(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外光学系と、
撮像素子と、
上記撮像素子に熱的に接続した素子温度安定化手段と、
上記撮像素子の視野を覆うことの出来る位置に設置したシャッタと、
上記撮像素子に接続したバイアス電源と、
上記撮像素子に接続したドライバ回路と、
上記撮像素子に接続した前置増幅回路と、
上記前置増幅回路に接続した表示処理回路と、
上記シャッタと上記ドライバ回路と上記表示処理回路に接続したタイミング発生回路と、
上記タイミング発生回路に接続され、電源投入後、一定の期間はこの一定の期間以降における間隔よりも短くかつ一定の時間間隔でオフセット補正するオフセット補正実行信号を自動的に出力するオフセット補正実行信号発生回路と、
を備えたことを特徴とする赤外線カメラ。
【請求項２】
赤外光学系と、
撮像素子と、
上記撮像素子に熱的に接続した素子温度安定化手段と、
上記撮像素子の視野を覆うことの出来る位置に設置したシャッタと、
上記撮像素子に接続したバイアス電源と、
上記撮像素子に接続したドライバ回路と、
上記撮像素子に接続した前置増幅回路と、
上記前置増幅回路に接続した表示処理回路と、
上記シャッタと上記ドライバ回路と上記表示処理回路に接続したタイミング発生回路と、
上記タイミング発生回路に接続され、上記赤外光学系、上記素子温度安定化手段、上記シャッタ、上記バイアス電源、上記ドライバ回路、上記前置増幅回路、上記表示処理回路、上記タイミング発生回路の周囲温度を測定する温度センサと上記温度センサに接続した温度変動量判定回路とを備え、最終オフセット補正実施後の上記温度センサ出力の変化量が設定値を超えた時に、オフセット補正するオフセット補正実行信号を自動的に出力するオフセット補正実行信号発生回路と、
を備えたことを特徴とする赤外線カメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は赤外線カメラのオフセット補正に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図7は従来の赤外線カメラのブロック図である。図中、Mは被写体、1は赤外光学系、2は赤外光学系1の結像面に位置した撮像素子、3は撮像素子2に熱的に接続した素子温度モニタ、4は赤外光学系1と撮像素子2との間に位置するシャッタ、5は撮像素子2に接続したバイアス電源、6は撮像素子2に接続したドライバ回路、7は撮像素子2に接続した前置増幅回路、8は前置増幅回路6に接続した表示処理回路、9は撮像素子2に熱的に接続した素子温度安定化手段、10はシャッタ4、ドライバ回路6、表示処理回路8に接続したタイミング発生回路、11は筐体、12は筐体11の外部に位置しタイミング発生回路10に接続したオフセット補正実行スイッチである。表示処理回路8はA/D変換回路13、加算平均回路14、フレームメモリ15、減算回路16、D/A変換回路17により構成される。18は基準電圧源、19は素子温度モニタ3と基準電圧源18に接続した差動増幅回路、20は撮像素子2と素子温度モニタ3と素子温度安定化手段20を収納する真空素子パッケージ、21は一般にゲルマニウムを材料とする赤外窓であり真空素子パッケージ20と赤外窓21で囲まれた空間は真空に保持されている。
【０００３】
図8は撮像素子2の構成であり、説明の簡素化のため3ラ3画素のものを示した。図中22〜30は赤外線検出器、31〜48はトランジスタ、49〜51はコンデンサ、52は垂直走査回路、53は水平走査回路である。赤外線検出器22〜30は酸化バナジウムや酸化チタンを材料とし特表平7-509057に記載されているような中空構造を有するマイクロボロメータであり、周囲との熱コンダクタンスを小さくして吸収した赤外線の熱量を効率良く検出器の温度上昇に変換することにより高感度化を図っている。
【０００４】
次に動作について説明する。まず基準電圧源18が撮像素子2の動作温度に対する基準電圧を出力する。差動増幅回路19は素子温度モニタ3の出力と上記基準電圧源18の出力とを比較し、その差分に対応した電力を素子温度安定化手段9にフィードバックして撮像素子2の動作温度を安定化させる。次にバイアス電源5からバイアス電圧Vb及びゲート電圧Vgをトランジスタ46〜48に印加する。次にタイミング発生回路10が生成するタイミングに従いドライバ回路6が行を選択する駆動クロックを垂直走査回路52に送る。上記クロックにより垂直走査回路52はまずトランジスタ31〜33を一定期間導通状態にする。これにより、赤外線検出器22〜24にはゲート電圧Vgにより設定されるバイアス電流が流れ、それぞれの抵抗値に対応した電圧が赤外線検出器22〜24に発生する。次にサンプルホールドクロックが印加され、トランジスタ40〜42が導通状態になる。