JPH07229789A - 赤外線検出装置 - Google Patents

赤外線検出装置

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JPH07229789A
JPH07229789A JP6020191A JP2019194A JPH07229789A JP H07229789 A JPH07229789 A JP H07229789A JP 6020191 A JP6020191 A JP 6020191A JP 2019194 A JP2019194 A JP 2019194A JP H07229789 A JPH07229789 A JP H07229789A
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JP
Japan
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wall
cold shield
image pickup
infrared
image
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JP6020191A
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English (en)
Inventor
Naoko Kodama
直子 兒玉
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コールドシールド内壁での反射により生じる
有害光の低減。 【構成】 赤外線検出装置は、物体からの赤外線を集光
し物体の赤外像を形成する対物光学系(14)と、赤外
像形成位置に配置され赤外像を光電変換する撮像素子
(11)とを有する。そして、対物光学系と光電変換素
子との間の光路中には、光電変換素子側に底を持つ部分
錐体形状の内壁を持つコールドシールド(16)が配置
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、物体の赤外像を検出す
るための赤外線検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の赤外線検出装置としては、例えば
図6に示すものが知られている。図6において、赤外線
透過材料で構成される対物レンズ24は、図示なき物体
からの赤外線を集光して、物体の赤外像を形成する。こ
の赤外像形成位置には、例えば2次元CCDなどから構
成される撮像素子21が配置されており、物体の赤外像
を光電変換する。この撮像素子21は、内部がほぼ真空
状態に維持されたデュワ22内に設けられており、対物
レンズ24を介した赤外光は、デュワ窓23を介して撮
像素子21へ達する。
【0003】また、デュワ22の内部には、鏡筒25の
側壁などの物体以外からの構造物からの熱放射(赤外
線)を撮像素子21へ入射させないため、コールドシー
ルド26が設けられている。ここで、撮像素子21とコ
ールドシールド26とは、共に図示なき冷却器によって
冷却されている。そして、従来の赤外線検出装置におけ
るコールドシールド26は、柱体形状の内壁、すなわち
対物レンズ24の光軸を法線とする面に沿った開口と光
軸と平行な方向に延びた内壁とを持つように構成されて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6に
示す如き従来の赤外線検出装置においては、図中破線で
示す如く、鏡筒25からの熱(赤外線)がコールドシー
ルド26の内壁にて反射され、撮像素子21上に達し、
有害光となる問題点が生じる。このとき、撮像素子21
上では、対物レンズ24により形成される物体像に有害
光が混入するため、良好な像を得ることができない。
【0005】そこで、本発明は、コールドシールド内壁
での反射により生じる有害光を低減させることを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明による赤外線検出装置は、例えば図1に示
す如く、物体側から順に、物体からの赤外線を集光し物
体の赤外像を形成する対物光学系(14)と、赤外像の
形成位置に配置され赤外像を光電変換する撮像素子(1
1)とを有する赤外線検出装置であって、対物光学系と
撮像素子との間の光路中には、撮像素子側に底を持つ部
分錐体形状の内壁を持つコールドシールド(16)が配
置されるように構成される。
【0007】尚、本発明でいう部分錐体とは、錐体(例
えば円錐、角錐など)の一部分を指す。
【0008】
【作用】上述の構成の如き本発明においては、鏡筒から
放射される赤外線または鏡筒にて反射される赤外線がコ
ールドシールドの内壁にて反射された場合、この内壁に
て反射される赤外線は、撮像素子の撮像面の領域外へ向
けられる。従って、撮像素子上に達する有害光が減少
し、良好な状態のもとで物体の赤外像を得ることが可能
となる。
【0009】
【実施例】以下、図面を参照して本発明による実施例を
説明する。図1は、本実施例による赤外線検出装置を模
式的に示す図である。図1において、図示なき物体から
の赤外光は、レンズ鏡筒15により保持された対物レン
ズ14を介して、例えば2次元CCDなどの光電変換素
子で構成された撮像素子11に入射する。この撮像素子
