JPH09502812A - マルチイメージ検出器組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 マルチイメージ検出器組立体は１つの焦点面上に形成された検出器エレメント・アレイ（１６）と、複数の収束部材（１２）とを含む。各収束部材（１２）は実質的に同一のシーンをアレイ（１６）の複数のセクション（２０）のうちの対応する１つの上にフォーカスする。スペクトル・フィルタまたは偏光フィルタなどの光学エレメント（１８）は収束部材（１２）の複数の光路内、好ましくは焦点面（１６）に隣接して配置されている。イメージ検出は１つの焦点面（１６）を利用して空間的及び時間的に互いに関連する独立したイメージのセットを提供すべく連続的、かつ同時に行われる。

Description

【発明の詳細な説明】 マルチイメージ検出器組立体 発明の分野 本発明は結像光学システム、より詳細には検出器アレイの複数の独立したセク ション上に同一のシーン（Scene）をそれぞれ結像する低価格にして軽量なマル チイメージ検出器組立体（Multi-image detector assembly）に関する。同組立 体では、フィルタ、偏光子及び他の光学エレメントのうちのいづれか１つが互い に関連するシーンのイメージのセットを１つの焦点面から提供すべく各収束部材 に付随している。 発明の背景 赤外線スペクトルは可視光線よりも波長が長く、かつマイクロ波よりも波長が 短い波長範囲を有する。一般的に、可視光線の波長は０．４〜０．７５マイクロ メートルの範囲に属する。近赤外線の波長は０．７５〜１０マイクロメートルの 範囲に属する。遠赤外線の波長は約１０マイクロメートル〜１ミリメートルの範 囲に属する。赤外線検出器の機能としては、赤外線のうちの特定範囲に属する波 長のエネルギーに反応することが挙げられる。 加熱された物体は熱エネルギーを放射し、同熱エネルギーは赤外線スペクトル 内に特徴的な波長を有する。異なる熱源を示す異なる熱エネルギー・レベルは赤 外線周波数スペクトルの異なる範囲において信号を出力することによって特徴づ けられる。全ての赤外線周波数スペクトルに対して十分な効果を示す検出器は存 在しない。従って、設計者が意図する感度範囲に基づいて検出器が選択される。 同様に、赤外線検出器からの信号を受信し、かつ処理する電子回路も意図する検 出機能に基づいて選択する必要がある。 最初の赤外線検出器が１８００年代初期に制作されて以来、各種の赤外線検出 器が提案されている。最近のほぼ全ての赤外線検出器は幾つかの方法のうちのい づれか１つに基づいて赤外線周波数エネルギーに対して反応する材料から形成さ れた固体装置である。熱線検出器は赤外線周波数エネルギーを吸収することによ り同エネルギーに対して反応する。そして、エネルギーの吸収は検出材料の温度 の上昇を招来する。上昇した温度は抵抗率などの他の材料特性を変化させる。こ の変化を測定することにより、赤外線放射が測定される。 フォトタイプ検出器（例：光伝導性検出器及び光起電性検出器（Photoconduct ive and photovoltaic detectors））は赤外線周波数エネルギーを材料の電子構 造内に直接吸収して電子項遷移を形成する。電子項遷移は導電性の変化（光伝導 体）と、検出器のターミナルにおける出力電圧の形成（光起電性検出器）とのう ちのいづれか一方を招来する。正確な変化は選択された検出器構成材料、同材料 のドーピング密度及び検出器の検出面積を含む各種の要因に基づいている。 ４分の１マイル離れた動物から発せられた熱を検出し得る赤外線検出器が１８ ００年代後期までには開発されている。赤外線周波数エネルギーを透過する材料 からなる収束レンズの導入と、半導体材料及び高感度電子回路の進歩とにより、 最近の赤外線検出器の性能は理想の光子限界近くまで進歩した。 最近の赤外線検出システムは不連続な多数の高感度検出器エレメントからなる アレイ（以下、検出器エレメント・アレイと称する）を有し、同アレイからの出 力は高性能な処理回路へ入力される。処理回路は検出器エレメントの励起パター ン及び励起の順番を迅速に分析することにより、赤外線放射源を同定し、かつ監 視し得る。このようなシステムの理論性能は多くの用途において満足できる。し かし、同システムを実際に使用した場合、百万個以上の検出器エレメントと、そ れに付随する回路とを高い信頼性を維持して実用的に結合する構造を形成するこ とは困難である。