JPH0694523A - 赤外線撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 集光レンズを他の種類のものに交換しても、
赤外線撮像素子が不用な赤外線をうけることのない赤外
線撮像装置を得ることにある。 【構成】 赤外線撮像素子への赤外線の入射角を制限す
るための開口の大きさを変えることのできる可変開口手
段を設けたので、集光レンズを種類の違うものに取り換
えた場合でも、容易に開口を変化させ、赤外線撮像素子
への赤外線の入射角を集光レンズの透過光のみに制限す
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は赤外線撮像装置に係り、
特に該装置の鏡筒の温度に影響されない高精度の赤外線
撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の赤外線撮像装置の要部を概略的に
図５に示す。図示するように、液体窒素、スターリング
クーラ等の冷却手段によって冷却されたコールドヘッド
３上には赤外線撮像素子（例えばＣＣＤ素子）１が配置
され、撮像素子１に入射する赤外線１０の入射角を規定
するための開口２００を有する筒状のコールドシールド
２がコールドヘッド３から撮像素子１を囲むように設け
られ、その前方に撮像素子１を収容する二重構造の内筒
６と外筒５とよりなる真空容器７の外筒５とつながる赤
外線入射窓４が設けられている。

【０００３】更に該入射窓４の前方に撮像素子１で検知
すべき赤外線を集光するための集光レンズ８と、集光レ
ンズ８の周縁部に集光レンズ８を保持する鏡筒９が設け
られている。鏡筒９はオスマウントＭ１を有し、装置本
体１００に固定されたメスマウントＭ２にオスマウント
Ｍ１を係合することによって装置本体１００に取り付け
られる。

【０００４】上記したコールドシールド２は主に集光レ
ンズ８から撮像素子１に入射する赤外線の入射角を規定
することで入射赤外線を制限することにより、撮像素子
１に入射する撮像対象からの背景光を制限するものであ
るが、この他に集光レンズ８の鏡筒９等のように、集光
レンズ８のレンズ面以外の物体から放射される赤外線を
撮像素子１が検知しないようにしている。

【０００５】撮像素子１が集光レンズ８のレンズ面以外
の装置の一部、例えば鏡筒９から放射される赤外線を検
知した場合、外気温度の変動により鏡筒９の温度が変化
する。撮像素子１に該検知すべき赤外線が入射した場
合、該検知すべき赤外線が鏡筒９の温度変化により鏡筒
９より発する赤外線によって影響を受けて変動するた
め、撮像すべき対象物の温度変化が無いにもかかわら
ず、撮像素子１からの出力信号が変化することにより、
高精度に対象物の温度変動を検知できない不都合があ
る。

【０００６】そのため、この問題を解決するため、コー
ルドシールド２と集光レンズ８の寸法や、それぞれの配
置の整合をとるようにして、撮像素子１が集光レンズ８
の面のみを見込むようにして、レンズ面からの入射光の
みを検知するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
装置ではコールドシールド２の開口部の形状が固定なた
め、たとえば撮像装置に用いる集光レンズ８を用途によ
って別の種類（焦点距離、明るさが異なる）のものに交
換して使用する場合に、レンズごとに入射赤外線１０の
入射角が変わってしまうと、集光レンズ８とコールドシ
ールド２との整合がとれなくなり、撮像素子１は集光レ
ンズ８のレンズ面以外の鏡筒９等を見込んでしまい、鏡
筒９からの赤外線（輻射）を受けてしまっていた。

【０００８】本発明の目的は、集光レンズを他の種類の
ものに交換しても、赤外線撮像素子が不用な赤外線をう
けることのない赤外線撮像装置を得ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点の解決のため
に本発明では、赤外線撮像素子への赤外線の入射角を制
限するための開口の大きさを変えることのできる可変開
口手段を設けたので、集光レンズを種類の違うものに取
り換えた場合でも、容易に開口を変化させ、赤外線撮像
素子への赤外線の入射角を集光レンズの透過光のみに制
限するようにした。

【００１０】

【作用】本発明においては赤外線撮像素子へ入射する赤
外線の入射角を決定する開口の大きさを変化させること
ができるため、装置の集光レンズを種類の違うものに変
えた場合にも、赤外線撮像素子には集光レンズの透過光
のみが入射するように構成できる。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を図１、図２、図３及び図４
により説明する。図１及び図３は実施例の光路概略説明
図、図２及び図４は可変開口を主として示す平面図であ
る。図２及び図４は破断線ｌ₁ 、ｌ₂ より右側はコール
ドシールド２を通してみたものであり、同左側はコール
ドシールド２の上端を取り去った状態を示している。な
お、図５に記載した従来技術と同じ部材には同じ符号を
付して説明は省略する。図１に示すように、図１が図５
と異なる点は、コールドシールド２の開口の大きさを変
えることのできる可変絞り２ａを設けたことである。

【００１２】可変絞り２ａはコールドシールド２の上端
に形成した絞り取付け部の下側に固定されており、絞り
開口が最も開いた状態（図示の状態）の開口の大きさが
絞り取付け部の開口の大きさにほぼ等しく構成されてい
る。絞り取付け部の開口の大きさは集光レンズ８として
撮像素子１へ入射する赤外線の入射角θが最も大きな集
光レンズを取付けた場合に視野がケラレない最小の大き
さに設定されている。

【００１３】可変絞り２ａは図２に示すように、円環状
のカム板２ｂにピン（不図示）により取り付けられた複
数の絞り羽根２ｅを有し、カム板２ｂにはレバー２ｃが
固設され、レバー２ｃにはピン２ｄが取り付けられてい
る。カム板２ｂは、カム溝２ｆが形成され、固定部のピ
ン２ｇが嵌入して、回転制限が行われる。円環状のカム
板２ｂは可変絞り２ａ本体に中心軸を回転中心として回
転自在に嵌合しているから、レバー２ｃの移動によりカ
ム板２ｂは中心軸（集光レンズ８の光軸に略一致するよ
うに組立られている）を回転中心として回転し、絞り羽
根の開閉が行なえる。この絞り羽根の構造は写真レンズ
の絞りとして昔から良く知られているものである。

【００１４】レバー２ｃが設けられた位置と高さが略一
致する真空容器７の外筒５の一部には、レバー２ｃの移
動方向に略一致する第１の壁面５ａとレバー２ｃの移動
方向に略直交する第２の壁面５ｂを有する断面形状が略
Ｌ字形の切り欠きが形成され、第２の壁面５ｂにはフレ
キシブルな薄い金属製のベローズ１３がその一端面で固
着されている。そしてベローズ１３の他の端面にはベロ
ーズ１３の内側に突出した雌ネジを有するキャップ１２
が固着されている。

【００１５】キャップ１２の雌ネジに螺合する雄ネジを
有する送りネジ棒１４は、ベローズ１３の中心を通り、
第２の壁面５ｂを貫通して外筒５の外部に突出し、端部
につまみ１５を有する。真空容器７内の真空の維持は、
第２の壁面５ｂと送りネジ棒１４との間パッキン及びベ
ローズ１３と第２の壁面５ｂとの溶接及びベローズ１３
とキャップ１２との溶接により行っている。キャップ１
２のベローズ１３の取付けられている面とは反対側の面
には、断熱材１１が固着され、断熱材１１にはレバー２
ｃに取り付けられたピン２ｄと係合する凹部１１ａが形
成されている。

【００１６】次に可変絞り２ａによる赤外線１０の撮像
素子１への入射角の制限について説明する。撮像素子１
を覆うコールドシールド２の上部の開口には、被写体か
ら放射され、集光レンズ８により集光された赤外線１０
が入射する。しかし、常温付近では赤外線が熱輻射され
るため、その他にも赤外線入射窓４を透過しコールドシ
ールド２の上部の開口に到達する赤外線があり、最も大
きく又集光レンズ８の近傍から赤外線１０を放射するの
が鏡筒９である。

【００１７】そこで、図１の集光レンズ８の代わりに、
集光レンズ８による入射角θより小さい入射角θ′の集
光レンズ８′を取付けた場合を考える（図３）。この場
合は、絞り２ａの径が図１と同じ大きさであると、鏡筒
９′の下端面からの熱輻射が撮像素子１に入射してしま
うので、絞り２ａを絞り込むことになる。すなわちこの
場合は、図２に示すつまみ１５を回転して送りネジ棒１
４を回転すると、送りネジ棒１４の雄ネジに螺合してい
る雌ネジを有するキャップ１２は、ベローズ１３の端面
に固着されているために回転せずに、直進する。この際
ベローズ１３は他の端面が真空容器７の外筒５の第２の
壁面５ｂに固着されているから、回転せずに伸長する。

【００１８】キャップ１２が直進すると、キャップ１２
に固着されている断熱材１１がこれに伴って直進する。
断熱材１１が直進すると、これに形成されている凹部１
１ａが、カム板２ｂにレバー２ｃを介して固設されたピ
ン２ｄと係合しているから、ピン２ｄはカム板２ｂの中
心軸を回転軸として回転し、従ってカム板２ｂが回転す
る。カム板２ｂにピン（不図示）により取り付けられた
複数の羽根が所定位置に移動し、可変絞り２ａの径を装
着した集光レンズ８′に合った大きさに絞り込むことが
できる。（図３、図４）

【００１９】すなわち、可変絞り２ａの所定の径の大き
さは、集光レンズ８、８′により集光された赤外線１０
は全部入射するが、鏡筒９からの赤外線が撮像素子１に
到達しないように設定される。

【００２０】この際、つまみ１５は真空容器７の外筒５
の外側に設けられており、外気の温度とほぼ同一であ
る。つまみ１５より送りネジ棒１４及びキャップ１２を
介して伝導した熱は断熱材１１により遮断され、ピン２
ｄ、レバー２ｃ、カム板２ｂ及び複数の羽根（不図示）
には伝達せず、コールドシールド２の温度を上昇させる
ことはない。

【００２１】なお、可変絞り２ａの調整は、撮像素子１
からの信号に基づき赤外線像を可視化するＣＲＴ等の表
示器の画面が最も鮮明になるように行っても良いが、第
２の壁面２ｃの送りネジ棒１４の周囲に装着可能なレン
ズの種類を表示すると共に、送りネジ棒１４には指標を
形成し、送りネジ棒１４の指標を装着したレンズに対応
した表示に合わせることにより、装着レンズに対応した
絞り径を得ることができるようにしたり、可変絞りをリ
ングモータにより制御できるように構成し、メカ的伝達
を省いた電気的な制御を行ったり、装着レンズの種類を
自動的に検出し（たとえば、一眼レフレックスカメラの
撮影レンズの識別構成を採用できる）、この検出結果に
より所定の絞り径になるようにリングモータを回転制御
することもできる。また、可変絞り２ａは単に入射角を
変えるのみでなく、本来の絞り機能を果たさせることも
できる。

【００２２】さらに、絞り構造は、写真撮影レンズの絞
りのように絞り羽根を用いたものを実施例として記載し
たが、開口の大きさが変えられる他の形式の絞り手段を
用いることができる。さらにまた、絞りの位置は、コー
ルドシールドに直接固定せずとも良く、集光レンズと撮
像素子の間ならばどこに置いても構わない。但し、冷却
しなければならないことは勿論である。また撮像素子は
ＣＣＤのように電気的に走査するものの他、機械式に走
査された赤外光をうけるポイントセンサでもよい。

【００２３】送りネジ部の気密保持も公知の他のシール
手段によることができるのは言うまでもない。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、装着した集光レンズを種類（焦点距離や明る
さ）の異なるものに交換した場合でも、可変絞りによっ
て容易に開口が変化するから、常に被写体から放射され
る集光された赤外線のみが赤外線撮像素子に入射し、外
乱の赤外線の影響を受けることがない。又、可変絞りは
駆動部から断熱材を介して駆動され、開口にある可変絞
りの温度は上昇しないるから、外乱の赤外線の影響を受
けることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の光路概略説明図である。

【図２】本発明の実施例の可変絞りを説明するための概
略平面図である。

【図３】本発明の実施例の光路概略説明図である。

【図４】本発明の実施例の可変絞りを説明するための概
略平面図である。

【図５】従来の一例の光路概略説明図である。

【符号の説明】

１ 赤外線撮像素子 ２ コールドシールド ２ａ 可変絞り ２ｂ カム板 ２ｃ レバー ２ｄ ピン ３ コールドヘッド ４ 赤外線入射窓 ５ 外筒 ６ 内筒 ７ 真空容器 ８ 集光レンズ ９ 鏡筒 １０ 入射赤外線 １１ 断熱材 １１ａ 凹部 １２ キャップ １３ ベローズ １４ 送りネジ棒 １５ つまみ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川上 直之 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集光レンズからの赤外線を電気信号に変
   換する赤外線撮像素子への赤外線の入射角を制限するた
   めの開口の大きさを変えることのできる可変開口手段を
   設けたことを特徴とする赤外線撮像装置。
2. 【請求項２】 前記集光レンズを種類の異なるものと交
   換可能とするために前記集光レンズに設けたマウント要
   素に係合するマウント要素を、装置本体に形成し、前記
   可変開口手段の開口の大きさを前記装置本体のマウント
   要素に係合した集光レンズに対応させたことを特徴とす
   る赤外線撮像装置。
3. 【請求項３】 前記赤外線撮像装置はさらに前記赤外線
   撮像素子へ不要な赤外線が入射することを防止するため
   に前記集光レンズと前記赤外線撮像素子との間に開口の
   形成されたコールドシールドを有し、前記可変開口手段
   は、前記コールドシールドに形成した開口位置に設けた
   可変絞り装置と、前記赤外線撮像素子及び前記コールド
   シールドを内蔵した真空容器の外部に断熱部材を介して
   取り付けた操作部材と、前記操作部材の操作により前記
   可変絞り装置の絞り径の大きさを調節する連動部材とを
   有することを特徴とする赤外線撮像装置。