WO2015068395A1 - Sensing device and sensing method - Google Patents
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Definitions
- This technology relates to a sensing device and a sensing method that use electromagnetic waves to observe an observation target without touching it directly from a remote location.
- sensing devices that use electromagnetic waves (visible light, ultraviolet rays, near infrared rays, etc.) to observe an observation target without touching them directly from a remote position are known.
- a sensing device is mounted on a platform such as a radio-controlled airplane (unmanned aerial vehicle) or a helicopter, and is applied to remote sensing for observing observation targets such as the ground surface, the ocean, and the atmosphere.
- a conventional sensing device for example, a push-broom type remote sensing device
- a large number of light receiving elements corresponding to each point on the distant observation target line are arranged on the imaging plane line, and reflected light for each wavelength.
- a configuration for obtaining an intensity distribution has been used.
- Such a conventional remote sensing device requires a large number of light receiving elements with uniform characteristics, and the price of the device is expensive.
- due to secular change there has been a problem that the sensitivity characteristics between elements vary, or a data string of missing teeth occurs.
- a sensing device that reduces the failure rate of the entire system by realizing a sensor with a small number of elements. For example, by adopting a configuration in which an observation target is scanned by a rotating mirror mechanism such as a polygon mirror and an electromagnetic wave from the observation target is guided to one light receiving element, the number of light receiving elements can be reduced to one on a line. There is no need to use a plurality of light receiving elements.
- the rotational speed of the rotating mirror is constant, whereas when the observation target has a planar shape such as the ground surface, the moving speed of the observation point on the observation target Since (scanning speed) changes nonlinearly with respect to the rotational speed of the rotating mirror mechanism, so-called observation distortion occurs. If only the portion with a small observation distortion is adopted, the duty cycle (duty cycle) will be significantly limited, and it will be difficult to observe the observation target at high speed.
- an object of the present technology is to provide a sensing device that enables high-speed observation of an observation target while avoiding an increase in the number of light receiving elements by using a plurality of light receiving elements arranged on a line.
- Another purpose of this technology is to reduce the size or weight of the sensing device.
- a sensing device is a sensing device that detects an electromagnetic wave from a relatively moving observation target and observes the observation target, and includes a first mirror that can change a reflection direction, and a reflection direction.
- a second mirror that can be changed, a first sensor that detects an electromagnetic wave from the observation target reflected by the first mirror, and a second sensor that detects an electromagnetic wave from the observation target reflected by the second mirror;
- the first sensor and the second sensor have a configuration for detecting electromagnetic waves from different portions to be observed.
- a sensing device is a sensing device that observes an observation target by detecting electromagnetic waves from a relatively moving observation target, and a mirror that can change a reflection direction, and an observation reflected by the mirror
- a sensor that detects an electromagnetic wave from an object, and a multi-core fiber in which a plurality of input ends and an output end are arranged in a predetermined direction for transmitting the electromagnetic wave from an observation object to the mirror, By changing the reflection direction along a predetermined direction, a plurality of electromagnetic waves output from a plurality of output ends of the multi-core fiber are sequentially incident on the sensor.
- a sensing method is a sensing method for observing an observation target by detecting an electromagnetic wave from a relatively moving observation target, and is reflected by the first mirror by rotating the first mirror.
- the electromagnetic wave from the observed object is detected by the first sensor, the second mirror is rotated, the electromagnetic wave from the observed object reflected by the second mirror is detected by the second sensor, and the first sensor
- the second sensor has a configuration for detecting electromagnetic waves from different parts to be observed.
- the cutting width can be increased.
- the block diagram which shows the structure of the timing generation circuit of 1st Embodiment of this technique.
- the figure which shows the structure of the sensing apparatus of 2nd Embodiment of this technique.
- the figure which shows the structure of the optical fiber of 2nd Embodiment of this technique.
- the figure explaining the scanning by the mirror surface of the polygon mirror of 2nd Embodiment of this technique The figure explaining the scanning by the mirror surface of the polygon mirror of 2nd Embodiment of this technique
- the figure for demonstrating the positional relationship of the mirror surface of the 2nd Embodiment of this technique, a convex lens, and a multi-core fiber end surface The figure which shows the structure of the multi-core fiber end surface of the other example of 2nd Embodiment of this technique.
- the figure which shows the structure of the sensing apparatus of 3rd Embodiment of this technique The figure which shows the structure of the sensing apparatus of the other example of 3rd Embodiment of this technique.
- the figure which shows the cutting width and observation viewing angle of the modification 1 of embodiment of this technique The figure explaining the reason which inclines the rotation axis of a polygon mirror from a flight direction in the horizontal surface in the modification 11 of embodiment of this technique.
- a sensing device is a sensing device that observes an observation target by detecting electromagnetic waves from a relatively moving observation target, the first mirror capable of changing the reflection direction, A second mirror whose direction can be changed, a first sensor for detecting electromagnetic waves from the observation object reflected by the first mirror, and a second sensor for detecting electromagnetic waves from the observation object reflected by the second mirror
- the first sensor and the second sensor have a configuration for detecting electromagnetic waves from different portions to be observed.
- This configuration allows the first and second sensors to sense different parts to be observed, so that the cutting width can be increased.
- the sensing device is the sensing device according to the first aspect, wherein the first sensor detects the electromagnetic wave from the observation target, and the second sensor detects the electromagnetic wave from the observation target.
- the period is continuous or at least partially overlaps.
- the first and second sensors sense different portions to be observed continuously or at least simultaneously in a certain period, so that the two sensors can sense at high speed.
- a sensing device is the sensing device according to the first or second aspect, further including a housing that houses the first and second mirrors and the first and second sensors.
- a housing that houses the first and second mirrors and the first and second sensors.
- the first window and the second window have a configuration provided side by side.
- the observation target can be sensed in one direction from the housing using the first and second sensors.
- a sensing device is the sensing device according to any one of the first to third aspects, includes a rotating mirror having a plurality of mirror surfaces including a first mirror and a second mirror, and rotates. It has the structure which changes the reflective direction of the 1st and 2nd mirror by rotating a mirror.
- the observation target can be scanned with a simple configuration in which a rotating mirror having a plurality of mirror surfaces is rotated.
- a sensing device is the sensing device according to the fourth aspect, in which the mirror surface of the rotating mirror that reflects the electromagnetic wave to the first sensor as the first mirror and the second mirror as the second mirror.
- the mirror surface of the rotating mirror that reflects the electromagnetic wave to the sensor has a configuration adjacent to one or more mirror surfaces.
- the first and second sensors can be arranged on both sides of the rotating mirror, and the distance between the field of view (observation range) of the first sensor and the field of view (observation range) of the second sensor can be suitably set.
- a sensing device is the sensing device according to the fourth or fifth aspect, in which the rotating mirror rotates at a substantially constant rotational speed, and the first and second sensors are electromagnetic waves from an observation target.
- an electromagnetic wave from the observation target is detected with a range excluding both side portions of the maximum viewing angle capable of detecting the image as an observation viewing angle.
- the maximum viewing angle at which the electromagnetic wave from the observation target can be detected is an angle at which the electromagnetic wave from the observation target enters the first and second sensors, and the observation viewing angle is actually the first and second observation angles. This is the angle at which the two sensors perform sensing of the observation target.
- the rotating mirror rotates at a constant rotation speed
- the observation target is a flat surface
- distortion is large at a portion where the angle from the observation target portion that detects electromagnetic waves to the sensing device is shallow with respect to the flat surface.
- Sensing accuracy can be improved by not performing sensing.
- a sensing device is the sensing device according to the third aspect, having black providing means or white providing means between the first window and the second window.
- the sensor 2 has a configuration in which dark current is measured by detecting electromagnetic waves from the black color providing means, or white calibration data is measured by detecting electromagnetic waves from the white color providing means.
- dark current or white calibration data can be measured using the timing at which distortion increases in the first sensor or the second sensor.
- the sensing device is the sensing device according to the third aspect, wherein the first window is opposite to the second window and the second window is opposite to the first window.
- the first and second sensors measure the dark current by detecting the electromagnetic wave from the black providing means, or detect the electromagnetic wave from the white providing means. It has a configuration for measuring white calibration data.
- dark current or white calibration data can be measured using the timing at which distortion increases in the first sensor or the second sensor.
- a sensing device is the sensing device according to the fourth aspect, in which the second sensor is in at least a part of a period during which the first sensor detects an electromagnetic wave from the observation target. It has a configuration for measuring white calibration data.
- the white sensor data can be measured by the second sensor by using the timing at which the observed distortion in the first sensor is reduced and the observed distortion in the second sensor is increased.
- a sensing device is the sensing device according to the fourth aspect, in which the first sensor is in at least a part of a period during which the second sensor detects an electromagnetic wave from the observation target. It has a configuration for measuring dark current.
- the dark current can be measured by the first sensor using the timing at which the observed distortion in the second sensor is reduced and the observed distortion in the first sensor is increased.
- a sensing device is the sensing device according to any one of the first to third aspects, in which the first and second mirrors are micromirrors, and the first is achieved by swinging the micromirrors. And it has the structure which changes the reflective direction of a 2nd mirror.
- This configuration makes it possible to reduce the weight of the sensing device because a relatively lightweight mirror called a micromirror is used as the mirror that changes the reflection direction in order to scan the observation target. Further, since the first mirror and the second mirror are not integrated, the respective swing centers can be made different, and the movement of the reflection surface when changing the reflection direction can be reduced.
- a sensing device is the sensing device according to the eleventh aspect, in which the micromirror rotates around an axis parallel to the scanning direction in accordance with rotation of the sensing device around an axis parallel to the scanning direction. It has the composition to do.
- This configuration can cancel the displacement of the scanning position due to the pitching of the platform on which the sensing device is mounted.
- a sensing device is the sensing device according to the eleventh or twelfth aspect, wherein the micromirror is in response to rotation of the sensing device about an axis perpendicular to the scanning direction and parallel to the mirror surface of the micromirror.
- the peristaltic center is changed.
- This configuration can cancel the displacement of the scanning position due to rolling of the platform on which the sensing device is mounted.
- a sensing device is the sensing device according to any one of the first to fourth and eleventh to thirteenth aspects, for transmitting the electromagnetic wave in the first field of view to the first mirror.
- a first multi-core fiber in which a plurality of input ends and output ends are arranged in a first direction; and a second field electromagnetic wave different from the first field to transmit to the second mirror,
- a second multi-core fiber in which a plurality of input ends and output ends are arranged in the second direction, and a first connection for imaging an electromagnetic wave in the first field of view on the input end of the first multi-core fiber.
- An image optical system and a second imaging optical system that forms an electromagnetic wave of a second field of view on the input end of the second multi-core fiber, and the first mirror reflects along the first direction
- the light is incident on the first sensor in order, and the second mirror sequentially changes the reflection direction along the second direction, thereby sequentially causing the plurality of electromagnetic waves output from the plurality of output ends of the second multicore fiber. It has the structure made to inject into a 2nd sensor.
- electromagnetic waves from the observation target are transmitted through the fiber and incident on the mirror that scans the observation target by changing the reflection direction. Can be downsized.
- a sensing device is the sensing device according to the fourteenth aspect, wherein the first multicore fiber has a plurality of input ends and output ends in a third direction perpendicular to the first direction.
- the second multi-core fiber is also arranged in a fourth direction in which a plurality of input ends and output ends are perpendicular to the second direction, and the first sensor A plurality of electromagnetic waves arranged in the direction are simultaneously detected, and the second sensor has a configuration for simultaneously detecting the plurality of electromagnetic waves arranged in the fourth direction.
- the first and second mirrors can change the reflection direction, so that scanning of a plurality of lines can be performed simultaneously, and high-speed sensing or high-precision sensing of an observation target is possible.
- a sensing device is the sensing device according to the fourteenth or fifteenth aspect, wherein the electromagnetic wave reflected by the first mirror is input from the input end and output from the output end. And a second sensor fiber for transmitting the electromagnetic wave reflected by the second mirror to the second sensor by inputting from the input end and outputting from the output end.
- the input end of the first sensor fiber is inserted into the array of the plurality of output ends of one multi-core fiber arranged side by side in the first direction, and the input of the second sensor fiber The end has a configuration inserted into an array of a plurality of output ends of two multi-core fibers arranged side by side in the second direction.
- the input end of the sensor fiber is aligned with a plurality of output ends of the electromagnetic wave before mirror reflection, so that the incident angle and the reflection angle of the electromagnetic wave reflected by the mirror can be made relatively small, and the reflection by the mirror Loss can be suppressed.
- a sensing device is the sensing device according to any one of the fourteenth to sixteenth aspects, wherein a white providing means is provided at an end of the array of the plurality of output ends of the first multicore fiber.
- the first mirror causes the electromagnetic wave from the white color providing means to enter the first sensor, and the first sensor has a configuration for measuring white calibration data by detecting the electromagnetic wave from the white color providing means. Yes.
- the white calibration data can be measured using the position where the distortion is relatively large. Similar to the first sensor side, the white sensor data may be measured by providing the same white color providing means on the second sensor side.
- a sensing device is the sensing device according to the fourteenth or fifteenth aspect, having black providing means at an end of an array of a plurality of output ends of the first multicore fiber,
- the mirror has a configuration in which the electromagnetic wave from the black color providing means is incident on the first sensor, and the first sensor measures the dark current by detecting the electromagnetic wave from the black color providing means.
- the black color providing means is provided at the end of the array of the plurality of output ends of the multi-core fiber, the dark current can be measured using the position where the distortion is relatively large.
- white provision means is provided at one end of the arrangement of the plurality of output ends of the first multicore fiber.
- the black providing means can be provided at the other end of the array of the plurality of output ends of the first multicore fiber.
- a similar black providing means may be provided on the second sensor side to measure dark current.
- a sensing device is the sensing device according to the first aspect, wherein an angle range in which the reflection direction of the first mirror is changed and an angle range in which the reflection direction of the second mirror is changed.
- the sensing device is different.
- the first sensor and the second sensor detect electromagnetic waves in the angular range, so that the cutting width can be widened.
- the visual field in which the first sensor detects electromagnetic waves and the visual field in which the second sensor detects electromagnetic waves are mutually It has the structure which has shifted
- This configuration makes it possible to widen the cutting width by adding the cutting width of the first sensor and the cutting width of the second sensor which are shifted from each other.
- the wavelength range of the electromagnetic wave detected by the first sensor is different from the wavelength range of the electromagnetic wave detected by the second sensor.
- This configuration allows simultaneous detection of electromagnetic waves in multiple wavelength regions.
- a sensing device is the sensing device according to the first aspect, in which the sensing device is mounted on a flying platform, and the observation target is the ground surface or the water surface.
- This structure allows the surface of the earth to be surveyed from above.
- a sensing device is the sensing device according to the twenty-second aspect, in which the rotation axes of the first and second mirrors exist in a plane parallel to the vertical direction and the flight direction. ing.
- the main scanning is performed in the direction perpendicular to the flight direction by the rotation of the polygon mirror
- the sub-scan is performed in the direction perpendicular to the scanning direction by the rotation of the polygon mirror by the flight.
- a sensing device is the sensing device according to the sixteenth aspect, in which the rotation axes of the first and second mirrors are flying during observation with respect to the flight direction within a plane parallel to the observation target. It has a configuration in which the observation target is observed while scanning on a line that is perpendicular to the flight direction within a plane parallel to the observation target and that is deviated by a certain angle depending on the speed.
- This configuration makes it possible to perform main scanning on a line perpendicular to the flight direction.
- a sensing device is a sensing device that detects an electromagnetic wave from an observation object that moves relatively, and observes the observation object, and a mirror that can change a reflection direction, and is reflected by the mirror
- a sensor that detects electromagnetic waves from an observation target, and a multi-core fiber in which a plurality of input ends and output ends are arranged in a predetermined direction for transmitting the electromagnetic waves from the observation target to the mirror, By changing the reflection direction along a predetermined direction, a plurality of electromagnetic waves output from a plurality of output ends of the multicore fiber are sequentially incident on the sensor.
- electromagnetic waves from the observation target are transmitted through the fiber and incident on the mirror that scans the observation target by changing the reflection direction. Can be downsized.
- a sensing method is a sensing method for observing an observation target by detecting an electromagnetic wave from the relatively moving observation target, and rotating the first mirror to detect the first mirror.
- the electromagnetic wave from the observation object reflected by the first sensor is detected by the first sensor, the second mirror is rotated, the electromagnetic wave from the observation object reflected by the second mirror is detected by the second sensor, and the first sensor
- the sensor and the second sensor have a configuration for detecting electromagnetic waves from different portions to be observed.
- This configuration allows the first and second sensors to sense different parts of the object, so that the cutting width can be increased.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a sensing device according to the first embodiment of the present technology.
- the sensing device 100 according to the present embodiment is a remote sensing device that performs observation of an observation target from above, with the ground surface and sea level as an observation target.
- the remote sensing device 100 includes a housing 11 having a rectangular parallelepiped shape in which a front surface and a back surface are substantially square, and two side surfaces, an upper surface, and a bottom surface are rectangular.
- the remote sensing device 100 is mounted and used on a platform such as a radio controlled airplane such that the bottom surface 11C faces downward and the front surface is in the traveling direction.
- the back surface of the paper surface is the back surface
- the lower surface of the paper surface is the bottom surface 11C
- the left side of the paper surface is the right side surface 11A (when facing the traveling direction)
- the right side is the left side surface 11B (when facing the traveling direction).
- a polygon mirror 12 that is a rotating mirror is installed at the center in the left-right direction and below in the up-down direction.
- the polygon mirror 12 has a rotation axis perpendicular to the back surface and the front surface.
- the polygon mirror 12 has a regular octagonal prism shape and has eight planar mirror surfaces 12A to 12H.
- a motor that rotates the polygon mirror 12 at a substantially constant rotational speed is provided on the back side of the polygon mirror 12.
- Sensors 13A and 13B are respectively provided diagonally below the left and right sides of the polygon mirror 12.
- the sensors 13A and 13B are provided with small spectroscopes 131A and 131B for decomposing incident electromagnetic waves for each wavelength.
- Each of the small spectrographs 131A and 131B of the present embodiment decomposes electromagnetic waves corresponding to the wavelength range of visible light.
- Sensor optical systems 132A and 132B are provided between the small spectrometers 131A and 131B and the polygon mirror 12 on the optical axis of the small spectrometers 131A and 131B.
- the sensor optical systems 132A and 132B are respectively provided with condenser lenses 1321A and 1321B, relay lenses 1322A and 1322B, and objective lenses 1323A and 1323B from the small spectroscope side.
- the optical axes of the sensor optical systems 132A and 132B are inclined 11.25 degrees upward with respect to the direction horizontal to the bottom surface 11C. That is, the optical axis of the sensor 13A and the optical axis of the sensor 13B are inclined by 22.5 degrees.
- the bottom surface 11C of the casing 11 is provided with windows 111A and 111B that transmit electromagnetic waves from the observation target at a certain distance from the center in the left-right direction.
- an electromagnetic wave hereinafter simply referred to as “light” from the observation target passes through the windows 111A and 111B, is reflected by the mirror surface of the polygon mirror 12, passes through the sensor optical systems 132A and 132B, and is compact. The light enters the spectroscopes 131A and 131B.
- a black plate 112 is provided as black providing means.
- the windows 111 ⁇ / b> A and 111 ⁇ / b> B may be arranged non-parallel on the curved surface, or may be arranged in steps on a stepped surface. Further, the window 111A and the window 111B may be arranged with other members interposed therebetween, may be arranged in a shifted manner in the front-rear direction, and may have different sizes and shapes.
- milky white transparent plates 113A and 113B as white providing means are provided outside the windows 111A and 111B.
- the tips of the optical fibers 14A and 14B face the outside of the milky white transparent plates 113A and 113B.
- the optical fibers 14 ⁇ / b> A and 14 ⁇ / b> B propagate the ambient light collected by the light collection window 17, take in light obtained from a scattering window (not shown) on the side surface, and guide it to the tip.
- the milky white transparent plates 113A and 113B are irradiated with light according to the intensity of the ambient light from the tips of the optical fibers 14A and 14B.
- a partition is provided between the black plate 112 and the windows 111A and 111B, between the milky white transparent plate 113A and the window 111A, and between the milky white transparent plate 113B and the window 111B, and each measurement value is influenced by stray light. Is prevented from receiving.
- a multifunction microcomputer 15 and a large-capacity flash memory 16 are provided above the inside of the housing 11.
- the multi-function microcomputer 15 controls the sensors 13A and 13B, receives sensor output values (sensing data) from the sensors 13A and 13B, and stores them in the large-capacity flash memory 16. Other functions of the multi-function microcomputer 15 will be described later.
- the large-capacity flash memory 16 may be replaced with a removable flash memory that can be attached to and detached from the remote sensing device 100.
- FIGS. 2 to 5 are diagrams showing observation optical axes (light paths of light incident on the sensors 13A and 13B) corresponding to the rotation angle of the polygon mirror 12.
- FIGS. 2 to 5 show the observation targets of the sensors 13A and 13B. 2 to 5, the polygon mirror 12, the black plate 112, and the milky white transparent plates 113A and 113B are shown, and the other components are not shown. 2 to 5, the polygon mirror 12 rotates counterclockwise at a period T (time required for one rotation T).
- FIG. 6 is a timing chart showing the sensing timing of the sensors 13A and 13B.
