(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
再結像光学システムであって、
入射電磁放射線を受け取り且つ再結像して、中間イメージプレーンを生成するとともに、受け取った入射電磁放射線の光ビームを出力する、ように位置付けられた再結像フォアオプティクスと、
前記光ビームを受け取って第１のフォーカルプレーン上にフォーカシングするように位置付けられた撮像光学装置と、
前記第１のフォーカルプレーンに位置付けられ、前記光ビームを受け取ることに応答して第１の画像を生成するように構成された第１の撮像センサと、
選択的に前記中間イメージプレーンに位置付けられ、前記第１の画像上にアライメントツールを重ね合わせるように構成されたアライメントオブジェクトと、
前記第１の撮像センサに結合され、少なくとも前記第１の画像内の前記アライメントツールの位置に基づいて、前記第１の撮像センサについてのアライメントプロセスを実行するように構成されたコントローラと、
を有するシステム。
【請求項２】
前記再結像フォアオプティクスは、フロント対物系と第１の光学コンポーネントとを有し、前記中間イメージプレーンは、前記フロント対物系と前記第１の光学コンポーネントとの間に介在する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記フロント対物系は、前記電磁放射線を前記中間イメージプレーン上にフォーカシングするように位置付けられた少なくとも１つの光学素子を有する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記再結像フォアオプティクスは、前記アライメントツールを実質的に前記第１の撮像センサの視野内に位置付けるよう、前記電磁放射線の狙いを定めるように構成されたビームステアリングミラーを有する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記アライメントオブジェクトは、前記中間イメージプレーンに固定され、前記第１の撮像センサについての前記アライメントプロセスは、ピクセル置換を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記アライメントオブジェクトは、複数のフォーカスインジケータを含み、該複数のフォーカスインジケータのうちの個々のフォーカスインジケータが、前記中間イメージプレーンの異なる深さ位置に配置され、
前記コントローラは更に、前記複数のフォーカスインジケータのうちの個々のフォーカスインジケータの少なくとも１つの焦点に基づいて、前記第１の撮像センサについてのフォーカシングプロセスを実行するように構成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数のフォーカスインジケータは、前記アライメントオブジェクトのフレームから延在する複数の個別の突起を含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
第２のフォーカルプレーンに位置付けられ、前記光ビームを受け取ることに応答して第２の画像を生成するように構成された第２の撮像センサ、を更に有し、
前記アライメントオブジェクトは更に、前記第２の画像上に前記アライメントツールを重ね合わせるように構成される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第２の撮像センサは、
複数のフォーカルプレーンに位置付けられ、前記光ビームを受け取ることに応答して複数の画像を生成するように構成された複数の撮像センサ
を含み、
前記アライメントオブジェクトは更に、前記複数の画像上に前記アライメントツールを重ね合わせるように構成される、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラは更に、前記第２の撮像センサに結合され、前記第２の画像内の前記アライメントツールの位置と、前記第１の画像内の前記アライメントツールの位置とに基づいて、前記第２の撮像センサについてのアライメントプロセスを実行するように構成され、前記第２の撮像センサについての前記アライメントプロセスは、前記第１の画像上に重ね合わされた前記アライメントツールと前記第２の画像上に重ね合わされた前記アライメントツールとの間のオフセットを決定することを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラは更に、前記第１の画像上に重ね合わされた前記アライメントツールと前記第２の画像上に重ね合わされた前記アライメントツールとの間のオフセットを決定することに応答して、前記第１の撮像センサ及び前記第２の撮像センサを光送信器に対してアライメントするように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の撮像センサは、第１のスペクトル帯域の光に応答し、前記第２の撮像センサは、第２のスペクトル帯域内の光に応答し、前記撮像光学装置は更に、前記光ビームを受け取り且つ前記第１及び第２のスペクトル帯域に基づいて前記光ビームの前記電磁放射線を前記第１の撮像センサ及び前記第２の撮像センサへと分配するダイクロイックビームスプリッタを有する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記アライメントツールはレチクルを含んでいる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記レチクルは、実質的に正方形の外形によって画成された、経度方向及び緯度方向に延在する複数の描写部を有するグリッドを含んでいる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記再結像フォアオプティクスは更に、少なくとも１つの旋回軸を有し、前記アライメントオブジェクトは、前記旋回軸を中心に回転してリアルタイムで前記中間イメージプレーン内に延在するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記アライメントオブジェクトを実質的に照明するように位置付けられた少なくとも１つの照明源、を更に有する請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
光アライメント方法であって、
中間イメージプレーンを生成するとともに光ビームを出力するように構成された再結像フォアオプティクスに入射する電磁放射線を受け取って再結像し、
前記光ビームの前記電磁放射線を受け取って第１のフォーカルプレーン上にフォーカシングし、
前記第１のフォーカルプレーンに位置付けられた第１の撮像センサで、前記光ビームの前記電磁放射線を受け取ることに応答して第１の画像を生成し、
アライメントツールを有するアライメントオブジェクトを前記中間イメージプレーンに選択的に位置付けて、前記第１の画像上に前記アライメントツールを重ね合わせ、且つ
少なくとも前記第１の画像内の前記アライメントツールの位置に基づいて、前記第１の撮像センサについてのアライメントプロセスを実行する、
ことを有する方法。
【請求項１８】
前記アライメントオブジェクトを実質的に前記第１の撮像センサの視野内に位置付けるよう、前記電磁放射線の狙いを定める、ことを更に有する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記アライメントオブジェクトは、前記中間イメージプレーンに固定され、前記第１の撮像センサについての前記アライメントプロセスを実行することは、ピクセル置換を実行することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
当該方法は更に、第２のフォーカルプレーンに位置付けられた第２の撮像センサで、前記光ビームの前記電磁放射線を受け取ることに応答して第２の画像を生成することを有し、前記アライメントツールを有する前記アライメントオブジェクトを前記中間イメージプレーンに選択的に位置付けることは、前記アライメントツールを有する前記アライメントオブジェクトを前記中間イメージプレーンに選択的に位置付けて、前記第１及び第２の画像上に前記アライメントツールを重ね合わせることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の画像内の前記アライメントツールの位置と、前記第１の画像内の前記アライメントツールの位置とに基づいて、前記第２の撮像センサについてのアライメントプロセスを実行する、ことを更に有する請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２の撮像センサについての前記アライメントプロセスは、前記第１の画像上に重ね合わされた前記アライメントツールと前記第２の画像上に重ね合わされた前記アライメントツールとの間のオフセットを決定することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記中間イメージプレーンに位置付けられた前記アライメントオブジェクトの複数のフォーカスインジケータのうちの個々のフォーカスインジケータの少なくとも１つの焦点に基づいて、前記第１の撮像センサについてのフォーカシングプロセスを実行する、ことを更に有する請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記フォーカシングプロセスは、前記複数のフォーカスインジケータのうちの個々のフォーカスインジケータの焦点を比較することに応答して、前記アライメントオブジェクトを前記中間イメージプレーンにおいて位置付け直すことを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記フォーカシングプロセスは更に、測距情報及び温度情報を分析することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記アライメントオブジェクトを照明する、ことを更に有する請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
