JP2007184924A - 赤外線撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は赤外線撮像装置を提供する。
【解決手段】被測体からの赤外線放射を受光する光学システムと、光学システムが受光した赤外線放射を電気信号に変換する赤外線検知部と、赤外線検知部で生成された電気信号を赤外線画像に変換する信号処理・制御部とを含む。本発明によれば、多くの先端技術と機能を一つの赤外線撮像装置に組み込むことができ、体積が小さく、重量が軽く、操作が簡単で、そのうえ多機能、拡張性がよいなどの特性が実現される。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線の撮像に関し、より具体的には、赤外線撮像装置に関する。

自然界のあらゆる物体は一定の温度を有しているが、物体の温度がその物理的状態を示している。たとえば、長時間動いていない機器（発動機、電子機器など）の温度が、機器の置かれた場所の環境温度と同じようになるが、動いているときは、環境温度より高い。したがって、物体の温度を検知することによって、物体の物理的状態および状態の変化を知ることができる。
物体間の温度の違いが非常に大きい。また、測定環境もさまざまのため、温度計などを用いる接触方式での温度測定は、大きな制限を受けることになる。

一方、温度が絶対零度より高いすべての物体は赤外線を放射する。物体の赤外線放射は、物体表面の温度分布と密接な関係があるため、物体の赤外線放射を測定し、赤外線放射と温度の対応関係から、物体の表面温度を認識することができる。通常、温度が高ければ、赤外線放射が強くなる。このような非接触方式の赤外線放射による温度測定方法は、接触方式より優れる。たとえば、測定環境を選ばず、被測体の温度が非常に高くてもよい。

赤外線撮像装置は、赤外線放射による温度測定を実現するための装置である。赤外線撮像装置において、赤外線放射が光学システムによって赤外線検知部に導かれ、赤外線検知部が強弱の異なる放射を対応の電気信号に変え、増幅と画像処理などで形成された映像信号が映像モニタに送られて画像表示される。各々の画素に対して赤外線放射量から被測体の温度が算出できる。赤外線画像または映像は視認できる特性を備えているため、問題が生じた場合、問題を発見し温度の異常部位を特定できる。
従来、知られている赤外線撮像装置では、赤外線撮像と温度測定など基本的な機能を実現しており、撮像区域内で精密な温度測定ができている。米国特許ＵＳ５３８６１１７（特許文献１）において、こうした赤外線撮像装置が開示されている。
米国特許ＵＳ５３８６１１７

近年、科学技術が進歩し、特にエレクトロニクスが急速な発展を遂げ、従来の赤外線撮像装置に技術的な遅れが生じた。体積、重量が大きく、操作が複雑で、赤外線画像または映像の視認効果がよくないなど、従来の赤外線撮像装置の欠点が顕著になる。
このため、従来の赤外線撮像装置にある欠点をなくし、斬新な機能を持つ新型の赤外線撮像装置が望まれている。

本発明は、従来の赤外線撮像装置にある上記の欠点を克服した新規の赤外線撮像装置を提供することを目的とする。

このため、本発明の赤外線装置は、被測体からの赤外線放射を受光する光学システムと、
前記光学システムが受光した赤外線放射を電気信号に変換する赤外線検知部と、
前記赤外線検知部で生成された電気信号を赤外線映像に変換する信号処理・制御部とを有するものである。

別の発明として、前記信号処理・制御部は、前記映像をＶＧＡ（Ｖｉｄｅｏ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ａｒｒａｙ）表示規格の映像に処理する。かつ、前記信号処理・制御部は、前記ＶＧＡ表示規格をＰＡＬ（Ｐｈａｓｅ ａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ ｂｙ ｌｉｎｅ）表示規格またはＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）表示規格に変換する規格変換部を有する。

