JPH03187583A - 赤外線撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 自己走査機能を有する固体撮像素子を用いた赤外線機ｆ
ｌｌ’！ＡＭに関し、 固体撮像素子の素子温度を一定にすることを目的とし、 一方向に配列された複数個の赤外受光素子により光電変
換して得られた信号電荷を、電荷転送素子に入力し、第
１の繰り返し周波数の電荷転送用駆動パルスを印加して
蓄積及び転送する固体撮像素子に対して、光学走査手段
により該一方向に直交する方向に光学走査を行なって撮
像対象からの光を入射するみ外線撮像Ｓｉ＠において、
前記固体撮像素子の素子温度を検出する温度検出手段と
、該温度検出手段からの温度検出信号に基づき該素子温
度に略逆比例した第２の繰り返し周波数のパルスを発生
するパルス発生手段と、前記光学走査手段の光学走査周
期のうち有効走査期間は前記固体撮像素Ｔに前記第１の
繰り返し周波数の電荷転送用駆動パルスを選択出力し、
残りの光学走査周期のブラントング期間は前記パルス発
生手段からの前記第２の繰り返し周波数のパルスを電荷
転送用駆動パルスとして前記固体撮像素子へ選択出力す
る選択手段と、を具備するよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は赤外線戯像装δに係り、特に自己走査機能を有
する固体撮像素子を用いた赤外線撮像装置に関する。

一方向に配列された複数個の赤外線受光素子の夫々によ
り撮像対象からの赤外光を光電変換して得られた電荷を
電荷結合素子（ＣＯＤ）に注入後転送して読み出す固体
ｍ像素子は、−次元ＩＲＣＣＤ　（Ｉｎｆｒａｒｅｄ　
Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　　０ｅｖｉｃｅ　）と
呼ばれる。この−次元ＩＲＣＣＤを用いた赤外８９撮像
装置は、撮像対象の温度分布を適確に把えられることか
ら、産業分野で広く応用されつつある。

上記のＩＲＣＣＤなどの自己走査機能を有する固体Ｗ＆
像素子を用いた赤外線撮像装置においては、周囲環境温
度によらず固体撮像素子の素子温度を一定に保つことが
高性能化のために必要とされる。

〔従来の技術〕

第５図は従来の赤外線撮像ｖｔ置の要部の一例の構成図
を示す。同図中、５１は検知器容器で、その内部にホト
ダイオードアレイ（ＰＶアレイ）５２．０ＣＤ５３．最
終段のソースホロワのＭＯ８型電界効果トランジスタ（
ＦＥＴ）５４よりなる一次元ＩＲＣＯＤが内蔵されてい
る。ＰＶアレイ５２ｕ赤外検知素Ｔであるホトダイオー
ドが、一方向に複数個配列された構成であり、その各々
のホトダイオードの出力端がＣＣＤ５３に接続されてい
る。

また、ＦＥＴ５４のソースは、検知器容器５１の外部に
設けられた負荷抵抗５５を介して接地される一方、アン
プ５６の入力＠ｉ′Ｆに接続されている。５７は冷凍器
で、検知器官器５１内部のＩＲＣＯＤを冷却するために
設けられている。

ｆｆｉ像対象虹ミラーやス１ヤナ等の光学走査手段によ
ってＰｖアレイの長子方向（ホトダイオード配列方向〉
に直交する方向に走査され、これにより走査された撮像
対象からの光はＰ■アレイ５２に受光される。ＰＶ／’
レイ５２は入射された赤外光を光電変換し、得られた信
号電荷をＣＣＤ５３へ転送する。

ＣＣＤ５３は入力信号電荷を順次入力駆動パルスに開切
してＦＥＴ５４方向へ転送し、最終段で電荷を電圧に変
換してＦＥＴ５４のゲートに印加する。これにより、負
荷抵抗５５に発生した電圧はアンプ５６を通して信号処
理回路（図示せず〉へ出力される。

