JP5128037B2 - 立体画像取得装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は立体画像を取得するための装置に関するものである。
【０００２】
立体画像は、同じ光景を２つの異なる入射角から見ることによって得られるものである。
【０００３】
本発明の目的は、特に構成が簡単且つ小型で、極めて優れた角度分解能を得ることのできる立体画像取得用装置を提供することである。
【０００４】
フランス特許第１３９３５７７号公報には、赤外放射用のコリメータ装置が述べられている。この装置は、回転放物面の主反射鏡と、この主反射鏡Ｍ１とその焦点との間に位置する回転双曲面の２次反射鏡と、主反射鏡に対して２次反射鏡とは反対側に配置された回転楕円面の３次反射鏡と、３次反射鏡の焦点に位置する検出器とを備えている。
この装置は、主反射鏡によってその光軸と平行に受光した光を検出器上に集束するためのものである。
ドイツ特許第４３０７８３１号公報には、遠く離れた光景を観測することのできる双眼望遠鏡として、反射面が回転放物面で構成された主反射鏡と、主反射鏡とその焦点面との間で主反射鏡の光軸の両側に配置された一対の２次反射鏡と、主反射鏡を間にして２次反射鏡とは反対側に配置された３次反射手段とを備え、２次反射鏡で反射した光線が主反射鏡を通過して３次反射手段に到達できるようにしたものが開示されている。
英国特許第２１５８２６１号公報にも類似した光学系装置が述べられており、この装置は、凹球面の主反射鏡と、主反射鏡の光軸上に位置する凸球面の２次反射鏡とを備え、主反射鏡は２次反射鏡で反射された光線を通過させて反射屈折レンズへ到達させるようになっている。この装置は、主反射鏡の光軸と平行な入射光束をそれぞれ２次反射鏡の半分ずつの部分からの部分光束に対応する２つの光束に分割できるようにしたものである。
【０００５】
この種の望遠鏡は、極めて遠くにある対象物を観測するためのもの（例えば天文学用途）であり、いずれにしても立体画像を取得するには適していない。
【０００６】
本発明は、同じ光景を複数の異なる入射角で観測することのできる一つの光学系装置を提供するものである。
【０００７】
特に、本発明による装置は、地球を周回しながら２つの異なる時点、従って２つの異なる角度で同じ光景を観測する人工衛星による立体画像の取得に好適に適用可能である。
【０００８】
即ち、本発明による装置は、地球を周回しながら２つの異なる時点、従って２つの異なる入射角で同じ光景を観測する人工衛星による立体画像の取得に用いられる観測光学系装置であって、反射面が回転放物面又は近似回転放物面の反射凹面で構成された主反射鏡、主反射鏡の反射凹面とその焦点との間に配置された２次反射手段、及び主反射鏡を間にして２次反射手段とは反対側に配置された３次反射手段を含み、主反射鏡で受けた光線を２次反射手段で反射すると共に主反射鏡に設けられた開口部を通過させて３次反射手段に到達させるようにした観測光学系装置において、画像取得手段を更に備え、また前記２次反射手段は主反射鏡の反射凹面で反射された入射光が該反射凹面の焦点に達する前にそれを遮ると共に主反射鏡の光軸とは別の予め定められた２つの入射方向に沿って一つの主反射鏡で受けた２光線を該主反射鏡の光軸とは方向の異なる２光路へ向けて反射する凸面鏡を主反射鏡の光軸上に備え、前記主反射鏡と前記凸面鏡とは、主反射鏡の光軸に対して対称的な２つの入射方向に沿って主反射鏡に達する２光線の前記凸面鏡による反射光がそれぞれ主反射鏡の前記開口部上で合焦するように光学的仕様が定められ、前記３次反射手段は前記２光路に沿って受光する２光線を撮像素子からなる画像取得手段上に結像させる手段を備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明はまた、以下の種々の特徴を単独又は技術的に可能な組合せ形態で有利に兼備することができる。
