JPH10503076A

JPH10503076A - 発光ダイオード走査表示装置を備えた熱画像装置

Info

Publication number: JPH10503076A
Application number: JP9515208A
Authority: JP
Inventors: ラッセル・ケージョンズ、; ティモシー・エルガラガー、
Original assignee: エイチイー・ホールディングス・インコーポレーテッド・ドゥーイング・ビジネス・アズ・ヒューズ・エレクトロニクス
Priority date: 1995-10-11
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 1998-03-17
Also published as: CA2207306A1; WO1997014245A1; EP0796536A1; IL121049A0; US5614715A

Abstract

(57)【要約】熱画像装置（１０）が、観察場面を複製している画像を供給する発光ダイオード（ＬＥＤ）表示装置（６２）を具備している。またＬＥＤ表示装置（６２）は、観察場面の画像に重畳される記号を供給する記号ＬＥＤ（１９８）のアレイを備えている。ビデオ駆動回路（２１４）と記号駆動回路（２０２）は、記号ＬＥＤ（１９８）により供給される網線パターンまたは記号が場面ＬＥＤ（６２’）により供給される可視画像の所要の位置に重畳されるように、タイムシーケンス処理される。

Description

【発明の詳細な説明】発光ダイオード走査表示装置を備えた熱画像装置発明の背景発明の分野本発明は画像装置に属する。特に本発明は、光景からの不可視赤外線光を受けて、光景を複製している可視光画像を供給する装置に関する。関連技術暗視装置は何年も前から手に入れることができるようになっている。これら従来の暗視装置の１つのカテゴリーでは、画像増強装置が使用されている。この技術は、一般的に画像増強管として知られている装置を使用して達成される。画像増強管は、第１の周波数帯域において、本質的に周辺光を受けて、燐光性単色黄緑光のかなり増強された可視画像を供給する周波数シフト増幅装置であり、この周辺光は、自然な視野をもたらすには暗すぎる可視光や、不可視近赤外線光を含んでいる。このような画像増強暗視装置は、利用可能な低強度周辺光を可視画像に変換し、この可視画像は、光景を自然な視野で観察するには暗すぎる光条件下で、例えば監視や兵器の照準合せのために装置のユーザにより使用される。これらの画像増強暗視装置は、動作のために、月や星の光のような何らかの残光を必要とする。この光は一般的に近赤外線放射に多く、人間の目には見えない。暗視スコープの現在の世代は、光電陰極として呼ばれている光電感応性“窓”を使用している。この光電陰極は、不可視光景からこの“窓”上に焦点が合わされるほの暗いまたは不可視の周辺光に応答して、印加静電界の影響下で動く空間電荷として流れ、観察される光景を複製している光電子パターンを提供する。この光電子パターンはマイクロチャネル板に供給され、このマイクロチャネル板は光電子パターンをかなり高いレベルに増幅する。マイクロチャネル板におけるこの増幅を達成するために、光電子パターンは、板の対向する表面上に開口している多数の小さなチャンネル（またはマイクロチャンネル）に導かれる。これらのチャンネルの内部表面からの電子の２次放出により、低レベル画像に対応するパターン中に電子のシャワーが生み出される。光電陰極により生み出された強度よりもかなり上の強度における電子のシャワーは、再度静電界を印加することにより、燐光性スクリーン上に向けられる。スクリーンの蛍光体は、低レベル画像を複製している可視光の画像を生成する。画像増強管は、いわゆる“世代Ｉ”管から最近の“世代III”管までのものに基づいて開発され、利用可能な光のさらに大きな増幅およびスペクトルの赤外線部分のいく分深い赤外線に対してさらに高い感度を提供する。しかしながら、これらの画像増強装置は、機能できるスペクトルの赤外線部分の深さに制限がある。従来の暗視装置の他のカテゴリーは、低温冷却焦点面アレイの熱画像装置によって代表される。これらの装置は、不要な熱雑音を減少させるために低温領域の温度に冷却される光電感応検出器を使用する。この検出器は複数の検出器素子、すなわち“ピクセル”を持っており、各ピクセルは、検出器素子上に落ちる赤外線光の束を示す電気信号を提供する。このような装置の中には凝視焦点面アレイを使用するものがある一方、検出器素子の線形焦点面アレイを持ち、検出器を横切ってて観察光景の部分を連続的に動かすためにスキャナの使用を必要とするものもある。いずれの場合でも検出器は低温に冷却されているので、画像増強装置により可能な場合よりも、スペクトルの赤外線部分のかなり深い不可視赤外線光に対する電気応答を提供する。このような検出器により提供される電気信号は、処理して可視画像に変換しなければならない。この目的のため、このカテゴリーのこのような装置の多くのものが、装置ユーザに対して可視画像を提供するために、陰極線管や液晶表示装置や他のこれに類するような表示技術を使用してきた。暗視装置のこのカテゴリーの大きな欠点は、検出器を低温冷却しなければならないことである。このカテゴリーの初期の装置はデュアー瓶を使用していたが、このデュアー瓶には、装置ユーザにより（液体窒素のような）低温流体を供給しなければならなかった。このような装置の有用性は、低温冷却剤を時々補給しなければならないことにより、かなり制限されていた。このタイプの後者の装置は、逆スターリングサイクル冷却装置により作り出された低温冷却を使用していた。しかしながら、このような冷却装置は、かなりの量の電力を必要とし、保守と信頼性の問題から離れることができず、概してやかましい。このカテゴリーの装置は、１９８９年１０月１０日にロバート・Ｗ．・クラット氏に対して発行された米国特許第４，８７３，４４２号（以下４４２号特許と呼ぶ）において知られている。４４２号特許の装置は、素子検出器の線形アレイを備えたセンサを使用しており、各素子検出器は、線形アレイの長手に沿った検出器素子自身の大きさにほぼ等しい距離だけ次に隣接する検出器素子と間隔があけられている。したがって、センサは、各視野の光景または対象空間、あるいは対象空間にわたるセンサの走査からの画像情報の約半分を捕捉する。しかしながら、検出を行い、検出器素子の応答性における不均一を補償するために、４４２号特許は、各フィールドが少なくとも１つの検出器素子からの画像情報を抜かすように、連続した走査フィールドにおいてすべての検出器素子の走査線をオーバーラップすることを教示している。すなわち、４４２号特許のフィールドは、光景からの信号（画像情報）に応答するすべての検出器素子を使用するものではない。線形アレイの一端における少なくとも１つの検出器素子が、対象空間の外側の空間を走査し、有用な画像情報を提供しない。４４２号特許で説明されている例にしたがうと、それぞれのフィールドはその最大画像情報のわずかな部分を抜かし、ｎを検出器数とすると、このわずかな部分は１／ｎに等しい。残りのｎ− １個の検出器素子は、各フィールドに対する対象空間からの画像情報の半分を捕捉するために使用される。したがって各フィールドは、すべての検出器素子が使用されるとした場合に含まれる画像情報の９０パーセントを表している。したがって、４４２号特許の２つのフィールドの各フレームは、完全な対象空間画像を表しているが、各フレームですべての検出器素子が使用されるとした場合に提供される画像情報の９０パーセントしか表していない。したがって、センサが提供することができる解像度の線の数は、４４２号特許によっては完全に使用されていない。４４２号特許は、装置ユーザに対して可視画像を表示する装置および方法を開示していない。しかしながら、熱画像分野における従来の装置は、陰極線管のような表示手段を使用してきた。これらは、比較的大きく、壊れやすく、重く、そして電力消費の大きい装置である。装置表示部のこれらの否定的な面を減らそうとする場合において、従来の熱画像装置の中には、正方形または長方形の発光ダイオードの線形アレイを使用したものもあった。発光ダイオードからの光は、赤外線検出器に対して画像空間を走査するために４４２号特許が教示したものと類似するミラーシステムにより、観察者に対して走査される。長方形または正方形のＬＥＤを使用してきたこれらの従来の表示装置は、走査ＬＥＤタイプの装置として考えられる。これらの従来の走査ＬＥＤ表示装置の欠点は、ユーザに提供される像が、１本以上のフリッカーのある水平または垂直走査線（すなわち、表示像における可視ラスタ線）や、表示装置自体の動作の他の可視アーティファクトを十分に持っていることである。これらの表示装置問題は、一般的に、観察された光景の一部ではない視覚的に区別し得る特徴を含んでおり（すなわち、光景に存在しない、不変のまたはスプリアスの垂直または水平線、例えばこの不変の水平線は、地平線に容易に誤解される）、これは、画像装置の性能を減少させ、装置ユーザを悩ませる。