DE102018215177A1 - Autofocus and particle sensor device and corresponding method, as well as camera and particle sensor system - Google Patents

Autofocus and particle sensor device and corresponding method, as well as camera and particle sensor system Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c), mit einer optischen Emittereinrichtung (2), welche dazu ausgebildet ist, mindestens einen Mess-Laserstrahl (L) in eine Umgebung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c) auszusenden; und einer Detektoreinrichtung (3), welche dazu ausgebildet ist, den mindestens einen an Partikeln oder Objekten (6) in der Umgebung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c) gestreuten Mess-Laserstrahl (L) zu detektieren und ein entsprechendes Messsignal auszugeben. Eine Auswerteeinrichtung (4) ist dazu ausgebildet, unter Verwendung des Messsignals in einem ersten Betriebsmodus mindestens eine Messgröße bezüglich der Partikel in der Umgebung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c) zu bestimmen; und in einem zweiten Betriebsmodus ein Ansteuersignal zum Anpassen eines Fokus einer externen Kamera (5) zu generieren.

Figure DE102018215177A1_0000
The invention relates to a combined autofocus and particle sensor device (1a; 1b; 1c) with an optical emitter device (2) which is designed to emit at least one measuring laser beam (L) into the surroundings of the combined autofocus and particle sensor device (1a; 1b; 1c) send out; and a detector device (3) which is designed to detect the at least one measurement laser beam (L) scattered on particles or objects (6) in the vicinity of the combined autofocus and particle sensor device (1a; 1b; 1c) and a corresponding one Output measurement signal. An evaluation device (4) is designed to use the measurement signal in a first operating mode to determine at least one measurement variable with regard to the particles in the vicinity of the combined autofocus and particle sensor device (1a; 1b; 1c); and to generate a control signal for adapting a focus of an external camera (5) in a second operating mode.
Figure DE102018215177A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kombinierte Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung. Die Erfindung betrifft weiter ein kombiniertes Kamera- und Partikelsensorsystem. Die Erfindung betrifft schließlich ein kombiniertes Autofokus- und Partikelmessverfahren. Im Speziellen betrifft die Erfindung kombinierte Autofokus- und Partikelsensorvorrichtungen sowie entsprechende Messverfahren zur Anwendung in mobilen Vorrichtungen, insbesondere in Smartphones.The present invention relates to a combined autofocus and particle sensor device. The invention further relates to a combined camera and particle sensor system. Finally, the invention relates to a combined autofocus and particle measurement method. In particular, the invention relates to combined autofocus and particle sensor devices and corresponding measurement methods for use in mobile devices, in particular in smartphones.

Stand der TechnikState of the art

In vielen größeren Städten mit hohem Verkehrsaufkommen oder in Industriegebieten kann die Luftbelastung, welche insbesondere aufgrund von Schwebstaub entsteht, problematisch werden. Um die Überschreitung von Grenzwerten zu messen oder um bestimmte Problembezirke zu identifizieren, werden durch öffentliche Institute oder wissenschaftliche Forschungseinrichtungen Messungen vorgenommen, um die Partikelbelastung zu bestimmen. Zunehmend besteht jedoch auch im privaten Bereich eine Nachfrage an Möglichkeiten, die Partikelbelastung lokal zu bestimmen. Es besteht somit Bedarf an tragbaren, miniaturisierte Sensoren zur Erfassung der Partikelbelastung.In many larger cities with a high volume of traffic or in industrial areas, the air pollution, which arises in particular due to particulate matter, can become problematic. In order to measure the exceedance of limit values or to identify certain problem areas, measurements are carried out by public institutes or scientific research institutions in order to determine the particle load. However, there is also an increasing demand in the private sector for possibilities to determine the particle load locally. There is therefore a need for portable, miniaturized sensors for detecting the particle load.

Die Partikelbelastung kann beispielsweise auf Basis optischer Messungen ermittelt werden. So ist ein beispielhafter optischer Partikelsensor aus der WO 2017/198699 A1 bekannt. Ein Lasersensormodul weist mehrere Laser auf, welche Mess-Laserstrahlen aussenden, die an Partikeln in der Umgebung des Partikelsensors reflektiert werden. Unter Verwendung eines Self-Mixing-Interferenzverfahrens (SMI-Verfahren) können Eigenschaften der Partikel in der Umgebung des Partikelsensors bestimmt werden. Unter einem SMI-Verfahren ist zu verstehen, dass die reflektierten Mess-Laserstrahlen mit den ausgesendeten Mess-Laserstrahlen interferieren, wobei die Interferenz zu Änderungen der optischen und elektrischen Eigenschaften des Lasers führt. Die exakte Bestimmung der Änderungen lässt Rückschlüsse auf die Eigenschaften der Partikel zu.The particle load can be determined, for example, on the basis of optical measurements. One example is an optical particle sensor from the WO 2017/198699 A1 known. A laser sensor module has a plurality of lasers which emit measurement laser beams which are reflected on particles in the vicinity of the particle sensor. Properties of the particles in the vicinity of the particle sensor can be determined using a self-mixing interference method (SMI method). An SMI method is understood to mean that the reflected measurement laser beams interfere with the transmitted measurement laser beams, the interference leading to changes in the optical and electrical properties of the laser. The exact determination of the changes allows conclusions to be drawn about the properties of the particles.

Ein weiterer beispielhafter optischer Partikelsensor zum Detektieren von Partikeldichten kleiner Partikel mit Partikelgrößen im Bereich zwischen 0,05 µm und 10 µm ist aus der WO 2018/104153 A1 bekannt.Another exemplary optical particle sensor for detecting particle densities of small particles with particle sizes in the range between 0.05 μm and 10 μm is shown in US Pat WO 2018/104153 A1 known.

Tragbare Geräte, wie etwa Smartphones, umfassen neben optischen Sensoren typischerweise Kameras zum Erfassen von Bildern und Videos. Während klassischerweise der Fokus der Kamera manuell eingestellt wurde, verfügen die meisten modernen Kameras, und insbesondere Kameras von tragbaren Geräten wie Smartphones, Tablets oder Notebooks, über einen Autofokus (AF), d.h. eine Technik, welche automatisch auf ein Motiv scharf stellt. Hierbei wird zwischen aktivem Autofokus und passivem Autofokus unterschieden, wobei bei aktivem Autofokus elektromagnetische Strahlung, etwa Ultraschall oder ein Hilfslicht, ausgesendet wird, während ein passiver Autofokus lediglich das von dem Motiv abgestrahlte oder reflektierte Licht verwendet.In addition to optical sensors, portable devices such as smartphones typically include cameras for capturing images and videos. While the focus of the camera was traditionally set manually, most modern cameras, and in particular cameras from portable devices such as smartphones, tablets or notebooks, have an auto focus ( AF ), ie a technique that automatically focuses on a subject. A distinction is made here between active autofocus and passive autofocus, electromagnetic radiation, for example ultrasound or an auxiliary light, being emitted during active autofocus, while passive autofocus only uses the light emitted or reflected by the subject.

Passive Autofokussysteme umfassen die Kantenkontrastmessung, wobei die Bildweite des Objektivs variiert wird und der Helligkeitsverlauf an Konturkanten maximiert wird. Weitere passive Methoden umfassen einen Phasenvergleich, Liniensensoren und Kreuzsensoren.Passive autofocus systems include edge contrast measurement, whereby the image width of the lens is varied and the brightness curve at contour edges is maximized. Other passive methods include phase comparison, line sensors and cross sensors.

