(57)【要約】【課題】本発明は赤外線撮像装置に関し、レスポンシビティのばらつき補正と暗電流のばらつき補正を行なうことができる赤外線撮像装置を提供することを目的としている。【解決手段】赤外線検知素子が複数組み合わせられてなる赤外線検出器の前面で入射光路を遮断するよう反射面を赤外線検出器に対向させて挿入する凹面ミラー２２と、該凹面ミラー２２と同一の位置に入射光路を遮断して挿入される温度補正部２３と、前記凹面ミラー２２と温度補正部２３とを赤外線検出器３の前面に所定時間挿入する駆動手段と、入射光路を凹面ミラー２２及び温度補正部２３が遮断した状態で、各々の赤外線検出素子の出力を均一に補正する信号処理回路と、を備え、同一ベース２１上に配置された凹面ミラー２２及び温度補正部２３の回転中心に平歯車を設け、その平歯車と１対１で駆動する平歯車を回転中心に備えたカウンタウェイト３９を配置して構成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線検知素子の暗電流成分並びにレスポンシビティのばらつきによる赤外線撮像装置の画質を改善する感度補正機構を用いた赤外線撮像装置において、
前記暗電流を補正するための凹面ミラーと、レスポンシビティを補正するための温度補正部が同一基板上に離れて形成され、
該同一基板を回転させる回転機構と、該回転機構の回転角を制御する回転制御手段と、を設け、
前記回転制御手段の回転角を調整することにより、前記凹面ミラーと温度補正部の何れかが光路上に配置されるように構成され、
同一ベース上に配置された凹面ミラー及び温度補正部の回転中心に平歯車を設け、その平歯車と１対１で駆動する平歯車を回転中心に備えたカウンタウェイトを配置したことを特徴とする赤外線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は赤外線撮像装置に関し、更に詳しくは赤外線撮像装置の感度補正機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は赤外線撮像装置の従来構成例を示す図である。物体が輻射する赤外線エネルギー１を赤外線レンズ２で集光させ、赤外線検出器３に実装した赤外線検出素子４の受光面に投射し、赤外線を検出し、赤外線検出素子４が出力する光電流（又は電圧）を、増幅回路８で増幅し、信号処理回路９を経て、モニタ１０上に映像表示させるものである。
【０００３】
赤外線検出素子４は、等ピッチで配列形成された受光部からなり、サファイア等からなる基板５の表面に接着されている。基板５を、循環冷却器７、ジュールトムソン冷却器等の冷却器を内装した基台６に搭載して、赤外線検出素子４を極低温（８０Ｋ前後）に冷却している。
【０００４】
本装置において、赤外線検出素子４の各画素は特性のばらつきを有するため、これを補正処理して表示する必要がある。画素特性のばらつきにより、赤外線検出器３の各赤外線検出素子４間にレスポンシビティ（敏感さ）のばらつきが存在し、均一な赤外線を受光したとしても、各赤外線検出素子４が出力する光電流（又は電圧）は、赤外線検出素子４の各画素間で不均一である。従って、このレスポンシビティのばらつきを補正することなく赤外線撮像装置を使用すると、得られる映像の品質が低下する。
【０００５】
このため、赤外線を取得する前、又は取得中に均一な赤外線放射面を有する温度補正部（温度基準板）を機械的に赤外線の入射光路中に挿入し、各々の赤外線検出素子の光電流（又は電圧）を計測し、赤外線検出素子の定常偏差を補正することが要求されている。
【０００６】
一方、物体が輻射する赤外線が赤外線検出素子４に入射しなくても、各画素には暗電流成分が存在し、この光電流（又は電圧）もまた赤外線検出素子４の画素間でばらついている。このため、赤外線を取得する前又は取得中に温度基準となる均一な赤外線を赤外線検出素子に入射して、赤外線検出素子４の画素間の暗電流成分を補正する必要がある。
【０００７】
図６は赤外線撮像装置の他の従来構成例を示す図である。図５と同一のものは、同一の符号を付して示す。従来は、図６に示すように、レスポンシビティのばらつき補正については、赤外線レンズ２の光路途中に温度補正部挿入機構１１を設け、補正を行なう場合に温度補正部１２を光路に挿入し、均一な温度補正部１２の赤外線放射を赤外線検出素子４に入射させ、各画素の出力信号を計測し、これら各画素のばらつきを補正することにより、出力信号を均一にしていた。
