JP3948956B2 - Infrared camera - Google Patents
Infrared camera Download PDFInfo
- Publication number
- JP3948956B2 JP3948956B2 JP2001398576A JP2001398576A JP3948956B2 JP 3948956 B2 JP3948956 B2 JP 3948956B2 JP 2001398576 A JP2001398576 A JP 2001398576A JP 2001398576 A JP2001398576 A JP 2001398576A JP 3948956 B2 JP3948956 B2 JP 3948956B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- infrared
- control
- output level
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 56
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 15
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 13
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
- H04N25/67—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response
- H04N25/671—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response for non-uniformity detection or correction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Studio Devices (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線カメラ、特に、温度変化により赤外線の放射量を検出し被写体像の画像化を行う場合に、初期設定調整を要すること無く、撮像素子の出力レベルを安定化させる赤外線カメラの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
図7は、従来の赤外線カメラ1の概略構成を示すブロック図である。赤外線カメラ1は、赤外線を検出する構成として、被写体からの赤外光を結像する赤外光学系2と、赤外光学系2からの赤外光を遮断するシャッタ3と、シャッタ3の裏面側に配置され赤外光を透過するウインド4と、赤外線カメラ1に用いる各種素子を一体にした素子パッケージ5を含んでいる。この素子パッケージ5において、赤外光学系2の結像面には撮像素子6が配置され、この撮像素子6には、撮像素子6の温度をモニタする素子温度モニタ7及び、撮像素子6の温度を変化させる熱電素子8がそれぞれ熱的に接続されている。また、撮像素子6には、直流電源9も接続されている。
【0003】
また、赤外線カメラ1の回路構成としては、撮像素子6に接続されたドライバ回路10、素子温度モニタ7と熱電素子8に接続され撮像素子6の温度を一定に制御する温度制御回路11、撮像素子6の出力を増幅する増幅回路12、増幅された素子出力の感度とオフセットと欠陥を補正する補正処理回路13、補正された素子出力を所望の表示形式に変換して被写体の画像化を行う表示処理回路14、前記シャッタ3とドライバ回路10と補正処理回路13と表示処理回路14に動作タイミングを供給するタイミング発生回路15、撮像素子6において、素子出力レベルの設定切換を行う素子出力レベル設定切換スイッチ16、素子出力レベルを設定する第1の素子出力レベル設定回路17、第1の素子出力レベル設定回路17と異なる素子出力レベルを設定する第2の素子出力レベル設定回路18、素子制御温度の切り換えを行う素子制御温度切換スイッチ19、素子制御温度を設定する第1の素子制御温度設定回路20、第1の素子制御温度設定回路20と異なる素子制御温度を設定する第2の素子制御温度設定回路21、カメラ内部の温度をモニタする温度センサ22、温度センサ22の出力がある閾値を越えた場合に素子出力レベル切換スイッチ16と素子制御温度切換スイッチ19の切換を行うコンパレータ23、コンパレータ23の温度切換閾値を設定する温度切換閾値設定回路24等を含んでいる。そして、上述した各構成が筐体25に納められている。
【0004】
図8は撮像素子6の構成であり、実際は複数の画素をマトリックス状に配列した構成を有しているが、説明を簡素化するために単画素のものを示している。この撮像素子6は、水平方向の画素を選択する水平走査回路26、垂直方向の画素を選択する垂直走査回路27、水平方向の画素への電流をON/OFFする第1トランジスタ28、赤外線検知画素29、垂直方向の画素への電流をON/OFFする第2のトランジスタ30、赤外線検知画素29に流れる電流を制御し、素子出力レベルを変化させるための第3のトランジスタ31で構成されている。
