KR0135402B1 - 열화상검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1차원배열의 초전형열검출소자군과 광학체를 일체로서 회전하고, 2차원화상을 얻는 열화상 검출장치에 있어서, 화상의 해상도, 화각 속도 등의 성능향상을 도모하고, 비교적 간단한 구성으로 정밀도가 높은 열화상을 검출하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한 것으로서, 그 구성에 있어서, 직선상에 배치된 초전형열검출소자군(1)과, 광학계(2)와, 초전형열검출소자군(1)과 광학계(2)를 일체로 하는 구조(3)를 가지고, 이들을 회전하는 회전축(5)을 가진 것을 특징으로 한 것이다.

Description

열화상검출장치

제1도는 초전형열검출소자군과 렌즈를 일체로 하는 구조의 개략구성도.

제2도는 초전형열검출소자군의 사이즈를 표시한 구성도.

제3도는 광각렌즈의 광학수차의 설명도.

제4도는 초전형열검출소자군의 폭방향의 사이즈를 변화시킨 사례의 구성도.

제5도는 초전형열검출소자군을 경사지게 한 경우의 수직배광도.

제6도는 소자간격을 일정하게 한 경우의 수직배광도 및 소자의 배열도.

제7도는 불감영역의 비율을 일정하게 한 경우의 수직배광도 및 소자의 배열도.

제8도는 수평방향의 화상데이터의 배열도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 초전형열검출소자군(1a)~(1h) : 초전형열검출소자

2 : 렌즈

3 : 초전형열검출소자군과 렌즈를 일체로 하기 위한 구조

4 : 렌즈의 광축5 : 회전축

6 : 열화상검출장치

본 발명은 가정내의 거실의 온도분포 및 인체의 거동검출등 열화상에 의한 복사 온도검출 및 인체거동검출에 관한 것이다.

종래, 비접촉으로 온도를 측정하는 방식으로서는, 양자형 적외선센서에 의한 것과 열형적외선센서에 의한 것이 있었다. 양자형적외선센서는 감도가 높고, 응답속도는 빠르지만, 냉각이 필요하고(-200℃정도), 민생용으로는 부적합하다. 하편 열형적외선센서는 비교적 감도는 낮고, 응답속도는 느리지만 냉각이 불필요하기 때문에 민생시장에서는 실용화되고 있다.

열형적외선센서중에서 초전효과를 이용한 초형적외선센서가 자주 사용되고 있다. 초전형적외선센서(1)는 미분 변화출력특성을 가지고 있고, 입사온도가 변화했을 때만 출력을 발생한다. 이 초전형적외선센서유닛 앞을 인체가 횡단했을 때, 내부의 초전형적외선소자에는 인체의 방사온도가 출현, 소멸, 출현, 소멸, … 과 같은 시간변화입력으로서 입력된다. 따라서, 초전형적외선센서의 출력은 이 시간변화입력에 동기해서 출력된다.

또, 2차원 열화상을 얻기 위한 수단으로서는, 초전형적외선센서를 2차원으로 배치하는 방식도 생각되고 있었다.

초전형열적외선센서를 2차원으로 배치하면 시스템구성이 복잡한 것이 되어 버린다.

본 발명은 비교적 간단한 시스템구성으로, 보다 정밀도 높은 열화상을 검출하는 시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 직선축상에 1차원으로 배치된 복수의 초전형열검출소자군과 상기 초전형열검출소자군과 일체로 된 광학계와, 상기 직선축에 평행 혹은 일정한 각도 만큼 경사지게한 회전축을 가지고, 상기 초전형열검출소자군에 의해 온도를 계측하면서 상기 회전축을 중심으로 해서 회전시켜 2차원열화상을 얻는 것이다.

또, 본 발명에 있어서 상기 초전형열검출소자군의 각 소자의 사이즈는 적어도 서로 다른 값을 포함하도록 한 것이다.

또, 본 발병에 있어서, 각 소자의 사이즈는 상기 1차원으로 배치된 길이방향으로 다른 값을 포함하는 것이다.

또, 발명은, 각 소자의 사이즈에 상기 1차원으로 배치된 폭방향으로 다른 값을 포함하고, 상기 광학계의 광학수치를 보정해서 상기 광학계를 통해서 상기 초전형열검출소자군의 각 소자의 폭방향의 화각(畵角)을 일정하게 한 것이다.