【０００８】
また、暗電流成分によるばらつき補正は、赤外線検出器３の前面に入射光路を遮断するよう反射面を赤外線検出器３に対向して挿入するミラー１３により、所定の低温に冷却された検出素子自身からの均一で小さい赤外線放射（低温）を各画素に入射させ、各画素の出力信号の暗電流成分のみとみなせる出力信号を計測し、これら各画素のばらつきを補正することにより、出力信号を均一にしていた。なお、温度補正部１２及びミラー１３の挿入箇所は、別々の場所に挿入していた。
【０００９】
従って、レスポンシビティによる補正と暗電流成分による補正は、光学系の別々の場所並びに、別々の挿入機構を設けて補正を行なっていた。また、特に小型軽量化を要求される装置は、レスポンシビティによる補正機構のみを設けて補正し、暗電流成分によるばらつきの補正は省略していた。
【００１０】
従来のこの種の装置としては、暗電流のばらつき補正時は、ミラー駆動手段がミラーを水平移動させ、赤外線検出器に自身が放射する低温エネルギーをミラーに反射させて入射させ、レスポンシビティのばらつき補正時は、温度基準板駆動手段が温度基準板を垂直移動させ、赤外線検出器に温度基準板の放射エネルギーを入射させ、補正処理手段が各赤外線検知素子の直流オフセットを補正する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【００１１】
また、赤外線撮像素子の光軸上に、第１の温度及び第２の温度に設定された２つの基準熱発生源を配設した回転円板を配置し、該回転円板を回転させて各基準熱発生源から放射される熱を順次、前記赤外線撮像素子に入射させ、前記赤外線撮像素子を構成する個々の受光素子間の特性のバラツキを補償する技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−８３６３５号公報（段落００１８〜段落００１９、図１）
【特許文献２】特開昭５７−９０６２５号公報（第２頁右下欄第１７行〜第３頁右下欄第９行、第２図、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
より高感度（温度分解能が高い）な赤外線撮像装置を構成するには、レスポンシビティによる補正機構及び暗電流成分による補正機構の２つの補正機構が必要となり、赤外線撮像装置全体の小型化及び軽量化を阻害していた。
【００１３】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、レスポンシビティのばらつき補正及び暗電流成分によるばらつき補正が小型軽量化した補正機構で実施され、画像品質の向上と小型軽量化の両立が可能な赤外線撮像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）図１は本発明の原理構成図である。図５と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、１は赤外線エネルギー、３は該赤外線エネルギー１を集束する赤外線レンズである。２０は該赤外線レンズ２の後段に配置された感度補正機構で、該感度補正機構２０は感度補正ベース２１に暗電流補正用の凹面ミラー２２と、レスポンシビティ補正用の温度補正部２３が設けられている。２９は感度補正機構２０を回転させる回転軸である。該回転軸２９はモータ（図示せず）により回転されるようになっている。３０は光路である。
【００１５】
このように構成された装置において、レスポンシビティを調整する場合には、感度補正ベース２１を回転させて赤外線エネルギーの光路上に温度補正部２３を配置し、その出力が一定となるように赤外線検出器３の検出結果を図示しない信号処理回路（図５の９）で調整する。次に、暗電流を調整するには、感度補正ベース２１を回転させて赤外線エネルギーの光路上に凹面ミラー２２を配置し、赤外線検出器３が自ら出す放射線の量のばらつきを赤外線検出器３自身で検出し、信号処理回路で補正し、放射線のばらつきを補正する。また、同一ベース上に配置された凹面ミラー及び温度補正部の回転中心に平歯車を設け、その平歯車と１対１で駆動する平歯車を回転中心に備えたカウンタウェイトを配置した。
【発明の効果】
【００１６】
