JP4117349B2 - 観測システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地球観測もしくは惑星探査をミッションとする衛星に搭載された光学センサーの感度をラジオメトリック校正装置により監視する観測システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の観測システムにおいては、検出器の全画素を均一に照射する校正光を出射することにより、１次元アレイ検出器の全画素を同時に校正できるとともに、ポインティングミラーの振動によるずれや、真空中における脱ガス付着の影響を少なくできる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２６６０３６４号公報（第４頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の観測システムでは、観測光学系の入射開口面の全面に一様に光りが当たっていないため、観測時に有害なフレアとなる可能性のある光路を発見できる機能などを持たせることができないという問題点があった。
【０００５】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、観測光学系の入射開口面の全体をカバーすることができ、かつ少ない消費電力で十分な校正輝度を有する観測システムを得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る観測システムは、校正光束を出力するラジオメトリック校正装置と、校正時に前記校正光束を導入する折り曲げミラーと、前記折り曲げミラーにより導入された前記校正光束を通過させる観測光学系と、前記観測光学系から出射される前記校正光束を検出するＣＣＤ検出器とを備えたものである。さらに、前記ラジオメトリック校正装置は、平面状に束ねられて発光面を構成する多数の微小光源を有し、これら多数の微小光源のうち最も外側に配置された微小光源に外接する仮想的な円である外接円の投影像に囲まれた領域が前記観測光学系の入射開口面で囲まれた領域を包含し、前記多数の微小光源を、前記外接円を断面とする半球を想定した場合に、前記ＣＣＤ検出器の画素並びと光軸を含む平面に含まれる前記外接円の直径の両端を極とした複数の子午線を描き、前記複数の子午線を前記断面に投影して得られる複数の子午線投影曲線に沿った複数の微小光源毎にグループにまとめ、前記グループ毎に個別に点灯されるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
まず、この発明に関連する観測システムについて図面を参照しながら説明する。図９は、この発明に関連する観測システムの構成を示す図である。この図９は、煩雑さを避けるために、一部破断面を設け、構成要素を見やすくしたものである。
【０００８】
図９において、ラジオメトリック校正装置１は、ベースプレート８上に載置され、少なくとも一個のランプを構成要素とする装置である。ポインティングミラー２は、観測時に、さまざまな観測方向を設定するためポインティングミラー回転軸３の回りに回転できる機能が主たるものであるが、観測の合間に、ラジオメトリック校正装置１から観測光学系４に校正光束７を導入する角度に設定できるようにしたものである。
【０００９】
また、同図において、ラジオメトリック校正装置１は、地上から軌道上までに遭遇する環境において安定した放射強度の校正光束７を供給できるよう設計されており、この校正光束７を、適時、観測光学系４に入射し、その出力を収集することにより、観測光学系４の光学面での汚染や透過もしくは反射の劣化、あるいは検出器感度の低下等を監視することができるものである。前記ランプを有するラジオメトリック校正装置１は、通常、図に示す通り、出射口径が小さく、このため校正光束７は観測光学系４の入射開口面５ａ及び出射開口面５ｂの全面をカバーできるものではなかった。
【００１０】
図１０は、図９で示す観測システムの作用を説明するための図である。
【００１１】
この図１０では、ポインティングミラー２はトンネルダイヤグラムにより省略している。ラジオメトリック校正装置１から射出した校正光束７は、ポインティングミラー２、観測光学系４の入射開口面５ａ、観測光学系４の出射開口面５ｂを経て、ＣＣＤ検出器６に到る。
【００１２】
校正光束７でＣＣＤ検出器６により取り込まれる光束が観測光学系４の光学面上を通過する領域サイズは、ＣＣＤ検出器６の一画素に向かうラジオメトリック校正装置１の出射口径全面を出た光束が、観測光学系４の光学面上を通過する領域サイズと、ＣＣＤ検出器６の全画素に向かうラジオメトリック校正装置１の中心点から出た光束が、観測光学系４の光学面上を通過する領域サイズとのコンボルーションとして求まる。
【００１３】
この結果、観測光学系４の入射開口面５ａでは、ラジオメトリック校正装置１の出射口径の影響を大きく受け、観測光学系４の出射開口面５ｂでは、ＣＣＤ検出器６のサイズの影響を大きく受ける。図１０ではＣＣＤ検出器６を長方形に描いているが、実際は直線に近い形状を有するため、観測光学系４の入射開口面５ａ上の領域サイズは、概ねラジオメトリック校正装置１に一致し、観測光学系４の出射開口面５ｂ上の領域サイズは、短辺方向に少し太くなったＣＣＤ検出器６サイズに一致する。
【００１４】
このため、校正光束７が通過しない観測光学系４の光学面に汚染が付着するとＣＣＤ検出器６には出力変化として現れない。しかし、観測光は、観測光学系４の光学面のほぼ全域を通過してＣＣＤ検出器６に到るため、観測時のデータには前記汚染の影響が現れる。つまり，前述のごとき装置による校正データでは観測時のデータのラジオメトリック補正が完全にはなしえなかった。この欠点を解決するため、拡散板や複数のランプを用いることで、校正時の光束径を、観測光学系４の入射開口面５ａまで拡大する方式が提案されているが、前者の方式では校正光の輝度が著しく低下する。また、後者の方式では膨大な電力消費と発熱を伴うため、衛星搭載用としては不適とされてきた。
【００１５】
