JP2013007735A - 赤外線カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】出力信号に対する赤外線量を、従来よりも適切に補正できる赤外線カメラを提供する。
【解決手段】基板２上に複数の感温素子３が配置された赤外線カメラ１において、遮断感温素子３’への外部からの赤外線の入力を遮断する遮断部材６と、遮断感温素子３’の出力信号に基づいて、他の感温素子３の出力信号に基づく赤外線量を補正する制御部５とを備える。感温素子３は、素子本体３ａとその周縁に設けられたブリッジ部３ｂとで構成され、基板２には、感温素子３に対応させて凹部２ａを形成し、素子本体３ａをブリッジ部３ｂを介して基板２の凹部２ａの開口縁部に接続し、感温素子３と基板２の凹部２ａとで空洞部を画成して、素子本体３ａと基板２の直接接触を阻止してもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、赤外線量に基づく出力信号を発信する複数の感温素子を備える赤外線カメラに関する。

従来、基板と、基板上に配置され、入力された赤外線量に基づく出力信号を発信する複数の感温素子と、感温素子の出力信号を処理する制御部とを備える赤外線カメラが知られている（例えば、特許文献１参照）。赤外線センサは、ＣＣＤやＣＭＯＳと異なり、赤外線により上昇する感温素子の温度変化を電気的に変換し検知するものである。そのためできる限り基板温度の影響が感温素子に及ばないように、感温素子と基板とが直接接触しないように基板に凹部を形成する等により、基板温度が感温素子に与える影響を抑制している。

また、基板温度の変動に対する感温素子の出力信号の変動を実験により予め求めておき、この実験結果をマップ化して制御部に記憶させて、基板温度に応じて制御部に記憶されたマップから補正量を決定し、この補正量に基づいて感温素子の出力信号の補正が行われる。

また、個々の感温素子の出力信号には誤差（バラツキ）が含まれることがあるため、赤外線カメラを出荷する前に予め感温素子の出力信号を測定し、測定結果に基づいて適切な赤外線量を求められるように、出力信号に対する補正値を制御部に記憶させている。

また、特許文献１の赤外線カメラでは、撮像範囲内に入るように温度計測標準体を設置して、温度計測標準体が撮像された部分の感温素子の出力信号と、温度計測標準体の温度とに基づいて、感温素子の出力信号と撮像対象の温度との関係のデータを更新し、絶対温度を計測している。

特開２００９−１５０８４２号公報

しかしながら、従来の赤外線カメラでは、事前のマップ化等の調整作業に大きな手間を要する。更に、赤外線カメラを量産する上で、全ての赤外線カメラの補正値を予め測定して各赤外線カメラ専用のマップを個別に作成することは現実的ではなく、従って、従来は複数の赤外線カメラの中から一部の赤外線カメラをサンプルとして補正値を測定し、この測定結果に基づいて、全ての赤外線カメラに用いるためのマップを作成している。このため、マップに基づく補正は推定値でしかなく、補正の精度が比較的低いという問題がある。

本発明は、以上の点に鑑み、出力信号に対する赤外線量を、従来よりも手間を掛けずに高精度の補正を行うことができる赤外線カメラを提供することを目的とする。

［１］上記目的を達成するため、本発明は、基板と、該基板上に配置され、入力された赤外線量に基づく出力信号を発信する複数の感温素子と、該感温素子の出力信号を処理する制御部とを備える赤外線カメラにおいて、前記複数の感温素子のうちの一部は、赤外線の入力を遮断する遮断部材で覆われた遮断感温素子であり、前記制御部は、前記遮断感温素子の出力信号に基づいて、他の感温素子の出力信号に基づく赤外線量を補正することを特徴とする。

斯かる構成によれば、遮断感温素子で、赤外線カメラの外部から入力される赤外線量を除いた、基板の熱等の影響により感温素子に入力される赤外線量に対する出力信号を求めることができる。従って、遮断感温素子の出力信号に基づく赤外線量を、遮断感温素子を除いた他の感温素子の出力信号に基づく赤外線量から除く補正を制御部で行うことにより、赤外線カメラの外部から入力された赤外線量のみを適切に測定することができる。

