JPH08114872A - 赤外線撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型の赤外線撮像装置を得る。 【構成】 広視野用赤外窓と前記広視野用赤外窓を透過
した赤外光を結像させる広視野結像光学系及び、狭視野
用赤外窓と前記狭視野用赤外窓を透過した赤外線の方向
を変化させる視軸指向光学部と前記視軸指向光学部を透
過した赤外線を結像させる狭視野結像光学系と、前記広
視野結像光学系及び前記狭視野用赤外光学系によって得
られた中間像のどちらかを選択する視野切り換え手段
と、前記視野切り換え手段によって選択された前記中間
像を赤外線検出素子上に再結像させるリレー光学系と、
前記赤外線検出素子に不要な赤外線を到達させないため
に設けるコールドシールドで構成する。 【効果】 視軸指向光学部を制御するだけで狭視野の視
軸が走査できる。また、視野切り換え手段を制御するだ
けで視野を切り換えることができる。これにより小型の
赤外線撮像装置を得る効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、赤外線画像を撮像す
る赤外線撮像装置の構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来の赤外線撮像装置を示す構
成図である。図において、１はエレベーション回転部、
２はアジマス回転部、３は固定部、４は赤外窓、５は視
野を変化させられるズーム光学系、６はコールドシール
ド、７は赤外検出素子、８は赤外検出素子７への熱進入
量を低減するためのデュワ、９は赤外検出素子７を冷却
するためのクーラ、１０は狭視野軸上入射光、１１は狭
視野軸外入射光、１２は広視野軸上入射光、１３は広視
野軸外入射光、１４は赤外検出素子軸上入射光、１５赤
外検出素子軸外入射光、１６はアジマス回転部２の回転
軸であるアジマス軸、１７はエレベーション回転部１の
回転軸であるエレベーション軸、１８はこの赤外線撮像
装置の視軸である。

【０００３】従来の赤外線撮像装置は上記のように構成
され、以下のように動作する。撮像目標から放射される
赤外線は、赤外窓４を透過し、ズーム光学系５に入射す
る。ズーム光学系５は前記撮像目標から放射される赤外
線を赤外線検出素子７に集光し、光学像を作る。

【０００４】ズーム光学系５は本装置の視野角を複数変
化できる光学系である。赤外線検出素子７は例えば白金
・シリコン・ショットキーバリア型の２次元固体撮像素
子で、通常液体窒素温度近辺の低温状態で動作する。ク
ーラ９はこのために赤外線検出素子７を冷却するための
装置である。また、コールドシールド６は赤外線検出素
子７への不要な赤外線入射を遮蔽するために赤外線検出
素子７近傍に取り付けられ、自ら放射する赤外線を抑圧
するために赤外線検出素子７と同等の低温状態に冷却さ
れる。

【０００５】ズーム光学系５の光路は、狭視野軸上入射
光１０及び広視野軸上入射光１２は赤外線検出素子７近
傍では、赤外検出素子軸上入射光１４の光路を辿り、狭
視野軸外入射光１１及び広視野軸外入射光１３は赤外検
出素子軸外入射光１５の光路を辿る。赤外検出素子軸上
入射光１４及び赤外検出素子軸外入射光１５はコールド
シールド６の開口部を絞りとする光学系になっており、
いわゆる開口整合光学系を構成している。

【０００６】エレベーション回転部１をエレベーション
軸１７まわりに、またアジマス回転部２をアジマス軸１
６まわりに駆動することにより視軸１８を任意の方向に
指向できる。

【０００７】光学窓４はエレベーション回転部１の内部
を赤外線撮像装置の外部環境に露出することなく保護す
る機能を有している。特に航空機搭載用の機器において
は、装置外部環境が厳しいために必須のものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の赤
外線撮像装置は、図１２に示すように、少なくとも、赤
外窓４、ズーム光学系５、赤外線検出素子７、コールド
シールド６、デュワ８及びクーラ９からなるエレベーシ
ョン回転部１全体の方向をアジマス軸１６及びエレベー
ション軸１７回りに回転させて視軸１８の方向を制御す
る必要があった。このために、高速な視軸方向移動を行
う場合はアジマス軸１６及びエレベーション軸１７回り
の駆動を行う駆動手段、例えばモーターに大型のものを
使用する必要があり装置の大型化の原因となっていた。

【０００９】この発明はかかる問題点を解決するために
なされたものであり、小型の赤外線撮像装置を実現する
ことを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の実施例１に係
わる赤外線撮像装置はその赤外線光学系として広視野結
像光学系、広視野結像光学系の前段に設置した広視野用
赤外窓、狭視野結像光学系、狭視野結像光学系の前段に
設置した視軸指向光学部、視軸指向光学部の前段に設置
した狭視野用赤外窓、広視野結像光学系及び狭視野結像
光学系の後段に設置した視野切り換え手段、視野切り換
え手段の後段に設置したリレー光学系で構成したもので
ある。

【００１１】この発明の実施例２に係わる赤外線撮像装
置は狭視野用赤外窓として平行平板を（１）式で示す角
度だけ傾けて設置したものである。

【００１２】この発明の実施例３に係わる赤外線撮像装
置は狭視野用赤外窓として表裏面の曲率半径をＲ１，Ｒ
２，厚さをｄ，材料の屈折率をｎ，径をＤとした場合
（４）式の関係が成立するようにしたものである。

【００１３】

【数３】

【００１４】この実施例４に係わる赤外線撮像装置は視
軸指向光学部として材質のことなった２つの楔型プリズ
ムを組み合わせたプリズム群を２組用い、各々適当な回
転軸回りに回転させるものである。

【００１５】さらにその２つのプリズム群の回転軸を独
立に、そして狭視野結像光学系の光軸に一致させたもの
である。

【００１６】この発明の実施例５に係わる赤外線撮像装
置は、視軸指向光学部として実施例４の赤外線撮像装置
の視軸指向光学部において２つのプリズム群のうち前段
のものの回転軸を狭視野結像光学系の光軸に対して傾け
て設置して回転させるとともに、さらに２つのプリズム
群を一体として狭視野結像光学系の光軸に一致させて回
転させるものである。

【００１７】この発明の実施例６に係わる赤外線撮像装
置は視軸指向光学部として、２枚のミラーを用いて、そ
れぞれのミラーを互いに直交する軸の回りに回転させる
ことができるようにしたものである。

