JPS59166911A - 光学スキャナ - Google Patents

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】 この発明は光学スキャナ、そして特にビデオディスプレ
ーを形成するに適した高速走査においてシーンを走査す
ることができるコンパクトな光学ヌキャナに関するもの
である。

光学スキャニングシステムはＦ　Ｌ　Ｉ　、Ｒ（Ｆｏ−
ｗａｒｄ　Ｌｏｏｋｉｎｇ、Ｉｎｆｒａ　Ｒｅｄ　ｓｙ
ｓｔｅｍｓ：赤外線前方監視システム）として知られて
いるような熱画像システムなどの種々の利用に供さｎて
いる。

このようなシステムにおいて、たとえば赤外線域の熱放
射は典型的にはレンズによシ収束され、画像は垂直及び
水平方向においてラヌクー走査される。各画素からの放
射線（赤外線）は連続的に放射線検出器上に結像し、こ
の検出器は検出した放射線強度に従った電気信号を発生
する。

検出器からの電気信号は原熱画像に対応するテレビジョ
ンビデオデイヌプレーを形成すへく用いらする。

本発明はここに主として熱画像システムとの関連におい
て記載するものとするが、発明者の意図は本発明をその
ようなシステムにのみ限定するものではない。特に本発
明はたとえば可視ヌベクトル域の光などのように他の形
式の放射線に関しても動作可能であることに留意すべき
である。さらに本発明のシステムについては、主として
″読取υ′″モードにおいて記載するが、システムを逆
に作動させて可変強度の制御信号から画像を描くこと、
すなわちパ書込み″モードを実行することも可能である
。

従来、光学スキャニングは通常可動ミラーを採用して水
平及び垂直走査を行なうために種々の方法を用いて実施
されてきた。その最も単純な形態においては、２個の分
離した振動ミラーが採用され、その一方を１本の軸の周
りに回転させて水平走査を提供し、他方を別の軸の周シ
に回転させて垂直走査を提供するようにしたものである
。ミラーの振動とはそのミラーを一方向に回転させて一
走査の続きに急速なパ帰線″回転を与えて、そのミラー
を次の走査の開始位置にもたらすものである。高速水平
走査ミラーの振動はこの機構による可能な走査速度の厳
密な側根を課するものである。この試みは画像の走査歪
みや電子信号処理の困難性等の問題を免れることはでき
ない。

走査モートを改善するための一般的な試みは高速水平振
動ミラーを回転ポリゴンミラー（多面鏡）と置換するこ
とである。この機構によｎばポリゴンミラーの連続した
側面が像を掃引して水平走査を提供するものである。こ
ｎらの側面は多面体の外側面に提供されるか（たとえば
米国特許第４２１０８１０号、同第４１８０３０７号及
び同第４１５６１４２号）捷だはシリンダの内側面に形
成される（たとえば米国特許第３６０４！：）３２号）
。高速水平走査ミラーの運動は振動というよシは回転運
動であるため、よシ高速の走査が可能となる。

しかしながらテレビジョンラスター走査速度（１５，７
５０Ｈ２，または６３゜５μ秒／ライン〕においてこの
ようなポリゴンミラーを作動させるためにはポリゴンミ
ラーの回転速度を典型的しなければならない。このよう
な高速駆動は厳密なセータ設計上の問題、特に回転装置
を正確に平衡させ、かつ受光なベアリンク寿命を達成す
る上において高周波そ一タ付勢信号をどのように生成処
理するかという問題をもたらすものである。通常、この
ような高速システムにおいて回転ポリゴンミラーの構造
は排気減圧さｎたチャンバ内に配置することによシ、空
気抵抗をン威少させなければならない。したがって、そ
のような配置（はコスト高となシ、かつシステム動作の
複雑性を増すものである。

ポリゴンミラーシステムのミラー面数は概して所望の走
査速度及び実現可能なモータ速度により決定される。鏡
面はシステムへの光入口における光学絞シの直径を受容
するに十分な大きさでなければ゛ならず、したがってミ
ラー構造を無制限に小型化することはできない。鏡面は
無視し得ないようなビネット効果を阻止するに十分な大
きさを持つべきである。この場合のビネット効果とは入
射像の一部が水平走査線の終端に近づく位置にあるミラ
ーから外れることである。高品質画像を実現すべく設計
されたシステムにおいて、回転ミラー構造は駆動七−タ
シヌテムにかなシの負荷を与えるようなサイズとなる。

ポリゴンミラーシステムに伴なう別の問題は、そわらの
走査効率が低いことである。走査システムにおいては像
の走査に最大の時間を費やし、連続走査線間の損失時間
（帰線時間）を最小にすることが要求される。ポリゴン
ミラーシステムにおいて、走査効率は比較的低く、たと
えば鏡面で視界の３０’走査を行なうソベ面ポリゴン走
査で約２５％程度である。

ポリゴンミラーシステムのさらに別の間即ハ望遠鏡との
結合時に生ずるものである。通常、システムへの光入口
における望遠鏡絞シと結像レンズの第１要素との間には
水平及び垂直走査ミラーが配置されるが、一般にこの間
隔は不十分である。そこでミラーのための収納空間を拡
大するためにシステムに中継または転送用光学系を付加
することが必要になる。こ扛らはシステムに望ましくな
いサイズ、重量及びコヌトの増加をもたら゛すことにな
る。

上述したような回転ポリゴンミラーシステムは従来の光
学スキャニングシステムの大部分に共通することである
が、ここでさらに別の二つの試みについても説明しなけ
ｎばならない。その試みの一つは歯車型をした星形ミラ
ーホイールを用い、走査ミラーをこれらの歯形の側面に
配置することである。この構造はたとえばアメリカ合衆
国海軍研究所（ＯＮＲＤ））発行のＩＲハンドブック（
Ｌｉｂｒａｒｙ　ｏｆ　Ｃｏｎｇｒｅｓｓ　ｊ６７７−
９０７８６）第１０〜２３頁に記載されている。

