JP3267877B2 - 赤外線映像システム用非球面素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱映像システム、特
にイメージャを設けるために必要とする部品数および空
間を最小限にする赤外線映像システムのイメージャの非
球面レンズ構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査熱映像システムは、監視システム、
目標検出／認識システムを含む種々の応用において使用
されている。そのようなシステムは典型的にスキャナに
結合された望遠鏡レンズ組立て体に含まれている。スキ
ャナは、情景からのエネルギをイメージ装置レンズ組立
て体を通って走査方向に垂直な複数の光電子応答性検出
器素子を有する検出器アレイに送る。これらの各検出器
素子は、特定の検出器素子における赤外線束に比例した
電気信号を供給する。検出器素子から発生された電気信
号は、システム出力装置上に表示される映像を生成する
ためにシステムセンサ電子装置によって実質的に処理さ
れる。感度を向上するために、これらのシステムの幾つ
かは走査方向と平行な検出器を具備している。理想的に
は走査された映像は並列な検出器の全てにおいて同時に
出力されるように、これらの検出器の出力は互いに時間
的に遅延される。その後、遅延された出力は加算（積
分）される。この処理は時間遅延および積分（ＴＤＩ）
と呼ばれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述の熱映像システム
では、システム出力装置上で出力されたビデオ信号が明
瞭であることを確実にするためイメージャは検出された
情景からの熱エネルギを検出器アレイへシャープに焦点
を結ばせなければならない。通常のイメージャシステム
では、アレイ上へ検出された情景エネルギの焦点を結ば
せるように多数のレンズが設けられる。このような多数
のレンズのイメージャはアレイ上へ検出された情景エネ
ルギの焦点を適切に結ぶが、以下の理由で技術をさらに
改良する利点が存在する。

【０００４】第１に、イメージャの各素子はある厳格な
許容誤差で製造され、中心および傾斜等の変数で他の厳
格な許容差に対してイメージャへ内蔵されることを必要
とする。素子の除去はイメージャの製造の複雑性を大き
く減少する。さらにシステム重量も減少される。

【０００５】第２に、多数のレンズのイメージャはレン
ズ素子とそれらの位置を保持する機構を設けるための多
くのシステム容積を必要とする。現在の熱映像システム
パラメータは寸法を減少し続けているので、映像レンズ
組立て体の容積の要求を減少することが望ましい。

【０００６】第３に、イメージャの価格はシステムに設
けられるレンズ数に比例して増加される。前述のレンズ
材料は高価な関連した価格を有する。さらに、ＡｍＴｉ
ｒｌ等の通常使用される脆弱な材料から形成されるレン
ズは破損する可能性が高く、壊れたとき取換えなければ
ならず、システムに価格をさらに付加する。

【０００７】最少数の素子で構成されている検出された
情景エネルギの焦点をシステムの検出器アレイに結ばせ
る熱映像システムのイメージャが必要とされ、それによ
ってシステムの価格と複雑性を減少し、同時に必要な最
適の性能特性を維持する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明にしたがって、イ
メージャは情景からのエネルギの焦点を検出器アレイに
結ぶための熱映像システムで使用するために与えられて
いる。通常のイメージャには典型的に５つもの球面レン
ズが設けられているが、本発明のイメージャには２つの
非球面レンズが設けられ、それによってシステムの価格
と複雑性を最小限にしている。

【０００９】特に、本発明は目標情景エネルギの焦点を
熱映像ユニットの検出器アレイ上に結ぶためのイメージ
ャを提供する。このイメージャは目標情景エネルギを通
過するための入口手段を含んでいる。イメージャはまた
目標情景エネルギの中間焦点を与えるための第１の非球
面レンズと、中間に焦点を結んだ情景エネルギを受け
て、それを検出器アレイ上に焦点を結ばせる第２の非球
面レンズとの両者を含んでいる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の他の目的および利点は後
述の詳細な説明と図面を参照して明白になるであろう。
図面を参照すると、図１は、本発明の好ましい実施形態
を構成しているＬＡＶ−２５軽装甲車10を示している。
図１および２に示されているように、本発明は、検出さ
れた目標情景14から外側に装着されているヘッドミラー
18に結合されたシステム望遠鏡装置16を通って戻る反射
されたエネルギーを処理する熱イメージャ12の一部分と
して構成されている。

