(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイパースペクトル撮像システムにおいて、
遠隔物体から画像を受け取るように構成される前部光学系であって、前記画像は複数の光線を含む、前部光学系と、
第１のスリット及び該第１のスリットと隣合い且つ平行な第２のスリットを含む走査可能スリット機構であって、前記第１のスリット及び前記第２のスリットは、該第１および第２のスリットの少なくとも一部が前記前部光学系の照明野内に同時に存在して前記前部光学系が前記画像を投射して、前記第１のスリット及び前記第２のスリットを同時に照明するように位置決めされ、前記第１のスリットは、第１の光線を前記前部光学系から受け取り、且つトリミングされた第１の光線を出力し、前記第２のスリットは、第２の光線を前記前部光学系から受け取り、且つトリミングされた第２の光線を出力し、前記第１の光線は前記遠隔物体の第１の部分から発せられ、及び前記第２の光線は前記遠隔物体の第２の部分から発せられる、走査可能スリット機構と、
分光デバイスを有する分光計であって、前記トリミングされた第１の光線を受け取り、且つ分光して、分光された第１の光線を生成するように位置決めされ、前記トリミングされた第２の光線を受け取り、且つ分光して、分光された第２の光線を生成するように位置決めされる、分光計と、
複数の検出要素を有する二次元画像センサであって、第１の組の前記検出要素にわたり前記分光された第１の光線を受け取り、及び第２の組の前記検出要素にわたり前記分光された第２の光線を受け取るように位置決めされ、前記分光された第１の光線の二次元画像及び前記分光された第２の光線の二次元画像を得るように構成される、二次元画像センサと、
前記走査可能スリット機構を再構成するように構成されるアクチュエータであって、前記再構成は、前記第１のスリット及び前記第２のスリットを再位置決めすることを含む、アクチュエータと
を備えることを特徴とする、ハイパースペクトル撮像システム。
【請求項２】
前記第１のスリット及び前記第２のスリットの形状は弓形又は螺旋形であることを特徴とする、請求項１に記載のハイパースペクトル撮像システム。
【請求項３】
前記走査可能スリット機構はディスクを含み、前記ディスクは、その内部に形成される前記第１のスリット及び前記第２のスリットを有し、前記再構成は、前記ディスクを回転させることを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載のハイパースペクトル撮像システム。
【請求項４】
前記走査可能スリット機構はドラムを含み、前記ドラムは表面を有し、前記第１のスリット及び前記第２のスリットは前記表面に形成され、前記ドラムはその内部に反射面を含み、前記反射面は、前記前部光学系によって投射された前記画像を受け取り、及び前記画像を前記表面に反射して、前記第１のスリット及び前記第２のスリットを同時に照明するように位置決めされることを特徴とする、請求項１又は２に記載のハイパースペクトル撮像システム。
【請求項５】
前記走査可能スリット機構は、第３のスリット及び第４のスリットを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のハイパースペクトル撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２０１３年１２月２日に出願された米国特許出願第１４／０９３，８１４号の米国特許法第１２０条下での優先権の利益を主張するものであり、この特許出願の内容は依拠され、その全体が参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本願は、２０１３年３月１３日に出願された米国特許出願第１３／７９９，９５８号に関連し、この特許出願の内容は、その全体が参照により本明細書に援用される。
【技術分野】
【０００３】
本発明は、ハイパースペクトル撮像分野に関し、特に、多視野ハイパースペクトル撮像デバイス及び多視野ハイパースペクトル撮像デバイスを使用する方法に関する。より詳細には、本発明は、走査可能なスリットを有する多視野ハイパースペクトル撮像デバイスに関する。
【背景技術】
【０００４】
分光計は、入力として光信号を受け取り、出力として、入力光信号の異なる波長成分又は色に従って空間において分散する光信号を生成するデバイスである。分光計に取り付けられた検出器が、スペクトルと呼ばれる出力信号を解析して、入力信号に存在する各波長成分の量を定量化する。１つの特定のタイプの分光計は、オフナー分光計として知られており、この分光計は、狭いスペクトル帯の連続範囲にわたり遠隔物体の画像を生成するために使用することができる。このタイプの撮像は、ハイパースペクトル撮像として知られ、空中及び宇宙空間での偵察及び遠隔検知に対する軍事／航空宇宙解決策の重要な部分として最近出現した。基本的に、ハイパースペクトル撮像システムは、オフナー分光計及び高度データ処理技術を利用して、スペクトルシグネチャデータが埋め込まれた画像を生成する。このシグネチャデータは、（例えば）攻撃目標指示／認識、ミサイルプルーム識別、及び地雷検出等の広範囲の用途で有用である。更に、ハイパースペクトル撮像システムは、癌検出、環境モニタリング、農業モニタリング、及び鉱物探査等の広範囲の商業用途で使用することができる。
【０００５】
従来のハイパースペクトル撮像システムは、遠隔物体から画像を受け取る前部光学系を含む。前部光学系は、画像を固定スリットに合焦させる。スリットは、画像のスライス（光線、トリミングされた画像）を分光計（例えば、プリズム、回折格子）に送り、分光計は、波長に従って分光し、それを二次元画像センサ（例えば、ＦＰＡ検出器）に向けて記録する。
【０００６】
従来のハイパースペクトル撮像システムの制限の１つは、広域にわたるシーンの二次元画像を取得するために必要な時間である。この制限は、従来のハイパースペクトル撮像システムの基本設計の結果である。従来のシステムは、１つの前部光学系と、画像を受け取り、分光及び検出のために分光計に送る１つの固定スリットを含む。１つの固定スリットは、遠隔物体からの１つの光線に撮像を制限し、これは、遠隔物体の限られたエリアのみが一度に撮像可能なことを意味する。更に、固定スリットを有するハイパースペクトル撮像システムは、固定スリットによって画定される狭い線画像に対応する画像センサ上のピクセルのみを充填するように制限される。市販の画像センサは通常、固定スリットから発せられる線画像として送られる遠隔物体のスライスに対応する分光の検出に必要なピクセル数よりもはるかに多数のピクセルを有する。ピクセルの利用が不十分であると、画像収集は非効率的になる。
【０００７】
特定の分解能での空間場カバレッジを改善するために、従来技術によるシステムは、複数の従来のハイパースペクトル撮像システムを集約し得る。複数のハイパースペクトル撮像システムは、各システムの線形視野が連続し、遠隔物体の連続スライスの撮像を並列して行い、収集効率を改善することができるように、並べて位置決めすることができる。しかし、この解決策は多くの用途で非実用的であり、それは、スペース、重量、及び消費電力、並びに複数の検出器、冷却器、分光計、及び実施に必要な他の構成要素のコストに起因する。
【０００８】
現在、遠隔物体の１つの光線（１つのスライス）から遠隔物体の二次元エリア（複数のスライス）に１つのハイパースペクトルデバイスのハイパースペクトル撮像能力を拡張する２つの技法がある。第１の技法は、固定スリットに直交する方向にハイパースペクトル撮像システム全体を動かし、画像撮影をその動きと同期させて、遠隔物体の広域のハイパースペクトル画像を得ることを含む。この技法は、「プッシュブルーム」法と呼ばれることが多い。第２の技法は、回転ミラーを前部光学系の撮像レンズの前に配置し、画像収集をミラーの動きと同期させて、遠隔物体のエリアのハイパースペクトル画像を得ることを含む。
【０００９】
上記手法を使用してハイパースペクトル画像を生成する際に直面する主な問題の１つは、完全な画像を生成するために必要な時間である。プッシュブルーム法又は回転ミラー法のいずれでも、空間画像データの１本の線がスリットを通り、スペクトル的に調べられる。シーンの追加の線画像（スライス）をサンプリングするためには、スリット内で可視の視野は、画像の隣接する線に系統的に移らなければならず（走査ミラーの調整又は調査中の物体に相対するイメージャの並進移動により）、プロセスは、完全なシーンが生成されるまで、線毎に繰り返されなければならない。画像の所望の高空間分解能を所与として、この方法では、一度に１本撮影される個々の線が数千本ではないにせよ数百本必要であり、これらを結合してマスタ二次元画像にする必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のハイパースペクトル撮像システム及び遠隔物体のエリアのハイパースペクトル画像を得る従来の技法は、幾つかの用途では良好に機能し得るが、遠隔物体のハイパースペクトル画像、特に２Ｄ、すなわち面画像の取得に使用可能な新しいハイパースペクトル撮像システムを開発することが望ましい。特に、コンパクトで軽量且つ広域にわたるシーンの面画像を迅速に提供可能なハイパースペクトル撮像システムを開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
従来技術の欠点を解消し、ＳＷＩＲ、ＬＷＩＲ、及び遠隔物体の面走査を含め、多くの用途で使用することができる多視野ハイパースペクトル撮像デバイス及びこれを使用する方法が、本開示によって提供される。本ハイパースペクトル撮像デバイスは、遠隔物体から２つ以上の独立した画像を同時に取得する複数の視野と、視野を並進移動させて、遠隔物体の様々な位置から発せられた画像を取得できるようにする走査可能スリット機構とを備える。複数の視野と走査可能なスリットとの組合せにより、遠隔物体からの面画像の高速取得が可能である。
【００１２】
本ハイパースペクトル撮像デバイスは、前部光学系、走査可能スリット機構、分光要素、二次元画像センサ、及びコントローラを含み得る。走査可能スリット機構は、複数のスリットを有する基板を含み得る。基板はディスク又はドラムであり得る。スリットは、光を透過させる基板内の開口部である。スリットは、螺旋形、弓形、又はその他の形状であり得る。基板は、前部光学系の焦点面に位置決めし得、前部光学系が遠隔物体の画像を投射する基板の部分は、２つ以上のスリットを含み得る。２つ以上のスリットのそれぞれは、遠隔物体から前部光学系が収集した画像からの異なる光線を同時に受け得、ここで、異なる光線は遠隔物体の異なる部分から発せられる。したがって、各スリットは、遠隔物体の別個の視野を提供し、前部光学系の焦点面に複数のスリットが同時に存在することは、複数の光線の画像の並列取得を可能にすることにより、画像収集効率を改善する。
【００１３】
走査可能スリット機構はアクチュエータを含み得、アクチュエータは、前部光学系から受け取った画像に、特定の複数のスリットのうちの異なる部分又は異なる複数のスリットを提示するように基板を再位置決めする。再位置決めは、基板の回転、並進移動、又は他の移動を含み得る。二次元画像センサは、空間軸及びスペクトル軸を含み得る。コントローラは、走査可能スリット機構のスリット包含基板の位置又は構成を制御し得る。コントローラは、二次元画像センサの動作を制御し得、画像捕捉と、走査可能スリット機構のスリットの再位置決め又は再構成とのタイミングを調整し得る。
【００１４】
前部光学系は、光を遠隔物体から収集して、焦点面に結像させる。走査可能スリット機構の基板の２つ以上のスリットは、焦点面又はその近傍に位置決めされ、前部光学系によって収集される異なる光線を同時に受け取る。スリットを透過した光線は、分光要素に向けられる。分光要素は、分光デバイスを備えた分光計であり得る。分光デバイスは格子又はプリズムであり得る。分光要素は、複数のスリットを透過した光線を受け取り、波長に従って各光線を分光し、分光された光線を二次元画像センサに向ける。二次元画像センサは、複数のスリットから発せられた分光光線から二次元画像を形成する。別個の二次元画像が、各分光光線に形成し得る。二次元画像センサは、複数の検出要素を含み得る。二次元画像センサは、第１の組の検出要素にわたり第１の分光光線を受け取り、第２の組の検出要素にわたり第２の分光光線を受け取り得る。２つ以上の二次元画像を結合して、ハイパースペクトル画像を形成し得る。
【００１５】
一態様では、本開示は、多視野ハイパースペクトル撮像システムに拡張され、本多視野ハイパースペクトル撮像システムは、
遠隔物体から画像を受け取るように構成される前部光学系であって、画像は複数の光線を含み、前記光線のそれぞれは、前記遠隔物体の異なる領域から発せられる、前部光学系と、
