(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シーンからの放射を走査し、電磁波受光システムに入力する出力放射を生成する装置であって、
放射を受け且つ反射する第１回転可能反射板であって、該板の中心をほぼ通過する回転軸線を有し、該回転軸線が前記反射板の垂線に対してゼロでない角度θa傾いている第１回転可能反射板と、
該反射板を回転させる回転手段と、
放射を受けて反射する第２反射手段と、
前記第１回転可能反射板から反射された放射を受け、放射を前記第２反射手段に向けて反射する静止反射手段とを備えた前記装置において、
前記第２反射手段が、前記第１回転可能反射板と共通の回転軸線を有する第２反射板を有し、該共通の回転軸線が、前記第２反射板の垂線に対してゼロでない角度θb傾いていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記電磁波受光システムが、ミリメートル波映像カメラである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電磁波受光システムが、レーダ受光器である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の反射板の垂線が、ほぼ同じ平面内で、共通回転軸線に対してほぼ等しい角度、且つ、ほぼ反対方向に傾いている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
シーンからの放射を走査し、電磁波受光システムに入力する出力放射を生成する装置であって、
放射を受け且つ反射する回転可能反射板であって、該板の中心をほぼ通過する回転軸線を有し、該回転軸線が前記反射板の垂線に対してゼロでない角度θa傾いている回転可能反射板と、
該反射板を回転させる回転手段と、
前記回転可能反射板から反射された放射を受け、該放射が２回目の反射をされるために該放射を前記回転可能反射板に向けて反射する静止反射手段とを備えたことを特徴とする装置。
【請求項６】
前記静止反射手段が、互いにほぼ９０°傾斜した２つの反射面を有している、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
出力放射を受光システムに反射するよう構成された偏光ミラーを備えている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記偏光ミラーが、平行な複数の導電性ワイヤを備えたプラスチック材料のシートであり、平行な導電性ワイヤが、前記屋根型反射板の頂点に対してほぼ４５°の向きにされている、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記静止反射手段が２つの偏光子を備え、その各々が偏光軸を有し、前記偏光子が互いほぼ９０°傾斜させられている、請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
前記２つの偏光子が、偏光屋根形反射体を形成し、頂点に沿って接触しており、
前記偏光子の偏光軸が、ほぼ同じ偏光方向を有する放射を透過するような方向に向けられ、偏光方向が前記頂点とほぼ平行、又は、ほぼ直角である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記静止反射手段が、複数の偏光屋根形反射体を備え、その各々が２つの偏光子を備え、各々の偏光子が偏光軸を有し、前記偏光子が、互いにほぼ９０°傾斜され且つ頂点に沿って接触し、
各々の屋根形反射体を形成する前記偏光子の偏光軸が、ほぼ同じ偏光方向を有する放射を透過するような方向に向けられ、該偏光方向が、前記頂点とほぼ平行、又は、ほぼ直角である、請求項５に記載の装置。
【請求項１２】
前記偏光屋根形反射体と回転反射板との間に配置され、放射が通過するたびに放射の偏光方向をほぼ４５°回転させ、特定の偏光方向を有する放射が前記偏光屋根形反射体を通して出力されるようにするファラデー回転子を更に有している、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記偏光屋根形反射体と回転可能反射板との間に配置され、偏光状態Ｐsの放射を受ける一又は二以上の複屈折面を有し、これによって、該一又は二以上の複屈折面が、放射が該一又は二以上の複屈折面を通るたびに、偏光状態Ｐsの放射に、ほぼ９０°の位相シフトを導入して、特定の偏光方向を有する放射が前記偏光屋根形反射体を通して出力されるようにする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記一又は二以上の複屈折面がメアンダーライン（meander-lines）である、請求項１３項に記載の装置。
