JP2010139915A - 赤外カメラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】屋外で使用可能な、安価で性能・信頼性が高い赤外カメラ装置を提供する。
【解決手段】赤外カメラ１１を収納保持する赤外カメラ筐体１２と、赤外カメラ１１の前面に配置され赤外線を透過する保護板１３とにより赤外カメラ１１を密閉して収納するとともに、密閉空間１４に乾燥気体を充填する。
【選択図】図１

Description

本発明は、監視カメラ装置に係わり、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屋外用の赤外カメラ装置に関する。

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を通して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の赤外線を通す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、赤外カメラ装置の応用拡大に伴い、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。

さらにこれら赤外カメラを用いて屋外の人体検知等をおこなう屋外用監視カメラへの応用も期待されている。従来、可視光を対象とした屋外用監視カメラとしては、雨や雪からカメラを保護するために専用の筐体を設けるとともに筐体前面側にフードを設け、その前面に設けられた透明な保護ガラスを、ワイパー装置を動作させることで雨や雪が前面ガラスに付着することを防ぐ構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−６１７３７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る。

また従来の屋外用監視カメラは可視光を対象としたものが多く、赤外線を対象とするには必ずしも適切な構成とはなっていない。一般に赤外カメラはレンズ表面に付着する水分やレンズ内部への透湿の影響で鮮明な画像を得にくくなるという性質がある。このため屋外監視用赤外カメラは充分な防湿機能が求められる。従来の可視光を対象とした屋外用監視カメラも雨、雪等の環境下で使用されるのでこれに対応するために一応筐体やフード等を備えてはいるが、赤外光用途には防湿機能が充分でなく鮮明な画像を実現できないという課題がある。

さらに、除湿機能が不充分なため、塩化ナトリウム、臭化カリウム等の赤外線を透過する無機材料等からなる安価な赤外レンズを用いた赤外カメラを使用することができないという課題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、屋外で使用可能な、安価で性能・信頼性が高い赤外カメラ装置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装置は、赤外カメラを収納保持する赤外カメラ筐体と、赤外カメラの前面に配置され赤外線を透過する保護板とにより赤外カメラを密閉して収納するとともに、密閉部に乾燥気体を充填したことを特徴としている。

このような構成によれば、赤外カメラが常に乾燥雰囲気に覆われ水分に晒されることがないため、屋外で使用可能な、安価で性能・信頼性が高い赤外カメラ装置を実現することができる。

さらに、乾燥気体を外気温度と同等の温度に温度制御してもよい。このような構成によれば、外気温度との温度差によって生じる結露を防止することができ、赤外カメラ装置の信頼性をより向上させることができる。

さらに、赤外カメラ筐体に気体の圧力を調節する内圧調整弁を備えていてもよい。このような構成によれば、赤外カメラ装置の信頼性をより向上させることができる。

さらに、保護板の前面に機械的に雨や露を掻き出すワイパーを備えていてもよい。このような構成によれば、雨滴、雪の付着を防ぐことができ、赤外カメラ装置の信頼性をより向上させることができる。

さらに、保護板が取り外し交換可能であるように構成してもよい。このような構成によれば、ワイパーやゴミにより損傷した場合にも保護板を交換することで赤外カメラ装置の性能を高く維持することができる。

さらに、赤外カメラ筐体が保護板位置より前方に突き出ていてもよい。このような構成によれば、雨、雪が直接保護板にあたりにくいため、赤外カメラ装置の信頼性をより向上させることができる。

さらに、保護板の前面が乾燥気体で覆われるよう構成してもよい。このような構成によれば、保護板の前面にエアカーテンが形成され保護板への雨滴や雪の付着や結露を防止することができ、赤外カメラ装置の信頼性をより向上させることができる。

さらに、赤外カメラのレンズが、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であってもよい。このような構成によれば、安価な赤外レンズを使用することができるので、より安価な赤外カメラ装置を実現することができる。

本発明による赤外カメラ装置によれば、赤外カメラを収納保持する赤外カメラ筐体と、赤外カメラの前面に配置され赤外線を透過する保護板とにより赤外カメラを密閉して収納するとともに、密閉部に乾燥気体を充填することで、屋外で使用可能な、安価で性能・信頼性が高い赤外カメラ装置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。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における赤外カメラ装置１０の断面図であり、図２は同正面図である。

図１において、赤外カメラ装置１０は、赤外カメラ１１と、これを収納保持する赤外カメラ筐体１２と、赤外カメラ１１の前面に配置され赤外線を透過する保護板１３を有している。赤外カメラ筐体１２と保護板１３とにより密閉空間１４が形成され、この密閉空間１４内に赤外カメラ１１が赤外カメラ受け１５を介して赤外カメラ筐体１２に固定されている。赤外カメラ受け１５は、赤外カメラ１１と赤外カメラ筐体１２とを一定の間隔で保持して熱伝導を防ぐとともにサイズの異なる赤外カメラを収納できるようにするためのものである。

赤外カメラ１１の内部には赤外レンズ１６、１７が固定され、後方には赤外線センサー１８が設けられている。保護板１３を透過した赤外線は赤外レンズ１６、１７により赤外線センサー１８上に結像され電気信号に変換される。

