JP2001215620A - 赤外線プロジェクタ - Google Patents

赤外線プロジェクタ

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JP2001215620A
JP2001215620A JP2000029131A JP2000029131A JP2001215620A JP 2001215620 A JP2001215620 A JP 2001215620A JP 2000029131 A JP2000029131 A JP 2000029131A JP 2000029131 A JP2000029131 A JP 2000029131A JP 2001215620 A JP2001215620 A JP 2001215620A
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infrared
projector according
wavelength
micromirror device
selecting means
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Hiroshi Suzuki
浩志 鈴木
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Mitsubishi Electric Corp
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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/0841—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting element being moved or deformed by electrostatic means

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  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 赤外線を発するアレー状素子を開発する必要
が無く、高い時間分解能および高い空間分解能を有す
る、また、高温体のシミュレーションを可能にする、ま
た、波長特性と輝度特性を制御し、高いコントラスト
で、高いシミュレーション精度を得ることのできる等の
特徴を有する赤外線プロジェクトを提供する。 【解決手段】 多数のミラーを設け、これらのミラーの
方向を個々に変えることにより反射方向を変える光空間
変調素子であるマイクロミラーデバイス６と、このマイ
クロミラーデバイスの各ミラーの方向を制御するコント
ローラ７と、マイクロミラーデバイスに赤外光を照射す
る赤外光源８，９，１０と、を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、コンピュータ等
で作成された赤外域における風景等の二次元の赤外線分
光輝度分布情報をもとに、この情報に相似な赤外線を投
影する装置に関するものである。たとえば本装置で投影
された赤外線を赤外線撮像装置で撮像することにより、
赤外線画像が得られ、コンピュータの赤外線分光輝度デ
ータと赤外線画像を比較し、赤外線画像の劣化具合から
赤外線撮像装置の撮像性能評価を行うような、赤外線機
器の評価において使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】図５はジョージ・シー・ゴールドスミス
(George C. Goldsmith)、「広赤外域風景プロジェクタ
・レジスタ・アレイの特性測定(Characterization meas
urement of the wideband infrared scene projector r
esistor array)」SPIE会報、Vol.2742, P25-37,(１９９
６年)に示された従来の赤外線プロジェクタである。１
は微細発熱体アレー、２は微細発熱体アレー１のコント
ローラ、３は微細発熱体アレー１から放射された赤外光
を投影する投影反射鏡である。
【０００３】次に動作について説明する。微細発熱体ア
レー１は微細な発熱体が二次元に配列されているため、
各発熱体の発熱量に差をつけることにより二次元の赤外
