JPH0451003B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、視界を画成する光線を集束させて、
視界の像を像平面に形成する集束手段と；前記光
線を検出するために前記像平面に配置した検出手
段と；前記検出手段を横切つて走査方向に前記像
を走査する走査手段；とを具えている光学結像装
置に関するものである。

従来技術の説明 例えば、米国の共通モジユール赤外線結像装置
として既知の赤外線結像装置のような慣例の光学
結像装置を第１図に示してある。この結像装置で
は、光学的視界からの光線１０を、無限焦点レン
ズ系１４、スキヤナ１６および結像レンズ１８を
介して線形の検出器アレイ１２を横切つて走査せ
しめると共にその検出器アレイ１２上に集束させ
る。各検出器によつて発生される電気信号は、例
えばプロセツサ２０によつて増幅する。プロセツ
サ２０は他の機能も同様に果すことができる。最
後に、プロセツサ２０により発生される電気信号
は、例えば発光ダイオードのアレイ（図示せず）
に供給して、走査済みの赤外線像に対応する可視
像を形成する。プロセツサ２０からの信号は、ユ
ーザの要求に応じて、他のデイスプレイ装置に供
給したり、記憶装置に供給したり、或いはさらに
処理したりすることができる。

第１図に示す慣例の光学結像装置は平行走査装
置であり、その走査はアレイ１２における検出器
上に平行な光線束を集束させることにより行な
う。アレイ１２における各検出器は、支持体２２
の上に図面に対し垂直に一直線に延在している。
第１図に示すように、平行光線１０（これらの平
行光線のすべてを図面の平面内に位置させる必要
はない）を先ず無限焦点レンズ系１４により断面
積が多少小さなビーム束に変換する。このように
すれば、検出器の寸法を小さくし、また集光能力
を高く維持するのに主として好都合である。つい
で、第１図に矢印で示すように軸２６（この軸２
６は図面の平面に対して垂直である）のまわりを
往復動する平坦な走査ミラー２４に光線１０を入
射させる。

ミラー２４が第１図に示す位置にある場合、光
線１０は、これらの光線が線形アレイ１２の単一
検出器（素子）上に集束されるように反射され
る。これと同じ瞬時に光線１０に対して平行でな
い被写体（図示せず）からの他の光線は、図面の
平面に対して垂直に延在するアレイ１２（即ち、
検出器アレイ１２は垂直に延在している）の他の
検出素子上に集束される。このようにして、観察
すべき被写体からの垂直線が検出器アレイ１２上
に結像される。

つぎにミラー２４を新規の位置に回転させる
と、被写体の前記垂直線からの光線１０並びに他
の光線のいずれも最早検出器アレイ１２上に集束
しなくなる。この際、被写体の垂直線はアレイ１
２の片側に集束される。その代りに他の平行なビ
ーム束がアレイ１２上に集束される。従つて、こ
の場合には前記第１垂直線から水平方向に変位し
た個所の被写体からの別の垂直線が検出器アレイ
１２上に結像される。ミラー２４を軸２６のまわ
りにて、最初は時計方向に、ついで反時計方向に
一定の角度にわたり連続的に回転させることによ
り、被写体全体が検出器アレイ１２上に逐次（垂
直線順次で）結像される。このようなタイプの走
査は方位角走査と称されている。（ゼロの基準位
置を選定した後における）軸２６のまわりのミラ
ー２４の角度位置が方位角である。

理論的には上述したような方位角スキヤナによ
つて被写体全体を走査することができるが、実際
にはアレイ１２における各検出器間が垂直方向に
有限的に離間されていることによりギヤツプが形
成される。従つて、被写体は水平方向には連続的
に走査されるも、垂直方向には不連続的に走査さ
れ、これにより被写体からの離間した水平線を検
出することになる。

慣例の結像装置には、ミラー２４を軸２６のま
わりにて振動させると同時に、軸２６に対して垂
直で、しかもミラー２４の平面内に位置する軸
（図示せず）を中心としてミラー２４を傾斜させ
る小さな揺動運動も課せられる。（ゼロの基準位
置を選定した後における）斯かる水平軸のまわり
のミラー２４の角度位置が仰角である。斯様に、
軸２６を中心とする振動運動に重畳される揺動運
動によつて仰角は僅かしか変化しないが、インタ
ーレースさせるのには十分である。