別の発明として、前記赤外線撮像装置は、外部からの指令と／または関連するデータを入力する入力部を備え、前記入力部がタッチパネルを有する。

別の発明として、前記赤外線撮像装置は、外部に赤外線画像と／または関連データを出力する出力部を備え、前記タッチパネルを前記出力部のディスプレイとする。

別の発明として、前記赤外線撮像装置は、外部からの指令と／または関連データを入力する入力部を備え、前記入力部は、自動音声識別システムを有する。

別の発明として、前記赤外線撮像装置は、赤外線画像と／または関連データを記憶する記憶部を備え、前記記憶部は、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｅｇｉｔａｌ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ）を有する。

別の発明として、前記赤外線撮像装置は、外部装置との通信に用いられるネットワークインタフェースを備え、前記ネットワークインタフェースはブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））インタフェースを有する。

別の発明として、前記赤外線撮像装置は、外部装置との通信に用いられるネットワークインタフェースを備え、前記ネットワークインタフェースはＵＳＢ ＯＴＧインタフェースを有する。

以上のように、本発明においては、多く先端技術と機能を赤外線撮像装置に集約したので、体積が小さく、重量が軽く、操作が簡単で、そのうえ多機能、拡張性のよい特性が得られた。

以下、図面を用いて説明し、本発明に対する理解が全面的に深まるにつれて、他の目的や機能への理解もしやすくなる。以上すべての図面において、同様、類似あるいは関連する特徴または機能を同じ符号で表示する。

以下、図面に基づき、本発明の具体的な実施形態について説明する。
図１は、本発明による赤外線撮像装置を示す原理ブロック図である。図１に示すように、赤外線撮像装置１００は、光学システム１０１、赤外線検知部１０３、信号前処理部１０５、信号処理・制御部１０７、入力部１０９、出力部１１１、記憶部１１３およびネットワークインタフェース１１５を含む。

光学システム１０１は、被測体からの赤外線放射を受光し、撮像範囲の大きさと画質に応じて、異なる赤外線光学レンズを組み合わせて構成され、被測体からの赤外線放射を集合させ、フィルタリングと焦点合わせなどの作用をする。

赤外線検知部１０３は、光学システム１０１からの赤外線放射を電気信号に変える。赤外線検知部１０３としては、たとえば非冷却型の焦点面赤外線検知器を使ってもよい。焦点面赤外線検知器は数万のセンサ素子をアレイ状に配列してなり、各センサ素子は、応答の均一性がよく、またマイクロメーターサイズで、エネルギー消費が少ない。種類としては冷凍型と非冷凍型の二種類がある。
本発明の実施形態においては、３２０×２４０の非冷凍型の焦点面赤外線検知器が使用される。
本発明の別の実施形態として、３８４×２８８の非冷凍型の焦点面赤外線検知器を使う。この場合、有効画素が３２０×２４０の非冷凍型の焦点面赤外線検知器より４４％増えるので、単体の画素寸法はもっと小さくなり、得られる赤外線画像または映像がもっと精細になる。

信号前処理部１０５は、赤外線検知部１０３から出力された電気信号に対して、増幅、アナログ信号をディジタル信号への変換などの前処理を行う。このため、信号前処理部１０５にはプリアンプとアナログ信号をディジタル信号への変換器（図示しない）などが含まれる。
信号処理・制御部１０７は、信号前処理部１０５で処理され、被測体の赤外線放射に応じた電気信号を映像信号に変え、モニタとしての出力部１１１に出力して、表示させる一方、使用者からの指令に基づいて、相応の制御を行う。たとえば、画像表示の視認効果を調節したり、映像、画像を記憶部１１３に記憶させる制御を行う。また、赤外線画像に対する分析を制御したり、外部装置との通信なども制御する。言い換えれば、信号処理・制御部１０７は、後述する入力部１０９、出力部１１１、記憶部１１３とネットワークインタフェース１１５を制御する。

本発明の実施形態において、信号処理・制御部１０７はマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）で構成されて、赤外線撮像装置全体の一部をなす。言い換えれば、信号処理・制御部１０７は赤外線撮像装置に組み込まれる。この実施形態によれば、信号処理・制御部１０７が独立した装置として、赤外線撮像装置の補助装置をなす構成と比べて、体積と重量を減らすことができる特徴がある。

