JP2011080976A - 熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュールを提供すること。
【解決手段】レンズモジュールは、被写体と相対して被写体からの光を受光して像を捕捉するが、可視光線と遠赤外線を一軸に透過させて一つに統合するようにした対物レンズと、光軸方向に対物レンズの後側に位置して、対物レンズを透過する光から遠赤外線は反射し、且つ、可視光線は透過するようにした光束分離器と、光束分離器から反射される遠赤外線の光軸方向に位置して、光学像を熱画像信号に変換して出力する遠赤外線検出器により光束分離器を透過する遠赤外線を受光して結像するようにした遠赤外線結像レンズと、光束分離器を透過する可視光線の光軸方向に位置することにより光束分離器の後側に位置して、光学像を実画像信号に変換して出力するＣＣＤセンサーにより光束分離器から透過される可視光線を受光して結像するようにした可視光線結像レンズと、を備えてなる。
【選択図】図２

Description

本発明は熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュールに係り、さらに詳しくは、可視光線と遠赤外線帯域を同時に撮影可能な熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュールに関する。

現在、熱画像カメラは、医療用として体熱診断機に適用されており、商業用としては自動車における夜間監視センサーとして活用され、これらの他にも、山火事監視用、消防防止用、産業用及び研究開発用としてその活用度が次第に拡大されつつある一方である。

特に、監視用カメラとしてのＣＣＤカメラ（Charge-Coupled Device Camera）は、夜間に画像が獲得できないという欠点があるため、これを補完可能な熱画像カメラの需要が急増している。

熱画像カメラは、遠赤外線レンズを用いて夜間に光がまったくない状態でも画像を獲得するが、遠赤外線レンズから入力される光学像を遠赤外線検出器（センサー）が光電変換してコンピュータ手段（ＰＣやノート型パソコンなど）が読取可能なデジタル熱画像信号を生成することにより熱画像を獲得する。

このように熱画像カメラは遠赤外線レンズを用いて夜間に光がまったくない状態でも画像が獲得可能であるというメリットがあるが、物体から発せられる輻射エネルギー差を感知して画像を獲得するため黒白画像が得られる。

このため、対象物体に対してＣＣＤカメラに匹敵する程度の鮮やかな画像を獲得することができず、かなり多くの用途においては熱画像とＣＣＤ画像を同時に得ると熱画像映像の活用度を遥かに高めることが可能になると予想される。

参考までに、ＣＣＤカメラは可視光線レンズを用いて被写体の像を捕捉し、可視光線レンズから入力される光学像をＣＣＤセンサーが光電変換してコンピュータ手段が読取可能なデジタルＣＣＤ画像信号（以下、「実画像信号」と称する。）を生成することにより画像を獲得する。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱画像カメラが可視光線と遠赤外線帯域を同時に撮影して鮮やかな画像を獲得することを可能にした熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュールを提供するところにある。

前記目的を達成するために、本発明は、被写体と相対して被写体からの光を受光して像を捕捉するが、可視光線と遠赤外線を一軸に透過させて一つに統合するようにした対物レンズと、光軸方向に前記対物レンズの後側に位置して、対物レンズを透過する光から遠赤外線は反射し、且つ、可視光線は透過するようにした光束分離器と、前記光束分離器から反射される遠赤外線の光軸方向に位置して、光学像を熱画像信号に変換して出力する遠赤外線検出器により光束分離器を透過する遠赤外線を受光して結像するようにした遠赤外線結像レンズと、前記光束分離器を透過する可視光線の光軸方向に位置することにより光束分離器の後側に位置して、光学像を実画像信号に変換して出力するＣＣＤセンサーにより光束分離器から透過される可視光線を受光して結像するようにした可視光線結像レンズと、を備えてなる。

前記対物レンズは、可視光線と遠赤外線を両方とも透過可能なセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）または硫化亜鉛（ＺｎＳ）のどちらか一方の材質からなることが好ましい。

