JP5244907B2 - 防氷または除曇装置を備えた光学機器および画像収集装置用の防氷または除曇装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば画像収集装置のような、光学機器用の防氷または除曇装置に関するものである。本発明は、上記の防氷および／または除曇装置を備えた画像収集装置にも関する。

本発明は、特に、航空機に取付けられるカメラに適用される。

飛行機において、その飛行機の特定領域および／またはその環境の監視するための外部カメラを定位置に装備をさせることは公知である。これらのカメラにより、パイロットは航空機（例えば翼、着陸装置、貨物室など）の極めて重要な、或いはアクセス不可能な部分をリアルタイムで視覚化することが可能となる。

このように、具体例として、飛行機が地面を走行する時に、上記のカメラによって滑走路上の車輪の位置およびいかなる障害物を正確に視覚化することが可能となる。

しかし、これらのカメラは、飛行高度において飛行機外部の非常に厳しい状況にさらされる。具体例として、１２０００ｍの高度において、飛行機の外部温度は、−５０℃まで接近する。また、これらのカメラは、飛行状態によって−５５℃から＋７０℃に及ぶ温度範囲にさらされる。

一般的にこれらのカメラは、大気条件（すなわち温度と湿度）から保護するために保護ケースの内部に配置される画像センサーと対物レンズとを有する。

しかし、上記の保護ケースに閉じ込められる空気は、一定量の水分を含む。

現在、上記の保護ケースの外側の温度が急速に低下するときに、この水分は、多くの場合、画像センサーのレンズの前に配置される舷窓または保護ガラスの中央に位置する最も冷たい部分において、急速に凝縮するものと認められる。

そして画像の中心部分は、使用不可能となる。このように、この凝縮は、作成された残りの画像の品質をさらに悪化させ、極端な場合は全く使用不可能にしてしまう。

そのうえ、一旦この凝縮が発生してしまうと、その後凝縮を生じさせた状況にならない場合でも、凝縮は長期間持続する。

方法は、舷窓除曇処理で公知であるが、しかしこれらの処理は時が経つにつれて古くなり、そして舷窓は不透明となり、画像センサーの画像を不鮮明にしてしまう。

また、航空機が特定の高度を超えて飛行する時に、大気に存在する水滴は、特定の状況において保護ケースの外表面上に霜の形状で蓄積することは公知である。そしてこれらの水滴は互いに蓄積し、霜を厚くする。この霜の蓄積により、センサーの画像は全く使用不可能となる。

一旦この霜層が形成され、全く防氷装置が備えられていない場合、外部温度が霜層を解かすほど十分に上昇しない限り、この霜層は構造上に残留する。

その結果、パイロットは、保護ガラスや、航空機のある部分が見えるように通常使用されるカメラの舷窓の上に水粒子が蓄積することによって生じる曇りや霜のために、航空機のある部分への視覚的接触が阻まれる。

ゆえに、例えば保護ケースの内側の曇りや外側の霜の形成を防止する構造を持つビデオカメラやデジタル写真装置といった、利用可能な画像収集装置を備えることが有益であろう。

舷窓に接続される電線と共に作成される加熱舷窓は、現在の技術水準において公知である。しかし、これらの加熱舷窓は、極めて高価であり、画像収集装置の維持において、これらの電線は取外す際に不注意に切断されることもあり、この装置を無効にしてしまうことが考えられる。

したがって、本発明の目的は、そのデザインと作動モードにおいて単純であり、画像収集装置の光学列において、凝縮、霜の蓄積、または曇りの問題を急速に処理することを可能にする光学機器用の除曇または防氷装置を提供することである。

本発明の他の目的は、航空機の機内の電気消費量を最小限に抑えるために、例えば写真システムのような、光学機器の除曇または防氷に必要なエネルギーを節約することを目的とする。