ここで、検知器官器５１の内部の主な消費電力の発生個
所は第６図に示す如く、ＣＣＤ５３による転送部と、ソ
ースホロワのＦＥＴ５４である。

同図中、φ１〜φ４Ｇよ４相のクロック（駆動パルス〉
で、各々対応する転送電極５８１〜５８４に別々に印加
される。４つの転送電極５８１〜５８４は１つのホトダ
イオードに対応して設けられている。すなわち、ＰＶア
レイ５２の各ホトダイオードに対応して４つずつ転送電
極が設けられている。

４相クロツクφ１〜φ４は第７図（Ｃ）に示すように、
互いに９０’　ずつ位相が異なる駆動パルスで、ＰＶア
レイ５２がＭ個のホトダイオードが垂直方向に一次元配
列されて構成されている場合は、各々Ｍ回ずつ出力され
ることにより、１フレ一ム分の電荷転送（す々わち、垂
直方向に配列されたＭ個のホトダイオード全部の信号電
荷の転送〉が行なわれる。

第６図に示した最終段のホトダイオードに対応らで設け
られた転送電極５８４′への駆動パルスφ４が第１の電
位とされることにより、転送電極５８４′直下の半導体
基板のポテンシャルの月戸に蓄積されている信号電荷６
３は、駆動パルスφ４が第２の電佇に変化するのに伴っ
て転送電極５８４′直下のポテンシャルが破線６４で示
す如く上げられたために、これより低い一定のポテンシ
ャル６５の出力ゲート（ＯＧ）５９直下を通して拡散層
（浮動拡散）６０に入力され、ここで電圧に変換された
後ＦＥＴ５４のゲートに印加される。

このときは、ＦＥＴ６１はオフとされている。

ＦＥＴ６１は出力ゲート５９直下を経由して拡散層６０
に次のビットの信号電荷が入力されるＬＸ前にパルスφ
Ｒによりオンとされ、拡散層６０の電荷をＦＥＴ６１を
介して半導体基板に砕き出し、その後再びオフとされて
次のビットの信号電荷の拡ｒ＆層６０への入力に備える
。

なお、第７図（Ａ）は前記した光学走査手段の時間に対
する走査角の特性を示しており、周期Ｔｏで水平方向に
光学走査を行なうことを示している。また、同図（８）
はＣＣＤ５３のフレームタイムと光学走査周期「０との
関係を示しており、光学走査周期Ｙ０の前と後の各期間
Ｔ＋　、Ｔ２は画像化に寄与しないブランキング期間で
あり、残りのリニアなｒａの期間（よ画像化のための有
効走査期間で、Ｎフレームタイムある。有効走査率ηは
ｒａ／ｒｏで表わされる。また、第７図（Ｃ）に示した
電荷転送用駆動パルスφ１〜φ４は周期「０の間一定周
波数である。

ところで、検知器容器５１内部では第６図に示したよう
にＣＣＤ５３で次式 ％式％（１） で表わされる電力Ｐ１ が消費され、 またＦＥＴ ５４で次式 ％式％ ［］ で表わされる電力Ｐ２が消費される。従って、検知器容
器５１内部での消費電力Ｐ。は、Ｐｏ　＝Ｐ＋　＋Ｐ２ −に−ｆ−Ｃ−Ｖ！２＋■２・ｖ２　　（３１１となる
。