線分光輝度分布を発生できるものである。各発熱体は抵
抗体であり、抵抗体に加える電圧を加減することにより
赤外線の放射量を加減できる。
【０００４】コントローラ２はコンピュータ等で作成さ
れた赤外域における風景等の二次元赤外線分光輝度分布
情報を受け、先の分光輝度分布を各発熱体に与える電圧
分布に変換し、各発熱体に与える電圧を制御する。この
ような構成をとることにより、微細発熱体アレー１から
放射された赤外線を赤外線撮像装置で撮像すれば赤外線
画像を得ることができる。
【０００５】図６は微細発熱体アレー１の一部を示すも
のである。図６の抵抗体４はリード線５によってコント
ローラ２に接続されている。抵抗体４にコントローラ２
から電圧が与えられると、抵抗体４に電流が流れ発熱す
る。抵抗値Ｒの抵抗体４における電圧Ｖと発熱量Ｐとの
関係はＰ＝Ｖ2／Ｒである
【０００６】発熱量に応じた量の赤外線が抵抗体４から
放射されるため、コントローラ２で抵抗体４に与える電
圧を制御することにより抵抗体４から発せられる赤外線
の量を制御できる。
【０００７】微細発熱体アレー１の周囲に空気が存在す
ると伝導による熱拡散が発生するため、微細発熱体アレ
ー１から放射される赤外線の放射効率が低下する。この
ため、微細発熱体アレー１は真空状態に保つ密封パッケ
ージ内(特に図示せず)に収められる。なお、微細発熱体
アレー１から放射される赤外線は、広い波長域において
良好な透過特性を持つＺｎＳｅの窓を通してパッケージ
外に放射される。
【０００８】また、微細発熱体アレー１が高温から低温
に変化するときの時間応答を向上させるため、リード線
５を通じて放熱を行う。放熱量が多いと微細発熱体が高
温にならなくなるため、放熱量には制限が生じる。これ
が、この装置において高温から低温への温度変化の時間
応答が悪くなる原因である。
【０００９】次に微細発熱体アレー１から放射される赤
外線の特性について述べる。図７はこの装置の赤外線放
射量の波長特性を示したものであり、横軸は波長、縦軸
は赤外線の強度である。図７のＭは微細発熱体アレー１
の特性であり、微細発熱体アレー１と等しい温度の黒体
光源が放射する赤外線の特性が７６２Ｋとして示されて
いる。この装置で投影できる最高温度は７６２Ｋであ
り、これ以上の温度に対する投影は不可能か、または、
大きな誤差を含むことになる。
【００１０】また、黒体光源に比べて微細発熱体アレー
１の赤外線放射量が低いのは、発熱体の集積度が低く、
発熱体自体の赤外線放射率が低い(文献では０.６と見積
もっている)ためである。このように、赤外線放射量が
低いと赤外線プロジェクタとしてのコントラストが落
ち、非常に使いにくくなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】以上のように構成され
た従来の赤外線プロジェクタでは、 ａ）用途として赤外線プロジェクタに特化した微細発熱
体アレーを新規に開発する必要があり、高価であった ｂ）発熱体であるため温度変化の時間的な応答が悪いこ
と、および、発熱体にはリード線が必要なため、アレー
間の間隔を離して設置しなければならないなどの理由か
ら、時間的分解能や空間的分解能が悪かった ｃ）微細発熱体の温度限界から炎などの高温体のシミュ
レーションができなかった ｄ）微細発熱体アレーで作る赤外線の強度分布はコント
ラストが悪く、シミュレーション精度が悪かった等の問
題があった。
【００１２】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、赤外線を発するアレー状素子を
開発する必要が無く、高い時間分解能および高い空間分
解能を有する、また、高温体のシミュレーションを可能
にする、また、波長特性と輝度特性を制御し、高いコン
トラストで、高いシミュレーション精度を得ることので
きる等の特徴を有する赤外線プロジェクトを提供するこ
とを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の目的に鑑み、この
発明は、多数のミラーを設け、これらのミラーの方向を
個々に変えることにより反射方向を変える光空間変調素
子であるマイクロミラーデバイスと、このマイクロミラ
ーデバイスの各ミラーの方向を制御するコントローラ
と、マイクロミラーデバイスに赤外光を照射する赤外光
源と、を備えたことを特徴とする赤外線プロジェクタに
ある。
【００１４】またこの発明は、前記赤外光源として高温
