JP2005227290A - 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。
First, the infrared rays emitted from the object to be measured are guided to the afocal lens system 5a via the
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。 The range in which the infrared rays emitted from the object to be measured are imaged on the afocal first imaging surface a is an effective scanning region 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。
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 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.
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。 Up to this point, the configuration and general operation of the conventional infrared imaging apparatus have been described.
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。 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。
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。
Therefore, the composition of the flat plate of the HgCdTe alloy precipitated from the mixed melt is not constant in the micro.
For this reason, there is a variation in characteristics between the unit infrared detection elements cut out from the flat plate of the HgCdTe alloy deposited from the mixed melt, and even if each unit infrared detection element detects infrared rays of the same intensity, the output of 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。
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。
The infrared detection element has a non-linear characteristic with respect to the scene temperature, as shown in FIG.
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, the temperature ranges indicated by Δt1 and Δt2) are all introduced into the infrared detector. The infrared ray emitted from the object at the same temperature is detected by the unit infrared ray detection element, and the sensitivity for each infrared ray detection element and the offset between the infrared ray detection elements are corrected.
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。 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.
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。 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。 FIG. 19A is a waveform of an electrical signal obtained by detecting the scanning waveform of the horizontal scanner by the horizontal scanner control angle detector.
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。 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。 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 intake 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。
Here, the
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。 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
反射ミラーの位置を正確に設定するために反射ミラー固定台を位置調整可能にしているため、反射ミラー周辺の機構を大型化させ、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上に、アフォーカル・レンズ系の鏡筒の中で位置調整をしなければならないために位置調整が困難であった。 In order to accurately set the position of the reflection mirror, the position of the reflection mirror fixing base can be adjusted, so that the mechanism around the reflection mirror is enlarged, which in turn causes the infrared imaging device to be enlarged. The position adjustment is difficult because the position must be adjusted in the afocal lens barrel.
課題を解決するための手段は、反射ミラー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 reflection mirror is integrated with the temperature reference heat source introduction system barrel.
課題を解決するための手段によれば、温度基準熱源導入系の光束と反射ミラーの相対位置の調整が簡単な機構で可能になるために、赤外線撮像装置を小型化することができる。 According to the means for solving the problems, the relative position between the light beam of the temperature reference heat source introduction system and the reflection mirror can be adjusted with a simple mechanism, so that the infrared imaging device can be downsized.
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.
温度基準熱源導入系の光束と反射ミラーの相対位置の調整機構が簡易になって、赤外線撮像装置を小型化することができる。 The mechanism for adjusting the relative position between the light beam and the reflecting mirror in the temperature reference heat source introduction system is simplified, and the infrared imaging device can be miniaturized.
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。
Further, the position of the image lens system
尚、位置調整機構については後に詳述する。 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。
First, infrared rays emitted from the object to be measured are guided to the
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。 The effective scanning region b is a range in which the infrared rays emitted from the measurement object are imaged on the afocal first imaging plane a.
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。
Similarly, a difference between the output voltage of the low temperature side command
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。
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。 FIG. 4A shows an effective scanning area in the case where 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.
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。 FIG. 4B is an effective scanning area in consideration of the size of the infrared detection element.
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。 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.
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。 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。
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。
FIG. 6A shows a case where the swing angle is 0 (the swing angle is set to 45 ° as the origin).
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。 FIG. 6B shows a case where the horizontal scanning mirror is swung to the required maximum swing angle α °.
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。
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。 This is also a large value in an infrared imaging device designed to be close to the limit.
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。 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。
Further, 91 is a temperature sensor constituting the lens
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。
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。 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.
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。 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。
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。
In FIG. 8, 31 is a horizontal scanning mirror.
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。 Image data is taken in based on the center output in FIG.
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。 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。 On the other hand, the acquisition of temperature reference heat source data is controlled using the boundary output of FIG.
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。 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。 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.
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。 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。 FIG. 10 shows the configuration of the temperature reference heat source and the heat source introduction optical system of the present invention.
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 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。
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。
The
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)
温度基準熱源と、該温度基準熱源が放射する赤外線をアフォーカル・レンズ系に導入する熱源導入光学系を固定し、
該熱源導入光学系を構成する熱源導入光学系鏡筒に、温度基準熱源が放射する赤外線をアフォーカル・レンズ系に取り込む反射ミラーを固定し、
該熱源導入光学系鏡筒とアフォーカル・レンズ系の鏡筒との間にシムを挟み、該熱源導入光学系鏡筒に設けた長径穴を介して該熱源導入光学系鏡筒をアフォーカル・レンズ系の鏡筒にネジ止め固定する構造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,
Fix the temperature reference heat source and the heat source introduction optical system that introduces infrared rays emitted from the temperature reference heat source into the afocal lens system,
A reflection mirror that captures infrared rays emitted from the temperature reference heat source into the afocal lens system is fixed to the heat source introduction optical system barrel constituting the heat source introduction optical system,
A shim is sandwiched between the heat source introducing optical system lens barrel and the afocal lens system lens barrel, and the heat source introducing optical system lens tube is connected to the afocal lens through a long hole provided in the heat source introducing optical system lens barrel. An infrared imaging device comprising a structure that is fixed to a lens barrel by screwing.
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