JPH02140628A - 赤外線撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 赤外線撮像装置に関し、 視野から集光レンズを透過して撮像素子に入射される光
の光量が充分確保でき、かつレンズ以外の鏡筒部分より
素子への入射光を規制できる赤外線撮像装置の提供を目
的とし、 コールドヘッド上に設置されたリニアアレイ型撮像素子
と、該Ｉ最像素子の上部に設けられ、該撮像素子に入射
する赤外線の入射角を規制するコールドアパーチャを含
む装置に於いて、 前記リニアアレイ型撮像素子のうち少なくとも２個の素
子を組とし、咳組内の素子を該素子の副走査方向（ｘ方
向）に対してそれぞれ斜め方向に位置ずれさせて配置し
、該配置した各素子に対応した開口部を設けた前記コー
ルドアパーチャを配置したことで構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は赤外線撮像装置に係り、特に該装置の鏡筒の温
度に影響されない高精度の赤外線撮像装置に関する。

液体窒素等の冷媒によって冷却されたコールドヘッド上
に赤外線検知素子をアレイ状に形成した赤外線撮像素子
を設置し、該撮像素子上に集光レンズを設置し、該集光
レンズ上より検知すべき赤外線を撮像素子上に設けられ
たコールドアバ−チアでその視野角を規定して赤外線撮
像素子上に入射させる赤外線撮像装置は周知である。

〔従来の技術〕

従来の赤外線撮像装置を第３図に示す。図示するように
液体窒素等の冷媒によって冷却されたコールドヘッド１
上に、ライン状に配置された赤外線描像素子２が設置さ
れ、該素子上に該素子に入射される赤外線の視野角を規
定するためのコールドアバ−チア３が設けられ、その上
に撮像素子２を収容する二重構造の内筒体４と外筒体５
とよりなる容器６の外筒体５とつながる赤外線入射窓７
が設けられている。

更に該入射窓７上に該素子で検知すべき赤外線を集光す
るための集光レンズ８と、該集光レンズ８の周縁部に該
レンズ８を保持する鏡筒９が設けられている。

上記したコールドアバ−チア３は主に集光レンズ８から
素子２に入射される赤外線の視野角を規定することで入
射赤外線を制限することにより、撮像素子に入射する撮
像対象からの背景光を制限するものであるが、この他に
集光レンズ８の鏡筒９等のように、集光レンズ８のレン
ズ面以外の物体から放射される赤外線を、撮像素子２が
検知しないようにするのを目的としている。

赤外線撮像素子２が集光レンズ８面以外の装置の一部、
例えば鏡筒９から放射される赤外線を検知した場合、外
気温度の変動により鏡筒９の温度が変化すると、撮像す
べき対象物の温度変動が無いにも係わらず、撮像素子か
らの出力信号が変化するので、高精度に対象物の温度変
動を検知できない不都合がある。

この問題を解決するため、コールドアパーチャ３とレン
ズ８の寸法や、それぞれの配置位置の整合をとるように
して、撮像素子２がレンズ８の面のみを見込むようにし
て、レンズ面からの入射光のみを検知するようにしてい
る。

然し、撮像装置に用いる赤外線撮像素子の形状等よりこ
の整合を採ることが困難な場合がある。

例えば第４図に示すように、−次元の撮像素子２とコー
ルドアパーチャ３を上部より見た場合、コールドアパー
チャ３０Ｘ方向の寸法が狭いため、素子とコールドアパ
ーチャとレンズとの位置関係は第５図（ａ）のようにな
って撮像素子２は集光レンズ８のレンズ面のみを見込む
。然し、ｙ方向については、撮像素子２の端部の素子２
Ａ、２Ｒの視野を確保するために、コールドアパーチャ
３の寸法−ｂ＜広くなり、素子とコールドアパーチャと
レンズとの位置関係は第５図（ｂ）に示すようになって
、撮像素子２は集光レンズ８のレンズ面以外の鏡筒９を
見込む不都合が生じる。

〔発明が解決しようとする課題］ この問題を解決するため、コールドアパーチャ３の開口
部３Ａの寸法を小さくすることと、レンズ８の直径を大
きくすることである程度は対処できるが、コールドアパ
ーチャ３の開口部３への寸法を小さくすると怒度の低下
を招き、レンズ８の直径を大きくするとレンズが高価な
ものとなる問題がある。

