(57)【要約】  本装置は、偏光フィルターセルのアレイであって、各セルが第一の偏光方向を有する第一の偏光フィルター及び第一の偏光方向とは異なる第二の偏光方向を有する第二の偏光フィルターを備えた、アレイと；偏光フィルターのアレイ上に光を向ける光学システムと；それぞれ第一及び第二の偏光フィルターを介して受光した光からデータを生成する第一及び第二の光センサーとを備える。また、本方法は、偏光フィルターセルのアレイ上に光を向けるステップであって、各セルが第一の偏光方向を有する第一の偏光フィルター及び第一の偏光方向とは異なる第二の偏光方向を有する第二の偏光フィルターを有する第二の偏光フィルターを有する、ステップと；それぞれ第一及び第二の光センサーによって第一及び第二の偏光フィルターを介して受光した光からデータを生成するステップと；データに基づいて偏光パターンを導出するステップとを備える。
2013505459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光フィルターセルのアレイであって、各セルが第一の偏光方向を有する第一の偏光フィルター及び前記第一の偏光方向とは異なる第二の偏光方向を有する第二の偏光フィルターを備えた、アレイと、
前記偏光フィルターセルのアレイ上に光を向ける光学システムと、
前記第一の偏光フィルターを介して受光した光からデータを生成する第一の光センサー及び前記第二の偏光フィルターを介して受光した光からデータを生成する第二の光センサーとを備えた装置。
【請求項２】
前記データに基づいて偏光パターンを導出する処理ユニットを更に備えた請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第二の偏光方向が前記第一の偏光方向に実質的に垂直である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記処理ユニットが、前記第一の偏光フィルターを介して受光した光の強度と前記第二の偏光フィルターを介して受光した光の強度との間の差を測定することによって偏光の強度及び方向のうち少なくとも一方の計算を行い、該計算に基づいて前記偏光パターンを導出するためのものである、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記光学システムによって向けられた光から少なくとも一つの波長帯を分離する波長分離器を更に備えた請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記波長分離器によって分離された少なくとも一つの波長帯における偏光のパターンを計算する処理ユニットを更に備えた請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記波長分離器が、少なくとも一つのカラーフィルターの組に配置されたカラーフィルターのアレイを備え、各組が偏光フィルターに並置されている、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記第一の光センサー及び前記第二の光センサーが、各偏光フィルターに並置された少なくとも一つの光センサーを有する光センサーのアレイとして備わっている、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記偏光フィルターセルが同心リング状に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
太陽経路テーブル、星座チャート、暦チャート、天体暦チャート、時間標準、天空光の偏光のチャート、真北、磁北及び方眼北の較正チャートのうち少なくとも一つの相補的データを記憶するメモリーを更に備えた請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記装置の傾きを検出する傾斜計を更に備えた請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記処理ユニットが、前記偏光パターンに基づいて天体の位置データを計算するためのものである、請求項２に記載の装置。
【請求項１３】