従って、最近の赤外線検出システムの実用には、検出器アレイ 及び付随する回路を小型化することと、検出器エレメントによって形成された電 気信号に混入するノイズを最小限に抑制することと、検出器アレイ及び付随する 回路の信頼性及び経済的生産性を改善することに代表される更なる進歩が必要と される。 例えば、最近の検出器のサブアレイは一辺に沿って２５６個の検出器を有する 。即ち、同サブアレイは全体として６５，５３６個の検出器を有する。正方形を なす各検出器の一辺の長さは約０．００３５インチ（約０．０８９ｍｍ）であり 、同検出器は互いに約０．０００５インチ（約０．０１３ｍｍ）離間している。 従って、サブアレイ全体の一辺の幅は１．０２４インチ（約２６．０１ｍｍ）と なる。この結果、処理回路に対してサブアレイを接続するには、一辺の長さが１ インチ（約２５．４ｍｍ）を僅かに上回る正方形内において、６５，５３６個の 検出器を処理回路に対して接続する十分な回路を備えた接続モジュールを要する 。そして、サブアレイは２千５百万個以上の検出器を含む１つのアレイを形成す べく互いに接続されている。 このような最近の赤外線検出システムでは、ターゲットまたはシーンは１つの イメージを焦点面上に形成する。赤外線スペクトルの異なる部分の検出を望む場 合、一般的に移動可能なフィルタが収束レンズ及び赤外線検出アレイの間に配置 される。しかし、このようなアセンブリは高価であるとともに、重く、大きく、 しかも壊れ易い。 このようなメカニズムをフィルタの移動に使用した場合、赤外線検出システム のコスト及び重量の増加を招来する。更に大きな問題点としては、同メカニズム が機械的に複雑であり、所望の結果を得るために高い精度を要する点が挙げられ る。従って、移動可能なフィルタの信頼性に大きな問題がある。これはシステム の修復が不可能または非常に困難な空間的制限をともなう用途において特に問題 となる。フィルタの機械的移動は、フィッタ・チャージ（Fitter charge）の開 始に使用される制御信号の形成と、機械部品の慣性特性に基づいて決定される停 止に要する時間（Settle-down times）と、光学的整合を維持し、振動の発生及 び破損し易い光学部品に対する損傷を回避するために要する低速での移動とに起 因して測定不感時間（Observation dead time）を形成する。幾つかの軍事シス テムでは、フィルタ切換に付随する全ての時間的損失は非常に望ましくないか、 または許容不可能である。 また、移動可能なフィルタ、即ち、フィルタ・ホイール装置（Filter wheel d evices）は本質的に連続するスペタトル・データを提供する。全てのスペクトル ・データを同時に提供することが更に望ましい。これは急速に変化するイメージ を認識する際に特に重要となる。 この結果、赤外線スペクトルの異なる範囲を検出するか、または入力されたソ ース信号（Source signal）を変化させるために移動可能なフィルタまたは他の 光学部品を必要としない低価格であって、しかも軽量、かつ小型の高い信頼性を 備えたマルチイメージ検出器組立体を提供することは効果的である。 発明の概要 本発明は前記の従来技術に付随する問題を解決する。より詳細には、本発明は 検出器エレメント・アレイと、複数の収束部材と、各収束部材が実質的に同一の シーンを検出器エレメント・アレイの複数のセクションのうちの対応する１つの 上にフォーカスすることと、各収束部材及びそれに対応する検出器エレメント・ アレイのセクションが光路を形成することと、複数の光路内に配置された複数の 光学エレメントとを有する検出器組立体を含む。光学エレメントは収束部材の一 方の側面上に配置し得る。各光学エレメントは伝搬される波長範囲を限定するこ とと、伝搬される偏光を制限、即ち限定することと、伝搬される強度を制御する ことのうちの少なくともいづれか１つを実現すべく使用される。イメージ検出は １つの焦点面を使用して、互いに関連し、かつ独立したイメージのセットを提供 すべく連続的、かつ同時に行われる。収束部材は回折格子、レンズ及びリフレク タのうちのいづれか１つを含む。レンズまたはリフレクタは１つの材料シート上 に形成することが望ましい。材料はその上に形成するレンズのために透明である 。この結果、レンズは回折レンズ（Diffractive lens）または屈折レンズを含み 得る。 従来の移動フィルタを使用し、かつ１つの焦点面を有する装置では、データ収 集を連続的に実施する必要がある。本発明では、データ収集がほぼ同時に実施さ れるため、大きな時間的効果が得られる。 