JP2023530194A - 画像化装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
光束φe(t)の入射光放射に対する応答としての光検出器内の電荷担体の量の変化に関して以下で導出される等式は、以下でDereniakと称する書籍「Infrared Detectors and Systems」、E.L.DereniakおよびG.D.Boreman著、Chapter 5、para.5.6、pp.190~192に基づくものである。
画素サンプリング回路PXSMPの例示的な概略的実施形態が図6に例示されている。
図7は、低速応答熱画像化光検出器アレイPHTARR、または略してフォトアレイPHTARRの標準的設計の例示的な概略的実施形態を示す。図7は、熱画像化フォトアレイPHTARRの画素PXLijの2本の任意のライン、すなわちラインLNOAiおよびLNOAi+1の一部分を示す。これら2本のライン内の各々1つの画素PXLijは、光スペクトルの熱波長内の入射光に対して感応性を有する材料で構成された光検出器を含む。フォトアレイPHTARRの基板内で実装される読出し電子回路ROICがゲートを格納し、この回路が、各ラインについて別個に、かつフォトアレイRHTARR全体について別個に、画素PXLをライン内へ、そしてラインをフレームへと結合する。電子機器全体は、略して集積回路ROICと呼ばれる。この集積回路ROICの主要な目的は、熱フォトアレイPHTARRの信号を増幅された電圧信号へと変換し、これらの増幅された電圧信号を同期的に標準国際映像フォーマットで伝送することにある。
図9に例示されているように、装置APPは、二峰性アレイBMDARRを利用するサーマルイメージャC1またはカメラC1、および信号プロセッサSGNPRCを含む。信号プロセッサSGNPRCは、図8に描かれているように、クロックCLK、中間メモリINTMMおよびフィールドプログラマブルゲートコンポーネントFPGAを含む。装置APPは、さらに、レーザドライバLSRDRによって制御されるレーザLSRを含む。レーザLSRは、二峰性アレイBMDARRが感応性を有する波長でレーザビームLSRBMを発出し、カメラC1の視野FOVよりもはるかに狭いビーム発散を有する。
BMDARR 二峰性アレイ
C1 カメラ
CLK クロックまたはタイムカウンタ
CLKSMP クロックサンプリング信号
CNTRL コントローラ
COMP 比較器
DL 遅延ライン
DS 検出済み信号
DTCT 低速応答レーザパルス検出器
FPGA FPGAコンポーネント
FPGAMM ゲートコンポーネントメモリ
G1 ゲートG1
INTMM 中間メモリ
INTVL 振幅間隔
LNOA アレイライン
LP レーザパルス
LSR レーザ
LSRBM レーザビーム
LSRDR レーザドライバ
LXOR 論理XORゲート
MNCRCT 主電気回路
OPTCOM 光学コンポーネント
OPTSCN 光学スキャナ
PA 前置増幅器
PHTARR フォトアレイ
PXL 画素
PXMOD モードスイッチ
PXSMPL 画素サンプリング回路
R 距離
R/F 出力フラグ
ROIC 読出し集積回路
SGNPRC 信号プロセッサ
SIGSMP サンプリングされた信号
SLRDCT 低速応答熱検出器
STRT 開始信号
TID 熱画像化デバイス
THRARR 熱画像化検出器アレイ
THRDCT 低速応答熱光検出器TC
TMFL データファイル
Tpeak 最大強度の時間
TRGT ターゲット
上述の実施形態は下記の例のように記載され得るが、下記の例に限定されない。
[例1]
3DサーマルイメージャC1、信号プロセッサSGNPRC、レーザLSR、光学スキャナOPTSCNおよびコントローラCNTRLを含む画像化装置APPにおいて、
二峰性アレイBMDARRが、i)標準的熱画像化およびii)距離測定のための非同期的画素サンプリングのうちの1つにおいて実行しかつコントローラCNTRLによる指令を受け、前記二峰性アレイBMDARRが複数の低速応答熱検出器THRDTCを含み、前記低速応答熱検出器THRDTCを使用することによって2D熱画像および正確な距離データを生成するように構成されており、前記2D熱画像および距離データが信号プロセッサSGNPRCへと転送され、
ここで、前記コントローラCNTRLがさらに、信号プロセッサSGNPRCに伝達されるサンプリングされた検出済み信号DSから複数の時間事象対t1iおよびt2iを導出するように構成されている画素サンプリング回路PXSMPを使用することによって距離データを導出するために、前記レーザLSR、前記光学スキャナOPTSCNおよび前記サーマルイメージャC1を動作させるように構成されており、かつ
前記信号プロセッサSGNPRCが、前記検出器の時間応答に対応しこの応答に関する正確さよりも高い正確さで前記距離を計算し、かつ前記距離データと前記2D熱画像をインタレースして3D熱画像を生成するように構成されている、ことを特徴とする画像化装置APP。
[例2]
前記二峰性アレイBMDARRが複数の低速応答熱検出器THRDTCを含み、この低速応答熱検出器THRDTCの各々が2D熱画像内および3D熱画像内で1つの画素を生成する、例1に記載の装置APP。