【００１１】好ましくは、熱イメージャ12はHughes Inf
rared Equipment (HIRE)熱映像センサ装置である。ＨＩ
ＲＥ装置は、全暗闇、煙、塵、およびその他の劣悪な状
態を通って優れた可視能力を与えることができる高性能
で軽量のモジュール式発射制御視覚および熱映像システ
ムである。ＨＩＲＥシステムは種々の環境において構成
可能であり、LAV-25、Piranha 、Desert Warrior、およ
びLAV-105 のような種々の装甲車に含まれている。熱映
像システム10は、独立型の熱映像化能力を備えている
が、さらにＴＯＷミサイル発射制御システムで使用する
ようにも構成されることができる。装置は幾つかの市販
の主要な部品を含み、それによって修理装置、支援装
置、訓練プログラム、および予備部品のようなものの共
通性によって論理的要求を減少する。本発明のＥＦＬ補
償装置は、熱映像センサ装置によって、以下で説明され
るような従来の熱映像システムにまさるイメージャの映
像品質および照準設定機能を著しく向上させることがで
きる。

【００１２】図１乃至５を参照すると、目標探索および
照準設定機能が実行される望遠鏡装置16が車両10内の保
護環境において設けられている。ヘッドミラー18は、検
出された情景を望遠鏡装置16に中継するように構成され
ている。以下説明するように、目標情景の熱エネルギ信
号が熱映像装置によって処理された後、情景が表示制御
パネル20に結合されて動作する射手用ディスプレイ19、
および命令ディスプレイ制御パネル22に結合されて動作
する命令ディスプレイ21を通して観察される。

【００１３】図３に示されているように、検出された情
景からのエネルギは、熱映像装置12を通ってスキャナモ
ータ24によって回転される多角形ミラースキャナ23に伝
送される。スキャナは８個のファセット23ａ乃至23ｈを
具備し、これらの各ファセットは走査された情景エネル
ギをディスクリートな量だけ検出器アレイ上で変位させ
るためにある角度でそれぞれカットされている。各ファ
セットによって行われるカットおよび変位を以下に示
す： 表 Ｉ ファセット カット 検出器アレイ エネルギ変位（画素における） ２３ａ ノーマル ０ ２３ｂ インターレースド −１／２ ２３ｃ アップ ＋１ ２３ｄ インターレースド −１／２ ２３ｅ ダウン −１ ２３ｆ インターレースド −１／２ ２３ｇ ノーマル ０ ２３ｈ インターレースド −１／２

【００１４】スキャナが回転すると、スキャナミラーは
全体を25で示されているイメージャ装置を通って連続的
に変化する角度で情景エネルギを反射する。イメージャ
装置は、レンズ25ａのようなイメージャレンズを含み、
このレンズが検出器装置27内に収容された検出器アレイ
26上に情景を投影する。イメージャ装置25はまたイメー
ジャの温度を監視するイメージャ光学系温度センサ25ｂ
を含んでいる。検出器装置27はジュワー瓶28内に収容さ
れ、冷却装置28ａによって低温に冷却される。ジュワー
瓶28内に収容されたコールドシールド29は、検出器素子
が望遠鏡組立て体の光学系を通った情景エネルギ入力だ
けを検出し、ハウジングの高温側からのエネルギのよう
なシステム中へのエネルギ入力のその他の周辺形態を検
出しないように検出器によって観察されることができる
熱エネルギを制限する。それによってコールドシールド
29は入力雑音を減少させて、全体的なシステムの映像品
質を改善する。

