JPH0618334Y2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔概要〕 本考案は対象物からの光線を検知して、その強度に応じ
て対象物を映像化する撮像装置にかかわり、小型、簡易
な構造の非接触で計測が可能な撮像装置を提供すること
を目的とし、対象物に対して設定した二次元走査領域で
複数の平行面領域に区分けされる走査面の光学走査を順
次なす偏向光学系と、該偏向光学系を介して該二次元走
査領域からの光線を光センサーに集光する集光光学系と
を有する撮像装置であって、 上記偏向光学系が複数の鏡の各々を回転軸に対してなす
倒れ角を所定角度ずつずらした配列とした回転多面鏡で
あり、 上記光センサーが多素子赤外線リニアセンサーからなる
と共に、集光光学系が赤外線を透過させる光学材料から
なり、 上記複数の平行面領域の各領域の垂直方向には該多素子
赤外線リニアセンサーの素子数に対応する数の画素を配
列した配置関係とし、垂直方向に配列される１列の画素
夫々からの光線は該偏向光学系及び該集光光学系を介し
て、該多素子赤外線リニアセンサーの対応する各素子に
夫々同時に集光される撮像装置により本考案を構成す
る。

(a)考案の技術分野 本考案は、撮像装置の構造に係り、特に対象物の温度を
非接触で、かつ、面としてパターン計測が可能な赤外線
撮像装置に適用可能な装置に関する。

(b)技術の背景 近年光学的撮像の技術を必要とする分野が多方面に展開
し、これに関係のある技術の進歩も著しい。

特に、通常の光学的撮像装置のほかに、赤外線撮像装置
や、それのビデオ装置が盛んに用いられている。

このような撮像装置で、素子数の少ない光センサーを用
いた場合、二次元の画面を得るためには、水平方向と垂
直平行の光学的な走査が必要である。これら、水平・垂
直走査光学系は、映像信号の水平および垂直信号に同期
して動く独立した２個の走査光学系からなり、撮像装置
が複雑になり、且つ大型になるため、これらの簡易な機
構と小型化が要望されている。

(c)従来技術と問題点 第１図は従来の装置を説明する図である。

1は走査面であり、この走査面を走査するため、光学系
のレンズ2によって、垂直、水平それぞれ２５度の視野
角で集光する光学系が用いられる。

3は水平走査鏡であって、走査面を水平走査するための
光学偏向をなすもので、この水平走査鏡は、投射される
光路が水平方向に偏向走査するように撮像動作中は、常
に一定の周期で水平方向に往復振動をしている。

4は垂直走査鏡であって、走査面を垂直走査するように
光学偏向をなすもので、この垂直走査は投射される光路
を常に垂直方向に偏向走査するように撮像動作中は常に
水平走査鏡と同期を取りながら垂直方向に往復振動をす
るような構造になっている。

5はセンサーであって、素子数の多少があるが、素子数
が少ない時には、走査面を光学的に走査する必要があ
る。

このように、光学系で集光された光線は、センサーに光
入力されて、この光入力の強度変化が検知電流に変換さ
れて増幅器6に入力された後に、別に送られてくるビデ
オ信号7と共に、ビデオ表示装置8に入力されてディスプ
レイ装置に映像される。

このような撮像装置では、機械的に往復走査する光学鏡
が二組必要となり、同期が必要なため機械的に複雑にな
ると共に、装置全体が大型化するという欠点がある。

(d)考案の目的 本考案は、上記従来の欠点に鑑み、偏向光学系を従来二
個使用してきた走査用光学鏡を一個にして、多面光学鏡
を用い、そのそれぞれの光学鏡を、倒れ角の異なる配列
とすることによって、多面光学鏡の回転によって、水
平、垂直の両走査が行なえるようにし、光センサーを多
素子とすることにより、高速走査を可能とした撮像装置
を提供することを目的とする。

