JP2012058037A - Spectrum imaging device, spectrum imaging method, and line light scanning mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像対象のスペクトルデータを撮像するスペクトル撮像装置、及びスペクトル撮像方法、及びそれらスペクトル撮像装置、スペクトル撮像方法に用いられるライン光走査機構に関する。 The present invention relates to a spectral imaging device and a spectral imaging method for imaging spectral data to be imaged, and a line light scanning mechanism used in the spectral imaging device and the spectral imaging method.
撮像対象を撮像する装置として、一般にスペクトルカメラと称されるスペクトル撮像装置が知られている。このスペクトル撮像装置は通常、スリットの走査により順次取り込まれる光像を波長毎に分光しつつ撮像素子に受光させることによって撮像対象を撮像するようにしている。こうしたスペクトル撮像装置としては、例えば特許文献1に記載の装置が知られている。そして従来、この特許文献1に記載のスペクトル撮像装置を図10に示す。 As an apparatus for imaging an imaging target, a spectrum imaging apparatus generally called a spectrum camera is known. This spectral imaging apparatus normally captures an imaging target by causing an imaging device to receive light while spectrally separating light images sequentially taken by scanning of a slit for each wavelength. As such a spectral imaging apparatus, for example, an apparatus described in Patent Document 1 is known. Conventionally, a spectrum imaging apparatus described in Patent Document 1 is shown in FIG.
図10に示すように、このスペクトル撮像装置は、撮像対象から観測される観測光を受光して分光する分光部10を備えている。この分光部10では、例えば回折格子による分光方式が採用されており、400nm〜800nmの可視光から近赤外までの領域の観測光が複数の波長領域に分光される。また分光部10は、撮像対象の観測光が取り込まれるレンズ11を備えている。こうした分光部10ではまず、撮像対象の観測光がレンズ11を介して取り込まれると、この観測光は微細な幅のスリットが形成されたスリット板12に照射される。そして、スリット板12に照射された観測光は、同スリット板12のスリットを通過する際に、同スリットのスリット方向である水平方向(X軸方向)に平行な光へと変換されて回折格子13に照射される。回折格子13は、例えば直線状の複数の凹凸が並設された格子パターンを有する基板として構成されており、スリット板12のスリットを通過したX軸方向に平行なライン状の光であるスリット光(ライン光)を複数の波長領域に分光する。こうして、回折格子13によって分光された光はレンズ14へと入射される。そして、レンズ14により回折格子13にて分光された光が撮像素子15の撮像面に結像される。この撮像素子15は、例えばCCDイメージセンサによって構成されており、同撮像素子15の撮像面に結像された光を光電変換により電気信号へと変換する。そして、撮像素子15にて変換された電気信号が解析部20に入力される。
As shown in FIG. 10, the spectrum imaging apparatus includes a
また、こうした分光部10を構成するスリット板12、回折格子13、レンズ14及び撮像素子15は、光学ステージ16上に設けられている。光学ステージ16は、ドライブ回路17による制御のもとに、分光部10に対する光の入射方向に対して垂直方向、かつ、上記X軸方向に対して垂直なY軸方向に上下動作する。そして、こうした光学ステージ16を上下動させることによって、X軸に平行なスリット光がY軸方向へと移動されるようになり、撮像対象が2次元的に走査されるようになる。また、分光部10は、レンズ11を駆動させるアクチュエータとしてのフォーカス駆動部18を備えている。フォーカス駆動部18は、回折格子13を透過して分光された光のうちの0次回折光が上記撮像素子15面上に合焦しているか否かを判断し、撮像素子15面上で合焦するようにレンズ11を駆動させる。
Further, the slit plate 12, the diffraction grating 13, the
一方、こうしたスペクトル撮像装置は、上記撮像素子15が出力した電気信号に基づいて撮像対象の観測光の成分分析、光の強度などの物理量の2次元平面における分布の算出などを行う解析部20を備えている。解析部20は、CPU21、HSD記録部22、スペクトル空間演算部23、画像分類演算部24によって構成されている。
On the other hand, such a spectral imaging apparatus includes an
このうちCPU21は、撮像素子15で生成された電気信号(デジタル信号)を入力す
ると、この電気信号をハイパースペクトルデータ(HSD)としてHSD記録部22に記録させる。
Among these, when the electric signal (digital signal) generated by the
HSD記録部22は、撮像対象のスペクトルデータをハイパースペクトルデータとして記録する。ハイパースペクトルデータは、例えば、640×800ピクセルの画像領域を有しており、それぞれのピクセル毎に複数の波長領域のスペクトル情報が含まれている。すなわち、各ピクセルは、個々に読み出しが可能な、「画像平面の位置(x、y)及び波長(λ)を示す3次元のデータとして構成されている。
The HSD
スペクトル空間演算部23は、撮像素子15から出力された電気信号に基づいて各ピクセルの画像平面の位置(x,y)を算出する。また、スペクトル空間演算部23は、ピクセルの画像平面の位置(x,y)と、波長λとの対応付けを行う。画像分類演算部24は、各ピクセルの(x,y,λ)の3次元のデータセットに基づいて、複数の波長領域毎に画像平面上の物理量の分布を算出する。
The spectrum
そして、このように構成される解析部20による撮像対象の解析結果として、複数の波長領域毎の画像平面上の物理量(光の強度)の分布等に関する情報が表示部30に視覚的に表示される。
Then, as an analysis result of the imaging target by the
こうしたスペクトル撮像装置による対象物の撮像に際しては、図11に示すように、まず撮影対象の映像がレンズ11に取り込まれる(ステップS11)。このとき、レンズ11を透過した光は、所定の位置(Y=yi)にあるスリット板12に照射される。そして、スリット板12のスリットを通過したX軸方向に平行なスリット光が、上記回折格子13によって波長毎に分光される(ステップS12)。次いで、この分光された光が上記撮像素子15に受光され、この受光された光が電気信号(デジタル信号)に変換されて上記解析部20を構成するCPU21に取り込まれる。
When an object is imaged by such a spectrum imaging apparatus, as shown in FIG. 11, first, an image to be imaged is captured by the lens 11 (step S11). At this time, the light transmitted through the
そして、上記HSD記録部22によってスリット板12の所定位置(Y=yi)でのX軸方向位置xと波長領域の値λとが関連付けられて記録されると(ステップS13)、上記光学ステージ16がy軸方向に移動される(ステップS14)。
When the
こうして、上記ステップS11からステップS14が適宜繰り返されることにより、スリット板12が規定位置の上端から下端(Y=y1〜yn)まで移動したときのX軸方向の各位置情報x及び各波長領域λに関する情報が撮像対象の一画像に相当するスペクトルデータとして蓄積されるようになる(ステップS15)。そして、この蓄積されたスペクトルデータ(x,y,λ)をもとに、各波長領域の値(λ)に各々対応する(x,y)画像が再構成されるようになる(ステップS16)。これにより、各波長領域λに対応したX軸方向及びY軸方向に配列された画像の取得を通じて撮像対象が撮像されるようになる。 Thus, by repeating the above steps S11 to S14 as appropriate, each position information x and each wavelength in the X-axis direction when the slit plate 12 moves from the upper end to the lower end (Y = y 1 to y n ) of the specified position. Information regarding the region λ is accumulated as spectral data corresponding to one image to be imaged (step S15). Then, based on the accumulated spectrum data (x, y, λ), (x, y) images respectively corresponding to the values (λ) of the respective wavelength regions are reconstructed (step S16). . As a result, the imaging target is imaged through acquisition of images arranged in the X-axis direction and the Y-axis direction corresponding to each wavelength region λ.
ところで、上記スリット板12の走査を通じた撮像対象のスペクトルデータの取得は、上記回折格子13の手前に配置されたスリット板12をその規定位置の上端から下端まで上下動させる往復移動を通じて行われる。そして通常、撮像対象のスペクトルデータは、スリット板12が往復移動する際の往路にのみ取得される。このため、例えば規定位置の
上端から下端に移動したスリット板12が規定位置の下端から上端に戻る復路動作が行われる際には、スペクトルデータの取得は行われず、この復路動作が行われる期間がスペクトルデータを取得する上での空白期間となってしまう。そのため、撮像対象を取得する際には、この空白期間を含んだ時間を要することとなり撮像時間の長期化を招いていた。もっとも、上記スペクトル撮像装置自体がそもそも、人工衛星や航空機等に搭載されて、地表等の静止画像を撮像することを目的に開発された装置であることから、このような用途に用いられる限り、こうした撮像時間の長期化等があえて問題視されることはなかった。
By the way, the acquisition of the spectral data of the imaging target through the scanning of the slit plate 12 is performed through a reciprocating movement in which the slit plate 12 arranged in front of the
一方、最近は、上記スペクトル撮像装置を自動車等の車両に搭載し、車両周辺の各種対象をこのスペクトル撮像装置によって撮像することが検討されている。すなわちこの場合には、撮像対象が移動体であったり、あるいはたえず変化していることが多く、ある撮像対象に対して許容される撮像時間も限られるようになることから、そうした撮像対象を適切に撮像する上で、上述した空白期間が無視できないものとなる。 On the other hand, recently, it has been studied to mount the spectral imaging device on a vehicle such as an automobile and to image various objects around the vehicle with the spectral imaging device. That is, in this case, the imaging target is often a moving object or constantly changing, and the imaging time allowed for a certain imaging target is limited. Therefore, the above-described blank period cannot be ignored.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スリット走査に起因する撮像時間の冗長性を解消して、いかなる撮像対象に対しても迅速なスペクトル撮像を可能とするスペクトル撮像装置及びスペクトル撮像方法、及びそれらスペクトル撮像装置、スペクトル撮像方法に用いられるライン光走査機構を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to eliminate the redundancy of imaging time due to slit scanning and enable rapid spectral imaging for any imaging target. Another object of the present invention is to provide a spectral imaging device and a spectral imaging method, and a line light scanning mechanism used in the spectral imaging device and the spectral imaging method.
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の発明は、撮像対象から観測される観測光をライン状の光に順次変換走査しつつ分光器に取り込むとともに、この分光器で分光されたそれぞれ波長の異なる光を撮像素子に受光させることによって前記撮像対象の撮像を行うスペクトル撮像装置であって、前記観測光をライン状の光に順次変換走査する機構として、変換すべきライン状の光に対応する形状を有してその長手方向に設けられた軸を中心に各別に回動可能な光選択部材が前記観測光を走査する分解能に対応する数だけ配列されたライン光走査機構を備え、該ライン光走査機構を構成する前記光選択部材の選択的な回動に基づいて前記観測光を順次ライン状の光に変換走査して前記分光器に取り込むようにしたことを要旨とする。
Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
According to the first aspect of the present invention, the observation light observed from the object to be imaged is taken into the spectroscope while being sequentially scanned into a line-shaped light, and light having different wavelengths separated by the spectroscope is input to the image sensor. A spectral imaging apparatus for imaging the imaging target by receiving light, and having a shape corresponding to the line-shaped light to be converted as a mechanism for sequentially converting and scanning the observation light into line-shaped light A line light scanning mechanism in which light selection members that are individually rotatable around an axis provided in the longitudinal direction are arranged in a number corresponding to the resolution for scanning the observation light, and constitute the line light scanning mechanism The gist is that the observation light is sequentially converted into a line-shaped light based on the selective rotation of the light selection member, and is taken into the spectroscope.
