JP3382530B2 - 光学撮像装置 - Google Patents
光学撮像装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、人工衛星等の飛翔
体に搭載され、地上の映像を撮影する光学撮像装置に関
する。
体に搭載され、地上の映像を撮影する光学撮像装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】このような光学撮像装置には、いくつか
のタイプがあり、以下、その代表的な二例について図面
を参照しながら説明する。図７は例えばランドサット１
号に搭載された走査型マルチスペクトル放射計と称され
る光学撮像装置の構成を示している。
のタイプがあり、以下、その代表的な二例について図面
を参照しながら説明する。図７は例えばランドサット１
号に搭載された走査型マルチスペクトル放射計と称され
る光学撮像装置の構成を示している。
【０００３】この光学撮像装置１００は、地球Ｅからの
光を結像する結像光学系１１２と、結像光学系１１２の
視野を走査する対物平面走査鏡１３２と、結像光学系１
１２の焦点Ｆに配置された検出器列１２６とを備えてい
る。
光を結像する結像光学系１１２と、結像光学系１１２の
視野を走査する対物平面走査鏡１３２と、結像光学系１
１２の焦点Ｆに配置された検出器列１２６とを備えてい
る。
【０００４】結像光学系１１２の視野は、対物平面走査
鏡１３２が飛翔体の進行方向Ｓに平行な走査回転軸１３
４の周りに回転されることにより、飛翔体の進行方向Ｓ
に直交する方向に走査される。走査中、地球Ｅからの光
は結像光学系１１２によって検出器列１２６に結像さ
れ、そこで光電変換され、検出器列１２６の出力信号は
信号処理装置１２２で信号形式が整えられ、データ伝送
装置１２４を介して地上に伝送される。
鏡１３２が飛翔体の進行方向Ｓに平行な走査回転軸１３
４の周りに回転されることにより、飛翔体の進行方向Ｓ
に直交する方向に走査される。走査中、地球Ｅからの光
は結像光学系１１２によって検出器列１２６に結像さ
れ、そこで光電変換され、検出器列１２６の出力信号は
信号処理装置１２２で信号形式が整えられ、データ伝送
装置１２４を介して地上に伝送される。
【０００５】地上あるいは地表の画像は、検出器列１２
６で得られる信号を、走査方向に関する視野の位置およ
び飛翔体の進行方向に関する視野の位置と関連づけて処
理することにより得られる。つまり、各走査で得られる
線的な情報を、飛翔体の進行方向Ｓに重ねていくことで
得られる。
６で得られる信号を、走査方向に関する視野の位置およ
び飛翔体の進行方向に関する視野の位置と関連づけて処
理することにより得られる。つまり、各走査で得られる
線的な情報を、飛翔体の進行方向Ｓに重ねていくことで
得られる。
【０００６】図８は海洋観測衛星１号（通称もも１号）
に搭載された電子走査マルチスペクトル放射計と呼ばれ
る光学撮像装置の構成を示している。この光学撮像装置
１００では、地球Ｅからの光を結像する結像光学系１１
２と、結像光学系１１２の焦点Ｆに配置された観測領域
幅分の情報を一度に取得する検出器列いわゆるラインセ
ンサー１２８とを備えており、結像光学系１１２の視野
は直接、地球Ｅの方向に向けられている。
に搭載された電子走査マルチスペクトル放射計と呼ばれ
る光学撮像装置の構成を示している。この光学撮像装置
１００では、地球Ｅからの光を結像する結像光学系１１
２と、結像光学系１１２の焦点Ｆに配置された観測領域
幅分の情報を一度に取得する検出器列いわゆるラインセ
ンサー１２８とを備えており、結像光学系１１２の視野
は直接、地球Ｅの方向に向けられている。
【０００７】地球Ｅからの光は結像光学系１１２によっ
て検出器列１２８に結像され、そこで光電変換され、検
出器列１２８の出力信号は信号処理装置１２２で信号形
式が整えられ、データ伝送装置１２４を介して地上に伝
送される。
て検出器列１２８に結像され、そこで光電変換され、検
出器列１２８の出力信号は信号処理装置１２２で信号形
式が整えられ、データ伝送装置１２４を介して地上に伝
送される。
【０００８】この光学撮像装置１００では、検出器列１
２８は、通常、数千画素からなる直線配列アレイ素子が
使用され、観測範囲の幅分を同時に撮像するので、図７
に示すような対物平面走査鏡を必要としない。
２８は、通常、数千画素からなる直線配列アレイ素子が
使用され、観測範囲の幅分を同時に撮像するので、図７
に示すような対物平面走査鏡を必要としない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図７に示した装置で
は、飛翔体が光学撮像装置の分解能に対応する距離を進
む時間内に一走査を完了する必要がある。このため、一
画素当たりの露光時間は数マイクロ秒程度である。この