一方、このラジオメトリック校正装置１では、校正光束７が通過する領域に汚染が付着した場合には、特定の条件下であれば付着場所を特定できるメリットがある。例えば、観測光学系４の入射開口面５ａに点状もしくは微小領域の汚染が付着した場合は、ＣＣＤ検出器６の多くの画素に出力変化となって現れるが、観測光学系４の出射開口面５ｂに同じ汚染が付着した場合は、ＣＣＤ検出器６の一部の画素にしか出力変化は現れない特性がある。従って、この出力変化からどの光学面が汚染されているかを推定することが可能で、同時に、その光学面のどの辺りが汚染されているかも判断できるのである。しかし、この特性も、観測光学系４の入射開口面５ａ全面に校正光束７が当たっていないため、十分に機能を果たしてはいなかった。
【００１６】
次に、観測光学系４内部に屈折光学系が存在すると、観測時のデータには、光学面相互の反射によるフレアが必ず重畳する。正常に伝播する光束により生じるフレアであれば解析的に求めることが可能であるが、異常な伝播、例えば、観測光学系４内部にプリズム等がある場合、そのプリズムの側面で反射した光束は複雑な三次元的反射を起こすため、解析的に求めることが極めて困難となる。
【００１７】
そのため、この異常な伝播によるフレア量はラジオメトリック補正では見積もることができなかった。もし、観測時に有害なフレアとなる可能性のある光路を事前に把握できれば、より精度の高い校正が可能となるのである。観測時に有害なフレアとなる現象も、その原因の大多数は、ＣＣＤ検出器６と共役なゴースト源が観測光学系４の近傍に存在していることによる。つまり、観測光学系４の近傍に置かれるラジオメトリック校正装置１であれば、事前にそのゴースト、更に言えば観測時に有害なフレアとなる可能性のある光路を発見できる機能を付加させることが可能である。しかし、このラジオメトリック校正装置１では、観測光学系４の入射開口面５ａ全面に一様に光りが当たっていなかったため、その機能を持たせることができなかった。
【００１８】
そして、ポインティングミラー２と観測光学系４を結合した光学系全体の視線（Line of Sight）の軌道上での計測という課題については、これまでも望まれてはいたが実現されていなかった。光学系全体の視線は、光学系を保持する金枠取付部が環境要因によって歪むとその方向が変化する。この歪みは、軌道上に投入された衛星が遭遇する温度環境によっても発生する。しかし、軌道上で歪みが発生した場合、その歪みを測定することは、全く不可能であった。このため、熱構造解析によって予測し、設計段階で確認するというのが主流であった。こうした変形を検出するには、光束をアクティブに入射するシステムが必要であるが、消費電力に制約のある衛星では、積極的な導入はなされていなかった。しかし、ラジオメトリック校正装置１であれば光源を内蔵しているので、前記歪みを計測する機能を付加できる可能性があるが、このラジオメトリック校正装置１では、その機能を付加することに成功していない。
【００１９】
つづいて、この発明の実施の形態１に係る観測システムについて図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る観測システムの構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２０】
図１において、関連技術のポインティングミラー２は折り曲げミラー９に替わっているが、ポインティング機能は、この発明の必須要件ではなく、観測時と校正時の２モードに切り替える機能があれば十分である。このため、ポインティングミラー２に替え折り曲げミラー９としたものである。ラジオメトリック校正装置１Ａは、平面的な発光面を有し、ベースプレート８上、もしくはその中に設置される。
【００２１】
図２は、この発明の実施の形態１に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の構造及び作用を示す図である。
【００２２】
図２（ａ）において、ラジオメトリック校正装置１Ａは、外接円１２の中に多数の微小光源（直径が５ｍｍ程度）１１を配置している。微小光源１１は、発光効率が良く複数の光源を一度に点灯しても電力消費や発熱が少ない光源、例えば白色ＬＥＤが最適である。また、微小光源１１は、互いの発熱で破壊されるのを防ぐため、間隔を空けて平面状に配置されている。この外接円（直径が２００ｍｍ程度）１２は、全ての微小光源１１に外接する仮想的な円である。
【００２３】
図２（ｂ）は、この実施の形態１に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の作用を説明するための図である。同図は、観測光学系の入射開口面５ａ上にラジオメトリック校正装置１Ａの外接円１２を投影し、この外接円１２の投影像に囲まれた領域が観測光学系の入射開口面５ａで囲まれた領域を包含する様子を示している。図２（ａ）における、ラジオメトリック校正装置１Ａの微小光源１１の全部もしくは一部を除く全てを点灯することで、観測光学系の入射開口面５ａの全面を校正光束７が照射できるものとなっている。なお、点線は折り曲げミラー９を表す。
【００２４】
これにより、ラジオメトリック校正装置１Ａが観測光学系の入射開口面５ａ全体をカバーする発光面からなり、かつ少ない消費電力で十分な校正輝度を有することになる。微小光源１１の点消灯は、微小光源１１の全部にスイッチを介して電源を接続し、ＣＰＵ等により予めプログラムされた微小光源１１に対応するスイッチを開閉制御するものであり、以下に説明する各実施の形態も同様である。
【００２５】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る観測システムについて図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の構成を示す図である。
【００２６】
図３（ａ）において、全体的な構成は、上記の実施の形態１と同じであるが、ラジオメトリック校正装置１Ａの機能が上記実施の形態１と異なることから、ラジオメトリック校正装置１Ａの構成のみを示す。
【００２７】
