【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は情景を観察するためのセンサシステムに関し、特にシステム中に移動部分を具備せずに広い領域で高い分解能を達成するセンサシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ここで使用されているセンサシステムは、画像をさらに解析される信号に変換する装置である。 センサシステムは典型的にセンサ装置および情景をセンサ装置上に写す光学システムを含んでいる。 情景から放射された可視または不可視エネルギは光学システムによってセンサ上に写される。 センサは写された情景のエネルギを電気信号に変換する。 これらの信号は、情景の内容を分析するためにコンピュータによって表示され、蓄積または処理される。

【０００３】テレビカメラは、可視光を電気信号に変換するセンサシステムの１型式である。 別の適用例において、プレーナセンサアレイ等を使用した、より軽量で小型のセンサシステムが使用される。 そのようなプレーナアレイセンサは、それぞれがエネルギを受取り、応答する電気出力信号を生成する数多くの独立したセンサ素子を有している。 センサが応答するエネルギのタイプはセンサ素子の詳細な構造によって決定される。 センサ素子は可視光、赤外線、およびその他の波長のエネルギ等に幅広く使用される。 センサ素子は大きいアレイ中に設けられ、最近の幾つかの適用例において２５６×２５６の寸法の素子が使用されているが、それよりも大きいまたは小さいこともある。 従って、プレーナセンサアレイは何万もの独立したセンサ素子を有している。 光学システムは情景をプレーナセンサアレイ上へ焦点を結ばせるために典型的に設けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】光学システムに結合されたプレーナセンサアレイを含むセンサシステムの分解能は、センサ素子の目的物の角度の大きさによって測定される。 分解される角度が小さい程、センサの分解能は高くなる。 通常どのセンサ素子にとっても、分解能が高い程、センサの視界は小さくなる。 分解能を損うことなくセンサシステムの視界を増加させるためには、センサシステムは小さい角度の情景を観察するように構成される。 センサアレイは制御可能なモータによって駆動されるジンバル支持体上に設置される。 ジンバルは大きい情景を走査するために駆動され、その結果、センサアレイはいつでも情景の小さい部分だけを観察する。 情景全体の、完全で分解能の高い画像は、センサアレイが走査されるときに得られる画像を蓄積することによって構成されることができる。

【０００５】ジンバルセンサアレイによる方法は広く使用されている。 しかしそれは、ジンバルおよび駆動システムが重いために、または機械システムが加速度の高い環境に耐えることができないために、幾つかの例において使用できないこともある。 別の例においては、情景の走査を完成するのに必要な時間が長すぎる。 従って、ジンバルおよび駆動システム等の運動部分を必要とせず、
分解能が高く、大きい情景のセンサを提供するために改良する必要が生じる。 本発明はこの必要を満たし、さらに関連する利点を提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のセンサシステムは、センサの目標を含む示された小さい角度によって決定された分解能で、分解能が高く、大きい情景の画像を生成する。 運動部分を有していないために、このセンサシステムは軽量で、運動部分を必要とするセンサには困難または不可能である、高い加速度のシステムまたは別の応用への使用に適している。 情景の画像は、ジンバルに設置したアレイを使用するセンサシステムの画像との比較においてより速く生成される。

【０００７】本発明によれば、センサシステムは、エネルギの入力に応答する出力を生成するセンサ手段と、それぞれが情景の一部分を構成している２個以上の情景セグメントに情景を分割する手段と、一時に１個の情景セグメントを制御可能にセンサ手段へ向ける手段とを具備している。

【０００８】ある実施例に特に関連して、センサシステムは信号を感知するセンサ手段を具備し、そのセンサ手段はそれぞれがエネルギ入力に応答する出力を生成するセンサ素子のアレイを具備している。 システムには、光バルブ手段上に焦点が結ばれ、センサ手段へ伝送される情景から情景セグメントを制御可能に選択する光バルブ手段が含まれている。 光伝送手段は、選択された情景セグメントの画像エネルギを光バルブ手段からセンサ手段へ導き、光学手段は情景の焦点を光バルブ手段上に結ばせる。

