特許 7108331 相互に別々の信号修正センサを使用する光学誘導システムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-20

(45)【発行日】2022-07-28

(54)【発明の名称】相互に別々の信号修正センサを使用する光学誘導システムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 5/16 20060101AFI20220721BHJP

   G05D 1/00 20060101ALI20220721BHJP

   G08G 5/00 20060101ALI20220721BHJP

【ＦＩ】

G01S5/16

G05D1/00 Z

G08G5/00 A

【請求項の数】 20

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021029695

(22)【出願日】2021-02-26

(62)【分割の表示】P 2018082879の分割

【原出願日】2014-01-07

(65)【公開番号】P2021081445

(43)【公開日】2021-05-27

【審査請求日】2021-02-26

(31)【優先権主張番号】61/810,849

(32)【優先日】2013-04-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】61/754,853

(32)【優先日】2013-01-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】61/749,764

(32)【優先日】2013-01-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】61/906,289

(32)【優先日】2013-11-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】61/871,426

(32)【優先日】2013-08-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】514168511

【氏名又は名称】アセンティア イメージング， インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】エドワード ダウスキー

(72)【発明者】

【氏名】グレゴリー ジョンソン

【審査官】安井 英己

(56)【参考文献】

【文献】特開平０３－１４０８００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１６０１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１２－０１２８２４４（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開平０２－２３４０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－００２８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０１１４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０９４５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２４９７１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第５５７９１０８（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ １／７０，３／７８－３／７８９，

Ｇ０１Ｓ ５／１６，

Ｇ０１Ｓ ７／４８－ ７／５１，

Ｇ０１Ｓ １７／００－１７／９５，

Ｇ０５Ｄ １／００，

Ｇ０８Ｇ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第２の物体に対する第１の物体の場所パラメータを決定するための誘導システムであって、前記誘導システムは、
変調された光学放射を放出する前記第２の物体に位置する少なくとも１つの放出部を含む送信機と、
少なくとも２つの相互に別々の信号修正電気光センサを含む前記第１の物体にある受信機であって、前記少なくとも２つの相互に別々の信号修正電気光センサの各々は、
前記変調された光学放射の少なくとも一部を検出するように構成された検出器と、
前記検出された変調された光学放射に応答して、復調された電気信号を生成する復調器と、
前記検出された変調された光学放射に相互に別々の空間依存修正を加えるそれぞれの空間変動正弦波透過関数を有する信号修正光学要素と
を有する、受信機と、
プロセッサによって実行されたときに前記復調された電気信号から前記場所パラメータを決定するように前記プロセッサを制御する機械読み取り可能な命令を記憶しているメモリと
を備える、誘導システム。

【請求項2】

前記第１の物体は、移動物体であり、前記第２の物体は、非移動物体である、請求項１に記載の誘導システム。

【請求項3】

前記第１の物体は、動力付き乗り物、航空機、および荷物配達ドローンのうちの１つである、請求項２に記載の誘導システム。

【請求項4】

前記第２の物体は、塔、車道の縁、および車道の中心線のうちの１つである、請求項２に記載の誘導システム。

【請求項5】

前記第１の物体は、非移動物体であり、前記第２の物体は、移動物体である、請求項１に記載の誘導システム。

【請求項6】

前記第２の物体は、動力付き乗り物、航空機、および荷物配達ドローンのうちの１つである、請求項５に記載の誘導システム。

【請求項7】

前記第１の物体は、塔、車道の縁、および車道の中心線のうちの１つである、請求項５に記載の誘導システム。

【請求項8】

前記第１の物体および前記第２の物体は、移動物体である、請求項１に記載の誘導システム。

【請求項9】

前記第１の物体は、動力付き乗り物および航空機のうちの１つであり、前記第２の物体は、動力付き乗り物および航空機のうちの１つである、請求項８に記載の誘導システム。

【請求項10】

前記第１の物体にある追加の受信機をさらに備え、前記受信機および前記追加の受信機は、前記受信機の視野および前記追加の受信機の追加の視野の各々を超える正味視野を有する、請求項１に記載の誘導システム。

【請求項11】

前記場所パラメータは、前記受信機に対する前記第１の物体の３次元の場所および３次元の向きを含む、請求項１に記載の誘導システム。

【請求項12】

前記場所パラメータは、前記受信機に対する前記第１の物体の速度を含む、請求項１に記載の誘導システム。

【請求項13】

前記場所パラメータは、前記受信機に対する前記第１の物体の進行方向を含む、請求項１に記載の誘導システム。

【請求項14】

前記場所パラメータは、前記受信機に対する前記第１の物体の向きを含む、請求項１に記載の誘導システム。

【請求項15】

前記受信機は、前記第１の物体に取り付けられている、請求項１に記載の誘導システム。

【請求項16】

前記送信機は、前記第２の物体に取り付けられている、請求項１に記載の誘導システム。

【請求項17】

非移動物体に対する乗り物の場所パラメータを決定するための誘導システムであって、前記誘導システムは、
前記乗り物および前記非移動物体のうちの一方に位置する送信機であって、前記送信機は、変調された光学放射の少なくとも１つの放出部を含む、送信機と、
前記乗り物および前記非移動物体のうちの他方に位置する受信機であって、前記受信機は、少なくとも２つの相互に別々の信号修正電気光センサを含み、前記少なくとも２つの相互に別々の信号修正電気光センサの各々は、
前記変調された光学放射の少なくとも一部を検出するように構成された検出器と、
前記検出された変調された光学放射に応答して、復調された電気信号を生成する復調器と、
前記検出された変調された光学放射に相互に別々の空間依存修正を加えるそれぞれの空間変動正弦波透過関数を有する信号修正光学要素と
を有する、受信機と、
プロセッサによって実行されたときに前記復調された電気信号から前記場所パラメータを決定するように前記プロセッサを制御する機械読み取り可能な命令を記憶しているメモリと
を備え、
前記誘導システムは、運転者支援システム、乗り物ナビゲーションシステム、および自律的乗り物ナビゲーションシステムのうちの１つの構成要素である、誘導システム。

【請求項18】

前記乗り物は、動力付き乗り物、航空機、および荷物配達ドローンのうちの１つである、請求項１７に記載の誘導システム。

【請求項19】

前記場所パラメータは、前記受信機に対する前記乗り物の速度、方向、および向きのうちの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載の誘導システム。

【請求項20】

前記非移動物体は、塔、車道の縁、および車道の中心線のうちの１つである、請求項１７に記載の誘導システム。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

製品を顧客に配達するための無人航空機（ＵＡＶ）の商業的使用における関心は、高まりつつある。２０１３年、有名な企業の各々が、自律的配達用車両として使用するために、ＵＡＶを用いて実証または実験を行なった。それ以外にも、輸送インフラストラクチャを欠いている発展途上国において、医療用供給品および他の重要な商品を配達するためにＵＡＶを使用することが提案されている。

【0002】

これらのＵＡＶの商業用実証は、誘導のためのＧＰＳナビゲーションシステムに依拠している。この技術の弱点は、ＧＰＳ信号が、あらゆる配達場所に到達しないことである。そのようなＧＰＳの「死角」は、典型的には、多くの配達が生じる可能性がある、都市環境における建物近傍に位置する。

【0003】

車線逸脱警告システムは、新型自動車内に含まれる、運転者支援特徴の１つである。従来技術のシステムは、視覚ベースの位置の特定を使用するものであり、これは、非効率的かつ断続的に信頼性のあるものである。それらは、レーンの場所を抽出するために、数百万もの画像センサ画素を使用して画像を捕捉し、計算上負荷の高い画像処理を要求する。これらの画像ベースのシステムは、例えば、雨、氷、および霧によって妨害されない、レーンマーキングのクリアな視界に依存する。

【0004】

より高い燃料効率およびペイロードキャパシティの増加を求めて、商業用航空会社は、飛行中の条件に応答して、航空機の翼の形状を動的に変形させることを伴う、翼モーフィングの調査を行なっている。たわみおよびねじれ等の翼の変形を測定するための技法は、平面視および立体視画像の両方の後処理を含む。これらのシステムは、計算的に非効率的であり、かつ雲および雨等の環境要因に敏感であり、これらは、画像を不鮮明にし、故に、不正確な測定をもたらし得る。本システムはまた、特に、２つのカメラを要求する立体画像システムにおいて、高解像度カメラが要求される場合、かさばる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

ある実施形態では、誘導システムは、物体の場所パラメータを決定し、誘導システムは、変調光学放射を放出するために、物体に位置する少なくとも１つの発振要素と、少なくとも２つの相互に別々の信号修正電気光センサであって、それぞれ、変調光学放射の少なくとも一部の検出に応答して、復調された電気信号を生成するために、検出器および復調器を有する電気光センサと、復調された電気信号から場所パラメータを決定するためのプロセッサとを含む。

【0006】

ある実施形態では、誘導システムは、収差補正撮像を有し、誘導システムは、視野を共有し、そこからそれぞれの複数の改変された画像を相互に別々に提供する複数の電気光センサと、複数の改変された画像の空間周波数特性を線形および非線形に処理し、撮像システムのための収差補正画像を合成するための画像生成器モジュールとを含む。
本発明はさらに、例えば、以下を提供する。
（項目１）
物体の場所パラメータを決定するための誘導システムであって、前記誘導システムは、
前記物体に位置する少なくとも１つの発振要素であって、前記少なくとも１つの発振要素は、変調光学放射を放出する、少なくとも１つの発振要素と、
少なくとも２つの相互に別々の信号修正電気光センサであって、前記電気光センサの各々は、検出器と、前記変調光学放射の少なくとも一部の検出に応答して復調された電気信号を生成するための復調器とを有する、少なくとも２つの相互に別々の信号修正電気光センサと、
前記復調された電気信号から前記場所パラメータを決定するためのプロセッサと
を備えている、誘導システム。
（項目２）
前記少なくとも１つの発振要素は、相互に別々に変調された光学放射を放出する３つの送信機を備え、前記場所パラメータは、前記電気光センサに対する前記物体の３次元の場所および３次元の向きである、項目１に記載の誘導システム。
（項目３）
前記復調器は、前記少なくとも３つの電気光センサのうちの対応する１つに関連付けられ、前記復調された電気信号の各々は、関連付けられた変調光学放射に関連付けられている、項目２に記載の誘導システム。
（項目４）
前記少なくとも１つの送信機は、前記変調光学放射が前記電気光センサに入射する他の電磁放射とは異なるように構成されている、項目３に記載の誘導システム。
（項目５）
前記少なくとも１つの検出器は、前記変調光学放射を検出するための単画素光検出器を備えている、項目１に記載の誘導システム。
（項目６）
各復調器は、前記復調された電気信号のより高い周波数成分を拒絶するためのフィルタをさらに備えている、項目１に記載の誘導システム。
（項目７）
各復調器は、望ましくない変調または非変調信号の影響を除去するように作用する、項目１に記載の誘導システム。
（項目８）
前記変調光学放射は、それぞれの複数の正確性を伴う前記物体パラメータを決定するための複数の変調周波数を備えている、項目１に記載の誘導システム。
（項目９）
前記変調光学放射は、時間処理を通して範囲を推定し、相互に別々の信号修正センサを通して角度を推定するために、複数の変調周波数を備えている、項目１に記載の誘導システム。
（項目１０）
前記変調光学放射は、反射による信号を拒絶するために、複数の変調周波数を備えている、項目１に記載の誘導システム。
（項目１１）
前記少なくとも１つの発振要素の各々は、逆反射体であり、前記システムは、送信機をさらに備え、前記送信機は、前記電気光センサに反射するために、前記変調光学放射を前記逆反射体に伝送する、項目１に記載の誘導システム。
（項目１２）
前記送信機は、前記変調光学放射が前記電気光センサに入射する他の電磁放射とは異なるように構成されている、項目１１に記載の誘導システム。
（項目１３）
前記変調光学放射は、無線周波数範囲内の変調周波数を有する、項目１に記載の誘導システム。
（項目１４）
前記変調光学放射は、３００ＧＨｚより大きい変調周波数を有する、項目１に記載の誘導システム。
（項目１５）
前記電気光センサは、入射光学放射に相互に別々の空間依存修正を加えることによって、相互に別々である、項目１に記載の誘導システム。
（項目１６）
空間変動位相透過関数を伴う位相プレートが、前記入射光学放射に前記相互に別々の空間依存修正を加える、項目１５に記載の誘導システム。
（項目１７）
収差補正撮像を伴う誘導システムであって、前記誘導システムは、
視野を共有する複数の電気光センサであって、前記複数の電気光センサは、それらから、それぞれの複数の改変された画像を相互に別々に提供する、複数の電気光センサと、
画像生成器モジュールと
を備え、
前記画像生成器モジュールは、前記複数の改変された画像の空間周波数特性を線形および非線形に処理し、前記撮像システムのための収差補正画像を合成する、誘導システム。
（項目１８）
前記共有視野内の物体と前記複数の電気光センサとの間の介在媒体が、前記撮像システムによって補正される収差を産生する、項目１７に記載の誘導システム。
（項目１９）
前記複数の電気光センサは、入射光学放射の位相を空間的に修正するために、それぞれの複数の相互に別々の信号修正光学要素を備えている、項目１７に記載の誘導システム。
（項目２０）
各電気光センサは、画像センサと、画像をその上に形成するための撮像対物レンズとを備え、前記撮像対物レンズは、前記信号修正要素を備えている、項目１９に記載の誘導システム。
（項目２１）
各電気光センサは、画像センサと、画像をその上に形成するための撮像対物レンズとを備え、前記信号修正要素は、前記撮像対物レンズと別個である、項目１９に記載の誘導システム。
（項目２２）
前記画像生成器モジュールは、
合成モジュールであって、前記合成モジュールは、複合変調伝達関数応答および複合位相応答を決定するために、複素空間周波数ドメイン表現を合成し、前記複素空間周波数ドメイン表現の各々は、前記複数の改変された画像のうちのそれぞれの１つの複素空間周波数ドメイン表現である、合成モジュールと、
変換モジュールと
を備え、
前記変換モジュールは、前記複合変調伝達関数と前記複合位相応答とを結合し、変換することにより、前記収差補正画像を生成する、項目１７に記載の誘導システム。
（項目２３）
前記合成モジュールは、前記複合変調伝達関数応答を前記複数の複素空間周波数ドメイン表現の二乗平均平方根の大きさから決定する、項目２２に記載の誘導システム。
（項目２４）
前記合成モジュールは、前記複合位相応答を前記複数の複素空間周波数ドメイン表現の位相の加重平均から決定する、項目２２に記載の誘導システム。
（項目２５）
前記複数の電気光センサは、入射光学放射の位相を空間的に修正するために、それぞれの複数の相互に別々の信号修正光学要素を備え、前記加重平均における重みは、前記複数の信号修正光学要素の位相から決定される、項目２４に記載の誘導システム。
（項目２６）
前記変換モジュールは、前記複合変調伝達関数応答が、基準変調伝達関数応答に最良一致するように、正規化係数をさらに適用する、項目２２に記載の誘導システム。
（項目２７）
前記画像生成器モジュールは、
プロセッサと、
前記プロセッサと通信可能に連結されているメモリと
を備え、
前記メモリは、
（ａ）前記プロセッサによって実行されると、合成する機能を実施する機械読み取り可能な合成命令と、
（ｂ）前記プロセッサによって実行されると、結合および変換の機能を実施する機械読み取り可能な変換命令と
を含む不揮発性部分を備えている、項目２２に記載の誘導システム。
（項目２８）
前記機械読み取り可能な合成命令は、前記複合変調伝達関数応答を前記複数の複素空間周波数ドメイン表現の二乗平均平方根の大きさから決定するための命令をさらに含む、項目２７に記載の誘導システム。
（項目２９）
前記機械読み取り可能な合成命令は、前記複合位相応答を前記複数の複素空間周波数ドメイン表現の位相の加重平均から決定するための命令をさらに含む、項目２７に記載の誘導システム。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、ある実施形態における、相互に別々の信号修正電気光センサを伴う光学誘導システムを採用する、ドローン配達シナリオを図示する。

【図2】図２は、ある実施形態における、相互に別々の信号修正センサを使用して、運転者安全性を向上させるための運転者支援システムを提供する、光学誘導システムを図示する。

【図3】図３は、ある実施形態における、飛行機の翼の表面プロファイルの測定のために相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、動的動きを測定するための誘導システムを示す。

【図4】図４は、ある実施形態における、位置決め装置が、位置付けられるべき点を基準物体まで移動させる、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する誘導システムを説明する。

【図5】図５は、ある実施形態における、相互に別々の信号修正センサおよび発振要素を使用する、光学誘導システムを図示する。

【図6】図６は、ある実施形態における、相互に別々の信号修正センサおよび送信機を使用する、光学誘導システムを図示する。

【図7】図７は、ある実施形態における、相互に別々の信号修正センサ、送信機、および逆反射体を使用する、光学誘導システムを図示する。

【図8】図８は、ある実施形態における、３つの相互に別々の信号修正センサおよび３つの発振要素を使用する、光学誘導システムを図示する。

【図9】図９は、ある実施形態における、相互に別々の信号修正センサを使用して、物体の場所パラメータを決定する、光学誘導方法を図示する、フロー図である。

【図10】図１０は、ある実施形態における、発振要素特有復調信号を処理し、物体場所パラメータを決定するための方法を図示する、フロー図である。

【図11】図１１は、ある実施形態における、相互に別々の信号修正電気光センサのアレイに対する物体の３次元の場所および３次元の向きを決定するための光学誘導方法を図示する、フロー図である。

【図12】図１２は、ある実施形態における、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、光学誘導システムのためのセンサおよび対応する発振要素を図示する。

