JPH06117799A - 赤外線撮像器の焦点調整及び光軸補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 赤外線撮像器において、環境条件による焦点
位置及び光軸変動を捉えそれを補正する。 【構成】 互いに点滅する２本の光線束５を赤外線撮像
器３の結像レンズ４の辺縁部を通過して入射させる光源
系１，２と、光線束の結像位置から焦点位置と光軸３８
の変動を検出する解析装置１８と、光源及び解析装置ゲ
ート切り換え装置１７と、焦点調整機構制御装置１１と
から構成される。 【効果】 焦点位置と光軸の変動を捉え補正することに
より、常に正確な目標検出精度を維持することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はミサイル及び射撃管制
システムにおける目標検出用赤外線撮像器の焦点調節及
び光軸補正装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ミサイル及び射撃管制システムにおける
赤外線撮像器は、極めて過酷な環境下での使用が想定さ
れ、そのような環境下においても、目標検出精度が維持
されることが要求される。この過酷な環境条件として、
まず温度条件がある。温度条件は厳しい条件で、−５０
℃から＋７０℃に及ぶことがある。赤外線撮像器は、通
常、レンズ材料としてシリコンやゲルマニュウムが使用
されるが、これらの材料は温度により形状及び屈折率の
大きな変化を生じる。その結果、レンズの焦点位置が激
しく変化し、その変化量は数百ミクロンに及ぶことがあ
る。そのため、ミサイル及び射撃管制システムにおける
赤外線撮像器はほとんど無限距離の物体のみをターゲッ
トとするものであるにもかかわらず、周囲の温度変化に
ともない絶えず焦点調整を行う必要があった。また、周
囲の温度変化は赤外線撮像器に内蔵される複数のレンズ
を支持する鏡筒の線膨張率のため、各レンズ間間隔に伸
びを生じさせ、その結果、焦点位置を変化させる。鏡筒
の支持構造によっては、その伸びがレンズの光軸と垂直
な方向の変化、すなわち偏心を生じさせることもある。
その場合、光軸が変化する現象を起こす。

【０００３】光軸を変化させる環境条件は温度条件以外
にも、振動・衝撃による場合がある。ミサイル及び射撃
管制システムにおける赤外線撮像器は、地上の一地点に
設置されることは滅多になく、一般に自動車及び航空機
等の移動体に取り付けられ使用されることが多いため、
絶えず振動・衝撃を受ける環境下にある。このような環
境下においても、目標検出精度を維持するために、赤外
線撮像器に内蔵される結像レンズの偏心による光軸変動
が生じないようにしなければならなかった。

【０００４】このような焦点移動に対し、これまでは周
囲温度の変化にともない逐一焦点調整をおこなうか、赤
外線撮像器を一定の温度に保つか、あるいは温度変化に
伴う焦点位置の変化をあらかじめデータとして取得して
おき、図１３に示すように、そのデータをメモリー４０
に格納しておき、処理回路４１が鏡筒に内蔵された温度
センサー４２からの温度データをメモリー４０内のデー
タと比較して補償量を求め、焦点調整機構制御装置１１
及び焦点調整機構及びモータ１２を経てレンズ４を動か
し焦点調整を行うなどの方策が採られていた。なお図１
３において３は赤外線撮像器、７は二次元画像検出器、
３８は光軸である。しかし、逐一焦点調整を行うシステ
ムは人が絶えず行う必要があり、非常に手間が掛かっ
た。赤外線撮像器を一定の温度に保つシステムでは、シ
ステム全体の規模が大きくなり、非常にコストが高くな
るという問題があった。更に温度補償方式では鏡筒内が
必ずしも一様な温度分布とならないため、温度補償が不
十分であった。そのため、近年では、アサーマル光学系
が考えられている。また光軸変動に対しては、鏡筒を光
軸に対しなるべく回転対称にするなど機構上、偏心が生
じないような設計を行うことで対応している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記アサーマル光学系
とは、ＵＳＰ４，５０５，５３５「ＩＮＦＲＡＲＥＤＯ
ＢＪＥＣＴＩＶＥ ＬＥＮＳ ＳＹＳＴＥＭＳ」に開示
されたように、使用するレンズ材料の線膨張率から生じ
るレンズパワーの変化や屈折率の変化を正負のレンズに
対し適当に配分することで、温度変化によって焦点移動
が生じないように工夫された光学系である。この光学系
はレンズ材料に種類がないため、１０ミクロン帯の波長
の赤外線撮像器に適用されることが多く、３−５ミクロ
ン帯の波長では実用的なアサーマル光学系の設計は極め
て難しい。また光軸変動を実用上十分に除去する機構設
計は、基本的に鏡筒材料に線膨張率の低い、例えばスー
パーインバー等を用いるのでなければ鏡筒を光軸に対し
回転対称にするだけでは実現が極めて困難である。とこ
ろが、これらの材料は高価で重いという問題があり、特
に航空機搭載を目的とする場合には用いることができな
かった。

