JP2007047076A - バイスペクトル反射式サーマルイメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 反射式レンズを利用して、赤外線サーマルイメージング装置の製造コストを効果的に下げる赤外線サーマルイメージング装置を提供する。
【解決手段】 反射式赤外線サーマルイメージング装置および屈折式可視光線撮影装置を含む。屈折式可視光線撮影装置を反射式赤外線サーマルイメージング装置の一軸心上に設置することにより、反射式赤外線サーマルイメージング装置および可視光線撮影装置に、同時に同軸で画像を撮影させる能力を持たせる。この反射式赤外線サーマルイメージング装置は、反射鏡モジュールおよび赤外線画像センサー要素を含み、反射鏡モジュールにより赤外線画像の焦点を赤外線画像センサー要素上に合わせる。
【選択図】 図１Ｂ

Description

本発明は反射式サーマルイメージング装置に関し、特に小型のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置に関する。

半導体工業および電子技術の急速な発展に伴い、赤外線センサーの製造技術も日増しに進歩している。赤外線センサーは、体温測定などの医学に利用できるだけでなく、例えば、レーザー探知、ミサイル誘導、赤外線分光計、遠隔制御装置、防犯装置、サーマルイメージング偵察などの科学、商業および軍事などにも利用することができる。赤外線センサーは主に熱型（thermal）および光子型（photon）の二種類に分けられるが、使用が比較的便利なため、一般に熱型赤外線センサーが広く用いられている。

熱型赤外線画像センサーは、室温近くで操作することができ、空気の熱伝導により目標熱源がセンサーに当てられる熱は大量に失われるが、感応性を高めるため、一般に赤外線センサーチップは真空中に封止されなければならなかった。また、赤外線センサーが正常に作動するように、温度安定装置として熱電冷却装置（thermo-electrical cooler）をさらに封止して、温度の安定制御を行う。

赤外線は大部分の材料により吸収されるため、従来、赤外線サーマルイメージング装置のレンズ材料は、赤外線信号がレンズにより吸収される割合が上がらないように多くの制限を受けた。そのため、従来の赤外線レンズのコストは高くなった。その結果、赤外線サーマルイメージング装置の製造コストが高価になるだけでなく、赤外線サーマルイメージング装置の普及率にも影響を与えた。

また、赤外線サーマルイメージング装置により撮影される画像は、物体から発散された赤外線エネルギーを測定して得られる画像である。そのため、その画像品質は、一般には可視光線撮影装置のように明瞭で識別が容易ではないが、夜間や光線が不足しているときの画像識別は比較的優れていた。

上述のように赤外線サーマルイメージング装置は、レンズのコストが高い上、その画像品質は可視光線撮影のように明瞭で識別が容易ではなかった。そのため、赤外線サーマルイメージング装置には、製造コストが高く使用が不便であるという欠点があった。

本発明の第１の目的は、反射式レンズを利用して、赤外線サーマルイメージング装置の製造コストを効果的に下げる赤外線サーマルイメージング装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、その軸心位置に可視光線画像センサー装置を設置してバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置を構成することにより、反射式の赤外線画像撮影機能を持たせるだけでなく、同時に同じ軸心による屈折式可視光線の画像撮影機能を有する赤外線サーマルイメージング装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は赤外線サーマルイメージング装置を提供する。本発明の赤外線サーマルイメージング装置は、反射式赤外線サーマルイメージング装置および屈折式可視光線撮影装置を備える。反射式赤外線サーマルイメージング装置は、第１の反射鏡および第２の反射鏡から構成された反射鏡モジュールと、反射鏡モジュールにより赤外線画像の焦点を赤外線画像センサー要素へ合わせる赤外線画像センサー要素とを含む。ここで第１の反射鏡および第２の反射鏡の表面には、それぞれ赤外線反射層が形成される。この赤外線反射層は、例えばアルミニウムメッキ層または金メッキ層からなる。

