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JP7314679B2 - Directional swing measurement method and device for optical sensor unit using line chart - Google Patents
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JP7314679B2 - Directional swing measurement method and device for optical sensor unit using line chart - Google Patents

Directional swing measurement method and device for optical sensor unit using line chart Download PDF

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Description

本発明は結像光学系および光学センサを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定する技術に関する。 The present invention relates to a technique for measuring directional fluctuation of an optical sensor unit incorporating an imaging optical system and an optical sensor.

近年、光学センサの解像度が大きく向上したことに伴い、光学センサに伝わる微小振動が光学性能の劣化の大きな要因となっている。このような振動による影響を考慮して光学性能の劣化を軽減するために、光学センサの振動特性を高精度に測定することが必要である。 In recent years, as the resolution of optical sensors has greatly improved, minute vibrations transmitted to optical sensors have become a major factor in degrading optical performance. In order to reduce the deterioration of optical performance in consideration of the influence of such vibrations, it is necessary to measure the vibration characteristics of the optical sensor with high accuracy.

測定対象の振動特性の測定方法として、たとえば、特許文献1に、エリアセンサを用いた平面振動計測法方法が開示されている。より詳しくは、参照ミラーと測定物体とを異なる周波数で振動させながら、参照ミラーからの反射光と測定物体からの反射光との干渉画像をエリアセンサで撮像する。この撮像される干渉画像の時間的変化を測定することで、測定物体の2次元的な振動特性分布を取得することができる。 As a method for measuring vibration characteristics of an object to be measured, for example, Patent Document 1 discloses a plane vibration measurement method using an area sensor. More specifically, while vibrating the reference mirror and the measurement object at different frequencies, an area sensor captures an interference image of reflected light from the reference mirror and reflected light from the measurement object. A two-dimensional vibration characteristic distribution of the measurement object can be obtained by measuring the temporal change of the captured interference image.

また、特許文献2には、ラインセンサを利用した光学装置の振れ検出方法が開示されている。特許文献2によれば、測距用のラインセンサで水平方向の振れを測定し、測距用ラインセンサとは直交する方向に配置されたラインセンサで垂直方向の振れを測定する。 Further, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200000 discloses a method for detecting vibration of an optical device using a line sensor. According to Patent Document 2, a line sensor for distance measurement measures horizontal shake, and a line sensor arranged in a direction perpendicular to the line sensor for distance measurement measures vertical shake.

特開2017-003397号公報JP 2017-003397 A 特開2001-165622号公報JP 2001-165622 A

しかしながら、エリアセンサを用いて振動特性を測定する方法は、光学センサとしてラインセンサのみが搭載された光学センサユニットには適用できない。適用しようとすれば、測定用のエリアセンサを光学センサユニットに別途設ける必要がある。本来の光学センサとしてのラインセンサに加えて測定用のエリアセンサを設置するのであるから、光学センサユニットの重量を増加させるだけでなく、エリアセンサの設置空間を確保するために設計自由度が大きく制限される。また、測定用のエリアセンサを測定後に取り外すと、エリアセンサの有無により光学センサユニットの振動特性が変化するので、そもそも正確な振動特性の測定ができない。 However, the method of measuring vibration characteristics using an area sensor cannot be applied to an optical sensor unit in which only a line sensor is mounted as an optical sensor. In order to apply it, it is necessary to separately provide an area sensor for measurement in the optical sensor unit. Since the area sensor for measurement is installed in addition to the line sensor as the original optical sensor, not only does the weight of the optical sensor unit increase, but also the degree of freedom in design is greatly restricted in order to secure the installation space for the area sensor. Moreover, if the area sensor for measurement is removed after the measurement, the vibration characteristics of the optical sensor unit change depending on the presence or absence of the area sensor, so accurate vibration characteristics cannot be measured in the first place.

また、もともと搭載されたラインセンサを利用した振れ検出方法では、本来のラインセンサで垂直方向の揺れを検出し、別途設けたラインセンサで水平方向の振れを検出する必要がある。すなわち、2次元方向の振れを検出するためには、2本のラインセンサを必要とする。したがって、この方法は、光学センサとして一方向のみのラインセンサが搭載された光学センサユニットには適用できない。適用しようとすれば、異なる方向の測定用ラインセンサを光学センサユニットに別途設ける必要がある。このようなラインセンサの設置は光学センサユニットの重量を増加させるだけでなく、設置空間を必要とするために設計自由度を制限する。また、測定後に測定用ラインセンサを取り外せば、上述したように正確な測定ができなくなる。 Further, in the shake detection method using the line sensor originally installed, it is necessary to detect the shake in the vertical direction with the original line sensor and to detect the shake in the horizontal direction with the line sensor provided separately. That is, two line sensors are required to detect two-dimensional shake. Therefore, this method cannot be applied to an optical sensor unit equipped with a unidirectional line sensor as an optical sensor. In order to apply it, it is necessary to separately provide line sensors for measurement in different directions in the optical sensor unit. Installation of such a line sensor not only increases the weight of the optical sensor unit, but also limits the degree of freedom in design due to the need for an installation space. Moreover, if the measurement line sensor is removed after measurement, accurate measurement cannot be performed as described above.

通常、衛星に搭載する光学センサユニットには、光学センサとして一方向のラインセンサと、その上に結像画像を形成するための複数の反射鏡からなる結像光学系と、が組み込まれている。衛星では、他の機器で発生した振動が衛星本体を通して光学センサユニットに伝達されるために、上述したように、衛星に搭載される光学センサユニット単体での振動特性の正確な測定が必要である。しかも、衛星に搭載するためには、できるだけ小型かつ軽量であることが要求される。上述した背景技術による測定方法では、上述したように、小型軽量化の条件を満たしつつ光学センサユニット単体での正確な振動特性を測定することができない。 Usually, an optical sensor unit mounted on a satellite incorporates a unidirectional line sensor as an optical sensor and an imaging optical system composed of a plurality of reflecting mirrors for forming an imaged image thereon. On a satellite, vibrations generated by other equipment are transmitted to the optical sensor unit through the satellite body, so as described above, it is necessary to accurately measure the vibration characteristics of the single optical sensor unit mounted on the satellite. Moreover, in order to be mounted on a satellite, it is required to be as small and light as possible. As described above, the measurement method according to the background art described above cannot accurately measure the vibration characteristics of the optical sensor unit alone while satisfying the requirements for miniaturization and weight reduction.

そこで、本発明の目的は、結像光学系とラインセンサとが組み込まれた光学センサユニットの指向揺れを当該ラインセンサの出力信号のみに基づいて測定する方法および装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for measuring the directional fluctuation of an optical sensor unit incorporating an imaging optical system and a line sensor based only on the output signal of the line sensor.

本発明の第一の態様によれば、結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定する方法は、ラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、加振手段が前記光学センサユニットを振動させ、測定手段が、前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第一ライン画像の揺れを検出し、前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第二ライン画像の揺れを検出し、前記第一ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、前記第二ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定し、前記第二ライン画像の傾斜角度が0°より大きく45°より小さい角度に設定されたことを特徴とする。
本発明の第二の態様によれば、結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定する方法は、ラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、加振手段が前記光学センサユニットを振動させ、測定手段が、前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像と前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像とのセンサ出力値の変化から前記第一ライン画像の揺れと前記第二ライン画像の揺れとを同時に検出し、前記第一ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、前記第二ライン画像の揺れを前記第一ライン画像の揺れを用いて補正することで前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定する、ことを特徴とする。
本発明の第三の態様によれば、結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定する装置は、ラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、前記光学センサユニットへ振動を与える加振手段と、前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第一ライン画像の揺れを検出し、前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第二ライン画像の揺れを検出し、前記第一ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、前記第二ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定する測定手段と、を有し、前記第二ライン画像の傾斜角度が0°より大きく45°より小さい角度に設定されたことを特徴とする。
本発明の第四の態様によれば、結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定する装置は、ラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、前記光学センサユニットへ振動を与える加振手段と、前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像と前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像とのセンサ出力値の変化から前記第一ライン画像の揺れと前記第二ライン画像の揺れとを同時に検出し、前記第一ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、前記第二ライン画像の揺れを前記第一ライン画像の揺れを用いて補正することで前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定する測定手段と、ことを特徴とする。
本発明の第一の態様によれば、結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定する方法は、ラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、加振手段が前記光学センサユニットを振動させ、測定手段が、前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第一ライン画像の揺れを検出し、前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第二ライン画像の揺れを検出し、前記第一ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、前記第二ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定し、前記第二ライン画像の傾斜角度が0°より大きく45°より小さい角度に設定されたことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, a method for measuring orientational fluctuation of an optical sensor unit incorporating an imaging optical system and a line sensor having pixels arranged in a first direction comprises: arranging the line chart so as to face the optical sensor unit so that a line image of the line chart is formed on the line sensor through the imaging optical system; vibrating means vibrating the optical sensor unit; and the fluctuation of the first line image and the fluctuation of the second line image are simultaneously detected from the change in the sensor output value, the fluctuation of the optical sensor unit in the first direction is measured from the fluctuation of the first line image, and the fluctuation of the optical sensor unit in the second direction is measured by correcting the fluctuation of the second line image using the fluctuation of the first line image.
本発明の第三の態様によれば、結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定する装置は、ラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、前記光学センサユニットへ振動を与える加振手段と、前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第一ライン画像の揺れを検出し、前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第二ライン画像の揺れを検出し、前記第一ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、前記第二ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定する測定手段と、を有し、前記第二ライン画像の傾斜角度が0°より大きく45°より小さい角度に設定されたことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring directional swing of an optical sensor unit incorporating an imaging optical system and a line sensor having pixels arranged in a first direction, comprising vibrating means for applying vibration to the optical sensor unit by arranging the line chart to face the optical sensor unit so that a line image of the line chart is formed on the line sensor through the imaging optical system, and a first line image in a second direction orthogonal to the line sensor and a second line image inclined by a predetermined angle from the first direction of the line sensor. measuring means for simultaneously detecting the shake of the first line image and the shake of the second line image from changes in sensor output values, measuring the shake of the optical sensor unit in the first direction from the shake of the first line image, and measuring the shake of the optical sensor unit in the second direction by correcting the shake of the second line image using the shake of the first line image.

