JP2003532111A - 放射センサの温度変動を補償するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 一例では、放射センサは、温度の関数として変化する少なくとも１つの特性を有する熱センサである。熱センサは、その視界内の特定の放射体からの対象とする熱放射に基づいて、信号を出力する。これらの信号は、部分的には、センサ自体の温度変動に起因する著しく望ましくない成分を含む可能性がある。本発明の方法および装置は、センサによって出力される瞬間的信号の望ましくない成分を有意に低減するように、対象とする放射によるものではないセンサの温度変動に対してセンサを補償する。一例では、これは、センサ自体を熱安定化せずに達成される（即ち、動的温度補償）。他の例では、センサは、センサ近傍における周囲温度の関数として、様々な所定の温度で選択的に熱的に安定化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 関連出願の相互参照 本出願は、２０００年５月１日に出願されたＡＭＢＩＥＮＴ ＴＥＭＰＥＲＡ
ＴＲＵＥ ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ ＯＦ ＭＩＣＲＯＢＯＬＯＭＥＴＥＲ ＦＯＣ
ＡＬ ＰＬＡＮＥ ＡＲＲＡＹＳ（マイクロボロメータ焦平面アレイの周囲温度
操作）と題された米国仮出願第６０／２０１５７７号の恩典を主張するものであ
り、この出願を参照により本明細書に組み入れるものとする。

【０００２】 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、一般に放射センサに関し、詳細には、放射センサの温度変動に対し
ての、該放射センサの動作パラメータおよび／または出力信号を補償することに
関する。

【０００３】 ２．関連技術の考察 放射検出器は、放射検出器の活性領域に入射する放射の量の関数である出力信
号を生成する装置である。放射検出器は、電磁スペクトルの特定の領域に感応す
るように設計および構築することが可能である。例えば、赤外線検出器は、電磁
スペクトルの赤外線領域の放射に感応する放射検出器である。赤外線検出器の一
例には、検出器に入射する放射を吸収することによる検出器の活性領域の温度変
動に基づいて放射を検出する熱検出器が含まれる。

【０００４】 放射検出器のアレイを使用して、様々な撮像センサを構築することが可能であ
る。そのようなセンサは、撮像センサに当たる放射に基づいて画像を作成する（
例えばディスプレイ上に）撮像システムにおいて使用することが可能である。使
用する検出器のタイプに基づいて、撮像センサは、スペクトルの特定領域に反応
することが可能である。例えば、赤外線撮像センサまたは熱撮像センサは、物体
の熱放出によって、物体の表現を検出する幾つかの熱検出器を含むことが可能で
ある。具体的には、物体によって放出されたエネルギーは、例えば、物体の放射
率や温度などの、多種のものの量によって決まる可能性がある。赤外線熱センサ
は、通常、これらの量の一方または両方を検出し、検出した情報を使用して、デ
ィスプレイ上などで見ることが可能である物体の画像を作成する。

【０００５】 放射検出器の少なくとも幾つかのタイプに関する１つの問題は、検出器によっ
て出力される、実際に検出器に入射した関心のある放射に実際に起因する信号を
、検出器の出力信号に存在する可能性がある様々な望ましくない成分から分離す
ることが、しばしば課題となる可能性があることである。例えば、検出器の出力
信号は、必ずしも関心のある放射によるものではない、検出器自体の温度変動に
よる様々な望ましくない成分を含む可能性がある。

【０００６】 具体的には、周囲温度変動（例えば、検出器が装備される基板の温度変動、検
出器が収容されるパッケージの温度変動、関心のある場面自体の平均温度変動な
ど）と呼ばれることがある、検出器の温度に影響を与える可能性のある検出器の
周辺における温度変動により、望ましくない成分が検出器の出力信号に存在する
可能性がある。幾つかの場合では、これらの望ましくない成分は、関心のある放
射に由来する瞬間的な信号よりも何百倍も大きい可能性があり、それにより、対
象とする放射に関して、検出器および／または検出器に伴う処理回路のダイナミ
ック・レンジを低下させてしまう。

【０００７】 以上を考慮して、幾つかの放射検出器（アレイなど）を備える撮像センサを使
用する幾つかの従来の撮像システムは、検出器の出力信号にあるそのような望ま
しくない成分を低減するために、検出器の或る種の温度安定化を必要とする。具
体的には、従来の熱撮像システムに関して、検出器の温度の能動的安定化のない
システムを動作させることは実用的でないと一般に考えられている。幾つかの場
合では、熱安定化構成要素には、検出器を所定の温度に維持するために、検出器
に熱結合されている熱電冷却器（これ以後「ＴＥ冷却器」）を含むことが可能で
ある（例えば、検出器が作られている基板が、ＴＥ冷却器の上に取り付けられる
）。所定の安定化温度と、検出器の周辺における実際の周囲温度との差に応じて
、ＴＥ冷却器は、撮像システムのかなりの電力資源を消費する可能性がある。

【０００８】 発明の概要 本発明の一実施形態は、センサの温度変動によるセンサの少なくとも１つの動
作特性の変化に対して放射センサを補償する方法に関する。方法は、放射センサ
の温度変動に基づいて、放射センサに関連する少なくとも１つの動作パラメータ
および／または放射センサに関連する少なくとも１つの較正パラメータを動的に
調節する動作を含む。

【０００９】 この実施形態の一態様によれば、センサの温度変動により変化する、センサの
少なくとも１つの動作特性には、センサの抵抗が含まれる。 この実施形態の他の態様によれば、センサに関連する少なくとも１つの動作パ
ラメータには、センサに印加されるＤＣバイアス電圧と、センサに印加されるＤ
Ｃバイアス電流と、センサに印加されるＡＣバイアス波形との少なくとも１つが
含まれる。

【００１０】 この実施形態の他の態様によれば、センサには、複数の放射検出器が含まれる
ものであり、センサに関連する少なくとも１つの較正パラメータには、各放射検
出器についてのオフセット・エラー値と、各放射検出器についての利得値との少
なくとも１つが含まれる。

【００１１】 この実施形態の他の態様によれば、センサには、複数の放射検出器が含まれる
ものであり、センサの温度変動により変化する、センサの少なくとも１つの動作
特性には、オフセット・エラー変動と利得変動との少なくとも１つが含まれる。

【００１２】 本発明の他の実施形態は、センサの温度変動による、センサの少なくとも１つ
の動作特性の変化に対して放射センサを補償するためのコントローラを備える装
置に関する。コントローラは、センサの温度変動に基づいての、放射センサに関
連する少なくとも１つの動作パラメータ、および／または放射センサに関連する
少なくとも１つの較正パラメータとを動的に調節する。

【００１３】 詳細な説明 上述のように、放射センサは、センサに照射する放射に基づいて信号を出力す
る。そのようなセンサは、関心のあるシーン（場面）からセンサに入射する放射
に基づいて、（例えばディスプレイ上に）画像を作成する撮像システムで使用す
ることが可能である。しかし、センサの出力信号は、センサ自体の温度変動に一
部が起因している、必ずしも対象としている放射によるものではない著しく望ま
しくない成分を含む可能性がある。幾つかの場合では、これらの望ましくない信
号成分は、撮像されているシーンにおける関心のある放射に由来する瞬間的信号
よりも数百倍大きく、それにより、関心のある放射に関して、センサおよび／ま
たはセンサに伴う処理回路のダイナミック・レンジを低下させる。

【００１４】 望ましくない信号成分に関して、関心のある放射に関係しないセンサの温度変
動は、時間にわたって平均的な効果を有する可能性がある（即ち、センサ出力信
号のＤＣドリフト）。そのような温度変動は、センサを上に製造している基板の
温度変動、センサが収容されているパッケージの温度変動、またはセンサの周辺
における関心のあるシーンの平均温度変動などの、周囲温度変動に関係する可能
性がある。更に、本出願人は、本質的な瞬間的な（即ちＡＣの）望ましくない信
号成分は、センサの「自己加熱」に起因して、例えば、バイアス電圧が最初にセ
ンサに印加されて電流がセンサを通って流れ始めて熱を発生するときに、観測さ
れる可能性があることを認識した。更に、撮像センサを構成する検出器アレイの
個々の検出器は、それぞれ、温度変動に対して様々に反応して、検出器の非一様
性による望ましくない信号成分を創出する可能性がある。

【００１５】 以上を考慮して、本発明は、一般に、関心のある放射によるものではないセン
サの温度変動に対して、放射センサの動作パラメータおよび／または出力信号を
補償するための方法および装置を対象とする。本発明の方法および装置の様々な
実施形態によって提供される補償により、センサによって出力された瞬間的信号
の望ましくない成分が、著しく低減される。本発明の一態様では、放射センサは
、ボロメータなどの、熱検出器のアレイを含んでいる赤外線熱撮像センサである
。しかし、本明細書で考察した様々な補償の方法、装置、および概念は、多様な
センサおよび検出装置に一般的に適用することが可能であるので、本発明はこの
態様に限定されないことを理解されたい。

【００１６】 一実施形態では、本発明の方法および装置は、センサ自体を熱的に安定化させ
ずに、センサの温度変動に対して補償を提供する。具体的には、センサは、温度
を自由に変化させることが可能になり、温度変動に対して動的に補償される。こ
の実施形態の一つの特徴では、センサに関連する１つまたは複数の動作パラメー
タおよび／または較正パラメータが、センサの温度変動に基づいて、動的に決定
または更新され、センサの温度変動によるセンサの動作特性の変化を動的に補償
するために使用される。本質的には、一態様では、この実施形態の方法および装
置は、動的に動作パラメータおよび／または較正パラメータを調節することによ
りセンサを熱的に安定化させずに、連続的な熱補償フィードバックを提供する。

【００１７】 本発明の一実施形態による、センサの温度変動に基づいて動的に調節すること
が可能であるセンサに関連する動作パラメータの幾つかの例には、センサの平均
（即ちＤＣ）バイアス電流と、センサのバイアス電圧と、およびセンサの自己加
熱を補償するために使用されるＡＣ信号の波形および振幅とが含まれるが、これ
らに限定されるものではない。更に、検出器のアレイを含んでいる撮像センサに
関しては、センサの温度変動に基づいて動的に調節することが可能である較正パ
ラメータの例には、検出器ごとの動作特性の相違の理由となる個々の検出器のオ
フセットおよび応答（利得）の係数が含まれる。

【００１８】 熱安定化を用いない温度補償の上記の手法は、センサ温度の能動的安定化を一
般に必要とする従来の熱撮像技術から、著しく離れたものとなる。即ち、一実施
形態に従った本発明の方法および装置は、必ずしも熱安定化構成要素（熱電冷却
器など）を必要としない熱撮像システムの設計を容易にし、それにより、システ
ムの電力消費を低減し、潜在的な製造コストを節約し得る。

【００１９】 本発明の他の実施形態では、熱安定化構成要素を使用して、センサの近傍にお
ける周囲温度の関数として、様々な所定の温度において、選択的に放射センサを
熱安定化させる。この実施形態では熱安定化構成要素を使用されるが、それでも
なお、これらの構成要素の電力消費は、測定された周囲温度の付近にある幾つか
の所定の安定化温度の１つを動的に選択することによって、本発明により著しく
低減される。この実施形態の一つの特徴では、センサに関連する様々な動作パラ
メータと較正パラメータ（例えば、上述したもの）が、最初に、異なる所定の安
定化温度のそれぞれにおいて測定または決定される。その後の動作中、これらの
動作パラメータと較正パラメータは、使用時の対応する安定化温度に基づいて、
センサを補償するために動的に選択され使用される。

【００２０】 以下に続くのは、放射センサの温度変動に対して放射センサを補償するための
、本発明の方法および装置に関係する様々な概念と、本発明による方法および装
置の実施形態の更に詳細な記述である。本発明の様々な態様は、上述のように且
つ以下で更に概述するように、本発明は何れの特定の実施方式にも限定されない
ので、多くの方式の何れかで実施することが可能である。例示のためにのみ、特
定の例を提供するものである。