換言すれば、従来のように基板温度から感温素子の出力信号の変動値を推定するのではなく、基板温度の影響だけを受けた遮断感温素子の実際の出力信号を検出して、この出力信号に基づいて、感温素子の出力信号に基づく赤外線量を補正するため、本発明の赤外線カメラによれば、マップ化等の作業が要らず従来よりも手間を掛けずに高精度の補正を行うことができる。

又、本発明の赤外線カメラによれば、遮断感温素子の出力信号を検出して適宜補正を行うことができるため、従来のように、出荷前に予め感温素子の出力信号に対する補正値を求めてマップ化する等の作業が必要ない。このため、本発明の赤外線カメラによれば、出荷前の感温素子の出力信号の補正値を予め求めてマップ化する等の作業工程を省くことができ、製造工程を簡略化できる。

［２］本発明において、感温素子は、素子本体と素子本体の周縁に設けられたブリッジ部とからなり、基板には、感温素子に対応させて凹部が形成され、素子本体はブリッジ部を介して基板の凹部の開口縁部に接続され、感温素子と基板の凹部とで空洞部を画成し、素子本体と基板との直接的な接触を阻止するように構成してもよい。これにより、感温素子と基板の凹部とで空洞部が画成され、基板の熱が素子本体へ直接影響を与えることを防ぎ、出力信号の誤差の発生を抑制して、精度よく赤外線量を測定できる。

［３］本発明において、遮断感温素子は、基板又は基板に設けられた部材から放射された赤外線量に基づく出力信号を発信するものであり、赤外線カメラは、基板又は基板に設けられた部材の温度を検出する温度検出手段を備えることが好ましい。

［４］また、本発明において、制御部は、遮断感温素子の出力信号と温度検出手段の検出温度とを関連付けて、遮断感温素子を除いた感温素子の出力信号に対する温度を求めることが好ましい。

ここで、感温素子の出力信号は、仮に撮像対象が一定の温度であったとしても、感温素子自体の温度変化等の影響により変化する。従って、感温素子の出力信号と撮像対象の温度との関係を予め実験により求めてマップ化し制御部に記憶させておく場合、実際に撮像された対称の温度が正確に計測できない虞がある。

そこで、従来の赤外線カメラでは、撮像範囲内に入るように温度計測標準体を設置して、温度計測標準体が撮像された部分の出力信号と、温度計測標準体の温度とに基づいて、感温素子の出力信号と撮像対象の温度との関係のデータを更新していた。

しかしながら、従来のものでは、撮像範囲内に温度計測標準体を設置できる環境下でなければ使用できない。また、赤外線カメラと温度計測標準体との間に、運転者等の障害物が存在する場合、誤ったデータが更新されてしまう可能性もある。

この場合、上述した本発明のように、遮断感温素子に、基板又は基板に設けられた部材から放出される赤外線量のみを入力すると共に、温度検出手段で基板又は基板に設けられた部材の温度を検出すれば、撮像範囲内に温度計測標準体を設置できない環境下でも撮像対象の正確な温度を計測することができ、また、感温素子と基板等の間に障害物が入り込むこともなく、更には、従来のように誤ったデータが更新されることも防止できる。

［５］本発明において、前記部材は、撮像されることが想定される撮像対象物のうちの何れかと同一の所定材料で構成され、遮断感温素子側が露出するように基板に埋め込まれているものであり、遮断感温素子は、前記部材から放射された赤外線量に基づく出力信号を発信するものであり、温度検出手段は、前記部材の温度を検出するものであることが好ましい。

撮像対象物が放出する赤外線の放出量は、撮像対象物の材料によって異なる。従って、上述の如く、撮像されることが想定される撮像対象物のうちの何れかと同一の所定材料で前記部材を構成すれば、撮像対象物の温度をより精度良く測定することができる。

