JP4889913B2 - 赤外線に感応する赤外線カメラ - Google Patents

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Description

本発明は、請求項1の前文に記載した形式のいわゆるIRと称される赤外線のカメラに関する方法、および請求項11に記載した形式のIRカメラに関する。
しばしば、赤外線カメラは可視カメラよりも解像度が低い。赤外線スペクトル領域で記録された場合のディスプレイ表示すべき物体は、可視波長領域で人間の眼で見る場合と常に異なって見える。従って、赤外線カメラでは容易に識別できる温度が異常な物体の一部、または幾つかの物体の一つである検査対象を直接目視して識別することは時に非常に困難となる。
例えば検査すべき多数接続部、遮断器またはフューズのある電気設備をIRカメラで検査する場合、誤った部材を交換または修理するように偶発的に指示する危険がある。これは赤外線像に示された対象位置を判断して識別することの難しさに起因する。またこれと同じ問題が、断熱材の不備または不良、構造的損傷、例えば補強の不備、コンクリート壁の亀裂、湿気または水分による損傷を探すビルディングや壁の検査時にも生じる。赤外線像の判断における困難さおよび不確実さは検査速度も低下させる。何故なら、温度の異常な対象箇所を適正に眼で識別したことを真に保証するために、オペレータは常に対象を見回し、あるいはその部分を計数することが必要となるからである。
従って、赤外線カメラ像に温度異常があると識別された欠陥部分のある実際の対象箇所を直接に知るまたは見るには問題がある。また、電気設備やビルディングの検査を迅速且つ正確にすること、同時に欠陥の誤った位置、または誤った部材または部品を偶発的に指示する危険を排除することにも問題がある。
(関連技術の説明)
EPO0524561A1は、遠隔制御車輌に搭載した高エネルギー放射線探査システムを記載している。これはオペレータ・ステーションから作動され、原子力発電所などの区域のリアルタイム・ビデオ像に重ねられる高解像度の線量マップを形成するために使用される。放射源をピンポイントで指示できるようにするために、このシステムは正確に定めた方向からの放射線を検出することができる。レンジ・ファインダー、ビデオ・カメラおよびレーザー・ポインターが放射線検出器と同じプラットフォーム上に取付けられている。それらは放射線検出器と同じ方向で指示するように整列されている。放射線検出器は放射源を発見すると、レーザー・ポインターは放射線検出器の視野のほぼ中央を表示するためにビデオ像上で見えるように意図した輝点を形成する。
JP2000159315Aは、石炭埋蔵山地の表面温度を測定するIR放射線温度計を示している。レーザー・ポインターはこの温度計に取付けられ、温度計で測定した温度の補正のためにレーザー・ビームをその位置に放射する。
本発明の目的は、IRカメラを操作する人にカメラで記録した像内の測定対象を識別する方法、および識別能力を有するカメラを提供する。
本発明の他の目的は、手持ち式が好ましいIRカメラによる温度の異常な対象、例えば電気設備やビルディングの高速且つ正確な検査を提供する。
本発明のさらに他の目的は、像が記録されることになる対象内の誤った位置を偶発的に指示する危険を排除する方法およびカメラを提供する。
これらの目的は、請求項1の特徴の部分に従う特徴を有する方法によって達成される。
本発明は、赤外線に感応する検出手段と、監視される他氏を検出手段に結像する光学系とを有する赤外線カメラにより監視される空間内の対象を識別する方法に関する。本発明は可視波長領域内の細いビームを有し、そのビームを赤外線カメラで監視される対象に指向する光源を備えることを特徴とする。このカメラは放射線式、すなわちディスプレイ上に示された温度を測定する形式であることが好ましい。従って、好ましくはないが、単なる視野および温度の像形成装置とすることができる。