【００２１】 図１は、本発明の一実施形態による撮像システムの一部を示す図である。図１
に示した撮像システムの基本的な構成要素の幾つかには、シャッタ２６と、セン
サ３２と、センサ制御及び処理回路３４と、コントローラ３８とが含まれる。図
１のシステムの一態様では、センサ３２は、主に赤外線放射に応答する熱撮像セ
ンサを備えることが可能であり、センサには、ボロメータなどの熱検出器のアレ
イが含まれる。ボロメータ自体の温度変動によって影響を受ける可能性があるボ
ロメータの少なくとも１つの動作特性には、以下でより詳細に考察するように、
ボロメータの抵抗がある。

【００２２】 図１に示した撮像システムの他の態様によれば、センサ３２と回路３４は、セ
ンサ３２の温度に対応するセンサ温度信号４４を出力する温度センサ３６と共に
、半導体基板３０の上にモノリシックに統合することが可能である。図１はまた
、一実施形態では、基板３０は、センサ３２に熱安定化を提供するＴＥ冷却器（
ＴＥクーラー）２８に熱結合する（例えば、上に取り付ける）ことが可能である
ことも示す。しかし、以下で更に考察する本発明の他の実施形態はＴＥ冷却器２
８を必ずしも必要としないので、本発明は、この態様に限定されないことを理解
されたい。

【００２３】 図１には明示していないが、ＴＥ冷却器２８と共に、センサ３２と回路３４を
含んでいる基板３０は、放射がセンサ３２へと通過することを可能にするウィン
ドウを有する真空パッケージに共に収容することが可能である。ＴＥ冷却器２８
を必要としない本発明の実施形態では、真空パッケージは、単に、センサ３２と
回路３４とを含んでいる基板３０を収容すればよい。

【００２４】 図１のシステムでは、一実施形態によれば、コントローラ３８は、温度センサ
３６によって出力されたセンサ温度信号４４を監視し、回路３４によって出力さ
れたデジタル化した信号４０を受信し（センサ３２によって出力された信号を表
す）、様々な他のセンサ制御および監視信号４２を回路３４と交換する。更に、
一実施形態によれば、コントローラ３８も、センサ３２を収容しているパッケー
ジの外部の周囲温度に対応する周囲温度信号４５を監視することが可能である。
ＴＥ冷却器２８を使用する本発明の様々な実施形態では、コントローラ３８はま
た、センサ温度信号４４、周囲温度信号４５、またはデジタル化出力信号４０の
平均値に基づいて計算されたセンサ温度のうちの１つまたは複数に応答して、温
度制御信号４８をＴＥ冷却器２８へ出力することが可能である。最後に、図１に
示したように、コントローラ３８は、以下で更に考察するように、シャッタ２６
の動作を制御するためのシャッタ制御信号４６を出力する。

【００２５】 コントローラ３８の様々な機能と、本発明の様々な実施形態による撮像システ
ムの他の構成要素に関して、本発明は、何れの特定の実施方式にも限定されない
ことを理解されたい。例えば、本明細書で考察される放射センサの温度変動に対
して放射センサを補償するための方法および装置は、ハードウエア、ソフトウエ
ア、またはその様々な組み合わせで実施することが可能である。具体的には、コ
ントローラ３８は、様々な機能を実施するために専用のハードウエアを含むこと
が可能であり、かつ／または本明細書で考察される様々な機能を実施するための
様々なアルゴリズムを実行するマイクロコードまたはソフトウエアを使用してプ
ログラムされた１つまたは複数のプロセッサを含むことが可能である。この態様
では、コントローラ３８はまた、種々のデジタルロジック回路と、揮発性、プロ
グラマブル、および固定メモリの回路または装置を含む（例えば、ＲＡＭ、ＲＯ
Ｍ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなど）様々なメモリまたは記憶の回路あるいは装
置とを含むことも可能であることを理解されたい。そのような構成要素は、コン
トローラ３８を示す図のそれぞれに必ずしも明示されていない。

【００２６】 図１に示したように、撮像されるシーンの対象物２０は、放射２２を放出する
。放射２２は、関心のある放射を構成し、その放射から、対象物２０の画像が撮
像システムによって生成される。図１は、また、撮像されるシーンの平均温度に
関係する可能性があり、また、幾つかの場合には、センサ３２を収容しているパ
ッケージの周辺における周囲温度に関係する可能性がある、背景放射２４を示す
。特に熱撮像システムでは、センサ３２の所与の温度において、この背景放射２
４は、センサ３２からの信号の平均（即ちＤＣ）成分に寄与する可能性があり、
従って、撮像システムによって、補償することが可能である（例えば、信号から
減算する）。従って、センサ３２によって出力された関心のある瞬間的信号は、
通常、平均ＤＣ信号成分に関して、本質的に時間変動する（即ち、本質的にＡＣ
成分）ものと考えることが可能であることを理解されたい。より具体的には、熱
撮像システムでは、センサ３２によって出力される関心のある信号は、平均シー
ン温度とは異なる温度を有する１つまたは複数の物体からの放射２２に対応する
。

【００２７】 図２は、本発明の一実施形態による、図１の撮像システムで使用される、検出
器のアレイと幾つかの関連する信号処理回路とを含んでいる一体型センサの一部
を示す図である。具体的には、図２は、センサ３２の一部を示し、行とカラムに
構成された検出器ユニット・セルの４×４アレイを示す。図２では、４つの検出
器ユニット・セル５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、および５６Ｄを含んでいる、検出器
ユニット・セルの第１カラム５６が特に示されている。一実施形態によれば、セ
ンサ３２の各行は、対応する行選択信号５２によって選択され、ユニット・セル
の各カラムは共通のカラム・バス５４に関連付けられており、そのバス上にカラ
ムのユニット・セルのそれぞれが信号を出力する。

【００２８】 図２から、行選択信号５２を介して選択されたセンサ３２の各行に対して、各
カラム・バス５４が、選択された行のそれぞれの検出器ユニット・セルに対応す
る１つの信号を搬送することを理解できる。具体的には、本発明の一実施形態に
よれば、センサ３２の各行は、順次選択され（例えば、図１に示したコントロー
ラ３８によって出力された制御信号から行選択信号を導出することが可能である
）、選択された行のそれぞれの検出器ユニット・セルは、対応するカラム・バス
５４上に信号を出力する。更に、カラム・バス５４は、ユニット・セルの選択さ
れた行からの出力信号を処理回路３４上に渡すように、特定のタイミングで、「
イネーブルにする」または稼動することが可能である（例えば、この場合もコン
トローラ３８によって出力された制御信号を介して）。このようにして、検出器
ユニット・セルの行は、テレビジョン・ビデオ信号と同様の様式（即ち、ラスタ
走査）で走査することが可能である。簡略化のために、様々な行選択およびカラ
ム・バス・イネーブル回路は図２には示されておらず、そのような回路は様々な
様式で実施することが可能であることを理解されたい。

【００２９】 図２は、また、センサ３２と一体化されるセンサ制御及び処理回路３４の一部
を示す。具体的には、図２は、センサ３２の各カラム・バス５４が、前置増幅器
／積分器５８に結合されていることを示す（図２では「ＰＡ」と表示されている
）。ＰＡ５８のそれぞれはまた、以下で更に考察するように、センサ３２の検出
器ユニット・セルのすべてに対して共通ＤＣバイアス電圧を提供するグローバル
検出器バイアス６２を、入力として受ける。更に、図２は、ＰＡ５８が、センサ
３２のそれぞれの選択された検出器ユニット・セルを駆動するようにＰＡ５８に
共通の電流源を提供するものである共通供給電圧７０（図２では「Ｖ_R」と表示
されている）へ、それぞれ結合されていることを示す。シーンを能動的に見てい
るときに、所与の前置増幅器／積分器５８によって電圧Ｖ_Rから引き出され、選
択された検出器ユニット・セルへ供給された瞬間的電流は、やはり以下で更に考
察するように、好ましくは、選択した検出器からの関心のある瞬間的信号を構成
する。

【００３０】 図２では、センサ３２の各カラム・バス５４はまた、センサ制御及び処理回路
３４に含まれているデジタル・アナログ・コンバータ６０（図２では「ＤＡＣ」
と表示されている）にも結合されている。各ＤＡＣ６０は、共通のまたは「グロ
ーバル」オフセット６６に結合される。グローバル・オフセット６６は、カラム
・バス５４を介してそれぞれの選択された検出器ユニット・セルへバイアス電流
を最後に提供するためにＤＡＣ６０のすべてに印加される電圧または電流であり
得る。図３および図４に関して以下で更に考察するように、各ＤＡＣ６０は、検
出器の非一様性（即ち、検出器ごとの非一様の応答）を補償するために、それぞ
れの選択された検出器ユニット・セルへ供給されるバイアス電流に粗オフセット
調節を提供するように、コントローラ３８によって制御される。

【００３１】 更に、図２は、各ＰＡ５８の出力が、各ＰＡによって出力されたアナログ信号
をデジタル信号４０に変換するアナログ・デジタル・コンバータ６２（図２では
「Ａ／Ｄ」と表示されている）に結合されていることを示す。本発明の目的に適
したＡ／Ｄ６２のためのアナログ・デジタル・コンバータの実施の少なくとも１
つの例は、２００１年５月１日に発行された、「ＭＥＴＡＳＴＡＢＩＬＩＴＹ
ＲＥＳＯＬＶＥＤ ＭＯＮＯＬＩＴＨＩＣ ＡＮＡＬＯＧ−ＴＯ−ＤＩＧＩＴＡ
Ｌ ＣＯＮＶＥＲＴＥＲ（準安定解決されたモノリシックのアナログ・デジタル
変換器）」と題された米国特許第６２２５９３７号に提供されており、この特許
を参照により本明細書に組み込むものとする。しかし、他の実施も可能であるの
で、本発明は、この特許で考察されたアナログ・デジタル・コンバータの実施に
限定されないことを理解されたい。

【００３２】 図２には明示されていないが（これも簡略化のため）、Ａ／Ｄ６２は、図１に
示したコントローラ３８によって出力される制御信号を介して順次イネーブルに
されるものであり、従って、各デジタル信号は、信号４０として、対応するＡ／
Ｄから個々に出力され、その後、コントローラ３８によって、個々に処理され、
そして／またはメモリに記憶することが可能である。従って、センサの各行は、
選択された行のユニット・セルに対応する１組の「並列の」信号を獲得するよう
に順次イネーブルにされるものであり、これらの信号は、Ａ／Ｄ６２によって、
１組の並列デジタル信号に変換され、次いで、このデジタル信号の組からの各信
号は、個々の処理および／または記憶のために、コントローラ３８へと順次渡さ
れることを理解されたい。

【００３３】 図３は、本発明の一実施形態による、図２に示したセンサ３２の一部をより詳
細に示す図である。具体的には、図３は、センサ３２のカラム５６の４つのユニ
ット・セル５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、および５６Ｄをより詳細に示す。図３はま
た、カラム５６に関連するＰＡ５８、ＤＡＣ６０、およびＡ／Ｄ６２も示す。図
３から分かるように、本発明の一実施形態によれば、各検出器ユニット・セルに
は、２つのトランジスタが含まれ、そのそれぞれが同じ行選択バスに結合された
ゲートを有する。各ユニット・セルはまた、それぞれユニット・セル５６Ａ、５
６Ｂ、５６Ｃ、および５６Ｄのそれぞれの抵抗７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、および
７２Ｄとして象徴的に表された検出器も含む。特定の行に対しての行選択信号が
活性化すると、ユニット・セルの一方のトランジスタは、検出器の１つの端子を
検出器コモン（デテクタコモン）６８（大地電圧など）に接続し、ユニット・セ
ルの他方のトランジスタは、検出器の他の端子をカラム・バス５４に接続する。
図３は、また、コントローラ３８が粗オフセット・マップ７７を含むことを示し
、粗オフセット・マップ７７は、カラム５６に対するＤＡＣ６０に、カラム５６
のユニット・セルのそれぞれに対する粗オフセット・デジタル値７５を提供する
。粗オフセット・デジタル値７５は、以下で更に考察するように、検出器の非一
様性を補償するように、ＤＡＣ６０を制御して、グローバル・オフセット６６に
よって提供されるグローバル・バイアス電流を調節する。

