クロニクスセミナー

2012

非冷却赤外線カメラとアプリケーション

July 10 2012
京王プラザホテル

株式会社ビジョンセンシング

Contents

2012/7/10

1

非冷却遠赤外線カメラ技術概要

2

シャッターレスカメラ概要

3

アプリケーション・商品紹介

4

会社概要

Vision Sensing Co,Ltd1１．１ 赤外線とは目に見えないがすべての物体から放射されている電磁波

ﾌﾞﾛｰﾄﾞﾊﾞﾝﾄﾞﾃﾞｨﾃｸﾀ：3～16um
780nm

380nm

2.5um

近赤外線

X線

γ線
10pm

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紫外線
10nm

380nm

遠赤外ｶﾒﾗ：8～14um

780nm

Vision Sensing Co,Ltd

8.0um

100um

中赤外線

遠赤外線

赤外線

Terahertz
0.1mm

1mm

2

１．２ 物体の温度と放射電磁波スペクトル
プランクの放射則とステファン－ボルツマンの式

あらゆる物質は、それが持つ温度に相当する電磁波を放射しています
射していますＰ＝５．６８×
Ｐ＝５．６８×１０－１２×Ｔ４・・・ステファン－ボルツマンの式

T

完全黒体が放射する電磁波スペクトル2012/7/10

Vision Sensing Co,Ltd3

１．３ マイクロボロメータの構造• 受光面にアモルファスシリコンを使用

マイクロボローメータ・ピクセルの構造

赤外吸収→温度上昇
赤外吸収 温度上昇→抵抗値減少
温度上昇 抵抗値減少→電流増加
抵抗値減少 電流増加
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Vision Sensing Co,Ltd4

１．４ ボロメータの感度決定要素• シリコンは酸化バナジウムに比べて、抵抗値の再現性が良好

αηVB
RV =G
α：抵抗温度係数 （%/K)

・・・受光面材料に起因

η：赤外線吸収率

・・・MEMS・・・MEMS構造に起因
MEMS構造に起因

VB：バイアス電圧（Ｖ）

・・・制御可能（GFID電圧）
電圧）・・・制御可能（G：熱コンダクタンス（受光面と基材の熱絶縁性）：熱コンダクタンス（受光面と基材の熱絶縁性）
・・・MEMS・・・MEMS構造に起因
MEMS構造に起因

事前に作った補正テーブルが使える⇒シャッタレス動作可能
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Vision Sensing Co,Ltd5

１．５ 外部制御可能なパラメータ
１．５ ディテクタの制御パラメータ
ＧＦＩＤ電圧ＶＳＫ電圧
ＴＩＮＴ
Ｃ容量・・・ゲイン調整
・・・オフセット調整
・・・露光時間・・・CTIA増幅率
増幅率・・・[CTIA:Capacitance trans-impedance amplifier]（全素子一括設定）

C容量=2pF TINT=1293

C容量=4pF TINT=1293

C容量=4pF TINT=600

これらを外部より制御して、撮像温度範囲を指定する
これらを外部より制御して、撮像温度範囲を指定する
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Vision Sensing Co,Ltd6

１．６ 遠赤外線カメラの性能• SiTF=画像上の温度変化１℃あたりの輝度変化量（図中a）

ゲイン電圧・TINT・C容量を変える⇒SiTFが変化する
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Vision Sensing Co,Ltd7

１．６ 遠赤外線カメラの性能• NETD（雑音等価温度差）⇒小さいほど微小温度差を検出
ＮＥＴＤ（ｍＫ）＝面内輝度標準偏差÷ＳｉＴＦ（輝度値/Ｋ）（カメラ性能を評価するために弊社では1ﾌﾚｰﾑの面内輝度標準偏差を使用しています。）

NETD=200mK画像

NETD=100mK画像

画像においては、均一温度面を見た時の画素出力の面内ばらつき
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Vision Sensing Co,Ltd8

１．６ 遠赤外線カメラの性能• SiTFおよびNETDを決定する要因＜感度決定要因＞①センサ感度（ﾊﾟﾗﾒｰﾀ含）
2012/7/10②レンズＦ値

Vision Sensing Co,Ltd

③補正技術
9

２．１ 遠赤外線カメラにおける補正• ディテクタからの出力に含まれるノイズ要因

ディテクタ出力画像

入力画像①画素ごとの感度ばらつき・・・構造要因（MEMS）による②周囲温度変化の影響・・・レンズ温度・センサ温度の変化
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Vision Sensing Co,Ltd10

