JPH01152330A

JPH01152330A - 熱イメージング装置

Info

Publication number: JPH01152330A
Application number: JP63201783A
Authority: JP
Inventors: Daniel I Mansfield; ダニエル・イーアン・マンスフィールド
Original assignee: Rank Taylor Hobson Ltd
Current assignee: Rank Taylor Hobson Ltd
Priority date: 1987-08-26
Filing date: 1988-08-11
Publication date: 1989-06-14
Also published as: DE3854104T2; EP0305132A3; GB8720104D0; EP0305132B1; DE3854104D1; US4940895A; EP0305132A2; GB2209107A

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】この発明はイメージング装置に関するものであり、特に
、熱イメージヤに関連する。

従来の熱イメージヤは、熱検出器の配列を横切って視界
の熱画像を走査する光学走査システムを含み、その熱検
出器の出力信号は電子工学的処理がなされ、陰極線管の
ようなデイスプレィ装置に付与されて、光学システムの
視界の画像を再生する。典型的には、検出器の配列は、
たとえば８個のような、少数の検出器を含み、それらは
そのシーンにおける（およびその画像における）縦方向
に対応して１行に配置され、さらに、それを横切って熱
画像は水平方向に対応する方向に走査される。したがっ
て８個の検出器は、１フイールドにおける８個の連続す
るラインに対応して８個のビデオ信号を同時に生じる。

光学走査システムは水平走査に加えて垂直走査を実施す
るように配置され、そのため、成る期間にわたって画像
における異なる水平方向に延在する帯域が、完全なフィ
ールドを作るように検出器を横切って走査される。

種々の形態の検出配列が公知である。成る公知の検出器
配列は水平方向に延びるテルル化力ドミラム水銀（ｃａ
ｄｍｉｕｍ−ｍｅｒｃｕｒｙ−ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ）の
ストリップを含む。各ストリップを横切ってバイアス界
が付与され、そのため、走査される画像において画素セ
ルにより生じられるキャリアは、その画像の水平走査と
同期してストリップに沿って移動する。これにより良好
なＳＮ比が提供される。そのような検出器配列は、「ス
プライト」検出器として公知である。

スプライト検出器を含む熱検出器配列に関して生じる問
題は、配列における異なる検出器素子は異なる反応特性
を有し、その異なる反応特性がデイスプレィ上に暗い線
および／または明るい線のパターンを生じる傾向にある
、ということである。

検出器からの信号が通過し、かつ異なる素子の反応特性
の差を補償するように動作する信号処理回路を設けるこ
とによりこの「リニネス（ｔｉｎｔｎｅｓｓＪ）が減じ
られることがわかっている。

そのような補償回路に関する問題は、それら回路が雑音
を生じて、それによりデイスプレィされる画像における
ＳＮ比を減じる、ということである。

この発明の一局面は上記問題を減じること、または除去
することに関連する。好ましい実施例においては、この
発明は、エネルギが検出器配列へと通過し、かつ予め定
められた波長のエネルギを減じるように、または除去す
るように操作可能な光学フィルタ手段を含む熱イメージ
ング装置を提供する。特にスプライト検出器に適用でき
る、成る好ましい実施例においては、予め定められた波
長よりも大きい波長を有するエネルギが減じられるか、
あるいは除去される。特にまたスプライト検出器に適用
できるさらなる好ましい実施例においては、予め定めら
れた波長帯域の外にあるエネルギは、フィルタにより除
去されるか、または減じられる。こうして光学フィルタ
を使用することにより、雑音をたてる電子回路を必要と
せずに上記のリニネス問題を実質的に減じるか、あるい
は除去し、検出器素子の反応特性の差を補償し得ること
がわかっている。

代替の局面においては、この発明は、光路に選択的に挿
入され得る異なる透過率を有することが好ましい複数個
の異なるフィルタを有する熱イメージング装置を提供す
る。必要に応じて光路に異なるフィルタを持ち込むよう
に可動である１個のタレットに、異なるフィルタがすべ
て装設され得る。そのようなフィルタは、この発明の最
初に言及された局面に関連して説明されたように、リニ
ネスを減じるか、または除去するためのものであり得る
。

