DE112022002311T5

DE112022002311T5 - Optischer neigungssensor

Info

Publication number: DE112022002311T5
Application number: DE112022002311.2T
Authority: DE
Inventors: Stephan Malkmus
Original assignee: Ams Sensors Germany GmbH
Current assignee: Ams Sensors Germany GmbH
Priority date: 2021-04-23
Filing date: 2022-04-21
Publication date: 2024-02-22
Also published as: GB202105837D0; WO2022223738A1; CN117203487A; US20240200937A1

Abstract

Ein optischer Neigungssensor zur Verwendung beim Erfassen eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche um eine Schwenkachse umfasst eine optische Senderanordnung zum Emittieren von mindestens drei Lichtstrahlen, so dass jeder emittierte Lichtstrahl auf die flache reflektierende Oberfläche auftrifft und von dieser reflektiert wird, um einen entsprechenden reflektierten Lichtstrahl zu bilden, und einen Bildsensor mit einem Sensorbereich zum Erfassen einer Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen und zum Ausgeben eines oder mehrerer Signale, die die erfasste Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen darstellen. Die mindestens drei emittierten Lichtstrahlen werden entlang von mindestens drei entsprechenden unterschiedlichen Emissionspfaden emittiert, wobei sich jeder Emissionspfad von einem entsprechenden Emissionspunkt entlang einer unterschiedlichen entsprechenden Emissionsrichtung erstreckt, wobei jede Emissionsrichtung eine unterschiedliche bekannte Orientierung relativ zu einer Orientierung der Sensorfläche des Bildsensors aufweist und wobei jeder Emissionspunkt eine bekannte räumliche Beziehung relativ zu jedem der anderen Emissionspunkte aufweist. Der optische Neigungssensor kann in einem optischen Neigungsmessgerät und gegebenenfalls auch zur Steuerung des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Schwenkachse verwendet werden.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen optischen Neigungssensor zur Verwendung beim Erfassen eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche um eine oder zwei verschiedene Drehachsen, eine optische Neigungsmessvorrichtung zur Verwendung beim Messen eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche, ein optisches Neigungssteuersystem zur Verwendung beim Steuern eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche, und zugehörige optische Neigungsmessverfahren zur Verwendung bei der Erfassung eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche um eine oder zwei verschiedene Schwenkachsen, zur Verwendung bei der Messung eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche, zur Verwendung bei der Steuerung eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche und zur Verwendung bei der Ausrichtung eines ersten und eines zweiten Objekts relativ zueinander.
HINTERGRUND
Optische Neigungssensoren sind für die Messung der Neigung und/oder Verschiebung einer flachen reflektierenden Oberfläche bekannt, die auf der Reflexion eines Lichtstrahls von der flachen reflektierenden Oberfläche und der Erfassung des reflektierten Lichtstrahls auf mehreren Fotodetektoren oder auf verschiedenen Sensorbereichen desselben optischen Mehrbereichssensors beruhen.
Optische Neigungssensoren sind auch für die Messung der Neigung einer flachen reflektierenden Oberfläche bekannt, die auf der Reflexion eines Lichtstrahls von der flachen reflektierenden Oberfläche, der Verwendung eines optischen Beugungselements zur Beugung des reflektierten Lichtstrahls zur Bildung eines gebeugten Lichtstrahls mit einem Beugungswirkungsgrad, der von der Neigung der flachen reflektierenden Oberfläche abhängt, der Verwendung eines Fotodetektors zur Erfassung des gebeugten Lichtstrahls und der Berechnung der Neigung der flachen reflektierenden Oberfläche aus einem Ausgangssignal des Fotodetektors beruhen.
Solche bekannten optischen Sensoren erfordern jedoch eine Kalibrierung, bevor die Neigung und/oder Verschiebung der flachen reflektierenden Oberfläche aus den Ausgangssignalen bestimmt werden kann, die von dem einen oder den mehreren verschiedenen Fotodetektoren oder von den verschiedenen Sensorbereichen desselben optischen Mehrflächensensors erzeugt werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Optischer Neigungssensor
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein optischer Neigungssensor zur Verwendung beim Erfassen eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche um eine Schwenkachse bereitgestellt, wobei der optische Neigungssensor Folgendes umfasst:

eine optische Senderanordnung zum Aussenden von mindestens drei Lichtstrahlen, so dass jeder ausgesendete Lichtstrahl auf die flache reflektierende Oberfläche auftrifft und von dieser reflektiert wird, um einen entsprechenden reflektierten Lichtstrahl zu bilden; und
einen Bildsensor mit einem Sensorbereich zum Erfassen einer Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen und zum Ausgeben eines oder mehrerer Signale, die für die erfasste Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen repräsentativ sind,
wobei die mindestens drei emittierten Lichtstrahlen entlang mindestens drei entsprechenden unterschiedlichen Emissionspfaden emittiert werden, wobei sich jeder Emissionspfad von einem entsprechenden Emissionspunkt entlang einer entsprechenden unterschiedlichen Emissionsrichtung erstreckt,
wobei jede Emissionsrichtung eine andere bekannte Ausrichtung relativ zu einer Ausrichtung des Sensorbereichs des Bildsensors hat, und
wobei jeder Emissionspunkt eine bekannte räumliche Beziehung zu jedem der anderen Emissionspunkte aufweist.