本明細書中において、“光学エレメント”という用語は電磁信号または光学信 号を変更する任意の装置を含む。光学エレメントはスペクトル・フィルタ及び偏 光フィルタを含むが、これらに限定されない。 更に“互いに関連する”という用語は、共通のソース、ターゲット及びシーン のうちのいづれか１つから同時に受信された信号またはイメージを意味し、同信 号またはイメージはスペクトル濾波と、偏光濾波と、他の信号または光の処理と のうちのいづれか１つにおいて互いに異なる。 以下に詳述するように、独立したレンズ・エレメントは焦点面アレイ全体に関 する所望の空間的関係及び整合を正確に維持すべく透明材料からなる１つのシー ト上に形成することが好ましい。これに代えて、収束部材を焦点面アレイに関す る所望の空間的関係及び整合を維持する透明材料からなる独立したエレメント上 に形成し得る。レンズまたはリフレクタは本発明のマルチイメージ検出器アレイ の初期開口（Initial aperture）を任意にて形成し得る。これに代えて、更に大 きなレンズ及びリフレクタのうちの少なくともいづれか一方の集光能力は装置の 集光能力を改善し、さらには焦点面上に形成される複数のイメージの解像度及び 強度を増加すべく初期開口として使用し得る。光学エレメント及び検出器エレメ ント・アレイの間の整合を促進すべく光学エレメントを検出器エレメント・アレ イに隣接して形成することが好ましい。光学エレメントは特定の光路に沿って伝 搬された信号の光学特性を変更する部材を含む。一般的に、光学エレメントはス ペクトル・フィルタ及び偏光フィルタを含む。当業者は他の各種光学エレメント を単独で使用するか、またはスペクトル・フィルタ及び偏光フィルタのうちの少 なくともいづれか一方とともに使用できることを認識し得る。 従って、本発明の方法に基づき、シーンの複数のコピーが検出器エレメント・ アレイの複数のセクション上にそれそれ同時にフォーカスされる。シーンの各コ ピーは選択された検出器エレメント上へフォーカスされる前に、例えばスペクト ル・フィルタ及び偏光フィルタのうちの少なくともいづれか一方を介して光学的 に変更される。シーンの各コピーは検出器アレイのうちの対応する部分上へ回折 、 屈折及び反射のうちのいづれか１つによって同時にフォーカスされる。従って、 ソース信号の各種の異なる特性は同信号を高い信頼性をともなって正確に同定す るマルチイメージ検出器組立体の能力を最適化すべく同時に検出、測定及び分析 し得る。 シーンの特定のコピーによって照射された焦点面のエレメントを含む画素はサ ブシーン・アレイ（Subscene array）として電子処理装置（Processing electro nics）へ入力される。各サブシーン・アレイは特定の波長及び偏光のうちの少な くともいづれか一方において認識されたシーンとして記録及び／または処理され る。アルゴリズムと一般的に称される処理方法は、異なる周波帯強度（Waveband intensities）及び異なる偏光状態がシーン全体のうちの特定範囲（所定の偏光 ）に帰因する場合、イメージにおける差の効果を利用し得る。温度を対比するこ とと、表面反射率または放射特性の差を拡大することと、太陽光線によるバック グラウンドを排除することと、これらに類似した他の技術を使用することにより 、前記のイメージにおける差の効果を利用し、これによりターゲットの検出能力 と、同ターゲットのオペレーション状態に関する知識とを高める多くの方法が存 在する。各サブシーン・イメージ（Sub-scene image）を異なるスペクトル帯及 び偏光状態のうちの少なくともいづれか一方で形成し、さらには同サブシーン・ イメージが同一の空間領域内において画素毎に互いに隣接して記録されるように 複数のサブシーン・イメージを形成することにより、本発明は前記の広範なアル ゴリズムを各用途に適するように形成し、かつ使用することを可能にする。 本発明のマルチイメージ検出器組立体を赤外線検出器組立体に関連して詳述し たが、当業者は同組立体を紫外線、可視光線及び赤外線等の他の各種スペクトル 帯とともに使用できることを認識し得る。赤外線マルチイメージ検出器組立体と しての本発明の説明は本発明の例示を目的とするものであって、本発明を限定す るものではない。 従って、本発明は赤外線検出システム等の異なる広範な用途に使用し得る低価 格であって、かつ大量生産可能なセンサを提供する。