JPH0248884B2 - - Google Patents
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- JPH0248884B2 JPH0248884B2 JP56503378A JP50337881A JPH0248884B2 JP H0248884 B2 JPH0248884 B2 JP H0248884B2 JP 56503378 A JP56503378 A JP 56503378A JP 50337881 A JP50337881 A JP 50337881A JP H0248884 B2 JPH0248884 B2 JP H0248884B2
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Description
請求の範囲
1 2次元の物体視野を走査する撮像装置に使用
される光学的機械式走査機構であつて、
A 物体視野から発して第1の光路28にそつて
進む放射エネルギを受け入れると共に前記放射
エネルギを前記第1の光路28とは別の第2の
光路20にそつて反射させるよう配置された垂
直走査平面反射鏡装置21、
B 前記第1の光路28に概ね直交する第1の軸
線24の回りに前記垂直走査平面反射鏡装置2
1の角度位置を変える垂直走査用駆動装置4
5、
C 前記垂直走査反射鏡装置45から反射させら
れて前記第2の光路20にそつて進む前記放射
エネルギを受け入れると共に、前記放射エネル
ギを前記第2の光路20とは別の第3の光路3
8にそつて前記垂直走査反射鏡装置の上に反射
するように配置された水平走査平面反射鏡装置
22であつて、前記垂直走査反射鏡21はそれ
によつて前記放射エネルギを前記第1の光路2
8とは異なつた、像視野に達する第4の光路3
9にそつて反射させ、
D 前記第2と第3の光路とに概ね直交する第2
の軸線25の回りに前記水平走査平面反射鏡装
置の角度位置を変える水平走査用駆動装置46
であつて、前記第1、第2及び第3の光路は遮
ぎられることがなく、
E 前記第4の光路39中に配置された、放射エ
ネルギを検知するための放射エネルギ検知装置
30、及び
F 前記物体視野の要素区域を前記放射エネルギ
検知装置の上に結像させる光学的合焦装置3
5,36,37
から成ることを特徴とする光学的機械式走査機
構。Claim 1: An optical-mechanical scanning mechanism for use in an imaging device that scans a two-dimensional object field, comprising: A. receiving radiant energy originating from the object field and proceeding along a first optical path 28; a vertical scanning plane reflector arrangement 21 arranged to reflect energy along a second optical path 20 separate from said first optical path 28; B a first axis 24 generally perpendicular to said first optical path 28; around the vertical scanning plane reflector device 2
Vertical scanning drive device 4 that changes the angular position of 1
5. C receiving the radiant energy reflected from the vertical scanning reflector device 45 and traveling along the second optical path 20, and transmitting the radiant energy to a third optical path separate from the second optical path 20; 3
8 and above the vertical scanning reflector apparatus, the vertical scanning reflector 21 thereby directing the radiant energy into the first optical path. 2
A fourth optical path 3 different from 8 and reaching the image field
9, and D a second light path substantially orthogonal to the second and third optical paths.
a horizontal scanning drive device 46 for changing the angular position of the horizontal scanning plane reflector device about the axis 25 of the horizontal scanning plane reflector device;
the first, second and third optical paths are not blocked; E a radiant energy detection device 30 for detecting radiant energy disposed in the fourth optical path 39; and F an optical focusing device 3 for imaging an elemental area of the object field onto the radiant energy detection device;
5. An optical mechanical scanning mechanism comprising:
2 前記第1の軸線24が前記第1の光路28に
概ね垂直であると共に、前記第2の軸線25が前
記第2の光路20と前記第3の光路38とに概ね
垂直である請求の範囲第1項記載の光学的機械式
走査機構。2. The first axis 24 is substantially perpendicular to the first optical path 28, and the second axis 25 is substantially perpendicular to the second optical path 20 and the third optical path 38. The optical mechanical scanning mechanism according to paragraph 1.
3 前記放射エネルギ検知装置が赤外検知器であ
る請求の範囲第1項記載の光学的機械式走査機
構。3. The optical mechanical scanning mechanism of claim 1, wherein the radiant energy sensing device is an infrared detector.
4 前記水平走査用駆動装置の前記第2の軸線2
5は前記第1の光路28に概ね平行であり、かつ
前記垂直走査用駆動装置の前記第1の軸線24と
概ね直交する請求の範囲第2項記載の光学的機械
式走査機構。4 the second axis 2 of the horizontal scanning drive device
3. The optical mechanical scanning mechanism according to claim 2, wherein 5 is substantially parallel to the first optical path 28 and substantially orthogonal to the first axis 24 of the vertical scanning drive.
5 前記放射エネルギ検知装置30は、複式合焦
型放射エネルギ検知器を包含し、そのため前記水
平走査反射鏡装置が唯一回の水平掃引を行うと物
体視野内の2本の水平線が検知される請求の範囲
第2項記載の光学的機械式走査機構。5. The radiant energy sensing device 30 includes a dual focus radiant energy detector, such that when the horizontal scanning reflector device performs a single horizontal sweep, two horizontal lines within the object field are detected. The optical mechanical scanning mechanism according to item 2.
6 前記垂直走査反射鏡装置は、前記垂直走査用
駆動装置によつてテレビジヨンの偏向回路の垂直
走査周波数と同じ周波数で前記第1の軸線の回り
を振動方式で回動するよう駆動された時低い慣性
を有するベリリウム製の鏡を含み、前記水平走査
反射鏡装置はテレビジヨン偏向回路の水平走査周
波数の約数の周波数で前記第2の軸線25の回り
を振動方式で回動するよう駆動された時低い慣性
を有するベリリウム製の鏡を含み、前記水平走査
用駆動装置はねじり共振子装置を含み、前記垂直
走査用駆動装置は垂直走査反射鏡を垂直方向の1
つの向きに直線的に掃引し、ついで前記垂直走査
反射鏡をはじめの掃引位置に帰すようにする装置
を含む請求の範囲第2項記載の光学的機械式走査
機構。6. When the vertical scanning reflector device is driven by the vertical scanning drive device to rotate about the first axis in a vibratory manner at the same frequency as the vertical scanning frequency of the deflection circuit of the television; The horizontal scanning reflector device includes a mirror made of beryllium having low inertia and is driven to rotate in an oscillatory manner about the second axis 25 at a frequency that is a submultiple of the horizontal scanning frequency of the television deflection circuit. The horizontal scan drive includes a torsional resonator device, and the vertical scan drive moves the vertical scan reflector in one vertical direction.
3. An optical-mechanical scanning mechanism as claimed in claim 2, including means for linearly sweeping in one direction and then returning said vertical scanning reflector to an initial sweep position.
7 前記垂直走査反射鏡装置は前記垂直走査用駆
動装置によつてテレビジヨンのデイスプレイ回路
の垂直走査周速度と同じ周波数で前記第一の軸線
の回りを振動方式で回動するよう駆動された時低
い慣性を有する低質量の鏡を含み、前記水平走査
反射鏡装置はテレビジヨンのデイスプレイ回路の
水平走査周波数の約数の周波数で前記第2の軸線
の回りを振動方式で回動するよう駆動された時低
い慣性を有する低質量のベリリウム製の鏡を含
み、前記垂直走査用駆動装置と前記水平走査用駆
動装置は共にねじり共振子装置を含む請求の範囲
第2項記載の光学的機械式走査機構。7. When the vertical scanning reflector device is driven by the vertical scanning drive device to rotate about the first axis in a vibratory manner at the same frequency as the vertical scanning circumferential velocity of the display circuit of the television. comprising a low mass mirror having low inertia, said horizontal scanning reflector device being driven to rotate in an oscillatory manner about said second axis at a frequency that is a submultiple of the horizontal scanning frequency of a television display circuit. 3. The optical mechanical scanning system of claim 2, wherein said vertical scanning drive and said horizontal scanning drive both include torsional resonator devices including a low mass beryllium mirror having low inertia. mechanism.
8 前記垂直走査反射鏡装置は前記垂直走査用駆
動装置によつてテレビジヨンの偏向回路の垂直周
波数と同じ周波数で前記第1の軸線の回りを振動
方式で回動するよう駆動された時低い慣性を有す
る低質量の鏡を含み、前記水平走査反射鏡装置は
テレビジヨンのデイスプレイ回路の水平走査周波
数の約数の周波数で前記第2の軸線の回りを振動
方式で回動するようにされた低質量のベリリウム
反射鏡を含み、前記垂直走査用駆動装置と前記水
平走査用駆動装置は前記垂直走査及び水平走査反
射鏡をそれぞれに前記垂直方向及び水平方向の1
つの向きに直線的に掃引し、ついで各垂直走査及
び水平走査反射鏡をそれぞれのはじめの掃引位置
に帰するようにする装置を含む請求の範囲第2項
記載の光学的機械式走査機構。8. The vertical scanning reflector device has a low inertia when driven by the vertical scanning drive device to rotate in an oscillatory manner about the first axis at a frequency that is the same as the vertical frequency of the deflection circuit of the television. a low mass mirror having a low mass, the horizontal scanning reflector device being adapted to rotate in an oscillatory manner about the second axis at a frequency that is a submultiple of the horizontal scanning frequency of the television display circuit. The vertical scanning drive device and the horizontal scanning drive device each include a mass of beryllium reflectors, and the vertical scanning drive device and the horizontal scanning drive device respectively move the vertical scanning reflector and the horizontal scanning reflector in the vertical direction and the horizontal direction.
3. The optical-mechanical scanning mechanism of claim 2, including means for linearly sweeping in one direction and then returning each vertical and horizontal scanning mirror to its initial sweep position.
9 前記垂直走査反射鏡装置と前記水平走査反射
鏡装置が最大の角度変位を行うように前記垂直走
査反射鏡装置の上の足跡マツピングによつて、前
記第1の光路28と前記第3の光路38から前記
垂直走査反射鏡装置の上に入射した反射によつて
通過された面積にまで前記垂直走査反射鏡装置の
表面積が減少せしめられる請求の範囲第2項、第
4項及び第6項の何れかに記載の光学的機械式走
査機構。9. the first optical path 28 and the third optical path by footprint mapping on the vertical scanning reflector device such that the vertical scanning reflector device and the horizontal scanning reflector device have maximum angular displacement; 7. The surface area of the vertical scanning reflector device is reduced from 38 to the area traversed by reflections incident on the vertical scanning reflector device. The optical mechanical scanning mechanism according to any one of the above.
10 前記水平走査平面反射鏡装置が前記第1の
光路28に対して40゜乃至60゜の公称傾角で配置さ
れた請求の範囲第2項記載の光学的機械式走査機
構。10. The opto-mechanical scanning mechanism of claim 2, wherein said horizontal scanning plane reflector device is arranged at a nominal angle of inclination of 40° to 60° with respect to said first optical path.
