画像センシング展2011 イメージングセミナー

非冷却赤外線カメラとアプリケーション
於：パシフィコ横浜
2011.6.9 12:30-13:20

クロニクス株式会社代表取締役社長 黒江春海

株式会社ビジョンセンシング
徳武 委久代Contents

2011/6/9

1

ＵＬＩＳ社ディテクタ技術概要2

非冷却赤外線カメラ「ULVIPS」の概要

3

遠赤外線カメラのアプリケーション

4

会社概要

Vision Sensing Co,Ltd

1

Contents

2011/6/9

1

ＵＬＩＳ社ディテクタ技術概要2

非冷却赤外線カメラ「ULVIPS」の概要

3

遠赤外線カメラのアプリケーション

4

会社概要

Vision Sensing Co,Ltd2

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
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

2011/6/9

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
0.1mm1mm3

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る

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2011/6/9

Vision Sensing Co,Ltd4

１．３ 物体表面の放射率と反射率
反射率αと放射率ηは相反関係にある→反射率高いと温度が正確に測れない
α＋η＝１
入射光

吸収光

反射光α

放射光η

物体の温度上昇透過光

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Vision Sensing Co,Ltd5

１．４ 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→抵抗値減少→電流増加
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Vision Sensing Co,Ltd6

１．５ ボロメータの感度決定要素
 酸化バナジウムに比べて、抵抗値の再現性が良好

αVBRV 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構造に起因
VB：バイアス電圧（Ｖ）
・・・制御可能（GFID電圧）
G：熱コンダクタンス（受光面と基材の熱絶縁性）
・・・MEMS構造に起因
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Vision Sensing Co,Ltd7

１．６ ボロメータの感度決定要素
 キャビティギャップにより吸収率が変化する

1.9μmで吸収率が最大＝NETDも改善される
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Vision Sensing Co,Ltd8

１．７ 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[CTIA:Capacitance trans-impedance amplifier]（全素子一括設定）

これらを外部より制御して、最適な画像を出力する
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Vision Sensing Co,Ltd9

１．８ ＵＬＩＳ社ディディテクタロードマップ 画素ピッチの小型化と高画素化・高感度化へシフト
1024 x 768

25 µm family
640 x 480

UL 05 25 1High performances

35 µm family

UL 04 17 1

UL 04 27 2

384 x 288
320 x 240
UL 03 04 1

UL 03 19 1

UL 03 16 2
UL 03 26 2

160 x 120
UL 02 05 135m
35 µµm2011/6/9

High volume UL 02 15 225m
25 µµm17m
17 µµmVision Sensing Co,LtdPixel pitch decrease10１．９ 新しいディテクタのラインナップ
 高性能版「Elite」と普及版「Pro」シリーズに分類

UL04322・・・UL04272の高感度版
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Vision Sensing Co,Ltd11

１．９ 新しいディテクタのラインナップ
 EliteシリーズとProシリーズ
画素数160x120384x288

ー
UL03191(9mV/K)

640x480

UL04171(5mV/K)

1024x768 UL05251(9mV/K)

UL02152
UL03162(6mV/K)
UL03262(10mV/K)
UL04272(7mV/K)
UL04322(8mV/K)
ーセラミックパッケージ

パッケージ

メタルパッケージ

TEC

ペルチェクーラー内臓 ヒーター内臓（03のみ）

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Vision Sensing Co,Ltd12

１．１０ 仏ＵＬＩＳ社の概要
 フランス原子力庁/電子・情報技術研究所が基礎開発
CEA / LETISOFRADIR
Cooled infrared detector
production

1600 p
10 000 m² Clean Room> 120 p / 4500 m²(500 m²Clean Room)360 p / 8500 m²(1500 m²Clean Room)

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ULIS
Uncooled infrared detector
production

Vision Sensing Co,Ltd

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Contents

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1

ＵＬＩＳ社ディテクタ技術概要2

非冷却赤外線カメラ「ULVIPS」の概要

3

遠赤外線カメラのアプリケーション

4

会社概要

Vision Sensing Co,Ltd14

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
周囲温度：TR
レンズ温度：TL

入力画像

ｾﾝｻ温度：Tｓ

遠赤外線カメラディテクタ出力画像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,Ltd15

２．１ 遠赤外線カメラにおける補正
 ディテクタの画素ごとの感度ばらつき補正

ディテクタからの生画像

画素ばらつき補正後画像均一な温度面（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,Ltd16

２．１ 赤外線カメラにおける補正
 ２点間温度補正（周囲温度は一定）
ACADB

E20℃センサーFPAと測定位置

DCE
30℃

熱源温度(Tt)

小さく輝度輝度B

バラツキを20℃

30℃

熱源温度(Tt)