電気光学システムは、数ある軍事用途の中でもとりわけ、例えば撮像、標的設定、測距、追跡、監視、及び偵察などの多様な用途で使用されている。数多くのシステムにおいて、共通のイメージプレーンを共有する複数の撮像センサが、標的又は“シーン”の相互アライメントされた複数の像を作り出す。像の相互アライメントは、システムコンポーネントの正確なアライメントを保証する。特に、様々なマルチスペクトル電気光学システムは、例えば赤外線熱イメージャ及び可視カラーテレビジョンカメラなど、異なるスペクトル帯域の光を受け入れ可能な撮像センサを使用する。従って、マルチスペクトル電気光学システムは、さもなければ単一スペクトル帯域の光に応答する光学システムでは隠されてしまう標的特徴を、オペレータが検出して特定することを可能にする。従来、光学系における照準（ボアサイト）ミスアライメントは、製造中の初期アライメント後に、ターゲティングボードを使用して検出されて修正されてきた。アライメントは経時的にドリフトする傾向があり、ターゲティングボードを使用してアライメントを定期的に調節する必要をもたらす。このような従来システムでは、ターゲティングボードは、全てのセンサでそれが明瞭に見えるように、光学系から或る距離に置かれて照明される。共通のターゲティングボードを用いてそれらのセンサをアライメントすることにより、光学系におけるミスアライメントを検出して適切に対処し得る。
【発明の概要】
【０００２】
様々な態様及び実施形態は、電気光学システムに関し、特に、再結像光学システムであって、当該再結像光学システムの中間イメージプレーン（像面）に選択的に位置付けられ、そこから生成される１つ以上の画像上にアライメントツールを重ね合わせるように構成されたアライメントオブジェクトを含んだ再結像光学システムに関する。従って、ここで論じられるアライメントオブジェクトの様々な実施形態は、迅速且つリアルタイムでのセンサ−センサ間アライメントを可能にし、故にまた、センサ−レーザ間アライメントを可能にする。
【０００３】
特に、以下にて更に詳細に説明されるように、特定の態様及び実施形態は、電磁放射線を受け取るようにフォーカルプレーン（焦点面）に位置付けられ、アライメントツールが上に重ね合わされた画像を生成するように構成された１つ以上の撮像センサを含んだ再結像光学システムに向けられる。一セッティングにおいて、これは、アライメントツールが上に重ね合わされた第１の画像を生成するように構成された第１の撮像センサと、アライメントツールが上に重ね合わされた第２の画像を生成するように構成された第２の撮像センサとを含む。例えばコントローラなどの１つ以上のシステムコンポーネントが、少なくとも第１及び／又は第２の画像内のアライメントツールの位置に基づいて、第１の撮像センサ及び／又は第２の撮像センサについてのアライメントプロセスを実行するように構成され得る。
【０００４】
以下にて更に詳細に説明される他の特定の態様及び実施形態において、再結像光学システムは、光ビームを放って標的を指定するように構成された光送信器（例えば、レーザ）を含み得る。第１の撮像センサは、標的から反射された電磁放射線を受けるように位置付けられ得るとともに、指定された標的の画像を生成するように構成され得る。例えばコントローラなどの１つ以上のシステムコンポーネントが、少なくとも第１の画像内のアライメントツールの位置に基づいて、第１の撮像センサについてのアライメントプロセスを実行して、光送信器を第１の撮像センサとアライメントするように構成され得る。
【０００５】
ここで論じられる様々な実施形態は、環境条件、熱揺らぎ、振動力、又は動作中の光学システムへのその他の破壊的影響から生じるミスアライメントの補正を可能にする。理解されることには、しばしば、これらの破壊的影響は、光学システムの動作中に、増加し、減少し、又は連続的に変化する。従って、ここで論じられる様々な実施形態は更に、複数の変化する破壊的影響に対応するよう、関連する光学システムの動作中のミスアライメントのリアルタイム補正を可能にする。様々な実施形態において、これは、ターゲティングボードにてセンサ−センサ間アライメントを実行するために標的から外れることを不要にすることを含み得る。以上のものが一緒になって、様々な実施形態は、例えば以下に論じられる利点などの多数の他の利点を有し得る。
【０００６】
第１の態様によれば、再結像光学システムが提供される。当該再結像光学システムは、入射電磁放射線を受け取り且つ再結像して、中間イメージプレーンを生成するとともに、受け取った入射電磁放射線の光ビームを出力するように位置付けられた再結像フォアオプティクスと、光ビームを受け取って、光ビームの電磁放射線を第１のフォーカルプレーン上にフォーカシングするように位置付けられた撮像光学装置と、第１のフォーカルプレーンに位置付けられ、光ビームの電磁放射線を受け取ることに応答して第１の画像を生成するように構成された第１の撮像センサと、選択的に中間イメージプレーンに位置付けられ、第１の画像上にアライメントツールを重ね合わせるように構成されたアライメントオブジェクトと、第１の撮像センサに結合され、少なくとも第１の画像内のアライメントツールの位置に基づいて、第１の撮像センサについてアライメントプロセスを実行するように構成されたコントローラとを含み得る。
【０００７】
一例において、再結像フォアオプティクスは、フロント（前面）対物系と第１の光学コンポーネントとを含み、中間イメージプレーンは、フロント対物系と第１の光学コンポーネントとの間に介在している。更なる一例において、フロント対物系は、電磁放射線を中間イメージプレーン上にフォーカシングするように位置付けられた少なくとも１つの光学素子を含む。更なる一例において、再結像フォアオプティクスは、アライメントツールを実質的に第１の撮像センサの視野内に位置付けるよう、電磁放射線の狙いを定めるように構成されたビームステアリングミラーを含む。
【０００８】
一例において、アライメントオブジェクトは、中間イメージプレーンに固定され、第１の撮像センサについてのアライメントプロセスは、ピクセル置換を含む。他の一例において、アライメントオブジェクトは、複数のフォーカスインジケータを含み、該複数のフォーカスインジケータのうちの個々のフォーカスインジケータが、中間イメージプレーンの異なる深さ位置に配置され、コントローラは更に、上記複数のフォーカスインジケータのうちの個々のフォーカスインジケータの少なくとも１つの焦点に基づいて、第１の撮像センサについてのフォーカシングプロセスを実行するように構成される。更なる一例において、上記複数のフォーカスインジケータは、アライメントオブジェクトのフレームから延在する複数の個別の突起を含む。
【０００９】
一例において、当該システムは更に、第２のフォーカルプレーンに位置付けられ、光ビームの電磁放射線を受け取ることに応答して第２の画像を生成するように構成された第２の撮像センサを含み、アライメントオブジェクトは更に、第２の画像上にアライメントツールを重ね合わせるように構成される。更なる一例において、第２の撮像センサは、複数のフォーカルプレーンに位置付けられ、光ビームの電磁放射線を受け取ることに応答して複数の画像を生成するように構成された複数の撮像センサを含むことができ、アライメントオブジェクトは更に、上記複数の画像上にアライメントツールを重ね合わせるように構成される。他の一例において、コントローラは更に、第２の撮像センサに結合され、第２の画像内のアライメントツールの位置と、第１の画像内のアライメントツールの位置とに基づいて、第２の撮像センサについてのアライメントプロセスを実行するように構成され、第２の撮像センサについてのアライメントプロセスは、第１の画像上に重ね合わされたアライメントツールと第２の画像上に重ね合わされたアライメントツールとの間のオフセットを決定することを含む。
【００１０】
更なる一例において、コントローラは更に、第１の画像上に重ね合わされたアライメントツールと第２の画像上に重ね合わされたアライメントツールとの間のオフセットを決定することに応答して、第１の撮像センサ及び第２の撮像センサを光送信器に対してアライメントするように構成され得る。他の一例において、第１の撮像センサは、第１のスペクトル帯域の光に応答し、第２の撮像センサは、第２のスペクトル帯域内の光に応答し、撮像光学装置は更に、光ビームを受け取り且つ第１及び第２のスペクトル帯域に基づいて光ビームの電磁放射線を第１の撮像センサ及び第２の撮像センサへと分配するダイクロイックビームスプリッタを有する。
【００１１】