【０００６】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたものであり、光学系の焦点位置や光軸
が周囲の環境によって変化しても、その変化を絶えず捉
え、補正し、常に正確な目標検出精度を維持し得る赤外
線撮像器を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る二次元画
像検出器を内蔵する赤外線撮像器の焦点調整及び光軸補
正装置の第一のものは、基準面と一定の角度で交差しか
つ互いに平行な主光線を有する２本の光線束を赤外線撮
像器の結像レンズの辺縁部を通過して入射させるための
光源系と、結像レンズより射出された各々の光線束の二
次元画像検出器上での集光位置を求めることにより焦点
位置のズレを検知し、光軸のズレ量を検出する解析装置
と、この解析装置の解析結果より焦点調整機構を制御し
焦点調整を行う焦点調整機構制御装置から構成される。

【０００８】またこの発明に係る二次元画像検出器を内
蔵する赤外線撮像器の焦点調整及び光軸補正装置の第二
のものは、基準面と一定の角度で交差しかつ互いに平行
な主光線を有する２本の光線束を赤外線撮像器の結像レ
ンズの辺縁部を通過して交互に入射させるための光源系
と、結像レンズより射出された各々の光線束の二次元画
像検出器上での集光位置を求めることにより焦点位置の
ズレ量及び光軸のズレ量を検出する解析装置と、光源の
光束を交互に点滅しこれと同期して解析装置のゲートの
切り換えを行う光源及び解析装置ゲート切り換え装置
と、該解析装置の解析結果より焦点調整機構を制御し焦
点調整を行う焦点調整機構制御装置とから構成される。

【０００９】さらにこの発明に係る赤外線撮像器の焦点
調整及び光軸補正装置の第三のものは、基準面と一定の
角度で交差しかつ互いに平行な主光線を有する２本の光
線束を赤外線撮像器の結像レンズの辺縁部を通過して交
互に入射させるための光源系と、結像レンズより射出さ
れた各々の光線束を検出するために赤外線撮像器の焦点
面上に設置された位置検出器と、該位置検出器からの出
力信号を処理し、焦点位置のズレ量及び光軸のズレ量を
検出するための解析装置と、光源の光束を交互に点滅し
これと同期して解析装置のゲートの切り換えを行う光源
及び解析装置ゲート切り換え装置と、該解析装置の解析
結果より焦点調整機構を制御し焦点調整を行う焦点調整
機構制御装置とから構成される。

【００１０】この発明に係る赤外線撮像器の焦点調整及
び光軸補正装置の光源系は、ほぼ同一の光学構成を有す
る二つの近接したコリメート光学系であり、その光軸は
互いに平行で基準面に取り付けられる構造を有するもの
である。

【００１１】またこの発明に係る赤外線撮像器の焦点調
整及び光軸補正装置の光源系は、コリメータレンズと、
その焦点上に置かれたピンホール板と、更に、ピンホー
ル板の近傍に置かれたリレーレンズと、そのリレーレン
ズに関しコリメータレンズの主平面と共役になるように
配置された２個の光源とから構成されるものである。

【００１２】さらにこの発明に係る赤外線撮像器の焦点
調整及び光軸補正装置の光源系は、基準面と一定の角度
で交差し互いに平行な主光線を有する２本の光線束が赤
外線撮像器の結像レンズ前面に設置された一体的に形成
された複数の二枚反射鏡で反射した後、結像レンズ内に
入射するよう構成される。

【００１３】またこの発明に係る二次元画像検出器を内
蔵する赤外線撮像器の焦点調整及び光軸補正装置の第一
のものは、光源系が二次元画像検出器上に大きさの異な
る像を投影する光線束を発生するものであって、その解
析装置は二次元画像検出器の画像信号を記憶するフレー
ムメモリと、フレームメモリ内のデータについてエッヂ
検出を行い、大きさの異なる各像のエッヂ座標からそれ
ぞれの中心座標をもとめ、各中心座標の相対位置関係か
ら焦点のズレ量及び光軸のズレ量を検出する処理部とか
らなるものである。

【００１４】

【作用】光軸のズレは基準面に対しある一定の角度で、
一般には垂直に、入射する光線束が像面上の所定の位置
からずれた場所に結像するものとして定義される。基準
面とは一般には結像レンズの取り付け面であり、インタ
フェース面あるいはフランジ面等と言われる。

