KR20190043563A

KR20190043563A - 열 이미지 데이터를 생성하기 위한 장비 및 방법

Info

Publication number: KR20190043563A
Application number: KR1020197007254A
Authority: KR
Inventors: 조나단 래프 윌모트
Original assignee: 더 유니버시티 오브 셰필드
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2019-04-26
Also published as: CN109844608A; JP2019529899A; CA3033573A1; GB201615323D0; EP3510435A1; WO2018046939A1; US20190204159A1

Abstract

열 이미지 장치가 제공되며, 방사를 수신하고, 대응하는 검출기 신호를 출력하는 검출기; 및 상기 검출기에 관련하여 배치된 조종가능한 미러 장치를 포함하고, 상기 미러 장치는 복수의 위치에 걸쳐 입사동을 스캔하도록 조종가능하여, 상기 검출기가 상기 입사동의 상기 위치에 대응하는 물체의 각 부분의 온도를 나타내는 각각의 검출기 신호를 출력하도록 하고, 상기 열 이미징 장치는 상기 복수의 입사동 위치의 모든 입사동 위치에 대해 실질적으로 일정한 에텐듀를 제공하도록 구성된다.

Description

열 이미지 데이터를 생성하기 위한 장비 및 방법

비-접촉 온도 측정은 위험한 환경이나 물체(object)가 물리적으로 접근하기 어려운 곳과 같이 많은 응용(application)에서 이용된다. 방사 온도계(radiation thermometer)는 물체로부터 방사(radiation), 전형적으로 적외선(infra-red)을 수신하고, 물체의 표면상의 측정 스폿(measurement spot)의 표면 온도를 결정한다. 수신된 방사는 방사 온도계 내의 센서로 보내진다. 측정 스폿 내의 물체의 온도는 방사 온도계에 의해 정확하게 결정될 수 있다. 예를 들어, 이러한 방사 온도계는 제철소(steel mill)에서 생산되는 철강의 온도를 측정하기 위해 철강 생산에 사용될 수 있지만, 이는 단지 하나의 예시 용용이다.

열 이미징 카메라(thermal imaging camera)는 물체의 열 이미지 데이터(thermal image data)를 생성하는 장치이다. 열 이미지 데이터는 물체의 공간 온도(spatial temperature), 즉 물체 주위의 온도에 대한 물체의 온도를 나타낸다. 이러한 열 이미징 카메라는 적어도 하나의, 보다 일반적으로는 물체의 각 부분의 온도를 나타내는 신호를 각각 제공하는 2개의 차원으로 배치된 복수의 픽셀을 포함하는 픽셀화된 검출기(pixelated detector)를 포함한다. 그러나, 열 이미징 카메라는 물체의 온도를 결정할 때 상대적으로 부정확하다.

단일 픽셀 열 이미징 장치는 스캐닝 미러(scanning mirrors)를 사용하여 시간 경과에 따른 장면(scene)을 스캔하여 동일한 픽셀에 대한 물체의 상이한 부분을 순차적으로 선택한다. 이러한 장치는 픽셀화된 검출기보다 비용이 적게 들며 보정이 더 쉬울 수 있다. 그러나, 종래의 단일 픽셀 열 이미징 장치는 모터에 의해 하나 이상의 축을 중심으로 회전하는 비교적 큰 미러를 갖고, 따라서 본질적으로 크고 부피가 크며 전력이 부족하다.

본 발명의 실시예들의 목적은 종래 기술의 하나 이상의 문제점들을 적어도 완화시키는 것이다.

본 발명의 제1 측면은 열 이미징 장치(thermal imaging device)를 제공하며, (전형적으로(typically) 전자기(electromagnetic), 전형적으로 적외선(infrared)) 방사(radiation)를 수신(receiving)하고, 대응하는 검출기 신호(detector signal)를 출력하는 검출기(detector); 및

상기 검출기에 관련하여 배치된 조종가능한(steerable) 미러 장치(mirror device)(상기 조종가능한 미러 장치는 일반적으로 입사 방사(incoming radiation)를 상기 검출기 상에 반사시키도록 구성됨)를 포함하고,

상기 미러 장치는 입사동(entrance pupil)(전형적으로 열 이미징 장치의 입사동)의 위치를 제어하도록 조정가능하여, 상기 검출기가 상기 입사동의 상기 위치에 대응하는 물체(object)의 일부의 온도를 나타내는 검출기 신호를 출력하도록 한다.

조종가능한 미러 장치는 개구 조리개(aperture stop)를 형성하기 위해 검출기에 관련하여 배치될 수 있다. 대안적으로, 조종가능한 미러 장치로부터 분리된 개구 조리개가 제공될 수 있다. 이 경우에, 개구 조리개 및 미러 장치는 전형적으로 미러 장치에 의해 수신되고 검출기 상에 반사될 수 있는 (이론적) 최대 콘((theoretical) maximum cone)이 미러 장치의 반사 표면(reflective surface)의 표면적(surface area)의 70% 이상, 바람직하게는 미러 장치의 반사 표면의 표면적의 80% 이상, 일부 경우에서는 미러 장치의 반사 표면의 표면적의 90% 이상, 바람직하게는 미러 장치의 반사 표면의 표면적의 100% 보다 작게 커버(covers)하도록 구성된다. 전형적으로 상기 방사의 최대 콘은 미러 장치의 반사 표면의 에지 부분(edge portions)을 커버하지 못하여, 에지 영향(edge effects)를 피한다. 그러나, 상기 콘에 의해 커버된 미러의 반사 표면의 표면적의 부분이 클수록, 검출기에 의해 검출된 신호의 신호 대 잡음비는 커진다.

전형적으로, 미러 장치는 열 이미징 장치가 검출기 신호를 획득하여 물체의 열 이미지를 생성하도록 구성되는 복수의 위치를 통해 입사동을 스캔하도록 조종가능하다. 전형적으로, 미러 장치는 복수의 위치에 걸쳐 입사동의 위치를 스캔하도록 조종가능하여 검출기가 입사동의 상기 위치에 대응하는 물체의 각 부분의 온도를 나타내는 각각의 검출기 신호를 출력하도록 한다. 검출기는 상기 복수의 입사동 위치의 각각에서 상기 열 이미징 장치에 의해 수신된 방사에 응답하여 검출기 신호를 출력하도록 구성될 수 있으며, 상기 검출기 신호는 상기 입사동의 각각의 위치에 대응하는 상기 물체의 일부의 온도를 나타낸다.

전형적으로, 열 이미징 장치는 상기 복수의 입사동 위치의 모든 입사동 위치에 대해 실질적으로 일정한 에텐듀(etendue)(예를 들어, 열 이미징 장치는 10% 보다 작은, 바람직하게는 5% 보다 작은, 바람직하게는 1% 보다 작은, 바람직하게는 0%만큼 평균 에텐듀(mean etendue)로부터 벗어나는 에텐듀(즉, 바람직하게는 일정한 에텐듀)를 제공하도록 구성될 수 있음)를 제공하도록 구성된다(즉, 열 이미징 장치는 열 이미징 장치의 에텐듀가 상기 복수의 입사동 위치의 각각의 입사동 위치에 대해 실질적으로 동일하도록 구성됨).

전형적으로, 열 이미징 장치는 검출기 신호로부터 열 이미지(전형적으로 위치에 대해)를 생성하도록 구성된다. 전형적으로, 열 이미징 장치는 (예를 들어, 디스플레이에) 상기 열 이미지를 출력하도록 구성된다.

전형적으로, 미러 장치는 미러 장치의 조종 위치(steering positions)의 가능한 범위를 정의(defines)하는 조종가능한 범위(steerable range)를 갖는다. 열 이미징 장치는 상기 복수의 위치에 걸쳐 상기 입사동을 스캔하기 위하여 그 조종가능한 범위의(또는 여전히 대물 렌즈(objective)를 향하고 있는 동안 그 조종가능한 범위의) 적어도 50% 이상, 보다 바람직하게는 적어도 70% 이상, 보다 바람직하게는 적어도 90% 이상, 가장 바람직하게는 100% 미러 장치를 조종하도록 구성될 수 있다.

상기 입사동의 상기 복수의 위치는 함께, 상기 열 이미징 장치에 적어도 10°(보다 바람직하게는 적어도 20°, 더욱 바람직하게는 적어도 30°, 더더욱 바람직하게는 40° 이상)의 수평 시야각(horizontal angle of view) 및/또는 적어도 10°(보다 바람직하게는 적어도 20°, 더욱 바람직하게는 적어도 30°, 더더욱 바람직하게는 40° 이상)의 수직 시야각(vertical angle of view)을 제공할 수 있다.

전형적으로, 열 이미징 장치는 대물 렌즈를 포함한다. 전형적으로, 상기 대물 렌즈는 상기 물체로부터 입사 방사를 수집하고, (통상적으로 직접적으로 상기 대물 렌즈로부터) 상기 방사의 일부를 상기 조종가능한 미러 장치에 지향(direct)시키도록 구성된다. 통상적으로, 상기 대물 렌즈는 수집된 방사를 수렴(converge)하여(전형적으로는 수집된 방사의 콘을 제공하여), 상기 방사의 일부가 조종가능한 미러 장치 상으로 지향되도록 구성된다. 상기 대물 렌즈는 하나 이상의 렌즈(lenses)와 같은 하나 이상의 광학 요소(optical elements)를 포함할 수 있다. 상기 대물 렌즈는 대물 렌즈(objective lens)를 포함할 수 있다. 전형적으로, 미러 장치는 대물 렌즈로부터 수신된 방사를 검출기 상에 반사시키도록 구성된다.

상기 열 이미징 장치는 (예를 들어, 검출기에 의해 또는 검출기 위에 제공된 개구(aperture)(예를 들어, 기계적 개구(mechanical aperture))에 의해 제공될 수 있는)시야 조리개(field stop)를 가질 수 있다. 상기 열 이미징 장치는 상기 시야 조리개부터의 상기 대물 렌즈(예를 들어, 사출 개구(exit aperture))의 입체각(solid angle)이 상기 시야 조리개로부터의 상기 미러 장치의 입체각보다 더 크도록 구성될 수 있다. 전형적으로, 상기 복수의 입사동 위치의 각각에 대해, 상기 시야 조리개로부터의 미러 장치의 입체각(또는 미러 장치에 의해 수신되고 검출기 상에 반사될 수 있는 방사의 (전형적으로 이론적) 최대 콘의 주 광학 축(principal optical axis)을 전형적으로 따르는, 시야 조리개로부터, 수집된 방사가 상기 대물 렌즈를 빠져 나가는(leaves) 상기 대물 렌즈의 사출 개구로의 미러 장치의 입체각의 투영(projection))은 상기 대물 렌즈(수신된 방사가 빠져 나가는 대물 렌즈)의 사출 개구 내에 있고(그리고 전형적으로 채우지(fill) 않고), 전형적으로 상기 복수의 입사동 위치의 모든 입사동 위치에 대해 실질적으로 일정한 에텐듀를 유지한다.

