CN112513566A - 用于确定至少一个对象的位置的检测器 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于确定至少一个对象(112)的位置的检测器(110)。所述检测器(110)包括：‑至少一个二向色滤光片(130)；‑至少一个光学传感器(114)，其中，所述光学传感器(114)具有至少一个光敏区域(116)，其中，所述光学传感器(114)被设计为响应于由已经穿过所述二向色滤光片(130)的光束(120)对其光敏区域(116)的照射，生成至少一个传感器信号；‑至少一个评价装置(134)，其被配置用于确定响应于由具有至少一个第一波长的光束(120)造成的照射生成的第一传感器信号和响应于由具有至少一个第二波长的光束(120)造成的照射生成的第二传感器信号，其中，所述评价装置(134)被配置用于通过评价来自所述第一和第二传感器信号的组合信号Λ确定所述对象的至少一个纵坐标z。
Description
技术领域
本发明涉及用于确定至少一个对象的位置的检测器和方法。本发明还涉及用于在用户与机器之间交换至少一个信息项的人机接口、娱乐装置、跟踪系统、相机、扫描系统和检测器设备的各种用途。根据本发明的装置、系统、方法和用途特别地可以例如采用在日常生活、游戏、交通技术、生产技术、安全技术、诸如针对艺术的数字摄影或视频摄影的摄影、文档编制或技术目的、医学技术的各种领域中或在科学中。而且，本发明特别地可以用于扫描一个或多个对象和/或用于扫描场景，诸如用于生成对象或场景的深度轮廓，例如，在架构、度量衡学、考古学、医学、工程或制造的领域中。然而，其他应用也是可能的。
背景技术
用于检测至少一个对象的位置的大量的检测器是已知的，例如，使用来自聚焦技术的深度的检测器、使用三角测量方法的检测器。由光子比造成的距离测量距离的新概念在WO 2018/091649 A1、WO 2018/091638 A1和WO 2018/091640 A1中描述，其内容通过引用包括于此。
GB2077421A描述了感测目标表面距基准面的位移的传感器系统。传感器系统包括分叉光纤，包括光发射器光纤和光接收器光纤，其与透镜一起用于将来自灯的白光投射到表面上并且将从其反射的光传导到其输出是位移的函数的光电检测器。使用不同的目标反射率并且为了确定位移的感觉，使用两个传感器通道，每个传感器通道感测具有基本上光谱分离的不同波长或波长带处的光。透镜对表面上的光纤的端面进行成像并且使用从目标反射的光在该端面上形成二次图像，基准面是用于两个波长的平均主图像平面。光电二极管感测红光并且光电二极管感测蓝光，分束器和滤波器用于分离来自光纤的光的红和蓝光分量。输出在微分或比例放大器中组合以产生系统输出信号，其幅度取决于两个通道中的光通量的相对幅度，并且因此也是距基准面I的函数目标距离。
EP 2 720 013 A2描述了位移传感器，其包括：光源单元，其被配置为在与平面测量对象的测量区域倾斜的方向上应用具有不同多个波长的光；分光镜，其被配置为测量由测量区域反射的光的光谱分布；特征量提取模块，其被配置为提取光谱分布的特征量；以及位移计算模块，其被配置为基于所提取的特征量和位移与先前获得的特征量之间的关系来计算测量区域的位移。
不管由上文所提到的装置和检测器隐含的优点，仍然存在若干技术挑战。通常，需要被配置用于检测空间中的对象的位置的紧凑检测器，其可以以低成本制造。特别地，针对诸如用于使用在智能电话或其他移动设备中的移动应用，需要具有最小计算功率的位置的快速、准确和可靠的检测和技术挑战。通过使用例如象限二极管使用来自如WO 2018/091649 A1、WO 2018/091638 A1和WO 2018/091640 A1中所公开的光子比技术的深度确定距离可以允许快速距离确定，但是可以具有关于光源的照明和位置的约束，例如，可以要求光源的轴上照明和固定位置，使得针对移动应用的实现可能是困难的。轴外照明可以使用CMOS传感器是可能的，但是传感器信号的生成和评价可能慢得多并且要求更多计算能力。
发明内容
本发明所要解决的问题
因此，本发明的目标是提供面对已知设备和方法的上文所提到的技术挑战的设备和方法。特别地，本发明的目标是提供可以可靠地确定空间中的对象的位置的优选地具有低技术努力并且具有在技术资源和成本方面的低要求的设备和方法。
该问题由具有独立专利权利要求的特征的本发明解决。可以单独或者组合实现的本发明的有利开发存在于从属权利要求中和/或在以下说明书和详细实施例中。
如在以下中使用的，术语“具有(have)”、“包括(comprise)”或“包括(include)”或其任何任意语法变型以非排他性方式使用。因此，这些术语可以指代其中除由这些术语引入的特征之外无进一步的特征存在于该上下文中所描述的实体中和其中一个或多个进一步的特征存在的情况。作为示例，表达“A具有(has)B”、“A包括(comprises)B”和“A包括(includes)B”可以指代其中除B之外无其他元件存在于A中的情况(即，其中A单独并且排他地包括B的情况)和其中除B之外一个或多个进一步的元件存在于实体A中(诸如元件C、元件C和D或甚至进一步的元件)的情况。
而且，应当注意，术语“至少一个(at least one)”、“一个或多个(one or more)”或指示特征或元件可以存在一次或超过一次的类似表达通常将在引入相应特征或元件时仅被使用一次。在以下中，在大多数情况下，当参考相应特征或元件时，尽管相应特征或元件可以存在一次或超过一次的事实，但是表达“至少一个”或“一个或多个”将不重复。
而且，如在以下中所使用的，术语“优选地(preferably)”、“更优选地(morepreferably)”、“尤其地(particularly)”、“更尤其地(more particularly)”、“特别地(specifically)”、“更特别地(more specifically)”或类似术语结合可选特征使用而不限制可替代的可能性。因此，由这些术语引入的特征是可选特征并且不旨在以任何方式限制权利要求的范围。如技术人员将认识到，本发明可以通过使用可替代的特征执行。类似地，在没有关于本发明的可替代实施例的任何限制、没有关于本发明的范围的任何限制并且没有关于将以这样的方式引入的特征与本发明的其他可选或非可选特征组合的可能性的任何限制的情况下，由“在本发明的实施例中”或类似表达引入的特征旨在是可选特征。
在本发明的第一方面中，公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器。如本文所使用的，术语“对象(object)”指代发射至少一个光束的点或区域。所述光束可以起源于所述对象，诸如通过所述对象和/或集成或附接到发射所述光束的对象的至少一个照明源，或者可以起源于不同照明源，诸如直接或间接地照射所述对象的照明源，其中，所述光束由所述对象反射或散射。如本文所使用的，术语“位置(position)”指代关于空间中的对象和/或对象的至少一个部分的地点和/或取向的至少一个信息项。因此，所述至少一个信息项可以隐含所述对象的至少一个点与至少一个检测器之间的至少一个距离。如下文将更详细地概述的，所述距离可以是纵坐标或者可以有助于确定所述对象的点的纵坐标。附加地或者可替代地，可以确定关于所述对象和/或所述对象的至少一部分的地点和/或取向的至少一个其他信息项。作为示例，附加地，可以确定所述对象和/或所述对象的至少一部分的至少一个横坐标。因此，所述对象的位置可以隐含所述对象和/或所述对象的至少一部分的至少一个纵坐标。附加地或者可替代地，所述对象的位置可以隐含所述对象和/或所述对象的至少一部分的至少一个横坐标。附加地或者可替代地，所述对象的位置可以隐含指示空间中的对象的取向的对象的至少一个取向信息。
所述检测器包括：
-至少一个二向色滤波器；
-至少一个光学传感器，其中，所述光学传感器具有至少一个光敏区域，其中，所述光学传感器被设计为响应于由已经穿过所述二向色滤波器的光束对其光敏区域的照射，生成至少一个传感器信号；
-至少一个评价装置，其被配置用于确定响应于由具有至少一个第一波长的光束造成的照射生成的第一传感器信号和响应于由具有至少一个第二波长的光束造成的照射生成的第二传感器信号，其中，所述评价装置被配置用于通过评价来自所述第一和第二传感器信号的组合信号Λ确定所述对象的至少一个纵坐标z。
如本文所使用的，术语光通常指代所述可见光谱范围、所述紫外光谱范围和所述红外光谱范围中的一个或多个中的电磁辐射。其中，术语可见光谱范围通常指代380nm至780nm的光谱范围。术语红外光谱范围通常指代780nm至1mm的范围内的电磁辐射，优选地在780nm至3.0微米的范围内。术语紫外光谱范围通常指代1nm至380nm的范围内的电磁辐射，优选地在100nm至380nm的范围内。优选地，如在本发明内使用的光是可见光，即，可见光谱范围内或近红外范围内的光，例如，在780nm至1000nm的范围内。
术语光束通常可以指代发射和/或反射到特定方向上的光量。因此，所述光束可以是具有垂直于所述光束的传播方向的方向上的预定扩展的一束光线。优选地，所述光束可以是或可以包括一个或多个高斯光束诸如高斯光束的线性组合，其可以由一个或多个高斯束参数表征，诸如束腰、瑞利长度或适于表征空间中的束直径和/或束传播的发展的任何其他束参数或束参数的组合。
如本文所使用的，术语“光线”通常指代垂直于能量流动的方向上的点的光的波前的线。如本文所使用的，术语“束”通常指代光线的集合。在以下中，术语“光线”和“束”将被用作同义词。如本文进一步使用的，术语“光束”通常指代一定量的光，特别地基本上在相同方向上行进的一定量的光，包括具有扩展角或扩大角的光束的可能性。所述光束可以具有空间扩展。特别地，所述光束可以具有非高斯束轮廓。所述束轮廓可以选自包括以下各项的组：梯形束轮廓；三角形束轮廓；锥形束轮廓。所述梯形束轮廓可以具有平坦区域和至少一个边缘区域。如本文所使用的，术语“束轮廓”通常指代所述光束的横向强度轮廓。所述束轮廓可以是所述光束的强度的空间分布，特别地在垂直于所述光束的传播的至少一个平面内。所述光束特别地可以是高斯光束或高斯光束的线性组合，如下文将更详细地概述的。然而，其他实施例是可行的。所述传送装置可以被配置用于调节、定义和确定所述束轮廓(特别地所述束轮廓的形状)中的一个或多个。如本文进一步使用的，光斑通常指代由光束对物品、区域或对象的可见或可检测圆或非圆照明。
所述入射光束可以从所述对象朝向所述检测器传播。所述入射光束可以起源于所述对象，诸如通过所述对象和/或集成或附接到发射所述光束的对象的至少一个照明源，或者可以起源于不同照明源，诸如直接或间接地照射所述对象的照明源，其中，所述光束由所述对象反射或散射，并且从而，至少部分地朝向所述检测器引导。作为示例，所述照明源可以是或可以包括外部照明源、集成到所述检测器中的照明源或集成到信标设备中的照明源，所述信标设备是附接到所述对象、集成到所述对象中或由所述对象保持中的一个或多个。因此，所述检测器可以使用在有源和/或无源照明场景中。例如，所述照明源可以适于例如通过朝向反射所述光束的对象引导光束照射所述对象。附加地或者可替代地，所述对象可以适于生成和/或发射所述至少一个光束。所述光源可以是或可以包括至少一个多束光源。例如，所述光源可以包括至少一个激光源和一个或多个衍射光学元件(DOE)。所述照明源可以适于通过所述二向色滤波器照射所述对象。
所述检测器可以包括用于照射所述对象的至少一个照明源。作为示例，所述照明源可以被配置用于生成用于照射所述对象的照射光束。所述检测器可以被配置为使得所述照射光束沿着所述检测器的光轴从所述检测器朝向所述对象传播。出于该目的，所述检测器可以包括至少一个反射元件，优选地至少一个棱镜，以用于将所述照射光束偏转到所述光轴上。
特别地，所述照明源可以包括至少一个激光器和/或激光源。可以采用各种类型的激光器，诸如半导体激光器。附加地或者可替代地，可以使用非激光光源，诸如LED和/或灯泡。所述照明源可以适于生成和/或投射点云，例如，所述照明源可以包括以下各项中的一项或多项：至少一个数字光处理投影仪、至少一个LCoS投影仪、至少一个空间光调制器；至少一个衍射光学元件；至少一个发光二极管阵列；至少一个激光光源阵列。所述照明源可以包括人工照明源，特别地至少一个激光源和/或至少一个白炽灯和/或至少一个半导体光源，例如，至少一个发光二极管，特别地有机和/或无机发光二极管。作为示例，由所述照明源发射的光可以具有300至1000nm(特别地500至1000nm)的波长。附加地或者可替代地，可以使用所述红外光谱范围内的光，诸如在780nm至3.0μm的范围内。特别地，可以使用其中硅光电二极管特别地适用于700nm至1000nm的范围内的近红外区域的部分中的光。由于其通常定义的束轮廓和可操作性的其他特性，使用至少一个激光源作为所述照明源是特别优选的。所述照明源可以集成到所述检测器的壳体中。
所述照射光束通常可以平行于所述光轴或者相对于所述光轴倾斜，例如，包括相对于所述光轴的角。作为示例，所述照射光束，诸如所述激光束，和所述光轴可以包括小于10°的角，优选地小于5°或甚至小于2°。然而，其他实施例是可行的。而且，所述照射光束可以在所述光轴上或所述光轴外。作为示例，所述照射光束可以平行于具有小于到所述光轴的10mm的距离的光轴，优选地小于到所述光轴的5mm或甚至小于到所述光轴的1mm或可以甚至与所述光轴重合。
如本文所使用的，所述表达“所述光束具有至少一个波长”指代具有所述相应波长的单色光束和/或包括多个波长的光束，其中，至少一个部分具有所述相应波长。所述检测器可以包括被配置用于利用具有至少两个不同波长的至少一个光束照射所述对象的至少一个照明源。例如，所述照明源可以包括至少两个光源，其中，第一光源可以被配置用于生成具有第一波长的至少一个光束，并且其中，第二光源可以被配置用于生成具有与所述第一波长不同的第二波长的至少一个光束。例如，所述照明源可以包括至少一个多波长光源。所述照明源可以包括被配置用于选择性地生成具有不同波长的光束的至少一个滤波元件。所述照明源可以被配置为脉冲具有所述第一波长的光束和具有具备不同频率的第二波长的光束。
所述光束的第一波长和第二波长可以不同。特别地，所述波长之间的差(特别地峰峰差)可以是至少1nm，优选地至少10nm，更优选地至少50nm。
而且，所述照明源可以被配置用于发射调制或非调制光。在使用多个照明源的情况下，所述不同的照明源可以具有不同调制频率，其可以用于对所述光束进行区分。所述照明源可以被配置用于生成具有不同特性(诸如颜色和/或调制频率)的光。例如，所述检测器可以包括至少一个调制设备。所述调制设备可以被配置用于在两个不同频率处调制由所述照明源生成的至少一个光束。所述调制设备可以集成到所述至少一个光源中和/或可以独立于所述光源。因此，至少一个光源可能自己适于生成所述光束的上文所提到的调制，和/或至少一个独立调制设备可以存在，诸如至少一个斩波器和/或具有调制传输率的至少一个设备，诸如至少一个光电设备和/或至少一个声光开关设备。所述调制设备可以集成到所述照明源中，诸如到LED的驱动器电路中。
所述照明源可以是可移动光源，特别地可自由移动的光源。例如，所述照明源可以包括可移动激光器，其中，所述激光器特别地未与所述光学传感器或与所述检测器的进一步的光学元件固定连接(特别地未机械地连接)。检测到的光斑可以通过移动所述激光器手动或自动控制。例如，所述照明源可以是信标设备。所述信标设备可以手动移动，并且所述光学传感器可以被配置用于检测所述光源的位置。运动的范围可以通过所述检测器光学器件的视场在横向方向上是有限的。在纵向方向上，运动的范围可以取决于所述检测器的测量范围。
所述检测器可以包括至少一个传送装置。术语“传送装置”(也表示为“传送系统”)可以通常指代一个或多个光学元件，该一个或多个光学元件适于诸如通过修改所述光束的束参数、所述光束的宽度或所述光束的方向中的一个或多个来修改所述光束。所述传送装置可以适于将所述光束引导到所述光学传感器上。所述传送装置特别地可以包括以下各项中的一项或多项：至少一个透镜，例如，至少一个透镜选自包括以下各项的组：至少一个焦点可调透镜、至少一个非球面透镜、至少一个球面透镜、至少一个菲涅尔透镜；至少一个衍射光学元件；至少一个凹透镜；至少一个束偏转元件，优选地至少一个反射镜；至少一个分束元件，优选地分束立方体或分束反射镜中的至少一个；至少一个多透镜系统。所述传送装置可以包括至少一个梯度折射率(GRIN)透镜，诸如可从德国Grintech GmbH、Schillerstraβe 1、07745Jena商购的GRIN透镜。所述GRIN透镜可以具有连续折射梯度，例如，轴向和/或径向和/或球面折射梯度。所述GRIN透镜的f数可以取决于透镜长度。使用GRIN透镜可以允许使光学器件最小化，特别地使用非常薄的光学器件。例如，具有0.2mm的厚度或直径的非常薄的光学器件可以是可能的。所述传送装置可以包括例如具有环形形式的至少一个环形轴向透镜。所述环形轴向透镜可以具有平凸形式，例如，轴向和/或径向和/或球面曲率。
响应于从所述对象传播到所述检测器的至少一个入射光束，所述传送装置具有至少一个焦距。如本文所使用的，所述传送装置的术语“焦距”指代在其上可以入射所述传送装置的入射准直光线调准“焦点(focus)”的距离，其也可以被表示为“焦点”。因此，所述焦距构成所述传送装置会聚入射光束的能力的度量。因此，所述传送装置可以包括一个或多个成像元件，该一个或多个成像元件可以具有会聚透镜的效果。举例来说，所述传送装置可以具有一个或多个透镜，特别地一个或多个折射透镜、和/或一个或多个凸透镜。在该示例中，所述焦距可以被定义为从所述薄折射透镜的中心到所述薄透镜的主焦点的距离。针对会聚薄折射透镜，诸如凸或双凸薄透镜，所述焦距可以被认为是正的，并且可以提供在其处入射作为所述传送装置的薄透镜的准直光束可以聚焦到单个斑中的距离。此外，所述传送装置可以包括至少一个波长选择元件，例如，至少一个光学滤波器。此外，所述传送装置可以被设计为将预定义束轮廓印记在所述电磁辐射上，例如，在所述传感器区域并且特别地所述传感器区域的位置处。原则上，所述传送装置的上述可选实施例可以单独地或以任何期望的组合实现。
所述传送装置，特别地所述焦距和所述数值孔径NA，可以取决于测量应用来选择。这可以允许更短的测量间隔内的更高的动态范围或更大的测量间隔内的更低的动态范围。所述传送装置可以具有在0.1与1.0之间、优选地在0.2与0.9之间、更优选地在0.3与0.8之间的数值孔径。
所述传送装置可以适于调节和/或改变所述光束的传播方向。所述传送装置可以具包括至少一个光轴。所述传送装置可以适于影响(例如转移)从所述对象传播到所述检测器的光束。特别地，所述传送装置可以适于调节所述光束的传播方向。所述传送装置可以适于调节和/或生成关于所述传送装置的光轴的传播角。所述传播角可以是所述传送装置的光轴与从所述对象传播到所述检测器的光束的传播方向之间的角。在不使用传送装置的情况下，所述光束的传播角可以主要取决于所述光束由其生成的对象的特性，诸如表面特性和/或材料特性。所述传送装置可以适于调节和/或生成所述传播角，使得其与所述对象的表面特性无关。所述传送装置可以适于加强和/或放大所述光束的传播方向的角相关性。在不希望由理论限制的情况下，由所述对象生成的光束可以从所述对象传播到所述检测器并且可以在从0°(即，光轴)到任意角X的角范围下入射在所述传送装置上，该任意角X可以由所述对象上的散射的原点到所述传送设备的边缘定义。由于所述传送装置可以包括聚焦特性，所以在穿过所述传送装置之后的角范围可以与所述原始角范围显著不同。例如，平行于所述光轴入射的光束可以聚焦在所述焦点(focal point)或聚焦点(focus)上。取决于所述传送装置的聚焦特性，在入射在所述传送装置上之前并且在穿过所述传送装置之后的角相关性可以是反转的。所述传送装置可以适于放大用于远场的角相关性，即，在所述对象被设置在远距离处的情况下，其中，光束基本上平行于所述光轴传播。通常，在不使用所述传送装置的情况下，所述角相关性可以在近场区域中是最大的。在近场中，信号可以通常与远场信号相比较是更强的。因此，归因于放大远场中的角相关性的传送装置的近场中的更小的角相关性可以至少部分地通过近场中的通常更高的信噪比、和/或通过使用附加近场特性(诸如归因于非零基线的距离相关斑运动)来补偿。
所述传送装置可以具有光轴。特别地，所述检测器和所述传送装置具有共同光轴。如本文所使用的，术语“所述传送装置的光轴”通常指代所述透镜或透镜系统的镜面对称或旋转对称轴。所述检测器的光轴可以是所述检测器的光学设置的对称线。所述检测器包括至少一个传送装置，优选地具有至少一个透镜的至少一个传送系统。作为示例，所述传送系统可以包括至少一个束路径，其中，所述束路径中的传送系统的元件以关于所述光轴旋转设置或甚至对称的方式来定位。然而，如下文还将更详细地概述的，位于所述束路径内的一个或多个光学元件也可以关于所述光轴偏离中心或倾斜。然而，在这种情况下，所述光轴可以顺序地定义，诸如通过将所述束路径中的光学元件的中心相互连接，例如通过将所述透镜的中心相互连接，其中，在本文上下文中，所述光学传感器未计算为光学元件。所述光轴通常可以表示所述束路径。其中，所述检测器可以具有沿着其光束可以从所述对象行进到所述光学传感器的单个束路径，或者可以具有多个束路径。作为示例，可以给出单个束路径，或者束路径可以分成两个或两个以上部分束路径。在后者的情况中，每个部分束路径具有其自己的光轴。所述传送装置可以包括大量的C、Si或Ca，优选地至少20质量％的C、Si或Ca，更优选地至少27％的C、Si、或Ca。
所述传送装置可以构成坐标系，其中，纵坐标l是沿着所述光轴的坐标，并且其中，d是与所述光轴的空间偏移。所述坐标系可以是极坐标系，其中，所述传送装置的光轴形成z轴，并且其中，距所述z轴的距离和极角可以用作附加坐标。平行或者反平行于所述z轴的方向可以被认为是纵向方向，并且沿着所述z轴的坐标可以被认为是纵坐标l。垂直于所述z轴的任何方向可以被认为是横向方向，并且所述极坐标和/或所述极角可以被认为是横坐标。