本発明の実施形態において、信号処理・制御部１０７は映像信号をＶＧＡ（Ｖｉｄｅｏ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ａｒｒａｙ）規格の信号に処理する。従来、ＶＧＡ規格はコンピュータの表示規格としてのみ用いられた。ＶＧＡ規格は６４０×６８０の表示解像度があって、出力部１１１としてのフルーカラ、高輝度表示のＴＦＴ液晶ディスプレイと相まって、画面の精細度がきわめて大きく高められる。

通常、ＶＧＡ表示のディスプレイは、専用のビデオ・カードを必要とするが、本発明では、ビデオカードにある複雑な表示機能を簡素化し、赤外線撮像装置に組み込むようにしたので、体積が大きなビデオカードでなくても、ＶＧＡ表示の出力機能を実現できる。
本発明の別の実施形態として、信号処理・制御部１０７は映像信号をＳＶＧＡ（Ｓｕｐｅｒ Ｖｉｄｅｏ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ａｒｒａｙ）規格の信号に処理する。この場合、もっと高い表示解像度になる。

本発明の別の実施形態においては、信号処理・制御部１０７は規格変換部（図示しない）を含む。規格変換部は、ＶＧＡ規格の映像信号をＰＬＡ（Ｐｈａｓｅ ａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ ｂｙ ｌｉｎｅ）、あるいはＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）規格の映像信号に変えて、使用者の異なる要望を満たす。言い換えれば、この実施形態においては、赤外線撮像装置はＶＧＡ、ＰＬＡとＮＴＳＣという三つの表示規格を採用する。ＰＬＡとＮＴＳＣは、従来の赤外線撮像装置において、一般的に用いられる表示規格で、解像度はそれぞれ３２０×２４０で、視認効果が低い。
入力部１０９は、外部からの指令と／または関連データの入力に用いられる。関連データには使用者が赤外線画像についての説明などの情報が含まれる。

本発明の実施形態においては、入力部１０９は、使用者が赤外線撮像装置を操作する際の指令を入力するタッチパネル（示していない）を有する。赤外線撮像装置を起動した後、出力部１１１（たとえばディスプレイ）にはリアルタイムで操作できる選択ボタンが表示される。使用者はいつでもタッチペンで直接にタッチパネル上の関連の操作ボタンをタッチできる。指令が入力された後、赤外線撮像装置、具体的に言えば、信号処理・制御部１０７はすぐに対応の制御を行い、その結果、次の操作選択ボタンが表示されたり、映像が記憶部１１３に記憶されたり、外部装置との通信などが行われる。

いくつかの簡単なキーとメニュー操作のみで、赤外線撮像装置に操作指令を出力する従来的な赤外線撮像装置と比べて、本発明による赤外線撮像装置は、使用者に大きな利便性をもたらす。使用者は操作指令に対応するキー（キーの組み合わせ）を覚えなくても、便利に赤外線撮像装置を使用可能になる。
また、このような便利なマンマシンインタフェース方式では、赤外線撮像装置により多くの機能設定が可能になる。いくら機能があっても、タッチパネルを軽くタッチするのみで簡単に入力を実現できる。もう一つの特徴は、このタッチパネル式の赤外線撮像装置では、操作の困難さを減らすことができるので、操作を覚えるための養成訓練時間が減らされる。
ちなみに、本発明の実施形態においては、タッチパネルは出力部１１１の表示画面としても使用されている。

本発明の別の実施形態として、入力部１０９が１個の自動音声識別システムを有する。従来の赤外線撮像装置は、使用者がキーを押す方式で操作するが、この場合、特殊な環境になると、使用者が手で赤外線撮像装置を操作することができないことがある。たとえば、両手が他の装置を操作している場合である。このような場面を想定し、実施形態に係る赤外線撮像装置の入力部１０９に自動的に音声を識別できる機能を持たせている。