これにより、赤外線検出器22〜24の抵抗値に対応する電圧をコンデンサ49〜51に一旦記憶する。次にトランジスタ40〜42を遮断状態にした後、水平走査回路53はトランジスタ43〜45を順次導通状態にし、赤外線検出器22〜24の抵抗値に対応する電圧を出力する。次に垂直走査回路52は赤外線検出器25〜27により形成される行を選択し、赤外線検出器22〜24の時と同様の手順で赤外線検出器25〜27の抵抗値に対応する電圧を出力する。上記動作を繰り返すことにより、撮像素子2を構成する赤外線検出器22〜30の抵抗値に対応する電圧を順次繰り返し出力し、前置増幅回路7で増幅した後A/D変換回路13に入力する。次にタイミング発生回路10はシャッタ4を閉じる信号を送り、シャッタ4を閉じる。シャッタ4が閉じて赤外線検出器22〜30に一様な赤外線が入射した状態となったところでタイミング発生回路10は表示処理回路8に1回目のオフセット補正データ取得の信号を送る。A/D変換回路13は前置増幅回路7の出力をデイジタル信号に変換し、加算平均回路14において各赤外線検出器毎に加算平均し、赤外線検出器22〜30の抵抗値のばらつき、すなわちオフセットばらつきをフレ-ムメモリ15に記憶する。
【０００５】
次にシャッタ4を開き被写体Mが放射する赤外線を赤外光学系1により集光し、赤外窓21を透過した後、赤外線検出器22〜30上に結像する。これにより被写体からの放射赤外線の強度に応じた数mK程度の微小な温度上昇が赤外線検出器22〜30に生じ、各赤外線検出器の抵抗値はシャッタ4が開く前と比較して変化する。次に赤外線検出器20〜30の出力をオフセット補正デ-タ取得の時と同様に前置増幅回路7で増幅しA/D変換回路13でデイジタル信号に変換した後、減算回路16においてフレ-ムメモリ15に記録されているデ-タを画素毎に減算して各赤外線検出器のオフセットばらつきに起因する固定パタ-ンノイズを除去し、D/A変換回路17でアナログのビデオ信号に変換して出力する。電子回路の発熱や周囲の温度変化等の影響により筐体11の内部の温度が変化すると、基準電圧源18の出力電圧、素子温度安定化手段9の特性、撮像素子2から周囲への熱流出量に変化が生じ、平均的な動作温度、及び撮像素子2の面内の空間的な温度分布が微妙に変化するため赤外線検出器22〜30の抵抗値が各画素毎に変化する。この抵抗値の変化量は各画素毎に異なるため出力のオフセットばらつきは1回目のオフセット補正デ-タの取得の時と比較して変化し、ビデオ信号には固定パターンノイズが目立つようになる。また、筐体11内の各構成要素や光学系1の温度分布が変化することにより、これらから放射される赤外線の撮像素子2上の平均強度及び面内強度分布が変化し、前記と同様に固定パターンノイズが目立つようになる。このような固定パタ−ンノイズの発生は、電源投入後、筐体11や光学系1が熱平衡に達するまでの期間において特に顕著である。このような時にはオフセット補正スイッチ12を操作し、オフセット補正データを再度取り直して画像を回復させる。ここではマイクロボロメータの2次元アレイを撮像素子2に備え撮像素子2を室温付近の一定の温度に安定化させて動作させる非冷却型の赤外線カメラを例としてオフセット補正の動作を説明したが、この動作は例えばプラチナとシリコンによるショットキバリアダイオードの2次元アレイを撮像素子2に備え撮像素子2を77K付近の低温で安定化させて動作させる冷却型の赤外線カメラでも同様である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の赤外線カメラは上記のように構成されているため、オフセット補正実行スイッチを手動で操作することによりオフセット補正を実施する必要があり、長時間に渡って連続使用する場合でも常に操作員が付いていなければならないという難点があった。また、電源投入後、赤外線カメラの構成要素が熱平衡に達するまでの期間において固定パタ−ンノイズが顕著であるという難点があった。
【０００７】
この発明は上記のような難点を解決するためになされたものであり、外部からの操作を必要とせず、自動的にオフセット補正を実施し固定パターンノイズを除去することが出来ると共に、電源投入直後においても固定パタ−ンノイズの少ない良好な画像が得られる赤外線カメラを得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による赤外線カメラは、赤外光学系と、撮像素子と、上記撮像素子に熱的に接続した素子温度安定化手段と、上記撮像素子の視野を覆うことの出来る位置に設置したシャッタと、上記撮像素子に接続したバイアス電源と、上記撮像素子に接続したドライバ回路と、上記撮像素子に接続した前置増幅回路と、上記前置増幅回路に接続した表示処理回路と、上記シャッタと上記ドライバ回路と上記表示処理回路に接続したタイミング発生回路と、上記タイミング発生回路に接続され、電源投入後、一定の期間はこの一定の期間以降における間隔よりも短くかつ一定の時間間隔でオフセット補正するオフセット補正実行信号を自動的に出力するオフセット補正実行信号発生回路とを備えたものである。