本発明によれば、結像光学系とラインセンサとが組み込まれた光学センサユニットの指向揺れを当該ラインセンサの出力信号のみに基づいて測定することができる。 According to the present invention, the directional fluctuation of an optical sensor unit in which an imaging optical system and a line sensor are incorporated can be measured based only on the output signal of the line sensor.

図1は本発明の実施形態による指向揺れ測定装置における加振装置の一部破断の側面構成図である。FIG. 1 is a partially broken side configuration diagram of a vibrating device in a pointing shake measuring device according to an embodiment of the present invention. 図2は図1における加振装置の平面図である。2 is a plan view of the vibrating device in FIG. 1. FIG. 図3は本発明の第1実施形態による指向揺れ測定方法におけるラインチャートの結像画像の横揺れとそのセンサ出力変化との関係を模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing the relationship between the horizontal shake of the formed image of the line chart and the sensor output change thereof in the pointing shake measuring method according to the first embodiment of the present invention. 図4は図3に示す結像画像の横揺れによるエッジ画素位置の時間的な変動を示す横方向エッジプロファイル図である。FIG. 4 is a lateral edge profile diagram showing temporal variations in edge pixel positions due to lateral vibration of the formed image shown in FIG. 図5は第1実施形態による指向揺れ測定方法におけるラインチャートの結像画像の縦揺れとそのセンサ出力変化との関係を模式的に示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically showing the relationship between the vertical shake of the formed image of the line chart and the sensor output change thereof in the pointing shake measuring method according to the first embodiment. 図6は図5におけるラインチャートの傾斜角度θに対する横揺れ(X)/縦揺れ(Y)の感度の変化の一例を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing an example of changes in the sensitivity of roll (X)/pitch (Y) with respect to the inclination angle θ of the line chart in FIG. 図7は図5におけるラインチャートの傾斜角度θに対する横揺れ(X)感度の変化の一例と、縦揺れ感度における横揺れの影響度の一例とを示すテーブルである。FIG. 7 is a table showing an example of a change in the rolling (X) sensitivity with respect to the inclination angle θ of the line chart in FIG. 5 and an example of the influence of the rolling on the pitching sensitivity. 図8は第1実施形態による指向揺れ測定装置の概略的構成を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of the pointing shake measuring device according to the first embodiment. 図9は図8に示す指向揺れ測定装置の動作を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flow chart showing the operation of the pointing shake measuring device shown in FIG. 図10は本発明の第2実施形態による振動特性測定方法におけるラインチャートおよびその結像画像の一例を模式的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing an example of a line chart and its formed image in the vibration characteristic measuring method according to the second embodiment of the present invention. 図11は第2実施形態による指向揺れ測定装置の概略的構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a pointing shake measuring device according to the second embodiment. 図12は図11に示す指向揺れ測定装置の動作を示すフローチャートである。FIG. 12 is a flow chart showing the operation of the pointing shake measuring device shown in FIG.

<実施形態の概要>
本発明の実施形態によれば、結像光学系とラインセンサとが組み込まれた完成品としての光学センサユニットを振動させつつラインチャート画像をラインセンサで読み取り、ラインセンサ出力だけを用いて光学センサユニットの指向揺れ特性を測定することができる。より詳しくは、ラインセンサに対して直交したラインチャートの縦方向ライン画像と、ラインセンサに対して所定角度だけ傾斜したラインチャートの斜めライン画像とを用いて、これらのライン画像の揺れを検出することで2次元的な揺れ方向成分を所望の精度で測定する。したがって、振動特性測定用だけの光学センサを用いることなく、本来の光学センサであるラインセンサの出力だけから揺れ特性を測定できる。完成品としての光学センサユニットを分解する必要もなく、余分な部品も不要となるので、小型軽量化でき、かつ所望の精度で2次元的揺れを測定可能となる。
<Overview of Embodiment>
According to the embodiment of the present invention, the line chart image is read by the line sensor while vibrating the optical sensor unit as a finished product in which the imaging optical system and the line sensor are incorporated, and the directional fluctuation characteristics of the optical sensor unit can be measured using only the line sensor output. More specifically, a vertical line image of a line chart orthogonal to the line sensor and an oblique line image of a line chart inclined by a predetermined angle with respect to the line sensor are used to detect the vibration of these line images, thereby measuring the two-dimensional vibration direction component with desired accuracy. Therefore, without using an optical sensor only for measuring vibration characteristics, the vibration characteristics can be measured only from the output of the line sensor, which is the original optical sensor. There is no need to disassemble the optical sensor unit as a finished product, and no extra parts are required.

本発明の第1実施形態によれば、1本線のラインチャートを用いる。1本線のライン像をラインセンサに対して直交させたときのラインセンサ出力信号の変化から横方向揺れ成分を取得し、1本線のライン像をラインセンサに対して微小角度傾斜させたときのラインセンサ出力信号の変化から所望の精度で縦方向揺れ成分を取得する。傾斜ライン像によるラインセンサ出力の変化には縦方向揺れ成分だけでなく横方向揺れ成分が含まれているが、傾斜角度を小さくすることで横方向揺れ成分の割合を十分に小さくすることができ、必要な精度の縦方向揺れ成分を取得することができる。 According to the first embodiment of the present invention, a single line chart is used. A lateral fluctuation component is obtained from a change in a line sensor output signal when a line image of one line is orthogonal to the line sensor, and a longitudinal fluctuation component is obtained with a desired precision from a change in the line sensor output signal when the line image of one line is tilted at a small angle with respect to the line sensor. The change in the line sensor output due to the tilted line image includes not only the vertical shake component but also the horizontal shake component, but by reducing the tilt angle, the ratio of the horizontal shake component can be sufficiently reduced, and the vertical shake component can be obtained with the required accuracy.

本発明の第2実施形態によれば、直角から所定角度ずれた2本線のラインチャートを用いる。一方のライン像をラインセンサの所定の画素部分で直交させ、他方のライン像をラインセンサの別の画素部分で微小角度傾斜させて配置する。これらのライン像によるラインセンサ出力信号の変化から横方向および縦方向の揺れ成分を取得する。上述したように、傾斜ライン像により取得された揺れ成分は、縦方向揺れ成分だけでなく横方向揺れ成分が含まれている。第2実施形態によれば、傾斜ライン像によるラインセンサ出力を縦方向ライン像によるラインセンサ出力により補正することで、正確な縦方向揺れ成分を算出できる。 According to the second embodiment of the present invention, a line chart with two lines deviated from the right angle by a predetermined angle is used. One line image is arranged orthogonally at a predetermined pixel portion of the line sensor, and the other line image is arranged at another pixel portion of the line sensor with a slight angle of inclination. Horizontal and vertical vibration components are obtained from changes in the line sensor output signal due to these line images. As described above, the shake component obtained from the tilted line image includes not only the vertical shake component but also the horizontal shake component. According to the second embodiment, by correcting the line sensor output from the tilted line image with the line sensor output from the vertical line image, it is possible to accurately calculate the vertical shake component.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成要素は単なる例示であって、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨ではない。まず、本発明の実施形態に用いる装置構成を図1および図2に例示する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the constituent elements described in the following embodiments are merely examples, and the technical scope of the present invention is not limited to them. First, FIGS. 1 and 2 illustrate the configuration of an apparatus used in an embodiment of the present invention.

<装置構成>
図1および図2に例示するように、光学センサユニット100は、振動特性の測定対象であり、その内部にラインセンサ101と結像光学系M1とが最終製品として組み込まれている。結像光学系M1は、下方から入射する平行光(矢印)をラインセンサ101の受光面に結像する光学系であればよい。結像光学系M1は、たとえば複数の反射鏡あるいはレンズ等の光学要素を組み合わせて構成されうる。図1では、簡略化のために、複数の光学要素をまとめて結像光学系M1として図示している。
<Device configuration>
As illustrated in FIGS. 1 and 2, the optical sensor unit 100 is an object to be measured for vibration characteristics, and includes a line sensor 101 and an imaging optical system M1 therein as a final product. The imaging optical system M1 may be an optical system that forms an image on the light receiving surface of the line sensor 101 from parallel light (arrow) incident from below. The imaging optical system M1 can be configured by combining optical elements such as a plurality of reflecting mirrors or lenses, for example. In FIG. 1, for simplification, a plurality of optical elements are collectively illustrated as an imaging optical system M1.

