JPH0630340A - 高解像度赤外線像の形成方法及びその実施のための１方向走査式熱線カメラ - Google Patents
高解像度赤外線像の形成方法及びその実施のための１方向走査式熱線カメラInfo
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- JPH0630340A JPH0630340A JP4137791A JP13779192A JPH0630340A JP H0630340 A JPH0630340 A JP H0630340A JP 4137791 A JP4137791 A JP 4137791A JP 13779192 A JP13779192 A JP 13779192A JP H0630340 A JPH0630340 A JP H0630340A
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-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/701—Line sensors
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/20—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from infrared radiation only
- H04N23/23—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from infrared radiation only from thermal infrared radiation
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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- H04N25/20—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming only infrared radiation into image signals
- H04N25/21—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming only infrared radiation into image signals for transforming thermal infrared radiation into image signals
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 １方向走査式熱線カメラ及びこのようなカメ
ラ用の信号サンプリング方法を開示している。熱線カメ
ラは、無限焦点入力光学装置及び光景の像をラインごと
に通過させる走査鏡を備え、この像はセンサ上に対物レ
ンズを介して投射されている。センサのサンプリングピ
ッチは、センサのライン方向に配列された単位センサ表
面積の辺の平均の値の２分の１から４分の３の範囲にあ
る値を有する。ラインメモリは、ビデオ信号回路の前に
設けられており、水平方向での振動によって生じた角度
ずれに合わせられ、ジャイロスコープによって識別され
たラインの長さを使用することができる。 【作用】 赤外域での高解像度画像の形成に使用され
る。
ラ用の信号サンプリング方法を開示している。熱線カメ
ラは、無限焦点入力光学装置及び光景の像をラインごと
に通過させる走査鏡を備え、この像はセンサ上に対物レ
ンズを介して投射されている。センサのサンプリングピ
ッチは、センサのライン方向に配列された単位センサ表
面積の辺の平均の値の２分の１から４分の３の範囲にあ
る値を有する。ラインメモリは、ビデオ信号回路の前に
設けられており、水平方向での振動によって生じた角度
ずれに合わせられ、ジャイロスコープによって識別され
たラインの長さを使用することができる。 【作用】 赤外域での高解像度画像の形成に使用され
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線スペクトル帯で
の画像形成の分野に関するものであり、特に、赤外線域
での高解像度画像形成方法及びその実施のための一方向
走査式熱線カメラに関するものである。
の画像形成の分野に関するものであり、特に、赤外線域
での高解像度画像形成方法及びその実施のための一方向
走査式熱線カメラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】３〜５μｍ×８〜12μｍの大気透過窓内
の熱線カメラの性能特性の発達は、特に、これらの熱線
カメラに装着されるセンサの発達と関係がある。第１世
代のセンサは、光導電または光起電力の単位センサ領域
の集合によって構成されているが、その数は、センサで
観察されて像が結ばれる光景の画素より数がかなり少な
い。例えば、通常、 250,000個の画素に対して数個から
数十個の単位領域の装置である。この制限は、これらの
センサは低温（通常、77°Ｋ）でのみ作動するので、ク
ライオスタットにかかわる技術的な制約による可能な結
合の最大数によるものである。これらの条件下では、画
像の全体の検出は、光学機械的な２次元（２Ｄ）走査装
置によって行われる。１つの走査方向から他の方向への
変化は、極めて急速に行わなければならない。また、検
出速度で情報要素を取り込み、使用するＴＶ規格の速度
でそれらを復元しなければならないので、信号の処理は
複雑である。さらに、単位センサ領域の数の平方根の関
数であるそれらの感度は、これらの領域の数が極めて少
ないことによって制限される。
の熱線カメラの性能特性の発達は、特に、これらの熱線
カメラに装着されるセンサの発達と関係がある。第１世
代のセンサは、光導電または光起電力の単位センサ領域
の集合によって構成されているが、その数は、センサで
観察されて像が結ばれる光景の画素より数がかなり少な
い。例えば、通常、 250,000個の画素に対して数個から
