(57)【要約】【課題】  視野外からの赤外線や装置の構成部材自体からの赤外線が検知素子に導かれるのを防止する。【解決手段】  視野内からの光を入射し、光軸１１に沿って透光部１７が形成された１次鏡１２と、該１次鏡１２と対向して配置され、該１次鏡１２で反射した光を入射して透光部１７に向けて出射する２次鏡１３と、透光部１７と略同心状に配置されて該透光部１７を通過した光を検知する検知器１８とを備えている。また、１次鏡１２と２次鏡１３とを所定間隔で連結する支持部材１６と、該支持部材１６に配設した反射板２２とを備えている。【選択図】図３
2007064697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
視野内からの光を入射し、光軸に沿って透光部が形成された第１の反射光学系と、該第１の反射光学系と対向して配置され、該第１の反射光学系で反射した光を入射して前記透光部に向けて出射する第２の反射光学系と、前記透光部と略同心状に配置されて該透光部を通過した光を検知する検知器と、を備えた赤外線撮像装置であって、
前記第１の反射光学系と前記第２の反射光学系とを所定間隔で連結する支持部材と、
該支持部材に配設した第３の反射光学系と、を備えている、
ことを特徴とする赤外線撮像装置。
【請求項２】
前記第３の反射光学系は、光を反射する反射板である、
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】
前記反射板を、該反射板から前記第１の反射光学系に向けて出射した光が、該第１の反射光学系で反射し、該第１の反射光学系で反射した光が前記第２の反射光学系で反射して、前記検知器の所定範囲に向けて出射可能な角度に設定した、
ことを特徴とする請求項２に記載の赤外線撮像装置。
【請求項４】
前記第３の反射光学系は、前記支持部材に形成され、光の反射面と該反射面に対し所定角度で対面する非反射面とを有する多数の凹凸の溝である、
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５】
前記反射面を、該反射面から前記第１の反射光学系に向けて出射した光が、該第１の反射光学系で反射し、該第１の反射光学系で反射した光が前記第２の反射光学系で反射して、前記検知器の所定範囲に向けて出射可能な角度に形成し、
前記非反射面を、前記反射面に対し鋭角をなすように対面形成した、
ことを特徴とする請求項４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、熱を帯びた目標対象物から出射される赤外線を検知することにより該目標対象物を観測可能な赤外線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人や動物或いは戦車等から発せられる赤外領域の光線(以下、「赤外線」という)を検知して、その位置や大きさ等を観測可能な赤外線撮像装置として、例えば図７に示すような装置が公知である。この赤外線撮像装置により、目標対象物から発せられる赤外線を検知しようとすると、支持部材１１６自身からの熱放射１０７により、その不要光線１０８が１次鏡１１２及び２次鏡１１３で反射されて検知器１１８の検知素子１１９に入り込み、これが雑音となって検知信号のＳ／Ｎ（ｓｉｇｎａｌ／ｎｏｉｓｅ）比が低下し、観測結果に悪影響を及ぼす。このため、上記雑音信号を低減するべく、支持部材１１６の幅を極力細くすることで、該支持部材１１６自身からの熱放射量を低減するようにしていた。
【０００３】
また、図８に示すように、本来の目標対象物からの赤外線ではない雑音の赤外線が、装置側方に存在する物体から発せられる不要光線１０９が、１次鏡１１２と支持部材１１６、及び２次鏡１１３で反射されて検知器１１８の検知素子１１９に入り込み、これがノイズとなって観測結果に悪影響を及ぼすおそれもある。これに対し、支持部材１１６の表面の反射率を下げ、側方からの熱放射を反射させる割合を低減する方法が採られてきた。
【０００４】
一方、この種の赤外線撮像装置として、例えば、光軸に沿って透光部を有する主反射鏡と、光軸上に、主反射鏡と対向して配置される副反射鏡とを備え、これら主反射鏡及び副反射鏡を鏡筒の内部に収容し、この鏡筒に対して主反射鏡及び副反射鏡を所定の位置に支持する支持部材を具備した技術が公知である。この技術により、支持部材の光路中に位置する支柱部分の光照射面の幅を狭くして、光の遮断量を少なくしようとしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、他の従来技術として、例えば、支持部材自身が発する熱によるノイズを防ぐために、支持部材にパイプを通じて冷媒を流し込み、循環させると共にこの冷媒の流量を調節するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−３１３８４６号公報