第１のスリット及び第２のスリットを含む走査可能スリット機構であって、前記第１のスリット及び前記第２のスリットは、前記前部光学系が前記画像を投射して、前記第１のスリット及び前記第２のスリットを同時に照明するように位置決めされ、前記第１のスリットは、第１の光線を前記前部光学系から受け取り、且つトリミングされた第１の光線を出力し、前記第２のスリットは、第２の光線を前記前部光学系から受け取り、且つトリミングされた第２の光線を出力する、走査可能スリット機構と、
分光デバイスを有する分光計であって、前記トリミングされた第１の光線を受け取り、且つ分光して、分光された第１の光線を生成するように位置決めされ、前記トリミングされた第２の光線を受け取り、且つ分光して、分光された第２の光線を生成するように位置決めされる、分光計と、
複数の検出要素を有する二次元画像センサであって、第１の組の前記検出要素にわたり前記分光された第１の光線を受け取り、及び第２の組の前記検出要素にわたり前記分光された第２の光線を受け取るように位置決めされ、前記分光された第１の光線の二次元画像及び前記分光された第２の光線の二次元画像を得るように構成される、二次元画像センサと、
前記走査可能スリット機構を再構成するように構成されるアクチュエータであって、前記再構成は、前記第１のスリット及び前記第２のスリットを再位置決めすることを含む、アクチュエータと
を備える。
【００１６】
別の態様では、本開示はハイパースペクトル撮像システムに拡張され、ハイパースペクトル撮像システムは、
遠隔物体から画像を受け取るように構成される前部光学系であって、前記画像は複数の光線を含む、前部光学系と、
第１のスリット及び第２のスリットを含む走査可能スリット機構であって、前記第１のスリット及び前記第２のスリットは、前記前部光学系が前記画像を投射して、前記第１のスリット及び前記第２のスリットを同時に照明するように位置決めされ、前記第１のスリットは、第１の光線を前記前部光学系から受け取り、且つトリミングされた第１の光線を出力し、前記第２のスリットは、第２の光線を前記前部光学系から受け取り、且つトリミングされた第２の光線を出力し、前記第１の光線は前記遠隔物体の第１の部分から発せられ、及び前記第２の光線は前記遠隔物体の第２の部分から発せられる、走査可能スリット機構と、
分光デバイスを有する分光計であって、前記トリミングされた第１の光線を受け取り、且つ分光して、分光された第１の光線を生成するように位置決めされ、前記トリミングされた第２の光線を受け取り、且つ分光して、分光された第２の光線を生成するように位置決めされる、分光計と、
複数の検出要素を有する二次元画像センサであって、第１の組の前記検出要素にわたり前記分光された第１の光線を受け取り、及び第２の組の前記検出要素にわたり前記分光された第２の光線を受け取るように位置決めされ、前記分光された第１の光線の二次元画像及び前記分光された第２の光線の二次元画像を得るように構成される、二次元画像センサと、
前記走査可能スリット機構を再構成するように構成されるアクチュエータであって、前記再構成は、前記第１のスリット及び前記第２のスリットを再位置決めすることを含む、アクチュエータと
を備える。
【００１７】
別の態様では、本開示は、ハイパースペクトル画像を取得する方法に拡張され、本方法は、
ハイパースペクトル撮像システムを提供するステップであって、前記ハイパースペクトル撮像システムは、
前部光学系と、
第１のスリット及び第２のスリットを有する走査可能スリット機構と、
分光デバイスを有する分光計と、
複数の検出要素を有する二次元画像センサと、
アクチュエータと
を備える、ステップと、
遠隔物体から画像を取得して投射するように前記前部光学系を位置決めするステップであって、前記画像は複数の光線を含む、ステップと、
前記走査可能スリット機構を操作して、前記第１のスリット及び前記第２のスリットが前記投射画像によって同時に照明されるよう前記第１のスリット及び前記第２のスリットを位置決めするように、前記アクチュエータを制御するステップであって、前記第１のスリットは前記画像の第１の光線によって照明され、及び前記第２のスリットは前記画像の第２の光線によって照明され、前記第１の光線は前記遠隔物体の第１の部分から発せられ、及び前記第２の光線は前記遠隔物体の第２の部分から発せられる、ステップと、
前記第１の光線を前記第１のスリットを通して前記分光計に透過させるステップであって、前記分光計は、前記第１の光線を分光し、且つ前記分光された第１の光線を前記二次元画像センサの第１の組の検出要素に向け、前記二次元画像センサは、前記分光された第１の光線の画像を記録する、ステップと、
前記第２の光線を前記第２のスリットを通して前記分光計に透過させるステップであって、前記分光計は、前記第２の光線を分光し、且つ前記分光された第２の光線を前記二次元画像センサの第２の組の検出要素に向け、前記二次元画像センサは、前記分光された第２の光線の画像を記録する、ステップと
を含む。
【００１８】
本発明の一態様では、遠隔物体の二次元エリアのハイパースペクトル画像を提供するハイパースペクトル撮像システム（又は関連付けられた方法）がある。このハイパースペクトル撮像システムは、（ａ）遠隔物体に関連付けられた画像を受け取るように構成される少なくとも１つの前部光学系であって、画像は複数の光線を含み、各光線は遠隔物体の異なる領域から発せられる、少なくとも１つの前部光学系と、（ｂ）ディスクであって、その内部に複数の螺旋形又は弓形スリットが形成されるディスクを含む走査可能スリット機構であって、スリットのうちの少なくとも２つは、少なくとも１つの前部光学系が画像を投射して、スリットのうちの少なくとも２つを同時に照明するように位置決めされる、走査可能スリット機構と、（ｃ）ディスクを回転させるアクチュエータと、（ｄ）ディスクが回転し、それにより、第１の螺旋形又は弓形スリットの第１の部分が、遠隔物体に関連付けられた第１の光線を透過して、トリミングされた第１の光線を生成するよう位置決めされ、及び第２の螺旋形又は弓形スリットの第１の部分が、遠隔物体に関連付けられた第２の光線を透過して、トリミングされた第２の光線を生成するよう位置決めされるように、アクチュエータを制御するように構成されるコントローラと、（ｅ）少なくとも分光デバイスを備える分光計であって、分光デバイスは、トリミングされた第１の光線を受け取り、且つ分光された第１の光線を出力し、及びトリミングされた第２の光線を受け取り、且つ分光された第２の光線を出力するように構成される、分光計と、（ｆ）複数の検出要素を有する二次元画像センサであって、分光された第１の光線を第１の組の検出要素にわたって受け取り、及び分光された第２の光線を第２の組の検出要素にわたって受け取るように構成される、二次元画像センサとを備える。
【００１９】
この態様では、ハイパースペクトル撮像システム（又は関連付けられた方法）は、（ｇ）分光された第１の光線の二次元画像及び分光された第２の光線の二次元画像を取得するように構成される二次元画像センサを更に備え得る。
【００２０】
この態様では、ハイパースペクトル撮像システム（又は関連付けられた方法）は、（ｈ）コントローラであって、ディスクが回転し、それにより、第１の螺旋形又は弓形スリットの第２の部分が、遠隔物体に関連付けられた第３の光線を透過して、トリミングされた第３の光線を生成するよう位置決めされるようアクチュエータを制御するように構成される、コントローラと、（ｉ）少なくとも分光デバイスを備える分光計であって、分光デバイスが、トリミングされた第３の光線を受け取り、且つ分光された第３の光線を出力し、及びトリミングされた第４の光線を受け取り、且つ分光された第４の光線を出力するように構成される、分光計と、（ｊ）二次元画像センサであって、分光された第３の光線を第３の組の検出要素にわたって受け取り、及び分光された第４の光線を第４の組の検出要素にわたって受け取るように構成される、二次元画像センサと、（ｋ）二次元画像センサであって、分光された第３の光線の二次元画像及び分光された第４の光線の二次元画像を取得するように構成される、二次元画像センサとを更に備え得る。
【００２１】
この態様では、ハイパースペクトル撮像システム（又は関連付けられた方法）は、（ｌ）コントローラであって、ディスクが回転し、それにより、遠隔物体の光に関連付けられた異なる光線を透過して、異なるトリミングされた光線を生成し、その間、異なるトリミングされた光線を繰り返し分光して、異なる分光光線を生成し、及び二次元画像センサからの異なる分光光線の二次元画像を取得するように第１及び第２の螺旋形又は弓形スリットの異なる部分が位置決めされるよう、アクチュエータを繰り返し制御するように構成される、コントローラを更に備え得る。
【００２２】
この態様では、ハイパースペクトル撮像システム（又は関連付けられた方法）は、（ｍ）二次元画像のうちの２つ以上を結合して、遠隔物体の二次元エリアのハイパースペクトル画像を提供することを更に含み得る。
【００２３】
本発明の別の態様では、遠隔物体の二次元エリアのハイパースペクトル画像を提供するハイパースペクトル撮像システム（又は関連付けられた方法）がある。このハイパースペクトル撮像システムは、（ａ）遠隔物体に関連付けられた画像を受け取るように構成される少なくとも１つの前部光学系であって、画像は複数の光線を含み、各光線は遠隔物体の異なる領域から発せられる、少なくとも１つの前部光学系と、（ｂ）ディスクであって、その内部に複数の直線スリットが形成されるディスクを含む走査可能スリット機構であって、スリットのうちの少なくとも２つは、少なくとも１つの前部光学系が画像を投射して、スリットのうちの少なくとも２つを同時に照明するように位置決めされる、走査可能スリット機構と、（ｃ）ディスクを回転させるアクチュエータと、（ｄ）コントローラであって、ディスクが回転し、それにより、第１の直線スリットが、遠隔物体に関連付けられた第１の光線を透過して、トリミングされた第１の光線を生成するよう位置決めされ、及び第２の直線スリットが、遠隔物体に関連付けられた第２の光線を透過して、トリミングされた第２の光線を生成するよう位置決めされるように、アクチュエータを制御するように構成されるコントローラと、（ｅ）少なくとも分光デバイスを備える分光計であって、分光デバイスは、トリミングされた第１の光線を受け取り、且つ分光された第１の光線を出力し、及びトリミングされた第２の光線を受け取り、且つ分光された第２の光線を出力するように構成される、分光計と、（ｆ）複数の検出要素を有する二次元画像センサであって、分光された第１の光線を第１の組の検出要素にわたって受け取り、及び分光された第２の光線を第２の組の検出要素にわたって受け取り、且つ第１の分光光線の第１の二次元画像を提供するように構成される、二次元画像センサとを備える。
【００２４】
この態様では、ハイパースペクトル撮像システム（又は関連付けられた方法）は、（ｇ）分光された第１の光線の二次元画像及び分光された第２の光線の二次元画像を取得するように構成される二次元画像センサを更に備え得る。
【００２５】
この態様では、ハイパースペクトル撮像システム（又は関連付けられた方法）は、（ｈ）コントローラであって、ディスクが回転し、それにより、第３の直線スリットが、遠隔物体に関連付けられた第３の光線を透過して、トリミングされた第３の光線を生成し、及び第４の直線スリットが、遠隔物体に関連付けられた第４の光線を透過して、トリミングされた第４の光線を生成するよう位置決めされるよう、アクチュエータを制御するように構成される、コントローラと、（ｉ）少なくとも分光デバイスを備える分光計であって、分光デバイスが、トリミングされた第３の光線を受け取り、且つ分光された第３の光線を出力し、及びトリミングされた第４の光線を受け取り、且つ分光された第４の光線を出力するように構成される、分光計と、（ｊ）二次元画像センサであって、分光された第３の光線を第３の組の検出要素にわたって受け取り、及び分光された第４の光線を第４の組の検出要素にわたって受け取るように構成される、二次元画像センサと、（ｋ）二次元画像センサであって、分光された第３の光線の二次元画像及び分光された第４の光線の二次元画像を取得するように構成される、二次元画像センサとを更に備え得る。
【００２６】
この態様では、ハイパースペクトル撮像システム（又は関連付けられた方法）は、（ｌ）コントローラであって、ディスクが回転し、それにより、遠隔物体の光に関連付けられた異なる光線を透過して、異なるトリミングされた光線を生成し、その間、異なるトリミングされた光線を繰り返し分光して、異なる分光光線を生成し、及び二次元画像センサからの異なる分光光線の二次元画像を取得するように異なる複数の直線スリットが位置決めされるよう、アクチュエータを繰り返し制御するように構成される、コントローラを更に備え得る。