数十個の単位領域の装置である。この制限は、これらの
センサは低温（通常、77°Ｋ）でのみ作動するので、ク
ライオスタットにかかわる技術的な制約による可能な結
合の最大数によるものである。これらの条件下では、画
像の全体の検出は、光学機械的な２次元（２Ｄ）走査装
置によって行われる。１つの走査方向から他の方向への
変化は、極めて急速に行わなければならない。また、検
出速度で情報要素を取り込み、使用するＴＶ規格の速度
でそれらを復元しなければならないので、信号の処理は
複雑である。さらに、単位センサ領域の数の平方根の関
数であるそれらの感度は、これらの領域の数が極めて少
ないことによって制限される。
【０００３】第２世代のセンサは、センサ領域のモザイ
クを使用する。そのセンサ領域の数は、「冷たい平面」
と呼ばれるクライオスタットの合焦面にほぼ位置する検
出モザイク及び電荷転送回路（ＣＴＤ）間の結合技術の
応用によってかなり増大する。単位センサ領域は、光導
電電極、または現在の型では光起電力電極（特に３元系
材料Hg／Cd／Teによって構成されている) によって構成
されており、半導体基板に設けられている。この型のセ
ンサには、以下のものがある。
クを使用する。そのセンサ領域の数は、「冷たい平面」
と呼ばれるクライオスタットの合焦面にほぼ位置する検
出モザイク及び電荷転送回路（ＣＴＤ）間の結合技術の
応用によってかなり増大する。単位センサ領域は、光導
電電極、または現在の型では光起電力電極（特に３元系
材料Hg／Cd／Teによって構成されている) によって構成
されており、半導体基板に設けられている。この型のセ
ンサには、以下のものがある。
【０００４】擬似リニアセンサ これらセンサは、水平方向を画成するようにライン状に
配列されたセンサ領域の少数のライン、せいぜい、数本
のラインによって形成されている。これらのセンサは、
観察される光景の像の幅全体を占めるが、その高さは、
この像の高さより相当小さい。例えば振動平面鏡を備え
る走査装置は、この像を像の幅に垂直な鉛直方向に１ラ
インずつ駆動し、信号処理回路が、センサ領域から出力
される一連の信号から形成されるビデオ画像の、観察中
の連続して走査されている光景の同じ線に対応す各ライ
ンを構成する。そのようなセンサは、例えば、イギリス
国特許第 2,152,328号またはティ．エール．ティ．
（Ｔ．Ｒ．Ｔ．(Telecommunications Radioelectriques
et Telephoniques)社によって出願されたフランス国特
許第 2,599,920号に記載されている。
配列されたセンサ領域の少数のライン、せいぜい、数本
のラインによって形成されている。これらのセンサは、
観察される光景の像の幅全体を占めるが、その高さは、
この像の高さより相当小さい。例えば振動平面鏡を備え
る走査装置は、この像を像の幅に垂直な鉛直方向に１ラ
インずつ駆動し、信号処理回路が、センサ領域から出力
される一連の信号から形成されるビデオ画像の、観察中
の連続して走査されている光景の同じ線に対応す各ライ
ンを構成する。そのようなセンサは、例えば、イギリス
国特許第 2,152,328号またはティ．エール．ティ．
（Ｔ．Ｒ．Ｔ．(Telecommunications Radioelectriques
et Telephoniques)社によって出願されたフランス国特
許第 2,599,920号に記載されている。
【０００５】２次元センサ これらのセンサは、小さいサイズ（64×64または 128×
128 センサ領域）で、検出すべき像を直接カバーしてい
るか、または、大きなサイズ(512×512 センサ領域）で
ある。後者の大きなサイズのセンサは、検出すべき像を
同様にカバーしており、センサ領域の数は、通常、像の
画素数に等しい。しかしながら、センサ領域間に間隔が
あるために、これらのセンサは、振幅は小さいが走査速
度の速いマイクロ走査装置と、センサの表面全体の検出
の連続性を実現する画像メモリとを必要とする（通常、
マイクロ走査装置は、２つの方向に、半分のピッチで像
の移動を速くする）。
128 センサ領域）で、検出すべき像を直接カバーしてい
るか、または、大きなサイズ(512×512 センサ領域）で
ある。後者の大きなサイズのセンサは、検出すべき像を
同様にカバーしており、センサ領域の数は、通常、像の
画素数に等しい。しかしながら、センサ領域間に間隔が
あるために、これらのセンサは、振幅は小さいが走査速
度の速いマイクロ走査装置と、センサの表面全体の検出
の連続性を実現する画像メモリとを必要とする（通常、
マイクロ走査装置は、２つの方向に、半分のピッチで像
の移動を速くする）。
【０００６】２次元センサでは、センサとメモリ間の情
報ビット速度は、特に、それらがマイクロ走査と組み合
わされている時、かなり高い値に達する。また、これら
のセンサは、加算及び乗算補正によって、異なる光セン
サ領域間の感度を均一にする装置の使用を必要とする。
これらの補正の一部分は、外部要因（観察した光景とセ
ンサとの間の温度差）によるが、一方、加算または乗算
補正係数は、実時間で、または、ほとんど実時間で得ら
れなければならない。これらの係数は、複雑な方法によ
って得ることができる。これらの方法には、均一な温度
降下、黒体、記憶された一定の非均一性の減算用回路を
使用する方法が含まれる。
報ビット速度は、特に、それらがマイクロ走査と組み合
わされている時、かなり高い値に達する。また、これら
のセンサは、加算及び乗算補正によって、異なる光セン
サ領域間の感度を均一にする装置の使用を必要とする。
これらの補正の一部分は、外部要因（観察した光景とセ
ンサとの間の温度差）によるが、一方、加算または乗算
補正係数は、実時間で、または、ほとんど実時間で得ら
れなければならない。これらの係数は、複雑な方法によ
って得ることができる。これらの方法には、均一な温度
降下、黒体、記憶された一定の非均一性の減算用回路を
使用する方法が含まれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、設計が単純
