JP2010261801A

JP2010261801A - 赤外線撮像システム

Info

Publication number: JP2010261801A
Application number: JP2009112587A
Authority: JP
Inventors: Takuya Okada; 岡田　　卓也
Original assignee: APISUTE KK; Apiste Corp
Current assignee: APISUTE KK; Apiste Corp
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2010-11-18

Abstract

【課題】工場内に設置するのに適した赤外線撮像システムを提供する。
【解決手段】撮像対象からの赤外線をレンズを介して受光し、モニタ出力して熱画像をモニタに表示させると共に、データをパソコンに出力する赤外線撮像システムに関する。レンズ１０、シャッタ１１、二次元センサＭ１およびドライブ回路１３を有するカメラ部１と、補正手段２１ａ、第１および第２出力ポート２４，２５を有するコントローラ部２とが互いに別体に形成されていると共に、前記ドライブ回路１３からの前記補正手段２１ａに前記温度データを送信するための信号ケーブルＣｓと、前記カメラ部１とコントローラ部２の間の電源ラインＬｅを構成する電力ケーブルＬとを束ねたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線撮像システムに関する。

従来より、撮像対象から放射される赤外線を撮像する赤外線撮像システムが提案されている。（特許文献１参照）。

特開２００７−１７０８２３（図１）

従来の赤外線撮像システムは筐体が大きく、かつ、重量が大きい。そのため、たとえば、工場内などに該赤外線撮像装置を設置するのに適していない。

したがって、本発明の目的は、工場内に設置するのに適した赤外線撮像システムを提供することである。

前記目的を達成するために、本発明の赤外線撮像システムは、撮像対象からの赤外線をレンズを介して受光する二次元センサと、前記二次元センサに結像させるために、前記レンズを光軸方向に移動させる移動機構と、前記レンズと前記二次元センサとの間に介挿されるシャッタと、前記二次元センサからの各画素ごとの温度データを読み出すためのドライブ回路と、前記ドライブ回路からの温度データを各画素ごとに補正する補正手段と、前記補正された補正データをモニタに出力して熱画像を前記モニタに表示させるための第１出力ポートと、前記補正された補正データをパソコンに出力する第２出力ポートと、電力を給電するための電源ラインとを備え、前記レンズ、シャッタ、二次元センサおよびドライブ回路を有するカメラ部と、前記補正手段、第１および第２出力ポートを有するコントローラ部とが互いに別体に形成されていると共に、前記ドライブ回路からの前記補正手段に前記温度データを送信するための信号ケーブルと、前記カメラ部とコントローラ部の間の電源ラインを構成する電力ケーブルとを束ねたことを特徴とする。

本発明によれば、カメラ部とは別にコントローラ部を設け、当該コントローラ部に補正手段を設けたので、カメラ部の小型化が可能となった。そのため、工場の生産設備にカメラ部を設置し易くなった。
また、カメラ部とコントローラ部とを電気的に繋ぐケーブルを一本に束ねたので、カメラ部の設置が更に容易になった。

図１Ａは本発明の一実施例にかかる赤外線撮像システムの用い方を示す概略構成図、図１Ｂは同赤外線撮像システムを示す概略構成図、図１Ｃは二次元センサを示す概略正面図である。図２Ａはカメラ部を示す概略側面図、図２Ｂはカメラ部を示す概略縦断面図である。図３Ａは赤外線撮像システムの用い方を示す概略平面図、図３Ｂは同概略側面、図３Ｃは従来の赤外線撮像システムの用い方を示す概略側面図である。図４Ａは二次元センサを示す概略正面図、図４Ｂおよび図４Ｃはトリガー信号を示すフラグが添付された補正データの内容を示す図表である。

本発明において、前記レンズが光軸方向に移動しないように、前記レンズを支持する環状部材を固定する止めネジを設けるのが好ましい。
かかる態様によれば、カメラの設置後に、工場内の振動等で焦点距離が不用意に変わるのを防止でき、温度画像の信頼性が向上する。

本発明において、前記コントローラ部には外部からのトリガー信号を入力する入力ポートが設けられ、所定のトリガー信号が入力された時に撮像して得た前記補正データに前記トリガー信号をフラグとして添付するか、あるいは前記所定のトリガー信号が入力された時に撮像して得た前記温度データを補正した前記補正データのみを送信するのが好ましい。
ここで、従来は物品センサなど外部からのトリガー信号をパソコンに入力していたため、トリガー信号の入力されたタイミングが不明となって、トリガーの入力された瞬間の熱映像がどれか判らなくなっていた。
これに対し、本態様ではトリガー信号をパソコンではなくコントローラ部に入力すると共に、補正データにトリガー信号を添付してパソコンに出力するので、物品を検出したタイミングに合わせた熱画像を判別することができる。