【請求項１５】
放射入力を特定の偏光方向を有する装置に選択的に伝え、且つ、特定の偏光方向を有する装置からの放射を選択的に反射する手段を更に有している、請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記偏光屋根形反射体から出力された放射の偏光方向をほぼ４５°回転させる第２のファラデー回転子と、
第２の偏光子を備え、該第２の偏光子が前記一又は二以上の偏光屋根形反射体の頂点に対してほぼ４５°傾斜した偏光軸を有している、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
特定の偏光方向を有する放射を選択的に伝え且つ合焦するレンズ系を備えている、請求項５または１２に記載の装置。
【請求項１８】
前記レンズ系が、反射レンズ（reflector lens）を備え、
該反射レンズが、偏光軸を有し特定の偏光方向を有する放射を選択的に透過させ且つ選択的に反射する第１の偏光面と、放射の偏光方向をほぼ４５°回転させる第２の面と、放射を選択的に反射し且つ選択的に透過させる第３の偏光面とを備え、前記第３の偏光軸が前記第１の偏光軸に対してほぼ４５°の角度をなしている、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記静止反射手段が前記レンズ系の一部分を形成し、前記装置が円錐走査装置をなすように構成されている、請求項５、１７又は１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１の偏光面が、ほぼ平坦な表面を有し、前記第３の偏光面が曲率半径Ｒのほぼ球面を有し、
前記第３の偏光面の球面の半分の曲率半径を有する球面の一部分を形成し且つこれと接触する検出器アレイを備えている、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記回転ディスクと第３の偏光面との間に配置され、前記検出器アレイで形成された画像から球面収差を排除する補正板を更に備えている、請求項２０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明はリアルタイム映像装置に、特にリアルタイム受動ミリメートル波映像装置に使用される走査装置に関する。走査装置は他の放射測定装置にも使用することができる。
英国特許第７００８６８号（１９５２年２月−１９５３年１２月）は本発明と同様な分野に関するねじり反射体を説明している。
ミリメートル波映像は潜在的は全天候監視及び案内補助として有用であるが、事実上有用な装置はリアルタイムで結像することができなければならない。これは既存の装置を使用しては可能ではない。ミリメートル波撮像体では、走査すべき場面からの放射は凹面鏡又はレンズによって集められそしてミリメートル波受光体のアレイに焦点合わせされる。現在、所要の像の全体をカバーする受光体の大きな２次元アレイは入手できない。その代わり、遙かに少ない数の受光体が、完全な画像を作り上げるために、像を横切って走査される。同様な技術がある赤外映像に使用される（例えば欧州特許第０２２６２７３号）。
現在のミリメートル波映像装置は、像を合成するきに１つ又は数個のチヤネルの機械的な走査を使用する。終局的には、電子走査及び始動アレイ技術をリアルタイムミリ波映像を実行するために開発することができるが、かかる解決と関連したいくつかの課題がある。第１に、波長が必ず長いので、悪天候な条件下で映像するために、装置の開口は適切な解像を得るために大きくなければならない。あるミリ波映像装置では、入力開口は直径が１ｍ程度のものである。第２に、チヤネル当たりのコストが高いので、電子走査又は始動アレイ技術はどれも高価である。その上、ミリメートル波始動アレイの場合には、赤外線装置において遭遇したコールドシールデイング問題に似た根本的な問題がある。
実用的なミリ波映像装置の他の要求は、それがＴＶ−コンパチィブル比（即ち、英国用には５０ヘルツ、米国用には６０ヘルツ）で作動することができなければならないことである。赤外線では、走査装置はしばしば平面鏡であって該平面鏡はその面内に含まれる軸線を中心に動く。これは、ＴＶ−コンパチィブル比で前後に動く大きな開口の鏡平面鏡を必要とし、各走査の終わりに慣性の大きな変化を必要とするので、ミリメートル周波帯では事実上の選択ではない。
入力開口の直径が典型的にはたった１０ｍｍである赤外映像装置では場合には、ロータリー装置が使用された（欧州特許第０２２６２７３号）。その上、赤外線では、場面の視界を回転多角形体の視界と合致させるために：無限焦点望遠鏡を採用することが有用である。これは、入力開口が相当に大きい直径を有し、無限焦点望遠鏡が過剰に大きくなければならない場合高い解像のミリメートル波映像では実用的ではない。
