(57)【要約】【課題】フィルタ光や透過光のお互いの干渉を防ぎ、特定偏光のフィルタ光のみ検出器へ導く工夫を図ることで、精度の高い測定を行うことができる音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置を提供する。【解決手段】分光偏光計測装置１０の音響光学フィルタ（ＡＯＴＦ）１から出射した偏光軸が互いに直交したフィルタ光８ａ，８ｂ及び透過光８ｃは、光軸１５ａ，１５ｂ，１５ｃが貫通する態様で光吸収筒２１ａ，２１ｂ、光吸収筒２１ｃによって取り囲まれている。フィルタ光８ａ，８ｂ及び透過光８ｃは互いに対して迷光とならず、検出器１４ａ，１４ｂにおける偏光特性の測定精度が向上する。分光偏光計測装置１０は、航空機、宇宙機等の移動体や地上に設置されて地球環境リモートセンシング用、宇宙探査用等の光学センサとして好適である。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を偏光したフィルタ光と透過光とに分光する音響光学フィルタ、及び前記音響光学フィルタから入射される前記フィルタ光の偏光特性を検出する検出器を備えた分光偏光計測装置において、前記検出器への不要な光の侵入を防ぐため、前記フィルタ光の光軸が内部を貫通する態様で光吸収筒が配設されていることから成る音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置。
【請求項２】
前記音響光学フィルタからの前記透過光について、前記透過光の光軸が内部を貫通する態様で別の光吸収筒が配設されていることから成る請求項１に記載の音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置。
【請求項３】
前記フィルタ光についての前記光吸収筒、又は前記フィルタ光についての前記光吸収筒及び前記透過光についての前記光吸収筒は、内面に光吸収材が貼着された、若しくは光吸収剤が塗布された筒体、又は内部にバッフルが配設された筒体であることから成る請求項１又は２に記載の音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置。
【請求項４】
入射光を偏光したフィルタ光と透過光とに分光する音響光学フィルタ、及び前記音響光学フィルタからの前記フィルタ光が入射される検出器を備えた分光偏光計測装置において、前記検出器への不要な光の侵入を防ぐため、前記フィルタ光の光軸上には前記フィルタ光の偏光方向に合わせた直線偏光子が配設されていることから成る音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、航空機、宇宙機等の移動体又は地上に設置して地球環境リモートセンシングなどに用いられ、特に時間と共に刻々と変化するような対象物からの光を分光偏光し、その特性の違いを利用して対象物の認識や特徴抽出を行うための、偏光計測が可能な音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
環境計測には各種センサが使用されているが、地球観測や物体表面状態の識別において、偏光特性に基づく対象物の認識や特徴抽出を行う偏光計測は重要な位置付けがなされている。従来の偏光計測においては、分光器の前に回転可能に配設した直線偏光子を回転させたり、ある偏光角に固定したものを入れ替えたりすることによって、２つの直交する偏光成分又はそれ以上の偏光成分を得て、それらの偏光成分の計測によって得られた検出結果に基づいて、対象物を識別する研究が行われている。
【０００３】
光学センサの一つとして、音響光学フィルタ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ
Ｔｕｎａｂｌｅ　Ｆｉｌｔｅｒ、以下、この欄において、「ＡＯＴＦ」と略す）を用いた光学センサがある。ＡＯＴＦは波長同調型のバンドパスフィルタの一つであるが、最近では分光計測において使われるようになってきている。図４は、ＡＯＴＦの原理図である。図４に示すように、ＡＯＴＦ１は、二酸化テルルなどの複屈折結晶２に超音波発振器３からの超音波を加えることで、結晶２内に生じる疎密波を利用して入射光（例えば白色光）７を分光偏光させる機能を有する。
【０００４】
結晶２には、超音波発振器３からの超音波が加えられる振動子４と、振動子４と反対側の位置において音波吸収材５とが貼り付けられている。振動子４からの超音波は、結晶２内を進行波６として伝播し、そのときの疎密波が入射光７に対して回折格子のような役割を果たす。即ち、結晶２内を光が通過するとき、超音波の周波数に一対一で対応する単波長の光が回折してフィルタ光として出射する。フィルタ光は、８ａ，８ｂで示すように２本あり、互いに直交するように偏光している。同時に中央に透過光（非フィルタ光）８ｃが出射する。通常の使い方では、一方のフィルタ光のみ利用し、他方のフィルタ光と透過光はビームストップ９により除去される。ＡＯＴＦ１の波長分解能は可視域でおよそ２ｎｍと高分解能であり、超音波の周波数を変えることで任意の波長で分光することができる。ＡＯＴＦ１は、超音波をスイープさせることで、連続分光が可能な素子でありながら可動部分を持たないという特徴を備えている。
