JP2843049B2 - 熱放射検出装置 - Google Patents
熱放射検出装置Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/34—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using capacitors, e.g. pyroelectric capacitors
-
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- G01J2005/345—Arrays
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、マウント上に配置され、被写体からの熱放
射を受け、これにより温度が変化して２つの端子間に出
力信号を発生する、低リーク装置で分路された第１の高
インピーダンス熱放射検出素子を具え、該検出素子の一
方の端子を出力端子に接続し、且つ基準の低リーク装置
を具え、該基準の低リーク装置の一方の端子を高利得負
帰還ループを介して当該基準の低リーク装置の他方の端
子に接続すると共に共通のラインを介して前記検出素子
の他方の端子にも接続して成る熱放射検出装置に関する
ものである。
射を受け、これにより温度が変化して２つの端子間に出
力信号を発生する、低リーク装置で分路された第１の高
インピーダンス熱放射検出素子を具え、該検出素子の一
方の端子を出力端子に接続し、且つ基準の低リーク装置
を具え、該基準の低リーク装置の一方の端子を高利得負
帰還ループを介して当該基準の低リーク装置の他方の端
子に接続すると共に共通のラインを介して前記検出素子
の他方の端子にも接続して成る熱放射検出装置に関する
ものである。
（従来の技術） 斯かる装置は1987年３月30日から４月３日までオラン
ダ国のハーグで開かれた「オプティカル アンド オプ
トエレクトロニック アプライド サイエンス アンド
エンジニアリング」の第４回国際会議で発表され、次
いで「プロシーディングス オブ SPIE」Vol.807,第92
〜97頁に発表されているエイ・エイ・ターンブル及びエ
ム・イー・クークの論文“High resolution 64−elemen
t pyroelctric linear array IR detector"に開示さて
いる。
ダ国のハーグで開かれた「オプティカル アンド オプ
トエレクトロニック アプライド サイエンス アンド
エンジニアリング」の第４回国際会議で発表され、次
いで「プロシーディングス オブ SPIE」Vol.807,第92
〜97頁に発表されているエイ・エイ・ターンブル及びエ
ム・イー・クークの論文“High resolution 64−elemen
t pyroelctric linear array IR detector"に開示さて
いる。
この論文は、放射チョッパと、焦電検出素子のリニア
アレーと、このアレーの検出素子の出力に対するインパ
ーダンス変換用ソースホロワのアレーを含む集積回路
と、ソースホロワの出力を、後続の増幅、ディジタル化
及びディジタル信号処理のために、サンプリングして単
チャンネル信号にするマルチプレクサとを順に具えた熱
放射検出装置を開示している。
アレーと、このアレーの検出素子の出力に対するインパ
ーダンス変換用ソースホロワのアレーを含む集積回路
と、ソースホロワの出力を、後続の増幅、ディジタル化
及びディジタル信号処理のために、サンプリングして単
チャンネル信号にするマルチプレクサとを順に具えた熱
放射検出装置を開示している。
高利得負帰還ループの動作によって基準低リーク装置
の一方の端子における出力電圧の直流オフセットが零に
減少される。従ってこれにより検出素子の出力端子の出
力電圧の直流オフセットも略々零に減少される。低リー
ク装置は負帰還ループに対する直流接続を与えるが、そ
のリークは零電圧において十分に小さいので検出素子の
性能を劣化することはない。
の一方の端子における出力電圧の直流オフセットが零に
減少される。従ってこれにより検出素子の出力端子の出
力電圧の直流オフセットも略々零に減少される。低リー
ク装置は負帰還ループに対する直流接続を与えるが、そ
のリークは零電圧において十分に小さいので検出素子の
性能を劣化することはない。
焦電素子と並列に低リーク装置を使用することは英国
特許第1580403号明細書（日本国特許第1417494号）に記
載されている。この低リーク装置は逆並列接続の１対の
ダイオードとするのが好ましい。この低リーク装置はオ
フセット補償ループの直流帰還路を与えると共に大きな
温度変化の場合に検出素子の出力電圧を制御する作用を
成す。
特許第1580403号明細書（日本国特許第1417494号）に記
載されている。この低リーク装置は逆並列接続の１対の
ダイオードとするのが好ましい。この低リーク装置はオ
フセット補償ループの直流帰還路を与えると共に大きな
温度変化の場合に検出素子の出力電圧を制御する作用を
成す。
斯る検出装置には２つの特定の問題がある。第１に、
装置全体の温度変化によってアレーの検出素子により発
生された大きな信号に対してはある種の補償を与える必
要がある。外部温度変化は、検出素子と外部環境との間
に制限された熱接続が存在するために、検出素子の単調
な温度上昇又は低下を発生し、これに応じて検出素子が
出力信号を発生する。この信号は所望の信号を隠蔽す
る。例えば、被写体の放射（40Hzでチョップされてい