[例3]
前記画素サンプリング回路PXSMPが、
サンプリングされた検出済み信号DSの上昇部分taおよび減衰部分tdを非同期的にサンプリングして、間隔INTVLの恒常かつ等しいスパンの逐次的ステップでかつ振幅AMPLVLiの連続的レベルで2つの時間事象対を導出し、
各々1つの時間事象が前記2つの時間事象t1iおよびt2iのうちのいずれに関連しているかを標示するべく、フラグ信号R/Fを送出する、ように構成されており、
前記時間事象対t1iおよびt2iおよびフラグ信号R/Fを格納するデータファイルTMFLが、クロックサンプリング信号CLKSMPの送出時点で中間メモリINTMM内に記憶される、例2に記載の装置APP。
[例4]
前記時間事象t1iおよびt2iの各々1つの対は、第1のインデックスが1として標示される第1の時間事象t1i、および前記第1のインデックスが2として標示される第2の時間事象t2iを含み、これらのインデックス1および2が前記フラグ信号R/Fと相関されており、
各々1つの時間事象t1iおよびt2iが第2のインデックスiによって識別され、ここで第2のインデックスiは振幅レベルAMPLVLiに関係しており、
前記時間事象t1iが、2つの側を有する転移点TRPNTの第1の側で前記時間ファイルTMFL内にセーブされており、前記時間事象t2iが前記転移点TRPNTの第2の側に記憶されており、
比較的低い数値的インデックスiを有する時間事象が、前記転移点TRPNTに対してより近くに記憶される、例3に記載の装置APP。
[例5]
前記熱検出器THRDTCが、非冷却式検出器および冷却式検出器のうちの一つである、例1に記載の装置APP。
[例6]
3DサーマルイメージャC1、信号プロセッサSGNPRC、レーザLSR、光学スキャナOPTSCNおよびコントローラCNTRLを含む画像化装置APPを実装するための方法において、
低速応答熱検出器THRDTCを使用して、ターゲットTRGTから戻された発出済みレーザパルスLPから検出済みアナログ信号DSを導出するステップ、
前記検出済み信号DSを非同期的にサンプリングして、そこから2系列の時間事象、それぞれt1iおよびt2iを導出するステップ、
[例7]
例1にしたがって、前記検出器THRDTCが、市販の高品質の高速検出器のコストよりも少なくとも1ケタ廉価である低速応答熱検出器THRDTCである、例6に記載の方法。
[例8]
前記検出器THRDTCが、非冷却式検出器である、例6に記載の方法。
[例9]
前記検出済み信号DSが、上昇部分taおよび減衰部分tdを有し、前記その上昇部分taおよび前記減衰部分tdの両方について非同期的にサンプリングされる、例6に記載の方法。
[例10]
前記検出済み信号DSが、恒常で等しい振幅間隔INTVLの逐次的および連続的振幅ステップで非同期的にサンプリングされる、例6に記載の方法。
[例11]
サンプリングされた信号SIGSMPが、時間ファイルTMFL内にセーブされ、その内部で、転移点TRPNTを中心として対称であるパターンでリストされている、例6に記載の方法。
[例12]
前記検出済み信号DSが、2重の機能性を有する画素サンプリング回路PXSMP内への入力の前にアナログ電圧信号Vo(t)へと増幅される、例6に記載の方法。
[例13]
画素サンプリング回路PXSMPへの入力のために、前記検出済み信号DSがアナログ電圧信号Vo(t)へ増幅される方法であって、画素サンプリング回路PXSMPが、
前記電圧信号Vo(t)が立ち上がり中か減衰中かを決定し標示するための第1の機能と、
前記信号Vo(t)が次の振幅レベルAMPLVLiに達したか否かを決定するための第2の機能と、を有する、例6に記載の方法。
[例14]
前記画素サンプリング回路PXSMPが、距離測定のために熱画像化および非同期的画素サンプリングを行なうように構成されている二峰性アレイBMDARRである、例13に記載の方法。
[例15]
前記画素サンプリング回路PXSMPが、主電気回路MNCRCTの一要素であり、非同期的画素サンプリングプロセスを動作させるように構成されており、
前記主電気回路MNCRCTが、遅延ラインDLに結合された標準的サンプルホールド回路SMPHOLを含み、後者2つが、導出されたデータの考えられる内部衝突を防止するように構成されている、例14に記載の方法。
Claims (15)
- 3DサーマルイメージャC1、信号プロセッサSGNPRC、レーザLSR、光学スキャナOPTSCNおよびコントローラCNTRLを含む画像化装置APPにおいて、
二峰性アレイBMDARRが、i)標準的熱画像化およびii)距離測定のための非同期的画素サンプリングのうちの1つにおいて実行しかつコントローラCNTRLによる指令を受け、前記二峰性アレイBMDARRが複数の低速応答熱検出器THRDTCを含み、前記低速応答熱検出器THRDTCを使用することによって2D熱画像および正確な距離データを生成するように構成されており、前記2D熱画像および距離データが信号プロセッサSGNPRCへと転送され、