従って、ミリ波映像装置に使用される走査機構は物体平面か像平面かのいずれかに置かれなければならない。その上、像平面に置かれた走査機構は良好なオフアクシス性能（ｏｆｆ−ａｘｉｓ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を有しなければならない。これは既存の技術を使用しては達成しにくい。
赤外線撮像体に使用される他の周知の走査方法は２つのディスクの装置であり、これらのティスクはその面に対する法線と僅かに傾斜した軸線を中心に回転する。第１のディスクに入射する放射は回転している第１のディスクからの斜めの入射で反射され、そして第2のディスクへ通って第2の反射を経験する。ディスクの向き及びディスクの相対回転速度を変えることによって、変化する走査パターンを達成することができる。しかしながら、このような２軸回転ディスク装置は、不都合なことに大きいために、ミリメートル波映像に使用するのには理想的ではない。
本発明の目的は、特に、リアルタイムミリメートル波映像を実行するために、或いはレーダー装置に使用される小型の物空間走査装置を提供することにある。本発明の目的は又、限られたパワー要件を有しかつ良好なオフアクシス性能を与える走査装置を提供することにある。
本発明によれば、場面からの放射を走査し、且つ受光体装置への入力のために出力放射を発生させるための装置であって、、
放射を受けてこれを反射させるための第１の回転可能な反射板を有し、該反射板は、実質的に反射板の中心を通る回転軸を有し、回転軸が反射板に対する法線と非ゼロ角度θａに傾けられており、更に、
反射板を回転させるための装置と、
放射を受けてそれを反射させるための２次反射装置と、
第1の回転可能な反射板から反射した放射を受け、そして放射を２次反射装置の方に反射させるための静的反射装置と、を有する走査装置において、
２次反射装置が第1の回転可能な反射板と共通の回転軸を有する第２の回転可能な反射板であり、共通の回転軸が第２の反射板に対する法線と非ゼロ角度θbに傾けられていることを特徴とする。
走査装置は小型の利点を提供する。走査装置は最小の慣性及び最小のパワー要件を有する。装置は映像カメラ又は受光体の入射ひとみに置かれ、良好なオフアクシス特性を提供する。
装置はまたミリメートル波映像カメラ又はレーダー受光体を含む。
第１及第２の反射板に対する法線は実質的に同じ平面においてそして共通の回転軸と実質的に等しい角度で且つ実質的に反対方向に傾けられる。典型的には、傾斜角度θａ，θbは１°と１０°の間であるのがよい。
静的反射装置は共通の回転軸と実質的に平行な反射面を有する平面鏡からなるのがよい。
本発明の他の実施形態は、第２反射手段が、第１回転反射板である。典型的には、回転軸は反射板の垂直に対し1°ないし１０°傾斜する。
本発明の他の実施形態において、静止反射手段は互いに略９０°傾斜した２つの反射面を包含する。好ましくは、２つの反射面は屋根形反射体を形成し、２つの反射面は頂点に沿って接触している。
装置は、出力放射を受光システムに反射するように配置された偏光ミラーも包含する。偏光ミラーは複数の平行電導ワイヤーを包含し、平行電導ワイヤーは屋根形反射体の頂端に略４５°をなしている。
他の実施例において、静止反射手段は、２つの偏光子を包含し、その各々は互いに略９０°傾斜した偏光軸を有する。好ましくは、２つの偏光子は偏光屋根形反射体を形成し、２つの偏光子は頂端に沿って接触し、偏光子の偏光軸は略同一の偏光軸方向の放射を透過するように配向され、偏光の方向は頂端に略平行かまたは略直交する。
他の構成においては、静止反射手段が複数の偏光屋根形反射体を有し、その各々が２つの偏光子を有し、各偏光子は偏光軸を有し、前記偏光子は互いに略９０°傾斜し、頂点に沿って接触している。各屋根形反射体を形成する偏光子の偏光軸は、略同一偏光の放射を透過するように配向され、偏光の方向は頂端に略平行かまたは略直交する。装置はまた、偏光屋根形反射体と回転ディスクの間に配置された第１ファラデー回転子を包含し、放射がファラデー回転子を通過するときに放射の偏光方向を略４５°回転させる。特定な偏光方向をもった放射は、偏光屋根形反射体によって出力される。他の実施形態において、偏光状態Ｐsの放射を受光するために、偏光屋根形反射体と回転ディスクの間に配置される、メアンダーライン（Meanderline）のような一つあるいは複数の複屈折面を有する。一つ又は複数の偏光状態Ｐsに略９０°の相シフトをもたらし、各時の放射は一つ又は複数の複屈折面を透過し、特定の偏光方向をもつ放射は一つ又は複数の偏光屋根形反射体を通して出力される。
装置は、放射出力を特定の偏光方向をもつ装置に選択的に透過し、放射出力を特定の偏光方向の偏光をもつ装置から受光システムに選択的に反射する手段を包含する。