前記した冷凍器５７は上記の消費電力Ｐ。によって発生
する検知器容器５１内部のＩＲＣＯＤの素Ｆ’ｌＡ度を
冷却するよう８０に程度まで冷却することが反未され、
冷凍器５７には高い冷却性能が要求されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、ＩＲＣＣＤの素子温度は上記の消費電力Ｐｏ
によるものだけでなく、検知器容器５１の周囲環境温度
が変化した場合にも変化するため、冷凍器５７により設
定周囲環境温度において所定の素子温度が得られても、
周囲環境温度が変化すると冷凍器５７の冷１能力がそれ
に従い変化し、素子温度も変化しく例えば周囲環境温度
が低下するとＩＲＣＣＤの素子温度は目標素子温度より
低下し、冷やし過ぎとなる）、赤外１ｉ１１１像装置と
しての性能が劣化するという問題がある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、素子温度を
一定に調律し得る赤外線撮像装置を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理構成図を示す。本発明は第１図に
示すように、一方向に配列された複数個の赤外受光素Ｆ
−１１にまり光電変換して得られた信号電荷を電荷転送
素子１２に入力し、第１の繰り返６周波数の電荷転送用
駆動パルスを印加して蓄積及び転送する固体撮像素？１
３に対して、光学走査手段１４により上記一方向に対し
て所定方向に光学走査を行なってｍ像対象からの光を入
射する赤外［１１１１像装置において、温度検出手段１
５゜パルス発生手段１６及び選択手段１７を具備するよ
うにしたものである。

ここで、温度検出手段１５は固体撮像素子１３の素子温
度を検出する。また、パルス発生手段１６Ｇｊ索ｆ温度
に略逆比例した第２の繰り返し周波数のパルスを発生す
る。更に、選択手段１７は光学走査手段１４の光学走査
周期のうち有効走査期間は固体［１素子１３に第１の繰
り返し周波数の電荷転送用駆動パルスを選択出力し、ブ
ランキング期間は前記第２の練り返し周波数のパルスを
′ｉ４荷転退転送用駆動パルスて選択出力する。

〔作用〕

光学走査手段１４は第２図（Ａ）に示すように光学走査
周期下０で所定り向に走査を行なう。この光学走査周期
“「０のうちフレームタイムの光学走査が終わり、スキ
ャナが元に戻る期間Ｔ２と、時間に対して走査角がリニ
アに変化するようになるまでの期間「１とは画像出力に
無関係なプラントング期間となる。

本発明はこのブランキング期間ｒ＋　、Ｔ２に着１４　
Ｌ、、このプラン、１ング期間Ｔ＋　、Ｔ２の固体撮像
素子１３への電荷転送用駆動パルスを、第２図（Ｂ）、
（Ｃ）に示すようにパルス発生手段１６からの第２の繰
り返し周波数（転送周波数）ｆＩとし、この第２の繰り
返し周波数ｆ２を湿度検出手段１５により検出された素
子温度に略逆比例させて変化させるものである。

これにより、光学走査周期「０中のブランキング朋間ｒ
＋　＋ｒｚ　　（＝Ｔｏ　−ｒａ　）における固体撮像
素子１３の消費電力ＰＢは０式より次式で表わされる。

ＰＢ＝（（−「。−Ｔａ）／Ｔ０）　・（Ｋ−ｆＩ　・
Ｃ・Ｖ＋　２＋Ｉｚ　・Ｖｚ　）　　　　　　　　（４
）一方、有効走査１１間゛「ａでは選択手段１７から素
子温度に無関係な一定の第１の繰り返し周波数（転送周
波数）ｆＩの電荷転送用駆動パルスが取り出されて固体
撮像ｙ＃子１３へ印加されるから、このときの消費電力
Ｐ＾は０式より次式で表わされる。

ＰＡ−（Ｔａ／Ｔｏ）・　（Ｋ−ｆｌ　・Ｃ・■Ｉ２＋
Ｉｚ　　・Ｖｚ〉　　　　　　　　　　　■従って、本
発明の消費電力Ｐは Ｐ＝ｌ）　＾　＋　Ｐ　８ ＝（Ｔａ／Ｔ）・（Ｋ−ｆＩ−Ｃ−Ｖ１２＋Ｉｚ　　・
Ｖｚ） ４（（丁０−Ｔａ）／Ｔｏ　）　・　（Ｋ−ｆＩ　・Ｃ
・Ｖ＋　２＋−１２・Ｖｚ）　　　　　　　　（６）と
なり、転送周波数ｆ２に略逆比例して変化する。

