JPH0331729A - 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】 ［産業上の利用分！！’Ｆ］ 本発明は、被測定物から輻射される赤外線を検出して、
その温度分布を示す映像を得る赤外線映像装置に関する
。

［従来の技術］ この種の赤外線映像袋３！（例えば、特開昭６２−１９
７２８号公報参照）にあっては、被測定物の周囲温度が
測定結果に大きく影響を及ぼす、そこで、簡易的に装置
内部の温度を測定して、このような影響を考慮すること
が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、赤外線映像装置は、消！！電力が大きいため
、定常状態では装置の内部温度と周囲温度の間に１０℃
程度の差が生じるばかりか、該装置の熱容量が大きいた
めに、内部温度が定常状態になるまでに１時間以上必要
である。低放射率の物体の温度測定では、装置の内部温
度だけでなく、周囲温度も背景補正のために正確に知る
必要がある。

そこで、本発明は、周囲温度が、装置の内部温度と、消
費電力、運転時間とに依存することに着目し、内部温度
から周囲温度を推定するのに消費電力量も考慮して、よ
り正確な周囲温度の推定を可能とし、正確な被測定物の
温度検出を行うことができる赤外線映像装置を提供する
ことを目的とする。

また、赤外線映像装置の適正な使用温度範囲は２０℃〜
５０℃であり、この範囲はＩＣ等の電子部品の使用温度
範囲から決まる。赤外線映（ｊＡ装置をこの使用温度範
囲から外れて使用すると、故障を起こす可能性が高くな
る。したがって、このことをユーザに知らせる必要があ
る。さらに、２０℃〜５０℃の範囲内での使用では故障
の可能性はなくなるが、使用温度範囲がＯ℃〜４０’Ｃ
の範囲外のときは、ＩＣ等の性能低下により温度測定値
に誤差が生じることがある。

そこで、本発明は、周囲温度を常時モニターし、装置の
性能、部品の性能低下によって温度測定値に誤差を生じ
る周囲温度のときの警告と、装置、部品の故障の可能性
のある周囲温度のときのγＩ告の複数段階の警告を行う
こと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］ Ｆ記目的を達成するために本発明は、被測定物から輻射
される赤外線を検出して、該ｉ１！ＩＩ定掬の温度分布
を示す映像を得る赤外線映像装置において、装置内部の
温度を検出する検出手段と、装置の運転時間を計測する
計測手段と、上記検出手段からの信号に基いて内部温度
データを演算する内部温度演算手段と、消費電力のデー
タを出力する手段と、或る時間ごとに内部温度と消費電
力のデータに基づいて周囲温度を推定・演算する周１ｍ
温度演算手段とを備えたものである。

また、内部温度演算手段としては、演算された内部温度
を平均する手段を有したものを用いればよい。

」二記構成に、さらに、周囲温度演算手段での演算によ
り得られた周囲温度が、機能の低下若しくは故障の原因
となる値であるか否かをチェックする周囲温度チェツク
手段と、この周囲温度チェック手段からの出力により複
数段階の警告メツセージを表示する表示手段とを備えた
ものとしてもよい ［作用］ この構成によれば、赤外線映像装置の内部の検出温度か
ら５周囲温度を推定する上で、装置の運転時間と消費電
力とを考慮して、周囲温度を推定・演算することができ
、より正確な周囲温度の推定か可能となる。

また、周囲温度をモニターし、装置の性能、内部部品（
ＩＣ等）の性能低下によって温度測定値に誤差を生じる
周囲温度のときと、装置、ＩＣの故障の可能性のある周
囲温度のときの複数段階の警告表示を行う。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について説明する。

第１図は、赤外線映像装置の構成を示すブ１′１７り１
λ１である。被Ａ！１定糊から輻射される赤外線を走査
系ｌで水平方向及び垂直方向に走査して、集光系２によ
って集光し、赤外線検出器３に導く。赤外線検出器３を
構成する各検知素子はりニアアレイ横道になっており、
入射赤外線に対応した電気信号を並列出力する。

