(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外光学系と、上記赤外光学系の結像面に位置する撮像素子と、上記撮像素子に熱的に接続した熱電素子と、上記撮像素子に熱的に接続した素子温度モニタと、上記撮像素子、上記熱電素子、上記素子温度モニタとを収納する素子パッケージと、素子動作温度の設定値が異なる複数の素子動作温度設定手段と、上記複数の素子動作温度設定手段の出力を切り換える素子動作温度切換手段と、上記素子動作温度切換手段により切り換えられた当該出力と上記素子温度モニタの出力とに基いて上記熱電素子を駆動制御する駆動制御手段と、上記撮像素子を駆動する駆動手段と、上記撮像素子からの出力を増幅する増幅手段と、上記素子動作温度切換手段に連動して上記撮像素子の出力レベルを調整する複数の設定値を切換選択することにより上記撮像素子の出力レベルを調整する素子出力レベル補償手段とを備えたことを特徴とする赤外線カメラ。
【請求項２】
上記素子出力レベル補償手段は、バイアス電圧の設定値が異なる複数の直流バイアス電源と、上記複数の直流バイアス電源の出力を選択して上記撮像素子に供給する直流バイアス電源切換手段とを備え、
上記直流バイアス電源切換手段は上記素子動作温度切換手段に連動して上記複数の直流バイアス電源を選択し、上記バイアス電圧の設定値を切換選択することを特徴とする請求項１記載の赤外線カメラ。
【請求項３】
上記素子出力レベル補償手段は、上記素子出力レベルの設定値が異なる複数の素子出力レベル設定手段と、上記複数の素子出力レベル設定手段の出力を選択して上記撮像素子へ出力する素子出力レベル切換手段とを備え、
上記素子出力レベルは、切換選択した素子出力レベル設定手段によって撮像素子中のトランジスタに供給される電圧により設定若しくは変更され、
上記素子出力レベル切換手段は上記素子動作温度切換手段に連動して上記複数の素子出力レベル設定手段を選択し、上記素子出力レベルの設定値を切換選択することを特徴とする請求項１または２記載の赤外線カメラ。
【請求項４】
オフセットレベルの設定値が異なる複数のオフセットレベル設定手段と、上記複数のオフセットレベル設定手段の出力を選択して上記増幅手段に出力するオフセットレベル切換手段とを備え、
上記オフセットレベル切換手段は上記素子動作温度切換手段に連動して上記複数のオフセットレベル設定手段を選択し、上記オフセットレベルの設定値を切換選択することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の赤外線カメラ。
【請求項５】
上記増幅手段の出力を処理し画像信号を出力する表示処理手段と、上記複数の素子動作温度設定手段により設定される複数の動作温度に対応する複数の感度補正データが記憶された複数のメモリと、上記複数のメモリを選択して上記表示処理手段に出力する感度補正データ切換手段とを備え、
上記感度補正データ切換手段は上記素子動作温度切換手段に連動して上記複数の感度補正データが記憶された上記メモリを切換選択することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の赤外線カメラ。
【請求項６】
上記複数の素子動作温度設定手段により設定される複数の動作温度に対応する複数の欠陥補正データが記憶された複数のメモリと、上記複数のメモリを選択して上記表示処理手段に出力する欠陥補正データ切換手段とを備え、
上記欠陥補正データ切換手段は上記素子動作温度切換手段に連動して上記複数の欠陥補正データが記憶された上記メモリを切換選択することを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の赤外線カメラ。
【請求項７】
上記素子動作温度切換手段と上記直流バイアス電源切換手段の接続先を連動させて切り換える信号を出力する外部スイッチを設けたことを特徴とする請求項２記載の赤外線カメラ。
【請求項８】
上記素子動作温度切換手段と上記素子出力レベル切換手段の接続先を連動させて切り換える信号を出力する外部スイッチを設けたことを特徴とする請求項３記載の赤外線カメラ。
【請求項９】
上記素子動作温度切換手段と上記オフセットレベル切換手段の接続先を連動させて切り換える信号を出力する外部スイッチを設けたことを特徴とする請求項４記載の赤外線カメラ。
【請求項１０】
上記素子動作温度切換手段と上記感度補正データ切換手段の接続先を連動させて切り換える信号を出力する外部スイッチを設けたことを特徴とする請求項５記載の赤外線カメラ。
【請求項１１】
上記素子動作温度切換手段と上記欠陥補正データ切換手段の接続先を連動させて切り換える信号を出力する外部スイッチを設けたことを特徴とする請求項６記載の赤外線カメラ。
【請求項１２】
温度センサと、切換温度設定手段と、比較手段とからなる素子動作温度自動切換手段を備え、
上記素子動作温度自動切換手段は、上記切換温度設定手段が設定する切換温度を基準温度として、上記切換温度と上記温度センサで測定した温度とを上記比較手段において比較し、上記比較の結果により、上記素子動作温度切換手段と上記直流バイアス電源切換手段の接続先を連動させて切換える信号を自動で出力することを特徴とする請求項２記載の赤外線カメラ。
