JPH08320259A - 赤外線検出装置 - Google Patents
赤外線検出装置Info
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- JPH08320259A JPH08320259A JP7126232A JP12623295A JPH08320259A JP H08320259 A JPH08320259 A JP H08320259A JP 7126232 A JP7126232 A JP 7126232A JP 12623295 A JP12623295 A JP 12623295A JP H08320259 A JPH08320259 A JP H08320259A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 広い温度範囲の物質が放射する赤外線を、１
光学系で安定して検出できるようにする。 【構成】 赤外線センサ５に入射する赤外線１を周期的
に遮断するチョッパ２の遮断周波数をチョッピングコン
トローラ７で変化させ、赤外線１を放射する物質の温度
に応じて赤外線センサ５の検出感度を調整する。
光学系で安定して検出できるようにする。 【構成】 赤外線センサ５に入射する赤外線１を周期的
に遮断するチョッパ２の遮断周波数をチョッピングコン
トローラ７で変化させ、赤外線１を放射する物質の温度
に応じて赤外線センサ５の検出感度を調整する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱型の赤外線検出装置
に関し、特に低温から高温までの広範囲において、安定
して赤外線を検出することができる熱型の赤外線検出装
置に関する。
に関し、特に低温から高温までの広範囲において、安定
して赤外線を検出することができる熱型の赤外線検出装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２に従来の赤外線検出装置の一例の構
成を示す。図２において、物体から放射された赤外線１
は、まずチョッパ２によりチョッピングされ、さらにレ
ンズ３により赤外線センサ５上に集光される。赤外線セ
ンサ５は、入射赤外線１により温度変化が生じ、それに
伴う電気信号を発生させる。赤外線センサ５から出力さ
れた電気信号は、読み出し回路６により温度表示される
か、もしくは２次元熱画像として取り出される。赤外線
センサ５の前には、バンドパス光学フィルタ４が配置さ
れており、不必要な波長の光がセンサ５に照射されない
ようにしている。また、チョッパ２は、スリットのある
円盤をステッピングモータにより回転させるか、スリッ
トのあるプレートを圧電素子などにより振動させてチョ
ッピングしている。
成を示す。図２において、物体から放射された赤外線１
は、まずチョッパ２によりチョッピングされ、さらにレ
ンズ３により赤外線センサ５上に集光される。赤外線セ
ンサ５は、入射赤外線１により温度変化が生じ、それに
伴う電気信号を発生させる。赤外線センサ５から出力さ
れた電気信号は、読み出し回路６により温度表示される
か、もしくは２次元熱画像として取り出される。赤外線
センサ５の前には、バンドパス光学フィルタ４が配置さ
れており、不必要な波長の光がセンサ５に照射されない
ようにしている。また、チョッパ２は、スリットのある
円盤をステッピングモータにより回転させるか、スリッ
トのあるプレートを圧電素子などにより振動させてチョ
ッピングしている。
【０００３】物体から放射される赤外線１は、その温度
によりプランクの放射則に従い放射される赤外線の強度
と波長が異なっている。図３に黒体から放射される赤外
線の波長と分光放射発散度との関係を、各物体の絶対温
度について示す。前記の赤外線放射強度とは、分光放射
発散度を波長で積分した量である。
によりプランクの放射則に従い放射される赤外線の強度
と波長が異なっている。図３に黒体から放射される赤外
線の波長と分光放射発散度との関係を、各物体の絶対温
度について示す。前記の赤外線放射強度とは、分光放射
発散度を波長で積分した量である。
【０００４】図３から明らかなように、高温物体からの
赤外線の放射強度は低温物体からの放射強度より強くな
っている。このため、高温物体から放射された赤外線が
赤外線センサ５に入射すると、赤外線センサ５の受光部
の温度変化が大きくなり、赤外線センサ５からの出力信
号が大きくなる。このとき、赤外線センサ５から出力さ
れる出力信号が読み出し回路６では対応できないほど大
きくなると、回路６が飽和してしまい、正確な温度測定
ができなかった。特に、熱型赤外線センサを２次元に配
置した熱型固体撮像装置では、ブルーミング、残像やク
ロストークの原因ともなっていた。
赤外線の放射強度は低温物体からの放射強度より強くな