ような条件の下で十分な信号強度を得るため、検出器列
１２６に高感度のものを使用するか、結像光学系１１２
に大口径のものを使用するかしなければならない。
は、飛翔体が光学撮像装置の分解能に対応する距離を進
む時間内に一走査を完了する必要がある。このため、一
画素当たりの露光時間は数マイクロ秒程度である。この
ような条件の下で十分な信号強度を得るため、検出器列
１２６に高感度のものを使用するか、結像光学系１１２
に大口径のものを使用するかしなければならない。
【００１０】また図８に示した装置では、撮影領域の一
列分を同時に撮影するため、図７の装置と比べると、露
光時間が千分の一秒程度と長いため、検出器列１２８に
要求される感度は低くて済むという利点はあるが、その
反面、検出器列１２８は相当に長いものであることが要
求され、また、結像光学系は広い画角に亘って収差が小
さくなるように設計されなければならない。
列分を同時に撮影するため、図７の装置と比べると、露
光時間が千分の一秒程度と長いため、検出器列１２８に
要求される感度は低くて済むという利点はあるが、その
反面、検出器列１２８は相当に長いものであることが要
求され、また、結像光学系は広い画角に亘って収差が小
さくなるように設計されなければならない。
【００１１】これらの光学撮像装置では、現在、１０ｍ
クラスの分解能が実現されているが、更に高い分解能、
例えば５ｍクラスの分解能を実現するには、図７の光学
撮像装置においては、結像光学系を更に大口径のものに
変更するか、検出器列を更に高感度のものに変更する必
要に迫られ、また、図８の光学撮像装置においては、更
に長い検出器列を開発したり、非常に広い画角に亘って
収差の小さい結像光学系を新たに設計する必要に迫ら
れ、このために光学撮像装置の開発経費の高騰を招くこ
とが予想され、これは衛星全体の設計にとっても好まし
いものではない。
クラスの分解能が実現されているが、更に高い分解能、
例えば５ｍクラスの分解能を実現するには、図７の光学
撮像装置においては、結像光学系を更に大口径のものに
変更するか、検出器列を更に高感度のものに変更する必
要に迫られ、また、図８の光学撮像装置においては、更
に長い検出器列を開発したり、非常に広い画角に亘って
収差の小さい結像光学系を新たに設計する必要に迫ら
れ、このために光学撮像装置の開発経費の高騰を招くこ
とが予想され、これは衛星全体の設計にとっても好まし
いものではない。
【００１２】本発明は、このような現状に鑑みて成され
たもので、その目的は、結像光学系や検出器の設計条件
を厳しくすることなく、さらに高い分解能で撮影可能な
小型で軽量な光学撮像装置を提供することである。より
具体的には、非常に高感度な検出器や非常に大口径の光
学系を使用することなく、また、新たな検出器の開発や
新たな結像光学系の設計を必要とすることなく、５ｍク
ラスの分解能での撮影を達成する小型で軽量な光学撮像
装置を提供することである。
たもので、その目的は、結像光学系や検出器の設計条件
を厳しくすることなく、さらに高い分解能で撮影可能な
小型で軽量な光学撮像装置を提供することである。より
具体的には、非常に高感度な検出器や非常に大口径の光
学系を使用することなく、また、新たな検出器の開発や
新たな結像光学系の設計を必要とすることなく、５ｍク
ラスの分解能での撮影を達成する小型で軽量な光学撮像
装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明による航空機や人
工衛星などの飛翔体に搭載され地表を撮影する光学撮像
装置は、地表からの光を結像する結像光学系と、結像光
学系の視野を走査する対物平面走査鏡と、結像光学系に
よって結像された像を中継するリレー光学系と、リレー
光学系の光路内に配置された補償平面走査鏡と、リレー
光学系の焦点面に配置された二次元検出器アレイとを有
しており、対物平面走査鏡は飛翔体の進行方向に平行な
走査回転軸の周りに一定の角速度で回転され、補償平面
走査鏡は、二次元検出器アレイが一枚の画像を取得する
間、対物平面走査鏡の回転により発生する結像光学系の
焦点面上における画像の移動を補償するように走査回転
軸の周りに回転される。これにより、一枚の画像を取得
する間、二次元検出器アレイには静止した画像が結像さ
れる。つまり、光学撮像装置の視野はステップ的に走査
され、二次元検出器アレイは、一枚の画像を取得する間
の比較的長い時間の間、露光され続ける。従って、大口
径の光学系や高感度の検出器を用いずに、高分解能の画
像を得ることができる。
工衛星などの飛翔体に搭載され地表を撮影する光学撮像
装置は、地表からの光を結像する結像光学系と、結像光
学系の視野を走査する対物平面走査鏡と、結像光学系に
よって結像された像を中継するリレー光学系と、リレー
光学系の光路内に配置された補償平面走査鏡と、リレー
光学系の焦点面に配置された二次元検出器アレイとを有
しており、対物平面走査鏡は飛翔体の進行方向に平行な
走査回転軸の周りに一定の角速度で回転され、補償平面
走査鏡は、二次元検出器アレイが一枚の画像を取得する
間、対物平面走査鏡の回転により発生する結像光学系の
焦点面上における画像の移動を補償するように走査回転
軸の周りに回転される。これにより、一枚の画像を取得
する間、二次元検出器アレイには静止した画像が結像さ
れる。つまり、光学撮像装置の視野はステップ的に走査
され、二次元検出器アレイは、一枚の画像を取得する間
の比較的長い時間の間、露光され続ける。従って、大口
径の光学系や高感度の検出器を用いずに、高分解能の画
像を得ることができる。
【００１４】光学撮像装置は、好適な一実施形態では、
さらに補償平面走査鏡が、飛翔体の移動により同一走査
中に得られる複数の画像の間に発生する飛翔体の進行方
向に沿ったずれを打ち消すように、走査回転軸と異なる
回転軸の周りに回転される。これにより、同一走査で得
られる複数の画像は、一直線に並んだものとなる。
さらに補償平面走査鏡が、飛翔体の移動により同一走査
中に得られる複数の画像の間に発生する飛翔体の進行方
向に沿ったずれを打ち消すように、走査回転軸と異なる
回転軸の周りに回転される。これにより、同一走査で得
られる複数の画像は、一直線に並んだものとなる。
【００１５】光学撮像装置は、別の好適な一実施形態で
は、リレー光学系の光路内に配置された分光フィルター
を更に有しており、これにより特定の波長帯域の画像が
得られる。
は、リレー光学系の光路内に配置された分光フィルター
を更に有しており、これにより特定の波長帯域の画像が
得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。まず、本発明の第一の
実施の形態の光学撮像装置について図１を用いて説明す
る。
の実施の形態について説明する。まず、本発明の第一の
実施の形態の光学撮像装置について図１を用いて説明す
る。
【００１７】光学撮像装置１０は、例えば、矢印Ｓで示
される方向に移動する人工衛星等の飛翔体に搭載され、
その視野は地球Ｅに向けられている。光学撮像装置１０
は、結像光学系１２と、リレー光学系１４と、対物平面
走査鏡３２と、補償平面走査鏡４２と、二次元検出器ア
レイ１６とを有している。
される方向に移動する人工衛星等の飛翔体に搭載され、
その視野は地球Ｅに向けられている。光学撮像装置１０
は、結像光学系１２と、リレー光学系１４と、対物平面
走査鏡３２と、補償平面走査鏡４２と、二次元検出器ア
レイ１６とを有している。
【００１８】対物平面走査鏡３２は走査回転軸３４の周
りに回転可能に支持されており、地球Ｅからの光を結像
光学系１２に向けて反射する。結像光学系１２は、入射
してくる光を焦点Ｆに集光し、観測対象である地表の像
を結像する。
りに回転可能に支持されており、地球Ｅからの光を結像
光学系１２に向けて反射する。結像光学系１２は、入射
してくる光を焦点Ｆに集光し、観測対象である地表の像
を結像する。
【００１９】リレー光学系１４は二枚のリレーレンズ１
４ａと１４ｂを含んでおり、リレー光学系１４の光路内
すなわち二枚のリレーレンズ１４ａと１４ｂの間には、
補償平面走査鏡４２が走査回転軸４４の周りに回転可能
に支持されている。
４ａと１４ｂを含んでおり、リレー光学系１４の光路内
すなわち二枚のリレーレンズ１４ａと１４ｂの間には、
補償平面走査鏡４２が走査回転軸４４の周りに回転可能
に支持されている。
【００２０】リレーレンズ１４ａは、結像光学系１２の
焦点Ｆからの発散光を平行光に変え、リレーレンズ１４
ｂは、リレーレンズ１４ａからの平行光を収束光に変え
る。つまり、リレー光学系１４は、結像光学系１２の焦
点面に結像された像を二次元検出器アレイ（例えばＣＣ
Ｄ）１６の受光面に中継する。
焦点Ｆからの発散光を平行光に変え、リレーレンズ１４
ｂは、リレーレンズ１４ａからの平行光を収束光に変え
る。つまり、リレー光学系１４は、結像光学系１２の焦
点面に結像された像を二次元検出器アレイ（例えばＣＣ
Ｄ）１６の受光面に中継する。
【００２１】二次元検出器アレイ１６の出力信号は信号
処理装置２２で処理された後、信号伝送装置２４によっ
て地上局へ送られる。対物平面走査鏡３２は、駆動部３
６によって、飛翔体の進行方向Ｓに平行な走査回転軸３
４の周りに、一方向に回転あるいは揺動される。これに
より、撮像装置１０により撮影される領域すなわち視野
が、飛翔体の進行方向Ｓに直交する方向に走査される。
処理装置２２で処理された後、信号伝送装置２４によっ
て地上局へ送られる。対物平面走査鏡３２は、駆動部３
６によって、飛翔体の進行方向Ｓに平行な走査回転軸３
４の周りに、一方向に回転あるいは揺動される。これに
より、撮像装置１０により撮影される領域すなわち視野
が、飛翔体の進行方向Ｓに直交する方向に走査される。
【００２２】一走査の間、図３に示されるように、一定
の周期（例えば１／３０秒の周期）で、二次元検出器ア
レイ１６に対応した領域の地表の画像（例えばＩm-1 、
Ｉm、Ｉm+1 ）が連続的に取得される。図中、画像Ｉm-1
、画像Ｉm 、画像Ｉm+1 は、それぞれ、時刻ｔm-1 〜
時刻ｔm の間、時刻ｔm 〜時刻ｔm+1 の間、時刻ｔm+1
〜時刻ｔm+2 の間に撮影される画像を意味している。
の周期（例えば１／３０秒の周期）で、二次元検出器ア
レイ１６に対応した領域の地表の画像（例えばＩm-1 、
Ｉm、Ｉm+1 ）が連続的に取得される。図中、画像Ｉm-1
、画像Ｉm 、画像Ｉm+1 は、それぞれ、時刻ｔm-1 〜
時刻ｔm の間、時刻ｔm 〜時刻ｔm+1 の間、時刻ｔm+1
〜時刻ｔm+2 の間に撮影される画像を意味している。
【００２３】一走査中の画像取得の周期は、走査速度に
応じて、隣り合う画像がちょうど隣接するように、ある
いは一部が重なるように選ばれる。また、この走査は連
続的に行なわれ、走査の周期は、飛翔体の移動速度に応
じて、連続する二走査の間に得られる画像が隣接するよ
うに、あるいは一部が重なるように選ばれる。
応じて、隣り合う画像がちょうど隣接するように、ある
いは一部が重なるように選ばれる。また、この走査は連
続的に行なわれ、走査の周期は、飛翔体の移動速度に応
じて、連続する二走査の間に得られる画像が隣接するよ
うに、あるいは一部が重なるように選ばれる。
【００２４】その結果、複数の走査によって得られる多
数の画像がつなぎ合わされ、最終的に、広範囲の地表の
画像が得られる。以下、光学撮像装置１０の動作につい
て更に詳しく説明する。
数の画像がつなぎ合わされ、最終的に、広範囲の地表の
画像が得られる。以下、光学撮像装置１０の動作につい
て更に詳しく説明する。
【００２５】図２（Ａ）に示されるように、結像光学系
１２の視野の方向は対物平面走査鏡３２の角度θによっ
て決まり、一走査の間、結像光学系１２の視野は一定の
速度で移動される。つまり、対物平面走査鏡３２は駆動
部３６により一定の角速度で回転される。従って、対物
平面走査鏡３２の角度θは、図２（Ｂ）に示されるよう
に、時間ｔに対して直線的に変化する。
１２の視野の方向は対物平面走査鏡３２の角度θによっ
て決まり、一走査の間、結像光学系１２の視野は一定の
速度で移動される。つまり、対物平面走査鏡３２は駆動
部３６により一定の角速度で回転される。従って、対物
平面走査鏡３２の角度θは、図２（Ｂ）に示されるよう
に、時間ｔに対して直線的に変化する。
【００２６】二次元検出器アレイ１６が一枚の画像を取
得する間も対物平面走査鏡３２は一定の角速度で回転し
ているため、結像光学系１２によって結像される像は時
間の経過と共に移動する。つまり、結像光学系１２の焦
点面に結像される像は、時間の経過と共に移動してお
り、結像光学系１２の焦点面では、いわゆる画像の流れ
が生じている。
得する間も対物平面走査鏡３２は一定の角速度で回転し
ているため、結像光学系１２によって結像される像は時
間の経過と共に移動する。つまり、結像光学系１２の焦
点面に結像される像は、時間の経過と共に移動してお
り、結像光学系１２の焦点面では、いわゆる画像の流れ
が生じている。
【００２７】補償平面走査鏡４２は、駆動部４６によ
り、この画像の流れを補償するように駆動される。つま
り、二次元検出器アレイ１６が一枚の画像を取得する
間、補償平面走査鏡４２は、対物平面走査鏡３２の回転
による画像の移動を打ち消すように、その向きが制御さ
れる。具体的には、図２（Ｃ）に示されるように、補償
平面走査鏡４２の角度θは時間ｔに対して鋸歯状に周期
的に変化する。
り、この画像の流れを補償するように駆動される。つま
り、二次元検出器アレイ１６が一枚の画像を取得する
間、補償平面走査鏡４２は、対物平面走査鏡３２の回転
による画像の移動を打ち消すように、その向きが制御さ
れる。具体的には、図２（Ｃ）に示されるように、補償
平面走査鏡４２の角度θは時間ｔに対して鋸歯状に周期
的に変化する。
【００２８】その結果、対物平面走査鏡３２と結像光学
系１２とリレー光学系１４と補償平面走査鏡４２とで構
成された光学系全体の視野の方向、すなわち、光学撮像
装置１０の視野の方向は、図２（Ｄ）に示されるよう
に、時間の経過と共に階段状に変化し、二次元検出器ア
レイ１６が一枚の画像を取得する間は一定に保たれ、そ
の間、二次元検出器アレイ１６の受光面には静止した像
が投影される。
系１２とリレー光学系１４と補償平面走査鏡４２とで構
成された光学系全体の視野の方向、すなわち、光学撮像
装置１０の視野の方向は、図２（Ｄ）に示されるよう
に、時間の経過と共に階段状に変化し、二次元検出器ア
レイ１６が一枚の画像を取得する間は一定に保たれ、そ
の間、二次元検出器アレイ１６の受光面には静止した像
が投影される。
【００２９】上述した画像の流れの補償は、対物平面走
査鏡３２の角度を階段状に変化させることによっても実
現可能であるが、対物平面走査鏡３２は約３０ｃｍ径で
約２ｋｇと大きく重いため、慣性モーメントが大きく共
振周波数が低く、現実的には、対物平面走査鏡３２の角
度を高い精度で感度良く制御することは難しい。
査鏡３２の角度を階段状に変化させることによっても実
現可能であるが、対物平面走査鏡３２は約３０ｃｍ径で
約２ｋｇと大きく重いため、慣性モーメントが大きく共
振周波数が低く、現実的には、対物平面走査鏡３２の角
度を高い精度で感度良く制御することは難しい。
【００３０】このため、本発明では、対物平面走査鏡３
２は一定の角速度で回転させ、比較的容易に高感度かつ
高精度に制御できる小型で軽量な補償平面走査鏡４２の
角度を制御することで、画像の流れを補償している。補
償平面走査鏡４２は、例えば、約３ｃｍ径で約５ｇと軽
量小型であり、上述の動作を実現するにおいて、十分な
精度と感度を持って制御可能である。
２は一定の角速度で回転させ、比較的容易に高感度かつ
高精度に制御できる小型で軽量な補償平面走査鏡４２の
角度を制御することで、画像の流れを補償している。補
償平面走査鏡４２は、例えば、約３ｃｍ径で約５ｇと軽
量小型であり、上述の動作を実現するにおいて、十分な
精度と感度を持って制御可能である。
【００３１】このような制御の結果、図３に概略的に示
されるように、各走査に対して、走査方向に並んだ複数
の画像が取得される。各走査の間に得られる隣接する二
つの画像は、一枚の画像を取得する間に飛翔体が移動す
る分だけ、飛翔体の移動方向Ｓにずれている。
されるように、各走査に対して、走査方向に並んだ複数
の画像が取得される。各走査の間に得られる隣接する二
つの画像は、一枚の画像を取得する間に飛翔体が移動す
る分だけ、飛翔体の移動方向Ｓにずれている。
【００３２】さらに、このように各走査で得られる複数
の画像を、飛翔体の移動方向Ｓに沿って並べることによ
り、広範囲の地表の画像が得られる。二次元検出器アレ
イ１６に入射する光量は結像光学系１２の開口面積（口
径）と二次元検出器アレイ１６の露光時間との積に比例
するので、二次元検出器アレイ１６は一枚の画像を取得
する間に多量の光を受ける。従って、光学撮像装置１０
は、二次元検出器アレイ１６の感度がそれほど高くなく
とも、また、光学系の口径がそれほど大きくなくとも、
十分な光量を取得し得る。つまり、二次元検出器アレイ
１６に要求される感度および光学系に要求される口径が
低減される。
の画像を、飛翔体の移動方向Ｓに沿って並べることによ
り、広範囲の地表の画像が得られる。二次元検出器アレ
イ１６に入射する光量は結像光学系１２の開口面積（口
径）と二次元検出器アレイ１６の露光時間との積に比例
するので、二次元検出器アレイ１６は一枚の画像を取得
する間に多量の光を受ける。従って、光学撮像装置１０
は、二次元検出器アレイ１６の感度がそれほど高くなく
とも、また、光学系の口径がそれほど大きくなくとも、
十分な光量を取得し得る。つまり、二次元検出器アレイ
１６に要求される感度および光学系に要求される口径が
低減される。
【００３３】本実施形態における光学系の口径と分解能
の関係を図４に示す。このグラフから、１５ｃｍ程度の
口径の光学系を用いて、５ｍの分解能を達成できること
がわかる。また、二次元検出器アレイ１６としては、現
行のデジタルビデオカメラ等に用いられている３０万画
素クラスのＣＣＤが適用できる。
の関係を図４に示す。このグラフから、１５ｃｍ程度の
口径の光学系を用いて、５ｍの分解能を達成できること
がわかる。また、二次元検出器アレイ１６としては、現
行のデジタルビデオカメラ等に用いられている３０万画
素クラスのＣＣＤが適用できる。
【００３４】以上の説明から分かるように、本実施形態
の撮像装置は、非常に大口径で大型の光学系や非常に高
感度の検出器を用いることなく、５ｍ程度の分解能での
地表の撮影を実現している。
の撮像装置は、非常に大口径で大型の光学系や非常に高
感度の検出器を用いることなく、５ｍ程度の分解能での
地表の撮影を実現している。
【００３５】続いて、本発明の第二の実施の形態の光学
撮像装置について図５を用いて説明する。図５に示され
るように、本実施形態の光学撮像装置１０は、前述の第
一の実施の形態の光学撮像装置とほとんど同じである
が、相違箇所として、走査回転軸４４の周りに回転可能
に支持されている補償平面走査鏡４２が、さらに走査回
転軸４４に直交する回転軸１１の周りに回転可能に支持
されている。
撮像装置について図５を用いて説明する。図５に示され
るように、本実施形態の光学撮像装置１０は、前述の第
一の実施の形態の光学撮像装置とほとんど同じである
が、相違箇所として、走査回転軸４４の周りに回転可能
に支持されている補償平面走査鏡４２が、さらに走査回
転軸４４に直交する回転軸１１の周りに回転可能に支持
されている。
【００３６】第一の実施の形態では、一走査の間に連続
的に撮影される複数の画像は、図３に示したように、飛
翔体の進行方向Ｓに少しずつずれていく。また、一枚の
画像を取得する間も飛翔体は進行方向Ｓに移動している
ため、やはり、二次元検出器アレイ１６で得られる画像
はわずかながら進行方向Ｓに流れたものとなっている。
的に撮影される複数の画像は、図３に示したように、飛
翔体の進行方向Ｓに少しずつずれていく。また、一枚の
画像を取得する間も飛翔体は進行方向Ｓに移動している
ため、やはり、二次元検出器アレイ１６で得られる画像
はわずかながら進行方向Ｓに流れたものとなっている。
【００３７】本実施形態では、二次元検出器アレイ１６
が一枚の画像を取得する間、飛翔体の進行方向Ｓに沿っ
た移動により生じる画像の流れを打ち消すように、ま
た、同一走査中に得られる複数の画像の間の進行方向Ｓ
のずれを打ち消すように、駆動部５２により補償平面走
査鏡４２が回転軸１１の周りに回転制御される。
が一枚の画像を取得する間、飛翔体の進行方向Ｓに沿っ
た移動により生じる画像の流れを打ち消すように、ま
た、同一走査中に得られる複数の画像の間の進行方向Ｓ
のずれを打ち消すように、駆動部５２により補償平面走
査鏡４２が回転軸１１の周りに回転制御される。
【００３８】つまり、補償平面走査鏡４２は、第一実施
形態で説明したように、駆動部４６により走査回転軸４
４の周りに鋸歯状に回転されると共に、駆動部５２によ
り回転軸１１の周りに鋸歯状に回転される。このような
制御の結果、二次元検出器アレイ１６の受光面には常に
静止した画像が結像される。しかも、同一走査中に取得
される複数の画像は一直線に並んだものとなる。
形態で説明したように、駆動部４６により走査回転軸４
４の周りに鋸歯状に回転されると共に、駆動部５２によ
り回転軸１１の周りに鋸歯状に回転される。このような
制御の結果、二次元検出器アレイ１６の受光面には常に
静止した画像が結像される。しかも、同一走査中に取得
される複数の画像は一直線に並んだものとなる。
【００３９】従って、本実施形態の光学撮像装置１０
は、より正確な地表の画像を得ることができる。また、
画像データを全く無駄にすることなる、正確に矩形の広
範囲な地表の画像を得ることができる。
は、より正確な地表の画像を得ることができる。また、
画像データを全く無駄にすることなる、正確に矩形の広
範囲な地表の画像を得ることができる。
【００４０】次に、第三の実施の形態の光学撮像装置に
ついて図６を用いて説明する。図６に示されるように、
本実施形態の光学撮像装置１０は、前述の第一の実施の
形態の光学撮像装置とほとんど同じであるが、相違箇所
として、リレー光学系１４の光路内つまり二枚のリレー
レンズ１４ａと１４ｂの間に分光フィルター１８が配置
されている。
ついて図６を用いて説明する。図６に示されるように、
本実施形態の光学撮像装置１０は、前述の第一の実施の
形態の光学撮像装置とほとんど同じであるが、相違箇所
として、リレー光学系１４の光路内つまり二枚のリレー
レンズ１４ａと１４ｂの間に分光フィルター１８が配置
されている。
【００４１】上述したように、リレー光学系１４の二枚
のリレーレンズ１４ａと１４ｂの間を伝搬する光は平行
光であり、従って、分光フィルター１８には常に平行光
線が入射するので、二次元検出器アレイ１６の各検出器
の位置に関係なく、同一の分光特性が得られる。
のリレーレンズ１４ａと１４ｂの間を伝搬する光は平行
光であり、従って、分光フィルター１８には常に平行光
線が入射するので、二次元検出器アレイ１６の各検出器
の位置に関係なく、同一の分光特性が得られる。
【００４２】これにより、分光特性のばらつきのない所
望の波長帯域の地表の画像が得られる。また、当業者で
あれば容易に思い付くことであるが、分光フィルター１
８の代わりに、ダイクロイックミラー等の分光素子を用
いて複数の波長帯域毎の画像を同時に得ることもでき
る。例えば、ダイクロイックミラーを複数組み合わせて
用いることにより、ＲＧＢの各色に対応した画像を同時
に得ることもできる。
望の波長帯域の地表の画像が得られる。また、当業者で
あれば容易に思い付くことであるが、分光フィルター１
８の代わりに、ダイクロイックミラー等の分光素子を用
いて複数の波長帯域毎の画像を同時に得ることもでき
る。例えば、ダイクロイックミラーを複数組み合わせて
用いることにより、ＲＧＢの各色に対応した画像を同時
に得ることもできる。
【００４３】ここに説明した実施形態の光学撮像装置
は、１０〜１５ｃｍのレンズ径の結像光学系１２を用い
て５ｍクラス分解能を実現でき、その重量は２０〜３０
ｋｇ程度に収まる。
は、１０〜１５ｃｍのレンズ径の結像光学系１２を用い
て５ｍクラス分解能を実現でき、その重量は２０〜３０
ｋｇ程度に収まる。
【００４４】上述した実施形態では、補償平面走査鏡４
２の走査回転軸４４は対物平面走査鏡３２の走査回転軸
３４に対して平行であったが、補償平面走査鏡４２は、
対物平面走査鏡３２の回転による画像の移動を打ち消す
ように、その向きが制御されさえすればよく、走査回転
軸４４の方向は任意である。
２の走査回転軸４４は対物平面走査鏡３２の走査回転軸
３４に対して平行であったが、補償平面走査鏡４２は、
対物平面走査鏡３２の回転による画像の移動を打ち消す
ように、その向きが制御されさえすればよく、走査回転
軸４４の方向は任意である。
【００４５】また、対物平面走査鏡の回転も結像光学系
の視野が地球方向を向くような限られた範囲のみを走査
するように往復回転させても全く同様に動作させること
が可能である。本発明は上述した実施の形態に何等限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行な
われるすべての実施を含む。
の視野が地球方向を向くような限られた範囲のみを走査
するように往復回転させても全く同様に動作させること
が可能である。本発明は上述した実施の形態に何等限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行な
われるすべての実施を含む。
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば、結像光学系や検出器の
設計条件を厳しくすることなく、更に高い分解能で撮影
できる光学撮像装置が提供される。具体的には、大口径
の光学系や高感度の検出器を必要とすることなく、ま
た、新たな検出器の開発や新たな結像光学系の設計を必
要とすることなく、５ｍ程度の分解能で地表を撮影でき
る小型で軽量な光学撮像装置が提供される。これにより
人工衛星等の飛翔体に搭載されるセンサーの小型軽量化
が図られる。
設計条件を厳しくすることなく、更に高い分解能で撮影
できる光学撮像装置が提供される。具体的には、大口径
の光学系や高感度の検出器を必要とすることなく、ま
た、新たな検出器の開発や新たな結像光学系の設計を必
要とすることなく、５ｍ程度の分解能で地表を撮影でき
る小型で軽量な光学撮像装置が提供される。これにより
人工衛星等の飛翔体に搭載されるセンサーの小型軽量化
が図られる。
【図１】本発明の第一の実施の形態の光学撮像装置の構
成を示している。
成を示している。
【図２】図１の光学撮像装置の動作を説明するための図
である。
である。
【図３】図１の光学撮像装置により同一走査中に連続的
に撮影される三つの領域を示している。
に撮影される三つの領域を示している。
【図４】高度８００ｋｍの条件下において、図１の光学
撮像装置における分解能と光学系口径の関係を示したグ
ラフである。
撮像装置における分解能と光学系口径の関係を示したグ
ラフである。
【図５】第二の実施の形態の光学撮像装置の構成を示し
ている。
ている。
【図６】第三の実施の形態の光学撮像装置の構成を示し
ている。
ている。
【図７】従来の光学撮像装置の構成例を示している。
【図８】従来の光学撮像装置の他の構成例を示してい
る。
る。
１０ 光学撮像装置
１２ 結像光学系
１４ リレー光学系
１６ 二次元検出器アレイ
３２ 対物平面走査鏡
３４ 走査回転軸
４２ 補償平面走査鏡
４４ 走査回転軸
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−283985（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−190161（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−102981（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−34458（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−218816（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H04N 5/222 - 5/257
Claims (3)
- 【請求項１】 航空機や人工衛星などの飛翔体に搭載さ
れ地表を撮影する光学撮像装置であり、 地表からの光を結像する結像光学系と、 結像光学系の視野を走査する対物平面走査鏡と、 結像光学系によって結像された像を中継するリレー光学
系と、 リレー光学系の光路内に配置された補償平面走査鏡と、 リレー光学系の焦点面に配置された二次元検出器アレイ
とを有しており、 対物平面走査鏡は飛翔体の進行方向に平行な走査回転軸
の周りに一定の角速度で回転され、補償平面走査鏡は、
二次元検出器アレイが一枚の画像を取得する間、対物平
面走査鏡の回転により発生する結像光学系の焦点面上に
おける画像の移動を補償するように走査回転軸の周りに
回転され、これにより二次元検出器アレイには静止した
画像が結像される、光学撮像装置。 - 【請求項２】 請求項１において、さらに補償平面走査
鏡は、飛翔体の移動により同一走査中に得られる複数の
画像の間に発生する飛翔体の進行方向に沿ったずれを打
ち消すように、走査回転軸と異なる回転軸の周りに回転
され、これにより同一走査で得られる複数の画像が一直
線に並ぶ、光学撮像装置。 - 【請求項３】 請求項１において、リレー光学系の光路
内に配置された分光フィルターを更に有しており、これ
により特定の波長帯域の画像が得られる、光学撮像装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03748698A JP3382530B2 (ja) | 1998-02-19 | 1998-02-19 | 光学撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03748698A JP3382530B2 (ja) | 1998-02-19 | 1998-02-19 | 光学撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11234547A JPH11234547A (ja) | 1999-08-27 |
| JP3382530B2 true JP3382530B2 (ja) | 2003-03-04 |
Family
ID=12498861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03748698A Expired - Fee Related JP3382530B2 (ja) | 1998-02-19 | 1998-02-19 | 光学撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3382530B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022137878A1 (ja) | 2020-12-24 | 2022-06-30 | 三菱重工業株式会社 | レーザ追尾装置 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8189252B2 (en) | 2006-11-01 | 2012-05-29 | Pioneer Corporation | Light deflecting device and hologram device |
| US8424364B2 (en) * | 2008-11-13 | 2013-04-23 | Npoint, Inc. | Active scanner bow compensator |
| KR101236992B1 (ko) | 2012-11-05 | 2013-02-26 | 명화지리정보(주) | 기준점 데이터가 적용된 수치 영상이미지의 실시간 업데이팅 영상처리시스템 |
| US9813601B2 (en) | 2014-05-06 | 2017-11-07 | Urugus S.A. | Imaging device for scenes in apparent motion |
| US9185290B1 (en) * | 2014-06-20 | 2015-11-10 | Nearmap Australia Pty Ltd | Wide-area aerial camera systems |
| JP7427474B2 (ja) | 2020-02-27 | 2024-02-05 | 三菱重工業株式会社 | 観測制御装置、観測システム、及び宇宙機、並びに観測制御方法、並びに観測制御プログラム |
-
1998
- 1998-02-19 JP JP03748698A patent/JP3382530B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022137878A1 (ja) | 2020-12-24 | 2022-06-30 | 三菱重工業株式会社 | レーザ追尾装置 |
| US11953598B2 (en) | 2020-12-24 | 2024-04-09 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Laser tracking device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11234547A (ja) | 1999-08-27 |
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