このために、本発明は保護ケースを有する光学機器を除曇または防氷することに関する。

本発明によれば、この装置は：
‐保護ケースと、
‐少なくとも舷窓の有効面積の周縁部に配置される熱伝導フィルムによりその表面の一部が覆われ、保護ケースに取付けられた舷窓と、
‐このフィルムを加熱するために熱伝導フィルムと接触して配置される発熱体と、
‐これらの発熱体用の電気供給回路と、
を備えている。

この導電フィルムと発熱体は舷窓の有効面積の端部に配置されているため、この装置は、画像収集装置のセンサーへの光学経路を邪魔することなく（例えば、必要とされる画像が一つ以上の物体によって部分的に覆い隠されないように）、舷窓の加熱の完全制御を有利に確実にすることが可能となる。

単に具体例として、この除曇または防氷装置は、画像収集装置や光学観察装置に用いられる。後者の場合、舷窓は、例えばレンズである。

光学機器を除曇または防氷するためのこの装置の幾つかの特定の実施例において、各実施例はその特定の効果を有し、そして多数の技術的な組合せが可能である：
‐発熱体は、少なくとも部分的に熱伝導フィルムを覆う抵抗体であり、発熱体の幅と長さは横断寸法及び熱伝導フィルムの形状を基準に規定される。

具体例として、円環形状を有する熱伝導フィルムにおいて、このフィルムの横断寸法とは、その幅である。発熱体は、熱伝導フィルムの円環形状を考慮に入れるため、したがって小型の抵抗体となる。抵抗体のこれらの小さな寸法により、熱伝導フィルムとの接触領域を増加し、それゆえ熱の伝達を増すことが可能となる。熱伝導フィルム、そして結果的に舷窓への最大の領域に温度を分散させるために、これらの多数の抵抗体は、熱伝導フィルムの表面に対して配置されて用いられる。

‐この熱伝導フィルムは、発熱体の表面上に取付けるために機械的に変形可能な熱伝導フィルムである。

この熱伝導フィルムは、例えばその外面に圧力をかけることにより熱伝導フィルムの最初の厚みは加圧されるというように変形可能である。発熱体がこのフィルムに対して押圧されるので、この熱伝導フィルムはこれらの発熱体の表面に適合し、それによりフィルムにおいてより優れた熱伝達を確実にする。

‐電気供給回路は、発熱体が取付けられたプリント配線回路を備えており、このプリント配線回路はこの発熱体に電力を供給するようになっており、
‐プリント配線回路は、円環形状を有する。

より一般的な方法において、発熱体用の支持体としての機能を果たしているプリント配線回路は、画像収集装置のセンサーへの光学経路がその中心で妨げられないようにする他の形状を有してもよい。

‐それは、前記舷窓の表面の近くに配置され、かつ温度信号を生成することが可能な温度センサーを備える。

「表面の近くに」というのは、温度センサーが調整される温度を測定することができるように、「表面上」、または、「この表面と物理的相互作用を可能にする間隔で」、ということを意味する。

‐この装置は、保護ケース内に配置される別の発熱体を含む。

単に具体例として、このもう一方の発熱体は、全体のサイズと消散される電力を調整するために、平行に取り付けられた一つ以上の抵抗体を備える。

本発明は、少なくとも１つのセンサーが配置された保護ケースを有する画像収集装置にも関しており、この保護ケースは、上述の少なくとも１つのセンサーの前に配置される舷窓を有する。

本発明によれば、この画像収集装置は、前述したように除曇又は防氷装置を備える。

一般的な方法において、この画像収集装置は、例えば画像を取得するためのＣＤＤやＣＭＯＳなどの、ビデオ・カメラ・センサーまたはデジタル写真装置を備える。このセンサーは、対物レンズの奥に配置される。

本発明のシステムは、航空機に、または、非常に深遠な場所での写真撮影用の潜水艦のエンジンに取り付けられる画像収集装置の保護ケース上に用いられる。後者の場合、舷窓は球状舷窓であり、保護ケースは一般的にチタンでできている。その上、広角で見られる視界による歪曲を除去するために画像補正回路が使用される。