또, 본 발명은, 상기 직선축을 수직으로부터 일정각도만큼 경사지게 한 상기 초전형열검출소자군 및 상기 광학계에 있어서 보다 수평방향에 대향한 소자길이는 짧게, 보다 수직방향에 대향한 소자길이는 길게 한 것이다.

또, 본 발명은, 상기 각 소자의 간격을 일정하게 한 것이다.

또, 본 발명은, 상기 각 소자의 간격에 다른 값을 포함하는 것이다.

또, 본 발명은, 상기 직선축을 수직으로부터 일정한 각도만을 경사지게 한 상기 초전형열검출소자군 및 상기 광학계에 있어서 보다 수평방향에 대향한 소자길이는 짧게, 보다 수직방향에 대향한 소자길이는 길게 하고, 또한 상기 각소자의 간격을 일정하게 한 것이다.

또, 본 발명은, 상기 회전축을 중심으로해서 상기 초전형열검출소자군을 계측하면서 회전시키는 속도를 1계측마다 각 소자가 대향하는 수평화각보다도 크게 하도록 설정된 것이다.

또, 본 발명은 상기 회전속도를 1계측마다 상기 각소자가 대향하는 수평화각의 거의 2배로 한 것이다.

또 본 발명은 상기 호전속도를 2분의 1로 하고, 1계측마다 상기 각 소자가 대향하는 수평화각과 거의 동일하게 한 것이다.

또 본 발명은, 상기 회전속도를 1계측마다 상기 각 소자가 대향하는 수평화각의 거의 2배일 경우 및 거의 동일한 경우의 쌍방을 구비한 것이다.

본 발명은 1차원으로 배치한 초전형열검출소자군과 광학계를 일체로서 회전시키는 장치에 있어서, 보다 고정밀도, 고성능이며 비교적 간단한 구성의 2차원열화상을 검출하는 장치를 제공하는 것이다.

이하 실시예에 있어서의 2차원열화상검출장치에 대해서 제1도~제8도를 사용해서 설명한다.

제1도에 있어서, (1)은 초전형열검출소자군이고, (1a)~(1h)는 초전형열검출소자이다(이하 소자라고 함.)

(3)은 초전형열검출소자군(1)과 렌즈(2)를 일체로 하기 위한 구조로서 초전형열검출소자군(1)은 렌즈(2)의 광축(4)위에 배치되어 있다. (5)는 상기 구조(3)를 회전시킬때의 회전축이다. 또 (6)은 (1)~(5)를 포함하는 열화상검출장치이다.

제2도는 초전형열검출소자군(1)의 각소자의 사이즈를 다른 값으로 한 일례이다. 이 경우는 소자(1a)보다 (1h)의 쪽이 1차원으로 배치된 길이방향으로(이하 길이라고함)길게 하고 있다. 각 소자의 사이즈를 바꾸는 것은 렌즈(2)와 조합시킴으로써 각 소자에 투영하는 공간시야를 바꾸게 된다. 이하에 그 설명을 한다.

제3도는 렌즈를 통해서 격자모양을 보았을때에 광학수차의 설명도이다. 여기서(a)의 격자모양을 광각렌즈를 통해서 보면 투영화상(b)와 같이 주변이 일그러진 화상이 되어 보인다.

제4도는 폭방향의 광학수차를 보정하기 위하여 각 소자의 폭방향의 사이즈를 변화시킨 사례이다. 이 형상의 초전형열검출소자군(1)과 렌즈(2)를 조합시킴으로써, 균일한 시야각폭의 화상을 얻을 수 있다.

제5도에 의해 직선축상에 배열된 초전형열검출소자군(1)에 있어서 상기 직선축을 수직으로부터 일정한 각도 만큼 경사지게 한 경우의 수직배광을 표시한다. 렌즈(2)와 조합시킴으로써 수평방향으로부터 차례로 영역 1~8이 소자(1a)~(1h)와 각각 대응해서 배광을 담당하도록 하고 있다. 제5도에서는 거주실내를 관측하고 있으나 인체를 관측하는 경우, 열화상검출장치(6)에 가까운 경우에는 인체는 크게 보인다.