Step1：低温と高温の均一熱源をカメラで撮影し画像を取得する
カメラ

全体均一な熱源恒温槽（内部温度：一定）

実験環境
2011/6/9

Step2：各画素が同じ傾きになるように画素の補正テーブルを作成する
Step3：画像取得時に補正テーブルにて各画素を補正し出力する

Vision Sensing Co,Ltd17

２．１ 遠赤外線カメラにおける補正
 周囲温度変化の補正

シャッタ補正後の画像

環境温度変化後（上昇）

周囲温度変化により、以前の補正テーブルが使えなくなる変化後の周囲温度下で、再度シャッタにより補正テーブルを作成
2011/6/9

Vision Sensing Co,Ltd18

２．１ 赤外線カメラにおける補正 シャッタレス補正（周囲温度は変化）

カメラ

全体均一な熱源恒温槽（内部温度：変化）
勾配試験結果(0.5℃/分)

Step1：ある環境温度で均一熱源温度を変えながら画像を取得する。

55.00

環境温度
FPA温度

45.00

カメラ温度

温 度 （℃ ）35.00

Step2：Step1の作業を、周囲温度を変えながら行う。

25.00

15.00

5.00

2011/6/9

18600

18000

17400

16800

16200

15600

15000

14400

13800

13200

12600

12000

11400

10800

9600

時 間 (秒 ）

10200

9000

8400

7800

7200

6600

6000

5400

4800

4200

3600

3000

2400

1800

0

600

1200

-5.00

Step3：取得した画像から、シャッタレス補正テーブルを作成し、カメラに書込む。

Vision Sensing Co,Ltd19

２．１ 赤外線カメラにおける補正 カメラに必要な機能

１．画素ごとの感度ばらつきの補正
 画素補正テーブル作成にシャッタ動作が必要

２．周囲温度変化の補正
 温度変化時にシャッタ動作が必要
 カメラ冷却機能（TEC）が必要（TEC=Thermo Electric Cooler）

TEC-Less－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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Vision Sensing Co,Ltd20

２．２ シャッタレスカメラ性能
 ＴＥＣレス（内部温調未使用）動作時
 動作環境温度範囲：－１０～＋５０℃
 絶対温度精度（輝度値再現性）：±２．５℃（オートダイナミクスレンジ補正で追従）
 NETD：１５０ｍＫ（JANOS TYTO 25mmレンズ使用時）
 用途：セキュリティ・監視、軍事用途

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Vision Sensing Co,Ltd21

２．２ シャッタレスカメラ性能
 ＴＥＣレス動作時の直線性試験結果（室温をﾊﾟﾗﾒｰﾀとしたとき）二次二次補正 輝度直線性
2500
2400

輝度平均値（DL)2300

0510152025303540

2200
2100
2000
1900
1800
1700
101520253035
ターゲット温度（℃）

404550室温変動時の輝度変動範囲最大：約100DL＝５℃
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Vision Sensing Co,Ltd22

２．２ シャッタレスカメラ性能
 TECレス－シャッタレスカメラ撮影ビデオ（日中交差点）

使用ｶﾒﾗ：ULVIPS-03162S ﾚﾝｽﾞ：f=35mm F/1
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Vision Sensing Co,Ltd23

２．２ シャッタレスカメラ性能
 ＴＥＣ（内部温調使用）動作時


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動作環境温度範囲：－１０～＋５０℃
絶対温度精度（温度再現性）：±１．５℃
ＮＥＴＤ：１５０ｍＫ（JANOS TYTO 25mmレンズ使用時）
用途：サーモグラフィ

Vision Sensing Co,Ltd24

２．２ シャッタレスカメラ性能
 ＴＥＣ動作時の直線性試験結果（室温をﾊﾟﾗﾒｰﾀとしたとき）2次補間ｼｬｯﾀｰﾚｽ輝度直線性
2400

2300

輝度平均値（DL)

2200
05101520253035402100

2000

1900

1800

1700
101520253035
ターゲット温度（℃）

404550室温変動時の輝度変動範囲最大：約60DL＝3℃
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Vision Sensing Co,Ltd25

２．２ シャッタレスカメラ性能
 黒体炉計測結果（ﾀｰｹﾞｯﾄ温度：300～400℃）

カメラ計測温度Ct（℃）

450

400

350

300

250
290

300

310

320

330

340

350

360

370

380

390

400

410

ターゲット温度Ｔt（℃）

絶対温度測定精度：±３℃
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Vision Sensing Co,Ltd26

２．３ 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：２５μm
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Vision Sensing Co,Ltd27

２．３ 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：１６ｂｉｔ
・素子ピッチ：１７μm
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Vision Sensing Co,Ltd28

２．4 中赤外線カメラ：ULVIPS-03131S
 ブロードバンドディテクタ「UL03 131」を使用

・画素数：384×288ピクセル
・素子感度：５mＶ／Ｋ
・素子ＮＥＴＤ：１00ｍＫ以下
・ＡＤ分解能：16ｂｉｔ
・素子ピッチ：35μm
中赤外領域

遠赤外領域

レンズを交換することにより、感度波長特性を選択可能
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Vision Sensing Co,Ltd29

２．4 中赤外線カメラ：ULVIPS-03131S
 白熱電球画像

遠赤外線画像（8～12um）

可視画像

中赤外線画像（3～5um）

ガラス越しにフィラメントの熱画像を取得可能
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Vision Sensing Co,Ltd30