また本発明の屈折式可視光線撮影装置は、反射式赤外線サーマルイメージング装置の一軸心上に設置されるため、反射式赤外線サーマルイメージング装置と可視光線撮影装置に同時に同軸で画像を撮影する能力を備える。第１の反射鏡または前記第２の反射鏡の少なくとも一方は、プラスチック材料により形成されるかアルミニウム金属により形成される。

また本発明の反射式赤外線サーマルイメージング装置は焦点調整モジュールをさらに含む。この焦点調整モジュールは、固定板を利用して可視光線撮影装置と第２の反射鏡とを固定し、反射式赤外線サーマルイメージング装置の焦点調整を行う。そして、調整が完了した後、ネジなどの固定装置を利用して、固定板を反射式赤外線サーマルイメージング装置のカバー中へ固定する。

さらに本発明のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置は、制御モジュール、信号出力モジュールおよび電源モジュールをさらに含む。赤外線サーマルイメージング装置および可視光線撮影装置は、整合式の制御モジュールと信号出力モジュールとを使用するか、それぞれ独立した制御モジュールと信号出力モジュールとを使用することができる。電源モジュールには、内部電源モジュールおよび外部電源モジュールが含まれる。内部電源モジュールは、バイスペクトル反射式サーマルイメージング装置のベース中に設置された電池であり、この電池は充電電池であることが好ましい。外部電源モジュールは、可視光線撮影装置および反射式赤外線サーマルイメージング装置に電性接続されることを特徴とする。

またさらに本発明のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置は、赤外線サーマルイメージング装置および可視光線撮影装置を汚染から保護するため、赤外線サーマルイメージング装置のカバー上に設置された防塵カバーをさらに含む。そして、その防塵カバーは、ポリエチレン（polyethylene：ＰＥ）からなり、カバーはポリ塩化ビニル（polyvinyl chloride：ＰＶＣ）からなる。

従って、本発明のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置は、赤外線サーマルイメージング装置にかかる製造コストを効果的に下げることができるだけでなく、反射式赤外線サーマルイメージング装置および屈折式可視光線撮影装置を利用し、同時に同軸で画像撮影を行い、画像識別能力を大幅に向上させて、赤外線サーマルイメージング装置の応用範囲を効果的に広げることができる。

本発明が提供するバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置は、反射式赤外線撮影装置を利用するとともに、その軸心の箇所に屈折式可視光線撮影装置が結合され、それは反射式赤外線画像撮影機能を備えているだけでなく、同軸屈折式の可視光線画像撮影機能を同時に提供することができる。以下では図面および詳細な説明によって本発明の主旨を明確に説明するが、当該技術に習熟した者が本発明の好適な実施形態を理解した後、本発明により教示された技術を変更あるいは修正したものも本発明の主旨および範囲に含まれるものとする。

図１Ａから図１Ｃは、本発明の好適な実施形態によるバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置を示したものであり、図１Ａはその正面図で、図１Ｂはその側面図で、図１Ｃはその後面図である。それらの図が示すように、本実施形態のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置１００は、赤外線サーマルイメージング装置２００および可視光線撮影装置１２０を含み、可視光線撮影装置１２０は、赤外線サーマルイメージング装置２００の軸心上に設置される。そのため、赤外線サーマルイメージング装置２００がどの方向を向いていても、可視光線撮影装置１２０は、軸心の位置から赤外線サーマルイメージング装置２００が撮影した赤外線画像と角度が全く同じ可視光線画像を同時に提供することができる。

そのため、本実施形態のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置１００を使用して保全やその他の監視作業を行うとき、可視光線撮影装置１２０により提供される可視光線画像は、赤外線サーマルイメージング装置２００により提供される赤外線サーマルイメージング装置を補助することができる。そのため、撮影された物体の判別がさらに容易となり、赤外線サーマルイメージング装置が監視するときの識別能力を効果的に向上させることができる。可視光線撮影装置１２０が赤外線サーマルイメージング装置２００の軸心上に設置されると同時に、バイスペクトル反射式サーマルイメージング装置１００の軸心上にも設置されるため、両者により提供される画像信号は視角上の違いが全くなく、本実施形態のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置１００は全く同時に同じ角度による可視光線画像および赤外線画像を提供することができる。