本発明において、前記シャッタを開閉するための開閉機構と、前記シャッタが開いていることを検出し開状態信号を出力する検出手段と、前記シャッタが閉じた状態から前記シャッタが開いたことを前記検出手段が検出し、前記検出手段から開状態信号が入力されると、前記シャッタを開いた状態における前記二次元センサからの出力に基づいて、前記各画素ごとの補正係数を記憶する記憶部とを備えているのが好ましい。
かかる態様によれば、シャッタが閉じてから開いた直後に二次元センサからの出力を得ることで、温度補正時の精度の高い画像を直ちに得ることができる。

以下、本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。
全体構成：
図１Ａに示すように、本赤外線撮像システムは、カメラ部１およびコントローラ部２を備えている。カメラ部１とコントローラ部２とは、それぞれ別々の筐体で形成されており、１本の接続ケーブルＬによって互いに接続されている。

図１Ｂに示すように、前記カメラ部１は、レンズ１０、シャッタ１１、二次元センサＭ１、Ａ／Ｄコンバータ１２およびドライブ回路１３などを有している。
一方、前記コントローラ部２は、マイコン２０、電源コードＬｅ、第１出力ポート２４、第２出力ポート２５および入力ポート２６などを有している。

赤外線撮像システム：
まず、本赤外線撮像システムの構成および動作について説明する。
前記レンズ１０は、撮像対象から放射される赤外線Ｉｒを、たとえば、マイクロボロメータなどからなる二次元センサＭ１に導き、当該撮像対象の像を二次元センサＭ１に結ぶ光学要素を構成している。

前記シャッタ１１は、レンズ１０と二次元センサＭ１との間に介挿されており、所定の間隔で開閉される。

図１Ｃに示すように、二次元センサＭ１は、多数の画素Ａ_nmを備えており、前記シャッタ１１が開く毎に、各画素Ａ_ij毎に赤外線量に応じたアナログ信号を、図１ＢのＡ／Ｄコンバータ１２に出力する。Ａ／Ｄコンバータ１２は前記アナログ信号をデジタル信号に変換してドライブ回路１３に出力する。
ドライブ回路１３は、前記各画素Ａ_ij（図１Ｃ）ごとのアナログ信号をデジタル信号に変換した温度データｔ_ijを信号ケーブルＣｓを介してコントローラ部２に出力する。図１Ｃに示す前記各画素Ａ_ijには、それぞれ固有のアドレス（ｉ，ｊ）が付されており、前記温度データｔ_ijは当該アドレス（ｉ，ｊ）毎に出力される。

図１Ｂに示す前記コントローラ部２のマイコン２０はＣＰＵ２１およびメモリ２２を備えている。
前記メモリ２２は補正係数記憶部２２ａを備えている。前記補正係数記憶部２２ａには、前記温度データｔ_ijを前記アドレス（ｉ，ｊ）毎に補正するための補正係数ａ，ｂが記憶される。

前記ＣＰＵ２１は前記ドライブ回路１３からの温度データｔ_ijを各画素Ａ_ij（図１Ｃ）毎に補正する補正手段２１ａを備えている。前記ＣＰＵ２１がメモリ２２の補正係数記憶部２２ａから補正係数ａ，ｂを読み出し、前記補正手段２１ａが当該補正係数ａ，ｂに基づき前記各画素Ａ_ijのアドレス（ｉ，ｊ）ごとに温度データｔ_ijを補正した補正データＴ_ijを生成する。

ここで、補正手段２１ａは、補正データＴ_ijの算出を下記の (1)式に基づいて行う。
Ｔ_ij＝ａｔ_ij＋ｂ …(1)
但し、ｔ_ij：温度データ
ａ，ｂ：補正係数

前記ＣＰＵ２１には、前記第１出力ポート２４、第２出力ポート２５および入力ポート２６がそれぞれ接続されている。前記第１出力ポート２４、第２出力ポート２５および入力ポート２６には、図１Ａに示すように、第１出力ラインＬ１、第２出力ラインＬ２および入力ラインＬ３を介してモニタ４、パソコン（パーソナルコンピュータ）５およびトリガー出力装置６がそれぞれ接続される。