【０００９】本発明の好ましい実施例において、情景の焦点を多重光バルブ上に結ばせるレンズは、個々に動作される複数の液晶光バルブで形成されることが好ましい。 情景のセグメントまたは部分は各光バルブ上に焦点を結ばれ、その結果、光バルブは情景のどのセグメントがセンサに到達するかを決定するスイッチとして集合的に機能する。 他の光バルブが入射エネルギを反射する間にただ１個の光バルブだけに伝送させることによって、
光バルブ制御装置は観察される情景のセグメントを選択する。

【００１０】観察されるセグメントは、各光バルブに延在する光ファイバの光ファイバケーブルによってプレーナアレイセンサへ伝送される。 各光バルブにはそれぞれのための光ファイバケーブルがある。 光バルブが空間画素アレイとして観察された場合、光ファイバケーブルは光バルブの画素の強度をセンサアレイの個々のセンサ素子に写像する。 各光ファイバケーブル中の光ファイバの数は、センサアレイのセンサ素子の数と等しい、すなわち、各光バルブの空間アレイにおける画素の数および配置に等しいことが好ましい。

【００１１】従って、一例において、Ｎ＝１０個の光バルブが存在する場合、光ファイバの束はＮ＝１０本の光ファイバケーブルを有する。 センサが、（Ｘ，Ｙ）＝
（２５６×２５６）アレイのセンサ素子として形成される場合、各光バルブは、光バルブの各画素から各センサ素子へ延在する光ファイバを有し、（Ｘ，Ｙ）＝（２５
６×２５６）アレイの画素として組織化される。 この例において、それぞれに６５，５３６本の光ファイバがある光ファイバケーブルが１０本ある。 Ｎ個の光バルブそれぞれにプレーナグリッドシステムを利用して、各光バルブの（Ｘ，Ｙ）画素はセンサアレイの（Ｘ，Ｙ）センサ素子へ写像される。 従って、Ｎ本の光ファイバが各センサ素子に信号を供給するが、上述の制御方法によってそのうちの１本だけがある瞬間において活性である。

【００１２】本発明のセンサシステムは高い分解能を達成する。 その理由は、センサは一時に光バルブによって送られた画像のうちの１つだけを受取り、応答しなければならないからである。 情景が所望された分解能を達成するために必要な数のセグメントに分割されるので、１
次元または２次元のアレイに配置されるのに必要な数と同数の光バルブが使用される。 もちろん、光バルブの数が多いほど、全ての情景セグメントを走査するための時間は長くなり、データを蓄積するために必要な場所も大きくなる。 本発明のシステムは運動部分を有していないため、好ましい実施例においてシステムは、狭い場所で、軽量に製造されることができる。

【００１３】本発明の他の特徴および利点は、好ましい実施例の詳細な説明から明らかとなり、一例として本発明の原理を示す添付された図面を参照に以下説明する。

【００１４】

【実施例】図１は本発明によるセンサシステム20を示している。 センサシステム20は、センサシステム20を保護する窓24を通して情景22を観察する。 情景22は複数の情景セグメント26から構成されるとする。 もちろん、情景
22が物理的にセグメント26に分割されることはないが、
後に説明されるように、センサシステム20の光学素子は情景22の画像をそのような複数のセグメント26に分割する効果を有している。

【００１５】センサシステム20には、単一のレンズ30として略図的に示されている光学システム28が含まれており、それはこの実施例では１次元のアレイに配置されている複数の光バルブ34の後部表面32上に情景22の焦点を結ばせる。 光学システム28には球面収差および画像の他の異常を修正する補正用球面凸レンズ等の他の光学素子も含まれている。