２．１ 一般的な補正技術（画素ばらつき補正）• ディテクタの画素ごとの感度ばらつき補正

補正後画像

補正前画像

均一な温度面（シャッタ）を見せて画素ばらつき補正テーブルを作成
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Vision Sensing Co,Ltd11

２．１ 一般的な補正技術（環境温度補正）• ディテクタの画素ごとの感度ばらつき補正

補正後画像

補正前画像

環境温度の変化により前の補正テーブルが使えなくなる

変化後の変化後の環境温度下
環境温度下で、再度温度下で、再度シャッタを作動し補正で、再度シャッタを作動し補正テーブルを作成
シャッタを作動し補正テーブルを作成
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Vision Sensing Co,Ltd12

２．２ シャッター補正の特徴• 長所
１．シャッター作動直後は正確な温度測定が可能
２．補正テーブル作成（キャリブレーション）時間が短い• 短所
１．シャッター作動中は画像が取得できない（時間死角ある）
２．メカニカル部品のため、差動寿命を考慮する必要がある（定期交換、動作頻度制限など）

TEC-Less－シャッタレス
－シャッタレス
環境温度や素子の温度に合わせて、補正テーブルを逐次自動で更新する

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２．３ シャッタレスカメラ性能• ＴＥＣ-Less（内部温調未使用）動作時
動作環境温度範囲：－１０～＋５０℃
動作環境温度範囲：－１０～＋５０℃
絶対温度精度（輝度値再現性）：最大
絶対温度精度（輝度値再現性）：最大±：最大±２℃
NETD：：８０ｍＫ（使用・Geﾚﾝｽﾞ使用時）
８０ｍＫ（UL04272使用・ｍＫ（使用・ ﾚﾝｽﾞ使用時）
用途：セキュリティ・監視、軍事用途、サーモグラフィ
用途：セキュリティ・監視、軍事用途、サーモグラフィ

海上船舶
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基板発熱評価Vision Sensing Co,Ltd14

２．３ シャッタレスカメラ性能• 直線性試験結果（環境温度をパラメータとしたとき）輝度平均値(DL)

輝度直線性(輝度平均値)

9900
9700
9500
9300
9100
8900
8700
8500
8300
8100
7900
7700
7500
7300
7100
6900
6700
6500

Rt=10℃

Rt=0℃

Rt=20℃

Rt=30℃

Rt=40℃-100102030

405060ターゲット温度(℃）

室温変動時の輝度変動幅：最大３℃
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２．３ シャッタレスカメラ性能• 撮影例：道路動画

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３．１ カメララインナップ
遠赤外線カメラのエントリーモデル

ＵＬＶＩＰＳ－０２１５２Ｓ・画素数：１６０×１２０ピクセル
・素子感度：３mＶ／Ｋ
・素子ＮＥＴＤ：１２０ｍＫ以下
・ＡＤ分解能：１２ｂｉｔ
・素子ピッチ：２５μm
監視から検査まで幅広い用途に適用可能

ＵＬＶＩＰＳ－０３１６２Ｓ・画素数：３８４×２８８ピクセル
・素子感度：４mＶ／Ｋ
・素子ＮＥＴＤ：１２０ｍＫ以下
・ＡＤ分解能：１２ｂｉｔ
・素子ピッチ：２５μm
高感度かつ高分解能で微小温度差検出に威力ＵＬＶＩＰＳ－０４１７１Ｓ・画素数：６４０×４８０ピクセル
・素子感度：５mＶ／Ｋ
・素子ＮＥＴＤ：１２０ｍＫ以下
・ＡＤ分解能：１４ｂｉｔ
・素子ピッチ：２５μm17３．１ カメララインナップ
素子ピッチを小さくしながら高感度を実現した最新モデル

ＵＬＶＩＰＳ－０４２７２Ｓ・画素数：６４０×４８０ピクセル
・素子感度：６mＶ／Ｋ
・素子ＮＥＴＤ：１００ｍＫ以下
・ＡＤ分解能：１４ｂｉｔ
・素子ピッチ：１７μm

ＱＶＧＡサイズの超高感度モデル

ＵＬＶＩＰＳ－０３２６２Ｓ・画素数：３８４×２８８ピクセル
・素子感度：１０mＶ／Ｋ以下・素子ＮＥＴＤ：６５ｍＫ・ＡＤ分解能：１２ｂｉｔ
・素子ピッチ：２５μm

監視用途に最適なＸＧＡサイズの超高画素モデル

ＵＬＶＩＰＳ－０５２５１Ｓ・画素数：１０２４×７６８ピクセル
・素子感度：９mＶ／Ｋ以下・素子ＮＥＴＤ：６０ｍＫ・ＡＤ分解能：１４ｂｉｔ
・素子ピッチ：１７μm

非冷却ブロードバンド赤外線カメラ（
非冷却ブロードバンド赤外線カメラ（３～１６カメラ（３～１６um３～１６um）
um）

Ｎｅｗ！

ＵＬＶＩＰＳ－ＵＬＶＩＰＳ－PICO640E
・画素数：６４０×４８０ピクセル
・素子感度：１０mV/K
・素子ＮＥＴＤ：５０ｍＫ以下
・ＡＤ分解能：１４ｂｉｔ
・素子ピッチ：１７μm

