JP2551177B2 - 計測装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は例えば計測対象物の赤外線放射量を計測す
る計測装置に関するものである。
る計測装置に関するものである。
第６図は、「海洋観測衛星１号（MOS−１）搭載用可
視熱赤外放射計（VTIR）の概要」（電子通信学会技術報
告、SANE86−29、P17〜24）に示された従来の赤外線計
測装置の説明図である。
視熱赤外放射計（VTIR）の概要」（電子通信学会技術報
告、SANE86−29、P17〜24）に示された従来の赤外線計
測装置の説明図である。
図において（１）は反射鏡、（２）は反射鏡（１）を
回転駆動する回転台、（３）は輝度が既知である赤外線
基準光源、（４）は赤外線レンズ、（５）は赤外線レン
ズ（４）を保持する鏡筒、（６）は赤外線レンズ（４）
と鏡筒（５）を有する赤外線光学系、（７）は赤外線レ
ンズ（４）の像面に置かれた光電変換器の赤外線検出素
子（以下、適宜、検出素子と呼ぶ）、（17）は検出素子
（７）を格納する二重壁でできた容器、（18）は検出素
子（７）に信号光を取り込むための窓、（15）は検出素
子（７）への不要光（信号光以外の背景光）の入射を抑
えるためのコールドシールド、（19）は検出素子（７）
およびコールドシールド（15）を冷却するための冷媒が
満たされている容器、（８）は赤外線計測装置の光学
部、（20）は検出素子（７）の出力をデジタル値に変換
するAD変換器、（９）は検出素子（７）の出力を記憶す
るメモリ１、（10）は減算器、（13）はこの赤外線計測
装置の感度が記憶されているメモリ２、（14）は除算
器、（11）はAD変換器（20）とメモリ１（９）の減算器
（10）とメモリ２（13）と除算器（14）とを有する信号
処理回路、（12）は対象物である。
回転駆動する回転台、（３）は輝度が既知である赤外線
基準光源、（４）は赤外線レンズ、（５）は赤外線レン
ズ（４）を保持する鏡筒、（６）は赤外線レンズ（４）
と鏡筒（５）を有する赤外線光学系、（７）は赤外線レ
ンズ（４）の像面に置かれた光電変換器の赤外線検出素
子（以下、適宜、検出素子と呼ぶ）、（17）は検出素子
（７）を格納する二重壁でできた容器、（18）は検出素
子（７）に信号光を取り込むための窓、（15）は検出素
子（７）への不要光（信号光以外の背景光）の入射を抑
えるためのコールドシールド、（19）は検出素子（７）
およびコールドシールド（15）を冷却するための冷媒が
満たされている容器、（８）は赤外線計測装置の光学
部、（20）は検出素子（７）の出力をデジタル値に変換
するAD変換器、（９）は検出素子（７）の出力を記憶す
るメモリ１、（10）は減算器、（13）はこの赤外線計測
装置の感度が記憶されているメモリ２、（14）は除算
器、（11）はAD変換器（20）とメモリ１（９）の減算器
（10）とメモリ２（13）と除算器（14）とを有する信号
処理回路、（12）は対象物である。
上記のように構成された装置において、対象物（12）
から放射された信号光は反射鏡（１）で反射され、赤外
線光学系（６）で集光された後、検出素子（７）で検出
される。ところが、光学部（８）自身からも赤外線が放
射されており、例えば赤外線光学系（６）から放射され
る赤外線などの不要光が信号光に重畳されて検出素子
（７）で検出される。また、検出素子（７）の出力には
暗電流等によるオフセット出力が含まれる。このため、
従来のこの種の装置では以下に述べる方法で、上述の不
要光及びオフセット出力を補正していた。
から放射された信号光は反射鏡（１）で反射され、赤外
線光学系（６）で集光された後、検出素子（７）で検出
される。ところが、光学部（８）自身からも赤外線が放
射されており、例えば赤外線光学系（６）から放射され
る赤外線などの不要光が信号光に重畳されて検出素子
（７）で検出される。また、検出素子（７）の出力には
暗電流等によるオフセット出力が含まれる。このため、
従来のこの種の装置では以下に述べる方法で、上述の不
要光及びオフセット出力を補正していた。
先ず検出素子（７）が赤外線基準光源（３）を見るよ
うに反射鏡（１）を回転台（２）により回転させる。こ
のときの検出素子（７）の出力V0は次式で表される。
うに反射鏡（１）を回転台（２）により回転させる。こ
のときの検出素子（７）の出力V0は次式で表される。
V0＝VS＋VL＋VH＋VD ……［１］ ここで， VS:赤外線基準光源（３）の放射による出力 VL:赤外線レンズ（４）の放射による出力及びレンズ表
面で反射した鏡筒（５）の放射光による出力 VH:鏡筒（５）の放射による出力 VD:オフセツト出力 である。VLおよびVHは不要光による出力成分であり、赤
外線光学系（６）の温度に依存する。V0は補正信号とし
てメモリ１（９）に入力される。
面で反射した鏡筒（５）の放射光による出力 VH:鏡筒（５）の放射による出力 VD:オフセツト出力 である。VLおよびVHは不要光による出力成分であり、赤
外線光学系（６）の温度に依存する。V0は補正信号とし
