JP2695612B2 - ほぼコーン状の透明な保護ドームおよびドームによる光学的歪みを補正する補正器を含んでいる光学的映像システム - Google Patents
ほぼコーン状の透明な保護ドームおよびドームによる光学的歪みを補正する補正器を含んでいる光学的映像システムInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に光学映像システ
ムの技術に関し、特に透明で、ほぼコーン状のドームあ
るいはオジーブを通って見るカメラによって生成される
コーン状歪みの補正に関する。
ムの技術に関し、特に透明で、ほぼコーン状のドームあ
るいはオジーブを通って見るカメラによって生成される
コーン状歪みの補正に関する。
【０００２】
【従来の技術】ロケットあるいはミサイルは空気力学的
抗力を最小にし、その推進システムの効率を最大にする
ために流線型のノーズコーンあるいは前方ドームを設け
られることが好ましい。ドームはその前端部に向けら
れ、軸対称であり、その縦軸に垂直な平面における断面
は円形である。ドームは完全にコーン型であるか、ある
いはその縦軸を通る平面において次第に湾曲した断面を
有するほぼコーン状のオジーブ(ogive) 形状を有する。
抗力を最小にし、その推進システムの効率を最大にする
ために流線型のノーズコーンあるいは前方ドームを設け
られることが好ましい。ドームはその前端部に向けら
れ、軸対称であり、その縦軸に垂直な平面における断面
は円形である。ドームは完全にコーン型であるか、ある
いはその縦軸を通る平面において次第に湾曲した断面を
有するほぼコーン状のオジーブ(ogive) 形状を有する。
【０００３】カメラは誘導、追跡および情報収集のため
にミサイルに搭載される。通常、カメラは地上あるいは
空中の目標を追跡するために前方に向いていなければな
らない。可変角度でドームを通って前方を観察できるよ
うに透明なドームを形成し、カメラをミサイルの内部の
ジンバルに取付けることは非常に望ましいことである。
しかしながら、ドームは光の収差を形成し、それを通っ
て見える物体はそれらの本当の位置からずれて観察され
る。
にミサイルに搭載される。通常、カメラは地上あるいは
空中の目標を追跡するために前方に向いていなければな
らない。可変角度でドームを通って前方を観察できるよ
うに透明なドームを形成し、カメラをミサイルの内部の
ジンバルに取付けることは非常に望ましいことである。
しかしながら、ドームは光の収差を形成し、それを通っ
て見える物体はそれらの本当の位置からずれて観察され
る。
【０００４】よく知られているホン・カーマン（Von Ka
rman）の式によって定められるようなオジーブ形状のド
ームは、抗力を生じないので完全にコーン状ドームに比
較して望ましい。しかしながら、ホン・カーマンオジー
ブのような湾曲したドームは、ドーム表面を通過する光
線がその入射角に平行でない出る「照準器エラー」とし
て知られている収差を導入する。
rman）の式によって定められるようなオジーブ形状のド
ームは、抗力を生じないので完全にコーン状ドームに比
較して望ましい。しかしながら、ホン・カーマンオジー
ブのような湾曲したドームは、ドーム表面を通過する光
線がその入射角に平行でない出る「照準器エラー」とし
て知られている収差を導入する。
【０００５】照準器エラーは、K.Friendenthal氏による
1991年９月23日出願の米国特許出願第07/764,273号明細
書に開示されたような外表面に平行でないドームの内表
面を形成することによって除去される。
1991年９月23日出願の米国特許出願第07/764,273号明細
書に開示されたような外表面に平行でないドームの内表
面を形成することによって除去される。
【０００６】コーン型あるいは通常コーン状オジーブド
ームを通って観察することによって形成される第２のタ
イプの収差は「コーン状歪み」として知られており、通
常非点収差である。完全なコーン状ドームに関して、ド
ームの縦軸およびジンバル視線軸によって定められる平
面におけるゼロ屈折率およびこの平面に垂直な１次元発
散力が存在する。倍率はドームの先端部において理論的
に無限大であり、先端部から離れると順次減少する。湾
曲した形状を有するホン・カーマンあるいは他のオジー
ブに対して、ドームの平面およびジンバル視線軸におい
て比較的小さい発散倍率が存在する。
ームを通って観察することによって形成される第２のタ
イプの収差は「コーン状歪み」として知られており、通
常非点収差である。完全なコーン状ドームに関して、ド
ームの縦軸およびジンバル視線軸によって定められる平
面におけるゼロ屈折率およびこの平面に垂直な１次元発
散力が存在する。倍率はドームの先端部において理論的
に無限大であり、先端部から離れると順次減少する。湾
曲した形状を有するホン・カーマンあるいは他のオジー
ブに対して、ドームの平面およびジンバル視線軸におい
て比較的小さい発散倍率が存在する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】コーン状ドームによっ
て形成される１次元の屈折は、円筒型レンズによって形
成される屈折に匹敵する。このため、円筒型レンズを使
用してコーン状歪みを除去することが試みられている。
歪みの１部分は円筒型レンズによって逆にされる（相殺
あるいは補正される）ことができるが、ドームの屈折倍
率は円筒型レンズのように位置で一定ではなく、ドーム
の先端部に向かって増加する。このため、最良の妥協的
なシリンダ倍率が設計の形状に基づいて決定される場合
でさえ、容認できない量の残留コーン状歪みはドーム上