同図において、ラジオメトリック校正装置１Ａの多数の微小光源１１を囲む外接円１２を断面とする図示しない半球を想定した時、ＣＣＤ検出器６の画素並びと光軸１３を含む第一の平面１４に含まれる外接円１２の直径１５の両端を極１６とした複数の子午線１７を描く。図の煩雑さを避けるため、子午線１７は第一の平面１４を境に片側のみを図示している。
【００２８】
図３（ｂ）は、図３（ａ）を光軸方向から見た図である。
【００２９】
同図において、図３（ａ）の複数の子午線１７の中から選ばれた子午線を、前記断面に投影して得られる選ばれた子午線投影曲線１８に沿って微小光源群１９が確定する。図では微小光源群１９が塗り潰した丸（黒丸）で示されている。この微小光源群１９の全微小光源１１を点灯する。その他の子午線１７についても同様にグループ化が行え、微小光源群（グループ）毎に個別に点灯できるように構成することが出来る。
【００３０】
選ばれた子午線投影曲線１８に沿って微小光源群１９を点灯すると、校正光束７は、選ばれた子午線投影曲線１８を含んだ曲面に沿って観測光学系４に入射するため、その曲面と観測光学系４の光学面との交線は概ね光学面の子午線を描く。しかも、その光学面の子午線上の点はＣＣＤ検出器６の画素と一対一に対応するため、観測光学系４の光学面の子午線上に付着した汚染の領域が特定できる機能を持つことになる。これにより、上記実施の形態１と同じ効果を奏すると同時に、観測光学系内にある光学面上の汚染もしくは劣化の領域を特定することができるという効果を奏する。
【００３１】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る観測システムについて図面を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態３に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の構成を示す図である。
【００３２】
図４において、この実施の形態３は、観測システムの全体的な構成は、上記実施の形態１と同じであるが、ラジオメトリック校正装置１Ａの構成が上記実施の形態２と異なることから、ラジオメトリック校正装置１Ａの構成のみを示す。
【００３３】
この実施の形態３は、観測光学系４内で発生するフレアの原因となる異常な伝播光路を特定する機能を付加したものである。
【００３４】
正常に伝播する光束により生じるフレアの原因となるゴーストは、観測光学系４が回転対称であれば、回転対称軸近辺から入射する光束が支配的に関与するが、プリズム等の側面反射が関与する異常な伝播によるフレアの原因となるゴーストは、観測光学系４の回転対称軸から遠く離れた場所に存在することが多い。
【００３５】
このようなゴーストを見出すためには、幅の狭い光束で観測光学系４の入射開口面５ａ前面を走査する必要がある。例えば、図４のように、外接円１２で囲まれた面を格子状に縦横分割する方法がある。横、右斜め、及び左斜めの各方向の分割格子２０に六角形状に囲まれた微小光源１１をまとめたグループを微小光源群２１とする。図では塗り潰した丸（黒丸）で示されている。
【００３６】
微小光源群２１の近傍に異常な伝播によるフレアの原因となるゴーストが存在すれば、この微小光源群２１の全微小光源を点灯すると、ＣＣＤ検出器６の特定画素に異常に大きな出力が出現し、異常な伝播光路を直ちに特定することができる。微小光源１１全てを点灯すると、平均的な出力が増加してしまうため、相対的にゴーストが小さくなり判別が不可能となっていたが、これにより上記実施の形態１と同じ効果を奏すると同時に、観測光学系内で発生するフレアの原因となる異常な伝播光路を特定することができるという効果を奏する。
【００３７】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る観測システムについて図面を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態４に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の構成を示す図である。
【００３８】
図５（ａ）において、この実施の形態４に係る観測システムの全体的な構成は、上記実施の形態１と同じであるが、ラジオメトリック校正装置１Ａの構成が他の実施の形態と異なる。
【００３９】
同図において、斜線で示された第一微小光源グループ２２ａ、第二微小光源グループ２２ｂは、発光面上の仮想線分２３の両端を中心として選ばれたグループで、この二グループを同時に点灯できるようにしたものである。なお、２４はＣＣＤ検出器６の画素並び方向を示す仮想線である。
【００４０】
図５（ｂ）は、この実施の形態４に係る観測システムのラジオメトリック校正装置１Ａの配置を説明するための図である。
【００４１】
同図において、弦をなす線分２５は、観測光学系４の入射開口面５ａに張られた直径以外の弦であって、その弦はＣＣＤ検出器６の画素並び方向と平行である。そして、発光面上の仮想線分２３と弦をなす線分２５とは、折り曲げミラー９を介して光軸１３に平行な平面を構成している。そして、第一微小光源グループ２２ａ、第二微小光源グループ２２ｂは、発光面上の仮想線分２３の両端に中心をおく微小光源グループである。通常、観測光学系４の入射開口面５ａは円形をなし、弦をなす線分２５の両端での接線は互いに角度θをもつ。
【００４２】
図６（ａ）は、この実施の形態４における第一微小光源グループ２２ａと第二微小光源グループ２２ｂを同時に点灯した時にＣＣＤ検出器６に出現する全画素の出力プロファイルを示したグラフである。
【００４３】
同図において、画素の両端近辺で出力が急激に落ち台形状の出力プロファイルとなる。これは観測光学系４の入射開口面５ａの縁で光束がけられるために生じるものである。
【００４４】
そこで、折り曲げミラー９からＣＣＤ検出器６までに存在する光学系が偏心／チルトすることで光軸１３の方向も変化し、その変化がＣＣＤ検出器６の画素並び方向である場合には、出力プロファイルは図６（ｂ）の実線に示すように台形の幅が変化せず左右にシフトする。
【００４５】
一方、変化が画素並びと直交した方向である場合には、出力プロファイルは図６（ｃ）の実線に示すように台形の幅が変化する。なお、いずれにおいても点線は、変化前のプロファイルを示す。この特性を利用して光軸１３の変化を求めることで観測光学系４の視線方向の変化を捕らえ、軌道上で発生する歪みを計測することができる。
