JPS6040228B2 - 赤外線監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、走査の方向とは直交する方向に線状に配置
された赤外線検出器列によって周囲の情景を熱像として
撮像する赤外線監視装置に関するものである。

第’図は、従来の光導伝形検出器を用いた赤外線監視装
置の基本的な構成を表わす図であり、受光光学系１を赤
外線検出器列２を保持する架台３は、赤外線検出器列２
の方向を髄として回転し、周囲から入射する入射赤外光
４は受光光学系１によってバイアス電源５からバイアス
電流の供給されている赤外線検出器列２上に結像する。

なお、ここで赤外線検出器列とは、光導伝形赤外線検出
器の列を意味する。従って、赤外線検出器列２中の１個
の赤外線検出器は架台３が回転することによって、受光
光学系１の焦点距離と赤外線検出器の大きさで決まる縦
方向視野の範囲内の熱像を１本の走査線で走査すること
になる。この１個の赤外線検出器出力はテレビジョンカ
メラのような通常の撮像装置における走査線１本の映像
信号に対応し、赤外線検出器列２の各検出器の出力を前
直増幅器６で増幅した後に順々に並べれば、テレビジョ
ンにおける映像信号と同様の映像信号が得られ、この信
号を画像表示器７に供給することによって赤外線監視装
置の周囲の情景の熱像が得られる。第１図において多重
器８は赤外線検出器列２から並列に送られて来る映像信
号を画像表示器６に都合の良に直列形式の映像信号に変
換する機能を持つ。この赤外線監視装置の操作者は、画
像表示器６に表示された画像を監視することにより、周
囲の温度の変化、異常物体の接近などを知ることができ
る。第１図における赤外線検出器列２中の赤外線検出器
の個数は周囲の実景を走査する走査線数に等しく、表示
される画像の情報量は走査線数が多い程増加し、操作者
は周囲の状況をより容易に把握することができる。

このため、赤外線検出器の個数は通常数十ないし数百個
となっている。一方、赤外線検出器列のうち２個の赤外
線検出器に着目し、第１の検出器の感度をＲ１、第２の
検出器の感度をＲ２とし、第１の検出器の受光電力をＰ
１、第２の検出器の受光電力をＰ２とすると、第１の検
出器、第２の検出器の出力ＳＩ，Ｓ２はそれぞれ次式で
表わされる。ＳＩ：ＲＩＰＩ
…‘１｝Ｓ２＝Ｒが２
…■画像表示器に表示される画像の輝度差△Ｂは、
各検出器に対して設けられた増幅器の利得Ｇ及び画像表
示器で決まる定数Ｋを用い、次のように表わされる。

△Ｂ＝ＫＧＳＩ−ＫＧＳ２ こＫＧ｛Ｐ１（ＲＩ−Ｒ２）十（ＰＩ−Ｐ２）Ｒ２｝．
・・【３｝画像表示器に表示される画像の輝度差△Ｂは
、本釆、受光電力の大小によってのみ決まることが望ま
しく、第（３’式中第２項がこの効果を表わしている。

これに対し、第１項は各検出器間の感度の差によって生
ずる輝度差を表わしている。第１項が第２項に比べて無
視できるのは」Ｒ青弁２」《ＩＰ；．Ｐ２１
‐‐‐【４｝の条件が成り立つときであるが、常温の粉
体に対してはＩＰＩ−Ｐ２ｌ《ＰＩであるので、各検出
器間の感度の差は、極めて小さな値に制限されなければ
ならない。

ところが、現在の赤外線検出器の製造技術では先に述べ
たような数多くの検出器について第４）式の条件を満た
すことは困難である。従って、従来の装置の表示画像に
は検出器の感度ムラによる横縞状の輝度ムラが生ずる。
また、第１図に示すような赤外線監視装置の走査方法に
おいては、装置の全周を監視する場合にはテレビジョン
カメラ等で行なわれるラスタ一走査におけるような無効
走査期間、いわゆる帰線期間が無くなるために赤外線検
出器は常に外部からの信号光を受光することになる。従
って、各検出器に対して設けられた増幅器は直流信号を
も増幅する直流増幅器でなければならない。ところが直
流増幅器は、交流のみを増幅する交流増幅器に比較し、
利得の安定性が悪いために、表示画像全体もしくは走査
線間の輝度が変動する。この発明は、これらの欠点を除
去するために、必要に応じて赤外線検出器に基準赤外線
光源から赤外光を入射させ、その際の赤外線検出器出力
を用いて各検出器に対するバイアス電流を変化させる回
路を設けたもので、次の原理を用いている。