熱画像装置の性能は、ユーザに像を表示する表示装置の品質によって大きく影響を受ける。従来の多くの装置は、従来の走査ＬＥＤ表示装置の制限のために、その性能が妥協されていた。すなわち、装置の距離性能が減少する。また、熱画像装置の標準試験は、熱画像装置に対する米軍ＦＬＩＲ−９０標準規格に示されている。ＦＬＩＲ−９０標準規格は、熱画像装置に対する熱画像装置解像度試験として、４本の平行バーのグループを使用し、平行バーのそれぞれは４対１の長さ対幅の比を有し、グループの次のバーからそれ自身の幅分だけそれぞれ間隔があけられている。このバーのグループは、周辺背景より上の温度に熱せられ、その長手方向が、水平、垂直、または斜方向に向けられる。バーを背景から区別することができる、周辺背景温度より上のバーの最小温度差は、熱画像装置に対する最小分解可能温度（ＭＲＴ）として呼ばれる。小さなＭＲＴは、熱画像装置に対する性能の好ましい指標である。理解できるように、悪い表示装置は熱画像装置のＭＲＴを望ましくなく増加させる。他の従来の表示手段は、このような装置のユーザに対して網線や他の表示記号を提供するために、機械的な網線インジェクタを使用してきた。この方法は、機械的に複雑で、高価で、重い。またこの手段は、このような装置ユーザに対して表すことができる記号表示の数を制限する。このような記号表示の多くて２つだけが従来の装置のユーザにとって利用できるだけである。発明の要約走査ＬＥＤ表示装置の性能の他の指標は、視野の平坦さである。これは、目で識別できないように表示のラスタパターンが相互に混合することを意味する。さらに、表示装置のスプリアス応答が高すぎてはならず、そうでなければ、ラスタサンプリング処理により生じたエーリアジング信号が見えるようになる。したがって、表示装置の変調伝達関数は高すぎてはならない。さらに、表示装置は熱画像装置の距離性能を最大にしなければならない。これは、画像装置の全体的な性能が低下するので、表示装置の変調伝達関数が低すぎてはならないことを意味する。さらに、画像装置のＭＲＴが表示装置のＭＲＴにより影響を受けることや、視野に誤った可視アーティファクトを発生させることなく実行可能な限り、できるだけＭＴＦが大きくなければならないことは明らかである。走査ＬＥＤ表示装置の変調伝達関数（ＭＴＦ）を解析する１つの方法は、ＬＥＤの空間分布のフーリエ変換をとることである。デカルト座標におけるＬＥＤのグラフを考察し、ＬＥＤのさまざまな幾何学的配置との比較を行う。従来技術の欠点の観点から、本発明の第１の目的は、これらの欠点の１つ以上を解消することである。本発明の他の目的は、平坦な視野を提供し、表示装置の視野にスプリアス可視アーティファクトを発生させることなく熱画像装置の全体的な性能を向上させる高い変調伝達関数を提供することが望ましい走査ＬＥＤ表示装置を備えた熱画像装置を提供することである。１つの観点にしたがうと、本発明は、観察光景からの不可視熱赤外線に応答し、前記光景を複製している可視画像を応答的に供給する熱画像装置において、前記熱画像装置は、前記観察光景の複数の部分を複製している光を供給する複数の光景発光ダイオード（光景ＬＥＤ）の線形アレイと、前記可視画像を提供するように、前記光景ＬＥＤから前記装置のユーザへの光を走査するスキャナと、前記ユーザに対して表示されるべき選択された記号の複数の部分を生成するように、前記スキャナに対して付加的な光を供給する複数の記号発光ダイオード（記号ＬＥＤ）の第２の線形アレイとを具備し、前記スキャナは、前記観察光景を複製している可視画像上に重畳される記号画像を供給するように、前記記号ＬＥＤから前記熱画像装置の前記ユーザへの光も走査することを特徴とする熱画像装置を提供する。本発明のこれらおよび付加的な目的および効果は、添付した図面を考慮に入れて、本発明の少なくとも１つの好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読むと理解できるであろう。図面では、同じ参照数字は、他のものと構造または機能において類似する同じ構成を示している。図面の簡単な説明図１は、本発明を具体化している熱画像装置の機能的に共同している物理的な構成部品の概略表示を提供している。図２は、本発明にしたがった熱画像装置のブロック図である。図３ａおよび図３ｂは、それぞれ本発明の熱画像装置の外観図と分解図である。図４は、ここに説明されている本発明の実施形態で利用されている線形アレイセンサの図である。図５ａおよび図５ｂは、それぞれ本発明を具体化している熱画像装置の走査ミラーの切子面の図と、走査ミラー切子面角度ファミリーとともにこの切子面角度ファミリーの３つのメンバーの識別子のチャートを表しており、これは、切子面基準角度または１対の位置を変える切子面角度の１つのいずれかを持っている。図６は、３つの連続したフレームに対する画像空間連続走査チャートであり、それぞれ４つの連続したフィールドを持っている。図７と図８は、本発明にしたがった観察装置におけるグローバルな光景輝度レベル制御とともに、経済的な不均一検出および補償を達成するために使用される信号処理回路および方法論を図示した関連ブロック図を表している。図９は、ＬＥＤ表示装置構造の図である。図１０は、図９の取り囲まれた部分を大きく拡大した図である。図１１は、従来の表示装置と本発明を具体化した表示装置により表される視野の垂直均一性をグラフで表したものである。図１２は、図１０と類似する大きく拡大された断片図であるが、本発明の他の実施形態を示している。図１３は、本発明の熱画像装置の表示モジュールの信号処理部のブロック図である。本発明の好ましい実施形態の詳細な説明概観図１を見ると、サポートハウジング（このハウジングはもちろんこの装置の物理的な実施形態に含まれている）を図示することなく空間に浮遊している機能的に共同する物理的な構成部品で描かれた熱画像装置１０を図示しており、このため、これらの構成部品および装置における光線に対する光軌跡も表されている。図１を詳細に見ると、熱画像装置は、一般的に数字１２で示されている対物光学素子グループを備えている。この対物光学素子グループは、（参照数字１２’，１２''，１２'''等で示されている）数枚のレンズを含んでおり、これらのレンズは対象とするのスペクトル帯域における光に対して透明である（しかしながら、可視光に対しては必ずしも透明ではない）。対物光学素子グループ１２は、観察されるべき光景の方向に向けられているので、この光学素子グループによって、（矢印付き数字１４で示されている）この光景からの赤外線光を受けて、焦点を合せることができる。図１に見られる対物光学素子グループ１２は表示のためだけのものであり、後に説明するように、この光学素子グループを取り除いて、異なる形態の対物光学素子と置き換えてもよいことが分かる。対物光学素子グループ１２は、窓１６を通る受けた光を集中させ、円柱化する。この窓は熱画像装置１０の基本センサ部１８の不変部分である。（以下に説明する）この基本センサ部１８のハウジングに関連して、この窓１６はシールされたチャンバ２０の境界となり、このチャンバ２０中には、図１に示されているように、熱画像装置１０の残りの構成部品のほとんどすべてが受け入れられる。ハウジングチャンバ２０内には、一般的に数字２２で参照されているスキャナが受け入れられている。このスキャナ２２はスキャナフレーム２４を備えており、これは平面図において三角または三脚台の形態である。スキャナフレーム２４は、三角上部壁部２６と、３つのぶらさがった脚部２８を備えており、その内の２つを図１で見ることができる。壁部２６により保持されているものはスキャナモータであり、一般的に数字３０で示されている。このスキャナモータ３０は、円板状の円形多重切子面走査ミラー３２を駆動可能に保持している（図では見るこができない）一般的に垂直に伸びている回転駆動シャフトを備えている。走査ミラー３２は、外側周囲に配置された複数の隣接切子面、すなわち切子面３２ａ，３２ｂなどを含んでおり、その内の２〜３の切子面だけが図面で見えている。この走査ミラー３２は、窓１６と対物光学素子グループ１２を通して、一般的に数字３４で示されている画像光学素子グループで受けた光１４を反射するために、一般的に水平な面において回転する。走査ミラー３２が回転することから、切子面３２ａ，３２ｂなどは、対物光学素子グループ１２を通して観察された光景に関して、それらの水平平面における角度を連続的に変化させていることに留意しなければならない。画像光学素子グループ３４をさらに詳細に考察すると、走査ミラー３２の切子面から反射された光（矢印１４）がレンズ３６を通り、１対の垂直に間隔があけられ、角度が付けられたミラー３８および４０に向かうことが分かる。ミラー４０はこの光を反射し、付加的な１対のレンズ４２と４４を通して、デュアー瓶４８により保持されている窓４６の方向に向ける。デュアー瓶４８は、破線および参照数字４８’により一般的に示されている断熱性ハウジングを備えている。このデュアー瓶４８は、検出器５０上の垂直線５０’により図１上に集団的に示されている、線形配列された多数の小さな赤外線検出器素子を有する線形焦点面赤外線検出器５０を収容している。