JPH01152331A - オフセット自動補正サーモグラフィ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、赤外線検出素子とその出力する熱信号を増幅
する前置増幅器とから成る赤外線検出手段を複数系統有
するサーモグラフィ装置の各系統間のオフセットエラー
のばらつきを補正する手段に関する。

（従来の技術） 以下、従来のサーモグラフィ装置の構成および作用を、
１０面構成の回転ミラーと１０素子構成の赤外線検出器
を有する場合を例にとって説明する。

第３図は、対象物から放射された赤外線が赤外線検出器
に到るまでの過程を示す図である。

対象物から放射された光は、装置前面に取り付けられた
シリコンウィンド１によって可視光が遮断され、赤外線
だけが入射する。シリコンウィンド１の内側には１ＯＷ
Ｊ体のローターミラー（回転鏡）２が設けられており、
各面のミラーはローターミラー２の回転軸を基準として
垂直方向に０．１度ずつ異なった傾きを持たせて取り付
けられている。ローターミラー２に入射した対象物から
の赤外線は折り返しミラー３へ反射され集光レンズ４に
よって赤外線検出器５の上に像が結ばれる。

赤外線検出器５は赤外線検出素子が垂直方向に１０個並
んでおり、１個の検出面には垂直視野角１度の範囲の像
が結像される。従って、１０個の検出素子全体には垂直
視野角１０度の範囲の像が結像される。

一方水平方向についてはローターミラー２が回転するこ
とにより１面のミラーが対象物を１５度の範囲に渡って
水平走査するようになっている。

従って、１０個の赤外線検出素子の各素子からは対象物
の垂直方向で１度ずつ異なった部分を水平角度１５度に
渡って走査した熱画像信号がそれぞれ得られる。

即ち、垂直方向１度間隔で同時に水平走査した１０チヤ
ンネルの画像信号が得られる。

ローターミラー２が回転することにより次の面のミラー
が対象物を臨むときは垂直方向で０．１変異なる状態で
１０チヤンネルの画像信号が得られる。このように、０
゜１度ずつ垂直方向の傾きが異なる１０面のミラーによ
って水平走査されることにより垂直角度１度当り１０本
の走査線となり、垂直視野角が１０度の範囲の対象物は
１００本の水平走査の熱画像信号で表されることになる
。

このようにして、赤外線検出器５の赤外線検出素子５−
１〜同５−１０で得られた熱画像信号は第４図に示すよ
うに、それぞれ対応する前置増幅器６−１〜同６−１０
によって同時に増幅され出力された後マルチプレクサ７
で時分割信号に変換された後、後段増幅器８で再び増幅
されて、Ａ／Ｄ変換器９に加えられディジタル信号に変
換され、図示されていない信号処理器で信号処理された
後、画像表示器で表示される。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように、サーモグラフィ装置には赤外線検出器と
マルチプレクサ７との間に赤外線検出器５中の赤外線検
出素子数に応じた複数の７ナログ信号チャンネル（上記
の例では１０チヤンネル）が設けられている。またマル
チプレクサ７とＡ／Ｄ変換器９の間にも必要に応じて後
段増幅器８が設けられている。

このようなアナログ回路には経時変化や温度変化による
オフセットエラーが存在し、それがチャンネル毎にばら
ばらであるため各チャンネル間の出力レベルはばらばら
となりチャンネル毎に画面上の輝度が異なることになり
正確な温度分布像が得られないという問題がある。

また、後段増幅器８のオフセットドリフトも画像全体の
輝度に動揺を与えるという問題がある。

本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、複数の前置増幅
器や後段増幅器等のアナログ回路のオフセットエラーや
オフセットドリフトを補正する手段を設は正確な温度分
布像が得られるサーモグラフィ装置を提供することにあ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するために次の手段構成を有
する。

