(57)【要約】【課題】光透過率を低下させること無く、飛石等の飛散物によるレンズの損傷を防止することができる遠赤外線撮像装置を提供する。【解決手段】集光する一又は複数のレンズと、マトリックス状に配列された複数の撮像素子と、該撮像素子ごとの出力値に基づいて画像を形成する画像処理回路とを備え、レンズの前面の所定の位置に網部材、例えば格子状に構成されている網部材を備える。網部材は、金属材料で構成されており、レンズの前面５（ｍｍ）以下の位置に備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光する一又は複数のレンズと、
マトリックス状に配列された複数の撮像素子と、
該撮像素子ごとの出力値に基づいて画像を形成する画像処理回路と
を備える遠赤外線撮像装置において、
前記レンズの前面の所定の位置に網部材を備えることを特徴とする遠赤外線撮像装置。
【請求項２】
前記網部材は、金属材料で構成されていることを特徴とする請求項１記載の遠赤外線撮像装置。
【請求項３】
前記網部材を前記レンズの前面５（ｍｍ）以下の位置に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の遠赤外線撮像装置。
【請求項４】
前記網部材は網目間隔が５ｍｍ以下であり、
前記網部材を構成する線材の引張強度をａ（Ｎ）、弾性限界における前記線材の伸びをｂ（％）、前記線材の長さをｃ（ｍ）とした場合に、（ａ×０．７）・ｂ・ｃ／２≧１．５（Ｎ・ｍ）を満たす
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の遠赤外線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部を撮像する遠赤外線撮像装置に関する。特に光透過率を低下させること無く、飛石等の飛散物によるレンズの損傷を防止することができる遠赤外線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両の走行の安全を確保すべく、特に夜間の歩行者、自転車等の障害物の存在を検出することが可能な遠赤外線撮像装置を用いたナイトビジョンシステムが多々開発されている。通常、車両前方の所定の位置に、左右２基の遠赤外線撮像装置を設置し、ステレオ視により検出した障害物までの距離を算出している。
【０００３】
遠赤外線撮像装置は、レンズ、シャッター、撮像素子、及び画像処理回路で構成されている。撮像時には、シャッターを開放してレンズを通して外部光を集光し、撮像素子で検出された輝度値を画像処理回路でＡ／Ｄ変換して、デジタル信号として出力する。
【０００４】
しかし、遠赤外線撮像装置を車両のフロントグリル等に設置した場合、レンズが車両から露出しており、跳ね返った石等の飛散物により、レンズの表面が損傷するおそれがあった。レンズ表面を保護する方法としては、例えば特許文献１に示すように、レンズの表面を保護する可動シャッターを備える方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３２７２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、可動シャッターの開閉によりレンズの表面を保護する方法では、シャッターを閉じた状態では撮像することができない。また、シャッターの代わりに透光性を有する光学窓を設けることも考えられるが、遠赤外線の透過率が１００％である物質は存在しないことから、光量の減衰を回避することは困難であるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、光透過率を低下させること無く、飛石等の飛散物によるレンズの損傷を防止することができる遠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】
