JPH0652196B2 - 赤外線熱画像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱放射をしている物体
の赤外線像を光学的に走査して映像を得る赤外線熱画像
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、熱放射をしている物体の赤外線像
を光学的に走査して映像を得る赤外線熱画像装置が各種
熱解析に利用されている。

【０００３】この種の装置の１つに、図９に示す機械式
ラスタ走査形の赤外熱画像装置がある。この装置は１０
面の平面鏡１の垂直方向の角度が少しずつ異なる状態で
環状に構成された回転ミラー２、可視光を遮断して赤外
線だけを透過させるシリコンウインド３、回転ミラー２
の平面鏡１に写った物体の赤外線像を全反射する折り返
しミラー４、折り返しミラー４の反射光を赤外線検出器
６上に結像させる集光レンズ５、赤外線検出器６の出力
電気信号を増幅する増幅器７からなり、この増幅器７の
出力は各種の信号処理を施されてブラウン管等の表示装
置に供給され、物体の熱分布像、すなわち熱画像が表示
される。

【０００４】このように構成された装置において、物体
からの赤外線だけがシリコンウインド３を透過して回転
ミラー２に達するが、回転ミラー２は平面鏡１が垂直方
向に１度づつずれて設けられているので、各平面鏡１は
物体の垂直方向に１度づつすれた部分を横方向に走査す
ることになる。この回転ミラー２の１回転で垂直方向の
１０度の範囲を走査するようになっている。

【０００５】一方、赤外線検出器６は１面の平面鏡１で
１度おきの熱画像信号を受けることになるので、回転ミ
ラー２１の１回転で物体の垂直方向１０度を走査するこ
とになり、また水平方向に関しては回転ミラー２の各平
面鏡１の水平視野角（本例では１５度）を走査すること
になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一方、熱画像を利用し
た診断あるいは検査の方法はさまざまな分野で注目され
てきており、例えば高速回転中のタイヤの熱解析やエン
ジンの燃焼状態解析等の熱現象が高速状態で変化するも
のをも観測したいという要望がある。

【０００７】しかしながら従来の装置は回転ミラー取付
角度を少しずつ換えて環状に構成する必要があることか
ら、従来の機械式ラスタ走査形の赤外線熱画像装置の回
転ミラーの平面鏡の面積を小さくするには限界があり、
また平面鏡が各面で傾斜しているためにその厚みを薄く
することにも限界があった。従って、従来の装置は回転
ミラーを小形軽量化して高速回転させることもできず、
動きの遅い物体の撮像しかできないという難点があっ
た。また装置自体も一般の光学カメラ等に比して大型化
し取扱いが不便であるというな点があった。

【０００８】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
もので高速なミラー回転を得ることができるようにした
ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために第１の発明は、回転軸に平行な複数の反射面を
有する回転ミラーと、回転ミラーに所定の角度を持って
交差するように配設され前記物体から放射される赤外線
を前記回転ミラーの特定の一反射面上に集光する第１の
シリンドリカルレンズと、回転ミラーで反射された赤外
線を平行光に集束する第２のシリンドリカルレンズと、
第２のシリンドリカルレンズ面に平行な軸線上でかつ前
記レンズ面に対して所定角度傾斜させて配設され前記回
転ミラーの反射面が所定の水平視野角を走査する毎に順
次移動して前記第２のシリンドリカルレンズからの集束
光を反射する揺動ミラーと、揺動ミラーからの反射赤外
線を集光する凸レンズと、凸レンズの集光点に配設され
た赤外線検知器とを備えたものである。

【００１０】第２の発明は、回転軸に平行な複数の反射
面を有する回転ミラーと、回転ミラーに所定の角度を持
って交差するように配設され前記物体から放射される赤
外線を前記各反射面上に集光する第１のシリンドリカル
レンズ（２３）と、第１のシリンドリカルレンズ面に平
行な軸線上でかつ前記レンズ面に対して所定角度傾斜さ
せて配設され前記回転ミラーの反射面が所定の水平視野
角を走査する毎に順次移動して熱放射をしている物体
（１０）から入射する赤外線を反射する揺動ミラー（２
５）と、回転ミラーで反射された赤外線を平行光に集束
する第２のシリンドリカルレンズ（２４）と、第２のシ
リンドリカルレンズの出力光を集束する凸レンズ（２
７）と、凸レンズの集光点に配設された赤外線検知器
（２８）とを備えたものである。

【００１１】

【作用】第１の発明は物体の赤外線像が第１のシリンド
リカルレンズで縦方向が圧縮され回転ミラーの平面鏡に
面状に投影される。圧縮され平面鏡に投影された像は平
面鏡で反射された後に拡散される。そして拡散された赤
外線は第２のシリンドリカルレンズによって平行光に集
束され、その平行光が揺動ミラーで反射される。このた
め平面鏡で反射された垂直方向の位置によって揺動ミラ
ーに入射する角度が異なる。しかし、揺動ミラーに入射
する赤外線の内、所定の角度のものだけが赤外線検出器
に入射する。そこで揺動ミラーの揺動位置を変化させる
ことによって平面鏡のどの部分から反射されてきた光も
その所定角度を保てるようになり、赤外線検出器に入射
するので垂直走査が行われる。水平走査は回転ミラーの
回転によって行われるので、回転ミラーの回転と揺動ミ
ラーの揺動によって物体の全体像を得ることができる。

【００１２】第２の発明は物体の垂直方向の一部を揺動
ミラーに投影し、そこで反射された赤外線を第１のシリ
ンドリカルレンズで一次元的な像に集束して回転ミラー
に投影する。回転ミラーで反射され拡散した赤外線は第
２のシリンドリカルレンズで平行光に集束された後に集
光レンズによって集束されて赤外線検出器で検出され
る。この状態で回転ミラーが回転することによって水平
方向の走査が行われる。揺動ミラーの揺動角度を変化さ
せると物体全体の垂直方向を走査することができるの
で、揺動ミラーの揺動と回転ミラーの回転によって物体
の全体像を得ることができる。

【００１３】

【実施例】次に実施例について、図面を参照して説明す
る。図１、図２は本発明の装置の光学系配置を示す図で
あって、図１はその平面図図２は図１の側面図である。
図３および図４は図１に示した装置の光路を示した図で
あって、図３はその平面図、図４は側面図、図５は斜視
図であるである。

【００１４】これらの図において、２０は８面体の回転
ミラーであって、鏡面仕上げされた８面体の各面（以
下、平面鏡と称する）２１は全て回転軸２２の軸線に平
行に配置されたうえで、環状に配設されている。今、物
体１０から放射された赤外線１１は、第１のシリンドリ
カルレンズ２３を介して平面鏡２１に入射し、垂直視野
方向（図１において紙面に垂直方向）に圧縮されて回転
ミラー２０の平面鏡２１上に赤外線像１２として結像
し、回転ミラー２０の回転にともなって平面鏡２１が物
体１０を水平走査する。

【００１５】回転ミラー２０は回転することによって物
体１０からの赤外線１１を第２のシリンドリカルレンズ
２４に反射するが、反射された赤外線が第２のシリンド
リカルレンズ２４に達するためには第１のシリンドリカ
ルレンズ２３の軸線と平面鏡２１の面が傾斜するように
配設されている必要がある。このため回転ミラー２０は
少なくとも平面鏡２１が物体１０を水平方向に走査して
いる区間は、シリンドリカルレンズ２３の軸線と平面鏡
２１の面は傾斜した関係を保つようになっている。

【００１６】この赤外線像１２は、平面鏡２１で反射さ
れて垂直方向に拡散しながら第２のシリンドリカルレン
ズ２４に入射し、そこで平行光１３となって揺動ミラー
２５によって反射され、更に折り返し用の固定ミラー２
６によって集光レンズ２７に向けて全反射される。集光
レンズ２７に入射した平行光１３は集束されて赤外線検
出器２８上に結像する。