出力された映０？ｃ信号は、増幅器４によってそれぞれ
増幅され、マルチプレクサ５により時系列のアナログ信
号に変換される。このアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器６
によりＡ／Ｄ変換され、所定のアドレスに従って画像メ
モリ７に格納される。このアドレスは走査系１により発
生する開用１信号をもとに入力タイミング発生部８によ
り指定される。

出力タイミング発生部９は、画像メモリ７のアドレスを
指定し、画像メモリ９はその指定アドレスに対応して格
納された映１象信号を出力する。出力された映ｒｇ！信
号はＤ／Ａ変換器１０によりアナログ信号に変換され、
ビデオ信号となる。

一方、赤外線検出器３の或る検知素子の出力信号は増幅
器４で増幅され、サンプルホールド回路１１でサンプル
ホールドされる。サンプルホールドされた温度信号値は
、演算制御部１２の制御信号によって、マルチブレフサ
Ｉ３を経てＡ／Ｄ変換器１４でＡ／Ｄ変換され、演算制
御部１２へ送られる。

演算制御部１２で温度演算され、文字用ＩＣｌ３で文字
信号に変換される。前述のビデオ信号と文字信号は、合
成用ＩＣ１６で重ねられ、表示部１７へ送られる０表示
部１７では、被測定物の温度分布を示す映像値が表示さ
れる。

第２図は、演算制御部１２とマルチブレフサ１３の関係
について図示したものである。演算制御部１２のＣＰＵ
が出力ボートＡを“１ビにして（出力ボートＢ、Ｃは“
Ｌ”にする）、スイッチＳＷＩをＯＮにすると、サンプ
ルホールド回路１１でサンプルホールドされた温度信号
は、スイッチｓｗ１を通じて、Ａ／Ｄ変換器１４に出力
され、ここでＡ／Ｄ変換され、演算制御部１２のＣＰＵ
のデータバスに出力される。

また、演算制御部１２のＣＰＵが出力ボートＢを“１−
１にして（出力ボートＡ、Ｃは“Ｌ”にする）、スイッ
チＳＷ２をＯＮすると、検出器温度検出回路１９で検出
したディテクター温度に対応する出力信号がスイッチＳ
Ｗ２を通じて、Ａ／Ｄ変換器１４に出力され、ここでＡ
／Ｄ変換され、演算制御部１２のＣＰＵのデータバスに
出力される。

次に、演算制御部１２のＣＰＵが出力ボートＣを“Ｙじ
にして（出力ボートＡ、Ｂは“Ｌ″にする）、スイッチ
ＳＷ３をＯＮすると、内部温度検出回路１８から内部温
度に対応する出力信号がスイッチＳＷ３を通じて、Ａ／
Ｄ変換器１４に入力され、ここでＡ／Ｄ変換され、演算
制御部１２のＣＰＵのデータバスに出力される。

以上のように、ＣＰＵは制御信号を出ずことによって、
被測定物、ディテクター、内部のそれぞれの温度信号か
ら各温度を演算することができる。

集光系２と赤外線検出器３の光路中には、図示していな
いチョッパーが設けられている。いま、被測定物の温度
をＴｔ、その放射率（エミシビテイ）をε、装置の内部
温度を１゛ｍ、被測定物の周囲温度をＴａとし、各々の
温度’Ｔ’ｔ、Ｔｍ、Ｔａの物体の放射エネルギーを波
長λの関数で示すと、それぞれＷｔ、（λ）、Ｗｍ（λ
）　、　Ｗａ　Ｃλ）となる。

赤外線検出器３の感度領域λｌ〜λ２の範囲内のエネル
ギー量は、それぞれ、 となる。

いま、チョッパーが開いている状態のとき、赤外線検出
器３には、被測定物の放射エネルギーと、赤外線検出器
３の周囲の装置内部の物体からの放射エネルギーと、周
囲から放射されて被測定物で反射した放射エネルギーと
が入射する。このとき赤外線検出器３に入るエネルギー
Ｅ１は、１Ｆ、１＝Ａ・（ｃ・Ｅｔ＋（１−ε）Ｅａｔ
＋Ｂ　−Ｅｍ　　　　　　　　　　・・・（４）また、
チョッパーが閉じている状態のとき、赤外線検出器３に
入るエネルギーＥ２は、Ｅ　２　＝Ｃ−Ｅｍ　　　　　
　　　　　　＝１５）ただし、Ａ、Ｂ、Ｃは走査系１、
集光系２、赤外線検出器３の構成の形状や寸法などによ
って決まる定数である。