てメモリ１（９）に入力される。
次に、検出素子（７）が対象物（12）を見るように反
射鏡（１）を回転台（２）により回転させる。このとき
赤外線光学系（６）の温度が変化しなければ検出素子
（７）の出力信号Ｖは次式で表される。
射鏡（１）を回転台（２）により回転させる。このとき
赤外線光学系（６）の温度が変化しなければ検出素子
（７）の出力信号Ｖは次式で表される。
Ｖ＝VT＋VL＋VH＋VD ……［２］ ここで， VT:対象物（12）の放射による出力 である。
検出素子（７）の出力Ｖは減算部（10）に入力され
る。
る。
減算器（10）ではまず上記検出素子（７）の出力Ｖと
補正信号V0との差を求める演算を行う。
補正信号V0との差を求める演算を行う。
この過程を式で表すと次式のようになる。
Ｖ−V0＝（VT＋VL＋VH＋VD）−（VS＋VL＋VH＋VD） ＝（VT−VS） ……［３］ この結果、不要光の放射量に相当する出力成分及び及
びオフセット出力は相殺される。次に（VT−VS）が除算
器（14）に入力される。
びオフセット出力は相殺される。次に（VT−VS）が除算
器（14）に入力される。
メモリ２（13）にはこの赤外線計測装置の感度Δηが
記憶されている。Δηは次式で表される。
記憶されている。Δηは次式で表される。
Δη＝ΔV/ΔＮ ……［４］ ここで ΔN:輝度の変化量 ΔV:輝度がΔＮ変化したときの検出素子（７） の出力変化量である。
除算器（14）において上記信号成分（VT−VS）をΔη
で割ることにより、対象物（12）と赤外線基準光源
（３）との輝度の差に換算できる。即ち、 （VT−VS）／Δη＝εTN（TT）−εSN（TS）……［５｝ ここで εT:対象物（12）の放射率 εS:赤外線基準光源（３）の放射率 TT:対象物（12）の温度 TS:赤外線基準光源（３）の温度 Ｎ（Ｔ）：絶対温度Ｔの放射率１の標準光源（黒体とも
いう）の輝度 である。
で割ることにより、対象物（12）と赤外線基準光源
（３）との輝度の差に換算できる。即ち、 （VT−VS）／Δη＝εTN（TT）−εSN（TS）……［５｝ ここで εT:対象物（12）の放射率 εS:赤外線基準光源（３）の放射率 TT:対象物（12）の温度 TS:赤外線基準光源（３）の温度 Ｎ（Ｔ）：絶対温度Ｔの放射率１の標準光源（黒体とも
いう）の輝度 である。
図には示していないが、上記結果に既知である赤外線
基準光源（３）の輝度εSN（TS）を加えることにより対
象物（12）の輝度εTN（TT）が求まる。
基準光源（３）の輝度εSN（TS）を加えることにより対
象物（12）の輝度εTN（TT）が求まる。
従来の赤外線計測装置は以上のように構成されてい
て、検出素子が赤外線基準光源を見る時点と、検出素子
が計測対象物を見る時点とで赤外線光学系の温度に変化
があると、不要光による出力成分の補正を正確にするこ
とができず、計測対象物の式外線放射量の計測誤差が大
きくなり、この誤差を低減させるためには、赤外線光学
系の温度変化に応じて頻繁に計測を中断して、赤外線基
準光源を用いて補正信号を補正しなければならないとい
う課題があった。
て、検出素子が赤外線基準光源を見る時点と、検出素子
が計測対象物を見る時点とで赤外線光学系の温度に変化
があると、不要光による出力成分の補正を正確にするこ
とができず、計測対象物の式外線放射量の計測誤差が大
きくなり、この誤差を低減させるためには、赤外線光学
系の温度変化に応じて頻繁に計測を中断して、赤外線基
準光源を用いて補正信号を補正しなければならないとい
う課題があった。
また、上記のような検出素子の入力系に混入する不要
光の入射による誤差要因とともに、使用する多数個の検
出素子の特性のばらつきによる、検出素子の出力系にお
ける対象物の輝度の絶対値計測の誤差要因を抑えなけれ
ばならないという課題があった。
光の入射による誤差要因とともに、使用する多数個の検
出素子の特性のばらつきによる、検出素子の出力系にお
ける対象物の輝度の絶対値計測の誤差要因を抑えなけれ
ばならないという課題があった。
この発明は上記のような課題を解消するためになされ
たもので、赤外線光学系の温度変化による測定誤差とと
もに、各検出素子の特性のばらつきによる測定誤差を補
正してダイナミックレンジにわたり計測対象物の輝度も
しくは赤外線放射量の絶対値計測精度を向上した計測装
置を得ることを目的としている。
たもので、赤外線光学系の温度変化による測定誤差とと
もに、各検出素子の特性のばらつきによる測定誤差を補
正してダイナミックレンジにわたり計測対象物の輝度も
しくは赤外線放射量の絶対値計測精度を向上した計測装
置を得ることを目的としている。
計測対象物の輝度もしくは赤外線放射量を計測する計
測装置において、１次元もしくは２次元に配列された赤
外線検出素子と、上記赤外線検出素子の前面に赤外線の
入射範囲を定める開口を有するコールドシールドと、上
記コールドシールドの開口と射出瞳を等しくする赤外線
光学系と、上記各赤外線検出素子出力を入力とし、それ
