JPH02189431A - 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〕 ！８像素子の視野を制限するために冷却された開口であ
るコールドアパーチャを備えた赤外線撮像装置に同し、 装置温度の変動による撮像素子出力信号への影響を補正
することを目的とし、 撮像対象からの赤外光が入射され、これを光電変換して
１１１ｆＩＩ信号を出力する撮像素子と、入射光を制限
するための冷却された開口であるコールドアパーチャと
を持つ赤外線撮像装置において、走査周期内の大部分は
前記撮像対象から前記撮像素子へ入射される視野範囲の
赤外光を・一方向に走査し、走査周期の残りの一定期間
では装置内部のみを走査する走査装置と、該走査装置に
より装置内部のみを走査している期間に前記撮像素子か
ら取り出されたＲ像信号を用いて補正用信号を生成する
補正用信号生成手段と、生成された該補正用信号が記憶
されるメモリと、前記走査装置により前記視野範囲を走
査している期間に前記撮像素子から取り出された搬像信
号に対して前記メモリから読み出した前記補正用信号を
差し引いて補正済搬像信号を得る演算手段とより構成す
る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は赤外線搬像装置に関し、特に撮像素子の視野を
制限するために冷却された開口である］−ルドアバーチ
ャを備えた赤外線路＆装置に関する。

赤外線搬像装置は第６図に示すように、赤外線撮像素子
１がコールドヘッド２上に取付けられ、また搬像素子１
には集光のためのレンズ３．赤外線を透過する例えばゲ
ルマニウム（Ｇｅ）製のウィンド４．コールドアパーチ
ャ５を順次通して赤外線が入射される。

撮像素子１．コールドヘッド２．コールドアパーチャ５
は例えばガラス製の１ｍ素子容器６内に収納されており
、撮像素子容器６の一部は前記ウィンド４が設けられて
いる。撮像素子容器６の内部は真空とされている。レン
ズ３は鏡筒７に取付けられている。

コールドアパーチャ５は撮像素子１とレンズ３との間に
設けられ、主にレンズ３からの赤外光をυＪ限する（換
言すると、撮像素子１の視野８を制限することにより、
撮像素子１に入射する搬像対象からの背景光を＄９限す
る）ことを目的とし、また鏡筒７などのレンズ面以外の
物体を８＠素子１が見込まないようにする目的も兼ねて
いる。

このように、冷却された開口であるコールドアパーチャ
５を儀えた赤外線搬像装置においては、装置の環境温度
が変化しても、赤外画像が変化しないよう、装置の温度
安定度を向上させる必要がある。

〔従来の技術〕

Ｉｌｌ（ｇ！素子１がレンズ面以外の装置の一部を見込
んでいる場合、周囲温度の変化により装置の温度が変化
すると、撮像素子１に入射する赤外光も変化するため、
搬像対象が変化しないにも拘らず撮像素子１の出力撮像
信号が変化することになり不都合が生じる。このため、
コールドアパーチャ５とレンズ３とのサイズ、位置関係
の整合をとることにより、撮像素子１がレンズ面のみを
見込むようにしている。

例えば、第７図に示すような１次元のリニアアレイ型撮
像素子１ａの場合は、撮像素子１ａのＸ方向は１画素分
の長さで、Ｘ方向が複数画素弁の長さであるので、コー
ルドアパーチャ５ａはこのａｍ素子１ａの形状に応じて
長方形の開口を有する。

第８図はこのリニアアレイ型ＩＩ像素子を用いた従来の
赤外線路像装置の一例の構成図を示し、同図（Ａ）は撮
像素子１ａのＸ方向から見た構成図、同図（Ｂ）はＸ方
向から見た構成図で、各図中、第６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８図（Ａ）に示すように、コールドアパーチャ５ａに
より撮像素子１ａはレンズ３のレンズ面だけを見込むこ
とができる。

しかし、第８図に示した従来装置では、リニアアレイ型
搬像素子１ａのＸ方向については同図（Ａ）に示す如く
撮像素子１ａはレンズ面のみを見込むようにできるが、
撮像素子１ａのＸ方向については同図＜８＞に示す如く
端の受光素子１ａ−１の視野を確保するためコールドア
パーチャ５ａが広いので、Ｒ機素子１ａはレンズ面以外
のＨ筒７の内壁を見込んでしまう。

この点については、コールドアパーチャ５ａの開口面積
を小さくすることと、レンズ３のレンズ径を成る程度大
きくすることで対処することができるが、コールドアパ
ーチャ５ａの開口面積を小さくすると感度の低下を招き
、またレンズ３の直径を大きくするとコストが増加し、
形状も大型化する。