上記目的を達成するために第１発明に係る遠赤外線撮像装置は、集光する一又は複数のレンズと、マトリックス状に配列された複数の撮像素子と、該撮像素子ごとの出力値に基づいて画像を形成する画像処理回路とを備える遠赤外線撮像装置において、前記レンズの前面の所定の位置に網部材を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２発明に係る遠赤外線撮像装置は、第１発明において、前記網部材は、金属材料で構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、第３発明に係る遠赤外線撮像装置は、第１又は第２発明において、前記網部材を前記レンズの前面５（ｍｍ）以下の位置に備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第４発明に係る遠赤外線撮像装置は、前記網部材は網目間隔が５（ｍｍ）以下であり、前記網部材を構成する線材の引張強度をａ（Ｎ）、弾性限界における前記線材の伸びをｂ（％）、前記線材の長さをｃ（ｍ）とした場合に、（ａ×０．７）・ｂ・ｃ／２≧１．５（Ｎ・ｍ）を満たすことを特徴とする。
【００１１】
第１発明では、集光する一又は複数のレンズと、マトリックス状に配列された複数の撮像素子と、該撮像素子ごとの出力値に基づいて画像を形成する画像処理回路とを備える遠赤外線撮像装置のレンズ前面の所定の位置に網部材を備える。レンズの焦点距離よりもレンズに近接する位置であり、しかもレンズと離隔している位置に網部材を設置した場合、網部材は結像されず、網部材を除いた画像のみが撮像される。一方、網部材を構成する線材の配置間隔よりも大きい飛散物については、レンズに到達することを防止することができ、飛散物によるレンズ表面の損傷を抑制することが可能となる。
【００１２】
第２発明では、網部材が、金属材料で構成されている。熱伝導性の高い金属材料で構成されることにより、周囲の温度と網部材の温度とが略一致し、遠赤外線により撮像された画像に網部材が映らない。したがって、飛散物からレンズ表面を保護しつつ、網部材を除いた画像を撮像することが可能となる。
【００１３】
第３発明では、網部材をレンズの前面５（ｍｍ）以下の位置に備える。レンズの焦点距離より短く、レンズの前面５（ｍｍ）以下の位置に網部材を設置することにより、網部材の画像が結像されることがなく、実験的にも画像がぼけることなく撮像される。また、飛散物が網部材に衝突することにより間接的にレンズの表面が損傷することを回避することも可能となる。
【００１４】
第４発明では、編目間隔が５（ｍｍ）以下であるため、５（ｍｍ）以上の外寸を有する飛散物は網部材に衝突する。また、網部材を構成する線材の弾性限界における張力は、引張強度（Ｎ）の約０．７倍であり、弾性限界における線材の伸びはｂ（％）であるため、１本の線材で（１／２）×（引張強度ａ×０．７）×（伸びｂ×長さｃ）のエネルギーを吸収することができる。そして、（ａ×０．７）・ｂ・ｃ÷２は１．５以上である。従って、５（ｍｍ）以上の外寸を有し、且つ１．５（Ｎ・ｍ）以下のエネルギーを有する飛散物がレンズに到達することを防止することができる。つまり、網部材は、車両の走行中に飛来する虞がある小石等をほとんど遮ることができ、レンズを小石等から保護することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レンズの焦点距離よりもレンズに近接する位置であり、しかもレンズと離隔している位置に網部材を設置した場合、網部材は結像されず、網部材を除いた画像のみが撮像される。一方、網部材を構成する線材の配置間隔よりも大きい飛散物については、レンズに到達することを防止することができ、飛散物によるレンズ表面の損傷を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る遠赤外線撮像装置１の構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態に係る遠赤外線撮像装置１は、波長が７〜１４マイクロメートルの赤外光を用いた撮像装置である。
【００１７】
図１において、遠赤外線撮像装置１は、ゲルマニウム又は硫化亜鉛等からなる対物レンズ３１を備えており、対物レンズ３１の背面側には画像撮像部１１が配されている。画像撮像部１１は、光学信号を電気信号に変換する撮像素子をマトリックス状に備えている。遠赤外線用の撮像素子としては、マイクロマシニング（micromachining）技術を用いた酸化バナジウムのボロメータ型、チタン酸バリウムの焦電型等の赤外線センサを用いる。
【００１８】
画像撮像部１１は、車両の周囲の赤外光像を輝度信号（画素ごとの輝度値）として読み取り、読み取った輝度信号を、ＬＳＩ基板である信号処理部１２へ送信する。図２は、本発明の実施の形態に係る遠赤外線撮像装置１の信号処理部１２の構成を示すブロック図である。信号処理部１２は、Ａ／Ｄ変換部１２１、ＮＵＣ（Non-Uniformity Correction）処理部１２２、ＢＰＲ（Bad-Pixel Replacement）処理部１２３、及びフラッシュメモリ等の不揮発性メモリ、ＳＲＡＭ等の一時記憶用メモリであるＲＡＭ１２５で構成されている。