この試みは水平軌跡を走査するために必要な回転速度を
低下させるとともに、いくつかの光学的な問題を排除す
るものであるが、他方においてオペレーションに固有の
焦点ずれ及び星形ホイール形状に必要な表面公差を維持
する困難性に基づく画像品質の低下をもたらすものであ
る。

さらに別の周知の試みは完全な水平軌跡に沿って放射線
強度を検出することができる複数検出器の１百線配列を
用い、これによって走査ミラーの１つを除去することで
ある。しかしながら水平の検出器配列は多くの場合、き
わめて高価でありスキャナ装置として望ましくない輪郭
形状をももたらすものである。

本発明による典型的な走査システムにおいて、走査は直
交ラスター走査パターンにおいて実施される。走査中の
シーンはその頂上から底部まで徐々に移動する連続的な
水平軌跡においてカバーされる。

高速水平走査は回転走査ディヌク上における凹面鏡の環
状配列を用いることにより行なわれる。このディスクは
ストリップミラーと関連して作動するものである。走査
中の水平軌跡はこのストリップミラー上に現扛る。スト
リップミラーは凹面鏡からその反射焦点距離に対応する
距離だけ分離している。走査ディスクが回転すると凹面
鏡配列がストリップミラー像を走査し、これによって連
続水平軌跡が走査される。反射鏡からの放射線は適当な
検出器上に結像さ扛、この検出器は検出した放射線強度
に対応する電気信号を提供する。好ましい実施例におい
て凹面鏡から出射される放射線は平行ビーム型であり、
これは収束ンンズにより検出器上に収束される。本発明
による高速水平走査は可動フレームミラーを用いること
などの方法により平曲走査機構と好ましく結合され、こ
れによって完全な走査システムを提供するものである。

本発明によるディスク走査システムは従来のポリゴン走
査系とはかなり異なった概念に従うものであるため、こ
れらを直接的に比較することは困難である。しかしなが
ら一般的事項として高速水平走査に要求されるモータ速
度はｌ／４程度の減少、すなわち従来の典型的な速度で
ある４０．ｏ　ｏ　ｏ　ｒｐｍから１０．ＯＯＯｒｐｍ
に低下させることができる。また走査効率はポリゴンス
キャナの場合の典型的な値である２５％からディスクス
キャナによシ実質上１００％丑で高めることかできる。

本発明において採用された回転ディスクの重量は、従来
の回転ポリゴンシステムの重量の１／１０程度とするこ
とができる。さらに垂直走査のためのフレームミラーに
必要なサイズと、システムに関連する望遠鏡のサイズは
従来のポリゴンシステムを用いたシステムにおいて要求
されるものよシいずれも小さくなる。また、高速ポリゴ
ン走査システムは概してポリゴンミラーを排気減圧チャ
ンバー内に配置することによシｊ虱損を減じることが必
要であるが、本発明によれば回転体がディスクであシ、
かつ要求される回転速度が低いため、そのよりなｊ虱損
問題は生じない。

本発明による走査システムは゛読取り″七−１−または
“書込み″モートにおいて使用し、さらに同一へのフレ
ームミラー及び凹面鏡配列を用いることにより同時に両
モードを実施することができる。同時読取！ｌｌ／書込
みシステムは、たとえば夜間監視鏡などに用いらｎるよ
うな光増幅や赤外線画像を可視光のディスプレーに変換
する場合に要求さｎるような放射エネルギー変換を実施
するために有効に用いることができる。

本発明に従った基本システムは第１，２Ａ及び２Ｂ図に
示されている。シー７００）は振動低速フレームミラー
（２０）に↓シ垂直走査されるとともに、高速回転走査
ディスク（３０）上の凹面鏡配列の移動によシ水平走査
される。シーンからの被走査放射線は検出器（４０）上
に結像し、この検出器は検出さｎた放射線強度に対応す
る電気信号を提供する。すなわち、システムはシーンを
走査してテレビジモノ状ビデオデイヌプレーにおけるビ
ーム強度を制御するに適した電気信号を発生ずるもので
ある。

フレームミラー（２０）は第１図に示した軸の周りに回
転できるように取り付けられた平面鏡である。フレーム
ミラーはまずシーン（１０１の頂上からの光を反射し、
そのミラーの回転に従ってヌクリーンを下降させ、シー
ン中の徐々に低下する位置から光を反射するものである
。その走査がシーンの底部に達すると、ミラーは可能な
限シ急速に初期頂上位置に復帰する。フレームミラーの
運動は繰返し鋸歯状垂直走査、すなわち頂上から底部に
まで緩やかに移動し、底部から短時間の゛帰線″′を形
成するという態様である。

ミラーの所望の振動動作を達成するためには種々の周知
技術、たとえばミラーをスプリングの復帰引張シカに抗
して電磁引力により移動させるようなガルバノメータ型
動作などが採用さｎる。ミラー運動の繰返し速度はシス
テムの所望の垂直走査速度に従うものである。典型的な
標準テレビジョン速度における飛越しラスクー走査にお
いては６０走査／秒の繰返し速度となる。

フレームミラー（２υ）からの放射線はイメージレンズ
（２４）を通シ、このレンズによって薄型ストリップミ
ラー（２６）上に結像さｎる。イメージレンズはテレセ
ンドリンク型、すなわちこのレンズから出射する光線の
ための種々の絞シ開口がその位置に関係なく実質的に平
行しているものである。さらにこのレンズはフレームミ
ラー側におけるその正面に１つの入ロ絞シ開口を有して
、１゛リツプミラー（２６ｊ上に収束させなければなら
ない。