【００３４】 図４は、本発明の一実施形態による、図２および図３に示したセンサ処理回路
３４で使用されるＤＡＣ６０の一例を示す図である。本発明の目的に適切なＤＡ
Ｃ６０に対するデジタル・アナログ・コンバータの実施の他の例は、１９９７年
１２月１７日に出願された「ＤＩＧＩＴＡｌ ＯＦＦＳＥＴ ＣＯＲＲＥＣＴＯ
Ｒ（デジタル・オフセット修正器）」と題された米国特許出願第０８／９８１１
０９号に提供されおり、この出願を参照により本明細書に組み入れられたものと
する。しかし、他の実施も可能であるので、本発明はこの特許で考察されたＤＡ
Ｃの例にも、図４に示した例示的なＤＡＣにも、限定されないことを理解された
い。

【００３５】 本質的には、図４に示したＤＡＣ６０を使用して、センサ３２の検出器のそれ
ぞれに提供されるＤＣバイアス電流を調節するように、カラム・バス５４とグロ
ーバル・オフセット６６との間に結合されたバイアス抵抗の値を増分的に調節す
る。図４では、このバイアス抵抗は、抵抗５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄ、お
よび５５Ｅとして、例示のために５つの部分に概略的に示されている。バイアス
抵抗の別の部分は、粗オフセット・デジタル値７５の入力ビットの対応する１つ
を介してバイパス・トランジスタ５７Ａ、５７Ｂ、５７Ｃ、および５７Ｄの１つ
または複数を作動することによって、全体のバイアス抵抗を変化させるように選
択的に「バイパス」される。センサ３２の各検出器に対して、コントローラ３８
は、粗オフセット・デジタル値を粗オフセット・マップ７７（例えば、図３に示
す）に記憶する。このオフセット値は、以下で更に考察するように、検出器間に
内在する非一様性を補償するように、特定の検出器に必要であるバイアス抵抗に
対する調度に対応する。

【００３６】 図５は、本発明の一実施形態による、図２および図３に示した処理回路３４で
使用されるＰＡ５８の一例を示す図である。本発明の目的に適切なＰＡ５８の前
置増幅器／積分器による実施の他の例は、１９９８年２月２０日に出願された「
ＢＯＬＯＭＥＴＲＩＣ ＦＯＣＡＬ ＰＬＡＮＥ ＡＲＲＡＹ（ボロメータ焦点
面アレイ）」と題された米国特許出願第０９／０１１９４２号と、１９９８年４
月３日に出願された「ＵＮＣＯＯＬＥＤ ＦＯＣＡＬ ＰＬＡＮＥ ＡＲＲＡＹ ＳＥＮＳＯＲ（冷却されない焦点面アレイ・センサ）」と題された米国特許出
願第０９／０５１１８０号とに提供されており、これらの出願は参照により本明
細書に組み込まれたものとする。しかし、他の実施も可能であるので、本発明は
、これらの出願で考察されたＰＡの例にも、図５に示した例示的なＰＡにも、限
定されないことを理解されたい。

【００３７】 一実施形態によれば、図５の例示的な回路から分かるように、カラム・バス５
４は、プリアンプ・トランジスタのベース・エミッタ接合のため、グローバル検
出器バイアス６４の１Ｖ_be（即ち、約０．７ボルト）上で実際にはバイアスされ
ている。図５はまた、供給電圧７０（Ｖ_R）が、パス・トランジスタを介して、
電流をカラム・バス５４へ供給し、出力キャパシタが、この電流を表す電圧に充
電されることを示す。この電圧は、信号７４としてＡ／Ｄ６２へ最終的に提供さ
れる。

【００３８】 再び図２および図３を参照すると、本発明の一実施形態によれば、センサ３２
の個々の検出器は、主に赤外線放射を検出する熱検出器とすることが可能である
。一般に、熱検出器は、検出器に入射する関心のある放射を吸収することによる
検出器の活性領域の温度変動に基づいて、放射を検出する。熱検出器の幾つかの
例には、焦電装置、熱電対、ダイオードをベースとする装置、抵抗器、ボロメー
タなどのようなものが含まれるが、これらに限定されるものではない。

【００３９】 具体的には、本発明の一実施形態によれば、センサ３２のユニット・セルの検
出器（例えば、図３に示したユニット・セル５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、および５
６Ｄの検出器７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、および７２Ｃ）は、ボロメータとするこ
とが可能であり、各ボロメータには、温度が変化すると変化する抵抗を有する材
料で作成された赤外線エネルギー受容表面が含まれ、その温度はこの材料によっ
て吸収される赤外線エネルギーに応答して変化するものである。即ち、ボロメー
タが放射を吸収する際に、その温度と電気抵抗とが変化する。

【００４０】 ボロメータによって吸収された放射の測定は、その電気抵抗の変化を測定する
ことによって行うことができる。例えば、ボロメータを電圧供給（即ち、ボロメ
ータを結合するＤ．Ｃ．）と直列に配置することによって、ボロメータの電流は
、ボロメータに入射する赤外線エネルギーの量に従って変化する。従って、図３
に示したように、前置増幅器／積分器（ＰＡ）５８は、特定の選択されたボロメ
ータへ電流を提供するように、電流供給７０（Ｖ_R）に接続され、かつ、入射す
る赤外線エネルギーを表す出力信号７４を作成するように、ボロメータに直列に
接続される。上述のように、そのようなボロメータのアレイを含んでいるセンサ
３２は、コントローラ３８へ最終的に供給される複数の出力信号を生成し、この
コントローラは、信号を処理して、赤外線エネルギー源の電子的画像を提供する
。

【００４１】 ボロメータに関する１つの重要な問題は、ボロメータの様々な動作特性が（入
射放射に対する活性領域の感度と、関心のある入射放射によるボロメータの抵抗
の対応する変化に加えて）、ボロメータ自体の温度の関数であることである。そ
の結果、幾つかの場合では、ボロメータ自体の温度変動による望ましくない信号
成分から、入射放射からの関心のある信号を分離することが、難題である。

【００４２】 前置きとして、ボロメータ自体の温度の漸進的または定常状態の変化（例えば
、ボロメータの周辺の温度変動に起因する）により、ボロメータの定常状態抵抗
が変化することを理解されたい。従って、ボロメータの温度変動の関数として変
化するボロメータの１つの動作特性は、抵抗である。ボロメータの温度変動によ
る定常状態抵抗のそのような変化は、関心のある入射放射によるボロメータの抵
抗の瞬間的な変化よりも著しく大きい（例えば、最高で数百倍大きい）可能性が
ある。その結果、ボロメータの定常状態の温度変動の影響は、関心のある放射に
関してのボロメータの出力信号のダイナミック・レンジと信号対雑音比とを著し
く低下させる可能性がある。

【００４３】 従って、上述のように、ボロメータを含んでいる熱センサを使用する撮像シス
テムは、通常、例えば図１に示したＴＥ冷却器２８によって示したような或る種
の熱安定化機構を必要とする。そのような熱安定化機構は、一般に、ボロメータ
の温度における定常状態の変化に起因しての定常状態抵抗の変化を最小限に抑え
る試行において、センサを所定の温度に維持するために使用される。再び図３を
しばらく参照すると、ボロメータ・アレイ・センサが、熱的に安定化されると、
ボロメータを、ボロメータからの平均出力信号が、ＰＡ５８によって増幅された
後に、Ａ／Ｄ６２の使用可能な範囲のほぼ中央にあるように、適切にバイアスす
ることが可能である。このタイプのバイアスは、一般に、ＰＡ５８とＡ／Ｄ６２
の性能限界内において、関心のある放射に対応するボロメータ出力信号に、最大
のダイナミック・レンジを提供する。

【００４４】 しかし、以下で更に考察するように、本出願人は、ボロメータ・アレイ・セン
サの熱的安定化の代替として（または、或る度合いの熱的安定化に加えて）、ボ
ロメータの温度変動に由来する定常状態抵抗の変化を補償するために、ボロメー
タの様々な動作パラメータおよび／または較正パラメータを変化させることが可
能であることを認識した。従って、本発明の一実施形態は、センサに対して必ず
しも熱安定化技術を使用せずに（例えば、ＴＥ冷却器を使用せずに）、ボロメー
タのアレイを含んでいる放射センサの動作パラメータおよび／または出力信号を
、関心のある放射に起因しないボロメータの温度変動に対して、補償するための
方法および装置を対象とする。一態様では、この実施形態の方法および装置は、
センサの温度が自由に変化することを許容し、センサに関連する様々な動作パラ
メータおよび較正パラメータに対して動的な調節による連続的な熱補償フィード
バックを提供する。この開示のために、センサに関連する「動作パラメータ」は
、一般に、センサをバイアスさせるためにセンサの通常動作中にセンサに加えら
れる信号を言及し、一方、センサに関連する「較正パラメータ」は、一般に、セ
ンサの個々の放射検出器間における非一様性を調節するために、センサからの出
力信号を処理するため使用することが可能である様々なパラメータを言及する。
当然、ボロメータを含むセンサに関連して本明細書で論じる様々な補償の概念は
、より一般的に、他のタイプの放射検出器を使用するセンサにも適用することが
可能であることを理解されたい。

【００４５】 より具体的には、本出願人は、定常状態抵抗の変化を補償するように、ボロメ
ータの温度変動に応答して、ボロメータのＤＣバイアス電流とＤＣバイアス電圧
の一方または両方を変化させることによって、ボロメータの出力信号の適切なダ
イナミック・レンジと信号対雑音比とを維持することが可能であることを理解し
た。更に、本出願人は、相補的様式でボロメータのバイアス電流とバイアス電圧
との両方を変化させることによって、本質的に一定なバイアス電力を維持するこ
とが可能であることを理解した。本質的に一定なバイアス電力を維持することに
よって、ボロメータのバイアス電圧またはバイアス電流自体の変化は、ボロメー
タの温度変動に著しく寄与しないか、またはそれを悪化させない。

【００４６】 ボロメータの温度の定常状態変化または漸進的変化による定常状態抵抗の変化
に加えて、本出願人は、センサの定常状態温度を安定化させるために熱安定化技
術を使用するか否かに関係なく、比較的瞬間的な時間スケールで、局所的にボロ
メータの温度を変化させる可能性があるボロメータの「自己加熱」効果にも気付
いた。この自己加熱効果もまた、ボロメータからの出力信号の望ましくない成分
に寄与する可能性がある。具体的には、本出願人は、バイアス電圧またはバイア
ス電流が最初にボロメータに印加されたとき（例えば、図２において、特定の行
が選択され、カラム・バスがイネーブルにされたとき）、電流がボロメータを流
れ始め、熱を発生することを認識した。ボロメータ自体が発生したこの局所的な
熱は、ボロメータに入射する関心のある放射とは関係なく、ボロメータの抵抗を
変化させる。

【００４７】 ボロメータの自己加熱効果の一つの局面では、１つのボロメータがイネーブル
なり、続いてそのボロメータがディスエーブルになり、他のボロメータがイネー
ブルになるとき（例えば、図２に関して上述の走査プロセスに従って）、そのボ
ロメータを流れる最初の電流の流れは、鋸波形によって近似することが可能であ
る。従って、ボロメータの自己加熱効果は、望ましくない時間変動（即ちＡＣ）
波形成分をボロメータの出力信号に与えると考えることが可能である。この望ま
しくない波形成分の大きさ（振幅）も、定常状態ボロメータ温度の関数であり得
る。以上を考慮して、本出願人は、望ましくない「自己加熱」波形の本質的に逆
である時間変動する波形をボロメータのバイアス電流またはバイアス電圧の一方
に印加することによって、自己加熱効果を著しく低減することができることを認
識した。本発明の一実施形態によれば、そのような時間変動する補償波形の振幅
は、ボロメータ・アレイの定常状態温度の変化に基づいて動作パラメータとして
動的に調節される。