が予め各赤外線検出素子の出力範囲を分割した領域区分
のどの領域に入るかを判定し、上記赤外線光学系の任意
の基準温度における領域区分に応じて予め上記各赤外線
検出素子の出力電気量と上記各領域における平均感度に
比例した定数と上記各赤外線検出素子に入射する赤外線
量に対応する輝度もしくは赤外線放射量の情報が保存さ
れたメモリ内容を参照して、上記各赤外線検出素子に入
射する赤外線の輝度もしくは赤外線放射量に相当する出
力を決定する第１の補正手段と、上記赤外線光学系の温
度情報を得る温度計測手段と、上記第１の補正手段出力
を入力とし、上記赤外線光学系の温度情報に応じて、予
め赤外線光学系の上記基準温度からのずれによる補正量
の情報が保存されたメモリ内容を参照して、上記第１の
補正手段出力に含まれる上記赤外線光学系の温度変化に
よる計測誤差を補正し、計測対象物の輝度もしくは赤外
線放射量に相当する出力を決定する第２の補正手段と、
を備えたものである。
測装置において、１次元もしくは２次元に配列された赤
外線検出素子と、上記赤外線検出素子の前面に赤外線の
入射範囲を定める開口を有するコールドシールドと、上
記コールドシールドの開口と射出瞳を等しくする赤外線
光学系と、上記各赤外線検出素子出力を入力とし、それ
が予め各赤外線検出素子の出力範囲を分割した領域区分
のどの領域に入るかを判定し、上記赤外線光学系の任意
の基準温度における領域区分に応じて予め上記各赤外線
検出素子の出力電気量と上記各領域における平均感度に
比例した定数と上記各赤外線検出素子に入射する赤外線
量に対応する輝度もしくは赤外線放射量の情報が保存さ
れたメモリ内容を参照して、上記各赤外線検出素子に入
射する赤外線の輝度もしくは赤外線放射量に相当する出
力を決定する第１の補正手段と、上記赤外線光学系の温
度情報を得る温度計測手段と、上記第１の補正手段出力
を入力とし、上記赤外線光学系の温度情報に応じて、予
め赤外線光学系の上記基準温度からのずれによる補正量
の情報が保存されたメモリ内容を参照して、上記第１の
補正手段出力に含まれる上記赤外線光学系の温度変化に
よる計測誤差を補正し、計測対象物の輝度もしくは赤外
線放射量に相当する出力を決定する第２の補正手段と、
を備えたものである。
以上のように構成されたこの発明では、先ず第１の補
正手段が、各赤外線検出素子出力を入力とし、それが予
め上記赤外線検出素子の出力範囲を分割した領域区分の
どの領域に入るかを判定し、領域区分に応じて予め上記
各赤外線検出素子の入出力関係が保存されたメモリ内容
を参照して、上記各赤外線検出素子の入力量に相当する
出力を決定し、次いで、第２の補正手段が、第１の補正
手段出力を入力とし、赤外線光学系の温度情報に応じて
予め赤外線光学系の基準温度からのずれによる補正量が
保存されたメモリ内容を参照して、上記第１の補正手段
出力に含まれる上記赤外線光学系の温度変化による計測
誤差を補正し、計測対象物の輝度に相当する出力を決定
することにより、ダイナミックレンジにわたり計測対象
物の輝度の絶対値計測精度を向上することができる。
正手段が、各赤外線検出素子出力を入力とし、それが予
め上記赤外線検出素子の出力範囲を分割した領域区分の
どの領域に入るかを判定し、領域区分に応じて予め上記
各赤外線検出素子の入出力関係が保存されたメモリ内容
を参照して、上記各赤外線検出素子の入力量に相当する
出力を決定し、次いで、第２の補正手段が、第１の補正
手段出力を入力とし、赤外線光学系の温度情報に応じて
予め赤外線光学系の基準温度からのずれによる補正量が
保存されたメモリ内容を参照して、上記第１の補正手段
出力に含まれる上記赤外線光学系の温度変化による計測
誤差を補正し、計測対象物の輝度に相当する出力を決定
することにより、ダイナミックレンジにわたり計測対象
物の輝度の絶対値計測精度を向上することができる。
〔実施例〕 第１図はこの発明の一実施例を示す図であり、
（４）、（５）、（７）、（12）、（17）〜（20）は第
６図に示した従来装置と同一のものである。図におい
て、（16）はコールドシールド、（30）は赤外線光学系
であり、この赤外線光学系の検出素子（７）から見た開
口角度は、同じく検出素子（７）から見たコールドシー
ルド（16）の開口角度と等しくしたものである。
（４）、（５）、（７）、（12）、（17）〜（20）は第
６図に示した従来装置と同一のものである。図におい
て、（16）はコールドシールド、（30）は赤外線光学系
であり、この赤外線光学系の検出素子（７）から見た開
口角度は、同じく検出素子（７）から見たコールドシー
ルド（16）の開口角度と等しくしたものである。
これはコールドシールドの開口と射出瞳を等くする赤
外線光学系に相当する。
外線光学系に相当する。
（31）は判定回路、（32）は第１のメモリ群、（33）
は第２のメモリ群、（34）は第３のメモリ群、（35）は
演算回路１、（36）は判定回路（31）と第１のメモリ群
（32）と第２のメモリ群（33）と第３のメモリ群（34）
と演算回路１（35）とを有する第１の補正回路、（40）
