(57)【要約】      （修正有）【課題】事象や物体を観察するための光学モジュールを提供する。【解決手段】光視野角を有すると共に、広い観察領域において事象や物体を検出するための第１のミラーと、第１のミラーよりも長い焦点距離を有し、第１のミラーにより検出された事象や物体を高解像度で観察するための第２のミラーと、第１のミラー若しくは第２のミラーにより光信号を検出するための光信号検出部と、第１のミラー、第２のミラー及び光信号検出部を内蔵し、第１のミラー及び第２のミラーのそれぞれに対応する開口をさらに有すると共に、第１のミラー若しくは第２のミラーから光信号検出部への光路を与えるボディと、を備える光学モジュール。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
事象や物体を観察する光学モジュールであって、
光視野角を有すると共に、広い観察領域において事象や物体を検出するための第１のミラーと、
前記第１のミラーよりも長い焦点距離を有すると共に、前記第１のミラーにより検出された前記事象や物体を高解像度で観察するための少なくとも一の第２のミラーと、
前記第１のミラー若しくは前記少なくとも一の第２のミラーにより伝送される信号から光信号を検出するための光信号検出部と、
前記第１のミラー、前記少なくとも一の第２のミラー及び前記光信号検出部を内蔵し、前記第１のミラー及び前記少なくとも一の第２のミラーのそれぞれに対応する開口をさらに有すると共に、前記第１のミラー若しくは前記少なくとも一の第２のミラーから前記光信号検出部への光路を与えるボディと、を備えることを特徴とする光学モジュール。
【請求項２】
前記第１のミラーにより検出された前記事象や物体が観察の対象であるかどうかを決定し、前記事象や物体が観察の対象であると決定された場合に前記事象や物体の位置を把握し、把握された事象や物体の位置に基づいて前記第１のミラー及び前記少なくとも一の第２のミラーを制御する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項３】
前記第１のミラーは、前記事象や物体を検出後にスイッチ・オフされるデジタルミラーであることを特徴とする請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項４】
前記少なくとも一の第２のミラーは、チルト角度を高速で変更可能なアナログミラーであることを特徴とする請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項５】
前記第１のミラー及び前記少なくとも一の第２のミラーは、映像の光路を任意の光路に変更可能なものであることを特徴とする請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項６】
前記少なくとも一の第２のミラーは、解像度を所望の値に調節可能なものであることを特徴とする請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項７】
前記第１のミラー及び前記少なくとも一の第２のミラーは、超微小構造の電子機器システムによるミラーであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光学モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は事象や物体を観察するための光学モジュールに係り、さらに詳しくは、光視野角を有すると共に、広い観察領域において事象や物体を検出するための第１のミラーと、第１のミラーよりも長い焦点距離を有すると共に、第１のミラーにより検出された事象や物体を高解像度で観察するための少なくとも一の第２のミラーと、を備えることにより、事象や物体、特に、高速で移動する事象や物体を有効に観察するための光学モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高々度発光現象（transient luminous event；ＴＬＥ）を観察することにより大気での全域電気現象（global electrical phenomena）を理解し、これらの現象を気候、太陽及び地球活動と関連付けるような研究が盛んに行われている。これは、高々度発光現象（ＴＬＥ）などの現象が地球及び宇宙に関する膨大な情報を含んでいるためである。
しかしながら、地球の表面から高々度発光現象（ＴＬＥ）などの事象や物体を全域的に観察（global observation）することは必ずしも有効であるとは限らない。これは、このような現象が起こる高さよりも高所に位置してこのような現象を観察可能な地球上の地域が限られており、しかも、たとえ観察可能な地域であるとしても、これらの地域において必ずしも同時に観察可能であるとは限らないためである。
【０００３】
これに対し、地上若しくは宇宙に基づく検出器の無線周波数を観察し、その映像を現像することにより、地球極軌道（Earth polar orbit）の近傍から宇宙を観察することは、実質的に地球の全ての地形領域において、実質的に人工衛星の全ての動作時間中に大気電気活動に関する情報を提供することができるという点でメリットがある。このようなメリットを有する、人工衛星からの地球上の高速移動する事象／物体の観察には、それに対応する光学系が求められる。もちろん、高速で移動する事象や物体を観察する光学系の用途を人工衛星から地球上の事象／物体に対する観察に限定する必要はない。
