JPH02215287A - 走査型赤外線撮像装置 - 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、走査型赤外線撮像装置に係り、特に多素子赤
外線検知器の各素子出力間の直流成分の漂動を補正する
ためのＤＣ再生手段に関する。

高感度で高分解能を有する赤外線撮像装置を構成するに
は、多数の赤外線検知素子が一次元的に配列された多素
子赤外線検知器を用いて、その素子列に直角な方向に機
械光学的に走査することにより二次元画像を得る必要が
ある。ところが特開昭６２−２１４７７号公報の〔従来
の技術〕　〔発明が解決しようとする問題点〕の項に詳
述されているように各検知素子からの出力は、シーンの
変動に対応するＤＣ再生手段を設けないと画質の劣化を
招き、忠実な画像が得られなくなる。すなわち、各素子
にシーンの変動に対応する同一の温度物体を見せ、その
時の各素子からの出力を同一レベルに合わせるような手
段および機構が必要となる。この対策をＤＣ再生手段と
呼称し、簡易な方法の開発が望まれている。

〔従来の技術〕

第７図は従来の赤外線撮像装置の要部ブロック図を示す
。図において、１は赤外シーンからの入射光を所要サイ
ズの平行光に絞る光学系（無限焦点光学系）、２は光学
系１の出射光を走査する回転多面鏡（ポリゴンミラー）
であって矢印Ｒ方向に回転するものとする。３は回転多
面鏡２を回転駆動する回転駆動部、４は回転多面鏡２の
走査用の平面鏡、５は各平面鏡４からの反射光を所要の
サイズに規制する絞り、６は走査光を集光する検知器レ
ンズ、７は検知器レンズ６にて集光された走査光を受光
して１フレ一ム分毎の画像信号を出力する多素子赤外線
検知器であって、その検知素子の列は紙面に対して垂直
方向に配置されている。

８は多素子赤外線検知器７の出力を増幅する映像増幅器
、９は映像増幅器８の出力信号のドリフトを補正するた
めのＤＣ再生回路であって、その出力は図示しないフレ
ームメモリ等を介して表示装置に入力される。

従来のＤＣ再生手段としては、赤外光学系の光路上に図
示しない基準温度板を挿入して、この時の出力を用いて
ＤＣ再生する手段（以下手法Ｉと略称する）や、赤外光
学系の無限焦点光学系内の焦点面上にフィールドストッ
プを置き、その枠の部分に基準温度板を設けた上で、走
査系によりオーバースキャンして、これを各素子が検出
する手段（以下手法■と略称する）等がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記手法■では基準温度板を光路に挿入するには機械的
な手段に輔らざるを得す、映像信号を取得していないタ
イミングに挿入するには極めて高速駆動のメカニズムを
必要とし、構成が大型になる欠点がある。

また前記手法■は、手法Ｉに比べれば構成上は簡単であ
るが、フィールドストップを設置できる適当な焦点面を
有しない場合は適用できない欠点がある。

さらに手法■および手法■に共通する欠点は、赤外シー
ンによっては基準温度板と赤外シーンとの温度差が大き
くなる場合があり、この時において多素子赤外線検知器
の入出カリニアリティ特性、ゲイン補正の精度に関連し
て赤外シーン中に各素子間の信号のばらつきが発生し易
い点である。基準温度板の温度を赤外シーンの温度に合
わせるように温度制御ができればこの問題は解決するが
、この実現は極めて難しい。

本発明は上記従来の欠点に鑑みてなされたもので、赤外
シーンの温度によって性能が左右されず・大型な付加機
構も必要としない簡便なりＣ再生手段を有する赤外線撮
像装置の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明図、第４図は本発明の構成を
示すブロック図である。赤外線を集光する光学系１と、
当該光学系ｌの出射光を走査する回転多面鏡２と、当該
回転多面鏡２の反射光を受光する多素子赤外線検知器７
とを具備してなる走査型赤外線撮像装置において、前記
回転多面鏡２を構成する複数の平面鏡４の少なくとも１
面を回転放物面鏡１０に形成すると共に、当該回転放物
面鏡１０の反射光が結ぶ焦点位置を前記多素子赤外線検
知器７の受光面からずらす位置で、且つ前記多素子赤外
線多素子検知器７の各素子が同一のシーンを見るように
設定し、前記回転放物面鏡１０による走査時に前記各素
子の出力を検出し、当該出力値により前記各素子のＤＣ
再生を行うように構成する。

