JPS5972875A - 電子走査撮像方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子走査撮像方式に関し、特に撮像対象に対し
て所定の相対速度で移動する。−次元電荷結合デバイス
を備えた放射計受光部により前記撮像対象を撮像する電
子走査撮像方式において。

取得された撮像信号の信号対雑音比を改善する電子走査
撮像方式に関する。

従来、例えば人工衛星に一次元電荷結合デバイスにより
形成さｎる放射計受光部を備える放射計を搭載し、所定
の地表面を観測するための撮像信号を取得する電子走査
撮像方式においては、前記放射計に要求さ扛る地表面に
おける撮像分解能の向上という課題に対応して、前記放
射計の重重および形状寸法が著しく増大し、前記人工衛
星のミッション機器としての適合条件である重重および
形状寸法に関する厳しい制約条項に適合し得ｒＪ＜な ｈ域という重大な問題が存在している。

今撮像対象の地表面における分解能に対応する画素の一
辺の寸法（以下画素寸法という）をａとし、前記人工衛
星の対地速度を■とすると、前記放射計に含まれる光学
系を介して、前記画素から前記放射計の一次元電荷結合
デバイスの単位受光素子に受光する光量Ｐは、　Ｐｃｙ
（ａ’／Ｖにて表わされる。即ち、地表面における分解
能向上にともない、前記−次元電荷結合デバイスにおけ
る受光量は１分解能に対応する画素寸法ａの３乗に比例
して低下してすく。この光電変換に拘わる感度の低下を
改善するために、従来は前記放射計の光学系の口径を大
きくして、前記−次元電荷結合デバイスにおける受光量
を増加させる方法がとられてい一定に保持し、光電変換
感度を維持するためには、１）ｃ＜　２７の関係におい
て画素寸法ａの値を小さくするにともない、光学系りの
値を大きくすれば良い。この光学径の口径りを大きくす
ることは取りも直さず所要のレンズ系の口径を大きくす
ることであり、前記放射計の重量および形状寸法を、前
記口径の増大とともに大幅に増大させ、前述の人工衛星
のミッション機器適合性の問題の障害要因となっている
。

即ち、従来の電子走査撮像方式においては、撮像対象に
関する撮像分解能向上にともなう光電変換感度の低下を
改善する手段として、前記放射計に含まれる光学系の口
径を大きくする方法を用いているために、前記放射計の
重量および形状寸法を大幅に増大させるという欠点があ
る。

本発明の目的は上記の欠点を除去し、前記放射計に備え
らｎている放射計受光部を複数の一次元電荷結合デバイ
スにより形成し、同一の撮像対象区分に対応して得られ
る前記複数の一次元電荷結合デバイスからの撮像信号出
力を同相加算することにより、撮像分解能の向上にとも
なう光電変換感度の低下を改善する電子走査撮像方式を
提供することにある。

本発明の電子走査撮像方式は、電荷結合デバイスを光電
変換素子として備え、撮像対象に対して所定の相対速度
で移動する放射計受光部により前記撮像対象を撮像する
電子走査撮像方式において。

前記撮像対象に対向する所定の面内に所定の配列間隔に
おいて配置さｎ前記所定の相対速度ならびに前記所定の
配列間隔に関連する特定時間Ｔを基準周期として撮像信
号を出力するｎ（ｌより大きい整数）個の一次元電荷結
合デバイスにより形成される放射計受光部と、前記ｎ個
の一次元電荷結合デバイスのそれぞれの撮像信号を前記
特定時間Ｔを基準周期として順次隣接する一次元電荷結
合デバイスのシフトレジスタに転送し第ｎ番目の一次元
電荷結合デバイスのシフトレジスタよす前記ｎ個の一次
元電荷結合デバイスにより取得される同−撮像対象に対
する撮像信号を周期加算信号として出力するように前記
放射受光部に拘わるタイミング信号を制御する時間制御
手段とを備えて構成さｎる。

以下１本発明について図面を参照して詳細に説５− 明する。

第１図は本発明の動作説明用の概念的ブロック図で、前
記放射計に含まれている放射計受光部が。

３個の一次元電荷結合デバイス（以下電荷結合デバイス
という）を備える場合に相当している。また第２図には
、本発明に拘わる運用形態説明用として、前記放射計受
光部と撮像対象領域との間の相互関係の概念図を示す。