光源ビームは幾つかの光ビームに分割され、それらのビームは赤外線カメラの視野となる対象面積部分の拡がりをマーク付けするようにポイント指示することができる。このマークは正確な測定を行うために与えられる最小面積部分とすることができる。従って、マークはその測定ポイントの全体が占める面積部分とすることができる。これによりマークは円形、楕円形、四角形、多角形などで囲まれる面積部分とすることができる。光源からのビーム(単数または複数)は赤外線像上の表示に関係して対象の所定箇所を照射するように指向されることができる。ビームの照射したスポットに関する赤外線像の位置が計算され、その計算されたマーカーが赤外線像上に示される。光源からのビームが対象の検査すべき部分へ指向された後、その部分の赤外線像またはビデオによる記録が行われ、または赤外線カメラでのチェックが行われる。
本発明は、複数部分が検査されるべきであり、オペレータは検査すべき部分を知っている場合の可能性も与える。その部分に光源を指向することで赤外線カメラを検査すべき部分へ指向することができ、その後に検査の望まれるその部分が温度異常を有するか否かを赤外線カメラでチェックされる。
温度異常がある、すなわち検査すべきである異なる対象にポイント指示を行うために、IRカメラは手持ち式であることが好ましい。この方法は、オペレータが例えば電気設備やビルディングの検査を遂行するときに、その装置を周囲面積の中で欠陥部分すなわち欠陥面積部分を指示するために使用することに関する。
しかしながら、本発明は手持ち式のIRカメラに限定されない。工業的な応用例では、集積回路その他の製造を監視する場合には、処理、監視または機械の画像を得るために装備される遠隔制御のIRカメラとして使用できる。
本発明はまた、赤外線に感応する検出手段と、監視すべき対象をその検出手段上で像形成する光学系とを含む赤外線カメラに関する。本発明は、可視波長領域内の少なくとも一つの細いビームを検出手段で像形成される対象へ向けて発射する光源手段を特徴とする。この赤外線検出手段は赤外線焦点面アレー(FPA)であることが好ましい。
距離計は監視すべき対象までの距離を測定でき、光学系の調整装置はその距離計から導かれる信号によって作動できる。処理手段が距離計および光学系の調整装置に連結されて、対象を検出手段上に像形成するように制御する。光学系は、手動または自動焦点の場合には、画像や他のいずれかの視差補償を制御する距離計として実際に使用することができる。この処理装置は、望まれる照射スポット位置で対象箇所を照射するように光源からのビームを移動させるために、距離計で与えられるか、オペレータが行う光学系の動きによって与えられる焦点距離の補償を行うソフトウェアを備えることができる。処理装置は、監視されたIR像を表示するディスプレイに連結され、光源から発射された光ビーム(単数または複数)が対象を照射するスポットを表す少なくとも一つのマーカーを計算することができる。従って、この処理装置は像表示を作り出し、この表示は、カメラの光軸に平行に指向されたか、ディスプレイ上に与えられた対象の中央で対象箇所を照射するように移動されたかに拘わらずに、光源装置から放射されたビーム(単数または複数)で示された対象上の照射スポットへ向かってディスプレイ上を移動される。
視差補償装置は、目標へ向けてビームを指向するために制御された角度方向に光源を設定するモーターを含むか、可視光源ビームを目標へ向けて曲げるために光源の前に配置されることができる。従って、視差補償装置は目標までの焦点距離に関して制御されることができる。しかしながら、角度の設定は対象までの距離の関数としての手動による機械的な調整であることを留意すべきである。
ビーム形成手段は、光源から発射されたビームを対象上で寸法および位置を示す形成光ビーム(単数または複数)に分割し、その放射を赤外線検出手段が受取る。光源ビーム(単数または複数)および対象から赤外線検出手段へ向かうビームは互いに平行であることが好ましい。これにより、光源は小さく、赤外線対物系統の切欠かれた穴に取付けられる。
本発明によれば、赤外線カメラは検査すべき対象箇所へ向けて可視領域の細いビームを放射する光源を備えている。赤外線カメラのディスプレイには、光源が照射する位置にマーカーも存在し得る。これによりオペレータは、温度異常とディスプレイ内のマーカーとが重なるときに光源が目視可能な空間内の欠陥部分を指示することを知る。従って、オペレータは対象上の明るいスポットを見てそれを自分の眼で識別することができる。
提供した本発明は、例えば電気設備、ビルディング、プルーミング(pluming)設備その他の赤外線検査を遂行するときに、その速度を高め、悪い部分を偶発的に指示する危険を減少する。
