(57)【要約】  赤外光学系１０は、光軸ＡＸに沿って対向配置された主鏡１１と副鏡１２とを含み、被検物体（不図示）からの赤外線を主鏡１１及び副鏡１２で順次反射し被検物体の中間像を形成する対物光学系１３を有し、副鏡１２の中心部には被検物体からの赤外線が通過しない不通過部分１２ｆが存在する赤外線撮像装置において、この副鏡１２の中心部の不通過部分１２ｆは、以下の条件式（１）を満足する凹面状に形成されている。      Ｌ／１．２  ＜  Ｒ  ＜  １．５Ｌ  …  （１）  但し、  Ｒ：不通過部分１２ｆに対応する副鏡１２の中心部の曲率半径の絶対値、  Ｌ：前記中間像形成位置から前記不通過部分に対応する前記副鏡の中心部までの距離。
2012124316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物体からの赤外線を集光する赤外光学系と、前記赤外光学系からの赤外線を受光する赤外線撮像素子と、前記赤外線撮像素子へ前記被検物体以外からの撮像に不要な赤外線が入射することを防ぐコールドアパチャーとを有し、
前記赤外光学系は、光軸に沿って対向配置された主鏡と副鏡とを含み、前記被検物体からの赤外線を前記主鏡及び前記副鏡で順次反射し前記被検物体の中間像を形成する対物光学系と、前記対物光学系により形成された前記中間像を前記赤外線撮像素子上に再形成する再結像光学系とを有し、
前記副鏡の中心部には前記被検物体からの赤外線が通過しない不通過部分が存在する赤外線撮像装置において、
前記不通過部分に対応する前記副鏡の中心部は、以下の条件式を満足する凹面状に形成されていることを特徴とする赤外線撮像装置。
Ｌ／１．２  ＜  Ｒ  ＜  １．５Ｌ
但し、
Ｒ：前記不通過部分に対応する前記副鏡の中心部の曲率半径の絶対値、
Ｌ：前記中間像形成位置から前記不通過部分に対応する前記副鏡の中心部までの距離。
【請求項２】
前記不通過部分に対応する前記副鏡の中心部は、前記対物光学系による前記光軸上の前記中間像形成位置を曲率中心とする凹面状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線撮像装置。
【請求項３】
前記副鏡の前記不通過部分は、前記赤外光学系の射出瞳と共役関係にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線撮像装置。
【請求項４】
前記赤外光学系の射出瞳の位置は、前記コールドアパチャーの位置と一致していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の赤外線撮像装置。
【請求項５】
前記赤外線撮像装置は、一端に前記被検物体からの赤外線を前記赤外光学系へと導くための開口が形成された鏡筒内に収納されており、
前記鏡筒は前記開口に前記副鏡を固定保持するスパイダーを有し、
前記スパイダーは、前記主鏡側の外面が、前記光軸に対して垂直な平面であり、且つ、赤外線に対して反射率の高い鏡面で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の赤外線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
暗闇などにおいて肉眼では見えない被写体を、赤外線を利用して可視像に変換する赤外線撮像装置では、赤外光学系の射出瞳を開口絞りであるコールドアパチャーに一致（開口整合）させて、Ｓ／Ｎ（信号雑音比）の良い画像が得られるように構成されている。赤外光学系として、例えば、中心部に開口を有する主鏡と、主鏡で反射された赤外線を主鏡の開口に向かわせる副鏡とからなるカセグレン型の光学系を用いた場合、被検物体からの赤外線は主鏡で反射されると、主鏡の開口に倣った輪帯光束（いわゆる中抜けの状態）となるため、上記のように開口整合を取っていても、開口の中心部に撮像に不要な赤外線が混入すれば、Ｓ／Ｎを劣化させるおそれがある。そこで、このような問題を解決するため、種々の赤外線撮像装置が開示されている（例えば、特許文献１及び２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２０６９８６号公報
