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赤外線撮像装置

国内特許コード P05A008035
整理番号 1783
掲載日 2005年12月2日
出願番号 特願平08-279579
公開番号 特開平10-126691
登録番号 特許第3050817号
出願日 平成8年10月22日(1996.10.22)
公開日 平成10年5月15日(1998.5.15)
登録日 平成12年3月31日(2000.3.31)
発明者
  • 沖本 利實
  • 奥田 高久
  • 黒川 孝
  • 内山 裕之
出願人
  • 防衛装備庁長官
  • 三菱電機株式会社
発明の名称 赤外線撮像装置
発明の概要 【課題】 操縦者に対して、夜間、及び悪視程時等における航法用の赤外線画像を供給する、使い勝手の良い、小型・軽量、安価、高信頼性、及び搭載母機との空力的な適合性に優れた、赤外線撮像装置を得る。
【解決手段】 ホログラフィックヘッドアップディスプレイ1の視野に適合する第1の視野を有する第1の光学系6aで集光された外界の赤外光を、第1の赤外線検出器3a上に結像させ、第1の赤外線検出器3aの赤外線信号を第1の画像信号処理器4aで画像信号に変換し、ヘッドアップディスプレイ1及び出力画像選択器9に出力する。同時に、第1の視野の約3倍の第2の視野を有する第2の光学系6bで集光した外界の赤外光を、第2の赤外線検出器3b上に結像させ、第2の赤外線検出器3bの赤外線信号を第2の画像信号処理器4bで画像信号に変換し、出力画像選択器9に出力する。
従来技術、競合技術の概要