例えば、装置は、偏光出力の偏光方向を偏光屋根形反射体から４５°回転させるための第２ファラデー回転子を有する。装置はまた、偏光屋根形反射体の頂端に対し略４５°傾斜した偏光軸を有する第２偏光子を有する。
変形例として、装置は、特定方向の偏光を有する放射を選択的に透過させ、焦点を合わすためのレンズ構造体を有しても良い。このレンズ構造体は、特定方向の偏光を持つ放射を選択的に透過させ、選択的に反射するための、或る偏光軸線を持つ第１偏光面と、実質的に４５°に亘って放射の偏光の方向を回転させるための第２面と、放射を選択的に反射し、選択的に透過させるための第３偏光面とを有し、第３偏光軸線が、第１偏光軸線と共に実質的に４５°の角度を作る、反射（リフレクタ）レンズが良い。これは、装置からの放射出力の焦点を合わせ、従って、受光システムに直接出力させるという利点を提供する。
本発明の実施形態では、静止反射手段は、特定方向の偏光を持った放射線を選択的に透過させ、焦点を合わせるためのレンズ構造体の一部を形成することができ、この装置は、円錐形走査装置を提供するようになっている。
本発明のこの実施形態の特定の構造では、第１偏光面は実質的に平坦な面を有し、第３偏光面は曲率半径Rを持った実質的に球形な面を有し、装置は検出アレイを有し、かかる検出アレイは、第３偏光面の球形面の曲率半径の半分の曲率半径を有し、且つ、第３偏光面の球形面と同心である球形な面の一部を形成する。
装置はまた、回転ディスクと第３偏光面との間に配置された、検出アレイに形成された像から生ずる収差を除去（補正）するための収光板を有するのが良い。
本発明の第２の観点（特徴）によれば、反射レンズは、
特定方向の偏光を持つ放射線を選択的に透過させ、選択的に反射するための、或る偏光軸線を有する第１偏光面と、
実質的に４５°に亘って放射線の偏光の方向を回転させるための第２面と、
放射線を選択的に反射し、選択的に透過させるための第３偏光面とを有し、
第３偏光軸線が、第１偏光軸線と共に実質的に４５°の角度を作る。
第１、第２、第３面のうちの少なくとも１つは湾曲面である。
本発明を、今、以下の図面を参照して例示のみによって説明する。
図１は在来の回転２軸２ディスクシステムの略図を示す。
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１の回転２ディスクシステムを使用して達成できる走査パターンの例を示す。
図３は本発明の単軸２ディスクシステムを示す。
図４は屋根形反射体を有する１ディスク走査システムを示す。
図５は屋根形反射体を示す。
図６は偏光屋根形反射体を有するコンパクトな１ディスク走査システムを示す。
図７は走査装置に使用される反射体レンズの図式的な略図を示す。
図８は、図７の偏光感度反射体レンズ（polarisation sensitive reflector lens）を含む１ディスク走査システムの略図を示す。
図９は、複数の屋根形反射体素子を採用する１ディスク走査システムを示す。
図１０は直線近似開口走査パターンを示す。
図１１は、円錐走査パターンを与えるのに使用される装置の実施形態を示す。
図１２は、図１１に示した装置を使用して達成された走査パターンを示す。
図１を参照すれば、在来の２ディスク回転システムが２枚のディスク１ａ、１ｂを有し、各々のディスクは、回転機構３ａ、３ｂに連結された別々の軸２ａ、２ｂに支持されている。各々の軸２ａ、２ｂはディスク１ａ、１ｂの面の垂線に対して数度傾いている。典型的には、傾斜角度は５°である。ディスク１ａ、１ｂがそれぞれの軸を中心に回転するとき、シーンからの入射放射４は第１回転ディスク１ａに入射し、斜め入射するとき第２回転ディスク１ｂに向って反射され、第２ディスクで第２の反射を経験する。放射は第２回転ディスク１ｂから結像あるいは受光システムに通され、該システムは、典型的には、集光光学素子５及び受光体６（または受光体アレイ）からなる。例えば、受光体６はミリ波撮像カメラの受光体素子でもよいし、あるいは、レーダーシステムの受光体素子でもよい。
２枚のディスク１ａ、１ｂを、撮像装置に要求される走査パターンに応じて、それぞれのディスクの面の垂線に対して同じ角度で傾けてもよいし、あるいは、異なる角度で傾けてもよく、同じ速度で回転させてもよいし、あるいは、異なる速度で回転させてもよい。もし２枚のディスク１ａ、１ｂを回転軸線に対して異なる角度で傾け且つ異なる速度で回転させれば、２次元走査パターンが達成される。２枚のディスクの傾斜角度が同じならば、同方向に回転する２枚のディスクは図２ａに示すような花びら状走査パターンを生じさせる。２枚のディスクの傾斜角度が同じで、同じ速度であるけれども反対方向に回転すれば、図２ｂに示すように、ほとんど直線の走査パターンが達成される。
ミリメートル波長での走査については、図１に示した装置は、大きく、その上どちらかというと複雑であることが必要とされる。従って、図１に示した装置は、これらの波長で使用するのに実際的でない。図３を参照すると、ミリメーター波長結像システムに使用するのに適したコンパクトな走査装置が２枚の反射板、例えばディスク１ａ、１ｂと、回転機構３と、平面ミラーとを有し、各ディスク１ａ、１ｂは、その面の中心を貫く単一の軸７に支持されている。映像シーンからの放射４は第１回転ミラー１ａに当たる。任意の一方向の入射放射４が反射するとき円錐走査を受け、平面ミラー８に当たる。放射はミラー８から第２回転ディスク１ｂに反射され、第２回転ディスクのところで映像装置の集光光学素子５に反射される。放射は集光光学素子から、合焦光学素子５の結像平面に位置した映像システムの受光体素子６に合焦される。
２枚のディスク１ａ、１ｂの垂線ｎa、ｎbは回転軸線７に対して角度θa、θbを夫々形成する。図３に示した構成では、ディスク１ａ、１ｂは反対方向に傾斜し、走査の方向は、回転軸線７とミラー８の平面に垂直な軸線とを両方含む平面に直交する。２つのミラーを反対方向ではなく、同一方向に傾けたならば、走査の方向は回転軸線７とミラー８の平面の軸線とを両方含む平面内にある。典型的には、角度θa、θbは１°乃至１０°である。
回転ディスク１ａ、１ｂの傾斜角度（θa、θb）は、反対方向にあるが、同一平面内にあり、実質的に等しい大きさ（θa＝θb＝θ）であるのが有利である。この場合、ミラーの傾斜による力、及びミラーの風損（windage）による力は回転軸線上で相殺される。図３に示した構成では、放射４の入射光は±４θの角度に亘って走査される（ここで、θは回転軸線７の垂線に対するミラーの傾斜角度である。）。従って、例えば、４°の傾斜はシーンの中に合計３２°の走査の視野を生じる。
放射４’が２枚の反射ディスク１ａ、１ｂから反射された後、集光光学素子によって、結像システムの受光器に合焦される。受光器６は、典型的には、アレイの１又はそれ以上のミリ波検出器が良い。一時的に符号化された像の形態を、像平面の１又は複数の検出器によって記録し、走査パターンの情報によって、一時的に符号化された１又は複数の信号から、２次元像を展開することができる。
ディスクの特定の角速度及び位相においては、結果的な走査パターンはラスター走査になる。眼が動く像を処理するのと関連した理由により、ラスター走査は最も望ましい走査の形態である。その上、ラスター走査を用いて、検出器の直線アレイを使用することができ、各検出器は像の中の１又は幾つかの線（ライン）を記録する。この構成は、必要な像を形成するための、データの展開を容易にする。
例えば、同一スピードで回転する２枚のディスク（図３）では、結果的な走査は一次元の直線走査になる。像の中の第２の次元は、直線走査に対して９０°に位置決めされた検出器の直線アレイによって形成することができる。この場合、一方向の像ピクセルの数は、検出器の数に等しくなる。
走査装置の他の実施形態では、２枚の回転ディスクは、図４に示すように、ただ１枚の回転ディスク１に置きかえることができ、装置全体のサイズを更に減じる。この構造では、装置はまた、９０°（π／２）屋根形反射体９を有する。
屋根形反射体９の構成を、図５を参照して説明する。屋根形反射体９は、実質的に互いに９０°傾斜し、頂端１１に沿って接触する２つの平面の反射面１０ａ、１０ｂを有する。図には、実質的に頂端１１に直交する仮想線１２が、２つの反射面１０ａ、１０ｂの間に描かれる。線１２を、ここでは、２つの面１０ａ、１０ｂの横断線と呼ぶ。
図４を参照すれば、シーンからの放射４をディスク１に入射し、９０°（π／２）屋根形反射体９に反射し、そこで、回転ディスク１に戻り反射し、次いで、入射する放射径路と出射する放射径路とを分離するビームスプリッター１３を経て結像システムの集光光学素子５に反射する。入力放射４の径路を出力放射４’の径路と分離することが好ましいが、幾つかの作動構成では、そのことは本質的ではなく、ビームスプリッター１３を図４に示す装置から除くことができる。
前記の例のように、回転ディスクを、回転軸線６に垂直な垂線に対して角度θだけ僅かに傾斜させる。典型的には、傾斜角度θは５°が良い。この構成を使用して、（図２（ｂ）に示すような）ほぼ直線の角度走査が、２つの反射面１０ａ、１０ｂの交わる線１２に平行な平面内で達成される。
この構造では屋根形反射体を使用するのが望ましいけれども、２つの独立した反射面を使用してもよく、この場合、２つの独立した反射面は、それらが互いに実質的に９０度の角度であるように傾斜されるが、２つの独立した反射面が接触している必要はない。しかしながら、この構造により、ディスクから反射面に反射されるいくらかの放射の損失を生じる。
