JP2021064847A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】任意のタイミングにおいて検出信号を補正可能な撮像装置を提供する。【解決手段】撮像素子３を構成する複数のセンサは、対象物から放射される赤外線を検出する。シャッター２は、撮像素子３の複数のセンサを一時的に覆う。素子温度計５は、撮像素子３のセンサの温度を測定する。算出部７は、複数のセンサの複数の検出信号と、シャッター２によって複数のセンサを覆ったときのセンサの温度とに基づいて、複数のセンサの温度分布を算出し、その算出した温度分布に基づいて複数の検出信号を補正する。【選択図】図１

Description

この発明は、撮像装置に関する。

従来、環境温度等の変化によるドリフトや長期使用に伴う感度の劣化、光学系の汚れが生じたとしても、測温用赤外線検出器の出力値を高精度に校正して所定の温度分布の計測精度を著しく向上できる放射温度計が知られている（特許文献１）。

この放射温度計は、測温用赤外線検出器と、シャッターと、補償用赤外線検出器とを備える。測温用赤外線検出器は、測定対象物が放射する赤外線を受光し、その受光赤外線の温度に応じて抵抗値又は電圧値が変化するサーミスタボロメータ型赤外線検出素子からなる。シャッターは、測温用赤外線検出器の視野を断続的に遮断・開放する。補償用赤外線検出器は、自己発熱がなく、かつ、シャッターが放射する赤外線を直接受光し、その受光赤外線の温度からシャッターの表面温度を非接触で計測する。そして、補償用赤外線検出器は、シャッターの移動経路上に設けられている。

特許文献１では、シャッターによって測温用赤外線検出器の視野を遮断したときのシャッターの表面温度を補償用赤外線検出器によって非接触で計測し、補償用赤外線検出器の計測出力値によって測温用赤外線検出器の出力値を校正する。

特開２００８−１４５１３３号公報

しかし、特許文献１に記載された出力値の校正方法では、補償用赤外線検出器の温度分布を考慮していないため、シャッターで校正した直後でしか正しい出力値が得られないという問題がある。

そこで、この発明の実施の形態によれば、任意のタイミングにおいて検出信号を補正可能な撮像装置を提供する。

（構成１）
この発明の実施の形態によれば、撮像装置は、赤外線撮像素子と、シャッターと、素子温度計と、算出部とを備える。赤外線撮像素子は、対象物から放射される赤外線を検出する複数のセンサからなる。シャッターは、赤外線撮像素子を一時的に覆う。素子温度計は、赤外線撮像素子の温度を測定する。算出部は、複数のセンサの複数の検出信号と、シャッターによって複数のセンサを覆ったときの赤外線撮像素子の温度とに基づいて、赤外線撮像素子の温度分布を算出し、その算出した温度分布に基づいて複数の検出信号を補正する。

（構成２）
構成１において、素子温度計は、第１および第２の素子温度計を含む。算出部は、第１の素子温度計によって測定された温度の時間依存性である第１の時間依存性が第２の素子温度計によって測定された温度の時間依存性である第２の時間依存性と異なるとき、複数の検出信号と、シャッターによって赤外線撮像素子を覆ったときの赤外線撮像素子の温度とに基づいて、赤外線撮像素子の新たな温度分布を算出し、その算出した新たな温度分布に基づいて複数の検出信号を補正する。

（構成３）
構成１または構成２において、撮像装置は、シャッター温度計を更に備える。シャッター温度計は、シャッターの温度を測定する。算出部は、シャッター温度計によって測定されたシャッターの温度と、複数の検出信号と、シャッターによって赤外線撮像素子を覆ったときの赤外線撮像素子の温度とに基づいて、赤外線撮像素子の温度分布を算出して複数の検出信号を補正する。

（構成４）
構成２または構成３において、第１および第２の素子温度計は、赤外線撮像素子の平面方向における赤外線撮像素子の中心に対して対称の位置に配置される。

（構成５）
構成２または構成３において、第１および第２の素子温度計のうちの一方の素子温度計は、赤外線撮像素子の接地面に近い位置に配置される。

任意のタイミングにおいて検出信号を補正できる。

この発明の実施の形態１による撮像装置の概略図である。 撮像素子によって撮像された撮像画像の温度分布を示す図である。 式（４）の温度Ｔ（ｘ，ｙ，ｔ）と時間ｔとの関係を示す図である。 撮像素子における温度分布を補正する動作を説明するための実施の形態１におけるフローチャートである。 実施の形態２による撮像装置の概略図である。 撮像素子における温度分布を補正する動作を説明するための実施の形態２におけるフローチャートである。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による撮像装置の概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１による撮像装置１０は、レンズ１と、シャッター２と、撮像素子３と、シャッター温度計４と、素子温度計５と、制御部６と、算出部７と、筐体８とを備える。なお、図１においては、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を規定する。