る）を捕集するのにF/1赤外光学系を用いる代表的な装
置では、黒体被写体の１度の温度差に対し７×10-4ボル
トピークピーク値の信号を発生することができる。他
方、僅か0.017度／秒の単調な温度変化は５×10-2ボル
トの信号、即ち被写体の１度当りの信号より２桁大きい
信号を発生する。代表的には0.15℃の被写体温度差を弁
別し得るようにするのが望ましいため、温度補償が一層
不可欠になる。
装置全体の温度変化によってアレーの検出素子により発
生された大きな信号に対してはある種の補償を与える必
要がある。外部温度変化は、検出素子と外部環境との間
に制限された熱接続が存在するために、検出素子の単調
な温度上昇又は低下を発生し、これに応じて検出素子が
出力信号を発生する。この信号は所望の信号を隠蔽す
る。例えば、被写体の放射（40Hzでチョップされてい
る）を捕集するのにF/1赤外光学系を用いる代表的な装
置では、黒体被写体の１度の温度差に対し７×10-4ボル
トピークピーク値の信号を発生することができる。他
方、僅か0.017度／秒の単調な温度変化は５×10-2ボル
トの信号、即ち被写体の１度当りの信号より２桁大きい
信号を発生する。代表的には0.15℃の被写体温度差を弁
別し得るようにするのが望ましいため、温度補償が一層
不可欠になる。
尚、アレーに大きな熱入力が入力すると、単調な温度
変化が全ての素子に同一の割合の温度変化を与えるまで
に熱時定数（代表的には60ミリ秒）の遅延が存在する点
に注意する必要がある。
変化が全ての素子に同一の割合の温度変化を与えるまで
に熱時定数（代表的には60ミリ秒）の遅延が存在する点
に注意する必要がある。
第２の問題は各ソースホロワからのオフセット電圧に
起因する。各検出器は検出器の極めて高いインピーダン
スと電子回路に見られる通常のインピーダンスとの間を
結合するためにMOSFET又はJFETソースホロワを具えてい
るのが代表的である。これらのソースホロワをマルチプ
レクサ（代表的にはMOSFETスイッチを用いる）により順
次サンプリングする。次いで、多重した信号を増幅し
て、アナログ−ディジタル変換器に供給して各検出器の
出力をディジタル化する。多重及びディジタル化は検出
素子アレーの前面にあってアレーを被写体からの放射と
チョッパ羽根からの放射に交互に露光させるチョッパ羽
根の動作と同期させる。マルチプレクサのサンプリング
は各露光の終了時に行なって素子の温度変化にできるだ
け大きな時間を与えるようにする。被写体放射及びチョ
ッパ羽根放射に対する順次の露光の終了時に得られた各
素子のディジタル出力を互に減算すると各素子と関連す
るソースホロワからのオフセットが相殺され、被写体放
射とチョッパ羽根放射との差に関連する信号のみが残
る。
起因する。各検出器は検出器の極めて高いインピーダン
スと電子回路に見られる通常のインピーダンスとの間を
結合するためにMOSFET又はJFETソースホロワを具えてい
るのが代表的である。これらのソースホロワをマルチプ
レクサ（代表的にはMOSFETスイッチを用いる）により順
次サンプリングする。次いで、多重した信号を増幅し
て、アナログ−ディジタル変換器に供給して各検出器の
出力をディジタル化する。多重及びディジタル化は検出
素子アレーの前面にあってアレーを被写体からの放射と
チョッパ羽根からの放射に交互に露光させるチョッパ羽
根の動作と同期させる。マルチプレクサのサンプリング
は各露光の終了時に行なって素子の温度変化にできるだ
け大きな時間を与えるようにする。被写体放射及びチョ
ッパ羽根放射に対する順次の露光の終了時に得られた各
素子のディジタル出力を互に減算すると各素子と関連す
るソースホロワからのオフセットが相殺され、被写体放
射とチョッパ羽根放射との差に関連する信号のみが残
る。
集積MOSFETソースホロワのアレーの平均オフセットは
これを製造する拡散バッチごとに1/3ボルト程度変化し
得ると共に、個々のアレーにおいて所望の温度範囲に亘
って代表的には100mV変化し得る。しかし、１つのアレ
ーの長さに沿う個々のオフセットは代表的には平均オフ
セットを中心に±15mV変化するだけである。上述したよ
うに、上述の装置ではこれらの平均オフセットと個々の
オフセットを両方とも後処理により除去することができ
る。しかし実際には、このように直流結合が必要とされ
る場合には、これらの平均オフセットが後続の増幅器及
びアナログ−ディジタル変換器の使用可能なダイナミッ
クレンジの大部分を占めることになり、その結果として
装置の総合解像度が著しく制限されることになる。従っ
て、増幅及びアナログ−ディジタル変換を行なう前に各
ソースホロワの出力からオフセットをできるだけ除去す
るのが極めて望ましい。
これを製造する拡散バッチごとに1/3ボルト程度変化し
得ると共に、個々のアレーにおいて所望の温度範囲に亘
って代表的には100mV変化し得る。しかし、１つのアレ
ーの長さに沿う個々のオフセットは代表的には平均オフ
セットを中心に±15mV変化するだけである。上述したよ
うに、上述の装置ではこれらの平均オフセットと個々の
オフセットを両方とも後処理により除去することができ
る。しかし実際には、このように直流結合が必要とされ
る場合には、これらの平均オフセットが後続の増幅器及
びアナログ−ディジタル変換器の使用可能なダイナミッ
クレンジの大部分を占めることになり、その結果として
装置の総合解像度が著しく制限されることになる。従っ
て、増幅及びアナログ−ディジタル変換を行なう前に各
