JP3241567B2 - 赤外線光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は赤外線光学装置に関し、
特に光学系を介して受光した撮影対象像を光学的に走査
し、この走査出力光を赤外線センサーで撮像する赤外線
サーモグラフィ装置であって、冷却されて運用に供され
る赤外線センサーが、光学系を構成する光学レンズに反
射することによってもたらされるナルシサス現象の抑圧
を図った赤外線光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の赤外線サーモグラフィ装
置においては、赤外線に対する受光の感度を高めるた
め、赤外線センサーは数１０Ｋ（ケルビン）度程度に冷
却して運用されるのが常である。

【０００３】しかしながら、冷却された赤外線センサー
は、室温で飽和した周囲の物体と比較すると非常に僅か
な赤外線しか輻射しないので、光学系の光軸近傍から反
射される赤外線センサー像の赤外線量はわずかである
が、赤外線センサーの像が室温の装置内部の部品や外部
の物体に反射して装置の視野内に入り込んだ場合には、
それらの物体の輻射する赤外線が重畳されるため視野の
その部分に対して中心部分の赤外線センサーが受光する
赤外線が少なくなり、撮像結果を表示する表示画面上に
有害なムラが生じたり、測定温度に誤差を生じたりす
る、いわゆるナルシサス現象が発生する。

【０００４】このナルシサス現象は、光学部品としてレ
ンズを使用する場合に特に顕著に現れる。この理由は、
レンズにより光線を屈折させる場合にもレンズ表面でい
くらかの光線が反射されることは避けられず、しかも屈
折光と反射光の進む方向が一般的には等しくないため、
レンズ表面で反射する光線は結果的に迷光となり、不必
要な反射と屈折を経て赤外線センサーに到達することに
よる。

【０００５】したがって、このようなナルシサス現象を
避けるためには、主としてミラーだけを使った光学系
や、レンズを光軸に対して偏心配置した光学系、あるい
は使用するレンズの数を極力少なくした光学系などの各
種の特殊光学系が工夫されている。逆に言えば、主とし
てレンズを多数使用した光学系は、それが持つ種々の利
点にも関わらず使われることはない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述した各種の特殊光
学系を採り入れてナルシサス現象の回避を図った従来の
赤外線サーモグラフィー装置としての赤外線光学装置に
は、次の（１）ないし（３）に示すような問題点があ
る。 （１）主としてミラーのみを使った特殊光学系では、光
路にミラーの数だけの折り返しが発生することや、収差
補正のための設計自由度がレンズに比べて半減すること
や、豊富なレンズによる設計技術が応用できないこと等
により光学設計が困難である。また、反射による光路が
しばしば互いに重なるため、外部からの迷光の除去が困
難である。更に、光路の構成が立体的にならざるを得な
いため、光学部品の配置が複雑になり構造設計や組立が
困難となる。 （２）レンズを光軸に対して偏心配置した特殊光学系で
は、外部からの迷光の除去は比較的容易になるが、収差
補正のための光学設計は、（１）のミラーのみを使った
特殊光学系と比べてもさらに困難になり、レーザーのよ
うな非常に細い光束を扱う場合を除いて充分な光学結像
性能を得ることは非常に困難となる。 （３）レンズの枚数を少なくした特殊光学系では、必要
な光学性能を得るための設計自由度が大幅に制限され、
設計自由度とナルシサス現象の排除とがトレードオフの
関係になり、光学性能とナルシサスの除去の両方の要求
を同時に満足することが困難となる。

【０００７】本発明の目的は、上述した従来の問題点を
解決し、従来一般的に用いられてきた光学系に対してナ
ルシサス現象の低減と迷光の除去とを行うとともに、設
計および製造が容易なレンズ方式による光学系の採用を
可能とする赤外線光学装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した目的
を達成するために次の手段構成を有する。即ち、本発明
の赤外線光学装置は、光学系を介して受光する撮影対象
像を走査器で光学的に走査し赤外線センサーで撮像する
赤外線光学装置であって、前記光学系の光路中に設定す
る中間光路に前記撮影対象像の中間結像を光学的に形成
する中間結像手段と、前記中間結像を含む中間結像面に
おいて結像位置が前記走査器による走査方向に移動する
前記中間結像は通過させ結像周囲の迷光線は遮光するス
リット状の開口を設けた遮光板を設け、遮光板より撮影
対象物側の光路から入射して来るレンズ反射光を遮光し
レンズ反射に起因するナルシサス現象の影響を抑圧する
ナルシサス抑圧手段とを備えるものである。