本発明を、また他の特徴および利点をさらに完全に理解するために、添付図面に示されたような例とする実施例の以下の説明が参照される。
図1を参照すれば、IRカメラ1は記録媒体としてFPAと称される焦点面アレー2を含む。不動式センサー・システムを有することが好ましい。FPA2はマイクロ・ボロメーターまたは他の形式の冷却または非冷却センサー部材を含むことができる。しかしながら、このカメラは記録媒体の形式に限定されることはない。
カメラは、FPA2上に記録すべき対象4上に焦点を合わせる光学系3を有する。対象4の中央からFPAへ至るビーム路BPは、光学系3に関するビーム路を示す。光学系3はレンズまたは湾曲ミラーを含むことができる。焦点機構は距離計5によって自動化でき、距離計からの信号が恐らく処理装置6により光学系の調整装置3’を作動させる。それに代えてオペレータは手で光学系の焦点合わせを行うことができる。距離計5は光学系3の上方(図示のように)または下方、あるいはその側方に装着できる。
処理装置6はまたFPA2に連結され、FPA部材からの信号がカメラ・ハウジングに備えられているモニターすなわちディスプレイ7Aに示されるようにするためにそれらの信号に対するあらゆる必要な調整を行う。FPA2またはカメラの他の記録媒体に記録されている画像全体は、ディスプレイ7で見ることができる。カメラはビデオ式および(または)スチール像記録式とすることができる。
上述したように、処理装置6は距離計5と光学系3のための調整装置3’とに連結され、対象4をFPA上に結像するように光学系を制御する。撮影者が操作したキー9Aは処理装置6と、その処理装置6に連結されている伝達装置9Bとに電圧Vccを供給する。伝達装置9Bはカメラに対するデータの入出力として作用する。ユニット6,9Bは実際には一体化され、例えばブルーツゥース法(Bluetooth−method)によりワイヤレス方式で信号を外部ユニットとの間でやり取りする。この全てはこの技術分野で一般的なことであり、従ってこれ以上詳細に説明しない。
対象4は、FPA2に記録されるのがその一部であるという事実を指摘するために仕掛けで模式的に示されている。カメラの向けられた箇所を撮影者に容易に知らせるために、記録されるべき実際の対象上で撮影者に表示が必要なのはこの部分である。可視波長領域の光を放射し、細い可視ビーム、好ましくはレーザーを有する光源8はIRカメラ1の内部または外部に備えられる。図1に示される実施例では、光ビームは四角形の中央に近いことが好ましい照射スポット4Aにて対象4に当たるように指向される。
光源8は、IRカメラ1で記録される波長領域とは別の可視波長を好ましく有している。これは、ポイント照射する光源8によって対象上に生じた光はFPAで捕捉した対象のIR像で見ることができないことを意味する。
赤外線カメラは光源の視差補償機能を好ましく有することができる。処理装置6のソフトウェアは、距離計5で与えられるか、またはオペレータが行う光学系3の動きによって与えられる焦点距離を補償するようになされている。従って、光源8からのビームを指向するために、光源8はモーター10Aによって適当な方向へ角度を変えることができる。これに代えて光源8はカメラ操作者が手で角度を変えることができるが、これはほとんど実際的ではない。処理装置6は距離計5からの信号を使用してこの角度を計算する。これにより、処理装置6はモーター10Aを制御する。
カメラは対象4をFPA2に結像させるようにレンズまたはミラーを移動させるために自動焦点または手動焦点を使用する。光学系の調整内容は処理装置6に送られる。カメラが例えば2m位置に焦点を結ぶ場合、処理装置6は対象箇所まで2mの距離に関する視差誤差率を計算するようにプログラムされる。従って処理装置6はディスプレイ7A上にマーカー(単数または複数)を形成し、レーザーがポイント指示する位置をマーカーがマークするように、そのような位置へマーカーを移動させることができる。
図2では、2つの十字マーカー4B,4Cが設定されている。点線のマーカー4Bは、光源がカメラの光軸と平行に指向されたときの対象上の照射スポットを表す。従ってこの処理装置は、画像として形成されたマーカーをディスプレイ上で位置決めすべき箇所を計算している。従って、光源のビーム路はいずれの方向へも角度を付される必要がない。これもまた実施例となり得る。何故なら光源からのビームの角度制御を行う必要がないからである。