【請求項１３】
温度センサと、切換温度設定手段と、比較手段とからなる素子動作温度自動切換手段を備え、
上記素子動作温度自動切換手段は、上記切換温度設定手段が設定する切換温度を基準温度として、上記切換温度と上記温度センサで測定した温度とを上記比較手段において比較し、上記比較の結果により、上記素子動作温度切換手段と上記素子出力レベル切換手段の接続先を連動させて切換える信号を自動で出力することを特徴とする請求項３記載の赤外線カメラ。
【請求項１４】
温度センサと、切換温度設定手段と、比較手段とからなる素子動作温度自動切換手段を備え、
上記素子動作温度自動切換手段は、上記切換温度設定手段が設定する切換温度を基準温度として、上記切換温度と上記温度センサで測定した温度とを上記比較手段において比較し、上記比較の結果により、上記素子動作温度切換手段と上記オフセットレベル切換手段の接続先を連動させて切換える信号を自動で出力することを特徴とする請求項４記載の赤外線カメラ。
【請求項１５】
温度センサと、切換温度設定手段と、比較手段とからなる素子動作温度自動切換手段を備え、
上記素子動作温度自動切換手段は、上記切換温度設定手段が設定する切換温度を基準温度として、上記切換温度と上記温度センサで測定した温度とを上記比較手段において比較し、上記比較の結果により、上記素子動作温度切換手段と上記感度補正データ切換手段の接続先を連動させて切換える信号を自動で出力することを特徴とする請求項５記載の赤外線カメラ。
【請求項１６】
温度センサと、切換温度設定手段と、比較手段とからなる素子動作温度自動切換手段を備え、
上記素子動作温度自動切換手段は、上記切換温度設定手段が設定する切換温度を基準温度として、上記切換温度と上記温度センサで測定した温度とを上記比較手段において比較し、上記比較の結果により、上記素子動作温度切換手段と上記欠陥補正データ切換手段の接続先を連動させて切換える信号を自動で出力することを特徴とする請求項６記載の赤外線カメラ。
【請求項１７】
少なくとも上記素子パッケージを収納する筐体の内側に上記温度センサを設けたことを特徴とする請求項１２〜１６いずれか記載の赤外線カメラ。
【請求項１８】
少なくとも上記素子パッケージを収納する筐体の外側に上記温度センサを設けたことを特徴とする請求項１２〜１６いずれか記載の赤外線カメラ。
【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及び当該赤外線カメラと当該赤外線カメラで得られた画像信号を表示する表示装置とを備えた赤外線システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
赤外線カメラは、例えば火災検知、侵入監視、設備監視等の他に、図７に示すように赤外線カメラＣを車両等の移動体Ｍに搭載し、移動体Ｍの前方の画像を取得し、表示して障害物の検出に用いられている。また、赤外線カメラＣを移動体の後方あるいは側方に搭載し、後続の移動体を検知あるいは側方の移動体や障害物の検知等にも用いられている。また、他の用途として、図８に示すように、赤外線カメラＣとこの赤外線カメラＣで得られる画像を表示する表示装置Ｄを搭載した、頭部に着脱可能なヘルメットＨを消防隊員等の人間頭部に装着し、バッテリＢにより当該赤外線カメラＣと表示装置Ｄに供給することにより熱源例えば火災の検知等に使用されている。
【０００３】
図９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の結像面に位置する撮像素子、３は撮像素子２に熱的に接続した素子温度モニタ、４は撮像素子２に接続した直流バイアス電源、５は撮像素子２に接続した素子出力レベル設定回路、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に接続した増幅回路、８は増幅回路７に接続したオフセットレベル設定回路、９は増幅回路７に接続した表示処理回路、１０は表示処理回路９に接続した感度補正データメモリ、１１は表示処理回路９に接続した欠陥補正データメモリ、１２は撮像素子２に熱的に接続した熱電素子、１３は素子動作温度設定回路、１４は素子温度モニタ３と素子動作温度設定回路１３と熱電素子１２に接続した電力供給回路である。感度補正データメモリ１０及び欠陥補正データメモリ１１はカメラの試験・調整の時点で補正データをＲＯＭに記録して格納しているものである。１５は赤外光学系１と撮像素子２の間の光路中に設置したシャッタ、１６はドライバ回路６、表示処理回路９、シャッタ１５に接続したタイミング発生回路、１７は撮像素子２と素子温度モニタ３と熱電素子１２を収納する素子パッケージ、１８は赤外線を透過する赤外窓、１９は筐体である。素子パッケージ１７と赤外窓１８で密閉された空間は真空に保持されており、このような実装方法に関する従来の技術例としては特表平７−５０８３８４号公報がある。
【０００４】
図１０は撮像素子２の構成であり、説明の簡素化のため２×２画素のものを示した。図中２０〜２３は赤外線検知素子、２４〜２７はダイオード、２８〜３２はトランジスタ、３３は水平走査回路、３４は垂直走査回路である。赤外線検知素子２０〜２３は例えば特表平７−５０９０５７に記載されている中空構造を有するマイクロボロメータである。