【００１６】図１には、２個の情景セグメントＳ３とＳ
８からの光線の通路が示されている。 光学システム28はこれらの情景セグメントＳ３およびＳ８を光バルブ34の異なったセグメントに集中させる。 従って、各光バルブ
34は他の情景のセグメントではなく、情景22のセグメント26を観察することになる。

【００１７】図２は１次元のアレイにおける複数の光バルブ34を示している。 複数の光バルブ34のそれぞれは、
１対の三角プリズム38として構成されており、各プリズムの斜辺は他方のプリズムに面している。 各側面に透明の電極42を有している液晶層40はプリズム38の間に挟まれている。 電気リード線44は電極42へ延在する。 この形態の光バルブ構造は、当業者の別の特許出願において知られている。 好ましい実施例において、プリズム38はセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）で構成され、液晶は電極に電圧がかけられていないときに透明である液晶材料であり、
電極はそれぞれ約３０マイクロメートルの厚さの透明のインジウム錫酸化物層である。

【００１８】電位がリード線44間に供給されていないときは、液晶層40は透明であり、入って来る光線46は光バルブ34を通り抜けて透過光線48となる。 リード線44間に十分に電位が供給されたとき、液晶層40は不透明になり、入って来る光線46は液晶層40によって反射され、偏向されて反射光線50となる。 （本発明の目的に対して等しい、活性化されないときには不透明で、活性化されたときには透過する他の液晶を使用することができ、この場合には電圧の印加方向が反対になる。）複数の光バルブ34のそれぞれは制御装置52（図１参照）によって他のものとは独立して活性化される。 センサシステム20の動作において、光バルブ34のうちの１つでも活性化されなくなると、それに入って来る光線は光バルブを通って伝送される。 他の全ての光バルブ34が活性化されると、それらに入って来る光線は反射される。 まだ活性化されない光バルブ34を選択することによって、光バルブのアレイは、観察のための情景セグメント26を選択するために使用されることができる。 情景22全体は光バルブ34を次々に走査するために制御装置52を使用することによって一連の個々のセグメント26として観察することができる。

【００１９】図１には一次元のアレイの光バルブ34が示されている。 ２次元のアレイの光バルブ34もまた使用されることができ、図３に示されている。

【００２０】選択されたセグメント26の画像は、コネクタ57において光バルブ34のアレイと光通信する光ファイバの束56によってプレーナセンサ54へ伝送される。 プレーナセンサ54は、図４に示されているように複数の独立したセンサ素子58から構成されている焦点面アレイ（Ｆ
ＰＡ）センサであることが好ましい。 センサ素子58は通常は２５６×２５６の素子アレイ等の２次元のアレイに配置されている。

【００２１】プレーナセンサ54は、情景を写すために使用される情景22からのエネルギの波長において動作できる任意のタイプのものでよい。 典型的な場合において、
センサ54は、赤外線範囲において画像を写すＩｎＳＳｅ
センサであり、それは当業者による別の応用において知られている。 そのようなセンサ54は通常、動作および感度の効率を改善するために低温に冷却され、また、それは動作においてセンサ54を冷却するデュワー60に取付けられている。 各センサ素子58は出力信号を生成し、その出力信号はコンピュータ61へ提供され、また、コンピュータ61によって処理される。 典型的に専用のマイクロプロセッサであるコンピュータ61はまた光バルブ制御装置
52の動作を制御し、統合する。

【００２２】図４には光バルブ34から個々のセンサ素子
58へ適切な画像を導く方法が示されている。 光ファイバの束56は複数の光ファイバケーブル62から構成されている。 複数の光ファイバケーブル62の数と複数の光バルブ
34の数は等しいことが好ましい。 （図４には３個の光バルブ34と３本の光ファイバケーブル62のみが示されている。） 各光ファイバケーブル62には、複数の光ファイバ64が含まれている。 好ましい実施例において、各光ファイバケーブル62中の光ファイバ64の数はセンサ素子58の数に等しい。 例えば、センサ素子58の２５６×２５６のアレイの場合において、各光ファイバケーブル62中には６５，
５３６本の光ファイバがある。

