JP2014182071A - 赤外線撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジング内の密閉性を確保しつつ、各レンズの位置調整を可能とすると共に、外部に曝される固定レンズを、容易に、且つ、安価に交換することを可能とする赤外線撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】この目的を達成するため、赤外線レンズ２１、２２と、これら赤外線レンズを透過した赤外線を検知して画像信号に変換する赤外線カメラユニット３０とを、ハウジング１０内に配置した赤外線撮像装置１であって、赤外線レンズ２１、２２は、ハウジング１０内に配置された鏡筒２０内部において光軸Ｌ方向に移動可能に配置されると共に、ハウジング１０の被写体側端面に、カバー枠体４１に保持された固定レンズ４０を着脱自在に設けた。
【選択図】図１

Description

本件発明は、ハウジング内に赤外線レンズと、当該赤外線レンズを透過した赤外線を検知して画像信号に変換する赤外線センサモジュールとを備えた赤外線撮像装置に関する。

遠赤外線、赤外線あるいは近赤外線等の放射エネルギーを検出して映像に変換する赤外線撮像装置は、例えば、警備上の監視、自動車走行時や災害時における暗所での人や動物の感知等に用いられる。監視に用いられる赤外線撮像装置の多くは、屋外に設置されるため、赤外線レンズと、当該赤外線レンズを透過した赤外線を検知して画像信号に変換する赤外線センサモジュールとは、ハウジング内に収容されている。

例えば、特許文献１に記載の赤外線監視装置は、赤外線カメラによる監視対象物の映像を、この監視対象物からの赤外線に基づいて、可視光の映像とは異なる映像としてモニタテレビジョンに表示するものであって、（イ）赤外線カメラを内部に配置、保持するハウジング本体と、このハウジング本体の一つの面に取付けられ、監視対象物からの赤外線を透過させて赤外線カメラに伝える監視窓とを備えた防塵ハウジングと、（ロ）防塵ハウジングの内部に保持固定されて光を放射し、この光を、防塵ハウジングの監視窓における赤外線カメラの監視対象物視野外で透過させて防塵ハウジングの外部へ放射する投光部と、防塵ハウジングの外部に保持固定されて投光部からの監視窓透過光を受光する受光部と、受光部で受光した監視窓透過光のレベルが予め設定されたレベルより低下すると汚れ検出信号を出力する汚れ検査部とを含む窓汚れ検出部とを有している。

この特許文献１の赤外線監視装置では、防塵ハウジングの内部に配設された赤外線カメラの視野を考慮して、防塵ハウジングの監視窓は、赤外線カメラに設けられるレンズよりも大きく形成されている。この監視窓は、赤外線を透過させることが可能なゲルマニウムなどの材料により構成されるため、可視光線のカメラとは異なり、大きな監視窓はコストが高騰する原因になる。

そこで、従来では、監視窓にかかるコストを低減すべく、当該監視窓自体を廃止して、ハウジングの被写体側の面にレンズ用の開口を形成して、当該レンズ用の開口から赤外線レンズが設けられたレンズ鏡筒を外部に露出させる構造などが採用されていた。

特開２０００−１９０１４号公報

しかしながら、上述のレンズ鏡筒自体をハウジングの外部に露出させる構造は、最も外側に配置されるレンズが、風雨や飛び石、砂埃などに曝され、当該レンズの表面に傷がつく問題がある。傷の程度によっては、画像不良の原因となり、レンズ鏡筒全体やカメラ全体の交換が必要となる場合がある。これらレンズ鏡筒全体やカメラの交換は、却って高額な費用が発生することとなる。

また、上述のレンズ鏡筒の一部をハウジングの外部に露出させる構造では、レンズ鏡筒とハウジングとの間における防水構造が必要となる。例えば、単焦点の赤外線レンズを採用した場合には、レンズ鏡筒自体が光軸方向に繰り出されることはないため、何ら支障なくレンズ鏡筒の一部が外部に露出した状態で、当該レンズ鏡筒をハウジングに設けることができる。しかし、ズームレンズなどの操作に伴ってレンズ鏡筒が光軸方向に繰り出される場合、ハウジングと可動部材との間での適切な防水構造を構成することが困難となる。そこで、防水構造を確保するため、レンズ鏡筒の被写体側端部をハウジングに固定した状態で使用することが考えられる。しかし、レンズ鏡筒の被写体側端部がハウジングに固定された状態での使用は、レンズ鏡筒の繰り出しを行うことができないため、フォーカスレンズやズームレンズの位置調整を行う際には、一旦、ハウジングからレンズ鏡筒を取り外して行わなければならず、操作性が悪いという問題がある。

そこで、本件発明の課題は、ハウジング内の密閉性を確保しつつ、ズームレンズ等の位置調整を容易とすると共に、外部に曝される固定レンズを、容易に、且つ、安価に交換することができる赤外線撮像装置を提供することにある。

本件発明者等は、鋭意研究を行った結果、以下の構成を採用することにより、上述の課題を解決するに至った。

本件発明に係る赤外線撮像装置は、赤外線レンズと、当該赤外線レンズを透過した赤外線を検知して画像信号に変換する赤外線センサモジュールとを、ハウジング内に配置したものであって、当該赤外線レンズは、当該ハウジング内に配置された鏡筒内部において光軸方向に移動可能に配置されると共に、当該ハウジングの被写体側端面に、カバー枠体に保持された固定レンズを着脱自在に設けたことを特徴とする。

本件発明に係る赤外線撮像装置において、前記カバー枠体の像面側端部が、前記ハウジング内部に進入して、前記鏡筒の被写体側端部に係合保持されることが好ましい。

本件発明に係る赤外線撮像装置において、前記カバー枠体は、前記固定レンズとの間に外気を遮断するための封止機構を備えることが好ましい。

本件発明に係る赤外線撮像装置において、前記カバー枠体は、前記ハウジング内部を密閉する封止機構を備えることが好ましい。

本件発明に係る赤外線撮像装置において、前記赤外線レンズは、フォーカスレンズ及び／又はズームレンズであることが好ましい。

本件発明に係る赤外線撮像装置において、前記固定レンズは、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、カルコゲナイド、硫化亜鉛（シンクサルファイド）、シリコンのいずれかの赤外線透過材料により構成されることが好ましい。

本件発明に係る赤外線撮像装置において、前記固定レンズは、外側表面に耐候性及び耐傷性強化薄膜を備えることが好ましい。

本件発明に係る赤外線撮像装置によれば、赤外線レンズや赤外線センサモジュールとが内部に配置されたハウジングの被写体側端面に、カバー枠体に保持された固定レンズが着脱自在に設けられているので、外部に曝される固定レンズが、飛び石や砂埃によって傷が付いた場合であっても、容易に、且つ、安価に交換等のメンテナンスを行うことができる。

また、本件発明に係る赤外線撮像装置は、固定レンズが鏡筒の被写体側に位置してハウジングに固定されていると共に、赤外線レンズが、ハウジング内に配置される鏡筒内部において光軸方向に移動可能に配置されている。そのため、赤外線レンズの位置を光軸方向に移動させても、鏡筒自体は、ハウジングに対して移動しないこととなり、固定レンズを保持するカバー枠体と鏡筒の被写体側端部との係合構造を簡素化することができ、当該鏡筒の被写体側端面と固定レンズとの間に支障なく密閉空間を形成することが可能となる。

本件発明を適用した赤外線撮像装置の概略構成図である。 図１のベースを引出した状態を示す概略構成図である。 図１のカバー枠体を取り外した状態を示す概略構成図である。

以下に、本件発明にかかる赤外線撮像装置の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本件発明を適用した赤外線撮像装置１の概略構成図を示している。

図１に示す実施の形態の赤外線撮像装置１は、特に、中赤外線、遠赤外線の撮像に用いられるものであり、赤外線レンズ２１、２２を備えた鏡筒２０と、当該赤外線レンズ２１、２２を透過した赤外線を検知して画像信号に変換する赤外線センサモジュール３１を備えた赤外線カメラユニット３０とを、ハウジング１０内に備えている。そして、本件発明に係る赤外線撮像装置１は、赤外線レンズ２１、２２が、ハウジング１０内に配置された鏡筒２０内部において光軸方向に移動可能に配置されると共に、ハウジング１０の被写体側端面１０Ａに、カバー枠体４１に保持された固定レンズ４０を着脱自在に設けたことを特徴とする。以下、ハウジング１０、赤外線レンズ２１、２２、赤外線カメラユニット３０、ハウジング１０の被写体側端面に設けられる固定レンズ４０及び当該固定レンズ４０を保持するカバー枠体４１について順次説明する。

＜ハウジング＞
ハウジング１０は、当該赤外線撮像装置１を屋外などにおいて使用する場合に、塵埃や水分などが鏡筒２０内部や赤外線カメラユニット３０内に侵入することを防止するものである。当該ハウジング１０の内部には、ベース１１上に固定された赤外線カメラユニット３０及び鏡筒２０が収容されている。このハウジング１０の被写体側端面１０Ａには、開口１２が形成されている。そして、ハウジング１０の底面と、ベース１１との間には、当該ベース１１を開口１２から引出自在とする図示しないレール機構が設けられている。これにより、赤外線カメラユニット３０及び鏡筒２０は、ベース１１を開口１２から被写体側に引き出すことによって、容易に納出可能とされている。当該開口１２は、ハウジング１０の被写体側端面１０Ａに着脱自在に設けられる固定レンズを備えたカバー枠体４１によって閉塞される。なお、当該固定レンズ４０を備えたカバー枠体４１の詳細は後述する。

＜赤外線レンズ＞
ハウジング１０内に配設される赤外線レンズは、図示しないレンズ保持枠に保持された状態で鏡筒２０内に光軸Ｌに沿って支持される。図１に示す実施の形態では、赤外線レンズは、鏡筒２０内に複数設けられており、当該赤外線レンズのうち、ズームレンズ、フォーカスレンズ等は、光軸Ｌ方向に手動又はモータ制御によって移動可能に設けられる。移動可能な赤外線レンズをモータ制御する場合、赤外線カメラユニット３０に設けられた操作スイッチにより当該赤外線カメラユニット３０内に搭載されたモータ制御部を制御して行っても良いが、外部に設けられた遠隔制御装置を用いて当該赤外線カメラユニット３０内に統制されたモータ制御部を制御して行っても良い。

図１では、ズームレンズ及びフォーカスレンズの一例として赤外線レンズ２１、２２を図示している。よって、ハウジング１０内部に配設される赤外線レンズは、図１に示すようなズームレンズやフォーカスレンズに限定されるものではなく、その他の赤外線レンズをさらに設けた場合であっても良いのは当然である。

＜赤外線カメラユニット＞
ハウジング１０内に配設される赤外線カメラユニット３０は、上述の赤外線レンズ２１、２２を透過した赤外線を検知して画像信号に変換する赤外線センサモジュール３１を有する。赤外線センサモジュール３１は、他の赤外線カメラユニット３０を構成する機器と共に筐体３２内に収容されている。この赤外線カメラユニット３０は、カメラマウントを備えている。そして、当該カメラマウントが上述の鏡筒の像面側の端部に設けられるレンズマウントと結合することで、赤外線カメラユニット３０が、鏡筒２０に固定される。

＜固定レンズ＞
次に、固定レンズ４０について詳述する。固定レンズ４０は、カバー枠体４１を介してハウジング１０の被写体側端面１０Ａに着脱自在に設けられる赤外線透過レンズである。ハウジング１０内部には、光軸Ｌに沿って赤外線レンズが支持された鏡筒２０が設けられている。そのため、カバー枠体４１に保持される固定レンズ４０は、鏡筒２０に設けられる各赤外線レンズよりも被写体側であって、最も外側に配置される赤外線レンズとなる。

当該固定レンズ４０は、赤外線を透過可能とする光学材料として、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、カルコゲナイド、硫化亜鉛（シンクサルファイド）、シリコンのいずれかの赤外線透過材料により構成されることが好ましい。

また、固定レンズ４０の外側表面にハードコートなどの耐候性及び耐傷性強化薄膜を設けても良い。これにより、最も外側に配置される固定レンズ４０の耐候性及び耐傷性を向上させることができ、屋外での使用による経年劣化を抑制することができる。

＜カバー枠体＞
つづいて、上述の固定レンズ４０を保持するカバー枠体４１について詳述する。カバー枠体４１は、赤外線透過材料にて構成される固定レンズ４０を保持する枠状部材であり、当該固定レンズ４０を保持するレンズ保持部４２と、当該カバー枠体４１をハウジング１０自体に固定する取付部４３と、カバー部材４１とハウジング１０内に配設される鏡筒２０とを連結する連結部４４とを備えている。

カバー枠体４１のレンズ保持部４２は、枠状部材の内側に延出して、被写体側から挿入される固定レンズ４０の像面側周縁部と当接する保持壁４２Ａを有する。当該保持壁４２Ａに当接保持される固定レンズ４０とカバー枠体４１のレンズ保持部４２との間には、外気を遮断するための封止機構が設けられている。図１に示す実施の形態では、この封止機構は、固定レンズ４０とカバー枠体４１のレンズ保持部４２との間に介設される可撓性のパッキン４５と、固定レンズ４０の被写体側周縁部を被写体側から保持する押さえ環４６とから構成される。このパッキン４５と押さえ環４６とから構成される封止機構を固定レンズ４０とカバー枠体４１との取付部分に設けることにより、固定レンズ４０を備えたカバー枠体４１にて閉塞されるハウジング１０内部を密閉することができる。図１に示す実施の形態では、封止機構としてパッキン４５と押さえ環４６を採用しているが、固定レンズ４０とカバー枠体４１との間における隙間を塞ぎ、密閉構造を形成することができる構成であれば、これに限定されない。

図１に示す実施の形態では、カバー枠体４１の取付部４３は、枠状部材の外周面から外側に延出してハウジング１０の被写体側端面１０Ａに当接するフランジにより構成されており、当該取付部４３の像面側の面が、ハウジング１０の被写体側端面１０Ａと当接した状態で、化粧ビス４７によってカバー枠体４１がハウジング１０に着脱自在に固定される。図１に示す実施の形態では、カバー枠体４１をハウジング１０の被写体側端面１０Ａに着脱自在に固定する方法として、化粧ビス４７を採用しているが、着脱自在にカバー枠体４１をハウジング１０の被写体側端面１０Ａに固定することが可能であれば、当該構成に限定されない。

カバー枠体４１の連結部４４は、枠状部材の像面側に位置して、ハウジング１０の開口１２の内縁に沿ってハウジング１０内に進入して構成される。当該連結部４４は、その外周面がハウジング１０の開口１２の内縁に挿入可能に構成される。この連結部４４の外周面には、ハウジング１０の開口１２の内縁との間に可撓性のパッキン４８が介設されている。当該パッキン４８は、上述のパッキン４５、押さえ環４６と共に、ハウジング１０内部を密閉する封止機構を構成する。

そして、当該連結部４４の像面側端部は、ハウジング１０の開口１２に装着された状態で、被写体側からハウジング１０内に進入して構成されており、当該連結部４４の像面側端部は、ハウジング１０内に配設される鏡筒２０との連結機構を備えている。

図１に示す実施の形態では、連結部４４の像面側端部は、内部に鏡筒２０の被写体側端部が進入可能に形成されており、当該連結部４４の像面側端部内周面と鏡筒２０の被写体側端部外周面のそれぞれには、螺合にて着脱自在に係合可能とするねじ切りが形成されている。そのため、連結部４４の像面側端部が鏡筒２０の被写体側端部に、螺合によって係合保持されることで、鏡筒２０に設けられる各赤外線レンズと、固定レンズ４０との光軸を容易に合わせることが可能となる。さらに、これら固定レンズ４０と、鏡筒２０の被写体側端面と、連結部４４とにより囲繞される空間を密閉空間とすることができる。