전형적으로, 미러 장치는 대물 렌즈보다 더 낮은 에텐듀를 갖는다.

전형적으로, 열 이미징 장치의 입사동은 대물 렌즈의 입사 개구(entrance aperture)보다 더 작은 면적을 갖는다.

상기 열 이미징 장치는(전형적으로 상기 대물 렌즈 및 상기 미러 장치는) 상기 대물 렌즈(전형적으로 상기 미러 장치와는 독립적인)에 의해 제공될 수 있는 상기 수집된 방사의 (전형적으로 이론적) 최대 콘의 반각(half angle)이 상기 미러 장치(전형적으로 상기 대물 장치와는 독립적인)에 의해 수신되고 상기 검출기 상에 반사될 수 있는(제공되는, 상기 미러 장치에 의해 직접적으로 또는 하나 이상의 포커싱 렌즈(focussing lenses)에 의해 및/또는 상기 열 이미징 장치의 개구 조리개에 의해 상기 검출기 상에 반사될 수 있는) 상기 방사의 최대 콘의 반각보다 더 크도록 구성될 수 있다.

전형적으로, 열 이미징 장치는(전형적으로 상기 대물 렌즈 및 상기 미러 장치는) 상기 미러 장치(전형적으로는 대물 렌즈와는 독립적인)에 의해 수신되고 상기 검출기 상에 반사될 수 있는 방사의 (전형적으로 이론적) 최대 콘이 방사가 상기 복수의 입사동 위치의 각 입사동 위치에 대해 상기 대물 렌즈(전형적으로 미러 장치와는 독립적인)에 의해 제공될 수 있는 수집된 방사의 (전형적으로 이론적) 최대 콘 내에 있도록(전형적으로 상기 복수의 입사동 위치의 모든 입사동 위치에 대해 실질적으로 일정한 에텐듀를 유지하도록) 구성된다.

상기 복수의 입사동 위치 모두에 대해 실질적으로 일정한 에텐듀를 제공하도록 상기 열 이미징 장치를 구성함으로써(예를 들어, 미러 장치(전형적으로 대물 렌즈와는 독립적인)에 의해 수신되고 검출기 상에 반사될 수 있는 방사의 (전형적으로 이론적) 최대 콘이 대물 렌즈(전형적으로 미러 장치와는 독립적인)에 의해 제공될 수 있는 수집된 방사의 (전형적으로 이론적) 최대 콘 내에 있도록 열 이미징 장치를 구성함으로써), 비네팅(vignetting)이 방지되고, 따라서 상기 열 이미징 장치는 상기 복수의 입사동 위치의 모두에 대해 상기 물체의 방사측정학적으로(radiometrically) 정확한 열 이미지를 형성할 수 있어, 열 이미징 장치가 이미징되는 물체의 복수의 부분의 정확한 정량적 온도 측정을 수행하게 한다.

전형적으로, 열 이미징 장치는, 전형적으로 상기 검출기 신호로부터 이미징되는 물체의 적어도 일부의(전형적으로는 복수의 부분들의 각각) 온도를 정량적으로(quantitatively) 측정하도록 구성된다.

열 이미징 장치는 미러 장치를 포함하는 광학 시스템(optical system)을 포함할 수 있다. 전형적으로, 광학 시스템은 대물 렌즈를 더 포함한다. 전형적으로 광학 시스템은 검출기를 더 포함한다.

열 이미징 장치는 상기 복수의 입사동 위치의 모든 입사동 위치에 대해 광학 시스템의 실질적으로 일정한 에텐듀(또는 광학 처리량(optical throughput))를 제공하도록 구성될 수 있다.

미러 장치는 하나 이상의 축을 중심으로 미러의 회전에 의해 조종될 수 있지만, 보다 전형적으로는 미러 장치는 축(axis) 또는 (전형적으로는 독립적으로) 2개의 직교 축(orthogonal axes)을 중심으로 미러 장치를 기울임(tilting)으로써 조종될 수 있다. 미러 장치는 미러 장치에 가해지는(exerted) 전기장(electric field)에 의해 원하는 각도 또는 방향으로 기울어지도록 구성될 수 있다. 미러 장치를 기울임으로써(회전시키기 보다는), 미러 장치가 지속적으로(constantly) 물체를 이미징하는 것을 보장할 수 있다. 또한, 회전에 의해서 보다는 (전형적으로 미러 장치에 전기장의 인가에 의해) 기울임으로써 조종하는 미러 장치를 제공하는 것은 미러 장치가 상기 입사동 위치들 사이에서 열 이미징 장치의 입사동을 연속으로 움직이게 한다(예를 들어, 스텝 모터(step motor)가 각각의 불연속 위치들(discrete locations) 사이에서 스캐닝 미러를 회전시키는데 사용되는 경우에 요구될 수 있는, 동공 위치(pupil locations)의 각각에서 "멈춤 및 응시(stop and stare)"하는 것 보다는). 이는 물체를 더 빠르게 스캔할 수 있어, 이미징을 더 빠르게 할 수 있다. 따라서, 열 이미징 장치는 상기 복수의 입사동 위치의 입사동 위치들 사이에서 입사동을 연속으로 스캔하도록 상기 미러 장치를 연속으로 조종하도록 구성될 수 있다.

상기 열 이미징 장치는, 상기 입사동의 복수의 위치에 대응하는 물체의 각 부분의 온도를 각각 나타내는 일련의 검출기 신호를 출력하기 위해 검출기를 제어하도록 구성되는 제어 유닛(control unit)을 포함할 수 있다.

상기 제어 유닛은 복수의 위치들 사이에서 입사동의 위치를 스캔하기 위해 미러 장치를 조종하도록 배치될 수 있다.

상기 열 이미징 장치는,

조종 신호(steering signal)에 응답하여 상기 미러 장치를 조종하도록 구성되는 조종 장치(steering device);

상기 조종 신호 및 검출기 제어 신호(detector control signal)를 출력하도록 구성되어, 상기 검출기가 제1 위치에서 상기 입사동을 구비한 상기 물체의 온도를 나타내는 제1 검출기 신호(detector signal) 및 제2 위치에서 상기 입사동을 구비한 상기 물체의 온도를 나타내는 제2 검출기 신호를 출력하도록 하는 제어 유닛을 포함할 수 있다.

상기 열 이미징 장치는 렌즈(lens)를 포함할 수 있고, 상기 미러 장치는 상기 렌즈 상에 상기 입사동의 위치를 제어하도록 조종가능하다.

상기 검출기는 단일-픽셀 검출기(single-pixel detector)일 수 있다.

상기 검출기는 포토다이오드(photodiode)일 수 있다.

상기 검출기는 애벌란시 포토다이오드(avalanche photodiode)일 수 있다.

상기 미러 장치가 10mm 보다 작은, 보다 전형적으로 6mm 보다 작은, 보다 전형적으로 5.5mm 보다 작은, 보다 전형적으로 4mm 보다 작은 직경을 가질 수 있다(또는 검출기 상으로 방사를 반사시키도록 구성될 수 있다). 상기 미러 장치는 미세 전자 기계 미러((microelectromechanical mirror))일 수 있다. 상기 미세 전자 기계 미러는 작고 가볍고 휴대 가능하며, 상기 미세 전자 기계 미러를 기울이기 위해 자기장의 인가에 의해 신속하고 연속으로 조종될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 상기 열 이미징 장치의 해상도(resolution)는 더 작은(예를 들어, 미세 전자 기계) 미러를 사용함으로써 증가될 수 있다. 따라서, 작은 미러를 사용하는 열 이미징 장치는 종래의 더 크고 부피가 큰 미러를 사용하는 열 이미징 장치보다 많은 이점을 갖는다.

전형적으로, 검출기는 수신된 방사에 응답하여 생성된 (전형적으로는 전기) 신호(전형적으로 전류)에 내부 이득(internal gain)을 제공하는 검출기이다(전형적으로 1보다 큰 내부 이득, 전형적으로 10보다 큰 내부 이득, 일부 경우에서 50보다 큰 내부 이득). 예를 들어, 상술한 바와 같이, 검출기는 애벌란시 포토다이오드일 수 있다. 이는 미세 전자 기계 미러의 크기가 작아서 검출기 상에 반사될 수 있는 방사의 양(quantity)이 제한되기 때문에, 미러 장치가 미세 전자 기계 미러일 때 특히 유용하다. 검출기의 내부 이득은 신호 대 잡음비를 증가시킴으로써 이 작은 신호 크기를 극복하는데 도움이 된다. 대안적으로, 소정의 필요한 신호 대 잡음비에 대해, 등가의 정규 포토다이오드보다 더 작은 애벌란시 포토다이오드가 제공될 수 있다. 또한, 애벌란시 포토다이오드는 전형적으로 빠른 응답 시간을 가지므로 신속하게 재사용(re-used)될 수 있다. 이는 애벌란시 포토다이오드가 보다 느린 응답 시간을 갖는 검출기보다 더 빠르게 입사동 위치의 범위에 걸친 입사 방사를 측정할 수 있게 한다. 따라서, 애벌란시 포토다이오드는 고해상도 이미지 및 정확한 온도 측정을 제공하기 위해 픽셀을 형성하는데 사용될 수 있다.

열 이미징 장치가 검출기(예를 들어, 애벌란시 포토다이오드)로부터 전류 신호를 수신하고 수신된 전류 신호를 전압 신호로 변환(및 증폭을 제공)하도록 구성된 트랜스임피던스 증폭기(transimpedance amplifier)를 포함할 수 있다.

검출기는 2㎛ 보다 작은, 또는 1.5㎛ 보다 작은, 전형적으로 800nm 보다 큰 파장을 갖는 (전자기) 방사를 검출하도록 구성될 수 있으며, 이에 의해 이미징되는 물체의 (적어도 일부, 전형적으로는 복수의 부분들) 온도를 나타내는 신호를 생성할 수 있다. 그러한 (더 짧은) 파장에서 방사를 검출하는 것은 모르는 타겟 방사율(unknown target emissivity)에 의해 야기되는 에러를 감소시킬 수 있다. 대안적으로, 검출기는 2㎛보다 큰 파장을 갖는 (전자기) 방사를 검출하도록 구성될 수 있다.

