JPH06201457A

JPH06201457A - 高速事象検出装置およびそのキューイングセンサ

Info

Publication number: JPH06201457A
Application number: JP5202952A
Authority: JP
Inventors: Richard A Migliaccio; アンソニーミグリアチオリチャード
Original assignee: AIL Systems Inc
Current assignee: AIL Systems Inc
Priority date: 1992-07-23
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 1994-07-19
Also published as: CA2101218A1; DE69314111T2; EP0580440A2; EP0580440A3; EP0580440B1; US5304791A; DE69314111D1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ストローブ光源、パルスレーザ、砲火および
稲妻などの高速事象を安価、かつ、確実に検出・探索す
る。【構成】装置から放射された光子を受け入れて入射光
子エネルギを焦点面アレイ10によって蓄積し、焦点面ア
レイ10は制御回路40によって統合（充電）状態と非統合
（クリア）状態との間で切り換えられ、キューイングセ
ンサ25が高速事象15を検出したときに制御回路40に対し
て焦点面アレイ10を統合状態に保持させつつ制御回路40
は蓄積電荷を読み出してビデオモニター57に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速事象の検出とくに
電荷結合素子焦点面アレイを用いた光子放射高速事象の
検出および探索に使用する高速事象検出装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来では、高速事象は電荷結合素子（Ｃ
ＣＤ）を用いたストリークカメラ、ゲーテッドイメージ
管および撮像管で検出されていた。また高速事象はキュ
ーイングセンサ、焦点面アレイおよび光学遅延線を用い
て、焦点面アレイの現在状態を制御できるようにキュー
イングセンサを焦点面アレイのゲートに連結することに
よって検出できることも知られている。

【０００３】ゲートは、キューイングセンサが光子放射
高速事象を検出するまで、焦点面アレイを非統合（非充
電すなわちドレイン）状態に保持するために用いられて
いる。

【０００４】そのような事象の検出時に、焦点面アレイ
のゲートはキューイングセンサから電気信号を受け入
れ、それによって焦点面アレイが統合（充電）状態と呼
ばれる第２状態に切り換えられる。

【０００５】光学遅延線は、焦点面アレイが非統合状態
から統合状態に切り換えられるまで、焦点面アレイへの
高速事象の提示を遅らせるために用いられている。装置
を適切に作動させるため、光学遅延線は、高速事象から
の光子が焦点面アレイに提示される以前に少なくともキ
ューイングセンサの応答時間と、焦点面アレイの非統合
（ドレイン）状態から統合（充電）状態への切り換え時
間との合計に等しい遅延を与えなければならない。

【０００６】その結果、高速事象からの光子が焦点面ア
レイに当たる以前に焦点面アレイが活性化される。した
がって焦点面アレイは高速事象を記録、統合することが
できる。認識を助けて高速事象の提示を遅らせるために
光学遅延線を用いることによって、事象の検出の的中確
率が比較的高くなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしこの方法は幾つ
かの点で不十分である。光ファイバー束は一般的にかさ
ばり、高コストであって、その光学減衰が約20ｄＢ程度
と比較的大きく、これは高速事象の検出確率に大きく影
響する。

【０００８】光学減衰は、適当な作動を行うために必要
な遅延を付与するのに必要なファイバーの長さに起因し
ている。さらに光ファイバー束は、焦点面アレイに提示
される画像品質を低下させることが多い。

【０００９】故障したファイバーやファイバーの非効果
的な詰め込みによる不感帯によって視野に空隙ができる
が、それらは小さくても光子放射高速事象の検出確率を
低下させるであろう。

【００１０】ＣＣＤを用いた標準的な高速事象検出装置
は、シーン光子放射を約60回／sec.（16ｍsec.間隔）で
1.0〜16.7ｍsec.の統合時間で統合し（すなわち1.0 ｍ
sec.での）、的中確率は低い。

【００１１】このように統合時間が比較的長いため、相
当量の背景光が焦点面アレイ上に蓄積されるため、シー
ンが望ましくない電荷で乱される。その結果、焦点面ア
レイ上に蓄積または統合された望ましくない電荷と短時
間光子放射源とを区別することが困難な場合が多い。

【００１２】そこで本発明の目的は、高速事象を検出お
よび探索する装置を提供することである。

【００１３】本発明の別の目的は、装置の感度に影響す
る背景信号の蓄積を減少させる高速事象を検出および探
索する装置を提供することである。

【００１４】本発明のさらなる目的は、背景のフレーム
間減算の必要がない、光子放射高速事象を検出および探
索する装置を提供することである。

【００１５】本発明のさらに別の目的は、高速事象を検
出するために独特のクロッキング方法を用いた焦点面ア
レイを提供することである。

【００１６】本発明のさらに別の目的は、電荷結合素子
を用いた公知の高速事象検出装置に付随した問題点を解
決する装置を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの形式によ
れば、高速事象を検出する装置は、焦点面アレイ、シス
テムコントローラおよびキューイングセンサを設けてい
る。

【００１８】焦点面アレイは、それの視野内にある入射
光放射を一時的に蓄積するために用いられる。

【００１９】高速で作動している場合でも未知の装置か
ら放射された光子が焦点面アレイを構成している複数の
検出素子を充電できるように、焦点面アレイは特別な向
きに配置されている。

【００２０】焦点面アレイは、統合（充電）状態、非統
合（ドレイン）状態および読み出し状態の３つの作動状
態のうちの１つを取ることができる。焦点面アレイの入
力部は、制御信号を発生するシステムコントローラに連
結されている。

【００２１】制御信号は、上記状態のいずれで焦点面ア
レイを作動させるかを周期的に決定する。サイクルの第
１部分では、システムコントローラは焦点面アレイの検
出素子に対して焦点面アレイに入射する光エネルギを蓄
積するように命令する。

【００２２】作動サイクルの第２部分では、システムコ
ントローラは焦点面アレイに対して検出素子が蓄積した
入射光エネルギを迅速に除去すなわち放電するように命
令する。

【００２３】検出素子が入射光エネルギを放電するため
に必要な時間は、全サイクル時間中の比較的小部分であ
る。システムコントローラは、焦点面アレイに対して入
射電荷を蓄積し、つぎに蓄積された電荷を排出するよう
に命令するこのサイクルを、光放射高速事象がキューイ
ングセンサによって検出されるまで繰り返す。

【００２４】システムコントローラには焦点面アレイと
同じ視野を監視するキューイングセンサが連結されてい
る。キューイングセンサは複数の検出素子で構成され、
光子放射高速事象が認識されたとき、システムコントロ
ーラへ検出信号を送る。

【００２５】

【作用】そしてシステムコントローラはその検出信号を
アレイへ送って、蓄積された電荷を読み出す間、焦点面
アレイの統合状態を維持できるようにする。

【００２６】読み出し処理が完了した後、焦点面アレイ
がリセット（すなわち蓄積電荷が除去）されて、統合／
ドレインサイクルが再開される。焦点面アレイから読み
出された画像を処理してビデオモニターに送出すること
によって、高速事象の位置および他のスペクトルまたは
時間情報を視覚的に決定できるようになる。

【００２７】電荷結合素子焦点面アレイを用いて高速事
象の画像形成を行う好適な実施例並びに本発明の他の実
施例、目的、特徴および利点は、添付の図面を参照した
以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

【００２８】

【実施例】図１を参照しながら、本発明による構造の高
速事象検出装置１を説明する。図１に示されている装置
は、ストローブ光源、パルスレーザ、砲火および稲妻な
どの高速事象の最適な検出および探索を行うと同時に、
高速事象の画像を乱す可能性のある背景光子の補集を避
けることができる。

【００２９】高速事象を検出する装置１は、パルスレー
ザなどの放射装置が高速で作動する場合でも、光子を受
け入れて蓄積できる焦点面アレイ10を設けている。焦点
面アレイは、高速事象（高速光子放射事象）15の放射光
を獲得するために用いられる１次元マトリックスまたは
２次元マトリックスの検出素子で構成されている。

【００３０】焦点面アレイにシステムコントローラ20が
連結されている。システムコントローラは、タイミング
信号および他の制御信号を送ることによって焦点面アレ
イの作動を調整する。

【００３１】システムコントローラには高速事象が発生
した時を検出してシステムコントローラに知らせる１つ
または複数の検出素子で構成されたキューイングセンサ
25が連結されている。

【００３２】キューイングセンサにはキューイングセン
サへ命令信号を送るキューイングセンサコントローラ30
が連結されている。キューイングセンサコントローラの
信号は、検出信号がシステムコントローラへ送られる以
前にキューイングセンサが検出すべき（たとえば特定パ
ルス幅の時間ウインドウ内の）入射光の波長に関してキ
ューイングセンサに指示を付与する。

【００３３】これにより特定事象の検出時だけにシステ
ムが開始されるようになる。本装置には入射光子を焦点
面アレイ上に集束および集中させる構造の入力レンズな
どの光学素子32も設けることができる。

【００３４】本発明のシステムコントローラ20は、焦点
面アレイが入射光子を「統合」すなわち蓄積し、または
サイクルの統合部分が終了したときに蓄積光子を放電す
なわち「ドレイン」できるように焦点面アレイ10を周期
的にオン・オフさせる構造になっている。適当な光波長
を備えた高速事象を検出したとき、システムコントロー
ラは焦点面アレイに蓄積電荷の読み出しを命令する。

【００３５】つぎに図２を参照しながら、高速事象検出
装置１の変更例について説明する。本装置は、図１に説
明した焦点面アレイを含む。焦点面アレイには前処理素
子35および制御回路を含むシステムコントローラ20が連
結されている。前処理素子は、焦点面アレイと制御回路
との間のバッファメモリとして機能する。

【００３６】処理素子はまた焦点面アレイと画像処理装
置／グラフィックスコントローラ55との間のバッファと
しても機能する。前処理素子には２つの部材、すなわち
信号コンバータ45と合成ビデオ発生器50とが設けられて
いる。

【００３７】前処理素子の信号コンバータ部分の機能
は、制御回路信号を焦点面アレイが了解できる形式に変
換することである。好適な実施例では、前処理素子は制
御回路から発生したＴＴＬレベル信号を焦点面アレイの
ＭＯＳ回路に適合したレベルに変換する。

【００３８】前処理素子の部材として使用するのに適当
なＴＴＬ／ＭＯＳ信号コンバータは、フランスのトムソ
ン・コンポーネンツ(Thomson Componets) 製造の部品番
号TH7995である。

【００３９】前処理素子には焦点面アレイ出力信号を受
け入れて、これらの信号をＭＯＳレベル信号からRS-170
ビデオレベル信号に変換する合成ビデオ発生器50も設け
られている。前処理素子の部材として使用するのに適当
な合成ビデオ発生器は、やはりフランスのトムソン・コ
ンポーネンツ製造の部品番号TH7992である。

【００４０】本発明の制御回路40は、タイミング信号お
よび焦点面アレイに充電、放電および蓄積電荷の読み出
しを命令する他の制御信号を送ることによって焦点面ア
レイ10の作動を調整する。

【００４１】図２に示されているように、高速事象検出
器にはさらに前処理素子35の合成ビデオ発生器50に連結
された画像処理装置／グラフィックス発生器55が設けら
れている。画像処理装置／グラフィックス発生器は、前
処理素子の合成ビデオ発生器から送られたRS-170ビデオ
レベル信号を受け入れる構造になっている。

【００４２】画像処理装置／グラフィックス発生器は、
RS-170ビデオ信号から高速放射源の到着方向（ＤＯＡ）
を決定して、この情報を焦点面アレイが検出したシーン
と組み合わせて表示する。画像処理装置は画像データ信
号を制御回路へ送り、制御回路は発生画像データをディ
スプレイ手段へ送って、システムオペレータが見たり、
さらに分析できるようにする。

【００４３】画像処理装置／グラフィックス発生器55の
機能は、合成ビデオ発生器50が発生したビデオレベル信
号を処理して放射源のＤＯＡを決定することである。画
像処理装置は、メモリ装置に記憶されているＤＯＡ発生
の現在リストにこのＤＯＡを加える。このリストは、最
近の６個までのＤＯＡ発生を記憶する。

【００４４】ＤＯＡは、記憶されて10sec.が経過する
か、さらに新しい６個のＤＯＡヒットが記録された場
合、このリストから削除される。画像処理装置／グラフ
ィックス発生器サブシステムは、このリストからの情報
を利用して、ディスプレイ装置用のビデオ信号を発生す
る。

【００４５】ビデオ信号は制御回路40へ送られ、これか
らさらにディスプレイ装置57へ送られる。ビデオ信号
は、各ＤＯＡ発生に対して、ディスプレイ装置のシーン
のＤＯＡに対応した位置に配置されるオペレータに見え
る十分な大きさの記号と、その位置のアドレスを表示す
るテキストとを備えている。

【００４６】この記号は、正確な形状がシステム統合中
に決定される十字マークにすることができる。ディスプ
レイ装置を用いて、このすべての情報がオペレータに中
継される。

【００４７】システムコントローラ20の制御回路40にキ
ューイングセンサ25が連結されている。キューイングセ
ンサは、それが感知できる様々な波長を区別して、特定
の波長を選択して処理できるように、キューイングセン
サコントローラ30によって選択的に設定できる。

【００４８】前述したように、キューイングセンサは焦
点面アレイと同じ視野を監視して、所望の波長の高速事
象が発生した時を決定できるようになっている。適当な
高速事象がキューイングセンサによって検出されると、
キューイングセンサ信号が制御回路へ送られ、それから
さらにＴＴＬ／ＭＯＳ信号コンバータ45へ進められた
後、焦点面アレイ10へ送られる。

【００４９】図２に示されているように、高速事象検出
器にはまたＣＣＤの応答性を正常にするためのバランシ
ングフィルタまたはスペクトル帯域フィルタなどのスペ
クトルフィルタ60（すなわちショット(Schott)カラーガ
ラスフィルタ(UG-3,VG-4) およびV5ミクロンカスタムフ
ィルタ）と、光学素子32、たとえば入射光子を焦点面ア
レイ10上に集束および集中させる構造の入力レンズとを
設けることができる。

【００５０】光学素子は、シュナイダーf/1.4 17.9焦点
距離ＣＣＴＶレンズなどの標準形入力レンズでよいが、
好ましくはf/10の開口設定で作動させる。これにより24
ミクロンの回析が抑えられたスポットが得られる。

【００５１】光学素子レンズは、電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）カメラとともに作動できるように選択され、 0.4〜
1.1 ミクロン帯に色補正される必要がある。f/10の開口
設定でレンズを作動させることによって、焦点の深さが
さらに大きくなるため、色収差の影響がさらに抑えられ
る。

【００５２】17.9mmの焦点距離を、たとえば8.8mm ＡＺ
（方位角）×6.6mm ＥＬ（仰角）の適当に選択された焦
点面アレイと組み合わせることによって、27.5゜ＡＺ×
20.7ＥＬの視野が得られる。

【００５３】図３には様々な光子エネルギ源を区別する
ために時間識別を利用しているキューイングセンサ25の
一例が示されている。キューイングセンサは、受け入れ
た信号のパルス幅を測定する。

【００５４】キューイングセンサは、受け入れた信号を
分析して、入射光が所望のパルス幅である時だけキュー
イングセンサ検出信号を発生する。入射光が所望パルス
幅でない場合、その入射光は非事象であると宣言され
る。

【００５５】しかし入射光が所望のパルス幅である場
合、事象が認識されて、キューイングセンサ信号が制御
回路40へ送られる。またはキューイングセンサは、図２
に示されているように光センサの前方にスペクトルセン
サ60を配置することによってスペクトル識別を利用する
こともできる。

【００５６】図３に示されているように、本発明に用い
られるキューイングセンサには入射光に応答して光セン
サ出力信号を発生することができる高速光センサ70に連
結された光ファイバー束65が設けられている。

【００５７】好適な実施例では、光ファイバー束はビー
ムスプリッタとして機能して、入射光を高速光センサの
方へ案内する。光ファイバー束の一端部を正方形に形成
して、集光領域として機能させることもできる。

【００５８】つぎに光ファイバーを円形の束に分割して
高速光センサを有する個々の光検出器上に載置すること
が好ましい。光ファイバー束を無作為的に高速光センサ
に連結して入射光が全ての光検出器へ均一に送られるよ
うにすることが好ましい。

【００５９】使用できる適当な高速光センサ70は、米
国、マサチューセッツ州、セーレムのイー・ジー・アン
ド・ジー(EG&G)製造の部品番号YAG444である。高速光セ
ンサには光センサ出力信号の強度を増す増幅器75が連結
されている。

【００６０】または光ファイバー束を出た光を、イー・
ジー・アンド・ジー製造の部品番号HFD-1100などの一体
形高速増幅器付きのフォトダイオードからなる光センサ
に送出することもできる。

【００６１】キューイングセンサの増幅器75は、パルス
からなる出力信号を微分器80へ送り、ここで増幅器出力
信号が微分される。微分器はＲ−Ｃフィルタの形式のも
のでよい。微分された信号は、正および負のパルスから
なるが、所定の閾値を有する比較回路85へ送られる。

【００６２】つぎに微分された出力信号は、入射光のパ
ルス幅を決定するために使用される比較回路所定閾値と
比較される。微分信号が所定閾値以上であるとき、比較
回路は入射信号を単安定装置90（すなわちワンショット
装置）、たとえば米国・カリフォルニア州のナショナル
・セミコンダクタ・コーポレーション(National Semico
nductor Corporation)製造の部品番号LM555 に送出す
る。

【００６３】また微分信号が所定閾値未満であるとき、
比較回路はインジケータ信号を発生しない。単安定装置
には単安定装置の出力を入射光のパルス幅の測定値に変
換するタイマー95が連結されている。

【００６４】タイマーは、入射光のパルス幅が特定の範
囲内である場合、キューイングセンサ出力信号を発生す
る構造になっている。キューイングセンサ出力信号は、
キューイングセンサで検出された高速事象の入射光が、
キューイングセンサコントローラによって設定された許
容ウインドウ内にあるパルス幅特徴を備えていることを
表す。

【００６５】比較回路85、単安定装置90およびタイマー
95の作用を以下に説明する。前述したように、微分器80
の出力信号は正および負のパルスを比較回路85に付与す
る。これらのパルスは、最初の信号のパルス幅で時間分
割される。

【００６６】正パルスは、比較回路85内に含まれてタイ
マー95に開始信号を送る第１比較器を始動させる。負パ
ルスがやはり比較回路85内に含まれている第２比較器を
始動させると、タイマーが停止して、蓄積時間がキュー
イングセンサコントローラ30で設定されている所定値と
比較される。

【００６７】タイマーの読み取り時間が所定時間ウイン
ドウ内にあるとき、適当な事象が認識され、そのように
タイマー95からの出力信号で表示される。

【００６８】図４に示されているように、高速事象検出
器１は、焦点面アレイ10の表面に連結された複数の干渉
性光ファイバー束100 を設けることもできる。複数の干
渉性光ファイバー束は、大きい視野を監視するために各
光ファイバー束がそれぞれ異なった視野を有するように
配置することができる。

【００６９】すなわち光ファイバー束100 は、主光ファ
イバー束100 からそれぞれ異なった角度で延出して異な
った視野が得られるようにした、空間的に離れたブラン
チ束Ａ〜Ｄに分割される。

【００７０】異なった視野に対応している各束Ａ〜Ｄ
は、図５に示されているような１つの焦点面アレイのそ
れぞれの区分に連結してそこに像を形成することができ
る。各光ファイバー束の端部にスペクトルフィルタ60お
よび／または光学素子32を配置して、図２に関連して説
明したように入射光を集束させることもできる。

【００７１】つぎに図６を参照しながら、高速事象検出
器の変更例を説明する。本装置には図１および２に関連
して説明したように、キューイングセンサコントローラ
30と、キューイングセンサ25と、システムコントローラ
20と、焦点面アレイ10と、入力レンズ32とが設けられて
いる。

【００７２】図６の高速事象検出器１には入力レンズ32
と高速事象15との間に光回析格子105 が配置されてい
る。光回析格子は、光が通過できる複数の同様なスリッ
トを等間隔に設けて構成することが好ましい。

【００７３】光回析格子と入力レンズとを組み合わせる
ことによって、焦点面アレイの水平軸線に沿った高速事
象の方位角の到着方向（ＤＯＡ）および焦点面アレイの
垂直軸線に沿った高速事象の仰角の到着方向（ＤＯＡ）
が得られる。

【００７４】この情報はつぎに図２に関連して説明した
ようにシステムコントローラ20および画像処理装置／グ
ラフィックス発生器55によって処理して、ディスプレイ
装置57に表示することができる。

【００７５】または高速事象検出器に、光を通過させる
ことができる垂直スリットを設けた隔壁を入力レンズ32
と焦点面アレイ10との間に配置することができる。この
構造では、焦点面アレイは第１軸線方向にスペクトル識
別を、第２軸線方向に到着方向（ＤＯＡ）を付与するこ
とができる。

【００７６】つぎに図７を参照しながら、高速光子検出
器の作用を説明する。トムソンのTH7866ＣＣＤ焦点面ア
レイには統合／非統合時間を装置のゲート（φＡゲー
ト）を介して制御できるという独特の特徴がある。

【００７７】このゲートは、装置の各ピクセルと蓄積電
荷を各ピクセルからクリアする電荷シンクダイオードと
の間のバリアとして作用する。φＡゲートが高電圧ドレ
イン状態にあるとき、焦点面アレイに蓄積されているす
べての電荷が電荷シンクに廃棄される。

【００７８】φＡゲートが中間電圧の統合状態にあると
き、電荷が焦点面アレイ上で統合され、過剰電荷はシン
クダイオードに廃棄される。焦点面アレイから電荷を読
み取るためにはφＡゲートを低電圧の読み出し状態にし
なければならない。

【００７９】図７は、φＡゲート、キューイングセンサ
および事象の発生のタイミング図を示している。図７Ａ
を参照すれば、φＡゲートが焦点面アレイの統合、ドレ
インおよび読み出し状態を制御していることがわかる。

【００８０】ａ−ｂの時間隔では、焦点面アレイに蓄積
された電荷がφＡゲートの高電圧ドレイン状態によって
クリアすなわち排出される。その後、φＡ信号が低い電
圧の統合状態に降下した（すなわちｂ−ｃの時間隔）と
き、焦点面アレイは入射光エネルギを電荷として蓄積す
ることができる。

【００８１】たとえば時間ｉでキューイングセンサによ
って検出される事象が発生するまで、焦点面アレイの統
合および排出のこのサイクルが継続される。

【００８２】時間ｉで事象が発生したとき、キューイン
グセンサはその事象を検出して、事象が感知されたこと
をシステムコントローラおよびφＡゲートを介して焦点
面アレイに知らせる。

【００８３】φＡゲートは時間ｉで低電圧読み取り状態
に設定されて、焦点面アレイの蓄積電荷が読み出され、
図２に関連して説明したように前処理素子35へ送られ
る。焦点面アレイから電荷のすべてが読み出されて前処
理装置へ送られた後、制御回路がキューイングセンサお
よび焦点面アレイをリセットして、つぎの高速事象を検
出できるようにする。

【００８４】上記説明の焦点面アレイの充電およびドレ
イン状態を考えると、高速事象の的中確率は、以下のよ
うに焦点面アレイの統合時間および焦点面アレイのドレ
イン時間に応じて決まることが明らかである。

【００８５】的中確率＝統合時間／全サイクル時間リセット時間が300 ｎsec.であり、統合時間が10μsec.
である場合、的中確率Ｐはつぎの通りである。

【００８６】Ｐ＝10μsec.／（10μsec.＋ 300ｎsec.）＝0.971 しかし焦点面アレイを充電するために必要な時間量が30
μsec.に増加した場合、的中確率が0.99になり、従来装
置よりもさらに大幅な改良となる。

【００８７】10μsec.の統合を30μsec.にすることは、
33kHz の有効フレーム率を100kHzにすることである。こ
れは、統合時間が 0.5〜16.5sec.で変化できる従来の統
合時間制御に対して飛躍的な向上である。

【００８８】以上に添付の図面を参照しながら本発明の
好適な実施例について説明してきたが、本発明がこれら
の実施例に制限されることなく、発明の精神の範囲内に
おいて様々な変更を加えることができることは当業者に
は明らかであろう。

【００８９】

【発明の効果】装置から放射された光子を受け入れて入
射光子エネルギを焦点面アレイによって蓄積し、焦点面
アレイは制御回路によって統合（充電）状態と非統合
（クリア）状態との間で切り換えられ、キューイングセ
ンサが高速事象を検出したときに制御回路に対して焦点
面アレイを統合状態に保持させつつ制御回路は蓄積電荷
を読み出してビデオモニターに表示するので、画像品質
の低下を抑止しつつせることストローブ光源、パルスレ
ーザ、砲火および稲妻などの高速事象を安価、かつ、確
実に検出・探索でき、製品信頼度を向上させ、かつ、経
済効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】電荷結合素子焦点面アレイを用いた、高速事象
を検出するための本発明による装置の第１実施例のブロ
ック図である。

【図２】電荷結合素子焦点面アレイを用いた、高速事象
を検出するための本発明による装置の第２実施例のブロ
ック図である。

【図３】高速光子放射事象を検出するために本発明に用
いられるキューイングセンサのブロック図である。

【図４】光ファイバー束を連結した、本発明に用いられ
る焦点面アレイの概略図である。

【図５】図４の各光ファイバー束を焦点面アレイの対応
部分に領域連結させた状態を示す線分Ｖ−Ｖに沿った焦
点面アレイの断面図である。

【図６】電荷結合素子焦点面アレイを用いた、高速事象
を検出するための本発明による装置の第３実施例のブロ
ック図である。

【図７】焦点面アレイ、キューイングセンサおよび高速
事象の発生のタイミング図である。

【図８】図７と異なる状態を示す図である。

【図９】図８と異なる状態を示す図である。

【符号の説明】

10 焦点面アレイ 15 高速光子放射事象 25 キューイングセンサ 40 制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高速光子放射事象を検出および探索する
装置であって、入射光子エネルギを蓄積する複数の検出
素子を備えており入力信号を受け入れる入力ポートと出
力ポートとを設けた焦点面アレイ(10)と、該焦点面アレ
イ(10)に連結され該焦点面アレイの作動を調整するため
の制御信号を前記焦点面アレイの前記入力ポートに送出
するかまたは前記入射光子エネルギの蓄積および該蓄積
された光子エネルギを前記焦点面アレイから排出させる
ための制御回路(40)と、該制御回路(40)に連結されてお
り高速光子放射事象(15)を検出する複数の検出素子を備
え該検出素子による検出時に前記制御回路(40)に向かっ
て送出するためのキューイングセンサ検出信号を発生す
るキューイングセンサ(25)とを有しており、前記キュー
イングセンサ検出信号は前記焦点面アレイ(10)の現在状
態の維持および焦点面アレイ(10)によって蓄積された光
子エネルギの読み出しを制御回路に命令することを特徴
とする高速事象検出装置。
【請求項２】ほぼ焦点面アレイ(10)と高速光子放射事
象(15)との間でありその焦点距離にほぼ等しい距離だけ
前記焦点面アレイ(10)から離れた位置に配置された光学
素子(32)を有することを特徴とする請求項１に記載の高
速事象検出装置。
【請求項３】焦点面アレイ(10)は方位角到着方向を定
めるための第１軸線と仰角到着方向を定めるための第２
軸線とを備えており、さらに光学素子に隣接した位置に
透過回析格子(105) を有していることを特徴とする請求
項１に記載の高速事象検出装置。
【請求項４】透過回析格子(105) はほぼ光学素子(32)
と高速事象(15)との間に位置していることを特徴とする
請求項３に記載の高速事象検出装置。
【請求項５】焦点面アレイ(10)はスペクトル識別を定
めるための第１軸線と到着方向を定めるための第２軸線
とを備えており、光学素子に隣接配置され入射光が通過
可能な垂直スリットを設けた隔壁を有していることを特
徴とする請求項１に記載の高速事象検出装置。
【請求項６】隔壁は、ほぼ光学素子(32)と焦点面アレ
イ(10)との間に位置していることを特徴とする請求項５
に記載の高速事象検出装置。
【請求項７】焦点面アレイ(10)の出力ポートに連結さ
れ前記焦点面アレイからの出力信号を受け入れてディス
プレイ信号を発生するディスプレイ信号発生器(50)と、
該ディスプレイ信号発生器(50)に連結されており前記デ
ィスプレイ信号を受け入れて焦点面アレイ(10)によって
検出された高速光子放射事象(15)の位置に対応した画像
を発生するディスプレイ手段(57)とを有していることを
特徴とする請求項１に記載の高速事象検出装置。
【請求項８】ディスプレイ信号発生器の信号は、高速
光子放射事象(15)の到着角度およびシーンの更新画像を
付与することを特徴とする請求項７に記載の高速事象検
出装置。
【請求項９】制御回路(40)に連結されさらに焦点面ア
レイ(10)にも連結されており制御信号を受け入れて該制
御信号を前記焦点面アレイ(10)の入力信号に適合可能に
変換する信号コンバータ(45)を有していることを特徴と
する請求項１に記載の高速事象検出装置。
【請求項10】焦点面アレイ(10)に隣接しており該焦点
面アレイ(10)と高速光子放射事象(15)との間に位置して
前記焦点面アレイ(10)に入射される光の一部を除去する
光フィルタ手段(60)を有していることを特徴とする請求
項１に記載の高速事象検出装置。
【請求項11】キューイングセンサ(25)は任意の高速光
子放射事象間を識別するために選択的に設定可能である
ことを特徴とする請求項１に記載の高速事象検出装置。
【請求項12】キューイングセンサは高速光子放射事象
(15)のスペクトル特徴を識別するために任意のウインド
ウの事象持続時間を選択的に設定することを特徴とする
請求項11に記載の高速事象検出装置。
【請求項13】焦点面アレイ(10)には視野を広くするた
めにその各々の端部が相当に異なった放射方向を向くよ
うに配置され端部に近接配置された複数の結像レンズ(3
2)を有する複数の光ファイバー束(100) が連結されてお
り、前記複数の結像レンズ(32)の各々は複数の光ファイ
バー束の端部の放射方向に対応した相当に異なった放射
方向を向くように配置されていることを特徴とする請求
項１に記載の高速事象検出装置。
【請求項14】高速光子放射事象を検出するキューイン
グセンサ(25)であって、出力ポートを備え特定の光子放
射事象(15)の発生を検出するために入射光を検出し該入
射光の検出を表す光センサ信号を出力ポートに発生する
光センサ(70)と、該光センサ(70)の出力ポートに連結さ
れており前記光センサ信号を増幅し該増幅に基く増幅光
センサ信号を発生する増幅手段(75)と、該増幅手段(75)
の出力ポートに連結されており増幅光センサ出力信号を
微分し該微分に基く微分手段出力信号を発生する微分手
段(80)と、該微分手段(80)の出力ポートに連結されてお
り前記第１および第２の所定閾値信号を備え前記微分手
段出力信号を第１および第２の所定閾値信号と比較し微
分手段出力信号が第１所定閾値信号未満であるときに第
１状態を表し微分手段出力信号が少なくとも第２所定閾
値信号に等しいとき第２状態にを表す比較手段出力信号
を発生するあるようにした比較手段(85)と、該比較手段
(85)に前記比較手段出力信号に応答するために連結され
ており、前記比較手段出力信号が第１状態にあるときに
第１システム出力信号を発生し、前記比較手段出力信号
が第２状態にあるときに第２システム出力信号を発生す
る単安定装置(90)とを有していることを特徴とするキュ
ーイングセンサ(25)。