JPS60158324A - 熱放射画像装置における熱放射検出器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱画像装置、特に同装置に用いられる赤外線
検出器アレイに関する。

〔従来の技術〕

熱画像装置は、主として赤外線スペクトル領域における
温度差および熱放射率の差の放射画像を可視画像に変換
するのに用いられる。

このような装置では、画像は、赤外線放射を電気信号に
変換する１寸たはそれ以上の検出器または、検出用素子
の上を領域単位で走査される。

この電気信号は、増幅され、電子的な処理を行った後に
、ＣＲＴのような可視画像を得るための電子光学変換装
置、例えば、ディスプレイ装置を付勢する。

検出用素子は、ｌ１ｇＣｄＴｅなどの半導体物質で作ら
れていて、赤外線光子により、その物質の結合分子構造
から解放された自由電子と正孔とからなる光電流から電
気信号が得られる。

そのような装置−の一例では、単一の検出用素子を用い
、その上を全画像が走査されろうしかし、通常−列に並
んだ複数の検出用素子（リニアアレイ）を用いることに
より、性能が改善される。

一つの方法として、各素子が、同一の画像の異なる部分
をサンプルするように配列された素子群の上を画像が走
査される。その結果、低減された周波数帯域で動作する
ので、単一素子の検出器と比較して、Ｓ／Ｎ比か改善さ
れる。この動作モードは、ノぞラレルスキャンモードと
して知られている。

他の方法として、画像の各領域または各点が、順次に各
素子に焦点合わせされるように配列された素子群の上を
画像が走査される。個々の素子で検出された信号は、相
関をとるように互いに加えられるが、個々の素子におけ
る雑音は相関関係がないので、Ｓハ比が改善される。こ
の動作モードμ、″シリアルスキャン”モードとして知
られている。

パラレルスキャンモードおよびシリアルスキャンモード
のいづれのタイプの装置においても、各検出用素子ごと
に１本の電気的導線と１本の共通導線を、冷却容器から
導き出すことが必要である。

この電気導線の本数は、検出用素子のカプセル封じを困
難かつ高価なものにする。

この電気導線の本数全最小にする検出器は、１９７６年
１１月３０日に発行された米国特許第３．９９５，１５
９号囁熱画像装置ＩＣ発明者：テャールズ、トーマス、
エリオツド）に開示されている。

この特許は、従来のシリアルまたはノξラレル。

ニアアレイの代りに単一の３′電極線型検川器を用いた
走査型熱画像検出装置について記述している。

この特許に記述された検出器はＨｇＣｄＴｅの光伝導性
半導体の細い長片から構成される。

その長片の中のフォトキャリアのＰリフト速度が、画像
走査速度に等しくなるようにバイアス電流が加えられる
。その結果、画像の分解能が改善される。

検出された画像全構成する変調フォトキャリアの流れは
、光伝導性半導体の長片の一端にと如つけられた２本の
読出電極の＋Ｖ」の抵抗率の笈化として測定される。

〔発明が解決し工すとする問題点〕

このような光伝導性半導体の長片に関連する問題点の一
つは、長片の一端に取９つけられた２本の読出電極によ
る信号読出しに必要な時間が長いことである。

したがって、本発明の主目的は、信号読出し時間を短縮
するメカニズムを有する光伝導性半導体の長片からなる
単−横用器ケ提供することにある。

〔問題点を解決するための平膜〕

本発明の目的は放射画像が、長片に沿って走査されると
き、電子と正孔のフォトキャリアが発生して光伝導状態
になる半導体物質の長片を含む検出器によって達成され
る。この検出器は、長片の中にフォトキャリアの両極性
ドリフトラ生じさせるように長片の縦方向にノ々イアス
電流を加えるメカニズムケもつ。ドリフトの速度と方向
は、長片に沿って放射画像を走査する速度と方向に一致
する。

更に、この検υう器に、長片の一端の近傍に接続さｔ′
ｌた第１お工ひ第２の読出電極をもつ。

’ｉ、ｉ、長片は活動領域長を有し、更に、読出電極は
、セパレーションｆｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）’ｉ有しド
リフトしている少数フォトキャリアが、半導体物質の平
均電子中正孔再結合時間よりも短い時間で読出ｘｍ間の
上記七ノ々レーションに到達するように設定される。

この検出器は、長片の活動領域全通過するフォトキャリ
アの両極性ドリフトの速度より速い速度で、フォトキャ
リアの両極性ドリフトが読出電極間の七ノぐレーンヨン
會通して掃引されるように第２のバイアス電流がＤ口元
られる。

この検出器は、２つの続出電極の間の領域金覆う光学的
マスクをもち、そのマスクにニジ失われる信号を部分的
に補償するために長片の活動領域の長さ全その分延長１
ている。