- the sensing by the sensor 13A is channel A (Ch-A)
- the sensing by the sensor 13B is channel B (Ch-B)
- the light from the observation target passes through the window 111A, is reflected by the mirror surface 12A of the polygon mirror 12, enters the sensor 13A, and is also observed by the sensor 13B.
- Light from the object passes through the window 111B, is reflected by the mirror surface 12C of the polygon mirror 12, and enters. That is, in the state of FIG. 3, the sensor 13A and the sensor 13B simultaneously detect light from the observation target. However, light from different parts of the observation target is incident on the sensor 13A and the sensor 13B.
- the light from the black plate 112 is reflected by the mirror surface 12A of the polygon mirror 12 and enters the sensor 13A.
- the polygon mirror 12 When the polygon mirror 12 further rotates and enters the state of FIG. 5, the light reflected by the mirror surface 12H of the polygon mirror 12 enters the sensor 13A, and the light reflected by the mirror surface 12C of the polygon mirror 12 enters the sensor 13B. Is incident. Specifically, the light from the milky white plate 113A is reflected by the mirror surface 12H and enters the sensor 13A, and the light from the milky white plate 113B is reflected by the mirror surface 12C and enters the sensor 13B.
- FIG. 6 shows the state during this time.
- the sensors 13A and 13B correspond to the first and second sensors of the present technology, respectively, and the mirror surface of the polygon mirror 12 that reflects light from the observation target and enters the sensor 13A is The mirror surface of the polygon mirror 12 that corresponds to the first mirror of the technique and reflects the light from the observation target and enters the sensor 13B corresponds to the second mirror.
- FIG. 7 is a diagram showing the observation range of the present embodiment.
- FIG. 7 is a view of the polygon mirror 12 as viewed in the direction of the rotation axis.
- the observation optical axis is scanned by a rotating rotating mirror that rotates in a vertical plane installed at the ground height h
- the light from the observation target on the ground is guided to a sensor installed in the horizontal plane.
- the ground-equivalent scanning speed changes nonlinearly, which causes observation distortion.
- the width of the observation target when the light from the observation target is detected by the sensor is referred to as a cutting width
- the angular width of the observation optical axis at that time is referred to as a viewing angle (FOV: Field Of View).
- the FOV assigned to one mirror surface is substantially reduced.
- a large cutting width and a large FOV are realized as a whole while maintaining the spatial resolution of ground conversion.
- the cutting width Wa handled by the sensor 13A and the cutting width Wb handled by the sensor 13B are shifted from each other, and a range in which the cutting width Wa and the cutting width Wb are combined is obtained. This is the cutting width of the remote sensing device 100.
- the observation optical axes of the sensors 13A and 13B are inclined by 11.25 degrees from the horizontal, the observation optical axes that minimize the dependence of the spatial resolution on the ground on ⁇ are 22.5 degrees from the vertical. It's off.
- the angle of the mirror that reflects the light incident on the sensors 13A and 13B changes, the viewing angle changes by twice that size.
- the rotation angle range of the polygon mirror for sensing the observation target by the sensors 13A and 13B is 22.5 degrees. Therefore, the observation viewing angle that the sensors 13A and 13B are in charge of (the field of view for observing the observation target).
- the total observation viewing angle FOV which is the sum of the observation viewing angle FOVa of the sensor 13A and the observation viewing angle FOVb of the sensor 13B, is 67.5 degrees.
- the cutting widths Wa and Wb of the sensor 13A and the sensor 13B are about 0.87h, and the overlapping range is about 0.40h, so the total cutting width is about 1.336h. It becomes. Therefore, when the remote sensing device 100 is 50 m above and observes the ground surface, the cutting width is about 67 m.
- the viewing angle of 90 degrees at the maximum is limited to 45 degrees, and observation is performed at an angle where the observation distortion is relatively large (first 22.5 degrees and last 22.5 degrees).
- the observation viewing angle is expanded to 67.5 degrees as a whole by not using the observation of the object but using two sensors with such limited viewing viewing angles.
- the sensors 13A and 13B detect light from the black plate 112 or the milky white transparent plates 113A and 113B at an angle where the observation distortion is relatively large, and measure dark current or white plate calibration data. The measurement of dark current and white plate calibration will be described later.
- FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of the remote sensing device 100.
- the remote sensing device 100 includes a polygon mirror 12, left and right lens groups 132A and 132B, left and right small spectroscopes 131A and 131B, and a control device 20.
- the remote sensing device 100 further includes a three-dimensional acceleration sensor 31, a gyro sensor 32, a GPS unit 33, and a thermometer / barometric altimeter 34 connected to the control device 20.
- the control device 20 includes a timing circuit, an A / D conversion circuit, a processing circuit 21 including a signal processing circuit, a delay circuit 22, a multi-function microcomputer 15, a large-capacity flash memory 16, a position and orientation detection circuit 23, a GPS control circuit 24, and A thermometer / barometric altimeter control circuit 25 is provided.
- the light from the observation target existing outside the remote sensing device 100 is incident on the polygon mirror 12, and the light from the black plate 112 and the milky white transparent plates 113A and 113B is incident as a normalization image.
- the light reflected by the polygon mirror 12 is reflected by one of the mirror surfaces 12A to 12H of the polygon mirror 12 and enters the small spectroscope 131A via the lens group 132A, or the small spectroscope via the lens group 132B. Incident on 131B.
- Small spectroscopes 131A and 131B measure the spectrum of incident light.
- the timing circuit of the processing circuit 21 generates timing pulses for sensing the small spectrometers 131A and 131B, and acquires data from the small spectrometers 131A and 131B at the sensing timing.
- FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the timing generation circuit in the timing circuit.
- the timing generation circuit 210 receives the T / 2 timing pulse obtained from the rotation of the polygon mirror 12 from the delay circuit 22 (see FIG. 8), and based on the T / 2 timing pulse, the phase discriminator 211, the voltage controlled oscillator A clock signal necessary for realizing the timing chart of FIG. 6 is obtained by using a phase locked loop (PLL) that includes (VCO: Voltage-Controlled Oscillator) 212 and 1/64 frequency divider 213. That is, the timing generation circuit 210 decomposes the T / 2 pulse obtained from the rotation of the polygon mirror 12 one round before and predicts the current rotation angle of the polygon mirror 12.
- PLL phase locked loop
- the timing generator L0 Based on the output of the voltage controlled oscillator 212, the timing generator L0 outputs a reading pulse to be observed on channel A, the timing generator L1 outputs a black reading pulse on channel B, and the timing generator L2 outputs on the channel B.
- the timing generator L3 outputs a black reading pulse for channel A, and the timing generator L4 outputs a white reading pulse for channel A and channel B.
- the timing circuit operates the simulator based on the T / 2 timing pulse obtained from the rotation of the polygon mirror 12 instead of using the timing generation circuit 210 of FIG. 9, and the timing pulse of each mirror surface generated from this simulator. And timing pulses may be generated by applying a certain delay to them.
- the A / D converter of the processing circuit 21 reads the sensor output value from the small spectroscope 131A and / or the small spectroscope 131B according to the pulse output from the timing circuit, performs A / D conversion, and outputs it to the signal processing circuit. To do.
- the signal processing circuit performs signal processing as follows.
- Sensor output values of the sensors 13A and 13B when the light from the observation target is observed output values after the sensors 13A and 13B sense during the periods of “Ch-A” and “Ch-B” in FIG. 6), respectively.
- IA and IB respectively, and the sensor output values of the sensors 13A and 13B when the light from the black plate 112 is observed (the output values after the sensors 13A and 13B sense during the period “D” in FIG. 6), respectively.
- Sensor output values of the sensors 13A and 13B when the light from the milky white transparent plates 113A and 113B is observed as DA and DB output values after the sensors 13A and 13B sense during the period “W” in FIG.
- the signal processing circuit calculates the observed values SA and SB of the sensors 13A and 13B by the following equations (3) and (4).
- SA k (IA-DA) / (WA-DA) (3)
- SB k (IB-DB) / (WB-DB) (4)
- the observed values SA and SB are expressed as a result of correcting illumination intensity and dark current on IA and IB.
- k is a coefficient for converting the intensity of the white transparent surface into the scattered light intensity of the ground white plate, and is obtained experimentally.
- the dark current and white calibration data are measured for each scanning of the observation target, and the sensor output value of the observation target is corrected to obtain the observation value of the observation target.
- white calibration is performed by placing a white plate on the ground and observing it, and dark current measurement is performed immediately after the observation of the observation target is completed and a small airplane equipped with a remote sensing device is landed. It was.
- the observation target is the sea surface, it is difficult to prepare such a white plate.
- the normalized image (white) for white calibration changes every moment, and the dark current also changes every moment especially due to the influence of temperature.
- the dark current and white color for white calibration (white calibration data) are measured for each scanning line and used for correcting the sensor output value of the scanning. Accurate observations can be calculated.
- the position / orientation detection circuit 23 acquires the measurement value of the acceleration in the three-dimensional direction from the three-dimensional acceleration sensor 31, acquires the measurement value of the attitude information from the gyro sensor 32, and obtains the position and attitude information of the remote sensing device 100. Output to the multi-function microcomputer 15.
- the GPS control circuit 24 acquires GPS position information from the GPS unit 33 and outputs the position information to the multi-function microcomputer 15.
- the thermometer / barometric altimeter control circuit 25 acquires a temperature measurement value, a barometric pressure measurement value, and an altitude value from the thermometer / barometric altimeter 34, and outputs temperature, barometric pressure, and altitude information to the multi-function microcomputer.
- the thermometer / barometric altimeter 34 obtains the altitude from the measured value of the atmospheric pressure.
- the multi-function microcomputer 15 acquires the observation values SA and SB from the processing circuit 21, the position and orientation information acquired from the position and orientation detection circuit 23, the position information acquired from the GPS control circuit 24, and thermometer / barometric altimeter control The temperature, atmospheric pressure, and altitude information acquired from the circuit 25 is recorded in the large-capacity flash memory 16. At this time, the multi-function microcomputer 15 also acquires the sensor output values IA, IB, WA, WA, DA, DB together with the observation values SA, SB or instead of the observation values SA, SB, and these are also large. It may be recorded in the capacity flash memory 16.
- the remote sensing device 100 is connected to the host PC 500 after landing after observation.
- the multi-function microcomputer 15 reads information recorded from the large-capacity flash memory 16 in accordance with a request from the host PC 500, and outputs (transmits) the information to the host PC 500.
- the remote sensing device 100 may have a wireless communication function, and data obtained by observation may be wirelessly transmitted to the host PC 500 from above.
- the two sensors 13A and 13B are provided, the scanning ranges of the sensors 13A and 13B are shifted from each other, and each sensor has a different observation target. Since the light from the part is detected, a wide cutting width can be realized without increasing the cutting width of each sensor.
- the two sensors perform observations using different mirror surfaces, so that these two sensors simultaneously observe the observation target. Observable.
- the duty cycle of the polygon mirror be greatly improved, but also the dark current required for observation of the reflectance spectrum can be reduced.
- Measurement and white plate calibration can also be realized continuously without interrupting the operation of the observation equipment, so high-speed observation can be performed continuously even in an environment where the light source condition changes from moment to moment, and for use in unmanned aircraft Can be realized at low cost.
- FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a sensing device according to the second embodiment of the present technology.
- the sensing device 200 of the present embodiment is also a remote sensing device that observes the observation target from the sky with the ground surface and the sea surface as the observation target.
- the same components as those in the remote sensing device 100 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
- the remote sensing device 200 includes a polygon mirror 12 inside a rectangular parallelepiped housing 11.
- Convex lenses 134A and 134B are provided on the left and right sides of the polygon mirror 12, respectively.
- the convex lenses 134 ⁇ / b> A and 134 ⁇ / b> B are arranged so that their optical axes pass through the rotation center of the polygon mirror 12.
- Multi-core fiber end faces 53A and 53B are provided on the opposite sides of the convex lenses 134A and 134B from the polygon mirror 12.
- the multi-fiber end faces 53A and 53B have optical fibers for introducing external light for white calibration (hereinafter referred to as “white calibration fibers”) 14A and 14B, and eight optical fibers for introducing observation light.
- observation light introducing fiber for multi-core optical fiber (hereinafter simply referred to as “multi-core fiber”) 52A and 52B, and for introducing reflected light into small spectrographs 131A and 131B
- Optical fibers hereinafter referred to as “sensor input fibers” 133A and 133B are included, and these end faces are arranged on the same plane.
- the multi-core fiber 52A composed of a plurality of observation light introducing fibers corresponds to a first multi-core fiber of the present technology
- the multi-core fiber 52B composed of a plurality of observation light introducing fibers is a second multi-core of the present technology. Corresponds to fiber.
- the other ends that is, the input ends of the multi-core fibers 52A and 52B made up of a plurality of observation light introducing fibers are arranged on the image side of the telephoto lenses 51A and 51B as the imaging optical system provided on the bottom surface 11C of the housing 11. ing.
- the input ends of the plurality of observation light introducing fibers are arranged on the same plane so as to coincide with the imaging surfaces of the telephoto lenses 51A and 51B.
- Output ends of the sensor input fibers 133A and 133B are connected to the small spectroscopes 131A and 131B.
- sensors 13A and 13B are configured by small spectroscopes 131A and 131B and sensor input fibers 133A and 133B.
- the telephoto lenses 51A and 51B are installed such that their optical axes are shifted from each other in the scanning direction. Specifically, the optical axis of the telephoto lens 51A is inclined 11.25 degrees outward from the vertical direction (left side in FIG. 10), and the optical axis of the telephoto lens 51B is also outward from the vertical direction (right side in FIG. 10). The optical axis of the telephoto lens 51A and the optical axis of the telephoto lens 51B are inclined by 22.5 degrees. Accordingly, the distance from the remote sensing device 200 to the observation target is sufficiently larger than the distance between the telephoto lens 51A and the telephoto lens 51B, and the distance between the telephoto lens 51A and the telephoto lens 51B can be ignored.
- the fields of view are shifted from each other in the scanning direction, and as a result, a shift of the scanning range or the field of view as shown in FIG. 7 occurs, and the cutting width can be enlarged. Since the configuration of the remote sensing device 200 is bilaterally symmetrical, the configuration of the channel A (left side in FIG. 10) will be described as a representative.
- FIG. 11 is a diagram showing a configuration of the optical fiber according to the present embodiment. As shown in FIG. 11, the end faces of the plurality of optical fibers are arranged in a straight line with the adjoining neighbors.
- the black plates 114A are arranged in this order.
- the end face 14A2 of the white calibration fiber 14A and the black plate 114A are arranged at both ends of the multicore fiber end faces 53A and 53B, and the end face 133A1 of the sensor input fiber 133A is an array of end faces 521A2 to 528A2 of a plurality of observation light introducing fibers. And is arranged at the center of the array of the end faces 521A2 to 528A2 of the plurality of observation light introducing fibers.
- the arrangement direction (scanning direction) of the multicore fiber end face 53A corresponds to the first direction.
- the arrangement direction (scanning direction) of the multicore fiber end face 53B corresponds to the second direction.
- the input ends 521A1 to 528A1 of the multicore fiber 52A are arranged in a straight line so that the adjacent ends are in close contact with each other. The direction of this arrangement coincides with the scanning direction of the observation target. Further, the plurality of input ends 521A1 to 528A1 of the multicore fiber 52A are arranged in the same order as the arrangement of the output ends 521A2 to 528A2. That is, in the multi-core fiber 52A, the arrangement order of the input ends 521A1 to 528A1 and the output ends 521A2 to 528A2 is the same. As a result, optical images (images) formed at the input ends 521A1 to 528A1 of the multicore fiber 52A are propagated to the output ends 521A2 to 528A2.
- FIGS. 12 and 13 are diagrams for explaining scanning by a mirror surface (the mirror surface 12A is shown in FIGS. 12 and 13) with the polygon mirror 12.
- FIG. The configuration on the right side of the polygon mirror 12 is the same as the configuration shown in FIGS.
- the mirror surface 12A changes the reflection direction along the arrangement direction of the multicore fiber end surface 53A, so that light output from each of the end surfaces 521A2 to 528A2 of the plurality of observation optical fibers is sequentially transmitted to the end surface of the sensor input fiber 133A ( The light is incident on the input end 133A1.
- the reflected light is rotated by an angle 2 ⁇ . Since the images appearing on the end faces 521A2 to 528A2 of the observation light introducing fiber sequentially enter the end faces 133A1 of the sensor input fibers 133A arranged at the center of the array of the end faces 521A2 to 528A2 of the multicore fibers, scanning of the images is performed. Realized.
- the end surface 133A1 of the sensor input fiber 133A is located at the center of the end surfaces 521A2 to 528A2 of the plurality of observation light introducing fibers arranged, the mirror surface 12A of the light incident on the end surface 133A1 of the sensor input fiber 133A The incident angle and the reflection angle can be reduced, and light loss can be suppressed.
- the light emitted from the end surface 14A2 of the white calibration fiber 14A and the light reflected by the black plate 114A are also reflected by the mirror surface 12A having a predetermined angle, and are incident on the end surface 133A1 of the sensor input fiber 133A.
- the incident angle on the mirror face 12A when the reflected light enters the end face 133A1 of the sensor input fiber 133A.
- the reflection angle is larger than that of the end faces 521A2 to 528A2 of the observation light introducing fiber, but since these are not directly related to the formation of the image to be observed, the influence on the image to be observed can be suppressed.
- FIG. 14 is a diagram for explaining the positional relationship among the mirror surface, the convex lens, and the multi-core fiber end surface.
- a virtual image by the mirror surface 12A is considered as a light source.
- the distance between the mirror surface 12A and the convex lens 134A is ⁇ / 2
- the light reflected by the mirror surface 12A passes through the double convex lens 134A at the time of incidence and at the time of reflection. The effect of the two convex lenses arranged at is received.
- the focal length of the convex lens is f
- the distance from the multicore fiber end face 53A to the convex lens 134A is L
- the imaging position without the mirror 12A is 53A '
- the distance from the convex lens 134A to the imaging position 53A' is L.
- L 2 fL / (L ⁇ f) (5)
- the distance between the position 53A ′′ of the virtual light source and the convex lens 134A is a, and the distance between the real image 53A ′′ ′′ formed by the light beam traveling toward the virtual light source passing through the convex lens 134A and the convex lens 134A is b.
- a condition is obtained in which the real image position 53A ′′ ′′ matches the distance L between the multicore fiber end surface 53A and the convex lens 134A.
- L ⁇ fL ⁇ (Lf) ⁇ f / ⁇ fL ⁇ (f ⁇ ) (Lf) ⁇ (7)
- L f (8) regardless of the distance ⁇ / 2 between the mirror surface 12A and the convex lens 134A. Is the imaging condition.
- the convex lens 134A and the multicore fiber end surface 53A are arranged at a position satisfying the expression (8). Note that the imaging position 53A ′ when there is no mirror set is an infinite position on the right side of FIG. 14, and the convex lens 134A has a function of transmitting the light source of the multi-core fiber end face 53A as parallel rays for each point light source. Will be fulfilled.
- the light from the observation target is transmitted through the multi-core fiber, is incident on the mirror surface, and the mirror surface changes the reflection direction, thereby observing. Since the object is scanned, the degree of freedom of arrangement of the mirror with respect to the observation object is increased, and the remote sensing device can be miniaturized.
- FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of a multicore fiber end surface according to another example of the second embodiment.
- the multi-core fiber end face 530A is configured by arranging the multi-core fiber end faces 53A described above in a plurality of stages in a direction perpendicular to the arrangement direction (scanning direction). That is, the end face 14A2 of the white calibration fiber 14A arranged in the scanning direction on the multicore fiber end face 53A, the end faces 521A2 to 528A2 of the eight observation light introduction fibers, the end face 133A1 of the sensor input fiber 133A, and the black plate 114A are scanned. They are aligned in a direction perpendicular to the direction.
- the end faces 14A2 of the plurality of rows of white calibration fibers 14A are arranged in the same row to constitute the end face row 140A2. Further, the end surfaces 133A1 of the plurality of rows of sensor input fibers 133A are arranged in the same column to form an end surface column 1330A1. Further, the black plate 1140 extends in the column direction.
- the end faces (output ends) of the multicore fiber are two-dimensionally arranged to constitute the end face 520A.
- Each row of such a two-dimensional array of multi-core fiber end faces 530A constitutes one channel. Therefore, by using the two-dimensional array of multi-core fibers 530A, it is possible to observe the observation target with a plurality of channels.
- the input ends of the multicore fibers are two-dimensionally arranged in the same arrangement order as the output ends.
- a plurality of sensors 13A are provided corresponding to the number of channels.
- the strip-shaped light emitted from a row of the multicore fibers 520A is simultaneously incident on the end face row 1330A1 of the sensor input fiber. Row) can be performed simultaneously.
- the plurality of channels correspond to a direction (sub-scanning direction) orthogonal to the scanning direction in the observation target. Therefore, according to the configuration of a plurality of channels, the observation target can be scanned with a plurality of scanning lines. More precise sensing of the observation target is possible, or higher speed sensing of the observation target is possible. That is, in the case of a plurality of channels, the observation resolution can be improved under the same sub-scanning speed as compared with the case of one channel, and the observation speed can be improved under the same observation resolution.
- the end face 14A2 of the white calibration fiber 14A is provided in each channel, and the black plate 1140A has a long shape extending over each channel, but the end face 14A2 of the white calibration fiber 14A and the black plate 114A are also provided. May be provided in only one channel.
