JP6139260B2 - 赤外線カメラの光学系の構造 - Google Patents

Description

本発明は赤外線カメラ（撮像装置）の光学系の構造に関する。

カメラの光学系に用いられるレンズの性能指標として、Ｆ値とよばれる値がある。Ｆ値はレンズの焦点距離を有効開口で除算した値で、レンズの明るさを示す指標であり、値が小さい程、その光学系は明るいということができる。対象物が暗い場合、可視光学系では照明を用いることで、その明るさを補うことが可能である。しかし、赤外線光学系では、対象物が発生している赤外線量を検出して測定温度を算出するため、明るさに相当する物理量を外部から増加させることは困難である。そのため、光学系の明るさは非常に重要な性能ファクタとなる。

一般的な赤外線カメラでは、赤外線の量を計測する赤外線検出器を用いて温度を計測する。この検出器は測定対象から放出される赤外線以外に、検出器が取り付けられている筐体内部から発生している熱量の影響も受けてしまう。そのため、そのままでは筐体の温度の変動に伴って温度が安定しない。したがって、構造物からの熱影響を遮断するための構造を設ける場合がある。この構造はラジエーション（コールド）シールドとよばれている。

ラジエーションシールドは検出器からレンズ以外の構造物が見えなくなるよう配置するため、検出器の前方側（検出面側）を覆うように構成されるのが一般的である。その場合、検出器の前方の視野はある程度制限され、したがって、Ｆ値は大きくなる傾向になる。また、ラジエーションシールドの温度にバラツキがあると、検出面の位置によって受ける影響が異なることになってしまうため、測定結果の面的な均一性を考えると、シールドは可能な限り温度的に安定していることが望ましい。

また、赤外線検出器は、２次元的に配置されたセンサの集合体であるが、それぞれのセンサの出力特性にバラツキがあるため、ある一定の温度の対象物を測定した際の出力値はそれぞれ異なることがある。したがって、得られる出力値を均一化するためには、なんらかの補正処理が必要となる。その補正手法の１つとして、シャッタを用いるものがある。シャッタを用いた補正では、シャッタを閉じて前方の視界を遮ることで、検出器の視野の温度を均一化し、その際のシャッタの温度にもとづいた演算処理を行って、各画素に相当するセンサの出力値を均一化する。

ＪＰ０６−９４５２３ Ａ（要約）

上記のシールド構造とシャッタを筐体内に配置する場合、シールド構造内にシャッタを配置することは、シールド内部の温度が均一である必要があるという観点から、望ましくない。そのため、シャッタはシールドの外側に配置されることになる。その場合、シャッタの開口径は、光線束の関係上シールドの開口径よりも大きくする必要がある。シャッタは開口以外にも、シャッタを開けた時にその構造を収納するスペースを設ける必要があることから、開口径の増加は、シャッタ全体のサイズ増加につながる。これはカメラの小型化を追求する上で大きな障害となる。

従来のシャッタの配置例を図１Ｂに示す。
Ａは赤外線検出器、Ｂはラジエーションシールド、Ｃはシャッタ、Ｄは赤外用レンズである。まず、ラジエーションシールドＢの開口径は、光学設計値や、レンズの寸法、筐体の制約からある値に設定される。この開口と検出器Ａの端を結んだ直線が光線束Ｌの最も外側となるため、検出器Ａから見てシールドＢの外側に配置されるシャッタＣは、その光線束Ｌを遮らないように設計する必要がある。この場合、シャッタＣ、シールドＢとも一定の厚みがあるため、図１ＢのレンズＤ側ではシャッタＣの厚みの分だけ光線束Ｌが拡がってしまう。そのため、シャッタＣの開口径はシールドＢに対してさらに大きく設定せざるを得ない。シャッタＣ開口径の増加は外径の増加に直結する。