赤外線サーマルイメージング装置２００は、カバー１０２、ベース１０４、固定ベース１０６、防塵カバー１１０、反射鏡モジュール１３０、赤外線画像センサー要素１４０、制御モジュール１５０、信号出力モジュール１６０および焦点調整モジュール１８０をさらに含む。可視光線撮影装置１２０は、赤外線サーマルイメージング装置２００の焦点調整モジュール１８０上に固定される。

本実施形態のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置１００は、反射式レンズを利用して赤外線画像信号を反射鏡の本体に透過させている。反射鏡の表面にアルミニウムや金などをメッキするだけで赤外線エネルギーを効果的に反射することのできるメッキ層や塗層は、好適には真空蒸着方式により形成された一層のアルミニウムメッキ層か、安定性が比較的高くて赤外線領域が比較的高い反射率を有する金メッキ層であることが望ましい。この場合、赤外線エネルギーは赤外線画像センサー要素１４０上へ効果的に反射される。図１Ｂに示すように、レンズ前方の赤外線信号がレンズに入ると、先ず反射鏡モジュール１３０の第１の反射鏡１３２上で第１の反射が行われてから、第２の反射鏡１３４上へ反射される。そして、焦点調整モジュール１８０により適当に設定された後、これらの赤外線信号は赤外線画像センサー要素１４０へ反射される。

上述の説明から分かるように、赤外線サーマルイメージング装置２００は、反射鏡モジュール１３０を利用して、赤外線信号およびエネルギーを赤外線画像センサー要素１４０へ十分に反射することができる。しかし、これら赤外線信号およびエネルギーは、第１の反射鏡１３２および第２の反射鏡１３４の本体を透過する必要がない。そのため、反射鏡材料により吸収されて赤外線信号のエネルギーが低下することはない。その結果、第１の反射鏡１３２および第２の反射鏡１３４は、例えばプラスチック材料やガラス材料など、適合するどんな材料から形成されてもよく、その表面に適合する赤外線反射層を塗布したり、金属アルミニウムにより反射鏡を直接に形成したりしてもよい。これにより、レンズモジュールの生産コストを効果的に下げ、赤外線サーマルイメージング装置の生産コストを下げることもできる。

防塵カバー１１０は、好ましくは固定環１１２および防塵シート１１４により構成され、バイスペクトル反射式サーマルイメージング装置１００の赤外線サーマルイメージング装置２００および可視光線撮影装置１２０を効果的に保護し、塵および外部の汚染から保護するとともに可視光線および赤外線を透過させることができる。例えば、防塵シート１１４は赤外線光線を透過させる透明フィルムから構成されることが好ましい。また、これは赤外線光線を透過させる透明プレートから構成されてもよく、例えばポリエチレン（polyethylene：ＰＥ）ラップかポリエチレンプラスチックシートから構成されることが好ましい。これは価格が合理的に廉価であると同時に赤外線光線および可視光線を透過させることができるため、バイスペクトル反射式サーマルイメージング装置１００の生産コストをさらに下げることができる。

焦点調整モジュール１８０は、鋼球１８２、固定装置１８４および固定板１８６から構成されることが好ましい。可視光線撮影装置１２０は、固定板１８６上に固定され、赤外線サーマルイメージング装置２００の軸心上に設置されることが好ましい。バイスペクトル反射式サーマルイメージング装置１００の設置が完了すると、鋼球１８２により固定板１８６をカバー１０２内で前後に移動させることにより、赤外線画像の焦点を赤外線画像センサー要素１４０上へ正確に合わせる。その後、ネジなどの固定装置１８４により固定板１８６をカバー１０２上へ固定することにより、赤外線サーマルイメージング装置２００の明瞭度を好適に維持する。