【特許文献２】特開平９−１１３７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の赤外線撮像装置は、検出雑音となる被検物体以外からの赤外線を、コールドアパチャーの開口部に設けた中心遮蔽部で遮蔽する構成となっている。この場合、当然のことながら、コールドアパチャーとともに中心遮蔽部も、液体窒素程度の温度に冷却する必要がある。しかしながら、中心遮蔽部は細い腕部を介してコールドアパチャーの開口部に取り付けられている特殊な構造であるため、中心遮蔽部をその周辺部と同じ温度に均一に冷却することは困難であり、得られる画像のＳ／Ｎの劣化が発生するおそれがあった。【０００５】
特許文献２に記載の赤外線撮像装置は、中間像を形成する対物光学系と、中間像より像側に位置する再結像光学系とを互いに偏芯して配置することにより、検出雑音となる不要な赤外線が開口中心部に混入して検出器に到達することを防いでいる。しかしながら、このような構成の場合、対物光学系には軸外しの光学設計が必要となるため、設計の際の収差補正が難しくなったり、入射瞳径に対してレンズやミラーの有効径が大幅に大きくなり装置の大型化を招いたりするおそれがある。【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、開口整合の取れた状態で、光軸付近に被検物体からの光が通過しない不通過部分を有する対物光学系を備えながらも、装置を大型化することなく、特殊な形状ではない単純な円形開口のコールドアパチャーを用いて、被検物体以外からの撮像に不要な赤外線が赤外線検出器へと混入することを防止できる赤外線撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するため、本発明を例示する態様に従えば、被検物体からの赤外線を集光する赤外光学系と、前記赤外光学系からの赤外線を受光する赤外線撮像素子と、前記赤外線撮像素子へ前記被検物体以外からの撮像に不要な赤外線が入射することを防ぐコールドアパチャーとを有し、前記赤外光学系は、光軸に沿って対向配置された主鏡と副鏡とを含み、前記被検物体からの赤外線を前記主鏡及び前記副鏡で順次反射し前記被検物体の中間像を形成する対物光学系と、前記対物光学系により形成された前記中間像を前記赤外線撮像素子上に再形成する再結像光学系とを有し、前記副鏡の中心部には前記被検物体からの赤外線が通過しない不通過部分が存在する赤外線撮像装置において、前記不通過部分に対応する前記副鏡の中心部は、以下の条件式を満足する凹面状に形成されていることを特徴とする赤外線撮像装置が提供される。
Ｌ／１．２  ＜  Ｒ  ＜  １．５Ｌ
但し、
Ｒ：前記不通過部分に対応する前記副鏡の中心部の曲率半径の絶対値、
Ｌ：前記中間像形成位置から前記不通過部分に対応する前記副鏡の中心部までの距離。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、開口整合の取れた状態で、光軸付近に被検物体からの光が通過しない不通過部分を有する対物光学系を備えながらも、装置を大型化することなく、特殊な形状ではない単純な円形開口のコールドアパチャーを用いて、被検物体以外からの撮像に不要な赤外線が赤外線検出器へと混入することを防止できる赤外線撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る（カセグレン型の対物光学系を有する）赤外線撮像装置を説明する図であり、その断面構成と、主鏡の開口に倣って輪帯状になった光束の光路図を示す。