この発明は添付の図面に関連して具体例としてさらに説
明される。

第１図および第２図を参照すると、熱イメージヤは、ブ
ロックとして示されている従来の光学走査システム２を
含み、それは視界の熱画像を生ｑて、スプライト検出器
４を横切って水平方向および垂直方向に画像を走査する
よう動作する。これは、各々がテルル化カドミウム水銀
の１個のストリップを含む８個の検出器素子４ａないし
４ｈ（第２図）を含み、このストリップは水平走査方向
に延びて、そこに生じられるキャリアが画像の水平走査
運動と同期して周知の態様でそのストリップに沿ってド
リフトするようにバイアスされる。

８個の検出素子４ａないし４ｈからの信号は、バッファ
増幅器８ａないし８ｈおよびアナログディジタル変換器
Ａ／Ｄ　　９ａないし９ｈそれぞれを介して、ディジタ
ル信号処理回路６に供給される。

したがって、処理回路６は１フイールドにおける８本の
連続するラインを表わす８個のディジタル画像信号を同
時に受信する。信号処理回路６は、従来の態様で画像信
号を処理して、生じられる画像の質を改良し、さらに、
ディジタルアナログ変換器Ｄ／Ａ　　１１を介してデイ
スプレィＣＲＴ１０にビデオ信号を供給して視界の画像
を再生する。

画像の水平および垂直走査を実施するための回転および
／または振動ミラー（示されていない）を有し得る光学
走査システム２からのエネルギは、静止リング１２と、
約７．５または８ミクロンより低い波長は阻止するが約
７．５または８ミクロンより高い波長を通す高域または
カットオンフィルタ１４と、結像レンズ１６と、回転可
能タレット２０上に装設される複数個のさらなるフィル
タ１８のうちの選択された１個と、平坦なミラー２２と
を通って検出器４に供給される。従来のように、検出器
４は冷却されたハウジング（示されていない）内に保有
されるが、このハウジングの正面には公知の形の冷えた
シールド２４が位置決めされ、凹面状の反射内部表面が
検出器４に而している。冷却されたハウジング（示され
ていない）と冷えたシールド２４は装置の他の部分によ
り輻射される熱の影響から検出器４を隔離する。タレッ
ト２０は電気モータ２８により駆動され、その結果、フ
ィルタ１８の選択されたいずれか１個が光路に位置決め
され得る。

検出器素子の配列を製造する際に細心の注意が払われた
としても、異なる素子の感応性の差が生じるのは避は難
い。第３図のグラフ３０，３２および３４は、既に言及
されたテルル化カドミウム水銀から作られる素子の配列
における、素子４ａ。

４ｂおよび４ｃのような３個の検出器素子のそのような
差の典型的な具体例を示している。第３図では、曲線３
０は、１０．２５ミクロンで起こるその主ピーク３０ａ
が１．０の感応性を有するように正規化される。また１
０．２５ミクロンで起こる曲線３２および３４の主ピー
ク３２ａおよび３４ａは、第３図ではそれぞれ１．２お
よび１゜５の感応性を有するように示されている。しか
しながら、所与の要素の感応性が所与の波長の他の要素
の感応性より大きくなり得るとしても、その状況は他の
波長では逆にされ得る。したがって、第３図では、曲線
３０は約１１．５ミクロンの波長で曲線３２と交差する
ように示されており、そのため、この波長を越えると、
曲線３０の部分３０ｂは曲線３２の部分３２ｂより大き
い感応性を有する。また、第３図は、曲線３０が１３ミ
ク・ロンをわずかに越えたところで曲線３４とインター
セプトすることを示している。

第３図はまた、波長が約９ミクロンより減ると、曲線３
０．３２および３４は互いに近接し、したがって、３個
の検出器の感応性が、約９または１０ミクロンの波長に
あるよりも互いにより近接することを示している。

