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発明の名称 赤外線撮像装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−64697(P2007−64697A)
公開日 平成19年3月15日(2007.3.15)
出願番号 特願2005−248496(P2005−248496)
出願日 平成17年8月29日(2005.8.29)
代理人 【識別番号】100074099
【弁理士】
【氏名又は名称】大菅 義之
発明者 小池 正彦
要約 課題
視野外からの赤外線や装置の構成部材自体からの赤外線が検知素子に導かれるのを防止する。

解決手段
視野内からの光を入射し、光軸11に沿って透光部17が形成された1次鏡12と、該1次鏡12と対向して配置され、該1次鏡12で反射した光を入射して透光部17に向けて出射する2次鏡13と、透光部17と略同心状に配置されて該透光部17を通過した光を検知する検知器18とを備えている。また、1次鏡12と2次鏡13とを所定間隔で連結する支持部材16と、該支持部材16に配設した反射板22とを備えている。
特許請求の範囲
【請求項1】
視野内からの光を入射し、光軸に沿って透光部が形成された第1の反射光学系と、該第1の反射光学系と対向して配置され、該第1の反射光学系で反射した光を入射して前記透光部に向けて出射する第2の反射光学系と、前記透光部と略同心状に配置されて該透光部を通過した光を検知する検知器と、を備えた赤外線撮像装置であって、
前記第1の反射光学系と前記第2の反射光学系とを所定間隔で連結する支持部材と、
該支持部材に配設した第3の反射光学系と、を備えている、
ことを特徴とする赤外線撮像装置。
【請求項2】
前記第3の反射光学系は、光を反射する反射板である、
ことを特徴とする請求項1に記載の赤外線撮像装置。
【請求項3】
前記反射板を、該反射板から前記第1の反射光学系に向けて出射した光が、該第1の反射光学系で反射し、該第1の反射光学系で反射した光が前記第2の反射光学系で反射して、前記検知器の所定範囲に向けて出射可能な角度に設定した、
ことを特徴とする請求項2に記載の赤外線撮像装置。
【請求項4】
前記第3の反射光学系は、前記支持部材に形成され、光の反射面と該反射面に対し所定角度で対面する非反射面とを有する多数の凹凸の溝である、
ことを特徴とする請求項1に記載の赤外線撮像装置。
【請求項5】
前記反射面を、該反射面から前記第1の反射光学系に向けて出射した光が、該第1の反射光学系で反射し、該第1の反射光学系で反射した光が前記第2の反射光学系で反射して、前記検知器の所定範囲に向けて出射可能な角度に形成し、
前記非反射面を、前記反射面に対し鋭角をなすように対面形成した、
ことを特徴とする請求項4に記載の赤外線撮像装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱を帯びた目標対象物から出射される赤外線を検知することにより該目標対象物を観測可能な赤外線撮像装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、人や動物或いは戦車等から発せられる赤外領域の光線(以下、「赤外線」という)を検知して、その位置や大きさ等を観測可能な赤外線撮像装置として、例えば図7に示すような装置が公知である。この赤外線撮像装置により、目標対象物から発せられる赤外線を検知しようとすると、支持部材116自身からの熱放射107により、その不要光線108が1次鏡112及び2次鏡113で反射されて検知器118の検知素子119に入り込み、これが雑音となって検知信号のS/N(signal/noise)比が低下し、観測結果に悪影響を及ぼす。このため、上記雑音信号を低減するべく、支持部材116の幅を極力細くすることで、該支持部材116自身からの熱放射量を低減するようにしていた。
【0003】
また、図8に示すように、本来の目標対象物からの赤外線ではない雑音の赤外線が、装置側方に存在する物体から発せられる不要光線109が、1次鏡112と支持部材116、及び2次鏡113で反射されて検知器118の検知素子119に入り込み、これがノイズとなって観測結果に悪影響を及ぼすおそれもある。これに対し、支持部材116の表面の反射率を下げ、側方からの熱放射を反射させる割合を低減する方法が採られてきた。
【0004】
一方、この種の赤外線撮像装置として、例えば、光軸に沿って透光部を有する主反射鏡と、光軸上に、主反射鏡と対向して配置される副反射鏡とを備え、これら主反射鏡及び副反射鏡を鏡筒の内部に収容し、この鏡筒に対して主反射鏡及び副反射鏡を所定の位置に支持する支持部材を具備した技術が公知である。この技術により、支持部材の光路中に位置する支柱部分の光照射面の幅を狭くして、光の遮断量を少なくしようとしている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