【0005】
また、図9には、赤外線検知画素29の概略構造が示されている。この構造は、例えば特表平7−509057号記載のマイクロボロメータなどであり、赤外線検出素子32は、ボロメータやダイオードなど熱型の赤外線検出素子である。この赤外線検知画素29において、赤外線検出素子32はブリッジ構造33によって支持されている。そのため、ブリッジ構造33は、その内部に空隙34が形成されている。なお、このブリッジ構造33は、シリコン基板35上に形成されている。
【0006】
また、図10は温度制御回路11の概略構成であり、素子温度モニタ7の出力に比例した値を発生する素子温度モニタ回路36と、素子温度モニタ回路36の出力と素子制御温度切換スイッチ19により選択された出力の誤差を求める減算器37、求めた誤差を積分する積分回路38、誤差を電力変換し熱電素子8に供給する電力供給回路39等を含んでいる。
【0007】
上述のように構成される従来の赤外線カメラ1の動作について説明する。予め温度切換閾値設定回路24に閾値となる温度(例えば25℃)を、また第1の素子制御温度設定回路20に、低温制御時の制御温度(例えば5℃)及び第2の素子制御温度設定回路21に、高温制御時の制御温度(例えば50℃)をそれぞれ設定しておく。まず、電源投入直後に筐体25の内部の温度を温度センサ22で読みとり、読みとった温度と温度切換閾値設定回路24で設定された温度切換閾値とをコンパレータ23で比較し、閾値温度より高いか低いかに基づいて、素子制御温度切換スイッチ19により第1の素子制御温度設定回路20の出力又は第2の素子制御温度設定回路21の出力のいずれかを温度制御回路11に接続する。温度制御回路11に含まれる素子温度モニタ回路36は素子温度モニタ7の出力に比例した値を発生する。減算器37で素子温度モニタ回路36の出力と素子制御温度切換スイッチ19の出力の誤差を求め、積分回路38で誤差を積分する。この誤差を電力供給回路39を介して熱電素子8に電力として供給し、誤差を打ち消すように撮像素子6の温度を制御する。その結果、撮像素子6の制御温度を一定に制御することができる。
【0008】
撮像素子6は図8に示すように、直流電源9及びドライバ回路10により駆動される。ドライバ回路10から供給される所望タイミングの信号に基づき水平走査回路26と垂直走査回路27が動作し所定の赤外線検知画素29が選択される。その結果、直流電源9から電流が第2のトランジスタ30、選択された赤外線検知画素29、第1のトランジスタ28、第3のトランジスタ31を介して流れる。
【0009】
この時、赤外線検知画素29は図9に示す通りブリッジ構造33による空隙34を有するため、赤外光学系2により結像された赤外光が、赤外線検知画素29に入射すると、赤外線検出素子32の温度がシリコン基板35に対して変化する。この温度変化により赤外線検出素子32の抵抗値などの特性が変化し、流れる電流が変化する。この電流の変化を第3のトランジスタ31の出力電圧変化として取り出すことで、入射した赤外光が電圧として出力され、増幅回路12へ供給される。
【0010】
ここで、撮像素子6は、素子制御温度設定回路20,21の選択により制御温度が変化すると、撮像素子6の出力は、赤外光が入射した場合と同様に変化してしまう。すなわち、図11に示す赤外線検知画素29の特性変化から明らかなように、その出力電圧レベルは温度によって大きくドリフトし、増幅回路12の入力範囲を逸脱し、適切な処理ができなくなる。そこで、第3のトランジスタ31に供給する電圧を、第1の素子出力レベル設定回路17の出力と第2の素子出力レベル設定回路18の出力をそれぞれ第1の素子制御温度設定回路20による設定温度と第2の素子制御温度設定回路21による設定温度に対応して出力レベルが等しくなるように初期設定時に調整している。そして、素子出力レベル切換スイッチ16により素子制御温度に合わせて切換を行うことで素子制御温度を切替ても素子出力レベルは一定になるようにしている。
【0011】
また、周囲環境温度の変化などにより筺体25の内部の温度が温度切換閾値設定回路24で設定した閾値を横切るように変化した場合、コンパレータ23によって素子制御温度切換スイッチ19及び素子出力レベル切換スイッチ16の接続が切り換えられる。撮像素子6の出力を補正処理回路13で感度とオフセットのばらつき及び画素欠陥の補正を行うのに十分なS/Nが確保できるように増幅回路12で増幅する。補正処理回路13で感度とオフセットのばらつき及び画素欠陥の補正後、表示処理回路14で例えばテレビ表示フォーマットなどに変換し出力する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の赤外線カメラにおいては、上述したように、撮像素子の制御温度の切替え前後での素子出力レベルが等しくなるようにアッセンブリ時に、素子出力レベル設定回路の調整が必要になり、初期調整が煩雑であると共に、回路構成も複雑になってしまうという問題を有していた。また、素子出力レベル設定が素子出力レベル切換スイッチの切り換えに基づく間欠的な操作なので、制御温度切換時など素子温度が安定するまでの間素子出力レベルが増幅器入力範囲を逸脱し、正常な画像が得られない時間が生じていた。
【0013】
