JP3908960B2 - 赤外画像装置における多素子検出器からのデータ取得方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は赤外画像装置における多素子検出器からのデータ取得方法、特に測定時間を短縮する方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＣＴやＩｎＳｂの多素子検出器はＦｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ Ａｒｒａｙ（ＦＰＡ）検出器と呼ばれ、１次元または２次元に配列された各素子からの光電出力を走査する機構をもち、赤外画像装置の検知デバイスとして利用されている。このＦＰＡ検出器は、ＭＯＳＦＥＴ回路による各素子出力の走査機構をもつためＭＨｚオーダーの素子走査が可能であり、この走査速度を利用することができれば高速のサンプリングが可能である。
【０００３】
図５には、ＦＰＡ検出器により信号検出を行うフーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）装置を備えた赤外画像装置の信号経路の概略が示されている。同図において、ＦＴＩＲ装置５０の光源５２からの入射光は干渉計５４でインターフェログラムを発生し、試料へ照射される。試料を通過した光はＦＰＡ検出器５６で光電変換されてアナログ電気信号を生じ、該アナログ電気信号はＡ／Ｄ変換器５８でデジタル信号に変換された後コンピュータ６０へ送られ、デジタルデータとしてメモリ等の記憶手段６２へ記憶される。なお、ＣＰＵからの信号によりＦＰＡ検出器５６中のどの素子についての測定値をＡ／Ｄ変換するかを制御するためのドライバ回路５９を備えている。そしてＣＰＵ等の演算手段６４でデータを演算処理した後、最終的に得られた画像データによりディスプレイ等の表示手段６６に試料の赤外画像を表示する。
【０００４】
ここで、連続スキャン型のＦＴＩＲ装置では、干渉計に備えた可動鏡の位置を正確に把握するために、可動鏡の移動とともに変調されたレーザの干渉信号を基準信号として使用しており、この基準信号によるサンプリング信号に同期して検出器出力のサンプリングを行う。
【０００５】
図６には連続スキャン型ＦＴＩＲ装置が備える干渉計の構成の一例が示されている。光源７０からの赤外光７２はビームスプリッタ７４で固定鏡７６方向と可動鏡７８方向に分割される。固定鏡７６と可動鏡７８で反射された光はビームスプリッタ７４で再び合成され、定速で移動する可動鏡７８の位置に応じた光路差により干渉光８０（インターフェログラム）を発生する。
【０００６】
一方、試料を通した干渉光８０のサンプリングと前記光路差との相関をとるための、副干渉計などと呼ばれる干渉計８２が併せて設置されている。この干渉計８２では、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等の単色光８４を導入し、固定鏡８６と可動鏡７８の光路差により干渉光８８を発生する。この干渉光８８は単色光によるものであるため正弦波状であり、検出した電気信号を例えば同図に示すような櫛型信号９０に変換してサンプリングを指示する信号とすることで、サンプリング時の前記光路差を特定することができる。また、白色光９４を干渉計８２に併せて導入することで、その干渉光強度が極大となる点を前記光路差がゼロの位置として位置の基準とすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、連続スキャン型のＦＴＩＲ装置の検出器としてＦＰＡ検出器を使用した場合、検出器出力を前記基準信号によるサンプリング信号に同期して各素子のサンプリングを行うと、サンプリング信号の周波数はＫＨｚオーダーであるため、ＭＨｚオーダーの速度で走査可能なＦＰＡ検出器の性能を十分に発揮できない。
【０００８】
そして、干渉計の可動鏡位置と正確な相関をとったサンプリングを行うには、前記基準信号を利用する以外に方法はなく、例えばＦＰＡ検出器のＭＨｚオーダーの内部信号を利用してサンプリングを行おうとしても、干渉計の可動鏡位置との間で精度良く相関がとれないので正確な測定ができない。
【０００９】
そこで、ステップスキャン動作により全素子からの出力を読み出せば上述の問題点は回避できるが、ステップスキャン型のＦＴＩＲ装置は高価であり、より安価に利用可能な連続スキャン型を用いて、適切な精度を保持しつつＦＰＡ検出器の性能を活かした高速のデータ取得方法が望まれていた。
