JPS6212455B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱映像方式を低い原価で製造すること
に関したものである。熱映像方式は散乱即ち反射
された可視光線を映像化する可視映像方式に対し
て、視界内よりの黒体輻射を主発生源とする赤外
線を映像化し視界の可視映像を与えるものであ
る。１個又は複数の較正された黒体を熱映像方式
の中に取り入れることに依り、映像中の中間色を
対象物の外見上の温度に相関させることが出来
る。この様な方式は映像輻射計と呼ばれる。

代表的速応答性熱映像方式即ちフラー（前視赤
外線の頭文字をとつた略号）は視界の中の赤外線
輻射を集光し、分光波して検出器群上に結像さ
せる。検出器はこの光学的信号を電気信号に変換
し、この電気信号が増巾され処理されてビデオ・
モニター上の映像となるのである。高性能な方式
の映像は代表的にはテレビジヨン型モニター上に
テレビジヨンのフレーム周波数で再生される。こ
れらはすべてリアル・タイムで行われる。

熱映像の主な用途は今日までの所軍事用及び偵
察用であつて、我々の知つている従来技術の大半
は軍時目的の達成に向けられて来た。例えば熱映
像は銃砲の照準用、監視用、及び航空兵器誘導用
に利用されている。軍用規格は軍事用の熱映像機
器を商業用々途には遥かに高価すぎるものにした
上、その侭商用に転用するには不適当な他の特徴
を有するものにした。

総ての高性能熱映像方式は二つの機械的ラスタ
ー走査原理のどちらかと低温冷却検出器群との組
合せを利用している。これらの原理の一つは走査
線方向に直角に配列された180個までの多数検出
器群を使う。検出器からの信号は増巾されてその
侭同期走査される発光ダイオードによつて表示さ
れるか又は多重変換されてブラウン管を動作させ
る。この考え方はデイリー其他に発行された米国
特許3760181号に示されている。

第２の考え方はラークマンの米国特許3723642
号に発表されている。この実施例では10個から30
個位の少数検出器配列が結像面で２次元的に走査
される。検出器は発生されるテレビジヨン型ラス
ターの走査線方向に並行に配列される。検出器か
らの信号は遅延線内で適切に合成され、更に処理
されて映像を再生する。各検出器は完全な低温停
止点を持つので、この実施例はより低能率なデイ
リー其他の実施例と同等な熱感度を与える。

商用テレビジヨンと同率な２次元走査を行える
光学的走査装置がウイーラー特許3764192号に記
述されている。この走査装置は軍事用途の場合典
型的に要求される比較的小さい標準開口角内のみ
を走査する。典型的な軍事用途の走査器は超高解
像度望遠鏡と共に使われるので、従つて過剰収差
が許容されない限り走査器の入射瞳乃至は視界角
を最小にする必要がある。この結果、走査器は .
８から１の小さなＤθ積を持つ様に構成される。
茲にＤは平行集束された輻射線の入射の有効口径
（輻射線が走査器に入る場所における）をインチ
で表わした数値で、θは検出器の水平入射角範囲
をミリ・ラジアンで表わした数値である。入射瞳
に於て実効径は平行集束された輻射線の断面積と
同じ面積を持つ円の直径である。

この小さなＤθ積は適当な感度を与える為には
多数の検出器の使用を必要とする。多数の検出器
は装置の原価を非常に高め、多くの商業用々途に
とつて多数の検出器を持つた熱映像方式は使用不
可能である。

本発明は、色々な技法の内とりわけ必要検出器
の数を大巾に減らして熱映像方式の原価を低下さ
せるものである。既存のフラー映像方式に較べ
て、極度に小さい視野が必要とされない用途では
感度及び映像品位の犠性なしに検出器数を例えば
１個又は２個にまで減らすことが出来る。

検出器数が減らされても、本発明に従つて構成
された装置は現存商用テレビジヨンと同等の速度
で集束された輻射線を２次元的に走査する様に出
来る。逆に本発明は適当数の検出器配列を用いる
ことに依り感度の大巾な向上を達成するのにも利
用出来る。

検出器数を減らす為に、本発明は入力即ち装置
の入射に於て測つて、与えられた検出器の視界に
対し、より広範囲の走査を可能にするものであ
る。例として、但し限界を規定する意味でなく、
Ｄθ積を約2.1、即ち従来技術による代表的Ｄθ
積の２倍以上にすることが出来る。赤外線の信号
対雑音比はＤθ積に比例して且つ検出器数の平方
根に比例して増えるので、従つてＤθ積の増加に
よつて信号対雑音比の向上が達成される。この信
号対雑音比の向上によつて従来技術によるよりも
少ない数の検出器を使用出来る様になる。

