JP2002023098A - 顔面装着型の赤外と可視映像の同時視認装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 赤外線に基づく映像と、可視光に基づく外界
の情報とが視点をほとんど変えずに得ることができる顔
面装着型の赤外と可視映像の同時視認装置を提供するこ
と。 【解決手段】 ハーフミラー１７が形成された自由曲面
プリズム１８とそのハーフミラー１７に接合されてハー
フミラーを透過する透過光のパワー及び光軸を補正する
補正プリズム１９とから構成されるレンズ１２を備えた
顔面装着型の視認装置１０である。この視認装置１０の
本体には、赤外線に基づく周囲の情報を受光する受光部
と受光情報に基づき可視画像として出力画像を表示する
画像表示部１５とを備えるとともにその画像表示部１５
により表示された可視画像は自由曲面プリズム１８に導
かれ、ハーフミラー１７により反射されて拡大されて装
着者に視認され、かつ、可視光に基づく周囲の情報はハ
ーフミラー１７を透過して装着者に直接視認できるよう
に構成されている。

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、可視光に基づく
周囲の情報が視認可能であるとともに赤外光に基づく周
囲の情報が視認可能な顔面装着型の赤外と可視映像の同
時視認装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、火災時の人命救助、電気回路
図の漏電箇所の検知、プラント等の侵入者監視用に赤外
線モニターカメラが一般的に使われているが、大型で持
ち運びが不便なものが多く、使用中には両手が自由にな
らないという問題点がある。

【０００３】近年、夜間などに周囲の状況が視認可能な
ゴーグル型の視認装置が特開平２−２７４２４９号公
報、特開平７−１３０８４号公報などにより提案され
た。これらの視認装置では、飛行機のコックピットで使
用することを前提とし、たとえば、前者ではコックピッ
トを観察しながら赤外線で感知される外界情報が合成さ
れて装着者に視認され、特に夜間飛行に利用されてい
る。これらのゴーグル型の視認装置によれば、視認装置
は顔面に装着できるので両手を自由に利用できるという
利点を備えている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の提案されたゴーグル型の視認装置では何れも光伝送に
何枚ものレンズが使用されているので顔面に装着するの
には重量が重すぎてしまう。

【０００５】さらに、これらのゴーグル型の視認装置は
コックピット等での使用を前提としており火災時等の人
命救助等に用いるには充分な配慮がなされていない。た
とえば、人命救助活動等のような激しい動きを伴う場合
には、振動によりレンズ位置がずれることも予想され、
これにより光軸ズレにより焦点がボケたり、また、視野
が喪失することもある。

【０００６】そこで、この発明は、赤外線に基づく映像
と、可視光に基づく外界の情報とが視点をほとんど変え
ずに得ることができる顔面装着型の赤外と可視映像の同
時視認装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、ハーフミラーが形成された
自由曲面プリズムと該ハーフミラーに接合されて該ハー
フミラーを透過する透過光のパワー及び光軸を補正する
補正プリズムとから構成されるレンズを備えた顔面装着
型の視認装置であって、前記視認装置の本体には、赤外
線に基づく周囲の情報を受光する受光部と該受光情報に
基づき可視画像として出力画像を表示する画像表示部と
を備えるとともに該画像表示部により表示された可視画
像は前記自由曲面プリズムに導かれ、前記ハーフミラー
により反射されて拡大されて前記装着者に視認され、か
つ、前記可視光に基づく周囲の情報は前記ハーフミラー
を透過して装着者に直接視認できるように構成したこと
を特徴とする顔面装着型の赤外と可視映像の同時視認装
置である。

【０００８】このように構成すれば、レンズはハーフミ
ラーが形成された自由曲面プリズムとそのハーフミラー
に接合されてハーフミラーに形成された透過光のパワー
及び光軸を補正する補正プリズムとから構成されている
ので、可視光に基づく周囲の情報は、このレンズを構成
するハーフミラーを通過して装着者に直接視認可能であ
る。