ストリップミラー（２６）は固定型であシ、走査ディス
ク（３０）の凹面鏡に向かって放射線を反射するために
傾斜配置されている。ストリップミラーは磨かｎた薄い
反射面片を有し、この反射面片は第３図に示されたよう
なよく研磨さｔ″した反射性金属バーまたは緊張された
リボンによって形成されるか、もしくは第４図に示すよ
うな透明基材上に反射性金属を真空蒸着することによっ
て形成される。このリボンの幅（＠小寸法）は水平軌跡
中に走査される領域の幅を決定するものであシ、設計に
従って選択されなければならない。このストリップミラ
ーの典型的な幅は約０．５勘！である。

走査ディヌク（３０）はそのディヌクの一方の側面に刻
み込まれた凹面反射鏡（３２１の環状配列を鼎えている
。これらの球面反射器は第２Ａ図に示すようにヌトリッ
プミラーと整列したディスク内の共通半径位置に設置さ
れる。放射線はストリップミラー（２６）から上向きに
反射されて凹面反射器（３２１の１つに入射し、そこか
ら下向きに反射され平行ビームとなってストリップミラ
ーの側を通過する。凹面反射器はなるべくなら光学器械
製造分野において周知の一点ダイヤモンド旋盤技術を用
いて形成される。しかしながら低価格のシステムにおい
ては凹面反射器を含むディスクは打抜きまだは鋳造技術
によシ形成さ牡る。

凹面反射器は走査ディヌク（３０）とストリップミラー
Ｃ６）との間の距離に対応する焦点距離を有するように
設計される。凹面の理想形状は放物面であるが、ある種
の条件下においては球面形状も採用される。

凹面反射器から出射した平行ビームはそのビームを収束
するための収束レンズ（３８）を通！ｌｌ視界制限開口
（３９］を経て検出器ｆ４Ｑ）に達する。収束レンズの
口径はすべての反射器動作位置にある走査ディヌクから
の放射ビームを受は容れるに十分な大きさを持たなけれ
ばならない。このレンズはこれら放射ビームのすべてを
制限開口＋３９１から放射線検出器上に結像させるよう
に設計されてイル。レンズは実質上無収差のものでなけ
ればならない。

使用される検出器の型は検出されるべき放射線の種類に
従ったものであシ、たとえばシステムが可視ヌベクトル
域において動作する場合にけ光電検出器が用いらｎ１シ
ヌテムが熱線スペクトルにおいて動作する場合には赤外
線検出器が用いられる。システムが赤外線域において動
作する場合、検出器はなるべくならデューアフラヌコに
よ、？Ｘ却され、周囲温度によるノイズを減少できるよ
うになっている。紫外線検出器もまた用いることができ
る。さらにシステムは種々の型の検出器を用いて種々の
放射線を同時に検出し得るマルチスペクトル型とするこ
ともできる。

第１図は２つの異なった反射器位置（３つ及び（３５１
におけるビーム路を示す°ものである。フレームミラー
（２０Ｊは走査中のシーンの垂直中心に対応する位置に
あるものとして示さＡ、したがってディスク（３０）の
回転はシーンを横切る水平走査線を提供するものである
。反射器が左側の位置（列にあるとき、第１図に示す通
シシーンＵに）の左側からの放射線が“フレームミラー
（２０）から反射され、レンズｃ！４４　ヲｍつてスト
リップミラー（２６）の左端に入射する。放射線はここ
でストリップミラーによシ上向きに反射されて位置（３
４）にある凹面鏡に入射し、これによって下向きに反射
され、平行ビームとなってストリップミラーの側を通り
収束レンズ６８）から検出器（４υ）に入射する。

ディヌク（３０］が第１図において矢印で示す反時計方
向に回動すると、凹面反射器は右方に移動し、ストリッ
プミラーの徐々に右方に移動した点からの放射線を捕捉
する。やがてディスク（３０ｊの回転は凹面反射器をシ
ーン（１０）の右側及びストリップミラー［２６）の右
側端に対応する位置（３５）にもたらす。左から右へか
けての水平シーン走査はこのようにして達せらｒｌその
間凹面鏡の１つは位置６４）から位置型に移動する。フ
レームミラーの移動と組合せらｆ′した反射器の移動に
より達せられる繰返し水平走査はシーン全体のラヌター
型操作を提供するものである。

反射器の数、ディスク直径及び回転速度は所望の水平走
査速度に従って選択さ扛るパラメータである。標準テレ
ビジョン速度における水平走査（１フレ一ム轟９２個の
飛越しフィールド及び２列の検出器配列を用いるものと
して）は、直径７２ｍ〃の上に２４個の反射器を配置し
、これを１９，７００　ｒｐｍで回転することにより得
らｎる。

第３図及び第４図に示したような平面ヌｌ−’Ｊ放射が
捕捉される。熱線システムにおいてこの問題は第９図に
示した形式のストリップミラー機構を用いることによシ
排除される。支持構造（１５０）はストリップミラーを
提供する平坦な傾斜面（１５２）を形成している。スト
リップミラーの外側は湾曲した反射誌面（１５４）及び
（１５６）を形成している。こｎらの湾曲面は凹面反射
器がストリップミラーのいずｎかの側に位置するとき、
検出器が走査装置の内部でなく検出器構造の冷却デュー
アフラスコの部分を見ることができるように形成さＣて
いる。通常３５０°Ｃ（７７°Ｋ）にされるこの冷却表
面はきわめて小さな熱線を放射し、したがってきわめて
小さな迷放射のみが捕捉される。ミラー支持体の表面（
１５２）、（１５４）　　及び（１５６）はよく研磨さ
２″した上、反射性コーティングを施こさｎる。