本発明は赤外線スペクトル の異なる範囲を検出するか、または入力されたソース信号を変化させるために移 動可能なフィルタまたは他の光学部品を必要としない低価格であって、しかも軽 量、かつ小型の高い信頼性を備えたマルチイメージ検出器組立体を提供すべく最 近のレンズ及び焦点面技術の新たな形態を使用する。従って、センサ組立体は最 近のマルチスペクトル／マルチポーラー・イメージング・センサ（Multi-spectr al/multi-polar imaging sensor）に使用される移動部品に一般的に付随するコ スト、重量、体積及び壊れ易さに関する問題をともなうことなく、マルチスペク トル及び／またはマルチポーラー・スターリング検出及び処理（Multi-spectral and/or multi-polar staring detection and processing）の効果を獲得する。 本発明の装置を使用することにより機械部品に関連した時間的障害が排除される ため、データ収集効率の大幅な増加が可能である。本発明はフィルタ・ホイール を使用する本質的に効率が低く、かつ相互の整合性を伴わない連続的なデータ収 集方法とは異なり、複数のデータをほぼ同時に収集可能とする。 本発明のマルチイメージ検出器組立体は実質的に同一の複数のレンズから構成 された一般的に矩形をなすアレイを含み、各レンズは同一のシーンを焦点面検出 器アレイの独立したセクションへ投影する。異なるスペクトル・フィルタ及び偏 光子のうちの少なくともいづれか一方を各レンズとともに使用した場合、互いに 関連するシーンのイメージのセットが共通の焦点面アレイによって形成される。 レンズ・アレイは所望の同一のシーンを共通の焦点面アレイの対応する部分へ 連続的にフォーカスすべく以下に詳述する各種の手段によって位置が固定されて いる。例えば、６４４ｘ４８８焦点面検出器アレイ（644 x 488 focal plane de tector array）を使用する場合、１６個の独立したイメージを焦点面上へ形成す べくレンズ・セットは４ｘ４アレイ内へ配置可能である。独立した各イメージは １６１ｘ１２２画素を含む。この結果、独立したスペクトル・フィルタ及び偏光 フィルタのうちの少なくともいづれか一方をともなう各レンズは独立したイメー ジを提供する。即ち、同一のシーンをカバーする１６個の異なるウェーブ・バン ド（Wave bands）及び１６個の異なる偏光のうちの少なくともいづれか一方が 焦点面アレイの複数の部分にそれぞれ形成される。 従って、例えばスペクトル測定、ターゲット検出、ターゲット同定及び戦場損 害評価のうちのいづれか１つを含む特定用途に対して所望の数量及び種類のウェ ーブ・バンドを提供すべく２ｘ２レンズ・アレイ、３ｘ２レンズ・アレイ、５ｘ ６レンズ・アレイ及び他の組み合わせのレンズ・アレイのうちのいづれか１つの 使用が可能である。当業者にとって自明であるように、更に多くの画素数が焦点 面アレイ内に含まれる場合、任意のスペクトル分解能レベルに対して更に良好な 空間分解能を提供できる。 レンズ・アレイを形成する好ましい方法としては、回折レンズを透明材料から なる１つのシートまたはスラブ上に好ましくは光リソグラフィを使用して形成す ることが挙げられる。当業者は回折レンズの形成に他の各種の手段が適すること を認識し得る。このようなプロセスは独立したイメージ間の空間的関係及び整合 を高い精度で維持する。当業者にとって自明であるように、このようなレンズの 製造及び複製プロセスはレンズ間におけるスペクトル範囲差（Spectral region differences）と、回折特性及び伝搬特性との調整を含むことが好ましい。各レ ンズの回折特性はイメージを焦点面の適切な部分に形成すべく調整される。この 結果、レンズ・アレイ及び焦点面アレイの間の寸法差が補償される。 レンズ・アレイを形成する別の方法として、複数の屈折レンズを透明材料から なる１つのシート上に形成することが挙げられる。この結果、独立したイメージ とともに空間的関係及び整合が高い精度で維持される。ダイヤモンド旋削等のレ ンズを形成する任意の従来技術を使用し得る。更に、前記の方法に類似して、製 造及び複製プロセスはレンズ間におけるスペクトル範囲差と、回折特性及び伝搬 特性との調整を含み得る。各レンズの屈折特性は共通の焦点面の適切な部分にイ メージを形成すべく調整される。この結果、レンズ・アレイ及び焦点面アレイの 間の寸法差が補償される。 更に別の選択肢において、複数の屈折レンズ及び回折レンズのうちの少なくと もいづれか一方が透明材料からなる独立した複数のエレメント上に形成される。 そして、各レンズは独立したイメージ間の空間的関係及び整合を高い精度で維持 すべく取り付けられている。