図１Ｂに示す前記ＣＰＵ２１は、前記補正された補正データＴ_ijに基づき熱画像情報を構成し、当該熱画像情報を第１出力ポート２４から第１出力ラインＬ１を介して、図１Ａのモニタ４に出力し、前記モニタ４に該熱画像情報に基づく熱画像を表示させる。
一方、図１ＢのＣＰＵ２１は、前記補正データＴ_ijを第２出力ポート２５から第２出力ラインＬ２を介してパソコン５（図１Ａ）に出力する。

このように、前記シャッタ１１は所定の間隔で開閉され、シャッタ１１が開く度に前記補正データＴ_ijが算出されてパソコン５に出力されると共に、当該補正データＴ_ijに基づき熱画像がモニタ４に次々に表示される。

校正データ：
なお、カメラ部１は、筐体１ａ（図２Ａ）の微細な塗装ムラなどにより各カメラ部１毎に二次元センサＭ１の検出値にバラツキが生じる。そのため、周知のように、生産されたカメラ部１ごとに校正データを設定し、前記校正データに基づき二次元センサＭ１の検出値の精度を担保している。
前記校正データは、コントローラ部２のメモリ２２に予め記憶され、カメラ部１と当該カメラ部１に対応するコントローラ部２とは一対一対応の一組として出荷される。

接続ケーブルＬ：
前記コントローラ部２には該コントローラ部２に電力を給電するための電源コードＬｅが接続されている。前記電源コードＬｅにより給電された電力は、前記マイコン２０に給電されると共に、電力ケーブルＣｅを介してカメラ部１の各機器に給電される。

前記コントローラ部２とカメラ部１とは、電力ケーブルＣｅおよび信号ケーブルＣｓにより接続されていると共に、電力ケーブルＣｅと信号ケーブルＣｓとは、接続ケーブルＬとして１本に束ねられている。
すなわち、ドライブ回路１３からの前記補正手段２１ａに温度データｔ_ijを送信するための信号ケーブルＣｓと、カメラ部１とコントローラ部２の間の電源ラインＬｅを構成する電力ケーブルＣｅとが１本の接続ケーブルＬに束ねられている。

カメラ部１：
図２Ａに示すように、カメラ部１の筐体１ａには複数枚の放熱フィン１ｆが一体に設けられている。
図２Ｂに示すように、前記二次元センサＭ１の背面にはペルチェ素子１６が設けられており、該ペルチェ素子１６によって二次元センサＭ１が冷却される。前記放熱フィン１ｆは、前記ペルチェ素子１６が発する熱を基板１７を介して外気によって冷却するために設けられている。

止めネジ１９；
前記カメラ部１には、レンズ１０を支持する環状部材１８が設けられている。筐体１ａには、環状部材１８の周囲を光軸方向Ｘに摺動自在に支持する支持部１ｃが形成されている。前記環状部材１８および支持部１ｃは、レンズ１０を光軸方向Ｘに移動させる移動機構を構成している。

前記筐体１ａには止めネジ１９が螺合する支持部１ｂが一体に形成されている。止めネジ１９は、前記環状部材１８に接触することで、該環状部材１８を筐体１ａに対して固定するものである。

カメラ部１の設置後にレンズ１０の焦点距離を固定するには、環状部材１８を筐体１ａに対して光軸方向Ｘに移動させて前記環状部材１８を適切な位置に移動させた後、止めネジ１９の下端部を環状部材１８の側面に接触させて、環状部材１８を固定させる。

コントローラ部２：
トリガー信号；
図３Ａに示すように、前記コントローラ部２には、入力ラインＬ３を介して前記トリガー出力装置６が接続されている。
前記トリガー出力装置６は、たとえば、光センサなどからなる物品センサからなり、コンベヤＣ上を搬送される商品Ｍを検出するとトリガー信号を送信するものである。

ここで、図３Ｃに示す従来の赤外線撮像システム１００は、カメラ部とコントローラ部とが一体に構成されており、パソコン５に接続されている。一方、トリガー出力装置６はＩ／Ｏユニット２００を介してパソコン５に接続されている。

前記従来の赤外線撮像システム１００からは、所定の微小間隔で補正データＴ_ijがパソコン５に送信される。
ところで、商品の品質管理等により、前記パソコン５に送信された多数の補正データのうち、各商品Ｍに対応する補正データＴ_ijをパソコン５に保存する場合がある。
かかる場合には、トリガー出力装置６から、前記トリガー信号がＩ／Ｏユニット２００を介してパソコン５に出力される。しかし、パソコン５は複数のプログラムを微小時間ごとに切り換えながら実行しているので、前記トリガー信号の入力タイミングを処理するプログラムの実行に遅延（タイムラグ）が生じて、該トリガー信号の入力タイミングを正確に特定することができない。そのため、従来では、パソコン５がトリガー信号を受信したタイミングの前後の複数の補正データをパソコン５に保存しておき、その後、作業者が商品Ｍの全体が撮像された有効な補正データＴ_ijを指定していた。