ソースホロワの出力からオフセットをできるだけ除去す
るのが極めて望ましい。
前記のターンブル及びクークの論文はこれら２つの問
題の解決方法を開示している。第１の問題は各検出素子
に隣接して配置され且つ被写体放射から遮へいされた、
各検出素子と同一の素子を各検出素子と逆向きに接続す
ることにより解決している。単調な温度変化が両素子に
等しく影響するので、両素子の逆向き接続により単調な
温度変化により発生さる信号の相殺が得られる。第２の
問題は、リニアアレーの両端において検出素子と並列の
逆並列ダイオード対に加えて基準の逆並列ダイオード対
を設け、各基準のダイオード対にアレーの検出素子のソ
ースホロワとできるだけ同一のMOSFETソースホロワを持
たせることにより解決している。この解決方法は基準の
ソースホロワのオフセットが検出素子のソースホロワの
オフセットと同一であるという事実に基づくものであ
る。両基準ソースホロワの出力を平均化し、高利得差動
直流増幅器の負入力端子に供給し、正入力端子にアース
電位を与える。この増幅器の出力を全ての検出素子及び
基準ダイオード対の共通接続ラインに供給し、この負帰
還接続により基準ソースホロワの平均出力を零にし、そ
れらのオフセットを補償すると共に検出チャンネルのオ
フセットも基準チャンネルのオフセットと同程度まで補
償する。
題の解決方法を開示している。第１の問題は各検出素子
に隣接して配置され且つ被写体放射から遮へいされた、
各検出素子と同一の素子を各検出素子と逆向きに接続す
ることにより解決している。単調な温度変化が両素子に
等しく影響するので、両素子の逆向き接続により単調な
温度変化により発生さる信号の相殺が得られる。第２の
問題は、リニアアレーの両端において検出素子と並列の
逆並列ダイオード対に加えて基準の逆並列ダイオード対
を設け、各基準のダイオード対にアレーの検出素子のソ
ースホロワとできるだけ同一のMOSFETソースホロワを持
たせることにより解決している。この解決方法は基準の
ソースホロワのオフセットが検出素子のソースホロワの
オフセットと同一であるという事実に基づくものであ
る。両基準ソースホロワの出力を平均化し、高利得差動
直流増幅器の負入力端子に供給し、正入力端子にアース
電位を与える。この増幅器の出力を全ての検出素子及び
基準ダイオード対の共通接続ラインに供給し、この負帰
還接続により基準ソースホロワの平均出力を零にし、そ
れらのオフセットを補償すると共に検出チャンネルのオ
フセットも基準チャンネルのオフセットと同程度まで補
償する。
（発明が解決しようとする課題） しかし、本願人の研究によれば上述の温度補償方法に
は欠点があることが判明した。１つの欠点は所定数の検
出チャンネルに対し２倍の焦電検出素子を必要とする点
にある。他の欠点は基準ダイオード対だけで所要の動作
温度範囲に亘ってダイオード対と並列の検出素子に十分
近似した直流レプリカを構成することは不可能である点
にある。
は欠点があることが判明した。１つの欠点は所定数の検
出チャンネルに対し２倍の焦電検出素子を必要とする点
にある。他の欠点は基準ダイオード対だけで所要の動作
温度範囲に亘ってダイオード対と並列の検出素子に十分
近似した直流レプリカを構成することは不可能である点
にある。
本発明の目的はこれらの欠点を緩和することにある。
本願人はこの目的を、驚いたことに、基準素子と検出素
子の簡単な組合せを用いて達成し得ることを見い出し
た。
本願人はこの目的を、驚いたことに、基準素子と検出素
子の簡単な組合せを用いて達成し得ることを見い出し
た。
（課題を解決するための手段） 本発明の第１の特徴は、頭書に記載した熱放射検出装
置において、前記基準低リーク装置を前記第１の放射検
出素子と公称上同一の基準の放射検出素子で分路し、こ
の基準の放射検出素子を前記マウント上に第１の検出素
子と隣接して配置すると共に被写体放射から遮へいし
て、周囲温度変化が第１検出素子と基準検出素子の双方
に等しく影響を与え、従って周囲温度変化により生じた
基準検出素子の出力が周囲温度変化により生じた第１の
検出素子の出力を前記負帰還ループを介して略々補償す
るようにした点にある。
置において、前記基準低リーク装置を前記第１の放射検
出素子と公称上同一の基準の放射検出素子で分路し、こ
の基準の放射検出素子を前記マウント上に第１の検出素
子と隣接して配置すると共に被写体放射から遮へいし
て、周囲温度変化が第１検出素子と基準検出素子の双方
に等しく影響を与え、従って周囲温度変化により生じた
基準検出素子の出力が周囲温度変化により生じた第１の
検出素子の出力を前記負帰還ループを介して略々補償す
るようにした点にある。
本発明の第２の特徴は、マウント上に配置され、被写
体からの熱放射を受け、これにより温度が変化して２つ
の端子間に出力信号を発生する、低リーク装置で分路さ
れた第１の高インピーダンス熱放射検出素子を具え、該
検出素子の一方の端子を第１のインピーダンス変換器及
び従って出力端子に接続し、且つ基準の低リーク装置を
具え、該基準の低リーク装置の一方の端子を前記第１の
インピーダンス変換器と公称上同一の第２のインピーダ
ンス変換器に接続し、次いで高利得負帰還ループを介し
て当該基準の低リーク装置の他方の端子に接続すると共
に共通ラインを経て前記検出素子の他方の端子にも接続
して前記第２のインピーダンス変換器の出力端子を零電
位にすることにより前記第２のインピーダンス変換器の
オフセット及び従って前記第１のインピーダンス変換器
のオフセットを補償するようにした熱放射検出装置にお
