(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パノラマシーンを観察するための光学アセンブリであって、
複数個の光学素子を備え、前記複数個の光学素子は、
前記パノラマシーンから環状のジオメトリにおいて光を再び方向づけるための第１の素子を含み、前記第１の素子の光学的パワーは想像上の瞳孔を形成し、さらに、
前記環状に再び方向づけられた光を受け、かつ前記想像上の瞳孔を再イメージして本物の瞳孔を形成するための第２の素子と、
第３の素子とを含み、前記第３の素子は
ａ）  湾曲した反射表面を上に有する前記第２の素子からの光を受けるためのサブ素子と、
ｂ）  前記サブ素子から反射された光を受けるための光学リレーシステムとを含み、前記光学リレーシステムは一群の再イメージ光学部品を含み、前記第３の素子は
ｉ）  前記本物の瞳孔を前記再イメージ光学部品にリレーし、
ｉｉ）  光学アセンブリの焦点距離を確立し、
ｉｉｉ）  前記本物の瞳孔において生成された瞳孔収差を補正し、
ｉｖ）  視野収差を補正し、かつ
ｖ）  環状画像を平坦な焦点面上に生成するためのものであって、
前記光学アセンブリは、パノラマシーン上において光学アセンブリの出力光軸に対しほぼ垂直な視野角において小さいＦ−数を生成する、光学アセンブリ。
【請求項２】
パノラマシーンを観察するための光学アセンブリであって、
複数個の光学素子を備え、前記複数個の光学素子は、
前記パノラマシーンから環状のジオメトリにおいて光を再び方向づけるための第１の素子を含み、前記第１の素子の光学的パワーは想像上の瞳孔を形成し、さらに、
前記環状に再び方向づけられた光を受け、かつ前記想像上の瞳孔を再イメージして本物の瞳孔を形成するための第２の素子と、
一群の再イメージ光学部品を含む光学リレーシステムを含む第３の素子とを含み、前記第３の素子は、
ｉ）  前記第２の素子からの光を受ける一方で前記本物の瞳孔を前記再イメージ光学部品にリレーし、
ｉｉ）  光学アセンブリの焦点距離を確立し、
ｉｉｉ）  前記本物の瞳孔において生成された瞳孔収差を補正し、
ｉｖ）  視野収差を補正し、かつ
ｖ）  平坦な焦点面上に環状画像を生成するためのものであり、
前記光学リレーシステムは屈折性および反射性素子の組合せを含み、
前記光学アセンブリは、パノラマシーン上で光学アセンブリの出力光軸にほぼ垂直な視野角において小さいＦ−数を生成する、光学アセンブリ。
【請求項３】
パノラマシーンを観察するための光学アセンブリであって、
複数個の光学素子を備え、前記複数個の光学素子は、
前記パノラマシーンから環状ジオメトリにおいて光を再び方向づけるための第１の素子を含み、前記第１の素子の光学的パワーは想像上の瞳孔を形成し、さらに、
前記環状に再び方向づけられた光を受け、かつ前記想像上の瞳孔を再イメージして本物の瞳孔を形成するための第２の素子と、
一群の再イメージ光学部品を含む光学リレーシステムを含む第３の素子とを含み、前記第３の素子は、
ｉ）  前記第２の素子からの光を受ける一方で前記本物の瞳孔を前記再イメージ光学部品にリレーし、
ｉｉ）  光学アセンブリの焦点距離を確立し、
ｉｉｉ）  前記本物の瞳孔で生成された瞳孔収差を補正し、
ｉｖ）  視野収差を補正し、かつ
ｖ）  平坦な焦点面上に環状画像を生成するためのものであって、
前記一群の再イメージ光学部品は、前記リレーされた本物の瞳孔を受け取るための冷絞りおよびバンドパスフィルタを含み、
前記光学アセンブリは、パノラマシーン上で光学アセンブリの出力光軸にほぼ垂直な視野角において小さいＦ−数を生成する、光学アセンブリ。
【請求項４】
パノラマシーンを観察するための光学アセンブリであって、
複数個の光学素子を備え、前記複数個の光学素子は、
前記パノラマシーンから環状ジオメトリにおいて光を再び方向づけるための第１の素子を含み、前記第１の素子の光学的パワーは想像上の瞳孔を形成し、
前記環状に再び方向づけられた光を受け、かつ前記想像上の瞳孔を再イメージして本物の瞳孔を形成するための第２の素子と、
