検出器のための較正システム
【課題】さまざまな放射源タイプからの電磁放射に応答する赤外線センサー、または、すべての広帯域検出器のための較正システムを提供する。
【解決手段】ベース部材３０２に固定的に取り付けられた複数の放射源３０４、および、ベース部材に取り付けられた位置決め機構３０６を含み、各放射源は異なる温度に維持され、および、電磁放射を放出するように構成され、位置決め機構は、ベース部材、及び、可動部材３０８に配置される複数の光学部材３１０に対して１自由度を有する可動部材を含み、各光学部材は放射源の１つに対応し、及び、各光学部材は少なくとも較正位置と非較正位置との間で移動可能であるように構成され、光学部材が較正位置にある場合、光学部材はその対応する放射源からの電磁放射を受信し、および、電磁放射を検出器へ反射するように構成される。
【解決手段】ベース部材３０２に固定的に取り付けられた複数の放射源３０４、および、ベース部材に取り付けられた位置決め機構３０６を含み、各放射源は異なる温度に維持され、および、電磁放射を放出するように構成され、位置決め機構は、ベース部材、及び、可動部材３０８に配置される複数の光学部材３１０に対して１自由度を有する可動部材を含み、各光学部材は放射源の１つに対応し、及び、各光学部材は少なくとも較正位置と非較正位置との間で移動可能であるように構成され、光学部材が較正位置にある場合、光学部材はその対応する放射源からの電磁放射を受信し、および、電磁放射を検出器へ反射するように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（政府の権利）
［公表されない連邦政府関係機関］との秘密契約による米国政府の支援のもとで、本発明は完成された。米国政府は本発明に関する特定の権利を保有できる。
【０００２】
本発明は、さまざまな放射源タイプからの電磁放射に応答する、赤外線（ＩＲ）センサー、または、すべての広帯域検出器のための較正システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
検出器は、典型的には、ピクセルアレーを含み、各ピクセルは、ピクセルに入射する電磁エネルギーに応答して、電流を生成または通過させるように動作可能である。ほとんどの場合に発生または通過する電流は、入射エネルギーに比例する。
【０００４】
これらのピクセルは、検出器の寿命の間で、応答動作中にいくらか変動する傾向がある。測定の均一性を確実にするためには、定期的な較正が一般的には望ましい。相互にピクセルの相対的な動作性能を知ることは重要である。知らない間の性能の変化によって、電磁エネルギー源の測定は、間違ったデータになる。このように、較正が使用されるので、ピクセルは非均一性補正などでピクセル間の変化を較正でき、およびピクセル応答の経時変化を較正できる。
【０００５】
典型的には、光源を、検出器または検出器近傍に配置することで較正を実施できる。光源は検出器を照明する。実験室環境の較正は典型的には配置前に実施されるが、配置後の定期的な再較正が上述した理由によって強く望まれる。
【０００６】
このタイプの検出器の組み立て品は、しばしば宇宙のベースデバイスで使用されるので、複雑な較正システムはまったく望まれない。サイズおよび重量は、組み立ておよび発射コストに絶えず存在する要因である。１つの構成要素のサイズおよび重量が大きくなるほど、一般に、いくつかの他の構成要素が小さくならなければいけない。
【０００７】
さらに、システムは、発射、展開中に遭遇する力に耐え、容易に保守できなくとも、繰り返し動作するように設計されなければならない。スペクトルフィルターホイールおよび案内システムなどの、検出器の機能のために強く望まれる多くの既存の構成要素もある。既存のシステムを害することのない、較正をするためのオプションも、困難であることが分かった。
【０００８】
図１および図２は、検出器１０２を較正するために使用される、従来のシステム１００を示す。図１は、非較正モードで動作するシステム１００を示し、一方、図２は較正モードで動作する較正システム１００を示す。
【０００９】
システム１００は、１つまたは複数の光源１１２（例えば、光源１１２Ａ〜Ｃ）、ミラー１１０および検出器１０２を備える光源組み立て部品１０８を具備する。光源１１２は、光を放出するように構成される。ミラー１１０は、光源１１２からの光を受信し、および、検出器１０２へ光の方向を変え、または反射するように構成される。
【００１０】
システム１００は、検出器１０２を較正するために使用される２つの機構も含む。これらの機構は、光源組み立て部品回転機構１０４とミラー回転機構１０６とを含む。光源組み立て部品回転機構１０４は、光源１１２を回転または移動させて、ミラー１１０に照射させ、従って検出器１０２を照射する。すなわち、光源組み立て部品回転機構１０４は検出器１０２の視野（ＦＯＶ）を光源１１２に向ける。ミラー回転機構１０６は、ミラー１１０を回転または移動させて、光源１１２からの入射光路にミラー１１０を入れるので、ミラー１１０は光源１１２からの光を受信し、および光を検出器１０２に入れる。
【００１１】
システム１００が較正モード中では、図２に示すように、光源１１２Ｂが光源組み立て部品回転機構１０４によって移動または回転され、および、ミラー１１０がミラー回転機構１０８によって移動または回転されるので、光源１１２Ｂから放出された光はミラー１１０で受信され、および、受信された光はミラー１１０で検出器１０２へ反射される。また、較正モード中は、光源１１２Ａおよびミラー１１０は移動または回転されるので、光源１１２Ａから放出された光はミラー１１０で受信され、および、ミラー１１０で検出器１０２へ反射されるとともに、光源１１２Ｃおよびミラー１１０は移動または回転されるので、光源１１２Ｃから放出された光はミラー１１０で受信され、および、ミラー１１０で検出器１０２へ反射される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
検出器１０２を較正するために使用される、これらの２つの個別の機構（すなわち、光源組み立て部品回転機構１０４とミラー回転機構１０６）はシステム１００を複雑にし、単一機構よりも信頼性に対するさらなる懸念を招く。
【００１３】
本発明の実施形態は、従来の較正システムを超える改良を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一実施形態は、検出器のための較正システムに関する。較正システムは、ベース部材、ベース部材に固定的に取り付けられる複数の放射源、およびベース部材に取り付けられる位置決め機構を含む。各放射源は異なる温度に維持され、および、電磁エネルギーを放出するように構成される。位置決め機構は、ベース部材および可動部材に配置される複数の光学部材に対して、１自由度を有する可動部材を含む。各光学部材は放射源の１つに対応し、および各光学部材は、少なくとも較正位置と非較正位置との間で移動可能であるように構成される。光学部材が較正位置にある場合には、光学部材は、その対応する放射源から電磁エネルギーを受信し、および、電磁エネルギーを検出器へ反射するように構成される。
【００１５】
動作方法および構造の関連する要素の機能および部品の組み合わせ、並びに、製造の経済性ばかりではなく、本発明のこれらの態様および他の態様は、同様の参照番号がさまざまな図の対応する部品を示し、そのすべてが本明細書の一部を構成する添付図面を参照して、以下の記載および添付の特許請求の範囲を検討することによって、より明らかになるであろう。本発明の一例では、本明細書で説明される構造上の構成要素は、縮小して記載されていると考えることができる。しかしながら、多くの他の構造が可能であり、および、図面は例示、解説および説明のためにだけにあり、および、本発明の範囲を決定または制限することは意図されていないことが明確に理解されるべきである。また、本明細書に開示された１つの実施形態の特徴は、本明細書に開示された他の実施形態で使用できることは当然のことである。本明細書および特許請求の範囲で使用される、単数形の「ひとつ（ａ）」、「ひとつ（ａｎ）」、および「前記（ｔｈｅ）」は、文脈上明らかに他の意味に解すべき場合を除き、複数形を含む。
【００１６】
単に例示に過ぎないが、対応する参照記号が対応する部分を示す、添付の概略図を参照して、種々の実施形態が開示される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】較正センサーのための従来のシステムを示し、ここで、システムは非較正モードで動作している。
【図２】較正モードで動作する図１の従来の較正システムを示す。
【図３】本発明の実施形態による検出器のための、較正システムを示す。