光導伝形検出器の感度Ｒは、単位バイアス電流当りの感
度Ｒｏ、バイアス電流ｌｂを用い、次のように表わされ
る。Ｒ＝Ｒｏ×ｌｂ …
■従って、バイアス電流を変えれば、それに比例して感
度が変わるため、各検出器毎にＲｏが異なる場合もそれ
に応じてバイアス電流を各検出器毎に適切に設定すれば
、赤外線検出器列の全ての検出器についてＲが等しい値
となり、第‘４ー式の条件を満たすことが可能となる。

以下、図面を用い、この発明について詳細に説明する。
第２図はこの発明の実施例を表わす図である。

第２図に示す装置の動作モードは、赤外線検出器列２の
各検出器間の感度の差を検出し、補正する感度補正モー
ドと、周囲の実景を緑像する撮像モードの２つがある。
操作者は必要に応じて感度補正多重器９に指示を与えて
感度補正モードを指示し、感度補正多重器９は補正が完
了すると動作モードを撮像モードーこ切換える。感度補
正モードにおいては感度補正多重器９からモーター０に
ブレード回転信号１１が与えられ、赤外線検出器列２の
前に設けられた、互いに放射率の異なる２枚の羽根より
成る回転板１２が回転する。

モ−夕１０からは回転板の２枚の羽根のうち、どちらの
羽根が赤外線検出器列２の前にあるかを表わすブレード
同期信号１３が感度補正多重器９に与えられ、感度補正
多重器９はこのブレード同期信号１３と赤外線検出器列
２の各検出器毎に設けられた前層増幅器６の出力をもと
に各検出器間の感度の差を検出する。感度補正多重器９
は検出した各検出器間の感度差をもとに各検出器に対し
てバイアス電流１４を与える。

各検出器に対して適切なバイアス電流１４が与えられ、
赤外線検出器列２の全ての検出器の感度が等しくなると
装置の動作モードが感度補正モードから撮像モードに切
換わる。撮像モードにおいては、回転板１２の羽根は入
射赤外光４を遮らない位置に固定されると共に、バイア
ス電流１４は感度補正モードの最終時の値が保持される
。また、感度補正多重器９は赤外線検出器列２から並列
に送られて来る映像信号を直列形式に変換し、多重映像
信号１５として画像表示器７に供給する。第３図は回転
板１２と赤外線検出器列２の関係を示す図である。

回転板１２は温度の均一性が良くなるような材質、構造
を持つことが必要であり、赤外線の放射率が高い第１ブ
レード１６と第１ブレードとは放射率の異なる第２ブレ
ード１７より構成される。なお、この２枚の羽根の放射
率は、他の部分よりの赤外線の反射を減少させるため、
いずれも１に近いことが望ましい。回転板１２の羽根の
大きさ及び位置は、羽根が赤外線検出器列２の前に来た
ときに各検出器の視野を羽根が十分含んでいるような条
件を満たしている。従って、羽根が赤外線検出器列２の
前に来たときには全ての検出器は同量の赤外光を受けて
おり、その量は第２ブレード１７が前に来たときと第１
ブレード１６が前に釆たときでは異なる。第４図は感度
補正多重器の構成例を表わす図である。

