JPH04298172A - イメージ作成システム - Google Patents

イメージ作成システム

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JPH04298172A
JPH04298172A JP3226152A JP22615291A JPH04298172A JP H04298172 A JPH04298172 A JP H04298172A JP 3226152 A JP3226152 A JP 3226152A JP 22615291 A JP22615291 A JP 22615291A JP H04298172 A JPH04298172 A JP H04298172A
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imager
array
radiation
transmissive
image
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ロバート　ケネディー　マッキューアン
Alan D Macleod
アレン　ディヴィッド　マックラウド
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Marconi Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N3/00—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages
    • H04N3/02—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by optical-mechanical means only
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    • H04N3/09—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by optical-mechanical means only having a moving reflector for electromagnetic radiation in the invisible region, e.g. infrared

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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、焦点面アレイ（ＦＰＡ
）を用いたイメージャ（撮像装置）に関し、更に詳細に
は、この種装置を用いて赤外線（ＩＲ）波帯域における
イメージ作成に関する。ＩＲイメージ作成システムは、
現在、多くの分野で重要性を増し、特に、軍事、保安、
調査及び救助における応用の分野で重要度が高まりつつ
ある。
【０００２】
【従来の技術】初期のＩＲイメージャでは、少数の感知
要素を使用し、鏡と多角形体で構成されるシステムを介
してこれらの要素を横切って情景のＩＲイメージを走査
する方法が用いられた。最近開発されたイメージャは、
いわゆる起動アレイと呼ばれる感知要素の二次元アレイ
に基づくもので、情景の有用なイメージを作るために走
査を必要としない。
【０００３】この種のシステムにおける各感知要素用に
使用できるドエルタイムは初期の走査システムの場合よ
りもかなり大幅に増大し、その結果、感知材料の観点か
らシステムの性能が大幅に改善された。ＩＲシステムの
設計者は、この性能向上を利用するか、又は、低い性能
の感知材料を用いて初期の走査システムと同程度の感度
を達成するかのいずれかを選択できる。
【０００４】高性能システムは、液体窒素温度まで冷却
したカドミウム水銀テルル化物のアレイを基調とするイ
メージャであることを特徴とし、他方、通常レベルの性
能は、ショットキーバリアアレイ及びパイロ電気型セラ
ミックスを基調とするイメージャによって達成できる後
者のシステムは、コスト及び／又は材料入手（例えば冷
却剤の供給）の観点から、高性能システムよりも大幅に
有利である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＦＰＡイメージャに、
通常の走査を行うイメージャに匹敵する性能を持たせる
には、あいにく、ＦＰＡイメージャの多数の欠点を克服
しなければならない。現在入手できるＦＰＡは、制限さ
れた画素カウント、即ち一般に１２８×１２８または２
５６×２５６要素の物に限られ、最高の走査イメージャ
システムの空間的解像度に適合するには不十分である。 結局、適当な製造技術の開発がこの問題を克服し、高密
度の画素が開発されるであろう。
【０００６】ただし、現時点において、システムが達成
しようとする全空間的解像度を得るためには、起動焦点
面アレイ式イメージャは、焦点面上でイメージをマイク
ロ走査することが必要となる。形成されたイメージは、
表示する以前に、データの合成フレームを作るために、
このようなマイクロ走査された多数のフィールドをイン
タレースすることによって構成されなければならない。