【００１０】
第２の発明による赤外線カメラは、赤外光学系と、撮像素子と、上記撮像素子に熱的に接続した素子温度安定化手段と、上記撮像素子の視野を覆うことの出来る位置に設置したシャッタと、上記撮像素子に接続したバイアス電源と、上記撮像素子に接続したドライバ回路と、上記撮像素子に接続した前置増幅回路と、上記前置増幅回路に接続した表示処理回路と、上記シャッタと上記ドライバ回路と上記表示処理回路に接続したタイミング発生回路と、上記タイミング発生回路に接続され、上記赤外光学系、上記素子温度安定化手段、上記シャッタ、上記バイアス電源、上記ドライバ回路、上記前置増幅回路、上記表示処理回路、上記タイミング発生回路の周囲温度を測定する温度センサと上記温度センサに接続した温度変動量判定回路とを備え、最終オフセット補正実施後の上記温度センサ出力の変化量が設定値を超えた時に、オフセット補正するオフセット補正実行信号を自動的に出力するオフセット補正実行信号発生回路とを備えたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１.
図1はこの発明による赤外線カメラの実施の形態1を示すブロック図である。図中1〜21は従来の赤外線カメラと同じものである。55はタイミング発生回路10に接続したオフセット補正実行信号発生回路である。
【００１３】
次にこの発明による赤外線カメラの動作について説明する。図2はこの発明による赤外線カメラの動作を示す図である。素子温度安定化手段9の動作により撮像素子2を所望の動作温度に安定化した後、1回目のオフセット補正を自動的に実施しビデオ信号をD/A変換回路17から出力するまでの動作は従来の赤外線カメラと同じである。電子回路の発熱により筐体11の内部温度は一般に電源投入から1〜2時間程度の間は急激に上昇しその後はしだいに熱平衡状態に達する。この過程においては、撮像素子2の平均的な温度、撮像素子2面内の空間的な温度分布、筐体11内の各構成要素や光学系1から放射される赤外線の撮像素子2上の平均強度及び面内強度分布が熱平衡後よりも相対的に大きく変化する。このため電源投入直後は単位時間当たりの固定パターンノイズの発生量が大きい。そこで図2に示すような間隔でオフセット補正実行信号をオフセット補正実行信号発生回路からタイミング発生回路10に出力して電源投入直後はオフセット補正実施の間隔が短くなるようにすることにより、電源投入直後の固定パターンノイズの発生を抑制し良好な画像を得る。なお、上記のように設定した時間間隔で自動的に実施されるオフセット補正に加えて必要に応じオフセット補正実行スイッチ12を用いて手動でオフセット補正を実施出来るようにしても良い。
【００１４】
実施の形態２.
図3はこの発明による赤外線カメラの実施の形態2を示すブロック図である。図中、1〜21は従来の赤外線カメラと同じものである。56はタイミング発生回路、57はタイミング発生回路56に接続したオフセット補正実行信号発生回路である。オフセット補正実行信号発生回路57は、筐体11内に設置し赤外線カメラの構成要素の周囲温度を測定する温度センサ58と、温度センサ58に接続した温度変動量判定回路59により構成される。図4は温度変動量判定回路59の構成を示すブロック図であり、温度変動量判定回路59は増幅回路60と、A/D変換回路61と、メモリ62と、D/A変換回路63と、増幅回路60とD/A変換回路63に接続した差動増幅回路64と、差動増幅回路64と基準電圧源65に接続した比較回路66から構成される。
【００１５】
次にこの発明による赤外線カメラの動作について説明する。素子温度安定化手段9の動作により撮像素子2を所望の動作温度に安定化した後、1回目のオフセット補正を自動的に実施しD/A変換回路17からビデオ信号を出力するまでの動作は従来の赤外線カメラと同じである。この発明による赤外線カメラではオフセット補正実施時における温度センサ58の出力を増幅回路60で増幅した後A/D変換回路61でデイジタル信号に変換してメモリ62に記憶し、D/A変換回路63でアナログ信号に変換して差動増幅回路64に入力する。一方、オフセット補正実施後の撮像中における温度センサ58の出力も又差動増幅回路64に入力され、D/A変換回路63の出力との差、すなわちオフセット補正実施時からの温度センサ58の出力の変化を比較回路66に入力し、最終オフセット補正実施時の温度センサ58の出力を基準にした温度変化量が基準電圧源65で設定した値を超えた時点でオフセット補正実行信号をタイミング発生回路56へ出力し、新たにオフセット補正を実施する。次にタイミング発生回路56はこの新たなオフセット補正の完了直後に温度センサ58の出力を新たに取得する信号を温度変動量判定回路59に伝達し、メモリ62及びD/A変換回路63の出力を更新する。図5はこの発明による赤外線カメラの動作の一例を示す図であり、電源投入直後や筐体11の周囲温度の変化が生じた時にオフセット補正を自動的に実施し、固定パターンノイズの発生を抑制する。なお、上記により実施されるオフセット補正に加えて必要に応じオフセット補正実行スイッチ12を用いて手動でオフセット補正を実施出来るようにしても良い。
