JP2023533875A - アセットおよび／または位置に関連する数量を決定し、データを通信するための投影光学計測システム用の光学ユニット - Google Patents

Abstract

複数の光源（４Ａ～４Ｃ）を含む光配置（４）から来る光信号（ＬＳ）を受信する投影光学計測システム（１）用の光学ユニットであって、光学ユニット（７）は、光電子画像取得システム（１０）と、光信号（ＬＳ）を受信し、第１および第２の光ビーム（Ｒ１、Ｒ２）がそれぞれ通過する第１および第２の光学回路（ＯＴ１、ＯＴ２）と、を含む。第１および第２の光学回路（ＯＴ１、ＯＴ２）は、光電子画像取得システム（１０）において配置（４）の２つの異なる画像（Ｉ１、Ｉ２）の同時形成を引き起こすように、それぞれ、第１の光ビーム（Ｒ１）の少なくとも第１の部分（Ｒ１’）および第２の光ビーム（Ｒ２）の少なくとも第１の部分（Ｒ２’）を光電子画像取得システム（１０）に導く。光学ユニット（７）は、光電子画像取得システム（１０）に結合された電子処理ユニット（４０）をさらに含み、電子処理ユニット（４０）は、２つの画像に基づいて、光学ユニット（７）に対する光配置（４）の位置および／または姿勢を示すいくつかの量を決定する。光学ユニット（７）は、光受信機（３０）と、光受信機（３０）と第１および第２の光学回路（ＯＴ１、ＯＴ２）のうちの少なくとも１つとを光学的に結合するように構成された導出光学回路（１６、２６）とをさらに含み、その結果、光受信機（３０）は、第１および第２の光ビーム（Ｒ１、Ｒ２）のうちの少なくとも１つの関数である光情報信号（ＯＩＳ）を受信する。光受信機（３０）は、光情報信号（ＯＩＳ）からデジタルデータを復調する。

Description

関連出願への相互参照
本特許出願は、２０２０年７月１７日に出願され、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれるイタリア特許出願第１０２０２０００００１７４８８号からの優先権を主張する。

本発明は、アセット（ａｓｓｅｔ）（姿勢）および／または位置に対する量を決定し、データを通信するための投影光学計測システム用の光学ユニットに関する。

本発明は、排他的ではないが、航空宇宙部門、特に衛星対の相対位置とアセット（姿勢）の決定、衛星対間のデータ通信、および一般に２つの衛星間のデジタル信号の交換において有利な用途を見出す。

よく知られているように、計測システムは、航空宇宙産業で衛星のアセット（姿勢）および／または位置を決定するために使用される。より詳細には、１対の衛星が与えられた場合に、２つの衛星間の相対位置および姿勢を決定できる計測システムが知られている。

衛星の姿勢および位置の決定は、衛星が形成されている衛星システムの場合、すなわち、各衛星の姿勢および位置を、他の衛星の姿勢および位置の関数として決定する必要がある場合に特に重要である。

実際には、２つの衛星が与えられた場合、相互の姿勢および相互の位置を決定するには、６つの自由度を決定する必要がある。実際、第１および第２の衛星にそれぞれ一体であり、それぞれ垂直軸のトリプレットによって形成される第１および第２の基準系を仮定すると、第１の基準系と第２の基準系との間、したがって第１の衛星と第２の衛星との間の相互姿勢および相互位置は、３つの（線形）変位と３つの回転（角度）とで表すことができる。特に、第２の衛星に対する第１の衛星の相対位置は、第２の基準系の３つの軸に沿ってそれぞれ測定された３つの変位のトリプレットによって表すことができ、同様に、第２の衛星に対する第１の衛星の相対姿勢は、第２の基準系に対する第１の基準系の対応する回転に等しい３つの角度のトリプレットによって表すことができる。

ところで、一般に、今日利用可能な光学計測システムは、精度および適用分野に応じて、いわゆる粗システムといわゆる微細システムとに細分化され得るが、後者は、性能を大幅に低下させることなく衛星間に存在できる距離の範囲によって与えられる。

より具体的には、精密計測システムにより、衛星間の距離が５０メートル以内であれば、２つの衛星の相互位置を１センチメートル未満の精度で決定できる。一部の精密計測システムは、衛星間の距離が１メートル以内であれば、２つの衛星の相互位置を１０分の１ミリメートル程度の精度で決定することさえできる。

対照的に、粗計測システムは１０センチメートル以上の精度を特徴としているが、衛星間の距離が５０メートルを超える場合、例えば最大２０キロメートルの距離でも動作できる。

例えば、米国特許出願公開第２００７／００３１１５１号は、オープンスペースレーザー通信システムにおいてレーザー通信端末を捕捉し追跡するための技術を開示している。

例えば、航空機間の無線周波数通信システム、ならびに航空宇宙機と地上局との間の無線周波数通信システムが知られており、後者は、速度、位置、温度、ペイロードなどの航空宇宙機自体のステータスに関するデータを、無線周波数で動作する電子装置を介して地上局に通信できるようにする。しかし、そのような無線周波数通信システムは、２つの航空宇宙機の位置および／もしくは姿勢に関連する上記の量を決定するため、または２つの衛星によって実行される特定のタスクを実行するために、既存の計測システムの補助として使用することはできない。さらに、そのような無線周波数通信システムは、データ送信速度が低く、例えば、１０バイト／秒未満であり、エネルギーコストが高く、機能の数が限られている。