当業者にとって自明であるように、レンズを形成す る多くの従来技術を使用し得る。そして、製造または複製プロセスはレンズ間に おけるスペクトル範囲差と、屈折／回折特性及び伝搬特性との調整を含み得る。 各レンズの機械的整合は自身のイメージを共通の焦点面の適切な部分へ形成すべ く調整される。この結果、レンズ・アレイ及び焦点面アレイの間の寸法差が補償 される。 レンズ・アレイと同等のものを形成する別の選択肢において、複数の反射領域 からなるアレイは共通の鏡または共通の鏡支持構造上に形成される。各反射領域 はシーンを焦点面アレイの対応する部分へフォーカスすべく形成されている。次 いで、各反射エレメントは独立したイメージ間の空間的関係及び整合を高い精度 で維持すべく取り付けられる。当業者にとって自明であるように、反射領域を形 成する各種の従来技術を使用可能である。各エレメントの機械的整合はイメージ を共通の焦点面の適切な部分へ形成すべく調整される。この結果、リフレクタ・ アレイ及び焦点面アレイの間の寸法差が補償される。 前記のレンズ・アレイまたはリフレクタ・アレイは多くの検出用途において初 期開口を形成し得る。しかし、別の用途において、集光力または空間分解能の要 件はレンズ・アレイまたはリフレクタ・アレイを使用して実現し得る開口よりも 更に大きな開口を必要とすることがある。この際、フィールド全体を縮小するこ とにより、シーンを伝搬する平行光線によって構成される更に小さな径を備えた ビームをスペクトル／偏光アレイ上へ入射させるべく第１の鏡及び第２の鏡から なるシステムまたは第１のレンズ及び第２のレンズからなるシステムを使用し得 る。 多層誘電体スタック（Multi-layer dielectric stacks）等の光学フィルタの アレイはセンサの所望の用途または種類に応じて形成される。フィルタをレンズ または反射エレメント上に個々のコーティングとして形成することが好ましい。 これに代えて、フィルタは各レンズ及び焦点面セクションの間の光路上の任意の 適切 な位置に配置された独立した光学エレメントであり得る。フィルタ・アレイを焦 点面アレイの直前に配置することが好ましい。この結果、低温を伴う用途におけ る冷却されたフィルタの効果を提供するとともに、機械的整合を促進し、かつ信 頼性を高め得る。 各種の異なる偏光軸に関する比較測定を実施すべく偏光フィルタをスペクトル ・フィルタとともに、または同スペクトル・フィルタに代えて使用し得る。従っ て、例えば４ｘ４レンズ・アレイにおいて、４個の色フィルタまたはスペクトル ・フィルタを使用でき、同フィルタは水平偏光、垂直偏光、円偏光及び非偏光を 形成する構造をそれぞれ備え得る。 従って、本発明のマルチイメージ検出器組立体は適度な解像度を備えた空間イ メージを実現する一方で、時間的に連続するスペクトル変化及び偏光変化（Time continuous spectral and/or polarization variations）のうちの少なくとも いづれか一方を測定する低価格、かつ実用的なシステムを提供する。多くの状況 下において、シーンの各種エレメントが提供する放射及び反射エネルギーの分布 に含まれるスペクトル差及び偏光差のうちの少なくともいづれか一方は異なる種 類のターゲットを示すことが知られている。シーンの特定エレメントを発見し、 かつ分析することが重要な場合、このような差はシーンに一般的に付随する空間 的な差及び時間的な差、並びに強度に関する補足（Complements）を提供する。 一般的に、具体例は各種の偏光を提供すべく異なる方向において表面から反射さ れるとともに、周知のスペクトル依存関係を示す太陽スペクトル内に存在する。 この情報は熱放射に対して重ね合わされ、同熱放射の強度は未知の表面温度及び 周知の波長とともに熱放射の法則から予測可能な形態で変化する。同一時刻に同 一場所で得られた複数の正確なデータとともに各種の物理法則を利用する処理技 術は、本発明のマルチイメージ検出器システムを使用することにより検出問題の 処理に使用できる。 本発明のマルチイメージ検出器組立体の大量生産性及び小型サイズにより、同 組立体を爆弾、ミサイル及び砲弾などの使い捨て装置と、宇宙空間での用途（地 球資源または環境探査、条約検証、軍事諜報）とにも使用できる。更に、本発明 は各種の検出目的を実現すべく各軍隊において使用し得る。本発明は赤外線、可 視光線及び紫外線を使用する光学システムでの使用に適する。 本発明の前記以外のものも含めた効果は以下の記述及び図面から更に明確にな る。