本発明は多鏡面をもつ回転式鏡を内蔵し、その
一つの鏡面で第１の走査角で第１の方向に平行集
束輻射線を走査し乍ら、更に内蔵するフレーム形
成用鏡で第２の走査角で第２の方向に平行集束輻
射線を走査する型の走査器に有効に活用出来る。
回転鏡は複数の面を持つ多面体の鏡であることが
有利である。

広角度走査を可能にするのは一つには附随光学
系に関連して設定される小さな収差に見合う範囲
で可能最低限の面数を持つ多面体を使用すること
である。多面体鏡の回転速度は面数が減るのに応
じて増加しなければならないが、面数の減少に依
る多面体鏡の慣性及び蓄積エネルギーの減少並に
軸受荷重の減少は相当なものである。斯くしてよ
り少ない面数の採用により大きな信頼度が得られ
る。

代表的な２次元走査型フラーは７面体又はそれ
以上の多面体を使用しているが、本発明によれば
６面体が使用出来る。面数の減少はそれに比例し
て各面の鏡面で走査角度を増加させる。従来の面
数以下に面数を減らした場合、走査器と関連して
使われる望遠鏡の視界角の過剰な増大を抑える光
学的手段が取られなければならない。又この光学
的手段は非点収差による多重像を防止出来る様、
二つの走査機能を一つ又は複数の瞳と適合する様
にする必要がある。

本発明では前記の二つの光学的要求は１より大
きい倍率を持つ中継レンズ方式の使用に依つて満
される。中継レンズは機構的に水平走査を垂直走
査から分離して、中継レンズの入射側に於ける視
界角が水平走査によつてのみ決定される事を可能
にしている。中継レンズ入射側での全視界角に対
する垂直走査の影響が皆無であることから、従来
より大きな水平走査角、従つてより少ない鏡面数
が許容される。中継レンズは多面鏡近傍に位置す
る入射瞳をフレーム形成鏡の面に実質的に再結像
させるから、望遠鏡を使つた時にも非点収差によ
る多重像を回避することが出来る。

倍率が１でない中継レンズはフレーム形成鏡か
らの射出の視界角を望遠鏡に見合うだけ小さく出
来る。中継レンズは多面鏡とフレーム形成鏡との
中間に位置するのが望ましい、しかし若し希望す
るならフレーム形成鏡は中継レンズ組織の内部に
適当に組み込む事も出来る。どの様な望遠鏡とも
適合するだけの小視界角を得るには、倍率は最低
1.2である事が望ましい。しかし倍率が2.5を超え
ると、フレーム形成鏡の駆動トルクが過大になる
恐れがあるし、又フレームの形成鏡の共振周波数
が低くなり過ぎる恐れもある。一例として、1.8
倍率が非常に満足出来る結果を示すことが判つ
た。

前記ウイーラー特許は非点収差のない映像を作
る為多面鏡上に見かけの瞳を作り出すことを導入
している。ウイーラーのフレーム形成鏡の先にあ
る如何なる望遠鏡又は中継レンズの視界角も垂直
及び水平走査に影響されるから、本発明によるよ
りも小さな水平走査角が必要とされる。ウイーラ
ーの設計では附属望遠鏡による過度の収差を避け
る為に最小面数は７である。このより多い面数の
結果、同一の軸受荷重、従つて同一の信頼度の下
では本発明によるよりも相当小さい瞳が必要にな
る。より典型的に、ウイーラー型走査器は相当に
より大きな軸受荷重で、従つてより低い信頼度の
下で動作する様に設計されている。にも拘らず本
発明の場合に許容される大きさの瞳で動作するこ
とは出来ない。輻射計機能又は直流再生の為のビ
デオ規準を持たせる為には、既知温度の規準黒体
を設置出来る映像結像面を設けなければならな
い。これに依つて勿論視界の映像を黒体と比較す
ることが出来る。従来のやり方では線状の黒体を
無焦点望遠鏡と共に使つて来た。残念乍ら線状黒
体は装着困難である。

本発明では結像面はフレーム形成鏡と回転鏡と
の間の光の通路に設けられ、最低１個の点状黒体
がほゞ結像面に設けられる。この配置では黒体は
回転鏡に依つてのみ走査され、映像表示時に黒体
線として表示される。点黒体は結像面に充分近附
けて、黒体線の表示が回転鏡による走査によつて
のみ現れる様にすべきである。中継レンズ（又は
望遠鏡）によつて対象物と走査器の間の光学的経
路内に較正用結像面が創り出される熱映像方式に
屡々現れる問題の一つは走査方向が光軸と一致す
る瞬間に発生する所謂ナルシサス効果である。具
体的には検出器が一つ又は複数のレンズ面からの
反射によつて自身の映像を見る時、この反射によ
る強大な信号が発生して映像からの信号に干渉す
るのである。今迄の所この問題を解決するのに非
常に良いレンズ被膜と強度の曲面率をもつレンズ
に依存してきた。