【図２】上記の実施形態に係る赤外線撮像装置における、副鏡の形状と、副鏡の中心部にある被検物体からの赤外線の不通過部分にて軸上光束が反射する様子を示す。
【図３】上記の実施形態に係る赤外線撮像装置を説明する図であり、開口中心部における光束の光路図を示す。
【図４】第２の実施形態に係る（グレゴリー型の対物光学系を有する）赤外線撮像装置を説明する図であり、その断面構成と、主鏡の開口に倣って輪帯状になった光束の光路図を示す。
【図５】第２の実施形態に係る赤外線撮像装置における、副鏡の形状と、副鏡の中心部にある被検物体からの赤外線の不通過部分にて軸上光束が反射する様子を示す。
【図６】第２の実施形態に係る赤外線撮像装置を説明する図であり、開口中心部の光束の光路図を示す。
【図７】第３の実施形態に係る赤外線撮像装置を説明する図であり、スパイダーに遮蔽されない光束の光路図を示す。
【図８】第３の実施形態に係る赤外線撮像装置を説明する図であり、被検物体側から見た鏡筒の開口の断面図を示す。
【図９】第３の実施形態に係る赤外線撮像装置を説明する図であり、この装置内でのスパイダーに遮蔽される光束の光路図を示す。
【図１０】開口整合が取れていて副鏡の中心部に被検物体からの赤外線の不通過部分が存在する比較例の赤外線撮像装置において、主鏡の開口に倣って輪帯状になった光束の光路図を示す。
【図１１】開口整合が取れていて副鏡の中心部に被検物体からの赤外線の不通過部分が存在する比較例の赤外線撮像装置において、開口中心部の光束の光路図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。説明を分かりやすくするため、図中の副鏡１２の曲率半径はいずれも誇張して描かれている。
【００１１】
本実施形態に係る赤外線撮像装置は、図１に示すように、赤外光学系１０と、赤外線検出器２０とを有して構成されている。
【００１２】
赤外光学系１０は、被検物体（不図示）から放射される熱、すなわち赤外線を集光するためのものであり、光軸ＡＸに沿って対向配置された主鏡１１と副鏡１２とを有し、被検物体からの赤外線を主鏡１１及び副鏡１２で順次反射し被検物体の中間像を形成する対物光学系１３と、対物光学系１３により形成された前記中間像を（赤外線検出器２０内の）赤外線撮像素子２１上に再形成する再結像光学系１４とを有する。
【００１３】
赤外線検出器２０は、赤外光学系１０により被検物体からの赤外線が集光される位置に配置され、赤外光学系１０からの赤外線を受光する赤外線撮像素子２１と、赤外光学系１０と赤外線撮像素子２１との間に配置され、赤外線撮像素子２１の撮像面の周囲（側方や斜方）からの不要な赤外線が入射することを防ぐコールドアパチャー２２と、赤外線検出器２０の内部や赤外線撮像素子２１を低温（例えば、液体窒素温度程度）に冷却し、これら自身から自己放射される赤外線を極力除去する冷却装置（不図示）とを有する。
【００１４】
コールドアパチャー２２は、中心部に単純な円形開口を有するものであり、その位置と開口径の大きさが、赤外光学系１０（再結像光学系１４）の射出瞳の位置とその大きさ（射出瞳の径）と一致するように、すなわち開口整合が取れるように設計されている。このように開口整合を取ることにより、被検物体以外の撮像に不要な赤外光が赤外線検出器２０内に入射することを効率良く抑え、被検物体からの赤外線画像を良好に得ることができるようにしている。
【００１５】
上記構成を有する赤外線撮像装置では、被検物体から放射される熱（赤外線）を対物光学系１３を構成する主鏡１１および副鏡１２で順次反射して前記被検物体の中間像を形成し、この中間像からの光を再結像光学系１４により（コールドアパチャー２２を介して）赤外線撮像素子２１上に再び集光し結像させることで、被検物体の熱画像（赤外線画像）が得られるようになっている。
【００１６】
対物光学系１３は、中心部に開口１１ａを有する（副鏡１２に凹面を向けた）凹面反射鏡である主鏡１１と、（主鏡１１に凸面を向けた）凸面反射鏡である副鏡１２とから構成される、いわゆるカセグレン型の光学系となっている。この場合、主鏡１１から副鏡１２へと向かう光束は主鏡１１の開口１１ａに倣って輪帯光束１５となるため、光軸ＡＸ付近には被検物体からの光束が存在しない部分が存在する。すなわち、副鏡１２の中心部には、上記のような輪帯光束１５となった被検物体からの赤外線が通過しない不通過部分１２ｆが存在する。
【００１７】
そこで、本実施形態では、この副鏡１２の中心部に存在する不通過部分１２ｆを、以下の条件式（１）を満足するような凹面状に形成する。すなわち、副鏡１２の反射面は、この凹面状の反射面１２ｆと、凸面状の反射面１２Ａとからなる異なる２つの形状を有することになる。
【００１８】
Ｌ／１．２  ＜  Ｒ  ＜  １．５Ｌ  …（１）
但し、
Ｒ：不通過部分１２ｆに対応する副鏡１２の中心部の曲率半径の絶対値、
Ｌ：中間像の形成位置Ｍから不通過部分１２ｆに対応する副鏡１２の中心部までの距離。
【００１９】
なお、条件式（１）を満足させることによる効果を、より良好に発揮させるためには下限値をＬ／１．１とすることが好ましい。また、条件式（１）を満足させることによる効果を、より良好に発揮させるためには上限値を１．２Ｌとすることが好ましい。
【００２０】
また、副鏡１２の中心部に存在する不通過部分１２ｆは、図２に示すように、光軸ＡＸ上の対物光学系１３（不図示）による中間像の形成位置Ｍを曲率中心とする（言い換えれば、副鏡１２の光軸中心Ｍoから対物光学系１３による中間像の形成位置Ｍまでの距離Ｌを曲率半径とする（∴Ｒ＝Ｌ））凹面状に形成するのが最も好ましい。本実施形態においては、Ｒ＝Ｌ＝６００mmである。
【００２１】
そして、このような副鏡１２の凹面状の不通過部分１２ｆを、赤外光学系１０（再結像光学系１４）の射出瞳と共役となる位置に配置する。上述したように赤外光学系１０（再結像光学系１４）の射出瞳の位置はコールドアパチャー２２の位置に一致しているため、この副鏡１２ｆの凹面状の不通過部分１２ｆは、コールドアパチャー２２に対しても共役となる。
【００２２】
凸面鏡である副鏡１２の中心部がこのような特殊な形状となっているため、主鏡１１の開口１１ａの中心部を通る光束（軸上光束）１６は、副鏡１２の凹面状の不通過部分１２ｆで反射して、そのまま開口１１ａの中心部に戻ることになる。よって、開口１１ａの中心部の光束の光路図は図３のようになり、赤外線撮像素子２１の撮像面の中心点Ｏから発した光線は副鏡１２の凹面状の不通過部分１２ｆで反射して点Ｏに戻り、前記撮像面の点Ａから発した光線は副鏡１２の凹面状の不通過部分１２ｆで反射して光軸対称である点Ａ´に戻ることになる。つまり、開口１１ａの中心部に存在する光束は副鏡１２の凹面状の不通過部分１２ｆでの反射により、赤外線撮像素子２１の撮像面自身を結像することになる。
【００２３】
したがって、開口１１ａの中心部の光束は、後述の図１１に示すような比較例の光学系とは異なり（すなわち主鏡１１やその周辺の鏡筒部から放射されたものではなく）、全て赤外線検出器２０の内部から生じたものとなる。しかしながら、赤外線検出器２０の内部は、上記のように冷却装置（不図示）により極低温に冷却されているため、開口１１ａの中心部の不要な赤外線は検出されないことになる。
【００２４】
なお、副鏡１２の凹面状の不通過部分１２ｆの径の大きさは、これをｄ１とし（図２参照）、主鏡１１の開口１１ａの開口径をＤ１とし、主鏡１１の有効径Ｄ２とし、副鏡１２の有効径をｄ２としたとき、ｄ１＝ｄ２×（Ｄ１／Ｄ２）で導くことができる。本実施形態のように、副鏡１２の不通過部分１２ｆとコールドアパチャー２２とが共役となるように配置すれば、前記不通過部分１２ｆの径ｄ１の大きさは最小となり、副鏡１２の反射面全体に占める不通過部分１２ｆの割合を最小限に抑えることが可能となる。
【００２５】
以上のような本実施形態に係る赤外線撮像装置によれば、副鏡１２の中心部の被検物体からの赤外線が通過しない不通過部分１２ｆを凹面状に形成することによって、前記不通過部分１２ｆからの不要な赤外線が赤外線撮像素子２１へと混入することを防ぎ、被検物体からの赤外線のみを赤外線撮像素子２１に入射させことができる。その結果、赤外線検出器２０に入射するノイズを抑え、赤外線検出器２０における検出感度を向上させることができる。
【００２６】
なお、本発明は、第１の実施形態に限定されず、様々な展開が可能である。以下、第１の実施形態の赤外線撮像装置で用いた部材と同じもの、もしくは同等の機能を有するものについては、同じ記号を付してその説明を省略する。
【００２７】
ここで、図４〜図６を用いて、第２の実施形態に係る赤外線撮像装置について説明する。例えば、上述の実施形態では対物光学系１３として副鏡１２が凸面鏡であるカセグレン型の光学系を用いているが、図４に示すように、本実施形態に係る赤外線撮像装置では、対物光学系１３として副鏡１２´が凹面鏡であるグレゴリー型の光学系を用いることも可能である。この場合、第１の実施形態と本質的に同等な赤外線撮像装置を得ることができる。
【００２８】
グレゴリー型の光学系を用いる場合も、主鏡１１から副鏡１２へと向かう光束は主鏡１１の開口１１ａに倣って輪帯光束１５となるため、光軸ＡＸ付近には被検物体からの光束が存在しない部分が存在する。すなわち、副鏡１２´の中心部には、上記のような輪帯光束１５となった被検物体からの赤外線が通過しない不通過部分１２ｆ´が存在する。
【００２９】
ここで、副鏡１２´の中心部に存在する不通過部分１２ｆ´を、上述の実施形態と同様に、以下の条件式（１）´を満足するような凹面状に形成する。すなわち、副鏡１２´の反射面は、曲率半径の異なる２つの凹面状の反射面１２ｆ´と１２Ｂとを有することになる。
【００３０】
Ｌ´／１．２  ＜  Ｒ´  ＜  １．５Ｌ´  …（１）´
但し、
Ｒ´：不通過部分１２ｆ´に対応する副鏡１２´の中心部の曲率半径の絶対値、
Ｌ´：中間像の形成位置Ｍから不通過部分１２ｆ´に対応する副鏡１２´の中心部までの距離。
【００３１】
なお、条件式（１）´を満足させることによる効果を、より良好に発揮させるためには下限値をＬ′／１．１とすることが好ましい。また、条件式（１）´を満足させることによる効果を、より良好に発揮させるためには上限値を１．２Ｌ′とすることが好ましい。
【００３２】
また、副鏡１２´の中心部に存在する不通過部分１２ｆ´を、図５に示すように、光軸ＡＸ上の対物光学系１３（不図示）による中間像の形成位置Ｍを曲率中心とする（言い換えれば、副鏡１２´の光軸中心Ｍo´から対物光学系１３による中間像の形成位置Ｍまでの距離Ｌ´を曲率半径とする（∴Ｒ´＝Ｌ´））凹面状に形成するのが最も好ましい。本実施形態においては、Ｒ´＝Ｌ´＝６００mmである。
【００３３】
そして、副鏡１２´の凹面状の不通過部分１２ｆ´を、赤外光学系１０（再結像光学系１４）の射出瞳と共役となる位置に配置する。赤外光学系１０（再結像光学系１４）の射出瞳の位置はコールドアパチャー２２の位置に一致しているため、この副鏡１２ｆ´の凹面状の不通過部分１２ｆ´は、コールドアパチャー２２に対しても共役となる。
【００３４】
副鏡１２´の中心部がこのような特殊な形状となっているため、主鏡１１の開口１１ａの中心部を通る光束（軸上光束）１６は、副鏡１２´の凹面状の不通過部分１２ｆ´で反射して、そのまま開口１１ａの中心部に戻ることになる。よって、開口１１ａの中心部の光束の光路図は図６のようになり、赤外線撮像素子２１の撮像面の中心点Ｏから発した光線は副鏡１２´の凹面状の不通過部分１２ｆ´で反射して点Ｏに戻り、前記撮像面の点Ａから発した光線は副鏡１２´の凹面状の不通過部分１２ｆ´で反射して光軸対称である点Ａ´に戻ることになる。つまり、開口１１ａの中心部に存在する光束は副鏡１２´の凹面状の不通過部分１２ｆ´での反射により、赤外線撮像素子２１の撮像面自身を結像することになる。
【００３５】
したがって、開口１１ａの中心部の光束は、全て赤外線検出器２０の内部から生じたものとなるが、赤外線検出器２０の内部は冷却装置（不図示）により極低温に冷却されているため、開口１１ａの中心部の不要な赤外線は検出されない。よって、上記実施形態の赤外線撮像装置と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
続いて、図７〜図９を用いて、第３の実施形態に係る赤外線撮像装置について説明する。この実施形態に係る赤外線撮像装置は、図７及び図８で示すように、一端に被検物体（不図示）からの赤外線を赤外光学系１０へと導くための開口３０ａが形成された鏡筒３０内に収納されている。副鏡１２は、鏡筒３０内に、副鏡１２を固定する台座３１から放射状に延びたスパイダー３２によって支持されている。
【００３７】
赤外線撮像装置１では、上述したように副鏡１２の中心部に凹面状の不通過部分１２ｆを有することによって、開口１１ａの中心部の不要な赤外線が赤外検出器２０に混入することはない。しかしながら、図８に示すように、スパイダー３２も光束を遮蔽するため、スパイダー３２からの不要な赤外線の混入が問題となる。
【００３８】
こうした問題を解決するため、スパイダー３２は、主鏡１１側の外面３２ａが、光軸ＡＸに対して垂直な平面であり、且つ、赤外線に対して反射率の高い鏡面で構成されていることが望ましい。本実施形態においては、スパイダー３２は、各面が主鏡１１の光軸ＡＸに対して直交する向きで配置された平行平板であり、主鏡１１側の外面３２ａが赤外線に対して反射率の高い鏡面となっている。この構成によれば、スパイダー３２により遮蔽される光束の光路図は、図９に示すようになり、赤外線撮像素子２１の撮像面の中心点Ｏから発した光線は、副鏡１２、主鏡１１を順に経てスパイダー３２の主鏡１１側の鏡面３２ａで反射した後、主鏡１１、副鏡１２を順に経て点Ｏに戻る。また、前記撮像面の点Ａから発した光線も、同様に、副鏡１２、主鏡１１を順に経てスパイダー３２の主鏡１１側の鏡面３２ａで反射した後、主鏡１１、副鏡１２を順に経て光軸対称である点Ａ´に戻る。つまり、スパイダー３２に遮蔽される光束は、スパイダー３２の主鏡１１側の鏡面３２ａでの反射により、赤外線撮像素子２１の撮像面自身を結像することになる。
【００３９】
したがって、上述の開口１１ａの中心部の光束と同様に、スパイダー３２に遮蔽される光束は、全て赤外線検出器２０の内部から生じたものとなる。しかしながら、赤外線検出器２０の内部は、上記のように冷却装置（不図示）により極低温に冷却されているため、スパイダー３２による不要な赤外線は検出されない。
【００４０】
以上のように、本発明によれば、開口整合の取れた状態で、光軸付近に被検物体からの光が通過しない不通過部分を有する対物光学系を備えながらも、装置を大型化することなく、特殊な形状ではない単純な円形開口のコールドアパチャーを用いて、前記不通過部分に対応する副鏡の中心部を凹面状に形成することにより、前記不通過部分からの撮像に不要な赤外線が赤外線検出器へ混入することがなく、検出感度が良好な赤外線撮像装置を提供することができる。
【００４１】
ここで、比較のため、比較例の赤外線撮像装置について説明する。比較例の赤外線撮像装置は、図１０に示すように、主に、赤外光学系１０と、赤外線検出器２０とから構成されている。赤外光学系１０は、対物光学系１３と再結像光学系１４とを有し、被検物体（不図示）から放射される熱、すなわち赤外線を集光し、赤外線検出器２０の撮像素子面２１上に結像させている。赤外線検出器２０は、赤外光学系１０により被検物体からの赤外線が集光される位置に配置され、撮像素子面２１上に複数の受光素子を有している。
【００４２】
そして、このような赤外線撮像装置では、赤外線検出器１０にて、被検物以外から放射される撮像に不要な赤外線（例えば、鏡筒の自己放射）の影響を取り除くため、赤外光学系１０と赤外線撮像素子２１との間に、赤外光学系１０によって集光された赤外線を通過させる開口部を備えたコールドアパチャー２２を配置して、撮像素子面２１の周囲（側方や斜方）からの不要光を遮断するとともに、このコールドアパチャー２２と赤外線検出器２０を低温（ほぼ液体窒素温度）に冷却し、これら自体から放射する赤外線を極力除去する構成となっている。
【００４３】
また、コールドアパチャー２２が備えている開口部は、赤外光学系１０の射出瞳の位置と大きさ（射出瞳の径）が一致するように設計されており、このような状態は一般に「開口整合の取れた状態」と呼ばれている。このように、コールドアパチャー２２が赤外光学系１０の射出瞳と開口整合を取ることにより、赤外線検出器２０において、赤外光学系１０の被検物体以外の撮像に不要な赤外光を効率良く抑えることができ、被検物体の赤外光のみを取り入れることができるようになっている。
【００４４】
しかしながら、前記赤外光学系１０を構成する際に、例えば、中心部に開口１１ａを有する主鏡１１と、主鏡１１で反射された赤外線を主鏡１１の開口１１ａに向かわせる副鏡１２とから構成されたカセグレン型の対物光学系１３を用いた場合、被検物体からの赤外線は主鏡１１で反射されると、この主鏡１１の開口１１ａに倣った輪帯光束１５となり、中抜けの状態となる。つまり、図１１に示すように、開口１１ａの中心部の光束（軸上光束）１６は、主鏡１１の開口１１ａやその周辺から放射された被検物体以外からの撮像に不要な赤外線である。このように開口整合を取っていても、開口１１ａの中心部に撮像に不要な赤外線の混入が発生すれば、混入した赤外線はそのまま雑音として検出され、得られる画像のＳ／Ｎ（信号雑音比）を悪化させる。
【００４５】
また、こうした検出雑音は、光束の画角に依存してその量が異なる。光軸上の検出雑音は、その源が赤外線検出器１０の内部である割合が多いが、赤外線撮像装置では上述のように赤外線検出器１０を冷却し不要な赤外光を極力除去する構成となっているため、光軸外の画角を有する光束と比較して小さくなる傾向がある。その結果、赤外線検出器２０の中心部と周辺部とでは検出雑音に勾配が生じ、撮像素子面２１の中心部にコールドアパチャー２２の像のようなものが見える、いわゆるナルシサス現象を生じることがある。
【００４６】
これに対して、上述したように本実施形態に係る赤外線撮像装置では、開口整合の取れた状態で、不通過部分を有する対物光学系を備えながらも、副鏡の中心部を凹面状に形成することによって、前記不通過部分からの不要な赤外線が赤外線検出器へと混入するのを防ぎ、Ｓ／Ｎの良好な画像が得られるようになっている。
【符号の説明】
【００４７】
１      赤外線撮像装置
１０    赤外光学系
１１    主鏡
１１ａ  主鏡の開口
１２    副鏡
１２ｆ  副鏡中心部の不通過部分
１３    対物光学系
１４    再結像光学系
２０    赤外線検出器
２１    赤外線撮像素子
２２    コールドアパチャー
３０    鏡筒
３０ａ  鏡筒の開口
３１    台座
３２    スパイダー
ＡＸ    光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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