(e)考案の構成 この目的は本考案によれば、対象物に対して設定した二
次元走査領域で複数の平行面領域に区分けされる走査面
の光学走査を順次なす偏向光学系と、該偏向光学系を介
して該二次元走査領域からの光線を光センサーに集光す
る集光光学系とを有する撮像装置であって、 上記偏向光学系が複数の鏡の各々を回転軸に対してなす
倒れ角を所定角度ずつずらした配列とした回転多面鏡で
あり、 上記光センサーが多素子赤外線リニアセンサーからなる
と共に、集光光学系が赤外線を透過させる光学材料から
なり、 上記複数の平行面領域の各領域の垂直方向には該多素子
赤外線リニアセンサーの素子数に対応する数の画素を配
列した配置関係とし、垂直方向に配列される１列の画素
夫々からの光線は該偏向光学系及び該集光光学系を介し
て、該多素子赤外線リニアセンサーの対応する各素子に
夫々同時に集光されることを特徴とする撮像装置を提供
することによって達成される。

多素子赤外線リニアセンサーの各素子に各々接続する複
数のＡＣ結合型低雑音アンプと、各素子の出力信号をシ
リアルな信号として出力するマルチプレクサーと、マル
チプレクサーのタイミングを制御するタイミング回路と
を設けることにより、各走査領域の多素子赤外線リニア
センサーに対応する各画素領域からの光線が集光光学系
で多素子赤外線リニアセンサーの対応する各素子に集光
されて、光入力され、光入力の強度変化が入射光量に対
応する検知電流に変換され、ＡＣ結合型低雑音アンプに
より増幅後、各素子からのパラレルな出力信号がタイミ
ング回路により制御されるマルチプレクサーによりシリ
アルなビデオ信号として出力され、（更に別に送られて
くるビデオ信号とミキシングして位置関係を明瞭とし
て）ビデオ装置に映像されることができる。

走査領域を各水平走査毎にオーバーラップ走査させ、時
間遅延積分走査を行うことができる。

(f)考案の実施例 〔実施例１〕 第２図は本考案の第１の実施例である。

本考案の特徴とする回転多面鏡と光センサーとしては、
第２図に示すような８面の鏡を有する多面体の回転鏡と
多素子赤外線リニアセンサーを用いた場合について説明
する。

10は対象物に対して設定した二次元走査領域で、８面の
平行面に区分けされていて、光学走査を順次行うように
なっている。

11は赤外線を透過する入射光学系、12は８面の鏡を有す
る回転多面鏡、13はゲルマニウムGeで製作された赤外線
を透過する集光光学系、14は光伝導型の赤外線センサー
の一種である多素子赤外線リニアセンサー、15は多素子
のそれぞれの素子に繁がるＡＣ結合型低雑音アンプ、16
はタイミング回路、17は各素子の出力信号をシリアルな
ビデオ信号にするマルチプレクサーであって、ここから
映像信号18が出力される。

本考案の撮像装置の動作について説明すると、回転多面
鏡12が図に示すように時計方向に回転するにつれて、８
面ある回転多面鏡のそれぞれが走査面1の左端から、右
端に走査する。リニアセンサ14の各素子は走査の各位置
での入射光量に対応する信号を出力する。この出力がＡ
Ｃ結合型低雑音アンプ15により増幅後にマルチプレクサ
ー17で多重化されて、ビデオ信号として出力される。

第２図において、回転多面鏡の動作については、回転多
面鏡の一つである鏡面12-5が走査領域10-5を走査してい
るものとする。

回転方向で一つ前の鏡面12-4は鏡面12-5に対して角度が
θだけ、内側に倒れており光学系の視野角としては２θ
だけ上側、即ち10-4の領域を水平走査する。

走査面は光学系から見て、８面の領域に分割されてお
り、順次10-1から10-8まで、対応する12-1から12-8まで
の鏡面によって走査されていき、12-8まで行って再び12
-1に戻るため、12-1と12-8の鏡面は8θだけ逆方向に角
度がつけてある。

更に、各領域はリニアセンサーの数に対応する画素数に
より構成され、例えば１０素子のリニアセンサーを用い
れば、各走査領域は１０画素で構成され、１走査面の垂
直方向は８０画素で構成されることになる。