の単一の観察位置ではなく、全てにおいて存在する。
て形成される１次元の屈折は、円筒型レンズによって形
成される屈折に匹敵する。このため、円筒型レンズを使
用してコーン状歪みを除去することが試みられている。
歪みの１部分は円筒型レンズによって逆にされる（相殺
あるいは補正される）ことができるが、ドームの屈折倍
率は円筒型レンズのように位置で一定ではなく、ドーム
の先端部に向かって増加する。このため、最良の妥協的
なシリンダ倍率が設計の形状に基づいて決定される場合
でさえ、容認できない量の残留コーン状歪みはドーム上
の単一の観察位置ではなく、全てにおいて存在する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、カメラ
はミサイルの内側のジンバルに取付けられ、透明でほぼ
コーン状の前方ドームあるいはオジーブを通して前方を
観察する。光学的に屈折する補正器はそれと一体に移動
するためにカメラレンズの前方に取付けられる。
はミサイルの内側のジンバルに取付けられ、透明でほぼ
コーン状の前方ドームあるいはオジーブを通して前方を
観察する。光学的に屈折する補正器はそれと一体に移動
するためにカメラレンズの前方に取付けられる。
【０００９】補正器は、ドームを通して観察するカメラ
によって形成される光学的なコーン状歪みを逆にするた
めに必要な大きさにされる少なくとも１つのコーン状表
面の部分を有する。ドームのコーン状歪みは、ドームの
縦軸およびジンバルの視線軸によって定められる平面に
おいて屈折倍率はわずか、あるいはゼロであり、この平
面に垂直な平面で徐々に変化する１次元発散倍率を有す
る。
によって形成される光学的なコーン状歪みを逆にするた
めに必要な大きさにされる少なくとも１つのコーン状表
面の部分を有する。ドームのコーン状歪みは、ドームの
縦軸およびジンバルの視線軸によって定められる平面に
おいて屈折倍率はわずか、あるいはゼロであり、この平
面に垂直な平面で徐々に変化する１次元発散倍率を有す
る。
【００１０】完全にコーン状ドームによって生成される
コーン状歪みは、単一の凸状表面と平坦な表面、あるい
は対向する凸状および凹状の表面を有する補正器によっ
て逆にされる（相殺あるいは補正される）ことができ
る。湾曲したホン・カーマンあるいはその他の形状のオ
ジーブに関して、補正器は、ドームの縦軸およびそれに
垂直な平面におけるジンバル視線軸によって限定される
平面におけるドームの屈折倍率を補正するために互いに
ずらされるされる凸状および凹状のコーン型表面を有す
ることができる。
コーン状歪みは、単一の凸状表面と平坦な表面、あるい
は対向する凸状および凹状の表面を有する補正器によっ
て逆にされる（相殺あるいは補正される）ことができ
る。湾曲したホン・カーマンあるいはその他の形状のオ
ジーブに関して、補正器は、ドームの縦軸およびそれに
垂直な平面におけるジンバル視線軸によって限定される
平面におけるドームの屈折倍率を補正するために互いに
ずらされるされる凸状および凹状のコーン型表面を有す
ることができる。
【００１１】円錐の頂角、円錐の軸間の角度、円錐の頂
点と補正器の中心の間の距離、傾斜角、および補正器の
屈折率を含んでいる変数は、ドームによって生成される
コーン状歪みを実質的に相殺する最良の方法を可能にす
るために十分な自由度を供給する。
点と補正器の中心の間の距離、傾斜角、および補正器の
屈折率を含んでいる変数は、ドームによって生成される
コーン状歪みを実質的に相殺する最良の方法を可能にす
るために十分な自由度を供給する。
【００１２】本発明のこれらおよびその他の特徴および
利点は、同様の参照符号が同様の部分に関する添付図面
と共に以下の詳細な説明から当業者に明らかとなるであ
ろう。
利点は、同様の参照符号が同様の部分に関する添付図面
と共に以下の詳細な説明から当業者に明らかとなるであ
ろう。
【００１３】
【実施例】図１は、ロケット、ミサイル等用の透明でほ
ぼコーン状の前方ドームすなわちオジーブ10を示す。本
発明の目的のため、用語「ほぼコーン状」は破線で示さ
れたような完全な円錐を含んでいる形状、および前端部
を向いている円錐12と多少異なり、中央の縦軸14に対し
て軸対称である図示されたドーム10のような形状を含
む。
ぼコーン状の前方ドームすなわちオジーブ10を示す。本
発明の目的のため、用語「ほぼコーン状」は破線で示さ
れたような完全な円錐を含んでいる形状、および前端部
を向いている円錐12と多少異なり、中央の縦軸14に対し
て軸対称である図示されたドーム10のような形状を含
む。
【００１４】ドーム10の外表面は、良好な流線型の形状
を供給し、それによって円錐12よりも低い空気力学的抗
力を供給する既知のホン・カーマンの式によって定めら
れることが好ましい。ドーム10の内表面は、ドーム10を
通過する光線はその入口通路に平行に出る「照準器エラ
ー」を補正するために上記参照された米国特許出願明細
書に開示されたような外表面に対して平行でないことが
好ましい。
を供給し、それによって円錐12よりも低い空気力学的抗
力を供給する既知のホン・カーマンの式によって定めら
れることが好ましい。ドーム10の内表面は、ドーム10を
通過する光線はその入口通路に平行に出る「照準器エラ
ー」を補正するために上記参照された米国特許出願明細
書に開示されたような外表面に対して平行でないことが
好ましい。
【００１５】ドーム10の前方下方の情景はドーム10のベ
ースの中心16で軸14と交差する軸15に沿って観察される
と仮定する。３次元の直交座標系は軸15と一致するＺ
軸、Ｚ軸に垂直に延びるＸおよびＹ軸を含む。図示され
た場合におけるＹおよびＺ軸は図面の平面にあり、Ｘ軸
