WO2021001945A1 - 分光イメージング装置 - Google Patents

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dimensional detector
dimensional
light
distribution
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航 吉岐
健 宇野
中野　貴敬
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三菱電機株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/66—Arrangements or adaptations of apparatus or instruments, not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/30—Measuring the intensity of spectral lines directly on the spectrum itself
    • G01J3/36—Investigating two or more bands of a spectrum by separate detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B15/00—Special procedures for taking photographs; Apparatus therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/10—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths
    • H04N23/12—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths with one sensor only

Definitions

  • the present invention relates to, for example, a spectroscopic imaging device mounted on an artificial satellite.
  • the spectroscopic imaging apparatus includes, for example, a dispersion element such as a prism or a diffraction grating, a longitudinal slit that limits the angle of view of the incident light, and a two-dimensional detector that detects the incident light, as described in Patent Document 1. Be prepared. The light incident on the spectroscopic imaging device is focused on the two-dimensional detector. At this time, the slit image dispersed along the axis orthogonal to the longitudinal direction of the slit is transferred onto the detection surface of the two-dimensional detector.
  • a dispersion element such as a prism or a diffraction grating
  • a longitudinal slit that limits the angle of view of the incident light
  • a two-dimensional detector that detects the incident light
  • the wavelength spectrum of the incident light can be obtained for each point of the slit image by sequentially reading the voltage value for each pixel (condensing position) on the detection surface of the two-dimensional detector.
  • the voltage value of each pixel of the two-dimensional detector is AD-converted, and the data in which the signal processing including the binning processing is executed is transmitted (downlinked) to the ground side.
  • the minimum effective bit for AD conversion of the voltage value read from the two-dimensional detector for each pixel (hereinafter referred to as LSB) is usually such that the quantization noise associated with the AD conversion is all pixels of the two-dimensional detector. It is set to be sufficiently smaller than the minimum output voltage in. This ensures a sufficient signal-to-noise ratio for all pixels of the two-dimensional detector.
  • the measurement range of the AD conversion is set to be sufficiently larger than the maximum output voltage of all the pixels of the two-dimensional detector.
  • the number of AD conversion levels is the value obtained by dividing the measurement range by the LSB. Therefore, if the difference between the minimum output voltage and the maximum output voltage of all pixels of the two-dimensional detector is large, the number of AD conversion levels. Increases.
  • the incident light to the spectroscopic imaging device has a spatially uniform and flat spectrum
  • the incident light to the two-dimensional detector is located in the peripheral part of the optical system rather than the central part of the luminous flux of the incident light.
  • the light intensity varies from pixel to pixel due to dimming or being affected by the wavelength dependence of the dispersing element.
  • the output voltage of each pixel of the two-dimensional detector has a large difference, so that the difference between the minimum output voltage and the maximum output voltage can increase.
  • the number of AD conversion levels increases.
  • the present invention solves the above problems, and an object of the present invention is to obtain a spectroscopic imaging apparatus capable of reducing the number of AD conversion levels.
  • the spectroscopic imaging apparatus includes a field aperture that limits the angle of view of incident light, a shading optical element that attenuates the intensity of incident light at a different rate depending on the transmission position of the incident light, and incident light that has passed through the field aperture.
  • a spectroscope having a dispersion element that separates the wavelengths of the light, and a two-dimensional detector that converts the intensity of the incident light wavelength-separated by the dispersion element into a voltage value for each pixel, and the voltage value of each pixel of the two-dimensional detector.
  • the AD conversion unit that converts the voltage value read out for each pixel of the two-dimensional detector into a digital signal, and the analog signal of the voltage value for each pixel of the two-dimensional detector by the AD conversion unit. It includes a signal processing unit that processes the converted digital signal.
  • the shading optical element is arranged at least one of the front stage of the field diaphragm or the rear stage of the field diaphragm and the front stage of the two-dimensional detector in the spectroscopic unit.
  • the shading optical element that attenuates the intensity of the incident light at a different rate depending on the transmission position of the incident light is the pre-stage of the field diaphragm or the rear stage of the field diaphragm in the spectroscopic unit, and the two-dimensional detector. It is placed on at least one of the previous stages.
  • the shading optical element corrects the light intensity distribution of the two-dimensional detector, and the number of AD conversion levels can be reduced.
  • FIG. 3A is a diagram showing an outline of the spectroscopic portion of FIG. 1 viewed from the spatial direction
  • FIG. 3B is a diagram showing an outline of the spectroscopic portion of FIG. 1 viewed from the wavelength direction
  • FIG. 3C is a diagram showing an outline of the spectroscopic portion of FIG. It is a figure which shows the structure of the detection surface of the two-dimensional detector and the latter stage of a spectroscopic part.
  • FIG. 7A is a diagram showing an outline of the spectroscopic portion of FIG. 5 viewed from the spatial direction
  • FIG. 7B is a diagram showing an outline of the spectroscopic portion of FIG. 5 viewed from the wavelength direction
  • FIG. 7C is a diagram showing an outline of the spectroscopic portion of FIG.
  • FIG. 10A is a diagram showing an outline of the spectroscopic portion of FIG. 9 as viewed from the spatial direction
  • FIG. 10B is a diagram showing an outline of the spectroscopic portion of FIG. 9 as viewed from the wavelength direction
  • FIG. 10C is a diagram showing an outline of the spectroscopic portion of FIG. 9 as viewed from the wavelength direction.
  • FIG. 12A is a diagram showing an outline of the spectroscopic portion of FIG. 11 viewed from the spatial direction
  • FIG. 12B is a diagram showing an outline of the spectroscopic portion of FIG. 11 viewed from the wavelength direction
  • FIG. 12C is a diagram showing an outline of the spectroscopic portion of FIG.
  • FIG. 12A is a diagram showing an outline of the spectroscopic portion of FIG. 11 viewed from the spatial direction
  • FIG. 12B is a diagram showing an outline of the spectroscopic portion of FIG. 11 viewed from the wavelength direction
  • FIG. 12C is a diagram showing an outline of the spectroscopic portion of FIG.
  • FIG. 12C shows the structure of the detection surface of the two-dimensional detector and the latter stage of a spectroscopic part.
  • FIG. 4 shows the transmission pattern of the incident light of the shading optical element in Embodiment 4.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of the spectroscopic imaging apparatus 1 according to the first embodiment.
  • the spectroscopic imaging device 1 is mounted on, for example, an artificial satellite orbiting in a satellite orbit.
  • the spectroscopic imaging apparatus 1 generates, for example, two-dimensional spectral image data in the spatial direction and the wavelength direction based on the incident light received by the reflected light of sunlight reflected on the ground surface as observation light.
  • the spatial direction is a direction orthogonal to the flight direction of the artificial satellite.
  • the wavelength direction is the direction along the flight direction of the artificial satellite. That is, the spatial direction and the wavelength direction are orthogonal to each other.
  • the data observed by the spectroscopic imaging device 1 is transmitted (downlinked) to the data receiving device 100 on the ground side. It is assumed that the incident light has a spatially uniform and flat wavelength spectrum.
  • the spectroscopic imaging apparatus 1 is a spectroscopic imaging apparatus in which the angle of view of the incident light is wide but the wavelength band of the incident light to be observed is sufficiently narrow, and as shown in FIG. 1, the spectroscopic unit 2 detects. It includes a device reading unit 3, an AD conversion unit 4, a signal processing unit 5, a data transmission unit 6, and an electrical system control unit 7. Further, the spectroscopic unit 2 includes an aperture diaphragm 2a, an incident optical system 2b, a shading optical element 2c, a field diaphragm 2d, a collimating optical system 2e, a dispersion element 2f, a camera optical system 2g, and a two-dimensional detector 2h.
  • the aperture diaphragm 2a is arranged at the front stage of the spectroscopic unit 2.
  • the amount of light rays incident on the spectroscopic imaging device 1 is limited by the aperture diaphragm 2a.
  • the aperture diaphragm 2a is, for example, an optical member having a circular or rectangular aperture.
  • the incident light whose amount of light is limited by the aperture diaphragm 2a is incident on the incident optical system 2b.
  • the incident optical system 2b is arranged after the aperture stop 2a.
  • the light rays that have passed through the aperture diaphragm 2a are focused on the field diaphragm 2d by the incident optical system 2b.
  • the incident optical system 2b is, for example, an optical system using a lens as a refraction optical element and a mirror as a reflection optical element.
  • the aperture diaphragm 2a may be arranged after the incident optical system 2b, or may be arranged inside the incident optical system 2b.
  • the shading optical element 2c is arranged in front of the field diaphragm 2d.
  • the intensity of the incident light that has passed through the incident optical system 2b is attenuated at a different rate depending on the transmission position of the incident light in the shading optical element 2c.
  • an ND filter having a specific transmission pattern is used for the shading optical element 2c.
  • the specific transmission pattern is a transmission pattern in which the light transmittance differs depending on the transmission position of the incident light.
  • the field diaphragm 2d is arranged after the shading optical element 2c.
  • the field diaphragm 2d is, for example, an optical member having a rectangular slit (aperture) wide in the spatial direction and narrow in the wavelength direction.
  • the angle of view of the incident light transmitted through the shading optical element 2c is limited by the field diaphragm 2d.
  • the incident light having a limited angle of view is incident on the collimating optical system 2e.
  • the collimating optical system 2e is arranged after the field diaphragm 2d.
  • the incident light that has passed through the field diaphragm 2d is converted into a parallel luminous flux by the collimating optical system 2e.
  • the collimating optical system 2e is, for example, an optical system using a lens as a refraction optical element and a mirror as a reflection optical element.
  • the incident light converted into a parallel luminous flux by the collimating optical system 2e is incident on the dispersion element 2f.
  • the dispersion element 2f is arranged after the collimating optical system 2e.
  • the incident light converted into a parallel light flux by the collimating optical system 2e is diffracted or refracted in different directions according to the wavelength of the incident light by the dispersion element 2f, so-called wavelength separation is performed.
  • the dispersion element 2f for example, any of a prism, a grism, a diffraction grating, or an immersion diffraction grating is used.
  • the incident light for each wavelength separated by the dispersion element 2f is incident on the camera optical system 2g.
  • the camera optical system 2g is arranged after the dispersion element 2f.
  • the light beam of the incident light that has passed through the dispersion element 2f is focused on the detection surface of the two-dimensional detector 2h by the camera optical system 2g.
  • the camera optical system 2g is, for example, an optical system using a lens as a refraction optical element and a mirror as a reflection optical element.
  • the spectroscopic unit 2 does not have to include the collimating optical system 2e and the camera optical system 2g.
  • the two-dimensional detector 2h is arranged after the camera optical system 2g and is connected to the detector reading unit 3.
  • the two-dimensional detector 2h has a two-dimensional detection surface in the spatial direction and the wavelength direction, and detects the incident light by converting the intensity of the incident light focused on the detection surface into a voltage value.
  • the position on the detection surface where the incident light is collected by the camera optical system 2g is a pixel, and the two-dimensional detector 2h converts the intensity of the incident light into a voltage value for each pixel.
  • a CMOS image sensor or a CCD image sensor is used for the two-dimensional detector 2h.
  • the detector reading unit 3 is connected to the two-dimensional detector 2h, the AD conversion unit 4, and the electrical system control unit 7, and reads out the voltage value for each pixel of the two-dimensional detector 2h.
  • the analog signal of the voltage value read out for each pixel by the detector reading unit 3 is output to the AD conversion unit 4.
  • the AD conversion unit 4 is connected to the detector reading unit 3 and the signal processing unit 5, and converts an analog signal of a voltage value read for each pixel by the detector reading unit 3 into a digital signal.
  • the AD conversion unit 4 is a so-called low-bit AD converter capable of performing AD conversion with a number of levels reduced by the spectroscopic unit 2, and for example, an inexpensive and simple AD converter is used.
  • the signal processing unit 5 is connected to the AD conversion unit 4, the data transmission unit 6, and the electrical system control unit 7, and performs binning processing and binning processing on the digital signal of the incident light converted from the analog signal by the AD conversion unit 4. Performs various signal processing such as calibration processing.
