JPH10281864A - 熱型赤外線カメラ - Google Patents
熱型赤外線カメラInfo
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】環境温度の変化が生じても、常に好適な画像を
得ることのできる熱型赤外線カメラを提供する。 【解決手段】熱型赤外線撮像素子12はペルチェ素子1
7上に配置されて温度制御される。熱型赤外線撮像素子
12の周囲には温度制御され、且つ、レンズ11からの
赤外線を熱型赤外線撮像素子12に導くための開口部1
3を有する赤外線遮蔽体16が配置される。赤外線遮蔽
体16の内部は真空にされる。
得ることのできる熱型赤外線カメラを提供する。 【解決手段】熱型赤外線撮像素子12はペルチェ素子1
7上に配置されて温度制御される。熱型赤外線撮像素子
12の周囲には温度制御され、且つ、レンズ11からの
赤外線を熱型赤外線撮像素子12に導くための開口部1
3を有する赤外線遮蔽体16が配置される。赤外線遮蔽
体16の内部は真空にされる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は赤外線カメラに関するも
のであり、さらに詳しくは、熱型赤外線撮像素子を用い
た熱型赤外線カメラに関するものである。
のであり、さらに詳しくは、熱型赤外線撮像素子を用い
た熱型赤外線カメラに関するものである。
【0002】
【従来技術】従来より熱型赤外線撮像素子は周知であ
る。これは、サーミスタ物質などの温度検知部と、この
温度検知部と熱的に結合されたシリコン窒化膜等の赤外
線吸収層とで受光部が構成される。赤外線吸収層は、入
射した赤外線量に応じて発熱し、温度検知部に温度変化
を生じさせる。温度検知部は、温度に応じて電気抵抗等
の物理的特性が変化する。熱型赤外線撮像素子は、その
物理的特性の変化を電流変化または電圧変化として読み
出すことで、赤外線を電気信号として出力するものであ
る。
る。これは、サーミスタ物質などの温度検知部と、この
温度検知部と熱的に結合されたシリコン窒化膜等の赤外
線吸収層とで受光部が構成される。赤外線吸収層は、入
射した赤外線量に応じて発熱し、温度検知部に温度変化
を生じさせる。温度検知部は、温度に応じて電気抵抗等
の物理的特性が変化する。熱型赤外線撮像素子は、その
物理的特性の変化を電流変化または電圧変化として読み
出すことで、赤外線を電気信号として出力するものであ
る。
【0003】温度検知部としては、使用する物質などに
より、サーミスタ型の他、誘電体型、焦電体型、容量型
などが公知である。サーミスタ型は、温度により電気抵
抗値の変化する物質を使用するものであり、酸化バナジ
ウム、ポリシリコン、アモルファスシリコン、チタン等
がサーミスタ物質として使用される。あるいはpn接
合、ショットキ接合なども使用される。
より、サーミスタ型の他、誘電体型、焦電体型、容量型
などが公知である。サーミスタ型は、温度により電気抵
抗値の変化する物質を使用するものであり、酸化バナジ
ウム、ポリシリコン、アモルファスシリコン、チタン等
がサーミスタ物質として使用される。あるいはpn接
合、ショットキ接合なども使用される。
【0004】誘電体型は温度による誘電効果の変化、焦
電体型は、温度による焦電効果の変化を電気信号によっ
て読み出すものであり、共にBSTなどの強有電体が使
用される。また、最近では、対抗する2つの電極を配置
し、温度によるこの電極間距離の変化を容量変化によっ
て読み出す容量型も提案されている。
電体型は、温度による焦電効果の変化を電気信号によっ
て読み出すものであり、共にBSTなどの強有電体が使
用される。また、最近では、対抗する2つの電極を配置
し、温度によるこの電極間距離の変化を容量変化によっ
て読み出す容量型も提案されている。
【0005】ところで、熱型撮像素子において、受光部
に生じる温度変化は極めて小さい。一例を挙げるなら、
撮像対象の物体が1℃変化しても、受光部の温度変化は
0.005℃程度である。対象物体の温度変化を0.1
℃の精度で検出するには(即ち、温度分解能を0.1℃
にするには)、信号読み出し後に信号処理回路を配置し
て温度分解能を向上させても受光部を0.0005℃〜
0.005℃で温度制御することが要求される。
に生じる温度変化は極めて小さい。一例を挙げるなら、
撮像対象の物体が1℃変化しても、受光部の温度変化は
0.005℃程度である。対象物体の温度変化を0.1
℃の精度で検出するには(即ち、温度分解能を0.1℃
にするには)、信号読み出し後に信号処理回路を配置し
て温度分解能を向上させても受光部を0.0005℃〜
0.005℃で温度制御することが要求される。
【0006】このことは、読み出した温度変化が入射赤
外線によるものか、あるいは、環境温度変化に伴う素子
温度の変動によるものか区別ができないことを考えれば
容易に理解できる。そのために、熱型赤外線撮像素子に
電子冷却素子を貼り付けし、温度センサーで素子温度を
測定しフィードバック制御をかけて、熱型赤外線撮像素
子の温度制御を行うのが一般的である。
外線によるものか、あるいは、環境温度変化に伴う素子
温度の変動によるものか区別ができないことを考えれば
容易に理解できる。そのために、熱型赤外線撮像素子に
電子冷却素子を貼り付けし、温度センサーで素子温度を
測定しフィードバック制御をかけて、熱型赤外線撮像素
子の温度制御を行うのが一般的である。
【0007】図7は、この目的に使用されるパッケージ
断面図、図8は図7のパッケージの分解図である。この
パッケージは、金属又はセラミクスからなりキャビティ
部(凹部)210を有する本体205と、赤外線透過窓
201からなる。本体205には、金属配管207が接
続されている。熱型赤外線撮像素子202は、配線20
6を介してパッケージの外部と電気的に接続される。
断面図、図8は図7のパッケージの分解図である。この
パッケージは、金属又はセラミクスからなりキャビティ
部(凹部)210を有する本体205と、赤外線透過窓
201からなる。本体205には、金属配管207が接
続されている。熱型赤外線撮像素子202は、配線20
6を介してパッケージの外部と電気的に接続される。
【0008】熱型赤外線撮像素子202は、温度制御す
るための電子冷却素子203に貼り付され、電子冷却素
子203ごと本体205のキャビティ部210に搭載さ
れる。電子冷却素子203は、一般にペルチェ素子が使
用される。これは、電圧の印加方向で、熱型赤外線撮像
素子202をある一定温度に冷却あるいは加熱できるも
のである。熱型赤外線撮像素子202近傍には温度セン
サ204が配置され、熱型赤外線撮像素子202の温度
を測定している。
るための電子冷却素子203に貼り付され、電子冷却素
子203ごと本体205のキャビティ部210に搭載さ
れる。電子冷却素子203は、一般にペルチェ素子が使
用される。これは、電圧の印加方向で、熱型赤外線撮像
素子202をある一定温度に冷却あるいは加熱できるも
のである。熱型赤外線撮像素子202近傍には温度セン
サ204が配置され、熱型赤外線撮像素子202の温度
を測定している。
【0009】熱型赤外線撮像素子202が貼り付けされ
た電子冷却素子203を本体205に搭載したあと、赤
外線透過窓201を接着剤209にて貼り付けし、金属
配管207から前記本体205のキャビティ部210を
真空排気し、その後金属配管207を208に示すよう
に機械的に絞り封止して、熱型赤外線撮像素子のパッケ
ージングは完成する。
た電子冷却素子203を本体205に搭載したあと、赤
外線透過窓201を接着剤209にて貼り付けし、金属
配管207から前記本体205のキャビティ部210を
真空排気し、その後金属配管207を208に示すよう
に機械的に絞り封止して、熱型赤外線撮像素子のパッケ
ージングは完成する。
【0010】また、熱型赤外線撮像素子を用いた赤外線
カメラ(以下、熱型赤外線カメラと称す)も公知であ
る。図9は、従来の熱型赤外線カメラの概略断面図であ
る。撮像用結像光学系221の前玉の先に波長制限用フ
ィルタ229が設置される。これにはロングパスフィル
ター、ショートパスフィルターなどがあり、所望の波長
