(57)【要約】  赤外撮像カメラは、外部の場面からの赤外エネルギを収集するための集束光学系と、赤外エネルギを検出するように配置された非冷却非遮蔽検出器とを含む。カメラの温度応答の近似とともに内部温度を感知することにより、検出器で受けた赤外エネルギがカメラの視野内の対象のための温度測定として使用することを可能にする時間変動較正を与える。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外撮像カメラであって、
赤外エネルギを検出するように構成された非冷却かつ非遮蔽検出器と、
外部の場面に由来しないエネルギを無視し、それによって前記検出器のエネルギを温度として読むことができるように、前記非冷却センサで検出されたエネルギを補正するために使用できる、少なくとも一回の較正温度測定を前記カメラに対して行うことによって周期的較正動作を実行する較正器と、
を備えた赤外撮像カメラ。
【請求項２】
前記補正は、前記較正温度測定から得られる温度を初期オフセットとして使用して、前記外部場面から収集された前記赤外エネルギの温度測定値を補正することを含む請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項３】
前記補正は、前記初期測定からの値を二回目の較正温度測定から得た第二の値と組み合わせることによって達成され、前記組合せは時間依存関数を使用して、前記較正温度測定後の時点のために前記補正の外挿値を生成する請求項２に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項４】
前記時間依存関数は、最も最近の較正温度測定からの数学的外挿関数を含む請求項２に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項５】
前記カメラのシャッタの温度測定値の関数である初期オフセットを使用して、前記補正を行うように構成された請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項６】
前記カメラの筺体の温度測定値の関数である初期オフセットを使用して、前記補正を行うように構成された請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項７】
第一期間のカメラ熱時定数を持ち、前記第一期間中に複数回の前記較正温度測定を行う請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項８】
前記複数は１０回以下である請求項７に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項９】
第一サーミスタは前記カメラのシャッタ上に配置され、第二サーミスタは前記カメラの検出器の真空パッケージングの外面に配置され、第三サーミスタは前記カメラの光学系を包囲するケーシングに配置され、前記較正温度測定は前記サーミスタの各々から読みを得ることを含む請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１０】
前記シャッタはシートを含む請求項５に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１１】
前記シャッタは、前記検出器によって使用されるスペクトル周波数範囲内で、実質的に１に近い放射率を有するシートを含む請求項５に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１２】
前記非冷却センサは、前記シャッタからの放射を測定することによって、前記較正温度測定を行うように構成される請求項１１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１３】
前記シャッタは、前記検出器によって使用されるスペクトル周波数範囲内で、実質的に１に近い反射率を有するシートを含む請求項５に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１４】
前記非冷却センサは、前記シャッタから反射される放射を測定することによって、前記較正温度測定を行うように構成され、前記放射は前記非冷却センサの温度を示す請求項１３に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１５】
前記シャッタは、前記カメラの集束光学系を不明瞭化する第一の安定な機械的位置と、前記集束光学系と前記検出器との間の自由視線を可能にする第二の安定な機械的位置とを有するように装着される請求項５に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１６】
前記非冷却検出器は、マイクロボロメータアレイを含む請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１７】
前記検出器は、内部基準ユニットの映像信号から較正温度測定値を得るように構成される請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１８】
前記外部場面の前記赤外エネルギからの前記非冷却センサにおける温度測定は、高い空間周波数に対し前記カメラの変調伝達関数によって導入される誤差を受けるようになっており、前記非冷却検出器は、その変調伝達関数の逆関数を組み込むことによって、前記誤差を克服するように装備される請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１９】
カメラの熱時定数未満の時間間隔で前記較正温度測定を行うように作動することができる請求項５に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項２０】
前記検出器はマイクロボロメータアレイを含み、前記カメラはさらに、前記アレイのための不均一補正行列を得るのと同時に前記較正温度測定を得るように構成される請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項２１】
前記アレイの全ての画素に同一信号対温度関数を使用するように構成される請求項２０に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項２２】
前記カメラのシャッタを測定に使用して、前記アレイの不良画素置換を可能にする請求項２０に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項２３】
局所的カメラ温度に従って放射計の応答を補正するための温度補正装置であって、前記放射計が、
ＩＲセンサの視野（ＦＯＶ）に入射するＩＲ放射線に従って温度画像を形成するために画像応答を提供するための非遮蔽非冷却赤外（ＩＲ）センサと、
内部温度基準ユニット用の測定面を形成する内面を持つ、前記ＦＯＶを制御可能に不明瞭化するためのシャッタと、
を含み、前記温度補正装置が
前記測定面を使用して基準温度を決定するための温度センサと、
局所的カメラ基準応答および前記基準温度を使用して、前記局所的温度の温度ドリフトの一時的作用を近似化するためのリファレンサと、
前記温度センサおよび前記リファレンサに関連付けられ、前記近似化された一時的作用に従って前記画像の補正を生成するように構成された信号補正装置と、
を含んで成る、温度補正装置。
【請求項２４】
前記基準温度および前記基準応答は、前記シャッタによる前記ＦＯＶの不明瞭化中に決定される請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項２５】
前記ＩＲセンサはマイクロボロメータを含む請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項２６】
前記ＩＲセンサはマイクロボロメータのアレイを含む請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項２７】
前記近似化は以前の測定データに基づく数学的関数近似化である請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項２８】
前記近似化は二つまたはそれ以上の連続的温度測定の外挿である請求項２７に記載の温度補正装置。
【請求項２９】
前記ＩＲセンサアレイは二次元画像を提供するように作動可能である請求項２６に記載の温度補正装置。
【請求項３０】
前記信号補正装置はさらに、前記測定面を使用して不均一性補正（ＮＵＣ）を実行するように作動可能である請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項３１】
複数の画素を有するアレイをさらに含み、前記アレイは前記アレイの各画素で同一の信号対温度関数を使用して温度を得るように構成される請求項３０に記載の温度補正装置。
【請求項３２】
前記信号補正装置はさらに、前記測定面を使用して不良画素置換（ＢＰＲ）を実行するように作動可能である請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項３３】
前記測定面は、関心のあるＩＲスペクトル周波数範囲に対し実質的に黒体である請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項３４】
前記温度センサは、前記測定面に関連して、その温度を測定するように構成される請求項３３に記載の温度補正装置。
【請求項３５】
前記温度センサは、前記測定面によって放出される放射を測定するように作動可能である請求項３３に記載の温度補正装置。
【請求項３６】
前記測定面は、関心のあるＩＲ周波数範囲に対して実質的に反射面である請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項３７】
前記温度センサは、前記測定面に関連して、その温度を測定するように構成され、前記温度は前記装置の温度である請求項３６に記載の温度補正装置。
【請求項３８】
前記信号補正装置は、サブセンサレベルとそれぞれの基準レベルとの間の差を算出し、前記差に前記基準温度を加算するように作動可能である請求項２９に記載の温度補正装置。
【請求項３９】
数値処理を使用して前記補正画像を生成するように構成された請求項３８に記載の温度補正装置。
【請求項４０】
不明瞭化位置と露出位置との間で前記シャッタの位置を制御するためのシャッタ制御装置をさらに含む請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項４１】
前記補正画像からカメラの変調伝達（ＭＴＦ）効果を除去または補償するためのフィルタをさらに含む請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項４２】
局所温度に従って放射計の応答を補正するための方法であって、
前記放射計が、前記ＩＲセンサの視野（ＦＯＶ）に入射するＩＲ放射線に従って温度画像を形成するために画像応答を提供するための赤外（ＩＲ）センサと、前記ＦＯＶを制御可能に不明瞭化するためのシャッタとを含み、
前記方法が、前記ＦＯＶが前記シャッタによって不明瞭化されている間に、前記シャッタの放射率に従って選択された位置の基準温度を決定すること、および
前記基準温度に従って前記画像の補正を生成すること、
を含む方法。
【請求項４３】
前記基準温度に対する前記放射線センサの時間依存基準応答を決定すること、および前記基準温度の決定の間における前記補正の修正に前記基準応答を使用することをさらに含む請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記ＩＲセンサはマイクロボロメータアレイを含む請求項４２に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項４５】
不均一性補正（ＮＵＣ）を実行することをさらに含む請求項４４に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項４６】
前記アレイの各画素に同一信号対温度関数を使用して、温度を得ることを含む請求項４５に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項４７】
不良画素置換（ＢＰＲ）を実行することをさらに含む請求項４４に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項４８】
前記シャッタは、関心のあるＩＲスペクトル周波数範囲で実質的に黒体である内面を含み、前記基準温度の前記決定は前記面の温度の測定を含む請求項４２に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項４９】
前記シャッタは、関心のあるＩＲスペクトル周波数範囲で実質的に完全反射する内面を含み、前記基準温度の前記決定は前記面の温度の測定を含み、前記温度は前記ＩＲセンサを表わす請求項４２に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項５０】
前記補正画像応答をフィルタリングして、カメラのＭＴＦ効果を補償することをさらに含む請求項４２に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項５１】