検出器５０の各検出器素子５０’は、同様な複数の電気信号の内の対応する１つを供給し、これらの各電気信号は、特定の検出器素子上に入る赤外線光の光束レベルを示している。これらの電気信号は、（後でさらに説明する）電気インターフェイスによりデュアー瓶４８の外側に供給され、破線５２により図１上で示されている。（検出器５０上に入る赤外線光の光子により励起される電子と対抗するものとしての）熱励起電子が所要の光電子画像信号を隠す望まれない高いレベルの電気雑音を生じさせないように、十分に低い温度まで検出器５０を冷却するために、デュアー瓶４８は、多段逆ペルチェ効果（すなわち熱電気）冷却装置５４を備えている。熱電気冷却装置５４は、冷却されるべき検出器５０が取り付けられる冷却面と、数字５６により示されている熱シンクと熱伝達関係である加熱面とを持っている。画像装置１０の物理的な実施形態では、熱シンク５６は、分かるように画像装置１０用ハウジングの金属部分により規定されている。走査ミラー３２が水平面で回転するにしたがって、この走査ミラーの各切子面３２ａ，３２ｂなどの角度が連続的に変化することから、それぞれ特定の切子面から反射された光景は、検出器素子５０’の線形アレイを横切って水平に掃引する（すなわち、これらの検出器素子の垂直線形アレイに対して垂直）ことが分かる。検出器素子５０’は、応答として（インターフェイス５２を介して）電気信号を供給する。この電気信号は、検出器５０を横切って光景部分を１掃引する間に、光景の特定部分から複数の検出器素子５０’の内の対応する１つに入る赤外線光の光束レベルを示している。画像装置１０のユーザにより観察されるべき可視画像を提供するために、スキャナフレーム２６の開口付きフランジ部６０によって、発光ダイオード（ＬＥＤ）投射アレイモジュール５８が保持されている。このＬＥＤ投射アレイモジュール５８は線形ＬＥＤアレイ６２を含んでおり、このアレイは（図１では見ることができないが、矢印付き数字６２’により示されている）複数の独立したＬＥＤを含み、それぞれのＬＥＤは電圧が印加された時に独立して可視光を放射する。アレイ６２のＬＥＤ６２’は、検出器５０の検出器素子５０’の線形配列と同様に垂直線に沿って線形に配列されている。ＬＥＤ６２’は、後に明らかになるように、可視画像の各部分を提供する。ＬＥＤ６２’からの光は矢印付き参照数字１４’により示されているように、一般的に数字６４により示されている投射レンズグループによって、円柱化され、ミラー３２の切子面に投射される。数字１４と１４’は、光景から画像情報を伝える不可視赤外線光と、装置１０のユーザによる観察のために光景を複製している可視光とに関して意図的に使用されている。ＬＥＤ６２’からの可視光は、ミラー３２から（すなわち、このミラーの特定の切子面３２’から）、一般的に数字６６で示されている接眼レンズグループに向けて反射される。接眼レンズグループ６６は、それぞれ参照数字６６’，６６ ''などで示されている数枚の独立したレンズを含んでいる。これらのレンズ６６ ’，６６''とともに、ステータス表示ユニット６８が接眼レンズグループ６６に挿入されている。このステータス表示ユニット６８は、それを通して可視画像が知覚される開口を規定し、また数個の独立したＬＥＤを含み、このＬＥＤが発光すると、装置１０のユーザが周辺を見ることができるようになる。これらの独立したＬＥＤは、数字６８’，６８''などで示されている。最後に、画像装置１０は１対の接眼レンズシャッタ７０を備えている。これらのシャッタ７０は、ユーザの顔が（以下で説明する）可動性接眼レンズ部材に対して押しつけられていない時に装置１０からの光放射を防ぐために、斜めに閉じられる。ユーザが可動性接眼レンズ部材を押すと、シャッタ７０が開いて、ＬＥＤ投射表示モジュールと回転しているミラー３２により提供される可視光画像をユーザが観察できるようになる。図２を見ると、熱画像装置１０の機能ブロック図が表されている。この熱画像装置１０は、装置さまざまな構成部品を囲んでいる破線枠により示されているように、機能モジュール部分に分割される。モジュールの中にはサブモジュールや構成部品を含んでいるものもある。モジュール７２は、不可視光と可視光の両方を管理し、また、観察されるべき光景からの不可視赤外線光１４を受ける対物光学素子グループ１２と、スキャナ２２と、この不可視光を検出器５０に向ける画像光学素子グループ３４を備えている。この光管理モジュール７２は、ＬＥＤアレイ６２からの可視光も受け、また、この光をスキャナ２２に投射する投射レンズグループ６４と、画像を装置のユーザに提供する接眼レンズグループ６６とを備えている。検出モジュール７４はデュアー瓶４８内に囲まれており、観察されるべき光景からの焦点が合った不可視赤外線光１４を受ける。このモジュール７４は、電気画像信号７８の（前の説明を思い出すと、線形検出器アレイ５０の各検出器素子に対して１チャンネルである）複数のチャンネルをマルチプレクサ回路（ＭＵＸ）８０に供給する読み出し回路７６とともに、検出器５０を備えている。ＭＵＸ８０は、シリアルアナログ画像信号の形態で電気インターフェイス出力５２を供給する。検出モジュール７４は、制御命令を読み出し回路７６に供給する駆動回路８２も備えている。電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）８４が検出モジュール７４に含まれており、読み出し回路７６の動作におけるデータをローカル的に記憶および供給して、赤外線検出器５０に関する多くの利得制御と不均一の補償のために、補償係数をローカル的に提供する。図２から分かるように、モジュール７４のさまざまな回路が、装置１０の他のモジュールとの電気的インターフェイスを持っている。モジュール７４により供給されるシリアルアナログ画像信号５２は、処理および制御（Ｐ＆Ｃ）モジュール８８に配置されているアナログ信号プロセッサ（ＡＳＰ）８６により受け入れられる。処理されたシリアルアナログ画像信号９０は、ＡＳＰ８６によって、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）９２に供給される。結果として得られた処理されたシリアルデジタル画像信号９４は、タイミング発生装置９６に供給される。このタイミング発生装置９６は、この回路の動作のタイミングを制御するために、マルチプレクサ回路８０とのインターフェイスを持っている。利得調整や、コントラストや、検出モジュール７４から得られた画像信号を処理する際に使用するための他の補償係数を供給する際に使用するために、観察される光景に対してグローバルな画像情報が記憶され、検索されるように、フレームメモリ９８がタイミング発生装置９６とインターフェイスしている。タイミング発生装置９６は、参照数字１００により示されているシステム全体のタイミング制御信号も供給する。検出器５０、ミラー３２、ＬＥＤアレイ６２の動作の時間相関を達成するように、ミラー３２の回転速度や位置を制御することを含む、画像装置１０の他のいくつかの構成を動作させるために、このタイミング制御信号が使用される。補償され、時間相関されたシリアルデジタル画像信号１０２は、タイミング発生装置９６によって表示モジュール１０４に供給される。この表示モジュール１０４は、信号１０２を受けて、この信号に応答して個々のＬＥＤ６２’を駆動する駆動回路１０６とともに、ＬＥＤ投射アレイモジュール５８を備えている。電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１０８は、駆動回路１０６とインターフェイスを持ち、後で使用するために、装置１０の動作において使用されるべき値を受けて記憶する。例えば、ＥＥＰＲＯＭ１０８は、スタジア線間隔情報を記憶するために使用してもよく、このスタジア線間隔情報により、既知のサイズの人間または乗り物までの距離を推定するために装置１０を使用できるようになる。距離を推定できるように、人間やさまざまなタイプの乗り物に対する間隔があけられた比較サイズ線のような付加的で有用な画像情報や、観察される物体までの距離および特定の時間における装置１０の使用にしたがったさまざまな種類およびサイズの網線を、画像装置１０のユーザに提供するために、表示モジュール１０４は、このような画像情報を記憶する別の電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１１０も備えている。装置１０のユーザに選択されるようなこの画像情報は、記号発生回路１１２に供給され、この記号発生回路１２２は、記号信号１１４をＬＥＤアレイ６２に供給する。アレイ６２は、信号１１４を受け入れるために、独立した発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えている。図２において示されていように、この画像装置１０のこの説明を完全にするするために、装置１０が入出力（Ｉ／Ｏ）モジュール１１６を備えていることに留意する必要がある。