上述した平行走査式の結像装置の全視界は、線
形検出器アレイ１２における検出素子の個数、寸
法および素子間隔（これらは全仰角を決定する）
と、走査角（これは全方位角を決定する）とによ
つて決定される。走査角はミラー２４の最大回転
角度である。全仰角に対する方位角の比のことを
アスペクトレシオと称する。代表的には、このア
スペクトレシオを１：１，４：３および２：１と
する。

共通モジユールの結像装置にてより一層大きな
視界を望む場合には、検出器アレイとしてさらに
長いものを利用する必要がある。この場合、解像
度を低下させないために、アレイに追加の検出器
を用いる必要がある。例えば、アスペクトレシオ
を一定に保つ場合、検出素子の個数を２倍に増や
せば、視界は４倍となる。しかしながら、検出素
子を増やすことによりパーホーマンスの向上は比
較的容易に達成されるも、(1)検出器アレイのコス
トが高くなり、(2)電子処理機器のコストも高くな
り、しかも(3)結像装置を収納させるのに大きな容
積を必要とするために結像装置のコストが非常に
高くなる。

発明の開示 本発明の目的は追加の検出器および増幅器を用
いなくても視界を大きくでき、また小さな検出器
アレイでも一定の視界を得ることができ、さらに
解像度も改善される簡単な構成で、しかも信頼度
の高い光学結像装置を提供することにある。

本発明は、視界を画成する光線を集束させて、
視界の像を像平面に形成する集束手段と；前記光
線を検出するために前記像平面に配置した検出手
段と；前記検出手段を横切つて走査方向に前記像
を走査する走査手段；とを具えている光学結像装
置において、前面および背面と、これらの面に対
し垂直の軸を有しているほぼ平坦なデイスクの第
１部分を視界からの光線に対して反射性とすると
共に、該デイスクの第２部分を視界からの光線に
対して透過性として、前記光線が前記デイスクの
前面に入射し、且つ前記反射性部分により反射さ
れた前記像平面の第１位置に像を形成するように
前記デイスクを前記視界からの光線の光路中に配
置し；前記デイスクを回転手段により該デイスク
の軸線のまわりにて回転可能とし；前記視界から
の光線に対して反射性のほぼ平坦な反射部材を前
記デイスクの後方で、該デイスクに対して固定さ
れた位置に配置して、前記デイスクの透過性部分
を通過した光線が前記反射部材に入射し、且つ反
射されて前記像平面の第２位置に像を形成し、前
記第２位置が前記第１位置に対して走査方向を横
切る変位方向に変位されるようにしたことを特徴
とする。

本発明の好適例によれば、前記デイスクをほぼ
円形のものとして、該デイスクを２つの半円形部
分に分けて、一方の半円形部分は反射性とし、他
方の半円形部分は視界からの光線に対して透過性
とする。

本発明の他の好適例によれば、デイスクを回転
させる手段を電動機をもつて構成し、該電動機に
よりデイスクをほぼ一定の角速度にて回転させ
る。平坦な反射部材は固定ミラーとするのが好適
であり、この固定ミラーに対する垂線およびデイ
スクの軸は同一平面内に位置させる。

検出手段は、固定ミラーに対する垂線およびデ
イスク軸と同じ平面内に位置する点状検出器の線
形アレイをもつて構成するのが好適である。

本発明の他の好適例では、デイスクに入射する
光線の通路内にレンズを設けて、光線を検出器ア
レイ上に集束させる。視界からの光線は、デイス
クにおけるこのデイスクの1/2の面積よりも〓か
に小さな面積の部分に入射させる。

実施例 以下図面を参照して本発明を説明する。

第２図は光学走査装置を含む本発明による結像
装置の一部分を示したものである。従来の結像装
置（第１図）につき述べたように、本発明結像装
置における走査装置も平行な光線束を走査するよ
うに設計する。多数の種々の方向から光学走査装
置に入射するこれらの光線束は視界を限定する。
光学結像装置は視界を走査すると共に、その視界
内における光学像を１個以上の電気信号に変換す
る。

