JPH0248884B2 - - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。