(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ画像を画素値アレーを備えているディジタル画像に変換するステップと、
２次元（２Ｄ）シャープネス・フィルタにより前記ディジタル画像のコントラストを鮮鋭化させるステップとを含んでいる方法において、
前記ディジタル画像のコントラストを鮮鋭化させるステップは、
前記ディジタル画像から低い周波数のディジタル画像を抽出するステップと、
前記ディジタル画像から高い周波数のディジタル画像を抽出するステップと、
前記ディジタル画像に対するコントラスト測度を決定するステップと、
前記低い周波数のディジタル画像のゲインを、前記決定されたコントラスト測度に基づいて調整するステップと、
前記高い周波数のディジタル画像のゲインを、前記決定されたコントラスト測度に基づいて調整するステップと
を含んでいる方法。
【請求項２】
請求項１記載による方法であって、
前記低い周波数のディジタル画像のゲインの前記高い周波数のディジタル画像のゲインに対する比が調整されるように、前記低い周波数のディジタル画像のゲインと前記高い周波数のディジタル画像のゲインがそれぞれ調整され、
前記ディジタル画像のコントラストを鮮鋭化させるステップは、
前記調整された低い周波数のディジタル画像と前記調整された高い周波数のディジタル画像とを組合わせるステップである
方法。
【請求項３】
請求項２記載による方法であって、
前記低い周波数のディジタル画像のゲインの高い周波数のディジタル画像のゲインに対する比は、前記コントラスト測度の関数として調整される方法。
【請求項４】
請求項１記載による方法であって、
前記コントラスト測度を決定するステップは、
前記ディジタル画像の隣接する複数の画素値に関する差分値を発生するステップと、
前記差分値を加算するステップと
を含んでいる方法。
【請求項５】
請求項１記載による方法であって、
前記低い周波数のディジタル画像を抽出するステップは、
前記ディジタル画像における各画素値を各近傍画素値と共に平均化するステップ
を含んでいる方法。
【請求項６】
画素値アレーを備えている入力ディジタル画像のコントラストを鮮鋭化する方法において、
前記入力ディジタル画像から低い周波数のディジタル画像を抽出するステップであって、前記低い周波数のディジタル画像は画素値アレーを備えている前記ステップと、
前記入力ディジタル画像から高い周波数のディジタル画像を抽出するステップであって、前記高い周波数のディジタル画像は画素値アレーを備えている前記ステップと、
前記入力ディジタル画像の各行に沿って隣接画素間の差分値を決定するステップと、
前記差分値を加算することにより前記入力ディジタル画像に関するコントラスト測度を決定するステップと、
前記低い周波数のディジタル画像のゲインを、前記決定されたコントラスト測度に基づいて調整するステップと、
前記高い周波数のディジタル画像のゲインを、前記決定されたコントラスト測度に基づいて調整するステップと、
前記調整された低い周波数のディジタル画像における各画素値を前記調整された高い周波数のディジタル画像において対応する画素値と組合わせるステップと
を含んでいる方法。
【請求項７】
請求項６記載による方法であって、前記低い周波数のディジタル画像を抽出するステップは、
前記入力ディジタル画像における各画素値を各画素値に基づくロー・パス値及び複数の近傍画素値により置換するステップ
を含んでいる方法。
【請求項８】
請求項６記載による方法であって、前記高い周波数のディジタル画像を抽出するステップは、
前記入力ディジタル・画像における各画素値と前記低い周波数のディジタル画像において対応する画素値との間の差分値を発生するステップ
を含んでいる方法。
【請求項９】
請求項６記載による方法であって、前記低い周波数のディジタル画像を前記高い周波数のディジタル画像と組合わせるステップは、
前記低い周波数のディジタル画像における各画素値を前記高い周波数のディジタル画像において対応する画素値と組合わせるステップ
を含んでいる方法。
【請求項１０】
画像を処理する装置において、
アナログ画像を画素値のアレーを構成するディジタル画像に変換するアナログ・ディジタル変換器と、
前記ディジタル画像のコントラストを鮮鋭化する２次元（２Ｄ）シャープネス・フィルタ手段とを含み、
前記２Ｄシャープネス・フィルタ手段は、
前記ディジタル画像から低い周波数のディジタル画像を抽出する手段と、
前記ディジタル画像から高い周波数のディジタル画像を抽出する手段と、
前記ディジタル画像に対するコントラスト測度を決定する手段と、
前記低い周波数のディジタル画像のゲインを、前記決定されたコントラスト測度に基づいて調整する手段と、
前記高い周波数のディジタル画像のゲインを、前記決定されたコントラスト測度に基づいて調整する手段と、
を含んでいる装置。
【請求項１１】
請求項１０記載による装置であって、
前記低い周波数のディジタル画像のゲインの前記高い周波数のディジタル画像のゲインに対する比が調整されるように、前記低い周波数のディジタル画像のゲインと前記高い周波数のディジタル画像のゲインがそれぞれ調整され、
前記２Ｄシャープネス・フィルタ手段は、
前記調整された低い周波数のディジタル画像と前記調整された高い周波数のディジタル画像とを組合わせる手段
である装置。
【請求項１２】
請求項１１記載による装置であって、
前記低い周波数のディジタル画像のゲインの高い周波数のディジタル画像のゲインに対する比は、前記コントラスト測度の関数として調整される装置。
【請求項１３】
請求項１０記載による装置であって、前記コントラスト測度を決定する前記手段は、
前記ディジタル画像における画素間の差分値を加算する手段
を含んでいる装置。
【請求項１４】
請求項１０記載による装置であって、前記低い周波数のディジタル画像を抽出する手段は、
前記ディジタル画像における各画素値を各近傍画素値と共に平均化する手段
を含んでいる装置。
【請求項１５】
画素値アレーを備えている入力ディジタル画像のコントラストを鮮鋭化する装置において、
前記入力ディジタル画像から低い周波数のディジタル画像を抽出する手段と、
前記入力ディジタル画像から高い周波数のディジタル画像を抽出する手段と、
前記入力ディジタル画像の各行の方向に隣接する画素間の差分値を決定する手段と、
前記差分値を加算することにより、前記入力ディジタル画像に関するコントラスト測度を決定する手段と、
前記低い周波数のディジタル画像のゲインを、前記決定されたコントラスト測度に基づいて調整する手段と、
前記高い周波数のディジタル画像のゲインを、前記決定されたコントラスト測度に基づいて調整する手段と、
前記調整された低い周波数のディジタル画像を前記調整された高い周波数のディジタル画像と組合わせる手段と
を含んでいる装置。
【請求項１６】
請求項１５記載による装置であって、前記低い周波数のディジタル画像を抽出する手段は、
前記入力ディジタル画像における各画素値をロー・パス画素値により置換するロー・パス・フィルタたたみこみ手段であって、各ロー・パス画素値は各画素値及び複数の近傍画素値の関数である前記手段
を含んでいる装置。
【請求項１７】
請求項１５記載による装置であって、前記低い周波数のディジタル画像を抽出する手段は、
前記入力ディジタル画像から前記低い周波数の画像を除去する手段を含んでいる装置。
【請求項１８】
請求項１５記載による装置であって、前記低い周波数のディジタル画像を前記高い周波数のディジタル画像と組合わせる手段は、
前記低い周波数のディジタル画像における各画素を前記高い周波数のディジタル画像における各画素と加算する手段
を含んでいる装置。
【請求項１９】
請求項６記載による方法であって、
前記低い周波数のディジタル画像のゲインの前記高い周波数のディジタル画像のゲインに対する比が前記コントラスト測度の関数として調整されるように、前記低い周波数のディジタル画像のゲインと前記高い周波数のディジタル画像のゲインがそれぞれ調整される方法。
【請求項２０】
請求項１５記載による装置であって、
前記低い周波数のディジタル画像のゲインの前記高い周波数のディジタル画像のゲインに対する比が前記コントラスト測度の関数として調整されるように、前記低い周波数のディジタル画像のゲインと前記高い周波数のディジタル画像のゲインがそれぞれ調整される装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（背景）
本発明は一体型赤外線前方監視装置／レーザセンサーに関する。特に、本発明は中間波赤外線前方監視装置（ＦＬＩＲ）サブシステムと、レーザレンジ受信機（レーザ距離受信機：ＬＲＲ）およびレーザスポットトラッカー（レーザ・スポット追跡機：ＬＳＴ）を含む、レーザサブシステムとを組み合わせたターゲッティングおよびイメージングシステムに関する。
【０００２】
ＦＬＩＲシステムは関心のある（特定）エリア（ＡＯＩ）からの赤外（ＩＲ）放出に基づいて画像を発生する赤外（ＩＲ）検出器アレイを利用している。例えば、軍事応用ではＡＯＩは戦車、トラック、および／もしくは他の軍事車両や軍事ハードウェア等の標的を含むことがある。これらの標的は熱を放出するため、典型的には周囲の環境よりも暖かい。したがって、それらはＦＬＩＲシステムにより発生されるＩＲ画像内で識別することができる。
【０００３】
ＦＬＩＲシステムと共にレーザを使用することは、従来技術で良く知られている。例えば、レーザを使用してＦＬＩＲ画像内に見られる特定の標的を指示することができる。従来の一つのＦＬＩＲ／レーザシステムでは、ＦＬＩＲ画像内に見られる標的の両端間でレーザエネルギが掃引されて標的の３次元画像を発生するのに使用される。次に、３次元画像は標的の認識および／もしくは分類に使用することができる（米国特許第５，３４５，３０４号）。別の従来のＦＬＩＲ／レーザシステムでは、ＦＬＩＲ／レーザシステムのホストプラットホームから標的までの距離を求めるのにレーザが使用されている（米国特許第４，７７１，４３７号）。さらに別の従来のＦＬＩＲ／レーザシステムでは、標的の相対位置および速度を求めるのにレーザが使用されている（米国特許第４，５７４，１９１号）。さらに、レーザ誘導軍需品をＦＬＩＲ画像内に見られる所望の標的へ向けるためにレーザが使用されている。
【０００４】
前記した従来の各ＦＬＩＲ／レーザシステムにおいて、標的を正確に認識し、検出し、標定しかつ／もしくは追跡するＦＬＩＲ／レーザシステムの能力はＦＬＩＲとレーザ間の正確なアライメントを維持するシステムの能力によって決まる。ＦＬＩＲの視線（見通し線：ＬＯＳ）とレーザのＬＯＳ間の任意固定のミスアライメントによりレーザの溢れが生じる。図１に示すように、レーザの溢れは標的１０５を逸し背景から反射される予定外のレーザエネルギ量１１０として定義される。レーザの溢れにより図２にＲｅｒｒとして示す測距エラーを生じることがある。次に、誤った距離情報により、より不正確な武器誘導データだけでなく、より不正確な標的認識、検出、標定および速度情報が生じてしまう。
【０００５】
ボアサイティング（照準合わせ）は所与のシステムのＬＯＳアライメント（位置合わせ）過程に関する従来技術の一般的な用語である。低高度夜間地形追従赤外線ナビゲーション（ＬＡＮＴＩＲＮ）システム等の従来の設計では、ＦＬＩＲ  ＬＯＳとレーザＬＯＳ間の固定アライメントエラーを最小限に抑えるためにボアサイティング過程が利用されている。典型的にボアサイティング過程には典型的に、例えば、ＦＬＩＲ  ＬＯＳとレーザＬＯＳの光学的および／もしくは機械的リアライメント（再アライメント）が伴う。さらに、ボアサイティング過程は手動としたり自動としたりすることができる。前記したように、ボアサイティング過程は一般的に従来技術でよく知られている。
【０００６】
残念ながら、例えば、ＦＬＩＲ  ＬＯＳとレーザＬＯＳ間のアライメントエラーは必ずしも固定エラーではない。軍事応用では、典型的にＦＬＩＲ／レーザベースシステムは戦術航空機（例えば、Ｆ−１５もしくはＦ−１６）等の移動プラットホーム上に設置される。これらのプラットホームによりＦＬＩＲ／レーザベースシステムは大きな機械力および振動を受ける。これらの力および振動はＦＬＩＲ  ＬＯＳおよびレーザＬＯＳを支配する光学部品に直接作用する。さらに、ピッチ軸周りのＦＬＩＲ  ＬＯＳおよびレーザＬＯＳの変位はシステム性能（例えば、標的を正確に認識、検出、標定および／もしくは追跡する能力）に最も有害な影響を及ぼすように見える。
【０００７】
図３に示すように、ＬＡＮＴＩＲＮ等の従来の設計では、別々のＦＬＩＲアパーチャー２１５およびレーザアパーチャー２２２０だけでなく、別々のＦＬＩＲオプティクス（光）ピッチベアリング２０５およびレーザオプティクスピッチベアリング２１０が利用されている。したがって、ＦＬＩＲ／レーザベースシステムに作用する前記した機械力および振動により、ＦＬＩＲ  ＬＯＳおよびレーザＬＯＳは互いに独立にピッチ軸周りに傾斜して、任意の既存のアライメントエラーの他に、ＬＯＳジッターおよびダイナミック（すなわち、連続的に変化する）ＦＬＩＲ  ＬＯＳ対レーザＬＯＳアライメントエラーが生じる。前記したボアサイティング過程を使用して固定アライメントエラーを修正することはできるが、一般的にダイナミックアライメントエラーの修正には有効ではない。
【０００８】
ＬＯＳアライメントエラーに著しく寄与することがある、ＬＡＮＴＩＲＮ等の従来技術のシステムに関連するもう一つの問題点はＦＬＩＲ画像がロール軸周りをジンバルピッチ角の関数として回転するという事実である。この変わった性質を補償するために、ＬＡＮＴＩＲＮ等の従来の設計ではＦＬＩＲ検出器アセンブリ全体が逆回転される。しかしながら、ＦＬＩＲ検出器アセンブリは比較的大きく、急速に変化するジンバルピッチ角に逆らうように大きな質量を回転させることには多くの欠点がある。第１の主要な欠点として、高速ピッチ回転を補償するのに十分な応答時間で大きな質量を逆回転させることは非常に困難である。高速ピッチ回転を補償できないために、ＦＬＩＲ  ＬＯＳ対レーザＬＯＳアライメントエラーが付加されることがある。第２の欠点として、ＦＬＩＲ検出器アレイ素子に接続するワイヤは回転するインターフェイスを貫通しなければならない。インターフェイスおよびそれを貫通するワイヤを回転させることは、システムの信頼性に著しいインパクトを与える。
【０００９】
（要約）
本発明は高分解能、ジンバル中間波ＦＬＩＲ／レーザベースシステムであり、固定アライメントエラーおよびダイナミックアライメントエラーを含むＦＬＩＲ  ＬＯＳ対レーザＬＯＳアライメントエラーを最小限に抑えて、より正確な標的認識、検出、標定および／もしくは追跡情報を提供するように設計された電子光学サブシステムを含んでいる。軍事武器発射システムと共に使用すると、それらの性能強化により敵国の環境内のより長い（より安全な）離隔した距離においてその武器を放つことができるホストプラットホームの生存可能性が高くなる。
【００１０】
さらに、本発明は電子光学システムの有効性を支援しさらに強化する他のいくつかのサブシステムおよびサブシステム能力を含んでいる。例えば、本発明には“デッド”検出器セル置換機能、シーンベースパターン除去機能、２次元鮮鋭化フィルタ、ダイナミックレンジ制御機能、およびユニークなサブピクセルディザリング過程を利用した２Ｘ画像強調機能を含む、いくつかの重要な新しい処理および予処理機能を提供する一つの処理サブシステムが含まれている。
【００１１】
本発明には、さらに、新しい故障分離サブシステムが含まれている。故障分離サブシステムはさまざまなサーボシステムの増幅器部から生じる故障状態とサーボシステムのサーボモータ部から生じる故障状態とを識別することができる。したがって、保守要員はサーボシステムの欠陥部を除去して置換するだけでよく、サーボシステム全体を除去して置換する必要がない。
【００１２】