【００１８】この発明の実施例７に係わる赤外線撮像装
置は視軸指向光学部として、２枚のミラーを用いて、そ
のうち１枚のミラーを直交する２つの回転軸の回りに回
転させることができるようにしたものである。

【００１９】この発明の実施例８に係わる赤外線撮像装
置は、視野切り換え手段として２枚のミラーを用いて、
そのうち１枚のミラーを１つの回転軸の回りに回転させ
ることができるようにしたものである。

【００２０】この発明の実施例９に係わる赤外線撮像装
置は、視野切り換え手段として２枚のミラーを用いて、
それらのミラーを一体として、位置を移動させることが
できるようにしたものである。

【００２１】この発明の実施例１０に係わる赤外線撮像
装置は、視野切り換え手段として、菱形プリズムを用
い、この菱形プリズムの位置を移動させることができる
ようにしたものである。

【００２２】この発明の実施例１１に係わる赤外線撮像
装置は、リレー光学系及びコールドシールドを用いて、
リレー光学系の焦点距離をｆ、コールドシールドの開口
と赤外線検出素子との距離をｈ、前記リレー光学系の倍
率をβとしたとき、（５）式の関係が成立つようにする
ものである。

【００２３】

【数４】

【００２４】

【作用】この発明の実施例１に係わる赤外線撮像装置は
その赤外線光学系として広視野結像光学系、広視野結像
光学系の前段に設置した広視野用赤外窓、狭視野結像光
学系、狭視野結像光学系の前段に設置した視軸指向光学
部、視軸指向光学部の前段に設置した狭視野用赤外窓、
広視野結像光学系及び狭視野結像光学系の後段に設置し
た視野切り換え手段、視野切り換え手段の後段に設置し
たリレー光学系で構成し、視軸指向光学部を制御するこ
とで狭視野結像光学系の視軸方向を変化させ、視野切り
換え手段を制御することで視野を切り換えることができ
る。

【００２５】この発明の実施例２に係わる赤外線撮像装
置は狭視野用赤外窓として平行平板を傾けて設置し、赤
外検出素子を反射して赤外窓で再反射して再び赤外検出
素子入射する不要なゴーストを防止することができる。

【００２６】この発明の実施例３に係わる赤外線撮像装
置は狭視野用赤外窓として表裏面の曲率半径を各々Ｒ
１，Ｒ２，厚さをｄ，材料の屈折率をｎ，径をＤとした
場合（４）式の関係が成立するようにすることで、後続
の狭視野光学系の画像に悪影響をほとんど与えない曲面
窓を得ることができる。

【００２７】この発明の実施例４に係わる赤外線撮像装
置は視軸指向光学部として材質のことなった２つの楔型
プリズムを組み合わせたプリズム群を２組用い、各々適
当な回転軸回りに回転させることで狭視野光学系の視軸
を変化させることができる。

【００２８】さらに２つのプリズム群の回転軸を独立
に、そして狭視野結像光学系の光軸に一致させ、各々独
立に回転させることで狭視野光学系の視軸を変化させる
ことができる。

【００２９】この発明の実施例５に係わる赤外線撮像装
置は、視軸指向光学部として請求項４の赤外線撮像装置
の視軸指向光学部の２つのプリズム群のうち前段のもの
の回転軸を狭視野結像光学系の光軸に対して傾けて設置
して回転させるとともに、さらに２つのプリズム群を一
体として狭視野結像光学系の光軸に一致させて回転させ
ることで狭視野光学系の視軸を変化させることができ
る。

【００３０】この発明の実施例６に係わる赤外撮像装置
は、視軸指向光学部として、２枚のミラーを用いて、そ
れぞれのミラーを互いに直交する軸の回りに回転させる
ことにより入射光の方向が変えられるので、視軸指向方
向の制御が可能になる。

【００３１】この発明の実施例７に係わる赤外線撮像装
置は視軸指向光学部として、２枚のミラーを用いて、そ
のうち１枚のミラーを直交する２つの回転軸の回りに回
転させることにより入射光の方向が変えられるので、視
軸指向方向の制御が可能になる。

【００３２】この発明の実施例８に係わる赤外線撮像装
置は、視野切り換え手段として２枚のミラーを用いて、
そのうち１枚のミラーを１つの回転軸の回りに回転させ
ることにより、狭視野または広視野光路を選択すること
ができる。

【００３３】この発明の実施例９に係わる赤外線撮像装
置は、視野切り換え手段として２枚のミラーを用いて、
それらのミラーを一体として位置を移動することによ
り、狭視野または広視野光路を選択することができる。

【００３４】この発明の実施例１０係わる赤外線撮像装
置は、視野切り換え手段として、菱形プリズムを用い、
この菱形プリズムの位置を移動することにより、狭視野
または広視野光路を選択することができる。

【００３５】この発明の実施例１１に係わる赤外線撮像
装置は、リレー光学系及びコールドシールドを用いて、
リレー光学系の焦点距離をｆ，コールドシールドの開口
と赤外線検出素子との距離をｈ、前記リレー光学系の倍
率をβとしたとき、（５）式の関係が成立つようにする
ことにより、赤外検出素子に雑音光が入射するのを防止
する。

【００３６】

【実施例】

実施例１．以下、この発明に係る赤外線撮像装置の第１
のものについての一実施例を図１について説明する。図
中、６〜１５は実施例１に付した同番号部分と同じ機能
を有する部分、１９は広視野用赤外窓、２０は広視野結
像光学系、２１は狭視野用赤外窓、２２は視軸指向光学
部、２３は狭視野結像光学系、２４は視野切り換え手
段、２５はリレー光学系、２６は広視野結像光学系軸上
射出光、２７は広視野結像光学系軸外射出光、２８は狭
視野結像光学系軸上入射光、２９は狭視野結像光学系軸
外入射光、３０は狭視野結像光学系軸上射出光、３１は
狭視野結像光学系軸外射出光、３２はリレー光学系軸上
入射光、３３はリレー光学系軸外入射光、３４は広視野
視軸、３５は狭視野視軸である。