前記位置データが前記天体の方位角及び仰角のうち少なくとも一方を備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記処理ユニットが、前記天体の位置データに基づいてナビゲーションデータを計算するためのものである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記処理ユニットが、更にメモリーに記憶された相補的データに基づいてナビゲーションデータを計算するためのものである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
偏光フィルターセルのアレイ上に光を向けるステップであって、各セルが第一の偏光方向を有する第一の偏光フィルター及び前記第一の偏光方向とは異なる第二の偏光方向を有する第二の偏光フィルターを有する第二の偏光フィルターを備える、ステップと、
第一の光センサーによって前記第一の偏光フィルターを介し、第二の光センサーによって前記第二の偏光フィルターを介して受光した光からデータを生成するステップと、
前記データに基づいて偏光パターンを導出するステップとを備えた方法。
【請求項１７】
前記第二の偏光方向が前記第一の偏光方向に実質的に垂直である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第一の偏光フィルターを介して受光した光の強度と前記第二の偏光フィルターを介して受光した光の強度との間の差を測定することによって偏光の強度及び方向のうち少なくとも一方の計算を行い、該計算に基づいて前記偏光パターンを生成するステップを更に備えた請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
向けられた前記光から少なくとも一つの波長帯を分離するステップを更に備えた請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
偏光のパターンの計算が少なくとも一つの分離された波長帯のおいて行われる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
装置の傾きを検出するステップを更に備えた請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記偏光パターンに基づいて天体の位置データを計算するステップを更に備えた請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記位置データが前記天体の方位角及び仰角のうち少なくとも一方を備える、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記天体の位置データに基づいてナビゲーションデータを計算するステップを更に備えた請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記ナビゲーションデータの計算が、メモリーに記憶された相補的データに更に基づいている、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
太陽の運動に基づいた単純で正確な位置測定は、長い間、ナビゲーション機器の目標である。同様に、‘真北’の高速で信頼できる決定は、場合によってはＧＰＳから利用可能であるが、工学、軍事、土地測量、空運、スポーツ及び海運にとって面倒で時間のかかる作業のままである。太陽放射及び大気条件の検出は、長い間、天気予報及びグリーンエネルギー産業の目標である。同様に、太陽放射及び大気粒子の高速で低コストの測定は、場合によっては例えばアクティブレーザー機器によって提供可能であるが、気候学及びグリーンエネルギー工学にとって高価で時間のかかる作業のままである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】米国特許第４５７７４１４号明細書
【特許文献２】米国特許第３９１７４０８号明細書
【特許文献３】米国特許第５４２４５３５号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００８／０２５８０５号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の実施形態は、装置を提供し得て、本装置は、偏光フィルターセルのアレイを含み得て、各セルは、第一の偏光方向を有する第一の偏光フィルター及び第二の偏光方向を有する第二の偏光フィルターを含み得て、第二の偏光方向は第一の偏光方向とは異なる。第二の偏光方向は、第一の偏光方向に実質的に垂直であり得る。フィルターセルは同心リング状に配置され得る。
