差を示し、ΔＶＢは画素Ｂの感度差を示している。ΔＶｏｕｔはイメージセンサの出力電圧範囲（ダイナミックレンジ）を示している。図６に示すように、赤外線の入射量が同じであっても、例えば画素Ａの感度差ΔＶＡは画素Ｂの感度差ΔＶＢより低くなる。このように、イメージセンサは、相対的に低感度な画素と相対的に高感度な画素とを有している。   FIG. 6 shows an example of the sensitivity of the pixel to the amount of incident infrared rays when the temperature equalizing plate of the correction mechanism maintains an appropriate temperature. The horizontal axis represents the amount of incident infrared rays or the temperature of the soaking plate, and the vertical axis represents the output voltage of the pixel. Here, the output voltage means a voltage change amount from a reset voltage described later. A curve A represents output voltage characteristics of a predetermined pixel A among the plurality of pixels provided in the image sensor, and a curve B represents output voltage characteristics of the predetermined pixel B among the plurality of pixels. The incident amount IRL indicates the incident amount of infrared rays from the low temperature side temperature equalizing plate, and the incident amount IRH indicates the incident amount of infrared rays from the high temperature side temperature equalizing plate. ΔVA indicates a sensitivity difference of the pixel A, and ΔVB indicates a sensitivity difference of the pixel B. ΔVout indicates the output voltage range (dynamic range) of the image sensor. As shown in FIG. 6, even if the amount of incident infrared rays is the same, for example, the sensitivity difference ΔVA of the pixel A is lower than the sensitivity difference ΔVB of the pixel B. Thus, the image sensor has a relatively low sensitivity pixel and a relatively high sensitivity pixel.

例えば、画素Ａの感度差ΔＶＡは、全画素の平均の感度差ΔＶａｖｅより低いと仮定すると、式（１）のΔＶａｖｅ／ΔＶは、「１」より大きくなるので、画素Ａの補正後の出力電圧ＶＡｃは、実際の出力電圧ＶＡｏより大きくなる。これに対し、画素Ｂの感度差ΔＶＢは、全画素の平均の感度差ΔＶａｖｅより高いと仮定すると、式（１）のΔＶａｖｅ／ΔＶは、「１」より小さくなるので、画素Ｂの補正後の出力電圧ＶＢｃは、実際の出力電圧ＶＢｏより小さくなる。赤外線の入射量が画素Ａ、Ｂでほぼ等しい場合、補正後の画素Ａ、Ｂの出力電圧ＶＡｃ、ＶＢｃはほぼ等しい値になる。
特開平０３−２５５７９５号公報 For example, assuming that the sensitivity difference ΔVA of the pixel A is lower than the average sensitivity difference ΔVave of all the pixels, ΔVave / ΔV in Expression (1) is larger than “1”, so that the corrected output voltage of the pixel A VAc becomes larger than the actual output voltage VAo. On the other hand, assuming that the sensitivity difference ΔVB of the pixel B is higher than the average sensitivity difference ΔVave of all the pixels, ΔVave / ΔV in the equation (1) is smaller than “1”. The output voltage VBc is smaller than the actual output voltage VBo. When the incident amounts of infrared rays are substantially equal between the pixels A and B, the corrected output voltages VAc and VBc of the pixels A and B after correction are substantially equal.
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 03-255795

直線補間では、赤外線の入射量ＩＲＬ、ＩＲＨ間で出力電圧が線形に変化することを前提としている。このため、式（１）を用いて画素間の感度ばらつきが正確に補正できるのは、補正機構の均温板が撮像対象と同等レベルで適切な温度差を保っている場合、すなわち、図６に示す画素の出力電圧が線形に変化する領域である。   Linear interpolation is based on the premise that the output voltage changes linearly between the amounts of incident infrared rays IRL and IRH. For this reason, the sensitivity variation between the pixels can be accurately corrected using the equation (1) when the temperature equalizing plate of the correction mechanism maintains an appropriate temperature difference at the same level as the imaging target, that is, FIG. This is a region where the output voltage of the pixel changes linearly.

しかし、簡易な補正機構では均温板自体の絶対温度は制御されていない。このため、例えば赤外線撮像装置内部の温度上昇が著しい場合には均温板の基準熱源温度も上がってしまう。図７は、赤外線撮像装置内部の温度が上昇した場合の赤外線の入射量に対する画素の感度の一例を示している。横軸は、赤外線の入射量又は均温板の温度を表し、縦軸は画素の出力電圧を表している。曲線Ａは、図６に示したのと同様の画素Ａの出力電圧特性を示し、曲線Ｂは、図６に示したのと同様の画素Ｂの出力電圧特性を示している。入射量ＩＲＬ’は低温側の均温板からの赤外線の入射量を示し、入射量ＩＲＨ’は高温側の均温板からの赤外線の入射量を示している。ΔＶＡ’は画素Ａの感度差を示し、ΔＶＢ’は画素Ｂの感度差を示している。ΔＶｏｕｔはイメージセンサの出力電圧範囲を示している。   However, the absolute temperature of the temperature equalizing plate itself is not controlled by a simple correction mechanism. For this reason, for example, when the temperature rise in the infrared imaging device is significant, the reference heat source temperature of the temperature equalizing plate also rises. FIG. 7 shows an example of the sensitivity of the pixel with respect to the amount of incident infrared rays when the temperature inside the infrared imaging device rises. The horizontal axis represents the amount of incident infrared rays or the temperature of the soaking plate, and the vertical axis represents the output voltage of the pixel. A curve A shows the output voltage characteristic of the pixel A similar to that shown in FIG. 6, and a curve B shows the output voltage characteristic of the pixel B similar to that shown in FIG. The incident amount IRL 'indicates the amount of incident infrared rays from the low temperature side temperature equalizing plate, and the incident amount IRH' indicates the amount of infrared rays incident from the high temperature side temperature equalizing plate. ΔVA ′ represents the sensitivity difference of the pixel A, and ΔVB ′ represents the sensitivity difference of the pixel B. ΔVout indicates the output voltage range of the image sensor.

センサ画素の電気出力特性は、画素に電気的に接続されたイメージセンサ外部の増幅回路等により、有効な出力電圧範囲が制限される。このため、図７に示すように、画素の出力電圧範囲ΔＶｏｕｔの上限ＶＨ及び下限ＶＬ付近では出力電圧の直線性が損なわれる。赤外線撮像装置内の温度が上昇した状態で補正データを取得すると、特に破線の楕円αで囲んだ赤外線の入射量ＩＲＨ’（高温側）の補正データは、画素の出力電圧のダイナミックレンジから外れてしまい、正しい感度データの取得が困難となる。   Regarding the electrical output characteristics of the sensor pixel, an effective output voltage range is limited by an amplification circuit or the like external to the image sensor electrically connected to the pixel. For this reason, as shown in FIG. 7, the linearity of the output voltage is impaired near the upper limit VH and the lower limit VL of the output voltage range ΔVout of the pixel. When correction data is acquired in a state where the temperature in the infrared imaging device has risen, especially the correction data of the infrared incident amount IRH ′ (high temperature side) surrounded by the broken line ellipse α deviates from the dynamic range of the output voltage of the pixel. This makes it difficult to obtain correct sensitivity data.

従って、式（１）を用いて２点間補正を行うと、本来補正すべき撮像対象からの赤外線入射に対する画素感度とは異なった補正用感度データが得られてしまう。例えば、図６に示すように、均温板の温度が適切な範囲では画素Ｂは画素Ａより高感度であるが、図７に示すように、赤外線撮像装置内の温度が上昇すると、画素Ｂは画素Ａより低感度になる。このような不正確なデータに基づく補正用感度データを補正処理に適用すると、得られた画像に補正誤差が大きく現れるという問題がある。従来の赤外線撮像装置では、このような問題を予防するために、予め高温となった補正機構（均温板）からの赤外線の入射が画素の出力電圧のダイナミックレンジ内に収まるように、例えば積分時間を短くして画素の平均感度を下げておく必要がある。そうすると、実際の撮影時の積分時間も短くなってしまうので赤外線撮像装置の性能（感度）が下がってしまい、高品質な画像が得られ難いという弊害が生じる。   Therefore, when correction between two points is performed using Expression (1), correction sensitivity data different from the pixel sensitivity with respect to infrared incidence from the imaging target that should be corrected is obtained. For example, as shown in FIG. 6, the pixel B is more sensitive than the pixel A when the temperature of the temperature equalizing plate is in an appropriate range. However, as shown in FIG. Is less sensitive than pixel A. When correction sensitivity data based on such inaccurate data is applied to correction processing, there is a problem that a correction error appears greatly in the obtained image. In the conventional infrared imaging device, in order to prevent such a problem, for example, integration is performed so that the incidence of infrared rays from the correction mechanism (temperature equalizing plate) that has become high in advance falls within the dynamic range of the output voltage of the pixel. It is necessary to reduce the average sensitivity of the pixels by shortening the time. In this case, the integration time at the time of actual photographing is also shortened, so that the performance (sensitivity) of the infrared imaging device is lowered, and there is a problem that it is difficult to obtain a high-quality image.

本発明の目的は、周囲環境に影響されずに良好な補正用感度データが得られる赤外線撮像装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an infrared imaging device capable of obtaining good correction sensitivity data without being affected by the surrounding environment.

上記目的は、マトリクス状に配置され、赤外線の入射量に応じて電流を出力する赤外線センサ素子と、前記赤外線センサ素子から出力された前記電流を積分して積分電圧を発生する積分容量と、前記電流を積分する積分時間中に前記赤外線センサ素子と前記積分容量とを接続するスイッチング素子とを備えた複数の画素を有するイメージセンサと、前記複数の画素の感度ばらつきの補正動作時に一定量の赤外線を前記複数の画素に入射する基準放射源と、前記イメージセンサ内に設けられ、前記基準放射源からの赤外線の入射量に応じた前記積分電圧と前記イメージセンサ外部から入力された所定の基準電圧とを比較する電圧比較部と、前記電圧比較部での比較結果に基づいて、前記補正動作時の前記積分時間を設定する積分時間設定部とを備えた積分時間調整機構とを有することを特徴とする赤外線撮像装置によって達成される。   The above object is arranged in a matrix and outputs an infrared sensor element that outputs a current according to an incident amount of infrared rays, an integration capacitor that integrates the current output from the infrared sensor element to generate an integrated voltage, and An image sensor having a plurality of pixels provided with a switching element that connects the infrared sensor element and the integration capacitor during an integration time for integrating a current, and a certain amount of infrared light during a correction operation of sensitivity variations of the plurality of pixels A reference radiation source that is incident on the plurality of pixels, the integrated voltage corresponding to the amount of infrared rays incident from the reference radiation source, and a predetermined reference voltage input from the outside of the image sensor. And an integration time setting unit for setting the integration time during the correction operation based on the comparison result of the voltage comparison unit. It is achieved by infrared imaging apparatus characterized by having a e was integration time adjustment mechanism.

本発明によれば、周囲環境に影響されずに良好な補正用感度データが得られる赤外線撮像装置が実現できる。   According to the present invention, it is possible to realize an infrared imaging device that can obtain good correction sensitivity data without being affected by the surrounding environment.

