JP2000258252A - 赤外線撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水平スキャナの大きさと質量を縮減し、赤外
線画像の表示信頼度が向上する赤外線撮像装置を提供す
る。 【解決手段】 赤外線画像の視野の範囲に赤外線検知素
子の幅を加えた領域を有効走査領域とし、該有効走査領
域の外側を無効走査領域として、該有効走査領域と該無
効走査領域の境界に、該温度基準熱源が放射する赤外線
を反射させる反射ミラーの有効走査領域に対して内側の
縁を設置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線撮像装置に
係り、特に、光学系中のアフォーカル第一結像面におけ
る赤外線検知素子の投影像の温度変動による大きさの変
動、光学系内に設けられる水平走査ミラーを走査する水
平スキャナの温度変動を考慮した走査角の縮減、及び、
測定対象物体が放射する赤外線の取り込みを行なわない
無効走査領域の縮減によって水平スキャナを小型化し、
又、基準温度熱源が放射する赤外線を光学系に導入する
反射ミラーの調整機構を簡易化し、温度基準熱源を小型
化することによって実現される小型の赤外線撮像装置に
関する。

【０００２】赤外線撮像装置は、物体がその温度と一義
的な関係を持って放射する赤外線を検知して、検知した
赤外線の強度に応じた輝度表示又は色表示を行なう。つ
まり、上記輝度表示又は色表示によって当該物体の表面
の温度分布を測定する装置である。そして、最大の特徴
は測定対象の物体に直接触れずに温度を測定できるとい
う点にある。

【０００３】この非接触で温度測定できるという特徴を
生かして、ビル管理システム等において火災検知装置と
して適用されることも多く、又、化学プラントや原子炉
のように人が近づくことが困難か、入ること自体が危険
な箇所の温度測定には不可欠となっており、その用途は
拡大の一途を辿っている。

【０００４】広がりつつある用途の中で、特に医療分野
のように人体の疾患を発見したり、スポーツ医学分野の
ように身体の生理的或いは物理的な変化を検出するため
に使われる場合には、非常に高い精度と確度での温度測
定が要求される。

【０００５】かくの如く、近年、赤外線撮像装置には高
精細化の要求が強くなっている。

【０００６】又、セキュリティ管理や警備、防衛のため
に使われる場合にも、非常に高い精度が要求されると同
時に誤認がないことが極めて重要であり、加えて、セキ
ュリティ管理や警備、防衛のためのアクションを短時間
で確実に行なうことができる必要がある。

【０００７】このため、視野角の拡大及び表示の高速化
に対する要求も強くなっており、同時に装置の小型化も
急務となっている。

【０００８】特に、視野角を拡大するには水平スキャナ
の走査角を広げることが必要になるが、走査角の増加の
ためには水平スキャナの駆動力を増加する必要があるた
めに、視野角の拡大と装置の小型化は相矛盾する要求で
ある。又、視野角を拡大した上で表示を高速化するため
には水平スキャナの走査を高速化する必要があるが、走
査の高速化のためにも水平スキャナの駆動力を増加する
必要があるために、走査の高速化と装置の小型化も相矛
盾する要求である。

【０００９】本発明は、このように相矛盾する厳しい要
請に応える小型の赤外線撮像装置に関するものである。

【００１０】

【従来の技術】図１１は、従来の赤外線撮像装置の構成
で、従来の赤外線撮像装置の機能を示す目的で主要な構
成要素を、機構的な物は模式的に、電気的な物はブロッ
ク図で図示したものである。

【００１１】図１１において、１は赤外線検知器、２ａ
はイメージ・レンズ系、３ａは水平スキャナ、４ｂ及び
４ｃは温度基準熱源、５ａはアフォーカル・レンズ系、
６ａは熱源導入光学系、７は画像処理系、８は熱源温度
制御系である。

【００１２】該赤外線検知器１は、主として、水銀・カ
ドミウム・テルル（ＨｇＣｄＴｅ）によって代表される
赤外線検知素子１１、循環冷却器やジュール・トムソン
冷却器などの冷却器１２、真空容器１３、該真空容器１
３に設けられたゲルマニウム（Ｇｅ）などによる赤外線
を透過する窓１４によって構成される。

【００１３】尚、赤外線検知素子１１を冷却器１２を備
えた真空容器１３中に設置して８０Ｋ（Ｋは絶対零度を
基準とする温度の単位で、英国のケルビン卿に因んで
“ケルビン”と呼ばれる。温度の単位であるが、“°”
は付けずに標記する。）程度の極低温で赤外線検知素子
を動作させるが、これは、赤外線が照射されていない状
態で赤外線検知素子が生成する電気信号（これを暗電流
と呼ぶ。）を抑圧して、赤外線検知素子が赤外線を受け
て生成する電気信号の信号対雑音比を向上させるためで
ある。

【００１４】該イメージ・レンズ系２ａについては、イ
メージ・レンズ系第三レンズ２６のみを図示している。

【００１５】該水平スキャナ３については、水平走査ミ
ラー３１、水平スキャナ制御用角度検出器３２及び光学
式角度検出器３４ａを図示している。

【００１６】該温度基準熱源４ｂ及び４ｃは、主とし
て、ペルチエ素子によるサーモ・モジュール４１、該サ
ーモ・モジュール４１によって温度を制御される温度基
準板４２、該サーモ・モジュール４１が吸熱する熱量と
発熱する熱量の和の熱量の放熱効率を高めるために設け
られる放熱フィン４３、該放熱フィン４３から効率よく
放熱させるために設けられるファン４４によって構成さ
れる。

【００１７】該アフォーカル・レンズ系５ａについて
は、対物レンズ・ユニット５１とリレー・レンズ系第二
レンズ５２２のみを図示している。

【００１８】該熱源導入光学系６ａについては、熱源導
入レンズ系６１と反射ミラー６２を図示している。

【００１９】該画像処理系７ａは、該赤外線検知器１が
検出した赤外線強度に応じて出力する電気信号を増幅す
る増幅器７１、該増幅器７１の出力を受けて該水平スキ
ャナ制御用角度検出器３２及び該光学式角度検出器３４
の出力を参照して信号処理する信号処理回路７２ａ、該
信号処理回路が出力する画像信号に対して表示のための
処理を加える画像処理回路７３及び画像を表示する陰極
線管や液晶ディスプレイなどによるモニタ７４によって
構成される。

【００２０】該熱源温度制御系８は、高温側の温度基準
板の温度を算出して対応する電圧を出力する高温側指令
電圧生成回路８１、低温側の温度基準板の温度を算出し
て対応する電圧を出力する低温側指令電圧生成回路８１
ａ、該信号処理回路７２で検出した高温側温度基準板の
温度を対応する電圧に変換する高温側検出電圧生成回路
８２、該信号処理回路７２ａで検出した低温側温度基準
板の温度を対応する電圧に変換する低温側検出電圧生成
回路８２ａ、該高温側指令電圧生成回路８１の出力から
該高温側検出電圧生成回路８２の出力を減算する加算回
路８３、該低温側指令電圧生成回路８１ａの出力から該
低温側検出電圧生成回路８２ａの出力を減算する加算回
路８３ａ、該加算回路８３の出力を電力増幅する電力増
幅器８４、該加算回路８３ａの出力を電力増幅する電力
増幅器８４ａによって構成される。 図１１の構成は、
概ね下記のように動作して測定対象物体が放射する赤外
線を画像化して表示する。

【００２１】まず、被測定物体が放射する赤外線は対物
レンズ・ユニット５１を経由してアフォーカル・レンズ
系５ａに導かれてアフォーカル第一結像面ａに結像され
る。この、被測定物体が放射する赤外線がアフォーカル
第一結像面ａに結像される範囲が有効走査領域ｂ（これ
については、後で図１４乃至図１６によって詳細に説明
する。）である。

【００２２】アフォーカル第一結像面ａ上に結像された
赤外線は、リレー・レンズ・ユニット第二レンズ５２２
を経由して水平走査ミラー３１に導かれて反射され、イ
メージ・レンズ系２ａを経由して赤外線検知器１に導か
れ、赤外線検知素子１１上に結像される。

【００２３】赤外線検知素子１１によって生成された電
気信号は増幅器７１を経由して信号処理回路７２ａに導
かれ、赤外線検知素子毎のばらつきを補正された後画像
処理回路７３において水平走査ミラー３１での走査によ
って形成された２次元画像からモニタ７４での走査方式
に合致する２次元画像に変換され、最後に該モニタ７４
において表示される。

【００２４】一方、温度基準板４２が放射する赤外線は
熱源導入光学系６ａを経由してアフォーカル第一結像面
上ａの無効走査領域ｃ（これについては、後で図１４乃
至図１６によって詳細に説明する。）からアフォーカル
・レンズ系５ａに導入され、水平走査ミラー３１によっ
て反射されてイメージ・レンズ系２ａに導かれて、被測
定物が放射する赤外線を計測していない時に赤外線検知
器１の赤外線検知素子１１上に結像される。

【００２５】赤外線検知素子１１によって生成された電
気信号は増幅器７１に導かれて増幅され、信号処理回路
７２ａにおいて赤外線検知素子毎のばらつきを補正さ
れ、以降は測定対象物体が放射する赤外線画像と同様に
処理されてモニタ７４に表示される。

【００２６】さて、測定対象の物体が放射する赤外線量
に対応する電気信号から、信号処理回路７２はシーン温
度平均値を算出し、該シーン温度平均値を基準に２つの
温度基準板に設定する温度を算出する。

【００２７】こうして算出された高温側の温度基準板の
温度と低温側の温度基準板の温度情報は、それぞれ、高
温側指令電圧生成回路８１と低温側指令電圧生成回路８
１ａに供給され、温度基準板に設定する温度に対応する
電圧が生成される。

【００２８】又、該信号処理回路７２ａは、温度基準板
が放射する赤外線強度によって温度基準板の温度を無効
走査領域において計測する。こうして計測された高温側
の温度基準板の温度と低温側の温度基準板の温度は、そ
れぞれ、高温側検出電圧生成回路８２と低温側検出電圧
生成回路８２ａに供給され、検出温度に対応する電圧が
生成される。

【００２９】該高温側指令電圧生成回路８１の出力電圧
と該高温側検出電圧生成回路８２の出力電圧の差を該加
算回路８３によって求めて、電力増幅器８４を介して高
温側の温度基準板の温度を制御するサーモ・モジュール
に温度制御信号として供給する。同様に、該高温側指令
電圧生成回路８１ａの出力電圧と該高温側検出電圧生成
回路８２ａの出力電圧の差を該加算回路８３ａによって
求めて、電力増幅器８４ａを介して低温側の温度基準板
の温度を制御するサーモ・モジュールに温度制御信号と
して供給する。即ち、該熱源温度制御系８は負帰還によ
って温度基準板の温度を制御している。

【００３０】又、水平スキャナ制御用角度検出器３２及
び光学式角度検出器３４ａが走査角を検出して出力する
パルスを信号処理回路７２に供給して、画像処理及び表
示の基準信号とする。