また、他の従来技術として、例えば、支持部材自身が発する熱によるノイズを防ぐために、支持部材にパイプを通じて冷媒を流し込み、循環させると共にこの冷媒の流量を調節するようにした技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
【特許文献1】特開平6−313846号公報
【特許文献2】特開平5−6419号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、図7及び図8に示した従来の技術において、支持部材116の幅を極力細くすることで、該支持部材116自身からの熱放射量を低減する手段では、支持部材116自体の強度不足が生じるので、必要幅以下には細くすることはできなかった。このため、支持部材116自身からの熱放射量の低減には限界があった。また、支持部材116の表面の反射率を下げる方法では、支持部材116自身からの熱放射が増加してしまう等の課題があった。
【0007】
また、特許文献1に記載された技術では、可視光線を対象としており、支柱部分の光照射面の幅を狭くして光線を遮る量を少なくできても、鏡筒や支持部材からの熱放射に関しては何ら考慮されていない。
【0008】
また、特許文献2に記載された技術では、支持部材にパイプを通じて冷媒を流し込むことで、支持部材自体を冷却することは有効な手段ではあるが、支持部材自身が大型化するおそれがある。このため、例えば携帯型の赤外線撮像装置には不向きである。
【0009】
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、視野外からの赤外線や、装置の構成部材自体からの赤外線が検知素子に導かれるのを防止した赤外線撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明によれば、第1の反射光学系と第2の反射光学系とを連結する支持部材に、第3の反射光学系を配設したので、支持部材自体が不要な赤外光の発生源とならず、これにより撮像性能の向上が図られる。すなわち、本発明では、支持部材に第3の反射光学系を配設し、この第3の反射光学系の反射率を高く設定しているので、放射率(1−反射率)が小さくなり、支持部材表面からの熱放射は無視できる程度に小さくなる。よって、視野外の無用な箇所からの不要な赤外光が、支持部材を介して検知素子に導かれるのが防止される。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、第1の反射光学系と第2の反射光学系とを連結する支持部材に、第3の反射光学系を配設したことで、視野外からの不要な赤外線や、支持部材自体からの赤外線が検知素子に入射するのを防止して、撮像性能の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明が適用される赤外線撮像装置の概要を示す図である。
同図において、この赤外線撮像装置10は、光軸11に沿って透光部17が形成された凹面鏡状の1次鏡(第1の反射光学系)12と、光軸11上に配置され1次鏡12と所定間隔を隔てて対向配置された凸面鏡状の2次鏡(第2の反射光学系)13と、を備えている。1次鏡12は、筒状の1次鏡保持金具14によって、その内周部に形成された溝14aに一体的に保持されている。また、2次鏡13は、筒状の2次鏡保持金具15によって、その内周部に形成された溝15aに一体的に保持されている。
【0013】
図2に示すように、1次鏡12と2次鏡13とは、3本のフレーム16−1、16−2、16−3を有する支持部材16によって所定間隔で連結されている。この支持部材16は、光軸11方向と略直交方向の幅が可及的に狭く形成されている。これは、目標対象物(通常の視野)からの正規光線を多量に取り込めるようにする一方、1次鏡12と2次鏡13がわずかな力で変位したりするのを防止するためである。なお、本実施の形態では、支持部材16は3本のフレーム16−1〜16−3で構成されるとして説明したが、これに限らず、フレーム数は正規光線の取込量や機械的強度等を考慮して適宜選択することができる。
【0014】
また、1次鏡12に対し、2次鏡13と反対側の光軸11上には、透光部17を通過した赤外線を検知する検知器18が設けられている。この検知器18には、例えばマトリクス状に多数の検知素子19が設置されている。この検知素子19の設置面29は、検知精度を高めるため、例えば−200℃に冷却されている。また、1次鏡12の凹面12aと2次鏡13の凸面13aとは、極めて高精度な鏡面に研磨されている。