11を冷却するために、撮像素子11の周囲には、内部
がほぼ真空に維持されたデュワ12が設けられている。
デュワ12の対物レンズ14側には、赤外光を透過させ
るデュワ窓13が設けられている。また、撮像素子11
の後側には、図示なき冷却器が設けられており、撮像素
子11とデュワ12内とを例えば77K程度の低温状態
に保つ。なお、この冷却器としては、例えばジュールト
ムソン冷却器などを適用することができる。
【0010】また、デュワ12の内部には、撮像素子1
1側に底を持つ部分錐体(錐体の一部分)形状の内壁1
6aを持つコールドシールド16が設けられている。こ
こで、部分錐体形状の内壁16aにおける錐体の頂点
は、光軸と一致するように設けられる。このコールドシ
ールド16は、所定の口径を有する開口部を有してお
り、この開口部は、対物レンズ14の射出瞳と合致す
る。これにより、レンズ鏡筒15の内壁15aが撮像素
子11の視野外となるため、レンズ鏡筒15の内壁15
aから放射される赤外線は、直接に撮像素子11へ達す
ることはない。尚、コールドシールド16も上記の冷却
器によって低温状態に維持されている。
【0011】ここで、レンズ鏡筒15の内壁15aから
放射される赤外線17を考える。ここで、赤外線17
は、デュワ窓13の最も外側の位置とコールドシールド
16の開口部の端部とを結ぶ直線上に沿って入射する赤
外線のうち、内壁15aの最もコールドシールド16側
から放射される赤外線である。図中実線にて示す如く、
赤外線17は、デュワ窓13を透過した後、コールドシ
ールド16の内壁16aにて反射され、撮像素子11側
に向かう。本実施例においては、内壁16aが撮像素子
11側に底を持つ部分錐体形状であるため、この内壁1
6aにて反射される赤外線は、コールドシールド16に
おける撮像素子11が設けられている底面内の撮像素子
11の領域外へ向かう。尚、本実施例におけるコールド
シールド16は、部分錐体の頂点が光軸と一致するよう
に設けられる。
【0012】以下、図2を参照して詳述する。図2は、
図1の赤外線検出装置におけるコールドシールド16近
傍を拡大して示す図である。図2において、デュワ窓1
3の有効径をa0 、コールドシールド16の開口部の径
をa、デュワ窓13の物体側面とコールドシールド16
の開口部との間隔をI0 とするとき、光軸を法線とする
面と赤外線17とのなす角θは、
【0013】
【数1】
【0014】で表される。ここで、コールドシールド1
6の内壁16aと光軸とのなす角度β、すなわち内壁1
6aのテーパー角βと仮定すると、赤外線17が内壁1
6aに入射する入射角は、θ+βとなる。このとき、内
壁16aにて反射された赤外線の反射角をαとすると、
【0015】
【数2】
【0016】となる。また、内壁16aにおける赤外線
17が達する点と撮像素子11における物体像形成位置
との間隔をd、コールドシールド16の開口部と撮像素
子11における物体像形成位置との間隔をI、内壁16
aにおける赤外線17が達する点とコールドシールド1
6の開口部の端部との光軸垂直方向における距離をhと
するとき、
【0017】
【数3】
【0018】の関係がある。次に、内壁16aにおける
赤外線17が達する点と撮像素子11の端部との光軸垂
直方向における距離h0 は、
【0019】
【数4】
【0020】で示される。上述の(1)式〜(4)式よ
り、コールドシールド16の開口部の端部とコールドシ
ールド16の物体側の外径との距離をc、コールドシー
ルド16の底面の径をHとするとき、テーパー角βは、
【0021】
【数5】
【0022】で表される。すなわち、テーパー角βが上
記(5)式で表される場合には、デュワ窓13の最も外
側の位置とコールドシールド16の開口部の端部とを結
ぶ直線上に沿って入射する赤外線17は、コールドシー
ルド16の内壁16aにて反射され、撮像素子11の端
部に入射する。コールドシールド16の内壁16aのテ
ーパー角が上記(5)式で規定される角度よりも大きく
なる場合には、内壁16aにて反射される赤外線17
は、コールドシールド16の底面における撮像素子11
の外へ達し、有害光とはならない。
【0023】ここで、コールドシールド16の内壁16
aと光軸とのなす角度β’は、
【0024】
【数6】
【0025】を満足することが望ましい。テーパー角
β’が上記(6)式の上限を越える場合には、(5)式
にて規定される角度βよりもテーパー角β’が小さくな
り、内壁16aにて反射される赤外線17が撮像素子1
1の検出面上に達するため好ましくない。また、テーパ
ー角β’が上記(6)式の下限を越える場合には、有害
光を良好に除去できないため好ましくない。
【0026】なお、デュワ窓13と撮像素子11の検出
面との距離が短くなればなるほど、有害光除去の効果が
増す。次に、図3を参照して具体的な数値例を示す。図
3に示す如く、デュワ窓13の有効径a0 =30mm、コ
ールドシールド16の開口部の径a=15mm、デュワ窓
13の物体側面とコールドシールド16の開口部との間
隔I0 =3mm、コールドシールド16の開口部と撮像素
子11における物体像形成位置との間隔I=20mmであ
る場合には、上記(1)式より、θ=22°が求められ
る。このとき、コールドシールド16の開口部の端部と
コールドシールド16の物体側の外径との距離c=1.