光学センサユニット100は、加振装置の加振用フレーム200の上部に固定され、加振機201により所定周波数および所定方向の振動が与えられる。加振用フレーム200の下端は防振台300に取り付けられ、防振台300の中央部には光源301が設けられている。防振台300の光源301上にはラインチャート302が配置され、さらにその上にコリメータ303が配置されている。したがって、加振機201により加振用フレーム200に固定された光学センサユニット100は振動するが、防振台300上に取り付けられた光源301、ラインチャート302およびコリメータ303は振動しない。 The optical sensor unit 100 is fixed to the upper portion of a vibrating frame 200 of a vibrating device, and is given vibration at a predetermined frequency and in a predetermined direction by a vibrator 201 . A lower end of the excitation frame 200 is attached to a vibration isolation table 300 , and a light source 301 is provided in the central portion of the vibration isolation table 300 . A line chart 302 is arranged on a light source 301 of an anti-vibration table 300, and a collimator 303 is arranged thereon. Therefore, although the optical sensor unit 100 fixed to the vibration frame 200 is vibrated by the vibrator 201, the light source 301, the line chart 302 and the collimator 303 mounted on the anti-vibration table 300 do not vibrate.

ラインチャート302は透明板に1本あるいは2本の遮光ラインが形成されたものであってもよいし、遮光板に1本あるいは2本の透光ラインが形成されたものであってもよい。あるいは、液晶パネルのように電気的に所望のラインパターンを表示できる透過型表示パネルを用いることもできる。また、ラインチャート302は不透明版にラインが印刷されたものであっても良い。 The line chart 302 may be a transparent plate on which one or two light-shielding lines are formed, or a light-shielding plate on which one or two light-transmitting lines are formed. Alternatively, a transmissive display panel, such as a liquid crystal panel, which can electrically display a desired line pattern can be used. Also, the line chart 302 may be an opaque plate on which lines are printed.

光源301からの照射光はラインチャート302を通してコリメータ303に入射し、矢印で示す平行光として光学センサユニット100に入射する。この平行光が結像光学系M1に入射することにより、ラインセンサ101の受光面にラインチャート302のライン像が結像する。ラインチャート302のライン方向によりラインセンサ101上のライン像を所望の向きに設定することができる。加振機201が加振用フレーム200を振動させることで、光学センサユニット100のラインセンサ101に対して、ラインチャート302のライン像が揺動する。なお、ラインチャート302のライン像がラインセンサ101上で結像すればよいのであるから、光源301からの照射光がラインチャート302を透過する必要はなく、ラインチャート302で反射して結像光学系M1に入射しても良い。 Irradiation light from the light source 301 enters the collimator 303 through the line chart 302 and enters the optical sensor unit 100 as parallel light indicated by an arrow. A line image of the line chart 302 is formed on the light-receiving surface of the line sensor 101 by the incidence of this parallel light on the imaging optical system M1. A line image on the line sensor 101 can be set in a desired direction according to the line direction of the line chart 302 . The line image of the line chart 302 oscillates with respect to the line sensor 101 of the optical sensor unit 100 when the vibrator 201 vibrates the vibration frame 200 . Since the line image of the line chart 302 should be formed on the line sensor 101, the light emitted from the light source 301 does not need to pass through the line chart 302, and may be reflected by the line chart 302 and enter the imaging optical system M1.

上述したように、光学センサユニット100内には、複数の光学要素からなる結像光学系M1とラインセンサ101が配置されている。これらの光学要素およびラインセンサ101はそれぞれの質量が異なり、光学センサユニット100内でそれぞれのポジションに配置されている。したがって、光学センサユニット101は、一つの組立体として固有の振動特性を有する。以下に述べる実施形態によれば、指向揺れ測定装置400は、光学センサユニット101を振動させた状態でラインセンサ101の出力信号を入力し、そのセンサ出力だけに基づいて当該光学センサユニット100の指向揺れを測定する。これによりラインセンサ101の出力だけで振動特性の評価が可能となる。 As described above, in the optical sensor unit 100, the imaging optical system M1 composed of a plurality of optical elements and the line sensor 101 are arranged. These optical elements and the line sensor 101 have different masses and are arranged at respective positions within the optical sensor unit 100 . Therefore, the optical sensor unit 101 has unique vibration characteristics as an assembly. According to the embodiment described below, the pointing shake measuring device 400 inputs the output signal of the line sensor 101 while the optical sensor unit 101 is vibrated, and measures the pointing shake of the optical sensor unit 100 based only on the sensor output. This makes it possible to evaluate the vibration characteristics only with the output of the line sensor 101 .

以下、便宜上、ラインセンサ101の長手方向(図の紙面左右方向)を横方向(X方向)、ラインセンサ101に直交する方向(図の紙面上下方向)を縦方向(Y方向)と呼び、指向揺れを横方向の揺れあるいは縦方向の揺れとして定義する。 Hereinafter, for the sake of convenience, the longitudinal direction of the line sensor 101 (horizontal direction in the drawing) will be referred to as the horizontal direction (X direction), and the direction perpendicular to the line sensor 101 (vertical direction in the drawing) will be referred to as the vertical direction (Y direction).

1.第1実施形態
1.1)横方向の揺れの検出
図3に例示するように、所定方向のラインチャート302によって、ラインセンサ101上にラインセンサの長手方向と直交する縦方向ライン画像302xを結像させる。これにより、ラインセンサ101のセンサ出力プロファイル102は、縦方向ライン画像302xのエッジ付近の画素で出力レベルが大きく変化する形状を有する。
1. First Embodiment 1.1) Detection of Horizontal Shaking As illustrated in FIG. 3, a vertical line image 302x orthogonal to the longitudinal direction of the line sensor 101 is formed on the line sensor 101 by a line chart 302 in a predetermined direction. As a result, the sensor output profile 102 of the line sensor 101 has a shape in which the output level changes greatly at pixels near the edge of the vertical line image 302x.

縦方向ライン画像302xは、上述したように加振機201を駆動することで横方向および縦方向に揺れる。図3から分かるように、縦方向ライン画像302xの縦方向の揺れはセンサ出力の変化に反映されないが、横方向の揺れはセンサ出力プロファイル102のエッジ画素位置Pedgeの時間変化として現れる。図4に例示するように、時間とともに変化するエッジ画素位置Pedgeをプロットした横方向エッジプロファイルをフーリエ解析することにより、横揺れの周波数と振幅の測定ができる。 The vertical line image 302x is shaken horizontally and vertically by driving the vibrator 201 as described above. As can be seen from FIG. 3, vertical fluctuations of the vertical line image 302x are not reflected in changes in the sensor output, but horizontal fluctuations appear as temporal changes in the edge pixel position P edge of the sensor output profile 102. FIG. Fourier analysis of the lateral edge profile, which plots the edge pixel location P edge over time, as illustrated in FIG. 4, provides a measure of the frequency and amplitude of the roll.

1.2)縦方向の揺れの検出
図5に例示するように、ラインチャート302を所定角度回転させた状態にすることで、ラインセンサ101上にラインセンサの長手方向とわずかに傾いた傾斜ライン画像302yを結像させる。これにより、ラインセンサ101のセンサ出力プロファイル103は、傾斜ライン画像302yのエッジ付近の画素で出力レベルがプロファイル102より緩慢に変化する形状を有する。傾斜ライン画像302yがラインセンサ101を斜めに横切っているので、ラインセンサ101におけるどこかの画素出力にプロファイル103に示す形状の変化が現れる。
1.2) Detection of Vertical Shaking As illustrated in FIG. 5, by rotating the line chart 302 by a predetermined angle, an inclined line image 302y slightly inclined with respect to the longitudinal direction of the line sensor 101 is formed on the line sensor 101. As a result, the sensor output profile 103 of the line sensor 101 has a shape in which the output level changes more slowly than the profile 102 at pixels near the edge of the inclined line image 302y. Since the slanted line image 302 y crosses the line sensor 101 diagonally, the shape change shown in the profile 103 appears in some pixel output of the line sensor 101 .

なお、ライン画像とラインセンサ101とは完全に平行ではないことが必要である。その理由は、第1に、ライン画像のエッジ部をラインセンサ101の画素幅以内に位置合わせすることが容易ではないからである。第2に、平行ライン画像により得られる画像信号は全画素に渡って白と黒の中間となるために、センサ出力値が大きく変化している箇所、すなわちエッジを見分けられない。これに対して、本実施形態のようにライン画像302yを微小角度傾けることにより、ラインセンサのどこかの画素範囲で白から黒に変化する部分が現れ、センサ出力値からエッジの特定が容易になる。 Note that the line image and the line sensor 101 must not be completely parallel. The first reason is that it is not easy to align the edge portion of the line image within the pixel width of the line sensor 101 . Secondly, since the image signal obtained from the parallel line image is intermediate between white and black over all pixels, it is not possible to distinguish the portion where the sensor output value changes greatly, that is, the edge. On the other hand, by tilting the line image 302y by a small angle as in the present embodiment, a portion where white changes to black appears in some pixel range of the line sensor, making it easier to specify the edge from the sensor output value.

傾斜ライン画像302yは、上述したように加振機201を駆動することで横方向および縦方向に揺れる。図5から分かるように、傾斜ライン画像302yの揺れは、センサ出力プロファイル103のエッジ画素位置Pedgeの時間変化として現れるが、このプロファイル103のエッジ画素位置の変化は縦方向の揺れと横方向の揺れの両方を反映している。しかしながら、傾斜角度θが十分小さい場合には、次に説明するように、横方向の揺れ成分を実質的に無視することができる。したがって、十分小さい傾斜角度θでセンサ出力プロファイル103のエッジ画素位置Pedgeの時間変化を検出することで、光学センサユニット100の縦方向揺れの特性を十分な精度で測定することが可能となる。以下、詳述する。 The inclined line image 302y is swayed horizontally and vertically by driving the vibrator 201 as described above. As can be seen from FIG. 5, the fluctuation of the inclined line image 302y appears as a temporal change in the edge pixel position P edge of the sensor output profile 103, but the change in the edge pixel position of this profile 103 reflects both vertical and horizontal fluctuations. However, if the tilt angle .theta. is sufficiently small, the lateral swing component can be substantially ignored, as will be explained below. Therefore, by detecting the temporal change in the edge pixel position P edge of the sensor output profile 103 at a sufficiently small tilt angle θ, it is possible to measure the vertical swing characteristics of the optical sensor unit 100 with sufficient accuracy. Details will be described below.