例えば、ＩＥＴ Ｒａｄａｒ Ｓｏｎａｒ Ｎａｖｉｇ．、２０１８年、第１２巻、第６号、６３２～６４０頁で公開された、Ｇｅｎｇ Ｚｈｅ ｅｔ ａｌ．著、論文「Ｆｕｓｉｏｎ ｏｆ ｒａｄａｒ ｓｅｎｓｉｎｇ ａｎｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｂｙ ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌｓ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｒａｄａｒ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｗａｖｅｆｏｒｍ」は、通信信号がレーダー位置信号に埋め込まれているレーダータイプの無線周波数通信システムを開示している。

米国特許出願公開第２００７／００３１１５１号 欧州特許第２５０８４２８号

ＩＥＴ Ｒａｄａｒ Ｓｏｎａｒ Ｎａｖｉｇ．、２０１８年、第１２巻、第６号、６３２～６４０頁で公開された、Ｇｅｎｇ Ｚｈｅ ｅｔ ａｌ．著、論文「Ｆｕｓｉｏｎ ｏｆ ｒａｄａｒ ｓｅｎｓｉｎｇ ａｎｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｂｙ ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌｓ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｒａｄａｒ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｗａｖｅｆｏｒｍ」

したがって、本発明の目的は、既知の技術の欠点を少なくとも部分的に解決する投影計測システム用の光学ユニットを提供することである。

本発明によれば、投影計測システム用の光学ユニット、および添付の特許請求の範囲で定義されるような光学ユニットを含む投影光学計測システムが提供される。

本発明をよりよく理解するために、添付の図面を参照して、単に例示的で非限定的な目的で、本発明のいくつかの実施形態を開示する。

投影光学計測システムと本光学ユニットを含む衛星システムのブロック図である。 光配置の光源の斜視図を概略的に示す図である。 本光学ユニットのブロック図である。 使用中の図１の衛星システムのブロック図である。 図３に示す光学ユニットの光電子センサの検出面の正面図を定性的に示す図である。 本光学ユニットのさらなる実施形態のブロック図である。

ここで、当業者が本発明を作成および使用できるように、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。記載された実施形態の様々な修正は、当業者には直ちに明らかであり、開示された一般原則は、添付の図面で定義されるように、本発明の保護範囲から逸脱することなく、他の実施形態および用途に適用することができる。したがって、本発明は、図示および説明された実施形態に限定されるべきではなく、開示および請求された特徴に従って、最も広い保護範囲が認められなければならない。

特に定義されていない限り、ここで使用されているすべての技術用語および科学用語は、本発明の当業者よって一般的に使用される同じ意味を有する。矛盾が生じた場合、提供された定義を含め、本発明は拘束力を有する。さらに、実施例は単に例示を目的として提供されており、限定と見なされるべきではない。

図１は投影光学計測システムを示しており、以下では簡潔にするために計測システム１と称する。

以下では、衛星タイプの用途を特に参照する計測システム１が説明されているが、後述するように、異なる用途領域で使用され得る。

詳細には、計測システム１は、配置４を含むとともに第１の衛星ｓａｔ１に結合されるように構成された送信ユニット２を備え、さらに、計測システム１は、光学ユニット７を含むとともに第２の衛星ｓａｔ２に結合されるように構成された受信ユニット５を備えている。

図２でより詳細に示されているように、配置４は、それぞれが、例えば、対応する発光ダイオード（ＬＥＤ）によって形成され、それぞれの１次光信号を放出するように構成された第１、第２、および第３の光源４Ａ～４Ｃを備えている。第１、第２、および第３の光源４Ａ～４Ｃの１次光信号の組み合わせが、光信号ＬＳを形成する。簡単にするために、第１、第２、および第３の光源４Ａ～４Ｃによってそれぞれ放出される１次光信号は、図２にのみ（定性的に）示され、それぞれＰＯＳ１、ＰＯＳ２、ＰＯＳ３で示される。ほんの一例として、第１、第２、および第３の光源４Ａ～４Ｃによって発せられる１次光信号ＰＯＳ１、ＰＯＳ２、ＰＯＳ３は、４００～７００ｎｍの範囲の波長を有していてもよい。しかし、一般に、１次光信号ＰＯＳ１、ＰＯＳ２、ＰＯＳ３、および光信号ＬＳも、可視光以外の波長を有していてもよい。

第１、第２、および第３の光源４Ａ～４Ｃは、同一平面上に配置され、例えば二等辺三角形または正三角形などの仮想三角形の頂点に配置される。特に、点状光源の仮説において、第１の衛星ｓａｔ１と一体であり、互いに直交する３つの軸ｘ１、ｙ１、ｚ１によって形成される第１の基準系ｘ１、ｙ１、ｚ１を仮定し、さらに、軸ｚ１が、第１、第２および第３の光源４Ａ～４Ｃが存在する平面に対して垂直であり、第１および第２の光源４Ａ～４Ｂが軸ｘ１に沿って存在すると仮定すると、第１、第２および第３の光源４Ａ～４Ｃが存在する空間の点は、それぞれ［Ｘ_０，０．０］、［－Ｘ_０，０．０］および［０，Ｙ_０，０］と表すことができる。