また、図１に示す実施の形態では、当該鏡筒２０の被写体側端部の外周面には、螺合により係合された状態の連結部４４の像面側端面が当接する凸部２０Ａが形成されている。当該凸部２０Ａは、固定レンズ４０の取付位置に対する鏡筒２０の取付位置を決めるための位置決め手段を構成するものであり、連結部４４の像面側端面が鏡筒２０の凸部２０Ａに当接する位置まで、鏡筒２０を連結部４４内に螺合・挿入することにより、固定レンズ４０と鏡筒２０の取付位置関係を一定とすることができる。

＜組立手順＞
次に、本実施の形態にかかる赤外線撮像装置１の組立手順について説明する。まずはじめに、鏡筒２０の像面側端部に赤外線カメラユニット３０を固定する。当該鏡筒２０と赤外線カメラユニット３０の固定は、上述したように鏡筒２０側のレンズマウントと、赤外線カメラユニット３０側のカメラマウントとを結合することにより行う。この状態で、ハウジング１０から被写体側に引き出されたベース１１の上面に鏡筒２０を固定する。当該鏡筒２０のベース１１への固定によって、赤外線カメラユニット３０も間接的にベース１１に固定されることとなる。

その後、鏡筒２０の被写体側端部に固定レンズ４０が取り付けられた状態のカバー枠体４１を上述した連結機構を介して固定する。具体的には、鏡筒２０の被写体側端部をカバー枠体４１の連結部４４の像面側端部内に螺合させる。図２には、鏡筒２０の被写体側端部にカバー枠体４１が取り付けられた状態を示す。当該螺合は、連結部４４の像面側の端面が鏡筒２０の凸部２０Ａに到達するまでねじ込むこととする。これにより、鏡筒２０に対するカバー枠体４１に固定された固定レンズ４０の位置決めを行うことができる。また、螺合によってカバー枠体４１の連結部４４と、鏡筒２０との連結・係合を行うことで、当該カバー枠体４１に保持される固定レンズ４０と、鏡筒２０の各赤外線レンズとの光軸を容易に合わせることができる。

また、鏡筒２０にカバー枠体４１が取り付けられた状態で、カバー枠体４１には、パッキン４７及び押さえ環４６から構成される封止機構が介設されているため、鏡筒２０の被写体側端面と、カバー枠体４１、固定レンズ４０とにより囲繞される空間に密閉空間を形成することができる。

なお、ここでは、鏡筒２０をベース１１に固定してから、鏡筒２０への固定レンズ４０の固定を行っているが、鏡筒２０に固定レンズ４０を固定してから、当該鏡筒２０をベースに固定してもよく、当該固定順序はこれに限定されない。

そして、鏡筒２０の被写体側に固定レンズ４０が取り付けられた状態で、当該鏡筒２０が固定されたベース１１を上述のレール機構を用いて、ハウジング１０内に納入する。図１に示すように、カバー枠体４１の取付部４３の像面側の端面をハウジング１０の被写体側の端面と当接し、化粧ビス４７により固定する。この際、ハウジング１０の開口縁部とカバー部材４１の連結部４４の外周面との間には、パッキン４８が介設されているため、支障なく、ハウジング内に密閉空間を形成することができる。これにより、図１に示す実施の形態にかかる赤外線撮像装置１が組立完了となる。

本件発明に係る赤外線撮像装置１は、上述したように、固定レンズ４０が鏡筒２０の被写体側に位置してハウジング１０に固定されていると共に、赤外線レンズ２１、２２が、ハウジング１０内に配置される鏡筒２０内部において光軸Ｌ方向に移動可能に配置されている。そのため、赤外線レンズ２１、２２の位置を光軸方向に移動させても、鏡筒２０自体は、ハウジング１０に対して移動しないこととなり、固定レンズ４０を保持するカバー枠体４１と鏡筒２０の被写体側端部との係合構造を簡素化することができ、当該鏡筒２０の被写体側端面と固定レンズ４０との間に支障なく密閉空間を形成することが可能となる。