凹面反射器が直線形ストリップミラーを走査する間にお
いて、弧状軌跡を描くという事実はそれらの反射器がス
）　ＩＪツブミラーの両端間における正確な中心に結像
できないことに基づくある種の走査歪みをもたらすもの
である。反射器がストリップミラーの中心において正確
に焦点を定めるように配列さ扛れば、そｔらはストリッ
プミラーの両端間の中心をややそｎたところに焦点を結
び、これによって走査線の湾曲に基づく走査歪みかもた
らさｎる。通常これによる歪みは５％以下であｐ、補正
しないで許容される程度のものである。被写体認識また
は監察のために用いられるシステムにおいて、走査歪み
に基づく効果はほとんど無視し得るものである。

歪みが極小化されなけｎばならないような厳密な走査シ
ステムにおいては走査歪みは第５図に示すような湾曲ス
トリップミラ−（５０）を用いることによシ排除するこ
とができる。この実施例においてイメージレンズはその
像を線走査ディスクの半径ＲＤ　に等しい半径の球面上
に形成する。イメージレンズの出口、絞シ寸法は線走査
ディスクの半径ＲＤ　に等しく、像面のレンズ側に位置
する。ストリップミラー（５０）は平面ではなく、円錐
セグメント型であシ、これによってミラーが線走査半径
ＲＤ　に等しい曲率半径及び典型的に４５°の傾斜反射
面を有する。この配列によればイメージレンズを通過す
る放射線は上向きに反射されて走査ディヌク（３０）の
凹面反射器に入射し、これらの反射器は全横移動を通じ
てストリップミラーに関する中心整列を維持するもので
ある。

走査歪みは走査出力信号の電子処理において補償するこ
ともできる。走査歪みは水平走査中の位置の関数である
から歪み補償は水平走査間隔に同期した適当なディジタ
ルまたはアナログ技術によ）提供され得る。

イメージレンズはカタジオプトリック（反射屈折光学系
）型とすることができる。すなわちこの光学系は凸面ま
たは凹面鏡とレンズとを用いて構成される。さらに第１
○図及び１１図に示す通９Ｆ数イメージ成分が満足すべ
き画像品質を許容するに十分な大きさであればそれは単
純に１つのミラーから構成することができる。

第１１図に最もよく示す通り、この実施例によれば入来
した放射線はフレームミラーから反射され、凹凸レンズ
（１６２）からストリップミラーを通ってイメージ反射
゛レンズ″（ユ６４）に入射する。この放射線はストリ
ップミラー（１６６）」二に結像し、そこから反射され
て回転ディスク（１７０）の凹面反射器（１６８）に向
かい、これらの凹面反射器から平行ビームとして反射さ
れる。

平行ビームはストリップミラーを通過し、収束反射器（
１７２）によシ検出器／デユーアユニット（１’７４　
）における検出器上に結像さＣ・る。

ストリップ０ミラー（１６６ンは槻して第５図（Ｃ関し
すでに述べた型のみであり、したがってミラーは円錐面
の部分をなしている。しかしながらこの場合において湾
曲ストリップミラーは破線（１’７６）で示す通シ、４
５°半角を有し、ディスク（１７０）の回転軸と同軸で
ある円錐の外側面に形成さ汎る。この態様において円錐
ストリップミラーは走査歪みを除去するだけでなく、ミ
ラー　（１６４）から出る放射線のペンシル型の収束を
ディスク反射器上に正確に向かわせてテレセンドリンク
条件を満足することができる。イメージミラー（１６４
）はフレームミラー（１６０）の頂点からの距離に等し
い＃：径を有する球面輪郭を形成した凹面鏡である。こ
の形状にょ扛ば、判１上及び軸外ｎ光束がフレームミラ
ーがら反射され、同様に結像される。

ミラー（１６４）から反射さｎた像は湾曲スＩ−’Ｊツ
ブミラー（１６６）によシ遮断される球面上に位置する
。像の曲率半径はイメージミラー（１６４）の曲率半径
の半分であり５、走査ディスクの半径ＲＤ　に等しい（
第１０図）。

この構成の利益は軸外れ及び色収差が実質上存在するこ
とである。したがってこの構成によればすべての軸外れ
フィールＦ点について均一かつ特徴的に出現する軸上型
の球面収差のみが存在する。この場合、光線の像形成ペ
ンシル（光速プロフィ／Ｉ／）のＦ数が十分大きい場合
、もしくは放射線の波長が十分長い場合、あるいは分解
能の要求が小さい場合にはこれらの収差の補正は不必要
である。補正が要求さｎる場合、これは入口開口におけ
る曲率中心（フレームミラー（１６０）の頂点）と同軸
となるように設計さｎた凹凸レンズ（１６２）を用いる
ことにより容易に達せられる。この形式のンンズシヌテ
ムはボーツマ９：Ａトフ系（Ｂｏｕｗｅｒｓ　−Ｍａｋ
ｓｕｔｏｖ　　Ｓｙ　−ｓｔｅｍｓ　）として知ら扛で
おシ、１９７８年アカデミツクプレス社より発行さ、ｆ
′したキンゲスレイク著”　Ｌｅｎｓ　Ｄｅｓｉｇｎ　
Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ”の第３１１〜３１３頁に記
載さゎている。レンズ（１６２）は入口開口の背後（第
１１図参照）首たは出口開口の正面に置くことができる
。入口開口の正面にレンズを置くことの利点はこのレン
ズをその入口の保護窓として機能させ得ることである。