送信ユニット２は、第１、第２および第３の光源４Ａ～４Ｃのそれぞれに結合された変調装置９でさらに構成されている。

変調装置９は、温度センサ、位置センサ、加速度計やジャイロスコープなどの慣性計測ユニット（ＩＭＵ： ｉｎｅｒｔｉａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｎｉｔｓ）、ペイロードセンサなど、第１の衛星ｓａｔ１に搭載された電子機器によって提供され、変調装置９に電気信号として到達する送信（例えばバイナリ）データを受信するように構成されている。さらに、変調装置９は、送信データの関数として、第１、第２および第３の光源４Ａ～４Ｃのそれぞれの１次光信号を変調するように構成されている。

この実施形態では、変調装置９は、例えば、ゼロ復帰（「ＲＺ： ｒｅｔｕｒｎ－ｔｏ－ｚｅｒｏ」）または非ゼロ復帰（「ＮＲＺ： ｎｏｎ－ｒｅｔｕｒｎ－ｔｏ－ｚｅｒｏ」）パターンに従って、第１、第２および第３の光源４Ａ～４Ｃによって発せられる１次光信号ＰＯＳ１、ＰＯＳ２、ＰＯＳ３のオンオフキーイング（「ＯＯＫ： ｏｎ－ｏｆｆ ｋｅｙｉｎｇ」）バイナリ強度変調を実行し、このようにして、前述の送信データは、例えば１ｋｂｉｔ／ｓから１Ｍｂｉｔ／ｓの範囲のビットレートで伝送される。換言すれば、変調装置９は、送信データの関数として、第１、第２および第３の光源４Ａ～４Ｃを一斉にオン／オフする。

より詳細には、第１、第２、および第３の光源４Ａ～４Ｃの間のそれぞれは、同じ強度変調を受け、その結果、第１、第２および第３の光源４Ａ～４Ｃによって発せられる１次光信号ＰＯＳ１、ＰＯＳ２、ＰＯＳ３が互いに等しくなる。

換言すれば、配置４によって生成された光信号ＬＳは、送信データの関数として、したがって変調装置９に到達する前述の電気信号の関数として、強度が変調される。

図３に示すように、光学ユニット７は、光電子センサ１０と、配置４によって生成された光信号ＬＳを受信するように適合された絞り１２と、第１および第２の光ビームスプリッタ１４、１６と、第１および第２の反射要素１８、２０と、第１、第２および第３の中間レンズ２２、２４、２６と、光検出器３２および復調装置３４を含む光受信機３０と、を含む。ほんの一例として、第１、第２および第３の中間レンズ２２、２４、２６は凹面であってもよい。

光学ユニット７は、電子処理ユニット４０をさらに備え、電子処理ユニット４０は、光電子センサ１０および受光器３０に電気的に接続される。

より詳細には、絞り１２、第１の光ビームスプリッタ１４、第１の中間レンズ２２、第２の光ビームスプリッタ１６、および光電子センサ１０が連続して配置され、光学的に整列される。すなわち、第１の光ビームスプリッタ１４は、絞り１２と第１の中間レンズ２２との間に挿入され、第１の中間レンズ２２は、第１の光ビームスプリッタ１４と第２の光ビームスプリッタ１６との間に挿入され、最後に、第２の光ビームスプリッタ１６は、第１の中間レンズ２２と光電子センサ１０との間に挿入される。

より詳細には、絞り１２と第１の中間レンズ２２の光軸はほぼ一致し、光電子センサ１０の中心に実質的に衝突する。例として、図３では、入力レンズ１２および第１の中間レンズ２２の（一致する）光軸がＯＡで示されており、簡単にするために、以下ではシステム軸ＯＡと称する。

実際には、絞り１２、第１の光ビームスプリッタ１４、第１の中間レンズ２２、および第２の光ビームスプリッタ１６は、第１の光学回路ＯＴ１を形成する。

代わりに、第２の中間レンズ２４に関しては、絞り１２、第１の光ビームスプリッタ１４、第１の反射要素１８、第２の中間レンズ２４、第２の反射要素２０、および第２の光ビームスプリッタ１６が第２の光学回路ＯＴ２を形成するように、第１および第２の反射要素１８、２０の間に挿入される。

第３の中間レンズ２６は、第２の光ビームスプリッタ１６と光検出器３２との間に挿入される。例えば、光検出器３２は第３の中間レンズ２６から第３の中間レンズ２６の焦点距離にほぼ等しい距離に配置され得る。

動作上、第１の光ビームスプリッタ１４は、光信号ＬＳを、図４に純粋に定性的に示されている第１の光ビームＲ_１と第２の光ビームＲ_２とに分離する。

第１の光ビームＲ_１は、第１の光ビームスプリッタ１４および第１の中間レンズ２２を横断する。第２の光ビームスプリッタ１６は、第１の光ビームＲ_１を第１および第２の部分Ｒ_１’、Ｒ_１’’に分離する。

第１の部分Ｒ_１’は、第２の光ビームスプリッタ１６によって光電子センサ１０の方向に透過される。換言すれば、第１の光学回路ＯＴ１は、システム軸ＯＡに沿って、光電子センサ１０上に第１の光ビームＲ_１の一部を向ける。

