JP3911664B2

JP3911664B2 - 赤外線撮像装置

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Publication number: JP3911664B2
Application number: JP2001353983A
Authority: JP
Inventors: 泰三宮本; 澄広内田; 賢一村角; 努丸山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: JP2003156391A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広範囲にわたり散在する赤外線放射対象物の観測と、長距離の位置に存在する赤外線放射対象物の観測とを切替えて実行し、且つ精度を維持できる赤外線撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
夜間等の目視により対象物を観測できない場合でも、背景温度と異なる対象物は、放射赤外線の強度が異なることから、赤外線撮像装置によって観測することが可能となる。又対象物が遠方に存在する場合は、その対象物から放射される赤外線を高倍率の光学系を用いて撮像素子に入射することにより観測することができる。このように遠方に存在する対象物からの赤外線は、大気によって減衰するものであり、その場合の減衰量は、大気中の水分量により影響を受けるものである。
【０００３】
又赤外線の大気透過率〔％〕は、例えば、図１６に示すように、波長〔μｍ〕によって大きく相違する。又赤外線撮像装置に適用される波長帯としては、遠赤外として示す８〜１２μｍの長波長帯と、中赤外として示す３〜５μｍの短波長帯とに分けることができる。そして、大気中の水分が比較的多い夏季には、３〜５μｍの短波長帯を用いて観測し、それ以外の季節では、８〜１２μｍの長波長帯を用いて観測することが多い。又赤外線の撮像素子としては、各種の半導体による赤外線検出素子を二次元に配列した構成が知られているが、長波長帯と短波長帯とに共用できる高感度の撮像素子が存在しないことにより、長波長帯用と短波長帯用とにそれぞれ対応した構成が適用されている。従って、遠方の対象物を四季を通じて観測する為には、短波長帯用の高倍率光学系と、長波長帯用の高倍率光学系を設けることになる。
【０００４】
又遠方の対象物を観測する為に高倍率光学系のみを用いた場合、視野角が狭くなる。従って、広範囲にわたる対象物の探索が困難となる。そこで、低倍率の光学系を設けることになる。即ち、長波長帯と短波長帯とにそれぞれ対応した高倍率の光学系と低倍率の光学系とを設けることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、１０数ｋｍ以遠等の遠方の対象物の探知識別と、１０数ｍ四方等の広範囲にわたって対象物の探知識別とを行う場合に、前述のように、長波長帯と短波長帯に対応した高倍率の光学系と低倍率の光学系とを設けることになるが、高倍率の光学系は、例えば、直径が４００ｍｍ程度の大口径となると共に、８００ｍｍ程度以上の長さとなるから、赤外線撮像装置が大型化する問題がある。又光学系を長波長帯と短波長帯とに対して共用化することが考えられるが、光学レンズの屈折率等が波長によって相違するから、広範囲の波長帯域にわたり共用化する場合に、波長対応の屈折率等の補正が必要となる。従って、広範囲の波長帯域に対する共用化が可能となったとしても、非常に高価なものとなり、実用化は困難となる問題がある。
本発明は、共用化可能の部分と各波長帯域対応の光学系との切替えを可能として、小型化及びコストダウンを図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の赤外線撮像装置は、図１及び図２を参照して説明すると、赤外線の長波長帯と短波長帯とに共用した高倍率対物反射光学系１と、この高倍率対物反射光学系１の光軸とほぼ平行の光軸を有するように配置した長波長帯用の結像屈折光学系４と、この長波長帯用の結像屈折光学系４を介して赤外線を入射する長波長帯用の撮像素子６と、長波長帯用の結像屈折光学系４の光軸とほぼ平行の光軸を有するように配置した短波長帯用