式（４）から分るように、エネルギーＥ１は、放射率ε
が１に比べて小さい時はエネルギーＥａすなわち周囲か
らのエネルギーに大きく影響されるのである。

赤外線検出器３の出力ΔＥは、 ΔＥ−１，１−Ｅ２ ＝Ａ−（ε−Ｅｔ＋（１−ｔし）Ｅａ）＋（［３−Ｃ）
・Ｅｒｎ　　　　　・・・（６）（６）式を変形すると
、 １、　　　　　Ｃ−Ｂ Ｅｔ＝　ｉ　−ΔＥ（−−Ｅｍ−（１−ε）Ａ　　　　
　　Ａ ・　Ｅａｔ／ε　　　　　　　　　　　　　　・・・（
７）となる。

被測定物からの放射エネルギーはチゴッパーによってチ
ョッピングされ、赤外線検出器３に入る。

赤外線検出器３は各検知素子がリニア・アレイ構造にな
っている。或る検知素子からの出力が増幅器１１で増幅
され、サンプルボールド回路１１でサンプルボールドさ
れる。

サンプルホールドされた被測定物の温度信号、及び内部
温度検出回路１８によって検出された内部温度信号は、
演算制御部１２のコントロール信号によって動作するマ
ルチプレクサ１３を経て、Ａ／Ｄ交換器１４でそれぞれ
ディジタル鼠に変換され、演算制御部に入力される。

ここて゛、肢ａＰＩ定１勿のｉ温度信号に対応するディ
ジタル量をＤｌとすると、Ｄｌは（７）式のΔＥに相当
し、内部温度検出回路１８かち得られる内部温度信号に
対応するディジタル電をＤ２とすると、Ｄ２は（７）式
のＥｍに相当する。また、温度が既知の２つの被測定物
をＷｌ定した時の出力から１／Ａ、（Ｃ−Ｂ）／Ａを予
め求めておくことができきる（２点校正）。さらに、後
述するように被ａｌ定物の周囲温度は求められるのでＥ
ａが求まり、（７）式より演算制御部１２がＥｔを演算
し−Ｃ１被測定物の温度を求める。

次に、内部温度から周囲温度を求める方法について説明
する。内部温度と周囲温度の間には次の関係がある。

ｄ’ＦＩＩｆｔ）　　　　　ｋ　　　　　　　　　　Ｑ
ｋ十　　　　　　’Ｆｍｆｔ）　　−−−−−一　＋　
　−−−Ｔａｆｔ）ｄｔ　　　　　　　ＣＣＣ ・・（８） ここで、 Ｔｍｆｔ）：時刻ｔにおける内部温度（°Ｃ）ｋ　　　
：赤外線映像装置と大気間の熱伝導係数（ジコール／　
ｓ　ｅ　ｃ　／　’Ｃ）Ｃ：赤外線映像装置の熱容量 （ジュール／’Ｃ） Ｑ　　　：赤外線映像装置の単位時間当りの発熱駄（ジ
ュール／　ｓ　ｅ　ｃ　） ′Ｉ″ａ（＋）：時刻りにおける周囲温度（”Ｃ）（８
）式をＴａ（ｔ）について解くと、ＣｄＴｉ口） １”　ａ　　（ｔ　） ＋Ｔｍ（ｔ） ｋ　　　　　ｄ’Ｔ’ ・・・（９） となる。