本発明は上記従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、撮像素子の素子出力レベル調整を不要とし、常時安定した正常な画像が得られる赤外線カメラを得ることにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、温度変化により赤外線の放射量を検出し被写体像の画像化を行う赤外線カメラであって、入射する赤外線に対し感度を有する赤外線検知画素と、当該赤外線検知画素の近傍に配置され同等の電気特性を有する画素であって入射する赤外線に対し感度を待たず自身の温度に応じた信号を連続的に出力するダミー画素と、を含み、入射する赤外線の強度に応じた信号を出力する撮像素子と、前記ダミー画素からの出力に基づいて、前記赤外線検知画素の出力レベルが一定となるように制御する素子出力レベル制御回路と、を含むものとする。
【0015】
また、上記目的を達成するために、本発明は、上記構成において、前記ダミー画素は、前記赤外線検知画素を中実の支持体で支持し、赤外線による温度変化を支持体を介してリークすることにより、赤外線に対する感度を抑制するものとする。
【0016】
また、上記目的を達成するために、本発明は、上記構成において、前記撮像素子は、複数のダミー画素を有し、当該複数のダミー画素自身の温度に応じた信号の平均値を連続的に出力し出力レベルの制御を行うものとする。
【0017】
また、上記目的を達成するために、本発明は、上記構成において、前記素子出力レベル制御回路は、前記ダミー画素の出力信号と予め設定した素子出力レベル指令値との誤差を積分し、前記撮像素子内の素子出力レベルを制御する制御手段にフィードバックすることで素子出力レベルを一定とするものとする。
【0018】
また、上記目的を達成するために、本発明は、上記構成において、前記撮像素子に、供給電力に応じて熱供給もしくは冷却を行う熱制御素子と、前記撮像素子の温度をモニタする温度モニタと、複数の素子制御温度を設定する素子制御温度設定回路と、カメラ内部温度をモニタする温度センサと、前記温度センサの出力に応じて前記素子制御温度設定回路の出力を切替える素子制御温度切換えスイッチと、前記素子制御温度切替えスイッチにより選択された温度に前記撮像素子の温度を制御するために前記熱制御素子に電力を供給する温度制御回路と、を含むものとする。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面を用いて説明する。
【0020】
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1の赤外線カメラ40の概略構成ブロック図である。なお、図7に示す従来の赤外線カメラ1と同じ構成部材には、同一の符号を付して説明する。
【0021】
赤外線カメラ40は、赤外線を検出する構成として、被写体からの赤外光を結像する赤外光学系2と、赤外光学系2からの赤外光を遮断するシャッタ3と、シャッタ3の裏面側に配置され赤外光を透過するウインド4と、赤外線カメラ40に用いる各種素子を一体にした素子パッケージ5を含んでいる。この素子パッケージ5において、赤外光学系2の結像面には撮像素子41が配置され、当該撮像素子41には、直流電源9が接続されている。
【0022】
また、赤外線カメラ40の回路構成としては、撮像素子41に接続されたドライバ回路10、撮像素子41の出力を増幅する増幅回路12、増幅された素子出力の感度とオフセットと欠陥を補正する補正処理回路13、補正された素子出力を所望の表示形式に変換して被写体の画像化を行う表示処理回路14、前記シャッタ3とドライバ回路10と補正処理回路13と表示処理回路14に動作タイミングを供給するタイミング発生回路15が含まれている。そして、上述した各構成が筐体25に納められている。
【0023】
本実施の形態1に示す赤外線カメラ40においては、撮像素子41には、素子出力レベルを一定にするための素子出力レベル制御回路42が接続されている。
【0024】
図2には、前記素子出力レベル制御回路42の概略構成が示されている。素子出力レベル制御回路42は、直流電源9が接続され、撮像素子41の素子出力レベルを設定する素子出力レベル指令値設定回路43と、後述するダミー画素44と接続され、前記素子出力レベル指令値設定回路43からの素子出力レベル指令値とダミー画素44からの入力値との誤差を求める減算器45、算出した誤差を積分する積分回路46を含んでいる。
【0025】
また、図3には、撮像素子41の概略構成が示されている。実際の撮像素子41は、複数の画素をマトリックス状に配列された構成を有しているが、説明を簡素化するために図3においては単画素のものを示している。
【0026】
撮像素子41は、水平方向の画素を選択する水平走査回路26、垂直方向の画素を選択する垂直走査回路27、水平方向の画素への電流をON/OFFする第1トランジスタ28、赤外線検知画素29、垂直方向の画素への電流をON/OFFする第2のトランジスタ30、赤外線検知画素29に流れる電流を制御し、素子出力レベルを変化させるための第3のトランジスタ31を有している。従って、実際の撮像素子41においては、マトリックス状に配列された複数の赤外線検知画素29の行数及び列数に応じた第1トランジスタ28、第2のトランジスタ30が存在し、水平走査回路26及び垂直走査回路27により行及び列の所定の第1トランジスタ28、第2のトランジスタ30が選択されることにより、択一的に赤外線検知画素29の選択が行われる。