図２は、自動音声識別システム２００の動作の流れを示す図である。自動音声識別システム２００には、音声信号の取得、信号のノイズを除去する前処理、発声練習とパターン生成、音声識別とパターン照合、その他の関連動作が含まれる。
自動音声識別システムを使用する前、使用者はまず赤外線撮像装置を操作し、音声信号を取得して発声練習を行うとともに、音声パターンを生成させる。生成された音声パターンは記憶部１１３に記憶される。自動音声識別モード下の赤外線撮像装置が、外部から音声があることを検知すると、すぐ音声データに対する処理と音声パターンとの照合を行う。使用者からの通常操作指令にはすばやくてかつ正確に応答して、関連の操作を実行する。

また、使用環境の複雑性を考えて、自動音声識別時に、使用環境に応じてノイズを低減する前処理を行うか否かを自動的に選択できるようになっており、音声識別の正確性を高めるようにしている。
この自動音声識別システムには、音声信号を収集するためのマイクロフォンが含まれる。
本発明の別の実施方式として、マイクロフォンが赤外線画像を形成する時に、画像内容に対して説明を入れるのに用いられる。
出力部１１１は、赤外線画像／または関連データの出力に用いられる。関連データには赤外線画像に対する分析結果などの情報が含まれる。

本発明の実施形態において、赤外線撮像装置の出力部１１１にはディスプレイとファインダが含まれる。ディスプレイとファインダで示される映像、画像すべてが信号処理・制御部１０７からのものである。このディスプレイは入力部１０９とすることができる。具体的に言うと、このディスプレイは前記したようにタッチパネルとして使用可能である。本発明の実施方式において、ＯＬＥＤ（有機発光ディスプレイ）でファインダ式の表示装置を構成する。

ＯＬＥＤはＴＦＴ（薄膜トランジスタ）液晶に次ぐ新しい平面ディスプレイ技術である。従来の赤外線撮像装置では、一般に小型液晶ディスプレイまたは小型ＣＲＴ（陰極線管）でファインダを構成するが、この場合、構造が複雑なうえ、体積が大きく、また関連する電気回路も複雑で、電力消費も大きい。
ＯＬＥＤは、非常に薄い有機材料のコーティング層とガラス基板で構成され、電荷がこれらの有機材料を通過するとき発光するため、構造が簡単で、材料そのものが発光するためバックライトによる照明が必要でない。また、厚さが薄くて、たったの１．５ｍｍで、凡そ液晶ディスプレイ厚さの四分の一になる。加えて、ＯＬＥＤの更新周波数は液晶ディスプレイの１０００倍ぐらいはやく、映像表示がより滑らかで、精細になる。また、可視角度は液晶ディスプレイより大きく（最高１６５度にも達する）、強い光りに照らされても、落とすことがない。温度範囲も液晶ディスプレイより優れて、使用温度がマイナス４０度にも達する。

本発明の実施形態において、出力部１１１は音声再生装置を有し、保存した赤外線映像、画像を再生する時に対応の説明を再生できる。
記憶部１１３は、赤外線映像、画像と／あるいは関連データの保存に用いられる。関連データとしては、上記した説明と制御を実現するためのソフトウェアなどが含まれる。
本発明の実施形態において、記憶部１１３には標準のコンパクトフラッシュ（登録商標）メモリ（ＣＦメモリ）カードが含まれる。

本発明の別の実施形態として、記憶部１１３にはＳＤメモリカードが含まれる。ＣＦメモリカードと比較して、ＳＤメモリカードのインタフェースが簡単で信頼性が高く、赤外線撮像装置とは９つのピンで接続されるが、ＣＦメモリカードの場合は５０ピンにもなる。またＳＤメモリカードの転送スピードは速く、リアルタイムで映像データを記録することができる。ＳＤメモリカードの記録密度は非常に大きい（一つのＳＤメモリカードの容量が数Ｇバイトにも達する）。ＣＦメモリカードと比べて、ＳＤメモリカードは小さく、薄く、携帯に便利である。