又、回転走査鏡が３６０°／８回転する時間が１水平走
査時間であるから、１回転する時間が１フレームタイム
である。

第２図において、走査領域10-5の画素10-5-iからの光線
は入射光学系11、回転多面鏡12、集光光学系13を介し
て、多素子赤外線リニアセンサーの画素10-5-iに対応す
る素子14-iに集光光入力される。

第３図(a)はその概略的に光線の出射位置又は入射位置
の関係を示す図であり、 の一般的レンズ系に用いられる式に従って、走査領域10
の画素10-i-nからの光線は多素子赤外線リイアセンサー
14の対応する素子14-nに集光される。又画素10-i-1から
の光線は多素子赤外線リニアセンサー14の対応する素子
14-1に集光される。

第３図(a)では単純化の為、回転多面鏡の鏡による反射
を省略したが、回転多面鏡の鏡12による反射を行った場
合を第３図(b)に示す。

〔実施例２〕 第４図は本考案の第２の実施例を説明する図であり、回
転多面鏡として、８面のポリゴン走査鏡12を用い、多素
子赤外線リニアセンサーとして、ＨｇＣｄＴｅ（水銀カ
ドミテルル）よりなる１６素子の赤外線検知器14を用
い、集光光学系としてＳｉ（シリコン）よりなる集光レ
ンズ13を用い、赤外線ウインドウ19としてＳｉ（シリコ
ン）を用い、 赤外線検知器14，アンプ15，集光レンズ13，ポリゴン走
査鏡12，等を含む赤外カメラの構成を示す。

第４図の場合、ＨｇＣｄＴｅよりなる１６素子の赤外線
検知器14の各素子の大きさは、５０μｍ^□程度であり、
又、各素子間にはスペースが存在する為、検知される走
査領域はくし歯状となり、各素子間のスペース部に該当
して検知されなかった走査領域は回転多面鏡の異なる倒
れ角を持たせた鏡で走査して検知されるようになす。赤
外線検知器14の大きさは、各素子と各スペースの大きさ
を等間隔に設けるとすると、素子１個が５０μｍ^□の場
合、１６×２×５０μｍ×５０μｍ＝1.6mm×５０μｍ
となる。

本考案において、ブロック走査する場合の倒れ角（θ）
の設定について。

多素子センサーの画素数をｎ、画素ピッチをｄとし（素
子間にスペースが無い場合）、集光レンズの焦点距離を
ｆとすると、 したがって、ブロック走査する場合の鏡の倒れ角（θ）
は、 となる。

尚、赤外線と云う非常に微弱な光（電磁波）を検出する
ため、赤外線検知器の熱雑音を抑えるよう、電子冷却法
等により−６０℃程度に或いは液体窒素温度に冷却して
測定するのが好ましい。又、多素子赤外線リニアセンサ
ーとてＩｎＳｂよりなる赤外線検知器を用いても良い。

赤外線を透過させる光学材料としては、実施例で上げた
波長３〜５μｍ及び波長８〜１２μｍの領域の光（電磁
波）を透過させるＧｅ；波長３〜５μｍの領域の光を透
過させるＳｉ等を用いうる。

第５図は第４図の如く、走査領域10と回転多面鏡12の間
に入射光学系11を設けない構成での、概略的な説明図で
ある。走査領域の各画素からの光束は回転多面鏡12の各
鏡12-1〜12-nにより偏向されて、集光光学系13により集
光されて多素子赤外線リニアセンサー14の画素に対応す
る各々の素子に集光される。

尚第５図では、簡単の為、各画素から対応する各素子へ
の対応関係は省略した。第５図の概略図で、走査面が10
である時、走査面10の各走査領域ＡＢ，ＢＣ，ＣＤ，Ｄ
Ｅは回転多面鏡の各鏡12-1〜12-nにより各々走査され
る。

走査面が10′位置にある場合、走査領域を各水平走査毎
にオーバーラップ走査が可能となる。第５図では倒れ角
を拡大してあるが、実際の回転多面体鏡の鏡の倒れ角は
小さいものである。