操作者が感度補正モードを指定したときには、モード設
定回路１８はブレード回転信号１１及びモード設定信号
１９を発生する。ディジタルメモリ２０は各検出器に供
給するためのバイアス電流１４の値をディジタル化して
記憶しておくためのもので初期状態においては記憶内容
はリセットされている。多重回路２１は、検出器指定回
路２２から与えられる検出器指定信号２３をもとに、多
くの検出器のうちの１つを選択し、その検出器に対応し
た前畳増幅器出力２４を多重映像信号１５として出力す
る。電圧修正回路２５は多重映像信号１５とブレード同
期信号１３をもとに検出器指定回路２２によって指定さ
れている検出器の感度が予め設定されている値と異なる
場合にその差を検出し、ディジタルメモリ２０のメモリ
内容２６に修正を加えて書込信号２７とともに書込内容
２８としてディジタルメモリ２川こ送り返す。なお、書
込信号２７はディジタルメモリ２０を書込状態にするた
めの信号で、この信号が与えられない期間にはディジタ
ルメモリ２０の記憶内容は変わらない。ディジタルメモ
リ２０の記憶内客は回転板が複数回転する間に修正され
、１つの検出器に対応した内容の修正が完了すると完了
信号２９が発生される。この完了信号２９をもとに検出
器指定回路２２は次の検出器を指定する。サンプルホー
ルド信号３０は、指定された検出器に対応したサンプル
・ホールド回路３１がディジタルーアナログ変換器３２
によってアナログ量に変換されたディジタルメモリ２０
の内容をサンプル・ホ−ルドするために検出器指定回路
２２より発生される。また、サンプル・ホールド回路３
１の出力を安定化させるために設けられた低域通過フィ
ル夕３３を通過した後、サンプル・ホールド回路３１の
出力はバイアス電流１４となる。全ての検出器について
ディジタルメモリ２０の内容が修正されると、検出器指
定回路２２は補正完了信号３４を発生し、動作モードは
感度補正モードから撮像モ−ド‘こ切換わる。第５図は
電圧修正回路の構成例を表わす図である。

多重映像信号１５は雑音を低減するために設けられた低
域通過フィル夕３５を通過した後に２つのサンプル・ホ
ールド回路３６ａ，３６ｂに供給される。ブレード同期
信号分離回路３７はブレード同期信号１３をもとに、第
１ブレードが赤外線検出器列の前に来ているときに第１
ブレード同期信号３８を、第２ブレードが赤外線検出器
列の前に来ているときに第２ブレード同期信号３９を発
生する。２つのサンプル・ホールド回路３６ａ，３６ｂ
は、第１ブレード同期信号３８、第２フレード同期信号
３９をもとに多重映像信号１５をサンプル・ホールドし
、その出力は第１プレードレベル４０、第２プレードレ
ベル４１となる。

赤外線検出器列の各検出器の感度によって第１ブレ−ド
レベル４０と第２プレードレベル４１の差が決まり、全
ての検出器の感度が同じであれば、この差も一定となる
。減算器４２ａは第１プレードレベル４０と第２プレー
ドレベル４１の差を求め、この差と予め定められた基準
値４３との差が再び減算器４２ｂによって求められ、誤
差信号４４となる。この誤差信号４４は、予め定められ
た減衰係数を持つ係数器４５を通過した後、アナログー
ディジタル変換器４６に与えられディジタル化誤差信号
４７となる。ディジタル加算器４８はメモリ内容２６と
ディジタル化誤差信号４７を加算して書込内容２８を発
生する。ブレード同期信号分離回路３７はこの書込内容
２８が発生するタイミングにブレード完了信号４９を発
生し、モード設定信号１９が感度補正モード動作中であ
ることを示し、かつ、ブレード完了信号４９が発生して
いるときにＡＮＤゲート５川ま書込信号２７を発生する
。また、判別器５１はディジタル化誤差信号４７の絶対
値がある値以下になったときに完了信号２９を発生する
。第６図は、電圧修正回路における主要な信号の位相関
係を表わす図で、多重映像信号１５、第１ブレード同期
信号３８、第２ブレード同期信号３９、フレード完了信
号４９、第１プレードレベル４０、第２プレードレベル
４１の関係を示す。