【００４８】 センサの温度変動の関数として変化する可能性があるボロメータのアレイを含
んでいるセンサの動作特性の他の例は、ボロメータ間の非一様性に関する。例え
ば、所与のアレイ温度で他のボロメータと比較しての１つのボロメータの公称抵
抗値は、異なる可能性がある（両方のボロメータとも、同じ入射放射を受ける、
または「制御（コントロール）」あるいは「基準源」を見ると仮定する）。その
ようなボロメータのアレイがあるとすると、各ボロメータは、所与のアレイ温度
で、所与の基準源を見ている、異なる公称抵抗値を有する可能性がある。このボ
ロメータごとの公称抵抗値の変動は、すべてのボロメータの平均公称抵抗値を基
準として、この開示では「オフセット・エラー」と呼ばれる。従って、各ボロメ
ータは、ボロメータのオフセット・エラーを反映する特定の抵抗値に関連付ける
ことが可能である。しかし、この抵抗値は、任意の便利な測定単位に変換するこ
とが可能であることを理解されたい。例えば、図に示したＡ／Ｄ６２は、デジタ
ル電圧値を出力するので、以下の説明のために、各ボロメータのオフセット・エ
ラーは、オフセット抵抗値に対応する差分電圧Ｖ_offとして取り扱うことが可能
である。アレイの出力信号を互いに関して調節するための較正パラメータとして
使用されるボロメータのアレイに対する１組のオフセット・エラー値（例えば電
圧Ｖ_off）は、本明細書では「オフセット・マップ」と呼ばれる。

【００４９】 同じ基準源を見ているので、アレイの各ボロメータのオフセット・エラーは、
アレイの温度が変化する際に変化し得る。更に、アレイの温度変動によるオフセ
ット・エラーの変化は、ボロメータごとに異なり得る。従って、温度の関数とし
て変化し得るボロメータ・アレイを含んでいるセンサの１つの動作特性は、本明
細書では「オフセット・エラー変動」と呼ばれる。再度言うと、各ボロメータの
オフセット・エラー変動は、アレイの温度変動によるボロメータのオフセット抵
抗値の変化と考えることが可能であり、以下の考察のために、抵抗の温度係数（
ＴＣＲ）の関数ｄＶ_off／ｄＴ_s（またはΔＶ_off／ΔＴ_s）として表すことが可能
である。Ｖ_offは、オフセット抵抗を表し、Ｔ_sは、センサの温度（即ち、ボロメ
ータ・アレイの温度）を表す。

【００５０】 ボロメータのＴＣＲは、必ずしも、広い範囲の温度にわたってセンサ温度の線
形関数ではないことを理解されたい。しかし、本発明の様々な実施形態によれば
、ｄＶ_off／ｄＴ_sに対する非線形関数、または特定の温度範囲内におけるＴＣＲ
に対する適切な線形近似あるいは区分的線形近似（ΔＶ_off／ΔＴ_s）を導出して
、それを使用してオフセット・エラー変動を補償することが可能である。例えば
、一実施形態によれば、１つのＴＣＲ値は、予想される動作温度範囲にわたって
各ボロメータに対して導出され、温度に対しての本質的に線形なＴＣＲの依存性
が、この温度範囲で想定される。ボロメータ・アレイに対する１組のそのような
ＴＣＲ値（即ち「ＴＣＲマップ」）を順次使用して、オフセット・マップに維持
されているように、それぞれのボロメータの対応するオフセット・エラー較正パ
ラメータを動的に調節する。一実施形態では、非線形ＴＣＲ関数、または複数の
温度範囲にわたるＴＣＲに対する区分的線形近似の補間を、同じように使用して
、オフセット・マップに記憶されているオフセット・エラー較正パラメータを動
的に調節することが可能である。

【００５１】 温度の関数として変化し得るボロメータ・アレイを含んでいるセンサの他の動
作特性は、アレイの各ボロメータの応答または「利得」に関連する。例えば、所
与のアレイ温度（これ以後「較正温度」と呼ぶ）において、他のボロメータと比
較して、或る１つのボロメータの関心のある放射に対する応答は異なる可能性が
ある。所与の較正温度におけるこのボロメータごとの応答の変動は、本開示では
「利得エラー」と呼ばれる。ボロメータは、本質的に、撮像されているシーンの
平均温度に対する対象物の温度を測定するので、ボロメータの利得は、（ΔＶ_{bo l} ／ΔＴ_obj）_Tcalと表すことが可能である。ここでＶ_bolは、選択したボロメー
タからの関心のある信号を表すＡ／Ｄ６２からの出力デジタル電圧を表し、Ｔ_{ob j} は、ボロメータに入射する放射を放出するシーンにおける対象物の温度を表し
、Ｔ_calは、ボロメータ・アレイが利得を測定するために維持される較正温度を
表す。従って、各ボロメータは、特定の利得値に関連付けることができ、特定の
較正温度におけるボロメータのアレイを含んでいるセンサに対する１組の利得値
は、本明細書では「利得マップ」と呼ばれる。利得マップの利得値を較正パラメ
ータとして使用して、上述のオフセット・マップのオフセット・エラー値の場合
と同様の様式で、アレイの出力信号を互いに関して調節する。

【００５２】 オフセット・エラーと同様に、アレイにおける各ボロメータの利得または応答
は、アレイの温度が（例えば、較正温度から）変化すると変化し得る。更に、ア
レイの温度変動によるボロメータの利得の変化は、ボロメータごとに異なり得る
。従って、温度の関数として変化し得るボロメータ・アレイの他の動作特性は、
本明細書では「利得変動」と呼ばれる。再び言うが、各ボロメータの利得変動は
、アレイの温度変動によるボロメータの利得値の変化と考えることが可能であり
、以下の考察のために、「利得変動関数」として表す。

【００５３】 上述のＴＣＲのように、ボロメータの利得変動関数は、広い温度範囲にわたっ
て必ずしもセンサの温度の線形関数ではないことを理解されたい。従って、様々
な実施形態によれば、非線形関数、または特定の温度範囲にわたる利得変動関数
に対する適切な線形近似あるいは区分的線形近似を導出して、それを使用して、
利得変動を補償することが可能である。例えば、一実施形態によれば、測定した
センサ温度と、アレイに対する利得値を最初に得た較正温度との差に基づいてボ
ロメータの利得値を乗算する１つの利得調節ファクタが、予想される動作温度範
囲にわたって、各ボロメータに対し導出される（即ち、温度に関する利得変動の
線形依存性がこの温度範囲にわたって想定される）。ボロメータ・アレイに対す
る１組のそのような利得調節ファクタ（即ち「利得調節マップ」）を次に使用し
て、利得マップに記憶された利得値（利得較正パラメータ）を動的に調節する。
他の実施形態では、非線形利得変動関数、または利得変動関数に対する区分的線
形近似の補間を、同様に使用して、利得マップに記憶された利得較正パラメータ
を動的に調節することが可能である。

【００５４】 要するに、本出願人は、センサの温度変動によるセンサの個々のボロメータの
動作特性の変化を補償するように、センサの温度の関数として動的に調節するこ
とが可能であるボロメータ・アレイを含んでいるセンサに関連する幾つかの動作
パラメータと較正パラメータとを識別した。直前で概述したように、これらのパ
ラメータには、ボロメータに印加されるＤＣバイアス電圧、ＤＣバイアス電流、
およびＡＣ自己加熱補償波形（動作パラメータ）、ならびにボロメータ間の非一
様性を修正するオフセット・マップと利得マップとの個々のエントリ（較正パラ
メータ）が含まれ得るが、これらに限定されるものではない。

【００５５】 本発明の様々な実施形態によれば、上述の動作パラメータ（即ち、ＤＣバイア
ス電圧、ＤＣバイアス電流、およびＡＣ自己加熱補償波形）は、センサの個々の
ボロメータのすべてに「グローバルに」印加され、これらの動作パラメータの１
つまたは複数は、アナログまたはデジタルのフィードバック・ループ実施を介し
て、センサの温度変動に応答して動的に調節することが可能である。更に、本発
明の様々な実施形態によれば、上述のオフセット・マップと利得マップとの一方
または両方の較正パラメータは、単独で、または動作パラメータの１つまたは複
数と組み合わせて、非線形オフセット変動関数および非線形利得変動関数、オフ
セットおよび利得変動の区分的線形近似の補間、またはオフセットおよび利得変
動の線形近似を使用して、ボロメータごとに、センサの温度変動に基づいて動的
に調節することが可能である。以上の概念を、図６〜１０に関して、以下でより
詳細に考察する。

【００５６】 図６は、本発明の一実施形態による、様々な温度補償機能の１つの可能な実施
を示す、図３に示した撮像システムの一部を更に詳細に示す図である。具体的に
は、図６は、センサに関連する様々な動作パラメータの動的制御のための主アナ
ログ回路の実施の一例の幾つかの基本的要素を示す。当然、以下で更に考察する
ように、他の実施も可能であるので、本発明は図６に概述した実施に限定されな
いことを理解されたい。

【００５７】 図６では、センサ３２の一般的な選択されたまたはイネーブルにされる検出器
（例えば図２および図３参照）が、検出器コモン６８に結合された抵抗７２とし
て、例示のために示されている。図２および図３に関して上述のように、選択し
た行のそれぞれのイネーブルにされた検出器は、カラム・バス５４を介して、対
応するＤＡＣ６０とＰＡ５８に結合される。従って、図６は、カラム・バス５４
を介して一般的な検出器７２に結合されたＤＡＣ６０とＰＡ５８とを示す。また
、図２および図３と同様に、図６も、ＤＡＣ６０がグローバル・オフセット６６
を受け、ＰＡ５８がグローバル検出器バイアス６４と基準供給電圧Ｖ_R７０とを
受けることを示す。図６はまた、カラム・バス５４上の検出器７２によって出力
された信号を表すデジタル信号を処理するＡ／Ｄ６２とコントローラ３８とを示
す。

【００５８】 図２および図３に関して上述のように、本発明の一実施形態によれば、グロー
バル・オフセット６６と、グローバル検出器バイアス６４と、電圧Ｖ_R７０とは
、これらの信号が本質的にアレイのすべての検出器に「共通（コモン）」となる
ように、センサに関連する各ＤＡＣ６０と各ＰＡ５８とへ同様に印加される。従
って、図６は、１つのＤＡＣと１つのＰＡとのみを示すが、グローバル・オフセ
ット６６と、グローバル検出器バイアス６４と、電圧Ｖ_R７０とは、センサに関
連する複数のＤＡＣとＰＡとに同時に印加され得ることを理解されたい。

【００５９】 図６に示したように、グローバル・オフセット６６は、ＤＡＣ６０を介して、
検出器７２を通じてのバイアス電流Ｉ_BIAS８１を決定し、一方、供給電圧Ｖ_R７
０はＰＡ５８に電力源を提供して、検出器に入射した関心のある放射に応答して
信号電流Ｉ_sig８３が検出器７２を流れることを可能にする。検出器７２を流れ
る全電流は、図６では、Ｉ_Dと示されている。グローバル検出器バイアス６４は
、ＰＡ５８を介して検出器７２に対するバイアス電圧を提供する。本質的に、図
５に関して上述のように、ＰＡ５８は、カラム・バス５４を、グローバル検出器
バイアス６４より約０．７ボルト上の電位に維持する。

【００６０】 一般に、上述のように、検出器７２に対するバイアス電流とバイアス電圧は、
検出器からの平均出力信号が、一旦ＰＡ５８によって増幅されると、Ａ／Ｄ６２
の使用可能範囲のほぼ中央にあるように、選択される。このタイプのバイアスは
、一般に、ＰＡ５８とＡ／Ｄ６２の性能限界内において、関心のある放射に対応
する検出器出力信号に対して、最大ダイナミック・レンジを提供する。幾つかの
場合では、これを達成するために必要なバイアス電流Ｉ_BIAS８１は、検出器から
予期される通常の信号電流Ｉ_sig８３よりも著しく大きい可能性がある。例えば
、幾つかの場合では、Ｉ_BIASは、検出器を流れる電流Ｉ_Dのほぼ９９％の大きさ
を構成し、一方Ｉ_sigは、電流Ｉ_Dのわずかに約１％を構成する結果となる可能性
がある。しかし、これらの例示的な値は例示のみのために提供されており、本発
明はこの態様に限定されないことを理解されたい。