また、前記光束分離器は前面に遠赤外線反射コーティングを施し、可視光線が透過可能な光学ガラス（ＢＫ７）材質からなることが好ましい。

さらに、前記遠赤外線結像レンズのＦ数は１．６以下であることが好ましい。

さらに、前記可視光線結像レンズのＦ数は４以下であることが好ましい。

さらに、前記遠赤外線検出器は非冷却型遠赤外線検出器であることが好ましい。

前記解決手段により、可視光線と遠赤外線帯域を同時に撮影して鮮やかな画像を獲得可能な熱画像カメラが提供される。

可視光線レンズと遠赤外線レンズはその波長による透過特性が異なるため別途に構成することを余儀なくされるが、この場合には２つの別々の光学系、すなわち、可視光線光学系と遠赤外線光学系がそれぞれ要されて小型化が困難であるだけではなく、同じ物体を同じ視野角をもって撮影することが困難であるが、本発明は同じ光軸上に同じ物体に対して同じ視野角をもって同時撮影が可能であることから、可視光線と遠赤外線帯域を同時に撮影して同じ標的に対して鮮やかな可視光線画像（実画像）と熱画像を獲得することができる結果、標的に対する映像分析時にその活用度を高めることができる。

本発明の実施形態における熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュールを取り付けた熱画像カメラがコンピュータ手段に接続されている様子を示す図である。 本発明の実施形態における熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュールを示す図である。 本発明の実施形態における一軸型レンズモジュールにおける遠赤外線光学系を示す図である。 本発明の実施形態における一軸型レンズモジュールにおける可視光線光学系を示す図である。

以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態を詳述する。

図１は、本発明の実施形態における熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュールを取り付けた熱画像カメラがコンピュータ手段に接続されている様子を示す図であり、図２は、本発明の実施形態における熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュールを示す図である。

図３は、本発明の実施形態における一軸型レンズモジュールにおける遠赤外線光学系を示す図であり、図４は、本発明の実施形態における一軸型レンズモジュールにおける可視光線光学系を示す図である。

図１から図４に示すように、本発明の実施形態における熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュールは、カメラの外形をなして外部から保護するケース１に組み込まれ、対物レンズ１０を備える。

対物レンズ１０は被写体と相対するようにケース１の前面に露設されて被写体からの光を受光して像を捕捉するが、可視光線と遠赤外線を一軸に透過させて一つに統合する。

すなわち、対物レンズ１０は可視光線と遠赤外線を同時に透過可能な材質、例えば、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）の材質からなり、可視光線と遠赤外線の光軸を一つに統合することにより、同じ光軸の上に同じ物体、すなわち、被写体に対して同じ視野角をもって同時撮影を可能にする。

この種の対物レンズ１０は透過波長帯域が０．４〜１４．０μｍであるものを使用することが好ましく、このとき、７．５〜１４．０μｍは遠赤外線帯域となり、０．４〜０．７μｍは可視光線帯域となる。

また、対物レンズ１０はセレン化亜鉛の代わりに硫化亜鉛（ＺｎＳ）の材質からなり、可視光線と遠赤外線を一軸に透過させて一つに統合することができる。

光軸方向における対物レンズ１０の後側には光束分離器２０が位置する。

光束分離器２０は対物レンズ１０を透過する光から可視光線は透過し、且つ、遠赤外線は反射する。

光束分離器２０は光学ガラス（ＢＫ７）の材質からなり、対物レンズ１０を透過する光から可視光線は透過し、且つ、遠赤外線は反射する。

かような光束分離器２０から反射される遠赤外線の光軸方向には遠赤外線結像レンズ３０が位置する。

遠赤外線結像レンズ３０は光束分離器２０から反射される遠赤外線を受光して遠赤外線検出器４０に結像する。

遠赤外線検出器（センサー）４０は、周知の如く、遠赤外線結像レンズ３０から入力される対物レンズ１０が捕捉した光学像を光電変換してコンピュータ手段（ＰＣやノート型パソコンなど）５０が読取可能な熱画像信号を生成することにより熱画像を獲得できるようにする。

遠赤外線検出器４０には冷却型のものと非冷却型のものがある。冷却型は検出器を７７Ｋの低温に冷却するための別途の冷却装置を必要とするが、非冷却型は常温下で使用可能であるため別途の冷却装置を要さないことから小型軽量化を図り易く、本発明においては非冷却型のものを使用するのがよい。

非冷却型の遠赤外線検出器４０は光学系のＦ数が１．６以下であり、好ましくは、１．０〜１．６であるためその使用が極めて制限的であり、且つ、波長帯域は遠赤外線においてしか使用できないといった特性があるが、本発明は上記の特性をいずれも満足しているため使用上の問題はない。