- one end face 133A1 of one sensor input fiber 133A corresponding to one small spectroscope 131A is provided on one scanning line, and the two-dimensional array (multiple channels) shown in FIG.
- each channel (scanning line) is provided with the end surface 133A1 of one sensor input fiber 133A corresponding to one small spectroscope 131A.
- a plurality of small spectrographs 131A are provided for each channel (scanning line).
- the end surfaces 133A1 of the plurality of sensor input fibers 133A corresponding thereto may be provided on one scanning line.
- the wavelength ranges that can be sensed in the plurality of small spectrographs 131A may be different.
- one small spectroscope 131A may detect ultraviolet and visible light, and the other one may detect infrared and visible light.
- FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of a sensing device 300 according to the third embodiment.
- symbol is attached
- this embodiment differs from those embodiments in that a plurality of micromirrors 121A and 121B are employed without using the polygon mirror 12.
- Multi-fiber end faces 53A and 53B, convex lenses 134A and 134B, and micromirrors 121A and 121B are arranged in this order.
- the multicore fiber end faces 53A and 53B are perpendicular to the optical axes of the convex lenses 134A and 134B.
- the micromirrors 121A and 121B can change their reflection directions by swinging in the scanning direction around a posture in which their mirror surfaces are perpendicular to the optical axes of the convex lenses 134A and 134B. Specifically, the micromirrors 121A and 121B change their reflection direction by rotating within a predetermined angle range around a rotation axis perpendicular to the scanning direction.
- the micromirrors 121A and 121B each have one mirror surface and perform a peristaltic operation according to a drive signal from the multi-function microcomputer 15.
- the multi-function microcomputer 15 drives the micromirrors 121A and 121B with a sine wave of several tens Hz to several kHz, for example.
- the direction of the mirror surface always changes in only one direction.
- the micro mirrors 121A and 121B Since the reciprocating motion is performed within the angular range, the reciprocating scanning is also performed as the scanning.
- the reflection direction of each of the channel A mirror and the channel B mirror is changed by the rotation of the polygon mirror 12, whereas in the sensing device 300 of the present embodiment, As shown in FIG. 16, a micromirror 121A that is a channel A mirror and a micromirror 121B that is a channel B mirror are driven independently. Therefore, the positional relationship between the micromirror 121A and the micromirror 121B is not constrained to each other.
- the sensing device 300 is not only reduced in size and weight due to the fact that the polygon mirror 12 is not required, but also the sensing device 300 can be reduced in size depending on the degree of freedom in arranging the micromirrors 121A and 121B as described above. Can be realized.
- the mirror surface that reflects the light from the observation object rotates around the rotation center of the polygon mirror 12, so that the mirror in the optical path direction (incident direction or reflection direction)
- the micromirrors 121A and 121B can set the center of rotation to be close to the mirror surface or overlap the mirror surface. Position fluctuations can be reduced. As a result, as shown in FIG. 16, especially when multi-core fibers 52A and 52B and convex lenses 134A and 134B are used, it is possible to reduce the focus shift due to scanning.
- the example using the telephoto lenses 51A and 51B and the multicore fibers 52A and 52B is shown as in the second embodiment.
- the polygon mirror 12 of the sensing device 100 of the form may be replaced with the two micromirrors 121A and 121B described in the present embodiment. Also in this case, the sensing device can be reduced in size and weight by not using the polygon mirror 12.
- the micromirrors 121A and 121B are configured to swing only in the scanning direction. At the same time, however, the micromirrors 121A and 121B can swing within a predetermined angular range around an axis parallel to the scanning direction. There may be. With this configuration, it is possible to correct the shift of the scanning position with respect to the pitching and rolling of the platform. This will be specifically described below.
- FIG. 17 is a diagram showing a related configuration in the remote sensing device 300 ′ in which the micromirrors 121A and 121B can rotate around two axes parallel to the mirror surfaces.
- the remote sensing device 300 ′ includes the 3D acceleration sensor 18.
- the end faces of the fibers are two-dimensionally arranged on the multicore fiber end face 53A.
- the micromirror 121A is not only movable within a predetermined angle range by a roll rotation mechanism 1213A around an axis 1211A perpendicular to the scanning direction and parallel to the mirror surface of the micromirror 121A, but also an axis 1212A parallel to the scanning direction.
- the pitch rotation mechanism 1214A can also be moved around within a predetermined angle range by the pitch rotation mechanism 1214A.
- FIG. 17 for convenience of explanation, physical axes 1211A and 1212A are illustrated, the roll rotation mechanism 1213A and the pitch rotation mechanism 1214A are illustrated as mechanisms for rotating the respective axes, and the micromirror 121A includes the axes 1211A and 1212A. Although it can be swung around, the actual configuration in which the micromirror 121A is swung in two directions is not limited to this.
- a support pillar is fixed to the center of the back surface of the micromirror 121A, and the micromirror 121A may be swung in two directions by tilting the support pillar, or by a mechanism for lifting the four sides of the micromirror 121A.
- the micromirror 121A may be swung in two directions.
- the 3D acceleration sensor 18 is fixed to a platform (for example, a small airplane) on which the remote sensing device 300 ′ is installed, and the platform roll angle (tilt angle by rotation around an axis parallel to the traveling direction) and pitch angle (remote sensing).
- the inclination angle in the vertical direction when the bottom surface 11 ⁇ / b> C of the apparatus 300 ′ is directed downward is detected, and the detected values are output to the multi-function microcomputer 15.
- the multi-function microcomputer 15 has a pitch correction calculation unit 151 as a function for correcting the shift of the scanning position due to the platform pitch, and a roll correction calculation unit as a function for correcting the shift of the scanning position due to the platform roll. 152.
- a pitch angle detection value detected by the 3D acceleration sensor 18 is input to the pitch correction calculation unit 151
- a roll angle detection value detected by the 3D acceleration sensor 18 is input to the roll correction calculation unit 152. .
- the roll correction calculation unit 152 calculates the correction angle ⁇ c with respect to the roll angle ⁇ by the equation (11). After the amount of scanning position designated from the large-capacity flash memory 16 is added to the calculated correction angle ⁇ c, the output is given to the roll rotation mechanism 1213A, and the micromirror 121A for scanning in the roll rotation mechanism 1213A The center of the angle range (rotation center) for rotating is shifted by the correction angle ⁇ c.
- the light from the output end (any one of the output ends 521A2 to 528A2) of the observation light introducing fiber in a column is input to the input end 133A1 of the sensor input fiber 133A at another row.
- the light from the output end of the observation light introducing fiber is input to the input end 133A1 of the sensor input 133A.
- the correction angle with respect to the pitch can also be obtained in the same manner as in equation (11).
- the pitch correction calculation unit 151 obtains a correction angle ⁇ c ′ with respect to the pitch, and outputs this to the pitch rotation mechanism 1214A.
- the pitch rotation mechanism 1214A has a posture rotated about the axis 1212A from the reference by the correction angle ⁇ c ′ with reference to a posture in which the multi-fiber end face 53A and the mirror surface of the micromirror 121A are parallel.
- the signal is input to the input end of the sensor input fiber in another row.
- the remote sensing device 300 ′ may include only a configuration for canceling rolling or only a configuration for canceling pitching. Further, even when the polygon mirror 12 of the remote sensing device 100 of the first embodiment is replaced with two micromirrors, that is, when a multi-core fiber is not used, the same configuration as described above can be used for rolling and pitching. It is good also as a structure which cancels the position shift by.
- the optical axes of the sensors 13A and 13B are inclined by 11.25 degrees with respect to the horizontal direction, and both optical axes are shifted by 22.5 degrees.
- 13B observation range (field of view) was shifted from each other by 22.5 degrees.
- the cutting width Wa of the sensor 13A and the cutting width Wb of the sensor 13B partially overlapped.
- the inclination between the optical axis of the sensor 13A and the optical axis of the sensor 13B may be increased.
- FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a remote sensing device designed so that the cutting width (observation range) of the sensor 13A and the cutting width (observation range) of the sensor 13B do not overlap.
- the optical axes of the sensor 13A and the sensor 13B are inclined by 22.5 degrees with respect to the horizontal direction. As a result, the cutting width of the sensor 13A and the cutting width of the sensor 13B are continuous without overlapping.
- FIG. 19 is a diagram showing the cutting width and observation viewing angle of each sensor 13A, 13B.
- the observation viewing angles FOVa and FOVb of the sensors 13A and 13B are 45 degrees, respectively, but they are continuous without overlapping, so that the observation viewing angles as a whole The FOV is 90 degrees.
- the sensors 13A and 13B sense light from the milky white transparent plates 113A and 113B and the black plate 112 outside the observation range to detect white calibration and dark current. Measure.
- a black plate 112 serving as a black providing means is disposed at the center of the bottom surface 11C in the left-right direction, and windows 111A and 111B for allowing light from the observation target to pass are provided on both sides thereof.
- the milky white transparent plates 113A and 113B as the white color providing means are arranged on the outside, but the arrangement of the black color providing means and the white color providing means may be reversed.
- the sensor 13A when the polygon mirror 12 rotates counterclockwise as in the above embodiment, the sensor 13A performs sensing in the order of black, observation object, and white, and the sensor 13B includes white, observation object. Sensing is performed in the order of black.
- the arrangement of the end face 14A2 of the white calibration fiber 14A and the black plate 114A may be opposite to that shown in FIGS.
- a black plate is disposed on the left side between the two windows 111A and 111B, a milky white transparent plate is disposed on the right side, and a black plate is disposed on the right side of the window 111B. Also good.
- the sensor 13A performs sensing in the order of white, observation object, and black
- the sensor 13B also performs white, observation object. Sensing is performed in the order of black.
- the black plates 112, 114A, 114B are used as the black color providing means.
- the mirror surfaces of the polygon mirror 12 and the micro mirrors 121A, 121B are used.
- the position corresponding to the black provision timing outside the observation timing of the observation target may be colored black to provide black provision means.
- a portion of the polygon mirror 12 on the upstream side in the rotational direction of the mirror surfaces 12A to 12H may be colored black to provide black providing means, and a portion of the micromirrors 121A and 121B may be colored black. And it is good also as a black provision means.
- one of the plurality of mirror surfaces of the polygon mirror 12 may be colored black and the dark current may be measured using the mirror surface.
- the milky white transparent plates 113A and 113B that are irradiated by the optical fiber 14 that transmits the ambient light are used as the white color providing means. Instead, the light leaking from the tip of the optical fiber 14 is directly used. You may observe it. Further, the intensity of ambient light may be measured by directly exposing the white transparent plates 113A and 113B to the surrounding environment without adopting the light collecting and propagation means such as the light collecting window 17 and the optical fiber 14.
- each of the sensors 13A and 13B senses the black plate 112 and the milky white transparent plates 113A and 113B, and acquires data for dark current measurement and white calibration. Only one of the sensors 13A and 13B may acquire the dark current measurement data and / or the white calibration data.
- the observation period may be longer or smaller. For example, about 60 to 70% of the maximum viewing angle may be set as the observation period or the observation range.
- the cutting width is widened using two sensors, but the cutting width may be further widened using three or more sensors.
- the inclination of the optical axes of the sensors 13A and 13B with respect to the horizontal direction is set to about 45 degrees, and the black plate 112 of the above embodiment is used.
- the third sensor can be arranged at the position.
- positioning is high as mentioned above, it is advantageous to extend a cutting width using a some sensor.
- the observation target is observed by sensing the visible light reflected by the observation target by the two sensors 13A and 13B, but the two sensors have different wavelength ranges that can be sensed. It may be a thing.
- the sensor 13A may be an ultraviolet / visible light sensor
- the sensor 13B may be an infrared / visible light sensor, whereby ultraviolet and infrared may be sensed simultaneously.
- the window 111A is provided with a polarizing plate that allows passage of only an electric field parallel to the ground scanning direction
- the window 111B is provided with a polarizing plate that allows passage of only an electric field perpendicular to the scanning direction. Polarization information necessary for measurement and correction can be acquired.
- the observation ranges of the sensors 13A and 13B partially overlap as in the first to third embodiments, detailed observation from the ultraviolet to the infrared becomes possible in the overlapped range. It is possible to observe only visible light in a non-existing range. For human eyes, this corresponds to obtaining detailed information only in the fovea and obtaining an image having a low information density in the peripheral part.
- a semiconductor sensor is designed so that the wavelength range having good sensitivity characteristics is limited to the ultraviolet side or the infrared side. Therefore, by combining the above polygon mirror and two sensors, an ultraviolet ray can be obtained. Good observation from the infrared to the infrared becomes possible.
- the rotation axis of the polygon mirror 12 is oriented in the flight direction, but the rotation axis of the polygon mirror 12 is substantially the same as the vertical direction and the flight direction. It may have a certain inclination from the horizontal direction in the parallel plane. Accordingly, even when the observation target is the sea surface or the like, specular reflection on the water surface enters the sensor as light from the observation target when the observation optical axis is perpendicular to the bottom surface 11C of the remote sensing devices 100 and 200. You can avoid that.
- the rotation axis of the polygon mirror 12 is oriented in the flight direction.
- the rotation axis of the polygon mirror 12 is a polygon in the horizontal plane from the flight direction.
- the mirror 12 may have a certain inclination depending on the angular velocity of rotation of the mirror 12, the flight altitude, and the flight speed.
- FIG. 20 is a diagram for explaining the reason why the rotation axis of the polygon mirror 12 is tilted in this way.
- the angular velocity of rotation of the polygon mirror 12 in the remote sensing devices 100 and 200 is ⁇ (rad / s)
- the flight altitude of the airplane equipped with the remote sensing devices 100 and 200 is h (m)
- the cutting width x per second is h ⁇ (m / s).
- the polygon mirror 12 moves in the flying direction while scanning one scanning line.
- the actual scanning direction is inclined by an angle ⁇ with respect to the direction perpendicular to the flight direction.
- the rotation axis of the polygon mirror 12 may be inclined by an angle ⁇ from the flight direction in the horizontal plane so as to cancel out the inclination ⁇ . By doing so, distortion caused by the distance flew between the start of scanning and the end of scanning in one scan line can be canceled, and sensing of the observation target can be performed on a line perpendicular to the flight direction.
- the remote sensing devices 100 and 200 may be installed on the airplane while being inclined by the angle ⁇ .
- a drive device that can vary the installation angle of the remote sensing devices 100 and 200 with respect to the airplane may be separately prepared so as to be an appropriate angle based on them.
- a method may be used in which the micromirrors 121A and 121B are concave mirrors and imaged on the cross section of 53A.
- a method of forming an image using a Frennel lens may be used instead of using the convex lenses 134A and 134B.
- the polygon mirror 12 is adopted as the rotating mirror having a plurality of mirror surfaces.
- the rotating mirror having a plurality of mirror surfaces is limited to the polygon mirror. I can't.
- As a rotating mirror having a plurality of mirror surfaces the positional relationship between the mirror surfaces is fixed, and the positional relationship is also fixed with respect to the rotation axis, and the plurality of mirror surfaces are around the rotation axis.
- a rotating mirror other than a polygon mirror having a structure that can be rotated to the right may be employed in the remote sensing device 100 of the first or second embodiment.
- the rotating mirror having a plurality of mirror surfaces may be, for example, a plate-like double-sided mirror that rotates about the center of both front and back surfaces as a rotation axis. Further, the mirror surface is not limited to a flat surface, and part or all of the mirror surface may be a curved surface.
- these sensing periods may be continuous.
- the sensing device is a remote sensing device that observes the observation target from the sky with the ground surface or sea surface as the observation target.
- the device is not limited to such a sensing device, and the observation target is not limited to the ground surface or the sea surface, and is not limited to one that performs observation from above.
- the cutting width can be widened, and the electromagnetic wave is used for observation without directly touching the hand. It is useful as a sensing device and a sensing method for observing an object.
- Remote sensing device 11 Housing 11A Right side 11B Left side 11C Bottom 111A, 111B Window 112 Black plate 113A, 113B Milky white transparent plate 12 Polygon mirror 12A-12H Mirror surface 121A, 121B Micro mirror 13A, 13B Sensor 131A , 131B Small spectroscope 132A, 132B Lens group 133A, 133B Sensor input fiber 133A1 Input end 134A, 134B Convex lens 14A, 14B Optical fiber 14A2 Output end 15 Multi-function microcomputer 16 Large-capacity flash memory 17 Condensing window 18 3D acceleration sensor 20 Control Device 21 Processing circuit 22 Delay circuit 23 Position and orientation detection circuit 24 GPS control circuit 25 Thermometer / barometric altimeter control circuit 31 Three-dimensional acceleration sensor 32 gyrosensor 33 GPS unit 34 thermometer / barometric altimeter 51A, 51B telephoto lens 52A, 52B multicore fiber 521A1 ⁇ 528A1 input 521A
Landscapes
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Abstract
Description
本出願では、2013年11月8日に日本国に出願された特許出願番号2013-231849及び2014年2月14日に日本国に出願された特許出願番号2014-026773の利益を主張し、これらの出願の内容は引用することによりここに組み込まれているものとする。 This application claims the benefits of Patent Application No. 2013-231849 filed in Japan on November 8, 2013 and Patent Application No. 2014-026733 filed in Japan on February 14, 2014, The contents of this application are incorporated herein by reference.
本技術は、電磁波を利用して、離れた位置から直接手を触れることなく観測対象を観測するセンシング装置及びセンシング方法に関するものである。 This technology relates to a sensing device and a sensing method that use electromagnetic waves to observe an observation target without touching it directly from a remote location.
従来より、電磁波(可視光、紫外線、近赤外線等)を利用して、離れた位置から直接手を触れることなく観測対象を観測するセンシング装置が知られている。このようなセンシング装置は、例えば、ラジコン飛行機(無人機)、ヘリコプタ等のプラットフォームに搭載されて、地表、海洋、大気等の観測対象を観測するリモートセンシングに応用される。 Conventionally, sensing devices that use electromagnetic waves (visible light, ultraviolet rays, near infrared rays, etc.) to observe an observation target without touching them directly from a remote position are known. Such a sensing device is mounted on a platform such as a radio-controlled airplane (unmanned aerial vehicle) or a helicopter, and is applied to remote sensing for observing observation targets such as the ground surface, the ocean, and the atmosphere.
従来のセンシング装置、例えば、プッシュブルーム型のリモートセンシング装置では、結像面のライン上に、遠方の観測対象のライン上の各点に対応する受光素子を多数個配置し、波長ごとの反射光強度分布を取得する構成が用いられてきた。このような従来のリモートセンシング装置では、特性のそろった多数の受光素子を必要とするため、装置の価格が高価となっていた。また、経年変化により、各素子間の感度特性にバラツキが生じ、あるいは歯抜けのデータ列となるなどの問題が生じていた。 In a conventional sensing device, for example, a push-broom type remote sensing device, a large number of light receiving elements corresponding to each point on the distant observation target line are arranged on the imaging plane line, and reflected light for each wavelength. A configuration for obtaining an intensity distribution has been used. Such a conventional remote sensing device requires a large number of light receiving elements with uniform characteristics, and the price of the device is expensive. In addition, due to secular change, there has been a problem that the sensitivity characteristics between elements vary, or a data string of missing teeth occurs.
これに対して、少数個の素子でセンサを実現することで、システム全体の故障率を低減するセンシング装置が知られている。例えば、ポリゴンミラー等の回転ミラー機構によって観測対象を走査しつつ、観測対象からの電磁波を1つの受光素子に導く構成とすることで、受光素子を1個とすることができ、ライン上に並んだ複数の受光素子を用いる必要がなくなる。 On the other hand, a sensing device that reduces the failure rate of the entire system by realizing a sensor with a small number of elements is known. For example, by adopting a configuration in which an observation target is scanned by a rotating mirror mechanism such as a polygon mirror and an electromagnetic wave from the observation target is guided to one light receiving element, the number of light receiving elements can be reduced to one on a line. There is no need to use a plurality of light receiving elements.
しかしながら、回転ミラー機構を用いた場合、回転ミラーの回転速度が一定であるのに対して、観測対象が地表等の平面形状を有するものである場合には、観測対象上の観測点の移動速度(走査速度)が回転ミラー機構の回転速度に対して非線形で変化するため、いわゆる観測歪みが生じる。観測歪みの小さい部分のみを採用しようとすると、デューティサイクル(duty cycle)が大幅に制限されることとなり、観測対象の観測を高速に行うことが困難になる。 However, when the rotating mirror mechanism is used, the rotational speed of the rotating mirror is constant, whereas when the observation target has a planar shape such as the ground surface, the moving speed of the observation point on the observation target Since (scanning speed) changes nonlinearly with respect to the rotational speed of the rotating mirror mechanism, so-called observation distortion occurs. If only the portion with a small observation distortion is adopted, the duty cycle (duty cycle) will be significantly limited, and it will be difficult to observe the observation target at high speed.
また、回転ミラーを用いると、小型軽量化が困難になり、その応用範囲も限られてくる。 Also, if a rotating mirror is used, it will be difficult to reduce the size and weight, and its application range will be limited.
そこで、本技術は、ライン上に並んだ複数の受光素子を用いることによる受光素子の個数の増大を避けつつ、観測対象の高速な観測を可能とするセンシング装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present technology is to provide a sensing device that enables high-speed observation of an observation target while avoiding an increase in the number of light receiving elements by using a plurality of light receiving elements arranged on a line.