【０００５】
図１１は表示処理回路９の構成であり、図中３５はＡ／Ｄ変換回路、３６はオフセット補正データメモリ、３７はオフセット補正回路、３８は感度補正回路、３９は欠陥補正回路、４０はＤ／Ａ変換回路である。
【０００６】
次に動作について説明する。電源を投入すると電力供給回路１４は素子温度モニタ３の出力と素子動作温度設定回路１３の出力との差に応じた電力を熱電素子１２に供給し、撮像素子２の温度を素子動作温度設定回路１３により設定される室温の一定温度に安定化させる。通常この温度は２０〜４０℃の間の値である。次にタイミング発生回路１６が生成するクロックをドライバ回路６経由で撮像素子２に送る。上記クロックは水平走査回路３３と垂直走査回路３４に供給され、トランジスタ２８〜３１を順次導通状態にすることにより、素子出力レベル設定手段５の出力とトランジスタ３２の特性により決まるバイアス電流を直流バイアス電源４から赤外線検知素子２０〜２３に順次供給する。ダイオード２４〜２７の存在によりバイアス電流は選択した１個の赤外線検知素子とトランジスタ３２を経由してグランドへ流れ、各赤外線検知素子の抵抗値に応じた信号をトランジスタ３２とグランドとの間に生じる電位差として出力し、上記信号を増幅回路７で増幅した後表示処理回路９へ入力する。
【０００７】
次にシャッタ１５を一旦閉じ、赤外線検知素子２０〜２３に一様な赤外線を入射した際の出力、すなわち赤外線検知素子２０〜２３の抵抗値固有のばらつきに相当する電圧をＡ／Ｄ変換回路３５でデイジタル信号に変換し、オフセット補正データメモリ３６に記憶する。次にシャッタ１５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１８を透過した後赤外線検知素子２０〜２３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知素子２０〜２３に生じ、抵抗値が各検知素子毎に変化する。この状態でオフセット補正回路３７においてオフセット補正データを各赤外線検知素子毎に減算し、オフセットの補正を行う。
【０００８】
次に感度補正データメモリ１０には各赤外線検知素子の目標温度差に対する感度のばらつきに関するデータが記憶されており、感度補正回路３８において記憶データを各赤外線検知素子毎に掛け合わせることにより感度の補正を行う。さらに欠陥補正データメモリ１１には感度が規定の範囲から逸脱する画素すなわち欠陥画素のアドレスが記憶されており、欠陥画素に対しては左隣の画素の出力を連続して出力し欠陥画素の補正を行う。上記のような補正を実施した後Ｄ／Ａ変換回路４０においてアナログのビデオ信号に変換して出力する。
【０００９】
【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、例えば−１０℃以下や＋６０℃以上等、撮像素子２の動作温度から離れた環境動作の中で動作させる際には、撮像素子２と素子パッケージ１７の間の熱抵抗を介して流出入する熱や、撮像素子２及び温度モニタ３の外部との電気的接続部分の熱抵抗を介して流出入する熱の量が大きくなり、撮像素子２を一定温度に安定化するために必要な熱電素子１２の発熱量または吸熱量が多くなり、消費電力が大きくなるという難点があった。また、撮像素子２の動作温度と環境温度との差が大きく、熱の流出入量が熱電素子１２のヒートポンプとしての能力を超えるような環境温度下では撮像素子２を規定の動作温度に安定化できなくなるという難点があった。さらに、撮像素子２の動作設定温度から離れた環境温度下では、電源投入後の立ち上げ時に撮像素子を起動前の温度から目標の動作温度まで昇温、または冷却するために必要な時間が長くなるという難点があった。
【００１０】
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、撮像素子２を複数の素子動作温度設定値の中から選択した値に安定化させて動作させることにより、低温または高温の環境下においても消費電力が少なく、広い温度範囲で動作可能で、立ち上げ時間の短い赤外線カメラ及び赤外線カメラシステムを提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の赤外線カメラは、赤外光学系と、上記赤外光学系の結像面に位置する撮像素子と、上記撮像素子に熱的に接続した熱電素子と、上記撮像素子に熱的に接続した素子温度モニタと、上記撮像素子、上記熱電素子、上記素子温度モニタとを収納する素子パッケージと、素子動作温度の設定値が異なる複数の素子動作温度設定手段と、上記複数の素子動作温度設定手段の出力を切り換える素子動作温度切換手段と、上記素子動作温度切換手段により切り換えられた当該出力と上記素子温度モニタの出力とに基づいて上記熱電素子を駆動制御する駆動制御手段と、上記撮像素子を駆動する駆動手段と、上記撮像素子からの出力を増幅する増幅手段とを備えたものである。
【００１２】
また、第２の発明の赤外線カメラは、上記撮像素子の出力レベルが一定となるように調整する素子出力レベル補償手段を備えたものである。
【００１３】
第３の発明の赤外線カメラは、上記素子出力レベル補償手段を、バイアス電圧の設定値が異なる複数の直流バイアス電源と、上記複数の直流バイアス電源の出力を選択して上記撮像素子に供給する直流バイアス電源切換手段とにより構成したものである。