このＩ／Ｏモジュール１１６により、装置１０のユーザが、１組の瞬時接触プシュボタンスイッチのような１組の外部からアクセス可能な制御装置１１８を介して、命令を入力できるようになる。この制御装置１１８は装置１０のハウジングの外から操作することができる。制御装置１１８は、マイクロプロセッサ１２０とのインターフェイスを備えており、また、Ｐ＆Ｃモジュール８８において別のマイクロプロセッサ１２２も備えている分散制御システムの一部である。マイクロプロセッサ１２０および１２２は、ＥＥＰＲＯＭ８４，１０８および１１０とのインターフェイスとともに、これらのＥＥＰＲＯＭに記憶されているデータおよび命令により機能する回路を備えている。マイクロプロセッサ１２０，１２２に記憶されているすべてのデータおよびプログラムや、これらのマイクロプロセッサとインターフェイスしているＥＥＰＲＯＭや、機能回路が、挿入され、ポート１２０’に対するアクセスにより変更されるように、マイクロプロセッサ１２０は、外部からアクセス可能なデータインターフェイスポート１２０’を持っている。最後に、Ｐ＆Ｃモジュール８８は、バッテリパック１２４のような電源からシステムに入力される電源を供給することが分かる。ＤＣ／ＤＣ電力変換器１２６は、適切な電圧および電流レベルにおいて、装置１０のさまざまなモジュールや構成部品に電力を提供する。変換器１２６から電力供給を受ける回路の１つは、熱電気冷却装置５４用の制御装置１２８である。図３ａおよび図３ｂを見ると、画像装置１０の物理的な実施形態がそれぞれ外観図および分解図で表されている。画像装置１０は、２ピースのチャンバ付きハウジングを含んでいる。このハウジングは２ピース１３０ａと１３０ｂを含んでおり、これらは（中間シール部材１３２を介して）共同して密封し、このハウジング内のチャンバ２０を境界付ける。ハウジング１３０の部品１３０ａは、（例えば、アルミニウムである）非磁性金属の鋳型から製造され、横断面はいく分Ｌ形状をしており、下壁部１３４、横壁部１３６、開口がある１対の対向した前（１３８）および後（１４０）壁部を提供する。このハウジング部品１３０ａは、熱電気冷却器５４のための熱シンクと、ベースを提供し、このベース（すなわち事実上、光学台）には、後に分かるように装置１０の光および他の構成部品が取り付けられる。ハウジング部品１３０ａの前壁部１３８は、（図面に図示されていない）前方向にいく分円錐形の凹所を規定する凹部１４２を規定する。この凹部１４２はその後端において、この壁の開口１４４中に窓１６を保持する。対物光学素子グループ１２は、この前壁１３８においてハウジング１４６により保持され、その後端にハウジング部品１３０ａの前凹所に受け入れられる円錐部１４８を規定する。ハウジング１４６は、対物光学素子グループ１２をその適切な位置に接続するように、ハウジング部品１３０と取り外し可能なように係合でき、異なる倍率の光学素子をセンサ部１８に適合させるようにするためにも取り外しできるようになっている。後壁１４０の開口１５０において、接眼レンズグループ６６がハウジング部１５２中においてシールされ保持される。ハウジング１３０のチャンバ２０内において、３組みのネジ１５４により下壁１３４に対してスキャナ２４が固定される。これらのネジ１５４はそれぞれ、スキャナフレーム２４の３本の脚２８の対応する１つの中心に規定された垂直に伸びる各孔を通る。これらのネジは、下壁１３４により規定される各孔とネジ切り係合する。スキャナフレーム２４の脚の下端とハウジング１３０の下壁１３４との間に捕捉されるものは、電子回路組立部品１５６である。この電子回路組立部品１５６は、回路基板と、マイクロ制御装置１２２を含む多くの個別および集積回路装置とを含んでおり、これらは、図１および図２に関して説明した機能を発揮するために必要なものである。また、前に導入した参照数字で図３ｂ上に示されている既に識別した構成部品およびモジュールに加えて、下側ハウジング部品１３０ａに取り付けられるものは、電子ケーブル組立部品１５８である。この図に見られるように、このケーブルは、外部からアクセス可能なデータインターフェイス部１２０’と、ハウジング部１３０ｂに設けられた孔をシールするように通って伸びるコネクタとを保持する。その自己のケーブル組立部品を備えた制御電子モジュール１１６も、ハウジング１３０に取り付けられ、図２に関して識別された制御入力瞬時接触スイッチ１１８とマイクロ制御装置１２０を提供する。最後に、ハウジング１３０に受け入れられ、前壁１３８の凹部１４２の限界を画しているものは、磁気リードスイッチおよびケーブル組立部品１６２である。数個の磁気感応性リードスイッチを備えたこのケーブル組立部品は、基本センサ１８とともに使用することができる対物光学素子グループ１２のさまざまなものによってそれぞれの位置に保持されている１つ以上の磁石に応答する。これらの磁石は、遠い光景の異なる拡大レベルと、対物レンズセットがセンサ１８に適合する特定の用途に適切な異なる記号の両方をユーザに提供するために、各対物レンズセット上の特定の位置（すなわち、位置コード）に配置される。基本センサが特定のレンズグループのインストールに応答した場合、ユーザには自動的に記号とセンサ１８の動作の他の内部調整がもたらされる。リードスイッチは、ハウジング１３０の非磁性の前壁部１３８を通るレンズグループ上の磁石の特定の位置を感知することができる（したがって、特定のレンズグループを識別する）。したがって、センサ１８に対する特定のレンズグループを識別するために、オペレータからの物理的な入力は必要なく、チャンバ２０はシールされたままである。ハウジング部１３０ｂを見ると、このハウジング部は、ハウジング１３０の後部においてバッテリ区画の凹所１６４を規定することが分かる。この凹所は、ハウジング部品１３０ｂ上で上向きおよび後向きの両方に開口している。バッテリ１２４は、凹所１６４に受け入れられ、中間シール部材１６８を有するヒンジ付きドア部材１６６によって、この凹所の中にシールされてカバーされる。ドア１６６は横からではいく分Ｌ形状であり、ハウジング部品１３０ｂに対するその後エッジに隣接してヒンジ付けされている。図３ａに示されているように、ラッチ装置１７０は、その前端部に隣接したドアにより保持され、その近付いた位置においてドア１６６を保持するためにこのハウジング部品の凹所構造と取り外し可能に係合できる。検出器素子の不均一訂正およびグローバル画像レベル制御図４を見ると、検出器５０が半導体基板１７２を含み、その上に検出器素子５０’が規定されていることが分かる。本発明の技術的範囲を逸脱することなく、検出器素子５０’に対する他の幾何学的構成を使用して同じく成功をおさめることができるが、これらの検出器素子５０’は有限のサイズであり（すなわち、約５０ミクロン平方または０．００２インチ平方）、同じエッジの寸法の長方形（すなわち正方形）として図示されている。検出器素子５０’は、例えば、水銀テルル化カドミウムのような赤外線感応光導電材料を用い、化学的蒸着や他の適切な半導体製造技術を使用して基板１７２上に規定される。これらの検出器素子５０’は、入射赤外線光束に応答してさらに導電するようになる。結果として、各検出器素子５０’は、サンプリング間隔の間に検出器素子上に入射した赤外線光束（光子）を示している各電気信号を供給する。識別のために、検出器素子５０ ’は添え字ｎにより表されており、検出器５０の上から下までで、ｎは１から４０まで変化する。検出器５０は４０個の検出器素子５０’を含み、各検出器素子は、検出器素子５０’の垂直エッジの寸法の実質的に３倍に等しい垂直間隔だけ次に隣接する検出器素子と間隔があけられている。いいかえれば、検出器素子５０’の隣接エッジは約１５０ミクロン間隔が隔てられており、すなわち、隣接サイドを接触させて隣接検出器素子間に３つの付加的な検出器素子が挿入できるようにするのに十分な間隔だけ隔てられている。図５ａと図５ｂは走査ミラー３２の第１の図的表現を表しており、このミラーの回転面に対して垂直なものに関するミラー３２の切子面３２ａなどの角度を線１７４において表現している。線１７４の角度は、図５ａでは誇張されているので、このミラー３２の平面に対して選択された角度において入射光を反射するように、ミラー３２の関連切子面に角度が付けられていることを読み手は理解するであろう。検出器５０に投射される反射光景を、隣接切子面により反射される光景の位置と比較して、隣接検出器素子５０’間の間隔の４分の１だけ垂直に移動させるために、ミラー３２の各切子面３２ａ，３２ｂ，３２ｃなどは選択的に角度が付けられている。図５ｂは、第１のファミリーのメンバーが、ミラー３２の回りにおいて他のものとシーケンシャルに隣接して配置され、切子面の第２のファミリーが次にシーケンシャルに後続し、ミラー５０の回りに同様となるように、切子面３２ａ，３２ｂ，３２ｃなどがファミリーとなって配置されていることを示している。各切子面３２ａ，３２ｂ，３２ｃなどは、ミラー３２が回転すると、検出器５０を横切って観察光景画像を走査し、この検出器５０は画像フィールドとしてこの画像の４分の１を捕捉し、切子面の各ファミリーは、さらに後に説明するように、画像情報の１つの完全なフレームを生成する。