【０００４】
一方、近年、超微小構造の電子機器システム（Micro-Electro-Mechanical Systems；ＭＥＭＳ）と呼ばれる、センサー弁、歯車、反射鏡及び半導体チップ作動器などの小型機械装置とコンピュータを組み合わせた技術が新たに脚光を集めている。ＭＥＭＳは、「スマートマッター（smart meter）」とも呼ばれる、反射鏡やセンサーなどの機械装置の製作時に作り込む微小なシリコンチップのマイクロ回路を有する装置であって、自動車のエアバッグにおいて感知された速度と保護者の体重に合わせてエアバッグを膨張させる装置、荷物輸送の連続追従と取扱い過程を推察可能な全世界的な位置システムセンサー、飛行機の翼体の表面空気抵抗に応じて空気流の変化を感知して相互作用するセンサー、２０ナノ秒の速度で光信号を出力可能な光スイッチング装置、センサー操作の冷温装置、大気圧力に反応する物質の柔軟性を変えるビル内センサーなどの種々の用途にて用いられている。ＭＥＭＳ技術の特徴及びメリットを考慮するとき、ＭＥＭＳ技術を事象や物体を観察するための光学モジュールに適用する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光視野角を有すると共に、広い観察領域において事象や物体を検出するための第１のミラーと、第１のミラーよりも長い焦点距離を有すると共に、第１のミラーにより検出された事象や物体を高解像度で観察するための少なくとも一の第２のミラーと、を備えることにより、事象や物体、特に高速で移動する事象や物体を有効に観察することのできる光学モジュールを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明の一特徴による事象や物体を観察するための光学モジュールは、（１）光視野角（field of view：ＦＯＶ）を有すると共に、広い観察領域において事象や物体を検出するための第１のミラーと、（２）前記第１のミラーよりも長い焦点距離を有すると共に、前記第１のミラーにより検出された前記事象や物体を高解像度で観察するための少なくとも一の第２のミラーと、（３）前記第１のミラー若しくは前記少なくとも一の第２のミラーにより伝送される信号から光信号を検出するための光信号検出部と、（４）前記第１のミラー、前記少なくとも一の第２のミラー及び前記光信号検出部を内蔵し、前記第１のミラー及び前記少なくとも一の第２のミラーのそれぞれに対応する開口をさらに有すると共に、前記第１のミラー若しくは前記少なくとも一の第２のミラーから前記光信号検出部への光路を与えるボディと、を備えることをその特徴とする。
【０００７】
本発明の他の特徴による光学モジュールは、前記第１のミラーにより検出された前記事象や物体が観察の対象であるかどうかを決定し、前記事象や物体が観察の対象であると決定された場合に前記事象や物体の位置を把握し、これに基づいて前記第１のミラー及び前記少なくとも一の第２のミラーを制御する制御部をさらに備えることをその特徴とする。
【０００８】
本発明のさらに他の特徴による光学モジュールは、前記第１のミラーが前記事象や物体を検出後にスイッチ・オフされるデジタルミラーであることをその特徴とする。
【０００９】
本発明のさらに他の特徴による光学モジュールは、前記少なくとも一の第２のミラーがチルト角度を高速で変更可能なアナログミラーであることをその特徴とする。
【００１０】
本発明のさらに他の特徴による光学モジュールは、前記第１のミラー及び前記少なくとも一の第２のミラーが映像の光路を任意の光路に変更可能なものであることをその特徴とする。
【００１１】
本発明のさらに他の特徴による光学モジュールは、前記少なくとも一の第２のミラーが解像度を所望の値に調節可能なものであることをその特徴とする。
【００１２】
本発明のさらに他の特徴による光学モジュールは、前記第１のミラー及び前記少なくとも一の第２のミラーが超微小構造の電子機器システムによるミラーであることをその特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による光学モジュールによれば、光視野角を有すると共に、広い観察領域において事象や物体を検出するための第１のミラーと、第１のミラーよりも長い焦点距離を有すると共に、第１のミラーにより検出された事象や物体を高解像度で観察するための少なくとも一の第２のミラーと、を備えることにより、事象や物体を有効に観察することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態による光学モジュール１００の構成図である。図１に示すように、本発明の一実施の形態による光学モジュール１００は、光視野角を用いて広い観察領域において事象や物体を検出するための第１のミラー１１０と、第１のミラー１１０よりも長い焦点距離を有すると共に、第１のミラー１１０により検出された事象や物体を高解像度で観察するための第２のミラー１２０と、第１のミラー１１０若しくは第２のミラー１２０により伝送される信号から光信号を検出するための光信号検出部１３０と、第１のミラー１１０、第２のミラー１２０及び光信号検出部１３０を内蔵するボディ１４０と、を備えている。ボディ１４０は、第１のミラー１１０及び第２のミラー１２０のそれぞれに対応する開口１４２、１４４をさらに備えている。また、本発明による光学モジュール１００は、検出された光信号を記憶するためのデータ記憶部１５０と、機器同士を接続するためのインタフェース部１６０と、系全体を制御するための制御部１７０と、機器に電源を供給するための電源供給部１８０と、をさらに備えていてもよい。
