(57)【要約】【課題】赤外線撮像装置に関し、赤外線検出素子の感度を補正する感度補正機構として、温度ムラのない赤外線を照射可能にし、一定温度に達するまでのタイムラグを短縮し、感度補正機構の厚みを薄くして小型化を可能にする【解決手段】物体が輻射する赤外線を対物レンズ系１６で収束し、光路穴を通して赤外線検出素子１３の受光面に投射し、赤外線による映像を表示する。赤外線検出素子１３の感度補正時に、赤外線検出素子１３の受光面に、感度補正用の基準温度を発生するペルチェ２，３からの赤外線を照射する。ペルチェ２，３は、表面に赤外線反射防止塗装が施され、該ペルチェ２，３の表面からの赤外線が、密閉ケースの赤外線透過窓４を通して直接、赤外線検出素子１３の受光面に照射される。【選択図】図１
2010230475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体が輻射する赤外線を対物レンズ系で収束し、光路穴を通して赤外線検出素子の受光面に投射し、赤外線による映像を表示する赤外線撮像装置において、
前記光路穴を塞ぐようスライドし、前記赤外線検出素子の受光面に、感度補正用の基準温度を発生するペルチェからの赤外線を照射する感度補正機構を備え、
前記感度補正機構は、前記ペルチェを密閉ケース内に封入し、該ペルチェは、前記赤外線検出素子の受光面の側の表面に赤外線反射防止塗装が施され、該赤外線反射防止塗装が施されたペルチェの表面からの赤外線が、前記密閉ケースの赤外線透過窓を通して直接、前記赤外線検出素子の受光面に照射される構成を有することを特徴とする赤外線撮像装置。
【請求項２】
前記密閉ケースは、前記ペルチェ周囲を乾燥気体で充填した密閉構造を有す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】
前記密閉ケースは、前記ペルチェを真空状態の中に封入した密閉構造を有す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４】
前記赤外線透過窓に熱源集光レンズを用いたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の赤外線撮像装置。
【請求項５】
表面に赤外線反射防止塗装が施されたペルチェを封入し、該ペルチェから発生される赤外線を直接透過させる透過板を１つの面に有するペルチェ封入真空ケースであって、前記ペルチェの装着後に溶接処理により密閉した密閉構造を有し、ケース内を真空処理するための排気管を有することを特徴とするペルチェ封入真空ケース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線撮像装置及びペルチェ封入真空ケースに関する。近年、赤外線撮像装置は多様化し、車輌、艦船、航空機等に搭載されたり、屋外等に設置されたりして、種々の監視装置や探知装置として使用されている。このため赤外線撮像装置に対する高性能化や小型化が一層強く要求されている。本発明はこのような赤外線撮像装置の感度補正機構に好適に適用される。
【背景技術】
【０００２】
赤外線撮像装置は、図５に示すように、物体が輻射する赤外線を対物レンズ系１６で収束し、赤外線検出器１７に実装した赤外線検出素子１３の受光面に投射して赤外線を検出する。そして、赤外線検出素子１３が出力する光起電力（電圧）をアンプ回路１８で増幅し、ビデオ回路１９を経てＣＲＴモニタ２０に赤外線の映像を表示する。
【０００３】
赤外線検出素子１３は、サファイア等からなる基板１２の表面に２次元状に等ピッチで配列形成されている。それぞれの赤外線検出素子１３は、ＨｇＣｄＴｅ等の角片（一辺が例えば２５μｍ）で形成された受光部からなる。基板１２は液体窒素、ジュールトムソン冷却器、循環冷却器等の冷却器１５を内装した基台１４上に搭載され、赤外線検出素子１３は極低温（８０Ｋ前後）に冷却して使用される。
【０００４】
赤外線検出素子１３を構成する多数の画素には感度のばらつきが有り、この各画素の感度のばらつきを検出して電気的に補正する感度補正が行われる。また、この赤外線検出素子１３の感度のばらつきは、経時的に変化することが知られている。感度補正は、定期的又は適当な時期に実施することにより、赤外線検出素子１３の感度のばらつきが補正され、赤外線撮像装置の画質が改善される。感度補正の手法として、低温基準熱源と高温基準熱源とを使用して赤外線検出素子１３の感度を補正する手法が用いられる。
【０００５】
図６及び図７に従来の赤外線撮像装置の感度補正部の構成を示す。感度補正部は、低温側ペルチェ２と低温側温度基準板２１とを重ね合わせ、高温側ペルチェ３と高温側温度基準板３１とを重ね合わせ、赤外線検出器１７の受光面１３に、温度制御した温度基準板２１，３１を照射させる構成を有する。
【０００６】
図６及び図７の（ａ）は、物体が輻射する赤外線を対物レンズ系１６で収束し、光路穴を通して赤外線検出素子１３の受光面に投射し、赤外線による映像をＣＲＴモニタにより表示する場合の態様を示している。図６及び図７の（ｂ），（ｃ）は、感度補正時の態様を示し、（ｂ）は低温側温度基準板２１の赤外線を赤外線検出素子１３の受光面に照射させる場合、（ｃ）は高温側温度基準板３１の赤外線を赤外線検出素子１３の受光面に照射させる場合を示している。
【０００７】
温度基準板２１，３１は、一般的に熱伝導性の良い銅やアルミニウム等が用いられる。温度基準板２１，３１の表面の受光素子面１３側には、赤外線反射防止塗装が施される。温度基準板２１，３１及びペルチェ２，３の周囲は、結露を防止し、温度を一定に保つために密閉構造にされ、温度基準板２１，３１から照射する赤外線を透過させるウィンドウ４（図６参照）又は熱源集光レンズ１１（図７参照）が取付けられる。ペルチェ２，３からの熱は温度基準板２１，３１に伝えられるが、温度基準板２１，３１には厚みがあるため、温度ムラが生じる。
【０００８】
温度基準板２１，３１に温度ムラが生じると、赤外線透過窓としてウィンドウ４を用いた図６の構成の場合、受光面１３の全検出素子に均一温度の赤外線を照射することができない。このため感度補正の効果が低下する。これを避けるため、図７のように、赤外線検出器１７と温度基準板２１，３１との間に、赤外線を透過する集光レンズ１１を設け、受光面１３の全検出素子に温度基準板２１，３１の中心部分の赤外線を照射することにより、温度ムラの影響を無くす手法が採られることもある。温度基準板を用いた赤外線検出素子の感度補正については例えば下記の特許文献等に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２５８２５２号公報
【特許文献２】特開２００５−３３７７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来、温度基準板２１，３１を用いた赤外線検出素子の感度補正において、温度基準板２１，３１は温度ムラを生じ、精度の良い感度補正が行われないという問題があった。また、ペルチェ２，３の熱が温度基準板２１，３１に伝わり、温度基準板２１，３１の表面が一定温度に達するまでにタイムラグが生じ、迅速な感度補正をおこなうことができないという問題があった。更に、温度基準板２１，３１と集光レンズ１１とを取付けるため、感度補正機構の厚み（図６に示すＴ１、図７に示すＴ２）が増し、小型化の妨げになるという問題があった。
【００１１】
本発明は、温度ムラのない熱源を赤外線検出素子に照射することができ、感度補正用の熱源が一定温度に達するまでのタイムラグを短縮することができ、また、感度補正機構の厚みを薄くすることができる感度補正機構を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する赤外線撮像装置の形態は、物体が輻射する赤外線を対物レンズ系で収束し、光路穴を通して赤外線検出素子の受光面に投射し、赤外線による映像を表示する赤外線撮像装置において、前記光路穴を塞ぐようスライドし、前記赤外線検出素子の受光面に、感度補正用の基準温度を発生するペルチェからの赤外線を照射する感度補正機構を備え、前記感度補正機構は、前記ペルチェを密閉ケース内に封入し、該ペルチェは、前記赤外線検出素子の受光面の側の表面に赤外線反射防止塗装が施され、該赤外線反射防止塗装が施されたペルチェの表面からの赤外線が、前記密閉ケースの赤外線透過窓を通して直接、前記赤外線検出素子の受光面に照射される構成を有するものである。
【００１３】
また、ペルチェ封入真空ケースは、表面に赤外線反射防止塗装が施されたペルチェを封入し、該ペルチェから発生される赤外線を直接透過させる透過板を１つの面に有するペルチェ封入真空ケースであって、前記ペルチェの装着後に溶接処理により密閉した密閉構造を有し、ケース内を真空処理するための排気管を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
開示の赤外線撮像装置の感度補正機構は、温度基準板を用いることなく、赤外線反射防止塗装を施したペルチェ自体から感度補正用の赤外線を照射するため、温度ムラのない熱源を赤外線検出素子に照射することができ、感度補正用の熱源が一定温度に達するまでのタイムラグを短縮することができ、また、感度補正機構の厚みを薄くすることができ、赤外線撮像装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ウィンドウを使用し、乾燥気体充填用ケースを用いた感度補正機構の構成例を示す図である。
【図２】ウィンドウを使用し、真空ケースを用いた感度補正機構の構成例を示す図である。
【図３】真空ケース構造の一例を示す図である。
【図４】熱源集光レンズを使用し、乾燥気体充填用ケースを用いた感度補正機構の構成例を示す図である。
【図５】赤外線撮像装置の構成例を示す図である。
【図６】従来の感度補正部の構成（ウィンドウ使用）を示す図である。
【図７】従来の感度補正部の構成（熱源集光レンズ使用）を示す図である。
【図８】赤外線撮像装置の一実施例を示す図である。
【図９】真空ケースを取付けた感度補正機構の正面図、側面図及び平面図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、ペルチェ２，３の周囲に、赤外線透過窓（ウィンドウ）４を使用し、乾燥気体充填用ケースを用いた感度補正機構の構成例を示す。図２は、赤外線透過窓（ウィンドウ）４を使用し、真空ケースを使用した感度補正機構の構成例を示す。図３は、真空ケース構造の一例を示す。図４は熱源集光レンズ１１を使用し、乾燥気体充填用ケースを用いた感度補正機構の構成例を示す。
【００１７】
各図において、１はフレームであり、ペルチェ２，３を固定するための金具である。２は低温側ペルチェ、３は高温側ペルチェである。４は赤外線を透過するウィンドウである。５はペルチェ周囲を密閉するためのカバー（蓋）である。６はパッキングであり、フレーム１とカバー５との接触面に使用される。
【００１８】
７は気体封入詮であり、シール付座金とネジとにより構成される。８はペルチェ周囲を真空にするための真空ケースである。９は真空ケース内に実装されるペルチェ及び温度センサ用の端子である。１０は真空ケース８内を真空にするための排気管である。１１は赤外線を透過する熱源集光レンズである。
【００１９】
この赤外線撮像装置では、図１の（ａ）に示すように、物体が輻射する赤外線を対物レンズ系１６で収束し、光路穴を通して赤外線検出素子１３の受光面に投射し、赤外線による映像を図５に示したＣＲＴモニタ２０により表示する。
【００２０】
赤外線検出素子１３の感度補正を行う際には、図１の（ｂ），（ｃ）に示すように、ペルチェ２，３を固定したフレーム１をスライドさせて光路穴を塞ぎ、赤外線検出素子１３の受光面に、感度補正用の基準温度を発生するペルチェ２，３からの赤外線を照射する。図１の（ｂ）は低温側ペルチェ２の赤外線を照射する場合、図１の（ｃ）は高温側ペルチェ３の赤外線を照射する場合を示している。
【００２１】
ペルチェ２，３は、赤外線検出素子１３の受光面の側の表面に赤外線反射防止塗装が施され、該赤外線反射防止塗装が施されたペルチェ２，３の表面からの赤外線が、密閉ケースの赤外線透過窓を通して直接、赤外線検出素子１３の受光面に照射される。
【００２２】
この感度補正機構では、温度基準板を用いず、直接ペルチェ２，３の表面に赤外線反射防止塗装を施し、ペルチェ２，３からの赤外線を赤外線検出器１７の受光面１３に照射することにより、温度基準板で生じる温度ムラの発生や、温度基準板の温度が安定するまでのタイムラグが無くなり、精度の良い感度補正を迅速に行うことが可能になる。
【００２３】
近年、ペルチェの種類が増え、赤外線検出器１７の受光面１３全体をカバーする範囲に赤外線を照射することができるほど十分大きいサイズのペルチェが出現し、また、赤外線反射防止塗装を焼付け塗装により行う際の耐熱温度の十分高いペルチェが出現したことにより、温度基準板を使用することなく、ペルチェ２，３からの赤外線を赤外線検出器１７の受光面１３に照射することが可能となった。
【００２４】
また、温度基準板を用いないため、感度補正部を薄くして小型化することができる。なお、温度ムラの発生がないことから必ずしも集光レンズ１１を用なくてもよく、密閉性を維持するための薄い透明板のウィンドウ４を用いることにより、更に感度補正部を薄くして小型化することができる。
【００２５】
逆に光路長を長くする場合、感度補正部と赤外線検出器１７との間にスペースが生じ、光束が広がって検出素子１３への照射範囲がペルチェ２，３の面積を超えてしまう場合は、ペルチェ２，３の表面に光束を集光するため、ウィンドウ４に代えて、図４に示すように熱源集光レンズ１１を用いる構成とすることができる。
【００２６】
真空ケース８は、図３に示すように、赤外線反射防止塗装を、赤外線検出素子１３の受光面側の表面に施したペルチェ２，３と、ペルチェ２，３へ供給する電源用端子及び温度センサ用端子９と、赤外線を透過するウィンドウ４とが取付けられる。真空ケース８は、ペルチェ２，３を組み込む前は２つのパーツに分割されており、ペルチェ２，３を装着した後、溶接により密閉構造にし、排気管１０からケース内の気体を吸引して真空処理される。
【実施例】
【００２７】
図８は、この感度補正機構を適用した赤外線撮像装置の一実施例を示す。図８の（ａ）は赤外線撮像装置内部の斜視図、（ｂ）感度補正機構の斜視図を示している。感度補正機構は、モータ８１、ラック＆ピニオン８２、及びリニアスライドテーブル８３によるスライド構造を有し、リニアスライドテーブル８３の上にペルチェ２，３を取付けたフレーム１が搭載される。
【００２８】
フレーム１の左右に低温側ペルチェ２と高温側ペルチェ３が取付けられ、真中の光路穴は、通常時、感度補正を行わないときに対物レンズ系１６からの光束を透過させる光束用の穴である。ペルチェ２，３が取付けられている面の反対面には、放熱用のフィン８４が取付けられる。
【００２９】
図９は、フレーム１に真空ケース８を取付けた感度補正機構の正面図、側面図及び平面図を示す。図９の（ａ）は感度補正機構の正面図、（ｂ）は感度補正機構を左側から見た側面図、（ｃ）感度補正機構を右側から見た側面図、（ｄ）は感度補正機構を上から見た平面図を示している。
【符号の説明】
【００３０】
１  フレーム
２  低温側ペルチェ
３  高温側ペルチェ
４  赤外線透過窓（ウィンドウ）
５  カバー（蓋）
６  パッキング
７  気体封入詮
８  真空ケース
９  ペルチェ及び温度センサ用の端子
１０  排気管
１１  熱源集光レンズ
１２  基板
１３  赤外線検出素子
１４  基台
１５  冷却器
１６  対物レンズ系
１７  赤外線検出器
１８  アンプ回路
１９  ビデオ回路
２０  ＣＲＴモニタ
【図１】
2010230475.tif 000003
【図２】
2010230475.tif 000004
【図３】
2010230475.tif 000005
【図４】
2010230475.tif 000006
【図５】
2010230475.tif 000007
【図６】
2010230475.tif 000008
【図７】
2010230475.tif 000009
【図８】
2010230475.tif 000010
【図９】
2010230475.tif 000011