（９）式において、Ｃｙ”　ｋ　、　Ｑ　／　ｋがわか
れば、′Ｉ″ｍ　（ｔ、）をＡｒ１定することによって
、’ｌ”ａ（ｔ）が決まる。

赤外線映１象装万は、熱容量が大きく、内部温度が定常
状態になるまでに１時間以上必要である。

内部温度の定常状態が成立するとき（内部温度が一定に
なる時）　、ｆ９）式は、 Ｔａ　　（ｏｏ）　　＝ｉ’Ｉｒｉ　　（’０）、’、
Ｑ／に＝−Ｉ’ｍ（Ｃｘ））−Ｔａ（ｏｏ）　　−１ｌ
０）となる。

ここで、Ｔｍ　（ｏｏ）　−”Ｉ”ａ　（（Ｘ））を実
測すると、下記第１表のごとくになる。

第１表 これにより、 Ｑ／に＝　１．０７　（’Ｃ／’Ｗ）　・Ｐ　　　・・
・（１１）が、成り立つ、ここて゛、Ｐは消費電力であ
る。

次に、熱的時定数Ｃ、、／　ｋを求める。

（９）式より、 Ｔａ（ｔ） ’ｒｍ　　（ｔ　）＋Ｑ／ｋ Ｃ／ｋ　＝ ・・・（１２） ｄ　Ｔ　ｍ　（ｔ、　）　／　ｄ　ｔ となる。

Ｐ＝８．７６Ｗの赤外線映像装置で、（１１）式、（１
２）式と実測データより第２表が得られる。

第２表 これより、Ｃ／に＝２１　、　２　（ｍ　ｉ　ｍ）が求
まる。

（９）式、（１１）式、（１３）式より、・・・（１３
） ｄ　Ｔ　ｍ　（ｔ） Ｔ　ａ　　（ｔ　） ２１　、２　・ ｔ 十Ｔｍ　（ｔ）　−１，０７−Ｐ　　　　−・（１４）
となる。

Ｐ＝８．７６Ｗとして、（１４）式を用いて求めな′１
′ａと実ａｌ値を後記第３表に示す。第３表より分るよ
うに、多少の誤差はあるが、計算値と実測値はよく一致
している。

また、し５６０分では、（１４）式よりも、Ｔａ（ｔ）
＝Ｔｍ（ｔ）　　１．０７・Ｐ＝１１５）の方が誤差は
小さい。

次に、周囲温度を推定するのに必要な内部温度について
説明する。第３図は内部温度検出回路１８の具体例を示
す。

内部温度検出回路１８はブリッジ回路と増幅器Ａ　Ｍ　
Ｉ）からなっている、Ｖｒｅｆは基準電圧、Ｒ］　、Ｒ
２，Ｒ３，Ｒ４は既知の抵抗、Ｒ４は感温抵抗である。

出力電圧■０は、 Ｖｒｅｆ　　　　　　　Ｒ１−ｒＬ４　　Ｒ２−Ｒ４Ｖ
ｏ＝　　　　　・（Ｒ２−＋　　　　　　’）Ｒ１−Ｒ
２Ｒ，Ｒ３ ・・・（１６） となる。

また、感温抵抗の抵抗値Ｒ１は、 Ｒ−＝Ｒ・（１＋ＣＲ，−Ｔｍ）　　　　−（１７＞Ｔ
　　　　　Ｔ。

で表せる。

ここで、Ｒｌｏは０℃における感温抵抗の抵抗値、ＣＲ
１は温度補正係数、Ｔｍは内部温度である。

（１６）式と（１７）式より、内部温度Ｔｍは、Ｒ１・
Ｒ４／ＲＴｏ−ＣＲ■　　　　　　　１’ｒｎ＝　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
−Ｒ２・Ｒ４Ｒ１唯２ＣＲ■ （ｆえ２啼　　　　　　　　　　）−一　　　　　　　
　　　・　■　０Ｒ３Ｖｒｅｆ ・・・（１８） となる。

ところで、この出力電圧ＶＯはＡ／Ｄ変換器１４でＡ　
／　Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換器１４は、アナログ入力
レンジ０〜ＶｒｅｆでＮビ・ントの分解能を有するとす
ると、 ｒ−ｅｆ Ｖｏ＝ （Ａ／Ｄカウント値）・・・（１９） となる。

