JP2000500226A

JP2000500226A - 高速応答較正装置を備えた温度検出システム

Info

Publication number: JP2000500226A
Application number: JP9507344A
Authority: JP
Inventors: ティモシーアシュレイ; チャールズトーマスエリオット; ニールトムソンゴードン; ラルフスティーヴンホール
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1996-07-29
Publication date: 2000-01-11
Also published as: GB2303988A; KR100402194B1; GB9515682D0; CA2226495C; DE69637471D1; CN1192313A; KR19990036107A; CN1196321C; PL324754A1; EP0842581B1; DE69637471T2; WO1997005742A1; EP0842581A1; CA2226495A1; US6127679A; PL181075B1

Abstract

(57)【要約】光子検出器（１４）のアレイを有する温度検出システム（１０）は照射に対する検出器依存応答を生成する。個々の検出器特性における変動は、画像若しくは他の応答の質を低下させてしまう固定パターンノイズを作り出す。切換ミラー（Ｍ１）はある１つの位置（Ｐ_cal）において、発光ダイオード（２０）からの赤外線放射を検出器アレイ（１４）上へ向ける。ダイオード（２０）はネガティブ及びポジティブルミネセンス放出器の双方であり、放出されるフラックスは、周囲より冷たくされた及び周囲より熱くされた双方の温度範囲における黒体放射と等価となるように制御される電流である。入射強度を信号応答に関連付ける伝達関数を備えた較正関係が各検出器に対して引き出される。また、ミラー(Ｍ１)は観測位置(Ｐ_obs)に存在してもよく、遠隔の景色からの赤外線放射が検出器アレイ（１４）に到達する。この結果生じる検出器信号は、以前に引き出された個々の較正関係を用いて訂正されたフラックスへ変換され、固定パターンノイズを減少させた画像若しくは応答が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】高速応答較正装置を備えた温度検出システム本発明は温度検出システム、更に言えば、光子検出素子のアレイを組み込んでいる画像形成及び非画像形成検出システムの双方に関する。温度画像形成システムが従来知られている。この画像形成システムは直列若しくは並列処理のいずれかを含むことができる。前者の場合、景色が走査されると、この景色の各構成要素は検出装置上へ逐次焦合される。これらのシステムは設計が容易でないが、小型化が重要な場合、この走査機構は軽量の画像形成装置への適用を極端に困難なものにする。領域の画像形成のための代替構成は、その景色の別々の区分を同時にサンプリングするために多くの検出器を使用することである。このシステムの主な欠点は、入射赤外線フラックスから出力信号（検出器信号）への伝達関数が検出素子間の変動を非常に受けやすいことである。この結果、それらの検出素子内、及び、検出素子とは無関係の源から生じた固定パターンノイズによって画質が低下する。光学システムにおける欠陥（例えば浮き）や関連電子回路における変動が後者の場合の例である。光検出器源は、定期的にアレイを再較正することを必要とさせるような、特性における静的変動（例えば、面積量子効率や遮断波長）、若しくは、力学的不安定（時間間隔上でドリフトする温度、オフセット電圧、及びスロープ抵抗）を被ることがある。更に、１／ｆノイズは、較正間の間隔に伴って増加するエラーを引き起こす。内部検出器変化の補償は、ある景色内における絶対放射強度を測定する「ステアリング(staring )」の目的で特に重要である。ステアリング画像装置はある景色にわたる強度における変化だけを測定する。このため、ステアリングアレイからの出力は比較のコントラストが乏しい。非画像形成温度検出器も従来知られている。これらは、人間が検出器の出力を解釈する必要のないロボット光学やミサイル誘導システムのような分野で使用される。実際の検出素子は画像形成システムと関連して上に述べたものと同様である。非画像形成システムでは、しかしながら、対象物（ロボット若しくはミサイル）は検出器の上に現れるある特定の信号に応答して処置される。この認識特性はその複雑さを変動させ得る。例えば、パターン認識は、多数の応答オプションにリンクされ得るし、また、複雑さがより少ない反射であれば、特有の検出器応答を達成するように仕向けることができる。ステアリングアレイはミサイルシステムの軽量化の要求を満足させるという点で特に適している。しかしながら、これらのミサイルでは飛行中にミサイルの円錐部が暖められたときに急速な温度変化を受ける。許容し得る精度を維持するために頻繁に再較正を行うことが必要である。検出器アレイを組み込んでいる画像形成システムはＰｒｏｃ．ＳＰＩＥ５７２２２（１９８５）にＰ．