は赤外線光学系（30）の温度情報を得る温度計測手段で
ある熱電対、（41）は第４のメモリ、（42）は演算回路
２、（43）は第４のメモリ（41）と演算回路２（42）を
有する第２の補正回路である。
は第２のメモリ群、（34）は第３のメモリ群、（35）は
演算回路１、（36）は判定回路（31）と第１のメモリ群
（32）と第２のメモリ群（33）と第３のメモリ群（34）
と演算回路１（35）とを有する第１の補正回路、（40）
は赤外線光学系（30）の温度情報を得る温度計測手段で
ある熱電対、（41）は第４のメモリ、（42）は演算回路
２、（43）は第４のメモリ（41）と演算回路２（42）を
有する第２の補正回路である。
この発明では、非線形な赤外線検出素子の入出力特性
を、その出力レベルによって複数の領域に分割し、各領
域において赤外線検出素子の入出力特性を１次関数で近
似することにより、計測対象物からの赤外線を計測す
る。１次関数は、傾きと切片とで表される。そこで、上
記各領域について、傾きと切片とを定める必要がある。
後述するが、この傾きを表すものが、第１のメモリ群
（32）に格納されるΔηijであり、切片を表すものが、
第２のメモリ群（33）に格納されるVijと第３のメモリ
群（34）に格納されるNijである。
を、その出力レベルによって複数の領域に分割し、各領
域において赤外線検出素子の入出力特性を１次関数で近
似することにより、計測対象物からの赤外線を計測す
る。１次関数は、傾きと切片とで表される。そこで、上
記各領域について、傾きと切片とを定める必要がある。
後述するが、この傾きを表すものが、第１のメモリ群
（32）に格納されるΔηijであり、切片を表すものが、
第２のメモリ群（33）に格納されるVijと第３のメモリ
群（34）に格納されるNijである。
以下に動作を説明する。
検出素子（７）の出力を式で表現すると、第ｉ番目の
検出素子の出力Viは次式で表される。
検出素子の出力Viは次式で表される。
Vi＝VTi＋VLi＋VDi ……［６］ ここで， 添字i:第ｉ番目の検出素子（７）を示す。
上記開口角度の設定により、検出素子（７）は鏡筒
（５）を見ることはないので、Viには鏡筒の放射による
出力は含まれない。
（５）を見ることはないので、Viには鏡筒の放射による
出力は含まれない。
また、VTi,VLiはそれぞれ次式で表される。
VTi＝εＴτLN（TT）ΩLiRiAdi ……［７］ VLi＝（１−τＬ）Ｎ（TL）ΩLiRiAdi ……［８］ ここで， τL:赤外線レンズ（４）の透過率 TL:赤外線光学系（30）の温度 ΩLi:第ｉ番目の検出素子（７）から赤外線レンズ
（４）の開口を見込む立体角（第ｉ番目の検出素子
（７）からコールドシールド（16）の開口を見込む立体
角） Ri:第ｉ番目の検出素子（７）の感度 Adi:第ｉ番目の検出素子（７）の受光面積 である。
（４）の開口を見込む立体角（第ｉ番目の検出素子
（７）からコールドシールド（16）の開口を見込む立体
角） Ri:第ｉ番目の検出素子（７）の感度 Adi:第ｉ番目の検出素子（７）の受光面積 である。
一般に、輝度一様な対象物を見たとき、各検出素子
（７）間の感度と暗電流によるオフセットとが異なる
と、出力は素子毎にばらつきを示す。
（７）間の感度と暗電流によるオフセットとが異なる
と、出力は素子毎にばらつきを示す。
このため、第１の補正回路（36）において、検出素子
（７）の感度およびオフセットの素子間のばらつきを補
正する。
（７）の感度およびオフセットの素子間のばらつきを補
正する。
次にその補正方法を図を参照して説明する。
第２図は第１のメモリ群（32）、第２のメモリ群（3
3）、第３のメモリ群（34）の内容を説明するための図
である。赤外線光学系（30）の温度を任意の基準温度T
L0に固定して、各検出素子の出力レベルによる出力範囲
を複数の領域に分けて、第１のメモリ群（32）には、各
領域における各検出素子（７）の出力特性を線形近似し
た直線の傾きΔηｉを予め領域ごとに記憶させておく。
3）、第３のメモリ群（34）の内容を説明するための図
である。赤外線光学系（30）の温度を任意の基準温度T
L0に固定して、各検出素子の出力レベルによる出力範囲
を複数の領域に分けて、第１のメモリ群（32）には、各
領域における各検出素子（７）の出力特性を線形近似し
た直線の傾きΔηｉを予め領域ごとに記憶させておく。
上記のΔηｉはｉ番目の検出素子（７）の各領域にお
ける平均感度に比例した定数であり、次式で表される。
ける平均感度に比例した定数であり、次式で表される。
Δηｉ＝（ΔV/ΔＮ）AVE ＝（ΔＮτＬΩLiRiAdi/ΔＮ）AVE ＝τＬΩLiAdi（Ri）AVE ……［９］ ここで， ΔN:輝度の微小変化量 ΔV:輝度がΔＮ変化したときの検出素子（７）の出力変
化量 添字AVE:領域内での平均値を示す。
化量 添字AVE:領域内での平均値を示す。
同様に、赤外線光学系（30）の温度を基準温度TL0に
固定して、第２のメモリ群（33）には各領域毎にそれぞ
れの領域のレベル範囲内の各検出素子の出力を記憶させ