本明細書に詳述する特定の構造に関する変更は、本発明の精神から逸脱する ことなく請求項の範囲内において実施し得る。 図面の簡単な説明 図１は本発明の第１の実施の形態を示す斜視図である。レンズ、即ち回折レン ズまたは屈折レンズのアレイは光線をスペクトル・フィルタまたは偏光フィルタ などの光学エレメントを通じて、焦点面アレイの対応するセクション上へフォー カスする。 図２は本発明の第２の実施の形態を示す斜視図である。リフレクタのアレイは 光線をスペクトル・フィルタまたは偏光フィルタなどの光学エレメントを通じて 焦点面アレイの対応するセクション上へフォーカスする。 好ましい実施の形態の詳細な説明 添付図面に基づく本発明の詳細な説明は、現時点における本発明の好ましい実 施の形態の説明であって、本発明を形成または使用する唯一の形態を示すもので はない。以下に、本発明を形成及び使用するための工程の機能及び順序を実施例 に基づいて詳述する。しかし、同一または同等の機能及び順序を本発明の精神及 び範囲内に含まれる異なる実施の形態によって実現し得る。 図１及び図２は本発明の２つの好ましい実施の形態に基づくマルチイメージ検 出器組立体をそれぞれ示す。図１は第１の実施の形態を示す。レンズ、即ち回折 レンズまたは屈折レンズのアレイは光線をスペクトル・フィルタまたは偏光フィ ルタなどの光学エレメントを介して焦点面アレイの対応するセクション上へフォ ーカスする。図２は本発明の第２の実施の形態を示す。リフレクタ・アレイは光 線をスペクトル・フィルタまたは偏光フィルタなどの光学エレメントを通じて焦 点面アレイの対応するセクション上にフォーカスする。 図１に示す本発明の第１の実施の形態では、複数の収束部材は複数のレンズ１ ２からなるアレイ１０を含む。各レンズ１２は回折レンズまたは屈折レンズであ り得る。更に、同レンズ１２は独立したイメージ間の空間的関係及び整合を高い 精度で維持すべく透明材料からなる共通シート、即ち１つのシート上に形成する ことが好ましい。これに代えて、複数のレンズ１２は所望の整合を実現すべく一 緒に取り付けられた複数の独立した部材内に形成できる。当業者はレンズ１２を 形成する各種の技術が本発明に適することを認識し得る。製造及び複製プロセス はレンズ間におけるスペクトル範囲差と、回折特性及び伝搬特性との調整を好ま しくは含む。各レンズの回折特性は同レンズが形成するイメージを焦点面の適切 な部分に形成すべく調整される。これはレンズ・アレイ及び焦点面アレイの間の 寸法の差を許容する。フィルタ１８などの光学エレメントからなるアレイ１４は 光学検出器の収束部材１０及び焦点面アレイ１６の間に配置することが好ましい 。 光学エレメント１８はスペクトル・フィルタまたは偏光フィルタを含むことが 好ましい。当業者は光学信号が焦点面アレイ１６上へ入射する以前に同光学信号 を変更する他の各種光学エレメントの使用が同様に望ましいことを認識し得る。 従って、収束部材アレイを構成する各レンズ１２はイメージを焦点面アレイの 対応するセクション２０上に形成する。この結果、イメージ検出は複数のイメー ジ検出器セクション２０上において連続的、かつ同時に行われる。この結果、互 いに関連するイメージのセットが１つの焦点面アレイ１６によって形成される。 以上、本発明のマルチイメージ検出器組立体の第１の実施の形態の構造につい て詳述した。次いで、同マルチイメージ検出器組立体の動作について詳述する。 イメージ・シーン（Image scene）からの入射光線３０は点Ａにおいて各レンズ １２を通過して伝搬される。回折または屈折される光線３２は、同光線３２が点 Ｂにおいて各光学エレメント１８を通過し、次いで点Ｃにおいて焦点面アレイ・ セクション２０内に形成された検出器上へ入射するようにフォーカスされる。実 質的に同一のシーンを各焦点面セクション２０上に形成すべく、このプロセスは レンズ１２、光学エレメント１８及び焦点面アレイ・セクション２０によって構 成される各セットにおいて同時に行われる。 本発明のマルチイメージ検出器の第２の実施の形態において、収束部材１１０ は本発明の第１の実施の形態同様にイメージを焦点面アレイ１１６の対応するセ クション１２０上へフォーカスすべく形成されたリフレクタ１１２のアレイを含 む。複数の光学エレメント１１８からなる光学エレメント・アレイ１１４は、本 発明の第１の実施の形態同様にリフレクタ・アレイ１１０及び焦点面アレイ１１ ６の間であって、好ましくは焦点面アレイ１１６に隣接して配置される。