これに対し、図３Ｂに示すように、本実施例の赤外線撮像システムでは、トリガー出力装置６が入力ラインＬ３を介してコントローラ部２に接続されている。トリガー出力装置６からトリガー信号が出力されると、コントローラ部２のＣＰＵ２１（図１Ｂ）は、当該トリガー信号を受信したタイミングで当該補正データＴ_ijに該トリガー信号をフラグとして添付する。

具体的には、たとえば、図４Ａに示すように、前記二次元センサＭ１の各画素Ａ_ijの各アドレス（ｉ，ｊ）毎に、図４Ｂおよび図４Ｃに示す補正データＴ_ijに前記トリガー信号の有無を表すフラグが添付される。図４Ｂに示すように、マイコン２０はトリガー信号を受信したタイミングの補正データＴ_ijに、トリガーフラグ「１」を添付する。一方、マイコン２０は前記トリガー信号を受信していない場合には、図４Ｃに示すように、補正データＴ_ijにトリガーフラグ「０」を添付する。

このように、本実施例の赤外線撮像システムでは、トリガー信号をパソコン５ではなく、コントローラ部２に入力している。そのため、トリガー出力装置６からのトリガー信号の処理にタイムラグが生じないので、商品Ｍを検出したタイミングに合わせて添付されたトリガーフラグが立っている（「１」である）有効な補正データＴ_ijのみをパソコン５に保存することができる。
なお、前記コントローラ部２は、前記トリガー信号が入力された時に撮像して得た温度データｔ_ijのみをパソコン５に出力するようにしてもよい。すなわち、前述したトリガーフラグが立っている補正データＴ_ijのみをパソコン５に送信するようにしてもよい。

温度補正；
ここで、図２Ｂに示す二次元センサＭ１は、外気の温度変化の影響を受けるので、シャッタ１１を閉じて温度補正を行う必要がある。
前記温度補正は、カメラ部１内の温度が所定温度以上に変化する度に行われる。温度補正は、シャッタ１１が閉じられレンズ１０から外部から赤外線が入力されていない状態で行われる。かかる状態で、図１Ｂに示すコントローラ部２が二次元センサＭ１からの出力に基づき、各画素Ａ_ij（図１Ｃ）ごとの前記補正係数ａ，ｂを算出し、該算出した補正係数ａ，ｂを補正係数記憶部２２ａに記憶させる。

ここで、従来の赤外線撮像システムでは、温度補正を行う際に、シャッタ１１が閉じた状態か、閉じている途中なのかが判別できないので、シャッタ１１を閉じて温度補正を行った後、シャッタ１１を開く開命令を出力した後、所定時間経過後にシャッタ１１が開いていると見なして温度補正を完了していた。そのため、シャッタ１１が開いた後に直ちに測定を開始することができない。

これに対し、本赤外線撮像システムのカメラ部１は、シャッタ１１が開いたことを検出して開状態信号をコントローラ部２に送信することで、温度補正後、直ちに測定を行うことができるようにしている。

具体的には、下記のような構成により温度補正後の精度の高い画像を直ちに得るようにしている。
前記カメラ部１には、開閉機構１４および検出手段１５が設けられている。
前記開閉機構１４はシャッタ１１を開閉するための機構である。開閉機構１４としては種々の開閉機構が考えられるが、たとえば、図示しない永久磁石を用いてシャッタ１１を開状態に維持すると共に、電磁石を用いて該電磁石に通電されることによりシャッタ１１を閉状態に移動させる。カメラ部１はコントローラ部２から閉命令を受信すると前記電磁石に通電しシャッタ１１を閉じる。
前記検出手段１５はシャッタ１１が閉じたことおよび開いたことを検出し、該閉状態信号および開状態信号をコントローラ部２に送信するものである。

図１Ｂに示すコントローラ部２のマイコン２０は、カメラ部１に閉命令を出力した後、カメラ部１の検出手段１５（図２Ｂ）から前記閉状態信号を受信すると、直ちに、二次元センサＭ１からの出力に基づいて前記各画素Ａ_ij（図１Ｃ）ごとの補正係数ａ，ｂを算出し、前記補正係数記憶部２２ａに記憶させる。
その後、マイコン２０は、カメラ部１に開命令を出力した後、カメラ部１の検出手段１５（図２Ｂ）から前記開状態信号を受信すると、直ちに測定を開始する。