【図４】図３の較正システムの別の面を示す。
【図５】図３の較正システムを示し、本発明の実施形態による可動部材およびその光学部材は収容位置にあり、および非較正モード動作にある。
【図６】図３の較正システムを示し、ここで、本発明の実施形態による可動部材は、較正モードで動作し、第１の光学部材と共に動作位置にある。
【図７】図３の較正システムを示し、ここで、本発明の実施形態による可動部材は、較正モードで動作し、第２の光学部材と共に動作位置にある。
【図８】図３の較正システムを示し、ここで、本発明の実施形態による可動部材は、較正モードで動作し、第３の光学部材と共に動作位置にある。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本出願の背景技術で述べたように、従来の較正システムは少なくとも２つの自由度がある機構を備えていた。すなわち、従来の較正システムでは、２つの異なる機構を使用して検出器を較正する。１つの機構によってミラーを入射光路（すなわち、光源から）に移動させ、および別の機構が光源を移動または回転させる。これらの２つの個別の機構は較正システムを複雑にし、単一機構に対する信頼性の懸念よりも、さらなる信頼性の懸念を招く。
【００１９】
本発明は、たった１つの、１自由度機構を持つ較正システムを提供する。この１自由度機構は、超小型光学部品を備える部材を移動または回転させるので、光学部品は固定黒体の方向を指し示す。従って、本出願で提案されるパドルホイール較正器は、黒体を固定させて維持し、および第２の機構を取り除くことによって、較正システムの複雑さを低減する。
【００２０】
図３および図４は、本発明の実施形態による検出器３２８のための較正システム３００を示す。
【００２１】
一実施形態では、検出器３２８は、赤外線放射に応答するように構成される赤外線（ＩＲ）センサーである。赤外線（ＩＲ）センサーは、中波長赤外線放射、短波赤外線放射、または長波長赤外線放射に応答するように構成されることができる。例えば、検出器３２８は、中波長赤外線放射に応答するように構成されることができる、中波長赤外線（ＩＲ）センサーであってもよい。
【００２２】
別の実施形態では、検出器３２８は、異なるタイプの放射源からの電磁放射に応答するように構成されることができる。例えば、検出器は、可視光またはハイパースペクトル検出器に応答するように構成される、検出器を含むことができる。検出器３２８は、異なる可視源からの電磁放射に応答するように構成される、可視検出器であってもよい。以下に詳細に説明されるように、異なるタイプの放射源は、例えば、可視光放射源、赤外線放射源、および黒体放射源を含むことができる。
【００２３】
較正システム３００は、ベース部材３０２、ベース部材３０２に固定的に取り付けられる複数の放射源３０４、および、ベース部材３０２に取り付けられる位置決め機構３０６を含む。各放射源３０４は、異なる温度で維持でき、および、電磁エネルギーを放出するように構成される。位置決め機構３０６は、ベース部材３０２に対して１自由度を有する可動部材３０８、および、可動部材３０８に配置された複数の光学部材３１０を含む。各光学部材３１０は放射源３０４の１つに対応し、および各光学部材３１０は、少なくとも較正位置と非較正位置との間で移動可能であるように構成される。光学部材３１０が較正位置にある場合には、光学部材３１０は、電磁放射またはエネルギーをその対応する放射源３０４から受信し、および、電磁放射またはエネルギーを検出器３２８に反射するように構成される。
【００２４】
各放射源３０４は、その対応する光学部材３１０を介して、放射源３０４から放出された電磁放射またはエネルギーを検出器３２８が受信するように配置される。各放射源３０４は、検出器３２８が検出するために、十分な量の電磁放射またはエネルギーを放出できる、電磁放射またはエネルギー源のいずれかであり得る。
【００２５】
複数の放射源３０４は、２つの異なるタイプの放射源を含むことができる。異なるタイプの放射源は、可視光放射源、短波赤外線放射源、および長波長放射源を含むことができる。例えば、可視光放射源は、可視（ＶＩＳ）または近可視（ＶＩＳ／ＮＩＲ）放射を提供するように構成される。赤外線放射源は、短波長赤外線放射（ＳＷＩＲ）、中波長赤外線放射（ＭＷＩＲ）、長波長赤外線放射（ＬＷＩＲ）および／または超長波長赤外線（ＶＬＷＩＲ）放射を提供するように構成される。
【００２６】
各放射源３０４は、可視光の波長または可視光の波長よりも長い波長を有する放射線を放出することができる。例えば、各放射源３０４は、３９０ナノメートル（ｎｍ）から３００マイクロメートル（μｍ）の範囲の波長を有する放射線を放出する。一実施形態では、各放射源３０４は、黒体（例えば、加熱フィラメント）源を含むことができる。別の実施形態では、各放射源３０４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード、および／または、これらの組み合わせを含むことができる。
【００２７】
一実施形態では、複数の異なる放射源３０４が、検出器３２８に均一なピクセル照明を提供するように使用される。常に１つの放射源だけは使用することができるが、典型的には、複数の同時照明は均一性の較正には要求されない。複数の放射源３０４は、２個以上の黒体源３０４を含むことができる。図示した実施形態では、図３および図４に示すように、複数の放射源３０４は、３つの黒体源３０４Ａ〜Ｃを含む。
【００２８】
各放射源３０４は、異なる温度で維持できる。例えば、図示した実施形態では、３つの黒体源３０４Ａ〜Ｃは、３５０Ｋ〜４２０Ｋの温度範囲に維持される比較的高温の黒体源３０４Ｃ、２９０Ｋ〜３１０Ｋの温度範囲に維持される大気黒体源３０４Ｂ、および、２５０Ｋ〜２７５Ｋの温度範囲に維持される比較的低温の黒体源３０４Ａであり得る。一実施形態では、大気黒体源３０４Ｂは、比較的高温の黒体源３０４Ｃと比較的低温黒体源３０４Ａとの間の温度である温度範囲に維持される。一実施形態では、各黒体源３０４Ａ〜Ｃは、長さ０．７５インチおよび幅１．１インチであってもよい。別の実施形態では、各黒体源３０４Ａ〜Ｃは異なるサイズであってもよい。
【００２９】
各放射源３０４は、ベース部材３０２に固定して取り付けられる。すなわち、各放射源３０４は、その光学部材３１０に対して固定して配置される。
【００３０】
放射源がその光学部材に対して固定して維持されるこの配置は、高温放射源を加熱するために要求される電力供給を低減し、および、低温放射源に対する冷却量を低減させるように構成される。例えば、一実施形態では、個別の放射源は熱伝導材料（例えば、アルミニウムまたは銅）から生成され、および、黒色に塗布される（塗装またはコーティング）。これらの個別の放射源の温度および温度勾配は、厳重に管理され、測定される。放射源の温度は、環境温度未満または超える温度のいずれかであるので、熱冷却または加熱には、これらの放射源の温度を維持することが望まれる。真空では、伝導が熱伝達の最も効率的な方法の１つである。伝導よりも著しく効率が落ちる放射は、伝導の後の位置づけである。放射源とそれらの熱界面との熱接続は伝導性であるので、高温放射源の場合には、放射源を加熱するために要求されるパワーが低減される。低温放射源の場合には、放射源に対する熱界面温度は、黒体が回転台にあればそうであろう放射接続（例えば、放射リンクを介する）されている場合ほど低温であることは必要とされない。従って、固定黒体（放射源）を維持することは、パワーおよび冷却についてより効率的である。
【００３１】
一実施形態では、放射源３０４Ａ〜Ｃは、部材３１８および３２０を介して、ベース部材３０２に固定して取り付けられる。すなわち、放射源３０４Ａ〜Ｃは、部材３１８および３２０に固定的に取り付けられ、次に、ベース部材３０２に固定して取り付けられる。部材３１８は、低温黒体源３０４Ａと低温ラジエータ（図示せず）との間の熱界面としても機能する。部材３２０は、大気黒体源３０４Ｂと高温黒体源３０４Ｃとの間の熱界面として機能するように構成されるラジエータである。部材３１８は一般に低温熱界面と称し、および部材３２０は一般に高温熱界面と称する。
【００３２】
一実施形態では、さまざまなラジエータ界面が排除するパワーには制限があるので、これらのラジエータ界面の分離によって、単一の効率の良いラジエータ（「低温」）が、低温黒体源３０４Ａを受動的に冷却させるために使用されることを可能にする。部材３２０は、暖かい黒体源３０４Ｂと高温黒体源３０４Ｃを、効率が良くない、暖かいラジエータに取り付けるために使用できる。
【００３３】
放射源３０４は、当業者にとっては当然の、任意の好適な断熱取り付け機構によって、ベース部材３０２に固定して取り付けられる。一実施形態では、取り付け機構は、これに限定されるわけではないが、溶接、インターロック取り付け、摩擦取り付け、または接着を含む。