すなわち、本発明によれば、素子温度に応じて消！！電
力Ｐを１１１１ｗすることができる。なお、本発明でＵ
ブラン［ング朋間（Ｔｏ−丁ａ〉において転送周波数が
変化するが、ブランキング期間は画像表示に無関係の期
間であり、画像表示には影響番よない。

〔実施例〕

第３図は本発明の一実施例の構成図を示す。同図中、第
１図と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省
略する。第３図において、撮像対象からの光はレンズ２
１を透過してミラー２２に入射され、ここで全反射によ
り光路が変えられた後、レンズ２３を透過して可動ミラ
ー２４に入射される。

可動ミラー２４は後述するタイミング発生回路２５、ス
：Ｉ：ｔブドライバ２６及びス１ヤナ２７と共に前記光
学走査手段１４を構成しており、スキャナ２７によりそ
の長手方向に沿う中心線を回動輪として所定角度範囲内
で往復回動する。これにより可動ミラー２４からは光学
走査された光が取り出され、レンズ２８を透過して前記
固体胤像素子ｌ　３　（ＩＲＣＣＤ）に入射される。

固体撮１１１素？１３は検知器２９の容器内に封入され
、冷凍器３０により冷凍されている。また、固体撮像素
子１３の所定位置には、前記温度検出手段１５を構成す
るセンサ３１が取付けられている。このセンサ３１は固
体撮像素子１３の素子温１ｆを検出し信号を出力する。

固体撮像素子１３の最終段のソースホロワのＦＥＴ（第
５図の５４に相当）から取り出された映像信号は７ンプ
３２（第５図のアンプ５６に相当）を通してＡ／Ｄ変換
器３３に入力され、ディジタル信号に変換された後、信
号処理・表示回路３４に供給される。

信号処理・表示回路３４はディジタル信号処理により人
力ディジタル映像信号に対してオフセット及び感度補正
した後、走査変換してＴＶ表示可能な順序で補正後のデ
ータをＤ／Ａ変換器３５へ出力する。Ｄ／Ａ変換器３５
はこのデータを再び７ノＯグ信弓に変換し、その７ｆロ
グ信号を陰極線管（ＣＲＴ）を用いた表示装置３６に入
力し、ここで赤外線映像を表示させる。

一方、タイミング発生回路２５は固体撮像系ｆ１３の駆
動、ス１ヤナ２７の駆動、補正及び表示のための各種タ
イミングパルスを発生する。スキ？ナドライバ２６はこ
のタイミングパルスを受け、スキャノ２７を駆動するた
めの電圧波形を発生する。

周波数制御回路３７は前記したパルス発生手段１６を構
成しており、前記ダイオードセンサ３１からの温度検出
信号が人力され、第２の繰り返し周波数ｆ２のパルス（
４相クロツク〉を発生する。

ドライバ・バイアス電源３８は前記した選択手段１７を
有する６１或とされており、周波数υＪｔｉ回路３７か
らのパルスとタイミング発生回路２５からの第１の繰り
返し周波数「１の４相クロツク及び」ントＯ−ル信号と
が夫々入力され、固体撮像素子１３へ４相の電荷転送用
駆動パルスφ１〜φ４とバイアス電圧を供給する。

第４図は上記の周波数制御回路３７及びドライバ・バイ
アス電圧３８の一実施例のブロック図をボす。同図中、
センサ３１からの検出片目はＡ１０変換器４１により７
ナログ・ディジタル変換された後、リード・オンリ・メ
モリ（ＲＯＭ）４２へ７ドレス信号として印加される。

ＲＯＭ４２は予め入力アドレスにより索引されるテーブ
ルを格納しており、入力アドレス、すなわち検出素子温
度に略逆比例した値のディジタル信号を発生し、分周回
路４３へ供給する。分周回路　４３は発振回路４４から
の一定繰り返し周波数のパルスを、分周回路４３からの
ディジタル信号の値に応じて可変制御される分周比で分
周する構成とされている。これにより、分周回路４３か
らは素子温度に略逆比例した繰り返し周波数ｆ２のパル
スが取り出されて波形発生回路４５に供給され、ここで
同じ繰り返し周波数「２の４相の駆動パルスを発生させ
る。