赤外カメラ筐体１２にはチューブ１９が接続され、チューブ１９には乾燥気体発生装置２０が接続されている。乾燥気体発生装置２０から発生された乾燥気体は密閉空間１４内に充填される。乾燥気体はさらに赤外カメラ１１の隙間を通って赤外カメラ１１の内部にまで充填され赤外レンズ１６、１７や赤外線センサー１８、保護板１３の内面等の赤外光学部品を常に乾燥状態に保ち吸湿を防止する。さらに朝晩の外気温の差によって生じる結露を防止するために、乾燥気体の温度は乾燥気体発生装置２０に備えられた温度センサー（図示せず）により検知された外気温度と同等の温度に調節される。充填された乾燥気体の圧力は赤外カメラ筐体１２に設けられた内圧調整弁２１により一定の圧力に維持される。

保護板１３の前面には雨滴や雪を掻き出すワイパー２２が設けられており、赤外カメラ１１に入る赤外線が雨滴や雪によりさえぎられるのを防いでいる。保護板１３はワイパー２２やゴミによって傷ついた場合に備え交換可能な構成になっている。第１の実施の形態においては赤外カメラ筐体１２の上部からの抜き差しにより交換できるようになっている。

赤外カメラ筐体１２は保護板１３位置より前方に突き出ている構成になっている。これにより雨や雪が直接保護板１３にあたりにくくして雨滴や雪により赤外線がさえぎられるのを防いでいる。

赤外レンズ１６、１７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１６、１７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５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６は、本発明の第１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１６、１７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１６、１７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１６、１７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１６、１７もこのままでは同様に水分を吸収して赤外線が透過率が低下するという課題がある。

図８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、センサー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。

しかしながら前述のように、第１の実施の形態では、赤外カメラ１１を収納保持する赤外カメラ筐体１２と、赤外カメラ１１の前面に配置され赤外線を透過する保護板１３とにより赤外カメラを密閉して収納するとともに、密閉空間１４に乾燥気体を充填している。このような構成により赤外レンズ１６、１７を常に乾燥状態に保ち吸湿を防止している。これにより赤外線を透過する有機材料中に安価な赤外線を透過する無機材料の粒子を分散してなる量産性の高い安価な赤外レンズを使用することができ、安価で性能・信頼性が高い赤外カメラ装置を実現することができる。

図７は、本実施の形態における赤外カメラ装置１０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。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態における赤外カメラ装置１０の断面図であり、図４は同正面図である。図３、図４において図１、図２と同じ構成については同じ符号を用い説明を省略する。

第１の実施の形態と第２の実施の形態との違いは保護板１３の前面に付着する水分の防止構造の違いである。第１の実施の形態ではワイパー２２を用いて保護板１３の前面に付着した雨滴や雪等の水分付着を防止していたが、第２の実施の形態では保護板１３の前面に乾燥気体のエアカーテンを形成することで水分付着を防止している。

図３、図４において、保護板１３の上部には密閉空間１４と外気とを連通する複数の乾燥気体吹き出し口２３が設けられ、保護板１３の下部には乾燥気体排出口２４が設けられている。密閉空間１４内の乾燥気体は乾燥気体吹き出し口２３から保護板１３の前面に沿って噴出され、乾燥気体排出口２４から排出される。これによって保護板１３の前面に乾燥気体による、いわゆるエアカーテンが形成され雨滴や雪の付着を防止するとともに保護板１３の前後の面を略同一温度の乾燥気体で覆うことにより保護板１３の結露による水分付着を防止することができる。

このように本発明による赤外カメラ装置によれば、赤外カメラを収納保持する赤外カメラ筐体と、赤外カメラの前面に配置され赤外線を透過する保護板とにより赤外カメラを密閉して収納するとともに、密閉部に乾燥気体を充填することで、屋外で使用可能な、安価で性能・信頼性が高い赤外カメラ装置を実現することができる。

本発明の赤外カメラ装置は、屋外における監視用、セキュリティ用等の分野に活用が期待される。

本発明の第１の実施の形態における赤外カメラ装置の断面図 同正面図 本発明の第２の実施の形態における赤外カメラ装置の断面図 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 本発明の第１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 本発明の第１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 赤外透過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

１０ 赤外カメラ装置
１１ 赤外カメラ
１２ 赤外カメラ筐体
１３ 保護板
１４ 密閉空間
１５ 赤外カメラ受け
１６，１７ 赤外レンズ
１８ 赤外線センサー
１９ チューブ
２０ 乾燥気体発生装置
２１ 内圧調整弁
２２ ワイパー
２３ 乾燥気体吹き出し口
２４ 乾燥気体排出口

Claims (8)

1. 赤外カメラを収納保持する赤外カメラ筐体と、前記赤外カメラの前面に配置され赤外線を透過する保護板とにより前記赤外カメラを密閉して収納するとともに、前記密閉部に乾燥気体を充填したことを特徴とする赤外カメラ装置。
2. 前記乾燥気体を外気温度と同等の温度に温度制御したことを特徴とする請求項１に記載の赤外カメラ装置。
3. 前記赤外カメラ筐体に気体の圧力を調節する内圧調整弁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装置。
4. 前記保護板の前面に機械的に雨や露を掻き出すワイパー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装置。
5. 前記保護板が取り外し交換可能であるように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装置。
6. 前記赤外カメラ筐体が前記保護板位置より前方に突き出ていることを特徴とする請求項１に記載の赤外カメラ装置。
7. 前記保護板の前面が前記乾燥気体で覆われる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装置。
8. 前記赤外カメラのレンズが、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であることを特徴とする請求項１に記載の赤外カメラ装置。

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