11 前記第4の光路39から放射エネルギを受
け、それによつて前記放射エネルギを前記検知装
置に差し向けるよう配置された固定反射鏡装置2
3を含む請求の範囲第2項記載の光学的機械式走
査機構。11 a fixed reflector arrangement 2 arranged to receive radiant energy from said fourth optical path 39 and thereby direct said radiant energy to said sensing device;
3. The opto-mechanical scanning mechanism of claim 2, comprising: 3.
12 前記第4の光路39中を進む前記放射エネ
ルギを前記垂直走査反射鏡装置58に向けて逆進
させ第5の光路70にそつて進むように差し向
け、それによつて第3の反射を行わせると共にこ
の反射による第3の足跡71を前記垂直走査反射
鏡装置の上に記し、それによつて垂直走査反射鏡
装置が所定の垂直方向掃引を行う時に物体視野の
垂直掃引範囲をさらに増大させるように配置され
た第3の反射鏡装置57を含み、前記放射エネル
ギは垂直走査反射鏡装置から反射されて第6の光
路72にそつて進み前記放射エネルギ検知装置に
達する請求の範囲第2項記載の光学的機械式走査
機構。12 directing the radiant energy traveling in the fourth optical path 39 back toward the vertical scanning reflector device 58 and along a fifth optical path 70, thereby effecting a third reflection; and mark a third footprint 71 of this reflection on the vertical scanning reflector device, thereby further increasing the vertical sweep range of the object field when the vertical scanning reflector device performs a predetermined vertical sweep. 3. A third reflector arrangement 57 located at the vertical scanning reflector arrangement, wherein said radiant energy is reflected from said vertically scanning reflector arrangement and travels along a sixth optical path 72 to said radiant energy sensing arrangement. optical mechanical scanning mechanism.
13 前記第4の光路39を進む前記放射エネル
ギを前記垂直走査反射鏡装置58に向けて逆進さ
せ第5の光路70にそつて差し向け、それによつ
て第3の反射71を行わせると共にこの反射によ
る第3の足跡71を前記垂直反射鏡装置の上に記
す第3の反射鏡装置57を含む、前記放射エネル
ギは前記垂直走査反射鏡装置から反射させられて
前記水平走査反射鏡装置59に差し向けられた第
6の光路72にそつて進み、それによつて第2の
反射80を行うと共にこの反射による第2の足跡
80を前記水平走査反射鏡装置の上に記し、前記
放射エネルギは前記水平走査反射鏡装置から反射
されて第7の光路81にそつて進み前記放射放射
エネルギ検知器に達する請求の範囲第2項記載の
光学的機械式走査機構。13 redirecting the radiant energy traveling along the fourth optical path 39 toward the vertical scanning reflector device 58 and along a fifth optical path 70, thereby causing a third reflection 71 and The radiant energy is reflected from the vertically scanning reflector device to the horizontally scanning reflector device 59, including a third reflector device 57 that marks a third footprint 71 by reflection on the vertical reflector device. The radiant energy travels along a directed sixth optical path 72, thereby making a second reflection 80 and leaving a second footprint 80 of the reflection on the horizontal scanning reflector arrangement, wherein the radiant energy is 3. The optical-mechanical scanning mechanism of claim 2, wherein the radiant radiation is reflected from a horizontal scanning reflector device and travels along a seventh optical path 81 to said radiant radiant energy detector.
14 物体空間と像空間の間で放射エネルギを伝
達する走査反射鏡装置であつて、
A 物体空間から発し第1の光路28にそつて進
む放射エネルギを受け入れると共に、前記放射
エネルギを第1の光路とは別の第2の光路20
にそつて伝達するよう配置された垂直走査反射
鏡装置21、
B 前記第1の光路に概ね直交する第1の軸線2
4の回りに前記垂直走査反射鏡装置の角度位置
を変える垂直走査用駆動装置45、
C 前記垂直走査反射鏡装置から反射させられて
前記第2の光路20にそつて進む前記放射エネ
ルギを受け入れ、前記放射エネルギを前記第2
の光路20とは別の第3の光路38にそつて前
記垂直走査反射鏡装置の上に反射し返すように
配置された水平走査反射鏡装置22であつて、
前記垂直走査反射鏡はそれによつて前記放射エ
ネルギを前記第1の光路28が含まれる平面と
は異なつた平面に含まれる、前記像空間と連通
した第4の光路39にそつて反射させ、
D 前記第2と第3の光路とに概ね直交する第2
の軸線25の回りに前記水平走査反射鏡装置の
角度位置を変える水平走査用駆動装置46であ
つて、前記第1、第2及び第3の光路は遮ぎら
れることでないことを特徴とする走査反射鏡装
置。14 A scanning reflector device for transmitting radiant energy between an object space and an image space, comprising: A receiving radiant energy originating from the object space and proceeding along a first optical path 28; A second optical path 20 separate from
a vertical scanning reflector device 21 arranged to transmit along B a first axis 2 generally perpendicular to the first optical path;
a vertical scanning drive device 45 for changing the angular position of the vertical scanning reflector device about 4; C receiving the radiant energy reflected from the vertical scanning reflector device and traveling along the second optical path 20; the radiant energy to the second
a horizontal scanning reflector device 22 arranged to reflect back onto the vertical scanning reflector device along a third optical path 38 separate from the optical path 20 of the
the vertical scanning reflector thereby reflects the radiant energy along a fourth optical path 39 in communication with the image space that is included in a plane different from the plane in which the first optical path 28 is included; A second optical path substantially orthogonal to the second and third optical paths.
a horizontal scanning drive device 46 for changing the angular position of the horizontal scanning reflector device about the axis 25 of the scanning device, characterized in that the first, second and third optical paths are unobstructed; Reflector device.
15 前記物空間の要素区域を前記像空間に合焦
させる装置を含む請求の範囲第14項記載の走査
反射鏡装置。15. A scanning reflector apparatus according to claim 14, including means for focusing elemental areas of said object space into said image space.
16 前記第2の軸線25が前記第1の光路28
に概ね平行であり、かつ前記第1の軸線24と概
ね直交する請求の範囲第14項記載の走査反射鏡
装置。16 The second axis 25 is the first optical path 28
15. The scanning reflector device according to claim 14, which is substantially parallel to and substantially perpendicular to said first axis 24.
17 前記垂直走査平面反射鏡が前記第1の光路
28に対して40゜乃至60゜の公称傾角で配置された
請求の範囲第14項記載の走査反射鏡装置。17. The scanning reflector device of claim 14, wherein said vertical scanning plane reflector is disposed at a nominal angle of inclination of 40° to 60° with respect to said first optical path.
18 前記第4の光路39から放射エネルギを受
け、それによつて前記放射エネルギを前記像空間
に差し向けるよう配置された固定反射鏡装置23
を含む請求の範囲第14項記載の走査反射鏡装
置。18 a fixed reflector arrangement 23 arranged to receive radiant energy from said fourth optical path 39 and thereby direct said radiant energy into said image space;
15. The scanning reflector device according to claim 14, comprising:
19 前記第4の光路39中を進む前記放射エネ
ルギを前記垂直走査反射鏡装置58に向けて逆進
させ第5の光路70にそつて進むように差し向
け、それによつて第3の反射を行なわせると共に
この反射による第3の足跡71を前記垂直反射鏡
装置の上に記し、それによつて垂直走査反射鏡装
置が所定の垂直方向掃引を行なう時に物体空間の
垂直掃引範囲をさらに増大させるように前記第3
の反射装置57が配置され、前記放射エネルギは
垂直走査反射鏡装置から反射されて第6の光路7
2にそつて進み前記放射エネルギ検知装置に達す
る請求の範囲第18項記載の走査反射鏡装置。19 directing the radiant energy traveling in the fourth optical path 39 to travel back toward the vertical scanning reflector device 58 and along a fifth optical path 70, thereby effecting a third reflection; and a third footprint 71 due to this reflection is marked on the vertical reflector device, thereby further increasing the vertical sweep range of the object space when the vertical scanning reflector device performs a predetermined vertical sweep. Said third
a reflection device 57 is arranged, the radiant energy being reflected from the vertical scanning reflector device into a sixth optical path 7.
19. A scanning reflector system as claimed in claim 18, in which the scanning reflector device travels along the radiant energy sensing device.
20 前記第4の光路39中を進む前記放射エネ
ルギを前記垂直走査反射鏡58に向けて逆進させ
第5の光路70にそつて差し向け、それによつて
第3の反射71を行なわせると共にこの反射によ
る第3の足跡71を前記垂直走査反射鏡装置の上
に記すように前記第3の反射装置57が配置さ
れ、前記放射エネルギは前記垂直走査反射鏡装置
から反射させられて前記水平走査反射鏡装置59
に差し向けられた第6の光路72にそつて進み、
それによつて第2の反射80を行うと共にこの反
射による第2の足跡80を前記水平走査反射鏡装
置の上に記し、前記放射エネルギは前記水平走査
反射鏡装置から反射されて第7の光路81にそつ
て進み前記放射エネルギ検知装置に達する請求の
範囲第18項記載の走査反射鏡装置。20 the radiant energy traveling in the fourth optical path 39 is directed back toward the vertical scanning reflector 58 and directed along a fifth optical path 70, thereby causing a third reflection 71 and The third reflector 57 is arranged to leave a third reflective footprint 71 on the vertically scanning reflector device, and the radiant energy is reflected from the vertically scanning reflector device to the horizontally scanning reflector device. Mirror device 59
Proceeding along a sixth optical path 72 directed at
Thereby effecting a second reflection 80 and leaving a second footprint 80 of this reflection on the horizontal scanning reflector arrangement, the radiant energy is reflected from the horizontal scanning reflector arrangement into a seventh optical path 81. 19. The scanning reflector device of claim 18, which travels along the radiant energy sensing device to reach said radiant energy sensing device.
発明の背景
本発明は二次元撮像装置に使用される光学的機
械式走査装置に関し、より詳しくは視野の要素区
域を走査するため互に直交する軸線上で旋回する
よう駆動される少なくとも2枚の反射鏡を含む型
のラスタ走査反射鏡装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an optical-mechanical scanning device for use in two-dimensional imaging devices, and more particularly to an optical-mechanical scanning device for use in two-dimensional imaging devices, and more particularly to at least two scanning devices driven to pivot on mutually orthogonal axes to scan an elemental area of a field of view. The present invention relates to a raster scanning reflector device of the type that includes a reflector.