本発明では中継レンズを反射による検出器出力
信号に対する悪影響を避けるのに充分なだけ光軸
からずらすことが許容されている。更に中継レン
ズの円形のレンズ面の約半分が光経路に入る様に
光軸からずらすことにより追加の原価低減が達成
される。この構成は該光軸ずれレンズが半円形で
よいことを示し、該レンズの原価を減少せしめ
る。

従来のやり方ではケースに空洞を設けこの中に
回転鏡を配置する。空洞内の気圧を大気圧より低
めて高速回転鏡の空気抵抗を減らす為である。検
出器を含む真空室は典型的により高度のマイク
ロ・トーク級の高真空に保たれ、これは低温冷却
される検出器の熱絶縁の為である。この後者の目
的の為に充分な高真空度は長期間の真空保持の為
の高価な処理を必要とする。

本発明は低温冷却検出器に充分な熱絶縁を与え
乍ら検出器周辺の空洞部分をケース内空洞の残り
の部分と同一の真空度にすることを可能にするも
のである。従つて検出器真空度は回転鏡用空洞部
の真空維持の為の一般的保守手段によつて維持出
来る。低温冷却検出器の為の適切な絶縁は例えば
ガラス繊維の如き適当な絶縁材料を検出器の周り
に配置することを、対流による熱交換を減ずる為
の前記真空と併用することで達せられる。

本発明の更に詳細な説明を前記以外の特徴及び
その利点と共に添附図面を参照し乍ら以下に行う
がこれが理解を深めるのに最も適切と信ずるから
である。

望ましい実施例として、第１図及び第２図に熱
映像方式１１が描れており、これは任意の望遠鏡
１３と関連して使われるものである。望遠鏡１３
は第２図に鎖線で示されている。熱映像方式１１
は光学的に視界を２次元的に走査し信号処理器１
７に出力信号を送る光学的走査器１５を包含す
る。出力信号は電気信号で視界の熱エネルギーの
特性と相関するものである。より具体的には出力
信号は視界中の対象物から発せられた赤外線輻射
及び対象物によつて反射された赤外線輻射と相関
する。信号処理器１７は既知方式に従つて出力信
号を処理し表示器１９によつて映像の中間色段階
が視界中の発生及び反射の全輻射を表わす様映像
表示される様にするものである。表示器１９はテ
レビジヨン型映像表示器で宜しい。

熱映像方式１１の光学的走査器は走査線ラスタ
ーを描く様に集束された光又は赤外光の如き輻射
線を投影する機器と云える。換言すれば集束され
た光の輻射線場から走査線ラスターとして表わせ
る様に見本採取する機器とも云える。方式１１の
光学部分は光の見本採取器即ち受光器として使わ
れているが、逆に集束された輻射線を投影するか
の如く考えた方が説明に都合が良いので以下この
様に描写する。

光学的走査器１５は検出器２１を内蔵し、これ
は例えばテルル化水銀カドミユーム検出器の如き
ものである。検出器２１は受けた熱エネルギーの
強さに相関する信号を出力する様に赤外線輻射に
反応する。しかし投影機として見た場合検出器２
１は点光源となり発せられた光は集束器２３に向
うことになる。集束器は点光源からの光を受けて
それを平行線束に集束し回転鏡、即ち本実施例図
面では多面鏡２５に向けて方向づける。集束器２
３は従来からあるものである。例えば集束器２３
は第１図に示す様に二つの球面レンズ２７及び２
９から成る場合もあり、一つの非球面レンズから
成る場合もある。レンズ２７及び２９はゲルマニ
ユーム又は他の赤外線輻射を通過させる適当な物
質で構成される。レンズ２７及び２９は検出器２
１と多面鏡２５との間にある唯一のレンズ群又は
光学素子群である。

多面鏡２５は従来構造でよいが但し６個の同形
側面即ち鏡面３１ａ〜３１ｆを持つ。多面鏡２５
は回転軸３３の周りに適当な方法で、例えば軸受
３７を持つ回転軸３５によつて回転出来る様に取
り附けられる。多面鏡２５はウイーラー特許
3764192号に記されている様に駆動してよい。第
２図に示す如く、多面鏡２５は例えば面数と同じ
極数を持つステツプ・モーターの様なモーター３
９によつて回転される。多面鏡２５は走査作用を
行い、その空間的方向が走査を方向づける。走査
器１５の色々な方向づけが可能であるが、本図示
実施例では回転軸３３は垂直と仮定しているので
多面鏡２５は水平方向の水平走査を行う。