【００３１】ここまでにおいて従来の赤外線撮像装置の
構成と大まかな動作を説明した。以下においては、図１
１に示した従来の赤外線撮像装置の構成の主要構成要素
について詳細に説明する。

【００３２】図１２は、１次元赤外線検知素子の代表的
な素子配列を示す図である。

【００３３】図１２に示しているものが図１１における
赤外線検知素子１１であり、基板１１１の上に複数の単
位赤外線検知素子１１２が水平走査方向に対して垂直に
整列配置されている。そして、図１２においては、奇数
番目の単位赤外線検知素子（図では奇数領域と標記して
いる。）と偶数番目の単位赤外線検知素子（図では偶数
領域と標記している。）が異なる位置に整列している例
を示している。尚、図１２においては基板１１１上の配
線パターン及び赤外線検知素子から外部に引き出す配線
などは図示を省略している。

【００３４】さて、赤外線検知素子はシリコン（Ｓｉ）
のような単結晶半導体ではなく、水銀（Ｈｇ）、カドミ
ウム（Ｃｄ）及びテルル（Ｔｅ）の混合融液から析出し
て形成されるＨｇＣｄＴｅ合金の平板から切り出して得
る素子である。従って、ＨｇＣｄＴｅ合金の平板の組成
は、析出したＨｇＣｄＴｅ合金の平板と混合融液との接
触界面における水銀、カドミウム及びテルルの組成によ
って決まるが、混合融液内の接触界面における水銀、カ
ドミウム及びテルルの組成は析出が進むにつれて水銀、
カドミウム及びテルルの組成が変化するのに加えて、接
触界面内の位置によっても水銀、カドミウム及びテルル
の組成が異なるのが実情である。

【００３５】従って、混合融液から析出したＨｇＣｄＴ
ｅ合金の平板の組成はミクロには一定ではない。このた
めに、混合融液から析出したＨｇＣｄＴｅ合金の平板か
ら切り出された単位赤外線検知素子の間には特性のばら
つきがあり、各々の単位赤外線検知素子が同じ強度の赤
外線を検出しても出力の電気信号にはばらつきが生ず
る。

【００３６】図１３は、赤外線検知素子の出力のばらつ
きで、２つの赤外線検知素子間（図では、素子Ｎｏ．
１、素子Ｎｏ．２と標記している。）の出力のばらつき
を説明するものである。

【００３７】図１３において、横軸はシーン温度、縦軸
は赤外線検知素子の電気出力（図では、素子出力と標記
している。）である。

【００３８】赤外線検知素子は、図１３に示す如く、シ
ーン温度に対して非直線な特性を持っている。そして、
赤外線検知素子毎に同一温度における電気出力の絶対値
のばらつき（これがオフセットである。）と、同一温度
における非直線カーブの傾き（これが感度である。）の
ばらつきがある。

【００３９】この感度のばらつきとオフセットを放置し
て温度測定をすると、当然測定結果には誤差が含まれ、
赤外線撮像装置の測定確度の低下の原因になる。

【００４０】この誤差を抑圧するために、温度測定開始
前又は温度測定中に機械的に均一な赤外線放射面を有す
る異なる温度の２つの温度基準板から放射される赤外線
を入射光路中に短時間挿入し、各々の赤外線検知素子の
電気出力を計測して赤外線検知素子毎の定常偏差を補正
する。これが２点補正である。

【００４１】即ち、温度をシーン平均温度の上下（図で
は、Δｔ₁ 、Δｔ₂ と標記されている温度幅である。）
に追従制御された２つの温度基準板が出力する赤外線を
赤外線検知器に導入して全ての単位赤外線検知素子に同
一温度の物体が放射する赤外線を検知させ、赤外線検知
素子毎の感度と赤外線検知素子間のオフセットを補正す
る。

【００４２】そして、２つの温度基準板の設定温度差が
大きいとその内側で誤差が大きくなり、２点の温度差が
小さいとその外側で誤差が大きくなる。高精度の赤外線
撮像装置においては、通常上記Δｔ₁ 、Δｔ₂ を数℃に
設定する。

【００４３】又、測定対象物体によってシーン平均温度
が大幅に変動すると、赤外線検知素子の非直線特性によ
ってオフセットと感度の定常偏差が変動する。この変動
を抑圧するために、シーン平均温度の変化を含めて温度
基準板の温度を制御するようにしている訳である。

【００４４】ところで、２点補正を温度測定前に行なう
方式と、温度測定中に行なう方式がある旨記載したが、
温度測定中に赤外線撮像装置を構成する回路の特性や温
度基準板の温度等にドリフトが生ずると測定誤差の原因
になるので、高精度な赤外線撮像装置においては温度測
定中に機械的に均一な赤外線放射面を有する異なる温度
の２つの温度基準板から放射される赤外線を入射光路中
に短時間挿入し、各々の赤外線検知素子の電気出力を計
測して赤外線検知素子毎の定常偏差を温度変動の影響も
含めて補正する無効走査領域方式が採用されることが多
い。これで、ほぼリアル・タイムで赤外線検知素子毎の
感度の偏差とオフセットを補正することができるので、
温度測定の精度と確度を高く保つことができるからであ
る。

【００４５】さて、図１２の如き１次元赤外線検知素子
の視野を、水平スキャナによって水平走査ミラーを１次
元赤外線検知素子が整列している方向と垂直な方向に一
定速度で走査することによって２次元画像を得る。

【００４６】図１４は、２次元画像を得るための水平ス
キャナの走査波形である。

【００４７】１回の走査では一定方向に一定速度で走査
するが、必要な視野角の範囲で走査を繰り返すためにフ
ライ・バックさせる必要があるので、走査波形は図１４
に示す如く鋸歯状波様になる。

【００４８】このうち、２次元画像の生成を行なう有効
走査領域（図１１でｂと標記している領域である。）は
右上がりの傾斜の中で一定速度で走査している直線部に
対応する。

【００４９】一方、全走査領域の中で有効走査領域の外
側の領域が無効走査領域（図１１でｃと標記している領
域である。）である。

【００５０】上記の、温度測定中に機械的に均一な赤外
線放射面を有する異なる温度の２つの温度基準板から放
射される赤外線を入射光路中に短時間挿入し、各々の赤
外線検知素子の電気出力を計測して赤外線検知素子ごと
の定常偏差を補正する無効走査領域方式とは、この無効
走査領域において異なる温度の２つの温度基準板から放
射される赤外線を入射光路中に挿入する方式である。

【００５１】そして、無効走査領域方式によって２点補
正が正確に行なわれるためには、無効走査領域において
温度基準板４２が出力する基準の赤外線を計測している
時には赤外線検知素子１１は有効走査領域を通る測定対
象の赤外線を受けてはならない。一方、有効走査領域を
通る測定対象が放射する赤外線を計測している時には赤
外線検知素子１１は温度基準板４２が放射する赤外線を
受けてはならない。即ち、無効走査領域と有効走査領域
とが干渉しないことが絶対的に必要である。

【００５２】図１５は、従来の水平走査範囲と反射ミラ
ーの位置を示す図である。

【００５３】図１５（イ）は、赤外線検知素子の大きさ
を無視できる場合の有効走査領域である。

【００５４】赤外線検知素子の大きさを無視することが
できるとしているから、有効走査領域は視野角の範囲に
等しくなる。

【００５５】図１５（ロ）は、赤外線検知素子の大きさ
を考慮した場合の有効走査領域である。尚、図１５
（ロ）以降の、長方形をたがいちがいにつないだ形状の
ものは図１２に示した赤外線検知素子を表し、各々の長
方形が図１２に示した赤外線検知素子における奇数領域
の赤外線検知素子と偶数領域の赤外線検知素子の列を表
しており、上に出ている方が奇数領域の赤外線検知素
子、下に出ている方が偶数領域の赤外線検知素子であ
る。

【００５６】まず、奇数領域の赤外線検知素子と偶数領
域の赤外線検知素子の境界が図１５（イ）の視野角のと
ころまで走査された状態（正確に表現すると、アフォー
カル第一結像面上の赤外線検知素子の投影像が図１５
（ロ）の破線で示された位置まで走査された状態）を考
えると、奇数領域の赤外線検知素子はまだ視野角の全て
の画像の取り込みを完了していないのに対して、偶数領
域の赤外線検知素子は既に視野角全ての画像の取り込み
を完了している。

【００５７】従って、視野角から奇数領域の赤外線検知
素子の大きさＮだけ外側まで走査して初めて視野角全て
の画像の取り込みが完了する。

【００５８】即ち、赤外線検知素子の大きさを考慮した
場合の有効走査領域は、図１５（ロ）に示す如く、視野
角に奇数領域の赤外線検知素子の大きさＮを加えた領域
になる。

【００５９】図１５（ハ）は、反射ミラーの設置可能位
置である。

【００６０】従来は、赤外線検知素子が有効走査領域の
外側に更に赤外線検知素子の大きさＮだけとった領域ま
で走査されていると考えて、そこから温度変動も含んだ
水平スキャナの走査角の誤差Ｚと温度変動も含んだ反射
ミラーの寸法誤差Ｓを見込んで反射ミラーの設置位置と
していた。

【００６１】図１５（ニ）は、温度基準熱源データ取り
込み開始位置である。

【００６２】図１５（ニ）に示す如く、赤外線検知素子
の投影像が反射ミラーの領域内に、温度変動も含んだ反
射ミラーの寸法誤差Ｓだけ入ったところから温度基準熱
源のデータの取り込みを開始する。

【００６３】図１５（ホ）は、温度基準熱源データ取り
込み終了位置である。

【００６４】図１５（ホ）に示す如く、所要角度Ｈだけ
走査して所要サンプル数のデータを取得して温度基準熱
源データの取り込みを終了する。

【００６５】従って、水平スキャナは有効走査領域に加
えて、 Ｎ＋Ｚ＋２Ｓ＋ＳＤ＋Ｈ で決まる無効走査領域を走査することになる。

【００６６】図１６は、従来の水平走査ミラーの所要振
角で、上記のことを再度表現しなおしたものである。

【００６７】即ち、従来の水平走査ミラーの振角は 有効走査領域＋Ｎ＋Ｚ＋２Ｓ＋ＳＤ＋Ｈ である。

【００６８】しかも、赤外線検知素子の投影像の大きさ
自体も温度変動するので、図１５及び図１６における赤
外線検知素子の大きさにはそれも考慮する必要がある。

【００６９】図１７は、赤外線検知素子の投影像の大き
さの変動を説明する図で、図１７（イ）は、アフォーカ
ル第一結像面での光束の断面図、図１７（ロ）は、アフ
ォーカル第一結像面での投影像の大きさである。

【００７０】図１７（イ）において、実線は常温時の光
束の断面図、破線は温度変動時の光束の断面図である。
このように、アフォーカル第一結像面での光束の直径が
温度によって変動するのは、アフォーカル・レンズ系を
構成するレンズの焦点距離が温度変動したり、アフォー
カル・レンズ系自体の光路長が温度変動するためであ
る。