【００６１】 図６は、また、グローバル・オフセット６６と、グローバル検出器バイアス６
４と、検出器７２の温度変動に基づいてグローバル・オフセット６６（従って、
検出器バイアス電流Ｉ_BIAS８１）とグローバル検出器バイアス６４との一方また
は両方を動的に調節するためにフィードバック・ループ構成で使用される供給電
圧７０とに結合された様々な回路を示す。具体的には、図６は、信号電流Ｉ_sig
８３をセンサの検出器へ提供するために供給電圧Ｖ_R７０からＰＡ５８によって
引き出されている電流を測定する電流サンプラ８２Ａを示す。図６に示したよう
に、電流サンプラ８２Ａは、電圧源Ｖ_Sと、供給電圧Ｖ_R７０を受けるＰＡの供給
電圧端子との間に挿入される。本質的に、電流サンプラ８２Ａは、センサのイネ
ーブルにされた検出器によって引き出される瞬間的信号電流の測定値を提供する
。本発明によれば、供給電圧Ｖ_R７０は、ＰＡ５８のすべてに印加され（例えば
、ＰＡのそれぞれに対する供給電圧端子は共に連結される）、各ＰＡは、選択さ
れた行の対応するイネーブルにされた検出器へ信号電流を提供する。即ち、任意
の所与の時間に、この実施形態の電流サンプラは、検出器の選択された行によっ
て引き出されている全瞬間的信号電流のを示す。

【００６２】 時間にわたって平均すると、図６に示した電流サンプラ８２Ａによって測定し
た電流は、関心のある放射によるものではない検出器７２の温度変動を示すこと
ができる。具体的には、ボロメータに関して上述のように、ボロメータの温度変
動はボロメータの抵抗に影響を与え、これは次に、ボロメータによって引き出さ
れる信号電流８３に影響を与える。従って、一実施形態によれば、電流サンプラ
８２Ａの出力８７は、検出器７２の温度変動の表示として、フィードバック制御
ループへの入力（または「エラー信号」）として使用することができる。

【００６３】 図６に示したように、電流サンプラ８２Ａの出力８７は、ＤＣグローバル・オ
フセット調節コントローラ７８ＡとＡＣグローバル・オフセット調節コントロー
ラ７６Ａとに結合される。一実施形態によれば、ＤＣグローバル・オフセット調
節コントローラ７８Ａは、電流サンプラ８２Ａの出力８７に反映された、検出器
７２の温度変動に応答して、グローバル・オフセット６６のＤＣ成分（従って、
検出器バイアス電流Ｉ_BIAS８１のＤＣ成分）を動的に変化させる。同様に、一態
様によれば、ＡＣグローバル・オフセット調節コントローラ７６Ａは、電流サン
プラ８２Ａの出力８７に反映された、検出器に入射する関心のある放射に関係し
ない検出器７２の瞬間温度変動に応答して、グローバル・オフセット６６のＡＣ
成分（従って、検出器バイアス電流Ｉ_BIAS８１のＡＣ成分）を動的に変化させる
。

【００６４】 具体的には、一実施形態によれば、図６のＡＣグローバル・オフセット調節コ
ントローラ７６Ａは、検出器７２の自己加熱効果を補償するための動的に調節さ
れた時間変動波形を提供する。より具体的には、上記で考察しかつ図８に関して
以下でより詳細に考察するように、イネーブルにされた検出器に最初にバイアス
が印加されると、電流サンプラ８２Ａの出力８７は、局所的な熱を発生し始める
、検出器を最初に流れる電流に関連する瞬間的電流成分を示す。応答して、ＡＣ
グローバル・オフセット調節コントローラ７６Ａは、ＡＣ成分（例えば、鋸波形
や他の時間変動波形など）を検出器バイアス電流Ｉ_BIAS８１に提供してこの効果
を補償する。図６に示したように、一実施形態によれば、ＡＣグローバル・オフ
セット調節コントローラ７６Ａの出力８３は、グローバル・オフセット６６を提
供するために、加算ノード８４において、ＤＣグローバル・オフセット調節コン
トローラ７８Ａの出力８５と加算される。

【００６５】 図６はまた、ＤＣグローバル・オフセット調節コントローラ７８Ａの出力８５
が、グローバル・バイアス調節コントローラ８０Ａに結合されていることを示す
。一実施形態によれば、グローバル・バイアス調節コントローラ８０Ａは、ＤＣ
グローバル・オフセット調節コントローラ７８Ａによって提供される、検出器バ
イアス電流Ｉ_BIAS８１のＤＣ成分の変化に基づいて、グローバル検出器バイアス
６４（即ち、検出器７２に印加されるＤＣバイアス電圧）を動的に調節する。こ
のようにして、ＤＣグローバル・オフセット調節コントローラ７８Ａとグローバ
ル・バイアス調節コントローラ８０Ａとは、検出器７２に対して本質的に一定な
バイアス電力を維持する。

【００６６】 図６の実施形態では、コントローラ３８は、様々な信号を、グローバル・バイ
アス調節コントローラ８０Ａと、ＤＣグローバル・オフセット調節コントローラ
７８Ａと、ＡＣグローバル・オフセット調節コントローラ７６Ａとへ提供して、
これらの装置の動作を促進することが可能である。例えば、コントローラ３８は
、Ｈ_SYNCH信号をＡＣグローバル・オフセット調節コントローラ７６Ａへ提供し
て、センサにおける検出器の連続する行の選択に関して（例えば、上述のラスタ
走査と同様に）、ＡＣ補償波形のタイミングを制御することが可能である。同様
に、コントローラ３８はまた、以下で更に考察するように、サンプル／ホールド
（Ｓ／Ｈ）制御信号をＤＣグローバル・オフセット調節コントローラ７８Ａへ提
供して、様々な較正を目的としてグローバル・オフセット６６の能動的フィード
バック制御を一次的にディスエーブルにすることが可能である。

【００６７】 更に、コントローラ３８は、バイアス電圧Ｖ_BIASをグローバル・バイアス調節
コントローラ８０Ａへ提供することができ、これは、グローバル検出器バイアス
６４を提供するために、上述のように、グローバル・バイアス調節コントローラ
８０Ａによって調節される。例えば、一実施形態では、コントローラは、望まし
いバイアス電圧に対応するコントローラ３８からのデジタル信号を受信し、電圧
Ｖ_BIASに対するアナログ値を出力する、デジタル・アナログ・コンバータ（図６
には示されていない）を含み得る（または関連付けられ得る）。

【００６８】 図６の実施形態では、コントローラ３８はまた、ＤＣグローバル・オフセット
調節コントローラ７８Ａの出力８５を監視することができ、これは、上述のよう
に、検出器バイアス電流Ｉ_BIAS８１のＤＣ成分に関係する。この実施形態の一態
様によれば、コントローラ３８は、センサの温度の測定に基づいて出力８５を較
正することによって、センサ３２の温度の表示として出力８５を使用することが
可能である。代替例として、図１に関して上述のように、コントローラ３８は、
センサ３２の近傍に配置された温度センサによって出力されたセンサ温度信号４
４を入力として受信することによって、センサの温度を直接に監視することが可
能である。シーンにおける対象物の絶対温度を測定することが望まい幾つかの放
射測定の応用例では、ＤＣグローバル・オフセット調節コントローラ７８Ａの出
力８５またはセンサ温度信号４４によって提供されたセンサの温度の測定値は、
放射測定の必要なレベルの精度を提供するために放射測定計算において使用する
ことが可能である。出力８５とセンサ温度信号４４の一方または両方は、アナロ
グ信号としてコントローラ３８に入力し、これらの信号のデジタル表現を提供す
るために、例えば、コントローラ３８のアナログ・デジタルコンバータ（図６に
は示されていない）によって変換することが可能であることを理解されたい。

【００６９】 最後に、図６は、コントローラ３８が、図３に関して上記で簡略的に考察した
ように、検出器ごとに、検出器バイアス電流ＩＢＩＡＳ８１への調節を提供する
ように、ＤＡＣ６０を制御するために使用される粗オフセット・デジタル値７５
を含む粗オフセット・マップ７７を含むことを示す。これらの調節は、センサの
検出器間における非一様性に関係し、図１０と関連して以下でより詳細に考察す
る。

【００７０】 図７は、本発明の一実施形態による、図６の電流サンプラと、ＤＣグローバル
オフセット調節コントローラと、グローバル・バイアス調節コントローラとに対
するアナログ回路実施の例を示す図である。これらの例は、単に例示のために提
供されており、本発明は図７に示した特定の回路に限定されないことを理解され
たい。図７では、電流サンプラ８２ＡとＤＣグローバル・オフセット調節コント
ローラ７８Ａとは、両方の機能を実施する１つの回路において実施される。具体
的には、抵抗Ｒ９とＲ１０とは調節可能な分圧器を形成し、この分圧器は、源電
圧Ｖ_Sの一部を増幅器ＡＲ２の非反転入力へ送る。従って、この電圧も、ＡＲ２
の反転入力に出現する。従って、抵抗Ｒ８は、本質的に、電流サンプリング機能
を提供する。供給電圧Ｖ_R７０から引き出される平均電流が、センサの温度変動
により変化すると、抵抗Ｒ８を流れる電流は変化する。増幅器ＡＲ２は、Ｒ８を
流れる電流の変化に基づいて、図６に示した加算ノード８４に提供された出力電
流８５を変化させる。トランジスタＱ５は、コントローラ３８からのＳ／Ｈ制御
信号によって制御される。トランジスタＱ５が、「ディスエーブル」にされると
、抵抗Ｒ８は増幅器ＡＲ２から接続解除され、キャパシタＣ８は、ホールド・キ
ャパシタとして作用する。トランジスタＱ５が、「イネーブル」にされると、抵
抗Ｒ８とキャパシタＣ８は、ＤＣグローバル・オフセット調節フィードバック・
ループの応答時間を決定する。一実施形態によれば、これらの成分の値は、ルー
プの応答時間が、画像のアーティファクトを低減するように幾つかの画像フレー
ム（例えば、センサの幾つかの走査など）となるように、選択される。キャパシ
タＣ７は、供給電圧Ｖ_R７０から引き出された平均電流のＡＣ信号成分に低イン
ピーダンスを提供し、それによって、これらの成分が、ＤＣグローバル・オフセ
ット調節フィードバック・ループに著しく影響を与えないようにする。

【００７１】 図７では、グローバル・バイアス調節コントローラ８０Ａは、ＤＣ電流出力８
５をサンプリングする増幅器ＡＲ３を含んでいる回路によって実施される。抵抗
Ｒ１１、Ｒ１２、およびＲ１３と、キャパシタＣ９およびＣ１０とは、サンプリ
ングした信号に利得とフィルタリングとを提供する。図７に示した例示的な回路
では、出力電流８５の増大により（検出器バイアス電流Ｉ_BIASの増大に対応する
）、グローバル検出器バイアス６４の電圧がいくらか減少する。従って、図７に
示した回路は、バイアス電流とバイアス電圧の積を一定に維持するのではなく、
検出器のバイアス電流とバイアス電圧の和を一定に維持するように作用する傾向
がある（本質的に一定の検出器の電力を維持するため）。しかし、検出器の電力
の比較的限定されたまたは小さい範囲では、検出器バイアス電流と電圧との積で
はなく和を規制することにより、この実施形態による検出器の電力が適切に制御
される。

【００７２】 図８は、本発明の一実施形態による、図６の電流サンプラとＡＣグローバル・
オフセット調節コントローラのアナログ回路実施の例を示す図である。これらの
例は、単に例示のために提供されており、本発明は図８に示した特定の回路に限
定されないことを理解されたい。図７と同様に、図８でも、電流サンプラ８２Ａ
とＡＣグローバル・オフセット調節コントローラ７６Ａとは、両方の機能を実施
する１つの回路において実施される。具体的には、図８では、Ｒ１は低い値（例
えば１０オームなど）の抵抗であり、Ｒ１両端間の電圧降下は、アレイのボロメ
ータによって引き出された平均電流の測定である。キャパシタＣ１は、抵抗Ｒ１
に対する高周波数バイパスである。Ｃ２、Ｑ１、Ｑ２、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４
を備える高利得ＡＣ増幅器は、供給電圧Ｖ_R７０に結合された検出器の行によっ
て引き出された電流のＡＣ（瞬間）成分を増幅する。増幅されたＡＣ成分は、次
いで、Ｃ３とＱ３とを備える同期整流器によって検出される。同期整流器の出力
は、ＡＲ１、Ｒ５、およびＣ４によって積分される。積分器の出力電圧は、抵抗
Ｒ６を流れる電流を制御する。キャパシタＣ６は、オープン＿ｄと名付けられた
点に接続されたアナログ・スイッチによって、適切な時間に、高電圧に周期的に
リセットされる。オープン＿ｄにおける電圧が印加されていないとき、キャパシ
タＣ６は、Ｒ６を流れる電流によって決定されるレートで放電し、それにより、
本質的に鋸形の波形を生成する。このプロセスによって生成された波形は、次い
で、トランジスタＱ４を介して出力８３として提供され、最終的には、図６に示
した加算ノード８４にＡＣ結合される。図８の回路によって表されたフィードバ
ック・ループの極性は、供給電圧Ｖ_R７０からボロメータによって引き出された
平均電流のＡＣ成分が検出器の初期のバイアス時間中にほぼゼロに低減されるよ
うに選択され、それにより上述の自己加熱効果を補償する。