Ｎ．Ｊ．Ｄｅｎｎｉｓ等によって開示されている。これらの著者は、シリコン電荷結合デバイス（ＣＣＤ）へインタフェースされたカドミウムテルル化水銀検出器の二次元接近パックアレイを記述する。検出器に入射する赤外線光は応答信号を引き出す。この応答信号はＣＣＤ中へ導入され、時間間隔（ステア時間）上で集積される。後続の信号処理システムは、赤外線景色からの貧弱なコントラストと検出器素子応答の非一様性の根本的な問題を処理する。非一様性の訂正は、異なる温度の２つの一様な景色を光路中へ導入するために使用される複数ミラーの配列を用いて、アレイをそれら異なる温度の２つの一様な景色に露出することによってなされる。一様な景色が一様な画像を無理やり生じさせるようにすることによって、刺激赤外線フラックスと検出器応答の測定から各検出器に対して訂正ファクタが引き出される。信号応答が入射放射強度に対して線形的に適合されて、アレイの各検出器に対する伝達関数を記述するためにオフセットとこう配が引き出される。こうして、全ての検出器における全ての信号応答の値が、訂正された入射フラックス値へ変換され得る。この方法によるアレイの較正は定期的に（おそらく、１時間毎若しくは１日毎に）実行され、これらの更新された訂正ファクタは後の測定に使用される。これは、例えば温度変化によって時間間隔上でドリフトする１／ｆノイズや検出器パラメータを補償する。この検出システムの欠点は可能な基準温度源が速度と小型化に関する性能を制限してしまうことである。物理的に別々の基準景色を使用する場合、検出器はかなり複雑で容積のかさばる光学システムを必要とする。また、基準温度はペルチエ冷却型／加熱型基準面によって与えることができるが、温度の調節にかかる有限時間が較正処理を長くする。これら双方の技術の組合せを組み合わせたものが米国特許第４４１９６９２号に開示されている。この特許は多重検出器温度画像形成装置に関するものであるが、これは容積のかさばる機構をすでに有しているものであるため、基準システムを物理的に減少させることによって得られる特有の利点はない。走査型温度画像形成装置は、感度を増大させるために複数検出素子のアレイを用いてしばしば使用される。一様性の訂正を信号処理に組み込まなければならない。このデバイスでは、３つの熱電基準の中の１つをオペレータが変更できるようにすることによって、観測下にある景色に存する温度範囲（即ち、景色温度範囲）の中間点の基準レベルを与えて、その景色温度範囲でのエラーを減少させている。この第３の基準を与えるために使用されるペルチエクーラーは、較正技術を各特別の景色の特性に適合させるために景色間で変更される。３つの基準温度は、上述のＤｅｎｎｉｓのシステムにおける２つに対立するものとして使用されており、ここで、１つの基準温度はｄｃレベルを与えるものであって、このｄｃレベル付近で走査型画像形成装置によって検出されたａｃ温度変化が参照され、また、残り２つの基準温度は検出器アレイについての一様性を訂正するものである。他の訂正機構は、これもまた走査型温度画像形成装置とともに使用されるものであるが、英国特許第２２２５９１４Ａに記述されている。単一の基準源が使用されており、この基準源によって、光路中へ他の基準源を導入するために光学的構成部品を付加する必要がなくなる。異なる反射能の複数の領域を設けるためにコーティングされたディスクが、この単一基準源と温度画像形成装置の間で回転される。反射能を相違せしめることにより、基準源から放出される放射を異なる割合で画像形成装置へ送ることができる。従って、異なる実効温度を基準として使用することができる。ディスクの機械的回転は走査機構と同期されており、走査の非作動間隔中にのみそれらの基準温度が温度画像形成装置へ送られるようにされている。しかしながら、この技術は、ディスクの回転と景色の走査の双方のために機械的な移動機構をいまだに必要とする。一般に、この画像形成装置はいまだに容積がかさばるものであり、また、幾つかの用途には不適当なものである。更に、ディスク上に組み込むことができる異なる反射能区分の数には制限がある。フラックスの各レベルは、画像形成装置が新たな読出しに対して調整を行うことができるのに十分な時間だけ調査されなけれならず、また、ディスクの大部分は、景色を調査するのに要する時間に対応するようコーティングされていないものでなければならない。本発明の目的は、温度検出システムの代替形態を与えることである。本発明は光子検出素子のアレイを有する温度検出システムを提供するものであって、該システムは、較正を目的とするアレイ照射を行うように構成された可変ルミネセンスデバイスと、このシステムの景色観測モードと検出器較正モードとの間の交換を行う切換手段とを有しており、可変ルミネセンスデバイスは、１０秒より少ない修正時間で定常状態値の１０％内に変動し得るフラックス放出を有していることを特徴とする。本発明には、小型形態で構成することができ、また、検出器素子の非一様性を高速、頻繁、且つ正確に訂正する手段を設けることができるという利点がある。可変ルミネセンスデバイスは、好ましくは、電気的に制御することが可能であり、また、フラックス放出の強度を１秒より少ない修正時間で定常状態値の１％内に再調整することができる。