放射エネルギを受けたり投射したりする撮像装
置においては、背景の相次ぐ要素区域から発する
放射エネルギを適当な検知器に差し向けたり、あ
るいは放射エネルギ源から発した放射エネルギを
空間内の相次ぐ位置に投射するため反射鏡とレン
ズから成る装置が使用される。放射エネルギを目
標に投射して目標を照らし、それによつて物体の
受像の輝度を増大させる反射鏡装置を追加して使
用するような装置もある。 In imaging devices that receive or project radiant energy, the radiant energy emanating from successive element areas in the background is directed to a suitable detector, or the radiant energy emanating from a radiant energy source is projected to successive locations in space. For this purpose, a device consisting of a reflector and a lens is used. Some devices additionally use a reflector device that projects radiant energy onto the target to illuminate the target, thereby increasing the brightness of the received image of the object.
上述の型の撮像装置に使用可能な代表的な像輝
度増強用放射源には、コヒーレントなレーザ放射
源、非コヒーレントな可視光源、及び(例えば紫
外域から赤外域にわたる)熱輻射源が含まれる。
かかる装置に使用可能な検知器は当然のこととし
て検知さるべき輻射エネルギの波長範囲に一致し
た光学的応答特性を有するものでなければならな
い。これら検知器のある種のものは光学的感受性
素子の垂直整列直線アレイから成り、かかる光学
的感受性素子は同素子上に結像された実像の相次
ぐ垂直位置を上記実像に対応する物体の背景の水
平掃引によつて検知する。かかる検知器は水平と
垂直の両掃引鏡の代りに単一の水平掃引鏡を有す
る走査鏡装置に使用可能である。この種の装置の
垂直方向視野は検知器の垂直なアレイ中に配列さ
れた光学的感受性素子の個数により制限される。
単一の焦点集束検知器を使用する別の装置もあつ
て、かかる装置の場合水平走査反射鏡と垂直走査
反射鏡は検知器素子の端から端まで実像の相次ぐ
要素部分を通過させるよう運動可能である。両反
射鏡は電磁的に作動させられるので、検知器が配
置されている平面上に焦点を結ぶ実像はラスタ様
式で検知器素子の端から端までずつと移動する。
この装置の場合、水平方向視野は言うに及ばず垂
直方向視野もまた反射鏡の最大角変位によつて制
限される。 Typical image brightness enhancement radiation sources that can be used in the types of imagers described above include coherent laser radiation sources, incoherent visible light sources, and thermal radiation sources (e.g., ranging from the ultraviolet to the infrared range). .
Detectors usable in such devices must naturally have optical response characteristics that match the wavelength range of the radiant energy to be detected. Some of these detectors consist of a vertically aligned linear array of optically sensitive elements which determine the successive vertical positions of a real image imaged on the element relative to the background of the object corresponding to said real image. Detected by horizontal sweep. Such a detector can be used in a scanning mirror system having a single horizontal sweeping mirror instead of both horizontal and vertical sweeping mirrors. The vertical field of view of this type of device is limited by the number of optically sensitive elements arranged in a vertical array of detectors.
There are other devices that use a single focusing detector in which the horizontal scanning reflector and the vertical scanning reflector are movable to pass successive elemental portions of the real image across the detector element. It is. Both mirrors are actuated electromagnetically so that the real image, which is focused on the plane in which the detector is located, moves from one end of the detector element to the other in raster fashion.
In this device, the vertical as well as the horizontal field of view is limited by the maximum angular displacement of the reflector.
実像を掃引するため単一の焦点集束検知器素子
を使用する可動反射鏡機構の場合は、垂直と水平
の両方向に所望の視野を得るためにジンバルを備
えた単一の反射鏡が充分満足に使用可能である。
しかし、走査周波数が高くなると、反射鏡作動用
機構に機械的障害が起きるようになるが、その理
由は比較的大きな質量の内側ジンバル組立体を走
査周波数に応じて高い周波数で振動させるのが難
かしくなることに因る。したがつて、2枚の反射
鏡が一般に使用されるが、各反射鏡はそれぞれの
直交軸線の回りに振動するよう独立して駆動され
る。 For movable reflector mechanisms that use a single focused detector element to sweep the real image, a single reflector gimbaled to obtain the desired field of view in both vertical and horizontal directions may be sufficient. Available for use.
However, as the scan frequency increases, the reflector actuation mechanism begins to experience mechanical failure because it is difficult to vibrate the relatively large mass of the inner gimbal assembly at high frequencies in response to the scan frequency. This is due to the fact that it becomes difficult. Therefore, two mirrors are commonly used, each mirror being independently driven to oscillate about its orthogonal axis.
物体背景の検知器上への結像は対物レンズ組立
体を装置の光路中に配置することによつて行われ
る。その場合、平面反射鏡が通常使用される。旋
回する反射鏡の一方または両方に曲率を付し、そ
れによつて対物レンズ組立体を使用しないで済ま
せるようにして像の集束を行なうこともまた可能
である。焦点集束反射鏡を使用する場合の不利な
点の一つは焦平面誤差を生じることにあり、この
誤差は走査角が増すにつれて増大する。特に凹面
鏡を使用して焦点集束と走査の両機能を果たすよ
うにするとき、物体背景中の要素区域に含まれる
各点は(凹面鏡の走査に伴つて)一つの軸線を中
心として旋回することになる。したがつて、平面
像上の相次ぐ諸点から発した反射エネルギを検知
するため焦点集束検知器を使用するとき、かかる
検知器は反射鏡の唯一つの角度位置を除けば焦点
面上に正しく配置されないことになる。すなわ
ち、他の全ての角度に対して検知器は焦点面上に
なく、検知器の焦点面からの距離は反射鏡の開き
角が増すにつれて増大する。これに反して、物体
背景を走査するため平面反射鏡を使用すれば、物
体背景上の諸点は一つの平面上に結像することに
なる。それ故かかる平面内に配置された検知器は
レンズの角度位置が変わつたとしても像に関して
はその正しい位置を保持する。 Imaging of the object background onto the detector is accomplished by placing an objective lens assembly in the optical path of the device. In that case, a plane reflector is usually used. It is also possible to provide a curvature on one or both of the pivoting mirrors, thereby obviating the use of an objective lens assembly for image focusing. One of the disadvantages of using a focusing mirror is that it introduces a focal plane error, which increases as the scan angle increases. In particular, when a concave mirror is used to perform both focusing and scanning functions, each point included in an elemental area in the object background is rotated about one axis (as the concave mirror scans). Become. Therefore, when using a focused detector to detect reflected energy emanating from successive points on a planar image, such a detector will not be properly positioned on the focal plane except at a single angular position of the reflector. become. That is, for all other angles the detector is not in the focal plane and the distance of the detector from the focal plane increases as the mirror aperture angle increases. On the other hand, if a plane reflector is used to scan the object background, the points on the object background will be imaged onto one plane. A detector placed in such a plane therefore retains its correct position with respect to the image even if the angular position of the lens changes.
走査機構によつては、テレビジヨンとの同時使
用可能性が必要になる。高価な走査系間変換器を
使用しない場合、走査装置とテレビジヨンとの同
時使用可能性を実現するには、光学的機械式走査
装置の走査波形がテレビジヨン映像モニタの偏向
回路の走査波形と整合しなければならない。代表
的なテレビジヨン装置の場合、輝度変調された電
子ビームの水平方向走査は通常比較的高い周波
数、代表的には約15750サイクル毎秒の周波数の
鋸歯状掃引波形によつて行なわれるのに、この輝
度変調電子ビームの垂直方向走査は通常ずつと低
い周波数、代表的には約30サイクル毎秒の周波数
の鋸歯状掃引波形によつて行なわれる。したがつ
て、同時使用が可能なためには、機械的走査機構
の垂直及び水平反射鏡は周波数と走査波の双方に
関してテレビジヨン装置の垂直及び水平走査サイ
クルと一致しなければならない。テレビジヨンと
同時使用可能な走査装置の例は本発明の譲渡人に
譲渡された米国特許第3978281号に記載されてい
る。高速の機械的走査速度を実現するには、テレ
ビジヨンと同時使用可能な光学的機械式走査装置
は比較的低い質量の反射鏡を使用するものでなけ
ればならない。ある種の高速走査装置にあつて
は、その高速走査のため厳しい構造上の(例え
ば、応力、歪及び疲労の公差などのような)制約
と材料上の(例えば、質量、寸法及び強度などの
ような)制約とが反射鏡の構成要素及びその共働
する駆動機構に対し課せられることになる。 Some scanning mechanisms require simultaneous use with television. Without the use of expensive inter-scan converters, simultaneous use of the scanning device and the television is possible only if the scanning waveform of the opto-mechanical scanning device is the same as that of the deflection circuit of the television image monitor. Must be consistent. In typical television equipment, the horizontal scanning of the intensity-modulated electron beam is usually accomplished with a sawtooth sweep waveform at a relatively high frequency, typically around 15,750 cycles per second. Vertical scanning of the intensity modulated electron beam is usually accomplished with a sawtooth sweep waveform at a low frequency, typically about 30 cycles per second. Therefore, in order for simultaneous use to be possible, the vertical and horizontal mirrors of the mechanical scanning mechanism must match the vertical and horizontal scanning cycles of the television set in terms of both frequency and scanning wave. An example of a scanning device that can be used with a television is described in commonly assigned US Pat. No. 3,978,281. To achieve high mechanical scanning speeds, optical mechanical scanning devices compatible with television must utilize relatively low mass reflectors. For some high-speed scanning devices, high-speed scanning requires severe structural (e.g., stress, strain, and fatigue tolerances) and material (e.g., mass, size, and strength) constraints. ) constraints will be placed on the reflector components and their cooperating drive mechanisms.
像の歪曲はテレビジヨン映像モニタと共働して
使用される光学的機械式走査機構に付随するさら
にもう一つの問題である。像の歪曲は反射鏡の走
査波形とテレビジヨン映像モニタの電子ビームの
走査波形との間の差異に由来する。通常のテレビ
ジヨン映像モニタは、xとyとが垂直であるとし
ても、x―y平面のラスタを走査によつて生じ
る。像の歪曲を無くすには、光学的機械式走査機
構の反射鏡の走査波形もまたテレビジヨン映像モ
ニタの場合と同じように互に垂直でなければなら
ない。かかる機械式走査の条件は2つの反射鏡の
振動中心軸が互に直交することを要求する。光学
的スループツト、すなわち反射鏡装置を通過して
伝達される放射エネルギ量は放射エネルギ検知器
に要求される感度を低くするため、あるいは投射
装置の場合には投射エネルギ源の減衰を少なくす
るためできる限り高いに越したことはない。光学
的スループツトはより大きな反射鏡とレンズを使
用することにより、あるいは光路中の障害物を減
らすことによつて増大させることが可能である。 Image distortion is yet another problem associated with opto-mechanical scanning mechanisms used in conjunction with television image monitors. Image distortion results from the difference between the scanning waveform of the mirror and the scanning waveform of the television monitor's electron beam. A typical television video monitor is produced by scanning a raster in the xy plane, even though x and y are perpendicular. To eliminate image distortion, the scanning waveforms of the mirrors of an opto-mechanical scanning mechanism must also be perpendicular to each other, as in a television image monitor. The conditions for such mechanical scanning require that the central vibration axes of the two reflecting mirrors be orthogonal to each other. The optical throughput, i.e. the amount of radiant energy transmitted through the reflector device, can be reduced to reduce the required sensitivity of the radiant energy detector or, in the case of projection devices, to reduce the attenuation of the projected energy source. It's better than as high as possible. Optical throughput can be increased by using larger mirrors and lenses or by reducing obstacles in the optical path.