黒体炉を備えたことを特徴とする請求項１記載の赤外線
プロジェクタにある。
【００１５】またこの発明は、前記マイクロミラーデバ
イスに入射する赤外線の波長を選択する赤外線波長選択
手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載
の赤外線プロジェクタにある。
【００１６】またこの発明は、前記赤外線波長選択手段
として、通過波長帯域が異なるバンドパスフィルタを２
個以上備えたことを特徴とする請求項３に記載の赤外線
プロジェクタにある。
【００１７】またこの発明は、前記赤外線波長選択手段
として、回折格子を備えたことを特徴とする請求項３に
記載の赤外線プロジェクタにある。
【００１８】またこの発明は、前記赤外線波長選択手段
として、前記回折格子を赤外線入射方向に対して傾ける
可動支持手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載
の赤外線プロジェクタにある。
【００１９】またこの発明は、前記赤外線波長選択手段
として、格子間隔が異なる回折格子を２個以上備えたこ
とを特徴とする請求項３または６に記載の赤外線プロジ
ェクタにある。
【００２０】またこの発明は、前記赤外線波長選択手段
として、プリズムを備えたことを特徴とする請求項３に
記載の赤外線プロジェクタにある。
【００２１】またこの発明は、前記赤外線波長選択手段
として、前記プリズムを赤外線入射方向に対して傾ける
可動支持手段を備えたことを特徴とする請求項８に記載
の赤外線プロジェクタにある。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、この発明を各実施の形態に
従って説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の一実施の形態による赤
外線プロジェクタを示す構成図である。図において、６
はマイクロミラーデバイス、７はマイクロミラーデバイ
ス６のコントローラ、８はマイクロミラーデバイス６に
赤外光を照射する赤外線光源である高温黒体炉、９は高
温黒体炉８から放射された赤外線を均一にマイクロミラ
ーデバイス６に照射するための積分球、１０は積分球９
から出た赤外線を効率良くマイクロミラーデバイス６に
照射するためのリレー反射鏡、１１はマイクロミラーデ
バイス６で作り出された二次元の赤外線分布を投影する
投影反射鏡である。なお、高温黒体炉８、積分球９、リ
レー反射鏡１０が赤外光源を構成する。
【００２３】次に動作について説明する。赤外光は高温
かつ赤外線放射率の良い高温黒体炉８の内壁から放射さ
れ、積分球９に入射する。赤外光は積分球９内部で多重
反射を起こすため、積分球９の出射口部分からは放射特
性と分布が均一な赤外光が得られる。この赤外光をリレ
ー反射鏡１０によりマイクロミラーデバイス６表面に集
光してマイクロミラーデバイス６表面への赤外光入射量
を高めている。
【００２４】マイクロミラーデバイス６は１６μｍ角の
ミラー(特に図示せず)が１７μｍピッチで２次元アレー
状に配置されており、コントローラ７から印加される電
圧によって各ミラーの傾きを変えることで出射光の方向
を変化させる。つまり、各ミラーにおいて赤外光を投影
したい場合は投影反射鏡１１の方向に赤外光を反射さ
せ、投影しない場合は投影反射鏡１１の開口から外れる
方向に赤外光を反射させることにより赤外光強度を変調
することができる。マイクロミラーデバイス６のミラー
の傾き変化に要する時間は１０μｍ以下であり、高速で
赤外光を変調できる。
【００２５】以上のように、マイクロミラーデバイス６
を用いることにより赤外線強度の変調に関して、時間的
な応答が速く、かつ、変調を行うミラーが空間的に細か
く密に配置されているので、この装置は高い時間分解能
を持ち、かつ高い空間分解能を得ることができる。
【００２６】また、開口率が高く、ミラーの反射率も高
いためコントラストの高いシミュレーションが可能であ
る。
【００２７】また、高温黒体炉を使用しているため、従
来制限のあった炎などの高温体のシミュレーションも可
能である。
【００２８】実施の形態２．以上の実施の形態１では、
輝度特性のみを制御したものであるが、次に輝度と波長
特性を同時に制御できる例を示す。図２はこのような場
合のこの発明の別の実施の形態による赤外線プロジェク
タを示す構成図である。
【００２９】１２はバンドパスフィルタ、１３はバンド