最後に、本発明は新しい電磁波障害（ＥＭＩ）格子を含んでいる。この格子により望ましくないエネルギがシステム内へ入って電気信号と干渉することがより完全に防止される。また、システムにより発生される望ましくないエネルギが放射して他の近接システムの動作と干渉することも格子により防止される。
【００１３】
高分解能、ＦＬＩＲ／レーザベースターゲッティングおよびイメージングシステムを提供することが本発明の目的である。
【００１４】
ＦＬＩＲ  ＬＯＳとレーザＬＯＳ間のアライメントエラーを最小限に抑える高分解能、ＦＬＩＲ／レーザベースシステムを提供することが本発明のもう一つの目的である。
【００１５】
単一ピッチベアリングとＦＬＩＲオプティクスおよびレーザオプティクス用の共通アパーチャーを設けることにより、ＦＬＩＲ    ＬＯＳおよびレーザＬＯＳジッターにより生じるアライメントエラーを最小限に抑えることが本発明のさらにもう一つの目的である。
【００１６】
ピッチ／ヨージンバルがピッチ軸周りに回転する時にＦＬＩＲ画像のロール軸周りの回転により生じるアライメントエラーを、ＦＬＩＲ検出器アセンブリではなくデロール（逆回転）プリズムオプティクスを逆回転させることにより最小限に抑えることが本発明のさらにもう一つの目的である。
【００１７】
システムアパーチャーへ入るＩＲエネルギからの望ましくない電磁エネルギを濾波することが本発明のもう一つの目的である。
【００１８】
ＦＬＩＲ画像の品質をさらに高めるいくつかの信号処理機能を提供することが本発明のさらにもう一つの目的である。
【００１９】
最後に、故障状態を正確に分離して、適切に機能するはずのハードウェアの除去および置換することを制限する故障検出過程を提供することが本発明の目的である。
【００２０】
本発明の前記した目的およびその他の目的は関心のあるエリア（ＡＯＩ）から赤外（ＩＲ）エネルギを受けて、ＡＯＩのＩＲ画像を発生する赤外線前方監視（ＦＬＩＲ）光学サブシステムを含むターゲッティングおよびイメージングシステムにより達成される。このシステムにはＡＯＩ内の少なくとも一つの物体を照射するレーザエネルギを発生し、少なくとも一つの物体により反射されるレーザエネルギを受けるレーザ光サブシステムも含まれている。さらに、レーザ光サブシステムおよびＦＬＩＲ光サブシステムは共通ピッチベアリングを共有している。
【００２１】
本発明の前記した目的およびその他の目的は、また、関心のあるエリア（ＡＯＩ）からの赤外（ＩＲ）エネルギを受ける赤外線前方監視（ＦＬＩＲ）光学系、およびＡＯＩから受けたＩＲエネルギによりＩＲ画像を発生するＦＬＩＲ光イメージャーを含むターゲッティングおよびイメージングシステムにより達成される。ＦＬＩＲ光イメージャーはＦＬＩＲ光学系からのＩＲエネルギを受けるように配置されている。また、このシステムにはレーザ送信機、レーザ受信機、およびレーザ送信機からのレーザエネルギをＡＯＩ内に位置する所望の標的へ向け、ＡＯＩ内の所望の標的から戻るレーザエネルギをレーザ受信機へ向けるレーザオプティクスも含まれている。さらに、個別にピッチ回転を受ける全ての光学素子がＦＬＩＲ光学系およびレーザオプティクスにより共有されるように、ＦＬＩＲ光学系およびレーザオプティクスは共通ピッチベアリングを共有している。
【００２２】
本発明の前記した目的およびその他の目的は、また、赤外（ＩＲ）視線（ＬＯＳ）を所望の関心のあるエリア（ＡＯＩ）へ向けて操縦し、ＡＯＩからのＩＲエネルギを受け、ＩＲエネルギを集束させて、ＡＯＩの光画像を発生する赤外線前方監視（ＦＬＩＲ）オプティクスを含むターゲッティングおよびイメージングシステムにより達成される。このシステムにはレーザ送信機、レーザレンジ受信機（ＬＲＲ）、レーザスポットトラッカー（ＬＳＴ）、および送信レーザエネルギがＡＯＩの少なくとも一部を照射するようにレーザＬＯＳを操縦し、レーザエネルギを受け、受信レーザエネルギをＬＲＲおよびＬＳＴ内へ向けるレーザオプティクスも含まれている。さらに、ＦＬＩＲオプティクス手段およびレーザオプティクス手段は１個のピッチベアリングを共有し、ＩＲエネルギおよびレーザエネルギは共通アパーチャーを通過する。
【００２３】
本発明の前記した目的およびその他の目的は、また、ＩＲ  ＬＯＳおよびレーザＬＯＳを調整して、ＩＲ  ＬＯＳとレーザＬＯＳ間のＬＯＳアライメントエラーを最小限に抑えるＬＯＳ修正手段を含むターゲッティングおよびイメージングシステムにより達成される。
【００２４】
本発明の前記した目的およびその他の目的は、また、サーボモータおよび増幅器を含むサーボシステム内の電気的故障を分離する故障分離手段を含むターゲッティングおよびイメージングシステムにより達成される。
【００２５】
本発明の前記した目的およびその他の目的は、また、ボアサイトサブシステムを含むターゲッティングおよびイメージングシステムにより達成される。
【００２６】
本発明の前記した目的およびその他の目的は、また、信号処理サブシステムを含むターゲッティングおよびイメージングシステムにより達成される。
【００２７】
本発明の前記した目的およびその他の目的は、また、ＩＲおよびレーザエネルギが通過する窓を含むハウジング内に収容されるターゲッティングおよびイメージングシステムにより達成される。
【００２８】
（詳細な説明）
本発明は光電気サブシステム、ＥＭＩ格子、故障分離サブシステム、および信号処理サブシステムを含むターゲッティングおよびイメージングシステムに関する。光電気サブシステムは高分解能、ジンバル、中間波（３−５ミクロン）もしくは長波（８−１２ミクロンサブシステム）ＦＬＩＲ；照準および標的指定のためのレーザレンジ受信機（ＬＲＲ）；および断定的な標的識別のためのレーザスポットトラッカー（ＬＯＳ）を含んでいる。ＦＬＩＲサブシステムは２Ｘ強調モードおよび４Ｘおよび８Ｘ電子ズームモードを有する１．２°ＦＯＶおよび３．８°ＦＯＶを含む２つの光学的視野（ＦＯＶ）も提供する。本発明の他の重要な特徴として、ＦＬＩＲ  ＬＯＳおよびレーザＬＯＳ間のダイナミックアライメントエラーを最小限に抑えるための光学素子の共通性、微分曲げを最小限に抑えボアサイト保存を最大限とするための分離された光学ベッド、およびＦＬＩＲ  ＬＯＳとレーザＬＯＳ間の固定アライメントエラーを最小限に抑える内部ボアサイトサブシステムが含まれる。
【００２９】
“オプティク”および“光学的”という用語は典型的に視野や視界に関連している。しかしながら、以後“オプティク”および“光学的”という用語は電磁放射一般、および／もしくは目には見えないがこのような電磁放射（すなわち、ＩＲエネルギおよびレーザエネルギ）に感応する装置により広く関連している。
【００３０】
さらに、ＦＬＩＲもしくはＩＲ画像、光画像およびデジタル画像という用語が後に出てくる。ＩＲ画像という用語はＦＬＩＲオプティクスにより発生されるＩＲエネルギパターンに関連している。光画像という用語は一緒にＩＲ画像の電子的表現を与えるアナログ電子信号アレイに関連している。アナログ電子信号はＩＲ画像のＩＲエネルギパターンに応答するＩＲ検出器素子アレイにより発生される。デジタル画像という用語は、画素値としても知られる、デジタル値アレイに関連している。画素値アレイは一緒に光画像のデジタル表現を提供し、各画素値には光画像内の対応するアナログ信号値が関連している。当業者ならば、光画像およびデジタル画像は可視像ではなく、それぞれアナログおよびデジタル値のアレイであることが容易にお判りであろう。また、当業者ならば、適切なディスプレイハードウェアにより光およびデジタル画像から可視像を作り出せることも容易にお判りであろう。
【００３１】
光電気サブシステム
図４に示すように、本発明の好ましい実施例では、ＩＲエネルギはセグメント化された標的取得窓（図示せず）へ入り、共通ピッチ／ヨウジンバルアフォーカル４０１により集められる。共通ピッチ／ヨージンバルアフォーカル４０１、すなわち共通アパーチャー、はレーザエネルギだけでなくＩＲエネルギも同じアパーチャーを使用して送受信されるために“共通”と言われる。共通アパーチャー４０１は実際上は、図５Ａに示すように、１個の正レンズ４０１ａおよび２個の負レンズ４０１ｂ，４０１ｃを含む１組のレンズである。この１組のレンズによりＩＲエネルギとレーザエネルギの両方に対して屈折率が等化されて、１個のアパーチャーをレーザエネルギとＩＲエネルギの両方に利用できるようになる。レーザエネルギとＩＲエネルギの両方に対して１個のアパーチャーを有することにより、ＦＬＩＲ  ＬＯＳとレーザＬＯＳ間の固定およびダイナミックアライメントエラーの両方が著しく低減される。
【００３２】
共通アパーチャー４０１によりシステムへ入る時のＩＲエネルギビームは直径が減少されて回転ミラー４０３へ向けられる。次に、回転ミラー４０３はＩＲエネルギビームを下向きにピッチ軸中心線４０５へ向ける。次に、回転ミラー４０３はレーザエネルギおよびＩＲエネルギを再びシステム縦軸に平行な向きとし、そこでＦＬＩＲリレー／ＦＯＶアセンブリ４０７内に配置されたダイクロイックＤ１に衝突する。ダイクロイックＤ１はスペクトル内容に基づいて入射エネルギを分離する。ダイクロイックＤ１は〜２．７ミクロンよりも大きい波長を有するエネルギ（例えば、ＩＲエネルギ）を伝搬させ〜２．０ミクロンよりも短い波長を有するエネルギ（例えば、レーザエネルギ）を反射させることによりそれを行う。
【００３３】
ＦＬＩＲリレー／ＦＯＶアセンブリ４０７は数個の固定レンズ４１１ａ，４１１ｂおよび数個の可動レンズ４１２ａ，４１２ｂを含んでいる。後述するように、これらのレンズはＦＬＩＲリレー／ＦＯＶアセンブリ４０７がそれぞれ狭いＦＯＶ（ＮＦＯＶ）モードであるか広いＦＯＶ（ＷＦＯＶ）モードであるかによってＩＲビーム径を減少もしくは増加するようにＩＲエネルギに作用する。次に、ＩＲエネルギはダイクロイックＤ１と同様にＩＲエネルギを伝搬させるダイクロイックＤ２へ通される。
【００３４】
次に、ＩＲエネルギはデロールアセンブリ４１３に衝突する。デロールアセンブリ４１３はデロールプリズム４１４およびそれを回転させるサーボモータ（図示せず）を含んでいる。デロールプリズム４１４はＩＲビームを奇数回、例えば、３回内部反射させてＩＲエネルギを入射方向と同じ方向でデロールプリズム４１４から出射させる。デロールプリズム４１４がＩＲ光線により規定される軸周りをサーボモータにより回転されると、２：１の比率でＦＬＩＲ画像を逆回転させる効果があり（例えば、デロールプリズム４１４の＋２２．５°の回転によりＩＲ画像は−４５°回転する）、前記したようにピッチ角の変化により生じるＦＬＩＲ画像の回転に対抗する。それは二重効果と呼ばれる。デロールプリズム４１４については後述する。
【００３５】
次に、ＦＳＭアセンブリ４１６内に含まれる高速操縦ミラー（ＦＳＭ）４１５がＩＲエネルギビームを反射して、ＦＬＩＲイメージャー／フォーカスアセンブリ４１７内に配置されたダイクロイックＤ３を通す。ＦＳＭ４１５は優れたＬＯＳ安定化およびジンバル走査およびグランドラッシュ光フローに関連する動作誘発画像ぶれを除去するのに使用される。ＦＳＭ４１５についても後述する。
【００３６】
ＦＬＩＲイメージャー／フォーカスアセンブリ４１７は線形ベアリングに沿って並進して温度および高度の変動による焦点変動を補償するイメージャーアフォーカル４１９を含んでいる。したがって、イメージャーアフォーカル４１９はある範囲の温度および高度にわたってＩＲエネルギの焦点を調整することができる。
【００３７】
ＦＬＩＲイメージャー／フォーカスアセンブリ４１７はＦＬＩＲ検出器／クーラアセンブリ４２７に接続されている。ＦＬＩＲの検出およびイメージングを容易にするために、レンズ４２５ａ，４２５ｂを含むレンズセットはＦＬＩＲイメージャー／フォーカスアセンブリ、ＦＬＩＲ検出器／クーラアセンブリインターフェイスを通過する時にＩＲエネルギをコリメートする。ＩＲエネルギをコリメートすることにより、ＩＲ画像はＦＬＩＲイメージャー／フォーカスアセンブリ４１７とＦＬＩＲ検出器／クーラアセンブリ４２７間の小さなアライメントエラーに対して遥かに鈍感となる。
【００３８】
前記したように、ＦＬＩＲリレー／ＦＯＶアセンブリ４０７は関心のあるエリアに対するＮＦＯＶおよびＷＦＯＶの両方を提供する。図５Ａに示すように、ＮＦＯＶモードでは、ＦＬＩＲリレー／ＦＯＶアセンブリ４０７は第１のレンズセット５０１および第２のレンズセット５０２を利用する。第１のレンズセット５０１および第２のレンズセット５０２は図４の単レンズ４１１ａおよび４１１ｂであることをお判り願いたい。第１のレンズセット５０１および第２のレンズセット５０２は共にアクロマティックダブレット（すなわち、正負のレンズ対）を表し、共にＩＲ光路に対して固定されている。個別に、第１のレンズセット５０１はＩＲエネルギを集束させ、第２のレンズセット５０２はＩＲエネルギを再コリメートする。第１のレンズセット５０１および第２のレンズセット５０２は共に最大アフォーカル倍率、したがって、最小ＦＯＶを与える。ＮＦＯＶモードでは、ＦＬＩＲリレー／ＦＯＶアセンブリ４０７内には移動する光学素子はないことをお判り願いたい。移動する光学素子はアライメントエラーを生じる可能性が高く、ＮＦＯＶモードではボアサイト保存および無欠性が最も重要である。
【００３９】
図５Ｂに示すように、ＷＦＯＶモードでは、ＦＬＩＲリレー／ＦＯＶアセンブリ４０７は単レンズ４１２ａおよび第３のレンズセット５０４だけでなく、前記したように、第１のレンズセット５０１および第２のレンズセット５０２を利用する。ここでも、第３のレンズセット５０４は図４には単レンズ４１２ｂとして示されている。第１のレンズセット５０１および第２のレンズセット５０２とは異なり、単レンズ４１２ａおよび第３のレンズセット５０４はＦＬＩＲ光路に対して固定されていない。ＦＬＩＲリレー／ＦＯＶアセンブリ４０７がＷＦＯＶモードへ遷移する時にそれらは回転してＦＬＩＲ光路へ入り、ＦＬＩＲリレー／ＦＯＶアセンブリ４０７がＮＦＯＶモードへ戻る時にＦＬＩＲ光路から外れる。単レンズ４１２ａおよび第３のレンズセット５０４はＷＦＯＶスイッチ（図示せず）によりＦＬＩＲ光路へ出入りするように回転される。単レンズ４１２ａおよび第３のレンズセット５０４は、前記した固定レンズと一緒に、最小アフォーカル倍率を生じて大きなＦＯＶとなる。
【００４０】
固定レンズおよび回転レンズは共にＩＲ光路に沿って中間焦点面周りに配置され、ＮＦＯＶモードおよびＷＦＯＶモードの両方で実入射瞳および実出射瞳が発生するようにされる。それにより、システムがＮＦＯＶモードで作動しているかＷＦＯＶモードで作動しているかに拘わらず、２．０ミクロン波長よりも小さい機能をきたすことなく、ピッチ／ヨージンバルアセンブリ４６０内の同じ共通アパーチャー４０１へＩＲエネルギを通すことができる。
【００４１】
図４にはレーザエネルギ用光路も図示されている。レーザエネルギの伝搬中に、コリメートされたレーザエネルギは送信機４５０を出てコンペンセータアセンブリ４５２へ入る。コンペンセータアセンブリはコンペンセータユニット４５４および一対のリズレイプリズムＲ１を含んでいる。コンペンセータユニット４５４は入射レーザビームの直交偏光状態間の位相関係を調整し、前記したように、その目的はデロールプリズム４１４が回転する時に十分な量のレーザエネルギがビームスプリッティングキューブ４７０を通過することを保証することである。つぎに、コリメート（平行に）されたレーザエネルギはコンペンセータユニット４５４から、レーザＬＯＳを操縦するのに使用される、リズレイプリズムＲ１へ通される。コンペンセータアセンブリ４５２については後述する。
【００４２】
レーザエネルギはコンペンセータアセンブリ４５２を出てダイクロイックＤ３によりＦＳＭ４１５へ向けて反射される。前記したように、ＦＳＭ４１５はレーザＬＯＳおよびＦＬＩＲ  ＬＯＳの両方のジッターを最小限に抑えて、レーザエネルギが所望の標的へ正確に向けられることをさらに保証する。