【特許文献２】特開平５−６４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、図７及び図８に示した従来の技術において、支持部材１１６の幅を極力細くすることで、該支持部材１１６自身からの熱放射量を低減する手段では、支持部材１１６自体の強度不足が生じるので、必要幅以下には細くすることはできなかった。このため、支持部材１１６自身からの熱放射量の低減には限界があった。また、支持部材１１６の表面の反射率を下げる方法では、支持部材１１６自身からの熱放射が増加してしまう等の課題があった。
【０００７】
また、特許文献１に記載された技術では、可視光線を対象としており、支柱部分の光照射面の幅を狭くして光線を遮る量を少なくできても、鏡筒や支持部材からの熱放射に関しては何ら考慮されていない。
【０００８】
また、特許文献２に記載された技術では、支持部材にパイプを通じて冷媒を流し込むことで、支持部材自体を冷却することは有効な手段ではあるが、支持部材自身が大型化するおそれがある。このため、例えば携帯型の赤外線撮像装置には不向きである。
【０００９】
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、視野外からの赤外線や、装置の構成部材自体からの赤外線が検知素子に導かれるのを防止した赤外線撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、第１の反射光学系と第２の反射光学系とを連結する支持部材に、第３の反射光学系を配設したので、支持部材自体が不要な赤外光の発生源とならず、これにより撮像性能の向上が図られる。すなわち、本発明では、支持部材に第３の反射光学系を配設し、この第３の反射光学系の反射率を高く設定しているので、放射率（１−反射率）が小さくなり、支持部材表面からの熱放射は無視できる程度に小さくなる。よって、視野外の無用な箇所からの不要な赤外光が、支持部材を介して検知素子に導かれるのが防止される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第１の反射光学系と第２の反射光学系とを連結する支持部材に、第３の反射光学系を配設したことで、視野外からの不要な赤外線や、支持部材自体からの赤外線が検知素子に入射するのを防止して、撮像性能の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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を詳細に説明する。
図１は、本発明が適用される赤外線撮像装置の概要を示す図である。
同図において、この赤外線撮像装置１０は、光軸１１に沿って透光部１７が形成された凹面鏡状の１次鏡（第１の反射光学系）１２と、光軸１１上に配置され１次鏡１２と所定間隔を隔てて対向配置された凸面鏡状の２次鏡（第２の反射光学系）１３と、を備えている。１次鏡１２は、筒状の１次鏡保持金具１４によって、その内周部に形成された溝１４ａに一体的に保持されている。また、２次鏡１３は、筒状の２次鏡保持金具１５によって、その内周部に形成された溝１５ａに一体的に保持されている。
【００１３】
図２に示すように、１次鏡１２と２次鏡１３とは、３本のフレーム１６−１、１６−２、１６−３を有する支持部材１６によって所定間隔で連結されている。この支持部材１６は、光軸１１方向と略直交方向の幅が可及的に狭く形成されている。これは、目標対象物（通常の視野）からの正規光線を多量に取り込めるようにする一方、１次鏡１２と２次鏡１３がわずかな力で変位したりするのを防止するためである。なお、本実施の形態では、支持部材１６は３本のフレーム１６−１〜１６−３で構成されるとして説明したが、これに限らず、フレーム数は正規光線の取込量や機械的強度等を考慮して適宜選択することができる。
【００１４】
また、１次鏡１２に対し、２次鏡１３と反対側の光軸１１上には、透光部１７を通過した赤外線を検知する検知器１８が設けられている。この検知器１８には、例えばマトリクス状に多数の検知素子１９が設置されている。この検知素子１９の設置面２９は、検知精度を高めるため、例えば−２００℃に冷却されている。また、１次鏡１２の凹面１２ａと２次鏡１３の凸面１３ａとは、極めて高精度な鏡面に研磨されている。
【００１５】
なお、１次鏡１２と２次鏡１３、及び支持部材１６の材質は、特に限定されるものではないが、本実施の形態では熱膨張量等を均一に統一する等の理由から、例えばアルミニウム材が用いられている。
【００１６】
以上において、図１に示すように、目標対象物（通常の視野）からの正規な赤外線は、検知素子１９に検出されて、不図示の制御部にて、この検出信号を解読することで目標対象の位置や大きさ等を把握することができる。