以上のように、大容量の高速ＳＤメモリカードを使用することにより、リアルタイムで赤外線画像の記憶が可能になる。本発明の赤外線撮像装置はまた赤外線映像の録画機能を持ち、映像録画するとき、異なるフレーム周波数を設定でき、監測目標の状態を連続的に記録して保存できる。

ネットワークインタフェース１１５は外部装置との通信に用いられる。
異なった区域に対して同時に赤外線監視を行う時、何台かの赤外線撮像装置をネットワークインタフェース１１５で接続し、赤外線撮像装置の監視ネットワークを構成することになる。また遠距離で赤外線撮像装置の状態を監視できる。例えば、すべての赤外線撮像装置はそれぞれのネットワークインタフェースとネットワーク配線で、遠方の監視質にあるホストコンピュータと接続される。上述したホストコンピュータは１台のコンピュータで構成することができる。ホストコンピュータは必要に応じて、ある赤外線撮像装置の画像を入力し表示することができる。

また、同時に複数の画像を表示させることもできる。ホストコンピュータは赤外線画像に対して所定的な画像分析と処理を行う。それぞれの赤外線撮像装置の赤外線画像すべてが、ネットワークによって伝送し交換できる。ネットワークインタフェースを設けることによって、複数の赤外線監視情報の共有が実現される。

本発明の実施形態においては、ネットワークインタフェース１１５はブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））インタフェースを有し、ブルートゥースインタフェースを持つ外部装置とのデータ交換ができる。
本発明の別の実施形態として、ネットワークインタフェース１１５はイーサネット（登録商標）インタフェースを有する。
本発明のさらなる別の実施形態として、ネットワークインタフェース１１５はＵＳＢ ＯＴＧ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ Ｏｎ−ｔｈｅ Ｇｏ）インタフェースを有する。

ＵＳＢ ＯＴＧインタフェースは、従来のＵＳＢ機能のほか、これを用いることにより赤外線撮像装置そのものをホストコンピュータとして構成することができ、直接に他のＵＳＢ装置と接続し制御を行うことができる。言い換えると、コンピュータを用いないで、赤外線撮像装置とほかのディジタル装置とを直接に接続して、データの伝送ができる。
そのため、本発明の赤外線撮像装置によれば、ＵＳＢインタフェースのプリンターと直接に接続することができ、仕事の現場で分析用の赤外線図をプリントすることができる。また、ＵＳＢインタフェースのマウスを接続して、ＶＧＡ表示の高解像度の液晶ディスプレイとで、赤外線撮像装置を操作することができる。さらにはＵＳＢ式フロッピー（登録商標）ディスク、モバイルハードディスクを接続して、記憶容量を拡大することも可能である。
そして、本発明の赤外線撮像装置に設けられたＵＳＢ ＯＴＧインタフェースにより、対応するドライバプログラムを設けて、各種の外部ＵＳＢ装置と連結することができるので、大きな拡張性を持つことになる。

従来の赤外線撮像装置のほとんどが、伝統的な金属とプラスチックを構造部品の主材料にしている。これに対して、本発明の赤外線撮像装置は、構造部品の面で先端のマグネシウムのアルミ合金材料を採用した。この材料は大きな剛性を持ち、重量が軽く、熱伝導性がよいなどの特徴を持っているため、赤外線撮像装置が頑丈にして長持ち、軽量、便利で、かつ電磁波遮断性がよく、さまざまな使用環境に用いることができる。