さらに図５ｂを見ると、各切子面ファミリー（フレーム）は切子面３２ｂ，３２ｆまたは３２ｊを含み、これは基準切子面（３２ｂ）かまたは位置を変える切子面（３２ｆまたは３２ｊ）であることが分かる。基準切子面３２ｂは、切子面ファミリー３２ａ−ｄの通常のメンバーであり、切子面ファミリー３２ａ−ｄの各切子面は、ファミリー中の隣接切子面と比較して検出器素子５０’間の分離距離の４分の１だけ、反射画像部分を検出器５０上で変位させる。しかしながら、位置を変える切子面３２ｆと３２ｊは、検出器５０上に画像部分を反射するように、それぞれ上方向および下方向に付加的に角度が付けられているので、図６を参照してさらによく説明するように、検出器素子５０’_nを横切って前に走査された画像部分は、検出器素子５０’_n+1または５０’_n-1を切って走査される。図６を参照すると、上から下に向けてのものが、１６０本の水平走査線（すなわち、１６０本の垂直解像度）の画像空間を横切って走査することを表しているチャートを示している。本発明の熱画像装置は、これを４０個の検出器のみで達成する。図６のチャートの上から下までの垂直間隔は、図４を思い出すと、検出器５０の上から下までの垂直距離を表している。（切子面３２ａに対する）図６の最初の列は、各検出器素子番号と関係した矢印で、検出器番号１から４０（５０'_n−５０’_n+39）’に対して観察光景を横切って伸びるこれらの走査線の水平アスペクトを表している。観察光景が走査ミラー３２の各切子面３２’により検出器素子５０’を横切って走査される間に、各検出器素子が５１２回サンプルされることが望ましい。基準切子面３２ｂに対する図６の次の列は、観察光景からの画像の次に後続するフィールドが、検出器素子５０’上の切子面３２ｂにより反射され、隣接検出器素子５０’間の距離の４分の１だけ垂直に変位することを示している。同様に、このフィールドに対する各水平走査線は、各検出器素子５０’に対して、５１２個のサンプリング間隔すなわちピクセルを含んでいる。基準フィールド３２ｂにおける検出器の位置は、図６において丸が付けられている。後続する２つの切子面３２ｃと３２ｄも同様に、観察光景から画像情報のそれぞれ４分の１づつを捕捉し、各走査線に対してそれぞれ５１２個のサンプリング間隔を持っている。４っのフィールドが完全な画像フレームを作るように、第１のフィールドに対する水平走査線がインターレースされる。したがって、４つの連続した切子面３２ａ−３２ｄが検出器５０に対して観察光景を走査した時に捕捉された、４つのフィールドからなる第１の完全なフレームは、１６０本の線の垂直解像度と５１２個のピクセルの水平解像度を達成するために、４０個の検出器素子からの走査線をインターレースして全光景を捕捉することが分かる。図６の次のフレームを見ると、これは、検出器５０を横切る観察光景の各部分を切子面３２ｅ−３２ｈが反射する時に、これらの切子面により捕捉されるものである。このフレームは、切子面３２ｆに対応している位置が変えられたフィールドを含んでいることが分かる。この場合、観察光景の水平走査線が検出器素子５０’₂−５０’₄₀上に反射され、検出器素子５０’₁の相対位置は、画像装置１０の視野の外側上方にシフトされる。すなわち、観察光景の反射部分は切子面３２ｆによって検出器素子５０’上に反射され、これらの検出器素子５０’は、フィールド３２ｂ中のこれらの光景部分の位置と比較して、１検出器素子分だけ上向きに位置が変えられる。再度説明すると、３２ｆ中の検出器素子の位置は、図６上では丸で囲まれている。第２のフレームは、検出器素子５０’₄₀により供給される３２ｆ中の水平走査線を除いて、観察光景に対するすべての画像情報を含んでいる。検出器素子５０’₃₉の位置における光景走査線を感知するために検出器素子５０’₄₀が使用されるので、検出器素子５０’₄₀が通常位置している場所の走査線（線１５８）は、ゼロの値を持つ。第１のフレームと第２のフレームを比較すると、基準フィールド（３２ｂ）と位置を変えるフィールド３２ｆが、第２のフレームにおいて検出器素子５０’₂−５０’₃₉により観察されるものと同じ、第１のフレームにおいて検出器素子５０’₁−５０’₃₉により観察される画像情報を有していることが分かる。同様に、図６の第３のフレームは、ミラー３２の対応する識別された切子面により検出器５０上に反射された画像フィールド３２i−３２lを含んでいる。このフレームは位置を変えるフィールド３２jを含み、これは１検出器素子位置分だけ下方向に相対的に位置を変え（検出器素子の位置は図６では丸で囲まれている）、検出器素子５０’₁−５０’₃₉上に反射された基準フィールド３２ｂ中で検出器素子５０’₂−５０’₄₀により観察される光景部分を持っている。すなわち、この場合、検出器素子50’₄₀の相対位置は画像装置１０の視野を外れ、視野を外れなければ検出器素子５０’₁により捕捉される水平走査線はゼロの値を持っている。これらの検出器素子は観察光景の同じ部分を観察するので、これらの検出器素子からの信号レベルは同じであるであろう。また、第２のフレームと第３のフレームを比較すると、フィールド３２ｆとフィールド３２ｊが、第３のフレームで検出器素子５０’₁−５０’₃₈により観察されるものと同じ、第２のフレームで検出器素子５０’₃−５０’₄₀により見られる画像情報を有していることが分かる。これらの検出器素子は、観察光景の同じ部分を観察するので、これらの検出器素子からの信号レベルは同じであるであろう。これらの検出器素子に対する信号が同じでなければ、これは、検出器素子自体の応答性の差を示している。図６の丸で囲まれた位置を観察している素子５０’₁と５０’₄₀を除くすべての素子に対して、２つの不均一比較が起こり得る。１つの比較は、これらの後２つの検出器素子５０’に対して起こり得る。第３のフレームの後、走査ミラー３２は１回転を完了し、先に説明したシーケンスが繰り返される。図６のチャートを見ると、検出器素子５０’がおそらく捕捉する画像情報の１００パーセントでフレーム１は完全であることが分かる（すなわち、１６０本の線の垂直解像度）。フレーム２と３は、各フレームに対して１本の水平走査線の欠如（すなわち、フレームの線１５８とフレーム３の線２）を除いてほとんど完全であるので、これらのフレームのそれぞれは、１５９本の水平走査線を含んでいる。走査線の３つのフレームの各シーケンス全体は、このような走査線の最大総数４８０本の内の、画像情報の総数４７８本の水平走査線に対して、１６０＋１５９＋１５９本の走査線を含んでいる。この画像捕捉効率は、４：１のインターレスで４０個の検出器素子５０’により得られる最大画像情報の９９．６％に等しい。先に指摘したように、線当り５１２個の水平ピクセルによる１６０本の垂直線の解像度が、各フレームに対して提供されることが好ましい。図７と図８をともに見ると、検出器素子５０’の赤外線光束に対する光伝導性および反応性における不均一の検出および補償を得るために使用される信号処理回路アーキテクチャーおよび方法論とともに、熱画像装置１０により捕捉される画像に対するグローバルな強度制御（すなわち、全体的な熱赤外線画像輝度レベル）が図示されている。図２に関して一般的に説明した読み出し回路接続を思い出し、最初に図７を見ると、検出器５０の各検出器素子５０’は、マルチプレクサ８０中の対応チャンネルに対してそれぞれアナログ電流接続を持っている。この接続は、従来のようにＡＣ結合ではない。各接続は、各増幅信号を整流回路１７８に供給する各増幅器１７６を含んでおり、（図２に表されている電気インターフェイス５２により送られた信号を思い出すと）この整流回路１７８は、検出器素子５０’と増幅器１７６からの増幅信号をシリアルアナログ信号ストリームにスイッチングする。各増幅器１７６は、各デジタルアナログ（ＤＡＣ）回路１８１を介してシリアルインターフェイス回路１８０から各オフセット信号を受ける。説明するように、ダイナミックベースで、検出器素子５０’差すなわち不均一を補償するために、各検出器素子５０’に対するオフセット信号が選択される。先に指摘したように、特に図６を思い出すと、フィールド３２ｂ，３２ｆまたは３２ｊの同じ水平線を観察する時にこれらの検出器素子の応答を比較することにより、これらの差すなわち不均一さが検出される。結果として得られたシリアルアナログ画像信号ストリームは、インターフェイス５２を介してアナログ信号プロセッサ８６に供給される。このアナログ信号プロセッサ８６では、利得訂正デジタルアナログ変換器１８２によって、ビデオ信号のレベルに対してグローバルな利得訂正が、順番に各アナログ信号に適用される。理解できるように、図２を思い出すと、ＡＳＰ８６の増幅器部１８４により増幅された結果的として得られる信号が、Ａ／Ｄ変換器９２への入力信号に対して平均して中点または中間スケールレベルに対応しているＡ／Ｄ変換器９２に送られるように、これらの利得訂正信号は、前に適用されたグローバルレベル訂正の観点から選択される。