JP2018048904A

JP2018048904A - 赤外線検出装置

Info

Publication number: JP2018048904A
Application number: JP2016184297A
Authority: JP
Inventors: 稔竹田; Minoru Takeda; 武雄植草; Takeo Uekusa; 河西　宏之; Hiroyuki Kasai; 宏之河西; 健渡邉; Takeshi Watanabe
Original assignee: Seiko NPC Corp
Current assignee: Seiko NPC Corp
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2018-03-29

Abstract

【課題】赤外線検出素子の数を増加することなく解像度を向上させた赤外線検出装置を提供する。【解決手段】赤外線検出素子２１が８行８列に配置されてなる赤外線センサ部２と、この赤外線センサ部２を走査する走査部と、赤外線センサ部２から入力された熱画像データを処理して高い解像度の熱画像データを生成して出力する画像信号処理部と、赤外線センサ部、走査部、画像信号処理部を制御する各制御信号を出力する制御信号発生部を備え、赤外線センサ部２は、隣接する赤外線検出素子２１の赤外線検出領域２２は走査方向に対して直交する方向に赤外線検出素子２１の長さｌの１／８ずつずらして順次配置され、かつ、各列の上端から数えて同一行で隣接する各赤外線検出素子２１は走査方向において、互いの赤外線検出領域２２の一部は重なるが、互いの赤外線検出領域２２の中心位置は重ならないように配置されてなる。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の赤外線検出素子を行列状に配置してなる赤外線センサを備えた赤外線検出装置に関する。

従来から、この種の赤外線検出装置において、赤外線センサの検出素子の数を増加することなく解像度を上げた構成として、赤外線検出素子の行列が走査方向に対して所定の角度の傾きを有するよう配置したものが知られている（特許文献１）。詳細には、赤外線センサは、センサ軸に平行および垂直となる、例えば８行８列の赤外線検出素子で構成され、センサ軸は走査軸に対して所定角度ａ＝tan^-1（１／８）＝７．１２５（度）傾けられることにより、各赤外線検出素子の中心位置のすべてが、走査軸方向からみて異なる位置になるよう構成している。

したがって、赤外線センサを走査させると、８×８の赤外線検出素子が走査軸方向に沿って回転（移動）される際に、走査軸に平行な方向の赤外線検出素子の中心が重ならないので、走査軸に垂直な方向の赤外線検出素子の数は、行数の８個よりも増加して６４個となる。この状態を示すのが図６であり、上記構成の赤外線センサを、水平移動画素ピッチ１／４ピクセルで４０ショットまで走査した場合の各赤外線検出素子の中心位置をすべて座標として示したものである。この図６で理解できるように、赤外線検出素子の数を増加させることなく、赤外線センサのセンサ軸を走査軸に対して７．１２５度傾けることにより、合成画像の中央部である走査方向（Ｘ軸方向）の中央部においては、８×８画素の解像度を８×６４画素の解像度に向上させることができる。

特許第５９００７８１号公報

しかしながら、上述した従来の赤外線検出装置では、赤外線センサを、赤外線検出素子の行列が走査方向に対して所定角度の傾きを有するよう配置しているので、図６に示すように、走査した各赤外線検出素子の垂直方向に並んだ中心位置（画素中心位置）の座標がＸ軸方向にずれて垂直線上に揃わないため、画像処理が複雑になり、また、赤外線センサを実装する際に傾ける所定角度である７．１２５度を正確に実現するのは困難で誤差を生じる虞があるため、所望の解像度の向上が得られず、さらには、画像処理した合成画像の両端における解像度が十分に高くならない領域が広いという多くの不都合があった。

本発明は、このような不都合を解消するとともに、赤外線センサの赤外線検出素子の数を増加することなく解像度を向上させた赤外線検出装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本発明の請求項１に係る赤外線検出装置は、複数の赤外線検出素子が行列状に配置されてなる赤外線センサ部と、この赤外線センサ部を所定範囲で、所定単位量ずつ、所定方向に走査する走査部と、前記赤外線センサ部が走査されることで取得した熱画像データが入力され、入力された熱画像データを処理して高い解像度の熱画像データを生成して出力する画像信号処理部と、前記赤外線センサ部、前記走査部、前記画像信号処理部に対してこれら各部を制御する制御信号をそれぞれ出力する制御信号発生部を備える赤外線検出装置であって、前記赤外線センサ部は、各赤外線検出素子が走査方向と直交する方向に複数行、走査方向と平行な方向に複数列配置され、隣接する赤外線検出素子列の赤外線検出領域は走査方向に対して直交する方向に所定長ずらして順次配置され、かつ、同一行で隣接する各赤外線検出素子は走査方向において、互いの赤外線検出領域の一部は重なるが、互いの赤外線検出領域の中心位置は重ならないように配置されてなるものである。