【００１０】
即ち、観測する２つの入射方向を主反射鏡の光軸に関して角度＋θ１及び−θ１の対称的な２方向とし、この２つの入射方向に沿って主反射鏡に到達する２光線に対する２次反射手段の凸面鏡による２つの反射光路も主反射鏡の光軸に関して対称とすることは好ましいことである。
【００１１】
３次反射手段としては、主反射鏡の光軸に関して対称的に配置した２つの平面鏡と、同じく主反射鏡の光軸に関して対称的に配置した２つの凹面鏡とを設けることができ、各平面鏡によって主反射鏡の光軸とは方向の異なる２光路に沿って２次反射手段の凸面鏡から到来する光線をそれぞれ前記凹面鏡の一つずつへ向けて反射させるようにし、また各凹面鏡は入射する光線を画像取得手段上に結像させるように反射する配置とすることが好ましい。
【００１２】
また、３次反射手段として、主反射鏡の光軸とは方向の異なる２光路に沿って２次反射手段の凸面鏡から到来する各光線をそれぞれ反射するように主反射鏡の光軸の両側に対称的に配置された２つの凹面鏡と、前記２光路に共通で主反射鏡の光軸上に中心を有すると共に主反射鏡の光軸とは直交する反射面を有する平面鏡とを設けることもでき、この場合の平面鏡は入射する光線を前記２光路に共通の焦点面上に配置された画像取得手段に向けて反射する配置とする。
【００１３】
主反射鏡には、２次反射手段の凸面鏡による反射光を通過させるための開口部をその中心部に設けておくことができる。
【００１４】
更に、２次反射手段の凸面鏡は自身が観測の２つの入射方向に沿って反射した２光線によって主反射鏡の開口部上で中心の両側に対称的に位置する２つの中間像を結像するものとすることが好ましい。
【００１５】
本発明の上述及びそれ以外の特徴と利点は、添付図面を参照して述べる以下の説明から一層明らかである。但し、以下に述べる実施例は単に例示のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１６】
図１に示す光学系装置は、回転放物面に近似した２次曲面の反射凹面を有する単一の主反射鏡１と、主反射鏡１の反射凹面で反射された入射光が該反射凹面の焦点に達する前にそれを遮るように主反射鏡の光軸上に配置された２次反射手段としての凸面鏡２とを備えている。
【００１７】
主反射鏡１は、上記凸面鏡による反射光を通過させるためにその中心部に開口部を備え、該反射光はこの開口部上で中心の両側に対称的に位置する中間像３ａ及び３ｂを結像する。
【００１８】
これら主反射鏡及び２次反射手段の凸面鏡は、主反射鏡の光軸に対してそれぞれθ１及び−θ１の角度で主反射鏡に入射する光線がそれぞれの開口部に合焦するように光学的仕様が定められている。
【００１９】
この光学系装置は更に、２次反射手段の凸面鏡２が配置されている側とは主反射鏡１を間にして反対側に、主反射鏡１の光軸に対して対称的に配置された２つの平面鏡４ａ，４ｂを備えている。
【００２０】
これら２つの平面鏡４ａ，４ｂは、凸面鏡２で反射された後に中間像３ａ，３ｂを形成して主反射鏡１を通過した光線の光路上にそれぞれ位置している。
【００２１】
これら平面鏡４ａ，４ｂは、中間像３ａ，３ｂから受光した光線を２つの凹面鏡５ａ，５ｂへ向けて反射する。これら２つの凹面鏡は２次曲面反射鏡であり、受光した光線を２つの焦点面６ａ，６ｂに反射し、これら焦点面には例えば電荷結合検出素子、即ちマトリクス撮像素子が配置されている。
【００２２】
既に理解されるように、このような光学系装置によって２つの異なる入射角で見た同じ光景に対応する２つの画像を簡単に取得することが可能である。
【００２３】
図１に示した実施例に対する種々の変更例を考えることができる。
【００２４】
特に、望遠鏡の背部構成要素を収納すべき容積部分の形状寸法に応じて、平面鏡４ａ，４ｂの向きや凹面鏡５ａ，５ｂの向きに手を加えることは当然可能である。
【００２５】