【００７１】ここで、アフォーカル第一結像面での投影
像の大きさとは、図１７（イ）においてｄで示した方向
から見た投影像の大きさのことであり、図１７（ロ）
は、常温時の光束がアフォーカル第一結像面上で大きさ
Ｗの像を結ぶのに対して、温度変動時の光束はアフォー
カル第一結像面上で大きさＷ’の像を結ぶことを示して
いる。

【００７２】かくの如く、赤外線検知素子のアフォーカ
ル第一結像面での投影像の大きさは温度変動するので、
これを考慮して無効走査領域を設定する必要がある。

【００７３】次に、図１８は、図１１において符号３４
ａを付して示した従来の光学式角度検出器の構成で、水
平走査ミラー３１及び該水平走査ミラー３１上に設けら
れる水平スキャナ制御用角度検出器３２も併せて、概略
を図示してある。尚、図１８は従来の光学式角度検出器
を、該光学式角度検出器の光軸中心を含む水平な面で切
った時の断面図である。

【００７４】図１８において、３４０は該光学式角度検
出器３４の筐体、３４１は発光ダイオード（通常ＬＥＤ
と呼ばれる物である。）、３４２は該発光ダイオード３
４１の出力光を平行光にするコリメータ・レンズ、３４
３は該コリメータ・レンズ３４２の出力光を折り返すた
めに反射させる反射ミラー、３４４はフォト・ダイオー
ド、３４５は該水平走査ミラー３１の角度が該反射ミラ
ー３４３の反射光の光軸に対して４５°の時に反射光を
該フォト・ダイオードの受光面に集光する集光レンズ、
３４６ａは該発光ダイオード３４１と該フォト・ダイオ
ード３４４にバイアスを供給すると共に、該水平走査ミ
ラーが４５°の時に反射する光を受けて該フォト・ダイ
オード３４４が出力するパルスを図１１の信号処理回路
７２に供給する制御基板である。又、該水平スキャナ制
御用角度検出器３２の出力も図１１の信号処理回路７２
ａに供給される。即ち、図示されていない水平スキャナ
が有効走査領域と無効走査領域の境界を走査する時刻に
出力されるパルスが信号処理回路７２に供給される。

【００７５】尚、該筐体３４０への該発光ダイオード３
４１、該コリメータ・レンズ３４２、該反射ミラー３４
３、該フォト・ダイオード３４４、該集光レンズ３４５
の固定手段及び該制御基板３４６の実装手段の説明は必
要がないので省略する。

【００７６】又、水平走査ミラー３１及び水平スキャナ
制御用角度検出器３２についても、装着手段の説明は必
要ないので省略する。

【００７７】図１９は、従来の画像データ取り込み信号
と温度基準熱源データ取り込み信号を示す図である。

【００７８】図１９（イ）は、水平スキャナの走査波形
を水平スキャナ制御用角度検出器で検出した電気信号の
波形である。実際には鋸歯状波様の波形の最高及び最低
付近では丸みを帯びた波形になる（図１４参照）が、図
示を簡単にするために、丸みを取り除いて完全な鋸歯状
波で図示している。

【００７９】図１９（イ）において、実線で示した波形
が常温での水平スキャナ制御用角度検出器で検出した電
気信号の波形で、２点鎖線で示した波形が環境温度変動
の影響を受けた水平スキャナ制御用角度検出器で検出し
た電気信号の波形である。

【００８０】図１９（ロ）は、光学式角度検出器３４の
出力で、図１８におけるフォト・ダイオード３４４が水
平走査ミラーの走査角度が４５°であることを検出して
出力するパルスである。

【００８１】図１９（ハ）は、水平スキャナ制御用角度
検出器３２の出力で、水平スキャナ制御用角度検出器３
２が水平スキャナが有効走査領域と無効走査領域の境界
を走査していることを検出して出力するパルスである。

【００８２】上記２つの角度検出器が出力する図１９
（ロ）と図１９（ハ）のパルスを基準信号として画像デ
ータの取り込みと温度基準熱源データの取り込みを行な
う。

【００８３】即ち、光学式角度検出器が水平スキャナの
角度が光軸に対して４５°であることを検出して出力す
るパルスのうち、走査角度が増加中に出力されるパルス
Ｃを基準に、所定の時間ＴＣを経過した時刻に画像デー
タの取り込みを開始する。この時刻は、水平スキャナが
無効走査領域における走査から有効走査領域における走
査に入る時刻で、走査速度は設計上判っているので時間
ＴＣの設定は可能である。

【００８４】尚、フライ・バック中にも水平スキャナの
角度が光軸に対して４５°になり、光学式角度検出器３
４はこの時刻でもパルスＤを出力するが、走査角が減少
していることを検出する比較器の出力によってこのパル
スＤをマスクすることは容易にできるので、画像データ
取り込みタイミングを誤ることはない。

【００８５】一方、水平スキャナ制御用角度検出器３２
が出力するパルスを使って温度基準熱源データの取り込
みを制御する。温度基準熱源は高温側と低温側の２個あ
るので、温度基準熱源データの取り込みタイミングは２
つ必要である。これは、有効走査領域から無効走査領域
に移行するタイミングで生成されるパルスを第一の温度
基準熱源のデータの取り込みパルスとし（図では、符号
Ｅを付している。）、有効走査領域から無効走査領域に
移行するタイミングで生成されるパルスを第二の温度基
準熱源のデータの取り込みパルスとすれば（図では、符
号Ｆを付している。）よい。

【００８６】尚、水平スキャナ制御用角度検出器３２は
上記Ｅ及びＦのパルス以外に、有効走査領域と無効走査
領域間を移行するタイミングにパルスを出力するが、上
記と同様な原理でマスクすることができるので、温度基
準熱源データの取り込みタイミングを誤ることはない。

【００８７】図２０は、温度基準熱源と温度基準熱源導
入光学系及び反射ミラーの構成を模式的に示す図で、図
２０（イ）は温度基準熱源と温度基準熱源導入光学系及
び反射ミラーの構造を示す。尚、図２０（イ）は、温度
基準熱源導入光学系の光軸中心を含む水平な平面で温度
基準熱源導入光学系及び温度基準熱源を切った断面図で
ある。又、図２０（ロ）は図２０（イ）においてｅの方
向から見た反射ミラー及び反射ミラー固定台のｅ矢視
図、更に、図２０（ハ）は図２０（ロ）においてｆの方
向から見た反射ミラー及び反射ミラー固定台のｆ矢視図
である。

【００８８】図２０において、４１はサーモ・モジュー
ル、４２は温度基準板、４３は放熱フィン、４４はファ
ンで、温度基準熱源を構成する。

【００８９】ここで、該サーモ・モジュール４１はペル
チエ素子でできており、電流を印加することによって２
面あるセラミック面の一方の面から吸熱し、もう一方の
面から放熱する。そして、電流の方向を変えることによ
ってヒータとしても冷却機として使用することができ
る。

【００９０】該サーモ・モジュール４１は、自身が発熱
する熱量と吸熱する熱量の和の熱量を放熱側から放熱す
ることによってその性能を発揮する。該放熱フィン４３
及びファン４４は該サーモ・モジュール４１からの放熱
効果を高めるために使用されている。

【００９１】又、図２０において、５２３はアフォーカ
ル・レンズ系を構成する鏡筒、６１は熱源導入光学系を
構成する熱源導入レンズ系、６２は熱源導入光学系を構
成する反射ミラー、６３は該反射ミラーを固定する反射
ミラー固定台である。

【００９２】更に、６３１は該反射ミラー固定台６３を
該鏡筒５２３に固定するねじ、６３２は該反射ミラー固
定台６３を構成する第一のブロック、６３３は該反射ミ
ラー固定台６３を構成する第二のブロック、６３４は該
反射ミラー固定台を構成する第三のブロック、６３５及
び６３６はねじである。

【００９３】まず、該反射ミラー６２は該反射ミラー固
定台６３を介して該アフォーカル・レンズ系を構成する
鏡筒５２３にねじ止め固定されている。

【００９４】そして、該反射ミラー６２の温度変動によ
る寸法の変動と、該反射ミラー固定台の取り付け位置の
誤差を吸収するために、該第一のブロック６３２と該第
二のブロック６３３は図２０（ロ）のｇに示すあり溝で
嵌合しており、紙面に垂直な方向に位置調整ができるよ
うになっており、同様な目的で該第二のブロック６３３
と該第三のブロック６３４は図２０（ハ）のｈに示すあ
り溝で嵌合しており、紙面に平行な方向に位置調整がで
きるようになっている。尚、該ネジ６３５は熱源導入光
学系の光軸に平行な方向での位置調整後に該第二のブロ
ックと該第三のブロックを固定し、該ネジ６３６は熱源
導入光学系の光軸に垂直な方向での位置調整後に該第位
置ブロックと該第二のブロックを固定する。

【００９５】

【発明が解決しようとする課題】従来の赤外線撮像装置
においては、無効走査領域を図１５（ハ）に示す如く、
本来の有効走査領域に偶数領域の赤外線検知素子の大き
さＮまでも加えた領域の外側に設定しており、更に温度
変動分を含んだ水平スキャナの走査角変動Ｚと温度変動
を含んだ反射ミラーの位置変動Ｓを考慮して反射ミラー
の設置位置としていた。

【００９６】本来の有効走査領域の外側の偶数領域の赤
外線検知素子の位置は画像の走査が不要な領域である
（これについては後で詳述する。）にもかかわらずここ
まで走査するので、偶数領域の赤外線検知素子の大きさ
Ｎの分だけ水平スキャナの走査角が大きくなっていた。

【００９７】又、従来の赤外線撮像装置においては赤外
線検知素子の投影像の温度変動による寸法変動が大き
い。これを考慮して水平スキャナの振角を安全サイドに
設定すると水平スキャナの振角を更に大きく設定する必
要があった。

【００９８】更に、通常適用できる水平スキャナ制御用
角度検出器の検出角度は低いことを考慮して水平スキャ
ナの走査角を安全サイドに設定すると、水平スキャナの
振角は更に大きく設定する必要があった。

【００９９】このように、水平スキャナの振角を大きく
設定するということは、水平スキャナの駆動力を大きく
しなければならないということであり、この結果水平ス
キャナの寸法と質量の増加を招いていた。

【０１００】本発明は、上記問題点に鑑み、水平スキャ
ナの振角を小さく設定することが可能な赤外線撮像装置
を提供することを第一の目的とする。

【０１０１】又、従来は水平走査ミラーに装着された水
平スキャナ制御用角度検出器が出力するパルスによって
温度基準熱源のデータの取込み開始信号としていたが、
上記の如く水平スキャナ制御用角度検出器の検出確度は
決して高くない。

【０１０２】そこで、水平スキャナ制御用角度検出器に
検出確度が高い角度検出器を適用しようとすると、この
ような角度検出器は大型であるために水平スキャナの大
型化、ひいては赤外線撮像装置の大型化につながる。