この構成によれば、隣接する各列の赤外線検出素子の赤外線検出領域が走査方向と垂直方向にずれて配置され、かつ、同一行で隣接する各赤外線検出素子は走査方向において、互いの赤外線検出領域の一部は重なるが、互いの赤外線検出領域の中心位置は重ならないように配置されることによって、赤外線センサ部を走査部により走査させると、走査方向と平行な方向の各赤外線検出素子の赤外線検出領域の中心位置が重ならないので、走査方向と直交する方向の赤外線検出素子の数は実質的に増加し、その数は行数×列数個となる。

同じく前記目的を達成するために本発明の請求項２に係る赤外線検出装置は、前記請求項１の構成において、前記赤外線センサ部は、各赤外線検出素子が走査方向と直交する方向にｍ行、走査方向と平行な方向にｎ列（ｍ，ｎは２以上の自然数）配置され、隣接する素子列は走査方向と直交する方向に赤外線検出素子の長さの１／ｎのずれをもって順次配置されてなるものである。

この構成によれば、隣接する各列の赤外線検出素子の赤外線検出領域の中心位置が走査方向と直交する方向に赤外線検出素子の長さの１／ｎずれて順次配置されることによって、赤外線センサ部を走査部により走査させると、走査方向と平行な方向の各赤外線検出素子の赤外線検出領域の中心位置が重ならないので、走査方向と直交する方向の赤外線検出素子の数は、行数のｍ個よりも実質的に増加してｍ×ｎ個となる。

本発明の請求項１及び請求項２に係る赤外線検出装置によれば、赤外線センサ部の赤外線検出素子の数を増加することなく解像度を向上させることができるとともに、走査した各赤外線検出素子の赤外線検出領域の中心位置の座標が水平、垂直方向で直線上に揃うので、画像処理が簡便であり、また、赤外線センサ部は所定角度傾ける必要がないので、誤差を生じることなく正確かつ容易に実装することができ、さらには、赤外線センサ部を傾けて配置した場合と比べて、画像処理して得た生成画像の両端における解像度が十分に高くならない領域が少なくなるという効果を奏する。

本発明の一実施形態における赤外線検出装置の全体構成を示すブロック図。同じく赤外線センサ部の赤外線検出素子配置状態を示す説明図。同じく図２の部分拡大図。同じく図２における赤外線検出素子の検出中心位置を示す説明図。同じく赤外線センサ部を、水平移動画素ピッチ１／４ピクセルで４０ショットまで走査した場合における各赤外線検出素子の赤外線検出領域の中心位置のすべてを座標として示す説明図。赤外線センサを走査軸に対して傾けて配置した従来例において、水平移動画素ピッチ１／４ピクセルで４０ショットまで走査した場合における各赤外線検出素子の中心位置のすべてを座標として示す説明図。

初めに、本発明に係る赤外線検出装置の一実施形態の全体構成を説明する。図１に示すように、赤外線検出装置１は、赤外線センサ部２と、走査部３と、画像信号処理部４と、制御信号発生部５とを備えている。

赤外線センサ部２は、図２に示すように、公知の各赤外線検出素子２１が走査方向（図２上横方向）と直交する方向に８行、走査方向と平行な方向に８列配置されてなる。そして、図３に示すように、隣接する赤外線検出素子列は走査方向に対して直交する方向に赤外線検出素子２１の長さｌの１／８のずれをもって、すなわち（１／８）ｌずつずれて順次配置されている。前記１／８は列数８の逆数である。

このため、同一行で隣接する各赤外線検出素子２１、たとえば第１行で隣接する赤外線検出素子２１ａと２１ｂは、互いの赤外線検出領域２２ａと２２ｂが走査方向に対して直交する方向に前記（１／８）ｌずつずれて配置され、走査方向において前記赤外線検出領域２２の一部は重なるように配置される。したがって、走査時に各赤外線検出領域２２間に不検出領域が存在しない。なお、前記赤外線検出領域２２は、赤外線検出素子２１における赤外線吸収部に対応する領域である。

図４は、図２に示す赤外線検出領域２２に換えて、その中心位置である検出中心位置２３を点状に示したものである。上述したように、隣接する素子列の赤外線検出領域２２が走査方向に対して直交する方向に（１／８）ｌずつずれて順次配置されることによって、前記検出中心位置２３も同じく同方向に（１／８）ｌずつずれて順次配置された状態となる。このため、各検出中心位置２３は走査方向と平行な方向（図４上横方向）において互いに重なることがないので、走査動作時には、実質的に８×６４の赤外線検出素子２１を有する赤外線センサ部２となる。

走査部３は、図示していないモータを駆動源とする機械的回転機構とこれを駆動制御する電気回路とからなり、赤外線センサ部２を所定の走査方向（図２，３上横方向）に移動し、所定の走査範囲（走査角）を、所定の走査単位量で走査させるものである。