平面図で見られる様に、多面鏡２５は正６角形
をしていて、各面３１ａ〜３１ｆは平面の矩形鏡
面でありこれらは回転軸３３に直角な半径方向の
直線に対し直角である。かくて３１ａ〜３１ｆの
各面は回転軸３３に平行である。鏡面は従来の構
造と赤外線輻射を反射するに適した従来の材料で
構成される。

多面鏡２５は集束器３３によつて平行集束され
た光線束を反射して望遠鏡又は中継レンズ組織４
１を通してフレーム形成鏡４３に向ける。中継レ
ンズ組織４１は第１図及び第２図に示す様に多面
鏡２５にある瞳Ｐをフレーム形成鏡４３に再結像
させ、実質の射出瞳P₁をフレーム形成鏡面に与え
る。更に中継レンズ組織４１は１以上の倍率を持
つていて、水平走査角Ｈより小さい水平視界角
H₁を与え、又多面鏡２５に於ける瞳よりも大き
な面積を持つ実質の出力開孔を与える。以下に６
鏡面３１ａ〜３１ｆについて更に詳述するが、多
面鏡２５の水平走査角Ｈは商用テレビジヨンと共
用できるように走査線方向即ち水平方向に50.4度
になつている。かくして、中継レンズ倍率1.8に
対して角H₁は28度である。又一般の画面縦横比
３：４に合わせるには、フレーム形成鏡４３に於
ける垂直走査角Ｅは角Ｈ及びH₁より小さく、こ
の例では21度になつている。従つて水平方向には
垂直方向よりも視界が大きくなつている。

図示の実施例では中継レンズ組織４１は無焦点
望遠鏡の形をしており、対物レンズ４５、接眼レ
ンズ４７及び両レンズの中間にある折畳み鏡４９
を包含する。対物レンズ４５は光学的軸５１に沿
つて可動で望遠鏡の距離合せに使われる。勿論こ
れは射出瞳の位置を移動させる。しかし射出瞳は
フレーム形成鏡４３上又はその極く近傍に結像さ
せるのが望ましい。勿論射出瞳がフレーム形成鏡
４３から遠ざけられるのにつれてフレーム形成鏡
４３の最小寸法は稍々増大し、その慣性も大きく
なる。

接眼レンズ４７は回転鏡２５から受けた集束済
光線に焦点を結ばせ対物レンズ４５は放散した光
線を再集束してフレーム形成鏡に向ける。例えば
接眼レンズは平凸レンズ４７でも良い。

接眼レンズ４７を通る平行集束輻射線は折畳み
鏡４９によつて反射された対物レンズ４５を通つ
てフレーム形成鏡４３に到達する。これで結像面
５３（第３図）が形成され、その面上に黒体５５
と５７が位置する。幾何学的には結像面５３を有
限の巾を持つた線の形をとる。

黒体５５及び５７は結像面に充分近く位置し表
示器１９面上に線を発生させる様にし、且つ線状
の結像面５３の両端末に設置されるのが望まし
い。

黒体５５及び５７は周知の技術によつてこれら
の位置に創り出すことが出来る。例えばこれらは
温度表示附の熱電気的に冷却及び加熱される電対
でも良い。黒体５５及び５７は予め正確に定めら
れた比較的低い温度と比較的高い温度とを各々代
表している。垂直走査は結像面５３の射出側で行
われるので点黒体５５と５７は各々表示器１９の
映像の相対する垂直の縁に垂直線として現われ
る。かくして黒体は映像によつて表わされる視界
の色色な部分の温度を視覚的並びに定量的に判断
するのに使うことが出来る。更に黒体は直流再生
用のビデオ規準に使うことも出来る。黒体５５及
び５７は数値較正附空洞型でもよく、且つこれら
は熱電気式冷却器及び加熱器によつて駆動しても
良い。

中継レンズ組織４１はフレーム形成鏡４３と多
面鏡２５との間の光径路内に挿入されており、従
つて水平走査にのみ使われる。これに依つて検出
器２１に対するナルシサス型反射を除去する為に
中継レンズ組織４１を光軸からずらして使う事が
可能になる。第２図に示す如く、接眼レンズ４７
は光軸５１に直角であり、その光軸は多面鏡２５
の回転軸３３に直角な基準線に対して角度Ｔだけ
上向きに傾斜している。ナルシサス型反射を除去
するには約１度の角度Ｔが満足出来る結果を示す
ことが解つている。しかし角度Ｔを例えば12度ま
で増大させることに依り接眼レンズ４７を通過す
る全輻射線を充分に小さい々面積内に収めること
が出来、従つて接眼レンズ４７は半円形の構造を
持つことが出来る。対物レンズ４５は接眼レンズ
４７と共通軸を持つ。