以上述べたところから、二次元ラスタ走査反射
鏡の設計及び製作に当たつては、いくつかの因子
の間のかね合いを考慮しなければならないことが
明らかであるが、考慮すべき因子としては走査角
(視野)、感度、走査速度すなわちフレーム周波
数、像の歪曲、光学的スループツト、反射鏡の寸
法及びレンズ組立体がある。先行技術の走査装置
に付随する、その他の設計上考慮すべきかね合い
は本明細書を読めば明らかになるはずである。 From the above, it is clear that a trade-off between several factors must be considered when designing and manufacturing a two-dimensional raster scanning reflector. These include scan angle (field of view), sensitivity, scan rate or frame frequency, image distortion, optical throughput, mirror dimensions, and lens assembly. Other design considerations associated with prior art scanning devices will become apparent upon reading this specification.
1972年11月28日付の、ストツダード氏たち
(Stoddard ed al.)の米国特許第3704342号には
二次元ラスタ走査鏡装置を内蔵した高速赤外走査
機構が記載されている。その機構は物体背景の要
素区域を赤外検知素子上に結像する対物レンズ組
立体を含む。平面垂直走査鏡が第1の水平軸線上
で旋回し、平面水平走査鏡が第2の垂直軸線上で
旋回するが、第2の垂直軸線は第1の水平軸線に
直交している。ねじり共振子が垂直走査鏡をその
公称位置から約5%駆動して画像フレームを生じ
るため30Hzで10%の垂直掃引を行なう一方、水平
走査鏡をその公称位置から約5%駆動して各フレ
ーム内の走査線を生じるため3000Hzで10%の水平
掃引を行なう。 US Pat. No. 3,704,342 to Stoddard ed al., dated November 28, 1972, describes a high speed infrared scanning mechanism incorporating a two-dimensional raster scanning mirror arrangement. The mechanism includes an objective lens assembly that images an elemental area of the object background onto an infrared sensing element. A planar vertical scan mirror pivots on a first horizontal axis and a planar horizontal scan mirror pivots on a second vertical axis, the second vertical axis being perpendicular to the first horizontal axis. The torsional resonator drives the vertical scanning mirror approximately 5% from its nominal position to produce an image frame with a 10% vertical sweep at 30Hz, while the horizontal scanning mirror is driven approximately 5% from its nominal position to produce each frame. Perform a 10% horizontal sweep at 3000 Hz to generate a scan line within the range.
ストツダード氏たち(Stoddard et al.)の装
置において、走査さるべき物体視野の各相次ぐ要
素区域から発した光束はまず垂直走査鏡に当た
り、つぎに水平走査鏡に当たり、最後にレンズ組
立体によつて検知器上に結像される。別の実施態
様においては、光束は折り返し鏡によつて検知器
に差し向けられる。 In the device of Stoddard et al., the beam of light emanating from each successive elemental area of the field of the object to be scanned first impinges on a vertical scanning mirror, then on a horizontal scanning mirror, and finally is detected by a lens assembly. The image is formed on the device. In another embodiment, the light beam is directed to the detector by a folding mirror.
別の走査装置が1976年12月14日付けのストライ
フアー氏(Streifer)の米国特許第3997721号に
開示されている。この特許には光束投射用走査装
置の有効走査角を減らすための方法が記載されて
いる。ストライフアー氏(Streifer)の特許によ
つて得られる特有な利点は、近位の平面状物体面
を走査する時焦平面誤差が減るということにあ
る。近位の視野走査角は増大するけれども、遠位
の視野に対する実視野すなわち走査角は減少する
のである。ストライフアー氏(Streifer)のこの
スプリツトスペクトル式視野走査装置は複数個の
追加の反射鏡を必要とするので、装置の精度は向
上するけれども装置製作のための全費用及び装置
の保守費用は増すことになる。 Another scanning device is disclosed in Streifer, US Pat. No. 3,997,721, issued Dec. 14, 1976. This patent describes a method for reducing the effective scan angle of a beam projection scanning device. A unique advantage provided by the Streifer patent is that focal plane errors are reduced when scanning a proximal planar object surface. Although the proximal field of view scan angle increases, the actual field of view or scan angle for the distal field decreases. Streifer's split-spectral field scanning device requires several additional reflectors, which improves the accuracy of the device but reduces the overall cost of device construction and maintenance costs. It will increase.
マツコール氏(Macall)の米国特許第3816741
号にはさらに別の赤外走査機構が記載されている
が、この走査機構は互に直交する回転軸上で旋回
する焦束凹面垂直走査鏡と平面水平走査鏡とを包
含する。放射エネルギの多重反射が平面走査鏡上
で起きるが、上記平面走査鏡は放射エネルギ束の
行路中にこの平面走査鏡よりも寸法の小さい艷消
し反射鏡を含む。多重反射のため、平面水平走査
鏡を所定の角度だけ掃引した時の有効掃引角は大
きくなる。したがつて、走査角のより小さい平面
走査鏡が使用可能になり、そのため所定の走査角
に対してより高速で平面走査鏡を振らせることが
できる。しかし、小さな艷消し反射鏡が行路中に
介在しているため装置の光学的スループツトは減
少し、したがつてより感度の高い検知器またはよ
り大きな反射鏡の使用が必要になる。前に指摘し
た理由から、大きな反射鏡はテレビジヨンと同時
使用が不可能である。その上、垂直走査反射鏡と
水平走査反射鏡の間にこれらの鏡よりも小さい艷
消し反射鏡が配置されていることから、両走査鏡
を互に最近接させて配置することができなくな
り、そのため両走査鏡の大きさを定めたときに得
られる走査角の大きさは小さくなる。 Macall U.S. Patent No. 3816741
Still another infrared scanning mechanism is described in that patent, which includes a focusing concave vertical scanning mirror and a planar horizontal scanning mirror pivoting on mutually orthogonal axes of rotation. Multiple reflections of the radiant energy occur on the plane scanning mirror, which includes in the path of the radiant energy bundle an evanescent reflector of smaller size than the plane scanning mirror. Due to multiple reflections, the effective sweep angle becomes large when the plane horizontal scanning mirror is swept by a predetermined angle. Therefore, a plane scan mirror with a smaller scan angle can be used, which allows the plane scan mirror to swing faster for a given scan angle. However, the optical throughput of the device is reduced by the presence of a small eclipse reflector in the path, thus requiring the use of a more sensitive detector or a larger reflector. For reasons previously pointed out, large reflectors cannot be used simultaneously with televisions. In addition, since an elongated reflector smaller than these mirrors is placed between the vertical scanning reflector and the horizontal scanning reflector, it is no longer possible to place both scanning mirrors closest to each other. Therefore, the scanning angle obtained when the sizes of both scanning mirrors are determined becomes small.
先行技術の装置の、以上記載した以外の欠点及
び不利益は以下に記す本発明の開示を検討すれば
明らかとなるはずである。 Other shortcomings and disadvantages of prior art devices, other than those described above, will become apparent upon consideration of the disclosure of the invention set forth below.
概要
以上の記載に鑑み、本発明の目的は二次元ラス
タ走査撮像装置の走査性能を改善するための光学
的機械式走査機構及び寸法を提供することにあ
る。SUMMARY In view of the above description, it is an object of the present invention to provide an opto-mechanical scanning mechanism and dimensions for improving the scanning performance of a two-dimensional raster scan imaging device.
本発明の他の目的は反射鏡の所定寸法に対し比
較的大きな角度範囲を走査できる、最大の光学的
スループツトを有する光学的機械式走査機構を提
供することにある。 Another object of the invention is to provide an optical mechanical scanning mechanism that has maximum optical throughput and can scan a relatively large angular range for a given mirror size.
本発明の他の目的は、互に非常に接近して配置
されると共にそれぞれの反射鏡の入射光束の主軸
に垂直な軸の回りに旋回する2つの平面反射鏡を
使用することによつて、高い光学的スループツト
を有すると共に通常のテレビジヨンラスタ形成用
偏向装置に匹敵する個数の毎フレーム当り画素を
備えた物体空間をより大きな走査角で走査するこ
とのできる、像の歪曲のない二次元ラスタ走査鏡
装置を提供することにある。 Another object of the invention is that by using two plane reflectors arranged very close to each other and pivoted about an axis perpendicular to the principal axis of the incident light beam of each reflector, Two-dimensional raster without image distortion, capable of scanning object space at larger scanning angles with high optical throughput and a number of pixels per frame comparable to conventional television raster-forming deflection devices. An object of the present invention is to provide a scanning mirror device.
本発明の他の目的は改良された検知能力、フレ
ームの視野寸法、高いフレーム周波数におけるフ
レーム走査効率、より大きな光学的スループツ
ト、及びより小さい像の歪曲と掩蔽とを有する撮
像装置を構成し、かつ設計するに当つてより大き
な適応性を得ることにある。 It is another object of the present invention to construct an imaging device having improved sensing capabilities, frame field of view dimensions, frame scanning efficiency at high frame frequencies, greater optical throughput, and less image distortion and occultation, and The aim is to gain greater flexibility in designing.
