JP2005214985A - Infrared imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、赤外線撮像装置に係り、特に、光学系中のアフォーカル第一結像面における赤外線検知素子の投影像の温度変動による大きさの変動、光学系内に設けられる水平走査ミラーを走査する水平スキャナの温度変動を考慮した走査角の縮減、及び、測定対象物体が放射する赤外線の取り込みを行なわない無効走査領域の縮減によって水平スキャナを小型化し、又、基準温度熱源が放射する赤外線を光学系に導入する反射ミラーの調整機構を簡易化し、温度基準熱源を小型化することによって実現される小型の赤外線撮像装置に関する。 The present invention relates to an infrared imaging device, and in particular, a variation in size due to a temperature variation of a projected image of an infrared detection element on an afocal first imaging plane in an optical system, and scanning a horizontal scanning mirror provided in the optical system. The horizontal scanner is reduced in size by reducing the scanning angle in consideration of temperature fluctuations of the horizontal scanner and by reducing the invalid scanning area where the infrared radiation emitted by the measurement target object is not captured, and the infrared radiation emitted by the reference temperature heat source is reduced. The present invention relates to a small-sized infrared imaging device that is realized by simplifying a mechanism for adjusting a reflecting mirror introduced into an optical system and downsizing a temperature reference heat source.
赤外線撮像装置は、物体がその温度と一義的な関係を持って放射する赤外線を検知して、検知した赤外線の強度に応じた輝度表示又は色表示を行なう。
つまり、上記輝度表示又は色表示によって当該物体の表面の温度分布を測定する装置である。
The infrared imaging device detects infrared rays emitted from an object with a unique relationship with its temperature, and performs luminance display or color display according to the detected infrared intensity.
That is, it is a device that measures the temperature distribution on the surface of the object by the luminance display or color display.
そして、最大の特徴は測定対象の物体に直接触れずに温度を測定できるという点にある。 The biggest feature is that the temperature can be measured without directly touching the object to be measured.
この非接触で温度測定できるという特徴を生かして、ビル管理システム等において火災検知装置として適用されることも多く、又、化学プラントや原子炉のように人が近づくことが困難か、入ること自体が危険な箇所の温度測定には不可欠となっており、その用途は拡大の一途を辿っている。 Taking advantage of this non-contact temperature measurement, it is often applied as a fire detection device in building management systems, etc., and it is difficult for people to approach or enter itself as in chemical plants and nuclear reactors. However, it is indispensable for the temperature measurement of dangerous places, and its use is steadily expanding.
広がりつつある用途の中で、特に医療分野のように人体の疾患を発見したり、スポーツ医学分野のように身体の生理的或いは物理的な変化を検出するために使われる場合には、非常に高い精度と確度での温度測定が要求される。 Among the expanding applications, especially when used to detect human body diseases, such as in the medical field, or to detect physiological or physical changes in the body, such as in the field of sports medicine, Temperature measurement with high accuracy and accuracy is required.
かくの如く、近年、赤外線撮像装置には高精細化の要求が強くなっている。 As described above, in recent years, there has been a strong demand for high-definition infrared imaging devices.
又、セキュリティ管理や警備、防衛のために使われる場合にも、非常に高い精度が要求されると同時に誤認がないことが極めて重要であり、加えて、セキュリティ管理や警備、防衛のためのアクションを短時間で確実に行なうことができる必要がある。 Also, when used for security management, security and defense, it is extremely important that very high accuracy is required and there is no misidentification. In addition, actions for security management, security and defense Must be able to be performed reliably in a short time.
このため、視野角の拡大及び表示の高速化に対する要求も強くなっており、同時に装置の小型化も急務となっている。 For this reason, there is a strong demand for widening the viewing angle and speeding up the display, and at the same time, miniaturization of the apparatus is urgently required.
特に、視野角を拡大するには水平スキャナの走査角を広げることが必要になるが、走査角の増加のためには水平スキャナの駆動力を増加する必要があるために、視野角の拡大と装置の小型化は相矛盾する要求である。 In particular, in order to increase the viewing angle, it is necessary to increase the scanning angle of the horizontal scanner, but in order to increase the scanning angle, it is necessary to increase the driving force of the horizontal scanner. Miniaturization of the device is a contradictory requirement.
又、視野角を拡大した上で表示を高速化するためには水平スキャナの走査を高速化する必要があるが、走査の高速化のためにも水平スキャナの駆動力を増加する必要があるために、走査の高速化と装置の小型化も相矛盾する要求である。 Also, in order to increase the display speed while expanding the viewing angle, it is necessary to increase the scanning speed of the horizontal scanner. However, it is necessary to increase the driving force of the horizontal scanner in order to increase the scanning speed. In addition, speeding up of scanning and downsizing of the apparatus are contradictory requirements.
本発明は、このように相矛盾する厳しい要請に応える小型の赤外線撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a small-sized infrared imaging device that meets the strict requirements that contradict each other.
図１１は、従来の赤外線撮像装置の構成で、従来の赤外線撮像装置の機能を示す目的で主要な構成要素を、機構的な物は模式的に、電気的な物はブロック図で図示したものである。 FIG. 11 shows a configuration of a conventional infrared imaging device, in which main components are shown for the purpose of illustrating functions of the conventional infrared imaging device, a mechanical object is schematically illustrated, and an electrical object is illustrated by a block diagram. It is.
図１１において、１は赤外線検知器、２ａはイメージ・レンズ系、３ａは水平スキャナ、４ｂ及び４ｃは温度基準熱源、５ａはアフォーカル・レンズ系、６ａは熱源導入光学系、７は画像処理系、８は熱源温度制御系である。 In FIG. 11, 1 is an infrared detector, 2a is an image lens system, 3a is a horizontal scanner, 4b and 4c are temperature reference heat sources, 5a is an afocal lens system, 6a is a heat source introducing optical system, and 7 is an image processing system. , 8 is a heat source temperature control system.
該赤外線検知器１は、主として、水銀・カドミウム・テルル（ＨｇＣｄＴｅ）によって代表される赤外線検知素子１１、循環冷却器やジュール・トムソン冷却器などの冷却器１２、真空容器１３、該真空容器１３に設けられたゲルマニウム（Ｇｅ）などによる赤外線を透過する窓１４によって構成される。
The
尚、赤外線検知素子１１を冷却器１２を備えた真空容器１３中に設置して８０Ｋ（Ｋは絶対零度を基準とする温度の単位で、英国のケルビン卿に因んで“ケルビン”と呼ばれる
温度の単位であるが、“°”は付けずに標記する。）程度の極低温で赤外線検知素子を動作させるが、これは、赤外線が照射されていない状態で赤外線検知素子が生成する電気信号（これを暗電流と呼ぶ。）を抑圧して、赤外線検知素子が赤外線を受けて生成する電気信号の信号対雑音比を向上させるためである。
The infrared detecting
該イメージ・レンズ系２ａについては、イメージ・レンズ系第三レンズ２６のみを図示している。
For the image / lens system 2a, only the image / lens system
該水平スキャナ３については、水平走査ミラー３１、水平スキャナ制御用角度検出器３２及び光学式角度検出器３４ａを図示している。
As for the
該温度基準熱源４ｂ及び４ｃは、主として、ペルチエ素子によるサーモ・モジュール４１、該サーモ・モジュール４１によって温度を制御される温度基準板４２、該サーモ・モジュール４１が吸熱する熱量と発熱する熱量の和の熱量の放熱効率を高めるために設けられる放熱フィン４３、該放熱フィン４３から効率よく放熱させるために設けられるファン４４によって構成される。
The temperature reference heat sources 4b and 4c are mainly composed of a
該アフォーカル・レンズ系５ａについては、対物レンズ・ユニット５１とリレー・レンズ系第二レンズ５２２のみを図示している。
For the afocal lens system 5a, only the
該熱源導入光学系６ａについては、熱源導入レンズ系６１と反射ミラー６２を図示している。
As for the heat source introduction
該画像処理系７ａは、該赤外線検知器１が検出した赤外線強度に応じて出力する電気信号を増幅する増幅器７１、該増幅器７１の出力を受けて該水平スキャナ制御用角度検出器３２及び該光学式角度検出器３４の出力を参照して信号処理する信号処理回路７２ａ、該信号処理回路が出力する画像信号に対して表示のための処理を加える画像処理回路７３及び画像を表示する陰極線管や液晶ディスプレイなどによるモニタ７４によって構成される。
The image processing system 7a includes an
該熱源温度制御系８は、高温側の温度基準板の温度を算出して対応する電圧を出力する高温側指令電圧生成回路８１、低温側の温度基準板の温度を算出して対応する電圧を出力する低温側指令電圧生成回路８１ａ、該信号処理回路７２で検出した高温側温度基準板の温度を対応する電圧に変換する高温側検出電圧生成回路８２、該信号処理回路７２ａで検出した低温側温度基準板の温度を対応する電圧に変換する低温側検出電圧生成回路８２ａ、該高温側指令電圧生成回路８１の出力から該高温側検出電圧生成回路８２の出力を減算する加算回路８３、該低温側指令電圧生成回路８１ａの出力から該低温側検出電圧生成回路８２ａの出力を減算する加算回路８３ａ、該加算回路８３の出力を電力増幅する電力増幅器８４、該加算回路８３ａの出力を電力増幅する電力増幅器８４ａによって構成される。
The heat source
図１１の構成は、概ね下記のように動作して測定対象物体が放射する赤外線を画像化して表示する。 The configuration shown in FIG. 11 operates in the following manner to image and display infrared rays emitted from the measurement target object.
まず、被測定物体が放射する赤外線は対物レンズ・ユニット５１を経由してアフォーカル・レンズ系５ａに導かれてアフォーカル第一結像面ａに結像される。
この、被測定物体が放射する赤外線がアフォーカル第一結像面ａに結像される範囲が有効走査領域ｂ（これについては、後で図１４乃至図１６によって詳細に説明する。）である。
First, the infrared rays emitted from the object to be measured are guided to the afocal lens system 5a via the
The range in which the infrared rays emitted from the object to be measured are imaged on the afocal first imaging plane a is an effective scanning area b (this will be described in detail later with reference to FIGS. 14 to 16). .
アフォーカル第一結像面ａ上に結像された赤外線は、リレー・レンズ・ユニット第二レンズ５２２を経由して水平走査ミラー３１に導かれて反射され、イメージ・レンズ系２ａを経由して赤外線検知器１に導かれ、赤外線検知素子１１上に結像される。
The infrared rays imaged on the afocal first imaging plane a are reflected by being guided to the
赤外線検知素子１１によって生成された電気信号は増幅器７１を経由して信号処理回路７２ａに導かれ、赤外線検知素子毎のばらつきを補正された後画像処理回路７３において水平走査ミラー３１での走査によって形成された２次元画像からモニタ７４での走査方式に合致する２次元画像に変換され、最後に該モニタ７４において表示される。
The electric signal generated by the
一方、温度基準板４２が放射する赤外線は熱源導入光学系６ａを経由してアフォーカル第一結像面上ａの無効走査領域ｃ（これについては、後で図１４乃至図１６によって詳細に説明する。）からアフォーカル・レンズ系５ａに導入され、水平走査ミラー３１によって反射されてイメージ・レンズ系２ａに導かれて、被測定物が放射する赤外線を計測していない時に赤外線検知器１の赤外線検知素子１１上に結像される。
On the other hand, the infrared rays radiated from the
赤外線検知素子１１によって生成された電気信号は増幅器７１に導かれて増幅され、信号処理回路７２ａにおいて赤外線検知素子毎のばらつきを補正され、以降は測定対象物体が放射する赤外線画像と同様に処理されてモニタ７４に表示される。
The electric signal generated by the
さて、測定対象の物体が放射する赤外線量に対応する電気信号から、信号処理回路７２はシーン温度平均値を算出し、該シーン温度平均値を基準に２つの温度基準板に設定する温度を算出する。
Now, from the electrical signal corresponding to the amount of infrared rays radiated by the object to be measured, the
こうして算出された高温側の温度基準板の温度と低温側の温度基準板の温度情報は、それぞれ、高温側指令電圧生成回路８１と低温側指令電圧生成回路８１ａに供給され、温度基準板に設定する温度に対応する電圧が生成される。
The temperature information of the temperature reference plate on the high temperature side and the temperature information on the temperature reference plate on the low temperature side thus calculated are supplied to the high temperature side command
又、該信号処理回路７２ａは、温度基準板が放射する赤外線強度によって温度基準板の温度を無効走査領域において計測する。 The signal processing circuit 72a measures the temperature of the temperature reference plate in the invalid scanning region based on the intensity of infrared rays emitted from the temperature reference plate.