以上をまとめると、本発明によって、新規の赤外線撮像装置を提供でき、この赤外線撮像装置においては、多くの先端技術と機能が組み込まれ、その結果、体積が小さく、重量が軽く、操作が簡単で、多機能、拡張性がよいなどの特徴が備えられる。
図３は、本発明による赤外線撮像装置の平面図で、図３Ａは右から見た図で、図３Ｂは後ろから見た図で、図３Ｃは左から見た図である。
図３Ａにおいて、ＵＳＢ ＯＴＧインタフェース３０１とＯＬＥＤファインダ３０３が示される。図３Ｂにおいて、ブルートゥースインタフェース３０５、自動音声識別システム３０７、ＶＧＡ表示のタッチパネル３０９（ディスプレイとしても使用）が示される。
図３Ｃにおいては、大容量のＳＤメモリカードの取付位置３１１が示される。
図３からは、本分野の技術者が、本発明の赤外線撮像装置が多機能であることがわかる。言い換えると、この発明は、さまざま先端技術と機能を一つの赤外線撮像装置に組み込むことにより、体積が小さく、重量が軽く、操作が簡単で、多機能、拡張性がよいなどの特徴が備えられる。

実施形態における説明では、概念図とブロック図を用いて赤外線撮像装置の構成を示したが、これは、不必要な細部で本発明への理解が妨げられることを避けるためである。
本発明は、その思想と範囲内なら、さまざまな変更が可能である。また、上記特定の実施形態に限らないで、発明の範囲が特許請求の範囲にのみ限定される。

本発明に係る赤外線撮像装置を示す原理ブロック図である。 自動音声識別システムにおける動作の流れを示す図である。 本発明に係る赤外線撮像装置を示す平面図である。

符号の説明

１００ 赤外線撮像装置
１０１ 光学システム
１０３ 赤外線検知部
１０５ 信号前処理部
１０７ 信号処理・制御部
１０９ 入力部
１１１ 出力部
１１３ 記憶部
１１５ ネットワークインタフェース

Claims (10)

1. 赤外線撮像装置であって、
   被測体からの赤外線放射を受光する光学システムと、
   前記光学システムが受光した赤外線放射を電気信号に変換する赤外線検知部と、
   前記赤外線検知部で生成された電気信号を赤外線映像に変換する信号処理・制御部とを有する赤外線撮像装置。
2. 請求項１に記載された赤外線撮像装置であって、
   前記信号処理・制御部は前記映像をＶＧＡ表示規格の映像に処理することを特徴とする赤外線撮像装置。
3. 請求項２に記載された赤外線撮像装置であって、
   前記信号処理・制御部は、前記ＶＧＡ表示規格の信号をＰＡＬ表示規格またはＮＴＳＣ表示規格の信号に変換する規格変換部を有することを特徴とする赤外線撮像装置。
4. 請求項１に記載された赤外線撮像装置であって、
   外部からの指令と／または関連するデータを入力する入力部を備え、前記入力部はタッチパネルを有することを特徴とする赤外線撮像装置。
5. 請求項４に記載された赤外線撮像装置であって、
   外部に赤外線画像と／または関連データを出力する出力部を備え、前記タッチパネルを前記出力部のディスプレイとすることを特徴とする赤外線撮像装置。
6. 請求項１に記載された赤外線撮像装置であって、
   外部に赤外線画像と／または関連データを出力する出力部を備え、前記出力部が有機発光ディスプレイ式ファインダを有することを特徴とする赤外線撮像装置。
7. 請求項１に記載された赤外線撮像装置であって、
   外部からの指令と／または関連データを入力する入力部を備え、前記入力部は、自動音声識別システムを有することを特徴とする赤外線撮像装置。
8. 請求項１に記載された赤外線撮像装置であって、
   赤外線画像と／または関連データを記憶する記憶部を備え、前記記憶部は、ＳＤメモリカードを有することを特徴とする赤外線撮像装置。
9. 請求項１に記載された赤外線撮像装置であって、
   外部装置との通信に用いられるネットワークインターフェースを備え、前記ネットワークインタフェースは、ブルートゥースインタフェースを有することを特徴とする赤外線撮像装置。
10. 請求項１に記載された赤外線撮像装置であって、
    外部装置との通信に用いられるネットワークインタフェースを備え、前記ネットワークインタフェースはＵＳＢ ＯＴＧインタフェースを有することを特徴とする赤外線撮像装置。

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