一群の再イメージ光学部品を含む光学リレーシステムを含む第３の素子とを含み、前記第３の素子は、
ｉ）  前記第２の素子からの光を受ける一方で前記本物の瞳孔を前記再イメージ光学部品にリレーし、
ｉｉ）  光学アセンブリの焦点距離を確立し、
ｉｉｉ）  前記本物の瞳孔において生成された瞳孔収差を補正し、
ｉｖ）  視野収差を補正し、かつ
ｖ）  平坦な焦点面上に環状画像を生成するためのものであって、
前記光学リレーシステムは反射性素子のみを含み、かつ
前記光学アセンブリは、パノラマシーン上において光学アセンブリの出力光軸に対しほぼ垂直な視野角において小さいＦ−数を生成する、光学アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光学系に関し、より特定的には平坦な焦点面上にパノラマシーンの画像を生成するための光学系に関する。
【０００２】
【関連技術の説明】
既存の広視野センサは、大きい開口数、３６０°に至る方位角能力を備えるパノラマフォーマット、および水平線を上回るものと下回るものとの双方の仰角カバレージを提供する効率的な光学系を、単一の正方形または長方形の焦点面をサポートすることのできる焦点面フォーマットと組合せたものではない。魚眼レンズおよびそこから派生したものは、視野角が増大するにつれて大きく歪まされた瞳孔を有することとなる。魚眼レンズの視野角がより大きいと、中央系における瞳孔領域の１０％未満を提供する瞳孔を有することができる。これにより、著しい歪みおよび感度の低減がもたらされる。結果として得られる、同様な性能を提供するシステムは、したがって比較的大きく費用のかかるものである。
【０００３】
エム・ノーブル（M. Noble）らに発行された米国特許第４，９９４，６７０号は、ディザ走査された多孔パノラマセンサを記載する。
【０００４】
デー・リーズ（D. Rees ）に発行されたカナダ特許第８７８，１６２号は、テレビジョンシステムを用いたパノラマビューイングシステムを記載する。
【０００５】
ジー・ローゼンダール（G. Rosendahl）らに発行された米国特許第４，３９５，０９３号は、屈折素子の複雑な配列の上に画像を生成して色補正および視野補正を行なうのに用いられる１対の双曲反射表面を記載する。
【０００６】
ジー・ローゼンダールらに発行された米国特許第４，０１２，１２６号は、屈折素子の複雑な配列上に画像を生成して色補正および視野補正を行なうのに用いられる、１対の双曲反射表面を備えたパノラマ光学系を開示する。
【０００７】
エイチ・ブリュッゲマン（H. Brueggemann）に発行された米国特許第３，２０３，３２８号は、光学経路が双曲反射表面とそれに続く球面とを含む、装置を開示する。この光学経路が必要とする焦点面の構成には、環状焦点面が要求される。１次光学部品から球状の２次光学部品へ移動するエネルギは、焦点面の中央を通過する。これにより、このコンセプトが従来の焦点面とともに用いられることが回避される。
【０００８】
イー・クーパー（E. Cooper ）らに発行された米国特許第３，７８１，５５９号は、さまざまな視野でフィールドを走査するための手順を開示する。
【０００９】
エイ・アール・トカルチェウスキー（A. R. Tokarzewski ）に発行された米国特許第３，２８３，６５３号は、円錐形のセクションを含む多くの複雑な環状のレンズ形状を備えた全屈折設計を開示する。
【００１０】
ディー・アール・ブシェル（D. R. Buchele ）に発行された米国特許第２，６３８，０３３号は、光線が最初の光学部品の主軸を横切って通過する屈折コンセプトを記載する。この発明は射出瞳を有する。画像を生成するための重要な光学的に動力を与えられる表面は１つだけである。
【００１１】
エイチ・ブラハフォーゲル（H. Brachvogel ）に発行された米国特許第３，５５２，８２０号は、セットされている屈折した第１の素子を記載しており、これはこの場合再イメージグループにエネルギを方向づけるものである。
【００１２】