【０００９】一方、画像表示部に表示された赤外線に基
づく可視画像は自由曲面プリズムに導かれハーフミラー
により反射されて拡大されて装着者に赤外線に基づく映
像を視認させることができる。この赤外線に基づく画像
は視認装置の本体に装着されているので、装着者の視線
と略一致し、装着者は赤外線に基づく映像と可視光に基
づく外界の情報とが視点をほとんど変えずに得ることが
できる。

【００１０】また、この視認装置は、顔面装着型である
ので、両手を自由に使える。これにより、火災時の人命
救助などの作業を伴う災害現場などでの使用が期待され
る。

【００１１】請求項２記載の発明は、前記受光部と前記
画像表示部とを使用可能とする電源、及び該電源をオン
オフするスイッチを前記装着者の胴体に装着して収納す
る収納ケースを備えていることを特徴とする請求項１記
載の顔面装着型の赤外と可視映像の同時視認装置であ
る。

【００１２】このように構成すれば、顔面に装着される
装置本体の重量を軽減することができるとともに、赤外
線に基づく映像のオンオフの操作が容易となる。

【００１３】請求項３記載の発明は、前記収納ケースに
は、前記受光情報を増幅するとともに前記画像表示部へ
増幅された信号を送出する増幅部が収納されていること
を特徴とする請求項２記載の顔面装着型の赤外と可視映
像の同時視認装置である。

【００１４】このように構成すれば、信号の増幅を行う
場合に、顔面に装着される装置本体の重量を軽減するこ
とができる。

【００１５】請求項４記載の発明は、前記視認装置は、
被写体から発せられた可視光を遮断する遮断手段を備え
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の顔
面装着型の赤外と可視映像の同時視認装置である。

【００１６】このように構成すれば、請求項１〜３のい
ずれかに記載の視認装置は、被写体から発せられた可視
光を遮断する可視光遮断手段を備えているので、装着者
は赤外線の情報のみ視認して作業を行うことができる。
これにより、可視光による情報が不要な場合に好適であ
る。なお、この可視光遮断手段は切替可能であることが
望ましい。また、この可視光遮断手段はレンズの外側で
有れば、レンズの内側（顔面側）に眼鏡スペースを設け
る場合に、眼鏡との干渉がない。

【００１７】請求項５記載の発明は、前記視認装置は、
前記画像表示部にて表示される可視画像において温度の
高い部分を表示する色調と同系色の被写体から発せられ
た可視光を遮断する高温色調遮断手段を備えることを特
徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の顔面装着型の
赤外と可視映像の同時視認装置である。

【００１８】このように構成すれば、高温色調遮断装置
により被写体から発せられた可視光の中で高温部を表示
する色調が装着者まで届かずに遮断されるので、その色
（通常は赤又は橙）を装着者が視認すると、その色で表
示された部分の全ては温度が高くて危険個所であると認
識できる。このような高温色調遮断手段としては、補正
プリズムを青色としたり、また、５５０〜７８０nmの光
をカットするフィルターをレンズ内外の適宜の位置に装
着自在に配置することができる。

【００１９】請求項６記載の発明は、前記ハーフミラー
で反射されて装着者に向かう光軸と前記ハーフミラーを
透過して装着者に向かう光軸とが略一致されていること
を特徴とする請求項１記載の顔面装着型の赤外と可視映
像の同時視認装置である。

【００２０】このように構成すれば、可視光に基づく周
囲の情報と赤外線映像に基づく周囲の情報とで光軸が略
一致されているので、違和感がない。

【００２１】請求項７記載の発明は、前記視認装置は、
眼鏡型又はゴーグル型であることを特徴する請求項１記
載の顔面装着型の赤外と可視映像の同時視認装置であ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る実施の形態
を、眼鏡型の視認装置１０を一例として説明する。