【００４６】
図７は、実施の形態４の別な構成例を示した図である。
【００４７】
図７において、弦をなす線分２５と、発光面上の仮想線分２３との関係は図５と同じである。ただし、第一微小光源グループ２２ａと第二微小光源グループ２２ｂは、観測光学系４の有効径内に入り込むように光学系内部に、例えばアルミ板のΛ（ラムダ）型構造体２６を設けているため、発光面上の仮想線分２３の両端にその中心を置く必要はない。
【００４８】
このΛ型構造体２６は、ＣＣＤ検出器６の画素並び方向を示す仮想線２４とＡ字型をなすよう設けられている。このような構成にすることで、より確実に、図６で示された出力プロファイルを得ることが可能となる。
【００４９】
図８は、Λ型構造体２６を、鏡筒の一部をなし、例えば樹脂製のパイプからなるトラス２７で構成したものである。
【００５０】
観測光学系４としてエネルギーロスが生じるΛ型構造体２６を単独で追加するより、補強構造として必要となるトラス構造を利用することでエネルギーロスを最小限に抑え、かつ課題解決をなしうると言うメリットある。上記構成により、上記実施の形態１と同じ効果を奏すると同時に、軌道上で遭遇する環境下での視線の変化を計測することができるという効果を奏する。
【００５１】
【発明の効果】
この発明に係る観測システムは、以上説明したとおり、ラジオメトリック校正装置が、平面状に束ねられて発光面を構成する多数の微小光源を有し、これら多数の微小光源のうち最も外側に配置された微小光源に外接する仮想的な円である外接円の投影像に囲まれた領域が前記観測光学系の入射開口面で囲まれた領域を包含し、前記多数の微小光源を、前記外接円を断面とする半球を想定した場合に、前記ＣＣＤ検出器の画素並びと光軸を含む平面に含まれる前記外接円の直径の両端を極とした複数の子午線を描き、前記複数の子午線を前記断面に投影して得られる複数の子午線投影曲線に沿った複数の微小光源毎にグループにまとめ、前記グループ毎に個別に点灯されるものである。従って、観測光学系の入射開口面の全体をカバーすることができ、かつ少ない消費電力で十分な校正輝度を確保することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る観測システムの構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の構造及び作用を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態２に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の構成を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態３に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の構成を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態４に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の構成及び配置を説明するための図である。
【図６】 この発明の実施の形態４に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の出力プロファイルを示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態４に係る観測システムの別の構成例を示す図である。
【図８】 図７のΛ型構造体をトラスで構成した図である。
【図９】 関連技術の観測システムによる校正方式を示した図である。
【図１０】 関連技術の観測システムの作用を示した図である。
【符号の説明】
１Ａ ラジオメトリック校正装置、４ 観測光学系、５ａ 入射開口面、５ｂ出射開口面、６ ＣＣＤ検出器、７ 校正光束、８ ベースプレート、９ 折り曲げミラー、１０ 折り曲げミラー回転軸、１１ 微小光源、１２ 外接円、１３ 光軸、１４ 第一の平面、１５ 直径、１６ 極、１７ 子午線、１８ 子午線投影曲線、１９ 微小光源群、２０ 分割格子、２１ 微小光源群、２２ａ 第一微小光源群、２２ｂ 第二微小光源群、２３ 仮想線分、２４ ＣＣＤ検出器の画素並び方向を示す仮想線、２５ 弦をなす線分、２６ Λ型構造体、２７ トラス。
【発明の属する技術分野】
この発明は、地球観測もしくは惑星探査をミッションとする衛星に搭載された光学センサーの感度をラジオメトリック校正装置により監視する観測システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の観測システムにおいては、検出器の全画素を均一に照射する校正光を出射することにより、１次元アレイ検出器の全画素を同時に校正できるとともに、ポインティングミラーの振動によるずれや、真空中における脱ガス付着の影響を少なくできる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２６６０３６４号公報（第４頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の観測システムでは、観測光学系の入射開口面の全面に一様に光りが当たっていないため、観測時に有害なフレアとなる可能性のある光路を発見できる機能などを持たせることができないという問題点があった。