검출기는 다중-스펙트럼 검출기(multi-spectral detector)를 포함할 수 있다. 검출기는 복수의 방사 수신 층(radiation receiving layers)을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 방사 수신층의 각각은 상기 복수의 방사 수신 층 중 다른 방사 수신 층과는 상이한 파장(또는 상이한 파장 범위)의 입사 방사를 수신하고, 상기 입사 방사에 응답하여 (전형적으로는 전기) 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 상기 복수의 방사 수신 층은 함께 스택(stack)으로 배치될 수 있다. 전형적으로 상기 복수의 방사 수신 층은 축을 따라 서로 정렬되지만, 축을 따라 서로 축 방향으로(axially) 오프셋(offset)되어 있다. 상기 복수의 방사 수신 층은 방사의 공통 입사 빔(common incoming beam of radiation)에 응답하는 각각의 상이한 파장의 방사를 각각 수신하도록 배치될 수 있다. 이는 방사 수신 층의 각각으로부터의 신호를 결합함으로써 파장 의존 이미지(wavelength dependent image)가 도출(derived)되게 한다. 이러한 방식으로 파장 의존 이미지를 달성하는 것은 종래의 다중-스펙트럼 카메라에 의한 것보다 상당히 저렴하다.

복수의 방사 수신 층은 제1 반도체 재료(semiconductor material)를 포함하거나 제1 반도체 재료로 구성된 제 1 방사 수신 층, 및 제1 방사 수신 층으로부터 축 방향으로 오프셋되고 제1 반도체 재료와는 상이한 제2 반도체 재료를 포함하거나 구성하는 제2 방사 층(radiation layer)을 포함할 수 있다. 복수의 방사 수신 층은 제1 두께(전형적으로 방사 수신 층이 배치되는 축에 평행한 또는 적어도 실질적으로 평행한 두께)의 제1 반도체 재료를 포함하거나 구성하는 제1 방사 수신 층, 및 제1 방사 수신 층으로부터 축 방향으로 오프셋되고 제1 두께와 상이한 제2 두께의 제1 반도체 재료를 포함하거나 구성하는 제2 방사 수신 층을 포함할 수 있다.

전형적으로, 검출기는 입사 방사에 응답하여 방사 수신 층의 각각으로부터의 (전형적으로 분리된(separate)) 신호를 제공하도록 구성된다. 열 이미징 장치는 방사 수신 층의 각각으로부터 출력된 (전형적으로 분리된) 신호로부터 파장 의존 열 이미지(wavelength dependent thermal image)를 도출(및 전형적으로 출력 및/또는 대표하는 메모리 데이터(memory data representing)에 저장)하도록 더 구성될 수 있다. 열 이미징 장치는 입사 방사에 응답하여 방사 수신 층의 각각으로부터 분리된 신호를 제공하고, 상기 분리된 신호를 결합하여 상기 분리된 신호로부터 파장 의존 열 이미지를 제공하도록 구성될 수 있다.

상기 복수의 방사 수신 층 중 하나 이상은 각각의 층이 응답하여 (전형적으로는 전기) 신호를 생성하는 방사의 파장 범위보다 더 큰 파장을 갖는 방사에 대해 투과성(transparent)이거나 실질적으로 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 외부(예를 들어, 노광된(exposed)) 방사 수신 층(예를 들어, 입사 방사가 먼저 부딪히는(encounters))은 상기 외부 층이 응답하여 (전형적으로는 전기) 신호를 생성하는 방사의 파장 범위보다 더 크고, 내부 방사 수신 층(예를 들어, 입사 방사가 두번째로 부딪히는)이 응답하여 (전형적으로는 전기) 신호를 생성하는 방사의 파장 범위 내에 있는 파장을 갖는 방사에 대해 투과성이거나 실질적으로 투과시킨다. 따라서, 특정 파장 범위의 방사는 상대적으로 감소되지 않은 제1 (예를 들어, 노광된) 방사 수신 층을 통과할 수 있고, 제1 방사 수신 층 아래의 제2 방사 수신 층에 의해 수신될 수 있다.

열 이미징 장치는 (통상적으로 열 이미징 장치의 입구 개구를 통해 보았을 때) 미러 장치에 의해 제공된 방사의 반사각(angle of reflection)을 확대하도록 구성된 하나 이상의 광학 요소(전형적으로 하나 이상의 렌즈를 포함함)를 포함할 수 있다. 전형적으로, 상기 하나 이상의 광학 요소는 (전형적으로 인버스 텔레포토 배치(inverse telephoto arrangement)의 렌즈 그룹과 같은 복수의 렌즈를 포함하는) 다중-요소 광학 배치(multi-element optical arrangement)를 포함한다. 상기 대물 렌즈는 상기 하나 이상의 광학 요소를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 광학 요소는 하나 이상의 렌즈(전형적으로 인버스 텔레포토 배치의 렌즈 그룹과 같은 복수의 렌즈를 포함함)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 렌즈가 열 이미징 장치의 입사 개구(물체로부터의 방사가 열 이미징 장치로 들어가는 것을 통해)와 미러 장치 사이에 제공될 수 있다. 따라서, 상기 하나 이상의 광학 요소는 미러 장치에 인가되는 상대적으로 더 작은 경사각(angle of tilt)이 상대적으로 더 큰 거리에 걸쳐 열 이미징 장치의 입사동을 움직이도록 허용한다. 이는 입사동이 미러 장치 자체의 조종가능한 범위에 의해 허용되는 것보다 더 넓은 각도 범위에 걸쳐 스캔될 수 있도록 미러 장치의 물리적인 기울기 범위(physical tilting range)에 대한 제한(즉, 미러 장치가 하나의 축을 중심으로 또는 둘 이상의 직교 축을 중심으로 기울어질 수 있는 양에 대한 제한)을 극복하는 것을 도울 수 있으며, 따라서 열 이미징 장치의 시야(field of view)를 증가시킨다.

본 발명의 제2 측면은 열 이미지 데이터(thermal image data)를 결정하는 방법을 제공하며,

광학 시스템의 일부를 형성하는 미러 장치를 조종하는 단계 - 상기 미러 장치는 검출기와 관련하여 구성되고(상기 미러 장치는 상기 검출기 상에 입사 방사를 반사하도록 통상적으로 구성됨), 상기 미러 장치의 위치는 광학 시스템의 입사동의 위치를 제어함 -; 및

상기 검출기에서 방사를 수신하고, 상기 입사동의 위치에 대응하는 물체의 일부의 온도를 나타내는, 상기 방사에 따른 검출기 신호를 출력하는 단계를 포함한다.

상기 방법은, 전형적으로 상기 검출기 신호로부터 이미징되는 물체의 (적어도 일 부분에서, 전형적으로는 복수의 부분의 각각의) 온도를 정량적으로 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

전형적으로, 상기 방법은 미러 장치를 조종하여 복수의 위치에 걸쳐 입사동을 스캔하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 검출기에서 방사를 수신하고, 상기 입사동의 위치에 대응하는 물체의 각 부분의 온도를 나타내는, 상기 방사에 따른 검출기 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 입사동의 상기 복수의 위치의 각각에서 검출기 신호를 획득하여, 물체의 열 이미지를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 입사동의 각각의 위치의 각각에서 수신된 방사에 응답하여 검출기 신호를 출력하는 단계 - 상기 검출기 신호는 상기 입사동의 각각의 위치에 대응하는 상기 물체의 일부의 온도를 나타냄 -를 포함할 수 있다.

광학 시스템은 상기 복수의 입사동 위치의 모두에 대해 실질적으로 일정한 에텐듀(또는 광학 처리량)가 제공될 수 있다.

상기 방법은 상기 복수의 입사동 위치의 모든 입사동 위치에 대해 광학 시스템의 실질적으로 일정한 에텐듀(또는 광학 처리량)를 유지하는 단계를 포함할 수 있다.

전형적으로, 대물 렌즈가 제공된다. 전형적으로, 상기 방법은 물체로부터 입사 방사를 수집하고 상기 방사의 일부를 조종가능한 미러 장치 상으로 지향시키는 대물 렌즈를 포함한다. 전형적으로, 상기 방법은 수집된 방사의 일부가 조종가능한 미러 장치 상으로 지향되도록 수집된 방사를 수렴시키는 대물 렌즈(전형적으로, 수집된 방사의 콘을 제공하기 위해)를 포함한다. 전형적으로, 미러 장치는 대물 렌즈로부터 수신된 방사를 검출기 상에 반사시키도록 구성된다.

전형적으로 상기 복수의 입사동 위치들의 각각에 대해, 미러 장치에 의해 수신되고 검출기(전형적으로 대물 렌즈와는 독립적인) 상에 반사될 수 있는 방사의 (전형적으로 이론적) 최대 콘은 대물 렌즈(전형적으로 미러 장치와는 독립적인)에 의해 제공될 수 있는 수집된 방사의 (전형적으로 이론적) 최대 콘 내에 있어, 전형적으로 상기 복수의 입사동 위치의 모든 입사동 위치에 대한 광학 시스템의 실질적으로 일정한 에텐듀를 제공한다.

전형적으로, 상기 방법은 조종가능한 미러 장치를 조종하여, 상기 복수의 위치에 걸쳐 입사동을 스캔하여, 시야 조리개로부터 미러 장치의 입체각(또는 미러 장치에 의해 수신되고 검출기 상에 반사될 수 있는 방사의 (전형적으로 이론적) 최대 콘의 주 광학 축을 전형적으로 따르는, 시야 조리개로부터 대물 렌즈의 사출 개구로의 미러 장치의 입체각의 투영)은 상기 복수의 입사동 위치의 각각에 대해 대물 렌즈의 사출 개구 내에 있어(전형적으로 채우지 않음), 상기 복수의 입사동 위치의 모든 입사동 위치에 대해 광학 시스템의 실질적으로 일정한 에텐듀를 전형적으로 제공한다.

상기 방법은 하나 이상의 축을 중심으로 미러 장치를 회전시킴으로써 미러 장치를 조종하는 단계를 포함할 수 있지만, 보다 전형적으로는, 상기 방법은 미러 장치를 하나의 축을 중심으로 또는 2개의 직교 축의 각각을 중심으로(예를 들어, 독립적으로) 기울임으로써 미러 장치를 조종하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 미러 장치에 자기장을 가함으로써 미러 장치를 원하는 각도 또는 방향으로 기울이는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 미러 장치를 연속으로 조종하여, 상기 복수의 입사동 위치들 사이에서 입사동을 연속으로 스캔하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법은,

상기 광학 시스템의 제1 입사동 위치로 상기 검출기를 조종하는 단계; 및

상기 물체의 제1 부분의 온도를 나타내는 제1 검출기 신호를 출력하도록 상기 검출기를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법은,

상기 광학 시스템의 제2 입사동 위치로 상기 검출기를 조종하는 단계; 및

상기 물체의 제2 부분의 온도를 나타내는 제2 검출기 신호를 출력하도록 상기 검출기를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법은 복수의 위치들 사이에서 입사동의 위치를 스캔하도록 미러 장치를 조종하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법은 상기 검출기로부터, 상기 입사동의 위치에 대응하는 상기 물체의 상기 부분의 온도를 나타내는 상기 복수의 위치의 각각에서의 검출기 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 미러 장치는 미세 전자 기계 미러일 수 있다.