【０００５】
図５は、ＡＯＴＦを用いた従来の音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置（基本型）の一例を示す概念図である。図５に示す分光偏光計測装置１０は、基本的には、ＡＯＴＦ１、検出器１４ａ，１４ｂ及びこれらを光学的に繋ぐレンズ光学系から構成されている。分光偏光計測装置１０においては、対象物からの反射光や放射光は、対物レンズ１１で集光された後、コリメートレンズ１２で平行光線とされ、ＡＯＴＦ１に対する入射光７となる。ＡＯＴＦ１に入射した入射光７は、２つの互いに直交する偏光したフィルタ光８ａ，８ｂとそれ以外の透過光８ｃとに分離する。３つの出射光のうち両側２つのフィルタ光８ａ，８ｂは、それぞれ結像レンズ１３ａ，１３ｂを通って検出器１４ａ，１４ｂへ導かれ、そこで電気信号に変換される。
【０００６】
ＡＯＴＦ１で分光されたフィルタ光８ａ，８ｂは、水平偏光及び垂直偏光の２つの光であり、検出器１４ａ，１４ｂによって受けられる。２つのフィルタ光８ａ，８ｂの中央に出射する透過光８ｃは、フィルタ光８ａ，８ｂ以外のスペクトルが含まれるため、例えば白色光を入射させた場合では、フィルタ光８ａ，８ｂに比べ数百倍の強度がある。また、ＡＯＴＦ１からのフィルタ光８ａ，８ｂの回折角は、一般に小さい角度である。そのため、透過光８ｃの一部がフィルタ光８ａ，８ｂに対して混入したり、迷光になることがある。フィルタ光８ａ，８ｂに対する透過光８ｃのこうした混入や迷光に起因した影響を無くすため、透過光８ｃを反射させたり、遠方へ導く処理が行われている。
【０００７】
しかしながら、従来のＡＯＴＦを用いた分光偏光計測装置におけるこうした反射や遠方への誘導という処理では、透過光に起因した迷光の発生が防ぎ切れず、フィルタ光に迷光が混入するという影響が残り、迷光が混じったフィルタ光が検出器に導かれて測定精度に問題が生じている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、対象物からの光を音響光学フィルタで分光・偏光してフィルタ光を検出器で測定する分光偏光計測装置において、フィルタ光や透過光のそれぞれへの干渉を防ぎ、特定偏光のフィルタ光のみを検出器へ導く工夫をすることで、音響光学フィルタから分光したフィルタ光や透過光からの迷光の発生や、検出器へ入射するフィルタ光への迷光の混入を防止する点で解決すべき課題がある。
【０００９】
この発明の目的は、航空機、宇宙機等の移動体又は地上に設置して行う地球環境リモートセンシング用光学センサとして用いるのに好適な音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置であって、分光したフィルタ光や透過光への迷光の混入を防いで、分光・偏光された光の偏光特性の測定精度を高めることができる音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決し上記の目的を達成するため、この発明による音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置は、次のように構成されている。即ち、この発明による音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置は、入射光を偏光したフィルタ光と透過光とに分光する音響光学フィルタ、及び前記音響光学フィルタから入射される前記フィルタ光の偏光特性を検出する検出器を備えた分光偏光計測装置において、前記検出器への不要な光の侵入を防ぐため、前記フィルタ光の光軸が内部を貫通する態様で光吸収筒が配設されていることから成っている。
【００１１】
この音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置によれば、光吸収筒は音響光学フィルタから出射されたフィルタ光の光軸の内部を貫通する態様で配設されているので、その光吸収筒内を通過し検出器に入射するフィルタ光に対する迷光の混入が回避される。また、その光吸収筒内を通過するフィルタ光が他のフィルタ光や透過光に漏れようとしても光吸収筒で吸収されるので、他のフィルタ光や透過光に対して迷光となるのが回避される。更に、光吸収筒は当たった光を吸収するので、そのフィルタ光自身に対して混入する迷光となる反射光を生じることも防止される。その結果、フィルタ光からの迷光の発生を極力抑えられるので、音響光学フィルタから出射したフィルタ光に透過光やその他からの光が迷光として侵入したり混入するのを防止すると共に、他のフィルタ光への漏れを防ぐことができ、迷光による計測精度の低下問題を回避することができる。