ビームスプリッタ１３は在来の偏光ミラーであるのがよく、結像システムに伝達するために入力放射４から出力放射４’を分離する手段を構成する。在来の偏光ミラーは、典型的には、近い間隔の薄い平行な導電ワイヤを備えた平らで透明なプラスチックシートからなる。もし、導電ワイヤが入射放射に対して４５度（π／４）の角度に向けられているならば、４５度の直線偏光された放射だけが透過される。偏光ミラーの平行な導電ワイヤは入射放射４に対して４５度の角度に向けられており、したがって、４５度の直線偏光された放射だけが屋根形反射体９に伝播される。したがって、透過された放射は屋根形反射体９に入射され、その偏光が２つの反射面１０ａ、１０ｂの交差線１２に対して４５度に傾斜される。放射４は屋根形反射体９での反射で放射の偏光方向の９０度の回転を受け、反射ディスクに透過される。
したがって、回転ディスク１からのこの二度目の反射の際、放射は−π／４直線偏光され、その後、偏光ミラー１３によって反射され、集光光学素子５に通される。したがって、偏光ミラー１３は導電ワイヤの方向と垂直な方向に偏光され入ってくる放射を透過させ、導電ワイヤの方向と平行な方向に偏光され入力放射を反射させる。したがって、図５に示す構造は単一の偏光を受光器６に向けることを可能にする。
この実施の形態では、回転ディスク１は集光光学素子５のアパーチャと比較して大きく寸法決めされるべきである。その理由は、第一に、回転ディスク１の回転軸線は入射ビーム及び反射ビームの方向に対して傾けられるからであり、第二に、偏光ミラーがその軸線を中心として回転するときに反射ビームの中心位置からの反射ビームのかなりの変位があるためである。
これらの影響の両方ともを、図６に示すように、回転ディスク１を屋根形反射体９に接近させて配置することによって克服することができる。前述した例のように、回転ディスク１の垂線は回転軸線７に対して角度θでわずかに傾斜している。この配置では、走査装置は偏光屋根形反射体１４を備え、この偏光屋根形反射体１４は、互いに実質的に９０度に傾斜した実質的に平らな２つの偏光子１５ａ、１５ｂを備える。２つの偏光子１５ａ、１５ｂは、図５における２つの反射面１０ａ、１０ｂに代わる。偏光子１５ａ、１５ｂは、実質的に同じ偏光を有し、２つの偏光子１５ａ、１５ｂの交差線１２に実質的に平行又は垂直な、したがって、頂部１１（図５参照）に実質的に平行又は垂直な放射を透過するように向けられた軸線をもつ。前述したように、偏光屋根形反射体の代わりに２つの独立した偏光子を使用することも可能であり、この場合、２つの偏光子は実質的に９０度の角度で傾斜されるが、２つの偏光子が接触している必要はない。
この実施の形態では、走査装置は放射の偏光方向を４５度（π／４）だけ回転させるためのファラデー回転子１６も備える。ファラデー回転子１６に入射する放射は、それが通過する各回ごとに放射の偏光方向の回転（すなわち、１回の通過につき４５度の回転）をうける。偏光の１つの特定方向をもった放射４は偏光屋根形反射体１４を通してファラデー回転子１６に入力される。放射は回転ディスク１によって反射され、したがって、放射がファラデー回転子１６を通して透過されてもどるときに、放射の偏光方向は更に４５度だけ回転される。次に、放射は屋根形反射体１４で反射され、回転ディスク１で２回目の反射をしながら放射がファラデー回転子１６を通して行ったり来たり通るときに、９０度の放射の偏光方向の全回転をうける。このときに、偏光方向は、放射４’が屋根形反射体１４を通過することができるようなものである。
変形例として、ファラデー回転子１６をメアンダーラインのようなミリメートル波複屈折面で置き換えてもよい。入射面で偏光された放射について（この放射は、各々が入射ビームの偏光方向に対してπ／４（４５度）の角度に向けられた２つの垂直な成分に分解することができる）、メアンダーラインを２つの垂直な成分間で９０度（π／２）の相偏移を導入するように構成することができる。したがって、９０度（π／２）の相偏移は、放射がメアンダーラインを通過する各回ごとに、放射の偏光状態に導入される。メアンダーラインに関する更なる詳細は以下に示す参考文献において見出される：
ヤング（L. Yong）ほか、アンテナ及び伝播のIEEE会報（IEEE Transactions on Antennas and Propagation）、AP-21号、第３７６〜３７８頁、１９７３年５月；
チュウ（R-S Chu）ほか、アンテナ及び伝播のIEEE会報（IEEE Transactions on Antennas and Propagation）、AP-35号、第６５２〜６６１頁、１９８７年６月）。
曲線上の平面偏光された放射入射は、屋根形反射板を通過するので、環状に偏光される。環状に偏光された放射は、回転するディスク１から反射し、さらに、曲折ラインを通って偏光屋根形反射体１４まで戻る。ここで、偏光屋根形反射体１４において、上記環状に偏光された放射は、最初の通過で反射し、曲折ライン及び反射ディスクを通過して戻るが、次の通過では透過する。