の結像屈折光学系３と、この短波長帯用の結像屈折光学系３を介して赤外線を入射する短波長帯用の撮像素子５と、長波長帯用の結像屈折光学系４の光軸と一致した光軸を有するように配置した低倍率対物屈折光学系７と、高倍率対物反射光学系１を介した赤外線を、長波長帯用の結像屈折光学系４と短波長帯用の結像屈折光学系３との何れかに切替えて入射させる位置に回転可能に支持すると共に、高倍率対物反射光学系１を介した赤外線の光路外へ移動できるように回動可能に回転テーブル１０上に支持した平面ミラー２と、回転テーブル１０の周辺に直交位置関係に配置して、長波長帯用の結像屈折光学系４と短波長帯用の結像屈折光学系３とにそれぞれ回転テーブル１０の回転位置に対応して温度補正用の赤外線を入射させる高温用温度基準板８及び低温用温度基準板９と、低倍率対物屈折光学系７を介した赤外線を長波長帯用の結像屈折光学系４に入射させる位置に回転テーブル１０をスライドさせるスライドテーブル１１とを備えている。
【０００７】
又高倍率対物反射光学系１と低倍率対物屈折光学系７との光軸をほぼ平行に配置し、低倍率対物屈折光学系７と長波長帯結像屈折光学系４との光軸を一致させて配置し、長波長帯結像屈折光学系４と短波長帯結像屈折光学系３との光学をほぼ平行に配置し、高倍率対物反射光学系１を介した赤外線を２次反射鏡１６を介して入射し、この２次反射鏡１６からの赤外線を、長波長帯結像光学系４と短波長帯結像光学系３とに切替えて入射する平面ミラー２と、この平面ミラー２を赤外線の光路外に回動可能に支持する回転機構基板と、この回転機構基板を回動させる回転テーブル１０と、この回転テーブル１０をスライドさせるスライドテーブル１１とを備えている。
【０００８】
又回転テーブル１０上にほぼ直交する位置にそれぞれ設け、且つ平面ミラー２を赤外線の光路外に回動した時に、長波長帯結像屈折光学系４又は短波長結像屈折光学系３に対向させて温度補正処理を行う為の高温用温度基準板８と低温用温度基準板９とを備えている。又スライドテーブル１１をスライドさせるスライドテーブル駆動モータと、このスライドテーブル駆動モータの回転を、スライドレール上のスライドテーブル１１のスライド方向に変換するクランク機構を備えることができる。又回転テーブル１０を回転させる回転テーブル駆動モータと、回転テーブル１０の回転角を検出する回転角センサと、この回転角センサの検出信号をフィードバックして回転テーブル駆動モータを駆動する回転テーブル駆動部と、平面ミラー２を回動させる平面ミラー駆動モータと、平面ミラー２の回転角を検出する回転角センサと、この回転角センサの検出信号をフィードバックして平面ミラー駆動モータを駆動する平面ミラー駆動部とを備えることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の側断面による原理説明図であり、１は高倍率対物反射光学系、２は平面ミラー、４は長波長帯結像屈折光学系、６は長波長帯撮像素子、７は低倍率対物屈折光学系、８は高温用温度基準板、１０は回転テーブル、１１はスライドテーブル、１５は１次反射鏡、１６は２次反射鏡、１７は集光屈折光学系、１８は光学基板、１９は回転機構を示す。
【００１０】
又図２は本発明の上面図による原理説明図であり、図１と同一符号は同一部分を示し、３は短波長帯結像屈折光学系、５は短波長帯撮像素子、９は低温用温度基準板を示す。又図２に於けるＡ−Ａ線に沿った断面の平面ミラー２と高温用温度基準板８との要部を示す。又図３は短波長帯結像屈折光学系３と短波長帯撮像素子５等とを含む構成を示す。又短波長帯は３〜５μｍ帯、長波長帯は８〜１２μｍ帯の場合を示すが、この波長帯に限定されるものではない。なお、屈折光学系を構成する光学レンズは簡略化して示している。
【００１１】