図6および図7は、縦揺れ感度、横揺れ感度、および縦揺れ感度に対する横揺れ感度の影響度をシミュレートした結果を示す。ここでは、傾斜ライン画像302yがラインセンサ101の一画素を横方向に横切った状態で、縦方向の揺れと横方向の揺れとが同じ大きさで発生しているものと仮定している。 6 and 7 show simulated results of pitch sensitivity, roll sensitivity, and the impact of roll sensitivity on pitch sensitivity. Here, it is assumed that the tilted line image 302y crosses one pixel of the line sensor 101 in the horizontal direction, and that vertical and horizontal vibrations occur at the same magnitude.

図6に例示するように、傾斜ライン画像302yの角度θが0から45°まで大きくなるに従って横方向の揺れ感度が上昇する。このことは、図5に示す傾斜ライン画像302yが縦方向に立ち上がる(θが大きくなる)に従って、センサ出力の画素位置に対する変化が大きくなり、横方向の揺れ感度が上昇することから明白である。これに対して、縦方向の揺れ感度はほとんど変化しない。すなわち、横方向の揺れによるセンサ画素出力の変化は傾斜角度θに依存するのに対して、縦方向の揺れによるセンサ画素出力の変化は揺れの振幅にほぼ比例するだけで傾斜角度θに依存しない。 As illustrated in FIG. 6, as the angle θ of the slanted line image 302y increases from 0 to 45°, the lateral shake sensitivity increases. This is evident from the fact that as the inclined line image 302y shown in FIG. 5 rises in the vertical direction (θ increases), the change in sensor output with respect to the pixel position increases, and the horizontal shake sensitivity increases. On the other hand, the vertical shake sensitivity hardly changes. In other words, the change in sensor pixel output due to horizontal shake depends on the tilt angle θ, whereas the change in sensor pixel output due to vertical shake is only approximately proportional to the amplitude of the shake and does not depend on the tilt angle θ.

したがって、図7に例示するように、傾斜角度θ設定により横方向揺れの影響を所望レベル以下にすることができる。たとえば、傾斜角度θを0°より大きく6°以下に設定すればセンサ出力の変化における横揺れの影響度を10%以下にでき、傾斜角度θを0°より大きく3°以下に設定すればセンサ出力の変化における横揺れの影響度を5%以下にできる。言い換えれば、所望の傾斜角度θを設定することで、当該傾斜角度θに対応した精度で縦方向揺れを測定できる。たとえばθ=3°でセンサ出力プロファイル103のエッジ画素位置Pedgeの時間変化を検出すれば、光学センサユニット100の縦方向揺れを5%以下の不確定性で測定できる。 Therefore, as exemplified in FIG. 7, it is possible to set the inclination angle .theta. to reduce the influence of lateral vibration to a desired level or less. For example, if the tilt angle θ is set to be greater than 0° and 6° or less, the degree of influence of rolling on changes in sensor output can be reduced to 10% or less, and if the tilt angle θ is set to be greater than 0° to 3° or less, the degree of influence of rolling to changes in sensor output can be reduced to 5% or less. In other words, by setting a desired tilt angle θ, it is possible to measure the longitudinal sway with accuracy corresponding to the tilt angle θ. For example, if the time change of the edge pixel position P edge of the sensor output profile 103 is detected at θ=3°, the vertical swing of the optical sensor unit 100 can be measured with an uncertainty of 5% or less.

傾斜角度θは、必要される測定精度に依存するが、通常、不確定性が10%以下となる0°より大きく6°以下に設定することが望ましい。 Although the inclination angle θ depends on the required measurement accuracy, it is generally desirable to set the angle of inclination θ to be greater than 0° and less than or equal to 6° at which the uncertainty becomes 10% or less.

こうして、時間とともに変化するエッジ画素位置Pedgeをプロットした縦方向エッジプロファイルをフーリエ解析することにより、縦揺れの周波数と振幅の測定ができる。 Thus, Fourier analysis of the longitudinal edge profile plotted with edge pixel locations P edge over time provides a measure of pitch frequency and amplitude.

1.3)指向揺れ測定装置
図8に例示するように、本実施形態による指向揺れ測定装置400は、ラインチャート302のライン画像が縦方向ライン画像302xであるか傾斜ライン画像302yであるかに応じて、ラインセンサ101から時系列で入力するセンサ画素出力データをセンサ出力プロファイル102あるいは103として記憶部401に格納する。
1.3) Orientational fluctuation measuring device As illustrated in FIG. 8, the orientational fluctuation measuring device 400 according to the present embodiment stores sensor pixel output data input from the line sensor 101 in time series as the sensor output profile 102 or 103 in the storage unit 401 depending on whether the line image of the line chart 302 is the vertical line image 302x or the inclined line image 302y.

エッジ検出部402は、センサ出力プロファイル102からエッジ検出を行い、エッジ位置情報を時系列に記憶部403へ出力し、これによって記憶部403に横方向エッジプロファイルが格納される。また、エッジ検出部402は、センサ出力プロファイル103からエッジ検出を行い、エッジ位置情報を時系列に記憶部404へ出力し、これによって記憶部404に縦方向エッジプロファイルが格納される。 The edge detection unit 402 detects edges from the sensor output profile 102 and outputs the edge position information to the storage unit 403 in time series, whereby the storage unit 403 stores the lateral edge profile. Further, the edge detection unit 402 detects edges from the sensor output profile 103 and outputs the edge position information to the storage unit 404 in time series, whereby the storage unit 404 stores vertical edge profiles.

指向揺れ評価部405は、横方向および縦方向のエッジプロファイルをフーリエ解析することで横方向および縦方向の揺れの周波数および振幅をそれぞれ算出する。 A directional shake evaluation unit 405 calculates the frequency and amplitude of horizontal and vertical shakes by performing Fourier analysis on the horizontal and vertical edge profiles.

コントローラ406は、上記エッジ検出部402、指向揺れ評価部405および記憶部401,403および404を制御することで、上記指向揺れ測定を実行する。なお、コントローラ406は、加振機201の駆動制御、ラインチャート302の表示制御等の各種制御を実行することもできる。 The controller 406 controls the edge detection section 402 , the orientation fluctuation evaluation section 405 and the storage sections 401 , 403 and 404 to measure the orientation fluctuation. Note that the controller 406 can also perform various controls such as drive control of the vibration exciter 201 and display control of the line chart 302 .

なお、指向揺れ測定装置400の上記指向揺れ測定機能は、図示しないCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサがプログラムメモリ407に格納されたプログラムを実行することで実現することもできる。以下、図9を参照しながら、指向揺れ測定装置400が加振機201を制御する場合を一例として、本実施形態による指向揺れ測定方法について詳述する。 Note that the orientation fluctuation measurement function of orientation fluctuation measurement device 400 can also be realized by executing a program stored in program memory 407 by a processor such as a CPU (Central Processing Unit) (not shown). Hereinafter, referring to FIG. 9, the orientation fluctuation measurement method according to the present embodiment will be described in detail, taking as an example the case where the orientation fluctuation measurement device 400 controls the vibrator 201. FIG.

1.4)指向揺れ測定
図9において、まず、図2に示す横方向の揺れを測定する方向にラインチャート302を設定した後(動作S501)、指向揺れ測定装置400は、加振機201の振動周波数、振動方向等を初期設定する(動作S502)。続いて、指向揺れ測定装置400は、光源301によりラインチャート302を照射するとともに、加振機201を駆動する(動作S503)。これにより、ラインセンサ101上に図2に示すライン画像302xが結像し、光学センサユニット100の振動に伴ってライン画像302xがラインセンサ101に対して横方向に揺動する。
1.4) Measurement of Directional Shake In FIG. 9, first, after setting the line chart 302 in the direction for measuring the lateral shake shown in FIG. Subsequently, orientation fluctuation measuring apparatus 400 irradiates line chart 302 with light source 301 and drives vibrator 201 (operation S503). 2 is formed on the line sensor 101, and the line image 302x swings laterally with respect to the line sensor 101 as the optical sensor unit 100 vibrates.

ライン画像302xがラインセンサ101上を横方向に揺動する状態で、指向揺れ測定装置400は、ラインセンサ101のセンサ出力データを所定周期で入力することで、記憶部401にセンサ出力プロファイル102を時系列で格納する(動作S504)。続いて、エッジ検出部402は、センサ出力プロファイル102から、時間経過に伴うエッジ部の変動を示す横方向エッジプロファイルを生成し、記憶部403に格納する(動作S505)。 With the line image 302x horizontally swinging on the line sensor 101, the pointing fluctuation measuring apparatus 400 inputs the sensor output data of the line sensor 101 at predetermined intervals, thereby storing the sensor output profile 102 in the storage unit 401 in chronological order (operation S504). Subsequently, the edge detection unit 402 generates a lateral edge profile indicating the variation of the edge portion over time from the sensor output profile 102, and stores it in the storage unit 403 (Operation S505).