画像信号処理部４は、図示していない、データ入力機能、データ記憶機能、データ演算機能、データ出力機能を有するマイクロプロセッサ、または専用ＬＳＩ、または前記各機能をもつプログラムを内蔵するコンピュータからなる。そして、この画像信号処理部４は、赤外線センサ部２から出力される熱画像センサ出力が入力され、所定の走査単位毎に得られた複数の熱画像データを合成して、１枚の高解像熱画像データを生成する信号処理を行い、生成した高解像熱画像データを出力するものである。

この画像信号処理部４で処理される赤外線センサ部２から入力した熱画像データは、温度検出対象の温度分布を表す複数の画素から構成される画像データであり、この低解像度の入力画像データを処理して高解像度の出力画像データが生成される。画像信号処理部４では、走査開始から走査終了までの全走査時間内に入力されてきた複数枚の熱画像データを、まず入力データ記憶領域に保存し、最終的に目標とする高解像熱画像の水平・垂直の二次元座標空間所定の座標に再配置、あるいはデータ補間を行い、１枚の高解像熱画像データとし、出力データ記憶領域に保存する。そして、この保存した１枚の高解像画像データをデータ出力領域から出力するものである。

信号制御発生部５は、赤外線センサ部２、走査部３及び画像信号処理部４に対する制御信号を発生して、前記各部２，３，４をそれぞれ制御するものである。

続いて、上述のように構成した赤外線検出装置１の動作を説明するが、この動作は、制御信号発生部５から発せられる制御信号に基づいてなされるものである。

まず、赤外線検出装置１は、走査部３により、赤外線センサ部２を走査方向（図２，３上横方向）に、例えば走査単位量１／４ピクセルで移動させて例えば４０ショットまで走査させ、検出対象範囲の複数の熱画像データを取得する。この取得された熱画像データは、画像信号処理部４に出力される。

図５は、この取得された熱画像データのすべての赤外線検出素子２１における赤外線検出領域２２の中心位置を座標として示したものである。この図５で理解できるように、赤外線検出素子２１の数を増加させることなく、８×８画素の解像度を８×６４画素の解像度に向上させることができる。

画像信号処理部４は、入力された複数の熱画像データを合成して、１枚の高解像熱画像データを生成する信号処理を行い、生成した高解像熱画像データを出力する。そして、赤外線センサ部２で取得した熱画像データは、図５で理解できるように、各赤外線検出領域２２の中心位置が水平、垂直方向で直線上に揃っているので、画像信号処理部４における画像処理は容易であり、また、画像処理して得た生成画像の両端における解像度が十分に高くならない領域が狭くてすむ（図６参照）ものである。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、各赤外線検出素子２１の配置は、８行８列に限らず，４行４列行や１２行１２列など各複数の行と列で構成するものであればよく、また、このように行数と列数が同一の構成のほか、６行８列のように行数と列数が異なる構成でもよい。また、隣接する赤外線検出素子２１列の赤外線検出領域２２を走査方向に対して直交する方向にずらす長さは、（１／８）ｌに限らない。

１赤外線検出装置
２赤外線センサ部
３走査部
４画像信号処理部
５制御信号発生部
２１赤外線検出素子
２２赤外線検出領域
２３検出中心位置

Claims

複数の赤外線検出素子が行列状に配置されてなる赤外線センサ部と、この赤外線センサ部を所定範囲で、所定単位量ずつ、所定方向に走査する走査部と、前記赤外線センサ部が走査されることで取得した熱画像データが入力され、入力された熱画像データを処理して高い解像度の熱画像データを生成して出力する画像信号処理部と、前記赤外線センサ部、前記走査部、前記画像信号処理部に対してこれら各部を制御する制御信号をそれぞれ各部に出力する制御信号発生部を備える赤外線検出装置であって、前記赤外線センサ部は、各赤外線検出素子が走査方向と直交する方向に複数行、走査方向と平行な方向に複数列配置されてなり、隣接する赤外線検出素子列の赤外線検出領域は走査方向に対して直交する方向に所定長ずらして順次配置され、かつ、各列の上端から数えて同一行で隣接する各赤外線検出素子は走査方向において、互いの赤外線検出領域の一部は重なるが、互いの赤外線検出領域の中心位置は重ならないように配置されてなる赤外線検出装置。
前記赤外線センサ部は、各赤外線検出素子が走査方向と直交する方向にｍ行、走査方向と平行な方向にｎ列（ｍ，ｎは２以上の自然数）配置され、隣接する赤外線検出素子列は走査方向に対して直交する方向に赤外線検出素子の長さの１／ｎのずれをもって順次配置されてなる前記請求項１記載の赤外線検出装置。