ジェイ・シー・カーンズ（J. C. Karnes）に発行された米国特許第１，７９７，８６７号は、第１の素子として凹凸素子を含むパノラマまたはオムニスコープ光学部品を開示する。このアプローチには、分解された画像および瞳孔をもたらすという重大な問題がある。焦点面領域の実現例は、経済的な焦点面配列をサポートしない分散されたトロイド状のセクションである。
【００１３】
ダブリュー・エイ・アイルズ（W. A. Ayres ）に発行された米国特許第２，２４４，２３５号は、反射する球状の第１素子を記載する。このアプローチは受け入れられないほどの歪みをもたらすものである。より大きい仰角は、焦点面上で奥行きを非常に縮められ、一方でより小さい仰角は方位角の解像度において厳しく制限される。
【００１４】
エイ・バウワーズ（A. Bouwers）に発行された米国特許第２，９２３，２２０号および第３，１５１，５２４号は、広角カメラレンズを有する発明を開示する。
【００１５】
イー・エフ・ポンスレット（E. F. Poncelet）に発行された米国特許第３，５１４，１８６号には、ダブリュー・エイ・アイルズ（第２，２４４，２３５号）の発明と同様な欠点がある。ポンスレットの第１の素子は、それを介して画像が屈折させられる球体である。一方で、アイルズにおける第１の素子は、反射する球体である。
【００１６】
ジェイ・ウルフ（J. Wolfe）に発行された米国特許第３，８９４，７９８号は、走査するための発明を開示する。
【００１７】
ダブリュー・ダイクス（W. Dykes）に発行された米国特許第３，９９８，５３２号は、フィルムとともに用いるための投写装置を開示する。
【００１８】
ピー・グレグス（P. Greguss）に発行された米国特許第４，５６６，７６３号は、ブシェル（第２，６３８，０３３号）と同様なイメージングブロックを開示する。
【００１９】
ジェイ・フォイロイ（J. Fouilloy ）に発行された米国特許第５，４０２，１６８号は、光学機械的プロジェクタおよび走査システムを必然的に伴う、カメラのコンセプトを開示する。
【００２０】
ピー・トロッタ（P. Trotta ）に発行された米国特許第３，９７７，７９３号は、走査放射エネルギレシーバを開示する。
【００２１】
ワイ・タマガワ（Y. Tamagawa ）に発行された特公昭６３−１７２２０９号は、軸からずれた放射を赤外検出器に制限するための手順を記載する。
【００２２】
エム・ガーニー（M. Gurnee ）に発行された米国特許第４，４４６，３７２号は、検出器の冷シールドを開示する。
【００２３】
【発明の概要】
本発明はパノラマシーンを観測するための光学アセンブリである。光学アセンブリは、複数個の光学素子を含む。第１の素子はパノラマシーンからの光を再び方向づけるものである。第１の素子の光学的なパワーで、想像上の瞳孔が形成される。第１の素子からのエネルギは、約９０°に再び方向づけられ、環状の経路を形成する。第２の素子は、再び方向づけられた光を受け、想像上の瞳孔を再イメージして本物の瞳孔を形成する。エネルギのこの部分は、環状の形態をとり続ける。第３の素子は、一群の再イメージ光学部品を有する光学リレーシステムを含む。第３の素子は、第２の素子からの光を受ける一方で、本物の瞳孔を再イメージ光学部品にリレーする。これはまた、光学アセンブリの焦点距離を確立し、本物の瞳孔において生成された瞳孔収差を補正し、視野の収差を補正して、平坦な焦点面上に環状の画像を生成する。光学リレーシステムは、本物の瞳孔を用いることを通じて第２の素子とインタフェースする。本物の瞳孔は、第３の素子における冷絞りおよびフィルム位置に形成される。この瞳孔はシステムを介して元にもどるようにリレーされ、第１の本物の瞳孔と一致する。光学アセンブリは、パノラマシーン上の光学アセンブリの出力光軸に対しほぼ垂直な視野角において小さいＦ−数を生成する。
【００２４】
第１の素子は好ましくは凸状表面を含み、第２の素子は好ましくは凹状表面を含む。これらの第１および第２の素子は、最も好ましくはマーセン（Mersenne）光学部品を含む。
【００２５】
本発明は、仰角の関数としてほぼ一定な瞳孔のサイズを提供する。これにより、効率の高いエネルギ収集が、３６０°に至る視野仰角およびパノラマ性における低い幾何学的歪みで可能となる。その結果小さいＦ−数が提供される。ここで用いられる「Ｆ−数」という語は、焦点長さを有効な開口で除算したものをいう。「小さい」とは１．５未満のＦ−数のことをいう。
【００２６】
本発明は高電位空間解像度を備えるコンパクトな光学的フォーマットを提供する。これはパノラマシーン全体を読出す単一ユニットとしても、各々がそのシーンの１区分を読出す複数の焦点面を用いるものとしても、従来の焦点面の使用を可能とする一方で、それら焦点面が緊密に当接したり、複数の開口を必要としたり、対象となる視野をカバーするための走査システムを提供すべく機械的または光学的素子を動かす必要があったりすることはない。スターリングパノラマセンサを用いることで、光学部品により受取られる情報を処理する方法において著しい改善が可能となる。標的からのフォトンの収集は、フルタイムに非常に近くすることができ、システムの効率が非常に高くなる。焦点面アセンブリのピクセルにおける有効なドウェル時間は、オンチップおよびオフチップの集積化を用いることで、例外的に長くすることができる。
【００２７】
この発明におけるすべての実施形態は、画像の光学的歪みを補正するための複数の表面を含む。これらの表面は焦点面において改善された解像度および視野の平坦化をもたらすものである。
【００２８】
米国特許第４，９９４，６７０号で開示される装置とは違い、本発明は走査される画像を生成するためのディザシステムを必要とはしない。本発明は、フレームの区別ならびに背景および固定パターンのノイズ排除と、ランダムなノイズ低減のための複数フレームの統合のため、優秀なフレーム間表示を伴う真のスターリングセンサとなり得る。本発明はパノラマシーンをカバーする複数の開口を必要とはしない。これは総合的な画像を生成するための焦点面アレイと関連するスリットを必要としない。本発明は可視および／または赤外の双方において用いることができる。これは光学経路全体を通じて環状のエネルギ束を有する。単一の焦点面が、対象とする視野全体を表示するのに用いられてもよい。
【００２９】
カナダ特許第８７８，１６２号に開示される装置とは違い、本発明は最初のパノラマ素子において屈折素子を有してはいない。本発明は単一の屈折素子の内部に複数の反射を必要としない。このカナダ特許はテレビカメラまたは可視ビューイングスクリーンとともに用いることを開示しているが、この発明は可視スペクトルに加えて赤外スペクトルに対しても応用を有している。
【００３０】
米国特許第４，３９５，０９３号に開示される装置とは違って、本発明はプロジェクタではなく、まず第１にセンサとして意図されている。本発明は双曲線表示を必要としない。さらに、本発明は可視波長だけでなく赤外波長においても動作させられてよい。
【００３１】
米国特許第３，２０３，３２８号に開示される装置とは違って、本発明は冷却された検出器とともに動作可能である。本発明は従来の設計による単一の平坦な検出器アレイを利用することができる。
【００３２】
米国特許第３，２８３，６５３号に開示される装置とは違って、本発明は可視および赤外の双方の波長において用いるための広帯域かつ色補償された装置として実施することができる。これは冷却された焦点面で実現させることができる。
【００３３】
米国特許第２，６３８，０３３号に開示される装置とは違って、本発明は瞳孔の後で平坦な画像面を提供することに特有の問題に対処するものである。本発明は第２，６３８，０３３号の特許における屈折素子の代わりにパノラマ素子用の反射光学素子を利用する。第２，６３８，０３３号の特許は、分光補償のために示されている補正はないので、赤外センサに必要とされる熱分離または広い分光帯域を観測するのに必要とされる分光補償に対処するものではない。
【００３４】
米国特許３，５５２，８２０号に開示される装置とは違って、本発明は材料の屈折率に頼って透過性の表面を反射性に変えるものではない。本発明はパノラマ素子のための反射素子を利用する。
【００３５】
