JPH0738720A

JPH0738720A - 撮像装置、検知素子及び検知素子アレイ

Info

Publication number: JPH0738720A
Application number: JP5175756A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Hamashima; 茂樹濱嶋; Tomoshi Ueda; 知史上田; Yukihiro Yoshida; 幸広吉田; Koji Hirota; 耕治廣田; Hiroyuki Tsuchida; 浩幸土田; Noritomo Satou; 徳朋佐藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-07-16
Filing date: 1993-07-16
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】撮像装置に関し、信号対雑音比の改善を目的
とする。【構成】走査方向に所定の角度をなす直線上に、撮像
対象を複数に分割した像領域に対応した単位検知素子に
対して、少なくとも１個の単位検知素子を追加した検知
素子を複数配置して、回転多面鏡が１回転する間に、撮
像対象の各ラインを複数回走査して電気変換し、該電気
変換した信号を同一ライン毎に加算して、撮像対象の画
面を形成するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像装置、検知素子及
び検知素子アレイに係り、特に、撮影された像の信号対
雑音比を改善できる撮像装置と、これに適用する検知素
子及び検知素子アレイに関する。

【０００２】赤外線撮像装置は医療分野、工業分野、セ
キュリティ業務分野から食品分野など極めて広い範囲で
使用されている。そしてその使用方法も、周囲の温度と
に差があることを検出する程度のものから極めて精細に
温度を観測するもの、或いは、静体の温度を扱うものか
ら動体の温度を扱うものまで極めて多岐に渡っている。
中でも精細な温度変化を観測するものでは感度に厳しい
要求が課せられ、又、動体を扱うものではテレビ並の高
速表示が要求される。

【０００３】特に、高感度化するには素子の信号対雑音
比（赤外線素子分野においてはDetectivity の意味でＤ
^*と表現されるが、一般的に使用するＳ／Ｎと対応して
いるので、以下においてはＳ／Ｎと略記する）を改善す
る必要があるが、電極と赤外結晶との間のオーミック接
触、保護膜の品質、不純物の混入などが複雑に関係し
て、その改善は容易ではない。

【０００４】従って、撮影された像の信号対雑音比を容
易に改善できる撮像装置の実現と、それに適用する検知
素子及び検知素子アレイの実現が望まれている。

【０００５】

【従来の技術】図８は、従来の撮像装置の動作原理を示
す図である。図８において、１は撮像対象、２は回転多
面鏡、３ａは検知素子アレイ、４ａ１、４ａｎは信号受
信回路である。そして、検知素子アレイ３ａは単位検知
素子３ａ１、・・、３ａｎから構成される。回転多面鏡
も含めて撮像装置を構成する光学系の立体イメージを図
１１に示す。図１１において、２は回転多面鏡、３は検
知素子アレイ、２０、２１、２２はレンズ、２３は反射
鏡である。撮像対象からの赤外線をレンズで集光して回
転多面鏡と反射鏡で反射し、更にレンズで集光して検知
素子アレイに赤外線を導く。この際、回転多面鏡が回転
することによって撮像対象上のラインを走査できる。

【０００６】さて、検知素子アレイは３ａ１から３ａｎ
のｎ個の単位検知素子から構成されており、ｎ個の単位
検知素子は走査方向に対して所定の角度（通常は直角）
をなして配列されている。単位検知素子３ａ１は撮像対
象の分割された複数の領域の内第一番目の領域１１に含
まれるラインからの赤外線を検知し、３ａｎは第ｎ番目
の領域１ｎに含まれるラインからの赤外線を検知する。
そして、回転多面鏡の第一の鏡面で走査している時に
は、単位検知素子３ａ１には領域１１の第１ラインであ
るライン１１１からの赤外線が入力され、同様に、単位
検知素子３ａｎには領域１ｎの第１ラインであるライン
１ｎ１からの赤外線が入力される。回転多面鏡が回転
し、次の鏡面で走査する時には、例えば単位検知素子３
ａ１には、領域１１に含まれるライン１１１の次のライ
ンからの赤外線が入力される。このようにして、回転多
面鏡が一回転すると、単位検知素子３ａ１は領域１１の
中の全てのラインからの赤外線を検知する。同様に、単
位検知素子３ａｎは領域１ｎの中の全てのラインからの
赤外線を検知する。即ち、回転多面鏡が一回転するとｎ
個の検知素子によって撮像対象の全面が走査され、全面
の赤外線情報が検知される。