可変ルミネセンスデバイスが、半導体デバイス（好ましい実施形態では、赤外線発光ダイオード（ＩＲＬＥＤ）である）であり、ポジティブ及びネガティブ赤外線ルミネセンス放出の双方を提供するように電気的にバイアスをかけることが可能な場合には、特定限界内の動作が提供され得る。ＩｎｆｒａｒｅｄＰｈｙｓ．２９（２−４）６６７（１９８９）でにおいて、Ｐ．Ｂｅｒｄａｈｌ等は、ポジティブルミネセンスを、人体の温度平衡状態が何らかの興奮メカニズムによって混乱させられたときに人体から放出される放射における増加として説明する。同様に、ネガティブルミネセンスは、平衡温度放出との関連で放出される放射における減少である。ＩＲＬＥＤは理想的には放出強度とバイアス強さとの間に所定の関係を有する。これは高速較正を可能にする。この実施形態では、システムは、従来の温度センサでの同様の時間目盛上で可能なものよりも、より正確な一様性の訂正を行うことができる。従来の温度センサの１つの欠点は、検出器の非一様性が問題の温度範囲上で線形でなく、従って、非線形の訂正を行うために、検出器上へ放射を放出するのに少なくとも３つの基準景色を必要とすることである。ＩＲＬＥＤの高速な修正速度は、一様性の訂正で使用されるべき一連の異なる強度基準フラックスを与え、従って、個々の検出器信号応答を入射フラックスに関連付ける較正関数は、線形性を帯びない多項展開式に適合され得る。更に、これらの特徴を有するＩＲＬＥＤは、任意的に周囲温度以上若しくは以下であるような基準温度を与えることができる。それは、一般に使用されるペルチエクーラーよりもより大きな温度範囲をカバーし得る。実際のところ、ペルチエクーラーは、周囲以上の温度に到達するように逆に実行され、カバーされる範囲は、１０度というほんの僅かである。ＩＲＬＥＤは、ペルチエクーラー／ヒーターのそれを大きく越える範囲にわたる温度をシミュレートすることができる。これらの利点は、検出器素子のアレイを使用する走査センサとステアリング温度センサの双方において明らかであり、本発明をいずれかに限定されたものとして考えるべきではない。しかしながら、ステアリングアレイに一様性の訂正を与えるためにＩＲＬＥＤを使用する際に、これらの利点はより重要である。ステアリング温度センサは既に小型構成とする余地があり、より精度を増すには、一般に達成される低コントラストを強化することが重要である。サイズをそれほど大きくせずにコントラストを改善することにより、ステアリング温度画像形成装置や同様の非画像形成センサの双方の有用性を増加させるものである。切換手段は、好ましくは、景色観測の間隔の間に可変ルミネセンスデバイスから放射を受け取るために検出器アレイのために構成されている。ある実施形態において、この切換手段は、観測下にある景色からの放射が検出器上に入射する第１の形態と、可変ルミネセンスデバイスからの放射が検出器上に入射する第２の形態との間で切換を行うことができる。このことには、検出器アレイが遊んでいる時間がこれら２つの形態間だけで切換を行うのにかかる時間に減少されるという利点がある。物理的に分離したｎ個の基準景色を有する従来の画像形成装置は、ｎ＋１の異なる形態を与える切換手段を必要とする。本発明の温度検出システムは、コンピュータを有しており、このコンピュータは、アレイの各検出器に対する訂正関数を可変ルミネセンスデバイスに対する検出器出力応答から引き出し、これに従って、観測された景色に対する検出器出力応答を訂正するように構成されている。これは高速計算といった利点を生むものであり、この高速計算によって、本発明の温度検出システムは実際上のどのような検出アレイをも組み込むことができる。更に言えば、このコンピュータは、放射源が赤外線フラックスを所定の強度で与えるように構成された可変ルミネセンスデバイスのときに、アレイの検出器上に入射する赤外線放射の強度（Ｆ_i）と、そこからの電気信号応答（ｓ_in）の大きさとの間の関係を計算するよう構成されている。コンピュータは、また、景色観測中にその検出器から出力された信号に対し、引き出された関係を訂正としてその後に与えるように構成されている。可変ルミネセンスデバイスは、アレイの較正を目的として少なくとも３つの異なる所定強度を有しているような放射を放出するように構成されており、コンピュータは、その後に、所定の放射強度を少なくとも２次の次数のベキ級数展開式として検出器信号応答へ適合させることによってアレイの各検出器を較正するように構成されている。この方法では、前に述べた入射フラックス強度の範囲における正確な（非線形の）訂正ファクタの利点が、これもまた上に述べられている高速計算の利点と結合され得る。コンピュータは好ましくは入射フラックスと検出器応答との間で引き出される関係を使用し、これによってアレイ信号応答に一様性の訂正を与えるように構成されている。画像形成システムでは、コンピュータはまた、これらの訂正された信号を表示手段（この表示手段は、個々の各検出器からの信号の強度を検出器アレイでの位置に対応する画像での位置に表示するように構成されている）へ送るように構成されている。