図２は、焦点面６ａ，６ｂが主反射鏡１の光軸に平行であり、該光軸と凹面鏡５ａ，５ｂとの間に配置されている構成を示している。
【００２６】
図３及び図４に示す別の変更例では、中心部の開口部から来る中間像３ａ，３ｂの形成に寄与した光線を、主反射鏡１の光軸の両側に対称的に配置された２次曲面の凹面鏡７ａ，７ｂにより反射させている。これらの凹面鏡７ａ，７ｂは受光した光線をそれぞれ反射してその両方の反射光路に共通の平面鏡８の上に焦点を結ばせる。この平面鏡８は主反射鏡１の光軸上に中心を合わせており、該光軸と直交する平面内にある。平面鏡８は、両方の反射光路に共通の焦点面９へ向けて各凹面鏡７ａ，７ｂからの光線を反射する。
【００２７】
例えば、焦点面９内には両光路に共通のリニアー又はマトリクスＣＣＤ撮像素子を配置することができる。
【００２８】
以上に述べたタイプの光学系装置は、地球を周回する人工衛星に搭載して同じ光景を２つの異なる時点、従って異なる照準方向から観測する用途に好適に利用可能である。
【００２９】
照準方向としては、例えば２〜１０度の分離角度範囲内の２方向とすることができる。
【００３０】
以上のように、本発明の装置によれば、衛星の姿勢変更や衛星に対する観測光学系の向きの変更を必要とすることなく衛星から２つの照準方向で画像を取得することが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例による光学系装置の構成図である。
【図２】 本発明の第２実施例による光学系装置の構成図である。
【図３】 本発明の第３実施例による光学系装置の構成図である。
【図４】 図３に示した光学系装置の模式的な透視構成図である。

Claims (5)

1. 地球を周回する人工衛星による立体画像の取得のため、および、２つの異なる入射角から見た光景に対応する２つの画像を取得するために用いられる観測光学系装置であって、
   反射面が回転放物面又は近似回転放物面の反射凹面で構成された、焦点を有する主反射鏡（１）であって、当該主反射鏡の光軸に対して、それぞれ入射角θ１及び−θ１に沿って観測される、観測対象の物体の光線を受ける、主反射鏡と、
   主反射鏡（１）の反射凹面とその焦点との間に配置された２次反射手段（２）と、
   主反射鏡（１）の光軸に対して対称に、かつ、前記２次反射手段（２）が配置される主反射鏡（１）の側面から反対側の主反射鏡（１）の側面に配置された３次反射手段（４ａ，４ｂ；５ａ，５ｂ；７ａ，７ｂ；８）と、を含み、
   主反射鏡（１）で受けた光線を２次反射手段（２）で反射すると共に、このように反射された光線を主反射鏡（１）に設けられた開口部を通過させて３次反射手段（４ａ，４ｂ；５ａ，５ｂ；７ａ，７ｂ；８）に到達させるようにした観測光学系装置において、
   当該観測光学系装置は、複数の３次反射手段により反射された光を受ける画像取得手段（６ａ，６ｂ；９）を更に備え、
   前記２次反射手段は、主反射鏡（１）の反射凹面で反射された入射光が該反射凹面の焦点に達する前にそれを遮ると共に、主反射鏡の光軸とは別の予め定められた２つの方向に沿って各光線を反射する凸面鏡（２）を、主反射鏡（１）の光軸上に備え、
   当該各光線は、主反射鏡の光軸に対して２つの角度θ１及び−θ１に沿って前記主反射鏡（１）が受けた各光線であり、
   前記主反射鏡（１）と前記凸面鏡（２）とは、主反射鏡の光軸に対して対称的な２つの入射方向に沿って主反射鏡に達する２光線の前記凸面鏡による反射光がそれぞれ主反射鏡の前記開口部上で合焦するように光学的仕様が定められ、
   前記３次反射手段（４ａ，４ｂ；５ａ，５ｂ；７ａ，７ｂ；８）は前記２光路に沿って受光する２光線を撮像素子からなる画像取得手段（６ａ，６ｂ；９）上に結像させる手段を備え、
   ３次反射手段が、
   主反射鏡（１）の光軸に関して対称的に配置された２つの平面鏡（４ａ，４ｂ）と、