第２の部分Ｒ_１’’は、第２の光ビームスプリッタ１６によって、第２の部分Ｒ_１’’を光検出器３２に焦点合わせしている第３の中間レンズ２６の方向に反射される。

したがって、第１の光学回路ＯＴ１は、絞り１２と光電子センサ１０との間に介在する第１の光路であって、第１の光ビームＲ_１が、絞り１２から始まり、第２の光ビームスプリッタ１６に到達するまで移動する距離と、第１の光ビームＲ_１の第１の部分Ｒ_１’が移動して、第２の光ビームスプリッタ１６から光電子センサ１０に到達する距離との合計として理解される第１の長さｌ_１を有する第１の光路を画定する。

第２の光ビームＲ_２は、第１のビームスプリッタ１４によって第１の反射要素１８上に向けられる。

第１の反射要素１８、第２の中間レンズ２４、および第２の反射要素２０も、第２の光ビームＲ_２が第１の反射要素１８によって第２の中間レンズ２４の方向に反射されるように配置される。第２の中間レンズ２４を横切った後、第２の光ビームＲ_２は、第２の光ビームスプリッタ１６の方向に反射する第２の反射要素２０によって受け取られる。第２の光ビームスプリッタ１６は、依然としてシステム軸ＯＡに沿って、第２の光ビームＲ_２のそれぞれの第１の部分Ｒ_２’を光電子センサ１０の方向に反射し、第２の光ビームＲ_２の第２の部分Ｒ_２’’を、第２の光ビームＲ_２の第２の部分Ｒ_２’’を光検出器３２上に集束させる第３の中間レンズ２６の方向に透過させる。

したがって、第２の光学回路ＯＴ２は、絞り１２と光電子センサ１０との間に介在する第２の光路であって、第１の長さｌ_１より大きく、第２の光ビームＲ_２の光線が移動して絞り１２から第２の光ビームスプリッタ１６に到達する距離と、第２の光ビームＲ_２の第１の部分Ｒ_２’が移動して、第２の光ビームスプリッタ１６から光電子センサ１０に到達する距離との合計として理解される第２の長さｌ_２を有する第２の光路、を画定する。

第２の光路は、第１の中間レンズ２２を横切らず、絞り１２によって画定される同じ入力点、および光電子センサ１０によって画定される同じ終点を第１の光路と共有する。

さらに、第２の光ビームスプリッタ１６は、以下では光情報信号ＯＩＳ（ｏｐｔｉｃａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ）と呼ばれる光信号を形成する第１および第２の光ビームＲ_１、Ｒ_２の部分（特に、それぞれの第２の部分Ｒ_１’’、Ｒ_２’’）を空間的に再結合するように動作する。光情報信号ＯＩＳは、以下でより詳細に説明するように、光検出器３２に影響を与える。

より詳細には、出願人に代わって欧州特許第２５０８４２８号に記載されている投影計測システムの場合のように、第１および第２の中間レンズ２２、２４の各レンズは、前主平面および後主平面としても知られるそれぞれの対の主平面であって、レンズが薄い場合、単一の主平面に崩壊する対の主平面を有する。したがって、第１および第２の中間レンズ２２、２４が実質的に薄いと仮定すると、それらは、それぞれ、第１および第２の中間レンズ２２、２４の光学中心をそれぞれ通過する第１および第２の主平面Ｐ_１、Ｐ_２を有する。さらに、第１および第２の中間レンズ２２、２４は、それぞれ第１および第２の焦点距離ｆ_１、ｆ_２を有し、第２の焦点距離ｆ_２は第１の焦点距離ｆ_１よりも大きい。

さらに詳細には、簡単にするために、第１の光ビームスプリッタ１４が無視できる寸法を有すると仮定すると、第１および第２の主平面Ｐ_１、Ｐ_２、したがって第１および第２の中間レンズ２２、２４も、第１の光ビームスプリッタ１４から、それぞれ第１および第２の光路に沿って測定された第１の距離ｄ_１および第２の距離ｄ_２だけそれぞれ離れている。換言すれば、システム軸ＯＡに対する光ビームの傾きを無視すると、第１の光ビームＲ_１は、ｄ_１に等しい距離に沿って、第１の光ビームスプリッタ１４から出発して第１の主平面Ｐ_１に到達するように進行し、同様に、第２の光ビームＲ_２は、ｄ_２に等しい距離に沿って、第１の光ビームスプリッタ１４から出発して第２の主平面Ｒ_２に到達するように進行する。

実際には、光学的な観点から、第１および第２の主平面Ｐ_１、Ｐ_２は、配置４からそれぞれ距離ｄ_ｐ１＝Ｄ_ｓａｔ＋ｄ_１およびｄ_ｐ２＝Ｄ_ｓａｔ＋ｄ_２だけ離れており、Ｄ_ｓａｔは配置４と第１の光ビームスプリッタ１４との間の距離である。したがって、光学的な観点から、第１および第２の主平面Ｐ_１、Ｐ_２は配置４から異なる距離にある。同様に、第１および第２の主平面Ｐ_１、Ｐ_２は、第１の光ビームスプリッタ１４から異なる間隔で配置されているため、絞り１２から異なる距離にあり、絞り１２と第１の光ビームスプリッタ１４との間の第１および第２の光路は一致する。特に、絞り１２と第１の光ビームスプリッタ１４との間の距離をｄ_ｃで示すことにより、第１および第２の主平面Ｐ_１、Ｐ_２は、それぞれｄ_ｃ＋ｄ_１およびｄ_ｃ＋ｄ_２だけ絞り１２から離れている。第１および／または第２の主平面Ｐ_１、Ｐ_２が絞り１２と第１の光ビームスプリッタ１４との間にある場合、ｄ_１およびｄ_２は負の値もとり得ることに留意されたい。