  • the binning process is a process of adding the digital signals converted from the voltage values of each pixel of the two-dimensional detector 2h.
  • the signal processing unit 5 is configured by using, for example, a field programmable gate array (FPGA).
  • the data transmission unit 6 transmits (downlinks) the digital signal signal-processed by the signal processing unit 5 to the data receiving device 100.
  • the data transmission unit 6 performs optical communication between the artificial satellite and the ground side.
  • the data receiving device 100 receives the digital signal transmitted to the ground side by the data transmitting unit 6.
  • the digital signal received by the data receiving device 100 is a two-dimensional spectroscopic image observed by the spectroscopic imaging device 1.
  • the spectroscopic imaging device 1 does not have to include the data transmission unit 6.
  • the electrical system control unit 7 controls the reading of the voltage value from the two-dimensional detector 2h by the detector reading unit 3 and controls the signal processing by the signal processing unit 5.
  • the detector reading unit 3 reads out the voltage values of each pixel of the two-dimensional detector 2h in order from the pixel designated by the electrical system control unit 7.
  • the signal processing unit 5 executes signal processing designated by the electrical system control unit 7 on the digital signal AD-converted from the voltage value of the pixel by the AD conversion unit 4.
  • the spectroscopic imaging device 1 includes a processing circuit for executing each process by the detector reading unit 3, the AD conversion unit 4, the signal processing unit 5, the data transmission unit 6, and the electrical system control unit 7.
  • the processing circuit may be a processing circuit of dedicated hardware, or may be a processor that executes a program stored in a memory.
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of a correction process for the light intensity distribution of the two-dimensional detector 2h according to the first embodiment.
  • the distribution indicated by reference numeral A is the light intensity distribution of the two-dimensional detector 2h, and is the one-dimensional distribution of the light intensity in the X direction.
  • the X direction is the spatial direction, that is, the direction orthogonal to the flight direction of the artificial satellite.
  • the light intensity distribution A is a distribution obtained when the shading optical element 2c in the spectroscopic unit 2 is omitted, and the spatial dependence derived from the spectroscopic imaging apparatus itself is not corrected.
  • the wavelength band of the incident light to be observed is sufficiently narrow, it is considered that the light intensity distribution in the wavelength direction of the detection surface of the two-dimensional detector, that is, in the Y direction is sufficiently flat (uniform).
  • the one-dimensional distribution with reference numeral B is the transmittance distribution of light in the shading optical element 2c.
  • the transmittance T is low in the central portion in the X direction and the transmittance is low in the peripheral portion in the X direction. T is higher than the central part. That is, the distribution shape of the transmittance distribution B has a distribution shape in which the light intensity distribution A of the two-dimensional detector is inverted.
  • the incident light transmitted through the shading optical element 2c is two-dimensionally transmitted. It is incident on the detector 2h. Since the shading optical element 2c corresponds to the filter of the transmittance distribution B, the spatial dependence derived from the spectroscopic imaging apparatus itself is corrected. That is, as shown in FIG. 2, the light intensity distribution A of the two-dimensional detector 2h is corrected to a light intensity distribution C in which the light intensity P2 is flat in the X direction.
  • FIG. 3A is a diagram showing an outline of the spectroscopic unit 2 of FIG. 1 viewed from the spatial direction (X direction), and FIG. 3B shows an outline of the spectroscopic unit 2 of FIG. 1 viewed from the wavelength direction (Y direction).
  • FIG. 3C is a diagram showing the configuration of the detection surface of the two-dimensional detector 2h of FIG. 1 and the subsequent stage of the spectroscopic unit 2.
  • a shading optical element 2c is arranged in front of the field diaphragm 2d in the spectroscopic unit 2.
  • the field diaphragm 2d is a slit wide in the X direction and narrow in the Y direction, and the incident light beam passing through the field diaphragm 2d has an angle of view only in the X direction as shown in FIG. 3B.
  • the aperture of the field diaphragm 2d is narrow in the Y direction (wavelength direction).
  • the incident light beam that has passed through the field diaphragm 2d is converted into a parallel luminous flux by the collimating optical system 2e, and then is incident on the dispersion element 2f.
  • the opening of the field diaphragm 2d is wide in the X direction (spatial direction).
  • the incident light beam that has passed through the field diaphragm 2d is converted into a parallel luminous flux by the collimating optical system 2e and is incident on the dispersion element 2f.
  • the dispersion element 2f transmits or reflects a parallel light flux transmitted through the collimating optical system 2e.
  • only the luminous flux having the wavelength ⁇ 2 having the angles of view ⁇ 1 , ⁇ 2 and ⁇ 3 is transmitted through the dispersion element 2f.
  • the luminous flux emitted from the dispersion element 2f is incident on different positions (pixels) on the detection surface of the two-dimensional detector 2h according to the angle of view ⁇ and the wavelength ⁇ by the camera optical system 2g, as shown in FIG. 3C. ..
  • the passing position of the incident light ray along the X direction of the field aperture 2d and the focusing position of the incident light ray along the X direction on the detection surface of the two-dimensional detector 2h are one-to-one. It corresponds. Further, the passing position of the incident light beam along the X direction of the shading optical element 2c arranged in front of the field diaphragm 2d is paired with the focusing position of the incident light ray along the X direction of the detection surface of the two-dimensional detector 2h. Corresponds to one. Therefore, since the shading optical element 2c has the transmittance distribution B, it is possible to correct the light intensity distribution in the X direction of the detection surface of the two-dimensional detector 2h.
  • the two-dimensional detector 2h converts the intensity of light incident on each pixel into a voltage value. As shown in FIG. 3C, the voltage value converted from the intensity of the incident light is read out by the detector reading unit 3. The voltage value for each pixel read by the detector reading unit 3 is output to the AD conversion unit 4. The AD conversion unit 4 AD-converts the voltage value for each pixel into a digital signal.
  • the signal processing unit 5 executes signal processing (binning processing, calibration processing, etc.) designated by the electrical system control unit 7 on the digital signal of the voltage value for each pixel.
  • the data transmission unit 6 transmits the digital signal processed by the signal processing unit 5 to the data receiving device 100.
  • the shading optical element 2c having the transmittance distribution B is arranged at the position (A) or the position (B) shown in FIG. 3B in addition to the front stage of the field diaphragm 2d.
  • the position (A) is the rear stage of the field diaphragm 2d
  • the position (B) is the front stage of the two-dimensional detector 2h.
  • FIG. 4 is a diagram showing a transmission pattern 2c1 of incident light of the shading optical element 2c.
  • the shading optical element 2c has, for example, the transmission pattern 2c1 shown in FIG.
  • the transmittance pattern 2c1 is a pattern in which the transmittance is low in the central portion in the X direction and the transmittance is higher in the peripheral portion in the X direction than in the central portion.
  • the shading optical element 2c for correcting the influence of dimming the peripheral portion of the light flux of the incident light beam the shading optical element having the transmission pattern 2c1 of FIG. 4 is shown, but the spectroscopy according to the first embodiment is shown.
  • the imaging device 1 is not limited to this.
  • the light transmittance distribution in the shading optical element inverts the light intensity distribution of the two-dimensional detector 2h.
  • the distribution shape may be used, and this makes it possible to flatten the light intensity distribution of the two-dimensional detector 2h.
  • V LSB is the voltage of the measurement range of the AD converter and V R, if the number of levels of the AD converter and the N ADC, V LSB a voltage corresponding to the LSB is expressed by the following formula (3).
  • the quantization noise V q is relative to the minimum output voltage V min of the minimum output pixel. It is necessary to satisfy the relationship shown in the following equation (4).
  • the AD conversion level number N ADC is represented by the following equation (6).
  • the level number N ADC of the AD conversion is reduced by flattening the light intensity distribution in the X direction of the detection surface of the two-dimensional detector 2h.
  • the expression resolution is reduced, that is, the LSB is increased.
  • the spectroscopic imaging apparatus 1 as described above, it is possible to reduce the number of AD conversion levels N ADC while keeping the LSB constant.
  • the shading optical element 2c that attenuates the intensity of the incident light at a different rate depending on the transmission position of the incident light is the field diaphragm 2d in the spectroscopic unit 2. It is placed in the previous stage. Since the light intensity distribution in the spatial direction of the two-dimensional detector 2h is corrected by the shading optical element 2c, the number of AD conversion levels N ADC is reduced. By reducing the number of AD conversion levels N ADC , the amount of data to be downlinked is reduced, and the downlink from the data transmission unit 6 to the ground side becomes easy.
  • the spectroscopic imaging apparatus 1 can reduce the number of AD conversion levels N ADC while keeping the LSB constant. That is, in the spectroscopic imaging apparatus 1, it is possible to reduce the number of AD conversion levels N ADC without impairing the expression resolution of the AD conversion.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the spectroscopic imaging apparatus 1A according to the second embodiment.
  • the spectroscopic imaging device 1A according to the second embodiment is a spectroscopic imaging device in which the angle of view of the incident light is narrow but the wavelength band of the incident light to be observed is wide.
  • the spectroscopic unit 2A and the detector read out It includes a unit 3, an AD conversion unit 4, a signal processing unit 5, a data transmission unit 6, and an electrical system control unit 7.
  • the spectroscopic unit 2A includes an aperture diaphragm 2a, an incident optical system 2b, a field diaphragm 2d, a collimating optical system 2e, a dispersion element 2f, a camera optical system 2g, a shading optical element 2i, and a two-dimensional detector 2h. It is assumed that the incident light has a spatially uniform and flat wavelength spectrum.
  • the shading optical element 2i is arranged in front of the two-dimensional detector 2h.
  • the intensity of the incident light that has passed through the camera optical system 2g is attenuated at a different rate depending on the transmission position of the incident light in the shading optical element 2i.
  • an ND filter having a specific transmission pattern is used for the shading optical element 2i.
  • FIG. 6 is a diagram showing an outline of a correction process for the light intensity distribution of the two-dimensional detector 2h according to the second embodiment.
  • the distribution indicated by reference numeral A is the light intensity distribution of the two-dimensional detector 2h, and is the one-dimensional distribution of the light intensity in the X direction.
  • the X direction is the spatial direction, that is, the direction orthogonal to the flight direction of the artificial satellite.
  • the light intensity distribution A in the spatial direction of the detection surface of the two-dimensional detector, that is, in the X direction is sufficiently flat (uniform).
  • the spectroscopic imaging device having a wide wavelength band of the incident light to be observed is affected by the wavelength dependence of the dispersion element.
  • the light intensity distribution A is a distribution obtained when the shading optical element 2i in the spectroscopic unit 2A is omitted, and the wavelength dependence derived from such a spectroscopic imaging apparatus itself is not corrected.
  • the one-dimensional distribution with reference numeral B is the light transmittance distribution in the shading optical element 2i.
  • the distribution shape of the transmittance distribution B has a distribution shape in which the light intensity distribution A on the detection surface of the two-dimensional detector is inverted.
  • the incident light transmitted through the shading optical element 2i is detected by a two-dimensional detector. It is incident on 2h. Since the shading optical element 2i corresponds to the filter of the transmittance distribution B, the wavelength dependence derived from the spectroscopic imaging apparatus itself is corrected. That is, as shown in FIG. 6, the light intensity distribution of the detection surface of the two-dimensional detector 2h is corrected to the light intensity distribution C in which the light intensity P2 is flat in the Y direction.
  • FIG. 7A is a diagram showing an outline of the spectroscopic unit 2A of FIG. 5 viewed from the spatial direction (X direction), and FIG. 7B shows an outline of the spectroscopic unit 2A of FIG. 5 viewed from the wavelength direction (Y direction).
  • FIG. 7C is a diagram showing a configuration of a detection surface of the two-dimensional detector 2h of FIG. 5 and a subsequent stage of the spectroscopic unit 2A.
  • a shading optical element 2i is arranged in front of the two-dimensional detector 2h in the spectroscopic unit 2A.