は図面の平面に垂直である。
ースの中心16で軸14と交差する軸15に沿って観察される
と仮定する。３次元の直交座標系は軸15と一致するＺ
軸、Ｚ軸に垂直に延びるＸおよびＹ軸を含む。図示され
た場合におけるＹおよびＺ軸は図面の平面にあり、Ｘ軸
は図面の平面に垂直である。
【００１６】ドーム10は、それを通過する光のコーン状
歪みおよびドームを通って見られる情景の映像の歪みを
形成する。２組の平行な光線17および18は軸15に平行に
左から右へドーム10を通過し、光線17が光線18より軸14
に近いと仮定する。光線17は、図面の平面に垂直に互い
から横方向に間隔が隔てられている。光線18は、光線17
と同様である。光線17および18は、ＸおよびＺ軸によっ
て定めれる平面に平行な平面において発散するようにド
ーム10によって屈折される。図示された場合におけるＹ
およびＺ軸は図面の平面にあり、光線17および18の発散
はそれぞれ軸15の上下にあり図面の平面に垂直に延びる
平面において生ずる。
歪みおよびドームを通って見られる情景の映像の歪みを
形成する。２組の平行な光線17および18は軸15に平行に
左から右へドーム10を通過し、光線17が光線18より軸14
に近いと仮定する。光線17は、図面の平面に垂直に互い
から横方向に間隔が隔てられている。光線18は、光線17
と同様である。光線17および18は、ＸおよびＺ軸によっ
て定めれる平面に平行な平面において発散するようにド
ーム10によって屈折される。図示された場合におけるＹ
およびＺ軸は図面の平面にあり、光線17および18の発散
はそれぞれ軸15の上下にあり図面の平面に垂直に延びる
平面において生ずる。
【００１７】しかしながら、光線17がドームを通過する
点20のＸ／Ｙ平面におけるドーム10の光倍率は、光線18
がドーム10を通過する点22の光倍率よりも大きい。この
ため、光線17は光線18よりも屈折される。ドーム10の先
端部24の屈折倍率は理論上無限大であり、先端部24から
離れると減少する。
点20のＸ／Ｙ平面におけるドーム10の光倍率は、光線18
がドーム10を通過する点22の光倍率よりも大きい。この
ため、光線17は光線18よりも屈折される。ドーム10の先
端部24の屈折倍率は理論上無限大であり、先端部24から
離れると減少する。
【００１８】ドーム10あるいは12によって生成される発
散する屈折は「コーン状歪み」として知られており、純
粋な形態で通常１平面（ＹおよびＺ軸がある図面の平
面）において屈折がなく、直交平面（図面の平面に垂直
であり、Ｘ／Ｚ平面に一致あるいは平行な平面）で１次
元の屈折がある非点収差を補正する。円筒型レンズによ
って形成される１次元への屈折に匹敵するが、コーン状
歪みはレンズパワーあるいは屈折の大きさがドームの表
面に沿って位置によって変化するシリンダ屈折と異な
り、円筒型レンズの場合のように一定である。
散する屈折は「コーン状歪み」として知られており、純
粋な形態で通常１平面（ＹおよびＺ軸がある図面の平
面）において屈折がなく、直交平面（図面の平面に垂直
であり、Ｘ／Ｚ平面に一致あるいは平行な平面）で１次
元の屈折がある非点収差を補正する。円筒型レンズによ
って形成される１次元への屈折に匹敵するが、コーン状
歪みはレンズパワーあるいは屈折の大きさがドームの表
面に沿って位置によって変化するシリンダ屈折と異な
り、円筒型レンズの場合のように一定である。
【００１９】完全な円錐12の場合に対して、全ての発散
はＸ／Ｚ平面またはそれに平行な平面において生じ、Ｙ
／Ｚ平面においては発散は存在しない。しかしながら、
Ｙ／Ｚ平面に湾曲した断面を有するドームに対して、ド
ーム10の湾曲に依存してＹ／Ｚ平面に比較的小さい発散
が存在する。
はＸ／Ｚ平面またはそれに平行な平面において生じ、Ｙ
／Ｚ平面においては発散は存在しない。しかしながら、
Ｙ／Ｚ平面に湾曲した断面を有するドームに対して、ド
ーム10の湾曲に依存してＹ／Ｚ平面に比較的小さい発散
が存在する。
【００２０】本発明による光学映像システム32を含んで
るミサイル30は図２に示されている。ミサイル30は、そ
の前端部に取り付けられる透明なドーム36を有する本体
34を含む。ドーム36は中心縦軸38に対して軸対称であ
り、図１において12で示されるような完全なコーン状で
ある。
るミサイル30は図２に示されている。ミサイル30は、そ
の前端部に取り付けられる透明なドーム36を有する本体
34を含む。ドーム36は中心縦軸38に対して軸対称であ
り、図１において12で示されるような完全なコーン状で
ある。
【００２１】映像レンズ42を有するカメラ40は、ドーム
36を通って前方で観察するように本体34の内側のジンバ
ル44に取付けられる。ジンバル44は地上あるいは空中の
目標を追跡するためにサーボシステム（図示されていな
い）によって駆動され、所望の運動自由度を有する。好
ましい実施例において、ジンバル44は軸38を中心に回転
可能である円筒型のケージ44ａを含み、ケージ44a の直
径上に延在してそれと一体に回転するシャフト44ｂを支
持する。カメラ40は、シャフト44ｂによって回転可能に
支持されるアーム44ｃ上に取付けられている。
36を通って前方で観察するように本体34の内側のジンバ
ル44に取付けられる。ジンバル44は地上あるいは空中の
目標を追跡するためにサーボシステム（図示されていな
い）によって駆動され、所望の運動自由度を有する。好
ましい実施例において、ジンバル44は軸38を中心に回転
可能である円筒型のケージ44ａを含み、ケージ44a の直
径上に延在してそれと一体に回転するシャフト44ｂを支