상기 방법은 검출기가, 수신된 방사에 응답하여 생성된 (전형적으로 전기) 신호(예를 들어, 전류)에 내부 이득을 인가하는 단계를 포함할 수있다.

상기 방법은 트랜스임피던스 증폭기가, 검출기(예를 들어, 애벌란시 포토다이오드)로부터 전류 신호를 수신하고, 수신된 전류 신호를 전압 신호로 변환하는(일반적으로 전압 신호를 증폭하는) 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법은 검출기가, 2㎛ 보다 작거나, 1.5㎛ 보다 작은 파장을 갖는 (전자기) 입사 방사를 검출하여, 이미징되는 물체의(적어도 일부, 전형적으로는 복수의 부분들의) 온도를 나타내는 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

검출기는 복수의 방사 수신 층을 포함할 수 있다. 상기 방법은 방사 수신 층의 각각이, 상기 복수의 방사 수신 층 중 다른 방사 수신 층과는 상이한 파장(또는 상이한 파장 범위)의 입사 방사를 수신하고, 상기 입사 방사에 응답하여 (전형적으로는 전기) 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 방사의 공통 입사 빔과 다른 각각의 파장(또는 다른 파장 범위)의 상기 복수의 수신 방사의 방사 수신 층 모두를 포함할 수 있다.

상기 방법은 입사 방사에 응답하여 방사 수신 층의 각각으로부터 (전형적으로 분리된) 신호를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 방사 수신 층의 각각으로부터 출력된 (전형적으로는 분리된) 신호로부터 파장 의존 열 이미지를 도출(및 전형적으로 출력 및/또는 대표하는 메모리 데이터(memory data representing)에 저장)하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 입사 방사에 응답하여 방사 수신 층의 각각으로부터 분리된 신호를 제공하고, 상기 분리된 신호를 결합하여 상기 분리된 신호로부터 파장 의존 열 이미지를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법은 외부 층이 응답하여 (전형적으로는 전기) 신호를 생성하는 방사의 파장 범위보다 더 크고, 내부 방사 수신 층(예를 들어, 입사 방사가 두번째로 부딪히는)이 응답하여 (전형적으로는 전기) 신호를 생성하는 방사의 파장 범위 내에 있는 파장을 갖는 입사 방사 빔으로부터 상기 복수의 방사의 외부(예를 들어, 노광된) 방사 수신 층(예를 들어, 첫번째로 입사 방사가 들어오는)을 통해 투과시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 외부 방사 층이, 상기 외부 층이 응답하여 (전형적으로는 전기) 신호를 생성하는 방사의 파장 범위 내의 파장을 갖는 상기 입사 방사 빔으로부터 방사를 수신하고, 상기 방사에 응답하여 (전형적으로는 전기) 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 내부 층이, 응답하여 (전형적으로는 전기) 신호를 생성하는 방사의 파장 범위 내의 파장을 갖는 상기 입사 방사 빔으로부터의 방사를 수신하고, 상기 방사에 응답하여 (전형적으로는 전기) 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 방법은 열 이미징 장치의 입사 개구를 통해 보았을 때 미러 장치에 의해 제공된 방사의 반사각을 확대하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법은 상기 복수의 위치에 걸쳐 입사동을 스캔하기 위해 상기 조종가능한 범위(또는 여전히 대물 렌즈를 향하는 동안 조종가능한 범위)의 적어도 50% 이상으로 상기 미러 장치를 조종하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 입사동의 상기 복수의 위치는 함께, 적어도 10°의 수평 시야각 및/또는 적어도 10°의 수직 시야각을 제공할 수 있다.

본 발명의 제3 측면은 컴퓨터에 의해 실행될 때 본 발명의 제2 측면에 따른 방법을 수행하도록 배치되는 컴퓨터 소프트웨어(computer software)를 제공한다.

본 발명의 제4 측면은 (전형적으로 비-일시적(non-transitory)) 컴퓨터 판독 가능 매체(computer readable medium)에 저장된 본 발명의 제3 측면의 컴퓨터 소프트웨어를 제공한다.

본 발명의 제5 측면은 첨부된 도면을 참조하여 실질적으로 본 명세서에 설명된 장비(apparatus) 또는 방법을 제공한다.

본 명세서에 설명된 본 발명의 임의의 측면들의 특징 중 임의의 특징은 또한 적절한 경우 본 명세서에 설명된 본 발명의 다른 측면의 임의의 또는 바람직한 특징일 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 장비와 관련된 본 발명의 측면들의 특징들은 방법과 관련된 본 발명의 특징들에 대응할 수 있고 그 반대일 수도 있다.

본 발명의 실시예들은 이제 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시로서 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열 이미징 장치의 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 이미징 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 위치에 관련한 물체의 도면이다.
도 5는 조종가능한 미러 장치의 경사각을 확대하기 위한 다중 광학 요소 배치의 도면이다.
도 6은 복수의 방사 수신 층을 포함하는 다중-스펙트럼 검출기를 개략적으로 도시한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열 이미징 장치(100)를 도시한다. 열 이미징 장치(100)는 물체의 영역에 걸쳐 온도를 나타내는 열 데이터를 제공하도록 배치된다. 열 데이터는 설명되는 바와 같이 물체의 영역에 걸쳐 분포된 복수의 위치의 각각에서의 온도를 나타낸다. 열 이미징 장치는 유리하게도 열 데이터를 형성하기 위해 각각의 위치에서 온도의 정확한 측정을 제공하고 복수의 개별 측정치를 결합한다.

열 이미징 장치(100)는 그 내부에 장치(100)의 구성 요소가 위치하는 하우징(105)을 포함한다. 열 이미징 장치(100)는 검출기(110), 조종가능한 장치(120) 및 (전형적으로 열 이미징 장치(100)의 대물 렌즈로서 작용하는) 렌즈(130)를 포함한다. 구성 요소는 열 이미징 장치(100)의 이미징 시스템(imaging system)을 형성한다. 열 이미징 장치(100)는 도 1에 도시된 것 이외의 하나 이상의 렌즈, 마스크(masks) 및 배플(baffles)을 포함할 수 있다.

검출기(110)는 사용시에 렌즈(130)를 통해 물체로부터 방사를 수신하고, 수신된 방사에 대응하는 검출기 신호를 출력하도록 배치된다. 검출기(110)는 단일-픽셀 검출기(single-pixel detector), 즉 그 위에 떨어지는(falling thereon) 방사에 대응하는 단일 측정치(single measurement)를 제공하는 검출기일 수 있다. 도 1의 배치에서, 검출기(110)는 이미징 시스템의 시야 조리개를 형성하고, 검출기(110)의 에지(edges)는 시야 조리개의 대응하는 에지를 정의한다. 그러나, 다른 실시예에서는, 기계적 개구가 시야 조리개를 형성하는 검출기 위에 제공될 수 있다. 검출기(110)는 포토다이오드일 수 있고, 일부 실시예에서는 애벌란시 포토다이오드일 수 있다.

조종가능한 장치(120)는 검출기(110)에 관련하여 배치된다. 조종가능한 장치(120)는 렌즈(130)에 의해 수집되고 수렴된 물체로부터의 입사 방사의 일부를 렌즈(130)로부터 수신하고, 검출기(110)를 향해 반사시키도록 배치된다. 도 1의 배치에서, 조종가능한 장치(120)는 개구 조리개를 형성하도록 배치된다. 그러나, 조종가능한 장치(120)가 수신하고 (대물 렌즈와는 독립적인) 검출기(110)를 향해 반사시킬 수 있는 방사의 이론적 최대 콘(theoretical maximum cone)을 제한하는 별개의 개구 조리개가 제공될 수 있다(도 5에 도시되고 후술되는 바와 같이, 조종가능한 장치(120)와 검출기(110) 사이의 기계적 개구를 통해).

조종가능한 장치(120)는 검출기(110)에 대한 장치의 각도를 제어하여, 렌즈(130)상의 이미징 시스템의 입사동의 위치를 제어하도록 동작 가능하다. 입사동의 위치는 방사가 열 이미징 장치(100)에 의해 수신되는 물체상의 위치에 대응한다. 따라서, 물체의 다른 부분을 선택하기 위해 입사동의 위치를 변화시킴으로써, 검출기(110)는 물체의 각 부분의 온도를 나타내는 검출기 신호를 출력하게 된다.

물체의 열 이미지를 형성하기 위해, 조종가능한 장치(120)는 조종되어 복수의 위치에 걸쳐 입사동을 스캔하고, 각각의 위치에서 검출기(110)는 물체의 각 부분의 온도를 나타내는 검출기 신호를 출력하게 된다(예를 들어, 조종가능한 장치(120)에 의해 수신되고, 검출기 상에 반사된 입사 방사에 의해).

도 1에 도시된 바와 같이, (조종가능한 장치(120)와는 독립적인)렌즈(130)에 의해 제공될 수 있는 수집된 방사의 이론적 최대 콘(132)은 (렌즈(130)와는 독립적인) 조종가능한 장치(120)에 의해 수신되고 검출기(110) 상에 반사될 수 있는 방사의 이론적 최대 콘(122)의 반각보다 큰 반각을 가질 수 있다. 조종가능한 장치(120)가 조종되어 입사동을 스캔할 때, 수신되고 검출기(110) 상에 반사될 수 있는 방사의 이론적 최대 콘(122)은 또한 입사동의 위치에 따라 이동한다. 이 경우에, 상기 복수의 입사동 위치의 각각에 대해, 조종가능한 장치(120)에 의해 수신되고 검출기(110) 상에 반사될 수 있는 방사의 이론적 최대 콘(122)은 렌즈(130)에 의해 제공될 수 있는 수집된 방사의 이론적 최대 콘(132) 내에 있다. 이는 상기 복수의 입사동 위치의 모든 입사동 위치에 대한 열 이미징 장치(100)의 이미징 시스템의 실질적으로 일정한 (바람직하게는 일정한)에텐듀 (또는 광학 처리량)를 유지한다. 이는 열 이미징 장치(100)가 상기 복수의 입사동 위치의 각각에 대해 이미징되는 물체의 방사측정학적으로 정확한 열 이미지를 형성함으로써, 열 이미징 장치(100)가 이미징되는 물체의 복수의 부분의 정확한 정량적 온도 측정을 수행하게 한다. 실제로, 열 이미징 장치는 열 데이터로부터 이미지징되는 물체의 하나 이상의 부분의 정량적 온도 측정치를 도출하도록 구성될 수 있다. 열 이미징 장치는 또한 열 데이터로부터 도출된 이미지징되는 물체의 하나 이상의 부분의 정량적 온도 측정치를 출력하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 열 이미징 장치의 디스플레이에). 열 이미징 장치는 또한 열 데이터로부터 도출된 열 이미지를 생성하여 출력하도록 구성될 수 있다.