一例において、アライメントツールはレチクルを含み得る。更なる一例において、レチクルは、実質的に正方形の外形によって画成された、経度方向及び緯度方向に延在する複数の描写部を有するグリッドを含む。
【００１２】
一例において、再結像フォアオプティクスは、少なくとも１つの旋回軸を含むことができ、アライメントオブジェクトは、該旋回軸を中心に回転してリアルタイムで中間イメージプレーン内に延在するように構成される。一例において、当該システムは更に、アライメントオブジェクトを実質的に照明するように位置付けられた少なくとも１つの照明源を含む。
【００１３】
一態様によれば、光アライメント方法が提供される。当該方法は、中間イメージプレーンを生成するとともに光ビームを出力するように構成された再結像フォアオプティクスに入射する電磁放射線を受け取って再結像することと、光ビームの電磁放射線を受け取って第１のフォーカルプレーン上にフォーカシングすることと、第１のフォーカルプレーンに位置付けられた第１の撮像センサで、光ビームの電磁放射線を受け取ることに応答して第１の画像を生成することと、アライメントツールを有するアライメントオブジェクトを中間イメージプレーンに選択的に位置付けて、第１の画像上にアライメントツールを重ね合わせることと、少なくとも第１の画像内のアライメントツールの位置に基づいて、第１の撮像センサについてのアライメントプロセスを実行することとを含み得る。
【００１４】
一例において、当該方法は更に、アライメントオブジェクトを実質的に第１の撮像センサの視野内に位置付けるよう、電磁放射線の狙いを定めることを含み得る。他の一例において、アライメントオブジェクトは、中間イメージプレーンに固定され、第１の撮像センサについてのアライメントプロセスを実行することは、ピクセル置換を実行することを含む。
【００１５】
一例において、当該方法は更に、第２のフォーカルプレーンに位置付けられた第２の撮像センサで、光ビームの電磁放射線を受け取ることに応答して第２の画像を生成することを含むことができ、アライメントツールを有するアライメントオブジェクトを中間イメージプレーンに選択的に位置付けることは、アライメントツールを有するアライメントオブジェクトを中間イメージプレーンに選択的に位置付けて、第１及び第２の画像上にアライメントツールを重ね合わせることを含む。更なる一例において、当該方法は更に、第２の画像内のアライメントツールの位置と、第１の画像内のアライメントツールの位置とに基づいて、第２の撮像センサについてのアライメントプロセスを実行することを含む。更なる一例において、第２の撮像センサについてのアライメントプロセスは、第１の画像上に重ね合わされたアライメントツールと第２の画像上に重ね合わされたアライメントツールとの間のオフセットを決定することを含む。
【００１６】
一例において、当該方法は更に、中間イメージプレーンに位置付けられたアライメントオブジェクトの複数のフォーカスインジケータのうちの個々のフォーカスインジケータの少なくとも１つの焦点に基づいて、第１の撮像センサについてのフォーカシングプロセスを実行することを含み得る。更なる一例において、フォーカシングプロセスは、上記複数のフォーカスインジケータのうちの個々のフォーカスインジケータの焦点を比較することに応答して、アライメントオブジェクトを中間イメージプレーンに位置付け直すことを含む。更なる一例において、フォーカシングプロセスは更に、測距情報及び温度情報を分析することを含む。他の一例において、当該方法は更に、アライメントオブジェクトを照明することを含む。
【００１７】
これらの例示的な態様及び実施形態の更なる他の態様、実施形態、及び利点が、以下にて詳細に説明される。ここに開示される実施形態は、ここに開示される原理のうちの少なくとも１つに一貫したやり方で、他の実施形態と組み合わされてもよく、“実施形態”、“一部の実施形態”、“代替実施形態”、“様々な実施形態”、“一実施形態”、又はこれらに類するものへの言及は、必ずしも相互に排他的なものではなく、記載される特定の特徴、構造、又は特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれ得ることを指し示すことを意図したものである。ここにこれらの用語が複数現れることは、必ずしも全てが同じ実施形態に言及しているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
以下、縮尺通りに描くことは意図していない添付の図面を参照して、少なくとも１つの実施形態の様々な態様を説明する。図面は、様々な態様及び実施形態の例示及び更なる理解を提供するために含められており、本明細書に組み込まれてその一部を構成するが、本発明の限定を規定するものとして意図したものではない。図面において、様々な図に示される同じ又は略同じ構成要素は各々、似通った参照符号によって表される。明瞭さの目的のため、全ての図で全ての構成要素にラベルを付すことはしていない場合がある。
【図１】本発明の態様に従った再結像光学システムの一例のブロック図である。
【図２】本発明の態様に従ったアライメントオブジェクトの一例を示す図である。
【図３Ａ】本発明の態様に従った再結像光学システムによって撮影される画像例である。
【図３Ｂ】本発明の態様に従った再結像光学システムによって撮影される画像例である。
【図３Ｃ】本発明の態様に従った再結像光学システムによって撮影される画像例である。
【図４Ａ】本発明の態様に従った再結像光学システムの一例における後退されたアライメントオブジェクトを示す図である。
【図４Ｂ】本発明の態様に従った再結像光学システムの一例における展開されたアライメントオブジェクトを示す図である。
【図５】本発明の態様に従ったコントローラの一例を示す図である。
【図６】本発明の態様に従った光再結像方法の一例のプロセスフローである。
【図７】本発明の態様に従ったアライメントオブジェクトの一例を示す図である。
【図８Ａ】本発明の態様に従ったアライメントオブジェクトの更なる一例を示す図である。
【図８Ｂ】本発明の態様に従ったアライメントオブジェクトの更なる一例を示す図である。
【図９】本発明の態様に従ったフォーカシングプロセスの一例のプロセスフローである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
ここに記載される態様及び実施形態は、イメージプレーンセンサのアライメントのためのシステム及び方法を含む。様々な実施形態において、これは、マルチスペクトル電気光学システムにおけるセンサ−センサ間ミスアライメントのリアルタイム補正のためのシステム及び方法を含む。電気光学システムは、撮像、標的設定、測距、追跡、監視、及び偵察を含む多様な用途で使用されており、特に、しばしば、軍事空挺任務で使用されている。これらの用途では、関連するシステムの精度を確保するために、光学システム内の相互アライメントされた撮像センサが不可欠である。僅かなミスアライメントであっても、例えば標的設定の不正確性及び低下した精度などの望ましくない影響をもたらし得る。
【００２０】
上述のように、環境条件、熱揺らぎ、振動力、又は動作中の光学システムへのその他の破壊的影響から生じるセンサ−レーザ間及びセンサ−センサ間のミスアライメントを補正するように構成された光学システムが必要とされる。従来のアライメント技術は、一般に、特別な試験装置と多大な実行時間とを必要とする。代替技術は、動作条件に適合しないフィールド機器を必要とするとともに、相も変わらず、アライメントを完了するために標的から外れることを必要とする。従って、そのようなアライメント技術は、光学系の通常動作中には実用的又は効率的でない。従って、ここで論じられる様々な実施形態は、標的から外れることなく、光学システム内の１つ以上の撮像センサのリアルタイムアライメントを可能にする。このようなシステムは、空挺軍事任務中に発生し得る撮像センサのミスアライメントに対応する継続的な照準補正を可能にする。
【００２１】
理解されるべきことには、ここに開示される方法及び装置の実施形態は、適用において、以下の記載に説明され又は添付図面に図示される構成の詳細及び構成要素の配置に限定されるものではない。これらの方法及び装置は、他の実施形態での実装も可能であり、また、様々なやり方で実施あるいは実行されることが可能である。具体的な実装の例が、単に例示の目的でここに提供されるが、限定することを意図したものではない。
【００２２】
また、ここで使用される言葉遣い及び用語は、記述目的でのものであり、限定するものとして見なされるべきでない。“含む”、“有する”、“持つ”、“含有する”、“伴う”及びこれらの変形のここでの使用は、その後に挙げられる品目及びそれらの均等物並びに更なる品目を含む意味である。“又は”への言及は、“又は”を用いて記載される項目が、記載される項目のうちの、単一の、１つよりも多くの、及び全ての、の何れかを指し示し得るように、包含的なものとして解釈され得る。前及び後ろ、左及び右、頂部及び底部、上側及び下側、並びに縦方向及び横方向の如何なる参照も、説明の便宜のためであり、本システム及び本方法又はそれらのコンポーネントを何らかの１つの位置的又は空間的な向きに限定するものではない。
【００２３】