持する。カメラ40は、シャフト44ｂによって回転可能に
支持されるアーム44ｃ上に取付けられている。
【００２２】図２に示される位置に方位付けされるジン
バル44に関して、シャフト44ｂは（図面の平面に垂直
な）Ｘ軸に平行に延び、カメラ40はＸ軸を中心に回転可
能あるいは傾斜可能である。図示されるように、カメラ
40は角度θだけ軸38に対して下方に傾斜される。ジンバ
ル44はカメラ40が、縦軸38を中心に３６０°回転が自由
であり、シャフト44ｂの軸を中心に９０°まで（０≦θ
≦９０°）回転が自由であるドーム36の前方の全視野を
カバーすることを可能にする。ジンバル44の任意の位置
において、ジンバル44およびカメラレンズ42の視線軸46
は、ドーム36によって形成されるコーン状歪みが１次元
（角度θで）にのみ変化するように軸38と同一平面上に
ある。
バル44に関して、シャフト44ｂは（図面の平面に垂直
な）Ｘ軸に平行に延び、カメラ40はＸ軸を中心に回転可
能あるいは傾斜可能である。図示されるように、カメラ
40は角度θだけ軸38に対して下方に傾斜される。ジンバ
ル44はカメラ40が、縦軸38を中心に３６０°回転が自由
であり、シャフト44ｂの軸を中心に９０°まで（０≦θ
≦９０°）回転が自由であるドーム36の前方の全視野を
カバーすることを可能にする。ジンバル44の任意の位置
において、ジンバル44およびカメラレンズ42の視線軸46
は、ドーム36によって形成されるコーン状歪みが１次元
（角度θで）にのみ変化するように軸38と同一平面上に
ある。
【００２３】本発明によれば、補正器48は一体で運動す
るためにカメラレンズ42の前方に取付けられる。図３乃
至６に示されるように、補正器48は透明な光学的屈折材
料で形成される本体50を含む。本発明はそれに限定され
るものではないが、図４に示されるように本体50は軸46
に沿って見るときに円形であることが好ましい。本体50
は、ドーム36に面し、円錐52によって限定される凸状の
コーン状前方表面50ａおよびカメラ40に面し、円錐54に
よって限定される凹状のコーン状後方表面50ｂを有す
る。
るためにカメラレンズ42の前方に取付けられる。図３乃
至６に示されるように、補正器48は透明な光学的屈折材
料で形成される本体50を含む。本発明はそれに限定され
るものではないが、図４に示されるように本体50は軸46
に沿って見るときに円形であることが好ましい。本体50
は、ドーム36に面し、円錐52によって限定される凸状の
コーン状前方表面50ａおよびカメラ40に面し、円錐54に
よって限定される凹状のコーン状後方表面50ｂを有す
る。
【００２４】円錐54は、円錐52と54の間の空間が固形材
料で満たされる場合、円錐52および54の組合わせは通常
上方を向いている（軸46に対して傾斜のある）頂点56
ａ、中心軸56ｂ、ベース56ｃおよび均一な厚さの壁56ｄ
を有する中空の円錐56を限定するように、円錐52より小
さくそれと平行である。本体50は円錐56のセグメントす
なわち一部分を構成し、表面50ａおよび50ｂはそれぞれ
円錐52および54のコーン状表面のセグメントである。
料で満たされる場合、円錐52および54の組合わせは通常
上方を向いている（軸46に対して傾斜のある）頂点56
ａ、中心軸56ｂ、ベース56ｃおよび均一な厚さの壁56ｄ
を有する中空の円錐56を限定するように、円錐52より小
さくそれと平行である。本体50は円錐56のセグメントす
なわち一部分を構成し、表面50ａおよび50ｂはそれぞれ
円錐52および54のコーン状表面のセグメントである。
【００２５】本体50は軸46上にある中心50ｃを有し、軸
46は凸状表面50ａおよび凹状表面50ｂに中心50ｃで垂直
であるように方向が定められる。中心50ｃは、中心から
の距離Ｄだけ円錐56の頂点56ａから移動される。円錐5
2、54および56は、共通の頂角αを有する。補正器48
は、ドーム36によって形成される発散と反対の（相殺あ
るいは補正する）収束屈折倍率を有する。
46は凸状表面50ａおよび凹状表面50ｂに中心50ｃで垂直
であるように方向が定められる。中心50ｃは、中心から
の距離Ｄだけ円錐56の頂点56ａから移動される。円錐5
2、54および56は、共通の頂角αを有する。補正器48
は、ドーム36によって形成される発散と反対の（相殺あ
るいは補正する）収束屈折倍率を有する。
【００２６】図２を参照すると、図１を参照して説明さ
れた光線17および18と同様の光線60および62のセット
は、平行にそれぞれ軸46の上下でドーム36を通過する。
光線60および62は補正器48を通過し、カメラ40に光学映
像を形成するためにカメラレンズ42によって焦点を結ば
れる。光線60は光線62よりもドーム36の軸38に近いの
で、多くのコーン状歪みおよびそれによる光線62より屈
折発散を受け易くなる。
れた光線17および18と同様の光線60および62のセット
は、平行にそれぞれ軸46の上下でドーム36を通過する。
光線60および62は補正器48を通過し、カメラ40に光学映
像を形成するためにカメラレンズ42によって焦点を結ば
れる。光線60は光線62よりもドーム36の軸38に近いの
で、多くのコーン状歪みおよびそれによる光線62より屈
折発散を受け易くなる。
【００２７】しかしながら、補正器48は、ドーム36を通
るカメラ40によって観察される情景の映像が高い解像度
であるように、ドーム36によって形成されるコーン状歪
みを逆にし、あるいは補正するような大きさにされ、方
向が定められる。特に、光線60が本体50を通過する点64
のＸ−Ｙ平面における本体50の光倍率は、光線62が本体
