JP2006023346A - Polarization imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は主に、人工衛星や飛行機、ヘリコプタ等の飛行体に搭載されて、地表面等の撮像対象からの光束の偏光状態を計測し得るように構成された偏光撮像装置に関する。 The present invention mainly relates to a polarization imaging apparatus that is mounted on a flying body such as an artificial satellite, an airplane, or a helicopter and configured to measure a polarization state of a light beam from an imaging target such as a ground surface.
従来、人工衛星に搭載されて宇宙空間から地表面を撮像する撮像装置として、観測波長帯に対応したラインセンサを、撮像光学系の像面位置において、人工衛星の進行方向に対し略直角に配置することにより、地表面の２次元画像を取得するように構成されたものが知られている（下記特許文献１，２参照）。 Conventionally, as an imaging device that is mounted on an artificial satellite and captures the ground surface from outer space, a line sensor corresponding to the observation wavelength band is arranged at a substantially right angle with respect to the traveling direction of the artificial satellite at the image plane position of the imaging optical system. By doing so, what was comprised so that the two-dimensional image of the ground surface might be acquired is known (refer the following patent documents 1 and 2).
また、撮像素子に入射する光束の光路上に、所定の偏光成分のみを通過させる偏光板を配置しておき、偏光板を透過した光の強度を検出することにより、地表面からの光束の偏光状態を計測するように構成された人工衛星搭載型の偏光撮像装置も知られている。 In addition, a polarizing plate that allows only a predetermined polarization component to pass through is disposed on the optical path of the light beam incident on the image sensor, and the intensity of the light transmitted through the polarizing plate is detected so that the light beam from the ground surface is polarized. A satellite-mounted polarization imaging device configured to measure the state is also known.
上述した従来の偏光撮像装置では、撮像レンズ系の後側、すなわち撮像レンズ系を構成する複数のレンズのうち最も像側に配置されたレンズと撮像素子との間に、偏光板が配置されている（以下、このような偏光板の配置方式を「後配置方式」と称する）。一般に偏光板は放射線によって性能が劣化しやすいが、撮像レンズ系内に入射した放射線量はレンズを透過する間に大きく低下することが知られている。したがって、宇宙空間で使用されることを考慮した場合、上記のような後配置方式は、偏光板の性能が放射線により劣化することを防止しやすいという利点がある。 In the conventional polarization imaging device described above, a polarizing plate is disposed between the imaging element and the rear lens of the imaging lens system, that is, the lens arranged closest to the image side among a plurality of lenses constituting the imaging lens system. (Hereinafter, such an arrangement method of polarizing plates is referred to as “rear arrangement method”). In general, the performance of a polarizing plate is likely to deteriorate due to radiation, but it is known that the amount of radiation incident on the imaging lens system greatly decreases while passing through the lens. Therefore, when considering use in outer space, the post-positioning method as described above has an advantage of easily preventing the performance of the polarizing plate from being deteriorated by radiation.
しかし、このような後配置方式には、光束が各レンズを通過する際に少しずつ偏光状態が変化するために、偏光板に入射するときの偏光状態が撮像レンズ系に入射する前と大きく異なってしまい、入射光の偏光状態を正確に計測することが難しいという問題がある。 However, in such a rear arrangement method, since the polarization state changes little by little when the light beam passes through each lens, the polarization state when entering the polarizing plate is greatly different from that before entering the imaging lens system. Therefore, there is a problem that it is difficult to accurately measure the polarization state of incident light.
入射光束の偏光状態が撮像レンズ系内で変化することを防止するためには、撮像レンズ系の前側、すなわち撮像レンズ系を構成する複数のレンズのうち最も物体側に配置されたレンズの物体側に、偏光板を配置する（以下、このような偏光板の配置方式を「前配置方式」と称する）ことが好ましい。しかし、このような前配置方式とした場合には、偏光板の大型化が避けられず、また放射線により偏光板の性能が劣化することを防止しにくいという問題がある。 In order to prevent the polarization state of the incident light beam from changing in the imaging lens system, the front side of the imaging lens system, that is, the object side of the lens arranged closest to the object among the plurality of lenses constituting the imaging lens system It is preferable to dispose a polarizing plate (hereinafter, such a disposing method of polarizing plates is referred to as “pre-arrangement method”). However, in the case of such a pre-arrangement method, there is a problem that an increase in the size of the polarizing plate cannot be avoided, and it is difficult to prevent deterioration of the performance of the polarizing plate due to radiation.