Bei der Verwendung kann der optische Neigungssensor in Bezug auf die flache reflektierende Oberfläche so angeordnet werden, dass jede Emissionsrichtung eine andere bekannte Ausrichtung in Bezug auf die Drehachse hat. Beispielsweise kann der optische Neigungssensor relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche so angeordnet werden, dass jede Emissionsrichtung einen entsprechenden bekannten Winkel relativ zur Schwenkachse definiert.
Optional ist die flache reflektierende Oberfläche planar oder allgemein planar.
Optional bildet die flache reflektierende Oberfläche einen flachen reflektierenden Bereich einer größeren, im Allgemeinen nicht planaren Oberfläche, wobei der flache reflektierende Bereich planar oder im Allgemeinen planar ist.
Optional definieren einer der mindestens drei verschiedenen Emissionspfade und eine Normale zur Sensorfläche eine Einfallsebene.
Optional definiert jeder der anderen Emissionspfade einen Winkel relativ zur Einfallsebene von weniger als oder gleich 10°, weniger als oder gleich 5°, weniger als oder gleich 2° oder weniger als oder gleich 1° oder jeder der anderen Emissionspfade liegt in der Einfallsebene oder liegt im Wesentlichen in dieser.
Bei der Verwendung kann der optische Neigungssensor in Bezug auf die flache reflektierende Oberfläche so angeordnet werden, dass die Ausrichtung jeder der verschiedenen Emissionsrichtungen in Bezug auf die Drehachse bekannt ist. Beispielsweise kann der optische Neigungssensor relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche so angeordnet werden, dass eine Normale zur Einfallsebene einen Winkel relativ zur Schwenkachse von weniger als oder gleich 10°, weniger als oder gleich 5°, weniger als oder gleich 2° oder weniger als oder gleich 1° definiert. Der optische Neigungssensor kann in Bezug auf die flache reflektierende Oberfläche so angeordnet sein, dass die Einfallsebene senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Schwenkachse verläuft. Ein solcher optischer Neigungssensor kann in einer optischen Neigungsmessvorrichtung zur Messung eines Absolutwerts des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse verwendet werden, selbst wenn der Abstand des optischen Neigungssensors zur flachen reflektierenden Oberfläche unbekannt (oder zumindest nicht genau bekannt) ist, selbst wenn der Abstand des optischen Neigungssensors zur Drehachse unbekannt (oder zumindest nicht genau bekannt) ist, und ohne dass der optische Neigungssensor kalibriert werden muss. Aus der folgenden Beschreibung geht hervor, dass die Genauigkeit, mit der ein optisches Neigungsmessgerät, das den optischen Neigungssensor enthält, zur Messung eines absoluten Werts des Neigungswinkels der ebenen reflektierenden Oberfläche verwendet werden kann, zumindest teilweise von der Genauigkeit abhängt, mit der die Ausrichtung der verschiedenen Emissionsrichtungen in Bezug auf den Sensorbereich des Bildsensors bekannt ist, von der Genauigkeit, mit der die räumliche Beziehung zwischen den Emissionspunkten bekannt ist, von der Genauigkeit, mit der die Ausrichtung der verschiedenen Emissionsrichtungen in Bezug auf die Schwenkachse bekannt ist, von der Ebenheit der reflektierenden Oberfläche und von der Auflösung des Bildsensors.
Ein solcher optischer Neigungssensor kann in einem optischen Neigungsmessgerät zur Messung einer Änderung des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse mit einer Genauigkeit verwendet werden, die höher ist als die Genauigkeit, mit der das optische Neigungsmessgerät zur Messung eines Absolutwerts des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse verwendet werden kann.
Optional definiert jede der Emissionsrichtungen einen entsprechenden bekannten Winkel relativ zu einer Normalen auf die Sensorfläche des Bildsensors.
Optional umfasst der Bildsensor mindestens einen 1 D-Bildsensor, einen linearen Fotodetektor, ein optisches 1 D-Sensor-Array, ein 1 D-Fotodetektor-Array wie ein 1D-Fotodioden-Array, einen 1 D-CCD-Bildsensor oder einen 1 D-CMOS-Bildsensor.
Optional ist der Winkelabstand zwischen den Emissionsrichtungen eines oder mehrerer Paare benachbarter emittierter Strahlen unterschiedlich, z. B. deutlich unterschiedlich, zum Winkelabstand zwischen den Emissionsrichtungen der anderen Paare benachbarter emittierter Strahlen. Eine solche Anordnung der Emissionsrichtungen kann bei der Identifizierung der Intensitätsverteilungen auf der Sensorfläche des Bildsensors helfen, die jedem der emittierten Strahlen entsprechen.
Optional ist die optische Emitteranordnung so konfiguriert, dass sie erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste und siebte Lichtstrahlen entlang erster, zweiter, dritter, vierter, fünfter, sechster und siebter unterschiedlicher entsprechender Emissionsrichtungen emittiert, wobei ein Winkelabstand zwischen den dritten und vierten emittierten Strahlen unterschiedlich zu einem Winkelabstand zwischen den ersten und zweiten emittierten Strahlen ist, einer Winkeltrennung zwischen dem zweiten und dritten emittierten Strahl, einer Winkeltrennung zwischen dem vierten und fünften emittierten Strahl, einer Winkeltrennung zwischen dem fünften und sechsten emittierten Strahl und einer Winkeltrennung zwischen dem sechsten und siebten emittierten Strahl.
Es ist möglich, dass zwei oder mehr der Emissionspunkte identisch sind.
Optional können alle Emissionspunkte gleich sein.
Es ist möglich, dass zwei oder mehr der Emissionspunkte unterschiedlich sind. Optional können alle Emissionspunkte unterschiedlich sein.
Optional ist der Abstand zwischen den Emissionspunkten eines oder mehrerer Paare benachbarter emittierter Strahlen anders als der Abstand zwischen den Emissionspunkten der anderen Paare benachbarter emittierter Strahlen. Eine solche Anordnung der Emissionspunkte kann bei der Identifizierung der Intensitätsverteilungen auf der Sensorfläche des Bildsensors helfen, die jedem der emittierten Strahlen entsprechen.
Optional haben der Bildsensor und die optische Emitteranordnung eine feste räumliche Beziehung zueinander.
Optional kann die optische Emitteranordnung oberflächenemittierend sein.
Optional umfasst der optische Neigungssensor ein Basiselement, wobei die optische Emitteranordnung und der Bildsensor beide auf derselben Oberfläche des Basiselements angebracht sind.
Zeitpunkt der Emission
Optional ist die optische Senderanordnung so konfiguriert, dass sie die mindestens drei Lichtstrahlen gleichzeitig aussendet.
Optional ist die optische Senderanordnung so konfiguriert, dass sie die mindestens drei Lichtstrahlen nacheinander aussendet.
Optional ist die optische Senderanordnung so konfiguriert, dass sie jeden der mindestens drei Lichtstrahlen für die Dauer einer entsprechenden Sendeperiode aussendet.
Optional können sich die verschiedenen Emissionszeiträume zumindest teilweise zeitlich überschneiden.
Optischer Emitter
Optional umfasst die optische Senderanordnung einen optischen Strahler.
Der optische Emitter kann eine LED oder ein Laser wie eine Laserdiode, z. B. ein VCSEL, sein.
Räumlicher Filter
Optional umfasst die optische Senderanordnung einen Raumfilter zur räumlichen Filterung des von dem optischen Sender ausgesandten Lichts, um die mindestens drei ausgesandten Lichtstrahlen zumindest teilweise zu definieren.
Optional haben der Bildsensor und der Raumfilter eine feste räumliche Beziehung zueinander.
Optional haben eine Normale auf eine Ausgangsfläche des Raumfilters und die Normale auf die Sensorfläche des Bildsensors eine bekannte räumliche Beziehung zueinander.
Optional sind eine Normale auf eine Ausgangsfläche des Raumfilters und die Normale auf den Sensorbereich des Bildsensors parallel.
Optional definiert der Raumfilter eine oder mehrere Blenden.
Optional kann eine oder mehrere der Öffnungen eine Lochblende enthalten.
Optional kann eine oder mehrere der Öffnungen einen Schlitz aufweisen.
Optional umfasst die optische Senderanordnung ein fokussierendes Element, wie z. B. eine Linse, die so konfiguriert ist, dass sie das vom optischen Sender emittierte Licht auf eine oder mehrere der Öffnungen fokussiert.
Optional ist eine oder mehrere der Öffnungen so konfiguriert, dass die Beugung des durch die Öffnung übertragenen Lichts minimiert wird, beispielsweise indem jede Öffnung eine Abmessung hat, die größer ist als die Wellenlänge des Lichts, mindestens 10-mal größer als die Wellenlänge des Lichts oder mindestens 100-mal größer als die Wellenlänge des Lichts.
Optional ist eine oder mehrere der Öffnungen so konfiguriert, dass das durch die Öffnung übertragene Licht gebeugt wird, wobei beispielsweise jede Öffnung eine Abmessung hat, die weniger als das 100-fache einer Wellenlänge des Lichts, weniger als das 10-fache einer Wellenlänge des Lichts oder weniger als oder gleich einer Wellenlänge des Lichts beträgt.
Optional definiert der Raumfilter mindestens drei Aperturen, wobei jede Apertur eine bekannte Position und Ausrichtung relativ zu jeder der anderen Aperturen hat und wobei jede Apertur so konfiguriert ist, dass sie Licht, das von dem optischen Sender entlang eines der entsprechenden Emissionspfade emittiert wird, durchlässt. Optional befindet sich jede Apertur auf einer Oberfläche des Raumfilters. Wahlweise umfasst der Raumfilter ein transparentes Substrat mit einer gemusterten undurchsichtigen Beschichtung auf einer Ausgangsfläche des transparenten Substrats, wobei jede der mindestens drei Öffnungen durch eine entsprechende Öffnung in der undurchsichtigen Beschichtung definiert ist.
Der Raumfilter verfügt optional über mindestens drei Eingangsöffnungen und eine Ausgangsöffnung. Optional hat jede Eingangsapertur eine bekannte Position und Ausrichtung relativ zu jeder der anderen Eingangsaperturen und der Ausgangsapertur. Optional ist jede Eingangsapertur so konfiguriert, dass sie Licht vom optischen Sender empfängt. Die Ausgangsapertur kann so konfiguriert sein, dass sie das von jeder Eingangsapertur empfangene Licht entlang eines der entsprechenden Emissionspfade überträgt. Wahlweise befindet sich jede Eingangsapertur auf einer Eingangsfläche des Raumfilters. Wahlweise befindet sich die Ausgangsapertur auf einer Ausgangsfläche des Raumfilters. Wahlweise ist jede der Eingangsöffnungen relativ zu einer Senkrechten auf die Ausgangsfläche des Raumfilters, die sich durch die Ausgangsöffnung erstreckt, versetzt. Optional umfasst der Raumfilter ein transparentes Substrat mit einer strukturierten opaken Beschichtung auf einer Eingangsoberfläche des Substrats und einer strukturierten opaken Beschichtung auf einer Ausgangsoberfläche des Substrats, wobei jede der mindestens drei Eingangsöffnungen durch eine entsprechende Öffnung in der opaken Beschichtung auf der Eingangsoberfläche des Substrats definiert ist und die Ausgangsöffnung durch eine entsprechende Öffnung in der opaken Beschichtung auf der Ausgangsoberfläche des Substrats definiert ist. Optional umfasst die optische Emitteranordnung ein fokussierendes Element wie eine Linse, die so konfiguriert ist, dass sie das von dem optischen Emitter emittierte Licht auf die Ausgangsöffnung fokussiert.
Der Raumfilter kann eine Eingangsöffnung und mindestens drei Ausgangsöffnungen aufweisen. Optional hat jede Ausgangsapertur eine bekannte Position und Orientierung relativ zu jeder der anderen Ausgangsaperturen und der Eingangsapertur. Optional ist die Eingangsapertur so konfiguriert, dass sie Licht von dem optischen Sender empfängt. Optional ist jede Ausgangsapertur so konfiguriert, dass sie das von der Eingangsapertur empfangene Licht entlang eines der entsprechenden Emissionspfade überträgt. Wahlweise befindet sich die Eingangsapertur auf einer Eingangsfläche des Raumfilters. Wahlweise befindet sich jede Ausgangsapertur auf einer Ausgangsfläche des Raumfilters. Wahlweise ist jede der Ausgangsöffnungen relativ zu einer Senkrechten auf die Eingangsfläche des Raumfilters, die sich durch die Eingangsöffnung erstreckt, versetzt. Optional umfasst der Raumfilter ein transparentes Substrat mit einer gemusterten undurchsichtigen Beschichtung auf einer Eingangsoberfläche des Substrats und einer gemusterten undurchsichtigen Beschichtung auf einer Ausgangsoberfläche des Substrats, wobei die Eingangsöffnung durch eine Öffnung in der undurchsichtigen Beschichtung auf der Eingangsoberfläche des Substrats definiert ist und jede der mindestens drei Ausgangsöffnungen durch eine entsprechende Öffnung in der undurchsichtigen Beschichtung auf der Ausgangsoberfläche des Substrats definiert ist. Optional umfasst die optische Emitteranordnung ein fokussierendes Element, wie z. B. eine Linse, die so konfiguriert ist, dass sie das vom optischen Emitter emittierte Licht auf die Eingangsapertur fokussiert.
Das transparente Substrat kann auch aus Glas bestehen.
Optional besteht jede der undurchsichtigen Beschichtungen aus einem Metall wie z. B. Chrom.
Optional umfasst der Raumfilter eine oder mehrere optische Mikrostrukturen oder mikrooptische Komponenten, wobei jede der einen oder mehreren optischen Mikrostrukturen oder mikrooptischen Komponenten auf oder über einer entsprechenden, durch den Raumfilter definierten Apertur angeordnet, z. B. ausgebildet ist.
Optional ist jede der einen oder mehreren optischen Mikrostrukturen oder mikrooptischen Komponenten auf oder über einer entsprechenden, durch den Raumfilter definierten Eingangsöffnung angeordnet, z. B. ausgebildet.
Optional ist jede der einen oder mehreren optischen Mikrostrukturen oder mikrooptischen Komponenten auf oder über einer entsprechenden, durch den Raumfilter definierten Ausgangsöffnung angeordnet, z. B. ausgebildet.
Optional ist jede der einen oder mehreren optischen Mikrostrukturen oder mikrooptischen Komponenten so konfiguriert, dass sie das Licht, das den Raumfilter verlässt, so formt, dass jeder reflektierte Lichtstrahl eine entsprechende Intensitätsverteilung auf die Sensorfläche des Bildsensors mit einer gewünschten Form projiziert.
Optional umfasst jede der einen oder mehreren optischen Mikrostrukturen oder mikrooptischen Komponenten eine Mikrolinse. Die Verwendung einer Mikrolinse, die auf eine Eingangsöffnung des Raumfilters ausgerichtet ist, kann die Effizienz verbessern, mit der Licht vom optischen Emitter in das transparente Substrat eintritt. Die Verwendung einer Mikrolinse, die auf eine Ausgangsapertur des Raumfilters ausgerichtet ist, kann die Effizienz verbessern, mit der das Licht des optischen Senders das transparente Substrat verlässt. Die Verwendung einer Mikrolinse, die mit einer Ausgangsapertur des Raumfilters ausgerichtet ist, kann die Divergenz verringern und/oder den entsprechenden emittierten Strahl kollimieren.
Optional umfasst jede der einen oder mehreren optischen Mikrostrukturen oder mikrooptischen Komponenten ein Mikroprisma. Die Verwendung eines Mikroprismas, das auf eine Eingangsapertur des Raumfilters ausgerichtet ist, kann die Effizienz verbessern, mit der Licht vom optischen Sender in das transparente Substrat eintritt. Die Verwendung eines Mikroprismas, das auf eine Ausgangsapertur des Raumfilters ausgerichtet ist, kann die Effizienz verbessern, mit der das Licht des optischen Senders das transparente Substrat verlässt.
Umlenkung des vom optischen Emitter ausgesandten Lichts
Wahlweise umfasst die optische Senderanordnung ein transparentes Bauteil wie ein transparentes Substrat oder ein Prisma, das so konfiguriert ist, dass es das vom optischen Sender emittierte Licht bricht, um das vom optischen Sender emittierte Licht umzulenken. Optional hat das transparente Bauteil eine Kante, die eine Oberfläche definiert, die in einem spitzen Winkel relativ zu einer Ausgangsfläche des transparenten Bauteils ausgerichtet ist. Handelt es sich bei dem optischen Emitter um einen oberflächenemittierenden optischen Emitter, so kann ein solches transparentes Bauteil dazu dienen, das von dem optischen Emitter emittierte Licht umzulenken und gleichzeitig zu ermöglichen, dass eine lichtemittierende Oberfläche des optischen Emitters parallel zu der Ausgangsfläche des transparenten Bauteils ausgerichtet wird. Optional umfasst die Anordnung des optischen Senders einen Spiegel, der so konfiguriert ist, dass er das vom optischen Sender emittierte Licht reflektiert, um das vom optischen Sender emittierte Licht neu zu lenken.
Optischer Emitter und diffraktives optisches Element (DOE)
Wahlweise umfasst die optische Senderanordnung ein beugendes optisches Element zur Beugung eines von dem optischen Sender ausgesandten ersten Lichtstrahls, um die mindestens drei ausgesandten Lichtstrahlen zu definieren.
Optional ist das optische Beugungselement so konfiguriert, dass es den vom optischen Sender ausgesandten ersten Lichtstrahl beugt, um strukturiertes Licht zu erzeugen, das die mindestens drei ausgesandten Lichtstrahlen enthält.
Optional hat das strukturierte Licht eine transversale Intensitätsverteilung, die quer zur Ausbreitungsrichtung des strukturierten Lichts liegt und durch die Konfiguration des diffraktiven optischen Elements definiert ist.
Optional definiert die transversale Intensitätsverteilung ein 1D- oder 2D-Gitter, ein 1 D- oder 2D-Gitter oder eine 1D- oder 2D-Anordnung von Punkten.
Optischer Emitter und rekonfigurierbarer Strahlgenerator
Optional umfasst die optische Senderanordnung einen rekonfigurierbaren, dynamischen oder programmierbaren Strahlgenerator zur Umwandlung eines von dem optischen Sender ausgesandten Ausgangslichtstrahls, um die mindestens drei ausgesandten Lichtstrahlen zu definieren.
Optional umfasst der Strahlgenerator einen räumlichen Lichtmodulator (SLM), z. B. einen SLM-Modulator, der aus einem Flüssigkristallmaterial besteht oder daraus geformt ist, oder eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (DMD).
Optischer Emitter mit gemusterter undurchsichtiger Beschichtung, die auf der lichtemittierenden Oberfläche des optischen Emitters gebildet wird
Optional umfasst der optische Emitter eine gemusterte undurchsichtige Beschichtung, die direkt auf einer lichtemittierenden Oberfläche des optischen Emitters ausgebildet ist, um mindestens drei lichtemittierende Öffnungen zu definieren, wobei jede lichtemittierende Öffnung eine bekannte räumliche Beziehung zu jeder der anderen lichtemittierenden Öffnungen aufweist.
Optional umfasst die optische Emitteranordnung einen Raumfilter zur räumlichen Filterung des von jeder Lichtaustrittsöffnung des optischen Emitters emittierten Lichts. Der Raumfilter kann eine oder mehrere Öffnungen zur räumlichen Filterung des von den einzelnen Lichtaustrittsöffnungen des optischen Senders emittierten Lichts definieren.
Optional umfasst die optische Senderanordnung ein fokussierendes Element, wie z. B. eine Linse, die so konfiguriert ist, dass sie das von jeder der lichtemittierenden Öffnungen emittierte Licht fokussiert, und wobei das fokussierende Element eine bekannte räumliche Beziehung relativ zu jeder der lichtemittierenden Öffnungen aufweist, um die mindestens drei emittierten Lichtstrahlen zu definieren.
Mehrere optische Emitter
Optional umfasst die optische Emitteranordnung mindestens drei optische Emitter, wobei die mindestens drei optischen Emitter eine bekannte Position und Ausrichtung zueinander haben.
Optional kann jeder optische Strahler eine LED umfassen.
Optional kann jeder optische Emitter einen Laser wie eine Laserdiode, z. B. einen VCSEL, umfassen.
Optional umfasst die optische Emitteranordnung eine LED-Anordnung, z. B. eine gepixelte LED.
Optional umfasst die optische Emitteranordnung ein Laserarray, wie z. B. ein Laserdiodenarray, z. B. ein VCSEL-Array.
Optional ist jeder optische Strahler unabhängig von den anderen optischen Strahlern steuerbar.
Optional umfasst die optische Senderanordnung ein fokussierendes Element, wie z. B. eine Linse mit einer bekannten räumlichen Beziehung zu den mindestens drei optischen Sendern, wobei die Linse das von jedem optischen Sender der mindestens drei optischen Sender ausgesandte Licht lenkt, fokussiert und/oder kollimiert, um die mindestens drei ausgesandten Lichtstrahlen zu definieren.
Optional umfasst die optische Emitter-Anordnung mindestens drei Mikrolinsen, wobei jede Mikrolinse eine bekannte Konfiguration und eine bekannte Position und Ausrichtung relativ zu einem entsprechenden optischen Emitter der mindestens drei optischen Emitter aufweist, um die mindestens drei emittierten Lichtstrahlen zu definieren.
Optional umfasst die optische Senderanordnung einen Raumfilter mit bekannter Konfiguration und bekannter Position und Ausrichtung in Bezug auf die mindestens drei optischen Sender, um das von jedem der mindestens drei optischen Sender ausgesandte Licht räumlich zu filtern und so die mindestens drei ausgesandten Lichtstrahlen zu definieren.
Optional definiert der räumliche Filter eine Apertur, wobei die Apertur eine bekannte Position und Ausrichtung relativ zu den mindestens drei optischen Emittern hat und wobei die Apertur so konfiguriert ist, dass sie von den mindestens drei optischen Emittern entlang der mindestens drei Emissionsrichtungen emittiertes Licht durchlässt.
Optional sind die mindestens drei optischen Emitter relativ zu einer Senkrechten auf die Ausgangsfläche des Raumfilters, die sich durch die Blende erstreckt, versetzt.
Optional umfasst der Raumfilter ein transparentes Substrat mit einer gemusterten undurchsichtigen Beschichtung auf einer Oberfläche, z. B. einer Ausgangsoberfläche, des transparenten Substrats, wobei die Öffnung durch eine Öffnung in der undurchsichtigen Beschichtung definiert ist.
Optisches Neigungsmessgerät
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine optische Neigungsmessvorrichtung zur Verwendung beim Messen eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche um eine Drehachse bereitgestellt, wobei die optische Neigungsmessvorrichtung Folgendes umfasst:

den optischen Neigungssensor; und
eine Verarbeitungsressource, die so konfiguriert ist, dass sie das eine oder die mehreren Ausgangssignale von dem Bildsensor empfängt und den Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche zumindest teilweise auf der Grundlage des einen oder der mehreren empfangenen Ausgangssignale, der verschiedenen bekannten Ausrichtungen der verschiedenen Emissionsrichtungen relativ zur Ausrichtung des Sensorbereichs des Bildsensors und der bekannten relativen räumlichen Beziehung zwischen den Emissionspunkten bestimmt.

Bei der Verwendung kann der optische Neigungssensor relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche so angeordnet sein, dass jede Emissionsrichtung eine andere bekannte Ausrichtung relativ zur Drehachse hat, und die Verarbeitungsressource kann so konfiguriert sein, dass sie den Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche zumindest teilweise auf der Grundlage der unterschiedlichen bekannten Ausrichtung jeder Emissionsrichtung relativ zur Drehachse bestimmt. Beispielsweise kann der optische Neigungssensor relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche so angeordnet sein, dass jede Emissionsrichtung einen entsprechenden bekannten Winkel relativ zur Drehachse definiert, und die Verarbeitungsressource kann so konfiguriert sein, dass sie den Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse zumindest teilweise auf der Grundlage des unterschiedlichen bekannten Winkels jeder Emissionsrichtung relativ zur Drehachse bestimmt.
Im Gebrauch kann der optische Neigungssensor relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche so angeordnet sein, dass die Einfallsebene eine bekannte Ausrichtung relativ zur Drehachse hat, und die Verarbeitungsressource kann so konfiguriert sein, dass sie den Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche zumindest teilweise auf der Grundlage der bekannten Ausrichtung der Einfallsebene relativ zur Drehachse bestimmt.
Die Verarbeitungsressource kann so konfiguriert sein, dass sie:

aus dem einen oder den mehreren empfangenen Ausgangssignalen eine Position von jedem von mindestens drei Intensitätsspitzenwerten auf der Sensorfläche des Bildsensors zu bestimmen, wobei jeder Intensitätsspitzenwert der Spitzenintensität eines entsprechenden der reflektierten Lichtstrahlen entspricht, wenn er auf die Sensorfläche des Bildsensors fällt;
einen Abstand eines ersten Paares der mindestens drei Intensitätsspitzen auf der Sensorfläche des Bildsensors zu bestimmen;

Bestimmen eines Abstands eines zweiten Paars der mindestens drei Intensitätsspitzen auf der Sensorfläche des Bildsensors; und
Bestimmen des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse zumindest teilweise auf der Grundlage des ermittelten Abstands des ersten Paars von Intensitätsspitzen und des ermittelten Abstands des zweiten Paars von Intensitätsspitzen.
Optisches Neigungssteuersystem für die Steuerung des Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche um eine Schwenkachse
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein optisches Neigungssteuersystem zur Verwendung bei der Steuerung eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer Objekte oder Anordnungen, die mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbunden sind, um eine Schwenkachse bereitgestellt, wobei das optische Neigungssteuersystem umfasst:

die optische Neigungsmessvorrichtung; und
ein Neigungsstellglied zum Einstellen des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbundener Objekte oder Baugruppen um die Schwenkachse,
wobei die Verarbeitungsressource so konfiguriert ist, dass sie den Neigungsaktuator so steuert, dass der Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer Objekte oder Baugruppen, die mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbunden sind, basierend auf dem bestimmten Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche gesteuert wird.