50を通過する点66の本体50の光倍率よりも大きい。図５
および６はそれぞれ点64および66を通る断面であり、点
64および66の光倍率における相違を示す。
るカメラ40によって観察される情景の映像が高い解像度
であるように、ドーム36によって形成されるコーン状歪
みを逆にし、あるいは補正するような大きさにされ、方
向が定められる。特に、光線60が本体50を通過する点64
のＸ−Ｙ平面における本体50の光倍率は、光線62が本体
50を通過する点66の本体50の光倍率よりも大きい。図５
および６はそれぞれ点64および66を通る断面であり、点
64および66の光倍率における相違を示す。
【００２８】光線60は、ドーム36によって生成される発
散に実質的に等しい量だけＸ／Ｚ平面に平行に本体50に
よって収束される。光線62は、ドーム36によって形成さ
れる発散に実質的に等しい量だけＸ／Ｚ平面に平行に本
体50によって収束され、発散および収束の量は光線60の
量より少ない。本体50の厚さおよび屈折率、頂角αおよ
び中心50ｃからの距離Ｄは、ドーム36によって生成され
る発散と反対の等しいおよび反対側のコーン状歪みを形
成し、ドーム36を通る高い解像度の映像を生成するよう
にドーム36の形状にしたがって選択される。
散に実質的に等しい量だけＸ／Ｚ平面に平行に本体50に
よって収束される。光線62は、ドーム36によって形成さ
れる発散に実質的に等しい量だけＸ／Ｚ平面に平行に本
体50によって収束され、発散および収束の量は光線60の
量より少ない。本体50の厚さおよび屈折率、頂角αおよ
び中心50ｃからの距離Ｄは、ドーム36によって生成され
る発散と反対の等しいおよび反対側のコーン状歪みを形
成し、ドーム36を通る高い解像度の映像を生成するよう
にドーム36の形状にしたがって選択される。
【００２９】図２に示されるドーム36は完全なコーン形
状であり、Ｘ／Ｚ平面あるいはそれと平行な平面におい
て光の収差を形成する。収差は純粋なコーン状歪みによ
って構成され、厚さの均一な壁を有する純粋なコーン形
状を有する補正器本体50によって逆にされることができ
る。図７はホン・カーマンの式によって定められるよう
な図１においては10で示されている湾曲したオジーブの
形状のドーム70を示している。上記されたように、ドー
ム70は、Ｘ／Ｙ平面あるいはそれと平行な平面における
発散よりも小さいＹ／Ｚ平面における発散を付加的に生
成する。
状であり、Ｘ／Ｚ平面あるいはそれと平行な平面におい
て光の収差を形成する。収差は純粋なコーン状歪みによ
って構成され、厚さの均一な壁を有する純粋なコーン形
状を有する補正器本体50によって逆にされることができ
る。図７はホン・カーマンの式によって定められるよう
な図１においては10で示されている湾曲したオジーブの
形状のドーム70を示している。上記されたように、ドー
ム70は、Ｘ／Ｙ平面あるいはそれと平行な平面における
発散よりも小さいＹ／Ｚ平面における発散を付加的に生
成する。
【００３０】ドーム70を通る解像度は補正器48を使用し
て大いに改善されるが、さらに改善されることができ、
ジンバル視線角度は図８に垂直の断面図で示されている
補正器72によって増加されることができる。補正器72
は、２つのオフセット円錐76および78によって限定さ
れ、図面において陰影模様によって強調される本体74を
有する。この補正器72は、「２重オフセット円錐補正
器」と呼ばれている。円錐76はドーム70に面する凸状の
コーン状前方表面74ａを限定し、円錐78はカメラ40に面
する凹状のコーン状後方表面74ｂを限定する。本体74の
厚さは、上部部分から下部部分に向かって増加する。
て大いに改善されるが、さらに改善されることができ、
ジンバル視線角度は図８に垂直の断面図で示されている
補正器72によって増加されることができる。補正器72
は、２つのオフセット円錐76および78によって限定さ
れ、図面において陰影模様によって強調される本体74を
有する。この補正器72は、「２重オフセット円錐補正
器」と呼ばれている。円錐76はドーム70に面する凸状の
コーン状前方表面74ａを限定し、円錐78はカメラ40に面
する凹状のコーン状後方表面74ｂを限定する。本体74の
厚さは、上部部分から下部部分に向かって増加する。
【００３１】円錐76は頂点76ａ、中心軸76ｂ、および補
正器本体74の表面74ａを限定する側面76ｃを有する。円
錐78は頂点78ａ、中心軸78ｂ、および本体74の表面74ｂ
を限定する側面78ｃを有する。円錐76は、円錐78の頂角
α２より大きい頂角α１を有する。軸76ｂおよび78ｂは
図面の平面上にあり、互いに対して角度α３で延びる。
頂点76ａおよび78ａは、通常９０°より小さい角度で互
いに異なり上方に向いている。
正器本体74の表面74ａを限定する側面76ｃを有する。円
錐78は頂点78ａ、中心軸78ｂ、および本体74の表面74ｂ
を限定する側面78ｃを有する。円錐76は、円錐78の頂角
α２より大きい頂角α１を有する。軸76ｂおよび78ｂは
図面の平面上にあり、互いに対して角度α３で延びる。
頂点76ａおよび78ａは、通常９０°より小さい角度で互
いに異なり上方に向いている。
【００３２】本体74は、軸46が通過する中心74ｃを有す
る。円錐76の頂点76ａは、円錐78の頂点78ａと中心74ｃ
の間の距離Ｄ２より大きい中心からの距離Ｄ１だけ中央
74ｃから垂直に間隔が隔てられる。ウェッジ角度α４
は、本体の表面74ａと74ｂの間で限定される。中心74ｃ
の前方表面74ａに垂直のライン77は、角度α５だけ軸46
から下方に傾斜される。前方表面74ａは、角度α５だけ
垂線から前方に傾斜される。