Aktive Autofokussysteme umfassen Laufzeitverfahren, wobei ein Abstand von Objekten anhand der Laufzeit von an den Objekten reflektierten Ultraschallwellen oder Laserstrahlen bestimmt wird. Um auch bei schlechter Beleuchtung des Objekts passive Verfahren, etwa Kontrastmessung oder Phasenvergleich, verwenden zu können, kann ein AF-Hilfslicht zum Einsatz kommen.Active autofocus systems include time-of-flight methods, a distance between objects being determined on the basis of the time-of-flight of ultrasonic waves or laser beams reflected on the objects. An AF auxiliary light can be used in order to be able to use passive methods, such as contrast measurement or phase comparison, even when the object is poorly illuminated.

Für verschiedene Sensorfunktionen, insbesondere zum Bestimmen von Eigenschaften von Partikeln, und für eine Autofokusfunktion einer Kamera sind typischerweise mehrere Sensoren erforderlich, was einen hohen Gesamtaufwand darstellt und zu Bauraumproblemen der tragbaren Geräte führen kann.Several sensors are typically required for various sensor functions, in particular for determining properties of particles, and for an autofocus function of a camera, which represents a high overall expenditure and can lead to space problems of the portable devices.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung stellt eine kombinierte Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein kombiniertes Kamera- und Partikelsensorsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und ein kombiniertes Autofokus- und Partikelmessverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 bereit.The invention provides a combined auto focus and particle sensor device with the features of claim 1, a combined camera and particle sensor system with the features of claim 8 and a combined auto focus and particle measurement method with the features of claim 10.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.Preferred embodiments are the subject of the respective subclaims.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach eine kombinierte Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung mit einer optischen Emittereinrichtung, einer Detektoreinrichtung und einer Auswerteeinrichtung. Die optische Emittereinrichtung ist dazu ausgebildet, mindestens einen Mess-Laserstrahl in eine Umgebung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung auszusenden. Die Detektoreinrichtung detektiert den mindestens einen an Partikeln oder Objekten in der Umgebung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung gestreuten Mess-Laserstrahl und gibt ein entsprechendes Messsignal aus. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, unter Verwendung des Messsignals in einem ersten Betriebsmodus mindestens eine Messgröße bezüglich der Partikel in der Umgebung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung zu bestimmen, und in einem zweiten Betriebsmodus ein Ansteuersignal zum Anpassen eines Fokus einer externen Kamera zu generieren.According to a first aspect, the invention accordingly relates to a combined autofocus and particle sensor device with an optical emitter device, a detector device and an evaluation device. The optical emitter device is designed to emit at least one measurement laser beam into the surroundings of the combined autofocus and particle sensor device. The detector device detects the at least one measurement laser beam scattered on particles or objects in the vicinity of the combined autofocus and particle sensor device and outputs a corresponding measurement signal. The evaluation device is designed to use the measurement signal in a first operating mode to determine at least one measurement variable with regard to the particles in the vicinity of the combined autofocus and particle sensor device, and to generate a control signal for adapting a focus of an external camera in a second operating mode.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein kombiniertes Kamera- und Partikelsensorsystem, mit einer Kamera und einer kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, den Fokus der Kamera mithilfe des Ansteuersignals anzupassen.According to a second aspect, the invention relates to a combined camera and particle sensor system, with a camera and a combined auto focus and particle sensor device, which is designed to adapt the focus of the camera with the aid of the control signal.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein kombiniertes Autofokus- und Partikelmessverfahren, wobei mindestens einen Mess-Laserstrahl ausgesendet wird und der mindestens eine an Partikeln oder Objekten gestreute Mess-Laserstrahl detektiert wird und ein entsprechendes Messsignal ausgegeben wird. In einem ersten Verfahrensmodus wird unter Verwendung des Messsignals eine Messgröße bezüglich der Partikel bestimmt und in einem zweiten Verfahrensmodus wird unter Verwendung des Messsignals ein Ansteuersignal zum Anpassen eines Fokus einer Kamera generiert.According to a third aspect, the invention relates to a combined autofocus and particle measurement method, wherein at least one measurement laser beam is emitted and the at least one measurement laser beam scattered on particles or objects is detected and a corresponding measurement signal is output. In a first method mode, a measurement variable relating to the particles is determined using the measurement signal, and in a second method mode, a control signal for adapting a focus of a camera is generated using the measurement signal.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist sowohl für eine Autofokusfunktion verwendbar als auch als Partikelsensor einsetzbar. Die beiden Betriebsmodi bzw. Betriebsverfahren (Autofokus-Modus bzw. -Verfahren und Partikelsensor-Modus bzw. -Verfahren) können entweder unabhängig voneinander, d.h. zeitlich aufeinander folgend, oder auch gleichzeitig eingesetzt oder durchgeführt werden. Da für beide Funktionen nur eine einzige, gemeinsame optische Emittereinrichtung und eine entsprechende Detektoreinrichtung notwendig sind, kann die kombinierte Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung sehr kompakt ausgebildet sein, sodass der erforderliche Bauraum reduziert wird, was vor allem bei tragbaren Geräten wie Smartphones sehr von Vorteil ist. Durch einen Verzicht auf mehrere unabhängige Sensoren werden weiter die Herstellungskosten reduziert.The device according to the invention can be used both for an autofocus function and as a particle sensor. The two operating modes or operating methods (autofocus mode or method and particle sensor mode or method) can either be independent of one another, i.e. successively in time, or also used or carried out simultaneously. Since only a single, common optical emitter device and a corresponding detector device are required for both functions, the combined autofocus and particle sensor device can be designed to be very compact, so that the required installation space is reduced, which is particularly advantageous in the case of portable devices such as smartphones. By eliminating several independent sensors, the manufacturing costs are further reduced.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung basiert das Messprinzip der Detektoreinrichtung auf einem Self-Mixing-Interferenzverfahren (SMI-Verfahren), d.h. der mindestens eine ausgesendete Mess-Laserstrahl interferiert mit dem entsprechenden gestreuten Mess-Laserstrahl. Das Messsignal kann basierend auf einem Fotostrom von Fotodioden der Detektoreinrichtung generiert werden.According to a preferred development of the combined autofocus and particle sensor device, the measuring principle of the detector device is based on a self-mixing interference method (SMI method), i.e. the at least one emitted measuring laser beam interferes with the corresponding scattered measuring laser beam. The measurement signal can be generated based on a photo current from photo diodes of the detector device.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, in dem zweiten Betriebsmodus unter Verwendung des Messsignals einen Abstand eines Objekts von der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung zu berechnen und das Ansteuersignal in Abhängigkeit des berechneten Abstands zu generieren. Insbesondere bei Verwendung eines SMI-Verfahrens kann der Abstand sehr schnell und exakt bestimmt werden, wodurch eine langwierige Einstellung des Fokus, etwa mittels Kantenkontrastmessung, wobei mehrere Testbilder erzeugt werden müssen, bis der optimale Fokus erreicht wird, entfallen kann.According to a preferred development of the combined autofocus and particle sensor device, the evaluation device is designed to calculate a distance of an object from the combined autofocus and particle sensor device in the second operating mode using the measurement signal and to generate the control signal as a function of the calculated distance. In particular when using an SMI method, the distance can be determined very quickly and precisely, as a result of which a lengthy adjustment of the focus, for example by means of edge contrast measurement, in which several test images have to be generated until the optimum focus is reached.