【００２７】
この態様では、ハイパースペクトル撮像システム（又は関連付けられた方法）は、（ｍ）二次元画像のうちの２つ以上を結合して、遠隔物体の二次元エリアのハイパースペクトル画像を提供することを更に含み得る。
【００２８】
本発明の追加の態様が、部分的に、詳細な説明、図、及び以下の任意の請求項に記載され、部分的に、詳細な説明から導出されるか、又は本発明の実施によって知ることができる。上記の概要及び以下の詳細な説明の両方が単に例示的且つ説明的であり、開示される本発明を限定するものではないことを理解されたい。
【００２９】
添付図面と併せて解釈される以下の詳細な説明を参照することにより、本発明のより詳細な理解を有し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】走査可能スリット機構を有する例示的なハイパースペクトル撮像システムを示す図である。
【図２Ａ】走査可能スリット機構がディスクである例示的なハイパースペクトル撮像システムを示す図である。
【図２Ｂ】走査可能スリット機構がディスクである例示的なハイパースペクトル撮像システムを示す別の図である。
【図２Ｃ】ハイパースペクトル撮像システムの前部光学系によって投射される画像により、２つ以上のスリットの同時照明を提供する走査可能スリット機構のディスクを示す。
【図２Ｄ】図２Ａ〜図２Ｃに示されるハイパースペクトル撮像システムを使用して遠隔物体の二次元エリアのハイパースペクトル画像を提供する例示的な方法のステップを示すフローチャートである。
【図３Ａ】走査可能スリット機構がディスクである例示的なハイパースペクトル撮像システムを示す図である。
【図３Ｂ】走査可能スリット機構がディスクである例示的なハイパースペクトル撮像システムを示す別の図である。
【図３Ｃ】ハイパースペクトル撮像システムの前部光学系によって投射される画像により、２つ以上のスリットの同時照明を提供する走査可能スリット機構のディスクを示す。
【図３Ｄ】図３Ａ〜図３Ｃに示されるハイパースペクトル撮像システムを使用して遠隔物体の二次元エリアのハイパースペクトル画像を提供する例示的な方法のステップを示すフローチャートである。
【図４Ａ】走査可能スリット機構が、折り返しミラーが内部に配置された回転ドラムである、例示的なハイパースペクトル撮像システムを示す幾つかの図である。
【図４Ｂ】走査可能スリット機構が、折り返しミラーが内部に配置された回転ドラムである、例示的なハイパースペクトル撮像システムを示す別の図である。
【図４Ｃ】ハイパースペクトル撮像システムのドラム内に含まれる折り返しミラーによって反射された画像により、２つ以上のスリットの同時照明を提供する走査可能スリット機構のドラムを示す。
【図４Ｄ】本発明の第３の実施形態による、図４Ａ及び図４Ｂに示されるハイパースペクトル撮像システムを使用して遠隔物体の二次元エリアのハイパースペクトル画像を提供する例示的な方法のステップを示すフローチャートである。
【図５】１つの固定スリットを有する分光計を使用した遠隔物体からの画像取得を示す。
【図６】１つの固定スリットを有する分光計を使用した画像取得に関連付けられた検出器ピクセルエリアの未活用を示す。
【図７】４つの固定スリットを有する分光計を使用した遠隔物体からの画像取得を示す。
【図８】４つの走査可能なスリットを有する分光計を使用した遠隔物体からの画像取得を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１を参照すると、本発明の実施形態により、遠隔物体１０４のエリアのハイパースペクトル画像１０２を提供するように構成される例示的なハイパースペクトル撮像システム１００の基本構成要素を示す図がある。ハイパースペクトル撮像システム１００は、１つ又は複数の光学系１０６を有する前部光学系と、走査可能スリット機構１０８と、分光計１１０と、二次元画像センサ１１２と、コントローラ１１４とを含む。分光計１１０は、オフナー分光計（図示）、ダイソン分光計、又は分光デバイス１１６を含む他の周知の分光計の任意の１つであり得る。例えば、分光計１１０は、屈折に基づくスペクトル撮像組立体に対応するプリズム１１６として構成される分光デバイス１１６を含み得る。又は、分光計１１０は、回折に基づくスペクトル撮像組立体（図示）に対応する回折格子１１６として構成される分光デバイス１１６を含み得る。更に、ハイパースペクトル撮像システム１００は筐体１１８を含み得、筐体１１８は、光学系１０６、走査可能スリット機構１０８、分光計１１０、及び二次元画像センサ１１２を封入し、支持する。この例では、コントローラ１１４は、筐体１１８の外部に位置決めされて示されるが、それでもなお、光学系１０６（光学系１０６の合焦のために）、走査可能スリット機構１０８、及び二次元画像センサ１１２に動作可能に結合される。ハイパースペクトル撮像システム１００は、当業者に周知の他の構成要素を組み込むことができるが、単に明確にするために、本発明の説明に必要な構成要素１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、及び１１８について、本明細書において詳細に考察する。
【００３２】
ハイパースペクトル撮像システム１００は、光学系１０６が光１１５ａを遠隔物体１０４から受け取り、合焦光１１５ｂを方向付けるよう構成されるように位置決めされ、合焦光１１５ｂは、走査可能スリット機構１０８上での遠隔物体１０４の画像１０７を表す。光１１５ｂは複数の光線を含み、各光線は遠隔物体１０４の異なる部分から発せられる。走査可能スリット機構１０８は、光１１５ｂを光学系１０６から受け取る基板１０９が、光学系１０６の画像面に配置されるように位置決めされる。基板１０９は複数のスリットを含み、スリットは、少なくとも２つのスリットが、光１１５ｂ内に含まれる異なる光線によって同時に照明されるように構成される。走査可能スリット機構１０８の基板１０９の少なくとも２つのスリットは、少なくとも２つの別個の光線を光１１５ｂから受け取り、光の少なくとも２つの別個のトリミングされた光線１１５ｃ、１１５ｇを分光計１１０に提供する。この例では、分光計１１０は、オフナー分光計として構成され、第１のミラー１２２を含み、第１のミラー１２２は、走査可能スリット機構１０８の基板１０９の同時に照明される少なくとも２つのスリットからの１つの光の少なくとも２つの別個のトリミングされた光線１１５ｃ、１１５ｇを受け取り、少なくとも２つの光線１１５ｄ、１１５ｈを回折格子１１６に反射し、回折格子１１６は、少なくとも２つの回折光線１１５ｅ、１１５ｉを二次ミラー１２４に向け、二次ミラー１２４は、少なくとも２つの回折光線１１５ｆ、１１５ｊを二次元画像センサ１１２に反射する。二次元画像センサ１１２は複数のピクセルを含み、反射光線１１５ｆ、１１５ｊは、異なる組のピクセル１１７ａ、１１７ｂによって受け取られ、二次元画像センサ１１２によって処理され、二次元画像を生成する。コントローラ１１４は、二次元画像１１７ａ、１１７ｂを受け取り、記憶する。
【００３３】
コントローラは、走査可能スリット機構１０８と対話して、基板１０９を再構成する。基板１０９の再構成は、少なくとも２つのスリットを再位置決めする回転又は他の移動を含み得る。基板１０９の再位置決めは、スリットの異なる部分が同時に照明されるように、元の少なくとも２つの同時に照明されるスリットを位置決めし得る。代替的には、基板１０９の再位置決めは、元の少なくとも２つの同時に照明されるスリットを光１１５ｂの照明野からなくし、元の少なくとも２つの同時に照明されるスリットを異なる組の少なくとも２つのスリットで置換し、それらの異なる組の少なくとも２つのスリットが同時に照明されるようになる。基板１０９の再位置決めを通して、走査可能スリット機構１０８は、少なくとも２つの異なるトリミングされた光線を、遠隔物体１０４から受け取られた光１１５ｂから分光計１１０に送り、分光計１１０は、上述したようにその光を二次元画像センサ１１２に向けて、遠隔物体１０４の追加の画像１１７ｃ、１１７ｄを形成する。コントローラ１１４は、走査可能スリット機構１０８を繰り返し再構成して、特定の組の少なくとも２つのスリットの異なる部分及び／又は異なる組の少なくとも２つのスリットを通して、一連の同時トリミングされた画像を生成し、遠隔物体１０４の複数の画像１１７ａ、１１７ｂ、．．．、１１７ｈを提供する。コントローラ１１４は二次元画像１１７ａ、１１７ｂ、．．．、１１７ｈを組み合わせて、遠隔物体１０４のエリアのハイパースペクトル画像１０２を形成することもできる。
【００３４】
幾つかの異なるタイプの走査可能スリット機構１０８を組み込んだハイパースペクトル撮像システム１００の幾つかの異なる実施形態の構成及び動作についての詳細な考察が、図２〜図４に関して以下に提供される。考察を容易にするために、走査可能スリット機構の動作原理は、１つのスリットが、前部光学系によって投射される光によって照明される簡易化された状況で説明される。簡易化された状況では、１つの光線が、走査可能スリット機構によって受け取られ、二次元画像センサに向けられて、１つの二次元画像を形成する。複数のスリットの同時照明及び遠隔物体の複数の部分から受け取られる複数の光線からの複数の二次元画像の同時生成への拡張の考察が以下に続く。
【００３５】
図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、走査可能スリット機構１０８の基板が、内部に形成された少なくとも１つの螺旋形スリット２０４（この例では、３つの螺旋形スリット２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃが示される）と、軸２０８を中心としてディスク２０２を回転させるアクチュエータ２０６とを有するディスク２０２であるハイパースペクトル撮像システム１００ａを示す幾つかの図がある。ハイパースペクトル撮像システム１００ａは、光学系１０６を有する前部光学系、回転ディスク２０２、アクチュエータ２０６、分光計１１０（少なくとも分光デバイス１１６を含む）、二次元画像センサ１１２、コントローラ１１４、及び筐体１１８（図示せず）を含む。光学系１０６、ディスク２０２、分光デバイス１１６を有する分光計１１０、及び二次元画像センサ１１２が、上述したように、光線がある構成要素から別の構成要素に適宜向けられるように、互いに対して位置決めされることを理解されたい。しかし、ハイパースペクトル撮像システム１００ａの様々な特徴の説明を補助するために、ディスクの表面２０９に対する光学系１０６の向きは変更されている。例えば、ディスクの表面２０９は、実際には、示されるように読み手に面するのではなく、光学系１０６の主面に面する。また、軸２０８上のディスク２０２の回転面は、読み手に直交する。
【００３６】
図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、ハイパースペクトル撮像システム１００ａが、ディスク２０２が、第１の時間「ｔ１」において、ある位置「ｐ１」に螺旋形スリット２０４ａの第１の部分２０９１を有し（図２Ａ参照）、次に、螺旋形スリット２０４ａの別の部分が、第２の時間「ｔ２」において位置「ｐ１」にある（図２Ｂ参照）ように構成される例がある。図２Ａでは、ハイパースペクトル撮像システム１００ａは、第１の時間「ｔ１」において、光学系１０６が遠隔物体１０４に関連付けられた光１１５ａを受け取り、遠隔物体１０４の画像１０７を表す合焦光１１５ｂをディスク２０２に向けるように位置決めされ、ディスク２０２は光学系１０６の焦点面に配置し得る。特に、コントローラ１１４は、アクチュエータ２０６と対話して、螺旋形スリット２０４ａの第１の部分２０９１が、第１の時間「ｔ１」において位置「ｐ１」にあるように、軸２０８上でディスク２０２を回転させる。時間「ｔ１」において、螺旋形スリット２０４ａの第１の部分２０９ａは、光学系１０６の画像面又はその近傍に位置決めされて、遠隔物体１０４の第１の部分から発せられた、トリミングされた第１の光線２１５ｃを分光計１１０に渡す。トリミングされた第１の光線２１５ｃは、例えば、第１のミラー１２２（図１参照）を経由して分光デバイス１１６に向けられる。分光計１１０は、分光デバイス１１６（例えば、プリズム１１６、回折格子１１６）を有する任意の周知の分光計１１０であることができる。分光デバイス１１６は分光された光２１５ｅを生成し、この光は、例えば、第２のミラー１２４（図１参照）を経由して二次元画像センサ１１２によって受け取られる。二次元画像センサ１１２は二次元画像１１７ａを生成し、この画像は、分光された光２１５ｅの空間情報を表すある軸２１０ａ（例えば、回折光２１５ｅの０次画像  −  回折格子１１６が使用される場合）と、分光２１５ｅのスペクトル情報を表す別の軸２１０ｂ（例えば、回折光２１５ｅの非０次画像  −  回折格子１１６が使用される場合）とを含む。コントローラ１１４は、二次元画像１１７ａを受け取って記憶し、アクチュエータ２０６と対話して、螺旋形スリット２０４ａの第２の部分２０９２が、時間「ｔ２」において位置「ｐ１」にあり、次に考察するように、遠隔物体１０４の第２の部分から発せられた、トリミングされた第２の光線２１５ｇを分光計１１０に渡すように、ディスク２０２を回転させる。