如本文所使用的，术语“二向色滤波器”指代光学彩色滤波器，特别地干涉彩色滤波器。所述二向色滤波器可以具有波长相关和角相关透射光谱。取决于所述二向色滤波器的特性，入射在第一面(例如，所述二向色滤波器的表面)上的电磁波可以部分地吸收和/或反射和/或透射。入射在所述二向色滤波器上的电磁波的总功率(power)可以通过二向色滤波器以至少三个分量分布，即，吸收分量、反射分量和透射分量。透射度可以被定义为由入射在所述二向色滤波器上的电磁波的总功率归一化的透射分量的功率。吸收度可以被定义为由入射在所述二向色滤波器上的电磁波的总功率归一化的吸收分量的功率。反射度可以被定义为由入射在所述二向色滤波器上的电磁波的总功率归一化的反射分量的功率。术语“吸收”指代由所述二向色滤波器对所述入射光束的功率和/或强度的降低。如本文所使用的，术语“透射”指代在具有关于所述光轴90°并且更高的角的半空间中的所述二向色滤波器外部可测量的电磁波的一部分。例如，透射可以是入射在所述二向色滤波器的第一面上、穿透所述二向色滤波器并且在第二面(例如，反面)处离开所述二向色滤波器的电磁波的剩余部分。术语“反射”指代在具有关于所述光轴的小于90°的角的半空间中的二向色滤波器外部可测量的电磁波的一部分。例如，反射可以是归因于与所述二向色滤波器的相互作用的入射光束的波前的方向上的改变。如本文所使用的，术语“透射”还指代在透射辐射能量中的二向色滤波器的有效性，特别地透射通过所述二向色滤波器的入射光束的入射电磁功率的小部分。如本文所使用的，术语“透射光谱”指代作为所述波长的函数的透射。如本文所使用的，术语“波长相关透射光谱”指代选择性地过滤具有不同波长的光的二向色滤波器的特性。所述二向色滤波器可以被配置为让具有第一波长的光穿过所述二向色滤波器并且过滤具有第二波长的光。可以主要地过滤所述非透射波长。
所述二向色滤波器可以是具有高角相关性的干涉滤波器。所述角相关性可以关于开启/截止波长定义，特别地所述滤波器的开启或截止波长，其中，所述滤波器的透射从透明切换到半透明。所述开启/截止波长可以被定义为其中所述透射曲线在所述平均不透明和所述平均透明透射系数的平均值处的波长。所述角相关性可以被定义为当围绕正交于所述光轴的轴在正交于所述光轴的平面之外将所述滤波器旋转30°时的开启/或截止波长的移动。所述二向色滤波器可以具有从5nm/30°直到100nm/30°、优选地从7nm/30°直到80nm/30°、更优选地从9nm/30°直到50nm/30°的角相关性。相反，通常，在光学器件应用中，使用并且要求具有低(优选地无)角相关性的干涉滤波器。
所述二向色滤波器可以是平面衬底(例如，玻璃)上的干涉滤波器，其特别地被设计用于正交入射角。不同的入射角可能导致不同的透射特性。所述角相关性可以围绕所述光轴径向对称。相反，分束器(包括二向色反射镜)被设计用于非正交入射角，在大多数情况下45°。除设计角之外的入射角不仅导致所述光谱特性的改变，而且导致了反射和透射角。而且，角相关透射不关于所述光轴径向对称。通常，二向色反射镜是用于不同波长的分束器。二向色反射镜反射特定波长区域并且透射其他区域。相反，本发明使用用于测量的至少两个波长并且可以与单个检测器一起工作。束分离需要超过一个检测器采集两个波长，并且特别地考虑与多个检测器相关联的笨重构造和额外成本等是不利的。另外，本发明使用具有针对所选择的波长的改变的入射角的干涉滤波器的不同透射特征。具有不同的入射角的二向色反射镜处的不同的反射和透射角将导致非对称效应。因此，二向色反射镜不能用于测量，其中，径向对称是基本的，例如，三维坐标系中的活动目标的跟踪。
二向色滤波器可以用作长通、短通、带通或陷波滤波器中的一个。有利地，由于生产技术，具有高角相关性的干涉滤波器可以在高温稳定性的情况下生产。所述二向色滤波器可以通过改变所述开启和/或截止斜率的倾斜度和所述角相关性来优化用于跟踪应用。所述二向色滤波器可以被设计为使得所述滤波器的透射特性针对这两个波长改变作为入射角的函数，例如通过足够地选择带通或陷波滤波器的开启和截止波长。所述二向色滤波器可以被设计为使得一个波长的透射特性随着不同的入射角而改变，而另一个波长的透射特性保持不变，例如，通过足够地选择边缘滤波器的截止波长。所述二向色滤波器可以被设计为使得所述第一波长的滤波器的透射随着对应于增加距离的入射角的增加而增加，而所述第二波长的透射保持高并且不变。因此，在其中所述光强度是小的更大的距离处，可以针对这两个波长实现最大透射。二向色滤波器可以正交或基本上正交于所述光轴设置。二向色滤波器可以平行或基本上平行于传送装置设置。
所述二向色滤波器可以具有角相关透射光谱。如本文所使用的，术语“角相关透射光谱”指代所述二向色滤波器的透射取决于所述入射光束入射在所述二向色滤波器上的入射角的事实。例如，所述透射度可以取决于从所述对象朝向所述检测器传播的入射光束入射在所述二向色滤波器上的入射角。所述入射角可以关于所述二向色滤波器的光轴测量。所述二向色滤波器可以在所述传送装置后面的传播方向上设置。所述二向色滤波器和所述传送装置可以被设置为使得从所述对象传播到所述检测器的光束在入射在所述二向色滤波器之前穿过所述传送装置。所述二向色滤波器可以被设置为使得从所述对象传播到所述检测器的光束入射在所述传送装置与所述传送装置的焦点之间的二向色滤波器上。至少一个传送装置的使用允许进一步增强所述纵坐标的测量结果的鲁棒性。所述传送装置可以例如包括至少一个准直透镜。所述二向色滤波器可以被设计为与具有较小角入射的光线相比较使具有较大角入射的光线变弱。例如，所述透射度可以针对平行于所述光轴(即，在0°处)的光线是最高的，并且可以针对更高的角减小。特别地，在至少一个截止角处，所述透射度可以陡峭地下降到零。因此，具有大入射角的光线可以截止。
例如，所述二向色滤波器可以具有透射光谱，使得如果所述光束在透射角或透射的波长范围下入射在所述二向色滤波器上，则光束可以通过，并且如果所述光束在偏离入射角或波长范围下入射，则所述光束被过滤。例如，在所述光束基本上平行于所述二向色滤波器的光轴的情况下，所述光束可以穿过所述二向色滤波器，并且在所述光束在偏离入射角下入射的情况下，所述光束可以被过滤。如本文所使用的，术语“基本上平行于所述二向色滤波器的光轴”指代具有例如±5°或更小的容限、优选地±3°或更小的容限、更优选地±1°或更小的容限的平行取向的条件。0°的入射角指代平行于所述光轴。
如上文所概述的，所述二向色滤波器的透射光谱可以是波长相关和角相关的。例如，可以选择所述透射光谱，使得如果所述光束基本上平行于所述二向色滤波器的光轴入射，则具有所述第一波长的光束可以通过，而如果所述光束在更大角下(例如，在30°下)入射，则具有所述第二波长的光束可以通过所述二向色滤波器。所述传送装置和所述二向色滤波器可以被设置为使得从所述对象传播到所述检测器的光束在入射在所述二向色滤波器上之前通过所述传送装置传播。例如，针对靠近所述传送装置的焦点的对象(也称为近场)，在所述传送装置后面的光束将几乎平行于所述光轴并且第一透射光谱可以适用于所述二向色滤波器处的光束，例如，所述第一波长可以通过，而所述第二波长可以几乎被过滤。例如，针对远对象(也称为远场)，光束将到达基本上平行于所述传送装置的光轴的传送装置并且将朝向所述传送装置后面的焦点聚焦。因此，这些光束可以具有与所述二向色滤波器的光轴的较大角，并且不同的透射光谱可以适用于所述二向色滤波器处的光束，例如，所述第二波长可以通过，而所述第一波长可以几乎被过滤。
所述二向色滤波器可以设置成在从所述对象传播的检测器的入射光束的传播方向上在所述传送装置后面。所述二向色滤波器和所述传送装置可以被设置为使得从所述对象传播到所述检测器的光束在入射在所述二向色滤波器之前穿过所述传送装置。所述传送装置和所述二向色滤波器可以设置为空间分离，例如在垂直于所述光轴的方向上而移位。所述二向色滤波器可以被设置为使得从所述对象传播到所述检测器的光束入射在所述传送装置与所述传送装置的焦点之间的二向色滤波器上。例如，所述传送装置与其中从所述对象传播到所述检测器的光束入射在所述二向色滤波器上的位置之间的距离可以是所述焦距的至少20％、更优选地所述焦距的至少50％、最优选地所述焦距的至少80％。
如本文所使用的，“光学传感器”通常指代用于检测光束的光敏装置，诸如用于检测由至少一个光束生成的照明和/或光斑。如本文进一步使用的，“光敏区域”通常指代可以响应于生成所述至少一个传感器信号的照射外部照射的光学传感器的区域。所述光敏区域可以特别地位于所述光学传感器的表面上。然而，其他实施例是可行的。因此，此外，“光学传感器”指代被配置为生成一个输出信号的光敏设备，然而，在本文中，被配置为生成两个或两个以上输出信号的光敏设备(例如，至少一个CCD和/或CMOS设备)被称为两个或两个以上光学传感器。
如本文进一步使用的，“传感器信号”通常指代响应于由所述光束造成的照射而由光学传感器生成的信号。特别地，所述传感器信号可以是或可以包括至少一个电信号，诸如至少一个模拟电信号和/或至少一个数字电信号。更特别地，所述传感器信号可以是或可以包括至少一个电压信号和/或至少一个电流信号。更特别地，所述传感器信号可以包括至少一个光电流。进一步地，可以使用原始传感器信号，或者所述检测器、所述光学传感器或任何其他元件可以适于处理或预处理所述传感器信号，从而生成次级传感器信号，其也可以用作传感器信号，诸如通过滤波等预处理。
所述光敏区域可以朝向所述对象取向。如本文所使用的，术语“朝向所述对象取向”通常指代所述光敏区域的相应表面从所述对象完全或部分可见的情况。特别地，所述对象的至少一个点与所述光敏区域的至少一个点之间的至少一个互连线可以与所述光敏区域的表面元素形成角，该角与0°不同，诸如在20°至90°的范围内的角，优选地80至90°，诸如90°。因此，当所述对象位于所述光轴上或接近于所述光轴时，从所述对象朝向所述检测器传播的光束可以基本上平行于所述光轴。如本文所使用的，术语“基本上垂直”指代具有例如±20°或更小的容限、优选地±10°或更小的容限、更优选地±5°或更小的容限的垂直取向的条件。类似地，术语“基本上平行”指代具有例如±20°或更小的容限、优选地±10°或更小的容限、更优选地±5°或更小的容限的平行取向的条件。附加地或者可替代地，所述光敏区域中的至少一个可以取向与朝向所述对象的取向不同。例如，所述光学传感器可以垂直于所述光轴或在与所述光轴的任意角下并且关于所述对象来取向。所述二向色滤波器可以被配置为生成所述光束，使得所述光束入射在所述光敏区域上。例如，在所述光敏区域在关于所述光轴的任意角下取向的情况下，所述检测器可以包括被配置为将所述光束引导到所述光敏区域上的至少一个光学元件。所述二向色滤波器可以基本上平行于所述光敏区域设置。
所述光学传感器可以在紫外、可见或红外光谱范围中的一个或多个内敏感。特别地，所述光学传感器可以在从500nm至780nm的可见光谱范围内敏感，最优选地在650nm至750nm处或在690nm至700nm处。特别地，所述光学传感器可以在近红外区域中敏感。特别地，所述光学传感器可以在其中硅光电二极管特别地适用于700nm至1000nm的范围内的近红外区域的一部分中敏感。所述光学传感器特别地可以在所述红外光谱范围内敏感，特别地在780nm至3.0微米的范围内。例如，所述光学传感器可以是或可以包括选择包括以下各项的组的至少一个元件：光电二极管、光电池、光电导体、光电晶体管或其任何组合。可以使用任何其他类型的光敏元件。如下文将更详细地概述的，所述光敏元件通常可以完全或部分由无机材料制成和/或可以完全或部分由有机材料制成。最常见地，将下文将更详细地概述的，可以使用一个或多个光电二极管，诸如可商购的光电二极管，例如，无机半导体光电二极管。
所述光学传感器特别地可以是半导体传感器，优选地无机半导体传感器、更优选地光电二极管和最优选地硅光电二极管。因此，本发明简单地可以通过使用可商购的无机光电二极管(即，一个小光电二极管和一个大面积光电二极管)实现。因此，本发明的设置可以以便宜并且廉价的方式实现。特别地，所述光学传感器可以是或可以包括在红外光谱范围内(优选地在780nm至3.0微米的范围内)敏感和/或在可见光谱范围内(优选地在380nm至780nm的范围内)敏感的无机光电二极管。特别地，所述光学传感器可以在其中硅光电二极管特别地适用于700nm至1000nm的范围内的近红外区域的一部分中敏感。可以用于所述光学的红外光学传感器可以是可商购的红外光学传感器，诸如在来自德国路德维希港trinamiX股份有限公司的品牌名称HertzstueckTM下可商购的红外光学传感器。因此，作为示例，所述光学传感器可以包括本征光伏类型的至少一个光学传感器，更优选地选自包括以下各项的组的至少一个半导体光电二极管：Ge光电二极管、InGaAs光电二极管、扩展InGaAs光电二极管、InAs光电二极管、InSb光电二极管、HgCdTe光电二极管。附加地或者可替代地，所述光学传感器可以包括本征光伏类型的至少一个光学传感器，更优选地选自包括以下各项的组的至少一个半导体光电二极管：Ge:Au光电二极管、Ge:Hg光电二极管、Ge:Cu光电二极管、Ge:Zn光电二极管、Si:Ga光电二极管、Si:As光电二极管。附加地或者可替代地，所述光学传感器可以包括至少一个至少一个光导传感器诸如PbS或PbSe传感器、辐射热计，其优选地选自包括VO辐射热计和非晶Si辐射热计的组的辐射热计。所述光学传感器可以是不透明、透明或半透明的。然而，出于简单性的缘故，由于这些不透明传感器通常是广泛可商购的，所以可以使用针对所述光束不透明的不透明传感器。所述光学传感器特别地可以是具有单个光敏区域的一致传感器。因此，所述光学传感器特别地可以是非像素化光学传感器。
如本文进一步使用的，术语“评价装置”通常指代被配置为优选地通过使用至少一个数据处理设备并且更优选地通过使用至少一个处理器和/或至少一个专用集成电路执行指定操作的任意装置。因此，作为示例，所述至少一个评价装置可以包括在其上存储了包括许多计算机指令的软件代码的至少一个数据处理设备。所述评价装置可以提供用于执行所述指定操作中的一个或多个的一个或多个硬件元件和/或可以向一个或多个处理器提供具有在其上运行用于执行所述指定操作中的一个或多个的软件。
所述评价装置被配置用于确定响应于由具有至少一个第一波长的光束造成的照射的第一传感器信号和响应于由具有至少一个第二波长的光束造成的照射生成的第二传感器信号。如上文所概述的，具有所述第一波长和所述第二波长的光束可以生成或利用不同频率脉冲和/或可以随后地生成和/或可以利用不同调制频率调制。所述评价装置被配置用于通过评价来自所述第一和第二传感器信号的组合信号Λ确定所述对象的至少一个纵坐标z。如本文所使用的，术语“组合信号Λ”指代通过组合所述第一和第二传感器信号生成的信号，特别地通过以下各项中的一项或多项：除所述第一和第二传感器信号、除所述第一和第二传感器信号的倍数或除所述第一和第二传感器信号的线性组合。特别地，所述组合信号Λ可以是商信号。所述组合信号Λ可以通过使用各种方法确定。作为示例，用于导出所述组合信号的软件装置、用于导出所述组合信号的硬件装置、或两者可以使用并且实现在所述评价装置中。因此，作为示例，所述评价装置可以包括至少一个除法器，其中，所述除法器被配置用于导出所述商信号。所述除法器可以完全或部分被实现为软件除法器或硬件除法器之一或两者。所述评价装置可以被配置用于通过以下各项中的一项或多项导出所述组合信号Λ：除所述第一和第二传感器信号、除所述第一和第二传感器信号的倍数、除所述第一和第二传感器信号的线性组合。所述评价装置可以被配置用于确定所述第一传感器信号的第一辐射强度和所述第二传感器信号的第二辐射强度。所述评价装置可以被配置用于确定所述第一辐射强度和所述第二辐射强度的比以用于导出所述组合信号Λ。其他组合或商信号是可行的，诸如归一化辐射强度的比。因此，已经通过所述二向色滤波器的至少两个波长之间的关系取决于所述对象与所述光学传感器之间的距离。仅要求单个光学传感器。所述检测器可以包括多个光学传感器，诸如二分电池(bi-cell)、分割电极SPD或象限二极管的部分二极管、和/或CMOS传感器。在这种情况下，为了确定所述组合信号Λ，所述评价装置可以确定所述光学传感器上的完整光斑，诸如所述光学传感器的信号的和信号。可替代地，为了确定所述组合信号Λ，所述评价装置可以针对所述第一和第二传感器信号使用由相同传感器区域所生成的信号。
上文所提到的操作，包括确定所述对象的至少一个纵坐标，由所述至少一个评价装置执行。因此，作为示例，上文所提到的关系中的一个或多个可以实现在软件和/或硬件中，诸如通过实现一个或多个查找表。因此，作为示例，所述评价装置可以包括一个或多个可编程设备，诸如一个或多个计算机、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或数字信号处理器(DSP)，其被配置为执行上文所提到的评价，以便确定所述对象的至少一个纵坐标。附加地或者可替代地，然而，所述评价装置也可以完全或部分地由硬件实现。
所述检测器还可以包括一个或多个附加元件，诸如一个或多个附加光学元件。进一步地，所述检测器可以完全或部分集成到至少一个壳体中。
使用所述组合信号Λ确定所述纵坐标z可以与进一步的距离测量技术(诸如与基于光子比深度(depth from photon ratio)、飞行时间、三角测量和离焦深度的一个或多个技术)组合。特别地，使用所述组合信号Λ确定所述纵坐标z可以与非波长相关距离测量技术组合。
例如，使用所述组合信号Λ确定所述纵坐标z可以与使用如例如在WO 2018/091649 A1、WO 2018/091638 A1和WO 2018/091640 A1中所描述的光子比深度(DPR)技术的距离测量组合，其内容通过引用包括于此。所述检测器可以包括至少两个光学传感器。所述光学传感器中的每个光学传感器可以具有至少一个光敏区域。所述光学传感器中的每个光学传感器可以被设计为响应于由已经穿过所述二向色滤波器的光束对其相应光敏区域的照射，生成至少一个传感器信号。所述光学传感器中的至少一个可以被配置用于生成第一DPR传感器信号，并且所述光学传感器中的至少一个可以被配置用于生成第二DPR传感器信号。术语“DPR传感器信号”指代用于使用光子比深度技术的距离确定的传感器信号。特别地，所述第一DPR传感器信号和所述第二DPR传感器信号可以是对应于束轮廓的部分或切口的信号。所述评价装置可以被配置用于通过评价来自所述第一和第二DRP传感器信号的组合DPR信号Q确定所述对象的纵坐标zDPR。
如本文所使用的，术语“组合DPR信号Q”指代通过组合所述第一和第二传感器信号生成的信号，特别地通过以下各项中的一项或多项：除所述第一和第二DPR传感器信号、除所述第一和第二DPR传感器信号的倍数或除所述第一和第二DPR传感器信号的线性组合。特别地，所述组合DPR信号可以是商信号。所述组合DPR信号Q可以通过使用各种方法确定。作为示例，用于导出所述组合DPR信号的软件装置、用于导出所述组合信号的硬件装置、或两者可以使用并且实现在所述评价装置中。因此，作为示例，所述评价装置可以包括至少一个除法器，其中，所述除法器被配置用于导出所述组合DPR信号。所述除法器可以完全或部分被实现为软件除法器或硬件除法器之一或两者。
所述评价装置可以被配置用于通过以下各项中的一项或多项导出所述组合DPR信号Q：除所述第一和第二DPR传感器信号、除所述第一和第二DPR传感器信号的倍数、除所述第一和第二DPR传感器信号的线性组合。所述第一和第二传感器信号中的每一个可以包括已经穿过所述二向色滤波器的光束的束轮廓的至少一个区域的至少一个信息。所述束轮廓可以选自包括以下各项的组：梯形束轮廓；三角形束轮廓；锥形束轮廓和高斯束轮廓的线性组合。例如，所述评价装置被配置用于通过以下内容导出组合DPR信号：
其中，x和y是横坐标，A1是已经穿过光学传感器的传感器位置处的二向色滤波器的光束的束轮廓的第一区域，A2是已经穿过光学传感器的传感器位置处的二向色滤波器的光束的束轮廓的第二区域，并且E(x,y,zo)表示在对象距离zo处给出的束轮廓。所述第一DPR传感器信号和所述第二DPR传感器信号中的至少一个可以包括所述束轮廓的第一区域的信息，并且另一个可以包括所述束轮廓的第二区域的信息。例如，所述第一DPR传感器信号可以包括所述束轮廓的第一区域的信息，并且所述DPR传感器信号可以包括所述束轮廓的第二区域的信息。所述束轮廓的第一区域和所述束轮廓的第二区域可以是相邻或者重叠区域之一或两者。区域A1和区域A2可以不同。特别地，A1和A2不是全等的。因此，A1和A2可以在形状或内容中的一个或多个中不同。所述束轮廓可以是所述光束的剖面。通常，所述束轮廓取决于亮度L(zo)和束形状S(x,y；zo),E(x，y；zo)＝L·S。因此，通过导出所述组合DPR信号，其可以允许独立于亮度确定所述纵坐标。另外，使用所述组合信号允许独立于所述对象大小确定所述距离z0。因此，所述组合信号允许独立于所述对象的材料特性和/或反射特性和/或散射特性并且独立于所述光源的更改确定所述距离z0，诸如通过制造精度、热、水、污垢、透镜上的损坏等。如本文所使用的，术语“所述束轮廓的区域”通常指代用于确定所述组合DPR信号Q的传感器位置处的束轮廓的任意区域。
所述第一区域和所述第二区域中的一个可以包括所述束轮廓的基本上边缘信息，并且所述束轮廓的所述第一区域和所述第二区域中的另一个可以包括所述束轮廓的基本上中心信息。例如，所述束轮廓的第一区域可以包括所述束轮廓的基本上边缘信息，并且所述束轮廓的第二区域可以包括所述束轮廓的基本上中心信息。所述束轮廓可以具有中心，即，所述束轮廓的最大值和/或所述束轮廓的平台的中心点和/或所述光斑的几何中心，以及从所述中心延伸的下降沿。所述第二区域可以包括所述剖面的内部区域，并且所述第一区域可以包括所述剖面的外部区域。如本文所使用的，术语“基本上中心信息”通常指代与所述中心信息的比例(即，对应于中心的强度分布的比例)相比较的边缘信息的低比例(即，对应于边缘的强度分布的比例)。优选地，所述中心信息具有小于10％、更优选地小于5％的边缘信息的比例，最优选地所述中心信息不包括边缘内容。如本文所使用的，术语“基本上边缘信息”通常指代与所述边缘信息的比例相比较的中心信息的低比例。所述边缘信息可以包括所述全部束轮廓的信息，特别地来自中心和边缘区域。所述边缘信息可以具有小于10％、优选地小于5％的中心信息的比例，更优选地所述边缘信息不包括中心内容。如果其在所述中心附近或周围并且包括基本上中心信息，则所述束轮廓的至少一个区域可以确定和/或选择为所述束轮廓的第二区域。如果其包括所述剖面的下降沿的至少部分，则所述束轮廓的至少一个区域可以确定和/或选择为所述束轮廓的第一区域。例如，所述剖面的全部区域可以被确定为第一区域。所述束轮廓的第一区域可以是区域A2，并且所述束轮廓的第二区域可以是区域A1。
