JPH03246428A - 赤外線映像装置 - 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〕 校正源を用いて赤外線検知器の検出信号の温度補正を行
なう赤外線映像装置に関し、 環境温度や赤外線検知器の感度などの変化に対する影響
を極力排除して正確な温度検出を行なうことを目的とし
、 校正源からミラー及び集光光学系を介して赤外線検知器
に入射された赤外線の検知信号を基準にして、その後に
該ミラー及び該集光光学系を介して被写体から該赤外線
検知器に入射される赤外線の検知信号の校正を行なう赤
外線映像装置において、前記校正源から放射される赤外
線パワーを連続的又は段階的に変化させる赤外線パワー
可変手段と、該赤外線パワー可変手段によりパワーが順
次変化する該校正源からの赤外線を所定の温度間隔毎に
前記赤外線検知器で検知して得た検知信号とイのときの
該校正源の温度とに関するデータを配憶する記憶手段と
、前記被写体の搬像時に該赤外線検知器から取り出され
る被写体からの赤外線の検知信号に基づいて該Ｖ憶手段
からデータを読み出し、該被写体からの赤外線に対応し
た温度の検出処理を行なう検出手段とより構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は赤外線映像装置に係り、特に校正源を用いて赤
外線検知器の検出信号の温度補正を行なう赤外線映像装
置に関する。

〔従来の技術〕

第５図は従来の赤外線映像装置の一例のブロック図を示
す。同図中、１は対物面走査型の走査鏡で、撮像対象を
走査し、また校正用黒体２を走査する。走査１ｔ１の走
査角、走査周期等は走査制御部３により制御されている
。

走査線１で反射された赤外光は、集光光学系４を透過し
て集光されて赤外線検知器５に入射される。この赤外線
検知器５は画素を構成する赤外検知素子が１個のもの、
複数個の赤外検知素子が一次元配列されたりニアアレイ
型のもの、赤外検知素子がマトリクス状に二次元配列さ
れたもの、のいずれでも差し支えない。

赤外線検知器５により入射赤外光を光電変換して得られ
た微弱な電気信号は増幅器６で所要のレベルまで増幅さ
れて検知電圧とされた後、演算部７に供給される。演算
部７はリード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）等のメモリを
有し、またディジタル演算処理のための回路部を有し、
既知の温度の校正用黒体２を走査したときに得られた検
知電圧を基準にしてＮ像対象の検知電圧を補正演算して
、対応する温度値を算出し、更にその温度値を示す信号
を映像信号に変換して表示部８に供給する。

表示部８は同期制御部９からの走査鏡１の走査に同期し
た掃引信号が供給され、走査位置に対応した位置に、上
記の温度値を示す映像信号を画面に画像表示する。

なお、赤外線検知器５付近の機械的構造は第６図に示す
如く構成されているのが一般的である。

同図中、５ａは赤外線検知器で、前記した赤外線検知器
５に相当し、ここでは複数個の赤外検知素子が一次元配
列されたりニアアレイ型としている。

この赤外線検知器５ａはコールドへラド１１上に取付け
られ、またその視野が冷却された開口であるコールドア
パーチャ１２によって制限される構成とされており、こ
れらは容器１３内の真空中に収納されている。

また、赤外線検知器５ａの受光面側前方の容器１３には
、赤外線を透過する例えばゲルマニウム製のウィンド１
４が設けられており、更にその前方には前記した集光光
学系４を構成する複数枚のレンズのうちの最後の１枚で
ある集光レンズ１５が鏡筒１６に取付けられて配置され
ている。

ここで、コールドアパーチャ１２は赤外線検知器５ａが
集光レンズ１５のレンズ面を見込むように、第７図の平
面図に示すように、赤外線検知器５ａの形状に応じて長
方形の開口１２ａを有する。

しかし、実際は赤外線検知器５ａは両端の赤外検知素子
の視野を確保するため、第６図に破線１７で示す如く集
光レンズ１５のレンズ面以外の鏡筒１６も見込まざるを
得ないようになっている。この点は、リニアアレイ型で
なくとも、多少はあるが、他の構成の赤−外線検知器で
も同じである。

ところで、従来より演算部７による補正演算には、■−
点校正や■二点校正がある。−点校正は校正用黒体２と
して既知の一定温度の単一の校正用黒体を使用し、かつ
、予め製造段階で赤外線検知器５の赤外検知素子夫々に
ついて、種々の基準温度とそのときの検出電圧との特性
（第８図に曲線工で示す）をテーブルとして演算部７内
のＲＯＭに格納しておく。そして、実際の撮像時におい
て、被写体撮像時の赤外検知素子の特性が第８図に一点
鎖線■で示す如く変化している場合でも、同図にＴＯで
示す温度の校正用黒体２を適宜撮像した時に得られる検
出電圧Ｖｏを基準にして補正演算することにより、同図
に１で示す特性で得られる正確な温度表示を行なうこと
ができる。