〔第１の実施の形態〕
本発明の第１の実施の形態による赤外線撮像装置について図１乃至図４を用いて説明する。まず、本実施の形態による赤外線撮像装置１の概略の構成を図１乃至図３を用いて説明する。図１は、赤外線撮像装置１の概略構成を示すブロック図である。図２は、イメージセンサ３に備えられ、ｍ行ｎ列の画素配列を有する画素領域４の２×２画素分の回路例を示している。以下、第ｉ（≦ｍ）行第ｊ（≦ｎ）列の画素を画素Ｐｉｊと表記する。図１及び図２に示すように、赤外線撮像装置１は、撮像対象から照射された赤外線ＩＲが入射する光学系５と、赤外線ＩＲを電気信号に変換するイメージセンサ３と、イメージセンサ３から出力されたアナログの電気信号Ｖｏｕｔをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１９と、イメージセンサ３を駆動するイメージセンサ駆動回路１７とを有している。イメージセンサ３は、画素領域４の複数の画素Ｐ１１〜Ｐｍｎ間の感度ばらつきの補正動作時の積分時間を設定する積分時間調整機構９を有している。 [First Embodiment]
An infrared imaging device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, a schematic configuration of the infrared imaging device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the infrared imaging device 1. FIG. 2 shows a circuit example for 2 × 2 pixels of the pixel region 4 provided in the image sensor 3 and having a pixel array of m rows and n columns. Hereinafter, a pixel in the i-th (≦ m) row and j-th (≦ n) column is referred to as a pixel Pij. As shown in FIGS. 1 and 2, the infrared imaging device 1 includes an optical system 5 on which infrared IR irradiated from an imaging target is incident, an image sensor 3 that converts the infrared IR into an electrical signal, and an output from the image sensor 3. The A / D conversion circuit 19 that converts the analog electric signal Vout thus converted into a digital signal and the image sensor drive circuit 17 that drives the image sensor 3 are provided. The image sensor 3 includes an integration time adjustment mechanism 9 that sets an integration time during a correction operation of sensitivity variations among the plurality of pixels P11 to Pmn in the pixel region 4.

積分時間調整機構９は、赤外線撮像装置１に備えられた基準熱源（基準放射源）７からの赤外線が入射される積分時間調整画素群１１と、積分時間調整画素群１１からの出力電圧とイメージセンサ３外部から入力された所定の基準電圧（不図示）とを比較する電圧比較部１３と、電圧比較部１３での比較結果に基づいて補正動作時の積分時間を設定する積分時間設定部１５とを有している。基準熱源７は画素Ｐ１１〜Ｐｍｎの感度ばらつきの補正動作時に一定量の赤外線を積分時間調整画素群１１に入射するために用いられる。また、基準熱源７は通常の撮像時には外光の入射を邪魔しないようにイメージセンサ３の前面から外されるようになっている。   The integration time adjustment mechanism 9 includes an integration time adjustment pixel group 11 to which infrared rays from a reference heat source (reference radiation source) 7 provided in the infrared imaging device 1 are incident, an output voltage from the integration time adjustment pixel group 11 and an image. A voltage comparison unit 13 that compares a predetermined reference voltage (not shown) input from the outside of the sensor 3 and an integration time setting unit 15 that sets an integration time during a correction operation based on the comparison result of the voltage comparison unit 13. And have. The reference heat source 7 is used to make a certain amount of infrared rays enter the integration time adjustment pixel group 11 during the correction operation of sensitivity variations of the pixels P11 to Pmn. Further, the reference heat source 7 is removed from the front surface of the image sensor 3 so as not to disturb the incidence of external light during normal imaging.

赤外線撮像装置１は、Ａ／Ｄ変換回路１９が出力したデジタル信号を補正処理する感度補正処理回路２５と、補正用感度データが記憶された補正データメモリ２３と、感度補正処理回路２５が出力した補正後のデジタル信号から映像信号を生成する映像信号生成回路２７と、映像信号生成回路２７が出力した映像信号をアナログの映像信号に変換するＤ／Ａ変換回路２９と、Ｄ／Ａ変換回路２９が出力したアナログ映像信号に基づいて撮像対象を表示する表示モニタ３１と、各回路１７、２５、２７及び基準熱源７を制御する制御系２１とを有している。   The infrared imaging device 1 outputs a sensitivity correction processing circuit 25 that corrects the digital signal output from the A / D conversion circuit 19, a correction data memory 23 that stores correction sensitivity data, and a sensitivity correction processing circuit 25. A video signal generation circuit 27 that generates a video signal from the corrected digital signal, a D / A conversion circuit 29 that converts the video signal output from the video signal generation circuit 27 into an analog video signal, and a D / A conversion circuit 29 Has a display monitor 31 for displaying an imaging target on the basis of the analog video signal output from the control circuit 21 and a control system 21 for controlling the circuits 17, 25, 27 and the reference heat source 7.

補正データメモリ２３は、画素Ｐｉｊ毎に式（１）のΔＶａｖｅ／ΔＶより算出された補正用感度データを記憶している。感度補正処理回路２５は、Ａ／Ｄ変換回路１９から出力されたデジタル信号に対応する画素の補正用感度データを補正データメモリ２３から読出し、式（１）に基づいて感度補正処理を行う。   The correction data memory 23 stores correction sensitivity data calculated from ΔVave / ΔV of Expression (1) for each pixel Pij. The sensitivity correction processing circuit 25 reads pixel correction sensitivity data corresponding to the digital signal output from the A / D conversion circuit 19 from the correction data memory 23, and performs sensitivity correction processing based on Expression (1).

次に、画素領域４の回路構成について図２を用いて説明する。図２に示すように、４つの画素Ｐ１１〜Ｐ２２がマトリクス状に２次元に配列され、複数の垂直選択線Ｖ１、Ｖ２と水平選択線Ｈ１、Ｈ２とが縦横に配置されている。以下、画素Ｐ１１を例にとって説明するが、他の画素Ｐｉｊについても同様の構成を有している。画素Ｐ１１には赤外線の入射量に応じて電流を出力する赤外線センサ素子４１が形成されている。赤外線センサ素子４１を駆動するためのバイアスは、センサバイアス信号電圧ＢＳをセンサバイアストランジスタ４３のゲートに与えることで制御する。   Next, the circuit configuration of the pixel region 4 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, four pixels P11 to P22 are two-dimensionally arranged in a matrix, and a plurality of vertical selection lines V1 and V2 and horizontal selection lines H1 and H2 are arranged vertically and horizontally. Hereinafter, the pixel P11 will be described as an example, but the other pixels Pij have the same configuration. An infrared sensor element 41 that outputs a current according to the amount of incident infrared rays is formed in the pixel P11. The bias for driving the infrared sensor element 41 is controlled by applying a sensor bias signal voltage BS to the gate of the sensor bias transistor 43.

画素Ｐ１１には、センサバイアストランジスタ４３と、赤外線センサ素子４１から出力された電流を積分して容量電極間に積分電圧を発生する積分容量４７と、当該電流を積分する積分時間中に赤外線センサ素子４１と積分容量４７とを接続する積分トランジスタ（スイッチング素子）４５と、積分容量４７に生じた電圧を所定のリセット電位ＶＲにリセットするリセットトランジスタ４９とが形成されている。各トランジスタ４３、４５、４９は、例えばｎ型ＭＯＳＦＥＴで構成されている。   The pixel P11 includes a sensor bias transistor 43, an integration capacitor 47 that integrates the current output from the infrared sensor element 41 to generate an integrated voltage between the capacitor electrodes, and an infrared sensor element during the integration time for integrating the current. An integration transistor (switching element) 45 that connects 41 and the integration capacitor 47 and a reset transistor 49 that resets the voltage generated in the integration capacitor 47 to a predetermined reset potential VR are formed. Each of the transistors 43, 45, 49 is composed of, for example, an n-type MOSFET.

画素Ｐ１１内の赤外線センサ素子４１の一端子は、例えばセンサバイアストランジスタ４３のソース端子に接続され、他端子はＧＮＤ（基準電位）に接続されている。センサバイアストランジスタ４３のドレイン端子は、積分トランジスタ４５のソース端子に接続されている。センサバイアストランジスタ４３のゲート端子には、センサバイアス信号ＢＳが入力されるようになっている。積分トランジスタ４５のドレイン端子は、積分容量４７の一方の容量電極に接続されると共に、リセットトランジスタ４９のソース端子に接続されている。積分トランジスタ４５のゲート端子はイメージセンサ駆動回路１７に接続され、積分時間に対応したパルス信号（制御信号）が入力されるようになっている。後程説明するように、イメージセンサ駆動回路１７は、実際の撮像時の積分時間Ｔｉｎｔと補正動作時の積分時間Ｔｉｎｔｍとを切り替えて、それぞれに対応するパルス信号を積分トランジスタ４５のゲート端子に入力する。積分容量４７の他方の容量電極はＧＮＤに接続されている。リセットトランジスタ４９のドレイン端子にはリセット電位ＶＲが印加され、ゲート端子にはリセット信号ＲＳＴが入力されるようになっている。   One terminal of the infrared sensor element 41 in the pixel P11 is connected to, for example, the source terminal of the sensor bias transistor 43, and the other terminal is connected to GND (reference potential). The drain terminal of the sensor bias transistor 43 is connected to the source terminal of the integration transistor 45. A sensor bias signal BS is input to the gate terminal of the sensor bias transistor 43. The drain terminal of the integration transistor 45 is connected to one capacitance electrode of the integration capacitor 47 and to the source terminal of the reset transistor 49. The gate terminal of the integration transistor 45 is connected to the image sensor driving circuit 17 so that a pulse signal (control signal) corresponding to the integration time is input. As will be described later, the image sensor driving circuit 17 switches between an integration time Tint during actual imaging and an integration time Tintm during correction operation, and inputs a corresponding pulse signal to the gate terminal of the integration transistor 45. . The other capacitor electrode of the integrating capacitor 47 is connected to GND. A reset potential VR is applied to the drain terminal of the reset transistor 49, and a reset signal RST is input to the gate terminal.

画素Ｐ１１には、積分電圧が入力される画素入力アンプ５５と、画素を選択する画素選択トランジスタ５６とが接続されている。各トランジスタ５５、５６は、例えばｎ型ＭＯＳＦＥＴで構成されている。画素入力アンプ５５のゲート端子には、画素Ｐ１１内の積分トランジスタ４５のドレイン端子と、積分容量４７の一方の容量電極と、リセットトランジスタ４９のソース端子とが接続されている。画素入力アンプ５５のドレイン端子は出力ライン電源４０に接続され、ソース端子は画素選択トランジスタ５６のドレイン端子に接続されている。画素選択トランジスタ５６のゲート端子は行選択線Ｈ１に接続され、ソース端子は垂直出力線Ｖ１に接続されている。画素入力アンプ５５はソースフォロアアンプとして機能して積分電圧をドレイン端子に出力するようになっている。   A pixel input amplifier 55 to which an integration voltage is input and a pixel selection transistor 56 that selects a pixel are connected to the pixel P11. Each of the transistors 55 and 56 is composed of, for example, an n-type MOSFET. The gate terminal of the pixel input amplifier 55 is connected to the drain terminal of the integration transistor 45 in the pixel P11, one capacitance electrode of the integration capacitor 47, and the source terminal of the reset transistor 49. The drain terminal of the pixel input amplifier 55 is connected to the output line power supply 40, and the source terminal is connected to the drain terminal of the pixel selection transistor 56. The gate terminal of the pixel selection transistor 56 is connected to the row selection line H1, and the source terminal is connected to the vertical output line V1. The pixel input amplifier 55 functions as a source follower amplifier and outputs an integrated voltage to the drain terminal.