〔作　用〕

前記回転多面鏡２を構成する平面鏡反射面４の少なくと
も１面を回転放物面の鏡面１）に形成すると共に、当該
回転放物面鏡１０の反射光が結ぶ焦点位置を前記多素子
赤外線検知器７の受光面からずらす位置に設定し、当該
回転放物面鏡１０による走査時の前記多素子赤外線検知
器７に対する入射光路を逆トレースすると視界に出てい
くビームは第１図に示すように拡がっていく円錐形とな
る。多素子赤外線検知器７の各検知素子のＤｅｆｏｃｕ
ｓ円錐は、同じ拡がり角度−ｄを持ち、かつ同一方向を
向いている。従って、このような光学配置においては多
素子赤外線検知器７の各検知素子は視界と同一温度を見
ていることになり、さらにこの温度は円錐視野内の平均
温度に等しい。

〔実施例〕

以下、本発明の原理及び実施例を図面によって詳述する
。なお、構成、動作の説明を理解し易（するために全図
を通じて同一部分には同一符号を付してその重複説明を
省略する。

第１図は本発明の原理説明図、第４図は本発明の構成を
示すブロック図である。第４図に示すように通常、赤外
光学系は像倍率を上げるための光学系（無限焦点光学系
）１と、多素子赤外線検知器７に結像するための検知器
レンズ６とからなる。

他に走査のための回転多面鏡２を備えている。

第１図では光学系（無限焦点光学系）１と回転多面鏡２
を除いた系を示している。図において、通常、回転多面
鏡２が存在する位置Ｈに集光能力を有する光学系（例え
ば凸レンズ、図では挿入集光系とした）を設け、その焦
点距離Ｆａは絞り５の位置に設定し、検知器レンズ６に
入射する以前に焦点を結ぶように設定する。この場合、
多素子赤外線検知器７の各検知素子に対する入射光路を
逆トレースすることによって判るように矢印Ｐに示す視
界に出ていくビームは拡がって円錐形となる。

ここで簡単な光路作図から判るが、各検知素子のＤｅｆ
ｏｃｕｓ円錐は同一の拡がり半角Ｗｄを持ち、しかも同
一の方向を向く。この図では多素子赤外線検知器７の列
長をｄとし、各検知素子の中央位置（光軸位置に相当）
の光路を破線にて示し、中央位置からｄ／２の距離にあ
る下端位置の検知素子に対応する光路を実線にて示して
いる。

従って、このような挿入集光系を回転多面鏡の位’ＩＨ
に挿入することにより、赤外シーンの平均温度に等しい
基準温度板を赤外光学系の光路上に挿入したのと同一の
効果を得ることができる。

第２図は本発明における回転放物面鏡近傍の配置図を示
したもので、前記原理説明における挿入集光系として回
転多面鏡２　（この図では６面ボリプンとした）を構成
する平面鏡４の少なくとも１面を回転放物面鏡１０とし
た走査系によって代用できることを示したものである。

６面の内５面は平面鏡４とし、通常の走査を行って赤外
映像を得る。残り１面は検知器レンズ６の絞り５の位置
の中心を焦点とする回転放物面鏡１０とし、この鏡面に
よって第１図に示した挿入集光系の代用とする。従って
、この回転放物面鏡１０が正規の位置に走査した瞬間に
おいて、紙面に垂直方向に検知素子列を配置した多素子
赤外線検知器は、そのＤｅｆｏｃｕｓ円錐内のシーンの
平均温度を検知することができる。ここで１）は放物曲
線、１２は放物面回転軸、１３は多素子赤外線検知器７
が受光する円錐形の底面位置を示す、多素子赤外線検知
器７の受光光路を逆トレースすると回転放物面鏡ＩＯで
反射した後は平行光束となり、矢印Ｑに示す無限焦点光
学系に導かれる。