高倍率対物反射光学系１は、凹面の１次反射鏡１５と平面の２次反射鏡１６とを有し、１次反射鏡１５により集光した赤外線を２次反射鏡１６によって上方に反射させ、１次結像を生じさせた後、集光屈折光学系１７により集光して平面ミラー２に入射させる。この平面ミラー２により反射されて２次結像を生じさせた後、長波長帯結像屈折光学系４又は短波長帯結像屈折光学系３に入射させる。反射面の赤外線の反射率は、比較的広帯域にわたり充分な値とすることが可能であり、従って、高倍率対物反射光学系１は、長波長帯と短波長帯とに共用化することができる。そして、この高倍率対物反射光学系１の上部に、長波長帯結像屈折光学系４及び長波長帯撮像素子６と、短波長帯結像屈折光学系３及び短波長帯撮像素子５と、低倍率対物屈折光学系７とをそれぞれの光軸がほぼ平行となるように配置する。なお、低倍率対物屈折光学系７と長波長帯結像屈折光学系４との光軸を一致させて配置する。又長波長帯撮像素子６及び短波長帯撮像素子５は、前述のように、それぞれの波長帯の検出感度が高い半導体素子により構成することができるものであり、又赤外線検出感度を向上する為に、例えば、図示を省略した極低温冷却手段により冷却する構成とすることができる。
【００１２】
又回転テーブル１０に、平面ミラー２を回転機構１９と共に図示を省略した支持機構により支持し、又高温用温度基準板８と低温用温度基準板９とを直交した関係位置に固定する。この回転テーブル１０を、図示を省略しているモータ等により、軸ｄ（図１参照）を中心に矢印ａの方向に回動して、高倍率対物反射光学系１に対して、長波長帯結像屈折光学系４と短波長帯結像屈折光学系３との切替えを行うことができる。
【００１３】
又スライドテーブル１１を、図示を省略しているモータ等により、図２に於ける矢印Ｂの方向にスライドさせて、回転テーブル１０上の平面ミラー２等を点線位置とすると、低倍率対物屈折光学系７の光軸と長波長帯結像屈折光学系４の光軸との間に存在していた平面ミラー２や温度基準板等が移動し、高倍率対物反射光学系１の２次反射鏡１６を介した赤外線が遮断された状態となる。従って、低倍率対物屈折光学系７を介した赤外線を長波長帯結像屈折光学系４に入射し、長波長帯撮像素子６により撮像することができる。即ち、長波長帯による広範囲の対象物の探索が可能となる。
【００１４】
又図１に於いて、平面ミラー２を回転機構１９により回動可能に支持し、軸ｃを中心に矢印ｂ方向に回動して、平面ミラー２を点線位置に移動すると、高温用温度基準板８を、長波長帯撮像素子６の視野内に入れて、長波長帯撮像素子６の高温側の補正を行うことができる。又短波長帯撮像素子５の視野内に低温用温度基準板９が入ることになり、短波長帯撮像素子５の低温側の補正を行うことができる。この状態から回転テーブル１０を９０度回転させて、長波長帯撮像素子６の視野内に低温用温度基準板９を入れて、低温側の補正を行うことができる。同様に、短波長帯撮像素子５の視野内に高温用温度基準板９が入るように回転テーブル１０を回転して、短波長帯撮像素子５の高温側の補正を行うことができる。従って、短波長帯撮像素子５と長波長帯撮像素子６との温度補正を随時行うことができる。
【００１５】
図４は温度基準板についての原理説明図であり、前述の各図と同一符号は同一部分を示し、１２は高温用ペルチェ素子、１３は低温用ペルチェ素子、１４は放熱フィンを示す。図４の（Ａ）は、高温用温度基準板８と低温用温度基準板９とを、それぞれ長波長帯結像屈折光学系及び短波長帯結像屈折光学系の瞳位置（長波長帯撮像素子６及び短波長帯撮像素子５による撮像範囲）となるように、回転テーブル１０上に直交する位置に配置し、回転テーブル１０の回転により、高温用温度基準板８と低温用温度基準板９とを切替えて、温度補正処理を実行することができる。
【００１６】
又図４の（Ｂ）に示すように、高温用温度基準板８と低温用温度基準板９とは、それぞれ高温用ペルチェ素子１２と低温用ペルチェ素子１３とを図示を省略した制御回路によって電流制御を行い、高温用基準温度と低温用基準温度とを維持できるようにするものであり、その場合に、温度検知素子を設けて、温度の安定化制御を行う構成とすることもできる。又放熱フィン１４は、温度基準板の表面温度をペルチェ素子により制御し、そのペルチェ素子の背面の熱を放散させる為のものである。
【００１７】
図５，図６及び図７は、前述の図１，図２及び図３に対応した本発明の実施の形態の要部を示すもので、同一符号は同一部分を示す。又６１は高倍率反射光学系１の鏡胴、６２は２次反射鏡１６の支持部、３ａは短波長帯結像屈折光学系３の一部の反射鏡を示す。この反射鏡３ａは、長波長帯結像屈折光学系４と短波長帯結像屈折光学系３とのそれぞれの光軸を平行になるように配置したことにより、平面ミラー２によって反射された赤外線を直角に反射させる為のものである。又図７に於いて、平面ミラー２を含むＡ−Ａ線に沿った断面の一部をＡ−Ａ断面として示している。なお、短波長帯結像屈折光学系３と長波長帯結像屈折光学系４との鏡胴と、短波長帯撮像素子５と長波長帯撮像素子６の冷却機構と、平面ミラー２の回動やスライドの機構等は図示を省略している。