行選択線Ｈ１、Ｈ２は、垂直走査シフトレジスタ３３に接続されている。垂直走査シフトレジスタ３３内に設けられた不図示のシフトレジスタにより、所定のタイミングで行選択線Ｈ１、Ｈ２に順次水平選択信号が出力されるようになっている。垂直出力線Ｖ１、Ｖ２は、例えばｎ型ＭＯＳＦＥＴで構成された複数の列選択トランジスタ５３のソース端子にそれぞれ接続されている。複数の列選択トランジスタ５３のドレイン端子は共通出力線５０に接続されている。複数の列選択トランジスタ５３のゲート端子には、水平走査シフトレジスタ３５から列選択信号が所定タイミングで順次入力されるようになっている。共通接続線５０には、例えばｎ型ＭＯＳＦＥＴで構成された出力アンプ５１のドレイン端子が接続されている。出力アンプ５１のソース端子はＧＮＤに接続されている。出力アンプ５１のゲート端子には、オン状態とオフ状態とを切り替える出力制御信号ＯＳが入力されるようになっている。複数の列選択トランジスタ５３のゲート端子に水平走査シフトレジスタ３５から列選択信号が所定タイミングで順次入力されると、画素Ｐ１１〜Ｐｍｎから出力された積分電圧が順次信号共通出力線５０に出力され、オン状態になった出力アンプ５１で増幅された出力電圧Ｖｏｕｔが図１に示すＡ／Ｄ変換回路１９に出力される。   The row selection lines H1 and H2 are connected to the vertical scanning shift register 33. A horizontal selection signal is sequentially output to the row selection lines H1 and H2 at a predetermined timing by a shift register (not shown) provided in the vertical scanning shift register 33. The vertical output lines V1 and V2 are respectively connected to the source terminals of a plurality of column selection transistors 53 formed of, for example, n-type MOSFETs. The drain terminals of the plurality of column selection transistors 53 are connected to the common output line 50. A column selection signal is sequentially input from the horizontal scanning shift register 35 to the gate terminals of the plurality of column selection transistors 53 at a predetermined timing. The common connection line 50 is connected to the drain terminal of an output amplifier 51 formed of, for example, an n-type MOSFET. The source terminal of the output amplifier 51 is connected to GND. An output control signal OS that switches between an on state and an off state is input to the gate terminal of the output amplifier 51. When the column selection signal is sequentially input from the horizontal scanning shift register 35 to the gate terminals of the plurality of column selection transistors 53 at a predetermined timing, the integrated voltages output from the pixels P11 to Pmn are sequentially output to the signal common output line 50, The output voltage Vout amplified by the output amplifier 51 in the on state is output to the A / D conversion circuit 19 shown in FIG.

次に、赤外線撮像装置１の通常の撮像時の動作について図１及び図２を用いて説明する。まず、制御系２１は通常撮像の開始をイメージセンサ駆動回路１７に指令する。当該指令を受けたイメージセンサ駆動回路１７は、通常撮像時の積分時間Ｔｉｎｔで全画素Ｐ１１〜Ｐｍｎを積分できるように、積分時間Ｔｉｎｔ側に切り替える。次に、リセット信号ＲＳＴによりリセットトランジスタ４９が所定のタイミングでオン状態になると、全画素Ｐ１１〜Ｐｍｎ内の積分容量４７の一方の容量電極の電位がリセット電位ＶＲになる。次いで、リセットトランジスタ４９はオフ状態になる。   Next, operations during normal imaging of the infrared imaging device 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. First, the control system 21 commands the image sensor drive circuit 17 to start normal imaging. Receiving the command, the image sensor driving circuit 17 switches to the integration time Tint side so that all the pixels P11 to Pmn can be integrated with the integration time Tint during normal imaging. Next, when the reset transistor 49 is turned on at a predetermined timing by the reset signal RST, the potential of one capacitor electrode of the integration capacitors 47 in all the pixels P11 to Pmn becomes the reset potential VR. Next, the reset transistor 49 is turned off.

次に、光学系３を介して赤外線ＩＲが入射されると赤外線の入射に応じた電流を赤外線センサ素子４１は出力する。積分トランジスタ４５は、積分時間Ｔｉｎｔとほぼ等しい時間だけイメージセンサ駆動回路１７から与えられる高電位のパルス信号によりオン状態になる。これにより、赤外線センサ素子４１は、センサバイアストランジスタ４３及び積分トランジスタ４５を介して積分容量の一方の電極に接続される。赤外線センサ素子４１からの電流により積分容量の一方の電極にリセット電位ＶＲで設定された電荷が放電され、その電荷量変化は積分容量に蓄積される。これにより、積分容量４７の一方の電極の電位はリセット電位ＶＲより低くなる。   Next, when infrared IR enters through the optical system 3, the infrared sensor element 41 outputs a current corresponding to the incidence of infrared. The integration transistor 45 is turned on by a high-potential pulse signal supplied from the image sensor driving circuit 17 for a time substantially equal to the integration time Tint. Thereby, the infrared sensor element 41 is connected to one electrode of the integration capacitor via the sensor bias transistor 43 and the integration transistor 45. The charge set by the reset potential VR is discharged to one electrode of the integration capacitor by the current from the infrared sensor element 41, and the change in the charge amount is accumulated in the integration capacitor. Thereby, the potential of one electrode of the integration capacitor 47 becomes lower than the reset potential VR.

積分時間Ｔｉｎｔの経過後に、積分トランジスタ４５はオフ状態になる。こうして、積分容量４７の容量電極間には、放電電流を積分した積分電圧が発生する。当該積分電圧は、赤外線センサ素子４１からの放電電流と積分時間Ｔｉｎｔに比例し、積分容量４７の容量値に反比例する。積分時間Ｔｉｎｔ及び積分容量４７の容量値は全画素でほぼ共通なので、積分容量４７は放電電流、すなわち赤外線センサ素子４１に入力された赤外線ＩＲの入射量にほぼ比例する積分電圧を容量電極間に生じさせる。   After the integration time Tint has elapsed, the integration transistor 45 is turned off. Thus, an integrated voltage obtained by integrating the discharge current is generated between the capacitive electrodes of the integrating capacitor 47. The integration voltage is proportional to the discharge current from the infrared sensor element 41 and the integration time Tint, and is inversely proportional to the capacitance value of the integration capacitor 47. Since the integration time Tint and the capacitance value of the integration capacitor 47 are substantially common to all the pixels, the integration capacitor 47 applies an integration voltage substantially proportional to the discharge current, that is, the incident amount of the infrared IR input to the infrared sensor element 41, between the capacitor electrodes. Cause it to occur.

所定時間の経過後に、例えば行選択信号が行選択線Ｈ１に出力されると行選択線Ｈ１に接続された複数の画素選択トランジスタ５６のゲート端子に行選択信号が入力されて画素選択トランジスタ５６がオン状態になる。これにより画素Ｐ１１、Ｐ１２の画像データとしての積分電圧が複数の画素入力アンプ５５から垂直出力線Ｖ１、Ｖ２に出力できる状態になる。次いで、複数の列選択トランジスタ５３が順次選択されて、各積分電圧がＡ／Ｄ変換回路１９に順次出力される。   For example, when a row selection signal is output to the row selection line H1 after a predetermined time has elapsed, the row selection signal is input to the gate terminals of the plurality of pixel selection transistors 56 connected to the row selection line H1, and the pixel selection transistor 56 is activated. Turns on. As a result, the integrated voltage as the image data of the pixels P11 and P12 can be output from the plurality of pixel input amplifiers 55 to the vertical output lines V1 and V2. Next, the plurality of column selection transistors 53 are sequentially selected, and the integrated voltages are sequentially output to the A / D conversion circuit 19.

図１に示すように、Ａ／Ｄ変換回路１９は当該積分電圧をＡ／Ｄ変換してデジタル信号を所定の順序で感度補正処理回路２５に出力する。感度補正処理回路２５は、当該所定の順序で補正データメモリ２３から補正用感度データを読出して、入力されたデジタル信号を順次補正して補正後のデジタル信号を映像信号生成回路２７に出力する。補正データメモリ２３は、後程説明する調整後の積分時間で補正処理された補正用感度データを記憶している。このため、感度補正処理回路２５は、周囲環境にほとんど影響されない良好な補正用感度データで補正したデジタル信号を出力できる。   As shown in FIG. 1, the A / D conversion circuit 19 performs A / D conversion on the integrated voltage and outputs a digital signal to the sensitivity correction processing circuit 25 in a predetermined order. The sensitivity correction processing circuit 25 reads the correction sensitivity data from the correction data memory 23 in the predetermined order, sequentially corrects the input digital signal, and outputs the corrected digital signal to the video signal generation circuit 27. The correction data memory 23 stores correction sensitivity data corrected by an integration time after adjustment, which will be described later. Therefore, the sensitivity correction processing circuit 25 can output a digital signal corrected with good correction sensitivity data that is hardly affected by the surrounding environment.

映像信号生成回路２７は、補正後のデジタル信号を信号処理して表示モニタ３１に対応した所定の映像信号を生成する。映像信号生成回路２７から出力された映像信号はＤ／Ａ変換回路でアナログの映像信号に変換されて、表示モニタ３１に撮像された画像が表示される。   The video signal generation circuit 27 generates a predetermined video signal corresponding to the display monitor 31 by performing signal processing on the corrected digital signal. The video signal output from the video signal generation circuit 27 is converted into an analog video signal by the D / A conversion circuit, and the captured image is displayed on the display monitor 31.

