ITTO20120538A1 - Unita' ottica e sistema metrologico ottico proiettivo includente la medesima - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“UNITA' OTTICA E SISTEMA METROLOGICO OTTICO PROIETTIVO INCLUDENTE LA MEDESIMAâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad una unità ottica per un sistema metrologico ottico proiettivo (“projective optical metrology system†), e ad un sistema metrologico ottico proiettivo includente la medesima.

Come à ̈ noto, sono oggi disponibili numerosi sistemi di metrologia, i quali trovano impiego, tra l’altro, in ambito aerospaziale.

In particolare, sono noti sistemi metrologici che consentono di determinare l’assetto (“attitude†) e/o la posizione di un satellite. Ancora più in particolare, sono noti sistemi metrologici che consentono, data una coppia di satelliti, di determinare la posizione reciproca e l’assetto reciproco tra i due satelliti.

La determinazione degli assetti e delle posizioni dei satelliti à ̈ di particolare importanza nel caso di sistemi satellitari i cui satelliti sono in formazione, cioà ̈ nei casi in cui à ̈ previsto un controllo dell’assetto e/o della posizione di ciascun satellite in funzione dell’assetto/posizione degli altri satelliti.

In pratica, la determinazione, dati due satelliti, dell’assetto reciproco e della posizione reciproca richiede la determinazione di sei gradi di libertà. In particolare, assumendo un primo ed un secondo sistema di riferimento solidali, rispettivamente, ad un primo ed un secondo satellite e formati, ciascuno, da una rispettiva terna di assi perpendicolari, l’assetto reciproco e la posizione reciproca tra il primo ed il secondo sistema di riferimento, e dunque tra il primo ed il secondo satellite, sono esprimibili in termini di spostamenti (lineari) e di rotazioni (angoli). Ancora più in particolare, la posizione reciproca del secondo satellite rispetto al primo satellite può essere espressa mediante una terna di tre spostamenti; similmente, l’assetto reciproco del secondo satellite rispetto al primo satellite può essere espresso mediante una terna di tre angoli.

Ciò premesso, i sistemi metrologici ottici proiettivi sono tali per cui, dati due satelliti, uno di essi à ̈ equipaggiato con una costellazione (“target†) formata da un numero N di sorgenti luminose, l’altro satellite essendo equipaggiato con un’unità ottica, la quale include un sensore optoelettronico in grado di acquisire un’immagine della costellazione, sulla cui base, mediante postelaborazione, l’unità ottica stessa determina uno o più dei summenzionati gradi di libertà.

A titolo esemplificativo, la domanda di brevetto EP1986018 descrive un sistema di determinazione della posizione e dell’assetto di un sistema a sei gradi di libertà, ed in cui il numero N di sorgenti luminose della costellazione à ̈ pari a uno. Tuttavia, per consentire la determinazione di tutti e sei i gradi di libertà, il sistema descritto in EP1986018 richiede che l’unica sorgente luminosa sia formata da una sorgente di luce coerente quale, ad esempio, un laser, ed inoltre richiede che l’unità ottica sia in grado di effettuare, oltre all’elaborazione delle immagini della costellazione, misure della potenza effettivamente ricevuta dal sensore optoelettronico e una misura angolare di rotazione della polarizzazione del fascio luminoso emesso dalla sorgente di luce coerente. Il sistema descritto in EP1986018 richiede dunque che entrambi i satelliti dispongano di opportuni circuiti optoelettronici e di un rispettiva alimentazione.

Sono peraltro noti sistemi metrologici che non prevedono la determinazione di misure di potenza, cioà ̈ sistemi metrologici di tipo puramente proiettivo. Un esempio di tali sistemi metrologici à ̈ fornito in US7,561,262, in cui le sorgenti luminose sono formate da riflettori destinati ad essere disposti sul secondo satellite, i quali vengono illuminati da radiazione emessa dal primo satellite. In particolare, riferendosi all’unità ricetrasmittente ed all’unità riflettente per indicare le porzioni del sistema metrologico descritto in US7,561,262 disposte rispettivamente sul primo e sul secondo satellite, tale sistema metrologico si avvale di una unità riflettente di tipo passivo. Pertanto, il secondo satellite non necessita di alcun circuito optoelettronico, né di una corrispondente alimentazione, con conseguente riduzione dei consumi energetici.

Sebbene il sistema metrologico descritto in US7,561,262 si caratterizzi dunque per una relativa semplicità costruttiva e per consumi ridotti, esso prevede che l’unità ricetrasmittente, la quale equipaggia il primo satellite, emetta un fascio ottico avente una distribuzione spaziale tale da incidere effettivamente su tutti i riflettori che equipaggiano il secondo satellite. Pertanto, il fascio ottico si caratterizza per una sezione trasversale avente dimensioni non trascurabili; conseguentemente, al fine di generare il fascio ottico, l’unità ricetrasmittente deve impiegare una potenza elettrica non trascurabile.