Gemäß einer Weiterbildung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, im zweiten Betriebsmodus unter Verwendung des Messsignals einen Geschwindigkeitsbetrag und/oder eine Bewegungsrichtung eines Objekts in der Umgebung der Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung zu berechnen und in Abhängigkeit des berechneten Geschwindigkeitsbetrags und/oder der berechneten Bewegungsrichtung des Objekts eine Einstellung des Fokus der externen Kamera zu einem zukünftigen Zeitpunkt vorherzusagen und das Ansteuersignal entsprechend zu generieren. Gemäß einer Weiterbildung kann unter Verwendung des Messsignals der momentane Abstand des Objekts von der Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung gemessen werden und unter Verwendung des berechneten Geschwindigkeitsbetrags und/oder der berechneten Bewegungsrichtung kann der Abstand des Objekts von der Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung zu mindestens einem zukünftigen Zeitpunkt vorhergesagt werden. Allgemeiner kann die Trajektorie des Objekts berechnet werden, sodass der Fokus stets auf das Objekt scharf gestellt werden kann, wobei das Ansteuersignal entsprechend generiert wird.According to a development of the combined autofocus and particle sensor device, the evaluation device is designed to calculate a speed amount and / or a direction of movement of an object in the vicinity of the autofocus and particle sensor device in the second operating mode using the measurement signal and as a function of the calculated speed amount and / or to predict a setting of the focus of the external camera at a future point in time in the calculated direction of movement of the object and to generate the control signal accordingly. According to a further development, the instantaneous distance of the object from the autofocus and particle sensor device can be measured using the measurement signal and the distance of the object from the autofocus and particle sensor device can be predicted at least at a future time using the calculated speed amount and / or the calculated direction of movement become. More generally, the trajectory of the object can be calculated so that the focus can always be focused on the object, the control signal being generated accordingly.

Die optische Emittereinrichtung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung kann eine beliebige Anzahl von Mess-Laserstrahlen aussenden. Insbesondere kann die Emittereinrichtung auch nur einen einzigen Mess-Laserstrahl emittieren. Es ist jedoch bevorzugt, dass die optische Emittereinrichtung eine Vielzahl von Mess-Laserstrahlen, das heißt mindestens zwei Mess-Laserstrahlen aussendet. Insbesondere kann die optische Emittereinrichtung dazu ausgebildet sein, mindestens drei Mess-Laserstrahlen in verschiedene Raumrichtungen auszusenden. Unter Annahme eines homogenen Partikelstroms können bei Verwendung von mindestens drei Mess-Laserstrahlen die Projektionen von vektoriellen Partikeleigenschaften, etwa einer Geschwindigkeit oder Beschleunigung der Partikel des Partikelstroms, auf die verschiedenen Raumrichtungen ermittelt werden. Da sich die Raumrichtungen unterscheiden, können dadurch die vektoriellen Partikeleigenschaften vollständig rekonstruiert werden. Bei Verwendung von vier oder mehr Mess-Laserstrahlen treten gewisse Redundanzen auf, wodurch zusätzlich Plausibilisierungsprüfungen durchgeführt werden können, um die Verlässlichkeit der Ergebnisse zu verbessern.The optical emitter device of the combined autofocus and particle sensor device can emit any number of measurement laser beams. In particular, the emitter device can also emit only a single measurement laser beam. However, it is preferred that the optical emitter device emits a multiplicity of measurement laser beams, that is to say at least two measurement laser beams. In particular, the optical emitter device can be designed to emit at least three measurement laser beams in different spatial directions. Assuming a homogeneous particle flow, the projections of vectorial particle properties, for example a speed or acceleration of the particles of the particle flow, onto the different spatial directions can be determined when using at least three measuring laser beams. Since the spatial directions differ, the vectorial particle properties can be completely reconstructed. When using four or more measuring Laser beams have certain redundancies, which means that additional plausibility checks can be carried out to improve the reliability of the results.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung ist die optische Emittereinrichtung dazu ausgebildet, eine Vielzahl von Mess-Laserstrahlen auszusenden, wobei in einem Energiesparmodus die optische Emittereinrichtung nur eine Teilmenge der Mess-Laserstrahlen aussendet und/oder wobei die Detektoreinrichtung in dem Energiesparmodus nur eine Teilmenge der gestreuten Mess-Laserstrahlen detektiert und das Messsignal ausgibt. Der Energiesparmodus kann sowohl im ersten Betriebsmodus, d.h. im Partikelsensor-Modus, als auch im zweiten Betriebsmodus, d.h. im Autofokus-Modus, eingesetzt werden, kann jedoch auch für beide Betriebsmodi einsetzbar sein. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Energiesparmodus stets im ersten Betriebsmodus oder stets im zweiten Betriebsmodus ausgeführt werden.According to a preferred development of the autofocus and particle sensor device, the optical emitter device is designed to emit a large number of measurement laser beams, the optical emitter device emitting only a subset of the measurement laser beams in an energy-saving mode and / or the detector device in the energy-saving mode only one Part of the scattered measurement laser beams are detected and the measurement signal is output. The energy-saving mode can be used both in the first operating mode, i.e. in the particle sensor mode as well as in the second operating mode, i.e. in autofocus mode, but can also be used for both operating modes. According to some embodiments, the energy-saving mode can always be executed in the first operating mode or always in the second operating mode.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung umfasst die Messgröße bezüglich der Partikel eines oder mehreres von Reflexionsamplituden, Dopplerverschiebungen, Partikelgeschwindigkeitsbeträgen, Partikelabständen, Partikelbewegungsrichtungen, Partikelgrößen, Partikelverteilungen, Partikelgrößenverteilungen, Partikeldichten und einer Reflektivität. Die Messgröße bezüglich der Partikel kann somit beliebige, optisch erfassbare Eigenschaften der Partikel umfassen.According to a preferred development of the combined autofocus and particle sensor device, the measurement variable with respect to the particles comprises one or more of reflection amplitudes, Doppler shifts, particle velocity amounts, particle distances, particle movement directions, particle sizes, particle distributions, particle size distributions, particle densities and a reflectivity. The measurement variable with regard to the particles can thus include any optically detectable properties of the particles.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, im ersten Betriebsmodus und im zweiten Betriebsmodus unterschiedliche Filter zur Auswertung des Messsignals einzusetzen. Insbesondere können bei einer Fast-Fourier-Transformation unterschiedliche Bandbreiten gefiltert und verwendet werden.According to a preferred development of the combined autofocus and particle sensor device, the evaluation device is designed to use different filters for evaluating the measurement signal in the first operating mode and in the second operating mode. In particular, different bandwidths can be filtered and used in a Fast Fourier transformation.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung weist die optische Emittereinrichtung mindestens eine Laserdiode auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Detektoreinrichtung mindestens eine Fotodiode aufweisen. Bei der Laserdiode kann es sich um ein VCSEL (englisch: vertical cavity surface emitting laser) handeln. Hierunter ist eine lichtemittierende Diode zu verstehen, bei welcher das Licht senkrecht zur Ebene des Halbleiterchips abgestrahlt wird. Die mindestens eine Fotodiode kann in jeweils eine entsprechende Laserdiode integriert sein.According to a preferred development of the combined autofocus and particle sensor device, the optical emitter device has at least one laser diode. Alternatively or additionally, the detector device can have at least one photodiode. The laser diode can be a VCSEL (vertical cavity surface emitting laser). This is to be understood as a light-emitting diode in which the light is emitted perpendicular to the plane of the semiconductor chip. The at least one photodiode can be integrated into a corresponding laser diode.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des kombinierten Kamera- und Partikelsensorsystems ist die optische Emittereinrichtung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung dazu ausgebildet, den mindestens einen Mess-Laserstrahl in einen Umgebungsbereich der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung auszusenden, welcher mit einem Erfassungsbereich der Kamera zumindest teilweise überlappt.According to a preferred development of the combined camera and particle sensor system, the optical emitter device of the combined autofocus and particle sensor device is designed to emit the at least one measurement laser beam into a surrounding area of the combined autofocus and particle sensor device which overlaps at least partially with a detection area of the camera.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des kombinierten Autofokus- und Partikelmessverfahrens wird im zweiten Verfahrensmodus unter Verwendung des Messsignals ein Abstand eines Objekts berechnet und das Ansteuersignal wird in Abhängigkeit des berechneten Abstands generiert.According to a preferred development of the combined autofocus and particle measurement method, a distance of an object is calculated in the second method mode using the measurement signal, and the control signal is generated as a function of the calculated distance.

Gemäß einer Weiterbildung des kombinierten Autofokus- und Partikelmessverfahrens werden im zweiten Verfahrensmodus unter Verwendung des Messsignals ein Geschwindigkeitsbetrag und/oder eine Bewegungsrichtung eines Objekts berechnet. In Abhängigkeit des berechneten Geschwindigkeitsbetrags und/oder der berechneten Bewegungsrichtung des Objekts wird eine Einstellung des Fokus der Kamera zu einem zukünftigen Zeitpunkt vorhergesagt. Das Ansteuersignal wird entsprechend generiert.According to a development of the combined autofocus and particle measurement method, a speed amount and / or a direction of movement of an object are calculated in the second method mode using the measurement signal. Depending on the calculated speed and / or the calculated direction of movement of the object, a setting of the focus of the camera is predicted at a future point in time. The control signal is generated accordingly.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des kombinierten Autofokus- und Partikelmessverfahrens wird eine Vielzahl von Mess-Laserstrahlen ausgesendet, wobei in einem Energiesparmodus nur eine Teilmenge der Mess-Laserstrahlen ausgesendet wird. Alternativ oder zusätzlich können in dem Energiesparmodus nur eine Teilmenge der gestreuten Mess-Laserstrahlen detektiert werden und das entsprechende Messsignal ausgegeben werden.According to a preferred development of the combined autofocus and particle measurement method, a multiplicity of measurement laser beams are emitted, only a subset of the measurement laser beams being emitted in an energy-saving mode. Alternatively or additionally, only a subset of the scattered measurement laser beams can be detected in the energy-saving mode and the corresponding measurement signal can be output.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des kombinierten Autofokus- und Partikelmessverfahrens umfasst die Messgröße bezüglich der Partikel eines oder mehreres von Reflexionsamplituden, Dopplerverschiebungen, Partikelgeschwindigkeitsbeträgen, Partikelabständen, Partikelbewegungsrichtungen, Partikelgrößen, Partikelverteilungen, Partikelgrößenverteilungen, Partikeldichten und einer Reflektivität.According to a preferred development of the combined autofocus and particle measurement method, the measurement variable with respect to the particles comprises one or more of reflection amplitudes, Doppler shifts, particle velocity amounts, particle distances, particle movement directions, particle sizes, particle distributions, particle size distributions, particle densities and a reflectivity.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des kombinierten Autofokus- und Partikelmessverfahrens werden im ersten Verfahrensmodus und im zweiten Verfahrensmodus unterschiedliche Filter zur Auswertung des Messsignals eingesetzt.According to a preferred development of the combined autofocus and particle measurement method, different filters are used to evaluate the measurement signal in the first method mode and in the second method mode.

FigurenlisteFigure list

Es zeigen:

  • 1 ein schematisches Blockdiagramm einer kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 eine schematische Schrägansicht einer kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
  • 3 ein schematisches Blockdiagramm zur Erläuterung der Partikelsensor-Funktion der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung;
  • 4 ein schematisches Blockdiagramm zur Erläuterung der Einstellung des Autofokus;
  • 5 ein schematisches Blockdiagramm einer kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
  • 6 ein schematisches Flussdiagramm eines kombinierten Autofokus- und Partikelmessverfahrens.
Show it:
  • 1 a schematic block diagram of a combined autofocus and particle sensor device according to an embodiment of the invention;
  • 2nd a schematic oblique view of a combined autofocus and particle sensor device according to a further embodiment of the invention;
  • 3rd a schematic block diagram for explaining the particle sensor function of the combined autofocus and particle sensor device;
  • 4th a schematic block diagram for explaining the setting of the autofocus;
  • 5 a schematic block diagram of a combined autofocus and particle sensor device according to a further embodiment of the invention; and
  • 6 a schematic flow diagram of a combined autofocus and particle measurement method.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll im Allgemeinen keine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.The same or functionally identical elements and devices are provided with the same reference symbols in all the figures. The numbering of procedural steps is for clarity and should generally not imply any particular chronological order. In particular, several process steps can also be carried out simultaneously.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer kombinierten Autofokus-Partikelsensorvorrichtung 1a gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Diese umfasst eine optische Emittereinrichtung 2, eine Detektoreinrichtung 3 und eine Auswerteeinrichtung 4. Die optische Emittereinrichtung 2 umfasst vorzugsweise mehrere als VCSELs ausgebildete Laserdioden, welche entsprechende Mess-Laserstrahlen L emittieren. Durch eine optimierte Strahlformung kann der auswertbare Abstandsbereich maximiert werden und die gewünschte Auflösung erreicht werden. Bei Verwendung mehrerer Laserdioden werden die Mess-Laserstrahlen bevorzugt mittels geeigneter Linsen- und/oder Spiegeleinrichtungen in unterschiedliche Raumrichtungen ausgesendet. Die Detektorvorrichtung 3 umfasst Fotodioden, wobei die Anzahl der Fotodioden der Anzahl der Laserdioden entspricht. Vorzugsweise sind die Fotodioden in die Laserdioden integriert. Die ausgesendeten Mess-Laserstrahlen L werden an einem Objekt 6, beispielsweise einer Hand eines Benutzers, oder an Partikeln 6, etwa Staubteilchen, in der Umgebung der Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung 1 reflektiert und von den Fotodioden erfasst. Das Objekt oder die Partikel 6 können statisch sein oder sich bewegen. 1 FIG. 12 shows a schematic block diagram of a combined autofocus particle sensor device 1a according to a first embodiment of the invention. This includes an optical emitter device 2nd , a detector device 3rd and an evaluation device 4th . The optical emitter device 2nd preferably comprises a plurality of laser diodes designed as VCSELs, which corresponding measuring laser beams L emit. The evaluable distance range can be maximized and the desired resolution achieved through optimized beam shaping. When using several laser diodes, the measuring laser beams are preferably emitted in different spatial directions by means of suitable lens and / or mirror devices. The detector device 3rd comprises photodiodes, the number of photodiodes corresponding to the number of laser diodes. The photodiodes are preferably integrated into the laser diodes. The measuring laser beams emitted L be on an object 6 , for example a hand of a user, or on particles 6 , such as dust particles, around the auto focus and particle sensor device 1 reflected and captured by the photodiodes. The object or the particles 6 can be static or moving.

Die Auswerteeinrichtung 4 umfasst eine Self-Mixing-Interferenz-Analysefunktion, wodurch die Interferenz der ausgesendeten und der reflektierten Mess-Laserstrahlen L erfasst wird. Insbesondere kann ein Fotostrom der Fotodioden gemessen und als Messsignal ausgegeben werden.The evaluation device 4th includes a self-mixing interference analysis function, which reduces the interference of the emitted and the reflected measurement laser beams L is recorded. In particular, a photocurrent of the photodiodes can be measured and output as a measurement signal.

Die Auswerteeinrichtung 4 arbeitet in zwei Betriebsmodi, welche beispielweise anhand einer Benutzereingabe ausgewählt werden können. In einem ersten Betriebsmodus oder Partikelsensor-Modus wird das Messsignal ausgewertet, um eine Messgröße bezüglich der Partikel in der Umgebung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung 1 zu bestimmen, während in dem zweiten Betriebsmodus ein Ansteuersignal zum Anpassen eines Fokus einer externen Kamera 5 generiert und ausgegeben wird.The evaluation device 4th works in two operating modes, which can be selected, for example, based on user input. In a first operating mode or particle sensor mode, the measurement signal is evaluated in order to determine a measurement variable with regard to the particles in the vicinity of the combined autofocus and particle sensor device 1 to determine, in the second operating mode, a drive signal for adjusting a focus of an external camera 5 is generated and output.

Bei der Auswertung des Messsignals durch die Auswerteeinrichtung 4 können mehrere Bearbeitungsschritte erfolgen, insbesondere ein Downsampling (englisch decimation) zur Änderung des Frequenzbereichs, eine Fast-FourierTransformation (FFT), ein Binning-Schritt zum Kombinieren mehrerer Pixelwerte, und eine Partikel- oder Objekterkennung zum Erkennen des Vorliegens eines Partikels oder Objekts 6. Die spezifisch verwendeten Parameter hängen von dem Betriebsmodus ab, d.h. beispielsweise werden für die FFT mittels jeweiliger Filter unterschiedliche Frequenzbereiche berücksichtigt.When evaluating the measurement signal by the evaluation device 4th Several processing steps can be carried out, in particular downsampling (English decimation) to change the frequency range, a Fast Fourier transformation ( FFT ), a binning step to combine multiple pixel values, and a particle or object detection to detect the presence of a particle or object 6 . The specific parameters used depend on the operating mode, ie for example for the FFT different frequency ranges are taken into account by means of respective filters.

In jedem Betriebsmodus können die optische Emittereinrichtung 2 und die Detektoreinrichtung 3 von der Auswerteeinrichtung 4 entsprechend angesteuert werden. Insbesondere können die Laserdioden der Emittereinrichtung 2 in einer ersten Phase betrieben werden, wobei der Ansteuerstrom der Laserdioden moduliert wird, um eine gewünschte Auflösung zu erzielen, was eine schnellere Objekterkennung ermöglicht. Bei der Modulation des Stroms tritt eine Dopplerverschiebung auf und die Auswerteeinrichtung 4 kann anhand des Messsignals den Abstand der Objekte bzw. Partikel 6 bestimmen. Die Laserdioden der Emittereinrichtung 2 können weiter in einer zweiten Phase betrieben werden, wobei der Ansteuerstrom der Laserdioden konstant bzw. statisch ist, d.h. nicht moduliert wird. Anhand auftretender Dopplerverschiebungen kann die Geschwindigkeit der Objekte oder Partikel 6 bestimmt werden, oder es kann die Verweildauer ermittelt werden, d.h. diejenige Zeit, während welcher sich das Objekt oder das Partikel 6 im Erfassungsbereich des jeweiligen Mess-Laserstrahls L aufhält. Für jeden Mess-Laserstrahl L kann eine skalare Geschwindigkeit bzw. Geschwindigkeitskomponente der Objekte oder Partikel 6 ermittelt werden und die vektorielle Geschwindigkeit der Objekte oder Partikel 6 kann von der Auswerteeinrichtung 4 anhand der jeweiligen Geschwindigkeitskomponenten berechnet werden. Die vektorielle Geschwindigkeit der Objekte oder Partikel 6 umfasst somit sowohl den Absolutbetrag der Geschwindigkeit der Objekte oder Partikel 6 als auch die Bewegungsrichtung der Objekte oder Partikel 6.In each operating mode, the optical emitter device 2nd and the detector device 3rd from the evaluation device 4th can be controlled accordingly. In particular, the laser diodes of the emitter device 2nd be operated in a first phase, the drive current of the laser diodes being modulated in order to achieve a desired resolution, which enables faster object detection. When modulating the current, a Doppler shift occurs and the evaluation device 4th can use the measurement signal to determine the distance between objects or particles 6 determine. The laser diodes of the emitter device 2nd can continue to be operated in a second phase, the drive current of the laser diodes being constant or static, ie not being modulated. The speed of the objects or particles can be determined on the basis of Doppler shifts 6 can be determined, or the residence time can be determined, ie the time during which the object or the particle 6 in the detection area of the respective measuring laser beam L stops. For every measuring laser beam L can be a scalar speed or speed component of the objects or particles 6 be determined and the vectorial speed of the objects or particles 6 can from the evaluation device 4th can be calculated using the respective speed components. The vectorial speed of the objects or particles 6 thus includes both the absolute amount of speed of the objects or particles 6 as well as the direction of movement of the objects or particles 6 .

Im ersten Betriebsmodus bzw. Partikelsensor-Modus bestimmt die Auswerteeinrichtung 4 anhand des ausgewerteten Messsignals Partikelschätzwerte für die Anzahl der Partikel pro Volumen, d.h. eine Anzahldichte der Partikel. Anhand der Partikelschätzwerte für die Anzahl der Partikel pro Volumen berechnet die Auswerteeinrichtung 4 weiter eine Partikelbelastung. Insbesondere kann die Auswerteeinrichtung 4 anhand der Partikelschätzwerte für die Anzahl der Partikel pro Volumen und unter Zuhilfenahme eines Modells, welches die Verteilung der Größen bzw. Durchmesser der Staubpartikel und die Verteilung der Masse bzw. Dichte der Staubpartikel abbildet, die entsprechende Partikelbelastung berechnen. Beispielsweise können PMx-Werte berechnet werden, wobei nur Partikel bis zu einem bestimmten Durchmesser x berücksichtigt werden, etwa Grobstaub-, Feinstaub- und/oder Ultrafeinstaubwerte.In the first operating mode or particle sensor mode, the evaluation device determines 4th based on the evaluated measurement signal particle estimates for the number of particles per volume, ie a number density of the particles. The evaluation device calculates on the basis of the particle estimates for the number of particles per volume 4th further a particle load. In particular, the evaluation device 4th Use the particle estimates for the number of particles per volume and with the help of a model that shows the distribution of the sizes or diameters of the dust particles and the distribution of the mass and density of the dust particles. For example, PMx values can be calculated, whereby only particles up to a certain diameter x are taken into account, such as coarse dust, fine dust and / or ultra fine dust values.

Im zweiten Betriebsmodus bzw. Autofokus-Modus generiert die Auswerteeinrichtung 4 das Ansteuersignal zum Anpassen eines Fokus der externen Kamera 5. Sobald die Auswerteeinrichtung 4 hierbei ein Objekt 6 erkennt, werden wie oben beschrieben der Abstand und optional die Geschwindigkeit des Objekts 6 bestimmt. Das Ansteuersignal wird in Abhängigkeit des berechneten Abstands generiert. Zusätzlich kann anhand der Geschwindigkeit des Objekts 6 eine Trajektorie berechnet werden, sodass der Autofokus automatisch angepasst wird und die Kamera 5 somit auf das Objekt 6 scharfgestellt bleibt.The evaluation device generates in the second operating mode or autofocus mode 4th the drive signal for adjusting a focus of the external camera 5 . As soon as the evaluation device 4th here an object 6 the distance and optionally the speed of the object are recognized as described above 6 certainly. The control signal is generated depending on the calculated distance. In addition, based on the speed of the object 6 a trajectory can be calculated so that the auto focus is automatically adjusted and the camera 5 thus on the object 6 remains in focus.

Die kombinierte Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung 1a kann nacheinander im ersten Betriebsmodus oder im zweiten Betriebsmodus betrieben werden. Es ist jedoch auch möglich, das Messsignal durch die Auswerteeinrichtung 4 parallel in beiden Betriebsmodi auszuwerten, sodass sowohl die Partikelsensierung als auch die Erzeugung des Ansteuersignals gleichzeitig durchgeführt werden.The combined autofocus and particle sensor device 1a can be operated in succession in the first operating mode or in the second operating mode. However, it is also possible for the measurement signal to be sent through the evaluation device 4th to be evaluated in parallel in both operating modes, so that both the particle detection and the generation of the control signal are carried out simultaneously.

Weiter kann die kombinierte Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung 1a in einem Energiesparmodus betrieben werden, wobei mindestens eine der Laserdioden der optischen Emittereinrichtung 2 deaktiviert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Detektoreinrichtung 3 lediglich eine Teilmenge der gestreuten Mess-Laserstrahlen L detektieren und das Messsignal entsprechend ausgeben.Furthermore, the combined autofocus and particle sensor device 1a be operated in an energy-saving mode, with at least one of the laser diodes of the optical emitter device 2nd is deactivated. Alternatively or additionally, the detector device 3rd only a subset of the scattered measuring laser beams L detect and output the measurement signal accordingly.

Die Kamera 5 und die kombinierte Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung 1 bilden ein kombiniertes Kamera- und Partikelsensorsystem.The camera 5 and the combined auto focus and particle sensor device 1 form a combined camera and particle sensor system.

2 zeigt eine schematische Schrägansicht einer kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung 1b gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Demnach umfasst die optische Emittereinrichtung drei Laserdioden 71, 72, 73, welche Laserstrahlen L1, L2, L3 im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche eines gemeinsamen Substrats 74 aussenden, welche mittels einer an einem Träger 75 angeordneten Ablenkeinrichtung 76 in verschiedene Raumrichtungen abgelenkt werden und durch eine Öffnung 77 des Trägers 75 austreten. Die Ablenkeinrichtung 76 kann Linsen oder Spiegelelemente aufweisen. Bezüglich der weiteren Komponenten und des Funktionsprinzips der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung 1b kann auf die oben beschriebene erste Ausführungsform verwiesen werden. 2nd shows a schematic oblique view of a combined autofocus and particle sensor device 1b according to a second embodiment of the invention. Accordingly, the optical emitter device comprises three laser diodes 71 , 72 , 73 what laser beams L1 , L2 , L3 essentially perpendicular to the surface of a common substrate 74 send out, which by means of a carrier 75 arranged deflection device 76 be distracted in different spatial directions and through an opening 77 of the carrier 75 emerge. The deflector 76 can have lenses or mirror elements. Regarding the other components and the functional principle of the combined autofocus and particle sensor device 1b can be referred to the first embodiment described above.

3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm zur Erläuterung der Partikelsensor-Funktion der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung 1a. Diese sendet demnach mindestens einen Mess-Laserstrahl L aus, welcher von Partikeln 6 reflektiert wird. Wie oben beschrieben bestimmt die Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung 1 mindestens eine Messgröße bezüglich der Partikel 6, welche an einen Host-Prozessor 8 zur weiteren Verarbeitung ausgegeben wird. 3rd shows a schematic block diagram for explaining the particle sensor function of the combined autofocus and particle sensor device 1a . It therefore sends at least one measuring laser beam L from which of particles 6 is reflected. As described above, the autofocus and particle sensor device determines 1 at least one measured variable with regard to the particles 6 which to a host processor 8th is issued for further processing.

4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm zur Erläuterung der Einstellung des Autofokus der Kamera 5. Die Kamera umfasst einen Autofokus-Prozessor 53 und einen Autofokus-Motor 52, sowie eine Linse 51. Das Ansteuersignal, welches von der Auswerteeinrichtung 4 der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung 1a generiert wird, wird an den Autofokus-Prozessor 53 übertragen, welche den Autofokus-Motor 52 derart ansteuert, dass die Linse 51 entsprechend des Ansteuersignals korrekt fokussiert wird. 4th shows a schematic block diagram for explaining the setting of the autofocus of the camera 5 . The camera includes an auto focus processor 53 and an auto focus motor 52 , as well as a lens 51 . The control signal, which from the evaluation device 4th the combined autofocus and particle sensor device 1a is generated is sent to the autofocus processor 53 which transmit the autofocus motor 52 drives such that the lens 51 is correctly focused according to the control signal.

5 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung 1c gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die optische Emittereinrichtung 2 umfasst neben den oben beschriebenen Laserdioden einen Laserantrieb 21, welcher den Ansteuerstrom der Laserdioden einstellt. Eine LF-Modulation-Steuereinheit 22 steuert den Laserantrieb 21 in der oben beschriebenen ersten Phase, wobei der Ansteuerstrom der Laserdioden moduliert wird. Die Modulation erfolgt bei niedriger Frequenz (englisch: low-frequency, LF). Eine statische-Laser-Steuereinheit 23 steuert den Laserantrieb 21 in der oben beschriebenen zweiten Phase, d.h. bei einem konstanten Ansteuerstrom ohne Modulation. Weiter umfasst die Detektoreinrichtung 3 eine Foto-Frontend-Einrichtung 31, welche den Fotostrom der Fotodioden der Detektoreinrichtung 3 misst. Eine Signalverarbeitungseinrichtung 41 der Auswerteeinrichtung 4 ist dazu ausgebildet, den Fotostrom weiter zu verarbeiten. Die Signalverarbeitungseinrichtung 41 umfasst hierzu eine Autofokus-spezifische erste Signalverarbeitungseinheit 411, eine geteilte zweite Signalverarbeitungseinheit 412 und eine Partikelsensor-spezifische dritte Signalverarbeitungseinheit 413. Die erste Signalverarbeitungseinheit 411 und die dritte Signalverarbeitungseinheit 413 können Filter umfassen, welche für die jeweiligen Betriebsmodi speziell ausgestaltet sind, während die zweite Signalverarbeitungseinheit 412 sowohl im ersten Betriebsmodus als auch im zweiten Betriebsmodus zur Auswertung des Fotostroms eingesetzt werden kann. Durch die geteilte Funktionalität der zweiten Signalverarbeitungseinheit 412 kann die Komplexität der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung 1 gegenüber Einzelsensoren reduziert werden. Die LF-Modulation-Steuereinheit 22, die statische-Laser-Steuereinheit 23 und die Signalverarbeitungseinrichtung 41 können über eine Host-Schnittstelle 42 der Auswerteeinrichtung 4 angesteuert werden. 5 shows a schematic block diagram of a combined autofocus and particle sensor device 1c according to a third embodiment of the invention. The optical emitter device 2nd includes a laser drive in addition to the laser diodes described above 21 , which sets the drive current of the laser diodes. An LF modulation control unit 22 controls the laser drive 21 in the first phase described above, wherein the drive current of the laser diodes is modulated. The modulation takes place at a low frequency (English: low-frequency, LF ). A static laser control unit 23 controls the laser drive 21 in the second phase described above, ie with a constant drive current without modulation. The detector device further comprises 3rd a photo front-end facility 31 which the photocurrent of the photodiodes of the detector device 3rd measures. A signal processing device 41 the evaluation device 4th is trained to process the photo stream further. The signal processing device 41 for this purpose comprises an autofocus-specific first signal processing unit 411 , a shared second signal processing unit 412 and a particle sensor specific third signal processing unit 413 . The first signal processing unit 411 and the third signal processing unit 413 can comprise filters which are specially designed for the respective operating modes, while the second signal processing unit 412 can be used both in the first operating mode and in the second operating mode for evaluating the photocurrent. Due to the shared functionality of the second signal processing unit 412 can reduce the complexity of the combined autofocus and particle sensor device 1 compared to individual sensors. The LF modulation control unit 22 , the static laser control unit 23 and the signal processing device 41 can through a host interface 42 the evaluation device 4th can be controlled.

6 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines kombinierten Autofokus- und Partikelmessverfahrens. Das Verfahren kann mithilfe einer oben beschriebenen Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung durchgeführt werden. Insbesondere sind sämtliche oben beschriebenen Funktionalitäten auch auf das Verfahren übertragbar und umgekehrt sind die im folgenden beschriebenen Verfahrensschritte mithilfe einer der oben beschriebenen Autofokus- und Partikelsensorvorrichtungen ausführbar. 6 shows a schematic flow diagram of a combined autofocus and particle measurement method. The method can be carried out using an autofocus and particle sensor device described above. In particular, all of the functionalities described above can also be transferred to the method, and conversely the method steps described below can be carried out using one of the above-described autofocus and particle sensor devices.

In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird mindestens ein Mess-Laserstrahl L ausgesendet. Vorzugsweise werden mehrere Mess-Laserstrahlen L und bevorzugt mindestens drei Mess-Laserstrahlen in verschiedene Raumrichtungen ausgesendet.In a first step S1 is at least one measuring laser beam L sent out. Several laser measuring beams are preferred L and preferably emits at least three measuring laser beams in different spatial directions.

In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird der mindestens eine Mess-Laserstrahl L, welcher an Partikeln oder Objekten 6 gestreut wurde, detektiert. Mithilfe eines Self-Mixing-Interferenzverfahrens wird ein entsprechende Messsignal erzeugt und ausgegeben.In a second step S2 the at least one measuring laser beam L which on particles or objects 6 was scattered, detected. A corresponding measuring signal is generated and output using a self-mixing interference method.

In einem Verfahrensschritt S3 wird ermittelt, ob ein das Verfahren in einem ersten Verfahrensmodus oder in einem zweiten Verfahrensmodus durchgeführt werden soll. Der erste Verfahrensmodus entspricht dem oben beschriebenen ersten Betriebsmodus der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung und der zweite Verfahrensmodus entspricht dem oben beschriebenen zweiten Betriebsmodus der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung.In one step S3 it is determined whether the method is to be carried out in a first method mode or in a second method mode. The first method mode corresponds to the above-described first operating mode of the combined autofocus and particle sensor device and the second method mode corresponds to the above-described second operating mode of the combined autofocus and particle sensor device.

Im ersten Verfahrensmodus wird in einem weiteren Verfahrensschritt S4 mindestens eine Messgröße bezüglich der Partikel in der Umgebung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung bestimmt. Insbesondere können, wie oben näher beschrieben, die Geschwindigkeit, der Abstand, die Anzahl der Partikel pro Volumen oder eine Partikelbelastung berechnet werden und ausgegeben werden.In the first process mode, in a further process step S4 determines at least one measurement variable with regard to the particles in the vicinity of the combined autofocus and particle sensor device. In particular, as described in more detail above, the speed, the distance, the number of particles per volume or a particle load can be calculated and output.

In den zweiten Verfahrensmodus wird in einem weiteren Verfahrensschritt S5 ein Ansteuersignal zum Anpassen eines Fokus einer Kamera 5 generiert. Das Ansteuersignal wird unter Berücksichtigung eines berechneten Abstandes und einer berechneten Geschwindigkeit eines Objekts 6 ermittelt, welche anhand des Messsignals berechnet werden.The second process mode is in a further process step S5 a drive signal for adjusting a focus of a camera 5 generated. The control signal is calculated taking into account a calculated distance and a calculated speed of an object 6 determines which are calculated based on the measurement signal.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt. So ist es insbesondere möglich, die Verfahrensschritte S4, S5 parallel durchzuführen, d.h. gleichzeitig eine Messgröße bezüglich der Partikel 6 zu bestimmen und das Ansteuersignal zum Anpassen eines Fokus der Kamera 5 zu generieren. Weiter ist es möglich, in einem Stromsparmodus die Anzahl der Kanäle zu reduzieren, d.h. einzelne der Laserdioden der optischen Emittereinrichtung 2 zu deaktivieren.However, the invention is not limited to the embodiment shown. So it is particularly possible to follow the process steps S4 , S5 to be carried out in parallel, ie at the same time a measured variable with regard to the particles 6 to determine and the drive signal for adjusting a focus of the camera 5 to generate. Furthermore, it is possible to reduce the number of channels in a power saving mode, ie individual ones of the laser diodes of the optical emitter device 2nd to deactivate.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • WO 2017/198699 A1 [0003]WO 2017/198699 A1 [0003]
  • WO 2018/104153 A1 [0004]WO 2018/104153 A1 [0004]

Claims (15)

Kombinierte Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c), mit: einer optischen Emittereinrichtung (2), welche dazu ausgebildet ist, mindestens einen Mess-Laserstrahl (L) in eine Umgebung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c) auszusenden; und einer Detektoreinrichtung (3), welche dazu ausgebildet ist, den mindestens einen an Partikeln oder Objekten (6) in der Umgebung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c) gestreuten Mess-Laserstrahl (L) zu detektieren und ein entsprechendes Messsignal auszugeben; gekennzeichnet durch eine Auswerteeinrichtung (4), welche dazu ausgebildet ist, unter Verwendung des Messsignals: a. in einem ersten Betriebsmodus mindestens eine Messgröße bezüglich der Partikel in der Umgebung der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c) zu bestimmen; und b. in einem zweiten Betriebsmodus ein Ansteuersignal zum Anpassen eines Fokus einer externen Kamera (5) zu generieren.Combined autofocus and particle sensor device (1a; 1b; 1c), with: an optical emitter device (2) which is designed to emit at least one measuring laser beam (L) into the surroundings of the combined autofocus and particle sensor device (1a; 1b; 1c) ) send out; and a detector device (3) which is designed to detect the at least one measurement laser beam (L) scattered on particles or objects (6) in the vicinity of the combined autofocus and particle sensor device (1a; 1b; 1c) and a corresponding one Output measurement signal; characterized by an evaluation device (4), which is designed to use the measurement signal: a. in a first operating mode to determine at least one measurement variable with regard to the particles in the vicinity of the combined autofocus and particle sensor device (1a; 1b; 1c); and b. generate a control signal for adapting a focus of an external camera (5) in a second operating mode. Kombinierte Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c) nach Anspruch 1, wobei die Auswerteeinrichtung (4) dazu ausgebildet ist, im zweiten Betriebsmodus unter Verwendung des Messsignals einen Abstand eines Objekts (6) von der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c) zu berechnen und das Ansteuersignal in Abhängigkeit des berechneten Abstands zu generieren.Combined autofocus and particle sensor device (1a; 1b; 1c) after Claim 1 The evaluation device (4) is designed to calculate a distance of an object (6) from the combined autofocus and particle sensor device (1a; 1b; 1c) in the second operating mode using the measurement signal and to control the control signal as a function of the calculated distance to generate. Kombinierte Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Auswerteeinrichtung (4) dazu ausgebildet ist, im zweiten Betriebsmodus unter Verwendung des Messsignals einen Geschwindigkeitsbetrag und/oder eine Bewegungsrichtung eines Objekts (6) in der Umgebung der Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c) zu berechnen und in Abhängigkeit des berechneten Geschwindigkeitsbetrags und/oder der berechneten Bewegungsrichtung eine Einstellung des Fokus der externen Kamera (5) zu einem zukünftigen Zeitpunkt vorherzusagen und das Ansteuersignal entsprechend zu generieren.Combined autofocus and particle sensor device (1a; 1b; 1c) after Claim 1 or 2nd The evaluation device (4) is designed to calculate a speed and / or a direction of movement of an object (6) in the vicinity of the autofocus and particle sensor device (1a; 1b; 1c) in the second operating mode using the measurement signal and as a function thereof to predict a setting of the focus of the external camera (5) at a future point in time of the calculated speed amount and / or the calculated direction of movement and to generate the control signal accordingly. Kombinierte Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die optische Emittereinrichtung (2) dazu ausgebildet ist, eine Vielzahl von Mess-Laserstrahlen (L) auszusenden, wobei in einem Energiesparmodus die optische Emittereinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, nur eine Teilmenge der Mess-Laserstrahlen (L) auszusenden und/oder wobei die Detektoreinrichtung (3) in dem Energiesparmodus dazu eingerichtet ist, nur eine Teilmenge der gestreuten Mess-Laserstrahlen (L) zu detektieren und das Messsignal auszugeben.Combined autofocus and particle sensor device (1a; 1b; 1c) according to one of the preceding claims, wherein the optical emitter device (2) is designed to emit a plurality of measurement laser beams (L), the optical emitter device (2) being in an energy-saving mode. is set up to emit only a subset of the measurement laser beams (L) and / or the detector device (3) in the energy-saving mode is set up to detect only a subset of the scattered measurement laser beams (L) and to output the measurement signal. Kombinierte Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Messgröße bezüglich der Partikel (6) mindestens eines von Reflexionsamplituden, Dopplerverschiebungen, Partikelgeschwindigkeitsbeträgen, Partikelabständen, Partikelbewegungsrichtungen, Partikelgrößen, Partikelverteilungen, Partikelgrößenverteilungen, Partikeldichten und einer Reflektivität umfasst.Combined autofocus and particle sensor device (1a; 1b; 1c) according to one of the preceding claims, wherein the measurement variable with respect to the particles (6) comprises at least one of reflection amplitudes, Doppler shifts, particle velocity amounts, particle distances, particle movement directions, particle sizes, particle distributions, particle size distributions, particle densities and reflectivity includes. Kombinierte Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung (4) dazu ausgebildet ist, im ersten Betriebsmodus und im zweiten Betriebsmodus unterschiedliche Filter zur Auswertung des Messsignals einzusetzen.Combined autofocus and particle sensor device (1a; 1b; 1c) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation device (4) is designed to use different filters for evaluating the measurement signal in the first operating mode and in the second operating mode. Kombinierte Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die optische Emittereinrichtung (2) mindestens eine Laserdiode, insbesondere einen VCSEL, aufweist, und die Detektoreinrichtung (3) mindestens eine Fotodiode, insbesondere eine in die mindestens eine Laserdiode integrierte Fotodiode, aufweist.Combined auto focus and particle sensor device (1a; 1b; 1c) according to one of the preceding claims, wherein the optical emitter device (2) has at least one laser diode, in particular a VCSEL, and the detector device (3) has at least one photodiode, in particular one in the at least one has a laser diode integrated photodiode. Kombiniertes Kamera- und Partikelsensorsystem, mit einer Kamera (5) und einer kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, welche dazu ausgebildet ist, den Fokus der Kamera (5) mithilfe des Ansteuersignals anzupassen.Combined camera and particle sensor system, with a camera (5) and a combined auto focus and particle sensor device (1a; 1b; 1c) according to one of the preceding claims, which is designed to adjust the focus of the camera (5) with the aid of the control signal. Kombiniertes Kamera- und Partikelsensorsystem nach Anspruch 8, wobei die optische Emittereinrichtung (2) der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c) dazu ausgebildet ist, den mindestens einen Mess-Laserstrahl (L) in einen Umgebungsbereich der kombinierten Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung (1a; 1b; 1c) auszusenden, welcher mit einem Erfassungsbereich der Kamera (5) zumindest teilweise überlappt.Combined camera and particle sensor system according to Claim 8 , wherein the optical emitter device (2) of the combined autofocus and particle sensor device (1a; 1b; 1c) is designed to direct the at least one measuring laser beam (L) into a surrounding area of the combined autofocus and particle sensor device (1a; 1b; 1c) to be sent, which overlaps at least partially with a detection area of the camera (5). Kombiniertes Autofokus- und Partikelmessverfahren, mit den Schritten: Aussenden (S1) mindestens eines Mess-Laserstrahls (L); und Detektieren (S2) des mindestens einen an Partikeln oder Objekten (6) gestreuten Mess-Laserstrahls (L) und Ausgeben eines entsprechenden Messsignals; dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensmodus unter Verwendung des Messsignals mindestens eine Messgröße bezüglich der Partikel (6) bestimmt wird (S4) ; und in einem zweiten Verfahrensmodus unter Verwendung des Messsignals ein Ansteuersignal zum Anpassen eines Fokus einer Kamera (5) generiert wird (S5).Combined autofocus and particle measurement method, with the steps: emitting (S1) at least one measurement laser beam (L); and detecting (S2) the at least one measurement laser beam (L) scattered on particles or objects (6) and outputting a corresponding measurement signal; characterized in that in a first method mode, using the measurement signal, at least one measurement variable with respect to the particles (6) is determined (S4); and in a second method mode using the measurement signal, a control signal for Adjusting a focus of a camera (5) is generated (S5). Kombiniertes Autofokus- und Partikelmessverfahren nach Anspruch 10, wobei im zweiten Verfahrensmodus unter Verwendung des Messsignals ein Abstand eines Objekts (6) berechnet wird und das Ansteuersignal in Abhängigkeit des berechneten Abstands generiert wird.Combined autofocus and particle measurement method according to Claim 10 A distance of an object (6) is calculated using the measurement signal in the second method mode and the control signal is generated as a function of the calculated distance. Kombiniertes Autofokus- und Partikelmessverfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei im zweiten Verfahrensmodus unter Verwendung des Messsignals ein Geschwindigkeitsbetrag und/oder eine Bewegungsrichtung eines Objekts (6) berechnet werden und in Abhängigkeit des berechneten Geschwindigkeitsbetrags und/oder der berechneten Bewegungsrichtung eine Einstellung des Fokus der Kamera (5) zu einem zukünftigen Zeitpunkt vorhergesagt und das Ansteuersignal entsprechend generiert wird.Combined autofocus and particle measurement method according to one of the Claims 10 or 11 , In the second method mode, using the measurement signal, a speed amount and / or a direction of movement of an object (6) are calculated and, depending on the calculated speed amount and / or the calculated direction of movement, a setting of the focus of the camera (5) is predicted at a future point in time and the control signal is generated accordingly. Kombiniertes Autofokus- und Partikelmessverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei eine Vielzahl von Mess-Laserstrahlen (L) ausgesendet wird, wobei in einem Energiesparmodus nur eine Teilmenge der Mess-Laserstrahlen (L) ausgesendet wird und/oder wobei in dem Energiesparmodus nur eine Teilmenge der gestreuten Mess-Laserstrahlen (L) detektiert wird und das entsprechende Messsignal ausgegeben wird.Combined autofocus and particle measurement method according to one of the Claims 10 to 12th , wherein a plurality of measurement laser beams (L) are emitted, only a subset of the measurement laser beams (L) being emitted in an energy-saving mode and / or wherein only a subset of the scattered measurement laser beams (L) is detected in the energy-saving mode and the corresponding measurement signal is output. Kombiniertes Autofokus- und Partikelmessverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Messgröße bezüglich der Partikel (6) mindestens eines von Reflexionsamplituden, Dopplerverschiebungen, Partikelgeschwindigkeitsbeträgen, Partikelabständen, Partikelbewegungsrichtungen, Partikelgrößen, Partikelverteilungen, Partikelgrößenverteilungen, Partikeldichten und einer Reflektivität umfasst.Combined autofocus and particle measurement method according to one of the Claims 10 to 13 , The measurement variable with respect to the particles (6) comprising at least one of reflection amplitudes, Doppler shifts, particle velocity amounts, particle distances, particle movement directions, particle sizes, particle distributions, particle size distributions, particle densities and a reflectivity. Kombiniertes Autofokus- und Partikelmessverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei im ersten Verfahrensmodus und im zweiten Verfahrensmodus unterschiedliche Filter zur Auswertung des Messsignals eingesetzt werden.Combined autofocus and particle measurement method according to one of the Claims 10 to 14 , Different filters being used to evaluate the measurement signal in the first method mode and in the second method mode.
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