この信号処理を達成するために、タイミング発生装置９６がＡ／Ｄ変換器９２からデジタル光景ビデオ信号を受ける。不均一の検出および訂正のために、タイミング発生装置９６は、１対の４０ラインレジスタ１８６および１８８を使用する。これらのフィールドが検出器５０によりシーケンシャルに受け取られるにしたがって、基準フィールド３２ｂならびに位置を変えるフィールド３２ｆおよび３２ｆの走査線に対する線合計値をシーケンシャルに累算し保持するために、これらのレジスタが使用される。各シーケンシャルフィールドが受け取られると、比較の目的のために、書き直しベースで、前のフィールド値がレジスタ１８６からレジスタ１８８にシフトされる。すなわち、マイクロプロセッサ１２２によって、これらのフィールドの各走査線の５１２ピクセルすべてに対する信号レベルがレジスタ１８６，１８８において相互に加算され、平均化される。図８は、先に説明したように実行される信号処理方法を図で表したものであり、以下でさらに説明する。マイクロプロセッサ１２２は、タイミング発生装置９６とのパラレルインターフェイスを持ち、このインターフェイスは回路ブロック１９０および矢印付き数字１９０’で示されている。観察光景の同じ部分を見ている検出器素子間のシーケンシャル差をゼロにするダイナミックな試みにおいて、各検出器素子に対する必要なオフセット信号を計算するために、マイクロプロセッサ１２２は、各フィールドに対して必要な走査線平均計算と、シーケンシャルなフレームごとのベースでフィールド３２ｂ，３２ｆおよび３２ｆに対して走査線平均値間の必要な比較を実行する。観察光景中のアーティファクトやスプリアス過渡現象となる光景変動なしに、光景に対して熱画像装置をパンできるレートで、検出器素子に対するオフセット信号値が変化するように、オフセット信号に対する訂正値の時間積分が実行される。結果として得られたオフセット信号レベルは、マイクロプロセッサ１２２によって、インターフェイス１９０を介してシリアルパラレルインターフェイスに、そして矢印１９６で示される接続によりシリアルインターフェイス１８０に供給される。さらに、オフセット値を増幅器１７６に供給するために使用されたのと同じＡ／Ｄ変換器１８１が、グローバルレベル制御信号を受け取り、不均一訂正オフセット信号が重畳されたグローバルレベル制御信号を供給するためにも使用される。すなわち図８は、検出器素子間不均一訂正オフセット信号とグローバルレベル訂正または制御信号の結果が、これらの信号を合計して増幅器１７６に印加されることを示している。グローバルレベルオフセット信号は、４０個すべてのＤＡＣ１８１に共通して印加され、マイクロプロセッサ１２２により供給される。このグローバル訂正信号すなわちオフセット信号は、光景からの画像情報が存在している熱“水平域”と等価である。この熱水平域の高さは、装置１０により観察される光景の平均背景温度に基づいて変化する。この平均熱背景信号レベルは検出器素子５０’からの信号から減算されるので、これらの信号中の熱画像情報へのアクセスがさらに容易になる。さらに、マイクロプロセッサ１２２は、先に計算された４０個の線平均すべての平均を計算し、そして、線平均すべての平均が選択された基準を満足するように個々の不均一訂正オフセット信号と重畳させるために、インターフェイス１９０を介してＤＡＣ１８１にグローバルレベルオフセット信号を供給する。先に指摘したように、選択された基準は、増幅器１８４によりＡ／Ｄ変換器９２に供給される信号が、平均で、この変換器９２への入力信号に対する中間スケールレベルにあることである。この信号は、図８では矢印付き数字１９６’で示されている。このグローバルレベルの計算およびオフセット信号の供給は、熱画像装置１０に対する熱基準源として観察光景を使用する効果を有することに留意すべきである。観察光景自体以外の熱基準源は要求されず、これは、装置１０に対する電力消費、複雑性、サイズ、および重量をかなり節約する。また変換器９２に対する信号レベルが選択された範囲に維持されるように、観察光景のさまざまな温度に対して装置１０が自動的に調整を行う。結果として、装置のユーザが、例えば海で観察される光景のような比較的冷たい光景を見ることから、暖かい日の日没後の森林のようなより暖かい光景を見ることに変えた場合に、装置１０の調整は必要がない。装置１０は、明るすぎず暗すぎず、均一の明るさを持つ画像をユーザが見るように、グローバルレベルオフセット信号を内部的に調整する。走査ＬＥＤ表示モジュール図９を見ると、先に説明したようにＬＥＤ投射アレイモジュール５８に配置されているＬＥＤアレイ６２が、かなり拡大された大きさで図示されている。このアレイ６２は垂直に配列された複数のＬＥＤ６２’を含んでおり、これらのＬＥＤ６２’は、装置１０のユーザに対して観察光景からの画像を見せるために使用される。先に指摘したように、アレイ６２は別の記号ＬＥＤ１９８を含んでおり、これらのＬＥＤ１９８は、装置のユーザに表示されるような光景画像上に重畳される別の画像を見せるために使用される。また記号ＬＥＤ１９８は、垂直に伸びる線に沿って配列される。光景ＬＥＤ６２’は、ちょうど検出器素子５０’のように数が４０個であり、図１０において識別のために、アレイ６２の上から下に向けてシーケンシャルに番号が付けられている。記号ＬＥＤ１９８の数は８０個である。検出器５０、検出器素子５０’および図６に関して先に詳細に説明したように、ＬＥＤ６２’と１９８からの光の投射により装置１０のユーザに供給される可視画像は、同じ程度の相対角度、同様なインターレース効果で、同じ切子面から反射されることに留意しなければならない。ＬＥＤ６２’と１９８との間の水平間隔は、一方のセットのＬＥＤにより供給される画像上に他方のＬＥＤのセットにより提供される画像を重畳するために、ＬＥＤの照射にわずかなタイミング変動が必要なだけである。さらに詳細に説明する理由のために、記号ＬＥＤ１９８は、２本の間隔があけられた垂直線に沿った千鳥対で配列される。記号ＬＥＤ１９８の各対は、１つの光景ＬＥＤ６２’の垂直方向の大きさ内で、水平方向に整列される。概観すると、アレイ６２は半導体材料の基板２００を含み、この上に通常の製造プロセスを使用してＬＥＤ６２’および１９８が形成される。図１０は、アレイ６２をかなり拡大した図である。図１０を見ると、光景ＬＥＤ６２’は、線形アレイ６２の垂直次元（すなわち、走査ミラー３２により影響を受けるこれらのＬＥＤの走査方向に垂直）に沿って引き伸ばされたダイヤモンド形状を有していることが分かる。光を発生させるためにＬＥＤに電圧が加えられると、ＬＥＤ６２’のダイヤモンド形状領域全体が実質的に均一に照射を行う。ＬＥＤは動作が二者択一的で、“完全にオン”または“完全にオフ”のいずれかであるので（すなわち、完全に照射するかまたはまったく照射しないかであり、これら２つの光出力レベル間における漸次変化やほの暗くされることはない）、ＬＥＤ６２’により表される画像の輝度（すなわち、グレースケールレベル）を制御するためにパルス幅変調（ＰＷＭ）が使用される。パルス幅変調は多くの技術において通常のものであり、通常の走査ＬＥＤ表示装置を含んでいる。しかしながら、長方形の検出器素子５０’と、（走査ミラー３２の位置を変える切子面により生成される完全にオーバーラップしている走査線を除いて）オーバーラップしない隣接画像走査線を走査している図６に関して先に説明したこれらの長方形検出器素子の共同とに対して、ダイアモンド形状のＬＥＤ６２’は引き伸ばされ、ミラー３２により走査された時にこれらのＬＥＤからの光が部分的にオーバーラップするように間隔があけられる。図１０に示されているアレイ６２の断片部分の右側は、装置１０のユーザに対して示される視野においてＬＥＤ６２’の連続走査が他のものとどの様にオーバーラップするかを仮想線で表している部分的な図である。図１０のこの観点は、図６の先の説明から概念的に慣れ親しむことができるであろう。図１０を見ると、ＬＥＤ６２’₂₀の連続走査が垂直方向（走査方向に対して垂直）に部分的にオーバーラップするので、交互走査線におけるＬＥＤの上側と下側の先端部は水平方向に互いに整列し、また、連続走査においてＬＥＤの中点が他の走査線におけるＬＥＤの先端と整列する（すなわち、他のものと半分オーバーラップする）ことが分かる。ＬＥＤ６２’₂₁に対する連続走査線は同じ関係を持っており、ＬＥＤ６２’₂₀に対する最下の走査線は、ＬＥＤ６２’₂₁に対する上側走査線との間で、この同じ半分がオーバーラップされた関係を持っている。垂直解像度の１６０本の線が、装置１０のユーザに対して有効に提供される。ミラー３２により走査されるようなＬＥＤ６２’の領域を考察すると、視野におけるＬＥＤ６２’の全領域は、オーバーラップがなされていない最上の走査線の上半分と最下の走査線の下半分を除いて、視野の上から下まで一定であることが図１０から容易に分かる。すなわち、視野を垂直方向に進めると（図１０の右側に部分的に表されている）、１つのＬＥＤの領域が増加または減少するにしたがって、オーバーラップしているＬＥＤに対して対応する増加または減少が生じることが分かる。