【００３７】
図２Ｂでは、第２の時間「ｔ２」において構成されたハイパースペクトル撮像システム１００ａが示され、ここでは、コントローラ１１４はアクチュエータ２０６と対話して、螺旋形スリット２０４ａの第２の部分２９０２が、時間「ｔ２」において位置「ｐ１」にあり、遠隔物体１０４の画像１０７に関連付けられた、トリミングされた第２の光線２１５ｇを分光計１１０に渡すように、ディスク２０２を回転させ、この光線は、例えば、第１のミラー１２２（図１）を経由して分光デバイス１１６によって受け取られる。見て取ることができるように、トリミングされた第１の光線２１５ｃは、遠隔物体１０４の画像１０７に関連付けられた、トリミングされた第２の光線２１５ｇと連続するか、又は略連続し、したがって、トリミングされた第２の光線２１５ｇは、トリミングされた第１の光線２１５ｃに関連付けられた遠隔物体１０４の部分に隣接する、遠隔物体１０４の部分の画像に対応する。分光デバイス１１６は分光２１５ｉを生成し、この光は、例えば、第２のミラー１２４（図１）を経由して二次元画像センサ１１２によって受け取られる。二次元画像センサ１１２は二次元画像１１７ｂを生成し、この画像は、分光２１５ｉの空間情報を表すある軸２１０ａ（例えば、回折光２１５ｉの０次画像  −  回折格子１１６が使用される場合）と、分光２１５ｉのスペクトル情報を表す別の軸２１０ｂ（例えば、回折光２１５ｉの非０次画像  −  回折格子１１６が使用される場合）とを含む。コントローラ１１４は、二次元画像１１７ｂを受け取って記憶する。その後、コントローラ１１４は、アクチュエータ２０６と対話して、異なる時間「ｔ３」、「ｔ４」、．．．、「ｔｎ」においてディスク２０２を回転させ、それにより、螺旋形スリット２０４ａの残りの部分２０９３、２０９４、．．．、２０９ｎは順次、位置「ｐ１」に配置されるが、時間「ｔ３」、「ｔ４」、．．．、「ｔｎ」では、二次元画像センサ１１２はアクティブ化されて、遠隔物体１０４から発せられた分光した異なる光線の異なる二次元画像１１７ｃ、１１７ｄ、．．．、１１７ｎを取得する。コントローラ１１４は、二次元画像１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、．．．、１１７ｎを結合して、遠隔物体１０４のエリアに関連付けられた全体画像１０７のハイパースペクトル画像１０２ａを提供する。この例では、各二次元画像１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、．．．、１１７ｎは、遠隔物体１０４の異なる部分から発せられた分光された異なる光線２１５ｅ、２１５ｉ等に対応し、分光された光線２１５ｅ、２１５ｉ等は、互いに連続し、それにより、各スペクトル画像が結合されたとき、その結果生成される組合せは、遠隔物体１０４のエリアの画像１０７を表すハイパースペクトル画像１０２ａを形成する。
【００３８】
第１の螺旋形スリット２０４ａを使用して遠隔物体１０４のエリアのハイパースペクトル画像１０２ａを取得するのに使用されたものと同じプロセスを繰り返して、第２の螺旋形スリット２０４ｂを使用して遠隔物体１０４のエリアのハイパースペクトル画像１０２ｂを取得し、次に繰り返して、第３の螺旋形スリット２０４ｃを使用して遠隔物体１０４のエリアのハイパースペクトル画像１０２ｃを取得する。したがって、３つの螺旋形スリット２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃを有するディスク２０２では、ディスク２０２の１回の３６０°回転毎に、遠隔物体１０４のエリアの同じ画像１０７の３つの異なるハイパースペクトル画像１０２ａ、１０２ｂ、及び１０２ｃを取得することができる。この例では、第１の螺旋形スリット２０４ａの異なる部分２０９１、２０９２、２０９３、２０９４、．．．、２０９ｎの結合幅は、遠隔物体１０４の画像１０７の幅２１１に等しいか、又はそれよりも大きい。第１の螺旋形スリット２０４ａの異なる部分２０９１、２０９２、２０９３、２０９４、．．．、２０９ｎのそれぞれの高さも、遠隔物体１０４の画像１０７の高さ２１３に等しいか、又はそれよりも大きい。ディスク２０２が回転すると、第１の螺旋形スリット２０４ａの異なる部分２０９１、２０９２、２０９３、２０９４、．．．、２０９ｎが画像１０７にわたり掃引して、遠隔物体１０４のエリアにわたる連続した一連の画像を取得できるようにする。第２の螺旋形スリット２０４ｂ及び第３の螺旋形スリット２０４ｃは通常、第１の螺旋形スリット２０４ａと同じ幅及び高さを有する。ディスク２０２が１つ、２つ、４つ、又はそれを超える螺旋形スリットを含む構成も考えられる。
【００３９】
この例では、コントローラ１１４は、ディスク２０２の１２０°回転中、第１の螺旋形スリット２０４ａを使用することにより、異なる二次元画像１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、．．．、１１７ｎを取得して、ハイパースペクトル画像１０２ａを形成することができる。それに加えて、コントローラ１１４は、ディスク２０２の残りの２４０°回転中、第２の螺旋形スリット２０４ｂ及び第３の螺旋形スリット２０４ｃを使用することにより、異なる二次元画像を取得し、これらの画像は結合されて、２つのハイパースペクトル画像１０２ｂ及び１０２ｃを形成する。代替的には、ディスク２０２が１つのみの螺旋形スリット２０４を有する場合、コントローラ１１４は、ディスク２０２の１回転毎に遠隔物体１０４の１つのハイパースペクトル画像を提供する。同様に、ディスク２０２が２つの螺旋形スリットを有する場合、コントローラ１１４は、ディスク２０２の１回転毎に遠隔物体１０４の２つのハイパースペクトル画像を提供する。いずれの場合でも、コントローラ１１４は、任意の所望のデータレートで二次元画像１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、．．．、１１７ｎを取得することができるが、通常、それは各螺旋形スリット２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃが、二次元画像センサ１１２上の画像（画像１０７からの各光線）が側方に移動するように十分に回転した後であり得る。
【００４０】
上記例では、螺旋形スリット２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃは、遠隔物体１０４の画像１０７が任意の所与の時間に螺旋形スリット２０４ａ、２０４ｂ、又は２０４ｃのうちの１つのみに配置されるように十分遠くに互いに離間される。換言すれば、画像１０７は全体的に、螺旋形スリット２０４ａ及び２０４ｂ間、螺旋形スリット２０４ｂ及び２０４ｃ間、又は螺旋形スリット２０４ａ及び２０４ｃ間の空間に配置することができる。これを達成するために、ディスク２０２、特にディスクの内部に形成される螺旋形スリット２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃは、前部光学系の光学系１０６によって最終的に形成されることになる画像１０７の特定のサイズ及びロケーションに基づいて位置決めされる。特に、ディスク２０２は特定の直径を有し得、画像１０７は、ディスク２０２の表面２０９上の特定のロケーションにおいて所定の幅２１１及び高さ２１３を有することになる。それに加えて、螺旋形スリット２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃはそれぞれ一端部２２０ａ、２２０ｂ、及び２２０ｃを有し、一端部は、ディスク２０２の縁部から所定の距離「１」に配置されて、画像１０７の一端部２２２と位置合わせされる。更に、螺旋形スリット２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃはそれぞれ他端部２２４ａ、２２４ｂ、及び２２４ｃを有し、他端部２２４ａ、２２４ｂ、及び２２４ｃは、ディスク２０２の縁部から所定の距離「２」に配置されて、画像１０７の他端部２２６と位置合わせされる。換言すれば、各螺旋形スリット２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃは、ディスク２０２の外縁部に対する各端部２２０ａ−２２４ａ、２２０ｂ−２２４ｂ、及び２２０ｃ−２２４ｃ間の距離に関連する距離「１」と「２」との差が、遠隔物体１０４の画像１０７の幅２１１と同じであるか、又はそれよりも大きくなるようなサイズである。
【００４１】
図２Ａ及び図２Ｂの図中、複数のスリットは、ディスク２０２が回転する際、一度に１つのみのスリットが照明されるように構成される。代替的には、螺旋形スリットは、所与の時間に螺旋形スリットのうちの２つ以上のスリットがそれぞれ、遠隔物体１０４の画像１０７からの異なる光線を分光計１１０に同時に渡すように、互いに対して位置決めすることができる。２つ以上の螺旋形スリットは、それぞれが前部光学系の照明野内に同時に存在して、同時照明を達成するように位置決めされる。図２Ｃは、２つのスリットの部分が画像１０７の異なる部分によって同時に照明されるように構成された複数のスリットを含むハイパースペクトル撮像システム１００ａのディスク２０２１の図を示す。例えば、位置２０９１において、螺旋形スリット２０４ａ１及び２０４ａ２の部分は、同時に照明される。各同時照明部分は、画像１０７の異なる部分に対応するトリミングされた光線を分光計１１０に渡し、二次元画像センサ１１２に向けて分光する。螺旋形スリット２０４ａ１及び２０４ａ２から送られる、トリミングされた光線は、二次元画像センサ１１２内に含まれる異なる組のピクセルによって受け取られ、別個の二次元画像が、トリミングされた各光線から形成される。本開示は、３つ以上のスリット、４つ以上のスリット、又は５つ以上のスリット等の同時照明を可能にするディスク２０２の適合に拡張される。そのような適合は、追加のスリットを図２Ｃに示される対になったスリットの群に加えることによって実現し得る。第３のスリット２０４ａ３、２０４ｂ３、及び２０４ｃ３は、例えば、図２Ｃに示される群２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃに加えて、３つのスリットの部分が同時に照明されるディスクを達成することができる。２つ以上の同時照明スリットは平行であり得る。同時照明スリットから受け取られる光線の撮像の更なる考察を以下に提供する。
【００４２】