【００１８】
高倍率対物反射光学系１は、１次反射鏡１５と２次反射鏡１６とを含み、２次反射鏡１６は、光路に妨害を極力与えないような支持部６２により、鏡胴６１内に支持されており、１次反射鏡１５により集光した赤外線を２次反射鏡１６により直角に反射させ、集光屈折光学系１７を介して平面ミラー２に入射させる。反射光学系は、屈折光学系に比較して色収差の影響が少ないことから、３〜５μｍ帯と８〜１２μｍ帯との広範囲の波長帯の赤外線の集光が可能であり、短波長帯と長波長帯とに対して共用化できる。又集光屈折光学系１７は、２次反射鏡１６により反射された赤外線を集光させる為のもので、そのレンズ表面には、例えば、３〜５μｍ帯と８〜１２μｍ帯との赤外線を透過させる反射防止コーティングを施すものである。
【００１９】
集光屈折光学系１７により集光された赤外線は、平面ミラー２に入射され、各図に示す状態に於いては、平面ミラー２により反射されて長波長帯結像屈折光学系４に入射される。即ち、高倍率対物反射光学系１の２次反射鏡１６により鏡胴６１の上方に反射されて平面ミラー２に入射され、この平面ミラー２により直角に反射されて、高倍率対物反射光学系１の光軸とほぼ平行に配置された長波長帯結像屈折光学系４に入射される。従って、長波長帯結像屈折光学系４と高倍率対物反射光学系１とを組合せた光学系となり、遠方の対象物の赤外線画像を、長波長帯撮像素子６に結像させることができる。
【００２０】
又平面ミラー２を支持している回転テーブル１０を９０度回転して、平面ミラー２の反射面を図示位置から短波長帯結像屈折光学系３の反射鏡３ａに対向させると、短波長帯結像屈折光学系３と高倍率対物反射光学系１とを組合せた光学系になって、遠方の対象物の赤外線画像を、短波長帯撮像素子５に結像させることができる。
【００２１】
又平面ミラー２は、回転機構によって、図５に於いて点線で示すように上方に回動させて、赤外線の光路外となるようにし、且つ回転テーブル１０を回動させて、高温用温度基準板８又は低温用温度基準板９を、短波長帯撮像素子５又は長波長帯撮像素子６の視野内として、各撮像素子５，６の出力信号レベルを温度基準板の温度に対応した値となるように補正処理を行うことができる。この温度補正処理は、任意の時間間隔で行うことができる。又高温用温度基準板８と低温用温度基準板９との表面温度は、所望の中心温度に対して±１０度とすることができる。この場合のそれぞれの基準温度は、ペルチェ素子１２，１３を制御して設定することができる。
【００２２】
又回転テーブル１０は、図示を省略したスライドテーブル上に設けられており、このスライドテーブルを、図２を参照して説明したようにスライドさせると、低倍率対物屈折光学系７と長波長帯結像屈折光学系４との光軸が一致する状態となり、従って、低倍率対物屈折光学系７と長波長帯結像屈折光学系４とを組合せた光学系となるから、広範囲の対象物の赤外線画像を、長波長帯撮像素子６に結像させることができる。
【００２３】
図８は平面ミラーの回転機構の説明図であり、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿った断面図についての概要を示し、３９は平面ミラー２を回動させる平面ミラー駆動モータ、４０は回転機構基板、４１は角度検出用ポテンショメータ等の回転角センサ、４２，４３は傘歯車、４４は平面ミラー固定金具、４５は平面ミラーの回転軸、４６は平面ミラー駆動モータ３９の回転軸、４７は回転角センサ４１の回転軸を示す。
【００２４】
平面ミラー駆動モータ３９の回転軸４６に傘歯車４３が固定され、この傘歯車４３と噛み合う傘歯車４２の回転軸４５に平面ミラー固定金具４４が固定され、この平面ミラー固定金具４４に平面ミラー２が固定される。又回転軸４５と共に回転するように結合した回転軸４７の回転角度を、回転角センサ４１により検出する。従って、平面ミラー駆動モータ３９を駆動すると、傘歯車４３，４２を介して回転軸４５が回転するから、この回転軸に固定した平面ミラー固定金具４４が、図８の（Ｃ）に於ける矢印ｈで示すように、実線位置から破線位置に回動する。この破線位置の状態が、図１の矢印ｂ方向に回動させた点線位置、及び図５の平面ミラー２の点線位置に相当する。その時の回転角度は、回転角センサ４１により検出し、平面ミラー駆動モータ３９を制御する。このような制御は、図示を省略したサーボ駆動手段によって行うことができる。