【０００４】
本装置は、偏光フィルターのアレイ上に光を向ける光学システムと；第一の偏光フィルター介して受光した光からデータを生成する第一の光センサー及び第二の偏光フィルターを介して受光した光からデータを生成する第二の光センサーとを更に含み得る。第一の及び第二の光線センサーは、各偏光フィルターに並置された少なくとも一つの光センサーを有する光センサーのアレイとして備わり得る。
【０００５】
一部実施形態によると、本装置は、データに基づいて偏光パターンを導出する処理ユニットを更に備え得る。処理ユニットは、第一の偏光フィルターを介して受光した光の強度と第二の偏光フィルターを介して受光した光の強度との間の差を測定することによって、偏光の強度及び方向のうち少なくとも一方を計算し、その計算に基づいて偏光パターンを導出するためのものであり得る。処理ユニットは、偏光パターンに基づいて天体の位置データ（例えば、天体の方位角及び仰角の少なくとも一方）を計算するためのものであり得る。処理ユニットは、天体の位置データに基づいてナビゲーションデータを計算するものであり得る。処理ユニットは、メモリーに記憶された相補的データに更に基づいてナビゲーションデータを計算し得る。
【０００６】
本発明の一部実施形態に係る装置は、光学システムによって向けられた光から少なくとも一つの波長帯を分離する波長分離器を更に含み得る。装置の処理ユニットは、波長分離器によって分離された少なくとも一つの波長帯の偏光のパターンを計算し得る。波長分離器は、少なくとも一つのカラーフィルターの組に配置されたカラーフィルターのアレイを含み得て、各組はカラーフィルターに並置される。
【０００７】
本発明の一部実施形態によると、本装置は、太陽経路テーブル、星座チャート、暦チャート、天体暦チャート、時間標準、天空光の偏光のチャート、真北、磁北及び方眼北の較正チャートを備えたリストのうち少なくとも一つの相補的データを記憶するメモリーを含み得る。
【０００８】
更に、本発明の一部実施形態によると、本装置は、装置の傾きを検出する傾斜計を備え得る。
【０００９】
また、本発明の実施形態は方法を提供し得て、本方法は、偏光フィルターセルのアレイ上に光を向けるステップを含み得て、各セルは、第一の偏光方向を有する第一の偏光フィルター及び第一の偏光方向とは異なる第二の偏光方向を有する第二の偏光フィルターを含み得る。第二の偏光方向は第一の偏光方向に実質的に垂直である。
【００１０】
本方法は、第一の光センサーによって第一の偏光フィルターを介し、第二の偏光センサーによって第二の偏光フィルターを介して受光した光からデータを生成するステップと；そのデータに基づいて偏光パターンを導出するステップとを更に含み得る。
【００１１】
一部実施形態によると、本方法は、第一の偏光フィルターを介して受光した光の強度と第二の偏光フィルターを介して受光した光の強度との間の差を測定することによって偏光の強度及び方向のうち少なくとも一方を計算し、その計算に基づいて偏光パターンを生成するステップを更に含み得る。
【００１２】
本発明の一部実施形態によると、本方法は、向けられた光から少なくとも一つの波長帯を分離するステップを更に含み得る。偏光のパターンの計算は、少なくとも一つの分離された波長帯におけるものであり得る。
【００１３】
本発明の一部実施形態によると、本方法は、装置の傾斜を検出するステップを更に含み得る。
【００１４】
本発明の一部実施形態によると、本方法は、偏光パターンに基づいて天体の位置データを計算するステップを更に含み得る。位置データは、天体の方位角及び仰角のうち少なくとも一方を含み得る。
【００１５】
本発明の一部実施形態によると、本方法は、天体の位置データに基づいてナビゲーションデータを計算するステップを更に含み得る。本発明の一部実施形態では、ナビゲーションデータの計算は、メモリーに記憶された相補的データに更に基づいたものであり得る。
【００１６】
本発明に関する主題は、明細書の結論部分に具体的に指摘されており、明確に主張されている。しかしながら、本発明は、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することによって、組織及び動作方法に関して、その対象、特徴、及び利点と共に、最も良く理解可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一部実施形態に係るナビゲーション用の装置の概略的な断面図である。
【図２】本発明の一部実施形態に係る例示的な偏光子の概略図である。
【図３】本発明の一部実施形態に係る偏向検出ユニット装置の部分的な概略図である。
【図４Ａ】本発明の一部実施形態に係る処理ユニットによって導出可能な偏光パターンの概略図である。
【図４Ｂ】本発明の一部実施形態に係る処理ユニットによって導出可能な偏光パターンの概略図である。
【図５】本発明の一部実施形態に係るナビゲーション用の方法を示す概略的なフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
説明の簡略化及び明確性のため、図面に示される要素は必ずしも縮尺通りに描かれている訳ではない。例えば、一部要素の寸法は、明確性のため、他の要素と比較して誇張され得る。更に、適切な場合、参照符号は、対応する又は類似の要素を示すために複数の図面にわたって繰り返され得る。
【００１９】
以下の詳細な説明において、本発明の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が示される。しかしながら、そうした具体的な詳細がなくとも、本発明が実施可能であることを当業者は理解されたい。他の例では、本発明を曖昧にしないために、周知の方法、手順、構成要素は、詳細には説明されない。
【００２０】
図１を参照すると、図１は、本発明の一部実施形態に係るナビゲーション用の装置１０の概略的な断面図である。装置１０は、光学システム１１０と、偏光子１２０と、光センサー２２０と、処理ユニット２００とを含み得る。
【００２１】
光学システム１１０は、偏光子１２０上に光を向ける及び／又は集束させる。光学システム１１０は、単一の又は複数の光学素子を含み得て、その光学素子として、例えば、レンズ、小型レンズアレイ、マイクロレンズ、ピンホール、光ファイバー、導波路、他の適切な光学素子が挙げられる。一部実施形態では、装置１０は、光学ズーム、可動光学素子、及び／又は集束システムを更に含み得る。
【００２２】
偏光子１２０は、偏光フィルターのアレイを含み得る（図２に示す）。偏光子１２０は、偏光子１２０の設計に従った方向に直線偏光している光成分を通過させ、実質的にすべての又は他の角度の偏光をブロックし得る。偏光子１２０を通過する偏光は、光センサー２２０上に反射され得る吸収光の偏光強度及び／又は方向のパターンを生成し得る。本明細書において、“パターン”との用語は、数値ベクトル、スケールマップ、又は“パターン”との用語の他の従来の意味を含み得るが、これらに限られるものではない。
【００２３】
光学システム１１０が、天空光（ｓｋｙｌｉｇｈｔ，つまり、太陽等の天体に起因する放射であって、地球に向けて大気によって反射及び／又は散乱された放射）、又は地物反射光（ｅａｒｔｈｌｉｇｈｔ，つまり、地球から反射及び／又は散乱された天空光）を偏光子１２０上に向ける及び／又は集束すると、偏光のパターンは、装置１０によってナビゲーションデータを得ることを可能にし得る。
【００２４】
光センサー２２０は、例えばイメージセンサーを含み得る。光センサー２２０は、光学信号を電気信号に変換する光センサーセルのアレイを含み得て、例えば、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のアレイ、電荷結合素子（ＣＣＤ，ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ，ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、アクティブピクセルセンサー（ＡＰＳ）、又は他の適切な光センサー等が挙げられる。光センサー２２０は、データ（例えば、画像データや、受光した光に関する他のデータ）を生成して、そのデータを処理ユニット２００に送信し得て、その処理ユニット２００は、生成されたデータに基づいて、データを記録、分析、処理、記憶、圧縮、送信、再構築、変換、及び／又は導出し得る。一部実施形態では、生成されたデータが画像を含まず、例えば、光強度、偏光強度の方向、又は画像を生成するのには不十分な限定された情報に限定され得る。
【００２５】
例えば、偏光子１２０は、対応する二つの異なる偏光方向（例えば、互いに実質的に垂直、又は他の識別可能な角度）を有する二種以上の偏光フィルター（図３に示されるようなもの等）を含み得る。偏光子１２０を通過する偏光は、光センサー２２０上に投影される光の偏光強度及び／又は方向のパターンを生成し得る。光センサー２２０によって生成されるデータに基づいて、処理ユニット２００は、光センサー２２０上の異なる領域によって吸収される偏光の偏光方向及び／又は強度を計算し得る。例えば、処理ユニット２００は、光センサー２２０上の二つ以上の異なる領域の各々によって二つの異なる種類の偏光フィルターを介して受光された光の強度間の差を測定して、例えば偏光パターンを導出することによって、偏光の方向及び／又は強度を計算し得る。偏光パターンに基づいて、処理ユニット２００は、例えば、時間、真北、位置、方向、及び／又は他の有用なデータ等のナビゲーションデータを得ることができる。処理ユニット２００は、例えば、一つ以上の導出された偏光パターンに基づいて、例えば、太陽、星、又は月等の天体の位置を決定することによって、ナビゲーションデータを得ることができる。
【００２６】
一部実施形態では、光学システム１１０が偏光子１２０上に天空光を向ける及び／又は集束させるように、装置１０を向け得る。装置１０は、例えば、腕時計、ヘルメット、サングラス、携帯型デバイス、車両、マッピング及び／又は測量設備、通信及び／又は時間管理ハードウェア、又は他の適切なプラットフォーム等の方向付け可能なプラットフォームに設置され得る。例えば、偏光子１２０上に天空の全景を向ける及び／又は集束させるために、及び／又は、位置及びナビゲーションデータを得ることを容易にするために、光学システム１１０を天頂に向け得る。代わりに、例えば空運用の場合、光学システム１１０は、空運プラットフォームの下方及び／上方の天底に向けられ得て、例えば、地上からの天空光の反射及び／又は散乱を偏光子１２０上に向ける及び／又は集束させる。追加的に又は代替的に、一部例示的実施形態では、装置１０は、センサーモジュール２４０を含み得て、そのセンサーモジュール２４０は、例えば、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）、慣性計測装置（ＩＭＵ，ｉｎｅｒｔｉａｌ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｕｎｉｔ）、加速度計、ジャイロメーター、傾斜計、磁気コンパス、高度計、速度計、他の適切なセンサー等の少なくとも一つの方位センサーを含み得て、装置１０の空間中の方位及び／又は運動情報（加速度、速度、及び／又は、装置１０の空間中の進行距離）を確立する。方位の確立は、６自由度のベアリングを含み得る。他の実施形態では、機械センサー、電子センサー、光学センサー、及び／又は視覚オドメーターセンサー等の外部方位センサーを用い得て、これは、例えば、装置１０が、動いている車両に取り付けられながら、天頂‐天底ベクトルと揃えられた回転軸で、シャフトエンコーダー上を回転する場合である。処理ユニット２００は、光センサー２２０から受信したデータに基づいてナビゲーションデータを計算する際に、空間中の装置１０の向きを補償するために、装置１０の感知された向き及び／又は運動の情報を用い得る。例えば、装置１０の傾きが天頂又は天底に向かうものからずれている場合、処理ユニット２００は、天体の位置を計算する際に、及び／又は、デッドレコニングの計算を処理する際に、つまり、以前に求めた位置に基づいて現在の位置を見積もる際に、ずれた傾きを補償し得る。
【００２７】
一部実施形態では、装置１０は、例えば、水中で天空光を受光して、上述のように天空光の偏光パターンを分析することによって、水中で使用され得る。
【００２８】
光センサー２２０から受信したデータに加えて、処理ユニット２００は、ナビゲーションデータを計算するのに相補的データを用い得る。相補的データは、例えば、太陽経路テーブル、星座チャート、暦チャート、天体暦チャート、時間標準、天空光の偏光のチャート、真北、磁北及び方眼北の較正チャート、及び／又は、処理ユニット２００によるナビゲーションデータの計算を容易にし得る他のデータ等のナビゲーション及び／又は天文データを含み得る。相補的データは、例えば装置１０の外部のソースから、処理ユニット２００によって受信され得る。追加的に又は代替的に、処理ユニット２００は、内部メモリーから、及び／又は、装置１０に含まれる若しくは装置１０に関連したメモリー（相補的データを記憶することができる）から相補的データを受信し得る。
【００２９】
処理ユニット２００は、天空光又は地物反射光の導出された偏光パターンに基づいて、太陽、星又は月等の天体の位置を求め得る。例えば、処理ユニット２００は、導出された偏光パターンに基づいて、例えば天体（例えば太陽や月）の方位角及び／又は仰角等の天体座標における天体の位置を求め得る。例えば、処理ユニット２００は、求められた天体の位置を天体の経路テーブル並びに日付及び／又は時間のデータと組み合わせることによって、真北を導出し得る。日付及び／又は時間のデータは、装置１０の外部のソースから、又は、センサーモジュール２４０から処理ユニット２００によって受信され得て、そのセンサーモジュール２４０は、例えば、時計、実時間コンピューター時計、クロック発信器、並びに／又は、機械、電子、光学及び／若しくは原子クロノメーター等の時間管理デバイスも含み得る。天体の経路テーブルは、例えば、一年における異なる時期及び地球上の複数の位置での天体の一日の経路、例えば日中の太陽の仰角及び方位角を含み得る。
【００３０】
天体の経路テーブル、日付情報、及び処理ユニット２００によって求められた天体の位置に基づいて、処理ユニット２００は、装置１０の地球上の位置を計算し得る。代わりに、処理ユニット２００は、例えば、ＧＰＳ、ユーザーインターフェース、及び／又は、装置１０の外部若しくは内部の通信リンクから、装置１０の地球上の位置のデータを受信し得る。例えば、処理ユニット２００が他のソースから日付の情報を受信又は入手できない場合、地球上の位置のデータ、天体の経路テーブル、及び処理ユニット２００によって求められた天体の位置に基づいて、処理ユニット２００は、時期（例えば日付情報）を導出し得る。
【００３１】
追加的に又は代替的に、処理ユニット２００は、例えば、少なくとも特定の期間にわたって求められた天体の位置を集めることによって、天体の位置の時系列を得ることができる。得られた時系列に基づいて、処理ユニット２００は、天体の近似的な経路を導出し得て、その経路は、時刻、日付、真北及び又は装置１０の地球上の位置を求めるために処理ユニットによって用いられ得る。
【００３２】
本発明の一部実施形態では、装置１０は波長分離器１３０を含み得る。波長分離器１３０は偏光から一以上の波長帯を分離し得る。従って、偏光子１２０及び波長分離器１３０を通過する偏光は、特定の一波長帯、又は複数の波長帯に対して偏光強度及び／又は方向のパターンを生成し得て、そのようなパターンが光センサー２２０上に投影され得る。波長分離器１３０は、例えば、ベイヤーフィルター等のカラーフィルターアレイを含み得る。追加的に又は代替的に、波長分離器１３０は、三色ビームスプリッタープリズム、バンドパス及び／若しくはロングパス及び／若しくはエッジパス色フィルター、誘電体ミラー、並びに／又は、適切な波長分離器を含み得る。図１の例は、偏光子１２０と光センサー２２０の間に波長分離器１３０を示しているが、本発明の他の実施形態は他の構成を含み得て、例えば、偏光子１２０が、波長分離器１３０を通過したフィルタリングされた光を受光し得て、その波長分離器１３０の上に、光学システム１１０によって、光が向けられ及び／又は集束され得る。
【００３３】
波長分離器１３０によって分離され得る異なる波長帯は、大気条件、汚染レベル、雲の密度、湿度等の情報を得るために処理ユニット２００によって用いられ得る。処理ユニット２００は、多種の情報を比較し、並びに／又は、例えば、偏光パターンに対する汚染、雲、湿度及び／若しくは他の現象の影響を排除及び／若しくは測定して、例えば検出された偏光パターンに基づいて、より正確なナビゲーションデータを得ることができる。例えば、晴れた空の偏光パターンは、略４５０ｎｍの波長帯、つまり青色及び紫色において最も良く見える。しかしながら、典型的には汚染や雲によるものであり得る大きな粒子は、赤色及び近赤外波長帯、つまり略６５０ｎｍにおいて散乱し、偏光され得る。
【００３４】
装置１０は、内部又は外部電源（図示せず）によって電力供給され得て、例えば、バッテリー、太陽電池及び／又は他の適切な電源等が挙げられる。また、装置１０は、少なくとも一つのアンテナ及び／又は有線及び／又は無線回路（図示せず）を含み得て、例えば、外部電源、データリンク、データベース及び／又は追加のセンサー及びデバイスから電力及び／又は情報を受け取る。
【００３５】
次に、図２を参照すると、図２は本発明の一部実施形態に係る例示的な偏光子１２０の概略図である。偏光子１２０は、偏光フィルターセル１２１のアレイを含み得る。各セル１２１は、例えば実質的に互いに垂直な異なる偏光方向をそれぞれ有する少なくとも二つの偏光フィルター１２５及び１２６を含み得る。偏光フィルターセル１２１は、例えばディスク状の同心リング１２２に配置され得る。他の形状及び構成も使用可能である。偏光フィルター１２５及び１２６のうち一つ以上は、図１に関して上述した光センサー２２０を構成し得る光センサーセルのアレイ中の少なくとも一つの光センサーセルに並置され得る。従って、光センサー２２０は、各セル１２１の偏光フィルター１２５及び１２６を介して受光した光からデータを生成し得る。セル１２１は、フィルター１２５及び１２６の角度において互いに同一のもの、又は変化を含むものであり得る。偏光子１２０中のより多い数のセル１２１は、光センサー２２０の最大解像度によって制限される光センサー２２０によるより高いイメージング解像度を可能にする。偏光子１２０中のセル１２１の数は、セル１２１の寸法及び／又はリング１２２の数によって決められ得る。また、各リング１２２において、セル１２１の位置は、他のリング１２２のセル１２１に対して、例えば寸法１２９でずらされ得て、光センサー２２０による偏光パターンのイメージング解像度を増強し得る。
【００３６】
本発明の一部実施形態では、偏光子１２０は、例えば偏光子ディスク１２０の少なくとも一部の上に、光学遅延板（位相差板）及び／又はデポラライザーを含み得て、コルニュ（Ｃｏｒｎｕ）デポラライザー、ライオット（Ｌｙｏｔ）デポラライザー、ウェッジ（Ｗｅｄｇｅ）デポラライザー、及び／又は、他の適切なデポラライザー等が挙げられる。追加的に又は代替的に、一部実施形態では、偏光子１２０は、アクティブ及び／又はパッシブ光学素子を含み得て、波長板、位相差板、四分の一波長板、二分の一波長板、ファラデー回転子、液晶（ＬＣ）、及び／又は、光ファイバー、又は、光の偏光パターンのイメージング解像度を増大させるのに使用可能な他の適切な素子等が挙げられる。本発明の他の実施形態は他の構成を含み得て、例えば、偏光子１２０は、波長板を通過したフィルタリングされた光を受光し得て、その波長板の上に、光が光学システム１１０によって向けられ及び／又は集束され得る。
【００３７】
光の偏光パターンを導出するため、処理ユニット２００は、例えば、各セル１２１の偏光フィルター１２５及び１２６を介して受光した光強度間の差を測定することによって、各セル１２１を介して受光した光の偏光の強度及び／又は方向を計算し得る。
【００３８】
次に、図３を参照すると、図３は、本発明の一部実施形態に係る装置１０の偏光検出素子３００の概略的な部分図である。偏光検出ユニット３００は、偏光フィルター１２５及び１２６を含むセル１２１と、波長分離器１３０に含まれ得るカラーフィルターアレイ１３５と、光センサー２２０に含まれ得る光センサーセル２２５とを含み得る。カラーフィルターアレイ１３５は、互いに同一であり得る。各カラーフィルターアレイ１３５は、複数のカラーフィルター１３７を含み得て、例えば少なくとも三つの異なる色のカラーフィルターを含む四つのカラーフィルター１３７（例えばベイヤーフィルター等）を含み得る。他の実施形態では、カラーフィルターアレイは、他の数のカラーフィルター１３７、及び／又は他の数又は異なる色を含み得る。カラーフィルターアレイ１３５は、偏光フィルター１２５及び１２６の一方と並置され得る。従って、例えば、各センサーセル２２５は、特定の方向、強度及び波長の偏光を吸収し得る。
【００３９】
従って、例えば、処理ユニット２００は、波長分離器１３０によって分離された各波長に対して別々に、吸収光の偏光の強度及び／又は方向を計算し得て、図１を参照して詳細に説明したようにデータを用いられ得る。
【００４０】
次に図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の一部実施形態に係る処理ユニット２００によって導出され得る偏光パターンの概略図である。矢印４１０は、光のｅベクトル、つまり、処理ユニット２００によって導出された光の偏光の方向及び強度を示し、矢印４１０の長さ及び幅は直線偏光の強度を表し、矢印４１０の方向は直線偏光の方向を表す。この例示的実施形態では、光センサー２２０の中心は天頂４５０と揃えられて、１８０度の視野が、光センサー２２０によってキャプチャーされる。図４Ａは、太陽の仰角４８０が地平線の下であり、太陽の方位角４９０が西を向いている場合における、夜明けに処理ユニット２００によって導出される偏光パターンを示す。図４Ｂは、太陽の仰角４８０が日中において天頂４５０に最も近く空において最高であり、太陽の方位角４９０が南を向いている場合における、正午に処理ユニット２００によって導出される偏光パターンを示す。
【００４１】
太陽の方位線４９０は、例えば、全ての大気評価リング４３０を通過し、それが通過する全てのｅベクトルに垂直な天頂４５０において回転させた線を見つけることによって、処理ユニット２００によって導出され得る。結果として、方位線４９０は、最高強度を有するｅベクトルに垂直であり、これを等分する。従って、処理ユニット２００は、方位線４９０に沿った最高強度を有するｅベクトルを見つけることができる。
【００４２】
仰角４８０は、例えば天頂４５０と、最高強度を有するｅベクトルの中点との間の距離を測定することによって、処理ユニット２００によって導出され得る。上述のように、両方の天は方位線４９０上に位置している。代わりに、太陽が装置１０の視野内に存在する場合、仰角４８０は、直射日光の検出から導出され得る。本発明の他の実施形態は追加のｅベクトル表示を含み得て、例えば、処理ユニット２００が、ストークスパラメータ描写及び／又は関連した大気及び一般的な散乱理論を用いて、偏光情報を導出し得る。
【００４３】
次に図５を参照すると、図５は、本発明の一部実施形態に係るナビゲーション用の方法を示す概略的なフローチャートである。ブロック５１０に示されるように、本方法は、偏光フィルターセル１２１のアレイ上に光を向けるステップを含み得る。上述のように、光フィルターセル１２１は、第一の偏光方向を有する第一の偏光フィルター１２５と、第一の偏光方向とは異なる第二の偏光方向を有する第二の偏光フィルター１２６とを備え得る。例えば、フィルター１２５及び１２６の偏光方向は、互いに実質的に垂直であり得る。ブロック５２０に示されるように、本方法は、偏光フィルター１２５及び１２６を介して受光した光からデータを生成するステップを含み得る。ブロック５３０に示されるように、本方法は、生成されたデータに基づいて偏光パターンを導出するステップを含み得る。偏光パターンの導出は、偏光フィルター１２５及び１２６を介して受光した光強度間の差を測定することにより、偏光の強度及び方向の少なくとも一方を計算することによって、実行され得る。導出された偏光パターンに基づいて、例えば天空光の散乱理論を用いることによって、天体の位置データ（例えば、天体の方位角及び／又は仰角等）を計算し得る。計算された天体の位置データに基づき、任意で上述のようにメモリーに記憶された相補的データも用いることによって、ナビゲーションデータが計算され得る。
【００４４】
一部実施形態によると、本方法は、例えば上述のように異なる波長帯から情報を導出するために、向けられた光から少なくとも一つの波長帯を分離するステップを更に含み得る。従って、偏光のパターンを、分離された波長帯の少なくとも一つにおいて計算し得る。
【００４５】
また、本発明の一部実施形態によると、本方法は、装置１０の傾き及び／又は運動を検出するステップを含み得て、例えば、天体の位置を計算する際に装置１０の逸脱した傾きを補償することができる。一部実施形態では、例えば、デバイスは、例えば天体系に関する６自由度のうち一つ等の一以上の軸に沿って動かされ得て、天体に対するデバイスの運動の計算がなされ得る。例えば、装置１０は移動している車両に取り付けられ得て、車両の方向、運動又は位置が、車両が動いている間の多様な時間における偏光パターンの変化を比較することによって、導出され得る。
【００４６】
本発明の特定の特徴について本願で示して説明してきたが、多様な修正、置換、変更及び等価物が当業者には明らかである。従って、添付の特許請求の範囲は、そのような全ての修正及び変更を本発明の真の精神内に落とし込まれるものとしてカバーするものである。
【符号の説明】
【００４７】
１０  装置
１１０  光学システム
１２０  偏光子
１３０  波長分離器
２００  処理ユニット
２２０  光センサー
２４０  センサーモジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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