即ち、本発明のサーモグラフィ装置は、複数個の赤外線
検出素子と、各赤外線検出素子毎に設けられ対応する赤
外線検出素子の出力する熱Ｆ！ｉ像信号をそれぞれ増幅
する複数個の前置増幅器と、該複数個の前置増幅器の同
時出力信号を時分割信号に変換するマルチプレクサと、
時分割信号を増幅する後段増幅器と、該後段増幅器で増
幅された時分割の熱画像信号をディジタル信号に変換す
るＡ／Ｄ変換器と、水平同期信号を出力する水平同期信
号発生回路とを有するサーモグラフィ装置において；　
所定のバイアス電圧を発生するバイアス電圧発生回路と
；　水平同期信号を受け、後段増幅器の出力信号中熱画
像信号の空白期間の出力信号にバイアス電圧を加算して
Ａ／Ｄ変換器へ出力する第１の加算器と；　水平同期信
号を受けＡ／Ｄ変換器の出力中前記バイアス電圧を加算
した期間内の信号を検出する検出回路と；　前記検出信
号と、前記バイアス電圧のみをＡ／Ｄ変換した場合に得
られるべき予め設定された信号値との差分を検出する差
検出回路と；　該検出された差分を各赤外線検出素子の
系統毎に記憶する第１の記憶手段と；　各系統毎にその
差分の所定検出回数における平均値を算出する平均値算
出手段と；算出された平均値を各系統毎に記憶して置く
第２の記憶手段と；　前記記憶された各系統の平均値を
Ａ／Ｄ変換器出力中の対応する系統の熱画像信号に前記
差分を打ち消す極性で加算する第２の加算器と：　を具
備することを特徴とするものである。

（作　用） 以下、上記手段構成を有する本発明のオフセット自動補
正サーモグラフィ装置の作用を説明する。

本発明は、水平走査の繰り返し周期中に熱画像信号の存
在しない空白期間（ブランク期間）が存在することと、
このブランク期間の出力レベルは全てのチャンネルで０
ボルトであるべきであるが、各チャンネル毎に異なった
熱画像信号の存在する期間（アンプランク期間）と全く
同じくオフセットエラー或いはオフセットドリフトが現
れることに着眼し、Ａ／Ｄ変換前の各チャンネル毎のブ
ランク期間に所定のレベルのバイアス電圧を加算してＡ
／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換変換数値と、バイアス電圧
のみをＡ／Ｄ変換したときに得られるべき所定の数値の
基準値との差を検出することによりオフセットを検出し
ている。これは、オフセットがなくＯボルトであればバ
イアス電圧のみのＡ／Ｄ変換変換数値は基準値となるか
ら差は零であるのに対し、もしオフセットによりブラン
ク期間のレベルがプラス或いはマイナス電圧になってい
るとすればこのレベルにバイアス電圧を加算してＡ／Ｄ
変換をした後の数値は基準値よりオフセット分だけ大き
く出るか或いは小さく出ることになる。従って、Ａ／Ｄ
変換変換数値から基準値を差し引いた値がオフセットに
相当する数値ということになる。こうして得られたオフ
セット値には時間的にばらつきがあるのでこれから各チ
ャンネル毎に時間平均をとって得られた値をＡ／Ｄ変換
器から出力される各チャンネルの画像信号のレベルから
差し引くことによりオフセット分を零に近づけている。

このようにすることにより、各チャンネル毎にばらつい
ていたオフセットエラーが総て零に補正されるだけでな
く、時分割信号に変換された後のオフセットドリフトも
零にすることができる。

以下、前記の手段構成に即して作用を説明する。

バイアス発生回路のバイアス電圧は、例えば、Ａ／Ｄ変
換器の入力範囲の２分の１の電圧というように予め定め
られた所定の値に設定される。

このバイアス電圧は第１の加算器で、後段増幅器の出力
信号中のブランク期間のレベルに加算される０丁度ブラ
ンク期間に加算する同期は水平同期信号を受けて行われ
る。ブランク期間にバイアス電圧を加算された信号はＡ
／Ｄ変換器でディジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換
された信号のうちバイアス電圧が加算されたブランク期
間のレベル値が検出回路によって検出され、次いで差検
出回路でバイアス電圧のＡ／Ｄ変換値に相当する予め設
定された基準値との差分が検出される。