또한, 도 1로부터, 시야 조리개(이 실시예에서 검출기(110)에 의해 제공되는 시야 조리개)로부터의 렌즈(130)의 입체각은 시야 조리개로부터의 조종가능한 장치(120)의 입체각보다 더 크다는 것이 이해될 것이다. 유사하게, 시야 조리개로부터의 조종가능한 장치(120)의 입체각(또는 조종가능한 장치(120)에 의해 수신되고 검출기(110)상에 반사될 수 있는 방사의 이론적 최대 콘(122)의 주 광학 축을 따르는 시야 조리개로부터 렌즈(130)의 사출 개구 'a'로의 조종가능한 장치(120)의 입체각의 투영)은 상기 복수의 입사동 위치의 각각의 입사동 위치에 대해 렌즈(130)의 사출 개구 내에 있다. 달리 말하면, 전형적으로 열 이미징 장치(100)의 사출동(exit pupil)은 복수의 입사동 위치의 각각의 입사동 위치에 대해 렌즈(130)의 사출 개구 내에 있다. 전술한 바와 같이, 이들 특징들은 이미징 시스템의 에텐듀가 상기 복수의 입사동 위치의 모든 입사동 위치에 대해 실질적으로 일정하게 (바람직하게는 일정하게) 유지되도록 하여, 열 이미징 장치(100)가 방사측정학적으로 정확한 열 이미지를 획득할 수 있게 한다.

열 이미징 장치에 가능한 한 넓은 시야를 제공하기 위해서, 복수의 입사동 위치가 넓은 범위의 입사동 위치를 커버하는 것이 바람직하고, 바람직하게는 조종가능한 장치(120)가 조종할 수 있는 대물 렌즈를 통해 전체 조종가능한 범위(또는, 대물 렌즈를 여전히 향하고 있는 동안 그 조종가능한 범위의)에 걸쳐 통한 입사동을 포함한다. 바람직하게는, 입사동이 스캔되는 입사동 위치는 열 이미징 장치에 적어도 10°, 보다 바람직하게는 적어도 20°, 보다 바람직하게는 적어도 30°, 더욱 바람직하게는 40° 이상의 수평 시야각 및 수직 시야각을 제공한다. 그러나, 일부 실시예에서, 복수의 입사동 위치는 조종가능한 장치(120)가 조종할 수 있는 조종가능한 범위 중 단지 일부(예를 들어, 100% 보다 작지만 50% 보다 많은, 70% 보다 많은, 80% 보다 많은 또는 90% 보다 많은)를 통한 입사동 위치를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 조종가능한 장치(120)는 미세-미러 장치(micro-mirror device)이지만, 신호에 응답하여 제어되는 반사각을 갖는 다른 장치가 사용될 수 있음을 알 것이다. 일부 실시예에서, 조종가능한 장치(120)는 10mm 보다 작은, 전형적으로 6mm 보다 작은, 보다 전형적으로는 5.5mm 보다 작은, 보다 전형적으로는 4mm 보다 작은 직경을 갖는 반사 표면을 갖는다. 일부 실시예에서, 조종가능한 장치(120)는 미세 전자 기계(MEMS: microelectromechanical) 미러이다. MEMs 미러에 제공된 하나 이상의 신호는 미러에 가해진 전기장에 의해 미러의 각도 및 방향 중 하나 또는 모두를 제어한다.

미러의 크기를 줄임으로써, 열 이미징 장치의 해상도를 높이고, 열 이미징 장치를 보다 휴대 가능하고 콤팩트하게 만들 수 있다. 또한, 조종가능한 장치(120)에 의해 수신되고 검출기(110) 상에 반사될 수 있는 방사의 최대 콘(122)이 렌즈(130)에 의해 제공될 수 있는 수집된 방사의 최대 콘(132) 내에 유지되도록 하여, 상기 복수의 입사동 위치의 모든 입사동 위치에 대해 실질적으로 일정한(바람직하게는 일정한) 에텐듀(또는 광학 처리량)를 갖는 열 이미징 장치(100)의 이미징 시스템을 제공하는 것을 보장하기가 더 쉽다. 그러나, 검출기(110)에 의해 수신된 신호의 크기(및 그에 따른 신호 대 잡음비)는 더 큰 거울보다 조종 가능한 장치(120)에 의해 더 적은 방사가 수신되고 검출기 상에 반사되기 때문에 감소된다. 또한, 열 이미징 장치(100)가 (그 강도가 용이하게 제어될 수 있는 방사의 빔을 방출하도록 구성된 방사 소스로부터의 방사보다는) 자체 이미징되는 물체에 의해 방출된 방사를 검출하므로, 단순히 신호의 강도를 증가시킴으로써 신호 대 잡음비 감소에 대한 신호를 극복하기가 쉽지 않다. 이러한 제한을 극복하기 위해, 신호 대 잡음비를 증가시킴으로써, 검출기(110)는 입사 방사에 응답하여 생성된 신호에 내부 이득(바람직하게는 10 이상, 20 이상 또는 50 이상의 이득)을 인가하는 검출기를 포함하거나 구성할 수 있다. 예를 들어, 상술한 바와 같이, 검출기는 애벌란시 포토다이오드를 포함하거나 구성할 수 있다. 애벌란시 포토다이오드는, 특히 검출기가 단일-픽셀 검출기일 때, 더 높은 해상도의 열 이미지를 보다 신속하게 생성할 수 있는 빠른 응답 시간의 추가의 이점을 갖는다. 또한, 애벌란시 포토다이오드는 과하게 인가된 역 바이어스(heavy applied reverse bias)에 의해 더 낮아진 커패시턴스(capacitances)를 가지며, 이는 일반 포토다이오드와 비교할 때 노이즈(특히 고주파에서)를 감소시킨다. 검출기(110)가 애벌란시 포토다이오드를 포함하는 경우, 열 이미징 장치는 애벌란시 포토다이오드로부터 전류 신호를 수신하고 증폭하여 이를 전압 신호로 변환하도록 구성된 트랜스임피던스 증폭기를 더 포함할 수 있다. 트랜스임피던스 증폭기는 동일한 전압에서 남아 있기 위하여 강제하는 동안(whilst forcing them to remain at the same voltage) 특히 애벌란시 포토다이오드로부터의 광전류(photocurrent)를 전압으로 변환할 수 있기 때문에 애벌란시 포토다이오드와 함께 사용하기에 적합하다. 이는 수신된 전력(방사 조도(irradiance))과 증폭기로부터의 전압 출력 사이의 선형 관계를 초래한다.

도 2는 열 이미징 장치(100)를 개략적으로 도시한다. 전술한 바와 같이, 열 이미징 장치(100)는 검출기(110) 및 조종가능 장치(120)를 포함한다. 사용시, 검출기는 그 위에 떨어지는 방사를 나타내는 검출기 신호(115)를 출력하도록 배치된다. 조종가능한 장치(120)는 조종 신호(125)에 응답하여 조종되도록 배치된다.

열 이미징 장치(100)는 검출기 신호(115)를 출력하도록 검출기(110)를 제어하도록 구성된 제어 유닛(200)을 더 포함한다. 제어 유닛(200)은 조종 신호(125)를 조종가능한 장치(120)에 제공한다. 열 이미징 장치(100)는 그 안에 열 데이터를 저장하는 제어 유닛(200)과 관련된 메모리 유닛(memory unit)(210)을 포함한다. 제어 유닛(200)은 MEMs 미러(120)와 같은 조종가능한 장치(120)의 각도 및 방향 중 하나 또는 모두를 나타내는 조종 신호(125)를 조종가능한 장치(120)에 작동 가능하게 출력하여, 렌즈(130)상의 입사동의 위치를 제어하여, 열적으로 이미징될 물체의 영역 내의 물체의 일부를 선택하도록 배치될 수 있다.

제어 유닛(200)은 검출기(110)로부터 검출기 신호(115)를 수신하도록 배치된다. 일부 실시예에서, 도 2에 구체적으로 도시되지는 않았지만, 제어 유닛(200)은 검출기(110)가 그 위에 떨어지는 방사를 나타내는 검출기 신호(115)를 제공하도록 신호를 검출기(110)에 출력하도록 배치된다. 따라서, 일부 실시예에서, 제어 유닛(200)은 검출기 신호가 수신될 때를 제어하여, 검출기 신호(115)에 대응하는 입사동의 위치, 따라서 물체에 대한 위치가 알려지도록(known) 할 수 있다. 설명될 바와 같이, 일부 실시예에서, 제어 유닛(200)은 복수의 입사동의 위치에 대응하는 물체의 각 부분의 온도를 각각 나타내는 검출기 신호(115)의 시퀀스를 수신하도록 조종가능한 장치(120) 및 검출기(110)를 제어하도록 배치된다.

제어 유닛(200)은 열 데이터를 메모리 유닛(210)에 저장하도록 배치된다. 객체의 위치의 온도를 나타내는 열 데이터는 메모리 유닛(210)에 저장된다. 열 데이터의 각각의 피스(piece) 또는 아이템(item)은 열 데이터가 온도를 나타내는 물체의 위치를 나타내는 위치 정보와 연관된 메모리 유닛(210)에 저장될 수 있다. 위치 정보는 열 데이터가 연관되어 있는 검출기 신호(115)에 대응하는 입사동의 위치를 나타낼 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법(300)을 도시한다. 방법(300)은 물체에 대응하는 열 이미지 데이터를 결정하는 방법이다. 방법(300)은 위에서 설명되고 도 1 및 도 2에 도시된 장비에 의해 수행될 수 있다.

