JP2850802B2 - 飛翔体搭載用カメラのバックフォーカス調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、航空機や人工衛
星、あるいは宇宙空間輸送機のような飛翔体に搭載さ
れ、二次元固体撮像素子を用いて画像を取得する飛翔体
搭載用カメラのバックフォーカス調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】航空機や人工衛星、あるいは宇宙空間輸
送機のような飛翔体に搭載されるカメラ（以下、飛翔体
搭載用カメラ）は、無限遠にピントを合わせて宇宙空間
から地球等を撮影することを目的としており、無限遠に
ピントが合うようなバックフォーカス特性を得るため
に、飛翔体に搭載する前の段階で、バックフォーカス調
整装置による焦点調整が必要となる。

【０００３】バックフォーカスは、飛翔体搭載用カメラ
に設置されるシムの厚さを変えて無限遠にピントが合う
ように調整されるが、バックフォーカス調整装置は、こ
のシムの厚さを決定し設計するための試験と、設計した
シムを実際に飛翔体搭載用カメラに設置してその性能を
確認するための試験を行う。

【０００４】図１及び図４に沿って、従来のバックフォ
ーカス調整装置及び該調整装置による調整の手順につい
て説明する。図１において、バックフォーカス調整装置
１は、光源２と、光源２からの光を平行光に変えて飛翔
体搭載用カメラ５のレンズ６へ投光するコリメータ４
と、光源２とコリメータ４を結ぶ光軸上に設けられるレ
チクル３とから構成されている。レチクル３は、光源２
からの光をコリメータ４側に通過させるピンホールを、
その受光面に多数点在させており、光軸に沿って移動可
能に構成されている。光源２からの光は、レチクル３の
ピンホールを通ってコリメータ４に至り、ここで、平行
光とされて飛翔体搭載用カメラ５のレンズ６に与えられ
る。レンズ６に入光された光は、２次元固体撮像子から
なる検出器７で検出され、その画像データが得られる。

【０００５】このバックフォーカス調整装置１を用いて
飛翔体搭載用カメラ５のバックフォーカス調整を行う手
順は以下の通りである（図４参照）。すなわち、飛翔体
搭載用カメラ５を、シム６を外した状態でアッセンブリ
し、所定の調整位置に設置する（ステップ１）。レチク
ル３を、バックフォーカス調整装置１の初期設定場所に
固定する（ステップ２）。光源２をＯＮにすると、その
光がレチクル３のピンホールを通り、コリメータ４で平
行光とされて、飛翔体搭載用カメラ５に照射される。照
射された光は、飛翔体搭載用カメラ５のレンズ６で集光
され、検出器７の受光面に結像して、画像データが得ら
れる（ステップ３）。

【０００６】次に、レチクル３を光軸方向に、ある距離
分スライドさせる（ステップ４）。前記手順同様、光源
２から光を発して、飛翔体搭載用カメラ５にて、画像デ
ータを取得する（ステップ５）。レチクル３をスライド
させながら、飛翔体搭載用カメラ５にて、画像データを
取得する作業を、レチクル３が指定された位置にスライ
ドするまで繰り返し（ステップ６）、これら取得したデ
ータから飛翔体搭載用カメラ５に必要なシムの設計を行
う（ステップ７）。

【０００７】次いで、設計したシム８を、レンズ６と検
出器７の間に挿入して、飛翔体搭載用カメラ５をアッセ
ンブリする（ステップ８）。性能確認のために、再度、
バックフォーカス調整装置１にて、バックフォーカスデ
ータを取得する（ステップ９）。この結果が、バックフ
ォーカス特性を満足するまで、前記調整手順を繰り返す
（ステップ１０）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の飛翔
体搭載用カメラのバックフォーカス調整は、レチクル
を、指定した距離ずつスライドしていき、各位置におい
てデータを取得する必要があるので、調整に多大な時間
がかかるという問題がある。

【０００９】また、特開平１−２２３４１３号には、二
つのくさび型光学素子を境界面に沿って移動させること
によって、該光学系の厚さを異ならせて像ブレを補正す
る技術が記載されているが、この技術を上記バックフォ
ーカス調整に応用したとしても、くさびの相対位置を異
ならせて、各段階においてデータ測定をしなければなら
ないことは、上記従来の技術と変わりがなく、依然とし
てフォーカス調整に時間がかかるという問題は解消され
ない。

【００１０】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、バックフォーカス調整時のデータ取得
を１回にすることによって、調整時間を短縮することが
可能な飛翔体搭載用カメラのバックフォーカス調整装置
の提供を目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１記載の発明は、飛翔体に搭載され、二次元固体
撮像子で画像データを取得する飛翔体搭載用カメラのバ
ックフォーカス調整装置において、光源と、上記光源か
らの光を平行光に変えるコリメータと、上記光源と上記
コリメータを結ぶ光軸上に設けられ、上記光源からの光
を上記コリメータ側に通過させるピンホールを有する補
正光学系とからなり、上記補正光学系のピンホールを、
該光軸に垂直な面から傾斜した面上に複数設けた構成と
してある。

【００１２】このような構成により、光源からの光は、
補正光学系の傾斜面上の異なるピンホールを通過してコ
リメータに至り、平行光となって飛翔体搭載用カメラの
レンズに入光し、集光されてその検出器に結像する。補
正光学系上の各ピンホールは、傾斜面上の異なる位置に
形成されているので、光源から各ピンホールまでの距離
が異なり、それによってピンホールごとに、カメラ結像
面の光軸方向に対する位置が異なる。すなわち、基準と
なるピンホールの位置からの、対象となるピンホール
(i)の光軸方向での変位量をａiとし、基準ピンホールを
通過した光のカメラ結像面からの、対象となるピンホー
ル(i)を通過した光によるカメラ結像面の移動量をbiと
した場合に、以下の関係が成り立つ。

【００１３】 ｂｉ＝ａｉ（ｆｓ／ｆｃ）² ・・・（１） 但し、ａｉ：ピンホール変位量、ｂｉ：カメラ結像面の
移動量 ｆｓ：カメラの焦点距離、ｆｃ：コリメータの焦点距
離。

【００１４】従って、補正光学系の異なるピンホールを
通過する光によって、異なるカメラ結像面の位置が得ら
れ、該データより飛翔体搭載用カメラに使用するシムの
設計が可能となる。

【００１５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の飛
翔体搭載用カメラのバックフォーカス調整装置におい
て、上記補正光学系が、光軸に垂直な受光面上に複数の
傾斜面を形成し、該各傾斜面に沿って複数のピンホール
をそれぞれ形成した構成としてある。

【００１６】このような構成により、異なる傾斜面上の
対応するピンホールから、同様のカメラ結像面の位置が
得られ、その調整精度が保証される。

【００１７】請求項３記載の発明は、請求項２記載の飛
翔体搭載用カメラのバックフォーカス調整装置におい
て、上記複数の傾斜面を、受光面の中心に対しそれぞれ
点対称の位置に配置した構成としてある。

【００１８】このような構成により、異なる傾斜面上の
対応するピンホールからカメラ結像面のずれが求めら
れ、該ずれを無くすように検出器のあおり調整を行うこ
とによって、カメラレンズに対する検出器の傾きが補正
される。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。本発明に係るバックフォー
カス調整装置の基本的構成は、先に説明した従来技術の
ものと同様、光源２と、光源２からの光を平行光に変え
て飛翔体搭載用カメラ５のレンズ６へ投光するコリメー
タ４と、光源２とコリメータ４を結ぶ光軸上に設けられ
るレチクル３とから構成されている（図１参照）。

【００２０】図２は、本発明に係るレチクルの一実施形
態を示す図であり、（ａ）はそのコリメータ側から見た
正面図、（ｂ）はその透光部の拡大側断面図である。こ
れら図に示されたように、レチクル３は、ガラス等透光
部材からなる薄板の一面に、多数のピンホール１０を設
けた非透過性材を密接してなるものであり、光源２とコ
リメータ４を結ぶ光軸上に、そのピンホール１０側（受
光面側）を光源２側として、固定設置される。

【００２１】レチクル３は、図２（ａ）に示すように、
その中心及び中心に対し点対称の位置に、合計９箇所の
透光部１１を備えている。各透光部１１は、図２（ｂ）
に示すように、レチクル３の受光面に対し傾斜した面と
して形成され、各傾斜した透光部１１の傾斜面に沿って
複数のピンホール１０が形成されている。従って、光源
２から各ピンホール１０までの距離は、ピンホール１０
が透光部１１の傾斜面上のどの位置にあるかによって異
なり、異なる位置のピンホール１０を通過する光は、飛
翔体搭載用カメラ５の検出器７に、異なる焦点で入力さ
れる。なお、透光部１１に形成される各ピンホール１０
の直径は、１０〜２０μｍ程度、ピンホール１０同士の
光軸方向間隔は、５０μｍ程度である。

