CN102645821A - 红外线摄像机的光学配置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种红外线摄像机的光学配置，其使红外线摄像机兼备摄像精度的提高、和装置的小型化。为了达成该目的，采用了如下的红外线摄像机的光学配置，其特征在于，具备：镜头单元，其在框体上支承有透镜；红外线传感器组件，其在具有窗部的壳体内封入有红外线传感器，所述红外线传感器将透过了透镜的红外线量作为热量而进行检测，并转换为图像信号；快门，其被配置在该镜头单元与红外线传感器组件之间，并且，将红外线传感器的传感器面和窗部、快门以及透镜配置成，对该红外线传感器的传感器面、窗部、快门的最大开口各自的角部与最接近快门的透镜的透镜有效面的端部进行连结的假想直线的、相对于光轴的倾斜角度成为25°至35°。
Description
技术领域
本发明涉及一种对红外线进行检测并将红外线转换处理为图像信号的红外线摄像机的光学配置。
背景技术
对远红外线、中红外线或近红外线的辐射能进行检测并转换为映像的红外线摄像机，被用于例如，警备上的监视、对汽车行驶时或灾害发生时的位于暗处的人或动物的检测等。作为红外线摄像机的摄像方法，例如，如专利文献1(日本申请日本特开平10-281864号公报)所公开的那样，对红外线进行热检测的热红外线摄像元件被用作摄像部。专利文献1中所公开的热红外线摄像机具备摄像部，该摄像部被构成为，物理特性根据温度而发生变化的温度检测部、和根据入射的红外线量而发热的红外线吸收层处于热结合的状态。而且，由于在红外线吸收层通过红外线的入射而发热，且该热量使温度检测部产生温度变化时，将产生能够作为电流或电压的变化而读取的、温度检测部的物理特性变化，因此将电流或电压的变化作为红外线量的电信号而输出。
然而，虽然现有的红外线摄像机在防犯摄像机等的定点观察用途、汽车的夜视等的用途中，处于能够识别人或动物的有无的程度、且能够进行广角摄像，但是解像度有所不足。但是，近几年，即使在红外线摄像机用的镜头中，也要求较高解像度的镜头，并且，根据广角、高倍率等目的，而如可见光摄像机那样，提高了对根据远摄或广角等用途而使用的替换镜头的应用的期待。
例如，在专利文献2(日本申请日本特开2009-63942号公报)中公开了一种具备镜头单元和红外线传感器的摄像装置，其中，所述镜头单元使用了由为了广角而设计的多个透镜构成的远红外线摄像机用镜头。该红外线摄像机用的镜头使用由能够使红外线透过的锗构成的镜头。由于这些红外线摄像机用的镜头中，温度和镜头材料的折射率之间的相关性较高、且即使为微小的温度变化，镜头材料的折射率也会发生变化，因此焦点容易发生偏移。而且，由于红外线传感器的灵敏度受周围的温度变化的有无的影响，因此在红外线摄像机中，如专利文献3(日本申请日本特开2010-261801号公报)所公开的红外线摄像***那样，在镜头与二维传感器之间***快门且使之以预定的间隔进行开闭，并且，通过在关闭了快门的状态下实施对二维传感器的温度补偿，并获得刚打开快门之后的来自二维传感器的输出，从而防止了由于二维传感器周围的温度变化而引起的摄像精度的降低。
另一方面，在车载用或便携用的红外线摄像机中，要求摄像精度的提高、和小型化。但是，如上文所述，在将红外线量作为热量而进行检测的红外线摄像机的情况下，为了进行温度管理，而需要将红外线传感器配置在真空容器内、或配置快门，从而为了提高摄像精度，必然存在装置变大的问题。
因此，本发明的目的在于，提供一种兼备了摄像精度的提高、和装置的小型化的红外线摄像机的光学配置。
发明内容
本发明人等进行了努力研究后的结果为，通过采用以下的红外线摄像机的光学配置，从而达成了上述目的。
本发明所涉及的红外线摄像机的光学配置的特征在于，具备：镜头单元，其在框体上支承有透镜；红外线传感器组件，且在具有窗部的壳体内封入有红外线传感器，所述红外线传感器将透过了透镜的红外线作为热量而进行检测，并转换为图像信号；快门，其被配置在该镜头单元与该红外线传感器组件之间，并且，将红外线传感器的传感器面和窗部、快门以及透镜配置成，对该红外线传感器的传感器面、窗部、快门的最大开口各自的角部与最接近快门的透镜的透镜有效面的端部进行连结的假想直线的、相对于光轴的倾斜角度成为25°至35°。
在本发明所涉及的红外线摄像机中，进一步优选为，所述镜头单元为，使镜头安装座与照相机摄像机主体所具备的摄像机安装座卡合的替换镜头单元，且该替换镜头单元的镜头安装座以及摄像机主体的摄像机安装座的开口外周端部位于所述假想直线上。
在本发明所涉及的红外线摄像机的光学配置中，进一步优选为，摄像机安装座以及镜头安装座的接合面与所述红外线传感器的传感器面的、在光轴方向上的分离距离为10mm至15mm。