【図13】図１３は、ある実施形態における、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、周囲雑音の存在下、物体の場所パラメータを得るための光学誘導システムを図示する。

【図14】図１４は、システムブロック図としてレンダリングされた図１３である。

【図15】図１５は、ある実施形態における、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、光学誘導システム内で使用される電気光センサアレイを図示する。

【図16】図１６は、ある実施形態における、画素レベル光学復調が生じる、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、光学誘導システム内で使用される電気光センサアレイを図示する。

【図17】図１７は、ある実施形態における、放出された変調光学放射が、段階的に周波数変調される、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、光学誘導システムの使用の実施例を図示する。

【図18】図１８は、電気光センサを伴う送信機の実施形態を図示する。

【図19】図１９は、ある実施形態における、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、誘導システムのための１つのセンサの実施形態を図示する。

【図20】図２０は、ある実施形態における、共通視野を伴う相互に別々の信号修正センサを伴う、例示的光学誘導システムを図示する。

【図21】図２１は、撮像対物レンズの一部として信号修正要素を伴う、センサアレイの実施形態を示す。

【図22】図２２は、撮像対物レンズとは異なる要素である、信号修正要素を伴う、センサアレイの実施形態を示す。

【図23】図２３は、ある実施形態における、メモリと、プロセッサと、インターフェースとを含む、画像生成器モジュールを図示する。

【図24】図２４は、ある実施形態における、収差補正撮像を伴う、例示的誘導方法を図示する。

【図25】図２５は、ある実施形態における、複合ＯＴＦの大きさの応答を算出するための非線形処理と、複合ＯＴＦ位相応答を算出するための線形処理とを採用する、収差補正撮像を伴う、例示的誘導方法を図示する。

【図26】図２６は、ある実施形態における、複合ＯＴＦの大きさの応答を算出するための非線形処理と、複合ＯＴＦ位相応答を算出するための線形処理とを採用する、収差補正撮像を伴う、例示的誘導方法を図示する。

【図27】図２７は、ある実施形態における、遠隔物体から放射または反射されたエネルギーを直交にサンプリングすることによって、遠隔物体に関する情報を測定する、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、１つの誘導システムを図示する。

【図28】図２８は、ある実施形態における、相互に別々の信号修正センサを伴う、光学誘導システム内で使用される電気光センサのための３つの光学構成を説明する。

【図29】図２９は、ある実施形態における、システムの変調伝達関数（ＭＴＦ）によって定量化される、収差による従来の撮像システムの空間分解能の劣化を説明する。

【図30】図３０は、光線ベースの視点からのＭＴＦパワーの損失を示す。

【図31】図３１は、ある実施形態における、複素システム応答（ＣＳＲ）と、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、誘導システム内の失われたＭＴＦパワーを回復する方法を示す。

【図32】図３２は、ある実施形態における、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、誘導システム内のセンサの射出瞳に基づいてＣＳＲを形成することを示す。

【図33】図３３は、ある実施形態における、非点収差構成要素に基づく、ＣＳＲフィルタの構築ブロックを説明する。

【図34】図３４は、ある実施形態における、円筒形構成要素に基づく、ＣＳＲフィルタのための一式の構築ブロックを示す。

【図35】図３５は、ある実施形態における、ＣＳＲ構築ブロックから構築される、ＣＳＲフィルタを示す。

【図36】図３６は、ある実施形態における、４つの角度に関する図３５からの単一ＣＳＲフィルタ実施例と、図３３からの正弦および余弦両方の非点収差構築ブロックとを示す。

【図37】図３７は、ある実施形態における、図３４からの円筒形構築ブロックに関連するＣＳＲフィルタを図示する。

【図38】図３８は、ある実施形態における、非点収差および焦点ずれを含む、一式のＣＳＲフィルタを説明する。

【図39】図３９は、ある実施形態における、複数の角度に関する図３８からの焦点ずれおよび振幅の線形組み合わせに関連するＣＳＲフィルタと、正弦および余弦両方の非点収差構築ブロックとを示す。

【図40】図４０は、ある実施形態における、図３８に類似するが、図３４および図３７の円筒形ＣＳＲ構築ブロックを伴う、ＣＳＲフィルタを示す。

【図41】図４１は、ある実施形態における、立体位相収差による損失ＯＴＦを記録し、次いで、回復するためのＣＳＲフィルタリングを使用する実施例を示す。

【図42】図４２は、ある実施形態における、図４１の立体収差媒体のためのＣＳＲ２９１０およびＣＳＲフィルタを示す。

【図43】図４３は、介在収差媒体が、球面収差の１つの波である、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、誘導システム内の損失ＯＴＦを回復する実施例を示す。

【図44】図４４は、ある実施形態における、図４３の収差を表す、ＣＳＲを示す。

【図45】図４５は、収差が、コマの１．２５波である、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、誘導システム内の損失ＯＴＦを回復することを示す。

【図46】図４６は、ある実施形態における、図４５のコマ収差に関するＣＳＲを示す。

【図47】図４７は、ある実施形態における、古典的ＭＴＦでは、ゼロをもたらすが、直交にサンプルリングされるシステムでは、もたらさない収差を示す、直交ＣＳＲフィルタリングの実施例を図示する。

【図48】図４８は、図４７に関連する収差に関するＣＳＲを示す。

【図49】図４９は、ある実施形態における、相互に別々の信号修正センサを伴う光学誘導システムにつながる、それぞれ、固有のＣＳＲ構築ブロックを伴う、複数の相互に別々の開口を示す。

【図50】図５０は、ある実施形態における、図４９の線形処理構成要素を示す。

【図51】図５１は、ある実施形態における、図４９の非線形処理構成要素を示す。

【図52】図５２は、ある実施形態における、大きさ推定の積の２Ｄ逆フーリエ変換から収差補正画像を形成することを示す。

【図53】図５３は、ある実施形態における、光学／デジタル誘導システムの１つのチャネルを通した光線トレースを示す。

【図54】図５４は、ある実施形態における、図５３に示されるレンズ要素の球面および非球面構成要素を示す。

【図55】図５５は、図５３におけるレンズシステムの歪を示す。

【図56】図５６は、図５３における光学システム内で使用される照明の帯域通過性質を示す。

【図57】図５７は、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、誘導システムの３lang=EN-US>×１チャネルを示す。

【図58】図５８は、ある実施形態における、物体側および受信機側サブシステムコストならびに複雑性の両方を併せて最適化するためのシステムおよび方法を示す。

【図59】図５９は、ある実施形態における、図５８の固有の物体側投射光学素子を示す。

【図60】図６０は、ある実施形態における、Ｚｅｍａｘタイプのフォーマットの図５９に関連する光学構成を示す。

【発明を実施するための形態】

【0008】

２０１３年１月３日出願のＷＯ特許出願第ＷＯ２０１３１０３７２５Ａ１号「Ｃｏｄｅｄ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ」が、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。

【0009】

ＧＰＳ死角の存在は、ＧＰＳベースのＵＡＶおよび他のシステム、特に、自律的配達車両として使用されるものの短所である。例えば、その行程の最後の数百メートルの間、ＵＡＶをその目的地に誘導するためのＧＰＳナビゲーションを補完し、またはそれに取って代わり得る光学誘導システムおよび方法が、本明細書に開示される。本明細書に開示される、相互に別々の信号修正センサを伴う光学誘導システムおよび方法は、光学放射の検出のための電気光センサで構成される。無線周波数信号は、例えば、セルラーネットワークまたはワイヤレスインターネットから発生する密集エリア内にいつも存在する。本光学システムおよび方法は、周囲無線周波数信号が電気光センサによって検出されないので、そのような信号からの干渉を本質的に回避する。本開示では、光学放射は、紫外線、可視、および赤外線周波数に及ぶ、光学範囲内の搬送周波数を有する放射である。無線周波数は、約３ｋＨｚ～約３００ＧＨｚの範囲内の周波数である。本システムはまた、時間変調を使用して、電気光センサの搬送周波数における干渉を拒絶する。

【0010】

本明細書では、「相互に別々の」信号修正とは、例えば、センサに入射する同じまたは実質的に同じ信号の修正が、互いに相互に別々の修正された信号を産生するように相互に別々である信号修正を指す。また、本明細書では、相互に別々の信号修正センサは、相互に別々の信号修正を有するセンサである。数学的に、「相互に別々」とは、空間または時間ドメインのいずれかにおいて、信号修正の直交性の程度として理解され得る。本明細書では、用語「相互に別々」および「直交」は、同じ意味で使用される。

【0011】

図１は、以下により詳細に説明される、相互に別々の信号修正電気光センサ１２２を伴う光学誘導システムを採用する、ドローン配達シナリオ１００を図示する。ドローン１２０は、荷物１２４を構造物１０５に配達するタスクが課される。ドローン１２０は、光学誘導システムを利用して、このタスクを果たす。光学誘導システムは、ドローン１２０上に搭載された相互に別々の信号修正電気光センサ１２２と、配達エリアに位置する、３つの発振要素１０６とを含む。本開示では、発振要素は、光学放射を生成および放出する送信機であり得るか、または、発振要素は、いずれかの場所に位置する送信機からの光学放射の一部を反射する逆反射体であり得る。例えば、発振要素が逆反射体である実施形態では、送信機は、光学放射を検出するために使用される電気光センサの近傍に位置し得る。電気光センサ１２２は、３つの発振要素１０６によって伝送される光学放射を検出する。電気光センサ１２２は、検出された信号を相互に別々に修正するための複数のセンサを含む。それに基づいて、誘導システムは、発振要素１０６によって提供される３つの位置特定基準を決定し、これらを使用して、荷物配達ドローン１２０に関する配達エリアの地表面の場所および向きを推定する。

【0012】

シナリオ１００は、荷物配達ドローン１２０として、同一のエリア内で動作する別の荷物配達ドローン１３０を含む。荷物配達ドローン１３０は、発振要素１３２を具備する。荷物配達ドローン１２０の電気光センサ１２２は、発振要素１３２からの光学放射を検出する。誘導システムは、それによって、衝突回避のために、荷物配達ドローン１３０の場所および向きを荷物配達ドローン１２０に提供する。

【0013】

シナリオ１００はさらに、発振要素１６２を伴う配達エリアを有する構造物１１０を含む。この配達エリアは、構造物１１０が、荷物が配達されることを予期しておらず、発振要素１６２を動作させていないので、アクティブではない。発振要素１６２は、例えば、住宅所有者によって、または自動的に、荷物配達追跡システムからのメッセージを用いて、トリガされ得る。複数の配達が、近隣場所、例えば、発振要素１６２および１０６に関連付けられた配達エリアに行なわれるべき場合、発振要素１６２および１０６によって提供される光学放射は、変調、偏波、および波長のうちの少なくとも１つが異なるであろう。さらに、発振要素１０６、１３２、および１６２からの光学放射は、例えば、無線周波数の周波数またはより高い周波数において変調され、他の放射からの区別を可能にし得る。他の放射として、例えば、太陽１５０からの太陽光、そのエリア内で動作するが、荷物配達ドローン１２０に関係ない、他の発振要素からの光学放射、または建物１０５、１１０、１１５内の窓からの発振要素からの光学放射の反射が挙げられる。発振要素１０６および／または発振要素１６２からの光学放射は、特定の構造物住所を識別するように変調され得る。電気光センサ１２２は、相互に別々に、信号受信される光学放射に関連付けられた信号を復調し、そこに入射する異なる光学放射信号を区別する。

【0014】

図２は、運転者安全性を向上させる、輸送シナリオ２００において相互に別々の信号修正センサ２２４、２３４、２６４、２７４、２７８を使用する、一例示的光学誘導システムを図示する。従来の車線逸脱警告システムは、システムコストを増加させる高帯域幅需要と、機能性を妨げるレーンマーキングの非妨害視界への依存性とに悩まされる。図２の光学誘導システムは、霧または雨等の一般的なレーンマーキング妨害に非敏感である。

【0015】

システム２００は、車道２８０の縁に沿って、および中心線２１５に沿って、発振要素、例えば、アクティブ送信機およびパッシブ逆反射体２１０を含む。オートバイ２６０が、坂に近づきつつあり、センサ２６４を使用して、路肩の場所を正確に推定する。オートバイ２６０はまた、送信機２６２をホストし、送信機２６２は、オートバイを、センサを伴う他の車両により見えやすくする。送信機２６２は、車両２２０が、オートバイ２６０の場所、方向、速度、および向きのうちの少なくとも１つを推定し得るように、例えば、車両２２０上のセンサ２２４と通信するように構成される。同様に、車両２２０は、オートバイセンサ２６４が協働する送信機２２２をサポートし、送信機２２２は、車両２２０の体勢、場所、方向、速度、および向きのうちの少なくとも１つを推定する。トラック２０５が、車両２２０およびオートバイ２６０に向かって下り坂を移動しているが、計装車道を確認するためのセンサを有しておらず、標識または他の手段を通してのさらなる支援を伴わずに、インフラストラクチャから利益を得ることはない。

【0016】

システム２００はまた、車道の平面と異なる平面にある、グローバル基準を提供する送信機２４０を伴う塔を含む。これらの送信機は、車道上の雪、泥、砂、および残屑等による障害時、車道送信機を増強させる。塔システムからの向きは、車道ベースのシステムからの向きほど精密ではない場合がある。極端な障害下では、塔は、少なくとも、「道路はどこか？」の低精度推定を提供する一方、車道センサは、良好な条件下では、「レーンの縁はどこか？」に関する高精度情報を提供する。表面条件もまた、車道センサの性能に基づいて推定され得るが、車道センサの性能は、可視波長散乱および不明瞭化効果に基づいて、極端な天候条件下では、劣化するであろう。

【0017】

インフラストラクチャに対する保守および通行者に対する安全性を提供するために、飛行監視体２３０は、車道発振要素、すなわち、送信機およびパッシブ逆反射体２１０、送信機２２２および２６２、ならびに送信機２７２と通信するセンサ２３４を具備する。送信機２７２は、例えば、緊急車両２７０の照明バー２７６内に位置し、車両を緊急車両として識別する様式で変調され得る。緊急車両２７０はまた、センサ２７４を有し、センサ２７４は、空の方に向き、飛行監視体２３０上の送信機２３２と通信し、保守要員が互の場所および向きを追跡することを可能にする。センサ２３４および２７８はまた、送信機２２２、２１０、２６２、および２４０と通信し、車道状況を査定し、メッセージをアクティブ標識２５２に伝達し、例えば、本明細書に開示されるセンサを具備していないこともあるトラック２０５の近づいてくる交通にアラートし得る。送信機およびセンサは、変調され、太陽２５０および車道２８０および他の車両２２０からの反射の周囲影響を除去する。

【0018】

一実施形態では、センサ２６４、２２４、および２７８は、アクティブ送信機を格納し、アクティブ送信機は、車道２８０および中心線２１５に沿ったパッシブ逆反射体セクション２１０に向けられる変調された照明を提供する。別の実施形態では、センサ２６４、２２４、および２７８は、フロント、サイド、およびリアリフレクタ、ナンバープレート、および安全テープまたはマーカー等、車両のパッシブ逆反射体部分に向けられる変調された照明を提供するアクティブ送信機を有する。

【0019】

別の実施形態では、センサ２６４、２２４、および２７８はまた、それらのそれぞれの視野内の物体、例えば、雨または霧によって曖昧化される、レーンマーキングの収差補正画像を産生する。

【0020】

航空機の翼の変形を測定するための従来技術の撮像システムは、レーン検出先行技術と同様の短所、すなわち、負荷の高い計算処理および翼と撮像システムとの間の収差媒体に対する感度に悩まされる。故に、本発明者らは、これらの問題を克服する、動的動き測定システムを開発した。

【0021】

図３は、飛行機の翼の表面プロファイルの測定のために相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、動的動きの測定のための誘導システムを示す。システム３００は、センサ３１８を使用して、送信機３１２、３１４、および３１６を監視する、飛行機３１０を示す。本実施形態では、送信機３１２は、フィールドまたはアレイ内に分布され、高精度表面プロファイル監視を提供する。送信機３１４は、翼表面上に位置付けられ、翼の撓曲、向き、迎角、および平行移動測定を提供する。送信機３１６は、例えば、制御表面上にあり、直接表面角度情報を提供する。一実施形態では、制御表面上の送信機３１６は、フィードバックループの一部として使用され、制御機構３１９に影響を及ぼし得る。別の実施形態では、飛行機３３０は、送信機または逆反射体であり得る発振要素３３２と通信する、翼から離れて搭載されたセンサ３３４を有することによって、ウィンドシアイベントの間の、センサ３３４に対する翼の撓曲３３６を測定するように構成される。別の実施形態では、飛行機３５０は、回転プロペラブレード上に位置付けられた逆反射体３５２と通信するセンサ３５４を含む。本実施形態では、センサ３５４は、例えば、３５２から反射し、３５４に戻る、変調された照明信号を提供する。センサ３５６はまた、３５２から反射し、３５６に戻る、変調、偏波、および波長のうちの少なくとも１つにおいて、センサ３５４からの信号とは異なる変調された照明信号を提供する。

【0022】

図４は、相互に別々の信号修正電気光センサを伴う、誘導システム４００を説明する。位置決め装置４０２が、基準物体４０６の先端上に位置付けられるべき点４０５を移動させている。位置決め装置４０２および基準物体４０６は、発振要素４０４および４０８、すなわち送信機または逆反射体とを含み、それらは、例えば、潜在的収差媒体（センサアレイ４１０と要素４０４、４０８との間の媒体）を通してセンサアレイ４１０によって検出される。本実施形態では、発振要素４０４および４０８は、センサアレイ４１０によって受信されるべき相互に別々の電磁信号を伝送する送信機、例えば、ＬＥＤである。センサアレイ４１０と要素４０４、４０８との間の潜在的収差媒体は、誘導システム４００の精度を低減させるように作用する。それは、例えば、光学品質に対して平坦でないまたは透明ではない光学表面を伴う窓またはカバーである。