本技術の他の目的は、センシング装置を小型化ないしは軽量化することである。 Another purpose of this technology is to reduce the size or weight of the sensing device.
本技術のある態様のセンシング装置は、相対的に移動する観測対象からの電磁波を検出して観測対象を観測するセンシング装置であって、反射方向を変更可能な第1のミラーと、反射方向を変更可能な第2のミラーと、第1のミラーで反射した観測対象からの電磁波を検出する第1のセンサと、第2のミラーで反射した観測対象からの電磁波を検出する第2のセンサとを備え、第1のセンサと第2のセンサとが、観測対象の異なる部分からの電磁波を検出する構成を有している。 A sensing device according to an aspect of the present technology is a sensing device that detects an electromagnetic wave from a relatively moving observation target and observes the observation target, and includes a first mirror that can change a reflection direction, and a reflection direction. A second mirror that can be changed, a first sensor that detects an electromagnetic wave from the observation target reflected by the first mirror, and a second sensor that detects an electromagnetic wave from the observation target reflected by the second mirror; The first sensor and the second sensor have a configuration for detecting electromagnetic waves from different portions to be observed.
本技術の別の態様のセンシング装置は、相対的に移動する観測対象からの電磁波を検出して観測対象を観測するセンシング装置であって、反射方向を変更可能なミラーと、ミラーで反射した観測対象からの電磁波を検出するセンサと、観測対象からの電磁波をミラーに伝達するための、複数の入力端及び出力端が所定の方向に並んで配置された多芯ファイバとを備え、ミラーは、所定の方向に沿って反射方向を変更することで、多芯ファイバの複数の出力端から出力される複数の電磁波を順にセンサに入射させる構成を有している。 A sensing device according to another aspect of the present technology is a sensing device that observes an observation target by detecting electromagnetic waves from a relatively moving observation target, and a mirror that can change a reflection direction, and an observation reflected by the mirror A sensor that detects an electromagnetic wave from an object, and a multi-core fiber in which a plurality of input ends and an output end are arranged in a predetermined direction for transmitting the electromagnetic wave from an observation object to the mirror, By changing the reflection direction along a predetermined direction, a plurality of electromagnetic waves output from a plurality of output ends of the multi-core fiber are sequentially incident on the sensor.
本技術のある態様のセンシング方法は、相対的に移動する観測対象からの電磁波を検出して観測対象を観測するセンシング方法であって、第1のミラーを回転させて、第1のミラーで反射した観測対象からの電磁波を第1のセンサで検出し、第2のミラーを回転させて、第2のミラーで反射した観測対象からの電磁波を第2のセンサで検出し、第1のセンサと第2のセンサとが、観測対象の異なる部分からの電磁波を検出する構成を有している。 A sensing method according to an aspect of the present technology is a sensing method for observing an observation target by detecting an electromagnetic wave from a relatively moving observation target, and is reflected by the first mirror by rotating the first mirror. The electromagnetic wave from the observed object is detected by the first sensor, the second mirror is rotated, the electromagnetic wave from the observed object reflected by the second mirror is detected by the second sensor, and the first sensor The second sensor has a configuration for detecting electromagnetic waves from different parts to be observed.
本技術によれば、第1及び第2のセンサが観測対象の異なる部分をセンシングするので、刈り巾を広げることができる。 According to the present technology, since the first and second sensors sense different portions to be observed, the cutting width can be increased.
以下、本技術の実施の形態を説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本技術を実施する場合の一例を示すものであって、本技術を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本技術の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。 Hereinafter, embodiments of the present technology will be described. The embodiment described below shows an example when the present technology is implemented, and the present technology is not limited to the specific configuration described below. In implementing the present technology, a specific configuration according to the embodiment may be appropriately adopted.
本技術の第1の態様のセンシング装置は、相対的に移動する観測対象からの電磁波を検出して観測対象を観測するセンシング装置であって、反射方向を変更可能な第1のミラーと、反射方向を変更可能な第2のミラーと、第1のミラーで反射した観測対象からの電磁波を検出する第1のセンサと、第2のミラーで反射した観測対象からの電磁波を検出する第2のセンサとを備え、第1のセンサと第2のセンサとが、観測対象の異なる部分からの電磁波を検出する構成を有している。 A sensing device according to a first aspect of the present technology is a sensing device that observes an observation target by detecting electromagnetic waves from a relatively moving observation target, the first mirror capable of changing the reflection direction, A second mirror whose direction can be changed, a first sensor for detecting electromagnetic waves from the observation object reflected by the first mirror, and a second sensor for detecting electromagnetic waves from the observation object reflected by the second mirror The first sensor and the second sensor have a configuration for detecting electromagnetic waves from different portions to be observed.
この構成により、第1及び第2のセンサが観測対象の異なる部分をセンシングするので、刈り巾を広げることができる。 This configuration allows the first and second sensors to sense different parts to be observed, so that the cutting width can be increased.
本技術の第2の態様のセンシング装置は、第1の態様のセンシング装置において、第1のセンサが観測対象からの電磁波を検出する期間と、第2のセンサが観測対象からの電磁波を検出する期間とが、連続し、又は少なくとも一部で重なる構成を有している。 The sensing device according to the second aspect of the present technology is the sensing device according to the first aspect, wherein the first sensor detects the electromagnetic wave from the observation target, and the second sensor detects the electromagnetic wave from the observation target. The period is continuous or at least partially overlaps.
この構成により、第1及び第2のセンサが観測対象の異なる部分を、連続して、又は少なくともある一定の期間に同時に、センシングするので、2つのセンサで高速にセンシングができる。 With this configuration, the first and second sensors sense different portions to be observed continuously or at least simultaneously in a certain period, so that the two sensors can sense at high speed.
本技術の第3の態様のセンシング装置は、第1又は第2の態様のセンシング装置において、第1及び第2のミラー及び第1及び第2のセンサを収容する筐体をさらに備え、筐体は、第1のセンサに入射する観測対象からの電磁波を通過させるための第1のウィンドウと、第2のセンサに入射する観測対象からの電磁波を通過させるための第2のウィンドウとを備え、第1のウィンドウと第2のウィンドウとは、並んで設けられる構成を有している。 A sensing device according to a third aspect of the present technology is the sensing device according to the first or second aspect, further including a housing that houses the first and second mirrors and the first and second sensors. Comprises a first window for passing an electromagnetic wave from the observation target incident on the first sensor, and a second window for allowing the electromagnetic wave from the observation target incident on the second sensor to pass through, The first window and the second window have a configuration provided side by side.
この構成により、第1および第2のセンサを用いて、筐体から一方向に対して観測対象をセンシングできる。 With this configuration, the observation target can be sensed in one direction from the housing using the first and second sensors.
本技術の第4の態様のセンシング装置は、第1ないし第3のいずれかの態様のセンシング装置において、第1のミラー及び第2のミラーを含む複数のミラー面を有する回転ミラーを備え、回転ミラーを回転させることで、第1及び第2のミラーの反射方向を変更する構成を有している。 A sensing device according to a fourth aspect of the present technology is the sensing device according to any one of the first to third aspects, includes a rotating mirror having a plurality of mirror surfaces including a first mirror and a second mirror, and rotates. It has the structure which changes the reflective direction of the 1st and 2nd mirror by rotating a mirror.
この構成により、複数のミラー面を有する回転ミラーを回転させるという簡単な構成で、観測対象を走査できる。 With this configuration, the observation target can be scanned with a simple configuration in which a rotating mirror having a plurality of mirror surfaces is rotated.
本技術の第5の態様のセンシング装置は、第4の態様のセンシング装置において、第1のミラーとして第1のセンサに電磁波を反射させる回転ミラーのミラー面と、第2のミラーとして第2のセンサに電磁波を反射させる回転ミラーのミラー面とは、1つ又は複数のミラー面を隔てて隣り合う構成を有している。 A sensing device according to a fifth aspect of the present technology is the sensing device according to the fourth aspect, in which the mirror surface of the rotating mirror that reflects the electromagnetic wave to the first sensor as the first mirror and the second mirror as the second mirror. The mirror surface of the rotating mirror that reflects the electromagnetic wave to the sensor has a configuration adjacent to one or more mirror surfaces.
この構成により、第1及び第2のセンサを回転ミラーの両側に配置でき、第1のセンサの視野(観測範囲)と第2のセンサの視野(観測範囲)との距離を好適に設定できる。 With this configuration, the first and second sensors can be arranged on both sides of the rotating mirror, and the distance between the field of view (observation range) of the first sensor and the field of view (observation range) of the second sensor can be suitably set.
本技術の第6の態様のセンシング装置は、第4又は第5の態様のセンシング装置において、回転ミラーは略一定の回転速度で回転し、第1及び第2のセンサは、観測対象からの電磁波を検出可能な最大視野角の両側部分を除く範囲を観測視野角として、観測対象からの電磁波を検出する構成を有している。 A sensing device according to a sixth aspect of the present technology is the sensing device according to the fourth or fifth aspect, in which the rotating mirror rotates at a substantially constant rotational speed, and the first and second sensors are electromagnetic waves from an observation target. In this case, an electromagnetic wave from the observation target is detected with a range excluding both side portions of the maximum viewing angle capable of detecting the image as an observation viewing angle.
ここで、観測対象からの電磁波を検出可能な最大視野角とは、観測対象からの電磁波が第1及び第2のセンサに入射する角度であり、観測視野角とは、実際に第1及び第2のセンサが観測対象のセンシングを行う角度である。回転ミラーが一定の回転速度で回転すると、観測対象が平面である場合には、その平面に対して、電磁波を検出する観測対象の部分からセンシング装置に向かう方向の角度が浅い部分では歪みが大きくなるが、上記の構成によれば、2つのセンサを用いることで刈り巾の拡大が図られているので、各センサの刈り巾を無理に拡大する必要がなく、歪みが大きい部分は観測対象のセンシングを行わないようにして、センシング精度を向上できる。 Here, the maximum viewing angle at which the electromagnetic wave from the observation target can be detected is an angle at which the electromagnetic wave from the observation target enters the first and second sensors, and the observation viewing angle is actually the first and second observation angles. This is the angle at which the two sensors perform sensing of the observation target. When the rotating mirror rotates at a constant rotation speed, if the observation target is a flat surface, distortion is large at a portion where the angle from the observation target portion that detects electromagnetic waves to the sensing device is shallow with respect to the flat surface. However, according to the above configuration, since the cutting width is increased by using two sensors, it is not necessary to forcibly increase the cutting width of each sensor, and a portion with a large distortion is not observed. Sensing accuracy can be improved by not performing sensing.
本技術の第7の態様のセンシング装置は、第3の態様のセンシング装置において、第1のウィンドウと第2のウィンドウとの間に、黒色提供手段又は白色提供手段を有し、第1及び第2のセンサは、黒色提供手段からの電磁波を検出することで暗電流を測定し、又は白色提供手段からの電磁波を検出することで白色較正用データを測定する構成を有している。 A sensing device according to a seventh aspect of the present technology is the sensing device according to the third aspect, having black providing means or white providing means between the first window and the second window. The sensor 2 has a configuration in which dark current is measured by detecting electromagnetic waves from the black color providing means, or white calibration data is measured by detecting electromagnetic waves from the white color providing means.
この構成により、第1のセンサや第2のセンサで歪みが大きくなるタイミングを利用して、暗電流又は白色較正用データを測定できる。 With this configuration, dark current or white calibration data can be measured using the timing at which distortion increases in the first sensor or the second sensor.
本技術の第8の態様のセンシング装置は、第3の態様のセンシング装置において、第1のウィンドウの第2のウィンドウとは反対側、及び第2のウィンドウの第1のウィンドウとは反対側に、黒色提供手段又は白色提供手段を有し、第1及び第2のセンサは、黒色提供手段からの電磁波を検出することで暗電流を測定し、又は白色提供手段からの電磁波を検出することで白色較正用データを測定する構成を有している。 The sensing device according to the eighth aspect of the present technology is the sensing device according to the third aspect, wherein the first window is opposite to the second window and the second window is opposite to the first window. The first and second sensors measure the dark current by detecting the electromagnetic wave from the black providing means, or detect the electromagnetic wave from the white providing means. It has a configuration for measuring white calibration data.
この構成により、第1のセンサや第2のセンサで歪みが大きくなるタイミングを利用して、暗電流又は白色較正用データを測定できる。 With this configuration, dark current or white calibration data can be measured using the timing at which distortion increases in the first sensor or the second sensor.
本技術の第9の態様のセンシング装置は、第4の態様のセンシング装置において、第1のセンサが観測対象からの電磁波を検出している期間の少なくとも一部の期間に、第2のセンサが白色較正用データを測定する構成を有している。 A sensing device according to a ninth aspect of the present technology is the sensing device according to the fourth aspect, in which the second sensor is in at least a part of a period during which the first sensor detects an electromagnetic wave from the observation target. It has a configuration for measuring white calibration data.
この構成により、例えば、第1のセンサにおける観測歪みが小さくなり第2のセンサにおける観測歪みが大きくなるタイミングを利用して、第2のセンサにて白色較正用データを測定できる。 With this configuration, for example, the white sensor data can be measured by the second sensor by using the timing at which the observed distortion in the first sensor is reduced and the observed distortion in the second sensor is increased.
本技術の第10の態様のセンシング装置は、第4の態様のセンシング装置において、第2のセンサが観測対象からの電磁波を検出している期間の少なくとも一部の期間に、第1のセンサが暗電流を測定する構成を有している。 A sensing device according to a tenth aspect of the present technology is the sensing device according to the fourth aspect, in which the first sensor is in at least a part of a period during which the second sensor detects an electromagnetic wave from the observation target. It has a configuration for measuring dark current.
この構成により、例えば、第2のセンサにおける観測歪みが小さくなり第1のセンサにおける観測歪みが大きくなるタイミングを利用して、第1のセンサにて暗電流を測定できる。 With this configuration, for example, the dark current can be measured by the first sensor using the timing at which the observed distortion in the second sensor is reduced and the observed distortion in the first sensor is increased.
本技術の第11の態様のセンシング装置は、第1ないし第3のいずれかの態様のセンシング装置において、第1及び第2のミラーは、マイクロミラーであり、マイクロミラーを搖動させることで第1及び第2のミラーの反射方向を変更する構成を有している。 A sensing device according to an eleventh aspect of the present technology is the sensing device according to any one of the first to third aspects, in which the first and second mirrors are micromirrors, and the first is achieved by swinging the micromirrors. And it has the structure which changes the reflective direction of a 2nd mirror.
この構成により、観測対象を走査するために反射方向を変更するミラーにマイクロミラーという比較的軽量のミラーを採用しているので、センシング装置を軽量化できる。また、第1のミラーと第2のミラーとが一体となっていないので、それぞれの搖動中心を別々とすることができ、反射方向を変更する際の反射面の移動を小さくできる。 This configuration makes it possible to reduce the weight of the sensing device because a relatively lightweight mirror called a micromirror is used as the mirror that changes the reflection direction in order to scan the observation target. Further, since the first mirror and the second mirror are not integrated, the respective swing centers can be made different, and the movement of the reflection surface when changing the reflection direction can be reduced.
本技術の第12の態様のセンシング装置は、第11の態様のセンシング装置において、マイクロミラーは、走査方向と平行な軸周りのセンシング装置の回転に応じて、走査方向と平行な軸周りに回転する構成を有している。 A sensing device according to a twelfth aspect of the present technology is the sensing device according to the eleventh aspect, in which the micromirror rotates around an axis parallel to the scanning direction in accordance with rotation of the sensing device around an axis parallel to the scanning direction. It has the composition to do.
この構成により、センシング装置が搭載されるプラットフォームのピッチングによる走査位置の位置ずれをキャンセルすることができる。 This configuration can cancel the displacement of the scanning position due to the pitching of the platform on which the sensing device is mounted.
本技術の第13の態様のセンシング装置は、第11又は第12の態様のセンシング装置において、マイクロミラーは、走査方向に垂直かつマイクロミラーのミラー面に平行な軸周りのセンシング装置の回転に応じて、搖動中心を変更する構成を有している。 A sensing device according to a thirteenth aspect of the present technology is the sensing device according to the eleventh or twelfth aspect, wherein the micromirror is in response to rotation of the sensing device about an axis perpendicular to the scanning direction and parallel to the mirror surface of the micromirror. Thus, the peristaltic center is changed.
この構成により、センシング装置が搭載されるプラットフォームのローリングによる走査位置の位置ずれをキャンセルすることができる。 This configuration can cancel the displacement of the scanning position due to rolling of the platform on which the sensing device is mounted.
本技術の第14の態様のセンシング装置は、第1ないし第4、第11ないし第13のいずれかの態様のセンシング装置において、第1の視野の電磁波を第1のミラーに伝達するための、複数の入力端及び出力端が第1の方向に並んで配置された第1の多芯ファイバと、第1の視野とは異なる第2の視野の電磁波を第2のミラーに伝達するための、複数の入力端及び出力端が第2の方向に並んで配置された第2の多芯ファイバと、第1の視野の電磁波を第1の多芯ファイバの入力端に結像させる第1の結像光学系と、第2の視野の電磁波を第2の多芯ファイバの入力端に結像させる第2の結像光学系とを備え、第1のミラーは、第1の方向に沿って反射方向を変更することで、第1の多芯ファイバの複数の出力端から出力される複数の電磁波を順に第1のセンサに入射させ、第2のミラーは、第2の方向に沿って反射方向を変更することで、第2の多芯ファイバの複数の出力端から出力される複数の電磁波を順に第2のセンサに入射させる構成を有している。 A sensing device according to a fourteenth aspect of the present technology is the sensing device according to any one of the first to fourth and eleventh to thirteenth aspects, for transmitting the electromagnetic wave in the first field of view to the first mirror. A first multi-core fiber in which a plurality of input ends and output ends are arranged in a first direction; and a second field electromagnetic wave different from the first field to transmit to the second mirror, A second multi-core fiber in which a plurality of input ends and output ends are arranged in the second direction, and a first connection for imaging an electromagnetic wave in the first field of view on the input end of the first multi-core fiber. An image optical system and a second imaging optical system that forms an electromagnetic wave of a second field of view on the input end of the second multi-core fiber, and the first mirror reflects along the first direction A plurality of electromagnetic waves output from a plurality of output ends of the first multi-core fiber by changing the direction The light is incident on the first sensor in order, and the second mirror sequentially changes the reflection direction along the second direction, thereby sequentially causing the plurality of electromagnetic waves output from the plurality of output ends of the second multicore fiber. It has the structure made to inject into a 2nd sensor.
この構成により、観測対象からの電磁波をファイバで伝達して、反射方向を変更することで観測対象を走査するミラーに入射させるので、観測対象に対するミラーの配置の自由度が高くなり、センシング装置を小型化できる。 With this configuration, electromagnetic waves from the observation target are transmitted through the fiber and incident on the mirror that scans the observation target by changing the reflection direction. Can be downsized.
本技術の第15の態様のセンシング装置は、第14の態様のセンシング装置において、第1の多芯ファイバは、複数の入力端及び出力端が第1の方向に対して垂直な第3の方向にも並んでおり、第2の多芯ファイバは、複数の入力端及び出力端が第2の方向に対して垂直な第4の方向にも並んでおり、第1のセンサは、第2の方向に並ぶ複数の電磁波を同時に検出し、第2のセンサは、第4の方向に並ぶ複数の電磁波を同時に検出する構成を有している。 A sensing device according to a fifteenth aspect of the present technology is the sensing device according to the fourteenth aspect, wherein the first multicore fiber has a plurality of input ends and output ends in a third direction perpendicular to the first direction. The second multi-core fiber is also arranged in a fourth direction in which a plurality of input ends and output ends are perpendicular to the second direction, and the first sensor A plurality of electromagnetic waves arranged in the direction are simultaneously detected, and the second sensor has a configuration for simultaneously detecting the plurality of electromagnetic waves arranged in the fourth direction.
この構成により、第1及び第2のミラーが反射方向を変更することで、同時に複数ラインの走査を行うことができ、観測対象の高速なセンシングないしは精度の高いセンシングが可能となる。 With this configuration, the first and second mirrors can change the reflection direction, so that scanning of a plurality of lines can be performed simultaneously, and high-speed sensing or high-precision sensing of an observation target is possible.
本技術の第16の態様のセンシング装置は、第14又は第15の態様のセンシング装置において、第1のミラーで反射した電磁波を入力端から入力して出力端から出力することで第1のセンサに伝達する第1のセンサ用ファイバと、第2のミラーで反射した電磁波を入力端から入力して出力端から出力することで第2のセンサに伝達する第2のセンサ用ファイバとをさらに備え、第1のセンサ用ファイバの入力端は、第1の方向に並んで配置された1の多芯ファイバの複数の出力端の配列の中に挿入されており、第2のセンサ用ファイバの入力端は、第2の方向に並んで配置された2の多芯ファイバの複数の出力端の配列の中に挿入されている構成を有している。 A sensing device according to a sixteenth aspect of the present technology is the sensing device according to the fourteenth or fifteenth aspect, wherein the electromagnetic wave reflected by the first mirror is input from the input end and output from the output end. And a second sensor fiber for transmitting the electromagnetic wave reflected by the second mirror to the second sensor by inputting from the input end and outputting from the output end. The input end of the first sensor fiber is inserted into the array of the plurality of output ends of one multi-core fiber arranged side by side in the first direction, and the input of the second sensor fiber The end has a configuration inserted into an array of a plurality of output ends of two multi-core fibers arranged side by side in the second direction.