続いて、図5に示すように、ライン画像302yがラインセンサ101に対して所定の角度θで傾くようにラインチャート302を設定する(動作S506)。傾斜角度θは、上述したように、十分な縦揺れ検出精度が得られるように十分小さい値に設定される。指向揺れ測定装置400は、上記動作S503と同様に、光源301によりラインチャート302を照射するとともに加振機201を駆動する。これにより、図5に示すように、傾斜ライン画像302yがラインセンサ101上を横方向/縦方向に揺動する。この揺動状態で、指向揺れ測定装置400は、ラインセンサ101のセンサ出力データを所定周期で入力し、記憶部401にセンサ出力プロファイル103を時系列で格納する(動作S507)。続いて、エッジ検出部402は、センサ出力プロファイル103から、すでに述べたように、時間経過に伴うエッジ部の変動を示す縦方向エッジプロファイルを生成し、記憶部404に格納する(動作S508)。 Subsequently, as shown in FIG. 5, the line chart 302 is set so that the line image 302y is inclined at a predetermined angle θ with respect to the line sensor 101 (operation S506). The tilt angle θ is set to a sufficiently small value so as to obtain sufficient pitch detection accuracy, as described above. The pointing shake measuring apparatus 400 illuminates the line chart 302 with the light source 301 and drives the vibrator 201, as in the operation S503. As a result, the inclined line image 302y swings horizontally/vertically on the line sensor 101, as shown in FIG. In this rocking state, pointing shake measuring apparatus 400 receives sensor output data from line sensor 101 at predetermined intervals, and stores sensor output profile 103 in time series in storage unit 401 (operation S507). Next, from the sensor output profile 103, the edge detection unit 402 generates a vertical edge profile indicating variations in edge portions over time, and stores it in the storage unit 404 (operation S508).

指向揺れ評価部405は、こうして取得されたエッジプロファイルを用いて各指向揺れを評価する(動作S509)。指向揺れ測定装置400は、上記動作S503~S509を振動周波数等の振動態様を変えながら繰り返し、光学センサユニット100の振動特性を測定する。 The directional fluctuation evaluation unit 405 evaluates each directional fluctuation using the edge profile thus obtained (operation S509). The pointing shake measuring device 400 repeats the above operations S503 to S509 while changing the vibration mode such as the vibration frequency to measure the vibration characteristics of the optical sensor unit 100. FIG.

1.5)効果
以上述べたように、本発明の第1実施形態によれば、縦方向ライン画像302xの揺れにより横方向の揺れ成分を取得し、ラインセンサに対して微小角度θだけ傾斜させた傾斜ライン画像302yの揺れにより所望の精度で縦方向揺れ成分を取得する。したがって、ラインチャート302を用意し、光学センサユニット100に搭載された光学センサとしてのラインセンサの出力信号だけで、光学センサユニット100の振動特性を測定することが可能となる。すなわち、光学センサユニット100に振動特性測定用のセンサを設ける必要がないために、小型軽量化を達成でき、かつ所望の精度で指向揺れを測定できる。
1.5) Effect As described above, according to the first embodiment of the present invention, the horizontal vibration component is obtained from the vibration of the vertical line image 302x, and the vertical vibration component is obtained with desired accuracy from the vibration of the inclined line image 302y that is tilted by a small angle θ with respect to the line sensor. Therefore, by preparing the line chart 302 , it is possible to measure the vibration characteristics of the optical sensor unit 100 using only the output signal of the line sensor as the optical sensor mounted on the optical sensor unit 100 . That is, since it is not necessary to provide a sensor for measuring vibration characteristics in the optical sensor unit 100, it is possible to achieve a reduction in size and weight, and to measure the directional fluctuation with desired accuracy.

2.第2実施形態
本発明の第2実施形態による指向揺れ測定装置では、図3および図5に示す2つのライン方向にそれぞれ対応する2本のラインを有するラインチャートを用い、傾斜ライン画像に基づいて検出された揺れを横方向の揺れを用いて補正することで、横方向の揺れおよび縦方向の揺れを同時に、かつ正確に測定する。
2. Second Embodiment In a directional shake measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention, a line chart having two lines corresponding to two line directions shown in FIGS. 3 and 5 is used, and the horizontal shake detected based on the inclined line image is corrected using the horizontal shake, thereby simultaneously and accurately measuring the horizontal shake and the vertical shake.

2.1)揺れ補正
図10に例示するように、本発明の第2実施形態で用いるラインチャート302は2本のライン601および602を有し、ライン601とライン602とは直角から所定の角度θだけずれて交差している。このラインチャート302が光学センサユニット100内のラインセンサ101上に結像すると、ライン601に対応する縦方向ライン画像601xと、ライン602に対応する傾斜ライン画像602yとがそれぞれラインセンサ101の異なる画素部分で交差する。
2.1) Shaking Correction As illustrated in FIG. 10, the line chart 302 used in the second embodiment of the present invention has two lines 601 and 602, and the lines 601 and 602 intersect at a predetermined angle θ from the right angle. When this line chart 302 is imaged on the line sensor 101 in the optical sensor unit 100, a vertical line image 601x corresponding to the line 601 and an inclined line image 602y corresponding to the line 602 intersect at different pixel portions of the line sensor 101, respectively.

縦方向ライン画像601xが交差した部分でのラインセンサ101の出力信号は、図3に例示したセンサ出力プロファイル102と同様であり、傾斜ライン画像602yが交差した部分でのラインセンサ101の出力信号は、図5に例示したセンサ出力プロファイル103と同様である。したがって、第1実施形態と同様の方法を用いて、横方向揺れと縦方向揺れとを同時に測定することができる。 The output signal of the line sensor 101 at the crossing portion of the vertical line image 601x is similar to the sensor output profile 102 illustrated in FIG. 3, and the output signal of the line sensor 101 at the crossing portion of the inclined line image 602y is similar to the sensor output profile 103 illustrated in FIG. Therefore, the same method as in the first embodiment can be used to simultaneously measure lateral sway and longitudinal sway.

さらに、ラインセンサ101から一度に読み出された信号からセンサ出力プロファイル102および103を同時に取得できるので、第2実施形態では、傾斜ライン画像602yによるセンサ出力プロファイル103の変動をセンサ出力プロファイル102から正確に得られる横方向揺れで補正することが可能である。以下、詳述する。 Furthermore, since the sensor output profiles 102 and 103 can be simultaneously obtained from the signals read out from the line sensor 101 at once, in the second embodiment, fluctuations in the sensor output profile 103 due to the slanted line image 602y can be corrected with the lateral shake accurately obtained from the sensor output profile 102. Details will be described below.

図5~図6で述べたように、センサ出力プロファイル103のエッジ画素位置の変化(揺れ)は縦方向の揺れと横方向の揺れの両方を反映している。これに対して、センサ出力プロファイル102のエッジ画素位置の変化は正確に横方向の揺れを表している。したがって、センサ出力プロファイル103の揺れから横方向の揺れ成分を除去することで、正確な縦方向の揺れを算出することができる。 As described with reference to FIGS. 5 and 6, the change (wobble) in the edge pixel position of the sensor output profile 103 reflects both vertical and horizontal shake. In contrast, the change in edge pixel position of the sensor output profile 102 accurately represents the lateral swing. Therefore, by removing the horizontal shake component from the shake of the sensor output profile 103, it is possible to accurately calculate the vertical shake.

2.2)指向揺れ測定装置
図11に例示するように、本実施形態による指向揺れ測定装置700は、縦方向ライン画像601xの画素部分であるか傾斜ライン画像602yの画素部分であるかに応じて、ラインセンサ101から入力するセンサ画素出力データのそれぞれの画素部分をセンサ出力プロファイル102あるいは103として記憶部701に格納する。
2.2) Directional fluctuation measuring device As illustrated in FIG. 11, a directional fluctuation measuring device 700 according to the present embodiment stores each pixel portion of the sensor pixel output data input from the line sensor 101 as the sensor output profile 102 or 103 in the storage unit 701 depending on whether it is the pixel portion of the vertical line image 601x or the pixel portion of the inclined line image 602y.

エッジ検出部702は、センサ出力プロファイル102からエッジ検出を行い、横方向揺れのエッジ位置情報を時系列に記憶部703へ出力する。これによって、記憶部703には横方向エッジプロファイルが格納される。また、エッジ検出部702は、センサ出力プロファイル103からエッジ検出を行い、縦/横方向揺れを含むエッジ情報を時系列に縦揺れ算出部704へ出力する。 The edge detection unit 702 detects edges from the sensor output profile 102 and outputs the edge position information of the lateral shake to the storage unit 703 in chronological order. Thereby, the horizontal edge profile is stored in the storage unit 703 . Further, the edge detection unit 702 detects edges from the sensor output profile 103 and outputs edge information including vertical/horizontal shake to the pitch calculation unit 704 in time series.

縦揺れ算出部704は、センサ出力プロファイル102から得られた横方向揺れのエッジ位置情報を時系列に入力すると同時に、センサ出力プロファイル103から得られた縦/横方向揺れのエッジ位置情報を時系列に入力する。上述したように、横方向揺れのエッジ位置情報と縦/横方向揺れのエッジ位置情報とは同じ揺れに起因する。したがって、縦揺れ算出部704は、縦/横方向揺れのエッジ位置から横方向揺れのエッジ位置成分を減算することで、縦方向揺れのみのエッジ位置情報を算出することができる。縦揺れ算出部704から縦方向揺れのみのエッジ位置情報を入力することよって、記憶部705には縦方向エッジプロファイルが格納される。 The pitch calculation unit 704 inputs the edge position information of the lateral sway obtained from the sensor output profile 102 in time series, and simultaneously inputs the edge position information of the longitudinal/lateral sway obtained from the sensor output profile 103 in time series. As described above, the edge position information for horizontal shake and the edge position information for vertical/horizontal shake are caused by the same shake. Therefore, the pitch calculation unit 704 can calculate the edge position information of only the vertical swing by subtracting the edge position component of the horizontal swing from the edge position of the vertical/horizontal swing. A longitudinal edge profile is stored in the storage unit 705 by inputting the edge position information of only the vertical shake from the pitch calculation unit 704 .