以上の説明において検出器ｆ４０＋ｕ一点検出器として
記載したが、場合に応じて第５Ａ図に示すような多検出
器配列とし、そｎに伴なういくつかの利益を享受するこ
とができる。水平走査の方向に整列した検出素子の直線
配列（５２）は直列方式において画素を見るものである
。適当な遅延時間を８人すると、分離した個々の放射線
測定が結合され、これによって信号対雑音比を顕著に改
善することができる。この信号対雑音比の時間遅延及び
合成処理による改善は直線配列さ汎た検出素子の数の平
方根に比例するものである。

個々の列（５４）における複数の検出器は凹面鏡の単一
の通路がヌトリップミラーを横切るときいくつかの異な
った水平軌跡の並行走査を同時に許容するものである。

２つのこのような検出器はラヌクー走査フレームについ
て２つの飛越しフィールドを有利に提供するものである
。

単一の検出器によればスキャナの全光学系はすべての走
査位置についてパ軸上″動作する。

多検出器アレー（は完全に゛′軸上″動作することがで
きず、したがってレンズ収差によｐ比較的影響を受は易
いものである。しかしながら水平配列における８個稈度
の検出素子及び８動程度の素子アレーによシ、重大なイ
メージ品質の低下を来たすことなく、検出機能を発揮す
ることができる。

本発明に従ったシステムの１つの利益は凹面反射器と検
出器の直前に位置する収束レンズまたはミラーとの間で
放射線が平行ビームの形とな９、したがってシステムの
この部分における光学系を光学性能がそれほど低下しな
い状態で曲折できることである。光学系の曲折にょ逆走
査装置はよシコンパクトになシ、望ましい全体的形状を
実現することができる。

本発明の好ましい実施例は第６Ａ〜６０図に示されてお
９、その実施例においてインフィンスキャナ（６２）は
望遠鏡（６ｏ）及び赤外線検出器／デユー７（６４）と
整列した軸を有するものとして示されている。

第６Ａ図に最もよく示す通シ、スキャナは円筒ハウジン
ク（７ｏ）内に嵌入されておシ、ハウジンク（７０）は
その−側において望遠鏡取付用のねじ付きフランジ（７
Ｉ）を有する。ゲルマニウム窓（７６）は望遠鏡をスキ
ャナと光学結合するためにフランジの中央を貫通した開
口を提供する。外側ねじ付きベーｙ、（７２）はハウジ
ング（７ｏ）の開口側に嵌入され、走査光学系を検出器
（６４）に結合するに適した中央開口を有する内向き突
出ボス（７４）を含んでいる。

検出器は適当なフランジ（７３）にょシ支持される。

フランジ（７υ及び（７３）並びに°フランジを貫通し
た開Ｏは望遠鏡スキャナ及び検出器のすべてを同軸整列
させるように保持するものである。

走査ディスク（８０）は凹面反射器（８１）の環状配列
を含み、円筒シャフト（８２）と一体化されたものであ
る。シャツｌ−（８２）は二対のボールベアリング剃）
によシボス（７４）の周シで回転できるように支持さｎ
ている。走査ディスクはハウジング内に組込ま２″１．
たヒヌテリシヌ同期七−夕によジ駆動される。

とのモータは円筒駆動シャツｌ−（８２）を包囲するよ
うに取シ付けられた永久磁石ローフ構造及び巻線（８つ
を有するヌテータ構造（８４）からなっている。

七−夕はコネクタｆ８８）＝を介して外部制御システム
から付勢される三相ヌテータ巻線を具備している。そ−
り速度を制御するだめの速度検出信号はコネクタ（８８
）を介してもたらさｎ１モータ中のホール検出器または
走査ディスクから駆動さする光電検出器のいずｎかより
引き出さｎる。何らかの適当な速度制御システムが、速
度検出信号を基準クロックに比較する位相拘束ループと
して採用される。外部ビデオ信号を同期させるために必
要な信号は、さらに走査ディスクより光電検出器を介し
て走査ディスクから引き出されることができ、これらの
信号はまたコネクタ（８８）を介して引き出される。

フレームミラー（９０）は望遠鏡（６ｏ）の出口開口に
配置される。このフレームミラーはガ／ｌｚ　／＜　／
　メータ型駆動ユニッｌ−（８９）によシ駆動される。

この、駆動ユニツｌ−（８９）は錯査さｎるシーンの頂
上から底部にかけて約１１°ミラーを回動させるもので
ある。フレームミラーのための好ましい駆動システムは
アメリカ合衆国のゼネラルスキャニングインコーホレイ
テッドから製造販売されている。フレームは６０Ｈｚ　
の鋸歯状波形に従って駆動され、０．０１５秒よシ短い
パ帰線″″時間を要することによシＥＩＡ　　Ｒ８−１
７０ビデオフオーマツトに適合したものとなる。ミラー
はなるべくならベリリウムまたは他の軽量かつ強靭な材
料から形成される。ミラーの好ましい寸法は２５．４７
／ＩＪＲ×１３，４６１１Ｊｒｌ　（１ｉｎ　Ｘｏ、５
３０ｉｎ　）　　の表面と１．２７１７＊ノｌ（０，０
５ｉｎ　）　　のｊ享さとを有する。