【００４３】
次に、レーザエネルギはデロールプリズム４１４へ通され、そこでＩＲエネルギについて前記したように内部反射される。デロールプリズム４１４を出ると、レーザエネルギは一体型オプティクスアセンブリ（ＣＯＡ）４５６およびレーザリレー／フォーカスアセンブリ４５８を介してダイクロイックＤ２により反射される。最後に、レーザエネルギはダイクロイックＤ１に衝突してピッチ／ヨージンバルアセンブリ４６０へ反射され、次に共通ピッチ軸に沿って共通アパーチャー４０１を通って所望の標的の方向へ向けられる。
【００４４】
所望の標的から戻るレーザエネルギはセグメント化された窓（図示せず）を通ってセンサ内へ入り、その後共通アパーチャー４０１を通過する。次に、ＩＲエネルギと同じ光路に沿って（すなわち、共通ピッチ軸に沿って）Ｄ１へ達し、そこでレーザリレー／フォーカスアセンブリ４５８を介して反射されてＣＯＡ４５６へ入る。次に、ＬＳＴ／ＬＲＲスイッチ（ＬＲＳ）４６６の状態に応じて、ＣＯＡ４５６は戻りレーザエネルギを再度レーザレンジ受信機（ＬＲＲ）４６２もしくはレーザスポットトラッカー（ＬＳＴ）４６４へ向ける。
【００４５】
次に、レーザ送信機４５０、コンペンセータアセンブリ４５２、ＣＯＡ４５６、ＬＲＲ４６２、ＬＳＴ４６４、およびレーザリレー／フォーカスアセンブリ４５８を含むレーザサブシステム部品について詳細に説明する。
【００４６】
好ましい実施例において、レーザ送信機４５０はダイオードポンプ固体ＮＤ：ＹＡＧレーザである。ダイオードポンプ送信機は信頼度が高く、所要電力が少なく、寿命が長いため、同じ光出力のフラッシュランプポンプレーザよりも好ましい。レーザ送信機４５０は光パラメトリック発信器を使用して１．０６４ミクロン戦術波長の他に１．５７ミクロン訓練波長を発生する。レーザ送信機４５０の出力がレーザ出力ポートで測定した場合に９ｍｍ−ｍｒａｄよりも良好なビーム品質（すなわち、輝度）を有し、かつ１．０６４ミクロンにおいて９０ｍＪよりも多く１．５７ミクロンにおいて２６ｍＪよりも多く送信できるように部品を得ることができる。さらに、レーザ送信機出力はパルス周期間変調（ＰＩＭ）コードにより駆動することができる、すなわち、２０ナノ秒のパルス幅で２０Ｈｚまでのパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）で駆動することができる。
【００４７】
ＬＲＲ４６２は１．０６４ミクロン戦術波長および１．５７ミクロン訓練波長の両方に応答する低ノイズＩｎＧａＡｓ受信機からなっている。ＬＲＲ４６２はレーザから遠隔配置され出射レーザパルスの低レベル後方散乱をそのタイミング回路のトリガーとして使用する。ＬＲＲ４６２はレーザ送信機４５０から遠隔配置されＣＯＡ４５６により偏光分離されて出射レーザエネルギがＬＲＲ４６２内へ鏡面反射されるのを防止する。出射レーザパルスのエネルギレベルは戻りレーザパルスのエネルギレベルよりも数桁高い。出射レーザパルスのエネルギが、たとえその非常に小さい部分であっても、反射してＬＲＲ４６２内へ入ると、ＬＲＲは飽和され戻りパルスをタイミングよく検出することができない。ＬＲＲ４６２はおよそ０．４６３ｋｍ（０．２５海里）からおよそ３７ｋｍ（２０海里）まで±３ｍの精度で測距することができる。
【００４８】
本発明の好ましい実施例では、ＬＳＴ４６４はカッドセルシリコン検出器を使用してレーザスポットトラックを得る。
【００４９】
レーザリレー／フォーカスアセンブリ４５８は２つの機能を提供する。第１に、ダイクロイックＤ１およびＣＯＡ４５６間のレーザエネルギの送受信を中継する。第２に、１組のフォーカスレンズＦＬ３を並進させることにより、温度および高度に対してレーザエネルギ焦点を維持する。レーザリレー／フォーカスアセンブリ４５８は、モータ駆動親ねじを使用しかつポテンショメータにより位置帰還を監視することによりフォーカスレンズセットＦＬ３を線形ベアリングに沿って並進させる。実際上、レーザエネルギはレーザリレー／フォーカスアセンブリハウジング内に組み込まれた真空セル（図示せず）内部に集束される。レーザエネルギは１組の真空セル窓４６８を通って真空セルへ出入りする。
【００５０】
前記したように、コンペンセータアセンブリ４５２は一対のリズレイプリズムＲ１およびコンペンセータユニット４５４を含み、３つの主要な機能を果たす。第１に、コンペンセータアセンブリ４５２はレーザＬＯＳをシフトさせてレーザ対ＦＬＩＲボアサイトを調整することができる。第２に、コンペンセータアセンブリ４５２はデロールプリズム４１４により導入される摂動を補償するためにレーザエネルギの偏光を調整することができる。第３に、後述するように、コンペンセータアセンブリはレーザエネルギの偏光を調整して内部ボアサイティング手順中にレーザエネルギの強度を交番させることができる。これらの仕事はコンペンセータユニット４５４により遂行される。
【００５１】
図６に示すように、コンペンセータユニット４５４は２枚の光波長板、λ／４波長板６０５およびλ／２波長板６１０を含み、それらはデロール角（すなわち、デロールプリズム４１４の角度）を監視するマイクロプロセッサベース回路（図示せず）の制御の元で、デロール角の関数として個別に回転される。λ／４波長板６０５およびλ／２波長板６１０の両方が同じボールベアリング支持ギア駆動ハウジング内に個別に搭載され、各々がサーボモータおよび位置帰還リゾルバを含むそれ自体の駆動機構を有している。
【００５２】
図６はレーザ送信機４５０を離れる時に出射レーザビーム６１５は直線偏光されることを示している。しかしながら、デロールプリズム４１４を出る時にレーザビームが直線偏光されることを保証するために、λ／４波長板６０５を回転させてレーザビーム偏光の楕円率を変えることができ、またλ／２波長板６１０を回転させて楕円の方位を回転させることができる。デロールプリズム４１４を出る時にレーザビームが直線偏光されることを保証することにより、レーザビームは偏光ビームスプリッタキューブ４７０を通過する時に直線偏光され、伝搬レーザビームのエネルギレベルは所望標的を照射するのに十分であることが保証される。レーザビームがλ／４波長板６０５およびλ／２波長板６１０と出合う順序は重要であることをお判り願いたい。
【００５３】
ＣＯＡ４５６は戻りレーザエネルギビームを再度ＬＲＲ４６２もしくはＬＳＴ４６４内へ向ける電気機械／光機械アセンブリである。また、ＣＯＡ４５６は適切なレーザ対ＬＲＲボアサイトおよび適切なレーザ対ＬＳＴボアサイトを維持するのを助ける。
【００５４】
レーザエネルギは所望の標的からシステムへ戻ると、ランダムに偏光される。ＣＯＡ４５６において、ランダムに偏光されたレーザエネルギは偏光ビームスプリッタ４７０により再度λ／２波長板４６６内へ向けられる。好ましい実施例では、λ／２波長板４６６はＬＲＲ検出器、ＬＳＴ検出器に対してレーザエネルギが調整される、すなわちその間で分割される、ようにレーザエネルギの偏光を回転させる。したがって、λ／２波長板４６６はＬＲＲ／ＬＳＴスイッチとして働く。
【００５５】
λ／２波長板４６６がレーザエネルギを偏光させた後で、一対のリズレイプリズムＲ１と同じ一対のリズレイプリズムＲ２を利用して、ＣＯＡ４５６内のレーザＬＯＳがシフトされレーザ対ＬＲＲもしくはレーザ対ＬＳＴボアサイトが調整される。リズレイプリズムＲ１およびλ／２波長板４６６の両方が、サーボモータおよび位置帰還リゾルバを含むそれ自体の駆動機構を有している。
【００５６】
一対のリズレイプリズムＲ２を通過した後で、レーザエネルギは偏光ビームスプリッタ４７２に衝突する。偏光ビームスプリッタ４７２は、λ／２波長板４６６の回転状態（すなわち、ＬＲＲ／ＬＳＴスイッチ）に応じて、再度レーザエネルギをＬＲＲ４６２、ＬＳＴ４６４、もしくはその両方へ向ける。
【００５７】
レーザＬＯＳおよびＦＬＩＲ  ＬＯＳを安定化、修正および制御するために、本発明はＬＯＳ／サーボサブシステムを利用する。ＬＯＳ／サーボサブシステムはＦＬＩＲ  ＬＯＳおよびレーザＬＯＳの両方のダイナミックジッターを最小限に抑えるのを助ける。図７は６軸ジンバルアセンブリ７０５、いくつかの単相、二相および三相サーボモータ７１０、電力増幅器７１５、さまざまなレートおよび位置センサ７２０、デジタルインターフェイス７２５、およびデジタルプロセッサ７３０を含むＬＯＳ／サーボサブシステムの線図である。
【００５８】
６軸ジンバルアセンブリ７０５はピッチ／ヨージンバルアセンブリ４６０、ロールジンバル（図示せず）、デロールアセンブリ４１３、およびＦＳＭ４１５を含んでいる。ピッチ／ヨージンバルアセンブリ４６０、デロールアセンブリ４１３、およびＦＳＭ４１５は全てロールジンバルにより支持される受動絶縁光ベッド４９０上に搭載されている。絶縁光ベッド４９０は、ＬＯＳおよびダイナミックアライメントエラーに著しく寄与することがある、高周波振動を減衰させ構造的曲げ（すなわち、低周波から中間周波振動）を最小限に抑える。
【００５９】
ピッチ／ヨージンバルアセンブリ４６０は内部ジンバルを含みそれは、図５Ａおよび図８に示すように、１組のレンズ４１０ａ，４１０ｂ，４１０ｃおよびジンバルミラー４０３を含んでいる。レンズ４１０ａ，４１０ｂ，４１０ｃを含むレンズセットは図４には単レンズ４０１として示されていることをお判り願いたい。レンズ４１０ａ，４１０ｂ，４１０ｃは共通ピッチ／ヨーアフォーカル（すなわち、前記した共通アパーチャー）を構成する光学素子である。内部ジンバルはヨー軸周りの制限された回転動作（およそ５°）を与える。ピッチ／ヨージンバルアセンブリ４６０は４個のレンズ８１５を含む外部ジンバル（すなわち、ピッチジンバル）も有している。外部ジンバルはピッチ軸４０５周りの完全な３６０°の回転を与える。さらに、ピッチ／ヨウジンバルアセンブリ４６０とホストプラットホーム間には一つのピッチ軸インターフェイスしかなく、したがって、レーザオプティクスおよびＦＬＩＲオプティクスに対する共通のピッチベアリングセットしかない。ピッチ／ヨージンバルアセンブリ４６０は２台の別々のサーボモータ（図示せず）を利用している。
【００６０】
ロールジンバルおよびデロールアセンブリ４１３は、それぞれ、ＬＯＳポインティングおよび画像ロール安定化を提供する。特に、デロールアセンブリ４１３はシステムがロール軸周りを回転するおよび／もしくはジンバルアセンブリがピッチ軸周りを回転する時に、ＦＬＩＲ画像に対する優れたロール安定化および水平安定化を提供する。実際上、画像デロールは低摩擦、プリロード、組合せベアリング上を回転する円筒形ハウジング内に搭載されているデロールプリズム４１４により遂行される。回転アセンブリは直接駆動、パンケーキトルクモータにより駆動され、モータと同軸に搭載されたパンケーキリゾルバを介して位置が感知される。
【００６１】
ＦＳＭアセンブリ４１６はピストンプローブ電子装置９３０および電磁アセンブリ９００を含んでいる。図９に示すように（米国特許第５，５５０，６６９号も参照）、ＦＳＭ電磁アセンブリ９００はＦＳＭ４１５をピッチ軸９１０およびヨー軸９１５周りに回転させる電磁装置である。好ましい実施例では、ＦＳＭ９００はＦＬＩＲ  ＬＯＳおよびレーザＬＯＳに対する優れた安定化を提供する。それは、ＩＭＵ７２０によりピッチおよびヨージンバル動作を測定して位置修正コマンドをＦＳＭ位置サーボモータ９１７へ加えることにより遂行される。次に、ＦＳＭサーボモータ位置コマンドはＦＳＭサーボ電子装置アセンブリ９２０により制御される。ＦＳＭ位置帰還は１組の位置プローブ９２５および位置プローブ電子装置アセンブリ９３０により行われる。
【００６２】
ＬＯＳ制御センサ７２０はＬＯＳ制御プロセッサ７３０内に常駐するＬＯＳ制御ソフトウェアへデジタル情報を与える。ＬＯＳ制御プロセッサはＦＬＩＲ  ＬＯＳおよびレーザＬＯＳの両方を制御するＬＯＳ制御信号を発生する。ＬＯＳ制御センサ７２０はデジタルロールレート情報を提供する角ロールレートセンサ、ジンバル角位置を提供するリゾルバ、ＦＳＭ４１５に対する位置情報を提供する位置プローブ、および慣性測定装置（ＩＭＵ）アセンブリ（図示せず）を含んでいる。ＩＭＵアセンブリは３軸光ファイバジャイロ（ＦＯＧ）および３軸加速時計を含んでいる。ＩＭＵは慣性角速度の関数としての増分角情報、および慣性直線加速度の関数としての増分速度情報を与える。
【００６３】
ＬＯＳサーボサブシステムはダイナミックアライメントエラーを最小限に抑えるのを助けるが、図４に示すように、本発明にはさまざまな内部視線間の固定アライメントエラーを最小限に抑えるための内部ボアサイトモジュール（ＢＭ）４７４が含まれている。ＢＭ４７４はピッチ／ヨージンバルアセンブリ４６０に光学的に接続されており、ボアサイト制御アルゴリズムと共に、内部視線を互いにアライニングするのに使用される。内部視線にはＦＬＩＲ  ＮＦＯＶ  ＬＯＳ、ＦＬＩＲ  ＷＦＯＶ  ＬＯＳ、レーザ送信機ＬＯＳ、ＬＲＲ  ＬＯＳ、およびＬＳＴ  ＬＯＳが含まれる。
【００６４】
図１０はＢＭ４７４の詳細を示す。ハウジング４７６内に含まれるＢＭ４７４はＩＲおよびレーザエネルギが通過するアパーチャー窓１００５を含んでいる。また、ＢＭ４７４は１次ミラーおよびＩＲおよびレーザエネルギを、それぞれ、ＢＭ４７４の内外へ向ける１組の２次ミラー１００６，１００７を含むカセグレン光学系を含んでいる。さらに、ＢＭ４７４はレチクル１０１０、レーザエネルギがレチクル１０１０内の開口を通過するのを防止するレーザフィルタ１０２５、ＩＲ／可視光源１０１５、レーザ検出器１０２０、およびレーザ源１０３０を含んでいる。
【００６５】
後述するＦＬＩＲ  ＬＯＳアライメント手順中に、ＩＲ／可視光源１０１５はＩＲエネルギおよび可視光エネルギの両方を放出し、それはディフューザ１０１６、ダイクロイック１０１７、および光学レンズ１０１８を通過する。次に、エネルギはレチクル１０１０を介して第２のダイクロイック１０１９から反射され、１次および２次ミラー１００６，１００７によりＢＭ４７４から外へ向けられる。
【００６６】
後述するように、レーザＬＯＳアライメント手順中に、レーザ送信機４５０からのレーザエネルギは１次および２次ミラー１００６，１００７によりＢＭ４７４内へ向けられる。次に、レーザエネルギはレチクル１０１０を通過しダイクロック１０１９および光学レンズ１０２４を介してレーザ検出器１０２０へ入る。
【００６７】
ＬＲＲおよびＬＳＴボアサイト手順中に、レーザ源１０３０はレーザエネルギを放出し、それは光学レンズ１０３１を通過する。レーザエネルギはダイクロイック１０１７から反射され、光学レンズ１０１８を通過し、第２のダイクロイック１０１９から反射され、レチクル１０１０を通過してＢＭ４７４を出る。好ましい実施例では、レーザ源１０３０はレーザ発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００６８】
レチクル１０１０は図１１に示すようなレチクルパターン１１００を含んでいる。レチクルパターン１１００はいくつかの変わった形状の開口を有し、その中をさまざまなＬＯＳアライメント過程中にレーザもしくはＩＲエネルギが通過する。図１１に示すように、さまざまな開口は１０６４マイクロラジアン円形領域周りに対称的に配置されている。この円形領域のまさしく中心には６０マイクロラジアンの穴があり、それはレチクルパターン１１００の中心と一致している。
【００６９】
レチクルパターン１１００内の第１組の開口は５つの八角形開口１１０５ａ−ｅを含んでいる。これらの開口によりＩＲエネルギはＦＬＩＲ  ＬＯＳアライメント手順中にレチクル１０１０を通過することができる。後述するように、第１の４つの開口１１０５ａ−ｄはＦＬＩＲ  ＬＯＳをＦＬＩＲ焦点面アレイの中心に対して対称的にアライニングするのに使用される。第５の開口はＦＬＩＲ  ＬＯＳをＦＬＩＲ焦点面アレイに対して回転的にアライニングするのに使用される。
【００７０】