従って、多面体ミラーの倒れ角を、上記のθより小にす
ることで、走査領域を各水平操作毎にオーバーラップ走
査が可能になり、時間遅延積分走査が実現できる。

(g)考案の効果 以上詳細に説明したように、本考案の倒れ角の異なる多
面体のミラーを使用した回転鏡を使用することにより、
単一の回転ミラーによる光学系が実現され、構成が簡略
になる。又、光センサーとして多素子赤外線リニアセン
サーを用いることにより、各走査領域の各画素を多素子
赤外線リニアセンサーの各素子に対応させることが出
来、高速回転する回転多面鏡と相乗的な効果により、二
次元走査領域（走査面，画面）の高速走査が可能とな
る。多素子赤外線リニアセンサーとしてＨｇＣｄＴｅの
三元半導体よりなる赤外線検知器を用いることにより、
測定対象物から放射される赤外線を本考案の撮像装置で
検出することにより、対象物に非接触で、対象物の面情
報として温度分布等を測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の撮像装置、第２図は本考案の撮像装置、
第３図(a)，(b)は第２図装置の走査領域の各画素と多素
子赤外線リニアセンサーの対応する各素子との集光光線
の対応を説明する図、第４図は本考案の他の態様を示し
た撮像装置、第５図は入射光学系を設けない場合で、回
転多面鏡の鏡の倒れ角と各走査領域の関係の概略説明図
である。 図において、1は走査面、2は光学系のレンズ、3は水平
走査鏡、4は垂直走査鏡、5はセンサー、6は増幅器、7は
ビデオ信号、8はビデオ表示装置、10は二次元走査領
域、11は入射光学系、12は８面からなる回転多面鏡、13
は集光光学系、14は多素子赤外線リニアセンサー、15は
ＡＣ結合型低雑音アンプ、16はタイミング回路、17はマ
ルチプレクサー、18はビデオ出力、19は赤外線ウィンド
ウである。

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】対象物に対して設定した二次元走査領域で
   複数の平行面領域に区分けされる走査面(1)の光学走査
   を順次なす偏向光学系(12)と、該偏向光学系(12)を介し
   て該二次元走査領域からの光線を光センサー(14)に集光
   する集光光学系(13)とを有する撮像装置であって、上記
   偏向光学系(12)が複数の鏡の各々を回転軸に対してなす
   倒れ角を所定角度ずつずらした配列とした回転多面鏡で
   あり、 上記光センサー(14)が多素子赤外線リニアセンサーから
   なると共に、集光光学系(13)が赤外線を透過させる光学
   材料からなり、 上記複数の平行面領域の各領域の垂直方向には該多素子
   赤外線リニアセンサー(14)の素子数に対応する数の画素
   を配列した配置関係とし、垂直方向に配列される１列の
   画素夫々からの光線は該偏向光学系(12)及び該集光光学
   系(13)を介して、該多素子赤外線リニアセンサー(14)の
   対応する各素子に夫々同時に集光されることを特徴とす
   る撮像装置。
2. 【請求項２】上記多素子赤外線リニアセンサー(14)の各
   素子に各々接続する複数のＡＣ結合型低雑音アンプ(15)
   と、該各素子の出力信号をシリアルな信号として出力す
   るマルチプレクサー(17)と、該マルチプレクサー(17)の
   タイミングを制御するタイミング回路(16)とを有するこ
   とを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載の撮
   像装置。
3. 【請求項３】上記走査面(1)と上記偏向光学系(12)との
   間に赤外線を透過させる光学材料からなる入射光学系(1
   1)が配設されてなることを特徴とする実用新案登録請求
   の範囲第１項記載の撮像装置。
4. 【請求項４】走査領域を各水平走査毎にオーバーラップ
   走査させ、時間遅延積分走査可能に上記回転多面鏡(12)
   の上記倒れ角を設定したことを特徴とする実用新案登録
   請求の範囲第１，２項記載の撮像装置。
5. 【請求項５】上記回転多面鏡(12)が８面の回転多面鏡で
   あることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１，
   ２，４項記載の撮像装置。