本発明の目的は、より小さな開口径で大きなＦ値となる構造の赤外線カメラを得ることである。

本発明の赤外線カメラは赤外線を集光するための集光レンズと、前記集光レンズを透過した赤外線を検出するための赤外線検出器と、前記集光レンズと前記検出器との間に配置され、開閉動作を行う羽根を有するシャッタとを備えた赤外線カメラにおいて、
開状態の前記羽根を収容する収容部材の開口が、前記集光レンズから前記検出器に入射する光線束の勾配に沿った傾斜面で形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、収容部材の開口が光線束の勾配に沿った傾斜面で形成されており、そのため、当該開口を可及的に小さくすることができる。したがって、Ｆ値の大きな値を維持できるから、光学的な性能を落とすことなく、よりサイズの小さな筐体設計が可能になる。

図１Ａは本発明の一実施例にかかる赤外線カメラの光学系の概略構成図、図１Ｂは従来の赤外線カメラの光学系の概略構成図である。 図２Ａは同実施例のシャッタの構造を拡大して示す断面図、図２Ｂは同従来例を示す断面図である。

好ましくは、前記羽根の前記集光レンズ側および前記検出器側には、それぞれ、第１および第２収容部材が前記羽根を挟むように配置され、
前記集光レンズ側の第１収容部材は前記検出器側の第２収容部材に比べ厚く、少なくとも第１収容部材の前記開口が前記傾斜面で形成されている。

開閉されるシャッタ自体は、一般に薄く、当該シャッタを外部からの熱影響から守るために第１収容部材は一般に厚い。したがって、かかる第１収容部材の開口を傾斜面とすることにより、本発明の効果が顕著となる。

好ましくは、前記シャッタの前記検出器側には前記検出器に不必要な赤外線が入射するのを抑制するラジエーションシールドが設けられ、
前記シールドの開口が前記光線束の勾配に沿った傾斜面で形成されている。

この場合、シールドの開口が光線束の勾配に沿った傾斜面で形成されており、そのため、当該開口を可及的に小さくすることができる。したがって、Ｆ値の大きな値を維持できるから、光学的な性能を落とすことなく、よりサイズの小さな筐体設計が可能になる。

以下、本発明の一実施例を図面に従って説明する。
図１Ａに示すように、本実施例ではシールドＢおよびシャッタＣの開口形状を、光線束Ｌの傾きに沿う形状に設定する。これにより、構造的に無駄な部分を作ることなく、開口面積を設定することが可能になる。

通常のシャッタＣと本実施例のシャッタＣの形状の比較を図２Ａおよび図２Ｂに示す。
図２Ａが本発明の例、図２Ｂが従来例である。シャッタＣは開閉作動する羽根Ｃ３を両側の第１および第２収容部材Ｃ１，Ｃ２が収容する構造となっている。従来のシャッタＣは図２Ｂのように傾斜を有していないため、光線束Ｌが拡がっていくことに対応しようとすると、開口全体が大きくならざるを得ない。そのため、シャッタＣ全体が大きくなってしまう。

これに対し、図２Ａの本実施例では内側の第２収容部材Ｃ２の開口を第１収容部材Ｃ１および羽根Ｃ３よりも小さく、羽根Ｃ３を少し大きく、厚い外側の第１収容部材Ｃ１の開口は、光線束Ｌに沿った傾斜を持たせている。結果として、シャッタＣ自体の内外径を小さくすることができる。

このシャッタＣの傾斜角に沿う形で、図１ＡのシールドＢの開口の傾斜を合わせることで、さらに無駄のない配置が可能となる。

本実施例について更に詳しく説明する。
図１Ａにおいて、集光レンズＤは赤外線を集光する。検出器Ａは多数の検出素子が二次的に配置されており、前記集光レンズＤを透過した赤外線を検出する。シャッタＣは前記集光レンズＤと前記検出器Ａとの間に配置されている。