レチクルパターン１１００はいくつかの市松模様の開口１１１０も有している。市松模様開口は特殊信号処理ソフトウェアと共に使用される。次に、このソフトウェアはＦＬＩＲアライメント手順の前にＦＬＩＲ画像を結像させる手順を制御する。大きい市松模様開口は特にＷＦＯＶ  ＦＬＩＲ画像を結像させるのに使用され、小さい市松模様開口は特にＮＦＯＶ  ＦＬＩＲ画像を結像させるのに使用される。市松模様開口を利用する信号処理ソフトウェアについては後述する。
【００７１】
最後に、レチクルパターン１１００は４つの楔状開口１１１５を含んでいる。前記した八角形開口とは異なり、楔状開口１１１５はレーザＬＯＳアライメント手順中にレーザ送信機４５０からのレーザエネルギをレチクル１０１０へ通すことができる。
【００７２】
次に図１２に関連して、ＦＬＩＲ  ＬＯＳ、レーザ送信機ＬＯＳ、次にＬＲＲ  ＬＯＳおよびＬＳＴ  ＬＯＳをボアサイトする方法について詳細に説明する。最初に、ブロック１２０５に従ってボアサイトコマンドが発生される。次に、ブロック１２１０に示すように、ピッチジンバルが１６５°回転する。ピッチジンバルを１６５°回転することにより、ＢＭ４７４はＦＬＩＲ光路とレーザ光路の一体部となる。次に、サーボモータを制御してボアサイト手順中にさまざまなＩＲおよびレーザオプティクスが動かされる信号処理ルーチンがブロック１２１５に従って活性化される。次に、それぞれブロック１２２０および１２２５に従って、ＮＦＯＶ  ＦＬＩＲ画像およびＷＦＯＶ  ＦＬＩＲ画像がＦＬＩＲ検出器／クーラーアセンブリ４２７内の焦点面アレイ４８０上に結像される。ブロック１２３０に従って、ＮＦＯＶおよびＷＦＯＶ  ＦＬＩＲ画像が結像されるとＦＬＩＲ  ＬＯＳアライメント手順が開始される。前記したように、ＦＬＩＲ  ＬＯＳはＩＲ／可視光源１０１５、レチクルパターン１１００および、特に、レチクルパターン１１００内の八角形開口１１０５ａ−ｅを使用して焦点面アレイ４８０の中心とアラインされる。ＦＬＩＲ  ＬＯＳアライメント手順は最初にＩＲ／可視光源１０１５により照射して遂行される。ＩＲおよび可視光エネルギはレチクルパターン１１００内の５つの八角形開口１１０５ａ−ｅを通過する。５つの八角形開口１１０５ａ−ｅの各々を通過するエネルギにより、焦点面アレイ４８０上の５つの対応する領域が照射される。ロールサーボが固定されていると、前記した信号処理ルーチンによりピッチおよびローサーボは最初の４つの八角形開口１１０５ａ−ｅに対応する焦点面アレイ４８０上の最初の４つの照射領域が焦点面アレイ４８０の中心周りに対称的に配置されるまでピッチおよびヨージンバルを回転させるように指令される。次に、ピッチおよびヨーサーボがそれらの位置を保持していると、信号処理ルーチンおよびデロールサーボは第５の八角形開口１１０５ｅに対応する焦点面アレイ４８０上の第５の照射領域を使用して、焦点面アレイ４８０に対するレチクルパターン１１００のロールアライメントを実施してＢＳＭに対するＦＬＩＲ  ＬＯＳのアライメントを完了する。
【００７３】
ＦＬＩＲ  ＬＯＳがアラインされると、レーザＬＯＳはブロック１２３５に示すようにアラインされる。レーザＬＯＳをアラインするために、レーザ送信機４５０は２０Ｈｚの公称レートで連続パルスストリームを発生開始する。前記したように、レーザフィルタ１０２５はレーザ送信機４５０からのレーザエネルギをレチクルパターン１１００内のある開口、特に、レチクルパターン１１００中心の６０°楔状開口１１１５および６０マイクロラジアン穴しか通さない。図１３の位置１３０５に示すように、レーザ送信機４５０が送信を開始する時に、レーザスポットは４つの楔状開口１１１５の中の一つと一致しないことがある。レーザスポットを４つの楔状開口１１１５の中の一つと一致させるために、ボアサイトアルゴリズムにより一対のリズレイプリズムＲ１はレーザスポットをサーチパターン１３１０内のさまざまな位置へ動かすように指令される。最後に、位置１３１５で示すように、レーザスポットは楔状開口１１１５の中の一つと一致する。その結果、レーザ検出器１０２０により検出される。次に、位置１３２０に示すように、ボアサイトアルゴリズムによりリズレイ対Ｒ１はレーザスポットを対応する楔状開口の最も近い半径方向縁へ動かすように指令される。半径方向縁の角度に基づいて、レチクルパターン１１００中心の６０マイクロラジアン穴に達するためにレーザスポットを動かさなければならない方向をボアサイトアルゴリズムにより決定することができる。図１３に、レーザスポットの移動方向を連続するレーザスポット位置１３２０，１３２５および１３３０で示す。
【００７４】
レーザスポットが対応する楔状開口の内縁に達する場合、それはレチクルパターン１１００中心からおよそ５００マイクロラジアンである。次に、図１４Ａから図１４Ｆに示すように、ボアサイトアルゴリズムによりリズレイ対Ｒ１はレーザスポットを考えられるいくつかの矩形格子パターンの中の一つに従っていくつかの格子位置へ動かすように指令され、各矩形格子パターンはまさしく中心の６０マイクロラジアン穴を含むレチクルパターン１１００中心の１０６４マイクロラジアン円形領域の一部を包含している。使用する特定の格子パターンはレーザスポットをレチクルパターン１１００の中心へ向けて動かすための案内として使用された半径方向縁の角度によって決まる。前例では、レーザスポットは楔状開口１３５０の低縁に沿ってレチクルの中心へ向かって動いて、楔状開口１３５０の内縁に達する時に図１４Ａに示す位置１４０５に配置されるようにされた。したがって、図１４Ａに示す矩形格子パターンはレーザスポットのレチクルパターン１１００の中心に対するアライメントを微調整するための案内として使用される。
【００７５】
リズレイ対Ｒ１がレーザスポットを、例えば、図１４Ａに示す格子パターンに関連する各格子パターン位置へ動かす前に、ボアサイトアルゴリズムにより偏光コンペンセータ４５４はＢＳＭへ送られるレーザエネルギの量を減衰させるよう指令される。レーザエネルギは集束されたレーザエネルギがレチクルを破損させるのを防止してエネルギレベルをレーザ検出器１０２０により検出可能な範囲内となるように調整するために減衰される。レーザエネルギを減衰させた後で、リズレイ対Ｒ１はレーザスポットを各格子パターン位置へ動かす。レーザ検出器１０２０により検出される最大レーザエネルギ検出に対応する位置が最善レーザＬＯＳボアサイトアライメント位置として識別される。
【００７６】
次に、ブロック１２３７に従って、焦点面アレイ４８０上に照光される画像が１８０°回転される。それはデロールプリズムを９０°回転させて行われる。次に、ブロック１２３０に従ったＦＬＩＲ  ＬＯＳ手順およびブロック１２３５に従ったレーザＬＯＳ手順が繰り返される。これらの手順を繰り返すことにより、ＩＲエネルギおよびレーザエネルギが一部異なる光路を進む事実によるＦＬＩＲ  ＬＯＳとレーザＬＯＳ間のいかなるアライメントエラーもボアサイトアルゴリズムにより校正される。
【００７７】
ＩＲエネルギは八角開口１１０５を通過し、それらはレチクルパターン１１００中心の６０マイクロラジアン穴の周りに対称的に配置されているため、６０マイクロラジアン穴に対するレーザＬＯＳのアライメントによりＦＬＩＲ  ＬＯＳとレーザＬＯＳ間の精密なアライメントが達成される。前記したレーザＬＯＳ対ＦＬＩＲ  ＬＯＳボアサイトアルゴリズムは４２マイクロラジアン以内まで正確でありレーザビームの拡散は１２０マイクロラジアン以下である。
【００７８】
最後に、それぞれブロック１２４０および１２４５に従ってＬＲＲ４６２およびＬＳＴ４６４がアラインされる。ＬＲＲ４６２およびＬＳＴ４６４をアラインするために、レーザ送信機４５０がターンオフされレーザダイオード１０３０がターンオンされる。レーザダイオード１０３０から放出されるレーザエネルギはレチクルパターン１１００中心に位置する６０マイクロラジアン穴を通って送られる。次に、レーザダイオード１０３０からのエネルギがレーザ光路に沿ってＣＯＡ４５６内へ通される。次に、ＣＯＡ４５６はレーザエネルギをＬＲＲ４６２内へ向ける。ＬＲＲ  ＬＯＳはリズレイプリズム４６６対を回転させてアラインされる。次に、ＣＯＡ４５６はレーザエネルギをＬＳＴ４６４内へ向けてＬＳＴＬＯＳが同様にアラインされる。
【００７９】
代替実施例では、図１５に示されたように、電気−光学サブシステムは、結合ＬＳＴ／ＬＲＲ組立体１５０５を採用する。ＬＳＴ及びＬＲＲが１つの結合単位の部品であるとき、レーザ復帰エネルギーをＬＲＲ及びＬＳＴ内へ交互に指向させるなんらの必要ももはやない。したがって、代替実施例では、ＣＯＡ４５６は非常に簡単化される。特に、ＬＲＲ／ＬＳＴスイッチ４６６、ＢＳＣ４７２、及び２つのミラーが除かれ、それによってＣＯＡ４５６の複雑性を低める。更に、ＬＲＲとＬＳＴを結合することによって、ＬＲＲ及びＬＳＴを別々に照準させる必要がもはやない。また、ＬＲＲとＬＳＴを結合することによって、かつＬＲＲ／ＬＳＴスイッチ４６６、ＢＳＣ４７２、２つの前述のミラーを除去することによって、テレビジョン・カメラ１５１０にとって使用可能である追加の空間が存在し、このカメラはＡＯＩの近ＩＲ（赤外線）像を表すのに使用することができる。
【００８０】
図１６は、結合ＬＲＲ／ＬＳＴ組立体１５０５の構成を示す。ＬＳＴは、好適には、カッドセル感光装置であって、この装置では各セルが電気信号１６０５ａから１６０５ｄを出力し、これらの信号の各々は相当するセルを照射するレーザ・エネルギーの量に比例する。カッドセルＬＳＴは、一般に、当業者に周知である。ＬＲＲ１６１０は２つの高インピーダンス・バッファ領域１６１５ａと１６１５ｂの交差点でカッドセル装置の中心に直接位置決めされたピン・ダイオードであり、これらの２つのバッファ領域は互いからカッドセルを電気絶縁する。ＬＳＴカッドセルは、集積ＬＲＲピンダイオード共に、ハイブリッド内に収容される。ＬＳＴセンサ及びＬＲＲセンサの両方用前置増幅器及び後置増幅器は、このハイブリッド内に共設される。
【００８１】
セグネント化窓及びＥＭＩ格子
好適実施例では、上に説明した光−電気サブシステムは、ポッド組立体内に収容され、この組立体の前部（すなわち、シュラウド）が図１７に示されている。ポッド組立体は、ホスト・プラットフォームに接続される。例えば、ポッド組立体は、Ｆ−１５、Ｆ−１６、又はＦ−１８のような戦闘用航空機の翼上のパイロンから懸架される。シュラウド組立体は上に説明した光−電子機器を物理的に保護する一方、レーザ・エネルギー及びＩＲ（赤外線）エネルギーはセグメント化窓１７０５を通してシュランド組立体の内、外へ通過する。
【００８２】
窓は、４つのセグメント又はパネル１７０５ａから１７０５ｄを有する。これらのセグメントは、システムの空気−光学性能を最適化するように設計される。例えば、これらのゼグメント又はパネルは、エネルギーが上に説明した光−電子センサ内へ反射して戻るのを減少させるか又は防止する。また、これらのパネルは、２０，０００ＡＧＬ（地上高度）におけるミッション臨界ピッチ角０°及び２０でモジュラ伝達関数（ＭＴＦ）対ジンバル角を最適化する。更に、これらの窓パネルは、ピッチで＋３５°から−１５５°、ロールで３６０°、及びヨー（ｙａｗ）で±５°にわたりセンサ走査を支援する。更に、セグメント化窓は、シュラウド・フォロアの代わりに採用される。シュラウド・フォロアは、より多くのハードウェアを必要としかつ大きなレーダ断面積（ＲＣＳ）及び空力抵抗係数を現す。
【００８３】
４つの窓パネルは、基質材料及び３つの必要とされるコーティングで構成される。これらのコーティングは、すなわち、電磁干渉コーティング、耐久性反射防止（ＤＡＲ）コーティング、及び内部反射防止（ＩＡＲ）コーティングである。いくつもの異なる材料を基質材料に使用することもできる。例えば、この目的に“Ｃｌｅａｒｔｒａｎ”（多重スペクトルＺｎＳ）が普通使用される。これは、良好な多重スペクトル特性を現すが、非常に耐久性であると云うわけではない。対照的に、サファイアは、非常に耐久性でかつそれは中波範囲（すなわち、〜３〜４．５マイクロメートル）で良好な透過特性を現す。したがって、好適実施例では、サファイアが基質材料に使用される。
【００８４】
前述のパネルの各々はまた、ＥＭＩ（電磁干渉）格子を含む。一般に、ＥＭＩ格子は、動作環境内に存在することがある大きなＥＭ（電磁）界へのセンサ及びセンサ・エレクトロニックスの露出を減少させる。例えば、ＥＭＩ格子は、システム・エレクトロニックス（例えば、ＩＭＵ（慣性測定装置）、ＦＬＩＲ（前方監視赤外線レーダ）アナログ・エレクトロニックス、ＦＳＭ（飛点顕微鏡）プローブ）上へのＥＭ界エネルギーの影響を最小限にする又は除去するために使用されることがあり、これらのシステム・エレクトロニックスはホスト・プラットフォーム（例えば、Ｆ−１６、Ｆ−１８）上に設置された源（すなわち、レーダ）から発射するこの型式の放射に敏感である。この格子はまた、ホスト・プラットフォーム上に設置されたエレクトロニックスに悪影響を及ぼすおそれがあるポッド組立体内に設置されたエレクトロニックスからのＥＭエネルギーを最小限にすることがある。
【００８５】
一般に、ＥＭＩ格子は、当業者に周知である。しかしながら、先行ＥＭＩ格子は正方形パターン又は極（同心）パターンを採用する。これら先行ＥＭＩ格子パータンは、ＦＬＩＲ像上に許容不可能なアーチファクトを発生する。例えば、正方形格子パターンは、軸外れ光源から放射状に拡がる４つの線に沿ってエネルギーを集中して、図１８に示されたようなエネルギー・アーチファクト１８００を生じる。このエネルギーは、ＦＬＩＲ像上に現れかつ許容不可能である。
【００８６】
好適実施例では、図１９に示されたように円のアレーを含むＥＭＩ格子パターンが採用される。このＥＭＩ格子パターンは、迷光を特定の軸に沿ってよりはむしろ放射状に案内又は回折し、このようにしてＦＬＩＲ像上の不要な光エネルギー・アーチファクトを減少又は除去する。図１９の配置では各円は、好適には、５マイクロメートルの線幅及び３２０マイクロメートルの直径を有する。繰り返しオフセット（すなわち、２つの隣接する円の中心間の距離）は３１５マイクロメートルであり、ここでは円の正接点において円形線の１００パーセント・オーバラップがある。上に説明した特定ＥＭＩ格子は、ＥＭＩ格子の１模範的実施例を単に表す。当業者が承知するように、上に説明したＥＭＩ格子パターンの意図する範囲を超えることなく、他の寸法を採用してよい。
【００８７】
本発明のＥＭＩ格子は、先行技術におけるのと全く同じようにしてセグメント化窓パネルに取り付けられる。まず、３つの金属層、すなわち、内側接着層、中間伝導層、及び外側保護層が窓に当てがわれる。各層には異なる金属が使用されてよいが、しかしながら、典型的に、クロムが内側層に、金が中間層に、及びチタンが外側層に使用される。“マスク”が窓材料を覆って置かれ、次いで、紫外線光に露出される。紫外線光は、マスクによって保護されない領域から金属層を取り除く。マスクが取り外されるとき、ＥＭＩ格子が窓に固定される。
【００８８】
故障分離
電気−光学サブシステムは、いくつものサーボ・システムを含む。各サーボ・システムは、１つ以上の増幅器、及び単相、二相、又は三相サーボ・モータを含む。これらのサーボ・システムは、電気−光学サブシステム内の種々のレンズ、プリズム、ミラー、及び波長板を回転及び／又は並進させるために必要な電力（ｐｏｗｅｒ）又は機械力を与える。サーボ・システムは、二相ブラシレス直流モータ及びパルス幅変調（ＰＷＭ）増幅器サーボ・システム（すなわち、ピッチ・サーボ・システム及びデロール・サーボ・システム）を含む。また、三相ブラシレス直流モータ、ＰＷＭ増幅器サーボ・システム（すなわち、ロール・サーボ・システム）も含まれる。更に、いくつかの単相モータ、直線増幅器サーボ・システム（すなわち、種々のレーザ及びＦＬＩＲ収束組立体サーボ・システム、熱基準サーボ・システム、ＦＳＭサーボ・システム、リズリープリズム・サーボ・システム、ヨーサーボ・システム、及び制御サーボ・システム、入口及び出口空気流サーボ・システム）がまた含まれる。