、：夷−ジレンズユニツ）（９１）はテレ七ントリック
型であり、可能な限９フレームミラー（９０）及びスト
リップミラー（９２）に近接配置される。イメージレン
ズのための入口開口はフレームミラー（９０）の中心に
配置さｎるが、出口開口は基本的には制限しないことと
し、これによってテレセンドリンク条件を提供するもの
である。ゲルマニウムからなる２個の要素レンズは２個
の非球体とともに採用される。ストリップミラーは第９
図に示す形態において放射線を走査ディスク（８０）に
向かって反射すべく傾斜させられた中心における反則ミ
ラ一部分を含んでいる。ストリップミラーの反射平面の
公称寸法は○。５１７ｆｌｌＸ６゜３５１ｒｕｔｌ（０
，０２ｉｎ　Ｘ　０．２５　ｉｎ　）である。

走査ディヌク（８０）は各／ｑ　６．３５１ＤＩ　（０
，２５ｉｌ〕）の直径を有する２４個の凹面反射器（８
］）を含んでいる。これらの反射器は放物面輪郭を有し
、約Ｆ／１．○の速度で駆動される。この回転速度は使
用される検出器システムに従うものであシ、精に同時に
走査される水平軌跡数に応じたものとなる。２列の検出
器配置によれはモータ速度は約２０．００　Ｏｒｐｍと
なり１８列の検出器配置によれば七−夕速度は約５．０
０　Ｏｒｐｍまで低下させることができる。反射器中心
間の距離は７゜３　’７　＋１１＋Ｉｌ　（０，２９ｉ
ｎ）であシ、反射器の側端間には１．０２　＋７Ｚ７１
１　（０，０４ｉｎ）の間隔が設けられ、これによって
水平消去間隔を提供するとともに、適当な機械公差を提
供するものである。

望遠＠　（６０１から検出器（６４）に向かう光路は第
６Ｂ図において矢印で示されている。望遠鏡から米る放
射線はフレームミラー（９０）において反射さｔイメー
ジレンズ（９１）を通シさらにストリップミラー　（９
２）から反射されて凹面反射器（８］）の配列に向かう
。これらの反射器から出た放射線は平行ビームどして進
行し、望遠鏡の原光軸にそのビームを戻すように曲折さ
ｎる。これによって光線はモータの中心を通り収束レン
ズ（９９）に入射する。

ミラー（９３）〜（９５）は所望の光路を形成するよう
図示のごとくハウジング内に適当に取υ付けらｎる。

収束レンズは全表面が９面となる２個のゲルマニウム素
子を含んでいる。

スキャナ内の光学的伝達特性を最大化するため、すべて
のゲルマニウム素子はなるべくなら誘電体からなる高効
率の耐反射性被覆が施こされ、すべての反射性表面は金
または多相誘電体被覆が施こさ汎る。この被覆は９９％
以上のスキャナの適当範囲におけるスペクトル」或にお
いて９９％以上の反射特性を有するものである。

第６図に示した好ましい実施例における光学系設計のパ
ラメータは次表の通シである。

システムデータ 視界　　　　　　２８゜ 透過焦点距離　　２５，４．　ｒｔｍ　（１ｉｎ　）入
口開口径　　　１２゜７　ｒｔｔ〃ｒ　（０，！５　ｉ
ｎ　）Ｆ数　　　　　　２゜Ｏ 透過率　　　　　７０％ 走査歪み　　　　３゜５％ イメージレンス゛データ 視界　　　　　　２８゜ 透過焦点距離　　１２．７　ｔｏ！（０，５ｉｎ　）入
口開口径　　　１２．’ｉ’　？ＩＵ　（０，５ｉｎ　
）Ｆ数　　　　　　１．０ イメージサイズ　５．３５　ＶＩＩＸ　４．’７　’７
６　ｍ（０，２５ｉｎ　Ｘ　０．１８８　ｉｎ　）視界
　　　　　　２．５０ 人口開口径　　　６゜３５７Ｊｕｌｒ　（０，２５ｉｎ
　）曲率半径　　　　１２．’７＃Ｚｉノｌ（０，５ｉ
ｎ　）焦点距離６゜３５７ＲＪＩｌ　（０，２５ｉｎ　
）絞シロ径　　　　６　。３５７ｊｌ＋ＩＩ　（０，２
５ｉｎ　）Ｆ数　　　　　１．０ イメージサイズ　０．２５ｔｈｕｄ　×０．２５ｕＵＩ
（０，０１ｉｎ　Ｘ○１，０１　ｉｎ　）収束レンズデ
ータ 視界　　　　　　２．５゜ 入口開口径　　　５．３５　Ｔｕ＋Ｉ　（０，２５ｉｎ
　）絞り　　　　　１２，７１１ＪＪＩ　Ｘ　６．３５
　Ｍ！（０，５ｉｎ　Ｘｏ、２５　ｉｎ　） 焦点距離　　　　１２゜’７　ｍ７１Ｉ　（０，５印）
Ｊｉ″数　　　　　２゜○ イメージサイズ　０゜５１　ｍＪｎ　Ｘ　Ｏ，５１’Ｉ
ＩＪＩｒ（ｏ、０２　１ｎＸｏ、０２　　ｉｎ　　）第
７図及び第８図は゛′読取９′″及び゛書込み″そ−ド
の両方を含む本発明の別の実施例を示している。このシ
ステムは赤外検出器を用いて赤外線シーンを走査するも
のである。検出器から出た電気信号は増幅されてから発
光ダイオード（ＬＥＤ　）などの可視光源を制御するた
めに用いら扛る。可視光線は走査システムを通じて対応
する可視映像を形成するものである。″読取９″及び゛
′書込み″′モードの双方において同一のフレームミラ
ー及び凹面反射器の配列が用いするとともに、２つの動
作モード間の正確な同期を維持するようになっている。