要約すると、本願の第1発明は、2次元の物体
視野を走査する撮像装置に使用される光学的機械
式走査機構であつて、
A 物体視野から発して第1の光路28にそつて
進む放射エネルギを受け入れると共に前記放射
エネルギを前記第1の光路28とは別の第2の
光路20にそつて反射させるよう配置された垂
直走査平面反射鏡装置21、
B 前記第1の光路28に概ね直交する第1の軸
線24の回りに前記垂直走査平面反射鏡装置2
1の角度位置を変える垂直走査用駆動装置4
5、
C 前記垂直走査反射鏡装置45から反射させら
れて前記第2の光路20にそつて進む前記放射
エネルギを受け入れると共に、前記放射エネル
ギを前記第2の光路20とは別の第3の光路3
8にそつて前記垂直走査反射鏡装置の上に反射
するように配置された水平走査平面反射鏡装置
22であつて、前記垂直走査反射鏡21はそれ
によつて前記放射エネルギを前記第1の光路2
8とは異なつた、像視野に達する第4の光路3
9にそつて反射させ、
D 前記第2と第3の光路とに概ね直交する第2
の軸線25の回りに前記水平走査平面反射鏡装
置の角度位置を変える水平走査用駆動装置46
であつて、前記第1、第2及び第3の光路は遮
ぎられることがなく、
E 前記第4の光路39中に配置された、放射エ
ネルギを検知するための放射エネルギ検知装置
30、及び
F 前記物体視野の要素区域を前記放射エネルギ
検知装置の上に結像させる光学的合焦装置3
5,36,37
から成ることを特徴とする光学的機械式走査機構
である。 To summarize, the first invention of the present application is an optical-mechanical scanning mechanism used in an imaging device for scanning a two-dimensional object field, comprising: A. radiation originating from the object field and traveling along a first optical path 28; a vertical scanning plane reflector device 21 arranged to receive energy and reflect said radiant energy along a second optical path 20 separate from said first optical path 28; B generally perpendicular to said first optical path 28; The vertical scanning plane reflector device 2 is rotated around the first axis 24 to
Vertical scanning drive device 4 that changes the angular position of 1
5. C receiving the radiant energy reflected from the vertical scanning reflector device 45 and traveling along the second optical path 20, and transmitting the radiant energy to a third optical path separate from the second optical path 20; 3
8 and above the vertical scanning reflector apparatus, the vertical scanning reflector 21 thereby directing the radiant energy into the first optical path. 2
A fourth optical path 3 different from 8 and reaching the image field
9, and D a second light path substantially orthogonal to the second and third optical paths.
a horizontal scanning drive device 46 for changing the angular position of the horizontal scanning plane reflector device about the axis 25 of the horizontal scanning plane reflector device;
the first, second and third optical paths are not blocked; E a radiant energy detection device 30 for detecting radiant energy disposed in the fourth optical path 39; and F an optical focusing device 3 for imaging an elemental area of the object field onto the radiant energy detection device;
5, 36, and 37.
また、第2発明は前記第1の軸線24が前記第
1の光路28に概ね垂直であると共に、前記第2
の軸線25が前記第2の光路20と前記第3の光
路38とに概ね垂直である請求の範囲第1項記載
の光学的機械式走査機構である。 Further, in a second invention, the first axis 24 is substantially perpendicular to the first optical path 28, and the second
2. The optical mechanical scanning mechanism according to claim 1, wherein an axis 25 of the optical axis 25 is substantially perpendicular to the second optical path 20 and the third optical path 38.
本発明の他の諸利点、諸特徴及び諸相は以下に
開示する本発明の説明を添付図面を参照して読め
ば明らかになるはずである。 Other advantages, features and aspects of the present invention will become apparent from the following description of the invention disclosed in conjunction with the accompanying drawings.
第1図は先行技術による二次元高速ラスタ走査
鏡装置を示す。第2図は本発明による二次元走査
反射鏡機構の一実施態様を例示する斜視図であ
る。第3図は第2図の正面図であつて、走査機構
の光路を物体配景から見たところを示す。第4図
は第2図の走査機構の側面図である。第5図は第
2図の走査機構の平面図である。第6図は非直交
旋回軸を有する、先行技術による、光学的機械式
走査機構が描く湾曲した水平走査波形を示す。第
7図は本発明の走査鏡装置を組込んだ走査装置が
描く、本質的に真つ直ぐな水平走査線を有する非
歪曲水平走査波形を示す。第8図は反射鏡の1つ
で3回反射を行なう本発明の別の実施態様を示
す。第9図は水平と垂直の両走査反射鏡で多重反
射を行なう本発明のさらに別の実施態様を示す。
FIG. 1 shows a two-dimensional high speed raster scanning mirror apparatus according to the prior art. FIG. 2 is a perspective view illustrating one embodiment of the two-dimensional scanning reflector mechanism according to the present invention. FIG. 3 is a front view of FIG. 2, showing the optical path of the scanning mechanism as seen from the perspective of the object. FIG. 4 is a side view of the scanning mechanism of FIG. 2. FIG. 5 is a plan view of the scanning mechanism of FIG. 2. FIG. 6 shows a curved horizontal scanning waveform traced by a prior art optical-mechanical scanning mechanism with non-orthogonal pivot axes. FIG. 7 shows an undistorted horizontal scan waveform having essentially straight horizontal scan lines drawn by a scanning device incorporating the scanning mirror device of the present invention. FIG. 8 shows another embodiment of the invention in which one of the mirrors performs three reflections. FIG. 9 shows yet another embodiment of the invention in which multiple reflections are performed with both horizontal and vertical scanning mirrors.
図示の実施態様の説明
説明を簡単にするため、第2図乃至第5図に図
示の二次元像形成用走査式赤外検知装置について
本発明の走査機構の動作を説明する。しかしなが
ら、かかる装置は種々の他の像形成装置、たとえ
ばコヒーレントな輻射を像担持媒質に投射するよ
うな装置にも使用することができる。テレビジヨ
ンと同時使用可能な特定の撮像装置であつて、本
発明の機構を内蔵するような装置が米国特許第
3978281号に記載されている。米国特許第3978281
号に開示の走査機構を比較のため本明細書の第1
図に示すが、本発明の光学式機械的走査機構がこ
の米国特許に開示の走査機構に代わつて使用され
る。DESCRIPTION OF THE ILLUSTRATED EMBODIMENTS For ease of explanation, the operation of the scanning mechanism of the present invention will be described with respect to the scanning infrared sensing device for two-dimensional image formation illustrated in FIGS. 2-5. However, such a device can also be used in a variety of other imaging devices, such as those that project coherent radiation onto an image-bearing medium. A specific imaging device that can be used simultaneously with a television and that incorporates the mechanism of the present invention is disclosed in US Patent No.
Described in No. 3978281. US Patent No. 3978281
No. 1 of the present specification for comparison.
As shown, the optical mechanical scanning mechanism of the present invention is used in place of the scanning mechanism disclosed in this patent.
明らかなように、水平方向と垂直方向は相対的
なものである。本明細書中で「垂直走査反射鏡」
として用いられる「垂直」なる語は垂直走査反射
鏡を水平軸の回りに角運動させ、それによつて物
体配景の要素区域を垂直方向に走査するような作
用を行なうことを言う。ラスタ形成動作では、垂
直走査が完結するごとに1つのフレーム画面が作
り出される。「水平」なる語は水平反射鏡を水平
軸の回りに動かし、それによつて物体配景の要素
区域を水平方向に走査することを言う。一般に、
本発明の機構をテレビジヨンと同時使用可能にす
るため、水平走査反射鏡は垂直走査反射鏡よりも
ずつと大きい振動数で振動する。さらに、本明細
書中で使用される「フイールド」なる語は走査機
構によつて走査された遠位または近位の二次元ま
たは三次元の物体配景のことを言うか、それとも
走査機構から発した放射エネルギにより投射され
た二次元または三次元画像を担持する遠位または
近位の表面または媒質のことを言う。 As is clear, horizontal and vertical directions are relative. As used herein, "vertical scan reflector"
The term ``vertical'' as used in ``vertical'' refers to the angular movement of a vertical scanning reflector about a horizontal axis, thereby effecting vertical scanning of an elemental area of the object landscape. In the raster forming operation, one frame screen is created each time a vertical scan is completed. The term "horizontal" refers to moving a horizontal reflector about a horizontal axis, thereby scanning an elemental area of the object landscape horizontally. in general,
To enable the mechanism of the present invention to be used simultaneously with a television, the horizontal scanning reflector vibrates at a significantly higher frequency than the vertical scanning reflector. Further, as used herein, the term "field" refers to a distal or proximal two-dimensional or three-dimensional object view scanned by a scanning mechanism, or to a distal or proximal two-dimensional or three-dimensional object view scanned by a scanning mechanism, or A distal or proximal surface or medium that bears a two-dimensional or three-dimensional image projected by radiant energy.
第1図に示す先行技術の走査機構において、反
射鏡10は軸11上に担持され振動してフレーム
走査を行なうのに対して、反射鏡12は軸13の
回りに振動して直線走査を行なう。軸11と軸1
3は互に直交している。物体背景を発した放射エ
ネルギ束14はまず垂直反射鏡10に入射し、こ
こでこの放射エネルギ束14は放射エネルギ束1
5として水平反射鏡12に差し向けられる。つい
で、反射鏡12は受取つた放射線束15を放射エ
ネルギ束16の光路にそつて差し向けて対物レン
ズ組立18を通過させる。このエネルギ束16は
上記対物レンズ組立体18によつて赤外検知器1
7のような適当な検知素子の上に集束せしめられ
る。物体背景の走査につれて検知器上に結像され
た物体背景の実像の相次ぐ部分は検知器の端から
端まで掃引させられる。この掃引によつて検知器
は実像の相次ぐ部分における放射エネルギの瞬間
強度に応じた電気信号を発生する。この電気信号
は米国特許第3978281号に記載されているような
信号処理回路に供給され同回路によつて処理され
る。この米国特許に記載されているところを要約
すると、通常の信号処理回路を使用して、映像信
号の水平掃引と垂直掃引とを走査機構中に内蔵さ
れている反射鏡の正弦波形の水平掃引と鋸歯状波
形の垂直掃引とに同期させることによつて輝度変
調映像信号が発生される。この輝度変調信号の強
度は検知器17の出力電気信号に比例する。この
ため走査像の赤外放射に相当する可視像をブラウ
ン管の表面上に表示することが可能になる。この
ブラウン管は、例示の実施態様の場合、通常のテ
レビジヨン映像モニタの形をとつてもよい。 In the prior art scanning mechanism shown in FIG. 1, reflector 10 is carried on shaft 11 and vibrates to perform frame scanning, whereas reflector 12 oscillates about axis 13 to perform linear scanning. . axis 11 and axis 1
3 are orthogonal to each other. The radiant energy flux 14 emitted from the object background first enters the vertical reflector 10, where this radiant energy flux 14 becomes the radiant energy flux 1
5 and directed toward the horizontal reflector 12. Mirror 12 then directs the received radiation bundle 15 along the optical path of radiant energy bundle 16 through objective lens assembly 18 . This energy flux 16 is transmitted to the infrared detector 1 by the objective lens assembly 18.
7 and then focused onto a suitable sensing element such as 7. As the object background is scanned, successive portions of the real image of the object background imaged onto the detector are swept across the detector. This sweep causes the detector to generate electrical signals responsive to the instantaneous intensity of the radiant energy in successive portions of the real image. This electrical signal is fed to and processed by a signal processing circuit such as that described in US Pat. No. 3,978,281. To summarize what is described in this US patent, a normal signal processing circuit is used to convert a horizontal sweep and a vertical sweep of a video signal into horizontal sweeps and vertical sweeps of a sinusoidal waveform of a reflector built into a scanning mechanism. A luminance modulated video signal is generated by synchronizing with the vertical sweep of the sawtooth waveform. The intensity of this brightness modulation signal is proportional to the output electrical signal of the detector 17. This makes it possible to display a visible image corresponding to the infrared radiation of the scanned image on the surface of the cathode ray tube. The cathode ray tube, in the exemplary embodiment, may take the form of a conventional television video monitor.