发明效果
本发明所涉及的红外线摄像机的光学配置通过将红外线传感器的传感器面和窗部、快门以及透镜配置成，对红外线传感器的传感器面、窗部、快门的最大开口以及最接近快门的透镜的透镜有效面各自的端部进行连结的假想直线的、相对于光轴的倾斜角度成为25°至35°，从而能够在提高摄像精度的同时实现小型化。
附图说明
图1为表示本发明所涉及的红外线摄像机的光学配置的剖视图。
具体实施方式
以下，对本发明所涉及的红外线摄像机的光学配置的优选实施方式进行说明。图1为表示本发明所涉及的红外线摄像机的光学配置的一个实施方式的剖视图。红外线摄像机1尤其被用于中红外、远红外的摄像中，并具备镜头单元2、红外线传感器组件3、和快门单元5。而且，本发明所涉及的红外线摄像机的光学配置的特征在于，将红外线传感器的传感器面和窗部、快门以及透镜配置成，对该红外线传感器的传感器面、窗部、快门的最大开口各自的角部与最接近快门的透镜的透镜有效面的端部进行连结的假想直线的、相对于光轴的倾斜角度成为25°至35°。首先，对镜头单元2、红外线传感器组件3、快门单元5进行说明。
在镜头单元2中，多个透镜14沿着光轴L而被支承在框体21上，并且该透镜14中，变焦透镜、对焦透镜等以能够在光轴方向上移动的方式被设置。而且，在镜头单元2的成像侧的端部上具备镜头安装座22、并且该镜头安装座22与摄像机主体10所具备的摄像机安装座16卡合，从而被安装在摄像机主体10上。在本实施方式中，采用了卡口安装座。虽然在本实施方式中，镜头单元2采用了可相对于具备红外线传感器组件3的摄像机主体10进行拆装的替换镜头，但是，本发明即使在将镜头单元固定在摄像机主体上的红外线摄像机中，也可起到效果。
红外线传感器组件3被设置在摄像机主体10上，并具有红外线传感器31，该红外线传感器31将透过了透镜14的红外线量作为热量而进行检测，并转换为图像信号。红外线传感器组件3具备红外线传感器31、和收纳该红外线传感器31的壳体32。
从摄像性能、设置环境的观点出发，红外线传感器31优选使用测辐射热计、热电元件、热敏电阻等。该红外线传感器31被配置在第一壳体321内，并具有对红外线进行检测的传感器面31a。具体而言，在面向第一壳体321的开口32a的位置处配置传感器面31a，并在该开口32a中嵌合并粘接锗制的窗部32b，且通过进行减压处理，从而将红外线传感器31真空密封在第一壳体321内。测辐射热计(红外线传感器31)的传感器面31a能够使用由硅、锗等的半导体、铂、镍等的金属、铌、锡等的超导体、硫属化物玻璃等的电介质构成的薄膜。
而且，红外线传感器31为，将红外线量作为热量而进行检测的传感器，并为了提高灵敏度、信噪比，而保持为所需的温度。因此，红外线传感器组件3具有调温机构33。调温机构33具备调温元件33a和散热部33b，其中，所述调温元件33a将红外线传感器31的检测面31a由于热检测而上升的温度调节为预定温度，所述散热部33b将调温元件33a所吸收的热量向壳体32外进行散热。在本实施方式中，调温元件33a使用了帕尔贴元件。散热部33b为，与调温元件33a相连接的导热部件，并通过由调温元件33a对红外线传感器31的检测面31a的温度进行调节，从而将所产生的热量向第一壳体321的外部进行散热。在本实施方式中，将第一壳体321中除具有窗部32a的面(与快门51对置的面)以外的面设为铝制，并将第一壳体321中的铝制的部分设为散热部33b。
在此，红外线传感器组件3的壳体32由第一壳体321和第二壳体322构成，其中，第一壳体321对红外线传感器31进行密封，第二壳体322包围至少包括散热部33b在内的第一壳体321的外周部。第二壳体322被设置成，不会使来自散热部33b的热量向摄像机主体10的外部传递。另外，在本实施方式中，对于第二壳体322，考虑到绝热性从而将侧面以及成像面侧设为陶瓷制，并将具有开口32a的面设为金属制。此外，第一壳体321通过采用铝制，从而成为易于向外部散热的结构。
快门单元5为，快门51以能够开闭的状态被安装在框体52上的单元。快门51被配置在镜头单元2和红外线传感器组件3之间，且以预定的间隔进行开闭。在将红外线量作为热量而进行检测的红外线摄像机中，由于用红外线传感器31对被摄物体侧的温度分布进行检测，因此为了提高摄像性能，而需要将红外线传感器31保持为基准温度。因此，将被设定为基准温度的快门51设置在透镜14和红外线传感器31之间，并以固定间隔对快门51进行开闭，从而将红外线传感器31的温度补正为基准温度。
红外线摄像机使从被摄物体侧入射的红外线透过镜头单元2的多个透镜14，并在红外线传感器组件3的传感器面31a上成像。在传感器面31a上，将所成像的红外线量作为温度分布而进行检测，并将该检测信号传递至图像处理机构(未图示)，从而实施图像处理。在此，快门51以固定间隔进行开闭，从而将红外线传感器31的温度补正为基准温度。
接下来，对光学配置进行说明。如图1所示，在本发明所涉及的红外线摄像机的光学配置中，将对红外线传感器31的传感器面31a、窗部32b、快门51的最大开口各自的角部、与最接近快门的透镜14a的透镜有效面的端部进行连结的线设为假想直线M。将传感器面31a、窗部32b、快门51以及最接近快门的透镜14a按照该顺序配置成，该假想直线M相对于光轴L的倾斜角度θ为25°至35°。即，在图1所示的剖视图中，对红外线传感器31的传感器面31a的外周端部、和最接近快门的透镜14a的透镜有效面的外周端部进行连接的假想直线M相对于光轴L的倾斜角度θ为25°至35°，并且传感器面31a、窗部32b、快门51的最大开口以及最接近快门的透镜14a的透镜有效面各自的端部被配置为，位于该假想直线M上。
当该假想直线M相对于光轴L的倾斜角度θ小于25°时，将无法缩短在光轴方向上配置这些部件的长度，从而无法实现红外线摄像机的小型化，或者，无法维持所需的F值、从而无法实现小型化以及摄像精度的提高这两个方面。另一方面，当假想直线M相对于光轴L的倾斜角度θ大于35°时，传感器面31a、窗部32b、快门51以及最接近快门的透镜14a的透镜有效面各自的面积将会增大，从而与小型化背道而驰、且红外线摄像机变重，因此不为优选。
此外，虽然在使用替换镜头单元以作为镜头单元2时，使镜头安装座22与摄像机主体10所具备的摄像机安装座16卡合，但是当使该替换镜头单元的镜头安装座22以及摄像机主体10的摄像机安装座16的开口外周端部位于假想直线M上时，将能够防止存在于镜头单元2内的红外线等不需要的红外线的入射。
而且，在本发明所涉及的红外线摄像机1的光学配置中，其特征之一在于，如图1中符号S所示，镜头安装座22和摄像机安装座16之间的接合面、与红外线传感器31的传感器面31a之间的分离距离S在光轴方向上为10mm至15mm。镜头安装座22和摄像机安装座16之间的接合面是指，在镜头安装座22和摄像机安装座16接合在一起的状态下，在各个安装座上与光轴L垂直的面彼此相抵接的面。在红外线摄像机中，必须有快门单元5。而且，由于对于透镜14以及红外线传感器31而言，温度管理均较为重要，因此为了防止由于相互之间的热量而引起的温度变化，而无法进行密接配置。因此，在机构性方面无法抑制光轴方向上的长度。但是，在本发明所涉及的红外线摄像机的光学配置中，镜头安装座22和摄像机安装座16之间的接合面、与红外线传感器31的传感器面31a之间的分离距离S，在光轴方向上被抑制为10mm至15mm的极小程度。与此同时，通过使最接近快门的透镜14a、快门51、窗部32b、红外线传感器31的传感器面31a各自的端部均位于假想直线M上，从而能够成为如下的光学配置，即，将F值保持为1.0、且抑制了光轴方向上的长度以及镜头径向上的大小。
产业上的可利用性
本发明所涉及的红外线摄像机的光学配置能够利用于，具备替换镜头式的镜头单元、或固定式的镜头单元的红外线摄像机中。而且，本发明所涉及的红外线摄像机的光学配置，能够实现兼备了摄像精度的提高和小型化的红外线摄像机，并且也能够同时实现轻量化。因此，除了车载用、便携用的红外线摄像机之外，作为防犯等的监视用摄像机，也能够在小型高性能化方面作出贡献。
Claims (3)
1.一种红外线摄像机的光学配置，其特征在于，具备：
镜头单元，其在框体上支承有透镜；红外线传感器组件，其在具有窗部的壳体内封入有红外线传感器，所述红外线传感器将透过了透镜的红外线量作为热量而进行检测，并转换为图像信号；快门，其被配置在该镜头单元与该红外线传感器组件之间，
将该红外线传感器的传感器面和窗部、快门以及透镜配置成，对红外线传感器的传感器面、窗部、快门的最大开口各自的角部与最接近快门的透镜的透镜有效面的端部进行连结的假想直线的、相对于光轴的倾斜角度成为25°至35°。
2.如权利要求1所述的红外线摄像机的光学配置，其中，
所述镜头单元为，使镜头安装座与摄像机主体所具备的摄像机安装座卡合的替换镜头单元，
该替换镜头单元的镜头安装座以及摄像机主体的摄像机安装座的开口外周端部位于所述假想直线上。
3.如权利要求1所述的红外线摄像机的光学配置，其中，
摄像机安装座以及镜头安装座之间的接合面与所述红外线传感器的传感器面的、在光轴方向上的分离距离为10mm至15mm。
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