同様に、視野を水平方向に進めると、ＬＥＤ６２’がダイヤモンド形状をしていることから、ＬＥＤ領域にこれと同じ不変性が生じる。結果として、装置１０のユーザに対して示される光景画像は平坦な視野を持ち、示される画像に関して視野は終始均一である。このような表示視野に対する平坦さの通常の試験は、ラスタ周波数におけるＭＴＦが２．５％より少ないことである。表示装置５８に対して、公称ラスタ周波数は０．５ｃｙ／ｍｒである。しかしながら、スキャナミラー３２の切子面に対する角度公差、ＬＥＤ公差、装置１０の他の構成部品の幾何学的配置による歪みのために、実際のラスタ周波数は変化する。このラスタ周波数は、０．４７から０．５３ｃｙ／ｍｒまでの範囲で変化することが予測できる。図１１は、通常の長方形ＬＥＤを有する表示装置とダイヤモンド形状ＬＥＤを有する表示装置６２に対する、空間周波数の関数である垂直ＭＴＦのグラフ的な表示を示している。図１１から分かるように、長方形のＬＥＤを有する表示装置は、平坦な視野の基準を満たしていない。一方、ダイヤモンド形状のＬＥＤを有する本発明の表示装置は、装置１０に対するラスタ周波数内で平坦な視野に対する基準を満たしている。図９と図１０を再度考察すると、装置１０のユーザに対して走査される場合にＬＥＤ６２’がオーバーラップされるのと同じ範囲まで、１対のＬＥＤ１９８も同様に視野内でオーバーラップされることが容易に分かる。すなわち、ＬＥＤ１９８の各対がダイヤモンド形状のＬＥＤ６２’の１つと整列するように、ＬＥＤ１９８は対で基板２００上に配置される。すなわち、各対におけるＬＥＤ１９８の上側と下側のエッジは、一方では、エッジ相互間で、そして関連するＬＥＤ６２’の水平中心において整列され、他方では、対のＬＥＤ１９８の上と下のエッジが、この関連したダイヤモンド形状のＬＥＤ６２’の上と下の先端と整列される。走査されるＬＥＤ６２’の半オーバーラップ関係を思い出すと、走査されるＬＥＤ１９８は相互に完全にオーバーラップしていることが容易に理解できる。これは、装置１０のユーザにより容易に見られるべき光景の最も明るい領域に対して十分に高い強度を持つ、高い解像度の記号を装置１０のユーザに対して示すために、ＬＥＤ１９８を利用する機会を提供する。１６０本の垂直線の解像度が有効に提供され、すべての線は、（最上および最下の線を除いて）２本のオーバーラップしたＬＥＤ走査線を有する。したがって、ＬＥＤ１９８により表された記号は、オーバーラップされたＬＥＤ１９８の輝度を有効に倍加することにより、描かれた光景に対して見られるのに必要な分だけ明るくすることができる。図１２は、本発明の他の実施形態の図１０に類似した断片図を表している。本発明のこの他の実施形態を説明する際に使用する参照数字を得るために、前に図示され説明したものと構造または機能において同じまたは類似する図１２の構成は、先に使用したものと同じ数字でそれにプライム符号（’）を付けたものを用いて参照する。図１２を見ると、ＬＥＤ６２''は垂直に引き伸ばされた６面形状で構成されていることが分かる。図１２の右側にも、装置１０のユーザに対して走査されるＬＥＤ６２''により示される視野が仮想線で図示されている。図１２の考察から分かるように、表示が垂直に進行すると、１つのＬＥＤの領域が減少または増加するにしたがって、部分的にオーバーラップされているＬＥＤ６２の他の領域も対応して増加または減少するので、視野はＬＥＤ６２''に対する領域に対して良好な均一性を持つ。ＬＥＤ６２’における場合のようには、ＬＥＤ６２''は半オーバーラップされないことが分かる。代わりに、ＬＥＤ６２''は部分的にオーバーラップされる。すなわち、（垂直方向に不変の領域である）ＬＥＤ６２''の中央の長方形部分はオーバーラップしない一方、視野の各隣接走査線で表されているように、ＬＥＤ６２''の上側と下側の三角形部分は部分的にオーバーラップする。結果として、視野に表されているＬＥＤの領域は、図１０の表示装置６２に対する場合のように、図１２の表示装置６２’の垂直方向において実質的に不変である。図２の先の説明を思い出して図１３を見ると、表示モジュール１０４が網線駆動回路１１２を備えていることが分かる。網線駆動回路１１２は網線駆動デジタル集積回路２０２を備え、この集積回路２０２は、観察されるべき光景の画像とともに、装置１０のユーザに示されるべき選択された網線または他の記号に関する情報をＥＥＰＲＯＭ１１０から受け取る。この網線駆動ＩＣ２０２は、先に広い用語で説明したように、デジタルフォーマットの形態の網線情報をＥＥＰＲＯＭ１１０から受け取るデジタル制御部２０４を備えている。制御部２０４は、デジタルデータ転送接続２０６によって、デジタルフォーマットのＬＥＤ駆動信号をデジタルアナログ（ＤＡＣ）変換器２０８に提供する。このＤＡＣ２０８は、その後、８０チャンネルのアナログＬＥＤ駆動信号をＬＥＤ駆動装置２１０に提供する。説明した図２において最初に説明した接続１１４によって示されているように、駆動装置２１０からのＬＥＤ駆動信号は、アレイ６２と個々の記号ＬＥＤ１９８とに供給される。先にさらに一般的に説明したように、ＬＥＤ１９８はオンオフモードで駆動され、装置１０のユーザに対して記号を生成する。しかしながら先に指摘したように、光景画像の適切な位置に発生させる記号を重畳するために、ＬＥＤ６２’の動作に関して、ＬＥＤ１９８における記号の発生をタイムシーケンス処理（ガンマ補正）しなければならない。したがって制御装置２０４は、接続２１２を通して“ガンマ選択”タイミング信号をビデオ駆動回路１０６に供給する。この駆動回路１０６は、ビデオ駆動集積回路（ＩＣ）２１４を備えている。回路２１４は、装置１０の他の部分から他の必要な信号とともにガンマ選択タイミング信号を受け取る制御部２１６を備えている。例えば、図２において見られたように、ビデオ発生装置の動作が走査ミラー３２の回転と同期化するように、ビデオ駆動回路１０６は、（ＩＣ２０２を通して）タイミング発生装置から入力を受け取る。この制御部２１６は、ＥＥＰＲＯＭ１０８からもデジタル形態の情報を受け取る。先に指摘したように、装置１０に関連した望遠鏡の倍率の観点から、または装置１０によりなされる利用にしたがった他のユーザ選択変数の観点から、ＥＥＰＲＯＭにより供給される情報により、ユーザに対して示される画像を調整してもよい。制御部２１６は入力をグローバル輝度制御回路２１８に供給し、この入力が、装置のユーザに示される光景画像の輝度を制御するだけでなく、この光景画像に重畳される記号の輝度も調整することが分かる。この後者の目的のために、グローバル輝度制御回路２１８は、記号ＬＥＤ１９８に対する駆動回路２１０との間で、矢印付き数字２２０で示されている接続を持っている。制御部２１６はまた、デジタルフォーマットの光景画像駆動信号をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御装置２２２に供給する。先に説明したように、このＰＷＭ制御装置２２２は、光景画像において異なる輝度レベルとコントラストを表すために、ＬＥＤ６２’の “オン”と“オフ”のサイクルを変調する。ＰＷＭ制御装置２２２はデジタル画像信号をＤＡＣ回路２２４に送り、ＤＡＣ回路２２４は４０チャンネルのアナログＬＥＤ駆動信号をＬＥＤ駆動回路２２６に供給する。先に一般的な用語で説明したように、これら４０チャンネルのアナログＬＥＤ駆動信号は、表示装置６２のＬＥＤ６２’を駆動するために、駆動回路２２６によって十分に高い電力レベルで供給される。先の観点において、装置１０は従来の固定された、機械的な、あるいはインジェクトされた、あるいは電気的に重畳された記号を必要としないことが分かる。すなわち、ここに説明されたような、表示装置６２および表示モジュール１０４は、装置１０のユーザに示されるべき記号に関して、事実上無制限の汎用性を提供する。記号は、光景画像よりも高い解像度で発生され、光景画像ＬＥＤ６２’ の動作に関して記号ＬＥＤ１９８をタイムシーケンス処理することにより重畳される。ＥＥＰＲＯＭ１０８，１１０に記憶されている情報に対して外部からアクセスを提供することにより、この装置１０はその使用における将来の変更を、電子的に表示されるべき異なる記号の簡単な挿入によって提供する。本発明は、本発明の特定の好ましい実施形態を参照することにより、図示され、説明され、定義されたが、このような参照は本発明における制限を意味するものではなく、このような制限が暗示されるべきではない。本発明は、当該技術分野の通常の知識を有する者に対して起こり得るように、形態と機能においてかなりの修正、変形、均等物を生み出すことが可能である。本発明の図示され説明された好ましい実施形態は単なる例示的なものであって、本発明の技術的範囲を余すことなく示したものではない。結果として、本発明は添付した請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定されることが意図されており、すべての観点における均等物に完全な認識を与える。