外部場面から赤外エネルギを収集するための集束光学系と、
前記集束光学系からの前記赤外エネルギを検出するように構成された非冷却赤外センサと、
前記外部場面の前記赤外エネルギからの前記赤外センサにおける温度測定が、高い空間周波数に対しカメラの変調伝達関数によって導入される誤差を受けるようになっており、前記カメラの変調伝達関数の逆関数を組み込むことによって前記誤差を克服するように構成された高域フィルタと、
を含む赤外カメラ。
【請求項５２】
前記赤外センサは非冷却赤外センサである請求項５１に記載の赤外カメラ。
【請求項５３】
前記赤外センサは非冷却マイクロボロメータアレイである請求項５１に記載の赤外カメラ。
【請求項５４】
温度測定を行うための赤外撮像カメラをアップグレードする方法であって、既存の赤外カメラは、
外部場面から赤外エネルギを収集するための集束光学系と、
前記カメラの内部部品から遮蔽されておらず、かつ赤外エネルギを検出するように構成された非冷却検出器と、
前記集束光学系と前記非冷却センサアレイとの間にそれ自体を周期的に介在させて、前記検出器が前記シャッタ面にわたる温度測定から周期的均一性補正動作を実行することができるように、制御可能に搭載されたシャッタと、
を含み、
前記アップグレードは、受信した画像の較正に使用するために周期的間隔で局所化された温度測定を行うことができるように、前記カメラ内に少なくとも一つの温度センサを適用することを含んで成る、方法。
【請求項５５】
前記少なくとも一つの温度センサを適用することは、温度センサを前記シャッタに固定することを含む請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記少なくとも一つの温度センサを適用することは、第一温度センサを前記シャッタに、かつ追加センサを前記カメラの検出器筺体に固定することを含む請求項５４に記載の方法。
【請求項５７】
前記少なくとも一つの温度センサの前記適用は、前記シャッタが前記集束光学系と前記センサとの間に介在するときに、前記少なくとも一つのセンサが前記局所的温度を測定するように構成することを含む請求項５４に記載の方法。
【請求項５８】
前記外部場面の前記赤外エネルギからの前記赤外検出器における温度測定は、高い空間周波数に対しカメラの変調伝達関数によって導入される誤差を受けるようになっており、前記アップグレードは前記カメラに関連して高域フィルタを設けることをさらに含み、前記高域フィルタは、前記カメラの変調伝達関数の逆関数を組み込むことによって、前記誤差を克服するように構成される請求項５４に記載の方法。
【請求項５９】
視野内の物体の温度を測定する既存の赤外撮像カメラをアップグレードする方法であって、既存の赤外検出器は、
外部場面から赤外エネルギを収集するための集束光学系と、
赤外エネルギを検出するように構成された非冷却非遮蔽検出器と、
を含み、前記外部場面の赤外エネルギからの前記赤外検出器における温度測定は、高い空間周波数に対しカメラの変調伝達関数によって導入される誤差を受けるようになっており、
前記アップグレードは前記光学系、検出器、および信号処理に関連して高域フィルタを設けることを含み、前記高域フィルタは、前記カメラの変調伝達関数の逆関数を組み込むことによって前記誤差を克服するように構成されて成る、方法。
【請求項６０】
前記高域フィルタは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの組合せを含む群のいずれかひとつである請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記赤外撮像カメラによって実行される信号処理によって導入される誤差を補償するように前記高域フィルタを配置することを含む請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
マイクロボロメータ検出器アレイを有する赤外撮像カメラであって、不均一性補正行列を形成して前記アレイの画素間のばらつきを克服するばらつき補償機構を含み、前記アレイの前記画素に対し受信信号を温度に変換するための同一伝達関数を使用するように構成された、赤外撮像カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、非冷却マイクロボロメータ検出器を使用する放射測定に関し、さらに詳しくは、以前にはより多くの電力消費およびより複雑な真空パッケージがあって初めて実現可能であった領域にその有用な適用範囲を広げるように、非冷却マイクロボロメータからより正確な結果を得ることに関するが、それに限定されない。赤外（ＩＲ）検出器は物体から放出されるＩＲ放射を検出するものであり、多くの工業および医療用途で温度の非接触測定に使用される。これらの用途は、電子部品の応力試験、ヒトの体温の測定、長距離および夜間監視システムを含む監視システム、火災探知、および携帯暗視装置を含む。
【背景技術】
【０００２】
ＩＲ検出器は一般的に、場面内の様々な物体の熱放射輝度の差を検出することによって動作する。差は電気信号に変換され、それは次いで処理され、解析され、かつ／または表示される。前方視ＩＲ（ＦＬＩＲ）カメラのような撮像放射計は、ＩＲセンサのアレイを利用して二次元熱画像を提供する。視野全体にわたって単純な差異が目に意味のある画像を提供するので、一般的により単純な検出器を使用して画像が提供される。しかし、受け取った放射線から温度を測定することを意図する場合、一般的により精巧な装置が必要である。
【０００３】
多くの場合、センサアレイはマイクロボロメータアレイである。マイクロボロメータは、集積回路製造技術を使用して、基板材料上に製作されるＩＲ放射線検出器である。マイクロボロメータ検出器アレイは入射放射線を感知するために使用することができる。アレイの各マイクロボロメータ検出器は入射放射線を吸収し、それは、その温度の変化によるその抵抗の対応する変化を導く。各マイクロボロメータは画素として機能し、マイクロボロメータの適切なアレイを使用して、入射赤外放射線の二次元画像または写真表現を生成することができる。
【０００４】
ＦＬＩＲカメラは、均一な入射赤外放射線に対し不均一な応答を有する。これは、
ａ．製造工程の結果としての検出器の電気特性および熱特性の小さいばらつき、
ｂ．放出／吸収角度の関数としての電磁波強度のばらつき、
ｃ．光学系の口径食、
ｄ．光学系の温度変化、
のためである。
【０００５】
マイクロボロメータの応答特性のこれらの不均一性は一般的に補正されて、画像処理および表示のための適切な信号対雑音比の電気信号が生成される。
【０００６】
当業者で周知の通り、各々の検出器に関連付けられるオフセットおよび利得情報は、マイクロボロメータアレイを様々なレベルの均等な放射線の幾つかの場面にさらす、不均一性補正（ＮＵＣ）として知られる較正技術によって得られる。通常の使用中に、全てのセンサが均一な温度場面を見るように、マイクロボロメータアレイの視野（ＦＯＶ）を不明瞭化すべく被制御シャッタが閉じられる。各々の検出器の応答は、対応するオフセット値を導出するために使用される。次いでシャッタは開かれ、通常の撮像動作が開始される。導出されたオフセットは、アレイ内の各画素からの応答を補正するために使用される。さらに、光学系および内部カメラ部品内の新しい温度分布を補償するために、応答が比較的安定するように、検出器自体の温度が安定化される。シャッタが検出器のＦＯＶを遮断する間に、不良画素置換（ＢＰＲ）更新と呼ばれるマイクロボロメータアレイ応答の追加補正を実行することができる。各検出器画素からの信号は検査され、検出器画素が適正に機能しているかどうかが決定される。検出器画素が不作動であることが判明するか、またはその信号特性が平均特性とは大きく異なる場合には、対応する画素の値は、周囲の画素の平均を取るなど、他の手段によって決定される。代替的技術は、平均化の代わりにソートを実行することである。
【０００７】
特に計器が非冷却マイクロボロメータ検出器アレイに基づく場合、撮像放射計の組立に関係する幾つかの主要な障害がある。単純な非冷却マイクロボロメータアレイ検出器は、放射線遮蔽体を含まない。換言すると、より精巧な検出器には、内部カメラ部品からのＩＲ放射線から検出器を保護する放射線遮蔽体がある。単純な検出器はそのような遮蔽体を含まず、パッケージをより小さくし、かつ光学系をより単純にしているが、単純な検出器は、２πラジアンの立体角を通して内部カメラ部品およびその真空パッケージとエネルギを交換することを意味する。実際、検出器は常にエネルギを２πラジアンの立体角を通して交換していることが注目される。しかし、従来のより精巧な放射測定検出器は、上述した放射線遮蔽体を使用して、検出器の視野を遮断する。さらに、放射線遮蔽体は一定温度に維持され、したがってそれは比較的容易に補償することができる。単純な検出器に戻ると、実際、交換されるエネルギの大部分は、検出器と内部カメラ部品との間のものである。結局、内部カメラ部品は撮像対象の物体よりずっと近くにある。検出器によって交換されるエネルギの非常に小さい部分（通常約１０％）だけが、撮像することを意図している場面に由来する。したがって、内部カメラ部品の温度の非常に小さい変化が、検出器の出力信号の大きい変化を生み出すことがある。ＮＵＣおよびＢＰＲの処理後にマイクロボロメータ検出器から得られる映像信号の平均値および超低周波成分は、検出器の真空パッケージおよび内部カメラ部品の温度によって大きく影響される。
【０００８】
一組の解決策は、極低温冷却検出器アレイである。冷却検出器は、より大きい重量および複雑さのみならず、冷却のための追加電力消費、短い寿命、および高コストという不利点を有する。冷却検出器の利点は、それらが短い波長、例えば３ないし５ミクロンの帯域で作動し、したがってより高い解像度を有する画像を生成することができることである。冷却装置に基づくＦＬＩＲは、比較的高いｆナンバ（ｆ＃）でも優れた感度を有し、かつ非常に短い時定数を有する。
【０００９】
他方、非冷却熱マイクロボロメータアレイは他の利点を有する。例えば、非冷却装置はより小さい物理サイズ、より低い重量、およびより低い電力消費を有する。
【００１０】
非冷却装置は、電源投入直後に映像出力をもたらし、冷却装置に比較して長いＭＴＢＦ（平均故障間隔）を有し、一般的により安価である。
【００１１】
総体的に、冷却装置は長距離用途およびより高い経費を正当化できる用途に使用され、非冷却装置は中距離および短距離用途ならびに予算が限られている用途に使用される。
【００１２】
上記の問題の第二の解決策は、温度安定化冷却器および／または加熱器無しで動作する温度依存焦点面アレイを提示した、カウフマンらの米国特許第６４７６３９２号に提案されている。利得、オフセット、および／またはバイアス補正テーブルはフラッシュメモリに与えられ、メモリ内のページは焦点面アレイの測定温度によってインデクシングされる。各画素の利得、オフセット、および／またはバイアスは、例えばアレイを制御された炉内に配置し、既知の温度に対するアレイの応答を検査することによって、温度動作範囲全体にわたって小さい温度増分毎に決定される。データベース内のバイアス、利得、およびオフセットデータは後で読み出され、アナログ形式に変換され、アナログ回路によって焦点面アレイの応答を補正するために使用される。信号補正に使用されるデータは、一度だけ、したがって正常な動作条件下ではなく、決定される。カウフマンらは、経時的な、または他の要因による検出器応答のばらつきを考慮していない。さらに、カウフマンの特許は、検出器が一定した温度安定化作業点を持たない場合の検出器応答を取り扱っている。そのような場合、温度測定は、小さい温度増分毎に完全に新しいデータセットを必要とする。そのような手法は非実用的である。
【００１３】
撮像ＩＲ放射計の追加の問題は、マイクロボロメータ検出器アレイが一般的に有限空間応答を有することである。同一温度を有するが、大きさの異なる二つの黒体、または同一温度であるがカメラからの距離が異なる同一物体が、検出器出力に異なる映像信号を生成する。差動映像信号の温度への直接変換は、大きい物体に対してのみ、比較的正確である。さらに詳しくは、映像信号の温度への変換は、高い空間周波数に対し限定された変調伝達関数（ＭＴＦ）応答によって導入される誤差を免れない。
【００１４】
現在、多数の用途をカバーする多数の非冷却マイクロボロメータＦＬＩＲ（前方視赤外）カメラが入手可能である。これらのカメラは、放射線遮蔽体を全く含まない通常の非冷却マイクロボロメータセンサを含む。一般的に、これらのカメラは、焦点距離３５ｍｍまたは５０ｍｍの標準レンズ、または他の焦点距離の光学系を搭載している。問題は、非常に微小なハードウェア改良の制約条件下で、非冷却検出器の上述した欠点を克服して、それらが正確な温度測定をもたらすことができるようにするために、これらの既存のカメラをアップグレードする方法を見つけることである。
【発明の開示】
【００１５】
本発明の第一態様では、赤外撮像カメラであって、
赤外エネルギを検出するように構成された非冷却かつ非遮蔽検出器と、
外部の場面に由来しないエネルギを無視し、それによって前記検出器のエネルギを温度として読むことができるように、前記非冷却センサで検出されたエネルギを補正するために使用できる、少なくとも一回の較正温度測定を前記カメラに対して行うことによって周期的較正動作を実行する較正器と、