上記構成によれば、上記光選択部材の各々の回動を通じて、撮像対象から観測された観測光がライン状の光に順次変換される。すなわち、各々の光選択部材が順次回動することによって、撮像対象から観測された観測光が走査されるようになる。このため、各光選択部材の周期的な回動を通じて撮像対象の観測光を走査することができるようになり、撮像対象のスペクトルデータを連続的に取得することができるようになる。これにより、撮像対象から取得されるスペクトルデータに基づいて同撮像対象を撮像する上で、スリット走査に起因する撮像時間の冗長性が解消されるようになり、いかなる撮像対象に対しても迅速なスペクトル撮像が可能となる。 According to the said structure, the observation light observed from the imaging object is sequentially converted into a line-shaped light through each rotation of the said light selection member. That is, the observation light observed from the imaging target is scanned by sequentially rotating each light selection member. For this reason, the observation light of the imaging target can be scanned through the periodic rotation of each light selection member, and the spectral data of the imaging target can be continuously acquired. This eliminates the redundancy of the imaging time due to slit scanning when imaging the imaging object based on the spectrum data acquired from the imaging object, so that any imaging object can be quickly processed. Spectral imaging is possible.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のスペクトル撮像装置において、前記光選択部材が光の反射体からなり、前記ライン光走査機構は、前記光選択部材の順次選択的な回動に基づき反射されてライン状の光に変換された観測光を前記分光器に取り込ませるものであることを要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in the spectral imaging apparatus according to the first aspect, the light selection member is formed of a light reflector, and the line light scanning mechanism is configured to sequentially rotate the light selection member. The gist of the present invention is to allow the spectroscope to take in the observation light that has been reflected and converted into line-shaped light.
上記構成によれば、光の反射体による光選択部材の順次選択的な回動に基づき、撮像対象から観測された観測光がライン状の光に変換されるとともに、この変換された光が分光器へと案内される。これにより、上記光選択部材による光の反射作用を利用して、より簡易な構成のもとに観測光を走査することができるようになる。 According to the above configuration, the observation light observed from the imaging target is converted into line-shaped light based on the sequential selective rotation of the light selection member by the light reflector, and the converted light is spectrally separated. Guided to the vessel. As a result, the observation light can be scanned with a simpler structure by utilizing the light reflecting action of the light selection member.
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載のスペクトル撮像装置において、前記光選択
部材が隙間なく配列された光の遮蔽体からなり、前記ライン光走査機構は、前記光選択部材の順次選択的な回動に基づき透過されてライン状の光に変換された観測光を前記分光器に取り込ませるものであることを要旨とする。
According to a third aspect of the present invention, in the spectral imaging apparatus according to the first aspect, the light selection member is formed of a light shield arranged without a gap, and the line light scanning mechanism is configured by sequentially arranging the light selection members. The gist of the invention is to allow the spectroscope to take in observation light that is transmitted based on selective rotation and converted into line-shaped light.
上記構成によれば、光の遮蔽体による光選択部材の順次選択的な回動に基づき、この光選択部材を透過した観測光がライン状の光に変換されるとともに、この変換されたライン状の光が分光器へと案内される。これにより、上記光選択部材による光の遮蔽及び透過を利用して、より簡易な構成のもとに観測光を走査することができるようになる。 According to the above configuration, the observation light transmitted through the light selection member is converted into line-shaped light based on the sequential selective rotation of the light selection member by the light shield, and the converted line shape Are guided to the spectroscope. This makes it possible to scan the observation light with a simpler configuration by using the shielding and transmission of light by the light selection member.
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載のスペクトル撮像装置において、前記光選択部材が隙間なく配列された光の反射体からなり、前記ライン光走査機構は、前記光選択部材の順次選択的な回動に基づき透過されてライン状の光に変換された観測光を前記分光器に取り込ませるものであることを要旨とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the spectral imaging apparatus according to the first aspect, the light selection members are made of light reflectors arranged without gaps, and the line light scanning mechanism is arranged in order of the light selection members. The gist of the invention is to allow the spectroscope to take in observation light that is transmitted based on selective rotation and converted into line-shaped light.
上記構成によれば、光の反射体による光選択部材の順次選択的な回動に基づき、この光選択部材を透過した観測光がライン状の光に変換されるとともに、この変換された光が分光器へと案内される。一方、回動されていない光選択部材に投射された光は同光選択部材によって分光器が存在しない方向へと反射される。このように上記構成によっても、上記光選択部材による光の反射及び透過を利用して、より簡易な構成のもとに観測光を走査することができるようになる。 According to the above configuration, the observation light transmitted through the light selection member is converted into line-shaped light based on the sequential selective rotation of the light selection member by the light reflector, and the converted light is Guided to the spectrometer. On the other hand, the light projected on the light selection member that is not rotated is reflected by the same light selection member in the direction in which the spectroscope does not exist. Thus, also with the above configuration, the observation light can be scanned with a simpler configuration by utilizing the reflection and transmission of light by the light selection member.
請求項5に記載の発明は、請求項2または4に記載のスペクトル撮像装置において、前記反射体が、静電共振されるMEMSミラーからなることを要旨とする。
上記構成によるように、静電共振されるMEMSミラーによって上記反射体を構成することとすれば、各反射体の静電作用に基づいて各反射体の回動を実現することができるようになる。これにより、上記ライン光走査機構の小型化が図られるようになるとともに、ライン光走査機構としての実用性が高められるようになる。
The gist of a fifth aspect of the present invention is the spectrum imaging apparatus according to the second or fourth aspect, wherein the reflector is a MEMS mirror that is electrostatically resonated.
If the reflector is constituted by a MEMS mirror that is electrostatically resonated as in the above configuration, the rotation of each reflector can be realized based on the electrostatic action of each reflector. . As a result, the line light scanning mechanism can be miniaturized and the practicality of the line light scanning mechanism can be enhanced.
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載のスペクトル撮像装置において、前記MEMSミラーは正方形状のミラーからなり、前記光選択部材の各々は、この正方形状のMEMSミラーが前記変換すべき光のライン方向に配列されて、光選択部材の別にそれぞれ同時駆動されることを要旨とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the spectral imaging apparatus according to the fifth aspect, the MEMS mirror includes a square mirror, and each of the light selection members is to be converted by the square MEMS mirror. The gist is that they are arranged in the light line direction and are simultaneously driven separately for each light selection member.
上記構成によれば、正方形状のMEMSミラーが変換すべき光のライン方向に配列されることによって上記光選択部材が構成される。そして、この配列されたMEMSミラーの列毎の同時駆動を通じて、撮像対象から観測された観測光がライン状の光に順次変換されるようになる。これにより、MEMSミラーとして既存の正方形状のMEMSミラーを採用する場合であれ、上記光選択部材を構成することが可能となり、ライン光走査機構としての汎用性が向上されるようになる。 According to the said structure, the said light selection member is comprised by arranging the square-shaped MEMS mirror in the line direction of the light which should be converted. The observation light observed from the imaging target is sequentially converted into line light through the simultaneous driving of the arranged MEMS mirrors for each column. Accordingly, even when an existing square MEMS mirror is employed as the MEMS mirror, the light selection member can be configured, and versatility as a line light scanning mechanism is improved.
請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のいずれか一項に記載のスペクトル撮像装置において、ライン光走査機構は、前記配列された光選択部材の各々を一方向に連続的に回動させることで前記観測光を一方向に順次変換走査するものであることを要旨とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the spectral imaging apparatus according to any one of the first to sixth aspects, the line light scanning mechanism continuously rotates each of the arranged light selection members in one direction. The gist is that the observation light is sequentially converted and scanned in one direction by being moved.
上記構成によれば、上記配列された光選択部材の各々が一方向に連続的に回動されることによって上記観測光が一方向に順次変換走査される。このため、撮像対象の観測光に対する走査を一定の方向に対して行うことができるようになり、この変換走査に応じたスペクトルデータを取得することができるようになる。これにより、スペクトルデータに基づいた撮像対象の撮像を既存の画像処理に準じた方法で実現することができるようになる。 According to the above configuration, the observation light is sequentially converted and scanned in one direction as each of the arranged light selection members is continuously rotated in one direction. For this reason, scanning with respect to the observation light to be imaged can be performed in a certain direction, and spectrum data corresponding to the conversion scanning can be acquired. Thereby, the imaging of the imaging target based on the spectrum data can be realized by a method according to the existing image processing.
請求項8に記載の発明は、撮像対象から観測される観測光をライン状の光に順次変換走査しつつ分光するとともに、この分光されたそれぞれ波長の異なる光を撮像素子に受光させることによって前記撮像対象の撮像を行うスペクトル撮像方法であって、前記観測光をライン状の光に順次変換走査する機構として、変換すべきライン状の光に対応する形状を有してその長手方向に設けられた軸を中心に各別に回動可能な光選択部材が前記観測光を走査する分解能に対応する数だけ配列されたライン光走査機構を用い、該ライン光走査機構を構成する前記光選択部材の選択的な回動に基づいて前記観測光を順次ライン状の光に変換走査する工程と、該変換走査されたライン状の光を前記波長の異なる光に分光する工程と、該分光された光に基づいて前記撮像対象を撮像する工程とを備えることを要旨とする。 In the invention according to claim 8, the observation light observed from the object to be imaged is spectrally converted while being sequentially scanned into a line-shaped light, and the separated light having different wavelengths is received by the image sensor. A spectral imaging method for imaging an imaging target, wherein the observation light is sequentially converted into a line-shaped light and has a shape corresponding to the line-shaped light to be converted and provided in the longitudinal direction. A line light scanning mechanism in which light selection members that are individually rotatable around the axis are arranged in a number corresponding to the resolution for scanning the observation light, and the light selection members of the line light scanning mechanism are arranged. A step of sequentially scanning the observation light into a line-shaped light based on selective rotation, a step of splitting the converted and scanned line-shaped light into light of different wavelengths, and the separated light; Based on And summarized in that comprising the step of imaging the imaging object.
上記方法によれば、上記光選択部材の各々の回動を通じて、撮像対象から観測された観測光がライン状の光に順次変換される。すなわち、各々の光選択部材が順次回動することによって、撮像対象から観測された観測光が順次走査されるようになる。このため、各光選択部材の周期的な回動を通じて撮像対象の観測光を走査することができるようになり、撮像対象のスペクトルデータを連続的に取得することができるようになる。これにより、撮像対象から取得されるスペクトルデータに基づいて同撮像対象を撮像する上で、スリット走査に起因する撮像時間の冗長性が解消されるようになり、いかなる撮像対象に対しても迅速なスペクトル撮像が可能となる。 According to the above method, the observation light observed from the imaging target is sequentially converted into line light through the rotation of each of the light selection members. That is, the observation light observed from the imaging target is sequentially scanned by sequentially rotating each light selection member. For this reason, the observation light of the imaging target can be scanned through the periodic rotation of each light selection member, and the spectral data of the imaging target can be continuously acquired. This eliminates the redundancy of the imaging time due to slit scanning when imaging the imaging object based on the spectrum data acquired from the imaging object, so that any imaging object can be quickly processed. Spectral imaging is possible.
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載のスペクトル撮像方法において、前記光選択部材として光の反射体からなるものを用い、前記ライン光走査機構により、前記光選択部材の順次選択的な回動に基づき反射されてライン状の光に変換された観測光を前記波長の異なる光に分光することを要旨とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the spectral imaging method according to the eighth aspect of the present invention, the light selection member is made of a light reflector, and the light selection members are sequentially selected by the line light scanning mechanism. The gist of the present invention is to split the observation light, which is reflected and converted into line-shaped light on the basis of such rotation, into light having different wavelengths.