【００１９】
信号処理部１２は、画像撮像部１１から受信した輝度値をＡ／Ｄ変換部１２１でデジタル信号に変換し、ＮＵＣ（Non-Uniformity Correction）処理部１２２で撮像素子ごとの出力輝度値を補正する。
【００２０】
ＮＵＣ処理部１２２では、キャリブレーションによる補正係数として、撮像素子ごとに所定の温度に対する出力値を補正するオフセット補正値、及び撮像素子ごとに所定の温度変化率に対する出力値の差異を補正するゲイン補正値を算出して、出力輝度値を補正する。例えばｉ行ｊ列のマトリックス状に配列された撮像素子ごとの出力輝度値をＶｉｊとした場合、ＮＵＣ処理部１２２では（数１）に示す演算を行うことにより撮像素子ごとの出力輝度値をＶ’ｉｊへ補正する。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
（数１）において、Ｇｉｊはゲイン補正値を、Ｏｉｊはオフセット補正値を示しており、例えば黒体炉、シャッター等の温度分布が均一である物体を撮像した場合の撮像素子ごとの出力輝度値に基づいて算出した値である。
【００２３】
ＮＵＣ処理部１２２で補正された撮像素子ごとの出力輝度値Ｖ’ｉｊは、ＢＰＲ処理部１２３にて欠陥画素が補正され、補正輝度値Ｖ”ｉｊとして通信インタフェース部１４を介して出力される。フレーム単位で出力輝度値を画像メモリ１３に記憶しても良い。
【００２４】
本実施の形態では、対物レンズ３１の前面を覆うように、網部材からなるカバー３２が設置されている。図３は、カバー３２を正面から見た平面図である。
【００２５】
カバー３２は、格子状に編んだ線材３２１を環状の支持部材であるレンズフレーム３２２で固定してある。カバー３２が対物レンズ３１の焦点距離よりも短い距離Ｌだけ対物レンズ３１から離隔して固着されるよう、レンズフレーム３２２は所定の高さを有している。したがって、格子状の線材３２１が撮像された場合であっても、線材３２１の画像は画像撮像部１１にて結像されることがなく、より遠方に存在する対象物のみが撮像されたのと同様の状態となる。
【００２６】
また、ピントが合わずにぼやけた状態であっても画像撮像部１１にて結像されることを回避するべく、カバー３２の線材３２１は熱伝導性の高い金属材料であることが好ましい。熱伝導性が高いことから、カバー３２の線材３２１の温度は周辺の温度と略同一となり、背景温度との差異が微小になることから、輝度値の差異が出にくく、画像撮像部１１にて線材３２１を対象物として誤って検出することを回避することができる。
【００２７】
更に、線材３２１は、直径０．７（ｍｍ）、長さ５（ｃｍ）であり、引張強さ８２０（Ｎ／ｍｍ2 ）、弾性限界における伸びが３０％以上の金属、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）にて形成されている。引張強度は、８２０×０．３５×０．３５×３．１４＝３１５（Ｎ）である。一般に、弾性限界において線材３２１に加わる張力は、引張強度の約０．７倍であるため、３１５×０．７＝２２０（Ｎ）である。線材３２１が吸収できるエネルギーは、（１／２）×（弾性限界における張力）×（弾性限界における線材３２１の伸び）＝０．５×２２０×（０．０５×０．３）＝１．６５である。従って、外寸が５（ｍｍ）以上で、且つエネルギーが１．６５以下の飛散物が対物レンズ３１に到達することを防止することができる。例えば、重さ２ｇ、対物レンズ３１に対する相対速度が１４０ｋｍ／ｈの飛散物の運動エネルギーは、１．５１（Ｎ・ｍ）であるため、このような飛散物が対物レンズ３１に達することを防止することができる。
【００２８】
図４は、格子状のカバー３２を取り付けた場合と取り付けない場合の変調伝達関数ＭＴＦ（ Modulation Transfer Function ）を比較するためのＭＴＦ線図の一例を示す図である。図４における空間周波数Ｆ（cycle/mm）は、ミリメートル当たりのパターン本数を１に対して換算した値である。なお、図４（ｂ）乃至（ｄ）の各種網部材をレンズフレーム３２２の前面に固定して撮像した場合のＭＴＦを測定したＭＴＦ線図である。対物レンズ３１と網部材との距離は約５（ｍｍ）前後となっている。