指向揺れ評価部706は、それぞれのエッジプロファイルをフーリエ解析することで横方向および縦方向の揺れの周波数および振幅をそれぞれ測定する。 A directional shake evaluation unit 706 measures the frequency and amplitude of horizontal and vertical shakes by performing Fourier analysis on each edge profile.

コントローラ707は、上記エッジ検出部702、縦揺れ算出部704、指向揺れ評価部706および記憶部701、703、704を制御することで、上記指向揺れ測定を実行する。なお、コントローラ707は、加振機201の駆動制御、ラインチャート302の表示制御等の各種制御を実行することもできる。 The controller 707 controls the edge detection section 702 , the pitch calculation section 704 , the orientation fluctuation evaluation section 706 and the storage sections 701 , 703 and 704 to measure the orientation fluctuation. Note that the controller 707 can also perform various controls such as driving control of the vibration exciter 201 and display control of the line chart 302 .

なお、指向揺れ測定装置700の上記指向揺れ測定機能は、図示しないCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサがプログラムメモリ708に格納されたプログラムを実行することで実現することもできる。以下、図12を参照しながら、指向揺れ測定装置700が加振機201を制御する場合を一例として、本実施形態による指向揺れ測定方法について詳述する。 Note that the orientation fluctuation measurement function of orientation fluctuation measurement apparatus 700 can also be realized by executing a program stored in program memory 708 by a processor such as a CPU (Central Processing Unit) (not shown). Hereinafter, referring to FIG. 12, the orientation fluctuation measurement method according to the present embodiment will be described in detail, taking as an example the case where the orientation fluctuation measurement device 700 controls the vibrator 201. FIG.

2.3)指向揺れ測定
図12において、まず、図10に示すラインチャート302を設定した後(動作S801)、指向揺れ測定装置700は、加振機201の振動周波数、振動方向等を初期設定する(動作S802)。続いて、指向揺れ測定装置700は、光源301によりラインチャート302を照射するとともに、加振機201を駆動する(動作S803)。これにより、ラインセンサ101上に図10に示すライン画像601xおよび602yが結像し、光学センサユニット100の振動に伴ってライン画像601xおよび602yがラインセンサ101に対して揺動する。
2.3) Measurement of Orientational Swing Referring to FIG. 12, first, after setting the line chart 302 shown in FIG. 10 (operation S801), the orientational oscillation measurement apparatus 700 initially sets the vibration frequency, vibration direction, etc. of the vibrator 201 (operation S802). Subsequently, the pointing fluctuation measuring apparatus 700 illuminates the line chart 302 with the light source 301 and drives the vibrator 201 (Operation S803). 10 are formed on the line sensor 101, and the line images 601x and 602y oscillate with respect to the line sensor 101 as the optical sensor unit 100 vibrates.

ライン画像601xおよび602yがラインセンサ101上を揺動する状態で、指向揺れ測定装置700は、ラインセンサ101のセンサ出力データを所定周期で入力することで、記憶部701にセンサ出力プロファイル102および103を同時に格納する(動作S804)。続いて、エッジ検出部702は、センサ出力プロファイル102から、時間経過に伴うエッジ部の変動を示す横方向エッジプロファイルを生成し、記憶部703に格納する(動作S805)。これと同時に、縦揺れ算出部704は、センサ出力プロファイル103から得られたエッジ変動から横方向揺れ成分を減算することで、縦方向揺れ成分を算出する(動作S806)。こうして縦方向のエッジ変動を示す縦方向エッジプロファイルが記憶部705に格納される(動作S807)。 With the line images 601x and 602y swinging on the line sensor 101, the orientation fluctuation measuring apparatus 700 inputs the sensor output data of the line sensor 101 at predetermined intervals, thereby simultaneously storing the sensor output profiles 102 and 103 in the storage unit 701 (operation S804). Subsequently, the edge detection unit 702 generates a horizontal edge profile indicating the variation of the edge portion over time from the sensor output profile 102, and stores it in the storage unit 703 (operation S805). At the same time, the pitch calculator 704 subtracts the horizontal swing component from the edge fluctuation obtained from the sensor output profile 103 to calculate the vertical swing component (operation S806). Thus, a vertical edge profile indicating vertical edge variation is stored in the storage unit 705 (operation S807).

指向揺れ評価部706は、こうして取得されたエッジプロファイルを用いて各指向揺れを評価する(動作S808)。指向揺れ測定装置700は、上記動作S803~S808を振動周波数等の振動態様を変えながら繰り返し、光学センサユニット100の振動特性を測定する。 The directional fluctuation evaluation unit 706 evaluates each directional fluctuation using the edge profile thus acquired (operation S808). The directional shake measuring device 700 repeats the above operations S803 to S808 while changing the vibration mode such as the vibration frequency to measure the vibration characteristics of the optical sensor unit 100. FIG.

2.4)効果
以上述べたように、本発明の第2実施形態によれば、縦方向ライン画像601xの揺れにより横方向の揺れ成分を取得し、それと同時に、ラインセンサ101に対して微小角度θだけ傾斜させた傾斜ライン画像602yの揺れを横方向の揺れ成分で補正することにより縦方向揺れ成分を取得する。したがって、ラインチャート302を用意し、光学センサユニット100に搭載された光学センサとしてのラインセンサの出力信号だけで、光学センサユニット100の振動特性を測定することが可能となる。すなわち、光学センサユニット100に振動特性測定用のセンサを設ける必要がないために、小型軽量化を達成でき、かつ所望の精度で指向揺れを測定できる。
2.4) Effect As described above, according to the second embodiment of the present invention, the horizontal vibration component is obtained from the vibration of the vertical line image 601x, and at the same time, the vertical vibration component is obtained by correcting the vibration of the inclined line image 602y, which is tilted by a small angle θ with respect to the line sensor 101, with the horizontal vibration component. Therefore, by preparing the line chart 302 , it is possible to measure the vibration characteristics of the optical sensor unit 100 using only the output signal of the line sensor as the optical sensor mounted on the optical sensor unit 100 . That is, since it is not necessary to provide a sensor for measuring vibration characteristics in the optical sensor unit 100, it is possible to achieve a reduction in size and weight, and to measure the directional fluctuation with desired accuracy.