また、広視野角の撮像レンズ系を用いた場合には、種々の方向からの光束が偏光板を介して撮像レンズ系内に取り込まれることになるため、次のような問題も生じる。すなわち、偏光板は、光束の入射角度に応じてわずかながら特性が変化するため、偏光板への入射角度が異なると入射方向によって偏光状態の検出精度が異なってしまうので、偏光状態を正確に計測することが難しくなる。 In addition, when an imaging lens system with a wide viewing angle is used, light beams from various directions are taken into the imaging lens system through the polarizing plate, and the following problem also arises. In other words, the characteristics of the polarizing plate change slightly depending on the incident angle of the light beam. Therefore, if the incident angle to the polarizing plate is different, the detection accuracy of the polarization state differs depending on the incident direction, so the polarization state is accurately measured. It becomes difficult to do.
また、入射方向が互いに異なる複数の光束間では、偏光板を通過する位置（偏光板の使用領域）が互いに異なることになるため、例えば偏光板の一部領域にキズ等が有ることによって、偏光板の特性がその使用領域によって変化しているような場合には、その影響が計測結果に反映されてしまい、正確な計測を行なうことが難しくなるという問題もある。 In addition, between a plurality of light fluxes having different incident directions, the positions that pass through the polarizing plate (use region of the polarizing plate) are different from each other. For example, there is a scratch in a partial region of the polarizing plate. When the characteristics of the plate change depending on the use area, the influence is reflected in the measurement result, and there is a problem that it is difficult to perform accurate measurement.
なお、上述した後配置方式においても、撮像レンズ系への入射角度が互いに異なる複数の光束間では、偏光板を通過する位置が互いに異なることになるため、この問題は後配置方式においても同様に生じるものである。 Even in the post-arrangement method described above, the positions passing through the polarizing plates are different among a plurality of light beams having different incident angles to the imaging lens system. It will occur.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、放射線による偏光板の性能劣化の抑制および偏光板のコンパクト化を図りつつ、撮像対象からの光束の偏光状態を、その入射方向に関わらず高精度に検出することが可能な偏光撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances. The polarization state of a light beam from an imaging target is set in the incident direction while suppressing deterioration of the performance of the polarizing plate due to radiation and making the polarizing plate compact. It is an object of the present invention to provide a polarization imaging apparatus that can detect with high accuracy regardless.
上記目的を達成するため本発明の偏光撮像装置は、以下のように構成されている。すなわち、本発明に係る偏光撮像装置は、撮像対象からの光束を取り込む撮像レンズ系と、前記光束のうち所定の偏光成分のみの通過を許容する偏光板と、前記撮像レンズ系および前記偏光板を通過した光の強度を検出する撮像素子とを備えた偏光撮像装置において、前記偏光板が、前記撮像レンズ系内の中間部に配置されていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the polarization imaging apparatus of the present invention is configured as follows. That is, the polarization imaging apparatus according to the present invention includes an imaging lens system that captures a light beam from an imaging target, a polarizing plate that allows only a predetermined polarization component of the light beam to pass, and the imaging lens system and the polarizing plate. In a polarization imaging apparatus including an imaging device that detects the intensity of light that has passed, the polarizing plate is disposed in an intermediate portion in the imaging lens system.
上記「撮像レンズ系内の中間部」とは、複数のレンズにより構成された撮像レンズ系において、最も物体側に配置されたレンズと、最も像側に配置されたレンズとの間を意味する。 The “intermediate part in the imaging lens system” means between the lens disposed closest to the object side and the lens disposed closest to the image side in the imaging lens system including a plurality of lenses.
本発明において、前記偏光板は、前記撮像レンズ系内に設置された開口絞りの近傍に配置されることが好ましい。 In the present invention, the polarizing plate is preferably disposed in the vicinity of an aperture stop installed in the imaging lens system.
なお、本発明は、飛行体搭載型の偏光撮像装置に適用が限定されるものではなく、また撮像対象も地表面に限定されるものではないが、特に人工衛星等の飛行体に搭載され、撮像対象が地表面とされるように構成されている偏光撮像装置へ適用されることが好ましい。 The present invention is not limited to application to a flying object-mounted polarization imaging device, and the imaging target is not limited to the ground surface, but is mounted on a flying object such as an artificial satellite, It is preferable that the present invention is applied to a polarization imaging apparatus configured so that the imaging target is the ground surface.