【００２３】図１は、この発明の実施の形態に係る眼鏡
型の視認装置の概観斜視図を示している。この図におい
て、符合１１は視認装置１０を顔面に装着するための支
持用の左右一対の耳掛けテンプルであり、左右一対のレ
ンズ１２（１２Ｌ、１２Ｒ）を支持するための枠体（ア
イリム）１３の両側にヒンジ１１ａ等により互いに重合
して折り畳み可能に固定されている。

【００２４】このアイリム１３の上部（アイリム上部）
１３ａには、左右一対の赤外線センサ１４（１４Ｌ、１
４Ｒ）が固定され、その赤外線センサ１４の下部であっ
てアイリム上部１３ａの後方には、赤外線センサ１４の
表示部としての一対の液晶表示部１５、１５（図１では
不図示）を内蔵する収納部１６が形成されている。

【００２５】ここで、赤外線センサ１４とは、いわゆる
赤外線イメージセンサであり、直接目で見えないほどの
暗さでも、赤外線を受光して、これを直接又は間接に、
蛍光面上などに可視像としてその動きを含めて表示する
装置であり、具体的には、たとえば、非冷却、２次元Ｃ
ＣＤタイプのセンサー等である。

【００２６】この赤外線センサ１４は、たとえば、受光
部で赤外線を受光して、電子線とされて増幅され、蛍光
面に照射されることにより可視光とされる。これによ
り、赤外線に基づく周囲の情報を可視画像として液晶表
示部１５に表示させる。

【００２７】この赤外線センサ１４は、赤外線を可視光
に代える赤外線変換装置（イメージコンバータ）又は赤
外線増強装置（イメージインテンシファイア）を内蔵し
ていてもよい。また、この赤外線センサ１４は、たとえ
ば、画角が４９゜程度若しくはそれ以上を備えるのがよ
い。これにより装着者の視野角と同程度若しくはそれ以
上の周囲の映像を液晶表示部１５に表示させることがで
きる。

【００２８】一方、レンズ１２は、シースルー系の接合
自由曲面プリズムより形成され、図２に示すように、凹
面鏡状のハーフミラー１７が形成された自由曲面プリズ
ム１８とそのハーフミラー１７に接合されて自由曲面プ
リズム１８のハーフミラー１７を透過する透過光のパワ
ー及び光軸を補正する補正プリズム１９とから大略構成
されている。このシースルー系の接合自由曲面プリズム
についての詳細は、たとえば、日本バーチャルリアリテ
ィ学会論文誌Vol.４，No.１，第２８４頁（１９９９
年）に記載されている。

【００２９】この自由曲面プリズム１８は、断面形状が
楔状であり、液晶表示部１５から装着者の瞳Ｅpに向か
って光路順に符合１〜３で示す３面を備えている。ま
た、補正プリズム１９は、断面形状が楔状であり、ハー
フミラー１７に接合される第３面と入射面とされる第４
面とを備え、この第４面は自由曲面プリズム１８の第２
面と略平行になるように接合されてレンズ１２が形成さ
れている。

【００３０】これにより、液晶表示部１５により表示さ
れた可視画像は、第１面から入射され、その入射光Ｋ１
は第２面で全反射され、ついで、第３面に形成された凹
面鏡状のハーフミラー１７により反射されて第２面を透
過して瞳Ｅpに拡大された映像を形成させ、これにより
液晶表示部１５に表示された赤外線映像に基づく周囲の
状況が装着者に視認される。

【００３１】また、可視光Ｋ２として入射される周囲の
状況は第４面から入射して、その入射光Ｋ２は第３面の
ハーフミラー１７を透過し、自由曲面プリズム１８、第
２面を透過して装着者の瞳Ｅpに届き、装着者にはレン
ズ１２を通した通常の視界が確保される。

【００３２】なお、この反射光Ｋ１に基づく光軸と、入
射光Ｋ２に基づく光軸とが、図示のように略一致されて
いることが好ましく、これにより、可視光に基づく周囲
の情報と赤外線映像に基づく周囲の情報とで光軸が略一
致されているので、装着者には外界の情報と赤外線に基
づく映像とを視点をほとんど変えずに視認することがで
きる。