【００１５】図３に部分的に示され、図４にさらに詳細
に示されているように、本発明の検出器アレイ26は、検
出器素子の２つのずらせて配置された 120×4 サブアレ
イ26ａ，26ｂから構成され、各素子が赤外線スペクトル
の光に対して感光性であり、検出器素子出力をそれぞれ
有している。スキャナが図４において矢印Ａで示された
方向に検出器を横切って情景の映像を走査したとき、各
検出器の出力が検出器組立て体と関連している読取り積
分回路（ＲＯＩＣ）27ａ（図５）に入力され、この回路
27が出力をサンプルし、各検出器素子の行において４個
の並列な検出器素子の時間遅延および積分（ＴＤＩ）を
行ない、 240個の結果的なＴＤＩ検出器チャンネルを４
個のビデオ出力チャンネル31，32に多重化し、出力チャ
ンネル31が第１の 120×4 検出器サブアレイ26ａから出
力信号を伝送し、出力チャンネル32が第２の検出器サブ
アレイ26ｂから出力信号を伝送する。ＲＯＩＣ27ａは、
検出器出力がＴＤＩにおいてサンプルされる時を決定す
るＴＤＩクロック27ｂと、マルチプレクサ27ｃと、最小
60：1 のサンプル期間を有していることが好ましいＲＯ
ＩＣマルチプレクサ用の高速検出器クロック27ｄとを含
む。

【００１６】好ましい実施形態では、検出組立て体の４
つの多重化出力チャンネルはさらに入力高速クロック
（ＨＣＬＫ）速度で信号処理電子装置により１チャンネ
ルに多重化され、この速度は好ましくは最小２４０：１
サンプル期間を有し、図６および７を参照して後述する
システム電子装置と関連される。ＥＦＬ補償装置はＴＤ
Ｉクロック27ｂのサンプル速度を制御するためにＤＣＬ
Ｋ27ｄのサンプル速度を変化させる。

【００１７】現在設けられている検出器アレイは典型的
に６０乃至１２０個の検出器素子を具備し、それぞれ関
連する出力ワイヤを有する。従って、本発明の検出器ア
レイは付加的な検出器素子によってより高い分解能を示
す。さらに本発明の検出器アレイは多重化された検出器
アレイ出力ラインを利用し、それによって検出器素子の
出力ワイヤを最小にし、アレイを設けるのに必要な領域
を最小にし組立ておよび修理を容易にする。

【００１８】図５を参照すると、映像システム部品の動
作は通常システム電子装置34により制御される。システ
ム電子装置34はシステムマザーボード35に結合する３つ
のカード上で構成される。カードはアナログビデオ処理
カード（ＡＶＰＣ）36、情景に基づいたヒストグラムプ
ロセッサカード（ＳＨＰＣ）38、メモリ出力シンボルカ
ード（ＭＯＳＣ）40を含んでいる。それらの３つのカー
ドの関連機能をより詳細に以下説明する。また、マザー
ボード35に電源カード42が結合され、これはシステムが
設けられている車輛から電力入力を受け、個々のシステ
ム部品により必要とされる電圧レベルで種々のシステム
部品へパワーを出力する。

【００１９】図６および７を詳細に参照すると、ブロッ
ク図全体は３つのカード36,38,40上に設けられている部
品を示している。最初にＡＶＰＣカード36を参照する
と、チャンネル出力31,32 は関連する高速システム乗算
器クロック（ＨＣＬＫ）53を有するＳ／ＨＭＵＸ52へ入
力される。好ましくは全部で９６０個の検出器素子（２
４０画素）はクロックサンプリング期間中クロックされ
る。Ｓ／ＨＭＵＸ52は好ましくは多重化された検出器素
子出力をサンプリングしさらに多重化するように設計さ
れているヒューズ社のカスタム集積回路、部品番号6364
060PGA-DEVである。これらの多重化された信号は調節可
能なサンプリング速度でサンプルされる。しかしなが
ら、さらに信号処理をするために、信号はＩ−Ｖ変換器
54を介して電圧信号へ変換される。これらの信号が一度
変換されると、信号はアナログデジタル変換器56により
デジタル化される。