特に搬像素子１ａの受光素子数が増加し、サイズが大き
くなった場合、実際に第８図（Ａ）のような搬像素子ｌ
ａ、コールドアパーチャ５ａ、レンズ３の位置関係を実
現するのは大変に困難である。

そこで、従来は環境温度の変動による撮像素子１の出力
撮像信号の変動を補正するため、第９図に示す如きブロ
ック図の構成とされていた。同図中、第６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９図
において、搬像素子１から取り出された撮像信号は、プ
リアンプ１０で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１１でディジタ
ル信号に変換された後、算術論即コニット（ＡＩＬＪ＞
１２に入力される。

ここで、上記の撮像信号は、撮像素子１を構成している
、ライン状に配列された多数個の受光素子の位置に応じ
て第１０図に示す如くになる。ずなわち、同図に示すよ
うに、撮像信号１ヱレンズ３から入射する有効入射光に
よる信号成分１と、鏡筒７から入射する無効入射光によ
る信号成分■と、搬像素子１自身が持つ温度により発生
する暗電流成分■とより構成されている。

このうち、無効入射光による信号成分■は第１０図に示
す如く、受光素子の位置により異なり、中央部の受光素
子で最も多く、端の方の受光素子はど少なくなる。これ
は、第７図のような長方形のスリットのコールドアパー
チャ５を各受光素子から見た時の開口部分の立体角が中
央部の受光素子はど大きく、両端の受光素子で最も小さ
くなるためである。

ここで、装置の環境温度が変動した場合、鏡筒７の温度
変動が発生し、これに応じて無効入射光による信号成分
■がｄ＋で示す如く変動する。このときの変動ｆｆ１ｄ
＋は各受光素子により異なる。

一方、撮像素子１の冷却ｍ度が変動した場合、暗電流成
分■がｄｚで示す如く変動する。このときの変動量ｄ２
は、各受光素子のばらつきがないとすると、全受光素子
−様である。

このような搬像信号の変動を補正するため、第９図に示
した従来装置では、鏡筒７の内面に取付けた第１の温度
センυ１３で鏡ｎ７の温度を検出し、またコールドヘッ
ド２に取付けた第２の温度センサ１４で搬像素子１の冷
却温度を検出し、温度センサ１３，１４の各出力検出信
号をＡ／Ｄ変換器１５．１６によりディジタルデータに
変換してメモリ（ＲＯＭ：リード・オンリ・メモリ）に
アドレスとして入力する。

メモリ１７．１８には第１０図に示した温度変動に対す
る撮像信号の変動１ｄ＋、ｄｚを測定して得た、その補
正データが予め記憶されている。

このため、上記のＡ／Ｄ変換器１５．１６からの各温度
データに対応する補正データがメモリ１７゜１８から読
み出されてＡＬｔＪ１２に供給され、ここでＡ／Ｄ変換
器１１からの搬像信号データと共に補正演算が行なわれ
る。これにより、Ａ　Ｉ−ｕ１２から出力端子１９へは
温度変動が補正された搬像信号が取り出される。

〔発明が解決しようとする課題） しかるに、上記の従来の赤外線搬像装置は、第９図に示
したように、温度センサ１３．１４．Ａ／Ｄ変換器１５
．１６．メモリ１７．１８．及びＡＬＵ１２が補正処即
のために必要であり、装置が複雑となり、コストが増加
するという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、装＠温度の
変動による撮像素子出力（符号への影響を補正すること
ができる赤外Ｉ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。本発明は搬ＩＥ？
素子１とコールドアパーチャ５とを持つ赤外線撮像装置
において、ボ査装置２１．補正用信号生成手段２２．メ
モリ２３及び演算手段２４を具備するようにしたもので
ある。

走査装置２１は走査周期内の大部分は視野範囲内の赤外
光を一方向に走査し、走査周期の残りの一定期間では装
置筐体２５の内部のみを走査する。

補正用信号生成手段２２は、走査装置２１が装置内部の
みを走査している期間中に撮像素子１から取り出された
光像信号を用いて補正用信号を生成する。

演ｎ手段２４は走査装置２１が視野範囲を走査している
期間に撮像系子１から（ｑられる搬像４ｉ号とメモリ２
３からの上記補正用信号とを減のする。

〔ｎ用〕

いま、ＲｆＱ素子１に入射される赤外光が撮像対象から
のらのでなく、すべて装置筐体２５からの赤外放射光で
あるものとすると、その場合の撮像系子１を構成する多
数個の受光素子の位置と撮像信号との関係は第２図に示
す如くになる。