【００７３】 図９は、本発明の一実施形態による、様々な温度補償機能の他の可能な実施を
示す、図３に示した撮像システムの一部を更に詳細に示す、図６と同様の図であ
る。具体的には、図９は、センサに関連する様々な動作パラメータを動的制御す
る主にデジタル実施の一例の幾つかの基本的な要素を示す。

【００７４】 図９の実施形態では、本質的に、コントローラ３８は、図６に関して上述の様
式と同様の様式で、検出器のバイアス電流とバイアス電圧の閉フィードバック・
ループ制御を実施するように、様々な入力信号を監視し、様々な信号を出力する
。具体的には、コントローラ３８は、そのような制御を実施する１つまたは複数
のアルゴリズムを実行するように、様々な様式でプログラムすることが可能であ
ることを理解されたい。この実施形態の一態様では、コントローラ３８は、コン
トローラへ入力されるまだデジタル形態になっていない１つまたは複数の信号を
デジタル化するために、幾つかのアナログ・デジタル・コンバータ（図９には明
示されていない）を含むことが可能である。例えば、Ａ／Ｄ６２からコントロー
ラ３８によって受信された信号４０はデジタル形態であるが、コントローラ３８
は、電流サンプラ８２Ｂからの出力８７またはセンサ温度信号４４をデジタル形
態に変換するために、１つまたは複数のアナログ・デジタル・コンバータを含む
ことが可能である。同様に、一実施形態によれば、ＡＣグローバル・オフセット
調節コントローラ７６Ｂと、ＤＣグローバル・オフセット調節コントローラ７８
Ｂと、グローバル・バイアス調節コントローラ８０Ｂとは、それぞれ、コントロ
ーラ３８からデジタル出力信号を受信してこれらの信号をアナログ電圧またはア
ナログ電流に変換するデジタル・アナログ・コンバータを含むことが可能である
。

【００７５】 図９の実施形態は、センサの温度変動に基づいての様々なセンサ動作パラメー
タのフィードバック制御に対し、著しく多面的な解決法を提供する。例えば、コ
ントローラ３８は、センサ温度信号４４、電流サンプラ８２Ｂの出力８７を監視
することによって、またはＡ／Ｄ６２によって提供された任意の数の個々にサン
プリングされたデジタル検出器出力信号に基づいて平均検出器出力信号を周期的
に計算して、この計算した信号のあらゆる変化を監視することによって、センサ
の平均定常状態温度を監視することが可能である。これらの手法の何れも、入力
即ち「エラー信号」をフィードバック・ループに提供することが可能である。更
に、コントローラは、適切なレートで電流サンプラ８２Ｂの出力８７をサンプリ
ングすることによって、供給電圧Ｖ_R７０からセンサの検出器によって引き出さ
れる電流の瞬間的な変化を監視して、検出器の自己加熱に関するデータを獲得し
て記憶することが可能である。

【００７６】 以上のサンプリングした入力信号の何れかに基づいて、コントローラ３８は、
ＡＣグローバル・オフセット調節コントローラ７６Ａと、ＤＣグローバル・オフ
セット調節コントローラ７８Ｂと、グローバル・バイアス調節８０Ｂとの１つま
たは複数を、望ましい制御に対応するこれらの装置に単にデジタル値を出力する
ことによって、柔軟に制御することが可能である。具体的には、コントローラ３
８は、ＤＣグローバル・オフセット調節コンローラが、センサの測定した温度変
動に基づいて検出器に対しての適切なバイアス電流を動的に維持するように、特
別にプログラムすることができるものであり、グローバル・バイアス調節コント
ローラ８０Ｂは、検出器のバイアス電流とバイアス電圧の積が本質的に一定のま
まであるように（本質的に一定の検出器電力を維持するように）、グローバル検
出器バイアスを動的に調節するものであり、ＡＣグローバル・オフセット調節コ
ントローラ７６Ｂによって生成された時間変動する波形のタイミングと振幅とが
、電流サンプラ８２Ｂの出力８７をサンプリングすることによって獲得されるデ
ータに基づいて動的に調節されるものである。

【００７７】 図１０は、本発明の一実施形態による、センサに関連する較正パラメータに関
連する様々な温度補償機能の１つの可能な実施を示す、コントローラ３８の一部
を更に詳細に示すブロック図である。具体的には、図１０は、コントローラ３８
によって実施される較正パラメータ補償アルゴリズムの一例の幾つかの基本的な
要素を示す。当然、以下で更に考察するように、他のアルゴリズムの実施も可能
であるので、本発明は図１０に概述したアルゴリズムの実施に限定されないこと
を理解されたい。

【００７８】 上述のように、検出器アレイを含んでいるセンサに関連する幾つかの較正パラ
メータは、センサの温度変動によるセンサの動作特性の変化を補償するように、
センサの温度の関数として動的に調節することが可能である。これらの較正パラ
メータには、検出器間の非一様性を修正するオフセット・マップと利得マップと
の個々のエントリが含まれ得るが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
センサの温度変動により変化するセンサの動作特性の幾つかは、個々の検出器の
オフセット・エラーと利得との変化に関係する。これらの変化は、以前には「オ
フセット変動」および「利得変動」と呼ばれていた。本発明の一実施形態によれ
ば、センサの温度に関するそのようなオフセット変動と利得変動とは、センサの
熱的安定化を用いない（例えば、ＴＥ冷却器をシステムにおいて使用しない）と
きには、オフセット・マップと利得マップとを構成する較正パラメータの動的調
節を必然的に必要とする。他の実施形態によれば、センサの熱的安定化を用いる
場合でも、較正パラメータの動的調節を、撮像システムの精度と信頼性とを向上
させるために使用することができる。

【００７９】 以上を考慮して、本発明の様々な実施形態によれば、オフセット・マップと利
得マップとの一方または両方に含まれる較正パラメータは、単独で、または上述
の動作パラメータの１つまたは複数と組み合わせて、検出器ごとに、センサの温
度変動に基づいて動的に調節することが可能である。そのような調節は、非線形
のオフセット変動関数および利得変動関数、オフセットおよび利得の変動の区分
的線形近似の補間、またはオフセットおよび利得の変動の線形近似を使用して、
達成することが可能である。

【００８０】 具体的には、図１０は、本発明の一実施形態による、オフセットおよび利得の
変動の線形近似に基づく動的較正パラメータ調節アルゴリズムの例を示す。具体
的には、一実施形態によれば、最初のセンサ較正手順は、およびセンサの各検出
器に対する利得に関する幾つかの較正パラメータ、微細オフセット・エラー、お
よび粗オフセット・エラーを獲得するために実行される。図１０に示したように
、これらのパラメータは、それぞれ、粗オフセット・マップ７７、微細オフセッ
ト・マップ１０８、および利得マップ１０４に記憶される。

【００８１】 更に、較正手順の間に、センサの温度変動に基づいて較正パラメータの少なく
とも幾つかを動的に調節するために後に通常の動作中に使用される、幾つかの調
節値が決定される。具体的には、較正手順の間に、一実施形態によれば、ＴＣＲ
（抵抗の温度係数）値と利得調節ファクタとが、それぞれ、オフセット・エラー
変動と利得変動との線形近似として、センサの各検出器に対して決定される。図
１０にも示したように、これらの調節値は、それぞれに、ＴＣＲマップ１０６と
利得調節マップ１０２とに記憶される。

【００８２】 較正パラメータを獲得して、上述の調節値を決定するための例示的な較正手順
は、図１、２、３、および１０に関して、以下のように実行される。この例示的
な手順は、ここでは単に例示のために提供されており、本発明はこの特定の較正
手続きに限定されないことを理解されたい。更に、以下で概述する較正手順は、
オフセット・エラー較正パラメータを記憶するために２つのオフセット・マップ
（即ち、粗オフセット・マップと微細オフセット・マップ）を使用するが、セン
サの較正パラメータの動的調節に関して本明細書で考察した多数の様々な概念を
実施することが可能であるので、本発明は特定の数のオフセット・マップと利得
マップとを使用することに限定されないことを理解されたい。

【００８３】 本発明による一つの例示的な較正手順では、センサ３２が動作されることが予
期される特定の温度範囲を基礎として、センサは、最初に、Ｔ_calと呼ばれるこ
の範囲内の第１温度において熱的に安定化される。更に、図１に示したシャッタ
２６は、シーンからの放射がセンサ３２を照射することを本質的に阻止するよう
に、配置する（即ち、コントローラ３８は、適切にシャッタを作動して入射放射
を阻止するように、シャッタの制御信号４６を制御することが可能である）。代
替例として、センサ３２を、制御された入力をセンサ３２へ提供するために、既
知の温度の標準的な放射黒体に向けることができる。

【００８４】 センサが、入力なしで（即ち、シャッタが閉鎖されている）、または制御され
た入力なしで、熱的に安定化されると、最初のグローバル・バイアス電流とグロ
ーバル・バイアス電圧とが、センサへ印加され（例えば、検出器のすべてに共通
であるグローバル・オフセット６６とグローバル検出器バイアス６４とを介する
）、コントローラ３８は、Ａ／Ｄ６２を介してセンサの各検出器からデジタル化
出力値を順次読み取り始める。通常、個々の検出器のデジタル化出力値の多くは
、最初は、Ａ／Ｄ６２の中間値よりも著しく高いかまたは低い。これらの出力の
変化は、温度Ｔ_calにおける個々の検出器のオフセット・エラーを反映する。コ
ントローラ３８はセンサを何度か走査して、各走査のたびに、各検出器に対して
粗オフセット・デジタル値７５（粗オフセット・マップ７７に維持されている）
を調節してＤＡＣ６０のうちの適切な１つに印加して、各検出器の出力がＡ／Ｄ
６２の中間値に近似するように個々の検出器のバイアス電流を調節する。このよ
うにして、コントローラ３８は、検出器ごとに、センサの粗オフセット較正また
は粗「ゼロイング（ゼロに合わせる）」を実行する。この粗ゼロイングを達成す
る最終的な粗オフセット・デジタル値７５は、粗オフセット・マップ７７に記憶
される。このプロセスは、「粗」オフセット較正と呼ばれるが、その理由は、一
実施形態によれば、それぞれのデジタル化した検出器出力信号がＡ／Ｄ６２のほ
ぼ中間値になるように個々の検出器のバイアス電流を調節するためにＤＡＣ６０
によって使用されるビットの数が、通常、増幅された検出器出力信号をデジタル
化するために、Ａ／Ｄ６２によって使用されるビットの数より少ないからである
。

【００８５】 粗オフセット較正が完了した後、通常、個々の検出器信号は、依然として、正
確にはＡ／Ｄ６２の中間値にはない。従って、コントローラ３８は、図１０に示
したように、微細オフセット・マップ１０８をコンパイルするために、Ｔ_calに
おいて走査プロセスを繰り返す。本質的に、コントローラ３８は、Ａ／Ｄ６２を
介して各検出器からの幾つかのデジタル出力サンプル（粗オフセットに対し修正
されている）を獲得し、サンプルを平均して、この平均を各検出器に対する較正
パラメータとして微細オフセット・マップ１０８に記憶する。センサの通常の動
作中（即ち、初期の較正手続きが完了した後）、それぞれの微細オフセット値を
使用して、検出器間の非一様性を更に補償するように、対応する検出器のサンプ
リングしたデジタル出力を微細調節する。

