JPH01121816A

JPH01121816A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH01121816A
Application number: JP62280158A
Authority: JP
Inventors: Gennai Ichikawa; 市川　元内; Koji Miura; 孝治三浦; Kenzaburo Suzuki; 憲三郎鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1987-11-05
Filing date: 1987-11-05
Publication date: 1989-05-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】Ａ、産業上の利用分野本発明は、結像光学系とこの結像光学系の焦平面に配置
された２次元固体撮像素子との間の光路に光透過形平行
平面板を所定角度で傾けて配置し、この平行平面板を光
軸回りに回転させていｂゆるマイクロスキャニングを行
なうようにした固体撮像装置に関する。

Ｂ、従来の技術この種の撮像装置においては、固体撮像素子として例え
ばＣＣＤが用いられるが、素子受光面積に対して検知器
が占有する面積、すなわち充足率が低いため、特に目標
物が長距離にわたるような場合、ミラーの機械的走査に
よるいわゆる走査型撮像装置に比べると解像度が低いと
いう問題があった・このような問題を解決した撮像装置として、米国特許筒
４，６７５，５３２号に開示されたものが知られている
。この撮像装置は１例えば第６図に示すように、目標物
からの光束１を結像させる結像光学系２と、この結像光
学系２の焦平面ＦＰ上に配置され光束１を受光して光電
変換しその電気信号を出力する２次元撮像素子３と、結
像光学系２と撮像素子３との間の光路に所定の傾きで挿
入され結像光学系２の光軸○Ｘ回りに回転可能な光透過
形の平行平面板４とを備えている。

この撮像装置では、例えば実線で示す平行平面板４の傾
きのとき（時点Ｔ１とする）２次元撮像素子３から信号
を読み出し、その位置から１８０度回転した破線の傾き
のとき（時点Ｔ２とする）２次元撮像素子３から信号を
読み出す。これにより、２次元撮像素子３を構成する各
検知器のそれぞれは、平行平面板４の傾きに応じた分だ
け僅かにずれた目標物の領域を各時点Ｔｌ、Ｔ２で撮像
することになる。

すなわち、第７図に示すように、例えば撮像素子３を構
成する検知器３、は、時点Ｔ１では領域Ｒ１１を、時点
Ｔ２では１時点Ｔ１で赤外検知器３８が撮像した領域Ｒ
１２と領域Ｒ１□との間の領域Ｒ２□を撮像することに
なる。このような撮像方式はマイクロスキャニング方式
と呼ばれ、充足率の低い撮像素子３の解像度などを向上
するのに寄与する。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点しかしながら、この従来の撮像装置においては、各検知
器で受光する光線の主光線と平行平面板４とのなす角度
が焦点面上の像点位置によって異なり、また各像点の結
像に寄与する周縁光線が平行平面板４に入射する角度（
第６図中ψで示す）も−様ではないので、全視野にわた
って非対称な非点収差が発生する。このため、広画角で
大きな開口数の結像光学系を用いる場合、全視野にわた
って均一な像を得るのが難しく、かつ焦点面上での像点
のシフト量が光軸上と軸外とでは異なるという問題もあ
る。

本発明の目的は、特に非点収差は全視野でほぼ一様とし
、かつ全視野にわたって均一な光学性能を維持しつつマ
イクロスキャニングによる高解像画像を得ることができ
る撮像装置を提供することにある。

Ｄ６問題点を解決するための手段一実施例を示す第１図により本発明を説明すると、本発
明は、目標物からの光束１００を結像させる結像光学系
１２と、結像光学系１２の焦平面上に配置され光束１０
０を受光して光電変換しその電気信号を出力する２次元
撮像素子１１と、結像光学系１２と撮像素子１１との間
の光路に所定の傾きで挿入され結像光学系１２の光軸回
りに回転可能な光透過形の平行平面板１４とを備えた撮
像装置に適用され、上述の問題点は、結像光学系１２の
像側において光束１００の主光線が上記光軸と平行とな
るように結像光学系１２をテレセントリック光学系とす
ることにより解決される。