異なる検出器素子の異なる感応性の結果、特別なステッ
プが採用されない限り、ＣＲＴＩＯに再生される画像に
明るい線および／または暗い線が現われるであろう。さ
らに、第３図に示されるように、異なる検出器素子間の
感応性の差は放射の波長が変わるにつれて変化するので
、それら線のロケーションおよび相対的な明るさは、走
査手段２により走査されているシーンが変化するにつれ
て変わる。先行技術では、電子回路が設けられて、それ
がすべての検出器の出力を連続的に調査して、個別の検
出器それぞれから得られる個別の信号の各々に修正を加
え、そうして、感応性の差を補償し、それにより画像の
リニネスを減じるようにしている。そのような回路は雑
音を導入し、それゆえ完全に満足のいくものではない。

この発明の好ましい実施例においては、予め定められた
波長より高い波長をフィルタで除去することによりリニ
ネスはかなり減じられるか、または除去され、装置を組
立てるときにそれぞれのチャネルにバッファ増幅器８ａ
ないし８ｈの相対的な利得をおおよそ予め設定すること
により、残りの波長の感応性の差は補償される。具体例
として、たとえば約１１ないし１１．５ミクロンより高
い波長を分断するために、フィルタが含まれ得る。

増幅器８ａないし８ｈの利得が適当に予め調整されて装
置が組立てられれば、上述の先行技術の回路の型を必要
としなくとも、リニネスは実質的に除去される。さらに
、意外なことに、１１ないし１１．５ミクロンより高い
波長がフィルタで除去される場合には、そのような波長
が検出器に達することを許容されるときに得られる出力
信号と比べると、所与の入力エネルギの出力信号の大き
さは増加することがわかっている。したがって、この発
明はリニネスを減じるばかりでなく、感度または感応性
を驚くほど改善しもする。

好ましい実施例では、１１ないし１１．５ミクロンより
高い波長を分断し、さらに約７．５ミクロンより低い波
長を分断するために、光学フィルタが含まれる。さらに
、異なる透過率を有する異なるフィルタが設けられて、
熱イメージヤの感度が変えられ得るようにする。

第１図の実施例では、４個のフィルタ１８がある（図面
では２個しえ見えないが）。フィルタの各々はおよそ１
１．５ミクロンより高い波長を分断し、各々は他と異な
る透過率を有する。４個のフィルタ１８のうち異なるも
のが選択される場合の、第１図の装置の透過率特性が第
４図のグラフに示されているが、ここでは曲線４０は１
００％の透過率を有するフィルタ１８の選択を例示し、
曲線４２は３０％の透過率を有するフィルタ１８の選択
を例示し、曲線４４は１６％の透過率を有するフィルタ
１８の選択を例示し、さらに曲線４６は１０％の透過率
を有するフィルタ１８の選択を例示している。

伝導される波長帯域において異なる割合のエネルギを伝
導するよう各々動作可能な、成る数の異なるフィルタ１
８を設けることにより、視界における異なる温度範囲を
調和させるために、熱イメージヤの感度はフィルタ１８
を取替えるだけで容易に変えることができる。したがっ
て、たとえば、視界が特に高温であれば、１０９６フイ
ルタ１８が使用され、視界が中間の温度範囲にあれば、
１６９６または３０％フィルタが使用され、さらに視界
が比較的低温であれば、１００％フィルタが使用される
であろう。

熱フィルタまたは赤外線フィルタを製造する方法は公知
であり、詳細に説明する必要はない。そのようなフィル
タは、たとえば、ゲルマニウムサブストレートに形成さ
れる薄膜を含む。たとえば、約１１ないし１１．５ミク
ロンより高い波長を分断するフィルタを作るために、ゲ
ルマニウムおよび硫化亜鉛の薄膜多分子層が公知の態様
でゲルマニウムサブストレートの一方の表面に形成され
得る。適当なフィルタ１８を作るために、ゲルマニウム
サブストレートの反対表面がそこに、伝導されるエネル
ギを所要のパーセンテージだけ減じる、適当な薄膜多分
子層フィルタを形成していてもよい。