【００２５】
図９はスライドテーブルの駆動機構説明図であり、スライドテーブル駆動モータ２０の回転軸５６に傘歯車５２を固定し、この傘歯車５２と噛み合う傘歯車５１を駆動クランク２１に固定し、この駆動クランク２１と駆動アーム２２とを軸２４により結合し、駆動アーム２２の先端のロッドエンド２３をスライドテーブルに結合する。又５７は駆動クランク２１のストッパである。
【００２６】
スライドテーブル駆動モータ２０を回転させると、駆動クランク２１は矢印ｅ方向に回動してストッパ５７に当接する。この駆動クランク２１が矢印ｅ方向に回動すると、駆動クランク２１と軸２４により回動可能に結合した駆動アーム２２の先端のロッドエンド２３は矢印ｆ方向に移動する。このロッドエンド２３はスライドテーブルに回動可能に結合しているから、回転テーブルを載置したスライドテーブルを矢印ｆ方向に移動することができる。そして、スライドテーブル駆動モータ２０を逆方向に回転させると、駆動クランク２１と駆動アーム２２とは図示位置に戻るから、スライドテーブルを図示状態に戻すことができる。なお、駆動クランク２１の回動位置を規制するリミットスイッチを設けることも可能である。
【００２７】
このように、スライドテーブル駆動モータ２０の回転を、スライドテーブルのスライド方向に変換するクランク機構の駆動クランク２１を１８０度回転させるだけで済み、サーボ駆動手段を適用することなく、スライドテーブルを高速でスライドさせることができる。又スライドテーブル駆動モータ２０の回転速度を一定とした場合でも、スライドテーブルの移動速度は、停止位置に近づく程、低速度となり、円滑なスライドテーブルの駆動が可能となる。
【００２８】
図１０はスライドテーブル及び回転テーブルの駆動機構説明図であり、スライドテーブル駆動機構は、図９に対して直角の方向からみた要部を示す。又前述の各図と同一符号は同一部分を示し、２８はスライドレール、２９は回転テーブル駆動モータ、３０，３２は歯車、３１は回転テーブル角度検出用エンコーダ等の回転角センサ、３４は回転テーブルの歯車を示す。
【００２９】
スライドテーブル１１は、前述のように、スライドテーブル駆動モータと、傘歯車５１，５２と、駆動クランク２１と、駆動アーム２２とによって、スライドレール２８により案内されてスライドされる。即ち、図２に於ける実線で示す平面ミラー２の位置と、点線で示す位置とにスライドさせることができる。又回転テーブル駆動モータ２９を回転させると、歯車３０は回転テーブルの歯車３４と噛み合っているから、この歯車３４が回転する。又この歯車３４と噛み合っている歯車３２も回転し、回転センサ３１により、回転テーブル１０の回転角を検出し、所望の回転角度の位置で停止させることができる。
【００３０】
図１１はスライドテーブル及び回転テーブルの案内機構説明図であり、図１０のＺ−Ｚ線に沿った断面の概要を示し、前述の各図に於ける符号と同一符号は同一部分を示す。高倍率対物反射光学系１の鏡胴６１上に、集光屈折光学系１７と光学基板１８とを固定し、この光学基板１８上に、スライドレール２８によって案内されるスライドテーブル１１を配置する。このスライドレール２８は、既に知られている直線運動ローラーガイド等の構成によりスライドテーブル１１を案内する構成を有する。又このスライドテーブル１１上に、回転テーブル１０が回転可能に軸受３５によって支持されて、その外周に設けた歯車３４と、回転テーブル駆動モータ２９の回転軸に固定した歯車３０と噛み合うように構成し、又歯車３４と噛み合う歯車３２の回転軸に回転角センサ３１が回転テーブル１０に固定されている。
【００３１】