すなわち、このとき受光素子（撮像系子１）に入射する
赤外光はすべて無効入射光であるから、出力撮像信号は
第２図に示す如く暗電流成分■を除くと、レンズ（第６
図のレンズ３に相当）を経由しない無効入射光による信
号成分■と、レンズを経由した無効入射光による信号成
分Ｖとからなり、撮像対象によらず装置の環境温度（装
置温度）と受光素子位置の関数となる。また、装置温度
変動による搬像信号の信号変動量ｄはレンズ外からの無
効入射光による信号成分■の信号変動量ｄ１と、暗電流
成分■の信号変１１１　ｍ　ｄ　２とレンズ経由の無効
入射光による信号成分Ｖの信号変動ｍ　ｄ　３の３つの
和となる。

ここで、無効入射光による信号成分のうちレンズ経由の
無効入射光による信号成分Ｖの比率は受光素子の位置に
よらず一定の比率であり、各受光素子がレンズを見込む
立体角とレンズ外を見込む立体角の比率で定まる。一方
、レンズ外からの無効入射光による信号成分■は受光素
子の位置によって異なり、未知の値であり、また装置温
度が同じ場合はｉｓ素子１に撮像対象からの赤外光が入
射したときに装置内部から入射する無効入射光による信
号成分と同じである。

そこで、本発明は上記の点に着目して、前記補正用信号
生成手段２２により、撮像素子１へ入射される赤外光が
装置筐体２５からの赤外放射光だけによるものであると
きの撮像信号から上記のレンズ経由の無効入射光による
信号成分Ｖとその変動部ｄ３とを差し引くことにより、
補正用信号を生成し、この補正用信号をメモリ２３へ記
憶する。

そして、撮像系子１への赤外光が走査装置２１により視
野範囲を走査して得られる撮像対象からの赤外光である
ときに、撮像信号を演算手段２４へ供給し、ここでメモ
リ２３に記憶しておいた上記の補正用信号を読み出して
減算を行なうことにより、そのときの搬像信号中のレン
ズ外からの無効入射光による信号成分ＩＶと暗電流成分
■及びそレラノ変動ｆｆ１ｄ＋、ｄ２を相殺除去するこ
とができる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例につき説明するに、第３図は本発明
の要部をなす前記走査装置２１の第１実施例の構成図を
示す。同図中、第１図及び第６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、
２１ａは振動ミラーで、前記走査装置２１に相当する。

この振動ミラー２１ａは実線部分と破線部分との間を往
復振動し、走査範囲を２８で示す如く、視野範囲２９だ
けでなく装置筺体２５への走査範囲３０にも広げ、走査
周期内の大部分は従来と同様に視野範囲２９を一方向に
走査して撮像対象からの赤外光を反射してレンズ３へ入
射せしめ、走査周期の残りの短い一定期間は装置筐体２
５への走査範囲３０を一方向に走査して装置筺体２５内
部からの赤外放射光のみを反射してレンズ３へ入射せし
める。

装置筺体２５の内部は振動ミラー２１ａとレンズ３以外
はすべて黒体化処理されており、−様の赤外放射となっ
ている。このような走査光学系の配置により、画像−枚
方の視野走査につぎ一回ずつ一定期間、装置筐体２５内
部の赤外放射光だけをレンズ３へ入射させることができ
る。

第４図は走査装置２１の第２実施例の構成図を示す。同
図中、第３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４図において、２１ｂは回転多面ミ
ラーで、走査装置２１に相当する。この回転多面ミラー
２１ｂは、その中心０を支点として・一方向に回転し、
その側面に入射される赤外光を反射してレンズ３へ照射
する。

従って、この回転多面ミラー２１ｂは第４図に実線で示
す位置から破線で丞す位置までの回転期間は、視野範囲
２９を走査し、踊像対染からの赤外光を反射してレンズ
３へ一定１ｊ向へ移動照射し、破線で示した位置から一
定明間は装置筐体への走査範囲３１を走査し、装置筺体
２５内部からの無効赤外光だけをレンズ３へ照射する。

本実施例も、第１実施例と同様に画像−枚方の視野走査
につき一回ずつ一定明間、装置筺体２５内部からの赤外
放射光だけをレンズ３へ入射することができる。

次に本発明の他の要部である信号処理回路部の一実施例
について第５図のブロック図と共に説明する。第５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５図において、赤外線撮像素子１は１木
の直線上に配列されたｍｌ（ただし、ｍは２以上の整数
）の受光素子３３−１〜３３−ｍと、それに１対１に対
応して設けられた信号転送用電荷結合素子（ＣＯＤ）３
４−１〜３４−量とからなるリニアアレイ型撮像木子で
ある。