こうして計測された高温側の温度基準板の温度と低温側の温度基準板の温度は、それぞれ、高温側検出電圧生成回路８２と低温側検出電圧生成回路８２ａに供給され、検出温度に対応する電圧が生成される。
The temperature of the temperature reference plate on the high temperature side and the temperature of the temperature reference plate on the low temperature side thus measured are respectively supplied to the high temperature side detection
該高温側指令電圧生成回路８１の出力電圧と該高温側検出電圧生成回路８２の出力電圧の差を該加算回路８３によって求めて、電力増幅器８４を介して高温側の温度基準板の温度を制御するサーモ・モジュールに温度制御信号として供給する。
A difference between the output voltage of the high temperature side command
同様に、該高温側指令電圧生成回路８１ａの出力電圧と該高温側検出電圧生成回路８２ａの出力電圧の差を該加算回路８３ａによって求めて、電力増幅器８４ａを介して低温側の温度基準板の温度を制御するサーモ・モジュールに温度制御信号として供給する。
Similarly, the difference between the output voltage of the high temperature side command
即ち、該熱源温度制御系８は負帰還によって温度基準板の温度を制御している。
That is, the heat source
又、水平スキャナ制御用角度検出器３２及び光学式角度検出器３４ａが走査角を検出して出力するパルスを信号処理回路７２に供給して、画像処理及び表示の基準信号とする。
Further, the horizontal scanner
ここまでにおいて従来の赤外線撮像装置の構成と大まかな動作を説明した。
以下においては、図１１に示した従来の赤外線撮像装置の構成の主要構成要素について詳細に説明する。
Up to this point, the configuration and general operation of the conventional infrared imaging apparatus have been described.
In the following, the main components of the configuration of the conventional infrared imaging apparatus shown in FIG. 11 will be described in detail.
図１２は、１次元赤外線検知素子の代表的な素子配列を示す図である。 FIG. 12 is a diagram showing a typical element arrangement of a one-dimensional infrared detection element.
図１２に示しているものが図１１における赤外線検知素子１１であり、基板１１１の上に複数の単位赤外線検知素子１１２が水平走査方向に対して垂直に整列配置されている。
そして、図１２においては、奇数番目の単位赤外線検知素子（図では奇数領域と標記している。）と偶数番目の単位赤外線検知素子（図では偶数領域と標記している。）が異なる位置に整列している例を示している。
What is shown in FIG. 12 is the
In FIG. 12, the odd-numbered unit infrared detecting elements (denoted as odd areas in the figure) and the even-numbered unit infrared detecting elements (denoted as even areas in the figure) are located at different positions. An example of alignment is shown.
尚、図１２においては基板１１１上の配線パターン及び赤外線検知素子から外部に引き出す配線などは図示を省略している。 In FIG. 12, the wiring pattern on the substrate 111, the wiring drawn out from the infrared detection element, and the like are not shown.
さて、赤外線検知素子はシリコン（Ｓｉ）のような単結晶半導体ではなく、水銀（Ｈｇ）、カドミウム（Ｃｄ）及びテルル（Ｔｅ）の混合融液から析出して形成されるＨｇＣｄＴｅ合金の平板から切り出して得る素子である。 The infrared detector is not a single crystal semiconductor such as silicon (Si), but is cut out from a flat plate of HgCdTe alloy formed by precipitation from a mixed melt of mercury (Hg), cadmium (Cd) and tellurium (Te). It is an element obtained.
従って、ＨｇＣｄＴｅ合金の平板の組成は、析出したＨｇＣｄＴｅ合金の平板と混合融液との接触界面における水銀、カドミウム及びテルルの組成によって決まるが、混合融液内の接触界面における水銀、カドミウム及びテルルの組成は析出が進むにつれて水銀、カドミウム及びテルルの組成が変化するのに加えて、接触界面内の位置によっても水銀、カドミウム及びテルルの組成が異なるのが実情である。 Therefore, the composition of the flat plate of HgCdTe alloy is determined by the composition of mercury, cadmium and tellurium at the contact interface between the precipitated HgCdTe alloy flat plate and the mixed melt, but the composition of mercury, cadmium and tellurium at the contact interface in the mixed melt. In fact, the composition of mercury, cadmium and tellurium changes as the precipitation proceeds, and the composition of mercury, cadmium and tellurium varies depending on the position within the contact interface.
従って、混合融液から析出したＨｇＣｄＴｅ合金の平板の組成はミクロには一定ではない。 Therefore, the composition of the flat plate of the HgCdTe alloy precipitated from the mixed melt is not constant microscopically.
このために、混合融液から析出したＨｇＣｄＴｅ合金の平板から切り出された単位赤外線検知素子の間には特性のばらつきがあり、各々の単位赤外線検知素子が同じ強度の赤外線を検出しても出力の電気信号にはばらつきが生ずる。 For this reason, there is a variation in characteristics between the unit infrared detecting elements cut out from the flat plate of the HgCdTe alloy deposited from the mixed melt, and even if each unit infrared detecting element detects infrared rays of the same intensity, output is not possible. Variations occur in the electrical signal.
図１３は、赤外線検知素子の出力のばらつきで、２つの赤外線検知素子間（図では、素子Ｎｏ．１、素子Ｎｏ．２と標記している。）の出力のばらつきを説明するものである。 13 is a diagram illustrating variations in output between two infrared detection elements (indicated as element No. 1 and element No. 2 in the figure) by variations in the output of the infrared detection elements.
図１３において、横軸はシーン温度、縦軸は赤外線検知素子の電気出力（図では、素子出力と標記している。）である。 In FIG. 13, the horizontal axis represents the scene temperature, and the vertical axis represents the electrical output of the infrared detection element (labeled as element output in the figure).
赤外線検知素子は、図１３に示す如く、シーン温度に対して非直線な特性を持っている。 The infrared detection element has a non-linear characteristic with respect to the scene temperature, as shown in FIG.
そして、赤外線検知素子毎に同一温度における電気出力の絶対値のばらつき（これがオフセットである。）と、同一温度における非直線カーブの傾き（これが感度である。）のばらつきがある。 There are variations in the absolute value of the electrical output at the same temperature (this is an offset) and variations in the slope of the non-linear curve (this is the sensitivity) at the same temperature for each infrared detection element.
この感度のばらつきとオフセットを放置して温度測定をすると、当然測定結果には誤差が含まれ、赤外線撮像装置の測定確度の低下の原因になる。 If the temperature measurement is performed with this sensitivity variation and offset left unacceptable, the measurement result naturally includes an error, which causes a decrease in the measurement accuracy of the infrared imaging device.
この誤差を抑圧するために、温度測定開始前又は温度測定中に機械的に均一な赤外線放射面を有する異なる温度の２つの温度基準板から放射される赤外線を入射光路中に短時間挿入し、各々の赤外線検知素子の電気出力を計測して赤外線検知素子毎の定常偏差を補正する。
これが２点補正である。
In order to suppress this error, infrared rays radiated from two temperature reference plates of different temperatures having a mechanically uniform infrared emission surface before the start of temperature measurement or during temperature measurement are inserted into the incident optical path for a short time, The electrical output of each infrared detection element is measured to correct the steady deviation for each infrared detection element.
This is a two-point correction.
即ち、温度をシーン平均温度の上下（図では、Δｔ1、Δｔ2と標記されている温度幅である。）に追従制御された２つの温度基準板が出力する赤外線を赤外線検知器に導入して全ての単位赤外線検知素子に同一温度の物体が放射する赤外線を検知させ、赤外線検知素子毎の感度と赤外線検知素子間のオフセットを補正する。 That is, the infrared rays output from the two temperature reference plates that are controlled to follow the temperature above and below the scene average temperature (in the figure, Δt1 and Δt2 are temperature ranges) are all introduced into the infrared detector. The unit infrared detection element detects infrared rays emitted from an object at the same temperature, and corrects the sensitivity of each infrared detection element and the offset between the infrared detection elements.
そして、２つの温度基準板の設定温度差が大きいとその内側で誤差が大きくなり、２点の温度差が小さいとその外側で誤差が大きくなる。
高精度の赤外線撮像装置においては、通常上記Δｔ1、Δｔ2を数℃に設定する。
If the set temperature difference between the two temperature reference plates is large, the error increases inside, and if the temperature difference between the two points is small, the error increases outside.
In a high-accuracy infrared imaging apparatus, Δt1 and Δt2 are usually set to several degrees Centigrade.
又、測定対象物体によってシーン平均温度が大幅に変動すると、赤外線検知素子の非直線特性によってオフセットと感度の定常偏差が変動する。 When the scene average temperature varies greatly depending on the object to be measured, the offset and sensitivity steady-state deviations vary due to the nonlinear characteristics of the infrared detection element.
この変動を抑圧するために、シーン平均温度の変化を含めて温度基準板の温度を制御するようにしている訳である。 In order to suppress this variation, the temperature of the temperature reference plate is controlled including the change in the scene average temperature.
ところで、２点補正を温度測定前に行なう方式と、温度測定中に行なう方式がある旨記載したが、温度測定中に赤外線撮像装置を構成する回路の特性や温度基準板の温度等にドリフトが生ずると測定誤差の原因になるので、高精度な赤外線撮像装置においては温度測定中に機械的に均一な赤外線放射面を有する異なる温度の２つの温度基準板から放射される赤外線を入射光路中に短時間挿入し、各々の赤外線検知素子の電気出力を計測して赤外線検知素子毎の定常偏差を温度変動の影響も含めて補正する無効走査領域方式が採用されることが多い。 By the way, it has been described that there are a method of performing two-point correction before temperature measurement and a method of performing it during temperature measurement, but there is a drift in the characteristics of the circuit constituting the infrared imaging device or the temperature of the temperature reference plate during temperature measurement. If it occurs, it causes a measurement error. Therefore, in a high-accuracy infrared imaging device, infrared rays emitted from two temperature reference plates at different temperatures having a mechanically uniform infrared emission surface during temperature measurement are input into the incident optical path. In many cases, an invalid scanning region method is employed in which the insertion is performed for a short time, the electrical output of each infrared detection element is measured, and the steady-state deviation for each infrared detection element is corrected including the influence of temperature fluctuations.
これで、ほぼリアル・タイムで赤外線検知素子毎の感度の偏差とオフセットを補正することができるので、温度測定の精度と確度を高く保つことができるからである。 This is because the sensitivity deviation and offset for each infrared detection element can be corrected almost in real time, so that the accuracy and accuracy of temperature measurement can be kept high.
さて、図１２の如き１次元赤外線検知素子の視野を、水平スキャナによって水平走査ミラーを１次元赤外線検知素子が整列している方向と垂直な方向に一定速度で走査することによって２次元画像を得る。 Now, a two-dimensional image is obtained by scanning the visual field of the one-dimensional infrared detection element as shown in FIG. 12 at a constant speed in a direction perpendicular to the direction in which the one-dimensional infrared detection elements are aligned by a horizontal scanner. .
図１４は、２次元画像を得るための水平スキャナの走査波形である。 FIG. 14 shows a scanning waveform of a horizontal scanner for obtaining a two-dimensional image.
１回の走査では一定方向に一定速度で走査するが、必要な視野角の範囲で走査を繰り返すためにフライ・バックさせる必要があるので、走査波形は図１４に示す如く鋸歯状波様になる。 In one scan, the scan is performed at a constant speed in a constant direction. However, since it is necessary to fly back in order to repeat the scan within the range of the required viewing angle, the scan waveform becomes like a sawtooth waveform as shown in FIG. .
このうち、２次元画像の生成を行なう有効走査領域（図１１でｂと標記している領域である。）は右上がりの傾斜の中で一定速度で走査している直線部に対応する。
一方、全走査領域の中で有効走査領域の外側の領域が無効走査領域（図１１でｃと標記している領域である。）である。
Of these, the effective scanning region (the region labeled b in FIG. 11) for generating a two-dimensional image corresponds to a straight line portion that scans at a constant speed in an upward slope.
On the other hand, the area outside the effective scanning area among all the scanning areas is the invalid scanning area (the area indicated by c in FIG. 11).
上記の、温度測定中に機械的に均一な赤外線放射面を有する異なる温度の２つの温度基準板から放射される赤外線を入射光路中に短時間挿入し、各々の赤外線検知素子の電気出力を計測して赤外線検知素子ごとの定常偏差を補正する無効走査領域方式とは、この無効走査領域において異なる温度の２つの温度基準板から放射される赤外線を入射光路中に挿入する方式である。 During the temperature measurement, infrared rays emitted from two temperature reference plates with different temperatures and having a mechanically uniform infrared emission surface are inserted into the incident light path for a short time, and the electrical output of each infrared detection element is measured. The invalid scanning area method for correcting the steady deviation for each infrared detection element is a system in which infrared rays radiated from two temperature reference plates having different temperatures in this invalid scanning area are inserted into the incident optical path.
そして、無効走査領域方式によって２点補正が正確に行なわれるためには、無効走査領域において温度基準板４２が出力する基準の赤外線を計測している時には赤外線検知素子１１は有効走査領域を通る測定対象の赤外線を受けてはならない。
In order for the two-point correction to be accurately performed by the invalid scanning area method, when the reference infrared ray output from the
一方、有効走査領域を通る測定対象が放射する赤外線を計測している時には赤外線検知素子１１は温度基準板４２が放射する赤外線を受けてはならない。
On the other hand, the infrared detecting
即ち、無効走査領域と有効走査領域とが干渉しないことが絶対的に必要である。 That is, it is absolutely necessary that the invalid scanning area and the effective scanning area do not interfere with each other.
図１５は、従来の水平走査範囲と反射ミラーの位置を示す図である。 FIG. 15 is a diagram illustrating the conventional horizontal scanning range and the position of the reflecting mirror.
図１５（イ）は、赤外線検知素子の大きさを無視できる場合の有効走査領域である。 FIG. 15A shows an effective scanning area when the size of the infrared detection element can be ignored.