の赤外線のみを透過させ、熱型赤外線撮像素子202に
導くものである。また、撮像用結像光学系221の後玉
の後には光学的可変絞り230が設けられる。これは、
熱型赤外線撮像素子202に入射する赤外線量を制限す
るものである。
カメラ(以下、熱型赤外線カメラと称す)も公知であ
る。図9は、従来の熱型赤外線カメラの概略断面図であ
る。撮像用結像光学系221の前玉の先に波長制限用フ
ィルタ229が設置される。これにはロングパスフィル
ター、ショートパスフィルターなどがあり、所望の波長
の赤外線のみを透過させ、熱型赤外線撮像素子202に
導くものである。また、撮像用結像光学系221の後玉
の後には光学的可変絞り230が設けられる。これは、
熱型赤外線撮像素子202に入射する赤外線量を制限す
るものである。
【0011】熱型赤外線撮像素子202は、パッケージ
231に搭載されパッケージ231ごと熱型赤外線カメ
ラに搭載される。この他に、必要に応じて、熱型赤外線
撮像素子202の駆動読み出し回路223が赤外線カメ
ラ筐体222の中に配置される。パッケージ231と駆
動読み出し回路223とは配線224により接続され、
駆動読み出し回路223と外部の回路(図示せず)と
は、配線225及び接続端子226を介して接続され
る。
231に搭載されパッケージ231ごと熱型赤外線カメ
ラに搭載される。この他に、必要に応じて、熱型赤外線
撮像素子202の駆動読み出し回路223が赤外線カメ
ラ筐体222の中に配置される。パッケージ231と駆
動読み出し回路223とは配線224により接続され、
駆動読み出し回路223と外部の回路(図示せず)と
は、配線225及び接続端子226を介して接続され
る。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術による熱型赤外線カメラは、環境温度が変化する
と画像の見え方が著しく劣化し、実用に耐えないと言う
問題が有った。例えば、室内の赤外線を観察するのに好
適な熱型赤外線カメラは、室温とかけはれた外気温の屋
外では信号量が小さく、あるいはノイズが多く好適な画
像を得ることが困難であった。
来技術による熱型赤外線カメラは、環境温度が変化する
と画像の見え方が著しく劣化し、実用に耐えないと言う
問題が有った。例えば、室内の赤外線を観察するのに好
適な熱型赤外線カメラは、室温とかけはれた外気温の屋
外では信号量が小さく、あるいはノイズが多く好適な画
像を得ることが困難であった。
【0013】本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たものであり、環境温度の変化が生じても常に好適な画
像を得ることのできる熱型赤外線カメラを提供すること
を目的とする。
たものであり、環境温度の変化が生じても常に好適な画
像を得ることのできる熱型赤外線カメラを提供すること
を目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意研究の
結果、上記問題点の原因を突き止めた。そして、熱型赤
外線カメラでは、単に熱型赤外線撮像素子の温度を精度
良くに一定に保つだけでは環境温度の影響を低減させる
ことは困難であることが判明した。すなわち、熱型赤外
線撮像素子の受光部に入射する赤外線は、撮像用結像光
学系を通った画像を得るための赤外線(以下、信号成分
と称す)の他に、赤外線カメラ自体から画像を得るには
不要な赤外線(以下、背景光成分と称す)が含まれ、こ
れがノイズとなっていたのである。
結果、上記問題点の原因を突き止めた。そして、熱型赤
外線カメラでは、単に熱型赤外線撮像素子の温度を精度
良くに一定に保つだけでは環境温度の影響を低減させる
ことは困難であることが判明した。すなわち、熱型赤外
線撮像素子の受光部に入射する赤外線は、撮像用結像光
学系を通った画像を得るための赤外線(以下、信号成分
と称す)の他に、赤外線カメラ自体から画像を得るには
不要な赤外線(以下、背景光成分と称す)が含まれ、こ
れがノイズとなっていたのである。
【0015】背景光成分は、熱型赤外線撮像素子の受光
部から見込める範囲のすべての構成部品(例えば、カメ
ラの筐体、レンズの鏡筒、フィルター、熱型撮像素子を
封止しているパッケージなどすべての構成部品)から輻
射される。これらの構成部品は、それぞれの温度とエミ
ッシビティー(黒体がある温度のときに輻射する赤外エ
ネルギーを1とした時に、ある物体が黒体と同じ温度の
時に輻射するエネルギーの割合)に応じた赤外線を輻射
し、その赤外線の少なくとも一部が背景光成分として熱
型赤外線撮像素子の受光面に入射する構造となっていた
のである。
部から見込める範囲のすべての構成部品(例えば、カメ
ラの筐体、レンズの鏡筒、フィルター、熱型撮像素子を
封止しているパッケージなどすべての構成部品)から輻
射される。これらの構成部品は、それぞれの温度とエミ
ッシビティー(黒体がある温度のときに輻射する赤外エ
ネルギーを1とした時に、ある物体が黒体と同じ温度の
時に輻射するエネルギーの割合)に応じた赤外線を輻射
し、その赤外線の少なくとも一部が背景光成分として熱
型赤外線撮像素子の受光面に入射する構造となっていた
のである。
【0016】従って、外気温が変われば、必然的にレン
ズ鏡筒、カメラ筐体などの構成部品の温度もそれに従っ
て変化する。よって、背景光成分が変動し、熱型赤外線
撮像素子の受ける赤外線量も変化してしまっていたので
ある。さらに、例えば外気温が上昇した場合は、ペルチ
ェ素子からの背景光も増大する。熱型赤外線撮像素子の
温度を制御するペルチェ素子は、外気温が変化すると負
荷が増大し、ペルチェ素子の2次側(熱型赤外線撮像素
子とは反対側)の温度が大きく変化する。このため、ペ
ルチェ素子の2次側からの赤外線量が大きく変動しこれ
による背景光成分の量も変わってしまったのである。
ズ鏡筒、カメラ筐体などの構成部品の温度もそれに従っ
て変化する。よって、背景光成分が変動し、熱型赤外線
撮像素子の受ける赤外線量も変化してしまっていたので
ある。さらに、例えば外気温が上昇した場合は、ペルチ
ェ素子からの背景光も増大する。熱型赤外線撮像素子の
温度を制御するペルチェ素子は、外気温が変化すると負
荷が増大し、ペルチェ素子の2次側(熱型赤外線撮像素
子とは反対側)の温度が大きく変化する。このため、ペ
ルチェ素子の2次側からの赤外線量が大きく変動しこれ
による背景光成分の量も変わってしまったのである。
【0017】よって、熱型赤外線カメラでは、単に熱型
赤外線撮像素子の温度を精度良く一定に保つだけでは環
境温度の影響を低減させることが困難であった。請求項
1の熱型赤外線カメラは、熱型赤外線撮像素子を第1温
度制御手段上に配置し、撮像用結像光学系からの赤外線
を前記熱型赤外線撮像素子に導く開口部を有する赤外線
遮蔽体を前記熱型赤外線撮像素子の周囲に配置したこと
を特徴とする。この構成により、カメラの筐体などから
の背景光成分は、赤外線遮蔽体により遮断されて熱型赤
外線撮像素子には入射されない。熱型赤外線撮像素子の
受光部に入射する赤外線は、赤外線遮蔽体と赤外線遮蔽
体の開口部から入射する赤外線となる。背景光成分の多
くは赤外線遮蔽体からのものとなる。赤外線遮蔽体は温
度制御されているため常に一定の赤外線を輻射してい
る。よって、環境温度が変化しても背景光成分の変動は
少なくなり、環境温度安定性を向上させることができ
る。このため、環境温度の変化が生じても、常に好適な
画像が得られる。
赤外線撮像素子の温度を精度良く一定に保つだけでは環
境温度の影響を低減させることが困難であった。請求項
1の熱型赤外線カメラは、熱型赤外線撮像素子を第1温
度制御手段上に配置し、撮像用結像光学系からの赤外線
を前記熱型赤外線撮像素子に導く開口部を有する赤外線
遮蔽体を前記熱型赤外線撮像素子の周囲に配置したこと
を特徴とする。この構成により、カメラの筐体などから
の背景光成分は、赤外線遮蔽体により遮断されて熱型赤
外線撮像素子には入射されない。熱型赤外線撮像素子の
受光部に入射する赤外線は、赤外線遮蔽体と赤外線遮蔽
体の開口部から入射する赤外線となる。背景光成分の多
くは赤外線遮蔽体からのものとなる。赤外線遮蔽体は温
度制御されているため常に一定の赤外線を輻射してい