フレーム形成鏡４３は色々異つた型であり得る
が望ましくは振動軸５９の周りにサーボ制御によ
つて振動出来る様取り附けられるべきである。フ
レーム形成鏡４３として振動可能な鏡の使用によ
る第１の利点は高速反転即ち短かい跳ね戻り時間
である。フレーム形成鏡４３は既知の材料及び構
成で良いが赤外線輻射を反射させる能力が必要で
ある。

図示実施例では振動軸５９が水平でフレーム形
成鏡４３が垂直走査を行う事が仮定されている。
振動軸５９はフレーム形成鏡４３の面内にあり、
又回転軸３３と直角関係にあつて、これら両軸と
直角な直線が存在する様に構成されている。

フレーム形成鏡４３の軸５９の周りの振動角度
はテレビジヨン表示の画面縦横比３：４に見合う
大きさであるべきである。因より小振動角と小さ
い鏡寸法とはフレーム形成鏡４３に対する必要ト
ルクを減少させる。図示実施例ではフレーム形成
鏡４３は垂直又は中立姿勢の両側に5.25度づゝ全
振動角10.5度の巾で振動する。これは垂直即ち上
下走査角E21度を与える、その理由はフレーム形
成鏡は本質的に鏡の角度変化の２倍の角変位を反
射光線に与えるからである。第２図に於て角度Ｅ
はフレーム形成鏡４３によつて反射された平行集
束光線の両極端位置に於ける中心軸間の角度とし
て示されている。

フレーム形成鏡４３はウイーラー特許3764162
号に示される如くモーター６１によつて駆動され
得る。フレーム形成鏡４３は望ましくは60ヘルツ
で駆動さるべきである。フレーム形成鏡４３は軸
５９の周りに一方向に駆動される間に走査し、そ
の後跳ね戻り、その跳ね戻り時間が走査の休止時
間である。フレーム形成鏡４３は大開口の走査を
可能にする様に光軸上で使われる。

平面図（第１図）で見られる様にフレーム形成
鏡４３で反射された平行集束光線は、図示実施例
では28度である角H₁の内で移動する。第３図に
示す様に角H₁はフレーム形成鏡４３で反射され
た平行集束光線の両極端位置に於る中心軸の間で
測られる。これは光学的視界角34度を与える。

走査器１５は又赤外線輻射を通過させる様にさ
れた材料から成る窓６５を持つケース６３を包含
する。ケース６３の内部は接眼レンズ４７の位置
で隔壁６２によつて適当に密閉された分室６４と
６６に分割されている。分室６６は多面鏡２５と
検出器２１を内包し、適当な真空機器（図示せ
ず）によつて大気圧以下の気圧例えば５トールま
で排気される。かくて検出器２１と多面鏡２５は
同一真空に曝される。

フレーム形成鏡４３によつて反射された平行集
束光線は窓６５を通過して望遠鏡１３に入る。望
遠鏡１３は例えば角度による映像ぼけを更に減ら
す為に使うこともある。

検出器２１の装着及び冷却には色々異つた方法
があるが、これら目的を達するのに望ましい構造
を第４図に示す。検出器２１はコバール合金製の
放熱器６９から突き出ている銅製の棒６７の上に
適宜装着される。検出器２１は放熱器６９を液体
窒素に浸すことによつて冷却出来る。

硝子管７１がコバール製放熱器６９に溶接さ
れ、３本の導電線７３が検出器２１から端子７５
にそれぞれ接続される（第４図には１組のみ図
示）。環状の低温絶縁物７７が棒６７に支えられ
検出器２１を取り巻く。低温絶縁物は中央に開口
７９を有する。

管７１内部の空間は集束器２３のレンズ２７及
び２９に隣接する開口８１を介してケース６３内
の空洞の残りの部分と通じている。管７１内部の
真空度はケースの残りの部分の真空度と大体同じ
である。その理由はレンズ２７及び２９は管７１
内部を分室６６の残りの部分から密閉しないから
である。硝子繊維絶縁物８２が棒６７と管７１と
の間の環状空間をみたし棒と検出器２１を外部か
ら熱的に絶縁する。