【００８６】 次に、センサの温度が依然としてＴ_calに維持される間、センサ３２は、第１
の既知の物体温度Ｔ_objで放射する標準化された黒体に向けられる。再び、コン
トローラ３８は、アレイを走査し、粗および微細のオフセット較正パラメータを
各検出器に適用し、Ｔ_objにおける各検出器のデジタル化した出力信号を記録す
る。その後、センサ３２は、第２の既知の物体温度Ｔ_obj2で放射する標準化され
た黒体に向けられ、コントローラ３８は再び、アレイを走査し、粗および微細の
オフセット・パラメータを各検出器に適用し、Ｔ_obj2における各検出器のデジタ
ル化された出力信号を記録する。コントローラ３８は、次いで、２つの物体温度
における各検出器のデジタル化出力信号の差を、物体温度の差ΔＴ_objにより除
算することにより、各検出器の利得を計算して、検出器に対するこの較正パラメ
ータ図１０に示した利得マップ１０４にエントリとして記憶する。通常の動作中
（即ち、最初の較正手順が完了した後）、この利得値は、検出器間の非一様性を
更に補償するために、検出器のサンプリングしたデジタル出力信号を調節する較
正パラメータとして使用される。

【００８７】 例示的な較正手順のこの時点で、センサが最初に安定化された温度Ｔ_calは、
新しい温度Ｔ_cal2に変化され、それにより、コントローラ３８は調節ファクタ（
即ち、ＴＣＲと利得調節ファクタ）を決定することができ、この調節ファクタは
、センサの温度変動に基づいて微細オフセット・マップ１０８と利得マップ１０
４との個々の較正パラメータを補償する（例えば、動的に調節する）ための、図
１０の実施形態においてオフセット・エラー変動と利得変動との線形近似として
最終的に使用されるものである。所与のタイプの検出器に対するオフセット・エ
ラーと利得とは、センサの温度変動と共に必ずしも同じように変化しないことを
理解されたい。例えば、ボロメータに関しては、オフセット・エラー変動は、セ
ンサの温度の関数として、一般に、利得変動よりも著しく敏感である。従って、
較正手順のための特定の第２センサ安定化温度Ｔ_cal2を選択することは、センサ
の所与の予想動作温度範囲に対するオフセット・エラー変動と利得変動との線形
近似で望まれる精度の程度に依存し得る。Ｔ_cal2の特定の選択にも関わらず、様
々な調節ファクタ（例えばＴＣＲや利得など）の決定は、概念的には以下のよう
に理解することが可能である。

【００８８】 Ｔ_cal2において、コントローラ３８は、センサ温度Ｔ_cal2における新たな微細
オフセット値の組をコンパイルするために、微細オフセット値を獲得するための
上述の手順を繰り返す（即ち、シャッタを閉鎖しているか、またはセンサが既知
の温度で放射する標準化された黒体を見ている）。コントローラは、次いで、各
検出器に関してＴ_calとＴ_cal2とにおける微細オフセット値の差を、Ｔ_calとＴ_{ca l2} との温度差によって除算することによって、各検出器のＴＣＲ値を計算し、そ
れぞれの検出器に対するＴＣＲ値を図１０に示したＴＣＲマップ１０６に記憶す
る。この実施形態では、上述のように、各ＴＣＲ値は、概念的に、ΔＶ_off／Δ
Ｔ_Sの単位で考えることが可能である。ここでΔＶ_offは、所与の検出器に対する
微細オフセット値の差を表し、ΔＴ_Sは、センサの温度変動（即ち｜Ｔ_cal2−Ｔ_{c al} ｜）を表す。

【００８９】 同様に、Ｔ_cal2において、コントローラ３８は、センサ温度Ｔ_cal2における新
たな利得値の組をコンパイルするために、利得値を獲得するための上述の手順を
繰り返す（即ち、異なる既知の温度Ｔ_obj1とＴ_obj2とで放射する２つの標準化さ
れた黒体を使用する）。コントローラは、次いで、Ｔ_calとＴ_cal2における利得
値の比を取って、その比をＴ_calとＴ_cal2との温度差で除算することによって、
各検出器の利得調節ファクタを計算する。各検出器に対するこの利得調節ファク
タは、次いで、図１０に示した利得調節マップ１０２に記憶される。この実施形
態では、利得調節マップ１０２の各利得調節ファクタは、概念的には、｜Ｔ_cal
−Ｔ_cal2｜によって除算された利得乗数として考えることが可能である。

【００９０】 本発明の一実施形態によれば、コントローラ３８が、上述の様々なマップの構
築を完了すると、例示の較正手順は本質的には完了し、その後、撮像システムは
、必ずしもセンサ３２の熱的安定化を必要とせずに、動作することが可能である
。具体的には、この実施形態の一態様によれば、コントローラ３８は、様々な基
準に基づいてセンサ３２の温度変動を評価することによって、微細オフセット・
マップ１０８の較正パラメータを、ＴＣＲマップ１０６の対応するＴＣＲ値を用
いて動的に更新することができ、また、利得マップ１０４の較正パラメータを、
利得調節マップ１０２の対応する利得調節ファクタを用いて動的に更新すること
ができる。

【００９１】 例えば、本発明の一実施形態によれば、コントローラは、シャッタ・コントロ
ーラ９８（シャッタ制御信号４６を出力する）を介してシャッタ２６を周期的に
動作させてセンサ３２に放射が入射することを阻止し、その時に、上述のように
、コントローラは、センサを走査することによって微細オフセット・マップ１０
８の較正パラメータのそれぞれを再計算（即ち更新）する。この実施形態の一態
様では、この手順を実施するためのシャッタの周期的な動作は、所定の時間間隔
に基づく。他の態様では、図１０に示したように、シャッタの動作は、シャッタ
の最後の動作からの、センサの温度差に基づくこともできる。

【００９２】 より具体的には、図１０の実施形態に示したように、図１に示した温度センサ
３６によって出力されたセンサ温度信号４４は、アナログ・デジタル・コンバー
タ９０によってデジタル化され、コントローラ３８は、各シャッタ動作時に、デ
ジタル化したセンサ温度の記録９４を維持する。また、コントローラ３８は、シ
ャッタを作動するために使用することができる所定のスレッショルド温度差値９
２でプログラムすることも可能である。具体的には、図１０の実施形態では、シ
ャッタ・コンパレータ９６は、所定のスレッショルド温度差値９２を、現在のデ
ジタル化したセンサ温度と最後のシャッタの動作時におけるセンサ温度の記録９
４との差１１０（ΔＴ）と比較する。この差１１０が値９２を超える場合、シャ
ッタ・コンパレータ９２は、シャッタ２６を動作させるようにシャッタ・コント
ローラ９８を作動させ、この時点で、コントローラ３８は、上述のように、セン
サを走査することによって微細オフセット・マップ１０８を更新する。このよう
にして、微細オフセット・マップ１０８は、センサの温度変動に基づいて周期的
に更新される。

【００９３】 シャッタの動作の間において（即ち、センサの再走査による微細オフセット・
マップ１０８の更新と更新の間において）、コントローラ３８は、それにも関わ
らず、現在のセンサの温度と前のシャッタ動作時におけるセンサの温度との差に
基づいて、微細オフセット・マップ１０８と利得マップとの両方を連続的に調節
して更新することが可能である。例えば、図１０に示したように、現在のセンサ
温度と、前のシャッタ動作時におけるセンサ温度との温度差１１０を使用してＴ
ＣＲマップ１０６の個々のエントリを乗算し、それが次いで微細オフセット・マ
ップ１０８の個々のエントリを更新するために使用される、。同様に、現在のセ
ンサの温度と較正温度１００（即ちＴ_cal）との差を表す信号１１２を使用して
利得調節マップ１０２の個々のエントリを乗算し、それが次いで利得マップ１０
４の個々のエントリを更新するために使用される。このようにして、センサを再
走査することによって微細オフセット・マップ１０８を更新するためのシャッタ
動作の頻度を、低減することが可能である（例えば、所定のスレッショルド温度
差値９２を、更に高い値に設定することが可能である）。

【００９４】 図１０に関連して上述した実施形態は、オフセット・エラー変動に対してオフ
セット・エラー較正パラメータを動的に調整するために微細オフセット・マップ
を更新することを考察したが、本発明はこの態様には限定されないことを理解さ
れたい。即ち、他の実施形態では、オフセット・エラー較正パラメータを動的に
調節するための補償アルゴリズムは、図１０に示した粗オフセット・マップ７７
を使用して、または粗オフセット・マップ７７と微細オフセット・マップ１０８
との両方を使用して、そのような調節を実施することができる。代替例として、
上述のように、本発明の他の実施形態によるオフセット・エラー較正パラメータ
を動的に調節するための補償アルゴリズムは、上述の一般的な概念に基づいて単
一のオフセット・マップをコンパイルし、維持し、更新することが可能である。

【００９５】 更に、図１０に関連して上述した実施形態は、ＴＣＲマップと利得調節マップ
とをそれぞれに使用して微細オフセット・マップと利得マップとの較正パラメー
タを動的に調節するための、オフセット・エラー変動と利得変動との線形近似を
含むが、本発明はこの態様に限定されないことを理解されたい。即ち、上述の一
般的な概念を使用して、本発明の他の実施形態による補償アルゴリズムを実施す
ることが可能であり、その実施形態では、オフセット・エラー変動と利得変動と
の区分的な線形近似の補間を用いてこれらの変動を補償する。更に、上述の一般
的な概念を使用して、本発明の別の実施形態による補償アルゴリズムを実施する
ことが可能であり、その実施形態では、オフセット・エラー変動と利得変動とを
センサの温度の非線形関数として決定して使用して、これらの変化を補償する。
更に、他の実施形態によれば、補償アルゴリズムによって、オフセット・エラー
変動を補償するために、非線形関数、区分的線形近似の補間、または線形近似の
うちの１つを使用することが可能であり、また、補償アルゴリズムによって、利
得変動を補償するために、非線形関数、区分的線形近似の補間、または線形近似
のうちの別の１つを使用することができることを理解されたい。

【００９６】 例えば、オフセット・エラー変動と利得変動とに対する非線形関数に関して、
本発明の一実施形態によれば、多数の異なるセンサ較正温度において、著しい数
のオフセット・マップと利得マップとをコントローラ３８によってコンパイルす
ることが可能である（上述のように）。本質的には、各オフセット・マップと各
利得マップとは、それぞれ、オフセット・エラー変動と利得変動との非線形関数
の「サンプル」を提供する。従って、より多くのサンプリングが獲得されると（
即ち、より多くの数のオフセット・マップと利得マップとがコントローラ３８に
よってコンパイルされると）、サンプリングされた関数の表現がより正確になる
ことを理解されたい。幾つかの場合では、較正手順中の幾つかのオフセット・マ
ップと利得マップとのコンパイルは、記憶と計算との集中するプロセスであると
立証され得るが、このスキームは、それにも関わらず、オフセット・エラー変動
と利得変動との正確な補償に関しての実現性のある効果的な代替的方法を提供す
るものである。そのような較正手順に続く通常の動作中、コントローラ３８がセ
ンサのそれぞれの検出器のデジタル化出力信号を調節するために所与の時間に使
用する特定のオフセットおよび利得マップは、現在のセンサ温度（例えば、セン
サ温度信号４４を介して測定）の関数として選択することが可能である。

【００９７】 また、本発明の他の実施形態は、オフセット・エラー変動と利得変動との区分
的線形近似の補間による、較正パラメータの動的補償に関する。この実施形態で
は、上述の非線形関数の実施形態と同様に、より少ない数（例えば、２から５）
のオフセット・マップまたはＴＣＲマップ、ならびに利得マップを、センサの予
想される温度動作範囲を通して幾つかの異なるセンサ較正温度においてコントロ
ーラ３８により、コンパイルすることが可能である。それぞれの変化の関数の、
より少ない数のマップまたは「サンプル」は、本質的に、関数の区分的な線形近
似を生成する。具体的には、ＴＣＲマップは、オフセット・エラー変動の区分的
線形近似の補間を提供するために、予想される動作範囲全体の異なる温度の副範
囲においてコンパイルすることが可能である。