特に撮像素子２の検知素子数が増加し、素子の寸法が大
となると、第５図（ｂ）に示すように撮像素子２がレン
ズ８のレンズ面以外の鏡筒９をますます見込むことに成
って高精度に対象物体より発生する赤外線のみを検知す
ることは困難である。

このような問題点を解決するために、上記したリニア状
に配設された素子２の全てにわたって共通なコールドア
バ−チア３を設ける代わりに、第６図に示すように各撮
像素子２のそれぞれに対応した個別のコールドアバ−チ
ア３が考えられる。

然し、このような各素子２の各々に対応した個別のコー
ルドアバ−チア３を用いると素子２間の隙間がある程度
必要となり、素子がリニア状に配列されているアレイ方
向（ｙ方向）の素子間の隙間を埋めるためのインターレ
ス走査が必要となる。

このインターレース走査のためには、垂直な走査機構が
必要となり、複雑な構成となる欠点がある。

また第７図に示すように、各撮像素子２間の間隔を狭く
してインターレス走査を不用とした素子配列をとると、
このコールドアバ−チアが素子に入射すべき必要な光量
を遮るために高感度な撮像装置が得られない問題がある
。

本発明は上記した問題点を解決し、インターレス不要な
素子の配置を有し、かつ各素子毎に対応した個別のコー
ルドアバ−チアを用いることができるようにした素子配
置を有する撮像素子、並びに該撮像素子に必要な光量の
赤外線の入射が遮られないような開口部の構造を有する
コールドアバ−チアを設けた赤外線撮像装置の提供を目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明の赤外線撮像装置は、
第１図の原理図に示すように、コールドヘッド上に設置
されたりニアアレイ型撮像素子１１Ａ〜ＩＩＨと、該撮
像素子の上部に設けられ、該撮像素子に入射する赤外線
の入射角を規制するコールドアパーチャ１３を含む装置
に於いて、前記リニアアレイ型撮像素子１１Ａ〜ＩＩＨ
のうち少なくとも２個の素子を組とし、該組内の素子を
該素子の副走査方向（ｘ方向）に対してそれぞれ斜め方
向に位置ずれさせて配置し、該配置した各素子に対応し
た開口部１２を設けた前記コールドアパーチャ１３を配
置したことで構成する。

〔作　用〕

本発明の装置は、第１図に示すようにｎ個の撮像素子１
１Ａ、　ＩＩＢ、　ＩＩＣ……１１１１を副走査方向の
Ｘ方向に対して斜め方向に位置ずれさせて配置する。

このように配置することでＸ方向に撮像素子を走査した
場合、撮像素子１１Ａ、１１Ｂ、……１１８間の距離ｄ
は、前記した第７図に示すような素子配置を採った場合
と同程度に小さくすることができ、Ｍｌ　Ｘ方向と垂直
なＸ方向にインターレス走査をする必要が無くなる。

またこのような斜め方向に配置された撮像素子１１八、
１１Ｂ……１１Ｈに対応するような開口部１２を有する
コールドアバ−チア１３を配設すると、集光レンズ以外
の鏡筒等を見込まなくなり、装置の温度変動に影響され
ない高信頼度の撮像装置が得られる。また各素子１１Ａ
、　ＩＩＢ・・・ＩＩＨを斜め方向に配置しているので
、各紐間の距離を充分大きく採ることができ、コールド
アバ−チア１３の開口部１２の面積は、各素子に入射す
る必要な光量に応じて設計できるので入射光量の…失の
無い高感度の赤外線撮像装置が得られる。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の実施例につき詳細に説明す
る。

第２図に本発明の装置の第１実施例の要部の説明図を示
す。

図示するように、コールドヘッド１上に設置されたＨｇ
＋□Ｃｄｘ　Ｔｅよりなる化合物半導体基板２１には、
該基板と逆導電型の不純物原子が導入されてホトダイオ
ードが形成された描像素子１１Ａ、　ＩＩＢ・・・１１
１１が前記した第１図に示すように配設されている。こ
の例では３個の素子を１組として４組配設されている。