【００８９】
上に識別したサーボ・システムのどれかにおける故障条件の存在を検出するために、本発明は、故障条件が所与のサーボ・システムの増幅器部分に又は所与のサーボ・システムのモータ部分に起こっているかどうか判定することができる故障分離能力を与える。所与のサーボ・システムの増幅器部分又はモータ部分への故障を分離することによって、サーボ・システム全体を取り外す又は交換する必要を回避する。その代わりに、故障条件を含む増幅器部分又はモータ部分のみを取り外す及び／又は交換するだけでよい。先行技術は試験負荷及びこれらの負荷を回路に入出させるスイッチング手段を必要としてきた。本技術は、試験負荷を必要としない。
【００９０】
図２０は、二相ブラシレス直流モータ、ＰＷＭ増幅器サーボ・システム回路２０００の回路図である。通常条件下で、回路２０００は二相モータＭの巻線を通る電流の整流を制御し、これらの巻線は、立ち代わって、モータ軸の回転を制御する。特に、二相ブラシレス直流モータ、ＰＷＭ増幅器サーボ・システム回路２０００は、２つのＰＷＭ増幅器Ａ及びＢを含む。これらの増幅器Ａ及びＢの各々は、２つの上側励振トランジスタＴ１とＴ２、及び２つの下側励振トランジスタＴ３とＴ４を有する。モータ巻線を通る電流を整流しこのようにして二相モータＭの軸を回転させるために、当業者が理解するように各増幅器内の上側励振トランジスタを同じ増幅器の他の側部上の下側励振トランジスタと対にすることが必要である。例えば、増幅器Ａ内で、トランジスタＴ１はトランジスタＴ４と対にされることになり、トランジスタＴ２はトランジスタＴ３と対にされることになる。同様に、増幅器Ｂ内で、トランジスタＴ１はトランジスタＴ４と対にされることになり、トランジスタＴ２はトランジスタＴ３と対にされることになる。そこで、まず増幅器Ａ内で、次いで増幅器Ｂ内で、励振トランジスタの各対を交互に活性化する（相補スイッチングとして周知の技術）ことによって、二相モータ、ＰＷＭ増幅器サーボ・システム回路２０００は、モータＭの軸上に定トルクを維持することができる。
【００９１】
二相モータ、ＰＷＭ増幅器サーボ・システム回路２０００はまた、制御回路２００５を含む。制御回路２００５は、明確に云えば、標準帰還構成を使用して負荷電流を制御するために、相補スイッチング・プロセスのタイミング（すなわち、いつ各励振トランジスタ対を活性化させるか）を制御する。本発明では、制御回路２００５は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレー（ＦＰＧＡ）で以て実現される。しかしながら、当業者が容易に理解するように、制御回路２００５を本発明の精神に反することなく他の形式の論理を使用して実現することができる。
【００９２】
更に、二相モータ、ＰＷＭ増幅器サーボ・システム回路２０００内の各増幅器Ａ及びＢは、２つの上側電流センシング抵抗器Ｒ１及びＲ２を含む。上側電流センシング抵抗器Ｒ１及びＲ２は、それぞれ、上側励振トランジスタＴ１及びＴ２を通して流れる電流の量を監視する。更に、各増幅器Ａ及びＢは、下側電流センシング抵抗器Ｒｏを含む。下側電流センシング抵抗器Ｒｏは、下側励振トランジスタＴ３及びＴ４を通して流れる電流を監視するために利用される。重要なのは、本発明では増幅器Ａ及びＢが絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）を含むことに注意することである。ＩＧＢＴは、当業者が容易に理解するように、それらの利用が、２７０ボルト電源Ｖｃｃを与えられた制御回路２００５の設計を簡単化すると云う理由から、一部、利用される。しかしながら、当業者がまた認めるように、ＭＯＳＦＥＴ及びバイポーラ・トランジスタのような固体スイッチを採用することもできる。
【００９３】
一般に、二相、ＰＷＭ増幅器サーボ・システム故障分離プロセスは、次のように働く。トランジスタ対の相補スイッチングが動作不能にされる。制御回路２００５が、励振トランジスタの対、例えば、増幅器Ａ内のＴ１及びＴ４を活性化する。制御回路２００５は、次いで、この励振トランジスタ対を不活性化し、立ち代わって、他の励振トランジスタ対の各々、すなわち、増幅器Ａ内のＴ２とＴ３、及び増幅器Ｂ内のＴ１とＴ４、及び増幅器Ｂ内のＴ２とＴ３を活性化及び不活性化する。正規動作条件下で（すなわち、故障条件が存在しないとき）、各励振トランジスタ対の活性化によって、電流の特定量が、相当する上側電流センシング抵抗器Ｒ１又はＲ２を通して、相当する上側励振トランジスタＴ１又はＴ２を通して、相当するサーボ・モータ巻線を通して、相当する下側励振トランジスタＴ３又はＴ４を通して、及び最終的に下側電流センシング抵抗器Ｒｏを通して流される。もし、事実、故障条件が存在しないならば、上側電流センシング抵抗器Ｒ１又はＲ２を横断して及び下側電流センシング抵抗器Ｒｏを横断して既知の電圧降下が常に現れることになる。しかしながら、もし故障条件が存在するならば、上側電流センシング抵抗器Ｒ１又はＲ２を通して及び／又は下側電流センシング抵抗器Ｒｏを横断して流れる電流の量が顕著な影響を受けることになる。上に識別した励振トランジスタ対の各々のような抵抗器を通して流れる電流の量を監視することによって、下に更に詳細に説明するように、次の単一点故障条件、すなわち、モータ巻線短絡、モータ巻線開路、増幅器短絡、モータ巻線地絡、増幅器開路を分離することができる。
【００９４】
図２１は、本発明の好適実施例による、二相モータ、ＰＷＭ増幅器故障分離プロセスのステップを示す流れ図である。図２１によれば、制御回路２００５が、ブロック２１０１によって示されたように相補スイッチングを動作不能にすることによってプロセスを開始する。いったん相補スイッチングが動作不能にされると、制御回路２００５は、自由になって、故障分離の目的のために励振トランジスタ対を活性化及び不活性化する。
【００９５】
相補スイッチングが動作不能にされた後、制御回路２００５は、ブロック２１０５によって示されたように、正制御電流命令＋Ｉを発生する。正制御電流命令は、励振トランジスタＴ１及びＴ４を含むトランジスタ対を活性化する。制御回路２００５は、判定ブロック２１１０によって示されたように、上側電流センシング抵抗器Ｒ１を通して流れる電流の大きさが正規であるかどうか又はそれが正規量を超えるかどうか、すなわち、それが所定しきい値を超えるかどうか判定する。もし上側電流センシング抵抗器Ｒ１を通して流れる電流の大きさが過大であるならば、判定ブロック２１１０から出る“ＹＥＳ”経路に従って、制御回路２００５は、判定ブロック２１１２によって示されたように、下側電流センシング抵抗器Ｒ０を通して流れる電流の大きさが零に等しいかどうか判定する。もし下側電流センシング抵抗器Ｒ０を通して流れる電流が零に等しいならば、制御回路２００５は、ブロック２１１３によって示されたように、増幅器ＳＨＵＴＤＯＷＮ（運転停止）命令を発生することになる。制御回路２００５が電流の量が零に等しいと判定するからには、ブロック２１１４によって示されたように、故障条件はモータ巻線地絡と識別される。もし制御回路２００５が下側電流センシング抵抗器を通して流れる電流が零に等しくないと判定するならば、判定ブロック２１１２から出る“ＮＯ”経路に従って、制御論理２００５は、ブロック２１１５によって示されたように、それでもやはり、増幅器ＳＨＵＴＤＯＷＮ命令を発生することになる。しかしながら、上側電流センシング抵抗器Ｒ１を通る電流の過大な量が引き起こす故障条件がモータ巻線内の短絡に因るものか又は増幅器内の短絡に因るものか依然として判定されない。したがって、制御回路は、次いで、ブロック２１２０によって示されたように、負電流命令−Ｉを発生し、この命令が励振トランジスタＴ２及びＴ３を含むトランジスタ対を活性化する。制御回路２００５は、いまや、上側電流センシング抵抗器Ｒ２を通して流れる電流の大きさが過大であるかどうか、すなわち、それが、ブロック２１２５によって示されたように、所定しきい値を超えるかどうか判定する。もし上側電流センシング抵抗器Ｒ２を通して流れる電流の量がしきい値を超えるならば、判定ブロック２１２５から出る“ＹＥＳ”経路に従って、制御回路２００５は、ブロック２１３０によって示されたように、もう一度、増幅器ＳＨＵＴＤＯＷＮ命令を発生する。電流の過大量が両上側電流抵抗器ＲＩ及びＲ２を通して引き出されたからには、ステップ２１３５によって示されたように、故障条件はサーボ・モータ巻線短絡と識別される。しかしながら、もし上側電流センシング抵抗器Ｒ２を通して流れる電流の大きさが所定しき値を超えないならば、判定ブロック２１２５から出る“ＮＯ”経路に従って、すなわち、上側電流センシング抵抗器が電流の過大量を引き出す場合に限り、ステップ２１４０によって示されたように、故障条件は増幅器短絡と識別される。
【００９６】
もし、ブロック２１０５に従って、正電流命令＋Ｉを発生した後、制御回路２００５が、判定ブロック２１１０から出る“ＮＯ”経路に従って、上側電流センシング抵抗器Ｒ１を通して流れる電流の大きさが所定しきい値を超えないと判定するならば、制御回路２００５は、判定ブロック２１４５に示されたように、下側電流センシング抵抗器Ｒｏを通して流れる電流の大きさが零に等しいかどうか判定する。もし下側電流センシング抵抗器を通して流れる電流の大きさが零に等しいならば、制御回路２００５は、ブロック２１５０によって示されたように、負命令電流−Ｉを発生し、かつ、判定ブロック２１５５によって示されたように、上側電流センシング抵抗器Ｒ２を通して流れる電流の大きさが所定しきい値を超えるかどうか判定する。もし上側電流センシング抵抗器Ｒ２を通して流れる電流の大きさが所定しきい値を超えるならば、判定ブロック２１５５から出る“ＹＥＳ”経路に従って、制御回路２００５は、ブロック２１６０によって示されたように、増幅器ＳＨＵＴＤＯＷＮ命令を発生することになる。電流の過大量が上側電流センシング抵抗器の１つのみ、すなわち、Ｒ２を通して検出されたからには、ステップ２１６５によって示されたように、故障条件は増幅器短絡と識別される。
【００９７】
しかしながら、もし上側電流センシング抵抗器Ｒ２を通して流れる電流の大きさが所定しきい値を超えないならば、判定ブロック２１５５から出る“ＮＯ”経路に従って、制御回路２００５は、判定ブロック２１７０によって示されたように、下側電流センシング抵抗器を通して流れる電流の大きさが零に等しいかどうか判定することになる。もし下側電流センシング抵抗器Ｒｏを通して流れる電流が零に等しい、すなわち、Ｔ１及びＴ４が活性化されるときかつＴ２及びＴ３が活性化されるとき両Ｒ１及びＲ２が電流の正規量を引き出しかつＲｏが電流を引き出さないならば、ステップ２１７５によって示されたように、故障条件はモータ巻線開路と識別される。もし下側電流センシング抵抗器Ｒｏが零に等しくないならば、判定ブロック２１７０から出る“ＮＯ”経路に従って、すなわち、Ｔ１及びＴ２が活性化されるときに限り両抵抗器Ｒ１及びＲ２は電流の正規量を引き出しつつありかつＲｏは電流を引き出さず、ステップ２１８０によって示されたように、故障条件は増幅器開路と識別される。
【００９８】
しかしながら、もし下側電流センシング抵抗器Ｒｏを通して流れる電流の大きさが零に等しくないならば、判定ブロック２１４５から出る“ＮＯ”経路に従って、制御回路２００５は、ブロック２１８５によって示されたように、負命令電流−Ｉを発生し、この命令が励振トランジスタＴ２及びＴ３を含むトランジスタ対を活性化する。制御回路２００５は、次いで、判定ブロック２１９０によって示されたように、上側電流センシング抵抗器Ｒ２を通して流れる電流の大きさが所定しきい値を超えるかどうか判定する。もし上側電流センシング抵抗器Ｒ２を通して流れる電流の大きさがしきい値を超えるならば、判定ブロック２１９０から出る“ＹＥＳ”経路に従って、すなわち、電流の過大量が上側電流センシング抵抗器の１つのみを通して流れ、制御回路２００５は、ブロック２１６０によって示されたように、増幅器ＳＨＵＴＤＯＷＮ命令を発生し、かつ、ステップ２１６５によって示されたように、故障条件は増幅器短絡と識別される。
【００９９】
しかしながら、もし上側電流センシング抵抗器Ｒ２を通して流れる電流の大きさが所定しきい値を超えないならば、判定ブロック２１９０から出る“ＮＯ”経路に従って、制御回路２００５は、判定ブロック２１９５によって示されたように、下側電流センシング抵抗器Ｒｏを通して流れる電流の大きさが零に等しいかどうか判定する。もし下側電流センシング抵抗器Ｒｏを通して流れる電流が零に等しいならば、判定ブロック２１９５から出る“ＹＥＳ”経路に従って、すなわち、Ｔ２及びＴ３が活性化されるときに限りＲ１及びＲ２が電流の正規量を引き出しつつありかつＲｏを通る電流の量が零であり、ステップ２１８０によって示されたように、故障条件は増幅器開路と識別される。もし下側電流センシング抵抗器Ｒｏを通して流れる電流の大きさが零に等しくないならば、判定ブロック２１９５から出る“ＮＯ”経路に従って、すなわち、どちらかの励振トランジスタ対が活性化されるときＲ１及びＲ２が電流の正規量を引き出しつつありかつＲｏが零でなく、制御回路２００５は、ステップ２１９９によって示されたように、単一点故障が識別されないことを表示することになる。
【０１００】
上に説明した故障分離プロセスは二相モータ、ＰＷＭ増幅器サーボ・システムの１相にのみ適するので、前述の故障分離プロセスを第２相に対して（すなわち、モータの第２相と第２増幅器との間の故障を分離するために）繰り返すことができる。事実、三相以上のサーボ・システムが採用されている場合、存在する相の数だけ多くの回数にわたって前述のプロセスを繰り返すことができる。表Ｉは、本発明の好適実施例による二相、ＰＷＭ増幅器故障分離プロセスをまとめたものである。
【表１】
0004604110.tif 000002
【０１０１】
図２２は、三相モータ、ＰＷＭ増幅器サーボ・システム回路２２００の回路図である。三相モータ、ＰＷＭ増幅器サーボ・システム回路２２００は、上側励振トランジスタＴ１及び下側励振トランジスタＴ４を含む位相励振器Ａ、上側励振トランジスタＴ２及び下側励振トランジスタＴ５を含む位相励振器Ｂ、及び上側励振トランジスタＴ３及び下側励振トランジスタＴ６を含む位相励振器Ｃを有するＰＷＭ増幅器を採用する。重要なのは、励振トランジスタがＩＧＢＴであることに注意することである。しかしながら、やはり、当業者が認めるように、ＭＯＳＦＥＴ及びバイポーラ・トランジスタのような他の固体スイッチを採用することもできる。三相モータ、ＰＷＭ増幅器サーボ・システム回路２２００もまた制御論理２２０５を採用し、この制御論理は次の励振トランジスタ対、すなわち、Ｔ１とＴ５、Ｔ１とＴ６、Ｔ２とＴ６、Ｔ２とＴ４、Ｔ３とＴ４、及びＴ３とＴ５の活性化を制御する。当業者が容易に理解するように、上に識別したトランジスタ対の活性化は、三相モータＭの３つの巻線ＭＡ、ＭＢ、ＭＣの各々を通る電流を制御する。上に識別した励振トランジスタ対の各々を適当に活性化することによって、制御論理２２０５は、三相モータＭの軸上に定トルクを維持することができる。
【０１０２】
制御論理２２０５は、本発明の好適実施例ではソフトウェアによって制御される。したがって、制御論理２２０５は、当業者によってホール（Ｈａｌｌ）符号又は位相符号化器帰還符号と呼ばれる一連の整流符号を受信する。各ホール符号は、制御論理２２０５に適当な励振トランジスタ制御線路１、……６を活性化させる。例えば、トランジスタＴ１及びＴ５を含むトランジスタ対を活性化する任を負うホール符号は、モータ軸の実位置にかかわらず、制御論理２２０５にトランジスタ制御線路１及び５を活性化せしめることになる。
【０１０３】
