JP2010139913A - 赤外カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】安価で性能・信頼性が高い赤外カメラを提供する。
【解決手段】赤外線を透過する有機材料中に赤外線を透過する無機材料の粒子を分散してなる赤外レンズ１１、１２は、鏡筒１３の内部に保持され、鏡筒１３には気体流路１５が設けられ、管路１６を介して乾燥気体発生装置１７と連通されている。気体流路１５は連通孔１８を介して鏡筒１３内に連通されるとともに、最外面に位置し外気と接する赤外レンズ１１の前面上部に複数具備された吹き出し口１９を介して外気と連通されている。吹き出し口１９に対向して乾燥気体受け面２０が形成されている。鏡筒１３には鏡筒１３内の気体圧力を調整する内圧調整弁２１が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に８〜１２μｍ程度の波長の遠赤外線を放射する被写体を撮影する赤外カメラに関する。

赤外カメラは被写体から放出される赤外線を赤外透過性を有する赤外レンズにより検出器上に結像させ映像として出力する。近年赤外カメラを利用した人体検知が自動車、セキュリティ、家電へと、さまざまな分野で用いられるようになった。例えば自動車分野では夜間走行支援、歩行者検知、車室内の人体検知等に、セキュリティ分野では夜間監視に、家電ではエアコン制御に応用されている。

これらの赤外カメラに使われる赤外レンズは被写体から放出される８〜１２μｍの赤外線を透過させる光学材料が必要とされる。波長８〜１２μｍの赤外線を透過する光学材料としてはゲルマニウム、シリコン、セレン化亜鉛、塩化ナトリウム、臭化カリウム、ヨウ化セシウム等の赤外線を透過する無機材料が知られているが、赤外カメラの応用拡大に伴い、より安価で性能・信頼性が高い赤外レンズおよびこれを用いた赤外カメラが要望されてきている。

また赤外カメラでは赤外レンズの表面に空気中の水分が付着すると赤外線の透過率が低下して赤外画像の認識が困難となるため、これを防ぐ目的で鏡筒内部に乾燥気体を注入する構造のものが示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１−２２７１１０号公報

従来から赤外線を透過する無機材料として広く用いられているのはゲルマニウム結晶である。しかしゲルマニウム結晶は、材料自体が高額であることに加えて、高コストな切削加工や研磨加工を必要とし、さらに硬脆材料であるため加工や組み立て時の欠けあるいは脱落等を生じやすいこと等からゲルマニウム結晶を用いた赤外レンズは高価である。シリコン、セレン化亜鉛も同様の課題を有している。一方、塩化ナトリウム、臭化カリウム等は材料自体は安価で加工も比較的容易であるが周囲の湿気や水分の影響で表面が溶解する潮解性を有し赤外線の透過率が低下するという信頼性に関する課題がある。このように赤外レンズは、高性能なレンズは高価であり、安価なレンズは性能が低く信頼性が低いという課題があり、これを用いた赤外カメラも同様の課題があった。

また潮解性を有する赤外線を透過する無機材料を用いた安価な赤外透過レンズを空気中の水分から保護するために、鏡筒内部に乾燥気体を注入した赤外カメラに組み込むことも考えられるが、鏡筒内部の赤外レンズは水分から保護されても最外面に位置し外気と接する赤外レンズは空気中の水分にさらされて水分を含んでしまうことになり、このような赤外カメラでは赤外線の透過率が落ちてしまうという課題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、安価で性能・信頼性が高い赤外カメラを提供することを目的とする。

上述したような目的を達成するために、本発明の赤外カメラは、赤外線を透過する有機材料中に赤外線を透過する無機材料の粒子を分散してなる赤外レンズの表面を、乾燥気体で覆うよう構成したことを特徴とする。

このような構成によれば、安価で性能・信頼性が高い赤外カメラを実現することができる。

さらに、最外面に位置し外気と接する赤外レンズの前面を乾燥気体で覆うよう構成してもよい。このような構成によれば赤外レンズの透過率を安定的に維持することができ赤外カメラの信頼性をより向上させることができる。