管７１は適当な装着手段８６によつてケース６
３の側壁８４に装着され、この装着手段８６は又
管と側壁の接面の密閉を兼ねる。硝子繊維絶縁物
８２と検出器２１をケース６３の他の部分と同一
の真空度に曝すこと以外は第４図に示す構造は従
来のものと同じと云える。分室６６に充満する気
体は望ましくない結露及び／或は凍結を避ける為
に２酸化炭素と水を含んではならない。検出器冷
却用の液体窒素はケース６３内部の貯蔵庫８５
（第２図）に貯蔵出来る。前述の構成によつて各
面鏡２５の１回転につき表示器１９上の１本の走
査線に対応する。かくて６面鏡２５を78750r.p.
m.にて回転することにより、単一検出器２１の
場合525本のラスターを毎秒15フレームの割で発
生するのに必要な毎秒7875本の走査速度が得ら
れ、又検出器２１、２個使用の場合毎秒30フレー
ムの割の同上ラスターと同上走査速度が得られ
る。多面鏡２５は50.4度の角Ｈを光学的に走査
し、これは標準テレビジヨンの線間時間である63
マイクロ秒に対して、単一検出器２１の場合は42
％の走査能率に相当し、又検出器２１、２個使用
の場合は84％の走査能率に相当する。多面鏡面に
於て検出器の視界は約3.5ミリ・ラジアンであ
る。検出器２１は最高走査線数を増す為にダイア
モンド形状にすることが出来る。

使用時には無焦点望遠鏡１３は温度測定の望ま
れる視界に距離合せをする。集束された輻射線は
無焦点望遠鏡１３によつて角Ｅで視界を走査する
為に振動するフレーム形成鏡４３に導かれ、それ
から中継レンズ組織４１を経由して多面鏡２５へ
と導かれる。多面鏡２５は電気的に制御されフレ
ーム形成鏡４３と同期出来るが、これはウイーラ
ー特許3764192号に示されている。多面鏡２５は
視界を角Ｈの範囲で走査する。中継レンズ組織４
１からの集束された光線は鏡面３１ａ〜３１ｆに
よつて順次反射され検出器２１に到達する。検出
器２１は受けた熱エネルギー即ち温度を表わす出
力信号を発する。信号処理器１７はこの信号を処
理してから表示器１９に供給し、表示器１９が視
界の映像を表示出来る様にする。較正の目的の為
に黒体５５及び５７も表示器１９に表示映像の両
端に垂直線として映像化される。

以上に述べて来た利点を本発明がどの様にして
達成しているかを明確に把握する為には、以下の
数学的解析が有効である。フレーム周波数30ヘル
ツの標準方式525本テレビジヨンに於てテレビジ
ヨン走査線の周波数は毎秒15750走査であり、垂
直周波数即ちフレーム周波数は60ヘルツである。
稼働率は水平方向では84パーセントでフイールド
方向即ち垂直方向では92パーセントである。多面
鏡２５がテレビジヨンで要求される84パーセント
の稼働率を達成するには鏡面３１ａ〜３１ｆは非
常に大きくならざるを得ず、遠心力による応力で
どの様な既知材料でも破壊されてしまう。それで
多面鏡２５はテレビジヨン水平線を１本おきに走
査し、走査稼働率42パーセントで稼働時間53マイ
クロ秒に相当する鏡面長を採用しているが、これ
はテレビジヨン用走査器の多明鏡では既知の手法
である。この構成はフレーム形成鏡４３により行
われる60ヘルツの垂直走査及び標準テレビジヨン
線周波数である毎秒15750走査との組合せで525本
を1/15秒で走査する。検出器２個又は従来方法で
ある走査線１本おきに配置されて同時走査される
検出器群を使用することにより、正規の走査本数
率を達成し、一方の映像出力を走査周期63マイク
ロ秒だけ遅延させることにより、表示も正規に出
来る。これで525本30ヘルツの映像が出来る。典
型例として従来技術では、以上は７面から10面の
直径ｄが64mm（2.5吋）から89mm（3.5吋）近辺で
ある様な多面鏡を47000r.p.m.から67500r.p.m.で
回転させ瞳径５mm（ .2吋）から18mm（ .7吋）で
走査させることを必要とする。実質の射出瞳をフ
レーム形成鏡４３上に設ける為には、フレーム形
成鏡が多面鏡２５と同じ位置を占める事が示唆さ
れる。明らかにフレーム形成鏡４３と多面鏡２５
は同位置を占められないから、ウイーラー特許
3764192号は見かけ上の瞳を多面鏡面に作ること
を教えている。垂直稼働率92パーセントはウイー
ラー方式では実現困難で、実際には70乃至80パー
セントが得られている。これは表示に無映像部分
を生ずる。

多面鏡の貫性は輻射線実効直径Ｄの５乗に比例
して増加する。2.1のＤθ積を得る為にはウイー
ラー構成の多面鏡慣性は125倍に増加することに
なり、これは大きめの瞳ではテレビジヨンと同等
のフレーム走査を不可能にさせる。この理由に依
りウイーラー構成では .8より余り大きなＤθ積
で動作させることが出来ない。