3.付記
上述した実施形態および実施例の一部あるいは全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、これらに限定されるものではない。
(付記1)
結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定する方法であって、
ラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、
加振手段が前記光学センサユニットを振動させ、
測定手段が、前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第一ライン画像の揺れを検出し、
前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第二ライン画像の揺れを検出し、
前記第一ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、
前記第二ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定し、
前記第二ライン画像の傾斜角度が0°より大きく前記第二ライン画像が前記画素を前記第一方向に横切る最大角度より小さい角度に設定されたことを特徴とする指向揺れ測定方法。
(付記2)
前記第二ライン画像の傾斜角度は6°以下に設定されることを特徴とする付記1に記載の指向揺れ測定方法。
(付記3)
結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定する方法であって、
ラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、
加振手段が前記光学センサユニットを振動させ、
測定手段が、前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像と前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像とのセンサ出力値の変化から前記第一ライン画像の揺れと前記第二ライン画像の揺れとを同時に検出し、
前記第一ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、
前記第二ライン画像の揺れを前記第一ライン画像の揺れを用いて補正することで前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定する、
ことを特徴とする指向揺れ測定方法。
(付記4)
前記第二ライン画像の傾斜角度が0°より大きく前記第二ライン画像が前記画素を前記第一方向に横切る最大角度より小さい角度に設定されたことを特徴とする付記3に記載の指向揺れ測定方法。
(付記5)
結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定する装置であって、
ラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、前記光学センサユニットへ振動を与える加振手段と、
前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第一ライン画像の揺れを検出し、前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第二ライン画像の揺れを検出し、前記第一ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、前記第二ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定する測定手段と、
を有し、前記第二ライン画像の傾斜角度が0°より大きく前記第二ライン画像が前記画素を前記第一方向に横切る最大角度より小さい角度に設定されたことを特徴とする指向揺れ測定装置。
(付記6)
前記第二ライン画像の傾斜角度は6°以下に設定されることを特徴とする付記5に記載の指向揺れ測定装置。
(付記7)
結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定する装置であって、
ラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、前記光学センサユニットへ振動を与える加振手段と、
前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像と前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像とのセンサ出力値の変化から前記第一ライン画像の揺れと前記第二ライン画像の揺れとを同時に検出し、前記第一ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、前記第二ライン画像の揺れを前記第一ライン画像の揺れを用いて補正することで前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定する測定手段と、
ことを特徴とする指向揺れ測定装置。
(付記8)
前記第二ライン画像の傾斜角度が0°より大きく前記第二ライン画像が前記画素を前記第一方向に横切る最大角度より小さい角度に設定されたことを特徴とする付記7に記載の指向揺れ測定装置。
(付記9)
結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
加振手段が、ラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、記光学センサユニットを振動させ、
測定手段が、前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第一ライン画像の揺れを検出し、
前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第二ライン画像の揺れを検出し、
前記第一ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、
前記第二ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定する、
ように前記コンピュータを機能させ、
前記第二ライン画像の傾斜角度が0°より大きく前記第二ライン画像が前記画素を前記第一方向に横切る最大角度より小さい角度に設定されたことを特徴とするプログラム。
(付記10)
結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
加振手段が、ラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、記光学センサユニットを振動させ、
測定手段が、前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像と前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像とのセンサ出力値の変化から前記第一ライン画像の揺れと前記第二ライン画像の揺れとを同時に検出し、
前記第一ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、
前記第二ライン画像の揺れを前記第一ライン画像の揺れを用いて補正することで前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定する、
ように前記コンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
(付記11)
結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定する方法であって、
少なくとも1本のラインを有するラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、
加振手段が前記光学センサユニットを振動させ、
エッジ検出手段が、前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像のエッジを検出して前記第一ライン画像の揺れを示す第一プロファイルを取得し、前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像のエッジを検出して前記第二ライン画像の揺れを示す第二プロファイルを取得し、
測定手段が、前記第一プロファイルから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、前記第二プロファイルから前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定し、
前記第二ライン画像の傾斜角度が、0°より大きく前記第二ライン画像が前記画素を前記第一方向に横切る最大角度より小さい角度に設定されることを特徴とする指向揺れ測定方法。
(付記12)
結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定する方法であって、
少なくとも1本のラインを有するラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、
加振手段が前記光学センサユニットを振動させ、
エッジ検出手段が、前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像のエッジを検出して前記第一ライン画像の揺れを示す第一プロファイルを取得し、前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像のエッジを検出して前記第二ライン画像の揺れを示す第二プロファイルを取得し、
測定手段が、前記第一プロファイルから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、前記第二第二ライン画像のエッジ画素位置を前記第一ラインが図のエッジ画素位置により補正して前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定する、
ことを特徴とする指向揺れ測定方法。
3. Additional Notes Some or all of the embodiments and examples described above can also be described as the following additional notes, but are not limited to these.
(Appendix 1)
A method for measuring pointing swing of an optical sensor unit incorporating an imaging optical system and a line sensor having pixels arranged in a first direction, comprising:
arranging the line chart to face the optical sensor unit so that a line image of the line chart is formed on the line sensor through the imaging optical system;
a vibrating means vibrating the optical sensor unit;
measuring means detects fluctuation of the first line image from a change in sensor output value of the first line image in a second direction orthogonal to the line sensor;
detecting fluctuation of the second line image from a change in the sensor output value of the second line image inclined by a predetermined angle from the first direction of the line sensor;
measuring the shake of the optical sensor unit in the first direction from the shake of the first line image;
measuring the shake of the optical sensor unit in the second direction from the shake of the second line image;
A pointing fluctuation measuring method, wherein an inclination angle of the second line image is set to be larger than 0° and smaller than a maximum angle at which the second line image crosses the pixels in the first direction.
(Appendix 2)
2. The pointing shake measuring method according to appendix 1, wherein the inclination angle of the second line image is set to 6 degrees or less.
(Appendix 3)
A method for measuring pointing swing of an optical sensor unit incorporating an imaging optical system and a line sensor having pixels arranged in a first direction, comprising:
arranging the line chart to face the optical sensor unit so that a line image of the line chart is formed on the line sensor through the imaging optical system;
a vibrating means vibrating the optical sensor unit;
measuring means simultaneously detects the fluctuation of the first line image and the fluctuation of the second line image from changes in sensor output values between a first line image in a second direction perpendicular to the line sensor and a second line image inclined by a predetermined angle from the first direction of the line sensor;
measuring the shake of the optical sensor unit in the first direction from the shake of the first line image;
measuring the shake of the optical sensor unit in the second direction by correcting the shake of the second line image using the shake of the first line image;
A directional shake measuring method characterized by:
(Appendix 4)
3. The pointing fluctuation measuring method according to claim 3, wherein the tilt angle of the second line image is set to be larger than 0° and smaller than the maximum angle at which the second line image crosses the pixels in the first direction.
(Appendix 5)
A device for measuring pointing swing of an optical sensor unit incorporating an imaging optical system and a line sensor in which pixels are arranged in a first direction,
vibrating means for arranging the line chart to face the optical sensor unit and applying vibration to the optical sensor unit so that a line image of the line chart is formed on the line sensor through the imaging optical system;
measuring means for detecting fluctuation of the first line image from a change in sensor output value of a first line image in a second direction perpendicular to the line sensor, detecting fluctuation of the second line image from a change in sensor output value of a second line image inclined by a predetermined angle from the first direction of the line sensor, measuring fluctuation of the optical sensor unit in the first direction from the fluctuation of the first line image, and measuring fluctuation of the optical sensor unit in the second direction from the fluctuation of the second line image;
wherein the inclination angle of the second line image is set to be larger than 0° and smaller than the maximum angle at which the second line image crosses the pixels in the first direction.
(Appendix 6)
6. The directional fluctuation measuring device according to appendix 5, wherein the inclination angle of the second line image is set to 6 degrees or less.
(Appendix 7)
A device for measuring pointing swing of an optical sensor unit incorporating an imaging optical system and a line sensor in which pixels are arranged in a first direction,
vibrating means for arranging the line chart to face the optical sensor unit and applying vibration to the optical sensor unit so that a line image of the line chart is formed on the line sensor through the imaging optical system;
measuring means for simultaneously detecting shake of the first line image and shake of the second line image from changes in sensor output values of a first line image in a second direction perpendicular to the line sensor and a second line image inclined by a predetermined angle from the first direction of the line sensor, measuring shake of the optical sensor unit in the first direction from the shake of the first line image, and measuring shake of the optical sensor unit in the second direction by correcting the shake of the second line image using the shake of the first line image;
A directional shake measuring device characterized by:
(Appendix 8)
8. The orientation fluctuation measuring apparatus according to claim 7, wherein the tilt angle of the second line image is set to be larger than 0° and smaller than the maximum angle at which the second line image crosses the pixels in the first direction.
(Appendix 9)
A program for causing a computer to function as a measuring device for directional fluctuation of an optical sensor unit incorporating an imaging optical system and a line sensor having pixels arranged in a first direction,
vibrating means for vibrating the optical sensor unit by arranging the line chart to face the optical sensor unit so that a line image of the line chart is formed on the line sensor through the imaging optical system;
measuring means detects fluctuation of the first line image from a change in sensor output value of the first line image in a second direction orthogonal to the line sensor;
detecting fluctuation of the second line image from a change in the sensor output value of the second line image inclined by a predetermined angle from the first direction of the line sensor;
measuring the shake of the optical sensor unit in the first direction from the shake of the first line image;
measuring the swing of the optical sensor unit in the second direction from the swing of the second line image;
functioning said computer as
The program, wherein the inclination angle of the second line image is set to be larger than 0° and smaller than the maximum angle at which the second line image crosses the pixels in the first direction.
(Appendix 10)
A program for causing a computer to function as a measuring device for directional fluctuation of an optical sensor unit incorporating an imaging optical system and a line sensor having pixels arranged in a first direction,
vibrating means for vibrating the optical sensor unit by arranging the line chart to face the optical sensor unit so that a line image of the line chart is formed on the line sensor through the imaging optical system;
measuring means simultaneously detects the fluctuation of the first line image and the fluctuation of the second line image from changes in sensor output values between a first line image in a second direction orthogonal to the line sensor and a second line image inclined by a predetermined angle from the first direction of the line sensor;
measuring the shake of the optical sensor unit in the first direction from the shake of the first line image;
measuring the shake of the optical sensor unit in the second direction by correcting the shake of the second line image using the shake of the first line image;
A program characterized by causing the computer to function as
(Appendix 11)
A method for measuring pointing swing of an optical sensor unit incorporating an imaging optical system and a line sensor having pixels arranged in a first direction, comprising:
disposing the line chart facing the optical sensor unit so that a line image of the line chart having at least one line is formed on the line sensor through the imaging optical system;
a vibrating means vibrating the optical sensor unit;
edge detection means for detecting edges of a first line image in a second direction orthogonal to the line sensor to obtain a first profile indicating the fluctuation of the first line image, detecting edges of the second line image inclined by a predetermined angle from the first direction of the line sensor to obtain a second profile indicating the fluctuation of the second line image;
measuring means measures the sway of the optical sensor unit in the first direction from the first profile and the sway of the optical sensor unit in the second direction from the second profile;
A pointing fluctuation measuring method, wherein an inclination angle of the second line image is set to an angle larger than 0° and smaller than a maximum angle at which the second line image crosses the pixels in the first direction.
(Appendix 12)
A method for measuring orientation swing of an optical sensor unit incorporating an imaging optical system and a line sensor having pixels arranged in a first direction, comprising:
disposing the line chart facing the optical sensor unit so that a line image of the line chart having at least one line is formed on the line sensor through the imaging optical system;
a vibrating means vibrating the optical sensor unit;
edge detection means for detecting edges of a first line image in a second direction orthogonal to the line sensor to obtain a first profile indicating the fluctuation of the first line image, detecting edges of the second line image inclined by a predetermined angle from the first direction of the line sensor to obtain a second profile indicating the fluctuation of the second line image;
measuring means measures the sway of the optical sensor unit in the first direction from the first profile, corrects the edge pixel position of the second line image by the edge pixel position of the first line, and measures the sway of the optical sensor unit in the second direction;
A directional shake measuring method characterized by:

本発明は衛星に搭載される光学望遠鏡等の光学センサユニットの振動特性測定装置に適用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a vibration characteristic measuring device for an optical sensor unit such as an optical telescope mounted on a satellite.

