JPH06102091A - 熱型赤外線カメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱型赤外線カメラに関し、熱型赤外線センサ
の各画素間の熱的なクロストークを抑制して撮像画像の
ぼけをなくし、撮像対象物の解像度を向上させることを
目的とする。 【構成】 熱型赤外線センサ53a が画素としてマトリク
ス状に配置された光電変換部53を筐体内に備え、レンズ
52で集光した赤外線の照射により各センサ53a からの信
号を映像化回路によって映像化する熱型赤外線カメラに
おいて、撮像対象物Ｘより低温の低温基準熱源30を、筐
体内のセンサ53を見通す位置、或いはミラー22で反射し
て光電変換部53に赤外線が到達する位置に設け、この熱
源30からはスリット板35により各画素の境界部に対応す
るスリット状の赤外線が放射されるようにし、撮像前に
各画素の境界部のみに低温基準熱源30からの赤外線が照
射されるよう構成する。この結果、各画素間のクロスト
ークが無くなり、撮像対象物Ｘの解像度を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱型赤外線カメラに関
し、特に、室温で動作可能な熱型赤外線センサを用いて
撮像物を解像度良く映像化する熱型赤外線カメラに関す
る。近年、監視システムの需要の増大に伴い、低コスト
で高性能な赤外線カメラの開発要求が高まって来てい
る。従来のＨｇＣｄＴｅを使用した冷却型の赤外線セン
サを使用した冷却型赤外線カメラは、高感度ではある
が、液体窒素を使用して赤外線センサを冷却する必要が
あるため、冷却系のコストが高く、低コスト化が困難で
ある。このため、室温で動作可能で安価な熱型赤外線セ
ンサを用いて撮像物を解像度良く映像化することが可能
な熱型赤外線カメラが望まれている。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の熱型赤外線カメラ５０の構
成を示すものである。熱型赤外線カメラ５０の筐体５１
の内部には対物レンズ５２と熱型赤外線センサ５３ａを
複数個備えた光電変換器５３が設けられている。光電変
換器５３に使用する熱型赤外線センサ５３ａとしては、
例えば、焦電効果を用いた焦電型赤外線センサが使用さ
れ、検知器駆動回路５４によって室温で駆動される。実
際の光電変換器５３には赤外線センサ５３ａがマトリク
ス状に多数配置されているが、ここでは、説明を簡単に
するために、光電変換器５３には３つの赤外線センサ５
３ａが画素として備えられているものとする。なお、こ
の例では熱型赤外線カメラ５０のシャッタの図示は省略
してある。

【０００３】このような構成の従来の熱型赤外線カメラ
５０では、レンズ５２を通して入力される撮像対象物Ｘ
からの赤外線だけを光電変換器５３の光電変換面（例え
ば、焦電セラミック等の焦電材料）に入射し、光電変換
器５３の各画素（赤外線センサ５３ａ）からの信号を映
像化回路５５に入力して映像化し、これをモニタディス
プレイ５６で観測するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
熱型赤外線カメラ５０では、光電変換器５３の光電変換
面に焦電セラミック等の焦電材料を配置し、その温度変
化による分極電荷を検出する構成であるため、一般的に
各画素間の熱的なクロストークが大きく、解像度が悪い
という問題点がある。

【０００５】この問題点について更に詳しく説明する
と、図５に示したようにある１画素だけに赤外線が入射
した場合、図６に示すように、例えば画素＃２のみに赤
外線が入射した場合、赤外線による熱は画素＃２だけに
止まらず、これに隣接する画素＃１，＃３にも流れてゆ
き、周囲の画素＃１，＃３の温度も上昇するので、撮像
画像がぼけるという欠点があった。