【００３３】ここで、この接合自由曲面プリズムとして
は、たとえば、視度−０．５ディオプター（２ｍ）、厚
み１７．９mm、液晶表示部として１インチ幅程度のもの
を用いても、装着者には、水平画角５１度、垂直画角３
７度、対角６０度で視認できるので、視認装置１０の小
型化、軽量化を図ることができる。なお、この接合自由
曲面プリズムの視度は、無限遠に設計されていても、ま
た、装着者の装着状況に合わせて設計されていてもよ
い。

【００３４】これにより、装着者は、可視光に基づく周
囲の情報を光軸をずらすことなくレンズを介して直接視
認できるとともに、画像表示部１５に表示された赤外線
に基づく可視画像が拡大されて視認できる。

【００３５】この赤外線に基づく画像は顔面付近に装着
された視認装置１０に配置されているので、装着者の視
線と略一致し、装着者は赤外線に基づく映像と可視光に
基づく外界の情報とを略一致してとらえることができ
る。

【００３６】また、この視認装置１０は、顔面装着型で
あるので、両手を自由に使え、火災時の人命救助などの
作業を伴う災害現場などでの使用が期待される。

【００３７】

【変形例１】以下、この発明の実施の形態に係る変形例
１につき図面に基づき説明する。なお、実施の形態と同
一又は均等な部位・部材は、同一番号を付して詳細な説
明は省略する。

【００３８】この変形例１では、図３に示すように、視
認装置１０は、装着者が激しい動きにも耐えるようにバ
ンド２０等により頭部に保持されて顔面に装着可能とさ
れた装置本体２１と装着者の胴部（この例ではバンド）
２２に装着される収納ケース２３とを備え、この収納ケ
ース２３には赤外線センサ１４を使用可能とする電源が
収納され、その電源は収納ケース２３に装着され、装着
した状態で装着者が操作が容易な位置にオンオフできる
スイッチ２４を備えている。また、この収納ケース２３
と装置本体２１とは信号線２５などにより接続されてい
る。

【００３９】このように構成すれば、顔面に装着される
装置本体２１の重量を軽減することができるとともに、
赤外線に基づく映像のオンオフの操作がスイッチ２４に
より容易となる。

【００４０】なお、この収納ケース２３には、受光情報
を増幅するとともに画像表示部へ増幅された信号を送出
する増幅部が収納されていてもよい。これにより、信号
の増幅を行う場合に、顔面に装着される装置本体の重量
を軽減することができる。

【００４１】また、この収納ケース２３には、赤外線に
基づく画像のコントラストなどの調整回路を内蔵させ、
スイッチ２４と一体又は別個にボリューム調整つまみな
どを備えていてもよい。これにより、装着者は、透過光
Ｋ２の強度に応じて、ボリューム調整つまみを操作させ
ることにより赤外線に基づく画像を調整することがで
き、明るいときと、暗いときとで赤外線に基づく入射光
Ｋ１と可視光に基づく入射光Ｋ２とのバランスを取るこ
とができる。

【００４２】

【変形例２】以下、この発明の実施の形態に係る変形例
２につき図面に基づき説明する。なお、実施の形態と同
一又は均等な部位・部材は、同一番号を付して詳細な説
明は省略する。

【００４３】この変形例２では、図４に示すように、視
認装置１０は、アイリム上部１３ａの前面に可視光を遮
断する遮光板２６がヒンジ２６ａ等により傾動式に設け
られている。

【００４４】これにより、装着者には、通常の視界を遮
った状態で、赤外線の情報のみ視認させることができ
る。これにより、可視光（透過光Ｋ２）による情報が不
要な作業に好適に用いることができる。

【００４５】

【変形例３】以下、この発明の実施の形態に係る変形例
３につき実施の形態と同じ図面（図１〜図３）に基づき
説明する。なお、実施の形態と同一又は均等な部位・部
材は、同一番号を付して詳細な説明は省略する。