好ましくは、保護ケースは、窒素で充填された防水ケースである。舷窓は、舷窓／本体ケースの接触面が防水であることを確実にするシールを用いて、保護ケースの本体に取り付けられる。

保護ケースは、地上で保全業務の間に、窒素圧力を管理するため、および／または保護ケースに窒素を充填するために、バルブに連結される窒素を導入するためのポート孔を有する。

本発明は、前述したように主として画像収集装置を備えている航空機に関するものである。

舷窓が標準ガラスでできているので、この除曇または防氷装置は経済的で、且つ破損した場合における舷窓の取換えを容易にする。

本発明は、以下の添付の図面によって更に詳細に記載されている。

図１は、本発明の好ましい実施例による画像収集装置の概略図を示す。 図２は、図１の装置の分解図を示す。

図１は、本発明の好ましい実施例による画像収集装置を示す。

この装置は、舷窓２が取り付けられた保護ケース１を有する。対物レンズ３、および光検出点のマトリックスを有するＣＣＤセンサーのようなセンサー４は、外部からセンサーまでの光路の方向にこのケース１内に配置される。

対物レンズ３は、装置に対して固定される対象の拡大を作成するための可変焦点距離を有する対物レンズである。

また、保護ケースは、前記センサーとその対物レンズ用の制御回路（図示せず）を備える。

この装置の防水性は、舷窓２と保護ケース１の本体との間に配置されるシール５、６によって確実にされる。

また、この画像収集装置は、舷窓２に対する防氷または除曇装置を備え、前記舷窓は、その有効面積の端に配置される熱伝導フィルム７によりその内面上で覆われている。この熱伝導フィルムは、ここでは円環形状を有する。

この熱伝導フィルム７は、好都合にも、ガラス繊維を有する基板を備え、さらにその外面には、熱伝導粒子で充填されるシリコーンポリマーからなる層を備える。これらの固体粒子は、好ましくは、アルミナ、グラファイト、窒化ホウ素からなる群とさらにこれらの構成要素の組合せから選択される。

この熱伝導フィルム７は、舷窓２と発熱体との間にある空気が熱伝導を悪化させてしまうフィルムの無い加熱装置、または、非変形性フィルムを有する加熱装置と比較して、変形する効果およびより優れた熱伝導を可能にする効果を有する。

バーグクィスト（Bergquist）社、ミネアポリス、米国によって「Gap-Pad」という名称（登録商標名）で市場に出ている、ガラス繊維支持体上にアルミナで充填されたシリコーンポリマー層からなる製品は、特に本発明を実施するために適切である。

また、防氷または除曇装置は、装置を加熱するために熱伝導フィルム７と接触して配置される複数の発熱体８を備える。表面実装抵抗体（「ＣＭＳ」）であるこれらの発熱体８は、これらの抵抗体に電力を供給するプリント配線回路９上に載置される。このプリント配線回路９は、画像収集装置の電気供給（電源）１０に接続される。プリント配線回路９は、センサー４への光路を妨げないように円環形状を有する。保護ケース１の内壁に配置される突起１１は、抵抗体８が熱伝導フィルム７へ押圧されることを可能にすると共に、プリント配線回路９を支持する機能を果たす。

これらの抵抗体８の配置（すなわちプリント配線回路９によって形成される頂部の平面）は、熱伝導フィルム７に抵抗体８の最大の接触面を提供し、このようにして熱伝達を容易にする。

ここで抵抗体８は、温度上昇における抵抗体８の不測の剥離を防止するために、高温（一般的に３５０℃）鑞を用いて、プリント配線回路９の頂部に鑞付けされる。

また、除曇または防氷装置は、保護ケース１内に配置され、且つ温度自動調節器１３を介して画像収集装置の電気供給（電源）１０に接続される別の発熱体１２を備える。この発熱体１２は、電力抵抗型である。