マーセン光学対の使用は、光学素子が個々にテスト可能であり、かつこの対により優れた解像度がもたらされるので、特に有利である。加えて、このマーセン対は、内部のおよび軸からずれた放射に対する感度を最小限にすることによって、赤外感度を高めるべく良好に動作する射出瞳絞りを提示するものである。
【００３６】
反射表面のみを有する光学部品を利用することで、広帯域分光計または広帯域放射計で用いるのに極めて広い分光能力がもたらされる。
【００３７】
本発明の光学アセンブリは、可視または赤外スペクトルから集められたパノラマシーンからのエネルギを収集し、分析もしくは標的または脅威に抗する行動のために画像生成されたデータを提示するものであってもよい。このセンサはスターリングシステムであって、高度なドウェル時間を伴う非常に効率的な一時的収集モードを結果としてもたらす。
【００３８】
本発明の他の目的、利点および新規な特徴は、次に述べるこの発明の詳細な説明を添付の図面との関連で考慮すれば、明らかとなるであろう。
【００３９】
【好ましい実施形態の詳細な説明】
図面における同一の要素または部分は、一貫して同一の参照符号により示される。
【００４０】
ここで図面および図面に記載される参照符号を参照すると、図１および２は包括的に１０として示される本発明におけるこの光学アセンブリの好ましい実施形態を示す。光学アセンブリ１０は、包括的に１２と表示されている支持構造アセンブリによって支持される。光学アセンブリ１０は、包括的に１４と表示されている焦点面アセンブリを支持している。
【００４１】
支持構造アセンブリ１２は、光学アセンブリ１０と、ジンバル、乗物、船舶構造、航空機構造、固定ポールまたはその他の装着取付具との間のインタフェースとして働く。支持構造アセンブリ１２は、支持構造１６を含む。支持構造１６は、包括的に１８と表示されている真空ポートアセンブリに接続される。そのような真空ポートアセンブリ１８は当該技術分野において周知であり、商業的に入手可能である。クーラーアセンブリ２０が、支持構造１６の真空ハウジングを閉鎖するためにＯ−リングおよびボルト（図示せず）を備えるインタフェースによって支持構造１６に取付けられる。オプションのイオンポンプ（図示せず）が、支持構造１６に接続されて、支持構造１６内の真空を維持してもよい。クーラーアセンブリ２０の一部であるクーラー冷フィンガ２１が、冷ストラップ２２によって焦点面アセンブリ１４に接続される。冷ストラップ２２の終端は、焦点面ホルダ２４に接続される。焦点面ホルダ２４は、焦点面装着部２６を支持する。焦点面装着部２６は、焦点面２８を支持する。焦点面２８は、たとえば可視または赤外のものであってもよい。可視の場合、前述した冷却および真空化は必要ではない。ワイヤ（図示せず）が、焦点面２８を焦点面装着部２６内の関連のパッド（やはり図示せず）に接続する。ワイヤ３０はその一端においてパッドに接続されており、他端において電気フィードスルーコネクタアセンブリ３２に接続されている。電気フィードスルーコネクタアセンブリ３２は、係止リング３４とコネクタ３６とを含む。電気フィードスルーコネクタアセンブリ３２はしたがって、高真空空間３８から外部環境に、電気的バイアス、クロック、出力および接地のフィードスルーを提供する。
【００４２】
上の議論により、支持構造アセンブリ１２と焦点面アセンブリ１４との説明がなされてきた。これより、本発明において強調される光学アセンブリの説明に入る。
【００４３】
光学アセンブリ１０は、包括的に４０と表示される冷却された光学サブアセンブリを含む。冷却された光学サブアセンブリ４０は、焦点面２８と光学リレーシステムの光学リレーアセンブリサブ素子との間に機械的表示および整列をもたらす。光学的リレーシステムは、後に詳述するように、４２、４４、４６、４８、５０および５２と表示される一連の光学サブ素子を含む。これらのサブ素子の正確な数は、特定のデザインにより変動する。冷却された光学サブアセンブリ４０は、焦点面２８、最後の光学リレーサブ素子５２、最後から２番目の光学リレーサブ素子５０、ならびに冷絞りおよびバンドパスフィルタ光学リレー素子４８間に整列を確立する。光学リレーサブ素子４８、５０、５２は、冷却された光学サブアセンブリ４０の冷却されたハウジング５４を介しての伝達によって冷却された状態に保たれる。ハウジング５４は、光学素子の外側の外観全体を冷たく発光性が低くかつ反射性の表面で囲み、かつ冷キャビティへの入口に冷瞳孔絞りを位置づけることによって、焦点面２８から観察される軸からずれた放射を制限する。ハウジング５４は、ボルト５６によって焦点面ホルダ２４に接続される。