【００１６】
実施の形態３
図6はこの発明による赤外線カメラの実施の形態3を示すブロック図である。図中、1〜3、5〜21は従来の赤外線カメラと同じものである。55は実施の形態1と同じものである。67は赤外光学系1に付属したデフォーカス手段である。
【００１７】
次にこの発明による赤外線カメラの動作について説明する。素子温度安定化手段9の動作により撮像素子2を所望の動作温度に安定化した後、1回目のオフセット補正を自動的に実行しビデオ信号をD/A変換回路17から出力するまでの動作は従来の赤外線カメラと同じである。1回目のオフセット補正の実施後はオフセット補正実行信号発生回路55は実施例1と同様にオフセット補正実行信号を自動的にタイミング発生回路10に出力する。タイミング発生回路10はデフォーカス手段67に動作信号を送り、シャッタ4を閉じる代わりにデフォーカス手段67を動作させて合焦面を移動しピントをぼけさせることにより赤外線検出器22〜30に一様な赤外線を入射させる。この状態でタイミング発生回路10はオフセット補正デ-タ取得の信号を表示処理回路8に送り、従来の赤外線カメラと同様に赤外線検出器22〜30の出力電圧をオフセット補正データとしてフレ-ムメモリ15に記憶する。次にデフォーカス手段6７を再度動作させ、被写体Mの像を赤外線検出器22〜30上に結像し、赤外線検出器22〜30のオフセットばらつきを減算回路16で除去した後D/A変換回路17でアナログのビデオ信号に変換して出力する。
【００１８】
【発明の効果】
第１の発明によれば、オフセット補正信号発生回路55とシャッタ4を備え、オフセット補正信号発生回路55が電源投入後一定の期間は上記一定の期間以降における間隔よりも短くかつ一定の時間間隔でオフセット補正実行信号を自動的に出力してオフセット補正を行なうようにしたため、操作員が不要で自動的にオフセット補正が実施出来、電源投入直後においても良好な画像を出力出来る赤外線カメラが得られる効果がある。
【００２０】
第２の発明によれば、赤外線カメラの構成要素の周囲温度を測定する温度センサ58と温度センサ58に接続した温度変動量判定回路59とシャッタ4を備え、最終オフセット補正実施後の上記温度センサ出力の変化量が設定値を超えた時にオフセット補正実行信号を自動的に出力してオフセット補正を行なうようにしたため、操作員が不要で自動的にオフセット補正が実施出来、電源投入直後あるいは撮像中に周囲温度が変化した時でも良好な画像を有する赤外線カメラが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による赤外線カメラの実施の形態1の構成を示すブロック図である。
【図２】  この発明による赤外線カメラの実施の形態1の動作を示す図である。
【図３】  この発明による赤外線カメラの実施の形態2の構成を示すブロック図である。
【図４】  この発明による赤外線カメラの実施の形態2の温度変化量判定回路59の構成を示すブロック図である。
【図５】  この発明による赤外線カメラの実施の形態2の動作を示す図である。
【図６】  この発明による赤外線カメラの実施の形態3の構成を示すブロック図である。
【図７】  従来の赤外線カメラの構成を示すブロック図である。
【図８】  従来の赤外線カメラにおける撮像素子2の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  赤外光学系
２  撮像素子
４  シャッタ
５  バイアス電源
６  ドライバ回路
７  前置増幅回路
８  表示処理回路
９  素子温度安定化手段
１０  タイミング発生回路
５５  オフセット補正実行信号発生回路
５６  タイミング発生回路
５７  オフセット補正実行信号発生回路
５８  温度センサ
５９  温度変動量判定回路
６７  デフォーカス手段
【図１】
0003635937.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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