【００９８】 この実施形態では、そのようなマップが、較正手順の間にコンパイルされると
、それらは、測定した現在のセンサ温度に基づいて通常の動作中に使用されるこ
とができる。例えば、２つの利得マップと２つのＴＣＥマップとを選択すること
が可能であり、各タイプのマップの一方は、現在のセンサ温度に近いがそれより
低い較正温度でまたはその較正温度付近でコンパイルされ、各タイプのマップの
他方は、現在のセンサ温度に近いが、それより高い較正温度でコンパイルされた
。コントローラ３８は、次いで、２つの利得マップと２つのＴＣＲマップとの対
応するエントリの間の差を計算し、現在のセンサ温度と、各タイプの２つのマッ
プ間のΔＴ_cal（ΔＴ_calは、現在のセンサ温度によって「加重」される）とに基
づいて、利得とオフセットとのそれぞれに対する補間された調節値を決定する。
これらの補間された調節値は、上述のように、次いで、オフセット・マップと利
得マップとのそれぞれの個々のエントリに適用される。

【００９９】 本発明の他の実施形態によれば、再び図１を参照すると、熱安定化構成要素（
例えばＴＥ冷却器２８）を使用して、周囲温度信号４５によって示したセンサの
近傍における周囲温度の関数として、様々な所定の温度において選択的にセンサ
３２を熱的に安定化させる。熱安定化構成要素をこの実施形態において使用する
が、それでもなお、これらの構成要素の電力消費は、測定した周囲温度の周辺に
ある幾つかの所定の安定化温度の１つを動的に選択することによって、本発明に
より著しく低減される。

【０１００】 例えば、ＴＥ冷却器（ＴＥクーラ）に関して、ＴＥ冷却器の電力消費は、一般
に、ＴＥ冷却器の近傍における周囲温度と、ＴＥ冷却器の望ましい（設定値）温
度との温度差のほぼ二乗の関数である。従って、ＴＥ冷却器の電力消費は、ＴＥ
冷却器の設定値と周囲温度との差が低減されれば、著しく低減され得る。更に、
図１では、一般に、センサ自体を通る電子信号は、センサの近傍における周囲温
度よりも高い或る温度にセンサを暖める（例えば、周囲より約摂氏１０度から２
０度上）。本発明の一実施形態によれば、前述のファクタは、センサの動作中に
、センサに熱的に結合されたＴＥ冷却器の電力消費を効果的に低減するために考
慮に入れられる。

【０１０１】 この実施形態の一態様では、幾つかのセンサ温度／ＴＥ冷却器設定値は、セン
サを使用する予期している周囲温度動作範囲に基づいて、事前に決定される。例
えば、一実施形態によれば、センサを使用し得る周囲温度範囲は、約摂氏−４０
度から摂氏＋６０度である（即ち、約摂氏１００度の範囲）。この温度範囲は、
次いで、それぞれ約摂氏３０度の３つの副範囲などのような、幾つかの副範囲に
分割される。これらの副範囲のそれぞれの範囲内において、その副範囲にわたっ
てＴＥ冷却器の電力消費をほぼ最小限に抑えるセンサ温度／ＴＥ冷却器設定値が
選択される。例えば、一実施形態によれば、各副範囲の設定値は、その範囲内の
中心温度を取って、それに約１０度を加算することによって（センサの電子信号
「ウォームアップ」を考慮するため）選択される。

【０１０２】 ＴＥ冷却器の設定値が識別されると（即ち、上記の例では、３つの所定の設定
値が選択される）、最初に、センサに関連する様々な動作パラメータと較正パラ
メータとが較正手順中に測定または決定されるものであり（例えば、上述のよう
に）、所定のＴＥ冷却器設定値のそれぞれは異なる較正温度として働く。例えば
、３つの所定の設定値を使用する上記の例の場合には、較正手順中に、３つのオ
フセット・マップと３つの利得マップとの全体に対し、１つのオフセット・マッ
プと１つの利得マップとが各設定値においてコンパイルされる。更に、各ＴＥ冷
却器設定値において、最適のグローバル・オフセット（検出器バイアス電流）と
、グローバル検出器バイアス（検出器バイアス電圧）と、自己加熱補償波形とを
決定することができる。

【０１０３】 この実施形態の一態様によれば、そのような較正手順後のセンサのその後の動
作中に、コントローラ３８は、周囲温度を連続的に監視し、周囲温度と選択した
設定値との差に基づいて、ＴＥ冷却器の電力消費を著しく低減するＴＥ冷却器設
定値の１つを選択する。図１１は、コントローラ３８の一部の図であり、本発明
の一実施形態による温度安定化フィードバック・ループの様々な構成要素を示す
。図１１では、設定値選択コントローラ１５２が、周囲温度信号４５を監視し、
使用可能な設定値と監視した周囲温度とに基づいて選択した設定値１５０を出力
する。増幅器／コンパレータ１５６は、選択した設定値１５０と現在のセンサ温
度４４とを比較して、温度安定化フィードバック・ループに対してエラー信号１
５８を作成する。このエラー信号１５８は、ループ・フィルタリングと利得とを
提供し、かつ温度制御信号４８をＴＥ冷却器へ出力する、様々な調整を行う回路
１６０によって更に処理される。

【０１０４】 図１１では、設定値選択コントローラ１５２はまた、選択した設定値１５０を
較正パラメータ選択コントローラ１５４に提供し、このコントローラは、次いで
、コントローラ３８によって較正パラメータとして使用される適切なオフセット
・マップと利得マップとを選択する（図１１では、エントリＯＭ１、ＯＭ２、Ｏ
Ｍ３、ＧＭ１、ＧＭ２、ＧＭ３などを有するマップ・テーブルで示す）。図１１
には明示していないが、一実施形態によれば、較正パラメータ選択コントローラ
１５４はまた、コントローラ３８がそれぞれのＴＥ冷却器設定値においてセンサ
へ印加する適切な動作パラメータ（例えば、バイアス電流、バイアス電圧、およ
び自己加熱補償波形など）を指示または選択することが可能である。

【０１０５】 本発明によれば、センサ温度監視４４と、周囲温度監視４５と、デジタル画像
信号４０のサブセットまたは全てとのうちの、１つのものまたは複数のものの任
意の組み合わせに応答して、フィードバック温度制御を提供することが可能であ
る。

【０１０６】 センサの温度変動と、環境（チップではない）の周囲温度の変化と、センサの
デジタル出力の変化（チップにおいてではない）との任意の組み合わせに応答し
て、センサの補償を提供することができる。この補償は、シャッタが較正されて
いるときのみ、またはシャッタが較正されていないときのみ、連続的に提供する
ことができる。

【０１０７】 以上のように、本発明の少なくとも１つの例示的な実施形態を記述したが、当
業者なら、様々な変形、修正、および改良を容易に思い付くであろう。そのよう
な変形、修正、および改良は、本開示の一部であることが意図され、また、本発
明の精神および範囲内にあることが意図されている。従って、以上の記述は、単
に例示であり、請求項とその等価物において確定されたようにのみ限定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明の一実施形態による撮像システムの部分図である。

【図２】 図２は、本発明の一実施形態による、図１の撮像システムで使用する一体型セ
ンサ・アレイと幾つかの関連する信号処理回路との部分図である。

【図３】 図３は、本発明の一実施形態による、図２に示したセンサ・アレイの一部の更
に詳細な図である。

【図４】 図４は、本発明の一実施形態による、図２および３に示した処理回路で使用さ
れるデジタル・アナログ・コンバータの一例を示す図である。

【図５】 図５は、本発明の一実施形態による、図２および３に示した処理回路で使用す
る前置増幅器／積分器の一例を示す図である。

【図６】 図６は、本発明の一実施形態による、様々な温度補償機能の１つの可能な実施
を示す、図３に示した撮像システムの一部の更に詳細な図である。

【図７】 図７は、本発明の一実施形態による、図６に示した温度補償機能のアナログ回
路実施として、電流サンプラ／ＤＣグローバル・オフセット調節回路とグローバ
ル・バイアス調節回路との例を示す図である。

【図８】 図８は、本発明の一実施形態による、図６に示したセンサ自己加熱温度補償機
能のアナログ回路実施として、電流サンプラ／ＡＣグローバル・オフセット調節
回路の例を示す図である。

【図９】 図９は、本発明の一実施形態による、様々な温度補償機能の他の実施を示す、
図３に示した撮像システムの一部の更に詳細な図である。

【図１０】 図１０は、本発明の一実施形態による、図１の撮像システムのコントローラに
よって実施される補償アルゴリズムの部分の一例を示すブロック図である。

【図１１】 図１１は、本発明の一実施形態による、温度安定化フィードバック・ループの
様々な構成成分を示す、図１の撮像システムのコントローラの部分図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年９月９日（２００２．９．９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項４６】 前記コントローラは、前記センサの前記温度変動に基づい
て、前記センサへ印加される前記ＡＣバイアス波形の振幅を動的に調節するよう
に構成される、請求項４４または４５に記載の装置。

【手続補正書】

【提出日】平成１５年３月２５日（２００３．３．２５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G065 AA04 AA11 AB02 BA11 BA12 BA13 BA15 BA34 BC02 BC03 BC08 BC10 BC11 BC28 BE08 CA21 DA18

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射センサの温度変動に起因する、前記センサの少なくとも
   １つの動作特性の変化に対して前記センサを補償する方法であって、 前記放射センサの前記温度変動に基づいて、前記放射センサに関連する少なく
   とも１つの動作パラメータと、前記放射センサに関連する少なくとも１つの較正
   パラメータとのうちの少なくとも１つを動的に調節する工程を含む方法。
2. 【請求項２】 前記センサの温度変動に起因して変化する前記センサの前記
   少なくとも１つの動作特性が、前記センサの抵抗を含む、請求項１に記載の方法
   。
3. 【請求項３】 前記センサに関連する前記少なくとも１つの動作パラメータ
   が、前記センサに印加されるＤＣバイアス電圧と、前記センサに印加されるＤＣ
   バイアス電流と、前記センサに印加されるＡＣバイアス波形とのうちの少なくと
   も１つを含む、請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記センサが複数の放射検出器を含み、前記センサに関連す
   る前記少なくとも１つの較正パラメータが、各放射検出器に対するオフセット・
   エラー値と、各放射検出器に対する利得値とのうちの少なくとも１つを含む、請
   求項１に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記センサの前記温度変動に起因して変化する前記センサの
   前記少なくとも１つの動作特性が、オフセット・エラー変動と利得変動とのうち
   の少なくとも１つを含む、請求項４に記載の方法。
6. 【請求項６】 放射センサの温度変動に起因する前記センサの少なくとも１
   つの動作特性の変化に対して前記センサを補償するコントローラを備え、該コン
   トローラが、前記センサの前記温度変動に基づいて、前記放射センサに関連する
   少なくとも１つの動作パラメータと、前記放射センサに関連する少なくとも１つ
   の較正パラメータとのうちの少なくとも１つを動的に調節するものである、 装置。
7. 【請求項７】 前記センサの前記温度変動に起因して変化する前記センサの
   前記少なくとも１つの動作特性が、前記センサの抵抗を含む、請求項６に記載の
   装置。
8. 【請求項８】 前記少なくとも１つの動作パラメータが、前記センサに印加
   されるＤＣバイアス電圧と、前記センサに印加されるＤＣバイアス電流と、前記
   センサに印加されるＡＣバイアス波形とのうちの少なくとも１つを含む、請求項
   ６に記載の装置。
9. 【請求項９】 前記センサが複数の放射検出器を含み、前記センサに関連す
   る前記少なくとも１つの較正パラメータが、各放射検出器に対するオフセット・
   エラー値と各放射検出器に対する利得値とのうちのの少なくとも１つを含む、請
   求項６に記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記センサの前記温度変動に起因して変化する前記センサ
    の前記少なくとも１つの動作特性が、オフセット・エラー変動と利得変動とのう
    ちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載の装置。
11. 【請求項１１】 放射センサの温度変動に起因する前記センサの少なくとも
    １つの動作特性の変化に対して前記センサを補償する方法であって、 前記放射センサの前記温度変動に基づいて、前記放射センサに関連する少なく
    とも１つの動作パラメータ、または前記放射センサに関連する少なくとも１つの
    較正パラメータを動的に調節することを含む方法。
12. 【請求項１２】 放射センサの温度変動に起因する前記センサの少なくとも
    １つの動作特性の変化に対して前記放射センサを補償するコントローラを備え、
    該コントローラが、前記放射センサの前記温度変動に基づいて、前記放射センサ
    に関連する少なくとも１つの動作パラメータ、または前記放射センサに関連する
    少なくとも１つの較正パラメータを動的に調節するものである、 装置。