【０００７】２×２マイクロ走査システムに関する一般
的な概念を図１に示す。イメージは、各軸当たり２つ、
合計４つの位置を経てＡからＤへ動かされ、各位置にお
いて、ＦＰＡによる問い合わせが行われる。次に、適切
にインタレースされたマイクロ走査フィールドで構成さ
れるデータＥの全フレームが、システムの全解像度で観
察者にディスプレイされる。
【０００８】図１には２×２マイクロ走査の場合を示す
が、たとえば対角軸において２×１，２×３及び３×３
のような他の関係も可能である。合成フレームを作るた
めに用いられるフィールドの最適個数は、システムにお
ける感知要素の大きさと形状、要素のピッチ、及び、例
えば光学部品のような他の部品の相対変調伝達関数（Ｍ
ＴＦ）を含む多くの要因に依存する。
【０００９】改良されたマイクロ走査技術（本出願と同
じ日付で出願された同時係属出願の主題であり、出願特
許局の内部記録に、参照番号Ｐ／８５２７／ＦＳＬをも
って割り当て済み）を用いるイメージャを図２に示す。 イメージャ１は、レンズ２、二元センサアレイ３、及び
、モーター５によって駆動されるチョッパ４を備える。 図３にその平面図を示すチョッパは、複数の非伝達性領
域５、及び、矢印７によって示される方向の放射線を屈
折させるような角度を持つ屈折性材料を備える伝達性領
域６で構成される。バッテリ８により図２のモーター５
に電源が供給されると、チョッパ４が回転し、各非伝達
性領域５の先行端が行の上を通過するにつれて、センサ
アレイ３のそれぞれの行が電子回路９によって読み取ら
れる。イメージャの入射放射線は、チョッパ４の継続す
るそれぞれの伝達性領域６によって異なる方向に屈折さ
れ、マイクロ走査が実施される。継続するフレームは、
陰極線管１１に表示される前に、電子回路９内のフレー
ム記憶にディジタル的に入れられる。結果として、シス
テム全体に多くの欠点を生ずる。
【００１０】１．システムは電子的に著しく複雑になる
おそれがあり、フレーム記憶装置を必要とする。 ２．システムが複雑になると、システムが高価になるこ
とは避けられない。 ３．データを後で１つの単一フレームに表示する前に、
１つのフレーム記憶内のデータをインタレースすること
により、イメージ作成プロセスの時間的な連続性が破壊
され、イメージが動いている場合においては、マイクロ
走査の利点が失われる。イメージャがパンされる場合に
はこの現象が特に顕著であり、結果として、それぞれの
イメージが各マイクロ走査フィールドにおける検出器上
のイメージの位置に対応するような多重イメージが現れ
る。これらの多重イメージは、イメージャの動きとは本
質的に相関々係をもたないので、この問題を解決するに
は莫大なデータ操作が必要とされる。
【００１１】４．一般に、この種のシステムでは、ユー
ザに情報をディスプレイするために、陰極専管（ＣＲＴ
）を使用する。この種ディスプレイは、通常使用される
が、種々の欠点を持っている。特に、ＣＴＲは真空ガラ
ス技術によって製造されるので、チューブを頑丈にする
ための工程を用いなければ、非常に壊れ易い。同様に、
繊細な電極および燐光スクリーン被覆は振動や衝撃によ
って壊れ易い。頑丈に強化されたＣＲＴも利用可能であ
るが、高価なうえに、同等の通常装置に較べてかなりか
さばる。更に、ＣＲＴの消費電力は一般に１ワットを超
過し、大型かつ／または頑丈化されたチューブでは、ド
ライブ電子装置の必要電源を含まないで、数ワットに達
することがある。ＣＲＴディスプレイに関連した別の問
題は、電子ドライブ回路がディテクタと同じ走査順序で
作動することは極めて稀であり、追加的なフレーム記憶
装置、及び、タイミングだけが異なる場合には、検出プ
ロセスとディスプレイプロセスの間でデータの順序直し
が必要となる。
【００１２】イメージをディスプレイする陰極線管を必
要としないイメージャ（本出願と同じ日付で出願された
同時係属出願の主題であり、出願特許局の内部記録に、
参照番号Ｐ／８５２６／ＦＳＬをもって割り当て済み）
を図４に示す。図４のイメージャは、放射線をセンサア
レイ２１に集めるレンズ２０を備える。作動中は、セン
サアレイ２１に投射される放射線は、チョッパ２２によ
って遮断される。チョッパの詳細については、図５に示
す。チョッパは、バッテリ２４によって電源供給される
モーター２３によって駆動され、電子回路２５と同期し
、この電子回路は、各チヨッパブレード２７の各先行端
２６が行の上を通過するにつれて、センサアレイ２１の
各フレームを、順次に１行ずつ読み取る。電子回路２５
はＬＥＤ２８の線状アレイに電源を供給し、センサアレ
イ２１から　　読み取られる行の対応する各エレメント
が受け取った放射線に応じてＬＥＤが点灯する。モータ
ー２３によって駆動される多角形体３０の反射表面２９
は、視覚の自然継続性により、明らかにセンサアレイ２
１が受け取ったイメージを表す二次元アレイで構成され
るイメージをオペレータが見るように、ＬＥＤのアレイ
からの放射線を走査する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記２つの発
明の基となる原理を用いて改良されたイメージャを提供
できるという実感から出発した。本発明に基づくイメー
ジャは：受け取った放射線を複数のセンサ要素からなる