【００４６】この変形例では、実施の形態における補正
プリズム１９を青色とするとともに、液晶表示部１５に
赤外線に基づく映像の温度の高い部分の画像を赤系色と
して表示させている。

【００４７】このように構成すれば、透過光Ｋ２のバッ
クグランドが青色色彩とされることにより、被写体から
発せられた透過光Ｋ２の赤又は橙などの赤系色が吸収さ
れて、装着者は可視光における赤系色を認識することが
できなくなる。一方、液晶表示部１５では温度の高い部
分を赤系色で表示しているので、装着者が赤系色を認識
すれば、その部分は温度の高い部分であると判断でき
る。このような構成によれば、火災現場やその他の高温
度になるおそれのある作業現場において、昼間、夜間を
問わずに温度の高い部分を視覚にて認識でき、温度の高
い部分に触れることなく作業を行うことができ、これに
より危険を回避することができる。

【００４８】また、補正プリズム１９を紫外線、放射線
などの有害光が遮断できるように、レンズとして有害光
を遮断する機能をもたせたものを使用してもよい。

【００４９】以上、この発明の実施の形態を図面により
詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限ら
ず、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等が
あってもこの発明に含まれる。

【００５０】たとえば、以上の実施の形態の視認装置１
０は、図５に示すように、粉塵、噴煙等が目に直接触れ
ることのない、目の保護を兼ねた視認装置（ゴーグル型
等）であってもよい。また、以上の実施の形態では、赤
外線センサ１４は左右一対設けられていたが、赤外線セ
ンサ１４は一箇所であってもよい。なお、この図５で
は、各レンズ１２Ｒ、１２Ｌは、枠体を兼ねたレンズケ
ース２７内に収納されている。

【００５１】このような構成の視認装置では、赤外セン
サ１４からの情報は、適宜に分割されて、各レンズ１２
Ｒ、１２Ｌ（不図示）に赤外線に基づく可視像を入力さ
せる。ここで、この赤外線に基づく情報の分割は光学的
に行われても、また、電気的に行われていてもよい。光
学的に分割が行われる場合には、液晶表示部１５（不図
示）は一つであり、光学的に分割されてから各レンズ１
２Ｒ、１２Ｌ（不図示）に入射されてもよい。

【００５２】ここで、赤外センサー１４は、モータや他
のセンサー及びそれを制御する制御部などを赤外センサ
ー１４を含む視認装置の適宜の位置に付属させるなどし
て、視線に追従させて赤外線センサー１４の光軸を回動
させたり、また、焦点距離を合わせる、視線追従機能や
いわゆる自動焦点機能（ＡＦ機能）を備えていてもよ
い。

【００５３】また、以上の実施の形態では、接合型自由
曲面プリズム（各レンズ１２Ｒ、１２Ｌ）は左右対象に
用いていたが、これに限定されない。たとえば、各レン
ズ１２Ｒ、１２Ｌの光軸が偏心されていれば左右の各レ
ンズは対称でなくてもよい。また、一つの液晶表示部１
５から光学的に光路を分割して各レンズを介して左右の
瞳Ｅpに映像を映し出すように構成してもよく、また、
一つの液晶表示部１５から一つの接合型自由曲面プリズ
ムを介して左右の瞳Ｅpに映像を映し出すように構成し
てもよい。

【００５４】また、以上の実施の形態では、赤外線セン
サを用いたが、たとえば、赤外光を受光する受光部に赤
外線に感知できる撮像板を用いてもよい。これにより、
電気量に変換された赤外光画像は収納ケース２３などに
転送されて増幅処理するのが容易となり、収納ケース２
３から映像信号が液晶表示部１５に電送されて、ＬＣＤ
を発光させることにより装着者に赤外線に基づく映像を
視認させることができる。このような装置は顔面に装着
される装置本体が一層軽量化できるものと期待される。