いて、前記基準低リーク装置を前記第１の放射検出素子
と公称上同一の基準の放射検出素子で分路し、この基準
の放射検出素子を前記マウント上に第１の検出素子と隣
接して配置すると共に被写体放射から遮へいして、周囲
温度変化が第１検出素子と基準検出素子の双方に等しく
影響を与え、従って周囲温度変化により生じた基準検出
素子の出力が周囲温度変化により生じた第１の検出素子
の出力を前記負帰還ループを介して略々補償するように
したことを特徴とする点にある。
体からの熱放射を受け、これにより温度が変化して２つ
の端子間に出力信号を発生する、低リーク装置で分路さ
れた第１の高インピーダンス熱放射検出素子を具え、該
検出素子の一方の端子を第１のインピーダンス変換器及
び従って出力端子に接続し、且つ基準の低リーク装置を
具え、該基準の低リーク装置の一方の端子を前記第１の
インピーダンス変換器と公称上同一の第２のインピーダ
ンス変換器に接続し、次いで高利得負帰還ループを介し
て当該基準の低リーク装置の他方の端子に接続すると共
に共通ラインを経て前記検出素子の他方の端子にも接続
して前記第２のインピーダンス変換器の出力端子を零電
位にすることにより前記第２のインピーダンス変換器の
オフセット及び従って前記第１のインピーダンス変換器
のオフセットを補償するようにした熱放射検出装置にお
いて、前記基準低リーク装置を前記第１の放射検出素子
と公称上同一の基準の放射検出素子で分路し、この基準
の放射検出素子を前記マウント上に第１の検出素子と隣
接して配置すると共に被写体放射から遮へいして、周囲
温度変化が第１検出素子と基準検出素子の双方に等しく
影響を与え、従って周囲温度変化により生じた基準検出
素子の出力が周囲温度変化により生じた第１の検出素子
の出力を前記負帰還ループを介して略々補償するように
したことを特徴とする点にある。
この場合、高利得負帰還ループが単調な温度変化によ
り発生される信号を補償すると共にソースホロワのオフ
セットを補正する。更に、この負帰還ループに用いる基
準検出素子が第１検出素子に十分に近似したレプリカで
ある。
り発生される信号を補償すると共にソースホロワのオフ
セットを補正する。更に、この負帰還ループに用いる基
準検出素子が第１検出素子に十分に近似したレプリカで
ある。
この装置においては、第１検出素子を公称上同一の検
出素子のアレーの１つの検出素子とし、各検出素子の一
方の端子を共通ラインに接続すると共に、他方の端子を
第１及び第２のインピーダンス変換器と公称上同一の関
連するインピーダンス変換器に接続するのが普通であ
る。アレーは上述のターンブル及びクークの論文に示さ
れているようにリニアアレーとするのが代表的であり、
このアレーの長さに沿って熱イメージを走査する手段が
設けられる。或は又、検出素子の行及び列を具える二次
元アレーを用いることもでき、この場合には行及び／又
は列の両端にダミーの検出素子を設ける。
出素子のアレーの１つの検出素子とし、各検出素子の一
方の端子を共通ラインに接続すると共に、他方の端子を
第１及び第２のインピーダンス変換器と公称上同一の関
連するインピーダンス変換器に接続するのが普通であ
る。アレーは上述のターンブル及びクークの論文に示さ
れているようにリニアアレーとするのが代表的であり、
このアレーの長さに沿って熱イメージを走査する手段が
設けられる。或は又、検出素子の行及び列を具える二次
元アレーを用いることもでき、この場合には行及び／又
は列の両端にダミーの検出素子を設ける。
検出素子はチタン酸バリウムのような焦電セラミック
から成るものとすることができる。しかし、英国特許出
願第862696号に記載されているような分極硫化ポリビニ
リデンコポリマーフィルムから成る検出素子を用いるこ
ともできる。
から成るものとすることができる。しかし、英国特許出
願第862696号に記載されているような分極硫化ポリビニ
リデンコポリマーフィルムから成る検出素子を用いるこ
ともできる。
（実施例） 図面につき本発明の実施例を説明する。
第１図は単調温度変化の影響とソースホロワオフセッ
トを同時に補償する本発明の回路を示す。
トを同時に補償する本発明の回路を示す。
第１図には64個の単素子焦電検出器のリニアアレーの
両端の素子1,2を示してある。図にはアレー素子と同一
ピッチの２個の基準焦電素子３及び４も示してあり、こ
れら素子はアレーのアクティブ検出素子と公称上同一で
あるが入射放射７から遮へい体5,6で遮へいされてい
る。基準素子とアクティブ素子はこれら素子と比較して
大きな熱質量を有すると共に良好な熱伝導率を有し等温
表面を構成する基板と熱放射接続されている。また、こ
れらの素子は共通の電気導体10を介して互に熱接触して
いる。これがため、全ての基準及びアクティブ素子の温
度は厳密に等しく保たれる。基板９は限定された熱抵抗
値を有する熱伝導路（図示せず）を介して外部環境と熱
接触する。周囲温度の変化が初期熱過渡状態の減衰後に
基準素子とアクティブ素子の双方に厳密に等しい割合で
単調に変化する温度変化を発生し、従ってこれらの温度
変化により厳密に等しい信号を発生する。これら素子の
構成及びこれたの素子のマイクロホニック防止装着方法
は前述の論文に開示されているのでこれ以上説明しな
い。また、各素子と並列に配置され逆並列接続ダイオー
ド対11,12を具えた超低リーク非直線素子を用いてゲー
トリーク電流の通路を与えると共に信号過負荷状態から
の回復時間を短縮させることも前述の論文に詳述されて
いる。