コンピュータはまた、好ましくは、入射フラックスと各単一の検出器信号応答との間で引き出される関係を所定間隔で更新して、この更新された関係を後の観測へ与えるように構成されている。これは時間間隔での検出器ドリフトの効果の減少という利点を与える。この実施形態で、コンピュータは、入射フラックスと各単一の検出器応答との間で引き出される関係を１時間に１回よりもより頻繁に更新するよう構成されてもよい。１／ｆノイズのみに関連付けられたドリフトは、１時間より短い時間で高性能２Ｄ検出器アレイの感度を半分にしてしまうことがある。更新頻度は観測される景色に適応され得る。この更新頻度は検出器特性が従前の一様性の訂正を不正確にしてしまうような景色温度に伴って変化する場合には適当なものとして選択され得る。分解能はそれ故に景色内の平均温度変化の速度に比例して喪失され、小さな温度差を分解するために頻繁な更新が必要である。従来の画像形成装置では、ペルチエクーラーによって必要とされる修正時間によってそのような頻繁なチェックが禁止されており、猛烈な歪によって高温景色が生じ得る。非画像形成ミサイルホーミングシステムでは、ミサイルが発射されたときの周囲温度の急速な変化によって引き起こされるエラーが、本発明による検出器アレイの頻繁な再較正によって阻止され得る。従来のホーミングシステムは、頻繁な再較正を別々の冷たい基準景色と熱い基準景色との間の急速切換によって与えるものである。このような切換機構はしかしながら、システムサイズの最小化という点ではコスト高となる。単一源ＩＲＬＥＤは、このような切換機構を必要とせずに、頻繁な再較正を行うものである。ＩＲＬＥＤは、観測下にある景色から発散している放射の強度範囲と同様の強度範囲をカバーするような基準フラックスを放出するように構成され得る。これは、観測された景色の特性を示す基準放射から引き出されるべき一様性の訂正を与える。これによってエラー訂正は実際に測定されている温度領域において最も効果的なものとされ得る。ＩＲＬＥＤのダイナミックレンジによって、このような基準源を組み込んでいる画像形成装置は、非常に多種類の環境を効率的に画像形成することができる。他の実施形態では、コンピュータは、検出器出力信号に応答してＩＲＬＥＤを通じる電流を制御するように構成され得る。この電流は先ず第一に、訂正されていない信号に応答して制御され、次に、入射フラックス強度の訂正された値に応答して制御される。これには、較正フラックスが、観測された景色の特性を示すように自動的に制御されるという利点がある。従来のセンサはこのような柔軟性を有しておらず、基準温度景色は観測下にある景色とは何らの関係も有しておらず、それ故に較正は不正確であった。この利点は、背景からの小さな差異が重要な場合に特に関連がある。特に、可変ルミネセンスデバイスは、ＩｎＡｌＳｂやＩｎＧａＳｂのような、カドミウムテルル化水銀やアンチモン化インジウムの発光ダイオードである。他の特徴として、本発明は、光子検出素子のアレイを有する温度検出システムに一様性の訂正を与える方法を提供するものであって、この方法は、（ａ）可変ルミネセンスデバイスからの赤外線放射を用いて検出器アレイを照射する段階であって、前記可変ルミネセンスデバイスのルミネセンスは、１０秒より短い調整時間で所定値の１０％内に調整可能であり、前記可変ルミネセンスデバイスは所定のフラックス出力特性をも有している、前記照射段階と、（ｂ）アレイの各検出器のための訂正ファクタを所定のフラックスに対する出力応答から引き出す段階と、（ｃ）これらの訂正ファクタを、観測された景色からの赤外線放射を検出器アレイ上に入射したときに発生するアレイ検出器からの出力応答へ与える段階と、を備える。本発明は、温度検出システムが動作する状態の要請に適した精度と速度をもって、一様性の訂正が計算され、付与され得るという利点を与える。段階（ｂ）で引き出された訂正ファクタを更新するために、段階（ａ）及び（ｂ）が所定間隔で繰り返されるため、一様性の訂正がシステムの動作要請に適した頻度で更新され得るという付加的な利点もある。段階（ａ）のアレイ照射は、可変ルミネセンスデバイスから出力される少なくとも３つの異なる所定のフラックス強度を用いて実行され、段階（ｂ）の訂正ファクタは、入射放射強度を検出器信号応答の少なくとも２次の項に対するベキ級数展開式へ適合させることによって引き出される。これは、観測景色から発散する放射強度の範囲にわたって、入射フラックスに対する検出器応答の非線形性を処理するという利点を与える。本発明がより完全に理解されるように、その実施形態を添付図面を参照して次に説明する。図１は、ネガティブ／ポジティブルミネセンスデバイスを用いて一様性の訂正を行うために提案された動作モードを示している。図１を参照すると、画像形成を行う際の、１０で表示された、温度検出システムが示されている。このシステム１０は、対物レンスＬ１を組み込んでおり、この対物レンズは、射線１１、１２で表示された、観測された景色（図示されていない）から発散する赤外線（ＩＲ）放射を、微量測定器の２次元アレイ上へ焦合する。２位置ミラーＭ１は、観測位置Ｐ_obs（破線によって示されている）か、若しくは、較正位置Ｐ_cal（太線）のいずれかに存在する。