しかしながら、光源8からのビームを監視すべき対象の中央または他の所定位置へ移動させるために光源の角度を制御する方式や放射したビームを曲げる方式の視差補償装置を処理装置が制御するならば、光源ビームがその意図する位置へ指向された後、実線の十字マーカー4Cが対象4上の望まれる照射スポット4Aを表示する。従って、マーカーがディスプレイ7の像に示される対象を照射する位置を計算し、ディスプレイ上にマーカーを設定するのは処理装置6である。従って、マーカーはFPAからの信号から導き出されるのではない。
このようにして、処理装置6は常に赤外線ディスプレイ上で対象までの焦点距離の関数としてマーカーを移動させる。処理装置6はまた、距離計5であえられる対象までの距離に対してビームの方向を調整するように補償装置10Aを補償するために、その補償装置10Aを制御する。このようにして対象上の照射スポット4Aは、光源が赤外線検出部材の中心軸線に機械的に位置されないために生じる平行ポイント指示誤差を回避するために、常に対象の中央近く、または他のいずれかのスポットに調整される。
図3は、処理装置によってディスプレイ上に設定されるマーカーが十字以外のいずれかの形状を有することができることを示しており、ここでは測定点の全体を囲む点線円4Dで示されている。従ってこの実施例では、マークは測定点の全体を占める。このマークは円、楕円、四角、多角などとすることができる。このようなマークは光源装置から対象へ向けて放射される。また、ディスプレイ7Aで示される像が処理装置6により作られる。図3に示した実施例に似た例で、正確な測定結果を与えるように最小半径を与えるために、オペレータはマークの幅を拡大または縮小する、例えば円4Dの半径を長くまたは短くする手段を備えることができる。
視差補償が例えば光源装置の角度を付けることで行われた後、円4Dが与えられる。円4Eは円4Dの上方に示されている。円4Eは視差補償の行われていないときの対象上のマークを表示する。従って光源装置は補償される必要がない。これはカメラの視野方向に平行にビーム(単数または複数)を放射することができる。その後処理装置は、実際の対象上の照射スポットを表す像中のスポット位置にて、ディスプレイ7Aの像に示されるマークを計算して形成する。
ディスプレイの対象上でレーザー・ポイントを実際に見るために、IR像上で見られるレーザー波長を有することが有用である。従って、カメラに関して近赤外線波長領域を、またレーザーの可視波長付近の狭い領域を伝達するフィルタを光学系に備えることが有用である。従って光学系は、赤外線および可視光の両方を伝達するレンズ・システムを有するか、湾曲ミラーを含む反射方式とされることができる。
図4を参照すれば対象4の角隅D1,D2,D3,D4がマークされている。光源8’から放射されたビームは、対象4の角隅を照射するためにプリズムまたは他の光学装置11によって複数の光ビームに分離される。この代わりに光学装置11は、示す可視像の部分のまわりに円形または四角形のパターンを形成するように光源8’のビームを形成することができる。従って、光学装置は光源8’からの放射ビームを、赤外線検出手段(FPA2)が放射光を受ける寸法および位置を対象上に指示する光ビーム(単数または複数)に分割するビーム形成手段として機能することができる。これにより、オペレータは正確な温度の読みを得ることが必要な対象4の大きさを知る。
図4に示されるように、光源8’の前方に対象箇所に向けてビームを曲げる視差補償装置10Bを有することが可能である。処理装置6は、距離計5または結像制御装置3’からの信号を使用してまたは視差補償装置10Bの曲げ機構を制御する。この実施例では、伝達装置9Dが処理装置6に連結され、ハウジングの外部に備えられる。オペレータは再度プログラムして、新しいデータを処理装置6に入力し、また外部装置へデータを導くこともできる。
図5を参照すれば、第三の実施例は光源12からの細いビームが赤外線光学系13A,13Bの中央から出ることで視差誤差を解消または減少させる。従って、ビームと記録とは同一軸線となる。従って図5に示されるように、光源12は小型化でき、光学系を表示する赤外線レンズ系13A,13Bを切除して形成された穴に取付けることができる。処理装置6は光学系13A,13Bの像形成制御と同じ制御装置13’によって光源12のオン/オフ機能を制御する。