【００１２】
この音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置において、前記音響光学フィルタからの前記透過光について、前記透過光の光軸が内部を貫通する態様で別の光吸収筒を配設することができる。常光、異常光の各フィルタ光に対して光吸収筒を配設するのみならず、透過光に対しても別の光吸収筒を配設することにより、各フィルタ光と透過光との互いの干渉が回避される。
【００１３】
この音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置において、前記フィルタ光についての前記光吸収筒、又は前記フィルタ光についての前記光吸収筒及び前記透過光についての前記光吸収筒は、内面に光吸収材が貼着された、若しくは光吸収剤が塗布された筒体、又は内部にバッフルが配設された筒体とすることができる。光吸収筒をその内面に光吸収材を貼着するか又は光吸収剤を塗布することによって、光吸収筒に当たる光が吸収されるので、光吸収筒を横切る迷光や内面で反射する迷光の発生を防止することができる。また、光吸収筒の製作に際しても、光吸収材の貼着又は光吸収剤の塗布という簡単な方法で得られる構造であるので、簡単に且つ安価に製作することが可能である。更にまた、光吸収筒を内部にバッフルが配設された筒体とすることによって、バッフルが光を吸収して筒体内部での光の反射を効果的に防止することができ、そのフィルタ光自身や他のフィルタ光へ混入するような迷光の発生を防止することができる。
【００１４】
また、この発明による音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置は、入射光を偏光したフィルタ光と透過光とに分光する音響光学フィルタ、及び前記音響光学フィルタからの前記フィルタ光が入射される検出器を備えた分光偏光計測装置において、前記検出器への不要な光の侵入を防ぐため、前記フィルタ光の光軸上には前記フィルタ光の偏光方向に合わせた直線偏光子が配設されていることから成っている。
【００１５】
この音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置によれば、音響光学フィルタから出射後のフィルタ光の光軸上に、それぞれフィルタ光の偏光軸にあわせた直線偏光子が挿入されているので、フィルタ光以外の偏光軸を有し検出器に入射されると測定結果の精度を低下させる原因となる光の成分は直線偏光子によって遮られる。その結果、フィルタ光に偏光軸が異なる迷光が混入し更に検出器へ侵入することを予め防ぐことができるので、迷光の混入による計測精度の低下を防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づいて、この発明による音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置の実施例を説明する。図１はこの発明による音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置の一実施例の要部を示す概念図である。音響光学フィルタについては既に図４で説明したものを採用可能であり、分光偏光計測装置の基本構成も図５で説明したものを採用可能であるので、これらについての再度の説明を省略する。
【００１７】
図１に示す音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置（以下、単に「分光偏光計測装置」という）２０は、音響光学フィルタ（以下、実施例の説明においてＡＯＴＦと略す）１から出射したフィルタ光８ａ，８ｂのそれぞれに、透過光８ｃやその他の光からの迷光が混じり合わないようにした装置である。即ち、フィルタ光８ａ，８ｂの光軸１５ａ，１５ｂに沿って光吸収筒２１ａ，２１ｂが、また透過光８ｃの光軸１５ｃに沿って別の光吸収筒２１ｃが配置されている。光吸収筒２１ａ，２１ｂは、結像レンズ１３ａ，１３ｂを内部に収容する大きさを持ち、且つ検出器１４ａ，１４ｂ寄りの位置に配置されている。光吸収筒２１ｃは、光吸収筒２１ａ，２１ｂ及び検出器１４ａ，１４ｂの近傍に配置されている。
【００１８】
光吸収筒２１ａ，２１ｂ及び光吸収筒２１ｃは、内部に光の吸収材を貼るか又は吸収剤を塗布して構成されており、光の外部への漏れと内部への反射を防いでいる。その結果、光吸収筒２１ａ，２１ｂ及び光吸収筒２１ｃは、光軸１５ａ，１５ｂに沿ったフィルタ光８ａ，８ｂ以外の光が検出器１４ａ，１４ｂに侵入するのを効果的に防止すると共に、フィルタ光８ａ，８ｂから外部への光の漏れも効果的に防止する。特に、光吸収筒２１ａ，２１ｂ及び光吸収筒２１ｃを検出器１４ａ，１４ｂ寄りの位置及び検出器１４ａ，１４ｂの近傍に配置することによって、フィルタ光８ａ，８ｂだけでなく透過光８ｃの処理についても、迷光の発生を極力抑えることができ、迷光の検出器１４ａ，１４ｂへの侵入を効果的に抑制して計測精度の向上を図ることができる。なお、フィルタ光８ａ，８ｂの偏光特性を検出する検出器１４ａ，１４ｂには、フィルタ光を光パワーとして測定する場合は、光パワーセンサやフォトマルなどを用い、画像として測定する場合は、ＣＣＤカメラや撮像管などの画像カメラが用いられる。また、貼り付けられる光吸収材としては、ラシャ紙、布（フェルトなど）のような光を吸収し反射を防ぐものが用いられ、塗布される光吸収剤としては、艶消し黒ペンキや墨汁などの黒色液体が挙げられる。
