JPH0629265U - 赤外線撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 赤外線撮像において、広範囲の撮像範囲をカ
バーする。 【構成】 回転多面走査鏡１０により撮像領域の視野Ｆ
の垂直方向走査を行うとともに、振動走査鏡１１を定位
置に停止させておき、２軸架台６を回転多面走査鏡１０
の走査動作に同期して旋回動作させて水平方向走査を行
う。２軸架台６の連続旋回動作により撮像領域の視野Ｆ
を円周方向にわたる連続した範囲として設定する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は赤外線撮像装置に係り、特に広い捜索・探知範囲をカバーして撮像で きるようにした赤外線撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

赤外線撮像装置は常温物体から放射される赤外線を感知し、暗闇等の中でも対 象となる物体を正確に映し出すことができるのが特徴である。このため監視装置 としても広く利用されている。 ここで、図４を参照して従来の赤外線撮像装置の構成について説明する。 同図において、目標物体から放射された赤外線は、装置の撮像用鏡筒に組み込 まれた対物レンズ５１で集光された後、振動走査鏡５２及び回転多面走査鏡５３ で２次元に操作され、集光レンズ５４によって、赤外線検知器５５の受光面上に 集光されるようになっている。

【０００３】 また目標物体を走査するには、まず回転多面走査鏡５３で撮像領域の視野Ｆ内 の水平方向走査を行う。このとき赤外線検知器５５の内部には赤外線受光素子で あるＳＰＲＩＴＥ素子が４列に配設されており、これら４個のＳＰＲＩＴＥ素子 で同時に入射赤外線が受光できるようになっている。そして水平方向の所定幅だ け走査すると、振動走査鏡５２で垂直方向に走査位置が切り替えられ、再度回転 多面走査鏡５３による水平方向走査を繰り返すことにより２次元の画像データを 収集するようになっている。

【０００４】 一方、これらの走査光学系や赤外線撮像部を収容する装置ケースＣは２軸架台 ５６上に回転自在に支持されており、この２軸架台５６を操作することにより撮 像装置の旋回・俯仰を行うことができる。

【０００５】 装置ケースＣ内には電気処理部５７が収容されており、回転多面走査鏡５３及 び振動走査鏡５２を駆動するモータを制御する駆動回路、赤外線検知器５５の出 力信号を処理し、２次元画像を構成する映像信号を作成する信号処理回路及び電 源回路等が組み込まれている。 また、電気処理部５７には２軸架台５６に装着されたスリップリング５９を介 して外部電気処理部５８が接続されている。この外部電気処理部５８には２軸架 台５６を駆動するモータを制御する駆動回路、対物レンズ５１の合焦・倍率の制 御回路、ゲイン・ブラックレベル等の映像調整回路及び内部電源等が内蔵されて いる。

【０００６】 この種の赤外線撮像装置を広範囲を捜索・探知するような監視に使用するため に、対物レンズに広角レンズをしたり、赤外線撮像装置を搭載した２軸架台を自 由に旋回・俯仰がおこなえる駆動機構等が開発されている。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、前述のような従来の技術においては、広範囲にわたる監視を行うた めに２軸架台に搭載して高速で旋回（水平θ方向）させると、撮像画像を人間の 目では捕らえきれず、撮像画像のなかから対象を判別できないという問題があっ た。 また、すべての方向の走査を２軸架台で行うようにしているので、旋回タイミ ングによっては、死角が生じてしまい、広範囲な漏れのない捜索・探知を行うの に適さなかった。

【０００８】 そこで、本考案の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、走査漏 れがなく、広範囲な捜索・探知の行え、さらに対象を捉えた場合に精度良く追尾 できるようにした赤外線撮像装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案は所定の撮像領域を回転多面走査鏡の回転 動作と振動走査鏡の振動動作との組み合わせ動作により２次元走査する走査光学 系と、該走査光学系からの走査情報を順次受光し光電変換により所定の電気信号 を出力する赤外線撮像素子と、該赤外線撮像素子からの電気信号を取り込んでデ ータを再構成して前記撮像領域に対応する撮像面情報を生成する信号処理部と、 前記走査光学系と赤外線撮像素子と信号処理部とを収容したケースを少なくとも 設定された所定平面内を旋回可能に支持する架台とを備えた赤外線撮像装置にお いて、前記回転多面走査鏡により前記撮像領域の垂直方向走査を行うとともに、 前記架台を前記回転多面走査鏡の走査動作に同期して旋回動作させて水平方向走 査を行い、前記架台の連続旋回動作により前記撮像領域を円周方向にわたる連続 した範囲として設定できるようにしたことを特徴とするものである。 この場合、前記架台の旋回動作に代えて前記走査光学系の振動走査鏡の振動動 作により前記撮像領域の水平方向走査を行うようにすることが好ましい。

【００１０】

【作用】

本考案においては、回転多面走査鏡により前記撮像領域の垂直方向走査を行う とともに、振動走査鏡を定位置に停止させておき、前記架台を前記回転多面走査 鏡の走査動作に同期して旋回動作させて水平方向走査を行い、前記架台の連続旋 回動作により前記撮像領域を円周方向にわたる連続した範囲として設定できるよ うにしたので、垂直方向走査を回転多面走査鏡で高速に行え、分解能の劣化を抑 えることができ、さらに前記架台の旋回速度を十分速く設定でき、該架台の旋回 により円周方向にかけて広範囲の撮像範囲を確保でき、その範囲内から目標物体 を画像処理により的確に捜索・探知することができる。

【００１１】 また、目標物体を探知後は、架台を所定位置で停止させ、回転多面走査鏡によ る垂直走査と、振動走査鏡による水平走査とにより２次元赤外線画像を得ること ができ、目標物体を追尾することが可能となる。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案による赤外線撮像装置の一実施例を図１乃至図２を参照して説明 する。 図１は赤外線撮像装置の第１の実施例の走査光学系の概略を示した光学系モデ ル図である。 本考案の走査光学系は、図４に示した赤外線撮像装置の光学系全体を回転軸Ａ に関して矢印Ｂ方向に９０°回転し、その状態で装置ケースの底面となった面を ２軸架台６上に回転自在に取り付けた構成になっている。

【００１３】 このとき、従来の赤外線撮像装置の配置で撮像領域の視野Ｆ内の水平方向に走 査するように設置されていた回転多面走査鏡１０は、回転軸Ａに関して９０°回 転して２軸架台６に固定されるため、機能として２軸架台６の回転面に垂直方向 の走査可能となる。 水平方向走査は、２軸架台６を回転多面走査鏡１０の回転に同期させて一定の 高速度で旋回させることによって実現することができる。

【００１４】 走査光学系には振動走査鏡１１が配置されているが、この振動走査鏡１１は、 赤外線撮像装置が広範囲の捜索を行っている間（すなわち、水平方向走査を２軸 架台６で動作させている間）は、この振動走査鏡１１を支持する支持軸を構成す るトーションバー１１ａの中立位置に停止させておく。

【００１５】 ここで、本考案の赤外線撮像装置の走査光学系の構成について図１を参照して 説明し、その後、広範囲の捜索・探知を行う場合と、目標物体の追尾を行う場合 とについて説明する。 同図において、符号１は対物レンズを示しており、この対物レンズはアフォー カル系を構成する複数のレンズから構成され、鏡筒内の所定位置に収容されてい る。レンズの材質としては赤外線透過レンズとしてゲルマニウム（Ｇｅ）、ケイ 素（Ｓｉ）が用いられている。この対物レンズ１で集光された入射赤外線は所定 位置に停止している振動走査鏡１１により反射され、ミラー光学系１２を介して 集光され所定角度で反射し、高速回転している回転多面走査鏡１０に到達する。 この回転多面走査鏡１０で反射した光線は、集光レンズ４により赤外線検知器５ の受光素子面に集光される。

【００１６】 一方、これらの走査光学系を搭載した装置ケースＣはスリップリング９を介し て２軸架台６上に旋回自在に設置されている。 この２軸架台６を駆動操作することにより赤外線撮像装置全体を旋回・俯仰さ せ、所定の撮像領域を正確に捉えることができる。 装置ケースＣ内には電気処理部７が収容されており、回転多面走査鏡１０及び 振動走査鏡１１を駆動するモータを制御する駆動回路、赤外線検知器５の出力信 号を処理し、２次元画像を構成する映像信号を作成する信号処理回路及び電源回 路等が組み込まれている。 また、電気処理部７には２軸架台６に装着されたスリップリング９を介して外 部電気処理部８が接続されている。この外部電気処理部８には２軸架台６を駆動 するモータを制御する駆動回路、対物レンズ１の合焦・倍率の制御回路、ゲイン ・ブラックレベル等の映像調整回路及び内部電源等が内蔵されている。

【００１７】 ここで、以上の構成からなる赤外線撮像装置の撮像動作について捜索・探知と 、追尾の２動作を例に説明する。 （１）広範囲の捜索・探知を行う場合 撮像領域は赤外線撮像装置が設置された位置を中心として２軸架台により旋回 可能な円周帯状の範囲Ｏに設定される。そのとき静止している赤外線撮像装置の 対物レンズの視野は使用する対物レンズの口径比により自由に設定できる。 このとき撮像領域からの入射赤外線は、対物レンズ１で集光された後、回転多 面走査鏡１０により、視野内での垂直方向走査される。本実施例では受光素子と して水平方向に４個のＳＰＲＩＴＥ赤外線撮像素子が配設されており、この４個 の受光素子に同時に受光されるようになっている。

【００１８】 この受光範囲が水平方向にピッチ飛びを起こさないように、回転多面走査鏡１ ０の回転速度はに同期させて２軸架台６の水平方向の回転送りを設定し、漏れの ない２次元撮像領域の走査を行い、集光レンズ４によって赤外線検知器５の赤外 線撮像素子の受光面上に集光させる。

【００１９】 さらに、シリアルに受光素子に取り込まれた赤外線信号は赤外線撮像素子によ り光電変換され、電気処理部７を経由して外部電気処理部８に出力される。この 外部電気処理部８ではシリアル電気信号を水平方向に並べ替えて画像データの再 構築を行い、対象を再現した２次元画像を生成処理する。

【００２０】 この画像は、図２（ａ）に示したように２軸架台が１周して得られた赤外線撮 像装置を中心とした３６０°の展開角を有する細長画像として生成することがで きる。すなわち、この細長画像により一端を０°とし、他端を３６０°としたパ ノラマ状の展開画面Ｐを再現できる。 さらに２軸架台６の俯仰を調整することにより図２（ｂ）に示したように、前 述の展開画面を上下方向にモザイク状に積み上げることにより、さらに広範囲の 捜索を行える。

【００２１】 この俯仰動作は、２軸架台を駆動するモータを制御部にＰＣ（プログラマブル ・コントローラ）等の回路を設定して自動的に制御しても良いし、画像を確認し ながらのマニュアル操作により行っても良い。 このとき振動走査鏡１１はトーションバー１１ａに固着されており、２軸架台 ６で水平方向走査を行っている間は、振動走査鏡１１はトーションバー１１ａの 中立位置に停止させておく。

【００２２】 （２）追尾を行う場合 捜索・探知の結果、所定の目標物体を発見した場合には、２軸架台６の旋回・ 俯仰を停止し、その目標物体の追尾動作に切り換える。この追尾動作は水平方向 走査に振動走査鏡１１を用いる。この振動走査鏡を図３に示したようにのこぎり 波状に振動動作させ、これと同時に回転多面走査鏡１０を所定回転数で回転して 従来の赤外線撮像装置と同様に２組の走査鏡による２次元走査を行う。 この追尾動作は画像を確認しながらの手動操作によって行えば良いが、目標物 体を画像処理して特徴抽出しておき、認識された目標物体が画面の所定位置に配 置されるように２軸架台の駆動部を制御しても良い。

【００２３】 なお、本実施例では、従来の赤外線撮像装置を所定の回転軸に関して回転させ 、装置ケースを旋回・俯仰可能に支持する２軸架台の取付位置を変更して構成す るように説明したが、回転多面走査鏡の回転走査の特性を高めるために図示した 走査光学系における回転多面走査鏡及び振動走査鏡の位置を変更しても良いこと は明らかである。 また、捜索・探知を行う場合の２軸架台の走査速度の制御は回転多面走査鏡の 同期させるようになっているが、走査範囲となる旋回角度、俯仰角度を入力する ことにより装置の捜索・探知範囲を自由に設定することも可能である。

【００２４】

【考案の効果】

以上の説明から明らかなように、本考案によれば、広範囲にわたる赤外線画像 を得ることが可能となり、監視等に使用した場合に死角を少なくし、最小限の赤 外線撮像装置を配置することで所望の監視範囲をカバーすることができる。 また、目標物体を追尾する場合も、走査鏡を組み合わせた構成の赤外線撮像装 置としても機能させ、安定した画像を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による赤外線撮像装置の走査光学系の一
実施例を示した斜視図である。

【図２】撮像領域の一例を示した説明図である。

【図３】振動走査鏡の振動特性の一例を示した波形図で
ある。

【図４】従来の赤外線撮像装置の走査光学系の一例を示
した斜視図である。

【符号の説明】

１ 対物レンズ ４ 集光レンズ ５ 赤外線検知器 ６ ２軸架台 ７ 電気処理部 ８ 外部電気処理部 ９ スリップリング １０ 回転多面走査鏡 １１ 振動走査鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 川上 直之 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の撮像領域を回転多面走査鏡の回転動
   作と振動走査鏡の振動動作との組み合わせ動作により２
   次元走査する走査光学系と、該走査光学系からの走査情
   報を順次受光し光電変換により所定の電気信号を出力す
   る赤外線撮像素子と、該赤外線撮像素子からの電気信号
   を取り込んでデータを再構成して前記撮像領域に対応す
   る撮像面情報を生成する信号処理部と、前記走査光学系
   と赤外線撮像素子と信号処理部とを収容したケースを少
   なくとも設定された所定平面内を旋回可能に支持する架
   台とを備えた赤外線撮像装置において、 前記回転多面走査鏡により前記撮像領域の垂直方向走査
   を行うとともに、前記架台を前記回転多面走査鏡の走査
   動作に同期して旋回動作させて水平方向走査を行い、前
   記架台の連続旋回動作により前記撮像領域を円周方向に
   わたる連続した範囲として設定できるようにしたことを
   特徴とする赤外線撮像装置。
2. 【請求項２】前記架台の旋回動作に代えて前記走査光学
   系の振動走査鏡の振動動作により前記撮像領域の水平方
   向走査を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載
   の赤外線撮像装置。