【００４４】
ボルト５８は、ハウジング５４を熱分離器６０に接続する。熱分離器６０は、冷却された光学サブアセンブリ４０の光学リレーサブ素子４８、５０、５２の機械的な位置を、光学リレーシステムにおける残りのサブ素子４２、４４および４６と静的に相対するように維持する。真空閉鎖器６２が、ボルト６４によって熱分離器６０に取付けられる。真空閉鎖器６２の外周は、Ｏ−リング６６およびボルト６８を介して支持構造１６に接続される。支持構造１６と真空閉鎖器６２との間の接続により、光学アセンブリ１０の光学部品のために周囲の熱経路が提供される。
【００４５】
真空閉鎖器６２は、焦点面２８に関して光学リレーサブ素子４４および４６の機械的整列および間隔づけを提供する。シール７０は、光学サブ素子４６と真空閉鎖器６２の上部との間に設けられて、全体的な真空エンクロージャを完成させる。スペーサ７２が、光学サブ素子４４および４６の間に挿入され、ねじ保持器７４が、所望の固定され整列された位置に光学的サブ素子４４および４６を保持する。凹状表面７８を備える光学素子７６が、真空閉鎖器６２にボルト８０を介して接続される。真空閉鎖器６２は、光学リレーサブ素子４４、４６、５０、５２と第２の光学素子７６への焦点面２８との間に光学的整列をもたらす。
【００４６】
円筒形光学支持部８２が、真空閉鎖器６２の下部周囲端にスペーサ８４およびねじ山８６を介して接続される。光学支持部８２は、光学アセンブリ１０の下部を光学アセンブリ１０の上部に関して整列させる。センタリング装置８８が光学支持部８２の上部端に設けられて、光学アセンブリ１０の下部光学サブ素子に対し上部光学サブ素子のセンタリングを提供する。センタリング装置８８は、先細にされたリングであって、底部光学素子７８ならびにサブ素子４４および４６によって発生される光軸に対して頂部光学素子１０２および４２において所望のオフセットに至るように切断されている。先細にされたリングの回転軸は、オフセットの所望の軸に整列される。このセンタリング装置８８と光学支持素子９４とは、ねじ切りされたフィッティング９５によって適所に保持される。
【００４７】
支持ウィンドウ９４は、光学支持部８２と上部光学支持部９６との間の光学経路に閉鎖をもたらす。上部光学支持部９６は、ねじ切りされたフィッティングおよびリングナット９８によって支持ウィンドウ９４に接続される。上部光学支持部９６は、凸状表面１０２を備える光学素子１００を取付けるための外部のねじ切りされた上部９９を有する。
【００４８】
光学リレー素子４２は、調節可能なスペーサ１０４によって光学素子１００に接続される。光学リレー素子４２は、クランプリング１０６によって光学素子１００に捕捉され、クランプリング１０６はねじ山１０１によって光学素子１００に対しねじ切りされている。
【００４９】
動作中、数字による表示では１０８と表わされる約−１５°から約＋１５°の仰角を伴うパノラマシーンから入来するエネルギは開口１１０に入り、第１の素子すなわち光学素子１０２によって反射され、光学素子１０２の光学的パワーはセンサの縦軸１０３上における反射素子１０２の背後の想像上の瞳孔１１３を形成する。素子１０２はウィンドウ９４を介してエネルギを下方に反射させる。このエネルギは次に第２の光学素子すなわち光学素子７６における凹状ミラー７８によって第３の素子におけるサブ素子４２の３次的表面すなわち下方表面１４７へ反射される。第３の素子は、サブ素子４２と一群の再イメージ光学素子４４、４６、４８、５０、５２とを含む。第２の素子７６は想像上の瞳孔１１３を再イメージする。ウィンドウ９４を通過する際、エネルギは上部光学支持部９６における内側に放射状に延びる突出部によってそのフィールドを限定される。