本発明によれば、上に説明した二相モータ、ＰＷＭ増幅器サーボ故障分離プロセスのように、三相モータ、ＰＷＭ増幅器サーボ故障分離プロセスは、故障分離目的のために現存するサーボ・システム回路２２００ハードウェアを利用する。したがって、三相モータ、ＰＷＭ増幅器サーボ・システム回路２２００はまた、３つの上側電流センシング抵抗器ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、及び下側電流センシング抵抗器Ｒｏｕｔを含む。一般に、故障分離は、サーボ・システム回路に電源電圧ＶＣＣの既知の量を印加し、かつ次いで上側電流センシング抵抗器ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、及び／又は下側電流センシング抵抗器Ｒｏｕｔを通して流れる電流の量を分析することで以て単一点故障条件を分離することによって、完遂される。三相モータ、ＰＷＭ増幅器サーボ・システム故障分離プロセスは、次の単一点故障条件、すなわち、モータ巻線開路、モータ巻線短絡線絡、モータ巻線地絡、増幅器励振トランジスタ開路、増幅器励振トランジスタ短絡、増幅器出力ワイヤボンド開路を分離することができる。
【０１０４】
図２３Ａ及び２３Ｂは、本発明の好適実施例に従う、三相モータ、ＰＷＭ増幅器故障分離プロセスの詳細ステップを示す流れ図である。図２３Ａによれば、制御論理２２０５は、モータ巻線を通る電流の整流を制御するために本来使用されるホール符号を取り消すことによって、かつ、ブロック２３０５によって示されたように、所望励振トランジスタ対（例えば、上側励振トランジスタＴ１及び下側励振トランジスタＴ５）に相当するホール符号を発生することによって、開始する。ホール符号は、立ち代わって、ブロック２３１０に示されたように、制御論理２２０５に所望トランジスタ対に相当する適当なトランジスタ制御線路（例えば、トランジスタ制御線路１及び５）を活性化させることになる。
【０１０５】
次に、制御論理２２０５は、ブロック２３１５によって示されたように、相当する上側電流センシング抵抗器を通して流れる電流（例えば、上側電流センシング抵抗器ＲＡ又はＲＢ又はＲＣをそれぞれ通る電流ＩＡ又はＩＢ又はＩＣ）が所定しきい値Ｔを超えるかどうか判定しなければならず、ここでしきい値Ｔはそうでなければ電流の過大量であるものを表す。もし上側電流センシング抵抗器が電流の過大量を引き出しつつあるならば、判定ブロック２３１５から出る“ＹＥＳ”経路に従って、制御論理２２０５は、ブロック２３１７によって示されたように、ＳＨＵＴＤＯＷＮ命令を発生し、かつブロック２３２０によって示されたように適当な状態フラグをセットし、このようにして現在励振トランジスタ対（例えば、Ｔ１及びＴ５）の活性化が過電流条件を生じたことを表示することになる。
【０１０６】
しかしながら、もし現在の励振トランジスタ対の活性化がＳＨＵＴＤＯＷＮを生じなかったならば、判定ブロック２３１５から出る“ＮＯ”経路に従って、制御論理２２０５は、判定ブロック２３２５によって示されたように、励振トランジスタ対の活性化がＮＯ  ＣＵＲＲＥＮＴ（電流なし）条件（すなわち、出力抵抗器Ｒｏｕｔを通して流れる電流が零である）を生じたかどうか判定する。もし励振トランジスタ対の活性化がＮＯ  ＣＵＲＲＥＮＴ条件を生じるならば、判定ブロック２３２５から出る“ＹＥＳ”経路に従って、制御論理２２０５は、ブロック２３３０によって示されたように、適当な状態フラグをセットすることになる。
【０１０７】
次のステップは、判定ブロック２３３５によって示されたように、前述の励振トランジスタ対の全て６つが活性化されているかどうか判定することである。もし全て６つの励振トランジスタ対が活性化されていないならば、判定ブロック２３３５から出る“ＮＯ”経路に従って、制御論理２２０５は、次の所望励振トランジスタ対を活性化するように異なるホール符号を発生することになる。判定ブロック２３３５から出る“ＹＥＳ”経路に従って、いったん全て６つの励振トランジスタ対が活性化されたならば、状態フラグが下に説明するように故障条件を分離するために必要な情報の全てを含む。
【０１０８】
全て６つの励振トランジスタ対が活性化された後、状態フラグは、判定ブロック２３４０によって示されたように、励振トランジスタ対の２つが活性化されたとき増幅器ＳＨＵＴＤＯＷＮが起こったこと、及びこれら２つの影響された励振トランジスタ対が同じ上側又は同じ下側励振トランジスタを含んでいたことを表示することがある。例えば、第１トランジスタ対は励振トランジスタ対Ｔ１及びＴ５を含むトランジスタ対であるかもしれないのに対して、第２トランジスタ対は第２トランジスタ対は励振トランジスタ対Ｔ１及びＴ６を含むトランジスタ対であるかもしれず、ここで両励振トランジスタ対が位相励振器Ａからの上側励振トランジスタＴ１を含む。もし状態フラグがこの条件が起こっていることを表示するならば、判定ブロック２３４０から出る“ＹＥＳ”経路に従って、ブロック２３４５に示されたように、故障条件は増幅器短絡と識別されることになる。特に、故障分離プロセスは、故障条件を引き起こす励振トランジスタ、例えば、上の例における励振トランジスタＴ１を識別することになる。
【０１０９】
しかしながら、もし状態フラグがこの状態が起こったことを表示しないならば、判定ブロック２３４０から出る“ＮＯ”経路に従って、状態フラグはその代わりに、判定ブロック２３５０によって示されたように、２つの励振トランジスタ対が活性化されたときＳＨＵＴＤＯＷＮが起こったこと、及び両方の場合に同じ２つの位相励振器が係わりを持たされたことを表示することがある。例えば、状態フラグは、励振トランジスタＴ１及びＴ５を含むトランジスタ対の活性化中ＳＨＵＴＤＯＷＮが起こったこと、及び励振トランジスタＴ２及びＴ４を含むトランジスタ対の活性化中ＳＨＵＴＤＯＷＮが起こったことを表示することがある。この例では、位相励振器Ａ及びＢのみが影響される。もし状態フラグがこの状態が起こっていることを表示するならば、判定ブロック２３５０から出る“ＹＥＳ”経路に従って、ブロック２３５５によって示されたように、故障はモータ巻線短絡と識別されることになる。特に、故障分離プロセスは、上の例では、モータ巻線ＭＡ−ＭＢのような、故障条件を引き起こすモータ巻線を識別することになる。
【０１１０】
もし状態フラグが判定ブロック２３５０内に識別された条件が存在することを表示しないならば、判定ブロック２３５０から出る“ＮＯ”経路に従って、判定ブロック２３６０に示されたように、状態フラグは４つの励振トランジスタ対が活性化されたときＳＨＵＴＤＷＯＮが起こったことを表示することがあり、かつここで全て４つの影響された励振トランジスタ対が共通励振器を伴う。例えば、状態フラグは、励振トランジスタＴ１とＴ５、Ｔ１とＴ６、Ｔ２とＴ４、Ｔ３とＴ４を含むトランジスタ対の活性化中ＳＨＵＴＤＯＷＮが起こったことを表示することがある。この例では、共に位相励振器Ａに係わる上側励振トランジスタＴ１又は下側励振トランジスタＴ４が係わりを持たせられる。もし状態フラグがこの条件が起こったことを表示するならば、判定ブロック２３６０から出る“ＹＥＳ”経路に従って、ブロック２３６５によって示されたように、故障条件はモータ巻線地絡と識別されることになる。特に、故障分離プロセスは、上の例における位相励振器Ａのような、故障条件を引き起こす位相励振器を識別することになる。
【０１１１】
もし状態フラグが判定ブロック２３６０内に識別された条件が存在することを表示しないならば、判定ブロック２３６０から出る“ＮＯ”経路に従って、判定ブロック２３７０に示されたように、状態フラグは２つの励振トランジスタ対の活性化中ＮＯ  ＣＵＲＲＥＮＴ条件が起こったことを表示することがあり、かつここで２つの影響された励振トランジスタ対が同じ上側又は下側励振トランジスタに係わる。例えば、状態フラグは、励振トランジスタＴ１及びＴ５を含むトランジスタ対の活性化中かつ励振トランジスタＴ１及びＴ６を含むトランジスタ対の活性化中ＮＯ  ＣＵＲＲＥＮＴが起こったことを表示することがある。この例では、影響された励振トランジスタ対の両方が上側励振トランジスタＴ１に係わる。もし状態フラグがこの条件が起こったことを表示するならば、判定ブロック２３７０からから出る“ＹＥＳ”経路に従って、ブロック２３７５によって示されたように、故障条件は増幅器開絡と識別されることになる。特に、故障分離プロセスは、上の例における励振トランジスタＴ１のような、故障条件を引き起こす励振トランジスタを識別することができる。
【０１１２】
もし状態フラグが判定ブロック２３７０内に識別された条件が存在することを表示しないならば、判定ブロック２３７０から出る“ＮＯ”経路に従って、状態フラグは４つの励振トランジスタ対の活性化中ＮＯ  ＣＵＲＲＥＮＴ条件が起こったことを表示することがあり、かつここで全て４つの励振トランジスタ対が共通位相励振器に係わる。例えば、状態フラグは、励振トランジスタ対Ｔ１とＴ５、Ｔ１とＴ６、Ｔ２とＴ４、Ｔ３とＴ４の活性化中ＮＯ  ＣＵＲＲＥＮＴ条件が起こったことを表示することがある。この例では、位相励振器Ａが全て４つの励振トランジスタ対に共通である。もし状態フラグがこの条件が起こったことを表示するならば、判定ブロック２３８０から出る“ＹＥＳ”経路に従って、ブロック２３８５によって示されたように、故障条件はモータ巻線開路と識別されることになる。特に、故障分離プロセスは、上の例におけるモータ巻線ＭＡのような、故障条件を引き起こしつつあるモータ巻線を識別することができる。
【０１１３】
もし状態フラグが判定ブロック２３８０内に識別された条件が存在することを表示しないならば、判定ブロック２３８０から出る“ＮＯ”経路に従って、ブロック２３９０によって示されたように、故障分離プロセスは単一点故障条件が分離されていないことを表示することになる。
【表２】
0004604110.tif 000003
【０１１４】
表ＩＩは、本発明の好適実施例による、三相モータ、ＰＷＭ増幅器故障分離プロセスをまとめたものであり、ここで“ＳＤ”はＳＨＵＴＤＯＷＮを意味し、“ＮＣ”はＮＯ  ＣＵＲＲＥＮＴ条件を意味する。重要なことは、三相モータ、ＰＷＭ増幅器サーボ・システム回路２２００が“ＷＹＥ”構成で結線されることである。しかしながら、当業者が容易に理解するように、同様の故障分離プロセスを“ＤＥＬＴＡ（デルタ）”結線された、三相モータ、ＰＷＭ増幅器サーボ制御回路用に実現することができ、同じく本発明の精神に含まれると考えられる。
【０１１５】
図２４は、単相モータ、直線増幅器サーボ・システム回路２４００の回路図である。通常動作条件下で、単相モータ、直線増幅器サーボ・システム回路２４００は単相巻線を通る電流の整流を制御し、この電流が単相モータＭＳの軸の回転を制御する。
【０１１６】
本発明の好適実施例では、単相モータ、直線増幅器サーボ・システム回路２４００は、モノリシック二電力演算増幅器を含む単一供給、直線相互コンダクタンス・ブリッジ増幅器構成を採用する。特に、この構成は電源ＶＬを含み、ここにＶＬは好適実施例では＋２８ボルトに等しい。電源ＶＬは双方向負荷流ＩＬＯＡＤを単相モータＭＳの巻線を通して流れさせ、ここで負荷電流ＩＬＯＡＤは、演算増幅器Ａと演算増幅器Ｂの入力に印加された電圧の量に直線的に比例する。
【０１１７】
単相モータ、直線増幅器サーボ・システム回路２４００は、次のように働く。増幅器Ａの出力電圧と電源電圧とが等しく（例えば、＋２８ボルトに等しく）かつ増幅器Ｂの出力電圧が０ボルトに等しいとき、負荷電流ＩＬＯＡＤはその最大正値にある。増幅器Ｂの出力電圧と電源電圧とが等しくかつ増幅器Ａの出力電圧が０ボルトに等しいとき、負荷電流ＩＬＯＡＤはその最大負値にある。増幅器Ａと増幅器Ｂの出力電圧とが等しいとき（例えば、増幅器Ａと増幅器Ｂの出力が共にＶＬ／２ボルトに等しいとき）負荷電流ＩＬＯＡＤは零であることが、論理的に導かれる。更に、単相モータＭＳに掛かる電圧は０ボルトと＋ＶＬボルトとの間で変動することができ、したがって、負荷電流ＩＬＯＡＤがこの電圧に対して直線的に変動する。それゆえ、当業者が容易に理解するように、単相モータ、直線増幅器サーボ・システム回路２４００は、電圧命令の大きさ（すなわち、演算増幅器Ａと演算増幅器Ｂの入力に印加される電圧の量）を変動させることによってサーボ・モータＭＳの軸に印加されるトルクの量を直線的に変動させることができる。
【０１１８】
図２４で直線増幅器Ａ及びＢの各々は、上側励振トランジスタ（図示されていない）及び下側励振トランジスタ（図示されていない）を含み、これらは図２０に示された上側及び下側励振トランジスタに極く類似している。したがって、直線増幅器Ａ内の上側励振トランジスタは単相モータＭＳを通る正負荷電流ＩＬＯＡＤを発生する任を主として負うのに対して、直線増幅器Ｂ内の下側励振トランジスタは正負荷電流ＩＬＯＡＤをシンクする。同様に、直線増幅器Ｂ内の上側励振トランジスタは単相モータＭＳに対する負負荷電流ＩＬＯＡＤを発生する任を主として負うのに対して、直線増幅器Ａ内の下側励振トランジスタは負負荷電流ＩＬＯＡＤをシンクする。
【０１１９】
ＰＷＭ増幅器サーボ組立体制御回路２０００及び２２００と異なり、単相モータ、直線増幅器サーボ・システム回路２４００は、電源電流ＩＳの量（すなわち、演算増幅器Ａ及びＢに印加される電流の量）に比例する電圧ＶＳを発生するアナログ電源電流センシング増幅器２４１０、復帰電流±ＩＲの量（すなわち、＋ＩＲ又は−ＩＲの量）に比例する電圧ＶＲを発生するアナログ復帰電流センシング増幅器２４１５、及び単相サーボ・モータＭＳの巻線と並列に接続された分流抵抗器を含み、ここで分流抵抗器は比較的大きなインピーダンス値を有する。これらの追加構成要素は、次の単一点故障条件、すなわち、モータ巻線開路、モータ巻線線絡、モータ巻線地絡、増幅器励振トランジスタ開路、増幅器短絡、及び増幅器出力ワイヤ・ボンド開路を検出しかつ分離することを可能にする。
【０１２０】
図２５は、単相モータ、直線増幅器サーボ故障分離プロセスの詳細ステップを示す流れ図である。図２５によれば、制御回路２４０５は、ブロック２５１０によって示されたように、正電圧の所定量を発生することによってその手順を開始する。この電圧は、加算器２４２０及び加算器２４２５に印加される。好適実施例では、発生された電圧の量はＶＬ／ボルト（すなわち、加算器２４２０及び２４２５用規準電圧）より小さく、それであるから増幅器Ａの入力電圧は＋ＶＬボルトより小さく及び増幅器Ｂの入力電圧は＋ＶＬボルトよりかなり小さい。通常動作条件下で、これは、単相モータ巻線を通して、図２４に示されたように、正負荷電流ＩＬＯＡＤを生じる。次に、ブロック２５１５によって示されたように、復帰電流＋ＩＲが測定される。
【０１２１】
次いで、制御回路２４０５は、ブロック２５２０によって示されたように、負電圧の所定量を発生する。この負電圧は、加算器２４２０及び加算器２４２５に同じように印加される。増幅器Ｂはいまや＋ＶＬボルトよりちょっと低い入力電圧を受け及び増幅器Ａは＋ＶＬよりかなり低い入力電圧を受ける。通常動作条件下で、これは、単相モータ巻線を通して負負荷電流ＩＬＯＡＤを生じることになる。ブロック２５２５に示されたように、復帰電流−ＩＲがいまや測定される。
【０１２２】
次いで、制御回路２４０５は、判定ブロック２５３０によって示されたように、復帰電流＋ＩＲの大きさ及び復帰電流−ＩＲの大きさが共に復帰電流の所定（すなわち、期待された）量より小さいかどうか判定し、ここで復帰電流の期待された量ＩＥｘｐは故障条件が存在しないとき期待する復帰電流の量に等しい。もし＋ＩＲ及び−ＩＲの大きさが共に復帰電流の期待された量ＩＥＸＰの大きさより小さいならば、判定ブロック２５３０から出る“ＹＥＳ”経路に従って、ブロック２５３５に示されたように、故障条件はモータ巻線開路と識別されることになる。モータ巻線開路条件はモータ巻線を通して通常流れる電流を、代わりにモータＭＳの抵抗負荷に比較して大きな抵抗（すなわち、好適実施例では１４００オーム）を有する分流抵抗器２４３０を通して強制的に流すので、復帰電流＋ＩＲの大きさ及び復帰電流−ＩＲの大きさはＩＥＸＰより小さい。したがって、分流電流ＩＳＨＵＮＴは分流抵抗器２４３０を横断して大きな電圧降下を引き起こす。分流抵抗器２４３０を横断する大きな電圧降下は、そうでなければアナログ電流センシング増幅器２４１５の入力を横断して起こっているであろう電圧降下を減少させる。これが、復帰電流＋ＩＲの大きさ及び復帰電流−ＩＲの大きさが共に復帰電流の期待された量ＩＥの大きさより小さいと云うように、復帰電流＋ＩＲの大きさ及び同様に復帰電流−ＩＲのそれを小さくする。