図２Ｄを参照すると、本発明の第１の実施形態により、ハイパースペクトル撮像システム１００ａを使用して、遠隔物体１０４の二次元エリア１０７のハイパースペクトル画像１０２を提供する例示的な方法２００Ｄのステップを示すフローチャートがある。方法は、（ａ）ハイパースペクトル撮像システム１００ａを提供するステップであって、ハイパースペクトル撮像システムは、前部光学系１０６、回転可能ディスク２０２（少なくとも１つの螺旋形スリット２０４が内部に形成される）、アクチュエータ２０６、分光計１１０（少なくとも分光デバイス１１６を含む）、二次元画像センサ１１２、及びコントローラ１１４を含む、ステップ（ステップ２０２Ｄ）と、（ｂ）遠隔物体１０４に関連付けられた光１１５ａを受け取るように、光学系１０６を位置決めするステップ（ステップ２０４Ｄ）と、（ｃ）ディスク２０２が回転し、それにより、螺旋形スリット２０４の第１の部分２０９１（又は複数の同時照明スリット２０４１、２０４２等のそれぞれの第１の部分）が、遠隔物体１０４に関連付けられた、トリミングされた第１の光線２１５ｃ（又はそれぞれが複数の同時照明スリットの異なる１つから発せられる、複数のトリミングされた第１の光線）を分光計１１０に透過させるよう位置決めされるように、アクチュエータ２０６を制御するステップであって、分光計１１０は、トリミングされた第１の光線２１５ｃ（又は複数のトリミングされた第１の光線）を受け取り、及び分光された第１の光線２１５ｅ（又は複数の第１の分光された光線）を二次元画像センサ１１２に出力するように構成される少なくとも分光デバイス１１６を備える、ステップ（ステップ２０６Ｄ）と、（ｄ）二次元画像センサ１１２から、分光された第１の光線２１５ｅ（又は複数の第１の分光光線）の二次元画像１１７ａを取得するステップ（ステップ２０８Ｄ）と、（ｅ）ディスク２０２が回転して、それにより、螺旋形スリット２０４の第２の部分２０９２が、遠隔物体１０４に関連付けられた、トリミングされた第２の光線２１５ｇ（又は複数のトリミングされた第２の光線、それぞれが複数の同時照明スリットのそれぞれから発せられる）を分光計１１０まで透過するよう位置決めされるように、アクチュエータ２０６を制御するステップであって、分光計１１０は、トリミングされた第２の光線２１５ｇ（又は複数のトリミングされた第２の光線）を受け取り、及び分光された第２の光線２１５ｉ（又は複数の第２の分光された光線）を二次元画像センサ１１２に出力するように構成される少なくとも分光デバイス１１６を備える、ステップ（ステップ２１０Ｄ）と、（ｆ）二次元画像センサ１１２から、分光された第２の光線２１５ｉ（又は複数の分光された第２の光線）の二次元画像１１７ｂを取得するステップ（ステップ２１２Ｄ）と、（ｇ）ディスク２０２が回転して、それにより、螺旋形スリット２０４の異なる部分２０９３、２０９４、．．．、２０９ｎが、遠隔物体１０４の光１０７に関連付けられた異なる光線を透過させるよう位置決めされるように、アクチュエータ２０６を繰り返し制御するステップであって、その間、二次元画像センサ１１２から異なる分光された光線の二次元画像１１７ｃ、１１７ｄ、．．．、１１７ｎを繰り返し取得し、第１及び第２の二次元画像１１７ａ及び１１７ｂ並びに異なる二次元画像１１７ｃ、１１７ｄ、．．．、１１７ｎを結合して、遠隔物体１０４のハイパースペクトル画像１０２を提供する、ステップ（ステップ２１４Ｄ）とを含む。一例では、コントローラ１１４は、連続した一定速度でディスク２０２を回転させるように、アクチュエータ２０６を制御することができ、その間、第１及び第２の二次元画像１１７ａ及び１１７ｂ並びに異なる二次元画像１１７ｃ、１１７ｄ、．．．、１１７ｎを取得する。上記例では、コントローラ１１４はメモリとインターフェースするプロセッサを含み得、メモリは、ステップ２０４Ｄ、２０６Ｄ、２０８Ｄ、２１０Ｄ、２１２Ｄ、及び２１４Ｄを実行するプロセッサ実行可能命令を実行するプロセッサ実行可能命令を記憶する。本開示の方法は、図２Ｄに示される全てのステップよりも少ないステップを含む方法に拡張される。図２Ｄに示される任意の１つ、２つ、３つ、又はそれを超えるステップのサブステップを含む方法が、本開示の範囲内である。
【００４３】
必要に応じて、システムのサイズに大きく影響せずに、走査ディスク２０２及びアクチュエータ２０６を既存の設計に追加することができる。それに加えて、その結果強化されたシステム（すなわち、ハイパースペクトル撮像システム１００ａ）は、略１００％の走査効率を提供する。前部光学系の前に走査ミラーを組み込む検流計駆動のスキャナのような他の従来の走査システムでは、遠隔物体のいずれの線が分光計に渡されているかを知るために、走査デバイスからのフィードバックが必要である。しかし、ハイパースペクトル撮像システム１００ａでは、二次元画像センサ１１２が、０次画像及び回折画像を撮像するのに十分大きい場合、０次画像のロケーションは、何らかの走査デバイスからのフィードバックを必要とせずに、この情報（すなわち、遠隔物体のいずれの線が分光計に渡されているか）を提供することができる。更に、従来の検流計駆動スキャナは、振動源であり、ハイパースペクトル撮像システム１００ａで使用される一定速度回転ディスク２０２と比較した場合、より高い電力要件を有し得る。更に、従来のポリゴンスキャナは通常、低い走査効率、追加の反射面を有し、前部光学系と遠隔物体との間に位置決めされる場合、ハイパースペクトル撮像システム１００ａのサイズと比較して、システムサイズを大幅に増大させることを必要とする。本発明では、ディスク２０２は、従来のリソグラフィ技法（例として、可視短波赤外線（ＳＷＩＲ）用途ではクロムオンガラス）を用いて製造することができる。ディスク２０２は、共同譲渡された米国特許第７，６９７，１３７号明細書（この内容は参照により本明細書に援用される）に定義されるプロセスを使用して、金属基板で製造することもできる。最後に、ディスク２０２は、単純なモータ２０６（アクチュエータ２０６）によって駆動され、速度制御又は角位置デバイスは必要ない。しかし、ディスク２０２の軸方向位置は公称的に、前部光学系１０６の焦点深度内にあるように制御及び位置決めされる必要がある。
【００４４】
図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、走査可能スリット機構１０８が、内部に形成された複数のスリット３０４（この例では、１０個のスリット３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ、３０４ｅ、３０４ｆ、３０４ｇ、３０４ｈ、３０４ｉ、３０４ｊが示される）と、軸３０８を中心としてディスク３０２を回転させるアクチュエータ３０６とを有するディスク３０２であるハイパースペクトル撮像システム１００ｂを示す幾つかの図がある。スリット３０４は直線又は弓形であり得る。ハイパースペクトル撮像システム１００ｂは、光学系１０６を有する前部光学系、回転ディスク３０２、アクチュエータ３０６、分光計１１０（少なくとも分光デバイス１１６を含む）、二次元画像センサ１１２、コントローラ１１４、及び筐体１１８（図示せず）を含む。光学系１０６、ディスク３０２、分光計１１０（分光１１６）、及び二次元画像センサ１１２が、上述したように、光線がある構成要素から別の構成要素に適宜向けられるように、互いに対して位置決めされることを理解されたい。しかし、ハイパースペクトル撮像システム１００ｂの様々な特徴の説明を補助するために、ディスクの表面３０９に対する光学系１０６の向きは変更されている。例えば、ディスクの表面３０９は、実際には、示されるように読み手に面するのではなく、光学系１０６の主面に面する。また、軸３０８上のディスク３０２の回転面は、読み手に直交する。
【００４５】
図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、ディスク３０２が、第１の時間「ｔ１」において、ある位置「ｐ１」に１つのスリット３０４ａを有し（図３Ａ参照）、次に、ディスク３０２が第２の時間「ｔ２」において位置「ｐ１」に次のスリット３０４ｂを有する（図３Ｂ参照）ように、ハイパースペクトル撮像システム１００ｂが構成される例がある。図３Ａでは、ハイパースペクトル撮像システム１００ｂは、第１の時間「ｔ１」において、光学系１０６が遠隔物体１０４に関連付けられた光１１５ａを受け取り、遠隔物体１０４の画像１０７を表す合焦光１１５ｂをディスク３０２に向けるように位置決めされ、ディスク３０２は光学系１０６の焦点面に配置し得る。特に、コントローラ１１４は、アクチュエータ３０６と対話して、第１のスリット３０４ａが、第１の時間「ｔ１」において位置「ｐ１」にあるように、軸３０８上でディスク３０２を回転させる。時間「ｔ１」において、第１のスリット３０４ａは、光学系１０６の画像面又はその近傍に位置決めされて、遠隔物体１０４の第１の部分から発せられた、トリミングされた第１の光線３１５ｃを分光計１１０に渡し、トリミングされた第１の光線３１５ｃは、例えば、第１のミラー１２２（図１参照）を経由して分光デバイス１１６によって受け取られる。分光計１１０は、分光デバイス１１６（例えば、プリズム１１６、回折格子１１６）を有する任意の周知の分光計１１０であることができる。分光デバイス１１６は分光された光３１５ｅを生成し、この光は、例えば、第２のミラー１２４（図１参照）を経由して二次元画像センサ１１２によって受け取られる。二次元画像センサ１１２は二次元画像１１７ａを生成し、この画像は、分光された光３１５ｅの空間情報を表すある軸３１０ａ（例えば、回折光３１５ｅの０次画像  −  回折格子１１６が使用される場合）と、分光３１５ｅのスペクトル情報を表す別の軸３１０ｂ（例えば、回折光３１５ｅの非０次画像  −  回折格子１１６が使用される場合）とを含む。コントローラ１１４は、二次元画像１１７ａを受け取って記憶し、アクチュエータ３０６と対話して、第２のスリット３０４ｂが、時間「ｔ２」において位置「ｐ１」にあり、次に考察するように、遠隔物体１０４の第２の部分から発せられた、トリミングされた第２の光線３１５ｇを分光計１１０に渡すように、ディスク３０２を回転させる。
【００４６】
図３Ｂでは、第２の時間「ｔ２」において構成されたハイパースペクトル撮像システム１００ｂが示され、ここでは、コントローラ１１４はアクチュエータ３０６と対話して、第２のスリット３０４ｂが、時間「ｔ２」において位置「ｐ１」にあり、遠隔物体１０４の画像１０７に関連付けられた、トリミングされた第２の光線３１５ｇを分光計１１０に渡すように、ディスク３０２を回転させ、この光線は、例えば、第１のミラー１２２（図１）を経由して分光デバイス１１６によって受け取られる。見て取ることができるように、トリミングされた第１の光線３１５ｃは、遠隔物体１０４の画像１０７に関連付けられた、トリミングされた第２の光線３１５ｇと連続するか、又は略連続し、したがって、トリミングされた第２の光線３１５ｇは、トリミングされた第１の光線３１５ｃに関連付けられた遠隔物体１０４の部分に隣接する、遠隔物体１０４の部分の画像に対応する。分光デバイス１１６は分光３１５ｉを生成し、この光は、例えば、第２のミラー１２４（図１）を経由して二次元画像センサ１１２によって受け取られる。二次元画像センサ１１２は二次元画像１１７ｂを生成し、この画像は、分光３１５ｉの空間情報を表すある軸３１０ａ（例えば、回折光３１５ｉの０次画像  −  回折格子１１６が使用される場合）と、分光３１５ｉのスペクトル情報を表す別の軸３１０ｂ（例えば、回折光３１５ｉの非０次画像  −  回折格子１１６が使用される場合）とを含む。コントローラ１１４は、二次元画像１１７ｂを受け取って記憶する。その後、コントローラ１１４は、アクチュエータ３０６と対話して、異なる時間「ｔ３」、「ｔ４」、「ｔ５」、「ｔ６」、「ｔ７」、「ｔ８」、「ｔ９」、「ｔ１０」においてディスク３０２を回転させ、それにより、残りのスリット３０４ｃ、３０４ｄ、３０４ｅ、３０４ｆ、３０４ｇ、３０４ｈ、３０４ｉ、３０４ｊは順次、時間「ｔ３」、「ｔ４」、「ｔ５」、「ｔ６」、「ｔ７」、「ｔ８」、「ｔ９」、「ｔ１０」において位置「ｐ１」に配置され、その間、コントローラ１１４は二次元画像センサ１１２と対話して、遠隔物体１０４の異なる二次元画像１１７ｃ、１１７ｄ、１１７ｅ、１１７ｆ、１１７ｇ、１１７ｈ、１１７ｉ、１１７ｊを取得する。コントローラ１１４は、二次元画像１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄ、１１７ｅ、１１７ｆ、１１７ｇ、１１７ｈ、１１７ｉ、１１７ｊを結合して、遠隔物体１０４のエリアに関連付けられた全体画像１０７のハイパースペクトル画像１０２を提供する。この例では、各二次元画像１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄ、１１７ｅ、１１７ｆ、１１７ｇ、１１７ｈ、１１７ｉ、１１７ｊは、遠隔物体１０４の異なる部分から発せられた分光された異なる光線３１５ｅ、３１５ｉ等に対応し、分光された光線３１５ｅ、３１５ｉ等は、互いに連続し、それにより、各スペクトル画像が結合されたとき、その結果生成される組合せは、遠隔物体１０４のエリアの全体画像１０７に関連付けられたハイパースペクトル画像１０２を形成する。
【００４７】
見て取ることができるように、複数のスリット３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ、３０４ｅ、３０４ｆ、３０４ｇ、３０４ｈ、３０４ｉ、３０４ｊを有するディスク３０２は、ディスク３０２の１回の３６０°回転毎に、遠隔物体１０４の画像１０７に関連付けられたハイパースペクトル画像１０２の生成を取得できるようにする。この例では、スリット３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ、３０４ｅ、３０４ｆ、３０４ｇ、３０４ｈ、３０４ｉ、３０４ｊのそれぞれの高さは、遠隔物体１０４の画像１０７の高さ２１３に等しいか、又はそれよりも大きい。スリット３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ、３０４ｅ、３０４ｆ、３０４ｇ、３０４ｈ、３０４ｉ、３０４ｊの結合幅も、遠隔物体１０４の画像１０７の幅２１１に等しいか、又はそれよりも大きい。示されるように、スリット３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ、３０４ｅ、３０４ｆ、３０４ｇ、３０４ｈ、３０４ｉ、３０４ｊは、第１のスリット３０２ａが位置「ｐ１」にあるとき、画像１０７の第１の部分からのトリミングされた第１の光線３１５ｃを透過させ、第２のスリット３０２ｂが位置「ｐ１」にあるとき、画像１０７の第１の部分と合同である部分からのトリミングされた第２の光線３１５ｇを透過させ、残りのスリット３０４ｃ、３０４ｄ、３０４ｅ、３０４ｆ、３０４ｇ、３０４ｈ、３０４ｉ、３０４ｊに対して以下同様であるように、ディスク３０２の縁部から異なる距離でディスク３０２の表面３０９上にオフセットされて位置決めされる。このようにして、全てのスリット３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ、３０４ｅ、３０４ｆ、３０４ｇ、３０４ｈ、３０４ｉ、３０４ｊが位置「ｐ１」になった後、スリットを透過した全てのトリミングされた光線３１５ｃ、３１５ｇ等は互いに連続し、それにより、全てのトリミングされた光線３１５ｃ、３１５ｇ等が結合された場合、全体画像１０７を網羅する。