방법(300)은 조종가능한 장치를 위치로 조종하는 단계(310)를 포함한다. 단계(310)에서, 제어 유닛(200)은 MEMs 미러(120)와 같은 조종가능한 장치(120)가 검출기(110)에 대하여 원하는 각도로 움직이도록 하나 이상의 조종 신호(125)를 출력할 수 있다. 따라서, 단계(310)에서 렌즈(130)상의 입사동의 위치가 결정된다. 결과적으로, 상기 장비는 입사동 위치에 대응하는 물체상의 위치로부터 방사를 수신하도록 배치된다. 예시적인 물체(400)를 도시하는 도 4를 참조한다. 물체(400)상의 제1 위치(410)가 도시되고, 이는 제어 유닛(200)에 의해 하나 이상의 조종 신호(125)를 출력함으로써 단계(310)에서 선택될 수 있다. 도 4에 도시된 물체(400)의 위치(410)는 단지 일 예시일 뿐임을 이해할 것이다. 예를 들어, 제1 위치(410)는 단계(310)의 제1 반복(iteration)에서 선택될 수 있다. 단계(310)의 결과로서, 입사동의 위치에 의해 물체(400)에 대해 선택된 위치(410)로부터 발생된 방사는 조종가능한 장치(120)에 의해 렌즈(120)를 통해 장비(130)로 들어오고 검출기(110)에 반사된다.

단계(320)에서, 단계(310)에서 선택된 위치에서의 물체(400)의 온도가 결정된다. 단계(320)는 제어 유닛(200)이 하나 이상의 신호를 검출기(110)로 출력하여 검출기 신호(115)를 출력하도록 검출기를 트리거링하는 단계를 포함할 수 있다. 응답에서, 검출기(115)는 제어 유닛(200)에 의해 수신된 검출기 신호(115)를 출력하도록 배치된다. 단계(320)에서, 제어 유닛(200)은 수신된 검출기 신호(115)를 나타내는 열 데이터를 메모리 유닛(210)에 저장할 수 있다. 전술한 바와 같이, 열 데이터는 물체(400)상의 위치(410)를 나타내는 위치 데이터와 연관될 수 있다.

단계(330)에서, (예를 들어, 상기 복수의 입사동 위치 중 마지막 또는 최종의 입사동 위치에 대응하여) 단계(310)에서 선택된 위치가 온도가 결정되어야 하는 물체(400)의 마지막 또는 최종 위치인지 여부가 결정된다. 예를 들어, 복수의 위치, 특히 도 4에서 물체(400)에 관한 4개의 위치들(410-440)이 도시된다. 도 4에서, 4개의 위치들(410-440)은 공간적으로 분리되며, 즉 중첩되지 않는다. 그러나, 복수의 위치들(410-440)은 부분적으로 중첩될 수 있음을 이해할 것이다. 단계(330)에서 위치가 복수의 위치들의 최종 위치가 아닌 경우, 방법은 단계(310)으로 복귀하며, 여기서 도 4에 일 예시로서 도시된 바와 같이 제2 위치(420)와 같은 다음 또는 추가 위치가 선택된다. 제2 위치(420)에 대응하는 열 데이터가 단계(320)에서 메모리 유닛(210)에 저장된다. 단계(310-330)은 복수의 위치들(410-440) 모두에 대응하는 열 데이터가 메모리 유닛(210)에 저장될 때까지 반복될 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(310-330)는 물체(400)를 래스터 스캔(raster-scan)하기 위해 수행될 수 있다. 물체(400)의 래스터 스캔은, 제2 복수의 위치의 온도가 제2 행에서 결정되기 전에, 일반적으로 수평일 수 있는, 제1 행(row)을 따라 결정되는 제1 복수의 위치의 온도를 포함할 수 있다. 위치의 추가 행이 포함될 수 있다. 이러한 방식으로, 물체의 영역의 온도가 결정된다. 래스터 스캔은 물체(400)의 온도의 시간-전개(time-evolution)를 결정하기 위해 하나 이상의 나중 시점(later points in time)에서 반복될 수 있다.

방법(300)이 수행된 후에, 메모리 유닛(210)에 저장된 열 데이터는 예를 들어, 복수의 위치를 포함하는 물체(400)의 영역에 대응하는 열 이미지를 출력하는데 사용될 수 있다. 그러나, 열 이미징 카메라를 사용하는 것과 대조적으로, 본 발명의 일 실시예에 의해 생성된 열 이미지는 포인트 또는 단일-픽셀 검출기에 의해 생성됨으로 인해 개선된 정확도를 갖는 열 데이터를 포함한다. 이것은 복수의 입사동 위치의 각각에 대해, 조종가능한 장치(120)에 의해 수신되고 검출기(110) 상에 반사될 수 있는 방사의 이론적 최대 콘(122)이 렌즈(130)에 의해 제공될 수 있는 수집된 방사의 이론적 최대 콘(132) 내에 있는 실시예에서 특히 그러하여, 상기 복수의 입사동 위치의 모든 입사동 위치에 대해 실질적으로 일정한(바람직하게는 일정한) 에텐듀(또는 광학 처리량)을 갖는 열 이미징 장치(100)의 이미징 시스템을 제공한다. 전술한 바와 같이, 이것은 열 이미징 장치(100)가 이미징되는 물체의 방사측정학적으로 정확한 열 이미지를 형성하게 하여, 열 이미징 장치(100)가 이미징되는 물체의 하나 이상의 부분의 정확한 정량적 온도 측정을 수행하게 한다.

도 3은 물체(400)의 불연속 위치들(410-440)의 온도가 결정되고 그에 대응하는 열 데이터가 메모리 유닛(120)에 저장되는 '멈춤 및 응시(stop-and-stare)' 모드에서 도 1의 장비의 동작을 설명하는 것으로 이해될 것이다. 그러나, 장비(100)는 '프리-러닝(free-running)' 구성으로 사용될 수 있다. 이러한 구성에서, 제어 유닛(200)은 연속으로 움직이도록 조종가능한 장치(120)를 제어하여 입사동이 렌즈(130)를 가로 질러 연속으로 움직이도록 한다. 결과적으로, 방사가 수신되는 물체(400)에 관한 위치 또한 연속으로 움직인다. 일부 실시예에서, 검출기 신호(115)는 위치가 물체(400)를 가로 질러 연속으로 움직이므로 온도를 나타내는 전압일 수 있다. 장비(100)는 검출기 신호(115) 전압을 수신하고, 검출기 신호(115)에 대응하는 디지털 데이터를 제어 유닛(200)으로 출력하도록 배치된 아날로그-디지털 변환기(ADC: analog-to-digital convertor)(115)를 포함한다. 제어부(200)는 수신된 데이터를 열 픽셀 데이터로 분할하여 메모리 유닛(210)에 수신된 디지털 데이터에 대응하는 데이터를 주기적으로 저장한다.

일부 실시예에서, 조종가능한 장치(120)는 하나 이상의 축을 중심으로 미러의 회전에 의해 조종되지만, 보다 전형적으로는 조종가능한 장치(120)는 하나의 축을 중심으로(1 차원 이미지를 위해) 또는 (전형적으로 독립적으로) 2개의 직교 축의 각각을 중심으로(2차원 이미지를 위해) 미러를 기울임으로써 조종된다. 조종가능한 장치(120)는 미러에 가해진 자기장에 의해 원하는 각도 또는 방향으로 기울어지도록 구성될 수 있다(예를 들어, 조종가능한 장치(120)는 이들 특성을 갖는 미세 전자 기계 거울일 수 있음). 조종가능한 장치(120)를 (회전보다는)기울임으로써, 조종가능한 장치(120)가 (예를 들어 열 이미징 장치(100)의 내부를 보면서 시간을 보내는 것보다는) 이미지징되는 물체를 지속적으로 이미징하도록 보장될 수 있다. 회전보다는 기울임에 의해 조종하는 조종가능한 장치(120)를 제공하는 것은 조종가능한 장치(120)가 입사동 위치들 사이에서 열 이미징 장치(100)의 입사동을 연속으로 이동시키는 것(즉, "멈춤 및 응시" 모드 보다는 '프리 러닝 모드'를 동작시키는 것)을 더 쉽게 만든다. 이는 물체를 더 빠르게 스캔할 수 있어, 이미징을 더 빠르게 할 수 있다. 따라서, 열 이미징 장치(100)는 입사동 위치들 사이에서 입사동을 연속으로 스캔하도록 미러 장치를 연속으로 조종할 수 있다.

도 1의 실시예에서 대물 렌즈는 단순 대물 렌즈(130)에 의해 제공되지만, 보다 복잡한 대물 렌즈(예를 들어, 복수의 렌즈 및/또는 하나 이상의 미러를 포함하는)가 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이 경우, 대물 렌즈에 의해 제공될 수 있는 수집된 방사의 이론적 최대 콘(그 일부는 조종가능한 장치(120)에 의해 검출됨)은 일반적으로 대물 렌즈의 제한 렌즈(limiting lens)에 의해 제공될 수 있는 방사의 이론적 최대 콘이다. 예를 들어, 도 1에 도시된 것보다 더 복잡한 광학 배치가 조종가능한 장치(120)에 의해 제공되는 방사의 반사각을 (전형적으로 대물 렌즈의 입사 개구로부터 볼 때) 확대하기 위해 제공될 수 있다. 이는 물리적으로 제한된 조종가능한 범위를 갖는 사용될 조종가능한 미러 장치(120)가(예를 들어, 조종가능한 미러 장치(120)는 최대 경사각 +/-5°를 갖는 미세 전자 기계 미러일 수 있음) 대물 렌즈의 입사 개구에서 더 넓은 각도 범위에 걸쳐 열 이미징 장치의 입사동을 스캔하도록 허용한다. 이는 열 이미징 장치의 유효 시야를 증가시킨다. 이러한 광학 배치(optical arrangement)의 예시(500)가 도 5에 도시되어 있는데, 이는 5개의 렌즈 광학 배치를 도시한다: 3개의 렌즈(510, 520, 530)는 대물 렌즈를 형성하도록 제공되고, 2개의 렌즈(540, 550)는 조종가능한 장치(120)와 검출기(110) 사이에 제공된다. 렌즈(530)는 이 경우 대물 렌즈의 제한 렌즈이다: 따라서, 조종가능한 장치(120)에 의해 수신되고 검출기(110) 상에 반사될 수 있는 방사의 이론적 최대 콘은 바람직하게는 상기 복수의 입사동 위치의 각각에 대해 제한 렌즈(530)에 의해 제공될 수 있는 수집된 방사의 최대 콘 내에 있다.

도 5의 예시에서, 조종가능한 장치(120)와 검출기(110) 사이의 방사의 콘(560)은 상기 복수의 입사동 위치의 모든 입사동 위치에 대해 조종가능한 장치(120)의 모든 스캐닝 위치에 대해 동일하게 유지되고, 렌즈(540, 550)은 조종가능한 장치(120)로부터의 방사를 검출기 상에 포커싱한다(미러 장치(120)의 조종 위치에 관계없이). 그러나, 방사의 5개의 상이한 인시던트 콘(incident cones)(570-574)이 도시되고, 각각의 콘(570-574)은 조종가능한 장치(120)의 상이한 조종 위치에 대해 조종가능한 장치(120)와 렌즈(510) 사이의 방사의 콘을 나타낸다. 보다 구체적으로는, 조종가능한 장치의 경사각은 도 5의 관점에서 페이지의 내측 및 외측으로 연장하는 축을 중심으로, 도 5의 최하위 위치(570)로부터 최상위 위치(574)까지 10°만큼 조정된다. 렌즈(510)의 입사 개구에서, 콘(570, 574)의 주 광학 축의 각도들 사이의 60°의 차이(이 경우에는 60°의 수직각을 제공함)가 있다. 이것은 렌즈(510, 520, 530)(이는 대물 렌즈의 입사(entrance)에서 +/5°로부터 +/-30°로 조종가능한 장치(120)에 의해 제공된 방사의 가능한 반사각의 범위를 확대하는 인버스 텔레포토 렌즈 그룹을 형성하는)에 의해 조종가능한 장치(120)에 의해 제공되는 방사의 반사각의 배율(magnification)에 의해 야기된다.

도 1의 실시예에서, 열 이미징 장치(100)의 개구 조리개는 조종가능한 미러 장치(120)에 의해 제공되지만, 도 5의 배치에서, 조종가능한 미러 장치(120)와 렌즈(540) 사이에 별도의 물리적 개구 조리개(580)가 제공된다. 이 경우에서 별개의 개구 조리개(580)의 목적은 조종가능한 미러 장치(120)가 조종가능한 장치(120)의 반사 표면의 에지 부분으로부터 반사된 방사를 차단함으로써 (대물 렌즈와는 독립적으로)검출기(110) 상에 수신 및 반사할 수 있는 방사의 이론적 최대 콘의 크기를 제한하여, 에지 영향을 피하는 것이다. 전형적으로, 미러 장치에 의해 검출기 상에 수신되고 반사될 수 있는 방사의 최대 콘은 미러 장치의 반사 표면의 70% 이상(바람직하게는 80% 이상, 일부 경우에서는 90% 이상)을 커버하지만, 전형적으로 미러 장치(120)의 반사 표면의 100%보다 작게 커버한다.

일부 실시예에서, 검출기(110)는 3개의 방사 수신 층(612, 614, 616)의 스택을 갖고, 3개의 방사 수신 층의 각각이 다른 방사 수신 층과는 상이한 파장(또는 상이한 파장 범위)의 입사 방사를 수신하고, 입사 방사에 응답하여 전기 신호를 생성하도록 구성된 다중 스펙트럼 단일 픽셀 검출기인 도 6에 도시된 검출기(610)로 대체될 수 있다. 방사 수신 층(612, 614, 616)은 축을 따라 서로 정렬되지만, 축을 따라 서로 축 방향으로 오프셋되어, 입사 방사의 공통 빔(common beam)으로부터 각각의 파장의 방사를 각각 수신할 수 있다. 방사 수신 층(612, 614, 616)은 상이한(전형적으로 반도체) 재료 또는 상이한 두께의 동일한 재료로 제조됨으로써 방사의 상이한 파장에 센서티브(sensitive)하다. 도 6에 도시된 실시예에서, 층(612, 614, 616)은 각각 동일한 두께이지만 상이한(전형적으로 반도체) 재료들로 형성된다.

층(612)에 입사하는 방사가 층(614)에 도달하기 위해서, 층(612)을 통과할 수 있어야 하고, 방사가 층(616)에 도달하기 위해서는 층(614, 616)을 통과할 수 있어야 한다. 이것은 도 6의 점선 화살표에 의해 도시된다. 따라서, 층(612)은 층(614, 616)이 센서티브한 방사에 대해 투과성이거나 실질적으로 투과시키도록 구성되고, 층(614)은 층(616)이 센서티브한 방사에 대해 투과성이거나 실질적으로 투과시키도록 구성된다. 이것은 (예를 들어)층(612)의 컷-오프 파장(cut-off wavelength)보다 더 긴 파장이 그 PN 접합(PN junction)을 넘어 통과(penetrates)하고, 층(612)이 너무 두껍지 않는 한, 층(612)의 반대면을 통과하여 더 긴 컷-오프 파장을 갖는 층(예를 들어, 614 또는 616)에 의해 검출될 것이기 때문에 수행될 수 있다.

예를 들어, 층(612, 614, 616)은 실리콘(silicon)의 층일 수 있다. 이것은 제1 층(612)에 0.95㎛의 '유효 파장'(반응하는)을 갖는 통상적인 실리콘 응답도 스펙트럼(silicon responsivity spectrum)을 제공하지만, 더 긴 파장의 방사(예를 들어, 1.05㎛의 유효 파장을 갖는 방사)가 층(612)에서 층(614)으로 유출(leak)되도록 허용한다. 더 긴 파장은 반도체로 더욱 통과하며, 따라서 파장이 시프트(shifted)된다. 대안적으로, 제1 층(612)은 실리콘 층일 수 있고, 제2 층(614)은 예를 들어, 1㎛ 및 1.2㎛ 유효 파장(이들이 반응하는)을 갖는 층(612, 614)을 제공하는 InGaAs층일 수 있다. 제3 층(616)은 보다 큰 유효 파장을 위한 InAs 층 또는 확장된 InGaAs 일 수 있다. InGaAs는 '변형(strained)'될 수 있으며 파장 응답은 적외선으로 확장되며, 1.7, 1.9, 2.1 또는 2.6㎛의 파장에서 "컷 오프"되는 InGaAs의 상이한 배치가 제공될 수 있다. InAs는 3.4㎛의 파장에서 컷 오프된다. 다른 적절한 재료는 InAsSb를 포함하고, 이는 5㎛ 또는 잠재적으로 최대 8㎛로 컷 오프된다. MCT(텔루르화 수은 카드뮴, mercury cadmium telluride)는 최대 14㎛ 이상의 파장에서 컷 오프되도록 만들어질 수 있다.

분리된 신호(622, 624, 626)는 입사 방사에 응답하여 방사 수신 층(612, 614, 616)의 각각으로부터 제공된다. 제어 유닛(200)은 방사 수신 층(612, 614, 616)으로부터 출력된 신호(622, 624, 626)을 결합함으로써 파장 의존 열 이미지를 도출하도록(그리고 전형적으로 나타내는 데이터를 출력 및/또는 메모리(210)에 저장하도록) 더 구성된다. 이러한 방식으로, 파장 의존 열 이미지는 예를 들어 전통적인 다중 스펙트럼 카메라를 사용하는 것보다 더 비용 효율적으로 결정될 수 있다.

본 발명의 실시예는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 실현될 수 있음을 이해할 것이다. 그러한 임의의 소프트웨어는 예를 들어, 소거 가능 또는 재기록 가능 여부와 상관없이 ROM과 같은 저장 장치와 같은 휘발성 또는 비-휘발성 저장 장치의 형태로 또는 예를 들어, RAM, 메모리 칩, 장치 또는 집적 회로와 같은 메모리의 형태로 또는 예를 들어, CD, DVD, 자기 디스크 또는 자기 테이프와 같은 광학적으로 또는 자기적으로 판독 가능한 매체 상에 저장될 수 있다. 저장 장치 및 저장 매체는 실행될 때 본 발명의 실시예를 구현하는 하나의 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적합한 기계 판독 가능 저장 장치의 실시예인 것으로 이해될 것이다. 따라서, 실시예는 임의의 청구항에 청구된 시스템 또는 방법을 구현하기 위한 코드를 포함하는 프로그램 및 그러한 프로그램을 저장하는 기계 판독 가능 저장 장치를 제공한다. 또한, 본 발명의 실시예는 유선 또는 무선 접속을 통해 전달되는 통신 신호와 같은 임의의 매체를 통해 전자적으로 전달될 수 있으며, 실시예는 이를 적절하게 포함한다.

(첨부된 청구 범위, 요약 및 도면을 포함하는) 본 명세서에 개시된 모든 특징 및/또는 그렇게 개시된 임의의 방법 또는 프로세스의 모든 단계는 임의의 조합으로 조합될 수 있지만, 그러한 특징 중 적어도 일부 및/또는 단계들은 상호 배타적이다.

(첨부된 청구 범위, 요약 및 도면을 포함하는) 본 명세서에 개시된 각 특징은 다르게 명시되지 않는 한, 동일하거나 동등하거나 유사한 목적을 수행하는 대체 특징으로 대체될 수 있다. 따라서, 다르게 명시되지 않는 한, 개시된 각각의 특징은 동등하거나 유사한 특징의 일반적인 시리즈의 일 예시일 뿐이다.

본 발명은 전술한 실시예들의 세부 사항에 제한되지 않는다. 본 발명은 본 명세서(첨부된 청구 범위, 요약 및 도면을 포함하는)에 개시된 특징의 임의의 신규한 것 또는 임의의 신규한 조합, 또는 이와 같이 개시된 임의의 방법 또는 프로세스의 단계의 임의의 신규한 것 또는 임의의 신규한 조합으로 확장된다. 청구 범위는 단지 전술한 실시예를 포함하는 것으로 해석되어서는 안되며, 청구 범위의 범주 내에 있는 임의의 실시예도 포함하는 것으로 해석되어서는 안된다.

Claims

열 이미징 장치에 있어서,
방사를 수신하고, 대응하는 검출기 신호를 출력하는 검출기; 및
상기 검출기에 관련하여 배치된 조종가능한 미러 장치
를 포함하고,
상기 미러 장치는,
복수의 위치에 걸쳐 입사동을 스캔하도록 조종가능하여, 상기 검출기가 상기 입사동의 상기 위치에 대응하는 물체의 각 부분의 온도를 나타내는 각각의 검출기 신호를 출력하도록 하고,
상기 열 이미징 장치는,
상기 복수의 입사동 위치의 모든 입사동 위치에 대해 실질적으로 일정한 에텐듀를 제공하도록 구성되는
열 이미징 장치.
제1항에 있어서,
상기 입사동의 상기 복수의 위치에 대응하는 상기 물체의 각 부분의 온도를 각각 나타내는 일련의 검출기 신호를 출력하기 위해 상기 검출기를 제어하도록 구성되는 제어 유닛
을 포함하는 열 이미징 장치.
제2항에 있어서,
제어 유닛은,
상기 복수의 위치들 사이에서 상기 입사동의 위치를 스캔하기 위해 상기 미러 장치를 조종하도록 구성되는
열 이미징 장치.
제1항에 있어서,
조종 신호에 응답하여 상기 미러 장치를 조종하도록 구성되는 조종 장치;
상기 조종 신호 및 검출기 제어 신호를 출력하도록 구성되어, 상기 검출기가 제1 위치에서 상기 입사동을 구비한 상기 물체의 온도를 나타내는 제1 검출기 신호 및 제2 위치에서 상기 입사동을 구비한 상기 물체의 온도를 나타내는 제2 검출기 신호를 출력하도록 하는 제어 유닛
을 포함하는 열 이미징 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물체로부터 입사 방사를 수집하고, 상기 방사의 일부를 상기 조종가능한 미러 장치에 지향시키도록 구성된 대물 렌즈
를 포함하고,
상기 대물 렌즈는,
렌즈를 포함하고,
상기 미러 장치는,
상기 렌즈 상에 상기 입사동의 위치를 제어하도록 조종가능한
열 이미징 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출기는,
단일-픽셀 검출기인
열 이미징 장치.
제6항에 있어서,
상기 검출기는,
포토다이오드인
열 이미징 장치.
제7항에 있어서,
상기 검출기는,
애벌란시 포토다이오드인
열 이미징 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미러 장치는,
미세 전자 기계 미러인
열 이미징 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물체로부터 입사 방사를 수집하고, 상기 방사의 일부를 상기 조종가능한 미러 장치 상으로 지향시키도록 구성된 대물 렌즈
를 포함하고,
상기 열 이미징 장치는,
상기 복수의 입사동 위치의 각각에 대해, 상기 미러 장치에 의해 수신되고 상기 검출기 상에 반사될 수 있는 방사의 이론적 최대 콘이 상기 대물 렌즈에 의해 제공될 수 있는 수집되는 방사의 이론적 최대 콘 내에 있도록 구성되는
열 이미징 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물체로부터 입사 방사를 수집하고, 상기 방사의 일부를 상기 조종가능한 미러 장치 상으로 지향시키도록 구성된 대물 렌즈; 및
시야 조리개
를 더 포함하고,
상기 열 이미징 장치는,
상기 시야 조리개로부터의 상기 대물 렌즈의 입체각이 상기 시야 조리개로부터의 상기 미러 장치의 입체각보다 더 크도록 구성되는
열 이미징 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물체로부터 입사 방사를 수집하고, 상기 방사의 일부를 상기 조종가능한 미러 장치 상으로 지향시키도록 구성된 대물 렌즈; 및
시야 조리개
를 포함하고,
상기 복수의 입사동 위치의 각각에 대해, 상기 시야 조리개로부터의 상기 미러 장치의 입체각 또는 상기 시야 조리개로부터 상기 대물 렌즈의 사출 개구로의 상기 미러 장치의 입체각의 투영은,
상기 대물 렌즈의 내에 있는
열 이미징 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물체로부터 입사 방사를 수집하고, 상기 방사의 일부를 상기 조종가능한 미러 장치 상으로 지향시키도록 구성된 대물 렌즈
를 포함하고,
상기 열 이미징 장치는,
상기 대물 렌즈에 의해 제공될 수 있는 상기 수집된 방사의 이론적 최대 콘의 반각이 상기 미러 장치에 의해 수신되고 상기 검출기 상에 반사될 수 있는 상기 방사의 이론적 최대 콘의 반각보다 더 크도록 구성되는
열 이미징 장치.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출기 신호에 의해 이미징되는 물체의 하나 이상의 부분의 온도를 정량적으로 측정하도록 구성되는
열 이미징 장치.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미러 장치;
상기 검출기; 및
상기 물체로부터 입사 방사를 수집하고, 상기 방사의 일부를 상기 조종가능한 미러 장치 상으로 지향시키도록 구성된 대물 렌즈
를 포함하는 광학 시스템
을 갖고,
상기 열 이미징 장치는,
상기 복수의 모든 입사동 위치에 대해 상기 광학 시스템의 실질적으로 일정한 에텐듀를 제공하도록 구성되는
열 이미징 장치.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미러 장치는,
축 또는 2개의 직교 축을 중심으로 상기 미러 장치를 기울임으로써 조종되도록 구성되는
열 이미징 장치.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미러 장치를 연속으로 조종하여, 상기 복수의 입사동 위치의 입사동 위치들 사이에서 상기 입사동을 연속으로 스캔하는
열 이미징 장치.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출기는,
수신된 방사에 응답하여 생성된 신호에 내부 이득을 제공하는
열 이미징 장치.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
검출기 신호를 처리하도록 구성된 트랜스임피던스 증폭기
를 포함하는 열 이미징 장치.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
2㎛ 보다 작은 파장을 갖는 방사를 검출하여, 상기 물체의 하나 이상의 부분의 온도를 나타내는 신호를 생성하도록 구성되는
열 이미징 장치.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출기는,
복수의 방사 수신 층
을 포함하고,
상기 복수의 방사 수신 층의 각각은,
상기 복수의 방사 수신 층 중 다른 방사 수신 층과는 상이한 파장의 입사 방사, 또는 상이한 파장 범위 내의 파장의 입사 방사를 수신하고, 상기 입사 방사에 응답하여 신호를 생성하도록 구성되는
열 이미징 장치.
제21항에 있어서,
상기 방사 수신 층은,
방사의 공통 빔으로부터 상기 방사 수신 층이 응답하는 상기 각 상이한 파장의 방사를 각각 수신하도록 구성되는
열 이미징 장치.
제21항 또는 제22항에 있어서,
상기 방사 수신 층의 각각으로부터의 신호를 결합하여, 상기 신호로부터 파장 의존 열 이미지를 제공하도록 구성되는
열 이미징 장치.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미러 장치에 의해 제공된 방사의 반사각을 확대하도록 구성된 하나 이상의 광학 요소
를 포함하는 열 이미징 장치.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열 이미징 장치는,
상기 복수의 위치에 걸쳐 상기 입사동을 스캔하기 위해 조종가능한 범위의 적어도 50% 이상 상기 미러 장치를 조종하도록 구성되는
열 이미징 장치.
제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입사동의 상기 복수의 위치는,
함께, 상기 열 이미징 장치에 적어도 10°의 수평 시야각 및/또는 적어도 10°의 수직 시야각을 제공하는
열 이미징 장치.
열 이미지 데이터를 결정하는 방법에 있어서,
광학 시스템의 일부를 형성하는 미러 장치를 조종하는 단계 - 상기 미러 장치는 검출기와 관련하여 구성되어, 복수의 위치에 걸쳐 상기 광학 시스템의 입사동을 스캔하고, 상기 미러 장치의 위치는 상기 광학 시스템의 입사동의 위치를 제어함 -; 및
상기 검출기에서 방사를 수신하고, 상기 입사동의 위치에 대응하는 물체의 각 부분의 온도를 나타내는, 상기 방사에 따른 검출기 신호를 출력하는 단계
를 포함하고,
상기 광학 시스템은,
상기 복수의 입사동 위치의 모든 입사동 위치에 대해 실질적으로 일정한 에텐듀가 제공되는
방법.
제27항에 있어서,
상기 광학 시스템의 제1 입사동 위치로 상기 검출기를 조종하는 단계; 및
상기 물체의 제1 부분의 온도를 나타내는 제1 검출기 신호를 출력하도록 상기 검출기를 제어하는 단계
를 포함하는 방법.
제28항에 있어서,
상기 광학 시스템의 제2 입사동 위치로 상기 검출기를 조종하는 단계; 및
상기 물체의 제2 부분의 온도를 나타내는 제2 검출기 신호를 출력하도록 상기 검출기를 제어하는 단계
를 포함하는 방법.
제27항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 위치에 걸쳐 상기 입사동을 스캔하기 위해 상기 조종가능한 범위의 적어도 50% 이상 상기 미러 장치를 조종하는 단계
를 포함하는 방법.
제27항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입사동의 상기 복수의 위치는,
함께, 적어도 10°의 수평 시야각 및/또는 적어도 10°의 수직 시야각을 제공하는
방법.
제27항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 위치의 각각에서, 상기 입사동의 위치에 대응하는 상기 물체의 부분의 온도를 나타내는 검출기 신호를 상기 검출기로부터 수신하는 단계
를 포함하는 방법.
제27항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
물체로부터 입사 방사를 수집하고, 상기 방사의 일부를 조종가능한 미러 장치 상으로 지향시키는 대물 렌즈
를 더 포함하고,
상기 복수의 입사동 위치의 각각에 대해, 상기 미러 장치에 의해 수신되고 상기 검출기 상에 반사될 수 있는 방사의 이론적 최대 콘은,
상기 대물 렌즈에 의해 제공될 수 있는 수집된 방사의 이론적 최대 콘 내에 있는
방법.
제27항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
대물 렌즈가 물체로부터 입사 방사를 수집하고, 상기 방사의 일부를 조종가능한 미러 장치 상으로 지향시키는 단계; 및
상기 조종가능한 미러 장치를 조종하여, 상기 복수의 위치에 걸쳐 상기 입사동을 스캔하여, 시야 조리개로부터의 상기 미러 장치의 입체각 또는 상기 시야 조리개로부터 상기 대물렌즈의 출구로의 상기 미러 장치의 입체각의 투영이 상기 복수의 입사동 위치의 각각에 대한 상기 대물 렌즈의 사출 개구 내에 있도록 하는 단계
를 더 포함하는 방법.
제27항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
축 또는 2개의 직교 축을 중심으로 상기 미러 장치를 기울임으로써 상기 미러 장치를 조종하는 단계
를 포함하는 방법.
제27항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미러 장치를 연속으로 조종하여, 상기 복수의 입사동 위치들 사이에서 상기 입사동을 연속으로 스캔하는 단계
를 포함하는 방법.
제27항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출기는,
복수의 방사 수신 층
을 포함하고,
상기 방법은,
상기 방사 수신 층의 각각이, 상기 복수의 방사 수신 층 중 다른 방사 수신 층과는 상이한 파장의 입사 방사, 또는 상이한 파장 범위의 파장의 입사 방사를 수신하고, 상기 입사 방사에 응답하여 신호를 생성하는 단계
을 포함하는 방법.
제37항에 있어서,
상기 복수의 방사 수신 층의 모두가 각각 상이한 파장의 방사 또는 방사의 공통 빔과 다른 범위의 파장의 방사를 수신하는 단계
를 포함하는 방법.
제37항 또는 제38항에 있어서,
상기 물체의 적어도 일부의 파장 의존 이미지를 제공하기 위해 상기 복수의 방사 수신 층으로부터의 신호를 결합하는 단계
를 더 포함하는 방법.
컴퓨터에 의해 실행될 때, 제27항 내지 제39항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 컴퓨터 소프트웨어.
제40항에 있어서,
컴퓨터 판독가능한 매체에 저장되는
컴퓨터 소트프웨어.
첨부 도면을 참조하여 본원에 실질적으로 설명되는 장비 또는 방법.