上記方法によれば、光の反射体による光選択部材の順次選択的な回動に基づいて、撮像対象から観測された観測光がライン状の光に変換されるとともに、この変換された光が波長の異なる光に分光される。これにより、上記光選択部材による光の反射作用を利用して、撮像対象の観測光を容易に走査することができるようになる。 According to the above method, the observation light observed from the imaging target is converted into line-shaped light based on the sequential selective rotation of the light selection member by the light reflector, and the converted light is It is split into light with different wavelengths. Accordingly, the observation light to be imaged can be easily scanned using the light reflecting action of the light selection member.
請求項10に記載の発明は、請求項8に記載のスペクトル撮像方法において、前記光選択部材が隙間なく配列された光の遮蔽体からなるものを用い、前記ライン光走査機構により、前記光選択部材の順次選択的な回動に基づき透過されてライン状の光に変換された観測光を前記波長の異なる光に分光することを要旨とする。 A tenth aspect of the present invention is the spectral imaging method according to the eighth aspect, wherein the light selection member is composed of a light shield arranged without a gap, and the light selection is performed by the line light scanning mechanism. The gist is to split the observation light that is transmitted and converted into line-shaped light based on the sequential rotation of the members into light having different wavelengths.
上記方法によれば、光の遮蔽体による光選択部材の順次選択的な回動に基づいて、この光選択部材を透過した観測光がライン状の光に変換されるとともに、この変換された光が波長の異なる光に分光される。これにより、上記光選択部材による光の遮蔽及び透過を利用して、撮像対象の観測光を容易に走査することができるようになる。 According to the above method, based on the sequential selective rotation of the light selection member by the light shield, the observation light transmitted through the light selection member is converted into line-shaped light, and the converted light Is split into light having different wavelengths. Accordingly, it becomes possible to easily scan the observation light to be imaged using the shielding and transmission of light by the light selection member.
請求項11に記載の発明は、請求項8に記載のスペクトル撮像方法において、前記光選択部材が隙間なく配列された光の反射体からなるものを用い、前記ライン光走査機構により、前記光選択部材の順次選択的な回動に基づき透過されてライン状の光に変換された観測光を前記波長の異なる光に分光することを要旨とする。
The invention according to
上記方法によれば、光の反射体による光選択部材の順次選択的な回動に基づいて、この光選択部材を透過した観測光がライン状の光に変換されるとともに、この変換された光が波長の異なる光に分光される。一方、回動されていない光選択部材に投射された光は同光選択部材によって反射されることとなる。このように上記方法によっても、上記光選択部材による光の反射及び透過を利用して、撮像対象の観測光を容易に走査することができる
ようになる。
According to the above method, based on the sequential selective rotation of the light selection member by the light reflector, the observation light transmitted through the light selection member is converted into line-shaped light, and the converted light Is split into light having different wavelengths. On the other hand, the light projected on the light selection member that is not rotated is reflected by the light selection member. As described above, also by the above method, the observation light to be imaged can be easily scanned by utilizing the reflection and transmission of light by the light selection member.
請求項12に記載の発明は、撮像対象から観測される観測光をライン状の光に順次変換走査するライン光走査機構であって、変換すべきライン状の光に対応する形状を有してその長手方向に設けられた軸を中心に各別に回動可能な光選択部材を、前記観測光を走査する分解能に対応する数だけ配列し、前記光選択部材の選択的な回動に基づいて前記観測光を順次ライン状の光に変換走査するようにしたことを要旨とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a line light scanning mechanism that sequentially converts and scans observation light observed from an imaging target into line-shaped light, and has a shape corresponding to the line-shaped light to be converted. A number of light selection members that can be individually rotated around an axis provided in the longitudinal direction are arranged in a number corresponding to the resolution for scanning the observation light, and based on the selective rotation of the light selection member The gist of the invention is that the observation light is sequentially converted into line-shaped light.
上記構成によれば、上記光選択部材の各々の回動を通じて、撮像対象から観測された観測光がライン状の光に順次変換される。すなわち、各々の光選択部材が順次回動することによって、撮像対象から観測された観測光が走査されるようになる。このため、各光選択部材の周期的な回動を通じて、撮像対象の観測光を連続的に走査することができるようになる。これにより、撮像対象から観測される観測光を迅速にライン状の光に変換することができるようになり、ライン光走査機構としての実用性が高められるようになる。 According to the said structure, the observation light observed from the imaging object is sequentially converted into a line-shaped light through each rotation of the said light selection member. That is, the observation light observed from the imaging target is scanned by sequentially rotating each light selection member. For this reason, the observation light to be imaged can be continuously scanned through the periodic rotation of each light selection member. As a result, the observation light observed from the imaging target can be quickly converted into line-shaped light, and the practicality as a line light scanning mechanism is enhanced.
請求項13に記載の発明は、請求項12に記載のライン光走査機構において、前記光選択部材が光の反射体からなり、それら光選択部材の順次選択的な回動に基づき反射される光を前記観測光のライン状の変換走査光とすることを要旨とする。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the line light scanning mechanism according to the twelfth aspect, the light selecting member is formed of a light reflector, and the light is reflected based on the sequential selective rotation of the light selecting member. Is the line-shaped converted scanning light of the observation light.
上記構成によれば、光の反射体による光選択部材の順次選択的な回動に基づいて、撮像対象から観測された観測光がライン状の光に変換されるとともに、この変換された光が分光器へと案内される。これにより、上記光選択部材による光の反射作用を利用して、より簡易な構成のもとに観測光を走査することができるようになる。 According to the above configuration, the observation light observed from the imaging target is converted into line-shaped light based on the sequential selective rotation of the light selection member by the light reflector, and the converted light is Guided to the spectrometer. As a result, the observation light can be scanned with a simpler structure by utilizing the light reflecting action of the light selection member.
請求項14に記載の発明は、請求項12に記載のライン光走査機構において、前記光選択部材が隙間なく配列された光の遮蔽体からなり、それら光選択部材の順次選択的な回動に基づき透過される光を前記観測光のライン状の変換走査光とすることを要旨とする。 According to a fourteenth aspect of the present invention, in the line light scanning mechanism according to the twelfth aspect, the light selection members include light shields arranged without gaps, and the light selection members can be sequentially rotated. The gist of the invention is that the transmitted light is converted into the line-shaped converted scanning light of the observation light.
上記構成によれば、光の遮蔽体による光選択部材の順次選択的な回動に基づいて、この光選択部材を透過した観測光がライン状の光に変換されるとともに、この変換された光が分光器へと案内される。これにより、上記光選択部材による光の遮蔽及び透過を利用して、より簡易な構成のもとに観測光を走査することができるようになる。 According to the above configuration, the observation light transmitted through the light selection member is converted into line-shaped light based on the sequential selective rotation of the light selection member by the light shield, and the converted light Is guided to the spectrometer. This makes it possible to scan the observation light with a simpler configuration by using the shielding and transmission of light by the light selection member.
請求項15に記載の発明は、請求項12に記載のライン光走査機構において、前記光選択部材が隙間なく配列された光の反射体からなり、それら光選択部材の順次選択的な回動に基づき透過される光を前記観測光のライン状の変換走査光とすることを要旨とする。 According to a fifteenth aspect of the present invention, in the line light scanning mechanism according to the twelfth aspect, the light selection members are formed of light reflectors arranged without gaps, and the light selection members can be sequentially rotated. The gist of the invention is that the transmitted light is converted into the line-shaped converted scanning light of the observation light.
上記構成によれば、光の反射体による光選択部材の順次選択的な回動に基づいて、この光選択部材を透過した観測光がライン状の光に変換されるとともに、この変換された光が分光器へと案内される。一方、回動されていない光選択部材に投射された光は同光選択部材によって反射されることとなる。このように上記構成によっても、上記光選択部材による光の反射及び透過を利用して、より簡易な構成のもとに観測光を走査することができるようになる。 According to the above configuration, based on the sequential selective rotation of the light selection member by the light reflector, the observation light transmitted through the light selection member is converted into line-shaped light, and the converted light Is guided to the spectrometer. On the other hand, the light projected on the light selection member that is not rotated is reflected by the light selection member. Thus, also with the above configuration, the observation light can be scanned with a simpler configuration by utilizing the reflection and transmission of light by the light selection member.
請求項16に記載の発明は、請求項13または15に記載のライン光走査機構において、前記反射体が、静電共振されるMEMSミラーからなることを要旨とする。
上記構成によるように、静電共振されるMEMSミラーによって上記反射体を構成することとすれば、各反射体の静電作用に基づいて各反射体の回動を実現することができるようになる。これにより、上記ライン光走査機構の小型化が図られるようになるとともに、ライン光走査機構としての汎用性が高められるようになる。
The invention according to
If the reflector is constituted by a MEMS mirror that is electrostatically resonated as in the above configuration, the rotation of each reflector can be realized based on the electrostatic action of each reflector. . As a result, the line light scanning mechanism can be miniaturized and the versatility of the line light scanning mechanism can be enhanced.
請求項17に記載の発明は、請求項16に記載のライン光走査機構において、前記MEMSミラーは正方形状のミラーからなり、前記光選択部材の各々は、この正方形状のMEMSミラーが前記変換すべき光のライン方向に配列されて、光選択部材の別にそれぞれ同時駆動されることを要旨とする。 According to a seventeenth aspect of the present invention, in the line light scanning mechanism according to the sixteenth aspect, the MEMS mirror is a square mirror, and each of the light selection members is converted by the square MEMS mirror. The gist is that they are arranged in the line direction of the light to be driven and are simultaneously driven separately for each light selection member.
上記構成によれば、上記光選択部材が、正方形状のMEMSミラーが変換すべき光のライン方向に配列されることによって構成される。そして、この配列されたMEMSミラーの列毎の同時駆動を通じて、撮像対象から観測された観測光がライン状の光に順次変換されるようになる。これにより、MEMSミラーによって上記光選択部材を構成する上で、既存のMEMSミラーを用いることができるようになり、ライン光走査機構としての汎用性が拡大されるようになる。 According to the said structure, the said light selection member is comprised by arranging in a line direction of the light which a square-shaped MEMS mirror should convert. The observation light observed from the imaging target is sequentially converted into line light through the simultaneous driving of the arranged MEMS mirrors for each column. As a result, the existing MEMS mirror can be used in configuring the light selection member with the MEMS mirror, and versatility as a line light scanning mechanism is expanded.
請求項18に記載の発明は、撮像対象から観測される観測光をライン状の光に順次変換走査しつつ分光器に取り込むとともに、この分光器で分光されたそれぞれ波長の異なる光を撮像素子に受光させることによって前記撮像対象の撮像を行うスペクトル撮像装置であって、前記観測光をライン状の光に順次変換走査する機構として、周回回転可能な無端帯状体に、変換すべきライン状の光に対応する形状を有するスリットが所定の間隔をもって配列されたライン光走査機構を備え、該ライン光走査機構を構成する前記無端帯状体の連続的な周回回転に基づく前記スリットの連続的な出現により前記観測光を順次ライン状の光に変換走査して前記分光器に取り込むようにしたことを要旨とする。
In the invention described in
上記構成によれば、上記無端帯状体の連続的な周回回転に基づくスリットの連続的な出現を通じて、撮像対象から観測された観測光がライン状の光に順次変換走査される。このため、観測光からライン状の光への変換走査を、一定の方向に連続的に行うことができるようになる。これにより、撮像対象から取得されるスペクトルデータに基づいて同撮像対象を撮像する上で、スリット走査に起因する撮像時間の冗長性が解消されるようになり、いかなる撮像対象に対しても迅速なスペクトル撮像が可能となる。 According to the above configuration, the observation light observed from the imaging target is sequentially converted and scanned into line-shaped light through the continuous appearance of slits based on the continuous circular rotation of the endless belt. For this reason, the conversion scanning from the observation light to the line-shaped light can be continuously performed in a certain direction. This eliminates the redundancy of the imaging time due to slit scanning when imaging the imaging object based on the spectrum data acquired from the imaging object, so that any imaging object can be quickly processed. Spectral imaging is possible.
請求項19に記載の発明は、撮像対象から観測される観測光をライン状の光に順次変換走査しつつ分光器に取り込むとともに、この分光器で分光されたそれぞれ波長の異なる光を撮像素子に受光させることによって前記撮像対象の撮像を行うスペクトル撮像装置であって、前記観測光をライン状の光に順次変換走査する機構として、回転盤の所定間隔を隔てた2つの同心円間の内から外もしくは外から内に、変換すべきライン状の光に対応する形状を有するスリットが渦巻き状に、かつ前記観測光を走査する分解能に対応する数だけ配列されたライン光走査機構を備えるとともに、該ライン光走査機構を構成する前記回転盤の前記2つの同心円間の一領域に対向して前記分光器を配置し、前記回転盤の連続的な回転に基づく前記分光器に対向する領域での前記スリットの連続的な出現により前記観測光を順次ライン状の光に変換走査して前記分光器に取り込むようにしたことを要旨とする。 According to the nineteenth aspect of the present invention, the observation light observed from the imaging target is taken into the spectroscope while being sequentially scanned into a line-shaped light, and the light having different wavelengths separated by the spectroscope is input to the imaging device. A spectral imaging device for imaging the imaging target by receiving light, wherein the observation light is converted into a line-shaped light in order as a mechanism for sequentially scanning between two concentric circles separated by a predetermined interval of a rotating disk. Or, from outside to inside, provided with a line light scanning mechanism in which slits having a shape corresponding to the line-shaped light to be converted are spirally arranged in a number corresponding to the resolution for scanning the observation light, and The spectroscope is disposed so as to oppose a region between the two concentric circles of the rotating disk constituting the line light scanning mechanism, and is opposed to the spectroscope based on continuous rotation of the rotating disk. That the continuous occurrence of the slit in the region by converting scanned the observation light sequentially in a line-shaped light and summarized in that you capture the spectrometer.
上記構成によれば、上記分光器に対向する領域では、上記回転盤の連続的な回転に基づいて上記スリットが連続的に出現するようになる。そして上記構成では、上記スリットが2つの同心円間の内から外もしくは外から内に配列されたことによって、換言すれば、上記スリットの位相が漸次ずれる態様で同スリットが配列されたことによって、2つの同心円間の一領域ではスリットが一定の方向に向かって順次出現するようになる。このため、上記分光器に対向する領域では、上記観測光が一定の方向に連続的にライン状の光に順次変換走査されるようになる。これにより、撮像対象から取得されるスペクトルデータに基づいて同撮像対象を撮像する上で、スリット走査に起因する撮像時間の冗長性が解消されるようになり、いかなる撮像対象に対しても迅速なスペクトル撮像が可能となる。 According to the above configuration, in the region facing the spectroscope, the slit appears continuously based on the continuous rotation of the rotating disk. In the above configuration, the slits are arranged from the inside to the outside or between the outside from the two concentric circles. In other words, the slits are arranged in such a manner that the phases of the slits are gradually shifted. In one region between two concentric circles, slits appear sequentially in a certain direction. For this reason, in the region facing the spectroscope, the observation light is successively converted and scanned into a linear light in a certain direction. This eliminates the redundancy of the imaging time due to slit scanning when imaging the imaging object based on the spectrum data acquired from the imaging object, so that any imaging object can be quickly processed. Spectral imaging is possible.
(第1の実施の形態)
以下、本発明にかかるスペクトル撮像装置及びスペクトル撮像方法及びライン光走査機構を具体化した第1の実施の形態について図1〜図3を参照して説明する。図1は、本実施の形態のスペクトル撮像装置の概略構成を示したものである。なお、本実施の形態のスペクトル撮像装置は、例えば車両に搭載されて道路環境や自車両の周辺に存在する人物等の撮像に用いられる。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a spectral imaging device, a spectral imaging method, and a line light scanning mechanism according to the present invention are embodied will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of the spectral imaging apparatus of the present embodiment. Note that the spectral imaging apparatus of the present embodiment is mounted on a vehicle, for example, and is used for imaging a road environment or a person existing around the host vehicle.
図1に示すように、このスペクトル撮像装置100は、撮像対象が自ら発する光や撮像対象が反射する光、すなわち撮像対象からの観測光Lを取り込む受光レンズ110を備えている。またスペクトル撮像装置100は、受光レンズ110を介して取り込まれた撮像対象の観測光Lをライン状の光に順次変換する機構として、ライン光走査機構120を備えている。さらにスペクトル撮像装置100は、分光器130、撮像素子140、画像処理部150を備えている。
As shown in FIG. 1, the
このうちライン光走査機構120は、撮像対象の撮像に際して変換すべきライン状の光に対応する形状を有する複数の光選択部材121a〜121nを備えて構成されており、観測光Lが取り込まれる方向に対して所定の傾斜角をもって配置されている。光選択部材121a〜121nは、その長手方向に設けられた軸を中心に各別に回動可能に構成されており、観測光Lを走査する分解能に対応する数だけ配列されている。なお、本実施の形態では、光選択部材121a〜121nの各々は、例えばミラー等の光の反射体によって構成されている。これにより、各光選択部材121a〜121nに投射された観測光Lは、各光選択部材121a〜121nの回転角に応じて反射されることとなる。
Among these, the line
また、ライン光走査機構120は、各光選択部材121a〜121nを各別に回動させ
る駆動源としての駆動部122を備えている。なお、駆動部122は光選択部材121a〜121nの各々に設けられるが、ここでの例では図示を省略する。駆動部122は、その駆動を制御する回転角制御部123から入力される制御指令値に基づいて制御される。なお、この制御指令値としては、光選択部材121a〜121nが回動したときに、それら光選択部材121a〜121nに投射された観測光Lを上記分光器130に案内するために必要な回転角に関する値が設定されている。そして、こうした駆動部122と回転角制御部123との協働によって、各光選択部材121a〜121nの回転角が調整される。なお、光選択部材121a〜121nは、その初期状態として、各光選択部材121a〜121nの配列方向に対する回転角が「0°」となるように回転角が調整されている。また、この光選択部材121a〜121nを初期状態にすべき回転角に関する値も、回転角制御部123による制御指令値として予め設定されている。
Further, the line
そして本実施の形態では、光選択部材121a〜121nの各々が、例えば上端の光選択部材121aから下端の光選択部材121nにかけて一方向に連続的かつ周期的に回動されることによって、上記観測光Lが一方向に順次変換走査されることとなる。
In the present embodiment, each of the
そして、図1に示すように、例えば上記駆動部122及び回転角制御部123によって光選択部材121bの回転角が調整されると、この光選択部材121bに投射された観測光Lは、ライン状の光(スリット光)に変換されて分光器130へと案内される。
As shown in FIG. 1, for example, when the rotation angle of the
分光器130は、測定帯域の光を連続的な成分である波長毎の成分に分散させる分光光学系であり、その長手方向においてライン状の光に変換された光Laを波長毎の成分に分散させる機能を有している。なお、本実施の形態では、例えば回折格子による分光方式が採用されており、400nm〜800nmの可視光から近赤外までの領域の観測光が複数の波長領域に分光される。分光器130は、例えば直線状の複数の凹凸が並設された格子パターンを有する基板として構成されている。具体的には、分光器130の格子パターンは、同図1に破線Lb及びλb1〜λbn、並びに一点鎖線Ln及びλn1〜λnnとして示すように、同分光器130のいずれの位置に上記変換されたライン状の光が投射されたとしても、波長毎に分光された光が撮像素子140の撮像面に拡散されるように形成されている。
The
そして、例えば上記光選択部材121bが予め規定された所定の回転角まで回動すると、同光選択部材121bによってライン状の光に変換された光Lbは、分光器130へと案内されて同分光器130を介して波長毎の成分λb1〜λbnに分散される。そして、こうして分光器130によって分光された光は、撮像素子140の撮像面に結像される。
Then, for example, when the
なお、光選択部材121a〜121nが初期状態とされているときには、その反射光のいずれもが分光器130に投射されないように上記ライン光走査機構120の位置及び傾斜角が調整されている。
When the
撮像素子140は、例えばCCDイメージセンサやCMOSイメージセンサによって構成されており、同撮像素子140の撮像面に結像された光を光電変換により電気信号へと変換する。そして、撮像素子140にて変換された電気信号(デジタル信号)が画像処理部150に入力される。また画像処理部150には、上記回転角制御部123による制御指令値として、回転角の制御対象とされている光選択部材121a〜121nに関する情報が入力される。これにより、画像処理部150では、撮像素子140から入力された電気信号が、いずれの光選択部材121a〜121nにより案内されたライン状の光が光電変換された信号に基づくものであるかが識別可能とされている。
The
画像処理部150は、例えば先の図10に示したように、上記CPU21、上記HSD
記録部22、上記スペクトル空間演算部23、上記画像分類演算部24によって構成されている。こうした画像処理部150では、まず、撮像素子140から入力された電気信号と回転角制御部123から入力された制御指令値とに基づいて、撮像素子140から入力された電気信号がいずれの光選択部材121a〜121nにより案内されたライン状の光が光電変換された信号であるかが識別される。次いで、この識別された光の成分分析、光の強度などの物理量の2次元平面における分布の算出などが行われる。そして、画像処理部150の処理結果として、複数の波長領域毎の画像平面上の物理量(光の強度)の分布等に関する情報が記録されることにより、撮像対象の撮像が行われる。
For example, as shown in FIG. 10, the
The
このように構成されるスペクトル撮像装置100では、撮像対象による観測光Lが受光レンズ110を介して取り込まれると、上記回転角制御部123による制御のもとに上記光選択部材121a〜121nが連続的かつ周期的に回動する。これにより、撮像対象から観測された観測光Lが光選択部材121a〜121nによって走査されるようになる。そして、こうした光選択部材121a〜121nによる走査が連続的かつ周期的に行われることにより、順次変換走査されたライン状の光が分光器130に順次投射されるようになる。次いで、分光器130に順次投射されたライン状の光は、分光器130によって波長毎に分光される。そして、この分光された光が上記撮像素子140に受光され、この受光された光が電気信号(デジタル信号)に変換されて上記画像処理部150に取り込まれる。
In the
こうして、上記観測光Lの取り込みから上記分光器130にて分光された光の結像までが適宜繰り返されることにより、上記光選択部材121a〜121nが光選択部材121aから光選択部材121nにかけて順次回転動作したときの各波長領域に関する情報が、撮像対象の一画像に相当するスペクトルデータとして蓄積されるようになる。そして、この蓄積されたスペクトルデータをもとに、各波長領域の値に各々対応する画像が再構成されるようになる。これにより、各波長領域λに対応した画像の取得を通じて撮像対象が撮像されるようになる。
Thus, the
次に、図2を参照して上記ライン光走査機構120の構造を詳述する。なお、この図2(a)及び(b)は、それぞれ上記ライン光走査機構120の正面構造を示している。
図2(a)に示すように、ライン光走査機構120は、ライン状の光選択部材121a〜121nが隙間なく配列されて構成されている。また、光選択部材121a〜121nの各々は、それらの厚み方向における上端寄りに回転軸125a〜125nが連通されている。この回転軸125a〜125nの一端には、上記駆動部122を構成するアクチュエータMa〜Mnがそれぞれ設けられている。これにより、光選択部材121a〜121nの各々は、回転軸125a〜125nを中心に回動可能とされている。
Next, the structure of the line
As shown in FIG. 2A, the line
そして例えば、図2(b)に示すように、回転角制御部123による制御指令値に基づいてアクチュエータMaが駆動されると、上端に位置する光選択部材121aが予め規定された所定の回転角まで回転する。これにより、光選択部材121aによって反射される光の方向が変化することとなる。この結果、光選択部材121aに投射された観測光Lは、上記分光器130へと案内されることとなる。次いで、アクチュエータMaが再び駆動することによって光選択部材121aの回転角が初期状態へと戻されるとともに、アクチュエータMaの下方に隣接配置されたアクチュエータMbが駆動される。これにより、光選択部材121bの下方に隣接して配列された光選択部材121bが予め規定された所定の回転角まで回転する。こうして、光選択部材121bによって反射される光のみが上記分光器130へと案内されることとなる。
Then, for example, as shown in FIG. 2B, when the actuator Ma is driven based on the control command value from the rotation
このように本実施の形態では、上記回転角制御部123による制御指令値に基づいて、アクチュエータMa〜Mnの各々が上端に配置されたアクチュエータMaから下端に配置
されたアクチュエータMnにかけて順次駆動することにより、光選択部材121a〜121nの回転角が順次調整される。これにより、光選択部材121a〜121nの各々に投射された観測光Lがライン状の光に変換走査されて上記分光器130へと順次案内されるようになる。
As described above, in the present embodiment, each of the actuators Ma to Mn is sequentially driven from the actuator Ma arranged at the upper end to the actuator Mn arranged at the lower end based on the control command value by the rotation
ライン光走査機構120としてこのような構成によれば、観測光Lに対する1周期目の走査が終了して次の走査が開始されるまでに要する時間は、下端の光選択部材121nの回転動作が終了して上端の光選択部材121nの回転動作が開始するまでの時間でしかない。このため、観測光Lに対する周期的な走査を通じて撮像対象を撮像する上で、上述したスリットの往復動作に伴う空白期間が存在しないこととなり、観測光Lに対する走査時間が大幅に短縮されるようになる。これにより、変換走査されたライン状の光に基づく撮像対象の撮像時間を大幅に短縮することができるようになる。
According to such a configuration as the line
次に、図3を参照して上記ライン光走査機構120による観測光Lの走査原理を説明する。なお、図3(a)及び(b)は、光選択部材121a〜121nを側面から見たときの光選択部材121a〜121nの回転角と上記観測光Lとの関係を示したものである。
Next, the scanning principle of the observation light L by the line
すなわち、図3(a)に示すように、例えば光選択部材121a〜121hのうちの光選択部材121eのみが回転動作したとすると、上記受光レンズ110を介して取り込まれた撮像対象の観測光Lのうち、回転動作している光選択部材121eに投射された観測光Leのみが上記分光器130及び撮像素子140へと案内される。一方、初期状態とされている光選択部材121a〜121d及び121f〜121hに投射された観測光Lは、上記分光器130及び撮像素子140が存在しない方向へと反射される。この結果、分光器130及び撮像素子140には、光選択部材121eの形状に対応するライン状の光のみが投射されることとなる。
That is, as shown in FIG. 3A, for example, if only the
一方、図3(b)に示すように、上記光選択部材121eが再び回転動作することにより初期状態へと戻されると、この光選択部材121eに投射された観測光Leは、他の光選択部材121a〜121d及び121f〜121hに投射された観測光Lと同様に、上記分光器130及び撮像素子140が存在しない方向へと反射されることとなる。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the
このように本実施の形態では、光選択部材121a〜121nの各別の回転動作と光の反射作用とを通じて、光選択部材121a〜121nの各々に投射された観測光Lを順次ライン状の光に変換して分光器130及び撮像素子140へと案内することができるようになる。
As described above, in the present embodiment, the observation light L projected on each of the
以上説明したように、本実施の形態にかかるスペクトル撮像装置及びスペクトル撮像方法及びライン光走査機構によれば、以下の効果が得られるようになる。
(1)上記ライン光走査機構120を構成する光選択部材121a〜121nの各々の選択的な回動を通じて、撮像対象から観測された観測光Lをライン状の光に順次変換走査することとした。このため、各光選択部材121a〜121nの周期的な回動を通じて撮像対象の観測光Lを走査することができるようになり、撮像対象のスペクトルデータを連続的に取得することができるようになる。これにより、撮像対象から取得されるスペクトルデータに基づいて同撮像対象を撮像する上で、スリット走査に起因する撮像時間の冗長性が解消されるようになり、いかなる撮像対象に対しても迅速なスペクトル撮像が可能となる。
As described above, according to the spectral imaging apparatus, the spectral imaging method, and the line light scanning mechanism according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Through the selective rotation of each of the
(2)上記光選択部材121a〜121nを光の反射体によって構成するとともに、各光選択部材121a〜121nの回動に基づき反射されるライン状の光を上記分光器130に取り込むこととした。このため、光の反射作用を利用して、撮像対象から観測された
観測光Lをライン状の光に変換走査することができるようになる。これにより、より簡易な構成のもとに上記ライン光走査機構120を構成することができるようになる。また、ライン状に変換された光は、光選択部材121a〜121nによる光の反射作用を通じて任意の方向に案内可能であることから、上記分光器130や撮像素子140の配置位置の自由度が高められるようにもなる。
(2) The
(3)上記配列された光選択部材121a〜121nの各々を一方向に連続的に回動させることによって上記観測光Lを順次変換走査することとした。このため、撮像対象の観測光Lに対する走査を一定の方向に対して行うことができるようになり、この変換走査に応じたスペクトルデータを取得することができるようになる。すなわち、既存のスリット走査に近似する態様で撮像対象の観測光Lを走査することができるようになる。これにより、順次変換走査されたライン状の光に基づく撮像対象の撮像を、既存の画像処理装置や画像処理方法を用いて行うことができるようになり、ひいては、撮像対象の撮像をより容易に行うことができるようになる。
(3) The observation light L is sequentially converted and scanned by continuously rotating each of the arranged
(4)上記スペクトル撮像装置100を車両に搭載することとした。このため、たとえ撮像対象として人物等の移動体や適宜変化する周辺環境を撮像する場合であれ、それら撮像対象を適切に撮像することができるようになる。これにより、撮像対象から取得されるスペクトルデータに基づいて撮像対象を撮像する上で、その実用性が高められるようになる。
(第2の実施の形態)
以下、本発明にかかるスペクトル撮像装置及びスペクトル撮像方法及びライン光走査機構を具体化した第2の実施の形態について図4及び図5を参照して説明する。なお、本実施の形態は、上記光選択部材121a〜121nによる光の反射及び透過を通じて観測光Lの変換走査を行うものであり、その基本的な構成は先の第1の実施の形態と共通になっている。また、本実施の形態のスペクトル撮像装置も、例えば車両に搭載されて道路環境や自車両の周辺に存在する人物等の撮像に用いられる。
(4) The
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment that embodies a spectral imaging apparatus, a spectral imaging method, and a line light scanning mechanism according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. In this embodiment, the observation light L is converted and scanned through the reflection and transmission of light by the
図4は、先の図1に対応する図として、この第2の実施の形態にかかるスペクトル撮像装置の概略構成を示したものである。なお、この図4において、先の図1に示した各要素と同一の要素についてはそれぞれ同一の符号を付して示しており、それら要素についての重複する説明は割愛する。 FIG. 4 shows a schematic configuration of the spectral imaging apparatus according to the second embodiment as a diagram corresponding to FIG. In FIG. 4, elements that are the same as those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and redundant descriptions of these elements are omitted.