또 열화상검출장치(6)으로부터 인체가 먼 경우에는 인체는 작게 보인다. 이 때문에 영역 1~8에 균등하게 수직화각을 할당하고 있는 경우에는 먼곳의 인체에는 영역의 크기가 커지고, 즉 인체가 찍히는 영역수는 적어진다. 또 반대로 가까운 곳의 인체는 찍히는 영역수는 많아지고, 상대적으로 먼곳의 인체에는 화상으로서의 분해뇽이 나빠지고, 가까운곳의 인체에는 분해뇽이 좋아지는 결과가 된다. 이 밸런스를 개선하기 위하여 영역1에 화각을 영역 8보다도 작게하는 것이 유효하다. 이에 의해, 인체가 먼 경우도 가까운 경우도 화상의 분해뇽의 밸런스를 취하는 것이 가능하게 된다. 초전형열검출소자군(1)에 일체로 된 렌즈(2)가 조합되어 있으므로 제2도와 같이 각 영역의 수직화각을 변화시키는 것은 각 소자의 길이를 변화시킴으로써 실현할 수 있다. 즉 화각의 작은 영역 1에는 대응하는 소자(1a)의 길이를 짧게, 화각이 큰 영역 8에는 대응하는 소자(1h)의 길이를 길게 설정한다.

제6도는 각소자의 인접간격을 균일하게 설정한 경우의 수직배광도(1a)와 초전형열검출소자군(1)의 배열(b)이다. 여기서 각 소자에 투영되지 않는 수직화각, 즉 수직불감영역을 매우 작게하는 경우는 각 소자의 간격을 제조가능한 최저치로 또한 일정하게 함으로써 수직불감영역의 영향을 적게 한다. 또 (a)에 있어서, (b)의 각소자의 인접간격에 대응하는 수직불감영역의 크기는 열화상검출장치(6)로 부터의 거리에 비례한다. 따라서 각 소자의 간격을 일정하게 한 경우에는, 수직불감영역은 열화상검출장치(6)에 가까운 경우는 작게, 먼 경우에 크게 된다. 한편 열화상검출장치(6)로부터 먼 곳에서는 영역의 크기가 커지므로, 인체가 찍히고 있는 경우 1개의 영역에 인체이외에 배경이 찍히는 비율이 커진다. 인체가 가까운 곳에서는 인체가 복수의 영역에 찍히게 되므로 어떤 영역에서는 거의 인체가 차지하는 것이 있게 된다. 따라서 인체가 먼 경우에는 인체가 배경에 의해서 희미하게 되어 검출성능이 저하한다.

그래서 각 소자의 간격에 의한 수직불감영역을 적절하게 취함으로써 인체를 명확히 검출할 수 있도록 할 필요가 있다. 제6도에서는 각 소자의 간격을 일정하게 하고 있으나 이 경우 영역 1보다 영역 8을 크게 한다. 즉 소자(1a)보다 소자(1h)를 크게 하고 있기 때문에 영역 1에선 수직불감영역이 비율로서 크게 된다. 이 때문에 영역 1에서는 인체가 중심에 찍힌 경우에는 보다 명확히 검출할 수 있다. 단수직불감영역에 인체가 있는 경우에는 인체가 거의 보이지 않게 되는 경우도 있으나 통상인체는 움직이고 있으므로 계속해서 계측을 행하면 특별히 지장은 없다. 또 영역 8에서는 수직불감영역의 비율이 낮으므로 보다 많은 면적이 계측되고, 계측의 정밀도 향상을 기대할 수 있다. 또 수직불감영역을 극한까지 작게 하고 싶은 경우에는 상기의 기능을 가진 그대로 각 소자의 간격을 제조가능한 하한치로 하므로써 실현할 수 있다.

제7도는 각 영역에 있어서 수직불감영역을 일정한 비율로 한 예이다. (a)는 이 경우의 수직배광도, (b)는 초전형열검출소자군(1)의 배열이다. 영역 1~8은 제6도와 마찬가지로 크기를 바꾸고 있다. (b)에 있어서 각 소자의 간격을 적절히 설정함으로써 각 영역내의 수직불감영역과 수직검출영역의 비율을 일정하게 하고 있다. 각 영역에서의 찍히는 비율을 일정하게 하고 있기 때문에, 영역 1에서는 인체가 중심에 찍힌 경우는 보다 명확하게 검출할 수 있고, 영역 8에서는 인체보다 작은 발열물체, 예를 들면 고양이 등의 애완동물은 더욱 명확히 검출할 수 있게 된다.

제8도에 회전축(5)에 의해 수평방향으로 초전형열검출소자군(1)과 렌즈(2)를 일체로서 온도를 계측하면서 회전축(5)를 중심으로 해서 회전시켜서 2차원의 화상을 얻는 경우의 순자초전형열검출소자군(1)에 의해 검출되는 화상데이터의 수평 방향의 배열에 대해서 설명한다.

(a)는 회전의 속도를 초전형열검출소자군(1)의 폭에 의해 결정되는 수평화각의 거의 2배로 한 경우의 화상데이터의 배열이고, (b)는 회전의 속도를 초전형열검출소자군(1)의 폭에 의해 결정되는 수평화각과 거의 동일하게 한 경우의 화상데이터의 배열이다. (a)에 의하면 (b)와 동일시간에 2배의 수평화각의 영역의 화상데이터를 검출할 수 있다. 또 수평방향의 불감 영역 1/2이 되고, 인체의 검출에는 거의 적절한 해상도를 얻을 수 있다.

또 초전형열검출소자군(1)의 폭에 의해 결정되는 수평화각의 배율을 적절하게 선택함으로써 총화상데이터수를 동일하게 하면서 열화상검출장치의 수평화각을 임의로 설정할 수 있다.

도 (b)에 의하면 (a)보다 정밀한 화상데이터를 얻을 수 있다. (a)및 (b)를 병용하면 먼저 (a)에 의해 인체의 대략의 장소를 검출하고, 다음에 (b)에 의해 검출한 인체의 정확한 온도, 위치 등의 정보를 검출하는 것과 같은 적절한 사용을 할 수 있다.

본 발명에 의하면 수직축상에 1차원으로 배치된 복수의 초전형열검출소자군과 상기 초전형열검출소자군과 일체로 된 광학계와, 상기 직선축에 평행 혹은 일정한 각도 만큼 경사지게 한 회전축을 가지고, 상기 초전형열검출소자군에 의해 온도를 계측하면서 상기 회전축을 중심으로 해서 회전시켜 2차원열화상을 얻는 열화상검출장치에 있어서 각 소자의 사이즈는 적어도 서로 다른 값을 포함함으로써 각소자에 대응하는 화각을 바꿀 수 있다.

또 각 소자의 사이즈는 상기 1차원으로 배치된 길이방향으로 다른 값을 포함함으로서 각 소자에 대응하는 수직화각을 바꿀 수 있다.

또 각소자의 폭방향의 사이즈를 적절하게 바꿈으로써, 각소자의 폭방향의 화각을 일정하게 할 수 있다.

또 상기 직선축을 수직으로부터 일정각도만큼 경사지게 한 상기 초전형열검출소자군 및 상기 광학계에 있어서 보다 수평방향에 대향한 소자길이는 짧게, 보다 수직방향에 대향한 소자길이는 길게 함으로써 인체가 먼 경우도 가까운 경우도 화상의 분해뇽의 밸런스를 취하는 것이 가능하게 된다.

또, 각 소자의 간격을 일정하게 하므로써 불감영역을 매우 작게, 영향을 적게 할 수 있다.

또, 각 소자의 간격에 다른 값을 포함함으로써, 수직방향의 불감영역을 적절히 취할 수 있고 인체 및 애완동물 등의 작은 발열체를 명확히 검출할 수 있다.

또, 보다 수평방향에 대향한 소자길이는 짧게, 보다 수직방향에 대향한 소자길이는 길게 하고, 또한 각 소자의 간격을 일정하게 하므로써, 수평에 가까운 영역에서는 인체가 중심에 찍힌 경우는 보다 명확하게 검출할 수 있고, 수직에 가까운 영역에서는 계측의 정밀도가 향상된다.

또, 상기 회전축을 중심으로해서 상기 초전형열검출소자군을 계측하면서 회전시키는 속도를 1계측마다 각 소자가 대향하는 수평화각보다도 크게 하도록 설정함으로써 총화상데이터수를 동일하게 하면서 열화상검출장치의 수평화각을 임의로 설정할 수 있다.

또, 회전속도를 1계측마다 각 소자가 대향하는 수평화각의 거의 2배로 하므로써 수평방향의 불감영역이 1/2이 되고, 인체의 검출에는 대략 적절한 해상도를 얻을 수 있다.

또, 회전속도를 1계측마다 각 소자가 대향하는 수평화각과 거의 동일하게 하므로써, 보다 정밀한 화상데이터를 얻을 수 있다.