【０００６】そこで、本発明は、前記従来の熱型赤外線
カメラにおける撮像画像のぼけをなくし、熱型赤外線セ
ンサの各画素間の熱的なクロストークを抑制し、撮像対
象物を解像度良く撮像することができる熱型赤外線カメ
ラを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の熱型赤外線カメラは、入射された赤外線の量に応じ
て電気信号を出力する熱型赤外線センサがマトリクス状
に配置された光電変換部を筐体内に備え、撮像対象物か
ら放射される赤外線をレンズによって集光してこの光電
変換部上に照射し、この光電変換部の各熱型赤外線セン
サからの信号を映像化回路によって映像化する熱型赤外
線カメラであって、その第１の形態では、前記撮像対象
物の温度より低い低温基準熱源を、前記筐体内の前記光
電変換部を見通す位置に設け、前記光電変換部の各赤外
線センサの境界部のみに前記低温基準熱源からの赤外線
が照射されるようにスリットが設けられたスリット部材
を、低温基準熱源と前記光電変換部との間に設けたこと
を特徴としている。また、第２の形態では、前記レンズ
と光電変換部との間に、常時はレンズと光電変換部との
間の光路を遮断し、撮影時に光路を開放する光路切換ミ
ラーを設け、非撮影時の前記光路切換ミラーを介して前
記筐体内の前記光電変換部を見通す位置に、前記撮像対
象物の温度より低い低温基準熱源を設け、前記光電変換
部の各赤外線センサの境界部のみに前記低温基準熱源か
らの赤外線が照射されるようにスリットが設けられたス
リット部材を、低温基準熱源と前記光路切換ミラーとの
間に設けたことを特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明の熱型赤外線カメラによれば、熱型赤外
線カメラの筐体内に設けた低温基準熱源により、熱型赤
外線センサの各画素の境界部分には低い温度を示す赤外
線が入射される。この結果、各画素に入射された赤外線
による熱がこの境界部分において他の画素の方に流れ出
ることが防止されることになり、各画素が他の画素に入
射された赤外線の熱によって影響を受けにくくなり、撮
像画像の解像度が向上する。

【０００９】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は本発明の第１の形態の熱型赤外線カ
メラの構成を説明する第１の実施例の熱型赤外線カメラ
１０の構成を示すものであり、図５に示した従来の熱型
赤外線カメラ５０と同じ構成部材については同じ符号が
付されている。

【００１０】この第１の実施例の熱型赤外線カメラ１０
の筐体１１の内部には、従来の熱型赤外線カメラと同様
に対物レンズ５２と熱型赤外線センサ５３ａを備えた光
電変換器５３が設けられている。熱型赤外線センサ５３
としては、従来装置同様に、例えば、焦電効果を用いた
焦電型赤外線センサが使用され、検知器駆動回路５４に
よって室温で駆動される。実際には光電変換器５３には
赤外線センサ５３ａがマトリクス状に多数配置されてい
るが、この第１の実施例においても説明を簡単にするた
めに、光電変換器５３には３つの赤外線センサ５３ａが
画素＃１〜＃３として備えられているものとする。この
第１の実施例においても、熱型赤外線カメラ１０のシャ
ッタの図示は省略されている。

【００１１】一方、熱型赤外線カメラ１０の筐体のレン
ズ５２と光電変換器５３とを結ぶ光路の上方には、光電
変換器５３を見通す位置に、撮像対象物Ｘの温度より低
い低温基準熱源３０が設けられている。この低温基準熱
源３０は、図３にその詳細を示すように、ペルチェ素子
を使用した電子冷却器３１、この電子冷却器３１の表面
に設けられた冷却面３２、直流電源Ｅを含む冷却器制御
器３３を備えており、冷却面３２の前方には所定距離を
隔ててスリット３４を有するスリット板３５が設けられ
ている。そして、このスリット板３５と光電変換器５３
の間にはレンズ３６が設けられている。

【００１２】電子冷却器３１は冷却制御器３３によって
冷却されると、その冷却面３２からは少量の赤外線が放
出される。この低温状態を示す赤外線はスリット板３５
のスリット３４を通って、光電変換器５３の画素と画素
の境界部に達する。光電変換器５３の各画素にはスリッ
ト板３５から放射された常温状態を示す赤外線が到達す
るので、光電変換器５３の光電変換面上の赤外線の強度
は、図３(b) に示すように、スリット板３５に設けられ
たスリット３４の部分のみが低くなる。

【００１３】図３(c) は、光電変換器５３上に３×３＝
９個の熱型赤外線センサ５３ａが画素として設けられて
いた場合のスリット板３５の形状を示すものである。こ
の場合、スリット３４はスリット板３５の上にマトリク
ス状に設けられ、スリット３４を通過した赤外線は、光
電変換器５３上の９個の画素の境界部に到達するように
なっている。

【００１４】以上のように構成された第１の実施例の熱
型赤外線カメラ１０では、レンズ５２を通して入力され
る撮像対象物Ｘからの赤外線と、レンズ３６を通した低
温基準熱源３０からのスリット状の赤外線の両方が光電
変換器５３の光電変換面（例えば、焦電セラミック等の
焦電材料）に入射される。実際には図示しないシャッタ
によってレンズ５２を通した撮像対象物Ｘからの赤外線
はシャッタが開いた時だけ光電変換器５３の光電変換面
に入射され、常時はレンズ３６を通した低温基準熱源３
０からのスリット状の赤外線だけが光電変換器５３の光
電変換面に入射されている。そして、光電変換器５３の
各画素を構成する熱型赤外線センサ５３ａからの信号は
映像化回路５５に入力されて映像化され、これがモニタ
ディスプレイ５６で観測されるようになっている。

【００１５】このように、以上説明した第１の実施例の
熱型赤外線カメラ１０では、低温基準熱源３０の温度を
撮像対象物Ｘの温度よりも低く設定することにより、撮
像対象物Ｘの撮像前に光電変換器５３の各画素の境界部
分の温度を下げることができる。この結果、撮像対象物
Ｘの撮像時に、入射された撮像対象物Ｘからの赤外線に
よる各画素の部分の熱が各画素の境界部分を越えて隣接
する画素に流れて行くことが抑制され、画素間の熱の拡
散が抑えられて撮像画像のにじみを少なくすることが可
能になる。例えば、図４に示すように、画素＃２のみに
対物レンズ５２を通った赤外線が入射した場合でも、シ
ャッタが開く前は画素＃１と＃２の境界部と、画素＃２
と＃３の境界部には低温基準熱源３０からの低温を示す
赤外線が入射されているので、画素＃２に入射された赤
外線による熱は画素＃２の境界部で冷やされ、隣接する
画素＃１，＃３への流出が防止され、周囲の画素＃１，
＃３の温度は上昇しないので、撮像画像がぼけるという
欠点が抑制される。

【００１６】図２は本発明の第２の形態の熱型赤外線カ
メラの構成を説明する、第２の実施例の熱型赤外線カメ
ラ２０の構成を示すものであり、図１に示した第１の実
施例の熱型赤外線カメラ１０と同じ構成部材については
同じ符号を付してその説明を省略する。この第２の実施
例の熱型赤外線カメラ２０の筐体２１の内部には、第１
の実施例の熱型赤外線カメラと同様に対物レンズ５２、
熱型赤外線センサ５３ａを備えた光電変換器５３、およ
び低温基準熱源３０が設けられている。この実施例の熱
型赤外線カメラ２０が第１の実施例の熱型赤外線カメラ
１０と異なる点は、低温基準熱源３０の筐体２１内の配
置である。第１の実施例の熱型赤外線カメラ１０では、
光電変換器５３を見通す位置に、撮像対象物Ｘの温度よ
り低い低温基準熱源３０が設けられていたが、第２の実
施例の低温基準熱源３０は、その構成は第１の実施例と
同じであるが、レンズ５２と低温基準熱源３０とを結ぶ
光路に直交する方向に筐体２１内に取付られている。そ
して、この実施例ではレンズ５２と低温基準熱源３０と
を結ぶ光路に、ミラー駆動回路２３によって回動する光
路切換ミラー２２が設けられている。

【００１７】光路切換ミラー２２は、常時はレンズ５２
と低温基準熱源３０とを結ぶ光路を遮断するようにこの
光路に対して破線で示す４５°の角度になっており、低
温基準熱源３０からのメッシュのスリット状の赤外線が
この光路切換ミラー２２で全反射して、光電変換器５３
に入射されるようになっている。以上のように構成され
た第２の実施例の熱型赤外線カメラ２０では、常時はレ
ンズ３６を通した低温基準熱源３０からのスリット状の
赤外線だけが光路切換ミラー２２で反射して光電変換器
５３の光電変換面に入射されている。そして、撮像時に
のみ、光路切換ミラー２２がミラー駆動回路２３によっ
て破線の位置から実線の位置まで回転させられ、レンズ
５２を通した撮像対象物Ｘからの赤外線は光路切換ミラ
ー２２が実線位置に回転した時だけ光電変換器５３の光
電変換面に入射される。そして、赤外線センサ５３の各
画素からの信号は映像化回路５５に入力されて映像化さ
れ、これがモニタディスプレイ５６で観測されるように
なっている。