  • the two-dimensional detector 2h converts the intensity of light incident on each pixel into a voltage value. As shown in FIG. 7C, the voltage value converted from the intensity of the incident light is read out by the detector reading unit 3. The voltage value for each pixel read by the detector reading unit 3 is output to the AD conversion unit 4. The AD conversion unit 4 AD-converts the voltage value for each pixel into a digital signal.
  • the signal processing unit 5 executes signal processing (binning processing, calibration processing, etc.) designated by the electrical system control unit 7 on the digital signal of the voltage value for each pixel.
  • the data transmission unit 6 transmits the digital signal processed by the signal processing unit 5 to the data receiving device 100.
  • the spectroscopic imaging apparatus 1A there is a one-to-one correspondence between the transmission position of the incident light of the shading optical element 2i and the focusing position of the incident light along the Y direction of the detection surface of the two-dimensional detector 2h.
  • the position to be used is only the front stage of the two-dimensional detector 2h. That is, in order to correct the light intensity distribution A in the Y direction of the detection surface of the two-dimensional detector 2h, the shading optical element 2i needs to be arranged in front of the two-dimensional detector 2h, and other positions. Cannot be placed in.
  • FIG. 8 is a diagram showing a transmission pattern 2i1 of incident light of the shading optical element 2i.
  • the shading optical element 2i has, for example, the transmission pattern 2i1 shown in FIG.
  • the light transmittance is low in the portion corresponding to the peak wavelength of the incident light along the Y direction, and the light transmittance is higher in the portion other than the peak wavelength corresponding to the peak wavelength of the incident light. It is a pattern.
  • the light intensity distribution A on the detection surface of the two-dimensional detector 2h as described above, the light intensity is high in the portion corresponding to the peak wavelength of the incident light in the wavelength direction, and the light intensity is incident in the portion other than the peak wavelength. It is lower than the part corresponding to the peak wavelength of light. Therefore, by arranging the shading optical element 2i having the transmission pattern 2i1 in front of the two-dimensional detector 2h, it is possible to flatly correct the light intensity distribution in the Y direction of the detection surface of the two-dimensional detector 2h. is there.
  • the shading optical element 2i for correcting the influence of the wavelength dependence of the dispersion element 2f the shading optical element having the transmission pattern 2i1 of FIG. 8 is shown, but the spectroscopic imaging device 1A according to the second embodiment is described. , Not limited to this.
  • the light transmittance distribution in the shading optical element is a distribution in which the light intensity distribution of the two-dimensional detector 2h is inverted. It does not have to be a shape, which makes it possible to flatten the light intensity distribution of the two-dimensional detector 2h.
  • the spectroscopic imaging apparatus 1A As shown in the above equation (6) of the first embodiment, the smaller the difference between the maximum output voltage V max and the minimum output voltage V min in all the pixels of the two-dimensional detector 2h, the more AD conversion is performed. Level number N ADC becomes smaller. As a result, the light intensity distribution in the Y direction of the detection surface of the two-dimensional detector 2h is flattened, so that the number of AD conversion levels N ADC is reduced. Further, the spectroscopic imaging apparatus 1A can reduce the number of AD conversion levels N ADC while keeping the LSB constant, as in the first embodiment.
  • the aperture diaphragm 2a may be arranged after the incident optical system 2b or inside the incident optical system 2b, as in the first embodiment. Further, when the dispersion element 2f itself has a condensing function, the spectroscopic unit 2A does not have to include the collimating optical system 2e and the camera optical system 2g.
  • the shading optical element 2i that attenuates the intensity of the incident light at a different rate depending on the transmission position of the incident light is a two-dimensional detector in the spectroscopic unit 2. It is arranged in the front stage of 2h. Since the light intensity distribution in the wavelength direction of the two-dimensional detector 2h is corrected by the shading optical element 2i, the number N ADC of the AD conversion level is reduced. By reducing the number of AD conversion levels N ADC , the amount of data to be downlinked is reduced, and the downlink from the data transmission unit 6 to the ground side becomes easy.
  • the spectroscopic imaging apparatus 1A can reduce the number of AD conversion levels N ADC while keeping the LSB constant. That is, in the spectroscopic imaging apparatus 1A, it is possible to reduce the number of AD conversion levels N ADC without impairing the expression resolution of the AD conversion.
  • FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the spectroscopic imaging apparatus 1B according to the third embodiment.
  • the spectroscopic imaging apparatus 1B according to the third embodiment is a spectroscopic imaging apparatus having a wide angle of view of incident light and a wide wavelength band of the incident light to be observed.
  • AD conversion unit 4, signal processing unit 5, data transmission unit 6, and electrical system control unit 7 are provided.
  • the spectroscopic unit 2B includes an aperture diaphragm 2a, an incident optical system 2b, a shading optical element 2c, a field diaphragm 2d, a collimating optical system 2e, a dispersion element 2f, a camera optical system 2g, a shading optical element 2i, and a two-dimensional detector 2h. It is assumed that the incident light has a spatially uniform and flat wavelength spectrum.
  • the shading optical element 2c is a first shading optical element arranged in front of the field diaphragm 2d.
  • the intensity of the incident light that has passed through the incident optical system 2b is attenuated at a different rate depending on the transmission position of the incident light in the shading optical element 2c.
  • an ND filter having a specific transmission pattern is used for the shading optical element 2c.
  • the specific transmission pattern is a transmission pattern in which the transmittance of the incident light differs depending on the transmission position of the incident light.
  • the shading optical element 2i is a second shading optical element arranged in front of the two-dimensional detector 2h.
  • the intensity of the incident light that has passed through the camera optical system 2g is attenuated at a different rate depending on the transmission position of the incident light in the shading optical element 2i.
  • an ND filter having a specific transmission pattern is used for the shading optical element 2i.
  • the spectroscopic imaging device 1B having a wide angle of view of the incident light to be observed the luminous flux of the incident light is dimmed in the peripheral portion rather than the central portion in the incident optical system. Therefore, the light intensity distribution of the two-dimensional detector is similar to that of the light intensity distribution A in FIG. The strength tends to be lower than that of the central part. Further, the spectroscopic imaging device 1B having a wide wavelength band of the incident light to be observed is affected by the wavelength dependence of the dispersion element. Therefore, the light intensity distribution of the two-dimensional detector has a high light intensity in the portion corresponding to the peak wavelength of the incident light in the Y direction of the detection surface of the two-dimensional detector, as in the light intensity distribution A of FIG. In other wavelengths, the light intensity tends to be lower than that corresponding to the peak wavelength of the incident light.
  • the shading optical element 2c in order to correct the spatial dependence derived from the spectroscopic imaging apparatus itself such as the light intensity distribution A shown in FIG. 2, the shading optical element 2c is in front of the field diaphragm 2d. It is located in. Since the shading optical element 2c corresponds to the filter of the transmittance distribution B in FIG. 2, the spatial dependence derived from the spectroscopic imaging apparatus itself is corrected. Further, in the spectroscopic imaging apparatus 1B according to the third embodiment, in order to correct the wavelength dependence derived from the spectroscopic imaging apparatus itself such as the light intensity distribution A shown in FIG. 6, the shading optical element 2i detects two dimensions. It is arranged in front of the vessel 2h.
  • the shading optical element 2i corresponds to the filter of the transmittance distribution B in FIG. 6, the wavelength dependence derived from the spectroscopic imaging apparatus itself is corrected.
  • the light intensity distribution of the detection surface of the two-dimensional detector 2h is flattened in the X direction and the Y direction.
  • FIG. 10A is a diagram showing an outline of the spectroscopic unit 2B of FIG. 9 viewed from the spatial direction (X direction), and FIG. 10B shows an outline of the spectroscopic unit 2B of FIG. 9 viewed from the wavelength direction (Y direction).
  • FIG. 10C is a diagram showing a configuration of a detection surface of the two-dimensional detector 2h of FIG. 9 and a subsequent stage of the spectroscopic unit 2B.
  • a shading optical element 2c is arranged in front of the field diaphragm 2d in the spectroscopic unit 2B, and shading optics is arranged in front of the two-dimensional detector 2h.
  • the element 2i is arranged.
  • FIG. 10B there is a one-to-one correspondence between the passing position of the incident light beam along the X direction of the field aperture 2d and the focusing position of the incident light ray along the X direction on the detection surface of the two-dimensional detector 2h. doing. Further, the passing position of the incident light beam along the X direction of the shading optical element 2c arranged in front of the field diaphragm 2d is the focusing position of the incident light ray along the X direction on the detection surface of the two-dimensional detector 2h. There is a one-to-one correspondence. Therefore, since the shading optical element 2c has the transmittance distribution B shown in FIG. 2, it is possible to correct the light intensity distribution in the X direction of the detection surface of the two-dimensional detector 2h.
  • the two-dimensional detector 2h converts the intensity of light incident on each pixel into a voltage value.
  • the voltage value converted from the intensity of the incident light is read by the detector reading unit 3 as shown in FIG. 10C.
  • the voltage value for each pixel read by the detector reading unit 3 is output to the AD conversion unit 4.
  • the AD conversion unit 4 AD-converts the voltage value for each pixel into a digital signal.
  • the signal processing unit 5 executes signal processing (binning processing, calibration processing, etc.) designated by the electrical system control unit 7 on the digital signal of the voltage value for each pixel.
  • the data transmission unit 6 transmits the digital signal processed by the signal processing unit 5 to the data receiving device 100.
  • the shading optical element 2c having the transmittance distribution B of FIG. 2 is placed at the position (A) or the position (B) shown in FIG. 10B in addition to the front stage of the field diaphragm 2d. It is possible to correct the light intensity distribution in the X direction of the two-dimensional detector 2h even if it is arranged in.
  • the position (A) is the rear stage of the field diaphragm 2d
  • the position (B) is the front stage of the two-dimensional detector 2h.
  • the position where the transmission position of the incident light of the shading optical element 2i corresponds one-to-one with the focusing position of the incident light along the Y direction of the detection surface of the two-dimensional detector 2h is the stage before the two-dimensional detector 2h. Only. Therefore, the shading optical element 2i is arranged only in the front stage of the two-dimensional detector 2h.
  • the shading optical element 2c for correcting the influence of dimming the peripheral portion of the light flux of the incident light beam the shading optical element having the transmission pattern 2c1 of FIG. 4 is shown.
  • the spectroscopic imaging apparatus 1B is not limited to this.
  • the light transmittance distribution in the shading optical element inverts the light intensity distribution of the two-dimensional detector 2h.
  • the distribution shape may be used, and this makes it possible to flatten the light intensity distribution of the two-dimensional detector 2h.
  • the shading optical element 2i for correcting the influence of the wavelength dependence of the dispersion element 2f the shading optical element having the transmission pattern 2i1 of FIG. 8 is shown, but the spectroscopic imaging device 1B is limited to this. It's not a thing.
  • the light transmittance distribution in the shading optical element inverts the light intensity distribution of the two-dimensional detector 2h.
  • the light intensity distribution of the two-dimensional detector 2h can be flattened.
  • the spectroscopic imaging apparatus 1B As shown in the above equation (6) of the first embodiment, the smaller the difference between the maximum output voltage V max and the minimum output voltage V min in all the pixels of the two-dimensional detector 2h, the more AD The number of conversion levels N ADC becomes smaller. As a result, the level number N ADC of the AD conversion is reduced by flattening the light intensity distributions in the X and Y directions of the detection surface of the two-dimensional detector 2h. Further, the spectroscopic imaging apparatus 1B can reduce the number of AD conversion levels N ADC while keeping the LSB constant, as in the first embodiment.
  • the aperture diaphragm 2a may be arranged after the incident optical system 2b or inside the incident optical system 2b, as in the first embodiment. Further, when the dispersion element 2f itself has a condensing function, the spectroscopic unit 2B does not have to include the collimating optical system 2e and the camera optical system 2g.
  • the shading optical element 2c having the transmission pattern 2c1 of FIG. 4 is arranged in front of the field diaphragm 2d, and further has the transmission pattern 2i1 of FIG.