【０００５】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、観測光学系の入射開口面の全体をカバーすることができ、かつ少ない消費電力で十分な校正輝度を有する観測システムを得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る観測システムは、校正光束を出力するラジオメトリック校正装置と、校正時に前記校正光束を導入する折り曲げミラーと、前記折り曲げミラーにより導入された前記校正光束を通過させる観測光学系と、前記観測光学系から出射される前記校正光束を検出するＣＣＤ検出器とを備えたものである。さらに、前記ラジオメトリック校正装置は、平面状に束ねられて発光面を構成する多数の微小光源を有し、これら多数の微小光源のうち最も外側に配置された微小光源に外接する仮想的な円である外接円の投影像に囲まれた領域が前記観測光学系の入射開口面で囲まれた領域を包含し、前記多数の微小光源を、前記外接円を断面とする半球を想定した場合に、前記ＣＣＤ検出器の画素並びと光軸を含む平面に含まれる前記外接円の直径の両端を極とした複数の子午線を描き、前記複数の子午線を前記断面に投影して得られる複数の子午線投影曲線に沿った複数の微小光源毎にグループにまとめ、前記グループ毎に個別に点灯されるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
まず、この発明に関連する観測システムについて図面を参照しながら説明する。図９は、この発明に関連する観測システムの構成を示す図である。この図９は、煩雑さを避けるために、一部破断面を設け、構成要素を見やすくしたものである。
【０００８】
図９において、ラジオメトリック校正装置１は、ベースプレート８上に載置され、少なくとも一個のランプを構成要素とする装置である。ポインティングミラー２は、観測時に、さまざまな観測方向を設定するためポインティングミラー回転軸３の回りに回転できる機能が主たるものであるが、観測の合間に、ラジオメトリック校正装置１から観測光学系４に校正光束７を導入する角度に設定できるようにしたものである。
【０００９】
また、同図において、ラジオメトリック校正装置１は、地上から軌道上までに遭遇する環境において安定した放射強度の校正光束７を供給できるよう設計されており、この校正光束７を、適時、観測光学系４に入射し、その出力を収集することにより、観測光学系４の光学面での汚染や透過もしくは反射の劣化、あるいは検出器感度の低下等を監視することができるものである。前記ランプを有するラジオメトリック校正装置１は、通常、図に示す通り、出射口径が小さく、このため校正光束７は観測光学系４の入射開口面５ａ及び出射開口面５ｂの全面をカバーできるものではなかった。
【００１０】
図１０は、図９で示す観測システムの作用を説明するための図である。
【００１１】
この図１０では、ポインティングミラー２はトンネルダイヤグラムにより省略している。ラジオメトリック校正装置１から射出した校正光束７は、ポインティングミラー２、観測光学系４の入射開口面５ａ、観測光学系４の出射開口面５ｂを経て、ＣＣＤ検出器６に到る。
【００１２】
校正光束７でＣＣＤ検出器６により取り込まれる光束が観測光学系４の光学面上を通過する領域サイズは、ＣＣＤ検出器６の一画素に向かうラジオメトリック校正装置１の出射口径全面を出た光束が、観測光学系４の光学面上を通過する領域サイズと、ＣＣＤ検出器６の全画素に向かうラジオメトリック校正装置１の中心点から出た光束が、観測光学系４の光学面上を通過する領域サイズとのコンボルーションとして求まる。
【００１３】
この結果、観測光学系４の入射開口面５ａでは、ラジオメトリック校正装置１の出射口径の影響を大きく受け、観測光学系４の出射開口面５ｂでは、ＣＣＤ検出器６のサイズの影響を大きく受ける。図１０ではＣＣＤ検出器６を長方形に描いているが、実際は直線に近い形状を有するため、観測光学系４の入射開口面５ａ上の領域サイズは、概ねラジオメトリック校正装置１に一致し、観測光学系４の出射開口面５ｂ上の領域サイズは、短辺方向に少し太くなったＣＣＤ検出器６サイズに一致する。
【００１４】
このため、校正光束７が通過しない観測光学系４の光学面に汚染が付着するとＣＣＤ検出器６には出力変化として現れない。しかし、観測光は、観測光学系４の光学面のほぼ全域を通過してＣＣＤ検出器６に到るため、観測時のデータには前記汚染の影響が現れる。つまり，前述のごとき装置による校正データでは観測時のデータのラジオメトリック補正が完全にはなしえなかった。この欠点を解決するため、拡散板や複数のランプを用いることで、校正時の光束径を、観測光学系４の入射開口面５ａまで拡大する方式が提案されているが、前者の方式では校正光の輝度が著しく低下する。また、後者の方式では膨大な電力消費と発熱を伴うため、衛星搭載用としては不適とされてきた。
【００１５】
一方、このラジオメトリック校正装置１では、校正光束７が通過する領域に汚染が付着した場合には、特定の条件下であれば付着場所を特定できるメリットがある。例えば、観測光学系４の入射開口面５ａに点状もしくは微小領域の汚染が付着した場合は、ＣＣＤ検出器６の多くの画素に出力変化となって現れるが、観測光学系４の出射開口面５ｂに同じ汚染が付着した場合は、ＣＣＤ検出器６の一部の画素にしか出力変化は現れない特性がある。従って、この出力変化からどの光学面が汚染されているかを推定することが可能で、同時に、その光学面のどの辺りが汚染されているかも判断できるのである。しかし、この特性も、観測光学系４の入射開口面５ａ全面に校正光束７が当たっていないため、十分に機能を果たしてはいなかった。
【００１６】
次に、観測光学系４内部に屈折光学系が存在すると、観測時のデータには、光学面相互の反射によるフレアが必ず重畳する。正常に伝播する光束により生じるフレアであれば解析的に求めることが可能であるが、異常な伝播、例えば、観測光学系４内部にプリズム等がある場合、そのプリズムの側面で反射した光束は複雑な三次元的反射を起こすため、解析的に求めることが極めて困難となる。
【００１７】
そのため、この異常な伝播によるフレア量はラジオメトリック補正では見積もることができなかった。もし、観測時に有害なフレアとなる可能性のある光路を事前に把握できれば、より精度の高い校正が可能となるのである。観測時に有害なフレアとなる現象も、その原因の大多数は、ＣＣＤ検出器６と共役なゴースト源が観測光学系４の近傍に存在していることによる。つまり、観測光学系４の近傍に置かれるラジオメトリック校正装置１であれば、事前にそのゴースト、更に言えば観測時に有害なフレアとなる可能性のある光路を発見できる機能を付加させることが可能である。しかし、このラジオメトリック校正装置１では、観測光学系４の入射開口面５ａ全面に一様に光りが当たっていなかったため、その機能を持たせることができなかった。
【００１８】
そして、ポインティングミラー２と観測光学系４を結合した光学系全体の視線（Line of Sight）の軌道上での計測という課題については、これまでも望まれてはいたが実現されていなかった。光学系全体の視線は、光学系を保持する金枠取付部が環境要因によって歪むとその方向が変化する。この歪みは、軌道上に投入された衛星が遭遇する温度環境によっても発生する。しかし、軌道上で歪みが発生した場合、その歪みを測定することは、全く不可能であった。このため、熱構造解析によって予測し、設計段階で確認するというのが主流であった。こうした変形を検出するには、光束をアクティブに入射するシステムが必要であるが、消費電力に制約のある衛星では、積極的な導入はなされていなかった。しかし、ラジオメトリック校正装置１であれば光源を内蔵しているので、前記歪みを計測する機能を付加できる可能性があるが、このラジオメトリック校正装置１では、その機能を付加することに成功していない。
【００１９】
つづいて、この発明の実施の形態１に係る観測システムについて図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る観測システムの構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２０】
図１において、関連技術のポインティングミラー２は折り曲げミラー９に替わっているが、ポインティング機能は、この発明の必須要件ではなく、観測時と校正時の２モードに切り替える機能があれば十分である。このため、ポインティングミラー２に替え折り曲げミラー９としたものである。ラジオメトリック校正装置１Ａは、平面的な発光面を有し、ベースプレート８上、もしくはその中に設置される。
【００２１】
図２は、この発明の実施の形態１に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の構造及び作用を示す図である。
【００２２】
図２（ａ）において、ラジオメトリック校正装置１Ａは、外接円１２の中に多数の微小光源（直径が５ｍｍ程度）１１を配置している。微小光源１１は、発光効率が良く複数の光源を一度に点灯しても電力消費や発熱が少ない光源、例えば白色ＬＥＤが最適である。また、微小光源１１は、互いの発熱で破壊されるのを防ぐため、間隔を空けて平面状に配置されている。この外接円（直径が２００ｍｍ程度）１２は、全ての微小光源１１に外接する仮想的な円である。
【００２３】
図２（ｂ）は、この実施の形態１に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の作用を説明するための図である。同図は、観測光学系の入射開口面５ａ上にラジオメトリック校正装置１Ａの外接円１２を投影し、この外接円１２の投影像に囲まれた領域が観測光学系の入射開口面５ａで囲まれた領域を包含する様子を示している。図２（ａ）における、ラジオメトリック校正装置１Ａの微小光源１１の全部もしくは一部を除く全てを点灯することで、観測光学系の入射開口面５ａの全面を校正光束７が照射できるものとなっている。なお、点線は折り曲げミラー９を表す。
【００２４】
これにより、ラジオメトリック校正装置１Ａが観測光学系の入射開口面５ａ全体をカバーする発光面からなり、かつ少ない消費電力で十分な校正輝度を有することになる。微小光源１１の点消灯は、微小光源１１の全部にスイッチを介して電源を接続し、ＣＰＵ等により予めプログラムされた微小光源１１に対応するスイッチを開閉制御するものであり、以下に説明する各実施の形態も同様である。
【００２５】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る観測システムについて図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の構成を示す図である。
【００２６】
図３（ａ）において、全体的な構成は、上記の実施の形態１と同じであるが、ラジオメトリック校正装置１Ａの機能が上記実施の形態１と異なることから、ラジオメトリック校正装置１Ａの構成のみを示す。
【００２７】
同図において、ラジオメトリック校正装置１Ａの多数の微小光源１１を囲む外接円１２を断面とする図示しない半球を想定した時、ＣＣＤ検出器６の画素並びと光軸１３を含む第一の平面１４に含まれる外接円１２の直径１５の両端を極１６とした複数の子午線１７を描く。図の煩雑さを避けるため、子午線１７は第一の平面１４を境に片側のみを図示している。
【００２８】
図３（ｂ）は、図３（ａ）を光軸方向から見た図である。
【００２９】
同図において、図３（ａ）の複数の子午線１７の中から選ばれた子午線を、前記断面に投影して得られる選ばれた子午線投影曲線１８に沿って微小光源群１９が確定する。図では微小光源群１９が塗り潰した丸（黒丸）で示されている。この微小光源群１９の全微小光源１１を点灯する。その他の子午線１７についても同様にグループ化が行え、微小光源群（グループ）毎に個別に点灯できるように構成することが出来る。
【００３０】
選ばれた子午線投影曲線１８に沿って微小光源群１９を点灯すると、校正光束７は、選ばれた子午線投影曲線１８を含んだ曲面に沿って観測光学系４に入射するため、その曲面と観測光学系４の光学面との交線は概ね光学面の子午線を描く。しかも、その光学面の子午線上の点はＣＣＤ検出器６の画素と一対一に対応するため、観測光学系４の光学面の子午線上に付着した汚染の領域が特定できる機能を持つことになる。これにより、上記実施の形態１と同じ効果を奏すると同時に、観測光学系内にある光学面上の汚染もしくは劣化の領域を特定することができるという効果を奏する。
【００３１】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る観測システムについて図面を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態３に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の構成を示す図である。