【００１６】
第１のミラー１１０は、光視野角（ＦＯＶ）を用いて広い観察領域において事象や物体、特に、高速で移動する事象や物体（例えば、高々度発光現象（ＴＬＥ））を検出する。図１に示すように、第１のミラー１１０は、ボディ１４０内における光信号検出部１３０から近方に位置し、焦点距離が短い他、当該開口１４２を有する。特に、第１のミラー１１０は、事象や物体を検出後、検出された事象や物体を第２のミラー１２０に高解像度で観察させるように、デジタル方式によりオン・オフ可能なＭＥＭＳマイクロミラーアレイであることが好ましい。さらに、図１に示すように、第１のミラー１１０は、事象や物体に対する映像の光路を任意の光路に変えて光信号検出部１３０に伝送可能に配置されている。
【００１７】
第２のミラー１２０は、第１のミラー１１０により検出された事象や物体（例えば、高々度発光現象（ＴＬＥ））を高解像度を用いて高精細で観察する。第２のミラー１２０は、第１のミラー１１０と比較して、ボディ１４０内における光信号検出部１３０から遠方に位置し、焦点距離が長い他、当該開口１４４を有する。特に、第２のミラー１２０は、第１のミラー１１０により検出された事象や物体が高速で移動する場合であっても、事象や物体に有効に追従しながら高解像度で観察可能に、チルト角度をアナログ方式により高速で変更可能なＭＥＭＳマイクロミラーアレイであることが好ましい。図１に示すように、第１のミラー１１０と同様、第２のミラー１２０は、事象や物体に対する映像の光路を任意の光路に変えて光信号検出部１３０に伝送可能に配置されている。なお、図１には第２のミラーとして単一のミラーしか図示されていないが、実施の形態に応じては、複数のミラーを備えていてもよい。
【００１８】
光信号検出部１３０は、第１のミラー１１０若しくは第２のミラー１２０から入射する信号から光信号を検出する。この光信号検出部１３０は、紫外線領域の光信号を検出するための紫外線領域検出部と、近赤外線領域の光信号を検出するための近赤外線領域検出部と、をさらに備えていてもよい。紫外線領域検出部は、マルチアノード光電子増倍管（multi anode photomultiplier tube；ＭＡＰＭＴ）により構成されていてもよい。図１に示す本発明の一実施の形態によれば、紫外線領域検出部には、マルチアノード光電子増倍管（ＭＡＰＭＴ）により構成されて紫外線領域の光信号を検出するための紫外線領域検出部１３２と、前記紫外線領域検出部１３２を支援するためのアナログボード１３３及びデジタルボード１３４と、マルチアノード光電子増倍管（ＭＡＰＭＴ）に電源を供給するためのＰＭＴ電源供給部１３５とが配設されていても良いし、近赤外線領域検出部には、近赤外線領域の光信号を検出するための近赤外線領域検出部１３７と、近赤外線領域検出部１３７を支援するための近赤外線領域電子機器１３８とが配設されていてもよい。図１に示す実施形態の光学系においては、紫外線領域の信号と近赤外線領域の信号の両方だけを検出しているが、検出可能な光信号の領域が制限される必要はなく、光信号検出部に対応する電子機器の部分（電子信号処理部）もまた図１に示す構成に制限される必要はない。
【００１９】
ボディ１４０は、第１のミラー１１０、第２のミラー１２０及び光信号検出部１３０を内蔵し、第１のミラー１１０若しくは第２のミラー１２０から光信号検出部１３０への光路を与える。また、ボディ１４０は、第１のミラー１１０及び第２のミラー１２０の下部にこれらの第１のミラー１１０及び第２のミラー１２０のそれぞれに対応する開口１４２、１４４をさらに備えているが、これらの開口１４２、１４４はそれぞれ開口照準器（図示せず）を備えていてもよい。
【００２０】
データ記憶部１５０は、検出された光信号を記憶するためのものであり、ハードディスクなどが使用可能である。インタフェース部１６０は、機器同士を接続するためのものであり、バスインタフェースなどが使用可能である。制御部１７０は、系全体を制御するためのＣＰＵボックスにより構成してもよい。特に、制御部１７０は、光信号検出部１３０に内蔵された電子信号処理部と一緒に、第１のミラー１１０により検出された事象や物体が観察の対象であるかどうかを決定し、当該事象や物体が観察の対象であると決定された場合には、事象や物体の位置を把握し、これに基づいて第１のミラー及び第２のミラーを制御することができる。もちろん、かかる機能を行う別の制御部を光信号検出部に内蔵させてもよい。電源供給部１８０は、系内の機器に電源を供給するためのものである。
【００２１】
次いで、図２Ａ及び図２Ｂに基づき、本発明による光学モジュールの動作原理を詳述する。