ておく。なお、第２図に示した任意の出力は、上記それ
ぞれの領域のレベル範囲内の第ｉ番目の検出素子の出力
の１つである。第３のメモリ群（34）には各領域毎に第
２のメモリ群（33）に記憶させた各検出素子の出力にそ
れぞれ対応する対象物（12）の輝度を各領域毎に記憶さ
せておく。
固定して、第２のメモリ群（33）には各領域毎にそれぞ
れの領域のレベル範囲内の各検出素子の出力を記憶させ
ておく。なお、第２図に示した任意の出力は、上記それ
ぞれの領域のレベル範囲内の第ｉ番目の検出素子の出力
の１つである。第３のメモリ群（34）には各領域毎に第
２のメモリ群（33）に記憶させた各検出素子の出力にそ
れぞれ対応する対象物（12）の輝度を各領域毎に記憶さ
せておく。
ここで、第ｉ番目の検出素子の第ｊ番目の領域に対応
する第１のメモリ群（32）、第２のメモリ群（33）、第
３のメモリ群（34）の記憶内容をそれぞれΔηij、
Vij、Nijと表記することとする。
する第１のメモリ群（32）、第２のメモリ群（33）、第
３のメモリ群（34）の記憶内容をそれぞれΔηij、
Vij、Nijと表記することとする。
上記のように構成された赤外線計測装置において、赤
外線光学系（30）の温度がTLのときの第ｉ番目の検出素
子（７）の出力ViはAD変換器（20）でデジタル値に変換
された後、判定回路（31）において予め記憶させておい
た各領域の境界となる電圧情報と比較することにより、
この第ｉ番目の検出素子の出力がどの領域に含まれてい
るかが判定され、この判定結果（第ｊ番目の領域に含ま
れるものと判定したとする）に基づき第１のメモリ群
（32）、第２のメモリ群（33）、第３のメモリ群（34）
からこの判定された領域に対応する第ｊ番目のメモリが
それぞれ選択され、さらに第ｊ番目のメモリから第ｉ番
目の検出素子に対応する記憶内容が読み出される。
外線光学系（30）の温度がTLのときの第ｉ番目の検出素
子（７）の出力ViはAD変換器（20）でデジタル値に変換
された後、判定回路（31）において予め記憶させておい
た各領域の境界となる電圧情報と比較することにより、
この第ｉ番目の検出素子の出力がどの領域に含まれてい
るかが判定され、この判定結果（第ｊ番目の領域に含ま
れるものと判定したとする）に基づき第１のメモリ群
（32）、第２のメモリ群（33）、第３のメモリ群（34）
からこの判定された領域に対応する第ｊ番目のメモリが
それぞれ選択され、さらに第ｊ番目のメモリから第ｉ番
目の検出素子に対応する記憶内容が読み出される。
次に演算回路１（35）において、検出素子（７）の出
力Viから上記Vijが差し引かれ、オフセット成分のばら
つきが補正される。ここで、（６）式に出てきたよう
に、第ｉ番目の検出素子の出力に含まれるオフセット成
分VDiは各検出素子に固有のものであり、計測対象物か
らの赤外線量や赤外線レンズからの赤外線量には左右さ
れない。従って、このオフセット成分は第２のメモリ群
（33）に格納されたVijにも同量含まれており、検出素
子（７）の出力ViからVijを差し引くと、オフセット成
分はなくなる。以上の過程を式で表すと以下のようにな
る。
力Viから上記Vijが差し引かれ、オフセット成分のばら
つきが補正される。ここで、（６）式に出てきたよう
に、第ｉ番目の検出素子の出力に含まれるオフセット成
分VDiは各検出素子に固有のものであり、計測対象物か
らの赤外線量や赤外線レンズからの赤外線量には左右さ
れない。従って、このオフセット成分は第２のメモリ群
（33）に格納されたVijにも同量含まれており、検出素
子（７）の出力ViからVijを差し引くと、オフセット成
分はなくなる。以上の過程を式で表すと以下のようにな
る。
Vi−Vij＝τＬ｛εTN（TT）−Nij｝ΩLiRiAdi ＋（１−τＬ）｛Ｎ（TL1）−Ｎ（TL0）｝ΩLiRiAdi …
…［10］ 次に上記結果をΔηijで除し、感度のばらつきも補正
される。
…［10］ 次に上記結果をΔηijで除し、感度のばらつきも補正
される。
なお、第１のメモリ群（32）にΔηijの逆数を記憶さ
せておき、これを上記結果に乗じても同様の補正が行え
ることはいうまでもない。
せておき、これを上記結果に乗じても同様の補正が行え
ることはいうまでもない。
以上の過程を式で表すと以下のようになる。
（Vi−Vij）／Δηij ＝［｛εTN（TT）−Nij｝ ＋（１−τＬ）｛Ｎ（TL） −Ｎ（TL0）｝／τＬ］Ri/（Rij）AVE ……［11］ すでに述べたようにRiは検出素子（７）の入力光量レ
ベルに応じて変化するが、前記領域の幅を狭くすること
によって（Rij）AVEをRiと等しいと見なしたときの誤差
を十分小さくすることができる。したがって（Rij）AVE
＝Riとおくことにより式（11）は次式のようになる。
ベルに応じて変化するが、前記領域の幅を狭くすること
によって（Rij）AVEをRiと等しいと見なしたときの誤差
を十分小さくすることができる。したがって（Rij）AVE
＝Riとおくことにより式（11）は次式のようになる。