【０１２３】
しかしながら、もし復帰電流＋ＩＲの大きさ及び復帰電流−ＩＲの大きさが期待された復帰電流ＩＥＸＰの大きさ以上であるならば、判定ブロック２５３０から出る“ＮＯ”経路に従って、制御回路２４０５は、判定ブロック２５４０に示されたように、復帰電流＋ＩＲの大きさ及び復帰電流−ＩＲの大きさが共にＩＥＸＰに等しいかどうか判定する一方、またモータ軸の運動があるかどうか、又はモータ軸の誤り運動があるかどうか判定することになる。もしこれらの条件が真実ならば、判定ブロック２５４５から出る“ＹＥＳ”経路に従って、ブロック２５４５に示されたように、故障条件はモータ巻線線絡と識別されることになる。
【０１２４】
しかしながら、もし復帰電流＋ＩＲの大きさ及び復帰電流−ＩＲの大きさがＩＥＸＰに等しくなく、モータ軸運動があり、及び／又はモータ軸の誤り運動があるならば、判定ブロック２５４０から出る“ＮＯ”経路に従って、制御回路２４０５は、判定ブロック２５５０によって示されたように、復帰電流＋ＩＲの大きさ及び復帰電流−ＩＲの大きさが共に零であるかどうか判定する一方、また電源電流ＩＳが復帰電流の量に等しくないかどうか（すなわち、ＩＳが零でないかどうか）判定することになる。もしこれらの条件が真実ならば、判定ブロック２５５０から出る“ＹＥＳ”経路に従って、ブロック２５５５によって示されたように、故障条件はモータ巻線地絡と識別されることになる。
【０１２５】
しかしながら、もし復帰電流＋ＩＲの大きさ及び復帰電流−ＩＲの大きさが零に等しくなく及び／又は電源電流ＩＳの大きさが零に等しいならば、判定ブロック２５５０から出る“ＮＯ”経路に従って、制御回路２４０５は、判定ブロック２５６０によって示されたように、復帰電流＋ＩＲの大きさがＩＥＸＰの大きさに等しいかどうか、一方復帰電流−ＩＲの大きさが零に等しいかどうか判定するか、又は復帰電流−ＩＲの大きさがＩＥＸＰの大きさに等しいかどうか、一方復帰電流＋ＩＲの大きさが零に等しいかどうか判定することになる。もしこれらの条件のどちらかが真実ならば、判定ブロック２５６０から出る“ＹＥＳ”経路に従って、ブロック２５６５によって示されたように、故障条件は増幅器励振トランジスタ開路と識別されることになる。
【０１２６】
しかしながら、もし復帰電流＋ＩＲの大きさがＩＥＸＰの大きさに等しくない一方復帰電流−ＩＲの大きさが零に等しい、又は復帰電流−ＩＲの大きさがＩＥＸＰの大きさに等しくない一方復帰電流＋ＩＲの大きさが零に等しいならば、制御回路２４０５は、ブロック２５７０によって示されたように、復帰電流＋ＩＲの大きさが期待された復帰電流量ＩＥＸＰに等しいかどうか、一方復帰電流−ＩＲの大きさが復帰電流の所定最大量ＩＭＡＸより大きいかどうか判定するか、又は復帰電流−ＩＲの大きさがＩＥＸＰに等しいかどうか、一方復帰電流＋ＩＲの大きさが復帰電流の所定最大量ＩＭＡＸより大きいかかどうか判定することになる。もしこれらの条件のどちらかが真実ならば、判定ブロック２５７０から出る“ＹＥＳ”経路に従って、ブロック２５７５によって示されたように、故障条件は増幅器励振トランジスタ短絡と識別されることになる。更に、制御回路２４０５は、保護増幅器ＳＨＵＴＤＯＷＮ命令を発する。
【０１２７】
しかしながら、もし復帰電流＋ＩＲの大きさがＩＥＸＰに等しくなく及び／又は復帰電流−ＩＲの大きさがＩＭＡＸより大きいならば、又はもし復帰電流−ＩＲの大きさがＩＥＸＰに等しくなく及び／又は復帰電流＋ＩＲの大きさがＩＭＡＸより大きいならば、判定ブロック２５７０から出る“ＮＯ”経路に従って、制御回路２４０５は、判定ブロック２５８０によって示されたように、復帰電流＋ＩＲの大きさ及び復帰電流−ＩＲの大きさが共に零に等しいかどうか、かつ電源電流ＩＳがまた零であるどうか判定することになる。もしこれらの条件が真実ならば、判定ブロック２５８０から出る“ＹＥＳ”経路に従って、ブロック２５８５によって示されたように、故障条件は増幅器出力ワイヤ・ボンド開路と識別されることになる。
【０１２８】
最後に、もし復帰電流＋ＩＲ及び−ＩＲが零でない及び／又は電源電流ＩＳが零に等しくないならば、判定ブロック２５８０から出る“ＮＯ”経路に従って、判定ブロック２５９０によって示されたように、単一故障条件は識別されないことになる。重要なことは、ステップ２５３０から２５８５を実行する順序を変える類似の手順も本発明の精神内に含まれると考えられることである。
表ＩＩＩは、単相モータ、直線増幅器サーボ故障分離能力の故障分離機能をまとめたものである。
【表３】
0004604110.tif 000004
【０１２９】
本発明の好適実施例では、３つの上に識別されたサーボ・システム回路、すなわち、二相モータ、ＰＷＭ増幅器サーボ・システム回路２０００、三相モータ、ＰＷＭ増幅器サーボ・システム回路２２００、及び単相モータ、直線増幅器サーボ・システム回路２４００は、相互コンダクタンス装置として説明される。相互コンダクタンス装置は、電流制御装置であり、この装置では負荷電流（すなわち、モータ巻線を通して流れる電流）が入力電圧命令を制御する負帰還信号として使用される。しかしながら、当業者が容易に理解するように、これら３つのサーボ・システム回路を電流制御装置よりはむしろ電圧制御装置として実現することもでき、そのようにしても上に説明した相当する故障分離プロセスには影響しないであろう。
【０１３０】
信号処理
この発明は、ＦＬＩＲ像と、像のディスプレイと目の間のインターフェースの質を高めるよう設計された多くの信号処理技術を提供する。ＦＬＩＲ像とその像の表示の質を高めることにより、この発明はＡＯＩとそのＡＯＩ内のターゲットをより正確に描き、またこれをより安全な離れた範囲で描くことができる。図２６に示すように、この信号処理技術は、２Ｄコントラストフィルタ２６０５、双線形内挿過程（ＢＬＩ）２６１０、ダイナミックレンジ制御フィルタ２６１５、副画素ディザリング過程２６２０、上に述べたＦＬＩＲからレーザへのボアサイト過程中に用いられるＦＬＩＲ集束技術２６２５、などの多数の像処理機能を含む。更に、この信号処理技術は、ノッチフィルタ機能２６３０、アナログ・ディジタル変換機能２６３５、画素または検出器要素値の利得およびレベル訂正機能２６４０、デッドセル置換機能２６４５、アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）オフセットパターン除去機能２６５０、などの多数の像前処理機能を含む。
【０１３１】
像前処理機能から始めると、ノッチフィルタ２６０５は反射防止膜を有するガラスで製作した光学フィルタである。ノッチフィルタ２６０５は、ＩＲ信号がＦＰＡ２６０７上に集束する前にＩＲ信号から雑音信号を除去するよう設計される。具体的に述べると、ノッチフィルタ２６０５は大気放射により生じる中間波領域（すなわち、４．２乃至５．５５マイクロメートル）内の雑音信号を除去するよう設計される。当業者は周波数のこの領域を大気吸収帯またはＣＯ２吸収帯と呼ぶことが多い。ノッチフィルタ２６０５がないと、これらの大気雑音信号はＩＲ信号を劣化させてＩＲ像の質を低下させる。
【０１３２】
ノッチフィルタ２６０５はＦＬＩＲ検出器／クーラー組立体４２７内に設けられる。ノッチフィルタは一般にこの技術で知られており、一般にＦＰＡコールドフィルタと共に製作される。
【０１３３】
ＩＲ像がＦＰＡ２６０７上に集束すると、各検出器要素のアナログ値（すなわち光学像）はディジタル化される。以後、各検出器要素値を画素または画素値と呼ぶ。各検出器要素のディジタル化は４個のアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＳ）２６３５の中の１個で行う。しかし当業者が理解するように、３個以下または５個以上のＡＤＣを用いてもよい。この発明の好ましい実施の形態では、各検出器要素は１２ビットの画素値に変換される。
【０１３４】
像データのフレーム毎に、１２ビットの画素値に多くの像前処理を行う。第１像前処理技術は利得およびオフセット訂正過程２６４０である。利得およびオフセット訂正過程２６４０の目的は、各画素を校正することにより光学像から特定の雑音成分を除去することである。各画素を校正することにより除去される雑音成分は、検出器要素毎に利得とオフセットが変動することによって生じる。利得とオフセットの変動は、上に述べたディジタル化過程で対応する画素値に伝わる。校正を行うには、各検出器要素にホット基準とコールド基準を適用し、また必要があれば各画素の利得係数とオフセット係数を調整して各画素がホット基準に応じてまたコールド基準に応じて同じ値を反射するようにする。ホット基準とコールド基準に応じて各画素を校正する過程はこの技術でよく知られている。
【０１３５】
次の像前処理技術は「デッド」セル置換過程２６４５である。この過程の目的は「デッド」セル（すなわち、正しく応答しない検出器要素）のリストを保持して、各「デッド」セルに対応する画素値を最良の近似値に置換することである。最良の近似値は「デッド」セルに対応する画素に接する画素の値を平均することにより得られる。最良の近似値を得るには、正しく機能している検出器要素に対応する近くの画素だけを用いる。
【０１３６】
信号処理サブシステムはよく知られている基準のどれかを適用して、どの検出器要素が「デッド」であるか判定する。例えば、各検出器要素の熱応答と期待応答とを比較する。実際の応答が期待応答より非常に大きいか非常に小さい場合は、対応する検出器要素は恐らく正しく機能していない。検出器要素が正しく機能していないと判定するのによく用いられる別の基準は、検出器要素のディジタル応答が安定しているか、または変動しているように見えるかである。応答が変動している、すなわち揺らいでいるのは、恐らく対応する検出器要素が正しく機能していないことを示す。更に別の基準は、所定の検出器要素の応答と、全ての検出器要素の応答から得た平均値とを比較することである。或応答が平均の応答と実質的に異なる場合は、これは恐らく対応する検出器要素が正しく機能していないことを示す。また所定の検出器要素のダイナミックレンジが限定されている場合は、これは恐らく検出器要素が正しく機能していないことを示す。当業者が理解するように、この基準のリストはこれだけではなく、他の基準を同様に用いて「デッド」検出器要素を識別することができる。一般に、「デッド」セルを置換する手続きはこの技術でよく知られている。
【０１３７】
次の信号前処理技術はＡＤＣオフセットパターン除去機能２６５０である。ＦＰＡ２６０７は、図２６に示すように４本の出力線を有する。これらの各出力線は別個のＡＤＣ２６３５に接続する。上に説明したように、ＡＤＣは検出器要素に関連するアナログ電圧レベルを１２ビットの画素値に変換する。更に、４個の各ＡＤＣはＦＰＡ３６０７の４列毎の電圧レベルをそれぞれ変換する。例えば、第１ＡＤＣは列１、５、９、．．．、４７７内の検出器要素に関連するアナログ電圧を変換する。第２ＡＤＣは列２、６、１０、．．．、４７８内の検出器要素に関連するアナログ電圧を変換する。第３ＡＤＣは列３、７、１１、．．．、４７９内の検出器要素に関連するアナログ電圧を変換する。第４ＡＤＣは列４、８、１２、．．．、４８０内の検出器要素に関連するアナログ電圧を変換する。更に、ＡＤＣは非常に感度が高く、特に大気温度が変化すると、時間と共にドリフトする傾向がある。しかしＡＤＣのどれかがドリフトする場合は、他の３個のＡＤＣとは無関係にドリフトする可能性がある。１個のＡＤＣが他の３個に対してドリフトすると、ディジタル像の４列毎に望ましくないオフセットすなわちバイアスを生じる。このオフセットすなわちバイアスをＡＤＣオフセットパターンと呼ぶ。
【０１３８】
ＡＤＣオフセットパターン除去機能２６５０の目的は、影響を受けた画素値を調整することによりディジタル像からこのオフセットすなわちバイアスを除去することである。この発明の好ましい実施の形態では、影響を受けた画素値を調整するこの過程は次のように行う。像データのフレーム毎に、４つのヒストグラム２６６０、２６６５、２６７０、２６７５を生成する。各ヒストグラムの内容は、４個のＡＤＣの中の対応するものが作った画素値に基づく。したがって、各ヒストグラムは１２０列の画素値を反映し、各列は４８０画素値を含む。像データのフレーム毎に、信号処理ソフトウエア２６８０は１つのヒストグラムについて平均画素値Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４を順に計算する。ここで、２０番目の百分順位の画素値と８０番目の百分順位の画素値の間の画素値だけを用いて平均画素値を計算する。また像データのフレーム毎に、信号処理ソフトウエアは、４個の個別のヒストグラム平均値Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４を全て用いて、全画素値平均ＨＢＡＲを計算する。ＨＢＡＲと個別の各ヒストグラムの平均値との差ＨＢＡＲ−Ｈ１、ＨＢＡＲ−Ｈ２、ＨＢＡＲ−Ｈ３、ＨＢＡＲ−Ｈ４を、場合に応じて、既存の対応する画素オフセット係数に加えるかまたは画素オフセット係数から引く。
【０１３９】
前に述べたように、この発明ではディジタル像の質とディスプレイと目の間のインターフェースを改善するために多くの像処理機能を用いる。これらの像処理機能の第１は２Ｄ鮮鋭化フィルタ２６０５である。２Ｄ鮮鋭化フィルタ２６０５はエッジの強化（すなわち、高周波の像データの強化）に用いる。一般にエッジの強化を行うには、画素入力像当たり１２ビットに低域フィルタリングを行って低域像を生成する。入力像から低域像を引くと高域像が得られる。次に、低域像と高域像の相対利得を調整した後、２つの像を統合して強化された像を形成する。
【０１４０】
図２７は２Ｄ鮮鋭化フィルタ２７００の好ましい実施の形態であって、次のように動作する。２Ｄ鮮鋭化フィルタ２７００は、４８０ｘ４８０画素の入力像内の各画素に低域フィルタリング操作２７０５を行って低域像を生成する。低域像は低周波の像データを含むのでやや不鮮明に見える。低域フィルタリング操作は３ｘ３たたみこみ過程であって、入力像内の各画素の値を平均画素値で置換する。入力像内の任意の所定の画素について、画素値と各近接画素値を合計し、次に合計を得るのに用いた画素の数でその合計を割って、その画素の平均画素値を計算する。入力像の外のエッジ上にない全ての画素では、各合計操作に９画素が関係する。すなわち、平均化操作を行っている１画素と、それに近接する８画素である。この平均化操作を、入力像内の全ての画素値について繰り返す。
【０１４１】
２Ｄ鮮鋭化フィルタ２７００はまた、入力像内の各画素値から低域像内の各画素値を引いて高域像を生成する。引き算を加算器２７１０で表す。この引き算の結果得られる高域像は入力像からの高周波の像データを含む。
【０１４２】
更に２Ｄ鮮鋭化フィルタ２７００は、像コントラスト測度２７１５を生成する。像コントラスト測度２７１５を生成するには、まず入力像の各行に沿って隣接する画素値の差を計算する。次に全ての差の値を合計することによりコントラスト測度２７１５が得られる。例えば、真っ白または真っ黒の入力像（すなわち、殆ど低周波成分だけを含む入力像）は、非常に低いコントラスト測度を生じる。当然、雑音成分（一般に高周波雑音）は常にいくらか存在する。しかし、１つおきの画素が交互に白と黒である（すなわち、入力像が大きな高周波成分を含む）チェッカ盤パターンを示す入力像は、非常に大きなコントラスト測度を生じる。