レンズ１は、筐体８の赤外線の入射面に配置される。シャッター２、撮像素子３、シャッター温度計４および素子温度計５は、筐体８内に配置される。

レンズ１は、対象物が放射した赤外線を撮像素子３に結像するものである。そして、レンズ１は、一般的に、ゲルマニウムまたはシリコンからなる。

シャッター２は、レンズ１によって集光された赤外線が撮像素子３に入射する光路上に配置される。そして、シャッター２は、撮像素子３の全面を均一な放射照度とするためのものである。シャッター２は、黒体であることが好ましいが、放射率が均一、かつ、既知であればよい。シャッター２は、制御部３からの制御に従って撮像装置３を一時的に覆う。なお、シャッター２自体に温度分布が発生しないように、周囲に対して断熱するか、均一に発熱する発熱体によってシャッター２を構成するのが好ましい。

撮像素子３は、ｘ−ｙ平面にアレイ状に配置された複数のセンサからなる。複数のセンサは、例えば、Ｉ行×Ｊ列（Ｉ，Ｊの各々は、２以上の整数）の碁盤目状に配置される。複数のセンサの各々は、マイクロメータ、サーモパイル、量子井戸型赤外線検出器および量子ドット型赤外線検出器等からなる。撮像素子３は、複数のセンサによって対象物から放射された赤外線を検出し、その検出した複数の検出信号を算出部７へ出力する。

シャッター温度計４は、シャッター２の温度Ｔ_ｓを検出し、その検出した温度Ｔ_ｓを制御部６へ出力する。

素子温度計５は、位置（ｘ_０，ｙ_０）に配置されたセンサの温度Ｔ_ｆを測定し、その測定した温度Ｔ_ｆを制御部６へ出力する。

シャッター温度計４および素子温度計５の各々は、例えば、熱電対等の市販の温度計からなる。

制御部６は、シャッター２の動作および撮像素子３の撮像を制御する。そして、制御部６は、特定の周期によって、撮像素子３（複数のセンサ）の全面を覆うようにシャッター２を制御する。また、制御部６は、シャッター温度計４によって測定した温度Ｔ_ｓが特定の値以上に変化したとき、撮像素子３の全面を覆うようにシャッター２を制御してもよい。更に、制御部６は、シャッター温度計４から温度Ｔ_ｓを受け、素子温度計５から温度Ｔ_ｆを受け、その受けた温度Ｔ_ｓ，Ｔ_ｆを算出部７へ出力する。

算出部７は、制御部６から温度Ｔ_ｓ，Ｔ_ｆを受け、撮像素子３から複数の検出信号Ｓ_ｉｊを受ける。ｉは、アレイ状に配置された複数のセンサにおいて、ｘ軸方向の位置を示す添え字であり、ｊは、アレイ状に配置された複数のセンサにおいて、ｙ軸方向の位置を示す添え字である。そして、ｉは、０≦ｉ≦Ｉを満たす整数であり、ｊは、０≦ｊ≦Ｊを満たす整数である。

算出部７は、温度Ｔ_ｓ，Ｔ_ｆおよび複数の検出信号Ｓ_ｉｊに基づいて、後述する方法によって、撮像装置１０の電源がＯＮされたことに起因して発生する複数のセンサにおける温度分布を算出し、その算出した温度分布に基づいて、複数の検出信号Ｓ_ｉｊを補正する。

図２は、撮像素子３によって撮像された撮像画像の温度分布を示す図である。撮像装置１０の電源がＯＮされると、撮像装置１０内の読み出し回路が動作することによって発熱し、この発熱を元に温度分布が撮像素子３に発生するため、温度分布が均一なシャッター２を撮像素子３によって撮影しても、撮影画像は、例えば、図２の（ａ）に示すように温度分布があるように見えてしまう。

撮像素子３の温度分布は、まず、相対的に分布が平衡状態となり、発熱量が平衡状態になるまで、温度の絶対値が変化する。そのときの撮影画像は、図２の（ｂ）に示すように変化して行く。

温度分布が均一なシャッター２を撮像素子３によって撮像したとき、撮影画像が図２の（ｃ）に示すように均一になるように補正したとしても、撮像素子３の温度分布が平衡状態に至っていなければ、測定対象物の撮像結果は、再度、図２の（ａ），（ｂ）のようになって行く。

そこで、一般的には、次の方法によって撮像素子３の温度分布を補正する。シャッター２で撮像素子３の全面を覆ったとき、シャッター温度計４で測定されたシャッター２の温度を元に、プランクの式からシャッター２の面からの放射照度Ｉを計算することができる。

シャッター２の温度をＴ_ｓとし、撮像素子３（複数のセンサ）の温度をＴ_ｆとすると、シャッター２を撮像素子３で撮影したときのｘ軸方向にｉ番目、ｙ軸方向にｊ番目の位置に配置されたセンサからの信号Ｓ_ｉｊは、次式によって表わされる。