【００１８】このように、以上説明した第２の実施例の
熱型赤外線カメラ２０でも、撮像対象物Ｘの撮像前に光
電変換器５３の各画素の境界部分の温度を下げることが
できる。この結果、撮像対象物Ｘの撮像時に、入射され
た撮像対象物Ｘからの赤外線による各画素の部分の熱が
各画素の境界部分を越えて隣接する画素に流れて行くこ
とが抑制され、画素間の熱の拡散が抑えられて撮像画像
のにじみを少なくすることが可能になり、撮像画像がぼ
けるという欠点が抑制される。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱型赤外線カメラにおける撮像画像のぼけをなくし、光
電変換器の各画素間の熱的なクロストークを抑制し、撮
像対象物を解像度良く撮像することができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱型赤外線カメラの第１の実施例の構
成を示す構成図である。

【図２】本発明の熱型赤外線カメラの第２の実施例の構
成を示す構成図である。

【図３】(a) は本発明の熱型赤外線カメラに使用する基
準光源の構成を示す図、(b) は(a) の基準光源からの赤
外線の強度を示す図、(c) は(a) の基準光源に設けられ
たスリットと熱型赤外線との位置関係を説明する説明図
である。

【図４】本発明の熱型赤外線カメラにおけるセンサ温度
分布を示す特性図である。

【図５】従来の熱型赤外線カメラの構成を示す構成図で
ある。

【図６】従来の熱型赤外線カメラにおけるセンサ温度分
布を示す特性図である。

【符号の説明】

１０…本発明の第１の実施例の熱型赤外線カメラ １１，２１，５１…筐体 ２０…本発明の第２の実施例の熱型赤外線カメラ ２２…光路切換ミラー ２３…ミラー駆動回路 ３０…低温基準熱源 ３１…電子冷却器 ３２…冷却面 ３３…冷却器制御器 ３４…スリット ３５…スリット板 ３６…レンズ ５２…対物レンズ ５３…光電変換器 ５３ａ…熱型赤外線センサ ５４…検知器駆動回路 ５５…映像化回路 ５６…モニタディスプレイ Ｘ…撮像対象物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射された赤外線の量に応じて電気信号
   を出力する熱型赤外線センサ(53a) がマトリクス状に配
   置された光電変換部(53)を筐体(11)内に備え、撮像対象
   物(X) から放射される赤外線をレンズ(52)によって集光
   してこの光電変換部(53)上に照射し、この光電変換部(5
   3)の各熱型赤外線センサ(53a) からの信号を映像化回路
   (55)によって映像化する熱型赤外線カメラにおいて、 前記撮像対象物(X) の温度より低い低温基準熱源(30)
   を、前記筐体(11)内の前記光電変換部(53)を見通す位置
   に設け、前記光電変換部(53)の各赤外線センサ(53a) の
   境界部のみに前記低温基準熱源(30)からの赤外線が照射
   されるようにスリット(34)が設けられたスリット部材(3
   5)を、低温基準熱源(30)と前記光電変換部(53)との間に
   設けたことを特徴とする熱型赤外線カメラ。
2. 【請求項２】 入射された赤外線の量に応じて電気信号
   を出力する熱型赤外線センサ(53a) がマトリクス状に配
   置された光電変換部(53)を筐体(21)内に備え、撮像対象
   物(X) から放射される赤外線をレンズ(52)によって集光
   してこの光電変換部(53)上に照射し、この光電変換部(5
   3)の各熱型赤外線センサ(53a) からの信号を映像化回路
   (55)によって映像化する熱型赤外線カメラにおいて、 前記レンズ(52)と光電変換部(53)との間に、常時はレン
   ズ(52)と光電変換部(53)との間の光路を遮断し、撮影時
   に光路を開放する光路切換ミラー(22)を設け、非撮影時
   の前記光路切換ミラー(22)を介して前記筐体(21)内の前
   記光電変換部(53)を見通す位置に、前記撮像対象物(X)
   の温度より低い低温基準熱源(30)を設け、前記光電変換
   部(53)の各赤外線センサ(53a) の境界部のみに前記低温
   基準熱源(30)からの赤外線が照射されるようにスリット
   (34)が設けられたスリット部材(35)を、低温基準熱源(3
   0)と前記光電変換部(53)との間に設けたことを特徴とす
   る熱型赤外線カメラ。