JP3237822B2 - 赤外線撮像装置 - Google Patents

赤外線撮像装置

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JP3237822B2 JP11506497A JP11506497A JP3237822B2 JP 3237822 B2 JP3237822 B2 JP 3237822B2 JP 11506497 A JP11506497 A JP 11506497A JP 11506497 A JP11506497 A JP 11506497A JP 3237822 B2 JP3237822 B2 JP 3237822B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線撮像装置に
関し、特に常温の赤外線検知素子を使用し、被写体の温
度変化を赤外線検知素子の抵抗変化として検出するボロ
メータ方式の非冷却型の赤外線撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の赤外線撮像装置は、環境
温度に拘わらず赤外線検知素子の温度を特定温度に恒温
化し感度を一定に保つようにするか又は感度変化を犠牲
にして赤外線検知素子の温度を環境温度近傍に恒温化す
るという手法が採用されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記前者の従来技術の
ように環境温度に拘わらず赤外線検知素子の温度を特定
温度に恒温化するように構成したものは、環境温度と特
定温度の間に大きな温度差がある場合に規模の大きな温
度制御器が必要になるものであり、また、温度制御器の
能力により使用環境等が限られた範囲に限定されてしま
うという難点があった。
【0004】また、上記後者の従来技術のように赤外線
検知素子の温度だけを環境温度近傍に恒温化する構成の
ものにおいては、赤外線検知素子の抵抗が環境温度によ
り変化するので、赤外線検知素子の抵抗を検出するため
に常に同一電圧(電流)を印加したのでは検出電流(電
圧)が環境温度に応じて変動し感度が変化してしまうと
いう難点があった。
【0005】本発明の目的は、小型・軽量・低消費電力
化が実現でき、且つ広い使用環境温度範囲にわたって感
度を一定に保つことができる赤外線撮像装置を提供する
ことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】温度センサにより環境温
度を検出し、赤外線検知素子を環境温度近傍に恒温化す
る手段(図1の5)と、環境温度信号に基づき赤外線検
知素子に印加する電圧(電流)量を制御する手段(図1
の6)を具備する。
【0007】即ち、本発明の赤外線撮像装置は、赤外線
検知素子の抵抗を検出して撮像する撮像装置において、
温度センサにより環境温度を検出し、前記赤外線検知素
子を環境温度近傍の温度に恒温化する恒温化手段と、赤
外線検知素子の抵抗を電圧又は電流を印加することによ
り読み取る抵抗検出手段と、環境温度に応じて赤外線検
知素子に印加する前記電流又は電圧を補正する制御手段
とを有する。また、赤外線検知素子の抵抗値を検出する
前記抵抗検出手段としては、一定電荷を蓄積した後、当
該電荷を一定時間前記赤外線検知素子を介して放電する
容量手段を備え、前記容量手段の電荷の放電終了時点の
電圧を読み取る構成とする。更に、前記容量手段の電荷
の放電路にはトランジスタを用いた定電流手段を備え、
当該トランジスタの制御電極のバイアスを前記環境温度
に応じて制御する。
【0008】より具体的には、本発明の赤外線撮像装置
は、赤外線検知素子と、温度センサにより環境温度を検
出し、前記赤外線検知素子を環境温度に恒温化する恒温
化回路と、コンデンサと該コンデンサに一定電荷を充電
するスイッチと該コンデンサの充電電荷を赤外線検知素
子に一定時間放電するトランジスタとを備え前記コンデ
ンサの電荷放電後の電圧を出力する読出回路と、前記ト
ランジスタのベース電圧を環境温度に応じて補正し赤外
線検知素子に流れる電流値を制御する制御回路とを有す
る。
【0009】本発明によれば、赤外線検知素子の温度を
環境温度近傍に恒温化することから、恒温部に規模の小
さな温度制御器を使用でき、また、低消費電力で広い環
境温度範囲で使用可能な赤外線撮像装置を構成できる。
【0010】更に、赤外線検知素子に印加する電圧(電
流)を環境温度の信号に基づき制御することから、環境
温度変化に基づく赤外線撮像装置の感度変化をなくすこ
とができる。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の赤外線撮像装置の一実施
の形態について説明する。図1は本実施の形態の基本構
成を示すブロック図である。
【0012】本実施の形態の赤外線撮像装置の基本構成
においては、赤外線を集光する光学系1と、集光された
赤外線が照射される赤外線検知素子2と、赤外線検知素