図１を参照するに、ここで説明される様々な態様に従った再結像光学システムの一実施形態のブロック図が例示されている。図示されるように、再結像光学システム１００は、再結像フォアオプティクス（前置光学系）１０２と、フロント（前面）対物系１０４と、第１の光学コンポーネント１０８と、中間イメージプレーン（像面）（その場にはないボックス１１０として示されている）と、アライメントツール１１４を有するアライメントオブジェクト１１２と、光ビームステアリングミラー１１６と、撮像光学装置１１８と、コントローラ１２０とを含んでいる。一実装において、再結像フォアオプティクス１０２は、アフォーカル（無限焦点）のフォアオプティクスを含むが、他の実装において、再結像フォアオプティクス１０２は必ずしもアフォーカルではない。フォアオプティクス１０２は、中間イメージプレーンを作り出すとともに、撮像光学装置１１８内の撮像センサに共通である。様々な実施形態において、撮像光学装置１１８は、１つ以上の撮像センサ（例えば、第１の撮像センサ１２２及び第２の撮像センサ１３０）と、例えば１つ以上のミラー及び／又はレンズなどの結像光学系（結像光学系１３４として大まかに示されている）とを含み得る。加えて、更に後述されるように、２つ以上のスペクトル帯域を、２つ以上の対応する撮像センサによる撮像のために分離するため、ダイクロイックビームスプリッタ１２４又はその他の光学素子が使用され得る。様々な実施形態はまた、短波赤外線レーザなどの１つ以上の光送信器１２６を含み得る。この（１つ以上の）光送信器は、撮像光学装置とフォアオプティクスを共有してもよいし、又は別個のアパチャーを含んでいてもよい（図１に示す）。図示されていないが、再結像フォアオプティクス１０２及び撮像光学装置１１８は、各々が筐体を含んでいてもよいし、あるいは筐体を共有していてもよい。筐体は、フォアオプティクス１０２及び／又は撮像光学装置１１８の部分を取り囲んで、その中の光学コンポーネントを埃、汚れ、水分などから保護する。再結像フォアオプティクス１０２及び撮像光学装置１１８に含まれる光学系は、反射光学系、屈折光学系、及び分散光学系の何らかの組み合わせとし得る。様々な実施形態において、図１に示される光学システムは、様々なマルチスペクトル電気光学システムと共に使用され得る。
【００２４】
遠方の標的又は“シーン”からの入射電磁放射線が、再結像フォアオプティクス１０２によって、受け取られ、そして、中間イメージプレーンに１１０に像を生み出すように、且つ受け取られた入射電磁放射線の光ビームを出力するように、操作される。様々な実施形態において、再結像フォアオプティクス１０２によって受け取られる電磁放射線は、再結像光学システム１００のフロント対物系１０４を通って入る。フロント対物系１０４は、例えば１つ以上のミラー又はレンズなどの、１つ以上の光学素子を含み得る。一セッティングにおいて、フロント対物系１０４は、電磁放射線を受け取り、電磁放射線を中間イメージプレーン１１０上にフォーカシング（焦点合わせ）する。様々な実施形態において、再結像フォアオプティクス１０２は更に、例えばミラー又はレンズなどの第１の光学コンポーネント１０８を含む。一実装において、例えばフロント対物系１０４及び第１の光学コンポーネント１０８などの再結像光学システム１００の光学コンポーネントは、実質的に、出力光ビームを生成するように、受け取られた電磁放射線を再結像させるように構成される。様々な実施形態において、再結像フォアオプティクス１０２は、光学ビームを撮像光学装置１１８へと導く。
【００２５】
ここで説明されるように、中間イメージプレーン１１０は、フロント対物系１０４と再結像フォアオプティクス１０２の第１の光学コンポーネント１０８との間に形成される。とりわけ、中間イメージプレーン１１０は、撮像光学装置１１８よりも上流である。中間イメージプレーン１１０は、標的又は“シーン”の像が形成される平面を含む。様々な実施形態において、再結像フォアオプティクス１０２は更に、電磁放射線が受け取られる入射角に応じて電磁放射線をフィルタリングするために、中間イメージプレーン１１０に位置付けられた１つ以上の光学素子を含み得る。従って、撮像光学装置１１８よりも上流にアライメントオブジェクト１１２を位置付けることは、再結像光学システム１００が、他のシステムコンポーネントへの干渉を最小限にしながら、アライメントオブジェクト１１２を迅速且つ効率的に挿入及び除去することを可能にする。上述のように、また、多くの従来システムとは対照的に、光学システム１００の動作中の任意の時点でアライメントオブジェクト１１２の配備又は後退を行い得る。従って、再結像光学システム１００は、１つ以上のアライメントプロセスを繰り返し実行して、環境影響における揺らぎを受け入れ得る。
【００２６】
様々な実施形態において、アライメントオブジェクト１１２は、アライメントツール１１４を中に配した透明窓とフレームとによって画成される。従って、アライメントオブジェクトの透明な中心部が、受け取られた電磁放射線がアライメントオブジェクト１１２を通り抜けて、撮像光学装置１１８及び関連する１つ以上の撮像センサまで伝播することを可能にする。理解されることには、この構成は、中間イメージプレーン１１０におけるアライメントオブジェクト１１２の配置にかかわらず、再結像光学システム１００が標的に向き合ってそれを視界に置いたままであることを可能にする。ここで使用されるとき、中間プレーンは、離散的な点として定義されるのではなく、例えば、幾何光学によって画成される像面を取り巻く全般的な領域を含み得る。従って、様々な実施形態において、アライメントオブジェクトを中間プレーンに位置付けることは、アライメントオブジェクトを中間イメージプレーンの焦点深度に制限するものではないとし得る。
【００２７】
一実施形態において、撮像光学装置１１８は、光ビームを受け取り、光ビームの電磁放射線を１つ以上のフォーカルプレーン（焦点面）（例えば、第１のフォーカルプレーン１２８及び第２のフォーカルプレーン１３２）上にフォーカシングするように位置付けられる。これら１つ以上のフォーカルプレーンに、１つ以上の撮像センサが位置付けられ、光ビームによってそれぞれのフォーカルプレーンに形成されたシーンの画像を生成するように構成される。一実施形態において、撮像センサは、１つ以上のスペクトル帯域の電磁放射線に対して感度を有する１つ以上のカメラを含み得る。一例において、撮像センサは、例えば行及び列に編成されたピクセルのグリッドアレイを有するフォーカルプレーンアレイなどの、検出器アレイを含み得る。例えば、撮像センサは、デイタイムテレビジョン（ＤＴＶ）カメラ、ＳＷＩＲカメラ、及びＭＷＩＲカメラを含み得る。光ビームの電磁放射線は、紫外線（ＵＶ）、可視光線、及び／又は、近赤外（ＮＩＲ）、短波赤外（ＳＷＩＲ）、中波赤外（ＭＷＩＲ）、長波赤外（ＬＷＩＲ）及び／又は超長波赤外（ＶＬＷＩＲ）のスペクトル帯域のうちの１つ以上内の赤外線を含み得る。上述のように、これら１つ以上の撮像センサは、受け取った電磁放射線から画像を生成するように構成され得る。様々な実施形態において、これら１つ以上の撮像センサによって生成される画像は、中間イメージプレーン１１０に形成された像の複製である。例えば、第１の撮像センサ１２２は、第１のフォーカルプレーン１２８に位置付けられて、第１のスペクトル帯域内の電磁放射線を受け取ることに応答して第１の画像を生成するように構成され得る。また、第２の撮像センサ１３０は、第２のフォーカルプレーン１３２に位置付けられて、第２のスペクトル帯域内の電磁放射線の受け取ることに応答して第２の画像を生成するように構成され得る。上述のように、これら異なるスペクトル帯域内の電磁放射線を分離して、それぞれの撮像センサへと導くために、ダイクロイックビームスプリッタ１２４又はその他のデバイスが使用され得る。これに代えて、第１の撮像センサ１２２及び第２の撮像センサ１３０が同一のフォーカルプレーンを共有してもよい。そのような一実施形態において、光学システム１００は、受け取られた電磁放射線の波長に基づいて撮像センサを切り替えるように構成されることができる。図１には第１の撮像センサ及び第２の撮像センサを含むとして示されているが、様々な実施形態において、撮像光学装置は複数の撮像センサを含み、該複数の撮像センサのうちの個々の撮像センサが、受け取った電磁放射線から画像を生成するように構成される。
【００２８】
様々な実施形態において、アライメントオブジェクト１１２は、中間イメージプレーン１１０に形成された像の上にアライメントツール１１４を重ね合わせるように、手動又は自動で中間イメージプレーン１１０に配備され得る。従って、１つ以上の撮像センサによって生成される画像に重ね合わされて、アライメントツール１１４が現れることになる。アライメントオブジェクト１１２はまた、イメージプレーン１１０からアライメントツール１１４を取り除くように引っ込められ得る。様々な実施形態において、１つ以上の撮像センサに結合されたコントローラ１２０が、更に詳細に後述されるように、少なくとも第１の画像及び／又は第２の画像におけるアライメントツール１１４の位置に基づいて、第１の撮像センサ１２２及び／又は第２の撮像センサ１３０について、アライメントプロセスを実行するように構成され得る。
【００２９】
従って、コントローラ１２０は、１つ以上のカメラから１つ以上の画像を受信することに応答して、例えばアライメントプロセスなどの一連の処理を実行するように構成され得る。様々な実施形態において、これは、様々な他の処理の中でもとりわけ、１つ以上の画像を外部提示のために１つ以上のインタフェースを介して表示すること、ミスアライメントを検出すること、１つ以上の撮像センサを光送信器１２６とアライメントすること、及び／又は１つ以上の撮像センサを手動アライメントすることを含み得る。図１に示されるように、撮像光学装置１１８は更に、光ビームを受ける又は送るように位置付けられた１つ以上のミラー又はレンズ（例えば、結像光学系１３４）を含み得る。ミラー又はレンズは更に、光ビームをフォーカルプレーン上に向ける、フォーカシングする、又はその他の方法で位置付けるように位置付けられ得る。撮像光学装置のミラー又はレンズはまた、光学アセンブリコンポーネントの色収差、球面収差、非点収差又はその他の望ましくない効果を補正してもよい。
