JPS5915379A - 熱赤外撮像カメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 熱赤外撮像カメラ、には真空管型と固体赤外検出素子を
用いた型があり、後者の方が寿命が長く丈夫である。後
者のなかには、■　赤外検出素子がポイントセンザで二
次元方向に鏡を機械的走査する方式、■　赤外検出素子
が１列に複数並んで、素子列と直角方向に鏡を１次元走
査する方式、■二次元配列された赤外検出素子のみで、
機械的走査鏡は用いない方式がある。一方固体赤外検出
素子には赤外線を光量子として検出する半導体型と、一
旦熱として吸収して素子の温度変化を何らかの方法で電
気信号に変換する熱型がある。前者は感度が高く、応答
が早いので、二次元走査鏡と組み合せて、いわゆるサー
モグラフィー装置として、開発されているが、この半導
体型素子は常温では１０μｍ帯の赤外線は検出できず、
液体窒素などで冷却しなければならない。後者の熱型素
子は応答が遅いが、常温で動作するので、比較的簡単な
装置にま、とめることができ、使い易いという特長があ
る。熱型素子のなかでも、焦電素子は比較的感度が高く
、高速応答用にも使える。しかし、焦電素子は、温度変
化率に比例した電気信号をｔＪｉ　−Ｊ−ので、赤外線
を検出するには入射赤外線に変調をかける必要がある。

このように、従来の熱赤外撮像カメラはいず７１の方式
も一長一短であった。

本発明は、−列に並んだ焦電型赤外検出素子と−・次ノ
ｉ：：　ｉｌｌ査鏡を組合せて、上記の問題点を一挙に
解決し、長寿命、常温度動作の小型軽量の操作の容易な
熱赤外線撮像装置を提供するものである。

前述の」：うに焦電素子は、赤外線入射量の変化率に比
例して電気信号を出力するので、−次元走査鏡とその走
査方向と直角方向に多数配列した焦電素子及び結像用光
学レンズを絹合せると焦電素子に入る赤外線は順次二次
元の視野を走査した部分からの赤外光量になる。

第１図はこの様子を示す。図において、１は複数の焦電
型赤外検出素子を一列に配列したりニアアレイ、２はゲ
ルマニウム等から成る赤外光結像用光学レンズ、３は回
転＠４の捷わりに回転して一次元のパニング走査をする
反射鏡で、パニング走査方向はりニアアレイ１の配列方
向と直角方向である。５は撮像すべき視野を示す。い１
、反射鏡３が図の位置に静止した状態を考えると、反射
鏡３には視野５からの二次元の像が入射し、光学レンズ
２を通って焦電型赤外検出素子リニアアレイ１に入射す
る。ところかりニアアレイ１は一次元に配列されている
ので、二次元像すべてを受光することは出来ず、一次元
像、たとえば視野５の左端部分の一次元像６のみが受光
される。つきに、反射鏡３が回転軸４を中心に図の矢印
ａ方向に若干回転すると、リニアアレイ１に受光される
視野５の像は図において若干右側に移動した一次元像と
なる。したがって、反射鏡３を更に矢印ａ方向に回転さ
せつづけると、視野５全体の二次元像が走査されてリニ
アアレイ１に受光されることになる。

第２図は、第１図の視野５の赤外放射分布とりニアアレ
イ１の出力信号の関係を示す。い寸、第１図のＡ−Ａ線
上の赤外放射分布計が第２図（ａ）に示すような場合、
リニアアレイ１の対応する焦電素子からは、反射鏡３の
走査に従って第２図（１））に示すような赤外放射分布
の微分信号が出力信号としてとり出される。リニアアレ
イ１の他の部分からも同様に視野５の赤外放射分布の微
分信号が反射鏡３の走査に従ってとり出される。

この信号ｄ、各素子からその視野方向に対応したものに
なっているので、これらを信号処理部で、積分処１ｊｌ
ｉすれば、二次元の赤外放射温度分布の相り・１値を８
１側できることになる。第３図に、−素子相当の積分処
理後の出力信号の様子を示す。

このような機能は、焦電素子１ケと二次元走査鏡の組合
せでも原理的には達成可能であるが、焦電素子は熱型の
赤外検出素子なので、半導体素子はと高速応答特性は良
くなく、特性が著しく低いものとなる。ところが、−次
元走査では、例えば１秒間に１枚の画像を得る役割で割
算すると、空間外Ｍ能を走査方向に１００本として、１
０ｍ５ｅｃの応答でよいこ七になり、この程度の応答特
性だと焦電素子の熱時定数と同しオーダなので、焦電素
子の感度を損うことなく、最適設ａ１をすることが１ｊ
Ｊ能であり、焦電素子の特性を充分生かした高感度の熱
赤外撮像カメラを設言１できる。

一方、二次元に焦電素子を配列して、機械的走査を行わ
ない方式は、焦電素子を用いるかぎり、赤外線の変調を
行わなければならないので、二次元素子を用いたことに
よるメリノ］・が生かされてこないことになる。したが
って、−次元アレイと一次元走査反射鏡の組合せが最適
である。