っている。このため、高温物体から放射された赤外線が
赤外線センサ５に入射すると、赤外線センサ５の受光部
の温度変化が大きくなり、赤外線センサ５からの出力信
号が大きくなる。このとき、赤外線センサ５から出力さ
れる出力信号が読み出し回路６では対応できないほど大
きくなると、回路６が飽和してしまい、正確な温度測定
ができなかった。特に、熱型赤外線センサを２次元に配
置した熱型固体撮像装置では、ブルーミング、残像やク
ロストークの原因ともなっていた。
【０００５】ここで、ブルーミングとは、強い赤外線が
赤外線センサ５に入射し、回路６が飽和したときに生ず
る画像の乱れを言い、クロストークとは、例えば２個の
赤外線センサが隣接して配置されているときに、赤外線
が所望の赤外線センサに入射するだけでなく、隣接した
赤外線センサにも入射してしまうことを言う。
赤外線センサ５に入射し、回路６が飽和したときに生ず
る画像の乱れを言い、クロストークとは、例えば２個の
赤外線センサが隣接して配置されているときに、赤外線
が所望の赤外線センサに入射するだけでなく、隣接した
赤外線センサにも入射してしまうことを言う。
【０００６】このため、従来の熱型赤外線検出装置、特
に熱型赤外線固体撮像装置は、撮像対象に合わせた光学
系をセンサの前に配置していた。即ち、従来技術では、
ある特定の温度範囲の被測定物の検出は、光学系を調整
することにより可能であるが、低温から高温までの広い
温度範囲に対しては、一定温度範囲毎に光学系を設定し
なくてはならなかった。また、熱型赤外線センサに入射
する赤外線を周期的に遮るチョッピング周波数は、図４
に示すように、熱型赤外線センサの検出感度を強く支配
しており、通常は、熱型赤外線センサの検出感度が最も
高くなる周期に設定されている。図４は、入射赤外線を
周期的に遮るチョッピング周波数に対する熱型赤外線セ
ンサの検出感度を表している。
に熱型赤外線固体撮像装置は、撮像対象に合わせた光学
系をセンサの前に配置していた。即ち、従来技術では、
ある特定の温度範囲の被測定物の検出は、光学系を調整
することにより可能であるが、低温から高温までの広い
温度範囲に対しては、一定温度範囲毎に光学系を設定し
なくてはならなかった。また、熱型赤外線センサに入射
する赤外線を周期的に遮るチョッピング周波数は、図４
に示すように、熱型赤外線センサの検出感度を強く支配
しており、通常は、熱型赤外線センサの検出感度が最も
高くなる周期に設定されている。図４は、入射赤外線を
周期的に遮るチョッピング周波数に対する熱型赤外線セ
ンサの検出感度を表している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、被測定物により光学系を設定する方法で
は、光学系の切り替えを瞬時に行うことが出来ず、更に
例えば絞りにより入射赤外線量を減衰すると、絞りの開
口率により赤外線センサに入射する背景光量（ノイズの
一種）が変化し、信号処理が複雑になるという問題があ
った。また、光学系を切り替えられるようにするには、
熱型赤外線検出装置のシステムとしても大きく、複雑に
なるという問題もあった。一方、被測定物の温度により
出力信号の読み出し速度を変化させて、低温物質から高
温物質までを１光学系により検出する方法もある。即
ち、高温の被測定物を観察する際には、出力信号を高速
で読み出す方法である。しかし、この方法では、特に２
次元の熱型赤外線センサ（固体撮像装置）では、入出力
信号を送る配線に電気抵抗と電気容量があるため、回路
時定数により信号の立ち上がり、立ち下がりがなまって
しまい、高速での信号の読み出しには限界があり、高温
物質の観測が出来ないという問題があった。以上示した
ように、従来の技術では、低温から高温までの広い温度
範囲の被測定物を１光学系で正確に検出できないという
問題があった。
来技術では、被測定物により光学系を設定する方法で
は、光学系の切り替えを瞬時に行うことが出来ず、更に
例えば絞りにより入射赤外線量を減衰すると、絞りの開
口率により赤外線センサに入射する背景光量（ノイズの
一種）が変化し、信号処理が複雑になるという問題があ
った。また、光学系を切り替えられるようにするには、
熱型赤外線検出装置のシステムとしても大きく、複雑に
なるという問題もあった。一方、被測定物の温度により
出力信号の読み出し速度を変化させて、低温物質から高
温物質までを１光学系により検出する方法もある。即
ち、高温の被測定物を観察する際には、出力信号を高速
で読み出す方法である。しかし、この方法では、特に２
次元の熱型赤外線センサ（固体撮像装置）では、入出力
信号を送る配線に電気抵抗と電気容量があるため、回路
時定数により信号の立ち上がり、立ち下がりがなまって
しまい、高速での信号の読み出しには限界があり、高温
物質の観測が出来ないという問題があった。以上示した