図10は、従来の赤外線撮像装置を有人運行装置の表示器と連接して使用する場合の一例を示す構成図であって、1は外界に赤外線画像を重畳して表示することが可能な半透過型のディスプレイの一例としてのホログラフィックヘッドアップディスプレイ、2a、及び2bは外界の赤外線画像を表示することが可能な非透過型のディスプレイの一例としての液晶ディスプレイ、3aは第1の赤外線検出器、3cは第3の赤外線検出器、4aは第1の赤外線検出器3aの出力信号を画像信号に変換しホログラフィックヘッドアップディスプレイ1及び液晶ディスプレイ2に出力する第1の画像信号処理器、4cは第3の赤外線検出器3cの信号を画像信号に変換し液晶ディスプレイ2へ出力する第3の画像信号処理器、5aは第1の赤外線窓、5cは第3の赤外線窓、6aは第1の赤外線窓5aを通し第1の赤外線検出器3aの受光面上で外界の赤外線画像が結像するように配設した、ホログラフィックヘッドアップディスプレイ1の表示視野角に適合する視野角(以下「第1の視野」と言う。)を有する第1の光学系、6cは第3の赤外線窓5cを通し第3の赤外線検出器3cの受光面上で外界の赤外線画像が結像するように配設した、第1の視野の約1/3倍以下の狭い視野角(以下「第3の視野」と言う。)を有する第3の光学系、7aは第3の光学系6cの視軸方向を駆動する第1の視軸駆動機構、7bは第1の光学系6aの視軸方向を駆動する第2の視軸駆動機構、8aは第1の視軸駆動機構7aへの駆動角を指令する第1の視軸駆動指令、8bは第2の視軸駆動機構7bへの駆動角を指令する第2の視軸駆動指令、9は各画像信号処理器4から出力され画像信号の中から液晶ディスプレイ2へ出力する画像を選択する出力画像選択器、10は出力画像選択器9へ出力画像を指示する出力画像選択指令、11は上記ディスプレイ1~2を搭載する航空機、12は上記赤外線検出器3~出力画像選択器9により構成される赤外線撮像装置であり、赤外線撮像装置12は航空機11に機械的に固定されている。
図11は、赤外線撮像装置を航空機に搭載した場合を例に、各器材の搭載位置、及び座標軸を示す図であり、11は航空機、12は赤外線撮像装置、13は航空機基準座標の原点、14は赤外線窓5の設置位置、15はホログラフィックヘッドアップディスプレイ1の設置位置であり、航空機11の操縦室内に設置されている。また、16は航空機の基準座標軸(XV ,YV ,ZV )、17は赤外線撮像装置12から航空機11の表示器へ出力される赤外線画像信号の中心点の指向方向を示す基準座標軸(XS ,YS ,ZS )、18はホログラフィックヘッドアップディスプレイ1に表示される赤外線画像の画像中心方向を示す座標軸(XD ,YD ,ZD )、19は座標軸のロール方向、20は座標軸のピッチ方向、21は座標軸のヨー方向である。
以下、図10、及び図11を用いて、従来の技術による赤外線撮像装置の動作について説明する。従来の赤外線撮像装置においては、第1の赤外線窓5aを通して得られる赤外線を、第1の視野を有する第1の光学系6aによって、第1の赤外線検出器3a上に結像させ、結像させた赤外線は第1の赤外線検出器3aにより光電変換され画像信号として第1の画像信号処理器4aに出力させ、画像信号処理器4aでは受信した画像信号を航空機の表示器に出力可能な画像信号に変換して、航空機11に搭載されているホログラフィックヘッドアップディスプレイ1及び液晶ディスプレイ2向けの出力画像を選択する出力画像選択器9へ出力させ、操縦者又は航空機からの出力画像選択指令10により出力画像選択器9では航空機11に搭載の液晶ディスプレイ2に画像を選択して出力させていた。また、操縦者による、ホログラフィックヘッドアップディスプレイ1を通しての外界の観測に当たっては、一般的に、航空機11の下方(Zv方向)の視界が重視されるため、航空機11の基準座標軸16に対しホログラフィックヘッドアップディスプレイ1に表示される赤外線画像の画像中心方向を示す座標軸18は、XD 軸が下方を向いており、ホログラフィックヘッドアップディスプレイ1用に赤外線撮像装置から出力される画像信号の中心点の指向する方向の示す基準座標軸17は、ホログラフィックヘッドアップディスプレイ1に表示される赤外線画像の画像中心方向を示す座標軸18と整合させるために、これまた、航空機の基準座標軸16に対しXs軸が下方に向いている。ところで、ここで操縦者に供給される第1の視野の赤外線画像は、基本的に、夜間、及び悪視程時等に操縦者が前方方向の障害物を目視確認しながら有人運行装置を操縦するために使用されるものであり、極力広い角度範囲が表示されることが望ましいが、現在、ホログラフィックヘッドアップディスプレイ1の表示可能な視野角は、操縦席における搭載スペース、及び光学系の設計上の制約等から、水平方向(YD 軸方向)視野角が約20度~30度、また、垂直方向(ZD 方向)視野角は水平方向視野角と同等~その3/4程度に制限されている。そのため、従来の技術による赤外線撮像装置においては、航空機等を旋回するにあたり旋回方向(YV 方向)の障害物を事前に確認する必要が生じた場合、操縦者又は航空機からの第2の視軸駆動指令8bに基づき、第1の光学系6aの指向方向を、第2の視軸駆動機構7bにより駆動させ、操縦者が観測する外界とは異なる方向の第1の視野の赤外線画像をホログラフィックヘッドアップディスプレイ1上に表示させていた。
また、従来の技術による赤外線撮像装置においては、上記第1の視野の赤外線画像を操縦者に供給するのと同時に、第3の赤外線窓5cを通して得られる外界の赤外線を、第3の視野を有する第3の光学系6cによって、第3の赤外線検出器3c上に結像させ、結像させた赤外線は第3の赤外線検出器3cにより光電変換され画像信号として第3の画像信号処理器4cに出力させ、画像信号処理器4cでは受信した画像信号を航空機の表示器に出力可能な画像信号に変換して、液晶ディスプレイ向けの出力画像を選択する出力画像選択器9へ出力させ、操縦者又は航空機からの出力画像選択指令10により出力画像選択器9では航空機搭載の液晶ディスプレイ2に画像を選択して出力させていた。また、ここで操縦者に供給される第3の視野の赤外線画像は、基本的に、夜間、及び悪視程時等に操縦者が、航法参照点となる地形又は構造物等を目視確認するためのものであるため、操縦者又は航空機からの第1の視軸駆動指令8aに基づき、第3の光学系6cの指向方向を、第1の視軸駆動機構7aにより駆動させ、指定された方向の第3の視野の赤外線画像を液晶ディスプレイ2上に表示させていた。
なお、第3の視野角としては、その運用目的より、第1の視野よりも狭い視野角が要求されるが、極端に狭い視野角を用いることは、広い領域を捜索する場合に時間がかかりすぎる、光学系が大きくなりすぎる、及び指向方向が操縦者に把握できなくなる等の問題があり、実用性を考慮した場合には、第1の視野の約1/3倍~約1/10倍の視野角が選定されている。
加えて、図10においては、第1の光学系6aの視軸を駆動させるための第2の視軸駆動機構7b、及び第3の光学系6cを保有する装置を従来の赤外線撮像装置の一例として示したが、第2の視軸駆動機構7bは保有せずに第1の光学系6aの視軸方向をホログラフィックヘッドアップディスプレイ1に表示される赤外線画像の画像中心を示す座標軸18に固定としている赤外線撮像装置、及び第3の光学系6cによる第3の視野を保有しない従来の赤外線撮像装置も存在している。