る。円錐76の頂点76ａは、円錐78の頂点78ａと中心74ｃ
の間の距離Ｄ２より大きい中心からの距離Ｄ１だけ中央
74ｃから垂直に間隔が隔てられる。ウェッジ角度α４
は、本体の表面74ａと74ｂの間で限定される。中心74ｃ
の前方表面74ａに垂直のライン77は、角度α５だけ軸46
から下方に傾斜される。前方表面74ａは、角度α５だけ
垂線から前方に傾斜される。
【００３３】変数間の広範囲な相互作用により、補正器
48および72の寸法は汎用のコンピュータを使用して商業
的に入手できる光分解プログラムによって決定されるこ
とが好ましい。典型的なプログラムは、Optical Reserc
h Associates of Pasadena,CA によって「コードＶ」と
して市販されている。手順は、ドーム36あるいは70の形
状を入力し、最適な解が得られるまで補正器48あるいは
72の寸法をそれぞれ変化することを含む。通常最適な数
値は、波面エラーの量として表される二乗平均根（ＲＭ
Ｓ）のスポットサイズおよび映像の品質のような標準化
されたパラメータを含む。
48および72の寸法は汎用のコンピュータを使用して商業
的に入手できる光分解プログラムによって決定されるこ
とが好ましい。典型的なプログラムは、Optical Reserc
h Associates of Pasadena,CA によって「コードＶ」と
して市販されている。手順は、ドーム36あるいは70の形
状を入力し、最適な解が得られるまで補正器48あるいは
72の寸法をそれぞれ変化することを含む。通常最適な数
値は、波面エラーの量として表される二乗平均根（ＲＭ
Ｓ）のスポットサイズおよび映像の品質のような標準化
されたパラメータを含む。
【００３４】補正器48の変数は、頂角α、中心からの距
離Ｄおよび本体50の屈折率および厚さを含む。補正器72
の変数は頂角α１およびα２、および軸76ｂと78ｂの間
の角度α３を含み、その組合わせがウェッジ角度α４、
傾斜角度α５、中心からの距離Ｄ１およびＤ２、および
本体74の屈折率を決定する。通常、屈折率は補正器48あ
るいは72の厚さを最小にするために実際の大きさが形成
される。
離Ｄおよび本体50の屈折率および厚さを含む。補正器72
の変数は頂角α１およびα２、および軸76ｂと78ｂの間
の角度α３を含み、その組合わせがウェッジ角度α４、
傾斜角度α５、中心からの距離Ｄ１およびＤ２、および
本体74の屈折率を決定する。通常、屈折率は補正器48あ
るいは72の厚さを最小にするために実際の大きさが形成
される。
【００３５】ドーム36あるいは70によって生成されるコ
ーン状歪みは、図２を参照して説明されたようなカメラ
40のピッチあるいは傾斜角度θによって変化する。特
に、歪みは角度θが増加すると減少する。固定された補
正器は、θの特定の数値でのみコーン状歪みの最適な補
正を行う。ドーム36あるいは70の光倍率はθの小さな数
値においては大きいので、これらの角度の映像は実際的
ではない。それ故、予め定められた利用できる範囲内の
角度θは、補正器の形状の最適な解を計算する変数とし
て含まれることが好ましい。
ーン状歪みは、図２を参照して説明されたようなカメラ
40のピッチあるいは傾斜角度θによって変化する。特
に、歪みは角度θが増加すると減少する。固定された補
正器は、θの特定の数値でのみコーン状歪みの最適な補
正を行う。ドーム36あるいは70の光倍率はθの小さな数
値においては大きいので、これらの角度の映像は実際的
ではない。それ故、予め定められた利用できる範囲内の
角度θは、補正器の形状の最適な解を計算する変数とし
て含まれることが好ましい。
【００３６】多数の個々の変数の大きさは、ドーム36あ
るいは70によって生成されるコーン状歪みを逆にする最
適な妥協解がカメラ40によって実質的に歪みのない映像
を実際的にすることを可能にする。ドーム70の場合にお
いて、コーン状の歪んだ波面はθの関数として焦点にお
ける無視できる程度の変化を有する補正器72によってわ
ずかに公称的な球状波面に変換される。したがって、カ
メラ40は固定焦点型であってもよい。
るいは70によって生成されるコーン状歪みを逆にする最
適な妥協解がカメラ40によって実質的に歪みのない映像
を実際的にすることを可能にする。ドーム70の場合にお
いて、コーン状の歪んだ波面はθの関数として焦点にお
ける無視できる程度の変化を有する補正器72によってわ
ずかに公称的な球状波面に変換される。したがって、カ
メラ40は固定焦点型であってもよい。
【００３７】しかしながら、再び焦点を合わせることが
必要であるとき、カメラ40が自動焦点機構を備えている
場合自動的に行われることができる。そうでない場合、
再焦点の量は角度θの直接関数であり、カメラ40に対し
て焦点サーボ駆動（図示されていない）において予め定
められプログラムされることができる。
必要であるとき、カメラ40が自動焦点機構を備えている
場合自動的に行われることができる。そうでない場合、
再焦点の量は角度θの直接関数であり、カメラ40に対し
て焦点サーボ駆動（図示されていない）において予め定
められプログラムされることができる。
【００３８】補正器48および72は２つの対向する凸状お
よび凹状表面を有し、収束する屈折倍率を有する任意の
コーン形状を有するような補正器を構成することは本発
明の技術的範囲内に含まれる。図９は、凸状のコーン状
前方表面80ａおよび平坦な後方表面80ｂを有する補正器
80を水平断面を示し、図１０は凸状のコーン状前方およ
び後方表面90ａおよび90ｂを有する補正器90を示す。
よび凹状表面を有し、収束する屈折倍率を有する任意の