本発明に係る偏光撮像装置によれば、撮像レンズ系内の中間部に偏光板が配置されていることにより、偏光板をコンパクトに構成することができるとともに、入射光束が各レンズを通過する際に偏光状態が変化すること、および放射線により偏光板の性能が劣化することを抑制することが可能となる。 According to the polarization imaging device of the present invention, the polarizing plate is arranged in the middle part in the imaging lens system, so that the polarizing plate can be made compact and the incident light beam passes through each lens. It is possible to prevent the polarization state from being changed and the performance of the polarizing plate from being deteriorated by radiation.
また、撮像レンズ系内の中間部に偏光板が配置されていることにより、撮像レンズ系への入射方向が互いに異なる複数の光束間における、偏光板への入射角度の差異、および偏光板を通過する位置の差異を抑えることができるので、撮像レンズ系への入射方向によって偏光状態の検出精度が異なったり、偏光板の使用領域による特性変化の影響が計測結果に反映されたりするということを防止することができる。このため、撮像対象からの光束の偏光状態を、その入射方向に関わらず高精度に検出することが可能となる。 In addition, since the polarizing plate is arranged in the middle of the imaging lens system, the difference in the incident angle to the polarizing plate between a plurality of light beams having different incident directions to the imaging lens system, and passing through the polarizing plate Because the difference in the position of the light can be suppressed, the detection accuracy of the polarization state differs depending on the incident direction to the imaging lens system, and the influence of the characteristic change due to the usage area of the polarizing plate is not reflected in the measurement result. can do. For this reason, it becomes possible to detect the polarization state of the light beam from the imaging target with high accuracy regardless of the incident direction.
以下、本発明の実施形態について、図１を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る偏光撮像装置の全体構成を概略的に示す図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of a polarization imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
本実施形態に係る偏光撮像装置（以下、「本実施形態装置」と称することがある）は、例えば人工衛星のような、宇宙空間を飛行する図示せぬ飛行体（移動方向は紙面に垂直な方向）に搭載されるものであり、図示せぬ装置筐体内に撮像光学系１０，撮像素子２０および画像信号処理手段３０を備えている。
A polarization imaging apparatus according to the present embodiment (hereinafter sometimes referred to as “the present embodiment apparatus”) is a flying object (not shown) that travels in outer space, such as an artificial satellite (the movement direction is perpendicular to the paper surface). The image pickup
上記撮像光学系１０は、７枚のレンズＬ１〜Ｌ７からなる広視野角の撮像レンズ系１２と、撮像光学系１０が像側において略テレセントリックとなるように配置された開口絞り１４と、入射光束のうち所定の偏光成分のみを通過させる偏光板１６とを備え、図中左方に位置する地表面（図示略）から反射された、視野角内の種々の方向より入射する各光束を、像面位置に配された上記撮像素子２０上の各位置に集光させるように構成されている。
The imaging
上記撮像素子２０は、観測波長帯に対応した、ライン状または面状のＣＣＤイメージ・センサ等からなり、撮像面の各位置に入射した光の強度に応じた電気信号を上記画像信号処理手段３０に出力するように構成されている。
The
上記画像信号処理手段３０は、上記撮像素子２０からの出力信号が入力される画像入力インタフェースや、メモリ，ＣＰＵ，グラフィックスボード等を有するコンピュータ（いずれも図示略）等を備えており、撮像素子２０からの出力信号に基づき、地表面の２次元画像を得るとともに地表面からの光束の偏光状態を計測し得るように構成されている。
The image signal processing means 30 includes an image input interface to which an output signal from the
本実施形態装置の特徴は、上記偏光板１６が上記撮像レンズ系１２内の光軸方向中間部、詳しくはレンズＬ３とレンズＬ４との間において上記開口絞り１４の後側（像側）近傍位置に配置されていることにあり、これにより、以下のような作用効果を奏する。
Features of this embodiment apparatus, the optical axis direction intermediate portion of the polarizing
すなわち、偏光板１６が撮像レンズ系１２内の光軸方向中間部に配されているため、視野角内の種々の方向より入射する各光束間の、偏光板１６への入射角度の差異を小さくすることが可能である。また、撮像レンズ系１２内に入射した各光束は、上記開口絞り１４を通過した後に上記偏光板１６に入射するため、各光束が偏光板１６を通過する位置の差異が極めて少ない。このため、偏光板１６への入射角度の差異が大きいために、入射角度によって偏光状態の検出精度が異なったり、偏光板１６の使用領域による特性変化の影響が計測結果に反映されたりするということを防止し得るとともに、偏光板１６をコンパクトに構成することができる。
That is, since the polarizing
また、偏光板１６よりも物体側に、３枚のレンズＬ１〜Ｌ３が配置されているので、撮像レンズ系１２内に入射した放射線量は、３枚のレンズＬ１〜Ｌ３を通過する間に減衰される。このため、偏光板１６に入射する放射線量を少なくすることができ、放射線により偏光板１６の性能が劣化することを抑制することが可能となる。