【００２０】デジタル信号に変換後、検出器素子出力信
号は信号等化装置60へ入力される。信号等化装置60はメ
モリ62に記憶された関連する利得およびレベル値を付加
し、63における２４０個の検出器画素のそれぞれに対し
て多重化されたデジタル信号出力が均一であり映像品質
を強化するように各検出器画素信号からの利得およびレ
ベル差を補正する。

【００２１】さらにＡＶＰＣカード36を参照すると、
（信号等化装置60への）デジタル入力信号は１２ビット
である。しかしながら、信号等化装置は信号利得および
レベル差を補正するとき、デジタル信号出力を１９桁ビ
ットへ増加する。信号が使用可能なデータの１５ビット
のみを含むとき、飽和検出器64は１５ビット範囲を越え
る全てのデータを飽和レベル１へ設定し、１５ビット範
囲より下の全てのデータを飽和レベル０に設定する、そ
れ故、１５ビット範囲内の有用なデータのみがＳＨＰＣ
カード38へ出力される。ＡＶＰＣカードはまたサンプリ
ング期間中にＳ／ＨＭＵＸから多重化された信号をクロ
ックするためのクロック53およびラインタイミングを備
えているタイミング／制御処理装置68を含んでいる。好
ましくは、ラインタイミングＨＣＬＫはサンプリング期
間プラス１６クロック静止時間につき２４０個のＴＤＩ
チャンネルのクロックサンプリング速度を有する。しか
しながら、この速度は以下説明するように必要とされる
とき、本発明により変化されてもよい。ＡＶＰＣカード
はまたＡＶＰＣカード部品をシステムマイクロプロセッ
サバス72へ接続するインターフェイス70を含んでいる。

【００２２】次に、ＳＨＰＣカード38を検討すると、飽
和検出器64からの信号出力は、検索表74に入力される。
一般的に、デジタル化および信号等化処理の出力ダイナ
ミック・レンジは、従来の画像ディスプレイの最大のダ
イナミック・レンジよりも大きい。さらに、情報をごく
わずかに有しているあるいは情報を有していない出力ダ
イナミック・レンジの領域がある。それ故に、デジタル
化および信号等化処理の出力信号が検索表74に入力さ
れ、情報をディスプレイのダイナミック・レンジに圧縮
する。検索表は、大きい入力ダイナミック・レンジを小
さい出力ダイナミック・レンジにマッピングするプログ
ラム可能な方法を提供する。マッピングは、システムオ
ペレータからの手動の入力、あるいは自動のヒストグラ
ムベースの方法のいずれかに基づいて連続して変化され
ることができる。検索表に先行して、ビデオがヒストグ
ラム／累算器80に入力される。ヒストグラム／累算器80
は、デジタル化された情報のライン合計、ライン捕捉、
およびヒストグラミング等の所定のプログラム可能な機
能を実行する。検索表74は、飽和検出器から出力された
１５ビットの信号を８ビットの出力信号に変換する。検
索表は、集積装置技術モデル（Integrated Device Tech
nology Model）No. IDT71256等の、技術において良く知
られている３２ｋ×８ランダム・アクセス・メモリ（Ｒ
ＡＭ）であることが好ましく、システムオペレータから
の手動の入力あるいは自動の利得アルゴリズムのいずれ
かに基づいて連続的に変化することができる。飽和検出
器から出力された１５ビットの信号はまたビデオシフタ
76を通して１０バイトの信号に変換される。

【００２３】また、ＳＨＰＣカード38上には、マイクロ
プロセッサ82および84が配置されている。上述のよう
に、多数の機能がマイクロプロセッサの制御の下で行わ
れている。マイクロプロセッサ84は、制御パネルと関連
した多数の制御関連動作を実行し、ＥＦＬ補償に対する
ＴＤＩクロック速度およびヒストグラム／累算器機能を
制御し、各画素に対するレベル等化値、グローバルなレ
ベル制御値、および検索表の値を計算する。マイクロプ
ロセッサ82は、機能に関連したよりシステム・ベースの
処理を実行し、ＲＡＭ86およびＥＥＰＲＯＭ90と関連し
て動作する。ＲＡＭ86およびＥＥＰＲＯＭ90は両方とも
本発明の好ましい実施形態による電子的実効焦点距離補
償装置を制御するソフトウェア・ベースの命令を記憶
し、その機能は、以下に詳細に説明される。

【００２４】ＭＯＳＣカード40を参照すると、検索表74
からの８ビットの出力信号は、画素バッファ92,94 を通
って入力し、フレームメモリを介して走査変換され、デ
ジタル−アナログ変換器96を通してアナログ信号に変換
されて戻された後に射手ディスプレイ19および命令者デ
ィスプレイ21の両方に出力される。デジタル−アナログ
変換器96を通って出力される前に、符号プロセッサ98に
よって画像信号における任意の画素に対して符号も切換
えられる。そのような符号データは、命令者あるいは射
手ディスプレイのいずれかの底部において状態の指示、
照準十字線への照準、および命令テキストを含んでい
る。

【００２５】ディスプレイに出力される前に、デジタル
化された信号は走査変換される。一般的に、スキャナ
は、情景を水平に走査し、従って、データは垂直な列に
沿って多重化される。しかしながら、標準的なビデオデ
ィスプレイには、データが水平線に沿って出力されるこ
とが要求される。それ故に、デジタル化されたデータ
は、垂直列入力フォーマットから水平線出力フォーマッ
トに変換されなければならない。さらに、検出器のサブ
アレイ間の分離のために、サブアレイからのデジタル化
されたデータは時間的に互いに遅延されている。この遅
延は取り除かれなければならない。遅延は、イメージャ
の実効焦点距離に依存するものであり、データはデジタ
ル化されているので、遅延の適切な除去は、画像の焦点
距離の変化に対する正確な補償に依存する。システム電
子装置に設けられたＥＦＬ補償装置はこれらの両機能を
提供する。

【００２６】図面を参照すると、図８は従来技術のイメ
ージャのレンズ組立て体を100 で示している。この組立
て体は５個の球面レンズ、即ち３個のゲルマニウムレン
ズ102,104,106 と、ＡｍＴｉｒｌ材料即ち光学系産業で
通常使用されている脆弱で硬い被覆された材料から構成
されている２つのレンズ108,110 を使用して構成されて
いる。示されているように、目標情景14からの検出エネ
ルギはスキャナ23により走査される。この走査されたエ
ネルギは低温停止部113 に形成された瞳孔112とレンズ1
02,108 を通じてイメージャへ入力される。イメージャ
は114 で示されているようにエネルギの中間焦点を達成
する。目標情景エネルギはレンズ104,106,110 と検出器
アレイ低温遮蔽29とを通って検出器アレイ26上へ焦点を
結ぶ。ＡｍＴｉｒｌレンズ108,110 はイメージャを通る
より広い帯域のエネルギ入力の色補正を行うように構成
される。ゲルマニウムレンズ102,104,106 は示されてい
るように検出された情景エネルギを高度に焦点を結んだ
形態で検出器アレイに供給し、それによって最小の関連
するぼけを有するアレイから出力される高品質ビデオ信
号を確実にするように構成されている。

【００２７】図９を参照すると、本発明の好ましい実施
形態に従ってイメージャのレンズ組立て体の平面図が12
0 で示されている。イメージャのレンズ組立て体120 は
本質的に２つの非球面ゲルマニウムレンズ122,124 から
なる。各これらのレンズは好ましくは単一点のダイアモ
ンドで研磨したゲルマニウムから形成され、反射防止被
覆で被覆されている。さらに、示されているように線形
に整列するとき、レンズは好ましくは約３．６１７イン
チの距離だけ相互に分離されている。一方または両者の
レンズはまた色収差を補正するためにレンズ124 上の12
5 で示されているような格子を含んでいてもよい。レン
ズ122,124 はシステム100 に設けられているレンズと同
一の高品質熱エネルギ焦点集中特性を与える。しかしな
がら、レンズ組立て体120 は、高価で脆弱であり製造お
よび構成が困難で破損の可能性が高い２つのＡｍＴｉｒ
ｌ色補正球面レンズ108,110 をなくすことによりシステ
ム全体の価格を減少する。従って、イメージャのレンズ
数の減少により、レンズ組立て体120 はシステム全体の
価格を減少する。

【００２８】動作において、イメージャのレンズ組立て
体瞳孔は低温停止部126 に形成された瞳孔125 を通って
スキャナ23により走査されるとき目標情景14からエネル
ギを受信する。走査されたエネルギは第１の非球面レン
ズ122 を通って入力され、これは128 で検出された情景
エネルギの中間焦点を達成する。続いて、情景エネルギ
はさらに非球面レンズ124 と低温停止部29を通って検出
器アレイ26上へ焦点を結ぶ。

【００２９】この点で、イメージヤのレンズ組立て体12
0 が典型的に７．５乃至１０．５ミクロンの範囲の長波
長赤外線のスペクトル帯域幅の映像エネルギで構成され
ることが明白である。従って、典型的に８乃至１２ミク
ロンのスペクトル帯域幅にわたって構成されそれにより
何等かの形態の色補正機構を必要とする従来技術の映像
レンズ組立て体とは反対に、図８で示されているＡｍＴ
ｉｒｌレンズ108,110等の球面レンズの必要性が除去さ
れる。

【００３０】図１０を参照すると、本発明の第２の好ま
しい実施形態が130 で示されている。レンズ組立て体13
0 は図８で示されている非球面レンズ122,124 と構造お
よび機能が同一である２つの非球面レンズ132,133 を含
んでいる。レンズ132,133 は検出された情景14からのエ
ネルギを検出器アレイ12上へ焦点を結ぶために光路屈折
ミラー134,135 と共に設けられている。さらに、フィー
ルド停止部136 は望遠鏡レンズからの表面反射により生
じるナーシサス（Narcissus ）効果を減少するようにエ
ネルギの中間焦点に配置される。

【００３１】従って、動作において、検出された情景か
らのエネルギは瞳孔137 と第１の非球面レンズ132 とを
通過し、フィールド停止部136 で中間焦点を結ぶ前に第
１の屈折ミラー134 で反射される。エネルギは続いてフ
ィールド停止部136 を通過し、第２の非球面レンズ133
を通って第２の屈折ミラー135 で反射される。第２の非
球面レンズ133 を通過後、エネルギはデュワ−（dewar
）窓138 と低温停止部139 を通過し、この低温ストッ
プ139 は好ましくは検出器アレイ26に焦点を結ぶ前のＦ
／１．７７停止部である。

【００３２】図１１、１２を参照すると、本発明の好ま
しい実施形態にしたがったイメージャのレンズ組立て体
120 は前述の熱映像システム12の望遠鏡装置16とスキャ
ナ23と共に設けられて示されている。図１１のＡでは、
望遠鏡装置は狭い視野の動作の観察モードに切換えられ
る。望遠鏡装置停止部140 はあるスペクトル帯域内、好
ましくは７．５乃至１０．５ミクロンのエネルギのみが
通過することを可能にする。142 で示されている望遠鏡
レンズ組立て体は好ましくは直径３．５インチの開口を
有し、イメージャの入口瞳孔144 を形成するスキャナの
密封窓143 を通ってエネルギが通過した後に、検出され
た目標情景エネルギを多格子のスキャナ23に焦点を結ば
せる。イメージャの入口瞳孔144 はまた望遠鏡の出口瞳
孔として機能する。補償装置145 は望遠鏡レンズ組立て
体の焦点距離の変動を補償する。スキャナ密封窓144 は
望遠鏡レンズからの表面反射により生じるシステムのナ
ーシサス効果を減少するために入射情景エネルギに関し
て好ましくは約１６°の角度で位置される。検出された
情景エネルギがスキャナ格子23ａ乃至23ｈの１つに焦点
を結ぶとき、前述したように走査ホイールは続いて回転
し、イメージャのレンズ組立て体120 を通ってエネルギ
を検出器アレイ26へ反射する。結果的な出力ビデオ信号
はディスプレイ19,21 上に映像を生成し、視野は図１２
の151 で示されているように狭い方位角の幅を有する。

【００３３】図１１のＢを参照すると、レンズ組立て体
120 が望遠鏡装置12と共に設けられ示されており、望遠
鏡装置12は広視野モードに切換えられている。この広視
野モードでは、熱停止部150 が検出された情景エネルギ
通路へ切換えられ、情景14からのより多くのエネルギが
望遠鏡装置と検出器アレイを通過することを可能にす
る。イメージャのレンズ構造は図１１のＡを伴って前述
した方法と同一方法で機能する。図１２の152 で示され
ていたように、広視野モードで動作するとき望遠鏡装置
は狭視野モードよりも非常に広い広方位角幅を有する視
野を生成する。

【００３４】イメージャのレンズ組立て体120,130 の好
ましい光学特性は以下の表IIでリストされている。狭視
野と広視野の両者の動作の望遠鏡装置を含んでいるシス
テム全体の光学特性は以下の表III でリストされてい
る。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】この点で、イメージャ組立て体120,130 は
本来の球面レンズを設けたシステムで負のパワー素子を
欠きながらそれぞれ僅かな量の関連する視野湾曲および
色収差を有することが認められるべきである。しかしな
がら、これらの特性は本発明のイメージャが本来のスペ
クトル帯域の短い波長でのみ使用され、従ってより高い
回折限定（ＭＴＦ）を有する事実により相殺される。

【００３８】この点で、本発明の非球面イメージャレン
ズ組立て体は従来技術の球面イメージャのレンズ組立て
体と比較してイメージャ組立て体を構成するために必要
な部品数が減少していることが認められるべきである。
いくつかのレンズを有する一般的なレンズ組立て体は歪
みがほとんどないか或いは全くないが、本発明のイメー
ジャのレンズ組立て体では関連した歪みが狭および広視
野の両者で２％よりも少ない。本発明のイメージャのレ
ンズ組立て体はより小さいスペクトル帯域幅で使用さ
れ、それによってより広いスペクトル帯域幅で使用され
るイメージャのレンズ組立て体における色補正に必要な
付加的なレンズの必要性を除去している。特に、本発明
のイメージャのレンズ組立て体は、破損する可能性が高
い脆弱な材料であるＡｍＴｉｒｌから製造されるレンズ
の必要性をなくす。本発明のイメージャのレンズ組立て
体を構成するために必要な部品数を最少化することによ
り、システム全体の価格と複雑性は減少され、一方高度
のシステム全体の性能が維持される。

【００３９】本発明の種々のその他の利点は特許請求の
範囲と関連して前述の明細書および図面を考察した後、
当業者に明白になるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施しているＬＡＶ−25軽装甲車の斜
視図。

【図２】本発明の好ましい実施形態が設けられている熱
映像システムの斜視図。

【図３】図２に示されている熱映像システムの部分的分
解図。

【図４】図３で部分的に示されている検出器組立て体素
子の配置の概略図。

【図５】図２で示されている熱映像システムのブロック
図。

【図６】本発明の熱映像システムのシステム電子装置の
概略的ブロック図。

【図７】本発明の熱映像システムのシステム電子装置の
概略的ブロック図。

【図８】従来技術のイメージャの平面図。

【図９】本発明にしたがったイメージャの第１の好まし
い実施形態の平面図。

【図１０】本発明にしたがったイメージャの第２の好ま
しい実施形態の平面図。

【図１１】狭範囲および広範囲の両視野における熱映像
システムに設けられた本発明のイメージャの平面図。

【図１２】狭範囲および広範囲との両視野における熱映
像システムの状況認識図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 1/02 G01S 3/782 G02B 13/14 - 13/18 G03B 41/00

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 目標情景を検出する光学系と、目標情景
   エネルギに応答する検出器アレイと、目標情景エネルギ
   を前記検出器アレイに走査するスキャナとを含んでいる
   熱映像装置中で、走査された目標情景エネルギの焦点を
   前記検出器アレイ上に結ぶためのイメージャにおいて、 長波長赤外目標情景エネルギを通過させる瞳孔を形成す
   る停止部と、 前記停止部を通過する長波長赤外目標情景エネルギの中
   間焦点を与える第１の非球面レンズと、 中間に焦点を結んだ長波長赤外情景エネルギを受けてそ
   の中間焦点の長波長赤外情景エネルギの終端焦点を与え
   る第２の非球面レンズとを具備しているイメージャ。
2. 【請求項２】 前記第１、第２の非球面レンズとの間で
   長波長赤外目標情景エネルギを反射するように位置され
   ている第１、第２の折畳みミラーをさらに具備している
   請求項１記載のイメージャ。
3. 【請求項３】 前記第１、第２の非球面レンズは直線に
   整列されている請求項１記載のイメージャ。
4. 【請求項４】 前記第１、第２の非球面レンズは約３．
   ６１７インチの距離だけ分離されている請求項３記載の
   イメージャ。
5. 【請求項５】 前記第１、第２の非球面レンズの前記ス
   ペクトル帯域幅は７．５乃至１０．５ミクロンである請
   求項１記載のイメージャ。
6. 【請求項６】 前記第１、第２の非球面レンズは単一点
   のダイヤモンドで研磨したゲルマニウムから構成されて
   いる請求項１記載のイメージャ。
7. 【請求項７】 長波長赤外目標情景エネルギ上のナーシ
   サス効果を最小にするために長波長赤外目標情景エネル
   ギの前記中間焦点に位置されるフィールド停止部をさら
   に具備している請求項１記載のイメージャ。
8. 【請求項８】 前記エネルギのナーシサス効果を減少す
   るために約１６度で傾斜したスキャナ密封窓をさらに具
   備している請求項１記載のイメージャ。
9. 【請求項９】 前記第１、第２の非球面レンズがそれぞ
   れ反射防止被膜で被覆されている前部および後部表面を
   含んでいる請求項１記載のイメージャ。
10. 【請求項１０】 前記イメージャが約０．６７５インチ
    の実効焦点距離を有する請求項１記載のイメージャ。
11. 【請求項１１】 目標情景を検出する光学系と、 前記検出された目標情景の映像を表示するディスプレイ
    と、 前記検出された目標情景からのエネルギにそれぞれ電気
    的に応答する素子を有する検出器アレイと、ここで前記
    素子は前記ディスプレイに前記目標情景映像のビデオ信
    号を出力するために使用される信号を生成し、 前記検出された目標情景エネルギを前記検出器アレイに
    走査するスキャナと、 前記検出器アレイ上に長波長赤外目標情景エネルギの焦
    点を結ぶための２レンズのイメージャと、ここで、２レ
    ンズのイメージャは、長波長赤外目標情景エネルギの中
    間焦点を与える第１の非球面レンズと、前記中間焦点を
    結んだ長波長赤外目標情景エネルギについて前記検出器
    アレイ上に焦点を結ぶための第２の非球面レンズとを有
    し、 を具備することを特徴とする熱映像システム。
12. 【請求項１２】 目標情景を検出するための光学系と、 前記検出された目標情景の映像を表示するディスプレイ
    と、 前記検出された目標情景からの長波長赤外エネルギにそ
    れぞれ電気的に応答する素子を有する検出器アレイと、
    ここで前記素子は前記ディスプレイに前記目標情景映像
    のビデオ信号を出力するために使用される信号を生成
    し、 前記検出された長波長赤外目標情景エネルギを前記検出
    器アレイに走査するスキャナと、 前記検出器アレイ上に前記長波長赤外目標情景エネルギ
    の焦点を結ぶためのイメージャとを有する熱映像システ
    ムであって、 前記検出された長波長赤外目標情景エネルギの中間焦点
    を与える第１の非球面レンズと、 中間に焦点を結んだ長波長赤外目標情景エネルギを受け
    てその中間焦点の長波長赤外目標情景エネルギの終端焦
    点を与える第２の非球面レンズとを具備することを特徴
    とする熱映像システム。