子2に電圧又は電流等を印加し赤外線量に基づく抵抗変
化を電流又は電圧等として読み出す読出回路3と、読み
出された出力を画像化する画像化信号処理回路4を備
え、更に、環境温度や恒温温度を検出する温度センサ7
と、前記温度センサ7の出力によりそれぞれ制御され、
赤外線検知素子2を感度温度近傍の温度に恒温化する恒
温化制御回路5及び赤外線検知素子2の読出感度を制御
するための電気量を制御する制御回路6とを備えてい
る。
【0013】同図において、光学系1で集光された赤外
線は、赤外線検知素子2の抵抗変化となり、読出回路3
によって電流又は電圧変化が読み出され画像化信号処理
回路4で処理され映像信号として出力される。
【0014】一方、温度センサ7は、使用環境温度及び
恒温温度を検出し、恒温化制御回路5及び制御回路6に
供給する。
【0015】恒温化制御回路5は、温度センサ7の信号
に基づいて、例えば環境温度と赤外線検知素子の恒温温
度との偏差に相当する信号によるフィードバック制御を
行い、赤外線検知素子2の温度が環境温度近傍の温度に
恒温化するように制御する。
【0016】制御回路6は、温度センサ7の信号に基づ
いて赤外線撮像装置の感度が環境温度により変化しない
ように赤外線検知素子2の抵抗を検出するために印加す
る電圧又は電流を制御する。
【0017】以上の構成・動作により、赤外線検知素子
2は、温度センサの出力に基づく恒温化制御回路5の制
御により恒温化され、赤外線撮像装置の電源投入以降の
温度上昇等に対しても常に環境温度の近傍温度に一定化
れる。
【0018】一方、赤外線検知素子2の読出回路3は、
制御回路6により環境温度に応じた補正量を含む電流等
を出力して、環境温度による赤外線検知素子2の抵抗変
化に基づく感度変動をキャンセルするようにして赤外線
検知素子2の抵抗を電圧値等として読み出す。
【0019】したがって、読出回路3の出力及び画像化
信号処理回路4から得られる映像信号は、環境温度の変
化にかかわらず一定感度の信号となり、高精度な赤外線
撮像装置を構成できる。
【0020】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。図
2は本発明の実施例を示す図である。同図において、赤
外線検知素子2は、例えばペルチェ効果等を利用した金
属又は半導体を用いた赤外線により抵抗値が変化する検
知素子であり、読出回路3はスイッチSW、コンデンサ
等の電荷蓄積素子(C)とトランジスタTrから構成さ
れる。
【0021】図2の動作を説明すると、読出回路3にお
いて、まず、スイッチSWをオン状態としてコンデンサ
(C)を電源電圧VCまで充電する。次に、スイッチS
Wを一定時間オフ状態に切り替え、コンデンサ(C)の
充電電荷をトランジスタTrを介して放電し、トランジ
スタのベース電圧VB に応じた定電流を赤外線検知素子
2(抵抗値R)に流す。抵抗に電流を一定時間流した後
のコンデンサ(C)の端子間電圧は、抵抗値Rの大きさ
に応じて変化するから、コンデンサ(C)の放電後の端
子間電圧値から赤外線検知素子2の抵抗変化が検出で
き、このことから赤外線量を検出できる。
【0022】ここで、前記一定時間後のコンデンサ
(C)の電圧は、放電後の電荷量により決定される。そ
して、コンデンサ(C)の容量をC、電荷をQとする
と、コンデンサの端子間電圧は、Q/Cで表され、ま
た、放電電流をI、放電期間(一定時間)τとすると放
電電荷は、I×τとなる。
【0023】また、赤外線検知素子(抵抗値R)の端子
間電圧は、トランジスタのベース電圧をVB、ベース・
エミッタ間電圧をVBEとすると、(VB −VBE)とな
り、放電電流Iは、I=(VB −VBE)/Rで表され
る。
【0024】よって、放電期間τ後のコンデンサ(C)
の電圧Vは、充電電圧VCから放電電荷分の電圧τ(VB
−VBE)/C・Rを差し引いた、 V=VC−τ(VB −VBE)/C・R ……(1) で表される。
【0025】また、赤外線検知素子の抵抗値に対する電
圧変化dVは、(1)式より、 dV={τ(VB −VBE)/C・R}・β ……(2) 但し、β=dR/Rで、赤外線撮像装置としての被写体
温度に対する抵抗変化率で表される。
【0026】一方、赤外線検知素子の抵抗値Rは、環境
温度変化dTにより、 R=R0 (1+α・dT) ……(3) R0 :基準温度T0のときの抵抗値 のように変化する。
【0027】また、トランジスタのVBEも温度特性をも
っており、 VBE=VBEO(1+∂VBE・dT) ……(4) VBEO :基準温度T0のときのVBE ∂VBE:VBEの温度微分係数 で近似できる。
【0028】したがって、(3)、(4)式より、環境
温度が変化すると(2)式で表される赤外線撮像装置の
感度は変化することになる。
【0029】そこで、温度センサ7で環境温度を検出
し、恒温化制御回路5で赤外線検知素子を温度Tに恒温