ように、従来の技術では、低温から高温までの広い温度
範囲の被測定物を１光学系で正確に検出できないという
問題があった。
【０００８】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
もので、広い温度範囲の物質が放射する赤外線を、１光
学系で安定して検出することのできる熱型の赤外線検出
装置を提供することを目的とする。
もので、広い温度範囲の物質が放射する赤外線を、１光
学系で安定して検出することのできる熱型の赤外線検出
装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の本発明は、入射する赤外線（例え
ば図１の赤外線１）を受光し、前記赤外線による温度変
化を電気信号に変換する熱型の赤外線検知手段（例えば
図１の赤外線センサ５）と、前記赤外線検知手段に入射
する前記赤外線を周期的に遮断するチョッパ（例えば図
１のチョッパ２）とを備える赤外線検出装置において、
前記チョッパの遮断周波数を任意に変化させる制御手段
（例えば図１のチョッピングコントローラ７）を設けた
ことを特徴とする。
に、請求項１に記載の本発明は、入射する赤外線（例え
ば図１の赤外線１）を受光し、前記赤外線による温度変
化を電気信号に変換する熱型の赤外線検知手段（例えば
図１の赤外線センサ５）と、前記赤外線検知手段に入射
する前記赤外線を周期的に遮断するチョッパ（例えば図
１のチョッパ２）とを備える赤外線検出装置において、
前記チョッパの遮断周波数を任意に変化させる制御手段
（例えば図１のチョッピングコントローラ７）を設けた
ことを特徴とする。
【００１０】
【作用】赤外線センサに入射する赤外線をチョッピング
するチョッパのチョッピング周波数と赤外線センサの感
度の関係は、前述した図４に示した通りである。本発明
では、チョッパのチョッピング周波数を任意に変えるこ
とが出来るため、低温物質を観測するとき即ち入射赤外
線量が少ないときは、チョッピング周波数を低く調節す
ることにより検出感度を高め、高温物質即ち入射赤外線
量が多いときは、チョッピング周波数を高く調整するこ
とにより検出感度を下げることにより、１光学系におい
て、広い温度範囲において、複雑な装置や光学系を用い
ることなく、安定した赤外線検出を可能とした。
するチョッパのチョッピング周波数と赤外線センサの感
度の関係は、前述した図４に示した通りである。本発明
では、チョッパのチョッピング周波数を任意に変えるこ
とが出来るため、低温物質を観測するとき即ち入射赤外
線量が少ないときは、チョッピング周波数を低く調節す
ることにより検出感度を高め、高温物質即ち入射赤外線
量が多いときは、チョッピング周波数を高く調整するこ
とにより検出感度を下げることにより、１光学系におい
て、広い温度範囲において、複雑な装置や光学系を用い
ることなく、安定した赤外線検出を可能とした。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の赤外線検出装置の一実施例を
図面を参照して説明する。
図面を参照して説明する。
【００１２】図１に本発明の一実施例の構成を示す。図
１において、図２に示す従来例の部分と対応する部分に
は同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
本実施例の特徴は、チョッパ２の遮断周波数を任意に変
化させるチョッピングコントローラ７を設けた点にあ
り、他の部分の構成は図２に示す従来例とほぼ同様であ
る。
１において、図２に示す従来例の部分と対応する部分に
は同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
本実施例の特徴は、チョッパ２の遮断周波数を任意に変
化させるチョッピングコントローラ７を設けた点にあ
り、他の部分の構成は図２に示す従来例とほぼ同様であ
る。
【００１３】図１において、バンドパス光学フィルタ４
は、８μｍ乃至１２μｍ帯透過フィルタである。また、
チョッパ２は、図示しないが、複数個のスリットが放射
状に形成された円盤をステッピングモータにより回転さ
せることにより、入射赤外線１を周期的に遮断するもの
である。さらに、チョッパ２は、チョッピングコントロ
ーラ７によりチョッピング周波数を任意に設定すること
が出来るようになっている。また、チョッピング周波数
は、チョッピングコントローラ７から読み出し回路６へ
も出力されており、入射赤外線１による赤外線センサ受
光部の温度変化は、読み出し回路６中にてチョッピング
周波数に対する赤外線センサ５の検出感度の関係を計算
し、本来の温度に換算している。なお、ここでは説明を
わかりやすくするため、赤外線入射による赤外線受光部
の温度変化について詳細に述べることとし、赤外線受光
部の温度変化による電気信号の変化は、常に同様に起こ