【0027】
本実施の形態1の撮像素子41においては、さらに、入射する赤外線の強度とは無関係で自身の温度に応じた信号を出力するダミー画素44および、ダミー画素44に流れる電流を制御し、素子出力レベルを変化させるための第4のトランジスタ47を含んでいる。
【0028】
ここで、赤外線検知画素29は図9に示す従来の素子と同じ構成を有している。つまり、赤外線検出素子32は、ボロメータやダイオードなど熱型の赤外線検出素子であり、この赤外線検出素子32はブリッジ構造33によって支持されている。そのため、ブリッジ構造33は、その内部に空隙34が形成されている。そして、このブリッジ構造33は、シリコン基板35上に形成されている。従って、赤外線検出素子32は赤外線検知画素29に赤外線が入射すると、その入射量に応じて、赤外線検出素子32の温度がシリコン基板35に対して変化する。一方、ダミー画素44は、図4に示すように、ボロメータやダイオードなど熱型の赤外線検出素子である赤外線検出素子32が、空隙を有さない、つまり中実のブリッジ構造48によって支持されている。このブリッジ構造48は、シリコン基板35上に形成されている。従って、ダミー画素44の部分では、赤外線検出素子32は赤外線が入射しても、入射した赤外線による熱は、直ちにブリッジ構造48を介してシリコン基板35にリークしてしまうので、実質的に赤外線による変化を示さない、つまり赤外線に感度を持たない部分となる。
【0029】
このように、赤外線検知画素29とダミー画素44は、ブリッジ構造33またはブリッジ構造48のいずれかを選択するのみで、容易に作成することができる。
【0030】
このように構成される撮像素子41において、空隙を有するブリッジ構造33に支持される赤外線検出素子32で形成される赤外線検知画素29は、所定の素子が、ドライバ回路10から供給される所望タイミングの信号に基づき動作する水平走査回路26と垂直走査回路27によって選択される。この選択が行われることにより、直流電源9からの電流が第2のトランジスタ30、選択された赤外線検知画素29、第1のトランジスタ28、第3のトランジスタ31に流れる。このとき、選択された赤外線検知画素29は入射した赤外線量に応じた値を出力する。一方、空隙を有さないブリッジ構造48に支持された赤外線検出素子32で形成されるダミー画素44は、水平走査回路26や垂直走査回路27とは、全く独立して、直流電源9からの電流を受ける。この時、ダミー画素44は、赤外線による温度変化は全く生じることなく、常時自身の温度変化、つまり赤外線に影響を受けない温度変化に基づく値を出力する。
【0031】
次に動作について説明する。赤外線カメラ40は、従来存在した素子温度モニタ7、熱電素子8、温度制御回路11を有していないため、動作環境温度に従って撮像素子41の温度は変化する。つまり、赤外線検知画素29とダミー画素44の素子出力レベルは温度変化に従って変化する。ここで、ダミー画素44と赤外線検知画素29は動作温度に対する特性がほぼ等しいものを用いるものとする。この時、ダミー画素44は、図4の通り中実のブリッジ構造48を有し、赤外線検知画素29が有するような空隙を有さないため、赤外線検出素子32の温度はシリコン基板35と等しくなり、入射する赤外線の強度には無関係でダミー画素44自身の温度に従った信号を出力する。そして、減算器45で素子出力レベル指令値設定回路43に設定された素子出力レベル指令値とダミー画素44の素子出力レベルを減算し誤差を求める。この誤差を積分回路46で積分し、誤差を打ち消すように第3のトランジスタ31と第4のトランジスタ47にフィードバックする。ここで、第3のトランジスタ31と第4のトランジスタ47は、積分回路46からのフィードバックに対してほぼ等しい特性のものを用いることで、赤外線検知画素29の素子出力レベルは素子出力レベル指令値又はその近傍で常に一定に保たれることとなる。
【0032】
このように実施の形態1によれば、撮像素子41の動作温度に依らず連続的な制御により素子出力レベルを一定に保つため、素子温度制御及び素子出力レベル調整(初期調整)が不要となり、アッセンブリ時の作業が容易になる。また、回路規模及び消費電力が低減され、かつ、広い温度範囲で画像がとぎれることがない赤外線カメラを得ることができる。
【0033】
なお、撮像素子41において、ダミー画素44の配置数や配置位置は任意であり、1個でも十分に機能させることができるが、例えば図5に示すように、マトリックス状に配列された赤外線検知画素29の周囲の所定位置、例えばダミー画素44を4隅に配置し、複数(例えば4個)のダミー画素44自身の温度に応じた信号の平均値を連続的に出力し、積分回路46において算出した平均値に基づいて出力レベルの制御を行うようにすれば、撮像素子41の動作状態をより正確に認識し、素子出力レベルの自動調整を行うことができるので、より良好な画像を得ることができる。
【0034】
実施の形態2.