또 회전속도를 1계측마다 각 소자가 대향하는 수평화각의 거의 2배일 경우 및 거의 동일한 경우의 쌍방을 구비함으로써 2배일 경우에 인체의 대략의 장소를 검출하고, 다음에 동일하게 한 경우에의해 검출한 인체의 정확한 온도, 위치등의 정보를 검출하는 것과 같이 적절한 사용을 할 수 있다.

Claims (11)

1. 2차원열화상을 얻는 열화상검출장치에 있어서, 직선축상에 일차원으로 배치되고, 각 소자가 서로 다른 치수를 가지는 열검출소자군과, 상기 열검출소자군과 일체로 된 광학계와, 상기 열검출소자군과 상기 광학계가 장치되고, 상기 직선축에 일정한 각도만큼 경사지게 한 회전축과, 상기 열검출소자군이 동작중의 인체의 온도를 검출할 수 있는 일정한 속도로 상기 열검출소자군과 상기 광학계를 회전시키도록 상기 일정한 속도로 상기 회전축을 회전시키는 수단을 구비하고, 상기 일정한 속도는 상기 온도의 계측에 필요한 시간간격으로 분할된 상기 온도의 1계측시에 상기 열검출소자군이 주사하는 수평화각보다 큰 것을 특징으로 하는 열화상검출장치.
2. 제1항에 있어서, 각 소자는 상기 직선축에 평행한 서로 다른 길이를 가지며, 상기 서로 다른 치수로 상기 서로 다른 길이를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상검출장치.
3. 제1항에 있어서, 각 소자는 상기 직선축에 수직한 서로 다른 폭을 가지며, 상기 서로 다른 치수는 상기 광학계의 광학수차를 보상하기 위하여 상기 서로 다른 폭을 포함하며, 이에 의해 상기 광학계를 통한 상기 열검출소자의 폭방향의 화각이 일정하게 설정되는 것을 특징으로 하는 열화상검출장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 회전축은 수직으로 배치되고, 상기 열검출소자군은, 수평화각 영역과 제1길이를 가진 제1열검출소자와, 수직화각영역과 상기 제1길이보다 큰 제2길이를 가진 제2열검출소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상검출장치.
5. 제1항에 있어서, 각 소자의 간격을 일정하게 한 것을 특징으로 하는 열화상검출장치.
6. 제1항에 있어서, 각 소자의 간격을 다르게 한 것을 특징으로 하는 열화상검출장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 회전축은 수직으로 배치되고, 상기 회전속도는 상기 광학계와 결합된 상기 열검출소자군이 수평방향의 불감영역을 가지면서 수평방향으로 주사하도록 설정되어 있으며, 상기 수평방향의 불감영역의 각각은 상기 열검출소자군의 수평폭과 실질적으로 같은 수평폭을 가지는 것을 특징으로 하는 열화상검출장치.
8. 2차원열화상을 얻는 열화상검출장치에 있어서, 직선축상에 일차원으로 배치되고, 각 소자가 서로 다른 치수를 가지는 열검출소자군과, 상기 열검출소자군과 일체로 된 광학계와, 상기 열검출소자군과 상기 광학계가 장치되고, 상기 직선축에 일정한 각도만큼 경사지게 한 회전축과, 상기 열검출소자군이 동작중의 인체의 온도를 검출할 수 있는 회전속도로 상기 열검출소자군과 상기 광학계를 회전시키도록 상기 회전속도로 상기 회전축을 회전시키는 수단을 구비하고, 상기 회전속도는 상기 광학계와 결합되는상기 검출소자군이 수평방향의 불감영역없이 수평방향으로 주사하도록 설정되는 것을 특징으로 하는열화상검출장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 일정각도는 예각인 것을 특징으로 하는 열화상검출장치.
10. 제1항에 있어서, 각 소자는 서로 다른 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 열화상검출장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 회전축은 수직으로 배치되고, 상기 회전속도는 상기 광학계와 결합되는 상기 검출소자군이 상기 검출소자군의 수평방향의 폭과 거의 같은 수평방향의 폭을 가진 수평방향의 불감영역을 가지고 수평방향으로 주사하도록 하는 제1회전속도 또는 상기 광학계와 결합되는 상기 검출소자군이 수평방향의 불감영역없이 수평방향으로 주사하도록 하는 제2회전속도의 어느 한 쪽으로 제어가능하게 설정되는 것을 특징으로 하는 열화상검출장치.