【００４８】
任意の数のスリット３０４をディスク３０２上に形成することができ、結合されたときにスリット３０４の全ての幅が、遠隔物体１０４の画像１０７の幅２１１に等しいか、又はそれよりも大きい限り、各スリット３０４が同じ又は異なる幅を有することを理解されたい。
【００４９】
上記例では、コントローラ１１４は、個々のスリット３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ、３０４ｅ、３０４ｆ、３０４ｇ、３０４ｈ、３０４ｉ、３０４ｊが位置「ｐ１」にあり、二次元画像センサ１１２と平行に位置合わせされたとき、対応する二次元画像１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄ、１１７ｅ、１１７ｆ、１１７ｇ、１１７ｈ、１１７ｉ、１１７ｊの「スナップショット」を取得する。したがって、コントローラ１１４は、ディスク３０２が軸３０８を中心として３６°回転した後、二次元画像１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄ、１１７ｅ、１１７ｆ、１１７ｇ、１１７ｈ、１１７ｉ、１１７ｊのそれぞれの「スナップショット」を取得し、これらの３６°回転中、データは二次元画像センサ１１２から取られない。その結果、ハイパースペクトル撮像システム１００ｂは、１００％の走査効率を有さず、その理由は、スリット３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ、３０４ｅ、３０４ｆ、３０４ｇ、３０４ｈ、３０４ｉ、３０４ｊが位置「ｐ１」にないとき、二次元画像センサ１１２からデータが取られないためである。コントローラ１１４は、ディスク３０２の回転を止める必要なく、二次元画像１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄ、１１７ｅ、１１７ｆ、１１７ｇ、１１７ｈ、１１７ｉ、１１７ｊの「スナップショット」を取得することができ、その理由は、コントローラ１１４が、スリット３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ、３０４ｅ、３０４ｆ、３０４ｇ、３０４ｈ、３０４ｉ、３０４ｊが位置「ｐ１」にあるときは常に、二次元画像センサ１１２と対話し、二次元画像センサ１１２からデータを取るためである。
【００５０】
図３Ａ及び図３Ｂの図では、複数のスリットは、ディスク３０２が回転する際、一度に１つのみのスリットが照明されるように配置される。代替的には、複数のスリットは、所与の時間にスリットのうちの２つ以上がそれぞれ、遠隔物体１０４の画像１０７からの異なる光線で同時に照明することができるように、互いに対して位置決めすることができる。図３Ｃは、２つのスリットの部分が画像１０７の異なる部分によって同時に照明されるように配置された複数のスリットを含むハイパースペクトル撮像システム１００ｂのディスク３０２１の図を示す。２つ以上のスリットは、それぞれが前部光学系の照明野内に同時に存在して、同時照明を達成するように位置決めされる。例えば、位置３０９１において、スリット３０４ａ１及び３０４ａ２のそれぞれの部分は、同時に照明される。同時に照明される各部分は、画像１０７の異なる部分に対応するトリミングされた光線を分光のために分光計１１０に渡し、及び二次元画像センサ１１２に渡す。スリット３０４ａ１及び３０４ａ２から送られた、トリミングされた光線は、二次元画像センサ１１２内に含まれる異なる組のピクセルによって受け取られ、別個の二次元画像が、トリミングされた各光線から形成される。本開示は、３つ以上のスリット、４つ以上のスリット、又は５つ以上のスリット等の同時照明を可能にするディスク３０２の適合に拡張される。そのような適合は、追加のスリットを図３Ｃに示される対になったスリットの群に加えることによって実現し得る。第３のスリット３０４ａ３、３０４ｂ３、及び３０４ｃ３等は、例えば、図３Ｃに示される群３０４ａ、３０４ｂ、及び３０４ｃ等に加えて、３つのスリットの部分が同時に照明されるディスクを達成することができる。複数のスリットの幅及び間隔は、複数のスリットが画像１０７内に収まるように調整される。２つ以上の同時照明スリットは平行であり得る。同時照明スリットから受け取られる光線の撮像の更なる考察を以下に提供する。
【００５１】
図３Ｄを参照すると、本発明の第２の実施形態により、ハイパースペクトル撮像システム１００ｂを使用して、遠隔物体１０４の二次元エリア１０７のハイパースペクトル画像１０２を提供する例示的な方法３００Ｄのステップを示すフローチャートがある。方法は、（ａ）ハイパースペクトル撮像システム１００ｂを提供するステップであって、ハイパースペクトル撮像システムは、光学系１０６を有する前部光学系、回転可能ディスク３０２（（例えば）複数のスリット３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄ、３０４ｅ、３０４ｆ、３０４ｇ、３０４ｈ、３０４ｉ、３０４ｊが内部に形成される）、アクチュエータ３０６、分光計１１０（少なくとも分光デバイス１１６を含む）、二次元画像センサ１１２、及びコントローラ１１４を含む、ステップ（ステップ３０２Ｄ）と、（ｂ）遠隔物体１０４に関連付けられた光１１５ａを受け取るように、光学系１０６を位置決めするステップ（ステップ３０４Ｄ）と、（ｃ）ディスク３０２が回転し、それにより、第１のスリット３０４ａ（又は複数の第１のスリット３０４ａ１、３０４ａ２等）が、遠隔物体１０４に関連付けられた、トリミングされた第１の光線３１５ｃ（又はそれぞれが同時照明スリットのそれぞれから発せられる、複数のトリミングされた第１の光線）を分光計１１０に透過させるよう位置決めされるように、アクチュエータ３０６を制御するステップであって、分光計１１０は、トリミングされた第１の光線３１５ｃ（又はそれぞれが同時照明スリットのそれぞれから発せられる、複数のトリミングされた第１の光線）を受け取り、及び分光された第１の光線３１５ｅ（又は複数の分光された第１の光線）を二次元画像センサ１１２に出力するように構成される少なくとも分光デバイス１１６を備える、ステップ（ステップ３０６Ｄ）と、（ｄ）二次元画像センサ１１２から、分光された第１の光線３１５ｅ（又は複数の分光された第１の光線）の二次元画像１１７ａを取得するステップ（ステップ３０８Ｄ）と、（ｅ）ディスク３０２が回転して、それにより、第２のスリット３０４ｂ（又は複数の第２のスリット３０４ｂ１、３０４ｂ２等）が、遠隔物体１０４に関連付けられた、トリミングされた第２の光線３１５ｇ（又は複数のトリミングされた第２の光線、それぞれが同時照明スリットのそれぞれから発せられる）を分光計１１０まで透過するよう位置決めされるように、アクチュエータ３０６を制御するステップであって、分光計１１０は、トリミングされた第２の光線３１５ｇ（又は複数のトリミングされた第２の光線、それぞれが同時照明スリットのそれぞれから発せられる）を受け取り、及び分光された第２の光線３１５ｉ（又は複数の分光された第２の光線）を二次元画像センサ１１２に出力するように構成される少なくとも分光デバイス１１６を備える、ステップ（ステップ３１０Ｄ）と、（ｆ）二次元画像センサ１１２から、分光された第２の光線３１５ｇ（又は複数の分光された第２の光線）の二次元画像１１７ｂを取得するステップ（ステップ３１２Ｄ）と、（ｇ）ディスク３０２が回転して、それにより、（例えば）異なるスリット３０４ｃ、３０４ｄ、３０４ｅ、３０４ｆ、３０４ｇ、３０４ｈ、３０４ｉ、３０４ｊ（又は異なる複数の同時照明スリット）が、遠隔物体１０４の光１０７に関連付けられた異なる光線を透過させるよう位置決めされるように、アクチュエータ３０６を繰り返し制御するステップであって、その間、二次元画像センサ１１２から異なる分光された光線の二次元画像１１７ｃ、１１７ｄ、１１７ｅ、１１７ｆ、１１７ｇ、１１７ｈ、１１７ｉ、１１７ｊを繰り返し取得し、第１及び第２の二次元画像１１７ａ及び１１７ｂ並びに異なる二次元画像１１７ｃ、１１７ｄ、１１７ｅ、１１７ｆ、１１７ｇ、１１７ｈ、１１７ｉ、１１７ｊを結合して、遠隔物体１０４の二次元エリアのハイパースペクトル画像１０２を提供する、ステップ（ステップ３１４Ｄ）とを含む。一例では、コントローラ１１４は、連続した一定速度でディスク３０２を回転させるように、アクチュエータ３０６を制御することができ、その間、第１及び第２の二次元画像１１７ａ及び１１７ｂ並びに異なる二次元画像１１７ｃ、１１７ｄ、．．．、１１７ｎを取得する。上記例では、コントローラ１１４はメモリとインターフェースするプロセッサを含み得、メモリは、ステップ３０４Ｄ、３０６Ｄ、３０８Ｄ、３１０Ｄ、３１２Ｄ、及び３１４Ｄを実行するプロセッサ実行可能命令を実行するプロセッサ実行可能命令を記憶する。本開示の方法は、図３Ｄに示される全てのステップよりも少ないステップを含む方法に拡張される。図３Ｄに示される任意の１つ、２つ、３つ、又はそれを超えるステップのサブステップを含む方法が、本開示の範囲内である。
【００５２】
必要に応じて、システムのサイズに大きく影響せずに、走査ディスク３０２及びアクチュエータ３０６を既存の設計に追加することができる。それに加えて、その結果強化されたシステム（すなわち、ハイパースペクトル撮像システム１００ｂ）は、１００％に近い走査効率を提供する。前部光学系の前に走査ミラーを組み込む検流計駆動のスキャナのような他の従来の走査システムでは、遠隔物体のいずれの線が分光計に渡されているかを知るために、走査デバイスからのフィードバックが必要である。しかし、ハイパースペクトル撮像システム１００ｂでは、二次元画像センサ１１２が、０次画像及び回折画像を撮像するのに十分大きい場合、０次画像のロケーションは、何らかの走査デバイスからのフィードバックを必要とせずに、この情報（すなわち、遠隔物体のいずれの線が分光計に渡されているか）を提供することができる。更に、従来の検流計駆動スキャナは、振動源であり、ハイパースペクトル撮像システム１００ｂで使用される一定速度回転ディスク３０２と比較した場合、より高い電力要件を有し得る。更に、従来のポリゴンスキャナは通常、低い走査効率、追加の反射面を有し、前部光学系と遠隔物体との間に位置決めされる場合、ハイパースペクトル撮像システム１００ｂのサイズと比較して、システムサイズを大幅に増大させることを必要とする。本発明では、ディスク３０２は、従来のリソグラフィ技法（例として、可視短波赤外線（ＳＷＩＲ）用途ではクロムオンガラス）を用いて製造することができる。ディスク３０２は、共同譲渡の米国特許第７，６９７，１３７号明細書（この内容は参照により本明細書に援用される）に定義されるプロセスを使用して、金属基板で製造することもできる。最後に、ディスク３０２は、単純なモータ３０６（アクチュエータ３０６）によって駆動され、速度制御又は角位置デバイスは必要ない。しかし、ディスク３０２の軸方向位置は公称的に、前部光学系１０６の焦点深度内にあるように制御及び位置決めされる必要がある。
【００５３】