【００１７】
すなわち、目標対象物からの正規な赤外線２０は、１次鏡１２の凹面１２ａで反射した後、２次鏡１３の凸面１３ａに入射して、ここで反射して検知器１８の略中心の検知素子１９に到達する。また、他の目標対象物からの正規な赤外線２１は、１次鏡１２の凹面１２ａで反射した後、２次鏡１３の凸面１３ａに入射して、ここで反射して検知器１８の中心から少し離れた周囲の検知素子１９に到達する。この中心から少し離れた周囲の検知素子１９も、冷却された範囲内に配置されている。このように、中心光軸１１に対し所定角度で入射した赤外線は、１次鏡１２及び２次鏡１３で反射して検知器１８の検知可能な範囲に到達するようになっている。従って、中心光軸１１に対し、所定角度外れた位置(視野外)から入射した赤外線は、検知器１８の検知可能な範囲を外れた位置に到達する。
【００１８】
図３は、本実施の形態の赤外線撮像装置の概要を示す図である。
本実施の形態では、１次鏡１２と２次鏡１３とを連結する支持部材１６に、光を反射する反射板(第３の反射光学系)２２を設けたものである。そして、この反射板２２の取付角度を次のような値に設定する。すなわち、検知器１８から出射された光が、２次鏡１３の凸面１３ａで反射し、ここで反射した光が１次鏡１２の凹面１２ａに入射し、この凹面１２ａで反射して、反射板２２に入射する。更に、この反射板２２に入射した光が、再び同一の経路をたどり、検知器１８に戻るような角度に反射板２２を設定する。
【００１９】
このように反射板２２を設置する理由は、例えば支持部材１６から放出される熱量は、反射熱と放射熱からなり、反射率＋放射率＝１００％の関係を有している。このため、例えば支持部材１６に取付けた反射板２２の反射率を９９．６％に鏡面加工したとすると、放射率は０．４％となり、この０．４％の放射熱が反射板２２から放射されて検知器１８に検知される。このように、反射板２２の反射率を可及的に大きくすればするほど、反射板２２から放出される熱量は小さくなる。これにより、反射板２２から放射される熱の影響を少なくすることができる。よって、支持部材１６の反射率を上げれば上げるほど、支持部材１６から検知器１８に向けて放出される熱量を抑制することができる。
【００２０】
本実施の形態によれば、１次鏡１２と２次鏡１３とを連結する支持部材１６に、反射板２２を配設したことで、この反射板２２による反射率が高いので、視野外からの不要な赤外線や、支持部材１６自体からの赤外線が検知素子１９に入射するのを防止することができる。
【００２１】
図４は、検知器１８から出射した光が反射板２２で反射して、再び元の位置に戻る場合の光学系の原理についての説明図である。
同図において、無限遠に焦点を合わせ、撮像空間に、光軸に垂直に単レンズ２３と反射板２２を置いた場合、検知器１８の略中心の検知素子Ｂから所定角度で出射した３本の光２４，２４，２４は、夫々単レンズ２３を通って反射板２２で反射し、元の検知素子Ｂに到達する。また、検知器１８の周辺の検知素子Ｃから所定角度で出射した３本の光２５，２５，２５は、夫々単レンズ２３を通って反射板２２で反射し、この反射した各光２５’，２５’，２５’は、検知器１８の略中心に対して略対称位置の検知素子Ａに到達する。逆に、検知素子Ａから所定角度で出射した３本の光２５’，２５’，２５’は、夫々単レンズ２３を通って反射板２２で反射し、検知器１８の周辺の検知素子Ｃに到達する。
【００２２】
すなわち、前述した図３に取付けた反射板２２を、検知器１８の検知素子A、B、Cから逆追跡した光線が、検知素子A、B、Cが設置されている所定の範囲内に到達するように角度設定すれば良い。これにより、反射板２２からの僅かな放射熱（前記の例では、０．４％の放射熱）が反射板２２から放射されて検知器１８に検知される。このため、検知器１８では、反射板２２からの放射熱の影響をほとんど無視することができる。
【００２３】
図５は、本実施の形態の赤外線撮像装置の概要を示す図である。
すなわち、本実施の形態では、図５に示すように、支持部材１６の内側（光軸１１に対面する側）に、光の反射面３１と、該反射面３１に対し所定角度で対面する非反射面３２と、を有する階段状の多数の凹凸の溝（第３の反射光学系)３０を形成している。この凹凸の溝３０により、検知器１８の略中央の検知素子１９から所定角度で出射した光２６，２７，２８は、夫々２次鏡１３の凸面１３ａで反射し、ここで反射した光が１次鏡１２の凹面１２ａに入射し、この凹面１２ａで反射して凹凸の溝３０に至る。更に、この凹凸の溝３０に入射した光は、該凹凸の溝３０で反射して元の経路を通って検知器１８の略中央の検知素子１９に到達する。
【００２４】