Scopo della presente invenzione à ̈ fornire un’unità ottica per un sistema metrologico ottico proiettivo che risolva almeno in parte gli inconvenienti dell’arte nota.

Secondo l'invenzione, vengono forniti un’unità ottica per un sistema metrologico ottico proiettivo ed un sistema metrologico ottico proiettivo come definiti, rispettivamente, nelle rivendicazioni allegate.

Per una migliore comprensione dell’invenzione, ne vengono ora descritte forme di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 mostra uno schema blocchi di una prima ed una seconda unità di un sistema metrologico;

- la figura 2 mostra uno schema a blocchi di un sistema satellitare includente due satelliti, a cui sono rispettivamente vincolate la prima e la seconda unità mostrate in figura 1; e

- la figura 3 mostra una vista prospettica di porzioni della seconda unità mostrata in figura 1; e

- la figura 4 mostra uno schema a blocchi di una porzione della prima unità mostrata in figura 1.

La figura 1 mostra un sistema metrologico ottico di tipo proiettivo, al quale in seguito ci si riferisce per brevità come al sistema metrologico 1. Inoltre, nel seguito si descrive il sistema metrologico 1 con particolare riferimento ad un’applicazione di tipo satellitare, sebbene esso possa trovare impiego anche in ambiti di applicazione differenti. In particolare, nel seguito ci si riferisce, per semplicità, ad un sistema satellitare 3 formato da un primo ed un secondo satellite sat1, sat2 e mostrato in figura 2,

In dettaglio, il sistema metrologico 1 comprende un’unità ricetrasmittente (“transceiving unit†) 2 ed un’unità passiva 4, le quali sono vincolate rispettivamente al primo ed al secondo satellite sat1, sat2. A tal proposito, si noti che, per semplicità di visualizzazione, in figura 1 l’unità ricetrasmittente 2 e l’unità passiva 4 sono disposte ed una distanza ravvicinata, puramente qualitativa.

L’unità ricetrasmittente 2 comprende una sorgente ottica 6, un primo filtro ottico 8 ed un generatore di fascio ottico 10, i quali sono otticamente collegati tra loro. In particolare, la sorgente ottica 6 à ̈ atta a generare un segnale ottico, il quale viene ricevuto dal primo filtro ottico 8, il quale genera un corrispondente segnale filtrato. Il segnale filtrato viene quindi ricevuto dal generatore di fascio ottico 10, il quale irradia un fascio ottico OF.

In dettaglio, il segnale ottico generato dalla sorgente ottica 6 può essere sia di tipo tempo continuo, sia di tipo modulato; in questo secondo caso, il segnale ottico può ad esempio essere modulato in ampiezza, ed in particolare con una modulazione del tipo acceso/spento (“on/off†). Inoltre, nella presente forma di realizzazione, il segnale ottico à ̈ formato da cosiddetta luce bianca, cioà ̈ il suo spettro à ̈ non nullo per lunghezze d’onda comprese tra 380nm e 760nm. Sono comunque possibili forme di realizzazione in cui il segnale ottico ha uno spettro non nullo in regioni spettrali differenti, quali ad esempio la regione dell’ultravioletto e dell’infrarosso.

Il primo filtro ottico 8 à ̈ di tipo passabanda ed à ̈ atto a filtrare il segnale ottico in maniera tale per cui lo spettro del segnale filtrato presenta N picchi (massimi relativi), disposti rispettivamente alle lunghezze d’onda λ1, λ2, … λN; a tal fine, lo spettro della funzione di trasferimento del primo filtro ottico 8 ha N bande passanti, ciascuna delle quali à ̈ centrata attorno ad una rispettiva lunghezza d’onda di centro banda, la quale à ̈ pari ad una corrispondente lunghezza d’onda tra le lunghezze d’onda λ1, λ2, … λN. Tra le bande passanti, sono interposte corrispondenti bande proibite, in cui lo spettro della funzione di trasferimento à ̈ sostanzialmente nullo, cioà ̈ assume valori inferiori al 10% del massimo dello spettro stesso.

A titolo puramente esemplificativo, nella presente descrizione si fa riferimento ad una forma di realizzazione in cui N=3, sebbene N possa assumere qualsiasi valore intero non nullo. Il fascio otico à ̈ dunque formato da radiazione elettromagnetica alle lunghezze d’onda λ1, λ2e λ3.

Il generatore di fascio ottico 10 à ̈ formato, ad esempio, da una o più lenti, le quali sono atte a sagomare, in modo di per sé noto, la forma spaziale del fascio ottico OF, il quale viene emesso nello spazio libero.