〔実施例〕

まず米国特許第３，９９５．１５９号の装置についての
記述を含む第１図に示す従来技術によるデノ々イスにつ
いての記述ケする。

第１図において、光伝導デバイス１は、狭帯域ギヤツブ
會もつＨｇＣｄＴｅ　、　ＩｎＳｂまたはＰｂ５ｎＴｅ
なとの半導体物質の長片９とその両端に溶着されたＡＩ
などの金属電極１１および１３と電極１３の近くに設け
られたＡｎどの電極１５とを含む。

長片９の縦方向に一定のバイアス電流ＩＢが流れるよう
に、電極１１と１３の間に可変抵ｌ５ｔ１９と直列に接
続された電池１７が配置されている。

読出電極として動作する％Ｌ極１３と１５の間に出力（
ロ）路−ｉたは読出回路２１が接続されている。

長片９は、通當液体窒素冷却谷器（図示されていない１
内で冷却される。−力、市１池１７、抵抗１９および読
出回路２１は容器外に置かれ室温状態にある。

それ故、デノ々イス１の２つ・の部分が電気的接続を保
ちながら、熱的に絶縁するため従来からのカプセル封じ
（図示されていない）を必要とする。

前記米国特許の第２図に示されるように赤外線画像が従
来の走査および合焦点装置により長片９上に投影される
。この走査および合焦点装置は、例えば、縦軸のまわｐ
に連続的に回転する第１の銑と、水平軸の捷わシにステ
ップ的に回転する第２の鋭全励えている。

装置は光景會ラスター走査し、デバイス１の長片９の上
に、対応する赤外線画像を領域単位で生じさせろ。

作像幻、一体の（ｉｎｔｅｇｒａ＋）光景要素領域の列
に対応１６一体の画像要素領域の列から構成される。

画像領域は、縦軸の１わりに回転する鏡の回転によって
、速度Ｖｉで長片９に沿って移動する。

光景の異なる要素領域列に対応する画像は、水平軸のま
わりに回転する鏡のステップ的な回転によって、長片９
の上に順次に投影される。

電池１７は、画像領域７が長片９に沿って電極１３に向
って移動する方向と同じ方向に少数キャリアがドリフト
するように接続されている。

抵抗Ｊ９は、少数キャリアのＰリフト速度（より厳密に
は両極性ドリフト速度）　Ｖｄが画像走査速度Ｖｉに等
しくなるようなバイアス電流ＩＢとなるように調整され
ろ。

画像領域７を形成する赤外線光子は、長片９のそれが入
射している領域に、電子と止孔の対、すガわちフォトキ
ャリア會発生させ、キャリア密度を、それらの平衡値よ
シ局部的に嶋くする。

過剰少数キャリアはＶｉに等しい速度Ｖｄ′ｔｌ″に極
１５に向ってドリフトするので、画像領域７に対応する
少数キャリア密度は、電極１５へ向っての移動中に連続
的に増加する。

画像領域７の径路に沿っての電子・正孔の対の発生する
速度は、画像領域７の光子束すなわち照度に依存する。

したがって、画像領域７の移動径路に沿った任意の点に
おける過剰少数キャリア密度は、画像領域７におり′る
照度を示す量だけ局部の導電率を変調する。

バイアス電流ＩＢは、一定なので、長片９内の導電率（
したがって、抵抗率ンの変調は、局部的な電界変化を生
じさせる。

画像領域７お工び同様なその他の画像領域（図示されて
いない）に対応する長片９内の局部的電界変化は、電極
１５と１３の間の電圧変化として、取り出され、増＠さ
れ、処理されて映像信号となる。

第１図の検出器の動作は、第２図を用いて下記のように
説明される。

光伝導検出器３０は、合焦点光学系と走査用鏡で、焦点
合わせされ、縦方向に走査される黒体放射照度束φに応
じて電子的出力信号ｅ＋ｒ田力する。

信号ｅ１は、検出器３０の平面上に焦点合わせされ、走
査されている熱画像の電子的表現である。

検出器の主バイアス電流Ｉ、は電界Ｅ、をつくる。

光束φによって検出器３０に発生した瞬時電荷キャリア
密度は、画像が検出器３０上を走査される速度と同じ速
度でドリフトするように電界ＥＩの値が設定される。か
くて、長さ５６をもつ検出器に固有の空間的解像度會も
ちながら、それにニジ得られる出力信号よシ、強化され
た出力信号を得ることができる。

この発明においては、検出器３０の長さ５４をもつ主髪
部を通ってドリフトする速度Ｖｄ、Ｃりも速い速度で、
長さ５６をもつ読出領域をポ１って、積分された電荷の
パケットが掃引される工うに第２のバイアス亀ａ　Ｉｓ
が加えられる。