各組内の素子は副走査方向のＸ方向に対して斜め方向に
配置されている。この撮像素子１１Ａ、１１１１・・・
１１８を形成した基板２１上にはコバール板に黒化処理
を施したコールドアバ−チア１３が設置され、このコー
ルドアバ−チア１３の開口部１２は前記した斜め方向に
組となって配置された撮像素子１１Ａ、　ＩＩＢ、　Ｉ
ＩＣの面積よりやや広い面積を有し、単一の開口部１２
が開口されている。

またこのコールドアバ−チア１３の上には、更に単一の
開口部を有するコールドアバ−チア２２を設けても良い
。但しこのコールドアバ−チア２２の開口部２３の短手
方向の寸法ＷはＸ方向に配置された３個の素子１１Ａ、
　ＩＩＢ、　ＩＩＣの寸法の和より大きくし、長手方向
の寸法ｌはＸ方向に組となった素子の寸法の和の寸法よ
り大きくする。このようにすれば開口部２３の長手方向
側の端部より入射される赤外線が規制されるので前記し
た開口部１２を有するコールドアパーチャ１３を１個設
けたのに比較してより効果が上がる。

そしてこのコールドアバ−チア２２の上にゲルマニウム
よりなる透過窓２４を設け、更に撮像素子１１Ａ。

１１Ｂ・・・からの出力信号を取り出すための信号線２
５を設ける。

このように走査方向のＸ方向に対して斜め方向の素子配
置とした層像素子と、上記配置した描像素子の形状に対
応した開口部を有する赤外線Ｉ造像装置によれば、イン
ターレス走査を必要とする素子間の距離の大きい装置に
も適用して効果的である。

また本実施例は３個の素子を組として走査方向に対して
斜め方向に配置したが、少なくとも２個以上の素子を組
み合わせると良い。

また本実施例のようにＸ方向に走査すると斜め方向に組
み合わせた素子の数（３）より１引いた画素即ち２画素
分だけ無効となるが、Ｘ方向の走査画素数が素子数が多
い場合は、この無効画素は充分小さくなり無視できる。

つまりＸ方向走査の両端で走査されない部分ができるの
で、テレビ画像に表示する時は、この部分を切り捨てて
表示する。水平方向の表示画素子（数１００画素）に対
して切り捨てられる画素数（この例では左右２画素づつ
）は充分小さく、画面が小さくなるようなことは起こら
ない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、素子数
が多く、素子の面積が大きい撮像素子を用いた撮像装置
に於いても、集光レンズ以外の鏡筒部分より素子に入射
する入射光を制限でき、撮像素子の出力信号が装置の温
度に影響されなくなり、装置の温度変化に影響されない
高信頼度の赤外線邊像装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の原理図、 第２図は本発明の装置の一実施例の斜視図、第３図は従
来の装置の説明図、 第４図は従来の装置の要部の平面図、 第５図（ａ）および第５図（ｂ）は従来の装置の不都合
な状態の説明図、 第６図は従来の個別コールドアバ−チアの不都合な状態
図、 第７図は従来の撮像素子配置の不都合な状態図である。 イｌ：Ｉ−ｐ’１−１ｔ＋　背／ｌ　Ｐｔｈ　Ｃｎ第４
図 図に於いて、 １　はコールドヘッド、ＩＩＡ、　ＩＩＢ、　ＩＩＣ…
…１１１１　は撮像素子、１２．２３は開口部、１３．
２２はコールドアバ−チア、２１は化合物半導体基板、
２４は透過窓、２５は信号線を示す。 侵束、茗！ｎ子部存Ｐｉ靭゛声め践明口第５図 シ　楡丘

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 コールドヘッド（１）上に設置されたリニアアレイ型撮
   像素子（１１Ａ、１１Ｂ……１１Ｈ）と、該撮像素子の
   上部に設けられ、該撮像素子に入射する赤外線の入射角
   を規制するコールドアパーチャ（１３）を含む装置に於
   いて、 前記リニアアレイ型撮像素子（１１Ａ、１１Ｂ……１１
   Ｈ）のうち少なくとも２個の素子を組とし、該組内の素
   子を該素子の副走査方向（ｘ方向）に対してそれぞれ斜
   め方向に位置ずれさせて配置し、該配置した各素子に対
   応した開口部（１２）を設けた前記コールドアパーチャ
   （１３）を配置したことを特徴とする赤外線撮像装置。