【００１５】この発明に係る二次元画像検出器を内蔵す
る赤外線撮像器の焦点調整及び光軸補正装置の第一のも
のは、この基準面と一定の角度で交差し互いに平行な主
光線を有する少なくとも２本の光線束を赤外線撮像器の
結像レンズの辺縁部を通過して入射させるための光源系
を有する。この光源系の主光線は無限距離からの光線を
模擬するものであり、この２本の主光線が結像レンズを
射出後交差する位置が無限距離の物体の結像位置とな
る。すなわち結像レンズの辺縁部を通過して入射した光
線束は焦点位置の変動がなければ、赤外線撮像器の焦点
面上に設置された二次元画像検出器上の同一点で交差す
る。もし焦点位置の変動があれば、二次元画像検出器上
で離隔して交差するので、焦点調整機構制御装置を用い
て、焦点調整レンズを動かして同一点で交差するように
調整することができる。また、各々の交差点の平均位置
を求めることにより光軸のズレ量を求めることができ
る。

【００１６】またこの発明に係る二次元画像検出器を内
蔵する赤外線撮像器の焦点調整及び光軸補正装置の第二
のものは、基準面と一定の角度で交差し互いに平行な主
光線を有する少なくとも２本の光線束を赤外線撮像器の
結像レンズの辺縁部を通過して交互に入射させるための
光源系を有する。前記第一のものでは、焦点位置のズレ
量とズレの方向を検出することが困難であった。これを
容易にするためには２本の光線束の主光線を明瞭に区別
し、それぞれの座標を知る必要がある。このため第二の
ものでは光線束を交互に明滅させ、解析装置も該光源の
明滅と同期をとりゲートを切り換えることにより、それ
ぞれの像を区別する。このような区別を行うことによ
り、焦点調整を行ったとき両者の像が重なってしまう場
合でも、焦点位置のズレが定量的に検出され、同時に、
二次元画像検出器の前後で各々の光線束の集光点の位置
関係が入れ代わるので、その関係を捉えればどちらの方
向に焦点位置ズレを起こしているか容易に知ることがで
き、制御が短時間で行えるようになる。従って、各々の
交差点の位置からそれぞれの交差点間の距離を求めるこ
とにより焦点位置のズレ量を検出し、各々の交差点の平
均位置を求めることにより光軸のズレ量を求めることが
でき、焦点位置にズレが生じた場合、交差点間の距離を
零とするように焦点調整機構制御装置により、焦点位置
を調整することができる。

【００１７】この発明に係る赤外線撮像器の焦点調整及
び光軸補正装置の第三のものは、第二のものに対し、二
次元画像検出器とは別個な位置検出器を焦点面上に配置
している。二次元画像検出器は通常の画像も取り込んで
おり、第一、第二のものでは、焦点及び光軸のズレを捉
えるための光線束の像がその画像上に重ね合わされるよ
うに結像されている。このため絶えず焦点及び光軸のズ
レをモニターすることが困難なため、第三のものでは、
別個に検出器を用意した。この位置検出器で各々の像の
中心位置を求めることにより焦点位置のズレ量及び光軸
のズレ量を求めることができ、焦点位置にズレが生じた
場合、焦点調整機構制御装置により、焦点位置を調整す
ることができる。

【００１８】この発明に係る赤外線撮像器の焦点位置及
び光軸補正装置の光源系は、同一の光学構成を有する二
つのコリメート光学系から成っている。そして、その光
軸は互いに平行となるように基準面に互いに近接して取
り付けられる。互いに近接していることから、二つのコ
リメート光学系は熱的にほぼ同一環境にあると考えら
れ、しかも互いの光軸は平行であるため、光源系が一様
に温度上昇あるいは下降する限りは光軸の間隔が平行移
動して変化するのみであるので、光軸のズレ量を求める
には場合の基準光源となりうる。

【００１９】この発明に係る赤外線撮像器の焦点調整及
び光軸補正装置の光源系の他の構成では、コリメータレ
ンズにより、その焦点上に置かれたピンホール板の像は
無限距離に結像される。更に、ピンホール板の近傍に置
かれたリレーレンズにより、その後方に配置された２個
の光源の像がコリメータレンズの主平面上に結ばれるこ
とにより互いに平行な主光線を有する２本の光線束を作
り出すことができる。この光源系の場合はピンホール中
心とコリメータレンズ光軸との相対的偏心が生じない限
り光軸のズレ量を求める基準光源となりうる。