第３図はＤｅｆｏｃｕｓ円錐視野の設定説明図を示す。

図において、Ｌは映像視野１Ｍは挿入集光系の焦点距離
Ｆａを小さく選んだ時のＤｅｆｏｃｕｓ円錐視野、Ｎは
挿入集光系の焦点距離Ｆａを大きく選んだ時のＤｅｆｏ
ｃｕｓ円錐視野をそれぞれ示す。第１図にて説明した挿
入集光系の焦点距離Ｆａの選び方によりＤｅｆｏｃｕｓ
円錐視野がどのように設定できるかを示している。

Ｄｅｆｏｃｕｓ円錐の半角Ｗｄは　Ｗｄ＝Ａｏ／Ｐａと
表すことができる（Ａｏ：絞り５の半径、Ｆａ；挿入集
光系の焦点距離）。

現実的な値として一例を示すならば、Ａｏ−５ｍｍ。

Ｆａ　＝　１０ｍｍとすれば、Ｗｄ＝０．５ｒａｄとな
る。一方、検知素子列の長さをｄ　＝２０ｍｍ、検知器
レンズの焦点距離をＦｏ　”　２０ｍｍとすれば、縦視
野半角は０．５ｒａｄとなり、円錐視野が縦視野と一致
するように設定されている。

第４図において、８は多素子赤外線検知器７の出力を増
幅する映像増幅器、９は映像増幅器８の出力のドリフト
を補正するためのＤＣ再生回路、１０は後述する走査変
換回路を示す。

第５図は本発明のＤＣ再生処理説明図を示し、第５図（
ａ）は検知器（ｌ素子）の出力波形、第５図（ｂｌはＤ
Ｃ再生回路９が出力するビデオ波形を示す。

いずれの波形図も横軸には時間、縦軸には電圧をとって
いる。Ｔａ１図において、ｔ、とｔ２は前記回転放物面
鏡１０が正規の走査位置にそれぞれ到達した時刻、Ｔは
時刻ｔ１とｔ２間の周期、ｔは１回走査当たり（１平面
鏡分）の赤外線の映像出力期間を示す。

回転多面鏡に２個の回転放物面鏡を設ける場合には周期
Ｔは１／２回転毎に発生する。１．とｔ２の時刻はＤＣ
補正点タイミングとなるもので、本発明では第５図に示
すように、多素子赤外線検知器の出力波形から、ＤＣ補
正タイミングにおける各素子の出力値を基準レベル（零
ボルト）に置き換えたＤＣ再生ビデオ波形を作ることが
できる。

すなわち、第４図におけるＤＣ再生回路９の機能は第５
図に示す補正点タイミングの出力値Ｖ、を検出して入力
信号に加算するもので図示しない簡単な遅延回路とホー
ルド回路と加算回路にて容易に構成できる。

なお、回転多面鏡２を構成する平面鏡４の少なくとも１
面を回転放物面鏡１０に形成することにより、数走査毎
に映像の取得が出来ない期間が発生する。従って、取得
映像をＴＶ映像信号と同様なフォーマットにて出力する
場合にはそのようなフォーマットに編集する手段が必要
となる。第４図に示す走査変換回路１４は、この編集を
行う機能を有する回路である。