図６Ａ，図６Ｂに示すように、前述した凹凸の溝３０は、反射面３１と非反射面３２とを有している。そして、この反射面３１は、検知器１８から入射した光を反射して、該検知器１８の検知素子１９の存在する所定範囲内に出射するような角度に形成されている。また、この反射面３１には高精度に鏡面加工が施されている。更に、非反射面３２は、該非反射面３２と反射面３１との対向する面の角度θが鋭角をなすように形成されている。これにより、非反射面３２には、本来の正規光線が入射しないようになっている。なお、この非反射面３２の表面処理は、多重反射不要光の可能性を除くため、略黒体面に処理するのが好ましい。
【００２５】
例えば、発明者の実験によれば、支持部材の表面処理を、黒色アルマイトとした場合は、放射率（輻射率）が５０％程度であるが、鏡面化することで、放射率（輻射率）が２０〜１０％程度に減ることが確認されている。
【００２６】
以上説明した本実施の形態によれば、１次鏡１２と２次鏡１３とを連結する支持部材１６に、光の反射面３１と該反射面３１に対し所定角度で対面する非反射面３２とを有する多数の凹凸の溝３０を形成したことで、この凹凸の溝３０による反射率が向上するので、視野外からの不要光や支持部材１６自体からの赤外線を検知素子１９に入射させないようにすることができる。
【００２７】
（付記１）
視野内からの光を入射し、光軸に沿って透光部が形成された第１の反射光学系と、該第１の反射光学系と対向して配置され、該第１の反射光学系で反射した光を入射して前記透光部に向けて出射する第２の反射光学系と、前記透光部と略同心状に配置されて該透光部を通過した光を検知する検知器と、を備えた赤外線撮像装置であって、
前記第１の反射光学系と前記第２の反射光学系とを所定間隔で連結する支持部材と、
該支持部材に配設した第３の反射光学系と、を備えている、
ことを特徴とする赤外線撮像装置。
【００２８】
（付記２）
前記第３の反射光学系は、光を反射する反射板である、
ことを特徴とする付記１に記載の赤外線撮像装置。
【００２９】
（付記３）
前記反射板を、該反射板から前記第１の反射光学系に向けて出射した光が、該第１の反射光学系で反射し、該第１の反射光学系で反射した光が前記第２の反射光学系で反射して、前記検知器の所定範囲に向けて出射可能な角度に設定した、
ことを特徴とする付記２に記載の赤外線撮像装置。
【００３０】
（付記４）
前記第３の反射光学系は、前記支持部材に形成され、光の反射面と該反射面に対し所定角度で対面する非反射面とを有する多数の凹凸の溝である、
ことを特徴とする付記１に記載の赤外線撮像装置。
【００３１】
（付記５）
前記反射面を、該反射面から前記第１の反射光学系に向けて出射した光が、該第１の反射光学系で反射し、該第１の反射光学系で反射した光が前記第２の反射光学系で反射して、前記検知器の所定範囲に向けて出射可能な角度に形成し、
前記非反射面を、前記反射面に対し鋭角をなすように対面形成した、
ことを特徴とする付記４に記載の赤外線撮像装置。
【００３２】
（付記６）
前記反射面を鏡面に加工した、
ことを特徴とする付記４又は５に記載の赤外線撮像装置。
【００３３】
（付記７）
前記非反射面を略黒体面に加工した、
ことを特徴とする付記４又は５に記載の赤外線撮像装置。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明が適用される赤外線撮像装置の概要を示す図である。
【図２】同上のX方向矢視図である。
【図３】本実施の形態における赤外線撮像装置の概要を示す図である。
【図４】光学系の原理についての説明図である。
【図５】本実施の形態における赤外線撮像装置の概要を示す図である。
【図６】Ａ，Ｂは夫々図５のD部拡大図である。
【図７】支持部材からの光が検知器に入射するときの説明図である。
【図８】視野外からの光が検知器に入射するときの説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０    赤外線撮像装置
１１    光軸
１２    １次鏡（第１の反射光学系）
１２ａ  凹面
１３    ２次鏡（第２の反射光学系）
１３ａ  凸面
１６    支持部材
１７    透光部
１８    検知器
１９    検知素子
２０    正規な赤外線
２１    正規な赤外線
２２    反射板（第３の反射光学系）
３０    凹凸の溝（第３の反射光学系）
３１    反射面
３２    非反射面
【図１】
2007064697.tif 000003
【図２】
2007064697.tif 000004
【図３】
2007064697.tif 000005
【図４】
2007064697.tif 000006
【図５】
2007064697.tif 000007
【図６】
2007064697.tif 000008
【図７】
2007064697.tif 000009
【図８】
2007064697.tif 000010