【０１０３】又、温度基準熱源に放熱フィンとファンを
使用しているので、温度基準熱源を大型化させ、ひいて
は赤外線撮像装置を大型化させる原因になっている。

【０１０４】更に、反射ミラーの位置を正確に設定する
ために反射ミラー固定台を位置調整可能にしているた
め、反射ミラー周辺の機構を大型化させ、ひいては赤外
線撮像装置を大型化させる原因になっている上に、アフ
ォーカル・レンズ系の鏡筒の中で位置調整をしなければ
ならないために位置調整が困難であった。

【０１０５】本発明は、上記問題点に鑑み、赤外線撮像
装置を大型化させることなく放熱特性、位置調整及び振
角の検出角度を向上することができる赤外線撮像装置を
提供することを第二の目的とする。

【０１０６】更に、水平スャナ用角度検出器の検出確度
が高くないために、図１９（イ）に示すように検出され
た水平スキャナの走査波形が温度によって大きく変動
し、最悪は、水明走査ミラーは無効走査領域まで走査さ
れていても、無効走査領域まで走査されていないかの如
く検出してしまい、温度基準熱源のデータの取込み開始
信号が出力されないということがあった。

【０１０７】本発明は、かかる問題点に鑑み、正確に走
査角を検出することが可能な角度検出器を提供し、動作
の確実性が高い赤外線撮像装置を提供することを第三の
目的とする。

【０１０８】

【課題を解決するための手段】第一の課題を解決するた
めの第一の手段は、水平走査ミラーの走査角を小さく設
定するために、無効走査領域を小さく設定する技術であ
る。

【０１０９】図１５（ハ）において、有効走査領域の外
側の偶数番目の赤外線検知素子に該当する領域において
は偶数番目の赤外線検知素子は既に画像取り込みを終了
しているので、偶数番目の赤外線検知素子に該当する領
域は画像上の走査不要領域である。従って、従来設定さ
れていた無効走査領域を偶数番目の赤外線検知素子に該
当する領域分小さくしても無効走査領域と有効走査領域
が干渉することはない。

【０１１０】つまり、第一の課題を解決するための第一
の手段により、水平スキャナの走査角を小さくすること
ができるので、水平スキャナの寸法と質量を縮減するこ
とができる。

【０１１１】第一の課題を解決するための第二の手段
は、温度変動によるアフォーカル・レンズ系の焦点距離
の変動と、イメージ・レンズ系の焦点距離の変動を抑圧
するために、アフォーカル・レンズ系を構成する複数の
レンズ系のうち少なくとも１つのレンズ系の位置を調整
してアフォーカル系の第一の結像面における光束の断面
の大きさを一定に保ち、更に、イメージ・レンズ系を構
成する複数のレンズ系のうち少なくとも１つのレンズ系
の位置を調整して、アフォーカル系の第一の結像面への
赤外線検知素子の投影像の大きさを一定に保つ技術であ
る。

【０１１２】第一の課題を解決するための第二の手段に
よれば、アフォーカル系の第一の結像面への赤外線検知
素子の投影の大きさを一定に保つことができるので、図
１５又は図１６において説明した水平スキャナの走査角
においてアフォーカル系の第一の結像面への赤外線検知
素子の投影像の大きさの温度変動を考慮する必要がなく
なるので、水平走査ミラーを小さくすることができ、水
平スキャナの寸法と質量を縮減することができる。

【０１１３】第一の課題を解決するための第三の手段
は、水平スキャナの外部に、水平走査ミラーの走査角が
４５°の時に画像データ取り込みパルスを出力し、４５
°からの振角が所定の値になった時に温度基準熱源デー
タの取り込みパルスを出力する、３点型光学式角度検出
器を設置する技術である。

【０１１４】第一の課題を解決するための第三の手段に
よれば、水平走査ミラーの角度の検出確度が向上するの
で、従来の水平スキャナ制御用角度検出器の如く温度変
動を見込んで水平スキャナの振角を大きく設定する必要
がなくなり、水平スキャナの寸法と質量を縮減すること
ができる。

【０１１５】第二の課題を解決するための第一の手段
は、反射ミラーを温度基準熱源導入系の鏡筒と一体にす
る技術である。

【０１１６】第二の課題を解決するための第一の手段に
よれば、温度基準熱源導入系の光束と反射ミラーの相対
位置の調整が簡単な機構で可能になるために、赤外線撮
像装置を小型化することができる。

【０１１７】第二の課題を解決するための第二の手段
は、温度基準熱源を温度基準熱源導入系の鏡筒と一体に
する技術である。

【０１１８】第二の課題を解決するための第二の手段に
よれば、温度基準熱源を構成するサーモ・モジュールの
吸熱量と発熱量を直接温度基準熱源導入系の鏡筒にも逃
がしてやることができ、温度基準熱源から放熱フィンと
ファンを除去することができるので、温度基準熱源の寸
法を縮減することができる。これは、とりもなおさず赤
外線撮像装置の小型化である。

【０１１９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の赤外線撮像装置
の構成（その１）で、赤外線撮像装置の構成を一部簡略
化しながら実体図的に示す図である。

【０１２０】又、図２は、本発明の赤外線撮像装置の光
学系の構成である。

【０１２１】更に、図３は、本発明の赤外線撮像装置の
構成（その２）で、本発明の赤外線撮像装置の機能を示
す目的で主要な構成要素を、機構的な物は模式的に、電
気的な物はブロック図で図示したものである。

【０１２２】まず、図１において、１は赤外線検知器、
２はイメージ・レンズ系、３は水平スキャナ、４及び４
ａは温度基準熱源、５はアフォーカル・レンズ系であ
る。

【０１２３】該イメージ・レンズ系２については、イメ
ージ・レンズ系第一レンズ２１、垂直走査ミラー２３、
折り返しミラー２５、イメージ・レンズ系第三レンズ２
６、該イメージ・レンズ系第一レンズ２１の位置調整を
するモータ２７及び該モータ２７による該イメージ・レ
ンズ系第一レンズ２１の移動量を計測するポテンショ・
メータ２８を図示している。尚、イメージ・レンズ系第
一レンズの位置調整のための制御系は図示を省略してい
る。

【０１２４】該水平スキャナ３については、水平走査ミ
ラー３１、水平走査駆動部３３、３点型光学式角度検出
器３４を図示している。

【０１２５】アフォーカル・レンズ系５は、対物レンズ
・ユニット５１、リレー・レンズ・ユニット５２に分け
られる。

【０１２６】該対物レンズ・ユニット５１には、中視野
レンズ５１１、広視野レンズ５１２が設けられていて視
野切替ができるようになっており、更に、該対物レンズ
・ユニット５１の位置を調整するためのモータ５１３及
び該対物レンズ・ユニット５１の移動量を計測するポテ
ンショ・メータ５１４が設けられている。尚、該対物レ
ンズ・ユニットの位置調整のための制御系は図示を省略
している。

【０１２７】又、リレー・レンズ・ユニット５２につい
ては、リレー・レンズ・ユニット第一レンズ５２１、リ
レー・レンズ・ユニット第二レンズ５２２、鏡筒５２３
を図示している。

【０１２８】そして、画像処理系も図示を省略してい
る。

【０１２９】本発明の赤外線撮像装置の光学系の構成を
示す図２において、１は赤外線検知器、２はイメージ・
レンズ系、３は水平スキャナ、４及び４ａは温度基準熱
源、５はアフォーカル・レンズ系である。

【０１３０】該赤外線検知器１については赤外線検知素
子１１のみを図示している。

【０１３１】該イメージ・レンズ系２については、イメ
ージ・レンズ系第一レンズ２１、遮蔽板２２、垂直走査
ミラー２３、イメージ・レンズ系第二レンズ２４、折り
返しミラー２５、イメージ・レンズ系第三レンズ２６を
図示している。

【０１３２】該水平スキャナ３については、水平走査ミ
ラー３１、３点型光学式角度検出器３４を図示してい
る。

【０１３３】アフォーカル・レンズ系５は、対物レンズ
・ユニット５１、リレー・レンズ・ユニット５２に分け
られる。

【０１３４】該対物レンズ・ユニット５１には、５１１
は中視野レンズ、５１２は広視野レンズ５１２が備えら
れていて視野切替ができるようになっている。

【０１３５】又、リレー・レンズ・ユニット５２につい
ては、リレー・レンズ・ユニット第一レンズ５２１、リ
レー・レンズ・ユニット第二レンズ５２２を図示してい
る。

【０１３６】そして、図１において図示しているモータ
５１３によって該対物レンズ・ユニット５１は図２にＡ
で示した方向に位置調整をされる。又、図１において図
示しているモータ２７によって該イメージ・レンズ系第
一レンズ２１は図２にＢで示した方向に位置調整され
る。尚、位置調整機構については後に詳述する。

【０１３７】又、図２のＢ方向の寸法に余裕があれば、
垂直走査ミラー２３、折り返しミラー２５は不要で、イ
メージ・レンズ系第三レンズ２６と赤外線検知器をＢ方
向の延長線上に配置すればよい。又、図２のＢ方向と垂
直な下方向の寸法に余裕があれば、折り返しミラー２５
は不要で、イメージ・レンズ系第三レンズ２６と赤外線
検知器をＢ方向に垂直な、紙面の下側に配置すればよ
い。

【０１３８】即ち、図１又は図２に示す配置にしている
のは、光路長は同じでありながら光学系の構成をコンパ
クトにするためである。

【０１３９】本発明の赤外線撮像装置の機能を示す目的
で主要な構成要素を、機構的な物は模式的に、電気的な
物はブロック図で図示した図３において、１は赤外線検
知器、２はイメージ・レンズ系、３は水平スキャナ、４
及び４ａは温度基準熱源、５はアフォーカル・レンズ
系、６は熱源導入光学系、７は画像処理系、８は熱源温
度制御系、９はレンズ位置制御系である。

【０１４０】該赤外線検知器１は、主として、水銀・カ
ドミウム・テルル（ＨｇＥｄＴｅ）によって代表される
赤外線検知素子１１、循環冷却器やジュール・トムソン
冷却器などの冷却器１２、真空容器１３、該真空容器１
３に設けられたゲルマニウム（Ｇｅ）などによる赤外線
を透過する窓１４によって構成される。尚、赤外線検知
素子を冷却器１２を備えた真空容器１３中に設置して８
０Ｋ程度の極低温で赤外線検知素子を動作させるが、こ
れは、暗電流を抑圧して、赤外線検知素子が生成する電
気信号の信号対雑音比を高めるためである。

【０１４１】該イメージ・レンズ系２については、イメ
ージ・レンズ系第三レンズ２６のみを図示している。

【０１４２】該水平スキャナ３については、水平走査ミ
ラー３１、及び３点式光学式角度検出器３４を図示して
いる。

【０１４３】該温度基準熱源４及び４ａについては、ペ
ルチエ素子によるサーモ・モジュール４１、該サーモ・
モジュール４１によって温度を制御される温度基準板４
２を図示している。

【０１４４】該アフォーカル・レンズ系５については、
対物レンズ・ユニット５１とリレー・レンズ・ユニット
第二レンズ５２２を図示している。

【０１４５】該熱源導入光学系６については、熱源導入
レンズ系６１と反射ミラー６２を図示している。

【０１４６】該画像処理系７は、該赤外線検知器１が検
出した赤外線強度に応じて出力する電気信号を増幅する
増幅器７１、該増幅器７１の出力を受けて該光学式角度
検出器３４の出力を参照して信号処理する信号処理回路
７２、該信号処理回路が出力する画像信号に表示するた
めの処理を加える画像処理回路７３及び画像を表示する
陰極線管や液晶ディスプレイなどによるモニタ７４によ
って構成される。

【０１４７】該熱源温度制御系８は、該温度基準板の高
温側の温度を算出して対応する電圧を出力する高温側指
令電圧生成回路８１、該温度基準板の低温側の温度を算
出して対応する電圧を出力する低温側指令電圧生成回路
８１ａ、該信号処理回路７２で検出した高温側温度基準
板の温度情報を対応する電圧に変換する高温側検出電圧
生成回路８２、該信号処理回路７２で検出した低温側温
度基準板の温度情報を対応する電圧に変換する低温側検
出電圧生成回路８２ａ、該高温側指令電圧生成回路８１
の出力から該高温側検出電圧生成回路８２の出力を減算
する加算回路８３、該低温側指令電圧生成回路８１ａの
出力から該低温側検出電圧生成回路８２ａの出力を減算
する加算回路８３ａ、該加算回路８３の出力を電力増幅
する電力増幅器８４、該加算回路８３ａの出力を電力増
幅する電力増幅器８４ａによって構成される。

【０１４８】最後に、レンズ系位置制御系９は、温度セ
ンサ９１及び制御回路９２によって構成される。

【０１４９】図３の構成は、概ね下記のように動作して
赤外線画像を表示する。

【０１５０】まず、被測定物が放射する赤外線は対物レ
ンズ・ユニット５１を経由してアフォーカル・レンズ系
５に導かれてアフォーカル第一結像面ａに結像される。
この、被測定物が放射する赤外線がアフォーカル第一結
像面ａに被測定物が放射する赤外線が結像される範囲が
有効走査領域ｂである。

【０１５１】アフォーカル第一結像面ａ上に結像された
赤外線は、リレー・レンズ・ユニット第二レンズ５２２
を経由して水平走査ミラー３１に導かれて反射され、イ
メージ・レンズ系２を経由して赤外線検知器１に導か
れ、赤外線検知素子１１上に結像される。

【０１５２】そして、赤外線検知素子１１が赤外線強度
に対応して生成した電気信号は増幅器７１を経由して信
号処理回路７２に導かれ、赤外線検知素子毎のばらつき
を補正された後画像処理回路７３において水平走査ミラ
ー３１による走査方式からモニタ７４に合致する走査方
式に変換され、最後にモニタ７４において表示される。

【０１５３】一方、温度基準板４２が放射する赤外線は
熱源導入光学系６を経由してアフォーカル第一結像面ａ
上の無効走査領域ｃからアフォーカル・レンズ系５に導
入され、水平走査ミラー３１によって反射されてイメー
ジ・レンズ系２に導かれて、測定対象物体が放射する赤
外線を計測していない時に赤外線検知器１の赤外線検知
素子１１に結像される。

【０１５４】そして、赤外線検知素子１１によって生成
された電気信号は増幅器７１に導かれて増幅され、信号
処理回路７２において赤外線検知素子毎のばらつきを補
正される。

【０１５５】そして、信号処理回路７２は測定対象物体
の温度であるシーン温度の平均値を算出し、該シーン温
度平均値の上下に設定する温度基準板の温度を算出す
る。

【０１５６】こうして算出された高温側の温度基準板の
温度情報と低温側の温度基準板の温度情報は、それぞ
れ、高温側指令電圧生成回路８１と低温側指令電圧生成
回路８１ａに供給され、温度基準板に設定する温度に対
応した電圧が生成される。

【０１５７】又、該信号処理回路７２は、測定対象物体
の温度を測定していない時に温度基準板が放射する赤外
線強度に対応する電気信号によって温度基準板の温度を
計測している。計測された高温側の温度基準板の温度情
報と低温側の温度基準板の温度情報は、それぞれ、高温
側検出電圧生成回路８２と低温側検出電圧生成回路８２
ａに供給され、検出温度に対応した電圧が生成される。

【０１５８】該高温側指令電圧生成回路８１の出力電圧
と該高温側検出電圧生成回路８２の出力電圧の差を該加
算回路８３によって求めて、該電力増幅器８４を介して
高温側の温度基準板の温度を制御するサーモ・モジュー
ルに温度制御信号として供給する。同様に、該低温側指
令電圧生成回路８１ａの出力電圧と該低温側検出電圧生
成回路８２ａの出力電圧の差を該加算回路８３ａによっ
て求めて、該電力増幅器８４ａを介して低温側の温度基
準板の温度を制御するサーモ・モジュールに温度制御信
号として供給する。即ち、該熱源温度制御系８は負帰還
によってサーモ・モジュールの温度を制御することによ
って温度基準板の温度を制御している。

【０１５９】又、３点型光学式角度検出器３３が水平走
査ミラーの走査角を検出して出力するパルスを信号処理
回路７２に供給して、画像表示の基準信号とする。

【０１６０】最後に、レンズ系位置調整制御系９では、
温度センサ９１が温度変動を検出して、検出した温度変
動量を該制御回路９２に供給する。

【０１６１】該制御回路９２は受信した温度変動量をア
ドレスとして読み出し専用メモリから読み出すという手
法で、該対物レンズ・ユニット５１及び該イメージ・レ
ンズ系第一レンズ系２１に必要となる位置調整量を求め
て該モータ２７及び該モータ５１３を駆動する。そし
て、該ポテンショ・メータ２８及び該ポテンショ・メー
タ５１４の出力を取り込んでサーボ系を構成して該対物
レンズ・ユニット５１及び該イメージ・レンズ系第一レ
ンズ２１の位置調整を正確に行なう。

【０１６２】ここまでにおいて、図１乃至図３に示した
本発明の赤外線撮像装置の構成と大まかな動作を説明し
た。以下においては、図１乃至図３に示した本発明の赤
外線撮像装置の主要構成要素について詳細に記載して、
本発明の赤外線撮像装置について説明する。

【０１６３】ただ、１次元赤外線検知素子の素子配列、
単位赤外線検知素子の間の感度特性のばらつき、単位赤
外線検知素子の間のオフセット、２点補正による感度と
オフセットの補正、及び、シーン平均温度の変化を含め
た２点補正の温度基準板の温度制御、高精度な赤外線撮
像装置においては温度測定中に機械的に均一な赤外線放
射面を有する異なる温度の２つの温度基準板から放射さ
れる赤外線を入射光路中に短時間挿入し、各々の赤外線
検知素子の電気出力を計測して赤外線検知素子毎の偏差
を温度変動の影響も含めて補正する無効走査領域方式が
採用されることが多いことについては、従来の赤外線撮
像装置の説明において詳細に記載したので、ここでは記
載を省略する。

【０１６４】さて、無効走査領域方式によって２点補正
が正確に行なわれるためには、無効走査領域において温
度基準板が放射する基準の赤外線を計測している時には
赤外線検知素子１１は有効走査領域を通る測定対象の赤
外線を受けてはならない。

【０１６５】一方、有効走査領域において測定対象物体
が放射する赤外線を計測している時には有効走査領域を
通る測定対象が放射する赤外線を計測している時には赤
外線検知素子１１は温度基準板が放射する赤外線を受け
てはならない。

【０１６６】即ち、無効走査領域と有効走査領域とが干
渉しないことが必要であるということは、本発明におい
ても同じことである。

【０１６７】ここでは、無効走査領域と有効走査領域が
干渉しないということ自体の説明は必要がないにして
も、従来の技術とは異なる無効走査領域の設定の考え方
について説明しておく。

【０１６８】図４は、従来の水平走査範囲と反射ミラー
の位置を示す図である。

【０１６９】図４（イ）は、赤外線検知素子の大きさを
無視できる場合の有効走査領域である。赤外線検知素子
の大きさを無視することができるとしているから、有効
走査領域は視野角の範囲に等しくなる。

【０１７０】しかし、実際の赤外線検知素子は有限の大
きさを持たないと受光する赤外線を、その強度に対応す
る電気信号に変換することはできない。従って、現実に
ある赤外線検知素子の大きさを考慮しないで有効走査領
域を設定することは無意味である。

【０１７１】図４（ロ）は、赤外線検知素子の大きさを
考慮した場合の有効走査領域である。尚、図４（ロ）以
降の、２つの長方形の一辺をずらして接触させた形状の
ものは図１２に示した赤外線検知素子を表している。こ
こで、各々の長方形が図１２に示した赤外線検知素子に
おける奇数領域の赤外線検知素子と偶数領域の赤外線検
知素子を表しており、上に出ている方が奇数領域の赤外
線検知素子、下に出ている方が偶数領域の赤外線検知素
子である。

【０１７２】まず、奇数領域の赤外線検知素子と偶数領
域の赤外線検知素子の境界が図４（イ）の視野角の範囲
まで走査された状態（正確に表現すると、赤外線検知素
子の投影像が図４（ロ）の破線で示された位置まで走査
された状態）を考えると、奇数領域の赤外線検知素子は
まだ視野角の全ての画像の取り込みを完了していないの
に対して、偶数領域の赤外線検知素子は既に視野角全て
の画像の取り込みを完了している。

【０１７３】従って、視野角から奇数領域の赤外線検知
素子の大きさＮだけ外側まで走査して初めて視野角全て
の画像の取り込みが完了する。即ち、赤外線検知素子の
大きさを考慮した場合の有効走査領域は、図４（ロ）に
示す如く、視野角の範囲に奇数領域の赤外線検知素子の
大きさＮを加えた領域になる。

【０１７４】図４（ハ）は、画像上の走査不要領域であ
る。

【０１７５】図４（ハ）に示す位置まで赤外線検知素子
の投影像を走査した時に初めて奇数番目の赤外線検知素
子は画像の取り込みを完了するが、この時には既に偶数
番目の赤外線検知素子はそれよりＮだけ内側で画像の取
り込みを完了している。

【０１７６】従って、図４（ハ）における偶数番目の赤
外線検知素子の位置（図４（ハ）においてＮという赤外
線検知素子の大きさを示している位置）は画像上は走査
しなくてもよい領域（これを走査不要領域と呼ぶことに
する。）である。

【０１７７】従って、上記走査不要領域を含んで有効走
査領域とし、その外側を無効走査領域とする必要性はな
い。この点が本発明における無効走査領域の設定の考え
方の特徴である。

【０１７８】図４（ニ）は、反射ミラーの設置位置であ
る。

【０１７９】本発明においては、上記有効走査領域の端
から温度変動も含んだ水平スキャナの走査角の誤差Ｚと
温度変動も含んだ反射ミラーの寸法誤差Ｓを見込んだ位
置を反射ミラーの設置位置とする。