【００１４】
また、第４の発明の赤外線カメラは、上記素子出力レベル補償手段を、素子出力レベルの設定値が異なる複数の素子出力レベル設定手段と、上記複数の素子出力レベル設定手段の出力を選択して上記撮像素子へ出力する素子出力レベル切換手段とにより構成したものである。
【００１５】
第５の発明の赤外線カメラは、オフセットレベルの設定値が異なる複数のオフセットレベル設定手段と、上記複数のオフセットレベル設定手段の出力を選択して上記増幅手段に出力するオフセットレベル切換手段とを備えたものである。
【００１６】
また、第６の発明の赤外線カメラは、上記増幅手段の出力を処理し、画像信号を出力する表示処理手段と、上記複数の素子動作温度設定手段により設定される複数の動作温度に対応する複数の感度補正データが記憶された複数のメモリと、上記複数のメモリを選択して上記表示処理手段に出力する感度補正データ切換手段とを備えたものである。
【００１７】
第７の発明の赤外線カメラは、上記複数の素子動作温度設定手段により設定される複数の動作温度に対応する複数の欠陥補正データが記憶された複数のメモリと、上記複数のメモリを選択して上記表示処理手段に出力する欠陥補正データ切換手段とを備えたものである。
【００１８】
また、第８の発明の赤外線カメラは、上記素子動作温度切換手段と上記直流バイアス電源切換手段の接続先を連動させて切り換える信号を出力する外部スイッチを設けたものである。
【００１９】
第９の発明の赤外線カメラは、上記素子動作温度切換手段と上記素子出力レベル切換手段の接続先を連動させて切り換える信号を出力する外部スイッチを設けたものである。
【００２０】
また、第１０の発明の赤外線カメラは、上記素子動作温度切換手段と上記オフセットレベル切換手段の接続先を連動させて切り換える信号を出力する外部スイッチを設けたものである。
【００２１】
第１１の発明の赤外線カメラは、上記素子動作温度切換手段と上記感度補正データ切換手段の接続先を連動させて切り換える信号を出力する外部スイッチを設けたものである。
【００２２】
また、第１２の発明の赤外線カメラは、上記素子動作温度切換手段と上記欠陥補正データ切換手段の接続先を連動させて切り換える信号を出力する外部スイッチを設けたものである。
【００２３】
第１３の発明の赤外線カメラは、温度センサと、切換温度を設定する切換温度設定手段と、上記温度センサで測定された温度と上記切換温度設定手段により設定された温度とを比較し、その比較結果により直流バイアス電源切換手段に切換信号を出力する比較手段とを備えた素子動作温度自動切換手段を設けたものである。
【００２４】
また、第１４の発明の赤外線カメラは、温度センサと、切換温度を設定する切換温度設定手段と、上記温度センサで測定された温度と上記切換温度設定手段により設定された温度とを比較し、その比較結果により素子出力レベル切換手段に切換信号を出力する比較手段とを備えた素子動作温度自動切換手段を設けたものである。
【００２５】
第１５の発明の赤外線カメラは、温度センサと、切換温度を設定する切換温度設定手段と、上記温度センサで測定された温度と上記切換温度設定手段により設定された温度とを比較し、その比較結果によりオフセットレベル切換手段に切換信号を出力する比較手段を備えたものである。
【００２６】
また、第１６の発明の赤外線カメラは、温度センサと、切換温度を設定する切換温度設定手段と、上記温度センサで測定された温度と上記切換温度設定手段により設定された温度とを比較し、その比較結果により感度補正データ切換手段に切換信号を出力する比較手段とを備えた素子動作温度自動切換手段を設けたものである。
【００２７】
第１７の発明の赤外線カメラは、温度センサと、切換温度を設定する切換温度設定手段と、上記温度センサで測定された温度と上記切換温度設定手段により設定された温度とを比較し、その比較結果により欠陥補正データ切換手段に切換信号を出力する比較手段とを備えた素子動作温度自動切換手段を設けたものである。
【００２８】
また、第１８の発明の赤外線カメラは、少なくとも上記素子パッケージを収納する筐体の内側に上記温度センサを設けたものである。
【００２９】
第１９の発明の赤外線カメラは、少なくとも上記素子パッケージを収納する筐体の外側に上記温度センサを設けたものである。
【００３０】
また、第２０の発明の赤外線カメラシステムは、請求項１〜１９いずれかの発明の赤外線カメラを搭載した移動体と、上記赤外線カメラで得られた画像を表示する表示手段とを具備したものである。
【００３１】
第２１の発明の赤外線カメラシステムは、請求項１〜１９いずれかの発明の赤外線カメラとこの赤外線カメラで得られる画像を表示する表示手段とを搭載し、人間に着脱可能に取り付ける固定手段と、上記赤外線カメラ及び表示手段に電源を供給するバッテリとを具備したものである。
【００３２】