所述边缘信息可以包括与所述束轮廓的第一区域中的光子数有关的信息，并且所述中心信息可以包括与所述束轮廓的第二区域中的光子数有关的信息。所述评价装置可以适于确定所述束轮廓的面积积分。所述评价装置可以适于通过将所述第一区域积分和/或求和来确定所述边缘信息。所述评价装置可以适于通过将所述第二区域积分和/或求和来确定所述中心信息。例如，所述束轮廓可以是梯形束轮廓，并且所述评价装置可以适于确定所述梯形的积分。进一步地，当可以假定梯形束轮廓时，边缘和中心信号的确定可以由利用所述梯形束轮廓的特性的等效评价替换，诸如所述中心平台的边缘和高度的斜率和位置的确定并且通过几何考虑导出边缘和中心信号。
附加地或者可替代地，所述评价装置可以适于根据所述光斑的至少一个切片或切口来确定中心信息或边缘信息之一或两者。这可以例如通过由沿着所述切片或切口的线积分替换所述组合DRP信号Q的面积积分来实现。针对经改进的准确度，可以使用并且平均通过所述光斑的若干切片或切口。在椭圆形斑轮廓的情况下，若干切片或切口上的平均可能导致经改进的距离信息。
所述评价装置可以被配置为通过以下各项中的一项或多项导出所述组合DPR信号Q：除所述边缘信息和所述中心信息、除所述边缘信息和所述中心信息的倍数、除所述边缘信息和所述中心信息的线性组合。因此，基本上，光子比可以用作光子比深度方法的物理基础。
所述评价装置可以被配置用于确定所述第一DPR传感器信号I1和所述第二DPR传感器信号I2的比以用于导出所述组合DPR信号Q。作为示例，Q可以简单地被确定为
Q＝I1/I2
或
Q＝I2/I1。
附加地或者可替代地，Q可以被确定为
Q＝a·I1/b·I2
或
Q＝b·I2/a·I1,
其中，a和b是实数，其作为示例可以是预定或可确定的。附加地或者可替代地，Q可以被确定为
Q＝(a·I1+b·I2)/(c·I1+d·I2)
其中，a、b、c和d是实数，其作为示例可以是预定或可确定的。作为用于后者的简单示例，Q可以被确定为
Q＝I1/(I1+I2)。
通常，在上文所描述的设置中，Q是对象的纵坐标和/或光斑的大小(诸如光斑的直径或等效直径)的单调函数。因此，作为示例，特别地在使用线性光学传感器的情况下，商Q是光斑的大小的单调递减函数。在不希望由该理论限制的情况下，人们相信这归因于以下事实：在上文所描述的设置中，由于到达所述检测器的光量减小，I1和I2两者随着到所述光源的增长的距离作为平方函数减小。其中，然而，由于在如在实验中使用的光学设置中，所述图像平面内的光斑增长并且因此遍布更大的区域，所以所述第一DPR传感器信号I1比所述第二DPR传感器信号I2更快速地减小。因此，所述商随着增加所述光束的直径或所述光敏区域上的光斑的直径连续地减小。进一步地，由于所述光束的总功率形成所述第一传感器信号中和所述第二传感器信号中的因子，所以所述商主要独立于所述光束的总功率。因此，所述商Q可以形成提供所述第一和第二传感器信号与所述光束的大小或直径之间的唯一并且清楚的关系的二次信号。由于另一方面，所述光束的大小或直径取决于对象(所述入射光束从其朝向所述检测器传播)与所述检测器自己之间的距离，即，取决于所述对象的纵坐标，所述第一和第二传感器信号与所述纵坐标之间的唯一并且清楚的关系可以存在。所述评价装置可以被配置用于使用所述组合DPR信号Q与所述纵坐标之间的至少一个预定关系以用于确定所述纵坐标。对于后者，可以例如对上文所提到的现有技术文档中的一个或多个进行参考，诸如WO 2014/097181 A1。所述预定关系可以通过分析考虑确定，诸如通过假定高斯光束的线性组合，通过经验测量结果，诸如测量所述第一和第二传感器信号或作为所述对象的纵坐标的函数从其导出的二次信号、或二者的测量结果。
如上文所概述的，在所述检测器包括多个光学传感器的情况下，除所述波长相关组合信号Λ之外确定所述组合DPR信号是可能的。为了确定所述波长相关组合信号Λ，如上文所概述的，确定所述波长相关第一传感器信号和所述波长相关第二传感器信号的商。例如，所述第一传感器信号(例如，针对红色波长)和所述第二传感器信号(例如，针对蓝色波长)可以由相同传感器区域S1生成，使得商可以是redS1/blueS1。例如，所述第一传感器信号(例如，针对红色波长)和所述第二传感器信号(例如，针对蓝色波长)由所述光学传感器的所有传感器区域的和确定，使得所述商可以是∑red/∑blue。另外，为了确定所述组合DPR信号，如上文所描述的，可以确定由两个不同传感器区域(例如，S1和S2)生成的信号的商。针对所述组合DPR信号的传感器信号之一或两者可以是所述两个波长相关信号的和，使得所述组合DPR信号可以由redS1/redS2或blueS1/blueS2或(redS1+blueS1)/(redS2+blueS2)或其组合确定。
除所述波长相关组合信号Λ之外，确定所述组合DPR信号允许使用不同测量技术的两个纵坐标的独立确定。由于相同检测器设备可以用于两个测量结果，所以确定所述波长相关组合信号Λ和所述DPR技术的组合特别是有利的。所述评价装置可以被配置为比较所述纵坐标z和zDPR。所述评价装置可以被配置为确定所述纵坐标z与zDPR之间的差。所述评价装置可以适于在所述纵坐标z和zDPR的不同超过预定义阈值的情况下，生成并且发出警报和/或拒绝所述测量结果。所述评价装置可以适于确定所述纵坐标z和zDPR的平均值。所述检测器可以被配置为取决于所述测量范围来确定所述纵坐标z和/或所述纵坐标zDPR。例如，所述检测器可以被配置用于确定第一测量范围内的纵坐标z并且用于确定第二测量范围内的纵坐标zDPR。这可以允许增强所述距离确定的可靠性并且用于扩展所述测量范围。另外，为了确定所述纵坐标z，例如，可以使用两个照明源，其中，第一照明源被配置用于生成具有第一波长的光束，并且其中，第二照明源被配置用于生成具有所述第一波长不同的第二波长的光束。所述纵坐标zDPR的确定可以允许所述照明源中的一个的缺陷或故障的检测，并且同时即使所述照明源中的一个是有缺陷的，也确定距离。
所述检测器可以包括小基线。特别地，所述基线可以是所述检测器的至少一个照明通道和至少一个接收器通道之间的距离。特别地，至少一个照明通道与至少一个接收器通道之间的距离(例如，在xy平面内)可以尽可能小。如本文所使用的，术语“照明通道”指代至少一个光学通道，包括至少一个照明源和/或至少一个发光元件，诸如适于生成用于照射所述至少一个对象的至少一个照明光束的至少一个光学照明光纤。所述照明通道可以包括至少一个发射器光学器件，诸如至少一个照明源和至少一个透镜元件。如本文所使用的，术语“接收器通道”指代至少一个光学通道，包括适于接收从所述对象传播到所述检测器的光束的至少一个光学元件。所述接收器通道可以包括至少一个接收器光学器件，诸如所述至少一个传送装置和所述至少一个二向色滤波器和所述光学传感器。所述基线(即，所述照明通道与所述接收器通道之间的距离)可以是最小距离。所述最小距离可以仅取决于所述发射器光学器件和所述接收器光学器件的组件的大小。所述最小距离可以是零。特别地，垂直于所述照明源与所述光学传感器之间的检测器的光轴的距离可以是小的。垂直于所述照明源与所述光学传感器之间的检测器的光轴的距离可以小于0.1m、优选地小于0.05m、更优选地小于0.025m。特别地，垂直于所述照明源与所述光学传感器之间的检测器的光轴的距离可以小于0.01m、优选地小于0.005m、更优选地小于0.0025m。特别地，所述检测器与所述照明源之间的距离可以小于所述传送装置的直径的150％、优选地小于所述传送装置的直径的110％、更优选地小于所述传送装置的直径的100％。其中所述基线是零的实施例是可能的。所述照明源和所述光轴可以由小基线分离。如本文所使用的，术语“基线”(还表示为基准线)还指代至少一个发射器光学器件与至少一个接收器光学器件之间的距离(例如，在xy平面内)。例如，所述基线可以是所述光轴与所述照明源之间的距离，特别地所述光轴与所述照明光束的z分量之间的距离。所述检测器可以包括附加光学元件，例如，至少一个反射镜，其可以附加地增加到所述照明源的距离。
所述光学传感器或者在多个光学传感器的情况下，所述光学传感器可以离开焦点而定位。如本文所使用的，术语“焦点”通常指代所述光束(特别地从由所述传送装置引起的所述对象的一个点发射的至少一个光束)的模糊(confusion)圆的最小延伸或所述传送装置的焦距之一或两者。如本文所使用的，术语“模糊圆”指代由所述传送装置所聚焦的光束的光线的锥形引起的光斑。所述模糊圆可以取决于所述传送装置的焦距f、从所述对象到所述传送装置的纵向距离、所述传送装置的出射光瞳的直径、从所述传送装置到所述光敏区域的纵向距离、从所述传送装置到所述对象的图像的距离。例如，针对高斯束，所述模糊圆的直径可以是所述高斯束的宽度。特别地，针对类似位于或放置在距所述检测器无限远距离的点状对象，所述传送装置可以适于将来自所述对象的光束聚焦到所述传送装置的焦距处的焦点中。针对类似位于或放置在所述检测器无限远距离的非点状对象，所述传送装置可以适于将来自所述对象的至少一个点的光束聚焦到所述传送装置的焦距处的聚焦平面中。针对类似不位于或放置在距所述检测器无限远距离的点状对象，所述模糊圆可以具有至少一个纵坐标处的最小延伸。针对类似不位于或放置在距所述检测器无限远距离的非点状对象，来自所述对象的至少一个点的光束的模糊圆可以具有至少一个纵坐标处的最小延伸。如本文所使用的，术语“离开焦点而定位”通常指代除由所述传送装置引起的光束的模糊圆的最小延伸或所述传送装置的焦距之外的位置。特别地，所述模糊圆的焦点或最小延伸可以在纵坐标lfocus处，而所述光学传感器的位置可以具有与lfocus不同的纵坐标lsensor。例如，所述纵坐标lsensor可以在纵向方向上比所述纵坐标lfocus更接近于所述传送装置的位置来设置，或者可以比所述纵坐标lfocus更远离所述传送装置的位置来设置。因此，所述纵坐标lsensor和所述纵坐标lfocus可以位于距所述传送装置不同距离处。例如，所述光学传感器可以在纵向方向上与所述模糊圆的最小延伸隔开焦距的±2％、优选地焦距的±10％、最优选地焦距的±20％。例如，在所述传送装置的焦距处可以是20mm，并且所述纵坐标lsensor可以是19.5mm，即，所述传感器可以定位在97.5％焦距处，使得lsensor与所述焦点隔开焦距的2.5％。
如上文所概述的，所述光学传感器可以离焦设置。所述光学传感器可以被设置为使得所述组合DPR信号的距离相关性上的变化(variance)是最大的，其等于所述组合DPR信号Q中的最大动态范围。在不希望由该理论限制的情况下，用于使所述动态范围最大化的实际近似是使距离相关性上的模糊圆变化最大化。小和大对象距离处的模糊圆半径的商是小和大对象距离处的组合信号的商的实际近似。特别地，所述光学传感器可以被定位为使得大对象距离处的组合DPR信号Qfar和小对象距离处的组合DPR信号Qclose具有最大变化
其中，
是小对象距离处的模糊圆的半径，并且
是大对象距离处的模糊圆的半径，其中，zO是光学传感器与对象之间的可检测的距离范围，zs是传送装置与光学传感器之间的距离，并且zi是传送装置后面的聚焦图像的位置，其取决于对象zo的位置。所述光学传感器的最佳位置和/或所述二向色滤波器的最佳位置可以使用以下步骤调节：i)将所述光学传感器定位在最远对象距离的焦点处；ii)特别地沿着或者逆着所述光轴将所述光学传感器移动到所述焦点之外，使得距所述焦点的距离Δ给出最好模糊圆变化和最大范围，其中，
其中，Osize是光学传感器上的斑大小，f是传送装置的焦距，F#是传送装置的F数，
是最远对象距离。
如上文所概述的，通过评价所述第一和第二传感器信号，可以使得所述检测器能够确定所述对象的至少一个纵坐标，包括确定所述全部对象或其一个或多个部分的纵坐标的选项。另外，然而，所述对象的其他坐标(包括一个或多个横坐标和/或旋转坐标)可以由所述检测器(特别地由所述评价装置)确定。因此，作为示例，一个或多个横向传感器可以用于确定所述对象的至少一个横坐标。单个横向传感器可以足以允许所述对象的位置(X,Y,Z)的确定，诸如单个象限二极管或单个电阻横向PSD。所述组合信号或所述纵坐标z可以根据使用这些传感器的信号的和来确定，并且另外，这些传感器被配置用于确定所述横坐标(X,Y)。各种横向传感器通常是在本领域中已知的，诸如在WO 2014/097181 A1中所公开的横向传感器和/或其他位置敏感器件(PSD)，诸如象限二极管、CCD或CMOS芯片、分割电极PSD，例如，从OSI光电子学可用的四边形PSD等。这些设备可以通常也被实现到根据本发明的检测器中。作为示例，所述光束的一部分可以通过至少一个分束元件在所述检测器分离。作为示例，所述分离部分可以朝向横向传感器引导，诸如CCD或CMOS芯片或相机传感器，并且可以确定由所述横向传感器上的分离部分生成的光斑的横向位置，从而确定所述对象的至少一个横坐标。因此，根据本发明的检测器可以是一维检测器，诸如简单距离测量设备，或者可以被实现为二维检测器或甚至三维检测器。进一步地，如上文所概述的或如下文更详细地概述的，通过以一维方式扫描场景或环境，也可以创建三维图像。因此，根据本发明的检测器特别地可以是一维检测器、二维检测器或三维检测器中的一个。所述评价装置还可以被配置为确定所述对象的至少一个横坐标x,y。
所述检测器可以包括至少两个光学传感器，优选地多个光学传感器。如本文所使用的，术语“至少两个光学传感器各自具有至少一个光敏区域”指代具有各自具有一个光敏区域的两个单个光学传感器的配置和具有具有至少两个光敏区域的一个组合光学传感器的配置。因此，此外，“光学传感器”指代被配置为生成一个输出信号的光敏设备，然而，在本文中，被配置为生成两个或两个以上输出信号的光敏设备(例如，至少一个CCD和/或CMOS设备)被称为两个或两个以上光学传感器。如下文将进一步详细概述的，可以实现每个光学传感器，使得精确地一个光敏区域存在于相应光学传感器中，诸如通过精确地提供可以照射的一个光敏区域，响应于该照射，精确地创建一个一致的传感器信号用于全部光学传感器。因此，每个光学传感器可以是单个区域光学传感器。然而，所述单个区域光学传感器的使用致使所述检测器的设置特别简单并且高效。因此，作为示例，各自精确地具有一个敏感区域的可商购的光电传感器(诸如可商购的硅光电二极管)可以使用在设置中。然而，其他实施例是可行的。因此，作为示例，可以使用包括两个、三个、四个或超过四个光敏区域的光学器件，其在本发明的上下文中被认为是两个、三个、四个或超过四个光学传感器。作为示例，所述光学器件可以包括光敏区域的矩阵。因此，作为示例，所述光学传感器可以是像素化光学器件的一部分或构成像素化光学器件。作为示例，所述光学传感器可以是具有像素矩阵的至少一个CCD和/或CMOS设备的一部分或者构成具有像素矩阵的至少一个CCD和/或CMOS设备，每个像素形成光敏区域。例如，所述光学传感器可以是二分电池、分割电极PSD(位置敏感器件)或象限二极管的部分二极管。例如，所述光学传感器可以是或可以包括选择包括以下各项的组的至少一个元件：CCD传感器元件、CMOS传感器元件、光电二极管、光电池、光电导体、光电晶体管或其任何组合。
所述光学传感器可以是二分电池、分割电极PSD或象限二极管的部分二极管和/或包括至少一个CMOS传感器。例如，所述光学传感器可以包括至少一个CMOS传感器。取决于所述二向色滤波器上的波长和入射角，已经穿过所述二向色滤波器的光束可以入射在所述CMOS传感器上的不同位置或区域处。为了确定所述组合信号Λ，所述评价装置可以适于确定所述CMOS传感器的所有信号的和、或和信号并且取决于所述波长来生成所述第一和所述第二传感器信号。所述评价装置可以被配置用于通过组合所述第一和所述第二传感器信号确定所述组合信号Λ。所述评价装置可以被配置用于通过评价所述组合信号Λ确定所述对象的纵坐标z。
另外，为了确定所述组合DPR信号Q，所述评价装置可以适于将所述CMOS传感器的传感器区域分成至少两个子区域。特别地，所述评价装置可以适于将所述CMOS传感器的传感器区域分成至少一个左部分和/或至少一个右部分和/或至少一个上部分和至少一个下部分和/或至少一个内部分和至少一个外部分。所述评价装置可以被配置用于选择所述子区域的传感器信号中的一个作为所述第一DPR传感器信号和选择其他子区域的传感器信号作为第二DPR传感器信号。所述评价装置可以被配置用于通过评价来自所述至少两个子区域的传感器信号的组合DPR信号Q确定所述对象的至少一个纵坐标zDPR。
例如，所述光学传感器可以是分段二极管的部分二极管，其中，所述分段二极管的中心与所述检测器的光轴偏心。取决于所述二向色滤波器上的波长和入射角，已经穿过所述二向色滤波器的光束可以入射在所述二极管上的分段或象限处。如本文所使用的，术语“部分二极管”可以包括串联或并联连接的若干二极管。该示例是相当简单并且成本效率可实现的。因此，作为示例，二分电池二极管或象限二极管以低成本广泛地可商购的，并且针对这些二分电池二极管或象限二极管的驱动方案通常是已知的。如本文所使用的，术语“二分电池”通常指代一个封装中有两个部分二极管的二极管。二分电池和象限二极管可以具有两个或四个分离的光敏区域，特别地两个或四个有源区域。作为示例，所述二分电池二极管可以各自形成具有二极管的全部功能的独立二极管。作为示例，所述二分电池二极管中的每一个可以具有正方形或矩形形状，并且所述两个二极管可以放置在一个平面内，使得所述两个部分二极管全部形成具有矩形形状的1x2或2x1矩阵。在本发明中，然而，提出了一种用于评价所述二分电池二极管和象限二极管的传感器信号的新方案。通常，然而，所述光学传感器特别地可以是象限二极管的部分二极管，其中，所述象限二极管的中心与所述检测器的光轴偏心。如本文所使用的，术语“象限二极管”通常指代具有一个封装中的四个部分二极管的二极管。作为示例，所述四个部分二极管可以各自形成具有二极管的全部功能的独立二极管。作为示例，所述四个部分二极管中一个可以各自具有正方形或矩形形状，并且所述四个部分二极管可以放置在一个平面内，使得所述四个部分二极管全部形成具有矩形或正方形形状的2x2矩阵。在进一步的示例中，所述四个部分二极管全部形成具有圆形或椭圆形形状的2x2矩阵。作为示例，所述部分二极管可以在彼此最小分离的情况下是相邻的。
在使用象限二极管的情况下，其具有部分二极管的2x2矩阵，所述象限二极管的中心特别地可以与所述光轴偏心或偏移。因此，作为示例，可以是所述象限二极管的光学传感器的几何中心的交点的象限二极管的中心可以与所述光轴偏心至少0.2mm、更优选地至少0.5mm、最优选地至少1.0mm或甚至2.0mm。类似地，当使用具有多个光学传感器的其他类型的光学传感器设置时，所述光学传感器的总体中心可以与所述光轴偏移相同距离。
通常，所述光学传感器的光敏区域可以具有任意表面积或大小。优选地，然而，特别地鉴于所述传感器信号的简化评价，所述光学传感器的光敏区域是基本上相等的，诸如在小于10％、优选地小于5％或甚至小于1％的容限内。特别地，在典型的可商购的象限二极管中，情况是这样。
在典型设置中，可商购的象限二极管诸如象限光电二极管用于定位，即，用于调节和/或测量所述象限光电二极管的平面内的光斑的横坐标。因此，作为示例，通过使用象限光电二极管造成的激光束定位是众所周知的。然而，根据典型偏见，象限光电二极管仅用于xy定位。根据该假定，象限光电二极管不适合于测量距离。为了确定所述组合信号Λ，所述评价装置可以适于确定所述象限二极管的所有信号的和、或和信号，并且取决于所述波长来生成所述第一和所述第二传感器信号。所述评价装置可以被配置用于通过组合所述第一和所述第二传感器信号确定所述组合信号Λ。所述评价装置可以被配置用于通过评价所述组合信号Λ确定所述对象的纵坐标z。
另外，为了确定所述组合DPR信号Q，所述斑的非对称性可以通过将所述象限二极管移动稍微偏轴而测量，诸如通过上文所提到的偏移。从而，可以生成单调z相关函数，诸如通过形成所述象限光电二极管的两个或两个以上部分光电二极管(即，象限)的传感器信号中的两个或两个以上的组合DPR信号Q。其中，原则上，仅两个光电二极管可以用于所述距离测量。其他两个二极管可以用于噪声消除或者获得更精确的测量结果。
另外或者作为使用象限二极管或象限光电二极管的替代方式，可以使用其他类型的光学传感器。因此，例如，可以使用交错(staggered)光学传感器。
象限二极管的使用提供优于已知光学检测器的大量的优点。因此，象限二极管结合LED或有源目标使用在大量的应用中并且是以非常低的价格广泛可商购的，其具有各种光学特性(诸如光谱灵敏度)并且在各种尺寸中。由于可商购的产品可以实现到根据本发明的检测器中，所以不必建立特定制造过程。
如上文所概述的，特别地，可以使用象限光电二极管。作为示例，可商购的象限二极管可以集成以便提供四个光学传感器，诸如从德国阿默尔湖Hamamatsu PhotonicsDeutschland GmbH,D-82211Herrsching购得的一个或多个象限光电二极管，诸如类型S4349的象限Si PIN光电二极管，其在UV光谱范围到近IR光谱范围中敏感。在使用光学传感器阵列的情况下，所述阵列可以是未封装芯片或者可以是诸如封装在TO-5金属包装中的封装阵列。附加地或者可替代地，可以使用表面安装器件，诸如从英国TT Electronics plc,Fourth Floor,St Andrews House,West Street Woking Surrey,GU21 6EB购得的TTElectronics OPR5911。应当注意，也可以使用其他光学传感器。
进一步地，应当注意，除精确地使用一个象限光电二极管的选项之外，也可以使用两个或两个以上象限光电二极管。因此，作为示例，第一象限光电二极管可以用于所述距离测量，如上文所描述的，提供所述一个或多个光学传感器。另一象限光电二极管可以例如在与所述第一象限光电二极管的束路径分离的第二部分束路径中用于横向位置测量，诸如用于使用至少一个横坐标x和/或y。作为示例，所述第二象限光电二极管可以关于所述光轴位于轴上。