第1図は検知器素子17を横切つて動く水平走
査波形が発生される様子を示す。鏡10の垂直走
査軸11は放射エネルギ束14の行路に垂直であ
るのに、鏡12の水平走査軸13は放射エネルギ
束15の行路に垂直ではない。それ故に、概ね第
6図に示すような歪曲した水平走査波形が生じ
る。テレビジヨン装置が発生する時間に対し直線
状の掃引波形と同期させられると、第6図の歪曲
した、すなわち湾曲走査波形はテレビジヨン映像
モニタ上に望ましくない歪曲した画像を生じる。
掃引角度が増加するにつれて像の歪曲も増大す
る。 FIG. 1 shows how a horizontally scanned waveform moving across detector element 17 is generated. Vertical scan axis 11 of mirror 10 is perpendicular to the path of radiant energy flux 14, whereas horizontal scan axis 13 of mirror 12 is not perpendicular to the path of radiant energy flux 15. Therefore, a distorted horizontal scanning waveform approximately as shown in FIG. 6 is generated. When the television equipment is synchronized with a linear sweep waveform over time, the distorted or curved scan waveform of FIG. 6 produces an undesirably distorted image on the television video monitor.
As the sweep angle increases, the image distortion also increases.
その上、ラスタの画像が完結するに要する時間
は垂直掃引鏡10の振動周波数によつて決定され
る。垂直方向の視野の大きさは垂直掃引鏡10の
変位角によつて決定される。撮像装置の垂直方向
分解能はつぎに行なわれる垂直掃引までの間に走
査される走査数の本数にも一部依存する。水平方
向の視野の大きさは水平掃引鏡12の最大変位角
によつて決定される。本発明の一目的と歩調を合
わせるには、反射鏡のより小さな偏向角で物体視
野中により大きな垂直方向の角度掃引を生じるよ
うに垂直掃引反射鏡上で多重反射を行なわせるこ
とによつて垂直方向物体視野中に含まれる区域が
最大になるようにするのが望ましい。この目的を
達成するために2枚の走査反射鏡を接近させて配
置するには、光束を水平走査軸に垂直に配置し、
これと同時に垂直走査反射鏡の上で二重反射を行
なわせればよいということが分かつた。こうする
ために、走査反射鏡の一方の公称振動角を変更し
て、放射エネルギ束が検知器に到達する間に進む
光路を含む平面とは異なる平面内に含まれる光路
にそつて物体の背景から発した放射エネルギ束を
進ませるようにした。この配置は物体背景を発し
た放射エネルギ束14の光路、反射鏡10と12
との間の反射エネルギ束15の光路、及び延びて
検知器17に達するエネルギ束16の光路が全て
同一平面中に含まれているような第1図に図示の
走査機構とは著しい対照をなしている。本発明に
おいては、放射エネルギ束の行路は3次元空間内
を進行して走査反射鏡に入射したり走査反射鏡か
ら反射されたりするのである。このようにして、
離隔して互に干渉することのない2つの光路が形
成されるが、一つは物体の背景からエネルギを受
取る光路であり、もう一つはエネルギ束を検知器
に伝達する光路である。線束16は光路16中に
配置されることもある第3の固定反射鏡19によ
つて検知器17まで運ばれる。 Moreover, the time required to complete a raster image is determined by the vibration frequency of the vertical sweep mirror 10. The size of the vertical field of view is determined by the displacement angle of the vertical sweep mirror 10. The vertical resolution of the imaging device depends in part on the number of scans performed before the next vertical sweep. The size of the horizontal field of view is determined by the maximum displacement angle of the horizontal sweep mirror 12. In keeping with one object of the present invention, it is possible to increase the vertical angle by having multiple reflections occur on a vertically swept reflector so as to produce a larger vertical angular sweep in the object field at a smaller deflection angle of the reflector. It is desirable to maximize the area included in the directional object field of view. To achieve this objective, the two scanning reflectors are placed close together by placing the light beam perpendicular to the horizontal scanning axis;
At the same time, it was found that double reflection could be performed on the vertical scanning reflector. To do this, the nominal oscillation angle of one of the scanning reflectors is changed so that the radiant energy flux moves along the object's background in a plane that is contained in a plane different from the plane containing the optical path that it travels while reaching the detector. The radiant energy flux emitted from the was made to advance. This arrangement is the optical path of the radiant energy flux 14 emitted from the object background, and the reflectors 10 and 12.
This is in marked contrast to the scanning arrangement shown in FIG. 1, in which the optical path of the reflected energy bundle 15 to and from the detector 17 and the optical path of the energy bundle 16 extending to the detector 17 are all contained in the same plane. ing. In the present invention, the path of the radiant energy flux travels within a three-dimensional space, and is incident on the scanning reflector and is reflected from the scanning reflector. In this way,
Two separate and non-interfering optical paths are formed, one for receiving energy from the background of the object and one for transmitting the energy flux to the detector. The beam bundle 16 is conveyed to the detector 17 by a third fixed reflector 19, which may be arranged in the optical path 16.
本発明の一実施態様においては、水平走査反射
鏡の唯一回の水平掃引によつて物体背景の2本の
線が同時に走査されるように2個の焦点集束検知
器が非常に接近して配置される。 In one embodiment of the invention, two focusing detectors are placed very close together so that a single horizontal sweep of the horizontal scanning reflector simultaneously scans two lines of the object background. be done.
機械式走査期間中に収集された情報が通常のテ
レビジヨン映像モニタの情報受像能力に匹敵する
程大きく、そのため物体視野の、より高分解能の
画像が、換言すればより多数の画素が得られるよ
うな、テレビジヨン映像モニタと同時使用可能な
光学的機械式走査装置に使用するとき、この実施
態様は特に有利である。さらに大きな解像力を得
るため、すなわち多数の画素を得るため、追加の
焦点式検知器を使用することもまた可能である。 The information collected during the mechanical scan is large enough to rival the information receiving capacity of a typical television video monitor, so that a higher resolution image of the object field is obtained, in other words a larger number of pixels. This embodiment is particularly advantageous when used in optical-mechanical scanning devices that can be used simultaneously with television video monitors. It is also possible to use additional focusing detectors to obtain even greater resolution, ie to obtain a larger number of pixels.
本発明の特徴をとり入れた光学的機械式走査装
置の例示としての実施態様であつて、単一の焦点
集束検知器を有する走査装置が第2図乃至第5図
に描かれている。同図において、反射鏡21と2
2はそれぞれ直交軸線24と25の回りに旋回す
るのに、第3の非走査型反射鏡23は固定位置に
配置される。電気機械式作動器45と46がそれ
ぞれに反射鏡21と22の軸26と27とに係合
していて、それぞれの反射鏡をその軸線24と2
5の回りに角度を変えるように動かして2次元の
ラスタを描かせるように視野を走査する。走査の
動作については後に詳述する。反射鏡21と22
の動作の発動は例えばねじり振動機によつて電気
機械式に行なうことができるが、その場合反射鏡
は軽量のベリリウム鏡で構成される。反射鏡21
と22に代えて反射プリズムを使用することもで
きる。 An exemplary embodiment of an opto-mechanical scanning device incorporating features of the present invention, having a single focusing detector, is depicted in FIGS. 2-5. In the figure, reflecting mirrors 21 and 2
2 pivot about orthogonal axes 24 and 25, respectively, while the third non-scanning reflector 23 is arranged in a fixed position. Electromechanical actuators 45 and 46 engage axes 26 and 27 of reflectors 21 and 22, respectively, to align the respective reflectors with their axes 24 and 22.
Scan the field of view by moving around 5 to change the angle so as to draw a two-dimensional raster. The scanning operation will be detailed later. Reflector 21 and 22
The activation of the action can be effected electromechanically, for example by means of a torsional vibrator, in which case the reflector consists of a lightweight beryllium mirror. Reflector 21
and 22 may be replaced with a reflecting prism.
好ましい実施態様において、垂直走査用作動器
45は垂直走査反射鏡21をある公称角度にわた
つて鋸歯状様式で動かす。すなわち、物体の視野
の垂直方向掃引は1方向に実施される。垂直掃引
が終るごとに、反射鏡21は掃引の帰線期間内に
掃引開始時の角度変位位置に迅速に戻り、その後
作動器45は反射鏡を駆動して次の垂直掃引サイ
クルを完結させる。垂直掃引回路図における代表
的な波形が第3図に絵画的に例示されているが、
この波形は掃引期間と帰線期間の両者から成る。
垂直掃引における掃引の持続する時間の、掃引と
帰線との全持続時間に対する比率は垂直走査反射
鏡21の走査効率の一つの評価基準を与える。本
出願人は垂直走査について80%以上の走査効率を
達成することができた。当然のこととして、垂直
走査を掃引時間を増す方向と帰線時間を増す方向
の両方向に行なうことができるのだから、100゜の
効率を得ることができる。この場合、作動器45
はねじり振動子で構成する。 In a preferred embodiment, vertical scan actuator 45 moves vertical scan reflector 21 through a nominal angle in a serrated manner. That is, a vertical sweep of the field of view of the object is performed in one direction. At the end of each vertical sweep, reflector 21 quickly returns to the angular displacement position at the start of the sweep during the retrace period of the sweep, after which actuator 45 drives the reflector to complete the next vertical sweep cycle. Typical waveforms in the vertical sweep circuit diagram are pictorially illustrated in FIG.
This waveform consists of both a sweep period and a retrace period.
The ratio of the duration of the sweep to the total duration of the sweep and retrace in the vertical sweep provides one evaluation criterion of the scanning efficiency of the vertical scanning reflector 21. The applicant was able to achieve a scanning efficiency of more than 80% for vertical scanning. Of course, since vertical scanning can be done in both directions, increasing the sweep time and increasing the retrace time, an efficiency of 100° can be obtained. In this case, actuator 45
consists of a torsional oscillator.