図２Ａにおいて、前記シャッタＣは開閉動作を行う羽根Ｃ３と、前記羽根Ｃ３の前記集光レンズＤ（図１Ａ）側および前記検出器Ａ（図１Ａ）側に配置された第１および第２収容部材Ｃ１，Ｃ２を備える。すなわち、両収容部材Ｃ１，Ｃ２は前記羽根Ｃ３を挟むように配置されている。

本実施例の場合、前記集光レンズＤ（図１Ａ）側の第１収容部材Ｃ１は前記検出器Ａ（図１Ａ）側の第２収容部材Ｃ２に比べ厚く、前記第１収容部材Ｃ１の前記開口が傾斜面Ｓ１で形成されている。すなわち、第１収容部材Ｃ１の開口は、図１Ａの前記集光レンズＤから前記検出器Ａに入射する光線束Ｌの勾配に沿った傾斜面Ｓ１で形成されている。
ここで、前記「光線束Ｌの勾配に沿った傾斜面Ｓ１」とは、前記集光レンズＤから前記検出器Ａに入射する光線束Ｌの外周面に沿って傾斜面Ｓ１が形成されていることを意味し、また、「沿った」とは前記外周面と傾斜面Ｓ１が完全に一致する必要のないことを意味する。

なお、図２Ａの前記第１収容部材Ｃ１はプラスチック製で、第２収容部材Ｃ２は金属製で、羽根Ｃ３はアルミ板製であってもよい。

本実施例の場合、図１Ａの前記シャッタＣの前記検出器Ａ側には前記検出器Ａに不必要な赤外線が入射するのを抑制するラジエーションシールドＢが設けられている。前記シールドＢの開口は前記光線束Ｌの勾配に沿った傾斜面Ｓ２で形成されている。
なお、前記ラジエーションシールドＢは、例えば前記検出器Ａをペルチェ素子で冷却するラジエータを兼用してもよく、一般に、金属で形成される。

本発明は赤外線カメラの光学系の構造に利用できる。

Ａ：（赤外線）検出器
Ｂ：（ラジエーション）シールド
Ｃ：シャッタ Ｃ１：第１収容部材 Ｃ２：第２収容部材 Ｃ３：羽根
Ｄ：赤外用（集光）レンズ
Ｌ：光線束
Ｓ１，Ｓ２：傾斜面

Claims (4)

1. 赤外線を集光するための集光レンズと、前記集光レンズを透過した赤外線を検出するための赤外線検出器と、前記集光レンズと前記検出器との間に配置され、開閉動作を行う羽根を有するシャッタとを備えた赤外線カメラにおいて、
   開状態の前記羽根を収容する収容部材の開口が、前記集光レンズから前記検出器に入射する光線束の勾配に沿った傾斜面で形成されていることを特徴とする赤外線カメラ。
2. 請求項１のカメラにおいて、
   前記羽根の前記集光レンズ側および前記検出器側には、それぞれ、第１および第２収容部材が前記羽根を挟むように配置され、
   前記集光レンズ側の第１収容部材は前記検出器側の第２収容部材に比べ厚く、少なくとも第１収容部材の前記開口が前記傾斜面で形成されている。
3. 請求項１もしくは２のカメラにおいて、
   前記シャッタの前記検出器側には前記検出器に不必要な赤外線が入射するのを抑制するラジエーションシールドが設けられ、
   前記シールドの開口が前記光線束の勾配に沿った傾斜面で形成されている赤外線カメラ。
4. 赤外線を集光するための集光レンズと、前記集光レンズを透過した赤外線を検出するための赤外線検出器と、前記集光レンズと前記検出器との間に配置されたシャッタとを備えた赤外線カメラにおいて、
   前記シャッタの前記検出器側には前記検出器に不必要な赤外線が入射するのを抑制するラジエーションシールドが設けられ、
   前記シールドの開口が前記集光レンズから前記検出器に入射する光線束の勾配に沿った傾斜面で形成されている赤外線カメラ。
   

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