次に、赤外線撮像装置１の画素間の感度ばらつきの補正動作について図３及び図４を用いて説明する。まず、積分時間調整機構９の概略構成について図３を用いて説明する。図３は、イメージセンサ３の概略構成を示すブロック図である。図３に示すように、イメージセンサ３は、画素領域４と、積分時間調整機構９とを有している。積分時間調整機構９は、ｎ個のダミー画素（積分時間調整画素）ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎで構成された積分時間調整画素群１１を有している。積分時間調整画素群１１は画素領域４の周辺部に配置されている。ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎは画素領域４内の画素Ｐｉｊと同じ画素構成を有している。ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎの積分容量（不図示）は、互いに容量値が異なっている。例えば、ダミー画素ＤＭＹ１の積分容量の容量値はＣｉｎｔ１である。ダミー画素ＤＭＹ２の積分容量の容量値はＣｉｎｔ２、ダミー画素ＤＭＹｍの積分容量の容量値はＣｉｎｔｍ、ダミー画素ＤＭＹｎの積分容量の容量値はＣｉｎｔｎである。これらの積分容量の容量値は、Ｃｉｎｔ１＞Ｃｉｎｔ２＞Ｃｉｎｔｍ＞Ｃｉｎｔｎの関係が成り立っている。また、画素Ｐｍｎ内の積分容量４７の容量値Ｃｉｎｔは、ダミー画素ＤＭＹ１、ＤＭＹｎ内の積分容量に対し、Ｃｉｎｔ１＞Ｃｉｎｔ＞Ｃｉｎｔｎの関係が成り立っている。ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎはほぼ同じ積分時間Ｔｉｎｔで赤外線センサ素子（不図示）からの電流を積分するようになっている。   Next, an operation for correcting sensitivity variations between pixels of the infrared imaging device 1 will be described with reference to FIGS. First, a schematic configuration of the integration time adjusting mechanism 9 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the image sensor 3. As shown in FIG. 3, the image sensor 3 includes a pixel region 4 and an integration time adjustment mechanism 9. The integration time adjustment mechanism 9 has an integration time adjustment pixel group 11 composed of n dummy pixels (integration time adjustment pixels) DMY1 to DMYn. The integration time adjustment pixel group 11 is arranged in the periphery of the pixel region 4. The dummy pixels DMY <b> 1 to DMYn have the same pixel configuration as the pixels Pij in the pixel region 4. The integration capacitors (not shown) of the dummy pixels DMY1 to DMYn have mutually different capacitance values. For example, the capacitance value of the integration capacitance of the dummy pixel DMY1 is Cint1. The capacitance value of the integration capacitor of the dummy pixel DMY2 is Cint2, the capacitance value of the integration capacitor of the dummy pixel DMYm is Cintm, and the capacitance value of the integration capacitor of the dummy pixel DMYn is Cintn. The capacitance values of these integration capacitors have a relationship of Cint1> Cint2> Cintm> Cintn. The capacitance value Cint of the integration capacitor 47 in the pixel Pmn has a relationship of Cint1> Cint> Cintn with respect to the integration capacitor in the dummy pixels DMY1 and DMYn. The dummy pixels DMY1 to DMYn integrate the current from the infrared sensor element (not shown) with substantially the same integration time Tint.

積分時間調整機構９は、積分時間調整画素群１１から出力された積分電圧と、イメージセンサ３外部から入力された基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する電圧比較部１３を有している。電圧比較部１３は、ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎからそれぞれ出力された積分電圧Ｖｉｎｔ１〜Ｖｉｎｔｎと、基準電圧Ｖｒｅｆとをそれぞれ比較するｎ個の比較回路ＣＭＰ１〜ＣＭＰｎを有している。基準電圧Ｖｒｅｆは、常温の撮像対象を撮像した際にイメージセンサ３から出力される平均的な出力電圧に設定されている。例えば、基準電圧Ｖｒｅｆはイメージセンサ３の出力電圧範囲の中心電圧とほぼ等しい電圧に設定されている。   The integration time adjustment mechanism 9 includes a voltage comparison unit 13 that compares the integration voltage output from the integration time adjustment pixel group 11 and the reference voltage Vref input from the outside of the image sensor 3. The voltage comparison unit 13 includes n comparison circuits CMP1 to CMPn that compare the integrated voltages Vint1 to Vintn output from the dummy pixels DMY1 to DMYn, respectively, with the reference voltage Vref. The reference voltage Vref is set to an average output voltage that is output from the image sensor 3 when an image of a room temperature image is captured. For example, the reference voltage Vref is set to a voltage substantially equal to the center voltage in the output voltage range of the image sensor 3.

電圧比較部１３は、比較回路ＣＭＰ１〜ＣＭＰｎからの基準電圧Ｖｒｅｆに最も近い電圧値の積分電圧が入力される比較回路ＣＭＰｍを判定し、比較回路ＣＭＰｍに接続されたダミー画素ＤＭＹｍを検出するようになっている。電圧比較部１３で検出されたダミー画素ＤＭＹｍの情報は、積分時間調整機構９の一構成要素である積分時間設定部１５に入力される。積分時間設定部１５には、画素Ｐ１１〜Ｐｍｎ内の積分容量の容量値Ｃｉｎｔと、ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎ内の積分容量の容量値Ｃｉｎｔ１〜Ｃｉｎｔｎとが記憶されている。積分時間設定部１５はイメージセンサ駆動回路１７から出力された積分時間Ｔｉｎｔが入力されるようになっている。積分時間設定部１５は、以下の式（２）の演算処理を実行して画素間の感度ばらつき補正動作時の積分時間Ｔｉｎｔｍを算出する。   The voltage comparison unit 13 determines a comparison circuit CMPm to which an integrated voltage having a voltage value closest to the reference voltage Vref from the comparison circuits CMP1 to CMPn is input, and detects a dummy pixel DMYm connected to the comparison circuit CMPm. It has become. Information on the dummy pixel DMYm detected by the voltage comparison unit 13 is input to an integration time setting unit 15 which is one component of the integration time adjustment mechanism 9. The integration time setting unit 15 stores the capacitance value Cint of the integration capacitors in the pixels P11 to Pmn and the capacitance values Cint1 to Cintn of the integration capacitors in the dummy pixels DMY1 to DMYn. The integration time setting unit 15 receives the integration time Tint output from the image sensor driving circuit 17. The integration time setting unit 15 calculates the integration time Tintm during the sensitivity variation correction operation between pixels by executing the calculation process of the following equation (2).

Ｔｉｎｔｍ＝Ｔｉｎｔ×Ｃｉｎｔ／Ｃｉｎｔｍ ・・・（２）
式（２）において、Ｃｉｎｔｍは、電圧比較部１３で検出されたダミー画素ＤＭＹｍ内の積分容量の容量値を表し、Ｃｉｎｔは、画素Ｐ１１〜Ｐｍｎ内の積分容量４７の容量値を表し、Ｔｉｎｔは通常撮像時の積分時間を表している。 Tintm = Tint × Cint / Cintm (2)
In Expression (2), Cintm represents the capacitance value of the integration capacitor in the dummy pixel DMYm detected by the voltage comparison unit 13, Cint represents the capacitance value of the integration capacitor 47 in the pixels P11 to Pmn, and Tint is It represents the integration time during normal imaging.

積分時間設定部１５は、式（２）により設定された補正動作時の積分時間Ｔｉｎｔｍをイメージセンサ駆動回路１７に出力するようになっている。   The integration time setting unit 15 outputs the integration time Tintm at the time of the correction operation set by Expression (2) to the image sensor driving circuit 17.

次に、赤外線撮像装置１の補正動作時の積分時間Ｔｉｎｔｍの調整動作及び画素間の感度ばらつき補正動作について図１乃至図４を用いて説明する。まず、補正動作時の積分時間Ｔｉｎｔｍの調整動作について説明する。補正動作時の積分時間Ｔｉｎｔｍの調整動作は感度ばらつき補正動作時の赤外線入射条件下で実行される。図１に示す基準熱源７をイメージセンサ３の積分時間調整画素群１１（図３参照）に対向配置して、基準熱源７からほぼ一定量の赤外線を積分時間調整画素群１１のダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎに入射する。ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎを上述の画素Ｐ１１〜Ｐｍｎと同様に駆動して、積分容量の容量電極間に積分電圧をそれぞれ発生させる。   Next, the adjustment operation of the integration time Tintm during the correction operation of the infrared imaging device 1 and the sensitivity variation correction operation between pixels will be described with reference to FIGS. First, the adjustment operation of the integration time Tintm during the correction operation will be described. The adjustment operation of the integration time Tintm during the correction operation is executed under the infrared incident conditions during the sensitivity variation correction operation. The reference heat source 7 shown in FIG. 1 is disposed opposite to the integration time adjustment pixel group 11 (see FIG. 3) of the image sensor 3, and a substantially constant amount of infrared rays from the reference heat source 7 are dummy pixels DMY1 to DMY1 of the integration time adjustment pixel group 11. Incident on DMYn. The dummy pixels DMY1 to DMYn are driven in the same manner as the above-described pixels P11 to Pmn, and an integration voltage is generated between the capacitance electrodes of the integration capacitors, respectively.

赤外線センサ素子への赤外線の入射量及び積分時間Ｔｉｎｔをほぼ一定にして各ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎの積分容量に電荷蓄積を行うと、電荷蓄積量は各ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎでほぼ同じになる。しかし、積分電圧は積分容量の容量値に反比例するため、電荷蓄積量が同じであっても積分容量の容量値が大きいほど積分電圧は小さくなる。従って、ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎから出力される積分電圧の高低は、Ｖｉｎｔ１＜Ｖｉｎｔ２＜Ｖｉｎｔｍ＜Ｖｉｎｔｎとなる。   When charge accumulation is performed in the integration capacitors of the dummy pixels DMY1 to DMYn with the incident amount of infrared rays to the infrared sensor element and the integration time Tint being substantially constant, the charge accumulation amounts are substantially the same for the dummy pixels DMY1 to DMYn. However, since the integral voltage is inversely proportional to the capacitance value of the integration capacitor, the integration voltage decreases as the capacitance value of the integration capacitor increases even if the charge accumulation amount is the same. Therefore, the level of the integrated voltage output from the dummy pixels DMY1 to DMYn is Vint1 <Vint2 <Vintm <Vintn.

積分電圧Ｖｉｎｔ１、Ｖｉｎｔｎと基準電圧Ｖｒｅｆとの関係が、Ｖｉｎｔ１＜Ｖｒｅｆ＜Ｖｉｎｔｎとなるように、各ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎの積分容量の容量値やダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎの駆動条件及び基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値は設定されている。電圧比較部１３の比較回路ＣＭＰ１〜ＣＭＰｎは、ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎからそれぞれ出力された積分電圧Ｖｉｎｔ１〜Ｖｉｎｔｎと基準電圧Ｖｒｅｆとをそれぞれ比較して、例えばＶｉｎｔ−Ｖｒｅｆの演算結果を出力する。このため、比較回路ＣＭＰ１は電圧値が最も低い負（−）の電圧を出力し、比較回路ＣＭＰｎは、電圧値が最も高い正（＋）の電圧を出力する。また、比較回路ＣＭＰ１〜ＣＭＰｎには、積分電圧の電圧値が基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値を超えて出力電圧の極性が反転する境界の比較回路が存在する。当該境界となる比較回路には、電圧値が最も低い正（＋）の電圧を出力する比較回路と、電圧値が最も高い負（−）の電圧を出力する比較回路とが存在する。当該境界となる比較回路に入力される積分電圧の電圧値は基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値に相対的に近くなる。本実施の形態の赤外線撮像装置１は、この２種類の比較回路のうち、例えば電圧値の絶対値が０（Ｖ）に近い方を選択する。   The capacitance values of the integration capacitors of the dummy pixels DMY1 to DMYn, the driving conditions of the dummy pixels DMY1 to DMYn, and the reference voltage Vref so that the relationship between the integration voltages Vint1 and Vintn and the reference voltage Vref is Vint1 <Vref <Vintn. The voltage value is set. The comparison circuits CMP1 to CMPn of the voltage comparison unit 13 compare the integrated voltages Vint1 to Vintn output from the dummy pixels DMY1 to DMYn with the reference voltage Vref, respectively, and output, for example, a calculation result of Vint−Vref. Therefore, the comparison circuit CMP1 outputs a negative (−) voltage having the lowest voltage value, and the comparison circuit CMPn outputs a positive (+) voltage having the highest voltage value. Further, the comparison circuits CMP1 to CMPn include a boundary comparison circuit where the voltage value of the integrated voltage exceeds the voltage value of the reference voltage Vref and the polarity of the output voltage is inverted. The comparison circuit serving as the boundary includes a comparison circuit that outputs a positive (+) voltage having the lowest voltage value and a comparison circuit that outputs a negative (−) voltage having the highest voltage value. The voltage value of the integrated voltage input to the comparison circuit serving as the boundary is relatively close to the voltage value of the reference voltage Vref. The infrared imaging device 1 according to the present embodiment selects, for example, one of the two types of comparison circuits whose absolute value of the voltage value is close to 0 (V).