コーン形状を有するような補正器を構成することは本発
明の技術的範囲内に含まれる。図９は、凸状のコーン状
前方表面80ａおよび平坦な後方表面80ｂを有する補正器
80を水平断面を示し、図１０は凸状のコーン状前方およ
び後方表面90ａおよび90ｂを有する補正器90を示す。
【００３９】本発明による補正器は、比較的高い屈折率
を有し、ダイアモンドカッター工具を使用して旋盤で機
械加工されるゲルマニウム（Ｇｅ）あるいはシリコン
（Ｓｉ）のような材料から形成されることが好ましい。
しかしながら、高い屈折率を有する砒化ガリウム（Ｇａ
Ａｓ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）あるいは硫化セレン化物
（ＺｎＳｅ）のようなその他の材料も本発明を実行する
ために使用されることができる。
を有し、ダイアモンドカッター工具を使用して旋盤で機
械加工されるゲルマニウム（Ｇｅ）あるいはシリコン
（Ｓｉ）のような材料から形成されることが好ましい。
しかしながら、高い屈折率を有する砒化ガリウム（Ｇａ
Ａｓ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）あるいは硫化セレン化物
（ＺｎＳｅ）のようなその他の材料も本発明を実行する
ために使用されることができる。
【００４０】図１１および１２は、ダイアモンド旋盤研
削による補正器72の例示的な製造方法を示す。図１１に
おいて、シリコンなどで形成されるブランク100 はジグ
102に固定され、旋盤チャック104 に取付けられる。ジ
グ102 は、補正器本体74の凸状の前方表面74ａを限定す
る円錐76と同じ頂角を有する円錐の形状の外表面を有す
る。ブランク100 はチャック104 およびジグ102 と一体
に回転され、ダイアモンドカッター106 はブランク100
の露出した表面をカットあるいは機械加工するためにフ
ィードアーム108 を介して円錐76の形状に移動される。
削による補正器72の例示的な製造方法を示す。図１１に
おいて、シリコンなどで形成されるブランク100 はジグ
102に固定され、旋盤チャック104 に取付けられる。ジ
グ102 は、補正器本体74の凸状の前方表面74ａを限定す
る円錐76と同じ頂角を有する円錐の形状の外表面を有す
る。ブランク100 はチャック104 およびジグ102 と一体
に回転され、ダイアモンドカッター106 はブランク100
の露出した表面をカットあるいは機械加工するためにフ
ィードアーム108 を介して円錐76の形状に移動される。
【００４１】次に、図１２に示されるように、補正器本
体74の凹状の後方表面74ｂを限定する円錐78と同じ頂角
を有する円錐の形状の内部表面を有するジグ110 がチャ
ック104 に取付けられ、ブランク100 は露出した機械加
工されていない表面を有してジグ110 に固定される。工
具106 は、ブランク100 の露出した表面をカットするた
めにフィードアーム108 によって円錐78の形状に移動さ
れる。
体74の凹状の後方表面74ｂを限定する円錐78と同じ頂角
を有する円錐の形状の内部表面を有するジグ110 がチャ
ック104 に取付けられ、ブランク100 は露出した機械加
工されていない表面を有してジグ110 に固定される。工
具106 は、ブランク100 の露出した表面をカットするた
めにフィードアーム108 によって円錐78の形状に移動さ
れる。
【００４２】本発明のいくつかの実施例が示され説明さ
れているが、様々な変化および別の実施例は本発明の技
術的範囲を逸脱することなしに当業者によって行われる
であろう。したがって、本発明は明確に説明された実施
例にのみ限定されるものではない。様々な変更が企図さ
れ、特許請求の範囲に限定されるような本発明の技術的
範囲を逸脱することなしに行われることができる。
れているが、様々な変化および別の実施例は本発明の技
術的範囲を逸脱することなしに当業者によって行われる
であろう。したがって、本発明は明確に説明された実施
例にのみ限定されるものではない。様々な変更が企図さ
れ、特許請求の範囲に限定されるような本発明の技術的
範囲を逸脱することなしに行われることができる。
【図１】通常コーン状ドームあるいはオジーブを通して
観察することによって形成されるコーン状光学的歪みの
説明図。
観察することによって形成されるコーン状光学的歪みの
説明図。
【図２】コーン状歪みを逆にするための本発明による第
１の補正器の概略図。
１の補正器の概略図。
【図３】図２の補正器の側面図。
【図４】補正器の正面図。
【図５】図３の線５−５に沿った断面図。
【図６】図３の線６−６に沿った側面図。
【図７】本発明による第２の補正器の概略図。
【図８】図７の補正器の設計変数を示す概略断面図。
【図９】本発明による第３の補正器の断面図。
【図１０】本発明による第４の補正器の断面図。
【図１１】本発明の補正器の凸状の表面を形成する方法
を示している斜視図。
を示している斜視図。
【図１２】補正器の凹状の表面を形成する方法を示して
いる斜視図。
いる斜視図。
30…ミサイル、38…軸、40…カメラ、42…カメラレン
ズ、44…ジンバル、46…視線軸、70…ドーム、72…補正
器。
ズ、44…ジンバル、46…視線軸、70…ドーム、72…補正
器。
Claims (5)
- 【請求項１】 光学的映像システムであって、透明でほぼコーン状のドームと、ここで該ほぼコーン状
のドームはそれを通して観察するときに光学的コーン状
歪みを生成し 、ドームを通して観察するための映像レンズを有するカメ
ラと 、カメラとドームの間に配置され前記ドームに対して運動