る。よって、環境温度が変化しても背景光成分の変動は
少なくなり、環境温度安定性を向上させることができ
る。このため、環境温度の変化が生じても、常に好適な
画像が得られる。
【0018】請求項2の熱型赤外線カメラは、請求項1
記載の熱型赤外線カメラにおいて、赤外線遮蔽体を前記
第1の温度制御手段と熱的に結合させることを特徴とす
る。このような構成とすることで、熱型赤外線カメラの
構成は簡略化され、小型で安価な熱型赤外線カメラを提
供することが可能となる。請求項3の熱型赤外線カメラ
は、請求項1記載の熱型赤外線カメラにおいて、前記赤
外線遮蔽体を第2の温度制御手段に熱的に結合させ温度
制御することを特徴とする。この構成により、熱型赤外
線撮像素子と赤外線遮蔽体とを別々の温度で温度制御す
ることが可能となる。
記載の熱型赤外線カメラにおいて、赤外線遮蔽体を前記
第1の温度制御手段と熱的に結合させることを特徴とす
る。このような構成とすることで、熱型赤外線カメラの
構成は簡略化され、小型で安価な熱型赤外線カメラを提
供することが可能となる。請求項3の熱型赤外線カメラ
は、請求項1記載の熱型赤外線カメラにおいて、前記赤
外線遮蔽体を第2の温度制御手段に熱的に結合させ温度
制御することを特徴とする。この構成により、熱型赤外
線撮像素子と赤外線遮蔽体とを別々の温度で温度制御す
ることが可能となる。
【0019】請求項4の熱型赤外線カメラは、請求項3
記載の熱型赤外線カメラにおいて、前記第2の温度制御
手段を前記第1の温度制御手段よりも低温に制御するこ
とによって、前記赤外線遮蔽体を前記熱型赤外線撮像素
子よりも低温に制御することを特徴とする。赤外線遮蔽
体の温度が熱型赤外線撮像素子よりも低温ならば、赤外
線遮蔽体は、背景光成分をより低減させることが可能と
なる。このため、よりSN比の向上した熱型赤外線カメ
ラを提供することが可能となる。
記載の熱型赤外線カメラにおいて、前記第2の温度制御
手段を前記第1の温度制御手段よりも低温に制御するこ
とによって、前記赤外線遮蔽体を前記熱型赤外線撮像素
子よりも低温に制御することを特徴とする。赤外線遮蔽
体の温度が熱型赤外線撮像素子よりも低温ならば、赤外
線遮蔽体は、背景光成分をより低減させることが可能と
なる。このため、よりSN比の向上した熱型赤外線カメ
ラを提供することが可能となる。
【0020】請求項5の熱型赤外線カメラは、請求項1
から請求項4のいずれかに記載の熱型赤外線カメラにお
いて、前記熱型赤外線撮像素子の赤外線入射側には前記
赤外線遮蔽体と熱的に結合された波長制限フィルターま
たはNDフィルターが配置されることを特徴とする。な
お、波長制限フィルターとは、波長により透過率の異な
るフィルターを言う。特定波長より短い波長のみを透過
するフィルター(以下、ショートパスフィルターと称
す)、撮像可能な赤外線波長範囲の中で特定な波長Aと
これとは別の特定波長Bの間のみ透過するフィルター
(以下、バンドパスフィルターと称す)、特定波長Aよ
り長い波長のみを透過するフィルター(以下、ロングパ
スフィルターと称す)などがこれに相当する。
から請求項4のいずれかに記載の熱型赤外線カメラにお
いて、前記熱型赤外線撮像素子の赤外線入射側には前記
赤外線遮蔽体と熱的に結合された波長制限フィルターま
たはNDフィルターが配置されることを特徴とする。な
お、波長制限フィルターとは、波長により透過率の異な
るフィルターを言う。特定波長より短い波長のみを透過
するフィルター(以下、ショートパスフィルターと称
す)、撮像可能な赤外線波長範囲の中で特定な波長Aと
これとは別の特定波長Bの間のみ透過するフィルター
(以下、バンドパスフィルターと称す)、特定波長Aよ
り長い波長のみを透過するフィルター(以下、ロングパ
スフィルターと称す)などがこれに相当する。
【0021】また、NDフィルターとは、光量を減少さ
せるために用いられるフィルターを言う。一般には、使
用範囲の波長域では、減光率の波長依存性の少ないもの
が望ましい。また、波長制限フィルターあるいはNDフ
ィルターは取り外し交換ができるものを含む熱型赤外線
カメラにおいて、波長制限フィルターやNDフィルター
の装着が望まれることがある。これは、ある特定の波長
で対象物体を観察したいという要求や、高温の対象物体
を観察したいという要望による。ところが、波長制限フ
ィルターは、透過波長帯以外の波長で、フィルターの温
度に相当する赤外線を輻射しており、NDフィルターに
おいては、広い波長帯に渡りフィルターの温度に相当す
る赤外線を輻射している。この赤外線が背景光成分とな
ることが予想される。しかし、これらのフィルターは、
赤外線遮蔽体の開口部に配置されるのでの赤外線遮蔽体
ではこれらのフィルターによる背景光が除去されない。
特に、熱型赤外線撮像装置は原理的に波長選択性が無い
ため、あらゆる波長の赤外線に感度を有しているため、
フィルターからの赤外線輻射は、量子型赤外線撮像素子
以上に影響を受けやすい。
せるために用いられるフィルターを言う。一般には、使
用範囲の波長域では、減光率の波長依存性の少ないもの
が望ましい。また、波長制限フィルターあるいはNDフ
ィルターは取り外し交換ができるものを含む熱型赤外線
カメラにおいて、波長制限フィルターやNDフィルター
の装着が望まれることがある。これは、ある特定の波長
で対象物体を観察したいという要求や、高温の対象物体
を観察したいという要望による。ところが、波長制限フ
ィルターは、透過波長帯以外の波長で、フィルターの温
度に相当する赤外線を輻射しており、NDフィルターに
おいては、広い波長帯に渡りフィルターの温度に相当す
る赤外線を輻射している。この赤外線が背景光成分とな
ることが予想される。しかし、これらのフィルターは、
赤外線遮蔽体の開口部に配置されるのでの赤外線遮蔽体
ではこれらのフィルターによる背景光が除去されない。
特に、熱型赤外線撮像装置は原理的に波長選択性が無い
ため、あらゆる波長の赤外線に感度を有しているため、
フィルターからの赤外線輻射は、量子型赤外線撮像素子
以上に影響を受けやすい。
【0022】請求項5に記載の構成により、フィルター
の温度及びフィルターから輻射される赤外線量を一定に
することが可能となる。このため、フィルターを装着し
た熱型赤外線カメラの環境温度が変化しても、背景光成
分の変動を低減することができ、安定した再現性のある
熱型赤外線カメラを提供することが可能となる。請求項
6の熱型赤外線カメラは、請求項1から5のいずれかに
記載の熱型赤外線カメラにおいて、前記熱型赤外線撮像
素子の赤外線入射側には前記赤外線遮蔽体と熱的に結合
されている光学的可変絞りを配置することを特徴とす
る。なお、光学的可変絞りとは、光路途中に配置し通過
する光量を制御する機構で、例えば開口部の大きさが変
えられる絞り機構のことである。光学的可変絞りは、上
記のNDフィルターと同様に高温の対象物体を観察した
いという要望により使用される。
の温度及びフィルターから輻射される赤外線量を一定に
することが可能となる。このため、フィルターを装着し
た熱型赤外線カメラの環境温度が変化しても、背景光成
分の変動を低減することができ、安定した再現性のある
熱型赤外線カメラを提供することが可能となる。請求項
6の熱型赤外線カメラは、請求項1から5のいずれかに
記載の熱型赤外線カメラにおいて、前記熱型赤外線撮像
素子の赤外線入射側には前記赤外線遮蔽体と熱的に結合
されている光学的可変絞りを配置することを特徴とす
る。なお、光学的可変絞りとは、光路途中に配置し通過
する光量を制御する機構で、例えば開口部の大きさが変
えられる絞り機構のことである。光学的可変絞りは、上
記のNDフィルターと同様に高温の対象物体を観察した
いという要望により使用される。
【0023】この構成により、光学的可変絞りから輻射
される赤外線量を一定にすることが可能となる。このた
め、光学的可変絞りを装着した熱型赤外線カメラの環境
温度が変化しても、背景光成分の変動を低減することが
でき、安定した再現性のある熱型赤外線カメラを提供す
ることが可能となる。請求項7の熱型赤外線カメラは、
請求項1から6のいずれかに記載の熱型赤外線カメラに
おいて、前記撮像用結像光学系は、熱型赤外線撮像素子