で、同時に低価格、高性能の、熱線カメラによって、幾
何学的解像度の高いビデオ画像を得ることを目的とす
る。今日まで、上記の各種の装置で、これらの性質を組
み合わせることは不可能であった。
で、同時に低価格、高性能の、熱線カメラによって、幾
何学的解像度の高いビデオ画像を得ることを目的とす
る。今日まで、上記の各種の装置で、これらの性質を組
み合わせることは不可能であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】これらの目的ために、本
発明による画像解像度の向上は、擬似リニアセンサの単
位センサ領域のサイズを小さくし、サンプリングした信
号の最大周波数の２倍より低いサンプリング周波数の信
号を使用することによって得られる。従って、シャノン
(Shannon) のサンプリング法則は、もはや、本発明の考
えには当てはまらない。この明らかな矛盾は、画像形成
のオプトエレクトロニクス装置で役割を果たす様々な要
素の変調伝達関数（ＭＴＦ）を考慮することによって、
以下の説明により、解消されるはずである。
発明による画像解像度の向上は、擬似リニアセンサの単
位センサ領域のサイズを小さくし、サンプリングした信
号の最大周波数の２倍より低いサンプリング周波数の信
号を使用することによって得られる。従って、シャノン
(Shannon) のサンプリング法則は、もはや、本発明の考
えには当てはまらない。この明らかな矛盾は、画像形成
のオプトエレクトロニクス装置で役割を果たす様々な要
素の変調伝達関数（ＭＴＦ）を考慮することによって、
以下の説明により、解消されるはずである。
【０００９】さらに詳しく言えば、本発明は、熱線カメ
ラによる高解像度赤外線像の形成方法であって、観察し
た光景の像を、単位センサ領域によって形成された擬似
リニア赤外線センサ上に形成し、走査して、サンプリン
グ周波数Ｆｅで単位センサ領域から来る信号から画像情
報信号を出力し、上記センサは遮断周波数ＦC を有する
変調伝達関数（ＭＴＦ）を有し、上記サンプリング周波
数Ｆｅは、遮断周波数ＦC の２倍より低く、閾値遮断周
波数ＦCOの２倍より高い周波数であることを特徴とする
方法である。本発明は、また、このような方法を実施す
る、１方向走査式熱線カメラに関するものである。本発
明及び本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参
照して行う以下の説明によって明らかになろう。
ラによる高解像度赤外線像の形成方法であって、観察し
た光景の像を、単位センサ領域によって形成された擬似
リニア赤外線センサ上に形成し、走査して、サンプリン
グ周波数Ｆｅで単位センサ領域から来る信号から画像情
報信号を出力し、上記センサは遮断周波数ＦC を有する
変調伝達関数（ＭＴＦ）を有し、上記サンプリング周波
数Ｆｅは、遮断周波数ＦC の２倍より低く、閾値遮断周
波数ＦCOの２倍より高い周波数であることを特徴とする
方法である。本発明は、また、このような方法を実施す
る、１方向走査式熱線カメラに関するものである。本発
明及び本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参
照して行う以下の説明によって明らかになろう。
【００１０】
【実施例】図１に概略的に図示した実施例によると、１
方向走査式熱線カメラは、標準的には、無限焦点入力光
学装置１、走査鏡２、開口部の広い対物レンズ３、擬似
リニアセンサ４、転送回路５及び６、遅延回路７、イン
バータ８、信号処理回路９及びクロック信号発生器Ｇを
備える。観察すべき光景から来る有効光線ビーム６は、
無限焦点光学装置１によってコリメートされた後、鏡７
で反射し、対物レンズ３を通過して、赤外線リニアセン
サ４に投影される。かくして、スターリング(Stirling)
サイクル冷却器またはジュール−トムソン(Joule-Thoms
on) 膨張冷却器（図示せず）の「冷たい平面」上に位置
するリニアセンサ４に、観察された光景の像が形成され
る。例えば、トルクモータＭによって駆動される鏡２に
よって、センサ４に投射されるラインを鉛直方向Ｖに沿
って流れさせることができる。擬似リニアセンサ４は、
電荷転送回路または電圧転送回路のどちらかである信号
転送回路５及び６に組み合わされた半導体基板を有す
る。電荷転送回路は、ＣＣＤ（電荷結合素子) として従
来から公知の型である。電圧転送回路は、ＣＭＯＳ技術
によって製造される。
方向走査式熱線カメラは、標準的には、無限焦点入力光
学装置１、走査鏡２、開口部の広い対物レンズ３、擬似
リニアセンサ４、転送回路５及び６、遅延回路７、イン
バータ８、信号処理回路９及びクロック信号発生器Ｇを
備える。観察すべき光景から来る有効光線ビーム６は、
無限焦点光学装置１によってコリメートされた後、鏡７
で反射し、対物レンズ３を通過して、赤外線リニアセン
サ４に投影される。かくして、スターリング(Stirling)
サイクル冷却器またはジュール−トムソン(Joule-Thoms
on) 膨張冷却器（図示せず）の「冷たい平面」上に位置
するリニアセンサ４に、観察された光景の像が形成され
る。例えば、トルクモータＭによって駆動される鏡２に
よって、センサ４に投射されるラインを鉛直方向Ｖに沿
って流れさせることができる。擬似リニアセンサ４は、
電荷転送回路または電圧転送回路のどちらかである信号
転送回路５及び６に組み合わされた半導体基板を有す
る。電荷転送回路は、ＣＣＤ（電荷結合素子) として従
来から公知の型である。電圧転送回路は、ＣＭＯＳ技術
によって製造される。
【００１１】ラインＬa 及びＬb などのラインにまとめ
られた単位センサ領域は、基板内に形成されている。こ
れらのラインの共通の方向は、鉛直走査方向Ｖに垂直な
水平方向Ｈを画成する。入射光束の強さの比例してセン
サ領域から放出される電荷は、転送回路によって、蓄積
され、次に、多重化され、読み出される。転送回路５ま
たは６は、電荷転送回路の場合電荷／電圧変換後、出力
電圧の形で信号を出力する。センサ上の形成された像の
１つの同一のラインは、同時に、センサ領域の複数のラ
インによって見られるので、多重化の前に、転送回路５
の出力での信号は、回路６によって出力される信号と再
同期化されなければならない。これは、例えば、ＴＤＩ
（時間遅延及び積分(Time Delay and Integration)) 回
路を構成する型の遅延回路７によって、冷たい平面にお
いて形成される。転送回路５及び６からの出力信号は、
直接または遅延回路７によって、インバータ８内での交
互再結合によって多重化される。インバータ８の出力信
号Ｓが処理回路９に入力され、所望の規格で、例えば、
デジタルテレビの規格でビデオ信号ＶＳが生成される。
クロック信号発生器Ｇは、標準ビデオのサンプリング周
波数に応じて、モータＭ、転送回路５及び６、遅延回路
７及び処理回路９の命令の周波数制御を提供する。
られた単位センサ領域は、基板内に形成されている。こ
れらのラインの共通の方向は、鉛直走査方向Ｖに垂直な
水平方向Ｈを画成する。入射光束の強さの比例してセン
サ領域から放出される電荷は、転送回路によって、蓄積
され、次に、多重化され、読み出される。転送回路５ま
たは６は、電荷転送回路の場合電荷／電圧変換後、出力
電圧の形で信号を出力する。センサ上の形成された像の
１つの同一のラインは、同時に、センサ領域の複数のラ
インによって見られるので、多重化の前に、転送回路５
の出力での信号は、回路６によって出力される信号と再
同期化されなければならない。これは、例えば、ＴＤＩ
（時間遅延及び積分(Time Delay and Integration)) 回
路を構成する型の遅延回路７によって、冷たい平面にお
いて形成される。転送回路５及び６からの出力信号は、
直接または遅延回路７によって、インバータ８内での交
互再結合によって多重化される。インバータ８の出力信
号Ｓが処理回路９に入力され、所望の規格で、例えば、
デジタルテレビの規格でビデオ信号ＶＳが生成される。
クロック信号発生器Ｇは、標準ビデオのサンプリング周
波数に応じて、モータＭ、転送回路５及び６、遅延回路
７及び処理回路９の命令の周波数制御を提供する。
【００１２】上記の型の熱線カメラによって高解像度画
像を得るために、本発明は、鏡２によって促進される振
動効果の補正及びセンサ４の単位センサ領域の空間組織
を工夫する。鏡２の駆動モータＭは、クロック信号発生
器Ｇによって出力される命令値にサーボ結合された制御
を有する。このクロック信号発生器は、「鋸歯状」型の
線形勾配（ランプ）を辿る。この勾配には、鉛直走査方
向に沿った残留角度振動を補正する外部電圧が重ねられ
ている。水平方向に沿った角度振動を補正するために、
インバータ８と処理回路９との間に低容量メモリ11が挿
入されている。振動による照準線の振動に関する、ジャ
イロスコープ13によって提供される情報要素は、角度ず
れ補正信号の形態でメモリ11に導入される。この補正信
号は、ラインの長さを補正する変化によって、すなわ
ち、考慮すべき適切な数の単位センサ領域によって示さ
れる。例えば、702 入力サンプルを備えるデジタルディ
スプレイでは、視野の±10％の各ラインの長さに従って
プログラムされたＦＩＦＯ(First in first out)型メモ
リまたはシフトレジスタは、２×0.1 ×702 ＝140 サン
プルだけの記憶化を必要とする。
像を得るために、本発明は、鏡２によって促進される振
動効果の補正及びセンサ４の単位センサ領域の空間組織
を工夫する。鏡２の駆動モータＭは、クロック信号発生
器Ｇによって出力される命令値にサーボ結合された制御
を有する。このクロック信号発生器は、「鋸歯状」型の
線形勾配（ランプ）を辿る。この勾配には、鉛直走査方
向に沿った残留角度振動を補正する外部電圧が重ねられ
ている。水平方向に沿った角度振動を補正するために、
インバータ８と処理回路９との間に低容量メモリ11が挿
入されている。振動による照準線の振動に関する、ジャ
イロスコープ13によって提供される情報要素は、角度ず
れ補正信号の形態でメモリ11に導入される。この補正信
号は、ラインの長さを補正する変化によって、すなわ
ち、考慮すべき適切な数の単位センサ領域によって示さ
れる。例えば、702 入力サンプルを備えるデジタルディ
スプレイでは、視野の±10％の各ラインの長さに従って
プログラムされたＦＩＦＯ(First in first out)型メモ
リまたはシフトレジスタは、２×0.1 ×702 ＝140 サン
プルだけの記憶化を必要とする。
【００１３】通常、側辺ｃを備えるように形成された正
方形である単位センサ領域のサイズが、カメラの角度解
像度を決定する。第１世代のセンサでは、単位センサ領
域の表面積は、赤外部内での回折点の表面積の範囲内、
すなわち、一辺が25〜50μｍの正方形であり、従って、
最大光を回収することができるが、解像度を損なう。拡
大した光源の回折で、単位センサ領域のサイズが、回折
点のサイズを越えて小さくなる時、解像力は大きくな
る。
方形である単位センサ領域のサイズが、カメラの角度解
像度を決定する。第１世代のセンサでは、単位センサ領
域の表面積は、赤外部内での回折点の表面積の範囲内、
すなわち、一辺が25〜50μｍの正方形であり、従って、
最大光を回収することができるが、解像度を損なう。拡
大した光源の回折で、単位センサ領域のサイズが、回折
点のサイズを越えて小さくなる時、解像力は大きくな
る。
【００１４】このような結果は、図２に基準パターンの
空間周波数の関数として曲線Ｃ１によって示したセンサ
の変調転送関数（ＭＴＦ）の研究によって明らかにされ
ている。ＭＴＦの測定は、センサへの各空間周波数の基
準パターンの投影及びビデオ信号の変調の測定によって
得られる。センサのＭＴＦは、周波数空間では、所定の
信号の「窓」型関数の包絡線のフーリエ(Fourier) 変換
であるので、sin Ｘ／Ｘの形態の関数である。センサ領
域の空間遮断周波数は、１／ｃに等しいので、センサの
ＭＴＦの最初の零は、１／ｃに等しい。関数sin Ｘ／Ｘ
の小さい方の突出部(lobe)には情報が含まれていないと
いう仮説が共通に選択されているので、サンプリングさ
れた信号のスペクトルの最大周波数及び伝達関数の遮断
周波数Ｆc は、ＭＴＦの１／ｃに等しい第１の零に一致
する。センサ領域の辺ｃが小さくなる時、Ｆc はより高
い値の方に移動し、幾何学的解像度の向上を示す。ま
た、ｃが小さくなると、センサの全体の長さが小さくな
り、それによって、必要な冷却容量が小さくなり、光学
的装置（光学的入力装置及び対物レンズ）及び走査鏡が
占める空間が小さくなる。
空間周波数の関数として曲線Ｃ１によって示したセンサ
の変調転送関数（ＭＴＦ）の研究によって明らかにされ
ている。ＭＴＦの測定は、センサへの各空間周波数の基
準パターンの投影及びビデオ信号の変調の測定によって
得られる。センサのＭＴＦは、周波数空間では、所定の
信号の「窓」型関数の包絡線のフーリエ(Fourier) 変換
であるので、sin Ｘ／Ｘの形態の関数である。センサ領
域の空間遮断周波数は、１／ｃに等しいので、センサの
ＭＴＦの最初の零は、１／ｃに等しい。関数sin Ｘ／Ｘ
の小さい方の突出部(lobe)には情報が含まれていないと
いう仮説が共通に選択されているので、サンプリングさ
れた信号のスペクトルの最大周波数及び伝達関数の遮断
周波数Ｆc は、ＭＴＦの１／ｃに等しい第１の零に一致
する。センサ領域の辺ｃが小さくなる時、Ｆc はより高
い値の方に移動し、幾何学的解像度の向上を示す。ま
た、ｃが小さくなると、センサの全体の長さが小さくな
り、それによって、必要な冷却容量が小さくなり、光学
的装置（光学的入力装置及び対物レンズ）及び走査鏡が
占める空間が小さくなる。
【００１５】現在使用されており、スターリング(Stirl
ing)サイクル冷却器と共に使用できる良好な技術的妥協
策は、デジタルテレビの702 サンプルの場合に、９μｍ
のサンプリッグピッチに対応する、全体の幅が約６〜７
mmで、検出領域が18μｍ平方の正方形であるセンサを使
用することである。これは、実現可能である。また、現
在の技術によって、辺ｃ＝15μｍの正方形のセンサ領域
を製造することができる。しかしながら、このサイズの
センサ領域の使用によって、幾何学的解像度を向上させ
ることができるが、サンプリング条件を満たすために
は、サンプリングピッチｃ／２＝7.5 μｍが必要なの
で、現在まで、実現されていない。現在の所、このよう
なサンプリングピッチと両立する電荷転送回路は、存在
しない。
ing)サイクル冷却器と共に使用できる良好な技術的妥協
策は、デジタルテレビの702 サンプルの場合に、９μｍ
のサンプリッグピッチに対応する、全体の幅が約６〜７
mmで、検出領域が18μｍ平方の正方形であるセンサを使
用することである。これは、実現可能である。また、現
在の技術によって、辺ｃ＝15μｍの正方形のセンサ領域
を製造することができる。しかしながら、このサイズの
センサ領域の使用によって、幾何学的解像度を向上させ
ることができるが、サンプリング条件を満たすために
は、サンプリングピッチｃ／２＝7.5 μｍが必要なの
で、現在まで、実現されていない。現在の所、このよう
なサンプリングピッチと両立する電荷転送回路は、存在
しない。
【００１６】提案する方法は、可能な限り小さい辺（現
在の技術では15μｍ）を備えるが、サンプリング条件に
よって通常決定される制限値より大きいが、考えられて
いる用途と両立する、すなわち、１ラインごとに 702サ
ンプル（デジタルテレビ）を得ることできるサンプリン
グピッチを備え、出力周波数13.5MHz 、放射線センサ長
６〜７mm及び検出領域15μｍ平方の単位センサ領域を製
造することによって、上記の制約を解消し、幾何学的解
像度の向上を得るために使用される。
在の技術では15μｍ）を備えるが、サンプリング条件に
よって通常決定される制限値より大きいが、考えられて
いる用途と両立する、すなわち、１ラインごとに 702サ
ンプル（デジタルテレビ）を得ることできるサンプリン
グピッチを備え、出力周波数13.5MHz 、放射線センサ長
６〜７mm及び検出領域15μｍ平方の単位センサ領域を製
造することによって、上記の制約を解消し、幾何学的解
像度の向上を得るために使用される。
【００１７】オプトエレクトロニクス画像ディスプレイ
装置で機能し、熱線カメラを含む全要素の変調伝達関数
（ＭＴＦ）の研究は、サンプリング条件を満たさないこ
とができない範囲を知るために使用される。図２は、セ
ンサのＭＴＦ（曲線１）に加えて、カメラの光学的装置
のＭＴＦ（Ｃ２）、制御モニタ（Ｃ３）のＭＴＦ、観察
者の目のＭＴＦ（Ｃ４）及び、例えば、センサのＭＴＦ
（Ｃ１）と他の全要素のＭＴＦ（Ｃ６）の積から生じる
全体のＭＴＦを示している。
装置で機能し、熱線カメラを含む全要素の変調伝達関数
（ＭＴＦ）の研究は、サンプリング条件を満たさないこ
とができない範囲を知るために使用される。図２は、セ
ンサのＭＴＦ（曲線１）に加えて、カメラの光学的装置
のＭＴＦ（Ｃ２）、制御モニタ（Ｃ３）のＭＴＦ、観察
者の目のＭＴＦ（Ｃ４）及び、例えば、センサのＭＴＦ
（Ｃ１）と他の全要素のＭＴＦ（Ｃ６）の積から生じる
全体のＭＴＦを示している。
【００１８】本発明は、センサのＭＴＦの遮断周波数Ｆ
c の２倍、すなわち、区間Ｆco−Ｆc に位置する実際の
遮断周波数の２倍に等しい周波数より低い空間サンプリ
ング周波数を使用する。これらの条件下では、全体のＭ
ＴＦは、その代表的な曲線の位置によって、零の近傍の
値に保たれる。特に、Ｆcoに等しい遮断周波数での全体
のＭＴＦのこの低い値は、各空間周波数の基準パターン
の２点間で検出できる温度差を示すＭＲＴＤ(Minimum R
esolvable Temperature Difference（最小解像可能温度
差）) に換算して表示できる。低いＭＴＦ値は、高いＭ
ＲＴＤ値に対応し、これらの２つの変数は、互いに対し
て逆に変化する。数度以上、例えば、５°以上のＭＲＴ
Ｄ値は、実際、観察下の光景で通常見られる温度差の値
より高い。実際の閾値差Ｆcoは、ＭＲＴＤが摂氏数度で
あるように決定される。例えば、計算によって、ＦC の
25％に等しい差Ｆc −Ｆcoは、ＭＴＲＤが５℃の場合得
られ、通常観察される光景から得られる画像の解像度に
影響しない。従って、Ｆcoの好ましい値は、0.75ＦC に
位置する。
c の２倍、すなわち、区間Ｆco−Ｆc に位置する実際の
遮断周波数の２倍に等しい周波数より低い空間サンプリ
ング周波数を使用する。これらの条件下では、全体のＭ
ＴＦは、その代表的な曲線の位置によって、零の近傍の
値に保たれる。特に、Ｆcoに等しい遮断周波数での全体
のＭＴＦのこの低い値は、各空間周波数の基準パターン
の２点間で検出できる温度差を示すＭＲＴＤ(Minimum R
esolvable Temperature Difference（最小解像可能温度
差）) に換算して表示できる。低いＭＴＦ値は、高いＭ
ＲＴＤ値に対応し、これらの２つの変数は、互いに対し
て逆に変化する。数度以上、例えば、５°以上のＭＲＴ
Ｄ値は、実際、観察下の光景で通常見られる温度差の値
より高い。実際の閾値差Ｆcoは、ＭＲＴＤが摂氏数度で
あるように決定される。例えば、計算によって、ＦC の
25％に等しい差Ｆc −Ｆcoは、ＭＴＲＤが５℃の場合得
られ、通常観察される光景から得られる画像の解像度に
影響しない。従って、Ｆcoの好ましい値は、0.75ＦC に
位置する。
【００１９】図３は、サイズの異なる単位センサ領域
（各々、20、18、16、15、14、12及び10μｍ）でのＭＲ
ＴＤ曲線20、18、16、15、14、12及び10を示す。この
時、サンプリングピッチは一定であり、９μｍである。
ＭＲＴＤが0.2 〜0.3 °以上であり、各検出領域の示差
感度閾値に対応する時、空間周波数、従って、解像度
は、検出領域の辺の長さが20〜10μｍ小さくなると、か
なり大きくなるように思われる。図３のグラフは、ま
た、デジタルテレビ型サンプリング（３°の観察視野の
場合702 サンプル) のナイキスト(Nyquist) 空間周波数
の位置を示す鉛直線Ｆを示している。ナイキスト周波数
は、サンプリングピッチに対応する空間周波数を決定す
る。その空間周波数を越えると、サンプリングによっ
て、情報を完全に復元することができない。図示した曲
線は、９μｍの一定のサンプリングピッチで、ナイキス
ト周波数が、より小さく、10μｍ×10μｍのセンサ領域
で３℃になるが、通常見られる温度差（辺10μｍで３℃
より大きい）より常に大きい値によって制限されている
ＭＲＴＤ値に対してより小さい辺を有するセンサ領域の
使用を制限する。15μｍ×15μｍの領域では、いずれに
せよ、約10℃のＭＲＴＤの場合には、ナイキスト周波数
に達しない。
（各々、20、18、16、15、14、12及び10μｍ）でのＭＲ
ＴＤ曲線20、18、16、15、14、12及び10を示す。この
時、サンプリングピッチは一定であり、９μｍである。
ＭＲＴＤが0.2 〜0.3 °以上であり、各検出領域の示差
感度閾値に対応する時、空間周波数、従って、解像度
は、検出領域の辺の長さが20〜10μｍ小さくなると、か
なり大きくなるように思われる。図３のグラフは、ま
た、デジタルテレビ型サンプリング（３°の観察視野の
場合702 サンプル) のナイキスト(Nyquist) 空間周波数
の位置を示す鉛直線Ｆを示している。ナイキスト周波数
は、サンプリングピッチに対応する空間周波数を決定す
る。その空間周波数を越えると、サンプリングによっ
て、情報を完全に復元することができない。図示した曲
線は、９μｍの一定のサンプリングピッチで、ナイキス
ト周波数が、より小さく、10μｍ×10μｍのセンサ領域
で３℃になるが、通常見られる温度差（辺10μｍで３℃
より大きい）より常に大きい値によって制限されている
ＭＲＴＤ値に対してより小さい辺を有するセンサ領域の
使用を制限する。15μｍ×15μｍの領域では、いずれに
せよ、約10℃のＭＲＴＤの場合には、ナイキスト周波数
に達しない。
【００２０】本発明による擬似リニアセンサの実施例を
図４を参照して説明する。これは、例えば、15μｍ×15
μｍの単位センサ領域の正方形幾何学的形状に対応す
る。単位センサ領域は、センサの水平方向に同じサイズ
（15μｍ）であり、サンプリングピッチＰは９μｍであ
る。図４に図示した実施例では、センサ領域Ｚ１、Ｚ
３、Ｚ５、・・・、Ｚ２ｐ−１及びＺ２、Ｚ４、Ｚ６、
・・・、Ｚ２ｐは、各々、Ｌ１及びＬ２のライン上に配
置されている。このラインは、サンプリングピッチ９μ
ｍに等しい間隔でずれている。同じライン上の２つの連
続した領域の中心間の間隔、すなわち、領域のネットワ
ークのライン方向のピッチ、すなわち、空間ピッチは、
２×９μｍに等しく、すなわち、サンプリングピッチＰ
の２倍である。センサ領域は、センサ領域の各ラインに
１つずつの２つの列を有する２つの電荷転送回路Ｋの２
つの回路に接続されている。ラインＬ１から来る電荷
は、クロック信号発生器Ｇによって制御された異なる積
分時間によって、ラインＬ２から来る電荷に対して遅延
される。次に、この電荷は、電荷転送回路Ｋで多重化さ
れ、その後、読出レジスタＲＬで読み出される。レジス
タＲＬに接続された電荷／電圧変換器ＣＴで変換され、
増幅器Ａを介して増幅された後、一連の出力信号Ｓが得
られる。
図４を参照して説明する。これは、例えば、15μｍ×15
μｍの単位センサ領域の正方形幾何学的形状に対応す
る。単位センサ領域は、センサの水平方向に同じサイズ
（15μｍ）であり、サンプリングピッチＰは９μｍであ
る。図４に図示した実施例では、センサ領域Ｚ１、Ｚ
３、Ｚ５、・・・、Ｚ２ｐ−１及びＺ２、Ｚ４、Ｚ６、
・・・、Ｚ２ｐは、各々、Ｌ１及びＬ２のライン上に配
置されている。このラインは、サンプリングピッチ９μ
ｍに等しい間隔でずれている。同じライン上の２つの連
続した領域の中心間の間隔、すなわち、領域のネットワ
ークのライン方向のピッチ、すなわち、空間ピッチは、
２×９μｍに等しく、すなわち、サンプリングピッチＰ
の２倍である。センサ領域は、センサ領域の各ラインに
１つずつの２つの列を有する２つの電荷転送回路Ｋの２
つの回路に接続されている。ラインＬ１から来る電荷
は、クロック信号発生器Ｇによって制御された異なる積
分時間によって、ラインＬ２から来る電荷に対して遅延
される。次に、この電荷は、電荷転送回路Ｋで多重化さ
れ、その後、読出レジスタＲＬで読み出される。レジス
タＲＬに接続された電荷／電圧変換器ＣＴで変換され、
増幅器Ａを介して増幅された後、一連の出力信号Ｓが得
られる。
【００２１】電荷転送回路Ｋによって実施される同期化
によって、各々領域Ｚ１、Ｚ２、Ｚ４、・・・、Ｚ２ｐ
−１、Ｚ２ｐから来る信号を時間通りにリセットするこ
とによってテレビ画像ラインを形成することができる。
その中心は、ラインＬ１及びＬ２の方向に沿って画成さ
れたサンプリングピッチ（９μｍ）の値から離れてい
る。サンプル数が702 である時、この時、センサの長さ
は702 ×0.009 ＝6.358μｍである。
によって、各々領域Ｚ１、Ｚ２、Ｚ４、・・・、Ｚ２ｐ
−１、Ｚ２ｐから来る信号を時間通りにリセットするこ
とによってテレビ画像ラインを形成することができる。
その中心は、ラインＬ１及びＬ２の方向に沿って画成さ
れたサンプリングピッチ（９μｍ）の値から離れてい
る。サンプル数が702 である時、この時、センサの長さ
は702 ×0.009 ＝6.358μｍである。
【００２２】本発明は、上記の図示した実施例に限定さ
れない。特に、本発明によるセンサは、各々、第１のラ
インに対して、１×９μｍ、２×９＝18μｍ、・・・、
（Ｑ−１）×９μｍずれた数Ｑのラインで形成して、そ
れによって、９μｍのサンプリングピッチを保つことが
できる。素子領域のネットワークのラインのピッチＤ
は、Ｄ＝Ｐ×Ｑである。また、単位センサ領域の形態
は、正方形に限定されず、水平方向（Ｈ）に沿ってｃに
等しい平均サイズならば、いかなる形態でもよい（例え
ば、長方形、円等）。
れない。特に、本発明によるセンサは、各々、第１のラ
インに対して、１×９μｍ、２×９＝18μｍ、・・・、
（Ｑ−１）×９μｍずれた数Ｑのラインで形成して、そ
れによって、９μｍのサンプリングピッチを保つことが
できる。素子領域のネットワークのラインのピッチＤ
は、Ｄ＝Ｐ×Ｑである。また、単位センサ領域の形態
は、正方形に限定されず、水平方向（Ｈ）に沿ってｃに
等しい平均サイズならば、いかなる形態でもよい（例え
ば、長方形、円等）。
【図１】 １方向走査式熱線カメラの１実施例を図示し
たものである。
たものである。
【図２】 熱線カメラを備えるオプトエレクトニクスデ
ィスプレイ装置のセンサ及び他の要素のＭＴＦ曲線を図
示したものである。
ィスプレイ装置のセンサ及び他の要素のＭＴＦ曲線を図
示したものである。
【図３】 サイズの異なる単位センサ領域での１組のＭ
ＲＴＤ曲線を図示したものである。
ＲＴＤ曲線を図示したものである。
【図４】 本発明による熱線カメラのセンサモザイクパ
ターンの１実施例を図示したものである。
ターンの１実施例を図示したものである。
１ 無限焦点入力光学装置 ２ 走査鏡 ３ 対物レンズ ４ 検出器 ５、６ 転送回路 ７ 遅延回路 ８ インバータ ９ 処理回路 11 低容量メモリ 13 ジャイロスコープ
Claims (5)
- 【請求項１】 熱線カメラによる高解像度赤外線像の形
成方法であって、観察した光景の像を、水平方向に複数
のラインに配置された単位センサ領域によって形成され
た擬似リニア赤外線センサ上に形成し、その検出器の高
さは形成された像より小さく、その幅はその形成された
像の大きさにほぼ等しく、上記の観察された像を鉛直方
向に走査して、サンプリング周波数Ｆｅで上記単位セン
サ領域から来る信号からの画像情報信号を出力し、上記
センサは遮断周波数ＦC を有する変調伝達関数（ＭＴ
Ｆ）を有し、上記サンプリング周波数Ｆｅは、遮断周波
数ＦC の２倍より低く、閾値遮断周波数ＦCOの２倍より
高い周波数であることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 観察すべき光景から来る入力ビームをコ
リメートする無限焦点入力光学装置と、上記擬似リニア
赤外線センサ上に対物レンズによって投影された観察さ
れた光景の像を１ラインごとに通過させるためにモータ
Ｍによって駆動される走査鏡と、サンプリングピッチＰ
＝１／Feに対応するサンプリング周波数Feで上記擬似リ
ニア赤外線センサから来る信号からビデオ信号を形成す
る処理回路とを備え、上記擬似リニア赤外線センサは、
ライン方向の空間ピッチＤを備えるＱ本のラインに構成
され、水平方向に沿った辺ｃを有する単位センサ領域を
備える擬似リニアＣＣＤ型のセンサである、請求項１に
記載の方法を実施するために１方向走査式熱線カメラで
あって、上記のＱ本のラインは、上記サンプリングピッ
チＰに等しい間隔でずれており、上記単位センサ領域Ｄ
のライン方向の空間ピッチの値は、ラインの数Ｑによる
上記サンプリングピッチＰの積に等しく、上記サンプリ
ングピッチＰは上記辺ｃの値の１／２〜３／４の範囲の
値を有することを特徴とする熱線カメラ。 - 【請求項３】 上記擬似リニア赤外線センサの全幅は約
６mmで、２つのライン上に位置する702 個の単位センサ
領域を備え、サンプリングピッチＰはほぼ９μｍに等し
く、ライン方向の空間ピッチはほぼ18μｍに等しく、ラ
インは９μｍずれており、単位センサ領域の辺ｃは約15
μｍであり、上記単位センサ領域はクロック信号発生器
によって制御された電荷転送回路に702 個の信号を出力
し、電荷／電圧変換器を介して増幅器に接続された読出
レジスタを通過した後、周波数13.5MHz で、ラインごと
の画像形成出力信号が得られることを特徴とする請求項
２に記載の熱線カメラ。 - 【請求項４】 上記電荷転送回路から出力される信号を
再同期化し、再結合するための遅延回路及びインバータ
を備え、該遅延回路及びインバータは、上記擬似リニア
赤外線センサに接続され、該擬似リニア赤外線センサか
らの信号からの信号に基づいてビデオ信号を生成し、低
容量のラインメモリが上記インバータと上記処理回路と
の間に設けられており、上記ラインメモリは、視野の一
部分に対応する照準線の角度ずれを示す外部信号によっ
て制御され、この角度ずれは、ラインの対応する長さに
よって示され、水平方向での角度振動を補正することを
特徴とする請求項２または３に記載のカメラ。 - 【請求項５】 上記モータＭは、上記鉛直走査方向での
角度振動を補正するための外部電圧が重ねられる指示値
にサーボ結合された制御を有することを特徴とする請求
項３に記載の熱線カメラ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9105293A FR2676153B1 (fr) | 1991-04-30 | 1991-04-30 | Procede de formation d'image infrarouge de haute resolution et camera thermique a balayage monodirectionnel destine a sa mise en óoeuvre. |
| FR9105293 | 1991-04-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0630340A true JPH0630340A (ja) | 1994-02-04 |
Family
ID=9412386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4137791A Withdrawn JPH0630340A (ja) | 1991-04-30 | 1992-04-30 | 高解像度赤外線像の形成方法及びその実施のための１方向走査式熱線カメラ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0511896A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0630340A (ja) |
| FR (1) | FR2676153B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018077256A (ja) * | 2013-05-17 | 2018-05-17 | パナソニック インテレクチュアル プロパティ コーポレーション オブ アメリカＰａｎａｓｏｎｉｃ Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ | 熱画像センサ、及び、ユーザインターフェース |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006036289A1 (en) * | 2004-09-24 | 2006-04-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Image sensor |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4009388A (en) * | 1975-10-30 | 1977-02-22 | Xerox Corporation | Arrangement for extending photosensor array resolution |
| US4204230A (en) * | 1978-10-25 | 1980-05-20 | Xerox Corporation | High resolution input scanner using a two dimensional detector array |
| US4335400A (en) * | 1980-10-22 | 1982-06-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Adaptive post-filter for infrared scan converter |
| DE3346589A1 (de) * | 1983-12-23 | 1985-07-18 | Eltro GmbH, Gesellschaft für Strahlungstechnik, 6900 Heidelberg | Abtastverfahren mit und abfrageverfahren von detektorzeilen sowie zugehoerige anordnung |
| FR2599920B1 (fr) * | 1985-08-02 | 1988-12-09 | Trt Telecom Radio Electr | Procede d'entrelacement electronique pour camera thermique a balayage horizontal |
-
1991
- 1991-04-30 FR FR9105293A patent/FR2676153B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-04-21 EP EP92401114A patent/EP0511896A1/fr not_active Withdrawn
- 1992-04-30 JP JP4137791A patent/JPH0630340A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018077256A (ja) * | 2013-05-17 | 2018-05-17 | パナソニック インテレクチュアル プロパティ コーポレーション オブ アメリカＰａｎａｓｏｎｉｃ Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ | 熱画像センサ、及び、ユーザインターフェース |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2676153A1 (fr) | 1992-11-06 |
| EP0511896A1 (fr) | 1992-11-04 |
| FR2676153B1 (fr) | 1993-07-16 |
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