式（１）において、σ_ｉｊは、センサの感度を含む放射照度に比例する係数であり、ｚ_ｉｊは、オフセットであり、ｇ_ｉｊは、感度を調整するゲインである。

出荷時に、感度をσ^０ _ｉｊに設定し、ゲインをｇ^０ _ｉｊ＝１に設定していたとすると、次式が成立するようにゲインｇ_ｉｊを調整する。

これによって、シャッター２で撮像素子３の全面を覆った直後において、撮像素子３の温度分布の影響を補正することができる。

熱伝導方程式について説明する。発熱分布がない場合の熱伝導方程式は、定積比熱をＣ_Ｖとし、熱伝導率をλとすると、次式によって表わされる。

時間と位置は、互いに独立であるので、温度Ｔは、時間に関する関数Ａ（ｔ）と、位置に関する関数Ｂ（ｘ，ｙ）とに変数分離することができ、温度Ｔ（ｘ，ｙ，ｔ）は、次式によって表わされる。

図３は、式（４）の温度Ｔ（ｘ，ｙ，ｔ）と時間ｔとの関係を示す図である。図３に示すように、ｋが正（ｋ＞０）である場合、温度Ｔ（ｘ，ｙ，ｔ）は、時間ｔとともに上昇し、ｋが負（ｋ＜０）である場合、温度Ｔ（ｘ，ｙ，ｔ）は、時間ｔとともに降下する。

熱伝導方程式の適用について説明する。素子温度計５の温度Ｔ_ｆ０は、素子温度計５の位置を（ｘ_０，ｙ_０）とすると、次式によって表わされる。

上述したように、撮像装置１０の電源を入れると、撮像装置１０内の読み出し回路が動作することによって発熱し、これを元に温度分布が撮像素子３（＝複数のセンサ）に発生する。

電源をＯＮしたときの時刻ｔ_０から、シャッター２で撮像素子３の全面を覆う時刻ｔ_１までの素子温度計５の温度Ｔ_ｆ０を記録しておき、その記録した温度Ｔ_ｆ０の時間依存性を式（５）によってフィッティング等することによってＣ_１Ａ_０Ｂ（ｘ_０，ｙ_０）、ｋ、およびＣ_２を求める。

センサの検出信号Ｓ_ｉｊは、次式によって表わされる。

シャッター２で撮像素子３の全面を覆って調整したゲインｇ_{ｉｊ−ＡＪＤ}＝σ^０ _ｉｊ／σ_ｉｊ（Ｔ_ｆ）を用いれば、シャッター２で撮像素子３の全面を覆ったときの感度σ_ｉｊ（Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ））＝σ^０ _ｉｊ／ｇ_{ｉｊ−ＡＪＤ}が分かる。

そして、感度の温度依存性を予め取得しておけば、感度がσ_ｉｊ（Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ））であるときの温度Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ）を求めることができる。

一方、位置（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）に配置されたｘ軸方向にｉ番目、ｙ軸方向にｊ番目のセンサの時刻ｔ_１における温度Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ_１）は、次式によって表わされる。

Ｃ_１Ａ_０Ｂ（ｘ_０，ｙ_０）、ｋ、およびＣ_２が求まっているので、求めた温度Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ_１）、ｋおよびＣ_２を式（７）に代入すると、Ｃ_１Ａ_０Ｂ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）を求めることできる。その結果、求めたＣ_１Ａ_０Ｂ（ｘ_０，ｙ_０）およびＣ_１Ａ_０Ｂ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）に基づいて、次式によってＤ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）を求めることができる。

Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）は、相対的な温度の空間分布を表す。

シャッター２で撮像素子３の全面を覆う時刻ｔ_１以降については、Ｔ_ｆ０＝Ｃ_１Ａ_０ｅｘｐ［ｋｔ］Ｂ（ｘ_０，ｙ_０）＋Ｃ_２を測定しておけば、Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）およびＣ_２が求まっているので、次式によって、素子温度計５の温度がＴ_ｆ０であるときの各センサの温度Ｔ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ）を算出できる。

予め取得しておいた感度の温度依存性に基づいて、各センサの温度Ｔ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ）から感度を求める。そうすると、その求めた感度を出荷時の感度にするためのゲインｇ_ｉｊを式（６）から求めることができる。このゲインｇ_ｉｊを求めることによって補正が完了する。

そして、ある温度Ｔの物体からの放射強度Ｉ（Ｔ）を、Ｓ_ｉｊ＝ｇ_ｉｊ×σ_ｉｊ（Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ）×Ｉ（Ｔ）＋ｚ_ｉｊと補正して、出荷時の感度で検出することができる。

上述した補正を複数のセンサの全てについて実行することによって、撮像素子３の検出信号Ｓ_ｉｊを補正することができる。

上述した補正を実行する場合、算出部７は、感度の温度依存性、電源をＯＮしたときの時刻ｔ_０からシャッター２で撮像素子３の全面を覆う時刻ｔ_１までの素子温度計５の温度Ｔ_ｆ０（即ち、温度Ｔ_ｆ０の時間依存性（ｔ_０≦ｔ≦ｔ_１）、および時刻ｔ_１以降におけるＴ_ｆ０＝Ｃ_１Ａ_０ｅｘｐ［ｋｔ］Ｂ（ｘ_０，ｙ_０）＋Ｃ_２の測定値（即ち、温度Ｔ_ｆ０の時間依存性（ｔ＞ｔ_１））を予め保持している。