この構成により、センサ用ファイバの入力端がミラー反射前の電磁波の複数の出力端とともに並ぶので、ミラーが反射する電磁波の入射角及び反射角を比較的小さくすることができ、ミラーでの反射による損失を抑えることができる。 With this configuration, the input end of the sensor fiber is aligned with a plurality of output ends of the electromagnetic wave before mirror reflection, so that the incident angle and the reflection angle of the electromagnetic wave reflected by the mirror can be made relatively small, and the reflection by the mirror Loss can be suppressed.
本技術の第17の態様のセンシング装置は、第14ないし第16のいずれかの態様のセンシング装置において、第1の多芯ファイバの複数の出力端の配列の端に、白色提供手段を有し、第1のミラーは、白色提供手段からの電磁波を第1センサに入射させ、第1のセンサは、白色提供手段からの電磁波を検出することで白色較正用データを測定する構成を有している。 A sensing device according to a seventeenth aspect of the present technology is the sensing device according to any one of the fourteenth to sixteenth aspects, wherein a white providing means is provided at an end of the array of the plurality of output ends of the first multicore fiber. The first mirror causes the electromagnetic wave from the white color providing means to enter the first sensor, and the first sensor has a configuration for measuring white calibration data by detecting the electromagnetic wave from the white color providing means. Yes.
この構成により、白色提供手段は、多芯ファイバの複数の出力端の配列の端に設けられるので、歪みが比較的大きくなる位置を利用して、白色較正用データを測定できる。なお、第1のセンサ側と同様に、第2のセンサ側にも同様の白色提供手段を設けて白色較正用データを測定してよい。 With this configuration, since the white color providing means is provided at the end of the array of the plurality of output ends of the multicore fiber, the white calibration data can be measured using the position where the distortion is relatively large. Similar to the first sensor side, the white sensor data may be measured by providing the same white color providing means on the second sensor side.
本技術の第18の態様のセンシング装置は、第14又は第15の態様のセンシング装置において、第1の多芯ファイバの複数の出力端の配列の端に、黒色提供手段を有し、第1のミラーは、黒色提供手段からの電磁波を第1センサに入射させ、第1のセンサは、黒色提供手段からの電磁波を検出することで暗電流を測定する構成を有している。 A sensing device according to an eighteenth aspect of the present technology is the sensing device according to the fourteenth or fifteenth aspect, having black providing means at an end of an array of a plurality of output ends of the first multicore fiber, The mirror has a configuration in which the electromagnetic wave from the black color providing means is incident on the first sensor, and the first sensor measures the dark current by detecting the electromagnetic wave from the black color providing means.
この構成により、黒色提供手段は、多芯ファイバの複数の出力端の配列の端に設けられるので、歪みが比較的大きくなる位置を利用して、暗電流を測定できる。なお、この構成と同時に第1の多芯ファイバの複数の出力端の配列の端に白色提供手段を設ける場合には、第1の多芯ファイバの複数の出力端の配列の一端に白色提供手段を設け、第1の多芯ファイバの複数の出力端の配列の他端に黒色提供手段を設けることができる。さらに、第1のセンサ側と同様に、第2のセンサ側にも同様の黒色提供手段を設けて暗電流を測定してよい。 With this configuration, since the black color providing means is provided at the end of the array of the plurality of output ends of the multi-core fiber, the dark current can be measured using the position where the distortion is relatively large. In addition, when providing white provision means at the end of the arrangement of the plurality of output ends of the first multicore fiber simultaneously with this configuration, white provision means is provided at one end of the arrangement of the plurality of output ends of the first multicore fiber. And the black providing means can be provided at the other end of the array of the plurality of output ends of the first multicore fiber. Further, similar to the first sensor side, a similar black providing means may be provided on the second sensor side to measure dark current.
本技術の第19の態様のセンシング装置は、第1の態様のセンシング装置において、第1のミラーの反射方向が変更される角度範囲と第2のミラーの反射方向が変更される角度範囲とが異なることを特徴とする請求項1に記載のセンシング装置。 A sensing device according to a nineteenth aspect of the present technology is the sensing device according to the first aspect, wherein an angle range in which the reflection direction of the first mirror is changed and an angle range in which the reflection direction of the second mirror is changed. The sensing device according to claim 1, wherein the sensing devices are different.
この構成により、第1のセンサと第2のセンサが角度範囲の電磁波の検出をするので、刈り巾を広くできる。 With this configuration, the first sensor and the second sensor detect electromagnetic waves in the angular range, so that the cutting width can be widened.
本技術の第20の態様のセンシング装置は、第14又は第15の態様のセンシング装置において、第1のセンサが電磁波を検出する視野と、第2のセンサが電磁波を検出する視野とは、互いにずれている構成を有している。 In the sensing device according to the twentieth aspect of the present technology, in the sensing device according to the fourteenth or fifteenth aspect, the visual field in which the first sensor detects electromagnetic waves and the visual field in which the second sensor detects electromagnetic waves are mutually It has the structure which has shifted | deviated.
この構成により、互いにずれた第1のセンサの刈り巾と第2のセンサの刈り巾の足し合わせで、刈り巾を広くできる。 This configuration makes it possible to widen the cutting width by adding the cutting width of the first sensor and the cutting width of the second sensor which are shifted from each other.
本技術の第21の態様のセンシング装置は、第1の態様のセンシング装置において、第1のセンサが検出する電磁波の波長域と、第2のセンサが検出する電磁波の波長域とは異なることを特徴とする請求項1に記載のセンシング装置。 In the sensing device according to the twenty-first aspect of the present technology, in the sensing device according to the first aspect, the wavelength range of the electromagnetic wave detected by the first sensor is different from the wavelength range of the electromagnetic wave detected by the second sensor. The sensing device according to claim 1, characterized in that:
この構成により、複数の波長域の電磁波を同時に検出できる。 This configuration allows simultaneous detection of electromagnetic waves in multiple wavelength regions.
本技術の第22の態様のセンシング装置は、第1の態様のセンシング装置において、センシング装置は、飛行するプラットフォームに搭載され、観測対象は、地表又は水面である。 A sensing device according to a twenty-second aspect of the present technology is the sensing device according to the first aspect, in which the sensing device is mounted on a flying platform, and the observation target is the ground surface or the water surface.
この構成により、上空から地表を調査できる。 This structure allows the surface of the earth to be surveyed from above.
本技術の第23の態様のセンシング装置は、第22の態様のセンシング装置において、第1及び第2のミラーの回転軸は、鉛直方向及び飛行方向と平行な平面内に存在する構成を有している。 A sensing device according to a twenty-third aspect of the present technology is the sensing device according to the twenty-second aspect, in which the rotation axes of the first and second mirrors exist in a plane parallel to the vertical direction and the flight direction. ing.
この構成により、ポリゴンミラーの回転によって飛行方向に垂直な方向に主走査をしながら飛行によってポリゴンミラーの回転による走査方向と垂直な方向に副走査を行って、地表等の平面状の観測対象を観測できる。 With this configuration, the main scanning is performed in the direction perpendicular to the flight direction by the rotation of the polygon mirror, and the sub-scan is performed in the direction perpendicular to the scanning direction by the rotation of the polygon mirror by the flight. Observable.
本技術の第24の態様のセンシング装置は、第16の態様のセンシング装置において、第1及び第2のミラーの回転軸は、観測対象に平行な面内で飛行方向に対して観測時の飛行速度に依存する一定角度ずれており、観測対象に平行な面内で飛行方向に略垂直に交わる線上で走査をしながら観測対象を観測する構成を有している。 A sensing device according to a twenty-fourth aspect of the present technology is the sensing device according to the sixteenth aspect, in which the rotation axes of the first and second mirrors are flying during observation with respect to the flight direction within a plane parallel to the observation target. It has a configuration in which the observation target is observed while scanning on a line that is perpendicular to the flight direction within a plane parallel to the observation target and that is deviated by a certain angle depending on the speed.
この構成により、飛行方向と垂直な線上で主走査を行うことができる。 This configuration makes it possible to perform main scanning on a line perpendicular to the flight direction.
本技術の第25の態様のセンシング装置は、相対的に移動する観測対象からの電磁波を検出して観測対象を観測するセンシング装置であって、反射方向を変更可能なミラーと、ミラーで反射した観測対象からの電磁波を検出するセンサと、観測対象からの電磁波をミラーに伝達するための、複数の入力端及び出力端が所定の方向に並んで配置された多芯ファイバとを備え、ミラーは、所定の方向に沿って反射方向を変更することで、多芯ファイバの複数の出力端から出力される複数の電磁波を順にセンサに入射させる構成を有している。 A sensing device according to a twenty-fifth aspect of the present technology is a sensing device that detects an electromagnetic wave from an observation object that moves relatively, and observes the observation object, and a mirror that can change a reflection direction, and is reflected by the mirror A sensor that detects electromagnetic waves from an observation target, and a multi-core fiber in which a plurality of input ends and output ends are arranged in a predetermined direction for transmitting the electromagnetic waves from the observation target to the mirror, By changing the reflection direction along a predetermined direction, a plurality of electromagnetic waves output from a plurality of output ends of the multicore fiber are sequentially incident on the sensor.
この構成により、観測対象からの電磁波をファイバで伝達して、反射方向を変更することで観測対象を走査するミラーに入射させるので、観測対象に対するミラーの配置の自由度が高くなり、センシング装置を小型化できる。 With this configuration, electromagnetic waves from the observation target are transmitted through the fiber and incident on the mirror that scans the observation target by changing the reflection direction. Can be downsized.
本技術の第26の態様のセンシング方法は、相対的に移動する観測対象からの電磁波を検出して観測対象を観測するセンシング方法であって、第1のミラーを回転させて、第1のミラーで反射した観測対象からの電磁波を第1のセンサで検出し、第2のミラーを回転させて、第2のミラーで反射した観測対象からの電磁波を第2のセンサで検出し、第1のセンサと第2のセンサとが、観測対象の異なる部分からの電磁波を検出する構成を有している。 A sensing method according to a twenty-sixth aspect of the present technology is a sensing method for observing an observation target by detecting an electromagnetic wave from the relatively moving observation target, and rotating the first mirror to detect the first mirror. The electromagnetic wave from the observation object reflected by the first sensor is detected by the first sensor, the second mirror is rotated, the electromagnetic wave from the observation object reflected by the second mirror is detected by the second sensor, and the first sensor The sensor and the second sensor have a configuration for detecting electromagnetic waves from different portions to be observed.
この構成により、第1及び第2のセンサが対象物の異なる部分をセンシングするので、刈り巾を広げることができる。 This configuration allows the first and second sensors to sense different parts of the object, so that the cutting width can be increased.
(第1の実施の形態)
図1は、本技術の第1の実施の形態のセンシング装置の構成を示す図である。本実施の形態のセンシング装置100は、地表や海水面を観測対象として、上空から観測対象の観測を行うリモートセンシング装置である。リモートセンシング装置100は、前面及び背面が略正方形であり、2つの側面、上面、及び底面が長方形である直方体形状を有する筐体11を有する。このリモートセンシング装置100は、底面11Cが下を向き、かつ前面が進行方向となるように、ラジコン飛行機等のプラットフォームに搭載されて用いられる。即ち、図1の紙面手前の面が前面であり、紙面奥側が背面であり、紙面の下側が底面11Cであり、紙面の左側が(進行方向を向いた時の)右側面11Aであり、紙面の右側が(進行方向を向いた時の)左側面11Bである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a sensing device according to the first embodiment of the present technology. The
筐体11の内部には、左右方向の中央かつ上下方向の下方に、回転ミラーであるポリゴンミラー12が設置されている。ポリゴンミラー12は、背面及び前面に垂直な回転軸を有する。ポリゴンミラー12は、正八角柱形状を有し、8つの平面状のミラー面12A~12Hを有している。ポリゴンミラー12の背面側には、ポリゴンミラー12を略一定の回転速度で回転させるモータが設けられている。
Inside the
ポリゴンミラー12の左右両側の斜め下方には、それぞれセンサ13A、13Bが設けられている。センサ13A、13Bには、入射する電磁波を波長ごとに分解する小型分光器131A、131Bが設けられている。本実施の形態の小型分光器131A、131Bは、いずれも可視光の波長範囲に相当する電磁波を分解する。
小型分光器131A、131Bの光軸上であって、小型分光器131A、131Bとポリゴンミラー12との間には、センサ光学系132A、132Bが設けられている。センサ光学系132A、132Bは、それぞれ小型分光器側から集光レンズ1321A、1321B、リレーレンズ1322A、1322B、対物レンズ1323A、1323Bが設けられている。センサ光学系132A、132Bの光軸は、底面11Cに水平な方向に対して、それぞれ上方向に11.25度傾いている。すなわち、センサ13Aの光軸とセンサ13Bの光軸とは22.5度傾いている。
Sensor
筐体11の底面11Cには、その左右方向の中央から左右に一定の距離をおいて、観測対象からの電磁波を透過させるウィンドウ111A、111Bが並んで設けられている。この構成により、観測対象からの電磁波(以下単に「光」という。)は、ウィンドウ111A、111Bを通過してポリゴンミラー12のミラー面にて反射して、センサ光学系132A、132Bを経て、小型分光器131A、131Bに入射する。筐体11の底面11Cのウィンドウ111A、111Bの間には、黒色提供手段としての黒色板112が設けられている。なお、ウィンドウ111Aとウィンドウ111Bは、曲面上に非平行に並んでいても、段差のある面に段違いに並んでいてもよい。また、ウィンドウ111Aとウィンドウ111Bとが、間に他の部材を介して並んでいてもよく、前後方向にずれて並んでいてもよく、互いに大きさや形状が異なっていてもよい。
The
また、ウィンドウ111A、111Bの外側には、白色提供手段としての乳白色透明板113A、113Bが設けられている。乳白色透明板113A、113Bの外側には、オプティカルファイバ14A、14Bの先端が向いている。オプティカルファイバ14A、14Bは、集光窓17で集光された周辺光を伝搬するとともに、図示しない散乱窓から得られる光をその側面で取り込んで、先端まで導く。これによって、乳白色透明板113A、113Bには、周辺光の強度に応じた光が、オプティカルファイバ14A、14Bの先端から照射される。なお、黒色板112とウィンドウ111A、111Bの間、乳白色透明板113Aとウィンドウ111Aの間、及び乳白色透明板113Bとウィンドウ111Bの間には、それぞれ隔壁を設けて、それぞれの計測値が迷光により影響を受けることを防いでいる。
Also, milky white
筐体11の内部の上方には、多機能マイコン15及び大容量フラッシュメモリ16が設けられている。多機能マイコン15は、センサ13A、13Bを制御するとともに、センサ13A、13Bからセンサ出力値(センシングデータ)を受けて、大容量フラッシュメモリ16に記憶する。多機能マイコン15の他の機能については、後述する。大容量フラッシュメモリ16は、リモートセンシング装置100に対して着脱可能なリムーバブルフラッシュメモリでこれを代用してもよい。
A
次に、まず、図2~図6を参照して、リモートセンシング装置100によるセンシング動作について説明し、その後に、そのような動作を実現するための構成を説明する。図2~図5は、ポリゴンミラー12の回転角に応じた観測光軸(各センサ13A、13Bに入射する光の光路)を示す図である。即ち、図2~図5は、センサ13A、13Bのそれぞれの観測対象を示している。図2~図5では、ポリゴンミラー12、黒色板112、乳白色透明板113A、113Bを示し、他の構成の図示は省略している。また、図2~図5において、ポリゴンミラー12は反時計回りに、周期T(一回転に要する時間がT)で回転している。
Next, first, a sensing operation by the
図6は、センサ13A、13Bのセンシングタイミングを示すタイミングチャートである。図6では、センサ13AによるセンシングをチャンネルA(Ch-A)とし、センサ13BによるセンシングをチャンネルB(Ch-B)とし、チャンネルAによる観測対象のセンシングを開始するタイミングを基準時(t=0)とし、時刻とともに回転ミラーの回転角度を示している。
FIG. 6 is a timing chart showing the sensing timing of the
図2の状態では、観測対象からウィンドウ111Aを透過してポリゴンミラー12のミラー面12Aで反射した光がセンサ13Aに入射し、黒色板112からの光がポリゴンミラー12のミラー面12Cで反射してセンサ13Bに入射する。すなわち、センサ13Aが観測対象からの光を検出するのと同時に、センサ13Bは黒色板112からの光を検出して暗電流を測定する。この状態は、図6のタイミングチャートのt=0~T/32のいずれかの時刻に対応する。
In the state of FIG. 2, light that has passed through the window 111 </ b> A from the observation target and reflected by the
ポリゴンミラー12が回転して図3の状態になると、観測対象からの光がウィンドウ111Aを透過してポリゴンミラー12のミラー面12Aで反射して、センサ13Aに入射するとともに、センサ13Bにも観測対象からの光がウィンドウ111Bを透過してポリゴンミラー12のミラー面12Cで反射して入射する。すなわち、図3の状態では、センサ13Aとセンサ13Bとが同時に観測対象からの光を検出する。ただし、センサ13Aとセンサ13Bには、観測対象のそれぞれ異なる部分からの光が入射する。この状態は、図6のタイミングチャートにおけるt=T/32~2T/32のいずれかの時刻に対応する。
When the
ポリゴンミラー12がさらに回転して図4の状態になると、センサ13Aには、黒色板112からの光がポリゴンミラー12のミラー面12Aで反射して入射することとなり、センサ13Bには観測対象からの光がウィンドウ111Bを透過してポリゴンミラー12のミラー面12Cで反射して入射する。すなわち、図4の状態では、センサ13Aが黒色板112からの光をセンシングして暗電流を測定するのと同時に、センサ13Bでは観測対象からの光をセンシングする。この状態は、図6のタイミングチャートにおけるt=2T/32~3T/32のいずれかの時刻に対応する。
When the
ポリゴンミラー12がさらに回転して図5の状態になると、センサ13Aにはポリゴンミラー12のミラー面12Hで反射した光が入射するとともに、センサ13Bにはポリゴンミラー12のミラー面12Cで反射した光が入射する。具体的には、センサ13Aには、乳白色板113Aからの光がミラー面12Hで反射して入射し、センサ13Bには乳白色板113Bからの光がミラー面12Cで反射して入射する。この状態は、図6のタイミングチャートにおけるt=3T/32~4T/32のいずれかの時刻に対応する。
When the
ポリゴンミラー12の回転に伴って、センサ13A、13Bに入射する光は、図2~図5のサイクルで変化する。そのサイクルの周期T´は、ポリゴンミラー12の回転周期をTとすると、T´=T/(ミラー面数)であり、本実施の形態では、T´=T/8となる。この周期T´は、ポリゴンミラー12の回転角45度(=360度/ミラー面数)に相当する。
As the
図6を参照すると、時刻t=0でチャンネルAにて観測対象のセンシング(Ch-A)を開始した後に、時刻t=T/32までの間に、チャンネルBで暗電流の測定(D)を行う。図2の状態は、この時刻t=0~T/32の間の状態を示している。次に、時刻t=T/32~2T/32では、チャンネルBでは暗電流の測定(D)を終えて、観測対象のセンシング(Ch-B)を行う。このときチャンネルAでは継続して観測対象のセンシング(Ch-A)が行われている。この間の状態を示したのが図3である。 Referring to FIG. 6, after the sensing (Ch-A) of the observation target is started in channel A at time t = 0, the dark current measurement (D) is performed in channel B until time t = T / 32. I do. The state of FIG. 2 shows a state between time t = 0 and T / 32. Next, at time t = T / 32 to 2T / 32, the dark current measurement (D) is finished in channel B, and sensing of the observation target (Ch-B) is performed. At this time, sensing of the observation target (Ch-A) is continuously performed in channel A. FIG. 3 shows the state during this time.
次に、時刻t=2T/32~3T/32では、チャンネルAで暗電流の測定(D)を行い、チャンネルBでは引き続き観測対象のセンシング(Ch-B)が行われている。この間の状態を示したのが図4である。時刻t=3T/32~4T/32では、チャンネルA及びチャンネルBのいずれでも白色板較正(W)が行われる。そして、時刻t=4T/32(すなわち、t=T/8=T´)となると、次のサイクルが開始する。即ち、チャンネルAにて観測対象のセンシング(Ch-A)を行うミラーの回転角度範囲(θ=~22.5度)とチャンネルBにて観測対象のセンシング(Ch-B)を行うミラーの回転角度範囲(θ=11.25~33.75度)とはずれている。 Next, at time t = 2T / 32 to 3T / 32, the dark current measurement (D) is performed on channel A, and the sensing target (Ch-B) is continuously performed on channel B. FIG. 4 shows the state during this period. At time t = 3T / 32 to 4T / 32, white plate calibration (W) is performed for both channel A and channel B. Then, when time t = 4T / 32 (that is, t = T / 8 = T ′), the next cycle starts. That is, the rotation angle range (θ = ˜22.5 degrees) of the mirror that performs sensing (Ch-A) of the observation target in channel A and the rotation of the mirror that performs sensing of the observation target (Ch-B) in channel B It is out of the angular range (θ = 11.25 to 33.75 degrees).