るものとする。入射赤外線に対する受光部の温度変化
は、次式の関係にある。 ΔＴ＝２φ0ε／Ｋ（１＋ω2τ2）1/2
は、８μｍ乃至１２μｍ帯透過フィルタである。また、
チョッパ２は、図示しないが、複数個のスリットが放射
状に形成された円盤をステッピングモータにより回転さ
せることにより、入射赤外線１を周期的に遮断するもの
である。さらに、チョッパ２は、チョッピングコントロ
ーラ７によりチョッピング周波数を任意に設定すること
が出来るようになっている。また、チョッピング周波数
は、チョッピングコントローラ７から読み出し回路６へ
も出力されており、入射赤外線１による赤外線センサ受
光部の温度変化は、読み出し回路６中にてチョッピング
周波数に対する赤外線センサ５の検出感度の関係を計算
し、本来の温度に換算している。なお、ここでは説明を
わかりやすくするため、赤外線入射による赤外線受光部
の温度変化について詳細に述べることとし、赤外線受光
部の温度変化による電気信号の変化は、常に同様に起こ
るものとする。入射赤外線に対する受光部の温度変化
は、次式の関係にある。 ΔＴ＝２φ0ε／Ｋ（１＋ω2τ2）1/2
【００１４】ここで、ΔＴは赤外線入射により生じる赤
外線センサ受光部の温度変化、φ0は入射赤外線強度、
εは赤外線センサ受光部の放射率、Ｋは熱伝導度、ωは
入射赤外線の角周波数、τは赤外線センサの受光部構造
により決まる熱時定数である。
外線センサ受光部の温度変化、φ0は入射赤外線強度、
εは赤外線センサ受光部の放射率、Ｋは熱伝導度、ωは
入射赤外線の角周波数、τは赤外線センサの受光部構造
により決まる熱時定数である。
【００１５】はじめ、赤外線センサ５には、黒体３００
Ｋから放射される赤外線が入射している。赤外線センサ
受光部の面積が１×１０-8ｍ2、熱時定数τが０．０１
ｓｅｃ、熱伝導度Ｋが１×１０-6Ｗ／Ｋ、放射率ωが１
とすると、チョッパ２のチョッピング周波数が１０Ｈｚ
のときは赤外線受光部の温度変化ΔＴ300は２．３９×
１０-4Ｋとなる。次に、黒体１０００Ｋからの赤外線放
射がセンサ５に入射したとすると、チョッピング周波数
が前回と同じ１０Ｈｚでは赤外線受光部の温度変化ΔＴ
1000は７．８６×１０-3Ｋとなり、温度変化は３０倍以
上になる。しかし、チョッピング周波数を３ＫＨｚとす
ると、赤外線受光部の温度変化ΔＴ’10 00は２．６３×
１０-4Ｋとすることができ、赤外線受光部の温度変化を
黒体３００Ｋからの輻射による温度変化と同程度にする
ことができる。
Ｋから放射される赤外線が入射している。赤外線センサ
受光部の面積が１×１０-8ｍ2、熱時定数τが０．０１
ｓｅｃ、熱伝導度Ｋが１×１０-6Ｗ／Ｋ、放射率ωが１
とすると、チョッパ２のチョッピング周波数が１０Ｈｚ
のときは赤外線受光部の温度変化ΔＴ300は２．３９×
１０-4Ｋとなる。次に、黒体１０００Ｋからの赤外線放
射がセンサ５に入射したとすると、チョッピング周波数
が前回と同じ１０Ｈｚでは赤外線受光部の温度変化ΔＴ
1000は７．８６×１０-3Ｋとなり、温度変化は３０倍以
上になる。しかし、チョッピング周波数を３ＫＨｚとす
ると、赤外線受光部の温度変化ΔＴ’10 00は２．６３×
１０-4Ｋとすることができ、赤外線受光部の温度変化を
黒体３００Ｋからの輻射による温度変化と同程度にする
ことができる。
【００１６】本実施例によれば、チョッパ２のチョッピ
ング周波数を任意にかえることができるため、低温物質
を観測するとき、即ち入射赤外線量が少ないときは、チ
ョッピング周波数を低くして検出感度を高め、高温物質
を観測するとき、即ち入射赤外線量が多いときは、チョ
ッピング周波数を高くして検出感度を下げることによ
り、１光学系により広い温度範囲において、ノイズ出力
量を変えることなく安定して赤外線を検出することがで
きる。
ング周波数を任意にかえることができるため、低温物質
を観測するとき、即ち入射赤外線量が少ないときは、チ
ョッピング周波数を低くして検出感度を高め、高温物質
を観測するとき、即ち入射赤外線量が多いときは、チョ
ッピング周波数を高くして検出感度を下げることによ
り、１光学系により広い温度範囲において、ノイズ出力
量を変えることなく安定して赤外線を検出することがで
きる。
【００１７】本実施例では、チョッピングコントローラ
７を外部から制御しているが、読み出し回路６に赤外線
センサ５からの信号量をモニターする回路を設け、赤外
線センサ５からの出力信号を一定量の範囲に収まるよう
に、チョッピングコントローラ７を読み出し回路６で制
御してもかまわない。なお、本発明の効果は、チョッピ
ング周波数の制御のみにより得られるものであり、チョ
ッパ２の形状、チョッピング方式に関わらず、同等の効
果が得られる。また、赤外線集光用レンズ３も必ずしも
必要なものではない。
７を外部から制御しているが、読み出し回路６に赤外線