両端の素子1,2を示してある。図にはアレー素子と同一
ピッチの２個の基準焦電素子３及び４も示してあり、こ
れら素子はアレーのアクティブ検出素子と公称上同一で
あるが入射放射７から遮へい体5,6で遮へいされてい
る。基準素子とアクティブ素子はこれら素子と比較して
大きな熱質量を有すると共に良好な熱伝導率を有し等温
表面を構成する基板と熱放射接続されている。また、こ
れらの素子は共通の電気導体10を介して互に熱接触して
いる。これがため、全ての基準及びアクティブ素子の温
度は厳密に等しく保たれる。基板９は限定された熱抵抗
値を有する熱伝導路（図示せず）を介して外部環境と熱
接触する。周囲温度の変化が初期熱過渡状態の減衰後に
基準素子とアクティブ素子の双方に厳密に等しい割合で
単調に変化する温度変化を発生し、従ってこれらの温度
変化により厳密に等しい信号を発生する。これら素子の
構成及びこれたの素子のマイクロホニック防止装着方法
は前述の論文に開示されているのでこれ以上説明しな
い。また、各素子と並列に配置され逆並列接続ダイオー
ド対11,12を具えた超低リーク非直線素子を用いてゲー
トリーク電流の通路を与えると共に信号過負荷状態から
の回復時間を短縮させることも前述の論文に詳述されて
いる。
基準素子とアクティブ素子の全ての素子の一端を共通
バイアスライン10に接続し、他端をMOSFETソースホロワ
13の形状の各別のインピーダンス変換器に接続する。ア
クティブ素子の出力端子14は既知のマルチプレクサ回路
に接続する。基準素子のソースホロワの出力端子15は同
じ抵抗値を有する抵抗16及び17の直列接続の両端に接続
する。この並列接続抵抗の中心接続点18の直流電位は両
ソースホロワ13のドレイン電位の直流電位の平均値にな
る。接続点18を高利得直流増幅器19の負入力端子に接続
し、その正入力端子は接地する。直列帰還キャパシタ20
及び抵抗21を設けて増幅器19を積分器に構成する。接続
点22の出力は接続点18がアース電位のときのみ定常状態
になる。出力端子22を長い時定数のフィルタを構成する
抵抗23とキャパシタ24を介して共通バイアスライン10に
接続する。斯くして接続点18とアースとの間の電位差が
出力端子22、共通バイアスライン10及び従って基準素子
のソースホロワのゲート25を駆動するため、ソースホロ
ワの出力15はアース電位になる。アクティブ素子のゲー
トとソース間及び素子抵抗値両端間のソースホロワオフ
セット電圧は基準素子のソースホロワオフセット電圧に
略々等しく、アクティブ素子のソースホロワ出力端子14
もアース電位になるので、それらのオフセットが略々相
殺さる。これは前述のターンブル及びクークの論文に記
載されているオフセット消去方法である。しかし、本発
明では基準素子３及び４は単一の遮へいした焦電検出素
子であり、ダイオード対のみではない。従って本発明で
は周囲の温度変化により生ずる単調な温度変化に応答し
てこれらの基準素子により発生される信号も負帰還ルー
プを介して共通のバイアスライン10に帰還されるため、
出力端子14において斯る単調な温度変化信号が略々相殺
される。これがため、64個の検出器を一方の素子を遮へ
いした複素子検出器の代りに低コストの単素子検出器と
することができると共に、温度補償を基準素子３及び４
を遮へい焦電検出素子に変更する点を除いて回路を実際
上殆んど変更する必要なしなしに得ることができる。基
準素子は遮へい体の製造を除いてアクティブアレー素子
と一緒に極めて僅かな追加のコストで製造ることができ
る。
バイアスライン10に接続し、他端をMOSFETソースホロワ
13の形状の各別のインピーダンス変換器に接続する。ア
クティブ素子の出力端子14は既知のマルチプレクサ回路
に接続する。基準素子のソースホロワの出力端子15は同
じ抵抗値を有する抵抗16及び17の直列接続の両端に接続
する。この並列接続抵抗の中心接続点18の直流電位は両
ソースホロワ13のドレイン電位の直流電位の平均値にな
る。接続点18を高利得直流増幅器19の負入力端子に接続
し、その正入力端子は接地する。直列帰還キャパシタ20
及び抵抗21を設けて増幅器19を積分器に構成する。接続
点22の出力は接続点18がアース電位のときのみ定常状態
になる。出力端子22を長い時定数のフィルタを構成する
抵抗23とキャパシタ24を介して共通バイアスライン10に
接続する。斯くして接続点18とアースとの間の電位差が
出力端子22、共通バイアスライン10及び従って基準素子
のソースホロワのゲート25を駆動するため、ソースホロ
ワの出力15はアース電位になる。アクティブ素子のゲー
トとソース間及び素子抵抗値両端間のソースホロワオフ
セット電圧は基準素子のソースホロワオフセット電圧に
略々等しく、アクティブ素子のソースホロワ出力端子14
もアース電位になるので、それらのオフセットが略々相
殺さる。これは前述のターンブル及びクークの論文に記
載されているオフセット消去方法である。しかし、本発
明では基準素子３及び４は単一の遮へいした焦電検出素
子であり、ダイオード対のみではない。従って本発明で
は周囲の温度変化により生ずる単調な温度変化に応答し
てこれらの基準素子により発生される信号も負帰還ルー
プを介して共通のバイアスライン10に帰還されるため、
出力端子14において斯る単調な温度変化信号が略々相殺
される。これがため、64個の検出器を一方の素子を遮へ
いした複素子検出器の代りに低コストの単素子検出器と
することができると共に、温度補償を基準素子３及び４