撮像素子41において、赤外線検出素子32に用いる材料の特性によっては、動作温度により画素間のオフセットや感度のバラツキが大きく異なるものがあり、画素間の性能の均一化を図るために、図7に示す従来の赤外線カメラ1と同様に、素子温度制御を必要とする場合がある。図6に示す実施の形態2は、このような場合に実施の形態1で用いた技術を適用した赤外線カメラ49の概略構成を示すブロック図である。
【0035】
赤外線カメラ49において、実施の形態1や従来技術と同じ部材については、同じ符号を付して説明する。被写体からの赤外光を結像する赤外光学系2と、赤外光学系2からの赤外光を遮断するシャッタ3と、シャッタ3の裏面側に配置され赤外光を透過するウインド4と、赤外線カメラ49に用いる各種素子を一体にした素子パッケージ5を含んでいる。この素子パッケージ5において、赤外光学系2の結像面には実施の形態1と同じ撮像素子41が配置されているが、実施の形態2においては、この撮像素子41に、当該撮像素子41の温度をモニタする素子温度モニタ7及び、撮像素子41の温度を変化させる熱電素子8がそれぞれ熱的に接続されている。また、撮像素子41には、直流電源9も接続されている。
【0036】
また、赤外線カメラ49の回路構成としては、撮像素子41に接続されたドライバ回路10、素子温度モニタ7と熱電素子8に接続され撮像素子41の温度を一定に制御する温度制御回路11、撮像素子41の出力を増幅する増幅回路12、増幅された素子出力の感度とオフセットと欠陥を補正する補正処理回路13、補正された素子出力を所望の表示形式に変換する表示処理回路14、前記シャッタ3とドライバ回路10と補正処理回路13と表示処理回路14に動作タイミングを供給するタイミング発生回路15、素子制御温度の切り換えを行う素子制御温度切換スイッチ19、素子制御温度を設定する第1の素子制御温度設定回路20、第1の素子制御温度設定回路20と異なる素子制御温度を設定する第2の素子制御温度設定回路21、カメラ内部の温度をモニタする温度センサ22、温度センサ22の出力がある閾値を越えた場合に素子制御温度切換スイッチ19の切換を行うコンパレータ23、コンパレータ23の温度切換閾値を設定する温度切換閾値設定回路24等を含んでいる。そして、上述した各構成が筐体25に納められている。
【0037】
本実施の形態2に示す赤外線カメラ49においても、撮像素子41の素子出力レベルを一定にするための素子出力レベル制御回路42が接続されている。なお、素子出力レベル制御回路42の構成は、実施の形態1の構成と同じである。また、撮像素子41の構成に関しても実施の形態1の構成と同じである。
【0038】
次に動作について説明する。従来と同様に素子制御温度を切替えた場合、赤外線検知画素29及びダミー画素44は温度制御回路11の制御により同じ割合で温度変化を示す。この時、実施の形態1と同様なダミー画素44及び第4のトランジスタ47を有する撮像素子41と素子出力レベル制御回路42を用いることで、素子制御温度に左右されることなく撮像素子41の出力レベルを一定に保つことが可能になり、素子温度制御を行う必要が有る場合でも動作温度毎の素子出力レベル設定の調整が不要とすることができる。
【0039】
この実施の形態2によれば、赤外線検出素子32の動作温度により画素間の特性バラツキが大きく従来の素子温度制御を必要とする場合の素子出力レベル設定の調整が不要なアッセンブリを容易に行うことのできる赤外線カメラ49を得ることができる。
【0040】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、入射する赤外線に対し感度を有する赤外線検知画素と、当該赤外線検知画素の近傍に配置され同等の電気特性を有する画素であって入射する赤外線に対し感度を待たず自身の温度に応じた信号を連続的に出力するダミー画素と、を含み、入射する赤外線の強度に応じた信号を出力する撮像素子と、前記赤外線検知画素及びダミー画素からの出力に基づいて、前記撮像素子の出力レベルが一定となるように制御する素子出力レベル制御回路と、で赤外線カメラを構成することにより、撮像素子の動作温度に依らず素子出力レベルを一定に保つため、素子温度制御及び素子出力レベル調整が不要となり、アッセンブリ時の作業を容易にすることができると共に、回路規模及び消費電力が低減され、かつ、広い温度範囲で画像がとぎれることがない赤外線カメラを得ることができる。
【0041】
また、この発明によれば、上記構成において、ダミー画素は、赤外線検知画素を中実の支持体で支持することにより赤外線による温度変化を支持体を介してリークし、赤外線に対する感度を抑制するので、容易な構成によりダミー画素を構成することができ、赤外線検知画素とダミー画素との作り分けを容易に行うことができる。
【0042】
また、この発明によれば、上記構成において、複数のダミー画素を有し、当該複数のダミー画素自身の温度に応じた信号の平均値を連続的に出力し出力レベルの制御を行うことにより、撮像素子の出力レベルの一定化をより精度よく行うことができる。
【0043】
また、この発明によれば、上記構成において、素子出力レベル制御回路は、ダミー画素の出力信号と予め設定した素子出力レベル指令値との誤差を積分し、撮像素子内の素子出力レベルを制御する制御手段にフィードバックすることで素子出力レベルを一定とするので、容易な構成でリアルタイムの素子出力レベルの制御を行うことができる。
【0044】
また、この発明よれば、上記構成において、撮像素子に、供給電力に応じて熱供給もしくは冷却を行う熱制御素子と、撮像素子の温度をモニタする温度モニタと、複数の素子制御温度を設定する素子制御温度設定回路と、カメラ内部温度をモニタする温度センサと、温度センサの出力に応じて前記素子温度設定回路の出力を切替える素子制御温度切換えスイッチと、素子温度切替えスイッチにより選択された温度に上記撮像素子の温度を制御するために熱制御素子に電力を供給する温度制御回路とを有するので、撮像素子の動作温度による画素間の特性バラツキが大きく素子温度制御を必要とする場合でも、ダミー素子を用いた素子出力レベル制御回路の動作により、動作温度毎の素子出力レベル設定調整を行うことなく、良好に動作する赤外線カメラを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1に係る赤外線カメラの概略構成を説明するブロック図である。
【図2】 本発明の実施の形態1に係る赤外線カメラの素子出力レベル制御回路の構成を示すブロック図である。
【図3】 本発明の実施の形態1に係る赤外線カメラのダミー画素の構造を説明する説明図である。
【図4】 本発明による赤外線カメラの実施の形態1におけるダミー画素の構造を示す構造図である。
【図5】 本発明による赤外線カメラの実施の形態1におけるダミー画素を複数配置する場合の構造を示す構造図である。
【図6】 本発明の実施の形態2に係る赤外線カメラの概略構成を説明するブロック図である。
【図7】 従来の赤外線カメラの概略構成を示すブロック図である。
【図8】 従来の赤外線カメラにおける撮像素子の構成を示すブロック図である。
【図9】 従来の赤外線カメラにおける赤外線検知画素の構造を示す構造図である。
【図10】 従来の赤外線カメラにおける温度制御回路の構成を示すブロック図である。
【図11】 撮像素子の制御温度に対する挙動を説明するための図である。
【符号の説明】
1 赤外線カメラ、2 赤外光学系、3 シャッタ、4 ウインド、5 素子パッケージ、10 ドライバ回路、12 増幅回路、13 補正処理回路、14表示処理回路、15 タイミング発生回路、40 赤外線カメラ、41 撮像素子、42 素子出力レベル制御回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is an improvement of an infrared camera, particularly an infrared camera that stabilizes the output level of an image sensor without requiring an initial setting adjustment when an infrared radiation amount is detected based on a temperature change and an object image is formed. About.