さらに、赤外レンズを保持する構造体の中に乾燥気体が通る流路を備えていてもよい。このような構成によれば赤外レンズの透過率を安定的に維持することができ赤外カメラの信頼性をより向上させることができる。

本発明の赤外カメラによれば、赤外線を透過する有機材料中に赤外線を透過する無機材料の粒子を分散してなる赤外レンズの表面を、乾燥気体で覆うよう構成することで、安価で性能・信頼性が高い赤外カメラを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における赤外カメラの断面図であり、図２は同正面図である。図１、図２において、赤外レンズ１１、１２は、鏡筒１３の内部に保持されている。赤外レンズ１１、１２により集光された赤外線は赤外センサー１４により電気信号に変換される。鏡筒１３には気体流路１５が設けられ、管路１６を介して乾燥気体発生装置１７と連通されている。気体流路１５は連通孔１８を介して鏡筒１３内に連通されるとともに、最外面に位置し外気と接する赤外レンズ１１の前面上部に複数具備された吹き出し口１９を介して外気と連通されている。吹き出し口１９に対向して乾燥気体受け面２０が形成されている。また鏡筒１３には鏡筒１３内の気体圧力を調整する内圧調整弁２１が設けられている。

赤外レンズ１１、１２は、赤外線を透過する有機材料中に、赤外線を透過する無機材料の粒子を分散させたものである。赤外線を透過する有機材料中に赤外線を透過する無機材料を混ぜると、無機材料の持つ光学特性が有機材料に転化される。赤外レンズ１１、１２の赤外線を透過する有機材料としてはポリエチレン樹脂を用いている。赤外線を透過する無機材料としてはゲルマニウム、フッ化カルシウム、臭化カリウム、塩化ナトリウム等を用いることができるが、特に臭化カリウム、塩化ナトリウムは安価であるのでこれらを用いることで製造コストを抑えることができる。

図３は、臭化カリウム、塩化ナトリウムの赤外線透過率を示すグラフである。ここでは横軸に波長、縦軸に透過率をとっている。このグラフから分かるようにいずれも赤外波長領域において高い透過率を示している。ポリエチレン樹脂の赤外線透過率はこれらより低いが臭化カリウムまたは塩化ナトリウム等の赤外線を透過する無機材料の粒子をこれに分散させることにより赤外線透過率の性能を向上させることができる。

図４は、本発明の実施の形態における、赤外線を透過する有機材料であるポリエチレン樹脂に赤外線を透過する無機材料である臭化カリウム（ＫＢｒ）の粒子を分散した赤外レンズ１１、１２の分光透過率を示すグラフである。グラフから臭化カリウムの混合率（重量％）を増やすほど透過率が上昇していることが確認される。他の赤外線を透過する無機材料でも同様に透過率が向上することが確認された。また臭化カリウム、塩化ナトリウム等の赤外線を透過する無機材料の粒子は、人体より放射する波長８〜１２μｍより充分小さな３００ｎｍ以下の粒径にして分散させることで赤外線の散乱を少なくすることができる。このような構成によりさらに透過率を向上させることができる。

ポリエチレン樹脂は熱可塑性の樹脂であり、赤外線を透過する無機材料の粒子を分散させた赤外レンズ１１、１２は射出成形が可能で、容易に量産することができ安価に製造することができる。すなわちポリエチレン樹脂等の赤外線を透過する有機材料に、粒径が３００ｎｍ以下の臭化カリウム、塩化ナトリウム等の赤外線を透過する無機材料の粒子を分散することにより安価で高性能な赤外レンズ１１、１２を得ることができる。

しかしながら臭化カリウム、塩化ナトリウムは、周囲の湿気や水分により表面が溶解する潮解性を有し、水分を吸収して赤外線の透過率が低下する性質がある。これら赤外線を透過する無機材料の粒子を分散させた赤外レンズ１１、１２もこのままでは同様に水分を吸収して赤外線の透過率が低下するという課題がある。