を備えた赤外撮像カメラを提供する。
【００１６】
好ましくは、前記補正は、前記較正温度測定から得られる温度を初期オフセットとして使用して、前記外部場面から収集された前記赤外エネルギの温度測定値を補正することを含む。
【００１７】
好ましくは、前記補正は、前記初期測定からの値を二回目の較正温度測定から得た第二の値と組み合わせることによって達成され、前記組合せは時間依存関数を使用して、前記較正温度測定後の時点のために前記補正の外挿値を生成する。
【００１８】
好ましくは、前記時間依存関数は、最も最近の較正温度測定からの数学的外挿関数を含む。
【００１９】
カメラは、前記カメラのシャッタの温度測定値の関数である初期オフセットを使用して、前記補正を行うように構成することができる。
【００２０】
カメラは、前記カメラの筺体の温度測定値の関数である初期オフセットを使用して、前記補正を行うように構成することができる。
【００２１】
カメラは、第一期間のカメラ熱時定数を持つことができ、前記第一期間中に複数回の前記較正温度測定を行うことができる。
【００２２】
好ましくは、前記複数とは１０回以下である。
【００２３】
好ましくは、第一サーミスタは前記カメラのシャッタ上に配置され、第二サーミスタは前記カメラの検出器の真空パッケージングの外面に配置され、第三サーミスタは前記カメラの光学系を包囲するケーシングに配置され、前記較正温度測定は前記サーミスタの各々から読みを得ることを含む。
【００２４】
好ましくは、前記シャッタはシートを含む。
【００２５】
好ましくは、シートは、前記検出器によって使用されるスペクトル周波数範囲内で、実質的に１に近い放射率を有する。
【００２６】
好ましくは、前記非冷却センサは、前記シャッタからの放射を測定することによって、前記較正温度測定を行うように構成される。
【００２７】
好ましくは、前記シャッタは、前記検出器によって使用されるスペクトル周波数範囲内で、実質的に１に近い反射率を有するシートを含む。
【００２８】
好ましくは、前記非冷却センサは、前記シャッタから反射される放射を測定することによって、前記較正温度測定を行うように構成され、前記放射は前記非冷却センサの温度を示す。
【００２９】
好ましくは、前記シャッタは、前記カメラの集束光学系を不明瞭化する（ｏｂｓｃｕｒｉｎｇ）第一の安定な機械的位置と、前記集束光学系と前記検出器との間の自由視線を可能にする第二の安定な機械的位置とを有するように装着される。
【００３０】
好ましくは、前記非冷却検出器は、マイクロボロメータアレイを含む。
【００３１】
好ましくは、前記検出器は、内部基準ユニットの映像信号から較正温度測定値を得るように構成される。
【００３２】
前記外部場面の前記赤外エネルギからの前記非冷却センサにおける温度測定は、高い空間周波数に対し前記カメラの変調伝達関数によって導入される誤差を受けるようになっており、前記非冷却検出器は、その変調伝達関数の逆関数を組み込むことによって、前記誤差を克服するように装備されることが好ましい。
【００３３】
カメラは、カメラの熱時定数未満の時間間隔で前記較正温度測定を行うように作動することができる。
【００３４】
好ましくは、前記検出器はマイクロボロメータアレイを含み、前記カメラはさらに、前記アレイのための不均一補正行列を得るのと同時に前記較正温度測定を得るように構成される。
【００３５】
カメラは、前記アレイの全ての画素に同一信号対温度関数を使用するように構成することができる。
【００３６】
好ましくは、前記カメラのシャッタを測定に使用して、前記アレイの不良画素置換を可能にする。
【００３７】
本発明の第二態様では、局所的カメラ温度に従って放射計の応答を補正するための温度補正装置であって、前記放射計が、
ＩＲセンサの視野（ＦＯＶ）に入射するＩＲ放射線に従って温度画像を形成するために画像応答を提供するための非遮蔽非冷却赤外（ＩＲ）センサと、
内部温度基準ユニット用の測定面を形成する内面を持つ、前記ＦＯＶを制御可能に不明瞭化するためのシャッタと、
を含み、前記温度補正装置が
前記測定面を使用して基準温度を決定するための温度センサと、
局所的カメラ基準応答および前記基準温度を使用して、前記局所的温度の温度ドリフトの一時的作用を近似化するためのリファレンサと、
前記温度センサおよび前記リファレンサに関連付けられ、前記近似化された一時的作用に従って前記画像の補正を生成するように構成された信号補正装置と、
を含んで成る、温度補正装置を提供する。
【００３８】
好ましくは、前記基準温度および前記基準応答は、前記シャッタによる前記ＦＯＶの不明瞭化中に決定される。
【００３９】
好ましくは、前記ＩＲセンサはマイクロボロメータを含む。
【００４０】
好ましくは、前記ＩＲセンサはマイクロボロメータのアレイを含む。
【００４１】
好ましくは、前記近似化は以前の測定データに基づく数学的関数近似化である。
【００４２】
好ましくは、前記近似化は二つまたはそれ以上の連続的温度測定の外挿である。
【００４３】
好ましくは、前記ＩＲセンサアレイは二次元画像を提供するように作動可能である。
【００４４】
好ましくは、前記信号補正装置はさらに、前記測定面を使用して不均一性補正（ＮＵＣ）を実行するように作動可能である。
【００４５】
該装置は、複数の画素を有するアレイを含むことができ、前記アレイは前記アレイの各画素で同一の信号対温度関数を使用して温度を得るように構成される。
【００４６】
好ましくは、前記信号補正装置はさらに、前記測定面を使用して不良画素置換（ＢＰＲ）を実行するように作動可能である。
【００４７】
好ましくは、前記測定面は、関心のあるＩＲスペクトル周波数範囲に対し実質的に黒体である。
【００４８】
好ましくは、前記温度センサは、前記測定面に関連して、その温度を測定するように構成される。
【００４９】
好ましくは、前記温度センサは、前記測定面によって放出される放射を測定するように作動可能である。
【００５０】
好ましくは、前記測定面は、関心のあるＩＲ周波数範囲に対して実質的に反射面である。
【００５１】
好ましくは、前記温度センサは、前記測定面に関連して、その温度を測定するように構成され、前記温度は前記装置の温度である。
【００５２】
好ましくは、前記信号補正装置は、サブセンサレベルとそれぞれの基準レベルとの間の差を算出し、前記差に前記基準温度を加算するように作動可能である。
【００５３】
温度補正装置は、数値処理を使用して前記補正画像を生成するように構成することができる。
【００５４】
補正装置は、不明瞭化位置と露出位置との間で前記シャッタの位置を制御するためのシャッタ制御装置をさらに含むことができる。
【００５５】
補正装置は、前記補正画像からカメラの変調伝達（ＭＴＦ）効果を補償するためのフィルタを含むことができる。
【００５６】
本発明の第三態様では、局所温度に従って放射計の応答を補正するための方法であって、前記放射計が、前記ＩＲセンサの視野（ＦＯＶ）に入射するＩＲ放射線に従って温度画像を形成するために画像応答を提供するための赤外（ＩＲ）センサと、前記ＦＯＶを制御可能に不明瞭化するためのシャッタとを含み、
前記ＦＯＶが前記シャッタによって不明瞭化されている間に、前記シャッタの放射率に従って選択された位置の基準温度を決定すること、および
前記基準温度に従って前記画像の補正を生成すること、
を含む方法を提供する。
【００５７】
該方法は、前記基準温度に対する前記放射線センサの時間依存基準応答を決定すること、および前記基準温度の決定の間における前記補正の修正に前記基準応答を使用することを含む。
【００５８】
好ましくは、前記ＩＲセンサはマイクロボロメータアレイを含む。
【００５９】
該方法は、不均一性補正（ＮＵＣ）を実行することを含むことができる。
【００６０】
該方法は、前記アレイの各画素に同一信号対温度関数を使用して、温度を得ることを含むことができる。
【００６１】
該方法は、不良画素置換（ＢＰＲ）を実行することを含むことができる。
【００６２】
好ましくは、前記シャッタは、関心のあるＩＲスペクトル周波数範囲で実質的に黒体である内面を含み、前記基準温度の前記決定は前記面の温度の測定を含む。
【００６３】
好ましくは、前記シャッタは、関心のあるＩＲスペクトル周波数範囲で実質的に完全反射する内面を含み、前記基準温度の前記決定は前記面の温度の測定を含み、前記温度は前記ＩＲセンサを表わす。
【００６４】
該方法は、前記補正画像応答をフィルタリングして、カメラのＭＴＦ効果を補償することを含むことができる。
【００６５】
本発明の第五態様では、
外部場面から赤外エネルギを収集するための集束光学系と、
前記集束光学系からの前記赤外エネルギを検出するように構成された非冷却赤外センサと、
前記外部場面の前記赤外エネルギからの前記赤外センサにおける温度測定が、高い空間周波数に対しカメラの変調伝達関数によって導入される誤差を受けるようになっており、前記カメラの変調伝達関数の逆関数を組み込むことによって前記誤差を克服するように構成された高域フィルタと、
を含む赤外カメラを提供する。
【００６６】
好ましくは、前記赤外センサは非冷却赤外センサである。
【００６７】
好ましくは、前記赤外センサは非冷却マイクロボロメータアレイである。
【００６８】
本発明の第六態様では、温度測定を行うための赤外撮像カメラをアップグレードする方法であって、既存の赤外カメラは、
外部場面から赤外エネルギを収集するための集束光学系と、
前記カメラの内部部品から遮蔽されておらず、かつ赤外エネルギを検出するように構成された非冷却検出器と、
前記集束光学系と前記非冷却センサアレイとの間にそれ自体を周期的に介在させて、前記検出器が前記シャッタ面にわたる温度測定から周期的均一性補正動作を実行することができるように、制御可能に搭載されたシャッタと、
を含み、
前記アップグレードは、受信した画像の較正に使用するために周期的間隔で局所化された温度測定を行うことができるように、前記カメラ内に少なくとも一つの温度センサを適用することを含んで成る、方法を提供する。
【００６９】
好ましくは、前記少なくとも一つの温度センサを適用することは、温度センサを前記シャッタに固定することを含む。
【００７０】
好ましくは、前記少なくとも一つの温度センサを適用することは、第一温度センサを前記シャッタに、かつ追加センサを前記カメラの検出器筺体に固定することを含む。
【００７１】
好ましくは、前記少なくとも一つの温度センサの前記適用は、前記シャッタが前記集束光学系と前記センサとの間に介在するときに、前記少なくとも一つのセンサが前記局所的温度を測定するように構成することを含む。
【００７２】
前記外部場面の前記赤外エネルギからの前記赤外検出器における温度測定は、高い空間周波数に対しカメラの変調伝達関数によって導入される誤差を受けるようになっており、前記アップグレードは前記カメラに関連して高域フィルタを設けることをさらに含み、前記高域フィルタは、前記カメラの変調伝達関数の逆関数を組み込むことによって、前記誤差を克服するように構成されることが好ましい。
【００７３】
本発明の第七態様では、視野内の物体の温度を測定する既存の赤外撮像カメラをアップグレードする方法であって、既存の赤外検出器は、
外部場面から赤外エネルギを収集するための集束光学系と、
赤外エネルギを検出するように構成された非冷却非遮蔽検出器と、
を備え、前記外部場面の赤外エネルギからの前記赤外検出器における温度測定は、高い空間周波数に対しカメラの変調伝達関数によって導入される誤差を受けるようになっており、
前記アップグレードは前記光学系、検出器、および信号処理に関連して高域フィルタを設けることを含み、前記高域フィルタは、前記カメラの変調伝達関数の逆関数を組み込むことによって前記誤差を克服するように構成されて成る、方法を提供する。
【００７４】
好ましくは、前記高域フィルタは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの組合せを含む群のいずれかひとつである。
【００７５】
該方法は、前記赤外撮像カメラによって実行される信号処理によって導入される誤差を補償するように前記高域フィルタを配置することを含むことができる。
【００７６】
本発明の第八態様では、マイクロボロメータ検出器アレイを有する赤外撮像カメラであって、不均一性補正行列を形成して前記アレイの画素間のばらつきを克服するばらつき補償機構を含み、前記アレイの前記画素に対し受信信号を温度に変換するための同一伝達関数を使用するように構成された、赤外撮像カメラを提供する。
【００７７】
本明細書で使用される技術用語と科学用語はすべて、特に断らない限り、本発明の属する技術分野の当業者が共通して理解しているのと同じ意味を持っている。本明細書に記載されているのと類似の又は均等の方法と材料は本発明を実施又は試験するのに使用できるが、適切な方法と材料は以下に述べる。争いが生じた場合、定義を含めて本特許明細書が基準である。さらに、本明細書の材料、方法及び実施例は例示することだけを目的とし本発明を限定するものではない。
【００７８】