[0002]
[Prior art]
FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional
[0003]
Further, the circuit configuration of the
[0004]
FIG. 8 shows a configuration of the
[0005]
FIG. 9 shows a schematic structure of the
[0006]
FIG. 10 shows a schematic configuration of the
[0007]
The operation of the conventional
[0008]
The
[0009]
At this time, since the
[0010]
Here, when the control temperature of the
[0011]
Further, when the temperature inside the
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional infrared camera, as described above, it is necessary to adjust the element output level setting circuit at the time of assembly so that the element output levels before and after the switching of the control temperature of the image pickup element are equal, and the initial adjustment is performed. In addition to being complicated, the circuit configuration is also complicated. Also, since the element output level setting is an intermittent operation based on the switching of the element output level selector switch, the element output level deviates from the amplifier input range until the element temperature stabilizes, such as when the control temperature is switched, and a normal image is displayed. There was an unobtainable time.
[0013]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to obtain an infrared camera that does not require adjustment of the element output level of the image sensor and can always obtain a stable normal image.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is an infrared camera that detects the amount of infrared radiation based on a change in temperature and images a subject image, and includes an infrared detection pixel having sensitivity to incident infrared radiation, and the infrared radiation A dummy pixel that is arranged in the vicinity of the detection pixel and has an equivalent electrical characteristic and that continuously outputs a signal corresponding to its own temperature without waiting for sensitivity to the incident infrared ray, An image sensor that outputs a signal according to intensity, Record Based on the output from the me pixel, Infrared detection pixel And an element output level control circuit that controls the output level to be constant.
[0015]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in the above configuration, the dummy pixel supports the infrared detection pixel with a solid support, and leaks a temperature change due to infrared light through the support. Therefore, the sensitivity to infrared rays is suppressed.
[0016]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in the above configuration, the imaging element has a plurality of dummy pixels, and continuously calculates an average value of signals according to the temperatures of the plurality of dummy pixels themselves. Output and control the output level.
[0017]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in the above configuration, the element output level control circuit integrates an error between an output signal of the dummy pixel and a preset element output level command value, and the imaging It is assumed that the element output level is made constant by feeding back to the control means for controlling the element output level in the element.