本発明は一方では水平ピクセル即ち水平走査の
数によつて表わされる予め定められた映像品位を
得る為には、一定の関数が鏡面数、Ｄθ積及び機
械的荷重の間に存在することの認識の上に成り立
つている。もし一定のＤθ積を採用し映像品位が
与えられゝば、軸受３７への機械的荷重は多面鏡
２５をテレビジヨン走査本数からの要求に対応し
乍ら最大可能な速度で回転することにより最低に
することが出来る。同様にフレーム形成鏡４３も
テレビジヨンからの要求に対応しつゝ、軸５９の
周りに最大可能な角速度で振動させるべきであ
る。

多面鏡２５の回転速度をテレビジヨンによる各
種規制に従い乍ら増大させるには、面数を比例的
に減少せねばならない。水平走査角Ｈは水平走査
稼働率と720度の積を面数で除したものに等しい
から、走査角Ｈは面数と逆比例関係にある。かく
て一定のＤθ積と与えられた映像品位の下では瞳
径の比例的減少が見られる。多面鏡２５の直径ｄ
が面数の２乗に比例し、面の高さが面数に比例す
るから、多面鏡の慣性はN⁹に比例し、茲にＮは
面数である。従つて軸受３７にかゝる主な荷重は
優先順位から見て面数によつて決定され多面鏡２
５の回転速度で決まるのではない。故に比較的小
面数の多面鏡２５が相応の高速度で回転すれば軸
受荷重の相当な減少に繋がるのである。

フレーム形成鏡４３に就ては、垂直走査角Ｅは
希望映像縦横比３：４を維持する為には面数に逆
比例する。換言すれば面数が減るにつれて垂直走
査角Ｅは増大する。しかしフレーム形成鏡４３の
物理的寸法は面数の減少と共に直線的に減少す
る、従つて次の事が証明出来る、即ちフレーム形
成鏡４３の慣性は面数の５乗に比例して減少す
る。何故ならばフレーム形成鏡の長さは慣性に３
乗で影響を及ぼし、巾と厚さは各１乗の影響を慣
性に与えるからである。垂直走査角Ｅが増加した
場合でも必要トルクは面数の４乗に比例して減少
することが証明出来る。代りに、同じモータに対
して、トルクを一定に保つ時フレーム形成鏡４３
の帰線走査即ち跳ね戻りの時間を相当減少させる
ことが出来る。

以上から少ない面数が望ましいことが判る。し
かしウイーラー構成の如き平行集束輻射線による
２次元走査に基ずく従来技術による設計では７よ
り少ない面数は使えない、何故なら望遠鏡と接す
る点に於ける光学的視界角が50度を超えることに
なり、光学的収差と歪に繋がるからである。中継
レンズ組織に１以上の倍率を持たせることに依つ
て、射出即ち窓６５近傍に於ける対角線方向の全
視界角は例えば34度に迄減らせる。垂直走査はフ
レーム形成鏡４３によつて多面鏡２５から離れた
場所に再結像された射出瞳を通して行われる。こ
れでフレーム形成鏡４３は光軸上で使うことが出
来、フレーム形成鏡の慣性を相当に減少出来る。

１より大きい倍率を有する中継レンズ組織と僅
か６個の鏡面３１ａ〜３１ｆの使用はＤθ積のか
なりの増大を可能にする。例えば矩形集束輻射線
を使い集束器２３と多面鏡２５との間に於てその
水平巾を11.7mm（ .46吋）その垂直高を15.2mm
（ .60吋）として水平走査角50.4度で使用するこ
とにより2.1のＤθ積が得られる。これは多面鏡
２５が６個の面３１ａ〜３１ｆと45.7mm（1.8
吋）の直径ｄを有し、78500r.p.m.の速度で回転
された時に得られるものである。

例えばフレーム形成鏡４３は25.4mm（１吋）×
35.6mm（1.4吋）で長辺が垂直方向で約１ｇ−cm²
の慣性を有することが出来る。これはずつと小さ
いＤθ積を持つウイーラー特許の実施例中の典型
的フラー鏡の1.4ｇ−cm²と比較される。プラス／
マイナス5.25度の振動角はウイーラー特許に従つ
て構成された典型的実施例に於けるプラス／マイ
ナス８度よりは相当に少ない。

Ｄθ積のウイーラー設計に於ける .8から2.1へ
の増大は検出器２１の数の減少に係数７で対応
し、僅か１個の検出器で鏡類２５及び４３に関連
する機械的応力を減じ乍らテレビジヨンと同等の
高性能走査を可能にする。勿論１個より多い検出
器２１を要望によつては遥かに高感度を得る為に
用いる事も本発明の下で可能である。１個の検出
器に対して、映像雑音等価温度を帯域巾
3.5MHz、水平走査周期当り映像本数250本にて .
２℃より低く実現する事が出来る。