ここで、前記コントローラCNTRLがさらに、信号プロセッサSGNPRCに伝達されるサンプリングされた検出済み信号DSから複数の時間事象対t1iおよびt2iを導出するように構成されている画素サンプリング回路PXSMPを使用することによって距離データを導出するために、前記レーザLSR、前記光学スキャナOPTSCNおよび前記サーマルイメージャC1を動作させるように構成されており、かつ
前記信号プロセッサSGNPRCが、前記検出器の時間応答に対応しこの応答に関する正確さよりも高い正確さで前記距離を計算し、かつ前記距離データと前記2D熱画像をインタレースして3D熱画像を生成するように構成されている、ことを特徴とする画像化装置APP。 - 前記二峰性アレイBMDARRが複数の低速応答熱検出器THRDTCを含み、この低速応答熱検出器THRDTCの各々が2D熱画像内および3D熱画像内で1つの画素を生成する、請求項1に記載の装置APP。
- 前記画素サンプリング回路PXSMPが、
サンプリングされた検出済み信号DSの上昇部分taおよび減衰部分tdを非同期的にサンプリングして、間隔INTVLの恒常かつ等しいスパンの逐次的ステップでかつ振幅AMPLVLiの連続的レベルで2つの時間事象対を導出し、
各々1つの時間事象が前記2つの時間事象t1iおよびt2iのうちのいずれに関連しているかを標示するべく、フラグ信号R/Fを送出する、ように構成されており、
前記時間事象対t1iおよびt2iおよびフラグ信号R/Fを格納するデータファイルTMFLが、クロックサンプリング信号CLKSMPの送出時点で中間メモリINTMM内に記憶される、請求項2に記載の装置APP。 - 前記時間事象t1iおよびt2iの各々1つの対は、第1のインデックスが1として標示される第1の時間事象t1i、および前記第1のインデックスが2として標示される第2の時間事象t2iを含み、これらのインデックス1および2が前記フラグ信号R/Fと相関されており、
各々1つの時間事象t1iおよびt2iが第2のインデックスiによって識別され、ここで第2のインデックスiは振幅レベルAMPLVLiに関係しており、
前記時間事象t1iが、2つの側を有する転移点TRPNTの第1の側で前記時間ファイルTMFL内にセーブされており、前記時間事象t2iが前記転移点TRPNTの第2の側に記憶されており、
比較的低い数値的インデックスiを有する時間事象が、前記転移点TRPNTに対してより近くに記憶される、請求項3に記載の装置APP。 - 前記熱検出器THRDTCが、非冷却式検出器および冷却式検出器のうちの一つである、請求項1に記載の装置APP。
- 3DサーマルイメージャC1、信号プロセッサSGNPRC、レーザLSR、光学スキャナOPTSCNおよびコントローラCNTRLを含む画像化装置APPを実装するための方法において、
低速応答熱検出器THRDTCを使用して、ターゲットTRGTから戻された発出済みレーザパルスLPから検出済みアナログ信号DSを導出するステップ、
前記検出済み信号DSを非同期的にサンプリングして、そこから2系列の時間事象、それぞれt1iおよびt2iを導出するステップ、
- 請求項1にしたがって、前記検出器THRDTCが、市販の高品質の高速検出器のコストよりも少なくとも1ケタ廉価である低速応答熱検出器THRDTCである、請求項6に記載の方法。
- 前記検出器THRDTCが、非冷却式検出器である、請求項6に記載の方法。
- 前記検出済み信号DSが、上昇部分taおよび減衰部分tdを有し、前記その上昇部分taおよび前記減衰部分tdの両方について非同期的にサンプリングされる、請求項6に記載の方法。
- 前記検出済み信号DSが、恒常で等しい振幅間隔INTVLの逐次的および連続的振幅ステップで非同期的にサンプリングされる、請求項6に記載の方法。
- サンプリングされた信号SIGSMPが、時間ファイルTMFL内にセーブされ、その内部で、転移点TRPNTを中心として対称であるパターンでリストされている、請求項6に記載の方法。
- 前記検出済み信号DSが、2重の機能性を有する画素サンプリング回路PXSMP内への入力の前にアナログ電圧信号Vo(t)へと増幅される、請求項6に記載の方法。
- 画素サンプリング回路PXSMPへの入力のために、前記検出済み信号DSがアナログ電圧信号Vo(t)へ増幅される方法であって、画素サンプリング回路PXSMPが、
前記電圧信号Vo(t)が立ち上がり中か減衰中かを決定し標示するための第1の機能と、
前記信号Vo(t)が次の振幅レベルAMPLVLiに達したか否かを決定するための第2の機能と、を有する、請求項6に記載の方法。 - 前記画素サンプリング回路PXSMPが、距離測定のために熱画像化および非同期的画素サンプリングを行なうように構成されている二峰性アレイBMDARRである、請求項13に記載の方法。
- 前記画素サンプリング回路PXSMPが、主電気回路MNCRCTの一要素であり、非同期的画素サンプリングプロセスを動作させるように構成されており、
前記主電気回路MNCRCTが、遅延ラインDLに結合された標準的サンプルホールド回路SMPHOLを含み、後者2つが、導出されたデータの考えられる内部衝突を防止するように構成されている、請求項14に記載の方法。
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