本発明の赤外線カメラの実施形態を示す説明図。 図１のＩＩ−ＩＩ線切断断面図。 本発明の赤外線カメラの他の実施形態を示す断面図。

図１〜図３を参照して、本発明の赤外線カメラの実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態の赤外線カメラ１を示している。本実施形態の赤外線カメラ１は、車両に設けられ、車外の撮像対象物（例えば、コンクリート等）撮像するものであり、基板２と、基板２上に設けられた複数の感温素子３と、基板２に設けられたコンクリート部材の温度を検出する温度検出手段４と、感温素子３からの信号を受信して処理する制御部５とを備える。

感温素子３は、ＰＮ接合ダイオードを形成し順方向電流を流した時の電圧変化を検知するダイオード方式のものであり、矩形板状の素子本体３ａと、素子本体３ａの周縁に設けられたブリッジ部３ｂとからなる。素子本体３ａは、入力された赤外線量に基づく出力信号を発信する。尚、感温素子３は、ダイオード方式に限らず他のものを用いてもよい。例えば、抵抗変化を検知するボロメータ方式の感温素子を用いてもよい。

又、基板２には、感温素子３に対応させて凹部２ａが設けられている。素子本体３ａは、凹部２ａにより基板２と直接接触することが阻止され、ブリッジ部３ｂを介して基板２に取り付けられている。換言すれば、素子本体３ａは、ブリッジ部３ｂを介して基板２の凹部２ａの開口縁部に接続されている。これにより、素子本体３ａが基板２の熱により影響を受けることを防いでいる。

従って、感温素子３と凹部２ａとで、素子本体３ａへの基板２の熱伝達を防ぐ断熱層としての空洞部が画成されている。又、感温素子３は、図外のレンズから入力される赤外線量に基づいて信号を生成し、制御部５は、感温素子３で生成された出力信号を受信できる。

基板２上に配置された複数の感温素子３のうちの一部は、図外のレンズを介して外部から入力される赤外線を遮断する遮断部材６によって覆われた差分用遮断感温素子３’及び絶対温度用遮断感温素子３”である。本実施形態においては差分用遮断感温素子３’及び絶対温度用遮断感温素子３”は１つずつであるが、本発明の差分用遮断感温素子及び絶対温度用遮断感温素子３”は、１つに限られるものではなく、夫々複数設けられていてもよい。

差分用遮断感温素子３’は、赤外線カメラ１のレンズから入射する赤外線を除く、基板２等の感温素子の周囲の部品から放射された赤外線量に基づく出力信号を制御部５に発信する。絶対温度用遮断感温素子３”は、基板２に設けられた「部材」としてのコンクリート部材２ｂから放射された赤外線量に基づく出力信号を発信する。なお、コンクリート部材２ｂは基板２の凹部２ａを利用して、絶対温度用遮断感温素子３”側が露出するように基板２に埋め込まれている。温度検出手段４が検出するコンクリート部材も同様に構成される。

制御部５は、ＣＰＵ、メモリ等で構成された電子ユニットであり、差分用遮断感温素子３’及び絶対温度用遮断感温素子３”から受信した出力信号に基づき、他の感温素子３からの出力信号から求める赤外線量を補正する処理を行う。この補正処理としては、例えば、まず、制御部５は、差分用遮断感温素子３’からの出力信号に基づいて求められる赤外線量ΔＸを、他の感温素子３からの出力信号から求められる赤外線量Ｘから引いた値が、実際に図外のレンズから入力された赤外線量Ｙ（Ｙ＝Ｘ−ΔＸ）であるとする処理を実行する。この場合、補正値は、差分用遮断感温素子３’からの出力信号に基づいて求められる赤外線量ΔＸとなる。

そして、絶対温度用遮断感温素子３”から受信した出力信号をＸ”、温度検出手段４で検出された温度をＴ”とすると、例えば、検出温度Ｔと出力信号Ｘとの関係（ｆ（Ｘ））が出力信号Ｘの一次関数で表される場合、Ｔ”＝ａＸ”となり、ａ＝Ｔ”／Ｘ”からａを求めることができる。従って、制御部５は、ａ（Ｘ−ΔＸ）から精度の高い温度（絶対温度）を求めることができる。なお、検出温度Ｔと出力信号Ｘとの関係（ｆ（Ｘ））は、一次関数に限らない。温度測定対象物（想定されるものも含む）に応じて、適宜ｆ（Ｘ）を設定すればよい。例えば、ｆ（Ｘ）はｌｏｇＸとなる場合もある。

本実施形態においては、検出温度Ｔと出力信号Ｘとの関係（ｆ（Ｘ））が出力信号Ｘの一次関数Ｔ”＝ａＸ”で表され、制御部５がａ＝Ｔ”／Ｘ”からａを求める処理が、本発明の「遮断感温素子の出力信号と温度検出手段の検出温度とを関連付ける」ことに該当し、制御部５が求められたａを用いてａ（Ｘ−ΔＸ）から精度の高い温度（絶対温度）を求める処理が、本発明の「遮断感温素子を除いた感温素子の出力信号に対する温度を求める」ことに該当する。

本実施形態の赤外線カメラ１によれば、感温素子３の補正値を出荷前に設定した固定値とすることなく、遮断感温素子３’の出力信号に基づいて補正値を適宜更新することができる。従って、常に適切な赤外線量を得ることができる。

又、従来のように、出荷前に予め感温素子３の出力信号に対する補正値を求める必要がないため、出荷前の感温素子３の出力信号の補正値を設定する工程を省くことができ、製造工程が簡略化できる。

又、感温素子３と基板２の凹部２ａとで空洞部が画成されることにより、基板２の熱が素子本体３ａへ直接影響を与えることを防ぎ、出力信号の誤差の発生を抑制して、精度よく赤外線量を測定できる。

また、感温素子の出力信号は、仮に撮像対象が一定の温度であったとしても、感温素子自体の温度変化等の影響により変化することが分かった。従って、感温素子の出力信号と撮像対象の温度との関係を予め記憶させておく場合、実際に撮像された対称の温度が正確に計測できない虞がある。

そこで、従来の赤外線カメラでは、撮像範囲内に入るように温度計測標準体を設置して、温度計測標準体が撮像された部分の出力信号と、温度計測標準体の温度とに基づいて、感温素子の出力信号と撮像対象の温度との関係のデータを更新している。

しかしながら、従来のものでは、撮像範囲内に温度計測標準体を設置できる環境下でなければ使用できない。また、赤外線カメラと温度計測標準体との間に、運転者等の障害物が存在する場合、誤ったデータが更新されてしまう可能性もある。

この場合、本実施形態の赤外線カメラ１のように、絶対温度用遮断感温素子３”に、基板２に設けられたコンクリート部材２ｂから放出される赤外線量のみを入力すると共に、温度検出手段４でコンクリート部材の温度を検出すれば、撮像範囲内に温度計測標準体を設置できない環境下でも撮像対象の正確な温度を計測することができ、また、絶対温度用遮断感温素子３”と基板２との間に障害物が入り込むこともなく、更には、従来のように誤ったデータが更新されることも防止できる。

また、撮像対象物が放出する赤外線の放出量は、撮像対象物の材料によって異なる。従って、撮像されることが想定される撮像対象物のうちの何れかと同一の所定材料（本実施形態においてはコンクリート）の部材の赤外線の放出量及び温度を測定し、この測定結果に基づいて感温素子３の出力信号に対する温度を補正すれば、撮像対象物の温度をより精度良く測定することができる。

なお、図１においては、絶対温度用遮断感温素子３”と温度検出手段４とが離れた位置に設けられているが、絶対温度用遮断感温素子３”と温度検出手段４とを近づけて、絶対温度用遮断感温素子３”が測定するコンクリート部材２ｂと、温度検出手段４が温度を検出するコンクリート部材とを同一のものとしてもよい。この場合、コンクリート部材２ｂの面積を広くして、温度検出手段４が載せられるように構成すればよい。また、本実施形態においては、基板に設けられた「部材」として、コンクリート部材を例に説明したが、本発明の「部材」はこれに限らず、他の材料を用いてもよい。

また、本実施形態においては、基板２に凹部２ａを設けているが、図３に示す他の実施形態の赤外線カメラ１’のように、基板２に凹部を設けなくてもよい。従来の赤外線カメラでは、基板の熱が素子本体に直接伝達されると、素子本体が基板の熱の影響で適切な出力信号を得ることができなかった。

しかしながら、図３の赤外線カメラ１’によれば、遮断部材６で覆われた遮断感温素子３’の出力信号に基づく赤外線量分を、他の感温素子３の出力信号に基づく赤外線量から引くことにより、図外のレンズを介して外部から入射した赤外線量のみの信号分だけを求めることができる。

従って、基板２が素子本体３ａに直接接触して基板２の熱により素子本体３ａの出力信号へ及ぼす影響が大きくなっても、適切な赤外線量を得ることができる。これにより、基板２に凹部２ａを形成する工程を省略することができ、赤外線カメラ１’の製造工程の簡略化を図ることができる。

また、図３に示すように赤外線カメラ１’を構成する場合には、感温素子３はブリッジ部３ｂを有していなくてもよい。これにより、更なる製造の容易化を図ることができる。

また、図３に示す他の実施形態の赤外線カメラ１’では、絶対温度用遮断感温素子の機能は、差分用遮断感温素子３’が担っている。即ち、基板２は撮像対象物ではないものの、制御部５は、基板２が放出する赤外線量に基づく感温素子の出力信号及び基板２の温度から、撮像対象物の絶対温度を推定することが可能である。

１，１’…赤外線カメラ、２…基板、２ａ…凹部、２ｂ…コンクリート（部材）、３…感温素子、３’…差分用遮断感温素子、３”…絶対温度用遮断感温素子、３ａ…素子本体、３ｂ…ブリッジ部、４…温度検出手段、５…制御部、６…遮断部材。

Claims (5)

1. 基板と、該基板上に配置され、入力された赤外線量に基づく出力信号を発信する複数の感温素子と、該感温素子の出力信号を処理する制御部とを備える赤外線カメラにおいて、
   前記複数の感温素子のうちの一部は、赤外線の入力を遮断する遮断部材で覆われた遮断感温素子であり、
   前記制御部は、前記遮断感温素子の出力信号に基づいて、他の感温素子の出力信号に基づく赤外線量を補正することを特徴とする赤外線カメラ。
2. 請求項１記載の赤外線カメラにおいて、
   前記感温素子は、素子本体と、該素子本体の周縁に設けられたブリッジ部とからなり、
   前記基板には、前記感温素子に対応させて凹部が形成され、
   前記素子本体は前記ブリッジ部を介して前記基板の凹部の開口縁部に接続され、前記感温素子と前記基板の凹部とで空洞部を画成し、前記素子本体と前記基板との直接的な接触を阻止することを特徴とする赤外線カメラ。
3. 請求項１又は請求項２記載の赤外線カメラにおいて、
   前記遮断感温素子は、前記基板又は前記基板に設けられた部材から放射された赤外線量に基づく出力信号を発信するものであり、
   前記赤外線カメラは、前記基板又は前記基板に設けられた部材の温度を検出する温度検出手段を備えることを特徴とする赤外線カメラ。
4. 請求項３記載の赤外線カメラにおいて、
   前記制御部は、前記遮断感温素子の出力信号と前記温度検出手段の検出温度とを関連付けて、前記遮断感温素子を除いた前記感温素子の出力信号に対する温度を求めることを特徴とする赤外線カメラ。
5. 請求項３又は請求項４記載の赤外線カメラにおいて、
   前記部材は、撮像されることが想定される撮像対象物のうちの何れかと同一の所定材料で構成され、前記遮断感温素子側が露出するように前記基板に埋め込まれているものであり、
   前記遮断感温素子は、前記部材から放射された赤外線量に基づく出力信号を発信するものであり、
   前記温度検出手段は、前記部材の温度を検出するものであることを特徴とする赤外線カメラ。

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