前述のスライドテーブル駆動モータ２０を駆動することにより、スライドレール２８によってスライドテーブル１１が案内されて、図１１の紙面に対して垂直方向にスライドし、例えば、図２に於ける実線位置から点線位置に回転テーブル１０を載せたスライドテーブル１１をスライドさせることができる。又回転テーブル駆動モータ２９を駆動することにより、回転テーブル１０を軸受３５によって支持して所望の角度に回転することができる。又回転テーブル１０の回転角は、回転角センサ３１により検出することができるから、指令された位置に正確に回転させることができる。
【００３２】
図１２は高温用温度基準板及び低温用温度基準板の制御位置説明図であり、前述の各図に於ける符号と同一符号は同一部分を示し、平面ミラーを上方に回動して、赤外線の光路外に存在する状態とし、長波長帯結像屈折光学系４に対して高温用温度基準板８を対向させ、短波長結像屈折光学系３に対して低温用温度基準板９を対向させた状態、即ち、図４の（Ａ）に示す状態を示す。なお、６３〜６４は回転テーブル１０の案内用のローラを示す。
【００３３】
この状態から回転テーブル駆動モータ２９により、例えば、時計方向に回転テーブル１０を９０度回転させると、低温用温度基準板９を長波長帯結像屈折光学系４に対して対向させることができる。又反時計方向に９０度回転テーブル１０を回転させると、高温用温度基準板９を短波長帯結像屈折光学系３に対して対向させることができる。
【００３４】
図１３は制御手段の説明図であり、７１は駆動制御部、７２はスライドテーブル駆動部、７３は回転テーブル駆動部、７４は平面ミラー駆動部、２０はスライドテーブル駆動モータ、２９は回転テーブル駆動モータ、３９は平面ミラー駆動モータ、３１，４１は回転角センサを示す。
【００３５】
図示を省略した上位の装置からのコマンドが駆動制御部７１に入力されると、駆動制御部７１はコマンドを解析し、且つ各部の現在位置を判定して、スライドテーブル駆動部７２，回転テーブル駆動部７３，平面ミラー駆動部７４に制御信号を送出する。スライドテーブル駆動部７２は、駆動クランク２１（図９参照）を１８０度回動させるようにスライドテーブル駆動モータ２０を駆動し、モータの回転をスライド方向にクランク機構により変換してスライドテーブル１１をスライドさせる。
【００３６】
又回転テーブル駆動部７３は、回転テーブル駆動モータ２９を駆動して回転テーブル１０を回転させ、その回転角を回転角センサ３１により検出し、この検出信号を回転テーブル駆動部７３にフィードバックして、コマンドに従った回転角を回転させる。又平面ミラー駆動部７４は、平面ミラー駆動モータ３９を駆動して平面ミラー２を赤外線の光路から外れるように回動又は元に戻すように回動し、その回転角を回転角センサ４１により検出し、その検出信号を平面ミラー駆動部７４にフィードバックして所定角度の回動を行わせる。従って、コマンドに従って正確な回転角制御が可能となる。この実施の形態に於いては、フィードバック制御系を適用した場合を示すが、回転角センサを省略し、パルスモータにより指令角度を回転させる制御手段を適用することも可能である。又駆動制御部７１は、マイクロコンピュータ等により構成することも可能である。
【００３７】
図１４は視野切替えと温度補正との制御説明図であり、機能として、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の視野の切替えと、Ｎｏ．４〜Ｎｏ．７の温度基準板の切替えとがあり、Ｎｏ．１の短波長帯高倍率の場合は、回転テーブル１０は図２の状態から反時計方向（ＣＣＷ）に９０度回転し、スライドテーブル１１は、図１，図２の状態とし、平面ミラー２は光路内に存在する図１，図２の状態とする。それにより、図７に示すように、高倍率対物反射光学系１と短波長帯結像屈折光学系３とを組合せた光学系となる。
【００３８】
又Ｎｏ．２の長波長帯高倍率の場合は、回転テーブル１０は図１，図２の状態とし、スライドテーブル１１及び平面ミラー２は、図１，図２の状態とする。即ち、高倍率対物反射光学系１と長波長帯結像屈折光学系４とを組合せた光学系となる。又Ｎｏ．３の長波長帯低倍率の場合は、回転テーブル１０は任意の位置とし、スライドテーブル１１は、図２の矢印Ｂ方向にスライドさせる。又平面ミラー２は、光路内に存在しないので、任意角度とする。従って、低倍率対物屈折光学系７と長波長帯結像屈折光学系４とを組合せた光学系となる。
【００３９】