   同じく主反射鏡（１）の光軸に関して対称的に配置された２つの凹面鏡（５ａ，５ｂ）と、を含み、
   前記平面鏡（４ａ，４ｂ）は主反射鏡（１）の光軸とは方向の異なる２光路に沿って２次反射手段の凸面鏡（２）から到来する光線を前記凹面鏡（５ａ、５ｂ）へ向けて反射し、
   該凹面鏡は入射する光線を画像取得手段（６ａ，６ｂ）上に結像させるように反射するものであることを特徴とする観測光学系装置。
2. 地球を周回する人工衛星による立体画像の取得のため、および、２つの異なる入射角から見た光景に対応する２つの画像を取得するために用いられる観測光学系装置であって、
   反射面が回転放物面又は近似回転放物面の反射凹面で構成された、焦点を有する主反射鏡（１）であって、当該主反射鏡の光軸に対して、それぞれ入射角θ１及び−θ１に沿って観測される、観測対象の物体の光線を受ける、主反射鏡と、
   主反射鏡（１）の反射凹面とその焦点との間に配置された２次反射手段（２）と、
   主反射鏡（１）の光軸に対して対称に、かつ、前記２次反射手段（２）が配置される主反射鏡（１）の側面から反対側の主反射鏡（１）の側面に配置された３次反射手段（４ａ，４ｂ；５ａ，５ｂ；７ａ，７ｂ；８）と、を含み、
   主反射鏡（１）で受けた光線を２次反射手段（２）で反射すると共に、このように反射された光線を主反射鏡（１）に設けられた開口部を通過させて３次反射手段（４ａ，４ｂ；５ａ，５ｂ；７ａ，７ｂ；８）に到達させるようにした観測光学系装置において、
   当該観測光学系装置は、複数の３次反射手段により反射された光を受ける画像取得手段（６ａ，６ｂ；９）を更に備え、
   前記２次反射手段は、主反射鏡（１）の反射凹面で反射された入射光が該反射凹面の焦点に達する前にそれを遮ると共に、主反射鏡の光軸とは別の予め定められた２つの方向に沿って各光線を反射する凸面鏡（２）を、主反射鏡（１）の光軸上に備え、
   当該各光線は、主反射鏡の光軸に対して２つの角度θ１及び−θ１に沿って前記主反射鏡（１）が受けた各光線であり、
   前記主反射鏡（１）と前記凸面鏡（２）とは、主反射鏡の光軸に対して対称的な２つの入射方向に沿って主反射鏡に達する２光線の前記凸面鏡による反射光がそれぞれ主反射鏡の前記開口部上で合焦するように光学的仕様が定められ、
   前記３次反射手段（４ａ，４ｂ；５ａ，５ｂ；７ａ，７ｂ；８）は前記２光路に沿って受光する２光線を撮像素子からなる画像取得手段（６ａ，６ｂ；９）上に結像させる手段を備え、
   ３次反射手段が、
   主反射鏡（１）の光軸とは方向の異なる２光路に沿って２次反射手段の凸面鏡（２）から到来する各光線をそれぞれ反射するように主反射鏡の光軸の両側に対称的に配置された２つの凹面鏡（７ａ、７ｂ）と、
   前記２光路に共通で主反射鏡の光軸上に中心を有すると共に主反射鏡の光軸とは直交する反射面を有する平面鏡（８）と、を備え、
   該平面鏡（８）は入射した光線を前記２光路に共通の焦点面上に配置された画像取得手段上に反射するものであることを特徴とする観測光学系装置。
3. 主反射鏡（１）が２次反射手段の凸面鏡（２）による反射光を通過させるための開口部を中心部に備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の観測光学系装置。
4. ２次反射手段の凸面鏡（２）は自身が観測の２つの入射方向に沿って反射した２光線によって主反射鏡（１）の開口部上で中心の両側に対称的に位置する２つの中間像を結像するものであることを特徴とする請求項３に記載の観測光学系装置。
5. 人工衛星と立体画像取得手段とを備えた立体画像観測装置であって、前記立体画像取得手段が請求項１〜４のいずれかに１項に記載の観測光学系装置を含むことを特徴とする立体画像観測装置。

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