また、二点校正の場合には、校正用黒体２として温度が
異なる２つの基準黒体を用意し、実際の撮像時に温度Ｔ
＋−＋の第１の校正用黒体を撮像したときの赤外線検知
器５の検知電圧ｖ１と温度Ｔしの第２の校正用黒体を撮
像したときの赤外線検知器５の検知電圧ｖ２との差（Ｖ
Ｉ　　Ｖ２）と、第１及び第２の校正用黒体Ｉｌｌ待時
規定の検知電圧ＶＨ，ＶＬ（７）差（ＶＨ−ＶＬ　）と
の比である補正係数を演算部７で算出し、次いで被写体
の撮像時に得られる検知電圧から上記検知電圧ｖ２を差
し引いた差分値Ｖｏに前記補正係数を乗じ、更にこの乗
算値に上記検知電圧Ｖ１を加算することにより補正値を
得る。

これにより、成る環境温度下で第９図（△）にａで示す
如く、第１．第２の校正用黒体撮像時の検知電圧がＶａ
Ｈ，ＶａＬであり、また別の環境温度下では同図（Ａ）
にｂで示す如く、Ｖｌ））Ｉ、　ＶｂＬである場合でも
、上記した補正演算動作によって同図（Ｂ）に実線ＩＶ
で示す如く、第１の校正用黒体撮像時はＶＨ，第２の校
正用黒体撮像時はＶＬの各補正値を得ることができ、環
境温度の変化を受けない安定な温度測定機能を有するこ
とができる。

なお、二点校正の別の方法としては、校正用黒体２は一
つのみとし、走査鏡１を特定の角度に走査されたときに
赤外線検知器５を見るようにしく赤外線検知器５が走査
鏡１を介して自分自身を撮像する）、この時に得られる
極低温に対応する零レベル信号と、校正用黒体２の撮像
時の検知電圧との２つの信号から装置の動作状態をモニ
タする方法も従来より知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、装置の環境温度が変化すると、第６図に示し
た鏡筒１６の温度が変化し、これにより赤外線検知器５
　（５ａ）に背景光として入射される赤外線パワー（直
流分）が変化することになる。

赤外線パワーと検知電圧との関係は第１０図に示す如く
非線形特性となっているため、装置の環境温度が所定値
のときの入射赤外線パワーがＰ。のときＶＳＯなる検知
電圧が得られても、装置の環境温度が変化して入射赤外
線パワーがＰｌ又はＰｌに変化すると、撮像対象からの
赤外線パワー（交流会）が変化していないにも拘らず、
得られる検知電圧はＶＳｌ又はＶＳ２のようにＶｓＯと
異なる振幅となり、温度対検出電圧特性が変化してしま
う。

また、集光光学系４の軽年変化による赤外線検知器５へ
の入射赤外線パワーの減少、赤外線検知器５自体の劣化
や感度変化、増幅器６のゲイン変動などによっても、温
度対検知電圧特性が変化してしまう。

温度対検知電圧特性が変化すると、第８図に示した一点
校正の場合は所望の基準特性工とは傾斜が異なる特性が
得られてしまうため、−点校正しても同図に■で示すよ
うな特性しか得られず、正確な温度検出ができなくなる
。

また、第９図に示した二点校正の場合は温度対検知電圧
特性の非線形性のために、二点校正しても同図＜８）に
−点鎖線Ｖで示す如く所望の特性■とは異なる特性しか
得られなくなり、完全な補正はできない。

そこで、装置の環境温度変化に伴う鏡筒１６の温度変化
を補正するため、例えば本出願人が先に特願平１−８１
７６号にで提案した赤外線Ｒ像装置のように、Ｍ筒１６
内に温度センサを設け、この温度センサの温度データと
鏡筒１６の温度変動に対応した赤外検知電圧を予めメモ
リにテーブルとして記憶しておき、実際の撮像時に赤外
検知電圧と補正値〈これはそのときの温度データに対応
してメモリから読み出した検知電圧）とに基づいて算術
論理演算ユニットで演算して温度安定度を向上すること
が考えられる。

しかし、この提案装置では鏡筒１６の温度変化による影
響は補正できても、第６図の集光レンズ１５より入射側
にある他の集光光学系の光学エレメントの温度変化によ
る赤外放射の変化及び前記した各種変動要因による影響
は補正することができない。