赤外線検知素子の大きさを無視することができるとしているから、有効走査領域は視野角の範囲に等しくなる。 Since the size of the infrared detection element can be ignored, the effective scanning area is equal to the viewing angle range.
図１５（ロ）は、赤外線検知素子の大きさを考慮した場合の有効走査領域である。 FIG. 15B shows an effective scanning area in consideration of the size of the infrared detection element.
尚、図１５（ロ）以降の、長方形をたがいちがいにつないだ形状のものは図１２に示した赤外線検知素子を表し、各々の長方形が図１２に示した赤外線検知素子における奇数領域の赤外線検知素子と偶数領域の赤外線検知素子の列を表しており、上に出ている方が奇数領域の赤外線検知素子、下に出ている方が偶数領域の赤外線検知素子である。 In FIG. 15 (B) and subsequent figures, the rectangles in which the rectangles are connected to each other represent the infrared detection elements shown in FIG. 12, and each rectangle represents the infrared detection in the odd region in the infrared detection element shown in FIG. The row of the elements and the infrared detection elements in the even-numbered area is shown, and the upper one is the infrared detection element in the odd-numbered area, and the lower one is the infrared detection element in the even-numbered area.
まず、奇数領域の赤外線検知素子と偶数領域の赤外線検知素子の境界が図１５（イ）の視野角のところまで走査された状態（正確に表現すると、アフォーカル第一結像面上の赤外線検知素子の投影像が図１５（ロ）の破線で示された位置まで走査された状態）を考えると、奇数領域の赤外線検知素子はまだ視野角の全ての画像の取り込みを完了していないのに対して、偶数領域の赤外線検知素子は既に視野角全ての画像の取り込みを完了している。 First, a state where the boundary between the infrared detection elements in the odd-numbered area and the infrared detection elements in the even-numbered area has been scanned up to the viewing angle shown in FIG. When the projected image of the element is scanned to the position indicated by the broken line in FIG. 15 (b)), the infrared detection element in the odd-numbered area has not yet captured all the images of the viewing angle. On the other hand, the infrared detection elements in the even-numbered areas have already completed capturing of images for all viewing angles.
従って、視野角から奇数領域の赤外線検知素子の大きさＮだけ外側まで走査して初めて視野角全ての画像の取り込みが完了する。 Accordingly, the scanning of the image of all the viewing angles is completed only after scanning from the viewing angle to the outside by the size N of the infrared detection element in the odd-numbered region.
即ち、赤外線検知素子の大きさを考慮した場合の有効走査領域は、図１５（ロ）に示す如く、視野角に奇数領域の赤外線検知素子の大きさＮを加えた領域になる。 That is, the effective scanning area in consideration of the size of the infrared detection element is an area obtained by adding the size N of the infrared detection element in the odd-numbered area to the viewing angle as shown in FIG.
図１５（ハ）は、反射ミラーの設置可能位置である。 FIG. 15C shows a position where the reflection mirror can be installed.
従来は、赤外線検知素子が有効走査領域の外側に更に赤外線検知素子の大きさＮだけとった領域まで走査されていると考えて、そこから温度変動も含んだ水平スキャナの走査角の誤差Ｚと温度変動も含んだ反射ミラーの寸法誤差Ｓを見込んで反射ミラーの設置位置としていた。 Conventionally, it is considered that the infrared detecting element is scanned to the outside of the effective scanning area up to the area where the size of the infrared detecting element is N, and from there, the error Z of the scanning angle of the horizontal scanner including temperature fluctuation and The reflection mirror was set in consideration of the dimensional error S of the reflection mirror including the temperature fluctuation.
図１５（ニ）は、温度基準熱源データ取り込み開始位置である。 FIG. 15D is a temperature reference heat source data capturing start position.
図１５（ニ）に示す如く、赤外線検知素子の投影像が反射ミラーの領域内に、温度変動も含んだ反射ミラーの寸法誤差Ｓだけ入ったところから温度基準熱源のデータの取り込みを開始する。 As shown in FIG. 15 (d), the capturing of data of the temperature reference heat source is started when the projected image of the infrared detecting element is within the reflecting mirror area by the dimensional error S of the reflecting mirror including temperature fluctuation.
図１５（ホ）は、温度基準熱源データ取り込み終了位置である。 FIG. 15E is a temperature reference heat source data capturing end position.
図１５（ホ）に示す如く、所要角度Ｈだけ走査して所要サンプル数のデータを取得して温度基準熱源データの取り込みを終了する。 As shown in FIG. 15 (e), scanning is performed for the required angle H to acquire the data for the required number of samples, and the acquisition of the temperature reference heat source data is completed.
従って、水平スキャナは有効走査領域に加えて、
Ｎ＋Ｚ＋２Ｓ＋ＳＤ＋Ｈ
で決まる無効走査領域を走査することになる。
Therefore, in addition to the effective scanning area, the horizontal scanner
N + Z + 2S + SD + H
The invalid scanning area determined by is scanned.
図１６は、従来の水平走査ミラーの所要振角で、上記のことを再度表現しなおしたものである。 FIG. 16 is a re-representation of the above with the required swing angle of the conventional horizontal scanning mirror.
即ち、従来の水平走査ミラーの振角は
有効走査領域＋Ｎ＋Ｚ＋２Ｓ＋ＳＤ＋Ｈ
である。
That is, the swing angle of the conventional horizontal scanning mirror is the effective scanning area + N + Z + 2S + SD + H.
It is.
しかも、赤外線検知素子の投影像の大きさ自体も温度変動するので、図１５及び図１６における赤外線検知素子の大きさにはそれも考慮する必要がある。 In addition, since the size of the projected image of the infrared detection element itself also varies in temperature, the size of the infrared detection element in FIGS. 15 and 16 needs to be taken into consideration.
図１７は、赤外線検知素子の投影像の大きさの変動を説明する図で、図１７（イ）は、アフォーカル第一結像面での光束の断面図、図１７（ロ）は、アフォーカル第一結像面での投影像の大きさである。 17A and 17B are diagrams for explaining the variation in the size of the projected image of the infrared detection element. FIG. 17A is a cross-sectional view of the light beam on the afocal first imaging plane, and FIG. This is the size of the projected image on the focal first imaging plane.
図１７（イ）において、実線は常温時の光束の断面図、破線は温度変動時の光束の断面図である。 In FIG. 17A, the solid line is a cross-sectional view of the light beam at normal temperature, and the broken line is a cross-sectional view of the light beam when the temperature fluctuates.
このように、アフォーカル第一結像面での光束の直径が温度によって変動するのは、アフォーカル・レンズ系を構成するレンズの焦点距離が温度変動したり、アフォーカル・レンズ系自体の光路長が温度変動するためである。 In this way, the diameter of the light beam at the afocal first imaging plane varies with temperature because the focal length of the lenses constituting the afocal lens system varies with temperature, or the optical path of the afocal lens system itself. This is because the length varies with temperature.
ここで、アフォーカル第一結像面での投影像の大きさとは、図１７（イ）においてｄで示した方向から見た投影像の大きさのことであり、図１７（ロ）は、常温時の光束がアフォーカル第一結像面上で大きさＷの像を結ぶのに対して、温度変動時の光束はアフォーカル第一結像面上で大きさＷ’の像を結ぶことを示している。 Here, the size of the projected image on the afocal first imaging plane is the size of the projected image viewed from the direction indicated by d in FIG. 17 (a), and FIG. The light flux at room temperature forms an image of size W on the afocal first image plane, whereas the light flux at temperature fluctuation forms an image of size W ′ on the afocal first image plane. Is shown.
かくの如く、赤外線検知素子のアフォーカル第一結像面での投影像の大きさは温度変動するので、これを考慮して無効走査領域を設定する必要がある。 As described above, since the size of the projected image on the afocal first imaging plane of the infrared detecting element fluctuates in temperature, it is necessary to set the invalid scanning region in consideration of this.
次に、図１８は、図１１において符号３４ａを付して示した従来の光学式角度検出器の構成で、水平走査ミラー３１及び該水平走査ミラー３１上に設けられる水平スキャナ制御用角度検出器３２も併せて、概略を図示してある。
Next, FIG. 18 shows a configuration of a conventional optical angle detector denoted by reference numeral 34a in FIG. 11, and a
尚、図１８は従来の光学式角度検出器を、該光学式角度検出器の光軸中心を含む水平な面で切った時の断面図である。 FIG. 18 is a cross-sectional view of a conventional optical angle detector cut along a horizontal plane including the optical axis center of the optical angle detector.
図１８において、３４０は該光学式角度検出器３４の筐体、３４１は発光ダイオード（通常ＬＥＤと呼ばれる物である。）、３４２は該発光ダイオード３４１の出力光を平行光にするコリメータ・レンズ、３４３は該コリメータ・レンズ３４２の出力光を折り返すために反射させる反射ミラー、３４４はフォト・ダイオード、３４５は該水平走査ミラー３１の角度が該反射ミラー３４３の反射光の光軸に対して４５°の時に反射光を該フォト・ダイオードの受光面に集光する集光レンズ、３４６ａは該発光ダイオード３４１と該フォト・ダイオード３４４にバイアスを供給すると共に、該水平走査ミラーが４５°の時に反射する光を受けて該フォト・ダイオード３４４が出力するパルスを図１１の信号処理 回路７２に供給する制御基板である。
In FIG. 18, 340 is a housing of the
又、該水平スキャナ制御用角度検出器３２の出力も図１１の信号処理回路７２ａに供給される。
The output of the horizontal scanner
即ち、図示されていない水平スキャナが有効走査領域と無効走査領域の境界を走査する時刻に出力されるパルスが信号処理回路７２に供給される。
That is, a pulse output at the time when a horizontal scanner (not shown) scans the boundary between the effective scanning area and the invalid scanning area is supplied to the
尚、該筐体３４０への該発光ダイオード３４１、該コリメータ・レンズ３４２、該反射ミラー３４３、該フォト・ダイオード３４４、該集光レンズ３４５の固定手段及び該制御基板３４６の実装手段の説明は必要がないので省略する。
The
又、水平走査ミラー３１及び水平スキャナ制御用角度検出器３２についても、装着手段の説明は必要ないので省略する。
Also, the
図１９は、従来の画像データ取り込み信号と温度基準熱源データ取り込み信号を示す図である。 FIG. 19 is a diagram illustrating a conventional image data capture signal and a temperature reference heat source data capture signal.
図１９（イ）は、水平スキャナの走査波形を水平スキャナ制御用角度検出器で検出した電気信号の波形である。
実際には鋸歯状波様の波形の最高及び最低付近では丸みを帯びた波形になる（図１４参照）が、図示を簡単にするために、丸みを取り除いて完全な鋸歯状波で図示している。
FIG. 19A is a waveform of an electric signal obtained by detecting the scanning waveform of the horizontal scanner by the horizontal scanner control angle detector.
Actually, the waveform is rounded at the highest and lowest points of the sawtooth-like waveform (see FIG. 14), but for simplicity of illustration, the rounded shape is removed and shown as a complete sawtooth waveform. Yes.
図１９（イ）において、実線で示した波形が常温での水平スキャナ制御用角度検出器で検出した電気信号の波形で、２点鎖線で示した波形が環境温度変動の影響を受けた水平スキャナ制御用角度検出器で検出した電気信号の波形である。 In FIG. 19 (a), the waveform shown by the solid line is the waveform of the electrical signal detected by the horizontal scanner control angle detector at room temperature, and the waveform shown by the two-dot chain line is affected by the environmental temperature fluctuation. It is the waveform of the electric signal detected with the angle detector for control.
図１９（ロ）は、光学式角度検出器３４の出力で、図１８におけるフォト・ダイオード３４４が水平走査ミラーの走査角度が４５°であることを検出して出力するパルスである。
FIG. 19B shows the output of the
図１９（ハ）は、水平スキャナ制御用角度検出器３２の出力で、水平スキャナ制御用角度検出器３２が水平スキャナが有効走査領域と無効走査領域の境界を走査していることを検出して出力するパルスである。
FIG. 19C shows the output of the horizontal scanner
上記２つの角度検出器が出力する図１９（ロ）と図１９（ハ）のパルスを基準信号として画像データの取り込みと温度基準熱源データの取り込みを行なう。 Image data and temperature reference heat source data are captured using the pulses of FIGS. 19 (b) and 19 (c) output from the two angle detectors as reference signals.
即ち、光学式角度検出器が水平スキャナの角度が光軸に対して４５°であることを検出して出力するパルスのうち、走査角度が増加中に出力されるパルスＣを基準に、所定の時間ＴＣを経過した時刻に画像データの取り込みを開始する。 That is, of the pulses output when the optical angle detector detects that the angle of the horizontal scanner is 45 ° with respect to the optical axis and is output, the pulse C output while the scanning angle is increasing is used as a reference. At the time when the time TC has elapsed, image data capture is started.
この時刻は、水平スキャナが無効走査領域における走査から有効走査領域における走査に入る時刻で、走査速度は設計上判っているので時間ＴＣの設定は可能である。 This time is the time when the horizontal scanner enters the scan in the effective scan area from the scan in the invalid scan area, and the scan speed is known by design, so the time TC can be set.
尚、フライ・バック中にも水平スキャナの角度が光軸に対して４５°になり、光学式角度検出器３４はこの時刻でもパルスＤを出力するが、走査角が減少していることを検出する比較器の出力によってこのパルスＤをマスクすることは容易にできるので、画像データ取り込みタイミングを誤ることはない。
Even during flyback, the angle of the horizontal scanner is 45 ° with respect to the optical axis, and the
一方、水平スキャナ制御用角度検出器３２が出力するパルスを使って温度基準熱源データの取り込みを制御する。
On the other hand, the intake of the temperature reference heat source data is controlled using the pulses output by the horizontal scanner
温度基準熱源は高温側と低温側の２個あるので、温度基準熱源データの取り込みタイミングは２つ必要である。
これは、有効走査領域から無効走査領域に移行するタイミングで生成されるパルスを第一の温度基準熱源のデータの取り込みパルスとし（図では、符号Ｅを付している。）、有効走査領域から無効走査領域に移行するタイミングで生成されるパルスを第二の温度基準熱源のデータの取り込みパルスとすれば（図では、符号Ｆを付している。）よい。
Since there are two temperature reference heat sources, the high temperature side and the low temperature side, two timings for acquiring the temperature reference heat source data are required.
In this case, a pulse generated at the timing of transition from the effective scanning area to the ineffective scanning area is used as a data acquisition pulse of the first temperature reference heat source (indicated by symbol E in the figure), and from the effective scanning area. A pulse generated at the timing of shifting to the invalid scanning region may be used as a data acquisition pulse of the second temperature reference heat source (indicated by symbol F in the figure).
尚、水平スキャナ制御用角度検出器３２は上記Ｅ及びＦのパルス以外に、有効走査領域と無効走査領域間を移行するタイミングにパルスを出力するが、上記と同様な原理でマスクすることができるので、温度基準熱源データの取り込みタイミングを誤ることはない。
The horizontal scanner
図２０は、温度基準熱源と温度基準熱源導入光学系及び反射ミラーの構成を模式的に示す図で、図２０（イ）は温度基準熱源と温度基準熱源導入光学系及び反射ミラーの構造を示す。 FIG. 20 is a diagram schematically showing the configuration of the temperature reference heat source, the temperature reference heat source introduction optical system, and the reflection mirror. FIG. 20A shows the structure of the temperature reference heat source, the temperature reference heat source introduction optical system, and the reflection mirror. .
尚、図２０（イ）は、温度基準熱源導入光学系の光軸中心を含む水平な平面で温度基準熱源導入光学系及び温度基準熱源を切った断面図である。 20A is a cross-sectional view of the temperature reference heat source introduction optical system and the temperature reference heat source cut along a horizontal plane including the optical axis center of the temperature reference heat source introduction optical system.
又、図２０（ロ）は図２０（イ）においてｅの方向から見た反射ミラー及び反射ミラー固定台のｅ矢視図、更に、図２０（ハ）は図２０（ロ）においてｆの方向から見た反射ミラー及び反射ミラー固定台のｆ矢視図である。 20 (b) is a view of the reflecting mirror and the reflecting mirror fixing base as seen from the direction of e in FIG. 20 (a), and FIG. 20 (c) is the direction of f in FIG. 20 (b). It is the f arrow directional view of the reflective mirror and reflective mirror fixed base seen from.
図２０において、４１はサーモ・モジュール、４２は温度基準板、４３は放熱フィン、４４はファンで、温度基準熱源を構成する。 In FIG. 20, 41 is a thermo module, 42 is a temperature reference plate, 43 is a radiation fin, and 44 is a fan, which constitutes a temperature reference heat source.
ここで、該サーモ・モジュール４１はペルチエ素子でできており、電流を印加することによって２面あるセラミック面の一方の面から吸熱し、もう一方の面から放熱する。
そして、電流の方向を変えることによってヒータとしても冷却機として使用することができる。
Here, the
And by changing the direction of electric current, it can be used also as a heater as a heater.
該サーモ・モジュール４１は、自身が発熱する熱量と吸熱する熱量の和の熱量を放熱側から放熱することによってその性能を発揮する。
The
該放熱フィン４３及びファン４４は該サーモ・モジュール４１からの放熱効果を高めるために使用されている。
The
又、図２０において、５２３はアフォーカル・レンズ系を構成する鏡筒、６１は熱源導入光学系を構成する熱源導入レンズ系、６２は熱源導入光学系を構成する反射ミラー、６３は該反射ミラーを固定する反射ミラー固定台である。
In FIG. 20,
更に、６３１は該反射ミラー固定台６３を該鏡筒５２３に固定するねじ、６３２は該反射ミラー固定台６３を構成する第一のブロック、６３３は該反射ミラー固定台６３を構成する第二のブロック、６３４は該反射ミラー固定台を構成する第三のブロック、６３５及び６３６はねじである。
Further, 631 is a screw for fixing the reflecting
まず、該反射ミラー６２は該反射ミラー固定台６３を介して該アフォーカル・レンズ系を構成する鏡筒５２３にねじ止め固定されている。
First, the
そして、該反射ミラー６２の温度変動による寸法の変動と、該反射ミラー固定台の取り付け位置の誤差を吸収するために、該第一のブロック６３２と該第二のブロック６３３は図２０（ロ）のｇに示すあり溝で嵌合しており、紙面に垂直な方向に位置調整ができるようになっており、同様な目的で該第二のブロック６３３と該第三のブロック６３４は図２０（ハ）のｈに示すあり溝で嵌合しており、紙面に平行な方向に位置調整ができるようになっている。
The
尚、該ネジ６３５は熱源導入光学系の光軸に平行な方向での位置調整後に該第二のブロックと該第三のブロックを固定し、該ネジ６３６は熱源導入光学系の光軸に垂直な方向での位置調整後に該第位置ブロックと該第二のブロックを固定する。
The
温度基準熱源に放熱フィンとファンを使用しているので、温度基準熱源を大型化させ、ひいては赤外線撮像装置を大型化させる原因になっている。 Since the radiating fin and the fan are used for the temperature reference heat source, the temperature reference heat source is increased in size, and as a result, the infrared imaging device is increased in size.
課題を解決するための手段は、温度基準熱源を温度基準熱源導入系の鏡筒と一体にする技術である。 Means for solving the problem is a technique in which the temperature reference heat source is integrated with the lens barrel of the temperature reference heat source introduction system.
課題を解決するための手段によれば、温度基準熱源を構成するサーモ・モジュールの吸熱量と発熱量を直接温度基準熱源導入系の鏡筒にも逃がしてやることができ、温度基準熱源から放熱フィンとファンを除去することができるので、温度基準熱源の寸法を縮減することができる。 According to the means for solving the problems, the heat absorption amount and the heat generation amount of the thermo module constituting the temperature reference heat source can be directly released to the temperature reference heat source introduction system barrel, and the heat is released from the temperature reference heat source. Since the fins and the fan can be removed, the size of the temperature reference heat source can be reduced.
これは、とりもなおさず赤外線撮像装置の小型化である。 This is a miniaturization of the infrared imaging device.
以上詳述したように、本発明によれば、以下に列挙する効果を奏する赤外線撮像装置を実現することができる。 As described above in detail, according to the present invention, it is possible to realize an infrared imaging device that exhibits the effects listed below.
温度基準熱源を構成するサーモ・モジュールの吸熱量と発熱量を直接温度基準熱源導入系の鏡筒に逃がしてやることができ、温度基準熱源から放熱フィンとファンを除去することができるので、温度基準熱源の大きさを縮減することができる。 The heat absorption amount and heat generation amount of the thermo-module that constitutes the temperature reference heat source can be directly released to the temperature reference heat source introduction system barrel, and the radiating fins and fans can be removed from the temperature reference heat source. The size of the reference heat source can be reduced.
これは、とりもなおさず赤外線撮像装置の小型化である。 This is a miniaturization of the infrared imaging device.
図１は、本発明の赤外線撮像装置の構成（その１）で、赤外線撮像装置の構成を一部簡略化しながら実体図的に示す図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an infrared imaging apparatus according to the present invention (part 1) while partially simplifying the configuration of the infrared imaging apparatus.
又、図２は、本発明の赤外線撮像装置の光学系の構成である。 FIG. 2 shows the configuration of the optical system of the infrared imaging device of the present invention.
更に、図３は、本発明の赤外線撮像装置の構成（その２）で、本発明の赤外線撮像装置の機能を示す目的で主要な構成要素を、機構的な物は模式的に、電気的な物はブロック図で図示したものである。 Further, FIG. 3 shows the configuration (part 2) of the infrared imaging device of the present invention. The main components are shown for the purpose of showing the function of the infrared imaging device of the present invention. The thing is illustrated in the block diagram.
まず、図１において、１は赤外線検知器、２はイメージ・レンズ系、３は水平スキャナ、４及び４ａは温度基準熱源、５はアフォーカル・レンズ系である。 In FIG. 1, 1 is an infrared detector, 2 is an image lens system, 3 is a horizontal scanner, 4 and 4a are temperature reference heat sources, and 5 is an afocal lens system.
該イメージ・レンズ系２については、イメージ・レンズ系第一レンズ２１、垂直走査ミラー２３、折り返しミラー２５、イメージ・レンズ系第三レンズ２６、該イメージ・レンズ系第一レンズ２１の位置調整をするモータ２７及び該モータ２７による該イメージ・レンズ系第一レンズ２１の移動量を計測するポテンショ・メータ２８を図示している。
For the image /
尚、イメージ・レンズ系第一レンズの位置調整のための制御系は図示を省略している。 The control system for adjusting the position of the first lens of the image / lens system is not shown.
該水平スキャナ３については、水平走査ミラー３１、水平走査駆動部３３、３点型光学式角度検出器３４を図示している。
As for the
アフォーカル・レンズ系５は、対物レンズ・ユニット５１、リレー・レンズ・ユニット５２に分けられる。
The
該対物レンズ・ユニット５１には、中視野レンズ５１１、広視野レンズ５１２が設けられていて視野切替ができるようになっており、更に、該対物レンズ・ユニット５１の位置を調整するためのモータ５１３及び該対物レンズ・ユニット５１の移動量を計測するポテンショ・メータ５１４が設けられている。
The
尚、該対物レンズ・ユニットの位置調整のための制御系は図示を省略している。 A control system for adjusting the position of the objective lens unit is not shown.
又、リレー・レンズ・ユニット５２については、リレー・レンズ・ユニット第一レンズ５２１、リレー・レンズ・ユニット第二レンズ５２２、鏡筒５２３を図示している。
As for the
そして、画像処理系も図示を省略している。 The image processing system is also not shown.
本発明の赤外線撮像装置の光学系の構成を示す図２において、１は赤外線検知器、２はイメージ・レンズ系、３は水平スキャナ、４及び４ａは温度基準熱源、５はアフォーカル・レンズ系である。 In FIG. 2 showing the configuration of the optical system of the infrared imaging device of the present invention, 1 is an infrared detector, 2 is an image lens system, 3 is a horizontal scanner, 4 and 4a are temperature reference heat sources, and 5 is an afocal lens system. It is.
該赤外線検知器１については赤外線検知素子１１のみを図示している。
For the
該イメージ・レンズ系２については、イメージ・レンズ系第一レンズ２１、遮蔽板２２、垂直走査ミラー２３、イメージ・レンズ系第二レンズ２４、折り返しミラー２５、イメージ・レンズ系第三レンズ２６を図示している。
As for the image /
該水平スキャナ３については、水平走査ミラー３１、３点型光学式角度検出器３４を図示している。
As for the
アフォーカル・レンズ系５は、対物レンズ・ユニット５１、リレー・レンズ・ユニット５２に分けられる。
The
該対物レンズ・ユニット５１には、５１１は中視野レンズ、５１２は広視野レンズ５１２が備えられていて視野切替ができるようになっている。
The
又、リレー・レンズ・ユニット５２については、リレー・レンズ・ユニット第一レンズ５２１、リレー・レンズ・ユニット第二レンズ５２２を図示している。
As for the
そして、図１において図示しているモータ５１３によって該対物レンズ・ユニット５１は図２にＡで示した方向に位置調整をされる。
The position of the
又、図１において図示しているモータ２７によって該イメージ・レンズ系第一レンズ２１は図２にＢで示した方向に位置調整される。
尚、位置調整機構については後に詳述する。
Further, the position of the image lens system
The position adjustment mechanism will be described in detail later.
又、図２のＢ方向の寸法に余裕があれば、垂直走査ミラー２３、折り返しミラー２５は不要で、イメージ・レンズ系第三レンズ２６と赤外線検知器をＢ方向の延長線上に配置すればよい。
If the dimension in the B direction in FIG. 2 has a margin, the
又、図２のＢ方向と垂直な下方向の寸法に余裕があれば、折り返しミラー２５は不要で、イメージ・レンズ系第三レンズ２６と赤外線検知器をＢ方向に垂直な、紙面の下側に配置すればよい。
Further, if there is a margin in the downward direction perpendicular to the B direction in FIG. 2, the
即ち、図１又は図２に示す配置にしているのは、光路長は同じでありながら光学系の構成をコンパクトにするためである。 That is, the arrangement shown in FIG. 1 or 2 is to make the configuration of the optical system compact while the optical path length is the same.
本発明の赤外線撮像装置の機能を示す目的で主要な構成要素を、機構的な物は模式的に、電気的な物はブロック図で図示した図３において、１は赤外線検知器、２はイメージ・レンズ系、３は水平スキャナ、４及び４ａは温度基準熱源、５はアフォーカル・レンズ系、６は熱源導入光学系、７は画像処理系、８は熱源温度制御系、９はレンズ位置制御系である。 For the purpose of showing the function of the infrared imaging apparatus of the present invention, the main components are shown in FIG. 3 where the mechanical objects are schematically shown and the electrical objects are shown in a block diagram. In FIG. Lens system, 3 horizontal scanner, 4 and 4a temperature reference heat source, 5 afocal lens system, 6 heat source introduction optical system, 7 image processing system, 8 heat source temperature control system, 9 lens position control It is a system.
該赤外線検知器１は、主として、水銀・カドミウム・テルル（ＨｇＥｄＴｅ）によって代表される赤外線検知素子１１、循環冷却器やジュール・トムソン冷却器などの冷却器１２、真空容器１３、該真空容器１３に設けられたゲルマニウム（Ｇｅ）などによる赤外線を透過する窓１４によって構成される。
The
尚、赤外線検知素子を冷却器１２を備えた真空容器１３中に設置して８０Ｋ程度の極低温で赤外線検知素子を動作させるが、これは、暗電流を抑圧して、赤外線検知素子が生成する電気信号の信号対雑音比を高めるためである。
The infrared detection element is installed in a
該イメージ・レンズ系２については、イメージ・レンズ系第三レンズ２６のみを図示している。
For the image /
該水平スキャナ３については、水平走査ミラー３１、及び３点式光学式角度検出器３４を図示している。
For the
該温度基準熱源４及び４ａについては、ペルチエ素子によるサーモ・モジュール４１、該サーモ・モジュール４１によって温度を制御される温度基準板４２を図示している。
As for the temperature
該アフォーカル・レンズ系５については、対物レンズ・ユニット５１とリレー・レンズ・ユニット第二レンズ５２２を図示している。
As for the
該熱源導入光学系６については、熱源導入レンズ系６１と反射ミラー６２を図示している。
As for the heat source introduction
該画像処理系７は、該赤外線検知器１が検出した赤外線強度に応じて出力する電気信号を増幅する増幅器７１、該増幅器７１の出力を受けて該光学式角度検出器３４の出力を参照して信号処理する信号処理回路７２、該信号処理回路が出力する画像信号に表示するための処理を加える画像処理回路７３及び画像を表示する陰極線管や液晶ディスプレイなどによるモニタ７４によって構成される。
The image processing system 7 amplifies an electrical signal output in accordance with the infrared intensity detected by the
該熱源温度制御系８は、該温度基準板の高温側の温度を算出して対応する電圧を出力する高温側指令電圧生成回路８１、該温度基準板の低温側の温度を算出して対応する電圧を出力する低温側指令電圧生成回路８１ａ、該信号処理回路７２で検出した高温側温度基準板の温度情報を対応する電圧に変換する高温側検出電圧生成回路８２、該信号処理回路７２で検出した低温側温度基準板の温度情報を対応する電圧に変換する低温側検出電圧生成回路８２ａ、該高温側指令電圧生成回路８１の出力から該高温側検出電圧生成回路８２の出力を減算する加算回路８３、該低温側指令電圧生成回路８１ａの出力から該低温側検出電圧生成回路８２ａの出力を減算する加算回路８３ａ、該加算回路８３の出力を電力増幅する電力増幅器８４、該加算回路８３ａの出力を電力増幅する電力増幅器８４ａによって構成される。
The heat source
最後に、レンズ系位置制御系９は、温度センサ９１及び制御回路９２によって構成される。
Finally, the lens system
図３の構成は、概ね下記のように動作して赤外線画像を表示する。 The configuration of FIG. 3 generally operates as follows to display an infrared image.
まず、被測定物が放射する赤外線は対物レンズ・ユニット５１を経由してアフォーカル・レンズ系５に導かれてアフォーカル第一結像面ａに結像される。
この、被測定物が放射する赤外線がアフォーカル第一結像面ａに被測定物が放射する赤外線が結像される範囲が有効走査領域ｂである。
First, the infrared rays emitted from the object to be measured are guided to the
The range in which the infrared ray emitted from the object to be measured is imaged on the afocal first imaging plane a is the effective scanning region b.
アフォーカル第一結像面ａ上に結像された赤外線は、リレー・レンズ・ユニット第二レンズ５２２を経由して水平走査ミラー３１に導かれて反射され、イメージ・レンズ系２を経由して赤外線検知器１に導かれ、赤外線検知素子１１上に結像される。
The infrared image formed on the afocal first imaging plane a is reflected by being guided to the
そして、赤外線検知素子１１が赤外線強度に対応して生成した電気信号は増幅器７１を経由して信号処理回路７２に導かれ、赤外線検知素子毎のばらつきを補正された後画像処理回路７３において水平走査ミラー３１による走査方式からモニタ７４に合致する走査方式に変換され、最後にモニタ７４において表示される。
Then, the electric signal generated by the
一方、温度基準板４２が放射する赤外線は熱源導入光学系６を経由してアフォーカル第一結像面ａ上の無効走査領域ｃからアフォーカル・レンズ系５に導入され、水平走査ミラー３１によって反射されてイメージ・レンズ系２に導かれて、測定対象物体が放射する赤外線を計測していない時に赤外線検知器１の赤外線検知素子１１に結像される。
On the other hand, the infrared rays radiated from the
そして、赤外線検知素子１１によって生成された電気信号は増幅器７１に導かれて増幅され、信号処理回路７２において赤外線検知素子毎のばらつきを補正される。
Then, the electric signal generated by the
そして、信号処理回路７２は測定対象物体の温度であるシーン温度の平均値を算出し、該シーン温度平均値の上下に設定する温度基準板の温度を算出する。
Then, the
こうして算出された高温側の温度基準板の温度情報と低温側の温度基準板の温度情報は、それぞれ、高温側指令電圧生成回路８１と低温側指令電圧生成回路８１ａに供給され、温度基準板に設定する温度に対応した電圧が生成される。
The temperature information of the temperature reference plate on the high temperature side and the temperature information on the temperature reference plate on the low temperature side calculated in this way are supplied to the high temperature side command
又、該信号処理回路７２は、測定対象物体の温度を測定していない時に温度基準板が放射する赤外線強度に対応する電気信号によって温度基準板の温度を計測している。
Further, the
計測された高温側の温度基準板の温度情報と低温側の温度基準板の温度情報は、それぞれ、高温側検出電圧生成回路８２と低温側検出電圧生成回路８２ａに供給され、検出温度に対応した電圧が生成される。
The measured temperature information of the high temperature side temperature reference plate and the temperature information of the low temperature side temperature reference plate are respectively supplied to the high temperature side detection
該高温側指令電圧生成回路８１の出力電圧と該高温側検出電圧生成回路８２の出力電圧の差を該加算回路８３によって求めて、該電力増幅器８４を介して高温側の温度基準板の温度を制御するサーモ・モジュールに温度制御信号として供給する。
The difference between the output voltage of the high temperature side command
同様に、該低温側指令電圧生成回路８１ａの出力電圧と該低温側検出電圧生成回路８２ａの出力電圧の差を該加算回路８３ａによって求めて、該電力増幅器８４ａを介して低温側の温度基準板の温度を制御するサーモ・モジュールに温度制御信号として供給する。
即ち、該熱源温度制御系８は負帰還によってサーモ・モジュールの温度を制御することによって温度基準板の温度を制御している。
Similarly, the difference between the output voltage of the low temperature side command
That is, the heat source
又、３点型光学式角度検出器３３が水平走査ミラーの走査角を検出して出力するパルスを信号処理回路７２に供給して、画像表示の基準信号とする。
The three-point optical angle detector 33 detects the scanning angle of the horizontal scanning mirror and supplies a pulse output to the
最後に、レンズ系位置調整制御系９では、温度センサ９１が温度変動を検出して、検出した温度変動量を該制御回路９２に供給する。
Finally, in the lens system position
該制御回路９２は受信した温度変動量をアドレスとして読み出し専用メモリから読み出すという手法で、該対物レンズ・ユニット５１及び該イメージ・レンズ系第一レンズ系２１に必要となる位置調整量を求めて該モータ２７及び該モータ５１３を駆動する。
The
そして、該ポテンショ・メータ２８及び該ポテンショ・メータ５１４の出力を取り込んでサーボ系を構成して該対物レンズ・ユニット５１及び該イメージ・レンズ系第一レンズ２１の位置調整を正確に行なう。
The outputs of the
ここまでにおいて、図１乃至図３に示した本発明の赤外線撮像装置の構成と大まかな動作を説明した。 Up to this point, the configuration and the rough operation of the infrared imaging device of the present invention shown in FIGS. 1 to 3 have been described.
以下においては、図１乃至図３に示した本発明の赤外線撮像装置の主要構成要素について詳細に記載して、本発明の赤外線撮像装置について説明する。 Hereinafter, the main components of the infrared imaging device of the present invention shown in FIGS. 1 to 3 will be described in detail to describe the infrared imaging device of the present invention.
ただ、１次元赤外線検知素子の素子配列、単位赤外線検知素子の間の感度特性のばらつき、単位赤外線検知素子の間のオフセット、２点補正による感度とオフセットの補正、及び、シーン平均温度の変化を含めた２点補正の温度基準板の温度制御、高精度な赤外線撮像装置においては温度測定中に機械的に均一な赤外線放射面を有する異なる温度の２つの温度基準板から放射される赤外線を入射光路中に短時間挿入し、各々の赤外線検知素子の電気出力を計測して赤外線検知素子毎の偏差を温度変動の影響も含めて補正する無効走査領域方式が採用されることが多いことについては、従来の赤外線撮像装置の説明において詳細に記載したので、ここでは記載を省略する。 However, the element arrangement of the one-dimensional infrared detection element, the variation of sensitivity characteristics between unit infrared detection elements, the offset between unit infrared detection elements, the sensitivity and offset correction by two-point correction, and the change of the scene average temperature Including two-point correction temperature reference plate temperature control, in high-accuracy infrared imaging device, incident infrared rays radiated from two temperature reference plates of different temperature with mechanically uniform infrared emission surface during temperature measurement About the fact that an invalid scanning area method is often adopted that is inserted in the optical path for a short time, measures the electrical output of each infrared detection element, and corrects the deviation for each infrared detection element, including the effect of temperature fluctuations. Since it was described in detail in the description of the conventional infrared imaging device, the description is omitted here.
さて、無効走査領域方式によって２点補正が正確に行なわれるためには、無効走査領域において温度基準板が放射する基準の赤外線を計測している時には赤外線検知素子１１は有効走査領域を通る測定対象の赤外線を受けてはならない。
In order to accurately perform the two-point correction by the invalid scanning area method, when the infrared ray of the reference emitted from the temperature reference plate is measured in the invalid scanning area, the infrared detecting
一方、有効走査領域において測定対象物体が放射する赤外線を計測している時には有効走査領域を通る測定対象が放射する赤外線を計測している時には赤外線検知素子１１は温度基準板が放射する赤外線を受けてはならない。
On the other hand, when measuring the infrared rays emitted from the measurement target object in the effective scanning region, the
即ち、無効走査領域と有効走査領域とが干渉しないことが必要であるということは、本発明においても同じことである。 That is, it is necessary for the invalid scanning area and the effective scanning area not to interfere with each other in the present invention.
ここでは、無効走査領域と有効走査領域が干渉しないということ自体の説明は必要がないにしても、従来の技術とは異なる無効走査領域の設定の考え方について説明しておく。 Here, although it is not necessary to explain that the invalid scanning region and the effective scanning region do not interfere with each other, the concept of setting the invalid scanning region different from the conventional technique will be described.
図４は、従来の水平走査範囲と反射ミラーの位置を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating the conventional horizontal scanning range and the position of the reflecting mirror.
図４（イ）は、赤外線検知素子の大きさを無視できる場合の有効走査領域である。
赤外線検知素子の大きさを無視することができるとしているから、有効走査領域は視野角の範囲に等しくなる。
FIG. 4A shows an effective scanning area in the case where the size of the infrared detection element can be ignored.
Since the size of the infrared detection element can be ignored, the effective scanning area is equal to the viewing angle range.
しかし、実際の赤外線検知素子は有限の大きさを持たないと受光する赤外線を、その強度に対応する電気信号に変換することはできない。 However, if the actual infrared detecting element does not have a finite size, the received infrared ray cannot be converted into an electrical signal corresponding to its intensity.
従って、現実にある赤外線検知素子の大きさを考慮しないで有効走査領域を設定することは無意味である。 Therefore, it is meaningless to set an effective scanning area without considering the actual size of the infrared detection element.
図４（ロ）は、赤外線検知素子の大きさを考慮した場合の有効走査領域である。
尚、図４（ロ）以降の、２つの長方形の一辺をずらして接触させた形状のものは図１２に示した赤外線検知素子を表している。
ここで、各々の長方形が図１２に示した赤外線検知素子における奇数領域の赤外線検知素子と偶数領域の赤外線検知素子を表しており、上に出ている方が奇数領域の赤外線検知素子、下に出ている方が偶数領域の赤外線検知素子である。
FIG. 4B is an effective scanning area in consideration of the size of the infrared detection element.
In addition, the thing of the shape which shifted and contacted one side of two rectangles after FIG.4 (b) represents the infrared rays detection element shown in FIG.
Here, each rectangle represents an odd-numbered infrared detecting element and an even-numbered infrared detecting element in the infrared detecting element shown in FIG. The infrared sensor in the even region is on the outside.
まず、奇数領域の赤外線検知素子と偶数領域の赤外線検知素子の境界が図４（イ）の視野角の範囲まで走査された状態（正確に表現すると、赤外線検知素子の投影像が図４（ロ）の破線で示された位置まで走査された状態）を考えると、奇数領域の赤外線検知素子はまだ視野角の全ての画像の取り込みを完了していないのに対して、偶数領域の赤外線検知素子は既に視野角全ての画像の取り込みを完了している。 First, a state in which the boundary between the infrared detection elements in the odd-numbered region and the infrared detection element in the even-numbered region is scanned to the range of the viewing angle shown in FIG. ) Is scanned to the position indicated by the broken line), the infrared detection element in the odd-numbered area has not yet captured all the images of the viewing angle, whereas the infrared detection element in the even-numbered area. Has already captured images for all viewing angles.
従って、視野角から奇数領域の赤外線検知素子の大きさＮだけ外側まで走査して初めて視野角全ての画像の取り込みが完了する。 Accordingly, the scanning of the image of all the viewing angles is completed only after scanning from the viewing angle to the outside by the size N of the infrared detection element in the odd-numbered region.
即ち、赤外線検知素子の大きさを考慮した場合の有効走査領域は、図４（ロ）に示す如く、視野角の範囲に奇数領域の赤外線検知素子の大きさＮを加えた領域になる。 In other words, the effective scanning region in consideration of the size of the infrared detection element is a region obtained by adding the size N of the infrared detection element in the odd number region to the range of the viewing angle as shown in FIG.
図４（ハ）は、画像上の走査不要領域である。 FIG. 4C shows a scanning unnecessary area on the image.
図４（ハ）に示す位置まで赤外線検知素子の投影像を走査した時に初めて奇数番目の赤外線検知素子は画像の取り込みを完了するが、この時には既に偶数番目の赤外線検知素子はそれよりＮだけ内側で画像の取り込みを完了している。 Only when the projected image of the infrared detector element is scanned up to the position shown in FIG. 4 (c), the odd-numbered infrared detector element completes the image capture. At this time, the even-numbered infrared detector element is already N more inside than that. The image has been downloaded in.
従って、図４（ハ）における偶数番目の赤外線検知素子の位置（図４（ハ）においてＮという赤外線検知素子の大きさを示している位置）は画像上は走査しなくてもよい領域（これを走査不要領域と呼ぶことにする。）である。 Therefore, the positions of even-numbered infrared detection elements in FIG. 4C (positions indicating the size of the infrared detection element N in FIG. 4C) do not have to be scanned on the image (this). Will be referred to as a scanning unnecessary area).
従って、上記走査不要領域を含んで有効走査領域とし、その外側を無効走査領域とする必要性はない。 Therefore, there is no need to make the effective scanning area including the scanning unnecessary area and to make the outside the invalid scanning area.
この点が本発明における無効走査領域の設定の考え方の特徴である。 This is a feature of the concept of setting the invalid scanning region in the present invention.
図４（ニ）は、反射ミラーの設置位置である。 FIG. 4 (d) shows the installation position of the reflection mirror.
本発明においては、上記有効走査領域の端から温度変動も含んだ水平スキャナの走査角の誤差Ｚと温度変動も含んだ反射ミラーの寸法誤差Ｓを見込んだ位置を反射ミラーの設置位置とする。 In the present invention, the position where the horizontal scanner scanning angle error Z including temperature variation from the end of the effective scanning region and the reflecting mirror dimensional error S including temperature variation are considered as the installation position of the reflecting mirror.
図４（ホ）は、温度基準熱源データ取り込み開始位置である。 FIG. 4E is a temperature reference heat source data capturing start position.
図４（ホ）に示す如く、赤外線検知素子の投影像が反射ミラーの領域内に、温度変動も含んだ反射ミラーの寸法誤差Ｓだけ入ったところから温度基準熱源のデータの取り込みを開始することは本発明においても同じである。 As shown in FIG. 4E, the capturing of the data of the temperature reference heat source is started when the projected image of the infrared detecting element enters only the dimensional error S of the reflecting mirror including the temperature fluctuation in the region of the reflecting mirror. The same applies to the present invention.
図４（ヘ）は、温度基準熱源データ取り込み終了位置である。 FIG. 4F is a temperature reference heat source data capturing end position.
図４（ヘ）に示す如く、所要角度Ｈだけ走査して所要サンプル数のデータを取得して温度基準熱源データの取り込みを終了することは本発明においても同じである。 As shown in FIG. 4 (f), the scanning of the required angle H to acquire the data of the required number of samples and the completion of the intake of the temperature reference heat source data is the same in the present invention.
従って、水平スキャナは有効走査領域に加えて、Ｚ＋２Ｓ＋ＳＤ＋Ｈで決まる無効走査領域を走査すればよいことになる。 Accordingly, the horizontal scanner only needs to scan the invalid scanning area determined by Z + 2S + SD + H in addition to the effective scanning area.
図５は、本発明の水平走査ミラーの所要振角で、上記のことを再度表現しなおしたものである。 FIG. 5 is a representation of the above again in the required swing angle of the horizontal scanning mirror of the present invention.
即ち、本発明の水平走査ミラーの振角は有効走査領域＋Ｚ＋２Ｓ＋ＳＤ＋Ｈである。
ただし、この振角はアフォーカル・レンズ系の光軸から一方に走査した時の振角である。
That is, the swing angle of the horizontal scanning mirror of the present invention is the effective scanning area + Z + 2S + SD + H.
However, this swing angle is the swing angle when scanning from the optical axis of the afocal lens system to one side.
上記の如く水平走査ミラーの振角を上記Ｎだけ小さくできることは、実際の赤外線撮像装置において水平走査ミラーの振角の縮減率５％に対応する。
これは、限界に近い設計をしている赤外線撮像装置においては大きな効果である。
The fact that the swing angle of the horizontal scanning mirror can be reduced by N as described above corresponds to a reduction rate of 5% of the swing angle of the horizontal scanning mirror in an actual infrared imaging apparatus.
This is a great effect in an infrared imaging device designed to approach the limit.
図６は、水平走査ミラーの振角と水平走査ミラーの大きさの関係を示す図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the swing angle of the horizontal scanning mirror and the size of the horizontal scanning mirror.
図６（イ）は、振角０（振角は４５°を原点とする。）の場合である。 FIG. 6A shows a case where the swing angle is 0 (the swing angle is set to 45 ° as the origin).
この時には、光束の直径をＧとすると、水平走査ミラー面上での光束の長径は√２Ｇとなる。 At this time, if the diameter of the light beam is G, the major axis of the light beam on the horizontal scanning mirror surface is √2G.
図６（ロ）は、水平走査ミラーを所要の最大振角α°まで振った場合である。
この時には、光束の直径をＧとすると、水平走査ミラー面上での光束の長径は
Ｇ×Sin(４５°＋α°）
となる。
ここで、Sin は三角関数の正弦関数である。
FIG. 6B shows a case where the horizontal scanning mirror is swung to the required maximum swing angle α °.
At this time, if the diameter of the light beam is G, the long diameter of the light beam on the horizontal scanning mirror surface is G × Sin (45 ° + α °).
It becomes.
Where Sin is a trigonometric sine function.
今、現実の所要最大振角α°に対して上記５％程度の振角増だけを考慮して水平走査ミラー面上での光束の長径の増加、即ち、水平走査ミラーの大きさの増加を試算しても、約４％となる。 Now, taking into account only the 5% increase in the swing angle relative to the actual required maximum swing angle α °, the major axis of the light beam on the horizontal scanning mirror surface is increased, that is, the size of the horizontal scanning mirror is increased. Even if it is estimated, it will be about 4%.
これも、限界に近い設計をしている赤外線撮像装置においては大きな値である。
即ち、水平走査ミラーの振角を縮減することによって水平走査ミラー自体の大きさを縮減できる。
This is also a large value in an infrared imaging device designed to be close to the limit.
That is, the size of the horizontal scanning mirror itself can be reduced by reducing the swing angle of the horizontal scanning mirror.
しかも、図１７によって説明したように、赤外線検知素子の投影像の大きさ自体も温度変動するので、図４及び図５における赤外線検知素子の大きさにはそれも考慮する必要がある。 In addition, as described with reference to FIG. 17, the size of the projected image of the infrared detection element itself also fluctuates in temperature. Therefore, it is necessary to consider the size of the infrared detection element in FIGS.
つまり、実際には振角を大きく設定しなければならない他の要因もあるので、振角を縮減できることは更に大きな効果をもたらす。 In other words, there are other factors that actually require a large swing angle, so reducing the swing angle has a greater effect.
この赤外線検知素子の投影像の大きさの変化の主原因は、温度変動に伴うアフォーカル・レンズ系とイメージ・レンズ系を構成するレンズの焦点距離の変動及び温度変動に伴うアフォーカル・レンズ系とイメージレンズ系の寸法の変動である。 The main cause of the change in the size of the projected image of the infrared detection element is the focal distance of the afocal lens system and the lens constituting the image lens system due to temperature fluctuation, and the afocal lens system due to temperature fluctuation. And variations in the dimensions of the image lens system.
従って、赤外線検知素子の投影像の大きさの変化を抑圧するには、温度変動に伴うアフォーカル・レンズ系とイメージ・レンズ系を構成するレンズの焦点距離の変動及び温度変動に伴うアフォーカル・レンズ系とイメージレンズ系の寸法の変動を抑圧すればよい。 Therefore, in order to suppress the change in the size of the projected image of the infrared detection element, the focal distance of the afocal lens system and the lens constituting the image lens system due to the temperature fluctuation and the afocal- It is only necessary to suppress the variation in the dimensions of the lens system and the image lens system.
これには、図２に示したように、アフォーカル・レンズ系のレンズの位置をＡの方向に調整し、イメージ・レンズ系のレンズの位置をＢの方向に調整すれば、アフォーカル第一結像面ａの前方の焦点距離の変動とアフォーカル第一結像面ａの後方の焦点距離の変動の双方を補正することができる。 As shown in FIG. 2, if the position of the lens of the afocal lens system is adjusted in the direction A and the position of the lens of the image lens system is adjusted in the direction B, the afocal first It is possible to correct both the focal length variation in front of the imaging plane a and the focal length variation behind the afocal first imaging plane a.
図７は、本発明のレンズ位置調整のための構成を示す図で、構造は模式的に示し、制御系はブロック図で示したものである。 FIG. 7 is a diagram showing a configuration for adjusting the lens position according to the present invention. The structure is schematically shown, and the control system is shown in a block diagram.
尚、図７では、一応図１におけるイメージ・レンズ系第一レンズ２１の位置調整を意識して図示しているが、図１における対物レンズ・ユニット５１の位置調整についても同様な構成で可能である。
In FIG. 7, the position adjustment of the image lens system
又、構造的にはイメージ・レンズ系第一レンズ２１と対物レンズ・ユニット５１の位置調整が最も簡単であるが、アフォーカル・レンズ系とイメージ・レンズ系の他のレンズの位置調整も技術的には不可能ではない。
Further, structurally, the position adjustment of the image lens system
又、図７は、イメージ・レンズ系の光軸中心を含む水平な平面でイメージ・レンズ系を切った断面図である。 FIG. 7 is a sectional view of the image lens system cut along a horizontal plane including the optical axis center of the image lens system.
図７において、２１はイメージ・レンズ系第一レンズ、２９はイメージ・レンズ系の鏡筒である。 In FIG. 7, 21 is an image / lens system first lens, and 29 is an image / lens system lens barrel.
又、２１１は該イメージ・レンズ系第一レンズを装着固定するレンズ鏡筒、２１２はレンズ鏡筒回り止めピン、２９１は回転フレーム、２９２は該回転フレーム２９１と該鏡筒２９の間に設けられるねじ機構、２９３はボール・ベアリング、２９４及び２９４ａは歯車、２９５及び２９５ａは該歯車２９４及び２９４ａとかみ合う歯車、５１３は該鏡筒２９を移動させることで該イメージ・レンズ系第一レンズ２１を移動させるモータ、５１４は該イメージ・レンズ系第一レンズ２１の移動量を計測するポテンショ・メータである。
又、９１は図３におけるレンズ位置制御系９を構成する温度センサ、９２は図３におけるレンズ位置制御系９を構成する制御回路である。
そして、該制御回路９２は、読み出し専用メモリ部９２１、加算回路９２２及び電力増幅器９２３を備えている。
Further, 91 is a temperature sensor constituting the lens
The
まず、レンズ位置調整のための構造について説明する。 First, a structure for adjusting the lens position will be described.
イメージ・レンズ系第一レンズ２１はレンズ鏡筒２１１に装着固定されている。
該レンズ鏡筒２１１は鏡筒２９とレンズ鏡筒回り止めピン２１２の部分で嵌合しており、該レンズ鏡筒回り止めピン２１１によってレンズ鏡筒２１１と鏡筒２９は互いに回転しないように固定されている。
The image lens system
The
又、該レンズ鏡筒２１１は該ボール・ベアリング２９３の部分で該回転フレーム２９１と結合しており、該レンズ鏡筒２１１と該回転フレーム２９１は互いに回転可能になっている。
The
該回転フレーム２９１のの周囲には歯車２９５が設けられており、該歯車２９５はモータ５１３に結合された該歯車２９４及び該ポテンショ・メータ５１４に結合された歯車２９４ａと噛み合っており、該歯車２９４の回転を該回転フレームの前進、後退に変換し、該回転フレーム２９１の前進、後退を該歯車２９４ａの回転に変換するようになっている。
A
次にレンズ位置制御系とレンズ位置調整のための構造とを総合して説明をする。 Next, the lens position control system and the structure for adjusting the lens position will be described together.
温度センサ９１は環境温度の変動を検出し、通常アナログ量としての電圧を出力する。
The
読み出し専用メモリ部９２１は、入力側にアナログ・デジタル変換回路を備えており、該アナログ・デジタル変換回路でデジタル変換された電圧値は読み出し専用メモリ（通常ＲＯＭと標記されるものである。）にアドレスとして供給され、該読み出し専用メモリからデジタル変換された電圧値に対応するレンズ位置の移動量のデジタル値が読み出される。
The read-
読み出されたデジタル量の電圧値は、該読み出し専用メモリ部９２１の出力側に備えられているデジタル・アナログ変換回路によってアナログ量としての電圧値に変換されて出力される。
The read voltage value of the digital amount is converted into a voltage value as an analog amount by the digital / analog conversion circuit provided on the output side of the read-
該読み出し専用メモリ部９２１から出力された電圧はレンズ位置指令電圧として該加算回路９２２の一方の端子に供給される。
The voltage output from the read-
一方、該回転フレーム２９１の前進、後退は歯車２９５から歯車２９４ａに伝えられて該ポテンショ・メータ５１４を回転させる。
On the other hand, the forward and backward movements of the
該ポテンショ・メータ５１４は自身の回転角に対応した電圧を出力するが、この電圧出力が該加算回路９２２のもう一方の入力端子に帰還電圧として供給され、上記レンズ位置指令電圧との差が求められる。
The
該加算回路９２２が出力する上記レンズ位置指令電圧と上記帰還電圧との差の電圧が電力増幅器９２３に供給され、実際に該モータ５１３を駆動して該歯車２９４を回転させ、該歯車２９４の回転が該歯車２９５に伝えられて該回転フレーム２９１の前進、後退に変換される。
The difference voltage between the lens position command voltage output from the
即ち、該温度センサ９１、該制御回路９２、該モータ５１３、該歯車２９４、該歯車２９５、該歯車２９４ａ、該歯車２９５ａ、該ポテンショ・メータ５１４によって構成される負帰還ループによって該イメージ・レンズ系第一レンズ２１の位置の調整が行なわれる。
That is, the image lens system is constituted by a negative feedback loop constituted by the
図７の構成の利点は、負帰還ループによってレンズ位置の調整を行なうために、レンズ位置の調整確度が高いことである。 The advantage of the configuration of FIG. 7 is that the lens position is adjusted by the negative feedback loop, and therefore the lens position adjustment accuracy is high.
しかし、レンズ位置の調整機構は図７に示したものだけではなく、モータ５１３、ポテンショ・メータ５１４と制御回路９２を取り除いて、モータの代わりに手動の回転機構を取り付け、ポテンショ・メータ５１４の代わりに該回転フレームの移動距離を示す目盛りを付けておくという簡易な構造でもよい。
However, the lens position adjustment mechanism is not limited to that shown in FIG. 7. The
特に、上記回転機構にはマイクロメータに適用される如き微細ピッチのねじ機構を適用すれば、大きな回転角を小さな移動距離に変換することができるので、移動距離を正確に制御することが可能である。 In particular, if a screw mechanism with a fine pitch as applied to a micrometer is applied to the rotation mechanism, a large rotation angle can be converted into a small movement distance, so that the movement distance can be accurately controlled. is there.
尚、この場合には、図７の読み出し専用メモリ部９２１の代わりに環境温度の変動に対する回転フレームの移動距離を算出した表を準備しておく必要がある。
In this case, instead of the read-
そして、上記の如きマニュアルでレンズの位置を調整する機構の利点は、赤外線撮像装置の構造を複雑化しないことと、赤外線撮像装置自体の寸法と重量を軽減できることである。 The advantages of the mechanism for manually adjusting the lens position as described above are that the structure of the infrared imaging device is not complicated and the size and weight of the infrared imaging device itself can be reduced.
上記自動制御又はマニュアルのいずれの手段によっても、レンズの位置を調整することによってレンズ系の焦点距離の温度変動を抑圧することができるので、赤外線検知素子の投影像の大きさの増加を抑圧することが可能になり、水平走査ミラーの振角を縮減することができる。 The temperature variation of the focal length of the lens system can be suppressed by adjusting the lens position by any of the above-described automatic control or manual means, thereby suppressing an increase in the size of the projected image of the infrared detection element. And the swing angle of the horizontal scanning mirror can be reduced.
これにより、水平スキャナの駆動力の増加を抑圧することが可能になり、水平スキャナの大きさと重量を縮減することができる。
よって、赤外線撮像装置自体の大きさと重量の縮減が可能になる。
As a result, an increase in the driving force of the horizontal scanner can be suppressed, and the size and weight of the horizontal scanner can be reduced.
Therefore, the size and weight of the infrared imaging device itself can be reduced.
図８は、本発明の３点型光学式角度検出器で、水平走査ミラーも併せて図示している。
尚、図８は、該３点型光学式角度検出器の光軸中心を含む水平な平面で該３点型光学式角度検出器を切った断面図である。
FIG. 8 is a three-point optical angle detector of the present invention, and also shows a horizontal scanning mirror.
FIG. 8 is a cross-sectional view of the three-point optical angle detector cut along a horizontal plane including the optical axis center of the three-point optical angle detector.
図８において、３１は水平走査ミラーである。 In FIG. 8, 31 is a horizontal scanning mirror.
尚、後述する３点型光学式角度検出器によって、水平走査ミラーが有効走査領域と無効走査領域の境界を走査していることを検出してパルスを出力するので、本発明においては水平スキャナ制御用角度検出器は不要になる。 Note that a three-point optical angle detector, which will be described later, detects that the horizontal scanning mirror is scanning the boundary between the effective scanning area and the invalid scanning area and outputs a pulse. An angle detector is not required.
又、３４０は図１又は図２における３点型光学式角度検出器３４の筐体、３４１は発光ダイオード、３４２は該発光ダイオードの出力光を平行光にするコリメータ・レンズ、３４３は該コリメータ・レンズ３４２の出力光を折り返すために反射させる反射ミラー、３４４、３４４ａ、３４４ｂはフォト・ダイオード、３４５は該水平走査ミラー３１の角度が該反射ミラー３４３の反射光に対して４５°の時と、無効走査領域と有効走査領域の境界における水平走査ミラーの振角をβ°として該水平走査ミラーの角度が該反射ミラー３４３の反射光に対して４５°±β°の時に反射光を該フォト・ダイオード３４４、３４４ａ及び３４４ｂのいずれかの受光面に集光する集光レンズ、３４６は該発光ダイオード３４１と該フォト・ダイオード３４４乃至３４４ｂにバイアスを供給すると共に、該フォト・ダイオード３４４乃至３４４ｂが該水平走査ミラーの角度が４５°の時と、４５°±β°の時に反射光を受けて該フォト・ダイオード３４４乃至３４４ｂが出力するパルスを図３の信号処理回路７２に供給する制御基板である。
340 is a housing of the three-point
ここで、上においては表現をまるめて、該水平走査ミラー３１の角度が４５°に等しい時と、４５°±β°に等しい時に反射光を該フォト・ダイオード３４４、３４４ａ及び３４４ｂのいずれかの受光面に集光すると記載しているが、図８に則して見れば、実際には該水平走査ミラー３１の角度が４５°の時に該フォト・ダイオード３４４が受光し、該水平走査ミラー３１の角度が４５°＋β°の時に該フォト・ダイオード３４４ａが受光し、該水平走査ミラー３１の角度が４５°−β°の時に該フォト・ダイオード３４４ｂが受光することが判る。
Here, in the above, the expression is rounded, and when the angle of the
尚、筐体への発光ダイオード３４１、コリメータ・レンズ３４２、反射ミラー３４３、フォト・ダイオード３４４、集光レンズ３４５の固定手段及び制御基板３４６の実装手段の説明は必要がないので省略する。
A description of the fixing means for the
又、水平走査ミラー３１及び水平スキャナ制御用角度検出器３２についても、装着手段の説明は必要ないので省略する。
Also, the
図９は、本発明の画像データ取り込み信号と温度基準熱源データ取り込み信号を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing an image data capturing signal and a temperature reference heat source data capturing signal according to the present invention.
図９（イ）は、水平スキャナの走査波形である。 FIG. 9A shows the scanning waveform of the horizontal scanner.
実際には鋸歯状波様の波形の最高及び最低付近では丸みを帯びた波形になる（図１４参照）が、図示を簡単にするために、丸みを取り除いて完全な鋸歯状波で図示している。 Actually, the waveform is rounded near the highest and lowest of the sawtooth-like waveform (see FIG. 14), but for simplicity of illustration, the rounded shape is removed and shown as a complete sawtooth waveform. Yes.
図９（ロ）は、本発明の３点型光学式角度検出器の出力で、図８におけるフォト・ダイオード３４４が水平走査ミラーの角度が４５°であることを検出して出力するパルスである。
FIG. 9 (b) shows the output of the three-point optical angle detector of the present invention, which is a pulse that is output when the
これは、水平走査ミラーの角度が走査範囲の中心である時の３点型光学式角度検出器の出力であるので、３点型光学式角度検出器の中心出力と呼ぶことにする。 Since this is the output of the three-point optical angle detector when the angle of the horizontal scanning mirror is the center of the scanning range, it will be referred to as the center output of the three-point optical angle detector.
図９（ハ）は、本発明の３点型光学式角度検出器の出力で、図８におけるフォト・ダイオード３４４ａ及び３４４ｂが水平走査ミラーの角度が４５°±β°であることを検出して出力するパルスである。
FIG. 9 (c) shows the output of the three-point optical angle detector of the present invention. The
これは、水平走査ミラーが有効走査領域と無効走査領域の境界を走査している時の３点型光学式角度検出器の出力であるので、境界出力と呼ぶことにする。 This is an output of the three-point optical angle detector when the horizontal scanning mirror is scanning the boundary between the effective scanning area and the invalid scanning area, and is therefore referred to as boundary output.
画像データの取り込みは、図９（ロ）の中心出力を基準に行なう。
即ち、中心出力のうち、走査角度が増加中に出力されるパルスＣを基準に、所定の時間ＴＣを経過した時刻に画像データの取り込みを開始する。
Image data is taken in based on the center output in FIG.
That is, image data capture is started at a time when a predetermined time TC has elapsed with reference to the pulse C output while the scanning angle is increasing in the center output.
この時刻は、水平スキャナが無効走査領域における走査から有効走査領域における走査に入る時刻で、走査速度は設計上判っているので時間ＴＣの設定は可能である。 This time is the time when the horizontal scanner enters the scan in the effective scan area from the scan in the invalid scan area, and the scan speed is known by design, so the time TC can be set.
尚、フライ・バック中にも水平走査ミラーの角度が４５°になる時刻があり、３点型光学式角度検出器はこの時刻でもパルスＤを出力するが、走査角が減少していることを検出する比較器を設けておき、この比較器の出力によって上記パルスＤをマスクすることは容易にできるので、画像データ取り込みタイミングを誤ることはない。 It should be noted that there is also a time when the angle of the horizontal scanning mirror becomes 45 ° during the flyback, and the three-point optical angle detector outputs the pulse D at this time, but the scanning angle is reduced. Since a comparator for detection is provided and the pulse D can be easily masked by the output of the comparator, the image data capture timing is not erroneous.
一方、図９（ハ）の境界出力を使って温度基準熱源データの取り込みを制御する。
温度基準熱源は高温側と低温側の２個あるので、温度基準熱源データの取り込みタイミングは２つ必要である。
On the other hand, the acquisition of temperature reference heat source data is controlled using the boundary output of FIG.
Since there are two temperature reference heat sources, the high temperature side and the low temperature side, two timings for acquiring the temperature reference heat source data are required.
これは、有効走査領域から無効走査領域に移行するタイミングで生成されるパルスを第一の温度基準熱源のデータの取り込みパルスとし（図９（ニ）に、符号Ｅを付している。
）、有効走査領域から無効走査領域に移行するタイミングで生成されるパルスを第二の温度基準熱源のデータの取り込みパルスとすれば（図９（ニ）に、符号Ｆを付している。）よい。
In this case, a pulse generated at the timing of transition from the effective scanning region to the ineffective scanning region is used as a data intake pulse of the first temperature reference heat source (reference symbol E is added to FIG. 9D).
) If the pulse generated at the timing of transition from the effective scanning area to the ineffective scanning area is used as a data acquisition pulse for the second temperature reference heat source (the reference numeral F is attached to FIG. 9D). Good.
尚、３点型光学式角度検出器は、図９（ハ）に示す如く、上記Ｅ及びＦのパルス以外にも有効走査領域と無効走査領域間を移行するタイミングにパルスを出力するが、上記と同様な原理で不要なパルスをマスクすることができるので、温度基準熱源データの取り込みタイミングを誤ることはない。 As shown in FIG. 9C, the three-point optical angle detector outputs a pulse at the timing of transition between the effective scanning region and the invalid scanning region in addition to the pulses E and F. Since unnecessary pulses can be masked according to the same principle as described above, the timing for capturing the temperature reference heat source data is not erroneous.
尚、図８におけるフォト・ダイオード３４４乃至３４４ｂの受光面は有限の面積を持っているので、水平走査ミラーの角度が所定の角度になる前に反射光を受光し始め、水平走査ミラーの角度が所定の角度を過ぎても反射光を受光し続けるので、フォト・ダイオードが直接出力するパルスは裾を引いた波形をしている上にパルス幅も広いが、フォト・ダイオードが直接出力するパルスを比較器に入力し、所定の振幅以上の時に比較器から出力させるように設定しておけば、中心出力も境界出力もシャープでパルス幅が小さいパルスとすることができるので、画像データ取込みと温度基準熱源データの取り込みのタイミング・パルスとして問題なく使うことができる。
Since the light receiving surfaces of the
本発明の３点型光学式角度検出器においては、図８の水平走査ミラーからフォト・ダイオードまでの光路長と集光レンズの焦点距離と水平走査ミラーの角度によって反射光を集光させる位置を正確に決めることができる。
即ち、上記中心出力と境界出力が出力されるタイミングは水平走査ミラーの角度と正確に対応しており、しかも、境界出力が出力されないという事態は決して起こらない。
In the three-point optical angle detector of the present invention, the position where the reflected light is condensed is determined by the optical path length from the horizontal scanning mirror to the photodiode in FIG. 8, the focal length of the condenser lens, and the angle of the horizontal scanning mirror. Can be determined accurately.
That is, the timing at which the center output and the boundary output are output exactly corresponds to the angle of the horizontal scanning mirror, and the situation in which the boundary output is not output never occurs.
このため、角度検出の誤差を見込んで水平走査ミラーの振角を大きく設定する必要がないので、水平スキャナの駆動力の増加を抑圧することができ、水平スキャナの小型化と軽量化が可能になる。 For this reason, it is not necessary to set a large swing angle of the horizontal scanning mirror in anticipation of angle detection errors, so that an increase in the driving force of the horizontal scanner can be suppressed, and the size and weight of the horizontal scanner can be reduced. Become.
その上、正確なタイミングで確実に画像データを取り込むパルスと温度基準熱源のデータを取り込むパルスを生成することができるので、赤外線撮像装置の画像表示の信頼度を高めることができる。 In addition, it is possible to generate a pulse that reliably captures image data at an accurate timing and a pulse that captures data of a temperature reference heat source, so that the reliability of image display of the infrared imaging device can be increased.
図１０は、本発明の温度基準熱源と熱源導入光学系の構成である。
尚、図１０は、熱源導入光学系の光軸中心を含む水平な平面で温度基準熱源と熱源導入光学系を切った断面図である。
FIG. 10 shows the configuration of the temperature reference heat source and the heat source introduction optical system of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view of the temperature reference heat source and the heat source introduction optical system cut along a horizontal plane including the optical axis center of the heat source introduction optical system.
図１０において、４は温度基準熱源、６は熱源導入光学系である。 In FIG. 10, 4 is a temperature reference heat source, and 6 is a heat source introduction optical system.
該温度基準熱源４は、サーモ・モジュール４１、温度基準板４２、放熱フレーム４５、Ｏリング４６、温度基準熱源固定ネジ４７、シム４８及び放熱フレーム固定ねじ４９を備えている。
The temperature
又、該熱源導入光学系６は、熱源導入レンズ６１、反射ミラー６２及び熱源導入光学系鏡筒６３を備えている。
The heat source introduction
該温度基準熱源４において、該サーモ・モジュール４１は一方の表面において該放熱フレーム４５に接着固定されており、該サーモ・モジュール４１のもう一方の面は該温度基準板４２と接着固定されている。
In the temperature
該熱源導入光学系６において、該熱源導入レンズ６１は該熱源導入光学系鏡筒６３に装着固定されており、又、反射ミラー６２も該熱源導入光学系 鏡筒６３に装着固定されている。
In the heat source introduction
該温度基準熱源４を構成する該放熱フレーム４３は、熱源導入光学系６を構成する該熱源導入光学系鏡筒６３に該放熱フレーム固定ねじ４９によってねじ止め固定されるが、該放熱フレーム４５の該熱源導入光学系鏡筒６３との取り付け面には該放熱フレーム４５中を周回する溝が形成されており、この溝の中にはＯリングが組み込まれている。
The
これで、該熱源導入光学系鏡筒６３上の該放熱フレーム４５の取り付け面での密閉性を高く保つことができる。
As a result, it is possible to maintain high sealing performance at the mounting surface of the
一方、熱源導入レンズ６１と熱源導入光学系鏡筒６３との間の密閉性も当然高い。
On the other hand, the airtightness between the heat
従って、該放熱フレーム４５、該熱源導入光学系鏡筒６３及び該熱源導入レンズ６１によって囲まれる空間を外部の空間から密閉された空間にすることができる。
Therefore, the space surrounded by the
このため、上記空間に化学的に不活性な窒素などの乾燥気体を封入することによって、該サーモ・モジュール４１と該温度基準板４２の表面が露点以下の温度になっても、該サーモ・モジュール４１と該温度基準板４２の表面に結露が生じないようにすることができる。
For this reason, even if the surfaces of the
又、該シム４８と該熱源導入光学系鏡筒６３に設けた長径穴６４によって、アフォーカル・レンズ系とイメージ・レンズ系に対する該反射ミラー６２の位置の調整を行なうことができる。
Further, the position of the reflecting
まず、該シム４８の厚さを調整することによって、イメージ・レンズ系に対する該反射ミラー６２の位置の調整、即ち、図２のＢの方向での位置の調整を行なうことができる。
First, by adjusting the thickness of the
次に、該温度基準熱源固定ねじ４７を緩めた状態で該熱源導入光学系鏡筒６３に固定されている該放熱フレーム４５を該長径穴６４の長径の方向にずらすことによってアフォーカル・レンズ系に対する該反射ミラー６２の位置の調整、即ち、図２のＡの方向での位置の調整を行なうことができる。
Next, an afocal lens system is formed by displacing the
図１０の構成の利点は下記の通りである。 The advantages of the configuration of FIG. 10 are as follows.
即ち、温度基準熱源４においては、放熱フィンとファンを適用しないで、サーモ・モジュールの発熱エネルギーを直接放熱フレーム４５に逃がす構成をとっているので、温度基準熱源４自体の小型化と構成の簡易化ができる。
That is, the temperature
又、熱源導入光学系６においては、反射ミラー６２を熱源導入光学系鏡筒６３に直接取り付けることによって熱源導入光学系自体の構成の簡易化ができ、シム４８と長径穴６４による位置調整によって該反射ミラー６２のアフォーカル・レンズ系とイメージ・レンズ系に対する位置調整を正確且つ容易に行なうことができる。
Further, in the heat source introduction
更に、温度基準熱源４と熱源導入光学系６の間の空間に乾燥気体を封入することによってサーモ・モジュール４１と温度基準板４２表面での結露を防止することができる。
Further, by confining the dry gas in the space between the temperature
１ 赤外線検知器
２ イメージ・レンズ系
２ａ イメージ・レンズ系
３ 水平スキャナ
３ａ 水平スキャナ
４ 温度基準熱源
４ａ 温度基準熱源
４ｂ 温度基準熱源
４ｃ 温度基準熱源
５ アフォーカル・レンズ系
５ａ アフォーカル・レンズ系
６ 熱源導入光学系
６ａ 熱源導入光学系
７ 画像処理系
７ａ 画像処理系
８ 温度基準熱源制御系
９ レンズ系位置調整制御系
１１ 赤外線検知素子
１２ 冷却器
１３ 真空容器
１４ 窓
２１ イメージ・レンズ系第一レンズ
２２ 遮蔽板
２３ 垂直走査ミラー
２４ イメージ・レンズ系第二レンズ
２５ 折り返しミラー
２６ イメージ・レンズ系第三レンズ
２７ モータ
２８ ポテンショ・メータ
２９ 鏡筒
３１ 水平走査ミラー
３２ 水平スキャナ制御用角度検出器
３３ 水平走査駆動部
３４ ３点型光学式角度検出器
３４ａ 光学式角度検出器
４１ サーモ・モジュール
４２ 温度基準板
４３ 放熱フィン
４４ ファン
４５ 放熱フレーム
４６ Ｏリング
４７ 温度基準熱源固定ねじ
４８ シム
４９ 放熱フレーム固定ねじ
５１ 対物レンズ・ユニット
５２ リレー・レンズ・ユニット
６１ 温度基準熱源導入レンズ系
６２ 反射ミラー
６３ 熱源導入光学系鏡筒
６４ 長径穴
７１ 増幅器
７２ 信号処理回路
７２ａ 信号処理回路
７３ 画像処理回路
７４ モニタ
８１ 高温側指令電圧生成回路
８１ａ 低温側指令電圧生成回路
８２ 高温側検出電圧生成回路
８２ａ 低温側検出電圧生成回路
８３ 加算回路
８３ａ 加算回路
８４ 電力増幅器
８４ａ 電力増幅器
９１ 温度センサ
９２ 制御回路
１１１ 基板
１１２ 単位赤外線検知素子
２９１ 回転フレーム
２９２ ねじ機構
２９３ ボール・ベアリング
２９４ 歯車
２９４ａ 歯車
２９５ 歯車
２９５ａ 歯車
３４１ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
３４２ コリメータ・レンズ
３４３ 反射鏡
３４４ フォト・ダイオード（ＰＤ）
３４４ａ フォト・ダイオード（ＰＤ）
３４４ｂ フォト・ダイオード（ＰＤ）
３４５ 集光レンズ
３４６ 制御基板
３４６ａ 制御基板
５１１ 中視野レンズ
５１２ 広視野レンズ
５１３ モータ
５１４ ポテンショ・メータ
５２１ リレー・レンズ・ユニット第一レンズ
５２２ リレー・レンズ・ユニット第二レンズ
５２３ 鏡筒
６３１ ねじ
６３２ 第一のブロック
６３３ 第二のブロック
６３４ 第三のブロック
６３５ ねじ
９２１ 読み出し専用メモリ部
９２２ 加算回路
９２３ 電力増幅器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Infrared detector 2 Image lens system 2a Image lens system 3 Horizontal scanner 3a Horizontal scanner 4 Temperature reference heat source 4a Temperature reference heat source 4b Temperature reference heat source 4c Temperature reference heat source 5 Afocal lens system 5a Afocal lens system 6 Heat source Introduction optical system 6a Heat source introduction optical system 7 Image processing system 7a Image processing system 8 Temperature reference heat source control system 9 Lens system position adjustment control system 11 Infrared detector 12 Cooler 13 Vacuum container 14 Window 21 Image lens system first lens 22 Shielding plate 23 Vertical scanning mirror 24 Image lens system second lens 25 Folding mirror 26 Image lens system third lens 27 Motor 28 Potentiometer 29 Lens barrel 31 Horizontal scanning mirror 32 Horizontal scanner control angle detector 33 Horizontal scanning drive Unit 34 Three-point optical angle detector 34a Optical angle detector 41 Thermo module 42 Temperature reference plate 43 Radiation fin 44 Fan 45 Heat dissipation frame 46 O-ring 47 Temperature reference heat source fixing screw 48 Shim 49 Heat dissipation frame fixing screw 51 Objective lens unit 52 Relay lens unit 61 Temperature reference heat source introduction lens System 62 Reflecting mirror 63 Heat source introducing optical system barrel 64 Long diameter hole 71 Amplifier 72 Signal processing circuit 72a Signal processing circuit 73 Image processing circuit 74 Monitor 81 High temperature side command voltage generation circuit 81a Low temperature side command voltage generation circuit 82 High temperature side detection voltage generation Circuit 82a Low-temperature detection voltage generation circuit 83 Addition circuit 83a Addition circuit 84 Power amplifier 84a Power amplifier 91 Temperature sensor 92 Control circuit 111 Substrate 112 Unit infrared detection element 291 Rotating frame 292 Screw mechanism 293 Ball bearing 294 Gear 294a Car 295 gear 295a gears 341 light-emitting diode (LED)
342
344a Photodiode (PD)
344b Photodiode (PD)
345
Claims (1)
温度基準熱源を構成する温度基準板の温度を制御するサーモ・モジュールを放熱フレームに直接接着固定して、伝導放熱によって該サーモ・モジュールの発熱エネルギーを放熱する温度基準熱源を備えることを特徴とする赤外線撮像装置。 Using an infrared detection element, the infrared radiation emitted from the temperature reference heat source in the invalid scanning area set outside the effective scanning area on the afocal first imaging surface on which an infrared image emitted from the object to be measured is formed is detected. An infrared imaging device that takes in a focal lens system and corrects variations in infrared detection elements and displays an infrared image formed in an effective scanning area,
A thermo reference module that controls the temperature of a temperature reference plate constituting the temperature reference heat source is directly bonded and fixed to a heat dissipating frame, and a temperature reference heat source that dissipates heat generated by the thermo module by conduction heat dissipation is provided. Infrared imaging device.
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