図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、走査可能スリット機構１０８が、表面４０６に少なくとも１つのスリット４０４（この例では、７つのスリット４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ、４０４ｄ、及び４０４ｅが見て取ることができる）及び内部に配置された折り返しミラー４０８と、軸４１２を中心としてドラム４０２を回転させるアクチュエータ４１０とを有するドラム４０２である、ハイパースペクトル撮像システム１００ｃを示す幾つかの図がある。（なお、図４Ａ及び図４Ｂは、表面４０６の部分が切り欠かれており、したがって、ドラム４０２の内部内に配置される折り返しミラー４０８を見ることができる）。スリット４０４又はスリット４０４ａ、４０４ｂ等は、直線又は弓形であり得る。ハイパースペクトル撮像システム１００ｃは、光学系１０６を有する前部光学系、回転可能ドラム４０２、アクチュエータ４１０、分光計１１０（少なくとも分光デバイス１１６を含む）、二次元画像センサ１１２、コントローラ１１４、及び筐体１１８（図示せず）を含む。光学系１０６、ドラム４０２、分光計１１０（分光１１６）、及び二次元画像センサ１１２が、上述したように、光線がある構成要素から別の構成要素に適宜向けられるように、互いに対して位置決めされることを理解されたい。したがって、回転ドラム４０２は、片側４１６に開口部４１４を有し、開口部４１４を通して、光学系１０６からの光１１５ｂが折り返しミラー４０８まで透過され、折り返しミラー４０８によって反射されて、遠隔物体１０４の画像１０７を表面４０６の内部４１８に形成する。表面４０６の内部４１８は、光学系１０６の画像面に位置決めし得る（図４Ａ及び図４Ｂの分解組立図４２０参照）。
【００５４】
図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、ハイパースペクトル撮像システム１００ｃが、回転ドラム４０２が、第１の時間「ｔ１」において、ある位置「ｐ１」に１つのスリット４０４ａを有し（図４Ａ参照）、次に、回転ドラム４０２が、第２の時間「ｔ２」において位置「ｐ２」にスリット４０４ａを有する（図４Ｂ参照）例がある。図４Ａでは、ハイパースペクトル撮像システム１００ｃは、第１の時間「ｔ１」において、光学系１０６が遠隔物体１０４に関連付けられた光１１５ａを受け取り、遠隔物体１０４の画像１０７を表す合焦光１１５ｂを、回転ドラム４０２の片側４１６の開口部４１４を通して折り返しミラー４０８に向けるように位置決めされ、折り返しミラー４０８は、合焦光１１５ｂを反射して、遠隔物体１０４の画像１０７を回転ドラム４０２内部の表面４０６（分解組立図４２０参照）の内部４１８に形成する。特に、コントローラ１１４はアクチュエータ４１０と対話して、第１のスリット４０４ａが、第１の時間「ｔ１」において位置「ｐ１」にあるように、軸４１２上でドラム４０２を回転させている。時間「ｔ１」において、第１のスリット４０４ａは光学系１０６の画像面又はその近傍に位置決めされて、遠隔物体１０４の第１の部分から発せられた、トリミングされた第１の光線４１５ｃを分光計１１０に渡し、トリミングされた第１の光線４１５ｃは、例えば、第１のミラー１２２（図１参照）を経由して分光デバイス１１６によって受け取られる。分光計１１０は、分光デバイス１１６（例えば、プリズム１１６、回折格子１１６）を有する任意の周知の分光計１１０であることができる。分光デバイス１１６は分光された光４１５ｅを生成し、この光は、例えば、第２のミラー１２４（図１参照）を経由して二次元画像センサ１１２によって受け取られる。二次元画像センサ１１２は二次元画像１１７ａを生成し、この画像は、分光された光４１５ｅの空間情報を表すある軸４１０ａ（例えば、分光４１５ｅの０次画像  −  回折格子１１６が使用される場合）と、分光４１５ｅのスペクトル情報を表す別の軸４１０ｂ（例えば、回折光４１５ｅの非０次画像  −  回折格子１１６が使用される場合）とを含む。コントローラ１１４は、二次元画像１１７ａを受け取って記憶し、アクチュエータ４１０と対話して、第１のスリット４０４ａが、時間「ｔ２」において位置「ｐ２」にあり、次に考察するように、遠隔物体１０４の第２の部分から発せられた、トリミングされた第２の光線４１５ｇを分光計１１０に渡すように、ドラム４０２を回転させる。
【００５５】
図４Ｂでは、第２の時間「ｔ２」において構成されたハイパースペクトル撮像システム１００ｃが示され、ここでは、コントローラ１１４はアクチュエータ４１０と対話して、第１のスリット４０４ａが、時間「ｔ２」において位置「ｐ２」にあり、遠隔物体１０４の画像１０７に関連付けられた、トリミングされた第２の光線１１５ｇを分光計１１０に渡すように、ドラム４０２を回転させ、この光線は、例えば、第１のミラー１２２（図１）を経由して分光デバイス１１６によって受け取られる。見て取ることができるように、トリミングされた第１の光線１１５ｃは、遠隔物体１０４の画像１０７に関連付けられた、トリミングされた第２の光線１１５ｇと連続するか、又は略連続し、したがって、トリミングされた第２の光線４１５ｇは、トリミングされた第１の光線４１５ｃに関連付けられた遠隔物体１０４の部分に隣接する、遠隔物体１０４の部分の画像に対応する。分光デバイス１１６は分光４１５ｉを生成し、この光は、例えば、第２のミラー１２４（図１）を経由して二次元画像センサ１１２によって受け取られる。二次元画像センサ１１２は二次元画像１１７ｂを生成し、この画像は、分光４１５ｉの空間情報を表すある軸４１０ａ（例えば、回折光４１５ｉの０次画像  −  回折格子１１６が使用される場合）と、分光４１５ｉのスペクトル情報を表す別の軸４１０ｂ（例えば、回折光４１５ｉの非０次画像  −  回折格子１１６が使用される場合）とを含む。コントローラ１１４は、二次元画像１１７ｂを受け取って記憶する。その後、コントローラ１１４は、アクチュエータ４１０と対話して、異なる時間「ｔ３」、「ｔ４」、．．．、「ｔｎ」においてドラム４０２を回転させ、それにより、第１のスリット４０４ａは順次、位置「ｐ３」、「ｐ４」、．．．、「ｐｎ」を有し、その間、時間「ｔ３」、「ｔ４」、．．．、「ｔｎ」において、二次元画像センサ１１２はアクティブ化されて、遠隔物体１０４の分光された異なる光線の異なる二次元画像１１７ｃ、１１７ｄ、．．．、１１７ｎを取得する。コントローラ１１４は、二次元画像１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、．．．、１１７ｎを結合して、遠隔物体１０４のエリアに関連付けられた全体画像１０７のハイパースペクトル画像１０２ａを提供する。この例では、各二次元画像１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、．．．、１１７ｎは、遠隔物体１０４の異なる部分から発せられた分光された異なる光線４１５ｅ、４１５ｉ等に対応し、分光された光線４１５ｅ、４１５ｉ等は、互いに連続し、それにより、各スペクトル画像が結合されたとき、その結果生成される組合せは、遠隔物体１０４のエリアの全体画像１０７を表すハイパースペクトル画像１０２ａを形成する。
【００５６】
第１のスリット４０４ａを使用して遠隔物体１０４のエリアのハイパースペクトル画像１０２ａを取得するのに使用されるものと同じプロセスを繰り返して、第２の直線スリット４０４ｂを使用して遠隔物体１０４のエリアのハイパースペクトル画像１０２ｂを取得し、次に繰り返して、第３の直線スリット４０４ｃを使用して遠隔物体１０４のエリアのハイパースペクトル画像１０２ｃを取得する等である。したがって、「ｘ」個の直線スリット４０４を有するドラム４０２では、ドラム４０２の１回の３６０°回転毎に、遠隔物体１０４のエリアの同じ画像１０７の「ｘ」個のハイパースペクトル画像１０２を取得することができる。コントローラ１１４は、任意の所望のデータレートで二次元画像１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、．．．、１１７ｎを取得することができるが、通常、各スリット４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ、及び４０４ｄが、二次元画像センサ１１２上の画像（画像１０７からの各光線）が少なくとも１ピクセル分、側方に移動するのに十分に回転した後であり得る。
【００５７】
この例では、スリット４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ、及び４０４ｄの長さは、画像１０７の幅２１１に等しいか、又は幅２１１よりも大きい。スリット４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ、及び４０４ｄの幅はまた、遠隔物体１０４の画像１０７の全高２１３を説明するために、ドラム４０２を回転させることによって各スリット４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ、及び４０４ｄを移動させる必要がある位置の数「ｐ１」、「ｐ２」、「ｐ３」、．．．、「ｐｎ」及び時間「ｔ１」、「ｔ２」、「ｔ３」、．．．、「ｔｎ」の数を決める。換言すれば、スリット４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ、及び４０４ｄの幅が、全ての光線４１５ｃ、４１５ｇ等が結合されたとき、全体画像１０７を包含するよう連続した全ての光線４１５ｃ、４１５ｇ等を透過できるようにするために、ドラム４０２を回転させることによって各スリットスリット４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ、及び４０２ｄを移動させる必要がある位置の数「ｐ１」、「ｐ２」、「ｐ３」、．．．、「ｐｎ」及び時間「ｔ１」、「ｔ２」、「ｔ３」、．．．、「ｔｎ」の数を決める。任意の数のスリット４０４（４つのみが図４Ａ及び図４Ｂに示される）をドラム４０２に形成することができ、スリット４０４ａ、４０４ｂ等が同じ又は異なる幅及び長さを有することができることも理解されたい。
【００５８】
図４Ａ及び図４Ｂに示される上記例では、スリット４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ、及び４０４ｄは、遠隔物体１０４の画像１０７が、任意の所与の時間にスリット４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ、及び４０４ｄのうちの１つのみに配置されるように十分に遠くに互いに離間される。換言すれば、画像１０７は全体的に、スリット４０４ａ及び４０４ｂ間、スリット４０４ｂ及び４０４ｃ間、又はスリット４０４ｃ及び４０４ｄ間等の空間に配置することができる。これに関して、光学系１０６を用いて前部光学系によって形成される２Ｄ画像１０７は、ドラム４０２の内部４１８にあり、ドラム４０２の各角度位置で、（例えば）各スリット４０４ａは、画像１０７の１つのみの線を分光計１１０に「渡す」（トリミングする）。ドラム４０２の外径及び走査される２Ｄ画像１０７のサイズに基づいて、スリット４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃ、及び４０４ｄは、（例えば）１つのスリット４０４ａが光学系１０６の２Ｄ視野を出るとき、（例えば）次のスリット４０４ｂが画像１０７の２Ｄ視野にまさに入るところであるように、互いに角度的に離間される。これにより、走査効率は１００％になる。この状況では、（例えば）スリット４０４ａは、光学系１０６の焦点面を横切る際、ピントが合ったりずれたりもする。この問題に対処するために、ドラム４０２は理想的には、（例えば）スリット４０４ａが光学系１０６の焦点深度内に留まるように十分に大きい。
【００５９】
図４Ａ及び図４Ｂの図では、複数のスリットは、ドラム４０２が回転する際、一度に１つのスリットのみが照明されるように構成される。代替的には、所与の時間にスリットのうちの少なくとも２つが画像１０７からの異なる光線によって同時に照明されるように、ドラム上の複数のスリットを互いに対して位置決めすることができ、同時照明スリットは、分光のために、異なるトリミングされた光線を分光計１１０に、及び二次元画像センサ１１２に送る。２つ以上の螺旋形スリットは、それぞれが前部光学系の照明野内に同時にあり、同時照明を達成するように位置決めされる。図４Ｃは、２つのスリットの部分が画像１０７の異なる部分によって同時に照明されるように配置された複数のスリットを含むハイパースペクトル撮像システム１００ｃのドラム４０２１の図を示す。位置ｐ１及び時間ｔ１において、例えば、スリット４０４ａ１及び４０４ａ２のそれぞれの部分は、同時に照明される（差し込み４１８）。同時に照明されるスリットのそれぞれは、画像１０７の異なる部分に対応するトリミングされた光線を分光のために分光計１１０に渡し、及び二次元画像センサ１１２に渡す。スリット４０４ａ１及び４０４ａ２から送られた、トリミングされた光線は、二次元画像センサ１１２内に含まれる異なる組のピクセルによって受け取られ、別個の二次元画像が、トリミングされた各光線から形成される。本開示は、３つ以上のスリット、４つ以上のスリット、又は５つ以上のスリット等の同時照明を可能にするドラム４０２の適合に拡張される。そのような適合は、追加のスリットを図４Ｃに示される対になったスリットの群に加えることによって実現し得る。第３のスリット４０４ａ３、４０４ｂ３、及び４０４ｄ３は、例えば、図４Ｃに示される群４０４ａ、４０４ｂ、及び４０４ｄ等に加えて、３つのスリットの部分が同時に照明されるディスクを達成することができる。複数のスリットの幅及び間隔は、複数のスリットが画像１０７内に収まるように調整される。２つ以上の同時照明スリットは平行であり得る。同時照明スリットから受け取られる光線の撮像の更なる考察を以下に提供する。