  • the shading optical element 2i is arranged in front of the two-dimensional detector 2h. Since the shading optical elements 2c and 2i correct the light intensity distribution in the spatial direction and the wavelength direction of the two-dimensional detector 2h, the AD conversion level number N ADC is reduced. By reducing the number of AD conversion levels N ADC , the amount of data to be downlinked is reduced, and the downlink from the data transmission unit 6 to the ground side becomes easy.
  • the spectroscopic imaging apparatus 1B can reduce the number of AD conversion levels N ADC while keeping the LSB constant. That is, in the spectroscopic imaging apparatus 1B, it is possible to reduce the number of AD conversion levels N ADC without impairing the expression resolution of the AD conversion.
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the spectroscopic imaging apparatus 1C according to the fourth embodiment.
  • the spectroscopic imaging apparatus 1C according to the fourth embodiment is a spectroscopic imaging apparatus having a wide angle of view of incident light and a wide wavelength band of the incident light to be observed.
  • AD conversion unit 4, signal processing unit 5, data transmission unit 6, and electrical system control unit 7 are provided.
  • the spectroscopic unit 2C includes an aperture diaphragm 2a, an incident optical system 2b, a field diaphragm 2d, a collimating optical system 2e, a dispersion element 2f, a camera optical system 2g, a shading optical element 2j, and a two-dimensional detector 2h. It is assumed that the incident light has a spatially uniform and flat wavelength spectrum.
  • the shading optical element 2j is arranged in front of the two-dimensional detector 2h.
  • the intensity of the incident light that has passed through the camera optical system 2g is attenuated at a different rate depending on the transmission position of the incident light in the shading optical element 2j.
  • an ND filter having a specific transmission pattern is used for the shading optical element 2j.
  • the spectroscopic imaging device 1C having a wide angle of view of the incident light to be observed the luminous flux of the incident light is dimmed in the peripheral portion rather than the central portion in the incident optical system. Therefore, the light intensity distribution of the two-dimensional detector is similar to the light intensity distribution A in FIG. 2, the light intensity is high in the central portion of the detection surface of the two-dimensional detector in the X direction, and the light is light in the peripheral portion in the X direction. The strength tends to be lower than that of the central part. Further, the spectroscopic imaging device 1C having a wide wavelength band of the incident light to be observed is affected by the wavelength dependence of the dispersion element.
  • the light intensity distribution of the two-dimensional detector has a high light intensity in the portion corresponding to the peak wavelength of the incident light in the Y direction of the detection surface of the two-dimensional detector, as in the light intensity distribution A of FIG. In other wavelengths, the light intensity tends to be lower than that corresponding to the peak wavelength of the incident light.
  • the shading optical element 2j is arranged in front of the two-dimensional detector 2h in order to simultaneously correct the wavelength dependence derived from.
  • the shading optical element 2j flattens the light intensity distribution on the detection surface of the two-dimensional detector 2h in the X and Y directions.
  • FIG. 12A is a diagram showing an outline of the spectroscopic unit 2C of FIG. 11 viewed from the spatial direction (X direction), and FIG. 12B shows an outline of the spectroscopic unit 2C of FIG. 11 viewed from the wavelength direction (Y direction).
  • FIG. 12C is a diagram showing a configuration of a detection surface of the two-dimensional detector 2h of FIG. 11 and a subsequent stage of the spectroscopic unit 2C.
  • the shading optical element 2j is arranged in front of the two-dimensional detector 2h in the spectroscopic unit 2C.
  • the position where the incident light rays are separated in the X direction and the Y direction is only in the front stage of the two-dimensional detector 2h. That is, in order to correct the light intensity distribution in the X and Y directions of the detection surface of the two-dimensional detector 2h, it is necessary to arrange the shading optical element 2j in front of the two-dimensional detector 2h, and other positions. Cannot be placed in.
  • the two-dimensional detector 2h converts the intensity of light incident on each pixel into a voltage value. As shown in FIG. 12C, the voltage value converted from the intensity of the incident light is read out by the detector reading unit 3. The voltage value for each pixel read by the detector reading unit 3 is output to the AD conversion unit 4. The AD conversion unit 4 AD-converts the voltage value for each pixel into a digital signal.
  • the signal processing unit 5 executes signal processing (binning processing, calibration processing, etc.) designated by the electrical system control unit 7 on the digital signal of the voltage value for each pixel.
  • the data transmission unit 6 transmits the digital signal processed by the signal processing unit 5 to the data receiving device 100.
  • FIG. 13 is a diagram showing a transmission pattern 2j1 of incident light of the shading optical element 2j according to the fourth embodiment.
  • the transmission pattern 2j1 is a two-dimensional distribution in which the light transmittance increases or decreases along the X direction (spatial direction) and the Y direction (wavelength direction).
  • the transmission pattern is obtained by multiplying (synthesizing) the characteristics of the transmission pattern 2c1 and the characteristics of the transmission pattern 2i1. That is, in the transmission pattern 2j1, the light transmittance is low in the central portion in the X direction of the detection surface of the two-dimensional detector 2h, and the light transmittance is higher in the peripheral portion than in the central portion.
  • the light transmittance is low in the portion corresponding to the peak wavelength of the incident light along the Y direction of the detection surface of the two-dimensional detector 2h, and the light transmittance is incident in the portion other than the peak wavelength. It is higher than the part corresponding to the peak wavelength of light. Since the shading optical element 2j having such a transmission pattern 2j1 is arranged in front of the two-dimensional detector 2h, the light intensity distribution in the X direction and the Y direction of the detection surface of the two-dimensional detector 2h is corrected flatly. It is possible to do.