第６図は本発明の走査変換方式の説明図を示し、５面ポ
リゴンミラーの場合を例にとって説明する。

いずれも横軸に時刻、縦軸の１ブロツクは１フレ一ム分
の映像信号を表し、その映像信号毎の周期は例えば１／
３０とする。第６図（ａ）は方式Ｉとしての欠落補充方
法を示すもので、上側に映像信号Ｊｌ〜Ｊ４の各映像取
得タイミング、下側に映像信号に１〜に５の各映像表示
タイミングを示している。映像取得タイミングにおける
欠落部分Ｊ５を補充するために映像取得タイミングＪ１
の映像信号を１フレ一ム分の周期だけ遅延させて映像表
示タイミングに１に表示し、以下同様にＪ２−に２、Ｊ
３→に３、Ｊ４−に４と表示する０次にＪ４の映像信号
を映像表示タイミングのに５に再び表示して元のサイク
ルに戻る方式である。

第６図（ｂ）に示す方式■は隣接する回転放物面鏡の周
期Ｔをすこしづつずらしながら等時間間隔に出力して表
示させる方式であり、方式Ｉおよび方式■は共に第４図
に示す走査変換回路１４において、図示しないフレーム
メモリをバッファとして書き込み、読み出しのタイミン
グの調整により容易に実現できる。

第５図ではＤＣ補正点タイミングにおいて、ＤＣ再生ビ
デオ波形は各画像表示周期ｔにおける時間経過と共に僅
かな不連続（垂れ下がり波形が漸次大きく変化している
）を示しているが、これはＡＣ結合によって発生する多
素子赤外線検知器の出力の垂れ下がり傾向によるもので
あり、これを小さくするにはＡＣ結合の時定数を大きく
するか、またはより頻繁にＤＣ補正をすることが必要と
なる。ＤＣ結合型の多素子赤外線検知器、例えば、走査
型ＩＲＣＯＤ　（Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｃｈａｒｇｅ　Ｃ
ｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅｓ等）の場合は、この垂れ
下がり傾向の問題はないため、ＤＣ補正の頻度はできる
だけ少なくとることが可能であり、欠落した画像を挿入
する表示上の問題は軽減される。また、本発明のメリッ
トの一つはＤＣ補正の基準温度が赤外シーンの平均値に
近いため、前記垂れ下がり傾向の問題は他の方式に比べ
てかなり軽減されていること、およびダイナミックレン
ジの問題が軽減されていることにある。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、大型の
付加機構を必要とせず、また赤外シーン温度によって性
能が影響されＣごくいという著しい工業的効果がある。

第５図は本発明のＤＣ再生処理説明図、第６図は本発明
の走査変換方式の説明図、第７図は従来の赤外線撮像装
置の要部ブロック図を示す。

図において、１は光学系、２は回転多面鏡、４は平面鏡
、７は多素子赤外線検知器、１０は回転放物面鏡をそれ
ぞれ示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は本発明における回転放物面鏡近傍の配置図、 第３図はＤｅｆｏｃｕｓ円錐視野の設定説明図、第４図
は本発明の構成を示すブロック図、ＤｅｆｏｃｕｓＦ’
ＩＨｎ野ＩＱｔＱ定ｒｔｅｓｒｚ】 凶 ＋ｙＦＩｌ’＋ｑ−ＪＩ八’ｓ　’ｆ　７７へ［１２７
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Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 赤外線を集光する光学系（１）と、当該光学系（１）の
   出射光を走査する回転多面鏡（２）と、当該回転多面鏡
   （２）の反射光を受光する多素子赤外線検知器（７）と
   を具備してなる走査型赤外線撮像装置において、前記回
   転多面鏡（２）を構成する複数の平面鏡（４）の少なく
   とも１面を回転放物面鏡（１０）に形成すると共に、当
   該回転放物面鏡（１０）の反射光が結ぶ焦点位置を前記
   多素子赤外線検知器（７）の受光面からずらす位置で、
   且つ前記多素子赤外線多素子検知器（７）の各素子が同
   一のシーンを見るように設定し、前記回転放物面鏡（１
   ０）による走査時に前記各素子の出力を検出し、当該出
   力値により前記各素子のＤＣ再生を行うことを特徴とす
   る走査型赤外線撮像装置。