【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１〜３，５〜１２，１４〜１９は従来の赤外線カメラと同じものである。４１は素子動作温度設定回路、４２は素子動作温度設定回路４１と異なる動作温度を設定する素子動作温度設定回路、４３は素子動作温度設定回路４１と素子動作温度設定回路４２に接続した素子動作温度切換スイッチ、６１は素子出力レベル補償回路である。素子出力レベル補償回路６１は直流バイアス電源６２と、直流バイアス電源６２と異なる電圧を出力する直流バイアス電源６３と、直流バイアス電源６２と直流バイアス電源６３に接続した直流バイアス電源切換スイッチ６４とから構成される。また、４７は筐体１９に固定され素子動作温度切換スイッチ４３と直流バイアス電源切換スイッチ６４とに接続した外部スイッチである。
【００３３】
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。電源投入前に外部スイッチ４７を操作して素子動作温度切換スイッチ４３の接続先を素子動作温度設定回路４１または素子動作温度設定回路４２から選択する。具体的には素子動作温度設定手段４１による設定温度は２０℃、素子動作温度設定手段４２による設定温度は４０℃であり、電源投入後筐体１９の内部が熱平衡状態になるまでの１０℃程度の温度上昇を考慮し、環境温度すなわち筐体１９（素子パッケージ１７）の周囲温度が２０℃未満の場合には２０℃を、２０℃以上の場合には４０℃を選択する。
【００３４】
次に電源を投入し、従来の装置と同様に撮像を行う。撮像素子２の動作温度を２０℃に選択した場合と４０℃に選択した場合とでは赤外線検知素子２０〜２３の抵抗値が大きく異なり、撮像素子２の出力レベルが変化するため増幅回路７や表示処理回路９が飽和して正常な画像を出力することができない。そのため直流バイアス電源切換スイッチ６４を素子動作温度切換スイッチ４３に連動して切り換えることにより撮像素子２に供給する電圧を切り換え、赤外線検知素子２０〜２３に流すバイアス電流の量を切り換えて撮像素子２の出力レベルが一定になるよう調整する。
【００３５】
この選択の組み合わせは、素子動作温度設定回路４１と直流バイアス電源６２、または素子動作温度設定回路４２と直流バイアス電源６３である。撮像中に環境温度が２０℃の前後で変化し、撮像素子２の動作温度を２０℃から４０℃、あるいは４０℃から２０℃に変更したほうが消費電力が少なくなる状況になった場合には外部スイッチ４７を操作して素子動作温度設定スイッチ４３と直流バイアス電源切換スイッチ６４の接続先を連動して変更する。その後に再びシャッタ１５を閉じ、オフセット補正データ３６を新規に取得し直し従来の装置と同様に撮像を継続する。
【００３６】
なお、図１０に示す撮像素子の構成例において、素子動作温度設定回路４１の設定温度を２０℃、素子動作温度設定回路４２の設定温度を４０℃とした場合、直流バイアス電源６２の出力電圧と直流バイアス電源６３の出力電圧の大小関係は、直流バイアス電源６２の出力電圧＞直流バイアス電源６３の出力電圧となる。
【００３７】
実施の形態２．
図２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１〜４，６〜１２，１４〜１９は従来の赤外線カメラと同じものである。４１，４２，４３，４７は実施の形態１と同じものである。６１は素子出力レベル補償回路であり、素子出力レベル補償回路６１は、素子出力レベル設定回路４４、素子出力レベル設定回路４４と異なる値を設定する素子出力レベル設定回路４５、素子出力レベル設定回路４４と素子出力レベル設定回路４５とに接続した素子出力レベル切換スイッチ４６とから構成される。
【００３８】
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。電源投入前に外部スイッチ４７を操作し、実施の形態１と同様に環境温度すなわち筐体１９の周囲温度に応じて素子動作温度切換スイッチ４３の接続先の選択を行い、撮像を行う。実施の形態１と同様に撮像素子２の動作温度を２０℃に選択した場合と４０℃に選択した場合とでは赤外線検知素子２０〜２３の抵抗値が大きく異なり、撮像素子２の出力レベルが変化するため増幅回路７や表示処理回路９が飽和して正常な画像を出力することができない。そのため素子出力レベル切換スイッチ４６を素子動作温度切換スイッチ４３に連動して切り換えることにより撮像素子２中のトランジスタ３２に供給する電圧を切り換え赤外線検知素子２０〜２３に流すバイアス電流の量を切り換えて撮像素子２の出力レベルが一定になるよう調整する。
【００３９】
この選択の組み合わせは、素子動作温度設定回路４１と素子出力レベル設定回路４４、または素子動作温度設定回路４２と素子出力レベル設定回路４５である。撮像中に環境温度が２０℃を前後に変化し、撮像素子２の動作温度を２０℃から４０℃、あるいは４０℃から２０℃に変更したほうが消費電力が少なくなる状況になった場合には外部スイッチ４７を操作して素子動作温度設定スイッチ４３と素子出力レベル設定スイッチ４６の接続先を連動して変更する。その後に再びシャッタ１５を閉じ、オフセット補正データ３６を新規に取得し直し従来の装置と同様に撮像を継続する。
【００４０】
なお、図１０に示す撮像素子の構成例において、素子動作温度設定回路４１の設定温度を２０℃、素子動作温度設定回路４２の設定温度を４０℃とした場合、素子出力レベル設定回路４４の出力電圧と素子出力レベル設定回路４５の出力電圧の大小関係は、素子出力レベル設定回路４４の出力電圧＜素子出力レベル設定回路４５の出力電圧となる。