【０１８０】図４（ホ）は、温度基準熱源データ取り込
み開始位置である。

【０１８１】図４（ホ）に示す如く、赤外線検知素子の
投影像が反射ミラーの領域内に、温度変動も含んだ反射
ミラーの寸法誤差Ｓだけ入ったところから温度基準熱源
のデータの取り込みを開始することは本発明においても
同じである。

【０１８２】図４（ヘ）は、温度基準熱源データ取り込
み終了位置である。

【０１８３】図４（ヘ）に示す如く、所要角度Ｈだけ走
査して所要サンプル数のデータを取得して温度基準熱源
データの取り込みを終了することは本発明においても同
じである。

【０１８４】従って、水平スキャナは有効走査領域に加
えて、Ｚ＋２Ｓ＋ＳＤ＋Ｈで決まる無効走査領域を走査
すればよいことになる。

【０１８５】図５は、本発明の水平走査ミラーの所要振
角で、上記のことを再度表現しなおしたものである。

【０１８６】即ち、本発明の水平走査ミラーの振角は有
効走査領域＋Ｚ＋２Ｓ＋ＳＤ＋Ｈである。ただし、この
振角はアフォーカル・レンズ系の光軸から一方に走査し
た時の振角である。

【０１８７】上記の如く水平走査ミラーの振角を上記Ｎ
だけ小さくできることは、実際の赤外線撮像装置におい
て水平走査ミラーの振角の縮減率５％に対応する。これ
は、限界に近い設計をしている赤外線撮像装置において
は大きな効果である。

【０１８８】図６は、水平走査ミラーの振角と水平走査
ミラーの大きさの関係を示す図である。

【０１８９】図６（イ）は、振角０（振角は４５°を原
点とする。）の場合である。この時には、光束の直径を
Ｇとすると、水平走査ミラー面上での光束の長径は√２
Ｇとなる。

【０１９０】図６（ロ）は、水平走査ミラーを所要の最
大振角α°まで振った場合である。この時には、光束の
直径をＧとすると、水平走査ミラー面上での光束の長径
は Ｇ×Sin(４５°＋α°） となる。ここで、Sin は三角関数の正弦関数である。

【０１９１】今、現実の所要最大振角α°に対して上記
５％程度の振角増だけを考慮して水平走査ミラー面上で
の光束の長径の増加、即ち、水平走査ミラーの大きさの
増加を試算しても、約４％となる。これも、限界に近い
設計をしている赤外線撮像装置においては大きな値であ
る。即ち、水平走査ミラーの振角を縮減することによっ
て水平走査ミラー自体の大きさを縮減できる。

【０１９２】しかも、図１７によって説明したように、
赤外線検知素子の投影像の大きさ自体も温度変動するの
で、図４及び図５における赤外線検知素子の大きさには
それも考慮する必要がある。つまり、実際には振角を大
きく設定しなければならない他の要因もあるので、振角
を縮減できることは更に大きな効果をもたらす。

【０１９３】この赤外線検知素子の投影像の大きさの変
化の主原因は、温度変動に伴うアフォーカル・レンズ系
とイメージ・レンズ系を構成するレンズの焦点距離の変
動及び温度変動に伴うアフォーカル・レンズ系とイメー
ジレンズ系の寸法の変動である。

【０１９４】従って、赤外線検知素子の投影像の大きさ
の変化を抑圧するには、温度変動に伴うアフォーカル・
レンズ系とイメージ・レンズ系を構成するレンズの焦点
距離の変動及び温度変動に伴うアフォーカル・レンズ系
とイメージレンズ系の寸法の変動を抑圧すればよい。

【０１９５】これには、図２に示したように、アフォー
カル・レンズ系のレンズの位置をＡの方向に調整し、イ
メージ・レンズ系のレンズの位置をＢの方向に調整すれ
ば、アフォーカル第一結像面ａの前方の焦点距離の変動
とアフォーカル第一結像面ａの後方の焦点距離の変動の
双方を補正することができる。

【０１９６】図７は、本発明のレンズ位置調整のための
構成を示す図で、構造は模式的に示し、制御系はブロッ
ク図で示したものである。

【０１９７】尚、図７では、一応図１におけるイメージ
・レンズ系第一レンズ２１の位置調整を意識して図示し
ているが、図１における対物レンズ・ユニット５１の位
置調整についても同様な構成で可能である。又、構造的
にはイメージ・レンズ系第一レンズ２１と対物レンズ・
ユニット５１の位置調整が最も簡単であるが、アフォー
カル・レンズ系とイメージ・レンズ系の他のレンズの位
置調整も技術的には不可能ではない。

【０１９８】又、図７は、イメージ・レンズ系の光軸中
心を含む水平な平面でイメージ・レンズ系を切った断面
図である。

【０１９９】図７において、２１はイメージ・レンズ系
第一レンズ、２９はイメージ・レンズ系の鏡筒である。

【０２００】又、２１１は該イメージ・レンズ系第一レ
ンズを装着固定するレンズ鏡筒、２１２はレンズ鏡筒回
り止めピン、２９１は回転フレーム、２９２は該回転フ
レーム２９１と該鏡筒２９の間に設けられるねじ機構、
２９３はボール・ベアリング、２９４及び２９４ａは歯
車、２９５及び２９５ａは該歯車２９４及び２９４ａと
かみ合う歯車、５１３は該鏡筒２９を移動させることで
該イメージ・レンズ系第一レンズ２１を移動させるモー
タ、５１４は該イメージ・レンズ系第一レンズ２１の移
動量を計測するポテンショ・メータである。

【０２０１】又、９１は図３におけるレンズ位置制御系
９を構成する温度センサ、９２は図３におけるレンズ位
置制御系９を構成する制御回路である。そして、該制御
回路９２は、読み出し専用メモリ部９２１、加算回路９
２２及び電力増幅器９２３を備えている。

【０２０２】まず、レンズ位置調整のための構造につい
て説明する。

【０２０３】イメージ・レンズ系第一レンズ２１はレン
ズ鏡筒２１１に装着固定されている。該レンズ鏡筒２１
１は鏡筒２９とレンズ鏡筒回り止めピン２１２の部分で
嵌合しており、該レンズ鏡筒回り止めピン２１１によっ
てレンズ鏡筒２１１と鏡筒２９は互いに回転しないよう
に固定されている。

【０２０４】又、該レンズ鏡筒２１１は該ボール・ベア
リング２９３の部分で該回転フレーム２９１と結合して
おり、該レンズ鏡筒２１１と該回転フレーム２９１は互
いに回転可能になっている。

【０２０５】該回転フレーム２９１のの周囲には歯車２
９５が設けられており、該歯車２９５はモータ５１３に
結合された該歯車２９４及び該ポテンショ・メータ５１
４に結合された歯車２９４ａと噛み合っており、該歯車
２９４の回転を該回転フレームの前進、後退に変換し、
該回転フレーム２９１の前進、後退を該歯車２９４ａの
回転に変換するようになっている。

【０２０６】次にレンズ位置制御系とレンズ位置調整の
ための構造とを総合して説明をする。

【０２０７】温度センサ９１は環境温度の変動を検出
し、通常アナログ量としての電圧を出力する。

【０２０８】読み出し専用メモリ部９２１は、入力側に
アナログ・デジタル変換回路を備えており、該アナログ
・デジタル変換回路でデジタル変換された電圧値は読み
出し専用メモリ（通常ＲＯＭと標記されるものであ
る。）にアドレスとして供給され、該読み出し専用メモ
リからデジタル変換された電圧値に対応するレンズ位置
の移動量のデジタル値が読み出される。

【０２０９】読み出されたデジタル量の電圧値は、該読
み出し専用メモリ部９２１の出力側に備えられているデ
ジタル・アナログ変換回路によってアナログ量としての
電圧値に変換されて出力される。

【０２１０】該読み出し専用メモリ部９２１から出力さ
れた電圧はレンズ位置指令電圧として該加算回路９２２
の一方の端子に供給される。

【０２１１】一方、該回転フレーム２９１の前進、後退
は歯車２９５から歯車２９４ａに伝えられて該ポテンシ
ョ・メータ５１４を回転させる。該ポテンショ・メータ
５１４は自身の回転角に対応した電圧を出力するが、こ
の電圧出力が該加算回路９２２のもう一方の入力端子に
帰還電圧として供給され、上記レンズ位置指令電圧との
差が求められる。

【０２１２】該加算回路９２２が出力する上記レンズ位
置指令電圧と上記帰還電圧との差の電圧が電力増幅器９
２３に供給され、実際に該モータ５１３を駆動して該歯
車２９４を回転させ、該歯車２９４の回転が該歯車２９
５に伝えられて該回転フレーム２９１の前進、後退に変
換される。

【０２１３】即ち、該温度センサ９１、該制御回路９
２、該モータ５１３、該歯車２９４、該歯車２９５、該
歯車２９４ａ、該歯車２９５ａ、該ポテンショ・メータ
５１４によって構成される負帰還ループによって該イメ
ージ・レンズ系第一レンズ２１の位置の調整が行なわれ
る。

【０２１４】図７の構成の利点は、負帰還ループによっ
てレンズ位置の調整を行なうために、レンズ位置の調整
確度が高いことである。

【０２１５】しかし、レンズ位置の調整機構は図７に示
したものだけではなく、モータ５１３、ポテンショ・メ
ータ５１４と制御回路９２を取り除いて、モータの代わ
りに手動の回転機構を取り付け、ポテンショ・メータ５
１４の代わりに該回転フレームの移動距離を示す目盛り
を付けておくという簡易な構造でもよい。特に、上記回
転機構にはマイクロメータに適用される如き微細ピッチ
のねじ機構を適用すれば、大きな回転角を小さな移動距
離に変換することができるので、移動距離を正確に制御
することが可能である。尚、この場合には、図７の読み
出し専用メモリ部９２１の代わりに環境温度の変動に対
する回転フレームの移動距離を算出した表を準備してお
く必要がある。

【０２１６】そして、上記の如きマニュアルでレンズの
位置を調整する機構の利点は、赤外線撮像装置の構造を
複雑化しないことと、赤外線撮像装置自体の寸法と重量
を軽減できることである。

【０２１７】上記自動制御又はマニュアルのいずれの手
段によっても、レンズの位置を調整することによってレ
ンズ系の焦点距離の温度変動を抑圧することができるの
で、赤外線検知素子の投影像の大きさの増加を抑圧する
ことが可能になり、水平走査ミラーの振角を縮減するこ
とができる。

【０２１８】これにより、水平スキャナの駆動力の増加
を抑圧することが可能になり、水平スキャナの大きさと
重量を縮減することができる。よって、赤外線撮像装置
自体の大きさと重量の縮減が可能になる。

【０２１９】図８は、本発明の３点型光学式角度検出器
で、水平走査ミラーも併せて図示している。尚、図８
は、該３点型光学式角度検出器の光軸中心を含む水平な
平面で該３点型光学式角度検出器を切った断面図であ
る。