この差分は、ブランク期間レベル値から基準値を差し引
く場合にはオフセットが正方向であれば正の値になり、
オフセットが負方向であれば負の値となる。これに対し
て基準値からブランク期間レベル値を差し引く場合には
正、負逆となる。

この差分は所定検出回数の平均をとるために第１の記憶
手段に記憶される。そして、所定の検出回数につき平均
値算出手段で差分の平均値が算出される。この平均値は
各チャンネル毎に第２の記憶手段に記憶され、Ａ／Ｄ変
換器からの熱画像信号への加算に備えられる。

第２の加算器は、第２の記憶手段からの各チャンネル毎
の差分平均値信号をＡ／Ｄ変換器からの出力信号の対応
するチャンネルの熱画像信号へ、オフセット値が打ち消
される極性で加算される。

即ち、差検出回路における差分検出がブランク期間レベ
ル値から基準値を差し引くことによって得られている場
合には、得られた差分平均値の極性を逆にして加算する
ことになるし、差分検出が基準値からブランク期間レベ
ル値を差し引くことによって得られている場合には、得
られた差分平均値をそのままの極性で加算することにな
る。

こうして、各チャンネルの前置増幅器や後段増幅器で生
じたオフセットエラーやオフセットドリフトは第２の加
算器で補正されることになる。

（実　施　例） 以下、本発明のオフセット自動補正サーモグラフィ装置
の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明のオフセット自動補正サーモグラフィ装
置の実施例の構成を示す図であり、第２図はバイアス電
圧加算のタイミング関係を示す図である。

マルチプレクサ７で時分割信号に変換され後段増幅器８
で増幅された信号は第２図（ａ）のようになる、同図（
ｂ）に示される水平同期信号のアンプランク期間にロー
ターミラーのある面により水平走査された熱画像信号が
現れ、続くブランク期間には熱画像信号は現れず、次の
アンプランク期間にはローターミラーの次の面により水
平走査された熱画像信号が現れ次いで再びブランク期間
というように繰り返されて行く、熱画像信号のブランク
期間のレベルは本来０ボルトであるべきところであるが
オフセットにより±αボルトになっている０本実施例で
は８ビツトのＡ／Ｄ変換器が用いられておりバイアス電
圧発生回路１２のバイアス電圧はＡ／Ｄ変換出力のフル
スケールの２分の１である８０ｈ（１６進数で８０）が
得られるレベルに設定されている。このバイアス電圧は
スイッチ回路１１に加えられ、スイッチ回路１１は水平
同期信号によって熱画像信号のブランク期間にのみバイ
アス電圧を加算器１０へ加えるように動作する。即ち、
加算器１０に加えられるバイアス電圧は第２図（Ｃ）の
ようになる。

なお、本実施例のスイッチ回路１１および加算器１０が
手段構成にいう第１の加算器に該当する。

こうしてブランク期間にバイアス電圧が加算された熱画
像信号はＡ／Ｄ変換器９へ加えられディジタル信号に変
換される。Ａ／Ｄ変換された熱画像信号はスイッチ回路
１３へ加えられ、ここで水−平同期信号に同期してバイ
アス電圧を加算したブランク期間のレベル値が検出され
る。スイッチ回路１３は手段構成にいう検出回路に該当
する。