[0018]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in the configuration described above, the present invention provides a thermal control element that supplies or cools heat to the image sensor according to supplied power, and a temperature monitor that monitors the temperature of the image sensor. An element control temperature setting circuit for setting a plurality of element control temperatures; a temperature sensor for monitoring the temperature inside the camera; and an element control temperature switching switch for switching the output of the element control temperature setting circuit in accordance with the output of the temperature sensor; And a temperature control circuit for supplying power to the thermal control element to control the temperature of the imaging element to a temperature selected by the element control temperature changeover switch.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
[0020]
FIG. 1 is a schematic block diagram of an
[0021]
The
[0022]
The circuit configuration of the
[0023]
In the
[0024]
FIG. 2 shows a schematic configuration of the element output
[0025]
FIG. 3 shows a schematic configuration of the
[0026]
The
[0027]
In the
[0028]
Here, the
[0029]
As described above, the
[0030]
In the
[0031]
Next, the operation will be described. Since the
[0032]
As described above, according to the first embodiment, the element output level is kept constant by continuous control regardless of the operating temperature of the
[0033]
In the
[0034]
Depending on the characteristics of the material used for the
[0035]
In the
[0036]
Further, the circuit configuration of the
[0037]
Also in the
[0038]
Next, the operation will be described. When the element control temperature is switched as in the conventional case, the
[0039]
According to the second embodiment, it is possible to easily perform an assembly that does not require adjustment of the element output level setting when the characteristic variation between pixels is large due to the operating temperature of the
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an infrared detection pixel having sensitivity to incident infrared rays, and a pixel which is disposed in the vicinity of the infrared detection pixel and has equivalent electrical characteristics, has sensitivity to incident infrared rays. A dummy pixel that continuously outputs a signal corresponding to its own temperature without waiting, an image sensor that outputs a signal according to the intensity of incident infrared light, and an output from the infrared detection pixel and the dummy pixel And an element output level control circuit for controlling the output level of the image sensor to be constant, and by configuring the infrared camera, the element output level is kept constant regardless of the operating temperature of the image sensor. Temperature control and element output level adjustment are not required, the assembly work can be facilitated, the circuit scale and power consumption are reduced, and a wide temperature range is achieved. Image can be obtained an infrared camera is not interrupted in the range.
[0041]
Further, according to the present invention, in the above configuration, the dummy pixel leaks the temperature change due to the infrared ray through the support by supporting the infrared detection pixel with the solid support, and suppresses the sensitivity to the infrared. The dummy pixel can be configured with an easy configuration, and the infrared detection pixel and the dummy pixel can be easily made separately.
[0042]
Further, according to the present invention, in the above configuration, by having a plurality of dummy pixels, and continuously outputting an average value of signals corresponding to the temperatures of the plurality of dummy pixels themselves to control the output level, The output level of the image sensor can be made more accurate.
[0043]
According to the invention, in the above configuration, the element output level control circuit integrates an error between the output signal of the dummy pixel and a preset element output level command value, and controls the element output level in the image sensor. Since the element output level is made constant by feeding back to the control means, it is possible to control the element output level in real time with an easy configuration.
[0044]
According to the invention, in the above-described configuration, the image sensor is set with a thermal control element that supplies or cools heat according to the supplied power, a temperature monitor that monitors the temperature of the image sensor, and a plurality of element control temperatures. An element control temperature setting circuit, a temperature sensor for monitoring the internal temperature of the camera, an element control temperature switching switch for switching the output of the element temperature setting circuit in accordance with the output of the temperature sensor, and a temperature selected by the element temperature switching switch In order to control the temperature of the image sensor, a temperature control circuit that supplies power to the thermal control element is included. Therefore, even when the characteristic variation between pixels due to the operating temperature of the image sensor is large and the element temperature control is required, the dummy is controlled. Red that operates satisfactorily without adjusting the element output level setting for each operating temperature by the operation of the element output level control circuit using the element It is possible to obtain a line camera.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an infrared camera according to
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an element output level control circuit of the infrared camera according to
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a structure of a dummy pixel of the infrared camera according to
FIG. 4 is a structural diagram showing a structure of a dummy pixel in
FIG. 5 is a structural diagram showing a structure when a plurality of dummy pixels are arranged in the infrared camera according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an infrared camera according to
FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional infrared camera.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of an image sensor in a conventional infrared camera.
FIG. 9 is a structural diagram showing the structure of an infrared detection pixel in a conventional infrared camera.
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a temperature control circuit in a conventional infrared camera.
FIG. 11 is a diagram for explaining the behavior of the image sensor with respect to the control temperature.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
入射する赤外線に対し感度を有する赤外線検知画素と、当該赤外線検知画素の近傍に配置され同等の電気特性を有する画素であって入射する赤外線に対し感度を待たず自身の温度に応じた信号を連続的に出力するダミー画素と、を含み、入射する赤外線の強度に応じた信号を出力する撮像素子と、
前記ダミー画素からの出力に基づいて、前記赤外線検知画素の出力レベルが一定となるように制御する素子出力レベル制御回路と、
を含むことを特徴とする赤外線カメラ。An infrared camera that detects the amount of infrared radiation based on temperature changes and images a subject image,
An infrared detection pixel that is sensitive to incident infrared rays, and a pixel that is arranged in the vicinity of the infrared detection pixels and that has equivalent electrical characteristics, and continuously outputs a signal corresponding to its own temperature without waiting for sensitivity to incident infrared rays. An image sensor that outputs a signal corresponding to the intensity of incident infrared rays,
Based on the output from the previous Kida Me pixel, and the element output level control circuit for an output level of the infrared detection pixel is controlled to be constant,
Infrared camera characterized by including.
前記赤外線検知画素を中実の支持体で支持し、赤外線による温度変化を支持体を介してリークすることにより、赤外線に対する感度を抑制することを特徴とする請求項1記載の赤外線カメラ。The dummy pixel is
The infrared camera according to claim 1, wherein the infrared detection pixel is supported by a solid support, and sensitivity to infrared is suppressed by leaking a temperature change due to infrared through the support.