このようにして、チャンネルAでは、観測対象の測定(Ch-A)、暗電流の測定(D)、白色板較正(W)がこの順で繰り返され、チャンネルBでは、暗電流の測定(D)、観測対象の測定(Ch-B)、白色板較正(W)がこの順で繰り返され、チャンネルAとチャンネルBとはこれらのサイクルを並行して行う。なお、本実施の形態において、センサ13A、13Bはそれぞれ本技術の第1及び第2のセンサに相当し、観測対象からの光を反射してセンサ13Aに入射させるポリゴンミラー12のミラー面は本技術の第1のミラーに相当し、観測対象からの光を反射してセンサ13Bに入射させるポリゴンミラー12のミラー面は、第2のミラーに相当する。
In this way, in channel A, the measurement of the observation target (Ch-A), the dark current measurement (D), and the white plate calibration (W) are repeated in this order, and in channel B, the dark current measurement (D ), Measurement of the observation target (Ch-B), and white plate calibration (W) are repeated in this order, and channel A and channel B perform these cycles in parallel. In the present embodiment, the
次に、上記のようなセンシング動作による観測可能範囲について説明する。図7は、本実施の形態の観測範囲を示す図である。図7はポリゴンミラー12の回転軸方向に見た図である。一般に、地上高hに設置された垂直な面内で回転する回転する回転ミラーによって観測光軸の走査を行い、地上の観測対象からの光を水平面内に設置されたセンサに誘導する場合、観測光軸が垂直方向となす角θの値によって、地上換算の走査速度は非線形で変化し、これによって観測歪みが生じる。なお、センサによって観測対象からの光を検出する際の観測対象の幅を刈り巾といい、そのときの観測光軸の角度幅を視野角(FOV:Field Of View)という。
Next, the observable range by the sensing operation as described above will be described. FIG. 7 is a diagram showing the observation range of the present embodiment. FIG. 7 is a view of the
いま、地表の直下点を原点として、地上の観測対象物の水平位置をxとし、センサの高度をhとすると、以下の式(1)が成り立つ。
x=htan(θ) …(1)
式(1)を観測光軸の垂直方向に対する角度θで微分すると、地上換算の空間解像度のθへの依存性は、次式(2)で示される。
dx/dθ=h/cos2(θ) …(2)
この値は、θ=0度で最小となる。
Now, assuming that the point directly below the ground surface is the origin, the horizontal position of the observation object on the ground is x, and the altitude of the sensor is h, the following equation (1) is established.
x = h tan (θ) (1)
When the equation (1) is differentiated with respect to the angle θ with respect to the vertical direction of the observation optical axis, the dependence of the ground equivalent spatial resolution on θ is expressed by the following equation (2).
dx / dθ = h / cos 2 (θ) (2)
This value is minimum at θ = 0 degrees.
このことは、センサをその光軸が水平方向を向くように設置した場合、ミラー面が水平面となす角度が45度になる条件に対応し、ミラー面の角度が垂直や水平に近づくに従って無限大に発散することを意味する。このため、この設置条件下では、ミラー角度が45度の近傍でミラーを使用することが得策であるが、低空飛行で(小さなhで)大きな刈り巾を実現しようとする場合には、大きなFOVを設定する必要があり、一枚のミラーで両条件を満たすことが困難になる。 This corresponds to the condition that when the sensor is installed so that its optical axis is in the horizontal direction, the angle between the mirror surface and the horizontal plane is 45 degrees, and becomes infinite as the angle of the mirror surface approaches vertical or horizontal. Means to diverge. For this reason, it is advisable to use a mirror near a mirror angle of 45 degrees under this installation condition. However, if a large cutting width is to be realized in low altitude flight (with a small h), a large FOV is required. Therefore, it is difficult to satisfy both conditions with a single mirror.
そこで、図7に示すように、本実施の形態では、ポリゴンミラーとして同期運転される複数のミラー面にそれぞれ異なる観測範囲を割り当てることで、1つのミラー面が担当するFOVを実質的に低下させて、地上換算の空間解像度を維持しつつ、全体として大きな刈り巾及び大きなFOVを実現する。本実施の形態では、図7に示すように、センサ13Aが担当する刈り巾Waとセンサ13Bが担当する刈り巾Wbとは互いにずれており、刈り巾Waと刈り巾Wbとを合わせた範囲がこのリモートセンシング装置100の刈り巾となる。なお、厳密にはセンサ13Aの視野角の中心(ポリゴンミラー12のミラー面での反射点)とセンサ13Bの視野角の中心(ポリゴンミラー12のミラー面での反射点)とは一致せず、ずれているが、このずれは高さhに対して十分小さいことから、図7では両者が一致するものとしている。
Therefore, as shown in FIG. 7, in the present embodiment, by assigning different observation ranges to a plurality of mirror surfaces that are operated synchronously as polygon mirrors, the FOV assigned to one mirror surface is substantially reduced. Thus, a large cutting width and a large FOV are realized as a whole while maintaining the spatial resolution of ground conversion. In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the cutting width Wa handled by the
上述のように、センサ13A、13Bの光軸は水平から11.25度傾いているので、地上換算の空間解像度のθへの依存性が最小となる観測光軸は垂直からそれぞれ22.5度ずれている。センサ13A、13Bに入射する光を反射させるミラーの角度が変化すると、視野角はその2倍の大きさで変化することになる。センサ13A、13Bが観測対象をセンシングするポリゴンミラーの回転角度範囲は、図6に示すように、22.5度であるので、センサ13A、13Bが担当する観測視野角(観測対象を観測する視野角)FOVa、FOVbはそれぞれ45度となり、センサ13Aの観測視野角FOVaとセンサ13Bの観測視野角FOVbとのずれは22.5度となる。よって、センサ13Aの観測視野角FOVaとセンサ13Bの観測視野角FOVbとを合わせた全体の観測視野角FOVは、67.5度となる。センサの高さがhであるとき、センサ13A及びセンサ13Bのそれぞれの刈り巾Wa、Wbは約0.87hとなり、重複範囲が約0.40hとなるので、全体の刈り巾は約1.336hとなる。よって、リモートセンシング装置100が50mの上空にあって、地表を観測する場合には、その刈り巾は約67mとなる。
As described above, since the optical axes of the
以上のように、各センサ13A、13Bについて、最大90度の視野角を45度に制限して、観測歪みが比較的大きい角度(最初の22.5度と最後の22.5度)では観測対象の観測を行わず、そのように観測視野角が制限されたセンサを2つ用いることで、全体として観測視野角を67.5度に広げている。そして、各センサ13A、13Bは、観測歪みが比較的大きい角度では、黒色板112又は乳白色透明板113A、113Bからの光を検出し、暗電流又は白色板較正用データの測定を行う。暗電流の測定及び白色板較正については、後述する。
As described above, for each
次に、上記の観測を実現するためのリモートセンシング装置100の構成について説明する。図8は、リモートセンシング装置100の構成を示すブロック図である。図8において、図1の要素と対応する要素については、図1と同じ符号を付している。リモートセンシング装置100は、ポリゴンミラー12、左右のレンズ群132A、132B、左右の小型分光器131A、131B、及び制御装置20を備えている。リモートセンシング装置100はさらに、制御装置20に接続された、3次元加速度センサ31、ジャイロセンサ32、GPSユニット33、及び温度計/気圧高度計34を備えている。
Next, the configuration of the
制御装置20は、タイミング回路、A/D変換回路、信号処理回路を含む処理回路21、遅延回路22、多機能マイコン15、大容量フラッシュメモリ16、位置姿勢検出回路23、GPS制御回路24、及び温度計/気圧高度計制御回路25を備えている。
The
ポリゴンミラー12には、リモートセンシング装置100の外部に存在する観測対象からの光が入射し、また、黒色板112や乳白色透明板113A、113Bからの光が正規化用画像として入射する。ポリゴンミラー12で反射した光は、ポリゴンミラー12のいずれかのミラー面12A~12Hで反射して、レンズ群132Aを介して小型分光器131Aに入射し、またはレンズ群132Bを介して小型分光器131Bに入射する。
The light from the observation target existing outside the
小型分光器131A、131Bは、入射した光のスペクトルを測定する。処理回路21のタイミング回路は、小型分光器131A、131Bのセンシングを行うためのタイミングパルスを生成して、そのセンシングタイミングで小型分光器131A、131Bからデータを取得する。
図9は、タイミング回路におけるタイミング生成回路の構成を示すブロック図である。タイミング生成回路210は、ポリゴンミラー12の回転から得られるT/2タイミングパルスを遅延回路22(図8参照)から受けて、このT/2タイミングパルスを元に、位相弁別器211、電圧制御発振器(VCO:Voltage-Controlled Oscillator)212、1/64分周器213からなる位相同期回路(PLL:Phase Locked Loop)を用いて、図6のタイミングチャートを実現するのに必要なクロック信号を得る。即ち、タイミング生成回路210は、1周前のポリゴンミラー12の回転から得られるT/2のパルスを分解して、現在のポリゴンミラー12の回転角を予測する。
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the timing generation circuit in the timing circuit. The
電圧制御発振器212の出力に基づいて、タイミング生成器L0はチャンネルAの観測対象の読み込みパルスを出力し、タイミング生成器L1はチャネルBの黒色の読み込みパルスを出力し、タイミング生成器L2はチャンネルBの観測対象の読み込みパルスを出力し、タイミング生成器L3はチャンネルAの黒色の読み込みパルスを出力し、タイミング生成器L4はチャンネルA及びチャンネルBの白色の読み込みパルスを出力する。
Based on the output of the voltage controlled
なお、タイミング回路は、図9のタイミング生成回路210を用いる代わりに、ポリゴンミラー12の回転から得られるT/2タイミングパルスを元にシミュレータを動作させ、このシミュレータから発せられる各ミラー面のタイミングパルスを得て、それらに一定の遅延をかけることでタイミングパルスを生成してもよい。
The timing circuit operates the simulator based on the T / 2 timing pulse obtained from the rotation of the
処理回路21のA/D変換器は、タイミング回路から出力されるパルスに従って小型分光器131A及び/又は小型分光器131Bからセンサ出力値を読み出して、A/D変換を行い、信号処理回路に出力する。信号処理回路は、以下のようにして信号処理を行う。
The A / D converter of the
観測対象からの光を観測したときのセンサ13A、13Bのセンサ出力値(センサ13A、13Bがそれぞれ図6の「Ch-A」、「Ch-B」の期間でセンシングした後の出力値)をそれぞれIA、IBとし、黒色板112からの光を観測したときのセンサ13A、13Bのセンサ出力値(センサ13A、13Bがそれぞれ図6の「D」の期間でセンシングした後の出力値)をそれぞれDA、DBとし、乳白色透明板113A、113Bからの光を観測したときのセンサ13A、13Bのセンサ出力値(センサ13A、13Bがそれぞれ図6の「W」の期間でセンシングした後の出力値)をそれぞれWA、WBとすると、信号処理回路は、以下の式(3)及び(4)によってセンサ13A、13Bのそれぞれの観測値SA、SBを算出する。
SA=k(IA-DA)/(WA-DA) …(3)
SB=k(IB-DB)/(WB-DB) …(4)
Sensor output values of the
SA = k (IA-DA) / (WA-DA) (3)
SB = k (IB-DB) / (WB-DB) (4)
即ち、観測値SA、SBは、IA、IBに照明強度及び暗電流についての補正を行った結果として表現される。ここで、kは、白色透明面の強度を地上白色板の散乱光強度に換算する係数であり、実験的に求められる。 That is, the observed values SA and SB are expressed as a result of correcting illumination intensity and dark current on IA and IB. Here, k is a coefficient for converting the intensity of the white transparent surface into the scattered light intensity of the ground white plate, and is obtained experimentally.
以上のように、リモートセンシング装置100では、観測対象の1回の走査ごとに、暗電流及び白色較正用データの測定を行って観測対象のセンサ出力値を補正して観測対象の観測値を求める。従来は、地上に白色板を置いてそれを観測することで白色較正を行い、暗電流の測定は観測対象の観測が終了してリモートセンシング装置を搭載した小型飛行機が着陸した直後に行うなどしていた。しかしながら、観測対象が海面である場合には、そのような白色板を用意することが困難である。また、小型飛行機は高速で飛行しているので、白色較正用の正規化画像(白色)は時々刻々と変化し、また、暗電流も特に温度の影響を受けて時々刻々と変化する。本実施の形態によれば、そのように変化する暗電流や白色較正用の白色(白色較正用データ)を1走査ラインごとに測定して、その走査のセンサ出力値の補正に用いるので、より正確な観測値を算出することができる。
As described above, in the
位置姿勢検出回路23は、3次元加速センサ31から3次元方向の加速度の測定値を取得し、ジャイロセンサ32から姿勢情報の測定値を取得して、リモートセンシング装置100の位置及び姿勢の情報を多機能マイコン15に出力する。GPS制御回路24は、GPSユニット33からGPS位置情報を取得して、位置情報を多機能マイコン15に出力する。温度計/気圧高度計制御回路25は、温度計/気圧高度計34から温度測定値、気圧測定値、及び高度値を取得して、温度、気圧、及び高度の情報を多機能マイコンに出力する。なお、温度計/気圧高度計34は、気圧の測定値から高度を求める。
The position /
多機能マイコン15は、処理回路21から観測値SA、SBを取得して、位置姿勢検出回路23から取得した位置及び姿勢の情報、GPS制御回路24から取得した位置情報、温度計/気圧高度計制御回路25から取得した温度、気圧、及び高度の情報とともに、大容量フラッシュメモリ16に記録する。なお、このとき、多機能マイコン15は、観測値SA、SBとともに、又は観測値SA、SBに代えて、センサ出力値IA、IB、WA、WA、DA、DBも取得して、これらも大容量フラッシュメモリ16に記録してもよい。
The
リモートセンシング装置100は、観測を終えて着陸した後に、ホストPC500に接続される。多機能マイコン15は、ホストPC500からの要求に従って、大容量フラッシュメモリ16から記録された情報を読み出して、ホストPC500に出力(送信)する。なお、リモートセンシング装置100が無線通信機能を備え、観測によって得られたデータを上空からホストPC500に無線送信してもよい。
The
以上のように、本実施の形態のリモートセンシング装置100によれば、2つのセンサ13A、13Bを備え、各センサ13A、13Bの走査範囲が互いにずれており、それぞれのセンサが、観測対象の異なる部分からの光を検出するので、それぞれのセンサの刈り巾を大きくとることなく、広い刈り巾を実現できる。また、回転する回転ミラー12を採用して、2つのセンサがそれぞれ異なるミラー面を用いて観測を行うことで、そのような2つのセンサが同時に観測対象の観測を行うので、高速に観測対象を観測できる。
As described above, according to the
以上のように、本技術の第1の実施の形態及びその変形例によれば、ポリゴンミラーのデューティサイクルを大幅に改善できるのみならず、反射率スペクトル観測の際に必要とされる暗電流の計測、白色板較正も、観測機器の動作を中断することなく連続的に実現できるため、光源の状態が時々刻々変化する環境下でも高速観測を連続して実行することができ、無人機搭載用の観測システムを廉価で実現することができる。 As described above, according to the first embodiment of the present technology and the modification thereof, not only can the duty cycle of the polygon mirror be greatly improved, but also the dark current required for observation of the reflectance spectrum can be reduced. Measurement and white plate calibration can also be realized continuously without interrupting the operation of the observation equipment, so high-speed observation can be performed continuously even in an environment where the light source condition changes from moment to moment, and for use in unmanned aircraft Can be realized at low cost.
(第2の実施の形態)
次に、本技術の第2の実施の形態について説明する。図10は、本技術の第2の実施の形態のセンシング装置の構成を示す図である。本実施の形態のセンシング装置200も、第1の実施の形態のセンシング装置と同様に、地表や海水面を観測対象として、上空から観測対象の観測を行うリモートセンシング装置である。図10のリモートセンシング装置200において、第1の実施の形態のリモートセンシング装置100と同一の構成要素については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present technology will be described. FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a sensing device according to the second embodiment of the present technology. Similarly to the sensing device of the first embodiment, the
リモートセンシング装置200は、直方体形状の筐体11の内部に、ポリゴンミラー12を備える。ポリゴンミラー12の左右両側には、凸レンズ134A、134Bが設けられている。凸レンズ134A、134Bは、それらの光軸がいずれもポリゴンミラー12の回転中心を通るように配置されている。凸レンズ134A、134Bのポリゴンミラー12と反対側には、多芯ファイバ端面53A、53Bが設けられている。
The
多芯ファイバ端面53A、53Bには、白色較正のための外来光導入用のオプティカルファイバ(以下、「白色較正ファイバ」という。)14A、14Bの出力端、観測光導入用の8本のオプティカルファイバ(以下、「観測光導入ファイバ」という。)からなる多芯オプティカルファイバ(以下、単に「多芯ファイバ」という。)52A、52Bの出力端、及び小型分光器131A、131Bへの反射光導入用のオプティカルファイバ(以下、「センサ入力ファイバ」という。)133A、133Bの入力端が含まれており、これらの端面が同一平面上に配置されている。そして、これらの複数のオプティカルファイバの端面と黒色板から構成される平面が、凸レンズ134A、134Bの光軸と垂直になるように配置されている。この複数の観測光導入ファイバからなる多芯ファイバ52Aは、本技術の第1の多芯ファイバに相当し、複数の観測光導入ファイバからなる多芯ファイバ52Bは、本技術の第2の多芯ファイバに相当する。
The multi-fiber end faces 53A and 53B have optical fibers for introducing external light for white calibration (hereinafter referred to as “white calibration fibers”) 14A and 14B, and eight optical fibers for introducing observation light. (Hereinafter referred to as “observation light introducing fiber”) 52A and 52B for multi-core optical fiber (hereinafter simply referred to as “multi-core fiber”) 52A and 52B, and for introducing reflected light into
複数の観測光導入ファイバからなる多芯ファイバ52A、52Bの他端、即ち入力端は、筐体11の底面11Cに設けられた結像光学系としての望遠レンズ51A、51Bの像側に配置されている。複数の観測光導入ファイバの入力端は、望遠レンズ51A、51Bの結像面と一致するように、同一平面上に配置されている。センサ入力ファイバ133A、133Bの出力端は、小型分光器131A、131Bに接続されている。センサ入力ファイバ133A、133Bの入力端から入射した光はセンサ入力ファイバ133A、133Bを伝播して出力端から出力されて小型分光器131A、131Bに入射する。白色較正ファイバ14A、14Bの入力端は、集光窓17に接続されている。集光窓17で集光された周辺光は、白色較正ファイバ14A、14Bを伝播して、その出力端から出力される。本実施の形態では、小型分光器131A、131B、センサ入力ファイバ133A、133Bによって、センサ13A、13B(図示省略)が構成される。
The other ends, that is, the input ends of the
望遠レンズ51A、51Bは、その光軸が、走査方向に互いにずれるように設置されている。具体的には、望遠レンズ51Aの光軸は、垂直方向から外側(図10の左側)に11.25度傾いており、望遠レンズ51Bの光軸も、垂直方向から外側(図10の右側)に11.25度傾いており、望遠レンズ51Aの光軸と望遠レンズ51Bの光軸は互いに22.5度傾いている。これにより、リモートセンシング装置200から観測対象までの距離が、望遠レンズ51Aと望遠レンズ51Bとの間の距離と比べて十分に大きく、望遠レンズ51Aと望遠レンズ51Bとの間の距離を無視できるとしても、それらの視野は走査方向に互いにずれており、これにより、図7に示したような走査範囲ないし視野範囲のずれが生じ、刈り巾を拡大できる。リモートセンシング装置200の構成は左右対称であるので、以下では、チャンネルA(図10における左側)の構成を代表して説明する。
The
図11は、本実施の形態のオプティカルファイバの構成を示す図である。図11に示すように、複数のオプティカルファイバの端面は隣同士が密着して直線状に配置されている。多芯ファイバ端面53Aでは、白色較正ファイバ14Aの端面14A2、4本の観測光導入ファイバの端面521A2~524A2、センサ入力ファイバ133Aの端面133A1、4本の観測光導入ファイバの端面525A2~528A2、及び黒色板114Aが、この順に並んで配置されている。即ち、白色較正ファイバ14Aの端面14A2及び黒色板114Aは、多芯ファイバ端面53A、53Bの両端に配置され、センサ入力ファイバ133Aの端面133A1は、複数の観測光導入ファイバの端面521A2~528A2の配列の中に挿入され、複数の観測光導入ファイバの端面521A2~528A2の配列の中央に配置されている。この多芯ファイバ端面53Aの配列方向(走査方向)は、第1の方向に相当する。なお、多芯ファイバ端面53Bの配列方向(走査方向)は、第2の方向に相当する。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of the optical fiber according to the present embodiment. As shown in FIG. 11, the end faces of the plurality of optical fibers are arranged in a straight line with the adjoining neighbors. In the multicore
また、多芯ファイバ52Aの入力端521A1~528A1は、隣同士が密着して直線状に配置されている。この配置の方向は、観測対象の走査方向と一致する。さらに、多芯ファイバ52Aの複数の入力端521A1~528A1は、出力端521A2~528A2と配列と同じ順序に配列されている。即ち、多芯ファイバ52Aにおいて、入力端521A1~528A1と出力端521A2~528A2との配置順は同じである。これにより、多芯ファイバ52Aの入力端521A1~528A1に形成された光像(画像)が出力端521A2~528A2に伝播されることになる。
Further, the input ends 521A1 to 528A1 of the
以上のように構成されたセンシング装置200の作用を説明する。図12及び図13は、ポリゴンミラー12のあるミラー面(図12、13ではミラー面12Aを図示している)による走査を説明する図である。ポリゴンミラー12の右側の構成は、図12、13に示す構成と同様である。ミラー面12Aは、多芯ファイバ端面53Aの配列方向に沿って反射方向を変更することで、複数の観測光ファイバの端面521A2~528A2の各々から出力される光を順にセンサ入力ファイバ133Aの端面(入力端)133A1に入射させる。
The operation of the
ミラー面12Aを角度θだけ回転させると、反射光は角度2θだけ回転する。多芯ファイバの端面521A2~528A2の配列の中央に配置されているセンサ入力ファイバ133Aの端面133A1には、観測光導入ファイバの端面521A2~528A2上に現れる画像が順次入射するので、画像の走査が実現される。このとき、センサ入力ファイバ133Aの端面133A1が、配列された複数の観測光導入ファイバの端面521A2~528A2の中央に位置しているので、センサ入力ファイバ133Aの端面133A1に入射する光のミラー面12Aにおける入射角及び反射角を小さくすることができ、光の損失を抑えることができる。
When the
また、白色較正ファイバ14Aの端面14A2から出射される光、及び黒色板114Aで反射する光も、所定の角度のミラー面12Aで反射することで、センサ入力ファイバ133Aの端面133A1に入射することになる。白色較正ファイバ14Aの端面14A2及び黒色板114Aは、多芯ファイバ端面53Aにおける端面の配列の両端にあるので、その反射光がセンサ入力ファイバ133Aの端面133A1に入射するときのミラー面12Aにおける入射角及び反射角は、観測光導入ファイバの端面521A2~528A2の場合と比較して大きくなるが、これらは観測対象の画像の形成に直接関係しないので、観測対象の画像に対する影響を抑えることができる。
Further, the light emitted from the end surface 14A2 of the
図14は、ミラー面、凸レンズ、及び多芯ファイバ端面の位置関係を説明するための図である。ここでは、これらの位置関係を説明するために、ミラー面12Aによる虚像を光源として考える。ミラー面12Aと凸レンズ134Aとの間の距離をδ/2とすると、ミラー面12Aで反射する光は、入射時と反射時の2回凸レンズ134Aを通過することになり、実質的に、距離δで配置された2枚の凸レンズの効果を受けることになる。いま、凸レンズの焦点距離をf、多芯ファイバ端面53Aから凸レンズ134Aまでの距離をL、ミラー12Aがない場合の結像位置を53A´、凸レンズ134Aからこの結像位置53A´までの距離をL2とすると、レンズ公式より、次式が成り立つ。
L2=fL/(L-f) …(5)
ミラー12Aを挿入すると、この結像位置53A´とミラー対称の位置53A´´に虚光源が構成される。虚光源の位置53A´´と凸レンズ134Aとの間の距離をa、この虚光源に向かう光束が凸レンズ134Aを通過して形成する実像53A´´´と凸レンズ134Aとの間の距離をbとし、虚光源の符号に留意してレンズ公式を適用すると、次式の関係が成り立つ。
b=af/(a+f) …(6)
となる。
FIG. 14 is a diagram for explaining the positional relationship among the mirror surface, the convex lens, and the multi-core fiber end surface. Here, in order to explain these positional relationships, a virtual image by the
L 2 = fL / (L−f) (5)
When the
b = af / (a + f) (6)
It becomes.