８９作用結像光学系１２の像側の主光線が光軸と平行になるから
、視野全域において主光線と平行平面板１４とのなす角
度が同一であり、非点収差が全視野でほぼ均一となり、
その補正が容易となる。また、平行平面板１４の回転に
伴う各検出器による検出領域のシフト量も全視野にわた
り均一となり、シフト量の相違に伴う種々の悪影響が抑
制される。

Ｆ、実施例第１図は本発明に係る固体撮像装置を赤外線用の撮像装
置に適用した一実施例を示す概略構成図である。

１１は２次元赤外撮像素子であり、第２図のように所定
ピッチＰで２次元配置された赤外検知器１１□〜１１．
と図示しない読み出し部とを有する。

第１図では３つの赤外検知器１１□〜１１．が示されて
いる。１２は結像光学系であり、目標物からの光束１０
０を焦平面ＦＰ上に配置された２次元赤外撮像素子１１
上に結像する。結像光学系１２の物体側焦点位置に実質
的な開口絞り１３が設けられ、像側にテレセントリック
となるような結像光学系に構成されている。１４は光を
透過する平行平面板であり、結像光学系１２と赤外撮像
素子１１との間の光路に所定の傾きで挿入され、結像光
学系１２の光軸ＯＸ回りに回転可能とされている。

ここで、第１図に示すように平行平面板４の厚みをｔ、
焦平面ＦＰに対する傾きをα、結像光学系１２の屈折率
をｎ、赤外検知器１１□〜１１．のピッチをＰとすると
き。

１　　　〜Ｐｔ（１−−）　　αニー　　　　　　　　　　・・・　
（１）ｎ　　　　　４を満足するように各数値が定められる。

今、平行平面板１４を実線で示すように傾けたときに各
主光線１２１〜Ω３が赤外検知器１１１゜１１□、１１
．に入射される。一方、平行平面板１４を破線で示すよ
うに傾けると、各赤外検知ｒｉｐ　１１１〜１１．には
、主光線Ω、〜Ω、に対して（１／２）Ｐだけずれた主
光線Ω、。、Ω２．、Ω□。

の光が入射される。すなわち、あたかも、赤外検知器１
１１の外側、赤外検知器１１１と１１□との間および赤
外検知器１１□と１１．との間の領域に赤外検知器１１
１゜〜１１．。が存在しているような撮像を行なうこと
ができる。

すなわち、平行平面板１４が実線のように傾いた時点Ｔ
１と、時点Ｔ１から平行平面板１４が１／２回転（１８
０度）し破線のように傾いた時点Ｔ２で赤外撮像素子１
１から信号を読み出すことにより、第３図に示すように
１時点Ｔ１では実線で囲んだ領域Ｒ１を時点Ｔ２では破
線で囲んだ領域Ｒ２を赤外検知器１１□が検出する。他
の赤外検知器１１□〜１１．も各時点Ｔｌ、Ｔ２で同様
な領域を検出し、いわゆる２対１マイクロスキヤニング
が実現される。

以上の構成の赤外線撮像装置では、第１図かられかるよ
うに結像光学系１２の像側においては、目標物からの光
束の主光線Ｑ工〜Ｑ３が光軸ＯＸと平行となる。したが
って、各主光線Ｑ□〜Ｑ、が平行平面板１４となす角度
ψが同一となり、それら各主光線に沿う収れん光束も相
似形にて平行平面板１４に入射する。したがって、結像
光学系１２の焦平面ＦＰ上に結像される像の非点収差が
視野全域にわたりほぼ均一となり、その補正も容易であ
る。また、時点Ｔｌ、Ｔ２における検出領域のずれ量も
全領域で（１／２）Ｐとなり、ずれ量が相違することに
起因した種々の悪影響を抑制できる。

また、１　〜ＦＴＰｔ（１−−）　α＝□　　　　　　　・・・（２）を満
足するように各数値を定め１時点Ｔｌｌから平行平面板
１４が順次に１７４回転（９０度）したときの時点Ｔ１
２．Ｔ１３．Ｔ１４で赤外撮像素子１１からの信号を読
み込めば、第４図に示すように、例えば赤外検知器１１
□が時点Ｔｌｌ〜Ｔ１４にそれぞれ領域Ｒ１□、Ｒ１□
、　Ｒ１，。

Ｒ１４を検出する。他の赤外検知器１１２〜１１９もそ
れぞれ各時点で領域Ｒ２ｉ”Ｒ９ｉ　（ｉ＝１〜４）を
検出するから、いわゆる２対２マイクロスキヤニングが
実現できる。

以上説明した２対１マイクロスキヤニングあるいは２対
２マイクロスキヤニングにおいては、赤外検知器１１１
〜１１．からの電荷の読み出しと同期させて平行平面板
１４を回転するだけではなく、その回転位置の検出も必
要となる。

第５図は、平行平面板１４のホルダ３１の一部に鏡面３
２を形成し、赤外撮像素子１１の冷却器３３の上面を、
第２図に示す４隅の赤外検知器１１□、ＬＬ、１１．．
１１□に集光させるようにしたものである。平行平面板
１４を回転することにより、赤外検知器１１．．１１．
．１１．．１１□に順次に冷却部分が集光され、各赤外
検知器の出力が急激に立下がる時点を検出することがで
き、これにより平行平面板１４の各１／４回転が検出で
きる。

ホルダ３１の側面に鏡面を形成し、発光素子と受光素子
とによってホルダ３１の回転位置を検出してもよい。こ
の場合、ホルダ３１の側面を正多角形ポリゴンミラーに
すれば精度の高い回転制御が行なえる。

なお、第１図に示した赤外線撮像装置に望遠鏡光学系を
前置して交換可能とする場合、望遠鏡光学系の射出瞳位
置を開口側１３の位置に一致させればよく、望遠鏡光学
系の設計自由度も高い。

また、赤外撮像素子の受光面にフィルタを配置する場合
、主光線がフィルタに垂直に入射されるからフィルタに
角度依存性があっても問題とならない。更に、上記の実
施例はいずれも赤外撮影用の装置としたが、本発明は赤
外波長に限られるものではなく、−船釣な撮像装置に適
用し得ることはいうまでもない。

Ｇ０発明の効果本発明によれば、結像光学系と撮像素子との間の光路に
挿入した光透過形斜設平行平面板による非点収差が全視
野にわたりほぼ均一となり、かつ平行平面板の回転に伴
う検出領域のずれ量も全視野にわたりほぼ均一であるか
ら、非点収差の補正が容易となり、視野周辺の画質の劣
化を防止して、従来のミラー走査方式の撮像装置に比べ
て遜色のない高解像度の画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は撮像装置の一実施例を説明するもので
、第１図が全体の概略構成図、第２図が撮像素子の平面
図、第３図が２対１マイクロスキヤニングを説明する図
である。第４図は２対２マイクロスキヤニングを説明する図であ
る。第５図は平行平面板の回転位置を検出するための変形例
を示す図である。第６図および第７図は従来例を説明するもので、第６図
がその全体概略構成図、第７図がその２対１マイクロス
キヤニングを説明する図である。１１：赤外撮像素子１１１〜１１１：赤外検知器１２：結像光学系　　１３：開口絞り１４：平行平面板　１００：光束特許出願人　　日本光学工業株式会社代理人弁理士　　　永　井　冬　紀光潔゛第１図第７図

Claims

【特許請求の範囲】目標物からの光束を結像させる結像光学系と、該結像光
学系の焦平面上に配置され前記光束を受光して光電変換
しその電気信号を出力する２次元固体撮像素子と、前記結像光学系と固体撮像素子との間の光路に所定の傾
きで挿入され前記結像光学系の光軸回りに回転可能な光
透過形の平行平面板とを備え、前記結像光学系の像側に
おいて前記光束の主光線が前記光軸と平行となるように
前記結像光学系をテレセントリック光学系としたことを
特徴とする固体撮像装置。