【００３４】
図４を参照すると、複数の断熱器３２６は、部材３１８とベース部材３０２との間、および、部材３２０とベース部材３０２との間に配置される。動作中に熱を生成する、光源選択機構モーターとのその接続によって、ベース部材３０２は、一般に低温および高温放射熱界面３１８および３２０とは異なる温度になる。断熱器３２６は、ベース部材３０２から低温放射熱界面または部材３１８への熱伝達、および、熱伝達ベース部材３０２から高温放射熱界面または部材３２０への熱伝達を最小にするように構成される。断熱器３２６の一例として、Ｇ−１０アイソレータであってもよい。別の実施形態では、これらの断熱器３２６は、熱伝導率が低い、いかなる材料から形成されてもよい。断熱器３２６は、部材３１８とベース部材３０２との間、および、部材３２０とベース部材３０２との間で、異なる断熱性を提供できるように構成される。
【００３５】
位置決め機構３０６は、ベース部材３０２に対して１自由度を有する可動部材３０８、および、可動部材３０８に配置された複数の光学部材３１０を含む。
【００３６】
本明細書で使用する場合、１自由度とは、１方向だけに沿った可動部材３０８の移動（すなわち、直線または軸方向運動、または、１軸だけに沿った可動部材３０８の移動）または、１軸だけの周りの可動部材３０８の回転のいずれかをいう場合がある。６自由度は、一般に、Ｘ、ＹおよびＺ軸に沿った軸方向運動または直線運動、および、これらの軸のそれぞれの周りの回転によって定義される。図示した実施形態では、可動部材３０８は、１軸の周りの可動部材３０８の回転を提供する１自由度である。しかしながら、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸のいずれかの軸に沿った、可動部材３０８の直線または軸方向運動を提供する１自由度を、可動部材３０８が持てることを意図している。
【００３７】
一実施形態では、可動部材３０８は、ベース部材３０２を通過する軸Ａ−Ａ（図４に示す）に対して回転可能である。
【００３８】
一実施形態では、可動部材３０８は、部分的なディスク形状構造の形態であってもよい。一実施形態では、可動部材３０８は、４分の１ディスク形状構造であってもよい。別の実施形態では、可動部材３０８は、２分の１ディスク形状構造であってもよい。
【００３９】
光学部材３１０は、可動部材３０８に配置されている。各光学部材３１０は放射源３０４の１つ、および各光学部に対応する。部材３１０は、少なくとも較正位置と非較正位置との間で移動可能であるように構成される。
【００４０】
一実施形態では、各光学部材３１０は、ファセット構造を含む。光学部材３１０のこのファセットミラー光学構造によって、本発明の較正システムが、可視（ＶＩＳ）、近可視（ＶＩＳ／ＮＩＲ）、短波長赤外線（ＳＷＩＲ）、中波長赤外線（ＭＷＩＲ）、長波長赤外線（ＬＷＩＲ）および超長波長赤外線（ＶＬＷＩＲ）を含む、広範囲の電磁スペクトルにわたって使用されることを可能にする。
【００４１】
一実施形態では、複数の光学部材３１０は、２個以上の光学部材を含んでもよい。図示した実施形態では、図３および図４に示すように、複数の光学部材３１０が、３つの光学部材３１０Ａ〜Ｃを含む。例えば、光学部材３１０Ａ、３１０Ｂ、および３１０Ｃは、黒体源３０４Ａ、３０４Ｂ、および３０４Ｃにそれぞれ対応する。システム３００の光学部材３１０の数は、較正のために望まれる黒体または放射源の数に等しくともよく、３つに限定されるわけではない。
【００４２】
光学部材３１０は電気で駆動される光学部材であってもよい。一実施形態では、光学部材３１０は、放射が検出器３２８に均一に受信されるように、黒体源３０４からの放射エネルギーの焦点を合わせるように構成される電気で駆動される能動光学部材であってもよい。
【００４３】
一実施形態では、光学部材３１０Ａ、３１０Ｂ、および３１０Ｃは、同一の形状、同一のサイズ、同一の光強度および／または同一の他の特性を有してもよい。別の実施形態では、光学部材３１０Ａ、３１０Ｂ、および３１０Ｃは、異なる形状、異なるサイズ、異なる光強度および／または異なる他の特性を有してもよい。
【００４４】
一実施形態では、光学部材３１０Ａ、３１０Ｂ、および３１０Ｃは各黒体位置に対してカスタマイズされてもよく、その結果、潜在的な光学収差が最小になって、すべての３つの黒体の形状およびサイズを各位置で同一とすることができる。
【００４５】
図６〜図８を参照して詳細に説明されるように、光学部材３１０が較正位置にある場合には、光学部材３１０は、電磁放射またはエネルギーをその対応する放射源３０４から受信し、および、電磁放射またはエネルギーを検出器３２８に反射するように構成される。
【００４６】
従来のアプローチとは対照的に、パドルホイールまたは可動部材３０８は、各光学部材３１０Ａ〜Ｃの背後に温度センサーだけを必要とする。これは主に、放射源３０４が可動部材３０８に取り付けられておらず、および、可動部材３０８に対して移動しないからである。放射源が部材３０８に取り付けられているとしたら、可動部材３０８の回転軸を横切るためにケーブルラップの形態で、ヒーターおよび温度センサーのための重要なワイヤが必要となるであろう。ケーブルラップをわたる電源ワイヤおよび信号ワイヤを低減させることによって、ケーブルラップ設計が単純化できる。
【００４７】
システム３００は、複数の仕切り部（図示せず）も含む。各仕切り部は２つの光学部材３１０の間に配置されるので、各放射源はそれに対応する光学部材だけに光を当て、他の光学部材には光を当てないことができる。例えば、図６に示すように、光学部材３１０Ａは黒体源３０４Ａだけによって照射され、および３０４Ｂまたは３０４Ｃによっては照射されない。
【００４８】
位置決め機構３０６は、モーターおよびレゾルバ組み立て部品３２２も含む。可動部材３０８は、モーターおよびレゾルバ組み立て部品３２２に動作可能に接続されている。
【００４９】
モーターは、ベース部材３０２に対して、可動部材３０８の位置を変えるように構成される。一実施形態では、モーターは、駆動力を供給し、可動部材３０８の位置を可変とすることを補助するように構成されるステッパモーターであってもよい。一実施形態では、モーターは、制御システム（図示せず）の指令のもとで、較正目的で、可動部材３０８を移動または回転させるように操作可能である。モーターおよびレゾルバ組み立て部品３２２は、モーターから駆動力を受け取り、較正目的で、可動部材３０８を移動または回転させるように結合するアクチュエータを含んでもよい。
【００５０】
モーターおよびレゾルバ組み立て部品３２２は、例えば、回転位置などのモーター位置を検出し、および可動部材３０８の位置を決定するように構成されたレゾルバも含むことができる。レゾルバは、制御システムへ可動部材３０８の位置情報を送信することができ、制御システムはそれに応じてモーターの動作を制御する。
【００５１】
図５は、可動部材３０８およびその光学部材が収容位置にあり、実施形態による非較正モード動作にある較正システム３００を示す。
【００５２】
光学部材３１０Ａ、３１０Ｂ、および３１０Ｃが較正されない場合には、パドルまたは可動部材３０８は光路の外に移動する。すなわち、光学部材３１０Ａ、３１０Ｂ、および３１０Ｃが較正されない場合には、パドルまたは可動部材３０８およびその光学部材３１０Ａ、３１０Ｂ、および３１０Ｃは、防護環境（例えば、カバーの内側（図示せず））に収容される。これによって、較正間で光学部材が経験する熱環境を制御することで、光学部材３１０Ａ、３１０Ｂ、および３１０Ｃの熱的安定性が増す。
【００５３】
図６は、可動部材３０８が第１の光学部材３１０Ａとともに第１の動作位置にあり、実施形態による較正モードで動作する図３の較正システムを示す。
【００５４】
図６に示すように、較正は可動部材３０８を第１の動作位置に回転させることによって開始される。モーターおよびレゾルバ組み立て部品３２０は、可動部材３０８を第１の動作位置へ移動または回転させるように構成される。
【００５５】
可動部材３０８が第１の動作位置にある場合には、図６に示すように、光学部材３１０Ａは、電磁エネルギーをその対応する放射源３０４Ａから受信し、および、電磁放射またはエネルギーを検出器３２８に反射するように構成される（図４に示す）。すなわち、光学部材３１０Ａおよびその対応する放射源３０４Ａが較正モードの動作にある場合には、光学部材３１０Ｂおよび３１０Ｃおよびその対応する放射源３０４Ｂおよび３０４Ｃの動作は非較正モードである。２つの光学部材３１０Ａと３１０Ｂとの間に配置された仕切り部、および、光学部材３１０Ｂと３１０Ｃとの間に配置された仕切り部によって、光学部材３１０Ａはその対応する黒体源３０４Ａによってのみ照明され、および、他の黒体源３０４Ｂおよび３０４Ｃよっては照明されない。較正プロセス中に、図６に示されるように、可動部材３０８だけが（その光学部材に沿って）移動し、黒体源３０４Ａ〜Ｃは固定されたままである。