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、環境温度や
赤外線検知器の感度などの変化に対する影響を極力排除
して正確な温度検出ができる赤外線映像装置を提供する
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″ｇ。本発明ＩＪ校正
源１０１．ミラー１０２．集光光学系１０３及び赤外線
検知器１０４を有する赤外線映像装置において、校正源
１０１から放射される赤外線パワーを連続的又は段階的
に変化させる赤外線パワー可変手段１０５と、記憶手段
１０６及び検出手段１０７とを設けたものである。

ここで、記憶手段１０６は校正源１０１からの赤外線を
所定の温度間隔毎に赤外線検知器１０４で検知して得た
検知信号と、そのときの校正源１０１の温度とに関する
データを記憶する。

また、検出手段１０７は被写体の撮像時に赤外線検知器
１０４から取り８される検知信号に基づいて記憶手段？
０６からデータを読み出し、被写体からの赤外線に対応
した温度の検出処理を行なう。

〔作用） 本発明は被写体と同じ条件下にある校正源１０１の温度
を一定とするのではなく、装置の対象とする温度範囲の
上限付近から下限付近まで連続的又は段階的に可変し、
そのとき得られる検知信号のうち所定温度間隔毎の検知
信号とそのときの温度とに関するデータを記憶手段１０
６に記憶した後、実際の＠像動作に入るようにする。

従って、本発明では実際の撮像動作に入る前色に、その
時点での装置の環境温度、集光光学系１０３の光学エレ
メントの温度変化による赤外放射の変化や経年変化によ
る到達パワーの減少、赤外線検知器１０４の劣化などを
すべて包含した形で検知信号と正しい温度情報とを記憶
手段１０６に記憶しておくことができる。

なお、ミラー１０２は対物面走査型の走査鏡でも、無走
査型のポインティングミラーでもよい。また、赤外線検
知器１０４が多素子検知器の場合には、記憶手段１０６
には赤外検知素子の各々についての前記データが格納さ
れる。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例のブロック図を示す。

同図中、第１図及び第５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２図において、２０は
校正用黒体で、前記校正源１０１に相当し、熱容量の小
さい材料（アルミニウム等）を用いた、赤外エミシビテ
イが約１の薄板とされている。熱容量が小さい材料を用
いるのは、校正用黒体２０の温度を容易に変化させるこ
とができるようにするためである。

上記の校正用黒体２０の一部には１個又は複数の温度セ
ンサ２１が取付けられており、また加熱又は冷却器２２
により加熱又は冷加されるように構成されている。加熱
又は冷却器２２は前記した赤外線パワー可変手段１０５
を構成しており、校正用黒体２０の温度を装置の対象と
する温度範囲の上限、下限付近まで変化させるために、
■最初は校正用黒体２０を低温にしておき、校正の開始
と共にヒータ等によって加熱するか、又は■最初は校正
用黒体２０を高温にしておき、校正の開始と共に電子冷
却器等によって冷却するのいずれかの構成とされている
。

加熱又は冷却器２２による校正用黒体２０の温度変化は
連続的又は段階的に行なわれる。連続的温度変化の場合
は加熱温度を最大（冷却温度を最低）にするのみでよい
が、温度が片々刻々と変化するため、演算部２５の処理
速度が早い必要がある。段階的な温度変化の場合はヒー
タや電子冷却器の電力を適当な段階で変化させ、温度の
安定をまって処理することができるため、演算部２５の
処理速度は遅くてもよい。

低温側がＯ’Ｃ以下になるような場合は、校正精度を維
持するために、霜の付着を防止するための配慮（例えば
、校正用黒体２０を窒素ガスの雰囲気中に置く〉をする
必要がある。

また、２３は増幅器、２４はスイッチ回路、２５及び２
６は夫々演算部である。スイッチ回路２４は走査１１１
１１］部３からの信号により、走査鏡１が校正用黒体２
０を走査している期間は端子２４ａ側に切換わり、走査
Ｈ１が被写体を走査している期間は端子２４ｂ側に切換
ねり、増幅器６からの検知電圧を演算部２５及び２６の
一方に選択入力する。

演算部２５は前記記憶手段１０６に相当するランダム・
アクセス・メモリ（ＲＡＭ）を有しており、またスイッ
チ回路２４からの検知電圧や増幅器２３からの温度信号
をディジタル信号に変換するＡ／ＤコンバータやＲＡＭ
へのデータの書き込み／読み出し制御回路などを有して
いる。更に、演算部２６は前記検出手段１０７に相当す
る演算処理や映像信号への変換を行なう回路部で、スイ
ッチ回路２４からの検知電圧に対応した温度を示す映像
信号を生成する。