これは、光景情報の変調伝達関数を強化しながら、信号
の続出時間を短縮する利点を有する。

続出時間の短縮は、読出領域の長さ５６ケ短縮ｔろこと
によっても得られるけれども、信号変化は積分された電
荷のパケットが長さ５６をもつ領域全移動する距離に比
例するので、この方法では信号レベルが低下する。

長さ５６？］ｌ−もつ領域を走査速度で移動する実像の
歪みヶ防ぐために、第３図に示すように長さ５６會・も
つ領域音光学的に遮蔽し、光束φで示される実像による
応答変化をなくすることができる。

長さ５５をもつ領域は、第２図の長さ５４全もつ領域よ
ｐ長くして、長さ５６をもつ領域の光学的マスク５８に
よる信号損失全部分的に補償する。

この発明において、第２図に示すごとく、電圧源（Ｖｉ
）３４によシ抵抗（Ｒ，）３２’に通して流れる電流Ｉ
、が導線５２とアースの間に電圧Ｂ＋’に生じさせる。

電流■１は、接続点４４で検出器３０に入力される。

電圧源３４、抵抗３２はそれぞれ第１図の素子１７．１
９に対応する。電流１１は、電流ＩＢに対応する。長さ
５４お工び５６ケもつ領域全分離するため電圧源ＩＶ２
）３６および抵抗（Ｒ２）　３８により第２のバイアス
電流Ｉ２が接続点４６に加えられる。

コンデンサ（Ｃ＋　）　４０および増幅器４２を経て信
号出力ｅ１が出力線５０とアース４８の間に出力される
。

電圧源Ｖ、およびＶ２は、適当な電流値が得られるよう
に可変になっているが、抵抗Ｒ，およびＲｚｋ可変とす
る方法も可能である。

第３図に示す検出器は、長さ５５をもつ領域が長さ５４
全もつ領域ニジ長さ５６たけ長いこと、ならびに実像の
歪みを防ぐように光学的アスク５８を挿入することによ
シ、第２図の実施例に実質的に等しい出力信号レベルを
得ていることを除いては、第２図と同様である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の技術による検出器會示す。 第２図、第３図は、本発明の検出器の実施例を示す。 ｌ：光伝導デバイス　７：画像領域 ９：半導体物質の長片 １１．１３，１５：電極 １７：電池　１９：可変抵抗 ２１：読出回路　３ｏ：光伝導検出器 ３２　、３８　：抵抗　３４，３６：電圧源４０：コン
デンサ　４２：増幅器 ４６　、４８　；読出′市価 ５４　、５５　：活動領域 ５６：読出領域、５８：光学的マスク 特許出願人　ハネウェル争インコーボレーテッド代理人
　弁理士　松　下　義　治

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）検出手段およびその検出手段上を熱放射画像が走
   査される走査手段とを含む熱放射画像装置における熱放
   射検出器であって、 ん　前記画像が、その上に沿って走査されると、電、予
   圧孔のフォトキャリアを発生して光伝導性となる半導体
   物質の長片と、 Ｂ、その速度と方向が、実質的に前記走査の速度と方向
   に一致するフォトキャリアの両極性ドリフト’に生じさ
   せるノ々イアス電流を前記長片の縦方向に加える手段と
   、− 〇　ある活動領域長を有する前記の長片の一端の近傍で
   この長片にを付けられた第１および第２の読出電極であ
   って、これらの読出電極は七ノξレーションを有し、 前記ドリフトの少数フォトキャリアが前記半導体物質の
   平均電子・正孔再結合時間よシ短かい時間で、前記第１
   および第２の読ｆｆｌ電極間の前記セパレーションに到
   達するようにしてなる第１および第２の読出電極とが、
   前記活動領域を通過する前記フォトキャリアのドリフト
   より速い速度をもつように第２のバイアス電流を加える
   手段を、もつことを特徴とする熱放射検出器。 （２）　前記長片の前記読出電極の間の領域において前
   記放射画像が走査されないようにする遮蔽手段をもつ第
   １項記載の熱放射検出器。 （３）前記遮蔽手段が光学的マスクである第２項記載の
   熱放射検出器。 （４）前記遮蔽手段をもった前記長片の活動領域の長さ
   が、前記遮蔽手段會もたない前記長片の活動領域の長さ
   ニジ長い第３項記載の熱放射検出器。 （５）前記活動領域の長さの差が、前記読出電極の間の
   距離に実質的に等しい第４項記載の熱放射検出器。 （６）前記半導体物質がＨｇＣｄＴｅを含む第１項記戟
   の熱放射検出器。