【００２３】光バルブ34は複数の画素66に分割される。
光バルブ34の画素のアレイは、センサ素子58のアレイと同じ開口数（Ｘ，Ｙ）であることが好ましい。 すなわち、センサ素子58が２５６×２５６のアレイに配置されている場合、光バルブ34の画素66もまた２５６×２５６
のアレイに配置される。

【００２４】画素66のアレイとセンサ素子58のアレイの開口数の値が同じであるこの好ましい実施例において、
光ファイバ64は対応する画素66とセンサ素子58とを接続する。 従って、光ファイバの１つは、第１の光バルブ34
の画素のアレイの座標（Ｘ，Ｙ）に位置された画素66から第１の光ファイバケーブル62の一部であるセンサ素子のアレイの（Ｘ，Ｙ）に位置されたセンサ素子58へ延在する。 別の光ファイバ64は、第２の光バルブ34の画素のアレイの座標（ｘ，ｙ）に位置された画素66から第２の光ファイバケーブル62の一部であるセンサ素子のアレイの（ｘ，ｙ）に位置されたセンサ素子58へ延在する。 このパターンは、光ファイバが各光バルブ34の（ｘ，ｙ）
の画素からアレイの（ｘ，ｙ）に位置された同じセンサ素子58へ及ぶまで繰返される。

【００２５】図５には、多重光ファイバ64がそれらの出力を単一のセンサ素子58に供給する方法が示されている。 光ファイバ64は、多重光ファイバ64が単一のセンサ素子58に面して位置されることができるように個々のセンサ素子58よりも十分に小さく作られることが好ましい。 典型的な場合において、各光ファイバ64は約１２５
マイクロメートルの直径を有し、センサ素子58は平面図において一辺が約４００マイクロメートルまたはそれ以下の正方形である。 図５に示されているように、単一のセンサ素子58に面する位置には１０本以上の光ファイバ
64を取付けることができる十分な空間がある。

【００２６】光ファイバ64の一端は、光ファイバフェースプレート68によって光バルブ34の後面32に取付けられており、他方の端部は光ファイバフェースプレート70によってプレーナセンサ54の前面に取付けられている。 そのようなフェースプレート68または70は市場で得ることができ、また、光ファイバの端部の周囲に光ファイバ埋込み樹脂を鋳造し、その埋込み樹脂の端面を切断して研磨することによって製造することもできる。

【００２７】動作において、特定の光バルブ34が情景セグメント26の観察のための制御装置52によって選択される。 その選択された情景セグメントは、選択された光バルブ34の後面32上に光学システム28によって一定に写される。 選択された情景セグメントは、画素から画素へ、
素子から素子へというベースで光ファイバ64を通ってセンサ54へ運ばれる。 最終的な画像はコンピュータ61に供給され、コンピュータ61は選択された情景セグメントの識別をしながらその情報を結合する。

【００２８】好ましい適用例において、３°×３０°の情景の視界で、０．２ミリラジアンの角度分解能の情景が必要とされ、２５６×２５６の焦点面センサアレイが使用される。 光バルブ装置は、図２に示されているように１０個の光バルブ34の１次元のアレイであり、それぞれが３°×３°の視界の情景セグメントを有している。
３°×３０°の視界の情景全体は１０個の光バルブ34を走査することによって達成される。 センサシステムは運動部分を有していない。

【００２９】本発明の特定の実施例が図面と共に詳細に説明されてきたが、本発明の意図および技術的範囲から逸脱することなく種々の変更が行われることがある。 従って、本発明は特許請求の範囲以外の記載によっては限定されない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による好ましいセンサシステムの概略図。

【図２】１次元の液晶光バルブのアレイの斜視図。

【図３】２次元の液晶光バルブのアレイの斜視図。

【図４】光バルブアレイの光ファイバ束およびセンサアレイとの接続の概略図。

【図５】光ファイバの束とプレーナセンサアレイの間の接続の平面図。