説明

熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュール

【課題】熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュールを提供すること。
【解決手段】レンズモジュールは、被写体と相対して被写体からの光を受光して像を捕捉するが、可視光線と遠赤外線を一軸に透過させて一つに統合するようにした対物レンズと、光軸方向に対物レンズの後側に位置して、対物レンズを透過する光から遠赤外線は反射し、且つ、可視光線は透過するようにした光束分離器と、光束分離器から反射される遠赤外線の光軸方向に位置して、光学像を熱画像信号に変換して出力する遠赤外線検出器により光束分離器を透過する遠赤外線を受光して結像するようにした遠赤外線結像レンズと、光束分離器を透過する可視光線の光軸方向に位置することにより光束分離器の後側に位置して、光学像を実画像信号に変換して出力するCCDセンサーにより光束分離器から透過される可視光線を受光して結像するようにした可視光線結像レンズと、を備えてなる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュールに係り、さらに詳しくは、可視光線と遠赤外線帯域を同時に撮影可能な熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
現在、熱画像カメラは、医療用として体熱診断機に適用されており、商業用としては自動車における夜間監視センサーとして活用され、これらの他にも、山火事監視用、消防防止用、産業用及び研究開発用としてその活用度が次第に拡大されつつある一方である。
【0003】
特に、監視用カメラとしてのCCDカメラ(Charge-Coupled Device Camera)は、夜間に画像が獲得できないという欠点があるため、これを補完可能な熱画像カメラの需要が急増している。
【0004】
熱画像カメラは、遠赤外線レンズを用いて夜間に光がまったくない状態でも画像を獲得するが、遠赤外線レンズから入力される光学像を遠赤外線検出器(センサー)が光電変換してコンピュータ手段(PCやノート型パソコンなど)が読取可能なデジタル熱画像信号を生成することにより熱画像を獲得する。
【0005】
このように熱画像カメラは遠赤外線レンズを用いて夜間に光がまったくない状態でも画像が獲得可能であるというメリットがあるが、物体から発せられる輻射エネルギー差を感知して画像を獲得するため黒白画像が得られる。
【0006】
このため、対象物体に対してCCDカメラに匹敵する程度の鮮やかな画像を獲得することができず、かなり多くの用途においては熱画像とCCD画像を同時に得ると熱画像映像の活用度を遥かに高めることが可能になると予想される。
【0007】
参考までに、CCDカメラは可視光線レンズを用いて被写体の像を捕捉し、可視光線レンズから入力される光学像をCCDセンサーが光電変換してコンピュータ手段が読取可能なデジタルCCD画像信号(以下、「実画像信号」と称する。)を生成することにより画像を獲得する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱画像カメラが可視光線と遠赤外線帯域を同時に撮影して鮮やかな画像を獲得することを可能にした熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュールを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記目的を達成するために、本発明は、被写体と相対して被写体からの光を受光して像を捕捉するが、可視光線と遠赤外線を一軸に透過させて一つに統合するようにした対物レンズと、光軸方向に前記対物レンズの後側に位置して、対物レンズを透過する光から遠赤外線は反射し、且つ、可視光線は透過するようにした光束分離器と、前記光束分離器から反射される遠赤外線の光軸方向に位置して、光学像を熱画像信号に変換して出力する遠赤外線検出器により光束分離器を透過する遠赤外線を受光して結像するようにした遠赤外線結像レンズと、前記光束分離器を透過する可視光線の光軸方向に位置することにより光束分離器の後側に位置して、光学像を実画像信号に変換して出力するCCDセンサーにより光束分離器から透過される可視光線を受光して結像するようにした可視光線結像レンズと、を備えてなる。
【0010】
前記対物レンズは、可視光線と遠赤外線を両方とも透過可能なセレン化亜鉛(ZnSe)または硫化亜鉛(ZnS)のどちらか一方の材質からなることが好ましい。
【0011】
また、前記光束分離器は前面に遠赤外線反射コーティングを施し、可視光線が透過可能な光学ガラス(BK7)材質からなることが好ましい。
【0012】
さらに、前記遠赤外線結像レンズのF数は1.6以下であることが好ましい。
【0013】
さらに、前記可視光線結像レンズのF数は4以下であることが好ましい。
【0014】
さらに、前記遠赤外線検出器は非冷却型遠赤外線検出器であることが好ましい。
【発明の効果】
【0015】
前記解決手段により、可視光線と遠赤外線帯域を同時に撮影して鮮やかな画像を獲得可能な熱画像カメラが提供される。
【0016】