【００４１】
実施の形態３．
図３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１〜７，９〜１２，１４〜１９は従来の赤外線カメラと同じものである。また、４１〜４３及び４７は実施の形態１と同じものである。４８はオフセットレベル設定回路、４９はオフセットレベル設定手段４８と異なる値を出力するオフセットレベル設定回路、５０はオフセットレベル設定回路４８とオフセットレベル設定回路４９に接続したオフセットレベル切換スイッチである。
【００４２】
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。電源投入前に外部スイッチ４７を操作し、実施の形態１と同様に環境温度すなわち筐体１９の周囲温度に応じて素子動作温度切換スイッチ４３の接続先を選択し撮像を行う。撮像素子２の動作温度を２０℃に選択した場合と４０℃に選択した場合とでは赤外線検知素子２０〜２３の抵抗値が大きく異なり、撮像素子２全体の出力レベルが変化するため増幅回路７や表示処理回路９が飽和して正常な画像を出力することができない。そのためオフセットレベル切換スイッチ５０を素子動作温度切換スイッチ４３に連動して切り換えることにより増幅回路７に供給するオフセットレベルを切り換えて増幅回路７の出力レベルを一定に調整する。
【００４３】
この選択の組み合わせは、素子動作温度設定回路４１とオフセットレベル設定回路４８、または素子動作温度設定回路４２とオフセットレベル設定回路４９である。撮像中に環境温度が２０℃の前後で変化し、撮像素子２の動作温度を２０℃から４０℃、あるいは４０℃から２０℃に変更したほうが消費電力が少なくなる状況になった場合には外部スイッチ４７を操作して素子動作温度設定スイッチ４３と素子出力レベル設定スイッチ４６の接続先も連動して変更する。その後に再びシャッタ１５を閉じ、オフセット補正データ３６を新規に取得し直し従来の装置と同様に撮像を継続する。
【００４４】
なお、図１０に示す撮像素子の構成例において、素子動作温度設定回路４１の設定温度を２０℃、素子動作温度設定回路４２の設定温度を４０℃とした場合、オフセットレベル設定回路４８の出力電圧とオフセットレベル設定回路４９の出力電圧の大小関係は、オフセットレベル設定回路４８の出力電圧＜オフセットレベル設定回路４９の出力電圧となる。
【００４５】
実施の形態４．
図４はこの発明による赤外線カメラの実施の形態４を示すブロック図である。図中１〜４，６〜９，１２，１４，１５〜１９は従来の赤外線カメラと同じものである。また、４１〜４３と４７は実施の形態１、４４〜４６と６１は実施の形態２と同じものである。５１は素子動作温度設定回路４１で設定される素子動作温度に対応する感度補正データが記憶された感度補正データメモリ、５２は素子動作温度設定回路４２で設定される素子動作温度に対応する感度補正データが感度補正データメモリ、５３は感度補正データメモリ５１と感度補正データメモリ５２に接続した感度補正データ切換スイッチ、５４は素子動作温度設定回路４１で設定される素子動作温度に対応する欠陥補正データが記憶された欠陥補正データメモリ、５５は素子動作温度設定回路４２で設定される素子動作温度に対応する欠陥補正データが記憶された欠陥補正データメモリ、５６は欠陥補正データメモリ５４と欠陥補正データメモリ５５に接続した欠陥補正データ切換スイッチである。感度補正データメモリ５１，５２及び欠陥補正データメモリ５４，５５はカメラの試験・調整の時点で補正データをＲＯＭに記録して格納しているものである。
【００４６】
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。電源投入前に外部スイッチ４７を操作して実施の形態１と同様に素子動作温度切換スイッチ４３の接続先を選択し、撮像を行う。撮像素子２の動作温度を２０℃に選択した場合と４０℃に選択した場合とでは赤外線検知素子２０〜２３の感度ばらつきの値の分布は異なるため、感度補正データ切換スイッチ５３を素子動作温度切換スイッチ４３に連動して切り換えることにより撮像素子２の動作温度に対応した適正な感度補正データを表示処理回路９に供給し、撮像素子２の動作温度の変化による感度補正ずれに起因する固定パターンノイズの発生を防止する。この選択の組み合わせは、素子動作温度設定回路４１と感度補正データメモリ５１、または素子動作温度設定回路４２と感度補正データメモリ５２である。同様に撮像素子２の動作温度が２０℃の場合と４０℃の場合とでは赤外線検知素子２０〜２３の欠陥画素の分布も異なったものになるため、欠陥補正データ切換スイッチ５６を素子動作温度切換スイッチ４３に連動して切り換えることにより撮像素子２の動作温度に対応した適正な欠陥補正データを表示処理回路９に供給し、撮像素子２の動作温度の変化による欠陥補正ずれに起因する固定パターンノイズの発生を防止する。
【００４７】
この選択の組み合わせは、素子動作温度設定回路４１と欠陥補正データメモリ５４、または素子動作温度設定回路４２と欠陥補正データメモリ５５である。撮像中に環境温度が２０℃を前後に変化し、撮像素子２の動作温度を２０℃から４０℃、あるいは４０℃から２０℃に変更したほうが消費電力が少なくなる状況になった場合には外部スイッチ４７を操作して素子動作温度設定スイッチ４３と素子出力レベル設定スイッチ４６、感度補正データ切換スイッチ５３、欠陥補正データ切換スイッチ５６の接続先を連動して変更する。その後に再びシャッタ１５を閉じ、オフセット補正データメモリ３６へのオフセット補正データを新規に取得し直し従来の装置と同様に撮像を継続する。
【００４８】
実施の形態５．
図５はこの発明による赤外線カメラの実施の形態５を示すブロック図である。図中１〜４，６〜９，１２，１４，１５〜１９は従来の赤外線カメラと同じものである。また、４１〜４３は実施の形態１、４４〜４６と６１は実施の形態２、５１〜５６は実施の形態４と同じもの、６０は素子動作温度自動切換回路である。素子動作温度自動切換回路６０は、素子動作温度切換スイッチ４３と素子出力レベル切換スイッチ４６と感度補正データ切換スイッチ５３と欠陥補正データ切換スイッチ５６とに接続した比較回路５７と、比較回路５７に接続した温度センサ５８と、比較回路５７に接続した切換温度設定回路５９とにより構成される。温度センサ５８は、素子パッケージ１７と素子パッケージ１７に接着した赤外窓１８とその他の構成要素を収納する筐体１９の内側に設置されている。
【００４９】
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。電源投入後直ちに温度センサ５８により筐体１９の内部の温度を測定し、比較回路５７において切換温度設定回路５９から出力される切換温度と比較して素子動作温度切換スイッチ４３、素子出力レベル切換スイッチ４６、感度補正データ切換スイッチ５３、欠陥補正データ切換スイッチ５６の接続先を選択する。電源投入後筐体１９の内部が熱平衡状態になるまでの温度上昇は１０℃程度であるため、具体的には素子動作温度設定回路４１による設定温度は２０℃、素子動作温度設定回路４２による設定温度は４０℃、切換温度設定回路５９が設定する切換温度は２０℃であり、筐体１９の内部の温度が２０℃未満の場合には２０℃を、２０℃以上の場合は４０℃を撮像素子の動作温度として選択する。
【００５０】
次に素子動作温度設定回路４１または素子動作温度設定回路４２により設定した温度に撮像素子２を安定化し、実施の形態４と同様に撮像を開始する。撮像中に筐体１９の周囲温度の変化や自己発熱の影響により筐体１９の内部の温度が変化し切換温度の設定値の前後を通過した場合（切換温度の設定値を越えた場合または設定値を下回った場合）には、比較回路５７が素子動作温度切換スイッチ４３、素子出力レベル設定スイッチ４６、感度補正データ切換スイッチ５３、欠陥補正データ切換スイッチ５６の接続先を連動して変更する。その後に再びシャッタ１５を閉じ、オフセット補正データ３６を新規に取得し直し従来の装置と同様に撮像を継続する。
なお、自動的に撮像素子２の動作温度を変えることにより撮像が例えば数秒〜数秒間途切れることがある。上記の動作が運用上不都合な場合、赤外線カメラの立ち上げ時において上記自動で切換った接続の組み合わせの状態を維持することにより上記撮像を途切らすことなく撮像を行うことができる。
【００５１】
実施の形態６．
図６はこの発明による赤外線カメラの実施の形態６を示すブロック図である。図中、１〜４，６〜９，１２，１４，１５〜１９は従来の赤外線カメラと同じものである。また、４１〜４３は実施の形態１、４４〜４６と６１は実施の形態２、５１〜５６は実施の形態４、５７〜６０は実施の形態５と同じものである。温度センサ５８は筐体１９の外側に筐体１９と熱的に絶縁して設置されている。
【００５２】
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。電源投入後直ちに温度センサ５８により筐体１９の内部の温度を測定し、比較回路５７において切換温度設定回路５９から出力される切換温度と比較して素子動作温度切換スイッチ４３、素子出力レベル切換スイッチ４６、感度補正データ切換スイッチ５３、欠陥補正データ切換スイッチ５６の接続先を選択する。以降は実施の形態５と同様に撮像を行うが、撮像中に筐体１９の周囲の温度が変化して切換温度の値を通過した場合には、比較回路５７が素子動作温度設定スイッチ４３、素子出力レベル設定スイッチ４６、感度補正データ切換スイッチ５３、欠陥補正データ切換スイッチ５６の接続先を連動して変更する。その後に再びシャッタ１５を閉じ、オフセット補正データ３６を新規に取得し直し、実施の形態５と同様に撮像を継続する。
【００５３】
この発明による赤外線カメラをバッテリを用いて駆動する場合等、電力消費量の低減が特に強く要求される場合にはバッテリの消耗を防止するために一連の撮像を終了後撮像の必要がない時間帯は電源を一旦切り、筐体１９内部が周囲の温度と等しくなるまでの時間を経過せずに再び電源を投入するような運用を行う場合がある。実施の形態５のように温度センサ５８を筐体１９の内部に設置している場合に例えば周囲温度１５℃のもとで撮像素子２の動作温度を２０℃に設定して撮像を開始したとすると、熱平衡に達した時点での筐体１９内部の温度は２５℃程度となる。この時点で一旦電源を切り、筐体１９内部の温度が２０℃以下になる前に十分な冷却時間を置かずに再度電源を投入すると、周囲温度は依然１５℃であるのに撮像素子２の動作温度は４０℃となってしまい、低消費電力化が図れなくなる。この発明による赤外線カメラでは温度センサ５８を筐体１９の外部に設置しているため、上記のような運用においても撮像素子２の動作温度は２０℃となり、常に低消費電力化の図れる動作温度に設定して撮像を行う。