【0015】
なお、1次鏡12と2次鏡13、及び支持部材16の材質は、特に限定されるものではないが、本実施の形態では熱膨張量等を均一に統一する等の理由から、例えばアルミニウム材が用いられている。
【0016】
以上において、図1に示すように、目標対象物(通常の視野)からの正規な赤外線は、検知素子19に検出されて、不図示の制御部にて、この検出信号を解読することで目標対象の位置や大きさ等を把握することができる。
【0017】
すなわち、目標対象物からの正規な赤外線20は、1次鏡12の凹面12aで反射した後、2次鏡13の凸面13aに入射して、ここで反射して検知器18の略中心の検知素子19に到達する。また、他の目標対象物からの正規な赤外線21は、1次鏡12の凹面12aで反射した後、2次鏡13の凸面13aに入射して、ここで反射して検知器18の中心から少し離れた周囲の検知素子19に到達する。この中心から少し離れた周囲の検知素子19も、冷却された範囲内に配置されている。このように、中心光軸11に対し所定角度で入射した赤外線は、1次鏡12及び2次鏡13で反射して検知器18の検知可能な範囲に到達するようになっている。従って、中心光軸11に対し、所定角度外れた位置(視野外)から入射した赤外線は、検知器18の検知可能な範囲を外れた位置に到達する。
【0018】
図3は、本実施の形態の赤外線撮像装置の概要を示す図である。
本実施の形態では、1次鏡12と2次鏡13とを連結する支持部材16に、光を反射する反射板(第3の反射光学系)22を設けたものである。そして、この反射板22の取付角度を次のような値に設定する。すなわち、検知器18から出射された光が、2次鏡13の凸面13aで反射し、ここで反射した光が1次鏡12の凹面12aに入射し、この凹面12aで反射して、反射板22に入射する。更に、この反射板22に入射した光が、再び同一の経路をたどり、検知器18に戻るような角度に反射板22を設定する。
【0019】
このように反射板22を設置する理由は、例えば支持部材16から放出される熱量は、反射熱と放射熱からなり、反射率+放射率=100%の関係を有している。このため、例えば支持部材16に取付けた反射板22の反射率を99.6%に鏡面加工したとすると、放射率は0.4%となり、この0.4%の放射熱が反射板22から放射されて検知器18に検知される。このように、反射板22の反射率を可及的に大きくすればするほど、反射板22から放出される熱量は小さくなる。これにより、反射板22から放射される熱の影響を少なくすることができる。よって、支持部材16の反射率を上げれば上げるほど、支持部材16から検知器18に向けて放出される熱量を抑制することができる。
【0020】
本実施の形態によれば、1次鏡12と2次鏡13とを連結する支持部材16に、反射板22を配設したことで、この反射板22による反射率が高いので、視野外からの不要な赤外線や、支持部材16自体からの赤外線が検知素子19に入射するのを防止することができる。
【0021】
図4は、検知器18から出射した光が反射板22で反射して、再び元の位置に戻る場合の光学系の原理についての説明図である。
同図において、無限遠に焦点を合わせ、撮像空間に、光軸に垂直に単レンズ23と反射板22を置いた場合、検知器18の略中心の検知素子Bから所定角度で出射した3本の光24,24,24は、夫々単レンズ23を通って反射板22で反射し、元の検知素子Bに到達する。また、検知器18の周辺の検知素子Cから所定角度で出射した3本の光25,25,25は、夫々単レンズ23を通って反射板22で反射し、この反射した各光25’,25’,25’は、検知器18の略中心に対して略対称位置の検知素子Aに到達する。逆に、検知素子Aから所定角度で出射した3本の光25’,25’,25’は、夫々単レンズ23を通って反射板22で反射し、検知器18の周辺の検知素子Cに到達する。
【0022】
すなわち、前述した図3に取付けた反射板22を、検知器18の検知素子A、B、Cから逆追跡した光線が、検知素子A、B、Cが設置されている所定の範囲内に到達するように角度設定すれば良い。これにより、反射板22からの僅かな放射熱(前記の例では、0.4%の放射熱)が反射板22から放射されて検知器18に検知される。このため、検知器18では、反射板22からの放射熱の影響をほとんど無視することができる。
【0023】
図5は、本実施の形態の赤外線撮像装置の概要を示す図である。
すなわち、本実施の形態では、図5に示すように、支持部材16の内側(光軸11に対面する側)に、光の反射面31と、該反射面31に対し所定角度で対面する非反射面32と、を有する階段状の多数の凹凸の溝(第3の反射光学系)30を形成している。この凹凸の溝30により、検知器18の略中央の検知素子19から所定角度で出射した光26,27,28は、夫々2次鏡13の凸面13aで反射し、ここで反射した光が1次鏡12の凹面12aに入射し、この凹面12aで反射して凹凸の溝30に至る。更に、この凹凸の溝30に入射した光は、該凹凸の溝30で反射して元の経路を通って検知器18の略中央の検知素子19に到達する。