この実像位置53A´´´が、多芯ファイバ端面53Aと凸レンズ134Aとの距離Lに一致する条件を求める。ミラーによる像の対称性:a+δ/2=L2-δ/2を用いて式(6)からaを消去し、更に、式(5)を用いてL2を消去し、b=Lとなる条件を求めると、以下の関係が得られる。
L={fL-(L-f)δ}f/{fL-(f-δ)(L-f)} … (7)
式(7)を整理すると、ミラー面12Aと凸レンズ134Aとの間の距離δ/2に依らずに
L=f …(8)
が結像条件となる。凸レンズ134Aと多芯ファイバ端面53Aは、式(8)を満たす位置に配置される。なお、仮に設定したミラーがないときの結像位置53A´は、図14の右方無限大の位置となり、凸レンズ134Aは多芯ファイバ端面53Aの光源を、各点光源について平行光線として送出する機能を果たすことになる。
A condition is obtained in which the
L = {fL− (Lf) δ} f / {fL− (f−δ) (Lf)} (7)
When formula (7) is rearranged, L = f (8) regardless of the distance δ / 2 between the
Is the imaging condition. The
以上のように、本実施の形態のリモートセンシング装置200によれば、観測対象からの光を多芯ファイバで伝達して、ミラー面に入射させ、ミラー面が反射方向を変更することで、観測対象を走査するので、観測対象に対するミラーの配置の自由度が高くなり、リモートセンシング装置を小型化できる。
As described above, according to the
なお、上記の実施の形態では、多芯ファイバ端面53Aにおいて、白色較正ファイバ14Aの端面14A2、8本の観測光導入ファイバの端面521A2~528A2、センサ入力ファイバ133Aの端面133A1、及び黒色板114Aは、直線状に配置されていたが、このような端面の直線配列を複数段設けてもよい。図15は、第2の実施の形態の他の例の多芯ファイバ端面の構成を示す図である。
In the above embodiment, in the multi-core
多芯ファイバ端面530Aでは、上記で説明した多芯ファイバ端面53Aが、その配列方向(走査方向)に垂直な方向に複数段並んで構成されている。即ち、多芯ファイバ端面53Aにおいて走査方向に配列される白色較正ファイバ14Aの端面14A2、8本の観測光導入ファイバの端面521A2~528A2、センサ入力ファイバ133Aの端面133A1、及び黒色板114Aが、走査方向に対して垂直な方向に並んでいる。走査方向を「行」、走査方向に垂直な方向を「列」とすると、複数行の白色較正ファイバ14Aの端面14A2は、同一列に配置されて端面列140A2を構成する。また、複数行のセンサ入力ファイバ133Aの端面133A1は、同一列に配置されて端面列1330A1を構成する。さらに、黒色板1140は列方向に延在している。多芯ファイバの端面(出力端)は、2次元配列されて端面520Aを構成する。
The multi-core fiber end face 530A is configured by arranging the multi-core fiber end faces 53A described above in a plurality of stages in a direction perpendicular to the arrangement direction (scanning direction). That is, the end face 14A2 of the
このような2次元配列の多芯ファイバ端面530Aの各行は、1つのチャンネルを構成している。従って、2次元配列の多芯ファイバ530Aを用いることで、複数のチャンネルで観測対象を観測できる。なお、多芯ファイバの入力端は、出力端と同じ配列順序で2次元配列される。また、センサ13Aは、チャンネル数に対応して複数設けられている。
Each row of such a two-dimensional array of multi-core fiber end faces 530A constitutes one channel. Therefore, by using the two-dimensional array of
この構成によれば、多芯ファイバ520Aのある列から出射される帯状の光が、同時にセンサ入力ファイバの端面列1330A1に入射するので、ミラー面の反射方向を変更することで、複数チャンネル(複数行)の走査を同時に行うことができる。この複数のチャンネルは、観測対象における走査方向と直交する方向(副走査方向)に相当する。よって、複数チャンネルの構成によれば、観測対象を複数の走査ラインで走査することができる。観測対象のより精密なセンシングが可能となり、又は、観測対象のより高速なセンシングが可能となる。即ち、複数チャンネルの場合には、1チャンネルの場合と比較して、副走査速度同一の条件下では、観測の解像度を向上でき、観測解像度同一の条件下では、観測の速度を向上できる。
According to this configuration, the strip-shaped light emitted from a row of the
なお、図15の例では、白色較正ファイバ14Aの端面14A2を各チャンネルに設け、また、黒色板1140Aも各チャンネルに亘るように長い形状としたが、白色較正ファイバ14Aの端面14A2や黒色板114Aが1つのチャンネルにのみ設けられていてもよい。
In the example of FIG. 15, the end face 14A2 of the
また、図11に示す1チャンネルの場合に、1走査ライン上に1つの小型分光器131Aに対応する1つのセンサ入力ファイバ133Aの端面133A1を設け、図15に示す2次元配列(複数チャンネル)の場合にも各チャンネル(走査ライン)に、1つの小型分光器131Aに対応する1つのセンサ入力ファイバ133Aの端面133A1を設けたが、1つのチャンネル(走査ライン)ごとに複数の小型分光器131Aを設け、それに対応する複数のセンサ入力ファイバ133Aの端面133A1を1走査ライン上に設けてもよい。そして、複数の小型分光器131Aにおいて、センシング可能な波長範囲を異なるものとしてもよい。例えば、1つの小型分光器131Aで紫外及び可視光の光を検出し、他の1つで赤外及び可視光を検出してよい。
In the case of one channel shown in FIG. 11, one end face 133A1 of one
(第3の実施の形態)
図16は、第3の実施の形態のセンシング装置300の構成を示す図である。図16において、センシング装置100又はセンシング装置200と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。第1及び第2の実施の形態と比較すると、本実施の形態では、ポリゴンミラー12を用いずに、複数のマイクロミラー121A、121Bを採用している点でそれらの実施の形態とは異なる。
(Third embodiment)
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of a
多芯ファイバ端面53A、53B、凸レンズ134A、134B、及びマイクロミラー121A、121Bは、この順に配置されている。多芯ファイバ端面53A、53Bは、凸レンズ134A、134Bの光軸に対して垂直である。マイクロミラー121A、121Bは、そのミラー面が凸レンズ134A、134Bの光軸に対して垂直となる姿勢を中心として走査方向に搖動することで、その反射方向を変更可能である。具体的には、マイクロミラー121A、121Bは、走査方向に垂直な回転軸を中心として、所定の角度範囲内で回転することで、その反射方向を変更する。
Multi-fiber end faces 53A and 53B,
マイクロミラー121A、121Bは、それぞれ1つのミラー面を有し、多機能マイコン15からの駆動信号に従って搖動動作を行う。多機能マイコン15は、マイクロミラー121A、121Bを例えば数十Hz~数kHzのサイン波で駆動する。ポリゴンミラー12を用いた場合には、ミラー面の方向は常に一方向にしか変化しなかったが、マイクロミラー121A、121Bを用いる本実施の形態の場合には、マイクロミラー121A、121Bは、所定の角度範囲内で往復運動を行うので、走査としても往復走査が行われる。
The
ポリゴンミラー12を採用する場合には、ポリゴンミラー12の回転によって、チャンネルAのミラー及びチャンネルBのミラーのそれぞれの反射方向が変更させられるのに対して、本実施の形態のセンシング装置300では、図16に示すように、チャンネルAのミラーであるマイクロミラー121Aと、チャンネルBのミラーであるマイクロミラー121Bとが、それぞれ独立して駆動される。よって、マイクロミラー121Aとマイクロミラー121Bとの位置関係は互いに拘束されない。センシング装置300では、ポリゴンミラー12が不要となったことによる小型化、軽量化が実現されるだけでなく、上記のようなマイクロミラー121A、121Bの配置の自由度によっても、センシング装置300の小型化を実現できる。
When the
また、ポリゴンミラー12を使用する場合は、観測対象からの光を反射させるミラー面は、ポリゴンミラー12の回転中心を中心として回転することになるので、光路方向(入射方向ないし反射方向)のミラー面の位置の変動が比較的大きくなるのに対して、マイクロミラー121A、121Bによれば、回転中心をミラー面の近く又はミラー面と重なるように設定することができるので、光路方向のミラー面の位置変動を小さくできる。これによって、特に、図16に示すように、多芯ファイバ52A、52B及び凸レンズ134A、134Bを用いる場合に、走査によるピントずれ等を軽減できる。
When the
なお、上記の説明では、第3の実施の形態として、第2の実施の形態と同様に、望遠レンズ51A、51B及び多芯ファイバ52A、52B等を用いる例を示したが、第1の実施の形態のセンシング措置100のポリゴンミラー12を本実施の形態で説明した2枚のマイクロミラー121A、121Bに置き換えてもよい。この場合にも、ポリゴンミラー12を用いないことによる、センシング装置の小型化、軽量化を実現できる。
In the above description, as the third embodiment, the example using the
また、上記の第3の実施の形態では、マイクロミラー121A、121Bが走査方向のみに搖動する構成であったが、同時に、走査方向と平行な軸周りに、所定の角度範囲内で搖動可能であってもよい。この構成により、プラットフォームのピッチング及びローリングに対する走査位置のずれを補正することが可能となる。以下、具体的に説明する。
In the third embodiment, the
図17は、マイクロミラー121A、121Bがそれらのミラー面に平行な2つの軸周りにそれぞれ回転可能であるリモートセンシング装置300´における関連する構成を示した図である。リモートセンシング装置300´が3D加速センサ18を備えている。また、図17の例では、多芯ファイバ端面53Aにおいて、各ファイバの端面が2次元配列されている。マイクロミラー121Aは、走査方向に垂直かつマイクロミラー121Aのミラー面に平行な軸1211A周りに、ロール回転機構1213Aによって所定の角度範囲内で搖動可能であるだけでなく、走査方向に平行な軸1212A周りにも、ピッチ回転機構1214Aによって所定の角度範囲内で搖動可能である。なお、図17では、説明の便宜上、物理的な軸1211A、1212Aを図示し、ロール回転機構1213A及びピッチ回転機構1214Aを、各軸を回転させる機構として図示し、マイクロミラー121Aが軸1211A、1212A周りに搖動可能であることを示しているが、マイクロミラー121Aを2つの方向に搖動させる実際の構成は、これに限られない。例えば、マイクロミラー121Aの裏面の中央に支持柱が固定されており、この支持柱が傾倒することでマイクロミラー121Aを2つの方向に搖動されてよいし、マイクロミラー121Aの四辺をそれぞれ持ち上げる機構によって、マイクロミラー121Aを2つの方向に搖動させてもよい。
FIG. 17 is a diagram showing a related configuration in the
3D加速センサ18は、リモートセンシング装置300´が設置されるプラットフォーム(例えば、小型飛行機)に固定され、プラットフォームのロール角(進行方向に平行な軸周りの回転による傾き角)及びピッチ角(リモートセンシング装置300´の底面11Cを下に向けたときの上下方向の傾き角)を検出して、それらの検出値を多機能マイコン15に出力する。多機能マイコン15には、プラットフォームのピッチによる走査位置のずれを補正する機能として、ピッチ補正演算部151を有し、かつ、プラットフォームのロールによる走査位置のずれを補正する機能として、ロール補正演算部152を有する。ピッチ補正演算部151には、3D加速センサ18で検出されたピッチ角の検出値が入力され、ロール補正演算部152には、3D加速センサ18で検出されたロール角の検出値が入力される。
The
ロールに対する補正について説明する。いま、プラットフォームの観測対象(例えば、地表)からの高度をhとし、観測対象からの光が望遠レンズ51A、51Bを介して多芯ファイバ52A、52Bの入力端(写像面)に投影されたときの倍率をmとし、写像面上での走査方向の位置ずれ(ロールによる位置ずれ)の量をΔwとし、写像面上の位置ずれΔwに対応する観測対象での位置ずれをΔWgとする。センサ入力ファイバ133の入力端133A1に入射する反射光については、マイクロミラー121Aの回転角の2倍の偏向角が得られるので、マイクロミラー121Aのミラー面と多芯ファイバ端面53Aとの間の距離をL´とすると、このL´とローリングによる位置ずれを補正するために必要なマイクロミラー121Aの補正角度θcとの関係は下式(9)によって表される。
Δw/L´=tan(2θc) …(9)
The correction for the roll will be described. Now, when the altitude from the observation target (for example, the ground surface) of the platform is h, and the light from the observation target is projected onto the input ends (mapping planes) of the
Δw / L ′ = tan (2θc) (9)
ここで、tanθc≒θcとみなせる範囲では、ロールに対するマイクロミラー121Aの補正角度θcは、下式(10)で与えられる。
tanθc=-Δw/2L´=-mΔWg/2L´=-(mh/2L´)tanθ …(10)
この式(10)から、下式(11)が得られる。
θc=-(mh/2L´)θ …(11)
Here, in a range that can be regarded as tan θc≈θc, the correction angle θc of the
tan θc = −Δw / 2L ′ = − mΔWg / 2L ′ = − (mh / 2L ′) tan θ (10)
From this equation (10), the following equation (11) is obtained.
θc = − (mh / 2L ′) θ (11)
ロール補正演算部152は、式(11)によってロール角θに対する補正角度θcを算出する。算出された補正角度θcに、大容量フラッシュメモリ16から指定された走査位置の量が加算された後に、その出力がロール回転機構1213Aに与えられ、ロール回転機構1213Aにおける走査のためのマイクロミラー121Aを回転させる角度範囲の中心(搖動中心)が補正角度θcだけずれることとなる。この結果、ローリングがない場合にある列の観測光導入ファイバの出力端(出力端521A2~528A2のいずれか)からの光がセンサ入力ファイバ133Aの入力端133A1に入力されるタイミングで、他の行の観測光導入ファイバの出力端からの光がセンサ入力133Aの入力端133A1に入力されることになる。
The roll
ピッチに対する補正角度も式(11)と同様にして求めることができる。ピッチ補正演算部151は、ピッチに対する補正角度θc´を求めて、これをピッチ回転機構1214Aに出力する。ピッチ回転機構1214Aは、多芯ファイバ端面53Aとマイクロミラー121Aのミラー面とが平行になる姿勢を基準として、その基準から軸1212A周りに補正角度θc´だけ回転された姿勢となる。このように、補正角度θc´だけ回転した状態で軸1211A周りの回転による走査を行うと、多芯ファイバ端面53Aでは、ある行の観測光導入ファイバの出力端から出力された光は、プラットフォームのピッチングをキャンセルするように、別の行のセンサ入力ファイバの入力端に入力することになる。
The correction angle with respect to the pitch can also be obtained in the same manner as in equation (11). The pitch
以上のように、図17の構成によれば、マイクロミラー121Aの搖動を制御することで、プラットフォームのローリングやピッチングによる位置ずれを補正できる。なお、例えば3D加速センサ18の検出値に基づいて望遠レンズ51A、及び多芯ファイバ52Aの入力端(写像面)の角度を調整することでも、プラットフォームのローリングやピッチングによる位置ずれをキャンセルすることができるが、上記の例の場合には、本来駆動機構が設けられているマイクロミラー121Aを駆動することでプラットフォームのローリングやピッチングに対する補正が可能であり、装置の大型化、複雑化を回避できる。
As described above, according to the configuration shown in FIG. 17, it is possible to correct displacement due to rolling or pitching of the platform by controlling the peristaltic movement of the
なお、リモートセンシング装置300´は、ローリングをキャンセルするための構成のみ、又は、ピッチングをキャンセルするための構成のみを備えていてもよい。また、第1の実施の形態のリモートセンシング装置100のポリゴンミラー12を2枚のマイクロミラーに置き換えた構成、即ち、多芯ファイバを用いない場合にも、上記と同様の構成により、ローリングやピッチングによる位置ずれをキャンセルする構成としてよい。
Note that the
以下、上記の第1~第3の実施の形態に対する各種の変形例を説明する。
(変形例1)
第1~第3の実施の形態では、センサ13Aとセンサ13Bの光軸がそれぞれ水平方向に対して11.25度傾いており、両光軸は22.5度だけずれており、両センサ13A、13Bの観測範囲(視野)は互いに22.5度ずれていた。この結果、センサ13Aの刈り巾Waとセンサ13Bの刈り巾Wbとは一部が重複していた。この重複部分をなくして全体としての刈り巾をより広げるためには、センサ13Aの光軸とセンサ13Bの光軸との傾きをより大きくすればよい。
Hereinafter, various modifications to the first to third embodiments will be described.