産業上の利用分野


この発明は、ディスプレイを通して操縦者による外界の目視確認が可能で、かつ、外界の赤外線画像をディスプレイに反射させ平行光として操縦者へ供給することが可能な半透過型の第1のディスプレイと、外界の赤外線画像を表示することが可能な非透過型の単数又は複数の第2のディスプレイとを装備した航空機、艦船、車両、列車、シャトル等の有人運行装置に搭載して夜間、及び悪視程時等の航法支援用として、操縦者へ外界の赤外線画像を供給する赤外線撮像装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
ディスプレイを通して操縦者による外界の目視確認が可能で、かつ、外界の赤外線画像をディスプレイに反射させ平行光として操縦者へ供給することが可能な約20度~30度の水平方向視野角と水平方向視野角の約3/4~1倍の垂直方向視野角とを有する半透過型の第1のディスプレイと、外界の赤外線画像を表示することが可能な非透過型の単数又は複数個の第2のディスプレイとを装備した航空機、艦船、車両、列車、シャトル等の有人運行装置に搭載して夜間、及び悪視程時等の航法支援用として使用される赤外線撮像装置において、第1の赤外線検出器と、前記第1の赤外線検出器の出力信号を画像信号に変換し前記第1のディスプレイ及び前記第2のディスプレイの両ディスプレイ、又は、いずれか一方のディスプレイに赤外線画像を出力する第1の画像信号処理器と、第1の赤外線窓と、前記第1の赤外線窓を通し前記第1の赤外線検出器の受光面上で操縦者が前記第1のディスプレイを通して観測する方向の外界の赤外線画像が結像するように配設した前記第1のディスプレイの表示視野角に適合する視野角を有する第1の光学系と、第2の赤外線検出器と、前記第2の赤外線検出器の出力信号を画像信号に変換し前記第2のディスプレイに赤外線画像を出力する第2の画像信号処理器と、前記有人運行装置の移動方向前方を前記第2の赤外線検出器により観測できるように設置した第2の赤外線窓と、前記第2の赤外線窓を通し前記第2の赤外線検出器の受光面上で赤外線画像が結像するように配設した前記第1の光学系の視野角の約3倍以上の視野角を有する第2の光学系とより構成したことを特徴とする赤外線撮像装置。

【請求項2】
ディスプレイを通して操縦者による外界の目視確認が可能で、かつ、外界の赤外線画像をディスプレイに反射させ平行光として操縦者へ供給することが可能な約20度~30度の水平方向視野角と水平方向視野角の約3/4~1倍の垂直方向視野角とを有する半透過型の第1のディスプレイと、外界の赤外線画像を表示することが可能な非透過型の単数又は複数個の第2のディスプレイとを装備した航空機、艦船、車両、列車、シャトル等の有人運行装置に搭載して夜間、及び悪視程時等の航法支援用として使用される赤外線撮像装置において、第1の赤外線検出器と、前記第1の赤外線検出器の出力信号を画像信号に変換し前記第1のディスプレイ及び前記第2のディスプレイの両ディスプレイ、又は、いずれか一方のディスプレイに赤外線画像を出力する第1の画像信号処理器と、第1の赤外線窓と、前記第1の赤外線窓を通し前記第1の赤外線検出器の受光面上で操縦者が前記第1のディスプレイを通して観測する方向の外界の赤外線画像が結像するように配設した前記第1のディスプレイの表示視野角に適合する視野角を有する第1の光学系と、第2の赤外線検出器と、前記第2の赤外線検出器の出力信号を画像信号に変換し前記第2のディスプレイに赤外線画像を出力する第2の画像信号処理器と、前記有人運行装置の移動方向前方を前記第2の赤外線検出器により観測できるように設置した第2の赤外線窓と、前記第2の赤外線窓を通し前記第2の赤外線検出器の受光面上で赤外線画像が結像するように配設した前記第1の光学系の視野角の約3倍以上の視野角を有する第2の光学系と、第3の赤外線検出器と、前記第3の赤外線検出器の出力信号を画像信号に変換し前記第2のディスプレイへ赤外線画像を出力する第3の画像信号処理器と、第3の赤外線窓と、前記第3の赤外線窓を通し前記第3の赤外線検出器の受光面上で赤外線画像が結像するように配設した前記第1の光学系の視野角の約1/3倍以下の視野角を有する第3の光学系と、前記第3の光学系の指向方向を駆動する第1の視軸駆動機構とより構成したことを特徴とする赤外線撮像装置。