以上のように、本発明による焦電素子の一次元アレイと
一次元走査鏡との組み合せは、焦電赤外検出素子の特性
に合った方式で、長寿命、常温動作、小型軽量、操作の
容易な、高感度の熱赤外撮像カメラを提供するととがで
きる。

なお、光学レンズ２としては一般にはゲルマニウム又は
シリコン半導体拐料が使われているが、両者共に可視光
は透過しないので、光学系の調整はかなり困難である。

光学系の調節を行なうには、光学レンズをＺ　ｎ　Ｓ　
ｅ　、　ＫＲＳ　　Ｅ５　、　Ｃａ　Ｆ　２１　Ｂ　ａ
　Ｆ　２　。

ザファイヤ（Ａａ２ｏ３結晶）などの可視光も透過する
材質で製造すれば、可視光でアライメント調整が可能で
ある。但し、赤外波長に対する屈折率と可視光のそれと
は異なるので、結像特性を確外することはできない。従
って、レーザ光を利用してレンズの中心に可視光を通し
て、光軸合せを行うことに限定されるが、これにより調
整は、大変容易になる。

第４図は本発明の他の実施例で、光学レンズを複数枚用
−て、走査鏡をレンズ系の中間に配置した実施例である
。図において、４１は焦電型赤外線検出素子のりニアア
レイ、４２．４４は光学し／ズ、４３は一次元走査鏡、
４６は視野である。

ここ斗での構成は光学レンズ４４の挿入以外は第１図の
構成と同一である。４６は発光ダイオードの−・次元配
列、４７はスクリーン、４８は焦電素子４１の出力信号
の信号処理部である。

リニアアレイ４１の出力は信号処理部４日で積分処理な
どの所定の信号処理をされ出力系（図示せず）に供給さ
れる。また信号処理部４８の出力の一部は発光ダイオー
ド例４６に加えられ発光ダイオード列４６を点滅させる
。この点滅光は走査鏡４３の裏面で反射されてスクリー
ン４７上に可視像として表示される。すなわち視野４６
の赤外放射分布を可視光像として観察することが出来る
。

第６図は第４図の構成に基づいて構成した熱赤外撮像カ
メラの具体的実施例を示す。図中第４図第ルンズ４４は
Ｒ１１＝７３±１　ｍｍ　、　Ｒ１２＝１２０＋１ｍｍ
。

第２レンズ４２はＲ２１＝５８±Ｉ　Ｍ　、　Ｒ２２＝
１７１Ｈｍｍ。

なるメニスカス型のＫＨ２−５製凸レンズとし、走査鏡
４３を第２レンズ４２から１２備の位置、第２レンズ４
２から１６咽の位置（無限大に焦点が合っている）に設
置し、第２レンズ４２と焦電素子４１間は３５朋としだ
。この光学系は焦点距離５０ｍｍで、視野角１６°×１
６°、空間分解能０．１５°。

温度分解能０．６°Ｃなる特性を有する熱赤外撮像カメ
ラを実現した。

以上のように、本発明は複数の焦電型赤外線検出素子を
一列に並べたりニアアレイと、赤外レンズ光学系と、赤
外像走査用反射鏡とを備え、この反射鏡をリニアアレイ
の配列方向と直角方向にパニング走査させるようにしだ
熱赤外撮像カメラで常温で動作するので冷却装置が不要
であり、チョッパ等の赤外線変調手段も不要であり、操
作が容易な高性能熱赤外撮像カメラを得ることが出来る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による熱赤外撮像カメラの基本構造を示
す概念図、第２図イａ）　、　（ｂ）は第１図に示し／
こ熱赤外撮像カメラにおける被写体の赤外放射分布とそ
れに対応する焦電素子の出力信号を示す波形図、第３図
は第２図の出力信号を積分処理した後の出力信号波形図
、第４図は本発明による熱赤外撮像カメラの他の実施例
を示す概念図、第５図は本発明による熱赤外撮像カメラ
の具体的実施例を示す概念図である。 １．４１・・・・・・焦電素子リニアアレイ、２，４２
゜４４・・・・・・光学レンズ、３，４３・・・・・・
反射鏡、４゜４６・・・・・・視野、４６・・・・・・
発光ダイオード列、４７・・・・・・信号処理部、４８
・・・・・・スクリーン。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 Ａ−Ａ’ 第３図 時開 第４図 ６ ４６／ 第５（′ヌ１ ４〆

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の焦電型赤外線検出素子を１列に並べたりニ
   アアレイと、赤外光学系と、赤外像走査用反射鏡とを備
   え、前記走査リニアアレイと直角方向にパニング走査す
   ることを特徴とする熱赤外撮像カメラ。
2. （２）赤外光学系の中間に反射鏡を設置した特許請求の
   範囲第１項記載の熱赤外撮像カメラ。
3. （３）赤外光学系を赤外光および可視光に透明な光学拐
   料で形成した特許請求の範囲第１項記載の熱赤外撮像カ
   メラ。