エネルギは２次的７６および３次的４２間を移動するにつれ、視野絞り１１２および想像上の瞳孔１１３を通過する。内部支持表面はすべて好ましくは内部反射を最小限にするため光学的に黒色の表面を設けられる。エネルギはリレーされた想像上の瞳孔１１３を通過し、これは本物の瞳孔１４６の位置である。本物の瞳孔１４６はフィルタの第２の表面１４８と冷絞り４８とにリレーされる。リレーされた画像は１４８と表記される。視野絞り１１２はまた、素子４２から素子４４へ下降する経路に対するエネルギ視野角を制限する。エネルギが素子７６から素子４２に通過するにつれ、これはねじ切りされたバッフル７４も通過する。バッフル７４は通常光学素子４４の第１の表面に当たるであろう軸からずれた入来する放射を制限する。これもまた、光学系における内部反射を最低限にするため黒色である。冷装着部５４の内部表面は、内部反射を最低限にし、かつ焦点面における軸からずれた眺めのために低放射面を提供するために、冷たくかつ黒色である。
【００５０】
冷光学アセンブリ４０の外側は、温構造６２からの放射吸収を最低限にするためゴールドフラッシュで覆われており、温構造６２は放射性の移動を最低限にするためやはりゴールドフラッシュで覆われている。
【００５１】
３次的表面４２からのエネルギは、近接して間隔をあけられたダブレットを形成する光学素子４４および４６へ、次に冷光学部品への入口において冷規定瞳孔絞り、リオットストップへ、移動する。これらの部分の整列は、真空閉鎖器６２、熱分離器６０、および冷光学ハウジング５４を通る機械的経路によって、冷光学素子５０および５２と厳密に整列された状態に保持される。エネルギは光学素子５０および５２を含む冷ダブレットにより焦点面２６上に合焦される。
【００５２】
図３では、明確にする目的で図１に示されるあるいくつかの要素が削除されていることに注意されたい。これらの要素はセンタリング装置８８、スペーサ８４、ねじ６８、ねじ８０、真空ポートアセンブリ１８、スペーサ１０４、ねじ６４、ワイヤ３０、係止リング３４、電気フィードスルーコネクタアセンブリ３２、およびコネクタ３６を含む。一方で図２は、焦点面を駆動し、焦点面の出力をバッファ処理するための電子部品３１０を示す。図２はまた、イオンポンプ３１４のための駆動電子部品３１２、電子部品３１０から焦点面エリアへの放射を防止する冷シールド３１６、およびクリオエンジン３１８を示す。クリオエンジン３１８は、たとえばブリティッシュ・エアロスペース・カンパニー（British Aerospace Company ）から商業的に入手可能である。
【００５３】
図３は、全反射再出現光学部品配列を備える本発明の光学アセンブリの一実施形態を示す。素子４４、４６、４８、５０および５２は、軸からずれた反射素子１１４で置換えられている。この素子はホールドミラー素子１１６への焦点合わせビームを提供する。素子１１６からのエネルギは、図１における焦点面２６上にエネルギが合焦されるのと同じ態様で焦点面１１８に合焦される。
【００５４】
このアプローチにおける特定的な利点とは、横方向の色または画像のぶれなしで広い分光領域が対処され得ることである。
【００５５】
これ以降の図面は２５６×２５６の４０ミクロンピクセルアレイを有する低解像度センサおよび１０２４×１０２４の１８ミクロンピクセルアレイを有する高解像度センサの予想される性能を説明するものである。センサの物理的サイズ、透過性素子および開口の数は、後に説明する各アレイの構成について最適化される。
【００５６】
図４は、予想される画像の高さ対商業的に入手可能なコンピュータ光学設計プログラムであるＺＭＡＸにより予想された視野角を示す。水平線について２５°の視野に対する全視野の半径の関数としての画像高さの変動は、パノラマシーンをカバーすべく設計された従来の魚眼レンズよりも著しく優れている。画像は焦点面２６において規定される。この改良で、対象となる２５°の視野にわたり活性ピクセルの数が著しく大きくなり、かつ対象となる視野にわたりより大きい均一性と瞬間的な視野がもたらされる。
【００５７】