第２図において、放射計に含まれる放射計受光部３は、
所定の距離を置いて撮像対象領域１０１と対向してお夛
、所定の相対速度において所定の方向１００に沿って移
動しながら、走査幅Ｗによって規定される地表観測幅に
関連する撮像領域区分Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、・・・に対応す
る撮像信号を取得しつつ進行する。放射計受光部３を形
成する３個の電荷結合デバイス１−１〜３における光電
変換作用と電子走査とを介して、撮像信号を取得する場
合においては、放射計受光部３が移動して電荷結合デバ
イスｉ−１が撮像領域区分Ａに対応する位置に到来する
と、撮像領域区分Ａに対する撮像信号５１（５）が電荷
結合デバイス６− １−１によフ取得され、＊荷結合デバイス１−１に含ま
れるシフトレジスタを介して隣接する電荷結合デバイス
１−２のシフトレジスタに転送される。次いで前記特定
時間Ｔに対応する時間経過後においては、電荷結合デバ
イス１−１および１−２は、それぞｎ撮像領域区分Ｂお
よびＡに対応する位置に到来する。この時点において撮
像領域区分Ｂに対する撮像信号８１（Ｂ）および撮像領
域区分人に対する撮像信号へ（Ａｌが、それぞれ電荷結
合デバイス１−１および１−２により取得され、電荷結
合デバイス１−２のシフトレジスタには、既に電荷結合
デバイス１−１より転送されて来ている撮像信号８１（
Ａｌと、新たに電荷結合デバイス１−２により取得され
る前記撮像信号Ｓ、（５）との加算信号８．（Ａｌ＋８
．（５）が生成される。この加算信号５Ｉ（Ａ）十〜囚
は。

隣接する電荷結合デバイス１−３のシフトレジスタに転
送され、しかる後電波結合デバイス１−１により新たに
取得される前記撮像信号８．（Ｂｌが隣接する電荷結合
デバイス１−２のシフトレジスタに転送される。更に前
記特定時間Ｔに対応する時間経過後においては、電荷結
合デバイス］−１，１−２および１−３は、それぞれ撮
像領域区分Ｃ９ＢおよびＡに対応する位置に到来する。

この時点において撮像領域区分Ｃに対する撮像信号Ｓ、
（Ｑ％撮像領域区分Ｂに対する撮像信号８２（Ｂ）およ
び撮像領域区分Ａに対する撮像信号５３（Ａ）が、そ汎
ぞれ電荷結合デバイス１−１．１−２および１−３によ
り取得さｆ′Ｌ、電荷結合デバイス１−３のシフトレジ
スタには、既に電荷結合デバイス１−２より転送さｎて
来ている前記加算信号５１（Ａ）　＋　５２ＣＡＪと、
新たに電荷結合デバイス１−３によシ取得される前記５
３（Ｎとの加算信号５ｔ（Ａｌ８２（Ａ）　＋　８３（
５）が生成され、また電荷結合デバイス１−２のシフト
レジスタには。

既に電荷デバイス１−１より転送されて来ている前記撮
像信号８１（Ｂ）と、新たに電荷結合デバイス１−２に
より取得される前記８２（Ｂ＋との加算信号８．（Ｂｌ
十Ｓ、（Ｂｌが生成される。次いで、順序として先づ電
荷結合デバイス１−３のシフトレジスタに生成される前
記加算信号が、撮像領域区分Ａに対応する撮像信号出力
として外部に取出さｎ２次に電荷結合デバイス１−２の
シフトレジスタに生成される前記加算信号８．（至）＋
８２（Ｂ）が、隣接する電荷結合デバイス１−３のシフ
トレジスタに転送され、しかる後電荷結合デバイス１−
１により新たに取得される前記撮像信号８．（Ｑが隣接
する電荷結合デバイス１−２のシフトレジスタに転送さ
れる。

以下同様の動作過程を通じて、１！Ｌ荷結合デバイス１
−３のシフトレジスタからは、前記特定時間Ｔを周期と
して、順次撮像領域区分Ｂ、Ｃ，Ｄ、、、。

・・・が出力される。第３図には放射計受光部３を形成
する電荷結合デバイス１−１〜３の各シフトレジスタに
関連する前記各撮像信号の収納、転送および出力の模様
を、横軸に時間をとシ、また放射計受光部の移動にとも
なう撮像領域区分Ａ、Ｂ、Ｃ。

Ｄ、・・・との対応を明らかにする形で示している。

イス１−３のシフトレジスタより時間ｔ１にて出力され
、撮像信号５ｔ（Ｂ＋　＋８２（Ｂｌは時間１□におい
て電荷結合デバイス１−３のシフトレジスタに転送され
。

９− 次いで時間ｔ３において撮像信号８．（Ｃ１が電荷結合
デバイス１−１のシフトレジスタより電荷結合デバイス
１−２のシフトレジスタに転送される。明らかに前記出
力および転送を円滑に行うためには。

１、＜　１．（１，となるように時間制御する必要があ
る。

前述の運用形態に対応して、第１図の本発明の概念的ブ
ロック図について説明すると、放射計受光部３を形成す
る電荷結合デバイス１−１〜３は、時間制御手段４によ
り撮像信号の収納、転送、出力等のタイミングを制御さ
れて、線路５３および５４を介して撮像信号が電荷結合
デバイス１−３に転送さｎ１前述のように、電荷結合デ
バイス１して端子５１から出力される。第１図の概念的
ブロック図は放射計受光部を形成する電荷結合デバイス
が３個の場合であるが、一般に前記電荷結合デバイスが
ｎ個の場合には、第ｎ番目の電荷結合デバイスのシフト
レジスタからは、？ｌｌえば撮像領域区分Ａに対応する
撮像信号出力としてΣ５ｉ（Ａ）が−１ １０− 得られる。今ｎ個の電荷結合デバイスの受光感度が同一
で、撮像信号の転送にともなう損失が零と合デバイスの
単体における雑音出力電圧をＮ　（ＲＭＳ）とすると、
第ｎ番目の電荷結合デバイスの出力段階における信号対
雑音比は次式にて表わされる。

上式において、８／Ｎは電荷結合デバイスを何個に用い
る場合の信号対雑比であり、明らかに本発明の適用によ
り撮像信号の信号対雑音比は、′−〕圧比でむ一倍に改
善され、電力比でｎ倍に改善される。

次に本発明の一実施例について、第４図を参照して説明
する。第４図に示される一実施例は、放射系受光部が３
個の電荷結合デバイスを備える場合に相当し、それぞれ
に光電変換部６−１〜３．トランスファ・ゲート７−１
〜３およびシフト・レジスタ８−１〜３を含む電荷結合
デバイス５−１〜３と、時間制御手段９と、増幅器１０
とを備えている。

電荷結合デバイス５−１〜３においては、それぞれｙＬ
！変換部６−１〜３において、対応する撮像領域区分か
らの影像を受光し、前記受光量は対応する電荷に変換さ
れて１時間制御手段９より各電荷結合デバイス５−１〜
３のトランスファ・ゲート７−１〜３に入力されるリセ
ット・パルスにより、それぞれ前記撮像領域区分に対応
する撮像信号として。

それぞれのシフト・レジスタ８−１〜３に転送され収納
される。これらのシフト・レジスタ８−１〜３に収納さ
れている撮像信号が時間制御手段９より出力される。前
記ｔＩ＋ｔ２およびｔ３に対応するタイミングのクロッ
ク・パルスにより、それぞ扛電荷結合デバイス５−３の
シフト・レジスタ８−３よされ、電荷結合デバイス５−
２のシフト・レジス子結合デバイス５−３のシフト・レ
ジスタ８−３に転送さｎ、また電荷結合デバイス５−１
のシフト・レジスタ８−１よりは撮像信号ＳＩが電子結
合デバイス５−２のシフト・レジスタ８−２に転送され
る動作経過については、第１図、第２図および第３図を
用いて前述したとおりである。前記加増幅さｎ端子５２
より出力さｎる。本−実施例の場合においては、端子５
２より出力さｎる撮像信号対雑音比は、電力比において
従来の電子走査撮像方式に比して３倍に改善さすること
は前述の式よシ明らかである。

以上詳細に説明したように５本発明は放射計の重量およ
び形状寸法の中で大きな比率を占める光学系の口径を大
きくして、前記放射系の総重量をより増大することなく
、極めて容易に前記放射計の高解像度化に対応して撮像
感度を向上することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概念的ブロック図、第２図は本発明に
拘わる運用形態説明図、第３図は本発明１３− の動作経過説明図、第４図は本発明の一実施例のブロッ
ク図である。 図において、】−１〜３．５−１〜３・・・・電荷結合
デバイス、２．１０・・・・増幅器、３・・・・・・放
射計受光部。 ４．９・・・・・・時間制御手段、６−１〜３・・・・
放射受光部、７−１〜３・・・・・・トランスファ・ゲ
ート、８−１〜３・・・・・・シフト・レジスタ、５１
〜５２・・・・・端子、５３〜５４・・・・・・伝送路
、１００・・・・・・所定の方向、１０１・・・・・・
撮像対象領域％Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、ＪＰ、Ｇ・・・・・・
撮像領域区分、　８＋（Ａ）　、　８１（Ｂ）　、　５
ｔ（ＣＩ　、、　５ｔ（０、８＋（Ｅｌ　。 ８１（Ｆｌ　、　８１（（１、８２（Ａ）　、　８ｚ（
Ｂｌ　、　８ｚ（Ｃ）　、　８２（ＩＩ　、　ｆ％（Ｅ
ｉｌ　。 ｓ、（Ｆ″”Ｉ　、　Ｓｓ（’）　、　５ｓ（Ｂ）　、
　５ｓ（Ｑ　、　Ｓｓ（口、Ｓ３（均・・・・・・撮像
信号、Ｗ・・・走査幅。 １４−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電荷結合デバイスを光電変換素子として備え。 撮像対象に対して所定の相対速度で移動する放射計受光
   部により前記撮像対象を撮像する電子走査撮像方式にお
   いて、前記撮像対象に対向する所定の面内に所定の配列
   間隔において配置され前記所定の相対速度ならびに前記
   所定の配列間隔に関連する特定時間Ｔを基準として撮像
   信号を出力するｎ（ｌより大きい整数）個の一次元電荷
   結合デバイスにより形成される放射計受光部と、前記ｎ
   個の一次元電荷結合デバイスのそれぞれの撮像信号を前
   記特定時間Ｔを基準周期として順次隣接する一次元電荷
   結合デバイスのシフトレジスタに転送し第ｎ番目の一次
   元電荷結合デバイスのシフトレジスタより前記ｎ個の一
   次元電荷結合デバイスにより取得される同−撮像対象に
   対する撮像信号を同期加算信号として出力するように前
   記放射受光部に拘わるタイミング信号を制御する時間制
   御手段とを備えることを特徴とする電子走査撮像方式。