第２図中、表示部８を除いた部分が第３図に示す同じ筐
体３０内に内蔵されている。第３図は第２図の要部の外
観概略図で、走査鏡１の走査範囲θ内に校正用黒体２０
と窓３１が設けられている。

窓３１を通して走査鏡１により走査される走査範囲が被
写体が位置する視野３２である。

次に本実施例の動作について説明する。まず、走査鏡１
が校正用黒体２０を走査する（校正モード）。また、こ
れと同時に加熱又は冷却器２２により校正用黒体２０を
例えば装置の対象とする温度範囲の下限付近から上限付
近まで加熱していく。

これにより、校正用黒体２０から放射される赤外線パワ
ーは順次変化し、またその放射赤外線は走査鏡１で反射
され、集光光学系４で集光されて赤外線検知器５に入射
され、ここで光電変換されて微弱な電気信号に変換され
た後、増幅器６及びこの校正モード時は端子２４ａ側に
接続されているスイッチ回路２４を通して演算部２５に
入力される。

この演算部２５には、更に温度センサ２１により抽出さ
れた校正用黒体２０の温度信号が増幅器２３を通して入
力されており、この温度信号とスイッチ回路２４を通し
て入力された検知電圧を夫々対応させて、演算部２５内
のＲＡＭに格納する。

すなわち、演算部２５は校正用黒体２０の温度を正確に
温度センサ２１で測定して得られた温度信号に基づき、
適当な温度間隔Δ丁で所定数検知電圧をサンプリングし
、そのサンプリング検知電圧及びそのときの温度とから
なる情報（切点）間を結ぶ関数式（２次乃至４次式）を
算出し、その関数式の各係数の値と各切点とをＲＡＭに
格納する。

例えば、上記の切点として第４図にｄ＋　、ｄ２゜ｄ３
及びｄ４で示す如く、温度と検知電圧の組が（Ｔ＋　、
Ｖ＋　＞、（Ｔ２．Ｖ２　）、（Ｔ３．Ｖ３　）及Ｕ　
（Ｔ４　、　Ｖ４　）である４つの切点を得たものとす
ると、演算部２５はこれら切点ｄ１〜ｄ４を結ぶ、第４
図に■で示す曲線の関数式を算出し、その関数式の各係
数の値と上記切点ｄ１〜ｄ４の情報とをＲＡＭに格納す
る。

次に、走査鏡１が被写体を走査する（撮像モード〉。こ
れにより、被写体１がらの赤外線が第２図に示す走査鏡
１．集光光学系４を通して赤外線検知器５に入射される
。これにより、赤外線検知器５より取り出された電気信
号は増幅器６．この撮像モード中、端子２４ｂに接続さ
れているスイッチ回路２４を夫々通して検知電圧として
演算部２６に入力される。

演算部２６は演算部２５内のＲＡＭから前記した関数式
の各係数の値を読み出し、これにより関数式を再現し、
このときの被写体の検知電圧をその関数式に代入して対
応する温度を演算算出した後、それを表示部８で表示で
きる映像信号に変換する。

従って、本実施例によれば、赤外線検知器５が第６図に
示したように鏡筒を見込んでいることにより装置の環境
温度に左右されたとしても、その環境温度を含んだ形で
校正用黒体２０からの赤外線が検知され、かつ、その時
の正確な温度が温度センサ２］により検出されているか
ら、正確な測温機能を有することができる。しかも、校
正モード時に演算部２５に入力される検知電圧は、集光
光学系４の経年変化による到達パワーの減少、赤外線検
知器５の感度劣化、集光光学系４の光学エレメントの温
度変化による赤外放射の変化、増幅器６のゲイン変動な
ど種々の温度対検知電圧変動要因を現時点ですべて含ん
だ情報であるから、撮像モード時の演算部２６の検出出
力にそれらの影響を受けることもない。

なお、赤外線検知器５がリニアアレイ４１又はマトリク
ス状に多数の赤外検知素子が配置された二次元配列型の
多素子検知器である場合は、各赤外検知素子の夫々につ
いて別々に上記の切点及び関数式の各係数の値のＲＡＭ
への記憶が行なわれる。

各赤外検知素子間で感度にばらつきがあるためである。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば演算部２５は■直線近似が成り立つ程度に前記
温度間隔Δ丁を小さくし、これにより得られた各切点だ
けをＲＡＭに格納してもよく、または■各切点情報から
多数の検知電圧と温度との対応表を予め演算して求め、
その対応表をテーブルとしてＲＡＭに記憶しておいても
よい。