【００５５】また、これにより、以上の実施の形態では
赤外線に基づく情報を表示する表示部としては液晶表示
部１５が用いていたが、これは液晶表示に限定されるこ
とはなく、赤外線に基づく情報を装着者に可視像として
視認できればよい。

【００５６】以上説明した顔面装着型の赤外と可視映像
の同時視認装置によれば、赤外線に基づく映像と、可視
光に基づく外界の情報とが視点をほとんど変えずに得る
ことができるので、火災時の大量の煙の中での人命救
助、電気回路の漏電箇所の検知（活線作業の補助具な
ど）、発電プラントなどでの配管・機器類からの液体漏
れの検知、機器類の異常発熱の監視など、幅広く利用で
きる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、赤外線に基づく映像と、可視光に基づく外界の情報
とが視点をほとんど変えずに得ることができる顔面装着
型の赤外と可視映像の同時視認装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態に係る視認装置の概観斜視図であ
る。

【図２】 図１の接合型自由曲面レンズの光学系を説明
する光路図である。

【図３】 変形例に係る視認装置を装着した概観斜視図
である。

【図４】 変形例に係る視認装置の側面図である。

【図５】 変形例に係る視認装置の概観斜視図である。

【符号の説明】

１０ 視認装置 １２ レンズ １４ 赤外センサ １５ 液晶表示部 １７ ハーフミラー １８ 自由曲面プリズム １９ 補正プリズム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C054 CA04 CA05 CC02 CE00 FA00 FA02 FE01 HA17

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハーフミラーが形成された自由曲面プリ
   ズムと該ハーフミラーに接合されて該ハーフミラーを透
   過する透過光のパワー及び光軸を補正する補正プリズム
   とから構成されるレンズを備えた顔面装着型の視認装置
   であって、 前記視認装置の本体には、赤外線に基づく周囲の情報を
   受光する受光部と該受光情報に基づき可視画像として出
   力画像を表示する画像表示部とを備えるとともに該画像
   表示部により表示された可視画像は前記自由曲面プリズ
   ムに導かれ、前記ハーフミラーにより反射されて拡大さ
   れて前記装着者に視認され、 かつ、前記可視光に基づく周囲の情報は前記ハーフミラ
   ーを透過して装着者に直接視認できるように構成したこ
   とを特徴とする顔面装着型の赤外と可視映像の同時視認
   装置。
2. 【請求項２】 前記受光部と前記画像表示部とを使用可
   能とする電源、及び該電源をオンオフするスイッチを前
   記装着者の胴体に装着して収納する収納ケースを備えて
   いることを特徴とする請求項１記載の顔面装着型の赤外
   と可視映像の同時視認装置。
3. 【請求項３】 前記収納ケースには、前記受光情報を増
   幅するとともに前記画像表示部へ増幅された信号を送出
   する増幅部が収納されていることを特徴とする請求項２
   記載の顔面装着型の赤外と可視映像の同時視認装置。
4. 【請求項４】 前記視認装置は、被写体から発せられた
   可視光を遮断する遮断手段を備えることを特徴とする請
   求項１〜３のいずれかに記載の顔面装着型の赤外と可視
   映像の同時視認装置。
5. 【請求項５】 前記視認装置は、前記画像表示部にて表
   示される可視画像において温度の高い部分を表示する色
   調と同系色の被写体から発せられた可視光を遮断する高
   温色調遮断手段を備えることを特徴とする請求項１〜４
   のいずれかに記載の顔面装着型の赤外と可視映像の同時
   視認装置。
6. 【請求項６】 前記ハーフミラーで反射されて装着者に
   向かう光軸と前記ハーフミラーを透過して装着者に向か
   う光軸とが略一致されていることを特徴とする請求項１
   記載の顔面装着型の赤外と可視映像の同時視認装置。
7. 【請求項７】 前記視認装置は、眼鏡型又はゴーグル型
   であることを特徴する請求項１記載の顔面装着型の赤外
   と可視映像の同時視認装置。