（Vi−Vij）／Δηij＝［｛εTN（TT）−Nij｝ ＋（１−τＬ）｛Ｎ（TL）−Ｎ（TL0）｝／τＬ……［1
2］ 上記式（12）より得られる輝度は、第３のメモリ群に
格納されたNijからの変化分であり、輝度の絶対量はこ
れにDC成分であるNijを加えることにより求められる。
このようなDC成分の再生を行い演算を完了する。この過
程を式で表すと以下のようになる。
2］ 上記式（12）より得られる輝度は、第３のメモリ群に
格納されたNijからの変化分であり、輝度の絶対量はこ
れにDC成分であるNijを加えることにより求められる。
このようなDC成分の再生を行い演算を完了する。この過
程を式で表すと以下のようになる。
（Vi−Vij）／Δηij＋Nij＝εTN（TT） ＋（１−τＬ）｛Ｎ（TL）−Ｎ（TL0）｝／τＬ……［1
3］ 上記右辺には検出素子（７）に固有なパラメータは含
まれておらず、素子毎のばらつきが補正できることが分
かる。従って、輝度一様な対象物（12）の一定温度変化
に対して第１の補正回路出力では各赤外線検出素子間の
特性ばらつきは補正されて、同一の変化をする。
3］ 上記右辺には検出素子（７）に固有なパラメータは含
まれておらず、素子毎のばらつきが補正できることが分
かる。従って、輝度一様な対象物（12）の一定温度変化
に対して第１の補正回路出力では各赤外線検出素子間の
特性ばらつきは補正されて、同一の変化をする。
なお、以上の説明ではVijを第ｉ番目の検出素子の第
ｊ番目の領域のレベル範囲内の任意の値とした場合につ
いて説明したが、Nijは各検出素子（７）で同一としこ
のNijの輝度を持つ対象物（12）を計測したときの出力
をVijとして第２のメモリ群（33）に記憶させても良
い。この場合、Nijを記憶た第３のメモリ群（34）の容
量を小さくできる。
ｊ番目の領域のレベル範囲内の任意の値とした場合につ
いて説明したが、Nijは各検出素子（７）で同一としこ
のNijの輝度を持つ対象物（12）を計測したときの出力
をVijとして第２のメモリ群（33）に記憶させても良
い。この場合、Nijを記憶た第３のメモリ群（34）の容
量を小さくできる。
式〔13〕の第２項は赤外線光学系（30）の温度が基準
温度TL0からTLに変化することによる計測誤差である。
温度TL0からTLに変化することによる計測誤差である。
次に、第２の補正回路（43）によるこの計測誤差の補
正方法について説明する。第３図は、第１図に示した第
２の補正回路の原理を説明するための図である。第１
図、第３図において、第４のメモリ（41）には、輝度が
既知である基準光源を見て、TLを複数点変化させたとき
の赤外線放射量の変化量、即ち上記計測誤差（１−
τＬ）｛Ｎ（TL）−Ｎ（TL0）｝／τＬを予め記憶させ
ておく。この計測誤差は第１の補正回路（36）の出力
（式〔13〕）から前記基準光源の輝度（式〔13〕の第１
項に対応する）を差し引くことにより求める。式〔13〕
は検出素子（７）によらず一定であるので、上記計測誤
差は任意の１つの検出素子（７）について求めておけば
良い。
正方法について説明する。第３図は、第１図に示した第
２の補正回路の原理を説明するための図である。第１
図、第３図において、第４のメモリ（41）には、輝度が
既知である基準光源を見て、TLを複数点変化させたとき
の赤外線放射量の変化量、即ち上記計測誤差（１−
τＬ）｛Ｎ（TL）−Ｎ（TL0）｝／τＬを予め記憶させ
ておく。この計測誤差は第１の補正回路（36）の出力
（式〔13〕）から前記基準光源の輝度（式〔13〕の第１
項に対応する）を差し引くことにより求める。式〔13〕
は検出素子（７）によらず一定であるので、上記計測誤
差は任意の１つの検出素子（７）について求めておけば
良い。
対象物（12）の輝度を計測するときに、赤外線光学系
（30）の温度TLが熱電対（40）により計測され、その出
力が演算回路２（42）に入力される。演算回路２（42）
において、熱電対（40）の出力を基に第４のメモリ（4
1）の内容を内挿あるいは外挿して、赤外線光学系（3
0）の温度TLにおける上記計測誤差を求める。この値を
演算回路１（35）の出力から差し引くことにより上記計
測誤差の補正が完了し、対象物（12）の輝度が求められ
る。
（30）の温度TLが熱電対（40）により計測され、その出
力が演算回路２（42）に入力される。演算回路２（42）
において、熱電対（40）の出力を基に第４のメモリ（4
1）の内容を内挿あるいは外挿して、赤外線光学系（3
0）の温度TLにおける上記計測誤差を求める。この値を
演算回路１（35）の出力から差し引くことにより上記計
測誤差の補正が完了し、対象物（12）の輝度が求められ
る。
第４図は、この発明の他の実施例を示すものであり、
図において（51）は対物レンズであり、対象物（12）か
らの赤外線を集光する。（52）はこの対物レンズ（51）
の像面に置かれた絞り、（53）はリレーレンズで、対物
レンズ（51）の像を再結像すると共に絞り（52）の像を
結像する。（54）は鏡筒、（55）は対物レンズ（51）、