【0023】

センサアレイ４１０内のセンサ要素は、４０４および４０８によってセンサ上の位置に伝送される入射信号の角度をマップする撮像レンズを含む。センサアレイ４１０を構成する１つのセンサは、４ｍｍ範囲にわたるグレースケールレベルの連続線を有する正弦波強度応答関数４１５を有する。センサアレイ４１０における検出器の幅は、４ｍｍである。第２のセンサは、１周期がＩＲＦ４１５の周期の約１／１００であるグレースケールレベルの連続線を有するより高い周波数強度応答関数４１７を有する。ＩＲＦ４１７は、約４ｍｍ幅である。したがって、本実施例では、ＩＲＦ４１７は、同一のサイズ検出エリアにわたって、ＩＲＦ４１５より１００倍多いサイクルを有する。追加のＩＲＦ（図示せず）は、クリアであり、すなわち、グレースケール減衰がない。このクリアなチャネルは、基準チャネルである。クリアなチャネルに対するＩＲＦ４１５およびＩＲＦ４１７から検出された振幅レベルの比較は、発振要素に対する角度の低および高両方の分解能の推定を可能にする。

【0024】

ＩＲＦは、振幅透過関数、例えば、位置依存透過関数である。加えて、１つのセンサは、位置依存透過関数を有していない、ＩＲＦを有することができる。このチャネルは、伝送される強度または範囲が既知ではない場合、基準、すなわち、クリアチャネルとして作用する。

【0025】

これらのセンサの視野は、重複し、センサに対する物体の角度は、各センサアレイ要素上で検出された強度を受信する、位置特定プロセッサ４１２によって決定される。センサアレイ要素は、空間変動ＩＲＦを含むので、各センサ要素上で測定される強度は、センサ上のある位置（ＩＲＦ４１５を伴うセンサ要素の場合）またはいくつかの候補位置（ＩＲＦ４１７を伴うセンサ要素の場合）にマップされることができる。ＩＲＦ４１５を伴うセンサは、各強度値が、相対的角度値にマップされる、センサ要素上の１つの位置に対応するため、「進路」推定相対的物体角度を提供する。ＩＲＦ４１７を伴うセンサ要素によって測定される信号強度は、より高い精度を提供する（その発振周期以内まで）。相対的角度は、伝送されるパワーが既知ではない場合、クリアチャネルに対する比較によってデコードされることができる。

【0026】

１つの測定実施例である、本実施形態の実施例では、ＩＲＦ４１５およびＩＲＦ４１７を伴うセンサ要素の各々は、発振要素４０４および４０６からの入射信号強度に対して、単一画素センサを用いて、０．４の強度を測定する（または、入射信号強度が既知ではない場合、クリアチャネルに対して、０．４の値を測定する）。ＩＲＦ４１６を伴うセンサ要素において、これは、ＩＲＦ４１７が０．４に等しい場所に対応する多くの位置において、信号がセンサに入射することができたことを意味する。位置特定プロセッサ４１２は、入射信号が、０．４の測定された相対的強度をもたらすであろうような、ＩＲＦ４１５を伴うセンサ上の単一位置に従って、これらの位置の中から選択する。点４４５０と基準４０６との間の相対的位置を算出後、位置特定プロセッサは、反復フィードバックアルゴリズムを採用し、位置決め装置４０２が、次に、点４５０をどのように移動させるかを決定する命令を位置決め装置４０２に送信する。

【0027】

プロット４１８は、標的点４０６までのその距離の関数として、センサアレイ４１０によって検出された電圧の信号対雑音比（ＳＮＲ）を示す。実線曲線および点線曲線は、それぞれ、周囲光干渉４３０の有無におけるＳＮＲを示す。発振要素からの放射を変調させ、検出された信号を復調することによって、ＳＮＲに及ぼす非変調周囲光干渉４３０の影響は、大幅に低減されることができる。検出および復調後の非変調周囲光干渉４３０の影響の大部分は、ショット雑音である。

【0028】

プロット４２０は、周囲光干渉４３０の有無による、この距離の関数としての相対的角度精度を示す。相対的角度精度は、度単位で誘導システム視野に対して正規化されている。システム４００は、lang=EN-US>±２０度の視野を有する。プロット４２０は、例えば、標的点から４．５メートルの距離において、この相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、誘導システムの相対的精度が、強力な干渉信号を伴う場合でも、１０，０００分の１より良いことを示す。

【0029】

誘導システム４００のある実施形態では、収差媒体４３２は、位置決め装置４０２と点４０５との間にある。本実施形態では、センサアレイ４１０が、図３１から図５７に説明されるように、収差補正撮像を行なう。

【0030】

図５は、相互に別々の信号修正センサ５３１を使用する、一例示的光学誘導システム５００を図示する。光学誘導システム５００は、発振要素５１１と、センサアレイ５３０と、処理モジュール５４０とを含む。光学誘導システム５００は、シナリオ１００（図１）、２００（図２）、３００（図３）、および／または４００（図４）内に実装され得る。例えば、発振要素５１１およびセンサアレイ５３０は、それぞれ、発振要素１０６（図１）および電気光センサ１２２（図１）として実装され得る。別の実施例では、発振要素５１１およびセンサアレイ５３０は、それぞれ、発振要素２１０（図２）および電気光センサ２２４（図２）として実装され得る。

【0031】

発振要素５１１は、少なくとも発振要素５１１（１）を含み、さらに、任意の数の発振要素５１１（２）～５１１（Ｎ）を含み得る。発振要素５１１は、変調光学放射を提供する。センサアレイ５３０は、複数の相互に別々の電気光センサ５３１を含む。センサアレイ５３０はさらに、本発明の範囲から逸脱することなく、相互に別々ではない、１つ以上の電気光センサを含み得る。センサアレイ５３０は、任意の数のセンサ５３１を含み得る。ある実施形態では、センサアレイ５３０は、少なくとも３つのセンサ５３１を含む。各センサ５３１は、光学放射を検出するための光学検出器５３３と、光学放射に関連付けられた信号を復調し、復調された電気信号を生成するための復調器５３２とを含む。

【0032】

復調器５３２（ｉ）は、センサ５３１（ｉ）の各々が、発振要素５１１によって放出される光学放射を含む、異なる変調周波数の入射光学放射に関連付けられた復調された電気信号を生成するように、相互に別々である。復調器５３２（１、２、・・・、Ｎ）の各々は、Ｎ個の復調器５３２（１、２、・・・、Ｎ）のうちの任意の他の１つに対して異なる変調周波数を使用して、入射光学放射に関連付けられた信号を復調する。一実施形態では、各復調器５３２は、対応する光学検出器５３３によって生成される電気信号を復調する。別の実施形態では、各復調器５３２は、対応する光学検出器５３３に向かって伝搬する光学放射を復調する。

【0033】

ある実施形態では、センサ５３１はさらに、相互に別々の信号修正光学要素５３４、例えば、参照することによって全体として本明細書に組み込まれる、第ＷＯ２０１３１０３７２５Ａ１号に開示されるものを含む。信号修正光学要素５３４は、例えば、入射光学放射の位相、振幅、または偏波に変化を与える。すなわち、Ｎ個の信号修正光学要素５３４（１、２、・・・、Ｎ）の各々は、Ｎ個の信号修正光学要素５３４（１、２、・・・、Ｎ）の任意の他の１つに対して異なる、そこに入射する光学放射に修正を加える。ある実施形態では、信号修正光学要素５３４は、センサ５３１が、（ａ）入射光学放射に関連付けられた信号の復調と、（ｂ）例えば、入射光学放射の位相、振幅、または偏波の変化の組み合わせを与えるように、復調器５３２と協働する。本実施形態では、復調器５３２によって産生された復調された電気信号は、復調器５３２および信号修正光学要素５３４の両方によって与えられた修正を表す。

【0034】

処理モジュール５４０は、センサ５３１と通信可能に連結され、そこから受信される復調された電気信号を処理し、発振要素５１１の１つ以上の場所パラメータを決定する。例示的場所パラメータは、発振要素５１１からセンサアレイ５３０までの距離、発振要素５１１に対するセンサアレイ５３０の向き、センサアレイ５３０と発振要素５１１との相対的場所および向きを含む。

【0035】

ある実施形態では、発振要素５１１は、無線周波数（ＲＦ）範囲以上の変調周波数を有する、光学放射を提供する。別の実施形態では、復調器５３２は、特に着目の光学放射の変調周波数に一致する信号を用いて復調するように構成される。例えば、復調器５３２の復調周波数および信号は、発振要素５１１のそれぞれの変調周波数および信号に一致するように構成される。

【0036】

ある実施形態では、各光学検出器５３３は、単画素光検出器、例えば、光ダイオードである。別の実施形態では、実施形態光学検出器５３３は、画素アレイで実装され、光学検出器５３３の各々は、画素アレイの異なる画素に対応する。画素アレイは、例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサまたは電荷結合素子（ＣＣＤ）画像センサである。

【0037】

センサ５３１は、センサアレイ５３０内において、任意の空間構成で配列され得る。一実施形態では、センサ５３１は、線に沿って配列される。別の実施形態では、センサ５３１は、平面内に配列されるが、全て同一の線上にあるわけではなく、センサ５３１は、平面を画定する。本実施形態は、例えば、決定されるべき場所パラメータが、１つ以上の発振要素５１１に対するセンサアレイ５３０の３次元の向きを含むとき、または決定されるべき場所パラメータが、センサアレイ５３０に対する１つ以上の発振要素５１１の３次元の位置を含むとき、有用性を有する。

【0038】

さらに別の実施形態では、センサ５３１は、球面パターンに配列され、センサの一部が、システム全体の視野（ＦＯＶ）の一部に作用する。本実施形態は、比較的に単純な低コストのシステムの集合が、集合的に、非常に広視野を有することを可能にする。

【0039】

随意に、光学誘導システム５００は、太陽１５０（図１）、および／または光学誘導システム５００が着目しない追加の発振要素５７０（例えば、発振要素１６２（図１）等の周囲光学放射５５０）からの光の存在下で動作する。ある実施形態では、復調器５３２は、周囲光学放射５５０および発振要素５７０に関連付けられた信号を拒絶するように構成される。例えば、発振要素５７０は、発振要素５１１のものと異なる変調周波数を伴う光学放射を放出するように構成される。別の実施例では、発振要素５７０は、発振要素５１１（１）、５１１（２）等に関連する反射である。この場合、発振要素５７０からの信号は、その測定された範囲または時間位相が、発振要素５１１（１）、５１１（２）等の測定された範囲（位相）と比較して大きいため、拒絶される。太陽光または街灯等の典型的周囲光学放射は、変調されず、関連付けられた信号は、したがって、復調器５３２によって拒絶される。

【0040】

一実施形態では、処理モジュール５４０は、センサアレイ５３０と一体化される。例えば、処理モジュール５４０およびセンサアレイ５３０は、同一の回路基板上に位置し得る。処理モジュール５４０は、センサ５３１のうちの１つの中に一体化され得、次いで、その１つは、スレーブである他のセンサ５３１を伴うマスタとして機能する。別の実施形態では、処理モジュール５４０は、センサアレイ５３０と別個である。例えば、処理モジュール５４０およびセンサアレイ５３０は、エンクロージャを共有する、または処理モジュールは、センサアレイ５３０から離れた距離における別個のコンピュータ上に位置する。

【0041】

図６は、送信機および相互に別々の信号修正センサを使用する、一例示的光学誘導システム６００を図示する。光学誘導システム６００は、光学誘導システム５００（図５）のある実施形態である。光学誘導システム６００は、光学誘導システム５００（図５）と同じであるが、発振要素５１１（図５）は、送信機６１１によって取って代わられる。送信機６１１は、変調光学放射を生成および放出する。送信機６１１は、発振要素５１１の実施形態である。

【0042】

図７は、逆反射体および相互に別々の信号修正センサを使用する、一例示的光学誘導システム７００を図示する。光学誘導システム７００は、光学誘導システム５００（図５）の実施形態である。光学誘導システム７００は、光学誘導システム５００（図５）と同じであるが、光学誘導システム７００はさらに、送信機７１０を含み、発振要素５１１（図５）は、逆反射体７１１によって取って代わられる。送信機７１０は、変調光学放射を生成および放出する。逆反射体７１１は、センサアレイ２３０に向かって、送信機７１０によって放出された変調光学放射の少なくとも一部を反射する。逆反射体７１１は、発振要素５１１の実施形態である。ある実施形態では、送信機７１１は、センサアレイ５３０に近接して位置する。例えば、送信機７１１は、センサアレイ５３０と一体化され、光学誘導システム７００を形成するために要求される、別個のモジュールの数を最小化する。送信機７１０は、例えば、ＭＥＭＳベースのミラーを通して、逆反射体７１１（１）、７１１（２）等に向かって、断続的に操向され得る。

【0043】

図８は、発振要素および相互に別々の信号修正センサを使用する、一例示的光学誘導システム８００を図示する。光学誘導システム８００は、図５の光学誘導システム５００の実施形態である。光学誘導システム８００は、３つの発振要素５１１（１）、５１１（２）、および５１１（３）（図５）と、センサアレイ８３０と、処理モジュール５４０（図５）とを含む。センサアレイ８３０は、センサアレイ５３０（図５）の実施形態である。センサアレイ８３０は、３つの相互に別々の信号修正電気光センサ８３１（１）、８３２（２）、および８３２（３）を含む。センサ８３１の各々は、センサ５３１（図５）の実施形態である。センサ８３１の各々は、検出器５３３と、検出器５３３に入射する光学放射の検出に応答して、検出器５３３によって生成される電気信号を復調するための復調器８３２とを含む。ある実施形態では、復調器８３２は、復調器８３２の出力が、より低い周波数信号であるように、より高い周波数成分を拒絶するためのフィルタを含む。復調器８３２は、復調器５３２（図５）の実施形態である。

【0044】

センサアレイ８３０は、変調光学放射８１０（１）、８１０（２）、および８１０（３）をそれぞれの発振要素５１１（１）、５１１（２）、および５１１（３）から受信する。変調光学放射８１０（ｉ）の各々は、検出器５３３（ｉ）のうちの１つ、２つ、または全てに入射し得る。変調光学放射８１０（１）、８１０（２）、および８１０（３）は、相互に別々の変調周波数を有する。入射光学放射に応答して、各検出器５３３（ｉ）は、対応する復調器８３２（ｉ）に通信される、電気検出器信号８２０（ｉ）を生成する。各復調器８３２（ｉ）は、復調された電気信号８３５（ｉ）を生成する。復調器８３２（１）、８３２（２）、および８３２（３）は、復調器８３２（ｉ）の復調周波数が、発振要素５１１（ｉ）によって放出された変調光学放射８１０（ｉ）の変調周波数と同一であるように、それぞれの発振要素５１１（１）、５１１（２）、および５１１（３）に一致させられる。その結果、復調器８３２（ｉ）は、変調光学放射８１０（ｉ）の検出に応じて、復調された電気信号８３５（ｉ）を生成するであろう。復調された電気信号８３５（ｉ）は、変調光学放射８１０（ｉ）が発振要素５１１（ｉ）から検出器５３３（ｉ）に進行するとき、変調光学放射８１０（ｉ）によって被られた変調位相シフトを表す。フィルタ８３４（ｉ）は、他の発振要素５１１（ｊ）（ｉは、ｊと異なる）に関連付けられた信号が、拒絶され、したがって、復調された電気信号８３５（ｉ）に寄与しないことを確実にする。

【0045】

処理モジュール５４０は、復調された電気信号８３５を処理し、復調された電気信号の相対的振幅および位相から、各発振要素５１１（ｉ）と対応する検出器５３３（ｉ）との間の距離および相対的場所を計算する。ある実施形態では、発振要素５１１は、非線形構成に配列され、センサ８３１も、非線形構成に配列される。本実施形態では、処理モジュール５４０は、三角測量によって、センサアレイ８３０に対する発振要素５１１の３次元の場所および３次元の向きを決定し得る。

【0046】

図９は、相互に別々の信号修正センサを使用して、物体の場所パラメータを決定する、一例示的光学誘導方法９００を図示する、フロー図である。光学誘導方法９００は、光学誘導システム５００（図５）、６００（図６）、７００（図７）、または８００（図８）によって行なわれ得る。光学誘導方法９００は、物体に位置する少なくとも１つの発振要素の各々に対して行なわれるべきステップ９２０と、複数の相互に別々の信号修正電気光センサの各々に対して行なわれるべきステップ９３０および９４０と、処理ステップ９５０とを含む。光学誘導方法９００は、例えば、荷物配達ドローン１２０上に搭載された電気光センサ１２２に対する発振要素１０６の場所パラメータを決定するためのシナリオ１００（図１）において使用される。

【0047】

ステップ９２０では、変調光学放射が、発振要素によって放出される。変調周波数は、特定の発振要素に特有である。例えば、発振要素５１１（ｉ）（図５および８）は、変調光学放射８１０（ｉ）（図８）を放出する。

【0048】

ステップ９３０では、ステップ９２０において生成された変調光学放射は、複数の相互に別々の信号修正電気光センサの１つに関連付けられた検出器によって検出される。例えば、検出器５３３（ｉ）（図５および８）は、変調光学放射８１０（ｉ）（図８）を検出する。ステップ９４０では、ステップ９３０において検出に応答して生成された検出器信号が、ステップ９２０において少なくとも１つの発振要素のうちの特定の１つによって放出された変調光学放射と同一の周波数を有する復調信号を使用して復調される。これは、ステップ９２０の少なくとも１つの発振要素のうちの特定の１つに特有の復調された電気信号を生成する。例えば、復調器８３２（ｉ）（図８）は、電気検出器信号８２０（ｉ）（図８）を復調し、復調された電気信号８３５（ｉ）（図８）を生成する。