図4に示すように、本実施の形態のスペクトル撮像装置100は、上記受光レンズ110及びライン光走査機構120が、上記分光器130及び撮像素子140と同軸線上に配置されている。また、本実施の形態のライン光走査機構120は、観測光Lの進行方向に対して所定の傾斜角をもって配置されている。これにより、本実施の形態のライン光走査機構120では、各光選択部材121a〜121nがその配列方向に対する回転角が「0°」となる初期状態とされているときには、各光選択部材121a〜121nによって受光レンズ110を介して取り込まれた観測光Lが同観測光Lが取り込まれた側へと反射される。このため、光選択部材121a〜121nが初期状態とされているときには、撮像対象から観測された観測光Lは、ライン光走査機構120に対して観測光Lの進行方向に配置された分光器130及び撮像素子140には投射されないこととなる。
As shown in FIG. 4, in the
一方、同図4に示すように、光選択部材121a〜121nのうち上端の光選択部材121aが回動されると、この回動された光選択部材121aと同光選択部材121aに隣接配置された光選択部材121bとの間に隙間が形成される。そして、受光レンズ110を介して取り込まれた観測光Lの一部は、この隙間を介してライン光走査機構120を透過することとなる。このとき、光選択部材121a〜121nの各々がライン状に形成されているために、ライン光走査機構120を透過した観測光Lはライン状の光Laへと変
換される。このように本実施の形態では、各光選択部材121a〜121nによる光の反射と透過との切り替えが、各光選択部材121a〜121nの回転動作を通じて実行される。
On the other hand, as shown in FIG. 4, when the upper
そして、観測光Lの走査に際しては、まず光選択部材121aのみが予め規定された回転角まで回動されるとともに、その他の光選択部材121b〜121nが初期状態とされる。次いで、光選択部材121aが再び回動することで初期状態に戻されるとともに、同光選択部材121aの下方に隣接配置された光選択部材121bのみが予め規定された回転角まで回動される。この結果、光選択部材121bと同光選択部材121bの下方に隣接して配列された光選択部材121cとの間にのみ隙間が形成されるようになる。そして、上端の光選択部材121aから下端の光選択部材121nにかけて光選択部材121a〜121nが連続的かつ周期的に回動されることにより、それら光選択部材121a〜121n間での隙間がライン光走査機構120の上端から下端にかけて連続的かつ周期的に形成されるようになる。これにより、受光レンズ110を介してライン光走査機構120に投射された光は、ライン状の光に順次変換走査されるようになる。
When scanning the observation light L, first, only the
そして例えば、光選択部材121aの回動を通じてライン光走査機構120を透過したライン状の光Laは、分光器130に投射される。こうして分光器130に投射された光Laは、先の第1の実施の形態と同様に、分光器130を透過する際に複数の波長領域に分光される。そして、この分光された光Laは、撮像素子140の撮像面に結像され、撮像素子140にて電気信号へと変換される。こうして変換された電気信号は、撮像素子140から上記画像処理部150へと入力され、撮像対象の撮像に供されることとなる。
For example, the line-shaped light La transmitted through the line
このように構成されるスペクトル撮像装置100では、撮像対象による観測光Lが受光レンズ110を介して取り込まれると、上記回転角制御部123による制御のもとに上記光選択部材121a〜121nが連続的かつ周期的に回動する。すなわち、各光選択部材121a〜121nの回動を通じて形成される隙間が、ライン光走査機構120の上端から下端にかけて連続的かつ周期的に推移する。これにより、撮像対象から観測された観測光Lがライン光走査機構120の上端から下端にかけて順次透過されるようになり、観測光Lがライン状の光へと順次変換走査されるようになる。こうして、分光器130には、順次変換走査されたライン状の光が順次投射されるようになる。
In the
そして、先の第1の実施の形態と同様に、上記観測光Lの取り込みから上記分光された光の結像までが適宜繰り返されることにより、上記光選択部材121a〜121nが上端の光選択部材121aから下端の光選択部材121nにかけて順次回転動作したときの各波長領域に関する情報が撮像対象の一画像に相当するスペクトルデータとして蓄積される。そして、この蓄積されたスペクトルデータをもとに、各波長領域の値に各々対応する画像が再構成されるようになる。これにより、各波長領域に対応した画像の取得を通じて撮像対象が撮像されるようになる。
Then, similarly to the first embodiment, the
次に、図5を参照して上記ライン光走査機構120による観測光Lの走査原理を説明する。なお、図5(a)及び(b)は、先の図3(a)及び(b)に対応する図として本実施の形態の光選択部材121a〜121nの回転角と上記観測光Lとの関係を模式的に示したものである。
Next, the scanning principle of the observation light L by the line
すなわち、図5(a)に示すように、例えば光選択部材121a〜121nのうちの光選択部材121eのみが回転動作したとすると、この光選択部材121eと同光選択部材121eに隣接する光選択部材121dとの間に隙間が形成されることとなる。このため、上記受光レンズ110を介して取り込まれた撮像対象の観測光Lの一部は、各光選択部材121e及び121dの間に形成された隙間を介してライン光走査機構120を透過し
、上記分光器130及び撮像素子140へと案内される。
That is, as shown in FIG. 5A, if only the
一方、初期状態とされている光選択部材121a〜121d及び121f〜121hに投射された観測光Lは、上記分光器130及び撮像素子140が存在しない方向へと反射される。この結果、分光器130及び撮像素子140には、光選択部材121eを透過したライン状の光のみが投射されることとなる。
On the other hand, the observation light L projected on the
また、図5(b)に示すように、上記光選択部材121eが再び回転動作することにより初期状態へと戻されると、この光選択部材121eに投射された観測光Leは、他の光選択部材121a〜121d及び121f〜121hに投射された観測光Lと同様に上記分光器130及び撮像素子140が存在しない方向へと反射されることとなる。
Further, as shown in FIG. 5B, when the
このように、本実施の形態では、光選択部材121a〜121nの各別の回転動作と光の反射及び透過とを通じて、光選択部材121a〜121nの各々に投射された観測光Lをライン状の光に変換して分光器130及び撮像素子140へと案内することができるようになる。
As described above, in the present embodiment, the observation light L projected on each of the
以上説明したように、本実施の形態にかかるスペクトル撮像装置及びスペクトル撮像方法及びライン光走査機構によれば、上記(1)、(3)、(4)の効果が得られるとともに、上記(2)に代えて以下の効果が得られるようになる。 As described above, according to the spectral imaging apparatus, the spectral imaging method, and the line light scanning mechanism according to the present embodiment, the effects (1), (3), and (4) can be obtained, and the above (2) The following effects can be obtained instead.
(2A)上記光選択部材121a〜121nを光の反射体によって構成するとともに、各光選択部材121a〜121nの回動に基づき透過されるライン状の光を上記分光器130に取り込むこととした。このため、光の反射及び透過の切り替えを通じて、撮像対象から観測された観測光Lをライン状の光に変換走査することができるようになる。これにより、より簡易な構成のもとに上記ライン光走査機構120を構成することができるようになる。
(2A) The
(第3の実施の形態)
以下、本発明にかかるスペクトル撮像装置を具体化した第3の実施の形態について図6及び図7を参照して説明する。なお、図6(a)は本実施の形態のスペクトル撮像装置の概略構成を示しており、図6(b)は本実施の形態のライン光走査機構の概略構成を示している。そして図7は、本実施の形態のライン光走査機構の正面構造を示している。また、本実施の形態のスペクトル撮像装置も、例えば車両に搭載されて道路環境や自車両の周辺に存在する人物等の撮像に用いられる。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the spectral imaging device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 6A shows a schematic configuration of the spectral imaging apparatus of the present embodiment, and FIG. 6B shows a schematic configuration of the line light scanning mechanism of the present embodiment. FIG. 7 shows a front structure of the line light scanning mechanism of the present embodiment. The spectrum imaging apparatus of the present embodiment is also used for imaging a person or the like that is mounted on a vehicle and exists in the vicinity of the road environment or the host vehicle.
図6(a)に示すように、本実施の形態のスペクトル撮像装置200は、撮像対象が自ら発する光や撮像対象が反射する光、すなわち撮像対象からの観測光Lを取り込む受光レンズ210を備えている。また、スペクトル撮像装置200は、受光レンズ210を介して取り込まれた撮像対象の観測光Lをライン状の光に順次変換する機構として、矩形状の筐体201に収容されたライン光走査機構220を備えている。さらに、スペクトル撮像装置200は、上記筐体201に収容された分光器230、撮像素子240、画像処理部250を備えている。
As shown in FIG. 6A, the
このうちライン光走査機構220は、図6(b)に示すように、周回回転可能な無端帯状体221と同無端帯状体221を周回回転させるためのローラ状の4つの駆動部222とを備えている。駆動部222には、そのローラ面における両端に、無端帯状体221と嵌合される突起222aがローラ面を一周する態様で形成されている。このように構成される駆動部222は、上記筐体201の四隅に配置されており、その駆動を制御する制御部223に電気的に接続されている(図6(a))。そして、この制御部223による上
記無端帯状体221を周回回転させるための制御指令値は、各駆動部222及び上記画像処理部250に入力される。
Among these, as shown in FIG. 6B, the line
無端帯状体221は、その概略構成を図6(b)に示すように、撮像対象の撮像に際して変換すべきライン状の光に対応する形状を有する複数のスリット221a〜221nが、上記受光レンズ210及び撮像素子240の長手方向の幅D1と同じ間隔D2のもとに配列されている(D1=D2)。また、無端帯状体221の正面構造を図7に示すように、同無端帯状体221の短手方向の両端には、上記駆動部222に形成された突起222aが嵌合される複数の同期孔Spがスリット221a〜221nの各々に対応して設けられている。そして、この同期孔Spに上記突起222aが嵌合された状態で上記無端帯状体221が周回回転することにより、スリット221a〜221nと上記制御部223による制御指令値(駆動部222の駆動状態)とが機械的に同期されることとなる。これにより、上記制御部223による制御指令値が入力される画像処理部250では、受光レンズ210と分光器230との間に出現しているスリット221a〜221nの位置が特定可能とされている。
As shown in FIG. 6B, the
そして、先の図6(a)及び(b)に示したように、こうした無端帯状体221が上記四隅に配置された駆動部222に張架されることによって、上記ライン光走査機構220が構成されている。これにより、上記受光レンズ210と分光器230及び撮像素子240との間には、無端帯状体221が介在されることとなる。
Then, as shown in FIGS. 6A and 6B, the line
このように構成されるライン光走査機構220では、上記制御部223による制御指令値に基づいて各駆動部222が例えば反時計回りに回転駆動すると、それら駆動部222に張架された無端帯状体221が反時計回りに周回回転する。これにより、上記分光器230と受光レンズ210との間には、それらの間で周回回転する無端帯状体221に形成されたスリット221a〜221nが連続的に出現することとなる。
In the line
そして、撮像対象から観測された観測光Lが受光レンズ210に取り込まれると、この取り込まれた観測光Lは、そのときに上記分光器230と受光レンズ210との間に出現している例えばスリット221aを透過してライン状の光Laに変換される。こうして、無端帯状体221が周回回転することにより、スリット221aが受光レンズ210及び分光器230の上端から下端にかけて移動すると、観測光Lがその上端から下端にかけてライン状の光に順次変換走査されるようになる。そして、上記スリット221aにより変換されたライン状の光Laは、分光器230に取り込まれて波長毎の成分λa1〜λanに分散され、撮像素子240にて受光される。こうして、撮像素子240にて受光された光は、電気信号に変換されて画像処理部250へと入力される。そして、この画像処理部250では、先の第1及び第2の実施の形態と同様に、撮像素子240にて変換された電気信号と上記制御部223による制御指令値とに基づいて撮像対象の撮像が行われるようになる。
When the observation light L observed from the imaging target is taken into the
このように本実施の形態では、無端帯状体221が連続的に周回回転することにより、分光器230と受光レンズ210との間には、スリット221a〜221nがスリット221a→スリット221b→スリット221c..といった態様で連続的に出現するようになる。これにより、受光レンズ210を介して取り込まれた観測光Lは、スリット221a〜221nの連続的な周回回転を通じて、一定の方向にかつ連続的にライン状の光に変換走査されるようになる。そのため、スリット走査にかかる冗長性が解消されるようになり、ライン状の光に変換走査された光に基づく撮像対象の撮像時間が大幅に短縮されるようになる。こうして、順次走査されるライン状の光に基づいて、上記画像処理部250による撮像対象の撮像が行われるようになる。
As described above, in the present embodiment, the
以上説明したように、本実施の形態にかかるスペクトル撮像装置によれば、以下の効果が得られるようになる。
(1)上記観測光Lをライン状の光に順次変換走査する機構として、周回回転可能な無端帯状体221に、変換すべきライン状の光に対応する形状を有するスリット221a〜221nが所定の間隔をもって配列されたライン光走査機構220を用いることとした。そして、このライン光走査機構220を構成する無端帯状体221の連続的な周回回転を通じて、上記観測光Lを順次ライン状の光に変換走査して分光器230に取り込むこととした。このため、撮像対象から観測された観測光Lを、一定の方向にかつ連続的にライン状の光へと変換することができるようになる。これにより、撮像対象から取得されるスペクトルデータに基づいて同撮像対象を撮像する上で、スリット走査に起因する撮像時間の冗長性が解消されるようになり、いかなる撮像対象に対しても迅速なスペクトル撮像が可能となる。
As described above, according to the spectral imaging apparatus according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) As a mechanism for sequentially converting and scanning the observation light L into a line-shaped light,
(2)また、ライン光走査機構220としてこのような構成によれば、スリット221a〜221nが形成された無端帯状体221を周回回転させるといった、より簡易な構成及び容易な制御のもとに撮像対象を撮像することができるようになる。
(2) Further, according to such a configuration as the line
(3)上記スペクトル撮像装置200を車両に搭載することとした。このため、たとえ人物等の移動体や適宜変化する周辺環境を撮像する場合であれ、それら撮像対象を限られた撮像時間内で適切に撮像することができるようになる。これにより、撮像対象から取得されるスペクトルデータに基づいて撮像対象を撮像する上で、その実用性が高められるようになる。
(3) The
(第4の実施の形態)
以下、本発明にかかるスペクトル撮像装置を具体化した第4の実施の形態について図8を参照して説明する。なお、図8(a)は本実施の形態のスペクトル撮像装置の概略構成を示しており、図8(b)は本実施の形態のライン光走査機構の概略構成を示している。また、本実施の形態のスペクトル撮像装置も、例えば車両に搭載されて道路環境や自車両の周辺に存在する人物等の撮像に用いられる。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment of the spectral imaging device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8A shows a schematic configuration of the spectral imaging apparatus of the present embodiment, and FIG. 8B shows a schematic configuration of the line light scanning mechanism of the present embodiment. The spectrum imaging apparatus of the present embodiment is also used for imaging a person or the like that is mounted on a vehicle and exists in the vicinity of the road environment or the host vehicle.
図8(a)に示すように、本実施の形態のスペクトル撮像装置300は、撮像対象が自ら発する光や撮像対象が反射する光、すなわち撮像対象からの観測光Lを取り込む受光レンズ310を備えている。またスペクトル撮像装置300は、受光レンズ310を介して取り込まれた撮像対象の観測光Lをライン状の光に順次変換する機構として、回転軸Oを中心に回転可能に構成された円盤状のライン光走査機構320を備えている。さらにスペクトル撮像装置200は、観測光Lの進行方向後方に分光器230、撮像素子240、画像処理部250を備えている。
As shown in FIG. 8A, the
このうちライン光走査機構320は、その正面構造を図8(b)に示すように、円盤状の回転盤321を備えて構成されている。この回転盤321には、上記回転軸Oを中心として所定の間隔を隔てた2つの同心円OA及びOBの内から外にかけて、変換すべきライン状の光に対応する形状を有するスリット321a〜321nが渦巻き状に配列されている。なお、本実施の形態では、上記分光器330及び撮像素子340の一辺の長さD3と、2つの同心円OA及びOBの間隔D4とが等しくなるように形成されている(D3=D4)。また、スリット321a〜321nは、上記観測光Lを走査する分解能に対応する数だけ配列されている。そして、回転盤321の2つの同心円OA及びOB間の一領域である走査領域Rに対向して上記分光器330及び撮像素子340が配置されている。
Among these, the line
また、ライン光走査機構320は、上記回転盤321を回転させる駆動源として駆動部322を備えている(図8(a))。この駆動部322は、その駆動状態を制御する制御
部323に電気的に接続されている。そしてこの制御部323による制御指令値は、制御対象とする駆動部322と上記画像処理部350とに入力される。
Further, the line
このように構成されるライン光走査機構320では、上記制御部323による制御指令値に基づいて駆動部322が駆動すると、回転盤321が例えば受光レンズ310側から見て反時計回りに回転する。そして、図8(b)に示すように、例えば上記スリット321a〜321nのうちのスリット321aが上記走査領域Rに位置しているときには、図8(a)に例示するように、このスリット321aを介して、上記受光レンズ310から取り込まれた観測光Lがライン状の光Laに変換されて分光器330に投射される。こうして回転盤321が回転すると、次に、スリット321aに隣接するスリット321bが上記走査領域Rに位置することとなる。そして、このスリット321bを介して上記受光レンズ310から取り込まれた観測光Lがライン状の光に変換され、この変換されたライン状の光が分光器330に投射されることとなる。
In the line
このように本実施の形態では、分光器330が対向配置された上記走査領域Rには、回転盤321が連続的に回転することによりスリット321a→スリット321b→スリット321cといった態様でスリット321a〜321nが順次出現するようになる。そしてこのとき、スリット321a〜321nが2つの同心円OA及びOB間の内から外にかけて漸次ずれる態様で配列されたことによって、受光レンズ310を介して取り込まれた観測光Lがその上端から下端にかけて走査されるようになる。これにより、受光レンズ310を介して取り込まれた観測光Lは、スリット321a〜321nの連続的な出現を通じて、一定の方向にかつ連続的にライン状の光に変換走査されるようになる。そのため、スリット走査にかかる冗長性が解消されるようになり、ライン状の光に変換走査された光に基づく撮像対象の撮像時間が大幅に短縮されるようになる。
As described above, in the present embodiment, in the scanning region R in which the
こうして、分光器330には、回転盤321の連続的な回転動作を通じて、観測光Lが順次変換走査されたライン状の光が投射されることとなる。そして、この分光器330に投射された光が同分光器330にて複数の波長領域に分光され、この分光された光が撮像素子340の撮像面に結像される。こうして、画像処理部350では、先の第1〜第3の実施の形態と同様、撮像素子340にて変換された電気信号と上記制御部323による制御指令値とに基づいて撮像対象の撮像が行われるようになる。
In this way, the
以上説明したように、本実施の形態にかかるスペクトル撮像装置によれば、以下の効果が得られるようになる。
(1)上記観測光Lをライン状の光に順次変換走査する機構として、回転盤321上の2つの同心円OA及びOBの内から外に、変換すべきライン状の光に対応する形状を有するスリット321a〜321nが渦巻き状に、かつ観測光Lを走査する分解能に対応する数だけ配列されたライン光走査機構320を用いることとした。そして、このライン光走査機構320を構成する回転盤321のうちの走査領域Rに対向して分光器330を配置し、回転盤321の連続的な回転を通じて、上記観測光Lを順次ライン状の光に変換走査して分光器330に取り込むこととした。このため、撮像対象から観測された観測光Lを、一定の方向にかつ連続的にライン状の光へと変換することができるようになる。これにより、撮像対象から取得されるスペクトルデータに基づいて同撮像対象を撮像する上で、スリット走査に起因する撮像時間の冗長性が解消されるようになり、いかなる撮像対象に対しても迅速なスペクトル撮像が可能となる。
As described above, according to the spectral imaging apparatus according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) As a mechanism for sequentially converting and scanning the observation light L into line-shaped light, it has a shape corresponding to the line-shaped light to be converted outside the two concentric circles OA and OB on the
(2)また、ライン光走査機構320としてこのような構成によれば、スリット321a〜321nが形成された回転盤321を回転させるといった、より簡易な構成及び容易な制御のもとに撮像対象を撮像することができるようになる。
(2) Further, according to such a configuration as the line
(3)上記スペクトル撮像装置300を車両に搭載することとした。このため、たとえ人物等の移動体や適宜変化する周辺環境を撮像する場合であれ、それら撮像対象を限られた撮像時間内で適切に撮像することができるようになる。これにより、撮像対象から取得されるスペクトルデータに基づいて撮像対象を撮像する上で、その実用性が高められるようになる。
(3) The
なお、上記各実施の形態は、以下のような形態をもって実施することもできる。
・上記第4の実施の形態では、回転盤321を反時計回りに回転させることとしたが、回転盤321を時計回り回転させて上記観測光Lをライン状の光に変換走査することもできる。この場合には、回転盤321が時計回りに回転すると、上記走査領域Rには同走査領域Rの下端から上端に向かってスリット321n〜321aが連続して出現するようになる。これにより、上記観測光Lを、走査領域Rの下端から上端にかけて一定の方向にかつ連続的にライン状の光に順次変換走査することができるようになる。
In addition, each said embodiment can also be implemented with the following forms.
In the fourth embodiment, the
・上記第4の実施の形態では、上記スリット321a〜321nを、回転盤321における2つの同心円OA及びOBの内から外にかけて渦巻き状に配列することとした。これに限らず、上記スリット321a〜321nを、回転盤321における2つの同心円OA及びOBの外から内にかけて渦巻き状に配列するようにしてもよい。この場合には、回転盤321が回転すると、上記走査領域Rには同走査領域Rの下端から上端に向かってスリット321a〜321nが連続して出現するようになる。これにより、上記観測光Lを、走査領域Rの下端から上端にかけて一定の方向にかつ連続的にライン状の光に順次変換走査することができるようになる。
In the fourth embodiment, the slits 321a to 321n are arranged in a spiral shape from the inside to the outside of the two concentric circles OA and OB on the
・上記第3の実施の形態では、上記無端帯状体221を反時計回りに周回回転させることとしたが、無端帯状体221を時計回りに周回回転させるようにしてもよい。この場合には、上記分光器230と受光レンズ210との間には、それらの間で周回回転する無端帯状体221に形成されたスリット221n〜221aが上方向に向けて連続的に出現することとなる。これにより、上記観測光Lを下端から上端にかけて連続的にライン状の光に順次変換走査することができるようになる。
In the third embodiment, the
・上記第3の実施の形態では、駆動部222に突起222aを設けるとともに、無端帯状体221に同期孔Spを設けることとしたが、受光レンズ210と分光器230との間に順次出現するスリット221a〜221nの位置さえ特定できれば、上記突起222a及び同期孔Spを割愛する構成としてもよい。
In the third embodiment, the
・上記第1及び第2の各実施の形態のライン光走査機構120では、光選択部材121a〜121nの各々を一方向に連続的に回動させることによって、観測光Lを一方向に順次変換走査することとした。これに限らず、光選択部材121a〜121nの選択的な回動に基づいて観測光Lをライン状の光に変換するものであればよく、各光選択部材121a〜121nを回動させる順序は任意である。
In the line
・上記第1及び第2の実施の形態では、光選択部材121a〜121nの駆動源として、上記アクチュエータMa〜Mnを用いることとした。これに限らず、アクチュエータMa〜Mnを割愛するとともに、光選択部材121a〜121nを静電共振(静電力)あるいは電磁力により駆動されるMEMSミラーによって構成するようにしてもよい。この場合には、ライン光走査機構120としてのさらなる小型化が図られるようになり、上記スペクトル撮像装置100としての小型化が図られるようになる。またこの他、光選択部材121a〜121nとは、選択的に回動されるものであればよく、その駆動源も任意である。
In the first and second embodiments, the actuators Ma to Mn are used as the drive sources for the
・また、上記MEMSミラーを正方形状のミラーによって構成するようにしてもよい。すなわち、先の図2(a)及び(b)に対応する図として図9(a)及び(b)に示すように、静電力や電磁力によって駆動される正方形状のMEMSミラー126を、上記変換すべき光のライン方向に配列することによって光選択部材121Aa〜121Anの各々を構成するようにしてもよい。そして、図9(b)に例示するように、上記MEMSミラー126を光選択部材121Aa〜121Anの別にそれぞれ同時駆動することによって、光選択部材121Aa〜121Anの回転角を変更するようにしてもよい。この場合には、各々配列されたMEMSミラー126の列毎の同時駆動を通じて、撮像対象から観測された観測光Lがライン状の光に順次変換されるようになる。これにより、MEMSミラー126によって光選択部材121Aa〜121Anを構成する上で、既存のMEMSミラーを用いることができるようになり、ライン光走査機構としての汎用性が拡大されるようになる。
-Moreover, you may make it comprise the said MEMS mirror by a square-shaped mirror. That is, as shown in FIGS. 9A and 9B corresponding to FIGS. 2A and 2B, the
・上記第2の実施の形態では、上記光選択部材121a〜121nを反射体によって構成したが、上記光選択部材121a〜121nを隙間なく配列された光の遮蔽体によって構成するようにしてもよい。そして、この光の遮蔽体によって構成される光選択部材の順次選択的な回動に基づき透過される光を観測光Lのライン状の変換走査光とするようにしてもよい。この場合には、光の遮蔽体による光選択部材の順次選択的な回動に基づいて、この光選択部材を透過した観測光がライン状の光に変換されるとともに、この変換された光が上記分光器130へと案内される。これにより、光選択部材による光の遮蔽及び透過を利用した観測光Lの変換走査が実現されるようになる。
In the second embodiment, the
・上記第1の実施の形態では、各光選択部材121a〜121nを隙間なく隣接配列することとしたが、反射体から構成される光選択部材121a〜121nによる光の反射を利用してライン状の光を分光器130に案内する上では、各光選択部材121a〜121n間に隙間を有する構成であってもよい。また、第2の実施の形態では、各光選択部材121a〜121nを隙間なく配列することとしたが、各光選択部材121a〜121nの間に光を遮蔽もしくは反射する部材を設ける場合には、光選択部材121a〜121nの各々を隔離して配列してもよい。要は、回転動作している光選択部材のみによって上記観測光Lがライン状の光に変換されて、同変換された光が分光器130に案内される構成であればよい。
In the first embodiment, the
・上記各実施の形態では、上記スペクトル撮像装置を車両に搭載するとともに、道路環境や自車両の周辺に存在する人物等を撮像することとした。これに限らず、スペクトル撮像装置を単体の撮像装置として利用してもよく、その撮像対象も任意である。 In each of the above embodiments, the spectral imaging device is mounted on a vehicle, and a person or the like existing around the road environment or the host vehicle is captured. However, the present invention is not limited to this, and the spectrum imaging device may be used as a single imaging device, and its imaging target is also arbitrary.