絞り（52）、リレーレンズ（53）、鏡筒（54）を有する
赤外線光学系であり、この赤外線光学系（55）は検出素
子（７）から見たコールドシールド（16）の開口角度と
同じ開口角度となっており、入射赤外線が鏡筒（54）に
よってケラレないように構成されている。
図において（51）は対物レンズであり、対象物（12）か
らの赤外線を集光する。（52）はこの対物レンズ（51）
の像面に置かれた絞り、（53）はリレーレンズで、対物
レンズ（51）の像を再結像すると共に絞り（52）の像を
結像する。（54）は鏡筒、（55）は対物レンズ（51）、
絞り（52）、リレーレンズ（53）、鏡筒（54）を有する
赤外線光学系であり、この赤外線光学系（55）は検出素
子（７）から見たコールドシールド（16）の開口角度と
同じ開口角度となっており、入射赤外線が鏡筒（54）に
よってケラレないように構成されている。
第５図は、第４図の赤外線光学系の像面を説明するた
めの図である。
めの図である。
図において、斜線でハッチングして表した部分（56）
は絞り（52）の像、即ち絞り像である。破線で囲んで表
した検出素子（57a）、（57b）は赤外線光学系（55）の
温度情報を得る温度計測手段である検出素子である。検
出素子（57a）、（57b）は絞り像（56）の範囲内に、換
言すると絞り（52）を見るように配置されている。図に
は複数個の検出素子（57a）、（57b）が示されている
が、検出素子（57a）、（57b）の数は１個でも良い。検
出素子（57a）、（57b）はリレーレンズ（53）を通して
絞り（52）のみを見るので、対象物（12）から放射され
る赤外線には影響を受けない。故に、検出素子（57
a）、（57b）の出力は赤外線光学系（55）の温度に対応
する。すなわち、検出素子（57a）、（57b）は放射温度
計と同様の原理により赤外線光学系（55）の温度を計測
する。
は絞り（52）の像、即ち絞り像である。破線で囲んで表
した検出素子（57a）、（57b）は赤外線光学系（55）の
温度情報を得る温度計測手段である検出素子である。検
出素子（57a）、（57b）は絞り像（56）の範囲内に、換
言すると絞り（52）を見るように配置されている。図に
は複数個の検出素子（57a）、（57b）が示されている
が、検出素子（57a）、（57b）の数は１個でも良い。検
出素子（57a）、（57b）はリレーレンズ（53）を通して
絞り（52）のみを見るので、対象物（12）から放射され
る赤外線には影響を受けない。故に、検出素子（57
a）、（57b）の出力は赤外線光学系（55）の温度に対応
する。すなわち、検出素子（57a）、（57b）は放射温度
計と同様の原理により赤外線光学系（55）の温度を計測
する。
従って後の演算回路で光学系の温度情報が得られる。
第１図に示す実施例と同様に、第１の補正回路（36）
において検出素子の特性のばらつきによる計測誤差を補
正し、第２の補正回路（43）において赤外線光学系（5
5）の温度変化による計測誤差を補正する。演算回路２
（42）において、第１図の実施例における熱電対（40）
の出力を代わりに検出素子（57a）、（57b）の出力を用
い、この出力と第４のメモリ（41）に格納された情報か
ら、計測誤差が補正されて、対象物（12）の輝度が求め
られる。
において検出素子の特性のばらつきによる計測誤差を補
正し、第２の補正回路（43）において赤外線光学系（5
5）の温度変化による計測誤差を補正する。演算回路２
（42）において、第１図の実施例における熱電対（40）
の出力を代わりに検出素子（57a）、（57b）の出力を用
い、この出力と第４のメモリ（41）に格納された情報か
ら、計測誤差が補正されて、対象物（12）の輝度が求め
られる。
なお、赤外線光学系（55）の温度計測の精度を向上す
るために複数個の検出素子（57a）、（57b）の出力の積
算値あるいは平均値等絞り（52）の平均的な温度に対応
する量を求め、これをもとに上記計測誤差を補正しても
良い。
るために複数個の検出素子（57a）、（57b）の出力の積
算値あるいは平均値等絞り（52）の平均的な温度に対応
する量を求め、これをもとに上記計測誤差を補正しても
良い。
以上のようにこの発明によれば、赤外線光学系の温度
変化による計測誤差とともに、各検出素子の特性のばら
つきによる測定誤差を補正してダイナミックレンジにわ
たり計測対象物の輝度もしくは赤外線放射量の絶対値計
測精度を向上した計測装置を得ることができる。
変化による計測誤差とともに、各検出素子の特性のばら
つきによる測定誤差を補正してダイナミックレンジにわ
たり計測対象物の輝度もしくは赤外線放射量の絶対値計
測精度を向上した計測装置を得ることができる。
第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は第
１図に示した第１の補正回路の原理を説明するための
図、第３図は第１図に示した第２の補正回路の原理を説
明するための図、第４図はこの発明の他の実施例を示す