【0049】

ステップ９５０では、少なくとも１つの発振要素のうちの特定のものに特有の復調された電気信号の全てが、処理され、物体に関する場所パラメータを決定する。例えば、処理モジュール５４０（図５および８）は、復調された電気信号８３５（１）、８３５（２）、および８３５（３）を処理し、各発振要素５１１（ｉ）と対応する検出器８３３（ｉ）との間の距離を決定し、またはセンサアレイ８３０（図８）に対する発振要素５１１（図５および８）の３次元の場所および３次元の向きを決定する。

【0050】

図１０は、方法９００（図９）のステップ９５０を行なうための一例示的方法１０００を図示する、フロー図である。方法１０００のステップ１０１０、１０２０、および１０３０は、方法９００（図９）のステップ９４０において生成された復調された電気信号の各々に対して行われる。ステップ１０４０では、復調された電気信号は、処理モジュールに送信される。例えば、システム８００（図８）の復調器８３２（ｉ）は発振要素５１１（ｉ）（図５および８）に特有の復調された電気信号８３５（ｉ）（図８）を処理モジュール５４０（図５および８）に送信する。

【0051】

ステップ１０２０では、処理モジュールは、発振要素からそれに関連付けられたセンサに伝搬するときに変調光学放射によって被られた振幅および位相シフトを決定する。振幅は、概して、電気光センサの向きに相対的な、発振物体に対する角度の関数であるであろう一方、位相は、発振物体に対する範囲の関数であろう。例えば、処理モジュール５４０（図５および８）は、復調器８３２（ｉ）（図８）から受信される復調された電気信号８３５（ｉ）を処理し、変調光学放射８１０（ｉ）が発振要素５１１（ｉ）（図５および８）から検出器５３２（ｉ）（図５および８）またはセンサ８３１（ｉ）（図８）に進行するとき、変調光学放射８１０（ｉ）によって被られた振幅および位相シフトを決定する。ステップ１０３０では、処理モジュールは、ステップ１０２０において生成された振幅および位相シフトを処理し、発振要素と、復調された電気信号に関連付けられたセンサとの間の距離を決定する。例えば、処理モジュール５４０（図５および８）は、復調された電気信号８３５（ｉ）（図８）に関連付けられた振幅および位相シフトを処理し、発振要素５１１（ｉ）（図５および８）から検出器５３２（ｉ）（図５および８）またはセンサ８３１（ｉ）（図８）までの距離を決定する。

【0052】

距離決定の分解能は、変調周波数の関数である。lang=EN-US>ν＝２０ＭＨｚの変調周波数では、この信号の波長λは、ほぼ、lang=EN-US>λ＝ｃ／ν＝１５ｍであり、ｃは、光の速度である。コヒーレント位相検出からの距離推定のための一般的ルールは、ほぼ、lang=EN-US>λ／ＳＮＲの距離分解能であり、ＳＮＲは、信号対雑音比である。２０ＭＨｚの変調周波数および１０００のＳＮＲの場合、範囲分解能は、約１．５ｃｍである。３０ＧＨｚの変調周波数は、１０００のＳＮＲで、１０－ｍｍ波長および約１０ミクロンの距離分解能につながる。これは、発振要素によって放出された放射に対して光学搬送周波数を使用する利点を例証する。光学搬送周波数を使用することによって、変調周波数は、高いものであり得る。例えば、変調周波数は、上方無線周波数範囲（３０ＧＨＺ以上）にあるか、またはさらに、無線周波数範囲を超え、例えば、マイクロ波または光学周波数であり得る。これは、高分解能における距離決定を可能にする。そして、これはまた、十分な分解能によって、発振要素によって放出され、誘導システムに到達する前に、他の表面から反射された光学放射からの干渉を回避するための深度判別を可能にし得る。方法１０００を使用して、本明細書に開示される光学誘導システムは、約数千から数万のＳＮＲを達成可能であり、このシステムは、太陽光または他の発振要素から変調光学放射等の他の放射源からの強力な干渉の存在下でも、達成され得る。

【0053】

ステップ１０４０では、ステップ１０３０において決定された距離が、処理され、物体場所パラメータを決定する。例えば、処理モジュール５４０（図５および８）は、発振要素５１１（ｉ）（図５および８）とそれぞれのセンサ８３１（ｉ）（図８）との間の距離を処理し、センサアレイ８３０（図８）に対する発振要素５１１（図５および８）の３次元の場所および３次元の向きを決定する。ある実施形態では、ステップ１０４０は、発振要素と、物体または物体内の特定の点との間の距離の補正を含む。別の実施形態では、ステップ１０４０は、場所パラメータを決定するために、三角測量を利用する。

【0054】

図１１は、相互に別々の信号修正電気光センサのアレイに対する物体の３次元の場所および３次元の向きを決定するための一例示的光学誘導方法１１００を例証する、フロー図である。方法１１００は、光学誘導システム８００（図８）とともに使用するために調整された方法１０００（図１０）を使用する、方法９００（図９）の実施形態である。物体は、非線形構成に配列される、図８の３つの発振要素、例えば、発振要素５１１（１）、５１１（２）、および５１１（３）を具備する。センサアレイは、センサアレイ８３０の３つのセンサ、例えば、センサ８３１（１）、８３１（２）、および８３１（３）を含む。センサアレイは、３つの異なる振幅対角度応答を伴う、誘導システム４００（図４）に関連して論じられるように配列され得る。図１２は、それを表すシナリオ１２００を図示する。

【0055】

ステップ１１１０では、方法１１００は、物体上に位置する３つの発振要素の各々に対して、方法９００（図９）のステップ９１０を行なう。ステップ１１２０では、方法１１００は、センサアレイ内に含まれる３つの電気光センサの各々に対して、方法９００（図９）のステップ９３０および９４０を行なう。ステップ１１３０では、方法１１００は、３つの電気光センサのうちのそれぞれの１つによって生成される３つの復調された電気信号の各々に対して、方法１０００（図１０）のステップ１０１０、１０２０、および１０３０を行なう。ステップ１１４０では、方法１１００は、ステップ１１３０において決定される３つの距離を処理し、センサアレイに対する３次元の場所および３次元の向きを決定する。

【0056】

図１２は、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、一例示的光学誘導システムのためのセンサ８３１および対応する発振要素５１１を示す。ある実施形態では、センサ８３１は、同一線上に配列される。別の実施形態では、センサ８３１は、同一線上に配列されない。

【0057】

図１３および図１４は、周囲雑音の存在下で物体の場所パラメータを得、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する例示的光学誘導システム１３００、１４００をそれぞれ図示する。光学誘導システム１３００または１４００は、例えば、光学誘導システム５００（図５）の実施形態である。光学誘導システム１３００は、発振要素５１１（図５）と、センサアレイ１３３０とを含む。発振要素５１１は、具体的発振要素５１１（１）および５１１（２）を含む。発振要素１３１１（０）は、発振要素５１１（１）からの反射を表し、従って、５１１（１）からより遠い見かけ範囲にある。センサアレイ１３３０は、センサ５３１（図５）の実施形態である、複数の相互に別々の信号修正電気光センサ１３３１を含む。各センサ１３３１（ｉ）は、発振要素５１１によって放出された変調光学放射を検出するための検出器５３３（ｉ）（図５）と、入射変調光学放射に応答して、検出器５３３によって生成される電気信号を復調するための復調器１３３２とを含む。随意に、各センサ１３３１（ｉ）はさらに、信号修正光学要素５３４（図５）の実施形態である、信号修正光学要素１３３４を含む。復調器１３３２は、復調器５３２（図５）の実施形態である。各検出器５３３（ｉ）は、各復調された信号の振幅が、５３３（ｉ）の光学素子および電子機器の具体的構成の関数であるように、他の検出器５３３（ｊ）と相互に別々である。

【0058】

各復調器１３３２（ｉ）は、検出器５３３（ｉ）と通信可能に連結される乗算器１３６０（ｉ）と、乗算器１３６０（ｉ）と通信可能に連結されるフィルタ１３７０（ｉ）と、フィルタ１３７０（ｉ）と通信可能に連結されるアナログ／デジタルコンバータ１３８０（ｉ）とを含む。各乗算器１３６０（ｉ）は、そこに入射する変調光学放射に応答して、対応する検出器５３３（ｉ）によって生成される電気信号を乗算し、変調電気信号は、発振要素５１１の対応する１つによって放出された変調光学放射の変調周波数と同一の変調周波数を有する。乗算器１３６０（ｉ）によって生成された乗算された信号は、高周波数成分を除去するためにフィルタ１３７０（ｉ）によってフィルタリングされる。フィルタ１３７０（ｉ）は、それによって、乗算器１３６０（ｉ）によって使用される信号の変調周波数と異なる変調周波数を有する、変調光学放射から発生する信号を拒絶する。フィルタ１３７０（ｉ）は、例えば、帯域通過フィルタまたは低域通過フィルタである。故に、乗算器１３６０（ｉ）およびフィルタ１３７０（ｉ）は、発振要素５１１（ｉ）および対応するセンサ８３１（ｉ）に関して図８に関連して論じられるように、協働し、センサ１３３１（ｉ）を特定の発振要素、例えば、発振要素５１１（１）と一致させる。アナログ／デジタルコンバータ１３８０（ｉ）は、フィルタ１３７０（ｉ）のアナログ出力をデジタル信号に変換する。ある実施形態では、このデジタル信号は、フィルタ１３７０（ｉ）から受信される信号の振幅推定である。別の実施形態では、アナログ／デジタルコンバータ１３８０（ｉ）によって生成されるデジタル信号は、対応する一致させられた発振要素５１１（ｉ）から検出器５３３（ｉ）に進行するときに変調光学放射によって被られた変調位相シフトの推定を含む。

【0059】

異なる変調信号１３６０（ｉ）は、異なる電気光センサ１３３１（ｉ）からの相対的な物理的距離が、変調波長と比較して小さい場合、同一であり得る。変調信号１３６０（ｉ）の各々は、電気光センサ１３３１（ｉ）間の距離が、変調波長と比較して大きい場合、別々の位相を有し得る。この場合、異なる変調１３６０（ｉ）は、本質的に、ビームを形成する。

【0060】

処理モジュール５４０（図５）の実施形態である、処理モジュール１３４０は、アナログ／デジタルコンバータ１３８０と通信可能に連結され、そこから受信されるデジタル信号を処理し、発振要素５１１またはそれに関連付けられた物体の１つ以上の場所パラメータを決定する。

【0061】

例示的使用シナリオでは、光学誘導システム１３００は、太陽光等の強力な周囲光学放射１３５０の存在下、動作する。広範囲の波長にわたって、強力な周囲光学放射１３５０は、発振要素５１１の測定精度に著しく影響を及ぼし得る。強力な周囲照明の負の影響を低減させるために、光学誘導システム１３００は、相互に別々の時間信号修正および相互に別々の空間信号修正を含む。光学誘導システム１３００の時間信号修正は、発振要素５１１のうちの個々のものに一致させられる復調器１３６０によって提供される。光学誘導システム１３００の空間信号修正は、信号修正光学要素１３３４によって提供される。本実施例では、信号修正要素１３３４は、位置特定能力向上のために、相互に別々の空間変動振幅透過関数を含み得る。ある実施形態では、空間および時間信号修正要素の両方は、発振要素５１１の最高３次元位置特定精度を達成しながら、光学誘導システム１３００のサイズ、重量、パワー、およびコストを低減させるように協働して構成される。

【0062】

チャート１３６５は、強力な周囲光学放射１３５０に関連する信号１３６３、および光学誘導システム１３００によって感知される、あらゆる望ましいおよび望ましくない信号に関連したショット雑音１３６４からの、発振要素５１１（１）等の特定の発振要素５１１に関連する中心周波数１３６１近傍の信号の分離を図示する。光学誘導システム１３００によって利用される変調方式は、振幅変調であり得る。発振要素５１１は、バイアスが与えられた正弦波パターンを時間的に辿る変調光学放射を放出し得る。各発振要素５１１は、異なる変調周波数において放射する。時間処理電気光センサ１３３２の復調信号１３６０は、物体のうちの１つの放射に対する一致フィルタとして作用するように意図的に設定される。乗算器１３６０によって使用される復調信号は、例えば、中心周波数１３６１近傍の正弦波である。フィルタ１３７０は、例えば、帯域幅１３６２を伴う中心周波数１３６１に意図的に設定された帯域通過フィルタである。変調されないことによって、強力な周囲照明スペクトルの大部分は、中心周波数１３６１から離れたＤＣにおけるものである。他の源もまた、中心周波数１３６１および帯域幅１３６２外に存在し、信号１３６３と同様の干渉信号を表し得る。発振要素５１１によって放出された光学放射の変調およびセンサ１３３２による後続復調を通して、これらの干渉信号の影響は、大幅に低減される。これらの干渉信号の主な影響は、ショット雑音１３６４へのその追加である。センサ１３３１内のアナログ／デジタルコンバータ１３８０によってサンプリングされるショット雑音１３６４は、帯域幅１３６２を最小化することによって最小化され得る。

【0063】

発振要素５１１（１）からの望ましくない反射である、発振要素１３１１（０）の影響は、範囲判別によって最小化されることができる。例えば、発振要素５１１の周波数および復調信号１３６０の対応する復調信号を変化させることによって、範囲推定および範囲判別が、行われることができる。反射は、常時、より大きい見かけ範囲であるように現れるため、範囲判別は、反射の影響を除去するために使用され得る。直接経路信号と多経路信号との間の判別について説明する、図１７および付随の文章を参照されたい。

【0064】

一実施形態では、センサアレイ１３３０は、隔離された単一画素の集合として構成される。別の実施形態では、センサアレイ１３３０は、例えば、携帯電話カメラおよび他の撮像システムにおいて見出される、共通ＣＭＯＳ画素アレイと同様に、画素のアレイとして構成される。

【0065】

図１５は、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、光学誘導システム内で使用される一例示的電気光センサアレイ１５００を図示する。センサアレイ１５００は、図１３のセンサアレイ１３３０の実施形態であり、センサアレイ１５００の画素の少なくとも一部の各々は、図１３のセンサ１３３１である。本実施形態では、センサ１３３１は、センサアレイ１５００の画素毎の並列アナログチャネルの１つの構成要素である。センサ１３３１の変調／復調は、コストを削減するために、限定されたエリアまたは数のトランジスタ等、ＣＭＯＳ検出器の制約に準拠するように意図的に構成される。乗算器１５６０によって使用される復調信号は、例えば、スイッチングトランジスタを用いて実装されるバイナリ信号である。バイナリスイッチング信号の位相は、位相ロックループ（ＰＬＬ）、直角位相サンプリング、または公知のもの等を通して、伝送される信号の位相に一致させるために変動され得る。２つのバイナリ信号値のみを用いて復調することによって、復調は、画素あたり非常に少数のスイッチングトランジスタのみを用いて実装され得る。フィルタ１５７０は、アナログ／デジタルコンバータ１３８０の一部として実装され得る。アナログ／デジタルコンバータ１５８０は、行または列、または複数の画素の別の集合等の多くの画素間、すなわち、多くのセンサ１３３１間で共有され得る。高性能のために意図されるある実施形態では、各センサ１３３１は、その独自のアナログ／デジタルコンバータ１５８０を有する。このタイプの構成は、背面照明画像センサ（ＢＳＩ）内に容易に実装され得、追加の金属層が、乗算器１５６０、フィルタ１５７０、およびアナログ／デジタルコンバータ１５８０のために設計され得る。

【0066】

図１６は、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、光学誘導システム内で使用される、一例示的電気光センサアレイ１６００を図示する。電気光センサアレイ１６００は、光学誘導システム５００（図５）のセンサアレイ５３０として実装され得る。センサアレイ１６００の画素の少なくとも一部の各々は、電気光センサ１６８０である。センサ１６８０は、入射変調光学放射の光学復調のために構成される、センサ５３１（図５）の実施形態である。センサアレイ１６００は、したがって、光学誘導システム５００（図５）の実施形態において有用であり、発振要素５１１（図５）によって放出された変調光学放射の変調周波数は、その光学またはＴＨｚ範囲内である。

【0067】

センサ１６８０は、光学ビームスプリッタ１６８７と、電気光検出器１６８１と、復調器１６９０とを含む。入射変調ＴＨｚ放射１６８５は、ビームスプリッタ１６８７において、ＴＨｚ復調信号１６８６に干渉し、干渉信号１６８８を産生する。干渉信号１６８８は、入射変調ＴＨｚ放射１６８５およびＴＨｚ復調信号１６８６より低い周波数を有する。干渉信号１６８８は、電気光センサ１６８１によってサンプリングされ、復調器１６９０によってさらに処理される。復調器１６９０は、ＧＨｚおよびＭＨｚ範囲内で復調し得る。ある実施形態では、センサアレイ１６００の複数の復調器１６９０は、同一のアナログ／デジタルコンバータを共有する。別の実施形態では、各復調器１６９０は、その独自のアナログ／デジタルコンバータを有する。

【0068】

図１７は、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、光学誘導システム７００（図７）の使用の実施例を図示し、送信機７１０（図７）によって放出された変調光学放射は、段階的に周波数変調される。グラフ１７２０は、段階的周波数変調のシミュレーションを示し、ある範囲の変調周波数段階を伴う変調光学放射が、送信機７１０（図７）によって放出される。逆反射体７１１からセンサ５３１（図５および７）によって受信される信号は、それを送信機７１０（図７）の伝送信号と混合することによって復調され、復調信号の角度は、低域通過フィルタリングされ、位相角度推定１７２１をもたらす。