又温度補正時に於いて、Ｎｏ．４の短波長帯に対して高温用温度基準板を用いる場合は、回転テーブル１０を図２の状態に対して反時計方向（ＣＣＷ）に９０度回転し、スライドテーブル１１は、図１，図２の状態とし、平面ミラー２は、図１の破線位置に回動させた状態とする。又Ｎｏ．５の低温用温度基準板を用いる場合は、回転テーブル１０を図２の状態とし、スライドテーブル１１と平面ミラー２とは、前述の高温用温度基準板を用いる場合と同様とする。
【００４０】
又Ｎｏ．６の長波長帯に対して高温用温度基準板を用いる場合は、回転テーブル１０を図２の状態、スライドテーブル１１と平面ミラー２とは図１，図２の状態とし、又Ｎｏ．７の低温用温度基準板を用いる場合は、回転テーブル１０を図２の状態から反時計方向（ＣＣＷ）に９０度回転し、平面ミラー２は図１の破線状態とする。
【００４１】
図１５はコマンドと制御動作の説明図であり、状態として、コマンド入力のＯＮ，ＯＦＦと、回転テーブル１０の基準角度に対する９０度時計方向（ＣＷ）と９０度反時計方向（ＣＣＷ）との回転と、スライドテーブル１１の図２の実線位置と矢印Ｂ方向へのスライドと、平面ミラー２の光路遮断か開放かの位置との制御過程を、横軸を時間軸として示す。なお、平面ミラー２の光路遮断は、赤外線の光路外に回動した状態を示す。例えば、長波長帯に於ける高温用温度基準板から低温用温度基準板への切替えのコマンドの場合、そのコマンドがＯＦＦからＯＮとなり、そのコマンドを解析し、現在長波長帯の高温用温度基準板を用い、回転テーブル１０は基準角度の位置に存在し、平面ミラー２は光路遮断状態であることを識別できるから、回転テーブル１０を基準位置から時計方向に９０度回転させ、スライドテーブル１１は図２の位置を維持し、平面ミラー２も光路遮断位置を維持する。駆動制御部７１（図１３参照）は、このようなコマンドに従って、回転テーブル駆動部７３を制御して、回転テーブル駆動モータ２９により回転テーブル１０を時計方向に９０度回転させる。
【００４２】
又長波長帯の低倍率から短波長帯の高倍率への切替えのコマンドの場合、回転テーブル１０を基準位置から９０度反時計方向に回転し、スライドテーブル１１は、図２の実線位置に戻し、平面ミラー２は集光屈折光学系を介した光路内に位置させる。又長波長帯に対する低温用温度基準板から、短波長帯に対する高温用温度基準板の切替えのコマンドの場合、回転テーブル１０を、基準角度に対して時計方向に９０度の位置に存在した状態から、基準角度に対して反時計方向に９０度の位置に回転させ、スライドテーブル１１と平面ミラー２とは、長波長帯に対して低温用温度基準板を対向させた時の状態とする。又短波長帯に於ける高倍率の状態から、高温用温度基準版を対向させるコマンドの場合、回転テーブル１０を基準角度から反時計方向に９０度回転させ、スライドテーブル１１は図２の状態とし、平面ミラー２は、光路開放位置から光路遮断状態に切替える。即ち、図１の実線位置から点線位置に回動させる。
【００４３】
本発明は、前述の各実施の形態にのみ限定されるものではなく、種々付加変更することが可能であり、例えば、短波長帯結像屈折光学系３と長波長帯結像光学系４と低倍率対物光学系７とのレンズ構成は、一例を示すのみで、他のレンズ構成とすることも可能である。又１次反射鏡１５に於ける他の光学系からの戻り光による問題点を回避する手段を設けることも可能である。又設置スペースに余裕があれば、長波長帯結像屈折光学系４と短波長帯結像屈折光学系３との光軸を直交する位置に配置することも可能である。その場合、反射ミラー３ａを省略することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、最も大型となる高倍率対物反射光学系１を３〜５μｍ帯等の短波長帯と、８〜１２μｍ帯等の長波長帯とに共用化し、平面ミラー２の回動により、短波長帯結像屈折光学系３と長波長帯結像屈折光学系４と対して、高倍率対物反射光学系１との組合せを切替えることができる。又広範囲の対象物の探索は、通常、長波長帯のみで充分であるから、その低倍率対物屈折光学系７と長波長帯結像屈折光学系４とを組合せるように、平面ミラー２を含む構成をスライドさせ、長波長帯結像屈折光学系４は、高倍率と低倍率とに共用化する。従って、広範囲の赤外線波長帯について、遠方の対象物の探索と広範囲にわたる対象物の探索とを行う構成に於いて、全体を小型化し、且つ経済化を図ることができる利点がある。