【００６０】
図４Ｄを参照すると、本発明の第３の実施形態により、ハイパースペクトル撮像システム１００ｃを使用して、遠隔物体１０４の二次元エリア１０７のハイパースペクトル画像１０２を提供する例示的な方法４００Ｄのステップを示すフローチャートがある。方法は、（ａ）ハイパースペクトル撮像システム１００ｃを提供するステップであって、ハイパースペクトル撮像システムは、光学系１０６を有する前部光学系、回転可能ドラム４０２（ドラム４０２の少なくとも１つの位置において同時に照明されように離間された少なくとも２つのスリット４０４ａ、４０４ｂを表面に有するとともに、内部に配置された折り返しミラー４０８を有する）、アクチュエータ４１０、分光計１１０（少なくとも分光デバイス１１６を含む）、二次元画像センサ１１２、及びコントローラ１１４を含む、ステップ（ステップ４０２Ｄ）と、（ｂ）遠隔物体１０４に関連付けられた光１１５ａを受け取るように、光学系１０６を有する前部光学系を位置決めするステップ（ステップ４０４Ｄ）と、（ｃ）ドラム４０２の片側４１６の開口部４１４が光学系１０６から光１１５ｂを受け取るように位置決めされ、折り返しミラー４０８が、光学系１０６から受け取った光１１５ｂを表面４０６の内部４１８に向けて反射するように位置決めされるように、ドラム４０２を位置決めするステップであって、表面４０６の内部４１８は、光学系１０６の画像面に位置決めされる、ステップ（ステップ４０６Ｄ）と、（ｄ）ドラム４０２が回転されて、それにより、少なくとも２つのスリット（例えば、４０４ａ１、４０４ａ２）が、遠隔物体１０４に関連付けられた少なくとも２つのトリミングされた第１の光線（例えば、４１５ｃ１及び４１５ｃ２）を同時に、少なくとも分光デバイス１１６を備える分光計１１０まで透過させるよう位置決めされるように、アクチュエータ４１０を制御するステップであって、分光計１１０は、少なくとも２つのトリミングされた第１の光線（例えば、４１５ｃ１及び４１５ｃ２）を受け取り、及び少なくとも２つの分光された第１の光線（例えば、４１５ｅ１及び４１５ｅ２）を二次元画像センサ１１２に出力するように構成される、ステップ（ステップ４０８Ｄ）と、（ｅ）二次元画像センサ１１２から少なくとも２つの分光された第１の光線（例えば、４１５ｅ１及び４１５ｅ２）の少なくとも二次元画像（例えば、１１７ａ１及び１１７ａ２）を取得するステップであって、２つの二次元画像（例えば、１１７ａ１及び１１７ａ２）は、二次元画像センサ１１２の異なる組のピクセルによって受け取られる、ステップ（ステップ４１０Ｄ）と、（ｆ）ドラム４０２が回転し、それにより、少なくとも２つのスリット（例えば、４０４ａ１及び４０４ａ２）が、遠隔物体１０４に関連付けられた少なくとも２つのトリミングされた第２の光線（例えば、４１５ｇ１及び４１５ｇ２）を、少なくとも分光デバイス１１６を備える分光計１１０まで透過させるよう位置決めされるように、アクチュエータ４１０を制御するステップであって、分光計１１０は、少なくとも２つのトリミングされた第２の光線（例えば、４１５ｇ１及び４１５ｇ２）を受け取り、及び少なくとも２つの分光された第２の光線（例えば、４１５ｉ１及び４１５ｉ２）を二次元画像センサ１１２に出力するように構成される、ステップ（ステップ４１２Ｄ）と、（ｇ）二次元画像センサ１１２から、少なくとも２つの分光された第２の光線（例えば、４１５ｉ１及び４１５ｉ２）の少なくとも２つの二次元画像（例えば、１１７ｂ１及び１１７ｂ２）を取得するステップであって、二次元画像（例えば、１１７ｂ１及び１１７ｂ２）は、二次元画像センサ１１２の異なる組のピクセルによって受け取られる、ステップ（ステップ４１４Ｄ）と、（ｈ）ドラム４０２が回転され、それにより、少なくとも２つのスリット（例えば、４０４ａ１、４０４ａ２）が、遠隔物体１０４に関連付けられた追加の異なる光線を透過させるよう位置決めされるように、アクチュエータ４１０を繰り返し制御するステップであって、その間、二次元画像センサ１１２によって受け取られる異なる分光された光線の追加の二次元画像（例えば、１１７ｃ１及び１１７ｃ２、１１７ｄ１及び１１７ｄ２等）を繰り返し取得し、少なくとも２つの二次元画像（例えば、１１７ａ１、１１７ａ２、１１７ｂ１、１１７ｂ２等のうちの２つ以上）を結合して、遠隔物体１０４の二次元エリア１０７のハイパースペクトル画像１０２を提供する、ステップ（４１６Ｄ）とを含む。一例では、コントローラ１１４は、連続した一定速度でドラム４０２を回転させるようにアクチュエータ４１０を制御することができ、その間、少なくとも２つの第１の二次元画像を取得する。上記例では、コントローラ１１４は、メモリとインターフェースするプロセッサを含み得、メモリは、ステップ４０４Ｄ、４０６Ｄ、４０８Ｄ、４１０Ｄ、４１２Ｄ、４１４Ｄ、及び４１６Ｄを実行するプロセッサ実行可能命令を実行するプロセッサ実行可能命令を記憶する。本開示の方法は、図４Ｄに示される全てのステップよりも少ないステップを含む方法に拡張される。図４Ｄに示される任意の１つ、２つ、３つ、又はそれを超えるステップのサブステップを含む方法が、本開示の範囲内である。
【００６１】
本開示の走査可能スリットを有するハイパースペクトル撮像システムによって提供される画像データ収集の効率の増大を図５〜図８に示す。図５は、標準の単一スリット分光計の全体図を示す。単一スリット分光計では、前部光学系は、物体シーンを分光計の固定入射スリットに撮像する。分光計は、固定入射スリットを透過したトリミング画像を分光させ、二次元画像センサに向ける。二次元画像センサは、空間軸及びスペクトル軸に沿って編成されるピクセルの二次元アレイを含む。示される図では、分光計スリットは垂直方向に向けられ、二次元画像センサの空間軸は、それに対応して、垂直で示され、したがって、空間軸に沿ったピクセル位置は固定入射スリットに沿った位置と相関する。スペクトル軸に沿ったピクセル位置は、分光計の分光によって分解される別個の波長帯と相関する。例えば、ピクセルの上の行は、固定入射スリットの一番上の位置に対応し得、ピクセルの第１の行内の異なる列は、別個の波長間隔に対応する。上の行の各ピクセルによって記録される信号は、固定入射スリットの一番上の部分によって撮像される遠隔物体の部分から発せられたピクセルに関連付けられた波長間隔内の光の強度に相関する。行中の一連の照明ピクセルは、二次元画像センサの検出範囲内の遠隔物体の撮像部分から発せられる、一連の連続スペクトル間隔にわたる強度として、全スペクトル範囲を捕捉する。二次元画像センサの残りのピクセル行は、固定入射スリットに沿った異なる垂直位置により撮像される遠隔物体の部分のスペクトル強度を記録する。
【００６２】
図５中、固定入射スリットにより撮像される遠隔物体の部分は、図の下部に概略的に示される。分光計の固定入射スリットは、矩形を有し、遠隔物体の矩形部分（「スライス」）を撮像する。撮像スライスのスペクトル強度分布は、二次元画像センサによって記録される。撮像スライスの異なる垂直部分でのスペクトル強度分布は、異なるピクセル行によって記録される。各ピクセルに列挙される数値は、分光計スリットから受け取られた、トリミングされた光線の相対強度の測定値である。相対強度は、遠隔物体の撮像スライスによって特定され、分光計スリットに沿った位置及び列に関連付けられた波長間隔の関数である。遠隔物体の特徴は、二次元画像センサのピクセルにわたり相対強度のパターンを確立する。例えば、二次元画像センサがスペクトルの可視部分の光を検出する場合、異なるピクセル列は、異なる色に関連付けられた波長強度を検出し、列によって記録される強度は、遠隔物体から受け取られる色のスペクトル強度と相関する。単一の固定スリットを有する分光計を用いてハイパースペクトル画像（「ハイパースペクトルデータキューブ」又は「ハイパーキューブ」）を作成するには、一連の個々のスリット画像を取得し結合しなければならない。ハイパーキューブを取得する従来の方法は、プッシュブルーム動作及び前部光学系組立体での走査ミラーの使用である。本開示では、データ取得は、複数のスリット、走査スリット機構、及び二次元画像センサから利用可能なピクセルエリアのよりよい利用を用いた画像データの取得を通して促進される。
【００６３】
図６は、市販の二次元画像センサに関連付けられた検出エリアの利用を示す。市販の二次元画像センサの検出範囲内のスペクトル帯域幅を撮像するために必要なピクセル列の数は、利用可能な列の総数よりもはるかに少ない。図６に示されるように、多数のピクセル列は、ハイパースペクトル撮像用途で利用されないままである。
【００６４】
ピクセルのより大きな利用は、複数の固定スリットを利用するハイパースペクトル撮像システムで実現される。図７は、４つの固定スリットを有するハイパーピクセル撮像システムのピクセル利用を示す。４つのスリットによって撮像される遠隔物体の４つの部分は、図７の上部における番号によって示される。図７の下部は、４つのスリットのそれぞれから発せられたスペクトル帯域幅に関連付けられたピクセル列を示す。４つのスリットは物理的に、二次元画像センサの非重複ピクセル列を利用するように位置決めされる。４つのスリットから発せられた画像は、同時に取得される。ピクセルの全体的な利用及び画像収集効率は、図６に示される単一固定スリット構成と比較して改善する。複数の固定スリットの使用により、完全な画像の作成に必要な取得時間を、使用されるスリット数に等しい係数分の一に低減することができる。例えば、４つのスリットを用いる場合、１つの取得時間期間で得られる空間データ及びスペクトルデータは、単一のスリットと比較して４倍多く、完全な画像の取得に必要な取得時間は、１／４に低減される。
【００６５】
図８は、本開示のハイパースペクトル撮像システムから利用可能な画像収集効率の更なる増大を示す。図８は、それぞれが走査可能な４つのスリットを有するハイパースペクトル撮像システムのピクセル利用を示す。図１２の上部パネルは、第１のスリット位置における４つのスリットのそれぞれから取得される画像に関連付けられたスペクトル強度の分布を示す。４つのスリットのそれぞれは、上述したように、遠隔物体の異なる部分を撮像する。画像は、二次元画像センサによって検出され記録される。第１のスリット位置での画像取得が完了すると、走査機構は、第２の位置への４つのスリットのそれぞれの再位置決めを開始し、第２の組の４つの画像が取得され記録される（図８の２番目のパネル）。再位置決めされた各スリットは、第１のスリット位置で撮像した部分とは異なる遠隔物体の部分を撮像する。遠隔物体の８つの異なる部分の線画像が、４つの走査可能スリットの第１の位置と第２の位置との間でハイパースペクトル撮像システムによって取得される。画像収集容量の増大は、ハイパースペクトル撮像システムの物理的な移動なしで、且つ前部光学系の上流に走査可能なミラー又は他の走査可能光学系を用いずに行われる。図８の残りのパネルは、４つのスリットの更なる再位置決めによって得られる追加の画像を示す。本明細書に開示される走査可能スリット機構を有するハイパースペクトル撮像システムは、１つ若しくは複数の固定スリット又は単一の走査スリットを有する撮像システムで可能なよりもはるかに短い取得時間で、遠隔物体の効率的な大面積撮像を提供する。
【００６６】
本発明の複数の実施形態を添付図面に示し、上述した詳細な説明において説明したが、本発明が開示された実施形態に限定されず、以下の特許請求の範囲に記載され規定される本発明から逸脱せずに、多くの再構成形態、変更形態、及び置換形態が可能であることを理解されたい。本明細書で使用される「本発明」又は「発明」への言及が、例示的な実施形態に関連し、必ずしも、添付の特許請求の範囲によって包含されるあらゆる実施形態に関連するわけではないことにも留意されたい。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
0006475724.tif 000009
【図３Ｄ】
0006475724.tif 000010
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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