【０２２０】図８において、３１は水平走査ミラーであ
る。尚、後述する３点型光学式角度検出器によって、水
平走査ミラーが有効走査領域と無効走査領域の境界を走
査していることを検出してパルスを出力するので、本発
明においては水平スキャナ制御用角度検出器は不要にな
る。

【０２２１】又、３４０は図１又は図２における３点型
光学式角度検出器３４の筐体、３４１は発光ダイオー
ド、３４２は該発光ダイオードの出力光を平行光にする
コリメータ・レンズ、３４３は該コリメータ・レンズ３
４２の出力光を折り返すために反射させる反射ミラー、
３４４、３４４ａ、３４４ｂはフォト・ダイオード、３
４５は該水平走査ミラー３１の角度が該反射ミラー３４
３の反射光に対して４５°の時と、無効走査領域と有効
走査領域の境界における水平走査ミラーの振角をβ°と
して該水平走査ミラーの角度が該反射ミラー３４３の反
射光に対して４５°±β°の時に反射光を該フォト・ダ
イオード３４４、３４４ａ及び３４４ｂのいずれかの受
光面に集光する集光レンズ、３４６は該発光ダイオード
３４１と該フォト・ダイオード３４４乃至３４４ｂにバ
イアスを供給すると共に、該フォト・ダイオード３４４
乃至３４４ｂが該水平走査ミラーの角度が４５°の時
と、４５°±β°の時に反射光を受けて該フォト・ダイ
オード３４４乃至３４４ｂが出力するパルスを図３の信
号処理回路７２に供給する制御基板である。

【０２２２】ここで、上においては表現をまるめて、該
水平走査ミラー３１の角度が４５°に等しい時と、４５
°±β°に等しい時に反射光を該フォト・ダイオード３
４４、３４４ａ及び３４４ｂのいずれかの受光面に集光
すると記載しているが、図８に則して見れば、実際には
該水平走査ミラー３１の角度が４５°の時に該フォト・
ダイオード３４４が受光し、該水平走査ミラー３１の角
度が４５°＋β°の時に該フォト・ダイオード３４４ａ
が受光し、該水平走査ミラー３１の角度が４５°−β°
の時に該フォト・ダイオード３４４ｂが受光することが
判る。

【０２２３】尚、筐体への発光ダイオード３４１、コリ
メータ・レンズ３４２、反射ミラー３４３、フォト・ダ
イオード３４４、集光レンズ３４５の固定手段及び制御
基板３４６の実装手段の説明は必要がないので省略す
る。又、水平走査ミラー３１及び水平スキャナ制御用角
度検出器３２についても、装着手段の説明は必要ないの
で省略する。

【０２２４】図９は、本発明の画像データ取り込み信号
と温度基準熱源データ取り込み信号を示す図である。

【０２２５】図９（イ）は、水平スキャナの走査波形で
ある。実際には鋸歯状波様の波形の最高及び最低付近で
は丸みを帯びた波形になる（図１４参照）が、図示を簡
単にするために、丸みを取り除いて完全な鋸歯状波で図
示している。

【０２２６】図９（ロ）は、本発明の３点型光学式角度
検出器の出力で、図８におけるフォト・ダイオード３４
４が水平走査ミラーの角度が４５°であることを検出し
て出力するパルスである。これは、水平走査ミラーの角
度が走査範囲の中心である時の３点型光学式角度検出器
の出力であるので、３点型光学式角度検出器の中心出力
と呼ぶことにする。

【０２２７】図９（ハ）は、本発明の３点型光学式角度
検出器の出力で、図８におけるフォト・ダイオード３４
４ａ及び３４４ｂが水平走査ミラーの角度が４５°±β
°であることを検出して出力するパルスである。これ
は、水平走査ミラーが有効走査領域と無効走査領域の境
界を走査している時の３点型光学式角度検出器の出力で
あるので、境界出力と呼ぶことにする。

【０２２８】画像データの取り込みは、図９（ロ）の中
心出力を基準に行なう。即ち、中心出力のうち、走査角
度が増加中に出力されるパルスＣを基準に、所定の時間
ＴＣを経過した時刻に画像データの取り込みを開始す
る。この時刻は、水平スキャナが無効走査領域における
走査から有効走査領域における走査に入る時刻で、走査
速度は設計上判っているので時間ＴＣの設定は可能であ
る。

【０２２９】尚、フライ・バック中にも水平走査ミラー
の角度が４５°になる時刻があり、３点型光学式角度検
出器はこの時刻でもパルスＤを出力するが、走査角が減
少していることを検出する比較器を設けておき、この比
較器の出力によって上記パルスＤをマスクすることは容
易にできるので、画像データ取り込みタイミングを誤る
ことはない。

【０２３０】一方、図９（ハ）の境界出力を使って温度
基準熱源データの取り込みを制御する。温度基準熱源は
高温側と低温側の２個あるので、温度基準熱源データの
取り込みタイミングは２つ必要である。これは、有効走
査領域から無効走査領域に移行するタイミングで生成さ
れるパルスを第一の温度基準熱源のデータの取り込みパ
ルスとし（図９（ニ）に、符号Ｅを付している。）、有
効走査領域から無効走査領域に移行するタイミングで生
成されるパルスを第二の温度基準熱源のデータの取り込
みパルスとすれば（図９（ニ）に、符号Ｆを付してい
る。）よい。

【０２３１】尚、３点型光学式角度検出器は、図９
（ハ）に示す如く、上記Ｅ及びＦのパルス以外にも有効
走査領域と無効走査領域間を移行するタイミングにパル
スを出力するが、上記と同様な原理で不要なパルスをマ
スクすることができるので、温度基準熱源データの取り
込みタイミングを誤ることはない。

【０２３２】尚、図８におけるフォト・ダイオード３４
４乃至３４４ｂの受光面は有限の面積を持っているの
で、水平走査ミラーの角度が所定の角度になる前に反射
光を受光し始め、水平走査ミラーの角度が所定の角度を
過ぎても反射光を受光し続けるので、フォト・ダイオー
ドが直接出力するパルスは裾を引いた波形をしている上
にパルス幅も広いが、フォト・ダイオードが直接出力す
るパルスを比較器に入力し、所定の振幅以上の時に比較
器から出力させるように設定しておけば、中心出力も境
界出力もシャープでパルス幅が小さいパルスとすること
ができるので、画像データ取込みと温度基準熱源データ
の取り込みのタイミング・パルスとして問題なく使うこ
とができる。

【０２３３】本発明の３点型光学式角度検出器において
は、図８の水平走査ミラーからフォト・ダイオードまで
の光路長と集光レンズの焦点距離と水平走査ミラーの角
度によって反射光を集光させる位置を正確に決めること
ができる。即ち、上記中心出力と境界出力が出力される
タイミングは水平走査ミラーの角度と正確に対応してお
り、しかも、境界出力が出力されないという事態は決し
て起こらない。

【０２３４】このため、角度検出の誤差を見込んで水平
走査ミラーの振角を大きく設定する必要がないので、水
平スキャナの駆動力の増加を抑圧することができ、水平
スキャナの小型化と軽量化が可能になる。

【０２３５】その上、正確なタイミングで確実に画像デ
ータを取り込むパルスと温度基準熱源のデータを取り込
むパルスを生成することができるので、赤外線撮像装置
の画像表示の信頼度を高めることができる。

【０２３６】図１０は、本発明の温度基準熱源と熱源導
入光学系の構成である。尚、図１０は、熱源導入光学系
の光軸中心を含む水平な平面で温度基準熱源と熱源導入
光学系を切った断面図である。

【０２３７】図１０において、４は温度基準熱源、６は
熱源導入光学系である。

【０２３８】該温度基準熱源４は、サーモ・モジュール
４１、温度基準板４２、放熱フレーム４５、Ｏリング４
６、温度基準熱源固定ネジ４７、シム４８及び放熱フレ
ーム固定ねじ４９を備えている。

【０２３９】又、該熱源導入光学系６は、熱源導入レン
ズ６１、反射ミラー６２及び熱源導入光学系鏡筒６３を
備えている。

【０２４０】該温度基準熱源４において、該サーモ・モ
ジュール４１は一方の表面において該放熱フレーム４５
に接着固定されており、該サーモ・モジュール４１のも
う一方の面は該温度基準板４２と接着固定されている。

【０２４１】該熱源導入光学系６において、該熱源導入
レンズ６１は該熱源導入光学系鏡筒６３に装着固定され
ており、又、反射ミラー６２も該熱源導入光学系 鏡筒
６３に装着固定されている。

【０２４２】該温度基準熱源４を構成する該放熱フレー
ム４３は、熱源導入光学系６を構成する該熱源導入光学
系鏡筒６３に該放熱フレーム固定ねじ４９によってねじ
止め固定されるが、該放熱フレーム４５の該熱源導入光
学系鏡筒６３との取り付け面には該放熱フレーム４５中
を周回する溝が形成されており、この溝の中にはＯリン
グが組み込まれている。これで、該熱源導入光学系鏡筒
６３上の該放熱フレーム４５の取り付け面での密閉性を
高く保つことができる。

【０２４３】一方、熱源導入レンズ６１と熱源導入光学
系鏡筒６３との間の密閉性も当然高い。

【０２４４】従って、該放熱フレーム４５、該熱源導入
光学系鏡筒６３及び該熱源導入レンズ６１によって囲ま
れる空間を外部の空間から密閉された空間にすることが
できる。

【０２４５】このため、上記空間に化学的に不活性な窒
素などの乾燥気体を封入することによって、該サーモ・
モジュール４１と該温度基準板４２の表面が露点以下の
温度になっても、該サーモ・モジュール４１と該温度基
準板４２の表面に結露が生じないようにすることができ
る。

【０２４６】又、該シム４８と該熱源導入光学系鏡筒６
３に設けた長径穴６４によって、アフォーカル・レンズ
系とイメージ・レンズ系に対する該反射ミラー６２の位
置の調整を行なうことができる。

【０２４７】まず、該シム４８の厚さを調整することに
よって、イメージ・レンズ系に対する該反射ミラー６２
の位置の調整、即ち、図２のＢの方向での位置の調整を
行なうことができる。

【０２４８】次に、該温度基準熱源固定ねじ４７を緩め
た状態で該熱源導入光学系鏡筒６３に固定されている該
放熱フレーム４５を該長径穴６４の長径の方向にずらす
ことによってアフォーカル・レンズ系に対する該反射ミ
ラー６２の位置の調整、即ち、図２のＡの方向での位置
の調整を行なうことができる。

【０２４９】図１０の構成の利点は下記の通りである。

【０２５０】即ち、温度基準熱源４においては、放熱フ
ィンとファンを適用しないで、サーモ・モジュールの発
熱エネルギーを直接放熱フレーム４５に逃がす構成をと
っているので、温度基準熱源４自体の小型化と構成の簡
易化ができる。

【０２５１】又、熱源導入光学系６においては、反射ミ
ラー６２を熱源導入光学系鏡筒６３に直接取り付けるこ
とによって熱源導入光学系自体の構成の簡易化ができ、
シム４８と長径穴６４による位置調整によって該反射ミ
ラー６２のアフォーカル・レンズ系とイメージ・レンズ
系に対する位置調整を正確且つ容易に行なうことができ
る。