【００３０】
上述のように、撮像光学装置１１８は更に、光ビームを受け取って光ビームの電磁放射線を１つ以上の撮像センサ（例えば、第１の撮像センサ１２２及び第２の撮像センサ１３０）へと分割するように位置付けられたダイクロイックビームスプリッタ１２４を含み得る。更なる実施形態において、ビームスプリッタ１２４は、コリメートされた光ビームを撮像光学装置１１８の第１、第２及び第３の撮像センサへと分割するように位置付けられてもよい。様々な用途において、これは、コリメートされた光ビームを、受け取った電磁放射線の波長の関数としてスプリットすることを含む。コリメートされた光ビームは、コリメートされた光ビームの１つ以上のスペクトル的に異なる区画へとスプリットされ得る。例えば、これは、コリメートされた光ビームを、一実施形態の、ＤＴＶカメラ、ＳＷＩＲカメラ、及びＭＷＩＲカメラへと分割することを含むことができる。従って、ＤＴＶカメラ、ＳＷＩＲカメラ、及びＭＷＩＲカメラによって生成される画像の全てが、撮像される標的又はシーンに関する異なる情報を提供する。
【００３１】
様々な実施形態において、再結像フォアオプティクス１０２の１つ以上の光学素子が、例えばコントローラ１２０などのコントローラと通信して、受け取られた電磁放射線の狙いを定めるように選択的に位置付けられる。例えば、フロント対物系１０４の１つ以上の光学素子が、中間イメージプレーンを実質的にアライメントツールにアライメントするよう、電磁放射線の狙いを定めるように構成される。
【００３２】
一部のケースにおいて、アライメントツール１１４は、１つ以上のセンサにおいて十分なコントラスト及び可視性を生み出すために照明を必要とすることがある。そのような一例において、照明源１３６が、光路の外側でフォアオプティクス１０２内に配置され得る。照明源１３６は、アライメントツール１１４を照らすように構成される。アライメントツール１１４から反射された照明が、光路を通って１つ以上の撮像センサへと進む。例えばＭＷＩＲ及びＬＷＩＲなどの、より長い波長では、アライメントツール１１４は典型的に、それ自身の温度に起因して輝く。照明源１３６の使用についてのバリエーションは、電気加熱、燐光材料、又はその他の同様の機構を介してＵＶからＳＷＩＲの帯域内で自身の光を発するアライメントツール１１４の使用を含む。
【００３３】
図２を参照するに、一実施形態に従ったアライメントオブジェクト（全体として矢印２００によって指し示される）の一例が示されている。上述のように、アライメントオブジェクト２００は、中間イメージプレーン（例えば、図１の中間イメージプレーン１１０）に形成される像の上に、及び従って、１つ以上の撮像センサ（例えば、図１の第１の撮像センサ１２２及び第２の撮像センサ１３０）によって生成される画像の上に、アライメントツール２０２を重ね合わせるように構成され得る。図２が示すアライメントオブジェクト２００は、実質的に正方形の外形によって画成された経度方向及び緯度方向に延在する複数の描写部（例えば、グリッド）を含むアライメントツール２０２を有するバッフル２０４を含んでいる。描写部は、少なくとも１つの平面状の表面を有するワイヤを含み得る。図２にはグリッドとして示されているが、様々な他の実施形態において、アライメントツール２０２は、如何なるレクチルを含んでいてもよい。レチクルは、十字線、円、馬蹄形、ドット、同心円、若しくは光学システムがシステムコンポーネントをアライメントするのを支援するのに適したその他の形状、及び一般的なアライメントフィーチャをもたらす形状を含み得る。
【００３４】
更なる実施形態において、アライメントオブジェクト２００は、更なるアライメントツール（例えば、レチクル）又はフィルタを含んでいてもよい。そのような一実施形態において、複数のアライメントツール及び／又はフィルタのうちの個々のものが選択的に、中間イメージプレーンに配備され又はそこから除去され得る。例えば、アライメントオブジェクト２００は、複数のアライメントツールのうちの何れか１つが中間イメージプレーンの位置で光路内に置かれることを可能にするように整形及び位置付けされた回転ホイールを含み得る。一例において、各アライメントツールは、光学システムの異なる視野についてセンサ−センサ間アライメントを支援するように構成され得る。従って、（例えばコントローラによる）アライメントオブジェクト２００の回転は、複数のアライメントツール又はフィルタの間での切り換えを行うことができ、さらに、関連する光学システムがアライメントツールを特定の任務に適合させることを可能にする。理解されることには、これは、アライメントの精度を更に高め得る。他の実施形態において、アライメントオブジェクト２００は、中間イメージプレーンにおける撮像センサの公称視野の外側の固定位置に保持される。このような一セッティングにおいて、実質的に中間イメージプレーンをアライメントツール２０２とアライメントするよう、電磁放射線を受けて電磁放射線の狙いを撮像センサに定めるように、ビームステアリングミラーが位置付けられ得る。更なる実装において、アライメントオブジェクト２００は、１つ以上のフォーカスインジケータを含み得る。複数のフォーカスフィーチャのうちの個々のフォーカスフィーチャが、アライメントオブジェクト２００が中間イメージプレーンに位置付けられるときに異なる深さ位置に現れるように位置付けられる。従って、アライメントオブジェクトを使用して、関連する光学システムのフォーカシングプロセスを実行し得る。このような実装は、図７−９を参照して詳細に後述される。
【００３５】
図３Ａ−３Ｃを手短に参照するに、一実施形態の、ＤＴＶカメラ、ＳＷＩＲカメラ、及びＭＷＩＲカメラによって生成される画像例が示されている。各画像が、その上にアライメントツールを重ねられている。図３Ａは、ＤＴＶカメラで検出される第１の視野における標的の画像を示している。図３Ｂは、ＳＷＩＲカメラで検出される第１の視野における標的の画像を示している。図３Ｃは、ＭＷＩＲカメラで検出される第１の視野における標的の画像を示している。図３Ａ−３Ｂに示されるように、アライメントツールの描写部は、等間隔で離間され得る。しかしながら、更なる実施形態において、アライメントツールのこれら１つ以上の描写部は、等間隔に離間される必要はない。
【００３６】
図２に戻るに、一実施形態において、アライメントオブジェクト２００は、光学システムの旋回軸を中心に回転するように形状を定められた１つ以上の旋回点２０６を含み得る。例えば、旋回軸は、筐体と結合され又は筐体によって画成され得る。旋回軸を中心とした回転は、アライメントオブジェクト２００を展開し、アライメントオブジェクト２００を中間イメージプレーンに選択的に位置付ける。実質的に反対の方向への回転は、アライメントオブジェクト２００を後退させ、アライメントオブジェクト２００を中間イメージプレーンから選択的に取り除く。図４Ａは、中間イメージプレーンから選択的に取り除かれたアライメントオブジェクトの例示を示しており、図４Ｂは、中間イメージプレーンに選択的に位置付けられたアライメントオブジェクトを示している。
【００３７】
例えば図４Ａ及び４Ｂを参照して説明したものなどの様々な実施形態において、コントローラは、１つ以上のシステムコンポーネントと通信し得るとともに、アライメントオブジェクトの展開又は後退を行うように構成され得る。図４Ａ及び４Ｂでは旋回軸を中心に回転するとして示されているが、様々な他の実施形態において、アライメントオブジェクトは、伸長可能なアームを介して展開してもよいし、ホイールの周りで回転してもよいし、あるいは他の適切なやり方で中間イメージプレーンに展開又は後退してもよい。そのような一実施形態において、例えば上述のコントローラ１２０などのコントローラは、アライメントオブジェクトを機械的に配備するように構成された１つ以上のアクチュエータ（例えば、電流、流体圧力、電磁エネルギー、又は空気圧によって作動される機械モータ）に命令を与え得る。
【００３８】
図５を参照するに、様々な態様及び機能が実施されるコントローラの一例のブロック図が示されている。図示されるように、コントローラは、情報を交換する１つ以上のシステムコンポーネントを含むことができる。より具体的には、コントローラ５００は、少なくとも１つのプロセッサ５０２、電源５１４、データストレージ５１０、センサインタフェース５１２、ユーザインタフェース５０８、メモリ５０４、及び１つ以上の相互接続機構５０６を含むことができる。上記少なくとも１つのプロセッサ５０２は、如何なるタイプのプロセッサ又はマルチプロセッサであってもよい。上記少なくとも１つのプロセッサ５０２は、相互接続機構５０６によって、１つ以上のメモリデバイス５０４を含む他のシステムコンポーネントに接続されている。センサインタフェース５１２は、例えば第１、第２、及び／又は第３の撮像センサなどの１つ以上のセンサを上記少なくとも１つのプロセッサ５０２に結合する。様々な実施形態において、センサインタフェース５１２は更に、何らかの適切な信号処理回路を含むことができる。