ミラーＭ１が位置Ｐ_o _bs にあるとき、レンズＬ１によって焦合される放射の経路は、射線１６、１７及び１８、１９の間の領域に対応する。インジウムアンチモニド発光ダイオード（ＬＥＤ）２０がペルチエクーラー／ヒーターデバイス２２の上に取り付けられている。レンズＬ２は、ＬＥＤ２０によって放出されたＩＲ放射を、位置Ｐ_calのミラーＭ１からの反射を通じて検出器アレイ１４へ送る。この放射ビームに続く経路は、射線２４、２５、１７及び２６、２７、１９内に含まれている。コンピュータ２８は、検出器アレイ１４から受け取った情報を処理し、情報を表示装置３０へ送るとともに、ＬＥＤ２０への電流入力を制御する。ＩＲフラックスに露出されたとき、検出器アレイ１４は、電気信号ｓ_n、１＜＝ｎ＜＝Ｎ、の対応アレイを用いて応答する。ここで、ｓ_nはアレイのｎ番目の検出器からの信号であり、Ｎはアレイの検出器の総数である。放射平衡の状態では、ＩＲＬＥＤ２０は、その周囲から吸収するのと同じ位の放射をその周囲へ放出している。しかしながら、この平衡状態は電流の付与によって妨げられる。この状態では、ＩＲＬＥＤ２０は、ＩＲ放射の正味放出体（ポジティブなルミネセンス）若しくは正味吸収体（ネガティブなルミネセンス）のいずれかである。動作モードはＬＥＤが前方バイアスされているか若しくは逆バイアスされているかに依存する。放出される（吸収される）ＩＲ放射の強度は電流の流れの強さに依存する。特定の電流流れ値のいずれについても、また、バイアスの検出のいずれについても、ＩＲＬＥＤによって放出され若しくは吸収されるＩＲ放射の強度が既知であるようにＩＲＬＥＤ２０は較正される。ペルチエデバイス２２は、ＩＲＬＥＤの温度を安定させて、そのＩＲ放出が較正されるような温度を維持するよう働く。この方法で、ＩＲＬＥＤ２０は、ＩＲ放射のための較正された可変強度ソース若しくはシンクとして働く。ＩＲフラックスは、等価的には、ある特定の（非平衡）温度Ｔにおいて人体から発散され、若しくは、人体によって吸収されるものと考えることができる。ＩＲＬＥＤの温度を安定させるためにペルチエデバイス２２を使用することが絶対に必要というわけではない。必要なことは、要求される温度シミュレーションに適したレベルにＩＲフラックスを維持することだけである。代替実施形態では、ＬＥＤ温度の直接測定に応答してＩＲＬＥＤを通じる電流を調整するような電子フィードバック機構を実行することによって成される。検出器アレイ１４は、ミラーＭ１が位置Ｐ_calに存在するときに、ＩＲＬＥＤ２０から放射を受ける。この較正を用いて、ＬＥＤ２０によって放出された既知のＩＲフラックスは、レンズＬ２によって通され、Ｐ_calにあるミラーＭ１によって検出器アレイ１４へ反射される。ＩＲＬＥＤ２０から放出された既知のフラックス、即ち、Ｆ_lは、後に、アレイ１４の各検出器上へ入射すると仮定されている。アレイにわたって非一様性を訂正するため、ｎ番目の検出器からの信号ｓ_lnがＦ_lに対する応答として解釈される。入射フラックスとｎ番目の検出器からの信号応答との間の関係は多項式、Ｆ_L＝ａ_n＋ｂ_nＳ_ln＋Ｃ_nＳ_ln ²＋ｄ_nＳ_ln ³＋．．．．（１）に適合させられる。ここで、定数ａ_n、ｂ_n、ｃ_n、ｄ_n等はアレイのｎ番目の検出器のみに特有のものである。ＩＲＬＥＤ２０を通じる電流は、前方バイアス方向と逆バイアス方向で様々な強度に対して調整される。これは、検出器アレイに向けられるべき他の基準フラックスＦ₂、Ｆ₃、Ｆ₄等を与える。ＩＲＬＥＤが新しいフラックス値で安定する時間は１秒より短く、応答は、可変フラックスを与える他の方法、例えば、温度制御（フラックス制御と等価である）がペルチエクーラー／ヒーターによって提供されるような冷却型／加熱型基準面、に比して非常に好都合である。基準観測の総数がｉ_maxによって与えられる場合、式（１）の形の連立方程式のセットがｎ番目の検出器に対して引き出される。Ｆ_L＝ａ_n＋ｂ_nｓ_in＋ｃ_nｓ_in ²＋ｄ_nｓ_in ³＋．．．．（ｉ＝１、２、３、．．．ｉ_max）（２）ＩＲフラックスＦと信号ｓと関係が各検出器に対して推論され得る精度は行われる基準観測の数に依存する、つまり、多項式はｓの（ｉ_max−１）乗である限りにおいてのみ解くことができる。連立方程式の同様の複数のセットがコンピュータの助けをかりてアレイのＮ個の検出器の各々に対して引き出され、解かれる。アナログ検出器信号は先ずデジタル表示に変換され、ｉ_max方程式のＮ級数を設定して解くためにコンピュータが使用される。値ａ_n、ｂ_n、ｃ_n、ｄ_n等のＮ個のセットは、一様性の訂正を与えるのに後に使用するために、コンピュータメモリに記憶される。景色を観測している際の温度画像形成システム１０の通常の動作中に、ミラーＭ１が位置Ｐ_obsに枢軸旋回される。景色からの放射はその後、検出器アレイ１４上へ焦合され、アレイの各検出器からの出力電子信号が記録される。これはＮ個の信号を生じ、これらの信号はその後、方程式（３）に示す計算を実行するため、方程式（２）からのａ_n、ｂ_n、ｃ_n、ｄ_n等の係数を用いてＮ個の一様性の訂正がなされたＩＲフラックス値へ変換される。