赤外線画像センサー要素１４０の後方は、制御モジュール１５０を設置するために用いられる。この制御モジュール１５０は、制御回路１５２および制御ボタン１５４を含み、画像信号の処理と、バイスペクトル反射式サーマルイメージング装置１００の操作とを行う。撮影された後の赤外線画像または可視光線画像の少なくともいずれか一方は、制御回路１５２により処理された後、信号出力モジュール１６０により必要な関連設備へ伝送され、例えば監視または録画などの作業が行われる。ここで赤外線サーマルイメージング装置２００および可視光線撮影装置１２０は、同じかそれぞれ独立した制御回路を利用して画像信号を処理するが、これも本発明の範囲に含まれる。

信号出力モジュール１６０は、好適には赤外線画像を出力する第１の信号出力ポート１６２と、可視光線画像を出力する第２の信号出力ポート１６４とを含む。それは信号を整合させる方式により、一つの出力ポートから信号を出力した後に、信号の分離および復号化の方式により赤外線信号および可視光線信号へ還元することも本発明の範囲に含まれる。

本実施形態のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置１００に必要な電源を効果的に提供するため、バイスペクトル反射式サーマルイメージング装置１００の内部に電池１７０を設置してもよい。その場合にはベース１０４中に設置することが好ましい。それは例えば、第１の外部電源接続装置１９２を利用して赤外線サーマルイメージング装置２００に必要な電源を直接に提供するなど、外部電源モジュール１９０を利用した方式により必要な電源を提供してもよいし、また例えば、コンセントなどの第２の外部電源接続装置１９４を利用して電池および可視光線撮影装置に必要な電源を提供してもよい。ここで電池１７０は、標準タイプの充電電池、特別規格の充電電池または市販の標準電池でもよく、それらは全て本発明の範囲に含まれる。

本実施形態のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置１００の反射鏡モジュール１３０および制御回路１５２は、固定環２２０および固定環２３０のそれぞれがカバー１０２上へ固定され、そのベース１０４は固定装置２１０によりカバー１０２上へ固定されることが好ましい。カバー１０２は、例えばポリ塩化ビニル（polyvinyl chloride：ＰＶＣ）などのプラスチックか、赤外線を吸収する能力を有する金属または非金属材料からなる。

本実施形態のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置１００の赤外線サーマルイメージング装置２００は、シャッター２４０および放熱シート２５０をさらに含むことが好ましい。シャッター２４０は、赤外線サーマルイメージング装置２００の信号調整および帰零の機能を提供し、放熱シート２５０は、赤外線画像センサー要素１４０から発生する熱量を赤外線サーマルイメージング装置２００の外部へ除去することにより、赤外線画像センサー要素１４０に対する影響を少なくする。

そのため、本実施形態のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置は、同時に同軸の赤外線画像撮影と可視光線撮影とを行うことにより、バイスペクトル反射式サーマルイメージング装置のユーザは、撮影された物体の外観形状が明瞭かつ容易に分かり、角度の違いから画像に差異が発生し、監視画面が異なってしまうことはない。また、本実施形態のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置は、反射式のレンズモジュールを利用することにより、赤外線光線がレンズ本体を透過しないようにするため、レンズのコストを大幅に下げ、バイスペクトル反射式サーマルイメージング装置のコストをさらに効果的に下げることができる。

本発明では好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知するものなら誰でも、本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って本発明の保護の範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

本発明の好適な実施形態によるバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置を示す正面図である。 本発明の好適な実施形態によるバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置を示す側面図である。 本発明の好適な実施形態によるバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置を示す後面図である。