【手続補正書】【提出日】１９９７年８月１１日【補正内容】請求の範囲１．観察場面からの不可視熱赤外線に応答し、前記場面を複製している可視画像を応答的に供給する熱画像装置（１０）において、前記熱画像装置（１０）は、前記観察場面の複数の部分を複製している光を供給する複数の場面発光ダイオード（場面ＬＥＤ）（６２’）の線形アレイ（６２）と、前記可視画像を提供するように、前記場面ＬＥＤ（６２’）から前記装置（１０）のユーザへの光を走査するスキャナ（２２）と、前記ユーザに対して表示されるべき選択された記号の複数の部分を生成するように、前記スキャナ（２２）に対して付加的な光を供給する複数の記号発光ダイオード（記号ＬＥＤ）（１９８）の第２の線形アレイ（１９８）とを具備し、前記スキャナ（２２）は、前記観察場面を複製している可視画像上に重畳される記号画像を供給するように、前記記号ＬＥＤから前記熱画像装置（１０）の前記ユーザへの光も走査することを特徴とする熱画像装置（１０）。２．前記記号ＬＥＤ（１９８）は、前記場面ＬＥＤ（６２’）と隣接して配置され、前記記号ＬＥＤ（１９８）から前記ユーザへの光の走査に関して前記場面ＬＥＤ（６２’）からオフセットされ、前記熱画像装置（１０）は、前記場面ＬＥＤ（６２’）を駆動する第１の回路（１０６）と、前記記号ＬＥＤ（１９８）を駆動する第２の回路（１１２）と、記号画像が選択された位置において前記観察場面を複製している可視画像に重畳されるように、前記記号ＬＥＤ（１９８）からの光の供給と前記場面ＬＥＤ（６２’）からの光の供給との間に時間シフトをもたらす第３の回路（２０４）とをさらに具備していることを特徴とする請求項１記載の熱画像装置（１０）。３．前記第１の回路（１０６）がビデオ駆動装置（１０６）を備え、前記第２の回路（１１２）が、網線駆動装置（２１０）と、前記網線駆動装置（２１０）により実現される選択された記号パターンを記憶するメモリユニット（１１０）とを備え、前記第３の回路（２０４）が、前記ビデオ駆動装置（１０６）と前記網線駆動装置（２１０）に対して“ガンマ選択”タイミング信号を供給する制御装置（２０４）を備えていることを特徴とする請求項２記載の熱画像装置（１０）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ガラガー、ティモシー・エルアメリカ合衆国、カリフォルニア州 90503、トランス、ブロバ・ストリート 4627

Claims

【特許請求の範囲】１．観察場面からの不可視熱赤外線に応答し、前記場面を複製している可視画像を応答的に供給する熱画像装置（１０）において、前記熱画像装置（１０）は、前記観察場面の複数の部分を複製している光を供給する複数の場面発光ダイオード（場面ＬＥＤ）（６２’）の線形アレイ（６２）と、前記可視画像を提供するように、前記場面ＬＥＤ（６２’）から前記装置（１０）のユーザへの光を走査するスキャナ（２２）と、前記ユーザに対して表示されるべき選択された記号の複数の部分を生成するように、前記スキャナ（２２）に対して付加的な光を供給する複数の記号発光ダイオード（記号ＬＥＤ）（１９８）の第２の線形アレイ（１９８）とを具備し、前記スキャナ（２２）は、前記観察場面を複製している可視画像上に重畳される記号画像を供給するように、前記記号ＬＥＤから前記熱画像装置（１０）の前記ユーザへの光も走査することを特徴とする熱画像装置（１０）。２．前記記号ＬＥＤ（１９８）は、前記場面ＬＥＤ（６２’）と隣接して配置され、前記記号ＬＥＤ（１９８）から前記ユーザへの光の走査に関して前記場面ＬＥＤ（６２’）からオフセットされ、前記熱画像装置（１０）は、前記場面ＬＥＤ（６２’）を駆動する第１の回路（１０６）と、前記記号ＬＥＤ（１９８）を駆動する第２の回路（１１２）と、記号画像が選択された位置において前記観察場面を複製している可視画像に重畳されるように、前記記号ＬＥＤ（１９８）からの光の供給と前記場面ＬＥＤ（６２’）からの光の供給との間に時間シフトをもたらす第３の回路（２０４）とをさらに具備していることを特徴とする請求項１記載の熱画像装置（１０）。３．前記第１の回路（１０６）がビデオ駆動装置（１０６）を備え、前記第２の回路（１１２）が、網線駆動装置（２１０）と、前記網線駆動装置（２１０）により実現される選択された記号パターンを記憶するメモリユニット（１１０）とを備え、前記第３の回路（２０４）が、前記ビデオ駆動装置（１０６）と前記網線駆動装置（２１０）に対して“ガンマ選択”タイミング信号を供給する制御装置（２０４）を備えていることを特徴とする請求項２記載の熱画像装置（１０）。４．前記ビデオ駆動装置（１０６）がビデオ駆動集積回路（２１４）を含み、前記ビデオ駆動集積回路（２１４）が、制御装置部（２１６）と、前記制御装置部（２１６）と相互接続され、前記場面ＬＥＤ（６２’）の見掛け上の輝度を制御するパルス幅変調回路（２２２）と、前記制御装置部（２１６）と相互接続され、前記観察場面の前記複数の部分を供給するように前記場面ＬＥＤ（６２’）が放射する光を示す信号を受けるデジタルアナログ（ＤＡＣ）変換器（２２４）と、前記制御装置部（２１６）と相互接続され、前記ＤＡＣ（２２４）からの前記信号を受けて、前記場面ＬＥＤ（６２’）を応答的に駆動するＬＥＤ駆動回路（２２６）とを含んでいることを特徴とする請求項３記載の熱画像装置（１０）。５．前記網線駆動装置（２１０）が網線駆動集積回路（２０２）を含み、前記網線駆動集積回路（２０２）が、制御装置部（２０４）と、前記観察場面の可視画像上に重畳されるべき前記選択された記号パターンを示す信号を前記制御装置部（２０４）に供給する前記メモリユニット（１１０）と、前記制御装置部（２０４）と相互接続され、前記選択された記号の複数の部分を供給するように前記記号ＬＥＤ（１９８）が放射する光を示す信号を受けるデジタルアナログ（ＤＡＣ）変換器（２０８）と、前記ＤＡＣ（２０８）からの前記信号を受けて、前記記号ＬＥＤ（１９８）を応答的に駆動するＬＥＤ駆動回路（２１０）とを含んでいることを特徴とする請求項３記載の熱画像装置（１０）。６．前記ビデオ駆動装置（１０６）がビデオ駆動集積回路（２１４）を含み、前記ビデオ駆動集積回路（２１４）が、第１の制御装置部（２１６）と、前記第１の制御装置部（２１６）と相互接続されたグローバル輝度制御装置（２１８）と、前記第１の制御装置部（２１６）と相互接続され、前記場面ＬＥＤ（６２’）の見掛け上の輝度を制御するパルス幅変調回路（２２２）と、前記第１の制御装置部（２１６）と相互接続され、前記観察場面の前記複数の部分を供給するように前記場面ＬＥＤ（６２’）が放射する光を示す信号を受ける第１のデジタルアナログ（ＤＡＣ）変換器（２２４）と、前記第１の制御装置部（２１６）と相互接続され、前記第１のＤＡＣ（２２４）からの前記信号を受けて、前記場面ＬＥＤ（６２’）を応答的に駆動する第１のＬＥＤ駆動回路（２２６）とを含み、前記網線駆動装置（２１０）が網線駆動集積回路（２０２）を含み、前記網線駆動集積回路（２０２）が、第２の制御装置部（２０４）と、前記観察場面の可視画像上に重畳されるべき前記選択された記号パターンを示す信号を前記第２の制御装置部（２０４）に供給する前記メモリユニット（１１０）と、前記第２の制御装置部（２０４）と相互接続され、前記選択された記号の複数の部分を供給するように前記記号ＬＥＤ（１９８）が放射する光を示す信号を受ける第２のデジタルアナログ（ＤＡＣ）変換器（２０８）と、前記第２のＤＡＣ（２０８）からの前記信号を受けて、前記記号ＬＥＤ（１９８）を応答的に駆動する第２のＬＥＤ駆動回路（２１０）とを含んでいることを特徴とする請求項３記載の熱画像装置（１０）。７．前記第３の回路（２０４）が前記網線駆動集積回路（２０２）を含み、前記第２の制御装置部（２０４）が前記“ガンマ選択”タイミング信号を前記ビデオ駆動装置（２１０）に供給することを特徴とする請求項６記載の熱画像装置（１０）。８．前記グローバル輝度制御装置（２１８）が前記網線駆動集積回路（２０２）にも相互接続され、前記記号ＬＥＤ（１９８）の輝度レベルを制御することを特徴とする請求項６記載の熱画像装置（１０）。９．前記熱赤外線放射に応答する検出器アレイ（５０）をさらに具備し、前記検出器アレイ（５０）が、検出器アレイ（５０）対する長さの寸法を共同的に規定し、線形配列された、複数の間隔があけられた検出器素子（５０’）を備え、前記スキャナ（２２）が、前記長さの寸法とほぼ垂直な方向において前記複数の検出器素子（５０’）にわたって前記観察場面を走査し、前記スキャナ（２２）が、連続走査において、前記観察場面のすべてからの画像情報を捕捉するように、検出器素子間の間隔にしたがって前記複数の検出器素子（５０’）にわたって走査する時に、前記観察場面の複数の部分をインターレースし、前記複数の検出器素子（５０’）のそれぞれが、そこに入射される熱赤外線放射を示す対応した個々の電気信号を供給することを特徴とする請求項１記載の熱画像装置（１０）。１０．前記場面ＬＥＤ（６２’）が非長方形の幾何学的構成を有することを特徴とする請求項９記載の熱画像装置（１０）。