好都合にも、温度自動調節器１３によって制御されるもう一方の発熱体１２は、保護ケース１の内部で正温度が維持されることを可能にし、このように、熱伝導フィルム７と接触する発熱体８によって実行される防氷効率を改善する。

本発明の特定の実施例において、舷窓は、６０ｍｍの直径を有する２．５ｍｍの厚さの標準ガラス製である。複数の表面実装抵抗体８は、約３ｍｍ×２ｍｍ×１ｍｍの大きさを有し、別個の有限電力（抵抗体につき０．２５Ｗ）を有する。

冠状のプリント配線回路９上に載置される抵抗体８の数は、例えば５０であり、縮小された空間において舷窓２を加熱するために必要な電力全体を得ることを可能にする。

エネルギー散逸は、舷窓２の直径に一層適している。０．２５Ｗを有する５０個の抵抗体は、舷窓２のｃｍ^２につき、０．２Ｗの消散になる。

もう一方の発熱体１２は、０．０５Ｗ／ｃｍ^３の電力を有すると計算される。保護ケース１が長さ１００ｍｍで直径６０ｍｍの場合、もう一方の発熱体１２は、６Ｗの電力を有する。したがって発熱体１２は、それぞれ５１０オームを有する純粋なセラミック製の４つの抵抗体を備え、それらは全体のサイズと消散される電力を調整するために平行に配置される。

温度自動調節器１３は、開放接触式である。電気供給（電源）１０は、航空機に一般に使用され、低圧電源（２８ボルト）である。

１ 保護ケース
２ 舷窓
３ 対物レンズ
４ 少なくとも１つのセンサー
５、６ シール
７ 熱伝導フィルム
８ 発熱体（抵抗体）
９ プリント配線回路（電気供給回路）
１０ 電気供給回路（電源）
１１ 突起
１２ 別の発熱体
１３ 温度自動調節器

Claims (8)

1. 光学機器用の除曇または防氷装置であって：
   ‐保護ケース（１）と、
   ‐前記保護ケース（１）に取付けられた舷窓（２）と、
   ‐前記舷窓（２）の少なくとも片面の有効面積の周縁部に配置されるよう構成され、かつ複数の発熱体（８）の表面上に取付けるために機械的に変形可能な熱伝導フィルム（７）と、
   ‐前記熱伝導フィルム（７）を加熱するために前記熱伝導フィルムと接触して配置される複数の発熱体（８）と
   ‐前記発熱体（８）用の電気供給回路（９、１０）と、
   を備え、かつ前記保護ケース（１）内に配置される別の発熱体（１２）を備え、前記発熱体（１２）は前記保護ケース（１）の内部で正温度を維持するのに十分な電力を供給することを特徴とする除曇または防氷装置。
2. 前記熱伝導フィルム（７）は、ガラス繊維を有する基板を備え、さらにその外面には熱伝導粒子で充填されるシリコーンポリマーからなる層を備えることを特徴とする請求項１に記載の除曇または防氷装置。
3. 前記電気供給回路（９、１０）は、発熱体（８）が取付けられたプリント配線回路（９）を備え、前記プリント配線回路は前記発熱体（８）に電力を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の除曇または防氷装置。
4. 前記プリント配線回路（９）は、円環形状を有することを特徴とする請求項３に記載の除曇または防氷装置。
5. 前記発熱体（８）は前記電気供給回路（９、１０）の前記プリント配線回路（９）上に配置され、前記発熱体の幅と長さは、横断寸法及び熱伝導フィルム（７）の形状を基準に規定されることを特徴とする請求項３に記載の除曇または防氷装置。
6. 少なくとも一つのセンサー（４）が配置された保護ケース（１）を有する画像収集装置であって、前記保護ケースはセンサー（４）の前に配置される舷窓（２）を有し、請求項１に記載の除曇または防氷装置を備えることを特徴とする画像収集装置。
7. 前記保護ケースは、窒素で充填された防水ケース(１)であることを特徴とする請求項６に記載の画像収集装置。
8. 請求項６または７に記載の画像収集装置を備えている航空機。

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