図6を参照すれば、第四の実施例は赤外線および可視光の両方を伝達する赤外線レンズ系15を備えるか、または反射光学系を含んでいる。これにより対象4はFPA16上に結像される。この実施例で光源17は垂直であり、その光は半透明ディスク18で90゜曲げられ、このディスク18は可視光を反射し、IR光は伝達する。ビーム分割器と称されるディスク18は光学系15の前方に配置され、光学系15の光軸に対して好ましくは45゜傾いている。
プリズムまたは光学装置19は、図4に示した実施例と特に同じ方法で光源17からのビームを分割するためにその前方に配置されることができる。分割されたビームは異なる補へ拡げられ、角隅D1’,D2’,D3’,D4’で対象箇所を照射するようになされる。光学装置19はまた制御可能なレンズ系などを含むことができ、このレンズ系は制御装置20で制御される。これに代えて、光源17および光学装置19は望まれる方向に光源ビーム(単数または複数)を指向するために、異なる角度位置に制御されることができる。FPA16、制御可能なビーム分割器19を備えた光源17、およびレンズ系15の位置が互いに対して適当に定められるならば、対象上の照射スポットは常に対象箇所上に位置され、その記録されたIR像は隅部を有する。コンピュータであるのが好ましい処理装置6はFPA2の個々のピクセル部材から対象像を計算して、対象4の照射スポット(単数または複数)を表す計算したマーカー(単数または複数)と恐らく一緒にディスプレイ21上に表示する。
本明細書の図面は単なる模式であり、カメラの内部には他の部材があって、それらの部材は実質的な本発明の一部でないことから省略されていることに気付かなければならない。
光源からの光は、像が記録されるのと同時に放射されることが上述で説明された。しかしながら、光源からの光を対象の検査すべき部分へ最初に指向することも都合がよい。その後、その部分の赤外線像やビデオの記録、または赤外線カメラでのチェックが行われる。IR像またはビデオの記録は、デジタルで記録されることが好ましいことに留意しなければならない。
温度異常を撮影者の裸眼で見ることが困難であるような対象の検査時、例えば断熱材の不備または不良、構造的損傷、例えば補強の不備、コンクリート壁の亀裂、電気設備の損傷、湿気または水分による損傷を探査するときに、実際の欠陥場所を指摘することが重要である。これは、完全に一様な、またはペイントされた表面では異常や欠陥がしばしば全く識別できないという事実による。一つの方法は、カメラで異常を発見し、光源、レーザーで指示し、その後に可能ならば欠陥部分を色スプレーやペンによって実際にマークすることである。
電気設備の検査は、回路遮断器、ヒューズ、バス・バー、コネクタ、導電体、トランスミッション分配線などの検査が含まれる。
異常箇所のマーキングは像のデジタル・コピー上にマーキングを行うことでもある。デジタル像は、例えば赤色矢印や、同様な矢印を異常箇所に付すことができる。従って、マーキングは像上にも行われる。
図7は本発明によるカメラの可能とされるデザインの実施例を示す。カメラは手持ち式であるのが好ましく、対象4に指向された光学ハウジング3’を有する。光源(図示せず)からのビーム(B)は対象を照射する。オペレータはディスプレイ7上で対象の像を見る。オペレータは指でキーボード9およびキー9Aを使用してカメラを制御する。
当業者は、本発明が添付図面に開示された実施例および前述の詳細な説明に限定されることはなく、それらは図解を目的とするだけで与えられたのであって、多数の方法で実施することができ、本発明は特許請求の範囲によって定められることが認識されるであろう。
本発明の第一の実施例を模式的に示す。 ディスプレイ上のマーカーを示す。 ディスプレイ上のマーカーを示す。 本発明の第二の実施例を模式的に示す。 本発明の第三の実施例を模式的に示す。 本発明の第四の実施例を模式的に示す。 本発明によるカメラの可能なデザインの実施例を示す。
符号の説明
1 IRカメラ
2 FPAすなわち焦点面アレー
3 光学系
4 対象
4A 照射スポット
4B,4C 十字マーカー
4D,4E 円マーカー
5 距離計
6 処理装置
7A ディスプレイ
8,8’ 光源
9 キーボード