入来した赤外線ＱＯ■はフレームミラー（１０２）から
反射されて、イメーシレンス（１０４）を通りストリッ
プミラー（１０６）上に直線軌跡を形成するものである
。ストリップミラーはこの赤外線を走査ディヌク００）
上の凹面反射器（１０８）に向かって反射する。これら
の反射器からは平行ビームとしてストリップミラーの側
を通過し、軸外扛放物面収束反射器（ｔｉ４）に向かう
赤外線が反射される。収束反射器（１１４）はこの平行
ビームをデューアフラヌコ（１１６）内の赤外線検出器
上に結像させるものである。

フレームミラーはガルバノメータ駆動ｍｊｆｌｔ　（１
０１）　　によシ駆動されて垂直走査を形成し、走査デ
ィスク（１１０）はモータ（１１２）にょシ駆動さｎる
水平走査を提供するものである。このシステムは第１〜
４図に関してすでに述べたシステムと基本的に等しく動
作するものである。

赤外線検出器（１１６）からの信号は増幅（このための
増幅器は図示しない）さ扛た上で、発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ　）　（１２０）のような可視光源の光強度を制御
すべく用いられる。この可視光線は走査機構を逆方向に
通過して同一のシーンを可視光において描写もしくはラ
イティングするものである。Ｌ　Ｅ　Ｄ　（１２０，）
からの光はピンホールを通過して収束反射器（１２２）
に向かい、この収束反射器はディスク（１１０）上にお
ける反射器の環状配列に向かう平行ビームを形成する。

図に示す通り、平行ビームは赤外線走査のために用いら
れた部分とは異なったディスク上の部分、すなわちそこ
から９００変位した部分に向けられる。

光ビームはストリップミラー（１２４）上に結像し、こ
こからコリメートレンズ（１２６）に向かって反射され
る。コリメートレンズによって形成された平行ビームは
ミラー（１２８）〜（１３２）から順次反射されてフレ
ームミラー（１０２）の裏側に向かう。

この光はフレームミラーの裏側から反射さｎて対物レン
ズ（１３６）を通シ、映像スクリーン（１３８〕　　上
に可視光線の映像を形成する。このスクリーン（１３８
）　ｉ光源として低エネルギーレベルのＬＥＤが用いら
扛る場合にはなるべくなら光増幅型であるのが望ましい
。また光源（１２０）は選択的に高出力Ｖ−ザーとする
ことができ、この場合には光増幅手段は不要である。映
像は接眼ピース（１４０）を介して観察される。映像形
成の光学系はなるべくなら映像の上下を逆転することに
より原シーンと同じ方向の映像を形成すべきである。