【００３９】
メモリ５０４は、コントローラ５００の動作中にプログラム（例えば、プロセッサ５０２によって実行可能であるようにコード化された命令のシーケンス）及びデータを格納する。故に、メモリ５０４は、例えばダイナミックランダムアクセスメモリ（“ＤＲＡＭ”）又はスタティックメモリ（“ＳＲＡＭ”）などの、比較的高性能な揮発性のランダムアクセスメモリとし得る。しかしながら、メモリ５０４は、例えばディスクドライブ又はその他の不揮発性ストレージデバイスなどの、データを記憶する如何なるデバイスを含んでいてもよい。様々な例は、メモリ５０４を、ここに開示される機能を実行するように特定化された、そして一部のケースでは固有の、複数の構造へと編成し得る。これらのデータ構造は、特定のデータに関する値及びデータのタイプを格納するようにサイズを決められて編成され得る。
【００４０】
コントローラ５００のコンポーネントは、例えば相互接続機構５０６などの相互接続機構によって結合される。相互接続機構５０６は、例えばＩＤＥ、ＳＣＳＩ、ＰＣＩ、及びＩｎｆｉｎｉＢａｎｄなどの専用又は標準コンピューティングバステクノロジに適合した１つ以上の物理バスなど、システムコンポーネント間の何らかの通信結合を含み得る。相互接続機構５０６は、命令及びデータを含む通信がコントローラ５００のシステムコンポーネント間で交換されることを可能にする。
【００４１】
コントローラ５００はまた、例えば入力デバイス、出力デバイス、及び組み合わせ入力／出力デバイスなどの１つ以上のユーザインタフェースデバイス５０８を含み得る。インタフェースデバイスは、入力を受信し又は出力を提供し得る。より具体的には、出力デバイスは、外部提示のために情報をレンダリングし得る。入力デバイスは、外部ソースからの情報を受け入れ得る。インタフェースデバイスの例は、キーボード、マウスデバイス、トラックボール、マイクロフォン、タッチスクリーン、プリンティングデバイス、ディスプレイスクリーン、スピーカ、ネットワークインタフェースカードなどを含む。インタフェースデバイスは、コントローラ５００が例えばユーザ及びその他システムなどの外部エンティティと情報を交換すること及び通信することを可能にする。
【００４２】
データストレージ要素５１０は、非一時的な命令及びその他のデータを記憶するように構成されたコンピュータ読み取り可能且つ書き込み可能なデータ記憶媒体を含み、例えば光ディスク若しくは磁気ディスク、ＲＯＭ又はフラッシュメモリなどの不揮発性記憶媒体と、例えばＲＡＭなどの揮発性メモリとの双方を含むことができる。命令は、以下に説明される機能の何れかを実行するように少なくとも１つのプロセッサ５０２によって実行されることが可能な実行可能プログラム又はその他のコードを含み得る。
【００４３】
図５には示されていないが、コントローラ５００は、例えば通信ネットワークインタフェース（有線及び／又は無線）などの、更なるコンポーネント及び／又はインタフェースを含んでいてもよく、また、少なくとも１つのプロセッサ５０２は省電力プロセッサ構成を含んでいてもよい。
【００４４】
図１に戻るに、様々な実施形態のコントローラ１２０はまた、１つ以上の撮像センサ（例えば、撮像センサ１２２及び撮像センサ１３０）に結合され、少なくとも、撮像センサによって生成された画像内のアライメントツール１１４の位置に基づいて、撮像センサについてのアライメントプロセスを実行するように構成され得る。様々な実施形態において、これは、第１の撮像センサ１２２によって生成された第１の画像を含む。様々な実施形態において、アライメントプロセスは、第１のセンサ１２２を光送信器とアライメントすること、又は第１の撮像センサ１２２を１つ以上の更なる撮像センサ（例えば、第２の撮像センサ１３０及び／又は第３の撮像センサ）とアライメントすることを含み得る。センサ−センサ間アライメントは、一実施形態の、ＤＴＶカメラ、ＳＷＩＲカメラ、及びＭＷＩＲカメラをアライメントすることを含み得る。センサ−センサ間アライメントにおいて、コントローラ１２０は、一連の画像レジストレーションアルゴリズムを実行するように構成され得る。画像レジストレーションは、第１の画像のデータと第２又は第３の画像のデータとを共有座標系に変換するプロセスを含む。生成された画像の１つが基準として使用され、更なる画像が、これらの上に重ね合わされたアライメントツールに基づいて、基準画像と一致するように位置合わせされる。例えば、一実施形態において、アライメントは、第１の画像に重ね合わされたアライメントツール１１４と、第２の画像に重ね合わされたアライメントツール１１４と、第３の画像に重ね合わされたアライメントツール１１４との間のオフセットを決定することを含み得る。オフセットを決定することに応答して、コントローラ１２０は、光学システム１００の光学コンポーネントのうちの１つ以上を調節することによって、又は関連する画像を直線的に平行移動させることによって、撮像センサをアライメントし得る。上述のように、様々な実施形態において、光学システム１００は、中間イメージプレーン１１０の位置に固定されたアライメントオブジェクト１１２を含み得る。このような一実施形態において、アライメントプロセスを実行することに基準画像は不要である。従って、全ての撮像センサが、固定されたアライメントオブジェクトとアライメントされ得る。
【００４５】
一実施形態において、コントローラ１２０は、第１及び／又は第２及び／又は第３の撮像センサによって生成された画像をピクセルシフトする１つ以上のプロセスを実行するように構成される。ピクセルシフトすることは、画像の個々のピクセル又は画像フレーム全体を移動させることを含む。一実施形態においては、ピクセルシフトすることはコントローラ１２０によって自動的に実行されるが、様々な他の実施形態では、光学システムが、インタフェースを介して、ユーザが手動又は自動で（１つ以上の）撮像センサ又は光学システム１００の光送信器を機械的にアライメントすることを可能にする１つ以上のツールを提供してもよい。さらに、コントローラ１２０は、撮像センサによって生成された画像のピクセルを置換する１つ以上のプロセスを実行するように構成されることができる。ピクセルシフトと同様に、ピクセル置換は、画像の個々のピクセルを置換することを含む。ピクセル置換は、コントローラ１２０によって自動で実行されてもよいし、又はユーザに提供される１つ以上のツールを介して実行されてもよい。
【００４６】
ここでは主にセンサ−センサ間アライメント（例えば、照準ミスアライメント）の文脈で説明されているが、更なる実施形態において、アライメントオブジェクトは、関連する光学系における収差の測定及び補正を可能にする。収差は、各撮像センサにおける歪み、回転、及び倍率を含み得る。図１を参照して上述した例えばアライメントオブジェクト１１２などのアライメントオブジェクトの様々な実施形態は、そのような測定及び補正をサポートする。一実装において、アライメントオブジェクトのアライメントツールは、各撮像センサの視野内の、そこから画像の収差、回転、又は歪みを測定すべき幾つかの点を提供する。更なる一実装において、アライメントオブジェクト、又はアライメントオブジェクトの単一のフィーチャが、各センサの視野を横切って移動するように配備される。従って、撮像センサの収差、回転、又は倍率を補正するための基準センサが設けられ得る。上述のように、基準センサに対して歪み、回転、及び倍率を補正するために、撮像センサによって作成された各画像にピクセルシフトが適用され得る。他の実装では、アライメントツールを絶対基準として使用することで、基準センサを不要にすることができる。
【００４７】
図１を参照して説明したように、幾つかの実施形態は、マルチスペクトル電気光学システムにおいて１つ以上のセンサをアライメントするプロセスを実行する。一部の実施形態において、これらのプロセスは、例えば図１を参照して上述したシステムなどの再結像光学システムによって実行される。そのようなプロセスの一例が図６に示されている。アクト６０２にて、遠方の標的又は“シーン”から到来する電磁放射線が、中間イメージプレーンを生成するように再結像フォアオプティクスに入射して受け取られる。少なくとも図１を参照して上述したように、様々な実施形態において、中間イメージプレーンは、フロント対物系と再結像フォアオプティクスの第１の光学コンポーネントとの間に介在し得る。
【００４８】
アクト６０４にて、再結像光学システムの様々なコンポーネントが、受け取られた入射電磁放射線を受けて、それを中間イメージプレーンに結像させ、そして、入射電磁放射線の光ビームを出力する。一実施形態において、光ビームは、例えば図１を参照して上述した撮像光学装置１１８などの撮像光学装置に導かれる。これは、光ビームを１つ以上のビームステアリングミラーへと反射することを含み得る。様々な実施形態において、撮像光学装置は、光ビームの電磁放射を受け取り、それをフォーカルプレーン上にフォーカシングする。更なる実施形態において、撮像光学装置は更に、光ビームを受け取り且つ１つ以上のスペクトル帯域に基づいて光ビームを分割するように位置付けられたダイクロイックビームスプリッタを含み得る。
【００４９】