【００３２】
図４において、この実施の形態３は、観測システムの全体的な構成は、上記実施の形態１と同じであるが、ラジオメトリック校正装置１Ａの構成が上記実施の形態２と異なることから、ラジオメトリック校正装置１Ａの構成のみを示す。
【００３３】
この実施の形態３は、観測光学系４内で発生するフレアの原因となる異常な伝播光路を特定する機能を付加したものである。
【００３４】
正常に伝播する光束により生じるフレアの原因となるゴーストは、観測光学系４が回転対称であれば、回転対称軸近辺から入射する光束が支配的に関与するが、プリズム等の側面反射が関与する異常な伝播によるフレアの原因となるゴーストは、観測光学系４の回転対称軸から遠く離れた場所に存在することが多い。
【００３５】
このようなゴーストを見出すためには、幅の狭い光束で観測光学系４の入射開口面５ａ前面を走査する必要がある。例えば、図４のように、外接円１２で囲まれた面を格子状に縦横分割する方法がある。横、右斜め、及び左斜めの各方向の分割格子２０に六角形状に囲まれた微小光源１１をまとめたグループを微小光源群２１とする。図では塗り潰した丸（黒丸）で示されている。
【００３６】
微小光源群２１の近傍に異常な伝播によるフレアの原因となるゴーストが存在すれば、この微小光源群２１の全微小光源を点灯すると、ＣＣＤ検出器６の特定画素に異常に大きな出力が出現し、異常な伝播光路を直ちに特定することができる。微小光源１１全てを点灯すると、平均的な出力が増加してしまうため、相対的にゴーストが小さくなり判別が不可能となっていたが、これにより上記実施の形態１と同じ効果を奏すると同時に、観測光学系内で発生するフレアの原因となる異常な伝播光路を特定することができるという効果を奏する。
【００３７】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る観測システムについて図面を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態４に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の構成を示す図である。
【００３８】
図５（ａ）において、この実施の形態４に係る観測システムの全体的な構成は、上記実施の形態１と同じであるが、ラジオメトリック校正装置１Ａの構成が他の実施の形態と異なる。
【００３９】
同図において、斜線で示された第一微小光源グループ２２ａ、第二微小光源グループ２２ｂは、発光面上の仮想線分２３の両端を中心として選ばれたグループで、この二グループを同時に点灯できるようにしたものである。なお、２４はＣＣＤ検出器６の画素並び方向を示す仮想線である。
【００４０】
図５（ｂ）は、この実施の形態４に係る観測システムのラジオメトリック校正装置１Ａの配置を説明するための図である。
【００４１】
同図において、弦をなす線分２５は、観測光学系４の入射開口面５ａに張られた直径以外の弦であって、その弦はＣＣＤ検出器６の画素並び方向と平行である。そして、発光面上の仮想線分２３と弦をなす線分２５とは、折り曲げミラー９を介して光軸１３に平行な平面を構成している。そして、第一微小光源グループ２２ａ、第二微小光源グループ２２ｂは、発光面上の仮想線分２３の両端に中心をおく微小光源グループである。通常、観測光学系４の入射開口面５ａは円形をなし、弦をなす線分２５の両端での接線は互いに角度θをもつ。
【００４２】
図６（ａ）は、この実施の形態４における第一微小光源グループ２２ａと第二微小光源グループ２２ｂを同時に点灯した時にＣＣＤ検出器６に出現する全画素の出力プロファイルを示したグラフである。
【００４３】
同図において、画素の両端近辺で出力が急激に落ち台形状の出力プロファイルとなる。これは観測光学系４の入射開口面５ａの縁で光束がけられるために生じるものである。
【００４４】
そこで、折り曲げミラー９からＣＣＤ検出器６までに存在する光学系が偏心／チルトすることで光軸１３の方向も変化し、その変化がＣＣＤ検出器６の画素並び方向である場合には、出力プロファイルは図６（ｂ）の実線に示すように台形の幅が変化せず左右にシフトする。
【００４５】
一方、変化が画素並びと直交した方向である場合には、出力プロファイルは図６（ｃ）の実線に示すように台形の幅が変化する。なお、いずれにおいても点線は、変化前のプロファイルを示す。この特性を利用して光軸１３の変化を求めることで観測光学系４の視線方向の変化を捕らえ、軌道上で発生する歪みを計測することができる。
【００４６】
図７は、実施の形態４の別な構成例を示した図である。
【００４７】
図７において、弦をなす線分２５と、発光面上の仮想線分２３との関係は図５と同じである。ただし、第一微小光源グループ２２ａと第二微小光源グループ２２ｂは、観測光学系４の有効径内に入り込むように光学系内部に、例えばアルミ板のΛ（ラムダ）型構造体２６を設けているため、発光面上の仮想線分２３の両端にその中心を置く必要はない。
【００４８】
このΛ型構造体２６は、ＣＣＤ検出器６の画素並び方向を示す仮想線２４とＡ字型をなすよう設けられている。このような構成にすることで、より確実に、図６で示された出力プロファイルを得ることが可能となる。
【００４９】
図８は、Λ型構造体２６を、鏡筒の一部をなし、例えば樹脂製のパイプからなるトラス２７で構成したものである。
【００５０】
観測光学系４としてエネルギーロスが生じるΛ型構造体２６を単独で追加するより、補強構造として必要となるトラス構造を利用することでエネルギーロスを最小限に抑え、かつ課題解決をなしうると言うメリットある。上記構成により、上記実施の形態１と同じ効果を奏すると同時に、軌道上で遭遇する環境下での視線の変化を計測することができるという効果を奏する。
【００５１】
【発明の効果】