を遮へい焦電検出素子に変更する点を除いて回路を実際
上殆んど変更する必要なしなしに得ることができる。基
準素子は遮へい体の製造を除いてアクティブアレー素子
と一緒に極めて僅かな追加のコストで製造ることができ
る。
上述の変更により他の利点も得られる。ソースホロワ
出力端において大地に対し測定さるオフセット電圧の成
分はゲートリーク電流がダイオード及び検出素子自体を
経て流れるために検出素子両端間の電圧差である。前述
の論文に開示されている回路では、検出素子の直流イン
ピーダンスがこの素子と並列に接続された逆並列ダイオ
ード対の直流インピーダンスに比較して大きい場合にオ
フセット消去が一層良好になる。この場合にはダイオー
ド対のみから成る基準チャネルがアクティブチャネルに
一層等価になる。しかし、本発明では基準チャネルが基
準検出素子とダイオード対を含んでいるためアクティブ
チャネルに極めて等価になる。これがためダイオード対
と検出素子とのインピーダンス比に無関係に良好な補償
が達成される。
出力端において大地に対し測定さるオフセット電圧の成
分はゲートリーク電流がダイオード及び検出素子自体を
経て流れるために検出素子両端間の電圧差である。前述
の論文に開示されている回路では、検出素子の直流イン
ピーダンスがこの素子と並列に接続された逆並列ダイオ
ード対の直流インピーダンスに比較して大きい場合にオ
フセット消去が一層良好になる。この場合にはダイオー
ド対のみから成る基準チャネルがアクティブチャネルに
一層等価になる。しかし、本発明では基準チャネルが基
準検出素子とダイオード対を含んでいるためアクティブ
チャネルに極めて等価になる。これがためダイオード対
と検出素子とのインピーダンス比に無関係に良好な補償
が達成される。
更に、アクティブ素子はこれと並列に接続された第２
の遮へいされた検出素子を具えないことから他の利点が
得られる。即ち、この場合には各素子の温度変化に対し
得られる信号電圧が増大する。驚いたことに、雑音は同
程度には増大しない。従って、信号対雑音比が改善され
る。
の遮へいされた検出素子を具えないことから他の利点が
得られる。即ち、この場合には各素子の温度変化に対し
得られる信号電圧が増大する。驚いたことに、雑音は同
程度には増大しない。従って、信号対雑音比が改善され
る。
上述の実施例は一例であって、本発明を各端に１個づ
つ２個の基準素子を具えた検出器のリニアアレーに限定
するものでない。本発明はリニアアレーと関連して１個
の基準素子のみを用いる場合又は３個以上の基準素子を
用いる場合にも等しく適用し得るものである。本発明は
一つの隣接基準素子と関連して使用される単素子検出器
又は両側に１個づつ２個の基準素子と関連して使用され
る単素子検出器に適用してもっと精密な温度補償信号を
得ることもできる。
つ２個の基準素子を具えた検出器のリニアアレーに限定
するものでない。本発明はリニアアレーと関連して１個
の基準素子のみを用いる場合又は３個以上の基準素子を
用いる場合にも等しく適用し得るものである。本発明は
一つの隣接基準素子と関連して使用される単素子検出器
又は両側に１個づつ２個の基準素子と関連して使用され
る単素子検出器に適用してもっと精密な温度補償信号を
得ることもできる。
本明細書を読めば、当業者であれば他の変更が明らか
である。これらの変更は熱放射検出器アレー及びサーマ
ルイメージング装置の設計、製造及び使用方法において
既知の他の特徴と関連し、上述の特徴の代り又は上述の
特徴に加えて用いることができ、本発明は上述した実施
例にのみ限定されるものでなく、種々の変更や変形もそ
の範囲に含むものである。
である。これらの変更は熱放射検出器アレー及びサーマ
ルイメージング装置の設計、製造及び使用方法において
既知の他の特徴と関連し、上述の特徴の代り又は上述の
特徴に加えて用いることができ、本発明は上述した実施
例にのみ限定されるものでなく、種々の変更や変形もそ
の範囲に含むものである。
図面は本発明熱放射検出装置の一実施例の回路図であ
る。 1,2……検出素子 3,4……基準検出素子 5,6……遮へい体 ９……基板 10……共通ライン 11,12……低リーク装置 13……MOSFETソースホロワ 14,15……出力端子 16,17……抵抗 19……高利得直流増幅器 20,21……帰還キャパシタ及び抵抗 23,24……長時定数フィルタ
る。 1,2……検出素子 3,4……基準検出素子 5,6……遮へい体 ９……基板 10……共通ライン 11,12……低リーク装置 13……MOSFETソースホロワ 14,15……出力端子 16,17……抵抗 19……高利得直流増幅器 20,21……帰還キャパシタ及び抵抗 23,24……長時定数フィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01J 5/10 - 5/18 G01J 5/02 G01J 1/42 - 1/46
Claims (8)
- 【請求項１】マウント上に配置され、被写体からの熱放
射を受け、これにより温度が変化して２つの端子間に出
力信号を発生する、低リーク装置で分路された第１の高
インピーダンス熱放射検出素子を具え、該第１の高イン
ピーダンス熱放射検出素子の一方の端子を出力端子に接
続し、且つ基準低リーク装置を具え、該基準低リーク装
置の一方の端子を高利得負帰還ループを介して当該基準
低リーク装置の他方の端子に接続すると共に共通ライン
を介して前記第１の高インピーダンス熱放射検出素子の
他方の端子にも接続して成る熱放射検出装置において、