  • the spectroscopic imaging apparatus 1C As shown in the above equation (6) of the first embodiment, the smaller the difference between the maximum output voltage V max and the minimum output voltage V min in all the pixels of the two-dimensional detector 2h, the more AD conversion is performed. Level number N ADC becomes smaller. As a result, the level number N ADC of the AD conversion is reduced by flattening the light intensity distributions in the X and Y directions of the detection surface of the two-dimensional detector 2h. Further, the spectroscopic imaging apparatus 1C can reduce the number of AD conversion levels N ADC while keeping the LSB constant, as in the first embodiment.
  • the aperture diaphragm 2a may be arranged after the incident optical system 2b or inside the incident optical system 2b, as in the first embodiment. Further, when the dispersion element 2f itself has a condensing function, the spectroscopic unit 2C does not have to include the collimating optical system 2e and the camera optical system 2g.
  • the shading optical element 2j having the transmission pattern 2j1 is arranged in front of the two-dimensional detector 2h. Since the shading optical element 2j corrects the light intensity distribution in the spatial direction and the wavelength direction of the two-dimensional detector 2h, the number of AD conversion levels N ADC is reduced. When the number of AD conversion levels N ADC is reduced, the amount of data to be downlinked is reduced, and the downlink from the data transmission unit 6 to the ground side becomes easy.
  • the spectroscopic imaging apparatus 1C according to the fourth embodiment can reduce the number of AD conversion levels N ADC while keeping the LSB constant. That is, in the spectroscopic imaging apparatus 1C, it is possible to reduce the number of AD conversion levels N ADC without impairing the expression resolution of the AD conversion.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and within the scope of the present invention, any combination of the embodiments or any component of the embodiment may be modified or the embodiment. Any component can be omitted in each of the above.
  • the spectroscopic imaging apparatus according to the present invention can be used, for example, in a surveying system mounted on an artificial satellite to survey the surface of the earth.
  • 1,1A-1C spectroscopic imaging device 2,2A-2C spectroscopic unit, 2a aperture diaphragm, 2b incident optical system, 2c, 2i, 2j shading optical element, 2c1,2i1,2j1 transmission pattern, 2d field diaphragm, 2e collimating optics System, 2f dispersion element, 2g camera optical system, 2h two-dimensional detector, 3 detector reading unit, 4 AD conversion unit, 5 signal processing unit, 6 data transmission unit, 7 electrical system control unit, 100 data receiving device.

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Abstract

分光イメージング装置（１）は、視野絞り（２ｄ）、シェーディング光学素子（２ｃ）、分散素子（２ｆ）および二次元検出器（２ｈ）を有した分光部（２）と、二次元検出器（２ｈ）の各画素の電圧値を読み出す検出器読み出し部（３）と、画素の電圧値をデジタル信号に変換するＡＤ変換部（４）と、デジタル信号を信号処理する信号処理部（５）とを備え、シェーディング光学素子（２ｃ）が、分光部（２）における、視野絞り（２ｄ）の前段または視野絞り（２ｄ）の後段と、二次元検出器（２ｈ）の前段との少なくとも一方に配置されている。

Description

分光イメージング装置
　本発明は、例えば、人工衛星に搭載される分光イメージング装置に関する。
　分光イメージング装置は、例えば、特許文献１に記載されるように、プリズムまたは回折格子といった分散素子と、入射光の画角を制限する長手形状のスリットと、入射光を検出する二次元検出器を備える。分光イメージング装置に入射された光線は二次元検出器に集光される。このとき、二次元検出器の検出面上には、スリットの長手方向と直交する軸に沿って分光されたスリット像が転写される。
　二次元検出器の検出面の画素（集光位置）ごとの電圧値を順に読み出すことで、入射光の波長スペクトルがスリット像の各点に対して得られる。人工衛星に搭載された分光イメージング装置において、二次元検出器の各画素の電圧値がＡＤ変換され、ビニング処理を含む信号処理が実行されたデータは、地上側に送信（ダウンリンク）される。
特開２００６－１４５３６２号公報
　二次元検出器から画素ごとに読み出された電圧値のＡＤ変換の最小有効ビット（以下、ＬＳＢと記載する。）は、通常、ＡＤ変換に伴った量子化雑音が二次元検出器の全画素における最小出力電圧よりも十分に小さくなるように設定される。これにより、二次元検出器の全画素において十分な信号対雑音比が確保される。
　また、ＡＤ変換における信号電圧の飽和を避けるため、ＡＤ変換の測定レンジは、二次元検出器の全画素における最大出力電圧よりも十分に大きくなるように設定されている。ＡＤ変換のレベル数（ビット数）は、測定レンジをＬＳＢで除算した値となるため、二次元検出器の全画素における最小出力電圧と最大出力電圧との差が大きい場合、ＡＤ変換のレベル数が増大する。
　分光イメージング装置への入射光が、空間的に一様かつ平坦なスペクトルを有していても、二次元検出器への入射光は、光学系で入射光の光束の中心部分よりも周辺部分が減光され、または分散素子の波長依存性の影響を受けることで、画素ごとに光強度が異なる。これにより、二次元検出器の各画素の出力電圧は大きな差異を有するので、最小出力電圧と最大出力電圧の差が増大し得る。その結果、ＡＤ変換のレベル数が増大する。
　一方、人工衛星のダウンリンク速度には上限があるため、ＡＤ変換のレベル数が大きくなると、ダウンリンク対象のデータ量が増大してダウンリンクが困難になるという課題があった。
　本発明は上記課題を解決するものであり、ＡＤ変換のレベル数を削減することができる分光イメージング装置を得ることを目的とする。
　本発明に係る分光イメージング装置は、入射光の画角を制限する視野絞り、入射光の強度を当該入射光の透過位置に応じて異なる割合で減衰させるシェーディング光学素子、視野絞りを通過した入射光を波長分離する分散素子、および分散素子によって波長分離された入射光の強度を画素ごとの電圧値に変換する二次元検出器を有した分光部と、二次元検出器の各画素の電圧値を読み出す検出器読み出し部と、二次元検出器の画素ごとに読み出された電圧値をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、ＡＤ変換部によって二次元検出器の画素ごとの電圧値のアナログ信号から変換されたデジタル信号を信号処理する信号処理部を備える。この構成において、シェーディング光学素子は、分光部における、視野絞りの前段または視野絞りの後段と、二次元検出器の前段との少なくとも一方に配置されている。
　本発明によれば、入射光の強度を当該入射光の透過位置に応じて異なる割合で減衰させるシェーディング光学素子が、分光部における、視野絞りの前段または視野絞りの後段と、二次元検出器の前段との少なくとも一方に配置される。シェーディング光学素子によって二次元検出器の光強度分布が補正され、ＡＤ変換のレベル数を削減することができる。
実施の形態１に係る分光イメージング装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１における二次元検出器の光強度分布の補正処理の概要を示す図である。 図３Ａは、図１の分光部を空間方向から見た概要を示す図であり、図３Ｂは、図１の分光部を波長方向から見た概要を示す図であり、図３Ｃは、図１の二次元検出器の検出面と分光部の後段の構成を示す図である。 実施の形態１におけるシェーディング光学素子の入射光の透過パターンを示す図である。 実施の形態２に係る分光イメージング装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２における二次元検出器の光強度分布の補正処理の概要を示す図である。 図７Ａは、図５の分光部を空間方向から見た概要を示す図であり、図７Ｂは、図５の分光部を波長方向から見た概要を示す図であり、図７Ｃは、図５の二次元検出器の検出面と分光部の後段の構成を示す図である。 実施の形態２におけるシェーディング光学素子の入射光の透過パターンを示す図である。 実施の形態３に係る分光イメージング装置の構成を示すブロック図である。 図１０Ａは、図９の分光部を空間方向から見た概要を示す図であり、図１０Ｂは、図９の分光部を波長方向から見た概要を示す図であり、図１０Ｃは、図９の二次元検出器の検出面と分光部の後段の構成を示す図である。 実施の形態４に係る分光イメージング装置の構成を示すブロック図である。 図１２Ａは、図１１の分光部を空間方向から見た概要を示す図であり、図１２Ｂは、図１１の分光部を波長方向から見た概要を示す図であり、図１２Ｃは、図１１の二次元検出器の検出面と分光部の後段の構成を示す図である。 実施の形態４におけるシェーディング光学素子の入射光の透過パターンを示す図である。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る分光イメージング装置１の構成を示すブロック図である。分光イメージング装置１は、例えば、衛星軌道上を周回する人工衛星に搭載される。分光イメージング装置１は、例えば、地表面で反射された太陽光の反射光が観測光として入射され、受光した入射光に基づいて、空間方向と波長方向の２次元の分光画像データを生成する。空間方向は、人工衛星の飛翔方向に直交する方向である。また、波長方向は、人工衛星の飛翔方向に沿った方向である。すなわち、空間方向と波長方向は、直交している。分光イメージング装置１によって観測されたデータは、地上側のデータ受信装置１００に送信（ダウンリンク）される。なお、入射光は、空間的に一様かつ平坦な波長スペクトルを有するものと仮定する。
　実施の形態１に係る分光イメージング装置１は、入射光の画角は広いが、観測する入射光の波長帯域が十分に狭い分光イメージング装置であり、図１に示すように、分光部２、検出器読み出し部３、ＡＤ変換部４、信号処理部５、データ送信部６および電気系制御部７を備える。また、分光部２は、開口絞り２ａ、入射光学系２ｂ、シェーディング光学素子２ｃ、視野絞り２ｄ、コリメート光学系２ｅ、分散素子２ｆ、カメラ光学系２ｇおよび二次元検出器２ｈを備える。
　開口絞り２ａは、分光部２の最前段に配置されている。分光イメージング装置１に入射された光線は、開口絞り２ａによって光量が制限される。開口絞り２ａは、例えば、円形または矩形の開口を有した光学部材である。開口絞り２ａによって光量が制限された入射光は、入射光学系２ｂに入射される。
　入射光学系２ｂは、開口絞り２ａの後段に配置されている。開口絞り２ａを通過した光線は、入射光学系２ｂによって視野絞り２ｄに集光される。入射光学系２ｂは、例えば、屈折光学素子であるレンズと反射光学素子であるミラーを用いた光学系である。
　なお、開口絞り２ａは、入射光学系２ｂの後段に配置されてもよく、入射光学系２ｂの内部に配置されてもよい。
　シェーディング光学素子２ｃは、視野絞り２ｄの前段に配置されている。入射光学系２ｂを通過した入射光の強度は、シェーディング光学素子２ｃにおける入射光の透過位置に応じて異なる割合で減衰される。シェーディング光学素子２ｃには、例えば、特定の透過パターンを有したＮＤフィルタが用いられる。特定の透過パターンは、入射光の透過位置に応じて光の透過率が異なる透過パターンである。