電圧比較部１３は、基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値に最も近い電圧値の積分電圧が入力されて相対的に０（Ｖ）に近い電圧を出力する比較回路ＣＭＰｍを判定し、比較回路ＣＭＰｍに接続されたダミー画素ＤＭＹｍを検出する。電圧比較部１３は、検出されたダミー画素ＤＭＹｍの情報を積分時間設定部１５に出力する。積分時間設定部１５は、電圧比較部１３からの情報に基づいて容量値Ｃｉｎｔｍを読出し、式（２）の演算処理を実行し、補正動作時の積分時間Ｔｉｎｔｍをイメージセンサ駆動回路１７に出力する。   The voltage comparison unit 13 determines a comparison circuit CMPm that receives an integrated voltage having a voltage value closest to the voltage value of the reference voltage Vref and outputs a voltage relatively close to 0 (V), and is connected to the comparison circuit CMPm. The dummy pixel DMYm is detected. The voltage comparison unit 13 outputs information on the detected dummy pixel DMYm to the integration time setting unit 15. The integration time setting unit 15 reads the capacitance value Cintm based on the information from the voltage comparison unit 13, executes the calculation process of Expression (2), and outputs the integration time Tintm during the correction operation to the image sensor drive circuit 17. .

式（２）に示すように、補正動作時の積分時間Ｔｉｎｔｍは通常撮像時の画素Ｐｍｎの積分時間ＴｉｎｔをＣｉｎｔ／Ｃｉｎｔｍ倍して求められる。積分時間以外の駆動条件をダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎの駆動条件と同一にして画素Ｐ１１〜Ｐｍｎを積分時間Ｔｉｎｔｍで駆動すると、画素Ｐ１１〜Ｐｍｎのそれぞれの積分電圧の電圧値は基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値とほぼ等しくなる。従って、後程図４を用いて説明するように、赤外線撮像装置１は周囲環境によらず、画素Ｐ１１〜Ｐｍｎの出力電圧特性がほぼ線形に変化する領域の２点データから補正用感度データを求めることができる。こうして、補正動作時の積分時間Ｔｉｎｔｍの調整が終了する。   As shown in Expression (2), the integration time Tintm during the correction operation is obtained by multiplying the integration time Tint of the pixel Pmn during normal imaging by Cint / Cintm. When driving conditions other than the integration time are the same as the driving conditions of the dummy pixels DMY1 to DMYn and the pixels P11 to Pmn are driven with the integration time Tintm, the voltage values of the respective integrated voltages of the pixels P11 to Pmn are the voltage values of the reference voltage Vref. Is almost equal to Therefore, as will be described later with reference to FIG. 4, the infrared imaging device 1 obtains correction sensitivity data from two-point data in a region where the output voltage characteristics of the pixels P11 to Pmn change almost linearly, regardless of the surrounding environment. be able to. Thus, the adjustment of the integration time Tintm during the correction operation is completed.

次に、赤外線撮像装置１は画素間の感度ばらつきの補正動作について説明する。まず、制御系２１は、画素領域４内の全画素Ｐ１１〜Ｐｍｎに低温時の赤外線が入射されるように基準熱源７の低温側を画素領域４に対向配置させる。次いで、制御系２１は補正動作の開始をイメージセンサ駆動回路１７に指令する。当該指令を受けたイメージセンサ駆動回路１７は、積分時間調整機構９により自己調整された積分時間Ｔｉｎｍで全画素Ｐ１１〜Ｐｍｎを積分できるように、積分時間を内部生成側に切り替える。これにより、全画素Ｐ１１〜Ｐｍｎを積分時間Ｔｉｎｔｍで積分できるようになる。   Next, the infrared imaging apparatus 1 will be described with respect to the sensitivity variation correction operation between pixels. First, the control system 21 arranges the low-temperature side of the reference heat source 7 so as to face the pixel region 4 so that infrared rays at low temperatures are incident on all the pixels P11 to Pmn in the pixel region 4. Next, the control system 21 commands the image sensor drive circuit 17 to start the correction operation. Receiving the command, the image sensor drive circuit 17 switches the integration time to the internal generation side so that all the pixels P11 to Pmn can be integrated with the integration time Tinm self-adjusted by the integration time adjustment mechanism 9. As a result, all the pixels P11 to Pmn can be integrated with the integration time Tintm.

次に、イメージセンサ３を上記通常の撮像時と同様に駆動して各画素Ｐ１１〜Ｐｍｎ内に低温の赤外線の入射量に基づく積分電圧をそれぞれ発生させる。各画素Ｐｍｎの積分電圧をＡ／Ｄ変換回路１９でデジタル信号に変換して補正データメモリ２３に記憶する。次に、画素領域４内の全画素Ｐ１１〜Ｐｍｎに高温時の赤外線が入射されるように基準熱源７の高温側を画素領域４に対向配置させる。次いで、イメージセンサ３を低温時と同様に駆動して、高温時の積分電圧に対応したデジタル信号を補正データメモリ２３に記憶する。   Next, the image sensor 3 is driven in the same manner as in the normal imaging to generate integrated voltages based on the amount of incident low-temperature infrared rays in the pixels P11 to Pmn. The integrated voltage of each pixel Pmn is converted into a digital signal by the A / D conversion circuit 19 and stored in the correction data memory 23. Next, the high temperature side of the reference heat source 7 is arranged opposite to the pixel region 4 so that infrared rays at high temperature are incident on all the pixels P11 to Pmn in the pixel region 4. Next, the image sensor 3 is driven in the same way as at low temperature, and a digital signal corresponding to the integrated voltage at high temperature is stored in the correction data memory 23.

図４は、イメージセンサ３を積分時間Ｔｉｎｔｍで動作させた際の赤外線の入射量に対する画素の感度の一例を示している。横軸は、赤外線の入射量又は基準熱源７の温度を表し、縦軸は画素の出力電圧を表している。実線の曲線Ｐ１１は、図２に示す画素Ｐ１１の出力電圧特性を示し、実線の曲線Ｐ１２は、図２に示す画素Ｐ１２の出力電圧特性を示している。入射量ＩＲＬは基準熱源７の低温側からの赤外線の入射量を示し、入射量ＩＲＨは高温側からの赤外線の入射量を示している。破線の曲線Ｐ１１’は、通常の撮像時の積分時間Ｔｉｎｔでイメージセンサ３を駆動した際の比較例としての画素Ｐ１１の出力電圧特性を示している。破線の曲線Ｐ１２’は、積分時間Ｔｉｎｔでイメージセンサ３を駆動した際の比較例としての画素Ｐ１２の出力電圧特性を示している。ΔＶＰ１１は画素Ｐ１１の感度差を示し、ΔＶＰ１２は画素Ｐ１２の感度差を示している。ΔＶｏｕｔはイメージセンサ３の出力電圧範囲を示している。   FIG. 4 shows an example of the sensitivity of the pixels with respect to the amount of incident infrared rays when the image sensor 3 is operated with the integration time Tintm. The horizontal axis represents the amount of incident infrared rays or the temperature of the reference heat source 7, and the vertical axis represents the output voltage of the pixel. A solid curve P11 shows the output voltage characteristic of the pixel P11 shown in FIG. 2, and a solid curve P12 shows the output voltage characteristic of the pixel P12 shown in FIG. The incident amount IRL indicates the incident amount of infrared rays from the low temperature side of the reference heat source 7, and the incident amount IRH indicates the incident amount of infrared rays from the high temperature side. A broken curve P11 'indicates an output voltage characteristic of the pixel P11 as a comparative example when the image sensor 3 is driven with an integration time Tint during normal imaging. A broken curve P12 'indicates an output voltage characteristic of the pixel P12 as a comparative example when the image sensor 3 is driven with the integration time Tint. ΔVP11 indicates the sensitivity difference of the pixel P11, and ΔVP12 indicates the sensitivity difference of the pixel P12. ΔVout indicates the output voltage range of the image sensor 3.

周囲環境の影響で赤外線撮像装置１内の温度が上昇すると基準熱源７の温度も上昇する。このため、従来と同様の駆動条件で補正動作を行うと図４の曲線Ｐ１１’、Ｐ１２’で示すように、赤外線の入射量が過大となり、画素Ｐ１１、Ｐ１２の出力電圧（積分電圧）が非線形に変化する領域での測定データに基づいて補正用感度データが取得されることになる。これに対し、本実施の形態による赤外線撮像装置１の積分時間Ｔｉｎｔｍは、積分時間調整機構９を用いて予め調整されて通常撮像時の積分時間Ｔｉｎｔより短く設定されている。補正動作時の積分時間が積分時間Ｔｉｎｔｍに内部設定されていると、基準熱源７の温度が上昇して赤外線の入射量が過大になっても、各画素Ｐ１１〜Ｐｍｎからの出力電圧は、イメージセンサ３の出力電圧範囲ΔＶｏｕｔの中心電圧近傍になる。従って、図４の曲線Ｐ１１、Ｐ１２で示すように、本実施の形態の赤外線撮像装置１では、赤外線撮像装置１内の温度が上昇したとしても、画素Ｐ１１、Ｐ１２の出力電圧が線形に変化する領域での測定データに基づいて補正用感度データを取得することができる。さらに、例えば補正動作時の積分時間の調整を補正動作時の直前に実施することにより、赤外線撮像装置１は温度上昇の影響がさらに少ない補正用感度データを取得できる。   When the temperature in the infrared imaging device 1 rises due to the influence of the surrounding environment, the temperature of the reference heat source 7 also rises. For this reason, when the correction operation is performed under the same driving conditions as in the prior art, as shown by the curves P11 ′ and P12 ′ in FIG. 4, the amount of incident infrared rays becomes excessive, and the output voltages (integrated voltages) of the pixels P11 and P12 are nonlinear. Sensitivity data for correction is acquired based on the measurement data in the region that changes. On the other hand, the integration time Tintm of the infrared imaging device 1 according to the present embodiment is adjusted in advance using the integration time adjusting mechanism 9 and is set shorter than the integration time Tint during normal imaging. If the integration time during the correction operation is internally set to the integration time Tintm, even if the temperature of the reference heat source 7 rises and the amount of incident infrared rays becomes excessive, the output voltage from each pixel P11 to Pmn is an image. Near the center voltage of the output voltage range ΔVout of the sensor 3. Therefore, as shown by the curves P11 and P12 in FIG. 4, in the infrared imaging device 1 of the present embodiment, even if the temperature in the infrared imaging device 1 rises, the output voltages of the pixels P11 and P12 change linearly. Sensitivity data for correction can be acquired based on the measurement data in the region. Furthermore, for example, by performing adjustment of the integration time during the correction operation immediately before the correction operation, the infrared imaging device 1 can acquire correction sensitivity data that is less affected by the temperature rise.