第２図には視界内における２つの平行光線束２
８および３０を示してある。光線束２８は、第２
図では下向きに傾斜しており、また光線束３０は
上向きに傾斜している。これらの各光線束を結像
レンズ３２によつて集束させて、（後に詳述する
デイスク３４およびミラー３６を用いないで）像
３８および４０の部分を形成する。像４０は、光
線束２８と、同じく下向きに入射する他の光線束
とによつて形成される。同様に、像３８は光線束
３０と、上向きに入射する他の光線束とによつて
形成される。

既に述べたように、像３８および４０は固定位
置に留まるようになる。これらの像を左右に（即
ち、図面の平面内方へ、および該平面からそれぞ
れ垂直に）走査するために、慣例の平坦な走査ミ
ラー４２を設ける。このミラー４２は、例えば第
１図に示した平坦な走査ミラー２４と同一のもの
とする。ミラー４２は、それが或る方向に回転し
て所定の振幅値にまで達したら、回転方向を変え
る手段（図示せず）によつて軸４４のまわりを回
動する。

上述したように、デイスク３４およびミラー３
６がなければ、像３８および４０は第２図の平面
の内方へ、および該平面から出るように振動す
る。像３８および４０の位置に線形の検出器アレ
イを設けることによつて、第１図に示したと同じ
方法でこの線形検出器アレイ間にて全視界を走査
する。像３８および４０の高さを同じ高さ、ｈと
することによつて、検出器アレイの長さを2hに
等しくする。

本発明によれば、像３８および４０を検出する
のに必要なアレイとして、半分の長さ、即ち長さ
ｈの検出器アレイを用いて、像３８および４０の
双方を追加の走査装置の導入により検出すること
ができる。斯かる追加の走査装置はほぼ平坦なデ
イスク３８と、ほぼ平坦な反射部材３６と、デイ
スク３４を回転させる回転手段４６とを具えてい
る。

第２および３図を参照するように、デイスク３
４は、走査される光線（例えば、光線２８および
３０）に対して反射性の第１部分４８と、走査さ
れる光線に対して透過性の第２部分５０との２つ
の主要部分に分けられる。軸５２はデイスク３４
に対して垂直である。作動時にデイスク３４は軸
５２のまわりを回転する。

デイスク３４は、ほぼ平坦で、しかもほぼ円形
とするのが好適である。このデイスク３４を２つ
の半円形部分４８と５０とに分割し、その一方の
半円形部分４８はできるだけ反射性とし、他方の
半円形部分５０はできるだけ透明とする。

例えば、デイスク３４はゲルマニウム、シリコ
ン、カルコゲナイド−ガラス製の赤外線透過基板
５３、または他の既知の赤外線透過材料製の基板
で構成することができる。デイスク３４の反射部
分４８は、このデイスクの前面の半分の領域に反
射層５５（実寸にて図示したものではない）を設
けることにより形成する。反射層５５はアルミニ
ウムまたは金を蒸着したものとするのが好適であ
る。デイスク３４の残りの半部の光透過部分５０
は反射層を有しておらず、この光透過部分５０に
は、例えば硫化亜鉛、セレン化亜鉛製の反射防止
皮膜（図示せず）、或いは他の既知の反射防止皮
膜材料を設けることができる。

デイスク３４は、前面に反射層を有している半
円形の基板とすることもできる。この場合には、
デイスクの「欠落」半分が光透過部分５０とな
る。

部材３６は、走査される光線に対して反射性の
ほぼ平坦な部材とする。この反射部材（ミラー）
３６の反射平面は、これに垂直の垂線（法線）５
６によつて限定される。ミラー３６は堅牢な基板
３７で作製し、この基板の前面にアルミニウムま
たは金等を蒸着して赤外線反射材料層３９（実寸
図示したものではない）を設けるのが好適であ
る。