　視野絞り２ｄは、シェーディング光学素子２ｃの後段に配置されている。視野絞り２ｄは、例えば、空間方向に沿って広く、波長方向に狭い長方形のスリット（開口）を有した光学部材である。シェーディング光学素子２ｃを透過した入射光は、視野絞り２ｄにより画角が制限される。画角が制限された入射光は、コリメート光学系２ｅへ入射される。
　コリメート光学系２ｅは、視野絞り２ｄの後段に配置されている。視野絞り２ｄを通過した入射光は、コリメート光学系２ｅによって平行光束に変換される。コリメート光学系２ｅは、例えば、屈折光学素子であるレンズと反射光学素子であるミラーを用いた光学系である。コリメート光学系２ｅによって平行光束に変換された入射光は、分散素子２ｆに入射される。
　分散素子２ｆは、コリメート光学系２ｅの後段に配置されている。コリメート光学系２ｅによって平行光束に変換された入射光は、分散素子２ｆによって、当該入射光の波長に応じて異なる方向へ回折または屈折される、いわゆる波長分離が行われる。分散素子２ｆには、例えば、プリズム、グリズム、回折格子またはイマージョン回折格子のいずれかが用いられる。分散素子２ｆによって波長分離された波長ごとの入射光はカメラ光学系２ｇに入射される。
　カメラ光学系２ｇは、分散素子２ｆの後段に配置されている。分散素子２ｆを通過した入射光の光線は、カメラ光学系２ｇによって二次元検出器２ｈの検出面上に集光される。カメラ光学系２ｇは、例えば、屈折光学素子であるレンズと反射光学素子であるミラーを用いた光学系である。なお、分散素子２ｆ自体に集光機能がある場合、分光部２は、コリメート光学系２ｅおよびカメラ光学系２ｇを備えていなくてもよい。
　二次元検出器２ｈは、カメラ光学系２ｇの後段に配置され、検出器読み出し部３に接続されている。二次元検出器２ｈは、空間方向と波長方向の二次元の検出面を有しており、検出面に集光された入射光の強度を電圧値に変換することで、入射光を検出する。カメラ光学系２ｇによって入射光が集光される検出面上の位置が画素であり、二次元検出器２ｈは、入射光の強度を画素ごとに電圧値に変換する。二次元検出器２ｈには、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤイメージセンサが用いられる。
　検出器読み出し部３は、二次元検出器２ｈ、ＡＤ変換部４および電気系制御部７に接続されて、二次元検出器２ｈの画素ごとの電圧値を読み出す。検出器読み出し部３によって画素ごとに読み出された電圧値のアナログ信号は、ＡＤ変換部４に出力される。
　ＡＤ変換部４は、検出器読み出し部３および信号処理部５に接続され、検出器読み出し部３によって画素ごとに読み出された電圧値のアナログ信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部４は、分光部２によって低減されたレベル数でＡＤ変換が可能な、いわゆる、低ビットＡＤ変換器であり、例えば、安価で簡易なＡＤ変換器が用いられる。
　信号処理部５は、ＡＤ変換部４、データ送信部６、および電気系制御部７に接続されており、ＡＤ変換部４によってアナログ信号から変換された入射光のデジタル信号に対してビニング処理および校正処理といった各種の信号処理を実行する。ビニング処理は、二次元検出器２ｈの各画素の電圧値から変換されたデジタル信号を足し合わせる処理である。信号処理部５は、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を用いて構成されている。
　データ送信部６は、信号処理部５によって信号処理されたデジタル信号を、データ受信装置１００に送信（ダウンリンク）する。例えば、データ送信部６は、人工衛星と地上側との間で光通信を行う。データ受信装置１００は、データ送信部６によって地上側に送信されたデジタル信号を受信する。データ受信装置１００によって受信されたデジタル信号は、分光イメージング装置１によって観測された二次元分光画像である。
　なお、データ受信装置１００に観測データを送信せず、分光イメージング装置１で観測データを処理する場合、分光イメージング装置１は、データ送信部６を備えていなくてもよい。
　電気系制御部７は、検出器読み出し部３による二次元検出器２ｈからの電圧値の読み出しを制御し、信号処理部５による信号処理を制御する。例えば、検出器読み出し部３は、二次元検出器２ｈの各画素の電圧値のうち、電気系制御部７によって指定された画素から順に電圧値を読み出す。また、信号処理部５は、ＡＤ変換部４によって画素の電圧値からＡＤ変換されたデジタル信号に電気系制御部７から指定された信号処理を実行する。
　なお、分光イメージング装置１における検出器読み出し部３、ＡＤ変換部４、信号処理部５、データ送信部６および電気系制御部７の機能は、処理回路により実現される。すなわち、分光イメージング装置１は、検出器読み出し部３、ＡＤ変換部４、信号処理部５、データ送信部６および電気系制御部７による各処理を実行するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアの処理回路であってもよいし、メモリに記憶されたプログラムを実行するプロセッサであってもよい。
　次に、二次元検出器２ｈの光強度分布の補正処理の概要について説明する。
　図２は、実施の形態１における二次元検出器２ｈの光強度分布の補正処理の概要を示す図である。図２において、符号Ａで示す分布は、二次元検出器２ｈの光強度分布であり、光強度のＸ方向の一次元分布である。Ｘ方向は、空間方向、すなわち人工衛星の飛翔方向に直交する方向である。
　また、光強度分布Ａは、分光部２におけるシェーディング光学素子２ｃを省略した場合に得られる分布であり、分光イメージング装置自身に由来する空間依存性が補正されていない。観測する入射光の波長帯域が十分に狭い分光イメージング装置において、二次元検出器の検出面の波長方向、すなわち、Ｙ方向の光強度分布は十分に平坦（一様）になると考えられる。
　一方、観測する入射光の画角が広い分光イメージング装置では、入射光学系で入射光の光束が中心部分よりも周辺部分で減光される。このため、光強度分布Ａは、二次元検出器の検出面のＸ方向の中央部分（Ｘ＝０）で光強度Ｐ１が高く、Ｘ方向の周辺部分（Ｘ≠０）で光強度Ｐ１が中央部分よりも低くなる傾向を有する。
　符号Ｂを付した一次元分布は、シェーディング光学素子２ｃにおける光の透過率分布であり、図２に示すように、Ｘ方向の中央部分で透過率Ｔが低く、Ｘ方向の周辺部分で透過率Ｔが中央部分よりも高い。すなわち、透過率分布Ｂの分布形状は、二次元検出器の光強度分布Ａを反転させた分布形状を有している。
　実施の形態１に係る分光イメージング装置１では、光強度分布Ａに示すような分光イメージング装置自身に由来する空間依存性を補正するために、シェーディング光学素子２ｃを透過させた入射光を、二次元検出器２ｈに入射させている。シェーディング光学素子２ｃは、透過率分布Ｂのフィルタに相当するので、分光イメージング装置自身に由来する空間依存性が補正される。すなわち、図２に示すように、二次元検出器２ｈの光強度分布Ａが、Ｘ方向に光強度Ｐ２が平坦な光強度分布Ｃに補正される。
　図３Ａは、図１の分光部２を空間方向（Ｘ方向）から見た概要を示す図であり、図３Ｂは、図１の分光部２を波長方向（Ｙ方向）から見た概要を示す図であり、図３Ｃは、図１の二次元検出器２ｈの検出面と分光部２の後段の構成を示す図である。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、図１に示した分光イメージング装置１では、分光部２における、視野絞り２ｄの前段にシェーディング光学素子２ｃが配置されている。視野絞り２ｄは、Ｘ方向に広くＹ方向に狭いスリットであり、視野絞り２ｄを通過した入射光線は、図３Ｂに示すようにＸ方向にのみ画角を有する。
　図３Ａに示すように、視野絞り２ｄの開口はＹ方向（波長方向）に狭い。視野絞り２ｄを通過した入射光線は、コリメート光学系２ｅによって平行光束に変換されてから、分散素子２ｆへ入射される。分散素子２ｆは、コリメート光学系２ｅを透過した平行光束を、波長λ＝λ１、λ２およびλ３に波長分離し、波長分離した光束を波長λごとに異なる角度に回折または屈折させる。例えば、視野絞り２ｄによってＹ方向に画角θ＝０とされて、分散素子２ｆによって波長分離された波長λ＝λ１、λ２およびλ３の入射光のそれぞれが二次元検出器２ｈの検出面に集光される。
　また、図３Ｂに示すように、視野絞り２ｄの開口はＸ方向（空間方向）に広い。視野絞り２ｄを通過した入射光線は、コリメート光学系２ｅによって平行光束に変換され、分散素子２ｆへ入射される。分散素子２ｆでは、コリメート光学系２ｅを透過した平行光束を透過または反射する。図３Ｂでは、画角がθ１、θ２およびθ３である波長λ２の光束のみが分散素子２ｆを透過している。分散素子２ｆから出射された光束は、カメラ光学系２ｇによって、図３Ｃに示すように、画角θおよび波長λに応じて二次元検出器２ｈの検出面の異なる位置（画素）に入射される。
　図３Ｂに示すように、視野絞り２ｄのＸ方向に沿った入射光線の通過位置と、二次元検出器２ｈの検出面上のＸ方向に沿った入射光線の集光位置とが、一対一に対応している。
　また、視野絞り２ｄの前段に配置されたシェーディング光学素子２ｃのＸ方向に沿った入射光線の通過位置は、二次元検出器２ｈの検出面のＸ方向に沿った入射光線の集光位置と一対一に対応する。このため、シェーディング光学素子２ｃが透過率分布Ｂを有することで、二次元検出器２ｈの検出面のＸ方向の光強度分布を補正することができる。
　二次元検出器２ｈは、各画素に入射された光の強度を電圧値に変換する。入射光の強度から変換された電圧値は、図３Ｃに示すように、検出器読み出し部３によって読み出される。検出器読み出し部３によって読み出された画素ごとの電圧値は、ＡＤ変換部４に出力される。ＡＤ変換部４は、画素ごとの電圧値をデジタル信号にＡＤ変換する。信号処理部５は、画素ごとの電圧値のデジタル信号に、電気系制御部７から指定された信号処理（ビニング処理、校正処理など）を実行する。データ送信部６は、信号処理部５によって信号処理が施されたデジタル信号を、データ受信装置１００に送信する。
　実施の形態１に係る分光イメージング装置１において、透過率分布Ｂを有したシェーディング光学素子２ｃを、視野絞り２ｄの前段の他に、図３Ｂに示す位置（Ａ）または位置（Ｂ）に配置しても、二次元検出器２ｈの検出面のＸ方向の光強度分布を補正することが可能である。ここで、位置（Ａ）は、視野絞り２ｄの後段であり、位置（Ｂ）は、二次元検出器２ｈの前段である。
　図４は、シェーディング光学素子２ｃの入射光の透過パターン２ｃ１を示す図である。シェーディング光学素子２ｃは、例えば、図４に示す透過パターン２ｃ１を有している。透過パターン２ｃ１は、Ｘ方向の中央部分で透過率が低く、Ｘ方向の周辺部分で透過率が中央部分よりも高いパターンである。また、二次元検出器２ｈの検出面の光強度分布は、前述したように、Ｘ方向の中央部分（Ｘ＝０）で光強度が高く、Ｘ方向の周辺部分（Ｘ≠０）で光強度が中央部分よりも低くなっている。透過パターン２ｃ１を有したシェーディング光学素子２ｃを視野絞り２ｄの前段に配置することで、二次元検出器２ｈの検出面のＸ方向の光強度分布を平坦に補正することが可能である。
　入射光線の光束の周辺部分が減光されることの影響を補正するためのシェーディング光学素子２ｃとして、図４の透過パターン２ｃ１を有したシェーディング光学素子を示したが、実施の形態１に係る分光イメージング装置１は、これに限定されるものではない。例えば、分光イメージング装置１は、補正対象の空間依存性が図２に示したものと異なっても、シェーディング光学素子における光の透過率分布が、二次元検出器２ｈの光強度分布を反転させた分布形状であればよく、これにより、二次元検出器２ｈの光強度分布を平坦化することができる。
　次に、二次元検出器２ｈの光強度分布がＸ方向に平坦化されることによって、ＡＤ変換のレベル数（ビット数）が低減される理由について説明する。
　二次元検出器２ｈの各画素の電圧値をＶとし、ＡＤ変換に伴う量子化雑音をＶｑとした場合、量子化雑音Ｖｑで決まる信号対雑音比ＳＮＲは、下記式（１）で表される。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　ＬＳＢに相当する電圧をＶＬＳＢとした場合、量子化雑音Ｖｑは、一般に下記式（２）で表すことができる。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　ＶＬＳＢは、ＡＤ変換の測定レンジの電圧をＶＲとし、ＡＤ変換のレベル数をＮＡＤＣとした場合、ＬＳＢに相当する電圧をＶＬＳＢは、下記式（３）で表される。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　二次元検出器２ｈの全画素において、要求信号対雑音比ＳＮＲｒｅｑよりも信号対雑音比ＳＮＲが大きくなるためには、量子化雑音Ｖｑが、最小出力画素の最小出力電圧Ｖｍｉｎに対して下記式（４）に示す関係を満たす必要がある。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
　一方、ＡＤ変換における信号電圧の飽和を避けるため、測定レンジの電圧ＶＲは、最大出力画素の最大出力電圧Ｖｍａｘに対して下記式（５）に示す関係を満たす必要がある。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
　上記式（１）から式（５）をまとめると、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣは、下記式（６）で表される。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
　上記式（６）に示すように、二次元検出器２ｈの全画素における最大出力電圧Ｖｍａｘと最小出力電圧Ｖｍｉｎの差が小さいほど、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣが小さくなる。これにより、二次元検出器２ｈの検出面のＸ方向の光強度分布を平坦化することで、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣが低減されることが分かる。
　なお、一般にＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣを低減するためには、表現分解能の低減、すなわち、ＬＳＢの増加を伴う。しかしながら、実施の形態１に係る分光イメージング装置１では、前述したように、ＬＳＢを一定に保ったまま、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣを低減することが可能である。
　以上のように、実施の形態１に係る分光イメージング装置１において、入射光の強度を当該入射光の透過位置に応じて異なる割合で減衰させるシェーディング光学素子２ｃが、分光部２における視野絞り２ｄの前段に配置されている。シェーディング光学素子２ｃによって二次元検出器２ｈの空間方向の光強度分布が補正されるので、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣが低減される。ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣが低減されることで、ダウンリンク対象のデータ量が削減されて、データ送信部６から地上側へのダウンリンクが容易になる。
　また、実施の形態１に係る分光イメージング装置１は、ＬＳＢを一定に保ったまま、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣを低減することができる。すなわち、分光イメージング装置１では、ＡＤ変換の表現分解能を損なうことなく、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣの低減が可能である。
実施の形態２．
　図５は、実施の形態２に係る分光イメージング装置１Ａの構成を示すブロック図である。図５において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。実施の形態２に係る分光イメージング装置１Ａは、入射光の画角は狭い一方、観測する入射光の波長帯域が広い分光イメージング装置であり、図５に示すように、分光部２Ａ、検出器読み出し部３、ＡＤ変換部４、信号処理部５、データ送信部６および電気系制御部７を備える。
　また、分光部２Ａは、開口絞り２ａ、入射光学系２ｂ、視野絞り２ｄ、コリメート光学系２ｅ、分散素子２ｆ、カメラ光学系２ｇ、シェーディング光学素子２ｉおよび二次元検出器２ｈを備える。なお、入射光は、空間的に一様かつ平坦な波長スペクトルを有するものと仮定する。
　シェーディング光学素子２ｉは、二次元検出器２ｈの前段に配置されている。カメラ光学系２ｇを通過した入射光の強度は、シェーディング光学素子２ｉにおける入射光の透過位置に応じて異なる割合で減衰される。シェーディング光学素子２ｉには、例えば、特定の透過パターンを有したＮＤフィルタが用いられる。
　次に、二次元検出器２ｈの光強度分布の補正処理の概要について説明する。
　図６は、実施の形態２における二次元検出器２ｈの光強度分布の補正処理の概要を示す図である。図６において、符号Ａで示す分布は、二次元検出器２ｈの光強度分布であり、光強度のＸ方向の一次元分布である。Ｘ方向は、空間方向、すなわち、人工衛星の飛翔方向に直交する方向である。
　入射光の画角が狭い分光イメージング装置において、二次元検出器の検出面の空間方向、すなわちＸ方向の光強度分布Ａは、十分に平坦（一様）になる。一方、観測する入射光の波長帯域が広い分光イメージング装置は、分散素子の波長依存性の影響を受ける。光強度分布Ａは、分光部２Ａにおけるシェーディング光学素子２ｉを省略した場合に得られる分布であり、このような分光イメージング装置自身に由来する波長依存性が補正されていない。
　光強度分布Ａでは、二次元検出器の波長方向における入射光の光強度Ｐ１は、入射光のピーク波長で高く、それ以外の波長では光強度Ｐ１が入射光のピーク波長よりも低くなる傾向を有している。図６において、符号Ｂを付した一次元分布は、シェーディング光学素子２ｉにおける光の透過率分布である。透過率分布Ｂの分布形状は、二次元検出器の検出面上の光強度分布Ａを反転させた分布形状を有する。
　実施の形態２に係る分光イメージング装置１Ａにおいて、光強度分布Ａに示す分光イメージング装置自身に由来する波長依存性を補正するために、シェーディング光学素子２ｉを透過させた入射光を、二次元検出器２ｈに入射させている。シェーディング光学素子２ｉは、透過率分布Ｂのフィルタに相当するので、分光イメージング装置自身に由来する波長依存性が補正される。すなわち、図６に示すように、二次元検出器２ｈの検出面の光強度分布が、Ｙ方向に光強度Ｐ２が平坦な光強度分布Ｃに補正される。
　図７Ａは、図５の分光部２Ａを空間方向（Ｘ方向）から見た概要を示す図であり、図７Ｂは、図５の分光部２Ａを波長方向（Ｙ方向）から見た概要を示す図であり、図７Ｃは、図５の二次元検出器２ｈの検出面と分光部２Ａの後段の構成を示す図である。図７Ａおよび図７Ｂに示すように、図５に示した分光イメージング装置１Ａでは、分光部２Ａにおける、二次元検出器２ｈの前段にシェーディング光学素子２ｉが配置されている。シェーディング光学素子２ｉにおける入射光の透過位置と、二次元検出器２ｈの検出面のＹ方向に沿った入射光線の集光位置とが一対一に対応している。シェーディング光学素子２ｉが透過率分布Ｂを有することで、二次元検出器２ｈの検出面のＹ方向の光強度分布Ａを補正することができる。
　二次元検出器２ｈは、各画素に入射された光の強度を電圧値に変換する。入射光の強度から変換された電圧値は、図７Ｃに示すように、検出器読み出し部３によって読み出される。検出器読み出し部３によって読み出された画素ごとの電圧値は、ＡＤ変換部４に出力される。ＡＤ変換部４は、画素ごとの電圧値をデジタル信号にＡＤ変換する。信号処理部５は、画素ごとの電圧値のデジタル信号に対して電気系制御部７から指定された信号処理（ビニング処理、校正処理など）を実行する。データ送信部６は、信号処理部５によって信号処理が施されたデジタル信号を、データ受信装置１００に送信する。
　実施の形態２に係る分光イメージング装置１Ａにおいて、シェーディング光学素子２ｉの入射光の透過位置と、二次元検出器２ｈの検出面のＹ方向に沿った入射光線の集光位置とが一対一に対応する位置は、二次元検出器２ｈの前段のみである。すなわち、二次元検出器２ｈの検出面のＹ方向の光強度分布Ａを補正するためには、シェーディング光学素子２ｉが二次元検出器２ｈの前段に配置されている必要があり、それ以外の位置には配置できない。
　図８は、シェーディング光学素子２ｉの入射光の透過パターン２ｉ１を示す図である。シェーディング光学素子２ｉは、例えば、図８に示す透過パターン２ｉ１を有している。透過パターン２ｉ１では、Ｙ方向に沿った入射光のピーク波長に相当する部分で光の透過率が低く、ピーク波長以外の部分で光の透過率が入射光のピーク波長に相当する部分よりも高いパターンである。また、二次元検出器２ｈの検出面の光強度分布Ａでは、前述したように、波長方向における入射光のピーク波長に相当する部分で光強度が高く、ピーク波長以外の部分で光強度が入射光のピーク波長に相当する部分よりも低くなっている。従って、透過パターン２ｉ１を有したシェーディング光学素子２ｉを二次元検出器２ｈの前段に配置することで、二次元検出器２ｈの検出面のＹ方向の光強度分布を平坦に補正することが可能である。
　なお、分散素子２ｆの波長依存性の影響を補正するためのシェーディング光学素子２ｉとして、図８の透過パターン２ｉ１を有したシェーディング光学素子を示したが、実施の形態２に係る分光イメージング装置１Ａは、これに限定されるものではない。例えば、分光イメージング装置１Ａは、補正対象の波長依存性が図６に示したものと異なっても、シェーディング光学素子における光の透過率分布が二次元検出器２ｈの光強度分布を反転させた分布形状であればよく、これにより、二次元検出器２ｈの光強度分布を平坦化することができる。
　分光イメージング装置１Ａにおいて、実施の形態１の上記式（６）に示したように、二次元検出器２ｈの全画素における最大出力電圧Ｖｍａｘと最小出力電圧Ｖｍｉｎの差が小さいほど、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣが小さくなる。これにより、二次元検出器２ｈの検出面のＹ方向の光強度分布を平坦化することで、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣが低減される。
　さらに、分光イメージング装置１Ａは、実施の形態１と同様に、ＬＳＢを一定に保ったまま、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣを低減することが可能である。
　なお、分光イメージング装置１Ａにおいて、実施の形態１と同様に、開口絞り２ａは、入射光学系２ｂの後段に配置されてもよく、入射光学系２ｂの内部に配置されてもよい。また、分散素子２ｆ自体に集光機能がある場合には、分光部２Ａは、コリメート光学系２ｅおよびカメラ光学系２ｇを備えていなくてもよい。
　以上のように、実施の形態２に係る分光イメージング装置１Ａにおいて、入射光の強度を当該入射光の透過位置に応じて異なる割合で減衰させるシェーディング光学素子２ｉが、分光部２における二次元検出器２ｈの前段に配置されている。シェーディング光学素子２ｉによって二次元検出器２ｈの波長方向の光強度分布が補正されるので、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣが低減される。ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣが低減されることで、ダウンリンク対象のデータ量が削減されて、データ送信部６から地上側へのダウンリンクが容易になる。
　また、実施の形態２に係る分光イメージング装置１Ａは、ＬＳＢを一定に保ったまま、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣを低減することができる。すなわち、分光イメージング装置１Ａでは、ＡＤ変換の表現分解能を損なうことなく、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣの低減が可能である。
実施の形態３．
　図９は、実施の形態３に係る分光イメージング装置１Ｂの構成を示すブロック図である。図９において、図１および図５と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態３に係る分光イメージング装置１Ｂは、入射光の画角が広く、観測する入射光の波長帯域も広い分光イメージング装置であり、図９に示すように、分光部２Ｂ、検出器読み出し部３、ＡＤ変換部４、信号処理部５、データ送信部６および電気系制御部７を備える。分光部２Ｂは、開口絞り２ａ、入射光学系２ｂ、シェーディング光学素子２ｃ、視野絞り２ｄ、コリメート光学系２ｅ、分散素子２ｆ、カメラ光学系２ｇ、シェーディング光学素子２ｉおよび二次元検出器２ｈを備える。なお、入射光は、空間的に一様かつ平坦な波長スペクトルを有するものと仮定する。
　シェーディング光学素子２ｃは、視野絞り２ｄの前段に配置された第１のシェーディング光学素子である。入射光学系２ｂを通過した入射光の強度は、シェーディング光学素子２ｃにおける入射光の透過位置に応じて異なる割合で減衰される。シェーディング光学素子２ｃには、例えば、特定の透過パターンを有したＮＤフィルタが用いられる。特定の透過パターンは、入射光の透過位置に応じて入射光の透過率が異なる透過パターンである。
　シェーディング光学素子２ｉは、二次元検出器２ｈの前段に配置された第２のシェーディング光学素子である。カメラ光学系２ｇを通過した入射光の強度は、シェーディング光学素子２ｉにおける入射光の透過位置に応じて異なる割合で減衰される。シェーディング光学素子２ｉには、例えば、特定の透過パターンを有したＮＤフィルタが用いられる。
　観測する入射光の画角が広い分光イメージング装置１Ｂでは、入射光学系において入射光線の光束が中心部分よりも周辺部分が減光される。このため、二次元検出器の光強度分布は、図２の光強度分布Ａと同様に、二次元検出器の検出面のＸ方向の中央部分で光強度が高く、Ｘ方向の周辺部分で光強度が中央部分よりも低くなる傾向を有している。また、観測する入射光の波長帯域が広い分光イメージング装置１Ｂは、分散素子の波長依存性の影響を受ける。このため、二次元検出器の光強度分布は、図６の光強度分布Ａと同様に、二次元検出器の検出面のＹ方向における、入射光のピーク波長に相当する部分で光強度が高く、それ以外の波長の部分では光強度が入射光のピーク波長に相当する部分よりも低くなる傾向を有している。
　実施の形態３に係る分光イメージング装置１Ｂにおいて、図２に示した光強度分布Ａのような分光イメージング装置自身に由来する空間依存性を補正するため、シェーディング光学素子２ｃが、視野絞り２ｄの前段に配置されている。シェーディング光学素子２ｃは、図２の透過率分布Ｂのフィルタに相当するので、分光イメージング装置自身に由来する空間依存性が補正される。また、実施の形態３に係る分光イメージング装置１Ｂにおいて、図６に示した光強度分布Ａのような分光イメージング装置自身に由来する波長依存性を補正するため、シェーディング光学素子２ｉが、二次元検出器２ｈの前段に配置されている。シェーディング光学素子２ｉは、図６の透過率分布Ｂのフィルタに相当するので、分光イメージング装置自身に由来する波長依存性が補正される。このように、実施の形態３に係る分光イメージング装置１Ｂでは、二次元検出器２ｈの検出面の光強度分布がＸ方向とＹ方向で平坦化される。
　図１０Ａは、図９の分光部２Ｂを空間方向（Ｘ方向）から見た概要を示す図であり、図１０Ｂは、図９の分光部２Ｂを波長方向（Ｙ方向）から見た概要を示す図であり、図１０Ｃは、図９の二次元検出器２ｈの検出面と分光部２Ｂの後段の構成を示す図である。図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、図９に示した分光イメージング装置１Ｂでは、分光部２Ｂにおける、視野絞り２ｄの前段にシェーディング光学素子２ｃが配置され、二次元検出器２ｈの前段にシェーディング光学素子２ｉが配置されている。
　図１０Ｂに示すように、視野絞り２ｄのＸ方向に沿った入射光線の通過位置と、二次元検出器２ｈの検出面上のＸ方向に沿った入射光線の集光位置とが一対一に対応している。また、視野絞り２ｄの前段に配置されたシェーディング光学素子２ｃのＸ方向に沿った入射光線の通過位置は、二次元検出器２ｈの検出面上のＸ方向に沿った入射光線の集光位置と一対一で対応している。このため、シェーディング光学素子２ｃが、図２の透過率分布Ｂを有することで、二次元検出器２ｈの検出面のＸ方向の光強度分布を補正することが可能である。
　また、図１０Ａに示すように、シェーディング光学素子２ｉにおける入射光の透過位置と、二次元検出器２ｈの検出面のＹ方向に沿った入射光線の集光位置とが一対一で対応している。このため、シェーディング光学素子２ｉが図６の透過率分布Ｂを有することで、二次元検出器２ｈの検出面のＹ方向の光強度分布を補正することができる。
　二次元検出器２ｈは、各画素に入射された光の強度を電圧値に変換する。入射光の強度から変換された電圧値は、図１０Ｃに示すように、検出器読み出し部３によって読み出される。検出器読み出し部３によって読み出された画素ごとの電圧値は、ＡＤ変換部４に出力される。ＡＤ変換部４は、画素ごとの電圧値をデジタル信号にＡＤ変換する。信号処理部５は、画素ごとの電圧値のデジタル信号に対して、電気系制御部７から指定された信号処理（ビニング処理、校正処理など）を実行する。データ送信部６は、信号処理部５によって信号処理が施されたデジタル信号を、データ受信装置１００に送信する。
　実施の形態３に係る分光イメージング装置１Ｂにおいて、図２の透過率分布Ｂを有したシェーディング光学素子２ｃを、視野絞り２ｄの前段の他に、図１０Ｂに示す位置（Ａ）または位置（Ｂ）に配置しても、二次元検出器２ｈのＸ方向の光強度分布を補正することが可能である。ここで、位置（Ａ）は、視野絞り２ｄの後段であり、位置（Ｂ）は、二次元検出器２ｈの前段である。ただし、シェーディング光学素子２ｉの入射光の透過位置が、二次元検出器２ｈの検出面のＹ方向に沿った入射光線の集光位置と一対一に対応する位置は、二次元検出器２ｈの前段のみである。このため、シェーディング光学素子２ｉは、二次元検出器２ｈの前段のみに配置される。
　なお、入射光線の光束の周辺部分が減光されることの影響を補正するためのシェーディング光学素子２ｃとして、図４の透過パターン２ｃ１を有したシェーディング光学素子を示したが、実施の形態３に係る分光イメージング装置１Ｂは、これに限定されるものではない。例えば、分光イメージング装置１Ｂは、補正対象の空間依存性が図２に示したものと異なっても、シェーディング光学素子における光の透過率分布が、二次元検出器２ｈの光強度分布を反転させた分布形状であればよく、これにより、二次元検出器２ｈの光強度分布を平坦化することができる。
　また、分散素子２ｆの波長依存性の影響を補正するためのシェーディング光学素子２ｉとして、図８の透過パターン２ｉ１を有したシェーディング光学素子を示したが、分光イメージング装置１Ｂは、これに限定されるものではない。例えば、分光イメージング装置１Ｂは、補正対象の波長依存性が、図６に示したものと異なっても、シェーディング光学素子における光の透過率分布が、二次元検出器２ｈの光強度分布を反転させた分布形状であればよく、これにより、二次元検出器２ｈの光強度分布を平坦化することができる。
　分光イメージング装置１Ｂにおいて、実施の形態１の上記式（６）に示したように、二次元検出器２ｈの全画素における最大出力電圧Ｖｍａｘと最小出力電圧Ｖｍｉｎとの差が小さいほど、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣが小さくなる。これにより、二次元検出器２ｈの検出面のＸ方向およびＹ方向の光強度分布を平坦化することで、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣが低減される。また、分光イメージング装置１Ｂは、実施の形態１と同様に、ＬＳＢを一定に保ったまま、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣを低減することが可能である。
　なお、分光イメージング装置１Ｂにおいて、実施の形態１と同様に、開口絞り２ａは、入射光学系２ｂの後段に配置されてもよく、入射光学系２ｂの内部に配置されてもよい。また、分散素子２ｆ自体に集光機能がある場合に、分光部２Ｂは、コリメート光学系２ｅおよびカメラ光学系２ｇを備えていなくてもよい。
　以上のように、実施の形態３に係る分光イメージング装置１Ｂにおいて、図４の透過パターン２ｃ１を有したシェーディング光学素子２ｃが、視野絞り２ｄの前段に配置され、さらに図８の透過パターン２ｉ１を有したシェーディング光学素子２ｉが、二次元検出器２ｈの前段に配置されている。シェーディング光学素子２ｃおよび２ｉによって二次元検出器２ｈの空間方向および波長方向の光強度分布が補正されるので、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣが低減される。ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣが低減されることで、ダウンリンク対象のデータ量が削減されて、データ送信部６から地上側へのダウンリンクが容易になる。
　また、実施の形態３に係る分光イメージング装置１Ｂは、ＬＳＢを一定に保ったまま、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣを低減することができる。すなわち、分光イメージング装置１Ｂでは、ＡＤ変換の表現分解能を損なうことなく、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣの低減が可能である。
実施の形態４．
　図１１は、実施の形態４に係る分光イメージング装置１Ｃの構成を示すブロック図である。図１１において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。実施の形態４に係る分光イメージング装置１Ｃは、入射光の画角が広く、観測する入射光の波長帯域も広い分光イメージング装置であり、図１１に示すように、分光部２Ｃ、検出器読み出し部３、ＡＤ変換部４、信号処理部５、データ送信部６および電気系制御部７を備える。分光部２Ｃは、開口絞り２ａ、入射光学系２ｂ、視野絞り２ｄ、コリメート光学系２ｅ、分散素子２ｆ、カメラ光学系２ｇ、シェーディング光学素子２ｊおよび二次元検出器２ｈを備える。なお、入射光は、空間的に一様かつ平坦な波長スペクトルを有するものと仮定する。
　シェーディング光学素子２ｊは、二次元検出器２ｈの前段に配置されている。カメラ光学系２ｇを通過した入射光の強度は、シェーディング光学素子２ｊにおける入射光の透過位置に応じて異なる割合で減衰される。シェーディング光学素子２ｊには、例えば、特定の透過パターンを有したＮＤフィルタが用いられる。
　観測する入射光の画角が広い分光イメージング装置１Ｃでは、入射光学系において入射光線の光束が中心部分よりも周辺部分が減光される。このため、二次元検出器の光強度分布は、図２の光強度分布Ａと同様に、二次元検出器の検出面のＸ方向の中央部分で光強度が高く、Ｘ方向の周辺部分で光強度が中央部分よりも低くなる傾向を有している。また、観測する入射光の波長帯域が広い分光イメージング装置１Ｃは、分散素子の波長依存性の影響を受ける。このため、二次元検出器の光強度分布は、図６の光強度分布Ａと同様に、二次元検出器の検出面のＹ方向における、入射光のピーク波長に相当する部分で光強度が高く、それ以外の波長の部分では光強度が入射光のピーク波長に相当する部分よりも低くなる傾向を有している。
　実施の形態４に係る分光イメージング装置１Ｃにおいて、図２の光強度分布Ａに示すような分光イメージング装置自身に由来する空間依存性と、図６の光強度分布Ａに示すような分光イメージング装置自身に由来する波長依存性とを同時に補正するために、シェーディング光学素子２ｊが、二次元検出器２ｈの前段に配置されている。シェーディング光学素子２ｊによって、二次元検出器２ｈの検出面の光強度分布が、Ｘ方向とＹ方向で平坦化される。
　図１２Ａは、図１１の分光部２Ｃを空間方向（Ｘ方向）から見た概要を示す図であり、図１２Ｂは、図１１の分光部２Ｃを波長方向（Ｙ方向）から見た概要を示す図であり、図１２Ｃは、図１１の二次元検出器２ｈの検出面と分光部２Ｃの後段の構成を示す図である。図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、図１１に示した分光イメージング装置１Ｃにおいて、シェーディング光学素子２ｊは、分光部２Ｃにおける二次元検出器２ｈの前段に配置されている。
　分光部２Ｃにおいて、Ｘ方向とＹ方向とに入射光線が分離される位置は、二次元検出器２ｈの前段のみである。すなわち、二次元検出器２ｈの検出面のＸ方向とＹ方向の光強度分布を補正するためには、シェーディング光学素子２ｊを二次元検出器２ｈの前段に配置する必要があり、それ以外の位置には配置できない。
　二次元検出器２ｈは、各画素に入射された光の強度を電圧値に変換する。入射光の強度から変換された電圧値は、図１２Ｃに示すように、検出器読み出し部３によって読み出される。検出器読み出し部３によって読み出された画素ごとの電圧値は、ＡＤ変換部４に出力される。ＡＤ変換部４は、画素ごとの電圧値をデジタル信号にＡＤ変換する。信号処理部５は、画素ごとの電圧値のデジタル信号に対して、電気系制御部７から指定された信号処理（ビニング処理、校正処理など）を実行する。データ送信部６は、信号処理部５によって信号処理が施されたデジタル信号を、データ受信装置１００に送信する。
　図１３は、実施の形態４におけるシェーディング光学素子２ｊの入射光の透過パターン２ｊ１を示す図である。透過パターン２ｊ１は、Ｘ方向（空間方向）とＹ方向（波長方向）に沿って光の透過率が増減する二次元分布である。例えば、図１３に示すように、透過パターン２ｃ１の特性と透過パターン２ｉ１の特性が乗算（合成）された透過パターンである。すなわち、透過パターン２ｊ１は、二次元検出器２ｈの検出面のＸ方向における、中央部分で光の透過率が低く、周辺部分で光の透過率が中央部分よりも高い。さらに、透過パターン２ｊ１は、二次元検出器２ｈの検出面のＹ方向に沿った入射光のピーク波長に相当する部分で光の透過率が低く、ピーク波長以外の部分で光の透過率が入射光のピーク波長に相当する部分よりも高い。このような透過パターン２ｊ１を有したシェーディング光学素子２ｊが二次元検出器２ｈの前段に配置されているので、二次元検出器２ｈの検出面のＸ方向およびＹ方向の光強度分布を平坦に補正することが可能である。
　分光イメージング装置１Ｃにおいて、実施の形態１の上記式（６）に示したように、二次元検出器２ｈの全画素における最大出力電圧Ｖｍａｘと最小出力電圧Ｖｍｉｎの差が小さいほど、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣが小さくなる。これにより、二次元検出器２ｈの検出面のＸ方向およびＹ方向の光強度分布を平坦化することで、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣが低減される。また、分光イメージング装置１Ｃは、実施の形態１と同様に、ＬＳＢを一定に保ったまま、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣを低減することが可能である。
　なお、分光イメージング装置１Ｃにおいて、実施の形態１と同様に、開口絞り２ａは、入射光学系２ｂの後段に配置されてもよく、入射光学系２ｂの内部に配置されてもよい。また、分散素子２ｆ自体に集光機能がある場合には、分光部２Ｃは、コリメート光学系２ｅおよびカメラ光学系２ｇを備えていなくてもよい。
　以上のように、実施の形態４に係る分光イメージング装置１Ｃにおいて、透過パターン２ｊ１を有したシェーディング光学素子２ｊが、二次元検出器２ｈの前段に配置されている。シェーディング光学素子２ｊによって二次元検出器２ｈの空間方向と波長方向の光強度分布が補正されるので、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣが低減される。ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣが低減された場合、ダウンリンク対象のデータ量が削減されて、データ送信部６から地上側へのダウンリンクが容易になる。
　また、実施の形態４に係る分光イメージング装置１Ｃは、ＬＳＢを一定に保ったまま、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣを低減することができる。すなわち、分光イメージング装置１Ｃでは、ＡＤ変換の表現分解能を損なうことなく、ＡＤ変換のレベル数ＮＡＤＣの低減が可能である。
　なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、実施の形態のそれぞれの自由な組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。
　本発明に係る分光イメージング装置は、例えば、人工衛星に搭載されて地表を測量する測量システムに利用可能である。
　１，１Ａ～１Ｃ　分光イメージング装置、２，２Ａ～２Ｃ　分光部、２ａ　開口絞り、２ｂ　入射光学系、２ｃ，２ｉ，２ｊ　シェーディング光学素子、２ｃ１，２ｉ１，２ｊ１　透過パターン、２ｄ　視野絞り、２ｅ　コリメート光学系、２ｆ　分散素子、２ｇ　カメラ光学系、２ｈ　二次元検出器、３　検出器読み出し部、４　ＡＤ変換部、５　信号処理部、６　データ送信部、７　電気系制御部、１００　データ受信装置。

Claims (8)

  1. 　入射光の画角を制限する視野絞り、前記入射光の強度を当該入射光の透過位置に応じて異なる割合で減衰させるシェーディング光学素子、前記視野絞りを透過した前記入射光を波長分離する分散素子、および前記分散素子によって波長分離された前記入射光の強度を画素ごとの電圧値に変換する二次元検出器を有した分光部と、
    　前記二次元検出器の各画素の電圧値を読み出す検出器読み出し部と、
    　前記二次元検出器の画素ごとに読み出された電圧値をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、
    　前記ＡＤ変換部によって前記二次元検出器の画素ごとの電圧値のアナログ信号から変換された前記デジタル信号を信号処理する信号処理部と、
    　を備え、
    　前記シェーディング光学素子は、前記分光部における、前記視野絞りの前段または前記視野絞りの後段と、前記二次元検出器の前段との少なくとも一方に配置されていること
    　を特徴とする分光イメージング装置。
  2. 　前記シェーディング光学素子における光の透過率分布は、前記二次元検出器の光強度分布を反転させた分布形状を有すること
    　を特徴とする請求項１記載の分光イメージング装置。
  3. 　前記二次元検出器は、空間方向と当該空間方向に直交する波長方向の二次元の検出面に集光された光の強度を電圧値に変換し、
    　前記シェーディング光学素子は、前記視野絞りの前段、前記視野絞りの後段または前記二次元検出器の前段のいずれかに配置され、
    　前記シェーディング光学素子における光の透過率分布は、前記空間方向に沿って透過率が増減する一次元分布であること
    　を特徴とする請求項１記載の分光イメージング装置。
  4. 　前記一次元分布は、前記空間方向の中央部分において光の透過率が低く、前記空間方向の周辺部分において前記中央部分よりも光の透過率が高い分布であること
    　を特徴とする請求項３記載の分光イメージング装置。
  5. 　前記二次元検出器は、空間方向と当該空間方向に直交する波長方向の二次元の検出面に集光された光の強度を電圧値に変換し、
    　前記シェーディング光学素子は、前記二次元検出器の前段に配置され、
    　前記シェーディング光学素子における光の透過率分布は、前記波長方向に沿って透過率が増減する一次元分布であること
    　を特徴とする請求項１記載の分光イメージング装置。
  6. 　前記一次元分布は、前記波長方向の光のピーク波長において光の透過率が高く、前記波長方向の前記ピーク波長以外の波長において前記ピーク波長よりも光の透過率が低い分布であること
    　を特徴とする請求項５記載の分光イメージング装置。
  7. 　前記二次元検出器は、空間方向と当該空間方向に直交する波長方向の二次元の検出面に集光された光の強度を電圧値に変換し、
    　前記シェーディング光学素子として、第１のシェーディング光学素子および第２のシェーディング光学素子を備え、
    　前記第１のシェーディング光学素子は、前記視野絞りの前段または前記視野絞りの後段のいずれかに配置され、
    　前記第１のシェーディング光学素子における光の透過率分布は、前記空間方向に沿って透過率が増減する一次元分布であり、
    　前記第２のシェーディング光学素子は、前記二次元検出器の前段に配置され、
    　前記第２のシェーディング光学素子における光の透過率分布は、前記波長方向に沿って透過率が増減する一次元分布であること
    　を特徴とする請求項１記載の分光イメージング装置。
  8. 　前記二次元検出器は、空間方向と当該空間方向に直交する波長方向の二次元の検出面に集光された光の強度を電圧値に変換し、
    　前記シェーディング光学素子は、前記二次元検出器の前段に配置され、
    　前記シェーディング光学素子における光の透過率分布は、前記空間方向と前記波長方向に沿って透過率が増減する二次元分布であること
    　を特徴とする請求項１記載の分光イメージング装置。
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