【００５６】
図７は、可動部材が、第２の光学部材３１０Ｂとともに第２の動作位置にあり、実施形態による較正モードで動作する図３の較正システムを示す。
【００５７】
可動部材３０８は、図６に示す第１の動作位置から、図７に示す第２の動作位置へ回転または移動する。一実施形態では、可動部材３０８は、第１の動作位置から第２の動作位置へ約４５°回転する。モーターおよびレゾルバ組み立て部品３２０は、第２の動作位置へ可動部材３０８を移動または回転させるように構成される。
【００５８】
可動部材３０８が図７に示す第２の動作位置にある場合には、光学部材３１０Ｂは、電磁放射またはエネルギーをその対応する放射源３０４Ｂから受信し、および、電磁放射またはエネルギーを検出器３２８に反射するように構成される（図４に示す）。すなわち、光学部材３１０Ｂおよびその対応する放射源３０４Ｂは較正モードで動作するが、その一方で光学部材３１０Ａおよび３１０Ｃ、並びに、その対応する放射源３０４Ａおよび３０４Ｃは非較正モードで動作する。２つの光学部材３１０Ａと３１０Ｂとの間に位置する仕切り部、および、光学部材３１０Ｂと３１０Ｃとの間に位置する仕切り部によって、光学部材３１０Ｂはその対応する黒体源３０４Ｂによってのみ照射され、および、他の黒体源３０４Ａおよび３０４Ｃによっては照射されない。較正プロセス中、図７に示されるように、可動部材３０８だけが（その光学部材に沿って）移動し、黒体源３０４Ａ〜Ｃは固定されたままである。
【００５９】
図８は、可動部材３０８が第３の光学部材３１０Ｃとともに第３の動作位置にあり、実施形態による較正モードで動作する図３の較正システムを示す。
【００６０】
可動部材３０８は、図７に示す第２の動作位置から、図８に示す第３の動作位置へ回転または移動する。一実施形態では、可動部材３０８は第２の動作位置から第３の動作位置へ約４５°回転する。モーターおよびレゾルバ組み立て部品３２０は、可動部材３０８を第３の動作位置へ移動または回転させるように構成される。
【００６１】
可動部材が図８に示す第３の動作位置にある場合には、光学部材３１０Ｃは、電磁放射またはエネルギーをその対応する放射源３０４Ｃから受信し、および、電磁放射またはエネルギーを検出器３２８に反射するように構成される（図４に示す）。すなわち、光学部材３１０Ｃおよびその対応する放射源３０４Ｃが較正モード動作である場合には、同時に光学部材３１０Ａおよび３１０Ｂ並びにその対応する放射源３０４Ａおよび３０４Ｂの動作は非較正モードである。２つの光学部材３１０Ａと３１０Ｂとの間に配置された仕切り部、および、光学部材３１０Ｂと３１０Ｃとの間に配置された仕切り部によって、光学部材３１０Ｃはその対応する黒体源３０４Ｃによってのみ照射され、および、他の黒体源３０４Ａおよび３０４Ｂによっては照射されない。較正プロセス中、図８に示されるように、可動部材３０８だけが（その光学部材に沿って）移動し、黒体源３０４Ａ〜Ｃは固定されたままである。
【００６２】
第３の動作位置で較正が実施された後に、可動部材３０８は約１４５°だけ反対方向に回転され、図５に示すように、可動部材３０８は収容位置（すなわち、光路の外）に移動する。
【００６３】
図３〜図８に示す実施形態では、本出願は、３つの光学部材と３つの光源を備えるシステム開示する。本発明の原理は、２つの（または４つの）光学部材と２つの（または４つの）光源を備えるシステムに同様に適用できることを意図している。該システムでは、可動部材は、（３つの代わりに）２つの（または４つの）動作位置を含む。
【００６４】
図３〜図８に示す実施形態では、本出願は１軸の周りに可動部材が回転するシステムを開示する。検出器を較正するために、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸のいずれかの軸に沿った直線方向または軸方向に、可動部材が移動するように構成されるシステムに、本発明の原理が適用できることを意図している。該実施形態では、可動部材は、１方向または軸に沿って、２個以上の異なる動作位置に移動する。各動作位置では、光学部材の１つが、その対応する放射源から電磁放射またはエネルギーを受信し、電磁放射またはエネルギーを検出器３２８に反射するように構成される。
【００６５】
本明細書に開示された較正システムは、宇宙用途で使用することができる。例えば、該較正システムは、宇宙船で露出されるオンボードの較正センサーとして使用することができる。
【００６６】
上述のように、本出願で開示される較正システムでは、従来使用されていた２つの機構に代わって、赤外線センサーまたは広帯域検出器などの検出器の較正を実施するために、たった１つの機構だけが使用される。これは、電気で駆動される光学部材を光路中に回転させ、異なる固定黒体に対向させることによって実現できる。
【００６７】
本発明は説明のために詳細に記載されたが、該詳細な説明は説明目的のためだけにあり、本発明の概念は開示された実施形態に限定されるわけではなく、それどころか、本発明の精神および添付の特許請求の範囲内の変更、および均等である配置を含むことが意図されていることが理解されるべきである。さらに、本開示によって、可能性がある範囲で、いずれかの実施形態の１つまたは複数の特徴は、いずれかの他の実施形態の１つまたは複数の特徴と組み合わせることが可能であることが想定されていることを理解するべきである。
【技術分野】
【０００１】
（政府の権利）
［公表されない連邦政府関係機関］との秘密契約による米国政府の支援のもとで、本発明は完成された。米国政府は本発明に関する特定の権利を保有できる。
【０００２】
本発明は、さまざまな放射源タイプからの電磁放射に応答する、赤外線（ＩＲ）センサー、または、すべての広帯域検出器のための較正システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
検出器は、典型的には、ピクセルアレーを含み、各ピクセルは、ピクセルに入射する電磁エネルギーに応答して、電流を生成または通過させるように動作可能である。ほとんどの場合に発生または通過する電流は、入射エネルギーに比例する。
【０００４】
これらのピクセルは、検出器の寿命の間で、応答動作中にいくらか変動する傾向がある。測定の均一性を確実にするためには、定期的な較正が一般的には望ましい。相互にピクセルの相対的な動作性能を知ることは重要である。知らない間の性能の変化によって、電磁エネルギー源の測定は、間違ったデータになる。このように、較正が使用されるので、ピクセルは非均一性補正などでピクセル間の変化を較正でき、およびピクセル応答の経時変化を較正できる。
【０００５】
典型的には、光源を、検出器または検出器近傍に配置することで較正を実施できる。光源は検出器を照明する。実験室環境の較正は典型的には配置前に実施されるが、配置後の定期的な再較正が上述した理由によって強く望まれる。
【０００６】
このタイプの検出器の組み立て品は、しばしば宇宙のベースデバイスで使用されるので、複雑な較正システムはまったく望まれない。サイズおよび重量は、組み立ておよび発射コストに絶えず存在する要因である。１つの構成要素のサイズおよび重量が大きくなるほど、一般に、いくつかの他の構成要素が小さくならなければいけない。
【０００７】
さらに、システムは、発射、展開中に遭遇する力に耐え、容易に保守できなくとも、繰り返し動作するように設計されなければならない。スペクトルフィルターホイールおよび案内システムなどの、検出器の機能のために強く望まれる多くの既存の構成要素もある。既存のシステムを害することのない、較正をするためのオプションも、困難であることが分かった。
【０００８】
図１および図２は、検出器１０２を較正するために使用される、従来のシステム１００を示す。図１は、非較正モードで動作するシステム１００を示し、一方、図２は較正モードで動作する較正システム１００を示す。
【０００９】
システム１００は、１つまたは複数の光源１１２（例えば、光源１１２Ａ〜Ｃ）、ミラー１１０および検出器１０２を備える光源組み立て部品１０８を具備する。光源１１２は、光を放出するように構成される。ミラー１１０は、光源１１２からの光を受信し、および、検出器１０２へ光の方向を変え、または反射するように構成される。
【００１０】