（１８）式と（１９）式より、′１゛ｍは次式のように
表される。

Ｒ１，−Ｒ４／Ｒ，、ｏ−ＣＲ，、１ ・・・（２０） 周囲温度を正確に推定するには、内部温度を１［確に測
定する必要がある。内部温度を正確に測定、演算するに
は、Ａ／Ｄ変換器１４のＡ／Ｄ変挨の量子化誤差を小さ
くすればよい、量子化誤差を小さくするには、Ａ／Ｄ変
換の分解能を大きくすればよいのであるが、分解能の大
きなＡ／Ｄ変換器は高価であるので、ここでは、Ａ／Ｄ
カウント値を平均することによって量子化誤差の影響を
小さくする。

以上より、演算制御部１２のＣＰＵは、入力された内部
温度のＡ／Ｄカウント値を平均し、この平均Ａ／Ｄカウ
ント値を用いて、（２０）式より内部温度Ｔｍを演算す
る。

次に、内部温度から周囲温度を演算して周囲温度をチェ
ックし、警告表示を出力する動作の概略を第４図のフロ
ーチャートを用いて説明する。

まず、内部温度を計算しくステ・ノブＳ１、これを８１
とのみ記す。以下、同様）、次いで、この計算で得られ
た内部温度から周囲温度を推定する（Ｓ２）、続いて、
周囲温度が５０℃以上か否かを調べ（Ｓ３）、周囲温度
が５０℃以上ならば、警告表示ｌ（この例を第５図に示
す）を出力して（Ｓ５）、Ｓｌに戻る。

Ｓ３の判定で、周囲温度が５０°Ｃ未満ならば、今度は
、周囲温度が４０℃以上か否かを調べ（Ｓ４）、その結
果、周囲温度が４０℃以上ならば、警告表示２（この例
を第６図に示す）を出力して（Ｓ７）、Ｓｌに戻る。

Ｓ４の判定で、周囲温度が４０℃未満ならば、今度は、
周囲温度が一２０°Ｃ以下か否かを調べ（Ｓ６）、周囲
温度が一２０°Ｃ以下ならば、上記と同じ警告表示１を
出力して（Ｓ９）、Ｓｌに戻る。

Ｓ６の判定の結果、周囲温度が一２０℃よりも高ければ
、今度は、周囲温度が０℃以下か否かを調べ（Ｓ８）　
、周囲温度が０℃以下ならば、警告表示３（この例を第
７図に示す）を出力して（Ｓ１０）、Ｓｌに戻る０周囲
温度が０°Ｃよりも高ければ、Ｓｌに戻る。以下、同様
の動作を縁り返す。

Ｆ記警告表示１〜３のメツセージの表示例をそれぞれ第
５図〜第７図に示しているが、警告表示ｌは、演算によ
り得られた周囲温度が故障の原因となる値である場合に
相当し、警告表示２．３は、機能の低下の原因となる値
である場合に相当する。

このように周囲温度に応じて複数段階の警告メツセージ
が表示されるので、ユーザはこの表示を見て測定データ
を正しく評価することができる。

次に、第４図のフローチャートに示したステップＳ１に
よる内部温度の計算の手順について、第８図のフローチ
ャートを用いて説明する。

まず、演算制御部１２のＣＰＵは、出力ボートＣを“１
ビにして、内部温度検出回路１８の内部温度に対応した
出力電圧をＡ／Ｄ変換した、ディジタル値を取り込む（
Ｓｌｌ）、次いで、上記Ｓ１１で取り込んだ内部温度の
Ａ／Ｄカウント値を６４＠Ｉ移動平均する（Ｓ１２）、
移動平均とは、或る時点で１番目の値から１−１−１番
目の値を平均し、その次にはｉ＋１番目からＪ＋１番目
までを平均するというもので、常にｊ　−ｉ　−ｔ−１
個のデータの平均が得られるものである。いま、この平
均の仕方で６４個のＡ／Ｄカウント値を平均しているの
である。続いて、これにより求めたＡ／Ｄカウント６１
１個移動平均値を用いて、内部温度Ｔｍを演算する（　
３１．３　＞　、この演算は上記（２０）式による。な
お、フローチャートでは分解能ビット数Ｎを１０とした
場合を示している。以上で内部温度を計算する処理は終
了し、第４図の周囲温度の推定、チェック、警告表示ル
ープのステ・ンプＳ２にリターンする。