化し、また、(2)式の感度dVが基準温度T0のとき
と変化しないように制御回路6により読出回路3のトラ
ンジスタTrのベース電圧VBを制御する。
【0030】以下、制御回路6における制御方法につい
て説明する。
【0031】まず、(2)式において感度dVが環境温
度にかかわらず一定となる条件について検討すると、温
度Tにおいて赤外線検知素子に流れる上述の電流(VB
−VBE)/Rは、前記(3)、(4)式から{VB−V
BEO(1+∂VBE・dT)}/R0(1+α・dT)とし
て表せるから、感度dVが環境温度にかかわらず一定、
即ち、基準温度T0のときと変化しない条件としては、 {VB−VBEO(1+∂VBE・dT)}/R0(1+α・dT) =(VBO−VBEO)/R0 ……(5) を満たす必要がある。
【0032】そこで、(5)式からトランジスタのベー
ス電圧VBを求めると、 VB={α(VBO−VBEO)+∂VBE・VBEO}dT+VBO ……(6) が得られる。
【0033】(6)式から分かるように、感度dVが環
境温度にかかわらず一定となるベース電圧VBの条件
は、基準となる温度T0からの温度偏差dTの一次関数
で表わされる。
【0034】したがって、例えば、予め2つの環境温度
において温度偏差dTに対する感度dVが同じになるよ
うに、バイアス回路としての制御回路6からの環境温度
Tに比例する出力電流を制御し、ベース電圧を較正する
ことで赤外線撮像装置の環境温度変化に基づく感度変化
をキャンセルすることが可能である。
【0035】以上説明した実施例においては、読出回路
3を、スイッチ、コンデンサ及びバイポーラ型トランジ
スタで構成した回路により説明したが、電子スイッチや
ユニポーラ型トランジスタを使用できることは明かであ
る。また、赤外線検知素子の抵抗値の検出手段として、
コンデンサの充電電荷を赤外線検知素子を介して放電し
て低下電圧を検出する原理の検出手段を採用する例によ
り説明したが、赤外線検知素子の抵抗値変化を他の方法
により直接測定、検出するように構成してもよいことは
いうまでもない。
【0036】
【発明の効果】本発明の赤外線撮像装置は、赤外線検知
素子を環境温度近傍の温度に恒温化するものであるか
ら、恒温化装置及び温度制御回路の規模が小さくてす
み、また、低消費電力化が図れるから、小型・軽量・低
消費電力の赤外線撮像装置を構成することが可能であ
る。
【0037】更に、赤外線撮像装置の感度は環境温度に
より変化しないので、広い環境温度範囲にわたって使用
できる高性能な赤外線撮像装置を構成することができ
る。
【0038】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の基本構成を示すブロッ
ク図である。
【図2】本発明の一実施例を示す図である。
【符号の説明】
1 光学系 2 赤外線検知素子 3 読出回路 4 画像化信号処理回路 5 恒温化制御回路 6 制御回路 7 温度センサ

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 赤外線検知素子の抵抗変化を検出して撮
    像する撮像装置において、温度センサにより環境温度を
    検出し、前記赤外線検知素子を環境温度近傍の温度に恒
    温化する恒温化手段と、赤外線検知素子の抵抗変化を電
    圧又は電流を印加することにより読み取る抵抗検出手段
    と、環境温度に応じて赤外線検知素子に印加する前記電
    圧又は電流を補正する制御手段とを有し、赤外線検知素
    子の感度を環境温度にかかわらず一定化することを特徴
    とする赤外線撮像装置。
  2. 【請求項2】 前記抵抗検出手段は蓄積電荷を前記赤外
    線検知素子を介して放電する容量手段の放電結果により
    抵抗変化を検出するものであり、前記容量手段の電荷の
    放電路には定電流手段を備え、前記定電流手段の電流を
    前記制御手段により補正することを特徴とする請求項1
    記載の赤外線撮像装置。
  3. 【請求項3】 前記定電流手段としてトランジスタを用
    い、当該トランジスタの制御電極のバイアスを前記制御
    手段により補正することを特徴とする請求項2記載の赤
    外線撮像装置。
  4. 【請求項4】 赤外線検知素子と、温度センサにより環
    境温度を検出し、前記赤外線検知素子を環境温度に恒温
    化する恒温化回路と、コンデンサと該コンデンサに一定
    電荷を充電するスイッチと該コンデンサの充電電荷を赤
    外線検知素子に一定時間放電するトランジスタとを備え
    前記コンデンサの電荷放電後の電圧を出力する読出回路
    と、前記トランジスタのベース電圧を環境温度に応じて
    補正する制御回路とを有することを特徴とする赤外線撮
    像装置。
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