【０００７】検知された電気信号は信号受信回路に入力
され、必要な処理を受けた後に図示していない表示装置
に印加される。図９は、こうして生成された従来の画面
を示す図である。

【０００８】図９において、図全体が撮像対象全体の画
面を表し、細長い矩形は１ラインを表す。即ち、例えば
図９の１１１は図８の１１１と同一である。又、図９の
ライン１１１から１１ｍまでが図８における領域１１に
含まれるライン群である。尚、ｍは回転多面鏡の面の数
に等しい。そして、図９においてハッチしたライン１１
１、１２１、・・、１ｎ１が同時に走査されるラインで
ある。

【０００９】こうして従来の撮像装置では、撮像対象の
全てのラインが一回ずつ走査されて画面を形成する。こ
の場合画面のＳ／Ｎは単位検知素子に入力される赤外線
のレベルに対応する出力電気信号のレベルと単位検知素
子の雑音レベルの比で決まり、赤外線量の少ない点では
十分なＳ／Ｎを確保することが難しい。

【００１０】Ｓ／Ｎを確保する方式として、走査方向に
垂直に配列した一次元検知素子アレイを、走査方向に複
数並べて走査し、電気変換した後に同一ラインの電気信
号を積分するＴＤＩ方式（Time Delay Integration方
式) が知られている。

【００１１】図１０は、ＴＤＩ方式での検知素子構造を
示す平面図である。ここでは、同一ラインを２回走査し
て積分する場合の検知素子を例に図示している。図１０
において、Ｇは接地電極、Ｑ１とＱ２は受光部、Ｔ１と
Ｔ２は検知信号の出力電極である。この場合、受光部Ｑ
１、Ｑ２は同一ラインからの赤外線を受けなければなら
らないので走査方向の同一線上に並ばせなければならな
い。そのために受光部と出力電極を結ぶ配線パターンは
複雑な形状になる。しかも積分の回数を増す、即ち受光
部の数を増すと配線は単一面内では困難になる。更に、
この方式の場合には図示の検知素子を（理想的には）間
隙を開けずにライン数だけ敷き詰めて検知素子アレイを
構成することになるので、現在実用化されている光伝導
型検知素子は適用し難いとなど、実現を妨げる多くの問
題が内在する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
に対処して、検知素子を容易に実現できて、且つ、像の
Ｓ／Ｎを改善できる撮像装置、検知素子及び検知素子ア
レイを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理を
示す図である。図１において、１は撮像対象、２は回転
多面鏡、３は検知素子アレイ、４１、４１’、・・、４
ｎ、４ｎ’は信号受信回路、５１’、・・、５ｎ’は遅
延回路、６１、・・６ｎは加算回路である。検知素子ア
レイは単位検知素子の組合せ３１と３１’、・・、３ｎ
と３ｎ’（本文では単位検知素子の組合せを検知素子と
定義している）からなる。単位検知素子３１は従来の撮
像原理と同様に、撮像対象を分割した像領域１１の中に
含まれるラインからの赤外線信号を受光し、単位検知素
子３１’は単位検知素子３１が受光するラインの一本下
のラインから受光するように配置してあるものとする。
即ち、図１の記号で説明するならば、単位検知素子３
１’は像領域１１のライン１１２から像領域１２のライ
ン１２１までのラインからの赤外線を受光する。回転多
面鏡が回転して次の鏡面が走査している間は、単位検知
素子３１は領域１１内のライン１１１の次のライン１１
２からの赤外線を受光し、単位検知素子３１’は３１が
受光するラインの一本下のラインからの赤外線を受光す
る。

【００１４】そして、一例について説明すると、単位検
知素子３１の出力は信号受信回路４１に印加されて必要
な処理を受ける。また単位検知素子３１’の出力は信号
受信回路４１’に印加されて必要な処理を受けた後、遅
延回路５１’で検知素子の構造から決まる時間（この場
合には１ラインに相当する時間）遅延される。更に、信
号受信回路４１の出力と遅延回路５１’の出力が加算回
路６１で加算される。

【００１５】

【作用】像領域１１のライン１１２に着目して考える。
ライン１１２からの赤外線は、第一の鏡面で走査する時
には単位検知素子３１’で受光され、次の鏡面で走査す
る時には単位検知素子３１で受光される。即ち、ライン
１１２は２回走査され、ライン１１２からの赤外線は単
位検知素子３１’、３１の順に２回受光されて、単位検
知素子から電気変換された信号として出力される。この
間の遅延時間は１ライン走査する時間であるので、単位
検知素子３１’から供給される電気信号を１ラインの時
間蓄積し、単位検知素子３１から供給される同じライン
の電気信号と加算すれば、信号振幅は２倍になる。一
方、検知素子の雑音は時間軸上で自己相関を持たないの
で、加算後の平均雑音振幅は√２倍になる。即ち、加算
後のＳ／Ｎは２０ｌｏｇ₁₀（２／√２）＝３ｄＢ改善さ
れる。

【００１６】

【実施例】図２は、図１の原理に基づいて撮像した画面
を示す模式図である。図２は全体で１枚の画面を表し、
細長い矩形は一本のラインを表す。そして、２本のライ
ンが重なったように表示されているのは、組をなす単位
検知素子によって２回赤外線が受光され、それに対応す
る電気信号が２回出力される事を示す。即ち、ライン１
１２を例に説明すれば、上述のように単位検知素子３
１’で１回（図２の１１２’）、単位検知素子３１によ
って１回（図２の１１２）受光されるので、図では重ね
て表示している。ライン１１２以降は上述の繰り返しで
あるので、各ラインからの赤外線は２回受光される。し
かしライン１１１からの赤外線だけは、単位検知素子３
１によって一回だけ受光されるのみである。従って、ラ
イン１１１だけはＳ／Ｎを改善出来ないが、通常先頭ラ
イン付近には撮像対象、条件などを表す文字が表示され
るので、元々データとしては正確さを求められず、実用
的には一切支障はない。

【００１７】又、ライン１１１だけは１回の走査しか行
なわれないので、加算後には他のラインとレベル差が生
ずる。これが不都合であれば、ライン１１１に対応する
出力だけは同一信号を２倍すればよい。

【００１８】ここで、単位検知素子の出力の処理方法に
ついて略述する。先に述べたように、各ラインは１ライ
ンを走査する時間だけ遅延して２回走査され、その出力
が一対の単位検知素子から出力される。そして、図１の
単位検知素子３１と３１’について見れば、３１’から
の出力の方が先に出力されることも述べた。従って、３
１’が供給する電気信号を１ラインに相当する時間蓄積
し、３１が供給する電気信号と加え合わせればよい。こ
の処理はアナログでもデジタルでも可能であるが、蓄積
を容易に行なえて、且つ、加算演算での誤差が少ないデ
ジタル方式を用いる方が望ましい。

【００１９】以上の操作をデジタルで行なうには、単位
検知素子３１’の出力を線型符号化してラインメモリに
蓄え、単位検知素子３１の出力を線型符号化したものと
加算すればよい。