【請求項3】
ディスプレイを通して操縦者による外界の目視確認が可能で、かつ、外界の赤外線画像をディスプレイに反射させ平行光として操縦者へ供給することが可能な約20度~30度の水平方向視野角と水平方向視野角の約3/4~1倍の垂直方向視野角とを有する半透過型の第1のディスプレイと、外界の赤外線画像を表示することが可能な非透過型の単数又は複数個の第2のディスプレイとを装備した航空機、艦船、車両、列車、シャトル等の有人運行装置に搭載して夜間、及び悪視程時等の航法支援用として使用される赤外線撮像装置において、第1の赤外線検出器と、前記第1の赤外線検出器の出力信号を画像信号に変換し前記第1のディスプレイ及び前記第2のディスプレイの両ディスプレイ、又は、いずれか一方のディスプレイに赤外線画像を出力する第1の画像信号処理器と、第1の赤外線窓と、前記第1の赤外線窓を通し前記第1の赤外線検出器の受光面上で操縦者が前記第1のディスプレイを通して観測する方向の外界の赤外線画像が結像するように配設した前記第1のディスプレイの表示視野角に適合する視野角を有する第1の光学系と、第2の赤外線検出器と、前記第2の赤外線検出器の出力信号を画像信号に変換し前記第2のディスプレイに赤外線画像を出力する第2の画像信号処理器と、前記有人運行装置の移動方向前方を前記第2の赤外線検出器により観測できるように設置した第2の赤外線窓と、前記第2の赤外線窓を通し前記第2の赤外線検出器の受光面上で赤外線画像が結像するように配設した前記第1の光学系の視野角の約3倍以上の視野角を有する第2の光学系と、第3の赤外線窓と、前記第3の赤外線窓を通し前記第2の赤外線検出器の受光面上で赤外線画像が結像するように配設した前記第1の光学系の視野角の約1/3倍以下の視野角を有する第3の光学系と、前記第3の光学系の指向方向を駆動する第1の視軸駆動機構と、前記第2の光学系と前記第3の光学系とのいずれかを選択する視野切換機構とより構成したことを特徴とする赤外線撮像装置。

【請求項4】
前記第2の赤外線窓、及び前記第3の赤外線窓を、それぞれ、前記有人運行装置の機体軸と一体をなす構造物上に固定設置したことを特徴とする請求項2又は3に記載の赤外線撮像装置。

【請求項5】
前記第2の赤外線窓を、前記有人運行装置の機体軸と一体をなす構造物上に固定設置するとともに、第1の軸回りに前記第3の光学系の指向方向を旋回させる第1の視軸旋回機構と、前記第1の視軸旋回機構内に設けた、前記第1の軸と直交あるいは所定の角度をなす第2の軸回りに前記第3の光学系の指向方向を旋回させる第2の視軸旋回機構とにより前記第1の視軸駆動機構を構成し、前記第3の赤外線窓を前記第1の視軸旋回機構上に設置したことを特徴とする請求項2又は3に記載の赤外線撮像装置。

【請求項6】
前記第2の赤外線窓を、前記有人運行装置の機体軸と一体をなす構造物上に固定設置するとともに、第1の軸回りに前記第3の光学系の指向方向を旋回させる第1の視軸旋回機構と、前記第1の視軸旋回機構内に設けた、前記第1の軸と直交あるいは所定の角度をなす第2の軸回りに前記第3の光学系の指向方向を旋回させる第2の視軸旋回機構とにより前記第1の視軸駆動機構を構成し、前記第3の赤外線窓を前記第2の視軸旋回機構上に設置したことを特徴とする請求項2又は3に記載の赤外線撮像装置。

【請求項7】
第1の軸回りに前記第3の光学系の指向方向を旋回させる第1の視軸旋回機構と、前記第1の視軸旋回機構内に設けた、前記第1の軸と直交あるいは所定の角度をなす第2の軸回りに前記第3の光学系の指向方向を旋回させる第2の視軸旋回機構とにより前記第1の視軸駆動機構を構成し、前記第2の赤外線窓、及び前記第3の赤外線窓を前記第1の視軸旋回機構上に設置したことを特徴とする請求項2又は3に記載の赤外線撮像装置。

【請求項8】
第1の軸回りに前記第3の光学系の指向方向を旋回させる第1の視軸旋回機構と、前記第1の視軸旋回機構内に設けた、前記第1の軸と直交あるいは所定の角度をなす第2の軸回りに前記第3の光学系の指向方向を旋回させる第2の視軸旋回機構とにより前記第1の視軸駆動機構を構成し、前記第2の赤外線窓を前記第1の視軸旋回機構上に設置し、前記第3の赤外線窓を前記第2の視軸旋回機構上に設置したことを特徴とする請求項2又は3に記載の赤外線撮像装置。

【請求項9】
第1の軸回りに前記第3の光学系の指向方向を旋回させる第1の視軸旋回機構と、前記第1の視軸旋回機構内に設けた、前記第1の軸と直交あるいは所定の角度をなす第2の軸回りに前記第3の光学系の指向方向を旋回させる第2の視軸旋回機構とにより前記第1の視軸駆動機構を構成し、前記第2の赤外線窓、及び前記第3の赤外線窓を前記第2の視軸旋回機構上に設置したことを特徴とする請求項2又は3に記載の赤外線撮像装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP1996279579thum.jpg
出願権利状態 登録
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