構成図、第５図は第４図の赤外線光学系の像面を説明す
るための図、第６図は従来の赤外線計測装置を示す構成
図である。 図において、（30）は赤外線光学系、（７）赤外線の検
出素子、（16）はコールドシールド、（36）は第１の補
正回路、（40）は温度計測手段である熱電対、（43）は
第２の補正回路、（55）は赤外線光学系、（57a）（57
b）は赤外線の検出素子（７）の一部で赤外線光学系（5
5）からの赤外線の検出素子である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
１図に示した第１の補正回路の原理を説明するための
図、第３図は第１図に示した第２の補正回路の原理を説
明するための図、第４図はこの発明の他の実施例を示す
構成図、第５図は第４図の赤外線光学系の像面を説明す
るための図、第６図は従来の赤外線計測装置を示す構成
図である。 図において、（30）は赤外線光学系、（７）赤外線の検
出素子、（16）はコールドシールド、（36）は第１の補
正回路、（40）は温度計測手段である熱電対、（43）は
第２の補正回路、（55）は赤外線光学系、（57a）（57
b）は赤外線の検出素子（７）の一部で赤外線光学系（5
5）からの赤外線の検出素子である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】計測対象物の輝度もしくは赤外線放射量を
計測する計測装置において、 １次元もしくは２次元に配列された赤外線検出素子と、 上記赤外線検出素子の前面に赤外線の入射範囲を定める
開口を有するコールドシールドと、 上記コールドシールドの開口と射出瞳を等しくする赤外
線光学系と、 上記各赤外線検出素子出力を入力とし、それが予め各赤
外線検出素子の出力範囲を分割した領域区分のどの領域
に入るかを判定し、上記赤外線光学系の任意の基準温度
における領域区分に応じて予め上記各赤外線検出素子の
出力電気量と上記各領域における平均感度に比例した定
数と上記各赤外線検出素子に入射する赤外線量に対応す
る輝度もしくは赤外線放射量の情報が保存されたメモリ
内容を参照して、上記各赤外線検出素子に入射する赤外
線の輝度もしくは赤外線放射量に相当する出力を決定す
る第１の補正手段と、 上記赤外線光学系の温度情報を得る温度計測手段と、 上記第１の補正手段出力を入力とし、上記赤外線光学系
の温度情報に応じて、予め赤外線光学系の上記基準温度
からのずれによる補正量の情報が保存されたメモリ内容
を参照して、上記第１の補正手段出力に含まれる上記赤
外線光学系の温度変化による計測誤差を補正し、計測対
象物の輝度もしくは赤外線放射量に相当する出力を決定
する第２の補正手段と、 を備えたことを特徴とする計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1331762A JP2551177B2 (ja) | 1989-12-21 | 1989-12-21 | 計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1331762A JP2551177B2 (ja) | 1989-12-21 | 1989-12-21 | 計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03191837A JPH03191837A (ja) | 1991-08-21 |
| JP2551177B2 true JP2551177B2 (ja) | 1996-11-06 |
Family
ID=18247335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1331762A Expired - Fee Related JP2551177B2 (ja) | 1989-12-21 | 1989-12-21 | 計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2551177B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1251331B1 (de) * | 2001-04-18 | 2012-03-07 | Leica Geosystems AG | Geodätisches Messgerät |
| JP5135691B2 (ja) * | 2006-02-24 | 2013-02-06 | コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 | 画像形成装置 |
-
1989
- 1989-12-21 JP JP1331762A patent/JP2551177B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03191837A (ja) | 1991-08-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |