(57)【要約】【課題】有機材料に微粒化された無機材料を混入させたレンズ基材によって構成された赤外線カメラは安価で高性能が期待されるが、周囲の湿気や水分を吸収することにより赤外線が透過しにくくなる性質を持っているため、センサーとしての感度を低下させてしまう。【解決手段】樹脂材料中に無機材料からなる粒子を分散しており、赤外線を透過する光学素子と、前記光学素子を保持する保持部材と、前記保持部材に設けられ、前記光学素子を加熱する加熱手段と、を備える赤外線カメラ。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂材料中に無機材料からなる粒子を分散しており、赤外線を透過する光学素子と、
前記光学素子を保持する保持部材と、
前記保持部材に設けられ、前記光学素子を加熱する加熱手段と、
を備える赤外線カメラ。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記光学素子を85℃以上に加熱する請求項１に記載の赤外線カメラ。
【請求項３】
無機粒子の平均粒子径は、１００ｎｍ〜５００ｎｍ以下である、請求項１に記載の赤外線カメラ。
【請求項４】
前記光学素子の最前面の前に赤外光源を備え、かつ、前記保持部材に脱着できるよう構成された、請求項１に記載の赤外線カメラ。
【請求項５】
前記赤外光源からの赤外光を受光し、そのエネルギー量を計測する計測手段を有する、請求項４に記載の赤外線カメラ。
【請求項６】
前記加熱手段が前記赤外光の受光エネルギー量に依存して駆動するようにした、
請求項１の赤外線カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に８〜１２μｍ程度の波長の遠赤外線を放射する被写体を撮影する赤外用カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されているような赤外線カメラは、被写体から放出される赤外線に対する赤外透過性を有するレンズにより検出器上に結像させ映像として出力する。
【０００３】
近年、赤外線カメラを利用した人体検知が自動車、セキュリティ、家電へとさまざまな分野で用いられるようになった。
【０００４】
たとえば、自動車分野では夜間走行支援、歩行者検知、車室内の人体検知等が、セキュリティ分野では夜間監視、家電ではエアコン制御と応用範囲が広まってきている。
【０００５】
これらの赤外線カメラに使われるレンズには、被写体から放出される８〜１２μmの赤外線を透過させる光学材料が必要とされ、赤外線カメラの応用拡大に伴い安価なレンズの開発が要望されてきている。
【０００６】
波長８〜１２μmの赤外線を通す光学材料として、ゲルマニウム、シリコン、セレン化亜鉛、塩化ナトリュウム、臭化カリュウム、ヨウ化セシウム等の無機材料が知られる。この中で、従来から、赤外光透過材料として広く用いられているのはゲルマニウムである。しかし、ゲルマニュウム結晶は、材料自体が高額であることに加えて、切削加工での製作であり、硬脆材料であるため、加工、組み立て時の欠け、脱落などを生じやすく、高価なレンズになっている。
【０００７】
このように、赤外線カメラ用レンズに無機材料を用いると、レンズは衝撃性に弱く、又、結晶から研磨加工あるいは精密旋盤等による切削加工により作製されるので、価格が高いという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１０３９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者らは上記課題を解決するため、赤外線を通す有機材料にナノサイズに微粒化した無機材料を加えることにより透過特性を向上させ、射出成形等の成形を可能にすることを提案している。この無機材料に、例えばフッ化バリュウム等を使えば、材料費、加工費ともに低コストで済み、安価なレンズが入手できることになる。
【００１０】
しかしながら、こういった複合材料は、周囲の湿気や水分を吸収することにより赤外線が透過しにくくなる性質を持っているため、センサーとしての感度を低下させてしまう。
【００１１】
図１は、ポリエチレンに５０wt％のフッ化バリュウムを加えた複合材料（ｔ＝１ｍｍ）を温度６０℃、湿度９０％の雰囲気中に４５時間暴露した前後の透過率の変化を示したものである。時間の経過の中で、水分を吸収していくと透過率が下降していることが示されている。
【００１２】
したがって、従来は、赤外線カメラ用レンズは前述したように高価な材料と加工法を用いるか、または、安価ではあるが吸湿により透過率が経時的に変化する無機材料と有機材料の複合材料を用いるしかなかった。
【００１３】
上記課題を鑑み、本発明は、透過率の低下を回復させる機能を有し、安価で高性能な赤外線カメラ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】
【００１４】
上記課題を解決するために本発明の赤外線カメラは、樹脂材料中に無機材料からなる粒子を分散しており、赤外線を透過する光学素子と、前記光学素子を保持する保持部材と、前記保持部材に設けられ、前記光学素子を加熱する加熱手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の赤外カメラによれば、レンズ材料として、有機材料に無機材料を加えることで、レンズ基材の易成形化によるレンズコストの低減が図られ、また、加熱手段を有することで、吸湿したレンズの脱水による透過率の回復、性能維持を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ポリエチレンに５０wt％のフッ化バリウムを加えた複合材料（ｔ＝１ｍｍ）を温度60℃、湿度９０％の雰囲気中に暴露する前後における透過率の変化を示したグラフ
【図２】ポリエチレンに５０wt％のフッ化バリウムを加えた複合材料（ｔ＝１ｍｍ）を温度60℃、湿度９０％の雰囲気中に暴露した後、８５℃にて加熱したときの透過率の変化を示したグラフ
【図３】ポリエチレンに５０wt％のフッ化バリウムを加えた複合材料（ｔ＝１ｍｍ）を温度60℃、湿度９０％の雰囲気中に暴露した後、８５℃にて加熱したときの時間経過と透過率の変化を示したグラフ
【図４】ポリエチレンに５０wt％のフッ化バリウムを加えた複合材料（ｔ＝１ｍｍ）を８５℃にて加熱後室内放置したときの温度変化を示したグラフ
【図５】実施形態に係る赤外カメラ１０の略断面図
【図６】実施形態の変形例を示す概略図
【図７】実施形態の変形例を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図５は、本発明の実施の形態１における赤外カメラの略断面を示す。
【００１９】
図５において、赤外カメラ１０は、レンズ基材１と、ヒーター２と、ボロメーター３と、標準赤外光源４と、脱気孔５と、赤外光源取付具６と、鏡筒７と、を備える。
【００２０】
レンズ基材１は、赤外線を透過させる有機材料に、赤外線を透過させる無機材料を光の波長より小さな粒子径、例えば３００ｎｍ以下にしたものを混ぜている。有機物に無機物を混ぜると、無機物の持つ光学特性が有機物に転化される。
【００２１】
ここで、無機材料としてフッ化バリウムを用いている。又、無機粒子を３００ｎｍ以下に微粒化するのは、人体より放射する波長８〜１２μｍより充分小さな粒子径にすることにより散乱による透過率低下を防ぐためである。
【００２２】
レンズ基材１の有機材料としてはポリエチレンを用いている。有機材料に無機材料を加えると、有機材料が有す透過率以上に透過率が上昇することが確認されている。
【００２３】
つまり、微粒化した無機材料を有機材料ポリエチレンに加えることにより、より透過性を向上させたレンズが実現でき、又、成形加工も容易になる。
【００２４】
しかしながら、こういった材料は図１に示したように周囲の湿気や水分を吸湿してしまうと赤外線が透過しにくくなる性質を持っているため、センサーとしての感度を低下させてしまい鮮明な画像を得ることを困難にしてしまう。
【００２５】
そこで、ヒーター２を取付けることにより、レンズ基材１に吸湿された水分を脱水させ、センサーとしての感度を回復させることができる。
【００２６】
ヒーター２として、本実施形態では、シートヒーター等の面状発熱体を用いている。ヒーター２に通電させることで発熱させ、その輻射熱をレンズ基材１に照射し、レンズ基材１中の水分を脱水する。このときレンズの温度は８５℃以上にコントロールする。
【００２７】
図２に６０℃、９０％の環境で吸湿させたサンプルを８５℃で加熱したときの赤外領域での分光特性の変化を示している。図２が示すとおり、波長１０μｍ付近での透過率の回復が確認できる。
【００２８】
加熱の上限温度については、ポリエチレンの融点が１０５℃〜１４０℃であることを考慮して決める必要がある。また、８５℃以上としたのは加熱による脱水、つまり透過率の回復を６時間以内でやる必要があるからである。
【００２９】
自動車による夜間走行やセキュリティ分野における夜間監視用の人体感知赤外カメラは赤外カメラを使用していない昼時間（日の出から日没までの時間）に加熱、冷却する必要がある。夜間の使用中に加熱すると、レンズより赤外線エネルギーが放出され、それがノイズとなり鮮明な画像を得ることに障害となるからである。昼時間の長さの一番短いと思われるのは冬の北欧諸国であり、例えば、ノルウエーのオスロでは１月の昼時間が１年で最短の６時間となる。この６時間を目処に加熱時間を設定し８５℃以上で加熱する必要がある。
【００３０】
次に８５℃以上で加熱する理由について述べる。
【００３１】
蒸発速度を表すアレニウスの式を示すと
Ｒeva＝A・exp（−ΔHvap/RT）・・・（１）
ここで、Aはアレニウス因子、ΔHvapは蒸発エンタルピー、Rは気体定数、Tは絶対温度を示す。
【００３２】
水の蒸発エンタルピーΔHvapを40.66kj/mol、気体定数8.31ｘ１０E−３kj/ｋ・molとして８５℃と７０℃での蒸発速度比を求めるとR85℃/R70℃＝1.861となり、７０℃での加熱は８５℃での加熱より脱水時間が１．８倍かかることになる。
【００３３】
図３は、ポリエチレンに５０wt％のフッ化バリュウムを加えた複合材料（ｔ＝１ｍｍ）を、温度６０℃、湿度９０％の雰囲気中に４５時間暴露した後、８５℃で加熱したときの時間の経過に伴う、波長８〜１２μm帯での平均透過率の変化を示す。赤外レンズ１０の透過率は、３〜５時間程度でほぼ一定の透過率になることがわかる。
【００３４】
図４に、ポリエチレンに５０wt％のフッ化バリュウムを加えた複合材料（ｔ＝１ｍｍ）を８５℃に加熱した後、温度２５℃、湿度４０％の室内で放置し冷却したときの複合材料の温度変化を示している。レンズ基材１として用いたとき、ノイズとしての赤外線放射が障害にならない温度である３０℃には１５分、室温には３０分もあれば到達することがわかる。
【００３５】
これら脱水時間、レンズ基材の冷却時間、レンズ厚等を踏まえると、８５℃で加熱すれば、６時間以内での透過率の回復が可能となる。
【００３６】
図５において、赤外光源取付具６に取り付けられた標準赤外光源４は、鏡筒７に着脱される。赤外カメラ１０の使用前に標準赤外光源４を装備し、検査スイッチ（図示せず）をONにすることにより、標準赤外光源を点灯させレンズ基材１を透過しボロメーター３に入射する赤外光エネルギー量を測定できるようにする。  このエネルギー量があらかじめ設定された量以下であれば、ヒーター２に電流が流れ、加熱が始まり、赤外光の透過量を元に戻すことができる。赤外光量測定後、標準赤外光源４は、鏡筒７から取り外される。
【００３７】
このように、本実施形態に係る赤外レンズ１０は、有機材料と無機微粒子の複合材料で構成されたレンズ基材１を加熱する手段を有し、レンズを透過する赤外光透過量を測定する機能を有することにより安価で高性能を維持する赤外カメラを実現できる。
【００３８】
なお、本実施形態では、加熱手段としてヒーター２を用いたが、これに限られるものではない。図６、７は、本実施形態の変形例を示す概略図である。例えば、図６に示すように、レンズ基材１の片面もしくは両面に金属薄膜層２を設けた構成や、図７に示すように、金属薄膜層２には電極A９、電極B１０を設けた構成であってもよい。この電極間に電流を流すことにより金属薄膜２の面上を略均一に発熱させレンズ基材温度が８５℃になるよう制御され、レンズ基材の脱水を行うようになる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の赤外カメラは、車載用だけでなく、監視用、セキュリティ用、工場品質管理用等さまざま分野に活用が期待される。
【符号の説明】
【００４０】
１  レンズ基材
２  ヒーター
３  ボロメーター
４  標準赤外光源
５  脱気孔
６  赤外光源取付具
７  鏡筒
８  金属薄膜層
９  電極A
１０  電極B
【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１】
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【図２】
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