図６は、ポリエチレンに５０ｗｔ％の塩化ナトリウムを加えた赤外レンズ材料（ｔ＝１ｍｍ）を温度６０℃湿度９０％の高湿度雰囲気中に暴露したときの赤外線透過率の経時変化を示すグラフである。ここで横軸には時間経過、縦軸には透過率変化をとり、初期透過率を１００％としている。グラフで明らかなように時間の経過の中で水分を吸収していくと赤外線透過率が急速に下降している。この結果から明らかなように、このままでは、赤外センサー１４の感度が著しく低下して画像の認識が困難となる等、信頼性に課題がある。

そこで本実施の形態では、赤外レンズ１１、１２の表面を乾燥気体２２で覆うよう構成してレンズへの吸湿を防止している。図１、図２において、乾燥気体発生装置１７から発生された水分を含まない乾燥気体２２は鏡筒１３内に形成された気体流路１５を通って鏡筒１３の内部に注入され赤外レンズ１１、１２を乾燥気体２２で覆う。乾燥気体２２によって昇圧した鏡筒１３内部の圧力は内圧調整弁２１により所定の圧力に調整される。また気体流路１５を通った乾燥気体２２は最外面に位置し外気と接する赤外レンズ１１の前面上部に複数具備された吹き出し口１９からレンズ下方に向かって噴出し、乾燥気体受け面２０で反射して外気に放出される。これによって赤外レンズ１１の前面に乾燥気体によるエアカーテンが形成され外気の水分を遮蔽して赤外レンズ１１の吸湿を防ぐことができる。このような構成により赤外レンズ１１、１２は鏡筒１３の内部に面する部分だけでなく最外面に位置し外気と接する面も乾燥気体２２で覆うことができるので、安価な無機材料を用いた量産性の高い赤外レンズが使用可能となり、安価で性能・信頼性が高い赤外カメラを実現できる。

図５は、本実施の形態における赤外カメラを、温度６０℃湿度９０％の高湿度雰囲気中に長時間暴露したときの赤外線透過率の経時変化を示すグラフである。ここで横軸には時間経過、縦軸には透過率変化をとり、初期透過率を１００％としている。このグラフに示すように長時間が経過しても赤外線透過率の低下がほとんど認められず高い信頼性があることが確認された。

このように本発明の赤外カメラによれば、赤外線を透過する有機材料中に赤外線を透過する無機材料の粒子を分散してなる赤外レンズの表面を、乾燥気体で覆うよう構成することで安価で性能・信頼性が高い赤外カメラを実現することができる。

本発明の赤外カメラは、車載用、監視用、セキュリティ用、家電用、工場品質管理用等さまざま分野に活用が可能である。

本発明の実施の形態における赤外カメラの断面図 同正面図 臭化カリウム、塩化ナトリウムの赤外線透過率を示すグラフ 本発明の実施の形態における赤外レンズの分光透過率を示すグラフ 本発明の実施の形態における赤外レンズの高湿度雰囲気中での透過率の経時変化を示すグラフ 赤外レンズ材料の高湿度雰囲気中での赤外線透過率の経時変化を示すグラフ

符号の説明

１１，１２ 赤外レンズ
１３ 鏡筒
１４ 赤外センサー
１５ 気体流路
１６ 管路
１７ 乾燥気体発生装置
１８ 連通孔
１９ 吹き出し口
２０ 乾燥気体受け面
２１ 内圧調整弁
２２ 乾燥気体

Claims (3)

1. 赤外線を透過する有機材料中に赤外線を透過する無機材料の粒子を分散してなる赤外レンズの表面を、乾燥気体で覆うよう構成したことを特徴とする赤外カメラ。
2. 最外面に位置し外気と接する前記赤外レンズの前面を乾燥気体で覆うよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の赤外カメラ。
3. 前記赤外レンズを保持する構造体の中に乾燥気体が通る流路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の赤外カメラ。

Images