第１図に示されるように、検出器４に面するフィルタ１
８の表面１８ａは凹面状である。これら表面の曲率中心
は検出器に近接して位置決めされ、周知の態様で「コー
ルドシールディング」効果をもたらす。同様に、検出器
４に面しているレンズ１６の表面１６ａは凹面状であり
、フィルタ１４の表面１４ａは同じ目的で湾曲している
が、フィルタ１４はレンズ１６に関して検出器４とは反
対側にあるので、その表面１４ａは凹面状ではなくて凸
面状である。

第１図ないし第４図に関連して説明された配置に関し、
次のことがわかる。すなわち、検出器素子４ａないし４
ｈの異なる反応特性による画像のリニネスは、信号処理
回路６においてこのために雑音をたてる補償回路を含ま
なくても、実質的に除去され、さらに、信号処理回路に
おいてこの補償が達成される装置と比べると、デイスプ
レィされる画像における改善されたＳＮ比が生じられる
。

この発明の範囲内で種々の修正が可能である。

たとえば、第４図に示されるフィルタ特性は好ましいが
、この発明の範囲内であればこれらから逸脱することが
可能である。たとえば、約１１ないし１１．５ミクロン
より高い周波数の完全な分断は好ましいが不可欠ではな
く、その理由は、これより大きい波長を完全に分断する
よりも、そのような波長を有するエネルギを減じること
により、リニネスは減じられ得るからである。さらに、
分断点は変えることができるが、分断が行なわれる波長
を増加させるとリニネスを除去する際にフィルタの有効
性が減じられ、それに反して、分断点の波長を著しく減
じると、このシステムの感度に不利な影響を及ぼし得る
。それゆえ、分断点が１１ミクロンと１２ミクロンの間
にある値であることが好ましい。選択されるフィルタは
特定の検出器素子の特性に依存し、したがって、高域フ
ィルタか、低域フィルタか、帯域フィルタのいずれかと
なり得る。

図面に関連して説明されてきたこの発明の実施例におい
ては、バッファ増幅器は、この装置を組立てる場合に異
なるレベルに予め設定される、手動で予め調整できる利
得を有し、それぞれの検出器素子の異なる特性を補償す
るけれども、そのような修正は別な方法で適用され得る
。たとえば、予め設定される利得は、バッファ増幅器内
ではなくてディジタル処理回路内で、異なる検出器から
得られる信号に適用され得る。示された実施例ではディ
ジタル処理回路が含まれているけれども、その代わりに
すべての回路がアナログ式であることがあり得るであろ
う。

この発明は、画像が検出器配列を横切って走査される熱
イメージヤにおいて例示されてきたけれども、この発明
はまた、いわゆる「スターリング」配列を利用するシス
テムのような、静止した画像が作られるシステムにも適
用され得る。

第１図に示される実施例においては、光学走査システム
と検出器配列との間に種々のフィルタが位置決めされて
いるけれども、この発明の範囲内にあれば、１個または
複数個のフィルタを光学システムの正面に位置決めする
ことが可能である。

たとえば、光学システムがテレスコープを含む場合には
、成る値より高いか、または成る帯域幅を外れた波長を
分断するか、または減じるフィルタのような、適当なフ
ィルタがテレスコープの前に位置決めされ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１の実施例の一部を表わす図で
ある。第２図は、第１図の実施例に含まれる電子回路を示すブ
ロック図である。第３図は、成る数の熱検出器素子の、波長に対するスペ
クトル感応性を示すグラフである。第４図は、第１図の実施例に含まれる４個の異なる光学
フィルタの好ましい特性を例示している。図において、２は光学走査システム、４は検出器、１２
は静止リング、１４はフィルタ、１６は結像レンズ、１
８はフィルタ、２２はミラー、２４はシールド、２８は
モータである。特許出願人　ランク・ティラー・ホブソン・リミテッド