进一步地，应当注意，除使用一个或多个象限光电二极管的选项之外，一个或多个象限光电二极管或进一步的光电二极管阵列也可以由接近于彼此设置或组装的分离的光电二极管来替换或模拟，优选地以对称形状诸如矩形矩阵，诸如2x2矩阵。然而，进一步的布置是可行的。在这样的设置或者组件中，所述光电二极管可以设置或组装在壳体或安装中，诸如单个壳体或安装中的所有光电二极管或一个壳体或安装中的光电二极管组，或者分离的壳体或安装中的光电二极管中的每一个。进一步地，所述光电二极管也可以直接组装在电路板上。在这样的设置或者组件中，光电二极管可以被设置为使得所述光电二极管的有源区域之间的分离具有小于一厘米、优选地小于一毫米、更优选地尽可能小的不同值。进一步地，为了避免可以使测量结果恶化的光学反射、失真等，所述有源区域之间的空间可以是空的或充满材料，优选地光吸收材料诸如黑聚合物，诸如黑硅、黑聚甲醛等，更优选地光学吸收和电绝缘材料，诸如黑色陶瓷或绝缘黑色聚合物诸如黑硅等。进一步地，所述光电二极管分离的不同值还可以通过添加所述光电二极管之间的不同构建块实现，诸如塑料分离器。进一步的实施例是可行的。由设置在类似设置中(诸如在具有有源区域之间的最小距离的2x2矩形矩阵中)的单个二极管对象限光电二极管的替换还可以使针对所述光学检测器的成本最小化。进一步地，来自象限二极管的两个或两个以上二极管可以并联或者串联连接以形成单个光敏区域。
在使用象限二极管的情况下，所述象限二极管也可以用于附加目的。因此，所述象限二极管还可以用于光斑的常规x-y测量结果，如通常在光电子学和激光物理学的领域中已知的。因此，作为示例，所述透镜或检测器位置可以使用所述象限二极管的常规xy位置信息调节以优化用于所述距离测量的斑的位置。作为实际示例，所述光斑初始地可以正好位于所述象限二极管的中心，其通常不允许使用所述组合DPR信号Q的上文所提到的距离测量。因此，第一，常规象限光电二极管技术可以用于使所述象限光电二极管上的光斑的位置偏心，使得，例如，所述象限二极管的斑位置对于所述测量结果是最佳的。因此，作为示例，所述检测器的光学传感器的不同偏心可以简单地是针对所述光学传感器相对于所述光轴的运动的起始点，使得所述光斑关于所述光轴并且关于所述光学传感器阵列的几何中心偏心。因此，通常，所述检测器的光学传感器可以形成传感器阵列或可以是传感器阵列的一部分，诸如上文所提到的象限二极管。因此，作为示例，所述检测器可以包括光学传感器阵列，诸如具有m行和n列的矩形阵列，其中，m,n独立地是正整数。优选地，给出超过一个列和超过一个行，即，n>1，m>1。因此，作为示例，n可以是2至16或更高，并且m可以是2至16或更高。优选地，行数和列数的比接近于1。作为示例，可以选择n和m，使得0.3≤m/n≤3，诸如通过选择m/n＝1:1、4:3、16:9或类似。作为示例，所述阵列可以是具有相等行和列数的正方形阵列，诸如通过选择m＝2,n＝2或m＝3,n＝3等。由于象限光电二极管是广泛可用的，所以情况m＝2,n＝2是象限二极管或象限光学传感器的情况，其出于实际的原因是优选情况中的一个。作为起始点，所述阵列内的光学传感器的几何中心可以与所述光轴偏心，诸如以上文所提到的偏移。所述传感器阵列特别地可以相对于所述光轴(例如，优选地自动地沿着梯度)移动，诸如通过例如在垂直于所述光轴的平面内移动所述传感器阵列，和/或通过移动所述光轴本身，例如在平行移位中使所述光轴移位和/或使所述光轴倾斜。因此，所述传感器阵列可以移位以便调节由所述传感器阵列的平面内的光束生成的光斑的位置。附加地或者可替代地，所述光轴可以通过使用适当的元件移动和/或倾斜，诸如通过使用一个或多个偏转元件和/或一个或多个透镜。作为示例，所述移动可以通过使用一个或多个适当的致动器发生，诸如一个或多个压电致动器和/或一个或多个电磁致动器和/或一个或多个气动或机械致动器，其例如移动和/或移位阵列和/或移动和/或移位和/或耕作(tillage)所述束路径中的一个或多个光学元件以便移动所述光轴，诸如使所述光轴平行移位和/或使所述光轴倾斜。所述评价装置特别地可以调节以控制所述传感器阵列与所述光轴的相对位置，例如，在垂直于光轴的平面内。调节程序可以发生，因为所述评价装置被配置用于第一，通过使用所述传感器信号确定由所述传感器阵列上的光束生成的光斑的至少一个横向位置，并且用于第二，相对于所述光轴移动所述阵列，诸如通过移动所述阵列和/或所述光轴，例如通过将所述平面内的阵列移动到所述光轴直到所述光斑偏心和/或通过使透镜倾斜直到所述光斑偏心。如本文所使用的，横向位置可以是垂直于所述光轴的平面内的位置，其还可以被称为x-y平面。针对所述横坐标的测量结果，作为示例，可以比较所述光学传感器的传感器信号。作为示例，在所述传感器信号被发现相等的情况下，并且因此，在确定所述光斑关于所述光学传感器对称定位的情况下，诸如在所述象限二极管的中心中，所述阵列的移位和/或透镜的倾斜可以发生，以便使所述阵列中的光斑偏心。因此，如上文所概述的，所述阵列与所述光轴的偏心(诸如通过使所述象限二极管的中心与所述光轴偏心)可以简单地是起始点以便避免典型的情况，其中，所述光斑位于所述光轴上并且因此集中。通过相对于所述光轴使所述阵列偏心，所述光斑应当偏心。在这被发现不真实使得所述光斑偶然地位于所述阵列的中心并且同样地照射所有光学传感器的情况下，所述阵列相对于所述光轴的上文所提到的移动可以优选地自动地发生，以便使所述阵列上的光斑偏心。从而，可靠的距离测量可以发生。
进一步地，在具有可移动光源的扫描系统中，所述象限二极管上的光斑的位置可以不是固定的。这仍然是可能的，但是可能需要取决于所述二极管中的斑的xy位置，使用不同的校准。
进一步地，上文所提到的组合DPR信号Q的使用是针对距离测量的非常可靠的方法。通常，Q是对象的纵坐标和/或光斑的大小(诸如光斑的直径或等效直径)的单调函数。因此，作为示例，特别地在使用线性光学传感器的情况下，商Q是光斑的大小的单调递减函数。在不希望由该理论限制的情况下，人们相信这归因于以下事实：在上文所描述的优选设置中，由于到达所述检测器的光量减小，所述传感器信号(诸如上文所提到的第一传感器信号和上文所提到的第二传感器信号)随着到所述光源的增加的距离作为平方函数减小。其中，然而，由于偏心，所述传感器信号中的一个比另一个更快速地减小，如在实验中使用的光学设置中，所述图像平面内的光斑增长并且因此遍布更大的区域。通过扩展所述光斑，然而，与非常小的光斑的情况相比较，照射所述光斑的中心外部的一个或多个光学传感器的光的一部分增加。因此，所述传感器信号的商随着增加所述光束的直径或所述光斑的直径连续地改变(即，增加或减小)。进一步地，由于所述光束的总功率形成所有传感器信号中的因子，所以还可以致使所述商主要独立于所述光束的总功率。因此，所述商Q可以形成提供所述传感器信号与所述光束的大小或直径之间的唯一并且清楚的关系的二次信号。
由于另一方面，所述光束的大小或直径取决于所述光束从其朝向所述检测器传播的对象与所述检测器自己之间的距离，即，取决于所述对象的纵坐标，所述第一和第二传感器信号与所述纵坐标之间的唯一并且清楚的关系可以存在。对于后者，可以例如对上文所提到的现有技术文档中的一个或多个进行参考，诸如WO 2014/097181 A1。所述预定关系可以通过分析考虑确定，诸如通过假定高斯光束的线性组合，通过经验测量结果，诸如测量所述第一和第二传感器信号或作为所述对象的纵坐标的函数从其导出的二次信号、或二者的测量结果。
所述两个光学传感器的每个光敏区域可以具有几何中心，其中，所述光学传感器的几何中心与所述检测器的光轴隔开不同空间偏移。如本文所使用的，区域的术语“几何中心”通常可以指代所述区域的重心。作为示例，如果选择所述区域内部或外部的任意点，并且如果在将该任意点与所述区域的每一个点相互连接的向量上形成积分，则所述积分是所述任意点的位置的函数。当所述任意点位于所述区域的几何中心时，所述积分的绝对值的积分最小化。因此，换句话说，所述几何中心可以是具有距所述区域的所有点的最小总体或和距离的区域内部或外部的点。例如，每个光敏区域的每个几何中心可以设置在纵坐标l中心,i处，其中，i表示相应光学传感器的数量。在包括精确地两个光学传感器的检测器的情况下和在包括超过两个光学传感器的检测器的情况下，所述光学传感器可以包括至少一个第一光学传感器，其中，所述第一光学传感器(特别地所述几何中心)被设置在第一纵坐标l中心,1处和在至少一个第二光学传感器处，其中，所述第二光学传感器(特别地所述几何中心)在第二纵坐标l中心,2处，其中，所述第一纵坐标和所述第二纵坐标不同。例如，所述第一光学传感器和所述第二光学传感器可以位于在所述光轴的方向上偏移的不同平面内。所述第一光学传感器可以设置在所述第二光学传感器的前面。因此，作为示例，所述第一光学传感器可以简单地放置在所述第二光学传感器的表面上。附加地或者可替代地，所述第一光学传感器可以与所述第二光学传感器隔开例如不超过所述第一光敏区域(即，所述第一光学传感器的光敏区域)的表面积的平方根的五倍。附加地或者可替代地，所述第一光学传感器可以设置在所述第二光学传感器的前面并且可以与所述第二光学传感器隔开不超过50mm，优选地不超过15mm。例如，所述第一光学传感器和第二光学传感器的相对距离可以取决于焦距或对象距离。
每个光敏区域的每个几何中心可以与所述传送装置的光轴隔开，诸如所述束路径或所述相应光学传感器位于的相应束路径的光轴。所述几何中心与所述光轴之间的距离(特别地在横向方向上)由术语“空间偏移”表示。在精确地包括两个光学传感器的检测器的情况下和在包括超过两个光学传感器的检测器的情况下，所述光学传感器可以包括与所述光轴隔开第一空间偏移的至少一个第一光学传感器和与所述光轴隔开第二空间偏移的至少一个第二光学传感器，其中，所述第一空间偏移和所述第二空间偏移不同。作为示例，所述第一和第二空间偏移可以不同至少1.2倍，更优选地至少1.5倍，更优选地至少两倍。
在精确地包括两个光学传感器的检测器的情况下和在包括超过两个光学传感器的检测器的情况下，所述光学传感器可以包括具有第一表面区域的至少一个第一光学传感器和具有第二表面区域的至少一个第二光学传感器。在包括超过两个光学传感器的检测器(例如，包括光学传感器的矩阵的传感器元件)的情况下，第一组光学传感器或者所述矩阵的光学传感器中的至少一个可以形成第一表面区域，其中，第二组光学传感器或者所述矩阵的至少一个其他光学传感器可以形成第二表面区域。所述第一表面区域和所述第二表面区域可以不同。特别地，所述第一表面区域和所述第二表面区域是不全等的。如本文所使用的，术语“表面区域”通常指代至少一个光敏区域的形状和内容二者。因此，所述第一光学传感器和所述第二光学传感器的表面区域可以所述形状或内容中的一个或多个中不同。例如，所述第一表面区域可以小于所述第二表面区域。作为示例，所述第一表面区域和所述第二表面区域二者可以具有正方形或矩形的形状，其中，所述第一表面区域的正方形或矩形的边长小于所述第二表面区域的正方形或矩形的对应边长。可替代地，作为示例，所述第一表面区域和所述第二表面区域二者可以具有圆形的形状，其中，所述第一表面区域的直径小于所述第二表面区域的直径。此外，可替代地，作为示例，所述第一表面区域可以具有第一等效直径，并且所述第二表面区域可以具有第二等效直径，其中，所述第一等效直径小于所述第二等效直径。所述光学传感器(特别地所述光敏区域)可以重叠或者可以设置，使得未给出所述光学传感器之间的重叠。
所述第一光敏区域可以小于所述第二光敏区域，即，所述第二光学传感器的光敏区域。如本文所使用的，术语“小于”指代所述第一光敏区域的表面区域小于所述第二光敏区域的表面区域(诸如小至少0.9倍，例如至少0.7倍或甚至至少0.5倍)的事实。作为示例，所述第一光敏区域和所述第二光敏区域二者可以具有正方形或矩形的形状，其中，所述第一光敏区域的正方形或矩形的边长小于所述第二光敏区域的正方形或矩形的对应边长。可替代地，作为示例，所述第一光敏区域和所述第二光敏区域二者可以具有圆形的形状，其中，所述第一光敏区域的直径小于所述第二光敏区域的直径。此外，可替代地，作为示例，所述第一光敏区域可以具有第一等效直径，并且所述第二光敏区域可以具有第二等效直径，其中，所述第一等效直径小于所述第二等效直径。
所述第二光敏区域可以大于所述第一光敏区域。因此，作为示例，所述第二光敏区域可以比所述第一光敏区域大至少两倍，更优选地至少三倍并且最优选地至少五倍。
所述第一光敏区域特别地可以是小光敏区域，使得，优选地，所述光束完全照射该光敏区域。因此，作为可以适用于典型光学配置的示例，所述第一光敏区域可以具有1mm2至150mm2的表面积，更优选地10mm2至100mm2的表面积。所述第二光敏区域特别地可以是大区域。因此，优选地，在所述检测器的测量范围内，由已经穿过所述二向色滤波器的光束生成的光斑可以完全位于所述第二光敏区域内，使得所述光斑完全位于所述第二光敏区域的边界内。作为例如适用于典型光学设置的示例，所述第二光敏区域可以具有160mm2至1000mm2的表面积，更优选地200mm2至600mm2的表面积。
所述光学传感器可以设置使得所述光学传感器的光敏区域在其空间偏移和/或其表面区域方面不同。所述光学传感器的光敏区域可以重叠，如从所述对象可见的，或者可以不重叠，即，可以在没有重叠的情况下靠近彼此放置。所述光敏区域可以彼此隔开或者可以直接相邻。所述第一光敏区域可以在所述光束的传播方向上与所述第二光敏区域重叠。已经穿过所述二向色滤波器的光束可以照射所述第一光敏区域和全部或部分地所述第二光敏区域。因此，作为示例，如从位于所述检测器的光轴上的对象看到的，所述第一光敏区域可以定位在所述第二光敏区域的前面，使得如从所述对象看到的，所述第一光敏区域完全位于所述第二光敏区域内。当来自该对象的光束朝向所述第一和第二光敏区域传播时，如上文所概述的，已经穿过所述二向色滤波器的光束可以全部地照射所述第一光敏区域并且可以产生所述第二光敏区域上的光斑，其中，由所述第一光学传感器产生的阴影位于所述光斑内。然而，应当注意，其他实施例是可行的。
所述第一和第二光学传感器特别地可以线性地设置在所述检测器的同一个束路径中。如本文所使用的，术语“线性地”通常指代所述传感器沿着一个轴设置。因此，作为示例，所述第一和第二光学传感器可以定位在所述检测器的光轴上。特别地，所述第一和第二光学传感器可以关于所述检测器的光轴同心设置。
所述第一光学传感器可以设置在所述第二光学传感器的前面。因此，作为示例，所述第一光学传感器可以简单地放置在所述第二光学传感器的表面上。附加地或者可替代地，所述第一光学传感器可以与所述第二光学传感器隔开不超过所述第一光敏区域的表面积的平方根的五倍。附加地或者可替代地，所述第一光学传感器可以设置在所述第二光学传感器的前面并且可以与所述第二光学传感器隔开不超过50mm，优选地不超过15mm。根据两个光学传感器的线性布置，所述光学传感器可以设置在所述检测器的不同束路径中。
所述光学传感器各自特别地可以是半导体传感器，优选地无机半导体传感器、更优选地光电二极管和最优选地硅光电二极管。因此，本发明简单地可以通过使用可商购的无机光电二极管(即，一个小光电二极管和一个大面积光电二极管)实现。因此，本发明的设置可以以便宜并且廉价的方式实现。特别地，所述第一和第二光学传感器各自独立地可以是或可以包括在红外光谱范围内(优选地在780nm至3.0微米的范围内)敏感和/或在可见光谱范围内(优选地在380nm至780nm的范围内)敏感的无机光电二极管。特别地，所述光学传感器可以在其中硅光电二极管特别地适用于700nm至1000nm的范围内的近红外区域的一部分中敏感。可以用于所述光学传感器的红外光学传感器可以是可商购的红外光学传感器，诸如在来自德国路德维希港trinamiX股份有限公司的品牌名称HertzstueckTM下可商购的红外光学传感器。因此，作为示例，所述光学传感器之一或所述光学传感器两者可以包括本征光伏类型的至少一个光学传感器，更优选地选自包括以下各项的组的至少一个半导体光电二极管：Ge光电二极管、InGaAs光电二极管、扩展InGaAs光电二极管、InAs光电二极管、InSb光电二极管、HgCdTe光电二极管。附加地或者可替代地，所述光学传感器之一或所述光学传感器两者可以包括本征光伏类型的至少一个光学传感器，更优选地选自包括以下各项的组的至少一个半导体光电二极管：Ge:Au光电二极管、Ge:Hg光电二极管、Ge:Cu光电二极管、Ge:Zn光电二极管、Si:Ga光电二极管、Si:As光电二极管。附加地或者可替代地，所述光学传感器之一或所述光学传感器两者可以包括至少一个光导传感器，诸如PbS或PbSe传感器、辐射热计，优选地选自包括VO辐射热计和非晶Si辐射热计的组的辐射热计。
所述检测器可以具有至少一个传感器元件，其具有光学传感器的矩阵。所述光学传感器各自可以具有光敏区域。每个所述光学传感器可以被配置为响应于由已经穿过所述二向色滤波器的光束对所述光敏区域的照射，生成至少一个传感器信号。
如本文所使用的，术语“传感器元件”通常指代被配置用于感测至少一个参数的设备或多个设备的组合。在本情况中，所述参数特别地可以是光学参数，并且所述传感器元件特别地可以是光学传感器元件。所述传感器元件可以形成为单一单个设备或若干设备的组合。如本文进一步使用的，术语“矩阵”通常指代以预定几何次序的多个元件的布置。如下文将更详细地概述的，所述矩阵特别地可以是或可以包括具有一个或多个行和一个或多个列的矩形矩阵。所述行和列特别地可以以矩形方式设置。然而，应当概述，其他布置是可行的，诸如非矩形布置。作为示例，圆形布置也是可行的，其中，所述元件设置在关于中心点的同心圆或椭圆中。例如，所述矩阵可以是单行像素。其他布置是可行的。
所述矩阵的光学传感器特别地可以在大小、灵敏度和其他光、电和机械特性中的一个或多个中相等。所述矩阵的所有光学传感器的光敏区域特别地可以位于共同平面中，所述共同平面优选地面对所述对象，使得已经穿过所述二向色滤波器的光束可以生成所述共同平面上的光斑。
为了确定所述组合信号Λ，所述评价装置可以适于确定所述矩阵的光学传感器的所有信号的和、或和信号并且取决于所述波长来生成所述第一和所述第二传感器信号。术语“和信号”通常指代包括所述光学传感器的所有传感器信号的信号。特别地，所述和信号可以通过将所述照射的光学传感器的所有传感器信号加起来确定。所述评价装置可以被配置用于通过组合所述第一和所述第二传感器信号确定所述组合信号Λ。所述评价装置可以被配置用于通过评价所述组合信号Λ确定所述对象的纵坐标z。
另外，为了确定所述组合DPR信号Q，所述评价装置可以被配置用于通过以下各项评价所述传感器信号：
a)确定具有所述最高传感器信号的至少一个光学传感器并且形成至少一个中心信号；
b)评价所述矩阵的光学传感器的传感器信号并且形成所述至少一个和信号；
c)通过将所述中心信号和所述和信号组合确定所述组合DPR信号；以及
d)通过评价所述组合信号确定所述对象的纵坐标zDPR。
在上文所提到的现有技术文档中的一个或多个中(例如，在WO 2012/110924 A1或WO 2014/097181 A1中)更详细地解释的，通常，在光斑的大小(诸如光斑的直径、束腰或等效直径)与所述光束从其朝向所述检测器传播的对象的纵坐标之间存在预定或可确定的关系。在不希望由该理论限制的情况下，所述光斑可以通过两个测量变量表征：在所述光斑的中心或接近于所述光斑的中心中的小测量块中测量的测量信号，也称为中心信号，以及在有或没有所述中心信号的情况下积分或在所述光斑上积分的和信号。针对当所述束加宽或聚焦时不改变的某个总功率的光束，所述和信号应当独立于所述光斑的斑尺寸，并且因此，应当至少当使用其相应测量范围内的线性光学传感器时，独立于所述对象与所述检测器之间的距离。然而，所述中心信号取决于所述斑大小。因此，所述中心信号通常当所述光束聚焦时增加，并且当所述光束散焦时减小。通过将所述中心信号与所述和信号相比较，因此，可以生成关于由所述光束生成的光斑的尺寸并且因此关于所述对象的纵坐标zDPR的信息项。作为示例，所述中心信号和所述和信号的比较可以通过从所述中心信号和所述和信号当中形成所述组合DPR信号Q并且通过使用所述纵坐标zDPR与用于导出所述纵坐标zDPR的所述组合DPR信号之间的预定或可确定关系来完成。
因此，根据本发明，术语“中心信号”通常指代包括所述束轮廓的基本上中心信息的至少一个传感器信号。如本文所使用的，术语“最高传感器信号”指代感兴趣区域中的局部最大值或最大值之一或两者。例如，所述中心信号可以是来自由所述整个矩阵或所述矩阵内的感兴趣区域的光学传感器生成的多个传感器信号的具有最高传感器信号的至少一个光学传感器的信号，其中，所述感兴趣区域可以在由所述矩阵的光学传感器生成的图像内预定或可确定的。所述中心信号可以起因于单个光学传感器，或者如下文将更详细地概述的，光学传感器组，其中，在后者情况下，作为示例，所述光学传感器组的传感器信号可以加起来、积分或平均以便确定所述中心信号。所述中心信号起因于其的光学传感器组可以是相邻光学传感器组，诸如具有小于距具有所述最高传感器信号的实际光学传感器预定距离的光学传感器，或者可以是生成在距所述最高传感器信号预定范围内的传感器信号的光学传感器组。所述中心信号起因于其的光学传感器组可以选择尽可能大以便允许最大动态范围。所述评价装置可以适于通过所述多个传感器信号的综合来确定所述中心信号，例如，具有所述最高传感器信号的光学传感器的多个光学传感器。例如，所述束轮廓可以是梯形束轮廓，并且所述评价装置可以适于确定所述梯形的积分，特别地，所述梯形的平台。
类似地，此外，术语“和信号”指代包括所述束轮廓的基本上边缘信息的信号。例如，所述和信号可以通过将所述传感器信号加起来、在所述传感器信号上积分或在所述整个矩阵或所述矩阵内的感兴趣区域的传感器信号上平均导出，其中，所述感兴趣区域可以在由所述矩阵的光学传感器生成的图像内预定或可确定的。当将所述传感器信号加起来、在所述传感器信号上积分或在所述传感器信号上平均时，从其生成所述传感器信号的实际光学传感器可以从所述添加、积分或平均当中留下，或者可替代地，可以包括到所述添加、积分或平均中。所述评价装置可以适于通过积分所述整个矩阵或所述矩阵内的感兴趣区域的信号来确定所述和信号。例如，所述束轮廓可以是梯形束轮廓，并且所述评价装置可以适于确定所述整个梯形的积分。进一步地，当可以假定梯形束轮廓时，边缘和中心信号的确定可以由利用所述梯形束轮廓的特性的等效评价替换，诸如所述中心平台的边缘和高度的斜率和位置的确定并且通过几何考虑导出边缘和中心信号。
附加地或者可替代地，所述评价装置可以适于根据所述光斑的至少一个切片或切口来确定中心信息或边缘信息之一或两者。这可以例如通过由沿着所述切片或切口的线积分替换所述组合DRP信号Q的面积积分来实现。针对经改进的准确度，可以使用并且平均通过所述光斑的若干切片或切口。在椭圆形斑轮廓的情况下，若干切片或切口上的平均可能导致经改进的距离信息。