複数の 光学エレメント１１８はスペクトル・フィルタまたは偏光フィルタであることが 好ましい。 以上、本発明のマルチイメージ検出器組立体の第２の実施の形態の構造につい て詳述した。次いで、同マルチイメージ検出器組立体の動作について詳述する。 ソース・シーン（Source scene）からの入射光線１３０は点Ｄにおいてリフレク タ・アレイ１１０の各リフレクタ１１２上へ入射し、さらには焦点面アレイ１１ ６へ向けてフォーカスされ、かつ反射される。反射された光線１３２は点Ｅにお いて各フィルタ・エレメント１１８を通過して伝搬され、さらには点Ｆにおいて 焦点面アレイ１１６の焦点面アレイ・セクシヨン１２０上へ入射する。このプロ セスは本発明の第１の実施の形態同様に実質的に同一のシーンを各焦点面セクシ ョン２０上に結像すべくリフレクタ１１２、光学エレメント１１８及び焦点面セ クション２０によって構成される各セットにおいて同時に行われる。 従って、適度な解像度を備えた空間イメージにおけるスペクトル変化及び偏光 変化のうちの少なくともいづれか一方を連続的に確定する低価格、かつ実用的な システムが提供される。 本発明のマルチイメージ検出器組立体は赤外線映像の分野に特定の用途を有し 、同赤外線映像の各種スペクトル成分及びその各種偏光は映像化されたシーンの ソース及び成分のうちの少なくともいづれか一方に関する重要な情報を提供する 。 例えば、飛行中の大陸間弾道ミサイルは初期のブースト段階において自身のスペ クトル及び偏光から異なるスペクトル・データ及び偏光データを提供し得る。移 動式発射台から発射されたシアタークラス・ミサイル（Theater-class missile ）は戦場における他の放射電磁波とは異なる光学特性、即ちスペクトル特性また は偏光特性を示す。当業者は本発明の他の類似する用途が存在することを認識し 得る。 添付図面に関連して本明細書で詳述したマルチイメージ検出器組立体の例は本 発明の現時点における好ましい実施の形態を示すのみである。事実、本発明の精 神及び範囲から逸脱することなく、これらの実施の形態に対する各種の変更及び 追加が可能である。例えば、収束部材、光学エレメント・アレイ及び検出器エレ メント・アレイの各種の寸法、形状及び形態が予測される。各収束部材は実質的 に同一である必要はない。同収束部材は映像化されたシーンを異なる倍率で提供 すべく異なる焦点距離を有し得る。更に、当業者は必要に応じてソース・イメー ジを光学的に処理すべくフィルタ、レンズ及びリフレクタ等の各種の別の光学部 品を本発明のマルチイメージ検出器組立体とともに使用できることを認識し得る 。また、複数の光学エレメントはスペクトル・フィルタ及び偏光フィルタのうち の少なくともいづれか一方に代表される複数の異なる種類の光学エレメントを含 み得る。更に、複数の収束部材は複数の異なる種類の収束部材、即ち回折部材、 屈折部材及び反射部材のうちの少なくともいづれか１つを含み得る。本発明は赤 外線、可視光線及び紫外線を含む各種の電磁波スペクトルに対して使用可能であ る。従って、前記のもの以外を含む変更及び追加は当業者にとって自明であり、 さらには本発明を異なる各種用途での使用に適合させるべく実施可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９５年１１月１日 【補正内容】 ７．前記複数の収束部材は複数のリフレクタを含む請求項１に記載のマルチイ メージ検出器組立体。 ８．前記複数の収束部材はその初期開口を形成する請求項１に記載のマルチイメ ージ検出器組立体。 ９．前記複数の光学エレメントは前記複数の収束部材上に形成されたコーティン グを含む請求項１に記載のマルチイメージ検出器組立体。 １０．前記複数の光学エレメントは前記検出器エレメント・アレイに隣接して形 成されている請求項１に記載のマルチイメージ検出器組立体。 １１．前記複数の光学エレメントはスペクトル・フィルタ及び偏光フィルタのう ちの少なくともいづれか一方を含む請求項１に記載のマルチイメージ検出器組立 体。 １２．前記検出器エレメント・アレイは赤外線検出器エレメント・アレイを含む 請求項１に記載のマルチイメージ検出器組立体。 １３．前記複数の光学エレメントは異なる種類の複数の光学エレメントを含む請 求項１に記載のマルチイメージ検出器。 １４．前記複数の収束部材は異なる種類の複数の収束部材を含む請求項１に記載 のマルチイメージ検出器。 １５．