本発明は前記従来技術に鑑み為されたものであり、その目的は多素子検出器により信号検出を行う連続スキャン型ＦＴＩＲ装置を備えた赤外画像装置において、適切な測定精度を保持しつつ高速にデータ取得が可能な方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明の赤外画像装置における多素子検出器からのデータ取得方法は、多素子検出器により信号検出を行う連続スキャン型フーリエ変換赤外分光装置を備えた赤外画像装置における多素子検出器からのデータ取得方法において、
可動鏡を定速移動させ干渉光を生成する干渉計の可動鏡位置との相関が得られるサンプリング信号に同期して前記多素子検出器の素子走査を開始し、
素子走査をサンプリング信号のサンプリング周波数より高速の周波数で行い、
素子走査を開始したサンプリング信号の次のサンプリング信号が発生する前に全素子の走査を終え、
この一連の操作をサンプリング信号が発生するごとに繰りかえすことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１には、ＦＰＡ検出器の素子配列の一例が示されている。測定時には、１行目の各素子から（１，１）、（１，２）・・・（１，６４）の順に走査し、次に２行目の各素子について（２，１）、（２，２）・・・（２，６４）の順に走査し、同様に３〜６４行目の各素子についても順番に走査を行う。
【００１２】
前述したように、ＦＰＡ検出器はこの走査をＭＨｚオーダーで行うことが可能である。しかし、連続スキャン型ＦＴＩＲ装置の検出器として使用する場合、可動鏡位置との正確な相関は干渉計の基準信号によるＫＨｚオーダーのサンプリング信号でしかとることができず、例えばＦＰＡ検出器の内部信号をそのまま利用して全測定を行ったとしても精度の良い測定をすることができない。
【００１３】
そこで本発明者らは十分な測定精度でＦＰＡ検出器のもつ走査速度を活かしたデータ取得方法を鋭意検討した結果、以下に説明する方法を見出した。図２には、図１の検出器を使用した場合を例として、本発明の方法によるサンプリングの概略が示されている。同図のレーザ基準信号１０は、干渉計の可動鏡の位置と対応したＫＨｚオーダーのサンプリング信号１２を発生している。
【００１４】
本発明ではＦＰＡ検出器の走査をサンプリング信号１２に同期して開始する。そして、例えば検出器回路の内部信号を利用してサンプリング信号１２の周波数より高速の周波数で走査を行えば、干渉計の可動鏡位置との相関が確保される。
【００１５】
すなわち、走査信号の周波数が一定で等間隔のサンプリングを行えば各素子の走査点は干渉計の可動鏡位置と相関して特定できるため、擬似的に各素子のサンプリングを行うことができる。
【００１６】
そして、素子走査を開始したサンプリング信号の次のサンプリング信号が発生する前に全素子の走査を終え、この一連の操作をサンプリング信号が発生するごとに繰りかえし全サンプリングを行う。
【００１７】
素子走査の終了時と次のサンプリング信号との間には適当な時間間隔があってよく、例えば各サンプリング信号の間で素子数が数十〜数百個程度のＦＰＡ検出器の全素子走査を行うことができる。
【００１８】
このようにして、適切な測定精度を保持しつつ、ＦＰＡ検出器の性能を活かして高速にデータ取得を行うことができる。例えば従来のように単一素子の検出器を使用する場合では、サンプリング信号１２ごとに該素子からの信号検出を行うが、本発明の方法によれば、サンプリング信号１２ごとに全素子の走査が行われるので、多素子検出器であるにもかかわらず、従来の単一素子の検出器におけるサンプリング時間と変わらない速度で全サンプリングを行うことができる。
【００１９】
また、本発明者らは、ＦＴＩＲ装置の検出器としてＦＰＡ検出器を使用し、赤外画像を得る際の検出器からのデータ取得方法として、以下に説明する方法が適用できることを見出した。以下、この方法について説明する。
【００２０】
すなわち、ＦＰＡ検出器を使用して赤外画像を得る場合、スイッチング回路のドライバによりＦＰＡ検出器の全素子を走査して、全素子それぞれを各点とした画像を得ていた。
【００２１】
しかしながら、測定目的、対象によっては必ずしも全素子それぞれを各点とした精細な画像が常に要求されるわけではない。
また、画質よりも測定時間の短縮が求められる場合もある。
【００２２】
一方、測定対象全体ではなく、その一部の画像を迅速に得たい場合には、前述の全素子を走査する方法では不適である。
【００２３】