システム１００は、検出器１０２を較正するために使用される２つの機構も含む。これらの機構は、光源組み立て部品回転機構１０４とミラー回転機構１０６とを含む。光源組み立て部品回転機構１０４は、光源１１２を回転または移動させて、ミラー１１０に照射させ、従って検出器１０２を照射する。すなわち、光源組み立て部品回転機構１０４は検出器１０２の視野（ＦＯＶ）を光源１１２に向ける。ミラー回転機構１０６は、ミラー１１０を回転または移動させて、光源１１２からの入射光路にミラー１１０を入れるので、ミラー１１０は光源１１２からの光を受信し、および光を検出器１０２に入れる。
【００１１】
システム１００が較正モード中では、図２に示すように、光源１１２Ｂが光源組み立て部品回転機構１０４によって移動または回転され、および、ミラー１１０がミラー回転機構１０８によって移動または回転されるので、光源１１２Ｂから放出された光はミラー１１０で受信され、および、受信された光はミラー１１０で検出器１０２へ反射される。また、較正モード中は、光源１１２Ａおよびミラー１１０は移動または回転されるので、光源１１２Ａから放出された光はミラー１１０で受信され、および、ミラー１１０で検出器１０２へ反射されるとともに、光源１１２Ｃおよびミラー１１０は移動または回転されるので、光源１１２Ｃから放出された光はミラー１１０で受信され、および、ミラー１１０で検出器１０２へ反射される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
検出器１０２を較正するために使用される、これらの２つの個別の機構（すなわち、光源組み立て部品回転機構１０４とミラー回転機構１０６）はシステム１００を複雑にし、単一機構よりも信頼性に対するさらなる懸念を招く。
【００１３】
本発明の実施形態は、従来の較正システムを超える改良を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一実施形態は、検出器のための較正システムに関する。較正システムは、ベース部材、ベース部材に固定的に取り付けられる複数の放射源、およびベース部材に取り付けられる位置決め機構を含む。各放射源は異なる温度に維持され、および、電磁エネルギーを放出するように構成される。位置決め機構は、ベース部材および可動部材に配置される複数の光学部材に対して、１自由度を有する可動部材を含む。各光学部材は放射源の１つに対応し、および各光学部材は、少なくとも較正位置と非較正位置との間で移動可能であるように構成される。光学部材が較正位置にある場合には、光学部材は、その対応する放射源から電磁エネルギーを受信し、および、電磁エネルギーを検出器へ反射するように構成される。
【００１５】
動作方法および構造の関連する要素の機能および部品の組み合わせ、並びに、製造の経済性ばかりではなく、本発明のこれらの態様および他の態様は、同様の参照番号がさまざまな図の対応する部品を示し、そのすべてが本明細書の一部を構成する添付図面を参照して、以下の記載および添付の特許請求の範囲を検討することによって、より明らかになるであろう。本発明の一例では、本明細書で説明される構造上の構成要素は、縮小して記載されていると考えることができる。しかしながら、多くの他の構造が可能であり、および、図面は例示、解説および説明のためにだけにあり、および、本発明の範囲を決定または制限することは意図されていないことが明確に理解されるべきである。また、本明細書に開示された１つの実施形態の特徴は、本明細書に開示された他の実施形態で使用できることは当然のことである。本明細書および特許請求の範囲で使用される、単数形の「ひとつ（ａ）」、「ひとつ（ａｎ）」、および「前記（ｔｈｅ）」は、文脈上明らかに他の意味に解すべき場合を除き、複数形を含む。
【００１６】
単に例示に過ぎないが、対応する参照記号が対応する部分を示す、添付の概略図を参照して、種々の実施形態が開示される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】較正センサーのための従来のシステムを示し、ここで、システムは非較正モードで動作している。
【図２】較正モードで動作する図１の従来の較正システムを示す。
【図３】本発明の実施形態による検出器のための、較正システムを示す。
【図４】図３の較正システムの別の面を示す。
【図５】図３の較正システムを示し、本発明の実施形態による可動部材およびその光学部材は収容位置にあり、および非較正モード動作にある。
【図６】図３の較正システムを示し、ここで、本発明の実施形態による可動部材は、較正モードで動作し、第１の光学部材と共に動作位置にある。
【図７】図３の較正システムを示し、ここで、本発明の実施形態による可動部材は、較正モードで動作し、第２の光学部材と共に動作位置にある。
【図８】図３の較正システムを示し、ここで、本発明の実施形態による可動部材は、較正モードで動作し、第３の光学部材と共に動作位置にある。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本出願の背景技術で述べたように、従来の較正システムは少なくとも２つの自由度がある機構を備えていた。すなわち、従来の較正システムでは、２つの異なる機構を使用して検出器を較正する。１つの機構によってミラーを入射光路（すなわち、光源から）に移動させ、および別の機構が光源を移動または回転させる。これらの２つの個別の機構は較正システムを複雑にし、単一機構に対する信頼性の懸念よりも、さらなる信頼性の懸念を招く。
【００１９】
本発明は、たった１つの、１自由度機構を持つ較正システムを提供する。この１自由度機構は、超小型光学部品を備える部材を移動または回転させるので、光学部品は固定黒体の方向を指し示す。従って、本出願で提案されるパドルホイール較正器は、黒体を固定させて維持し、および第２の機構を取り除くことによって、較正システムの複雑さを低減する。
【００２０】
図３および図４は、本発明の実施形態による検出器３２８のための較正システム３００を示す。
【００２１】
一実施形態では、検出器３２８は、赤外線放射に応答するように構成される赤外線（ＩＲ）センサーである。赤外線（ＩＲ）センサーは、中波長赤外線放射、短波赤外線放射、または長波長赤外線放射に応答するように構成されることができる。例えば、検出器３２８は、中波長赤外線放射に応答するように構成されることができる、中波長赤外線（ＩＲ）センサーであってもよい。
【００２２】
別の実施形態では、検出器３２８は、異なるタイプの放射源からの電磁放射に応答するように構成されることができる。例えば、検出器は、可視光またはハイパースペクトル検出器に応答するように構成される、検出器を含むことができる。検出器３２８は、異なる可視源からの電磁放射に応答するように構成される、可視検出器であってもよい。以下に詳細に説明されるように、異なるタイプの放射源は、例えば、可視光放射源、赤外線放射源、および黒体放射源を含むことができる。
【００２３】
較正システム３００は、ベース部材３０２、ベース部材３０２に固定的に取り付けられる複数の放射源３０４、および、ベース部材３０２に取り付けられる位置決め機構３０６を含む。各放射源３０４は、異なる温度で維持でき、および、電磁エネルギーを放出するように構成される。位置決め機構３０６は、ベース部材３０２に対して１自由度を有する可動部材３０８、および、可動部材３０８に配置された複数の光学部材３１０を含む。各光学部材３１０は放射源３０４の１つに対応し、および各光学部材３１０は、少なくとも較正位置と非較正位置との間で移動可能であるように構成される。光学部材３１０が較正位置にある場合には、光学部材３１０は、電磁放射またはエネルギーをその対応する放射源３０４から受信し、および、電磁放射またはエネルギーを検出器３２８に反射するように構成される。
【００２４】
各放射源３０４は、その対応する光学部材３１０を介して、放射源３０４から放出された電磁放射またはエネルギーを検出器３２８が受信するように配置される。各放射源３０４は、検出器３２８が検出するために、十分な量の電磁放射またはエネルギーを放出できる、電磁放射またはエネルギー源のいずれかであり得る。
【００２５】
複数の放射源３０４は、２つの異なるタイプの放射源を含むことができる。異なるタイプの放射源は、可視光放射源、短波赤外線放射源、および長波長放射源を含むことができる。例えば、可視光放射源は、可視（ＶＩＳ）または近可視（ＶＩＳ／ＮＩＲ）放射を提供するように構成される。赤外線放射源は、短波長赤外線放射（ＳＷＩＲ）、中波長赤外線放射（ＭＷＩＲ）、長波長赤外線放射（ＬＷＩＲ）および／または超長波長赤外線（ＶＬＷＩＲ）放射を提供するように構成される。
【００２６】