所述组合DPR信号Q可以由以下各项中的一项或多项确定：形成所述中心信号和所述和信号的商，反之亦然；形成所述中心信号的倍数和所述和信号的倍数的商，反之亦然；形成所述中心信号的线性组合和所述和信号的线性组合的商，反之亦然。附加地或者可替代地，所述组合DPR信号可以包括包含关于所述中心信号与所述和信号之间的比较的至少一个信息项的任意信号或信号组合。
已经穿过所述二向色滤波器的光束可以完全照射所述中心信号由其生成的至少一个光学传感器，使得所述中心信号起因于其的至少一个光学传感器完全位于所述光束内，其中，所述光束的宽度大于所述传感器信号起因于其的至少一个光学传感器的光敏区域。相反地，优选地，已经穿过所述二向色滤波器的光束可以产生小于所述矩阵的整个矩阵上的光斑，使得所述光斑完全位于所述矩阵内。该情况可以通过选择具有对所述光束的聚焦或散焦效应的一个或多个适当的透镜或元件(诸如通过使用适当的传送装置)由光学器件的本领域技术人员容易地调节。
如上文所概述的，所述中心信号通常可以是单个传感器信号，诸如来自所述光斑的中心的光学传感器的传感器信号，或者可以是多个传感器信号的组合，诸如起因于所述光斑的中心的光学传感器的传感器信号的组合，或者通过处理通过前述可能性中的一个或多个导出的传感器信号导出的二次传感器信号。由于传感器信号的比较由常规电子装置相当简单地实现，所以所述中心信号的确定可以电子地执行，或者可以由软件完全或部分地执行。特别地，所述中心信号可以选自包括以下各项的组：所述最高传感器信号；在来自所述最高传感器信号的容限的预定范围内的传感器信号组的平均值；来自包含具有所述最高传感器信号的光学传感器的光学传感器组和预定相邻光学传感器组的传感器信号的平均值；来自包含具有所述最高传感器信号的光学传感器的光学传感器组和预定相邻光学传感器组的传感器信号的和；在来自所述最高传感器信号的容限的预定范围内的传感器信号组的和；大于预定阈值的传感器信号组的平均值；大于预定阈值的传感器信号组的和；来自包含具有所述最高传感器信号的光学传感器的光学传感器组和预定相邻光学传感器组的传感器信号的积分；传在来自所述最高传感器信号的容限的预定范围内的感器信号组的积分；大于预定阈值的传感器信号组的积分。
如上文所概述的，所述光学传感器的原始传感器信号可以用于评价或其导出的二次传感器信号。如本文所使用的，术语“二次传感器信号”通常是指信号，诸如电子信号、更优选地模拟和/或数字信号，其通过处理一个或多个原始信号获得，诸如通过过滤、平均、解调等。因此，图像处理算法可以用于根据所述矩阵的传感器信号的全体或根据所述矩阵内的感兴趣区域生成二次传感器信号。特别地，所述检测器(诸如所述评价装置)可以被配置用于变换所述光学传感器的传感器信号，从而生成二次光学传感器信号，其中，所述评价装置被配置用于通过使用所述二次光学传感器信号执行步骤a)-d)。所述传感器信号的变换特别地可以包括选自包括以下各项的组的至少一个变换：过滤；至少一个感兴趣区域的选择；由所述传感器信号创建的图像与至少一个偏移之间的差值图像的形成；通过反转由所述传感器信号创建的图像对传感器信号的反转；由不同时间处的传感器信号创建的图像之间的差值图像的形成；背景校正；分解为颜色通道；分解为色度；饱和度；和亮度通道；频率分解；奇异值分解；应用Canny边缘检测器；应用高斯和拉普拉斯滤波器；应用高斯差分滤波器；应用索贝尔算子；应用拉普拉斯算子；应用Scharr算子；应用Prewitt算子；应用Roberts算子；应用Kirsch算子；应用高通滤波器；应用低通滤波器；应用傅里叶变换；应用拉东变换；应用霍夫变换；应用小波(wavelet)变换；阈值化；创建二进制图像。所述感兴趣区域可以由用户手动确定或者可以自动确定，诸如通过识别由所述光学传感器生成的图像内的对象。作为示例，车辆、人或另一类型的预定对象可以由图像内的自动图像识别确定，即，在由所述光学传感器生成的传感器信号的全体内，并且所述感兴趣区域可以被选择为使得所述对象位于所述感兴趣区域内。在这种情况下，所述评价(诸如所述纵坐标的确定)可以仅针对所述感兴趣区域执行。然而，其他实施方式是可行的。
如上文所概述的，所述光斑的中心的检测(即，所述中心信号和/或所述中心信号起因于其的至少一个光学传感器的检测)可以电子地完全或部分地或通过使用一个或多个软件算法完全或部分地执行。特别地，所述评价装置可以包括用于检测所述至少一个最高传感器信号和/或用于形成所述中心信号的至少一个中心检测器。所述中心检测器特别地可以全部或部分地实现在软件中和/或可以全部或部分地实现在硬件中。所述中心检测器可以全部或部分地集成到所述至少一个传感器元件中和/或可以全部或部分地独立于所述传感器元件实现。
如上文所概述的，所述和信号可以从所述矩阵的所有传感器信号、从感兴趣区域内的传感器信号或从关于起因于有助于排除的中心信号的光学传感器的传感器信号的这些可能性之一导出。在每种情况下，可以生成可以可靠地与中心信号相比较的可靠的和信号，以便确定所述纵坐标。通常，所述和信号可以选自包括以下各项的组：所述矩阵的所有传感器信号上的平均值；所述矩阵的所有传感器信号的和；所述矩阵的所有传感器信号的积分；除了有助于所述中心信号的来自那些光学传感器的传感器信号之外的所有传感器信号上的平均值；除了有助于所述中心信号的来自那些光学传感器的传感器信号之外的所有传感器信号上的和；除了有助于所述中心信号的来自那些光学传感器的传感器信号之外的所有传感器信号上的积分；距具有所述最高传感器信号的光学传感器预定范围内的光学传感器的传感器信号的和；距具有所述最高传感器信号的光学传感器预定范围内的光学传感器的传感器信号的积分；大于位于距具有所述最高传感器信号的光学传感器的预定范围内的光学传感器的特定阈值的的传感器信号的和；大于位于距具有所述最高传感器信号的光学传感器的预定范围内的光学传感器的特定阈值的的传感器信号的积分。然而，存在其他选项。
所述求和可以全部或部分地在软件中执行和/或可以全部或部分地在硬件中执行。求和通常通过纯电子装置是可能的，该电子装置通常可以容易地实现到所述检测器中。因此，在电子学的领域中，求和装置通常已知用于求和两个或两个以上电信号，模拟信号和数字信号二者。因此，所述评价装置可以包括用于形成所述和信号的至少一个求和装置。所述求和装置可以全部或部分地集成到所述传感器元件中或者可以全部或部分地独立于所述传感器元件实现。所述求和装置可以全部或部分地实现在硬件或软件之一或两种中。
如上文所概述的，为了确定所述纵坐标zDPR，所述中心信号与所述和信号之间的比较特别地可以通过形成一个或多个商信号执行。因此，通常，所述组合信号可以是通过以下各项中的一项或多项导出的商信号：形成所述中心信号和所述和信号的商，反之亦然；形成所述中心信号的倍数和所述和信号的倍数的商，反之亦然；形成所述中心信号的线性组合和所述和信号的线性组合的商，反之亦然；形成所述中心信号和所述和信号和所述中心信号的线性组合的商，反之亦然；形成所述和信号和所述和信号和所述中心信号的线性组合的商，反之亦然；形成所述中心信号的取幂和所述和信号的取幂的商，反之亦然。然而，存在其他选项。所述评价装置可以被配置用于形成所述一个或多个商信号。
所述评价装置特别地可以被配置用于使用所述组合DPR信号Q与所述纵坐标zDPR之间的至少一个预定关系以便确定所述至少一个纵坐标zDPR。因此，由于上文所公开的原因并且由于所述纵坐标上的光斑的特性的相关性，所述组合DPR信号Q通常是所述对象的纵坐标和/或所述光斑的大小(诸如所述光斑的直径或等效直径)的单调函数。因此，作为示例，特别地在使用线性光学传感器的情况下，所述传感器信号s中心和所述和信号s和的简单的商Q＝s中心/s和可以是所述距离的单调递减函数。在不希望由该理论限制的情况下，人们相信这归因于以下事实：在上文所描述的优选设置中，由于到达所述检测器的光量减小，所述中心信号s中心和所述和信号s和两者随着到所述光源的增加的距离作为平方函数减小。其中，然而，由于在如在实验中使用的光学设置中，所述图像平面内的光斑增长并且因此遍布更大的区域，所以所述中心信号s中心比所述和信号s和更快速地减小。因此，所述中心信号和所述和信号的商随着所述光束的直径或所述矩阵的光学传感器的光敏区域上的光斑的直径的增加而连续地减小。进一步地，由于所述光束的总功率形成所述中心信号中和所述和传感器信号中的因子，所以所述商通常独立于所述光束的总功率。因此，所述商Q可以形成提供所述中心信号和所述和信号与所述光束的大小或直径之间的唯一并且清楚的关系的二次信号。由于另一方面，所述光束的大小或直径取决于所述光束从其朝向所述检测器传播的对象与所述检测器自己之间的距离，即，取决于所述对象的纵坐标，一方面所述中心信号与所述和信号之间的唯一并且清楚的关系并且另一方面所述纵坐标可以存在。对于后者，可以例如对上文所提到的现有技术文档中的一个或多个进行参考，诸如WO 2014/097181 A1。所述预定关系可以通过分析考虑确定，诸如通过假定高斯光束的线性组合，通过经验测量结果，诸如测量所述组合信号和/或所述中心信号和所述和信号或作为所述对象的纵坐标的函数从其导出的二次信号、或二者的测量结果。
因此，通常，所述评价装置可以被配置用于通过评价所述组合DPR信号Q(诸如所述商信号)确定所述纵坐标。该确定可以是一步过程，诸如通过直接地组合所述中心信号和所述和信号并且导出其纵坐标，或者可以是多步过程，通过，第一，从所述中心信号和所述和信号导出所述组合DPR信号并且，第二，通过从所述组合DPR信号导出所述纵坐标。这两个选项(即，步骤c)和d)的选项是分离并且独立的步骤并且步骤c)和d)的选项)全部或部分地组合应当由本发明包括。
如上文所概述的，所述光学传感器特别地可以是或可以包括光电检测器，优选地无机光电检测器，更优选地无机半导体光电检测器，最优选地硅光电检测器。特别地，所述光学传感器可以在红外光谱范围内敏感。所述矩阵的所有光学传感器或者至少所述矩阵的光学传感器组特别地可以是相同的。所述矩阵的相同光学传感器组特别地可以被提供用于不同光谱范围，或者所有光学传感器可以在光谱灵敏度方面相同。进一步地，所述光学传感器可以在大小方面和/或关于其电子或光电子特性相同。
矩阵可以包括独立光学传感器。因此，可以包括无机光电二极管的矩阵。可替代地，然而，可以使用可商购的矩阵，诸如CCD检测器(诸如CCD检测器芯片)和/或CMOS检测器(诸如CMOS检测器芯片)中的一个或多个。因此，通常，所述检测器的光学传感器可以形成传感器阵列或可以是传感器阵列的一部分，诸如上文所提到的矩阵。因此，作为示例，所述检测器可以包括光学传感器阵列，诸如具有m行和n列的矩形阵列，其中，m,n独立地是正整数。优选地，给出超过一个列和超过一个行，即，n>1，m>1。因此，作为示例，n可以是2至16或更高，并且m可以是2至16或更高。优选地，行数和列数的比接近于1。作为示例，可以选择n和m，使得0.3≤m/n≤3，诸如通过选择m/n＝1:1、4:3、16:9或类似。作为示例，所述阵列可以是具有相等行和列数的正方形阵列，诸如通过选择m＝2,n＝2或m＝3,n＝3等。
如上文进一步概述的，所述矩阵特别地可以是具有至少一个行、优选地多个行和多个列的矩形矩阵。作为示例，所述行和列可以基本上垂直取向，其中，关于术语“基本上垂直”，可以对上文给出的定义进行参考。因此，作为示例，小于20°、特别地小于10°或甚至小于5°的容限可以是可接受的。为了提供大范围的视图，所述矩阵特别地可以具有至少100行，优选地至少500行，更优选地至少1000行。类似地，所述矩阵可以具有至少100列，优选地至少500列，更优选地至少1000列。所述矩阵可以包括至少5000个光学传感器，优选地至少100000个光学传感器，更优选地至少5000000个光学传感器。所述矩阵可以包括多兆像素范围中的许多像素。然而，其他实施例是可行的。因此，如上文所概述的，在轴向旋转对称将被期望的设置中，所述矩阵的光学传感器的圆形布置或同心布置(其也可以被称为像素)可以是优选的。
如上文进一步概述的，优选地，所述传感器元件可以取向基本上垂直于所述检测器的光轴。此外，关于所述术语“基本上垂直”，可以对上文给出的定义和容限做出参考。所述光轴可以是直光轴或可以弯曲的或甚至分裂的，诸如通过使用一个或多个偏转元件和/或通过使用一个或多个分束器，其中，在后者情况中，所述基本上垂直取向可以指代所述光学设置的相应分支或束路径中的局部光轴。附加地或者可替代地，所述传感器元件可以取向与朝向所述对象的取向不同。特别地，在所述检测器包括两个传感器元件的情况下，所述传感器元件中的至少一个可以取向与朝向所述对象的取向不同。例如，所述传感器元件中的至少一个可以垂直于所述光轴或在与所述光轴的任意角下并且关于所述对象来取向。
如上文所概述的，通过评价所述中心信号和所述和信号，可以使得所述检测器能够确定所述对象的至少一个纵坐标，包括确定所述全部对象或其一个或多个部分的纵坐标的选项。另外，然而，所述对象的其他坐标(包括一个或多个横坐标和/或旋转坐标)可以由所述检测器(特别地由所述评价装置)确定。因此，作为示例，一个或多个横向传感器可以用于确定所述对象的至少一个横坐标。如上文所概述的，所述中心信号起因于其的至少一个光学传感器的位置可以提供关于所述对象的至少一个横坐标的信息，其中，作为示例，简单透镜方程可以用于光学变换并且用于导出所述横坐标。附加地或者可替代地，一个或多个附加横向传感器可以使用并且由所述检测器包括。各种横向传感器通常是在本领域中已知的，诸如在WO 2014/097181 A1中所公开的横向传感器和/或其他位置敏感器件(PSD)，诸如象限二极管、CCD或CMOS芯片等。附加地或者可替代地，作为示例，根据本发明的检测器可包括在R.A.Street:非晶硅技术与应用(Technology and Applications of AmorphousSilicon),施普林格出版社海德堡(Springer-Verlag Heidelberg),2010年,第346-349页中所公开的一个或多个PSD。其他实施例是可行的。这些设备可以通常也被实现到根据本发明的检测器中。作为示例，所述光束的一部分可以通过至少一个分束元件在所述检测器分离。作为示例，所述分离部分可以朝向横向传感器引导，诸如CCD或CMOS芯片或相机传感器，并且可以确定由所述横向传感器上的分离部分生成的光斑的横向位置，从而确定所述对象的至少一个横坐标。因此，根据本发明的检测器可以是一维检测器，诸如简单距离测量设备，或者可以被实现为二维检测器或甚至三维检测器。进一步地，如上文所概述的或如下文更详细地概述的，通过以一维方式扫描场景或环境，也可以创建三维图像。因此，根据本发明的检测器特别地可以是一维检测器、二维检测器或三维检测器中的一个。所述评价装置还可以被配置为确定所述对象的至少一个横坐标x,y。所述评价装置可以适于组合所述纵坐标和所述横坐标的信息并且确定空间中的对象的位置。
所述照明源可以适于生成和/或投射点云，使得多个照明区域在光学传感器的矩阵上生成，例如，所述CMOS检测器。此外，干扰可以存在于光学传感器的矩阵上，诸如归因于斑点和/或外部光线和/或多次反射的干扰。所述评价装置可以适于确定至少一个感兴趣区域，例如，由用于所述对象的纵坐标的确定的光束照射的一个或多个像素。例如，所述评价装置可以适于执行过滤方法，例如，Blob分析和/或对象识别方法。
如上文所概述的，照明源可以被配置用于利用具有至少两个不同波长的至少一个光束照射对象。所述照明源可以适于生成具有所述第一波长的第一光束和具有所述第二波长的第二光束。所述第一光束和所述第二光束可以利用两个不同调制频率生成。例如，所述照明源被配置为在两个不同调制频率处脉冲所述光源，诸如LED。所述检测器可以包括至少两个光学传感器，使得除所述波长相关组合信号Λ之外确定所述DPR信号是可能的。.特别地，在使用两个或两个以上光学传感器的情况下，根据仅一个测量结果确定若干不同距离相关商是可能的。例如，在确切地使用两个光学传感器的情况下，以下商是可能的。所述组合信号Λ可以通过将由具有第一波长(例如，针对红色)的光束生成的光学传感器的所有传感器信号的和除以由具有第二波长(例如，针对蓝色)的光束生成的光学传感器的所有传感器信号的和来确定。另外或者可替代地，所述组合信号Λ可以通过将由具有所述第一波长的光束生成的第一光学传感器的传感器信号除以由具有所述第二波长的光束生成的第一光学传感器的传感器信号来确定。另外或者可替代地，所述组合信号Λ可以通过将由具有所述第一波长的光束生成的第二光学传感器的传感器信号除以由具有所述第二波长的光束生成的第二光学传感器的传感器信号来确定。另外或者可替代地，所述组合DPR信号可以针对具有所述第一波长的光束确定，诸如通过除由具有所述第一波长的光束生成的第一光学传感器和第二光学传感器的传感器信号。另外或者可替代地，所述组合DPR信号可以针对具有所述第二波长的光束确定，诸如通过除由具有所述第二波长的光束生成的第二光学传感器和第一光学传感器的传感器信号。这些商中的每个商可以提供距离信息。所述评价装置可以适于验证或检查所述距离信息的质量，例如考虑到信噪比。所述评价装置可以适于根据所述不同距离信息确定组合距离信息，诸如通过确定平均值。例如，检测器可以被配置用于确定第一测量范围内的纵坐标z并且用于确定第二测量范围内的纵坐标zDPR。这可以允许增强距离确定的可靠性并且用于扩展测量范围。所述组合信号Λ和所述组合DPR信号可以独立于彼此确定。所述组合信号Λ可以基本上独立于检测器位置，但是可以仅取决于所述传送装置和所述二向色滤波器的特性。因此，所述不同商可以被选择为使得其可以彼此验证并且增加所述测量结果的可靠性，或者其可以覆盖不同的测量范围，并且因此，增加所述系统的总测量范围。所述评价装置可以被配置用于特别地比较所述组合信号Λ和所述组合DPR信号以便识别归因于温度改变或机械应力的机械漂移，并且可以用于重新校准所述系统或者输出取决于所述组合信号Λ和所述组合DPR信号Q的组合纵向信号。
通过使用根据本发明的检测器的距离测量可以通过将一个或多个附加距离测量装置实现到所述检测器中和/或通过将所述检测器与其他类型的距离测量装置组合来增强。
在本发明的进一步的方面中，公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器系统。所述检测器系统包括根据本发明的至少一个检测器，诸如根据上文所公开的实施例中的一个或多个或者根据下文更详细地公开的实施例中的一个或多个。所述检测器系统还包括至少一个信标设备，该至少一个信标设备适于朝向所述检测器引导至少一个光束，其中，所述信标设备是可附接到所述对象、可由所述对象保持并且可集成到所述对象中的至少一个。下文将给出关于所述信标设备的进一步的细节，包括其潜在实施例。因此，所述至少一个信标设备可以是或可以包括至少一个有源信标设备，包括一个或多个照明源，诸如类似激光器、LED、灯泡等的一个或多个光源。作为示例，由照明源发射的光可以具有300至1000nm(特别地500至1000nm)的波长。可替代地，如上文所概述的，可以使用红外光谱范围，诸如在780nm至3.0μm的范围内。特别地，可以使用其中硅光电二极管特别地适用于700nm至1000nm范围内的近红外区域。由所述一个或多个信标设备发射的光可以是非调制或可以是调制的，如上文所概述的，以便区分两个或两个以上光束。附加地或者可替代地，所述至少一个信标设备可以适于朝向所述检测器反射一个或多个光束，诸如通过包括一个或多个反射元件。进一步地，所述至少一个信标设备可以是或可以包括适于散射光束的一个或多个散射元件。其中，可以使用弹性或非弹性散射。在所述至少一个信标设备适于朝向所述检测器反射和/或散射基色光束的情况下，所述信标设备可以适于使所述光束的光谱特性不受影响，或者可替代地，可以适于改变所述光束的光谱特性，诸如通过修改所述光束的波长。
在本发明的进一步的方面中，公开了一种用于在用户与机器之间交换至少一个信息项的人机接口。所述人机接口包括根据上文所公开的实施例和/或根据下文更详细地公开的实施例中的一个或多个的至少一个检测器系统。其中，至少一个信标设备适于直接或间接地附接到用户或由用户保持中的至少一个。所述人机接口被设计为借助于所述检测器系统确定所述用户的至少一个位置，其中，所述人机接口被设计为向所述位置分配至少一个信息项。
在本发明的进一步的方面中，公开了一种用于执行至少一个娱乐功能的娱乐装置。所述娱乐装置包括根据上文所公开的实施例和/或根据下文更详细地公开的实施例中的一个或多个的至少一个人机接口。所述娱乐装置被配置为使得至少一个信息项能够借助于人机接口由游戏者输入。所述娱乐装置还被配置为根据所述信息改变所述娱乐功能。
在本发明的进一步的方面中，公开了一种用于跟踪至少一个可移动对象的位置的跟踪系统。所述跟踪系统包括根据涉及如上文所公开的和/或下文更详细地公开的检测器系统的实施例中的一个或多个的至少一个检测器系统。所述跟踪系统还包括至少一个跟踪控制器。所述跟踪控制器适于跟踪特定时间点处的对象的一系列位置。
在本发明的进一步的方面中，公开了一种用于对至少一个对象进行成像的相机。所述相机包括根据涉及如上文所公开或如下文更详细地公开的检测器的实施例中的任一个的至少一个检测器。
在本发明的进一步的方面中，提供了一种用于确定场景的深度轮廓的扫描系统，其还可以隐含确定至少一个对象的至少一个位置。所述扫描系统包括根据本发明的至少一个检测器，诸如如上文列出的实施例中的一个或多个中所公开的和/或如下文实施例中的一个或多个中所公开的至少一个检测器。所述扫描系统还包括至少一个照明源，其适于利用至少一个光束扫描所述场景，其还可以被称为照明光束或扫描光束。如本文所使用的，术语“场景”通常指代由所述检测器可见的二维或三维范围，使得所述二维或三维范围的至少一个几何或空间特性可以利用所述检测器评价。如本文进一步使用的，术语“扫描”通常指代不同区域中的连续测量。因此，所述扫描特别地可以隐含关于以第一方式取向或引导的照明光束的至少一个第一测量，以及关于以与所述第一方式不同的第二方式取向或引导的照明光束的至少一个第二测量。所述扫描可以是连续扫描或者分步扫描。因此，以连续或分步的方式，所述照明光束可以引导到所述场景的不同区域中，并且所述检测器可以检测以针对每个区域生成至少一个信息项，诸如至少一个纵坐标。作为示例，为了扫描对象，一个或多个照明光束可以连续地或以分步方式产生所述对象的表面上的光斑，其中，纵坐标针对所述光斑生成。可替代地，然而，光图案可以用于扫描。所述扫描可以是点扫描或者线扫描或者甚至具有更复杂的光图案的扫描。所述扫描系统的照明源可以与所述检测器的照明源不同。可替代地，然而，所述扫描系统的照明源还可以与所述检测器的至少一个照明源全部或部分相同或者集成到所述检测器的至少一个照明源中。
因此，所述扫描系统可以包括至少一个照明源，该至少一个照明源适于发射被配置用于位于所述至少一个对象的至少一个表面处的至少一个圆点的照明的至少一个光束。如本文所使用的，术语“圆点”指代可以例如由所述扫描系统的用户选择以由所述照明源照射的对象的表面的一部分上的区域(特别地小区域)。优选地，所述圆点可以展现尺寸，该尺寸一方面可以尽可能小以便允许所述扫描系统确定针对由所述扫描系统包括的照明源与在其上所述圆点可以尽可能精确地定位的对象的表面的一部分之间的距离的值，并且该尺寸另一方面可以尽可能大以便特别地通过自动程序允许所述扫描系统的用户或所述扫描系统自己检测所述对象的表面的相关部分上的圆点的存在。
出于该目的，照明源可以包括人工照明源，特别地至少一个激光源和/或至少一个白炽灯和/或至少一个半导体光源，例如，至少一个发光二极管，特别地有机和/或无机发光二极管。作为示例，由照明源发射的光可以具有300至1000nm(特别地500至1000nm)的波长。附加地或者可替代地，可以使用红外光谱范围内的光，诸如在780nm至3.0μm的范围内。特别地，可以使用其中硅光电二极管特别地适用于700nm至1000nm的范围内的近红外区域的部分中的光。由于其通常定义的束轮廓和可操作性的其他特性，使用至少一个激光源作为所述照明源是特别优选的。在本文中，单个激光源的使用可以是优选的，特别地在提供可能由所述用户容易存储并且运输的紧凑扫描系统可以是重要的情况下。因此，所述照明源可以优选地是所述检测器的构成部分，并且因此，可以特别地集成到所述检测器中，诸如到所述检测器的壳体中。在优选实施例中，特别地所述扫描系统的壳体可以包括被配置用于向所述用户提供距离相关信息(诸如以易读的方式)的至少一个显示器。在进一步的优选实施例中，特别地，所述扫描系统的壳体可以另外包括至少一个按钮，该至少一个按钮可以被配置用于操作与所述扫描系统有关的至少一个功能，诸如用于设置一个或多个操作模式。在进一步的优选实施例中，特别地，所述扫描系统的壳体可以另外包括至少一个紧固单元，该至少一个紧固单元可以被配置用于将所述扫描系统紧固到进一步的表面，诸如橡胶底座、基板或墙保持器，诸如基板或包括磁性材料的保持器，特别地用于增加所述距离测量的准确度和/或由所述用户对所述扫描系统的可操作性。
特别地，因此，所述扫描系统的照明源可以发射单个激光束，该单个激光束可以被配置用于位于所述对象的表面处的单个圆点的照明。通过使用根据本发明的检测器中的至少一个，因此，可以生成关于所述至少一个圆点与所述扫描系统之间的距离的至少一个信息项。此处，优选地，可以确定如由所述扫描系统包括的照明系统与如由所述照明系统生成的单个圆点之间的距离，诸如通过采用如由所述至少一个检测器包括的评价装置。然而，所述扫描系统还可以包括可以特别地适于该目的的附加评价系统。可替代地或者另外，可以考虑所述扫描系统(特别地所述扫描系统的壳体)的尺寸，并且因此，可替代地，可以确定所述扫描系统的壳体上的特定点(诸如所述壳体的前边缘或后边缘)与所述单个圆点之间的距离。所述照明源可以适于生成和/或投射点云，例如，所述照明源可以包括以下各项中的一项或多项：至少一个数字光处理投影仪、至少一个LCoS投影仪、至少一个空间光调制器；至少一个衍射光学元件；至少一个发光二极管阵列；至少一个激光光源阵列。
可替代地，所述扫描系统的照明源可以发射两个单独激光束，该两个单独激光束可以被配置用于提供所述束的发射的方向之间的相应角(诸如直角)，由此，可以照射位于相同对象的表面处或两个分离对象处的两个不同表面处的两个相应圆点。然而，两个单独激光束之间的相应角的其他值也可以是可行的。该特征可以特别地用于间接测量功能，诸如用于导出可能不直接可达到或可以以其他方式难以到达的间接距离(诸如由于所述扫描系统与所述圆点之间的一个或多个障碍的存在)。举例来说，因此，通过测量两个单独距离并且通过使用毕达哥拉斯公式化导出所述高度确定用于对象的高度的值是可行的。特别地，为了能够保持关于所述对象的预定义水平，所述扫描系统还可以包括至少一个水准单元，特别地集成气泡瓶，其可以用于由所述用户保持所述预定义水平。
作为进一步的替代方案，所述扫描系统的照明源可以发射多个单独激光束，诸如激光束阵列，其可以关于彼此展现相应节距(特别地规则节距)并且其可以以某种方式设置以便生成位于所述至少一个对象的至少一个表面上的圆点阵列。出于该目的，可以提供可以允许所描述的激光束阵列的生成的特别适配的光学元件，诸如分束装置和反射镜。特别地，所述照明源可以引导以通过使用一个或多个可移动反射镜以以周期性或非周期性方式重引导所述光束来扫描区域或体积。
因此，所述扫描系统可以提供放置在所述一个或多个对象的一个或多个表面上的一个或多个圆点的静态布置。可替代地，所述扫描系统的照明源(特别地所述一个或多个光束，诸如上文所描述的激光束阵列)可以被配置用于提供可展现随时间的不同强度和/或可受限于时间通道中的发射的交替方向的一个或多个光束，特别地通过移动一个或多个反射镜，诸如包括在所提到的微反射镜阵列内的微反射镜。因此，所述照明源可以被配置用于通过使用具有如由所述扫描设备的至少一个照明源生成的交替特征的一个或多个光束扫描所述至少一个对象的至少一个表面的一部分作为图像。特别地，因此，所述扫描系统可以使用至少一个行扫描和/或线扫描，诸如以顺序地或同时地扫描所述一个或多个对象的一个或多个表面。因此，所述扫描系统可以适于通过测量三个或更多个圆点来测量角，或者所述扫描系统可以适于测量角或窄区域，诸如屋顶的山墙，其可以是使用常规测量杆几乎不可达到的。作为非限制性示例，所述扫描系统可以使用在安全激光扫描器中，例如在生产环境中，和/或在如用于确定对象的形状的3D扫描设备中，诸如关于3D打印、身体扫描、质量控制、施工应用中，例如作为测距仪，在物流应用中(例如用于确定包裹尺寸或体积)，在家庭应用中(例如在机器人真空清洁器或割草机中)，或者在可包括扫描步骤的其他种类的应用中。作为非限制性示例，所述扫描系统可以使用在安全幕应用中。作为非限制性示例，所述扫描系统可以用于执行清扫、吸尘、擦干、上蜡功能、或庭院或花园护理功能(诸如割草或搂集)。作为非限制性示例，所述扫描系统可以采用具有准直光学器件的LED照明源并且可以适于将所述照明源的频率移动到不同频率以获得更准确的结果和/或采用滤波器使某些频率衰减，同时使其他频率透射。作为非限制性示例，所述扫描系统和/或所述照明源可以使用专用电机整体上旋转或者仅旋转特定光学器件封装诸如反射镜、分束器等，使得在操作中，所述扫描系统可以具有全360度视图或甚至移动和/或旋转到平面外以进一步增加所述扫描区域。进一步地，所述照明源可以主动地瞄准预定方向。进一步地，为了允许有线电气系统的旋转，可以采用滑环、光数据传输、或电感耦合。
作为非限制性示例，所述扫描系统可以附接到三脚架并且指向具有若干角和表面的对象或区域。一个或多个可灵活移动的激光源被附接到所述扫描系统。所述一个或多个激光源移动，使得它们照射感兴趣点。当按压所述扫描系统上的指定按钮时，测量关于所述扫描系统的照射点的位置，并且所述位置信息经由无线接口传送到移动电话。所述位置信息存储在移动电话应用中。所述激光源移动以照射其位置测量并且传送到所述移动电话应用的进一步的感兴趣点。所述移动电话应用可以通过将相邻点与平面连接将所述点集变换为3d模型。所述3d模型可以进一步存储和处理。所测量的点或表面之间的距离和/或角可以直接地显示在附接到在所述位置信息传送到其上的电话应用上或扫描系统的显示器上。
作为非限制性示例，扫描系统可以包括投射点的两个或两个以上灵活的可移动激光源和投射线的又一个可移动激光源。所述线可以用于沿着线设置所述两个或两个以上激光斑，并且所述扫描设备的显示器可以显示可以沿着所述线设置(诸如以相等距离)的两个或两个以上激光斑之间的距离。在两个激光斑的情况下，可以使用单个激光源，而所述投射点的距离使用一个或多个分束器或棱镜修改，其中，分束器或棱镜可以移动使得所述投射激光斑移动分开或者拉近在一起。进一步地，所述扫描系统可以适于投射进一步的图案，诸如直角、圆形、正方形、三角形等，沿着该图案，可以通过投射激光斑并且测量其位置完成测量。
作为非限制性示例，所述扫描系统可以适于支持与工具的工作，诸如木材或金属处理工具，诸如锯、钻床等。因此，所述扫描系统可以适于测量两个相对方向上的距离并且并且显示两个所测量的距离或者显示器中的距离的和。进一步地，所述扫描系统可以适于测量到表面的边缘的距离，使得当所述扫描系统放置在所述表面上时，激光点沿着所述表面自动移动远离所述扫描系统，直到所述距离测量结果示出归因于表面的角或边缘的突然改变。这使当所述扫描设备放置在所述木板上但是远离其末端时测量木板的末端的距离可能。进一步地，所述扫描系统可以在一个方向上测量木板的末端的距离并且在相反方向上的指定距离内投射线或圆或点。所述扫描系统可以适于在取决于在相反方向上所测量的距离(诸如取决于预定和距离)的距离内投射所述线或圆或点。这允许当将所述扫描系统放置在距工具安全距离内并且同时在到所述木板的预定距离内使用所述工具执行过程时，在所述投射位置处利用诸如锯或钻床的工具工作。进一步地，所述扫描系统可以适于在预定距离内在两个相反方向上投射点或线等。当所述距离的和改变时，仅所述投射距离中的一个改变。
作为非限制性示例，所述扫描系统可以适于放置到表面上，诸如在其上执行任务的表面，诸如切割、锯切、钻孔等，并且将线投射到可以诸如利用所述扫描设备上的按钮来调节的预定距离内的表面上。
作为非限制性示例，所述扫描系统可以使用在安全激光扫描器中，例如在生产环境中，和/或在如用于确定对象的形状的3D扫描设备中，诸如关于3D打印、身体扫描、质量控制、施工应用中，例如作为测距仪，在物流应用中，例如用于确定包裹尺寸或体积，在家庭应用中，例如在机器人真空清洁器或割草机中，或者在可包括扫描步骤的其他种类的应用中。
如上文所解释的，所述传送装置可以被设计为优选地连续地将从所述对象传播到所述检测器的光馈送到所述光学传感器。如上文所解释的，该馈送可以可选地借助于成像或者借助于所述传送装置的非成像特性实现。特别地，所述传送装置还可以被设计为在后者被馈送到所述光学传感器之前收集所述电磁辐射。所述传送装置还可以全部或部分地是至少一个可选照明源的构成部分，例如通过被设计为提供具有定义光学特性(例如具有定义或精确地已知的束轮廓)的光束的照明源，例如高斯束的至少一个线性组合，特别地具有已知束轮廓的至少一个激光束。
针对可选照明源的潜在实施例，可以对WO 2012/110924 A1进行参考。然而，其他实施例是可行的。从所述对象发出的光可以起源于所述对象自己，而且可以可选地具有不同原点并且从该原点传播到所述对象并且随后地朝向所述横向和/或纵向光学传感器。后者的情况可以例如由使用的至少一个照明源实现。该照明源可以例如是或包括环境照明源和/或可以是或可以包括人工照明源。举例来说，所述检测器自己可以包括至少一个照明源，例如至少一个激光器和/或至少一个白炽灯和/或至少一个半导体照明源，例如，至少一个发光二极管，特别地有机和/或无机发光二极管。由于其通常定义的束轮廓和可操作性的其他特性，使用一个或多个激光器作为照明源或其一部分是特别优选的。所述照明源自己可以是所述检测器的构成部分或者否则独立于所述检测器。所述照明源可以特别地集成到所述检测器中，例如，所述检测器的壳体。可替代地或者附加地，至少一个照明源也可以集成到所述至少一个信标设备中或到所述信标设备中的一个或多个中和/或到所述对象中或连接或空间耦合到所述对象。
因此，可替代地或者附加地从所述光起源于所述相应信标设备自己的选项，从所述一个或多个可选信标设备发出的光从所述照明源发出和/或由所述照明源激发。举例来说，从所述信标设备发出的电磁光可以由所述信标设备自己发射和/或在其馈送到所述检测器之前由所述信标设备反射和/或由所述信标设备散射。在这种情况下，所述电磁辐射的发射和/或散射可以在没有所述电磁辐射的光谱影响的情况下或在这样的影响的情况下实现。因此，举例来说，波长移位也可以在散射期间发生，例如，根据斯托克斯或拉曼。此外，光的发射可以例如由主照明源(例如，通过被激发的对象或对象的部分区域)激发，例如由激发以生成发光(特别地磷光和/或荧光)。原则上，其他发射过程也是可能的。如果反射发生，那么所述对象可以具有例如至少一个反射区域，特别地至少一个反射表面。所述反射表面可以是所述对象自己的一部分，而且可以是例如反射器，该反射器连接或空间耦合到所述对象，例如连接到所述对象的反射器斑块。如果至少一个反射器被使用，那么其可以进而也被认为是连接到所述对象的检测器的一部分，例如，独立于所述检测器的其他构成部件。
所述信标设备和/或所述至少一个可选照明源通常可以发射以下各项中的至少一项内的光：紫外光谱范围，优选地在200nm至380nm的范围内；可见光谱范围(380nm至780nm)；红外光谱范围，优选地在780nm至3.0微米的范围内，更优选地在近红外区域的部分内，其中，硅光电二极管特别地适用于700nm至1000nm的范围内。针对热成像应用，所述目标可以发射远红外光谱范围内的光，优选地在3.0微米至20微米的范围内。例如，所述至少一个照明源适于发射可见光谱范围内的光，优选地在500nm至780nm的范围内，最优选地在650nm至750nm处或在690nm至700nm处。例如，所述至少一个照明源适于发射所述红外光谱范围内的光。然而，其他选项是可行的。
将所述光束馈送到所述光学传感器可以特别地以这样的方式实现：在所述光学传感器的可选传感器区域上产生具有圆形、椭圆形或不同地配置的剖面的光斑。举例来说，所述检测器可以具有在其内可以检测对象的可见范围，特别地立体角范围和/或空间范围。优选地，所述传送装置可以以这样的方式设计：例如，在设置在所述检测器的可见范围内的对象的情况下，所述光斑完全地设置在所述光学传感器的传感器区域上和/或传感器区域上。举例来说，传感器区域可以被选择以具有对应的尺寸以便确保该条件。
在进一步的方面中，本发明公开了一种用于特别地通过使用诸如根据本发明的检测器的检测器确定至少一个对象的位置的方法，诸如根据涉及如上文所公开的或如下文更详细地公开的实施例中的一个或多个。然而，可以使用其他类型的检测器。所述方法可以包括以下方法步骤，其中，所述方法步骤可以以给定顺序执行或可以以不同顺序执行。进一步地，可以呈现未列出的一个或多个附加方法步骤。进一步地，所述方法步骤中的一个、超过一个或甚至全部可以重复地执行。
所述方法包括以下步骤：
-提供至少一个二向色滤波器，其具有波长相关和角相关透射光谱；
-提供至少一个光学传感器，其中，所述光学传感器具有至少一个光敏区域，其中，所述光学传感器被设计为响应于由已经穿过所述二向色滤波器的光束对其光敏区域的照射，生成至少一个传感器信号；
-利用已经穿过所述二向色滤波器的光束来照射所述光学传感器的光敏区域，其中，从而，所述光敏区域生成至少一个传感器信号；以及
-确定响应于由具有至少一个第一波长的光束造成的照射和响应于由具有至少一个第二波长的光束造成的照射生成的第一传感器信号；
-评价所述信号分量，从而，确定所述对象的至少一个纵坐标z，其中，所述评价包括导出所述第一和第二传感器信号的组合信号Λ。
针对细节、选项和定义，可以对如上文讨论的检测器进行参考。因此，特别地，如上文所概述的，所述方法可以包括使用根据本发明的检测器，诸如根据上文给出或下文更详细地给出的实施例中的一个或多个。
在本发明的进一步的方面中，提出了根据本发明的检测器的使用，诸如根据上文给出或下文更详细地给出的实施例中的一个或多个，出于使用的目的，选自包括以下各项的组：交通技术中的位置测量；娱乐应用；光学数据存储应用；安保应用；监督应用；安全性应用；人机接口应用；跟踪应用；摄影应用；成像应用或相机应用；构图应用，其用于生成至少一个空间的地图；用于车辆的归航或跟踪信标检测器；机器视觉应用；机器人应用；质量控制应用；制造应用。
所述对象通常可以是生命或非生命对象。所述检测器或所述检测器系统甚至可以包括所述至少一个对象，所述对象从而形成所述检测器系统的一部分。优选地，然而，所述对象可以在至少一个空间维度上独立于所述检测器移动。所述对象通常可以是任意对象。在一个实施例中，所述对象可以是刚性对象。其他实施例是可行的，诸如其中所述对象是非刚性对象或可以改变其形成形状的对象的实施例。
如下文将更详细地概述的，本发明可以特别地用于跟踪人的位置和/或运动，诸如用于控制机器、游戏或体育模拟的目的。在该或其他实施例中，特别地，所述对象可以选自包括以下各项的组：体育器材制品，优选地选自包括以下各项的组的制品：球拍、球杆、球棒；衣服；帽子；鞋。
因此，通常，根据本发明的设备(诸如所述检测器)可以应用在各种使用领域中。特别地，所述检测器可以出于使用的目的应用，选自包括以下各项的组：交通技术中的位置测量；娱乐应用；安保应用；人机接口应用；跟踪应用；摄影应用；构图应用，其用于生成至少一个空间的地图，诸如选自房间、建筑物和街道的组的至少一个空间；移动应用；网络摄像头；音频设备；杜比环绕音频系统；计算机外围设备；游戏应用；相机或视频应用；安全应用；监督应用；汽车应用；运输应用；医学应用；体育应用；机器视觉应用；车辆应用；飞机应用；船舶应用；航天器应用；建筑应用；施工应用；制图应用；制造应用。附加地或者可替代地，本地和/或全球定位系统中的应用可以别命名，该应用特别是基于界标的定位和/或导航，特别地用于使用在汽车或其他车辆(诸如火车、摩托车、自行车、或用于货物运输的卡车)、机器人中或用于由行人使用。进一步地，室内定位系统可以被命名为潜在应用，诸如用于家庭应用和/或用于使用在制造、物流、监督、或维护技术中的机器人。
根据本发明的设备可以使用在移动电话、平板计算机、膝上型电脑、智能面板或其他固定或移动或可穿戴计算机或通信应用中。因此，根据本发明的设备可以与至少一个有源光源组合，诸如发射可见光范围或红外光谱范围内的光的光源，以便增强性能。因此，作为示例，根据本发明的设备可以用作相机和/或传感器，诸如与移动软件组合用于扫描和/或检测环境、对象和生物。根据本发明的设备可以甚至与2D相机(诸如常规相机)组合，以便增加成像效应。根据本发明的设备还可以，特别地与语音和/或手势识别组合，用于监督和/或用于记录目的或者作为输入设备以控制移动设备。因此，特别地，充当人机接口的根据本发明的设备(也称为输入设备)可以使用在移动应用中，诸如用于经由移动设备(诸如移动电话)控制其他电子设备或组件。作为示例，包括根据本发明的至少一个设备的移动应用可以用于控制电视机、游戏控制台、音乐播放器或音乐设备或其他娱乐装置。
针对本发明的进一步的应用和使用，可以对WO 2018/091649 A1、WO 2018/091638A1和WO 2018/091640 A1进行参考，其内容通过引用包括于此。
所述评价装置可以是或可以包括一个或多个集成电路，诸如一个或多个专用集成电路(ASIC)、和/或一个或多个数据处理设备，诸如一个或多个计算机、优选地一个或多个微型计算机和/或微控制器、现场可编程阵列、或数字信号处理器。可以包括附加组件，诸如一个或多个预处理设备和/或数据采集设备，诸如用于传感器信号的接收和/或预处理的一个或多个设备，诸如一个或多个AD转换器和/或一个或多个滤波器。进一步地，所述评价装置可以包括一个或多个测量设备，诸如用于测量电流和/或电压的一个或多个测量设备。进一步地，所述评价装置可以包括一个或多个数据存储设备。进一步地，所述评价装置可以包括一个或多个接口，诸如一个或多个无线接口和/或一个或多个线装接口。
所述至少一个评价装置可以适于执行至少一个计算机程序(诸如适于执行或者支持根据本发明的方法的方法步骤中的一个或多个或甚至全部的至少一个计算机程序)。作为示例，可以实现通过使用所述传感器信号作为输入变量可以确定所述对象的位置的一个或多个算法。
所述评价装置可以连接到或可包括至少一个进一步的数据处理设备，该数据处理设备可以用于显示、可视化、分析、分布、传递或进一步处理信息中的一个或多个，诸如由所述光学传感器和/或由所述评价装置获得的信息。作为示例，所述数据处理设备可以连接或者包含以下各项中的至少一项：显示器、投影仪、监视器、LCD、TFT、扬声器、多通道声音系统、LED图案、或进一步的可视化设备。所述数据处理设备还可以连接或者包含以下各项中的至少一项：通信设备或通信接口、连接器或端口，其能够使用电子邮件、文本消息、电话、蓝牙、Wi-Fi、红外或因特网接口、端口或连接中的一个或多个发送加密或未加密信息。所述数据处理设备还可以连接或者包含以下各项中的至少一项：处理器、图形处理器、CPU、开放式多媒体应用程序平台(OMAPTM)、集成电路、片上系统(诸如来自Apple A系列或SamsungS3C2系列的产品)、微控制器或微处理器、一个或多个存储块(诸如ROM、RAM、EEPROM、或闪存)、定时源诸如振荡器或锁相环、计数计时器、实时计时器、或加电复位发生器、电压调节器、电源管理电路、或DMA控制器。单独单元还可以由总线(诸如AMBA总线)连接或者集成在物联网或工业4.0类型网络中。
所述评价装置和/或所述数据处理装置可以由其连接或者具有进一步的外部接口或端口，诸如下列的一个或多个：串行或并行接口或端口、USB、并口端口、火线、HDMI、以太网、蓝牙、RFID、Wi-Fi、USART、或SPI，或模拟接口或端口，诸如下列的一个或多个：ADC、DAC、或到进一步的设备(诸如使用RGB接口(诸如CameraLink)的2D相机设备)的标准化接口或端口。所述评价装置和/或所述数据处理设备还可以由处理器间接口或端口、FPGA-FPGA接口、或串行或并行接口端口中的一个或多个连接。所述评价装置和所述数据处理设备还可以连接到以下各项中的一项或多项：光盘驱动器、CD-RW驱动器、DVD+RW驱动器、闪盘驱动器、存储卡、磁盘驱动器、硬盘驱动器、固态磁盘或固态硬盘。
所述评价装置和/或所述数据处理设备可以由一个或多个进一步的外部连接器连接或者具有一个或多个进一步的外部连接器，该连接器诸如以下各项中的一项或多项：电话连接器、RCA连接器、VGA连接器、公母(hermaphrodite)连接器、USB连接器、HDMI连接器、8P8C连接器、BCN连接器、IEC 60320 C14连接器、光纤连接器、D超小型连接器、RF连接器、同轴连接器、SCART连接器、XLR连接器，和/或可以包含用于这些连接器中的一个或多个的至少一个适合的插座。
包含根据本发明的检测器中的一个或多个的单个设备，所述评价装置或所述数据处理设备，诸如包含所述光学传感器、光学系统、评价装置、通信设备、数据处理设备、片上系统、显示设备、或进一步的电子设备中的一个或多个的可能实施例是：移动电话、个人计算机、平板PC、电视、游戏控制台或进一步的娱乐装置。在进一步的实施例中，下文将更详细地概述的3D相机功能可以集成在利用常规2D数字相机可用的设备中，而没有所述设备的壳体或外观中的显著差异，其中，针对所述用户的显著差异可以仅是获得和/或处理3D信息的功能。进一步地，根据本发明的设备可以使用在360°数字相机或者环绕视图相机中。
特别地，包含检测器和/或其一部分(诸如评价装置和/或数字处理设备)的实施例可以是：包含显示设备的移动电话、数字处理设备、光学传感器、可选地传感器光学器件、和用于3D相机的功能的评价装置。根据本发明的检测器特别地可以适合于集成在娱乐装置和/或通信设备(诸如移动电话)中。
如上文所概述的，人机接口可以包括多个信标设备，该多个信标设备适于直接或间接附接到用户和由用户保持中的至少一个。因此，所述信标设备各自可以通过任何适合的手段，诸如通过适当的固定装置，而独立地附接到所述用户。附加地或者可替代地，所述用户可以在他或她的手中和/或通过在身体部位上穿戴所述至少一个信标设备和/或包含信标设备的服装，来保持和/或携带所述至少一个信标设备或所述信标设备中的一个或多个。
所述信标设备通常可以是可以由所述至少一个检测器和/或促进由所述至少一个检测器造成的检测而所检测的任意设备。因此，如上文所概述的或者如下文将更详细地概述的，所述信标设备可以是适于生成由所述检测器待检测的至少一个光束的主动信标设备，诸如通过具有用于生成所述至少一个光束的一个或多个照明源。附加地或者可替代地，所述信标设备可以完全或部分地被设计为被动信标设备，诸如通过提供适于反射由分离的照明源生成的光束的一个或多个反射元件。所述至少一个信标设备可以以直接或间接的方式永久或暂时附接到所述用户和/或可以由所述用户携带或保持。所述附接可以通过使用一个或多个附接装置和/或通过所述用户他自己或她自己，诸如通过用手持有所述至少一个信标设备的用户和/或通过携带所述信标设备的用户而发生。
附加地或者可替代地，所述信标设备可以是附接到对象并且集成到由所述用户持有的对象中的至少一个中，其在本发明的意义上，应当包括到持有所述信标设备的用户的选项的意义中。因此，如下文将更详细地概述的，所述信标设备可以附接到或集成到控制元件，其可以是所述人机接口的一部分并且其可以由所述用户持有或携带，并且其取向可以由所述检测器设备识别。因此，通常，本发明还涉及包括根据本发明的至少一个检测器设备的检测器系统，并且其还可以包括至少一个对象，其中，所述信标设备是附接到所述对象、由所述对象保持和集成到所述对象中的一个。作为示例，所述对象优选地可以形成控制元件，其取向可以由用户识别。因此，所述检测器系统可以是如上文所概述的或如下文更详细地概述的人机接口的一部分。作为示例，所述用户可以以特定方式处理所述控制元件以便将一个或多个信息项传送到机器，诸如以便将一个或多个命令传送到所述机器。
可替代地，所述检测器系统可以以其他方式使用。因此，作为示例，所述检测器系统的对象可以与用户或用户的身体部分不同，并且，作为示例，可以是独立于所述用户移动的对象。作为示例，所述检测器系统可以用于控制装置和/或工业过程，诸如制造过程和/或机器人过程。因此，作为示例，所述对象可以是机器和/或机器部件，诸如机器人臂，其取向可以通过使用所述检测器系统检测。
所述人机接口可以以这样的方式适配：所述检测器设备生成关于所述用户或所述用户的至少一个身体部分的位置的至少一个信息项。特别地，在将所述至少一个信标设备附接到所述用户的方式已知的情况下，通过评价所述至少一个信标设备的位置，可以获得关于所述用户或所述用户的身体部分的位置和/或取向的至少一个信息项。
所述信标设备优选地是可附接到所述用户的身体或身体部分的信标设备和可以由所述用户保持的信标设备中的一个。如上文所概述的，所述信标设备可以完全或部分地被设计为有源信标设备。因此，所述信标设备可以包括至少一个照明源，该至少一个照明源适于生成待透射到所述检测器的至少一个光束，优选地具有已知束特性的至少一个光束。附加地或者可替代地，所述信标设备可以包括至少一个反射器，该至少一个反射器适于反射由照明源生成的光，从而生成待透射到所述检测器的反射光束。
可以形成所述检测器系统的一部分的对象可以通常具有任意形状。优选地，作为所述检测器系统的一部分的对象可以是可以由用户处理(诸如手动地)的控制元件。作为示例，所述控制元件可以是或可以包括选自包括以下各项的组的至少一个元件：手套、夹克、帽子、鞋、裤子和西装、可以用手持有的棒、球棒、棍棒、球拍、手杖、玩具，诸如玩具枪。因此，作为示例，所述检测器系统可以是所述人机接口和/或所述娱乐装置的一部分。
如本文所使用的，“娱乐装置”是可以服务一个或多个用户(在以下中也称为一个或多个游戏者)的休闲和娱乐的目的的设备。作为示例，所述娱乐装置可以服务游戏的目的，优选地计算机游戏。因此，所述娱乐装置可以实现到计算机、计算机网络或计算机系统中或者可以包括运行一个或多个游戏软件程序的计算机、计算机网络或计算机系统。
所述娱乐装置包括根据本发明的至少一个人机接口，诸如根据上文所公开的实施例中的一个或多个和/或根据下文所公开的实施例中的一个或多个。所述娱乐装置被设计为使得至少一个信息项能够借助于人机接口由游戏者输入。所述至少一个信息项可以传送到所述娱乐装置的控制器和/或计算机和/或可以由所述娱乐装置的控制器和/或计算机使用。所述至少一个信息项优选地可以包括适于影响游戏的过程的至少一个命令。因此，作为示例，所述至少一个信息项可以包括关于所述游戏者和/或所述游戏者的一个或多个身体部分的至少一个取向的至少一个信息项，从而允许所述游戏者模拟针对游戏要求的特定位置和/或取向和/或动作。作为示例，以下运动中的一个或多个可以模拟并且传递到所述娱乐装置的控制器和/或计算机：跳舞；跑步；跳跃；球拍的摆动；球棒的摆动；棍棒的摆动；将对象指向另一对象，诸如将玩具枪指向目标。
所述娱乐装置作为部分或作为整体(优选地，所述娱乐装置的控制器和/或计算机)被设计为根据所述信息改变所述娱乐功能。因此，如上文所概述的，游戏的过程可能受至少一个信息项的影响。因此，所述娱乐装置可能包括一个或多个控制器，该一个或多个控制器可能与所述至少一个检测器的评价装置分离和/或该一个或多个控制器可能与所述至少一个评价装置完全或部分相同或者该一个或多个控制器可能甚至包括所述至少一个评价装置。优选地，所述至少一个控制器可能包括一个或多个数据处理设备，诸如一个或多个计算机和/或微控制器。
如本文进一步使用的，“跟踪系统”是适于收集关于所述至少一个对象和/或所述对象的至少一部分的一系列过往位置的信息的设备。此外，所述跟踪系统可以适于提供关于所述至少一个对象或所述对象的至少一部分的至少一个预测未来位置和/或取向的信息。所述跟踪系统可以具有至少一个跟踪控制器，该至少一个跟踪控制器可以完全或部分地实现为电子设备，优选地至少一个数据处理设备，更优选地至少一个计算机或微控制器。此外，所述至少一个跟踪控制器可以完全或部分地包括所述至少一个评价装置和/或可以是所述至少一个评价装置的一部分和/或可以完全或部分地与所述至少一个评价装置相同。
所述跟踪系统包括根据本发明的至少一个检测器，诸如如上文列出的实施例中的一个或多个中所公开的和/或如下文实施例中的一个或多个中所公开的至少一个检测器。所述跟踪系统还包括至少一个跟踪控制器。所述跟踪控制器适于在特定时间点处跟踪所述对象的一系列位置，诸如通过记录数据组或数据对，每个数据组或数据对包括至少一个位置信息和至少一个时间信息。
所述跟踪系统还可以包括根据本发明的至少一个检测器系统。因此，除所述至少一个检测器和所述至少一个评价装置和可选的至少一个信标设备之外，所述跟踪系统还可以包括所述对象自己或所述对象的一部分，诸如包括所述信标设备或至少一个信标设备的至少一个控制元件，其中，所述控制元件直接或间接可附接到或可集成到待跟踪的对象中。
所述跟踪系统可以适于发起所述跟踪系统自己和/或一个或多个分离设备的一个或多个动作。出于后者的目的，所述跟踪系统(优选地所述跟踪控制器)可以具有一个或多个无线和/或线装接口和/或用于发起至少一个动作的其他类型的控制连接。优选地，所述至少一个跟踪控制器可以适于根据所述对象的至少一个实际位置发起至少一个动作。作为示例，所述动作可以选自包括以下各项的组：所述对象的未来位置的预测；将至少一个设备指向所述对象；将至少一个设备指向所述检测器；照射所述对象；照射所述检测器。
作为跟踪系统的应用的示例，所述跟踪系统可以用于即使所述第一对象和/或所述第二对象可能移动，也连续地将至少一个第一对象指向至少一个第二对象。此外，潜在示例可以在工业应用中找到，诸如在机器人中和/或用于即使所述制品移动也连续地对制品起作用，诸如在制造线或组装线中的制造期间。附加地或者可替代地，所述跟踪系统可能用于照明目的，诸如用于通过将照明源连续地指向所述对象来连续地照射所述对象，即使所述对象可能移动。可以在通信系统中找到进一步的应用，诸如以便通过将发射器指向所述移动对象连续地将信息传送到移动对象。
所提出的设备和方法提供了优于这种已知检测器的大量的优点。因此，所述检测器通常可以避免上文所公开的已知现有技术系统的缺点。特别地，所述设备和方法允许使用简单并且便宜并且可商购的半导体传感器，诸如硅光电二极管。
总体上，在本发明的上下文中，以下实施例被认为是优选的：
实施例1：一种用于确定至少一个对象的位置的检测器，所述检测器包括：
-至少一个二向色滤波器；
-至少一个光学传感器，其中，所述光学传感器具有至少一个光敏区域，其中，所述光学传感器被设计为响应于由已经穿过所述二向色滤波器的光束对其光敏区域的照射，来生成至少一个传感器信号；
-至少一个评价装置，其被配置用于确定第一传感器信号和第二传感器信号，该第一传感器信号响应于由具有至少一个第一波长的光束造成的照射而生成，该第二传感器信号响应于由具有至少一个第二波长的光束造成的照射而生成，其中，所述评价装置被配置用于通过评价来自所述第一和第二传感器信号的组合信号Λ来确定所述对象的至少一个纵坐标z。
实施例2：根据前述实施例所述的检测器，其中，所述二向色滤波器具有波长相关和角相关的透射光谱，其中，所述二向色滤波器具有从5nm/30°直到100nm/30°、优选地从7nm/30°直到80nm/30°、更优选地从9nm/30°直到50nm/30°的角相关性。
实施例3：根据前述实施例中的任一个所述的检测器，其中，所述检测器还包括照明源，其被配置用于利用具有至少两个不同波长的至少一个光束照射所述对象。
实施例4：根据前述实施例中的任一个所述的检测器，其中，所述检测器包括至少一个传送装置，其响应于从所述对象传播到所述检测器的至少一个入射光束而具有至少一个焦距。
实施例5：根据前述实施例中的任一个所述的检测器，其中，所述评价装置被配置用于使用所述组合信号Λ与所述纵坐标之间的至少一个预定关系以用于确定所述纵坐标。
实施例6：根据前述实施例中的任一个所述的检测器，其中，所述评价装置被配置用于通过以下各项中的一项或多项导出所述组合信号Λ：除所述第一和第二传感器信号、除所述第一和第二传感器信号的倍数、除所述第一和第二传感器信号的线性组合。
实施例7：根据前述实施例中的任一个所述的检测器，其中，所述评价装置被配置用于确定所述第一传感器信号的第一辐射强度和所述第二传感器信号的第二辐射强度，其中，所述评价装置被配置用于确定所述第一辐射强度和所述第二辐射强度的比以用于导出所述组合信号Λ。
实施例8：根据前述实施例中的任一个所述的检测器，其中，所述检测器包括至少两个光学传感器，其中，所述光学传感器是二分电池、分割电极PSD或象限二极管的部分二极管。
实施例9：根据前述实施例中的任一个所述的检测器，其中，所述检测器包括至少两个光学传感器，其中，所述光学传感器包括至少一个CMOS传感器。
实施例10：根据前述实施例中的任一个所述的检测器，其中，所述检测器包括至少两个光学传感器，其中，所述光学传感器中的每个光学传感器具有至少一个光敏区域，其中，所述光学传感器中的每个光学传感器被设计为响应于由已经穿过所述二向色滤波器的光束对其相应光敏区域的照射，而生成至少一个传感器信号，其中，所述光学传感器中的至少一个被配置用于生成第一DPR传感器信号，其中，所述光学传感器中的至少一个被配置用于生成第二DPR传感器信号，其中，所述评价装置被配置用于通过评价来自所述第一和第二DRP传感器信号的组合DPR信号Q而确定所述对象的纵坐标zDPR。
实施例11：根据三个前述实施例中的任一个所述的检测器，其中，所述评价装置被配置用于通过以下内容导出组合DPR信号：
其中，x和y是横坐标，A1是已经穿过光学传感器的传感器位置处的二向色滤波器的光束的束轮廓的第一区域，A2是已经穿过光学传感器的传感器位置处的二向色滤波器的光束的束轮廓的第二区域，并且E(x,y,zo)表示在对象距离zo处给出的束轮廓。
实施例12：根据前述实施例所述的检测器，其中，所述第一DPR传感器信号包括所述束轮廓的第一区域的信息，并且所述第二DPR传感器信号包括所述束轮廓的第二区域的信息，其中，所述束轮廓的第一区域和所述束轮廓的第二区域是相邻或者重叠区域之一或两者。
实施例13：根据两个前述实施例中的任一个所述的检测器，其中，所述第一区域和所述第二区域中的一者包括所述束轮廓的基本上边缘信息，并且所述束轮廓的所述第一区域和所述第二区域中的另一者包括所述束轮廓的基本上中心信息，其中，所述评价装置被配置为通过以下各项中的一项或多项导出所述组合DPR信号Q：除所述边缘信息和所述中心信息、除所述边缘信息和所述中心信息的倍数、除所述边缘信息和所述中心信息的线性组合。
实施例14：根据两个前述实施例中的任一个所述的检测器，其中，所述光束的第一波长和第二波长不同，其中，所述波长之间的差(特别地峰峰差)是至少1nm，优选地至少10nm，更优选地至少50nm。
实施例15：一种用于确定至少一个对象的位置的检测器系统，所述检测器系统包括根据前述实施例中的任一个所述的至少一个检测器，所述检测器系统还包括至少一个信标设备，其适于朝向所述检测器引导至少一个光束。其中，所述信标设备可附接到所述对象、可由所述对象保持和可集成到所述对象中的至少一个。
实施例16：一种用于在用户与机器之间交换至少一个信息项的人机接口，其中，所述人机接口包括根据前述实施例所述的至少一个检测器系统，其中，所述至少一个信标设备适于直接或间接地附接到所述用户和由所述用户保持中的至少一个，其中，所述人机接口被设计为借助于所述检测器系统来确定所述用户的至少一个位置，其中，所述人机接口被设计为向所述位置分配至少一个信息项。
实施例17：一种用于执行至少一个娱乐功能的娱乐装置，其中，所述娱乐装置包括根据前述实施例所述的至少一个人机接口，其中，所述娱乐装置被设计为使得至少一个信息项能够借助于所述人机接口而由游戏者输入，其中，所述娱乐装置被设计为根据所述信息改变所述娱乐功能。
实施例18：一种用于跟踪至少一个可移动对象的位置的跟踪系统，所述跟踪系统包括根据涉及检测器系统的前述实施例中的任一个所述的至少一个检测器系统，所述跟踪系统还包括至少一个跟踪控制器，其中，所述跟踪控制器适于跟踪特定时间点处的对象的一系列位置。
实施例19：一种用于确定场景的深度轮廓的扫描系统，所述扫描系统包括根据涉及检测器的前述实施例中的任一个所述的至少一个检测器，所述扫描系统还包括至少一个照明源，其适于利用至少一个光束来扫描所述场景。
实施例20：一种用于对至少一个对象进行成像的相机，所述相机包括根据涉及检测器的前述实施例中的任一个所述的至少一个检测器。
实施例21：一种用于光学存储介质的读出设备，所述读出设备包括根据涉及检测器的前述实施例中的任一个所述的至少一个检测器。
实施例22：一种用于确定至少一个对象的位置的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供至少一个二向色滤波器；
-提供至少一个光学传感器，其中，所述光学传感器具有至少一个光敏区域，其中，所述光学传感器被设计为响应于由已经穿过所述二向色滤波器的光束对其光敏区域的照射，生成至少一个传感器信号；
-利用已经穿过所述二向色滤波器的光束来照射所述光学传感器的光敏区域，其中，从而，所述光敏区域生成至少一个传感器信号；以及
-确定第一传感器信号和第二传感器信号，该第一传感器信号响应于由具有至少一个第一波长的光束造成的照射而生成，该第二传感器信号响应于由具有至少一个第二波长的光束造成的照射而生成；
-评价所述第一传感器信号和所述第二信号，从而，确定所述对象的至少一个纵坐标z，其中，所述评价包括导出所述第一和第二信号的组合信号Λ。
实施例23：根据涉及检测器的前述实施例中的任一个所述的检测器的用途，出于使用的目的，选自包括以下各项的组：交通技术中的位置测量；娱乐应用；光学数据存储应用；安保应用；监督应用；安全应用；人机接口应用；物流应用；内窥镜应用；医学应用；跟踪应用；摄影应用；机器视觉应用；机器人应用；质量控制应用；3D打印应用；增强现实应用；制造应用；结合光学数据存储和读出使用。
附图说明
本发明的进一步的可选细节和特征从以下结合从属权利要求的优选示例性实施例的描述是明显的。在该上下文中，特定特征可以以隔离方式或组合其他特征实现。本发明不限于示例性实施例。在附图中示意性地示出了示例性实施例。各个附图中的相同附图标记指代相同元件或具有相同功能的元件、或关于其功能对应于彼此的元件。
特别地，在附图中：
图1示出了根据本发明的检测器的示例性实施例；
图2示出了根据本发明的二向色滤波器的透射光谱；
图3示出了用于不同距离和LED电压的归一化信号比的实验结果；
图4示出了测量距离与真实距离的实验结果；以及
图5示出了根据本发明的检测器、检测器系统、人机接口、娱乐装置、跟踪系统、扫描系统和相机的示例性实施例。
具体实施方式
在图1中，描绘了用于确定至少一个对象112的位置的检测器110的示例性实施例的示意图。在图1中，描绘了用于两个不同对象距离的对象112。检测器110包括具有至少一个光敏区域116的至少一个光学传感器114。对象112可以包括至少一个信标设备118，从该至少一个信标设备118，光束120(也表示为入射光束)朝向检测器110传播。附加地或者可替代地，检测器可以包括用于照射对象112的至少一个照明源122，其此处未描绘。作为示例，照明源120可以被配置用于生成用于照射对象112的照射光束。特别地，所述照明源120可以包括至少一个激光器和/或激光源。可以采用各种类型的激光器，诸如半导体激光器。附加地或者可替代地，可以使用非激光光源，诸如LED和/或灯泡。照明源120可以包括人工照明源，特别地至少一个激光源和/或至少一个白炽灯和/或至少一个半导体光源，例如，至少一个发光二极管，特别地有机和/或无机发光二极管。作为示例，由照明源120发射的光可以具有300至1000nm(特别地500至1000nm)的波长。附加地或者可替代地，可以使用红外光谱范围内的光，诸如在780nm至3.0μm的范围内。特别地，可以使用其中硅光电二极管特别地适用于700nm至1000nm的范围内的近红外区域的部分中的光。而且，照明源120可以被配置用于发射调制或非调制光。在使用多个照明源120的情况下，不同的照明源可以具有不同调制频率，其以后可以用于对光束进行区分。
照明源120可以被配置用于利用具有至少两个不同波长的至少一个光束照射对象。例如，照明源120可以包括至少两个光源，其中，第一光源可以被配置用于生成具有第一波长的至少一个光束，并且其中，第二光源可以被配置用于生成具有与第一波长不同的第二波长的至少一个光束。例如，照明源120可以包括至少一个多波长光源。照明源120可以包括被配置用于选择性地生成具有不同波长的光束的至少一个滤波元件。照明源120可以被配置为脉冲具有第一波长的光束和具有具有不同频率的第二波长的光束。
作为示例，光束120可以沿着检测器110的光轴124传播。然而，其他实施例是可行的。光敏区域116可以朝向对象112取向。光学检测器110可以包括至少一个传送装置126，诸如至少一个透镜或透镜系统，特别地用于波束成形。传送装置126响应于从对象112传播到检测器110的入射光束120而具有至少一个焦距。传送装置126可以具有光轴128，其中，传送装置126和光学传感器114优选地可以具有共同光轴。传送装置126可以构成坐标系。平行或反平行于光轴124、128的方向可以被定义为纵向方向，而垂直于光轴124、128的方向可以被定义为横向方向，其中，纵坐标z是沿着光轴124、128的坐标，并且其中，d是与光轴124、128的空间偏移。因此，光束120聚焦，诸如在一个或多个焦点中，并且光束120的束宽可以取决于对象112的纵坐标z，诸如检测器110与信标设备118和/或对象112之间的距离。光学传感器114可以被离焦而定位。
检测器110包括至少一个二向色滤波器130。二向色滤波器130可以是具有高角相关性的干涉滤波器。二向色滤波器可以具有从5nm/30°直到100nm/30°、优选地从7nm/30°直到80nm/30°、更优选地从9nm/30°直到50nm/30°的角相关性。二向色滤波器可以具有波长相关和角相关透射光谱。取决于二向色滤波器的特性，入射在第一面(例如，二向色滤波器130的表面)上的电磁波可以部分地吸收和/或反射和/或透射。二向色滤波器130可以被配置为让特别地具有第一波长的光束120的光穿过二向色滤波器130并且反射具有第二波长的光，使得具有第二波长的光(特别地光束120)被过滤。可以主要地过滤非透射波长。
二向色滤波器130可以具有角相关透射光谱。二向色滤波器130的透射可以取决于入射光束120入射在二向色滤波器130上的入射角。例如，透射度可以取决于从对象112朝向检测器120传播的入射光束入射在二向色滤波器130上的入射角。入射角可以相对于二向色滤波器130的光轴132而测量。二向色滤波器130可以在至少一个传送装置126后面的传播方向上设置。传送装置126可以增加距离相关角相关性。二向色滤波器130和传送装置126可以被设置为使得从对象112传播到检测器110的光束120在入射在二向色滤波器130之前穿过传送装置126。二向色滤波器130可以被设置为使得从对象112传播到检测器110的光束120入射在传送装置126与传送装置126的焦点之间的二向色滤波器130上。二向色滤波器130可以被设计为，与利用较小角入射的光线相比，使利用较大角入射的光线变弱。例如，透射度可以针对平行于光轴132(即，在0°处)的光线是最高的，并且可以针对更高的角而减小。特别地，在至少一个截止角处，透射度可以陡峭地下降到零。因此，具有大入射角的光线可以截止。
例如，二向色滤波器130可以具有透射光谱，使得如果光束在透射角或透射的范围下入射在二向色滤波器130上，则光束120可以通过，并且如果光束120在偏离入射角下入射，则光束120被过滤。例如，在光束120基本上平行于二向色滤波器130的光轴132的情况下，光束120可以穿过二向色滤波器130，并且在光束230在偏离入射角下入射的情况下，光束120可以被过滤。
二向色滤波器130的透射光谱是波长相关和角相关的。例如，可以选择透射光谱，使得如果光束基本上平行于二向色滤波器130的光轴132入射，则具有第一波长的光束可以通过，而如果光束在更大角下(例如，在30°下)入射，则具有第二波长的光束可以通过二向色滤波器130。传送装置126和二向色滤波器130可以被设置为使得从对象112传播到检测器110的光束120在入射在二向色滤波器130上之前，通过传送装置110传播。例如，针对靠近传送装置的焦点的对象112(也称为近场)，在传送装置后面的光束将几乎平行于光轴，并且第一透射光谱可以适用于二向色滤波器130处的光束，例如，第一波长可以通过，而第二波长可以几乎被过滤。例如，针对远对象112(也称为远场)，光束将基本上平行于光轴128地到达传送装置126，并且将朝向传送装置126后面的焦点聚焦。因此，这些光束可以具有与二向色滤波器130的光轴132的较大角，并且不同的透射光谱可以适用于二向色滤波器处的光束，例如，第二波长可以通过，而第一波长可以几乎被过滤。在图1中，如上文所概述的，示出了两个不同对象距离处的112。此外，示出了响应于对象112的照射和/或由信标设备118生成的两个光束120，该两个光束120取决于在不同角下的距离到达传送装置126和二向色滤波器130。
图2示出了示例性透射光谱，特别地作为二向色滤波器130的以nm为单位的波长λ的函数的以％为单位的透射T。可以选择透射光谱，使得当光束平行于光轴时，第一波长(例如，红色)通过，而第二波长(例如，蓝色)在较大角(诸如30°)处通过。例如，针对靠近传送装置126的焦点的对象112(也称为近场)，在传送装置126后面的光束将几乎平行于光轴128，并且第一透射光谱(特别地在图2中示出为实线的0°透射)可以适用于二向色滤波器130处的光束120，例如，第一波长可以通过，而第二波长可以几乎被过滤。例如，针对远对象112(也称为远场)，光束将到达基本上平行于所述传送装置126的光轴128的传送装置126，并且将朝向所述传送装置126后面的焦点聚焦。因此，这些光束120可以具有与二向色滤波器130的光轴132的较大角，并且不同的透射光谱(特别地在图2中示出为虚线的30°透射)可以适用于二向色滤波器130处的光束120，例如，第二波长可以通过，而第一波长可以几乎被过滤。
如图1所示，检测器110包括至少一个评价装置134，其被配置用于确定第一传感器信号和第二传感器信号，该第一传感器信号响应于由具有至少一个第一波长的光束120造成的照射而生成，该第二传感器响应于由具有至少一个第二波长的光束120造成的照射而生成。评价装置134被配置用于通过评价来自第一和第二DRP传感器信号的组合信号Λ，来确定对象112的至少一个纵坐标z。具有第一波长和第二波长的光束120可以被生成或被利用不同频率来脉冲和/或可以随后地生成和/或可以被利用不同调制频率来调制。组合信号Λ可以通过组合第一和第二传感器生成的信号来生成，特别地通过以下各项中的一项或多项：除第一和第二传感器信号、除第一和第二传感器信号的倍数或除第一和第二传感器信号的线性组合。特别地，组合信号Λ可以是商信号。组合信号Λ可以通过使用各种方法确定。作为示例，用于导出组合信号的软件装置、用于导出组合信号的硬件装置、或两者可以使用并且实现在评价装置中。因此，作为示例，评价装置134可以包括至少一个除法器，其中，除法器被配置用于导出商信号。除法器可以完全或部分被实现为软件除法器或硬件除法器之一或两者。评价装置134可以被配置用于通过以下各项中的一项或多项导出组合信号Λ：除第一和第二传感器信号、除第一和第二传感器信号的倍数、除第一和第二传感器信号的线性组合。评价装置134可以被配置用于确定第一传感器信号的第一辐射强度和第二传感器信号的第二辐射强度。评价装置134可以被配置用于确定第一辐射强度和第二辐射强度的比以用于导出组合信号Λ。其他组合或商信号是可行的，诸如归一化辐射强度的比。因此，已经通过二向色滤波器132的至少两个波长之间的关系取决于对象112与光学传感器114之间的距离。仅要求单个光学传感器。检测器110可以包括多个光学传感器，诸如二分电池、分割电极SPD或象限二极管的部分二极管、和/或CMOS传感器。在这种情况下，为了确定组合信号Λ，评价装置134可以确定光学传感器114上的完整光斑，诸如光学传感器114的信号的和信号。可替代地，为了确定所述组合信号Λ，评价装置134可用于由相同传感器区域所生成的第一和第二传感器信号。
使用组合信号Λ确定纵坐标z可以与进一步的距离测量技术(诸如与基于光子比深度、飞行时间、三角测量和离焦深度的一个或多个技术)组合。特别地，使用组合信号Λ的纵坐标z的确定可以与非波长相关距离测量技术组合。例如，使用组合信号Λ的纵坐标z的确定可以与使用如例如在WO 2018/091649 A1、WO 2018/091638 A1和WO 2018/091640 A1中所描述的光子比深度(DPR)技术的距离测量组合，其内容通过引用包括于此。
评价装置134可以被配置用于确定第一传感器信号的第一辐射强度和第二传感器信号的第二辐射强度。评价装置134可以被配置用于确定第一辐射强度和第二辐射强度的比以用于导出组合信号Λ。评价装置134可以被配置用于确定第一辐射强度I红和第二辐射强度I蓝的比以用于导出组合信号Λ。图3和4示出了利用如图1所示的检测器设置获得的实验结果。可采用在Vishay Semiconductors VLMRGB343下可用的LED作为照明源122，并且可采用采用在Thorlabs FDS1010下可用的硅电池(Si-cell)作为光学传感器114。使用的LED包括能够同时在波长625nm、525nm和470nm处辐射的三个半导体芯片。在实验中，仅625nm和470nm处的两个芯片由电子驱动器电路驱动。电子驱动器电路可以适于分别地在不同调制频率处(诸如在3331Hz和5557Hz处)驱动这两个芯片。硅电池的两个彩色信号强度可以通过使用记录模拟前端来区分。在具有0.543的数值孔径和20mm的焦距的来自Thorlabs的AL2520下可用的非球面透镜用作为传送装置126，导致来自具有如图2所示的透射光谱的Thorlabs的二向色滤波器130FD1M的33°的最大入射角。图3示出了来自针对蓝色和红色辐射的硅电池的信号强度的归一化比例I红/I蓝作为针对LED的不同工作电压(即，针对4V(实线)、4.5V(虚线)和5V(虚线))的对象112的不同距离的函数。利用增加的工作电压，驱动电流并且因此LED的辐射强度也增加。通过确定比例，消除(诸如由于电源的改变、污垢、或减小的电池电源导致的)辐射强度上的相关性。因此，针对不同电压的比例曲线示出非常好的协定。通过拟合如具有多项式函数的图3所示的比例曲线，可以校准测量系统。图4示出了作为不同的驱动电压4V(实线)、4.5V(虚线)和5V(虚线)处的实距离z真实的函数的测量距离zmeas。图4示出对于所描述的检测器设置，可靠的距离测量结果是可能的。针对较低电压并且因此较低辐射强度，可以在测量范围的末端处观察到噪声。
图5以高度示意的方式示出了检测器110的示例性实施例，例如根据图1所示的实施例。检测器110特别地可以实现为相机136和/或可以是相机136的一部分。相机136可以适用于成像，特别地适用于3D成像，并且可以适用于获得静止图像和/或图像序列，诸如数字视频片段。其他实施例是可行的。
图5进一步示出了检测器系统138的实施例，该检测器系统138除至少一个检测器110之外，包括一个或多个信标设备118，该一个或多个信标设备118在该示例中可以附接和/或集成到对象112中，该对象112的位置应当通过使用检测器110检测。图5进一步示出了人机接口140和进一步的娱乐装置142的示例性实施例，该人机接口140包括至少一个检测器系统138，并且该娱乐装置140包括人机接口140。附图进一步示出了用于跟踪对象112的位置的跟踪系统144的实施例，该跟踪系统144包括检测器系统138。下文应当更详细地解释设备和系统的部件。
图5进一步示出了用于扫描包括对象112的场景的扫描系统146的示例性实施例，诸如用于扫描对象112和/或用于确定至少一个对象112的至少一个位置。扫描系统146包括至少一个检测器110，并且进一步地，可选地，至少一个照明源122以及可选地至少一个进一步的照明源122。通常，照明源122被配置为发射至少一个照明光束，诸如用于至少一个圆点(例如，位于信标设备118的位置中的一个或多个上和/或对象112的表面上的圆点)的照明。扫描系统146可以被设计为生成包括对象112的场景的轮廓和/或对象112的轮廓，和/或可以被设计为生成关于至少一个圆点与扫描系统146(特别地检测器110，通过使用至少一个检测器110)之间的距离的至少一个信息项。
如上文所概述的，图1示出了可以使用在图5的设置中的检测器110的示例性实施例。因此，除光学传感器114之外，检测器110包括至少一个评价装置134，如图5所用符号描绘的，该评价装置134具有例如至少一个除法器148和/或的至少一个位置评价装置150。评价装置134的组件可以完全或部分地集成到不同设备中和/或可以完全或部分地集成到检测器110的其他组件中。除完全或部分地组合两个或两个以上组件的可能性之外，如图5用符号所描绘的，光学传感器114和评价装置134的组件中的一个或多个可以通过一个或多个连接器152和/或通过一个或多个接口相互连接。进一步地，一个或多个连接器152可以包括一个或多个驱动器和/或用于修改或预处理传感器信号的一个或多个设备。进一步地，取代使用至少一个可选的连接器152，评价装置134可以全部或部分地集成到光学传感器114中和/或到检测器110的壳体154中。附加地或者可替代地，评价装置134可以全部或部分地被设计为分离的装置。
在该示例性实施例中，对象112(其位置可被检测)可以被设计为体育器材制品和/或可以形成控制元件或控制设备156，其位置可以由用户158操纵。作为示例，对象112可以是或可以包括球棒、球拍、棍棒或任何其他体育器材和/或假体育器材制品。其他类型的对象112是可能的。进一步地，用户158他自己或她自己可以被认为是对象112，其位置应当检测。
光学传感器114可以位于检测器110的壳体154内。进一步地，包括至少一个传送装置126，诸如一个或多个光学系统，优选地包括一个或多个透镜。优选地壳体154内的开口160相对于检测器110的光轴124二同心定位，优选地，其定义检测器110的观看方向162。可以定义坐标系164，其中，平行或反平行于光轴124的方向可以被定义为纵向方向，而垂直于光轴124的方向可以被定义为横向方向。在图5中符号描绘的坐标系164中，纵向方向由z表示，并且横向方向分别由x和y表示。其他类型的坐标系164是可行的，诸如非笛卡尔坐标系。
检测器110可以包括光学传感器114，以及可选地进一步的光学传感器。光学传感器114可以例如一个接一个地位于同一个束路径中。可替代地，然而，分支束路径可以是可能的。分支束路径可以包括一个或多个附加束路径中的附加光学传感器，诸如通过分支针对用于确定对象112和/或其部分的横坐标的至少一个横向检测器或横向传感器的束路径。可替代地，然而，光学传感器114可以位于相同纵坐标处。
一个或多个光束120从对象112和/或从信标设备118中的一个或多个朝向检测器110传播。检测器110被配置用于确定至少一个对象112的位置。出于该目的，如上文在附图的上下文中所解释的，评价装置134被配置为评价由光学传感器114所提供的传感器信号。检测器110适于确定对象112的位置，并且光学传感器114适于检测光束120。在不使用照明源122的情况下，信标设备118和/或这些信标设备118中的至少一个可以是或可以包括具有集成照明源(诸如发光二极管)的有源信标设备。在使用照明源122的情况下，信标设备118不必是有源信标设备。相反地，可以使用对象112的反射表面，诸如具有至少一个反射表面的集成反射信标设备118，诸如反射镜、反光镜、反射膜或类似物。光束120，直接地和/或在由传送装置126修改之后(诸如由一个或多个透镜所聚焦)，入射在二向色滤波器130上并且通过二向色滤波器130和/或由二向色滤波器130过滤。已经穿过二向色滤波器130的光束照射光学传感器114的光敏区域121。针对评价的细节，可以对以上图1进行参考。
如上文所概述的，通过使用检测器110的对象112和/或其一部分的位置的确定可以用于提供人机接口140，以便向机器166提供至少一个信息项。在图5示意性地描绘的实施例中，机器166可以是计算机和/或可以包括计算机。其他实施例是可行的。评价装置134可以甚至全部或部分集成到机器166中，诸如到计算机中。
如上文所概述的，图5还描绘了被配置用于跟踪至少一个对象112和/或其部分的位置的跟踪系统144的示例。跟踪系统144包括检测器110和至少一个跟踪控制器168。跟踪控制器168可以适于跟踪特定时间点处的对象112的一系列位置。跟踪控制器168可以是独立设备和/或可以完全或部分集成到机器166(特别地如图5指示的计算机)到和/或到评价装置134中。
类似地，如上文所概述的，人机接口140可以形成娱乐装置142的一部分。机器166(特别地计算机)也可以形成娱乐装置142的一部分。因此，借助于用作对象112的用户158和/或借助于处理用作对象112的控制设备156的用户158，用户158可以将至少一个信息项(诸如至少一个控制命令)输入到计算机中，从而改变娱乐功能，诸如控制计算机游戏的过程。
附图标记列表
110 检测器
112 对象
114 光学传感器
116 光敏区域
118 信标设备
120 光束
122 照明源
124 光轴
126 传送装置
128 光轴
130 二向色滤波器
132 光轴
134 评价装置
136 相机
138 检测器系统
140 人机接口
142 娱乐装置
144 跟踪系统
146 扫描系统
148 除法器
150 位置评价装置
152 连接器
154 壳体
156 控制装置
158 用户
160 开口
162 观看方向
164 坐标系
166 机器
168 跟踪控制器
Claims (15)
1.一种用于确定至少一个对象(112)的位置的检测器(110)，所述检测器(110)包括：
-至少一个二向色滤波器(130)；
-至少一个光学传感器(114)，其中，所述光学传感器(114)具有至少一个光敏区域(116)，其中，所述光学传感器(114)被设计为响应于由已经穿过所述二向色滤波器(130)的光束(120)对其光敏区域(116)的照射，来生成至少一个传感器信号；
-至少一个评价装置(134)被配置用于确定第一传感器信号和第二传感器信号，所述第一传感器信号响应于由具有至少一个第一波长的光束(120)造成的照射而生成，所述第二传感器信号响应于由具有至少一个第二波长的光束(120)造成的照射而生成，其中，所述评价装置(134)被配置用于通过评价来自所述第一和第二传感器信号的组合信号Λ来确定所述对象的至少一个纵坐标z。
2.根据前述权利要求所述的检测器(110)，其中，所述二向色滤波器(130)具有波长相关和角相关透射光谱，其中，所述二向色滤波器(130)具有从5nm/30°直到100nm/30°、优选地从7nm/30°直到80nm/30°、更优选地从9nm/30°直到50nm/30°的角相关性。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述检测器(110)还包括照明源(122)，其被配置用于用具有至少两个不同波长的至少一个光束照射所述对象。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述检测器(110)包括至少一个传送装置(126)，其响应于从所述对象(112)传播到所述检测器(110)的至少一个入射光束(120)而具有至少一个焦距。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述评价装置(134)被配置用于使用所述组合信号Λ与所述纵坐标之间的至少一个预定关系以用于确定所述纵坐标。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述评价装置(134)被配置用于通过以下各项中的一项或多项导出所述组合信号Λ：除所述第一和第二传感器信号、除所述第一和第二传感器信号的倍数、除所述第一和第二传感器信号的线性组合。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述评价装置(134)被配置用于确定所述第一传感器信号的第一辐射强度和所述第二传感器信号的第二辐射强度，其中，所述评价装置被配置用于确定所述第一辐射强度和所述第二辐射强度的比以用于导出所述组合信号Λ。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述检测器(110)包括至少两个光学传感器(114)，其中，所述光学传感器(114)是二分电池、分割电极PSD或象限二极管的部分二极管。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述检测器(110)包括至少两个光学传感器(114)，其中，所述光学传感器(114)包括至少一个CMOS传感器。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述检测器(110)包括至少两个光学传感器(114)，其中，所述光学传感器(114)中的每个光学传感器(114)具有至少一个光敏区域(116)，其中，所述光学传感器(114)中的每个光学传感器(114)被设计为响应于由已经穿过所述二向色滤波器(130)的光束(120)对其相应光敏区域(116)的照射，来生成至少一个传感器信号，其中，所述光学传感器(114)中的至少一个被配置用于生成第一光子比深度(DPR)传感器信号，并且其中，所述光学传感器(114)中的至少一个被配置用于生成第二DPR传感器信号，其中，所述评价装置(134)被配置用于通过评价来自所述第一和第二DRP传感器信号的组合DPR信号Q来确定所述对象的纵坐标zDPR。
11.根据三个前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述评价装置(134)被配置用于通过以下内容导出组合DPR信号：
其中，x和y是横坐标，A1是已经穿过二向色滤波器(130)的光束(120)在光学传感器(114)的传感器位置处的束轮廓的第一区域，A2是已经穿过二向色滤波器(130)的光束(120)在光学传感器(114)的传感器位置处的束轮廓的第二区域，并且E(x,y,zo)表示在所述对象距离zo处给出的束轮廓。
12.根据前述权利要求所述的检测器(110)，其中，所述第一DPR传感器信号包括所述束轮廓的第一区域的信息，并且所述第二DPR传感器信号包括所述束轮廓的第二区域的信息，其中，所述束轮廓的第一区域和所述束轮廓的第二区域是相邻或者重叠区域之一或两者。
13.根据两个前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述第一区域和所述第二区域中的一个包括所述束轮廓的基本上边缘信息，并且所述束轮廓的所述第一区域和所述第二区域中的另一个包括所述束轮廓的基本上中心信息，其中，所述评价装置被配置为通过以下各项中的一项或多项导出所述组合信号Q：除所述边缘信息和所述中心信息、除所述边缘信息和所述中心信息的倍数、除所述边缘信息和所述中心信息的线性组合。
14.一种用于确定至少一个对象(112)的位置的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供至少一个二向色滤波器(130)；
-提供至少一个光学传感器(114)，其中，所述光学传感器(114)具有至少一个光敏区域(116)，其中，所述光学传感器(114)被设计为响应于由已经穿过所述二向色滤波器(130)的光束(120)对其光敏区域(116)的照射，来生成至少一个传感器信号；
-用已经穿过所述二向色滤波器(130)的光束(120)来照射所述光学传感器(114)的所述光敏区域(116)，其中，从而，所述光敏区域(116)生成至少一个传感器信号；以及
-确定第一传感器信号和第二传感器信号，所述第一传感器信号响应于由具有至少一个第一波长的光束(120)造成的照射而生成，所述第二传感器信号响应于由具有至少一个第二波长的光束(120)造成的照射而生成；
-评价所述第一传感器信号和所述第二信号，从而，确定所述对象的至少一个纵坐标z，其中，所述评价包括导出所述第一和第二信号的组合信号Λ。
15.根据涉及检测器的前述权利要求中的任一项所述的检测器(110)的用途，出于使用的目的，选自包括以下各项的组：交通技术中的位置测量；娱乐应用；光学数据存储应用；安保应用；监督应用；安全应用；人机接口应用；物流应用；内窥镜应用；医学应用；跟踪应用；摄影应用；机器视觉应用；机器人应用；质量控制应用；3D打印应用；增强现实应用；制造应用；结合光学数据存储和读出的用途。
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