３５はＡ／Ｄ変換器で、信号転送用ＣＣＤ３４−１〜３
４−ｓからシリアルに転送されてくる撮像信号をディジ
タル信号に変換する。３６は算術論理演算コニット（Ａ
　ｔ、　Ｕ　）で、前記した補正用信号生成手段２２と
演算手段２４とを兼ねている６３７はランダム・アクセ
ス・メモリ（ＲＡＭ）で、前記メモリ２３を構成してい
る。

次に本実施例の動作について説明する。受光水子３３−
１〜３３−ｍに入射された赤外線はここで光電変換され
た後、信号転送用ＣＣＤ３４−１〜３４−ｍへ転送され
、更に信号転送用ＣＣＤ３４−１〜３４−１Ｉ１間を順
次シリアルに転送されて撮像信号としてＡ／Ｄ変換器３
５へ供給される。

Ａ／Ｄ変換器３５によりディジタル４８号に変換された
Ｒ像信号はＡＬＵ３６に供給される。ここで、ＡＬＵ３
６には、図示は省略したが、前記走査装置２１の走査に
同期したｔｐ＋ｍ信号が入力されており、これにより走
査装置２１が視野範囲を走査している期間と装置筐体へ
の走査範囲を走査している期間とを識別できるようにな
っている。

このため、ＡＬＵ３６は装置筐体への走査範囲を走査し
ているときにＡ／Ｄ変換器３５から入力される１ライン
分のディジタル撮像信号に対しては予め測定されたレン
ズ経由の無効入射光による信号成分Ｖの比率を用いて、
レンズ外からの無効入射光による信号成分■と暗電流成
分■とを示す補正用信号を受光素子３３−１〜３３−１
の各々について算出し、それをＲＡＭ３７に記憶させる
。

次にＡＬｔＪ３６は視野範囲２９を走査しているときに
Ａ／Ｄ変換器３５から入力される１ライン分のディジタ
ル撮像信号に対して、ＲＡＭ３７から上記の補正用信号
を読み出して減算を行なう。

これにより、ＡＬＵ３６からは前記したように装置温度
の変動による影響が除去された撮像信号が取り出される
。

なお、上記の実施例ではＲＡＭ３７には各走査周期毎に
その都度生成した補正用信号＠書き込み、それを読み出
しているが、本発明はこれに限らず、撮像装置により通
常のＲ像動作を行なう前に予め補正用信号を生成してＲ
ＡＭ３７に書き込んでおき、通常の搬像動作時にはＲＡ
Ｍ３７から補正用信号を読み出すだけの構成としてもよ
い。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、Ｒ像信号中のレンズ外か
らの無効入射光による信号成分と暗電流成分及びそれら
の変動量を相殺除去できるため、装置温度や素子冷却温
度の変動により搬像信号への影響を補正することができ
、またその補正は走査範囲を若干広げることと補正用信
号生成手段、メモリ及び演算手段よりなる簡単な構成の
回路の付加で実現できるため、従来に比べて簡単で、か
つ、安価な構成で撮像ＨＭの温度安定度を向上させるこ
とができ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１！！！構成図、 第２図は本発明における受光集子位置と搬像信号との関
係を示す図、 第３図及び第４図は夫々走査装置の各実施例の構成図、 第５図は本発明の要部の一実施例のブロック図、第６図
は赤外線撮像装置の概略構成図、第７図はりニアアレイ
型撮像素子とコールドアパーチャとの位置関係を丞す図
、 第８図は従来装置の一例の構成図、 第９図は従来の赤外線撮像装置の一例のブロック図、 第１０図は従来における受光素子位置と搬像信号との関
係を示す図である。 ２２は補正用信号生成手段、 ２３はメモリ、 ２４は演算手段、 ２５は装置筐体 を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 撮像対象からの赤外光が入射され、これを光電変換して
   撮像信号を出力する撮像素子（１）と、入射光を制限す
   るための冷却された開口であるコールドアパーチャ（５
   ）とを持つ赤外線撮像装置において、 走査周期内の大部分は前記撮像対象から前記撮像素子（
   １）へ入射される視野範囲の赤外光を一方向に走査し、
   走査周期の残りの一定期間では装置内部のみを走査する
   走査装置（２１）と、該走査装置（２１）により装置内
   部のみを走査している期間に前記撮像素子（１）から取
   り出された撮像信号を用いて補正用信号を生成する補正
   用信号生成手段（２２）と、 生成された該補正用信号が記憶されるメモリ（２３）と
   、 前記走査装置（２１）により前記視野範囲を走査してい
   る期間に前記撮像素子（１）から取り出された撮像信号
   に対して前記メモリ（２３）から読み出した前記補正用
   信号を差し引いて補正済撮像信号を得る演算手段（２４
   ）と、 を具備したことを特徴とする赤外線撮像装置。