本発明の代表的実施例について提示論述してき
たが、この関係の普通程度の技術者にとつて必ず
しも本発明の意図と範ちゆうから逸脱することな
く数多くの変更、改造、及び代用を行う事が可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の意図に従つて構成された熱映
像方式の平面図である。第２図は第１図の断面図
で、第２図の１−１の線に大体沿つた面が第１図
に対応している。第３図は鏡と中継レンズ組織を
線状に並べた平面図で、結像面を明確に表示した
ものである。第４図は真空室の一部の拡大断面図
である。 主要参照番号の説明、１１……熱映像方式、１
３……望遠鏡、１５……光学的走査器、１７……
信号処理器、１９……表示器、２１……検出器、
２３……集束器、２５……多面鏡、３１……鏡
面、３９……モーター、４１……中継レンズ組
織、４３……フレーム形成鏡、５３……結像面、
５５，５７……較正済点黒体、６３……ケース、
６５……窓、６９……放熱器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少く共１個の鏡面を有する第１の鏡と、 前記第１の鏡を、第１方向に走査できるように
   第１軸の周りに取付ける装置とを有し、 前記第１の鏡は前記１個の鏡面を実質的に第１
   の瞳の位置に有し、 少く共１個の鏡面を有する第２の鏡と、 前記第２の鏡を、第２方向に走査できるように
   第２軸の周りに取付ける装置とを有し、 前記第１および第２方向は不平行であり、 前記第１および第２の鏡は、その一方の鏡から
   のビームを他方の鏡への光路に沿わせることがで
   きるよう配置され、 前記第１の瞳をほぼ前記第２の鏡の鏡面に再結
   像させ、これによつて実質的に前記第２の鏡の位
   置に実瞳が存在するようにされた中継レンズ装置
   を有し、 前記中継レンズ装置は、ナルシサス反射を減じ
   るように前記光路から光軸を外して配置された少
   なくとも１個のレンズを有する光学走査装置。 ２ 前記１個のレンズが半円形状をなす特許請求
   の範囲第１項記載の光学走査装置。 ３ 前記１個のレンズに対して、円形レンズの半
   分以下が前記ビームの光路内にあつて、前記１個
   のレンズが実質的に光軸を外れている特許請求の
   範囲第１項記載の光学走査装置。 ４ 前記第１の鏡は回転可能な多面鏡であり、前
   記鏡面の各々は前記多面鏡の一側面であり、前記
   多面鏡は６個の前記側面を有する特許請求の範囲
   第１項記載の光学走査装置。 ５ 前記中継レンズ装置は、前記光路内において
   前記第１の瞳と前記実瞳との間に、前記第１およ
   び第２の鏡の間に結像面を作るための第１および
   第２のレンズを含む特許請求の範囲第１項記載の
   光学走査装置。 ６ 前記第１および第２の鏡の走査速度は実在の
   商用テレビジヨンと同等である特許請求の範囲第
   １項記載の光学走査装置。 ７ 前記第２の鏡は第２の走査角度の視界を走査
   し、前記第１の鏡は前記第２の鏡からの第１の走
   査角度のビームを走査し、前記中継レンズ装置
   は、該光学走査装置の光路内に前記第２の走査角
   度が前記第１の走査角度より小さくなるように少
   なくとも補助するための装置を有する特許請求の
   範囲第１項記載の光学走査装置。 ８ 前記第１の鏡は回転可能な鏡であつて、前記
   １個のレンズは、前記回転可能な鏡の回転軸に垂
   直な基準線に関して傾いている特許請求の範囲第
   １項記載の光学走査装置。 ９ 前記第１の鏡は前記第１方向の視界を走査
   し、前記中継レンズ装置は、前記第１の瞳の範囲
   が前記実瞳の範囲よりも小さくなるように１より
   大きい倍率を有する装置を含む特許請求の範囲第
   １項記載の光学走査装置。 １０ 熱エネルギを受け、その特性に関する出力
   信号を与える検出装置と、 第１および第２の光学走査器を有し、 前記第２の走査器は、第２の方向に視野を走査
   し該視野から受ける熱エネルギの少なくともいく
   らかを前記第１の走査器に与えるための第２装置
   を有し、 前記第１の走査器は第１の方向にある前記第２
   装置から受ける熱エネルギの少なくともいくらか
   を走査し、その熱エネルギの少なくともいくらか
   を前記検出装置に与える第１装置を有し、前記第
   １および第２の方向は不平行であり、 前記第１装置および第２装置の間の光路におい
   て結像面を決める装置と、 前記結像面の近傍に少なくとも１点の黒体を与
   え該黒体は前記第１装置により走査されるように
   された装置と、を有する光学走査装置。 １１ 瞳が実質的に前記第１装置の位置にあり、
   前記結像面を決める装置が前記瞳を実質的に前記
   第２装置上に再結像する特許請求の範囲第１０項
   記載の光学走査装置。