各放射源３０４は、可視光の波長または可視光の波長よりも長い波長を有する放射線を放出することができる。例えば、各放射源３０４は、３９０ナノメートル（ｎｍ）から３００マイクロメートル（μｍ）の範囲の波長を有する放射線を放出する。一実施形態では、各放射源３０４は、黒体（例えば、加熱フィラメント）源を含むことができる。別の実施形態では、各放射源３０４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード、および／または、これらの組み合わせを含むことができる。
【００２７】
一実施形態では、複数の異なる放射源３０４が、検出器３２８に均一なピクセル照明を提供するように使用される。常に１つの放射源だけは使用することができるが、典型的には、複数の同時照明は均一性の較正には要求されない。複数の放射源３０４は、２個以上の黒体源３０４を含むことができる。図示した実施形態では、図３および図４に示すように、複数の放射源３０４は、３つの黒体源３０４Ａ〜Ｃを含む。
【００２８】
各放射源３０４は、異なる温度で維持できる。例えば、図示した実施形態では、３つの黒体源３０４Ａ〜Ｃは、３５０Ｋ〜４２０Ｋの温度範囲に維持される比較的高温の黒体源３０４Ｃ、２９０Ｋ〜３１０Ｋの温度範囲に維持される大気黒体源３０４Ｂ、および、２５０Ｋ〜２７５Ｋの温度範囲に維持される比較的低温の黒体源３０４Ａであり得る。一実施形態では、大気黒体源３０４Ｂは、比較的高温の黒体源３０４Ｃと比較的低温黒体源３０４Ａとの間の温度である温度範囲に維持される。一実施形態では、各黒体源３０４Ａ〜Ｃは、長さ０．７５インチおよび幅１．１インチであってもよい。別の実施形態では、各黒体源３０４Ａ〜Ｃは異なるサイズであってもよい。
【００２９】
各放射源３０４は、ベース部材３０２に固定して取り付けられる。すなわち、各放射源３０４は、その光学部材３１０に対して固定して配置される。
【００３０】
放射源がその光学部材に対して固定して維持されるこの配置は、高温放射源を加熱するために要求される電力供給を低減し、および、低温放射源に対する冷却量を低減させるように構成される。例えば、一実施形態では、個別の放射源は熱伝導材料（例えば、アルミニウムまたは銅）から生成され、および、黒色に塗布される（塗装またはコーティング）。これらの個別の放射源の温度および温度勾配は、厳重に管理され、測定される。放射源の温度は、環境温度未満または超える温度のいずれかであるので、熱冷却または加熱には、これらの放射源の温度を維持することが望まれる。真空では、伝導が熱伝達の最も効率的な方法の１つである。伝導よりも著しく効率が落ちる放射は、伝導の後の位置づけである。放射源とそれらの熱界面との熱接続は伝導性であるので、高温放射源の場合には、放射源を加熱するために要求されるパワーが低減される。低温放射源の場合には、放射源に対する熱界面温度は、黒体が回転台にあればそうであろう放射接続（例えば、放射リンクを介する）されている場合ほど低温であることは必要とされない。従って、固定黒体（放射源）を維持することは、パワーおよび冷却についてより効率的である。
【００３１】
一実施形態では、放射源３０４Ａ〜Ｃは、部材３１８および３２０を介して、ベース部材３０２に固定して取り付けられる。すなわち、放射源３０４Ａ〜Ｃは、部材３１８および３２０に固定的に取り付けられ、次に、ベース部材３０２に固定して取り付けられる。部材３１８は、低温黒体源３０４Ａと低温ラジエータ（図示せず）との間の熱界面としても機能する。部材３２０は、大気黒体源３０４Ｂと高温黒体源３０４Ｃとの間の熱界面として機能するように構成されるラジエータである。部材３１８は一般に低温熱界面と称し、および部材３２０は一般に高温熱界面と称する。
【００３２】
一実施形態では、さまざまなラジエータ界面が排除するパワーには制限があるので、これらのラジエータ界面の分離によって、単一の効率の良いラジエータ（「低温」）が、低温黒体源３０４Ａを受動的に冷却させるために使用されることを可能にする。部材３２０は、暖かい黒体源３０４Ｂと高温黒体源３０４Ｃを、効率が良くない、暖かいラジエータに取り付けるために使用できる。
【００３３】
放射源３０４は、当業者にとっては当然の、任意の好適な断熱取り付け機構によって、ベース部材３０２に固定して取り付けられる。一実施形態では、取り付け機構は、これに限定されるわけではないが、溶接、インターロック取り付け、摩擦取り付け、または接着を含む。
【００３４】
図４を参照すると、複数の断熱器３２６は、部材３１８とベース部材３０２との間、および、部材３２０とベース部材３０２との間に配置される。動作中に熱を生成する、光源選択機構モーターとのその接続によって、ベース部材３０２は、一般に低温および高温放射熱界面３１８および３２０とは異なる温度になる。断熱器３２６は、ベース部材３０２から低温放射熱界面または部材３１８への熱伝達、および、熱伝達ベース部材３０２から高温放射熱界面または部材３２０への熱伝達を最小にするように構成される。断熱器３２６の一例として、Ｇ−１０アイソレータであってもよい。別の実施形態では、これらの断熱器３２６は、熱伝導率が低い、いかなる材料から形成されてもよい。断熱器３２６は、部材３１８とベース部材３０２との間、および、部材３２０とベース部材３０２との間で、異なる断熱性を提供できるように構成される。
【００３５】
位置決め機構３０６は、ベース部材３０２に対して１自由度を有する可動部材３０８、および、可動部材３０８に配置された複数の光学部材３１０を含む。
【００３６】
本明細書で使用する場合、１自由度とは、１方向だけに沿った可動部材３０８の移動（すなわち、直線または軸方向運動、または、１軸だけに沿った可動部材３０８の移動）または、１軸だけの周りの可動部材３０８の回転のいずれかをいう場合がある。６自由度は、一般に、Ｘ、ＹおよびＺ軸に沿った軸方向運動または直線運動、および、これらの軸のそれぞれの周りの回転によって定義される。図示した実施形態では、可動部材３０８は、１軸の周りの可動部材３０８の回転を提供する１自由度である。しかしながら、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸のいずれかの軸に沿った、可動部材３０８の直線または軸方向運動を提供する１自由度を、可動部材３０８が持てることを意図している。
【００３７】
一実施形態では、可動部材３０８は、ベース部材３０２を通過する軸Ａ−Ａ（図４に示す）に対して回転可能である。
【００３８】
一実施形態では、可動部材３０８は、部分的なディスク形状構造の形態であってもよい。一実施形態では、可動部材３０８は、４分の１ディスク形状構造であってもよい。別の実施形態では、可動部材３０８は、２分の１ディスク形状構造であってもよい。
【００３９】
光学部材３１０は、可動部材３０８に配置されている。各光学部材３１０は放射源３０４の１つ、および各光学部に対応する。部材３１０は、少なくとも較正位置と非較正位置との間で移動可能であるように構成される。
【００４０】
一実施形態では、各光学部材３１０は、ファセット構造を含む。光学部材３１０のこのファセットミラー光学構造によって、本発明の較正システムが、可視（ＶＩＳ）、近可視（ＶＩＳ／ＮＩＲ）、短波長赤外線（ＳＷＩＲ）、中波長赤外線（ＭＷＩＲ）、長波長赤外線（ＬＷＩＲ）および超長波長赤外線（ＶＬＷＩＲ）を含む、広範囲の電磁スペクトルにわたって使用されることを可能にする。
【００４１】
一実施形態では、複数の光学部材３１０は、２個以上の光学部材を含んでもよい。図示した実施形態では、図３および図４に示すように、複数の光学部材３１０が、３つの光学部材３１０Ａ〜Ｃを含む。例えば、光学部材３１０Ａ、３１０Ｂ、および３１０Ｃは、黒体源３０４Ａ、３０４Ｂ、および３０４Ｃにそれぞれ対応する。システム３００の光学部材３１０の数は、較正のために望まれる黒体または放射源の数に等しくともよく、３つに限定されるわけではない。
【００４２】
光学部材３１０は電気で駆動される光学部材であってもよい。一実施形態では、光学部材３１０は、放射が検出器３２８に均一に受信されるように、黒体源３０４からの放射エネルギーの焦点を合わせるように構成される電気で駆動される能動光学部材であってもよい。
【００４３】
一実施形態では、光学部材３１０Ａ、３１０Ｂ、および３１０Ｃは、同一の形状、同一のサイズ、同一の光強度および／または同一の他の特性を有してもよい。別の実施形態では、光学部材３１０Ａ、３１０Ｂ、および３１０Ｃは、異なる形状、異なるサイズ、異なる光強度および／または異なる他の特性を有してもよい。
【００４４】
一実施形態では、光学部材３１０Ａ、３１０Ｂ、および３１０Ｃは各黒体位置に対してカスタマイズされてもよく、その結果、潜在的な光学収差が最小になって、すべての３つの黒体の形状およびサイズを各位置で同一とすることができる。
【００４５】
図６〜図８を参照して詳細に説明されるように、光学部材３１０が較正位置にある場合には、光学部材３１０は、電磁放射またはエネルギーをその対応する放射源３０４から受信し、および、電磁放射またはエネルギーを検出器３２８に反射するように構成される。