(Modification 1)
In the first to third embodiments, the optical axes of the
図18は、センサ13Aの刈り巾(観測範囲)とセンサ13Bの刈り巾(観測範囲)とが重複しないように設計されたリモートセンシング装置の構成を示す図である。センサ13A及びセンサ13Bの光軸はそれぞれ水平方向に対して22.5度傾いており、その結果、センサ13Aの刈り巾とセンサ13Bの刈り巾とが重複せずに連続している。
FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a remote sensing device designed so that the cutting width (observation range) of the
図19は、各センサ13A、13Bの刈り巾及び観測視野角を示す図である。図19に示すように、本変形例においても、各センサ13A、13Bの観測視野角FOVa、FOVbはそれぞれ45度であるが、それらの重複がなく連続しているので、全体としての観測視野角FOVは90度となる。なお、図18に示すように、本変形例においても、センサ13A、13Bは観測範囲の外側で乳白色透明板113A、113B、及び黒色板112からの光をセンシングして、白色較正及び暗電流の測定を行う。
FIG. 19 is a diagram showing the cutting width and observation viewing angle of each
(変形例2)
第1の実施の形態では、底面11Cの左右方向の中央に黒色提供手段としての黒色板112を配置し、その両側に観測対象からの光を通過させるためのウィンドウ111A、111Bを設け、さらにそれらの外側に白色提供手段としての乳白色透明板113A、113Bを配置したが、黒色提供手段と白色提供手段との配置はこの逆であってもよい。この場合には、ポリゴンミラー12が上記の実施の形態と同様に反時計回りに回る場合に、センサ13Aは、黒色、観測対象、白色の順でセンシングを行い、センサ13Bは、白色、観測対象、黒色の順でセンシングを行うことになる。また、第2及び第3の実施の形態においても、白色較正ファイバ14Aの端面14A2及び黒色板114Aの配置は、図11、図15に示したものと逆であってもよい。
(Modification 2)
In the first embodiment, a
(変形例3)
また、第1の実施の形態において、両ウィンドウ111A、111Bの間の左側には黒色板を配置し、右側には乳白色透明板を配置し、かつ、ウィンドウ111Bの右側に黒色板を配置してもよい。この場合には、ポリゴンミラー12が上記の実施の形態と同様に反時計回りに回る場合に、センサ13Aは、白色、観測対象、黒色の順でセンシングを行い、センサ13Bも、白色、観測対象、黒色の順でセンシングを行うことになる。
(Modification 3)
In the first embodiment, a black plate is disposed on the left side between the two
(変形例4)
第1~第3の実施の形態では、黒色提供手段として黒色板112、114A、114Bを用いたが、これに加えて、又はこれに代えて、ポリゴンミラー12やマイクロミラー121A、121Bのミラー面において、観測対象の観測タイミング外の黒色提供タイミングに相当する位置を黒色に着色して、黒色提供手段としてもよい。即ち、ポリゴンミラー12の各ミラー面12A~12Hの回転方向の上流側の一部を黒色に着色することで、黒色提供手段としてもよく、マイクロミラー121A、121Bの一部を黒色に着色することで、黒色提供手段としてもよい。さらに、ポリゴンミラー12の複数のミラー面のうちの1つのミラー面を黒色に着色して、そのミラー面によって暗電流の測定を行ってもよい。
(Modification 4)
In the first to third embodiments, the
(変形例5)
第1の実施の形態では、白色提供手段として周辺光を伝達するオプティカルファイバ14によって照射される乳白色透明板113A、113Bを用いたが、これに代えて、オプティカルファイバ14の先端から漏れる光を直接観測してもよい。また、集光窓17やオプティカルファイバ14のような集光及び伝搬の手段を採用せず、白色透明板113A、113Bを直接周辺環境に晒すことで、周辺光の強度を測定してもよい。
(Modification 5)
In the first embodiment, the milky white
(変形例6)
第1~第3の実施の形態では、センサ13A、13Bのいずれもが黒色板112、乳白色透明板113A、113Bのセンシングを行って、暗電流測定用及び白色較正用のデータを取得したが、暗電流測定用データ及び/又は白色較正用データをセンサ13A、13Bのいずれか一方のみが取得するようにしてもよい。
(Modification 6)
In the first to third embodiments, each of the
(変形例7)
第1及び第2の実施の形態では、センシング周期T´(=ポリゴンミラーの回転周期T/ミラー面数)のうちの半分の期間を、観測対象を観測するための観測期間とし、即ち、最大視野角(=360度/ミラー面数)の半分(50%)の角度範囲を観測範囲(観測視野角)としたが、観測期間はより大きくてもより小さくてもよい。例えば最大視野角の60~70%程度を観測期間ないし観測範囲としてもよい。
(Modification 7)
In the first and second embodiments, the half period of the sensing period T ′ (= the rotation period T of the polygon mirror / the number of mirror surfaces) is set as the observation period for observing the observation target, that is, the maximum Although the observation range (observation viewing angle) is an angle range that is half (50%) of the viewing angle (= 360 degrees / number of mirror surfaces), the observation period may be longer or smaller. For example, about 60 to 70% of the maximum viewing angle may be set as the observation period or the observation range.
(変形例8)
第1~第3の実施の形態では、2つのセンサを用いて刈り巾を広げたが、3つ又はそれ以上のセンサを用いてさらに刈り巾を広げてもよい。例えば、第1及び第2の実施の形態において3つのセンサを用いる場合には、センサ13A、13Bの光軸の水平方向に対する傾きを45度程度にするとともに、上記の実施の形態の黒色板112の位置に第3のセンサを配置することができる。第3の実施の形態では、上記のように、配置の自由度が高いので、複数のセンサを用いて刈り巾を広げることに有利である。
(Modification 8)
In the first to third embodiments, the cutting width is widened using two sensors, but the cutting width may be further widened using three or more sensors. For example, when three sensors are used in the first and second embodiments, the inclination of the optical axes of the
(変形例9)
第1~第3の実施の形態では、2つのセンサ13A、13Bが観測対象にて反射する可視光をセンシングすることで観測対象を観測したが、2つのセンサにおいて、センシング可能な波長範囲を異なるものとしてもよい。例えば、センサ13Aを紫外・可視光センサとし、センサ13Bを赤外・可視光センサとすることで、紫外と赤外とを同時にセンシングしてよい。さらには、ウィンドウ111Aには地上走査方向と平行な電界のみを通過させる偏光板を、ウィンドウ111Bには走査方向と直角方向の電界のみを通過させる偏光板を装着することにより、水面からの反射量の測定や補正に必要な偏波情報を取得することができる。
(Modification 9)
In the first to third embodiments, the observation target is observed by sensing the visible light reflected by the observation target by the two
第1~第3の実施の形態のように、センサ13A、13Bの観測範囲が一部重複している場合には、重複した範囲について紫外から赤外にわたる詳細な観測が可能となり、重複していない範囲では可視光のみの観測が可能になる。これは、ヒトの目に例えれば、中心窩でのみ詳細な情報が得られ、周辺部では情報密度が低い画像の取得に限ることに相当する。通常、半導体のセンサでは、良好な感度特性を持つ波長域は、紫外側、もしくは赤外側に限定して設計されるため、上記のポリゴンミラーと2つのセンサを組み合わせた構成とすることで、紫外から赤外に亘って良好な観測が可能になる。
When the observation ranges of the
(変形例10)
第1及び第2の実施の形態のリモートセンシング装置100、200において、ポリゴンミラー12の回転軸は、飛行方向に向けられていたが、ポリゴンミラー12の回転軸は、鉛直方向及び飛行方向と略平行な平面内において、水平方向から一定の傾きを有していてもよい。これによって、観測対象が海面等である場合にも、観測光軸がリモートセンシング装置100、200の底面11Cに対して垂直になる際に水面における鏡面反射が観測対象からの光としてセンサに入射すること避けることができる。
(Modification 10)
In the
(変形例11)
第1及び第2の実施の形態のリモートセンシング装置100において、ポリゴンミラー12の回転軸は、飛行方向に向けられていたが、ポリゴンミラー12の回転軸は、水平面内において、飛行方向から、ポリゴンミラー12の回転の角速度、飛行高度、及び飛行速度に依存する一定の傾きを有していてもよい。
(Modification 11)
In the
図20は、このようにポリゴンミラー12の回転軸を傾ける理由を説明する図である。いま、リモートセンシング装置100、200におけるポリゴンミラー12の回転の角速度がω(rad/s)であり、リモートセンシング装置100、200を搭載した飛行機の飛行高度がh(m)であるとすると、1秒あたりの刈り巾xは、hω(m/s)となる。しかし、飛行機がある方向に速度v(m/s)で飛行している場合には、ポリゴンミラー12は、1走査ラインを走査している間に飛行方向に進むことになるので、図21に示すように、飛行方向と垂直な方向に対して実際の走査方向は角度φだけ傾くことになる。
FIG. 20 is a diagram for explaining the reason why the rotation axis of the
よって、ポリゴンミラー12の回転軸は、この傾きφを打ち消すように、水平面内において、飛行方向から角度φだけ傾けてよい。そうすることで、1走査ラインにおける走査の開始から走査の終了までの間に飛行した距離によって生じる歪みをキャンセルでき、飛行方向と垂直な線上で観測対象のセンシングを行うことができる。
Therefore, the rotation axis of the
なお、観測を行う際の飛行高度及び飛行速度があらかじめ決められている場合には、角度φだけ傾けた状態でリモートセンシング装置100、200を飛行機に設置してよい。飛行速度や飛行高度が可変である場合には、それらに基づいて適切な角度になるように、リモートセンシング装置100、200の飛行機に対する設置角度を可変とする駆動装置を別途用意してよい。
In addition, when the flight altitude and the flight speed at the time of observation are determined in advance, the
(変形例12)
第3の実施の形態において、凸レンズ134A、134Bを用いる代わりに、マイクロミラー121A、121Bを凹面鏡とし、53Aの断面上に結像させる方式を用いてもよい。また、第3の実施の形態において、凸レンズ134A、134Bを用いる代わりに、フレンネルレンズを用いて結像させる方式を用いてもよい。さらに、第3の実施の形態において、固定した凸レンズ134A、134Bを用いる代わりに、マイクロミラー121A、121Bの反射面に固定したフレンネルレンズを用いて結像させる方式を用いてもよい。この場合、式(5)におけるδ=0の近似精度を高めることができるとともに、マイクロミラーとの一体加工が可能となる。
(Modification 12)
In the third embodiment, instead of using the
(変形例13)
第1及び第2の実施の形態のリモートセンシング装置100では、複数のミラー面を有する回転ミラーとして、ポリゴンミラー12を採用したが、複数のミラー面を有する回転ミラーであれば、ポリゴンミラーに限られない。複数のミラー面を有する回転ミラーとして、複数のミラー面の互いの位置関係が固定されており、かつ回転軸に対しても位置関係が固定されており、それらの複数のミラー面が回転軸周りに回転できる構造のポリゴンミラー以外の回転ミラーが第1又は第2の実施の形態のリモートセンシング装置100に採用されてもよい。複数のミラー面を有する回転ミラーは、例えば表裏両面の中心を回転軸として回転する板状の両面ミラーであってもよい。また、ミラー面は平面に限られず、ミラー面の一部又は全部が曲面であってもよい。
(Modification 13)
In the
(変形例14)
第1の実施の形態では、センサ13Aによるセンシングの期間(t=0~2T/32)と、センサ13Bによるセンシングの期間(t=T/32~3T/32)とが、一部で過重なっている例を説明したが、これらのセンシングの期間が連続するものであってもよい。
(Modification 14)
In the first embodiment, the sensing period (t = 0 to 2T / 32) by the
なお、上記の実施の形態及びそれらの変形例では、センシング装置が、地表や海水面を観測対象として、上空から観測対象の観測を行うリモートセンシング装置である例を説明したが、本技術のセンシング装置は、そのようなセンシング装置に限定されず、観測対象は地表や海水面に限定されず、上空から観測を行うものに限定されない。 In the above-described embodiments and modifications thereof, an example has been described in which the sensing device is a remote sensing device that observes the observation target from the sky with the ground surface or sea surface as the observation target. The device is not limited to such a sensing device, and the observation target is not limited to the ground surface or the sea surface, and is not limited to one that performs observation from above.
以上に現時点で考えられる本技術の好適な実施の形態を説明したが、本実施の形態に対して多様な変形が可能であり、そして、本技術の真実の精神と範囲内にあるそのようなすべての変形を添付の請求の範囲が含むことが意図されている。 Although the presently preferred embodiments of the present technology have been described above, various modifications can be made to the present embodiments, and such modifications are within the true spirit and scope of the present technology. It is intended that the appended claims include all modifications.
以上のように、本技術によれば、複数のセンサが観測対象の異なる部分をセンシングするので、刈り巾を広げることができ、電磁波を利用して、離れた位置から直接手を触れることなく観測対象を観測するセンシング装置及びセンシング方法等として有用である。 As described above, according to the present technology, since a plurality of sensors sense different parts of the observation target, the cutting width can be widened, and the electromagnetic wave is used for observation without directly touching the hand. It is useful as a sensing device and a sensing method for observing an object.
100、200、300 リモートセンシング装置
11 筐体
11A 右側面
11B 左側面
11C 底面
111A、111B ウィンドウ
112 黒色板
113A、113B 乳白色透明板
12 ポリゴンミラー
12A~12H ミラー面
121A、121B マイクロミラー
13A、13B センサ
131A、131B 小型分光器
132A、132B レンズ群
133A、133B センサ入力ファイバ
133A1 入力端
134A、134B 凸レンズ
14A、14B オプティカルファイバ
14A2 出力端
15 多機能マイコン
16 大容量フラッシュメモリ
17 集光窓
18 3D加速度センサ
20 制御装置
21 処理回路
22 遅延回路
23 位置姿勢検出回路
24 GPS制御回路
25 温度計/気圧高度計制御回路
31 3次元加速度センサ
32 ジャイロセンサ
33 GPSユニット
34 温度計/気圧高度計
51A、51B 望遠レンズ
52A、52B 多芯ファイバ
521A1~528A1 入力端
521A2~528A2 出力端
53A、53B 多芯ファイバ端面
500 ホストPC
100, 200, 300
Claims (26)
反射方向を変更可能な第1のミラーと、
反射方向を変更可能な第2のミラーと、
前記第1のミラーで反射した前記観測対象からの電磁波を検出する第1のセンサと、
前記第2のミラーで反射した前記観測対象からの電磁波を検出する第2のセンサと、
を備え、
前記第1のセンサと前記第2のセンサとが、前記観測対象の異なる部分からの電磁波を検出することを特徴とするセンシング装置。 A sensing device that detects electromagnetic waves from a relatively moving observation object and observes the observation object,
A first mirror capable of changing the reflection direction;
A second mirror capable of changing the reflection direction;
A first sensor for detecting an electromagnetic wave from the observation object reflected by the first mirror;
A second sensor for detecting an electromagnetic wave from the observation object reflected by the second mirror;
With
The sensing device, wherein the first sensor and the second sensor detect electromagnetic waves from different parts of the observation target.
前記筐体は、前記第1のセンサに入射する前記観測対象からの電磁波を通過させるための第1のウィンドウと、前記第2のセンサに入射する前記観測対象からの電磁波を通過させるための第2のウィンドウとを備え、
前記第1のウィンドウと前記第2のウィンドウとは、並んで設けられることを特徴とする請求項1又は2に記載のセンシング装置。 A housing for accommodating the first and second mirrors and the first and second sensors;
The housing has a first window for allowing electromagnetic waves from the observation target incident on the first sensor to pass, and a first window for allowing electromagnetic waves from the observation target incident on the second sensor to pass. With two windows,
The sensing device according to claim 1, wherein the first window and the second window are provided side by side.
前記第1及び第2のセンサは、前記観測対象からの電磁波を検出可能な最大視野角の両側部分を除く範囲を観測視野角として、前記観測対象からの電磁波を検出することを特徴とする請求項4又は5に記載のセンシング装置。 The rotating mirror rotates at a substantially constant rotation speed,
The first and second sensors detect an electromagnetic wave from the observation object with an observation visual angle as a range excluding both sides of a maximum viewing angle at which the electromagnetic wave from the observation object can be detected. Item 6. The sensing device according to Item 4 or 5.
前記第1及び第2のセンサは、前記黒色提供手段からの電磁波を検出することで暗電流を測定し、又は前記白色提供手段からの電磁波を検出することで白色較正用データを測定することを特徴とする請求項3に記載のセンシング装置。 Between the first window and the second window, black providing means or white providing means is provided,
The first and second sensors measure dark current by detecting electromagnetic waves from the black color providing means, or measure white calibration data by detecting electromagnetic waves from the white color providing means. The sensing device according to claim 3, wherein
前記第1及び第2のセンサは、前記黒色提供手段からの電磁波を検出することで暗電流を測定し、又は前記白色提供手段からの電磁波を検出することで白色較正用データを測定することを特徴とする請求項3に記載のセンシング装置。 A black color providing means or a white color providing means on the outside of the first window and the outside of the second window;
The first and second sensors measure dark current by detecting electromagnetic waves from the black color providing means, or measure white calibration data by detecting electromagnetic waves from the white color providing means. The sensing device according to claim 3, wherein
前記第1の視野とは異なる第2の視野の電磁波を前記第2のミラーに伝達するための、複数の入力端及び出力端が第2の方向に並んで配置された第2の多芯ファイバと、
前記第1の視野の電磁波を前記第1の多芯ファイバの前記入力端に結像させる第1の結像光学系と、
前記第2の視野の電磁波を前記第2の多芯ファイバの前記入力端に結像させる第2の結像光学系と、
を備え、
前記第1のミラーは、前記第1の方向に沿って反射方向を変更することで、前記第1の多芯ファイバの前記複数の出力端から出力される複数の電磁波を順に前記第1のセンサに入射させ、
前記第2のミラーは、前記第2の方向に沿って反射方向を変更することで、前記第2の多芯ファイバの前記複数の出力端から出力される複数の電磁波を順に前記第2のセンサに入射させることを特徴とする請求項1ないし4、11ないし13のいずれか一項に記載のセンシング装置。 A first multi-core fiber having a plurality of input ends and an output end arranged in a first direction for transmitting electromagnetic waves of a first field of view to the first mirror;
A second multi-core fiber in which a plurality of input ends and output ends are arranged side by side in a second direction for transmitting electromagnetic waves of a second field of view different from the first field of view to the second mirror When,
A first imaging optical system that forms an image of the electromagnetic wave in the first field of view on the input end of the first multi-core fiber;
A second imaging optical system that forms an image of the electromagnetic wave of the second visual field on the input end of the second multi-core fiber;
With
The first mirror sequentially changes a plurality of electromagnetic waves output from the plurality of output ends of the first multi-core fiber by changing a reflection direction along the first direction. Incident on
The second mirror sequentially changes a plurality of electromagnetic waves output from the plurality of output ends of the second multi-core fiber by changing a reflection direction along the second direction. The sensing device according to claim 1, wherein the sensing device is incident on the sensor.
前記第2の多芯ファイバは、前記複数の入力端及び出力端が前記第2の方向に対して垂直な第4の方向にも並んでおり、
前記第1のセンサは、前記第2の方向に並ぶ複数の電磁波を同時に検出し、
前記第2のセンサは、前記第4の方向に並ぶ複数の電磁波を同時に検出することを特徴とする請求項14に記載のセンシング装置。 In the first multi-core fiber, the plurality of input ends and output ends are also arranged in a third direction perpendicular to the first direction,
In the second multi-core fiber, the plurality of input ends and output ends are also arranged in a fourth direction perpendicular to the second direction,
The first sensor simultaneously detects a plurality of electromagnetic waves arranged in the second direction,
The sensing device according to claim 14, wherein the second sensor simultaneously detects a plurality of electromagnetic waves arranged in the fourth direction.
前記第2のミラーで反射した電磁波を入力端から入力して出力端から出力することで前記第2のセンサに伝達する第2のセンサ用ファイバと、
をさらに備え、
前記第1のセンサ用ファイバの入力端は、前記第1の方向に並んで配置された前記1の多芯ファイバの複数の出力端の配列の中に挿入されており、
前記第2のセンサ用ファイバの入力端は、前記第2の方向に並んで配置された前記2の多芯ファイバの複数の出力端の配列の中に挿入されていることを特徴とする請求項14又は15に記載のセンシング装置。 A first sensor fiber that transmits the electromagnetic wave reflected by the first mirror from the input end and outputs from the output end to the first sensor;
A second sensor fiber for transmitting the electromagnetic wave reflected by the second mirror from the input end and outputting it from the output end to the second sensor;
Further comprising
The input end of the first sensor fiber is inserted into an array of a plurality of output ends of the first multi-core fiber arranged side by side in the first direction,
The input end of the second sensor fiber is inserted into an array of a plurality of output ends of the second multi-core fiber arranged side by side in the second direction. 14. The sensing device according to 14 or 15.
前記観測対象は、地表又は水面であることを特徴とする請求項1ないし21のいずれか一項に記載のセンシング装置。 The sensing device is mounted on a flying platform,
The sensing device according to any one of claims 1 to 21, wherein the observation target is a ground surface or a water surface.
反射方向を変更可能なミラーと、
前記ミラーで反射した前記観測対象からの電磁波を検出するセンサと、
観測対象からの電磁波を前記ミラーに伝達するための、複数の入力端及び出力端が所定の方向に並んで配置された多芯ファイバと、
を備え、
前記ミラーは、前記所定の方向に沿って反射方向を変更することで、前記多芯ファイバの前記複数の出力端から出力される複数の電磁波を順に前記センサに入射させることを特徴とするセンシング装置。 A sensing device that detects electromagnetic waves from a relatively moving observation object and observes the observation object,
A mirror that can change the reflection direction,
A sensor for detecting electromagnetic waves from the observation object reflected by the mirror;
A multi-core fiber in which a plurality of input ends and output ends are arranged in a predetermined direction for transmitting electromagnetic waves from an observation target to the mirror;
With
The mirror causes a plurality of electromagnetic waves output from the plurality of output ends of the multi-core fiber to sequentially enter the sensor by changing a reflection direction along the predetermined direction. .
第1のミラーを回転させて、前記第1のミラーで反射した前記観測対象からの電磁波を第1のセンサで検出し、
第2のミラーを回転させて、前記第2のミラーで反射した前記観測対象からの電磁波を第2のセンサで検出し、
前記第1のセンサと前記第2のセンサとが、前記観測対象の異なる部分からの電磁波を検出することを特徴とするセンシング方法。
A sensing method for detecting an electromagnetic wave from a relatively moving observation object and observing the observation object,
Rotating the first mirror, the electromagnetic wave from the observation object reflected by the first mirror is detected by the first sensor,
Rotating the second mirror, the second sensor detects the electromagnetic wave from the observation object reflected by the second mirror,
The sensing method, wherein the first sensor and the second sensor detect electromagnetic waves from different parts of the observation target.
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