検出されたブランク期間のレベル値は差検出回路１４へ
送られチャンネル毎にレベル値８０ｈとの差分が求めら
れる。本実施例ではこの差分はレベル値８０ｈからブラ
ンク期間レベル値を差し引くことにより求められる。こ
うして得られた各チャンネル毎の差分値はＲＡＭ１５で
チャンネル毎に記憶される。次に、平均値回路１６はＲ
ＡＭ　１５からのデータに基づいて各チャンネル毎に所
定回数の検出差分の平均値を算出しＲＡＭ１７ヘチヤン
ネル毎に記憶させる。加算器１８はＡ／Ｄ変換器９の出
力の各チャンネルの熱画像信号毎にＲＡＭ１７からの対
応するチャンネルの差分の平均値を加算する。これによ
り時分割の熱画像信号が有していた各チャンネル毎のオ
フセットエラー或いはオフセットドリフトが除去され正
確な温度分布像が得られることになる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のオフセット自動補正サー
モグラフィ装置は、時分割信号の各チャンネルのブラン
ク期間が本来Ｏボルトであることを利用して、この期間
に所定のバイアス電圧を加算してＡ／Ｄ変換し、変ｍ後
の値と、オフセットがＯボルト即ちバイアス電圧のみの
ときに得られるべき変換値との差をチャンネル毎に検出
することによりオフセット値を検出し、その平均値を、
Ａ／Ｄ変換後の熱画像信号の対応するチャネルにオフセ
ットを打ち消す極性で加算しているので、各チャンネル
の前置増幅器毎にばらつきのあるオフセットエラーや時
分割信号を増幅する後段増幅器のオフセットドリフト等
が自動的に補正され正確な温度分布像が得られるという
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のオフセット自動補正サーモグラフィ装
置の実施例の構成を示す図、第２図はバイアス電圧加算
のタイミング関係を示す図、第３図は対象物から放射さ
れた赤外線が赤外線検出器に到るまでの過程を示す図、
第４図は従来のサーモグラフィ装置における赤外線検出
器からＡ／Ｄ変換器までの構成図である。 １・・・・・・シリコンウィンド、　　２・・・・・・
ローターミラー、　３・・・・・・折り返しミラー、　
４・・・・・・集光レンズ、　５・・・・・・赤外線検
出器、　　５−１〜５−１０・・・・・・赤外線検出素
子、　６−１〜６−１０・・・・・・前置増幅器、　７
・・・・・・マルチプレクサ、　８・・・・・・後段増
幅器、　９・・・・・・Ａ／Ｄ変換器、　１０・・・・
・・加算器、　１１・・・・・・スイッチ回路、　　１
２・・・・・・バイアス電圧発生回路、　１３・・・・
・・スイッチ回路、１４・・・・・・差検出回路、　１
５・・・・・・ＲＡＭ、１６・・・・・・平均値回路、
　１７・・・・・・ＲＡＭ、１８・・・・・・加算器。 代理人　弁理士　　八　幡　　義　博 第　／　目 率　２　図 第　３　目 第　４　回 ｌ−ｌ〜トπ−・−・・１１業埋幅各

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個の赤外線検出素子と、各赤外線検出素子毎に設け
   られ対応する赤外線検出素子の出力する熱画像信号をそ
   れぞれ増幅する複数個の前置増幅器と、該複数個の前置
   増幅器の同時出力信号を時分割信号に変換するマルチプ
   レクサと、時分割信号を増幅する後段増幅器と、該後段
   増幅器で増幅された時分割の熱画像信号をディジタル信
   号に変換するＡ／Ｄ変換器と、水平同期信号を出力する
   水平同期信号発生回路とを有するサーモグラフィ装置に
   おいて；所定のバイアス電圧を発生するバイアス電圧発
   生回路と；水平同期信号を受け、後段増幅器の出力信号
   中熱画像信号の空白期間の出力信号にバイアス電圧を加
   算してＡ／Ｄ変換器へ出力する第１の加算器と；水平同
   期信号を受けＡ／Ｄ変換器の出力中前記バイアス電圧を
   加算した期間内の信号を検出する検出回路と；前記検出
   信号と、前記バイアス電圧のみをＡ／Ｄ変換した場合に
   得られるべき予め設定された信号値との差分を検出する
   差検出回路と；該検出された差分を各赤外線検出素子の
   系統毎に記憶する第１の記憶手段と；各系統毎にその差
   分の所定検出回数における平均値を算出する平均値算出
   手段と；算出された平均値を各系統毎に記憶して置く第
   ２の記憶手段と；前記記憶された各系統の平均値をＡ／
   Ｄ変換器出力中の対応する系統の熱画像信号に前記差分
   を打ち消す極性で加算する第２の加算器と；を具備する
   ことを特徴とするオフセット自動補正サーモグラフィ装
   置。