本発明の方法及びシステムを実行することは、選択されたタスク又はステップを、手動操作で、自動的に又はそれらを組み合わせて実行又は完了することを含んでいる。さらに、本発明の方法とシステムの好ましい実施態様の実際の機器や装置によって、いくつもの選択されたステップを、いずれかのファームウェアのいずれかのオペレーティングシステムのハードウェア又はソフトウェア又はそれらの組合せによって実行できる。例えば本発明の選択されたステップはチップ又は回路のようなハードウェアとして実施できる。本発明の選択されたステップは、コンピュータが適切なオペレーティングシステムを使って実行する複数のソフトウェアの命令のようなソフトウェアとして実施できる。いずれにしろ、本発明の方法とシステムの選択されたステップは、データプロセッサ、例えば複数の命令を実行する計算プラットホームで実行されると言える。
【００７９】
図面の説明
本明細書では本発明を単に例示し図面を参照して説明する。特に詳細に図面を参照して、示されている詳細が例示であり本発明の好ましい実施態様を例示考察することだけを目的としており、本発明の原理や概念の側面の最も有用でかつ容易に理解される説明であると考えられるものを提供するために提示していることを強調するものである。この点について、本発明を基本的に理解するのに必要である以上に詳細に本発明の構造の詳細は示さないが、図面について行う説明によって本発明のいくつもの形態を実施する方法は当業者には明らかになるであろう。
図１は本発明の第一の好適な実施形態に係る赤外検出器の簡易ブロック図を示す簡易図である。
図２は本発明の好適な実施形態に係る、シャッタが不明瞭化位置にある状態の非冷却マイクロボロメータに基づくセンサを示す。
図３はシャッタが退いてセンサが露出している状態の図２のセンサを示す。
図４は温度センサがシャッタ上、および検出器内の他の場所に配置されている、図１の実施形態の変形例を示す簡易図である。
図５はマイクロボロメータを示す簡易図である。
図６は３２０×２４０素子アレイのためのＦＬＩＲ逆変調伝達関数（ＭＴＦ−１）の実施例を示す。
図７は光学系のｆ＃が１であると想定して、センサと外部視界との間で交換されるエネルギを示すグラフである。
図８はセンサと光学系との間で交換されるエネルギを示す同様のグラフである。
図９はカメラと内部カメラ部品との間のエネルギの交換を示す簡易図である。
図１０は総エネルギの比例として視界のエネルギを示すグラフである。
図１１は温度誤差対真空パッケージサーミスタ（温度測定センサ）温度のグラフである。
図１２は誤差値に対する最小平均二乗誤差の線形当てはめを表わすグラフである。
図１３は温度に対する検出器の出力信号のグラフであり、数学モデルの出力を表わす。
図１４ａおよび図１４ｂは二次多項式展開を示すグラフである。
図１５ａおよび図１５ｂは三次多項式近似を示すグラフである。
図１６ａおよび図１６ｂは四次多項式近似を示すグラフである。
図１７は光学系検出器および電子機器を含む、１ｍｍ当たり周期単位のカメラインパルス応答のフーリエ変換である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８０】
本実施形態は、非冷却マイクロボロメータアレイを使用し、標準光学系を有し、放射線遮蔽体を含まない検出器または検出機構付きのＦＬＩＲカメラのような、赤外カメラである。該実施形態は、そのようなカメラを温度測定に使用することを可能にする。該実施形態は、カメラの温度変化応答関数を概算することによって、内部の温度および温度効果を無視する。通常の光学系とは、入力光学系アパーチャを放射線遮蔽体上に再結像しない光学系を意味する。今日まで、通常の検出器用のそのような装置は存在しない。
【００８１】
設計上の考慮点、温度ドリフトモデル、および期待される精度の概略説明を提示する。実施形態は、たとえ検出器が放射測定用のものでない場合でも、ＮＵＣフラッグを極低周波チョッパとして使用することによって、非冷却マイクロボロメータに基づくＦＬＩＲに対し比較的高精度の温度測定を可能にする。
【００８２】
本実施形態に係る赤外検出器および関連する温度補正機構の原理および動作は、図面および付随する説明を参照することにより、いっそうよく理解することができる。
【００８３】
本発明の少なくとも一つの実施態様を詳細に説明する前に、本発明は以下の説明に記載されているか又は図面に例示されている要素の構造の詳細と配置にその用途が限定されないと解すべきである。本発明にはその他の実施態様があり又は種々の方法で実行もしくは実施できる。また、本明細書に使用される用語と語句は説明を目的とするものであり本発明を限定するとみなすべきではないと解すべきである。
【００８４】
今、図１を参照すると、それは赤外検出器１４を示す簡易ブロック図である（１０は光学系、シャッタ、および検出器を含む）。シーカ（ｓｅｅｋｅｒ）１０は、外部場面から赤外エネルギを収集するための集束光学系１２を備える。一般的に、集束光学系は一つまたはそれ以上のレンズを備え、そのうちの一つは焦点距離を変えるために、制御可能に取り付けられる。集束光学系は、用途および検出器の作動スペクトル周波数範囲のため、および要求される空間解像度のために最適化されることが好ましい。
【００８５】
光学系１２の背後に配置されるのは、集束光学系１２からの赤外エネルギを検出するように構成された非冷却ＩＲセンサ１４である。センサの周囲に放射線遮蔽体は無く、したがってセンサに入射するＩＲ放射線は、集束光学系を介して到着する場面からのＩＲ情報だけではなく、カメラの周囲部品からのエネルギをも含む。さらに、カメラの周囲部品は場面のＩＲ源よりかなり近く、かつカメラは非冷却式であるので、検出器とカメラ内部部品との間のエネルギ交換は、場面からの信号よりずっと大きい。背景で示したように、検出器と光学系を含むカメラ内部部品との間で交換されるエネルギは、非冷却検出器で場面から収集される信号を約１０対１で圧倒する傾向がある。
【００８６】
光学系とセンサとの間には、内部温度基準ユニット１６がある。基準ユニットは、集束光学系１２と非冷却センサ１４との間に周期的に介在するように、制御可能に搭載されるシャッタを備える。マウント１８は、シャッタが、光学系とセンサとの間に介在する位置と、介在しない第二位置との間で移動することを可能にし、一般的にコンピュータ制御アクチュエータを介して、光景を不明瞭化しないように充分高い周波数でシャッタが二つの位置の間で移動することができるように制御が提供される。特に、シャッタは、有意の期間にわたって光景を不明瞭化しないように充分に高速で移動する。さらに、シャッタは、少なくとも数フレームの収集を可能にする期間、閉位置を維持する。一回のシャッタ画像不明瞭化と次回との間の期間は、通常数分に設定される。この期間は、カメラの熱時定数よりずっと短くしなければならず、実際、ずっと短い。カメラ自体は密閉され、したがって一般的に半時間程度の温度変化に対し比較的長い熱時定数を有する。したがってシャッタは、例えば数分毎に温度測定を行い、次いで、現在および前の測定から数学的外挿を行うことによって次の測定を実行できるまでの時間を使って較正を行うことができる。換言すると、内部カメラ部品は温度を有し、その温度は変動する。カメラの環境において起こり得る最大限の温度変動の場合でも、カメラ内の温度変化は、特定の時定数によって限定されるので、温度測定がこの時定数より頻繁に行われる限り、測定は有効であり続ける。
【００８７】
該メカニズムは、検出器が、温度基準ユニットに対し、かつカメラの他の位置、例えば検出器およびカメラの内部本体で、較正温度測定を行うことによって周期的較正動作を実行することを可能にする。換言すると、シャッタおよび他の位置の温度が測定され、内部カメラ部品の影響を無視するために検出器信号に適用することのできる時間依存オフセットをもたらす関数への入力として使用することができる。したがって、修正された検出信号は、撮像される物体の正確な温度測定を達成することができる。該メカニズムおよび外挿能力は一般的に、内部温度基準ユニットが周期的介在位置にある必要性を比較的低い頻度にすることを確実にする。
【００８８】
今、図２および３を参照すると、それらはシャッタ２２付きの非冷却マイクロボロメータに基づくセンサ２０を示す。簡潔にするために光学系は取り除かれている。図２で、シャッタは光学系とセンサとの間に介在する位置にあり、図３では、シャッタは退いて、センサが露出している。シャッタおよびセンサは筺体２４内に搭載され、シャッタは制御可能なマウント２６を介して筺体に取り付けられる。
【００８９】
内部基準ユニットはシャッタから構成され、シャッタは一般的にフラットシートである。シートは金属製または他の適切な材料から作成することができる。シートは、集束光学系と非冷却センサアレイとの間に介在したときに、それが外部場面をセンサから実質的に不明瞭化するが、検出器の内部構造を必ずしも不明瞭化しないような大きさに作られる。検出器の残部に関連する一般的サイズは、上述した図２および３に示す通りである。
【００９０】
一つの例示的実施形態では、シャッタの内面は、検出器によって使用されるスペクトル周波数範囲にわたって、できるだけ１に近い放射率を持つ。換言すると、マイクロボロメータ検出器が放射エネルギを交換する所定のスペクトル周波数範囲にわたって、黒体特性をもたらす表面コーティングが施される。
【００９１】
そのような実施形態では、非冷却センサ自体がシャッタの黒体表面からの放射を測定することによって、較正温度測定を行うように構成することができる。換言すると、センサは場面の場合と同様に単にシャッタを撮像し、受信した画像を温度に変換する。シャッタは黒体であり、したがって実質的に反射が無いので、放射を通して外部で測定される温度は、シャッタ自体の温度であって、周囲の特徴の温度ではない。したがってセンサは、内部基準ユニットの映像信号から温度測定を得るように構成される。
【００９２】
今、図４を参照すると、それは、温度センサ３０がシャッタ上に配置された、図１の実施形態の変形例を示す簡易図である。
【００９３】
温度センサは、接触型温度測定を行う。黒体の場合、内部温度およびその放射温度は同一であるので、この場合、黒体の接触型測定はシャッタの温度を示す。追加温度センサ３２を筺体上に配置することができる。
【００９４】
代替実施形態では、シャッタは、検出器によって使用されるスペクトル周波数範囲内で、できるだけ１に近い反射率を有する。換言すると、シャッタの内面は鏡である。再び、非冷却センサは、内部基準ユニットからの放射を測定することによって、較正温度測定を行うように構成される。この場合、反射される放射線は、非冷却センサ自体の温度を示す。反射シャッタの場合、基準温度は、マイクロボロメータが安定化する温度である。マイクロボロメータ検出器が例えば摂氏３０度で安定化する場合、基準温度は固定され、摂氏３０度に等しい。
【００９５】
今、図５を参照すると、それはマイクロボロメータ４０を示す簡易図である。マイクロボロメータはＩＲセンサとして広く使用されており、各マイクロボロメータがアレイ型イメージセンサ上の画素となるように小さくして、アレイ内にパッケージすることができる。マイクロボロメータの構造および働きは、当業者に周知である。
【００９６】
非冷却センサで行われる温度測定は、カメラの変調伝達関数によって導入される誤差を免れない。本発明の例示的実施形態では、非冷却センサは、それぞれのＦＬＩＲカメラの変調伝達関数の逆関数を組み込むことによって誤差を克服するように装備される。図６は、３２０×２４０素子アレイの場合のそのような逆関数を示す。関数は高域フィルタとして実現される。
【００９７】
局所的温度が決定されると同時に、シャッタは、非冷却センサの不均一性補正行列を更新するために使用される。換言すると、シャッタは焦点が合っていないので、シャッタを撮像する全ての画素は同一測定値を得るはずである。したがって、異なる検出器の一次不均一性応答は、別のずっと複雑な補正プロセスによって補正されるので、不均一性補正プロセス後の画素間のばらつきは、真空パッケージの内面の新しい温度分布によるものである。画素間のばらつきの行列を作成し、後で受信画像を補正するために使用することができる。
【００９８】
ＮＵＣ更新プロセス用の基準写真が取得されるのと同一期間中に、基準温度が測定され、ＡＳｎと呼ばれる平均映像信号に関連付けられる。ＮＵＣおよびＢＰＲ後の映像信号は、平均計算のために使用される。
【００９９】
その後、シャッタが非不明瞭化位置にあるときに、検出器の視野内のどの位置の温度でも、次式から算出することができる。
2007502403.tif 000003
式中、
Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＿ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅは、上で定義された基準温度を表わす。
Ｔｉｊは、ｐｉ，ｊ映像信号素子値の各々に関連付けられる温度値を表わす。
ｐｉ，ｊは、不均一性補正および不良画素置換後の素子ｉ，ｊの映像信号を表わすか、あるいは
ｐｉ，ｊは、不均一性補正、不良画素置換、およびＭＴＦ逆フィルタ後の素子ｉ，ｊの映像信号を表わすかのいずれかである。
Ｅｉ，ｊは、位置ｉ，ｊにおける検出器によって見られる表面の放射率を表わし、
ｔｅｍｐ＿ａｍｂは、観察される場面の周囲温度を表わす。
Ｆ（…）は、映像信号、ＮＵＣ更新プロセス中に測定された平均映像信号、放射率、周囲温度等のような様々な入力変数を使用して、検出器の映像信号を温度に変換する一般関数を表わす。
【０１００】