本実施の形態では、画素Ｐ１１〜Ｐ１２の出力電圧が線形に変化する領域での測定データから感度差ΔＶＰ１１〜ΔＶＰｍｎがそれぞれ取得される。感度補正処理回路２５はこうして得られた測定データを用いて式（１）に示すΔＶａｖｅ／ΔＶを算出し、算出結果を補正データメモリ２３に書込む。以上により、補正動作は終了する。赤外線撮像装置１は、こうして得られた補正用感度データを通常の撮像時に用いることにより、周囲環境の影響を受けずに良好に補正された画像を得ることができる。   In the present embodiment, sensitivity differences ΔVP11 to ΔVPmn are obtained from measurement data in regions where the output voltages of the pixels P11 to P12 change linearly, respectively. The sensitivity correction processing circuit 25 calculates ΔVave / ΔV shown in Equation (1) using the measurement data thus obtained, and writes the calculation result in the correction data memory 23. Thus, the correction operation ends. The infrared imaging apparatus 1 can obtain a well-corrected image without being affected by the surrounding environment by using the correction sensitivity data thus obtained during normal imaging.

以上説明したように、本実施の形態によれば、赤外線撮像装置１は、絶対温度の管理が不要な簡易な構成の基準熱源７を備えた補正機構を利用しても、様々な環境条件下で精度よく各画素の感度ばらつきを補正した赤外線撮像を実施することが可能になる。これにより、赤外線撮像装置１の低コスト化及び撮像特性の向上を図ることができる。   As described above, according to the present embodiment, the infrared imaging apparatus 1 can be used under various environmental conditions even when a correction mechanism including the reference heat source 7 having a simple configuration that does not require management of the absolute temperature is used. Thus, it is possible to carry out infrared imaging in which sensitivity variations of each pixel are corrected with high accuracy. Thereby, cost reduction of the infrared imaging device 1 and improvement of imaging characteristics can be achieved.

〔第２の実施の形態〕
本発明の第２の実施の形態による赤外線撮像装置について図５を用いて説明する。本実施の形態による赤外線撮像装置１は、容量値がほぼ同じ積分容量を備え、互いに異なる積分時間で駆動される複数の積分時間調整画素を有する積分時間調整機構９と、異なる積分時間にそれぞれ対応した制御信号を複数の積分時間調整画素に出力するスイッチング素子制御部とを備えた点に特徴を有している。本実施の形態の赤外線撮像装置１の概略構成と、イメージセンサ３内の画素領域４の概略構成は、上記第１の実施の形態の赤外線撮像装置１と同様であるため説明は省略する。まず、本実施の形態による赤外線撮像装置１に備えられた積分時間調整機構９の概略構成について図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態による赤外線撮像装置１のイメージセンサ３の概略構成を示している。 [Second Embodiment]
An infrared imaging device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The infrared imaging device 1 according to the present embodiment has integration capacitors having substantially the same capacitance value, and has an integration time adjustment mechanism 9 having a plurality of integration time adjustment pixels driven at different integration times, and corresponds to different integration times. And a switching element control unit that outputs the control signal to a plurality of integration time adjustment pixels. Since the schematic configuration of the infrared imaging device 1 of the present embodiment and the schematic configuration of the pixel region 4 in the image sensor 3 are the same as those of the infrared imaging device 1 of the first embodiment, description thereof is omitted. First, a schematic configuration of the integration time adjusting mechanism 9 provided in the infrared imaging device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a schematic configuration of the image sensor 3 of the infrared imaging device 1 according to the present embodiment.

図５に示すように、積分時間調整機構９は、ｎ個のダミー画素（積分時間調整画素）ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎで構成された積分時間調整画素群１２を有している。積分時間調整画素群１２は画素領域４の周辺部に配置されている。ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎは、上記第１の実施の形態の画素領域４内の画素Ｐ１１〜Ｐｍｎと同じ画素構成を有している。ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎの積分容量（不図示）は、図２に示す画素Ｐ１１〜Ｐｍｎ内の積分容量４７とほぼ同じ容量値Ｃｉｎｔに形成されている。   As shown in FIG. 5, the integration time adjustment mechanism 9 has an integration time adjustment pixel group 12 composed of n dummy pixels (integration time adjustment pixels) DMY1 to DMYn. The integration time adjustment pixel group 12 is arranged in the periphery of the pixel region 4. The dummy pixels DMY1 to DMYn have the same pixel configuration as the pixels P11 to Pmn in the pixel region 4 of the first embodiment. The integration capacitors (not shown) of the dummy pixels DMY1 to DMYn are formed to have substantially the same capacitance value Cint as the integration capacitors 47 in the pixels P11 to Pmn shown in FIG.

ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎは、互いに異なる積分時間Ｔｉｎｔ１〜Ｔｉｎｔｎで赤外線センサ素子（不図示）からの電流を積分するようになっている。イメージセンサ３は、積分時間Ｔｉｎｔ１〜Ｔｉｎｔｎとほぼ等しい時間だけ高電位になるパルス信号（制御信号）ＰＳｉｎｔ１〜ＰＳｉｎｔｎを生成し、パルス信号ＰＳｉｎｔ１〜ＰＳｉｎｔｎをダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎにそれぞれ出力するスイッチング素子制御部１６を有している。積分時間Ｔｉｎｔ１〜Ｔｉｎｔｎには、例えばＴｉｎｔ１＜Ｔｉｎｔ２＜Ｔｉｎｔｍ＜Ｔｉｎｔｎの関係がある。スイッチング素子制御部１６は、高電位の期間がＰＳｉｎｔ１＜ＰＳｉｎｔ２＜ＰＳｉｎｔｍ＜ＰＳｉｎｔｎとなるようにパルス信号ＰＳｉｎｔ１〜ＰＳｉｎｔｎを生成する。パルス信号ＰＳｉｎｔ１〜ＰＳｉｎｔｎは、ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎ内の積分トランジスタ（不図示）のゲート端子に入力される。積分トランジスタは、例えばｎ型ＭＯＳＦＥＴで構成されているので、パルス信号ＰＳｉｎｔ１〜ＰＳｉｎｔｎが高電位の期間にオン状態になる。ダミー画素ＤＭＹ１、ＤＭＹ２、ＤＭＹｍ、ＤＭＹｎは、この順に積分時間が長くなるので、ダミー画素ＤＭＹ１、ＤＭＹ２、ＤＭＹｍ、ＤＭＹｎから出力される積分電圧Ｖｉｎｔ１、Ｖｉｎｔ２、Ｖｉｎｔｍ、Ｖｉｎｔｎの高低関係は、Ｖｉｎｔ１＜Ｖｉｎｔ２＜Ｖｉｎｔｍ＜Ｖｉｎｔｎになる。   The dummy pixels DMY1 to DMYn integrate the current from the infrared sensor element (not shown) at different integration times Tint1 to Tintn. The image sensor 3 generates pulse signals (control signals) PSint1 to PSintn that have a high potential for a time substantially equal to the integration time Tint1 to Tintn, and outputs the pulse signals PSint1 to PSintn to the dummy pixels DMY1 to DMYn, respectively. A portion 16 is provided. The integration times Tint1 to Tintn have a relationship of, for example, Tint1 <Tint2 <Tintm <Tintn. The switching element control unit 16 generates the pulse signals PSint1 to PSintn so that the high potential period satisfies PSint1 <PSint2 <PSintm <PSintn. The pulse signals PSint1 to PSintn are input to gate terminals of integration transistors (not shown) in the dummy pixels DMY1 to DMYn. Since the integration transistor is composed of, for example, an n-type MOSFET, the pulse signals PSint1 to PSintn are turned on during a high potential period. Since the dummy pixels DMY1, DMY2, DMYm, and DMYn have longer integration times in this order, the level relationship of the integrated voltages Vint1, Vint2, Vintm, and Vintn output from the dummy pixels DMY1, DMY2, DMYm, and DMYn is Vint1 <Vint2. <Vintm <Vintn.

本実施の形態の電圧比較部１３は、上記実施の形態の電圧比較部１３と同様の構成及び機能を有している。電圧比較部１３は、積分電圧の電圧値が基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値を超えて出力電圧の極性が反転する境界の比較回路ＣＭＰｍを比較回路ＣＭＰ１〜ＣＭＰｎの中から判定し、比較回路ＣＭＰｍに接続されたダミー画素ＤＭＹｍの情報を積分時間設定部１５に出力する。   The voltage comparison unit 13 of the present embodiment has the same configuration and function as the voltage comparison unit 13 of the above embodiment. The voltage comparison unit 13 determines, from among the comparison circuits CMP1 to CMPn, the comparison circuit CMPm at the boundary where the voltage value of the integrated voltage exceeds the voltage value of the reference voltage Vref and the polarity of the output voltage is inverted, and is connected to the comparison circuit CMPm. The information of the dummy pixel DMYm is output to the integration time setting unit 15.

積分時間設定部１５は、スイッチング素子制御部１６に接続されている。積分時間設定部１５には、スイッチング素子制御部１６から積分時間Ｔｉｎｔ１〜Ｔｉｎｔｎの値が入力されている。積分時間設定部１５は、電圧比較部１３からの情報に基づいてダミー画素ＤＭＹｍの積分時間Ｔｉｎｔｍを補正動作時の積分時間と設定してイメージセンサ駆動回路１７に出力する。   The integration time setting unit 15 is connected to the switching element control unit 16. The integration time setting unit 15 receives the values of the integration times Tint1 to Tintn from the switching element control unit 16. The integration time setting unit 15 sets the integration time Tintm of the dummy pixel DMYm as the integration time during the correction operation based on the information from the voltage comparison unit 13 and outputs the integration time Tintm to the image sensor drive circuit 17.