するように前記レンズに対し動かないように取付けられ
た透明で光屈折性の本体を有する補正器とを具備し、こ
こで前記補正器はドームを通して観察することによって
生成される前記コーン状歪みと実質的に逆のコーン状歪
みを生成する少なくとも１つの実質的にコーン状の面を
有することを特徴とする光学的映像システム 。 - 【請求項２】 前記少なくとも１つの実質的にコーン状
の表面が本体の１側面に形成された第１のコーン状表面
部分および本体の反対側の側面に形成された第２のコー
ン状表面部分を有する請求項１記載のシステム。 - 【請求項３】 前記第１および第２のコーン状表面部分
を構成する第１及び第２のコーンの軸が１つの平面上に
ある請求項２記載のシステム。 - 【請求項４】 前記少なくとも１つの実質的にコーン状
表面が本体の１側面に形成される凸状のコーン状表面部
分を含み、本体がその反対側の側面に平坦な表面を有する請求項１
記載のシステム 。 - 【請求項５】 ミサイルであって、透明でほぼコーン状の前方ドームと、該ドームはそれを
通して観察するときに光学的コーン状歪みを生成し 、映像レンズを含み、ドームを通して観察するためにドー
ム内に設置されたカメラと 、カメラとドームの間に配置され前記ドームに対して運動
するように該レンズに対し動かないように取付けられた
透明で光屈折性の本体を有する補正器とを具備し、ここ
で前記補正器はドームを通して観察することによって生
成される前記コーン状歪みと実質的に逆のコーン状歪み
を生成する少なくとも１つの実質的にコーン状の面を有
することを特徴とするミサイル 。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/032,040 US5368254A (en) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | Optical imaging system including generally conical, transparent protective dome and optically refractive fixed corrector for reversing conical deformation created by viewing through the dome |
| US032040 | 1993-03-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH075516A JPH075516A (ja) | 1995-01-10 |
| JP2695612B2 true JP2695612B2 (ja) | 1998-01-14 |
Family
ID=21862779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6045907A Expired - Fee Related JP2695612B2 (ja) | 1993-03-16 | 1994-03-16 | ほぼコーン状の透明な保護ドームおよびドームによる光学的歪みを補正する補正器を含んでいる光学的映像システム |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5368254A (ja) |
| EP (1) | EP0616187B1 (ja) |
| JP (1) | JP2695612B2 (ja) |
| KR (1) | KR0178826B1 (ja) |
| AU (1) | AU652698B1 (ja) |
| CA (1) | CA2118683C (ja) |
| DE (1) | DE69405028T2 (ja) |
| IL (1) | IL108948A (ja) |
| NO (1) | NO308055B1 (ja) |
| TR (1) | TR28668A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2712972B1 (fr) * | 1993-11-25 | 1996-01-26 | Aerospatiale | Système de défense antiaérien et missile de défense pour un tel système. |
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| US5914821A (en) * | 1997-10-06 | 1999-06-22 | Raytheon Company | Torus conformal window and sensor system using the window |
| US6180938B1 (en) * | 1997-12-08 | 2001-01-30 | Raytheon Company | Optical system with a window having a conicoidal inner surface, and testing of the optical system |
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| US6672535B2 (en) * | 2002-04-22 | 2004-01-06 | Aerial View Systems, Inc. | Camera systems for tracking objects from an aircraft |
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