図４は、撮像素子３における温度分布を補正する動作を説明するための実施の形態１におけるフローチャートである。

図４を参照して、温度分布を補正する動作が開始されると、算出部４は、ｉ＝０およびｊ＝０を設定する（ステップＳ１）。そして、算出部４は、式（２）が成立するようにゲインｇ_ｉｊを調整する（ステップＳ２）。

その後、算出部７は、調整したゲインｇ_{ｉｊ−ＡＤＪ}（＝σ^０ _ｉｊ／σ_ｉｊ（Ｔ_ｆ））に基づいて、シャッター２で撮像素子３の全面を覆ったときの感度σ_ｉｊ（Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ））＝σ^０ _ｉｊ／ｇ_{ｉｊ−ＡＤＪ}を算出する（ステップＳ３）。

引き続いて、算出部４は、感度の温度依存性に基づいて、感度がσ_ｉｊ（Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ）になるときの温度Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ）を求める（ステップＳ４）。

そして、算出部７は、Ｔ_ｆ０＝Ｔ（ｘ_０，ｙ_０，ｔ）＝Ｃ_１Ａ_０ｅｘｐ［ｋｔ］Ｂ（ｘ_０，ｙ_０）＋Ｃ_２を、撮像装置１０の電源ＯＮの時刻ｔ_０からシャッター２で撮像素子３の全面を覆う時刻ｔ_１までの素子温度計５の温度Ｔ_ｆ０にフィッティングしてＣ_１Ａ_０Ｂ（ｘ_０，ｙ_０）、ｋおよびＣ_２を求める（ステップＳ５）。

その後、算出部７は、位置（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）に配置されたセンサの時刻ｔ_１における温度Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ_１）を示すＴ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ_１）＝Ｃ_１Ａ_０ｅｘｐ［ｋｔ_１］Ｂ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）＋Ｃ_２の式に、求めたｋ、Ｃ_２およびＴ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ）を代入してＣ_１Ａ_０Ｂ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）を算出する（ステップＳ６）。この場合、算出部７は、ステップＳ４において求めた温度Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ）と、ステップＳ５において求めたｋおよびＣ_２とをＴ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ_１）＝Ｃ_１Ａ_０ｅｘｐ［ｋｔ_１］Ｂ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）＋Ｃ_２の式に代入してＣ_１Ａ_０Ｂ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）を算出する。

続いて、算出部７は、ステップＳ５において求めたＣ_１Ａ_０Ｂ（ｘ_０，ｙ_０）と、ステップＳ６において求めたＣ_１Ａ_０Ｂ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）とを式（８）に代入して、相対的な温度分布Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）を算出する（ステップＳ７）。

引き続いて、時刻ｔ_１以降におけるＴ_ｆ０＝Ｃ_１Ａ_０ｅｘｐ［ｋｔ］Ｂ（ｘ_０，ｙ_０）＋Ｃ_２の測定値、Ｃ_２および相対的な温度分布Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）をＴ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ）＝Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）（Ｔ_ｆ０−Ｃ_２）＋Ｃ_２（式（９））に代入して、素子温度計５の温度がＴ_ｆ０であるときのセンサＳｎ＿ｉｊの温度Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ）を算出する（ステップＳ８）。

そうすると、算出部７は、感度の温度依存性に基づいて、温度Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ）における感度σ_ｉｊ（Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ））を求める（ステップＳ９）。

そして、算出部７は、感度σ_ｉｊ（Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ））が出荷時の感度σ^０ _ｉｊになるようにゲインｇ_ｉｊを調整する（ステップＳ１０）。これによって、検出信号Ｓ_ｉｊの補正が完了する。

その後、算出部７は、ｉ＝Ｉ（Ｉは、ｘ軸方向におけるセンサの総数）であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。

ステップＳ１１において、ｉ＝Ｉでないと判定されたとき、算出部７は、ｉ＝ｉ＋１を設定する（ステップＳ１２）。その後、ステップＳ２へ移行し、ステップＳ１１において、ｉ＝Ｉであると判定されるまで、ステップＳ２〜ステップＳ１２が繰り返し実行される。

そして、ステップＳ１１において、ｉ＝Ｉであると判定されると、算出部７はｊ＝Ｊ（Ｊは、ｙ軸方向におけるセンサの総数）であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１３において、ｊ＝Ｊでないと判定されたとき、算出部７は、ｊ＝ｊ＋１を設定する（ステップＳ１４）。その後、ステップＳ２へ移行し、ステップＳ１３において、ｊ＝Ｊであると判定されるまで、ステップＳ２〜ステップＳ１４が繰り返し実行される。

そして、ステップＳ１３において、ｊ＝Ｊであると判定されると、温度分布を補正する動作が終了する。

なお、図４に示すフローチャートは、ｉ＝０，１，２，・・・およびｊ＝０，１，２，・・・を順次設定して複数のセンサＳｎ＿ｉｊについての温度分布の補正を直列に行うフローチャートであるが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、複数のＳｎ＿１１〜Ｓｎ＿ＩＪについて、図４に示すステップＳ２〜ステップＳ１０を並列に実行して温度分布を補正してもよい。