前記ダミー画素の出力信号と予め設定した素子出力レベル指令値との誤差を積分し、前記撮像素子内の素子出力レベルを制御する制御手段にフィードバックすることで素子出力レベルを一定とすることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の赤外線カメラ。The element output level control circuit includes:
The element output level is made constant by integrating an error between the output signal of the dummy pixel and a preset element output level command value and feeding back to the control means for controlling the element output level in the image sensor. The infrared camera according to any one of claims 1 to 3.
前記撮像素子の温度をモニタする温度モニタと、
複数の素子制御温度を設定する素子制御温度設定回路と、
カメラ内部温度をモニタする温度センサと、
前記温度センサの出力に応じて前記素子制御温度設定回路の出力を切替える素子制御温度切換えスイッチと、
前記素子制御温度切替えスイッチにより選択された温度に前記撮像素子の温度を制御するために前記熱制御素子に電力を供給する温度制御回路と、
を含むことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の赤外線カメラ。A heat control element for supplying heat or cooling to the image sensor in accordance with power supplied;
A temperature monitor for monitoring the temperature of the image sensor;
An element control temperature setting circuit for setting a plurality of element control temperatures;
A temperature sensor that monitors the internal temperature of the camera;
An element control temperature switching switch for switching the output of the element control temperature setting circuit according to the output of the temperature sensor;
A temperature control circuit for supplying power to the thermal control element to control the temperature of the imaging element to a temperature selected by the element control temperature changeover switch;
The infrared camera according to claim 1, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001398576A JP3948956B2 (en) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | Infrared camera |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001398576A JP3948956B2 (en) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | Infrared camera |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003198931A JP2003198931A (en) | 2003-07-11 |
JP3948956B2 true JP3948956B2 (en) | 2007-07-25 |
Family
ID=27603946
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001398576A Expired - Fee Related JP3948956B2 (en) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | Infrared camera |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3948956B2 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4343144B2 (en) | 2004-09-24 | 2009-10-14 | 株式会社東芝 | Infrared sensor |
JP4699925B2 (en) * | 2006-03-20 | 2011-06-15 | 富士通株式会社 | Infrared imaging device |
JP5194501B2 (en) * | 2007-03-16 | 2013-05-08 | 株式会社豊田中央研究所 | Image sensor, obstacle detection apparatus and method |
JP2011033565A (en) * | 2009-08-05 | 2011-02-17 | Nippon Ceramic Co Ltd | Temperature compensation for infrared sensor output data |
CN102595064B (en) * | 2012-02-23 | 2014-07-09 | 中国科学院上海高等研究院 | CMOS (complementary metal oxide semiconductor) image sensor |
WO2016020993A1 (en) * | 2014-08-06 | 2016-02-11 | 株式会社日立製作所 | Infrared sensor and signal detection method |
-
2001
- 2001-12-27 JP JP2001398576A patent/JP3948956B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003198931A (en) | 2003-07-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3573040B2 (en) | Infrared camera and infrared camera system | |
US20090273675A1 (en) | Ir camera and method for use with ir camera | |
US7105818B2 (en) | Microbolometer focal plane array with temperature compensated bias | |
US5065248A (en) | Exposure control device | |
RU2473059C2 (en) | Device for detecting infrared radiation, having resistive imaging bolometer, system having array of said bolometers, and method of reading imaging bolometer integrated into said system | |
US9438825B2 (en) | Infrared sensor amplification techniques for thermal imaging | |
US5994699A (en) | Thermal camera for infrared imaging | |
US6353223B1 (en) | Infrared camera | |
JP3948956B2 (en) | Infrared camera | |
US20200059610A1 (en) | Infrared imaging element detecting temperature change, and infrared camera using the same element | |
US8431901B2 (en) | Method and device for controlling the resistance of the sensitive member of a bolometric sensor | |
US8080794B1 (en) | Microbolometer heating compensation systems and methods | |
JPH10122956A (en) | Infrared camera | |
US7948530B2 (en) | Semiconductor sensor device having a correction circuit | |
JP2007318735A (en) | Method and apparatus for compensating sensitivity of imaging device | |
JP2004282299A (en) | Infrared camera | |
JP2001174329A (en) | Temperature correcting method for variable resistance type infrared sensor element, variable resistance type infrared sensor with temperature correcting means, and image pickup device | |
JPH09325073A (en) | Infrared ray camera | |
JP2002195883A (en) | Infrared camera | |
JP3591445B2 (en) | Infrared camera | |
US20040227827A1 (en) | On-chip black clamp system and method | |
JP4250323B2 (en) | Infrared imaging device | |
JP3005527B1 (en) | Infrared imaging device | |
JPH09261534A (en) | Infrared image pickup device | |
JP4723592B2 (en) | On-chip black clamp system and method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040423 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20040423 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060320 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060328 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060515 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070417 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070417 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100427 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110427 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120427 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120427 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130427 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130427 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140427 Year of fee payment: 7 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |