JP3410929B2 - 走査型撮像装置と走査型レーザ受光装置 - Google Patents

走査型撮像装置と走査型レーザ受光装置

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JP3410929B2 JP16584097A JP16584097A JP3410929B2 JP 3410929 B2 JP3410929 B2 JP 3410929B2 JP 16584097 A JP16584097 A JP 16584097A JP 16584097 A JP16584097 A JP 16584097A JP 3410929 B2 JP3410929 B2 JP 3410929B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば広視野をパ
ッシブあるいはアクティブに二次元捜索走査するのに好
適する走査型撮像装置及び走査型レーザ受光装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、この種の走査型撮像装置におい
ては、光波を取得するのにCCDイメージセンサやC−
MOSイメージセンサなどの電荷蓄積型撮像素子を内蔵
した撮像カメラが用いられている。そして、このような
撮像カメラは、その撮像素子に視野角θがあるために、
広い視野内を捜索する場合、その捜索範囲を走査するこ
とにより視野像を取込む方法が採られている。
【0003】ところで、このような撮像カメラは、その
撮像素子が光学系の焦点位置に配置され、その光学系で
集光した可視領域(例えば0.4μm〜0.8μm帯)
及び赤外領域(例えば3μm〜12μm帯)の光波を撮
像素子に取込んで光電変換を行うことで画像データを取
得する。このため、撮像カメラの走査速度としては、撮
像素子の一画素の瞬時視野角に相当する角度範囲を、撮
像素子が感光している時間以上の速度で一定方向に走査
すると、いわゆる像流れが発生してしまい、取得した視
野像が不鮮明となる。
【0004】そこで、このような撮像カメラを用いた従
来の走査型撮像装置においては、撮像カメラの前段に反
射鏡を配設して、この反射鏡を撮像素子のフレーム時間
に同期して、視野角に相当した角度毎に階段状に走査す
ることにより、1フレーム時間(感光時間内)に光波を
撮像カメラに取込んで視野像を取得する反射鏡ステップ
走査方法や、撮像カメラを直接的に階段状に走査するこ
とにより、1フレーム時間(感光時間内)に光波を撮像
素子に取込んで視野像を取得するカメラステップ走査方
法が採られている。
【0005】しかしながら、上記走査型撮像装置では、
その視野範囲を広く採るように構成すると、その焦点距
離や撮像距離等の関係上、前者の場合には、大形の反射
鏡が必要となり、後者の場合には、撮像カメラの集光レ
ンズ等の光学系が大形となり、いずれも重量が非常に重
くなる。このため、これらの方法では、いずれもステッ
プ走査に大きな駆動力が必要となり、その走査起動時、
走査停止時に時間遅れが発生して、安定した視野像の取
得が困難になるという問題を有する。
【0006】具体的には、反射鏡あるいは撮像カメラが
大形となり、重量が重くなるために、撮像素子のフレー
ム周波数60Hz、フレーム周期16.7ms程度の高
速度でステップ走査駆動するのが困難であり、鮮明な視
野像を取得するのが困難であるという問題を有する。同
様なことが走査型レーザ受光装置にも生じている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の走査型撮像装置及びレーザ受光装置では、広い視野
の捜索を実現すると、鮮明な視野像を取得することが困
難であるという問題を有する。
【0008】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、広い視野における鮮明な視野像を取得し得るように
して、信頼性の高い高精度な捜索を実現した走査型撮像
装置及びレーザ受光装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明に係る走査型撮像装置は、以下のように構成
される。 (1)第1の光学系でその入射光を集光し、その光軸上
に設けられる第2の光学系によって光路を変更して電荷
蓄積型の撮像部の受光面に結像し、この撮像部から結像
された視野像による蓄積電荷をフレーム周期で読み出し
て前記視野像を電気的に取得するものであって、前記第
2の光学系を基準軸周りに回転駆動することで、前記光
路の変更方向を走査する走査駆動機構を備える撮像カメ
ラと、この撮像カメラ全体を前記基準軸周りに回転駆動
することで前記撮像カメラの撮像視野を所定の速度で直
線的に走査する撮像視野走査手段と、この撮像視野走査
手段の走査速度に基づいて前記第2の光学系の走査駆動
機構を制御して、前記撮像部の受光面に結像される視野
像をフレーム周期で静止させる走査制御手段とを具備し
て構成される。 (2)(1)の構成において、前記撮像視野走査手段
は、前記撮像カメラ全体を互いに直交する二つの基準軸
周りに回転駆動する機構を備え、前記走査駆動機構は、
前記第2の光学系を互いに直交する二つの基準軸周りに
回転駆動する機構を備える。
【0010】
【0011】(3)(1)の構成において、前記撮像カ
メラの第2の光学系は、入射光を反射する反射鏡で構成
される。 (4)(1)の構成において、前記撮像カメラの第2の
光学系は、入射光を透過する光学位相体で構成される。
【0012】また、本発明に係る走査型撮像装置は、以
下のような構成も含まれる。 (5)第1の光学系でその入射光を集光し、その光軸上
に設けられる第2の光学系によって光路を変更して電荷
蓄積型の撮像部の受光面に結像し、前記撮像部から結像
された視野像による蓄積電荷をフレーム周期で読み出し
て前記視野像を電気的に取得するものであって、前記第
2の光学系に光路を基準軸周りの角度方向に電気的に偏
向可能な電気光学偏向器を用いて構成される撮像カメラ
と、この撮像カメラ全体を前記基準軸周りに回転駆動す
ることで前記撮像カメラの撮像視野を所定の速度で直線
的に走査する撮像視野走査手段と、この撮像視野走査手
段の走査速度に基づいて前記電気光学偏向器の偏向方向
を制御して、前記撮像部の受光面に結像される視野像を
フレーム周期で静止させる走査制御手段とを具備して構
成される。 (6)第1の光学系でその入射光を集光し、その光軸上
に設けられる第2の光学系によって光路を変更して電荷
蓄積型の撮像部の受光面に結像し、前記撮像部から結像
された視野像による蓄積電荷をフレーム周期で読み出し
て前記視野像を電気的に取得するものであって、前記第
2の光学系に光路を互いに直交する二軸周りの角度方向
に電気的に偏向可能な電気光学偏向器を用いて構成され
る撮像カメラと、この撮像カメラ全体を互いに直交する
二軸周りに回転駆動することで前記撮像カメラの撮像視
野を二次元の角度方向に所定の速度で直線的に走査する
撮像視野走査手段と、この撮像視野走査手段の走査方
向、走査速度に基づいて前記電気光学偏向器の偏向方向
を制御し、前記撮像部の受光面に結像される視野像をフ
レーム周期で静止させる走査制御手段とを具備して構成
される。 (7)第1の光学系で入射光を集光し、その光軸上に設
けられる第2の光学系によって光路を変更して電荷蓄積
型の撮像部の受光面に結像し、前記撮像部から結像され
た視野像による蓄積電荷をフレーム周期で読み出して前
記視野像を電気的に取得するものであって、前記第2の
光学系に光路を第1の軸周りの角度方向に電気的に偏向
可能な第1の電気光学偏向器と前記第1の軸に直交する
第2の軸周りの角度方向に電気的に偏向可能な第2の電
気光学偏向器とを用いて構成される撮像カメラと、この
撮像カメラ全体を互いに直交する二軸周りに回転駆動す
ることで前記撮像カメラの撮像視野を二次元の角度方向
に所定の速度で直線的に走査する撮像視野走査手段と、
この撮像視野走査手段の走査方向、走査速度に基づいて
前記第1及び第2の電気光学偏向器の第1及び第2の軸
周りの偏向角度方向を制御し、前記撮像部の受光面に結
像される視野像をフレーム周期で静止させる走査制御手
段とを具備して構成される。 (8)第1の光学系で入射光を集光し、その光軸上に設
けられる第2の光学系によって光路を変更して電荷蓄積
型の撮像部の受光面に結像し、前記撮像部から結像され
た視野像による蓄積電荷をフレーム周期で読み出して前
記視野像を電気的に取得するものであって、前記第2の
光学系に光路を第1の軸周りの角度方向に電気的に偏向
可能な電気光学偏向器を用い、この電気光学偏向器を前
記第1の軸に直交する第2の軸周りに回転させる回転機
構を備える撮像カメラと、この撮像カメラ全体を互いに
直交する二軸周りに回転駆動することで前記撮像カメラ
の撮像視野を二次元の角度方向に所定の速度で直線的に
走査する撮像視野走査手段と、この撮像視野走査手段の
走査方向、走査速度に基づいて前記電気光学偏向器にお
ける第1の軸周りの偏向角度方向を制御すると共に前記
回転機構により当該電気光学偏向器を第2の軸周りに回
転させて、前記撮像部の受光面に結像される視野像をフ
レーム周期で静止させる走査制御手段とを具備して構成
される。
【0013】また、本発明に係る走査型レーザ受光装置
は、以下のように構成される。 (9)第1の光学系でその入射レーザ光を集光し、その
光軸上に設けられる第2の光学系によって光路を変更し
てレーザ受光器の受光面に結像し、このレーザ受光器か
ら結像された視野像をフレーム周期で電気的に取得する
ものであって、前記第2の光学系を基準軸周りに回転駆
動することで前記光路の変更方向を走査する走査駆動機
構を備えるレーザ・レーダと、このレーザ・レーダ全体
を前記基準軸周りに回転駆動することで前記レーザ・レ
ーダの撮像視野を所定の速度で直線的に走査する撮像視
野走査手段と、この撮像視野走査手段の走査速度に基づ
いて前記第2の光学系の走査駆動機構を制御して、前記
レーザ受光器の受光面に結像される視野像をフレーム周
期で静止させる走査制御手段とを具備して構成される。 (10)(9)の構成において、前記撮像視野走査手段
は、前記レーザ・レーダ全体を互いに直交する二つの基
準軸周りに回転駆動する機構を備え、前記走査駆動機構
は、前記第2の光学系を互いに直交する二つの基準軸周
りに回転駆動する機構を備える。
【0014】(11)(9)の構成において、前記レー
ザ・レーダの第2の光学系は、入射レーザ光を反射する
反射鏡で構成される。 (12)(9)の構成において、前記レーザ・レーダの
第2の光学系は、入射レーザ光を透過する光学位相体で
構成される。
【0015】また、本発明に係る走査型レーザ受光装置
は、以下のような構成も含まれる。 (13)第1の光学系でその入射光を集光し、その光軸
上に設けられる第2の光学系によって光路を変更してレ
ーザ受光器の受光面に結像し、前記レーザ受光器から結
像された視野像をフレーム周期で電気的に取得するもの
であって、前記第2の光学系に光路を基準軸周りの角度
方向に電気的に偏向可能な電気光学偏向器を用いて構成
されるレーザ・レーダと、このレーザ・レーダ全体を前
記基準軸周りに回転駆動することで前記レーザ・レーダ
の撮像視野を所定の速度で直線的に走査する撮像視野走
査手段と、この撮像視野走査手段の走査方向、走査速度
に基づいて前記電気光学偏向器の偏向方向を制御し、前
記レーザ受光器の受光面に結像される視野像をフレーム
周期で静止させる走査制御手段とを具備して構成され
る。 (14)第1の光学系でその入射光を集光し、その光軸
上に設けられる第2の光学系によって光路を変更してレ
ーザ受光器の受光面に結像し、前記レーザ受光器から結
像された視野像をフレーム周期で電気的に取得するもの
であって、前記第2の光学系に光路を互いに直交する二
軸周りの角度方向に電気的に偏向可能な電気光学偏向器
を用いて構成されるレーザ・レーダと、このレーザ・レ
ーダ全体を互いに直交する二軸周りに回転駆動すること
で前記レーザ・レーダの撮像視野を二次元の角度方向に
所定の速度で直線的に走査する撮像視野走査手段と、こ
の撮像視野走査手段の走査方向、走査速度に基づいて前
記電気光学偏向器の偏向方向を制御し、前記レーザ受光
器の受光面に結像される視野像をフレーム周期で静止さ
せる走査制御手段とを具備して構成される。 (15)第1の光学系で入射光を集光し、その光軸上に
設けられる第2の光学系によって光路を変更してレーザ
受光器の受光面に結像し、前記レーザ受光器から結像さ
れた視野像をフレーム周期で電気的に取得するものであ
って、前記第2の光学系に光路を第1の軸周りの角度方
向に電気的に偏向可能な第1の電気光学偏向器と前記第
1の軸に直交する第2の軸周りの角度方向に電気的に偏
向可能な第2の電気光学偏向器とを用いて構成されるレ
ーザ・レーダと、このレーザ・レーダ全体を互いに直交
する二軸周りに回転駆動することで前記レーザ・レーダ
の撮像視野を二次元の角度方向に所定の速度で直線的に
走査する撮像視野走査手段と、この撮像視野走査手段の
走査方向、走査速度に基づいて前記第1及び第2の電気
光学偏向器の第1及び第2の軸周りの偏向角度方向を制
御し、前記レーザ受光器の受光面に結像される視野像を
フレーム周期で静止させる走査制御手段とを具備して構
成される。 (16)第1の光学系で入射光を集光し、その光軸上に
設けられる第2の光学系によって光路を変更してレーザ
受光器の受光面に結像し、前記レーザ受光器から結像さ
れた視野像をフレーム周期で電気的に取得するものであ
って、前記第2の光学系に光路を第1の軸周りの角度方
向に電気的に偏向可能な電気光学偏向器を用い、この電
気光学偏向器を前記第1の軸に直交する第2の軸周りに
回転させる回転機構を備えるレーザ・レーダと、このレ
ーザ・レーダ全体を互いに直交する二軸周りに回転駆動
することで前記レーザ・レーダの撮像視野を二次元の角
度方向に所定の速度で直線的に走査する撮像視野走査手
段と、この撮像視野走査手段の走査方向、走査速度に基
づいて前記電気光学偏向器における第1の軸周りの偏向
角度方向を制御すると共に前記回転機構により当該電気
光学偏向器を第2の軸周りに回転させて、前記レーザ受
光器の受光面に結像される視野像をフレーム周期で静止
させる走査制御手段とを具備して構成される。
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。まず始めに本発明
の実施の形態を説明する前に走査型撮像装置について図
7を用いて説明する。
【0024】図7において光波を取り込む撮像カメラ1
0は、走査機構部11に搭載され、該走査機構部11を
介して一軸方向(例えばアジマス方向)に走査自在に配
設される。このような光波としては、前述した可視領域
(例えば0.4μm〜0.8μm帯)及び赤外領域(例
えば3μm〜12μm帯)等が対象となる。
【0025】上記走査機構部11は、例えば図8に示す
ようにトルカ11a及びジンバル機構11bで構成さ
れ、その入力端には加算器12の出力端がサーボアンプ
13を介して接続される。加算器12の(−)入力端に
は、角度センサ14の出力端が接続され、角度センサ1
4を介して走査機構部11の走査角度信号が入力され
る。そして、加算器12の(+)入力端には、走査指令
信号発生部15のカメラ走査指令信号出力端が接続され
る。
【0026】すなわち、加算器12は、走査指令信号発
生部15から出力されるカメラ走査指令信号(撮像カメ
ラ10の走査角度を指示する信号)と角度センサ14か
らの実際の走査角度信号との差を求めることでカメラ駆
動信号を生成し、該カメラ駆動信号をサーボアンプ13
を介して走査機構部11に出力する。走査機構部11
は、入力したカメラ駆動信号に基づいて撮像カメラ10
の走査角φを直線的に走査制御する(図9(a)参
照)。
【0027】上記撮像カメラ10は、集光レンズ10
a、反射鏡10b及び視野角θを有した電荷蓄積型撮像
素子10cが組合わされて構成され、取込んだ光波を集
光レンズ10aで集光し、集光した光波を反射鏡10b
を介して撮像素子10cに結像することで静止視野像を
取得する。
【0028】ここで、反射鏡10bは、集光レンズ10
aの焦点面に対応して鏡走査駆動部17を介してカメラ
走査方向に三角走査自在に配設され、集光レンズ10a
で集光した光波を撮像素子10cに結像する。反射鏡1
0bには、角度センサ18が取り付けられ、この角度セ
ンサ18の出力端は、加算器19の(−)入力端に接続
される。この加算器19の(+)入力端には、上記走査
指令信号発生部15の鏡走査指令信号出力端が接続され
る。
【0029】すなわち、加算器19は、走査指令信号発
生部15からの鏡走査指令信号(反射鏡10bの三角走
査角度を指示する信号)と角度センサ18からの実際の
鏡角度信号の差を求めることで鏡駆動信号を生成し、サ
ーボアンプ20を介して上記鏡走査機構部17に出力す
る。鏡走査機構部17は、入力した鏡駆動信号に基づい
て反射鏡10bを、撮像カメラ10と無関係に、カメラ
走査方向と逆方向に三角走査、いわゆる首振り走査させ
るものである(図9(b)参照)。
【0030】ここで、撮像素子10cには、光波が入射
角Δφで入射され(図9(c),(d)参照)、所望の
視野角θが確保される。同時に、撮像素子10cは、フ
レーム周期T毎に同期トリガにより駆動制御され、光学
像の感光及び電荷読出し動作が実行され(図9(e),
(f)参照)、静止視野像を取得する。
【0031】上記走査指令信号発生部15は、前述のよ
うに、図示しない指令信号に基づいて撮像カメラ10を
走査するためのカメラ走査指令信号及び反射鏡10bを
走査するための鏡走査指令信号を生成する。
【0032】上記構成において、撮像カメラ10の撮像
素子10cの視野角θを例えば3°、フレーム周波数6
0Hz、フレーム周期T(1/60)s(16.7m
s)とする場合には、走査指令信号発生部15は、撮像
カメラ10を3°/(1/60)=180°の角速度で
一方方向(例えばアジマス方向)に一定の角速度で走査
するようなカメラ走査指令信号を生成して加算器12に
出力する。加算器12は、カメラ走査指令信号と角度セ
ンサ14からのカメラ角度信号との差を求めてカメラ駆
動信号を生成し、サーボアンプ13を介して走査機構部
11を駆動制御する。これにより、撮像カメラ10は、
視野内を3°/(1/60)=180°の角速度で一方
方向(例えばアジマス方向)に一定の角速度で走査制御
され、光波が集光レンズ10aに取込まれる。
【0033】同時に、上記走査指令信号発生部15は、
撮像カメラ10の反射鏡10bが180°/sの1/2
の角速度で、約1/60s(例えば16.7ms)毎に
撮像素子10cのフレーム周期Tの同期トリガと同期し
てカメラ走査方向と逆方向に三角走査するための鏡走査
指令信号を生成して加算器19に出力する。加算器19
は、走査指令信号と角度センサ18からの鏡角度信号と
の差を求めて鏡駆動信号を生成し、サーボアンプ20を
介して鏡走査機構部17を駆動制御する。これにより、
反射鏡10bは、180°/sの1/2の角速度で、約
1/60s(例えば16.7ms)毎に撮像素子10c
のフレーム周期Tの同期トリガと同期してカメラ走査方
向と逆方向に三角走査され、集光レンズ10aで集光さ
れた光波を撮像素子10cに入射角Δφで導いて結像す
る。
【0034】ここで、撮像素子10cは、所望の感光時
間Ta が確保され、所望の電荷読出し時間Tb が確保さ
れて視野角θにおける静止視野像が取得される。そし
て、撮像カメラ10の一方向の走査が完了した状態で、
走査方向と略直交する方向の走査を行う場合には、例え
ば撮像カメラ10を走査機構部11とともに同方向に走
査して、再び上述した撮像カメラ10及び反射鏡10b
の走査が同様に繰り返し実行されて静止視野像が取得さ
れる。この走査方向と略直交する方向に走査する時刻と
しては、撮像素子10cの電荷読出し時間Tb 内に設定
される。
【0035】このように、上記撮像装置は、撮像カメラ
10の集光レンズ10aの焦点面に反射鏡10bを撮像
素子10cに対応して走査自在に形成し、この撮像カメ
ラ10を走査機構部11を介して走査自在に配設するこ
とにより、撮像カメラ10を直線的に走査した状態で、
反射鏡10bを撮像素子10cのフレーム周期T毎に撮
像カメラ10の走査方向と逆方向に三角走査するように
して、集光レンズ10aに取込まれた光波を反射鏡10
bで1フレーム毎に撮像素子10cに導いて静止視野像
を取得するように構成した。
【0036】これによれば、撮像カメラ10の直線的走
査により、集光レンズ10aの焦点面に結像される像を
撮像素子10cに取込むだけの比較的小さな反射鏡10
bを撮像カメラ10に対応して走査すればよいので、撮
像素子10の視野角における画像データの取得のための
確実な動作制御が容易に実現される。したがって、撮像
カメラ10で取込んだ広い視野内における鮮明で、高精
度な静止視野像を確実に取得することができる。
【0037】また、これによれば、撮像素子10の感度
が高感度となればなる程、その感度に応じた鮮明な静止
視野像の取得が可能となるので、撮像素子10の感度性
能の効率的な活用が実現される。
【0038】尚、上記の例では、走査機構部11を用い
て撮像カメラ10を一軸方向に走査自在に配設するよう
に構成した場合について説明したが、例えば走査機構部
11をアジマス方向及びエレベーション方向の略直交す
る二軸方向に走査可能に構成して、撮像カメラ10自体
を略直交する二軸方向に走査するように構成することも
可能である。
【0039】さらに、上記の例では、撮像カメラ10内
に走査自在に反射鏡10bを設け、この反射鏡10bで
集光レンズ10aで集光した光波を反射させて撮像カメ
ラ10に光学像を結像するように構成した場合について
説明したが、例えば光波を透過して位相を設定する光学
位相器等の光学位相体を集光レンズ10aの焦点面に設
けて、この光学位相体を介して集光レンズ10aで集光
した光波を撮像素子10cに導くように構成することも
可能であり、略同様の効果が期待される。
【0040】ところで、上記図7の構成では像流れ抑圧
のため反射鏡10bの回転(振動)軸は、撮像カメラ1
0全体の一つの走査軸に平行に設置する必要があり、も
う一方の走査方向に対しては、像流れ抑圧動作ができな
い。これは、例えば捜索走査の方向が水平方向と垂直方
向の2軸であったとき、反射鏡10bの軸はどちらか一
方の走査軸に平行に設置することを意味し、反射鏡10
bの軸と垂直な走査方向が主たる走査方向となる。例え
ば、斜め上方に捜索走査を行ったとき、その水平成分の
像流れは抑圧できるが、垂直成分の像流れは抑圧できな
い。本発明はこの問題を解決することを主目的としてい
る。
【0041】図1は本発明に係る走査型撮像装置の第1
の実施形態の構成を示すものである。但し、図1におい
て、図7と同一部分には同一符号を付して示し、ここで
は異なる部分について詳述する。
【0042】図1において、光波を取り込む撮像カメラ
10は、走査機構部11に搭載され、本走査機構部11
を介して、二次方向(例えば水平方向及び垂直方向)の
合成による任意の方向へ走査される。
【0043】走査機構部11には、走査する2軸に対
し、角度センサ(または角速度センサ)14及びサーボ
アンプ13が取り付けられている。走査指令信号発生部
15から加算器12へのカメラ走査指令信号で撮像カメ
ラが任意の垂直及び水平方向に走査される。
【0044】一方、撮像カメラ10では、集光レンズ1
0aを通った光波が、反射鏡10bへ導かれる。反射鏡
10bには撮像カメラ10の走査方向と反対の向きに走
査(逆走査)する鏡走査機構部17と角度センサ18が
取り付けられており、走査指令信号発生部15が加算器
19に信号を送ることで鏡走査機構部17を駆動する。
走査指令信号発生部15は、角度センサ14からの角度
及び角速度を取り込み、逆走査の角度及び軸の角度を制
御する。
【0045】さらに、反射鏡10bには、図2に取り出
して示すように、前述の鏡走査駆動部17及び角度セン
サ18と共に、光軸周りの回転機構21と角度センサ2
2が設けられる。回転機構21は、具体的には走査駆動
軸をリング211に回転自在に固定し、そのリング21
1を歯車等の伝動部材212を介してモータ213を回
転させることで実現できる。この場合、角度センサ22
はモータ213の回転軸に取り付ければよい。これによ
り、反射鏡10bは、三角走査と同様に、走査指令信号
発生部15からの信号に基づいて逆走査の軸の方向を変
更させることができる。
【0046】すなわち、走査指令信号発生部15から出
力される鏡走査角度を指定する指令信号をサーボアンプ
23で駆動信号に変換し、この駆動信号に基づいて回転
機構21を駆動する。これにより反射鏡10bの逆走査
軸が傾くと、その傾き角度が角度センサ22で検出さ
れ、加算器24の(−)入力端に入力される。加算器2
4は(+)入力端に与えられる鏡走査指令信号で指定さ
れる角度から角度センサ22の出力角度を減算してい
く。これにより、反射鏡10bの逆走査軸は指令信号に
対応する傾き角度に設定されるようになる。
【0047】ここで、反射鏡10bの走査軸を回転させ
る角度及び逆走査の角速度の計算例を示す。例えば、撮
像カメラ10の走査方向が水平方向と垂直方向であり、
反射鏡10bの基準走査方向が水平方向であるならば、
反射鏡10bの走査軸を回転させる角度は、
【0048】
【数1】 となり、逆走査の角速度は
【0049】
【数2】 となる。ここで、ωv は垂直方向走査角速度であり、ω
h は水平走査角速度である。
【0050】尚、本実施形態では反射鏡10bで示した
が、平行光学板による屈折を利用してもよいことは明ら
かである。また、光波の周波数を限定していないが、紫
外、可視、赤外等、光波全般に対しても利用できること
は明らかである。さらに、走査型レーザ受光装置に適用
する場合には、撮像カメラ10をレーザ・レーダに置き
換えればよい。この場合、撮像素子10cに代えてレー
ザ受光器を用いればよい。
【0051】ところで、以上の実施形態の構成では、反
射鏡を機械的に駆動する必要があるため、機械的な制約
が避けられず、補正可能な走査角速度が制限されたり、
また補正可能な方向な一方向に制限されてしまう。以下
の実施形態はこの問題を解決する。
【0052】図3は本発明に係る走査撮像装置の第2の
実施形態の構成を示すものである。図3において光波を
取り込む撮像カメラ31は、走査機構部35に搭載さ
れ、該走査機構部35を介して一軸方向(例えばアジマ
ス方向)に走査自在に配設される。走査軸にはその回転
の角速度を検出するセンサ部36が設けられている。こ
こで用いる光波としては、前述した可視領域(例えば
0.4μm〜0.8μm帯)及び赤外領域(例えば3μ
m〜12μm帯)等が対象となる。
【0053】上記走査機構部35は、前述のようなトル
カ及びジンバル機構で構成され、その入力端には加算器
38の出力端がサーボアンプ37を介して接続される。
加算器38の(−)入力端には、センサ部36の出力端
が接続され、センサ部36を介して走査機構部35の走
査角速度信号が入力される。そして、加算器38の
(+)入力端には、走査指令信号発生部39のカメラ走
査指令信号出力端が接続される。
【0054】すなわち、加算器38は、走査指令信号発
生部39から出力されるカメラ走査指令信号(撮像カメ
ラ31の走査角度を指示する信号)とセンサ部36から
の実際の走査角度信号との差を求めることでカメラ駆動
信号を生成し、該カメラ駆動信号をサーボアンプ37を
介して走査機構部35に出力する。走査機構部35は、
入力したカメラ駆動信号に基づいて撮像カメラ31の走
査角φを直線的に走査制御する(図6(a)参照)。
【0055】上記撮像カメラ31は、集光レンズ32、
電気光学偏向器34a及び視野角θを有した電荷蓄積型
撮像素子33を光軸上に配列して構成され、取込んだ光
波を集光レンズ32で集光し、集光した光波を電気光学
偏向器34aを介して撮像素子33に結像することで静
止視野像を取得する。
【0056】ここで、電気光学偏向器34aは、電界を
印加することにより屈折率が変化するいわゆる電気光学
効果を有する電気光学結晶からなる複数個のプリズム
を、その光学軸が互いに反転するようにして張り合わせ
た構造を有する。一様電界が印加された偏向器34aに
光波が入射されると、その光波は偏向されて出射される
が、その偏向量は印加電界の関数で表すことができる。
すなわち、光波の偏向量は印加電圧で制御することがで
きる。
【0057】そこで、この装置では、センサ部36で得
られる走査方向の角速度を偏向器制御信号発生部42に
入力して角度移動量に等しい戻し角度に相当する制御信
号(角度指令信号)を生成し、加算器41aを介し、サ
ーボアンプ40aにより駆動電圧に変換して電気光学偏
向器34aに与える。この電気光学偏向器34aの偏向
により生じた電圧変化分を加算器41aに負帰還入力す
ることで、制御信号により指定される角度に相当する偏
向が行われる。
【0058】ここで、撮像素子33のフレーム周期T、
感光時間Ta、電荷読み出し時間Tbが図6(e)に示
すように設定されるとき、偏向器制御信号発生部42に
フレーム周期Tに対応する同期トリガを図(d)に示す
タイミングで与えると、偏向器34aの偏向処理によ
り、図6(b)に示すように、フレーム周期で光偏向角
度を走査角度相当だけ逆方向に戻すことができる。この
ため、撮像素子33の焦点面上での光移動角度は図6
(c)に示すように感光時間Taの部分で一定となり、
これによって静止像が得られ、前述の反射鏡の回転制御
と同等の機能を実現することができる。
【0059】このように、本実施形態の構成によれば、
走査軸(回転軸)に設置されたセンサ部36の角速度検
出出力を電気光学偏向器34aへのフィードバック信号
とすることで、撮像カメラ31の走査による角度移動量
に等しいだけの戻し角度を電気光学偏向器34aにより
与えることができる。すなわち、走査に伴う像流れを等
価的に抑圧し、感光時間の間の像を静止させることがで
きる。
【0060】尚、本実施形態においても、走査型レーザ
受光装置に適用する場合には、撮像カメラ31をレーザ
・レーダに置き換え、撮像素子10cに代えてレーザ受
光器を用いればよい。
【0061】ところで、水平方向だけあるいは垂直方向
だけの走査による像流れは、上記実施形態のように電気
光学偏向器を一つ用いることで実現できるが、水平方向
と垂直方向の同時走査(二次元走査)においては、次の
第3、第4の実施形態により実現することができる。
【0062】図4は本発明に係る走査型撮像装置の第3
の実施形態の構成を示すものである。尚、図4におい
て、図3と同一部分には同一符号を付して示し、ここで
は異なる部分について詳述する。
【0063】本実施形態の走査機構部35は撮像カメラ
31を二次元方向(ここでは一例として水平方向及び垂
直方向とする)に走査し、センサ部36はそれぞれの走
査角速度を検出する。
【0064】一方、撮像カメラ31は、集光レンズ3
2、第1の電気光学偏向器34a、第2の電気光学偏向
器34b及び電荷蓄積型撮像素子33を光軸上に配列し
て構成され、取込んだ光波を集光レンズ32で集光し、
集光した光波を第1の電気光学偏向器34aで水平走査
とは逆の方向に偏向し、第2の電気光学偏向器34bで
垂直走査とは逆の方向に偏向した後、撮像素子33に結
像することで静止視野像を取得する。
【0065】この場合、偏向器制御信号発生部42は、
センサ部36からの水平及び垂直方向の角速度情報に基
づき、加算器41a及びサーボアンプ40aを通じて第
1の電気光学偏向器34aを水平走査とは逆方向にかつ
同一角速度で偏向制御し、加算器41b及びサーボアン
プ40bを通じて第2の電気光学偏向器34bを垂直走
査とは逆方向に同一角速度で偏向制御する。
【0066】以上のことから明らかなように、本実施形
態の走査型撮像装置は、電気光学偏向器を水平方向と垂
直方向にそれぞれ独立に持ち、各方向を独立に補正する
ようにしているので、水平方向と垂直方向の角速度をそ
れぞれ独立に電気光学偏向器34a,34bにフィード
バックすることで、水平方向と垂直方向の像流れを独立
に抑圧することができる。
【0067】図5は本発明に係る走査型撮像装置の第4
の実施形態の構成を示すものである。尚、図5におい
て、図3と同一部分には同一符号を付して示し、ここで
は異なる部分について詳述する。
【0068】本実施形態の走査機構部35は、第3の実
施形態と同様に、撮像カメラ31を二次元方向(ここで
は一例として水平方向及び垂直方向とする)に走査し、
センサ部36はそれぞれの方向の合成走査角速度を検出
する。
【0069】一方、撮像カメラ31は、集光レンズ3
2、電気光学偏向器34a及び電荷蓄積型撮像素子33
を光軸上に配列し、さらに電気光学偏向器34aを光軸
周りに回転させる回転機構44を設けて構成され、取込
んだ光波を集光レンズ32で集光し、集光した光波を電
気光学偏向器34aで走査方向とは逆の方向に偏向した
後、撮像素子33に結像することで静止視野像を取得す
る。
【0070】この場合、回転機構44の駆動制御用に偏
向器回転信号発生部43、加算器41c、サーボアンプ
40cが設けられる。偏向器回転信号発生部43は、セ
ンサ部36からの水平及び垂直方向の合成角速度情報に
基づき、加算器41c及びサーボアンプ40cを通じて
回転機構44を駆動して第1の電気光学偏向器34bの
偏向方向を走査方向に一致させ、偏向器制御信号発生部
42は、加算器41a及びサーボアンプ40aを通じて
電気光学偏向器34aを走査方向とは逆方向にかつ同一
角速度で偏向制御する。
【0071】以上のことから明らかなように、本実施形
態の走査型撮像装置は、光軸周りに自由に回転できる一
つの電気光学偏向器34aを有し、像の移動方向が光波
の偏向方向と一致するように電気光学偏向器34aを回
転制御する、すなわち水平方向と垂直方向の角速度を合
成することで撮像カメラ31の走査方向と走査角速度を
求め、走査方向の信号を電気光学偏向器34aの光軸周
りの回転制御にフィードバックし、また走査角速度の信
号を光波偏向量制御にフィードバックするようにしてい
るので、水平方向と垂直方向の像流れを同時に抑圧する
ことができる。
【0072】以上述べたように、第3及び第4の実施形
態の構成によれば、走査型撮像装置において、機械的稼
働部がない像流れ抑圧が実現できる。また、走査方向が
一方向に制限されることのない走査型撮像装置が実現で
きる。
【0073】また、光波の偏向量のみならず、偏向方向
も電気的に制御可能なことから、機械的には困難であっ
た、例えば往復走査による回転方向の逆転に伴う位相の
反転といった制御も極めて容易に行うことができる。
【0074】尚、第3及び第4の実施形態においても、
走査型レーザ受光装置に適用する場合には、撮像カメラ
31をレーザ・レーダに置き換え、撮像素子10cに代
えてレーザ受光器を用いればよい。
【0075】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
広い視野における鮮明な視野像を取得し得るようにし
て、信頼性の高い高精度な捜索を実現した走査型撮像装
置及び走査型レーザ受光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る走査型撮像装置の第1の実施形態
の構成を示すブロック図。
【図2】同実施形態に用いる反射鏡回転機構の具体的な
構成を示す斜視図。
【図3】本発明に係る走査型撮像装置の第2の実施形態
の構成を示すブロック図。
【図4】本発明に係る走査型撮像装置の第3の実施形態
の構成を示すブロック図。
【図5】本発明に係る走査型撮像装置の第4の実施形態
の構成を示すブロック図。
【図6】第2の実施形態の走査角度、光偏向角度等の制
御タイミング関係を示すタイミング波形図。
【図7】本発明が適用される走査型撮像装置の基本構成
を示すブロック図。
【図8】図7中の走査機構部11の構造を示す斜視図。
【図9】図7に示す走査型撮像装置の動作を説明するた
めのタイミング波形図。
【符号の説明】
10…撮像カメラ 10a…集光レンズ 10b…反射鏡 10c…撮像素子 11…走査機構部 11a…トルカ 11b…ジンバル機構 12,19…加算器 13,20…サーボアンプ 14,18…角度センタ 15…走査指令信号発生部 21…光軸周りの回転機構 31…撮像カメラ 32…集光レンズ 33…撮像素子 34a,34b…電気光学偏向器 35…走査機構部 36…センサ部 37…サーボアンプ 38…加算器 39…走査指令信号発生部 40a,40b,40c…サーボアンプ 41a,41b,41c…加算器 42…偏向器制御信号発生部 43…偏向器回転信号発生部 44…偏向器回転機構
フロントページの続き (72)発明者 佐渡 哲夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝小向工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 1/19 G01S 7/48 H04N 5/225

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の光学系でその入射光を集光し、そ
    の光軸上に設けられる第2の光学系によって光路を変更
    して電荷蓄積型の撮像部の受光面に結像し、この撮像部
    から結像された視野像による蓄積電荷をフレーム周期で
    読み出して前記視野像を電気的に取得するものであっ
    て、前記第2の光学系を基準軸周りに回転駆動すること
    で、前記光路の変更方向を走査する走査駆動機構を備え
    る撮像カメラと、 この撮像カメラ全体を前記基準軸周りに回転駆動するこ
    とで前記撮像カメラの撮像視野を所定の速度で直線的に
    走査する撮像視野走査手段と、 この撮像視野走査手段の走査速度に基づいて前記第2の
    光学系の走査駆動機構を制御して、前記撮像部の受光面
    に結像される視野像をフレーム周期で静止させる走査制
    御手段とを具備することを特徴とする走査型撮像装置。
  2. 【請求項2】 前記撮像視野走査手段は、前記撮像カメ
    ラ全体を互いに直交する二つの基準軸周りに回転駆動す
    る機構を備え、 前記走査駆動機構は、前記第2の光学系を互いに直交す
    る二つの基準軸周りに回転駆動する機構を備えることを
    特徴とする請求項1記載の走査型撮像装置。
  3. 【請求項3】 前記撮像カメラの第2の光学系は、入射
    光を反射する反射鏡で構成されることを特徴とする請求
    項1記載の走査型撮像装置。
  4. 【請求項4】 前記撮像カメラの第2の光学系は、入射
    光を透過する光学位相体で構成されることを特徴とする
    請求項1記載の走査型撮像装置。
  5. 【請求項5】 第1の光学系でその入射光を集光し、そ
    の光軸上に設けられる第2の光学系によって光路を変更
    して電荷蓄積型の撮像部の受光面に結像し、前記撮像部
    から結像された視野像による蓄積電荷をフレーム周期で
    読み出して前記視野像を電気的に取得するものであっ
    て、前記第2の光学系に光路を基準軸周りの角度方向に
    電気的に偏向可能な電気光学偏向器を用いて構成される
    撮像カメラと、 この撮像カメラ全体を前記基準軸周りに回転駆動するこ
    とで前記撮像カメラの撮像視野を所定の速度で直線的に
    走査する撮像視野走査手段と、 この撮像視野走査手段の走査速度に基づいて前記電気光
    学偏向器の偏向方向を制御して、前記撮像部の受光面に
    結像される視野像をフレーム周期で静止させる走査制御
    手段とを具備することを特徴とする走査型撮像装置。
  6. 【請求項6】 第1の光学系でその入射光を集光し、そ
    の光軸上に設けられる第2の光学系によって光路を変更
    して電荷蓄積型の撮像部の受光面に結像し、前記撮像部
    から結像された視野像による蓄積電荷をフレーム周期で
    読み出して前記視野像を電気的に取得するものであっ
    て、前記第2の光学系に光路を互いに直交する二軸周り
    の角度方向に電気的に偏向可能な電気光学偏向器を用い
    て構成される撮像カメラと、 この撮像カメラ全体を互いに直交する二軸周りに回転駆
    動することで前記撮像カメラの撮像視野を二次元の角度
    方向に所定の速度で直線的に走査する撮像視野走査手段
    と、 この撮像視野走査手段の走査方向、走査速度に基づいて
    前記電気光学偏向器の偏向方向を制御し、前記撮像部の
    受光面に結像される視野像をフレーム周期で静止させる
    走査制御手段とを具備することを特徴とする走査型撮像
    装置。
  7. 【請求項7】 第1の光学系で入射光を集光し、その光
    軸上に設けられる第2の光学系によって光路を変更して
    電荷蓄積型の撮像部の受光面に結像し、前記撮像部から
    結像された視野像による蓄積電荷をフレーム周期で読み
    出して前記視野像を電気的に取得するものであって、前
    記第2の光学系に光路を第1の軸周りの角度方向に電気
    的に偏向可能な第1の電気光学偏向器と前記第1の軸に
    直交する第2の軸周りの角度方向に電気的に偏向可能な
    第2の電気光学偏向器とを用いて構成される撮像カメラ
    と、 この撮像カメラ全体を互いに直交する二軸周りに回転駆
    動することで前記撮像カメラの撮像視野を二次元の角度
    方向に所定の速度で直線的に走査する撮像視野走査手段
    と、 この撮像視野走査手段の走査方向、走査速度に基づいて
    前記第1及び第2の電気光学偏向器の第1及び第2の軸
    周りの偏向角度方向を制御し、前記撮像部の受光面に結
    像される視野像をフレーム周期で静止させる走査制御手
    段とを具備することを特徴とする走査型撮像装置。
  8. 【請求項8】 第1の光学系で入射光を集光し、その光
    軸上に設けられる第2の光学系によって光路を変更して
    電荷蓄積型の撮像部の受光面に結像し、前記撮像部から
    結像された視野像による蓄積電荷をフレーム周期で読み
    出して前記視野像を電気的に取得するものであって、前
    記第2の光学系に光路を第1の軸周りの角度方向に電気
    的に偏向可能な電気光学偏向器を用い、この電気光学偏
    向器を前記第1の軸に直交する第2の軸周りに回転させ
    る回転機構を備える撮像カメラと、 この撮像カメラ全体を互いに直交する二軸周りに回転駆
    動することで前記撮像カメラの撮像視野を二次元の角度
    方向に所定の速度で直線的に走査する撮像視野走査手段
    と、 この撮像視野走査手段の走査方向、走査速度に基づいて
    前記電気光学偏向器における第1の軸周りの偏向角度方
    向を制御すると共に前記回転機構により当該電気光学偏
    向器を第2の軸周りに回転させて、前記撮像部の受光面
    に結像される視野像をフレーム周期で静止させる走査制