【００２２】次に、上記レチクル３を用いたバックフォ
ーカス調整装置による調整手順を図３のフローチャート
に沿って説明する。最初に、飛翔体搭載用カメラ５を、
シム６を外した状態でアセンブリし、所定の調整位置に
設置する（ステップ１）。光源２をＯＮにすると、その
光がレチクル３のピンホールを通り、コリメータ４で平
行光とされて、飛翔体搭載用カメラ５に照射される。照
射された光は、飛翔体搭載用カメラ５のレンズ６で集光
され、検出器７の受光面に結像して、画像データが得ら
れる（ステップ２）。

【００２３】この場合に、レチクル３の各ピンホール１
０の位置は、基準ピンホール１０ａから変位量ａｉとし
て与えられ、コリメータの焦点距離ｆｃと、カメラの焦
点距離ｆｓから、式（１）より、カメラの結像面の移動
量bi、すなわち必要なシム厚が得られる。また、画面の
数ヵ所のバックフォーカスは、各透光部１１のピンホー
ル１０を通過した光により同時に求まり、検出器７の取
付け傾きも同時に取得される。

【００２４】前記手順にて取得した画像データから、飛
翔体搭載用カメラ５に必要なシム８の設計を行う（ステ
ップ３）。製作したシム８を、レンズ６と検出器７の間
に挿入し、飛翔体搭載用カメラ５をアッセンブリする
（ステップ４）。確認の為に、シム８を取り付けた状態
で再度、バックフォーカス調整装置１にて、バックフォ
ーカスデータを取得する（ステップ５）。この結果が、
バックフォーカス特性を満足するまで、前記調整手順を
繰り返す（ステップ６）。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、バックフ
ォーカス調整装置の補正光学系のピンホールを、光軸に
垂直な面から傾斜した面上に複数設けたことによって、
バックフォーカス調整時のデータ取得を一回で完了する
ことができ、バックフォーカス調整時間を短縮すること
ができる。

【００２６】また、光軸に垂直な受光面上に複数の傾斜
面を形成し、該各傾斜面に沿って複数のピンホールをそ
れぞれ形成することによって上記補正光学系を構成する
ことで、異なる傾斜面上の対応するピンホールから、同
様のカメラ結像面の位置が得られ、その調整精度が保証
される。

【００２７】さらに、上記複数の傾斜面を、受光面の中
心に対しそれぞれ点対称の位置に配置することによっ
て、異なる傾斜面上の対応するピンホールからカメラ結
像面のずれが求められ、該ずれを無くすように検出器の
煽り調整を行うことによって、カメラレンズに対する検
出器の傾きを補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】バックフォーカスの調整を行うための構成を説
明するためのバックフォーカス調整装置及び飛翔体搭載
用カメラの概略側面図である。

【図２】本発明に係るレチクルの一実施形態を示す図で
あり、（ａ）はそのコリメータ側から見た正面図、
（ｂ）はその透光部の拡大側断面図である。

【図３】本発明のバックフォーカス調整手順を示すフロ
ーチャートである。

【図４】従来のバックフォーカス調整手順を示すフロー
チャートである。

【符号の説明】 １ バックフォーカス調整装置 ２ 光源 ３ レチクル ４ コリメータ ５ 飛翔体搭載用カメラ ６ レンズ ７ 検出器 ８ シム １０ ピンホール １０ａ 基準ピンホール １１ 透光部

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 飛翔体に搭載され、二次元固体撮像子で
   画像データを取得する飛翔体搭載用カメラのバックフォ
   ーカス調整装置において、 光源と、 上記光源からの光を平行光に変えるコリメータと、 上記光源と上記コリメータを結ぶ光軸上に設けられ、上
   記光源からの光を上記コリメータ側に通過させるピンホ
   ールを有する補正光学系とからなり、 上記補正光学系のピンホールを、該光軸に垂直な面から
   傾斜した面上に複数設けたことを特徴とする飛翔体搭載
   用カメラのバックフォーカス調整装置。
2. 【請求項２】 上記補正光学系は、光軸に垂直な受光面
   上に複数の傾斜面を形成し、該各傾斜面に沿って複数の
   ピンホールをそれぞれ形成してなることを特徴とする請
   求項１記載の飛翔体搭載用カメラのバックフォーカス調
   整装置。
3. 【請求項３】 上記複数の傾斜面は、受光面の中心に対
   しそれぞれ点対称の位置に配置してなることを特徴とす
   る請求項２記載の飛翔体搭載用カメラのバックフォーカ
   ス調整装置。