と開口整合がとれた光学系であることを特徴とする。な
お、ここでは表現上簡単に熱型赤外線撮像素子と開口整
合がとれたと記したが、赤外線遮蔽体の内部に凸部を形
成したいわゆるバッフル構造をなすものにおいてはこの
部分で開口整合がとれていれば良いし、可変絞り手段を
持つ赤外線撮像装置においては、可変絞りと開口整合が
とれていれば良いことは言うまでもない。
される赤外線量を一定にすることが可能となる。このた
め、光学的可変絞りを装着した熱型赤外線カメラの環境
温度が変化しても、背景光成分の変動を低減することが
でき、安定した再現性のある熱型赤外線カメラを提供す
ることが可能となる。請求項7の熱型赤外線カメラは、
請求項1から6のいずれかに記載の熱型赤外線カメラに
おいて、前記撮像用結像光学系は、熱型赤外線撮像素子
と開口整合がとれた光学系であることを特徴とする。な
お、ここでは表現上簡単に熱型赤外線撮像素子と開口整
合がとれたと記したが、赤外線遮蔽体の内部に凸部を形
成したいわゆるバッフル構造をなすものにおいてはこの
部分で開口整合がとれていれば良いし、可変絞り手段を
持つ赤外線撮像装置においては、可変絞りと開口整合が
とれていれば良いことは言うまでもない。
【0024】熱型赤外線カメラにおいて、撮像用結像光
学系は、赤外線遮蔽体の熱型赤外線撮像素子と開口整合
がとれた光学系とするのが好ましい。ここで言う開口整
合がとれるとは、熱型赤外線撮像素子のイメージエリア
にある複数の受光素子(画素)のいずれにおいても、各
受光素子から観察される視野界が、温度制御された赤外
線遮蔽体と撮像光学系のみとなることを言う。開口整合
がとれると、イメージエリアに入射する赤外線は、温度
制御された赤外線遮蔽体からの背景光成分と、撮像用結
像光学系から入射する赤外線のみになる。従って、背景
光成分の変動は減少し、熱型赤外線カメラの環境温度依
存性は、より低減される。また、いわゆるけられの現象
が生じず、熱型赤外線撮像素子の視野界は最大になる。
学系は、赤外線遮蔽体の熱型赤外線撮像素子と開口整合
がとれた光学系とするのが好ましい。ここで言う開口整
合がとれるとは、熱型赤外線撮像素子のイメージエリア
にある複数の受光素子(画素)のいずれにおいても、各
受光素子から観察される視野界が、温度制御された赤外
線遮蔽体と撮像光学系のみとなることを言う。開口整合
がとれると、イメージエリアに入射する赤外線は、温度
制御された赤外線遮蔽体からの背景光成分と、撮像用結
像光学系から入射する赤外線のみになる。従って、背景
光成分の変動は減少し、熱型赤外線カメラの環境温度依
存性は、より低減される。また、いわゆるけられの現象
が生じず、熱型赤外線撮像素子の視野界は最大になる。
【0025】請求項8の熱型赤外線カメラは、請求項1
から7のいずれかに記載の熱型赤外線カメラにおいて、
少なくとも前記赤外線遮蔽体及び前記熱型赤外線撮像素
子が同一の真空容器内に配置されることを特徴とする。
赤外線遮蔽体と熱型赤外線撮像素子に温度制御をする場
合、赤外線遮蔽体及び熱型赤外線撮像素子を同一真空容
器内に配置し、真空断熱すれば、温度制御の安定性が向
上し、制御するためのエネルギーが最小となる。
から7のいずれかに記載の熱型赤外線カメラにおいて、
少なくとも前記赤外線遮蔽体及び前記熱型赤外線撮像素
子が同一の真空容器内に配置されることを特徴とする。
赤外線遮蔽体と熱型赤外線撮像素子に温度制御をする場
合、赤外線遮蔽体及び熱型赤外線撮像素子を同一真空容
器内に配置し、真空断熱すれば、温度制御の安定性が向
上し、制御するためのエネルギーが最小となる。
【0026】よって、請求項8に記載の構成により、温
度制御の安定しランニングコストの低減した熱型赤外線
カメラを提供することが可能となる。なお、ここで言う
真空とは、気体を通しての熱伝導を無視でき、且つ、容
易に到達できる0.1m〜0.01mtorrの真空度
を言う。
度制御の安定しランニングコストの低減した熱型赤外線
カメラを提供することが可能となる。なお、ここで言う
真空とは、気体を通しての熱伝導を無視でき、且つ、容
易に到達できる0.1m〜0.01mtorrの真空度
を言う。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態について詳細に説明する。 (第1の実施形態)図1は、第1の実施形態に係る本発
明の熱型赤外線カメラの概略断面図である。なお、本実
施形態は請求項1、2、7、8に対応する。
施形態について詳細に説明する。 (第1の実施形態)図1は、第1の実施形態に係る本発
明の熱型赤外線カメラの概略断面図である。なお、本実
施形態は請求項1、2、7、8に対応する。
【0028】本実施形態の熱型赤外線カメラ10は、レ
ンズ(撮像用結像光学系)11の配置された筐体12、
赤外線透過窓13の配置された真空容器14、熱型赤外
線撮像素子15、赤外線遮蔽体16、温度制御手段とし
てペルチェ素子17を有する。また、図示されていない
が、熱型赤外線撮像素子15の駆動読み出し回路が筐体
12の中に配置され、熱型赤外線撮像素子15と外部の
電源及びモニタとは筐体12に配置される接続端子を介
してコードで接続されている。
ンズ(撮像用結像光学系)11の配置された筐体12、
赤外線透過窓13の配置された真空容器14、熱型赤外
線撮像素子15、赤外線遮蔽体16、温度制御手段とし
てペルチェ素子17を有する。また、図示されていない
が、熱型赤外線撮像素子15の駆動読み出し回路が筐体
12の中に配置され、熱型赤外線撮像素子15と外部の
電源及びモニタとは筐体12に配置される接続端子を介
してコードで接続されている。
【0029】赤外線遮蔽体16の内面(すなわち、赤外
線撮像素子側の面)は、黒体塗料が塗布されている。こ
れは、赤外線の反射率を低くすることにより、撮像に不
要な赤外線が赤外線遮蔽体の内面で反射して赤外線撮像
素子の受光面に入射することを防ぐためである。黒体塗
料を塗布する代わりに、表面加工を施して赤外線の反射
率を低下させてもよい。
線撮像素子側の面)は、黒体塗料が塗布されている。こ
れは、赤外線の反射率を低くすることにより、撮像に不
要な赤外線が赤外線遮蔽体の内面で反射して赤外線撮像
素子の受光面に入射することを防ぐためである。黒体塗
料を塗布する代わりに、表面加工を施して赤外線の反射
率を低下させてもよい。
【0030】また、本実施形態では撮像用結像光学系と
して、透過型のレンズを使用したが、これに限らず、反
射鏡や干渉レンズであっても構わない。赤外線遮蔽体1
6及び熱型赤外線撮像素子15は、所望の温度に制御さ
れるペルチェ素子17上に配置され、いずれもペルチェ
素子17と熱的に結合される。熱型赤外線撮像素子15
には、温度を測定するための温度センサが配置され、こ
のデータによりペルチェ素子17に印加する電流、電圧
を制御するようになっている。
して、透過型のレンズを使用したが、これに限らず、反
射鏡や干渉レンズであっても構わない。赤外線遮蔽体1
6及び熱型赤外線撮像素子15は、所望の温度に制御さ
れるペルチェ素子17上に配置され、いずれもペルチェ
素子17と熱的に結合される。熱型赤外線撮像素子15
には、温度を測定するための温度センサが配置され、こ
のデータによりペルチェ素子17に印加する電流、電圧
を制御するようになっている。
【0031】赤外線遮蔽体16は、熱型赤外線撮像素子
15を被うように配置される。このため、赤外線カメラ
の構成部品からの背景光成分は、赤外線遮蔽体16によ
って遮断される。また、赤外線遮蔽体16は、所望の温
度にペルチェ素子17によって制御されるので、環境温
度が変化しても赤外線遮蔽体16から輻射され熱型赤外
線撮像素15に入射する赤外線量は、所望の温度に対応
したものになる。このため、環境温度が変化しても背景
光成分の変動は少なくなり、常に良好な画像が得られ
る。
15を被うように配置される。このため、赤外線カメラ
の構成部品からの背景光成分は、赤外線遮蔽体16によ
って遮断される。また、赤外線遮蔽体16は、所望の温
度にペルチェ素子17によって制御されるので、環境温
度が変化しても赤外線遮蔽体16から輻射され熱型赤外
線撮像素15に入射する赤外線量は、所望の温度に対応
したものになる。このため、環境温度が変化しても背景
光成分の変動は少なくなり、常に良好な画像が得られ
る。
【0032】また、赤外線遮蔽体16は、熱型赤外線撮
像素子15を温度制御するものと同じペルチェ素子17
にて温度制御される。このため、熱型赤外線カメラ10
の構成は、簡略化され小型で安価なものとなる。ところ
で、本実施形態の熱型赤外線カメラ10は、レンズ11
が熱型赤外線撮像素子15と開口整合がとれている。こ
こで、開口整合について説明する。まず、比較のため、
開口整合のとれていない従来の構成を図10に示し、こ
れを参照して説明する。
像素子15を温度制御するものと同じペルチェ素子17
にて温度制御される。このため、熱型赤外線カメラ10
の構成は、簡略化され小型で安価なものとなる。ところ
で、本実施形態の熱型赤外線カメラ10は、レンズ11
が熱型赤外線撮像素子15と開口整合がとれている。こ
こで、開口整合について説明する。まず、比較のため、
開口整合のとれていない従来の構成を図10に示し、こ
れを参照して説明する。
【0033】熱型赤外線撮像素子115のイメージエリ
アの端A、Bからレンズ111を望むと、開口整合のと
れていない図10の構成では、レンズ111を望む立体
角と、温度制御された赤外線遮蔽体116を望む立体角
を差し引いた立体角(図10では、斜線を施した部分)
は、環境温度により温度の変化する部位(例えば真空容
器、撮像装置の筐体、レンズ鏡筒など)を見込んでしま
う。即ち、熱型赤外線撮像素子115には、カメラの構
成部品のうち温度制御されていない部品から背景光成分
が入射する。よって、これらの構成部品から熱型赤外線
撮像素子115に背景光成分が入射すると、環境温度の
変化によりその背景光成分も変動して、良好な画像が得
られない可能性がある。
アの端A、Bからレンズ111を望むと、開口整合のと
れていない図10の構成では、レンズ111を望む立体
角と、温度制御された赤外線遮蔽体116を望む立体角
を差し引いた立体角(図10では、斜線を施した部分)
は、環境温度により温度の変化する部位(例えば真空容
器、撮像装置の筐体、レンズ鏡筒など)を見込んでしま
う。即ち、熱型赤外線撮像素子115には、カメラの構
成部品のうち温度制御されていない部品から背景光成分
が入射する。よって、これらの構成部品から熱型赤外線
撮像素子115に背景光成分が入射すると、環境温度の
変化によりその背景光成分も変動して、良好な画像が得
られない可能性がある。
【0034】第1の実施形態の熱型赤外線カメラ10
は、レンズ(撮像用結像光学系)11が熱型赤外線撮像
素子15と開口整合がとれている。すなわち、熱型赤外
線撮像素子15のイメージエリアの端A、Bからレンズ
11を望むと、それぞれC、Dの領域が観察され、レン
ズ11及び赤外線透過窓13以外の温度制御されていな
い構成部品からの赤外線は、熱型赤外線撮像素子のイメ
ージエリアには入射しない。よって、熱型赤外線撮像素
子15のイメージエリアに入射する赤外線は、温度制御
された赤外線遮蔽体16からの背景光成分と、レンズ1
1から入射する赤外線のみとなる。温度制御された赤外
線遮蔽体16からの赤外線量は一定、すなわち、背景光
成分は一定となる。従って、熱型赤外線カメラの環境温
度依存性は低減される。また、けられが生じないので熱
型赤外線撮像素子15の視野界は最大となる。
は、レンズ(撮像用結像光学系)11が熱型赤外線撮像
素子15と開口整合がとれている。すなわち、熱型赤外
線撮像素子15のイメージエリアの端A、Bからレンズ
11を望むと、それぞれC、Dの領域が観察され、レン
ズ11及び赤外線透過窓13以外の温度制御されていな
い構成部品からの赤外線は、熱型赤外線撮像素子のイメ
ージエリアには入射しない。よって、熱型赤外線撮像素
子15のイメージエリアに入射する赤外線は、温度制御
された赤外線遮蔽体16からの背景光成分と、レンズ1
1から入射する赤外線のみとなる。温度制御された赤外
線遮蔽体16からの赤外線量は一定、すなわち、背景光
成分は一定となる。従って、熱型赤外線カメラの環境温
度依存性は低減される。また、けられが生じないので熱
型赤外線撮像素子15の視野界は最大となる。
【0035】更に、本実施形態の熱型赤外線カメラ10
は、赤外線遮蔽体16と熱型赤外線撮像素子15を同一
の真空容器14に配置する。この構成により、赤外線遮
蔽体16と熱型赤外線撮像素子15は、真空容器14外
と断熱される。これにより、熱型赤外線カメラ10は、
温度制御の安定性が向上し、また、温度制御するための
ランニングコストを低減することが可能となる。
は、赤外線遮蔽体16と熱型赤外線撮像素子15を同一
の真空容器14に配置する。この構成により、赤外線遮
蔽体16と熱型赤外線撮像素子15は、真空容器14外
と断熱される。これにより、熱型赤外線カメラ10は、
温度制御の安定性が向上し、また、温度制御するための
ランニングコストを低減することが可能となる。
【0036】本実施形態では、温度制御手段をペルチェ
素子による電子冷却を使用したが、これに限らず、例え
ばガスクーラと電熱ヒータを組み合わせても良い。 (第2の実施形態)図2は、第2の実施形態に係る本発
明の熱型赤外線カメラの概略断面図である。なお、本実
施形態は請求項1、3、4、8に対応する。
素子による電子冷却を使用したが、これに限らず、例え
ばガスクーラと電熱ヒータを組み合わせても良い。 (第2の実施形態)図2は、第2の実施形態に係る本発
明の熱型赤外線カメラの概略断面図である。なお、本実
施形態は請求項1、3、4、8に対応する。
【0037】レンズ(撮像用結像光学系)21の配置さ
れた筐体22、赤外線透過窓23の配置された真空容器
24、熱型赤外線撮像素子25、赤外線遮蔽体26、熱
型赤外線撮像素子25を温度制御するペルチェ素子27
を有する点は、第1の実施形態と同じであり、その説明
は省略する。本実施形態の熱型赤外線カメラ20が第1
の実施形態と異なる点は、第2の温度制御手段として第
2のペルチェ素子28を有し、この第2のペルチェ素子
28に赤外線遮蔽体26が熱的に結合されている点にあ
る。
れた筐体22、赤外線透過窓23の配置された真空容器
24、熱型赤外線撮像素子25、赤外線遮蔽体26、熱
型赤外線撮像素子25を温度制御するペルチェ素子27
を有する点は、第1の実施形態と同じであり、その説明
は省略する。本実施形態の熱型赤外線カメラ20が第1
の実施形態と異なる点は、第2の温度制御手段として第
2のペルチェ素子28を有し、この第2のペルチェ素子
28に赤外線遮蔽体26が熱的に結合されている点にあ
る。
【0038】熱型赤外線撮像素子25及び赤外線遮蔽体
26には、それぞれ温度を測定するためのセンサが配置
され、このデータによりそれぞれのペルチェ素子27、
28に印加する電流、電圧を制御するようになってい
る。赤外線遮蔽体26は、熱型赤外線撮像素子25を温
度制御するペルチェ素子27とは異なる第2のペルチェ
素子28にて温度制御される。このため、赤外線遮蔽体
26は、熱型赤外線撮像素子25とは別の温度に制御す
ることが可能となる。第2のペルチェ素子を第1のペル
チェ素子よりも、より低温に制御して赤外線遮蔽体26
を熱赤外線撮像素子よりも、より低温に制御すれば、赤
外線遮蔽体26は、背景光をより低減させることがで
き、このため、熱型赤外線カメラは、よりSNが向上す
る。
26には、それぞれ温度を測定するためのセンサが配置
され、このデータによりそれぞれのペルチェ素子27、
28に印加する電流、電圧を制御するようになってい
る。赤外線遮蔽体26は、熱型赤外線撮像素子25を温
度制御するペルチェ素子27とは異なる第2のペルチェ
素子28にて温度制御される。このため、赤外線遮蔽体
26は、熱型赤外線撮像素子25とは別の温度に制御す
ることが可能となる。第2のペルチェ素子を第1のペル
チェ素子よりも、より低温に制御して赤外線遮蔽体26
を熱赤外線撮像素子よりも、より低温に制御すれば、赤
外線遮蔽体26は、背景光をより低減させることがで
き、このため、熱型赤外線カメラは、よりSNが向上す
る。
【0039】赤外線遮蔽体26には延在部29が配置さ
れる。これは、第1のペルチェ素子27や第2のペルチ
ェ素子28の2次側からの迷光成分が熱型赤外線撮像素
子25に入射しないために配置される。 (第3の実施形態)図3は、第3の実施形態に係る本発
明の熱型赤外線カメラの概略断面図である。なお、本実
施形態は請求項1、3、4、7、8に対応する。レンズ
(撮像用結像光学系)31の配置された筐体32、赤外
線透過窓33の配置された真空容器34、熱型赤外線撮
像素子35、赤外線遮蔽体36、熱型赤外線撮像素子3
5を温度制御する第1の温度制御手段37、赤外線遮蔽
体36を温度制御する第2の温度制御手段38を有する
点は、第2の実施形態と同じである。
れる。これは、第1のペルチェ素子27や第2のペルチ
ェ素子28の2次側からの迷光成分が熱型赤外線撮像素
子25に入射しないために配置される。 (第3の実施形態)図3は、第3の実施形態に係る本発
明の熱型赤外線カメラの概略断面図である。なお、本実
施形態は請求項1、3、4、7、8に対応する。レンズ
(撮像用結像光学系)31の配置された筐体32、赤外
線透過窓33の配置された真空容器34、熱型赤外線撮
像素子35、赤外線遮蔽体36、熱型赤外線撮像素子3
5を温度制御する第1の温度制御手段37、赤外線遮蔽
体36を温度制御する第2の温度制御手段38を有する
点は、第2の実施形態と同じである。
【0040】本変形例の熱型赤外線カメラ30が第2の
実施形態と異なる点は、同一のペルチェ素子の一部を第
1、第2の温度制御手段で共用し、第1の温度制御手段
ではその上にさらにペルチェ素子を追加配置させる点、
及び、レンズ31が熱型赤外線撮像素子35と開口整合
がとれている点にある。開口整合に関しては第1の実施
形態と同様であり、ここでの説明は省略する。
実施形態と異なる点は、同一のペルチェ素子の一部を第
1、第2の温度制御手段で共用し、第1の温度制御手段
ではその上にさらにペルチェ素子を追加配置させる点、
及び、レンズ31が熱型赤外線撮像素子35と開口整合
がとれている点にある。開口整合に関しては第1の実施
形態と同様であり、ここでの説明は省略する。
【0041】ペルチェ素子などの電子冷却素子は、複数
段重ねることにより到達冷却温度または到達加熱温度を
より増大させることが可能となる。従って、本実施形態
による熱型赤外線カメラ30は、より厳しい環境温度で
使用する場合に適している。また、第1の温度制御手段
37は、第2の温度制御手段38よりも到達加熱温度が
高い。よって、第1、第2の温度制御手段を環境温度よ
り高温側に設定するなら、熱型赤外線撮像素子35は、
赤外線遮蔽体よりも高温に制御することが可能である。
言い換えれば、赤外線遮蔽体36を熱赤外線撮像素子よ
りも、より低温に制御することが可能であり、このよう
に温度制御するならば、赤外線遮蔽体36は、背景光を
より低減させることができ、このため、熱型赤外線カメ
ラは、よりSNが向上する。
段重ねることにより到達冷却温度または到達加熱温度を
より増大させることが可能となる。従って、本実施形態
による熱型赤外線カメラ30は、より厳しい環境温度で
使用する場合に適している。また、第1の温度制御手段
37は、第2の温度制御手段38よりも到達加熱温度が
高い。よって、第1、第2の温度制御手段を環境温度よ
り高温側に設定するなら、熱型赤外線撮像素子35は、
赤外線遮蔽体よりも高温に制御することが可能である。
言い換えれば、赤外線遮蔽体36を熱赤外線撮像素子よ
りも、より低温に制御することが可能であり、このよう
に温度制御するならば、赤外線遮蔽体36は、背景光を
より低減させることができ、このため、熱型赤外線カメ
ラは、よりSNが向上する。
【0042】また、このように第1、第2の温度制御手
段を構成すれば、比較的熱容量の大きい赤外線遮蔽体を
温度制御能力の大きなペルチェ素子で温度制御すること
ができ、大きな環境温度の変動に対応することができ
る。本実施形態では、第1の温度制御手段37を2段、
第2の温度制御手段38を1段で構成したが、これに限
らず、それぞれが別の段数であるなら何段でも構わな
い。
段を構成すれば、比較的熱容量の大きい赤外線遮蔽体を
温度制御能力の大きなペルチェ素子で温度制御すること
ができ、大きな環境温度の変動に対応することができ
る。本実施形態では、第1の温度制御手段37を2段、
第2の温度制御手段38を1段で構成したが、これに限
らず、それぞれが別の段数であるなら何段でも構わな
い。
【0043】図4は、第3の実施形態の変形例である。
この変形例の熱型赤外線カメラ40は、図3の熱型赤外
線カメラ30と同様に同一のペルチェ素子の一部を第
1、第2の温度制御手段で共用しており、第2の温度制
御手段48にペルチェ素子を追加配置させる点が図3の
熱型赤外線カメラ30と異なる。このように第1、第2
の温度制御手段を構成しても、熱型赤外線カメラ40
は、より厳しい環境温度で使用する場合に適するものと
なる。
この変形例の熱型赤外線カメラ40は、図3の熱型赤外
線カメラ30と同様に同一のペルチェ素子の一部を第
1、第2の温度制御手段で共用しており、第2の温度制
御手段48にペルチェ素子を追加配置させる点が図3の
熱型赤外線カメラ30と異なる。このように第1、第2
の温度制御手段を構成しても、熱型赤外線カメラ40
は、より厳しい環境温度で使用する場合に適するものと
なる。
【0044】また、第2の温度制御手段48は、第1の
温度制御手段47よりも到達冷却温度が低い。よって、
第1、第2の温度制御手段を環境温度より低温側に設定
するなら、赤外線遮蔽体46を熱赤外線撮像素子45よ
りも、より低温に制御することが可能であり、このよう
に温度制御するならば、赤外線遮蔽体46は、背景光を
より低減させることができ、このため、熱型赤外線カメ
ラは、よりSNが向上する。
温度制御手段47よりも到達冷却温度が低い。よって、
第1、第2の温度制御手段を環境温度より低温側に設定
するなら、赤外線遮蔽体46を熱赤外線撮像素子45よ
りも、より低温に制御することが可能であり、このよう
に温度制御するならば、赤外線遮蔽体46は、背景光を
より低減させることができ、このため、熱型赤外線カメ
ラは、よりSNが向上する。
【0045】なお、赤外線遮蔽体46には延在部49が
配置される。これは、第2の温度制御手段48の2次側
からの迷光成分が熱型赤外線撮像素子45に入射しない
ために配置される。 (第4の実施形態)図5は、第4の実施形態に係る本発
明の熱型赤外線カメラの概略断面図である。なお、本実
施形態は請求項1、2、5、8に対応する。レンズ(撮
像用結像光学系)51の配置された筐体52、赤外線透
過窓53の配置された真空容器54、熱型赤外線撮像素
子55、赤外線遮蔽体56、熱型赤外線撮像素子55を
温度制御するペルチェ素子57を有する点は、第1の実
施形態と同じであり、その説明は省略する。
配置される。これは、第2の温度制御手段48の2次側
からの迷光成分が熱型赤外線撮像素子45に入射しない
ために配置される。 (第4の実施形態)図5は、第4の実施形態に係る本発
明の熱型赤外線カメラの概略断面図である。なお、本実
施形態は請求項1、2、5、8に対応する。レンズ(撮
像用結像光学系)51の配置された筐体52、赤外線透
過窓53の配置された真空容器54、熱型赤外線撮像素
子55、赤外線遮蔽体56、熱型赤外線撮像素子55を
温度制御するペルチェ素子57を有する点は、第1の実
施形態と同じであり、その説明は省略する。
【0046】本実施形態の熱型赤外線カメラ50が第1
の実施形態と異なる点は、赤外線遮蔽体56と熱的に結
合されたNDフィルター59が配置されている点にあ
る。すなわち、周囲が赤外線遮蔽体56に密着し、且
つ、その開口部を覆うようにNDフィルター59が配置
される。NDフィルター59は、赤外線遮蔽体56を介
してペルチェ素子57により温度制御される。よって、
NDフィルター59から輻射される赤外線量を一定にす
ることが可能となる。このため、NDフィルターを装着
した熱型赤外線カメラの環境温度が変化しても、背景光
成分の変動を低減することができる。
の実施形態と異なる点は、赤外線遮蔽体56と熱的に結
合されたNDフィルター59が配置されている点にあ
る。すなわち、周囲が赤外線遮蔽体56に密着し、且
つ、その開口部を覆うようにNDフィルター59が配置
される。NDフィルター59は、赤外線遮蔽体56を介
してペルチェ素子57により温度制御される。よって、
NDフィルター59から輻射される赤外線量を一定にす
ることが可能となる。このため、NDフィルターを装着
した熱型赤外線カメラの環境温度が変化しても、背景光
成分の変動を低減することができる。
【0047】なお、本実施形態では、一例としてNDフ
ィルターを装着したが、これに限らず、ショートパスフ
ィルター、ロングパスフィルター等の波長制限フィルタ
ーを装着しても、これらのフィルターが温度制御される
ならば同様な効果を有することは言うまでもない。赤外
線用の波長制限フィルターには、SiO2、Ge、Zn
Sを組み合わせた多層膜が知られている。
ィルターを装着したが、これに限らず、ショートパスフ
ィルター、ロングパスフィルター等の波長制限フィルタ
ーを装着しても、これらのフィルターが温度制御される
ならば同様な効果を有することは言うまでもない。赤外
線用の波長制限フィルターには、SiO2、Ge、Zn
Sを組み合わせた多層膜が知られている。
【0048】また、これらのフィルターを例えば回転板
に複数配置させ、これを回転させたあと赤外線遮光体に
密着させれば、フィルターの容易な交換が可能となり、
波長範囲や減光率を任意に変更することも可能となる。
本実施形態の熱型赤外線カメラ50は、開口整合の取れ
た構成ではないが、レンズ51が熱型赤外線撮像素子5
5と開口整合の取れた光学系にすれば、熱型赤外線撮像
素子55に入射する背景光成分の変動は減少し、熱型赤
外線カメラ50の環境温度依存性を更に低減することが
出来、また、熱型赤外線撮像素子55の視野界を最大に
することができる。 (第5の実施形態)図6は、第5の実施形態に係る本発
明の熱型赤外線カメラの概略断面図である。なお、本実
施形態は請求項1、2、6、8に対応する。レンズ(撮
像用結像光学系)61の配置された筐体62、赤外線透
過窓63の配置された真空容器64、熱型赤外線撮像素
子65、赤外線遮蔽体66、熱型赤外線撮像素子65を
温度制御する第1の温度制御手段67、赤外線遮蔽体6
6を温度制御する第2の温度制御手段68を有する点
は、第2の実施形態と同じであり、その説明は省略す
る。
に複数配置させ、これを回転させたあと赤外線遮光体に
密着させれば、フィルターの容易な交換が可能となり、
波長範囲や減光率を任意に変更することも可能となる。
本実施形態の熱型赤外線カメラ50は、開口整合の取れ
た構成ではないが、レンズ51が熱型赤外線撮像素子5
5と開口整合の取れた光学系にすれば、熱型赤外線撮像
素子55に入射する背景光成分の変動は減少し、熱型赤
外線カメラ50の環境温度依存性を更に低減することが
出来、また、熱型赤外線撮像素子55の視野界を最大に
することができる。 (第5の実施形態)図6は、第5の実施形態に係る本発
明の熱型赤外線カメラの概略断面図である。なお、本実
施形態は請求項1、2、6、8に対応する。レンズ(撮
像用結像光学系)61の配置された筐体62、赤外線透
過窓63の配置された真空容器64、熱型赤外線撮像素
子65、赤外線遮蔽体66、熱型赤外線撮像素子65を
温度制御する第1の温度制御手段67、赤外線遮蔽体6
6を温度制御する第2の温度制御手段68を有する点
は、第2の実施形態と同じであり、その説明は省略す
る。
【0049】本実施形態の熱型赤外線カメラ50が第2
の実施形態と異なる点は、赤外線遮蔽体66と熱的に結
合された光学的可変絞り69が配置されている点にあ
る。すなわち、周囲が赤外線遮蔽体66に接続され、且
つ、熱型赤外線撮像素子65に入射する赤外線量を調節
できるように光学的可変絞り69が配置される。光学的
可変絞り69は、絞り量制御手段70、71によってそ
の絞り量を外部から調節することが可能である。ここで
は、電磁気力的な結合により絞り量制御手段70、71
を構成している。しかし、これに限らず、モーター駆動
のように機械的な動作によって光学的可変絞り69を制
御してもよい。
の実施形態と異なる点は、赤外線遮蔽体66と熱的に結
合された光学的可変絞り69が配置されている点にあ
る。すなわち、周囲が赤外線遮蔽体66に接続され、且
つ、熱型赤外線撮像素子65に入射する赤外線量を調節
できるように光学的可変絞り69が配置される。光学的
可変絞り69は、絞り量制御手段70、71によってそ
の絞り量を外部から調節することが可能である。ここで
は、電磁気力的な結合により絞り量制御手段70、71
を構成している。しかし、これに限らず、モーター駆動
のように機械的な動作によって光学的可変絞り69を制
御してもよい。
【0050】光学的可変絞り69は、赤外線遮蔽体66
を介して第2の温度制御手段68により温度制御され
る。よって、光学的可変絞り69から輻射される赤外線
量を一定にすることが可能となる。このため、光学的可
変絞りを装着した熱型赤外線カメラの環境温度が変化し
ても、背景光成分の変動を低減することができる。本実
施形態の熱型赤外線カメラ60は、開口整合の取れた構
成にしていない。しかし、レンズ61が熱型赤外線撮像
素子65と開口整合の取れた光学系にすれば、熱型赤外
線撮像素子55の視野界を最大にすることができる。
を介して第2の温度制御手段68により温度制御され
る。よって、光学的可変絞り69から輻射される赤外線
量を一定にすることが可能となる。このため、光学的可
変絞りを装着した熱型赤外線カメラの環境温度が変化し
ても、背景光成分の変動を低減することができる。本実
施形態の熱型赤外線カメラ60は、開口整合の取れた構
成にしていない。しかし、レンズ61が熱型赤外線撮像
素子65と開口整合の取れた光学系にすれば、熱型赤外
線撮像素子55の視野界を最大にすることができる。
【0051】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項1記載の発
明では、環境温度が変化しても背景光成分の変動が低減
され、環境温度安定性を向上させることができる。この
ため、環境温度の変化が生じても、常に好適な画像がえ
られる。請求項2記載の発明では、熱型赤外線カメラの
構成を簡略化することができ、このため、小型で安価熱
型赤外線カメラを提供することができる。
明では、環境温度が変化しても背景光成分の変動が低減
され、環境温度安定性を向上させることができる。この
ため、環境温度の変化が生じても、常に好適な画像がえ
られる。請求項2記載の発明では、熱型赤外線カメラの
構成を簡略化することができ、このため、小型で安価熱
型赤外線カメラを提供することができる。
【0052】請求項3、4に記載の発明では、熱型赤外
線撮像素子と赤外線遮蔽体とを別々の温度で制御するこ
とができる。このため、赤外線遮蔽体の温度を熱型赤外
線撮像素子よりも低温に制御することも可能となり、よ
りSN比を向上させることができる。請求項5、6に記
載の発明では、フィルターや光学的可変絞りから輻射さ
れる赤外線量を一定にすることができ、このため、フィ
ルターや光学的可変絞りを搭載した熱型赤外線カメラの
環境温度が変化しても、背景光成分の変動を低減するこ
とができる。
線撮像素子と赤外線遮蔽体とを別々の温度で制御するこ
とができる。このため、赤外線遮蔽体の温度を熱型赤外
線撮像素子よりも低温に制御することも可能となり、よ
りSN比を向上させることができる。請求項5、6に記
載の発明では、フィルターや光学的可変絞りから輻射さ
れる赤外線量を一定にすることができ、このため、フィ
ルターや光学的可変絞りを搭載した熱型赤外線カメラの
環境温度が変化しても、背景光成分の変動を低減するこ
とができる。
【0053】請求項7に記載の発明では、熱型赤外線撮
像素子に入射する背景光成分の変動が減少し、熱型赤外
線カメラの環境温度依存性を更に低減することができ、
また、熱型赤外線撮像素子の視野界を最大にすることが
できる。請求項8に記載の発明では、温度制御の安定性
を向上させることができ、また、温度制御に要するエネ
ルギーを小さくすることができる。このため、ランニン
グコストの低減した熱型赤外線カメラを提供することが
できる。
像素子に入射する背景光成分の変動が減少し、熱型赤外
線カメラの環境温度依存性を更に低減することができ、
また、熱型赤外線撮像素子の視野界を最大にすることが
できる。請求項8に記載の発明では、温度制御の安定性
を向上させることができ、また、温度制御に要するエネ
ルギーを小さくすることができる。このため、ランニン
グコストの低減した熱型赤外線カメラを提供することが
できる。
【図1】第1の実施形態に係る本発明の熱型赤外線カメ
ラの概略断面図である。
ラの概略断面図である。
【図2】第2の実施形態に係る本発明の熱型赤外線カメ
ラの概略断面図である。
ラの概略断面図である。
【図3】第3の実施形態に係る本発明の熱型赤外線カメ
ラの概略断面図である。
ラの概略断面図である。
【図4】第3の実施形態の変形例である。
【図5】第4の実施形態に係る本発明の熱型赤外線カメ
ラの概略断面図である。
ラの概略断面図である。
【図6】第5の実施形態に係る本発明の熱型赤外線カメ
ラの概略断面図である。
ラの概略断面図である。
【図7】熱型赤外線撮像素子に使用されるパッケージ断
面図である。
面図である。
【図8】図7のパッケージの分解図である。
【図9】従来の熱型赤外線カメラの概略断面図である。
【図10】従来の開口整合の取れていない熱型赤外線カ
メラを説明する断面図である。
メラを説明する断面図である。
10、20、30、40、50、60 熱型赤外線カメ
ラ 11、21、31、41、51、61、111 レンズ
(撮像用結像光学系) 12、22、32、42、52、62、222 筐体 13、23、33、43、53、63 赤外線透過窓 14、24、34、44、54、64 真空容器 15、25、35、45、55、65、115、202
熱型赤外線撮像素子 16、26、36、46、56、66、116 赤外線
遮蔽体 17、57 温度制御手段(ペルチェ素子) 27、37、47、67 第1の温度制御手段 28、38、48、68 第2の温度制御手段 29、49 赤外線遮蔽体の延在部 59 NDフィルター 69、230 光学的可変絞り 70、71 絞り量制御手段 201 赤外線透過窓 203 電子冷却素子 204 温度センサー 205 パッケージ本体 206 配線端子 207 金属配管 208 真空封止部 209 接着剤 210 キャビティ部 221 撮像用結像光学系 223 駆動用読み出し回路 224、225 配線 226 接続端子 229 波長制限用フィルター 231 パッケージ
ラ 11、21、31、41、51、61、111 レンズ
(撮像用結像光学系) 12、22、32、42、52、62、222 筐体 13、23、33、43、53、63 赤外線透過窓 14、24、34、44、54、64 真空容器 15、25、35、45、55、65、115、202
熱型赤外線撮像素子 16、26、36、46、56、66、116 赤外線
遮蔽体 17、57 温度制御手段(ペルチェ素子) 27、37、47、67 第1の温度制御手段 28、38、48、68 第2の温度制御手段 29、49 赤外線遮蔽体の延在部 59 NDフィルター 69、230 光学的可変絞り 70、71 絞り量制御手段 201 赤外線透過窓 203 電子冷却素子 204 温度センサー 205 パッケージ本体 206 配線端子 207 金属配管 208 真空封止部 209 接着剤 210 キャビティ部 221 撮像用結像光学系 223 駆動用読み出し回路 224、225 配線 226 接続端子 229 波長制限用フィルター 231 パッケージ
Claims (8)
- 【請求項1】入射する赤外線光量に対応して発熱し電気
的特性の変化により赤外線を検知する受光部が複数配置
されてなる熱型赤外線撮像素子と、撮像用結像光学系を
有する熱型赤外線カメラにおいて、 前記熱型赤外線撮像素子は、所望の温度に制御された第
1の温度制御手段上に配置され、 前記熱型赤外線撮像素子の周囲には、温度制御され、且
つ、前記撮像用結像光学系からの赤外線を前記熱型赤外
線撮像素子に導く開口部を有する赤外線遮蔽体が配置さ
れることを特徴とする熱型赤外線カメラ。 - 【請求項2】前記赤外線遮蔽体は、前記第1の温度制御
手段に熱的に結合されることを特徴とする請求項1記載
の熱型赤外線カメラ。 - 【請求項3】前記赤外線遮蔽体は、前記第1の温度制御
手段とは異なる温度に制御された第2の温度制御手段に
熱的に結合されることを特徴とする請求項1記載の熱型
赤外線カメラ。 - 【請求項4】前記第2の温度制御手段は、前記第1の温
度制御手段よりも低温に制御されることにより、前記赤
外線遮蔽体が前記熱型赤外線撮像素子よりも低温に制御
されることを特徴とする請求項3記載にされた熱型赤外
線カメラ。 - 【請求項5】前記熱型赤外線撮像素子の赤外線入射側に
は前記赤外線遮蔽体と熱的に結合されている波長制限フ
ィルターまたはNDフィルターが配置されることを特徴
とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の熱型赤
外線カメラ。 - 【請求項6】前記熱型赤外線撮像素子の赤外線入射側に
は前記赤外線遮蔽体と熱的に結合されている光学的可変
絞りが配置されることを特徴とする請求項1から請求項
5のいずれかに記載の赤外線カメラ。 - 【請求項7】前記撮像用結像光学系は、前記熱型赤外線
撮像素子と開口整合がとれた光学系であることを特徴と
する請求項1から請求項6のいずれかに記載の熱型赤外
線カメラ。 - 【請求項8】少なくとも前記赤外線遮蔽体及び前記熱型
赤外線撮像素子が同一の真空容器内に配置さることを特
徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の熱型
赤外線カメラ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9085422A JPH10281864A (ja) | 1997-04-03 | 1997-04-03 | 熱型赤外線カメラ |
US09/050,974 US6133569A (en) | 1997-04-03 | 1998-03-31 | Thermal infrared camera |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9085422A JPH10281864A (ja) | 1997-04-03 | 1997-04-03 | 熱型赤外線カメラ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10281864A true JPH10281864A (ja) | 1998-10-23 |
Family
ID=13858394
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9085422A Pending JPH10281864A (ja) | 1997-04-03 | 1997-04-03 | 熱型赤外線カメラ |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6133569A (ja) |
JP (1) | JPH10281864A (ja) |
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CN111721425A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-09-29 | 烟台艾睿光电科技有限公司 | 红外测温方法、装置、设备以及计算机可读存储介质 |
JP2021099332A (ja) * | 2019-12-20 | 2021-07-01 | 國家中山科學研究院 | 高精度非接触式温度測定装置 |
WO2021161862A1 (ja) * | 2020-02-12 | 2021-08-19 | 株式会社堀場製作所 | 温度計 |
US11101422B2 (en) | 2016-07-20 | 2021-08-24 | Tokin Corporation | Pyroelectric infrared sensor device |
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