パスフィルタ１２と異なる通過波長帯域を持つバンドパ
スフィルタ、１４はバンドパスフィルタ１２および１３
とマイクロミラーデバイス６のコントローラ、２０はコ
ントローラ１４の制御に従ってバンドパスフィルタ１
２、１３を切り替えて所望の位置に固定支持する可動支
持手段であり、その他は実施の形態１と同一である。な
お、バンドパスフィルタ１２、１３および可動支持手段
２０が赤外線波長選択手段を構成する。
【００３０】次に動作について説明する。コントローラ
１４はコンピュータからの赤外線分光輝度分布情報を受
け取り、バンドパスフィルタ１２および１３とマイクロ
ミラーデバイス６を制御することにより波長特性を制御
する。
【００３１】以下、二次元状に配置されているマイクロ
ミラーの１個に絞って動作を説明する。コントローラ１
４はコンピュータから与えられたバンドパスフィルタ１
２の通過波長帯域内での赤外光輝度情報から、輝度に相
当する時間、投影反射鏡１１に赤外線が入射するように
マイクロミラーの傾きを調整する。これと同様の作業を
バンドパスフィルタ１３に対して行うことで、フィルタ
で分割された波長ごとの赤外線の輝度を正確に投影する
ことができる。
【００３２】なお、実施の形態２では２種類のバンドパ
スフィルタを用いたが、バンドパスフィルタによる波長
の分割数が多いほど波長特性の精度が向上することは明
らかであり、３種類以上のバンドパスフィルタを用いて
もよい。
【００３３】実施の形態３．以上の実施の形態２では、
通過波長帯域を制限する光学素子としてバンドパスフィ
ルタを用いたが、次に通過波長帯域を制限する光学素子
として回折格子を用いた例を示す。図３はこのような場
合のこの発明の別の実施の形態による赤外線プロジェク
タを示す構成図である。
【００３４】１５は回折格子、１６は回折格子１５と異
なる格子間隔を持つ回折格子、１７は回折格子とマイク
ロミラーデバイス６のコントローラであり、２１はコン
トローラ１７の制御に従って回折格子１５、１６を切り
替えて所望の位置に所望の傾きに固定支持する可動支持
手段であり、その他は実施の形態１と同一である。な
お、回折格子１５、１６および可動支持手段２１が赤外
線波長選択手段を構成する。
【００３５】次に動作について説明する。回折格子１５
および回折格子１６は実施の形態２のバンドパスフィル
タと同様、マイクロミラーデバイス６に入射する赤外線
波長域を制限する。コントローラ１７はコンピュータか
ら与えられた回折格子１５による通過波長帯域内での赤
外光輝度情報から、輝度に相当する時間、投影反射鏡１
１に赤外線が入射するようにマイクロミラーの傾きを調
整する。これと同様の作業を回折格子１６に対して行う
ことで、分割された波長ごとの赤外線の輝度を正確に投
影することができる。
【００３６】なお、上記実施の形態では通過波長帯域を
制限する光学素子として回折格子１５、１６を用いた
が、これらの代わりにプリズム１８を用い、可動支持手
段２１により所望の傾きでプリズム１８を固定するよう
にしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、多数の
ミラーを設け、これらのミラーの方向を個々に変えるこ
とにより反射方向を変える光空間変調素子であるマイク
ロミラーデバイスと、このマイクロミラーデバイスの各
ミラーの方向を制御するコントローラと、マイクロミラ
ーデバイスに赤外光を照射する赤外光源と、を備えたこ
とを特徴とする赤外線プロジェクタとしたので、マイク
ロミラーデバイスを用いることにより赤外線強度の変調
に関して、時間的な応答が速く、かつ、変調を行うミラ
ーが空間的に細かく密に配置されているので、高い時間
分解能、高い空間分解能を得ることができる。また、開
口率が高く、ミラーの反射率も高いためコントラストの
高いシミュレーションが可能になる。
【００３８】また、前記赤外光源として高温黒体炉を備
えたことを特徴とする赤外線プロジェクタとしたので、
従来の発熱体アレーでは制限のあった炎などの高温体の
シミュレーションも可能である。
【００３９】また、前記マイクロミラーデバイスに入射
する赤外線の波長を選択する赤外線波長選択手段を備え
た赤外線プロジェクタとしたので、輝度特性のみならず
波長特性も同時に制御できる。
【００４０】また、前記赤外線波長選択手段として、通
過波長帯域が異なるバンドパスフィルタを２個以上備え