L’unità ricetrasmittente 2 comprende inoltre un sistema ottico di ingresso 12, ad esempio formato da una o più lenti e disposto in maniera tale da ricevere un segnale di risposta, di tipo ottico e descritto in dettaglio in seguito.

L’unità ricetrasmittente 2 comprende inoltre un secondo filtro ottico 14 ed un sensore optoelettronico 16.

Il secondo filtro ottico 14 à ̈ otticamente accoppiato al sistema ottico di ingresso 12, il quale à ̈ atto a collimare il segnale ottico di risposta verso il secondo filtro ottico 14, il quale genera in risposta un segnale da analizzare, quest’ultimo segnale da analizzare essendo infine ricevuto dal sensore optoelettronico 16.

Per i motivi descritti in seguito, il secondo filtro ottico 14 à ̈ di tipo passabanda. In particolare, lo spettro della funzione di trasferimento del secondo filtro ottico 14 ha N bande passanti, ciascuna delle quali à ̈ centrata attorno ad una rispettiva lunghezza d’onda di centro banda, la quale à ̈ pari ad una corrispondente lunghezza d’onda tra le lunghezze d’onda λ1, λ2, … λN. Tra le bande passanti, sono interposte corrispondenti bande proibite, in cui lo spettro della funzione di trasferimento à ̈ sostanzialmente nullo. In altre parole, lo spettro della funzione di trasferimento del secondo filtro ottico 14 à ̈ sostanzialmente uguale allo spettro della funzione di trasferimento del primo filtro ottico 8.

Il sensore optoelettronico 16 Ã ̈ atto a generare, in risposta alla ricezione del segnale da analizzare, un corrispondente segnale elettrico.

In dettaglio, il sensore optoelettronico 16 può ad esempio essere formato, in modo di per sé noto, da un dispositivo ad accoppiamento di carica (“charge coupling device†, CCD), il quale include una superficie sensibile di tipo piano e formata da una pluralità di elementi di immagine (“pixel†). Incidendo sulla superficie sensibile del sensore optoelettronico, il segnale da analizzare forma un’immagine, il segnale elettrico generato dal sensore optoelettronico 16 essendo indicativo di questa immagine.

L’unità ricetrasmittente 2 comprende inoltre un’unità di elaborazione 18, la quale à ̈ collegata al sensore optoelettronico 16, in maniera tale da ricevere il segnale elettrico generato da quest’ultimo. L’unità di elaborazione 18 à ̈ di tipo di per sé noto ed à ̈ atta a determinare la posizione e/o l’assetto del secondo satellite sat2 rispetto al primo satellite sat1, sulla base del segnale elettrico generato dal sensore optoelettronico 16. A tal fine, l’unità di elaborazione 18 esegue algoritmi noti di elaborazione del segnale elettrico generato dal sensore optoelettronico 16. In altre parole, l’unità di elaborazione 18 determina una o più grandezze relative alla posizione e/o all’assetto del secondo satellite sat2 rispetto al primo satellite sat1, sulla base dell’immagine formata dal segnale da analizzare sulla superficie sensibile del sensore optoelettronico 16.

Come mostrato in figura 2, l’unità ricetrasmittente 2, ed in particolare l’unità di elaborazione 18, à ̈ accoppiata elettricamente ad un sistema di controllo di assetto e/o posizione 20, di tipo di per sé noto e vincolato al primo satellite sat1. In modo di per sé noto, il sistema di controllo di assetto e/o posizione 20 controlla l’assetto e/o la posizione del primo satellite sat1, sulla base della posizione e/o dell’assetto determinati dall’unità di elaborazione 18.

Relativamente all’unità passiva 4, essa comprende un collettore ottico 30 atto a ricevere e a collimare il fascio ottico generato dal generatore di fascio ottico 10. Nella forma di realizzazione mostrata in figura 1, il collettore ottico 30 à ̈ formato da un diaframma 32, atto ad essere attraversato da almeno una parte del fascio ottico, e da una lente collimatrice 34, disposta a valle dei diaframma 32 ed in uscita dalla quale si forma, in uso, un segnale collimato.

L’unità passiva 4 comprende inoltre un primo, un secondo ed un terzo elemento dicroico 42, 44, 46.

Ciascuno tra il primo ed il secondo elemento dicroico 42, 44 possiede una rispettiva lunghezza d’onda di elemento dicroico. Inoltre, considerato un qualsiasi elemento dicroico tra il primo ed il secondo elemento dicroico 42, 44, esso à ̈ atto, dato un corrispondente segnale generico che incide su di esso, a riflettere una prima componente di tale segnale generico lungo una prima direzione, tale prima componente essendo sostanzialmente monocromatica ad una lunghezza d’onda pari alla lunghezza d’onda di elemento dicroico dell’elemento dicroico considerato. Inoltre, l’elemento dicroico considerato à ̈ atto a trasmettere lungo una seconda direzione tutte le componenti del segnale generico differenti dalla prima componente, cioà ̈ tutte le componenti monocromatiche a lunghezze d’onda differenti dalla lunghezza d’onda di elemento dicroico. La seconda direzione può essere, ad esempio, ortogonale alla prima direzione. Ad esempio, ciascun elemento dicroico può essere formato, in modo di per sé noto, da un corrispondente divisore di fascio dicroico.

In maggior dettaglio, il primo elemento dicroico 42 à ̈ a atto a riflettere lungo la rispettiva prima direzione una prima componente del segnale collimato, monocromatica alla lunghezza d’onda λ1. Inoltre, il primo elemento dicroico 42 à ̈ atto a trasmettere lungo la rispettiva seconda direzione un primo segnale intermedio, formato dalle componenti del segnale collimato aventi lunghezze d’onda differenti da λ1. Nella forma di realizzazione illustrata in figura 1, il primo segnale intermedio ha dunque uno spettro con due picchi, disposti alle lunghezze d’onda λ2e λ3.

Il secondo elemento dicroico 44 à ̈ atto a ricevere il primo segnale intermedio e a riflettere lungo la rispettiva prima direzione una seconda componente del segnale collimato, monocromatica alla lunghezza d’onda λ2. Inoltre, il secondo elemento dicroico 44 à ̈ atto a trasmettere lungo la rispettiva seconda direzione un secondo segnale intermedio, formato dalle componenti del segnale collimato aventi lunghezze d’onda differenti da λ2. Pertanto, nella forma di realizzazione mostrata in figura 1, il secondo segnale intermedio coincide con una terza componente del segnale collimato, monocromatica alla lunghezza d’onda λ3; pertanto, il secondo segnale intermedio ha uno spettro con un solo picco, disposto alla lunghezza d’onda λ3.

Le prime direzioni del primo e del secondo elemento dicroico 42, 44 possono essere, ad esempio, parallele tra loro. Inoltre, le seconde direzioni del primo e del secondo elemento dicroico 42, 44 possono essere tra loro coincidenti.

Relativamente al terzo elemento dicroico 46, esso à ̈ atto a ricevere il secondo segnale intermedio e a riflettere lungo la rispettiva prima direzione l’ultima componente rimasta del segnale collimato, monocromatica alla lunghezza d’onda λ3. La prima direzione del terzo elemento dicroico 46 può ad esempio essere parallela alle prime direzioni del primo e del secondo elemento dicroico 42, 44.

In teoria, il terzo elemento dicroico 46 à ̈ inoltre atto a trasmettere lungo la rispettiva seconda direzione un terzo segnale intermedio, formato dalle componenti del segnale collimato aventi lunghezze d’onda differenti da λ3. Tuttavia, dal momento che a valle del secondo elemento dicroico 44 non sono presenti ulteriori componenti del segnale collimato, il terzo segnale intermedio à ̈ sostanzialmente nullo. Per il medesimo motivo, sono comunque possibili forme di realizzazione in cui, invece del terzo elemento dicroico 46, à ̈ presente un elemento riflettente non selettivo in frequenza, il quale à ̈ atto a riflettere il secondo segnale intermedio, e cioà ̈ la componente del segnale collimato monocromatica alla lunghezza d’onda λ3, lungo una direzione parallela alle prime direzioni del primo e del secondo elemento dicroico 42, 44.

In uso, si verifica dunque che le summenzionate prima, seconda e terza componente del segnale collimato, ciascuna delle quali à ̈ sostanzialmente monocromatica ad una rispettiva lunghezza d’onda, si propagano parallelamente tra loro.

A titolo di precisazione, nella presente descrizione ci si riferisce ad un segnale monocromatico ad una data lunghezza d’onda, o più brevemente ad un segnale ad una data lunghezza d’onda, per indicare un segnale avente uno spettro tale per cui la porzione principale (ad esempio, pari all’86% dell’intero spettro) à ̈ contenuta in una banda centrata attorno alla data lunghezza d’onda ed avente ampiezza non superiore ad un nanometro.

Ai fini pratici, il primo ed il secondo elemento dicroico 42, 44 e l’elemento riflettente 46 formano un primo separatore cromatico 50, il quale, dato un segnale di ingresso non monocromatico, ne separa spazialmente una pluralità di componenti monocromatiche. Inoltre, dal momento che il segnale in ingresso a tale primo separatore cromatico 50, e cioà ̈ il segnale collimato, non ha sostanzialmente altre componenti oltre alle componenti monocromatiche che sono effettivamente separate dal primo separatore cromatico 50 stesso, non si verificano apprezzabili perdite di potenza.

L’unità passiva 4 comprende inoltre un accoppiatore in guida d’onda 52, il quale dispone di N ingressi ottici e di N uscite ottiche. Ciascun ingresso ottico à ̈ atto a ricevere una corrispondente componente tra la prima, la seconda e la terza componente del segnale collimato; inoltre, ciascun ingresso ottico dell’accoppiatore in guida d’onda 52 à ̈ otticamente accoppiato, in modo biunivoco, ad una corrispondente uscita ottica.

L’unità passiva 4 comprende inoltre N fibre ottiche 60, ciascuna delle quali à ̈ collegata, ad una propria prima estremità, ad una corrispondente uscita ottica dell’accoppiatore in guida d’onda 52.

Ai fini pratici, il primo separatore cromatico 50 e l’accoppiatore in guida d’onda 52 cooperano per separare le N componenti monocromatiche del segnale collimato e per accoppiare otticamente ciascuna delle componenti monocromatiche separate ad una corrispondente fibra ottica 60. Inoltre, il primo separatore cromatico 50 à ̈ accoppiato all’insieme delle fibre ottiche 60 in maniera tale per cui esso à ̈ otticamente equiparabile ad un filtro passabanda, ed in particolare ad un filtro passabanda uguale al primo filtro ottico 8, cioà ̈ con una medesima funzione di trasferimento.

Nuovamente con riferimento alle fibre ottiche 60, e considerata una qualsiasi tra di esse, la rispettiva seconda estremità definisce un corrispondente elemento luminoso 62, cioà ̈ una superficie piana che, in uso, à ̈ illuminata, ed in particolare à ̈ illuminata dalla componente monocromatica dal segnale collimato accoppiata nella fibra ottica stessa. In figura 1, le seconde estremità, cioà ̈ gli elementi luminosi 62, sono mostrati in modo qualitativo.

Le seconde estremità delle N fibre ottiche 60 sono vincolate ad un supporto 64, il quale à ̈ atto a mantenere fissa la disposizione reciproca di tali seconde estremità, come mostrato ad esempio in figura 3. Ad esempio, secondo la forma di realizzazione mostrata in figura 3, il supporto 64 à ̈ tale per cui gli elementi luminosi 62 sono complanari e sono disposti ai vertici di un ipotetico poligono.

In pratica, le N fibre ottiche 60 definiscono N cammini ottici di tipo guidato. Inoltre, gli N elementi luminosi 62 definiscono una costellazione luminosa 70, la quale emette il summenzionato segnale di risposta.

Come precedentemente accennato, il segnale di risposta viene ricevuto dal sistema ottico di ingresso 12 dell’unità ricetrasmittente 2, dal quale à ̈ convogliato verso il secondo filtro ottico 14, il quale genera il segnale da analizzare.

Come precedentemente accennato, quando incide sul sensore optoelettronico 16, il segnale da analizzare forma un’immagine, la quale à ̈ formata da un numero di punti immagine pari al numero di elementi luminosi 62 della costellazione luminosa 70. Sulla base della disposizione di tali punti immagine sulla superficie sensibile, e della forma (nota) della costellazione luminosa 70, in modo di per sé noto l’unità di elaborazione 18 determina, come precedentemente accennato, almeno una grandezza indicativa dell’assetto e/o della posizione del secondo satellite sat2 rispetto al primo satellite sat1.

Come accennato in precedenza, il secondo filtro ottico 14 à ̈ atto a filtrare componenti del segnale di risposta a lunghezze d’onda differenti dalle lunghezze d’onda λ1, λ2, λ3. Tale operazione di filtraggio consente di rimuovere eventuali contributi indesiderati presenti nel segnale di analizzare, quali in particolare contributi luminosi causati da stelle che cadono nel campo di vista (“field of view†, FoV) del sistema ottico di ingresso 12. A tal proposito, occorre infatti considerare come, in assenza del secondo filtro ottico 14, la radiazione luminosa emessa da una qualsiasi stella che cade nel campo di vista del sistema ottico di ingresso 12 determini un corrispondete contributo del segnale da analizzare, il quale a sua volta causa la formazione di un corrispondente punto immagine indesiderato sulla superficie sensibile del sensore optoelettronico 16. Tale punto immagine indesiderato genera un corrispondente contributo indesiderato al segnale elettrico generato dal sensore optoelettronico 16 e può quindi essere interpretato dall’unità di elaborazione 18 come un punto immagine corrispondente ad un elemento luminoso (inesistente) della costellazione luminosa 70, causando errori nella determinazione dell’assetto e/o della posizione.

L’operazione di filtraggio eseguita dal secondo filtro ottico 14 consente dunque di ridurre in modo apprezzabile eventuali contributi al segnale da analizzare causati da stelle, o comunque da oggetti luminosi diversi dalla costellazione luminosa 70. Infatti, riferendosi ad esempio ancora al caso di una stella, di tutta la radiazione da essa emessa, solamente le componenti alle lunghezze d’onda λ1, λ2e λ3riescono a giungere sul sensore optoelettronico 16. Tali componenti hanno però potenze trascurabili rispetto alle corrispondenti componenti del segnale di risposta, come inviate dall’unità passiva 4, e dunque generano punti immagine indesiderati facilmente distinguibili dai punti immagine effettivamente corrispondenti alla costellazione luminosa 70. Tali punti immagine, al limite, possono risultare talmente deboli da non eccitare alcun pixel del sensore optoelettronico 16, o comunque i valori di intensità luminosa rilevati dai pixel da essi eccitati sono talmente inferiori rispetto ai valori di intensità luminosa rilevati dai pixel eccitati dai punti immagine corrispondenti alla costellazione luminosa 70 da consentire una cancellazione elettronica dei corrispondenti contributi al segnale elettrico, da parte dell’unità di elaborazione 18.

Ai fini pratici, il secondo filtro ottico 14 può essere formato, a titolo puramente esemplificativo, da un secondo separatore cromatico 80 uguale al primo separatore cromatico 50, come mostrato in figura 4, laddove elementi già presenti nel primo separatore cromatico 50 sono indicati con i medesimi numeri di riferimento.

Riferendosi al segnale da filtrare per indicare il segnale di risposta, come collimato dal sistema ottico di ingresso 12 sull’ingresso del secondo filtro ottico 14, il secondo filtro ottico 14 modifica il segnale da filtrare non solo da un punto di vista spettrale, ma anche geometrico.

In particolare, il segnale da filtrare comprende N componenti monocromatiche, ciascuna delle quali à ̈ generata da un corrispondete elemento luminoso 62 della costellazione luminosa 70 ed à ̈ centrata ad una corrispondente lunghezza d’onda tra le lunghezze d’onda λ1, λ2e λ3. Pertanto, a rigore, ciascuna componente monocromatica del segnale da filtrare incide sul secondo filtro ottico 14 con una differente direzione. Assumendo, per semplicità di descrizione, che le componenti monocromatiche del segnale da filtrare incidano sul secondo filtro ottico 14 con una medesima direzione, in uscita dal secondo filtro ottico 14 tali componenti monocromatiche si propagano lungo direzioni differenti, ma parallele, dal momento che ciascuna componente monocromatica del segnale da filtrare viene deviata di un medesimo angolo da parte del secondo separatore cromatico 80. Quest’ultima caratteristica fa sì che la distribuzione spaziale del segnale da filtrare, cioà ̈ le inclinazioni reciproche delle direzioni di propagazione delle componenti monocromatiche, non venga alterata dal secondo separatore cromatico 80. Pertanto, la presenza del secondo filtro ottico 14 non comporta alcuna distorsione dell’immagine della costellazione luminosa che si forma sul sensore optoelettronico 16, rispetto ad un caso di riferimento in cui il secondo filtro ottico 14 à ̈ assente. La presenza del secondo filtro ottico 14 non impedisce dunque la corretta esecuzione degli algoritmi di determinazione dell’assetto e/o della posizione da parte dell’unità di elaborazione 18.

Sono peraltro possibili forme di realizzazione in cui il secondo filtro ottico 14 Ã ̈ differente. Ad esempio, sono possibili forme di realizzazione in cui il secondo filtro ottico 14 Ã ̈ formato da un prisma.

Sono inoltre possibili forme di realizzazione il cui il secondo filtro ottico causa una modifica della distribuzione spaziale del segnale da filtrare, e dunque modifica le direzioni di propagazione della componenti monocromatiche di angoli differenti. In tal caso, sul sensore optoelettronico 16 si forma un’immagine distorta, rispetto a quanto avverrebbe in caso di assenza del secondo filtro ottico. Tuttavia, in modo di per sé noto à ̈ comunque possibile determinare una matrice di trasferimento indicativa di tali angoli differenti, sulla cui base l’unità di elaborazione 18 determina, a partire dalle posizioni sulla superficie sensibile dei punti immagine dell’immagine distorta, le posizioni dei corrispondenti punti immagine di un’immagine corretta, cioà ̈ dell’immagine che si formerebbe sulla superficie sensibile del sensore optoelettronico 16 in assenza dell’effetto di distorsione geometrica introdotto dal secondo filtro ottico. La determinazione dell’assetto e/o posizione viene quindi effettuata dall’unità di elaborazione 18 sulla base dell’immagine corretta.

I vantaggi che la presente unità ottica ed il presente sistema metrologico consentono di ottenere emergono chiaramente dalla descrizione precedente. In particolare, dal momento che il fascio ottico OF emesso dal generatore di fascio ottico 10 deve illuminare solamente il diaframma 32, esso può avere una sezione trasversale ridotta, rispetto a quanto avviene nel caso di unità ottiche a riflettori di tipo tradizionale. Infatti, l’area del diaframma 12, il quale definisce una superficie di ingresso per il fascio ottico OF di tipo semplicemente connesso, può essere resa molto piccola rispetto all’ingombro trasversale complessivo della costellazione luminosa 70. E’ dunque possibile avvalersi dei vantaggi, in termini di consumo di potenza e di semplicità circuitale, di un’unità ottica passiva, senza che ciò comporti un aggravio dei consumi dell’unità ottica che genera il fascio ottico destinato ad illuminare l’unità ottica passiva.

Come precedentemente spiegato, il sistema metrologico descritto si caratterizza inoltre per una migliore resilienza ad effetti indesiderati causati dalla presenza, all’interno del campo di vista del sistema ottico di ingresso 12, di oggetti luminosi differenti dalla costellazione luminosa 70.

Risulta infine evidente che all’unità passiva ed al sistema metrologico descritti possono essere apportate modifiche e varianti, senza uscire dall’ambito della presente invenzione.

Ad esempio, la sorgente ottica 6 può essere atta a generare, anziché luce bianca, luce il cui spettro ha N massimi relativi, alle lunghezze d’onda λ1, …, λN, ed à ̈ sostanzialmente nullo per lunghezze d’onda differenti dalle lunghezze d’onda λ1, …, λN. In tal caso, la sorgente ottica 6 può essere formata da N sorgenti elementari sostanzialmente monocromatiche, ciascuna delle quali emette radiazione coerente ad una corrispondente lunghezza d’onda tra le lunghezze d’onda λ2, … λN. Più in particolare, ciascuna sorgente elementare può essere formata da un corrispondente diodo LED (“light emitting laser†), oppure da un corrispondente LASER. Inoltre, in tale forma di realizzazione il primo filtro ottico 8 può essere assente, o comunque può avere un’unica banda passante, al cui interno cadono le lunghezze d’onda λ1, λ2, … λN.

Relativamente al primo filtro ottico 8, al primo separatore cromatico 50 ed al secondo filtro ottico 14, uno o più tra di essi può ad esempio essere formato da una cosiddetta struttura periodica o quasi periodica, quale ad esempio un reticolo di Bragg. In modo di per sé noto, la struttura periodica o quasi periodica à ̈ progettata in modo tale per cui lo spettro della funzione di trasferimento à ̈ del tipo precedentemente descritto.

Relativamente all’unità di elaborazione 18, essa può calcolare, come detto, solo un sottoinsieme delle grandezze relative all’assetto e/o alla posizione.

Relativamente al primo separatore cromatico 50, esso può essere sostituito da un divisore di fascio ottico non selettivo in frequenza. Tale divisore di fascio ottico, di tipo di per sé noto, coopera con l’accoppiatore in guida d’onda 52 in maniera tale per cui in ciascuna delle fibre ottiche 60 viene ancora accoppiata una corrispondente componente del segnale collimato, tuttavia le componenti così accoppiate non sono monocromatiche, bensì a banda larga. In tal caso, tali componenti del segnale collimato hanno sostanzialmente un medesimo contenuto spettrale.

Infine, invece delle fibre ottiche 60, possono essere presenti guide d’onda di tipo differente. Eventualmente, i cammini ottici che afferiscono agli elementi luminosi 62 possono essere di tipo non guidato, nel qual caso, all’interno dell’unità passiva 4, le componenti monocromatiche del segnale collimato si propagano, dopo essere state separate, almeno in parte in spazio libero. In tal caso, il primo separatore cromatico può essere formato, ad esempio, da un prisma.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Unità ottica (4) per un sistema metrologico ottico proiettivo (1), comprendente: - un ingresso ottico (30,32,34) configurato per ricevere un primo segnale luminoso; - un numero (N) di cammini ottici (60); - mezzi separatori (50,52), otticamente interposti tra l’ingresso ottico ed i cammini ottici, detti mezzi separatori essendo configurati per separare un numero (N) di componenti del primo segnale luminoso ricevuto dall’ingresso ottico e per accoppiare ciascuna delle componenti separate ad un corrispondente cammino ottico; - una costellazione luminosa (70) formata da un numero di elementi luminosi (62), ciascun elemento luminoso essendo otticamente accoppiato ad un corrispondente cammino ottico, in maniera tale da essere illuminato, in uso, dalla componente del primo segnale luminoso accoppiata a detto corrispondente cammino ottico.
2. 2. Unità ottica secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi separatori (50,52) sono configurati in maniera tale per cui ciascuna componente separata à ̈ sostanzialmente monocromatica ad una corrispondente lunghezza d’onda di componente, le lunghezze d’onda di componente essendo tra loro differenti.
3. 3. Unità ottica secondo la rivendicazione 2, in cui i mezzi separatori comprendono una pluralità di elementi dicroici (42,44,46), ciascun elemento dicroico essendo associato ad una corrispondente lunghezza d’onda ed essendo configurato per ricevere un rispettivo segnale ottico di ingresso e per riflettere lungo una prima direzione una prima componente di detto rispettivo segnale ottico di ingresso, e per trasmettere lungo una seconda direzione componenti di detto rispettivo segnale ottico di ingresso differenti da detta prima componente, detta prima componente essendo sostanzialmente monocromatica alla lunghezza d’onda associata a detto elemento dicroico.
4. 4. Unità ottica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascuno di detti cammini ottici (60) à ̈ almeno in parte di tipo guidato.
5. 5. Unità ottica secondo la rivendicazione 4, in cui ciascuno di detti cammini ottici à ̈ formato da una corrispondente fibra ottica (60).
6. 6. Unità ottica secondo la rivendicazione 5, in cui ciascuna fibra ottica (60) ha una prima ed una seconda estremità, la prima estremità essendo collegata a detti mezzi separatori (50,52), la seconda estremità definendo un corrispondente elemento luminoso (62) della costellazione luminosa (70).
7. 7. Unità ottica secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto ingresso ottico comprende una lente (34) atta a collimare detto primo segnale luminoso.
8. 8. Sistema metrologico ottico proiettivo comprendente una prima unità ottica (4) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti ed una seconda unità ottica (2), in cui detta costellazione luminosa (70) à ̈ atta ad emettere un secondo segnale luminoso, ed in cui detta seconda unità ottica comprende: - una sorgente luminosa (6,8,10) atta a generare detto primo segnale luminoso; - un sensore optoelettronico (16); - una sistema ottico (12,14) atto a ricevere detto secondo segnale luminoso e a convogliarlo sul sensore optoelettronico, in maniera tale da formare su detto sensore optoelettronico un’immagine della costellazione luminosa; e - un’unità elettronica di elaborazione (18) configurata per determinare almeno una grandezza indicativa della disposizione reciproca della costellazione luminosa e della seconda unità ottica, sulla base di detta immagine.
9. 9. Sistema metrologico ottico proiettivo comprendente una prima unità ottica (4) secondo la rivendicazione 2 o 3, ed una seconda unità ottica (2), in cui detta costellazione luminosa (70) à ̈ atta ad emettere un secondo segnale luminoso, ed in cui detta seconda unità ottica comprende: - una sorgente luminosa (6,10) atta a generare detto primo segnale luminoso; - un sensore optoelettronico (16); - una sistema ottico (12,14) atto a ricevere detto secondo segnale luminoso e a convogliarlo sul sensore optoelettronico, in maniera tale da formare su detto sensore optoelettronico un’immagine della costellazione luminosa; e - un’unità elettronica di elaborazione (18) configurata per determinare almeno una grandezza indicativa della disposizione reciproca della costellazione luminosa e della seconda unità ottica, sulla base di detta immagine; ed in cui detto sistema ottico comprende un filtro ottico (14) di tipo passabanda avente una funzione di trasferimento il cui spettro presenta un numero di bande passanti pari al numero di elementi luminosi (62), ciascuna banda passante includendo una corrispondente lunghezza d’onda tra dette lunghezze d’onda di componente.
10. 10. Sistema metrologico secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui detta sorgente luminosa (6,8,10) Ã ̈ configurata per generare detto primo segnale luminoso in modo che sia formato interamente da un numero di componenti sostanzialmente monocromatiche pari al numero di elementi luminosi (62).
11. 11. Sistema metrologico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 10, in cui detto sistema ottico (12,14) comprende una pluralità di elementi dicroici.
12. 12. Sistema satellitare comprendente un primo ed un secondo satellite (sat1,sat1) ed un sistema metrologico ottico proiettivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 11, in cui la prima e la seconda unità ottica (4,2) sono vincolate rispettivamente al secondo ed al primo satellite; e comprendente inoltre un sistema di controllo di assetto e/o posizione (20) vincolato al primo satellite e configurato per ricevere detta almeno una grandezza determinata dall’unità elettronica di elaborazione (18).