センサおよび内部基準ユニットが関与する同じ測定プロセスは、シャッタを撮像して不良画素置換を可能にすることを含む。したがって、作動していないことが撮像プロセスによって決定された画素は無視し、その信号は例えば周囲画素の平均によって置換することができる。
【０１０１】
以下では、マイクロボロメータ検出器と光景、光学系、および内部カメラ部品との間で交換されるエネルギの比較的詳細なモデルを提示する。検出器信号対目標温度を記述する数学モデルを導出し、その結果、温度測定用の多項式モデルを得る。測定される温度ドリフトを上述するように低減するために実現された解決策、および得られた精度についても論じる。
【０１０２】
エネルギ交換モデル
マイクロボロメータ出力の映像信号は、検出器の素子と、
＊光景
＊光学系
＊内部カメラ部品
との間で交換されるエネルギによって生成される。
【０１０３】
信号自体は過渡プロセスとして形成される。読出しプロセスは中断されると仮定して、エネルギ交換は定常状態に達するまで行われる。エネルギ交換プロセスの時定数は、懸架構造の熱容量（Ｔｈｅｒｍａｌ＿Ｃａｐａｃｉｔｙ）と熱伝導率（Ｔｈｅｒｍａｌ＿Ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ）との間の比率に等しい。
2007502403.tif 000004
【０１０４】
非制限時間間隔を想定し、かつ光景を黒体放射源（放射率＝１）としてモデル化できると想定すると、検出器と光景との間で交換されるエネルギは次式によって表わされる。
2007502403.tif 000005
方程式１．検出器と光景との間で交換されるジュール単位のエネルギ
【０１０５】
Ｐ＿ｖｉｅｗは、一つの検出器素子と場面との間で交換されるエネルギ［ジュール単位］を表わす。
Ｌ（λ，Ｔｅｍｐ０＋ΔＴｅｍｐ）は、ワット／（ｓｒ・ｍ３）単位で平均黒体放射源としてモデル化された光景を表わす。
Ｔｅｍｐ０は、ケルビン度単位の検出器の懸架構造温度を表わす。
Ａ＿ｄｅｔは、単一検出器の素子のｍ２単位の有効面積を表わす。
ｆ＃は、光学系のｆナンバを表わす。
λは、メートル単位の波長を表わす。
λ＿１は、積分下限を表わす。
λ＿２は、積分上限を表わす。
Ｔｒａｎｓ＿ｏｐｔｉｃｓ（λ）は、光学系の透過率を表わす。
ε（λ）は、検出器の懸架構造の放射率を表わす。
ｔは、秒単位の時間を表わす。
【０１０６】
時間変数に対して方程式１を解くと、一つの検出器の素子と光景との間で交換されるエネルギは次式によって記載される。
2007502403.tif 000006
方程式２．検出器と光景との間で交換されるジュール単位のエネルギ
【０１０７】
図７は、
＊ｆナンバが１に等しいこと
＊高透過率の光学系（９３％）
＊検出器の放射率が０．８に等しい
＊有効検出器面積が（４１＊１０−６）２メートルに等しい
＊スペクトル帯域が８＊１０−６から１２．５＊１０−６メートルまでの範囲であること
を想定して、検出器と光景との間で交換されるエネルギを描いている。
【０１０８】
上述と同様の条件を想定して、検出器と光学系との間で交換されるエネルギＰ＿ｏｐｔｉｃｓ（ΔＴｅｍｐ）は、次の数式によって与えられる。
2007502403.tif 000007
方程式３．検出器と光学系との間で交換されるジュール単位のエネルギ
【０１０９】
図７はセンサと外部光景との間で交換されるエネルギを示すグラフであり、図８はセンサと光学系との間で交換されるエネルギを示す同様のグラフである。
【０１１０】
Ｌ（λ，Ｔｅｍｐ０＋ΔＴｅｍｐ）は、ワット／（ｓｒ・ｍ３）単位で平均黒体放射源としてモデル化された光学系を表わし、放射率は（１−Ｔｒａｎｓ＿ｏｐｔｉｃｓ（λ））に等しい。
2007502403.tif 000008
θは、集光に関連する平面円錐角の半分を表わす。
ｆ＃＝１の場合、θ＝０．４６４ラジアンである。
【０１１１】
図９は、カメラと内部カメラ部品との間のエネルギの交換を示す簡易図である。上述と同様の条件を想定して、検出器と内部カメラ部品との間で交換されるエネルギＰ＿ｃａｍｅｒａ（ΔＴｅｍｐ）は、次の数式によって与えられる。
2007502403.tif 000009
【０１１２】
Ｌ（λ，Ｔｅｍｐ０＋ΔＴｅｍｐ）は、ワット／（ｓｒ・ｍ３）単位で平均黒体放射源としてモデル化された内部カメラ部品を表わし、放射率は１に等しい。
【０１１３】
検出器と内部カメラ部品との間で交換されるエネルギは最大因子であり、検出器と光学系との間で交換されるエネルギがそれに続く。検出器と光景との間で交換されるエネルギは最小因子である。
【０１１４】
同時に、検出器と光景との間、検出器と光学系との間、およびカメラ内部部品に対する検出器の同一の温度差を想定すると、検出器と光景との間で交換されるエネルギの量は約１０％である。光景エネルギを総エネルギの割合として示すグラフである図１０に、該状況が示される。
【０１１５】
得られた結果の分析は、光景エネルギがそのような小さい割合であるので、収集された映像信号から光景温度を再構築できるようにすることが非常に難しいことを示す。検出器と内部カメラ部品とによって交換されるエネルギは、内部カメラ部品の温度分布に依存する。この分布は、カメラの熱時定数が非常に長く（約半時間）、かつ通常環境条件はそのような長い期間安定していないという事実のため、一定ではない。内部カメラ部品の温度分布に基づく動的モデルは複雑すぎ、既存のハードウェアに実現する可能性を超えている。したがって、現在の好適な実施形態では、内部カメラ部品の影響を解消するために、不均一性補正（ＮＵＣ）更新プロセスを使用する。ＮＵＣ更新プロセス中に検出器の前に挿入されるフラッグ（またはシャッタ）は、極低周波チョッパとして使用される。検出器に対面するフラッグの表面は、一実施形態では、理想的黒体表面にできるだけ近いように挙動させるために、処理し被覆することができる。再び図５の実施形態に関連して、次いで数個の非常に精密なサーミスタ（±０．０２５℃）を次の位置に設置することができる。
【０１１６】
フラッグまたはシャッタ面の背後に一つのサーミスタ３０。
検出器の真空パッケージの外面上に一つのサーミスタ３４。
【０１１７】
二つのサーミスタ（一つだけを図示）３２が光学系の外部メタルケースに接着される。
【０１１８】
温度測定の説明
単に簡潔を期すために、光学系の影響は無視できるほど小さいと仮定しよう。（後で、この仮定を再検討する）。ＮＵＣ更新プロセスは周期的に実行されるので、プロセス＃ｎ中に、ＮＵＣ更新および不良画素置換（ＢＰＲ）が実行された後の平均検出器信号ＡＳｎが算出されたと仮定することができる。また、同じＮＵＣ更新プロセス番号ｎ中に、設置された全てのサーミスタの温度が取得されたと仮定する。
【０１１９】
Ｔｆｎは、ｎ回目のＮＵＣ更新プロセス中にフラッグで測定された温度を表わす。
Ｔｄｎは、番号ｎのＮＵＣ更新プロセス中に検出器の真空パッケージの外面で測定された温度を表わす。
Ｔｏｎは、番号ｎのＮＵＣ更新プロセス中に外部光学系ケースで測定された平均温度を表わす。
【０１２０】
任意の比較的大きい関心面積の平均温度を測定しなければならない（ＭＴＦ問題については後で示す）と仮定しよう。さらに、指定された面積が理想的な黒体放射源に属すると仮定しよう。
【０１２１】
測定温度の第一の近似はテイラー級数によって表わされる。
2007502403.tif 000010
式中：Ｔ＿ｍｅｓは、測定温度の第一近似を表わす。
【０１２２】
Ｓｉｇは、ｎ回目およびｎ＋１回目のＮＵＣ更新プロセス間のある時点における、上述した関心領域のＮＵＣおよびＢＰＲ後の平均映像信号を表わす。
【０１２３】
Ａｓを、番号ｎのＮＵＣ更新プロセス中にフラッグで測定された平均検出器信号値と定義する。したがって定義上、次式が得られる。
2007502403.tif 000011
方程式４．測定温度の第一近似
式中、Ｆは、映像信号を温度に変換する変換関数である。
【０１２４】
方程式４は、基準源としてチョッパを使用する一般概念を表わす。チョッパの映像信号は、測定される映像信号から減算される。この方法により、示差測定が実行される。映像値Ｓｉｇ−Ａｓｎは温度に変換され、オフセット値Ｔｆｎが最終的に加算される。この一般的な手法は、ＡｓｎおよびＴｆｎが連続サンプル間でほぼ一定である場合に非常によく機能する。しかし、上で説明した通り、この場合は当てはまらない。実際の物体温度と第一近似式によって再構築されたものとの間の誤差を、１０分を超える期間中に検出器の真空パッケージの外面で測定された温度（Ｔｄ）に対して描画した。結果を、温度誤差対真空パッケージサーミスタ温度のグラフである図１１に示す。図１１に描かれたグラフは典型的な挙動を示す。図１２は、誤差値に対する最小平均二乗誤差線形当てはめを描く。しかし、線形最良当てはめの勾配は時間的に一定ではない。高い勾配値はカメラが熱的定常状態とはほど遠いことを意味し、非常に低い勾配はカメラが熱平衡状態にあることを意味する。
【０１２５】
ＮＵＣ更新手順が実行されるたびに、内部カメラ温度の変動によって引き起こされる測定された温度Ｔ＿ｍｅｓの誤差は解消される。図１１および図１２に描かれた一般的な挙動は、第一近似（方程式４）に追加項を加えることによって、より良好な解を得ることができることを示唆する。
2007502403.tif 000012
方程式５
式中、Ｔｄｎは、ｎ回目のＮＵＣ更新プロセス中に検出器の周囲真空パッケージの外面で測定された温度を表わす。
【０１２６】
方程式５に表わされる一般概念は、直接実現することができない。この概念の近似は値Ａｓｎ、ＴｆｎおよびＴｄｎを使用して実現され、方程式６が生成された。
2007502403.tif 000013
方程式６．第二近似
【０１２７】
式Ｆ（Ａｓｎ−Ａｓｎ−１）は、検出器によって測定された温度の総フラッグ変化を推定する。しかし、この値は、内部カメラ部品の温度変化およびフラッグの温度に実際の変化によって引き起こされる誤差を含む。
【０１２８】
今、Ｆ関数近似を処理する。信号を温度に変換する能力を推定するために、ＮＵＣおよびＢＰＲプロセス後の検出器の信号を記述する数学モデルが作成された。温度に対する検出器の出力信号のグラフである図１３は、数学モデルの出力を記載する。この数学モデルは、モデル化された映像信号の最小平均二乗誤差多項式近似を使用して得ることができる精度を調べるために使用された。摂氏６０度の比較的小さいダイナミックレンジの場合、二次多項式展開は適切な精度をもたらす。例えば、映像信号に対する光学系の寄与をモデル化するために、二次多項式展開は適している。三次多項式近似は容認できる誤差で摂氏３００度の範囲に適用され、四次多項式近似は摂氏約４００度の範囲にわたって適用される。
【０１２９】
2007502403.tif 000014
【０１３０】
図１４ａおよびｂ、図１５ａおよびｂ、ならびに図１６ａおよびｂに提示したグラフは、高い演算精度を使用して計算された。実践上の解は、各領域で低次の多項式展開を使用して、温度範囲を多数の小さい領域（領域間に小さい重なり合いを含む）に分割することがあってもよい。この時点まで、光学系の温度の影響を無視してきた。次のグラフは、光学系の温度の影響を処理するためにさらなる解を描く。
【０１３１】
方程式６に記述された温度の二次近似は、検出器信号を温度に変換する関数Ｆの存在に基づいている。
2007502403.tif 000015
方程式７．
【０１３２】
上で説明したように、検出器と光学系との間で交換されるエネルギの量は無視できるほど小さくはない。光学系の温度の影響を次数Ｒの多項式展開によって表わすことができると仮定し、かつ検出器信号の温度への変換が次数Ｌの多項式展開によって記述することができると仮定すると、関数Ｆの最も一般的な形は、次式によって与えられる。
2007502403.tif 000016
方程式８．
【０１３３】
様々な光景および光学系の温度に対して検出器の信号が取得されたと仮定して、最小平均二乗誤差アルゴリズムは定数ａｒ，ｌを計算することができる。同時に解かなければならない線形方程式の数は、（Ｌ＋１）（Ｒ＋１）である。３２ビットの浮動小数点演算装置は、そのようなタスクに対し適切な精度を達成しない。したがって、光景温度を光学系の影響から分離する。単一のＦ関数を持つ代わりに、光学系の周囲温度範囲を５度ずつに分けてカバーする幾つかの関数ＦＴ０（Ｓｉｇ）がある。
2007502403.tif 000017
方程式９．
【０１３４】
光学系の温度変化は比較的遅い。したがって、新しい光学系の温度に対し必要なａＴｏ，ｌ定数を線形内挿によって計算するために、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）によって実行される追加作業は無視することができる。
【０１３５】
実際の放射計を作成するために、目標放射率および周囲温度の影響のような追加の変数を考慮しなければならない。特に、温度測定精度に対するシステムの変調伝達関数（ＭＴＦ）の影響について言及する。この影響のため、所定の物体は、たとえ一定温度である場合でも、カメラから異なる距離では異なる温度を示す。ＭＴＦの影響は、少なくともある限られた空間周波数範囲に対しては、補償することができる。
【０１３６】
そのような応答を図１７に示す。図１７は、光学系検出器および電子機器を含む、１ｍｍ当たりのサイクル数単位のカメラインパルス応答のフーリエ変換である。
【０１３７】