【０００９】また、本発明の赤外線光学装置は、光学系
を介して受光する撮影対象像を走査器で光学的に走査し
赤外線センサーで撮像する赤外線光学装置であって、前
記走査器の入力光路に設定する第１の中間光路と前記走
査器の走査光路に設定する第２の中間光路のそれぞれに
撮影対象像の第１の中間結像と第２の中間結像とを光学
的に形成する中間結像手段と、前記第１の中間結像を含
む第１の中間結像面と前記第２の中間結像を含む第２の
中間結像面のそれぞれにおいて前記ナルシサス抑圧手段
を備えるものである。

【００１０】

【００１１】また本発明の赤外線光学装置は、前記走査
器が、走査入力光を受光する入力反射面もしくはこの入
力反射面と該入力反射面からの反射光を光学系を介して
受光し走査出力光として送光する出力反射面とに対する
回転もしくは振動運動の印加、もしくは固定の出力反射
面に対向配置されて回転軸を中心として揺動自在な入力
反射面に対する揺動運動の印加によって走査入力光に対
する所望の走査出力光を得る構成を有するものである。

【００１２】

【作用】以下、上記手段構成を有する本発明の作用を説
明する。本発明は、光学系を介して受光する撮影対象像
を光学的に走査した走査出力光を、冷却状態で運用する
赤外線センサーで受光、撮像する赤外線光学装置におい
て、光学系の光路中に設定する中間光路に撮影対象像の
中間結像を光学的に形成し、この中間結像のみを主とし
て通過させる遮光板を配設することにより、運用状態に
冷却された赤外線センサーの光学系レンズによる反射が
もたらすナルシサス現象を著しく抑圧し、設計自由度を
増大し製造が容易で、かつ外部からの逆光による影響も
大幅に改善している。

【００１３】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は、本発明の第１の実施例の構成図である。図
１に示す実施例は、中間結像手段を構成する光学系とし
てのレンズ１，２，３，４，５，６，７，８，９および
１０と固定ミラー１１および１２、ナルシサス抑圧手段
を構成する第１の遮光板としての遮光板（１）１３およ
び第２の遮光板としての遮光板（２）１４と、正８面体
回転鏡のポリゴンミラーを利用する走査器１５と、赤外
線センサー１６とを備える。なお、図１に示す複数の矢
印は、赤外線センサー１６の像を各レンズが反射させて
有害なナルシサス現象をもたらす反射光線群を示す。上
述した構成要素中、レンズ１ないしレンズ５は、走査器
１５の入力光路に設定する第１の中間光路に第１の中間
結像を形成し、遮光板（１）１３は第１の中間結像を含
み第１の中間光路に垂直な第１の中間結像面に配置され
る。

【００１４】また、上述した構成要素中、レンズ６，７
および８と、固定ミラー１１とは、走査器１５に対する
走査入力光学系であり、固定ミラー１２、レンズ９およ
びレンズ１０は走査出力光学系である。遮光板（２）１
４は、これら走査入力光学系と走査出力光学系との間に
介在し、走査器１５の走査光路に設定された第２の中間
光路において走査入力光学系によって形成される第２の
中間結像面に配置される。なお、図１の実施例におい
て、走査器１５は３回にわたって３６０°／８＝４５°
ずつ時計方向に回転した状態を重畳して示している。

【００１５】次に、本実施例の動作について説明する。
レンズ１ないし５によって第１の中間結像面に第１の中
間結像が形成され、この第１の中間結像は遮光板（１）
１３に設けたスリットを通って出光し、レンズ６，７を
通って走査器１５の反射面Ａに投光されて反射した後、
レンズ８および固定ミラー１１によって第２の中間結像
面、すなわち遮光板（２）１４の面に第２の中間結像が
形成される。遮光板（２）１４を介して出光した第２の
中間結像は、固定ミラー１１と空間的に直交する配置の
固定ミラー１２およびレンズ９を通って走査器１５の反
射面Ｂに入射して反射された後、レンズ１０を通して赤
外線センサー１６に受光される。