２．５ ＵＬＶＩＰＳシリーズの特徴
 カメラ仕様 出力：USB/CameraLink/NTSC
 温度補正方式①シャッタレス補正テーブル方式②２点間温度補正テーブル方式
 画像補正処理：
欠陥画素補正/ｵｰﾄｵﾌｾｯﾄ調整
デジタルズーム（ｵﾌﾟｼｮﾝ） 外部非同期トリガ対応
 パーシャルスキャン機能
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Vision Sensing Co,Ltd31

２．６ カメラ評価キット
 カメラ＋レンズ＋ソフトウェアをセットにしたエントリーキット＜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
・画像保存（BMP/RAW/CSV）・ヒストグラム表示
・任意座標輝度表示

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Vision Sensing Co,Ltd32

２．６ カメラ評価キット
 評価キットでのパラメータ最適化ループ
パラメータ設定評価

GFID=3.525V

画像を取得し、評価を実施

VSK=5.335V
TINT=360MC
FPA=55℃
C容量=4pF

補正テーブル作成
２点間温度補正実行

ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝに最適な独自LWIRカメラの完成
2011/6/9

Vision Sensing Co,Ltd

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Contents

2011/6/9

1

ＵＬＩＳ社ディテクタ技術概要2

非冷却赤外線カメラ「ULVIPS」の概要

3

赤外線カメラのアプリケーション

4

会社概要

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３．１ 建築物欠陥検査
 高速道路舗装修理箇所検出

遠赤外線画像可視画像

舗装の補修部分が鮮明に見える
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Vision Sensing Co,Ltd35

３．２ シリコンベアウェハー

遠赤外線を透過する・・・クラック検査に応用可能
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Vision Sensing Co,Ltd36

３．３ リチウムバッテリ用シート検査

銅箔上に焼成された材料のはがれを検出
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Vision Sensing Co,Ltd37

３．４ 高速移動体の温度差異検出 300mm/sで移動する円形熱源を240fpsで撮影

静止画像

生画像

処理後画像

パーシャルスキャンと特殊画像処理により熱時定数の影響をキャンセル
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Vision Sensing Co,Ltd38

３．５ 夜間遠距離の人物検出
 ULVIPS-04272Sシャッタレスモード＋f=100mmレンズ

距離：300m

距離：1000m

1000m先まで人物の識別が可能
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３．６ 遠距離の人物検出
 ULVIPS-04272Sシャッタレスモード＋f=100mmレンズ

可視画像

遠赤外画像

500m先のブッシュに隠れた人物の検出が可能
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３．７ 二次元熱センサカメラ
 ULVIPS-02152S TECシャッタレスカメラ

柱上トランスブレーカーボックス

電気設備・製造プロセスの温度監視に最適
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Vision Sensing Co,Ltd41

３．７ 二次元熱センサカメラ
 カメラ仕様
画素数
視野角
絶対温度精度寸法
判定機能
アラーム出力160×１２０ピクセル
水平39度×垂直29度±２℃
60×60×47（本体のみ）
温度上下限・トレンド監視
デジタルI/O,イーサネットシーケンサ等FA機器への接続可能制御盤内監視に最適
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Vision Sensing Co,Ltd

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Contents

2011/6/9

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ＵＬＩＳ社ディテクタ技術概要2

非冷却赤外線カメラ「ULVIPS」の概要

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赤外線カメラのアプリケーション

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会社概要

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４．１ 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

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Vision Sensing Co,Ltd44

４．２ 企業ドメイン
 「画像」「検査」「赤外線」をキーワードに事業展開

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image

画像
画像を捕える･･･Senser
画像を加工するハードウェア･･･Platform
画像を加工する方法･･･Algorithm

inspect

検査
最先端のセンシング技術で得た画像を、高速画像処理ハードウェア上に、独自アルゴリズムを搭載して、検査システムとして提供

infrared

赤外線
赤外線技術を応用したシステムの開発
カメラ・光源・画像処理が一体となったシステムを提案
Vision Sensing Co,Ltd45

４．３ 事業内容
１）遠赤外線カメラ事業①カメラ開発/設計/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カメラ受託開発/設計/試作（量産支援）＜技術支援/ｼｬｯﾀﾚｽ技術供与/ｷｬﾘﾌﾞﾚｰｼｮﾝ/ｺﾝｻﾙﾃｨﾝｸﾞ＞

２）画像処理システムの開発①遠赤外線および可視画像処理システム開発＜ｻﾝﾌﾟﾙ評価/検査ｼｽﾃﾑ提案/処理ｽｸﾘﾌﾟﾄ開発＞②検査システムコンサルティング業務
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Vision Sensing Co,Ltd46

ご案内 クロニクス テクニカルセミナー２０１１
京都会場：7月6日（新都ホテル）
東京会場：7月7日（京王プラザホテル）
http://www.chronix.co.jp/jp/event/seminar/2011_1.html

ご静聴ありがとうございました。
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Vision Sensing Co,Ltd47