9A キー
9B 伝達装置
9D 伝達装置
10A モーター
10B 視差補償装置
11 光学装置
12 光源
13A,13B 光学系
15 レンズ系
17 光源
18 半透明ディスク
19 光学装置

Claims (11)

  1. 赤外線に感応する検出手段(2)と、監視される対象(4)をその検出手段上に像形成する光学系とを含む赤外線カメラであって、
    前記検出手段(2)の片側に配置され、該検出手段(2)によりIR像として形成される対象(4)へ向けて可視波長領域の少なくとも一つの細いビームを放射する光源手段(8,8’,12,17)と、
    前記IR像を表示するためのディスプレイ(7A,7B,21)と
    前記ディスプレイ(7A,7B,21)および前記検出手段(2)に接続され、前記光源手段(8,8’,12,17)からの前記細いビームの前記対象(4)上の照射スポットを示す少なくとも一つのマーカー(4B,4C,4D,4E)を前記ディスプレイ(7A,7B,21)のどの位置に画像表示するかを計算する処理装置(6)とを有し、
    前記処理装置(6)は、前記対象(4)までの焦点距離の関数として前記細いビームを変位させて前記対象(4)上に照射して視差の補償を行うと等価の態様で、該ディスプレイ(7A,7B,21)上のマーカー(4C,4D)を移動させるようになっていることを特徴とする、赤外線カメラ。
  2. 監視される対象までの距離を測定する距離計(5)と、
    該距離計(5)から導かれた信号によって作動される光学系の調整装置(3’,13’)とを有することを特徴とする、請求項1に記載された赤外線カメラ。
  3. 前記処理装置(6)は、前記距離計(5)と、前記光学系が前記対象(4)を前記検出手段(2)上に結像するように制御する前記光学系の調整装置(3’,13’)とに連結されていることを特徴とする、請求項2に記載された赤外線カメラ。
  4. 照射スポット位置で前記対象を照射するように前記光源手段(8)からのビームを移動させるために、前記距離計(5)で与えられるか、オペレータが行う前記光学系の動きによって与えられる焦点距離の補償を行うようにするために前記処理装置(6)用のソフトウェアを含むことを特徴とする、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載された赤外線カメラ。
  5. 前記赤外線カメラがラジオメーター式、すなわちディスプレイ上に示された温度を測定する形式であることを特徴とする、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載された赤外線カメラ。
  6. 前記光源手段(8,8’,12,17)が前記カメラの光軸に対して移動されるのと同様に、前記ディスプレイ(7A,7B)上のマーカーが該ディスプレイ(7A,7B)の中央から移動して該ディスプレイ(7A,7B)に示されることを特徴とする、請求項2に記載された赤外線カメラ。
  7. 対象に向けてビームを指向するために制御された角度方向に前記光源手段(8)を設定するモーター(10A)または手動の機械的調整手段を含む視差補償装置(5,6,10A)を有することを特徴とする、請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載された赤外線カメラ
  8. 前記光源手段(8’)の前方に配置されて対象へ向けて可視光源ビームを曲げる視差補償装置(5,6,10B)を有することを特徴とする、請求項7に記載された赤外線カメラ
  9. 前記視差補償装置が対象までの焦点距離に関して制御可能であることを特徴とする、請求項7または請求項8に記載された赤外線カメラ
  10. カメラに対する赤外線波長の領域付近を、およびレーザーの可視波長付近の狭い領域を伝達する光学系のフィルタを有することを特徴とする、請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載された赤外線カメラ
  11. 前記検出手段(2)が赤外線の焦点面アレー(FPA)であることを特徴とする請求項1から請求項10までのいずれか一項に記載された赤外線カメラ
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