この発明に係る観測システムは、以上説明したとおり、ラジオメトリック校正装置が、平面状に束ねられて発光面を構成する多数の微小光源を有し、これら多数の微小光源のうち最も外側に配置された微小光源に外接する仮想的な円である外接円の投影像に囲まれた領域が前記観測光学系の入射開口面で囲まれた領域を包含し、前記多数の微小光源を、前記外接円を断面とする半球を想定した場合に、前記ＣＣＤ検出器の画素並びと光軸を含む平面に含まれる前記外接円の直径の両端を極とした複数の子午線を描き、前記複数の子午線を前記断面に投影して得られる複数の子午線投影曲線に沿った複数の微小光源毎にグループにまとめ、前記グループ毎に個別に点灯されるものである。従って、観測光学系の入射開口面の全体をカバーすることができ、かつ少ない消費電力で十分な校正輝度を確保することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る観測システムの構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の構造及び作用を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態２に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の構成を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態３に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の構成を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態４に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の構成及び配置を説明するための図である。
【図６】 この発明の実施の形態４に係る観測システムのラジオメトリック校正装置の出力プロファイルを示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態４に係る観測システムの別の構成例を示す図である。
【図８】 図７のΛ型構造体をトラスで構成した図である。
【図９】 関連技術の観測システムによる校正方式を示した図である。
【図１０】 関連技術の観測システムの作用を示した図である。
【符号の説明】
１Ａ ラジオメトリック校正装置、４ 観測光学系、５ａ 入射開口面、５ｂ出射開口面、６ ＣＣＤ検出器、７ 校正光束、８ ベースプレート、９ 折り曲げミラー、１０ 折り曲げミラー回転軸、１１ 微小光源、１２ 外接円、１３ 光軸、１４ 第一の平面、１５ 直径、１６ 極、１７ 子午線、１８ 子午線投影曲線、１９ 微小光源群、２０ 分割格子、２１ 微小光源群、２２ａ 第一微小光源群、２２ｂ 第二微小光源群、２３ 仮想線分、２４ ＣＣＤ検出器の画素並び方向を示す仮想線、２５ 弦をなす線分、２６ Λ型構造体、２７ トラス。
Claims (6)
- 校正光束を出力するラジオメトリック校正装置と、
校正時に前記校正光束を導入する折り曲げミラーと、
前記折り曲げミラーにより導入された前記校正光束を通過させる観測光学系と、
前記観測光学系から出射される前記校正光束を検出するＣＣＤ検出器と
を備え、
前記ラジオメトリック校正装置は、
平面状に束ねられて発光面を構成する多数の微小光源を有し、これら多数の微小光源のうち最も外側に配置された微小光源に外接する仮想的な円である外接円の投影像に囲まれた領域が前記観測光学系の入射開口面で囲まれた領域を包含し、
前記多数の微小光源を、前記外接円を断面とする半球を想定した場合に、前記ＣＣＤ検出器の画素並びと光軸を含む平面に含まれる前記外接円の直径の両端を極とした複数の子午線を描き、前記複数の子午線を前記断面に投影して得られる複数の子午線投影曲線に沿った複数の微小光源毎にグループにまとめ、前記グループ毎に個別に点灯される
ことを特徴とする観測システム。 - 校正光束を出力するラジオメトリック校正装置と、
校正時に前記校正光束を導入する折り曲げミラーと、
前記折り曲げミラーにより導入された前記校正光束を通過させる観測光学系と、
前記観測光学系から出射される前記校正光束を検出するＣＣＤ検出器と
を備え、
前記ラジオメトリック校正装置は、
平面状に束ねられて発光面を構成する多数の微小光源を有し、これら多数の微小光源のうち最も外側に配置された微小光源に外接する仮想的な円である外接円の投影像に囲まれた領域が前記観測光学系の入射開口面で囲まれた領域を包含し、
前記多数の微小光源を、前記外接円で囲まれた面において６つの分割格子に囲まれた六角形状の領域にある７つの微小光源毎にグループにまとめ、前記グループ毎に個別に点灯される
ことを特徴とする観測システム。 - 校正光束を出力するラジオメトリック校正装置と、
校正時に前記校正光束を導入する折り曲げミラーと、
前記折り曲げミラーにより導入された前記校正光束を通過させる観測光学系と、
前記観測光学系から出射される前記校正光束を検出するＣＣＤ検出器と
を備え、
前記ラジオメトリック校正装置は、
平面状に束ねられて発光面を構成する多数の微小光源を有し、これら多数の微小光源のうち最も外側に配置された微小光源に外接する仮想的な円である外接円の投影像に囲まれた領域が前記観測光学系の入射開口面で囲まれた領域を包含し、
前記多数の微小光源を、前記ＣＣＤ検出器の画素並びと光軸を含む平面に平行で前記観測光学系の入射開口面に張られる直径以外の弦を含む、前記平面に平行な第二の平面と前記発光面が交叉して形成される線分の両端に中心を置き、前記外接円に接する複数の微小光源毎に二グループにまとめ、前記二グループが同時に点灯される
ことを特徴とする観測システム。 - 前記観測光学系の内部に開口の外辺を遮るようにΛ型構造体をさらに備え、
前記Λ型構造体が前記ＣＣＤ検出器の画素並びと光軸を含む平面とＡ字型をなすように交叉して配置されている
ことを特徴とする請求項３記載の観測システム。 - 前記Λ型構造体を、鏡筒の一部をなすトラスで構成した
ことを特徴とする請求項４記載の観測システム。 - 前記微小光源を、白色ＬＥＤで構成した
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の観測システム。
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