図２は、本発明の一実施の形態による光学モジュールの動作原理図であって、図２Ａは、光視野角を有する第１のミラーを用いて広い観察領域において事象や物体、特に、高速で移動する事象や物体（例えば、高々度発光現象（ＴＬＥ））を検出するステップを示し、図２Ｂは、図２Ａに示すステップにおいて検出された事象や物体を第１のミラーよりも長い焦点距離を有する高解像度の第２のミラーを用いて高精細で観察するステップを示している。
【００２２】
図２Ａに示すように、本発明による光学モジュールは、まず、光視野角（ＦＯＶ）を有する第１のミラー１１０を用いて広い観察領域において事象や物体２５０（例えば、高々度発光現象（ＴＬＥ））を検出することを試みる（事象／物体の検出ステップ）。このとき、第１のミラー１１０は、解像度が高くはないものの、視野角が広いため（図２Ａには、第１のミラー１１０の視野角２４０が示してある。）、広い観察領域において事象や物体を検出するときに用いて好適である。第１のミラー１１０により検出された事象や物体２５０は、光信号検出部１３０に送られて観察の対象であるかどうかが決定される。第１のミラー１１０により検出されて光信号検出部１３０に送られた事象や物体２５０が観察の対象であると決定された場合には、図２Ｂに示す事象／物体の観察ステップに移行する。
【００２３】
図２Ｂに示すように、事象／物体の観察ステップにおいては、図２Ａの事象／物体の検出ステップにおいて検出された事象や物体２５０を高解像度を有する第２のミラー１２０を用いて高精細で観察する。事象／物体の観察ステップにおいては、高解像度を有する第２のミラー１２０が用いられるが、特に、高速で移動する事象や物体２５０に追従しながら観察するために、第２のミラー１２０には、チルト角度をアナログ方式により高速で変更可能であることが求められる。事象／物体の観察ステップにおいて、第１のミラー１１０はスイッチ・オフされる必要があり、第２のミラー１２０は検出された事象や物体２５０に合焦される必要がある。
【００２４】
次いで、図３に基づき、本発明の一実施の形態による光学モジュールの詳細仕様を説明する。
図３は、本発明の一実施の形態による光学モジュールの詳細仕様図である。図３に示すように、本発明の好適な実施の形態においては、第１のミラーとしてデジタルミラーが使用可能であり、第２のミラーとしてはアナログミラーが使用可能である。図２Ａ及び図２Ｂに示す各ステップを行うためのそれぞれのミラーの必要条件を元に、それぞれのミラーに対する詳細仕様を決定することができる。ミラーに対して決定可能な仕様には、観察領域、焦点距離、視野角、開口径などがある。まず、デジタルミラーとしての第１のミラーに対する仕様を記述すると、下記表１の通りである。
【００２５】
【表１】
2008193651.tif 000003
第１のミラーによりカバーさるべき観察領域のサイズが決定されると、これに基づく焦点距離と視野角（ＦＯＶ）を決定することができ、さらには、上記表１には示されていないが、開口径も決定することができる。
【００２６】
アナログミラーとしての第２のミラーに対する仕様を記述すると、下記表１の通りである。
【表２】
2008193651.tif 000004
【００２７】
上記表２において、「各ピクセルに対する解像度」とは、光信号検出部として用いられる光電子増倍管（ＰＭＴ）上の各ピクセルに対する解像度のことを言い、「カバー領域」は、アナログミラーとしての第２のミラーのチルト角度が±６°であるとしたときにおける、第２のミラーによりカバー可能な領域である。第２のミラーに対し、光電子増倍管（ＰＭＴ）上の各ピクセルに対する解像度が決定されると、これによる観察領域、焦点距離、視野角、開口径及びカバー領域を決定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態による光学モジュールの構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態による光学モジュールの動作原理図であって、図２Ａは、光視野角を有する第１のミラーを用いて広い観察領域において事象や物体、特に、高速で移動する事象や物体（例えば、高々度発光現象（ＴＬＥ））を検出するステップを示し、図２Ｂは、図２Ａに示すステップにおいて検出された事象や物体を高解像度を有する第２のミラーを用いて高精細で観察するステップを示している。
【図３】本発明の一実施の形態による光学モジュールの詳細仕様図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１０：第１のミラー
１２０：第２のミラー
１３０：光信号検出部
１３２：紫外線領域検出部
１３３：アナログボード
１３４：デジタルボード
１３５：ＰＭＴ電源供給部
１３７：近赤外線領域検出部
１３８：近赤外線領域電子機器
１４０：ボディ
１４２、１４４：開口
１５０：データ記憶部
１６０：インタフェース部
１７０：制御部
１８０：電源供給部
２４０：視野角（ＦＯＶ）
２５０：（高速で移動する）事象や物体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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