図１７は、非冷却マイクロボロメータカメラの典型的な二次元フーリエ変換を描く。ＭＴＦ劣化対空間周波数を補償するために、ＭＴＦ応答の逆フィルタが設計され、ソフトウェアに実現される。上述の図６は、ＭＴＦ劣化を補償するために設計された逆フィルタの高域通過周波数応答を表わす。
【０１３８】
（実施例）
発熱している人間を検出するように設計された計器を提供するために、上述の実施形態の実現を構築した。計器は顔の温度を監視し、画像内に予め定められた温度閾値より高い領域があれば点滅する。そのような用途の場合、計器は比較的非常に小さい温度範囲をカバーすればよい。摂氏３０度から４０の範囲は充分すぎるくらいであり、摂氏±０．２５度の精度でカバーすることができる。そのような実施形態は、空港でＳＡＲＳおよび同様の感染症の保因者を選別するための便利な非侵襲性検出器として使用する用途を有する。
【０１３９】
通常の非冷却マイクロボロメータ検出器を使用する温度測定の基本的概念はこうして達成される。温度測定能力のために必要な追加的ハードウェアは限定され、かつ安価であるので、既存装置を容易にアップグレードすることができる。内部の温度を測定し、かつ必要な補償を達成する能力は、通常の非冷却マイクロボロメータＦＬＩＲカメラの適用範囲を拡大することが期待されることは理に適っている。
【０１４０】
本特許の有効期間中に、多くの関連マイクロボロメータおよび他の赤外検出器画素およびアレイが開発されることが期待され、対応する用語の範囲は、先験的に全てのそのような新技術を含むつもりである。
【０１４１】
明確にするため別個の実施態様で説明されている本発明の特定の特徴は単一の実施態様に組み合わせて提供することもできることは分かるであろう。逆に、簡潔にするため単一の実施態様で説明されている本発明の各種の特徴は別個にまたは適切なサブコンビネーションで提供することもできる。
【０１４２】
本発明はその特定の実施態様によって説明してきたが、多くの別法、変更及び変形があることは当業者には明らかであることは明白である。従って、本発明は、本願の請求項の精神と広い範囲の中に入るこのような別法、変更及び変形すべてを包含するものである。本願で挙げた刊行物、特許及び特許願はすべて、個々の刊行物、特許及び特許願が各々あたかも具体的にかつ個々に引用提示されているのと同程度に、全体を本明細書に援用するものである。さらに、本願で引用又は確認したことは本発明の先行技術として利用できるという自白とみなすべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の第一の好適な実施形態に係る赤外検出器の簡易ブロック図を示す簡易図である。
【図２】本発明の好適な実施形態に係る、シャッタが不明瞭化位置にある状態の非冷却マイクロボロメータに基づくセンサを示す。
【図３】シャッタが退いてセンサが露出している状態の図２のセンサを示す。
【図４】温度センサがシャッタ上、および検出器内の他の場所に配置されている、図１の実施形態の変形例を示す簡易図である。
【図５】マイクロボロメータを示す簡易図である。
【図６】３２０×２４０素子アレイのためのＦＬＩＲ逆変調伝達関数（ＭＴＦ−１）の実施例を示す。
【図７】光学系のｆ＃が１であると想定して、センサと外部視界との間で交換されるエネルギを示すグラフである。
【図８】センサと光学系との間で交換されるエネルギを示す同様のグラフである。
【図９】カメラと内部カメラ部品との間のエネルギの交換を示す簡易図である。
【図１０】総エネルギの比例として視界のエネルギを示すグラフである。
【図１１】温度誤差対真空パッケージサーミスタ（温度測定センサ）温度のグラフである。
【図１２】誤差値に対する最小平均二乗誤差の線形当てはめを表わすグラフである。
【図１３】温度に対する検出器の出力信号のグラフであり、数学モデルの出力を表わす。
【図１４】二次多項式展開を示すグラフである。
【図１５】三次多項式近似を示すグラフである。
【図１６】四次多項式近似を示すグラフである。
【図１７】光学系検出器および電子機器を含む、１ｍｍ当たり周期単位のカメラインパルス応答のフーリエ変換である。
【図１】
2007502403.tif 000018
【図２】
2007502403.tif 000019
【図３】
2007502403.tif 000020
【図４】
2007502403.tif 000021
【図５】
2007502403.tif 000022
【図６】
2007502403.tif 000023
【図７】
2007502403.tif 000024
【図８】
2007502403.tif 000025
【図９】
2007502403.tif 000026
【図１０】
2007502403.tif 000027
【図１１】
2007502403.tif 000028
【図１２】
2007502403.tif 000029
【図１３】
2007502403.tif 000030
【図１４】
2007502403.tif 000031
【図１５】
2007502403.tif 000032
【図１６】
2007502403.tif 000033
【図１７】
2007502403.tif 000034
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月15日(2005.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外撮像カメラであって、
赤外エネルギを検出するように構成された非冷却かつ非遮蔽検出器と、
少なくとも一回の較正温度測定を前記カメラに対して行うことによって周期的較正動作を実行し、前記少なくとも一回の較正温度測定から外部の場面に由来しない放射エネルギを示す基準温度を導出する較正器と、
を備え、
前記基準温度は、外部の場面に由来しない放射エネルギを無視し、それによって前記検出器のエネルギを前記カメラの視野の物体の温度に変換することができるように、前記非冷却センサで検出されたエネルギを補正するために使用できる、赤外撮像カメラ。
【請求項２】
前記較正温度測定から導出される前記基準温度を使用して、前記外部場面から収集された前記赤外エネルギの温度測定値を補正するように構成された請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項３】
前記初期較正温度測定からの値を二回目の較正温度測定から得た第二の値と組み合わせるように構成され、前記組合せは時間依存関数を使用して、前記較正温度測定後の時点のために前記補正の外挿値を生成する請求項２に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項４】
前記時間依存関数は、最も最近の較正温度測定からの数学的外挿関数を含む請求項３に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項５】
前記カメラのシャッタの温度測定値の関数である初期値を使用して、前記補正を行うように構成された請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項６】
前記カメラの筺体の温度測定値の関数である初期値を使用して、前記補正を行うように構成された請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項７】
第一期間のカメラ熱時定数を持ち、前記較正器は前記第一期間中に複数回の前記較正温度測定を行うように構成される請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項８】
前記複数は１０回以下である請求項７に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項９】
第一サーミスタは前記カメラのシャッタ上に配置され、第二サーミスタは前記カメラの検出器の真空パッケージングの外面に配置され、第三サーミスタは前記カメラの光学系を包囲するケーシングに配置され、前記較正温度測定は前記サーミスタの各々から読みを得ることを含む請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１０】
前記シャッタはシートを含む請求項５に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１１】
前記シャッタは、前記検出器によって使用されるスペクトル周波数範囲内で、実質的に１に近い放射率を有するシートを含む請求項５に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１２】
前記非冷却検出器は、前記シャッタからの放射を測定することによって、前記較正温度測定を行うように構成される請求項１１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１３】
前記シャッタは、前記検出器によって使用されるスペクトル周波数範囲内で、実質的に１に近い反射率を有するシートを含む請求項５に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１４】
前記非冷却検出器は、前記シャッタから反射される放射を測定することによって、前記較正温度測定を行うように構成され、前記放射は前記非冷却検出器の温度を示す請求項１３に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１５】
前記シャッタは、前記カメラの集束光学系を不明瞭化する第一の安定な機械的位置と、前記集束光学系と前記検出器との間の自由視線を可能にする第二の安定な機械的位置とを有するように装着される請求項５に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１６】
前記非冷却検出器は、マイクロボロメータアレイを含む請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１７】
前記検出器は、内部基準ユニットの映像信号から較正温度測定値を得るように構成される請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１８】
前記外部場面の前記赤外エネルギからの前記非冷却検出器における温度測定は、高い空間周波数に対し前記カメラの変調伝達関数によって導入される誤差を受けるようになっており、前記赤外撮像カメラは、その変調伝達関数の逆関数を組み込むことによって、前記誤差を克服するように装備される請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１９】
カメラの熱時定数未満の時間間隔で前記較正温度測定を行うように作動することができる請求項５に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項２０】
前記検出器はマイクロボロメータアレイを含み、前記カメラはさらに、前記アレイのための不均一補正行列を得るのと同時に前記較正温度測定を得るように構成される請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項２１】
前記アレイの全ての画素に同一信号対温度関数を使用するように構成される請求項２０に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項２２】
前記カメラのシャッタは、前記アレイの不良画素置換を可能にする測定のために使用するように構成される請求項２０に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項２３】
局所的カメラ温度に従って放射計の応答を補正するための温度補正装置であって、前記放射計が、
ＩＲセンサの視野（ＦＯＶ）に入射するＩＲ放射線に従って温度画像を形成するために画像応答を提供するための非遮蔽非冷却赤外（ＩＲ）センサと、
内部温度基準ユニット用の測定面を形成する内面を持つ、前記ＦＯＶを制御可能に不明瞭化するためのシャッタと、
を含み、前記温度補正装置が
前記測定面を使用して局所的カメラ温度を決定するための温度センサと、
前記局所的カメラ温度から外部の場面に由来しない放射エネルギを示す基準温度を導出し、前記局所的カメラに対する前記ＩＲセンサの応答を使用して、前記局所的温度の温度ドリフトの一時的作用を近似化するためのリファレンサと、
前記温度センサおよび前記リファレンサに関連付けられ、前記近似化された一時的作用および前記基準温度に従って前記画像の補正を生成することによって外部の場面に由来しない入射するＩＲ放射線を無視するように構成された信号補正装置と、
を含んで成る、温度補正装置。
【請求項２４】
前記基準温度および前記局所的カメラ基準温度に対する前記ＩＲセンサの前記応答は、前記シャッタによる前記ＦＯＶの不明瞭化中に決定される請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項２５】
前記ＩＲセンサはマイクロボロメータを含む請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項２６】
前記ＩＲセンサはマイクロボロメータのアレイを含む請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項２７】
前記近似化は以前の測定データに基づく数学的関数近似化である請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項２８】
前記近似化は二つまたはそれ以上の連続的温度測定の外挿である請求項２７に記載の温度補正装置。
【請求項２９】
前記ＩＲセンサアレイは二次元画像を提供するように作動可能である請求項２６に記載の温度補正装置。
【請求項３０】
前記信号補正装置はさらに、前記測定面を使用して不均一性補正（ＮＵＣ）を実行するように作動可能である請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項３１】
複数の画素を有するアレイをさらに含み、前記アレイは前記アレイの各画素で同一の信号対温度関数を使用して温度を得るように構成される請求項３０に記載の温度補正装置。
【請求項３２】
前記信号補正装置はさらに、前記測定面を使用して不良画素置換（ＢＰＲ）を実行するように作動可能である請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項３３】
前記測定面は、関心のあるＩＲスペクトル周波数範囲に対し実質的に黒体である請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項３４】
前記温度センサは、前記測定面に関連して、その温度を測定するように構成される請求項３３に記載の温度補正装置。
【請求項３５】
前記温度センサは、前記測定面によって放出される放射を測定するように作動可能である請求項３３に記載の温度補正装置。
【請求項３６】
前記測定面は、関心のあるＩＲ周波数範囲に対して実質的に反射面である請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項３７】
前記温度センサは、前記測定面に関連して、その温度を測定するように構成され、前記温度は前記装置の温度である請求項３６に記載の温度補正装置。
【請求項３８】
前記信号補正装置は、マイクロボロメータレベルと前記ＩＲセンサの平均ビデオ信号を含む基準レベルとの間の差を算出し、前記差を使用して前記補正を生成するように作動可能である請求項２９に記載の温度補正装置。
【請求項３９】
数値処理を使用して前記補正画像を生成するように構成された請求項３８に記載の温度補正装置。
【請求項４０】
不明瞭化位置と露出位置との間で前記シャッタの位置を制御するためのシャッタ制御装置をさらに含む請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項４１】
前記補正画像からカメラの変調伝達（ＭＴＦ）効果を除去または補償するためのフィルタをさらに含む請求項２３に記載の温度補正装置。
【請求項４２】
局所温度に従って放射計の応答を補正するための方法であって、
前記放射計が、前記ＩＲセンサの視野（ＦＯＶ）に入射するＩＲ放射線に従って温度画像を形成するために画像応答を提供するための赤外（ＩＲ）センサと、前記ＦＯＶを制御可能に不明瞭化するためのシャッタとを含み、
前記方法が、前記ＦＯＶが前記シャッタによって不明瞭化されている間に、前記シャッタの放射率に従って選択された位置の局所的カメラ温度を決定すること、
外部の場面に由来しない入射するＩＲ放射線を反射して前記局所的カメラ温度から基準温度を導出すること、および
前記基準温度に従って前記画像の補正を生成すること、
を含む方法。
【請求項４３】
前記局所的カメラ温度に対する前記放射線センサの時間依存基準応答を決定すること、および前記基準温度の決定の間における前記補正の修正に前記基準応答を使用することをさらに含む請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記ＩＲセンサはマイクロボロメータアレイを含む請求項４２に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項４５】
不均一性補正（ＮＵＣ）を実行することをさらに含む請求項４４に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項４６】
前記アレイの各画素に同一信号対温度関数を使用して、温度を得ることを含む請求項４５に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項４７】
不良画素置換（ＢＰＲ）を実行することをさらに含む請求項４４に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項４８】
前記シャッタは、関心のあるＩＲスペクトル周波数範囲で実質的に黒体である内面を含み、前記局所的カメラ温度の前記決定は前記面の温度の測定を含む請求項４２に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項４９】
前記シャッタは、関心のあるＩＲスペクトル周波数範囲で実質的に完全反射する内面を含み、前記局所的カメラ温度の前記決定は前記面の温度の測定を含み、前記温度は前記ＩＲセンサを表わす請求項４２に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項５０】
前記補正画像応答をフィルタリングして、カメラのＭＴＦ効果を補償することをさらに含む請求項４２に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項５１】
外部場面から赤外エネルギを収集するための集束光学系と、
前記集束光学系からの前記赤外放射エネルギを検出するように構成された非遮蔽赤外センサと、
前記外部場面の前記赤外エネルギからの前記赤外センサにおける温度測定が、高い空間周波数に対しカメラの変調伝達関数によって導入される誤差を受けるようになっており、前記カメラの変調伝達関数の逆関数を組み込むことによって前記誤差を克服するように構成された高域フィルタと、
少なくとも一回の較正温度測定を前記カメラに対して行うことによって周期的較正動作を実行し、前記少なくとも一回の較正温度測定から外部の場面に由来しない放射エネルギを示す基準温度を導出する較正器と、
を備え、
前記基準温度は、外部の場面に由来しない放射エネルギを無視し、それによって前記検出器のエネルギを前記カメラの視野の物体の温度に変換することができるように、前記非冷却センサで検出されたエネルギを補正するために使用できる、赤外カメラ。
【請求項５２】
前記赤外センサは非冷却赤外センサである請求項５１に記載の赤外カメラ。
【請求項５３】
前記赤外センサは非冷却マイクロボロメータアレイである請求項５１に記載の赤外カメラ。
【請求項５４】
温度測定を行うための赤外撮像カメラをアップグレードする方法であって、既存の赤外カメラは、
外部場面から赤外エネルギを収集するための集束光学系と、
前記カメラの内部部品から遮蔽されておらず、かつ赤外放射エネルギを検出するように構成された非冷却検出器と、
前記集束光学系と前記非冷却センサアレイとの間にそれ自体を周期的に介在させて、前記検出器が前記シャッタ面にわたる温度測定から周期的均一性補正動作を実行することができるように、制御可能に搭載されたシャッタと、
を含み、
前記アップグレードは、受信した画像の補正のために、外部の場面に由来しない放射エネルギを示す基準温度を導出するのに使用するために周期的間隔で局所化された温度測定を行うことができるように、前記カメラ内に少なくとも一つの温度センサを適用することを含んで成る、方法。
【請求項５５】
前記少なくとも一つの温度センサを適用することは、温度センサを前記シャッタに固定することを含む請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記少なくとも一つの温度センサを適用することは、第一温度センサを前記シャッタに、かつ追加センサを前記カメラの検出器筺体に固定することを含む請求項５４に記載の方法。
【請求項５７】
前記少なくとも一つの温度センサの前記適用は、前記シャッタが前記集束光学系と前記センサとの間に介在するときに、前記少なくとも一つのセンサが前記局所的温度を測定するように構成することを含む請求項５４に記載の方法。
【請求項５８】
前記外部場面の前記赤外エネルギからの前記赤外検出器における温度測定は、高い空間周波数に対しカメラの変調伝達関数によって導入される誤差を受けるようになっており、前記アップグレードは前記カメラに関連して高域フィルタを設けることをさらに含み、前記高域フィルタは、前記カメラの変調伝達関数の逆関数を組み込むことによって、前記誤差を克服するように構成される請求項５４に記載の方法。
【請求項５９】
前記高域フィルタは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの組合せを含む群のいずれかひとつである請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記赤外撮像カメラによって実行される信号処理によって導入される誤差を補償するように前記高域フィルタを配置することを含む請求項５８に記載の方法。
【請求項６１】
前記カメラはさらに、前記少なくとも一回の較正温度測定と同時に行われる前記シャッタの少なくとも一回の放射測定を使用して前記補正を行うように構成されている請求項２に記載の赤外撮像カメラ。
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月14日(2006.4.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外撮像カメラであって、
赤外エネルギを検出するように構成された非冷却かつ非遮蔽検出器と、
少なくとも一回の較正温度測定を前記カメラに対して行うことによって周期的較正動作を実行し、前記少なくとも一回の較正温度測定から外部の場面に由来しない放射エネルギを示す基準温度を導出する較正器と、
を備え、
前記基準温度は、基準温度及び前記検出器に入射する放射エネルギに対する検出器応答が、前記カメラの視野の物体の温度を算出することができるように、外部の場面に由来しない放射エネルギを無視するために、前記非冷却センサで検出されたエネルギを補正するために使用できる、赤外撮像カメラ。
【請求項２】
前記較正温度測定から導出される前記基準温度を使用して、前記外部場面から収集された前記赤外エネルギの温度測定値を補正するように構成された請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項３】
前記初期較正温度測定からの値を二回目の較正温度測定から得た第二の値と組み合わせるように構成され、前記組合せは時間依存関数を使用して、前記較正温度測定後の時点のために前記補正の外挿値を生成する請求項２に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項４】
前記時間依存関数は、最も最近の較正温度測定からの数学的外挿関数を含む請求項３に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項５】
前記カメラのシャッタの温度測定値の関数である初期値を使用して、前記補正を行うように構成された請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項６】
前記カメラの筺体の温度測定値の関数である初期値を使用して、前記補正を行うように構成された請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項７】
第一期間のカメラ熱時定数を持ち、前記較正器は前記第一期間中に複数回の前記較正温度測定を行うように構成される請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項８】
前記複数は１０回以下である請求項７に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項９】
第一サーミスタは前記カメラのシャッタ上に配置され、第二サーミスタは前記カメラの検出器の真空パッケージングの外面に配置され、第三サーミスタは前記カメラの光学系を包囲するケーシングに配置され、前記較正温度測定は前記サーミスタの各々から読みを得ることを含む請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１０】
前記シャッタはシートを含む請求項５に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１１】
前記シャッタは、前記検出器によって使用されるスペクトル周波数範囲内で、実質的に１に近い放射率を有するシートを含む請求項５に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１２】
前記非冷却検出器は、前記シャッタからの放射を測定することによって、前記較正温度測定を行うように構成される請求項１１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１３】
前記シャッタは、前記検出器によって使用されるスペクトル周波数範囲内で、実質的に１に近い反射率を有するシートを含む請求項５に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１４】
前記非冷却検出器は、前記シャッタから反射される放射を測定することによって、前記較正温度測定を行うように構成され、前記放射は前記非冷却検出器の温度を示す請求項１３に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１５】
前記シャッタは、前記カメラの集束光学系を不明瞭化する第一の安定な機械的位置と、前記集束光学系と前記検出器との間の自由視線を可能にする第二の安定な機械的位置とを有するように装着される請求項５に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１６】
前記非冷却検出器は、マイクロボロメータアレイを含む請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１７】
前記外部場面の前記赤外エネルギからの前記非冷却検出器における温度測定は、高い空間周波数に対し前記カメラの変調伝達関数によって導入される誤差を受けるようになっており、前記赤外撮像カメラは、その変調伝達関数の逆関数を組み込むことによって、前記誤差を克服するように装備される請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１８】
カメラの熱時定数未満の時間間隔で前記較正温度測定を行うように作動することができる請求項５に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項１９】
前記検出器はマイクロボロメータアレイを含み、前記カメラはさらに、前記アレイのための不均一補正行列を得るのと同時に前記較正温度測定を得るように構成される請求項１に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項２０】
前記アレイの全ての画素に同一信号対温度関数を使用するように構成される請求項１９に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項２１】
前記カメラのシャッタは、前記アレイの不良画素置換を可能にする測定のために使用するように構成される請求項１９に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項２２】
局所的カメラ温度に従って放射計の応答を補正するための温度補正装置であって、前記放射計が、
ＩＲセンサの視野（ＦＯＶ）に入射するＩＲ放射線に従って温度画像を形成するために画像応答を提供するための非遮蔽非冷却赤外（ＩＲ）センサと、
内部温度基準ユニット用の測定面を形成する内面を持つ、前記ＦＯＶを制御可能に不明瞭化するためのシャッタと、
を含み、前記温度補正装置が
前記測定面を使用して局所的カメラ温度を決定するための温度センサと、
前記局所的カメラ温度から外部の場面に由来しない放射エネルギを示す基準温度を導出し、前記局所的カメラに対する前記ＩＲセンサの応答を使用して、前記局所的温度の温度ドリフトの一時的作用を近似化するためのリファレンサと、
前記温度センサおよび前記リファレンサに関連付けられ、前記近似化された一時的作用、検出器レベル、および前記基準温度に従って前記放射計の視野の物体の温度を算出することによって外部の場面に由来しない入射するＩＲ放射線を無視するように構成された信号補正装置と、
を含んで成る、温度補正装置。
【請求項２３】
前記基準温度および前記局所的カメラ基準温度に対する前記ＩＲセンサの前記応答は、前記シャッタによる前記ＦＯＶの不明瞭化中に決定される請求項２２に記載の温度補正装置。
【請求項２４】
前記ＩＲセンサはマイクロボロメータを含む請求項２２に記載の温度補正装置。
【請求項２５】
前記ＩＲセンサはマイクロボロメータのアレイを含む請求項２２に記載の温度補正装置。
【請求項２６】
前記近似化は以前の測定データに基づく数学的関数近似化である請求項２２に記載の温度補正装置。
【請求項２７】
前記近似化は二つまたはそれ以上の連続的温度測定の外挿である請求項２６に記載の温度補正装置。
【請求項２８】
前記ＩＲセンサアレイは二次元画像を提供するように作動可能である請求項２５に記載の温度補正装置。
【請求項２９】
前記信号補正装置はさらに、前記測定面を使用して不均一性補正（ＮＵＣ）を実行するように作動可能である請求項２２に記載の温度補正装置。
【請求項３０】
複数の画素を有するアレイをさらに含み、前記アレイは前記アレイの各画素で同一の信号対温度関数を使用して温度を得るように構成される請求項２９に記載の温度補正装置。
【請求項３１】
前記信号補正装置はさらに、前記測定面を使用して不良画素置換（ＢＰＲ）を実行するように作動可能である請求項２２に記載の温度補正装置。
【請求項３２】
前記測定面は、関心のあるＩＲスペクトル周波数範囲に対し実質的に黒体である請求項２２に記載の温度補正装置。
【請求項３３】
前記温度センサは、前記測定面に関連して、その温度を測定するように構成される請求項３２に記載の温度補正装置。
【請求項３４】
前記温度センサは、前記測定面によって放出される放射を測定するように作動可能である請求項３２に記載の温度補正装置。
【請求項３５】
前記測定面は、関心のあるＩＲ周波数範囲に対して実質的に反射面である請求項２２に記載の温度補正装置。
【請求項３６】
前記温度センサは、前記測定面に関連して、その温度を測定するように構成され、前記温度は前記装置の温度である請求項３５に記載の温度補正装置。
【請求項３７】
前記信号補正装置は、マイクロボロメータレベルと前記ＩＲセンサの平均ビデオ信号を含む基準レベルとの間の差を算出し、前記差を使用して前記補正を生成するように作動可能である請求項２８に記載の温度補正装置。
【請求項３８】
数値処理を使用して前記補正画像を生成するように構成された請求項３７に記載の温度補正装置。
【請求項３９】
不明瞭化位置と露出位置との間で前記シャッタの位置を制御するためのシャッタ制御装置をさらに含む請求項２２に記載の温度補正装置。
【請求項４０】
前記補正画像からカメラの変調伝達（ＭＴＦ）効果を除去または補償するためのフィルタをさらに含む請求項２２に記載の温度補正装置。
【請求項４１】
局所温度に従って放射計の応答を補正するための方法であって、
前記放射計が、前記ＩＲセンサの視野（ＦＯＶ）に入射するＩＲ放射線に従って温度画像を形成するために画像応答を提供するための赤外（ＩＲ）センサと、前記ＦＯＶを制御可能に不明瞭化するためのシャッタとを含み、
前記方法が、前記ＦＯＶが前記シャッタによって不明瞭化されている間に、前記シャッタの放射率に従って選択された位置の局所的カメラ温度を決定すること、
外部の場面に由来しない入射するＩＲ放射線を反射して前記局所的カメラ温度から基準温度を導出すること、および
前記基準温度に従って前記放射計の視野の物体の温度を算出すること、
を含む方法。
【請求項４２】
前記局所的カメラ温度に対する前記放射線センサの時間依存基準応答を決定すること、および前記基準温度の決定の間における前記補正の修正に前記基準応答を使用することをさらに含む請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記ＩＲセンサはマイクロボロメータアレイを含む請求項４１に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項４４】
不均一性補正（ＮＵＣ）を実行することをさらに含む請求項４３に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項４５】
前記アレイの各画素に同一信号対温度関数を使用して、温度を得ることを含む請求項４４に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項４６】
不良画素置換（ＢＰＲ）を実行することをさらに含む請求項４３に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項４７】
前記シャッタは、関心のあるＩＲスペクトル周波数範囲で実質的に黒体である内面を含み、前記局所的カメラ温度の前記決定は前記面の温度の測定を含む請求項４１に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項４８】
前記シャッタは、関心のあるＩＲスペクトル周波数範囲で実質的に完全反射する内面を含み、前記局所的カメラ温度の前記決定は前記面の温度の測定を含み、前記温度は前記ＩＲセンサを表わす請求項４１に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項４９】
前記補正画像応答をフィルタリングして、カメラのＭＴＦ効果を補償することをさらに含む請求項４１に記載の放射計の応答を補正するための方法。
【請求項５０】
外部場面から赤外エネルギを収集するための集束光学系と、
前記集束光学系からの前記赤外放射エネルギを検出するように構成された非遮蔽赤外センサと、
前記外部場面の前記赤外エネルギからの前記赤外センサにおける温度測定が、高い空間周波数に対しカメラの変調伝達関数によって導入される誤差を受けるようになっており、前記カメラの変調伝達関数の逆関数を組み込むことによって前記誤差を克服するように構成された高域フィルタと、
少なくとも一回の較正温度測定を前記カメラに対して行うことによって周期的較正動作を実行し、前記少なくとも一回の較正温度測定から外部の場面に由来しない放射エネルギを示す基準温度を導出する較正器と、
を備え、
前記基準温度は、基準温度及び前記検出器に入射する放射エネルギに対する検出器応答が前記カメラの視野の物体の温度を算出することができるように、外部の場面に由来しない放射エネルギを無視するために、前記非冷却センサで検出されたエネルギを補正するために使用できる、赤外カメラ。
【請求項５１】
前記赤外センサは非冷却赤外センサである請求項５０に記載の赤外カメラ。
【請求項５２】
前記赤外センサは非冷却マイクロボロメータアレイである請求項５０に記載の赤外カメラ。
【請求項５３】
温度測定を行うための赤外撮像カメラをアップグレードする方法であって、既存の赤外カメラは、
外部場面から赤外エネルギを収集するための集束光学系と、
前記カメラの内部部品から遮蔽されておらず、かつ赤外放射エネルギを検出するように構成された非冷却検出器と、
前記集束光学系と前記非冷却センサアレイとの間にそれ自体を周期的に介在させて、前記検出器が前記シャッタ面にわたる温度測定から周期的均一性補正動作を実行することができるように、制御可能に搭載されたシャッタと、
を含み、
前記アップグレードは、前記カメラの視野の物体の温度の算出のために、外部の場面に由来しない放射エネルギを示す基準温度を導出するのに使用するために周期的間隔で局所化された温度測定を行うことができるように、前記カメラ内に少なくとも一つの温度センサを適用することを含んで成る、方法。
【請求項５４】
前記少なくとも一つの温度センサを適用することは、温度センサを前記シャッタに固定することを含む請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記少なくとも一つの温度センサを適用することは、第一温度センサを前記シャッタに、かつ追加センサを前記カメラの検出器筺体に固定することを含む請求項５３に記載の方法。
【請求項５６】
前記少なくとも一つの温度センサの前記適用は、前記シャッタが前記集束光学系と前記センサとの間に介在するときに、前記少なくとも一つのセンサが前記局所的温度を測定するように構成することを含む請求項５３に記載の方法。
【請求項５７】
前記外部場面の前記赤外エネルギからの前記赤外検出器における温度測定は、高い空間周波数に対しカメラの変調伝達関数によって導入される誤差を受けるようになっており、前記アップグレードは前記カメラに関連して高域フィルタを設けることをさらに含み、前記高域フィルタは、前記カメラの変調伝達関数の逆関数を組み込むことによって、前記誤差を克服するように構成される請求項５３に記載の方法。
【請求項５８】
前記高域フィルタは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの組合せを含む群のいずれかひとつである請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記赤外撮像カメラによって実行される信号処理によって導入される誤差を補償するように前記高域フィルタを配置することを含む請求項５７に記載の方法。
【請求項６０】
前記カメラはさらに、前記少なくとも一回の較正温度測定と同時に行われる前記シャッタの少なくとも一回の放射測定を使用して前記補正を行うように構成されている請求項２に記載の赤外撮像カメラ。
【請求項６１】
前記決定と実質的に同時に平均映像信号を決定することをさらに含み、前記放射計の視野の物体の温度の算出はさらに前記平均映像信号に従っている請求項４１に記載の方法。
【国際調査報告】
2007502403.tif 000035
2007502403.tif 000036
2007502403.tif 000037
2007502403.tif 000038
2007502403.tif 000039