そこで、ＦＰＡ検出器を使用して赤外画像を得る際に測定時間を短縮することを目的として検討した結果、多素子検出器により信号検出を行うフーリエ変換赤外分光装置を備えた赤外画像装置における多素子検出器からのデータ取得方法において、
前記多素子検出器の全素子配列から走査する素子を選択し、該選択された素子のみ走査を行い、
該走査を行った素子からのデータを画像データとすることを特徴とするデータ取得方法を見出した。
【００２４】
また、前記方法において、均一に素子間隔を置いて走査する素子を選択することが好適である。
また、前記方法において、測定対象の被測定部位に対応した範囲の素子を選択することが好適である。
【００２５】
以下、上述の方法について説明する。
上述の方法が適用される赤外画像装置としては、例えば図５の構成が挙げられる。
図３及び図４には、ＦＰＡ検出器の素子配列と共に上述の方法を説明した概略図が示されている。図３に示す方法では、全素子を走査するのではなく、均一に素子間隔を置いて選択された素子からデータを取得する。すなわち、同図では、１行目は（１，１）、（１，３）、（１，５）・・・の順に１つおきに走査し、２行目は（２，２）、（２，４）、（２，６）・・・の順に１つおきに走査し、３〜６４行目についても同様に走査してデータを取得する。そして該走査を行った素子からの取得したデータを画像データとし、これに基づいて画像を得る。
【００２６】
このような走査方法は、スイッチング回路のドライバの設定により可能であり、このようにデータを取得すれば全素子からデータを取得した場合に比して理論的には画質は落ちるが、それでも視覚的には十分な場合もあり、また高画質よりも測定時間の短縮が要求される場合には効果的な方法である。
なお、素子間隔等は測定目的により適宜決定される。
【００２７】
また、図４に示す方法では、全素子を走査するのではなく、測定対象の被測定部位に対応した範囲の素子を選択して走査しデータを取得する。同図には横が１〜１０列目まで、縦が１〜１０行目までの素子からデータを取得する場合の例が示されている。そして該走査を行った素子からのデータを画像データとし、これに基づいて画像を得る。
【００２８】
このようにデータを取得すれば、測定対象の一部の画像だけ得ればよい場合であれば、必要なデータだけ効率よく取得可能であり、測定時間が短縮される。
【００２９】
以上説明したように上述の方法によれば、効率の良いデータ取得が可能であり、測定時間が短縮されるという効果がある。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の方法によれば、適切な測定精度を保持しつつ高速なデータ取得が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＦＰＡ検出器の素子配列の一例である。
【図２】本発明の方法の説明図である。
【図３】ＦＴＩＲ装置の検出器としてＦＰＡ検出器を使用し、赤外画像を得る際の検出器からのデータ取得方法を示した説明図である。
【図４】ＦＴＩＲ装置の検出器としてＦＰＡ検出器を使用し、赤外画像を得る際の検出器からのデータ取得方法を示した説明図である。
【図５】赤外画像装置の信号経路の概略を示した説明図である。
【図６】干渉計の構成の概略を示した説明図である。
【符号の説明】
１０：基準信号、１２：サンプリング信号、５０：ＦＴＩＲ装置、５２：光源５２、５４：干渉計、５６：ＦＰＡ検出器、５８：ＡＤ変換器、５９：ドライバ回路、６０：コンピュータ、６２：記憶手段、６４：演算手段、６６：表示手段、７０：光源、７２：赤外光、７４：ビームスプリッタ、７６：固定鏡、７８：可動鏡、８０：干渉光、８２：干渉計、８４：単色光、８６：固定鏡、８８：干渉光、９０：櫛型信号、９４：白色光

Claims (1)

1. 多素子検出器により信号検出を行う連続スキャン型フーリエ変換赤外分光装置を備えた赤外画像装置における多素子検出器からのデータ取得方法において、
   可動鏡を定速移動させ干渉光を生成する干渉計の可動鏡位置との相関が得られるサンプリング信号に同期して前記多素子検出器の素子走査を開始し、
   素子走査をサンプリング信号のサンプリング周波数より高速の一定周波数で行い、
   素子走査を開始したサンプリング信号の次のサンプリング信号が発生する前に全素子の走査を終え、
   この一連の操作をサンプリング信号が発生するごとに繰り返すことを特徴とする赤外画像装置における多素子検出器からのデータ取得方法。

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