【００２９】
図４（ａ）は、網部材をレンズフレーム３２２の前面に設けていない通常の使用状態でのＭＴＦ線図である。空間周波数Ｆ＝０．３では、ＭＴＦが略０．２８となっている。図４（ｂ）は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）を用いた線径が０．２５（ｍｍ）、線間が略５（ｍｍ）の網部材をレンズフレーム３２２の前面に設けた場合のＭＴＦ線図である。空間周波数Ｆ＝０．３では、ＭＴＦが略０．２２となっており、網部材を設けているにもかかわらず、撮像された画像のボケの程度がそれほど劣化していないことがわかる。
【００３０】
図４（ｃ）は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）を用いた線径が０．５（ｍｍ）、線間が略５（ｍｍ）の網部材をレンズフレーム３２２の前面に設けた場合のＭＴＦ線図である。空間周波数Ｆ＝０．３では、ＭＴＦが略０．１８となっており、図４（ａ）と比べるとＭＴＦが劣化している。しかし、網部材を設けていない場合と比べて大きく劣化したわけではなく、撮像された画像のボケの程度がそれほど劣化していないことがわかる。図４（ｄ）は、合成樹脂部材を用いた格子間隔が略３（ｍｍ）、格子が１辺略１（ｍｍ）の角部材からなる網部材をレンズフレーム３２２の前面に設けた場合のＭＴＦ線図である。空間周波数Ｆ＝０．３では、ＭＴＦが略０．１８となっており、図４（ａ）と比べるとＭＴＦが劣化している。しかし、網部材を設けていない場合と比べて大きく劣化したわけではなく、撮像された画像のボケの程度がそれほど劣化していないことがわかる。
【００３１】
以上の測定結果より、ＭＴＦは網部材を構成する線材の太さが太くなるほど劣化しているものの、実用上網部材を対物レンズ３１の前面に設けない場合と大差はなく、遠赤外線撮像装置１の要求性能に応じて十分に使用可能な範囲と考えられる。もちろん、要求性能に応じて使用可能な網部材の線材の太さが特定されることは言うまでもない。
【００３２】
さらに、対物レンズ３１の前方略５（ｍｍ）の位置に網部材を設置することにより、走行中の飛石等によるレンズ破損を防止することができ、遠赤外線を透過することが可能な高価な窓部材を用いることなく、安価な網部材により対物レンズ３１を保護することが可能となる。
【００３３】
更にまた、外寸が５（ｍｍ）以上で、且つエネルギーが１．６５以下の飛散物が対物レンズ３１に到達することを防止することができる。
【００３４】
なお、本実施の形態では、網部材を格子状に構成している場合について説明しているが、網部材を構成する線材の配置間隔が上述の実施例と同様の間隔を維持することが可能であれば特に格子状に構成することに限定されるものではない。
また、実施の形態では、線材として、直径０．７（ｍｍ）、長さ５（ｃｍ）であり、引張強さ８２０（Ｎ／ｍｍ2 ）、弾性限界における伸びが３０％以上のステンレス鋼(ＳＵＳ３１６)を採用しているが、（１／２）×（弾性限界における張力）×（弾性限界における線材の伸び）≧１．５を満たすのであれば、他の部材で線材を構成しても良い。
更に、本実施の形態では、ゲルマニウム又は硫化亜鉛からなる対物レンズを説明したが、カルコナイドガラスのような他の材質で対物レンズを構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態に係る遠赤外線撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る遠赤外線撮像装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図３】カバーを正面から見た平面図である。
【図４】格子状のカバーを取り付けた場合と取り付けない場合の変調伝達関数ＭＴＦを比較するためのＭＴＦ線図の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  遠赤外線撮像装置
１１  画像撮像部
１２  信号処理部
１３  画像メモリ
１４  通信インタフェース部
１５  内部バス
３１  対物レンズ
３２  カバー
３２１  線材
３２２  レンズフレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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