可視光線レンズと遠赤外線レンズはその波長による透過特性が異なるため別途に構成することを余儀なくされるが、この場合には2つの別々の光学系、すなわち、可視光線光学系と遠赤外線光学系がそれぞれ要されて小型化が困難であるだけではなく、同じ物体を同じ視野角をもって撮影することが困難であるが、本発明は同じ光軸上に同じ物体に対して同じ視野角をもって同時撮影が可能であることから、可視光線と遠赤外線帯域を同時に撮影して同じ標的に対して鮮やかな可視光線画像(実画像)と熱画像を獲得することができる結果、標的に対する映像分析時にその活用度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の実施形態における熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュールを取り付けた熱画像カメラがコンピュータ手段に接続されている様子を示す図である。
【図2】本発明の実施形態における熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュールを示す図である。
【図3】本発明の実施形態における一軸型レンズモジュールにおける遠赤外線光学系を示す図である。
【図4】本発明の実施形態における一軸型レンズモジュールにおける可視光線光学系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態を詳述する。
【0019】
図1は、本発明の実施形態における熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュールを取り付けた熱画像カメラがコンピュータ手段に接続されている様子を示す図であり、図2は、本発明の実施形態における熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュールを示す図である。
【0020】
図3は、本発明の実施形態における一軸型レンズモジュールにおける遠赤外線光学系を示す図であり、図4は、本発明の実施形態における一軸型レンズモジュールにおける可視光線光学系を示す図である。
【0021】
図1から図4に示すように、本発明の実施形態における熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュールは、カメラの外形をなして外部から保護するケース1に組み込まれ、対物レンズ10を備える。
【0022】
対物レンズ10は被写体と相対するようにケース1の前面に露設されて被写体からの光を受光して像を捕捉するが、可視光線と遠赤外線を一軸に透過させて一つに統合する。
【0023】
すなわち、対物レンズ10は可視光線と遠赤外線を同時に透過可能な材質、例えば、セレン化亜鉛(ZnSe)の材質からなり、可視光線と遠赤外線の光軸を一つに統合することにより、同じ光軸の上に同じ物体、すなわち、被写体に対して同じ視野角をもって同時撮影を可能にする。
【0024】
この種の対物レンズ10は透過波長帯域が0.4〜14.0μmであるものを使用することが好ましく、このとき、7.5〜14.0μmは遠赤外線帯域となり、0.4〜0.7μmは可視光線帯域となる。
【0025】
また、対物レンズ10はセレン化亜鉛の代わりに硫化亜鉛(ZnS)の材質からなり、可視光線と遠赤外線を一軸に透過させて一つに統合することができる。
【0026】
光軸方向における対物レンズ10の後側には光束分離器20が位置する。
【0027】
光束分離器20は対物レンズ10を透過する光から可視光線は透過し、且つ、遠赤外線は反射する。
【0028】
光束分離器20は光学ガラス(BK7)の材質からなり、対物レンズ10を透過する光から可視光線は透過し、且つ、遠赤外線は反射する。
【0029】
かような光束分離器20から反射される遠赤外線の光軸方向には遠赤外線結像レンズ30が位置する。
【0030】
遠赤外線結像レンズ30は光束分離器20から反射される遠赤外線を受光して遠赤外線検出器40に結像する。
【0031】
遠赤外線検出器(センサー)40は、周知の如く、遠赤外線結像レンズ30から入力される対物レンズ10が捕捉した光学像を光電変換してコンピュータ手段(PCやノート型パソコンなど)50が読取可能な熱画像信号を生成することにより熱画像を獲得できるようにする。
【0032】
遠赤外線検出器40には冷却型のものと非冷却型のものがある。冷却型は検出器を77Kの低温に冷却するための別途の冷却装置を必要とするが、非冷却型は常温下で使用可能であるため別途の冷却装置を要さないことから小型軽量化を図り易く、本発明においては非冷却型のものを使用するのがよい。
【0033】
非冷却型の遠赤外線検出器40は光学系のF数が1.6以下であり、好ましくは、1.0〜1.6であるためその使用が極めて制限的であり、且つ、波長帯域は遠赤外線においてしか使用できないといった特性があるが、本発明は上記の特性をいずれも満足しているため使用上の問題はない。
【0034】
かような遠赤外線光系統図の例として、FOV(FIELD OF VIEW)は、X軸が24°であり、且つ、Y軸が18°であることが好ましく、等価焦点距離(EFL:Equivalent Focal Length)は17.69mmであることが好ましく、F数は1.2以下であることが好ましい。このとき、ピクセルフォーマットは320×240ピクセルからなり、ピクセルサイズは25×25μmとなる。