実際上は、幾らかの曲折ラインが、２つの軸間にπ／２の位相シフトを与えるスタックされた形状において使用するために必要なことがある。曲折ラインは、周波帯（例えば、３５ＧＨｚ）の長い波長端でミリ波の結像で使用するのがより適当である。
走査装置から反射された出力放射４’の経路は、傾いた平な偏光子１７と増加分４５°ファラデー回転子１８を用いた入力放射４とは別である。そのため、出力放射４’は、入力放射４の経路とは別であり、結像システムの集光光学素子５を指向している。この構成において、偏光子１７は、２つの偏光子１５ａ，１５ｂにより透過される偏光の方向に対して実質的に４５°（例えば、頂点に対して４５°）で放射を反射することは必須である。この屋根形反射体１４を用いたときには、結像装置での走査方向は、屋根形反射体１５の２つの偏光子１４ａ，１４ｂの交差点のラインに平行である。この構成において、結像システムは、単一偏光状態のみを検出する。
入力放射４の経路を出力放射４’の経路と別にすることは好ましいことであるが、ある動作構成において、偏光子１７とファラデー回転子１８は、図６の装置から省略することも出来る。
図８は、図６の変形例を示し、焦点の合った放射がレシーバ６を直接通過させることが出来るような倍率が与えられた（powered）光学要素を備えている。例えば、図７は、走査装置に設けられた反射体レンズ１９を示している。反射体レンズ１９は、３つの要素、即ち、２つの偏光要素２０，２２（偏光反射体とも呼ばれる）と、４５°で通過する放射の偏光面を回転させるファラデー回転子２１と、を備えている。矢印２３，２４は、要素２０，２２により透過される放射の偏光方向をそれぞれ示している。
説明の便宜上、要素２０，２１，２２を面２０，２１，２２と呼ぶこともある。これらの面２０，２１，２２は、図７ではカーブした面となっているが、これは必須ではない。例えば、面２０，２１，２２の少なくとも１つの面が、ほぼ平らな面でもよい。
放射の経路に沿った矢印は、放射が反射体レンズ１９を透過するときの偏光方向を示している。放射４は、偏光の一方向が透過される第１要素２０に入射する（例えば、紙面に垂直な偏光方向を持つ放射）。第１要素２０により透過された放射は、４５°だけ偏光方向を回転させる第２要素２１を通過する。例えば、第２要素は、４５°ファラデー回転子であってもよい。第３要素２２に入射する放射の偏光は、面２０により透過される偏光状態に対して垂直であり、そのため、反射される。戻り経路上で、放射は、第２要素２１を通過するとき、偏光方向において更に４５°偏向方向に回転することになる。ここで、偏光方向は、第１要素２０の透過軸に対して垂直であり、そのため、放射は反射される。反射されたビームは、第２要素２１を通過するとき、更に４５°回転し、その偏光は、その後に透過され、第３要素２２により反射体レンズ１９から出力される。このため、レンズ配置１９は、次のように動作する。即ち、一つの偏光は、焦点を合わせることなくレンズを通過し、一方、同じ偏光が戻り経路で２度目に通過するときには焦点が合わされる。レンズの非交換性（non-recipirocal nature）が、レンズ配置内にファラデー回転子を使用することにより達成される。
図８は、図７に示す反射体レンズ１９を備えたさらにコンパクトな走査装置を示している。反射体レンズ１９は、屋根形反射体１４の直接前方に配置されている。面２０，２１，２２が適当な形状を有する場合には、反射体レンズ１９を透過した放射は、焦点が合わされる。偏光が正しい方向である入射放射４は、反射体レンズ１９で透過され、出力放射４’が受光器６に直接的に焦点が合わされている間、偏差が生じることはない。
屋根形反射体１４を採用するとき、回転ディスク１に入射する放射線ビームは、回転ディスク１の長さに沿って相当に変位する。図９を参照すると、単一の屋根形反射体１４を小型の一連の屋根形反射体と置換することが可能であり、回転ディスク１からの反射の際に、放射線は減少した量だけ変位し（放射線の経路は明確化のために図示せず）、走査装置の大きさを更に小型化することができる。また、放射した放射線４’を直接的にレシーバー６に焦点を合わせするために反射体レンズ１９をを用いてもよい。
図９の回転ディスク１は僅かに凹んでいてもよい。この場合、図１に示すほぼリニアなオープン走査パターンを達成することが可能である。このオープン走査パターンによって、図２（ｂ）の走査パターンで得られる数多くのテレビジョンラインを二重にすることができる。例えば、ピッチ距離ｄで離間された数多くのディテクター要素からなるディテクター列に関し、オープン走査パターンの幅ｗをディテクターピッチｄの半分に一致させることによって、交錯したパターンを得ることができる。したがって、最大の空間的な周波数性能を達成することができる。これは、赤外線影像で用いられているマイクロ走査技術に類似している。（D. J. Brandley and P. N. J. Denisk共著の「Sampling effects in HgCdTefocal plane arrays in IR technology and applications」（L. R. Baker and A. Mason編集、Proc. SPIE、vol 590、５３〜０頁（1985年））