アクト６０６にて、フォーカルプレーンに位置付けられた撮像光学装置内の第１の撮像センサが、光ビームの電磁放射線を受け取ることに応答して第１の画像を生成する。様々な実施形態において、この方法はまた、フォーカルプレーンに位置付けられた第２の撮像センサで、光ビームの電磁放射線を受け取ることに応答して第２の画像を生成することを含み得る。更なる実施形態において、この方法は、第３の撮像センサで第３の画像を生成すること、又は関連する更なる撮像センサで更なる画像を生成することを含み得る。例えば、様々な実施形態において、ＤＴＶカメラがＤＴＶ画像を生成し、ＳＷＩＲカメラがＳＷＩＲ画像を生成し、そして、ＭＷＩＲカメラがＭＷＩＲ画像を生成し得る。
【００５０】
アクト６０８にて、再結像光学システムは、第１の撮像センサによって生成される第１の画像上にアライメントツールを重ね合わせるように、アライメントツールを有するアライメントオブジェクトを選択的に中間イメージプレーンに位置付ける。様々な実施形態において、アライメントオブジェクトを選択的に位置付けることは、アライメントオブジェクトを旋回軸の周りに回転させて、アライメントオブジェクトを中間イメージプレーンの内外にリアルタイムで延在させることを含むことができる。他の実施形態において、選択的に位置付けることは、例えばミラーなどの光学素子を用いて電磁放射線の狙いを定めることを含むことができる。従って、一実施形態において、アライメントオブジェクトを位置付けることは、イメージプレーンの位置にアライメントオブジェクトを配備することを含み得るが、様々な更なる実施形態においては、アライメントオブジェクトを瞬間的に位置付けることは、固定されたアライメントオブジェクトのアライメントツールと実質的にアライメントするように、コリメートされた光ビームの狙いを定めることを含み得る。更なる実施形態において、選択的に位置付けることは、アライメントオブジェクトを中間イメージプレーン内の固定位置に配置することを含むことができる。
【００５１】
アクト６１０にて、例えば図１を参照して上述したコントローラ１２０などのコントローラが、第１の画像内のアライメントツールの位置に基づいて、第１の撮像センサについてアライメントプロセスを実行する。更なる実施形態において、コントローラは、第２の画像内のアライメントツールの位置と第１の画像内のアライメントツールの位置とに基づいて、第２の画像センサについてアライメントプロセスを実行することができる。一実施形態において、アライメントは、再結像光学システムの撮像センサ又は光学コンポーネントの機械的調節を含み得るが、様々な他の実施形態においては、コントローラが、１つ以上の撮像センサによって生成された画像をアライメントするように、一連のレジストレーションアルゴリズムを実行し得る。例えば、このプロセスは、第１の画像に重ね合わされたアライメントツールと第２の画像に重ね合わされたアライメントツールとの間のオフセットを決定することを含み得る。
【００５２】
様々な他の実施形態において、アライメントプロセスは更に、１つ以上の撮像センサを光送信器とアライメントするための一連のアルゴリズムを含み得る。例えば、様々な実施形態において、１つ以上の光送信器が、再結像フォアオプティクスとは別個であるアパチャーから電磁ビームを放射する。これらの光送信器アパチャーは典型的に、再結像フォアオプティクス及び撮像光学装置に対して照準を合わせることを意図される。しかしながら、様々な外乱が、光送信器アパチャーが再結像フォアオプティクスからミスアライメントになることを生じさせ、その結果、標的が撮像システムの中心に位置しているにもかかわらず、光送信器が標的を逃すことがあり得る。センサ−センサ間アライメントが実行された後に、レーザ−センサ間アライメントを達成するために、結像光学システム及びアライメントツールの様々な実施形態が活用され得る。例えば、特定の撮像（例えば、可視帯域検出器）のみに標的が見えている一方で、光送信器の反射光が、第２の撮像センサ（例えば、ＳＷＩＲ検出器）のみに可視であることがある。撮像センサをアライメントすることに応答して、アライメントプロセスは、標的を第１の撮像センサ（可視帯域センサ）の中心に置くとともに、光送信器アパチャー内のビームステアリング光学系を操作することによって反射光を第２の撮像センサ（ＳＷＩＲセンサ）の中心に置くことを含み得る。撮像センサをアライメントする結果として、ユーザは、反射光が標的上に適切に位置付けられることに自信を持つことができる。
【００５３】
様々な他の実施形態において、光送信器は、撮像光学装置と共通のフォアオプティクスを共有し得る。再結像光学システムの光送信器は、電磁ビームを標的に向かって伝播させる。従って、フォアオプティクスに入射する電磁放射線を受けることは、標的からの電磁ビームの反射による放射線を集めることを含み得る。故に、一実施形態において、１つ以上の撮像センサ（例えば、第１及び第２の撮像センサ）によって生成される画像内の標的の上に標的インジケータが現れることになる。故に、コントローラは、少なくとも画像内のアライメントツールの位置に基づいて、生成される画像の実質的に中心に標的インジケータを置くアライメントプロセスを実行し得る。一実施形態において、アライメントはセンサ又は光送信器の機械的調節を含み得るが、様々な他の実施形態において、コントローラは、撮像センサによって生成される画像を中心に合わせる一連の画像レジストレーションアルゴリズムを実行し得る。例えば、プロセスは、第１の画像上に重ね合わされたアライメントツールと、画像上の標的インジケータの位置との間のオフセットを決定することを含み得る。
【００５４】
次に、図１及び図２を引き続き参照しながら図７を参照するに、光学システム１００の様々な実施形態は、中間イメージプレーン１１０に位置付けられるように構成されたアライメントオブジェクトを含み得る。図７は、そのようなアライメントオブジェクトの一例を示している。様々な実装において、アライメントオブジェクト７００は、入射電磁放射線が通り抜け得る窓７０４を有するフレーム７０２によって画定される。このような一実施形態は、図２を参照して同様に上述されている。従って、アライメントオブジェクト７００の透明な中心部が、受け取られた電磁放射線がアライメントオブジェクト７００を通り抜けることを可能にする。電磁放射線波、その後、撮像光学装置１１８及び関連する１つ以上の撮像センサ（例えば、撮像センサ１２２及び１３０）まで伝播し得る。理解されることには、この構成は、中間イメージプレーン１１０におけるアライメントオブジェクト７００の配置にかかわらず、再結像光学システム１００が標的に向き合ってそれを視界に置いたままであることを可能にする。
【００５５】
図７に示されるように、一実施形態において、アライメントオブジェクト７００は、複数のフォーカスインジケータ７０６を含み得る。図７は、複数のフォーカスインジケータを、アライメントオブジェクト７００のフレーム７０２から延在する一連の個別の突起を含むものとして示しているが、更なる実装において、複数のフォーカスインジケータ７０６は、アライメントオブジェクト７００の長さに沿って延在する細長い傾斜部材を含んでいてもよい。複数のフォーカスインジケータ７０６は、アライメントプロセスがコントローラ１２０によって実行されることを可能にするよう、上記１つ以上の撮像センサの視野内に位置付けられるとともに、中間イメージプレーン１１０内の異なる深さに位置付けられる。そのような一プロセスについては、図９を参照して更に詳細に後述する。従って、フォーカスインジケータは、特定の焦点位置を示すのに適した如何なるインジケータを含んでいてもよく、例示の例（個別の突起及び細長い傾斜部材）のみに限定されるべきでない。一例において、アライメントオブジェクト７００は、中間イメージプレーン１１０の位置にアライメントオブジェクト７００を固定するように構成された１つ以上の締結部を受け入れるように構成された、１つ以上の締結開口７０８を含み得る。他の実装において、アライメントオブジェクト７００は、アライメントオブジェクト１１２を参照して上述したように、中間イメージプレーン１１０へと延在され得るとともに、そこから後退され得る。図７には、剛性の矩形フレームによって画成されるように示されているが、更なる実装において、アライメントオブジェクト７００は、更なる形状及び設計を含み得る。例えば、一実装において、アライメントオブジェクト７００は、非平面の公称表面を含んでいてもよい。そのような一実装を図８Ａ−８Ｂに示す。
【００５６】
図８Ａは、様々な実装に従ったアライメントオブジェクトの正面図を示している。図示のように、アライメントオブジェクト８００は、アライメントオブジェクトのフレームに沿って位置する複数のフォーカスインジケータを含み得る。例えば、示されるフォーカスインジケータは、図７を参照して上述したフォーカスインジケータ７０６を含み得る。図８Ｂは、様々な実装に従ったアライメントオブジェクト８００の側面図を示している。図示のように、フォーカスインジケータは、中間イメージプレーン（例えば、中間イメージプレーン１１０）の異なる深さに位置している。従って、フォーカスインジケータは、アライメントオブジェクト８００の周りに様々なオフセットで位置付けられ得る。例えば、図８Ａ−８Ｂは、アライメントオブジェクト８００の上部に位置付けられた第１組のフォーカスインジケータ８０２と、アライメントオブジェクト８００の下部に位置付けられた第２組のフォーカスインジケータ８０４と、アライメントオブジェクト８００の側部に位置付けられた第３組のフォーカスインジケータ８０６とを示している。第３組のフォーカスインジケータ８０６がアライメントオブジェクト８００の一方の側部のみに位置するように示されているが、理解されることには、アライメントオブジェクト８００は、アライメントオブジェクト８００の反対側の側部に位置付けられた第４組のフォーカスインジケータを含んでいてもよい。図８Ｂに例証されるように、インジケータの組の個々のフォーカスインジケータ各々が、アライメントオブジェクト８００内で、及び従って、中間イメージプレーン内で、オフセットして配置される。