【００３７】この発明にかかる赤外線撮像装置は上記の
ように構成され、以下のように動作する。広視野視軸３
４上にある撮像目標から放射される赤外線は広視野軸上
入射光１２として広視野用赤外窓１９を通り、広視野結
像光学系２０に入射する。同様に広視野視軸３４上以外
の目標から放射される赤外線は広視野軸外入射光１３と
して、広視野用赤外窓１９を通り、広視野結像光学系２
０に入射する。広視野結像光学系２０は広視野軸上入射
光１２及び広視野軸外入射光１３を各々広視野結像光学
系軸上射出光２６及び広視野結像光学系軸外射出光２７
の結像光線に変換し、広視野の中間像を形成する。

【００３８】一方狭視野視軸３５上にある撮像目標から
放射される赤外線は狭視野軸上入射光１０として狭視野
用赤外窓２１を通り、視軸指向光学部２２において方向
を変えられ、狭視野結像光学系軸上入射光２８として狭
視野結像光学系２３に入射する。同様に狭視野視軸３５
上に以外の撮像目標から放射される赤外線は狭視野軸外
入射光１１として狭視野用赤外窓２１を通り、視軸指向
光学部２２において方向を変えられ、狭視野結像光学系
軸外入射光２９として狭視野結像光学系２３に入射す
る。狭視野結像光学系２３は狭視野軸上入射光２８及び
狭視野軸外入射光２９を各々狭視野結像光学系軸上射出
光３０及び狭視野結像光学系軸外射出光３１の結像光線
に変換し、狭視野の中間像を形成する。視軸指向光学部
２２は入射光と射出光の方向変換を決められた範囲内で
任意に設定でき、そのため狭視野視軸３５を視軸指向光
学部を制御するだけで所望の方向に向けることが可能と
なる。

【００３９】次に視野切り換え手段２４は広視野の中間
像または狭視野の中間像のどちらを一方を選択する機能
をもち、選択された中間像からの赤外線をリレー光学系
２５にリレー光学系軸上入射光３２及びリレー光学系軸
外入射光３３として射出する。リレー光学系２５はリレ
ー光学系軸上入射光３２及びリレー光学系軸外入射光３
３を各々赤外検出素子軸上入射光１４及び赤外線検出素
子軸外入射光１５に変換し赤外検出素子７上で結像させ
ることで視野切り換え手段２４によって選択された中間
像を赤外線検出素子７上に写像する動作を行い、その結
果赤外線撮像装置としての視野の切り換えを実現する。

【００４０】この発明にかかる赤外線撮像装置は以上の
ように動作するため、狭視野視軸３５を、視軸指向光学
部２２を制御するだけで所望の方向に変化させることが
可能となる。このことは従来例のように赤外検出素子６
を冷却するために必要なコールドシールド６やデュワ
８、クーラ９を含んだ赤外線撮像装置全体を２つの軸回
りに回転制御することで狭視野視軸３５を制御していた
のに対して制御部分を軽量小型化できることを意味し、
高速で高精度な制御が期待できる。

【００４１】一方この発明にかかる赤外線撮像装置では
広視野視軸３４の方向は固定であるが、広視野はもとも
と視野が広いため視軸を変える必要がないことが多い。

【００４２】実施例２．以下、この発明に係る赤外線撮
像装置の第２のものの狭視野用赤外窓についての一実施
例を図２について説明する。図中７、２１〜２３、３５
は実施例１に付した同番号部分と同じ機能を有する部
分、３６は狭視野結像光学系光軸直交軸、３７は狭視野
結像光学系光軸である。

【００４３】この発明にかかる赤外線撮像装置における
狭視野用赤外窓２１は平行平板を狭視野結像光学系２２
の光軸に対して傾けて設置するものである。一般に目標
は無限遠とみなせることが多く、目標からの赤外線は平
行光となる。この平行光は狭視野用赤外窓２１と視軸指
向光学部２２及び狭視野結像光学系２３を通って赤外検
出素子７上に結像し、赤外画像情報に変換されるが、一
部の赤外線は赤外検出素子７で反射される。この反射光
は狭視野結像光学系２３を通過することにより平行光と
なり視軸指向光学部を通って平行平板窓に到達すること
となる。ここでもし狭視野用赤外窓２１が狭視野視軸３
５に対して垂直であった場合赤外検出素子７からの反射
光が狭視野用赤外窓２１で一部が再反射され、目標から
の平行光と全く同じ経路をたどって赤外検出素子７に到
達し、目標の赤外画像にたいして雑音成分となるゴース
ト画像を形成することになる。

【００４４】このゴースト画像を除去するためには狭視
野視軸３５に対して狭視野用赤外窓２１を、垂直になら
ないように設置すれば良い。狭視野視軸３５は視軸指向
光学部２２によって走査されるが、視軸指向光学部２２
で得られる狭視野視軸３５と狭視野結像光学系光軸３７
の間の最大の角度をθ、狭視野結像光学系光軸３７の垂
直軸である狭視野結像光学系光軸直交軸３６と狭視野用
赤外窓２１との角度をφとした場合、θとφが（６）式
の条件を満足すれば良い。 ｜φ｜＞｜θ｜ ・・・・・ （６）

【００４５】実施例３．以下、この発明に係る赤外線撮
像装置の第３のものの狭視野用赤外窓についての一実施
例を図３について説明する。図中７、１０、１４、２１
〜２３、２８、３０は実施例１に付した同番号部分と同
じ機能を有する部分、３７は狭視野結像光学系光軸であ
る。

【００４６】この発明にかかる赤外線撮像装置における
狭視野用赤外窓２１は曲率半径Ｒ１及びＲ２をもった曲
面で構成されている。一般に目標は無限遠に位置するこ
とが多いので目標からの赤外線は平行光とみなすことが
できる。この平行光は狭視野用赤外窓２１に入射するこ
とにより収束／発散光になる。狭視野用赤外窓２１が後
続の狭視野結像光学系２３の結像性能に悪影響を与えな
いためにはこの収束／発散光の波面収差の最大値Ｗが
（７）式で表されるレーリーリミットを満足すれば良
い。

【００４７】

【数５】

【００４８】狭視野用赤外窓２１の最大径をＤとし、狭
視野結像光学系２３の結像に関与する光束の径をＤ’と
するとＤとＤ’は等しいことが望ましいが、視軸指向光
学部２２による視軸の走査や視野角による光線の振れに
よりＤとＤ’の関係は（８）式の範囲となる。