したがって、温度補正後、シャッタ１１が開いた直後に二次元センサＭ１からの出力を得ることで、温度補正直後の精度の高い画像を直ちに得ることができる。
なお、前記補正係数ａ，ｂは温度補正が行われる度に、補正係数記憶部２２ａに新たな補正係数ａ，ｂが上書き記憶される。

したがって、前記マイコン２０は、温度補正後のシャッタ１１が開いた直後に、検出手段１５からの開状態信号を受信することで、二次元センサＭ１からの出力に基づき、温度補正直後の精度の高い画像を直ちに得ることができる。そのため、温度補正に要する時間を短縮することができる。

なお、温度補正中であることを示す補正出力（ＳＴＢ出力）と、トリガー入力（ＴＲＧ入力）とを同期させることで、前記温度補正が終了した直後から補正データＴ_ijの保存が可能となるように設定されていてもよい。

なお、前記コントローラ部２には、外部トリガー（トリガー出力装置６等）からのトリガー信号を入力するためのＴＲＧ入力端子や、全出力をＯＦＦするためのＴＥＳＴ入力端子、接続された他の機器を同期させるためのＳＴＯ出力端子、トリガー入力の許可信号を出力するためのＲＥＡＤＹ出力端子などを備えている。
前記コントローラ部２はリモートコントローラにより遠隔操作できるようにしてもよい。

本発明は、赤外線撮像システムに利用することができる。

１：カメラ（赤外線撮像システムの一部）
１ｃ：支持部（移動機構の一部）
２：コントローラ部（赤外線撮像システムの一部）
４：モニタ
１０：レンズ
１１：シャッタ
１３：ドライブ回路
１４：開閉機構
１５：検出手段
１８：環状部材（移動機構の一部）
１９：止めネジ
２１ａ：補正手段
２２ａ：補正係数記憶部
２４：第１出力ポート
２５：第２出力ポート
２６：入力ポート
ａ，ｂ：補正係数
Ｃｓ：信号ケーブル
Ｃｅ：電力ケーブル
Ｉｒ：赤外線
Ｌ：接続ケーブルＬ（赤外線撮像システムの一部）
Ｌｅ：電源ライン
Ｍ１：二次元センサ
ｔ_ij：温度データ、
Ｔ_ij：補正データ
Ｘ：光軸方向

Claims

撮像対象からの赤外線をレンズを介して受光する二次元センサと、
前記二次元センサに結像させるために、前記レンズを光軸方向に移動させる移動機構と、
前記レンズと前記二次元センサとの間に介挿されるシャッタと、
前記二次元センサからの各画素ごとの温度データを読み出すためのドライブ回路と、
前記ドライブ回路からの温度データを各画素ごとに補正する補正手段と、
前記補正された補正データをモニタに出力して熱画像を前記モニタに表示させるための第１出力ポートと、
前記補正された補正データをパソコンに出力する第２出力ポートと、
電力を給電するための電源ラインとを備え、
前記レンズ、シャッタ、二次元センサおよびドライブ回路を有するカメラ部と、
前記補正手段、第１および第２出力ポートを有するコントローラ部とが互いに別体に形成されていると共に、
前記ドライブ回路からの前記補正手段に前記温度データを送信するための信号ケーブルと、前記カメラ部とコントローラ部の間の電源ラインを構成する電力ケーブルとを束ねたことを特徴とする赤外線撮像システム。
請求項１において、前記レンズが光軸方向に移動しないように、前記レンズを支持する環状部材を固定する止めネジを設けた赤外線撮像システム。
請求項２において、前記コントローラ部には外部からのトリガー信号を入力する入力ポートが設けられ、所定のトリガー信号が入力された時に撮像して得た前記補正データに前記トリガー信号をフラグとして添付するか、あるいは前記所定のトリガー信号が入力された時に撮像して得た前記温度データを補正した前記補正データのみを送信する赤外線撮像システム。
請求項３において、前記シャッタを開閉するための開閉機構と、
前記シャッタが開いていることを検出し開状態信号を出力する検出手段と、
前記シャッタが閉じた状態から前記シャッタが開いたことを前記検出手段が検出し、前記検出手段から開状態信号が入力されると、前記シャッタを開いた状態における前記二次元センサからの出力に基づいて、前記各画素ごとの補正係数を記憶する記憶部とを備えた赤外線撮像システム。