特許文献１等に記載された従来のキャリブレーションでは、キャリブレーションの後、しばらくすると、信号値の誤差が大きくなってくるという問題がある。しかし、本願の実施の形態１に記載の方法であれば、シャッター２で撮像素子３の全面を覆って測定した後においても、温度分布の変化に追従した補正を行うことができるため、キャリブレーション時に撮像画像が途切れてしまうのを最小限に抑えることができる。

また、本願の実施の形態１に記載の温度分布の補正方法を用いながら、シャッター２で撮像素子３の全面を覆った測定を従来と同じ回数行ってもよい。この場合、シャッター２で撮像素子３の全面を覆った測定結果から、温度分布補正がどの程度正しく行われているかを判断することができる。このとき、従来技術と同じだけ撮像画像が途切れてしまうが、補正信号の誤差を減らすことができるという効果を享受できる。

［実施の形態２］
図５は、実施の形態２による撮像装置の概略図である。図５を参照して、実施の形態２による撮像装置１０Ａは、図１に示す撮像装置１０の算出部７を算出部７Ａに変え、素子温度計９を追加したものであり、その他は、撮像装置１０と同じである。

素子温度計９は、撮像素子３のｘ−ｙ平面における中心に対して素子温度計５と対称の位置に配置される。また、素子温度計５，９のいずれか一方は、接地面に近い位置に配置されてもよい。素子温度計９は、撮像素子３の温度を測定し、その測定した温度を制御部６へ出力する。接地面とは、撮像装置１０が、ジグ、台、その他の撮像装置１０を保持する物体と接触する面である。素子温度計５，９のいずれか一方は、接地面と撮像素子３との間、または接地面に最近接する撮像素子３の辺に沿って配置された複数のセンサのいずれかに配置される。

撮像装置１０Ａにおいては、制御部６は、素子温度計５から受けた温度Ｔ_ｆ１と、素子温度計９から受けた温度Ｔ_ｆ２とを算出部７Ａへ出力する。

算出部７Ａは、温度Ｔ_ｆ１，Ｔ_ｆ２を制御部６から受ける。そして、算出部７Ａは、温度Ｔ_ｆ１の時間依存性と温度Ｔ_ｆ２の時間依存性とが同じである場合、実施の形態１による方法によってセンサの検出信号Ｓ_ｉｊを補正する。または温度Ｔ_ｆ１が実施の形態１による方法で予測した値と同じである場合、実施の形態１による方法によってセンサの検出信号Ｓ_ｉｊを補正する。ここで、実施の形態１による方法で予測した値は、シャッター２で撮像素子３の全面を覆ったときの感度σ_ｉｊ（Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ））＝σ^０ _ｉｊ／ｇ_{ｉｊ−ＡＪＤ}を求め、予め取得した感度の温度依存性に基づいて、感度がσ_ｉｊ（Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ））であるときの温度Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ）を求め、その求めた温度Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ）の値である。

一方、温度Ｔ_ｆ１の時間依存性と温度Ｔ_ｆ２の時間依存性とが異なる場合、または温度Ｔ_ｆ１が実施の形態１による方法で予測した値と異なる場合、新たに加熱／冷却源が増えた（または減った）可能性があるため、記録した相対的な温度分布Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）を用いてセンサの検出信号Ｓ_ｉｊを補正できない。この記録した相対的な温度分布Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）は、撮像装置１０Ａの電源ＯＮの時刻ｔ_０からシャッター２で撮像素子３の全面を覆う時刻ｔ_１までの間に素子温度計５によって測定された温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性に基づいて算出された相対的な温度分布Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）である。

そこで、算出部７Ａは、撮像装置１０Ａのシャッター２で撮像素子３の全面を覆い、感度σ_ｉｊ（Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ））の初期値を設定する。この初期値を設定する時刻をｔ_ａとする。そして、時刻ｔ_ｂに、再度、シャッター２で撮像素子３の全面を覆うとともに、時刻ｔ_ａから時刻ｔ_ｂまでの間に素子温度計９によって測定された温度Ｔ_ｆ２＿０の時間依存性を取得し、その取得した温度Ｔ_ｆ２＿０の時間依存性に基づいて新たな温度分布Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）＿ＮＥＷを算出する。その後、算出部７Ａは、新たなＤ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）＿ＮＥＷを用いて実施の形態１による方法によってセンサの検出信号Ｓ_ｉｊを補正する。