二次元アレイ上に集束するためのレンズ；マイクロ走査
を実施するアレイに関してセンサアレイに投射するイメ
ージを表すための機械的手段；センサアレイに投射する
放射線に対応して出力を発生する光学要素のアレイ；及
び、マイクロ走査を実施するための手段と同期して光学
要素からの放射線を可変的に偏向するための手段から成
る。光学要素からの放射線は、反対向きに、センサ要素
上のイメージの変位に比例して反射されることが好まし
い。
【００１４】
【作用】本発明を利用すると、マイクロ走査によって作
られた各フィールドは、合成フレームを作るための複雑
なインタレース用電子装置を必要とすることなしに、リ
アルタイムで、観察者の視界へ直接移し変えることがで
きる。人間の目は視覚の継続性を持ち、目／脳は視界内
の目標を追跡してこれに追従することができるので、知
覚したイメージを自動的にインタレースすることとなる
。従って、イメージする連鎖作用全体を通じてデータの
時間的な一貫性が保たれ、カメラをパンする際にイメー
ジが動かされた場合であっても、マイクロ走査の利点は
維持される。
【００１５】可変偏向手段は、光学要素からの逐次光学
出力が多角形体によって走査されるように、中央軸のま
わりに配置された反射小面を持つ多角形体を備えると有
利である。従って、必要なのは、１つの単一行出力ディ
スプレイを供給し、視覚の自然継続性を利用して、一次
元アレイから二次元イメージを生成するために、ユーザ
の目を横切ってこの出力ディスプレイを走査するために
多数の小面を持つ多角形体を用いることだけである。
【００１６】イメージの位置を移すための機械的手段と
光学的生成手段からの放射線を偏向するための手段は機
械的に結合され、１つの単一駆動機構を用いて、同期化
を実施することが好ましい。多角形体の小面は、光学ア
レイを走査することによって生成された逐次イメージを
変位させるような断面形であることが有利であり、この
場合の変位は、センサアレイへの投射に先立って行われ
る走査に起因する変位に対して反対向きの変位である。 こうすれば、光学システムとしては許容限度が比較的緩
慢であって安価かつ容易に製作できる技術的にレベルの
低い設計を提供し、マイクロ走査によって生ずるオフセ
ットを補償することができる。更に、陰極線管を使用す
る必要がないので、マイクロ走査ディスプレイシステム
全体の消費電力は極めて小さく、電力消費に小さい用途
に最適である。
【００１７】
【実施例】本発明の１つの実施例について、図３及び６
を参照しながら、単に一例として説明することとする。 図６は、図３のチョッパ４を用いたイメージャを図式的
に示す。図６のイメージャ３０は、レンズ３１、パイロ
電気式感知素子３２、モーター３４によって駆動される
チョッパ３３、電子回路３５、ＬＥＤのアレイ３６、多
角形体３７、接眼鏡３８及びバッテリ３９から成る。図
３に示すチョッパは、複数の非伝達性領域５、及び、各
領域が矢印方向に屈折させる屈折材料で構成された伝達
性領域６から成る。
【００１８】作動中は、放射線は、レンズ３１により、
感知要素３２のパイロ電気式アレイ上に集束される。こ
の放射線は、モーター３４によって回転させれれるチョ
ッパ４により遮断される。モーターは、チョッパ４の縁
１０がイメージャアレイ３２の行を覆い隠すにつれてイ
メージャアレイの各行が読み取られるように電子読み取
り回路に同期される。回路３５は、行の対応する各要素
によって受け取られた放射線の読み取りに対応してＬＥ
Ｄ３６のアレイが点灯するようにアレイに電源供給する
。モーター３４は多角形体３７を回転させ、この多角形
体ＬＥＤ３６からの放射線を観察者の視野に反射する。
【００１９】
【発明の効果】多角形体が回転すると、ＬＥＤによって
ディスプレイされる継続する読み取り行が隣接位置に現
れ、その結果、接眼鏡３８を介して観察している観察者
は、視覚の継続性によって、完全なフレームを観察する
。次のフレームは、感知要素３２のアレイから、１行ず
つ、読み取られる。このフレームは、チョッパ４の屈折
材料により異なる方向に屈折済みである。このフレーム
は、読み取られ、前のフレームと同じ方法で走査される
が、多角形体３７の継続する小面の向いている方向がそ
れぞれ異なるので、継続する反射イメージは、チョッパ
４による屈折に起因する変位量と同じく、これと反対向
きに変位される。従って、観察者の目は、視覚の継続性
により、二次元イメージを生成するだけでなく、継続す
るイメージをインタリーブし、これによって、マイクロ
走査された合成イメージを作る。
【００２０】本発明について説明するための参照添付図
面を次に示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】２×２マイクロ走査システムの概念を図式的に
示す説明図である。
【図２】改良されたマイクロ走査技術を用いたイメージ
ャを図式的に示す平面図である。
【図３】本発明に基づく１つの実施例に使用するチョッ
パを示す平面図である。
【図４】イメージを表示するために陰極線管を必要とし
ないイメージャを図式的に示す平面図である。
【図５】図４に示すイメージャに使用するチョッパの詳
細を示す平面図である。
【図６】本発明に基づく１つの実施例を図式的に示す平
面図である。
【符号の説明】