    御手段とを具備することを特徴とする走査型撮像装置。
  9. 【請求項9】 第1の光学系でその入射レーザ光を集光
    し、その光軸上に設けられる第2の光学系によって光路
    を変更してレーザ受光器の受光面に結像し、このレーザ
    受光器から結像された視野像をフレーム周期で電気的に
    取得するものであって、前記第2の光学系を基準軸周り
    に回転駆動することで前記光路の変更方向を走査する走
    査駆動機構を備えるレーザ・レーダと、 このレーザ・レーダ全体を前記基準軸周りに回転駆動す
    ることで前記レーザ・レーダの撮像視野を所定の速度で
    直線的に走査する撮像視野走査手段と、 この撮像視野走査手段の走査速度に基づいて前記第2の
    光学系の走査駆動機構を制御して、前記レーザ受光器の
    受光面に結像される視野像をフレーム周期で静止させる
    走査制御手段とを具備することを特徴とする走査型レー
    ザ受光装置。
  10. 【請求項10】 前記撮像視野走査手段は、前記レーザ
    ・レーダ全体を互いに直交する二つの基準軸周りに回転
    駆動する機構を備え、 前記走査駆動機構は、前記第2の光学系を互いに直交す
    る二つの基準軸周りに回転駆動する機構を備えることを
    特徴とする請求項9記載の走査型撮像装置。
  11. 【請求項11】 前記レーザ・レーダの第2の光学系
    は、入射レーザ光を反射する反射鏡で構成されることを
    特徴とする請求項9記載の走査型レーザ受光装置。
  12. 【請求項12】 前記レーザ・レーダの第2の光学系
    は、入射レーザ光を透過する光学位相体で構成されるこ
    とを特徴とする請求項9記載の走査型レーザ受光装置。
  13. 【請求項13】 第1の光学系でその入射光を集光し、
    その光軸上に設けられる第2の光学系によって光路を変
    更してレーザ受光器の受光面に結像し、前記レーザ受光
    器から結像された視野像をフレーム周期で電気的に取得
    するものであって、前記第2の光学系に光路を基準軸周
    りの角度方向に電気的に偏向可能な電気光学偏向器を用
    いて構成されるレーザ・レーダと、 このレーザ・レーダ全体を前記基準軸周りに回転駆動す
    ることで前記レーザ・レーダの撮像視野を所定の速度で
    直線的に走査する撮像視野走査手段と、 この撮像視野走査手段の走査方向、走査速度に基づいて
    前記電気光学偏向器の偏向方向を制御し、前記レーザ受
    光器の受光面に結像される視野像をフレーム周期で静止
    させる走査制御手段とを具備することを特徴とする走査
    型レーザ受光装置。
  14. 【請求項14】 第1の光学系でその入射光を集光し、
    その光軸上に設けられる第2の光学系によって光路を変
    更してレーザ受光器の受光面に結像し、前記レーザ受光
    器から結像された視野像をフレーム周期で電気的に取得
    するものであって、前記第2の光学系に光路を互いに直
    交する二軸周りの角度方向に電気的に偏向可能な電気光
    学偏向器を用いて構成されるレーザ・レーダと、 このレーザ・レーダ全体を互いに直交する二軸周りに回
    転駆動することで前記レーザ・レーダの撮像視野を二次
    元の角度方向に所定の速度で直線的に走査する撮像視野
    走査手段と、 この撮像視野走査手段の走査方向、走査速度に基づいて
    前記電気光学偏向器の偏向方向を制御し、前記レーザ受
    光器の受光面に結像される視野像をフレーム周期で静止
    させる走査制御手段とを具備することを特徴とする走査
    型レーザ受光装置。
  15. 【請求項15】 第1の光学系で入射光を集光し、その
    光軸上に設けられる第2の光学系によって光路を変更し
    てレーザ受光器の受光面に結像し、前記レーザ受光器か
    ら結像された視野像をフレーム周期で電気的に取得する
    ものであって、前記第2の光学系に光路を第1の軸周り
    の角度方向に電気的に偏向可能な第1の電気光学偏向器
    と前記第1の軸に直交する第2の軸周りの角度方向に電
    気的に偏向可能な第2の電気光学偏向器とを用いて構成
    されるレーザ・レーダと、 このレーザ・レーダ全体を互いに直交する二軸周りに回
    転駆動することで前記レーザ・レーダの撮像視野を二次
    元の角度方向に所定の速度で直線的に走査する撮像視野
    走査手段と、 この撮像視野走査手段の走査方向、走査速度に基づいて
    前記第1及び第2の電気光学偏向器の第1及び第2の軸
    周りの偏向角度方向を制御し、前記レーザ受光器の受光
    面に結像される視野像をフレーム周期で静止させる走査
    制御手段とを具備することを特徴とする走査型レーザ受
    光装置。
  16. 【請求項16】 第1の光学系で入射光を集光し、その
    光軸上に設けられる第2の光学系によって光路を変更し
    てレーザ受光器の受光面に結像し、前記レーザ受光器か
    ら結像された視野像をフレーム周期で電気的に取得する
    ものであって、前記第2の光学系に光路を第1の軸周り
    の角度方向に電気的に偏向可能な電気光学偏向器を用
    い、この電気光学偏向器を前記第1の軸に直交する第2
    の軸周りに回転させる回転機構を備えるレーザ・レーダ
    と、 このレーザ・レーダ全体を互いに直交する二軸周りに回
    転駆動することで前記レーザ・レーダの撮像視野を二次
    元の角度方向に所定の速度で直線的に走査する撮像視野
    走査手段と、 この撮像視野走査手段の走査方向、走査速度に基づいて
    前記電気光学偏向器における第1の軸周りの偏向角度方
    向を制御すると共に前記回転機構により当該電気光学偏
    向器を第2の軸周りに回転させて、前記レーザ受光器の
    受光面に結像される視野像をフレーム周期で静止させる
    走査制御手段とを具備することを特徴とする走査型レー
    ザ受光装置。
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