100…スペクトル撮像装置、110…受光レンズ、120…ライン光走査機構、121a〜121n、121Aa〜121An…光選択部材、122…駆動部、123…回転角制御部、125a〜125n…回転軸、126…MEMSミラー、130…分光器、140…撮像素子、150…画像処理部、200…スペクトル撮像装置、201…筐体、210…受光レンズ、220…ライン光走査機構、221…無端帯状体、221a〜221n…スリット、222…駆動部、222a…突起、223…制御部、230…分光器、240…撮像素子、250…画像処理部、300…スペクトル撮像装置、310…受光レンズ、320…ライン光走査機構、321…回転盤、321a〜321n…スリット、322…駆動部、323…制御部、330…分光器、340…撮像素子、350…画像処理部、R…走査領域、Sp…同期孔、Ma〜Mn…アクチュエータ。
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記観測光をライン状の光に順次変換走査する機構として、変換すべきライン状の光に対応する形状を有してその長手方向に設けられた軸を中心に各別に回動可能な光選択部材が前記観測光を走査する分解能に対応する数だけ配列されたライン光走査機構を備え、該ライン光走査機構を構成する前記光選択部材の選択的な回動に基づいて前記観測光を順次ライン状の光に変換走査して前記分光器に取り込むようにした
ことを特徴とするスペクトル撮像装置。 The observation light observed from the imaging target is taken into the spectroscope while being sequentially scanned into a line-shaped light, and the imaging device receives the light having different wavelengths separated by the spectroscope. A spectral imaging device for performing
As a mechanism for sequentially converting and scanning the observation light into line-shaped light, the light selection has a shape corresponding to the line-shaped light to be converted and can be rotated individually about an axis provided in the longitudinal direction. The member includes a line light scanning mechanism arranged in a number corresponding to the resolution for scanning the observation light, and the observation light is sequentially transmitted based on selective rotation of the light selection member constituting the line light scanning mechanism. A spectral imaging apparatus characterized in that it is converted into line-shaped light and scanned into the spectroscope.
請求項1に記載のスペクトル撮像装置。 The light selection member is made of a light reflector, and the line light scanning mechanism applies observation light reflected and converted into line-shaped light to the spectroscope based on sequential rotation of the light selection member. The spectrum imaging apparatus according to claim 1, wherein the spectrum imaging apparatus is incorporated.
請求項1に記載のスペクトル撮像装置。 The light selection member is formed of a light shield arranged with no gap, and the line light scanning mechanism transmits observation light that is transmitted and converted into line-shaped light based on sequential selective rotation of the light selection member. The spectral imaging apparatus according to claim 1, wherein
請求項1に記載のスペクトル撮像装置。 The light selection member is composed of a light reflector arranged with no gap, and the line light scanning mechanism transmits observation light that is transmitted and converted into line light based on the sequential selective rotation of the light selection member. The spectral imaging apparatus according to claim 1, wherein
請求項2または4に記載のスペクトル撮像装置。 The spectrum imaging device according to claim 2, wherein the reflector is a MEMS mirror that is electrostatically resonated.
請求項5に記載のスペクトル撮像装置。 The MEMS mirror is formed of a square mirror, and each of the light selection members is arranged in the line direction of the light to be converted and is simultaneously driven separately from the light selection member. Item 6. The spectral imaging apparatus according to Item 5.
請求項1〜6のいずれか一項に記載のスペクトル撮像装置。 The line light scanning mechanism sequentially converts and scans the observation light in one direction by continuously rotating each of the arranged light selection members in one direction. The spectral imaging device according to item.
前記観測光をライン状の光に順次変換走査する機構として、変換すべきライン状の光に対応する形状を有してその長手方向に設けられた軸を中心に各別に回動可能な光選択部材が前記観測光を走査する分解能に対応する数だけ配列されたライン光走査機構を用い、該ライン光走査機構を構成する前記光選択部材の選択的な回動に基づいて前記観測光を順次ライン状の光に変換走査する工程と、該変換走査されたライン状の光を前記波長の異なる光に分光する工程と、該分光された光に基づいて前記撮像対象を撮像する工程とを備える
ことを特徴とするスペクトル撮像方法。 Spectral imaging method in which observation light observed from an imaging object is spectrally converted while being sequentially scanned into a line-shaped light, and the imaged object is imaged by causing the imaging device to receive the separated light having different wavelengths. Because
As a mechanism for sequentially converting and scanning the observation light into line-shaped light, the light selection has a shape corresponding to the line-shaped light to be converted and can be rotated individually about an axis provided in the longitudinal direction. A line light scanning mechanism in which members are arranged in a number corresponding to the resolution for scanning the observation light is used, and the observation light is sequentially transmitted based on selective rotation of the light selection member constituting the line light scanning mechanism. A step of converting and scanning into line-shaped light, a step of splitting the converted and scanned line-shaped light into light having different wavelengths, and a step of imaging the imaging target based on the split light. A spectral imaging method characterized by the above.
請求項8に記載のスペクトル撮像方法。 The light selection member is formed of a light reflector, and the line light scanning mechanism reflects the observation light that is reflected and converted into line-shaped light by the selective rotation of the light selection member. The spectral imaging method according to claim 8, wherein the spectrum imaging is performed on light having different wavelengths.
請求項8に記載のスペクトル撮像方法。 The light selection member is composed of a light shield arranged with no gap, and is transmitted and converted into line-shaped light by the line light scanning mechanism based on the sequential selective rotation of the light selection member. The spectral imaging method according to claim 8, wherein the observed light is split into light having different wavelengths.
請求項8に記載のスペクトル撮像方法。 The light selection member is composed of a light reflector arranged with no gap, and is transmitted by the line light scanning mechanism based on the sequential selective rotation of the light selection member and converted into line light. The spectral imaging method according to claim 8, wherein the observed light is split into light having different wavelengths.
変換すべきライン状の光に対応する形状を有してその長手方向に設けられた軸を中心に各別に回動可能な光選択部材を、前記観測光を走査する分解能に対応する数だけ配列し、前記光選択部材の選択的な回動に基づいて前記観測光を順次ライン状の光に変換走査するようにした
ことを特徴とするライン光走査機構。 A line light scanning mechanism for sequentially converting and scanning observation light observed from an imaging target into line-shaped light,
A number of light selection members each having a shape corresponding to the line-shaped light to be converted and rotatable individually about an axis provided in the longitudinal direction thereof are arranged corresponding to the resolution for scanning the observation light. The line light scanning mechanism is characterized in that the observation light is sequentially converted into line-shaped light based on the selective rotation of the light selection member.
請求項12に記載のライン光走査機構。 The line light according to claim 12, wherein the light selection member is made of a light reflector, and the light reflected on the basis of the sequential selective rotation of the light selection members is a line-shaped converted scanning light of the observation light. Scanning mechanism.
請求項12に記載のライン光走査機構。 13. The light selection member is composed of a light shield arranged with no gap, and the light transmitted based on the sequential selective rotation of the light selection member is used as the line-shaped converted scanning light of the observation light. The line light scanning mechanism described in 1.
請求項12に記載のライン光走査機構。 13. The light selection member is made of a light reflector arrayed without a gap, and the light transmitted based on the sequential selective rotation of the light selection member is used as the line-shaped converted scanning light of the observation light. The line light scanning mechanism described in 1.
請求項13または15に記載のライン光走査機構。 The line light scanning mechanism according to claim 13, wherein the reflector includes a MEMS mirror that is electrostatically resonated.
請求項16に記載のライン光走査機構。 The MEMS mirror is formed of a square mirror, and each of the light selection members is arranged in the line direction of the light to be converted and is simultaneously driven separately from the light selection member. Item 17. A line light scanning mechanism according to Item 16.
前記観測光をライン状の光に順次変換走査する機構として、周回回転可能な無端帯状体に、変換すべきライン状の光に対応する形状を有するスリットが所定の間隔をもって配列されたライン光走査機構を備え、該ライン光走査機構を構成する前記無端帯状体の連続的な周回回転に基づく前記スリットの連続的な出現により前記観測光を順次ライン状の光に
変換走査して前記分光器に取り込むようにした
ことを特徴とするスペクトル撮像装置。 The observation light observed from the imaging target is taken into the spectroscope while being sequentially scanned into a line-shaped light, and the imaging device receives the light having different wavelengths separated by the spectroscope. A spectral imaging device for performing
As a mechanism for sequentially converting and scanning the observation light into a line-shaped light, a line light scanning in which slits having shapes corresponding to the line-shaped light to be converted are arranged at predetermined intervals on an endless belt that can rotate around The observation light is sequentially converted into line-shaped light by the continuous appearance of the slit based on the continuous circular rotation of the endless belt-shaped body constituting the line light scanning mechanism. A spectral imaging device characterized by being captured.
前記観測光をライン状の光に順次変換走査する機構として、回転盤の所定間隔を隔てた2つの同心円間の内から外もしくは外から内に、変換すべきライン状の光に対応する形状を有するスリットが渦巻き状に、かつ前記観測光を走査する分解能に対応する数だけ配列されたライン光走査機構を備えるとともに、該ライン光走査機構を構成する前記回転盤の前記2つの同心円間の一領域に対向して前記分光器を配置し、前記回転盤の連続的な回転に基づく前記分光器に対向する領域での前記スリットの連続的な出現により前記観測光を順次ライン状の光に変換走査して前記分光器に取り込むようにした
ことを特徴とするスペクトル撮像装置。 The observation light observed from the imaging target is taken into the spectroscope while being sequentially scanned into a line-shaped light, and the imaging device receives the light having different wavelengths separated by the spectroscope. A spectral imaging device for performing
As a mechanism for sequentially converting and scanning the observation light into a line-shaped light, a shape corresponding to the line-shaped light to be converted is formed from the inside to the outside or the outside to the inside between two concentric circles separated by a predetermined interval of the rotating disk. A slit having a line and a line light scanning mechanism arranged in a number corresponding to the resolution for scanning the observation light, and a slit between the two concentric circles of the rotating disk constituting the line light scanning mechanism. The spectroscope is arranged opposite to the area, and the observation light is sequentially converted into line light by the continuous appearance of the slit in the area facing the spectroscope based on the continuous rotation of the rotating disk. A spectral imaging apparatus characterized by being scanned and loaded into the spectroscope.
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