【００４６】
従来のアプローチとは対照的に、パドルホイールまたは可動部材３０８は、各光学部材３１０Ａ〜Ｃの背後に温度センサーだけを必要とする。これは主に、放射源３０４が可動部材３０８に取り付けられておらず、および、可動部材３０８に対して移動しないからである。放射源が部材３０８に取り付けられているとしたら、可動部材３０８の回転軸を横切るためにケーブルラップの形態で、ヒーターおよび温度センサーのための重要なワイヤが必要となるであろう。ケーブルラップをわたる電源ワイヤおよび信号ワイヤを低減させることによって、ケーブルラップ設計が単純化できる。
【００４７】
システム３００は、複数の仕切り部（図示せず）も含む。各仕切り部は２つの光学部材３１０の間に配置されるので、各放射源はそれに対応する光学部材だけに光を当て、他の光学部材には光を当てないことができる。例えば、図６に示すように、光学部材３１０Ａは黒体源３０４Ａだけによって照射され、および３０４Ｂまたは３０４Ｃによっては照射されない。
【００４８】
位置決め機構３０６は、モーターおよびレゾルバ組み立て部品３２２も含む。可動部材３０８は、モーターおよびレゾルバ組み立て部品３２２に動作可能に接続されている。
【００４９】
モーターは、ベース部材３０２に対して、可動部材３０８の位置を変えるように構成される。一実施形態では、モーターは、駆動力を供給し、可動部材３０８の位置を可変とすることを補助するように構成されるステッパモーターであってもよい。一実施形態では、モーターは、制御システム（図示せず）の指令のもとで、較正目的で、可動部材３０８を移動または回転させるように操作可能である。モーターおよびレゾルバ組み立て部品３２２は、モーターから駆動力を受け取り、較正目的で、可動部材３０８を移動または回転させるように結合するアクチュエータを含んでもよい。
【００５０】
モーターおよびレゾルバ組み立て部品３２２は、例えば、回転位置などのモーター位置を検出し、および可動部材３０８の位置を決定するように構成されたレゾルバも含むことができる。レゾルバは、制御システムへ可動部材３０８の位置情報を送信することができ、制御システムはそれに応じてモーターの動作を制御する。
【００５１】
図５は、可動部材３０８およびその光学部材が収容位置にあり、実施形態による非較正モード動作にある較正システム３００を示す。
【００５２】
光学部材３１０Ａ、３１０Ｂ、および３１０Ｃが較正されない場合には、パドルまたは可動部材３０８は光路の外に移動する。すなわち、光学部材３１０Ａ、３１０Ｂ、および３１０Ｃが較正されない場合には、パドルまたは可動部材３０８およびその光学部材３１０Ａ、３１０Ｂ、および３１０Ｃは、防護環境（例えば、カバーの内側（図示せず））に収容される。これによって、較正間で光学部材が経験する熱環境を制御することで、光学部材３１０Ａ、３１０Ｂ、および３１０Ｃの熱的安定性が増す。
【００５３】
図６は、可動部材３０８が第１の光学部材３１０Ａとともに第１の動作位置にあり、実施形態による較正モードで動作する図３の較正システムを示す。
【００５４】
図６に示すように、較正は可動部材３０８を第１の動作位置に回転させることによって開始される。モーターおよびレゾルバ組み立て部品３２０は、可動部材３０８を第１の動作位置へ移動または回転させるように構成される。
【００５５】
可動部材３０８が第１の動作位置にある場合には、図６に示すように、光学部材３１０Ａは、電磁エネルギーをその対応する放射源３０４Ａから受信し、および、電磁放射またはエネルギーを検出器３２８に反射するように構成される（図４に示す）。すなわち、光学部材３１０Ａおよびその対応する放射源３０４Ａが較正モードの動作にある場合には、光学部材３１０Ｂおよび３１０Ｃおよびその対応する放射源３０４Ｂおよび３０４Ｃの動作は非較正モードである。２つの光学部材３１０Ａと３１０Ｂとの間に配置された仕切り部、および、光学部材３１０Ｂと３１０Ｃとの間に配置された仕切り部によって、光学部材３１０Ａはその対応する黒体源３０４Ａによってのみ照明され、および、他の黒体源３０４Ｂおよび３０４Ｃよっては照明されない。較正プロセス中に、図６に示されるように、可動部材３０８だけが（その光学部材に沿って）移動し、黒体源３０４Ａ〜Ｃは固定されたままである。
【００５６】
図７は、可動部材が、第２の光学部材３１０Ｂとともに第２の動作位置にあり、実施形態による較正モードで動作する図３の較正システムを示す。
【００５７】
可動部材３０８は、図６に示す第１の動作位置から、図７に示す第２の動作位置へ回転または移動する。一実施形態では、可動部材３０８は、第１の動作位置から第２の動作位置へ約４５°回転する。モーターおよびレゾルバ組み立て部品３２０は、第２の動作位置へ可動部材３０８を移動または回転させるように構成される。
【００５８】
可動部材３０８が図７に示す第２の動作位置にある場合には、光学部材３１０Ｂは、電磁放射またはエネルギーをその対応する放射源３０４Ｂから受信し、および、電磁放射またはエネルギーを検出器３２８に反射するように構成される（図４に示す）。すなわち、光学部材３１０Ｂおよびその対応する放射源３０４Ｂは較正モードで動作するが、その一方で光学部材３１０Ａおよび３１０Ｃ、並びに、その対応する放射源３０４Ａおよび３０４Ｃは非較正モードで動作する。２つの光学部材３１０Ａと３１０Ｂとの間に位置する仕切り部、および、光学部材３１０Ｂと３１０Ｃとの間に位置する仕切り部によって、光学部材３１０Ｂはその対応する黒体源３０４Ｂによってのみ照射され、および、他の黒体源３０４Ａおよび３０４Ｃによっては照射されない。較正プロセス中、図７に示されるように、可動部材３０８だけが（その光学部材に沿って）移動し、黒体源３０４Ａ〜Ｃは固定されたままである。
【００５９】
図８は、可動部材３０８が第３の光学部材３１０Ｃとともに第３の動作位置にあり、実施形態による較正モードで動作する図３の較正システムを示す。
【００６０】
可動部材３０８は、図７に示す第２の動作位置から、図８に示す第３の動作位置へ回転または移動する。一実施形態では、可動部材３０８は第２の動作位置から第３の動作位置へ約４５°回転する。モーターおよびレゾルバ組み立て部品３２０は、可動部材３０８を第３の動作位置へ移動または回転させるように構成される。
【００６１】
可動部材が図８に示す第３の動作位置にある場合には、光学部材３１０Ｃは、電磁放射またはエネルギーをその対応する放射源３０４Ｃから受信し、および、電磁放射またはエネルギーを検出器３２８に反射するように構成される（図４に示す）。すなわち、光学部材３１０Ｃおよびその対応する放射源３０４Ｃが較正モード動作である場合には、同時に光学部材３１０Ａおよび３１０Ｂ並びにその対応する放射源３０４Ａおよび３０４Ｂの動作は非較正モードである。２つの光学部材３１０Ａと３１０Ｂとの間に配置された仕切り部、および、光学部材３１０Ｂと３１０Ｃとの間に配置された仕切り部によって、光学部材３１０Ｃはその対応する黒体源３０４Ｃによってのみ照射され、および、他の黒体源３０４Ａおよび３０４Ｂによっては照射されない。較正プロセス中、図８に示されるように、可動部材３０８だけが（その光学部材に沿って）移動し、黒体源３０４Ａ〜Ｃは固定されたままである。
【００６２】
第３の動作位置で較正が実施された後に、可動部材３０８は約１４５°だけ反対方向に回転され、図５に示すように、可動部材３０８は収容位置（すなわち、光路の外）に移動する。
【００６３】
図３〜図８に示す実施形態では、本出願は、３つの光学部材と３つの光源を備えるシステム開示する。本発明の原理は、２つの（または４つの）光学部材と２つの（または４つの）光源を備えるシステムに同様に適用できることを意図している。該システムでは、可動部材は、（３つの代わりに）２つの（または４つの）動作位置を含む。
【００６４】
図３〜図８に示す実施形態では、本出願は１軸の周りに可動部材が回転するシステムを開示する。検出器を較正するために、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸のいずれかの軸に沿った直線方向または軸方向に、可動部材が移動するように構成されるシステムに、本発明の原理が適用できることを意図している。該実施形態では、可動部材は、１方向または軸に沿って、２個以上の異なる動作位置に移動する。各動作位置では、光学部材の１つが、その対応する放射源から電磁放射またはエネルギーを受信し、電磁放射またはエネルギーを検出器３２８に反射するように構成される。
【００６５】
本明細書に開示された較正システムは、宇宙用途で使用することができる。例えば、該較正システムは、宇宙船で露出されるオンボードの較正センサーとして使用することができる。