前記基準低リーク装置を前記第１の高インピーダンス熱
放射検出素子と公称上同一の基準高インピーダンス熱放
射検出素子で分路し、この基準高インピーダンス熱放射
検出素子を前記マウント上に前記第１の高インピーダン
ス熱放射検出素子と隣接して配置すると共に被写体放射
から遮へいして、周囲温度変化が前記第１の高インピー
ダンス熱放射検出素子と前記基準高インピーダンス熱放
射検出素子の双方に等しく影響を与え、従って周囲温度
変化により生じた前記基準高インピーダンス熱放射検出
素子の出力が周囲温度変化により生じた前記第１の高イ
ンピーダンス熱放射検出素子の出力を前記負帰還ループ
を介して略々補償するようにしたことを特徴とする熱放
射検出装置。 - 【請求項２】前記第１の高インピーダンス熱放射検出素
子は、公称上同一の検出素子のアレーの１つの素子であ
り、各素子の一方の端子は、前記共通ラインに接続して
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の熱
放射装置。 - 【請求項３】前記基準高インピーダンス熱放射検出素子
及び前記第１の高インピーダンス熱放射素子は、焦電セ
ラミック材料から成るものであることを特徴とする特許
請求の範囲第１項又は第２項に記載の熱放射検出装置。 - 【請求項４】前記基準高インピーダンス熱放射検出素子
及び前記第１の高インピーダンス熱放射素子は、分極硫
化ポリビニリデンコポリマーフィルムから成るものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項のい
ずれか一項に記載の熱放射検出装置。 - 【請求項５】マウント上に配置され、被写体からの熱放
射を受け、これにより温度が変化して２つの端子間に出
力信号を発生する、低リーク装置で分路された第１の高
インピーダンス熱放射検出素子を具え、該第１の高イン
ピーダンス熱放射検出素子の一方の端子を第１のインピ
ーダンス変換器の入力に接続し、該第１のインピーダン
ス変換器は、出力を有し、且つ基準低リーク装置を具
え、該基準低リーク装置の一方の端子を前記第１のイン
ピーダンス変換器と公称上同一の第２のインピーダンス
変換器に接続し、次いで高利得負帰還ループを介して当
該基準低リーク装置の他方の端子に接続すると共に共通
ラインを経て前記第１の高インピーダンス熱放射検出素
子の他方の端子にも接続して前記第２のインピーダンス
変換器の出力端子を零電位にすることにより、当該イン
ピーダンス変換器の前記出力における信号が前記検出素
子によって受け取られた放射のレベルだけを表すよう
に、前記第２のインピーダンス変換器のオフセット及び
前記第１のインピーダンス変換器のオンセットを補償す
るようにした熱放射検出装置において、前記基準低リー
ク装置を前記第１の高インピーダンス熱放射検出素子と
公称上同一の基準高インピーダンス熱放射検出素子で分
路し、この基準高インピーダンス熱放射検出素子を前記
マウント上に前記第１の高インピーダンス熱放射検出素
子と隣接して配置すると共に被写体放射から遮へいし
て、周囲温度変化が前記第１の高インピーダンス熱放射
検出素子と前記基準高インピーダンス熱放射検出素子の
双方に等しく影響を与え、従って周囲温度変化により生
じた前記基準高インピーダンス熱放射検出素子の出力が
周囲温度変化により生じた前記第１の高インピーダンス
熱放射検出素子の出力を前記負帰還ループを介して略々
補償するようにしたことを特徴とする熱放射検出装置。 - 【請求項６】前記第１の高インピーダンス熱放射検出素
子は、公称上同一の検出素子のアレーの１つの素子であ
り、各素子の一方の端子は、前記共通ラインに接続し、
他方の端子は、前記第１及び第２のインピーダンス変換
器と公称上同一の関連するインピーダンス変換器に接続
してあることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載
の熱放射装置。 - 【請求項７】前記基準高インピーダンス熱放射検出素子
及び前記第１の高インピーダンス熱放射検出素子は、焦
電セラミック材料から成るものであることを特徴とする
特許請求の範囲第５項又は第６項に記載の熱放射検出装
置。 - 【請求項８】前記基準高インピーダンス熱放射検出素子
及び前記第１の高インピーダンス熱放射検出素子は、分
極硫化ポリビニリデンコポリマーフィルムから成るもの
であることを特徴とする特許請求の範囲第５項〜第７項
のいずれか一項に記載の熱放射検出装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8809593.0 | 1988-04-22 | ||
| GB8809593A GB2217442B (en) | 1988-04-22 | 1988-04-22 | Temperature compensated thermal radiation detectors |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01307630A JPH01307630A (ja) | 1989-12-12 |
| JP2843049B2 true JP2843049B2 (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=10635688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1097662A Expired - Fee Related JP2843049B2 (ja) | 1988-04-22 | 1989-04-19 | 熱放射検出装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4967082A (ja) |