【００２０】最初に、赤外線撮像装置は静体用も動体用
もあると述べた。静体の場合には時間がずれて同一ライ
ンを走査しても複数の検知素子の出力は変わらないの
で、同じ信号を加算することになり、Ｓ／Ｎが改善され
るのは容易に理解できる。では動体の場合にはどうであ
ろうか。通常赤外線撮像装置においてもテレビと同じよ
うに１秒間に３０枚の画像を処理している。そして１画
面当たりの走査線も２４０本程度で、通常のテレビ程度
である。テレビ画像の帯域圧縮技術においては上記のフ
レーム数、走査線数において動画のフレーム間相関、ラ
イン間相関を利用して画像を処理している。赤外線撮像
装置においてもテレビと同等の仕様で画像を扱ってお
り、しかもテレビの被写体と同じ程度の速度で動く動体
を扱っているので、ライン間にはテレビと同等な相関が
ある。従って、相関によって動体の場合にも加算された
振幅は近似的に２倍になり、Ｓ／Ｎは静体の時と同様に
改善される。

【００２１】図３は、本発明の検知素子構造を示す図で
ある。図３において、（イ）は平面図、（ロ）は断面図
である。そして、Ｇは接地電極、Ｐ１、Ｐ２は受光部、
Ｔ１、Ｔ２は出力電極である。受光部は水銀、カドミウ
ム、テルルからなる赤外線検知材料が、電極の間で赤外
線に対して露出している部分である。

【００２２】図４は、図３の検知素子を複数組み合わせ
て構成した、本発明の検知素子アレイの構造である。検
知素子の数は（走査線数）／（回転多面鏡の鏡の数）に
等しい。そして、隣合う二組の検知素子のピッチは、撮
像対象を分割した領域の高さに相当する（撮像対象と検
知素子アレイ間に光学系が介在するので、寸法が等しく
なるわけではない）。

【００２３】さて、上述の発明では第一ラインは１回し
か積分されないが、第一ラインも２回積分することが可
能である。図５は、本発明の第二の検知素子アレイの構
造である。

【００２４】図５において、検知素子Ａ１以降は図４の
検知素子アレイの検知素子と同じで、検知素子Ａ０が第
二の検知素子アレイの特徴である。検知素子Ａ１からＡ
ｎで撮像対象をカバーするのであるから、Ａ０は撮像対
象の外の、仮想の像領域を走査する事になる。仮想の像
領域から始めて走査を繰り返すので、既に行なった説明
と併せれば、撮像対象の第一ラインも必ず２回走査され
ることになる。これによって、上記のように第一ライン
だけ同じ信号を２倍するという処理をする必要性は失
せ、全てのラインに同じ処理を施すことができ、且つ、
第一ラインのＳ／Ｎも他のラインと同じだけ改善され
る。ただし、仮想の像領域も走査するので、回転多面鏡
の鏡面をひとつ増やす必要がある。

【００２５】こうした場合にも１画面全体を走査する時
間は同じにしなければならないので、画面の分割数をｍ
とすると走査スピードを（ｍ＋１）／ｍ倍に上げる必要
が生ずる。通常ｍは８〜１０程度であるので、１０％程
度の高速化にあたる。これほど高速化しないでも第一ラ
インの走査を２回行なえる検知素子アレイの構造を次に
説明する。

【００２６】図６は、本発明の第三の検知素子アレイの
構造である。図６において、検知素子Ａ２以降は図４の
検知素子アレイと同じもので、検知素子Ａ１’が第三の
検知素子アレイの特徴である。この検知素子Ａ１’は、
図４又は図５の検知素子Ａ１に、１ラインだけ仮想の像
領域にはみ出した単位検知素子を接続したものである。
仮想の像領域を走査する鏡面によって走査すると直ち
に、新たに接続された単位検知素子に第一ラインからの
赤外線が入力される。即ち、全ライン数をＬとすると
（Ｌ＋１）／Ｌ倍に速度を上げるだけですむ。通常Ｌは
２４０本程度であるので、速度上昇はとるに足らない範
囲である。

【００２７】これまでは、積分するために単位検知素子
を１個、しかも、元の単位検知素子に対して１ライン幅
に相当するピッチで設ける例で説明をしてきた。しか
し、追加する単位検知素子の数は１個には限定されず、
又、追加する単位検知素子を配置する位置も、撮像対象
を分割した像領域の中のライン上に対応する位置なら任
意である。

【００２８】図７に、積分するための単位検知素子２個
を１ラインおきに追加配置した、Ｂで示す検知素子を組
み合わせた第四の検知素子アレイの例を示す。こうする
ことによって、積分を３回に増やすことが出来、Ｓ／Ｎ
は５ｄＢ改善される。又、光伝導型検知素子の場合には
単位検知素子間の絶縁の為の間隙を確保できるので作り
易いという利点生ずる。しかし、３回積分するために単
位検知素子が供給する電気信号を最大３ラインに相当す
る時間蓄積しておかねばならないので、遅延時間が大き
くなることが避けられない。従って、Ｓ／Ｎの改善と遅
延時間のトレードオフで、積分の回数を決定する必要が
ある。

【００２９】更に、図７の検知素子アレイを基本に、撮
像対象の外に仮想の像領域を設定して走査する場合に
は、図５と同様に検知素子を同じピッチで配置してもよ
いし、図６と類似の方法で構成することもできる。ただ
し、図６と類似の方法によっても積分の回数が多くなる
程走査速度を上げなければならなくなり、その上限値は
上述の（ｍ＋１）／ｍとなる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明により検知素
子を容易に実現できて、且つ、像のＳ／Ｎを改善できる
撮像装置、検知素子及び検知素子アレイを実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理。

【図２】図１の原理に基づいて撮像した画面。

【図３】本発明の検知素子構造。

【図４】検知素子アレイ。

【図５】第二の検知素子アレイ。

【図６】第三の検知素子アレイ。

【図７】第四の検知素子アレイ。

【図８】従来の撮像装置の動作原理。

【図９】従来の画面。

【図１０】ＴＤＩ方式の検知素子構造（平面図）。

【図１１】撮像装置を構成する光学系の立体イメー
ジ。

【符号の説明】

１撮像対象２回転多面鏡３検知素子アレイ１１、１２、１ｎ像領域３１、３１’、３ｎ、３ｎ’ 単位検知素子４１、４１’、４ｎ、４ｎ’ 信号受信回路５１’、５ｎ’ 遅延回路６１、６ｎ加算回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者廣田耕治神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者土田浩幸神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者佐藤徳朋神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸を含む面に対して異なる倒れ角を
有する複数の鏡面を周囲に設けた回転多面鏡を用いて、
撮像対象を複数に分割した像領域に１個の単位検知素子
を対応させた複数の単位検知素子を、回転多面鏡の回転
に伴う走査方向に所定の角度をなす直線上に配置して、
前記複数の像領域上のラインの像情報を同時に電気変換
する撮像装置において、走査方向に所定の角度をなす直線上に、撮像対象（１）
を複数に分割した像領域（１１）に対応した単位検知素
子（３１）に対して、少なくとも１個の単位検知素子
（３１’）を追加した検知素子を複数配置して、回転多面鏡（２）が１回転する間に、撮像対象の各ライ
ンを複数回走査して電気変換し、該電気変換した信号を
検知素子の構造によって決まる時間遅延させ、同一ライ
ン毎に加算することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】請求項１記載の撮像装置に適用する検知
素子であって、複数の単位検知素子を複合し、該複数の単位検知素子の
間で、一方の電極は互いに接続せず、もう一方の電極は
全て互いに接続することを特徴とする検知素子。
【請求項３】請求項１記載の撮像装置に適用する検知
素子アレイであって、請求項２記載の検知素子を、直線上に（走査線数）／
（回転多面鏡の面の数）に等しい数配列したことを特徴
とする検知素子アレイ。
【請求項４】請求項３記載の検知素子アレイであっ
て、撮像対象外で走査方向と垂直な方向の、時間的に先に走
査する側に設定した仮想的な像領域に対応する検知素子
を追加して設けたことを特徴とする検知素子アレイ。