【００６６】
上述のように、本出願で開示される較正システムでは、従来使用されていた２つの機構に代わって、赤外線センサーまたは広帯域検出器などの検出器の較正を実施するために、たった１つの機構だけが使用される。これは、電気で駆動される光学部材を光路中に回転させ、異なる固定黒体に対向させることによって実現できる。
【００６７】
本発明は説明のために詳細に記載されたが、該詳細な説明は説明目的のためだけにあり、本発明の概念は開示された実施形態に限定されるわけではなく、それどころか、本発明の精神および添付の特許請求の範囲内の変更、および均等である配置を含むことが意図されていることが理解されるべきである。さらに、本開示によって、可能性がある範囲で、いずれかの実施形態の１つまたは複数の特徴は、いずれかの他の実施形態の１つまたは複数の特徴と組み合わせることが可能であることが想定されていることを理解するべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出器のための較正システムであって、
ベース部材と、
前記ベース部材に固定的に取り付けられた複数の放射源であって、各放射源が異なる温度または強度レベルに維持され、および、電磁放射を放出するように構成された、放射源と、
前記ベース部材に取り付けられた位置決め機構と、を備え、
前記位置決め機構は、
前記ベース部材に対して１自由度を有する可動部材と、
前記可動部材に配置された複数の光学部材であって、各光学部材が前記放射源の１つに対応し、および、各光学部材が少なくとも較正位置と非較正位置との間で移動可能に構成された光学部材と、を備え、
前記光学部材が前記較正位置にある場合、当該光学部材は、その対応する放射源からの前記電磁放射を受信し、および、当該電磁放射を検出器へ反射するように構成される、較正システム。
【請求項２】
請求項１記載の較正システムにおいて、
前記複数の放射源は、２個以上の黒体源を含む、較正システム。
【請求項３】
請求項１記載の較正システムにおいて、
前記複数の光学部材は、２個以上の光学部材を含む、較正システム。
【請求項４】
請求項１記載の較正システムにおいて、
各光学部材は、電気で駆動される光学部材である、較正システム。
【請求項５】
請求項１記載の較正システムにおいて、
前記ベース部材に対して前記放射源を固定された位置に配置することによって、当該放射源を効率的に熱伝導制御するように構成された、較正システム。
【請求項６】
請求項２記載の較正システムにおいて、
前記複数の放射源は、３つの黒体源を含む、較正システム。
【請求項７】
請求項６記載の較正システムにおいて、
前記３つの黒体源は、比較的高温の黒体源、比較的低温の黒体源および大気黒体源を含む、較正システム。
【請求項８】
請求項１記載の較正システムにおいて、
複数の仕切り部を更に含み、
各仕切り部は２つの光学部材に間に配置され、各放射源はその対応する光学部材だけを照明する、較正システム。
【請求項９】
請求項１記載の較正システムにおいて、
前記可動部材は収容位置に移動可能に構成され、較正間で前記光学部材を熱的に安定させた、較正システム。
【請求項１０】
請求項１記載の較正システムにおいて、
前記可動部材は、前記ベース部材を通過する軸に対して回転可能である、較正システム。
【請求項１１】
請求項１記載の較正システムにおいて、
前記検出器は、赤外線放射に応答するように構成される赤外線（ＩＲ）センサーである、較正システム。
【請求項１２】
請求項１記載の較正システムにおいて、
前記複数の放射源は、少なくとも２つの異なるタイプの放射源を含む、較正システム。
【請求項１３】
請求項１２記載の較正システムにおいて、
前記異なるタイプの放射源には、可視光放射源と赤外線放射源とが含まれる、較正システム。
【請求項１４】
請求項１２記載の較正システムにおいて、
前記赤外線放射源は、短波長赤外線放射（ＳＷＩＲ）、中波長赤外線放射（ＭＷＩＲ）、長波長赤外線放射（ＬＷＩＲ）および／または超長波長赤外線（ＶＬＷＩＲ）放射を提供するように構成された、較正システム。
【請求項１５】
請求項１２記載の較正システムにおいて、
前記可視光放射源は、可視放射または近可視放射を提供するように構成された、較正システム。
【請求項１６】
請求項１記載の較正システムにおいて、
前記検出器は、異なる可視源からの前記電磁放射に応答するように構成された可視検出器である、較正システム。
【請求項１】
検出器のための較正システムであって、
ベース部材と、
前記ベース部材に固定的に取り付けられた複数の放射源であって、各放射源が異なる温度または強度レベルに維持され、および、電磁放射を放出するように構成された、放射源と、
前記ベース部材に取り付けられた位置決め機構と、を備え、
前記位置決め機構は、
前記ベース部材に対して１自由度を有する可動部材と、
前記可動部材に配置された複数の光学部材であって、各光学部材が前記放射源の１つに対応し、および、各光学部材が少なくとも較正位置と非較正位置との間で移動可能に構成された光学部材と、を備え、
前記光学部材が前記較正位置にある場合、当該光学部材は、その対応する放射源からの前記電磁放射を受信し、および、当該電磁放射を検出器へ反射するように構成される、較正システム。
【請求項２】
請求項１記載の較正システムにおいて、
前記複数の放射源は、２個以上の黒体源を含む、較正システム。
【請求項３】
請求項１記載の較正システムにおいて、
前記複数の光学部材は、２個以上の光学部材を含む、較正システム。
【請求項４】
請求項１記載の較正システムにおいて、
各光学部材は、電気で駆動される光学部材である、較正システム。
【請求項５】
請求項１記載の較正システムにおいて、
前記ベース部材に対して前記放射源を固定された位置に配置することによって、当該放射源を効率的に熱伝導制御するように構成された、較正システム。
【請求項６】
請求項２記載の較正システムにおいて、
前記複数の放射源は、３つの黒体源を含む、較正システム。
【請求項７】
請求項６記載の較正システムにおいて、
前記３つの黒体源は、比較的高温の黒体源、比較的低温の黒体源および大気黒体源を含む、較正システム。
【請求項８】
請求項１記載の較正システムにおいて、
複数の仕切り部を更に含み、
各仕切り部は２つの光学部材に間に配置され、各放射源はその対応する光学部材だけを照明する、較正システム。
【請求項９】
請求項１記載の較正システムにおいて、
前記可動部材は収容位置に移動可能に構成され、較正間で前記光学部材を熱的に安定させた、較正システム。
【請求項１０】
請求項１記載の較正システムにおいて、
前記可動部材は、前記ベース部材を通過する軸に対して回転可能である、較正システム。
【請求項１１】
請求項１記載の較正システムにおいて、
前記検出器は、赤外線放射に応答するように構成される赤外線（ＩＲ）センサーである、較正システム。
【請求項１２】
請求項１記載の較正システムにおいて、
前記複数の放射源は、少なくとも２つの異なるタイプの放射源を含む、較正システム。
【請求項１３】
請求項１２記載の較正システムにおいて、
前記異なるタイプの放射源には、可視光放射源と赤外線放射源とが含まれる、較正システム。
【請求項１４】
請求項１２記載の較正システムにおいて、
前記赤外線放射源は、短波長赤外線放射（ＳＷＩＲ）、中波長赤外線放射（ＭＷＩＲ）、長波長赤外線放射（ＬＷＩＲ）および／または超長波長赤外線（ＶＬＷＩＲ）放射を提供するように構成された、較正システム。
【請求項１５】
請求項１２記載の較正システムにおいて、
前記可視光放射源は、可視放射または近可視放射を提供するように構成された、較正システム。
【請求項１６】
請求項１記載の較正システムにおいて、
前記検出器は、異なる可視源からの前記電磁放射に応答するように構成された可視検出器である、較正システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−４７６６７（Ｐ２０１３−４７６６７Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−１３５６６０（Ｐ２０１２−１３５６６０）
【出願日】平成２４年６月１５日（２０１２．６．１５）
【出願人】（５０３４５５３６３）レイセオン カンパニー (244)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３５６６０（Ｐ２０１２−１３５６６０）
【出願日】平成２４年６月１５日（２０１２．６．１５）
【出願人】（５０３４５５３６３）レイセオン カンパニー (244)
【Ｆターム（参考）】
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