さらに、第１および第２の主平面Ｐ_１、Ｐ_２、したがって第１および第２の中間レンズ２２、２４は、それぞれ第１および第２の光路に沿って測定された第３および第４の距離ｄ_３、ｄ_４だけそれぞれ光電子センサ１０から離れている。換言すれば、システム軸ＯＡに対する光ビームの傾斜を無視すると、第１の光ビームＲ_１は、ｄ_３に等しい距離に沿って、第１の主平面Ｐ_１から出発して光電子センサ１０に到達するように進行し、同様に、第２の光ビームＲ_２は、ｄ_４に等しい距離に沿って、第２の主平面Ｐ_２から出発して光電子センサ１０に到達するように進行する。

より詳細には、図５に示すように、光電子センサ１０は、例えば、結合電荷装置（ＣＣＤ： ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｈａｒｇｅ ｄｅｖｉｃｅ）によって形成することができ、例えば正方形の検出面Ａを有し、前述の第３および第４の距離ｄ_３およびｄ_４は、検出面Ａからの第１および第２の主平面Ｐ_１、Ｐ_２の距離を正確に表す。

検出面Ａは、一般に画素１１として知られるＭ個の画像要素のマトリックスによって形成され、前述のように、システム軸ＯＡに対して垂直に、すなわち、絞り１２の光軸および第１の中間レンズ２２の光軸に対して垂直に配置され、さらに、検出面Ａの幾何学的中心は、システム軸ＯＡに沿っていることが好ましい。実際には、光電センサ１０はいわゆる画像センサである。

再び、第３および第４の距離ｄ_３、ｄ_４を参照すると、ｄ_３、ｄ_４は、それぞれ第１および第２の焦点距離ｆ_１およびｆ_２に等しくなり得る。

使用中、欧州特許第２５０８４２８号に記載されているように、第１および第２の光ビームＲ_１、Ｒ_２の第１の部分Ｒ_１’、Ｒ_２’は、光電子センサ１０の検出面Ａ上に配置４の第１および第２の画像をそれぞれ形成し、このような画像は異なる倍率を持ち、とりわけ、それ自体は既知の方法で、第１および第２焦点距離ｆ_１およびｆ_２に依存する。

特に、図５に示すように、第１の光ビームＲ_１の第１の部分Ｒ_１’は、光電子センサ１０の検出面Ａ上に、それぞれ、第１、第２および第３の光源４Ａ～４Ｃに対応する第１、第２および第３の像点４Ａ’～４Ｃ’によって形成される配置２の第１の画像Ｉ_１を形成する。さらに、第２の光ビームＲ_２の第１の部分Ｒ_２’は、光電子センサ１０の検出面Ａ上に、それぞれ、第１、第２および第３の光源４Ａ～４Ｃに対応する第４、第５、および第６の像点４Ａ’’～４Ｃ’’によって形成される配置４の第２の画像Ｉ_２を形成する。視覚化を簡単にするために、図５では、各像点が１つの画素のみを励起すると想定されているが、通常、各像点は複数の画素を励起することに注意されたい。

別の観点から、第１および第２の光ビームＲ_１、Ｒ_２の第１の部分Ｒ_１’、Ｒ_２’は、光電子センサ１０の検出面Ａ上に、画素１１によって検出されるＭ個の光強度の分布を形成する。Ｍ個の光強度の分布に基づいて、電子処理ユニット４０は、それぞれ１１Ａ～１１Ｃで示される第１、第２、および第３の画素を決定することができ、これらはそれぞれ、第１、第２、および第３の画像点４Ａ’～４Ｃ’に対応する。さらに、電子処理ユニット４０は、第４、第５および第６の像点４Ａ’’～４Ｃ’にそれぞれ対応する、１１Ｄ～１１Ｆによってそれぞれ示される第４、第５および第６の画素を決定することができる。

続いて、欧州特許第２５０８４２８号に記載されているように、電子処理ユニット４０は、前述の第１、第２、第３、第４、第５および第６画素の位置に基づいて、姿勢および位置に関する６つの量を決定することができる。何らかの理由（例えば、衛星間の過度の距離）で、電子処理ユニット４０が、前述の第１、第２、第３、第４、第５、および第６画素間の画素のサブセットのみを識別することができる場合、電子処理ユニット４０によって決定することができる量の数は、それに応じて減少する。

実際には、二焦点タイプの計測システム１により、欧州特許第２５０８４２８号に詳細に記載されているように、光線の同じ入力点を共有し、配置からの距離が異なる主平面を有し、焦点距離が異なる２つの光学システム（この場合、第１および第２の光学回路ＯＴ１およびＯＴ２）によって得られる配置４の２つの異なる画像を有する可能性のおかげで、光学ユニット７に対する配置４の位置および姿勢を特徴付ける６つの自由度すべてを分析的にかつ明確に決定することが可能になる。このようにして、配置４の２つの異なる像が検出面Ａ上に形成される。

さらに、前述のとおり、第１の光ビームＲ_１の第２の部分Ｒ_１’’および第２の光ビームＲ_２の第２の部分Ｒ_２’’が光情報信号ＯＩＳを形成し、光情報信号ＯＩＳは、第２のビームスプリッタ１６によって第３の中間レンズ２６上に向けられ、後者によって光検出器３２の活性領域（ここでは図示せず）上に集束される。

例えばＰＩＮ型またはアバランシェ光ダイオードによって形成される光検出器３２は、光情報信号ＯＩＳの強度に比例する電気信号ＥＳ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌ、例えば電流）を生成するように構成される。

その結果、電気信号ＥＳも送信データの関数として変調される。次に、電気信号ＥＳは復調装置３４によって適切に復調される。復調装置３４は、それ自体既知であり、例えば増幅器、フィルタ、および変調周波数抽出装置（ここでは図示せず）を含み得る。このように復調された信号は、送信ユニット２によって送信された送信データを処理するように構成された電子処理ユニット４０に提供される。

さらに、図１に示すように、受信ユニット５は、電子処理ユニット４０に電気的に結合された姿勢および位置制御システム１５０を備えていてもよい。姿勢および位置制御システム１５０は、姿勢および位置を示す量を受信し、これらの量は、電子処理ユニット４０によって経時的に決定され、上述の動作を繰り返す。したがって、姿勢および位置制御システム１５０は、電子処理ユニット４０によって提供される量に基づいて、それ自体既知の方法で動作することができる。

さらに、本実施形態では、第２の衛星ｓａｔ２は、姿勢および位置制御システム１５０によって制御される機械アーム１５５を備え、したがって、第１および第２の衛星ｓａｔ１、ｓａｔ２の相対位置および姿勢に基づいて、および／または第１の衛星ｓａｔ１によってホストされる送信ユニット２によって送信された送信データから得られた情報に基づいて、操作を実行することができる。機械アーム１５５は、例えば、いわゆるドッキング操作中に使用することができ、より一般的には、第１と第２の衛星ｓａｔ１、ｓａｔ２との間の機械的結合を確立することを目的とした操作中に使用することができる。

したがって、光学ユニット７は、単一の送信ユニットと単一の受信ユニットを使用して、第１および第２の衛星の相対位置および姿勢を決定するだけでなく、第１の衛星から第２の衛星に情報を送信することもできる投影光学計測システムを得ることを可能にし、したがって、計量システムの複雑さの増加を制限する。さらに、光情報信号ＯＩＳが第２の光ビームスプリッタ１６から取り出されるという事実は、この操作が検出面Ａ上の画像の形成に影響を及ぼさないことを保証する。加えて、光情報信号ＯＩＳは、そうでなければ無駄になる（例えば、不要な反射を起こさないように、吸収体に影響を与える必要がある）部分（第１および第２の光ビームスプリッタＲ_１、Ｒ_２の第２の部分Ｒ_１’’、Ｒ_２’’）から開始して形成される。

図６は、本明細書では光学ユニット１０７と呼ばれる、異なる実施形態による本光学ユニットを示し、光学ユニット７と共通の要素には同じ参照番号が与えられる。

光学ユニット１０７は、例えば、第２の中間レンズ２４から焦点距離ｆ_２にほぼ等しい距離に配置され、電子処理ユニット４０に電気的に接続される、第１の光電子センサ１０と同じタイプの第２の光電子センサ１１０を備える。さらに、第２の光学回路ＯＴ２は、第２の反射要素２０を含まない。

換言すれば、この実施形態では、第２の光ビームＲ_２は、第１の光スプリッタ１４から第１の反射要素１８上を進み、第２の中間レンズ２４によって第２の光電子センサ１１０上に直接集束される。したがって、第１の画像Ｉ１は第１の光電センサ１０上に形成され、第２の画像Ｉ２は第２の光電センサ１１０上に形成される。さらに、第１の光ビームＲ_１の第２の部分Ｒ_１’’のみが光検出器３２上に集束され、電気信号ＥＳの生成に寄与し、したがって送信データの受信に寄与する。

光検出器３２が、ここでは第１の光学回路ＯＴ１の第１の光路である１つの光路のみから生じる光信号を受信するという事実により、原則として、光検出器３２への入射パワーが同じであるより高いビットレートが存在する場合でも、光情報信号ＯＩＳの正しい復調が可能になる。

代替的に、光情報信号ＯＩＳは、第１および／または第２の光学回路ＯＴ１、ＯＴ２の異なる点で、第１および／または第２の光ビームＲ_１、Ｒ_２から取得されてもよい。例えば、図示されていないさらなる実施形態によれば、絞り１２と第１の光信号スプリッタ１４との間に第３の光ビームスプリッタが挿入されてもよく、それにより、第３の光ビームスプリッタは光信号ＬＳの一部を光受信機３０に向けて反射し、光信号ＬＳの別の部分を通過させ、図３を参照して説明したのと同じ光学処理が行われる第１の光信号スプリッタ１４に向ける。

最後に、本発明の範囲から逸脱することなく、記載された計測システムに対して修正および変更を加えることができることは明らかである。

例えば、第１、第２、および第３の中間レンズ２２、２４、２６はそれぞれ、図７を参照して欧州特許第２５０８４２８号に記載されているように、それぞれがいくつかのレンズによって形成されるそれぞれの光学群によって置き換えられてもよい。

さらに、１つまたは複数の検出面Ａ上に、光学ユニット７に存在する光学回路の総数である複数Ｎ_Ｉの画像を形成することができるように、配置が、３とは異なるＮ_ｓ個の光源を有し、光学ユニット７がさらなる光学回路を有する、異なる実施形態が可能である。例えば、Ｎ_ｓ＝２であり、Ｎ_Ｉ＝３であってもよい。実際、画像の数を増やすことで、前述の量のいずれかの決定を断念することなく、配置内の光源の数を減らすことができる。例えば、そのような量のサブセットである非デカルト参照系を参照する量のように、電子処理ユニット４０が、欧州特許第２５０８４２８号に記載されている角度θ、β、γ、距離Ｄ、および変位Δｘ、Δｙに関して異なる量を決定することも可能である。

絞り１２の代わりに入力レンズが存在してもよい。さらに、第１、第２、および第３の中間レンズ２２、２４、２６は、説明したものとは異なるタイプのものであってもよい。

第１および第２の光ビームスプリッタ１４、１６は、対応するプリズムによって形成されてもよく、または他の既知のタイプであってもよく、または機能的に同等の光学装置によって置き換えられてもよい。

再び、配置の光源は、不等辺三角形の頂点に配置されてもよく、および／または説明されたものとは異なっていてもよい。

変調装置に関しては、それはすべての光源間で共有される単一の変調器によって形成されてもよく、したがって、送信されるデータで変調された単一の電気信号を入力で受信してもよく、または光源ごとに変調器を備えてもよい。

最後に、示されていないが、光配置の光源が能動型（すなわち、光子を放出する）である代わりに、受動型である実施形態が可能であり、その場合（図示せず）、それらは対応する反射器によって形成される。これらの反射器は、例えば上記の光学ユニットによって生成され、この目的のために変更された変調されていない光学励起信号を受信し、送信データの関数として変調された反射率でそれを反射するように適合されており、その結果、反射器によって反射された光信号は、前述の１次光信号ＰＯＳ１、ＰＯＳ２、ＰＯＳ３と機能的に同等である。

最後に、計測システムは、前述のように、ドローンシステムの飛行制御または船舶もしくはロボットシステムの制御など、様々な分野で使用され得る。

１ 計測システム
２ 送信ユニット
４ 配置
４Ａ 第１の光源
４Ｂ 第２の光源
４Ｃ 第３の光源
５ 受信ユニット
７、１０７ 光学ユニット
９ 変調装置
１０ 第１の光電子センサ
１２ 絞り
１４ 第１の光ビームスプリッタ
１６ 第２の光ビームスプリッタ
１８ 第１の反射要素
２０ 第２の反射要素
２２ 第１の中間レンズ
２４ 第２の中間レンズ
２６ 第３の中間レンズ
３０ 光受信機
３２ 光検出器
３４ 復調装置
４０ 電子処理ユニット
１０７ 光学ユニット
１１０ 第２の光電子センサ
１５０ 位置制御システム
１５５ 機械アーム
ｓａｔ１ 第１の衛星
ｓａｔ２ 第２の衛星
Ｒ_１ 第１の光ビーム
Ｒ_２ 第２の光ビーム
Ｒ_１’ 第１の部分
Ｒ_１’’ 第２の部分
ＯＴ１ 第１の光学回路
ＯＴ２ 第２の光学回路
ＬＳ 光信号
ＯＡ システム軸
ＰＯＳ１、ＰＯＳ２、ＰＯＳ３ １次光信号
ｌ_１ 第１の長さ
ＯＩＳ 光情報信号
ｆ_１ 第１の焦点距離
ｆ_２ 第２の焦点距離
Ｐ_１ 第１の主平面
Ｐ_２ 第２の主平面

Claims (14)

1. 複数の光源（４Ａ～４Ｃ）を含む光配置（４）から来る光信号（ＬＳ）を受信するように構成された、投影光学計測システム（１）用の光学ユニットであって、前記光学ユニット（７、１０７）は、
   光電子画像取得システム（１０、１１０）と、
   前記光信号（ＬＳ）を受信し、第１および第２の光ビーム（Ｒ_１、Ｒ_２）がそれぞれ横断するように構成された第１および第２の光学回路（ＯＴ１、ＯＴ２）であって、前記第１および第２の光学回路（ＯＴ１、ＯＴ２）がさらに、前記光電子画像取得システム（１０、１１０）において前記配置（４）の２つの異なる画像（Ｉ_１、Ｉ_２）の同時形成を引き起こすように、前記第１の光ビーム（Ｒ_１）の少なくとも第１の部分（Ｒ_１’）と、前記第２の光ビーム（Ｒ_２）の少なくとも第１の部分（Ｒ_２’）とをそれぞれ前記光電子画像取得システム（１０、１１０）に導くように構成された、第１および第２の光学回路（ＯＴ１、ＯＴ２）と、
   前記光電子画像取得システム（１０、１１０）に結合され、前記２つの画像に基づいて、前記光学ユニット（７）に対する前記光配置（４）の位置および／または姿勢を示すいくつかの量を決定するように構成された電子処理ユニット（４０）と、
   を備え、
   光受信機（３０）と、
   前記光受信機（３０）が、前記第１および第２の光ビーム（Ｒ_１、Ｒ_２）のうちの少なくとも１つの関数である光情報信号（ＯＩＳ）を受信するように、前記光受信機（３０）と、前記第１および第２の光学回路（ＯＴ１、ＯＴ２）のうちの少なくとも１つとを光学的に結合するように構成された導出光学回路（１６、２６）と、
   をさらに備え、
   前記光受信機（３０）は、前記光情報信号（ＯＩＳ）からデジタルデータを復調するように構成されている、
   ことを特徴とする、光学ユニット。
2. 前記光受信機（３０）が、
   前記導出光学回路（１６、２６）に光学的に結合され、前記光情報信号（ＯＩＳ）の関数として電気信号（ＥＳ）を生成するように構成された光検出器（３２）と、
   前記光検出器（３２）に電気的に結合され、前記電気信号（ＥＳ）から前記デジタルデータを抽出するように構成された復調装置（３４）と、
   を含む、請求項１に記載の光学ユニット。
3. 前記導出光学回路（１６、２６）は、前記光情報信号（ＯＩＳ）を前記光検出器（３２）上に集束させるように構成された光学装置（２６）を備える、請求項１または２に記載の光学ユニット。
4. 前記復調装置（３４）は、オンオフキーイングタイプの復調を実行するように構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の光学ユニット。
5. 前記導出光学回路（１６、２６）は、少なくとも前記第１の光ビーム（Ｒ_１）を受信し、前記第１の光ビーム（Ｒ_１）を、前記光電子画像取得システム（１０、１１０）に向けられたそれぞれの前記第１の部分（Ｒ_１’）と、前記光受信機（３０）に向けられたそれぞれの第２の部分（Ｒ_１’’）とに分割するように構成された、追加の光ビーム分割器（１６）を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の光学ユニット。
6. 前記追加の光ビームスプリッタ（１６）は、前記第２の光ビーム（Ｒ_２）も受信し、前記第２の光ビーム（Ｒ_２）を、前記光電子画像取得システム（１０）に向けられた前記それぞれの第１の部分（Ｒ_２’）と、前記光受信機（３０）に向けられたそれぞれの第２の部分（Ｒ_２’’）とに分割するように構成されている、請求項５に記載の光学ユニット。
7. 前記光電子画像取得システム（１０）が感応面（Ａ）を備え、前記第１および第２の光学回路（ＯＴ１、ＯＴ２）は、前記配置（４）の２つの異なる画像（Ｉ_１、Ｉ_２）が前記感応面（Ａ）上に形成されるように、前記感応面（Ａ）で終端する、請求項６に記載の光学ユニット。
8. 前記第１および第２の光学回路（ＯＴ１、ＯＴ２）は、前記光配置（４）から来る前記光信号（ＬＳ）を受信するように構成された同じ光入力（１２）を共有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の光学ユニット。
9. 前記受光素子（１２）の下流に配置され、前記光信号（ＬＳ）を前記第１および第２の光ビーム（Ｒ_１、Ｒ_２）に分割するように構成された入力光ビームスプリッタ（１４）をさらに備える、請求項８に記載の光学ユニット。
10. 前記電子処理ユニット（４０）は、前記２つの異なる画像のそれぞれについて、前記光配置（４）の光源（４Ａ～４Ｃ）の数に等しい光強度最大値の数を決定し、前記光強度最大値の前記決定された位置に基づいて、前記光学ユニット（７）に対する前記光配置（４）の位置および／または姿勢を示す前記量を決定するように構成されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の光学ユニット。
11. 投影光学計測システム（１）であって、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の光学ユニット（７、１０７）と、
    前記光配置（４）を含む送信ユニット（２）と、
    を備え、
    前記光配置（４）の各光源（４Ａ～４Ｃ）は、対応する１次光信号（ＰＯＳ１、ＰＯＳ２、ＰＯＳ３）を生成するように構成されており、前記送信ユニット（２）は、前記１次光信号（ＰＯＳ１、ＰＯＳ２、ＰＯＳ３）が互いに等しくなるように、前記デジタルデータの関数として前記１次光信号（ＰＯＳ１、ＰＯＳ２、ＰＯＳ３）を変調するように構成された変調装置（９）をさらに備えている、
    投影光学計測システム（１）。
12. 前記変調装置（９）は、オンオフキーイング変調を実施するように構成されている、請求項１１に記載の計測システム。
13. 前記光配置（４）は、第１、第２、および第３の光源（４Ａ～４Ｃ）を備え、その結果、前記２つの異なる画像の各画像は、第１、第２、および第３の画像点（４Ａ’、４Ｂ’、４Ｃ’；４Ａ’’、４Ｂ’’、４Ｃ’’）から形成される、請求項１１または１２に記載の計測システム。
14. 第１および第２の衛星（ｓａｔ１、ｓａｔ２）と、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の計測システム（１）とを備える衛星システムであって、前記送信ユニット（２）および前記光学ユニット（７、１０７）は、それぞれ前記第１および第２の衛星（ｓａｔ１、ｓａｔ２）に結合されており、前記第２の衛星（ｓａｔ２）に結合され、前記電子処理ユニット（４０）および／または前記デジタルデータによって決定された位置および／または姿勢を示す量を受信するように構成された姿勢および／または位置制御システム（１５０）をさらに備える、衛星システム。

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