【００１９】
図２は、図１に示した分光偏光計測装置に用いられる光吸収筒の一例を示す図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその縦断面図である。図２に示す光吸収筒２２は、筒本体２３の内部に、環状の板材から成る複数のバッフル２５を軸方向に隔置して取り付けることによって構成されている。各バッフル２５は、その外周縁２６において筒本体２３の内面２４に取り付けられており、孔となった中心部２７は光軸１５を遮ることなく通過することを許容しているが、光吸収筒２２の内部における光の反射があった場合には、それを直ちに吸収し、反射光が外部の漏れ出るのを防止して、そのフィルタ光自身又は他のフィルタ光等に混入する迷光の発生を効果的に防止している。
【００２０】
図３は、この発明による分光偏光計測装置の別の実施例の要部を示す概略図である。図３に示す分光偏光計測装置３０においては、ＡＯＴＦ１から出射後のフィルタ光８ａ，８ｂの光軸１５ａ，１５ｂ上に、それぞれフィルタ光８ａ，８ｂの偏光軸に合わせた偏光軸を有する直線偏光子３１ａ，３１ｂが挿入されている。直線偏光子３１ａ，３１ｂによって、フィルタ光８ａ，８ｂ以外の偏光軸を有する光が検出器１４ａ，１４ｂに侵入するのを防ぐことができ、計測精度の向上を図ることができる。
【００２１】
【発明の効果】
この発明による音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置は、上記のように、入射光を偏光したフィルタ光と透過光とに分光する音響光学フィルタ、及び音響光学フィルタから入射される前記フィルタ光の偏光特性を検出する検出器を備えた分光偏光計測装置において、検出器への不要な光の侵入を防ぐため、フィルタ光の光軸が内部を貫通する態様で光吸収筒が配設されている。また、前記フィルタ光の光軸上には前記フィルタ光の偏光方向に合わせた直線偏光子が配設されている。これにより、フィルタ光だけでなく透過光の処理についても迷光の発生を極力抑えることができる。従って、音響光学フィルタから出射したフィルタ光は、迷光が混入することなしに検出器に入射するので、計測精度を高めることができる。その結果、時間と共に刻々と変化するような対象物からの光を分光偏光し、その特性の違いを利用して対象物の認識や特徴抽出を行うための偏光計測を精度良く行うことができる。この発明による音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置は、航空機、宇宙機等移動体を用いたものおよび地上に設置して行う測定精度の高い地球環境リモートセンシング用光学センサとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置の、光軸に沿って光吸収筒を配設した実施例を示す概略図である。
【図２】図１に示す分光偏光計測装置に用いられる光吸収筒の一例を示す斜視図及び縦断面図である。
【図３】この発明による音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置の、光軸上に直線偏光子を配設した実施例を示す概略図である。
【図４】音響光学フィルタの原理図である。
【図５】２偏光同時計測が可能な分光偏光計測装置の構成図（基本型）である。
【符号の説明】
１　音響光学フィルタ（ＡＯＴＦ）　　　２　複屈折結晶
３　超音波発振器　　　　　　　　　　　４　振動子
５　音波吸収材　　　　　　　　　　　　６　進行波
７　入射光（白色光）
８ａ，８ｂ　フィルタ光　　　　　　　　８ｃ　透過光
１１　対物レンズ　　　　　　　　　　　１２　コリメートレンズ
１３ａ，１３ｂ　結像レンズ　　　　　　１４ａ，１４ｂ　　検出器
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ　光軸
２０，３０　音響光学フィルタを用いた分光偏光計測装置
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２　光吸収筒
２３　筒本体　　　　　　　　　　　　　２５　バッフル
３１ａ，３１ｂ　直線偏光子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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