100 光学センサユニット
101 ラインセンサ
102 センサ出力プロファイル
103 センタ出力プロファイル
200 加振用フレーム
201 加振機
300 防振台
301 光源
302 ラインチャート
302x 縦方向ライン画像
302y 傾斜ライン画像
303 コリメータ
400、700 指向揺れ測定装置
401、701 記憶部
402、702 エッジ検出部
403、404、703、705 記憶部
405、706 指向揺れ評価部
406、707 コントローラ
407、708 プログラムメモリ
601、602 ライン
601x 縦方向ライン画像
602y 傾斜ライン画像
704 縦揺れ算出部
100 Optical sensor unit 101 Line sensor 102 Sensor output profile 103 Center output profile 200 Vibration frame 201 Vibrator 300 Anti-vibration table 301 Light source 302 Line chart 302x Vertical line image 302y Inclined line image 303 Collimators 400, 700 Orientation fluctuation measuring devices 401, 701 Storage units 402, 702 Edge detection units 403, 4 04, 703, 705 Storage units 405, 706 Directional shake evaluation units 406, 707 Controllers 407, 708 Program memories 601, 602 Lines 601x Vertical direction line images 602y Inclination line images 704 Pitch calculation units

Claims (10)

結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定する方法であって、
ラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、
加振手段が前記光学センサユニットを振動させ、
測定手段が、前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第一ライン画像の揺れを検出し、
前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第二ライン画像の揺れを検出し、
前記第一ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、
前記第二ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定し、
前記第二ライン画像の傾斜角度が0°より大きく45°より小さい角度に設定されたことを特徴とする指向揺れ測定方法。
A method for measuring pointing swing of an optical sensor unit incorporating an imaging optical system and a line sensor having pixels arranged in a first direction, comprising:
arranging the line chart to face the optical sensor unit so that a line image of the line chart is formed on the line sensor through the imaging optical system;
a vibrating means vibrating the optical sensor unit;
measuring means detects fluctuation of the first line image from a change in sensor output value of the first line image in a second direction orthogonal to the line sensor;
detecting fluctuation of the second line image from a change in the sensor output value of the second line image inclined by a predetermined angle from the first direction of the line sensor;
measuring the shake of the optical sensor unit in the first direction from the shake of the first line image;
measuring the shake of the optical sensor unit in the second direction from the shake of the second line image;
A pointing shake measuring method, wherein the inclination angle of the second line image is set to an angle larger than 0° and smaller than 45° .
前記第二ライン画像の傾斜角度は6°以下に設定されることを特徴とする請求項1に記載の指向揺れ測定方法。 2. The method of claim 1, wherein the tilt angle of the second line image is set to 6[deg.] or less. 結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定する方法であって、
ラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、
加振手段が前記光学センサユニットを振動させ、
測定手段が、前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像と前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像とのセンサ出力値の変化から前記第一ライン画像の揺れと前記第二ライン画像の揺れとを同時に検出し、
前記第一ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、
前記第二ライン画像の揺れを前記第一ライン画像の揺れを用いて補正することで前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定する、
ことを特徴とする指向揺れ測定方法。
A method for measuring pointing swing of an optical sensor unit incorporating an imaging optical system and a line sensor having pixels arranged in a first direction, comprising:
arranging the line chart to face the optical sensor unit so that a line image of the line chart is formed on the line sensor through the imaging optical system;
a vibrating means vibrating the optical sensor unit;
measuring means simultaneously detects the fluctuation of the first line image and the fluctuation of the second line image from changes in sensor output values between a first line image in a second direction perpendicular to the line sensor and a second line image inclined by a predetermined angle from the first direction of the line sensor;
measuring the shake of the optical sensor unit in the first direction from the shake of the first line image;
measuring the shake of the optical sensor unit in the second direction by correcting the shake of the second line image using the shake of the first line image;
A directional shake measuring method characterized by:
前記第二ライン画像の傾斜角度が0°より大きく45°より小さい角度に設定されたことを特徴とする請求項3に記載の指向揺れ測定方法。 4. The method according to claim 3, wherein the inclination angle of the second line image is set to an angle larger than 0[deg.] and smaller than 45[deg .]. 結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定する装置であって、
ラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、前記光学センサユニットへ振動を与える加振手段と、
前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第一ライン画像の揺れを検出し、前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第二ライン画像の揺れを検出し、前記第一ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、前記第二ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定する測定手段と、
を有し、前記第二ライン画像の傾斜角度が0°より大きく45°より小さい角度に設定されたことを特徴とする指向揺れ測定装置。
A device for measuring pointing swing of an optical sensor unit incorporating an imaging optical system and a line sensor in which pixels are arranged in a first direction,
vibrating means for arranging the line chart to face the optical sensor unit and applying vibration to the optical sensor unit so that a line image of the line chart is formed on the line sensor through the imaging optical system;
measuring means for detecting fluctuation of the first line image from a change in sensor output value of a first line image in a second direction perpendicular to the line sensor, detecting fluctuation of the second line image from a change in sensor output value of a second line image inclined by a predetermined angle from the first direction of the line sensor, measuring fluctuation of the optical sensor unit in the first direction from the fluctuation of the first line image, and measuring fluctuation of the optical sensor unit in the second direction from the fluctuation of the second line image;
, wherein the inclination angle of the second line image is set to an angle larger than 0° and smaller than 45° .
前記第二ライン画像の傾斜角度は6°以下に設定されることを特徴とする請求項5に記載の指向揺れ測定装置。 6. The directional shake measuring apparatus according to claim 5, wherein the inclination angle of the second line image is set to 6 degrees or less. 結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定する装置であって、
ラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、前記光学センサユニットへ振動を与える加振手段と、
前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像と前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像とのセンサ出力値の変化から前記第一ライン画像の揺れと前記第二ライン画像の揺れとを同時に検出し、前記第一ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、前記第二ライン画像の揺れを前記第一ライン画像の揺れを用いて補正することで前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定する測定手段と、
ことを特徴とする指向揺れ測定装置。
A device for measuring pointing swing of an optical sensor unit incorporating an imaging optical system and a line sensor in which pixels are arranged in a first direction,
vibrating means for arranging the line chart to face the optical sensor unit and applying vibration to the optical sensor unit so that a line image of the line chart is formed on the line sensor through the imaging optical system;
measuring means for simultaneously detecting shake of the first line image and shake of the second line image from changes in sensor output values of a first line image in a second direction perpendicular to the line sensor and a second line image inclined by a predetermined angle from the first direction of the line sensor, measuring shake of the optical sensor unit in the first direction from the shake of the first line image, and measuring shake of the optical sensor unit in the second direction by correcting the shake of the second line image using the shake of the first line image;
A directional shake measuring device characterized by:
前記第二ライン画像の傾斜角度が0°より大きく45°より小さい角度に設定されたことを特徴とする請求項7に記載の指向揺れ測定装置。 8. The directional fluctuation measuring device according to claim 7, wherein the inclination angle of the second line image is set to an angle larger than 0[deg.] and smaller than 45[deg.] . 結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
加振手段が、ラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、記光学センサユニットを振動させ、
測定手段が、前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第一ライン画像の揺れを検出し、
前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像のセンサ出力値の変化から前記第二ライン画像の揺れを検出し、
前記第一ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、
前記第二ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定する、
ように前記コンピュータを機能させ、
前記第二ライン画像の傾斜角度が0°より大きく45°より小さい角度に設定されたことを特徴とするプログラム。
A program for causing a computer to function as a measuring device for directional fluctuation of an optical sensor unit incorporating an imaging optical system and a line sensor having pixels arranged in a first direction,
vibrating means for vibrating the optical sensor unit by arranging the line chart to face the optical sensor unit so that a line image of the line chart is formed on the line sensor through the imaging optical system;
measuring means detects fluctuation of the first line image from a change in sensor output value of the first line image in a second direction orthogonal to the line sensor;
detecting fluctuation of the second line image from a change in the sensor output value of the second line image inclined by a predetermined angle from the first direction of the line sensor;
measuring the shake of the optical sensor unit in the first direction from the shake of the first line image;
measuring the swing of the optical sensor unit in the second direction from the swing of the second line image;
functioning said computer as
A program, wherein the inclination angle of the second line image is set to an angle larger than 0° and smaller than 45° .
結像光学系と第一方向に画素が配列されたラインセンサとを組み込んだ光学センサユニットの指向揺れを測定装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
加振手段が、ラインチャートのライン画像が前記結像光学系を通して前記ラインセンサ上に結像するように、前記ラインチャートを前記光学センサユニットに対向して配置し、記光学センサユニットを振動させ、
測定手段が、前記ラインセンサに直交する第二方向の第一ライン画像と前記ラインセンサの前記第一方向から所定角度だけ傾斜した第二ライン画像とのセンサ出力値の変化から前記第一ライン画像の揺れと前記第二ライン画像の揺れとを同時に検出し、
前記第一ライン画像の揺れから前記光学センサユニットの前記第一方向の揺れを測定し、
前記第二ライン画像の揺れを前記第一ライン画像の揺れを用いて補正することで前記光学センサユニットの前記第二方向の揺れを測定する、
ように前記コンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
A program for causing a computer to function as a measuring device for directional fluctuation of an optical sensor unit incorporating an imaging optical system and a line sensor having pixels arranged in a first direction,
vibrating means for vibrating the optical sensor unit by arranging the line chart to face the optical sensor unit so that a line image of the line chart is formed on the line sensor through the imaging optical system;
measuring means simultaneously detects the fluctuation of the first line image and the fluctuation of the second line image from changes in sensor output values between a first line image in a second direction perpendicular to the line sensor and a second line image inclined by a predetermined angle from the first direction of the line sensor;
measuring the shake of the optical sensor unit in the first direction from the shake of the first line image;
measuring the shake of the optical sensor unit in the second direction by correcting the shake of the second line image using the shake of the first line image;
A program characterized by causing the computer to function as
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