【００４９】

【数６】

【００５０】また径Ｄ’の光束が屈折率ｎ及び曲率半径
Ｒ１及びＲ２をもった曲面窓に入射して生じる波面収差
Ｗは（９）式で表される。

【００５１】

【数７】

【００５２】（７）〜（９）式より狭視野用赤外窓２１
が後続の狭視野結像光学系２３の結像性能に悪影響を与
えないためには次の（１０）式を満足すれば良い。

【００５３】

【数８】

【００５４】実施例４．以下、この発明に係る赤外線撮
像装置の第４のもの及び第５のものの視軸指向光学部に
ついての一実施例を図４について説明する。図中２２、
２３、２８は実施例１に付した同番号部分と同じ機能を
有する部分、３７は狭視野結像光学系光軸、３８は前部
プリズム群、３９は後部プリズム群、４０は第１のプリ
ズム、４１は第２のプリズム、４２は第３のプリズム、
４３は第４のプリズム、４４は第１の狭視野軸上入射
光、４５は第２の狭視野軸上入射光、４６は第１の狭視
野視軸、４７は第２の狭視野視軸、４８は前部プリズム
群回転軸、４９は後部プリズム群回転軸、５０は前部プ
リズム群回転装置、５１は後部プリズム群回転装置、７
４は第１の視軸方向軌跡、７５は第２の視軸方向軌跡、
７６は視軸走査範囲である。

【００５５】この発明にかかる赤外線撮像装置における
視軸指向光学部は上記のように構成され以下のように動
作する。楔型プリズム内を光線が通過すると光線の方向
は楔の太い方に曲げられその偏角をδ、楔型プリズムの
屈折率をｎ、プリズムの頂角をαとすると近似的に（１
１）式で表すことができる。ただし（１１）式はあくま
で近似であり、実際の偏角δはｎ、αに加えて、入射光
線のプリズム面への入射角θ_I の関数となる。 σ＝（ｎ−１）α ・・・・・・ （１１）

【００５６】この楔型プリズムを適当な回転軸を中心に
回転させることにより光線は入射の方向を中心に図４
（ｂ）のように第１の視軸方向軌跡７４上のφ２δの円
の方向を向くことができる。

【００５７】図４（ｃ）は楔型プリズムを２枚用いた視
軸指向光学部の視軸方向を示している。１つの楔型プリ
ズムにより視軸方向は第１の視軸方向軌跡７４上を動
き、さらにもう１つの楔型プリズムによって第１の視軸
方向軌跡７４上の点を中心に第２の視軸方向軌跡７５上
を動くことになる。したがって２枚の楔型プリズムを適
当な軸を中心に回転させることによりこの２枚の楔型プ
リズムを通過する光線はその入射の方向を中心に視軸走
査範囲７６内の任意の方向に曲げることができる。

【００５８】このような２枚の楔型プリズムを用いた視
軸指向光学部は主にレーザ光線などの単一波長の光線に
用いられる。これは通常楔型プリズムを構成する材質の
屈折率ｎが光線の波長により変化するためであり、赤外
線撮像装置としてある程度の波長範囲を使用する場合、
楔型プリズムを通過することで色収差を発生してしま
う。この発明にかかる赤外線撮像装置の視軸指向光学部
ではこの色収差を解決するため１つの楔型プリズムのか
わりに材料の異なった２枚の楔型プリズムを組み合わせ
たプリズム群としている。

【００５９】図４（ａ）はこの発明にかかる赤外線撮像
装置の視軸指向光学部の一例である。第１のプリズム４
０と第２のプリズム４１で前部プリズム群３８を構成
し、第３のプリズム４２と第４のプリズム４３で後部プ
リズム群３９を構成する。この時前部プリズム群３８が
色収差を補正するためには（１２）式を、後部プリズム
群３９が色収差を補正するためには（１３）式を各々ほ
ぼ満足すれば良い。

【００６０】

【数９】

【００６１】

【数１０】

【００６２】図４（ａ）において前部プリズム群３８が
実線の場合、狭視野結像光学系光軸３７方向から前部プ
リズム３８に入射した光線は図面上右下の方向に射出さ
れ、後部プリズム３９に入射する。後部プリズム３９は
前部プリズム３８に対して楔の方向が反対であるので光
線は逆の方向に曲げられ結果狭視野結像光学系光軸３７
と平行になる。次に前部プリズム３８を図４の点線のよ
うに設置すれば図上左上からの光線が前部プリズム群３
８及び後部プリズム群３９を通過して狭視野結像光学系
光軸３７と平行となり、結果狭視野視軸は図面上左上を
見ていることとなる。逆に図上左下を見たい場合は前部
プリズム群３８を実線のように戻し、さらに後部プリズ
ム群３９を後部プリズム群回転軸４８回りに後部プリズ
ム群回転装置５１を用いて１８０°回転させれば良い。
このように前部プリズム群３８と後部プリズム群３９を
制御するだけで任意の方向に狭視野の視軸方向を設定す
ることが可能となる。

【００６３】一方、楔型プリズムを通過すると光束の１
方向の径が変化して円形の光束を持った入射光が楕円形
の光束となる。この結果楔型プリズムと通過した後結像
光学系で像を得た場合、その像は結像光学系は持ってい
る軸対称の歪曲収差に加えて楔型プリズムが発生する線
対称の像の歪みをもつことになる。この楔型プリズムが
発生する像の歪みを最小にするためには光束系の変化が
ないように楔型プリズムを設置すればよく、このときプ
リズム面への入射角θ_I とプリズム面からの射出角θ_O
が（１４）式を満足すれば良い。 θ_I ＝θ_O ・・・・・・・ （１４）

【００６４】この発明にかかる赤外線撮像装置の第５の
ものにおける視軸指向光学部はこの発明にかかる赤外線
撮像装置の第４のものの視軸指向光学系のうち狭視野結
像光学系光軸３７と、前部プリズム群回転軸４８及び後
部プリズム群回転軸４９を一致させたものである。前部
プリズム群３８や後部プリズム群３９を通過する光線は
狭視野結像光学系光軸３７中心に回転するためこの軸に
前部プリズム群回転軸４８と後部プリズム群回転軸４９
を一致させることにより前部プリズム群回転軸４８及び
後部プリズム群回転軸４９の回転範囲を最小にすること
ができる。

【００６５】ただしこの配置では前部プリズム群３８が
前述の（１４）式を常に満足するように設置することが
できない。このためこの発明にかかる視軸指向光学部を
通過することで得られる像に歪みを発生してしまう。

【００６６】実施例５．以下、この発明に係る赤外線撮
像装置の第６のものの視軸指向光学部についての一実施
例を図５について説明する。図中２２、２３、２８、３
７〜５０は実施例４に付した同番号部分と同じ機能を有
する部分、５２は前後部プリズム群回転装置である。

【００６７】この発明にかかる赤外線撮像装置における
視軸指向光学部は前部プリズム群回転軸４８を狭視野結
像光学系光軸３７と平行ではない角度に設定する。さら
に狭視野結像光学系光軸３７と平行の後部プリズム群回
転軸４９まわりに、後部プリズム群３９、前部プリズム
群３８、前部プリズム群回転装置５０と一体として回転
させる前後部プリズム群回転装置５２を設ける。この配
置とすることで前部プリズム群３８及び後部プリズム群
３９の双方とも（１４）式を常に満足するように設定で
き、視軸指向光学部２２で発生する歪みを最小にするこ
とができる。

【００６８】実施例６．以下、この発明に係る赤外線撮
像装置の第７のものの視軸指向光学部についての一実施
例を図６について説明する。図において、２２、２３、
２８、４４〜４７は実施例５に付した同番号部分と同じ
機能を有する部分、５３は第１のミラー、５４は第２の
ミラー、５５は第１のミラー回転軸、５６は第２のミラ
ー回転軸、５７は第１のミラー５３を第１のミラー回転
軸５５の回りの回転角度を制御する第１のミラー回転装
置、５８は第２のミラー回転軸５６の回りの回転角度を
制御する第２のミラー回転装置である。

【００６９】この赤外線撮像装置は上記のように構成さ
れ、以下のように動作する。第１の狭視野視軸４６の方
向から入射する第１の狭視野軸上入射光４４は第１のミ
ラー５３及び第２のミラー５４により反射され、狭視野
結像光学系軸上入射光２８となって狭視野結像光学系２
３に入射する。また、例えば第１のミラー５３を第１の
ミラー回転軸５５の回りに回転させた場合、図中の第２
の狭視野視軸４７の方向から入射する第２の狭視野軸上
入射光４５が第１のミラー５３及び第２のミラー５４に
より反射され、狭視野結像光学系軸上入射光２８となっ
て狭視野結像光学系２３に入射する。この様に第１のミ
ラー５３の回転により狭視野視軸の方向を制御できる。
また、同様に第２のミラー５４を回転させる事によって
も狭視野視軸の方向を制御できることは言うまでもな
い。また、第１のミラー回転軸５５と第２のミラー回転
軸５６を互いに直交の関係に配置することにより、第１
のミラー５３には俯仰方向、第２のミラー５４には旋回
方向の視軸制御を機能分担させる事ができるので視軸制
御が単純化できる。

【００７０】実施例７．以下、この発明に係る赤外線撮
像装置の第８のものの視野切り換え手段についての一実
施例を図７について説明する。図において、２２、２
３、２８、４４〜４７は実施例５に付した同番号部分と
同じ機能を有する部分、５３は第１のミラー、５４は第
２のミラー、５７は第１のミラー回転装置、５９は第１
のミラーの第１の回転軸、６０は第１のミラーの第２の
回転軸、７７は第１のミラーの第１の回転措置、７８は
第１のミラーの第２の回転装置である。

【００７１】この赤外線撮像装置は以上の様に構成さ
れ、以下のように動作する。第１の狭視野視軸４６の方
向から入射する第１の狭視野軸上入射光４４は第１のミ
ラー５３及び第２のミラー５４により反射され、狭視野
結像光学系軸上入射光２８となって狭視野結像光学系２
３に入射する。ここにおいて、第２のミラー５４は固定
ミラーであり、第１のミラー５３を第１のミラーの第１
の回転軸５９の回りに回転させた場合、図中の第２の狭
視野視軸４７の方向から入射する第２の狭視野軸上入射
光４５が第１のミラー５３及び第２のミラー５４により
反射され、狭視野結像光学系軸上入射光２８となって狭
視野結像光学系２３に入射する。この様に第１のミラー
５３の回転により狭視野視軸の方向を制御できる。ま
た、同様に第１のミラー５３を第１のミラーの第２の回
転軸６０の回りに回転させる事によっても狭視野視軸の
方向を制御できることは言うまでもない。また、第１の
ミラーの第１の回転軸５９と第１のミラーの第２の回転
軸６０を互いに直交の関係に配置することにより、俯仰
方向及び旋回方向の視軸制御を回転軸毎に機能分担させ
る事ができるので視軸制御が単純化できる。

【００７２】実施例８．以下、この発明に係る赤外線撮
像装置の第９のものの視野切り換え手段についての一実
施例を図８について説明する。図において、２０、２３
〜２６、３０、３２は実施例１に付した同番号部分と同
じ機能を有する部分、６１は固定の折り返しミラー、６
２は視野切り換えミラー、６３は視野切り換えミラー６
２の位置を移動させるための視野切り換えミラー駆動装
置である。

【００７３】この赤外線撮像装置は以上の様に構成さ
れ、以下のように動作する。図において、視野切り換え
ミラー６２の配置は視野切り換えミラー駆動装置６３に
より２通りの位置のどちらかを取ることができるように
なっており、視野切り換えミラー６２がどちらの位置に
来るかによって、広視野結像光学系２０から射出される
広視野光学系軸上射出光２６又狭視野光学系２３から射
出される狭視野光学系軸上射出光３０のどちらかが選択
されてリレーレンズ２５に導かれ、視野切り換えがおこ
なわれる。

【００７４】実施例９．以下、この発明に係る赤外線撮
像装置の第１０のものの視野切り換え手段についての一
実施例を図９について説明する。図において、２０、２
３〜２６、３１、３２は実施例１に付した同番号部分と
同じ機能を有する部分、６４はミラーユニット、６５は
第１の折り返しミラー、６６は第２の折り返しミラー、
６７はミラーユニット駆動装置である。

【００７５】この赤外線撮像装置は以上の様に構成さ
れ、以下のように動作する。図において、ミラーユニッ
ト６４の配置はミラーユニット駆動装置６７により２通
りの位置のどちらかをとることができるようになってお
り、ミラーユニット６４がどちらの位置に来るかによっ
て、広視野結像光学系２０から射出される広視野光学系
軸上射出光２６又狭視野光学系２３から射出される狭視
野光学系軸上射出光３０のどちらかが選択されてリレー
レンズ２５に導かれ、視野切り換えがおこなわれる。

【００７６】実施例１０．以下、この発明に係る赤外線
撮像装置の第１１のものの視野切り換え手段についての
一実施例を図１０について説明する。図において、２
０、２３〜２６、３０、３２は実施例１に付した同番号
部分と同じ機能を有する部分、６８は菱形プリズム、６
９は菱形プリズム駆動装置である。

【００７７】この赤外線撮像装置は以上の様に構成さ
れ、以下のように動作する。図において、菱形プリズム
６８の配置は菱形プリズム駆動装置６９により２通りの
位置のどちらかをとることができるようになっており、
菱形プリズム６８がどちらの位置に来るかによって、広
視野結像光学系２０から射出される広視野光学系軸上射
出光２６又狭視野光学系２３から射出される狭視野光学
系軸上射出光３０のどちらかが選択されてリレーレンズ
２５に導かれ、視野切り換えがおこなわれる。

【００７８】実施例１１．以下、この発明に係る赤外線
撮像装置の第１２のもののリレーレンズについての一実
施例を図１２について説明する。図において、６〜８、
１４、１５、２５、３２、３３は実施例１に付した同番
号部分と同じ機能を有する部分、７０はリレー光学系軸
上光入射側結像点、７１はリレー光学系軸外光入射側結
像点、７２は赤外検出素子軸上結像点、７３は赤外検出
素子軸外結像点である。

【００７９】この赤外線撮像装置は以上の様に構成さ
れ、以下のように動作する。図において、リレー光学系
２５の焦点距離をｆ、コールドシールド６の開口と赤外
線検出素子７との距離をｈ、前記リレー光学系２５の倍
率をβとしたとき、（１５）式の関係が成立つように構
成しておく。

【００８０】

【数１１】

【００８１】このように構成することにより、コールド
シールド６の開口はリレー光学系２５による像すなわち
リレー光学系６の入射瞳は無限遠位置となり図中リレー
光学系２５左側の主光線は全ての像光においてリレー光
学系２５の光軸と平行になる。そのための前段の結像光
学系を主光線が光軸と平行なテレセントリックな光学系
とすれば結像光学系の射出瞳とリレー光学系２５の入射
瞳を一致させることが可能となり、コールドシールド６
の開口を絞りとする開口整合光学系が構成できる。これ
により赤外検出素子軸上入射光１４及び赤外検出素子軸
外入射光１５はコールドシールド６の開口位置で交わ
り、赤外検出素子７にコールドシールド６の開口を通過
して到達する光線は、レンズのコーティングの残留反射
等の僅かな成分を除くと、殆どが赤外撮像装置の外部か
ら入射した光線となり、装置内部から発する赤外線が雑
音光として赤外検出素子７に入射することを防止でき
る。

【００８２】

【発明の効果】この発明は、以上に説明したように構成
されているので、以下に記載されるような効果がある。

【００８３】この発明に係る赤外線撮像装置の実施例１
によれば、広視野と狭視野の結像光学系を別の光学系と
して狭視野部分だけ視軸指向光学部を設けたことにより
小型で狭視野の視軸を変化させ、さらに視野を切り変え
ることが可能な赤外線撮像装置を得ることができる効果
がある。

【００８４】この発明に係る赤外線撮像装置の実施例２
によれば、狭視野用赤外窓として平行平板を（６）式の
条件を満足するように傾けて設置することにより雑音成
分となるゴースト画像の形成を防ぐ効果がある。一方
（６）式の条件によっては大型な窓が必要となる欠点も
ある。

【００８５】この発明に係る赤外線撮像装置の実施例３
によれば、狭視野用赤外窓として（１０）式を満足する
曲面窓とすることで小型の窓を得る効果がある。一方得
られる画像に対して若干の劣化が生じる。

【００８６】この発明に係る赤外線撮像装置の実施例４
によれば、視軸指向光学部として材質のことなった２つ
の楔型プリズムを組み合わせたプリズム群を２組用い、
各々適当な回転軸回りに回転させることで、光学系や検
出素子全体を動かさず、小型軽量のプリズム群だけを制
御するだけで、狭視野の視軸を変化させることが可能と
なる効果がある。

【００８７】さらに各々プリズム群の回転軸を狭視野光
学系の光軸と一致させたことにより、視軸指向光学部を
最小にすることが可能となる効果がある。一方視軸指向
光学部を通過することによって得られる画像が歪んでし
まう。

【００８８】この発明に係る赤外線撮像装置の実施例５
によれば、実施例４の視軸指向光学部の２つのプリズム
群のうち前段のものの回転軸を狭視野結像光学系の光軸
に対して傾けて設置して回転させるとともに、さらに２
つのプリズム群を一体として狭視野結像光学系の光軸に
一致させて回転させることで、画像の歪みの少ない視軸
指向光学部を得ることができる効果がある。一方前段の
プリズムの回転装置まで一体化して回転させるため視軸
指向光学部が若干大きくなってしまう。

【００８９】この発明に係る赤外線撮像装置の実施例６
によれば、２軸の視軸指向機能をそれぞれに対応する２
枚のミラーで行うことにしたため、それぞれのミラーの
回転制御は単純になり、廉価な赤外線撮像装置が実現で
きる効果がある。

【００９０】この発明に係る赤外線撮像装置の実施例７
によれば、２軸の視軸指向機能を１枚のミラーで行うた
めに、視軸指向角度範囲が大きな赤外線撮像装置におい
ても、ミラーの寸法が小型で済む効果がある。

【００９１】この発明に係る赤外線撮像装置の実施例８
によれば、視野切り換えミラー６２の移動は回転運動を
行えばよいため、機構的に単純な系で構成できるため、
廉価な赤外線撮像装置が実現できる効果がある。

【００９２】この発明に係る赤外線撮像装置の実施例９
によれば、２枚の折り返しミラーを一体として構成でき
るため、この部分の剛性を高くでき、航空機搭載に要求
される高い振動レベルにおいても精度を維持できるた
め、光学像の振れが少ない赤外線撮像装置が実現できる
効果がある。

【００９３】この発明に係る赤外線撮像装置の実施例１
０によれば、菱形プリズム６８を視野切り換え用の光学
素子として用いるので、この部分の剛性を実施例９より
も高くでき、航空機搭載に要求される高い振動レベルに
おいても精度を維持できるため、光学像の振れが少ない
赤外線撮像装置が実現できる効果がある。一方、菱形プ
リズム６８の内部を通過する光路長が長いため菱形プリ
ズム６８の材料による赤外光の吸収損失は無視できな
い。

【００９４】この発明に係る赤外線撮像装置の実施例１
１によれば、赤外検出素子７にコールドシールド６の開
口を通過して到達する光線は、レンズのコーティングの
残留反射等の僅かな成分を除くと、殆どが赤外線撮像装
置の外部から入射した光線のみとなり、装置内部から発
する赤外線が雑音光として赤外検出素子７に入射するこ
とを防止できるため、高感度の赤外線撮像装置が実現で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明にかかる赤外線撮像装置の一実施例
である。

【図２】 この発明にかかる赤外線撮像装置の狭視野用
赤外窓の一実施例である。

【図３】 この発明にかかる赤外線撮像装置の狭視野用
赤外窓の一実施例である。

【図４】 この発明にかかる赤外線撮像装置の視軸指向
光学部の一実施例である。

【図５】 この発明にかかる赤外線撮像装置の視軸指向
光学部の一実施例である。

【図６】 この発明にかかる赤外線撮像装置の視軸指向
光学部の一実施例である。

【図７】 この発明にかかる赤外線撮像装置の視軸指向
光学部の一実施例である。

【図８】 この発明にかかる赤外線撮像装置の視野切り
換え手段の一実施例である。

【図９】 この発明にかかる赤外線撮像装置の視野切り
換え手段の一実施例である。

【図１０】 この発明にかかる赤外線撮像装置の視野切
り換え手段の一実施例である。

【図１１】 この発明にかかる赤外線撮像装置のリレー
光学系の一実施例である。

【図１２】 従来の赤外線撮像装置の一実施例である。

【符号の説明】

１ エレベーション回転部、２ アジマス回転部、３
固定部、４ 赤外窓、５ ズーム光学系、６ コールド
シールド、７ 赤外検出素子、８ デュワ、９クーラ、
１０ 狭視野軸上入射光、１１ 狭視野軸外入射光、１
２ 広視野軸上入射光、１３ 広視野軸外入射光、１４
赤外検出素子軸上入射光、１５ 赤外検出素子軸外入
射光、１６ アジマス軸、１７ エレベーション軸、１
８ 視軸、１９ 広視野用赤外窓、２０ 広視野結像光
学系、２１ 狭視野用赤外窓、２２ 視軸指向光学部、
２３ 狭視野結像光学系、２４ 視野切り換え手段、２
５ リレー光学系、２６ 広視野結像光学系軸上射出
光、２７ 広視野結像光学系軸外射出光、２８ 狭視野
結像光学系軸上入射光、２９ 狭視野結像光学系軸外入
射光、３０ 狭視野結像光学系軸上射出光、３１ 狭視
野結像光学系軸外射出光、３２ リレー光学系軸上入射
光、３３ リレー光学系軸外入射光、３４広視野視軸、
３５ 狭視野視軸、３６ 狭視野視軸直交軸、３７ 狭
視野結像光学系光軸、３８ 前部プリズム群、３９ 後
部プリズム群、４０ 第１のプリズム、４１ 第２のプ
リズム、４２ 第３のプリズム、４３ 第４のプリズ
ム、４４ 第１の狭視野軸上入射光、４５ 第２の狭視
野軸上入射光、４６ 第１の狭視野視軸、４７ 第２の
狭視野視軸、４８ 前部プリズム群回転軸、４９ 後部
プリズム群回転軸、５０ 前部プリズム群回転装置、５
１ 後部プリズム群回転装置、５２ 前後部プリズム群
回転装置、５３ 第１のミラー、５４ 第２のミラー、
５５ 第１のミラー回転軸、５６ 第２のミラー回転
軸、５７ 第１のミラー回転装置、５８ 第２のミラー
回転装置、５９ 第１のミラーの第１の回転軸、６０
第１のミラーの第２の回転軸、６１ 折り返しミラー、
６２ 視野切り換えミラー、６３ 視野切り換えミラー
駆動装置、６４ ミラーユニット、６５ 第１の折り返
しミラー、６６ 第２の折り返しミラー、６７ ミラー
ユニット駆動装置、６８ 菱型プリズム、６９ 菱型プ
リズム駆動装置、７０ リレー光学系軸上光入射側結像
点、７１ リレー光学系軸外光入射側結像点、７２ 赤
外検出素子軸上結像点、７３ 赤外検出素子軸外結像
点、７４ 第１の視軸方向軌跡、７５ 第２の視軸方向
軌跡、７６ 視軸走査範囲。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外線の２次元画像を得る赤外線撮像装
   置において、広視野用赤外窓と、前記広視野用赤外窓を
   透過した赤外光を結像させる広視野結像光学系と、狭視
   野用赤外窓と前記狭視野用赤外窓を透過した赤外線の方
   向を変化させる視軸指向光学部と、前記視軸指向光学部
   を透過した赤外線を結像させる狭視野結像光学系と、前
   記広視野結像光学系及び前記狭視野用赤外光学系によっ
   て得られた中間像のどちらかを選択する視野切り換え手
   段と、前記視野切り換え手段によって選択された前記中
   間像を赤外線検出素子上に再結像させるリレー光学系を
   備え、さらに前記赤外線検出素子に不要な赤外線を到達
   させないためにコールドシールドを設けたことを特徴と
   する赤外線撮像装置。
2. 【請求項２】 前記狭視野用窓を平行平板とし、前記狭
   視野結像光学系の光軸にたいして垂直以外の角度で設置
   することを特徴とする請求項１記載の赤外線撮像装置。
   ただし、前記平行平板の平面と前記狭視野結像光学系光
   軸の直交軸とのなす角をφとし、前記視軸指向光学部が
   赤外線の方向を最大角度θ変えることができるとしたと
   きに、φとθの間には（１）式の関係がある。 ｜φ｜＞｜θ｜ ・・・・・ （１）
3. 【請求項３】 前記狭視野用窓を前記視軸指向光学部と
   反対側の面の曲率半径をＲ１、前記視軸指向光学部側の
   面の曲率半径をＲ２、前記狭視野結像光学系光軸上での
   面間隔をｄ、前記狭視野用窓の材料の屈折率をｎ、窓の
   最大径をＤとした場合Ｒ１，Ｒ２，ｄ，ｎ，Ｄの間に
   （２）式の関係がある曲面で構成することを特徴とする
   請求項１記載の赤外線撮像装置。 【数１】
4. 【請求項４】 前記視軸指向光学部を、異なった材料の
   ２枚の楔型プリズムを組み合わせたプリズム群２組（狭
   視野用窓側のプリズム群を前部プリズム群、狭視野結像
   光学系側を後部プリズム群と呼ぶ）で構成することを特
   徴とする請求項１記載の赤外線撮像装置。
5. 【請求項５】 前記視軸指向光学部を、前記前部プリズ
   ム群と、前記後部プリズム群と、前記前部プリズム群を
   前記狭視野結像光学系光軸と平行の軸回りに回転させる
   前部プリズム群回転装置と、前記後部プリズム群を前記
   狭視野結像光学系光軸と平行の軸回りに回転させる後部
   プリズム群回転装置で構成することを特徴とする請求項
   １及び請求項４記載の赤外線撮像装置。
6. 【請求項６】 前記視軸指向光学部を、前記前部プリズ
   ム群と、前記後部プリズム群と、前記前部プリズム群を
   前記狭視野結像光学系光軸にたいして平行でない軸回り
   に回転させる前部プリズム群回転装置と、前記後部プリ
   ズム及び前記前部プリズム群及び前記前部プリズム群回
   転装置を一体として、前記狭視野結像光学系光軸と平行
   の軸回りに回転させる前後部プリズム群回転装置で構成
   することを特徴とする請求項１及び請求項４記載の赤外
   線撮像装置。
7. 【請求項７】 前記視軸指向光学部を、前記狭視野結像
   光学系光軸の軸外で前記狭視野結像光学系光軸と４５°
   の角度に傾いて設置された第１のミラーと、前記狭視野
   結像光学系光軸と垂直でかつ前記第１のミラーを含む平
   面内にある第１のミラー回転軸回りに前記第１のミラー
   を回転させる第１のミラー回転装置と、前記狭視野結像
   光学系光軸上で前記狭視野結像光学系光軸にたいして４
   ５°でかつ前記第１のミラーと平行に傾いて設置された
   第２のミラーと、前記第２のミラーを前記狭視野結像光
   学系光軸回りに回転させる第２のミラー回転装置で構成
   することを特徴とする請求項１記載の赤外線撮像装置。
8. 【請求項８】 前記視軸指向光学部を、前記狭視野結像
   光学系光軸の軸外で前記狭視野結像光学系光軸と４５°
   の角度に傾いて設置された第１のミラーと、前記狭視野
   結像光学系光軸上で前記狭視野結像光学系光軸にたいし
   て４５°でかつ前記第１のミラーと平行に傾いて設置さ
   れた第２のミラーと、前記狭視野結像光学系光軸と垂直
   でかつ前記第１のミラーを含む平面内にある第１のミラ
   ーの第１の回転軸回りに前記第１のミラーを回転させる
   第１のミラーの第１の回転装置と、前記狭視野結像光学
   系光軸と前記第１のミラーの第１の回転軸の２つの軸に
   垂直な第１のミラーの第２の回転軸回りに前記第１のミ
   ラーを回転させる第１のミラーの第２の回転装置で構成
   することを特徴とする請求項１記載の赤外線撮像装置。
9. 【請求項９】 前記広視野結像光学系の光軸と前記リレ
   ー光学系の光軸を一致させ、さらに前記視野切り換え手
   段を、前記リレー光学系光軸上で前記リレー光学系光軸
   に対して角度４５°に設置された視野切り換え用ミラー
   と、前記リレー光学系光軸に垂直で前記リレー光学系光
   軸と前記視野切り換えミラーとの交点を通る軸（視野切
   り換え軸と呼ぶ）上前記視野切り換え軸にたいして角度
   ４５°に設置された折り返しミラーと、前記視野切り換
   えミラーを移動させる視野切り換えミラー移動装置で構
   成することを特徴とする請求項１記載の赤外線撮像装
   置。
10. 【請求項１０】 前記広視野結像光学系の光軸と前記リ
    レー光学系の光軸を一致させ、さらに前記視野切り換え
    手段を、前記リレー光学系光軸上で前記リレー光学系光
    軸に対して角度４５°に設置された折り返しミラー１
    と、前記リレー光学系光軸に垂直で前記リレー光学系光
    軸と前記折り返しミラー１との交点を通る軸（視野切り
    換え軸と呼ぶ）上前記視野切り換え軸にたいして角度４
    ５°に設置された折り返しミラー２と、前記折り返しミ
    ラー１と前記折り返しミラー２を一体化したミラーユニ
    ットと、前記ミラーユニットを移動させるミラーユニッ
    ト移動装置で構成することを特徴とする請求項１記載の
    赤外線撮像装置。
11. 【請求項１１】 前記広視野結像光学系の光軸と前記リ
    レー光学系の光軸を一致させ、前記視野切り換え手段
    を、菱形プリズムおよび前記菱形プリズムを移動させる
    菱形プリズム移動装置で構成することを特徴とする請求
    項１記載の赤外線撮像装置。
12. 【請求項１２】 前記リレー光学系の焦点距離をｆ、前
    記コールドシールドの開口と赤外線検出素子との距離を
    ｈ、前記リレー光学系の倍率をβとしたとき、（３）式
    の関係が成り立つように設定することを特徴とする請求
    項１記載の赤外線撮像装置。 【数２】