符号の説明

１００ バイスペクトル反射式サーマルイメージング装置、１０２ カバー、１０４ ベース、１０６ 固定ベース、１１０ 防塵カバー、１１２、２２０、２３０ 固定環、１１４ 防塵シート、１２０ 可視光線撮影装置、１３０ 反射鏡モジュール、１３２ 第１の反射鏡、１３４ 第２の反射鏡、１４０ 赤外線画像センサー要素、１５０ 制御モジュール、１５２ 制御回路、１５４ 制御ボタン、１６０ 信号出力モジュール、１６２ 第１の信号出力ポート、１６４ 第２の信号出力ポート、１７０ 電池、１８０ 焦点調整モジュール、１８２ 鋼球、１８４、２１０ 固定装置、１８６ 固定板、１９０ 外部電源モジュール、１９２ 第１の外部電源接続装置、１９４ 第２の外部電源接続装置、２００ 赤外線サーマルイメージング装置、２４０ シャッター、２５０ 放熱シート

Claims (10)

1. 反射鏡モジュール、赤外線画像センサー要素および可視光線撮影装置を有する反射式赤外線サーマルイメージング装置を備えるバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置であって、
   前記反射鏡モジュールは、第１の反射鏡および第２の反射鏡を有し、前記第１の反射鏡および前記第２の反射鏡の表面にはそれぞれ赤外線反射層が設けられ、
   前記赤外線画像センサー要素は、前記反射鏡モジュールにより赤外線画像の焦点が合わせられ、
   前記可視光線撮影装置は、前記反射式赤外線サーマルイメージング装置の一軸心上に設置され、前記反射式赤外線サーマルイメージング装置および前記可視光線撮影装置は、同軸で画像を撮影可能であり、前記可視光線撮影装置は屈折式可視光線撮影装置であることを特徴とするバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置。
2. 前記赤外線反射層は金属メッキ層であることを特徴とする請求項１記載のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置。
3. 前記第１の反射鏡または前記第２の反射鏡の少なくとも一方は、ガラス材料により形成されることを特徴とする請求項１記載のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置。
4. 前記第１の反射鏡または前記第２の反射鏡の少なくとも一方は、プラスチック材料により形成されることを特徴とする請求項１記載のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置。
5. 前記第１の反射鏡または前記第２の反射鏡の少なくとも一方は、アルミニウム金属材料により形成されることを特徴とする請求項１記載のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置。
6. 前記反射式赤外線サーマルイメージング装置は、固定板、鋼球および固定装置からなる焦点調整モジュールをさらに有し、
   前記固定板は、前記可視光線撮影装置および前記第２の反射鏡を固定し、
   前記鋼球が、前記固定板と前記反射式赤外線サーマルイメージング装置のカバーとの間に結合されることにより、前記固定板が前記カバー中で移動可能であり、
   前記固定装置は、前記固定板を前記カバー中に固定することを特徴とする請求項１記載のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置。
7. 制御モジュール、信号出力モジュールおよび電源モジュールをさらに備えるバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置であって、
   前記制御モジュールは、前記赤外線画像センサー要素および前記可視光線撮影装置により撮影された画像画面を処理し、
   前記信号出力モジュールは、前記画像画面を出力し、
   前記電源モジュールは、前記可視光線撮影装置および前記反射式赤外線サーマルイメージング装置に必要な電源を提供することを特徴とする請求項１記載のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置。
8. 前記赤外線サーマルイメージング装置および前記可視光線撮影装置は、それぞれ独立した前記制御モジュールおよび前記信号出力モジュールを有することを特徴とする請求項７記載のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置。
9. 前記電源モジュールは、内部電源モジュールおよび外部電源モジュールを有し、
   前記内部電源モジュールは、前記バイスペクトル反射式サーマルイメージング装置のベース中に設置された電池であり、
   前記外部電源モジュールは、前記可視光線撮影装置および前記反射式赤外線サーマルイメージング装置に電気的に接続されることを特徴とする請求項７記載のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置。
10. 前記赤外線サーマルイメージング装置および前記可視光線撮影装置を汚染から保護するため、前記赤外線サーマルイメージング装置のカバー上に設置された防塵カバーをさらに備え、
    前記防塵カバーは、ポリエチレン（polyethylene：ＰＥ）からなり、前記カバーは金属からなることを特徴とする請求項１記載のバイスペクトル反射式サーマルイメージング装置。

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