【０２５２】更に、温度基準熱源４と熱源導入光学系６
の間の空間に乾燥気体を封入することによってサーモ・
モジュール４１と温度基準板４２表面での結露を防止す
ることができる。

【０２５３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
以下に列挙する効果を奏する赤外線撮像装置を実現する
ことができる。

【０２５４】水平スキャナの走査角を小さくすることが
できるので、水平スキャナの大きさと質量を縮減するこ
とができる。

【０２５５】アフォーカル系の第一の結像面への赤外線
検知素子の投影の大きさを一定に保つことができるの
で、水平スキャナの走査角を小さくすることができ、水
平スキャナの大きさと質量を縮減することができる。

【０２５６】温度変動を見込んで水平スキャナの振角を
大きく設定する必要がなくなり、水平スキャナの大きさ
と質量を縮減することができる。

【０２５７】温度基準熱源導入系の光束と反射ミラーの
相対位置の調整機構が簡易になって、赤外線撮像装置を
小型化することができる。

【０２５８】温度基準熱源を構成するサーモ・モジュー
ルの吸熱量と発熱量を直接温度基準熱源導入系の鏡筒に
逃がしてやることができ、温度基準熱源から放熱フィン
とファンを除去することができるので、温度基準熱源の
大きさを縮減することができる。これは、とりもなおさ
ず赤外線撮像装置の小型化である。

【０２５９】水平スキャナの走査角から直接画像データ
と温度基準熱源データを取り込むパルスを生成するの
で、パルス生成の信頼度を高めることが可能になり、こ
れによって赤外線撮像装置の表示自体の信頼度も高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の赤外線撮像装置の構成（その１）。

【図２】 本発明の赤外線撮像装置の光学系の構成。

【図３】 本発明の赤外線撮像装置の構成（その２）。

【図４】 本発明の反射ミラーの位置と水平走査範囲。

【図５】 本発明の水平走査ミラーの所要振角。

【図６】 水平走査ミラーの振角と水平走査ミラーの大
きさの関係。

【図７】 本発明のレンズ位置調整のための構成。

【図８】 本発明の３点型光学式角度検出器。

【図９】 本発明の画像データ取り込み信号と温度基準
熱源データ取り込み信号。

【図１０】 本発明の温度基準熱源と熱源導入光学系の
構成。

【図１１】 従来の赤外線撮像装置の構成。

【図１２】 １次元赤外線検知素子の代表的な素子配
列。

【図１３】 赤外線検知素子の出力のばらつき。

【図１４】 ２次元画像を得るための水平スキャナの走
査波形。

【図１５】 従来の水平走査範囲と反射ミラーの位置。

【図１６】 従来の水平走査ミラーの所要振角。

【図１７】 赤外線検知素子の投影像の大きさの変動。

【図１８】 従来の光学式角度検出器の構成。

【図１９】 従来の画像データ取り込み信号と温度基準
熱源データ取り込み信号。

【図２０】 温度基準熱源と熱源導入光学系及び反射ミ
ラーの構成。

【符号の説明】

１ 赤外線検知器 ２ イメージ・レンズ系 ２ａ イメージ・レンズ系 ３ 水平スキャナ ３ａ 水平スキャナ ４ 温度基準熱源 ４ａ 温度基準熱源 ４ｂ 温度基準熱源 ４ｃ 温度基準熱源 ５ アフォーカル・レンズ系 ５ａ アフォーカル・レンズ系 ６ 熱源導入光学系 ６ａ 熱源導入光学系 ７ 画像処理系 ７ａ 画像処理系 ８ 温度基準熱源制御系 ９ レンズ系位置調整制御系 １１ 赤外線検知素子 １２ 冷却器 １３ 真空容器 １４ 窓 ２１ イメージ・レンズ系第一レンズ ２２ 遮蔽板 ２３ 垂直走査ミラー ２４ イメージ・レンズ系第二レンズ ２５ 折り返しミラー ２６ イメージ・レンズ系第三レンズ ２７ モータ ２８ ポテンショ・メータ ２９ 鏡筒 ３１ 水平走査ミラー ３２ 水平スキャナ制御用角度検出器 ３３ 水平走査駆動部 ３４ ３点型光学式角度検出器 ３４ａ 光学式角度検出器 ４１ サーモ・モジュール ４２ 温度基準板 ４３ 放熱フィン ４４ ファン ４５ 放熱フレーム ４６ Ｏリング ４７ 温度基準熱源固定ねじ ４８ シム ４９ 放熱フレーム固定ねじ ５１ 対物レンズ・ユニット ５２ リレー・レンズ・ユニット ６１ 温度基準熱源導入レンズ系 ６２ 反射ミラー ６３ 熱源導入光学系鏡筒 ６４ 長径穴 ７１ 増幅器 ７２ 信号処理回路 ７２ａ 信号処理回路 ７３ 画像処理回路 ７４ モニタ ８１ 高温側指令電圧生成回路 ８１ａ 低温側指令電圧生成回路 ８２ 高温側検出電圧生成回路 ８２ａ 低温側検出電圧生成回路 ８３ 加算回路 ８３ａ 加算回路 ８４ 電力増幅器 ８４ａ 電力増幅器 ９１ 温度センサ ９２ 制御回路 １１１ 基板 １１２ 単位赤外線検知素子 ２９１ 回転フレーム ２９２ ねじ機構 ２９３ ボール・ベアリング ２９４ 歯車 ２９４ａ 歯車 ２９５ 歯車 ２９５ａ 歯車 ３４１ 発光ダイオード（ＬＥＤ） ３４２ コリメータ・レンズ ３４３ 反射鏡 ３４４ フォト・ダイオード（ＰＤ） ３４４ａ フォト・ダイオード（ＰＤ） ３４４ｂ フォト・ダイオード（ＰＤ） ３４５ 集光レンズ ３４６ 制御基板 ３４６ａ 制御基板 ５１１ 中視野レンズ ５１２ 広視野レンズ ５１３ モータ ５１４ ポテンショ・メータ ５２１ リレー・レンズ・ユニット第一レンズ ５２２ リレー・レンズ・ユニット第二レンズ ５２３ 鏡筒 ６３１ ねじ ６３２ 第一のブロック ６３３ 第二のブロック ６３４ 第三のブロック ６３５ ねじ ９２１ 読み出し専用メモリ部 ９２２ 加算回路 ９２３ 電力増幅器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樽川 昌 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 株式会社富士通システム統合研究所 内 Ｆターム(参考） 2G066 AA06 AC09 AC13 BA11 BA22 BA25 BA27 BA44 BA53 BB07 BB11 BC11 BC21 CA02 CA15 CB03 5C024 AA06 EA00 EA03 EA04 HA12 HA23 JA05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線検知素子を使用し、測定対象物体
   が放射する赤外線像を結像するアフォーカル第一結像面
   上の有効走査領域の外側に設定される無効走査領域にお
   いて温度基準熱源が放射する赤外線をアフォーカル・レ
   ンズ系に取り込んで赤外線検知素子のばらつきを補正し
   て、有効走査領域に結像される赤外線画像を表示する赤
   外線撮像装置であって、 赤外線画像の視野の範囲に赤外線検知素子の幅を加えた
   領域を有効走査領域とし、該有効走査領域の外側を無効
   走査領域として、 該有効走査領域と該無効走査領域の境界に、該温度基準
   熱源が放射する赤外線を反射させる反射ミラーの有効走
   査領域に対して内側の縁を設置することを特徴とする赤
   外線撮像装置。
2. 【請求項２】 赤外線検知素子を使用し、測定対象物体
   が放射する赤外線像を結像するアフォーカル第一結像面
   上の有効走査領域の外側に設定される無効走査領域にお
   いて温度基準熱源が放射する赤外線をアフォーカル・レ
   ンズ系に取り込んで赤外線検知素子のばらつきを補正し
   て、有効走査領域に結像される赤外線画像を表示する赤
   外線撮像装置であって、 アフォーカル第一結像面上で赤外線検知素子の投影像を
   走査する水平走査ミラーの角度を、該水平走査ミラーが
   走査範囲の中心を走査する時と、該水平走査ミラーが前
   記有効走査領域から無効走査領域に向けて走査する時
   と、該水平走査ミラーが前記無効走査領域から有効走査
   領域に向けて走査する時の３点において検出してパルス
   を出力する角度検出器を備えることを特徴とする赤外線
   撮像装置。
3. 【請求項３】 赤外線検知素子を使用し、測定対象物体
   が放射する赤外線像を結像するアフォーカル第一結像面
   上の有効走査領域の外側に設定される無効走査領域にお
   いて温度基準熱源が放射する赤外線をアフォーカル・レ
   ンズ系に取り込んで赤外線検知素子のばらつきを補正し
   て、有効走査領域に結像される赤外線画像を表示する赤
   外線撮像装置であって、 アフォーカル第一結像面より前方に配置される少なくと
   も一のレンズと、アフォーカル第一結像面より後方に配
   置される少なくとも一のレンズの位置を、環境温度の変
   動に対応して調整する機構を備えることを特徴とする赤
   外線撮像装置。
4. 【請求項４】 赤外線検知素子を使用し、測定対象物体
   が放射する赤外線像を結像するアフォーカル第一結像面
   上の有効走査領域の外側に設定される無効走査領域にお
   いて温度基準熱源が放射する赤外線をアフォーカル・レ
   ンズ系に取り込んで赤外線検知素子のばらつきを補正し
   て、有効走査領域に結像される赤外線画像を表示する赤
   外線撮像装置であって、 温度基準熱源を構成する温度基準板の温度を制御するサ
   ーモ・モジュールを放熱フレームに直接接着固定して、
   伝導放熱によって該サーモ・モジュールの発熱エネルギ
   ーを放熱する温度基準熱源を備えることを特徴とする赤
   外線撮像装置。
5. 【請求項５】 赤外線検知素子を使用し、測定対象物体
   が放射する赤外線像を結像するアフォーカル第一結像面
   上の有効走査領域の外側に設定される無効走査領域にお
   いて温度基準熱源が放射する赤外線をアフォーカル・レ
   ンズ系に取り込んで赤外線検知素子のばらつきを補正し
   て、有効走査領域に結像される赤外線画像を表示する赤
   外線撮像装置であって、 請求項３に記載の温度基準熱源と、該温度基準熱源が放
   射する赤外線をアフォーカル・レンズ系に導入する熱源
   導入光学系を固定し、 該熱源導入光学系を構成する熱源導入光学系鏡筒に、温
   度基準熱源が放射する赤外線をアフォーカル・レンズ系
   に取り込む反射ミラーを固定し、 該熱源導入光学系鏡筒とアフォーカル・レンズ系の鏡筒
   との間にシムを挟み、該熱源導入光学系鏡筒に設けた長
   径穴を介して該熱源導入光学系鏡筒をアフォーカル・レ
   ンズ系の鏡筒にネジ止め固定する構造を備えることを特
   徴とする赤外線撮像装置。