このようにこの構成によれば、レスポンシビティ補正用の温度補正部２３と暗電流補正用の凹面ミラー２２を同一の感度補正ベース２１に形成し、該感度補正ベース２１を回転させることで、温度補正部２３と凹面ミラー２２を切り替えて赤外線エネルギーを遮断しつつそれぞれの場合における赤外線検出器３の出力でばらつきの補正を行なうことにより、レスポンシビティのばらつき補正及び暗電流成分によるばらつき補正が小型軽量化した補正機構で実施され、画像品質の向上と小型軽量化の両立が可能な赤外線撮像装置を提供することができる。また、カウンタウェイトにより重心バランスが保持されているため、駆動モータ２４に対する負荷が軽減するので、小型のモータが採用可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図２は本発明の一実施の形態例の全体構成を示す図である。図１、図６と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、背景からの赤外線エネルギー１は、赤外線レンズ２を透過し、感度補正機構１５を経て、赤外線検出器３の赤外線検出素子４上に集光される。赤外線検出素子４により光信号から電気信号に変換され、増幅回路８にて電気信号を増幅し、信号処理回路９で映像化し、モニタ１０上に赤外線映像を表示させる。
【００１８】
感度補正機構１５は、駆動回路１６により切り替えられ、温度補正部２３又は凹面ミラー２２（図１参照）が光路上に配置される。そして、凹面ミラー２２による暗電流補正と温度補正部２３によるレスポンシビティの補正が行なわれることになる。
【００１９】
図３は本発明の一実施の形態例の要部を示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、２１は感度補正ベースであり、凹面ミラー２２と温度補正部２３が配置されている。２４は駆動モータで、該モータ２４の駆動により感度補正ベース２１が回転し、停止位置はポテンショメータ２５により角度検出を行ない、検出角度をフィードバックするサーボ制御により所定の位置に停止させる。即ち、感度補正ベース２１を回転させるために駆動モータ２４が回転すると、それに応じて駆動モータ２４に取り付けられた平歯車３１にポテンショメータ２５の平歯車３２が係合してポテンショメータ２５が回転し、回転角度に応じた電気信号を発生し、感度補正ベース２１の回転角度が検出される。
【００２０】
回転円周上に配置した位置情報検出器（例えばフォトカプラ）２６、２７により、停止位置を検出し、現在の光路上に何が挿入されているか、位置情報の検出が行なえるようになっている。
【００２１】
感度補正ベース２１は、保持金具２８上に設けられた駆動モータ２４の駆動軸上に固定されている。保持金具２８は、装置内のフレーム（図示せず）に固定される。光路３０上の感度補正ベース２１の下に赤外線検出器３が配置される。感度補正動作は、凹面ミラー２２→データ取り込み→回転移動→温度補正部２３→データ取り込み→回転移動→光路解放となる。
【００２２】
位置情報は、位置情報検出器２６がオープン、位置情報検出器２７がクローズになった状態で、暗電流補正用の凹面ミラー２２が挿入された状態を検出し、次に位置情報検出器２６がクローズ、位置情報検出器２７がオープンになった状態で、温度補正部２３が挿入された状態を検出し、次に位置情報検出器２６、２７が両方ともクローズになった状態で、光路３０上に感度補正機構が挿入されていない状態を検出し、位置情報を出力する。このようにして、感度補正が終了した後、光路３０から入力される情報を赤外線検出器３で測定することになる。
【００２３】
本実施の形態では更にカウンターウェイト３９が駆動モータ２４に取り付けられた平歯車３１とポテンショメータ２５に取り付けられた平歯車３２及びカウンターウェイト３９にある平歯車３３により、１：１：１で連動され、感度補正ベース２１の回転中心に対して重心バランスが保持される構造である。
【００２４】
図４は本実施の形態例における重心バランスが保持される原理図である。図３と同一のものは、同一の符号を付して示す。感度補正ベース２１に外力が加わると、回転中心に配置された平歯車３１は図の矢印で示すように左回転しようとする。この時、カウンターウェイト３９にも同様な外力が加わるので、回転中心に配置された平歯車３３は右回転しようとし、中央に配置している平歯車３２を介して感度補正ベース２１とカウンターウェイト３９に発生するアンバランスモーメントを相殺し、重心バランスを保持するようになっている。