Ｆ_n ^obs＝ａ_n＋ｂ_nｓ_n ^obs＋ｃ_n(ｓ_n ^obs)²＋ｄ_n(ｓ_n ^obs)³＋．．．．（３）ここで、肩文字ｏｂｓは、システムが観測モードにある間に信号が測定されたことを示すものであり、引き出されるフラックスは、それ故、ｎ番目の検出器上に入射するＩＲフラックスである。温度画像を再構築するため、ｎ番目の検出器上にアレイ位置Ｄ_nにて入射するＩＲ放射強度は、ピクセル位置Ｐ_nにて表示スクリーン上に目に見える状態で表示される。アレイ位置Ｄ_nとスクリーン位置Ｐ_nの間は直接に幾何学的に対応しており、観測下にある景色のある特定の位置において現れる形態が、温度画像の対応位置に表示される。こうして、固定パターンノイズを減少させた状態で、Ｆ_n ^o ^bs のＮ個の値が温度画像を構築するために使用される。検出器の信号応答とこの応答を生成するのに必要な入射フラックスとの間の関係は、検出器動作の範囲をカバーする曲線によって図解式に表される。上に略述された定数ａ、ｂ、ｃ、ｄ、．．．を得るための方法は、要するに、この曲線（基準フラックス）上に２、３の別々のポイントを固定化し、中間値を補間するためにこれらのポイントを多項式関数に適合させるということである。真実の曲線に近い曲線が引き出され、測定された検出器信号応答（ｓ_n ^obs）から入射フラックス（Ｆ_n ^obs）を計算するために使用される。明らかに、この曲線上で実際に測定される別々のポイント数が大きくなれば、補間によって引き出されるポイントもより正確なものとなる。しかしながら、これらの基準測定は、温度画像形成システム１０がその較正モードにある間に行われ、この状態では、その観測モードではどのような測定をも実行していることは不可能である。したがって、較正方程式（２）の精度の要請と、問題とする景色の意味のある正確な観測を得るのに必要な時間との間でバランスを取らなければならない。システム１０は、較正係数ａ_n、ｂ_n、ｃ_n、ｄ_n等を定期的に更新するようにして使用される。景色の観測が中断され、ミラーＭ１が位置Ｐ_calへ枢軸旋回されて、較正測定が迅速に行われる。ミラーＭ１はその後、位置Ｐ_obsへ戻され、更新された係数値を用いて景色の測定が続行される。更新はこの方法で頻繁に実行されるため、検出器パラメータのドリフトから生じる不正確さが減少する。本発明の他の改善は、較正フラックスを現実の景色内のそれらに対応させるように選択することである。コンピュータ２８は、画像形成システム１０が観測モードである間に、アレイ１４のいずれかの検出器によって記憶された信号ｓ_n ^obs の最小値及び最大値を記憶する。それはその後、２つの基準フラックスを与えるために、ＩＲＬＥＤ２０への電流入力を制御する。このようなフラックスの中の一方によって、ｓ_n ^obsの最大値における、若しくは、最大値付近における信号応答が生じ、もう一方は、最小応答を生じさせるものになる。更に、基準フラックスが、その後、ＬＥＤ２０を通じる電流の中間値から生成される。最初の較正後に、コンピュータは全てのｓ_n ^obsをフラックス値に変換し、ＩＲＬＥＤを調整して、検出器アレイ上に入射するフラックス強度を信号応答に先立って再生する。この方法で、係数ａ_n、ｂ_n、ｃ_n、ｄ_nが計算されて、観測景色に関連する温度範囲で測定された電子信号と入射フラックスとの間の実際の関係（実際の関係に非常に近い）を再生する。本発明の実施形態は画像形成システムを開示するが、本発明は非画像形成温度検出システムに組み込むのにも同様に適している。このような実施形態では、表示装置３０は存在せず、また、コンピュータ２８は、検出器アレイ１４の出力信号ｓ_in、ｓ_n ^obsの特性に従って応答を引き出すように構成される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年７月２８日（１９９７．７．２８）【補正内容】る。更に、ディスク上に組み込むことができる異なる反射能区分の数には制限がある。フラックスの各レベルは、画像形成装置が新たな読出しに対して調整を行うことができるのに十分な時間だけ調査されなけれならず、また、ディスクの大部分は、景色を調査するのに要する時間に対応するようコーティングされていないものでなければならない。本発明の目的は、温度検出システムの代替形態を与えることである。本発明は、光子検出素子のアレイと、システムの景色観測モードと検出器較正モードとの間の交換を行う切換手段と、を備えた温度検出システムを提供するものであって、前記システムは、較正を目的とするアレイ照射を行うように構成された可変ルミネセンスデバイスを更に有しており、前記可変ルミネセンスデバイスは、１０秒より少ない修正時間で定常状態値の１０％内に変動し得るフラックス放出を有することを特徴とする。本発明には、小型形態で構成することができ、また、検出器素子の非一様性を高速、頻繁、且つ正確に訂正する手段を設けることができるという利点がある。可変ルミネセンスデバイスは、好ましくは、電気的に制御することが可能であり、また、フラックス放出の強度を１秒より少ない修正時間で定常状態値の１％内に再調整することができる。