JP2021533382A - ハイパースペクトルカメラ - Google Patents
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Abstract
Description
・フォアオプティクス−描写されているシーンの画像を生成する光学サブシステム。
・分散要素を備えたリレーオプティクス−スリットに対して垂直な方向にスペクトル分散された光によって、シーンの非常に狭い領域の画像をイメージセンサに投影する光学サブシステム。
このようなカメラの瞬間的な視野は狭いストライプである。シーンの2次元画像は、シーンに対してスリットに垂直な方向にカメラを移動し、その過程で複数回に亘る露光を行うことによって実現される。
非特許文献1の図1は、どのように可変幅のスリットが取得した画像にアーティファクト(縞模様)を引き起こすかを示している。本文では、このようなスリット幅の変化を特徴づけることが可能であり、この較正データを使用して、取得したデータから縞模様を除去できると説明されている。使用中や輸送中に光学システムが影響を受け、較正データが無効になる場合があることが指摘されている。非特許文献1の著者は、画像について様々な想定を行い、縞模様の強度を低下させる可能性が高いいくつかの画像処理方法について説明している。
本発明のいくつかの非網羅的な実施形態、変形例又は代替例は、従属請求項によって規定される。
選択的に、第1の光学要素は凹型のシリンドリカルレンズを含み、第2の光学要素は凸型のシリンドリカルレンズを含む。
選択的に、第1の光学要素は、スリット表面上の画像がスリットの接線に平行な方向にデフォーカスされるように非点収差を有するフォアオプティクスであり、第2の光学要素は、フォアオプティクスの非点収差を打ち消すように構成された非点収差を有するリレーオプティクスである。
選択的に、フォアオプティクス及びリレーオプティクスは、フォアオプティクス及びリレーオプティクスの両方で光軸から離れて配置された少なくとも1つの光学面を有し、スリットの前でデフォーカスをもたらし、スリットの後でデフォーカスを補償する非点収差を生成する。さらに選択的に、フォアオプティクス及びリレーオプティクスの非点収差は、収差が光軸から離れていることを利用し、かつスリット全体を光軸から離して配置する、部分的に補正されていない収差の非点収差である。
選択的に、光学システムは、スリットを保護するモジュール内の窓として第1の光学要素及び第2の光学要素を使用することで、塵の粒子及び湿気からスリットを保護するモジュールを備える。
本発明のさらに別の態様は、ハイパースペクトルカメラの画質を改善するための方法であり、シーンからの光がスリットに到達する前に、スリットの開口部の接線に平行な方向においてシーンからの光をデフォーカスすることと、スリットの表面によってシーンからの光を遮断し、狭い領域からの光のみがスリットの開口部を通過できるようにすることで、シーンから狭い領域を切り取ることと、狭い領域からの光がスリットを通過した後でデフォーカスを補正することと、狭い領域からの補償後の光をスペクトル分散し、狭い領域のスペクトル分散画像をイメージセンサに投影することと、を含む。
シーンの画像は、スリット面において、スリットにほぼ平行な方向Xにデフォーカスされ、スリットに垂直な方向Yで良好なフォーカスが維持される。スリットの後で、画像は、方向Xにフォーカスされ、方向Yで良好なフォーカスが継続して維持される。
1200:リレーオプティクス
1250:分散要素
1500:スリット面
1510:スリット表面、もしくは面又は3D表面
1520:スリット開口部、異なる形状、アスペクト比であり得、長さ:幅が10:1以上
1560:スリット開口部の長辺に対する接線
1565:接線に対して垂直な方向
1550:機械的欠陥
1600:光線の断面
1620:光線(光)の断面
1800:イメージセンサ
1830:結果の画像
1832:結果の画像
1834:結果の画像
1836:本発明による点の画像
1838:スリットに欠陥が存在する場合の本発明による点の画像
1850:縦のストライプ
1900:第1の波長の光
1910:第2の波長の光
2000:第1の非点収差要素
2100:第2の非点収差要素
2200:スリット面の後ろの面/点
Claims (15)
- ハイパースペクトルカメラ用の光学システムであって、前記光学システムは、
描写されているシーンの画像を生成するように構成された光学サブシステムであるフォアオプティクス(1000)と、
イメージセンサ(1800)と、
スリット表面と、スリット(1500)を貫通するスリット開口部とを備えるスリット(1500)であって、前記スリット開口部は前記スリット表面上にストライプを形成し、前記ストライプは前記ストライプの中心に沿った長さ及び前記ストライプの中心の各点で垂直に前記ストライプを横切る幅を有し、前記ストライプの全長はその最大幅より少なくとも一桁大きく、前記スリット(1500)は前記スリット開口部を通過する光を除いてシーンからの光を遮断し、シーンから狭い領域を効果的に切り取るように構成される、スリット(1500)と、
分散要素(1250)を備えるリレーオプティクス(1200)であって、狭いシーンからの光を前記ストライプの接線に対して垂直な方向にスペクトル分散しつつ、前記シーンの前記狭い領域の画像をイメージセンサ(1800)に投影するように構成された光学サブシステムであるリレーオプティクス(1200)と、を備え、
前記光学システムは、
前記スリット(1500)の前に配置され、前記ストライプの接線に対して垂直な方向のフォーカスを維持しながら、前記ストライプの接線に平行な方向に光をデフォーカスする形態を有する第1の光学要素(2000)と、
前記スリット(1500)の後に配置され、前記第1の要素(2000)によってもたらされたデフォーカスを補償する第2の光学要素(2100)と、をさらに備えることを特徴とする光学システム。 - 前記スリット表面が平面又は円筒面のいずれかである、請求項1に記載の光学システム。
- 前記狭いストライプが線形である、請求項1又は2に記載の光学システム。
- 前記第1の光学要素(2000)は凹型のシリンドリカルレンズを含み、前記第2の光学要素(2100)は凸型のシリンドリカルレンズを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学システム。
- 前記第1の光学要素(2000)は凸型のシリンドリカルレンズを含み、前記第2の光学要素(2100)は凹型のシリンドリカルレンズを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学システム。
- 前記第1の光学要素(2000)は、前記スリット表面上の画像が前記スリット(1500)の接線に平行な方向にデフォーカスされるように非点収差を有するフォアオプティクスであり、前記第2の光学要素は、前記フォアオプティクスの非点収差を打ち消すように構成された非点収差を有するリレーオプティクスである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学システム。
- 前記フォアオプティクス及び前記リレーオプティクスの非点収差は、光軸Zに直交しかつ2つの直交するX方向とY方向とで屈折力が異なる光学面を使用して生成される、請求項6に記載の光学システム。
- 前記フォアオプティクス及び前記リレーオプティクスは、前記フォアオプティクス及び前記リレーオプティクスの両方で光軸から離れて配置された少なくとも1つの光学面を有し、前記スリット(1500)の前にデフォーカスをもたらし、前記スリット(1500)の後でデフォーカスを補償する非点収差を生成する、請求項6に記載の光学システム。
- 前記フォアオプティクス及び前記リレーオプティクスの非点収差は、収差が光軸から離れていることを利用し、かつ前記スリット(1500)全体を光軸から離して配置する、部分的に補正されていない収差の非点収差である、請求項6に記載の光学システム。
- 請求項4〜9のいずれか1つの第1の光学要素は、請求項1〜3のいずれかによる光のデフォーカスのために使用され、請求項4〜9のいずれか1つの第2の光学要素は、請求項1〜3のいずれかによるデフォーカスを補償するために使用される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光学システム。
- 前記光学システムは、前記スリット(1500)を保護するモジュール内の窓として前記第1の光学要素(2000)及び前記第2の光学要素(2100)を使用することで、塵の粒子及び湿気から前記スリット(1500)を保護するモジュールを備える、請求項1〜10のいずれか一項に記載の光学システム。
- 前記スリットを保護する前記モジュールは、(1)密閉され、かつ窒素又は不活性ガスで満たされているもの、又は(2)内部が真空になるように排気されているもののいずれかである、請求項11に記載の光学システム。
- ハイパースペクトルカメラであって、前記カメラは、請求項1〜12のいずれか一項に記載の光学システムを備え、前記カメラは、(1)画像センサ及び他のカメラ機能を制御するため、(2)空間及びスペクトル画像情報を含む画像又は画像ラインを取得するため、及び(3)前記空間及びスペクトル画像情報の(a)格納及び(b)送信のうちの少なくとも1つを行うために構成された制御電子機器をさらに備える、ハイパースペクトルカメラ。
- 請求項1〜12のいずれか一項に記載の光学システムを備えるハイパースペクトルカメラを使用してハイパースペクトルデータを取得するための方法。
- ハイパースペクトルカメラの画質を改善するための方法であって、
シーンからの光がスリット(1500)に到達する前に、前記スリット(1500)の開口部の接線に平行な方向においてシーンからの光をデフォーカスすることと、
前記スリット(1500)の表面によってシーンからの光を遮断し、狭い領域からの光のみが前記スリット(1500)の開口部を通過できるようにすることで、シーンから狭い領域を切り取ることと、
狭い領域からの光が前記スリットを通過した後でデフォーカスを補正することと、
前記狭い領域からの補償後の光をスペクトル分散し、前記狭い領域のスペクトル分散画像をイメージセンサ(1800)に投影することと、を含む方法。
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