これに反して、好ましい水平走査用作動器はね
じり共振子であつて、左から右に向かう方向と右
から左に向かう方向との両方向に走査を行なつて
情報信号を100%の効率で発生する。奇数飛越し
走査により得られた情報を蓄積し、こんどは逆方
向の偶数飛越し走査を行ない、これらの飛越し走
査により得られた情報を唯一回しか水平方向に走
査しないテレビジヨン回路にこれらの情報を提供
するに先立つて、偶数飛越し走査で得られた情報
は奇数飛越し走査で得られた情報と結合される。
かかる走査法及び信号処理法は前述の米国特許第
3978281号に詳細に記載されている。 In contrast, the preferred horizontal scanning actuator is a torsional resonator that scans in both left-to-right and right-to-left directions to generate information signals with 100% efficiency. do. The information obtained by odd interlaced scanning is stored, and even interlaced scanning is performed in the opposite direction, and the information obtained by these interlaced scanning is transferred to a television circuit that scans horizontally only once. Prior to providing the information, the information obtained from the even interlaced scan is combined with the information obtained from the odd interlaced scan.
Such scanning and signal processing methods are described in the aforementioned U.S. Pat.
It is described in detail in No. 3978281.
走査方法の他の変形法としては、垂直走査と水
平走査の両方に対して共振子を使用する方法、及
び垂直走査と水平走査の両方に対してスイープ・
フライバツク作動器を使用する方法がある。どの
走査方法を選択するかは光学的機械式走査機構の
応用の性格によつて定まるものであり、たとえば
飛点走査機の映像投射器はテレビジヨンと同時使
用可能にする必要はない。 Other variations on the scanning method include using resonators for both vertical and horizontal scanning, and using sweeps for both vertical and horizontal scanning.
There is a method using a flyback actuator. The selection of the scanning method will depend on the nature of the application of the opto-mechanical scanning mechanism; for example, the image projector of a flying spot scanner need not be able to be used simultaneously with a television.
物体配景から発した放射エネルギ束28は第1
の光路28にそつて進み、垂直走査反射鏡21に
当たる。反射鏡21が振動すると(第2図)、放
射線束28の軸線28Aは物体配景の要素区域を
走査するが、反射鏡22が固定角度位置にある限
り放射線束28の軸線28Aは垂直反射鏡21の
軸線24に対して一定の角度を維持する。走査機
構のハウジング50に設けられた開口51とこの
開口にはめられることもあるレンズまたは窓とは
放射エネルギ束28がラスタを形成するような様
式で動く範囲を限る区域である。軸線28Aにそ
つて進む円形エネルギ束の外形は反射鏡21の表
面上に「足跡」31として特性を記述できるもの
を形成する。この円形エネルギ束はついで軸線2
0にそつて(第4図)水平走査反射鏡22に差し
向けられて水平走査反射鏡の表面上に第2の足跡
32を形成する。水平走査反射鏡22が振動する
時、放射エネルギ線束の軸線20は水平走査反射
鏡22の軸線25に対しいつでも垂直である。足
跡32の所で反射されたエネルギ束は軸線38
(第3図)にそつて逆向きに差し向けられて反射
鏡21の表面の上に達し、同表面上に第3の傾斜
足跡33を形成する。図示の実施態様において、
エネルギ束はついで反射鏡21から固定反射鏡、
すなわちエネルギ束折り返し反射鏡23の上に差
し向けられ、この折り返し反射鏡はこのエネルギ
束を最終的には検知素子30に差し向けるような
角度位置に配置されている。足跡34は円形エネ
ルギ束の折り返し反射鏡23上への足跡を記した
ものであり、この折り返し反射鏡23がこんどは
エネルギ束を第1の光路28を進むエネルギ束の
行路とは別の行路中に含まれる第2の光路29に
そつて差し向ける。光路29には第3図に描かれ
た対物レンズ組立体が含まれ、この対物レンズ組
立体は単レンズまたは複合レンズ35,36及び
37を包含し、これらのレンズはエネルギ線束を
検知器30のに結像させるが、この検知器は光路
29中に配置された検知素子のアレイであつても
よい。 The radiant energy flux 28 emitted from the object view is the first
The light travels along the optical path 28 and hits the vertical scanning reflector 21. When the reflector 21 oscillates (FIG. 2), the axis 28A of the radiation bundle 28 scans the element area of the object view, but as long as the reflector 22 is in a fixed angular position, the axis 28A of the radiation bundle 28 is a vertical reflector. maintain a constant angle with respect to the axis 24 of 21. The aperture 51 provided in the housing 50 of the scanning mechanism and the lens or window that may be fitted into the aperture are areas that limit the range of movement of the radiant energy bundle 28 in a raster fashion. The profile of the circular energy flux traveling along axis 28A forms what can be characterized as a "footprint" 31 on the surface of reflector 21. This circular energy flux is then axis 2
0 (FIG. 4) toward the horizontal scanning reflector 22 to form a second footprint 32 on the surface of the horizontal scanning reflector. The axis 20 of the radiant energy beam is always perpendicular to the axis 25 of the horizontal scanning reflector 22 when the horizontal scanning reflector 22 oscillates. The energy flux reflected at footprint 32 is along axis 38
(FIG. 3) and reaches above the surface of the reflector 21, forming a third inclined footprint 33 on the same surface. In the illustrated embodiment,
The energy flux is then transferred from the reflector 21 to the fixed reflector.
That is, the energy flux is directed onto a folding reflector 23 which is arranged at an angular position such that it ultimately directs this energy flux towards the sensing element 30 . The footprint 34 marks the footprint of the circular energy flux onto the folding reflector 23, which in turn directs the energy flux onto a path different from that of the energy flux traveling along the first optical path 28. along a second optical path 29 included in the optical path. Optical path 29 includes an objective lens assembly, depicted in FIG. The detector may be an array of sensing elements arranged in the optical path 29.
動作について説明する。水平走査反射鏡22が
その軸線25の回りに旋回すると、垂直走査反射
鏡上の足跡31は垂直走査反射鏡21の軸線24
に平行な方向に動き、反射鏡21の表面上に本質
的に安定な足跡33を形成するのに関連して必要
な最少限の水平方向走査幅は上記水平走査反射鏡
のその軸線の回りの旋回によつて確保される。第
2図乃至第5図に示されているように、光路28
の主軸と光路29の主軸とは別の行路にそつて配
置されているため、垂直走査反射鏡21がその軸
線24の回りに旋回する時入射して来る光束28
が水平走査反射鏡22の軸線25によつて遮られ
ることのないようにこの軸線25は配置されねば
ならない。この要求によく応えるため、垂直走査
反射鏡21が配置される公称角度はこの反射鏡が
光軸28aとなす角度が45゜と60゜の間にあるよう
なものでなければならない。こうすれば反射鏡2
1と22を接近させて配置することができる。そ
の上、通常のテレビジヨン映像モニタの走査波形
として使用可能な走査波形が得られるように軸線
25は軸線24に垂直にしてある。例示の光学的
機械式走査装置の走査波形が第7図に示されてい
るが、同図は歪のない水平走査パターンを示す。
改善された歪のない波形は入射する放射エネルギ
束28の主軸28aが垂直走査反射鏡21によつ
て反射させられると水平走査反射鏡22の軸線2
5と垂直になるようにこの垂直走査反射鏡21を
配置することによつて得られる。 The operation will be explained. As the horizontal scanning reflector 22 pivots about its axis 25, the footprint 31 on the vertical scanning reflector 24 aligns with the axis 24 of the vertical scanning reflector 21.
The minimum horizontal scan width necessary in relation to forming an essentially stable footprint 33 on the surface of the mirror 21 in a direction parallel to the Secured by turning. As shown in FIGS. 2-5, the optical path 28
and the main axis of the optical path 29 are arranged along different paths, so that when the vertical scanning reflector 21 rotates around its axis 24, the incident light beam 28
This axis 25 must be arranged so that it is not obstructed by the axis 25 of the horizontal scanning reflector 22. To better meet this requirement, the nominal angle at which the vertical scanning reflector 21 is placed should be such that the angle it makes with the optical axis 28a is between 45° and 60°. In this way, reflector 2
1 and 22 can be placed close to each other. Moreover, axis 25 is perpendicular to axis 24 so as to provide a scanning waveform that can be used as a scanning waveform in a conventional television image monitor. The scanning waveform of an exemplary opto-mechanical scanning device is shown in FIG. 7, which shows an undistorted horizontal scanning pattern.
The improved undistorted waveform is created when the principal axis 28a of the incident radiant energy flux 28 is reflected by the vertical scanning reflector 21 and the axis 2 of the horizontal scanning reflector 22.
This can be obtained by arranging this vertical scanning reflector 21 so as to be perpendicular to 5.
その上、第2図乃至第5図に示す実施態様によ
れば、さらにいつそう小さい反射鏡の質量と、従
つていつそう小さい反射鏡間最少距離といつそう
大きい走査角とを実現することが可能であるが、
それは所定の走査区域の足跡を反射鏡21と22
とがとることのできる全ての傾斜角について写像
すること、加えて足跡の写像区域を含むに足る寸
法に垂直走査鏡21の外形寸法を切りつめる、す
なわち垂直走査鏡を付形することによつて行なわ
れる。特に、足跡の写像が記るされることのな
い、反射鏡21のかど43(第2図)を切り落
し、反射鏡21の反射面が反射鏡22の反射面に
できるだけ近く配置されて光学的干渉や機械的干
渉が生じないようにすることができる。反射鏡2
1の質量をできるだけ小さくするため、反射鏡2
1の他の切りつめられたかど40,41及び42
(第2図)によつて示されてように、足跡のパタ
ーンに応じて反射鏡21の他の部分もまた切り落
すことができる。 Moreover, according to the embodiments shown in FIGS. 2 to 5, it is also possible to achieve a smaller reflector mass and therefore a smaller inter-reflector minimum distance and a larger scanning angle. is possible, but
It reflects footprints in a predetermined scanning area through mirrors 21 and 22.
In addition, by truncating the external dimensions of the vertical scanning mirror 21 to a size sufficient to include the mapping area of the footprint, that is, by shaping the vertical scanning mirror 21. It is done. In particular, the corner 43 (Fig. 2) of the reflecting mirror 21, where no footprint mapping is recorded, is cut off, and the reflecting surface of the reflecting mirror 21 is placed as close as possible to the reflecting surface of the reflecting mirror 22, thereby creating optical interference. or mechanical interference. Reflector 2
In order to make the mass of 1 as small as possible, reflector 2
1 other truncated corners 40, 41 and 42
Other parts of the reflector 21 can also be cut off, depending on the footprint pattern, as shown by (FIG. 2).