可変ルミネセンスデバイスが、半導体デバイス（好ましい実施形態では、赤外線発光ダイオード（ＩＲＬＥＤ）である）であり、ポジティブ及びネガティブ赤外線ルミネセンス放出の双方を提供するように電気的にバイアスをかけることが可能な場合には、特定限界内の動作が提供され得る。ＩｎｆｒａｒｅｄＰｈｙｓ．２９（２−４）６６７（１９８９）でにおいて、Ｐ．Ｂｅｒｄａｈｌ等は、ポジティブルミネセンスを、人体の温度平衡状態が何らかの興奮メカニズムによって混乱させられたときに人体から放出される放射における増加として説明する。同様に、ネガティブルミネセンスは、平衡温度放出との関連で放出される放射における減少である。ＩＲＬＥＤは理想的には放出強度とバイアス強さとの間に所定の関係を有する。これは高速較正を可能にする。この実施形態では、システムは、従来の温度センサでの同様の時間目盛上で可能なものよりも、より正確な一様性の訂正を行うことができる。従来の温度センサの１つの欠点は、検出器の非一様性が問題の温度範囲上で線形でなく、請求の範囲１．光子検出素子のアレイ（１４）と、システムの景色観測モードと検出器較正モードとの間の交換を行う切換手段と、を備えた温度検出システムにおいて、前記システムは、較正を目的とするアレイ照射を行うように構成された可変ルミネセンスデバイス（２０）を更に有しており、前記可変ルミネセンスデバイス（２０）は、１０秒より少ない修正時間で定常状態値の１０％内に変動し得るフラックス放出を有することを特徴とするシステム。２．可変ルミネセンスデバイスは電気的に制御可能であり、フラックス放出の強度を１秒より短い修正時間で安定状態値の１％内に再調整することができる請求項１記載のシステム。３．切換手段（Ｍ１）は、検出器アレイ（１４）に与えるために、景色観測の間隔の間に可変ルミネセンスデバイス（２０）から放射を受け取るように構成されている請求項１若しくは２記載のシステム。４．切換手段（Ｍ１）は、観測下にある景色からの放射が検出器（１４）上に入射する第１の形態（Ｐ_obs）と、可変ルミネセンスデバイス（２０）からの放射が検出器（１４）上へ入射する第２の形態（Ｐ_cal）との間で切換可能である請求項３記載のシステム。５．可変ルミネセンスデバイス（２０）はポジティブ及びネガティブルミネセンスの中の少なくとも一方を与えるように構成された半導体デバイスである請求項１、２、３、若しくは４のいずれか１項に記載のシステム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者エリオットチャールズトーマスイギリス国ウースターシャーダブリューアール14 ３ピーエスモルヴァーンセントアンドリュースロード（番地なし）ディーアールエイモルヴァーン (72)発明者ゴードンニールトムソンイギリス国ウースターシャーダブリューアール14 ３ピーエスモルヴァーンセントアンドリュースロード（番地なし）ディーアールエイモルヴァーン (72)発明者ホールラルフスティーヴンイギリス国ウースターシャーダブリューアール14 ３ピーエスモルヴァーンセントアンドリュースロード（番地なし）ディーアールエイモルヴァーン

Claims

【特許請求の範囲】１．光子検出素子のアレイ（１４）を有する温度検出システムにおいて、該システムは、較正を目的とするアレイ照射を行うように構成された可変ルミネセンスデバイス（２０）と、このシステムの景色観測モードと検出器較正モードとの間の交換を行う切換手段とを有しており、可変ルミネセンスデバイス（２０）は、１０秒より少ない修正時間で定常状態値の１０％内に変動し得るフラックス放出を有していることを特徴とするシステム。２．可変ルミネセンスデバイスは電気的に制御可能であり、フラックス放出の強度を１秒より短い修正時間で安定状態値の１％内に再調整することができる請求項１記載のシステム。３．切換手段（Ｍ１）は、検出器アレイ（１４）に与えるために、景色観測の間隔の間に可変ルミネセンスデバイス（２０）から放射を受け取るように構成されている請求項１若しくは２記載のシステム。４．切換手段（Ｍ１）は、観測下にある景色からの放射が検出器（１４）上に入射する第１の形態（Ｐ_obs）と、可変ルミネセンスデバイス（２０）からの放射が検出器（１４）上へ入射する第２の形態（Ｐ_cal）との間で切換可能である請求項３記載のシステム。５．可変ルミネセンスデバイス（２０）はポジティブ及びネガティブルミネセンスの中の少なくとも一方を与えるように構成された半導体デバイスである請求項１、２、３、若しくは４のいずれか１項に記載のシステム。６．可変ルミネセンスデバイス（２０）は、ポジティブ及びネガティブ赤外線ルミネセンス放出の双方を与えるように電気的にバイアス可能であって、放出強度とバイアス強さとの間に所定の関係を有するような、赤外線発光ダイオード（ＩＲＬＥＤ）である請求項５記載のシステム。７．アレイの各検出器に対する訂正関数を可変ルミネセンスデバイス（２０）に対する検出器出力応答から引き出して、これに従って、観測された景色に対する検出器出力応答を訂正するように構成されたコンピュータ（２８）を有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシステム。８．前記コンピュータ（２８）は、放射源が、赤外線フラックスを所定の強度で与えるように構成された可変ルミネセンスデバイス（２０）であるときに、アレイの検出器上に入射する赤外線放射強度（Ｆ_i）と、そこからの電気信号応答（ｓ_in）の大きさとの間の関係を計算するよう構成されており、引き出した後に、該コンピュータ（２８）は、景色観測中にその検出器から出力された信号に対し、前記関係を訂正として与えるように構成されている請求項７記載のシステム。９．前記可変ルミネセンスデバイス（２０）は、アレイ較正を目的とする少なくとも３つの異なる所定強度（Ｆ_i）を有する放射を放出するように構成されており、更に、前記コンピュータ（２８）は、所定の放射強度（Ｆ_i）を少なくとも２次の次数のベキ級数展開式として検出器信号応答（ｓ_in）へ適合させることによってアレイの各検出器を較正するように構成されている請求項８記載のシステム。 10．前記コンピュータ（２８）は、入射フラックス（Ｆ_i）と検出器応答（ｓ_in ）との間で引き出される関係を使用し、これによってアレイ信号応答（ｓ_n ^obs）に一様性の訂正を与えるように構成されている請求項９記載のシステム。 11．前記コンピュータ（２８）は更に、個々の各検出器からの信号の強度を検出器アレイでの位置に対応する画像での位置に表示するように構成された表示手段（３０）へ、訂正された信号を送るように構成されている請求項１０記載のシステム。 12．前記コンピュータ（２８）はまた、入射フラックス（Ｆ_i）と各単一の検出器信号応答（ｓ_in）との間で引き出される関係を所定間隔で更新して、この更新された関係を後の観測へ与えるように構成されている請求項１０若しくは１１記載のシステム。 13．前記コンピュータ（２８）は、入射フラックス（Ｆ_i）と各単一の検出器応答（ｓ_in）との間で引き出される関係を１時間に１回よりも頻繁な間隔で更新するよう構成されている請求項１２記載のシステム。 14．前記ＩＲＬＥＤは、観測下にある景色から発散している放射の強度範囲と同様の強度範囲をカバーするような基準フラックスを放出するように構成されている請求項６、１０、１１、１２、若しくは１３のいずれか１項に記載のシステム。 15．前記コンピュータ（２８）は、検出器信号応答（ｓ_n ^obs）の大きさを記録して、これら記録された測定から生じるフィードバック機構を介してＩＲＬＥＤ（２０）を通じる電流を制御するように構成されている請求項１４記載のシステム。 16．前記コンピュータ（２８）は、第一に検出器信号応答（ｓ_n ^obs）のその記録された測定から、その後に入射フラックス強度（Ｆ_n ^obs）の訂正された値から生じるフィードバック機構を介してＩＲＬＥＤ（２０）を通じる電流を制御して、観測された景色で生じるものの範囲に密接に整合し且つその範囲をカバーするような較正フラックス（Ｆ_i）を与えるように構成された請求項１５記載のシステム。 17．前記可変ルミネセンスデバイス（２０）は、カドミウムテルル化水銀若しくはアンチモン化インジウムを有する物質の発光ダイオードである請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のシステム。 18．光子検出素子のアレイ（１４）を有する温度検出システムに一様性の訂正を与える方法において、該方法は、（ａ）可変ルミネセンスデバイス（２０）からの赤外線放射を用いて検出器アレイ（１４）を照射する段階であって、前記可変ルミネセンスデバイスのルミネセンスは、１０秒より短い調整時間で所定値の１０％内に調整可能であり、前記可変ルミネセンスデバイス（２０）は所定のフラックス出力特性をも有している、前記照射段階と、（ｂ）アレイの各検出器のための訂正ファクタを所定のフラックス（Ｆ_i）に対する出力応答から引き出す段階と、（ｃ）これらの訂正ファクタを、観測された景色からの赤外線放射を検出器アレイ上に入射したときに発生するアレイ検出器からの出力応答（ｓ_n ^obs）へ与える段階と、を備えることを特徴とする方法。 19．段階（ｂ）で引き出された訂正ファクタを更新するために、段階（ａ）及び（ｂ）が所定間隔で繰り返される請求項１８記載の方法。 20．段階（ａ）のアレイ照射は、可変ルミネセンスデバイス（２０）から出力される少なくとも３つの異なる所定のフラックス強度を用いることによって、段階（ｂ）の訂正ファクタは、入射放射強度（Ｆ_i）を検出器信号応答（ｓ_in）の少なくとも２次の項に対するベキ級数展開式へ適合させることによって引き出される請求項１８若しくは１９記載の方法。 21．前記可変ルミネセンスデバイス（２０）は、ポジティブ及びネガティブ赤外線ルミネセンスの双方を与えるように電気的にバイアス可能である赤外線発光ダイオード（ＩＲＬＥＤ）である請求項１８、１９、又は２０のいずれか１項に記載の方法。 22．前記可変ルミネセンスデバイス（２０）は、カドミウムテルル化水銀若しくはアンチモン化インジウムを有する物質の発光ダイオードである請求項２１記載の方法。