【００２０】基準面と一定の角度で交差し互いに平行な
主光線を有する光源系からの光線束は、基準面に対する
主光線の角度及び互いの主光線の平行度が、赤外線撮像
器の結像レンズに入射する以前の光源系の光学系の変動
によって変化することのないようにする必要がある。光
源系の光学系内に反射光学系を構成する場合には、一般
に二枚反射鏡では反射面のなす角度の二倍の角度で光線
はふれ、しかも反射面のなす角が変化しない限りそのふ
れ角も変動しないという性質があることはよく知られて
いるので、二枚反射鏡を構成単位として反射光学系を構
成し、しかもそれらを一体で加工すれば光源系の光学系
からの光軸のズレの要因は無視することができる。

【００２１】この発明に係る二次元画像検出器を内蔵す
る赤外線撮像器の焦点調整及び光軸補正装置の第一のも
のは、２本の光線束を識別することによって単なる焦点
ズレの検知でなく焦点ズレの量及びその方向を検出でき
るようになる。そのためには、光源系は二次元画像検出
器上に大きさの異なる像を投影する光線束を発生するも
のであることが必要である。通常、焦点ズレは小さく、
大きい方の像が小さい方の像を内部に包含する程度であ
る。そして、二次元画像検出器上の二つの像の画像信号
をフレームメモリに記憶し、そのフレームメモリ内の画
像データについて異なる二つのしきい値により各々の大
きさの像のエッヂ検出を行い、各像の左右エッヂ座標の
加算平均からそれぞれの中心座標をもとめ、各中心座標
の相対位置関係と各中心座標の加算平均を求める解析装
置によりそれぞれ焦点のズレ量及び光軸のズレ量を検出
することが可能となる。

【００２２】

【実施例】

実施例１ 以下、この発明の実施例を図に基づき説明する。図１は
二次元画像検出器を内蔵する赤外線撮像器の第一のもの
の実施例であり、図において、光源１から発した光は、
レンズ２により赤外線撮像器３の結像レンズ４の辺縁部
より入射する互いに平行な主光線を有する２本の光線束
５となり、この２本の光線束５は主光線が基準面６に対
し角度αで交差するように調整される。角度αは二次元
画像検出器７の中央で処理するものと考えると９０°の
角度であるが、必ずしも９０°である必要はない。そし
て結像レンズ４を射出した光線束５は二次元画像検出器
７上に集光する。２本の光線束５の主光線は無限距離か
らの光線に模擬され、従って、焦点移動が存在しなけれ
ば両主光線は二次元画像検出器７上の同一点に集光す
る。焦点移動が存在すれば両主光線は二次元画像検出器
７上の異なった点に集光する。そこで焦点移動があるか
どうかを検知するには、２本の光線束５の集光点の中心
座標が一致しているかどうか識別する必要がある。その
ため、まず解析装置８で二次元画像検出器７上の二つの
像の画像信号をフレームメモリ９に記憶し、そのフレー
ムメモリ９内の画像データについて処理装置１０によ
り、あるしきい値に対するエッヂ検出を行う。

【００２３】図２はそのエッヂ検出の様子を示した図
で、画像データ３５に対して、しきい値３９に関しエッ
ヂが２つしか存在しない場合を示している。この場合は
２つの像の第１のスポット３３及び第２のスポット３４
が一部重なりあっていて分離していない。そのような状
況において、２つのエッヂの間隔が最小となるまで焦点
調整機構制御装置１１に信号を送り焦点調整機構及びモ
ータ１２により結像レンズ４を動かし焦点調整を行うこ
とによりベストフォーカス位置が求められる。また２つ
の像が完全に分離している場合には、エッヂは４つ検出
されるが、こ場合にはエッヂが２つになるまで、例えば
４つの座標の標準偏差が小さくなる方へ粗い焦点調整を
行い、エッヂが２つになったら前記方法に移行すること
によりベストフォーカス位置を求めることができる。一
方、２つのエッヂ座標は光軸ズレによって平行移動的に
変動する。然るに処理装置１０において２つのエッヂ座
標の加算平均を計算すると、これより光軸３８のズレ量
を求めることができる。

【００２４】図３は信号の処理の他の方法を示したもの
で、二次元画像検出器７上に大きさの異なる像を投影し
ている。２つの光線束が集光された像の形状はともにス
ポット状で、それぞれのスポット径の大きさは焦点ズレ
が発生しても第１のスポット３３が第２のスポット３４
の外部に外れないように設定する。上記スポット像以外
の信号の入力がない場合、二次元画像検出器７からフレ
ームメモリ９に送られてくる画像データ３５には第１の
スポット３３と第２のスポット３４の信号だけが存在す
る。画像データ３５に対して第１のしきい値３６を設定
して、第２のスポット３４のエッヂを抽出する。フレー
ムメモリのアドレスを座標として、この両側のエッヂの
位置座標の加算平均をとることで第２のスポット３４の
中心座標（Ｘ２，Ｙ２）を得ることができる。また第１
のしきい値３６より大きい第２のしきい値３７を設定し
て第１のスポット３３のエッヂを抽出し、加算平均をと
ることでの第１のスポット３３の中心座標（Ｘ１，Ｙ
１）を得ることができる。これらの中心座標が一致して
いない場合、焦点ズレが発生していることになり、次式
で与えられるδが零となるように焦点位置を調整する。

【００２５】

【数１】

【００２６】更に、次式より光軸の位置座標（Ｘ，Ｙ）
を算出する。

【００２７】

【数２】

【００２８】この結果を初期の光軸ズレが発生していな
いときの光軸の位置座標と比較することで、光軸３８の
ズレ量を検出する。

【００２９】実施例２ 図４は二次元画像検出器を内蔵する赤外線撮像器の実施
例２であり、図において、実施例１と同様に、光源１か
ら発した光は、レンズ２により赤外線撮像器３の結像レ
ンズ４の辺縁部より入射する互いに平行な主光線を有す
る２本の光線束５となり、この２本の光線束５は主光線
が基準面６に対し角度αで交差するように調整される。
そして結像レンズ４を射出した光線束５は二次元画像検
出器７上に集光する。図５は信号の切り替えのタイミン
グを表したものである。まず焦点のズレ量及び光軸のズ
レ量の検出は処理装置１３から電源１４とクロック発生
装置１５にスタート信号４３が送られることで開始され
る。電源１４はスタート信号４３を受け取りスイッチン
グ素子１６への電源の供給を行う。またクロック発生装
置１５はスタート信号４３を受け取り、クロック信号４
４を発生させる。クロック信号４４は電源１４から光源
１への出力を切換えるスイッチング素子１６に送られ、
スイッチング素子１６はクロック信号４４のタイミング
に合わせ２つの光源１へのスイッチング素子出力４５を
切り替え光源１を交互に明滅させる。このときの二次元
画像検出器７からの画像信号はゲート切換装置１７に入
り、クロック信号４４により切り替えられるゲート切替
装置出力４６として解析装置１８内の２つのフレームメ
モリ１９にそれぞれ記録される。

【００３０】図６は解析装置１８内の処理装置１３の構
成を示したものである。処理装置１３は、クロック発生
装置１５と電源１４にスタート信号の送信と、フレーム
メモリ１９からのデータの取り出しと焦点調整機構制御
装置１１に信号の送信を行うＩ／Ｏポート４７と計算お
よびＩ／Ｏポートの制御を行うためのＣＰＵ４８と、プ
ログラムの記憶及び計算のためのメモリ４９により構成
される。

【００３１】図７は処理装置１３により中心の座標を求
める処理を示したものである。処理装置１３は２つのフ
レームメモリ１９内の光源像５０の画像データ３５に対
して、その最大値と最小値の平均値をしきい値３９とし
て、画像データ３５を二値化データ５１に変換する。さ
らにこのデータについてフレームメモリ１９のアドレス
方向に隣あうデータの排他的論理和が真か否かでエッヂ
抽出を行ったエッヂデータ５２に変換される。このエッ
ヂの座標を求め、その加算平均より集光点の中心座標を
求める。２つの光源像の中心座標の間隔が零となるよう
焦点調整機構制御装置１１に信号を送り焦点調整機構及
びモータ１２により結像レンズ４を動かし焦点調整を行
うことによりベストフォーカス位置が求められる。一
方、２つの集光点の中心座標の加算平均を計算すること
により、光軸３８のズレ量を求めることができる。

【００３２】実施例３ 実施例１及び２の構成では二次元画像検出器上に光線束
を集光させるため、通常の画像と混合してしまい、絶え
ず焦点及び光軸の変動をモニターする場合には、各々を
分離しなければならない。図８はそうした分離手段を必
要としない実施例である。実施例２同様、光源１から発
した光は、レンズ２により赤外線撮像器３の結像レンズ
４の辺縁部より入射する互いに平行な主光線を有する２
本の光線束５となる。この２本の光線束５は主光線が基
準面６に対し角度βで交差するように調整され、結像レ
ンズ４を射出した光線束５は二次元画像検出器７とは別
個に用意された位置検出器２０上に集光する。位置検出
器２０は二次元画像検出器７と同様に結像レンズ４の焦
平面上に設置され、四つの受光面からなる四分割素子で
構成される。それ故、角度βは９０°とは異なった角度
をもつ。この場合、結像レンズ４の収差を像高の高い所
まで補正する必要があるが、使用する２本の光線束５は
サジタル断面を形成し、通常、サジタル断面上の光線の
振る舞いは軸上メリディオナル断面の光線の振る舞いと
近いため、収差補正は困難を伴うものではない。まず焦
点のズレ量及び光軸のズレ量の検出は処理装置２１から
電源１４とクロック発生装置１５にスタート信号が送ら
れることで開始される。クロック発生装置１５により発
生したクロック信号は電源１４から光源１への出力を切
換えるスイッチング素子１６に送られ２つの光源１を交
互に明滅させる。このとき位置検出器２０からの出力信
号ＶA ，ＶB ，ＶC ，ＶD は、同じくクロック信号によ
り出力の方向を切換えるゲート切換装置２２を通り解析
装置２３内の２つのメモリ２４に、それぞれＶA1、ＶB
1、ＶC1、及びＶD1並びにＶA2、ＶB2、ＶC2、及びＶD2
として記録される。記録された２つのメモリ内の上記デ
ータを処理装置２１において、“数３”を用いて、それ
ぞれの光線束５の焦光点の重心位置（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ
２，Ｙ２）を求める。

【００３３】

【数３】

【００３４】ここで、Ｄ１，Ｄ２は信号を正規化するた
めのもので、それぞれの集光された点像の大きさ、強度
が異なっていても処理が可能である。２つの重心位置に
対し、次式を用いて得られたδは焦点のズレ量にほぼ比
例した量を示す。

【００３５】

【数４】

【００３６】図８の場合、光線束５はＸ軸に平行に並ん
で赤外線撮像器３の結像レンズ４に入射するため、集光
点の重心位置は焦点ズレによってＸ軸方向しか動かな
い。それ故、焦点ズレを評価する量δは、Ｘの値だけに
なる。また、δはＸ１，Ｘ２の大小関係により正も負も
採り得るが、δの正負はそれぞれ焦点ズレの方向、つま
り後ピン、前ピンと関連づけることができる。この焦点
ズレの方向が判別できることにより、制御は極めて容易
になる。焦点調整機構制御装置１１に信号を送り、δが
零となるように焦点調整機構及びモータ１２により結像
レンズ４を動かし焦点調整を行うことによりベストフォ
ーカス位置が求められる。光軸３８のズレ（Ｘ，Ｙ）は
それぞれの光源１からの光線束５の集光点の重心位置か
ら、次式を用いて求めることができる。

【００３７】

【数５】

【００３８】実施例４ 図９は実施例１，２及び３で開示した赤外線撮像器の焦
点位置及び光軸補正装置において具体的に用いられる光
源系の実施例であり、図において、ほぼ同一の光学構成
を有する二つの近接したコリメート光学系からなり、そ
の光軸は互いに平行である。各々のコリメート光学系は
少なくともレンズ２５とターゲット２６と光源２７から
構成され、ターゲット２６はレンズ２５の焦点上に置か
れる。ターゲット２６の背後より光源２７を点灯し、タ
ーゲット２６の像を無限距離に投影する。図１０に示す
ように、これらのコリメート光学系は基準面６の近傍に
取り付けられる。これにより二つのコリメート光学系は
熱的にほぼ同一環境にあると考えられ、しかも互いの光
軸は平行であるため、光源系が一様に温度上昇あるいは
下降する限りは光軸の間隔は平行移動するのみとなる。
二つのコリメート光学系のターゲット２６同一のパター
ンであってもよいし異なるものであってもよく、処理方
法によって選択ができるものである。

【００３９】実施例５ 図１１は実施例２及び３で開示した赤外線撮像器の焦点
位置及び光軸補正装置において具体的に用いられる光源
系のもうひとつの実施例であり、図において、コリメー
タレンズ２８は、その焦点上に置かれたピンホール板２
９の像を無限距離に結像する。そしてピンホール板２９
の近傍に置かれたリレーレンズ３０は、その後方に配置
された２個の光源２新たな指向性の強い光線束を作り出
す。この光源系の場合はピンホールの中心とコリメータ
レンズ光軸との相対的な偏心が生じない限り、光軸のズ
レの量を求めるに何ら支障になることはない。焦点ズレ
の場合は、この相対的偏心が存在しても、各光線束の主
光線は常に互いに平行であり、何ら支障がないという特
徴をもつ。更に、実施例４の場合には、同一の大きさ形
状のターゲットを用意することが難しいが、この実施例
の場合には共通のピンホールを使用しているため、そう
した問題はない。

【００４０】実施例６ 図１２は赤外線撮像器の焦点位置及び光軸補正装置の光
源系の中の反射光学系に関する実施例であり、図におい
て、反射光学系はひとつのダハ面３１と２本の光線束に
それぞれ振り分けられる平面反射鏡３２から成り立って
いる。そして一体にするために一枚の大きな平面板の上
に形成される。通常、赤外線撮像器の前面にウインドを
設置するのでその上に形成するのがコスト的に有利であ
る。図１０に基づいて実際の機能を説明する。基準面６
に一定の角度αで交差し互いに平行な主光線を有する２
本の光線束５は、まずダハ面３１に入射する。このダハ
面３１がたとえ図の上下方向に傾いてもダハ面を射出し
た光線束の射出角は上下方向に振れない。次に平面反射
鏡３２に入射する。もし平面反射鏡とダハ面が一体で形
成されていれば、両者が一体で図の水平方向に傾いたと
しても射出角は入射角に対し平面反射鏡の反射面とダハ
面の稜線のなす角の二倍の角度が保たれるので、全く影
響を生じない。

【００４１】

【発明の効果】この発明は、赤外線撮像器に基準面と一
定の角度で交差し互いに平行な光線束が結像レンズの辺
縁部を通過し、焦点面上で結像する位置を求める装置を
装着することにより、焦点のズレを検知しかつ光軸のズ
レ量を検出し、正確な目標検出精度を維持できる効果が
ある。

【００４２】赤外線撮像器に基準面と一定の角度で交差
し互いに平行な交互に明滅する光線束が結像レンズの辺
縁部を通過し、焦点面上で結像する位置を求める装置を
装着することにより、焦点のズレ量、焦点ズレの方向、
及び光軸のズレ量を検出し、正確な目標検出精度を維持
できる効果がある。

【００４３】更に、赤外線撮像器に基準面と一定の角度
で交差し互いに平行な交互に明滅する光線束が結像レン
ズの辺縁部を通過し、二次元画像検出器とは別な焦点面
上の位置で結像位置を求める装置を装着することによ
り、焦点のズレ量、焦点ズレの方向、及び光軸のズレ量
を常に検出し、正確な目標検出精度を維持できる効果が
ある。

【００４４】赤外線撮像器の基準面に、２本の光線束を
発生する同一構成からなる二つの光学系を備えた光源系
を近接して取り付けることで、環境条件の影響を受けに
くい構成となり、正確な目標検出精度を維持できる効果
がある。

【００４５】また赤外線撮像器の基準面に、ひとつの光
学系を用いて２本の光線束を発生する光源系を取り付け
ることで、特に、焦点のズレが環境条件の影響を受けに
くい構成となり、正確な目標検出精度を維持できる効果
がある。

【００４６】そして赤外線撮像器の前面に、二枚反射鏡
を構成単位として一体的に形成された反射光学系を用い
ることで、反射光学系の変動の影響を受けにくい構成と
なり、正確な目標検出精度を維持できる効果がある。

【００４７】基準面と一定の角度で交差し互いに平行な
光線束が結像レンズの辺縁部を通過する光源系を装着し
た赤外線撮像器に対し、光源系を区別するための処理を
行うことにより、光源を交互に明滅したのと同等の効果
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す構成図である。