この機構が存在することによシ、本発明に従った走査シ
ステムは赤外線シーンを走査するとともにイメージ増幅
並びに赤外線から可視光域へのヌベクトルシフトを形成
することにより、可視光イメージにおいてそのシーンを
再現すべく用いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は走査装置において走査中の光路を示すだめの斜
視図、第２Ａ図は第１図に示した装置の正面図、第２１
３図はその平面図、第３図及び第４図は２つの異なった
ヌｌ−１）ツブミラー構造を示す断面図、第５図は湾曲
したストリップミラーを含む実施例の斜視図、第５Ａ図
は本発明において用いるための多検出器配列を示す線図
、第６Ａ図は本発明によるインフィン走査機構を示す正
面断面図、第６Ｂ図はその端面図、第６Ｃ図は望遠鏡及
び検出器と結合さ扛たインライン走査機構を示すブロッ
ク線図、第７図は走査機構が同時に°゛読取シ″及び゛
書込み″モーＦにおいて動作するようにした実施例を示
す正面図、第８図はその側面図、第９図は別のストリッ
プミラー機構を示す斜視図、第１０図は像の曲率半径と
イメージミラーの曲率半径との関係を示す図、第１１図
はイメージレンズ機構を示す側面図である。 （２０）・・・・めフレームミラー ’２４Ｊ・・・・・イメージミラー （２６）・・・・・ストリップミラー （３０）・・・・・走査ディヌク （３２）・・・・・凹面反射器 １．３・υ、（３ω・・・反射器位置 （３８）・・・・・収束レンズ （３９）・・・・・視界制限開口 （４０）・・・・・検出器 特許Ｂ３　ＰＩ　人　　　　コルモーゲン　テクノロシ
イズ　コーポレイション代　　理　　人　　　新　　実
　　健　　部（外１名） ＦＩＧ、６Ａ ＦＩＧ、　ｌ○ ＦＩＧ、ｌｌ 平叙δ州１正書（シ） １．事件の表示　　　　昭和５９年特許願第３８４５４
　　−２、発明の名称　光学、ｘｓ“７ ３、補正をする者 事件との関係　　　　　　特許出願人 氏名（名称）　　　　　　　コルモーゲン　テクノロジ
イズ　コーポレイション４、代　理　人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｉｌｌ　　直交方向の一方における直線走査軌跡を含む
   直交パターンにおいてシーンを走査するようにしたスキ
   ャニンクシステムにおいて、 その面上に凹面反射器の環状配列を有する回転走査ディ
   スクと、 前記凹面反射器からその反射器の焦点距離に等しい粗剛
   だけ分離した位置において、直線走査軌１毎を出現させ
   るためのイメージ手段と、醋把凹面反射詩に反射さｎた
   放射線の強度を検出するように配置された放射線検出手
   段をｌｉ＃ｉえたことを特徴とするヌキャニンクシステ
   ム。 ［２１　　９ｉ］記イメ一ジ手段がストリップミラーか
   らなることを特徴と丁る特許請求の範囲第（１）項記載
   のシステム。 （３１　　前記凹面反射器がそこから反射する放射エネ
   ルギーを平行ビームとする形状を有し、前記システムが
   さらに前記平行ビームを前記放射線検出手段上に結像さ
   せるための手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲
   第１１）項記載のシステム。 （４）前記結像手段が収束レンズからなることを特徴と
   する特許請求の範囲第（３）項記載のシステム。 ｆ５１　　ｔＴＪ紀結像手段が放物面反射器からなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（３）項記４伐のシス
   テムＯ （６）前記凹面反射器が放物面を有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項記載のシステム。 （７）前記凹面反射器が球面を有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１１）項記載のシステム。 ｛８｝前記放射線検出手段が走査中のシーンの同一点か
   らの放射線を順次検出するように配列された複数の検出
   器を含むものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項記載のシステム。 （９）　　前記放射線検出手段が走盃中のシーンの異な
   つた直線軌跡からの放射線を同時に検出するように配列
   された複数の検出器を含むことを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項記載のシステム。 ００）　　前記放射線検出手段が赤外線検出器からなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のシス
   テム。 （１１）　　前記放射線検出手段が紫外線検出器からな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項Ｇ己載の
   システム。 ｎ２＋　　Ａ″ｌＪ記枚射記構射線検出手段光を検出す
   るものであることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項Ｓ己載のシステム。 （１３）　　前記放射線検出手段が各々異なったヌベク
   トル域における放射線を検出することができる複数の検
   出器からなることを特徴とする特許請求ノＷｆｌ　囲第
   ｆｉ１項記載のシステム。 ｕ滲　　その面上に凹面反射器の環状配列を有する回り
   云走査ディスクと、 前記凹面反射器からその反射器の焦点止部に等しい圧路
   だけ分離して配置されたイメージ手段、及び 前記凹面反射器の閏己列に向かってその強度を制御さｎ
   た放射線を畠射することにより直線走査イメージを形成
   するように配置さ７″Ｌだ放射線発射手段 を含むことを特徴とする、平行した直線走査画像要素を
   含むビデオ型イメージを発生するためのラスター走査シ
   ステム。 （１５）　　前記システムがさらに前記放射線発射手段
   から出た放射線を前記凹面反射器の配列に向かう平行ビ
   ームに変換するための手段を含むことを特徴とする特許
   請求の範囲第（１４１項記載のシステム。 け６）前記放射線発射手段が可視光ヌベクトルにおける
   放射線を発生するものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第Ｕ・０項記載のシステム。 （１７）　　シーンを低速で垂直走査するためのフレー
   ムミラーと、 その面上において凹面反射器の環状配列を有する回転走
   査ディスクと、 前記凹面反射器からその反射器の焦点距離に等しい距不
   だけ分離して配置されたことにより、前記フレームミラ
   ーから出た放射線を前記凹面反射器の環状配列に向かっ
   て反射するためのストリップミラーと、 前記ストリップミラー及び少なくとも１つの前記凹面反
   射器により反射された放射線の強度を検出するように配
   置された放射線検出手段を鼎えたことを特徴とするシー
   ンの直交走査を行なうためのスキャニングシステム。 （１８）　　前記システムがさらに前記フレームミラー
   とンの直線軌跡が前記フレームミラーの位置に従って前
   記ストリップミラー上に現訛るようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第（１７）項記載のシステム。 ［１９ｆ　　ｎＴＪ　化テレセントリックイメージ手段
   がレンズ゛からなるととを特徴とする特許請求の範囲第
   ｕ８）項記載のシステム。 ｔ２ＣＩｔ　　前ｇＦ３テレセンドリンクイメージ手段
   が凹面イメージミラーからなることを特徴とする特許請
   求の範囲第０８１項記載のシステム。 （２υ　前記システムがさらに前記凹面イメージミラー
   の前段に同軸凹凸レンズを含むことを特徴とする特許請
   求の範囲第（２０）項記載のシステム。 １２２）　　前記ストリップミラーが円錐面の部分から
   なることを特徴とする特許請求の範囲第（２０１項記載
   のシステム。 （２３）　　前記凹面反射器から反射される放射線が平
   行ビームとなるようにし、前記システムがさらに前記平
   行ビームを前記放射線検出手段上に結像させるための収
   束手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲第（１７
   ）項記載のシステム。 （２４１前記収束手段がレンズからなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２３１項記載のシステム。 Ｆ２５）　　前記収束手段が放物面反射器からなること
   を特徴とする特許請求の範囲第（２３）項記載のシステ
   ム。 （２６）前記凹面反射器の配列と前記収束手段との間に
   、少なくとも１つの反射面手段を含むことによシ光路を
   曲折したことを特徴とする特許請求の範囲第（２３）項
   記載のシステム。 （２７）前記フレームミラーに向かう光路が前記放射線
   検出手段への光路と整列するようにしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第（２３１項記載のシステム。 （２８）前記ストリップミラーが円錐面の一部からなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１７）項記載のシ
   ステム。 （２９）前記ストリップミラーが反射性物質のリボンか
   らなることを特徴とする特許請求の範囲第（１７）項記
   載のシステム。 （３０）前記スｌ−’）ツブミラーが透明基村上の反射
   性ストリップからなることを特徴とする特許請求の範囲
   第（１７）項記載のシステム。 （３１）前記検出手段が昂却された面上に取シ例けられ
   るとともに、前記システムがさらに前記ストリップミラ
   ーに近接した湾曲面を含むことにより前記検出手段が前
   記ストリップミラーを介して走査線の外側領域における
   前記冷却面を監視できるようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第（１７１項記載のシステム。 （３２ｊ　　前記システムがさらに前記凹面反射器の配
   列に向かって強度制御された放射線を発射することによ
   シ直線走査イメージを形成するように配置さｎた放射線
   発射手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲第鰭゛
   項記載のシステム。