かような遠赤外線光系統図の例として、ＦＯＶ（FIELD OF VIEW）は、Ｘ軸が２４°であり、且つ、Ｙ軸が１８°であることが好ましく、等価焦点距離（ＥＦＬ：Equivalent Focal Length）は１７．６９ｍｍであることが好ましく、Ｆ数は１．２以下であることが好ましい。このとき、ピクセルフォーマットは３２０×２４０ピクセルからなり、ピクセルサイズは２５×２５μｍとなる。

一方、光束分離器２０の後側には可視光線結像レンズ６０が位置する。

可視光線結像レンズ６０は光束分離器２０を透過する可視光線の光軸方向に位置することにより光束分離器２０の後側に位置する。

このように位置する可視光線結像レンズ６０は光束分離器２０を透過する可視光線を受光してＣＣＤセンサー７０に結像する。

ＣＣＤセンサー７０は、周知の如く、可視光線結像レンズ６０から入力される対物レンズ１０が捕捉した光学像を光電変換してコンピュータ手段５０が読取可能な実画像信号を生成することにより画像を獲得できるようにする。

このような可視光線光系統図の例として、ＦＯＶ（FIELD OF VIEW）はＸ軸が２４°であり、Ｙ軸が１８°であることが好ましく、ＥＦＬ（Equivalent Focal Length）は１１．１４ｍｍであることが好ましく、Ｆ数は４．０以下、好ましくは、１．０〜４．０であることが好ましい。このとき、ピクセルフォーマットは６４０×４８０ピクセルからなり、ピクセルサイズは７．４×７．４μｍとなる。

また、光束分離器２０から反射される遠赤外線の光軸方向に遠赤外線を任意方向に反射可能なもの、例えば、鏡などの反射板８０を配置して遠赤外線結像レンズ３０と遠赤外線検出器４０の位置を変えることにより体積を低減することができる。

このように、可視光線と遠赤外線を同時に透過する材質を有する対物レンズ１０を用いて可視光線と遠赤外線の光軸を一つに統合し、対物レンズ１０の後側に光束分離器２０を設けて可視光線は透過し、且つ、遠赤外線は反射して各光線の焦点に遠赤外線検出器４０とＣＣＤセンサー７０を設けることにより、同じ光軸上に同じ物体に対して同じ視野角をもって同時撮影が可能になる結果、同じ標的に対して実画像と熱画像を同時に獲得することが可能になる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明によれば、可視光線と遠赤外線帯域を同時に撮影して鮮やかな熱画像を獲得可能な熱画像カメラが提供される。

１ ケース
１０ 対物レンズ
２０ 光束分離器
３０ 遠赤外線結像レンズ
４０ 遠赤外線検出器
５０ コンピュータ手段
６０ 可視光線結像レンズ
７０ ＣＣＤセンサー

Claims (6)

1. 被写体と相対して被写体からの光を受光して像を捕捉するが、可視光線と遠赤外線を一軸に透過させて一つに統合するようにした対物レンズ（１０）と、
   光軸方向に前記対物レンズ（１０）の後側に位置して、対物レンズ（１０）を透過する光から遠赤外線は反射し、且つ、可視光線は透過するようにした光束分離器（２０）と、
   前記光束分離器（２０）から反射される遠赤外線の光軸方向に位置して、光学像を熱画像信号に変換して出力する遠赤外線検出器（４０）により光束分離器（２０）を透過する遠赤外線を受光して結像するようにした遠赤外線結像レンズ（３０）と、
   前記光束分離器（２０）を透過する可視光線の光軸方向に位置することにより、光束分離器（２０）の後側に位置して、光学像を実画像信号に変換して出力するＣＣＤセンサー（７０）により光束分離器（２０）から透過される可視光線を受光して結像するようにした可視光線結像レンズ（６０）と、
   を備えてなり、
   同じ視野角をもって同時撮影が可能になるようにしたことを特徴とする熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュール。
2. 前記対物レンズ（１０）はセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）または硫化亜鉛（ＺｎＳ）のうちどちらか一方の材質からなることを特徴とする請求項１に記載の熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュール。
3. 前記光束分離器（２０）は光学ガラス（ＢＫ７）材質からなることを特徴とする請求項１または２に記載の熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュール。
4. 前記遠赤外線結像レンズ（３０）のＦ数は１．６以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュール。
5. 前記可視光線結像レンズ（６０）のＦ数は４以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュール。
6. 前記遠赤外線検出器（４０）は非冷却型遠赤外線検出器であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュール。