JPH06235877A - 段階的凝視走査装置および走査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、始動−停止の間欠的な機械的運動
を行わないで段階的凝視走査を行なうことのできる凝視
走査装置を提供することを目的とする。 【構成】 互いに異なる角度を有している複数の反射鏡
面16,18,20を有する多面鏡反射器12と、それらの反射鏡
面16,18,20で受信される信号が走査瞳孔14に反射される
ようにこの多面鏡反射器12を第１の軸28を中心に第１の
方向“Ｒ”に回転させ、第２の軸36を中心に第２の方向
“Ｘ”に実質的に同時に旋回させる回転手段40とを具備
し、連続てきな機械的運動によって段階的な凝視走査を
行なうことができるようにしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に光学的走査また
は検出装置に関し、特に段階的凝視を走査することがで
き、それによって凝視走査アレイの視野を増加する走査
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光走査装置は、航空機前方監視赤外線レ
ーダ（ＦＬＩＲ）システムのような追跡および検知シス
テムにおいて長く使用されている。典型的な光学機械走
査装置において、回転走査ミラーはターゲット上に線形
走査パターンを生成するために一般に使用されている。
航空機の前方運動と結合される回転走査ミラーによって
生成される線形走査パターンはのこぎり歯形あるいは三
角形の走査パターンに変換され、領域が効果的に走査さ
れる。さらに、走査は受動および能動モードで行われ
る。受動モードにおいて、走査装置はターゲット領域を
単に「観察」し、走査ターゲットから生じる信号を受信
してそれをターゲットから生じる赤外線放射を走査する
ために備えられるシステムにおけるような検出器に反射
する。能動走査モードにおいて、走査装置はさらに信号
を送り出すレーザのような信号源を含む。走査装置は、
ターゲットから反射される信号の一部分を検出器で受信
する。走査装置に反射される信号から得られる情報は、
走査装置からの物体の距離あるいは物体の全体の形状な
どの多数の情報の決定を与える。走査の応用は、非常に
速く走査される領域を要求することがしばしばある。一
般に高周波数で動作する走査装置の機械素子を有するこ
とに関しては問題はないが、走査装置は検出素子が情報
を受信できる速度によって限定されることが多い。

【０００３】凝視走査装置、すなわちアレイ中に組立て
られる多重検出素子を有する装置は、情報の多量の受信
を可能にし、走査システムの速度を増加する。このよう
な装置において、素子のアレイは視野内の領域から情報
を同時に受信し、電子走査として知られている。さらに
これらの装置は、受動あるいは能動走査モードで動作で
きる。凝視走査アレイの欠点は、アレイにおける検査器
の数によって一般に定められる制限された視野を有する
ことである。この狭い視野の１例は、人間の目で見られ
る映像に対するカメラのレンズを通して見られる比較的
制限された映像である。したがって、凝視走査アレイの
視野を増加する必要性がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】凝視走査装置の視野を
増加する１つの方法は、単に大きな走査アレイを構成す
ることである。残念ながら、視野を顕著に拡大するため
に要求される多数の検出素子は走査装置の寸法、重量、
費用および技術的複雑さを増加させる。第２の方法は、
異なる視角で凝視走査アレイを移動あるいは走査する機
械装置を使用することである。装置はアレイを視角に移
動し、走査装置が時間の周期に対する視角で走査するこ
とを可能にし、アレイを新しい視角に移動する。しかし
ながら、走査装置を異なる視角に移動することによって
引起こされる始動−停止動作は機械加速度を生成し、多
量のパワーを要求し、頑丈で必然的に重い取付け構造を
必要とする取付けシステムに力を伝達する。これら全て
の特徴は、走査装置が航空機あるいは宇宙船において使
用される場合に特に望ましくない。

【０００５】凝視走査アレイの視野を増加する別の方法
は、多数の異なる視角で走査し、特定の視角から受信さ
れる信号を単一の凝視走査アレイに反射する走査装置を
使用することである。このような装置は、光学機械走査
装置により有効な増加された視野を凝視走査アレイによ
って電子的に走査する速度と効果的に結合する利点があ
る。従来の装置は保持すなわち「凝視」するために振動
ミラーあるいは垂直および水平に回転するプリズムを使
用しており、一方、特定の視角で走査し、新しい視角に
移動あるいは「歩進」し、この新しい視角で走査する。
これらのシステムは適当な段階的凝視走査パターンを提
供するのに適当しているが、１つの視角から別の視角に
ミラーあるいはプリズムを調節するのに必要な始動−停
止動作を走査装置に行わせることに関係した欠点を有す
る。それ故、一定の運動で段階的凝視走査パターンを生
成することが望ましい。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の技術によれば、
段階的凝視走査装置は複数の反射表面を有する反射器が
備えられている。各反射器表面は、他の表面に関して角
度を有している。反射器を第１の軸を中心に回転し、実
質的に同時に第２の軸を中心に旋回する装置が設けら
れ、検出装置のアレイに関連することが好ましい。この
ような方法で、凝視走査アレイの視野は増加され、始動
−停止動作および既知の技術に関連した付随した問題は
除去される。

【０００７】

【実施例】図１に示されるような本発明の段階的凝視走
査装置10は、走査瞳孔14を中心に多面鏡12の回転および
旋回の組合せの動作によって段階的凝視走査パターンを
形成する。この回転および旋回の組合せ動作は、ミラー
が走査瞳孔を横切る鏡面を回転および旋回するように走
査された視準線に関する固定された角度関係において走
査装置10の走査瞳孔14を維持するように動作する。新し
い角度関係は、走査瞳孔の前で回転された各鏡面に対す
る瞳孔と新しく走査された視準線の間に設定される。検
出素子のアレイあるいは凝視走査アレイ15は走査瞳孔に
位置され、それによって走査されるターゲットから入力
信号を受信する。凝視走査アレイが特定の走査要求に基
づいて選択されることが理解されるべきであるが、アレ
イは一般に所望な波長で光入力を受信するように設計さ
れた１つ以上の固体電荷結合装置（ＣＣＤ）から構成さ
れ、その光入力に応じて電気出力信号を生成する。段階
的凝視走査の手順は多面鏡12上の各鏡面に対して反復
し、再び開始し、それによって拡大した視野を単一の凝
視走査アレイに供給する。

【０００８】図２を付加的に参照すると、この実施例で
多面鏡12は３つの鏡面16，18および20をそれぞれ有して
示されている。しかしながら、多面鏡12が２つ以上の多
数の鏡面を有することは理解されるべきである。鏡面1
6，18および20は、矢印22，24および26（矢印22および2
6は図１に点線で示されている）によって示されるよう
なそれぞれ異なって設定している視角と異なる方向に向
けられる。それ故、鏡面の付加および鏡面の角度方向の
変化によって、幅広い様々な視覚が設定される。

【０００９】図２を参照すると、矢印「Ｂ」で示される
光の視準されたビームが「Ｃ」で示される多面鏡12上の
円付近の空間に固定された角度で移動された場合、空間
に走査視準線に沿った移動に加えて反射ビームは鏡面間
を横切るとき角度方向を変化する。その間、例えば鏡面
18のような所定の鏡面の表面を横切って移動されたビー
ムは矢印24で示されたような鏡面の視角に対応している
一定の角度で反射する。しかしながら、ビームが１つの
鏡面から次の鏡面まで横切るとき、反射された方向に急
激な角度の変化が生じ、ビームはそれぞれ鏡面16および
20に対する矢印22および26で示されたような新しい視角
に対応している新しい角度で反射する。これに関して、
ビームは鏡面を横切って移動するときの所定の視角で
「凝視」し、鏡面を横切るときの新しい視野に「ステッ
プ」する。実際の光システムにおいて、能動走査システ
ムにおける凝視検出器あるいは信号源は走査システムの
瞳孔に位置されなければならず、走査システムの光軸に
対して静止した位置に一般に維持されなければならな
い。上記された段階的凝視走査パターンを生成するた
め、ミラーまたは反射器はミラーのまわりを旋回する瞳
孔の明瞭な運動を生成するように操作されなければなら
ない。

【００１０】図１を参照すると、多面鏡12はシャフト28
の軸に垂直な多面鏡12の平面を有するシャフト28に取付
けられ、回転運動のために固定される。シャフト28はア
ーム部材30を通って軸受けで支持され、それに回転運動
を伝達するプーリ34を第２の端部33に固定されている。
アーム30は、アーム30がシャフト36に付随して回転する
ように適当なスプラインあるいはキーによって連結する
ことによってシャフト36の中央付近で取付けられてい
る。シャフト36はハウジング38内に伸び、適当に軸受け
で支持され、モータ40からの駆動回転入力を受けるため
に直接結合される。装置10をバランスさせる質量42はア
ーム30の反対側の端部に取付けられる。

【００１１】ハウジング38は図１に箱状で示されてい
る。実際に、ハウジング38が航空機あるいは宇宙船のよ
うなビークル内に走査装置10を取付けるのに適した構成
にされていることが認められる。第２のプーリ46が一体
に形成されているボス構成物44はハウジング38に固定さ
れ、そこから外側に延在する。モータ40は、駆動入力を
シャフト36に供給するようにハウジング38に固定されて
いる。ベルト48はプーリ34をプーリ46と結合し、それに
よってアーム30の回転に対応してシャフト26の反対方向
の回転を生じさせる。

【００１２】図１および図３のＡ，ＢおよびＣを参照す
ると、段階的凝視走査装置11の動作が説明されている。
図３のＡは第１の位置における走査装置および矢印22で
示されたような第１の方向の走査を示す。このように、
図３のＡに示されるような走査装置の右への映像は走査
瞳孔14に反射され、走査瞳孔14に位置される凝視アレイ
15に反射される。モータ40からの回転入力は図１に矢印
「Ｏ」で示されるように軸「Ｘ」のまわりを時計方向に
アーム30を回転させ、走査瞳孔14のまわりを旋回動作で
多面鏡12を移動させる。実質的に多面鏡12の旋回動作と
同時に、ベルト48とプーリ34および46との結合は矢印
「Ｒ」で示されたような反時計方向に軸「Ｙ」のまわり
で多面鏡12を回転させる。このように、アーム20が図３
のＢに示される位置で回転されるとき、多面鏡12は鏡面
22が走査瞳孔14と整列するように旋回および回転され、
図３のＢにおいて矢印26で示されるように走査装置10の
左側に映像を反射する。同様に、アーム30が図３のＣに
示される位置で回転するとき、多面鏡12は鏡面18が走査
瞳孔14と整列するように旋回および回転し、図３のＣに
示されるように走査装置10とまっすぐに整列して映像を
反射する。

【００１３】本発明の技術によれば、走査装置10は一定
の回転速度でモータ40を付勢することによって作動さ
せ、それによって走査瞳孔14を中心にミラーが旋回およ
び回転する。一度作動させると、走査装置10は始動−停
止動作をせずに段階的凝視走査をするので、機械的加速
度に関係ない。好ましい実施例において、プーリ34およ
び46はほぼ同じ直径を有し、旋回されるときに同じ角速
度で多面鏡12を回転する。これは、各旋回に関して多面
鏡12における鏡面の数に対応する多数の視角で走査を行
わせる。プーリ34および46の直径は、走査の適用に依存
して回転および旋回の異なる角速度を提供するように変
化される。

【００１４】本発明の別の実施例において、レーザのよ
うな信号源56（図５参照）は能動モードで走査する走査
装置10に付加される。本実施例および他の実施例の説明
において、前の実施例と同様の素子を説明するために最
初の参照符号にダッシュを付けて使用されている。信号
源56は走査瞳孔14' に位置され、多面鏡12に向けられ
る。多面鏡12が走査瞳孔14' を中心に旋回および回転す
るするとき、光線は多面鏡12の鏡面16，18および20に対
応し、例えば鏡面18に関して矢印24' で示される固定さ
れた角度で走査するようにされる。信号源56が凝視走査
アレイあるいは走査瞳孔14' に配置される他の検出素子
（図示されていない）と結合される場合、破線矢印58で
示された視角に沿って走査されたターゲットから反射し
て戻されるソース信号の部分が受信され、それによって
能動走査が行われる。

【００１５】走査装置は、走査機構のモータトルクある
いはジャイロスコープトルクがハウジング38によっては
反作用を受けず、装置を運搬するビークルに伝達される
ように無反作用に構成される。図４に概略的に見られる
ように、モータ40' はステーターすなわち界磁巻線64の
第１のセットが固定されるモータハウジング62、および
モータハウジング62内に軸受けで支持されるシャフト68
および巻線70を具備しているローターすなわち電機子66
を含む。走査装置10が使用される適用および有効なエネ
ルギー源に依存してモータ40' は直流あるいは交流のモ
ータのいずれであってもよいことが認識される。モータ
ハウジング62は、72で示された適当な軸受によってハウ
ジング38' に支持される。このように走査装置10が付勢
されるとき、モータハウジング62は多面鏡12の旋回方向
と反対に回転し、ハウジング38'に転送するトルクを消
去する。この構成は、ビークルに転送する力が好ましく
なく、あるいはハウジング38' が軽量でなければならな
い場合に構造上の性能が減少されている宇宙船において
特に有効である。