＜固定レンズの交換手順＞
ハウジング１０の被写体側に設けられた固定レンズ４０は、外部に曝された状態で設けられているため、飛び石や砂埃などによって傷が付く場合がある。撮像に影響が生じる程度の傷が付いた場合には、当該固定レンズ４０を交換する必要がある。固定レンズ４０を交換する場合には、図３に示すように、固定レンズ４０を保持するカバー枠体４１とハウジング１０とを係合保持する化粧ビス４７を取り外し、カバー枠体４１毎ハウジング１０から取り外す。そして、新しい固定レンズ４０を保持したカバー枠体４１をハウジング１０に化粧ビス４７にて取り付けることにより行う。

このように、本件発明に係る赤外線撮像装置１によれば、赤外線レンズ２１、２２や赤外線カメラユニット３０とが内部に配置されたハウジング１０の被写体側端面に、カバー枠体４１に保持された固定レンズ４０が着脱自在に設けられているので、外部に曝される固定レンズ４０が、飛び石や砂埃によって傷が付いた場合であっても、容易に、且つ、安価に交換等のメンテナンスを行うことができる。

特に、本件発明に係る赤外線撮像装置１に採用される固定レンズ４０は、従来のようにハウジングの被写体側の端面に大きなゲルマニウム製の窓部を設ける場合と比較して、大幅にコストの低減を図ることができると共に、現場において容易に固定レンズ４０の交換作業を行うことが可能となり、作業性の向上を図ることができる。

本件発明にかかる赤外線撮像装置は、ハウジング内の密閉性を確保しつつ、各レンズの位置調整を可能とすると共に、外部に曝される固定レンズを、容易に、且つ、安価に交換することができるので、屋外で使用される監視用の赤外線撮像装置などにおいて特に有効である。

１ 赤外線撮像装置
１０ ハウジング
１０Ａ 被写体側端面
１１ ベース
１２ 開口
２０ 鏡筒
２０Ａ 凸部
２１、２２ 赤外線レンズ
３０ 赤外線カメラユニット
３１ 赤外線センサモジュール
３２ 筐体
４０ 固定レンズ
４１ カバー枠体
４２ レンズ保持部
４２Ａ 保持壁
４３ 取付部
４４ 連結部
４５ パッキン（封止機構）
４６ 押さえ環（封止機構）
４７ 化粧ビス
４８ パッキン（封止機構）

Claims (7)

1. 赤外線レンズと、当該赤外線レンズを透過した赤外線を検知して画像信号に変換する赤外線センサモジュールとを、ハウジング内に配置した赤外線撮像装置であって、
   当該赤外線レンズは、当該ハウジング内に配置された鏡筒内部において光軸方向に移動可能に配置されると共に、
   当該ハウジングの被写体側端面に、カバー枠体に保持された固定レンズを着脱自在に設けたことを特徴とする赤外線撮像装置。
2. 前記カバー枠体の像面側端部が、前記ハウジング内部に進入して、前記鏡筒の被写体側端部に係合保持される請求項１に記載の赤外線撮像装置。
3. 前記カバー枠体は、前記固定レンズとの間に外気を遮断するための封止機構を備える請求項１又は請求項２に記載の赤外線撮像装置。
4. 前記カバー枠体は、前記ハウジング内部を密閉する封止機構を備える請求項１〜請求項３のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
5. 前記赤外線レンズは、フォーカスレンズ及び／又はズームレンズである請求項１〜請求項４のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
6. 前記固定レンズは、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、カルコゲナイド、硫化亜鉛（シンクサルファイド）、シリコンのいずれかの赤外線透過材料により構成される請求項１〜請求項５のいずれかに記載の赤外線撮像装置。
7. 前記固定レンズは、外側表面に耐候性及び耐傷性強化薄膜を備える請求項１〜請求項６のいずれかに記載の赤外線撮像装置。

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