共通のシーンを表示する互いに関連するイメージのセットを連続的、かつ 同時に提供する方法であって、 ａ）複数の光路を形成すべくシーンを共通の検出器エレメント・アレイの複数 のセクション上へそれぞれ同時にフォーカスする工程と、 ｂ）各光路に沿って前記検出器エレメント・アレイの複数のセクション上にフ ォーカスされたシーンを独立して光学的に変化させる工程と、 ｃ）互いに関連する複数のシーンが共通の焦点面上に同時に形成されることを 含む方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コックス、ジョン アメリカ合衆国 22182 ヴァージニア州 ヴィエナ トンプソン ラン コート 1294 (72)発明者 オーマン、リチャード アメリカ合衆国 11743 ニューヨーク州 ハンティントン ホワイトホール ドラ イブ 16 (72)発明者 ライアン、ロバート イー. アメリカ合衆国 11756 ニューヨーク州 レビットン チャペル レーン ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ａ）検出器エレメント・アレイと、前記アレイが複数のセクションを有する ことと、 ｂ）複数の収束部材と、前記各収束部材は実質的に同一のシーンを前記検出器 エレメント・アレイの複数のセクションのうちの対応する１つの上にフォーカス し、各収束部材及びそれに対応する前記アレイのセクションが光路を形成するこ とと、 ｃ）複数の光学エレメントと、前記各光学エレメントが前記複数の光路のうち の対応する１つの中に配置されていることと、 ｄ）イメージ検出が１つの焦点面を使用する互いに関連するイメージのセット を提供すべく連続的、かつ同時に行われること を含むマルチイメージ検出器組立体。 ２．前記複数の収束部材が複数のレンズを含む請求項１に記載のマルチイメージ 検出器組立体。 ３．前記複数の収束部材は透明材料からなる１つのシート上に形成されている請 求項１に記載のマルチイメージ検出器組立体。 ４．前記複数の収束部材は複数の独立した透明部材上に形成され、各透明部材は 相互間の所望の空間的関係及び整合を維持すべく配向されている請求項１に記載 のマルチイメージ検出器組立体。 ５．前記複数の収束部材は複数の回折レンズを含む請求項１に記載のマルチイメ ージ検出器組立体。 ６．前記複数の収束部材は複数の屈折レンズを含む請求項１に記載のマルチイメ ージ検出器組立体。 ７．前記複数の収束部材は複数のリフレクタを含む請求項１に記載のマルチイメ ージ検出器組立体。 ８．前記複数の収束部材はその初期開口を形成する請求項１に記載のマルチイメ ージ検出器組立体。 ９．前記複数の光学エレメントは前記複数の収束部材上に形成されたコーティン グを含む請求項１に記載のマルチイメージ検出器組立体。 １０．前記複数の光学エレメントは前記検出器エレメント・アレイに隣接して形 成されている請求項１に記載のマルチイメージ検出器組立体。 １１．前記複数の光学エレメントはスペクトル・フィルタ及び偏光フィルタのう ちの少なくともいづれか一方を含む請求項１に記載のマルチイメージ検出器組立 体。 １２．前記検出器エレメント・アレイは赤外線検出器エレメント・アレイを含む 請求項１に記載のマルチイメージ検出器組立体。 １３．前記複数の光学エレメントは異なる種類の複数の光学エレメントを含む請 求項１に記載のマルチイメージ検出器。 １４．前記複数の収束部材は異なる種類の複数の収束部材を含む請求項１に記載 のマルチイメージ検出器。 １５．共通のシーンを表示する互いに関連するイメージのセットを連続的、かつ 同時に提供する方法であって、 ａ）複数の光路を形成すべくシーンを共通の検出器エレメント・アレイの複数 のセクション上へそれぞれ同時にフォーカスする工程と、 ｂ）各光路に沿って前記検出器エレメント・アレイの複数のセクション上にフ ォーカスされたシーンを独立して光学的に変化させる工程と、 ｃ）互いに関連しない複数のシーンが共通の焦点面上に同時に形成されること を含む方法。 １６．前記シーンをフォーカスする工程は回折を用いてシーンをフォーカスする ことを含む請求項１５に記載の方法。 １７．前記シーンをフォーカスする工程は屈折を用いてシーンをフォーカスする ことを含む請求項１５に記載の方法。 １８．前記シーンをフォーカスする工程は反射を用いてシーンをフォーカスする ことを含む請求項１５に記載の方法。 １９．検出器エレメント・アレイの少なくとも１つのセクション上にフォーカス されたシーンを光学的に変化させる工程はスペクトル濾波及び偏光濾波のうちの 少なくともいづれか一方を含む請求項１５に記載の方法。