た赤外線プロジェクタとしたので、通過波長帯域が異な
るバンドパスフィルタにより波長特性も同時に制御でき
る。
【００４１】また、前記赤外線波長選択手段として、回
折格子を備えたことを特徴とする赤外線プロジェクタと
したので、回折格子により波長特性も同時に制御でき
る。
【００４２】また、前記赤外線波長選択手段として、前
記回折格子を赤外線入射方向に対して傾ける可動支持手
段を備えたことを特徴とする赤外線プロジェクタとした
ので、赤外線入射照射方向に自由度を持たせられる。
【００４３】また、前記赤外線波長選択手段として、格
子間隔が異なる回折格子を２個以上備えたことを特徴と
する赤外線プロジェクタとしたので、分割されたそれぞ
れの波長ごとの赤外線の輝度を正確に投影することがで
きる。。
【００４４】また、前記赤外線波長選択手段として、プ
リズムを備えたことを特徴とする赤外線プロジェクタと
したので、１つのプリズムを用いることで輝度と共に波
長特性も同時に制御できる。
【００４５】また、前記赤外線波長選択手段として、前
記プリズムを赤外線入射方向に対して傾ける可動支持手
段を備えたことを特徴とする赤外線プロジェクタとした
ので、赤外線波長の選択が容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施の形態による赤外線プロジ
ェクタを示す構成図である。
【図２】 この発明の別の実施の形態による赤外線プロ
ジェクタを示す構成図である。
【図３】 この発明のさらに別の実施の形態による赤外
線プロジェクタを示す構成図である。
【図４】 この発明のさらに別の実施の形態による赤外
線プロジェクタを示す構成図である。
【図５】 従来の赤外線プロジェクタの構成図である。
【図６】 従来の赤外線プロジェクタの微細発熱体アレ
ーの一部を示す斜視図である。
【図７】 従来の装置の赤外線放射量の波長特性を示す
図である。
【符号の説明】
６ マイクロミラーデバイス、７，１４，１７ コント
ローラ、８ 高温黒体炉、９ 積分球、１０ リレー反
射鏡、１１ 投影反射鏡、１２，１３ バンドパスフィ
ルタ、１５，１６ 回折格子、１８ プリズム、２０，
２１ 可動支持手段。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多数のミラーを設け、これらのミラーの
    方向を個々に変えることにより反射方向を変える光空間
    変調素子であるマイクロミラーデバイスと、 このマイクロミラーデバイスの各ミラーの方向を制御す
    るコントローラと、 マイクロミラーデバイスに赤外光を照射する赤外光源
    と、 を備えたことを特徴とする赤外線プロジェクタ。
  2. 【請求項２】 前記赤外光源として高温黒体炉を備えた
    ことを特徴とする請求項１記載の赤外線プロジェクタ。
  3. 【請求項３】 前記マイクロミラーデバイスに入射する
    赤外線の波長を選択する赤外線波長選択手段を備えたこ
    とを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線プロジ
    ェクタ。
  4. 【請求項４】 前記赤外線波長選択手段として、通過波
    長帯域が異なるバンドパスフィルタを２個以上備えたこ
    とを特徴とする請求項３に記載の赤外線プロジェクタ。
  5. 【請求項５】 前記赤外線波長選択手段として、回折格
    子を備えたことを特徴とする請求項３に記載の赤外線プ
    ロジェクタ。
  6. 【請求項６】 前記赤外線波長選択手段として、前記回
    折格子を赤外線入射方向に対して傾ける可動支持手段を
    備えたことを特徴とする請求項５に記載の赤外線プロジ
    ェクタ。
  7. 【請求項７】 前記赤外線波長選択手段として、格子間
    隔が異なる回折格子を２個以上備えたことを特徴とする
    請求項３または６に記載の赤外線プロジェクタ。
  8. 【請求項８】 前記赤外線波長選択手段として、プリズ
    ムを備えたことを特徴とする請求項３に記載の赤外線プ
    ロジェクタ。
  9. 【請求項９】 前記赤外線波長選択手段として、前記プ
    リズムを赤外線入射方向に対して傾ける可動支持手段を
    備えたことを特徴とする請求項８に記載の赤外線プロジ
    ェクタ。
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