Claims

【特許請求の範囲】

（１）熱検出器の配列と、熱エネルギを前記検出器に向
けるための光学システムと、選択された波長を有するエ
ネルギが前記検出器配列を通過することを防止するため
の手段と、それぞれの異なる検出器から得られる信号に
異なる予め設定される調整を適用して、前記検出器の異
なる反応特性を少なくとも部分的に補償するよう動作可
能な電子手段とを含む、熱イメージング装置。
（２）前記防止手段が予め定められた波長より高い波長
が前記検出器を通過することを防止するのに有効である
、請求項１に記載の装置。
（３）前記予め定められた波長が１１から１２ミクロン
の範囲にある、請求項２に記載の装置。
（４）前記予め定められた波長がおよそ１１ないし１１
．５ミクロンである、請求項３に記載の装置。
（５）前記防止手段が、さらなる予め定められた波長よ
り低い波長が前記検出器配列を通過することを防止する
のにさらに有効である、請求項２または請求項３に記載
の装置。
（６）前記さらなる予め定められた波長が７から９ミク
ロンの範囲にある、請求項５に記載の装置。
（７）前記さらなる予め定められた波長が実質的に７．
５ないし８ミクロンである、請求項６に記載の装置。
（８）前記防止手段が光学フィルタ手段を含む、請求項
１ないし請求項７のいずれかに記載の装置。
（９）前記フィルタ手段が異なる透過率を有する複数個
のフィルタを含み、前記異なるフィルタを交換するため
の手段を含む、請求項８に記載の装置。
（１０）前記第１のフィルタを選択した場合、予め定め
られた波長帯域にある実質的に１００％のエネルギが伝
導され、第２の前記フィルタが選択された場合には、実
質的にわずか３０％の前記エネルギが前記帯域で伝導さ
れ、第３の前記フィルタが選択された場合には、前記帯
域にある実質的にわずか１６％の前記エネルギが伝導さ
れ、さらに、第４の前記フィルタが選択された場合には
、前記帯域にある実質的にわずか１０％の前記エネルギ
が伝導されるように配置される、請求項９に記載の装置
。
（１１）前記検出器素子が各々テルル化カドミウム水銀
を含む、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の
装置。
（１２）前記テルル化カドミウム水銀が、ストリップに
沿ってキャリアドリフトを引き起こすようにバイアスさ
れる該ストリップに配置され、前記光学システムが前記
検出器配列を横切って画像を走査するように操作可能な
走査手段を含み、前記走査された画像が前記充電キャリ
アドリフトと実質的に同期化されている、請求項１１に
記載の装置。
（１３）前記予め設定される調整が予め設定される利得
である、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の
装置。
（１４）熱イメージャの光学装置であって、検出器の配
列により検出され得る熱画像を形成する際に使用するた
めの光学システムと、およそ１１から１２ミクロンの範
囲ある予め定められた波長より高い波長にある前記熱画
像におけるエネルギを少なくとも減じるための手段とを
含む、装置。
（１５）前記予め定められた波長がおよそ１１から１１
．５ミクロンの範囲にある、請求項１４に記載の装置。
（１６）さらなる予め定められた波長より低い波長にあ
るエネルギを減じるための手段を含む、請求項１４また
は請求項１５に記載の装置。
（１７）前記さらなる予め定められた波長が７から９ミ
クロンの範囲にある、請求項１６に記載の装置。
（１８）前記さらなる予め定められた波長が実質的に７
．５から８ミクロンである、請求項１７に記載の装置。
（１９）前記手段が光学フィルタ手段を含む、請求項１
４ないし請求項１８のいずれかに記載の装置。
（２０）前記フィルタ手段が異なる透過率を有する複数
個のフィルタを含み、前記異なるフィルタを交換するた
めの手段を含む、請求項１９に記載の装置。
（２１）前記第１のフィルタが選択された場合は、予め
定められた波長帯域にある実質的に１００％のエネルギ
が伝導され、第２の前記フィルタが選択された場合は、
実質的にわずか３０％の前記エネルギが前記帯域で伝導
され、第３の前記フィルタが選択された場合には、前記
帯域にある実質的にわずか１６％の前記エネルギが伝導
され、さらに第４の前記フィルタが選択された場合には
、前記帯域にある実質的にわずか１０％の前記エネルギ
が伝導されるように配置される、請求項２０に記載の装
置。