データセレクタ４６はタイミング発生回路２５からの」
シト０−ル信号により、前記光学走査周期「０のうち有
効走査樹間「ａはタイミング発生回路２５からの第１の
繰り返し周波数ｆ１の４相の駆動パルスを選択出力し、
残りのブランキング期間（ｒｏ−ｒａ）は波形発生回路
４５からの駆動パルスを選択出力する。

ドライバ４１ｔデータセレクタ４６からの駆動パルスを
所要電力に増幅し、電荷転送用駆動パルスφ１〜φ４と
してバイアス電圧と共に固体撮像系Ｆ１３へ供給する。

これにより、本実施例によれば、例えば周囲環ｉ！湯温
度低下して冷凍器３０が固体撮像素子１３を所定温度以
上に冷却する冷却能力に変化したとしても、第２の繰り
返し周波数ｆ２が烏くなり、これによりブランキング期
間（’ｒｏ−Ｔａ）での消費電力ＰＢが上昇して固体撮
像素子１３をより発熱させるよう制御するため、素子温
度は低下することなく略一定温度に保たれる。周囲環境
温度が高くなった場合も上記と逆の動作により、素子温
度は略一定温度に保たれる。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば第４図の分周回路４３及び発振回路４４の回路
部分を、ＲＯＭ４２の出力片目により出力発振周波数が
可変制御される可変周波数発振回路で構成してもよい。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、周囲環境温度が変化し、
冷ｆＪＩｆｆ１度が変化した場合でも、固体撮像素子の
ブランキングｗ同の消費電力を素子温度に応じて１ＩＩ
ｔＩｌシているため、表示赤外画像に悪影響をもたらす
ことなく素Ｆａ度を常に略一定に制御することができ、
よって赤外線撮像装置の高性能化に寄与するところ大で
ある等の特長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、 第２図ｕ本発明の詳細な説明図、 第３図は本発明の一実施例の構成図、 第４図（Ｌ本発明の要部の一実施例のブロック図、第５
図は従来の要部の一例の構成図、 第６図Ｕ検知器内部の消ＩＩ電力発生個所の説明図、 第７図は従来装置における光学走査とフレームタイム及
び駆動パルス説明図である。 図において、 １１は赤外受光素子、 １２は電荷転送素子、 １３は固体撮像系ｆ、 １４ＧＪ光学走査手段、 １５は温度検出手段、 １６はパルス発生手段、 １７は選択手段、 ３１虹センサ、 ３７は周波数糾−回路、 ３８はドライババイアス電源 を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一方向に配列された複数個の赤外受光素子 （１１）により光電変換して得られた信号電荷を、電荷
   転送素子（１２）に入力し、第１の繰り返し周波数の電
   荷転送用駆動パルスを印加して蓄積及び転送する固体撮
   像素子（１３）に対して、光学走査手段（１４）により
   該一方向に直交する方向に光学走査を行なって撮像対象
   からの光を入射する赤外線撮像装置において、 前記固体撮像素子（１３）の素子温度を検出する温度検
   出手段（１５）と、 該温度検出手段（１５）からの温度検出信号に基づき該
   素子温度に略逆比例した第２の繰り返し周波数のパルス
   を発生するパルス発生手段（１６）前記光学走査手段（
   １４）の光学走査周期のうち有効走査期間は前記固体撮
   像素子（１３）に前記第１の繰り返し周波数の電荷転送
   用駆動パルスを選択出力し、残りの光学走査周期のブラ
   ンキング期間は前記パルス発生手段（１６）からの前記
   第２の繰り返し周波数のパルスを電荷転送用駆動パルス
   として前記固体撮像素子（１３）へ選択出力する選択手
   段（１７）と、 を具備したことを特徴とする赤外線撮像装置。