【００２５】
図４において、感度補正ベース２１の質量をｍ１、カウンターウェイト３９の質量をｍ２、感度補正ベース２１の重心位置をＡ、カウンターウェイト３９の重心位置をＢとする。平歯車３１の重心Ａから歯車中心までの距離をｒ１、平歯車３３の重心位置Ｂから歯車中心までの距離をｒ２とする。ｍ１・ｒ１＝ｍ２・ｒ２となるようなカウンターウェイトを設定する。そして、振動等の外乱加速度ａが作用したとすると、以下の式が成立する。
【００２６】
平歯車３１回りの回転モーメント＝ｍ１・ｒ１・ａ
平歯車３３回りの回転モーメント＝ｍ２・ｒ２・ａ
ｍ１・ｒ１・ａ＝ｍ２・ｒ２・ａ
再び図３に戻り、２４は駆動モータで、該モータ２４の駆動により感度補正ベース２１が回転する。この場合において、カウンターウェイト３９により重心バランスが保持されているため、駆動モータ２４に対する負荷が軽減するので、小型のモータが採用可能になる。
【００２７】
感度補正ベース２１は、保持金具２８上に設けられた駆動モータ２４の駆動軸上に固定されている。保持金具２８は、装置内のフレーム（図示せず）に固定される。光路３０上の感度補正ベース２１の下に赤外線検出器３が配置される。感度と補正動作は、凹面ミラー２２→データ取り込み→回転移動→温度補正部２３→データ取り込み→回転移動→光路解放となる。
【００２８】
本発明によれば、図３で示す手段を用いることにより、感度補正機構部の削減並びに、感度補正機構部の小型軽量化が可能となり、赤外線撮像装置全体の小型軽量化が期待できる。また、温度補正機構を駆動回路により、適宜駆動指令を与え駆動させ、感度補正し、信号処理回路で処理することにより、赤外線検出素子のレスポンシビティのばらつきによる直流オフセット及び、暗電流成分のばらつきを補正可能となるため、画像品質の向上が期待できる。
【００２９】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば以下の効果が得られる。
レスポンシビティ補正用の温度補正部と暗電流補正用の凹面ミラーを同一の感度補正ベースに形成し、該感度補正ベースを回転させることで、温度補正部と凹面ミラーを切り替えて赤外線エネルギーを遮断しつつそれぞれの場合における赤外線検出器の出力でばらつきの補正を行なうことにより、暗電流成分によるばらつき補正及びレスポンシビティのばらつき補正が小型軽量化した補正機構で実施され、画像品質の向上と小型軽量化の両立が可能な赤外線撮像装置を提供することができる。また、カウンタウェイトにより重心バランスが保持されているため、駆動モータに対する負荷が軽減するので、小型のモータが採用可能になる。
【００３０】
このように、本発明によれば、感度補正機構の小型化が図れ、赤外線撮像装置内部の高実装化が可能となり、赤外線撮像装置全体の小型、軽量化が期待できる。また、電気制御指令により、感度補正ベース（凹面ミラー、感度補正部、光路解放部が配置されている板）を切り換え、直流オフセットの補正ができ、赤外線撮像装置の画像品質の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の原理構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態例の全体構成例を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態例の要部を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における重心バランスが保持される原理図である。
【図５】赤外線撮像装置の従来構成例を示す図である。
【図６】赤外線撮像装置の他の従来構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  赤外線エネルギー
２  赤外線レンズ
３  赤外線検出器
２０  感度補正機構
２１  感度補正ベース
２２  凹面ミラー
２３  温度補正部
２９  回転軸
３０  光路
３１  平歯車
３２  平歯車
３３  平歯車
３９  カウンタウェイト
【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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