| EP (1) | EP0338639B1 (ja) |
| JP (1) | JP2843049B2 (ja) |
| DE (1) | DE68914018T2 (ja) |
| GB (1) | GB2217442B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| EP0220546A1 (de) * | 1985-10-15 | 1987-05-06 | Maschinenfabrik Rieter Ag | Spinnvorrichtung zum Offenend-Spinnen |
| DE3930828C3 (de) * | 1989-09-14 | 1995-04-20 | Wolfgang Dipl Ing Knappe | Verfahren zur Kompensation der Gehäusetemperatur im Meßsignal eines Pyrometers und Pyrometervorrichtung |
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| US5144133A (en) * | 1991-04-04 | 1992-09-01 | Texas Instruments Incorporated | Uncooled infrared detector readout monolithic integrated circuit with individual pixel signal processing |
| US5926217A (en) * | 1993-07-27 | 1999-07-20 | Drs Technologies, Inc. | Focal plane array integrated circuit with individual pixel signal processing |
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| US6249002B1 (en) | 1996-08-30 | 2001-06-19 | Lockheed-Martin Ir Imaging Systems, Inc. | Bolometric focal plane array |
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| US5910751A (en) * | 1997-02-14 | 1999-06-08 | International Business Machines Corporation | Circuit arrangement and method with temperature dependent signal swing |
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|---|---|---|---|---|
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1988
- 1988-04-22 GB GB8809593A patent/GB2217442B/en not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-03-21 US US07/326,580 patent/US4967082A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-04-17 DE DE68914018T patent/DE68914018T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-04-17 EP EP89200976A patent/EP0338639B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-04-19 JP JP1097662A patent/JP2843049B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| EP0338639A2 (en) | 1989-10-25 |
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| GB2217442A (en) | 1989-10-25 |
| US4967082A (en) | 1990-10-30 |
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| EP0338639B1 (en) | 1994-03-23 |
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| DE68914018T2 (de) | 1994-07-21 |
| GB2217442B (en) | 1992-04-15 |
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