【０１４３】
次に２Ｄ鮮鋭化フィルタ２７００は、低域像２７２０の利得レベルＧＬを高域像２７２５の利得レベルＧＨに対して、またはその逆に、調整する。低いコントラスト測度を有する入力像は一般に比較的低い信号対雑音比（ＳＮＲ）を示す。高周波の雑音内で不鮮明になった像の詳細を強化するには、比ＧＬ／ＧＨを高くする。これは、信号の利得レベルを上げ、雑音の利得レベルを下げる効果を持つ。次に調整された利得レベルＧＬとＧＨを低域像と高域像内の各画素にそれぞれ与える。高いコントラスト測度を有する入力像は一般に高いＳＮＲを示す。像の質を更に高めるには比ＧＬ／ＧＨを低くする。これは、入力像内にすでに存在する高周波信号を更に強化する効果を持つ。再び、調整された利得レベルＧＬとＧＨを低域像と高域像内の各画素にそれぞれ与える。非常に高いコントラスト測度限界と非常に低いコントラスト測度限界の間のコントラスト測度を有する入力像については、コントラスト測度と利得レベルの関係を確立する多項曲線に基づいて比ＧＬ／ＧＨの調整を行う。この発明の好ましい実施の形態では、比ＧＬ／ＧＨを調整するのに用いる多項曲線はルックアップテーブルにより実現する。しかし当業者が容易に理解するように、多項曲線は式で容易に実現することができる。
【０１４４】
次に２Ｄ鮮鋭化フィルタは、今調整された低域像内の各画素と今調整された高域像内の対応する画素を加えて、強化された像を生成する。加算を加算器２７３０で表す。
【０１４５】
この発明で用いられる第２像処理機能は双線形内挿である。双線形内挿は、水平または垂直に像を移すのに用いられる。また像を回転したり電子ズームを与えたりするのにも用いられる。双線形内挿は一般にこの技術でよく知られている。
【０１４６】
この発明で用いられる第３像処理機能はダイナミックレンジ制御機能２６１５である。ＬＡＮＴＩＲＮなどの従来のシステムでは、ＩＲ像を強化するのに適応非線形マッピングが用いられている。非線形マッピング方式は目盛りの中央を中心とするガウス分布かフラット分布を用いる。しかしすでに指摘されているように、多くの「見やすい」強さ分布は、人の目がグレイレベルの変化に対して敏感な黒の方を白より強調する。したがって目盛り中央を中心とするフラット分布やガウス分布は、一般に最も「見やすい」像は作らない。
【０１４７】
対照的に、この発明は画素像データ当たり１２ビットを扱うので、図２８に示すように、ヒストグラム分布の中心は目盛りの中央ではない。この発明はレイリー分布を用いる。その中心はヒストグラムダイナミックレンジの一端寄りに移動して暗い強さを強調し、明るい強さは強調しない（すなわち、飽和を減少させるため）。
【０１４８】
次にこの発明は画素ＩＲ像当たり１２ビット（４０９６個の量子化された値）を画素像当たり８ビット（２５６個の量子化された値）に再マップして、標準の、画素当たり８ビットのＲＳ−１７０ビデオディスプレイ装置に適応させる。再マッピング過程で解像度が実質的に減少するのを避けるために、この発明はルックアップテーブルを用いて１２ビットの像を不均一に８ビットの像に再マップする。図２９に示すように、この発明は１２ビットの像分布の或領域にわたって、特に像データの濃度が高いダイナミックレンジの部分で、１：１マッピング方式と高レベルの解像度を保持する。同時にこの発明は、他の、像データの濃度が低いダイナミックレンジの部分の解像度レベルを減少させる。これにより、画素ディスプレイ装置により８ビットという制限があるにも関わらず、全体の像の解像度を最大にすることができる。
【０１４９】
更に第４像処理機能は副画素ディザリング機能２６２０である。この発明では、ＦＰＡ２６３０は５１２ｘ５１２のステアリングアレイである。しかし、標準ＲＳ−１７０ディスプレイ装置は像データの４８０行だけしか走査することができないので、ＩＲ像を生成するにはステアリングアレイの４０８ｘ４８０部分だけが用いられる。いずれにしても、ＦＰＡ２６３０は、アレイの更に小さい部分でも読み出すことのできるウインドウイングモードを有する。例えば、４８０ｘ４８０像を読み出すのに必要な時間の約１／４で２４０ｘ２４０像を読み出すことができる。この発明は、ＦＰＡウインドウイング機能とＦＳＭ４１５を用いて、２倍（２Ｘ）に強化された像モードを与える。より具体的に述べると、ＲＳ−１７０ビデオを作成するのに、この発明はＦＳＭ４１５を用いて、直径方向および下方に検出器の中心間の距離の１／２だけＦＰＡのＬＯＳをディザし、２４０ｘ２４０像に基づいて、強化された４８０ｘ４８０の像を得る。
【０１５０】
像データを組み合わせてＲＳ−１７０ビデオデータを作る従来の方法では、一般に解像度が減少する。例えば、図３０に示す従来の方法の１つは、偶数番目の検出器の行を捨てて「奇数」ビデオフィールドを作り、「奇数」番目の検出器の行を捨てて「偶数」ビデオフィールドを作る。この方法では、像データの半分を捨てるので検出器の感度が減少する。図３１に示す別の従来の方法は、行を平均して「偶数」と「奇数」ビデオフィールドを作る。この方法では、縦の解像度が減少する。
【０１５１】
この発明では、ＦＰＡ２６３０は図３２に示すように２４０ｘ２４０像を用い、図３３に示すように、位置１ａ、２ａ、．．．、２４０ａの像を統合する。次に第１ステップ命令をＦＳＭ４１５用の既存のフィードバック制御命令に加える。ステップ命令により、ＦＳＭ４１５はＦＰＡ２６３０のＬＯＳを検出器の中心間の距離の１／２だけ右にディザする。これにより、図３３に示すように位置１ｂ、２ｂ、．．．、２４０ｂの画素値に基づいて新しい２４０ｘ２４０像が得られる。この像を統合して、位置１ｂ、２ｂ、．．．、２４０ｂの画素値と最初の２４０ｘ２４０像からの位置１ａ、２ａ、．．．、２４０ａの画素値を交互に配置して、第１の２４０（垂直）ｘ４８０（水平）の像を生じる。この第１の２４０ｘ４８０の像は「奇数」ビデオフィールドを表す。
【０１５２】
第２ステップ命令により、ＦＳＭ４１５はＦＰＡ２６３０のＬＯＳを検出器の中心間の距離の１／２だけ左に、また検出器の中心間の距離の１／２だけ下にディザする。これによりＦＰＡのＬＯＳは、図３３に示すように位置１ｃ、２ｃ、．．．、２４０ｃにある。この像を統合した後、更に別のステップ命令により、ＦＳＭ４１５は再びＦＰＡ２６３０のＬＯＳを検出器の中心間の距離の１／２だけ右にディザする。これによりＦＰＡ２６３０のＬＯＳは、図３３に示すように位置１ｄ、２ｄ、．．．、２４０ｄにある。この像を統合し、位置１ｄ、２ｄ、．．．、２４０ｄの画素値と位置１ｃ、２ｃ、．．．、２４０ｃの画素値を交互に配置して、第２の２４０（垂直）ｘ４８０（水平）像を生じる。この第２の２４０ｘ４８０像は「偶数」ビデオフィールドを表す。次に「奇数」および「偶数」ビデオフィールドを交互に配置して、元の２４０ｘ２４０像の強化された４８０ｘ４８０像を生じる。当業者が容易に理解するように、この強化された像は元の２４０ｘ２４０ウインドウの２倍に強化された像である。
【０１５３】
ＦＬＩＲ集束過程などの他の像処理機能は、上に述べたＦＬＩＲからレーザへのボアサイトなどのサブシステムを支援する。図１１に戻って、ボアサイト焦点板パターン１１００は多数のチェッカ盤パターンを含む。３つの２０８５マイクロラジアンパターンはＷＦＯＶのＦＬＩＲ集束過程に関連し、４つの小さい７００マイクロラジアンパターンはＮＦＯＶのＦＬＩＲ集束過程に関連する。図１２に示すＷＦＯＶおよびＮＦＯＶ集束手続きの間は、ＢＳＭ内のＩＲ源１０１５は対応するチェッカ盤パターンでＦＰＡ２６３０を照射する。重要なことは、ＦＰＡ２６３０上に照射されるチェックの幅は検出器要素の幅より小さく（すなわち、チェッカとチェッカの間の距離は画素と画素の間の距離より小さく）、当業者が容易に理解するように、チェッカ盤パターンと画素の間にランダム位相関係がなければならないことである。ＦＬＩＲ集束レンズを調整するときにチェッカ盤パターンで照射される画素の値に基づいて、多数のコントラスト測定値が得られる。最良の結果を生じるＦＬＩＲ集束レンズの位置は、ピークのコントラスト測定値に対応する。ＦＬＩＲ集束過程について、以下に詳細に説明する。
【０１５４】
図３４はＦＬＩＲ集束過程の詳細なステップを示す流れ図である。上に述べたように、ＦＬＩＲ集束過程（すなわち、ＮＦＯＶまたはＷＦＯＶのＦＬＩＲ集束過程）は、ブロック３４０５に示すように、ＩＲ源１０１５が対応するチェッカパターンでＦＰＡ２６３０を照射するときに始まる。次にブロック３４１０に示すように、チェッカ盤パターンで照射された画素の画素値を記録する。次にブロック３４１５に示すように、上に述べた画素値を用いて、最大の記録された画素値と最小の記録された画素値の差を計算することにより、コントラスト測定値を計算する。次にブロック３４２０に示すように、ＦＬＩＲ集束レンズを増分して調整する（すなわち、変換する）。追加のコントラスト測定値が必要な場合は、判定ブロック３４２５からの「はい」の経路に従って追加の画素値を記録し、追加のコントラスト測定値を計算する。しかし追加のコントラスト測定値が必要でない場合は、判定ブロック３４２５からの「いいえ」の経路に従って、ブロック３４３０に示すように調整データをプロットし（すなわち、コントラスト測定値に対するＦＬＩＲ集束レンズ位置を）、ブロック３４３５に示すように、調整データ点を最も適合する多項曲線でつなぐ。次にブロック３４４０に示すように、最大調整点を決定する（すなわち、多項曲線のピーク）。最大調整点は最良のＦＬＩＲ像焦点に対応するＦＬＩＲレンズ位置を表す。
【０１５５】
この過程はより明確でより視覚的に正確な像を与えるだけでなく、より正確なボアサイト過程を容易にし、そして最終的に、より正確なＦＬＩＲからレーザへのＬＯＳを与える。更に、上に述べたようにチェッカパターンと画素の間にランダム位相関係がない場合は、記録された画素値はチェッカ盤パターンに対する固定エイリアス（ａｌｉａｓ）を反映し、ＦＬＩＲ集束レンズを調整しても記録された画素値のコントラストレベルに影響を与えない。
【０１５６】
この発明について好ましい実施の形態を説明した。しかし当業者に明らかなように、上に説明したものとは異なる特定の形式で、しかもこの発明の精神から逸れることなく、この発明を実現することができよう。上に説明した好ましい実施の形態は単なる例であって、いかなる意味においても制限するものと考えてはならない。この発明の範囲は、これまでの説明ではなくて特許請求の範囲で与えられるものであり、請求の範囲内に含まれる全ての変更や同等物はその中に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
以下の図面と共に下記の詳細説明を読めば、本発明の目的および利点を理解することができる。
【図１】レーザ溢れの概念を示す図。
【図２】レーザ溢れによる距離測定エラーの概念を示す図。
【図３】従来技術に従ったＦＬＩＲ／レーザシステムの光学的設計を示す図。
【図４】本発明の好ましい実施例の光電気サブシステムを示す図。
【図５】Ａは、ＮＦＯＶモードにおけるＦＬＩＲリレー／ＦＯＶアセンブリの光学的構成を示す図、Ｂは、ＷＦＯＶモードにおけるＦＬＩＲリレー／ＦＯＶアセンブリの光学的構成を示す図。
【図６】レーザコンペンセータ（補償器）ユニット内のレーザエネルギの偏光を示す図。
【図７】ＬＯＳ／サーボサブシステムのブロック図。
【図８】ピッチ／ヨージンバルアセンブリ内の共通ピッチ／ヨーアフォーカル（無限焦点）およびジンバルミラーの光学的構成を示す図。
【図９】高速操縦ミラーアセンブリを示す図。
【図１０】ボアサイトモジュールを示す図。
【図１１】ボアサイトレチクルパターンを示す図。
【図１２】ボアサイト過程のブロック図。
【図１３】レーザスポットのアライニングに使用されるボアサイトレチクルパターンの一部を示す図。
【図１４】ＡからＦはレーザスポットのアライニングに使用される格子パターンを示す図。
【図１５】一体型ＬＳＴ／ＬＲＲを利用した本発明の別の実施例を示す図。
【図１６】一体型ＬＳＴ／ＬＲＲを示す図。
【図１７】セグメント化された窓を示す図。
【図１８】従来技術に従ったＥＭＩ格子が使用される場合にＦＬＩＲ画像と干渉する典型的なエネルギアーティファクトを示す図。
【図１９】本発明に従ったＥＭＩ格子の好ましい実施例を示す図。
【図２０】２相モータ、ＰＷＭ増幅器サーボシステムの線図。
【図２１】２相モータ、ＰＷＭ増幅器故障分離過程を示すフロー図。
【図２２】３相モータ、ＰＷＭ増幅器サーボシステムの線図。
【図２３Ａ】３相モータ、ＰＷＭ増幅器故障分離過程を示すフロー図。
【図２３Ｂ】３相モータ、ＰＷＭ増幅器故障分離過程を示すフロー図。
【図２４】単相モータ、線形増幅器サーボシステムの線図。
【図２５】単相モータ、線形増幅器故障分離過程を示すフロー図。
【図２６】本発明の好ましい実施例に従った信号処理機能を示すブロック図。
【図２７】２次元鮮鋭化フィルタを示す図。
【図２８】ピクセル画像データのダイナミックレンジをリマッピングして明るい強度よりも暗い強度を強調する過程を示す図。
【図２９】非均一、ダイナミックレンジリマッピング方式を示す図。
【図３０】従来技術に従って偶数のビデオフィールドおよび奇数のビデオフィールドを生成する方法を示す図。
【図３１】従来技術に従って偶数のビデオフィールドおよび奇数のビデオフィールドを生成する方法を示す図。
【図３２】より大きいデジタル画像内の２４０Ｘ２４０ピクセル窓を示す図。
【図３３】本発明の好ましい実施例に従って偶数のビデオフィールドおよび奇数のビデオフィールドを生成する方法を示す図。
【図３４】ＦＬＩＲ画像を結像させる方法を示すフロー図である。
【図１】
0004604110.tif 000005
【図２】
0004604110.tif 000006
【図３】
0004604110.tif 000007
【図４】
0004604110.tif 000008
【図５】
0004604110.tif 000009
【図６】
0004604110.tif 000010
【図７】
0004604110.tif 000011
【図８】
0004604110.tif 000012
【図９】
0004604110.tif 000013
【図１０】
0004604110.tif 000014
【図１１】
0004604110.tif 000015
【図１２】
0004604110.tif 000016
【図１３】
0004604110.tif 000017
【図１４】
0004604110.tif 000018
【図１５】
0004604110.tif 000019
【図１６】
0004604110.tif 000020
【図１７】
0004604110.tif 000021
【図１８】
0004604110.tif 000022
【図１９】
0004604110.tif 000023
【図２０】
0004604110.tif 000024
【図２１】
0004604110.tif 000025
【図２２】
0004604110.tif 000026
【図２３Ａ】
0004604110.tif 000027
【図２３Ｂ】
0004604110.tif 000028
【図２４】
0004604110.tif 000029
【図２５】
0004604110.tif 000030
【図２６】
0004604110.tif 000031
【図２７】
0004604110.tif 000032
【図２８】
0004604110.tif 000033
【図２９】
0004604110.tif 000034
【図３０】
0004604110.tif 000035
【図３１】
0004604110.tif 000036
【図３２】
0004604110.tif 000037
【図３３】
0004604110.tif 000038
【図３４】
0004604110.tif 000039