JPH06160757A

JPH06160757A - 小視野角走査を得る為の方法及び小視野角スキャナ

Info

Publication number: JPH06160757A
Application number: JP5179379A
Authority: JP
Inventors: Mario P Palombo; マリオ・ピー・パロンボ; David Fink; デイビッド・フィンク
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1992-07-20
Filing date: 1993-07-20
Publication date: 1994-06-07
Also published as: US5387996A; EP0580407B1; DE69304278D1; DE69304278T2; EP0580407A1; ES2090877T3

Abstract

(57)【要約】【目的】所望の高い走査速度を達成することが出来ると
ともに、適切な数のファセットを有した多面ホイールに
おける従来の寸法要求にはさらされることがない小視野
角走査を得る為の方法及び小視野角スキャナを提供する
ことである。【構成】複数のファセット１４，１４´，１４´´を含
み走査手順に従い回転し第１のファセット１４上に光束
２４が入射されるポリゴン走査ホイール１２と、第１の
ファセットから反射された光束３２を実質的に転換する
両凸レンズ１８と、転換された光束をポリゴン走査ホイ
ールの第２のファセット１４´´上に向かわせる反射鏡
２０と、を備えており、第２のファセットから反射され
た光束３６が第１のファセットから反射された光束３２
の方向とは実質的に反対の方向において走査される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は大略的にはスキャナに関
係しており、より詳細には、高速度と小視野角の為のポ
リゴン走査ホイールと拡大装置とを組み込んだスキャナ
に関係している。

【０００２】

【従来の技術】例えば前方監視集積赤外レーダ画像形成
システムの如きある画像獲得システムにおいては、比較
的大きな画像化された光景の中の可能性のある標的位置
の詳細な走査を行うことがしばしば望まれる。

【０００３】一般的にこれらの小さな標的位置は多数の
標的位置を含む全体の光景の小さな部分であるので、非
常に早い走査能力を有した小視野角走査を組み込むこと
が望まれている。高速度の走査と小視野角の両者の適切
な合体は、従来の走査システムにおいてこれまでのとこ
ろ達成されていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した如く、十分に
高い走査速度を達成することが必要である。一般には、
これらの走査速度を達成するにはポリゴン型スキャナま
たは音響光学スキャナを使用することが望まれている。
ポリゴン走査ホイールにおいては、走査された視野の角
寸法がポリゴン走査ホイールの有しているファセットの
数と逆の関係にある。それ故に、従来の技術では、小視
野角の為に非常に多数のファセットが求められていた。
さらに、単一のファセット上に照射して走査の両端近傍
のぼけを緩和する為には、ある最小数の入射光束直径が
求められている。少なくともこれら２つの条件の結果故
に、非常に狭い視野を有した走査装置の為の走査ホイー
ルの直径は必然的に大きくなる。音響光学スキャナにお
いても寸法の抑制が問題になっており、さらには音響光
学スキャナの光伝達が一般的に不適切である。

【０００５】この発明は上記事情のもとでなされ、この
発明の目的は、所望の高い走査速度を達成することが出
来るとともに、適切な数のファセットを有した多面ホイ
ールにおける従来の寸法要求にはさらされることがない
小視野角走査を得る為の方法及び小視野角スキャナを提
供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】複数のファセッ
トを有したポリゴン走査ホイールを組み込み上述した目
的を達成する為の走査システムが開示されている。この
走査ホイールは画像化すべき所望の光景を走査する為に
所定の速度で回転される。画像化を行う為に、一般的に
は照射源からの光束がポリゴン走査ホイールの１つのフ
ァセット上に照射される。その光束は上記ファセットか
ら反射され副光学系を介して方向づけられる。この副光
学系は特に光束を転換してポリゴン走査ホイールのもう
１つのファセット上を照射するよう再度方向づけする。
光束が転換された後に光束をポリゴン走査ホイールの第
２のファセット上に方向づけることにより、第２のファ
セットのおかげによる完全な光学系の走査方向が第１の
ファセットのおかげによる光学系の走査方向とは反対の
方向になる。上記副光学系は走査方向を転換するばかり
でなく、第２のファセットからの走査が第１のファセッ
トからの走査を完全に抹消しないよう走査方向が転換さ
れる。画像化されるべき光景から反射された戻り光は光
束の通路を再度たどる。当初の走査の小さな部分は残っ
ているので、光景の小さな角度の走査が実現される。

【０００７】この発明の走査システムの第１の型におい
ては、光学系が２つの走査反射光の間に配置された拡大
副光学系を含んでいる。この拡大副光学系は光束を転換
するとともに拡大または縮小し、そして対応して光束の
走査の角度を転換するとともに縮小または拡大する。も
しも光束が拡大により変更されなければ、第２の反射光
は第１の反射光により創出された走査を完全に抹消して
しまう。とはいうものの、第１の反射光はポリゴンスキ
ャナから反射された時に拡大されるかまたは縮小される
ので、第２の走査角は拡大の量の数値だけ当初の走査角
よりも大きくなるかまたは小さくなる。この結果、走査
の小さな部分は抹消されない。それ故に、取り扱うこと
が出来ない程たくさんの数のファセットを有した大きな
直径のホイールを必要とすることなく全体の光景の小さ
な部分を速かに走査することが出来る。

【０００８】また、２つのファセットからの反射光の間
の拡大副光学系の使用を除けば上述したのと同様な第２
の型の走査システムが開示されており、光束を転換しそ
の視準（collimation)の程度、即ち光束の収束または発
散の量、を変更する副光学系が使用されている。完全な
光学系の標的位置において発生された走査の量は個々の
スキャナ反射における視準の程度に依存しており、その
結果として第２のファセットにおける反射により引き起
こされた走査は第１のファセットにおける反射により引
き起こされた走査よりも大きくなるか、または小さくな
る。この転換は反対方向において行なわれる２つの走査
を生じさせ、そして小さな部分を除く全てが抹消され
る。

【０００９】第３には小さな角度の走査を達成する方法
もまた開示されている。この第３の教えにおいても、光
束がポリゴン走査ホイールの１つのファセットで反射さ
れ、ポリゴン走査ホイールの２番目のファセット上に向
かい再度方向づけられる。とはいうものの、光束が２つ
の反射の間で拡大される上述した第１のシステムまたは
２つの振れの間の光束の焦点状態が変更される上述した
第２のシステムとは異なり、この光学系では２つの走査
が略、正確にではない、反対の方向に向けられている。
言い換えれば、第１のファセットが一つの方向における
走査を生じさせ、第２のファセットが実質的に反対の方
向における走査を生じさせる。２つの走査は互いを全く
抹消せず、第１及び第２の走査に対して実質的に直交す
る方向における小さな角度の走査を残す。

【００１０】特別な走査システムもまた上述した拡大，
輻輳（vergence) そして光束方向の概念を合体すること
が出来る。この発明のさらなる目的，利点，そして特徴
は、添付された図面と共同した以下の記載及び上述した
特許請求の範囲から明らかになるであろう。

【００１１】

【実施例】図１において、本発明の第一実施例による狭
角視野スキャナーを１０で示す。狭角視野スキャナー１
０は、ポリゴン走査ホイール１２を有している。初期位
置を実線で、次期位置を想像線で示してある。ポリゴン
走査ホイール１２は複数の（ここでは六個の）ファセッ
ト１４を有している。各々のファセット１４の間にはエ
ッジ部１６がある。ポリゴン走査ホイール１２の上方に
は、天体型テレスコープがある。天体型テレスコープ
は、両凸対物レンズ１８、反射ミラー２０、両凸二次レ
ンズ２２を有している。レンズ１８と２２は、公知の天
体型テレスコープを構成するような、レンズ、ミラー、
その他の光学素子のいかなる組み合わせであってもよ
い。さらに、レンズ１８と２２（あるいは他の光学素
子）とミラー２０の配列は、以下に述べる要求を満たし
さえすればよい。

【００１２】実質的に赤外線レーザーである光源（図示
せず）からの光ビーム２４は（初期位置にある）ポリゴ
ン走査ホイール１２のファセット１４’で反射され、そ
の反射ビーム３２は対物レンズ１８を通過する。反射ビ
ーム３２はミラー２０で反射され、そのビーム３４は二
次レンズ２２に入射する。レンズ１８と２２およびミラ
ー２０は倍率が約１の天体型テレスコープを構成してい
る。ビーム３４は（初期位置にある）走査ホイール１２
の別のファセット１４”で反射され、出力ビーム３６と
して他のシステム（図示せず）に向かう。ビーム３６は
所望の像を横切って走査され、像からの反射されて戻
り、当業者によく知られている手段によって像を形成す
る上述の光路を通る。

【００１３】スキャナー１０は、走査ホイール１２を軸
回りに回転させる手段（図示せず）を有している。ポリ
ゴン走査ホイール１２が、想像線で示した走査の次期回
転位置にあるとき、入射ビーム２４はファセット１４’
で反射され、破線で示した反射ビーム２６になる。反射
ビーム２６は対物レンズ１８を通過し、ミラー２０で反
射され、二次レンズ２２を通過し、ファセット１４”で
反射されて反射ビーム３０となる。

【００１４】ビーム３４と２８はファセット１４”の同
じ位置に入射する。この特徴は天体型テレスコープの光
学素子焦点距離と位置を、テレスコープがファセット１
４’をファセット１４”に結像するように選ぶことによ
り得られる。このような結像関係は、狭角走査にとって
必ずしも必要ではないが、ファセット１４’にビーム２
４が当たっているあいだビーム２８がファセット１４”
から外れるのを防ぐため光学系の効率を改善する。

【００１５】別の光学系を組み込んだ、本発明の第一実
施例による別の狭視野スキャナー４０を図２に示す。ス
キャナー４０は、ポリゴン走査ホイール１２と同様の、
複数のファセット４４を有しているポリゴン走査ホイー
ル４２を有している。ポリゴン走査ホイール４２は、六
つのファセットと、その間にあるエッジ部４６とを有し
ている。図２では、図１の実施例の天体型テレスコープ
の代えて、ガリレイ式テレスコープを組み込んである。
ガリレイ式テレスコープは、図に示すように、両凹レン
ズ５２と両凸レンズ５４を有している。ガレリイ式テレ
スコープから逸脱しない範囲において、レンズ５２と５
４に代えて、平凸レンズと平凹レンズ、二重レンズ系な
ど、他のレンズの組み合わせを用いることもできる。さ
らに、入射ビーム５６をポリゴンミラー４２へ向けて反
転させるため、ミラー４８と５０が設けられている。第
一実施例同様、レンズ５２と５４およびミラー４８と５
０とは異なった組み合わせと配列を用いて、同様のビー
ム５６の倍率と反転を得てもよい。

【００１６】光源（図示せず）からの入射ビーム５６
は、（実線で示した初期位置にある）ポリゴン走査ホイ
ール４２のファセット４４’で反射され反射ビーム６６
となり、第一ミラー４８に入射する。二次反射ビーム６
８は第一ミラー４８で反射されて第二ミラー５０に入射
する。ミラー４８と５０の組み合わせは、入射ビーム５
６から分かれた走査を反転させる。ミラー５０で反射さ
れた反転ビーム７０は、ビームを拡大してポリゴン走査
ホイール４２の他のファセット４４”に照射するレンズ
５２と５４を通過する。反射ビーム７０はファセット４
４”で反射されビーム７２となり、上述した像の走査に
向かう。像からの反射ビームはこの光路を再度なぞり画
像化される。

【００１７】ポリゴン走査ホイール４２が想像線で示し
た次期走査位置にあるとき、入射ビーム５６はファセッ
ト４４’で反射され反射ビーム５８となって第一ミラー
４８に入射し、ミラー４８で反射されビーム６０とな
る。ビーム６０は第二ミラー５０で反射され、反転ビー
ム６２となる。反転ビーム６２は上述したようにレンズ
５２と５４を通過する。反射ビーム６２はポリゴン走査
ホイール４２のファセット４４”で反射されて出力ビー
ム６４となる。ビーム６２は、ファセット１４”上にお
けるビーム２８と３４とは異なり、ファセット４４”上
においてビーム７０と同じ位置に入射はしない。これ
は、ファセット１４”において不所望なビームの動きを
作り出すという欠点がある。

【００１８】上述のポリゴン走査ホイール１２と４２
は、二つの型のテレスコープと一緒になって、たった一
つのポリゴン走査ホイールで多数のファセットを設ける
ことなく狭角視野を走査する手段を構成している。天体
型テレスコープとガイレイ式テレスコープはそれぞれ一
枚の折り曲げミラーと二枚の折り曲げミラーを有してお
り、第二ファセット１４”と４４”での反射が、ファセ
ット１４’と４４’での最初の反射とは反対向きにある
出力ビームを走査するように、ビームを反転させる。こ
のビームの反転により、倍率が１であれば、第二反射の
走査方向はほとんど第一反射の走査で相殺される。しか
し、レンズ１８、２２、５２、５４は、テレスコープ光
学系の倍率がわずかながら１とは異なるように選ばれて
いる。

【００１９】ビームサイズと走査角度は反比例の関係に
ある。つまり、ビーム径がファクターＭで変化すると、
走査角度はファクター１／Ｍで変化する。ここで、走査
角度の倍率について注目し、ビームサイズについては不
要である。従って、本装置では、実走査は第一反射の
（１−１／Ｍ）であり、ここにＭはテレスコープ光学系
の倍率である。例えば、倍率がＭ＝１．１であれば、実
走査は０．０９×（１−１／１．１）第一反射の走査で
ある。従って、ポリゴン走査ホイールでの第二反射は、
ポリゴンホイールでの第一反射から走査を完全にはキャ
ンセルしない。従って、比較的少数のファセットを持
つ、たった一つの従来型のポリゴン走査ホイールにより
得られるのよりも、非常に小さい走査角度を持つ走査が
達成される。従って、狭角視野走査が実現される。

【００２０】反射素子、屈折素子、回折素子のあらゆる
タイプ、組み合わせ、混成体を含む、図１と図２に示し
た簡単な屈折光学系以外のテレスコープ光学系を組み込
んでもよい。

【００２１】ガリレイ式テレスコープと天体型テレスコ
ープは、狭視野走査に対して異なる特徴を与える。特に
ガリレイ式テレスコープは、ファセット４４”上におい
てビームの動きを生じさせる。これは図２において、走
査ホイール４２が回転しているため、ビーム５６が最終
的にファセット４４”上の二つの位置においてビーム６
４と７２として反射されることから明かである。天体型
テレスコープは第一ファセット１４’に入射する入射ビ
ーム２４を第二ファセット１４”に結像する。これは図
１において、反射ビーム２８と３４がファセット１４”
の同一点に入射することから明かである。レンズの焦点
距離と位置の選択は、第一ファセットを第二ファセット
に結像する手段を与える。この結像は、第一ファセット
へのビームの入射角度に関係なく、第一ファセットを第
二ファセットに結像するのを可能にする。しかしなが
ら、ファセットの大きさ、テレスコープの視線に対する
ファセットの傾斜、ポリゴンが回転することによるファ
セットの移動は、純粋な結像の妨げになる。

【００２２】図３（ａ）〜図３（ｅ）は、第一ファセッ
トを光学瞳により第二ファセットに結像する利点を示
す。図３は、倍率１の天体型テレスコープ７８、つまり
焦点距離の二倍の距離離して配置した焦点距離ｆの二枚
の単レンズである。光は遠く離れた光源から来るものと
する。この光は平行光線８０（平行光）からなってい
て、系７８の前全体を照明し、物理的な入射開口８２の
内側にある光全部が系に入射する。図３ａでは、光線８
０の平行ビームは左方から来て、第一レンズ８４の焦点
に集められ、再び拡散し、第二レンズ８６で再び平行に
される。第一レンズ８４の直前にある物理的開口８２
は、系７８に入射する光ビームの大きさを制限するもの
で、大きさが調整可能で所望のビームサイズを得ること
ができる。

【００２３】図３ｂは、同じ状態であるが、光源が図３
ａの光源よりも上方にある場合である。図３ｃも同じで
あるが、光源が図３ａの光源よりも下方にある。図３ｄ
は、図３ａ〜図３ｃを重ねて描いた図である。三本のビ
ームが共に入射開口８２いっぱいに入っていることに注
意されたし。入射ビームの全部を含んでいてこれで満た
されている領域は入射瞳８８と呼ばれる。入射瞳８８の
面の前後において、ビームは分かれ、これらの面の一つ
の領域は、入射ビームの全部を完全には含みもしない
し、領域の一部も全部のビームで満たされない。系７８
の右側に、ビームによって完全に満たされる第二の領
域、射出瞳９０がある。入射瞳が系への入射光をすべて
含む最も狭い領域であるのと同様に、射出瞳９０は系か
ら去る光をすべて含む最も狭い領域である。

【００２４】図３ｅは、図３ｄを書き直した図で、入射
瞳８８の左側の光線全部と、射出瞳９０の右側の光線全
部を消してある。射出瞳９０は入射瞳８８の像であり、
その逆もまた同じであることが分かる。すなわち両者は
共役である。入射瞳８８の上端からの光は第二レンズ８
６により射出瞳９０の下端に集光され、入射瞳８８の中
央からの光は第二レンズ８６により射出瞳９０の中央に
集光され、入射瞳８８の下端からの光は第二レンズ８６
により射出瞳９０の上端に集光される。入射開口８８す
なわち入射瞳８８と第一レンズ８４の間の距離を変える
と、射出瞳も第二レンズ８６に対して変化する。

【００２５】平行光の光源（図示せず）を入射瞳８８に
配置すると、光学系７８はその光源を結像し、系を右か
ら見た場合に、射出瞳９０の位置に光源が現れる。図３
ａ〜３ｅは倍率１のテレスコープを示しているので、ビ
ーム径と方向角は入射位置のそれと等しい。このため、
このタイプの系はリレーシステムと呼ばれる。テレスコ
ープの倍率がＭであると、ビーム径はＭのファクターで
減少し、方向角はＭのファクターで増加する。リレーシ
ステムは１以外の倍率でもよい。用語「リレー」は光学
素子の用途の機能を示すに過ぎず、目的が瞳を他の位置
に移動させるものであれば、適当な倍率を有していて
も、その光学素子はリレー光学素子と呼ばれる。

【００２６】図１の天体型テレスコープは一般に無限焦
点テレスコープである。この装置では、ファセット１
４’に入射したビームは平行化され、ファセット１４”
からの反射されたビームとなる。上述したように、レン
ズ１８と２２の焦点距離と位置は、ファセット１４’が
ファセット１４”上に結像され、無限焦点特性が実現さ
れるように選択される。これにより、ファセット１４”
上を移動する不所望なビームは除去される。

【００２７】入射ビーム２４が平行光であるという要請
は、光学系に必要な要求ではない。ファセット１４’上
へのビーム２４の入射点がファセット１４”上に結像す
るように設計者が選ばない場合も多々ある。実際、図１
のレンズ１８と２２あるいはミラー２０の位置は、入射
平行ビームが平行化されずにテレスコープ光学素子を横
切って本発明の所望な特性を得るように変更してもよ
い。さらに、スキャナーへの非平行光の入射ビームがテ
レスコープ光学素子で平行化されるように、光ビームを
変更してもよい。

【００２８】次に、本発明の第２の実施例に係る狭角ス
キャナについて説明する。図４には、図１と略同一の天
体望遠鏡が示されている。図４において、図１に示され
た構成と同一の構成には、同一符号にゼロが付加されて
示されている。レンズ１８０又は２２０の焦点距離の１
つは、図１のレンズ１８又は２２の焦点距離に対して改
変されており、レンズ１８０又は２２０あるいはミラー
２００の位置は、光ビームのコリメーションに影響を与
えるように改変される。本実施例において、入射ビーム
２４０は、平行光束化されるが、反射ビーム３６０は、
集光又は拡散される。第３の凸レンズ３８０は、ビーム
３６０の光路中に配されており、この凸レンズ３８０か
ら出射した出射ビーム４００を平行光束に規制する。実
際のシステムにおいて、導光／受光望遠鏡等のある種の
追従した光学素子があるため、その出射ビームを平行光
束化させることは必ずしも必要ではない。このため、種
々の所望の焦点を併合させることが可能となる。一方、
入射ビームは、わずかにコリメーションから外れ、スキ
ャナ望遠鏡は、そのビームを同一結果となるように平行
光束化する。

【００２９】望遠鏡素子によってノンコリメートからコ
リメート又はコリメートからノンコリメートへのコリメ
ーションを変化させたりあるいは第１ファセットと第２
ファセットとの間のノンコリメーションの量を変化させ
る技術は、狭角スキャンを発揮させるように、倍率変化
をもたらす。本発明の基本概念は、同一スキャナホイー
ルから分岐した２つの反射を利用した走査における不均
衡を発生させることにあるため、この不均衡は、２つの
ファセットに入射したビームの集光又は拡散のわずかな
相違量から得ることができ得る。このような不均衡は、
焦点状態及びビーム寸法の組み合わせによって得ること
ができ得る。第２ファセットによって生じた走査は、第
１ファセットによる走査とは反対方向に成されるため、
ビーム集光又は拡散における変化は、倍率概念を実際の
異なる寸法の走査に対して提供する。換言すると、走査
ファセット上に入射したビームが平行にならない場合、
ビームが結果的に平行になった場合（他の参照焦点状態
に転じた場合）に得られる走査量が変化することにな
る。

【００３０】図５には、平行光束化された場合、拡散ビ
ーム内の走査量δが比較的小さい走査となっている状態
が示されている。スキャナホイール上の一方のファセッ
トの反射が平行になり且つ量δで走査された場合、他方
のファセットの反射は拡散し、２つの反射の間の反転を
有するネットスキャンは、 δ−Ｓδ／Ｆ＝δ（１−Ｓ／Ｆ）となる。ここで、Ｓは、上記ファセットとレンズの焦点
位置との間の距離、Ｆは、レンズの焦点距離である。こ
の結果、ビームが極わずかコリメーションから外れた場
合、即ち

【００３１】

【数１】の場合、ネットスキャンは、δよりも極めて少なくな
る。

【００３２】図５には、第２ファセット１４０″及び第
３の凸レンズ３８０の構成が開示されている。第２ファ
セット１４０″は、ポリゴン走査ホイール１２０の回転
状態を表す第１の位置及び第２の位置として示されてい
る。第１及び第２の位置の間の変位δは、角度δ／２で
ある。中心光線３００を有する出射光線は、第１の位置
にあるファセット１４０″から反射し、中心光線３６０
を有する出射光線は、第２の位置にあるファセット１４
０″から反射する。図面から明らかなように、光線３０
０と光線３６０との間の角度は、δである。これら光線
３００，３６０が凸レンズ３８０を通過すると、それら
の角度は、変化する。この角度は、光線３００，３６０
が凸レンズ３８０を通過した後には、δのＳ／Ｆ倍にな
る。この結果、図５に示すようにビームが平行状態に復
帰した際、ノンコリメートビームにおける走査量δは、
狭角走査に減少する。ファセット１４０″からの走査に
おける減少は、上述したように第１ファセットの走査は
第２ファセットの走査に対して対向しているため、図４
における全システムに対する合成的狭走査を可能とさせ
る。

【００３３】第１の実施例の概念としてのビームの拡大
又は非拡大、あるいは、第２の実施例の概念としてのビ
ームのコリメーションの変化の代わりに、第３の実施例
の概念は、狭角走査を達成するように、走査方向を変化
させることである。これは、図６（ａ）ないし図６
（ｃ）に示されている。図６に示された矢印は、走査シ
ステムからの出射ビームによって標的領域上に続いた光
路を示すベクトル量である。図６（ａ）は、ポリゴン走
査ホイールの第１ファセットが移動した場合に得られる
であろう一方向における走査状態を示す。図６（ｂ）
は、ポリゴン走査ホイールの第２ファセットが移動した
場合に得られるであろう図６（ａ）に対向した方向にお
ける走査状態を示す。図６（ｃ）は、全ホイールの実際
の移動による図６（ａ），（ｂ）の２つの走査の合成を
示す。図から明らかなように、垂直方向における狭走査
は、この相殺から得られる走査として示される。このた
め、対向する方向における２つの走査は、ほとんど相殺
されるため、狭角走査が可能となる。

【００３４】図７には、本発明の第３の実施例としての
走査システム１００の構成が示されている。システム１
００は、1990年 8月 8日に出願された米国特許07/563,1
24号に開示されたような再映像及び非回転光学システム
を有する全反射光学リレーシステムを備えている。シス
テム１００は、複数のファセット１０４を有するポリゴ
ン走査ホイール１０２を備えている。更に、光学システ
ムは、第１のミラー１０６、第２のミラー１０８、第３
のミラー１１０及び第４のミラー１１２を有するミラー
アレイを備えており、このミラーアレイは、走査ホイー
ル１０２に関係して配置されている。

【００３５】光線１１４を有する入射ビームは、ポリゴ
ン走査ホイール１０２の第１ファセット１０４´に照射
される。このビーム１１４は、ファセット１０４´から
反射して、太線で示すように第１のミラー１０６方向に
進む。（各光線は、ポリゴン走査ホイールが早く又は遅
く回転した状態において反射されたビーム１１４が通る
光路を示している。）次に、ビーム１１４は、第１のミ
ラー１０６から第２のミラー１０８上に反射し、この第
２のミラー１０８から第３のミラー１１０上に反射した
後、図示するように、第２のミラー１０８に戻り及び第
４のミラー１１２上に反射される。次に、ビーム１１４
は、第４のミラー１１２から反射して、上述したように
ポリゴン走査ホイール１０２の第２ファセット１０４″
上に照射される。この状態において、ミラーシステム
は、倍率１を有し且つ無限円焦点状態にある。このた
め、２つの走査反射光は、完全に相殺されることにな
る。

【００３６】図７に示すような完全な反射走査システム
１２０は、図６に示すような走査効力を達成可能なシス
テムの代表として提供される。特に図８に示すように、
反射リレーレンズシステムは、ポリゴン走査ホイール１
０２の平面内で軸の回りに傾斜されて示されている。本
図において、第４のレンズ１１２及び第２のレンズ１０
８の側面が示されている。この結果、ビーム１１４は、
ファセット１０４´によって一方向に走査され、ファセ
ット１０４″によって対向する方向に走査されるが、狭
角走査が維持される。この第３の実施例において、２つ
のファセットの走査方向は、意図的に、全く正反対にな
らない方向に規定されており、一方、上述した２つの実
施例の走査方向は、略対向した方向に規定されている。

【００３７】図６のような対称形は、ほとんどの収差を
相殺することにある。この結果、図８の傾斜が取り去ら
れて、倍率が１から変化した場合、全反射デザインは機
能しない。従って、図１及び図２に示された第１の実施
例の倍率方法は、図６に示されたような反射システム内
のある種の欠点を奏する。しかしながら、システム１２
０は、図４の第２の実施例に示されたような光学システ
ムとして変更することができ得る。これは、図８の傾斜
を取り去って、他の３つのミラー１０６，１１０，１１
２から更に離間した位置に第２のミラー１０８の位置を
変更することによって達成される。これによって、２つ
の走査は、図４及び図５において上述したような理由に
よって互いに充分に相殺されることはない。

【００３８】概念上、反射システム１００は、図１ない
し図４に示す天体望遠鏡レンズシステムと同様である。
ミラー１０６と１０８の組み合わせは、図１のレンズ１
８と図４のレンズ１８０に対応している。更に、ミラー
１０８と１１２は、図１のレンズ２２と図４のレンズ２
２０に対応している。最後に、ミラー１１０は図１のミ
ラー２０と図４のミラー２００に対応している。ミラー
１１０は、大きなオフアクシス角によって引き起こされ
た収差を減少させ且つ視野ミラーとして機能するように
屈曲されている。

【００３９】上述したような狭角視野スキャナは、従来
のスキャナには適用できなかった多くの場合に適用され
る。一例として、３ミリラジアン(mrad)の高さで６ミリ
ラジアンの方位角の視野を１００マイクロラジアン (μ
rad)画素に対して２５ミリセコント(msec)で１５センチ
メートル(cm)開口を有する１０．６マイクロメータ (μ
m)レーザーで走査させることは、従来のスキャナでは効
率的に行うことができなかった。この例では、夫々６ミ
リラジアンの長さを有する１２００走査線／秒が要求さ
れる。従来、１２００線／秒で走査可能な唯一の走査装
置は、ポリゴンスキャナ又は音響光学スキャナであっ
た。しかしながら、これら従来の装置は共に、１５セン
チメートルの物体空間に適用することができなかった。
倍率１２の望遠鏡に対して、ビーム径は、１．２５セン
チメートルまで下がり、且つ、走査角度は、３６ミリラ
ジアンの高さで７２ミリラジアンの方位角に増加され
る。

【００４０】これら拡大した走査角度は、従来の技術分
野で知られた音響光学スキャナの分野に入る。しかしな
がら、音響光学スキャナは、充分な光伝達を実現できな
い点で一般的に言って適当ではない。更に、上述した走
査角に対して、従来のポリゴン走査ホイールは、適用で
きない。ポリゴン走査ホイールは、ファセットの中心角
(angular subtense)の２倍に等しい角度を走査する。上
記例において、各ファセットが、３６ミリラジアンの対
角にある場合、１７５のファセットが要求される。各走
査端部で（各ファセットの端部で）酷い輪郭ぼけ(vigne
tting)を防止するように、各ファセットは、その寸法に
おいて、少なくとも４つのビーム径である必要があるた
め、ホイールは８７０センチメートルの円周を必要とす
る。なぜなら、拡大倍率走査ホイールは、実際の適用状
態において、非実用的である。

【００４１】発表された発明において、１４ファセット
を有するポリゴン走査ホイールは、上述した例を達成す
るために適用され得る。走査ホイールの第１の反射は、
角度２×（３６０°／１４）＝５１．４３度(degrees)
を介してビームを走査する。倍率Ｍ＝１．０９の望遠鏡
は、走査角度を５１．４３／１．０９＝４７．１８度ま
で減少する。ポリゴン走査ホイールの第２ファセットの
反射は、４．２５度＝７４ミリラジアンのネットスキャ
ン用に、−５１．４３度のビームを走査する。１．２５
センチメートルのビーム径と共に、４つのビーム径のフ
ァセット寸法を考慮して、走査ホイールは、略８．８イ
ンチの直径を有する。この寸法の走査ホイールは、極め
て実用的である。しかしながら、倍率１．０９の望遠鏡
は、第１の反射からの５１．４３度の中間走査角度を有
する充分な光学系を有する必要がある。

【００４２】なお、本発明は、上述したような実施例の
構成に限定されることはなく、上述した記載内容及び添
付図面や特許請求の範囲において認識できる範囲内で種
々変更することができることは言うまでもない。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述した如く、この発明に従った小
視野角走査を得る為の方法及び小視野角スキャナによれ
ば、所望の高い走査速度を達成することが出来るととも
に、適切な数のファセットを有した多面ホイールにおけ
る従来の寸法要求にはさらされることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】簡単な天体型望遠鏡を組み込んだこの発明の第
１の好ましい実施例に従った小視野角ポリゴンスキャナ
の要部の概略的な図である。

【図２】ガリレオ型望遠鏡を組み込んだこの発明の第１
の好ましい実施例に従った小視野角ポリゴンスキャナの
要部の概略的な図である。

【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は出
口瞳孔上への入口瞳孔の画像化の光学系を示す図であ
る。

【図４】簡単な天体型望遠鏡及びコリメータレンズを組
み込んだこの発明の第２の好ましい実施例に従った小視
野角ポリゴンスキャナの要部の概略的な図である。

【図５】光学系の視準化されていない領域におけるファ
セットを走査することの効果を示す図である。

【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、この発明の第３の
好ましい実施例の走査の結果のベクトルを示す図であ
る。

【図７】全ての反射光学系を組み込んだこの発明の第３
の好ましい実施例に従った小視野角ポリゴンスキャナの
要部の概略的な図である。

【図８】図６の第３の好ましい実施例の側面図である。

【符号の説明】

１０…小視野角スキャナ、１２…ポリゴン走査ホイー
ル、１４，１４´，１４´´…ファセット、１６…エッ
ジ部、１８…両凸対物レンズ、２０…再方向づけ鏡、２
２…両凸副レンズ、２４…入射光束、２８…光束、３２
…反射光束、３４…光束、３６…射出光束、４０…小視
野角スキャナ、４２…ポリゴン走査ホイール、４４，４
４´，４４´´…ファセット、４６…エッジ部、４８，
５０…反射鏡、５２…両凹レンズ、５４…両凸レンズ、
５６…入射光束、６２…転換光束、６４…射出光束、６
６…反射光束、７０…転換光束、７２…光束、７８…天
体望遠鏡系、８０…平行光線、８２…物理的入口開口、
８４…第１のレンズ、８６…第２のレンズ、８８…入口
瞳孔、９０…出口瞳孔、１００…小視野角スキャナ、１
０２…ポリゴン走査ホイール、１０４，１０４´，１０
４´´…ファセット、１０６…第１の鏡、１０８…第２
の鏡、１１０…第３の鏡、１１２…第４の鏡、１１４…
光線、１２０…反射走査システム、１２０…ポリゴン走
査ホイール、１４０，１４０´，１４０´´…ファセッ
ト、１６０…エッジ部、１８０…両凸対物レンズ、２０
０…再方向づけ鏡、２２０…両凸副レンズ、２４０…入
射光束、２８０…光束、３００…中心光線、３２０…反
射光束、３４０…光束、３６０…射出光束（反射光
束）、３８０…第３の正のレンズ、４００…射出光束。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者デイビッド・フィンクアメリカ合衆国、カリフォルニア州 90056、ロサンゼルス、ラシネガ・ブールバード 6030

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多面ポリゴン走査ホイールの第１のファ
セット上に向かい光束を照射する工程と；走査手順に従
い上記多面ポリゴン走査ホイールを回転させる工程と；
上記第１のファセットから反射された光束を上記多面ポ
リゴン走査ホイールの第２のファセット上に向かわせる
工程と；そして、上記第２のファセットからの反射光を上記第１のファセ
ットからの反射光に対して実質的に反対の方向において
走査する工程と；を備えたことを特徴とする小視野角走
査を得る為の方法。
【請求項２】複数のファセットを含んだポリゴン走査
ホイールと；走査手順に従い上記ポリゴン走査ホイール
を回転させるホイール回転手段と；上記ポリゴン走査ホ
イールの第１のファセット上に光束を向かわせる第１の
方向づけ手段と；上記第１のファセットから反射された
光束を実質的に転換させる光束転換手段と；そして、上記転換された光束を上記ポリゴン走査ホイールの第２
のファセット上に向かわせる第２の方向づけ手段と；を
備えており、上記第２のファセットから反射された光束が上記第１の
ファセットから反射された光束の方向とは実質的に反対
の方向において走査される、ことを特徴とする小視野角スキャナ。
【請求項３】複数のファセットを含んだポリゴン走査
ホイールと；走査手順に従い上記ポリゴン走査ホイール
を回転させるホイール回転手段と；上記ポリゴン走査ホ
イールの第１のファセット上に光束を向かわせる第１の
方向づけ手段と；上記第１のファセットから反射された
光束を拡大する拡大手段と；上記第１のファセットから
反射された光束を実質的に転換させる光束転換手段と；
そして、上記第１のファセットから反射された光束を上記ポリゴ
ン走査ホイールの第２のファセット上に向かわせる第２
の方向づけ手段と；を備えており、上記第２のファセットから反射された光束が上記第１の
ファセットから反射された光束の方向とは実質的に反対
の方向において走査される、ことを特徴とする小視野角スキャナ。
【請求項４】複数のファセットを含んだポリゴン走査
ホイールと；走査手順に従い上記ポリゴン走査ホイール
を回転させるホイール回転手段と；上記ポリゴン走査ホ
イールの第１のファセット上に光束を向かわせる第１の
方向づけ手段と；そして、上記第１のファセットから反射された光束を上記ポリゴ
ン走査ホイールの第２のファセット上に向かわせる第２
の方向づけ手段と；を備えており、上記第２の方向づけ手段が上記光束を実質的に転換し、
上記第２のファセットから反射された光束を上記第１の
ファセットの走査方向に対して実質的であるが全くでは
ない反対の方向において走査する、ことを特徴とする小視野角スキャナ。
【請求項５】複数のファセットを含んだポリゴン走査
ホイールと；走査手順に従い上記ポリゴン走査ホイール
を回転させるホイール回転手段と；上記ポリゴン走査ホ
イールの第１のファセット上に光束を向かわせる第１の
方向づけ手段と；上記第１のファセットから反射された
光束を実質的に転換し、上記第１のファセットから反射
された光束の輻輳を変更する手段を含んでいる光束転換
手段と；そして、上記転換された光束を上記ポリゴン走査ホイールの第２
のファセット上に向かわせる第２の方向づけ手段と；を
備えており、上記第２のファセットから反射された光束が上記第１の
ファセットから反射された光束の方向とは実質的に反対
の方向において走査される、ことを特徴とする小視野角スキャナ。