このように、追加された素子温度計９は、撮像装置１０Ａの設置位置を変える等、撮像素子３への加熱／冷却環境が変わったか否かを判断するためのものである。

従って、少なくとも２つの素子温度計があればよく、第１の素子温度計（素子温度計５）と第２の素子温度計（素子温度計９）は、ｘ−ｙ平面における撮像素子３の中心に対して対称の位置に設置されていることが好ましい。ここで、撮像素子３は、ｘ方向に０〜Ｉ番目までのセンサを備え、ｙ方向に０〜Ｊ番目までのセンサを備えているので、ｘ−ｙ平面における撮像素子３の中心とは、１つのセンサにおけるｘ方向の長さをＬ_ｘとし、ｙ方向の長さをＬ_ｙとしたとき、［Ｌ_ｘ（Ｉ＋１）／２，Ｌ_ｙ（Ｊ＋１）／２］の位置となる。この位置に対して対称とは、第１の素子温度計（素子温度計５）、第２の素子温度計（素子温度計９）および撮像素子３が同一直線上にあり、撮像素子３が第１の素子温度計（素子温度計５）から第２の素子温度計（素子温度計９）までの距離の中央に位置する関係を言う。但し、該直線は、第１の素子温度計（素子温度計５）および第２の素子温度計（素子温度計９）のサイズ分だけ、幅があってもよいものとする。

また、第１の素子温度計（素子温度計５）と第２の素子温度計（素子温度計９）との少なくとも一方は、接地面に近い位置に配置されていることが好ましい。

算出部７Ａは、その他、算出部７と同じ機能を果たす。

図６は、撮像素子３における温度分布を補正する動作を説明するための実施の形態２におけるフローチャートである。

図６を参照して、撮像素子３における温度分布を補正する動作が開始されると、制御部６は、撮像装置１０Ａの電源ＯＮの時刻ｔ_０からシャッター２で撮像素子３の全面を覆う時刻ｔ_１までの素子温度計５の温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性ＴＤＰ１を素子温度計５から受けるとともに、時刻ｔ_０から時刻ｔ_１までの素子温度計９の温度Ｔ_ｆ２＿０の時間依存性ＴＤＰ２を素子温度計９から受ける。そして、制御部６は、時間依存性ＴＤＰ１，ＴＤＰ２を算出部７Ａへ出力し、算出部７Ａは、時間依存性ＴＤＰ１，ＴＤＰ２を制御部６から受け、第１の素子温度計（素子温度計５）で測定した温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性ＴＤＰ１と、第２の素子温度計（素子温度計９）で測定した温度Ｔ_ｆ２＿０の時間依存性ＴＤＰ２とを取得する（ステップＳ２１）。

そして、算出部７Ａは、温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性ＴＤＰ１が温度Ｔ_ｆ２＿０の時間依存性ＴＤＰ２に一致するか否かを判定する（ステップＳ２２）。

ステップＳ２２において、温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性ＴＤＰ１が温度Ｔ_ｆ２＿０の時間依存性ＴＤＰ２に一致すると判定されたとき、算出部７Ａは、温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性ＴＤＰ１に基づいて算出した温度分布Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）を用いて、図４に示すフローチャートに従ってセンサの検出信号Ｓ_ｉｊを補正する（ステップＳ２３）。

一方、ステップＳ２２において、温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性ＴＤＰ１が温度Ｔ_ｆ２＿０の時間依存性ＴＤＰ２に一致しないと判定されたとき、算出部７Ａは、時刻ｔ_ａに、撮像装置１０Ａのシャッター２で撮像素子３の全面を覆い、感度σ_ｉｊ（Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ））の初期値を設定する。次に、算出部７Ａは、時刻ｔ_ｂに、再度、撮像装置１０Ａのシャッター２で撮像素子３の全面を覆い、時刻ｔ_ａから時刻ｔ_ｂにおける温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性ＴＤＰ１に基づいて、図４のステップＳ１〜ステップＳ７を実行して新たな温度分布Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）＿ＮＥＷを算出する（ステップＳ２４）。この場合、算出部７Ａは、ステップＳ５において、Ｔ_ｆ０＝Ｔ（ｘ_０，ｙ_０，ｔ）＝Ｃ_１Ａ_０ｅｘｐ［ｋｔ］Ｂ（ｘ_０，ｙ_０）＋Ｃ_２を温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性ＴＤＰ１にフィッティングしてＣ_１Ａ_０Ｂ（ｘ_０，ｙ_０）、ｋおよびＣ_２を求める。

ステップＳ２４の後、算出部７Ａは、新たな温度分布Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）＿ＮＥＷを用いて、図４のステップＳ８〜ステップＳ１４を実行してセンサの検出信号Ｓ_ｉｊを補正する（ステップＳ２５）。

そして、ステップＳ２３またはステップＳ２５の後、撮像素子３における温度分布を補正する動作が終了する。

なお、図６に示すフローチャートにおいては、ステップＳ２１において、第１の素子温度計（素子温度計５）で測定した温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性ＴＤＰ１と、実施の形態１による方法で予測した温度Ｔ_ｆ１の値とを取得し、ステップＳ２２において、温度Ｔ_ｆ１が実施の形態１による方法で予測した値と一致するか否かを判定するようにしてもよい。

この場合、ステップＳ２２において、温度Ｔ_ｆ１が実施の形態１による方法で予測した値と一致すると判定されたとき、ステップＳ２３が実行され、ステップＳ２２において、温度Ｔ_ｆ１が実施の形態１による方法で予測した値と一致しないと判定されたとき、ステップＳ２４，Ｓ２５が順次実行される。