第７図は、検出器指定回路の構成例を表わす図である。
ディジタルスイッチ５２には内部クロツク５３からの信
号と、完了信号２９が入力されており、モード設定信号
１９が感度補正モード動作中であることを示していると
きは完了信号２９を、撮像モードであることを示してい
る場合には内部クロツク５３からの信号を出力する。デ
ィジタルカウンタ５４は初期状態においてはリセットさ
れており、カウンタ入力５５により、指定する検出器の
番号を順々に進めて行き、検出器指定信号２３を発生す
る。復号器５６は検出器指定信号２３を復号し、各検出
器に対応した信号線にサンプル・ホールド信号３０を供
給する。また、モード設定信号１９が感度補正モード動
作中であることを示し「かつディジタルカウンタ５４が
全ての検出器を一順したことを示す信号５７を発生した
ときにＡＮＤゲート５８は補正完了信号３４を発生する
。なお、以上は、回転板として赤外線放射率の異なる２
枚の羽根を持つものを用いて説明したが、羽根の枚数は
２枚に限らず複数枚であれば以上に説明した方法と同様
の方法で同じ効果が得られる。

また、羽根が１枚の場合は、その羽根を第１ブレードと
みなし、第２プレードレベルを適当な直流レベルとおく
ことによって同じ効果が期待できる。さらに、回転板の
各羽根の温度を変えておけば、放射率を変えなくとも赤
外線の放射量が各羽根毎に変わるため、以上に説明した
方法と同様の方法で同じ効果が得られる。さらに、以上
は、第１プレードレベルと第２プレードレベルの差と比
較する基準値として予め設定された値を用いたが、この
代りに、全ての検出器における第１プレードレベルと第
２プレードレベルの差を求め、この平均値を基準値とし
て用いれば感度補正モードの動作時間を短くすることが
できる。

また、以上の説明では、バイアス電流の値を全てディジ
タル化してメモ川こ記憶する方法について説明したが、
全ての検出器に対して共通のオフセット値を与え、その
値からの各検出器に対応する増減分のみをディジタルメ
モリに記憶する構成にすれば、バイアス電流の設定精度
に対するメモリ容量を少なくすることができる。

さらに、以上は赤外線検出器列の各検出器間の感度のバ
ラッキを補正する場合について説明したが、各検出器毎
に前層増幅器が設けられており、その利得が各検出器毎
に異なる場合にも、以上に説明した方法でそのバラッキ
が補正できる。

また、以上は走査の方向とは直交する方向に配置された
赤外線検出器列を持つ赤外線監視装置について説明した
が、この発明はこれに限らず、検出器として赤外光に限
らず他の光の検出器を用いた光学監視装置に応用しても
良い。以上のように、この発明に係る赤外線監視装置で
は、複数の赤外線検出器間の感度差を自動的に補正する
回路を有することにより、均一性の高い赤外像が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光導伝形検出器を用いた赤外線監視装置
の基本的な構成を表わす図、第２図はこの発明の実施例
を表わす図、第３図は回転板と赤外線検出器列の関係を
示す図、第４図は感度補正多重器の構成例を表わす図、
第５図は電圧修正回路の構成例を表わす図、第６図は電
圧修正回路における主要な信号の位相関係を表わす図、
第７図は検出器指定回路の構成例を表わす図であり、１
は受光光学系、２は赤外線検出器列、８は多重器、９は
感度補正多重器、１２は回転板、２２は検出器指定回路
、２５は電圧修正回路である。 なお、図中同一あるいは相当部分には同一符号を付して
示してある。第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第了図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 走査の方向と直交する方向に線状に配列された光導
   伝形赤外線検出器列および受光光学系と、上記赤外線検
   出器列と受光光学系の組合わせを赤外線検出器列の方向
   を軸として回転させることによつて周囲の情景を走査す
   る架台とを有し、周囲の情景の熱像を得る赤外線監視装
   置において、赤外線放射量が互いに異なる複数の羽根を
   有する回転板を上記赤外線検出器列の前面に設け、かつ
   上記回転板を操作者の必要に応じて回転させ、回転板の
   異なる羽根が赤外線検出器列の前面に回転して来たとき
   に各検出器に対して設けられた前置増幅器の出力の差が
   、対応する羽根に対して全ての検出器について同一の値
   となるように赤外線検出器列の各光導伝形赤外線検出器
   に与えるバイアス電流を制御し、この電流制御が完了し
   た時点で回転板の回転を羽根が赤外線検出器列の視野を
   遮らない位置で止めるとともに、各光導伝形赤外線検出
   器に与えるバイアス電流の値を制御完了時の値に保持す
   るように構成したことを特徴とする赤外線監視装置。