次に、第４図に示したフローチャートで８２として示し
た内部温度から周囲温度の推定する手順について、第９
図のフローチャートで説明する。

まず、パワーＯＮからの赤外線映像装置の運転時間が６
０分以上か否かを調べ（Ｓ１５）、この判定の結果、運
転時間が６０分以−ヒならば、周囲温度Ｔ　ａを計算し
く５１７）、元のフローチャートすなわち第４図の８３
にリターンする。Ｓ１７で、“Ｉ〕°°は消費電力であ
る。

Ｓ１５の判定の結果、運転時間が６０分未満ならば、現
在の時間を求め（３１６ｍ次いで、現在の時間と前回の
周囲温度を推定した時間より、インターバル時間（分）
を計算する（３１８）。

その後、インターバル時間が２分以上か否かを調べ（Ｓ
１９）、この判定の結果、インターバル時間が２分未満
ならば、元のフローチャートの８３にリターンする。一
方、インターバル時間が２分以上ならば、Ｓ２０に移り
、上記Ｓ１８で求めたインターバル時間等を用いて、周
囲温度Ｔａを計算する。この計算は上記（１４）式によ
る。次いで、次回の周囲温度推定のために、現在の内部
温度、現在の時間をセーブしく３２１）、元のフローチ
ャートの８３へリターンする。以上で、周囲温度の推定
・演算の処理を終了する。

［発明の効果］ 以−ヒのように本発明によれば、装置外部に周囲温度測
定用の手段を新しく設けることなく、内部温度検出値よ
り周囲温度を推定することができ、低放射率の物体に対
しても正確な温度測定が可能となる。

また、Ａ／Ｄ変換の量子化誤差による周囲温度のバラツ
キを内部温度の平均化によって、小さくすることができ
る。

また、ユーザは周囲温度に応じた複数段階の警告表示に
よって、赤外線映像装置が故障してしまう環境温度なの
か、故障しないまでも、ＩＣ等の機能低下により温度測
定値に誤差が生じてしまう環境温度なのかを、−目で区
別することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による赤外線映像装置のブロ
ック構成図、第２図は同装置の演算制御部のブロック構
成図、第３図は同装置の内部温度検出回路の回路図、第
４図は同装置による警告表示の動作を示すフローチャー
ト、第５図、第６図、第７図はそれぞれ警告表示例を示
す図、第８図は同装置による内部温度の計算の手順を示
すフローチャート、第９図は内部温度から周囲温度を推
定する手順を示すフローチャートである。 ３・・・赤外線検出器、１８・・・内部温度検出回路、
１９・・・検出器温度検出回路、１２・・・演算制御部
、１４・・・Ａ／Ｄ変換器、１７・・・表示部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物から輻射される赤外線を検出して、該測
   定物の温度分布を示す映像を得る赤外線映像装置におい
   て、 装置内部の温度を検出する検出手段と、装置の運転時間
   を計測する計測手段と、上記検出手段からの信号に基い
   て内部温度データを演算する内部温度演算手段と、消費
   電力のデータを出力する手段と、或る時間ごとに内部温
   度と消費電力のデータに基づいて周囲温度を推定・演算
   する周囲温度演算手段とを備えたことを特徴とする赤外
   線映像装置。
2. （２）内部温度演算手段は、検出された内部温度を平均
   する手段を有したことを特徴とする請求項１記載の赤外
   線映像装置。
3. （３）周囲温度演算手段での演算により得られた周囲温
   度が、機能の低下若しくは故障の原因となる値であるか
   否かをチェックする周囲温度チェック手段と、この周囲
   温度チェック手段からの出力により複数段階の警告メッ
   セージを表示する表示手段とを備えたことを特徴とする
   請求項１記載の赤外線映像装置。