次に、赤外線撮像装置１の動作について説明する。本実施の形態による赤外線撮像装置１は、上記第１の実施の形態の赤外線撮像装置１と同様の動作により撮像対象を撮像するため、説明は省略する。次に、赤外線撮像装置１の補正動作時の積分時間Ｔｉｎｔｍの調整動作及び画素間の感度ばらつき補正動作について図５を用いて説明する。まず、赤外線撮像装置１の補正動作時の積分時間Ｔｉｎｔｍの調整動作について説明する。図１に示す基準熱源７をイメージセンサ３の積分時間調整画素群１２に対向配置して、基準熱源７からほぼ一定量の赤外線を積分時間調整画素群１２のダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎに入射する。ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎを上述の画素Ｐ１１〜Ｐｍｎと同様に駆動して、積分容量の容量電極間に積分電圧をそれぞれ発生させる。ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎはほぼ同じ容量値の積分容量を有しているが、互いに異なる積分時間Ｔｉｎｔ１〜Ｔｉｎｔｎで赤外線センサ素子から出力した電流を積分する。このため、ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎ内には、互いに異なる積分電圧Ｖｉｎｔ１〜Ｖｉｎｔｎがそれぞれ発生する。   Next, the operation of the infrared imaging device 1 will be described. Since the infrared imaging device 1 according to the present embodiment images an imaging target by the same operation as that of the infrared imaging device 1 according to the first embodiment, description thereof is omitted. Next, the adjustment operation of the integration time Tintm during the correction operation of the infrared imaging device 1 and the sensitivity variation correction operation between pixels will be described with reference to FIG. First, the adjustment operation of the integration time Tintm during the correction operation of the infrared imaging device 1 will be described. The reference heat source 7 shown in FIG. 1 is disposed opposite to the integration time adjustment pixel group 12 of the image sensor 3, and a substantially constant amount of infrared light is incident on the dummy pixels DMY 1 to DMYn of the integration time adjustment pixel group 12 from the reference heat source 7. The dummy pixels DMY1 to DMYn are driven in the same manner as the above-described pixels P11 to Pmn, and an integration voltage is generated between the capacitance electrodes of the integration capacitors, respectively. The dummy pixels DMY1 to DMYn have integral capacitances with substantially the same capacitance value, but integrate the currents output from the infrared sensor elements at different integration times Tint1 to Tintn. Therefore, different integration voltages Vint1 to Vintn are generated in the dummy pixels DMY1 to DMYn, respectively.

ダミー画素ＤＭＹ１〜ＤＭＹｎで発生した積分電圧Ｖｉｎｔ１〜Ｖｉｎｔｎは電圧比較部１３に出力される。電圧比較部１３は上記第１の実施の形態の電圧比較部１３と同様に動作して、出力電圧の極性が反転する境界の比較回路ＣＭＰｍを判定する。電圧比較部１３は、比較回路ＣＭＰｍに接続されたダミー画素ＤＭＹｍを検出し、検出されたダミー画素ＤＭＹｍの情報を積分時間設定部１５に出力する。   The integrated voltages Vint1 to Vintn generated at the dummy pixels DMY1 to DMYn are output to the voltage comparison unit 13. The voltage comparison unit 13 operates in the same manner as the voltage comparison unit 13 of the first embodiment, and determines the comparison circuit CMPm at the boundary where the polarity of the output voltage is inverted. The voltage comparison unit 13 detects the dummy pixel DMYm connected to the comparison circuit CMPm, and outputs information on the detected dummy pixel DMYm to the integration time setting unit 15.

積分時間設定部１５は、電圧比較部１３からの情報に基づいて補正動作時の積分時間を積分時間Ｔｉｎｔｍと判定し、積分時間Ｔｉｎｔｍをイメージセンサ駆動回路１７に出力する。これにより、補正動作時の積分時間Ｔｉｎｔｍの調整が終了する。   The integration time setting unit 15 determines the integration time during the correction operation as the integration time Tintm based on the information from the voltage comparison unit 13, and outputs the integration time Tintm to the image sensor drive circuit 17. Thereby, the adjustment of the integration time Tintm during the correction operation is completed.

次に、赤外線撮像装置１の画素間の感度ばらつきの補正動作について説明する。本実施の形態の赤外線撮像装置１の画素間の感度ばらつき補正動作は、上記第１の実施の形態の赤外線撮像装置の感度ばらつき補正動作と同様である。補正動作時の積分時間Ｔｉｎｔｍは、比較回路ＣＭＰ１〜ＣＭＰｎの出力電圧の極性が反転する境界の比較回路ＣＭＰｍを判定して決定されている。比較回路ＣＭＰｍの出力電圧は相対的に０（Ｖ）に近い値である。従って、比較回路ＣＭＰｍに接続されたダミー画素ＤＭＹｍからの積分電圧Ｖｉｎｔｍは基準電圧Ｖｒｅｆに相対的に近い値となる。ダミー画素ＤＭＹｍ内の積分容量の容量値は、画素領域４内の積分容量４７の容量値とほぼ同じ大きさに形成されている。従って、画素領域４内の各画素Ｐ１１〜Ｐｍｎを積分時間Ｔｉｎｔｍで駆動すると、各画素Ｐ１１〜Ｐｍｎ内に発生する積分電圧は基準電圧Ｖｒｅｆ近傍の値、すなわちイメージセンサ３の出力電圧範囲の中心電圧近傍の電圧になる。従って、各画素Ｐ１１〜Ｐｍｎの出力電圧特性は、図４に示す出力電圧特性とほぼ同様になる。これにより、本実施の形態の赤外線撮像装置１は上記第１の実施の形態の赤外線撮像装置１と同様に、基準熱源７の温度が上昇して赤外線の入射量が過大になっても、画素Ｐｍｎの出力電圧が線形に変化する領域での測定データに基づいて補正用感度データを取得することができる。   Next, a correction operation for sensitivity variation between pixels of the infrared imaging device 1 will be described. The sensitivity variation correction operation between the pixels of the infrared imaging device 1 of the present embodiment is the same as the sensitivity variation correction operation of the infrared imaging device of the first embodiment. The integration time Tintm during the correction operation is determined by determining the boundary comparison circuit CMPm where the polarity of the output voltage of the comparison circuits CMP1 to CMPn is inverted. The output voltage of the comparison circuit CMPm is relatively close to 0 (V). Therefore, the integrated voltage Vintm from the dummy pixel DMYm connected to the comparison circuit CMPm becomes a value relatively close to the reference voltage Vref. The capacitance value of the integration capacitor in the dummy pixel DMYm is formed to be approximately the same as the capacitance value of the integration capacitor 47 in the pixel region 4. Therefore, when the pixels P11 to Pmn in the pixel region 4 are driven with the integration time Tintm, the integrated voltage generated in the pixels P11 to Pmn is a value near the reference voltage Vref, that is, the center voltage of the output voltage range of the image sensor 3. Nearby voltage. Accordingly, the output voltage characteristics of the pixels P11 to Pmn are substantially the same as the output voltage characteristics shown in FIG. Thereby, similarly to the infrared imaging device 1 of the first embodiment, the infrared imaging device 1 of the present embodiment has a pixel even if the temperature of the reference heat source 7 rises and the amount of incident infrared rays becomes excessive. Sensitivity data for correction can be acquired based on measurement data in a region where the output voltage of Pmn changes linearly.

以上説明したように、本実施の形態によれば、赤外線撮像装置１は、補正機構の基準熱源７の赤外線の放射レベルと撮像対象の赤外線の入射レベルとが大きく異なったとしても、赤外線撮像装置１の外部から画素の感度を調整する必要がなく、補正動作時の積分時間を自己調整することができる。これにより、赤外線撮像装置１は、周囲環境等にほとんど影響されずに正しい補正処理を行うことができ、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。   As described above, according to the present embodiment, the infrared imaging device 1 can be used even if the infrared radiation level of the reference heat source 7 of the correction mechanism and the incident level of the infrared light to be imaged are greatly different. It is not necessary to adjust the sensitivity of the pixels from the outside of 1, and the integration time during the correction operation can be self-adjusted. Thereby, the infrared imaging device 1 can perform correct correction processing almost without being influenced by the surrounding environment and the like, and an effect similar to that of the first embodiment can be obtained.

本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
上記第１及び第２の実施の形態では、赤外線撮像装置１内の温度が上昇した場合について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、上記補正動作時の積分時間調整方法は、赤外線撮像装置１内の温度が低下した場合にも適用できる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
In the first and second embodiments, the case where the temperature in the infrared imaging device 1 has been described has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the method for adjusting the integration time during the correction operation can also be applied when the temperature in the infrared imaging device 1 is lowered.

上記第２の実施の形態の赤外線撮像装置１は、積分時間調整画素群１２を有しているが、本発明はこれに限られない。赤外線撮像装置１は、積分時間調整画素群１２に代えて、画素領域４から出力される積分電圧を用いて補正動作時の積分時間Ｔｉｎｔｍを設定することができる。例えば、画素Ｐ１１を積分時間Ｔｉｎｔ１〜Ｔｉｎｔｎで順次駆動して得られた積分電圧を比較回路ＣＭＰ１〜ＣＭＰｎに順次出力することにより、上記第２の実施の形態と同様の効果が得られる。   Although the infrared imaging device 1 of the second embodiment has the integration time adjustment pixel group 12, the present invention is not limited to this. The infrared imaging apparatus 1 can set the integration time Tintm during the correction operation using the integration voltage output from the pixel region 4 instead of the integration time adjustment pixel group 12. For example, the same effect as in the second embodiment can be obtained by sequentially outputting the integrated voltage obtained by sequentially driving the pixels P11 with the integration times Tint1 to Tintn to the comparison circuits CMP1 to CMPn.

以上説明した本実施の形態による赤外線撮像装置は、以下のようにまとめられる。
（付記１）
マトリクス状に配置され、赤外線の入射量に応じて電流を出力する赤外線センサ素子と、前記赤外線センサ素子から出力された前記電流を積分して積分電圧を発生する積分容量と、前記電流を積分する積分時間中に前記赤外線センサ素子と前記積分容量とを接続するスイッチング素子とを備えた複数の画素を有するイメージセンサと、
前記複数の画素の感度ばらつきの補正動作時に一定量の赤外線を前記複数の画素に入射する基準放射源と、
前記イメージセンサ内に設けられ、前記基準放射源からの赤外線の入射量に応じた前記積分電圧と前記イメージセンサ外部から入力された所定の基準電圧とを比較する電圧比較部と、前記電圧比較部での比較結果に基づいて、前記補正動作時の前記積分時間を設定する積分時間設定部とを備えた積分時間調整機構と
を有することを特徴とする赤外線撮像装置。
（付記２）
付記１記載の赤外線撮像装置において、
前記積分時間調整機構は、前記複数の画素に代えて、前記複数の画素と同じ画素構成を備えて前記電圧比較部に前記積分電圧を出力する複数の積分時間調整画素を有していること
を特徴とする赤外線撮像装置。
（付記３）
付記２記載の赤外線撮像装置において、
前記複数の積分時間調整画素にそれぞれ備えられた積分容量は、互いに容量値が異なっており、赤外線センサ素子から出力された電流をほぼ同じ積分時間で積分して電圧値の異なる積分電圧をそれぞれ発生すること
を特徴とする赤外線撮像装置。
（付記４）
付記３記載の赤外線撮像装置において、
前記積分時間調整機構は、前記所定の基準電圧の電圧値に最も近い電圧値の前記積分電圧を発生する前記積分時間調整画素を検出し、検出された前記積分時間調整画素の前記積分容量に基づいて前記補正動作時の前記積分時間を決定すること
を特徴とする赤外線撮像装置。
（付記５）
付記４記載の赤外線撮像装置において、
検出された前記積分時間調整画素の前記積分容量の容量値をＣｉｎｔｍとし、前記複数の画素の前記積分容量の容量値をＣｉｎｔとし、通常の撮像時の前記積分時間をＴｉｎｔとすると、補正動作時の前記積分時間Ｔｉｎｔｍは、
Ｔｉｎｔｍ＝Ｔｉｎｔ×Ｃｉｎｔ／Ｃｉｎｔｍ
により求められること
を特徴とする赤外線撮像装置。
（付記６）
付記２記載の赤外線撮像装置において、
前記複数の積分時間調整画素にそれぞれ備えられた積分容量は、容量値がほぼ同じであり、赤外線センサ素子から出力された電流を異なる積分時間で積分して電圧値の異なる積分電圧をそれぞれ発生すること
を特徴とする赤外線撮像装置。
（付記７）
付記６記載の赤外線撮像装置において、
異なる前記積分時間にそれぞれ対応した制御信号に基づいて、前記積分時間中に前記スイッチング素子をそれぞれオン状態にするスイッチング素子制御部を有すること
を特徴とする赤外線撮像装置。
（付記８）
付記６又は７に記載の赤外線撮像装置において、
前記積分時間調整機構は、前記所定の基準電圧の電圧値に最も近い電圧値の前記積分電圧を発生する前記積分時間調整画素を検出し、検出された前記積分時間調整画素の前記積分時間を前記補正動作時の前記積分時間と判定すること
を特徴とする赤外線撮像装置。
（付記９）
付記１乃至８のいずれか１項に記載の赤外線撮像装置において、
前記所定の基準電圧は、前記イメージセンサの出力電圧範囲の中心電圧とほぼ等しいこと
を特徴とする赤外線撮像装置。 The infrared imaging device according to the present embodiment described above can be summarized as follows.
(Appendix 1)
An infrared sensor element that is arranged in a matrix and outputs a current according to the amount of incident infrared light, an integration capacitor that integrates the current output from the infrared sensor element to generate an integrated voltage, and integrates the current An image sensor having a plurality of pixels comprising a switching element connecting the infrared sensor element and the integration capacitor during an integration time;
A reference radiation source that injects a certain amount of infrared rays into the plurality of pixels during a correction operation of sensitivity variations of the plurality of pixels;
A voltage comparison unit provided in the image sensor for comparing the integration voltage corresponding to the amount of incident infrared rays from the reference radiation source and a predetermined reference voltage input from the outside of the image sensor; and the voltage comparison unit An infrared imaging device, comprising: an integration time adjustment mechanism including an integration time setting unit that sets the integration time during the correction operation based on the comparison result in.
(Appendix 2)
In the infrared imaging device according to attachment 1,
The integration time adjustment mechanism has a plurality of integration time adjustment pixels that have the same pixel configuration as the plurality of pixels and output the integration voltage to the voltage comparison unit instead of the plurality of pixels. A featured infrared imaging device.
(Appendix 3)
In the infrared imaging device according to attachment 2,
The integration capacitors provided in each of the plurality of integration time adjustment pixels have different capacitance values, and integrate the currents output from the infrared sensor elements with substantially the same integration time to generate integrated voltages having different voltage values. An infrared imaging device characterized by:
(Appendix 4)
In the infrared imaging device according to attachment 3,
The integration time adjustment mechanism detects the integration time adjustment pixel that generates the integration voltage having a voltage value closest to the voltage value of the predetermined reference voltage, and based on the detected integration capacitance of the integration time adjustment pixel. And determining the integration time during the correction operation.
(Appendix 5)
In the infrared imaging device according to attachment 4,
When the capacitance value of the integration capacitor of the detected integration time adjustment pixel is Cintm, the capacitance value of the integration capacitor of the plurality of pixels is Cint, and the integration time during normal imaging is Tint, the correction operation is performed. The integration time Tintm of
Tintm = Tint × Cint / Cintm
An infrared imaging device characterized by being obtained by the following.
(Appendix 6)
In the infrared imaging device according to attachment 2,
The integration capacitors provided in each of the plurality of integration time adjustment pixels have substantially the same capacitance value, and integrate currents output from the infrared sensor elements with different integration times to generate integrated voltages having different voltage values. An infrared imaging device characterized by the above.
(Appendix 7)
In the infrared imaging device according to appendix 6,
An infrared imaging device comprising: a switching element control unit that turns on each of the switching elements during the integration time based on control signals respectively corresponding to different integration times.
(Appendix 8)
In the infrared imaging device according to appendix 6 or 7,
The integration time adjustment mechanism detects the integration time adjustment pixel that generates the integration voltage having a voltage value closest to the voltage value of the predetermined reference voltage, and detects the integration time of the detected integration time adjustment pixel. An infrared imaging device, characterized in that the integration time during the correction operation is determined.
(Appendix 9)
In the infrared imaging device according to any one of appendices 1 to 8,
The infrared imaging apparatus, wherein the predetermined reference voltage is substantially equal to a center voltage of an output voltage range of the image sensor.

本発明の第１の実施の形態による赤外線撮像装置１の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of an infrared imaging device 1 according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施の形態による赤外線撮像装置１の画素領域４の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the pixel area | region 4 of the infrared imaging device 1 by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施の形態による赤外線撮像装置１のイメージセンサ３の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the image sensor 3 of the infrared imaging device 1 by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施の形態による赤外線撮像装置１の補正動作時の赤外線入射量に対する画素の感度の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sensitivity of the pixel with respect to the infrared rays incident amount at the time of correction | amendment operation | movement of the infrared imaging device 1 by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施の形態による赤外線撮像装置１のイメージセンサ３の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the image sensor 3 of the infrared imaging device 1 by the 2nd Embodiment of this invention. 従来の赤外線撮像装置の補正動作時の赤外線入射量に対する画素の感度の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sensitivity of the pixel with respect to the infrared rays incident amount at the time of correction | amendment operation | movement of the conventional infrared imaging device. 従来の赤外線撮像装置の補正動作時の赤外線入射量に対する画素の感度の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sensitivity of the pixel with respect to the infrared rays incident amount at the time of correction | amendment operation | movement of the conventional infrared imaging device.

符号の説明Explanation of symbols

１ 赤外線撮像装置
３ イメージセンサ
４ 画素領域
５ 光学系
７ 基準熱源
９ 積分時間調整機構
１１、１２ 積分時間調整画素群
１３ 電圧比較部
１５ 積分時間設定部
１６ スイッチング素子制御部
１７ イメージセンサ駆動回路１７
１９ Ａ／Ｄ変換回路
２１ 制御系
２３ 補正データメモリ
２５ 感度補正処理回路
２７ 映像信号生成回路
２９ Ｄ／Ａ変換回路
３１ 表示モニタ
３３ 垂直走査シフトレジスタ
３５ 水平走査シフトレジスタ
４０ 出力ライン電源
４１ 赤外線センサ素子
４３ センサバイアストランジスタ
４５ 積分トランジスタ
４７ 積分容量
４９ リセットトランジスタ
５０ 共通出力線
５１ 出力アンプ
５３ 列選択トランジスタ
５５ 画素入力アンプ
５６ 画素選択トランジスタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Infrared imaging device 3 Image sensor 4 Pixel area 5 Optical system 7 Reference | standard heat source 9 Integration time adjustment mechanism 11, 12 Integration time adjustment pixel group 13 Voltage comparison part 15 Integration time setting part 16 Switching element control part 17 Image sensor drive circuit 17
19 A / D conversion circuit 21 Control system 23 Correction data memory 25 Sensitivity correction processing circuit 27 Video signal generation circuit 29 D / A conversion circuit 31 Display monitor 33 Vertical scanning shift register 35 Horizontal scanning shift register 40 Output line power supply 41 Infrared sensor element 43 sensor bias transistor 45 integration transistor 47 integration capacitor 49 reset transistor 50 common output line 51 output amplifier 53 column selection transistor 55 pixel input amplifier 56 pixel selection transistor

Claims (5)

マトリクス状に配置され、赤外線の入射量に応じて電流を出力する赤外線センサ素子と、前記赤外線センサ素子から出力された前記電流を積分して積分電圧を発生する積分容量と、前記電流を積分する積分時間中に前記赤外線センサ素子と前記積分容量とを接続するスイッチング素子とを備えた複数の画素を有するイメージセンサと、
前記複数の画素の感度ばらつきの補正動作時に一定量の赤外線を前記複数の画素に入射する基準放射源と、
前記イメージセンサ内に設けられ、前記基準放射源からの赤外線の入射量に応じた前記積分電圧と前記イメージセンサ外部から入力された所定の基準電圧とを比較する電圧比較部と、前記電圧比較部での比較結果に基づいて、前記補正動作時の前記積分時間を設定する積分時間設定部とを備えた積分時間調整機構と
を有することを特徴とする赤外線撮像装置。 An infrared sensor element that is arranged in a matrix and outputs a current according to the amount of incident infrared light, an integration capacitor that integrates the current output from the infrared sensor element to generate an integrated voltage, and integrates the current An image sensor having a plurality of pixels comprising a switching element connecting the infrared sensor element and the integration capacitor during an integration time;
A reference radiation source that injects a certain amount of infrared rays into the plurality of pixels during a correction operation of sensitivity variations of the plurality of pixels;
A voltage comparison unit provided in the image sensor for comparing the integration voltage corresponding to the amount of incident infrared rays from the reference radiation source and a predetermined reference voltage input from the outside of the image sensor; and the voltage comparison unit An infrared imaging device, comprising: an integration time adjustment mechanism including an integration time setting unit that sets the integration time during the correction operation based on the comparison result in. 請求項１記載の赤外線撮像装置において、
前記積分時間調整機構は、前記複数の画素に代えて、前記複数の画素と同じ画素構成を備えて前記電圧比較部に前記積分電圧を出力する複数の積分時間調整画素を有していること
を特徴とする赤外線撮像装置。 The infrared imaging device according to claim 1,
The integration time adjustment mechanism has a plurality of integration time adjustment pixels that have the same pixel configuration as the plurality of pixels and output the integration voltage to the voltage comparison unit instead of the plurality of pixels. A featured infrared imaging device. 請求項２記載の赤外線撮像装置において、
前記複数の積分時間調整画素にそれぞれ備えられた積分容量は、互いに容量値が異なっており、赤外線センサ素子から出力された電流をほぼ同じ積分時間で積分して電圧値の異なる積分電圧をそれぞれ発生すること
を特徴とする赤外線撮像装置。 The infrared imaging device according to claim 2,
The integration capacitors provided in each of the plurality of integration time adjustment pixels have different capacitance values, and integrate the currents output from the infrared sensor elements with substantially the same integration time to generate integrated voltages having different voltage values. An infrared imaging device characterized by: 請求項２記載の赤外線撮像装置において、
前記複数の積分時間調整画素にそれぞれ備えられた積分容量は、容量値がほぼ同じであり、赤外線センサ素子から出力された電流を異なる積分時間で積分して電圧値の異なる積分電圧をそれぞれ発生すること
を特徴とする赤外線撮像装置。 The infrared imaging device according to claim 2,
The integration capacitors provided in each of the plurality of integration time adjustment pixels have substantially the same capacitance value, and integrate currents output from the infrared sensor elements with different integration times to generate integrated voltages having different voltage values. An infrared imaging device characterized by the above. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の赤外線撮像装置において、
前記所定の基準電圧は、前記イメージセンサの出力電圧範囲の中心電圧とほぼ等しいこと
を特徴とする赤外線撮像装置。 The infrared imaging device according to any one of claims 1 to 4,
The infrared imaging apparatus, wherein the predetermined reference voltage is substantially equal to a center voltage of an output voltage range of the image sensor.
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