図９の構造のマルチ屋根形反射体を使用すると、像の空間的な解像度を減じる位相変化を招く。したがって、図８の小型化した装置の利点を犠牲にすることが好ましく、図８に示す単一の屋根形反射体だけを使用することが好ましい。しかしながら、図８に示す形態は、ディスク１及び屋根形反射体１５ａ、１５ｂの構造による入射ビーム４の変位に起因して瞳孔移動が生じ、それ故、システムの効果的な瞳孔領域を減じてしまう。
この装置は、レーザ走査ではなくて、円錐形の走査システムを提供するように作れてもよい。このことを達成するための一つの形態を図１１に示す。この構造は、コンパクトであり且つ瞳孔移動を引き起こさない点で、図８に示す装置よりも利点がある。これは、図９の装置よりも大幅に改善された空間的な解像度がある。
図１１に示す構造は、数多くのディテクター要素３１と、反射体レンズ１９と回転プレートすなわちディスク１とを備えたディテクター列３０を有している。ディスク１は、典型的には、その中心を、先に述べたように軸の垂直に対して数度の傾斜角度で通過する軸を中心にして回転する。反射体レンズ１９は、図７を参照して説明した構造を有しており、偏光反射体要素２２（例えば、垂直ワイヤグリッド）と、４５°ファラディー回転体２１と、偏光反射体要素２２（例えば、４５°ワイヤグリッド）とを有する。これらの要素は、図７に示すように、湾曲した表面を備えていてもよい。変形例として、これらの要素の一つ又は二つが平らな表面を備えていてもよい。
反射体レンズ１９の操作は、一つの偏光の入射放射線４、先に説明したように、この場合では水平偏光が何らの焦点効果なしにレンズ構造を通過し、その一方で、このレンズを通って反対の方向から別の間通過するときに、合焦される。
ディテクター列３０の単一のディテクター要素３２は円形の走査パターンを追跡する。ディテクター要素３１は互いに隣接して位置しているので、形成される像は、図１２に示すように、一連の変位した円になる。ディテクター列３０と回転ディスク１との間に反射体レンズ１９を配置することができるので、この走査システムはコンパクトである。在来の構造では、走査光学は、このシステムを不便に大型化してしまう合焦構成要素から離間して位置する必要があった。
図１１に示す構造の特定の実施例にあっては、偏光要素２０は実質的に平らな表面を備えていてもよく、また、偏光要素２２は、実質的に球形表面を備えていてもよい。この球形表面は曲率半径Ｒを有し、したがって球形表面から距離Ｒ／２に焦点がある。この実施例では、ディテクター列３０の要素３１は、偏光要素２２の曲率半径（Ｒ／２）の１／２の且つこれと同心の球形表面の一部を形成する。ディテクター要素３１はホーンによって供給され、この場合、装置は、偏光要素２２の焦点（つまりＲ／２）がホーンの寸法内に位置するように構成される。更なる改善として、回転ディスク１と偏光要素２２との間に修正プレートを配置して、ディテクター列３０で形成された像からの球面収差を除去するようにしてもよい。
図８、図９、図１１に示す構造のいずれにあっても、二以上の反射体レンズ１９を連続して包含するようにしてもよい。
幾つかの適用例に関しては、図１１に示す円錐形の走査装置は、複雑な円錐走査パターンという犠牲があるものの、図８及び図９の構造よりも好ましいかも知れない。実際、この装置の好ましい形態は、これが用いられる特定の用途に左右されるであろう。
ミリメーター波結像に関連して特定の走査装置を説明したが、他の放射システムにも適用可能である。レーダ受信器に伝達されるシーン分析放射に、高出力電波が伝達される技術は周知である。例えば、走査装置を用いたレーダ受信器に戻された放射を走査することによって、レーダシステムで用いられている大きな可動要素の要望が除去される。したがって、走査装置への入力放射は、レーダトランスミッターによってシーンへ伝達されたシーンから反射した放射である。この明細書の目的のために、用語「シーンからの放射」は、シーンによって発せられ、シーンから反射され、或いはシーンから伝達された放射を意味するものとして解釈すべきである。
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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