デイスク３４を回転させる回転手段４６は電動
機とするのが好適である。この電動機のシヤフト
（図示せず）はデイスク３４の軸５２と整列させ
て、ボルト５８によりハブ５４に固着させるのが
好適である。ハブ５４は、例えばエポキシ系接着
剤により基板５３に固着させる。

本発明結像装置における光学走査装置を作動さ
せるためには、デイスク３４およびミラー３６を
走査される光線（被走査光線）の通路内に位置さ
せる必要がある。被走査光線は、入射方向に沿う
通路内のデイスク３４およびミラー３６に到達
し、しかも第２図に示すように、デイスク３４
か、またはミラー３６が被走査光線を交互に反射
する。これらのデイスクおよびミラーにより反射
された光線は入射方向とは別の方向に沿う光路を
辿る。デイスク３４およびミラー３６の双方は結
像装置の他の構成要素に対して固定位置（ただ
し、デイスク３４は軸５２にて自由に回転すると
云う条件は勿論必要である）に配置する。これ
は、例えばミラー３６および電動機４６をハウジ
ング（図示せず）に固定させることにより行な
う。

仰角走査を行なうために、デイスク３４および
ミラー３６は被走査光線を別々の光路で反射する
ようにする。このようにするために、ミラー３６
の垂線５６とデイスクの軸線５２との間の成す角
度を0°でない角度とする。

本発明結像装置における光学走査装置の作動は
つぎの通りである。結像レンズ３２から出る収束
光線はデイスク３４の反射部分４８か、または透
過部分５０のいずれかに当る。反射部分４８が入
射光線の光路内にある場合には、上記収束光線が
検出器アレイ６０の上に反射され、従つて反射部
分４８は検出器アレイ６０に像４０を形成するこ
とになる。

これに対し、デイスク３４の透明部分５０が入
射光線路内にある場合には、入射光線はデイスク
３４を経てミラー３６に達し、このミラー３６に
て反射されて、検出器アレイ６０に至る。しか
し、ミラー３６に対する垂線５６はデイスク３４
の軸５２に対してゼロでない角度傾斜しているた
め、検出器アレイ６０上に集束される像はこの場
合、デイスク３４の反射部分４８によりアレイ６
０に以前集束された像に比べて高まつた位置に切
換えられる。軸５２と垂線５６とが成す角度を十
分に大きくすると、線形アレイ６０上に集束され
る反射部分４８による像と、ミラー３６による像
は互いに重なり合わなくなる。従つて、ミラー３
６により反射される光線は検出器アレイ６０上に
像３８を形成するようになる。

被走査光線はレンズ３２によりデイスク３４の
透明部分とミラー３６を介して線形検出器アレイ
６０上に集束される。長方形の視界を走査するた
めに、ミラー３６に対する垂線およびデイスク３
４の軸は同一平面内に位置させる。

作動中、像３８を形成する光線はレンズ３２を
通過して、デイスク３４に光の足跡６２（第３
図）を形成する。像４０を形成する光線はレンズ
３２を通過して、デイスク３４に光の足跡６４を
形成する。これらの足跡６２および６４を第３図
に示してあり、これらの各面積はデイスク３４の
半分の面積よりも小さくして、これらの足跡が、
デイスク３４の各回転の少なくとも或る期間中
は、このデイスクの一方の部分４８か、或いは５
０にだけ当るようにする必要がある。足跡部６２
および６４の面積はデイスク３４の半分の面積よ
りも遥かに小さくするのが好適である。

デイスク３４を回転させると、このデイスクの
透明部分と反射性部分との間の転換部６６が光の
足跡６２および６４を通過する。この転換部６６
が上記足跡６２および６４を通過するのにかかる
時間中は視界内の像を走査することができない。
従つて、斯様な足跡はできるだけ小さくして、転
換部６６ができるだけ早くそれらの足跡の個所を
通過するようにするのが望ましい。