6mm、コールドシールド16の底面の径H=25.9mm
であれば、上記(5)式より、β=14°となる。従っ
て、コールドシールド16の諸元が上述の値で示される
場合には、コールドシールドのテーパー角β’は、90
°>β’>14°を満足すれば有害光の影響を低減する
ことができる。
【0027】なお、コールドシールド16の開口部が円
形でない場合、コールドシールド16の内壁のテーパー
角β’は、光軸を通る複数の断面ごとに算出すれば良
い。また、図4に示す如く、コールドシールド36の内
部に、光軸を法線とする面に沿って、遮光壁36bを設
けても良い。この構成によれば、有害光を低減させる効
果がさらに増す利点がある。尚、この場合にも、コール
ドシールド36の内壁36aのテーパー角β’は、上記
(5)及び(6)式を満足することが望ましい。
【0028】なお、図5に示す如く、コールドシールド
46は、撮像素子11側に底を持つ部分錐体形状の内壁
46aを複数設ける構成であっても良い。図5に示す構
成によれば、図1に示すコールドシールド16よりも小
型化を図ることができる。このように複数の内壁16c
を設ける場合でも、内壁16cのテーパー角β’は、上
記(5)及び(6)式を満足することが望ましい。
【0029】また、上述の実施例における撮像素子11
は、2次元CCDに限られず、1次元ラインセンサなど
の適用が可能である。また、冷却器としては、ジュール
トムソン型のものに限られず、液体窒素を用いる冷却器
でも良い。このように本発明は、上述の実施例に限定さ
れず種々の構成を取り得る。
【0030】
【発明の効果】このように本発明によれば、コールドシ
ールド内壁での反射により生じる有害光を低減させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による実施例の構成を示す模式図であ
る。
【図2】実施例の要部拡大図である。
【図3】実施例における数値例の図である。
【図4】実施例の変形例を示す模式図である。
【図5】実施例の変形例を示す模式図である。
【図6】従来の赤外線撮像装置を示す図である。
【符号の説明】
11 … 撮像素子 12 … デュワ 13 … デュワ窓 14 … 対物レンズ 15 … 鏡筒 16 … コールドシールド

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】物体側から順に、該物体からの赤外線を集
    光し前記物体の赤外像を形成する対物光学系と、前記赤
    外像の形成位置に配置され前記赤外像を光電変換する撮
    像素子とを有する赤外線検出装置において、 前記対物光学系と前記撮像素子との間の光路中には、前
    記撮像素子側に底を持つ部分錐体形状の内壁を持つコー
    ルドシールドが配置されることを特徴とする赤外線検出
    装置。
  2. 【請求項2】前記部分錐体形状の内壁は、前記コールド
    シールドの内壁に連続的に形成されることを特徴とする
    請求項1に記載の赤外線検出装置。
  3. 【請求項3】前記コールドシールドは、複数の前記部分
    錐体形状の内壁を有することを特徴とする請求項1に記
    載の赤外線検出装置。
  4. 【請求項4】前記対物光学系の光軸と前記内壁との傾き
    角をβ’とするとき、以下の条件式を満足することを特
    徴とする請求項2または3に記載の赤外線検出装置。 π/2 > β’ > β ただし、βは、前記コールドシールドの前記撮像素子側
    の径をH、前記コールドシールドの開口部の内径をa、
    前記コールドシールドの前記対物光学系側の径をC、前
    記対物光学系と前記コールドシールドの開口部との間隔
    をIとするとき、以下の式にて示される。 β=tan-1{H−(a+2C)}/2I
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