図６に示すフローチャートによれば、温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性ＴＤＰ１が温度Ｔ_ｆ２＿０の時間依存性ＴＤＰ２に一致しないと判定されたとき、新たに設定した感度σ_ｉｊ（Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ））の初期値および温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性ＴＤＰ１に基づいて新たな温度分布Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）＿ＮＥＷを算出し、その算出した新たな温度分布Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）＿ＮＥＷを用いてセンサの検出信号Ｓ_ｉｊを補正するので（ステップＳ２４，Ｓ２５参照）、撮像装置１０Ａの設置位置を変える等によって、新たな加熱／冷却源が増える（または減る）場合に対応して、発熱量の変化に追従してセンサの検出信号Ｓ_ｉｊを補正できる。

なお、新たな温度分布Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）＿ＮＥＷを温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性ＴＤＰ１に基づいて算出すると説明したが、温度Ｔ_ｆ２＿０の時間依存性ＴＤＰ２に基づいて新たな温度分布Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）＿ＮＥＷを算出してもよい。

上述した実施の形態１においては、次のセンサの検出信号Ｓ_ｉｊの補正方法を説明した。

［１−１］
撮像素子３を構成するセンサの検出信号Ｓ_ｉｊを決定するための感度σ_ｉｊを調整するゲインｇ_ｉｊを出荷時のゲインｇ^０ _ｉｊに調整し、その調整したゲインｇ_{ｉｊ＿ＡＤＪ}に基づいて、シャッター２で撮像素子３の全面を覆ったときの感度σ_ｉｊ（Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ））＝σ^０ _ｉｊ／ｇ_{ｉｊ＿ＡＤＪ}を算出して感度σ_ｉｊ（Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ））が得られるときの温度Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ）を求める。

［１−２］
素子温度計５の位置において素子温度計５によって測定された温度Ｔ_ｆ０の時間依存性（撮像装置１０の電源ＯＮの時刻ｔ_０からシャッター２で撮像素子３の全面を覆う時刻ｔ_１までの間に素子温度計５によって測定された温度Ｔ_ｆ０の時間依存性）に、温度Ｔ_ｆ０を表す式をフィッティングしてＣ_１Ａ_０Ｂ（ｘ_０，ｙ_０）、ｋおよびＣ_２を求める。

［１−３］
［１−１］において求めた温度Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ）と、［１−２］において求めたｋおよびＣ_２とを、時刻ｔ_１における各センサの温度Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ_１）を表す式（７）に代入してＣ_１Ａ_０Ｂ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）を算出する。

［１−４］
［１−２］において求めたＣ_１Ａ_０Ｂ（ｘ_０，ｙ_０）と、［１−３］において求めたＣ_１Ａ_０Ｂ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）を式（８）に代入して相対的な温度分布Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）を算出する。

［１−５］
時刻ｔ_１以降において素子温度計５によって測定された温度Ｔ_ｆ０の測定値、Ｃ^２、および相対的な温度分布Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）を、センサの温度を表す式（９）に代入してセンサの温度Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ）を算出する。

［１−６］
［１−５］において算出したセンサの温度Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ）における感度σ_ｉｊ（Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ））を求め、その求めた感度σ_ｉｊ（Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ））が出荷時の感度σ^０ _ｉｊになるようにゲインｇ_ｉｊを調整する。

［１−７］
［１−６］において求めた感度σ_ｉｊ（Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ））およびゲインｇ_ｉｊと、シャッター２の温度Ｔ_ｓを用いて算出した放射照度Ｉ（Ｔ_ｓ）とを用いて式（６）によって算出したセンサの信号Ｓ_{ｉｊ−ｃａｌ}になるように、センサＳｎ＿ｉｊで検出された検出信号Ｓ_ｉｊを補正する。

［１−８］
［１−１］〜［１−７］を全てのセンサについて実行する。

また、実施の形態２においては、次のセンサの検出信号Ｓ_ｉｊの補正方法を説明した。

［２−１］
撮像装置１０Ａの電源ＯＮの時刻ｔ_０からシャッター２で撮像素子３の全面を覆う時刻ｔ_１までの素子温度計５の温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性ＴＤＰ１と、時刻ｔ_０から時刻ｔ_１までの素子温度計９の温度Ｔ_ｆ２＿０の時間依存性ＴＤＰ２とを取得する。

［２−２］
温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性ＴＤＰ１が温度Ｔ_ｆ２＿０の時間依存性ＴＤＰ２に一致するか否かを判定する。即ち、撮像装置１０Ａへの加熱／冷却環境が変化したか否かを判定する。

［２−３］
温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性ＴＤＰ１が温度Ｔ_ｆ２＿０の時間依存性ＴＤＰ２に一致するとき（即ち、撮像装置１０Ａへの加熱／冷却環境が変化しないとき）、温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性ＴＤＰ１に基づいて、実施の形態１における補正方法（［１−１］〜［１−８］）に従ってセンサの検出信号Ｓ_ｉｊを補正する。