演算部２６は■の場合は、撮像モードでの入力検知電圧
に近い値の検知電圧を演算部２５内のＲＡＭから読み出
し直線近似式の演算によって温度情報を算出する。また
、■の場合は撮像モードでの入力検知電圧に対応する温
度を演算することなくテーブルから直ちに求めることが
できる。

また、走査鏡１は対物面走査型の走査鏡として説明した
が、本発明は走査鏡１の代りに視野の方向を変更するた
めのポインティングミラーを備えた、ＣＣＤ系を用いた
無走査型の赤外線映像装置にも適用することができる。

この無走査型赤外線映像装置は人工衛星又は航空機搭載
用であって、装置全体が所定方向へ移動することによっ
て走査が行なえるため、ミラーで走査を行なわなくても
差し支えない。ただし、校正モードと＠像モードではポ
インティングミラーによって視野を切換える必要がある
。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、装置の環境温度変化や集
光光学系の光学エレメントの温度変化による赤外放射の
変化、経年変化による各素子の劣化など種々の温度対検
知電圧特性の変動要因を含んだ状態の検知電圧と、その
ときの正確な温度とに関するデータを校正モードで記憶
しているため、撮像モード時には上記の変動要因の影響
の殆どない正確な温度情報を得ることができ、赤外線映
像装置の信頼性を大幅に向上す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図は本発明の原理構成図、 第２図は本発明の一実施例のブロック図、第３図は本発
明の要部の一実施例の外観概略図、第４図は本発明の一
実施例の要部説明用特性図、第５図は従来の一例のブロ
ック図、 第６図は赤外線映像装置の要部の一例の構成図、第７図
はりニアアレイ型赤外線検知器とコールドアパーチャと
の位置関係を示す図、 第８図は一点校正による特性説明図、 第９図は二点校正による特性説明図、 第１０図は環境温度変化時の赤外線パワーの検出電圧と
の関係を示す図である。 図において、 ４．　１０３は集光光学系、 ５、　１０４は赤外線検知器、 ２０は校正用黒体、 ２１は温度センサ、 ２２は加熱又は冷却器、 ２４はスイッチ回路、 ２５．２６は演算部、 １０１は校正源、 １０２はミラー １０５は赤外線パワー可変手段、 １０６は記憶手段、 １０７は検出手段 を示す。 検出電圧 本発明の一実施例の要部説明用特性図 第 図 赤外線映像装置の要部の 例の構成図 第 図 Ｘ方向 ノニアアレイ型赤外線検知器と コールドアパーチャとの位置関係を示す図第７図 検出電圧 点校正１こよる特性説明図 第８区 検出電圧 υヒ奉 検出電圧との関係を示す図 第１０図 検出電圧Ｖ 検出電圧Ｖ 二点校正１こよる特性説明図 第 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）校正源（１０１）からミラー（１０２）及び集光
   光学系（１０３）を介して赤外線検知器（１０４）に入
   射された赤外線の検知信号を基準にして、その後に該ミ
   ラー（１０２）及び該集光光学系（１０３）を介して被
   写体から該赤外線検知器（１０４）に入射される赤外線
   の検知信号の校正を行なう赤外線映像装置において、 前記校正源（１０１）から放射される赤外線パワーを連
   続的又は段階的に変化させる赤外線パワー可変手段（１
   ０５）と、 該赤外線パワー可変手段（１０５）によりパワーが順次
   変化する該校正源（１０１）からの赤外線を所定の温度
   間隔毎に前記赤外線検知器（１０４）で検知して得た検
   知信号とそのときの該校正源（１０１）の温度とに関す
   るデータを記憶する記憶手段（１０６）と、 前記被写体の撮像時に該赤外線検知器（１０４）から取
   り出される被写体からの赤外線の検知信号に基づいて該
   記憶手段（１０６）からデータを読み出し、該被写体か
   らの赤外線に対応した温度の検出処理を行なう検出手段
   （１０７）と、 を具備することを特徴とする赤外線映像装置。
2. （２）前記赤外線検知器（１０４）は複数の赤外検知素
   子が配列された多素子検知器であり、前記記憶手段（１
   ０６）は該複数の赤外検知素子の各々について前記デー
   タを記憶することを特徴とする請求項１記載の赤外線映
   像装置。
3. （３）前記ミラー（１０２）は、対物面走査型の走査鏡
   であることを特徴とする請求項１記載の赤外線映像装置
   。
4. （４）前記ミラー（１０２）は視野の方向を前記校正源
   （１０１）と被写体の一方だけに設定し、該被写体の走
   査は行なわないポインティングミラーであることを特徴
   とする請求項１記載の赤外線映像装置。