【００５７】
アライメントオブジェクトに含まれるとして上述されているが、更なる実施形態において、フォーカスインジケータ（例えば、図７を参照して記述されたフォーカスインジケータ７０６）は、アライメントオブジェクトから離れた絞り又はフォーカス構造に含められてもよい。例えば、一実装において、中間イメージプレーン（例えば、中間イメージプレーン１１０）に位置付けられる絞りが、ここに記載されるように、中間イメージプレーンの異なる深さ位置に配置された複数のフォーカスインジケータを含んでいてもよい。そのような一実装において、絞りは、中間イメージプレーンにおいてアライメントオブジェクトと整列するように構成される。例えば、絞りは、一実施形態のアライメントオブジェクトのフレームを受けてそれと結合するように構成された１つ以上の平面状の表面を有し得る。
【００５８】
図１及び図７を参照して上述したように、幾つかの実施形態は、アライメントオブジェクト内の複数のフォーカスインジケータのうちの個々のフォーカスインジケータの少なくとも１つの焦点に基づいて、１つ以上の撮像センサについてのフォーカシングプロセスを実行する。一部の実施形態において、このプロセスは、例えば図１を参照して上述したコントローラ１２０などのコントローラによって実行される。そのようなプロセスの一例を図９に示す。概して、コントローラは、１つ以上の高コントラストのステップ応答フィーチャを使用し、その中間イメージプレーン内の異なる深さ位置に置かれた個々のフォーカスインジケータの焦点の比較に基づいて、光学システムの最適な焦点を決定するように構成される。１つ以上のセンサの視野内の個々のフォーカスインジケータ各々の焦点が比較されて、最も良く焦点が合ったフィーチャ（すなわち、“最良フィーチャ”）を有する個体フォーカスインジケータが決定される。ここで使用されるとき、“最良”又は“最適”な焦点又はフィーチャは、最も明瞭、最も鮮明、又は最も明確な画像を有する焦点を指す。最良フィーチャを特定することに応答して、コントローラは、最良フィーチャを有する個体フォーカスインジケータの、中間イメージプレーン内での深さを特定し、そしてそれ故に、光学システムの最適な焦点位置を決定するように構成される。一実施形態において、最適な焦点位置を決定することは、特定された最良フィーチャに基づいて、記憶された焦点位置のインデックスを参照することを含み得る。光学システムのコンポーネント、そして特に、アライメントオブジェクトが、それに従って、中間イメージプレーンにおける最適な焦点位置へと移動され得る。さらに、光学システム内にフォーカスインジケータを含むことは、制約された光環境内での、又は関連する光送信器による光ビームの送信前に先立っての、焦点アライメントを可能にする。
【００５９】
アクト９０２にて、コントローラの１つ以上のコンポーネントが、関連する光学システムによって撮像される標的又は“シーン”に焦点を合わせるように構成される。様々な実施形態において、アクト９０２は、能動的な、受動的な、又は能動的と受動的との組み合わせでの、オートフォーカス動作を含み得る。理解されることには、周囲条件が理想的であるとき（例えば、適切な照明が存在する、気候条件が温暖である、振動影響が最小である、等々）、アクト９０２は、標的の最適な焦点、及び従って、光学システムの最適な焦点位置をもたらす。アクト９０２のイニシャル焦点が光学システムの最適な焦点位置をもたらす場合、コントローラの１つ以上のコンポーネントは、上述のように、個々のフォーカスインジケータの焦点を比較して、最良フィーチャを有するフォーカスインジケータを特定するように構成される。従って、最良フィーチャが特定されて、得られた最適焦点位置と関連付けられる。このようなプロセスが、アクト９０４に示されている。
【００６０】
更なる実施形態において、コントローラの１つ以上のコンポーネントは、最適な焦点位置を達成したことに応答して、更に光学システムの動作診断を検出するように構成される。アクト９０６及び９０８にて、イニシャルのフォーカシングアクト９０２を実行することに応答して、測距情報及び温度情報が検出される。理解されることには、様々な実施形態において、距離及び温度は光学システムの最適焦点位置に対して影響を有し得る。ここで使用されるとき、温度情報は、光学システムの内部又は外部の周囲温度を含むことができ、測距情報は、光学システムの１つ以上の撮像センサによって撮像される標的までの距離を含み得る。アクト９０６及び９０８には測距情報及び温度情報を検出するとして示されているが、更なる実施形態においては、アクト９０２に応答して他の診断が決定されてもよい。例えば、システムは、振動力を検出するように構成された１つ以上の加速度計又はその他の振動センサを含んでいてもよい。
【００６１】
測距情報、温度情報、及び／又は最も良く焦点が合ったフィーチャの識別子を受信することに応答して、コントローラは、最も良く焦点が合ったフィーチャによって索引付けられた最適焦点位置、測距情報、及び／又は温度情報を記憶するように構成されることができる。例えば、最良フィーチャ、測距情報、又は温度情報が、ルックアップテーブルに格納され得る。アクト９１２−９１６に関して更に詳細に説明されるように、最も良く焦点が合ったフィーチャによって索引付けられた最適焦点位置、温度情報、及び／又は測距情報を記憶することは、オートフォーカスが可能でないときに、又は、アクト９０２で上述した標的へのフォーカシングを動作条件が妨げるときに、光学システムが最適焦点位置を決定することを可能にする。
【００６２】
アクト９１２では、標的の焦点に基づいて光学システムの最適焦点位置を決定することに失敗したことに応答して、光学システムの１つ以上のコンポーネントが、アクト９０４−９０８を参照して上述したような、最も良く焦点が合ったフィーチャ、温度情報、及び／又は測距情報を決定するように構成される。そして、決定された最良フィーチャ、温度情報、及び／又は測距情報を用いて、記憶された最適焦点位置の１つ以上のデータベースに問い合わせることで、決定された最良フィーチャ、温度情報、及び／又は測距情報に対応する最適焦点位置が決定される。図９には、最適焦点位置を決定するためにインデックスを参照するアクトを含むとして示されているは、様々な実施形態において、コントローラは、最適焦点位置を決定するために、決定された最良フィーチャ、温度情報、及び／又は測距情報に基づく一連のステップ又はアルゴリズムを実行してもよい。
【００６３】
インデックスから又は計算を通して最適焦点位置を決定したことに応答して、コントローラはフォーカスコマンドを発するように構成される。アクト９１６にて、フォーカスコマンドが、コントローラによって、光学システムの１つ以上のコンポーネントに発せられる。例えば、最適焦点位置を決定したことに応答して、コントローラは、一実施形態のアライメントオブジェクトを位置付け直すためのコマンドを発するように構成される。このような一実施形態において、アライメントオブジェクトは、最適焦点位置に位置付け直されることができ、それにより、第１の撮像センサによって生成される第１の画像上に重ね合わされるアライメントツールの焦点が合うようにされる。ここに記載されるように、このフォーカシングプロセスは、効率を高め且つ照準シフトを抑制することに加えて、センサ−センサ間アライメントを実行するために光学システムの焦点を手動で変化させることを不要にする。
【００６４】
図９に示されるように、上述のアクトは、継続的に又は所定のインターバルで実行され得る。従って、この光学システムのオペレータが、図９を参照して説明したフォーカシングプロセスが実行される頻度を指定し得る。
【００６５】
理解されるように、電気光学システムは、撮像、標的設定、測距、追跡、監視、及び偵察を含む多様な用途で使用されており、特に、しばしば、軍事空挺任務で使用されている。このような用途では、対応する任務の正確で精緻な実行を確実にするために、全てが光学システム内の共通のイメージプレーンを共有する多様なセンサによって生成される相互アライメントされた画像が不可欠である。僅かなミスアライメントであっても、例えば標的設定の不正確性及び低下した精度などの望ましくない影響をもたらし得る。従って、ここに論じられた様々な実施形態は、マルチスペクトル電気光学システムにおけるセンサ−レーザ間及び／又はセンサ−センサ間のミスアライメントのリアルタイム補正のためのシステム及び方法を提供する。
【００６６】
少なくとも１つの実施形態の幾つかの態様を上述してきたが、理解されるように、当業者には様々な改変、変更、及び改良が容易に浮かぶであろう。そのような改変、変更、及び改良は、この開示の一部であることが意図され、また、本発明の範囲内であることが意図される。従って、以上の説明及び図面は単に例によるものであり、発明の範囲は、添付の請求項の適正なる解釈及びそれらに均等なものから決定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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