【0035】
一方、光束分離器20の後側には可視光線結像レンズ60が位置する。
【0036】
可視光線結像レンズ60は光束分離器20を透過する可視光線の光軸方向に位置することにより光束分離器20の後側に位置する。
【0037】
このように位置する可視光線結像レンズ60は光束分離器20を透過する可視光線を受光してCCDセンサー70に結像する。
【0038】
CCDセンサー70は、周知の如く、可視光線結像レンズ60から入力される対物レンズ10が捕捉した光学像を光電変換してコンピュータ手段50が読取可能な実画像信号を生成することにより画像を獲得できるようにする。
【0039】
このような可視光線光系統図の例として、FOV(FIELD OF VIEW)はX軸が24°であり、Y軸が18°であることが好ましく、EFL(Equivalent Focal Length)は11.14mmであることが好ましく、F数は4.0以下、好ましくは、1.0〜4.0であることが好ましい。このとき、ピクセルフォーマットは640×480ピクセルからなり、ピクセルサイズは7.4×7.4μmとなる。
【0040】
また、光束分離器20から反射される遠赤外線の光軸方向に遠赤外線を任意方向に反射可能なもの、例えば、鏡などの反射板80を配置して遠赤外線結像レンズ30と遠赤外線検出器40の位置を変えることにより体積を低減することができる。
【0041】
このように、可視光線と遠赤外線を同時に透過する材質を有する対物レンズ10を用いて可視光線と遠赤外線の光軸を一つに統合し、対物レンズ10の後側に光束分離器20を設けて可視光線は透過し、且つ、遠赤外線は反射して各光線の焦点に遠赤外線検出器40とCCDセンサー70を設けることにより、同じ光軸上に同じ物体に対して同じ視野角をもって同時撮影が可能になる結果、同じ標的に対して実画像と熱画像を同時に獲得することが可能になる。
【0042】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【0043】
本発明によれば、可視光線と遠赤外線帯域を同時に撮影して鮮やかな熱画像を獲得可能な熱画像カメラが提供される。
【符号の説明】
【0044】
1 ケース
10 対物レンズ
20 光束分離器
30 遠赤外線結像レンズ
40 遠赤外線検出器
50 コンピュータ手段
60 可視光線結像レンズ
70 CCDセンサー


【特許請求の範囲】
【請求項1】
被写体と相対して被写体からの光を受光して像を捕捉するが、可視光線と遠赤外線を一軸に透過させて一つに統合するようにした対物レンズ(10)と、
光軸方向に前記対物レンズ(10)の後側に位置して、対物レンズ(10)を透過する光から遠赤外線は反射し、且つ、可視光線は透過するようにした光束分離器(20)と、
前記光束分離器(20)から反射される遠赤外線の光軸方向に位置して、光学像を熱画像信号に変換して出力する遠赤外線検出器(40)により光束分離器(20)を透過する遠赤外線を受光して結像するようにした遠赤外線結像レンズ(30)と、
前記光束分離器(20)を透過する可視光線の光軸方向に位置することにより、光束分離器(20)の後側に位置して、光学像を実画像信号に変換して出力するCCDセンサー(70)により光束分離器(20)から透過される可視光線を受光して結像するようにした可視光線結像レンズ(60)と、
を備えてなり、
同じ視野角をもって同時撮影が可能になるようにしたことを特徴とする熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュール。
【請求項2】
前記対物レンズ(10)はセレン化亜鉛(ZnSe)または硫化亜鉛(ZnS)のうちどちらか一方の材質からなることを特徴とする請求項1に記載の熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュール。
【請求項3】
前記光束分離器(20)は光学ガラス(BK7)材質からなることを特徴とする請求項1または2に記載の熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュール。
【請求項4】
前記遠赤外線結像レンズ(30)のF数は1.6以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュール。
【請求項5】
前記可視光線結像レンズ(60)のF数は4以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュール。
【請求項6】
前記遠赤外線検出器(40)は非冷却型遠赤外線検出器であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱画像カメラ用の一軸型レンズモジュール。



【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2011−80976(P2011−80976A)
【公開日】平成23年4月21日(2011.4.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−116308(P2010−116308)
【出願日】平成22年5月20日(2010.5.20)
【出願人】(510140308)トピンス株式会社 (1)
【Fターム(参考)】