４　　　　チョッパ ３１　　レンズ ３２　　センサアレイ ３７　　多角形体、

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　受け取った放射線をセンサ要素の二次
    元アレイ上に焦点合わせするレンズ、センサ要素のアレ
    イに投射するイメージをマイクロ走査するためにアレイ
    に対して変位させる機械的手段、センサアレイに投射す
    る放射線に応じて出力を生成する光学要素のアレイ、及
    び、マイクロ走査を実施するための手段と同期して光学
    要素からの放射線を可変的に偏向するための手段で構成
    されるイメージャ。
  2. 【請求項２】　　前記光学要素からの放射線がセンサ要
    素上での変位に比例して反対向きに偏向される請求項１
    記載のイメージャ。
  3. 【請求項３】　　マイクロ走査された継続するフレーム
    の組み合わせとしてのイメージを作るために放射線が可
    変的に偏向される請求項２記載のイメージャ。
  4. 【請求項４】　　前記光学要素がセンサアレイの各サブ
    アレイによって受け取られた放射線に応じて逐次的な光
    学出力を生成する一次元アレイに配置される前記いずれ
    かの請求項に記載のイメージャ。
  5. 【請求項５】　　可変的に反射する手段が光学要素から
    の逐次光学出力を多角形体によって走査するために中央
    軸のまわりで回転するように配置された反射小面を持つ
    多角形体を備える請求項４記載のイメージャ。
  6. 【請求項６】　　多角形体の小面が光学アレイの走査に
    よって生成された逐次イメージを変位させるような縦断
    面形状を持ち、この場合の変位がセンサアレイへの投射
    に先立って実施されたマイクロ走査による変位と反対の
    向きである請求項５記載のイメージャ。
  7. 【請求項７】　　イメージを変位させるための機械的手
    段及び光学的生成手段からの放射線を反射するための手
    段が機械的に結合される前記いずれかの請求項に記載の
    イメージャ。
  8. 【請求項８】　　イメージを変位させるための手段が、
    センサ要素が応答する放射線に対して伝達性の少なくと
    も１つの屈折領域を備え、レンズとアレイの間の放射線
    経路に部材の屈折領域が繰り返して挿入されることによ
    りアレイ上に焦点合わせされたイメージが動かされるよ
    うに可動である前記いずれかの請求項に記載のイメージ
    ャ。
  9. 【請求項９】　　部材が、放射線経路に挿入可能であっ
    て前記放射線に対して実質的に非伝達性を持つ少なくと
    も１つの領域を備える請求項８記載のイメージャ。
  10. 【請求項１０】　　部材が複数の前記非伝達性領域と交
    互配置された複数の前記屈折領域を備え、作動中部材の
    運動によって異なる伝達性領域が結果的に前記放射線経
    路に挿入されることによってアレイ上に焦点合わせされ
    たイメージがアレイに対して異なる方向に逐次動かされ
    る請求項８記載のイメージャ。
  11. 【請求項１１】　　各々の伝達性及び非伝達性領域が実
    質的に同じ寸法である請求項９又は１０記載のイメージ
    ャ。
  12. 【請求項１２】　　部材が実質的に平らであって１つの
    軸のまわりに一定角速度で回転可能な請求項８から１１
    までのいずれかに記載のイメージャ。
  13. 【請求項１３】　　屈折材料から成る継続的な伝達性領
    域が反対方向に放射線を屈折させる請求項８から１２ま
    でのいずれかに記載のイメージャ。
  14. 【請求項１４】　　レンズによってセンサ要素上に焦点
    合わせされたイメージが隣接センサ要素の中心間距離未
    満の距離だけ屈折される請求項８から１３までのいずれ
    かに記載のイメージャ。
  15. 【請求項１５】　　熱放射線のイメージを作成するため
    の前記いずれかの請求項に記載のイメージャ。
  16. 【請求項１６】　　センサ要素がパイロ電気素子である
    請求項１５記載のイメージャ。
  17. 【請求項１７】　　放射線が直交する４つの方向に逐次
    変位される前記いずれかの請求項に記載のイメージャ。
  18. 【請求項１８】　　イメージを変位させるための機械的
    手段がディスクであってその周上に非伝達性領域と交互
    配置された複数の伝達性屈折領域を備え、隣接領域間の
    境界がアレイ上を実質上の一定線形速度で通過するよう
    に前記境界が湾曲している前記いずれかの請求項に記載
    のイメージャ。
  19. 【請求項１９】　　機械的手段が８つの非伝達性領域の
    間に挿入配置された８つの伝達性屈折領域を備え、継続
    する各屈折領域が直ぐ前の領域に対して９０度の方向に
    放射線を屈折させる請求項１８記載のイメージャ。
  20. 【請求項２０】　　添付図面３及び６を参照して既に記
    述した内容と実質的に同じ内容のイメージャ。
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