【００５４】
実施の形態７．
上記実施の形態１〜６の赤外線カメラを図７に示す赤外線カメラシステムに適用、すなわち移動体Ｍに搭載することにより画質の良い画像が得られ、障害物や後続の移動体の検出に有効である。
また、特に実施の形態１〜６の赤外線カメラが、赤外線カメラ搭載の移動体（例えば車両）のバッテリから電源供給を受ける場合、この発明の赤外線カメラは低消費電力化が図れるので移動体のバッテリの消費電力を少なくすることができる。
【００５５】
実施の形態８．
上記実施の形態１〜６の赤外線カメラを図８に示す赤外線カメラシステムに適用、すなわちこの発明の赤外線カメラＣと当該赤外線カメラＣで得られる画像を表示する表示装置Ｄを搭載した、頭部に着脱可能なヘルメットＨを消防隊員等の人間頭部に装着し、バッテリＢにより当該赤外線カメラＣと表示装置Ｄに供給することにより熱源例えば火災の検知等を行うことができる。またこの発明の赤外線カメラは低消費電力化が図れるのでバッテリの消費電力を少なくすることができ、例えば火災検知活動、捜索活動や消防活動を従来に比べて長い時間継続することが可能となる。
【００５６】
【発明の効果】
第１の発明によれば、低温または高温の環境下においても撮像素子からの熱の流出入量が減少し、消費電力が少なく、広い温度範囲で動作可能で、立ち上げ時間の短い赤外線カメラが得られる効果がある。
【００５７】
また、第２〜第１２の発明によれば、低温または高温の環境下においても消費電力が少なく、広い環境温度範囲で動作可能で、立ち上げ時間が短く、かつ、画質の良い赤外線カメラが得られる効果がある。
【００５８】
第１３〜第１８の発明によれば、低温または高温の環境下においても消費電力が少なく、広い環境温度範囲で動作可能で、立ち上げ時間が短く、かつ、取り扱いが容易な赤外線カメラが得られる効果がある。
【００５９】
また、第１９の発明によれば、低温または高温の環境下においても消費電力が少なく、広い環境温度範囲で動作可能で、立ち上げ時間が短く、かつ、頻繁な電源のＯＮ、ＯＦＦを実行しても低消費電力を維持できる赤外線カメラが得られる効果がある。
【００６０】
第２０，２１の発明によれば、画質の良い画像が得られ、またバッテリを電源として使用する場合に特に効果を奏する。
【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２の構成を示すブロック図である。
【図３】この発明による赤外線カメラの実施の形態３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４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５の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明による赤外線カメラの実施の形態６の構成を示すブロック図である。
【図７】赤外線カメラを移動体に搭載した赤外線カメラシステムを示す図である。
【図８】赤外線カメラを搭載したヘルメットを人間頭部に装着した赤外線カメラシステムを示す図である。
【図９】従来の赤外線カメラの構成を示すブロック図である。
【図１０】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。
【図１１】従来の赤外線カメラにおける表示処理回路９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、３  素子温度モニタ、４  直流バイアス電源、６  ドライバ回路、７  増幅回路、９  表示処理回路、１２  熱電素子、１４電力供給回路、１６  タイミング発生回路、１７  素子パッケージ、１８  赤外窓、４１  素子動作温度設定回路、４２  素子動作温度設定回路、４３  素子動作温度切換スイッチ、４４  素子出力レベル設定回路、４５  素子出力レベル設定回路、４６  素子出力レベル切換スイッチ、４８  オフセットレベル設定回路、４９  オフセットレベル設定回路、５０  オフセットレベル切換スイッチ、５１  感度補正データメモリ、５２  感度補正データメモリ、５３  感度補正データ切換スイッチ、５４  欠陥補正データメモリ、５５  欠陥補正データメモリ、５６  欠陥補正データ切換スイッチ、５７  比較回路、５８  温度センサ、５９  切換温度設定回路、６０  素子温度自動切換回路、６１  素子出力レベル補償回路、６２  直流バイアス電源、６３  直流バイアス電源、６４  直流バイアス電源切換スイッチ、Ｂ  バッテリ、Ｃ  赤外線カメラ、Ｄ  表示装置、Ｈ  ヘルメット、Ｍ  移動体。
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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