【００１６】遮光板（１）１３と遮光板（２）１４の２
つの遮光板には、矢印で示すナルシサス現象をもたらす
反射光線を遮光し主として第１の中間結像と第２の中間
結像のみを通過させるための水平方向に長いスリット状
の開口部を有し、この開口部以外の入射光の通過を抑止
する遮光性部材で構成される。また、第１の中間結像と
第２の中間結像は、走査器１５の正８面体回転鏡の回転
に伴って走査方向に平行移動していくので、上述したス
リット状の開口部はこのような平行移動を配慮した形状
・寸法に設定されている。本実施例においては、スリッ
ト状の開口部の高さを0.5mm とした。

【００１７】図２は、図１の実施例におけるナルシサス
現象抑圧動作の説明図である。図２は、遮光板（２）１
４によるナルシサス現象抑圧動作を例として示す。撮影
対象物からの赤外線入力光１０１は、所定の回転速度で
回転する走査器１５により反射され、その反射光はレン
ズ８を通して一対の折り返しミラーのうちの固定ミラー
１１に投光し反射される。走査器１５、レンズ８および
固定ミラー１１によって第２の中間光路には第２の中間
結像１０２が形成される。この第２の中間結像１０２
は、走査器１５の回転すなわち反射面の回転によって走
査方向に平行移動する。

【００１８】遮光板（２）１４には、この平行移動によ
る第２の中間結像点１０２の軌跡に沿って開口した開口
部１０３が設けられている。これによって所望の第２の
中間結像１０２以外のナルシサス現象によってもたらさ
れる迷光線や外部から入射する不要な迷光線は、遮光板
（２）１４で効率よく遮断することができる。

【００１９】遮光板（２）１４から出光した第２の中間
結像は、一対の折り返しミラーの他方の固定ミラー１２
で反射され、レンズ９を通って走査器１５の反射面に入
射したあとレンズ１０を介して赤外線センサー１６に受
光され、赤外線サーモグラフが撮像される。上述した内
容は、遮光板（２）１４を例として述べたが、遮光板
（１）１３による遮光についても遮光板（２）１４の場
合と同様に実施される。

【００２０】図３は、図１の実施例の構成で、遮光板を
実装した場合と、しない場合とのナルシサス現象を起こ
す赤外線エネルギーの量をシミュレーションし、実験に
よって確認した結果を対比して表記したものである。図
３のレンズ面番号は図１の矢印を付けたレンズ面の入力
光側からの番号を示し、また反射エネルギーは１００％
を１に正規化している。図３から、ナルシサス現象を起
こす反射エネルギーが遮光板によって大幅に減少してい
ることがわかる。こうして、中間結像の形成と、この中
間結像を主として通過させる遮光板の配置とによって、
ナルシサス現象のもたらす影響を著しく抑圧することが
できる。

【００２１】上述した第１の実施例では、走査器の入力
光路および走査光路にそれぞれ中間光路を設定し、これ
らの中間光路中の中間結像面に遮光板をそれぞれ配置し
た場合を示したが、本発明は光学系の光路中に形成した
中間結像面に遮光板を配置することにより、該遮光板か
ら前（赤外線が入射してくる方向）に位置するレンズか
ら反射される迷光線を遮断してナルシサス現象を抑圧す
ることに特徴を有するものであり、レンズ方式による光
学系を採用した種々の赤外線光学装置において適用する
ことができる。

【００２２】以下、図４および図５を用いて本発明の他
の実施例を説明する。なお、これらの図において図１と
同一あるいは同等の部分については同一参照番号を付し
てその説明を省略する。図４は、図１に示した赤外線光
学装置から走査光路を省略した第２の実施例たる赤外線
光学装置を示す図であって、レンズ７で収束された赤外
線入力光は走査器１５の反射面Ａに投光されて反射した
後、レンズ１０を通して赤外線センサー１６に受光され
る。

【００２３】この第２の実施例では、走査器１５の１の
反射面（Ａ）で反射された赤外線光を赤外線センサー１
６で受光するため、第１の実施例に比し撮影対象像の走
査角度が小さくなるものの、遮光板１３から前に位置す
るレンズ５を含むレンズ群から反射される迷光線を遮断
してナルシサス現象を抑圧することができる。

【００２４】図５は、図１に示した赤外線光学装置の赤
外線センサー１６の位置に第３の中間光路を設けて遮光
板を配置した第３の実施例たる赤外線光学装置を示す図
であって、レンズ９および１０は、走査器１５の反射光
路に設置する第３の中間光路に第３の中間結像を形成
し、遮光板（３）１７は第３の中間結像を含む第３の中
間結像面に配置される。遮光板（３）１７に設けたスリ
ットを通った第３の中間結像は、レンズ１８および１９
を通して赤外線センサー１６に受光される。

【００２５】この第３の実施例では、遮光板を３枚備え
ているので、第１および第２の実施例に比しより正確に
迷光線を遮断することができる。即ち、遮光板１７から
前に位置するレンズ１０を含むレンズ群から反射される
迷光線を遮断してナルシサス現象を抑圧することができ
る。

【００２６】なお、上述した実施例では、光学的な走査
器として正８面体回転鏡のポリゴンミラーを使用した
が、これに代えて他の光学的走査器、例えば振動を印加
したＵ字型フォークの２つの先端面に互いに対称的に配
設した２つの走査鏡の角度を振動で変化させるチューニ
ングフォークなどの走査器を利用しても、あるいは固定
鏡に対向配置した回転走査鏡を所定の角度範囲で往復運
動させて揺動するレゾナントスキャナなどの走査器を利
用しても、本発明の主旨を損なうことなく本実施例に準
じて容易に実施しうることは明らかである。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
学系を介して受光する撮影対象像を光学的に走査し、赤
外線センサーで撮像する赤外線光学装置において、光学
系の光路中に一旦中間結像面を形成し、そこに主として
中間結像のみを通過させて他の迷光線を抑止する適切な
遮光板を配置することにより、ナルシサス現象による影
響を効果的に抑制することが可能となり、従来のミラー
方式やレンズを偏心させる方式によるナルシサス現象の
抑圧と比較し、簡素な構成で設計・製造が容易かつ外部
からの迷光線の悪影響を著しく抑圧できる効果がある。
また、従来の枚数に制限のあるレンズ方式と比較しても
光学設計の自由度が大きくなり、所望の光学性能を容易
に得ることができ、同時に従来のレンズ方式が持つ設計
・製造の容易性も確保できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す構成図である。

【図２】図１の実施例におけるナルシサス現象抑圧動作
の説明図である。

【図３】図１の実施例における実験結果の一例を表記し
て示す図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示す構成図である。

【図５】本発明の第３の実施例を示す構成図である。

【符号の説明】

１〜１０ レンズ １１ 固定ミラー １２ 固定ミラー １３ 遮光板（１） １４ 遮光板（２） １５ 走査器 １７ 遮光板（３） １８，１９ レンズ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学系を介して受光する撮影対象像を走
   査器で光学的に走査し赤外線センサーで撮像する赤外線
   光学装置であって、前記光学系の光路中に設定する中間
   光路に前記撮影対象像の中間結像を光学的に形成する中
   間結像手段と、前記中間結像を含む中間結像面において
   結像位置が前記走査器による走査方向に移動する前記中
   間結像は通過させ結像周囲の迷光線は遮光するスリット
   状の開口を設けた遮光板を設け、遮光板より撮影対象物
   側の光路から入射して来るレンズ反射光を遮光しレンズ
   反射に起因するナルシサス現象の影響を抑圧するナルシ
   サス抑圧手段とを備えることを特徴とする赤外線光学装
   置。
2. 【請求項２】 光学系を介して受光する撮影対象像を走
   査器で光学的に走査し赤外線センサーで撮像する赤外線
   光学装置であって、前記走査器の入力光路に設定する第
   １の中間光路と前記走査器の走査光路に設定する第２の
   中間光路のそれぞれに撮影対象像の第１の中間結像と第
   ２の中間結像とを光学的に形成する中間結像手段と、前
   記第１の中間結像を含む第１の中間結像面と前記第２の
   中間結像を含む第２の中間結像面のそれぞれにおいて前
   記ナルシサス抑圧手段を備えることを特徴とする請求項
   １記載の赤外線光学装置。
3. 【請求項３】 前記走査器が、走査入力光を受光する入
   力反射面もしくはこの入力反射面と該入力反射面からの
   反射光を光学系を介して受光し走査出力光として送光す
   る出力反射面とに対する回転もしくは振動運動の印加、
   もしくは固定の出力反射面に対向配置されて回転軸を中
   心として揺動自在な入力反射面に対する揺動運動の印加
   によって走査入力光に対する所望の走査出力光を得る構
   成を有するものであることを特徴とする請求項１または
   請求項２記載の赤外線光学装置。