センサ５からの信号量をモニターする回路を設け、赤外
線センサ５からの出力信号を一定量の範囲に収まるよう
に、チョッピングコントローラ７を読み出し回路６で制
御してもかまわない。なお、本発明の効果は、チョッピ
ング周波数の制御のみにより得られるものであり、チョ
ッパ２の形状、チョッピング方式に関わらず、同等の効
果が得られる。また、赤外線集光用レンズ３も必ずしも
必要なものではない。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の赤外線検
出装置によれば、チョッパの遮断周波数を入射赤外線量
に応じて任意に変化させ、検出感度を調整できるように
したので、１つの光学系を用い広い温度範囲において、
ノイズ出力量を変えることなく、安定して赤外線を検出
することができる。
出装置によれば、チョッパの遮断周波数を入射赤外線量
に応じて任意に変化させ、検出感度を調整できるように
したので、１つの光学系を用い広い温度範囲において、
ノイズ出力量を変えることなく、安定して赤外線を検出
することができる。
【図１】本発明の赤外線検出装置の一実施例の構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図２】従来の赤外線検出装置の一例の構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図３】黒体から放射される赤外線の波長と分光放射発
散度との関係を示す線図である。
散度との関係を示す線図である。
【図４】入射赤外線のチョッピング周波数と熱型赤外線
センサの赤外線検出感度との関係を示す線図である。
センサの赤外線検出感度との関係を示す線図である。
１ 赤外線 ２ チョッパ ５ 赤外線センサ（赤外線検知手段） ７ チョッピングコントローラ（制御手段）
Claims (3)
- 【請求項１】 入射する赤外線を受光し、前記赤外線に
よる温度変化を電気信号に変換する熱型の赤外線検知手
段と、 前記赤外線検知手段に入射する前記赤外線を周期的に遮
断するチョッパとを備える赤外線検出装置において、 前記チョッパの遮断周波数を任意に変化させる制御手段
を設けたことを特徴とする赤外線検出装置。 - 【請求項２】 前記制御手段は、前記赤外線遮断周波数
を手動で変化させることを特徴とする請求項１に記載の
赤外線検出装置。 - 【請求項３】 前記制御手段は、前記赤外線遮断周波数
を前記赤外線検知手段が発する電気信号に基づいて自動
で変化させることを特徴とする請求項１に記載の赤外線
検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7126232A JPH08320259A (ja) | 1995-05-25 | 1995-05-25 | 赤外線検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7126232A JPH08320259A (ja) | 1995-05-25 | 1995-05-25 | 赤外線検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08320259A true JPH08320259A (ja) | 1996-12-03 |
Family
ID=14930059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7126232A Withdrawn JPH08320259A (ja) | 1995-05-25 | 1995-05-25 | 赤外線検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08320259A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018072284A (ja) * | 2016-11-04 | 2018-05-10 | 浜松ホトニクス株式会社 | 超音波検査装置 |
-
1995
- 1995-05-25 JP JP7126232A patent/JPH08320259A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018072284A (ja) * | 2016-11-04 | 2018-05-10 | 浜松ホトニクス株式会社 | 超音波検査装置 |
| US11428673B2 (en) | 2016-11-04 | 2022-08-30 | Hamamatsu Photonics K.K. | Ultrasonic inspection device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020806 |