図５は、画像の図芯からの半径の関数として＋１５°、０°および−１５°での観測についての取囲まれたエネルギの予想された関数を示すものである。これらの多色性の取囲まれたエネルギのプロット図は、２５６ピクセル幅の視野についてＺＭＡＸコンピュータソフトウェアを用いて計算されたものである。この図は、特徴的なエアリディスクが直径１０ミクロンよりも小さいものとなるであろうことを示す。これは８２％の取囲まれたエネルギレベルにおいて確立されている。点は、典型的なピクセルエリアの約１６分の１を埋めるだろう。
【００５８】
次に示す表は、本発明の原理に従い設計された光学アセンブリの実現例を示すものである。
【００５９】
【表１】
0003916703.tif 000002
【００６０】
ここで説明される発明的コンセプトは、広い範囲のサイズおよびＩＦＯＶ（瞬間的視野またはピクセル解像度）にわたって応用可能であることが理解される。Ｆ／♯が一定に保たれたならば、収集光学部品のサイズは焦点面アレイ（ＦＰＡ）の物理的サイズによって規定される。光学系のＩＦＯＶ解像度は環状面におけるピクセルの数によって決定される。便宜を図るため、エリア−焦点面間によって規定される直径に等価なものが用いられる。２５６2 のＦＰＡが８ミリラジアンの公称ＩＦＯＶを有している場合、１０２４2 のＦＰＡは２５６／１０２４のＩＦＯＶ、または２５６の場合の４分の１、換言するならば２ミリラジアンのＩＦＯＶを有するであろう。
【００６１】
サイズはＦＰＡ幅に直接比例しており、解像度は規定された直径におけるピクセル数に反比例する。リレーの複雑性（すなわちピクセルの数）もまた、解像度に反比例するが、ただし段階的である。
【００６２】
８ミリラジアンのＩＦＯＶから２ミリラジアンのＩＦＯＶまでいくには、新しい解像度の要求を下回るところまで収差を補正するのに４つのレンズではなく６つのレンズを必要とする。レンズ上に２つまたはそれ以上の非球面を加えることで同じ機能を達成することができるだろう。６つのレンズのリレーは、１ミリラジアンを下回るＦＯＶについては十分である。量的には、より高解像度のシステムについてさえ、いくつかの非球面素子を備える６つのレンズからなるリレーは実現可能である。１０２４2 および２５６2 の収集光学部品のサイズの差は、１．８５対１であって、１０２４2 の方が大きい。リレー光学部品のサイズは、所望の形態のファクタ（すなわち付加的なメカニズムに対処するための長い、または短い背面焦点距離）に依存して、またはパッケージングの制約に適合させるために、変動させられ得る。
【００６３】
明らかに、上述の教示に照らして本発明には多くの修正および変形が可能である。したがって、この発明は前掲の特許請求の範囲内において、特定的に説明されているもの以外の態様で実施されてもよいことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をとり入れた光学アセンブリの第１の実施形態における配列および素子の関連性を、その光学的機能との関連で示した概略断面図である。
【図２】図１の実施形態が組立てられた状態を示す斜視図である。
【図３】すべての光学表面が反射性である、本発明における第２の実施形態のための光学配列を示す概略図である。
【図４】２５６×２５６センサについてＺＭＡＸコンピュータプログラムにより予想される画像高さ（インチ）対視野角（°）のグラフ図である。
【図５】多色性および幾何学的な取囲まれたエネルギを示す、取囲まれたエネルギの屈折対図芯からの半径（ミクロン）を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１０  光学アセンブリ
４０  光学サブアセンブリ
４２  光学サブ素子
４４  光学サブ素子
４６  光学サブ素子
４８  光学サブ素子
５０  光学サブ素子
５２  光学サブ素子
【図１】
0003916703.tif 000003
【図２】
0003916703.tif 000004
【図３】
0003916703.tif 000005
【図４】
0003916703.tif 000006
【図５】
0003916703.tif 000007