しかし、足跡の面積はデイスクの能動領域の面
積に比べて十分に小さくして、少なくとも75％の
走査効率が得られるようにすれば十分である。即
ち、転換部６６が足跡６２および６４内に位置し
ていない時間を少なくとも75％とする。換言する
に、転換部６６が足跡６２および６４内に位置す
る時間を25％以下とする。例えば、方位角スキヤ
ナ（ミラー４２およびこのミラーを往復回動させ
る手段）の効率は、各走査サイクルにてミラーの
方向を変えるのに２倍の時間がかかるために約75
％にしかならない。従つて、転換部６６が足跡６
２および６４を通過し、またミラー４２がその回
転方向を変えるように２つのスキヤナを同期させ
ることにより、約75％の全走査効率を達成するこ
とができる。

結像レンズ３２により視界からの平行光線束を
線形検出器アレイ６０上に集束させるために、レ
ンズ３２と検出器アレイ６０との間の光路長は一
定とする必要がある。しかし、第２図から明らか
なように、レンズ３２からデイスク３４の反射性
部分４８を経て線形検出器アレイ６０に至る距離
は、レンズ３２からミラー３６を経て検出器アレ
イ６０に至る距離よりも短い。このような光路長
の相違は、デイスク３４の光透過部分５０に被走
査光線に対しては透明の窓を設けることによつ
て、物理的な距離は相違するも、等しくすること
ができる。第２図の基板５３が上述したような窓
を構成する。このような窓５３による光路長の増
大は、その窓の厚さ、およびその屈折率に依存す
る。これら２つのパラメータを既知の方法で選定
して、光路長を所望通りに増大させれば、レンズ
３２はミラー３６からの反射光線を検出器アレイ
６０上に集束する。

第４図は、従来の方位角スキヤナと共に使用さ
れる本発明に基づく光学走査装置によつて形成さ
れ、視界の像に重畳される走査線の軌跡を示した
ものであり、この図では頂部視界７０が先ずイン
ターレース（飛越し走査）で完全に走査され、つ
いで底部視界７２がインターレースで完全に走査
される。

このような走査方法では、平坦な走査ミラー４
２が先ず一方向に回転して、奇数番目の走査線を
形成し、ついで方向を変えて偶数番目の走査線を
形成する。インターレースは、走査ミラー４２を
その水平軸上にて揺動させて、ミラー４２に僅か
の仰角動作をさせることにより行なう（奇数番目
の走査線間に偶数番目の走査線を形成する）。

頂部視界７０の走査中、前記足跡部６２および
６４はデイスク３４の片側部分に完全に位置す
る。ミラー４２が頂部視界７０の走査完了に近づ
き、そのミラーの出発位置に戻ると、デイスク３
４における反射性部分と透過性部分との間の転換
部が足跡部６２および６４を通過する。この通過
時間中にミラー４２を瞬時的に停止させ、そのミ
ラーの回転方向を変えて、底部視界の走査を開始
させる。この底部視界７２の走査開始時点は、転
換部６６が足跡部６２および６４を通過した後と
する。この際、ミラー４２は底部視界の奇数番目
の線を走査し、かつ回転方向を変えて底部視界の
偶数番目の線を走査する。底部視界の走査終了時
に転換部６６が再び足跡部６２および６４を通過
するため、この転換部６６が足跡部を通過する時
間中にミラー４２が頂部視界の別の走査を開始す
る用意をするようにする。

本発明結像装置には上述したような走査法とは
別の走査法を適用することもできる。例えば、イ
ンターレースしないで頂部視界の奇数番目の線を
走査し、ついで底部視界にステツプ−ダウンさせ
てインターレースしないで偶数番目の線を走査
し、つぎに頂部視界に戻つて偶数番目の線を走査
し、最後に底部視界の奇数番目の線を走査するよ
うにすることもできる。

第５図は本発明結像装置の他の例を示したもの
である。第２図の例ではレンズ３２をミラー４２
とデイスク３４との間に設けたが、本例ではレン
ズ３２をデイスク３４と検出器アレイ６０との間
に位置させる。このような位置にレンズ３２を設
ければ、デイスク３２から反射される光線の光路
長と、ミラー３６により反射される光線の光路長
とを等しくする必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光学走査装置を有している従来の結像
装置の一例を示す線図；第２図は本発明に基づく
光学走査装置の一例を一部断面図をもつて示す正
面図；第３図は本発明に基づく光学走査装置用の
半分が光透過性で、半分が反射性のデイスクの平
面図；第４図は本発明に基づく光学走査装置にて
視界に重畳される走査線の軌跡を示す説明図；第
５図は本発明に基づく光学走査装置の他の例を一
部断面図をもつて示す正面図である。 １０……光線、１２……検出器アレイ、１４…
…無限焦点レンズ系、１６……スキヤナ、１８…
…結像レンズ、２０……プロセツサ、２２……支
持台、２４……走査ミラー、２６……ミラー軸、
２８，３０……平行光線束、３２……結像レン
ズ、３４……デイスク、３６……ミラー（反射部
材）３７……基板、３９……反射層、３８，４０
……像、４２……走査ミラー、４４……軸、４６
……デイスク回転手段、４８……デイスクの反射
性部分、５０……デイスクの透過性部分、５２…
…デイスク回転軸、５４……ハブ、５５……反射
層、５６……垂線、５８……ボルト、６０……検
出器アレイ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 視界を画成する光線を集束させて、視界の像
   を像平面に形成する集束手段と； 前記光線を検出するために前記像平面に配置し
   た検出手段と； 前記検出手段を横切つて走査方向に前記像を走
   査する走査手段； とを具えている光学結像装置において、 前面および背面と、これらの面に対し垂直の軸
   を有しているほぼ平坦なデイスクの第１部分を視
   界からの光線に対して反射性とすると共に、該デ
   イスクの第２部分を視界からの光線に対して透過
   性として、前記光線が前記デイスクの前面に入射
   し、且つ前記反射性部分により反射された前記像
   平面の第１位置に像を形成するように前記デイス
   クを前記視界からの光線の光路中に配置し； 前記デイスクを回転手段により該デイスクの軸
   線のまわりにて回転可能とし； 前記視界からの光線に対して反射性のほぼ平坦
   な反射部材を前記デイスクの後方で、該デイスク
   に対して固定された位置に配置して、前記デイス
   クの透過性部分を通過した光線が前記反射部材に
   入射し、且つ反射されて前記像平面の第２位置に
   像を形成し、前記第２位置が前記第１位置に対し
   て走査方向を横切る変位方向に変位されるように
   したことを特徴とする光学結像装置。 ２ 特許請求の範囲１記載の光学結像装置におい
   て、前記デイスクをほぼ円形のものとし、該デイ
   スクを２つの半円形部分に分けて、一方の半円形
   部分は反射性とし、他方の半円形部分は視界から
   の光線に対して透過性としたことを特徴とする光
   学結像装置。 ３ 特許請求の範囲２記載の光学結像装置におい
   て、前記デイスクを回転させる回転手段を電動機
   をもつて構成し、該電動機により前記デイスクを
   ほぼ一定の角速度で回転させるようにしたことを
   特徴とする光学結像装置。 ４ 特許請求の範囲１，２または３のいずれか１
   つに記載の光学結像装置において、前記固定反射
   部材に対する垂線および前記デイスクの軸を同一
   平面内に配置し、かつ前記検出手段を、前記固定
   反射部材に対する垂線と前記デイスクの軸とが位
   置する平面内に一直線に配置した点状検出器のア
   レイをもつて構成するようにしたことを特徴とす
   る光学結像装置。 ５ 特許請求の範囲１，２，３または４のいずれ
   か１つに記載の光学結像装置において、前記視界
   からの光線を検出器アレイ上に集束させる集束手
   段を設けたことを特徴とする光学結像装置。 ６ 特許請求の範囲５記載の光学結像装置におい
   て、前記集束手段を前記デイスクに入射する光線
   の光路内に配置されるレンズをもつて構成したこ
   とを特徴とする光学結像装置。 ７ 特許請求の範囲６記載の光学結像装置におい
   て、前記視界からの光線を前記デイスクにおける
   該デイスクの面積の半分の面積よりも遥かに小さ
   な面積の部分に入射させるようにしたことを特徴
   とする光学結像装置。