【００４５】
又平面ミラー２を回転テーブル１０に設け、この回転テーブル１０を回動して前述の短波長帯と長波長帯との切替えを行う構成と、その平面ミラー２を回転機構１９により赤外線の光路内と光路外とに移動する構成と、回転テーブル１０に直交する関係位置に高温用温度基準板８と低温用温度記述板９とを配置した構成とにより、短波長帯撮像素子５及び長波長帯撮像素子６に対して、高温用温度基準板８と低温用温度基準板９とを切替えて、それぞれの温度補正処理を行わせることができる。従って、高精度の赤外線観測を継続することが可能となる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の側断面図による原理説明図である。
【図２】本発明の上面図による原理説明図である。
【図３】本発明の一部側断面図による原理説明図である。
【図４】本発明の温度基準板の原理説明図である。
【図５】本発明の実施の形態の要部側断面図である。
【図６】本発明の実施の形態の要部上面図である。
【図７】本発明の実施の形態の要部側断面図である。
【図８】平面ミラーの回転機構の説明図である。
【図９】スライドテーブルの駆動機構説明図である。
【図１０】スライドテーブル及び回転テーブルの駆動機構説明図である。
【図１１】スライドテーブル及び回転テーブルの案内機構説明図である。
【図１２】高温用温度基準板及び低温用温度基準板の制御位置説明図である。
【図１３】制御手段の説明図である。
【図１４】視野切替えと温度補正との制御説明図である。
【図１５】コマンドと制御動作との説明図である。
【図１６】赤外線透過特性説明図である。
【符号の説明】
１高倍率対物反射光学系
２平面ミラー
３短波長帯結像屈折光学系
４長波長帯結像屈折光学系
５短波長帯撮像素子
６長波長帯撮像素子
７低倍率対物屈折光学系
８高温用温度基準板
９低温用温度基準板
１０回転テーブル
１１スライドテーブル
１２高温用ペルチェ素子
１３低温用ペルチェ素子
１４放熱フィン
１５１次反射鏡
１６２次反射鏡
１７集光屈折光学系
１８光学基板
１９回転機構

Claims

赤外線の長波長帯と短波長帯とに共用した高倍率対物反射光学系と、
該高倍率対物反射光学系の光軸とほぼ平行の光軸を有するように配置した長波長帯用の結像屈折光学系と、
該長波長帯用の結像屈折光学系を介して赤外線を入射する長波長帯用の撮像素子と、
前記長波長帯用の結像屈折光学系の光軸とほぼ平行の光軸を有するように配置した短波長帯用の結像屈折光学系と、
該短波長帯用の結像屈折光学系を介して赤外線を入射する短波長帯用の撮像素子と、
前記長波長帯用の結像屈折光学系の光軸と一致した光軸を有するように配置した低倍率対物屈折光学系と、
前記高倍率対物反射光学系を介した赤外線を前記長波長帯用の結像屈折光学系と前記短波長帯用の結像屈折光学系との何れかに切替えて入射させる位置に回転可能に支持すると共に、前記高倍率対物反射光学系を介した赤外線の光路外へ移動できるように回動可能に回転テーブル上に支持した平面ミラーと、
前記回転テーブルの周辺に直交位置関係に配置して前記長波長帯用の結像屈折光学系と前記短波長帯用の結像屈折光学系とにそれぞれ前記回転テーブルの回転位置に対応して温度補正用の赤外線を入射させる高温用温度基準板及び低温用温度基準板と、
前記低倍率対物屈折光学系を介した赤外線を前記長波長帯用の結像屈折光学系に入射させる位置に前記回転テーブルをスライドさせるスライドテーブルとを備えたことを特徴とする赤外線撮像装置。
前記回転テーブルを回転させる回転テーブル駆動モータと、前記回転テーブルの回転角を検出する回転角センサと、前記回転テーブルの回転角を検出する前記回転角センサの検出信号をフィードバックして前記回転テーブル駆動モータを駆動する回転テーブル駆動部と、前記平面ミラーを回動させる平面ミラー駆動モータと、前記平面ミラーの回転角を検出する回転角センサと、前記平面ミラーの回転角を検出する前記回転角センサの検出信号をフィードバックして前記平面ミラー駆動モータを駆動する平面ミラー駆動部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の赤外線撮像装置。