【0069】

復調は、複素信号ｅｘｐ（ｊlang=EN-US>ω（ｔ）ｔ＋Φ）によって受信される信号を乗算することによって達成され、式中、lang=EN-US>ω（ｔ）は、伝送信号角周波数であり、ｔは、時間であり、Φは、伝送信号位相である。位相角度推定１７２１は、低域通過フィルタの出力である。１７２１Ｒｘ１は、発振要素からの所望の信号から復調された位相を表す。１７２１Ｒｘ２は、同一の発振要素から発生する光学放射の望ましくない反射を表す。一実施形態では、位相角度推定１７２１は、伝送される周波数の各々における復調された信号の平均である。位相角度推定１７２１は、フーリエ変換され、光の速度によって乗算され逆反射体７１１とセンサ５３１との間の距離に対する距離推定１７２３をもたらす。１７２３Ｒｘ１は、発振要素からの所望の信号の振幅を表す一方、１７２３Ｒｘ２は、望ましくない反射の振幅を表す。範囲判別処理は、最も近い範囲を伴う信号を選択するために使用され、それによって、望ましくない反射を拒絶し得る。この使用の実施例における信号処理はまた、光学誘導システム５００（図５）、６００（図６）、および８００（図８）、および光学誘導方法９００（図９）および１０００（図１０）にも適用され得る。

【0070】

図１８は、一例示的送信機１８３０、電気光センサ１７４０を伴う送信機６１１（図６）または送信機７１０（図７）の実施形態、センサ５３０（図５）の実施形態を図示する。

【0071】

送信機１８３０は、レジスタセクション１８３３と連結されるバイアスセクション１８３２と通信可能に連結される信号生成器セクション１８３１と、発光ダイオード（ＬＥＤ）１８３５と、トランジスタ１８３４とを含む。ＬＥＤ１８３５は、変調光学放射を放出する。信号生成器セクション１８３１は、バイアスセクション１８３２に連結される、ゼロ平均正弦波を提供する。バイアスセクション１８３２の出力は、ＬＥＤ１８３５を駆動させる、トランジスタ１８３４を駆動させる。ＬＥＤ１８３５の電力出力は、レジスタセクション１８３３内のレジスタ、ＬＥＤの動作電圧、および変換効率によって限定される。信号生成器セクション１８３１は、変調信号を提供する一方、バイアスセクション１８３２は、ＬＥＤ１８３５への電圧が、常時、正であり、したがって、ＬＥＤが信号のあらゆる部分に対して放射することを確実にする。

【0072】

送信機１８３０の変調周波数が、アナログ／デジタルデジタル化周波数の２分の１未満である場合、対応するセンサは、センサ１８４０であり得る。センサは、１より大きい通過帯域利得を有する、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１８４２と通信可能に連結される、電気光検出器１８４１を含む。ＨＰＦ１８４２は、フィルタの通過帯域内において約１の利得と、阻止帯域内において１よりはるかに小さい利得とを有する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１８４３と通信可能に連結される。ＨＰＦ１８４２は、ＤＣおよび低周波数干渉を抑制しながら、通過帯域内の高周波数に利得を提供する役割を果たす。ＬＰＦ１８４３は、デジタル信号処理のために、帯域通過フィルタリングされた変調信号をデジタル化する、アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１８４４と通信可能に連結される。次いで、センサ１８４０内の復調は、ソフトウェア復調信号１８４５とＬＰＦ１８４６とを使用して行なわれる。ＬＰＦ１８４６は、ソフトウェア内に実装される低域通過フィルタであり、例えば、移動平均有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタである。

【0073】

図１９は、センサ１９４０の実施形態である、一例示的センサ１９００を図示する。光検出器要素１９５２は、利得レジスタＲ９に連結される光検出器Ｘ１２ Ｓ５１０６を含む。利得レジスタＲ９は、Ｉ_ｐｄlang=EN-US>×Ｒ９＜＜Ｖ_{ｓｕｐｐｌｙ}であるように選定され、式中、Ｉ_ｐｄは、光検出器電流であり、Ｖ_{ｓｕｐｐｌｙ}は、例えば、図１９におけるＶ３およびＶ６である。光検出器電流は、低周波数干渉光学放射（例えば、周囲照明）、および変調光学放射のうちの少なくとも１つによって生成される。レジスタＲ９は、変調または周囲照明による全光検出器電流を電圧に変換する役割を果たし、したがって、高抵抗値Ｒ９と連結される高周囲照明は、おそらく回路を飽和させるために十分に高い高電圧を生成するであろう。Ｒ９に対する低値は、未加工光検出器電流のわずかな増幅を可能にし、処理後に適用されるべき高利得を可能にする。高域通過フィルタセクション１９５４は、低周波数干渉信号を除去し、利得を高周波数に提供し、高周波数の利得は、レジスタＲＦとＲ３との比率に関連する。低域通過セクション１８５６は、通過帯域内に略１の利得を提供しながら、全体の帯域幅および雑音を低減させる。高域通過フィルタセクション１９５４および低域通過フィルタセクション１９５６の組み合わせは、帯域通過フィルタ機能を提供する。示されるフィルタは、アクティブフィルタであるが、パッシブＲＣフィルタが、１より大きい利得が要求されない段において採用され得る。カットオフ周波数が、フィルタセクション１９５４および１９５６の各々におけるＲＣ組み合わせによって決定され、高域通過フィルタセクション１３５４の場合、ｆ_ｃ＝１／（２lang=EN-US>π・Ｒ４・Ｃ２）であり、低域通過フィルタセクション１９５６の場合、ｆ_ｃ＝１／（２lang=EN-US>π・Ｒ８・Ｃ３）である。ある実施形態では、この変調信号は、デジタル化され、デジタル化された信号の復調は、ソフトウェア内で生じる。

【0074】

図２０は、相互に別々の信号修正センサを伴う、一例示的光学誘導システム２０００を図示する。センサアレイ２０１０は、共通視野（ＦＯＶ）２０８０を有する、Ｎ個の電気光センサ２０１１を含む。介在媒体２０９０が、ＦＯＶ２０８０内の物体とセンサアレイとの間に存在し得る。介在媒体２０９０は、ＦＯＶ２０８０内の物体の画像に収差を導入し、誘導システム２０００は、この収差を補正可能である。

【0075】

各電気光センサ２０１１（ｉ）は、信号修正要素２０１４（ｉ）を含む。信号修正光学要素２０１４は、互いに相互に別々である。すなわち、Ｎ個の信号修正光学要素２０１４の各々は、そこに入射する光学放射に、Ｎ個の信号修正光学要素２０１４の各々に対して異なる修正を加える。信号修正光学要素は、例えば、空間依存様式において、入射光学放射の位相、振幅、または偏波を変化させ得る。

【0076】

信号修正光学要素２０１１はまた、センサ５３１（ｉ）（図５）を使用して、信号に相互に別々の時間修正を加える誘導システムの実施形態にも存在し得る。これらのシステムは、システム５００（図５）、システム６００（図６）、システム７００（図７）、およびシステム１４００（図１４）を含む。

【0077】

各電気光センサ２０１１（ｉ）はまた、画像センサ２０１６（ｉ）を含む。ある実施形態では、Ｎ個の画像センサ２０１６の各々は、別個の画像センサモジュールである。異なる実施形態では、Ｎ個の画像センサ２０１６の各々は、画像センサモジュール上の画素の領域として実装され、各電気光センサ２０１１（ｉ）は、画像センサモジュール画素アレイ上の画素の異なる領域に対して撮像する。

【0078】

画像生成器モジュール２０２０は、画像センサ２０１１に入射する光学放射に応答して画像センサ２０１１によって生成された信号を受信する。画像生成器モジュール２０２０は、合成モジュール２０３０を含む。画像生成器モジュール２０２０は、センサアレイ２０１０から受信される信号を線形および非線形にそれぞれ処理するために、線形処理モジュール２０３２および非線形処理モジュール２０３４を含む。変換モジュール２０４０は、合成モジュール２０３０と通信可能に連結され、収差補正画像または関連パラメータを決定するために、合成モジュール２０３０から受信される信号を変換する。例えば、変換モジュール２０４０は、その場所または向き等、ＦＯＶ２０８０内の物体に関するパラメータを決定し得る。

【0079】

図２１は、センサアレイ２０１０（図２０）の実施形態である、一例示的センサアレイ２１１０を図示する。センサアレイ２１１０は、Ｎ個のセンサ２１１１を含み、それぞれの信号修正要素２１１２が、それぞれの撮像対物レンズの中に組み込まれる。

【0080】

図２２は、センサアレイ２０１０（図２０）の実施形態である、一例示的センサアレイ２２１０を図示する。センサアレイ２２１０は、Ｎ個のセンサ２２１１を含み、それぞれの信号修正要素２２１１撮像対物レンズ２２１２は、別個のセンサ構成要素である。

【0081】

図２３は、メモリ２３３０と、プロセッサ２３８０と、インターフェース２３９０とを含む画像生成器モジュール２０２０の実施形態である一例示的画像生成器モジュール２３２０を図示する。メモリ２３３０は、インターフェース２３９０と通信可能に連結される、プロセッサ２３８０と通信可能に連結される。メモリ２３３０は、メモリ２３３０の不揮発性部分内にエンコードされた機械読み取り可能な命令２３４０を含む。命令２３４０は、合成命令２３５０と、変換命令２３６０とを含む。合成命令２３５０は、プロセッサ２３８０とともに、プロセッサ２３８０が、合成命令２３５０を実行し、合成モジュール２０３０（図２０）の機能を果たし得るような合成モジュール２０３０（図２０）の実施形態である。同様に、変換命令２３６０は、プロセッサ２３８０とともに、変換モジュール２０４０（図２０）の実施形態である。合成命令２３５０は、線形処理命令２３５２と、非線形処理命令２３５４とを含む。線形処理命令２３５２は、プロセッサ２３８０とともに、線形処理モジュール２０３２（図２０）の実施形態である。非線形処理命令２３５４は、プロセッサ２３８０とともに、非線形処理モジュール２０３４（図２０）の実施形態である。メモリ２３３０はまた、各センサ２０１１によって捕捉された画像２３７１を含む、データストレージ２３７０を含む。空間周波数表現２３７２は、画像２３７１の２Ｄフーリエ変換であり、独立変数は、２つの直交方向における空間周波数である。空間周波数表現２３７２の値は、最も一般的な場合、複素量である。複合ＭＴＦ応答２３７３および複合位相応答２３７４は、空間周波数表現２３７２から算出され、メモリ２３３０内に記憶される。データストレージ２３７０はまた、複素位相応答、基準ＭＴＦ２３７６、および正規化係数２３７７を算出するために使用される重み２３７５を含み得る。インターフェース２３９０は、画像生成器モジュール２３２０が、画像センサ２０１６（図２０）によって捕捉された画像を受信し得るように、センサアレイ２０１０（図２０）と通信可能に連結される。ある実施形態では、インターフェース２３９０はさらに、別個のコンピュータシステムまたはユーザに通信可能に連結される。インターフェース２３９０は、例えば、視認のための画像のレンダリングおよび誘導のための応答のレンダリングの一方または両方を行ない得る。

【0082】

図２４は、相互に別々の信号修正センサを伴う、光学誘導システム内の収差補正撮像のための一例示的方法２４００を図示する。方法２４００は、例えば、誘導システム２０００内で実装される。方法２４００は、誘導システム２０００に関連して以下に論じられるが、方法２４００は、収差媒体を通して撮像を行なう、他のシステムとともに使用され得る。加えて、誘導システム２０００は、図２４のもの以外の方法下で動作し得る。

【0083】

ステップ２４１０では、方法２４００は、それぞれの複数の相互に別々の信号修正電気光センサを使用して、共通視野を共有する、複数の改変された画像を捕捉する。各電気光センサは、他のセンサによって与えられる修正と相互に別々の修正を信号に与える。ステップ２４１０の実施例では、図２０におけるシステム２０００のセンサアレイ２０１０は、共通視野を共有する複数の画像を捕捉する。

【0084】

ステップ２４２０では、方法２４００は、それぞれの複数の改変された画像の複数の空間周波数ドメイン表現を生成する。前述のように、空間周波数表現の値は、最も一般的な場合、複素量である。ステップ２４２０の実施例では、システム２０００の合成モジュール２０３０の線形処理モジュール２０３２（図２０）は、センサアレイ２０１０から受信される複数の画像を線形に処理し、画像の空間周波数表現を生成する。

【0085】

ステップ２４３０では、方法２４００は、線形および非線形に、複数の空間周波数ドメイン表現を処理し、収差補正された画像を生成する。ステップ２４３０の実施例では、画像生成器モジュール２０２０（図２０）の線形処理モジュール２０３２および非線形処理モジュール２０３４は、線形および非線形に、それぞれ、複数の空間周波数ドメイン表現を処理し、収差補正された画像を生成する。

【0086】

図２５は、方法２４００のステップ２４３０の実施形態である一例示的方法２５００を図示する。ステップ２５１０では、方法２５００は、複数の空間周波数表現を合成し、複合ＭＴＦ応答を生成する。ステップ２５１０は、線形処理ステップ２５１５を含む。ステップ２５２０では、方法２５００は、複数の空間周波数表現を合成し、位相応答を生成する。ステップ２５２０は、線形処理ステップ２５２５を含む。ステップ２５３０では、方法２５００は、ステップ２５１０からの複合ＭＴＦ応答と２５２０からの複合位相応答とを結合する。ステップ２５３０では、方法２５００は、結合された複合ＭＴＦおよび位相応答を変換し、収差補正画像を生成する。

【0087】

図２６は、複合ＯＴＦの大きさの応答を算出するための非線形処理および複合ＯＴＦ位相応答を算出するための線形処理を採用する、画像明瞭性を回復するための第２の例示的方法を図示する。方法２６００は、方法２５００（図２５）と同じであるが、方法２５００のステップ２５１５、２５２５、および２５３０は、それらのそれぞれの実施形態であるステップ２６１５、２６２５、および２６３０によって取って代わられている。ステップ２５１５は、複数の空間周波数ドメイン表現の二乗平均平方根（ｒｍｓ）の大きさを計算する。ステップ２５２５は、複数の空間周波数ドメイン表現の位相の加重平均を計算する。ステップ２５３０は、複合ＭＴＦ応答、複合位相応答、および正規化係数を乗算し、センサアレイによって捕捉された画像の複合複素空間周波数ドメイン表現を生成する。実装方法２６００の実施例では、画像生成器モジュール２０２０システム２０００は、方法２６００を行なう。

【0088】

図２７は、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、一例示的光学誘導システム２７００を図示する。光学誘導システム２７００は、システム２０００の実施形態である。光学誘導システム２７００は、物体２７３０から放射または反射されたエネルギーを直交にサンプリングすることによって、物体２７３０に関する情報を測定する。相互に別々のセンサ２７０１（ｉ）の検出器は、単一画素またはアレイ検出器であり得る。

【0089】

誘導システム２７００と物体２７３０との間には、物体４０３によって生成された、またはそこから反射する、光学放射の光学特性を変化させるように作用する、潜在的収差媒体２７２０がある。収差媒体２７２０の特性は、既知または未知であり得る。複数の電気光センサ２７０１は、それぞれの複数の相互に別々の信号修正構成要素２７０２と、それぞれの複数の光学検出器２７０３とを含む。信号修正構成要素２７０２は、一般に、検出器２７０３近傍における、別々の位相／振幅プロファイルおよび／または別々の位相振幅プロファイルを伴うレンズであり得る。検出器２７０３は、単一画素検出器または検出器アレイであり得る。誘導システム２７００（２７０１（１、２、・・・、Ｎ））のセンサは、いくつかのドメイン内において、２７００の他のチャネルに対して、物体２７３０に関する情報を直交にサンプリングするために、相互に別々である。直交サンプルを有することは、対のセンサ間の交差情報を低減させ、システムのフィッシャー情報量を最大限にし、それによって、全体的システム精度を増加させる。光学誘導システム２７００はさらに、本明細書の範囲から逸脱することなく、センサ２７０１と相互に別々でない、またはそれと異ならない追加の電気光センサを含み得る。

【0090】

光学誘導システム２７００はまた、低コスト構成要素から成るため、非常に低コストであり得る。システム２７００は、物体２７３０の３Ｄ位置特定に関する情報が、可能性な限り精密に測定されるような特殊な低コスト直交方向センサ２７０１の一構成を表す。

【0091】

図２８は、信号修正光学要素５３４（図５）を使用する図５の相互に別々のセンサ５３１、または図２０の相互に別々のセンサ２０１１のための３つの一般的光学構成を説明する。システム２８１０は、物体が時間スケール上で定常である場合の関連する時変システムを説明し、時変システムは、光学構成要素２８１２のうちの少なくとも１つを改変することが必要とされ、おそらく、間隔２８１４を変更することによって、または２８１２における二次位相項を通して、焦点を合わせることが必要とされる。２８１２および２８１４の時間修正の両方は、例えば、Ｖａｒｉｏｐｔｉｃ（Ｌｙｏｎ、Ｆｒａｎｃｅ）によって供給されるもの等の液体レンズデバイスを通して、光機械的に行なわれ得る。

【0092】

システム２８２０は、相互に別々の光学素子２８２２、一般に、非球面光学素子のアレイを伴うシステムを説明する。光学素子２８２２によって形成される個々の光学チャネルは、相互に別々の測定を産生するように設計される。２８２０内の検出器２８２１は、アレイ検出器または単画素検出器の集合であり得る。

【0093】

システム２８３０は、システム２８２０に類似するが、共通対物レンズ２８３５が、相互に別々の光学素子２８３２のアレイの前に使用される。共通対物レンズ２８３５は、平行光、集束光、またはその間のものを光学素子アレイ２８３２に提示し得る。図２８の一般的光学特性は、特定のシステム内で単独で、または一緒に使用され得る。

【0094】

再び、光学誘導システム１３００（図１３および１４）を参照すると、ある実施形態では、誘導システム１３００内のセンサアレイは、信号修正光学要素１３３４として実装される、図２７の相互に別々の信号修正光学要素２７０２を含む。本実施形態は、信号に２つのタイプの相互に別々の修正を加える、センサを含む。一方は、システム２７００におけるように、入射光学放射としての信号の空間変動修正である。他方は、光学放射から電流に変換された後の信号の時間変動修正である。

【0095】

図２９は、システムの変調伝達関数（ＭＴＦ）によって定量化される、従来の撮像システムの空間分解能の劣化を説明する。収差は、古典的撮像システムにおいてＭＴＦパワーの損失を生じさせる。図１３および図２７のもの等のシステムにおける収差は、物体の位置特定推定の精度を著しく低減させるように作用し得る。図２７の収差媒体２７２０等による収差は、そのような実施例の１つである。収差はまた、拡張被写界深度を達成するために、システム内で意図的に使用され得る。実施例では、図４における誘導システム４００の相互に別々の電気光センサ４０１の慎重な設計によって、収差による「損失ＯＴＦ」の回復が、実現され得、最高精度位置特定推定が、可能となる。

【0096】

回折限界撮像システムが、図２９における２９１０によって与えられる２Ｄ ＭＴＦを産生し、ピークのＭＴＦの大きさは、中心にある。この２ＤＭＴＦの原点を通る水平スライスは、ＭＴＦ２９１１を産生する。１波長のコマ収差を伴うシステムは、２Ｄ ＭＴＦ２９２０を産生する。この２Ｄ ＭＴＦを通した水平スライスは、ＭＴＦ２９２１を産生する。１波長の非点収差を伴うシステムは、２Ｄ ＭＴＦ２９３０を産生する。このＭＴＦを通した水平スライスは、ＭＴＦ２９３１を産生する。

【0097】

図３０は、実施例によって、光線ベースの視点からのＭＴＦパワーの基本損失を説明する。理想的システム３０１０は、本質的に無限遠における遠隔点からの光線３０１１に作用し、理想的点広がり関数（ＰＳＦ）または点の画像３０１２を形成する。点の画像３０１２の実際の特性は、理想的システム３０１０の詳細に関連する。

【0098】

システム３０２０は、理想的システム３０１０に類似するが、収差媒体３０５０が、本質的に無限遠における遠隔点からの光線の相対的方向（および／または振幅および位相）を変化させる。点の画像３０２２における結果として生じる光線は、もはや理想的ではなく、遠隔点の収差画像を産生する。収差画像は、古典的には、いくつかの空間周波数におけるＭＴＦの損失に関連付けられる。重要となる疑問は、「このＭＴＦパワーが、どこへ行ったか？」である。この失われたパワー（以下、損失ＯＴＦと称される）が理解され得るならば、回復されることができるのか、その場合の方法は？
図３１は、複素システム応答（ＣＳＲ）と、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、誘導システム内で失われたＭＴＦパワーを回復する方法とを示す。空間周波数システム３１００は、本質的に、無限遠における遠隔点からの平行光３１０１を撮像する。空間周波数システム３１００上のレンズは、三次位相関数３１０２によって意図的に修正された理想的レンズであり、関数は、（ｘ＾３＋ｙ＾３）である。この位相関数は、収差の容易に説明される形態である。

【0099】

遠隔点の結果として生じる画像は、ＰＳＦ３１１０によって空間ドメインにおいて、その対応するＯＴＦ３１２０によって空間周波数ドメインにおいて表される。ＯＴＦ３１２０、すなわち、ＭＴＦの大きさのみ、図３１に示される。これらの２つの表現のいずれも、損失ＯＴＦパワーがどこに消えたかを説明していない。大きさおよび位相を含む特定のＯＴＦ点３１２１および３１２２が、それぞれ、複素システム応答（ＣＳＲ）３１３０および３１４０内に表される。ＯＴＦ点３１２１は、水平空間周波数にあり、ＯＴＦ点３１２２は、対角線空間周波数にあり、両方とも、原点から同一の半径方向距離にある。一般に、ＣＳＲは、垂直および水平方向に一般化された焦点ずれ（ｍｉｓｆｏｃｕｓ）の観点から、特定の複素ＯＴＦ点を表す。ＣＳＲ３１３０および３１４０の原点は、それぞれ、ＯＴＦ点３１２１および３１２２を表す一方、３１３０および３１４０の残りの領域は、異なる一般化焦点ずれを伴う、ＯＴＦ点３１２１および３１２２における特定の空間周波数に対するＯＴＦ点を表す。一般化焦点ずれは、lang=EN-US>α・ｘ＾２またはβ・ｙ＾２等の１次元焦点ずれであり、２つの直交次元は、異なる焦点ずれ特性を有する。古典的焦点ずれは、lang=EN-US>α・（ｘ＾２＋ｙ＾２）等の２次元であり、２つの直交次元は、同じ焦点ずれ特性を有する。ＣＳＲの原点における値は、ゼロ焦点ずれを伴う、特定の空間周波数のＯＴＦを表す。

【0100】

ＣＳＲ３１３０上の古典的焦点ずれ線３１５０は、水平である。ＣＳＲ３１４０上の古典的焦点ずれ線３１６０は、対角線である。これらは、それぞれ、ＯＴＦ点３１２１および３１２２における２つの特定の空間周波数に対する古典的焦点ずれ線を表す。

【0101】

焦点ずれ線３１５０の向きを理解するために、ＣＳＲ３１３０が、点３１２１によって示されるように、非ゼロ水平空間周波数lang=EN-US>ν_ｘと、約ゼロを中心とする、ほとんど消えそうな小範囲の垂直空間周波数lang=EN-US>Δν_ｙとを含む物体を撮像するためのＯＴＦ値を表すことを思い出されたい。ＯＴＦ、すなわち、ＭＴＦの大きさのみ、図に示される。故に、lang=EN-US>Δν_ｙ→０の極限では、ＣＳＲ３１３０におけるＯＴＦ値は、｜lang=EN-US>ν_ｙ｜＞に対して、一定である。焦点ずれ線３１６０は、３１５０に類似するが、ＯＴＦ点３１２２に対応するＣＳＲ３１４０内のＯＴＦ値が、対角線空間周波数にあるため、４５度だけ回転される。

【0102】

ＣＳＲ３１３０は、古典的焦点ずれ線３１５０に沿ったシステムパワー広がりを表示する。したがって、この空間周波数システム３１００は、拡張被写界深度を表示する。ＣＳＲ３１４０は、古典的焦点ずれ線３１６０から離れたパワーを有するシステムを説明する。古典的焦点ずれ線に沿ってパワーが存在するが、空間周波数システム３１００は、損失ＯＴＦパワーをここおよび多くの他の空間周波数に有する。

【0103】

ＣＳＲを理解し、直交サンプリングシステム４００（図４）、２０００（図２０）、および２７００（図２７）の電気光センサ４０１を意図的に設計し、ＣＳＲフィルタを設計することによりＣＳＲを利用することによって、特殊システムに及ぼす収差の影響は、大幅に低減され得る。システム４００（図４）、２０００（図２０）、および２７００（図２７）のセンサの信号修正光学要素は、本明細書に論じられるように、ＣＳＲフィルタを含み得る。例えば、複数の信号修正光学要素２０１４（図２０）は、それぞれの複数の相互に別々のＣＳＲフィルタであり得る。ある実施形態では、複数の相互に別々のＣＳＲフィルタは、一般的焦点ずれに及ぶための基底系（ｂａｓｉｓ ｓｅｔ）を形成する。

【0104】

図３２は、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、誘導システム内のセンサの射出瞳に基づいて、ＣＳＲを形成することを示す。ＣＳＲは、撮像システムの射出瞳のバイリニア関数である。図３２は、射出瞳３２０１Ｐ（ｘ，ｙ）に基づいて、ＣＳＲを形成するプロセスを説明する。一般に、この射出瞳は、空間位置の関数として振幅および位相を含む、複素量である。射出瞳のシフトされたバージョン３２０２Ｐ（ｘ－ｕ／２，ｙ－ｖ／２）と、シフトおよび共役されたバージョン３２０３Ｐ^＊（ｘ＋ｕ／２，ｙ＋ｖ／２）とが、点ごとに乗算される。結果は、２Ｄ相関３２１０Ｃ（ｕ，ｖ）である。この相関は、２次元シフトｕおよびｖの両方の関数である。Ｃ（ｕ，ｖ）の２Ｄフーリエ変換は、ＣＳＲ ＣＳＲ_ｕ，ｖ（ｗ_ｕ，ｗ_ｖ）３２２０をもたらす。２つのシフトｕおよびｖに関連する古典的ＯＴＦは、ｕおよびｖにわたって相関関数Ｃ（ｕ，ｖ）を合計することによって見出される。２つの空間シフトｕおよびｖに対する古典的ＯＴＦは、ＣＳＲの原点、またはＯＴＦ（ｕ，ｖ）＝ＣＳＲ（０，０）に等しい。ＣＳＲの重要な特性は、空間周波数の各々に対して、ＣＳＲの２乗値の和が、射出瞳３２０１の位相収差の各々に対して一定であることである。

【0105】

射出瞳Ｐ（ｘ，ｙ）は、一般に、複素量であるため、Ｃ（ｘ，ｙ）およびＣＳＲ（ｗ_ｕ，ｗ_ｖ）もまた、複素量である。ここに示されるＣＳＲの全プロットは、大きさを表示するが、全計算は、実際の複素値を伴うであろう。

【0106】

図３３は、ＣＳＲフィルタの「構築ブロック」を説明する。構築ブロックは、直交方向であり、したがって、図２７の電気光センサ２７０１の個々のチャネルが、最小量の交差情報および最大量のフィッシャー情報量を有することを可能にする。ＣＳＲフィルタは、収差のシステム影響を制御し、損失ＯＴＦパワーを回復するために使用される。プロット３３１０およびプロット３３２０は、４つの異なる角度に対する、１つの空間周波数に対するＣＳＲを説明する。ＣＳＲの空間周波数は、全体を通して、最大１．０に正規化され、この最大値から０．２５まで示されるであろう。グラフＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤは、それぞれ、水平、左対角線、右対角線、および垂直の空間周波数を表す。Ａにおける古典的焦点ずれ線は、水平であり、Ｂでは、右上り対角線であり、Ｃでは、その対角線は、右下りであり、Ｄでは、垂直である。

【0107】

プロット３３１０および３３２０のＣＳＲブロックは、非点収差構成要素を伴う撮像システムを通して作製される。または、図３２内の射出瞳３２０１は、図２７の直交サンプリングシステム２７００の信号修正構成要素２７０２の各々に対して空間的に設計される。プロット３３１０の場合、非点収差構成要素は、Ｐ（Ｒ，lang=EN-US>θ）＝Ｒ＾２ｓｉｎ（２θ）として定義される一方、プロット３３２０の場合、非点収差構成要素は、Ｐ（Ｒ，lang=EN-US>θ）＝Ｒ＾２ｃｏｓ（２θ）として定義される。ここで、Ｒ＝（ｘ＾２＋ｙ＾２）＾（１／２）およびlang=EN-US>θ＝ａｒｃｔａｎ（ｙ／ｘ）であり、Ｒは、開口平面内の半径であり、θは、開口平面の周りの角度である。

【0108】

プロット３３１０および３３２０内の対応するグラフＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、直交である。２つの構成要素機能に対する一般化焦点ずれの関数としてのパワーは、重複しないＣＳＲを生成する。これらのＣＳＲの線形組み合わせは、一般化焦点ずれ空間全体に及び得る。

【0109】

焦点ずれを図３２からの射出瞳３２０１に追加することは、ＣＳＲパワーを焦点ずれ線に平行に平行移動させる効果を有する。非点収差構成要素の振幅を変化させることは、焦点ずれ軸の周りにＣＳＲパワーを線形に平行移動させる。これらの２つの非点収差構成要素は、それらの線形組み合わせが、ＣＳＲの任意の所望の領域に及び得るため、ＣＳＲフィルタの構築ブロックと呼ばれる。

【0110】

図３４は、ここでは、円筒形構成要素からのＣＳＲフィルタに対する異なる組の構築ブロックを示す。円筒形構成要素は、ｘ＾２またはｙ＾２等の１Ｄレンズの形態を有する、図３２からの射出瞳３２０１を有する。プロット３４１０は、形態Ｐ（ｘ，ｙ）＝ｘ＾２の円筒形構成要素に関連する一方、プロット３４２０は、形態Ｐ（ｘ，ｙ）＝ｙ＾２の円筒形構成要素に関連する。各それぞれのグラフＡ、Ｂ、ＣまたはＤに対して、円筒形構成要素はまた、直交組を形成する。本質的に、図３４における任意の２つのグラフに対するＣＳＲ重複は存在しない。しかし、水平および垂直空間周波数ＡおよびＤは、それぞれの焦点ずれ軸に沿ってのみ平行移動する。これは、図３３からの非点収差構成要素には該当しない。

【0111】

図３３の構築ブロックは、図３５に示されるＣＳＲフィルタを形成するために使用される。構築ブロック３５０１、３５０２、および３５０３は、３つの異なる構築ブロックＰ（ｒ，lang=EN-US>θ）＝ａＲ＾２ｓｉｎ（２θ）、Ｐ（ｒ，θ）＝０、およびＰ（ｒ，lang=EN-US>θ）＝－ａＲ＾２ｓｉｎ（２θ）に対する、水平空間周波数（正規化された半径方向空間周波数０．２５を伴う）に対する複素ＣＳＲを説明し、ａ＝波長の３／４である。非点収差構成要素の振幅を線形に変動させることは、ＣＳＲを線形に平行移動させる。複素ＣＳＲ構築ブロックを線形に合計することによって、結果として生じるＣＳＲフィルタ３５１０が、もたらされる。このフィルタは、ゼロ焦点ずれを中心とした焦点ずれ線を中心として広範である。一般に、複素重みが、構築ブロック３５０１、３５０２、３５０３によって説明される各ＣＳＲに重みづけすることによって、ＣＳＲフィルタを形成するために使用され得るが、１の重みが、本明細書で使用されるであろう。

【0112】

図３６は、４つの角度に関する図３５からの単一ＣＳＲフィルタ実施例と、図３３からの正弦および余弦両方の非点収差構築ブロックとを示す。プロット３６１０は、＋ａ、０、および－ａ振幅を伴う正弦非点収差構築ブロックの線形組み合わせからのＣＳＲフィルタを表し、ａ＝３／４波長である。プロット３６２０は、＋ａ、０、および－ａ振幅を伴う、余弦非点収差構築ブロックの線形組み合わせからのＣＳＲフィルタを表し、再び、ａ＝３／４波長である。ＣＳＲフィルタ３６１０Ａは、図３５におけるＣＳＲフィルタ３５１０と同一である。ＣＳＲフィルタ３６１０Ａ、３６１０Ｄ、３６２０Ｂおよび３６２０Ｃは全て、それらのそれぞれの古典的焦点ずれ線に垂直である。これらのフィルタは、典型的には、古典的撮像システム内の収差により失われるＯＴＦパワーを回復する際に特に有用である。他のＣＳＲフィルタ（３６１０Ｂ ３６１０Ｃ、３６２０Ａ、および３６２０Ｄ）は全て、それぞれの古典的焦点ずれ線に沿って集中し、拡張被写界深度特性を呈するであろう。１つのパラメータにおいてのみ変動する、これらのＣＳＲフィルタは、１Ｄ ＣＳＲフィルタである。

【0113】

図３７は、図３４からの円筒形構築ブロックに関連するＣＳＲフィルタ３７１０および３７２０を図示する。ＣＳＲフィルタ３７１０および３７２０は、図３６におけるそれぞれのＣＳＲフィルタ３６１０および３６２０に類似するが、ＣＳＲフィルタ３７１０および３７２０のパワーは、それぞれの焦点ずれ軸上またはその近傍において、図３４からの非点収差構築ブロックからよりも密接して集中する。

【0114】

図３８は、非点収差および焦点ずれを含む、一組のＣＳＲフィルタ３８１１－３８１３、３８０１－３８０３、および３８２１－３８２３を説明する。ＣＳＲフィルタは、焦点ずれの追加を伴う、図３５からの正弦非点収差構築ブロックの線形組み合わせである。これらのＣＳＲフィルタは、２つのパラメータにおいて変動し、２ＤＣＳＲフィルタである。ＣＳＲ構築ブロック３８０１、３８０２および３８０３は、図３５のＣＳＲ構築ブロック３５０１、３５０２、および３５０３と同一である。図３８の上の行のＣＳＲ構築ブロックは、それぞれの射出瞳に対して＋１波の焦点ずれの追加を通して、焦点ずれ線に平行に平行移動させられている。下の行は、同一の状況を表すが、ＣＳＲ構築ブロックを反対方向に平行移動させる－１波の焦点ずれである。全構築ブロックの線形組み合わせは、ＣＳＲフィルタ３８３０をもたらす。この特定のＣＳＲフィルタは、概して、長方形であり、ゼロ焦点ずれ点を中心とする。

【0115】

図３９は、複数の角度に関する、図３８からの焦点ずれおよび振幅の線形組み合わせに関連するＣＳＲフィルタ３９１０Ａから３９１０Ｄおよび３９２０Ａから３９２０Ｂと、正弦および余弦両方の非点収差構築ブロックとを示す。ＣＳＲフィルタ３９１０Ａ、３９１０Ｄ、３９２０Ｂ、および３９２０Ｃは、図３８のものと同様に、焦点ずれ軸を中心とする均一長方形形態を有する。

【0116】

ＣＳＲフィルタ４０１０Ａ－４０１０Ｄおよび４０２０Ａ－４０２０Ｄは、図３８に類似するが、図３４および図３７の円筒形ＣＳＲ構築ブロックを用いて、図４０に示される。再び、パワーは、非点収差構築ブロックを用いてよりも円筒形構築ブロックを用いて、それぞれの焦点ずれ軸の近傍により近接して集中する。

【0117】

図４１から図４８は、収差による損失ＯＴＦを記録し、次いで、回復するためのＣＳＲフィルタリングを使用する４つの実施例を詳細に説明する。これらの実施例の場合、図２８の各チャネル２８２２の背後にアレイ検出器を伴う、システム２８２０が、使用される。システム２８２０の各開口は、ＣＳＲドメインにおける直交サンプリングをもたらす固有の位相を有する。各開口から画像データを捕捉し、適切な処理を行なうことによって、結果として生じる画像は、直交サンプリングを伴わないものよりはるかに少ない損失ＯＴＦパワーを有し得る。

【0118】

図４１では、介在収差媒体が、図３１からの三次位相収差である、形態Ｐ（ｘ，ｙ）＝lang=EN-US>α・（ｘ＾３＋ｙ＾３）（α＝１波長）の非理想的位相を付与すると仮定される。プロット４１１０は、等高線形態で表示される、古典的２Ｄ ＯＴＦの大きさ（すなわち、ＭＴＦ）を示す。４１１０（ならびに４１２０および４１３０）の水平および垂直軸は、正規化された空間周波数の単位であり、最大正規化値は、１．０である。全てのＭＴＦは、正規化された空間周波数０．２５に対して示される。プロット４１２０は、任意の処理に先立った図３６における非点収差１Ｄ ＣＳＲフィルタに対する２Ｄ ＭＴＦを表す（非点収差の量が変動する）。プロット４１３０は、任意の処理に先立った図３９における非点収差２Ｄ ＣＳＲフィルタに対する２Ｄ ＭＴＦを表す（非点収差および焦点ずれの両方が変動する）。プロット４１２０における１Ｄ非点収差ＣＳＲフィルタ２Ｄ ＭＴＦは、５つの直交方向開口に関連する一方、プロット４１３０内の２Ｄ非点収差ＣＳＲフィルタ２Ｄ ＭＴＦは、１５の直交方向開口に関連する。１Ｄプロット４１５０に示されるＭＴＦ４１１１、４１２１、および４１３１は、それぞれ、プロット４１１０、４１２０、および４１３０からの水平スライスである。

【0119】

プロット４１３０に示される２Ｄ非点収差ＣＳＲフィルタの２Ｄ ＭＴＦは、プロット４１２０に示される１Ｄ非点収差ＣＳＲフィルタ（より少ない直交方向開口を伴う）の２Ｄ ＭＴＦより高く、両方とも、プロット４１１０の古典的２Ｄ ＭＴＦより有意に高い。

【0120】

１Ｄプロット４１５０は、古典的回折限界ＭＴＦ４１４０を示す。古典的２Ｄ ＭＴＦの線形復元（古典的２ＤＭＴＦの推定スライスは、１Ｄプロット４１５０内の不鮮明なＭＴＦ４１１１として表される）は、回折限界ＭＴＦに一致し得る。そのような線形復元は、例えば、標的応答としての回折限界ＭＴＦ４１４０と、回復すべき応答としての不鮮明なＭＴＦ４１１１を考慮して設計されるウィーナフィルタであり得る。線形フィルタリングを通して、不鮮明なＭＴＦ４１１１を古典的回折限界ＭＴＦ４１４０に回復するために、ｇＲＭＳ＝２．２５のＲＭＳ利得を伴うフィルタが、要求される。そのようなフィルタリングは、この係数ｇＲＭＳ＝２．２５だけ、追加の雑音標準偏差を増加させるであろう。

【0121】

プロット４１２０の１Ｄ非点収差ＣＳＲフィルタの２Ｄ ＭＴＦに対するＲＭＳ雑音利得は０．８５であり、２Ｄ非点収差ＣＳＲフィルタ２Ｄ ＭＴＦ４１３０の場合、０．５７である。従って、直交にサンプリングされたシステムに対する付加的な雑音パワーは、直交サンプリングにより、処理後、低下する。

【0122】

図４２は、図４１の立体収差媒体に対するＣＳＲフィルタ４２１０Ａ－ＤおよびＣＳＲフィルタ４２２０Ａ－Ｄを示す。４２１０Ａ－Ｄは、前述と同一の４つの角度における０．２５空間周波数に対する４つのＣＳＲを示す。ＣＳＲパワーは、４２１０Ｂおよび４２１０Ｃ内の両対角線を横切って広く拡散する。このパワーは、図３９からの３９１０Ａ、３９２０Ｂ、３９２０Ｃ、および３９１０Ｄから成る、ＣＳＲフィルタ４２２０によって捕捉され得る。古典的集束は、焦点ずれ線に沿ったパワーを捕捉し得るが、ＣＳＲフィルタリングアプローチは、そうでなければ失われるであろうパワーである、焦点ずれ線を横切るパワーを捕捉する。ＣＳＲフィルタは、典型的には、古典的撮像において失われる、ＯＴＦパワーを捕捉する。そして、本明細書に開示されるＣＳＲ処理は、ＯＴＦの大部分または全部を回復するように作用する。

【0123】

ＣＳＲ４２１０において、正規化された焦点ずれ空間４２１０内の非ゼロＭＴＦ値のエリアは、２Ｄ ＣＳＲフィルタ４２２０の非ゼロＭＴＦエリアを超える。故に、全てではない収差ＭＴＦパワーが、ＣＳＲフィルタ４２２０Ａ－Ｄによって捕捉されるであろう。これは、理想的回折限界ＭＴＦから外れたシステムＭＴＦにつながる。しかし、サンプリングされたデータのウィーナフィルタリング等の少量のデジタル処理が、回折限界応答または同様のものに一致する最終画像を形成するために使用され得る。

【0124】

図４３は、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、誘導システム内の損失ＯＴＦを回復する実施例を示し、介在収差媒体は、１波の球面収差であり、位相は、Ｐ（Ｒ，lang=EN-US>θ）＝Ｒ＾４である。プロット４３５０内のＭＴＦ４３１１、４３２１、および４３３１は、それぞれ、プロット４３１０、４３２０、および４３３０の水平スライス（ゼロ垂直空間周波数における）である。プロット４３１０に示される古典的焦点ずれ２Ｄ ＭＴＦおよび古典的焦点ずれ１Ｄ ＭＴＦ４３１１は、回折限界システムからの有意なＭＴＦ降下を示す。２つの直交ＣＳＲフィルタＭＴＦは、際立ってより高く、プロット４３３０に示される２ＤＣＳＲフィルタ２Ｄ ＭＴＦおよび１Ｄ ＭＴＦ４３３１は、プロット４３２０に示される直交方向システム１Ｄ ＣＳＲフィルタ２Ｄ ＭＴＦおよび１Ｄ ＭＴＦ４３２１より顕著に高い。古典的システムに対するＲＭＳ雑音利得は、４．０４である一方、プロット３０２０に示される２Ｄ ＭＴＦの場合、０．９４であり、プロット４３３０に示される２Ｄ ＣＳＲフィルタ２Ｄ ＭＴＦの場合、０．４８である。

【0125】

図４４は、図４３の収差を表すＣＳＲを示す。再び、図３９の２Ｄ ＣＳＲフィルタは、図３６からの１Ｄ ＣＳＲフィルタより収差ＣＳＲに良好に一致する。このより良好な一致は、より高いＭＴＦおよびより低い処理雑音利得をもたらす。

【0126】

図４５は、相互に別々の信号修正電気光センサを採用する、誘導システム内の損失ＯＴＦを回復する実施例を説明し、収差は、１．２５波のコマ収差、すなわち、Ｐ（Ｒ，lang=EN-US>θ）＝１．２５Ｒ＾３＊ｓｉｎ（θ＋π／４）である。プロット４５５０内のＭＴＦ４５１１、４５２１、および４５３１は、それぞれ、プロット４５１０、４５２０、および４５３０の水平スライスである（ゼロ垂直空間周波数における）。再び、最低ＭＴＦは、古典的撮像システムからのものである一方、最高は、２ＤＣＳＲフィルタリングされるシステムからのものである。古典的システム４５１０に対する雑音利得は、１．９４であり、その４５２０に関連する１Ｄ ＣＳＲフィルタの場合、０．８３であり、４５３０の２Ｄ ＣＳＲフィルタの場合、雑音利得は、０．５８である。

【0127】

図４６は、図４５のコマ収差に対するＣＳＲを説明する。このＣＳＲは、４６１０Ｂ内の対角線空間周波数に対して非常に広い。これは、４５１０の低対角線ＭＴＦをもたらす。

【0128】

図４７における直交ＣＳＲフィルタリングの実施例は、古典的ＭＴＦでは、ゼロをもたらすが、直交サンプリングされたシステムでは、もたらさない、収差を示す。本実施例では、球面収差および非点収差の両方が、存在する。収差は、Ｐ（Ｒ，lang=EN-US>θ）＝（３／８）Ｒ＾４＋（３／４）Ｒ＾２ｃｏｓ（２θ）として説明される。プロット４７５０内のＭＴＦ４７１１、４７２１、および４７３１は、それぞれ、プロット４７１０、４７２０、および４７３０の水平スライス（ゼロ垂直空間周波数における）である。４７１０および４７１１における古典的ＭＴＦは、水平および対角線空間周波数においてゼロを生じさせるほど十分に低い値を示す。これらの広領域では、本質的に、いかなる情報も、収差の影響により、チャネルを通して伝達されない。４７２０／４７２１および４７３０／４７３１の２Ｄ／１Ｄ ＭＴＦは、非常に高い値を示す。実際、ＭＴＦは、特に、古典的システム内の大きいＭＴＦ変化と比較して、前述の収差に対して有意に変化しなかった。図４７の実施例に関する雑音利得は、古典的システムの場合、１０＾５であり、１Ｄ ＣＳＲフィルタリングされるシステムの場合、０．７３であり、２Ｄ ＣＳＲフィルタリングされるシステムの場合、０．５６である。

【0129】

図４８は、図４７に関連する収差に対するＣＳＲを示す。グラフ４８１０Ａおよび４８１０Ｂでは、原点（０，０）におけるＣＳＲパワーは、本質的に、ゼロである一方、ＣＳＲパワーは、サブプロット４８１０Ｄ内の原点では、比較的に高い。これは、図４７における４７１０の２Ｄ ＭＴＦのＣＳＲバージョンであり、水平および対角線ＭＴＦは、非常に低い。しかし、１Ｄおよび２Ｄ ＣＳＲフィルタ４７２０および４７３０は両方とも、収差ＣＳＲに適正に一致し得、収差チャネルを通して、ＭＴＦまたは情報損失をほとんどもたらさない。

【0130】

図４９から図５２は、図４１、図４３、図４５、および図４７の結果を産生するための光学構成およびＣＳＲ処理の実施例を説明する。図４９は、複数の相互に別々の開口４９０１を説明し、各々は、電気光センサ４９０１（１）、４９０１（２）、・・・、４９０１（Ｎ）につながる固有のＣＳＲ構築ブロックを有する。前述の実施例に対して、１Ｄ ＣＳＲフィルタに対して５つ、２Ｄ ＣＳＲフィルタに対して１５の電気光センサがあるであろう。

【0131】

図４９は、収差補正画像を生成するための光学誘導システム４９００を示す。システム４９００は、複数の相互に別々の開口を含み、各々は、相互に別々の信号修正センサを有する光学誘導システムにつながる固有のＣＳＲ構築ブロックを有する。図４９におけるシステム４９００は、ＣＳＲ処理チェーンの線形および非線形構成要素の両方を表す。複数の相互に別々の開口４９０１の背後の電気光センサ４９０１（１）、４９０１（２）、・・・、４９０１（Ｎ）の出力は、２Ｄフーリエ変換を受け、次いで、非線形処理ステップ４９１０および線形処理ステップ４９２０によって作用される。線形および非線形処理ステップの出力は、次いで、結合され、逆フーリエ変換され、システムの他の部分のために有用なクリア画像をもたらす。他の実装も同様に、空間ドメイン内にあり得る。処理は、システムの目標に応じて、重複領域をスライドさせて、または画像全体に対して、電気光センサ４９０１（１）、４９０１（２）、・・・、４９０１（Ｎ）からのサンプリングされた画像にわたって、ブロック単位で行なわれ得る。

【0132】

図５０は、図４９の線形処理構成要素５０００を説明する。線形処理は、適切な位相応答を形成することに関連する。複数の相互に別々の開口５００１の背後の電気光センサＳ１、Ｓ２、・・・、ＳＮの２Ｄフーリエ変換の位相成分は、５０３０である。これらの位相成分は、次いで、複素システム依存重み５０４０で重みづけされ、合計され、結果として生じる位相角度推定５０５０が、形成される。複素システム依存重み５０４０は、複数の相互に別々の開口５００１の背後の各電気光センサＳ１・・・ＳＮに関連する５０３０における各空間周波数に対するＣＳＲの位相の共役を表す。位相は、投影平行光のような較正信号を通して、または、縁、線、疎性等の物体に関するいくつかの先験的情報を通して、測定され得る。重みづけされた空間周波数情報を結合後、各空間周波数に対する結果として生じる位相角度が、推定される。セクション５０２０は、図４９における線形処理ステップ４９２０に類似する。

【0133】

図５１のシステム５１００は、ＣＳＲ処理システムに関連する非線形処理構成要素である。セクション５１１０は、図４９における非線形処理ステップ４９１０を表す。複数の相互に別々の開口５１０１からの空間データのフーリエ変換の二乗された大きさが、５１３０において形成される。これらの二乗された大きさの量は、次いで、逐一合計される。各合計された値の平方根が、次いで、５１４０において形成される。結果５１５０は、複数の相互に別々の開口５１０１の背後の直交電気光センサＳ１、Ｓ２、・・・、ＳＮに対する５１３０の空間周波数の各々に対する補正されたＭＴＦ値である。この非線形処理は、本質的に、測定された空間周波数の各々に対するＲＭＳ値を形成する。

【0134】

図５２は、大きさ推定５２１０（図５１からのセクション５１１０）と複素位相角度推定５２２０（図５０からの位相角度推定５０５０）との積の２Ｄ逆フーリエ変換から収差補正画像を形成するための方法５２００を示す。正規化項５２１０ｂは、収差が存在しないとき、ＭＴＦが、回折限界ＭＴＦまたは他の特定の標的に一致するように選定される。最終クリア画像５２５０が、形成される。

【0135】

光学／デジタル直交サンプリングシステムの実際の実施形態は、図５３－５７に表される。光学システムの１つのチャネルが、図５３におけるシステム５３００によって表される。システム５３００によって表されるチャネルの開口絞りは、別々の位相フィルタ５３１０の背後の第１のレンズ要素５３００ａの正面にある。第２のレンズ要素５３００ｂは、システム５３００をテレセントリックにするように作用し、画像平面５３００ｃにおける各物体点からの主光線は、光学軸に平行であり、画像平面に垂直である。画像平面における画像スポットの場所は、したがって、焦点において独立している。

【0136】

図２７からの相互に別々の位相および振幅信号修正構成要素２７０２は、直接、チャネルの正面および／または背面のいずれかにおいて、システム５３００内に構成され得る。周知のように、開口絞りは、正面にあるため、別々の位相フィルタ５３１０が、直接、射出瞳を変化させるために使用され得る。別々の位相はまた、直接、第１のレンズ要素５３００ａの一部として形成され得る。別々の振幅および位相はまた、検出器の前の画像平面５３００ｃの近傍に設置され得る。

【0137】

lang=EN-US>±２０度ＦＯＶにわたるＭＴＦは、本質的に、ＭＴＦ５３２０によって示されるように、回折限界される。また、５３３０に示される相対照度は、本質的に、視野全体にわたって一定である。相対照度は、視野全体にわたって、ＳＮＲを最大化するために、ＦＯＶの関数として一定であるように意図的に設計されている。

【0138】

図５４は、図５３のシステム５３００によって表されるチャネルのレンズ要素５３００ａおよび５３００ｂの球面５４１０および非球面５４１１構成要素を説明する。システム５３００によって表されるこのチャネルは、９５０ｎｍの波長で動作するように設計されている。本システムの軸上焦点距離は、５．５ｍｍおよびＦ／lang=EN-US>♯＝８である。

【0139】

図５５は、図５３におけるシステム５３００の歪を説明する。相対照度を一定に保つために、歪は、そのような単純および低コストシステムの場合、増加するはずである。言い換えると、視野にわたって余弦状様式において低下する相対照度の代わりに、システム５３００の局所Ｆ／lang=EN-US>♯は、より大きい画角において、若干低下し、物体に対する角度に伴う見かけ開口サイズの損失を補償するように意図的に設計されている。このＦ／lang=EN-US>♯の変化は、視野に伴った局所焦点距離の変化、したがって、拡大率または歪の変化につながる。歪は、このレンズの場合、６％を下回る。

【0140】

図５６は、図５３におけるシステム５３００において使用される照明の帯域通過性質を説明する。使用される検出器は、Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｓ５１０６単画素検出器であり、プロット５６３０に示されるように、lang=EN-US>λ＝９７０ｎｍを超えると、急低下する光感度を有する。ロングパス光学フィルタ５６１０（Ｍｉｄｗｅｓｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ製ＬＰ９２０）は、９２５ｎｍを下回る照明波長に対して強力なカットオフを有する。加えて、入射角度の関数としてのこの光学フィルタのカットオフ周波数は、プロット５６２０に示されるように、lang=EN-US>±２０度間の角度の場合、ほとんど変動しない。検出器の光学ロングパスフィルタおよび低域通過性質は、lang=EN-US>λ＝９５０ｎｍを中心とする帯域通過効果をもたらす。

【0141】

機械的にロバストであり、低コストで製作され得る、複数の開口のための１つの光学構成は、モノリシックまたはウエハスケールである。図５７は、完全誘導システムの３lang=EN-US>×１チャネルを示す。システム５７００は、本システムの側面図を示し、第１のレンズアレイ５７１０および第２のレンズアレイ５７２０を強調する。ある実施形態では、寸法５７５９および５７６０は、それぞれ、１２ｍｍおよび４５ｍｍである。レンズ要素および検出器を分離する、スペーサが、５７３０および５７４０によって与えられる。モノリシック構成の全構成要素は、光学的に吸収性のコーティングを有し（光学要素の中心以外）、太陽等の強力な源からの迷光の影響を低減させ得る。より小さい製造体積の場合、レンズアレイは、機械加工、圧延、研磨、または射出成形されたレンズであり得、レンズは。レンズアレイを形成するレンズホルダの中に組み立てられる。より大きい製造体積の場合、光学素子を含むレンズアレイは、直接、１つの部品に成形され得る。成形は、ガラスまたは同様の基板上の特殊エポキシを用いた射出成形または複製を通してであり得る。

【0142】

システム全体の電気構成要素は、画像平面近傍に搭載される。システム５７００の場合、電気アレイ５７７０は、別個の電子回路基板上に搭載された個々の検出器５７７０ａ、５７７０ｂ、および５７７０ｃから成る。ある実施形態では、寸法５７７０および５７７１は、１５ｍｍであり、寸法５７７２は、２３ｍｍである。各検出器基板は、第２のスペーサに直接搭載されるか、または第２のスペーサに搭載されたインタポーザに搭載され、使用の容易性および多様性を可能にする。５７７０の検出器は全てまた、製造量に応じて、単一回路基板上に搭載され得る。

【0143】

異なるサブシステムのための量および／またはコストおよび複雑性標的に応じて、多種多様な潜在的に異なるシステム構成が存在する。システムは、ｉ）位置特定されるべき物体に関連する光学素子／電子機器と、ｉｉ）情報を受信し、位置特定推定を形成するシステムに関連する光学素子／電子機器とから成る２つの主要サブシステムのうちの少なくとも１つから構成される。これらは、それぞれ、物体側サブシステムおよび受信機側サブシステムと称される。

【0144】

いくつかの状況では、多数の分散された物体側サブシステムおよび比較的に少ない受信機側サブシステムが存在し得る。この場合、物体側サブシステムのコストおよび複雑性を低減させることは、有益となり得る。他の状況では、多数の受信機側サブシステムが存在し得、各受信機側サブシステムのコストを削減する必要があり得る。例えば、非常に好感度なフォトカウンティング検出器が、受信機側サブシステム内で使用され、目に安全な伝送パワーを伴って、長距離を可能にし得る。受信機側サブシステムの全体的コストおよび複雑性の低減は、したがって、システム全体のトレードオフであり得、追加のコストおよび複雑性が物体側サブシステムに追加される。さらに別の状況は、全体的コストおよび複雑性が、物体と受信機側サブシステムとの間で平衡化される場合である。

【0145】

図５８から６０は、物体側および受信機側サブシステムの両方のコストおよび複雑性を連動して最適化するためのシステムおよび方法を説明する。５８１００は、一般的コスト／複雑性トレード空間を説明する。物体側サブシステムのコストおよび／または複雑性を低減させるために、受信機側サブシステムのコストおよび複雑性が、増加される必要があり、その逆も同様である。また、物体側および受信機側サブシステムの両方のコストおよび複雑性が平衡化される、妥協案も存在し得る。

【0146】

物体側サブシステム５８２００および受信機側サブシステム５８３００は、受信機側サブシステムのコストおよび複雑性を低減させる一方、物体側サブシステムのコストおよび複雑性を増加させる一実施例を説明する。投影される情報が異なる、多数の物体側システムが、最小複雑性を有する、比較的に少数の受信機側システムとともに使用され得る。

【0147】

物体側サブシステム５８２００は、照明５８２１０と、相互に別々の物体側投射光学素子５８２２０ｏおよび５８２２０ｉとを含む。電子機器５８２３０は、ＬＥＤ５８２１０の照明出力間の相対的差異がある所望のレベルを下回るように、照明５８２１０を駆動させ、かつ時間変調信号を提供するように作用する。相互に別々の物体側投射光学素子５８２２０ｏおよび５８２２０ｉは、本質的に一定のパワー対角度または空間変動パワー対角度において、光を遠隔受信機側サブシステムに向かって投影させるように作用する。異なる物体側サブシステムは、異なるパワー対角度が異なり得る。右および左円偏波器５８２２０Ｒおよび５８２２０Ｌは、サブシステム５８２００と５８３００との相対的物理的向きから独立して、受信機サブシステム５８３００における２つの出力の分離を可能にする。

【0148】

受信機側サブシステム５８３００は、物体側サブシステムから投影される２つの直交方向に偏波された信号を分離する、右および左円偏波器５８３２０Ｒおよび５８３２０Ｌから成る。光学チャネル５８３１０は、光学素子から成り、検出器は、５８３００に示されるものと同じであり得る。ＲＦ復調および処理電子機器５８３３０は、５８２００と同様に、いくつかの遠隔物体側システムからの信号を復調するように作用する。受信機側サブシステム５８３００は、最小物理的複雑性を有する一方、物体側サブシステム５８２００は、より高い複雑度を有することに留意されたい。直交偏波器は、５８２２０Ｒおよび５８２２０Ｌによって画定される２つのチャネルを分離するように作用する。

【0149】

受信機側サブシステムのための関連変形例が、５８４００に示される。この受信機側サブシステムは、５８３００のものに類似するが、推定精度を増加させるために、追加の情報を産生する、１つ以上のチェネルの追加を伴う。５８４００の異なるチャネルは、右または左円偏波器（そのような５８４２０Ｒ、５８４２０Ｌ、および５８４２０Ｌ２）のいずれかを有する。５８４２０Ｒおよび５８４２０Ｌに関連する光学素子および検出器は、５８３００内の対応するチャネルと同一であると仮定される。５８４２０Ｌ２に関連する光学素子は、５８４１１の追加分だけ異なる。５８４１１は、検出される強度対光学軸からの角度を変動させる、固有の強度および／または位相構成要素である。５８４１１は、５８２００ｉと連動し、推定精度を増加させ得る異なる測定を与えるように作用する。例えば、５８４１１は、相互に別々の物体側投射光学素子５８２２０ｉによって提供されるそれを上回って、検出される光学パワー対角度の傾きを増加させ得る。固有の物体側投射光学素子５８２２０ｏは、検出され、対照と見なされる光学パワーを投影させる。

【0150】

図５９は、図５８の相互に別々の物体側投射光学素子５８２２０ｏおよび５８２２０ｉを詳細に説明する。５９１００は、相互に別々の光学素子の両方の図面である。ＬＥＤは、５９１１０に搭載され、システム５９１００の開口絞りとして作用する。５９１１１は、このタイプの投影光学の第１の表面であり、５９１１２は、第２の表面である。５９１２０は、５９１００から投影されたパワーを受信する、遠隔サブシステムを表す。

【0151】

５９２００は、５９１００の２つの異なるバージョンに対する相対照度を説明する。５９２２０は、２０度視野にわたって、本質的に一定の相対照度を説明する一方、５９２３０は、視野に伴って、本質的に線形に変動する、相対照度を説明する。５９２２０は、図５８からの５８２２０ｏを表し得、５９２３０は、図５８からの５８２２０ｉを表し得る。相対照度は、５９１００に対する５９１２０の角度に応じて、遠隔受信機５９１２０によって見られ得る、投影されたパワーの相対的量である。これは、図５８のＬＥＤ５８２１０の出力パワー対角度であると仮定された。ＩＬＥＤ出力対角度が、一定ではない場合、ＬＥＤパワー対角度および非球面光学素子パワー対角度の組み合わせが、設計仕様に一致するように、非球面設計プロセスを通して補償され得る。

【0152】

５９２３０は、効果的焦点距離が視野の関数として変化するように、非球面光学を意図的に設計することによって、固有の相対照度プロファイルを達成する。この場合、焦点距離は、視野の関数として、線形に低下する。多くの他の相対照度プロファイルも、実践的であり得る。５９２３０の利点は、単一の安価な光学構成要素のみが、物体側サブシステムのパワー対角度を修正するために使用されることである。

【0153】

図６０は、周知のＺｅｍａｘ－タイプのフォーマットにおける図５９の５９２２０および５９２３０に関連する光学構成を詳細に説明する。表６０１００および６０１０１は、５９２２０を形成する、単一レンズ光学システムを説明し、表６０２００および６０２０１は、５９２３０を形成する、光学システムを説明する。表６０１０１および６０２０１は、４次、６次等の円形対称非球面項を説明する。図６０の光学システムは、９００ｎｍ照明とともに使用されるように意図される。

【0154】

（特徴の組み合わせ）
前述の特徴ならびに以下に請求されるものは、本明細書の範囲から逸脱することなく、種々の方法で組み合わせられ得る。例えば、本明細書に説明される１つの誘導システムまたは方法の側面は、本明細書に説明される別の誘導システムまたは方法の特徴を組み込むか、またはそれと交換し得ることを理解されるであろう。以下の実施例は、前述の実施形態の可能性な非限定的組み合わせを例証する。多くの他の変更および修正も、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書の方法およびデバイスに行なわれ得ることは、明白であろう。

【0155】

（Ａ１）物体の場所パラメータを決定するための誘導システムは、（ａ）変調光学放射を放出するための、物体に位置する少なくとも１つの発振要素と、（ｂ）少なくとも２つの相互に別々の信号修正電気光センサであって、各々、検出器と、変調光学放射の少なくとも一部の検出に応答して、復調された電気信号を生成するための復調器とを有する電気光センサと、復調された電気信号から場所パラメータを決定するためのプロセッサとを含み得る。

【0156】

（Ａ２）少なくとも１つの発振要素は、相互に別々に変調された光学放射を放出する３つの送信機を備え、場所パラメータは、電気光センサに対する物体の３次元の場所および３次元の向きである、（Ａ１）に記載の誘導システム。

【0157】

（Ａ３）復調器は、少なくとも３つの電気光センサのうちの対応する１つに関連付けられ、復調された電気信号の各々は、関連付けられた変調光学放射に関連付けられている、（Ａ１）または（Ａ２）のいずれかに記載の誘導システム。

【0158】

（Ａ４）少なくとも１つの送信機が、変調光学放射が、電気光センサ上に入射する他の光学放射とは異なるように構成される、（Ａ１）から（Ａ３）のいずれかに記載の誘導システム。

【0159】

（Ａ５）光学検出器は、変調光学放射を検出するための単画素光検出器を備えている、（Ａ１）から（Ａ４）のいずれかに記載の誘導システム。

【0160】

（Ａ６）各復調器は、復調された電気信号のより高い周波数成分を拒絶するためのフィルタをさらに備えている、（Ａ１）から（Ａ５）のいずれかに記載の誘導システム。

【0161】

（Ａ７）変調光学放射は、それぞれの複数の正確性を伴う物体パラメータを決定するための複数の変調周波数を備えている、（Ａ１）から（Ａ６）のいずれかに記載の誘導システム。

【0162】

（Ａ８）変調光学放射は、時間処理を通して範囲を推定し、相互に別々の信号修正センサを通して角度を推定するために、複数の変調周波数を備えている、（Ａ１）から（Ａ７）に記載の誘導システム。

【0163】

（Ａ９）変調光学放射は、反射による信号を拒絶するために、複数の変調周波数を備えている、（Ａ１）から（Ａ８）に記載の誘導システム。

【0164】

（Ａ１０）少なくとも１つの発振要素の各々は、逆反射体であり、システムはさらに、電気光センサに反射するために、変調光学放射を逆反射体に伝送するための送信機を備えている、（Ａ１）から（Ａ９）に記載の誘導システム。

【0165】

（Ａ１１）送信機は、変調光学放射が、電気光センサに入射する他の電磁放射とは異なるように構成される、（Ａ１０）に記載の誘導システム。

【0166】

（Ａ１２）変調光学放射は、無線周波数範囲内の変調周波数を有する、（Ａ１）から（Ａ１１）に記載の誘導システム。

【0167】

（Ａ１３）変調光学放射は、３００ＧＨｚより大きい変調周波数を有する、（Ａ１）から（Ａ１２）に記載の誘導システム。

【0168】

（Ａ１４）電気光センサは、入射光学放射に相互に別々の空間依存修正を加えることによって、相互に別々である、（Ａ１）から（Ａ１３）に記載の誘導システム。

【0169】

（Ａ１５）空間変動位相透過関数を伴う位相プレートが、入射光学放射に相互に別々の空間依存修正を加える、（Ａ１４）に記載の誘導システム。

【0170】

（Ａ１６）視野を共有し、そこからそれぞれの複数の改変された画像を相互に別々に提供する、複数の電気光センサと、複数の改変された画像の空間周波数特性を線形および非線形に処理し、撮像システムのための収差補正画像を合成するための画像生成器モジュールとを備えている、収差補正撮像を伴う誘導システム。

【0171】

（Ａ１７）共有視野内の物体と複数の電気光センサとの間の介在媒体が、撮像システムによって補正される収差を産生する、（Ａ１６）に記載の誘導システム。

【0172】

（Ａ１８）複数の電気光センサは、入射光学放射の位相を空間的に修正するために、それぞれの複数の相互に別々の信号修正光学要素を備えている、（Ａ１７）に記載の誘導システム。

【0173】

（Ａ１９）各電気光センサは、画像センサと、画像をその上に形成するための撮像対物レンズとを備え、撮像対物レンズは、信号修正要素を備えている、（Ａ１８）に記載の誘導システム。

【0174】

（Ａ２０）各電気光センサは、画像センサと、画像をその上に形成するための撮像対物レンズとを備え、信号修正要素は、撮像対物レンズと別個である、（Ａ１８）に記載の誘導システム。

【0175】

（Ａ２１）画像生成器モジュールは、複数の複素空間周波数ドメイン表現であり、それぞれ、複数の改変された画像のうちのそれぞれの１つの複素空間周波数ドメイン表現である、複素空間周波数ドメイン表現を合成し、複合変調伝達関数応答および複合位相応答を決定するための合成モジュールと、複合変調伝達関数および複合位相応答を結合および変換し、収差補正画像を生成するための変換モジュールとを備えている、（Ａ１６）から（Ａ２０）に記載の誘導システム。

【0176】

（Ａ２２）合成モジュールは、複数の複素空間周波数ドメイン表現の二乗平均平方根の大きさから複合変調伝達関数応答を決定する、（Ａ２１）に記載の誘導システム。

【0177】

（Ａ２３）合成モジュールは、複数の複素空間周波数ドメイン表現の位相の加重平均から複合位相応答を決定する、（Ａ２２）に記載の誘導システム。

【0178】

（Ａ２４）複数の電気光センサは、入射光学放射の位相を空間的に修正するために、それぞれの複数の相互に別々の信号修正光学要素を備え、加重平均における重みは、複数の信号修正光学要素の位相から決定される、（Ａ２３）に記載の誘導システム。

【0179】

（Ａ２５）変換モジュールはさらに、複合変調伝達関数応答が、基準変調伝達関数応答に最良一致するように、正規化係数を適用する、（Ａ２２）から（Ａ２４）に記載の誘導システム。

【0180】

（Ａ２６）画像生成器モジュールは、プロセッサと、プロセッサと通信可能に連結されているメモリであって、（ａ）プロセッサによって実行されると、合成する機能を実施する機械読み取り可能な合成命令と、（ｂ）プロセッサによって実行されると、結合および変換の機能を実施する機械読み取り可能な変換命令と、を含む、不揮発性部分を備えている、メモリとを備えている、（Ａ２２）から（Ａ２５）に記載の誘導システム。

【0181】

（Ａ２７）機械読み取り可能な合成命令はさらに、複合変調伝達関数応答を複数の複素空間周波数ドメイン表現の二乗平均平方根の大きさから決定するための命令を含む、（Ａ２６）に記載の誘導システム。

【0182】

（Ａ２８）機械読み取り可能な合成命令はさらに、複合位相応答を複数の複素空間周波数ドメイン表現の位相の加重平均から決定するための命令を含む、（Ａ２６）から（Ａ２７）に記載の誘導システム。

【0183】

本明細書の範囲から逸脱することなく、前述のシステムおよび方法に変更が行なわれ得る。したがって、前述の説明に含有され、付随の図面に示される事項は、限定的意味としてではなく、例証的として解釈されるべきであることに留意されたい。以下の請求項は、本明細書に説明される一般的および具体的特徴ならびに文言上それに含まれると見なされ得る、本方法およびシステムの範囲の全記述を網羅することが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】

【図44】

【図45】

【図46】

【図47】

【図48】

【図49】

【図50】

【図51】

【図52】

【図53】

【図54】

【図55】

【図56】

【図57】

【図58】

【図59】

【図60】