【００１７】このように、回転ミラー２０で反射した赤
外線は平行光に集束され揺動ミラー２５で反射される
が、揺動ミラー２５において所定の角度で反射されたも
のしか折り返しミラーに達しない。このため揺動ミラー
２５を揺動させることによって回転ミラー２０の垂直方
向のどの位置から反射された赤外線でも折り返しミラー
２６に達するようにすることができる。即ち、揺動ミラ
ーによって垂直方向の走査が行えることになる。

【００１８】一方、回転ミラー２０の回転によって水平
走査が行われるので、回転ミラー２０の平面鏡１枚分に
よって物体１０の水平方向の走査が行われる。今、仮に
揺動ミラー２５を固定し、平面鏡２１の１枚だけが物体
１０の水平方向を走査を行うように回転ミラー２０を回
転させると１本の走査線が得られる。

【００１９】次に揺動ミラー２５若干移動した後に、再
び平面鏡２１の１枚分相当量だけ回転ミラー２０を回転
させると、物体１０の垂直方向に異なる部分の走査線が
得られる。このようにして平面鏡２１が隣接する部分に
移る度に揺動ミラー２５を移動すると、得られる走査線
は順次物体１０の垂直方向に移動する。

【００２０】そこでこの装置は揺動ミラー２５の揺動量
を調整し、回転ミラー２０の１回転で物体１０の垂直走
査位置を１０分の１だけ移動させるようにしておくもの
とする。このため、平面鏡２１が隣接するものに移る度
にその１／８づつ揺動ミラー２５が垂直方向に移動して
いることになる。

【００２１】このようにして回転ミラー２５の最初の１
回転によって物体１０の垂直方向を１／１０走査し、次
の１回転で垂直方向の隣接する部分を走査するので、回
転ミラー２５が１０回転したときは物体１０の全垂直範
囲を走査することになる。

【００２２】回転ミラー２０からはそのミラーの１回転
に１パルスの垂直同期信号と、ミラー２０の各平面鏡２
１についての水平同期信号の２種類の同期信号が出力さ
れており、水平同期信号は回転ミラー２０が１回転する
と８パルス発生するようになっている。そして、揺動ミ
ラー２５はこの水平同期パルスが図示しないステップモ
ータに供給されて前述したように垂直方向に段階的に傾
動するようになっている。

【００２３】なお、前記説明においては揺動ミラー２５
の傾動はステップモータで行うことを述べたが、トルク
モータを使用して双方向走査をするようにしても良く、
この場合には揺動ミラー２５が初期位置に復帰する時間
が短縮されるので、回転ミラー２０の高速回転が可能に
なる。また、揺動ミラーは物体１０の垂直方向１／１０
のエリアを１／８ずつ傾斜するとして説明したが、垂直
方向全体を回転ミラー２０の１回転によって８本の走査
線によって表現し、回転ミラー２０の次の１回転によっ
てこれと異なる部分を走査し、回転ミラー２０の１０回
転によって物体１１の全体を８０本の走査線によって表
現しても良い。

【００２４】以上のように構成された装置の光路は図３
および図４に示すとおりである。すなわち垂直方向を走
査する揺動ミラー２５により上下に走査された光束はシ
リンドリカルレンズ２４によって垂直方向だけ集光され
る。この集交点（焦点）の位置に回転ミラー２０の走査
面（平面鏡）２１を置いて、水平方向の走査を行う。

【００２５】回転ミラー２０の面上で反射かつ走査され
た光束は再び広がっていくが、シリンドリカルレンズ２
３で平行光束に戻される。このため光学系（Ｆ値）の明
るさを犠牲にすることなく、赤外線検出器２８での赤外
線の検出が可能になる。

【００２６】そして、回転ミラー２０の各平面鏡は回転
軸に対して全て平行に配設すれば良いため、従来のもの
のように垂直方向に異なる角度を持たせるものに比べて
小形に形成でき、このため高速回転が可能になる。

【００２７】第１の発明は図２に示すように回転ミラー
２０に物体１０が投影されており、それを揺動ミラー２
５によって垂直走査したが、第２の発明は図６〜図８に
示すように揺動ミラー２５ａによって垂直走査したもの
でを回転ミラー２０によって水平走査するようにしてい
る。

【００２８】図６は平面図、図７は側面図、図８は斜視
図であり、図７に示すようにこの例では平面鏡２６ａに
写る物体１０を揺動ミラー２６ａによって物体１０の垂
直方向の走査を行っている。このようにすると回転ミラ
ー２０には物体１０の全体像を写すのではなく、１次元
像を写しその一次元像の位置も変化しないので、回転ミ
ラー２０は第１の例より小さくても済む。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、回転ミラ
ーの各反射面をそのミラーの回転軸線と平行に配置する
と共に、その反射面への赤外線の入射および反射された
赤外線の集光を一対のシリンドリカルレンズを介して行
うようにしたので、回転ミラーの垂直方向の寸法や厚み
を小さくでき、回転ミラーを高速回転させることができ
るので、動きの速い物体の撮像か可能になると共に、装
置自体も小型化でき、取扱いが容易になるという効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の一実施例の構成を示す平面図

【図２】図１の装置の側面図

【図３】図１の装置の光路を示す平面図

【図４】図３の装置の側面図

【図５】図１の装置の斜視図

【図６】第２の発明の一実施例を示す平面図

【図７】第２の発明の一実施例を示す側面図

【図８】第２の発明の一実施例を示す斜視図

【図９】従来の機械式ラスタ走査形の装置の一例を示す
模式図

【符号の説明】

１０ 物体 １１ 赤外線 １２ 赤外線像 １３ 平行光 ２０ 回転ミラー ２１ 平面鏡 ２２ 回転軸 ２３、２４ シリンドリカルレンズ ２５、２５ａ 揺動ミラー ２６、２６ａ 固定ミラー ２７ 集光レンズ ２８ 赤外線検出器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱放射をしている物体の赤外線像を光学
   的に走査して映像を得る赤外線熱画像装置において、 回転軸に平行な複数の反射面を有する回転ミラー（２
   ０）と、 前記回転ミラーに所定の角度を持って交差するように配
   設され前記物体から放射される赤外線を前記回転ミラー
   の一反射面上に集光する第１のシリンドリカルレンズ
   （２３）と、 前記回転ミラーで反射された赤外線を平行光に集束する
   第２のシリンドリカルレンズ（２４）と、 前記第２のシリンドリカルレンズ面に平行な軸線上でか
   つ前記レンズ面に対して所定角度傾斜させて配設され前
   記回転ミラーの反射面が所定の水平視野角を走査する毎
   に順次移動して前記第２のシリンドリカルレンズからの
   集束光を反射する揺動ミラー（２５）と、 前記揺動ミラーの反射赤外線を集光する凸レンズ（２
   ７）と、 前記凸レンズの集光点に配設された赤外線検知器（２
   ８）とからなることを特徴とする赤外線熱画像装置。
2. 【請求項２】 熱放射をしている物体の赤外線像を光学
   的に走査して映像を得る赤外線熱画像装置において、 回転軸に平行な複数の反射面を有する回転ミラー（２
   ０）と、 前記回転ミラーに所定の角度を持って交差するように配
   設され前記物体から放射される赤外線を前記各反射面上
   に集光する第１のシリンドリカルレンズ（２３）と、 前記第１のシリンドリカルレンズ面に平行な軸線上でか
   つ前記レンズ面に対して所定角度傾斜させて配設され前
   記回転ミラーの反射面が所定の水平視野角を走査する毎
   に順次移動して熱放射をしている物体（１０）から入射
   する赤外線光を反射する揺動ミラー（２５ａ）と、 前記回転ミラーで反射された赤外線を平行光に集束する
   第２のシリンドリカルレンズ（２４）と、 前記第２のシリンドリカルレンズの出力光を集束する凸
   レンズ（２７）と、 前記凸レンズの集光点に配設された赤外線検知器（２
   ８）とからなることを特徴とする赤外線熱画像装置。