In addition, since the three lenses L 1 to L 3 are arranged on the object side of the polarizing
一方、偏光板１６よりも物体側に配置されるレンズＬ１〜Ｌ３の枚数は、偏光板１６を撮像レンズ系１２の後側に配置した場合（後配置方式）に比較して少なくなる。このため、入射光束が偏光板１６に入射する前に偏光状態が変化することを抑制することもできる。
On the other hand, the number of lenses L 1 to L 3 arranged on the object side of the polarizing
これらの点から本実施形態装置によれば、偏光板１６をコンパクトに構成することができるとともに、地表面からの光束の偏光状態を、その入射方向に関わらず高精度に検出することが可能である。
From these points, according to the apparatus of the present embodiment, the polarizing
なお、上述した実施形態では、偏光板１６が固定的に配置されているが、偏光板を自転可能に配置して透過軸の方向を変えたり、ターレット板を用いて、特性が互いに異なる複数の偏光板を円周上に配置し、ターレット板を回転させることにより、光路上に位置する偏光板の特性を切り替えたりするように構成することも可能である。
In the above-described embodiment, the polarizing
また、複数の撮像光学系を備えるとともに、各撮像光学系に互いに特性が異なる偏光板をそれぞれ配置することにより、同一地点からの光束の偏光状態に関して、より多角的な情報を取得し得るように構成することも可能である。 In addition, by providing a plurality of imaging optical systems and disposing polarizing plates having different characteristics from each other in each imaging optical system, it is possible to obtain more diversified information regarding the polarization state of the light beam from the same point. It is also possible to configure.
また、上述した実施形態装置は、人工衛星搭載型とされているが、本発明は飛行機，飛行船，ヘリコプタ等の種々の飛行体に搭載される偏光撮像装置や、地上を走行する自動車等に搭載される偏光撮像装置、あるいは所定位置に設置される固定式の偏光撮像装置に対しても適用することが可能であり、撮像対象も地表面に限定されるものではない。 In addition, although the above-described embodiment device is an artificial satellite mounting type, the present invention is mounted on a polarization imaging device mounted on various flying objects such as an airplane, an airship, a helicopter, an automobile traveling on the ground, and the like. The present invention can also be applied to a polarized imaging apparatus that is installed or a fixed polarization imaging apparatus that is installed at a predetermined position, and the imaging target is not limited to the ground surface.
また、本発明において偏光板は、観測波長帯に応じて種々のタイプを用いることが可能であり、撮像レンズ系の構成についても上記実施形態で示されたものに限定されるものではない。 In the present invention, various types of polarizing plates can be used according to the observation wavelength band, and the configuration of the imaging lens system is not limited to that shown in the above embodiment.
１０ 撮像光学系
１２ 撮像レンズ系
１４ 開口絞り
１６ 偏光板
２０ 撮像素子
３０ 画像信号処理手段
Ｌ１〜Ｌ７ （撮像レンズ系を構成する）レンズ
10 imaging
Claims (3)
前記偏光板が、前記撮像レンズ系内の中間部に配置されていることを特徴とする偏光撮像装置。 An imaging lens system that captures a light beam from an imaging target, a polarizing plate that allows only a predetermined polarization component of the light beam to pass through, an imaging element that detects the intensity of light that has passed through the imaging lens system and the polarizing plate, and In a polarization imaging device comprising:
A polarization imaging apparatus, wherein the polarizing plate is disposed at an intermediate portion in the imaging lens system.
The polarization imaging apparatus according to claim 1, wherein the polarization imaging apparatus is mounted on a flying body and configured so that the imaging target is a ground surface.
Priority Applications (1)
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| JP2004198995A JP2006023346A (en) | 2004-07-06 | 2004-07-06 | Polarization imaging apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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| JP2004198995A Withdrawn JP2006023346A (en) | 2004-07-06 | 2004-07-06 | Polarization imaging apparatus |
Country Status (1)
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2004
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