18３．２ カメラ評価キット
ULISディテクタ評価やレンズ開発用に最適＜主な機能＞
・温度補正テーブル作成
・ダイナミックレンジ調整（表示ﾋﾞｯﾄ選択）
・ディテクタパラメータ設定
・FPA/内部温度表示
内部温度表示・静止画・動画保存（BMP/RAW/CSV/AVI））・ヒストグラム表示
・任意座標輝度表示温度
・ラインプロファイル表示・カラムプロファイル表示
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３．３ ブロードバンド赤外線カメラ
ブロードバンドディテクタ ’PICO640E-041’ 内蔵.

・画素数：640×480
・素子感度：0mV/K
・NETD:<50mK
・AD分解能:14bit
・画素ピッチ：17μm
MWIR band

LWIR band

レンズを交換することにより、３－５µｍ帯と８－１２µｍ帯に感度を持つ赤外線カメラとして使用可能
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Vision Sensing Co,Ltd20３．３ ブロードバンド赤外線カメラ
プラスチック樹脂選別

PC and PE

PVC and PE

中赤外領域での透過率の差異により、プラスチック樹脂の識別が可能

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３．４ ULVIPS-Liteシリーズ「センサ」のように現場で使えるサーモグラフィカメラ＜特徴＞
・内部に温度演算機能と判定機能を搭載！
・低価格！・・・
で77万円～万円～
低価格！・・・QVGAで！・・・
・小型＆低消費電力（定常動作時：3W））
・小型＆低消費電力（定常動作時：・シャッタレス温度補正・DIO搭載
搭載
・イーサネット出力（オプション）
カメラ外観

QVGA（384×288）とQQVGA（160×120）の２機種をリリース！
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Vision Sensing Co,Ltd22

３．４ ULVIPS-Liteシリーズ
シャッタレスビューワで計測領域と判定条件を設定

計測領域設定ｱﾗｰﾑ判定条件設定

シャッタレスビューワ画面（条件設定時）

指定領域内の最大・最小・平均値を演算出力（最大８か所）2012/7/10

Vision Sensing Co,Ltd23

３．４ ULVIPS-Liteシリーズ
モニタリング中は領域内の最大・最小・平均温度を表示

ｱﾗｰﾑ発生時に色が変わる
計測値表示

シャッタレスビューワ画面（モニタリング中）

アラーム発生時はDIO・イーサネットで外部出力
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Vision Sensing Co,Ltd24

３．４ ULVIPS-Liteシリーズ
外部I/Oやイーサネット経由でPLCとの接続が可能

ＰＬＣで高速処理！

シャッタレス連続撮影！

イーサネット・I/O

外部機器
制御
温度データ
アラーム出力良否判定出力ULVIPS-Liteｼﾘｰｽﾞ

PLC

画像出力も可能・・・IPカメラとして監視用途にも最適
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３．４ ULVIPS-Liteシリーズ
撮像例：有接点リレーの過渡温度計測動画

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４．１ 会社概要
４．８ 会社概要••••••

会社名：株式会社ビジョンセンシング
設立：2008年12月16日
所在地：大阪市北区与力町１－５
代表取締役：水戸 康生
資本金：3,300万円
従業員：5名2012/7/10

Vision Sensing Co,Ltd27

４．２ 事業内容
１）遠赤外線カメラ事業①ULVIPSシリーズ 開発/製造/販売（小ロットまで）＜光学・基板・FPGA/ﾌｧｰﾑｳｪｱ・ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ開発＞②カスタム遠赤外線カメラ開発＜宇宙向け・ヘリコプター/船舶搭載用＞③量産支援ビジネス＜量産設計支援・キャリブレーション装置販売＞

２）画像処理システム開発（遠赤外・可視画像問わず）

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ご案内・・・下記展示会・フォーラムに出展いたします

テクノフロンティア２０１２
７月１１日～１３日（東京ビックサイト）
赤外線アレイフォーラム
８月３日（立命館大学 くさつキャンパス）ご静聴ありがとうございました。
http://www.vision-sensing.jp/
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