【0024】
図6A,図6Bに示すように、前述した凹凸の溝30は、反射面31と非反射面32とを有している。そして、この反射面31は、検知器18から入射した光を反射して、該検知器18の検知素子19の存在する所定範囲内に出射するような角度に形成されている。また、この反射面31には高精度に鏡面加工が施されている。更に、非反射面32は、該非反射面32と反射面31との対向する面の角度θが鋭角をなすように形成されている。これにより、非反射面32には、本来の正規光線が入射しないようになっている。なお、この非反射面32の表面処理は、多重反射不要光の可能性を除くため、略黒体面に処理するのが好ましい。
【0025】
例えば、発明者の実験によれば、支持部材の表面処理を、黒色アルマイトとした場合は、放射率(輻射率)が50%程度であるが、鏡面化することで、放射率(輻射率)が20〜10%程度に減ることが確認されている。
【0026】
以上説明した本実施の形態によれば、1次鏡12と2次鏡13とを連結する支持部材16に、光の反射面31と該反射面31に対し所定角度で対面する非反射面32とを有する多数の凹凸の溝30を形成したことで、この凹凸の溝30による反射率が向上するので、視野外からの不要光や支持部材16自体からの赤外線を検知素子19に入射させないようにすることができる。
【0027】
(付記1)
視野内からの光を入射し、光軸に沿って透光部が形成された第1の反射光学系と、該第1の反射光学系と対向して配置され、該第1の反射光学系で反射した光を入射して前記透光部に向けて出射する第2の反射光学系と、前記透光部と略同心状に配置されて該透光部を通過した光を検知する検知器と、を備えた赤外線撮像装置であって、
前記第1の反射光学系と前記第2の反射光学系とを所定間隔で連結する支持部材と、
該支持部材に配設した第3の反射光学系と、を備えている、
ことを特徴とする赤外線撮像装置。
【0028】
(付記2)
前記第3の反射光学系は、光を反射する反射板である、
ことを特徴とする付記1に記載の赤外線撮像装置。
【0029】
(付記3)
前記反射板を、該反射板から前記第1の反射光学系に向けて出射した光が、該第1の反射光学系で反射し、該第1の反射光学系で反射した光が前記第2の反射光学系で反射して、前記検知器の所定範囲に向けて出射可能な角度に設定した、
ことを特徴とする付記2に記載の赤外線撮像装置。
【0030】
(付記4)
前記第3の反射光学系は、前記支持部材に形成され、光の反射面と該反射面に対し所定角度で対面する非反射面とを有する多数の凹凸の溝である、
ことを特徴とする付記1に記載の赤外線撮像装置。
【0031】
(付記5)
前記反射面を、該反射面から前記第1の反射光学系に向けて出射した光が、該第1の反射光学系で反射し、該第1の反射光学系で反射した光が前記第2の反射光学系で反射して、前記検知器の所定範囲に向けて出射可能な角度に形成し、
前記非反射面を、前記反射面に対し鋭角をなすように対面形成した、
ことを特徴とする付記4に記載の赤外線撮像装置。
【0032】
(付記6)
前記反射面を鏡面に加工した、
ことを特徴とする付記4又は5に記載の赤外線撮像装置。
【0033】
(付記7)
前記非反射面を略黒体面に加工した、
ことを特徴とする付記4又は5に記載の赤外線撮像装置。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】本発明が適用される赤外線撮像装置の概要を示す図である。
【図2】同上のX方向矢視図である。
【図3】本実施の形態における赤外線撮像装置の概要を示す図である。
【図4】光学系の原理についての説明図である。
【図5】本実施の形態における赤外線撮像装置の概要を示す図である。
【図6】A,Bは夫々図5のD部拡大図である。
【図7】支持部材からの光が検知器に入射するときの説明図である。
【図8】視野外からの光が検知器に入射するときの説明図である。
【符号の説明】
【0035】
10 赤外線撮像装置
11 光軸
12 1次鏡(第1の反射光学系)
12a 凹面
13 2次鏡(第2の反射光学系)
13a 凸面
16 支持部材
17 透光部
18 検知器
19 検知素子
20 正規な赤外線
21 正規な赤外線
22 反射板(第3の反射光学系)
30 凹凸の溝(第3の反射光学系)
31 反射面
32 非反射面




 

 


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