検知器30によつて検知された放射エネルギの
瞬時強度は反射鏡21の瞬時垂直位置と反射鏡2
2の瞬時水平位置とによつて定まる物体視野内の
位置の放射強度を表わす。第2図乃至第5図の走
査機構の特定の例示実施態様において、反射鏡2
1は作動させられると水平線と45゜の角度をなす
公称角「A」(第4図)を中心として上下に約±
2.6゜の角度範囲にわたつて振動して21゜の垂直方向
視野を生じる。反射鏡22は作動させられると水
平線と18゜の角度をなす公称角「B」(第3図)を
中心として左右に約±7゜の角度範囲にわたつて振
動して28゜の水平方向視野を生じる。反射鏡23
は垂直平面に対して27゜の角度「C」(第5図)を
なして配置される。 The instantaneous intensity of the radiant energy detected by the detector 30 is determined by the instantaneous vertical position of the reflector 21 and the reflector 2.
represents the radiant intensity at a position within the field of view of the object determined by the instantaneous horizontal position of 2. In certain exemplary embodiments of the scanning mechanism of FIGS. 2-5, the reflector 2
1, when actuated, moves up and down approximately ± about the nominal angle “A” (Fig. 4), which forms an angle of 45° with the horizontal line.
It oscillates over an angular range of 2.6° to produce a 21° vertical field of view. When actuated, the reflector 22 oscillates from side to side over an angular range of approximately ±7° about the nominal angle "B" (Figure 3), which forms an angle of 18° with the horizon, resulting in a horizontal field of view of 28°. occurs. Reflector 23
is placed at an angle "C" (FIG. 5) of 27 degrees with respect to the vertical plane.
軸線24と25を互に直交するよう配置するこ
とによつて第7図に描かれているような本質的に
真つ直ぐな水平走査線を有する二次元の、歪みの
ないラスタ走査波形が得られるけれども、二次元
区域を走査するため軸線24と25をそのように
配置しなければならないということはない。その
上、レンズ35,36及び37から成る対物レン
ズ組立体を光路29中に配置しなくてもよくて、
実際には光路28で始まり光路29で終る連続し
た光路内の任意の位置に配置してもよい。その上
さらに、折り返し反射鏡23は光束が検知器30
に入射する前に光束を折り曲げる。検知器30、
反射鏡21、反射鏡22が異なる位置と異なる方
位を取れば、当然のこととして、折り返し反射鏡
23も異なる位置と異なる方位角をとらなければ
ならなくなる。折り返し反射鏡23を全くなくし
て対物レンズ装置と検知器とを足跡33と34を
一直線に連らねる光路中に直かに配置することも
また可能である。その場合、本発明は唯2枚の反
射鏡、すなわち反射鏡21と22によつて実施さ
れることになる。さらに、本発明の範囲から逸れ
ることなく対物レンズ組立体の使用を回避するた
め、平面反射鏡21と22に代えて〓物面反射鏡
を使用することもできるけれども、その場合は当
然のこととして焦平面誤差が生じる。小さい走査
角に対しては、僅かばかりの焦平面誤差は無視す
ることができる。 By orienting axes 24 and 25 orthogonally to each other, a two-dimensional, undistorted raster scan waveform having essentially straight horizontal scan lines as depicted in FIG. 7 is obtained. However, axes 24 and 25 need not be so positioned to scan a two-dimensional area. Moreover, the objective lens assembly consisting of lenses 35, 36 and 37 does not have to be placed in the optical path 29,
In fact, it may be located at any position within the continuous optical path starting with optical path 28 and ending with optical path 29. Furthermore, the folding reflector 23 allows the light beam to reach the detector 30.
bends the light beam before it enters. detector 30,
If the reflecting mirrors 21 and 22 take different positions and different azimuths, naturally the folding reflector 23 must also take different positions and different azimuths. It is also possible to dispense with the folding reflector 23 altogether and to place the objective arrangement and the detector directly in the optical path that aligns the footprints 33 and 34. In that case, the invention would be implemented with only two reflectors, namely reflectors 21 and 22. Furthermore, it will be appreciated that object plane reflectors could be used in place of plane reflectors 21 and 22 in order to avoid the use of an objective lens assembly without departing from the scope of the invention. A focal plane error occurs. For small scan angles, slight focal plane errors can be ignored.
第8図は本発明に従つて構成可能な別の反射鏡
の配置を例示する。第1の光束61は光軸62に
そつて進み垂直走査反射鏡58に達し、この反射
鏡の表面に足跡63を形成する。足跡63から出
た放射エネルギ束64は水平走査反射鏡59に当
たつてこの反射鏡の表面に足跡65を形成する。
この放射エネルギ束64はついで足跡65からエ
ネルギ束66として反射させられ、反射鏡58に
当たつて足跡67を形成し、エネルギ束66はこ
の足跡67からエネルギ束69として進み固定の
第3の反射鏡57に達し、それによつて足跡68
を反射鏡57の表面に形成する。固定の反射鏡5
7から発した放射エネルギ束70は水平走査反射
鏡58と第3回目の衝突を行ない図示のような足
跡71を反射鏡58の表面に形成するが、このエ
ネルギ束70の反射鏡70に対する入射角は足跡
71からの反射エネルギ束72が最終的には前述
の寸法によつて検知器または放射エネルギ源に差
し向けられる軸線73にそつて進み水平走査反射
鏡59を避けて通るようなものである。この配置
によれば垂直走査反射鏡58の表面上で3回の反
射が行なわれ、そのため反射鏡58を所定の角度
だけ掃引させて垂直方向物体視野内のいつそう大
きな掃引角を得ることが可能になる。 FIG. 8 illustrates another reflector arrangement that can be constructed in accordance with the present invention. The first beam 61 travels along the optical axis 62 and reaches the vertical scanning reflector 58, forming a footprint 63 on the surface of this reflector. The radiant energy flux 64 emerging from the footprint 63 hits the horizontal scanning reflector 59 and forms a footprint 65 on the surface of this reflector.
This radiant energy flux 64 is then reflected from a footprint 65 as an energy flux 66 and hits the reflector 58 to form a footprint 67, from which the energy flux 66 proceeds as an energy flux 69 to a fixed third reflection. reaching mirror 57, thereby causing footprints 68
is formed on the surface of the reflecting mirror 57. Fixed reflector 5
The radiant energy flux 70 emitted from the mirror 7 collides with the horizontal scanning reflector 58 for the third time and forms a footprint 71 on the surface of the reflector 58 as shown in the figure. is such that the reflected energy flux 72 from the footprint 71 passes along the axis 73 and avoids the horizontal scanning reflector 59, which is ultimately directed to a detector or radiant energy source according to the aforementioned dimensions. . With this arrangement, three reflections occur on the surface of the vertical scanning reflector 58, so that the reflector 58 can be swept by a predetermined angle to obtain a larger sweep angle at any time within the vertical object field. become.
同様にして、多重反射が水平走査反射鏡と垂直
走査反射鏡との上で同時に起こるようにすること
もできる。かかる配置は第9図に例示されてい
る。参照数字61乃至71に関する限り、第8図
と第9図の放射エネルギ束の行路と足跡は類似し
ている。放射エネルギ束72が前進し水平走査反
射鏡59に直かに当たつて第2の足跡80を同反
射鏡59上に形成するように固定反射鏡57の配
置変更を行なうことによつて、水平反射鏡59上
で多重反射を実現することができる。したがつ
て、2回の反射が水平走査反射鏡59上で起こ
り、そのため水平方向物体視野内の有効掃引角を
増大させることが可能になる。足跡80から発し
た放射エネルギ束81は直接に検知器に到達する
ように進むこともできるし、あるいはそうしない
でこの放射エネルギ束81は垂直走査反射鏡58
と4度目の衝突を行なつて図示の足跡82を同反
射鏡上に形成し、その後放射エネルギ束83が検
知器または放射エネルギ源に至る軸線84にそつ
て固定反射鏡57によつて遮られることなく進行
するようにすることもできるが、いずれにしても
それは場合次第による。第8図の場合と同様に、
放射エネルギ束83を受け入れるため、すなわち
焦束させるため検知器または放射エネルギ源及
び/又はレンズつき折り返し反射鏡を配置し得る
ことは言うまでもない。 Similarly, multiple reflections can occur simultaneously on the horizontal and vertical scanning mirrors. Such an arrangement is illustrated in FIG. As far as reference numerals 61 to 71 are concerned, the paths and footprints of the radiant energy bundles in FIGS. 8 and 9 are similar. By repositioning the fixed reflector 57 such that the radiant energy bundle 72 advances and impinges directly on the horizontal scanning reflector 59 and forms a second footprint 80 on the same reflector 59, Multiple reflections can be realized on the reflecting mirror 59. Two reflections therefore occur on the horizontal scanning reflector 59, thereby making it possible to increase the effective sweep angle in the horizontal object field. The radiant energy flux 81 emanating from the footprint 80 can travel directly to the detector, or alternatively, the radiant energy flux 81 can be directed to the vertical scanning reflector 58.
A fourth impact is made with the reflector to form the footprint 82 shown on the same reflector, after which the radiant energy flux 83 is intercepted by the fixed reflector 57 along the axis 84 leading to the detector or source of radiant energy. It is possible to proceed without it, but it depends on the situation. As in the case of Figure 8,
It goes without saying that a detector or a radiant energy source and/or a lensed fold reflector can be arranged to receive or focus the radiant energy bundle 83.
このように、例示した実施態様の教示に従つて
本発明の種々の変形を構成し得ることは明らかで
ある。例えば両反射鏡間の角度に関する正確な関
係、各反射鏡の軸線の配列、光路28と29の関
係位置及びレンズ組立体の位置は変更することが
可能であるが、それでもなお光学的干渉すなわち
反射鏡による光路の遮断を回避するため両反射鏡
間を進行する放射エネルギ束の中心軸線が別の平
面内に含まれるように両反射鏡間で多重反射を行
なわせることが可能である。上述の諸変更は投射
装置にも検知装置にも共に実施することができ
る。それ故、以上述べた例示及び説明は本発明の
範囲を限定するものではない。 Thus, it will be apparent that various modifications of the invention may be made in accordance with the teachings of the illustrated embodiments. For example, the exact angular relationship between the reflectors, the alignment of the axes of each reflector, the relative position of the optical paths 28 and 29, and the position of the lens assembly can be changed and still result in optical interference or reflection. In order to avoid blocking of the optical path by the mirrors, it is possible to perform multiple reflections between the two reflecting mirrors so that the central axis of the radiant energy flux traveling between the two reflecting mirrors is included in another plane. The above-mentioned modifications can be implemented both in the projection device and in the sensing device. Therefore, the examples and descriptions set forth above are not intended to limit the scope of the invention.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/US1981/001370 WO1982001617A1 (en) | 1980-10-24 | 1981-10-13 | Scanning mirror arrangement |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57501895A JPS57501895A (en) | 1982-10-21 |
| JPH0248884B2 true JPH0248884B2 (en) | 1990-10-26 |
Family
ID=22161467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56503378A Expired - Lifetime JPH0248884B2 (en) | 1981-10-13 | 1981-10-13 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0248884B2 (en) |
-
1981
- 1981-10-13 JP JP56503378A patent/JPH0248884B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57501895A (en) | 1982-10-21 |
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