【図２】この発明の実施例１の信号処理の第一の実施例
についての説明図である。

【図３】この発明の実施例１の信号処理の第二の実施例
についての説明図である。

【図４】この発明の実施例２を示す構成図である。

【図５】この発明の実施例２の信号のタイミングの説明
図である。

【図６】この発明の実施例２の処理装置を示す構成図で
ある。

【図７】この発明の実施例２の信号処理の実施例につい
ての説明図である。

【図８】この発明の実施例３を示す構成図である。

【図９】この発明の実施例１，２及び３の赤外線撮像器
の焦点調整及び光軸補正装置の光源系の一実施例を示す
構成図である。

【図１０】この発明に係る光源系の一実施例の配置を示
す配置図である。

【図１１】この発明の実施例２及び３の赤外線撮像器の
焦点調整及び光軸補正装置の光源系の一実施例を示す構
成図である。

【図１２】赤外線撮像器の焦点調整及び光軸補正装置の
光源系の中の反射光学系に関する一実施例の構成図であ
る。

【図１３】従来の焦点移動の温度補償についての説明図
である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ レンズ ３ 赤外線撮像器 ４ 結像レンズ ５ 光線束 ６ 基準面 ７ 二次元画像検出器 ８ 解析装置 ９ フレームメモリ １０ 処理装置 １１ 焦点調整機構制御装置 １２ 焦点調整機構及びモータ １３ 処理装置 １４ 電源 １５ クロック発生装置 １６ スイッチング素子 １７ ゲート切換装置 １８ 解析装置 １９ フレームメモリ ２０ 位置検出器 ２１ 処理装置 ２２ ゲート切換装置 ２３ 解析装置 ２４ メモリ ２５ レンズ ２６ ターゲット ２７ 光源 ２８ コリメータレンズ ２９ ピンホール板 ３０ リレーレンズ ３１ ダハ面 ３２ 平面反射鏡 ３３ 第１のスポット ３４ 第２のスポット ３５ 画像データ ３６ 第１のしきい値 ３７ 第２のしきい値 ３８ 光軸 ３９ しきい値 ４０ メモリー ４１ 処理回路 ４２ 温度センサー ４３ スタート信号 ４４ クロック信号 ４５ スイッチング素子出力 ４６ ゲート切換装置出力 ４７ Ｉ／Ｏポート ４８ ＣＰＵ ４９ メモリ ５０ 光源像 ５１ 二値化データ ５２ エッヂデータ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次元画像検出器が焦点面上に設置され
   た赤外線撮像器において、基準面と一定の角度で交差し
   互いに平行な主光線を有する２本の光線束を前記赤外線
   撮像器の結像レンズの辺縁部を通過して入射させるため
   の光源系と、前記結像レンズより射出された各々の光線
   束の前記二次元画像検出器上での集光位置を求めること
   により焦点位置のズレを検知し、光軸のズレ量を検出す
   る解析装置と、この解析装置の解析結果より焦点調整機
   構を制御する焦点調整機構制御装置とからなる赤外線撮
   像器の焦点調整及び光軸補正装置。
2. 【請求項２】 二次元画像検出器が焦点面上に設置され
   た赤外線撮像器において、基準面と一定の角度で交差し
   互いに平行な主光線を有する２本の光線束を前記赤外線
   撮像器の結像レンズの辺縁部を通過して交互に入射させ
   るための光源系と、前記結像レンズより射出された各々
   の光線束の前記二次元画像検出器上での集光位置を求め
   ることにより焦点位置のズレ量及び光軸のズレ量を検出
   する解析装置と、この解析装置の解析結果より焦点調整
   機構を制御する焦点調整機構制御装置と、光源の光線束
   を交互に点滅し点滅に同期して上記解析装置のゲートを
   切り換える光源及び解析装置ゲート切り換え装置とから
   なる赤外線撮像器の焦点調整及び光軸補正装置。
3. 【請求項３】 赤外線撮像器において、基準面と一定の
   角度で交差し互いに平行な主光線を有する２本の光線束
   を前記赤外線撮像器の結像レンズの辺縁部を通過して交
   互に入射させるための光源系と、前記結像レンズより射
   出された各々の光線束の集光位置を求めるために焦点面
   上に設置された位置検出器と、この位置検出器からの出
   力信号を処理し、焦点位置のズレ量及び光軸のズレ量を
   検出するための解析装置と、この解析装置の解析結果よ
   り焦点調整機構を制御する焦点調整機構制御装置と、光
   源の光線束を交互に点滅し点滅に同期して該解析装置の
   ゲートを切り換える光源及び解析装置ゲート切り換え装
   置とからなる赤外線撮像器の焦点調整及び光軸補正装
   置。
4. 【請求項４】 ほぼ同一の光学構成を有する二つの近接
   したコリメート光学系からなり、光軸は互いに平行で、
   基準面に取り付けられた光源系を含んでなる特許請求範
   囲第１項、第２項、及び第３項いずれか記載の赤外線撮
   像器の焦点調整及び光軸補正装置。
5. 【請求項５】 コリメータレンズと、このコリメータレ
   ンズの焦点上に置かれたピンホール板と、該ピンホール
   板の近傍に置かれたリレーレンズと、上記リレーレンズ
   に関し上記コリメータレンズの主平面と共役に配置され
   た２個の光源とからなる光源系を含んでなる特許請求範
   囲第２項あるいは第３項に記載の赤外線撮像器の焦点調
   整及び光軸補正装置。
6. 【請求項６】 基準面と一定の角度で交差し互いに平行
   な主光線を有する２本の光線束が、赤外線撮像器の結像
   レンズ前面に配置され一体的に形成された複数の二枚反
   射鏡で反射した後、結像レンズ内に入射されるよう構成
   された光源系を含んでなる特許請求範囲第１項、第２
   項、及び第３項いずれか記載の赤外線撮像器の焦点位置
   及び光軸補正装置。
7. 【請求項７】 二次元画像検出器上に大きさの異なる像
   を投影する光線束を発生する光源系と、二次元画像検出
   器の画像信号をフレームメモリ内に記憶し、このフレー
   ムメモリ内のデータについてエッヂ検出を行い、前記大
   きさの異なる像の各々のエッヂ座標から各像の中心座標
   をもとめ、各々の中心座標の相対位置関係から焦点のズ
   レ量及び光軸のズレ量を検出する解析装置とを含んでな
   る特許請求範囲第１項記載の赤外線撮像器の焦点調整及
   び光軸補正装置。