【００１６】複数の実施例が本発明の原理を説明してい
るが、本発明がこのような原理から逸脱することなしに
別の態様で実施されることが理解されるであろう。例え
ば、当業者はこのような明細書、添付図面および請求の
範囲から様々な変化、変更および変形が請求の範囲に限
定されるような本発明の技術的範囲から逸脱することな
しに行われることを容易に理解するであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の段階的凝視走査装置の１実施例の斜視
図。

【図２】反射表面を示している本発明の走査装置の反射
鏡の斜視図。

【図３】走査装置の回転および旋回の組合された運動の
説明図。

【図４】駆動モータが走査装置ハウジングに軸受けで取
付けられる本発明の付加的な実施例の概略図。

【図５】信号源を具備している本発明の走査装置を示し
ている図１の部分図。

【符号の説明】

10…段階的凝視走査装置，12…多面鏡，14…走査瞳孔，
16,18,20…鏡面，28,36 …軸。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに異なる角度を有している複数の反
   射表面を有する反射器と、 この反射器の反射表面で受信される信号が走査瞳孔に反
   射されるように反射器を第１の軸を中心に第１の角度方
   向に回転させ、実質的に同時に第２の軸を中心に第２の
   角度方向に旋回させる回転手段とを具備していることを
   特徴とする段階的凝視走査装置。
2. 【請求項２】 前記反射器が複数の鏡面を有する反射鏡
   を具備している請求項１記載の段階的凝視走査装置。
3. 【請求項３】 前記反射器によって反射される前記信号
   を受信する信号検出手段をさらに具備している請求項１
   記載の段階的凝視走査装置。
4. 【請求項４】 前記信号検出手段が検出素子のアレイを
   具備している請求項３記載の段階的凝視走査装置。
5. 【請求項５】 前記反射器に向けられた走査ビームを生
   成する信号生成手段をさらに具備している請求項１記載
   の段階的凝視走査装置。
6. 【請求項６】 前記信号生成手段がレーザを具備してい
   る請求項５記載の段階的凝視走査装置。
7. 【請求項７】 前記反射器の回転角度の方向が前記旋回
   の回転角度の方向と反対である請求項１記載の段階的凝
   視走査装置。
8. 【請求項８】 前記反射器が実質的に同じ角速度で回転
   および旋回される請求項１記載の段階的凝視走査装置。
9. 【請求項９】 前記回転手段が、 ハウジングと、 前記ハウジングに取付けられるモータと、 前記ハウジングに軸受けで支持され、回転運動のために
   前記モータに第１の端部で接続されている第１のシャフ
   トと、 一緒に回転運動するために前記第１のシャフトの第２の
   端部に固定されているアーム部材と、 前記アーム部材を通ってそれに軸受けで支持され、それ
   に回転運動を伝達する前記反射器に第１の端部で接続さ
   れている第２のシャフトと、 第２のシャフトの第１の端部に接続されている第１のプ
   ーリと、 前記ハウジングに固定される第２のプーリと、 前記第１のプーリを前記第２のプーリと結合する駆動ベ
   ルトとを具備している請求項１記載の段階的凝視走査装
   置。
10. 【請求項１０】 前記回転手段が前記アーム部材に固定
    されて前記回転手段を質量バランスしている質量手段を
    さらに具備している請求項９記載の段階的凝視を走査す
    る装置。
11. 【請求項１１】 前記モータが前記ハウジングに軸受け
    で支持されているモータハウジングをさらに具備してい
    る請求項９記載の段階的凝視走査装置。
12. 【請求項１２】 他の鏡面に対してそれぞれ角度を有し
    ている複数の鏡面を有する多面鏡と、 前記鏡面から反射される信号を受信する前記多面鏡と整
    列されている信号検出手段と、 前記鏡面で受信される信号が前記信号検出手段に反射さ
    れるように前記多面鏡第１の軸を中心に回転させ、実質
    的に同時に第２の軸を中心に旋回させる回転手段とを具
    備している段階的凝視走査装置。
13. 【請求項１３】 前記信号検出手段が検出素子のアレイ
    を具備している請求項１２記載の段階的凝視走査装置。
14. 【請求項１４】 能動モードで走査する信号生成手段を
    さらに具備している請求項１２記載の段階的凝視走査装
    置。
15. 【請求項１５】 （ａ）互いに異なる角度を有している
    複数の反射表面を有する反射器を提供し、 （ｂ）走査瞳孔を中心にして前記反射器を旋回させ、 （ｃ）前記反射器をその中心を中心にして回転させ、 （ｄ）前記反射表面で信号を受信し、 （ｅ）前記走査瞳孔の方向へ前記信号を反射することを
    特徴とする段階的凝視走査方法。