［２−４］
温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性ＴＤＰ１が温度Ｔ_ｆ２＿０の時間依存性ＴＤＰ２に一致しないとき（撮像装置１０Ａへの加熱／冷却環境が変化したとき）、新たに設定した感度σ_ｉｊ（Ｔ_ｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ，ｔ））の初期値および温度Ｔ_ｆ１＿０の時間依存性ＴＤＰ１（または温度Ｔ_ｆ２＿０の時間依存性ＴＤＰ２）に基づいて、相対的な新たな温度分布Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）＿ＮＥＷを算出し、その算出した新たな温度分布Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）＿ＮＥＷを用いてセンサの検出信号Ｓ_ｉｊを補正する。即ち、新たな温度分布Ｄ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）＿ＮＥＷを用いる以外は、実施の形態１における補正方法（［１−１］〜［１−８］）に従ってセンサの検出信号Ｓ_ｉｊを補正する。

従って、実施の形態１における検出信号Ｓ_ｉｊの補正方法および実施の形態２における検出信号Ｓ_ｉｊの補正方法は、撮像装置１０Ａへの加熱／冷却環境が変化したか否かを判定すること以外は、上記［１−１］〜［１−８］を実行する点で共通する。即ち、実施の形態１における検出信号Ｓ_ｉｊの補正方法および実施の形態２における検出信号Ｓ_ｉｊの補正方法は、複数のセンサの複数の検出信号Ｓ_１１〜Ｓ_ＩＪと、シャッターによって複数のセンサを覆ったときのセンサの温度とに基づいて、複数のセンサの温度分布Ｄ（ｘ_１，ｙ_１）〜Ｄ（ｘ_Ｉ，ｙ_Ｊ）（または温度分布Ｄ（ｘ_１，ｙ_１）＿ＮＥＷ〜Ｄ（ｘ_Ｉ，ｙ_Ｊ）＿ＮＥＷ）を算出し、その算出した温度分布Ｄ（ｘ_１，ｙ_１）〜Ｄ（ｘ_Ｉ，ｙ_Ｊ）（または温度分布Ｄ（ｘ_１，ｙ_１）＿ＮＥＷ〜Ｄ（ｘ_Ｉ，ｙ_Ｊ）＿ＮＥＷ）に基づいて複数の検出信号Ｓ_１１〜Ｓ_ＩＪを補正する点で共通する。

よって、この発明の実施の形態による撮像装置は、
対象物から放射される赤外線を検出する複数のセンサからなる赤外線撮像素子と、
赤外線撮像素子を一時的に覆うシャッターと、
赤外線撮像素子の温度を測定する素子温度計と、
複数のセンサの複数の検出信号と、シャッターによって複数のセンサを覆ったときの赤外線撮像素子の温度とに基づいて、赤外線撮像素子の温度分布を算出し、その算出した温度分布に基づいて複数の検出信号を補正する算出部とを備えていればよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、撮像装置に適用される。

１ レンズ、２ シャッター、３ 撮像素子、４ シャッター温度計、５，９ 素子温度計、６ 制御部、７，７Ａ 算出部、８ 筐体、１０，１０Ａ 撮像装置

Claims (5)

1. 対象物から放射される赤外線を検出する複数のセンサからなる赤外線撮像素子と、
   前記赤外線撮像素子を一時的に覆うシャッターと、
   前記赤外線撮像素子の温度を測定する素子温度計と、
   前記複数のセンサの複数の検出信号と、前記シャッターによって前記複数のセンサを覆ったときの前記赤外線撮像素子の温度とに基づいて、前記赤外線撮像素子の温度分布を算出し、その算出した温度分布に基づいて前記複数の検出信号を補正する算出部とを備える撮像装置。
2. 前記素子温度計は、第１および第２の素子温度計を含み、
   前記算出部は、前記第１の素子温度計によって測定された温度の時間依存性である第１の時間依存性が前記第２の素子温度計によって測定された温度の時間依存性である第２の時間依存性と異なるとき、前記複数の検出信号と、前記シャッターによって前記赤外線撮像素子を覆ったときの前記赤外線撮像素子の温度とに基づいて、前記赤外線撮像素子の新たな温度分布を算出し、その算出した新たな温度分布に基づいて前記複数の検出信号を補正する、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記シャッターの温度を測定するシャッター温度計を更に備え、
   前記算出部は、前記シャッター温度計によって測定された前記シャッターの温度と、前記複数の検出信号と、前記シャッターによって前記赤外線撮像素子を覆ったときの前記赤外線撮像素子の温度とに基づいて、前記赤外線撮像素子の温度分布を算出して前記複数の検出信号を補正する、請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記第１および第２の素子温度計は、前記赤外線撮像素子の平面方向における前記赤外線撮像素子の中心に対して対称の位置に配置される、請求項２または請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記第１および第２の素子温度計のうちの一方の素子温度計は、前記赤外線撮像素子の接地面に近い位置に配置される、請求項２または請求項３に記載の撮像装置。

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