Verfahren zum Erfassen eines Neigungswinkels
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Verwendung beim Erfassen eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche um eine Drehachse bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:

Aussenden von mindestens drei Lichtstrahlen, so dass jeder ausgesendete Lichtstrahl auf die flache reflektierende Oberfläche auftrifft und von dieser reflektiert wird, um einen entsprechenden reflektierten Lichtstrahl zu bilden; und
Erfassen einer Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen auf einer Sensorfläche eines Bildsensors und Ausgeben eines oder mehrerer Signale, die für die erfasste Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen repräsentativ sind,
wobei die mindestens drei Lichtstrahlen entlang von mindestens drei entsprechenden unterschiedlichen Emissionswegen emittiert werden, wobei sich jeder Emissionsweg von einem entsprechenden Emissionspunkt entlang einer unterschiedlichen entsprechenden Emissionsrichtung erstreckt, und
wobei jede Emissionsrichtung eine andere bekannte Ausrichtung relativ zu einer Ausrichtung des Sensorbereichs des Bildsensors hat und jeder Emissionspunkt eine bekannte räumliche Beziehung relativ zu jedem der anderen Emissionspunkte hat.

Optional umfasst das Verfahren die Anordnung des optischen Neigungssensors in Bezug auf die flache reflektierende Oberfläche, so dass jede Emissionsrichtung eine andere bekannte Ausrichtung in Bezug auf die Schwenkachse hat.
Optional umfasst das Verfahren die Anordnung des optischen Neigungssensors in Bezug auf die flache reflektierende Oberfläche, so dass jede Emissionsrichtung einen entsprechenden bekannten Winkel in Bezug auf die Schwenkachse definiert.
Optional definieren die mindestens drei verschiedenen Emissionspfade eine Einfallsebene.
Optional umfasst das Verfahren die Anordnung des optischen Neigungssensors relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche, so dass die Einfallsebene eine bekannte Orientierung relativ zur Schwenkachse aufweist.
Optional umfasst das Verfahren die Anordnung des optischen Neigungssensors relativ zur flachen reflektierenden Oberfläche, so dass eine Normale zur Einfallsebene einen Winkel relativ zur Schwenkachse von weniger als oder gleich 10°, weniger als oder gleich 5°, weniger als oder gleich 2° oder weniger als oder gleich 1° definiert.
Optional umfasst das Verfahren die Anordnung des optischen Neigungssensors relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche, so dass die Einfallsebene senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Schwenkachse verläuft.
Optional umfasst das Verfahren die Anordnung der mindestens drei emittierten Lichtstrahlen relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche, so dass die Intensitätsverteilungen der reflektierten Lichtstrahlen auf dem Sensorbereich des Bildsensors unterschiedlich, nicht zusammenhängend und/oder nicht überlappend sind.
Optional umfasst das Verfahren die Anordnung der mindestens drei emittierten Lichtstrahlen relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche, so dass sich zwei oder mehr der Intensitätsverteilungen der reflektierten Lichtstrahlen auf dem Sensorbereich des Bildsensors teilweise überlappen.
Optional umfasst das Verfahren das Anordnen der mindestens drei emittierten Lichtstrahlen relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche, so dass jede der Intensitätsverteilungen der reflektierten Lichtstrahlen auf dem Sensorbereich des Bildsensors eine entsprechende Spitze oder einen entsprechenden Schwerpunkt aufweist und wobei die Spitzen oder Schwerpunkte der Intensitätsverteilungen der reflektierten Lichtstrahlen an unterschiedlichen Positionen auf dem Sensorbereich des Bildsensors liegen.
Verfahren zum Messen und/oder Steuern des Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche um eine Schwenkachse
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Verwendung beim Messen eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche um eine Schwenkachse bereitgestellt, wobei das Verfahren das Verfahren zur Verwendung beim Erfassen des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Schwenkachse wie oben beschrieben umfasst und das Verfahren ferner das Bestimmen des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Schwenkachse zumindest teilweise auf der Grundlage des einen oder mehrerer Ausgangssignale umfasst, den verschiedenen bekannten Ausrichtungen der verschiedenen Emissionsrichtungen relativ zur Ausrichtung des Sensorbereichs des Bildsensors, der bekannten relativen räumlichen Beziehung zwischen den Emissionspunkten und der bekannten Ausrichtung jeder Emissionsrichtung relativ zur Schwenkachse.
Optional kann das Verfahren auch Folgendes umfassen:

Bestimmen, aus dem einen oder den mehreren empfangenen Ausgangssignalen, einer Position von jedem von mindestens drei Intensitätsspitzenwerten auf der Sensorfläche des Bildsensors, wobei jeder Intensitätsspitzenwert der Spitzenintensität eines entsprechenden der reflektierten Lichtstrahlen entspricht, wenn er auf die Sensorfläche des Bildsensors auftrifft;
Bestimmung eines Abstands eines ersten Paars der mindestens drei Intensitätsspitzen auf der Sensorfläche des Bildsensors;
Bestimmen eines Abstands eines zweiten Paars der mindestens drei Intensitätsspitzen auf der Sensorfläche des Bildsensors; und
Bestimmen des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse zumindest teilweise auf der Grundlage des bestimmten Abstands des ersten Paars von Intensitätsspitzen und des bestimmten Abstands des zweiten Paars von Intensitätsspitzen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Verwendung bei der Steuerung eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbundener Objekte oder Baugruppen um eine Schwenkachse bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:

das Verfahren zur Verwendung bei der Messung des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse, wie oben beschrieben, und das Verfahren umfasst ferner die Steuerung des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer Objekte oder Anordnungen, die mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbunden sind, auf der Grundlage des bestimmten Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Verwendung beim Messen eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche um eine Drehachse bereitgestellt, wobei das Verfahren das Verfahren zur Verwendung beim Erfassen des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse, wie oben beschrieben, umfasst und das Verfahren ferner umfasst:

Bestimmen eines ersten Neigungswinkels derflachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse zumindest teilweise auf der Grundlage des einen oder der mehreren Ausgangssignale, die gemäß dem oben beschriebenen Verfahren erzeugt werden, wenn die flache reflektierende Oberfläche um die Drehachse um den ersten Neigungswinkel geneigt wird;
Bestimmen eines zweiten Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Schwenkachse zumindest teilweise auf der Grundlage des einen oder der mehreren Ausgangssignale, die gemäß dem oben beschriebenen Verfahren erzeugt werden, wenn die flache reflektierende Oberfläche um die Schwenkachse um den zweiten Neigungswinkel geneigt wird; und
Bestimmen einer Änderung zwischen dem ersten und dem zweiten Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse, wie beispielsweise eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Neigungswinkel, eine prozentuale Änderung zwischen dem ersten und dem zweiten Neigungswinkel oder ein Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Neigungswinkel.

Der erste und zweite Neigungswinkel kann dem Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse zu einem ersten bzw. zweiten Zeitpunkt entsprechen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Verwendung bei der Steuerung eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbundener Objekte oder Baugruppen um eine Schwenkachse bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:

Das Verfahren zur Verwendung bei der Messung des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse, wie oben beschrieben, und das Verfahren umfasst ferner die Steuerung des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer Objekte oder Anordnungen, die mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbunden sind, auf der Grundlage der ermittelten Änderung zwischen dem ersten und zweiten Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse.

Verfahren zur Orientierung von ersten und zweiten Objekten relativ zueinander
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Verwendung bei der Ausrichtung von ersten und zweiten Objekten relativ zueinander bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:

Montage des optischen Neigungssensors wie oben beschrieben auf einer Oberfläche eines Basiselements;
Montage des ersten Objekts auf der Oberfläche des Basiselements;
Anordnen des zweiten Objekts relativ zum optischen Neigungssensor, so dass jeder emittierte Lichtstrahl auf eine flache reflektierende Oberfläche des zweiten Objekts auftrifft und von dieser reflektiert wird, um den entsprechenden reflektierten Lichtstrahl zu bilden, so dass der Sensorbereich des Bildsensors eine Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen erfasst und ein oder mehrere Signale ausgibt, die für die erfasste Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen repräsentativ sind, und so dass jede Emissionsrichtung eine unterschiedliche bekannte Ausrichtung relativ zur Schwenkachse aufweist;
Bestimmen eines Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche des zweiten Objekts um die Schwenkachse zumindest teilweise auf der Grundlage des einen oder der mehreren Ausgangssignale, der verschiedenen bekannten Ausrichtungen der verschiedenen Emissionsrichtungen relativ zur Ausrichtung des Sensorbereichs des Bildsensors, der bekannten relativen räumlichen Beziehung zwischen den Emissionspunkten und der bekannten Ausrichtung jeder Emissionsrichtung relativ zur Schwenkachse; und
Steuerung der relativen Ausrichtung des ersten und zweiten Objekts entsprechend dem ermittelten Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche des zweiten Objekts.

Optional umfasst das Verfahren die Bestimmung des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche zumindest teilweise auf der Grundlage eines Abstands eines ersten Paars von Intensitätsspitzen, die einem ersten Paar der reflektierten Lichtstrahlen auf dem Sensorbereich des Bildsensors entsprechen, und eines Abstands eines zweiten Paars von Intensitätsspitzen, die einem zweiten Paar der reflektierten Lichtstrahlen auf dem Sensorbereich des Bildsensors entsprechen.
Das erste Objekt kann ein erstes Bauteil, z. B. ein erstes optisches Bauteil, oder eine erste Baugruppe, z. B. eine erste Baugruppe von optischen Bauteilen, umfassen.
Das zweite Objekt kann ein zweites Bauteil, z. B. ein zweites optisches Bauteil, oder eine zweite Baugruppe, z. B. eine zweite Baugruppe aus optischen Bauteilen, umfassen.
Optischer 3D-Neigungssensor
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein optischer Neigungssensor zur Verwendung bei der Erfassung eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche um eine Schwenkachse und eines weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um eine weitere Schwenkachse bereitgestellt, wobei der optische Neigungssensor den optischen Neigungssensor zur Verwendung bei der Erfassung des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Schwenkachse wie oben beschrieben umfasst,
wobei die optische Senderanordnung so konfiguriert ist, dass sie mindestens drei weitere Lichtstrahlen aussendet, so dass jeder weitere ausgesendete Lichtstrahl auf die flache reflektierende Oberfläche fällt und von dieser reflektiert wird, um einen entsprechenden weiteren reflektierten Lichtstrahl zu bilden,
wobei der Sensorbereich des Bildsensors so konfiguriert ist, dass er eine Intensitätsverteilung jedes der weiteren reflektierten Lichtstrahlen erfasst und ein oder mehrere weitere Signale ausgibt, die für die erfasste Intensitätsverteilung jedes der weiteren reflektierten Lichtstrahlen repräsentativ sind,
wobei die mindestens drei weiteren Lichtstrahlen entlang mindestens drei entsprechenden unterschiedlichen weiteren Emissionspfaden emittiert werden, wobei sich jeder weitere Emissionspfad von einem entsprechenden weiteren Emissionspunkt entlang einer unterschiedlichen entsprechenden weiteren Emissionsrichtung erstreckt, und
wobei jede weitere Emissionsrichtung eine andere bekannte Ausrichtung relativ zu einer Ausrichtung des Sensorbereichs des Bildsensors hat und jeder weitere Emissionspunkt eine bekannte räumliche Beziehung relativ zu jedem der anderen weiteren Emissionspunkte hat.
Die weitere Schwenkachse kann senkrecht zur Schwenkachse verlaufen.
Die Drehachse und die weitere Drehachse können sich kreuzen. Die Drehachse und die weitere Drehachse können sich in einem Drehpunkt schneiden.
Die Drehachse und die weitere Drehachse dürfen sich nicht schneiden.
Bei der Verwendung kann der optische Neigungssensor relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche so angeordnet werden, dass jede weitere Emissionsrichtung eine andere bekannte Ausrichtung relativ zur Schwenkachse hat. Beispielsweise kann der optische Neigungssensor relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche so angeordnet werden, dass jede weitere Emissionsrichtung einen entsprechenden bekannten Winkel relativ zur Schwenkachse definiert.
Optional definieren einer der mindestens drei verschiedenen weiteren Emissionspfade und eine Normale zur Sensorfläche eine weitere Einfallsebene.
Optional definiert jeder der anderen weiteren Emissionspfade einen Winkel relativ zur weiteren Einfallsebene von weniger als oder gleich 10°, weniger als oder gleich 5°, weniger als oder gleich 2° oder weniger als oder gleich 1° oder jeder der anderen weiteren Emissionspfade liegt in der weiteren Einfallsebene oder liegt im Wesentlichen in dieser.
Bei der Verwendung kann der optische Neigungssensor in Bezug auf die flache reflektierende Oberfläche so angeordnet werden, dass die Ausrichtung jeder der verschiedenen weiteren Emissionsrichtungen in Bezug auf die weitere Drehachse, um die die flache reflektierende Oberfläche gekippt wird, bekannt ist. Beispielsweise kann der optische Neigungssensor relativ zur flachen reflektierenden Oberfläche so angeordnet werden, dass eine Normale zur weiteren Einfallsebene einen Winkel relativ zur weiteren Schwenkachse von weniger als oder gleich 10°, weniger als oder gleich 5°, weniger als oder gleich 2° oder weniger als oder gleich 1° definiert. Der optische Neigungssensor kann in Bezug auf die flache reflektierende Oberfläche so angeordnet sein, dass die weitere Einfallsebene senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur weiteren Schwenkachse verläuft. Ein solcher optischer Neigungssensor kann in einer optischen Neigungsmessvorrichtung zur Messung eines Absolutwerts eines weiteren Neigungswinkels der ebenen reflektierenden Fläche um die weitere Schwenkachse zusätzlich zu einem Absolutwert des Neigungswinkels der ebenen reflektierenden Fläche um die Schwenkachse verwendet werden, selbst wenn der Abstand des optischen Neigungssensors zur ebenen reflektierenden Fläche unbekannt (oder zumindest nicht genau bekannt) ist, die Abstände des optischen Neigungssensors zur Schwenkachse und zur weiteren Schwenkachse unbekannt (oder zumindest nicht genau bekannt) sind und der optische Neigungssensor nicht kalibriert werden muss. Es sollte daher verstanden werden, dass ein solcher optischer Neigungssensor in einer optischen Neigungsmessvorrichtung zur Messung der 3D-Neigung der flachen reflektierenden Oberfläche verwendet werden kann, selbst wenn der Abstand des optischen Neigungssensors zu der flachen reflektierenden Oberfläche unbekannt (oder zumindest nicht genau bekannt) ist, die Abstände des optischen Neigungssensors zu der Schwenkachse und der weiteren Schwenkachse unbekannt (oder zumindest nicht genau bekannt) sind, und ohne dass der optische Neigungssensor kalibriert werden muss. Aus der folgenden Beschreibung wird ein Fachmann verstehen, dass die Genauigkeit, mit der ein optisches Neigungsmessgerät, das den optischen Neigungssensor enthält, verwendet werden kann, um einen absoluten Wert des Neigungswinkels und des weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche zu messen, zumindest teilweise von der Genauigkeit abhängen kann, mit der die Ausrichtung der verschiedenen Emissionsrichtungen und der verschiedenen weiteren Emissionsrichtungen relativ zur Sensorfläche des Bildsensors bekannt ist, der Genauigkeit, mit der die räumliche Beziehung zwischen den Emissionspunkten und den weiteren Emissionspunkten bekannt ist, der Genauigkeit, mit der die Orientierung der verschiedenen Emissionsrichtungen relativ zur Schwenkachse bekannt ist, der Genauigkeit, mit der die Orientierung der verschiedenen weiteren Emissionsrichtungen relativ zur weiteren Schwenkachse bekannt ist, der Ebenheit der reflektierenden Oberfläche und der Auflösung des Bildsensors.
Ein solcher optischer Neigungssensor kann in einem optischen Neigungsmessgerät verwendet werden, um eine Änderung des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Schwenkachse und eine Änderung des weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die weitere Schwenkachse mit einer Genauigkeit zu messen, die höher ist als die Genauigkeit, mit der das optische Neigungsmessgerät verwendet werden kann, um einen Absolutwert des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Schwenkachse und einen Absolutwert des weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die weitere Schwenkachse zu messen.
Optional umfasst der Bildsensor mindestens einen 2D-Bildsensor, ein optisches 2D-Sensorarray, ein 2D-Photodetektorarray wie ein 2D-Photodiodenarray, einen 2D-CCD-Bildsensor oder einen 2D-CMOS-Bildsensor.
Optisches 3D-Neigungsmessgerät
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine optische Neigungsmessvorrichtung zur Verwendung bei der Messung eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche um eine Drehachse und eines weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um eine weitere Drehachse bereitgestellt, wobei die optische Neigungsmessvorrichtung umfasst:

der optische Neigungssensor zur Verwendung bei der Messung eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche um eine Schwenkachse und eines weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um eine weitere Schwenkachse; und
eine Verarbeitungsressource, die so konfiguriert ist, dass sie das eine oder die mehreren Ausgangssignale und das eine oder die mehreren weiteren Ausgangssignale von dem Bildsensor empfängt und den Neigungswinkel und den weiteren Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche zumindest teilweise auf der Grundlage des einen oderder mehreren empfangenen Ausgangssignale, des einen oder der mehreren weiteren Ausgangssignale bestimmt, den verschiedenen bekannten Ausrichtungen der verschiedenen Emissionsrichtungen relativ zur Ausrichtung des Sensorbereichs des Bildsensors, den verschiedenen bekannten Ausrichtungen der verschiedenen weiteren Emissionsrichtungen relativ zur Ausrichtung des Sensorbereichs des Bildsensors, der bekannten relativen räumlichen Beziehung zwischen den Emissionspunkten und der bekannten relativen räumlichen Beziehung zwischen den weiteren Emissionspunkten.

Bei der Verwendung kann der optische Neigungssensor relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche so angeordnet sein, dass jede Emissionsrichtung und jede weitere Emissionsrichtung eine unterschiedliche bekannte Ausrichtung relativ zur Drehachse hat, und die Verarbeitungsressource kann so konfiguriert sein, dass sie den Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche zumindest teilweise auf der Grundlage der unterschiedlichen bekannten Ausrichtung jeder Emissionsrichtung und der unterschiedlichen bekannten Ausrichtung jeder weiteren Emissionsrichtung relativ zur Drehachse bestimmt. Beispielsweise kann der optische Neigungssensor relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche so angeordnet sein, dass jede Emissionsrichtung und jede weitere Emissionsrichtung einen entsprechenden bekannten Winkel relativ zu der Schwenkachse definiert, und die Verarbeitungsressource kann so konfiguriert sein, dass sie den Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche zumindest teilweise auf der Grundlage des unterschiedlichen bekannten Winkels jeder Emissionsrichtung und des unterschiedlichen bekannten Winkels jeder weiteren Emissionsrichtung relativ zu der Schwenkachse bestimmt.
Bei der Verwendung kann der optische Neigungssensor relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche so angeordnet sein, dass die Einfallsebene eine bekannte Ausrichtung relativ zu der Schwenkachse hat und die weitere Einfallsebene eine bekannte Ausrichtung relativ zu der weiteren Schwenkachse hat, und die Verarbeitungsressource kann so konfiguriert sein, dass sie den Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche zumindest teilweise auf der Grundlage der bekannten Ausrichtung der Einfallsebene relativ zu der Schwenkachse und den weiteren Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche zumindest teilweise auf der Grundlage der bekannten Ausrichtung der weiteren Einfallsebene relativ zu der weiteren Schwenkachse bestimmt.
Optional ist die Verarbeitungsressource so konfiguriert, dass sie den Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche zumindest teilweise auf der Grundlage eines Abstands eines ersten Paars von Intensitätsspitzen, die einem ersten Paar der reflektierten Lichtstrahlen auf dem Sensorbereich des Bildsensors entsprechen, und eines Abstands eines zweiten Paars von Intensitätsspitzen, die einem zweiten Paar der reflektierten Lichtstrahlen auf dem Sensorbereich des Bildsensors entsprechen, bestimmt.
Optional ist die Verarbeitungsressource so konfiguriert, dass sie den weiteren Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche zumindest teilweise auf der Grundlage eines Abstands eines ersten Paars weiterer Intensitätsspitzen, die einem ersten Paar der weiteren reflektierten Lichtstrahlen auf dem Sensorbereich des Bildsensors entsprechen, und eines Abstands eines zweiten Paars weiterer Intensitätsspitzen, die einem zweiten Paar der weiteren reflektierten Lichtstrahlen auf dem Sensorbereich des Bildsensors entsprechen, bestimmt.
Optisches 3D-Neigungskontrollsystem
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein optisches Neigungssteuersystem zur Verwendung bei der Steuerung eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbundener Objekte oder Baugruppen um eine Schwenkachse und eines weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbundener Objekte oder Baugruppen um eine weitere Schwenkachse bereitgestellt, wobei das optische Neigungssteuersystem umfasst:

die optische Neigungsmessvorrichtung zur Verwendung beim Messen des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Schwenkachse und des weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die weitere Schwenkachse; und
einen oder mehrere Neigungsaktuatoren zum Einstellen des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbundener Objekte oder Baugruppen um die Schwenkachse und zum Einstellen des weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbundener Objekte oder Baugruppen um die weitere Schwenkachse,
wobei die Verarbeitungsressource so konfiguriert ist, dass sie den einen oder die mehreren Neigungsaktuatoren steuert, um den Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbundener Objekte oder Baugruppen auf der Grundlage des bestimmten Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche zu steuern, und um den weiteren Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbundener Objekte oder Baugruppen auf der Grundlage des bestimmten weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche zu steuern.

3D-Neigungserkennungsmethode
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Verwendung beim Erfassen eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche um eine Drehachse und eines weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um eine weitere Drehachse bereitgestellt, wobei das Verfahren das Verfahren zur Verwendung beim Messen eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche um eine Drehachse umfasst und das Verfahren ferner umfasst:

Aussenden von mindestens drei weiteren Lichtstrahlen, so dass jeder weitere ausgesendete Lichtstrahl auf die flache reflektierende Oberfläche auftrifft und von dieser reflektiert wird, um einen entsprechenden weiteren reflektierten Lichtstrahl zu bilden; und
Erfassen einer Intensitätsverteilung jedes der weiteren reflektierten Lichtstrahlen und Ausgeben eines oder mehrerer weiterer Signale, die für die erfasste Intensitätsverteilung jedes der weiteren reflektierten Lichtstrahlen repräsentativ sind,
wobei die mindestens drei weiteren emittierten Lichtstrahlen entlang mindestens drei entsprechenden unterschiedlichen weiteren Emissionspfaden emittiert werden, wobei sich jeder weitere Emissionspfad von einem entsprechenden weiteren Emissionspunkt entlang einer unterschiedlichen entsprechenden weiteren Emissionsrichtung erstreckt, und
wobei jede weitere Emissionsrichtung eine andere bekannte Orientierung relativ zu einer Orientierung der Sensorfläche des Bildsensors hat, jeder weitere Emissionspunkt eine bekannte räumliche Beziehung relativ zu jedem der anderen weiteren Emissionspunkte hat.

Die weitere Schwenkachse kann z. B. senkrecht zur Schwenkachse verlaufen.
Optional umfasst das Verfahren die Anordnung des optischen Neigungssensors in Bezug auf die flache reflektierende Oberfläche, so dass jede weitere Emissionsrichtung eine andere bekannte Orientierung in Bezug auf die weitere Schwenkachse aufweist.
Optional umfasst das Verfahren die Anordnung des optischen Neigungssensors relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche, so dass jede weitere Emissionsrichtung einen entsprechenden bekannten Winkel relativ zu der weiteren Drehachse definiert.
Optional definieren einer der mindestens drei verschiedenen weiteren Emissionspfade und eine Normale zur Sensorfläche eine weitere Einfallsebene.
Optional definiert jeder der anderen weiteren Emissionspfade einen Winkel relativ zur weiteren Einfallsebene von weniger als oder gleich 10°, weniger als oder gleich 5°, weniger als oder gleich 2° oder weniger als oder gleich 1° oder jeder der anderen weiteren Emissionspfade liegt in der weiteren Einfallsebene oder liegt im Wesentlichen in dieser.
Optional umfasst das Verfahren die Anordnung des optischen Neigungssensors in Bezug auf die flache reflektierende Oberfläche, so dass die weitere Einfallsebene eine bekannte Ausrichtung in Bezug auf die weitere Drehachse hat, um die die flache reflektierende Oberfläche kippt.
Optional umfasst das Verfahren die Anordnung des optischen Neigungssensors relativ zur flachen reflektierenden Oberfläche, so dass eine Normale zur weiteren Einfallsebene einen Winkel relativ zur weiteren Schwenkachse von weniger als oder gleich 10°, weniger als oder gleich 5°, weniger als oder gleich 2° oder weniger als oder gleich 1° definiert.
Optional umfasst das Verfahren die Anordnung des optischen Neigungssensors relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche, so dass die weitere Einfallsebene senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der weiteren Schwenkachse verläuft.
Optional umfasst das Verfahren die Anordnung der mindestens drei weiteren emittierten Lichtstrahlen relativ zu der ebenen reflektierenden Oberfläche, so dass die Intensitätsverteilungen der weiteren reflektierten Lichtstrahlen auf der Sensorfläche des Bildsensors unterschiedlich, nicht zusammenhängend und/oder nicht überlappend sind.
Optional umfasst das Verfahren die Anordnung der mindestens drei weiteren emittierten Lichtstrahlen relativ zu der ebenen reflektierenden Oberfläche, so dass sich zwei oder mehr der Intensitätsverteilungen der weiteren reflektierten Lichtstrahlen auf der Sensorfläche des Bildsensors teilweise überlappen.
Optional umfasst das Verfahren die Anordnung der mindestens drei weiteren emittierten Lichtstrahlen relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche, so dass jede der Intensitätsverteilungen der weiteren reflektierten Lichtstrahlen auf dem Sensorbereich des Bildsensors einen entsprechenden Peak oder Schwerpunkt aufweist und wobei die Peaks oder Schwerpunkte der Intensitätsverteilungen der weiteren reflektierten Lichtstrahlen an unterschiedlichen Positionen auf dem Sensorbereich des Bildsensors liegen.
Verfahren zur Verwendung bei der Messung und/oder Steuerung eines Neigungswinkels in 3D
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Verwendung beim Messen eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche um eine Drehachse und eines weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um eine weitere Drehachse bereitgestellt, wobei das Verfahren das Verfahren zur Verwendung beim Erfassen des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse und des weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die weitere Drehachse wie oben beschrieben umfasst, und wobei das Verfahren ferner das Bestimmen des weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die weitere Schwenkachse zumindest teilweise auf der Grundlage des einen oder der mehreren weiteren Ausgangssignale, der verschiedenen bekannten Orientierungen der verschiedenen weiteren Emissionsrichtungen relativ zu der Orientierung des Sensorbereichs des Bildsensors, der bekannten relativen räumlichen Beziehung zwischen den weiteren Emissionspunkten und der bekannten Orientierung jeder weiteren Emissionsrichtung relativ zu der weiteren Schwenkachse umfasst.
Optional umfasst das Verfahren die Bestimmung des weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche zumindest teilweise auf der Grundlage eines Abstands eines ersten Paars weiterer Intensitätsspitzen, die einem ersten Paar der weiteren reflektierten Lichtstrahlen auf dem Sensorbereich des Bildsensors entsprechen, und eines Abstands eines zweiten Paars weiterer Intensitätsspitzen, die einem zweiten Paar der weiteren reflektierten Lichtstrahlen auf dem Sensorbereich des Bildsensors entsprechen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Verwendung bei der Steuerung eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbundener Objekte oder Baugruppen um eine Schwenkachse und eines weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbundener Objekte oder Baugruppen um eine weitere Schwenkachse bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:

das Verfahren zur Verwendung beim Messen des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse und des weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die weitere Drehachse, wie oben beschrieben, und das Verfahren umfasst ferner das Steuern des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbundener Objekte oder Anordnungen auf der Grundlage des bestimmten Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche und das Steuern des weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbundener Objekte oder Anordnungen auf der Grundlage des bestimmten weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Verwendung beim Messen eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche um eine Drehachse und eines weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um eine weitere Drehachse bereitgestellt, wobei das Verfahren das Verfahren zur Verwendung beim Erfassen des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse und des weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die weitere Drehachse, wie oben beschrieben, umfasst, und das Verfahren ferner umfasst:

Bestimmen eines ersten Neigungswinkels derflachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse zumindest teilweise auf der Grundlage des einen oder der mehreren Ausgangssignale, die gemäß dem oben beschriebenen Verfahren erzeugt werden, wenn die flache reflektierende Oberfläche um die Drehachse um den ersten Neigungswinkel geneigt wird;
Bestimmen eines zweiten Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Schwenkachse zumindest teilweise auf der Grundlage des einen oder der mehreren Ausgangssignale, die gemäß dem oben beschriebenen Verfahren erzeugt werden, wenn die flache reflektierende Oberfläche um die Schwenkachse um den zweiten Neigungswinkel geneigt wird; und
Bestimmen einer Änderung zwischen dem ersten und dem zweiten Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse, wie beispielsweise eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Neigungswinkel, eine prozentuale Änderung zwischen dem ersten und dem zweiten Neigungswinkel oder ein Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Neigungswinkel;
Bestimmen eines ersten weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die weitere Schwenkachse zumindest teilweise auf der Grundlage des einen oder der mehreren Ausgangssignale, die gemäß dem oben beschriebenen Verfahren erzeugt werden, wenn die flache reflektierende Oberfläche um die weitere Schwenkachse um den ersten weiteren Neigungswinkel geneigt wird;
Bestimmen eines zweiten weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die weitere Schwenkachse zumindest teilweise auf der Grundlage des einen oder der mehreren Ausgangssignale, die gemäß dem oben beschriebenen Verfahren erzeugt werden, wenn die flache reflektierende Oberfläche um die weitere Schwenkachse um den zweiten weiteren Neigungswinkel geneigt wird; und
Bestimmen einer Änderung zwischen dem ersten weiteren und dem zweiten weiteren Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche um die weitere Drehachse, wie beispielsweise eine Differenz zwischen dem ersten weiteren und dem zweiten weiteren Neigungswinkel, eine prozentuale Änderung zwischen dem ersten weiteren und dem zweiten weiteren Neigungswinkel oder ein Verhältnis zwischen dem ersten weiteren und dem zweiten weiteren Neigungswinkel.

Der erste und zweite Neigungswinkel kann dem Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche um die Drehachse zu einem ersten bzw. zweiten Zeitpunkt entsprechen.
Der erste und zweite weitere Neigungswinkel kann dem weiteren Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche um die weitere Drehachse zu den ersten und zweiten Zeitpunkten entsprechen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Verwendung bei der Steuerung eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbundener Objekte oder Baugruppen um eine Schwenkachse und eines weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbundener Objekte oder Baugruppen um eine weitere Schwenkachse bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:

das Verfahren zur Verwendung bei der Messung des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die Schwenkachse und des weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um die weitere Schwenkachse, wie oben beschrieben, und das Verfahren ferner die Steuerung des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche und des weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche umfasst, und eines oder mehrerer Objekte oder Baugruppen, die mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbunden sind, auf der Grundlage der ermittelten Änderung zwischen dem ersten und zweiten Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche um die Schwenkachse und der ermittelten Änderung zwischen dem ersten weiteren und zweiten weiteren Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche um die weitere Schwenkachse.

Verfahren zur Orientierung von ersten und zweiten Objekten relativ zueinander in 3D
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Verwendung bei der Ausrichtung von ersten und zweiten Objekten relativ zueinander bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:

Anbringen eines optischen Neigungssensors zur Verwendung beim Erfassen eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche um eine Schwenkachse und eines weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche um eine weitere Schwenkachse, wie oben beschrieben, auf einer Oberfläche eines Basiselements;
Montage des ersten Objekts auf der Oberfläche des Basiselements;
Anordnen des zweiten Objekts relativ zum optischen Neigungssensor, so dass jeder emittierte Lichtstrahl auf eine ebene reflektierende Oberfläche des zweiten Objekts auftrifft und von dieser reflektiert wird, um den entsprechenden reflektierten Lichtstrahl zu bilden, so dass jeder weitere emittierte Lichtstrahl auf die ebene reflektierende Oberfläche des zweiten Objekts auftrifft und von dieser reflektiert wird, um den entsprechenden weiteren reflektierten Lichtstrahl zu bilden, so dass der Sensorbereich des Bildsensors eine Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen erfasst und ein oder mehrere Signale ausgibt, die für die erfasste Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen repräsentativ sind, so dass der Sensorbereich des Bildsensors eine Intensitätsverteilung jedes der weiteren reflektierten Lichtstrahlen detektiert und ein oder mehrere weitere Signale ausgibt, die für die detektierte Intensitätsverteilung jedes der weiteren reflektierten Lichtstrahlen repräsentativ sind, so dass jede Emissionsrichtung eine andere bekannte Orientierung relativ zur Schwenkachse aufweist und so dass jede weitere Emissionsrichtung eine andere bekannte Orientierung relativ zur weiteren Schwenkachse aufweist;
Bestimmen eines Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche des zweiten Objekts um die Schwenkachse und eines weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche des zweiten Objekts um die weitere Schwenkachse zumindest teilweise auf der Grundlage des einen oder der mehreren Ausgangssignale, des einen oder der mehreren weiteren Ausgangssignale, der verschiedenen bekannten Ausrichtungen der verschiedenen Emissionsrichtungen relativ zur Ausrichtung des Sensorbereichs des Bildsensors, den verschiedenen bekannten Ausrichtungen der verschiedenen weiteren Emissionsrichtungen relativ zur Ausrichtung des Sensorbereichs des Bildsensors, der bekannten relativen räumlichen Beziehung zwischen den Emissionspunkten, der bekannten relativen räumlichen Beziehung zwischen den weiteren Emissionspunkten, der bekannten Ausrichtung jeder Emissionsrichtung relativ zur Schwenkachse und der bekannten Ausrichtung jeder weiteren Emissionsrichtung relativ zur weiteren Schwenkachse; und
Steuerung der relativen Ausrichtung des ersten und zweiten Objekts entsprechend dem ermittelten Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche des zweiten Objekts und dem ermittelten weiteren Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche des zweiten Objekts.

Das erste Objekt kann ein erstes Bauteil, z. B. ein erstes optisches Bauteil, oder eine erste Baugruppe, z. B. eine erste Baugruppe von optischen Bauteilen,
umfassen.
Das zweite Objekt kann ein zweites Bauteil, z. B. ein zweites optisches Bauteil, oder eine zweite Baugruppe, z. B. eine zweite Baugruppe aus optischen Bauteilen, umfassen.
Es versteht sich, dass jedes oder mehrere der Merkmale eines der vorstehenden Aspekte der vorliegenden Offenbarung mit jedem oder mehreren der Merkmale eines der anderen vorstehenden Aspekte der vorliegenden Offenbarung kombiniert werden können.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein optischer Neigungssensor und die zugehörigen Geräte und Verfahren werden jetzt nur als nicht einschränkendes Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen sie dargestellt sind:

ist eine schematische Darstellung eines optischen Neigungssensors, der die Neigung einer flachen reflektierenden Oberfläche misst;
ist eine schematische Darstellung einer Neigungsmessvorrichtung mit dem optischen Neigungssensor aus im Einsatz zur Messung der Neigung einer flachen reflektierenden Oberfläche;
ist ein detailliertes Schema des optischen Neigungssensors von ;
zeigt einen Sensorbereich eines Bildsensors des optischen Neigungssensors aus mit der Intensitätsverteilung, die sich aus dem Auftreffen von sieben reflektierten Lichtstrahlen auf den Sensorbereich des Bildsensors ergibt;
ist ein Querschnittsprofil der in dargestellten Intensitätsverteilung;
ist eine schematische Darstellung eines räumlichen Filters zur räumlichen Filterung von Licht, das von einem optischen Sender einer optischen Senderanordnung des optischen Neigungssensors von ausgesendet wird;
zeigt den Sensorbereich des Bildsensors des optischen Neigungssensors aus mit der Intensitätsverteilung, die sich aus dem Auftreffen von sieben reflektierten Lichtstrahlen auf den Sensorbereich des Bildsensors ergibt;
ist ein Querschnittsprofil der in dargestellten Intensitätsverteilung;
ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die den Weg eines Lichtstrahls zeigt, der von einer räumlichen Emitteranordnung des optischen Neigungssensors von ausgesendet wird;
ist eine schematische Darstellung eines optischen Neigungskontrollsystems zur Ausrichtung eines ersten und eines zweiten Objekts relativ zueinander;
ist eine schematische Darstellung eines alternativen optischen Neigungskontrollsystems zur Ausrichtung einer ersten Baugruppe und einer zweiten Baugruppe relativ zueinander;
ist eine schematische Darstellung eines ersten alternativen räumlichen Filters zum räumlichen Filtern von Licht, das von einem optischen Sender einer optischen Senderanordnung des optischen Neigungssensors von ausgesendet wird;
ist eine schematische Darstellung eines zweiten alternativen räumlichen Filters zum räumlichen Filtern von Licht, das von einem optischen Sender einer optischen Senderanordnung des optischen Neigungssensors von ausgesendet wird;
ist eine schematische Darstellung eines dritten alternativen räumlichen Filters zur räumlichen Filterung von Licht, das von einem optischen Sender einer optischen Senderanordnung des optischen Neigungssensors von ausgesendet wird;
ist eine schematische Darstellung eines vierten alternativen räumlichen Filters zur räumlichen Filterung von Licht, das von einem optischen Emitter einer optischen Emitteranordnung des optischen Neigungssensors von emittiert wird;
ist eine schematische Darstellung eines fünften alternativen räumlichen Filters zur räumlichen Filterung von Licht, das von einem optischen Emitter einer optischen Emitteranordnung des optischen Neigungssensors von emittiert wird;
ist eine schematische Darstellung einer ersten alternativen optischen Emitteranordnung zur Verwendung im optischen Neigungssensor von ;
ist eine schematische Seitenansicht einer ersten Stufe bei der Herstellung eines optischen Senders der ersten alternativen optischen Senderanordnung von ;
ist eine schematische perspektivische Ansicht der ersten Stufe der Herstellung des optischen Senders der ersten alternativen optischen Senderanordnung von ;
ist eine schematische Seitenansicht einer zweiten Stufe bei der Herstellung eines optischen Senders der ersten alternativen optischen Senderanordnung von ;
ist eine schematische perspektivische Ansicht der zweiten Stufe bei der Herstellung des optischen Senders der ersten alternativen optischen Senderanordnung von ;
ist eine schematische Seitenansicht des optischen Strahlers der ersten alternativen optischen Strahleranordnung von , wenn der optische Strahler in Gebrauch ist;
ist eine schematische perspektivische Ansicht des optischen Strahlers der ersten alternativen optischen Strahleranordnung von , wenn der optische Strahler in Gebrauch ist;
ist eine schematische Darstellung einer zweiten alternativen optischen Emitteranordnung zur Verwendung im optischen Neigungssensor von ;
zeigt ein Beugungsmuster, das von der zweiten alternativen optischen Emitteranordnung von erzeugt wird;
ist eine schematische Darstellung einer dritten alternativen optischen Senderanordnung zur Verwendung in dem optischen Neigungssensor von ;
ist eine schematische Darstellung einer vierten alternativen optischen Emitteranordnung zur Verwendung in dem optischen Neigungssensor von , wobei die vierte alternative optische Emitteranordnung einen optischen Emitter und ein beugendes optisches Element (DOE) enthält;
zeigt ein erstes Beispiel eines Beugungsmusters, das unter Verwendung eines ersten DOE-Typs in der optischen Emitteranordnung von gebildet wurde;
zeigt ein zweites Beispiel eines Beugungsmusters, das unter Verwendung eines zweiten DOE-Typs in der optischen Emitteranordnung von gebildet wurde;
zeigt ein drittes Beispiel eines Beugungsmusters, das unter Verwendung eines dritten DOE-Typs in der optischen Emitteranordnung von gebildet wurde;
ist eine schematische Darstellung einer fünften alternativen optischen Emitteranordnung zur Verwendung im optischen Neigungssensor von ;
ist eine Draufsicht auf ein VCSEL-Array zur Verwendung in einer sechsten alternativen optischen Emitter-Anordnung zur Verwendung in dem optischen Neigungssensor von ;
ist eine schematische Darstellung einer siebten alternativen optischen Emitteranordnung zur Verwendung im optischen Neigungssensor von ;
ist eine schematische Darstellung einer achten alternativen optischen Emitteranordnung zur Verwendung im optischen Neigungssensor von ;
ist eine schematische Darstellung einer neunten alternativen optischen Emitteranordnung zur Verwendung im optischen Neigungssensor von ;
ist ein detailliertes Schema eines optischen 3D-Neigungssensors im Einsatz, der die 3D-Neigung einer flachen reflektierenden Oberfläche misst, wenn die flache reflektierende Oberfläche parallel zu einem Sensorbereich eines Bildsensors des optischen 3D-Neigungssensors ist;
ist ein detailliertes Schema des optischen 3D-Neigungssensors von bei der Messung der 3D-Neigung der flachen reflektierenden Oberfläche, wenn die flache reflektierende Oberfläche in einem Winkel relativ zum Sensorbereich des Bildsensors des optischen 3D-Neigungssensors geneigt ist;
zeigt die Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen und jedes der weiteren reflektierten Lichtstrahlen, die auf den Sensorbereich des Bildsensors entsprechend dem 3D-Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche von einfallen; und
zeigt die Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen und jedes der weiteren reflektierten Lichtstrahlen, die auf den Sensorbereich des Bildsensors entsprechend dem 3D-Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche von einfallen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In ist zunächst ein optischer Neigungssensor 2 dargestellt, der auf einer Leiterplatte 3 montiert ist und einen Neigungswinkel einer flachen reflektierenden Oberfläche 4 um eine Drehachse 6 misst. ϕ Der optische Neigungssensor 2 ist in detaillierter dargestellt und umfasst eine optische Emitteranordnung 10, einen Bildsensor 12 und ein Gehäuse 14, an dem die optische Emitteranordnung 10 und der Bildsensor 12 in einer festen räumlichen Anordnung angebracht sind. Der optische Neigungssensor 2 ist Teil einer Neigungsmessvorrichtung 1, die den optischen Neigungssensor 2 und eine Verarbeitungsressource 16 umfasst. Der optische Neigungssensor 2 ist für die Kommunikation mit der Verarbeitungsressource 16 über eine Kommunikationsverbindung 18 konfiguriert.
Wie in dargestellt, umfasst die optische Senderanordnung 10 einen optischen Sender 30 in Form einer LED oder einer Laserdiode, wie z. B. einen oberflächenemittierenden Laser mit vertikalem Resonator (VCSEL), und einen Raumfilter 32 zur räumlichen Filterung des von dem optischen Sender 30 emittierten Lichts, um zumindest teilweise mindestens drei emittierte Lichtstrahlen 20 zu definieren.
Wie in den dargestellt, ist die optische Senderanordnung 10 so konfiguriert, dass sie mindestens drei Lichtstrahlen 20 durch eine Öffnung oder ein Fenster (nicht dargestellt) im Gehäuse 14 aussendet, so dass jeder ausgesendete Lichtstrahl 20 auf die flache reflektierende Oberfläche 4 auftrifft und von dieser reflektiert wird, um einen entsprechenden reflektierten Lichtstrahl 22 zu bilden, der durch eine Öffnung oder ein Fenster (nicht dargestellt) im Gehäuse 14 hindurchgeht und auf einen Sensorbereich 13 des Bildsensors 12 auftrifft. In dem in den dargestellten speziellen Beispiel ist die optische Senderanordnung 10 so konfiguriert, dass sie sieben Lichtstrahlen 20 durch eine Öffnung oder ein Fenster (nicht dargestellt) im Gehäuse 14 aussendet, so dass jeder ausgesendete Lichtstrahl 20 auf die flache reflektierende Oberfläche 4 auftrifft und von ihr reflektiert wird, um einen entsprechenden reflektierten Lichtstrahl 22 zu bilden, der durch eine Öffnung oder ein Fenster (nicht dargestellt) im Gehäuse 14 hindurchgeht und auf einen Sensorbereich 13 des Bildsensors 12 auftrifft. Jeder Lichtstrahl 22 wird entlang eines entsprechenden unterschiedlichen Emissionspfades emittiert, wobei sich jeder Emissionspfad von einem gemeinsamen Emissionspunkt 24 entlang einer unterschiedlichen entsprechenden Emissionsrichtung erstreckt, wobei jede Emissionsrichtung eine unterschiedliche bekannte Orientierung relativ zu einer Orientierung des Sensorbereichs 13 des Bildsensors 12 aufweist. Wie aus ersichtlich, ist der Winkelabstand zwischen den Emissionsrichtungen eines der Paare benachbarter emittierter Strahlen 20 anders als der Winkelabstand zwischen den Emissionsrichtungen der anderen Paare benachbarter emittierter Strahlen 20. Insbesondere ist der Winkelabstand zwischen dem dritten und vierten emittierten Strahl 20 anders als der Winkelabstand zwischen jedem der anderen Paare benachbarter emittierter Strahlen 20. Wie aus den ersichtlich, führt eine solche Anordnung der Emissionsrichtungen der emittierten Strahlen 20 zu einer entsprechenden Anordnung der Richtungen der reflektierten Strahlen 22 und kann bei der Identifizierung der Intensitätsverteilungen auf der Sensorfläche 13 des Bildsensors 12 helfen, die jedem der emittierten Strahlen 20 entsprechen. Der Bildsensor 12 detektiert die Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen 22 und gibt ein oder mehrere Signale aus, die für die detektierte Intensitätsverteilung jedes der auf die Sensorfläche 13 des Bildsensors 12 einfallenden reflektierten Strahlen 22 repräsentativ sind, um von der Verarbeitungsressource 16 verarbeitet zu werden.
zeigt den Raumfilter 32 im Detail. Der Raumfilter 32 umfasst ein transparentes Substrat 34 mit einer Dicke t, das aus einem Glasmaterial gebildet ist, das eine Eingangsfläche 36 und eine Ausgangsfläche 38 definiert. Der Raumfilter 32 ist so angeordnet, dass die Ausgangsfläche 38 parallel zum Sensorbereich 13 des Bildsensors 12 liegt. Auf der Eingangsfläche 36 des Substrats 34 ist eine gemusterte undurchsichtige Beschichtung 40 aus einem Metall wie z. B. Chrom und auf der Ausgangsfläche 38 des Substrats 34 eine gemusterte undurchsichtige Beschichtung 42 aus einem Metall wie z. B. Chrom ausgebildet.
Die strukturierte undurchsichtige Beschichtung 40 auf der Eingangsfläche 36 definiert mindestens drei Eingangsöffnungen 46 in Form von mindestens drei Schlitzen. Die strukturierte undurchsichtige Beschichtung 42 auf der Ausgangsfläche 38 definiert eine Ausgangsöffnung 48 in Form einer Lochblende. Jede Eingangsöffnung 46 hat eine bekannte Position und Ausrichtung in Bezug auf jede der anderen Eingangsöffnungen 46 und die Ausgangsöffnung 48. Jede Eingangsapertur 46 ist so konfiguriert, dass sie Licht vom optischen Sender 30 empfängt. Die Ausgangsapertur 48 ist so konfiguriert, dass sie das von jeder Eingangsapertur 46 empfangene Licht entlang eines entsprechenden Emissionspfades überträgt, um zumindest teilweise einen entsprechenden der mindestens drei emittierten Lichtstrahlen 20 zu definieren. Die Ausgangsapertur 48 definiert somit den gemeinsamen Emissionspunkt 24.
Ein Fachmann wird verstehen, dass die Dicke t des Substrats 34 mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann oder bekannt ist und dass die relative Position und Ausrichtung jeder der Eingangsöffnungen 46 und der Ausgangsöffnung 48 mit hoher Präzision unter Verwendung moderner lithografischer Herstellungsverfahren gesteuert werden kann, so dass die relativen Richtungen der emittierten Lichtstrahlen 20 ebenfalls mit hoher Präzision bekannt sind. Insbesondere kann eine Normale 28 definiert werden, die senkrecht zur Ausgangsfläche 38 steht und durch die Ausgangsöffnung 48 verläuft, und der Winkel α_i der zwischen dem Weg des i^th emittierten Lichtstrahls 20 und der Normalen 28 definiert ist, kann mit hoher Genauigkeit bekannt sein. Der Abstand d_i jeder Eingangsöffnung 46 von der Normalen 28 entlang einer Richtung senkrecht zur Normalen 28 für eine gegebene Emissionsrichtung, die durch den Winkel α_i zwischen dem Pfad des i^th emittierten Strahls 20 und der Normalen 28 definiert ist, kann berechnet werden aus: $d_{i} = t \cdot t a n (γ_{i})$
und $n_{1} s i n (γ_{i}) = n_{2} s i n (α_{i})$
wobei γ_i der Winkel in Bezug auf die Normale 28 der Pfade ist, entlang derer sich das Licht des optischen Senders 30 im Inneren des Substrats 34 ausbreitet, nachdem das Licht durch die verschiedenen Eingangsöffnungen 46 übertragen wurde, n₁ der Brechungsindex von Luft ist und n₂ der Brechungsindex des Substrats 34 ist.
Setzt man Gleichung (2) in Gleichung (1) ein, so erhält man: $d_{i} = t \cdot t a n [s i n^{- 1} (\frac{n_{2}}{n_{1}} s i n (α_{i}))]$
Wie aus der Konvergenz des auf die Eingangsöffnungen 46 in einfallenden Lichts ersichtlich ist, umfasst die optische Emitteranordnung 10 ein Fokussierungselement, wie z. B. eine Linse (in oder nicht dargestellt), die so konfiguriert ist, dass sie das vom optischen Emitter 30 emittierte Licht auf die Ausgangsöffnung 48 fokussiert.
Gleichung (3) kann verwendet werden, um die relative räumliche Anordnung der Eingangsöffnungen 46 und der Ausgangsöffnung 48 für einen bestimmten Winkel zu entwerfen oder auszuwählen α_i zwischen dem Pfad des i^th emittierten Strahls 20 und der Senkrechten 28 auf die Ausgangsfläche 38.
Umgekehrt ist bei einer gegebenen relativen räumlichen Anordnung der Eingangsöffnungen 46 und der Ausgangsöffnung 48, die durch jeden horizontalen Abstand d_i jeder Eingangsöffnung 46 von der Normalen 28 definiert ist, die durch den Winkel definierte Emissionsrichtung α_i definiert ist, aus berechnet werden: $α_{i} = s i n^{- 1} {\frac{n_{1}}{n_{2}} s i n [t a n^{- 1} (\frac{d_{i}}{t})]}$
Es sollte klar sein, dass jede der Eingangsöffnungen 46 und der Ausgangsöffnungen 48 so konfiguriert ist, dass die Beugung des durch die Öffnungen 46, 48 übertragenen Lichts minimiert wird. Zum Beispiel kann jede Öffnung 46, 48 eine Abmessung haben, die größer ist als die Wellenlänge des von dem optischen Sender 30 ausgesandten Lichts, mindestens 10-mal größer als die Wellenlänge des von dem optischen Sender 30 ausgesandten Lichts oder mindestens 100-mal größer als die Wellenlänge des von dem optischen Sender 30 ausgesandten Lichts.
Wie in gezeigt, führt die Konfiguration der optischen Emitteranordnung 10 und die Anordnung der optischen Emitteranordnung 10 und des Bildsensors 12 relativ zur ebenen reflektierenden Oberfläche 4 zu sieben verschiedenen, nicht zusammenhängenden und/oder nicht überlappenden Intensitätsverteilungen 26, die sich aus dem Auftreffen der reflektierten Strahlen 22 auf den Sensorbereich 13 des Bildsensors 12 ergeben, wobei die Intensitätsverteilungen 26 ihre Spitzen oder Schwerpunkte an entsprechenden horizontalen Positionen x₁ bis x₇ auf dem Sensorbereich 13 haben.
In ist die flache reflektierende Oberfläche 4 in einem zu messenden Neigungswinkel von ϕ relativ zur horizontalen Richtung angeordnet. Der gemeinsame Emissionspunkt 24 befindet sich in einer Höhe z über der Sensorfläche 13 des Bildsensors 12. Der gemeinsame Emissionspunkt 24 und die Schwenkachse 6 liegen auf einer Geraden, die einen Winkel (90° - β) Der gemeinsame Emissionspunkt 24 und die Drehachse 6 liegen auf einer Geraden, die einen Winkel zur Senkrechten 28 bildet, und der gemeinsame Emissionspunkt 24 und die Drehachse 6 sind durch einen Abstand R voneinander getrennt. Eine Senkrechte auf die Sensorfläche 13 des Bildsensors 12 ist in der senkrechten Richtung 28 ausgerichtet. Ein erster emittierter Strahl 20 wird von dem gemeinsamen Emissionspunkt 24 entlang einer ersten Emissionsrichtung emittiert, die einen Winkel α₁ relativ zur vertikalen Richtung 28 definiert, abgestrahlt und von der flachen reflektierenden Oberfläche 4 reflektiert, um einen entsprechenden ersten reflektierten Strahl 22 zu bilden, der auf den Sensorbereich 13 des Bildsensors 12 in einem horizontalen Abstand x₁ vom gemeinsamen Emissionspunkt 24 einfällt. Auf der Grundlage der Trigonometrie kann gezeigt werden, dass x₁ gegeben ist durch: $x_{1} = [2 R s i n (β + ϕ) z] c o s (ϕ) [t a n (α_{1} + 2 ϕ) - t a n (ϕ)]$
In ähnlicher Weise wird ein zweiter emittierter Strahl (in nicht dargestellt) von dem gemeinsamen Emissionspunkt 24 entlang einer zweiten Emissionsrichtung emittiert, die einen Winkel definiert α₂ relativ zur vertikalen Richtung 28 definiert, und wird von der flachen reflektierenden Oberfläche 4 reflektiert, um einen entsprechenden zweiten reflektierten Strahl (in nicht dargestellt) zu bilden, der auf den Sensorbereich 13 des Bildsensors 12 in einem horizontalen Abstand x₂ vom gemeinsamen Emissionspunkt 24 einfällt, der durch gegeben ist: $x_{2} = [2 R s i n (β + ϕ) + z] c o s (ϕ) [t a n (α_{2} + 2 ϕ) - t a n (ϕ)]$
und ein dritter emittierter Strahl (in nicht dargestellt) wird von dem gemeinsamen Emissionspunkt 24 entlang einer dritten Emissionsrichtung emittiert, die einen Winkel definiert α₃ relativ zur vertikalen Richtung 28 definiert und von der flachen reflektierenden Oberfläche 4 reflektiert wird, um einen entsprechenden dritten reflektierten Strahl (in nicht dargestellt) zu bilden, der auf den Sensorbereich 13 des Bildsensors 12 in einem horizontalen Abstand x₃ vom gemeinsamen Emissionspunkt 24 einfällt, der durch gegeben ist: $x_{3} = [2 R s i n (β + ϕ) + z] c o s (ϕ) [t a n (α_{3} + 2 ϕ) - t a n (ϕ)]$
wobei davon ausgegangen wird, dass die Pfade des ersten, des zweiten und des dritten ausgesandten Strahls alle in einer Ebene liegen, die senkrecht zur Drehachse 6 verläuft. Daraus folgt, dass: $x_{2} - x_{1} = [2 R s i n (β + ϕ) + z] c o s (ϕ) [t a n (α_{2} + 2 ϕ) - t a n (α_{1} + 2 ϕ)]$
$x_{3} - x_{1} = [2 R s i n (β + ϕ) + z] c o s (ϕ) [t a n (α_{3} + 2 ϕ) - t a n (α_{1} + 2 ϕ)]$
und $\frac{x_{3} - x_{1}}{x_{2} - x_{1}} = \frac{[t a n (α_{3} + 2 ϕ) - t a n (α_{1} + 2 ϕ)]}{[t a n (α_{2} + 2 ϕ) - t a n (α_{1} + 2 ϕ)]}$
Bei der Verwendung empfängt die Verarbeitungsressource 16 ein oder mehrere Ausgangssignale von dem Bildsensor 12, wobei das eine oder die mehreren Ausgangssignale repräsentativ für die erfasste Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen 22 sind und die Verarbeitungsressource 16 die Gleichung (10) löst, um den Neigungswinkel ϕ der flachen reflektierenden Oberfläche 4 zumindest teilweise auf der Grundlage des einen oder der mehreren empfangenen Ausgangssignale, der verschiedenen bekannten Orientierungen der verschiedenen Emissionsrichtungen α₁, α₂, und α₃ der mindestens drei emittierten Strahlen 20 relativ zur Ausrichtung des Sensorbereichs 13 des Bildsensors 12 und der Tatsache, dass die emittierten Strahlen 20 alle von dem gemeinsamen Emissionspunkt 24 ausgehen.
Konkret verwendet die Verarbeitungsressource 16 Gleichung (10), um den Neigungswinkel ϕ der flachen reflektierenden Oberfläche 4 aus den bekannten Winkeln α₁, α₂ und α₃ die Abstände x₂ - x₁ der Spitzen oder Mittelpunkte der Intensitätsspitzen, die gebildet werden, wenn die ersten und zweiten reflektierten Strahlen auf den Sensorbereich 13 des Bildsensors 12 auftreffen, und den Abstand x₃ - x₁ der Spitzen oder Mittelpunkte der Intensitätsspitzen, die gebildet werden, wenn der erste und der dritte reflektierte Strahl auf die Sensorfläche 13 des Bildsensors 12 auftreffen. Darüber hinaus wird ein Fachmann verstehen, dass die rechte Seite der Gleichung (10) nicht von dem Abstand R zwischen dem gemeinsamen Emissionspunkt 24 und der Drehachse 6, dem Abstand zwischen dem gemeinsamen Emissionspunkt 24 und der ebenen reflektierenden Oberfläche 4, dem horizontalen Abstand zwischen dem gemeinsamen Emissionspunkt 24 und dem aktiven Bereich 13 des Bildsensors 12 oder dem vertikalen Abstand z zwischen dem gemeinsamen Emissionspunkt 24 und dem aktiven Bereich 13 des Bildsensors 12 oder dem Reflexionsvermögen der ebenen reflektierenden Oberfläche 4 abhängt. So kann der optische Neigungssensor 2 verwendet werden, um den Neigungswinkel ϕ der ebenen reflektierenden Fläche 4 um die Schwenkachse 6 mit hoher Genauigkeit bestimmen, selbst wenn der Abstand zwischen dem optischen Neigungssensor 2 und der ebenen reflektierenden Fläche 4 unbekannt (oder zumindest nicht genau bekannt) ist, selbst wenn der Abstand R zwischen dem optischen Neigungssensor 2 und der Schwenkachse 6 unbekannt (oder zumindest nicht genau bekannt) ist, und ohne dass der optische Neigungssensor 2 kalibriert werden muss. Obwohl die Drehachse 6 in als auf der flachen reflektierenden Oberfläche 4 liegend dargestellt ist, wird aus Gleichung (10) ersichtlich, dass die Drehachse 6 nicht zwingend auf der flachen reflektierenden Oberfläche 4 liegen muss und dass die Drehachse 6 im Allgemeinen von der flachen reflektierenden Oberfläche 4 versetzt oder versetzt sein kann.
Wie aus den ersichtlich ist, unterscheidet sich der Winkelabstand zwischen den Emissionsrichtungen eines oder mehrerer Paare benachbarter emittierter Strahlen 20 von einem Winkelabstand zwischen den Emissionsrichtungen der anderen Paare benachbarter emittierter Strahlen 20. Insbesondere ist die optische Emitteranordnung 10 so konfiguriert, dass sie erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste und siebte Lichtstrahlen 20 entlang erster, zweiter, dritter, vierter, fünfter, sechster und siebter unterschiedlicher entsprechender Emissionsrichtungen emittiert, wobei ein Winkelabstand zwischen den dritten und vierten emittierten Strahlen sich von einem Winkelabstand zwischen den ersten und zweiten emittierten Strahlen unterscheidet, einem Winkelabstand zwischen den zweiten und dritten emittierten Strahlen, einem Winkelabstand zwischen den vierten und fünften emittierten Strahlen, einem Winkelabstand zwischen den fünften und sechsten emittierten Strahlen und einem Winkelabstand zwischen den sechsten und siebten emittierten Strahlen. Wenn sich ein Winkelabstand zwischen den Emissionsrichtungen eines oder mehrerer Paare benachbarter emittierter Strahlen 20 von einem Winkelabstand zwischen den Emissionsrichtungen der anderen Paare benachbarter emittierter Strahlen 20 auf diese Weise unterscheidet, können die sich ergebenden Intensitätsverteilungen der reflektierten Strahlen 22 auf der Sensorfläche 13 des Bildsensors 12 ein charakteristisches Muster aufweisen, das bei der Identifizierung der Intensitätsverteilungen auf der Sensorfläche 13 des Bildsensors 12, die jedem der emittierten Strahlen 20 entsprechen, hilfreich sein kann. Dies kann besonders nützlich sein, wenn der optische Neigungssensor 2 und die flache reflektierende Oberfläche 4 so angeordnet sind, dass einige, aber nicht alle der reflektierten Strahlen 22 auf den Sensorbereich 13 des Bildsensors 12 treffen.
In ist ein optisches Neigungssteuerungssystem mit der allgemeinen Bezeichnung 80 dargestellt, mit dem ein erstes Objekt 81 und ein zweites Objekt 82 relativ zueinander ausgerichtet werden können. Das erste Objekt 81 kann z. B. ein Bildsensor (für eine Kameraanwendung) oder ein Bildgenerator (für eine Projektoranwendung) sein. Bei dem zweiten Objekt 82 kann es sich beispielsweise um ein optisches Bauteil oder ein optisches System wie einen Objektivtubus handeln. Das zweite Objekt 82 umfasst eine flache reflektierende Sondenoberfläche 84. Das optische Neigungssteuersystem 80 umfasst die Neigungsmessvorrichtung 1 und einen Neigungsaktuator 86 zum Einstellen eines Neigungswinkels des zweiten Objekts 82 einschließlich der flachen reflektierenden Sondenoberfläche 84 um eine Drehachse 6. Der optische Neigungssensor 2 der Neigungsmessvorrichtung 1 und das erste Objekt 81 sind auf einem gemeinsamen Grundelement in Form einer Leiterplatte 88 montiert, wobei die flache reflektierende Sondenoberfläche 84 des zweiten Objekts 82 oberhalb des optischen Neigungssensors 2 angeordnet ist. Aus ist ersichtlich, dass die Schwenkachse 6 im Allgemeinen nicht auf der flachen reflektierenden Tastfläche 84 liegt.
Bei der Verwendung bestimmt die Verarbeitungsressource 16 den Neigungswinkel der flachen reflektierenden Sondenoberfläche 84 zumindest teilweise auf der Grundlage eines oder mehrerer Ausgangssignale, die von dem optischen Neigungssensor 2 empfangen werden, der verschiedenen bekannten Ausrichtungen der verschiedenen Emissionsrichtungen α₁, α₂, und α₃ der mindestens drei emittierten Strahlen 20 relativ zur Ausrichtung des Sensorbereichs 13 des Bildsensors 12 und der Tatsache, dass die emittierten Strahlen 20 alle von dem gemeinsamen Emissionspunkt 24 ausgehen. Die Verarbeitungsressource 16 steuert dann den Neigungsaktuator 86, um den Neigungswinkel des zweiten Objekts 82 relativ zu dem ersten Objekt 81 auf der Grundlage des ermittelten Neigungswinkels der flachen reflektierenden Sondenoberfläche 84 des zweiten Objekts 82 zu steuern, um dadurch einen gewünschten Neigungswinkel oder eine gewünschte Ausrichtung des zweiten Objekts 82 relativ zu dem ersten Objekt 81 zu erreichen.
In ist ein alternatives optisches Neigungssteuersystem mit der allgemeinen Bezeichnung 90 zur Ausrichtung einer ersten Baugruppe 91 und einer zweiten Baugruppe 92 relativ zueinander dargestellt. Die erste Baugruppe 91 kann beispielsweise eine Baugruppe optischer Komponenten sein, die eine erste optische Komponente 91a, z. B. einen Bildgenerator, der auf einem Basiselement 91b, z. B. einer Leiterplatte, montiert ist, und eine zweite optische Komponente 91c, z. B. einen Linsentubus, der auf die erste optische Komponente 91a ausgerichtet und daran befestigt ist, umfasst. Die erste Baugruppe 91 umfasst ferner eine flache reflektierende Sondenoberfläche 91 d. Die zweite Baugruppe 92 kann beispielsweise eine Baugruppe optischer Komponenten sein, die eine erste optische Komponente, wie einen Bildsensor 92a, der auf einem Basiselement 92b, wie einer Leiterplatte, montiert ist, und eine zweite optische Komponente 92c, wie einen Linsentubus, der auf die erste optische Komponente 92a ausgerichtet und an ihr befestigt ist, umfasst. Das optische Neigungssteuersystem 90 umfasst die Neigungsmessvorrichtung 1 und einen Neigungsaktuator 96 zum Einstellen eines Neigungswinkels der ersten Baugruppe 91 einschließlich der flachen reflektierenden Sondenoberfläche 91d um eine Schwenkachse 6. Der optische Neigungssensor 2 der Neigungsmessvorrichtung 1 ist auf der Leiterplatte 92b der zweiten Baugruppe 92 montiert, wobei die flache reflektierende Sondenoberfläche 91 d der ersten Baugruppe 91 über dem optischen Neigungssensor 2 angeordnet ist. Aus ist ersichtlich, dass die Drehachse 6 im Allgemeinen nicht auf der flachen reflektierenden Sondenoberfläche 91 d liegt.
Bei der Verwendung bestimmt die Verarbeitungsressource 16 den Neigungswinkel der flachen reflektierenden Sondenoberfläche 91 d zumindest teilweise auf der Grundlage eines oder mehrerer Ausgangssignale, die von dem optischen Neigungssensor 2 empfangen werden, der verschiedenen bekannten Ausrichtungen der verschiedenen Emissionsrichtungen α₁, α₂, und α₃ der mindestens drei emittierten Strahlen 20 relativ zur Ausrichtung des Sensorbereichs 13 des Bildsensors 12 und der Tatsache, dass die emittierten Strahlen 20 alle von dem gemeinsamen Emissionspunkt 24 ausgehen. Die Verarbeitungsressource 16 steuert dann den Neigungsaktuator 96, um den Neigungswinkel der ersten Baugruppe 91 auf der Grundlage des ermittelten Neigungswinkels der flachen reflektierenden Sondenoberfläche 91d der ersten Baugruppe 91 zu steuern, um dadurch einen gewünschten Neigungswinkel oder eine gewünschte Ausrichtung der ersten Baugruppe 91 relativ zu der zweiten Baugruppe 92 zu erreichen.
In ist ein erster alternativer Raumfilter 132 zur räumlichen Filterung des vom optischen Sender 30 emittierten Lichts dargestellt. Der Raumfilter 132 weist viele ähnliche Merkmale auf wie der Raumfilter 32 von , wobei die Merkmale des Raumfilters 132 von mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet sind wie die entsprechenden Merkmale des Raumfilters 32 von , erhöht um „100“. Insbesondere umfasst der Raumfilter 132 ein transparentes Substrat 134, das aus einem Glasmaterial gebildet ist, das eine Eingangsfläche 136 und eine Ausgangsfläche 138 definiert. Eine gemusterte undurchsichtige Beschichtung 140 wird aus einem Metall, wie z. B. Chrom, auf der Eingangsfläche 136 des Substrats 134 gebildet, und eine gemusterte undurchsichtige Beschichtung 142 wird aus einem Metall, wie z. B. Chrom, auf der Ausgangsfläche 138 des Substrats 134 gebildet.
Die strukturierte undurchsichtige Beschichtung 140 auf der Eingangsfläche 136 definiert mindestens drei Eingangsöffnungen 146 in Form von mindestens drei Schlitzen. Die strukturierte undurchsichtige Beschichtung 142 auf der Ausgangsfläche 38 definiert eine Ausgangsöffnung 148 in Form einer Lochblende. Jede Eingangsöffnung 146 hat eine bekannte Position und Ausrichtung relativ zu jeder der anderen Eingangsöffnungen 146 und der Ausgangsöffnung 148. Die Eingangsöffnungen 146 sind gegenüber der Senkrechten 28 zur Ausgangsfläche 138, die sich durch die Ausgangsöffnung 148 erstreckt, horizontal versetzt.
Eine Schutzschicht aus transparentem, UV-gehärtetem Material 150, z. B. gehärtetes UV-Epoxid, wird auf der gemusterten undurchsichtigen Beschichtung 140 gebildet, und eine Schutzschicht aus transparentem, UV-gehärtetem Material 152, z. B. gehärtetes UV-Epoxid, wird auf der gemusterten undurchsichtigen Beschichtung 142 gebildet. Das UV-gehärtete Material der Schichten 150, 152 kann einen Brechungsindex haben n₃ aufweisen, der zwischen dem Brechungsindex n₁ = 1 von Luft und dem Brechungsindex n₂ des Substrats 134 liegt. Zum Beispiel kann der Brechungsindex n₂ des Substrats 34 etwa 1,5 betragen und der Brechungsindex n₃ des UV-gehärteten Materials der Schichten 150, 152 kann etwa 1,45 betragen.
Jede Eingangsöffnung 146 ist so konfiguriert, dass sie Licht von dem optischen Sender 30 empfängt. Die Ausgangsöffnung 148 ist so konfiguriert, dass sie das von jeder Eingangsöffnung 146 empfangene Licht entlang eines entsprechenden Emissionspfades überträgt, um zumindest teilweise einen entsprechenden der mindestens drei emittierten Lichtstrahlen 20 zu definieren. Die Ausgangsöffnung 148 definiert somit den gemeinsamen Emissionspunkt 24.
In ist ein zweiter alternativer Raumfilter 232 zur räumlichen Filterung des von dem optischen Sender 30 emittierten Lichts dargestellt. Der Raumfilter 232 weist viele ähnliche Merkmale auf wie der Raumfilter 132 in , wobei die Merkmale des Raumfilters 232 in mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet sind wie die entsprechenden Merkmale des Raumfilters 132 in , erhöht um „100“. Insbesondere umfasst der Raumfilter 232 ein transparentes Substrat 234 aus einem Glasmaterial, das eine Eingangsfläche 236 und eine Ausgangsfläche 238 definiert. Eine gemusterte undurchsichtige Beschichtung 240 wird aus einem Metall wie Chrom auf der Eingangsfläche 236 des Substrats 234 gebildet, und eine gemusterte undurchsichtige Beschichtung 242 wird aus einem Metall wie Chrom auf der Ausgangsfläche 238 des Substrats 234 gebildet.
Die strukturierte undurchsichtige Beschichtung 240 auf der Eingangsfläche 236 definiert mindestens drei Eingangsöffnungen 246 in Form von mindestens drei Schlitzen. Die strukturierte undurchsichtige Beschichtung 242 auf der Ausgangsfläche 238 definiert eine Ausgangsöffnung 248 in Form einer Lochblende. Jede Eingangsöffnung 246 hat eine bekannte Position und Ausrichtung in Bezug auf jede der anderen Eingangsöffnungen 246 und die Ausgangsöffnung 248. Die Eingangsöffnungen 246 sind relativ zur Senkrechten 28 auf die Ausgangsfläche 238, die sich durch die Ausgangsöffnung 248 erstreckt, horizontal versetzt.
UV-härtbares Material, wie z. B. UV-härtbares Epoxid, wird auf der gemusterten undurchsichtigen Beschichtung 240 gebildet oder darauf aufgebracht und geformt, z. B. durch Formen oder Prägen, und gehärtet, um eine Schicht aus UV-gehärtetem Material 250 zu bilden, die ein Eingangsmikroprisma 254 enthält, das die Eingangsöffnungen 246 abdeckt. In ähnlicher Weise wird UV-härtbares Material, wie z. B. UV-härtbares Epoxid, auf der gemusterten undurchsichtigen Beschichtung 242 gebildet oder aufgebracht und geformt, z. B. durch Formen oder Prägen, und gehärtet, um eine Schicht aus UV-gehärtetem Material 252 zu bilden, die ein Ausgangs-Mikroprisma 256 enthält, das die Ausgangsöffnung 248 abdeckt. Das UV-gehärtete Material der Schichten 250, 252 kann einen Brechungsindex haben n₃ aufweisen, der im Wert zwischen dem Brechungsindex n₁ = 1 von Luft und dem Brechungsindex n₂ des Substrats 34 liegt. Zum Beispiel kann der Brechungsindex n₂ des Substrats 234 etwa 1,5 betragen und der Brechungsindex n₃ des UV-gehärteten Materials der Schichten 250, 252 kann etwa 1,45 betragen.
Jede Eingangsöffnung 246 ist so konfiguriert, dass sie Licht vom optischen Emitter 30 empfängt. Die Ausgangsöffnung 248 ist so konfiguriert, dass sie das von jeder Eingangsöffnung 246 empfangene Licht entlang eines entsprechenden Emissionspfades überträgt, um zumindest teilweise einen entsprechenden der mindestens drei emittierten Lichtstrahlen 20 zu definieren. Die Ausgangsapertur 248 definiert somit den gemeinsamen Emissionspunkt 24.
Das Eingangs-Mikroprisma 254 dient dazu, die Effizienz der Lichtübertragung vom optischen Emitter 30 in das Substrat 234 über die Eingangsöffnungen 246 zu verbessern. In ähnlicher Weise dient das Ausgangs-Mikroprisma 256 dazu, die Effizienz der Übertragung von Licht aus dem Substrat 234 über die Ausgangsöffnung 248 zu verbessern. Ein Fachmann wird verstehen, dass das Vorhandensein des Eingangsmikroprismas 254 und das Vorhandensein des Ausgangsmikroprismas 256 die entsprechenden Emissionsrichtungen der mindestens drei emittierten Lichtstrahlen 20 in einer Weise beeinflussen, die zumindest teilweise auf der Grundlage der Geometrien der Eingangs- und Ausgangsmikroprismen 254, 256 und des Brechungsindex n₃ des UV-gehärteten Materials.
In ist ein dritter alternativer Raumfilter 332 zur räumlichen Filterung des vom optischen Sender 30 emittierten Lichts dargestellt. Der Raumfilter 332 weist viele ähnliche Merkmale wie der Raumfilter 232 in auf, wobei die Merkmale des Raumfilters 332 in mit denselben Bezugsziffern wie die entsprechenden Merkmale des Raumfilters 232 in , erhöht um „100“, gekennzeichnet sind. Insbesondere umfasst der Raumfilter 332 ein transparentes Substrat 334, das aus einem Glasmaterial gebildet ist, das eine Eingangsfläche 336 und eine Ausgangsfläche 338 definiert. Auf der Eingangsfläche 336 des Substrats 334 ist eine gemusterte undurchsichtige Beschichtung 340 aus einem Metall wie z. B. Chrom und auf der Ausgangsfläche 338 des Substrats 334 eine gemusterte undurchsichtige Beschichtung 342 aus einem Metall wie z. B. Chrom ausgebildet.
Die strukturierte undurchsichtige Beschichtung 340 auf der Eingangsfläche 336 definiert mindestens drei Eingangsöffnungen 346 in Form von mindestens drei Schlitzen. Die strukturierte undurchsichtige Beschichtung 342 auf der Ausgangsfläche 338 definiert eine Ausgangsöffnung 348 in Form einer Lochblende. Jede Eingangsöffnung 346 hat eine bekannte Position und Ausrichtung in Bezug auf jede der anderen Eingangsöffnungen 346 und die Ausgangsöffnung 348. Die Eingangsöffnungen 346 sind gegenüber der Senkrechten 28 zur Ausgangsfläche 338, die sich durch die Ausgangsöffnung 348 erstreckt, horizontal versetzt.
UV-härtbares Material, wie z. B. UV-härtbares Epoxid, wird auf der gemusterten undurchsichtigen Beschichtung 340 gebildet oder darauf aufgebracht und geformt, z. B. durch Gießen oder Prägen, und gehärtet, um eine Schicht aus UV-gehärtetem Material 350 zu bilden, die ein Eingangsmikroprisma 354 enthält, das die Eingangsöffnungen 346 abdeckt. In ähnlicher Weise wird UV-härtbares Material, wie z. B. UV-härtbares Epoxid, auf der gemusterten undurchsichtigen Beschichtung 342 gebildet oder aufgebracht und geformt, z. B. durch Formen oder Prägen, und gehärtet, um eine Schicht aus UVhärtbarem Material 352 zu bilden, die eine Ausgangs-Mikrolinse 356 enthält, die die Ausgangsöffnung 348 abdeckt. Das UV-gehärtete Material der Schichten 350, 352 kann einen Brechungsindex n₃ aufweisen, der zwischen dem Brechungsindex n₁ = 1 von Luft und dem Brechungsindex n₂ des Substrats 34 liegt. Zum Beispiel kann der Brechungsindex n₂ des Substrats 334 etwa 1,5 betragen und der Brechungsindex n₃ des UV-gehärteten Materials der Schichten 350, 352 kann etwa 1,45 betragen.
Das Eingangs-Mikroprisma 354 dient dazu, die Effizienz der Lichtübertragung vom optischen Emitter 30 in das Substrat 334 über die Eingangsöffnungen 346 zu verbessern. In ähnlicher Weise dient die UV-gehärtete Ausgangs-Mikrolinse 356 dazu, die Effizienz der Lichtübertragung aus dem Substrat 334 über die Ausgangsöffnung 348 zu verbessern und gleichzeitig jeden der emittierten Lichtstrahlen 20 zu kollimieren oder zumindest seine Divergenz zu verringern.
In ist ein vierter alternativer Raumfilter 432 zur räumlichen Filterung des vom optischen Sender 30 emittierten Lichts dargestellt. Der räumliche Filter 432 weist viele ähnliche Merkmale wie der räumliche Filter 332 in auf, wobei die Merkmale des räumlichen Filters 432 in mit denselben Bezugsziffern wie die entsprechenden Merkmale des räumlichen Filters 332 in , erhöht um „100“, gekennzeichnet sind. Insbesondere umfasst der Raumfilter 432 ein transparentes Substrat 434, eine Eingangs-Mikrolinse 454, die Eingangsöffnungen 446 abdeckt, und eine Ausgangs-Mikrolinse 456, die Ausgangsöffnungen 448 abdeckt. Die Eingangsöffnungen 446 sind gegenüber der Normalen 28, die sich durch die Ausgangsöffnung 448 erstreckt, horizontal versetzt.
Die Eingangsmikrolinse 454 dient dazu, die Effizienz der Lichtübertragung vom optischen Sender 30 in das Substrat 434 über die Eingangsöffnungen 446 zu verbessern und gleichzeitig das Licht des optischen Senders 30 zu kollimieren oder zumindest die Divergenz zu verringern, bevor das Licht in das Substrat 434 eintritt. In ähnlicher Weise dient die Ausgangs-Mikrolinse 456 dazu, die Effizienz der Lichtübertragung aus dem Substrat 434 über die Ausgangsöffnung 448 zu verbessern und gleichzeitig jeden der emittierten Lichtstrahlen 20 zu kollimieren oder zumindest seine Divergenz zu verringern.
In ist ein fünfter alternativer Raumfilter 532 zur räumlichen Filterung des vom optischen Sender 30 emittierten Lichts dargestellt. Der räumliche Filter 532 weist viele ähnliche Merkmale wie der räumliche Filter 432 in auf, wobei die Merkmale des räumlichen Filters 532 in mit denselben Bezugsziffern wie die entsprechenden Merkmale des räumlichen Filters 432 in , erhöht um „100“, gekennzeichnet sind. Der Raumfilter 532 umfasst insbesondere ein transparentes Substrat 534, eine Eingangsmikrolinse 554, die die Eingangsöffnungen 546 abdeckt, und ein Ausgangsmikroprisma 556, das die Ausgangsöffnung 548 abdeckt. Die Eingangsöffnungen 546 sind gegenüber der Normalen 28, die sich durch die Ausgangsöffnung 548 erstreckt, horizontal versetzt.
Die Eingangsmikrolinse 554 dient dazu, die Effizienz der Lichtübertragung vom optischen Sender 30 in das Substrat 534 über die Eingangsöffnungen 546 zu verbessern und gleichzeitig das Licht des optischen Senders 30 zu kollimieren oder zumindest die Divergenz zu verringern, bevor das Licht in das Substrat 534 eintritt. In ähnlicher Weise dient das Ausgangs-Mikroprisma 556 dazu, die Effizienz der Übertragung von Licht aus dem Substrat 534 über die Ausgangsöffnung 548 zu verbessern, um jeden der emittierten Lichtstrahlen 20 zu bilden.
In ist eine erste alternative optische Emitteranordnung mit der allgemeinen Bezeichnung 610 zur Verwendung in dem optischen Neigungssensor 2 dargestellt. Die erste alternative optische Emitteranordnung 610 umfasst einen optischen Emitter 630 in Form einer strukturierten LED und einen sechsten alternativen Raumfilter 632, wobei eine obere Fläche der strukturierten LED 630 mit einer unteren Fläche des Raumfilters 632 ausgerichtet ist.
Die strukturierte LED 630 weist auf ihrer Oberseite eine Vielzahl von lichtemittierenden Öffnungen oder Fenstern 660 auf. Der Raumfilter 632 umfasst ein transparentes Substrat 634. Eine undurchsichtige Beschichtung 642 ist aus einem Metall wie Chrom auf einer oberen Oberfläche 638 des Substrats 634 gebildet und so strukturiert, dass sie eine Öffnung in Form einer Lochblende 648 zur räumlichen Filterung des von der strukturierten LED 630 durch die lichtemittierenden Öffnungen oder Fenster 660 nach der Übertragung durch das Substrat 634 emittierten Lichts definiert. Die Herstellung der strukturierten LED 630 wird unter Bezugnahme auf die beschrieben. Wie in gezeigt, wird die strukturierte LED 630 hergestellt, indem zunächst eine LED mit der allgemeinen Bezeichnung 661 bereitgestellt wird, die einen Chip 662 mit einer lichtemittierenden Oberfläche 664 aufweist. Wie in den gezeigt, wird dann eine undurchsichtige Beschichtung 666 auf der lichtemittierenden Oberfläche 664 abgeschieden oder gebildet und so gemustert, dass eine Vielzahl von Öffnungen oder Fenstern 660 entsteht.
Im Gebrauch, wie in den gezeigt, emittiert die strukturierte LED 630 einen ersten divergenten Lichtstrahl 668 aus jeder Öffnung oder jedem Fenster 660. Zurück zu : Die strukturierte LED 630 und der Raumfilter 632 sind relativ zueinander in einer bekannten relativen räumlichen Konfiguration ausgerichtet, so dass die lichtemittierenden Öffnungen oder Fenster 660 relativ zur Normalen 28, die sich durch die Lochblende 648 erstreckt, horizontal versetzt sind. Der anfängliche divergente Lichtstrahl 668, der von jeder Öffnung oder jedem Fenster 660 emittiert wird, wird durch das Substrat 634 übertragen, und zumindest ein Teil von zumindest drei der anfänglichen divergenten Lichtstrahlen 668 wird durch die Lochblende 648 übertragen, um zumindest teilweise die zumindest drei emittierten Lichtstrahlen 20 zu definieren, wobei jeder emittierte Lichtstrahl 20 entlang einer anderen entsprechenden Emissionsrichtung emittiert wird und wobei jede Emissionsrichtung eine andere bekannte Orientierung relativ zu einer Orientierung des Sensorbereichs 13 des Bildsensors 12 aufweist.
In ist eine zweite alternative optische Senderanordnung mit der allgemeinen Bezeichnung 710 zur Verwendung im optischen Neigungssensor 2 dargestellt. Die zweite alternative optische Emitteranordnung 710 umfasst einen optischen Emitter 730 und einen siebten alternativen Raumfilter 732 zur räumlichen Filterung des vom optischen Emitter 730 emittierten Lichts. Der Raumfilter 732 umfasst ein transparentes Substrat 734 aus einem Glasmaterial, das eine Eingangsfläche 736 und eine Ausgangsfläche 738 definiert. Auf der Ausgangsfläche 738 des Substrats 734 ist eine gemusterte undurchsichtige Beschichtung 742 aus einem Metall wie z. B. Chrom angebracht.
Die gemusterte undurchsichtige Beschichtung 742 auf der Ausgangsfläche 738 definiert eine Ausgangsöffnung 748 in Form einer Lochblende, die so konfiguriert ist, dass sie das durch die Öffnung 748 übertragene Licht beugt, wobei die Öffnung 748 beispielsweise eine Abmessung hat, die weniger als das 100-fache einer Wellenlänge des vom optischen Sender 30 emittierten Lichts, weniger als das 10-fache einer Wellenlänge des vom optischen Sender 30 emittierten Lichts oder weniger als oder gleich einer Wellenlänge des vom optischen Sender 30 emittierten Lichts beträgt.
Das Licht des optischen Senders 730 wird im Inneren des Substrats 734 divergiert und durch die Ausgangsöffnung 748 gebeugt, so dass ein in dargestelltes Beugungsmuster entsteht, das einen zentralen Punkt und eine Vielzahl kreisförmiger Streifen enthält, wobei der zentrale Punkt und die kreisförmigen Streifen konzentrisch sind. Wie dem Fachmann klar ist, hängt die genaue Geometrie des Beugungsmusters von der Größe der Lochblende 748, den spektralen Eigenschaften oder der Wellenlänge des vom optischen Sender 730 emittierten Lichts und der Divergenz des vom optischen Sender 730 emittierten Lichts ab und kann daraus vorhergesagt werden. Das gebeugte Licht 20 wird von der ebenen Reflexionsfläche 4 reflektiert und auf der Sensorfläche 13 des Bildsensors 12 (in nicht dargestellt) aufgefangen.
Die Größe der Lochblende 748, die spektralen Eigenschaften oder die Wellenlänge des von dem optischen Sender 730 emittierten Lichts und die Divergenz des von dem optischen Sender 730 emittierten Lichts werden so gewählt, dass das gebeugte Licht bei Betrachtung im Querschnitt wie in dargestellt ist, das gebeugte Licht als mindestens drei Lichtstrahlen 20 betrachtet werden kann, die entlang von mindestens drei entsprechenden unterschiedlichen Emissionspfaden emittiert werden, wobei sich jeder Emissionspfad von der Lochblende 748 entlang einer anderen entsprechenden Emissionsrichtung erstreckt, wobei jede Emissionsrichtung eine andere bekannte Orientierung relativ zu einer Orientierung des Sensorbereichs 13 des Bildsensors 12 aufweist.
In ist eine dritte alternative optische Senderanordnung mit der allgemeinen Bezeichnung 810 zur Verwendung in dem optischen Neigungssensor 2 dargestellt. Die dritte alternative optische Emitteranordnung 810 umfasst einen optischen Emitter 830 und einen achten alternativen Raumfilter 832 zur räumlichen Filterung des vom optischen Emitter 830 emittierten Lichts. Der Raumfilter 832 umfasst ein transparentes Substrat 834 aus einem Glasmaterial, das eine untere Fläche 836, eine Eingangsfläche oder Kante 837 und eine obere Fläche oder Ausgangsfläche 838 definiert. Die untere Fläche 836 und die obere oder Ausgangsfläche 838 sind im Allgemeinen parallel. Die Eingangsfläche oder Kante 837 bildet einen spitzen Winkel zur oberen oder Ausgangsfläche 838. Eine gemusterte undurchsichtige Beschichtung 842 wird aus einem Metall wie Chrom auf der oberen oder Ausgangsfläche 838 des Substrats 834 gebildet.
Die gemusterte undurchsichtige Beschichtung 842 auf der oberen oder Ausgangsfläche 838 definiert eine Ausgangsöffnung 848 in Form einer Lochblende, die so konfiguriert ist, dass sie das durch die Öffnung 848 übertragene Licht beugt, wobei die Öffnung 848 beispielsweise eine Abmessung hat, die weniger als das 100-fache einer Wellenlänge des vom optischen Emitter 830 emittierten Lichts, weniger als das 10-fache einer Wellenlänge des vom optischen Emitter 830 emittierten Lichts oder weniger als oder gleich einer Wellenlänge des vom optischen Emitter 830 emittierten Lichts beträgt.
Das vom optischen Sender 830 ausgestrahlte Licht bewegt sich in einer Richtung, die im Allgemeinen senkrecht zur unteren Fläche 836 des Substrats 834 verläuft, tritt durch die Eingangsfläche oder -kante 837 in das Substrat 834 ein und wird von der Normalen weg gebrochen. Das Licht wird innerhalb des Substrats 834 abgelenkt und durch die Ausgangsöffnung 848 gebeugt, so dass gebeugtes Licht 20 entsteht. Wie dem Fachmann klar ist, hängt die genaue Geometrie des Beugungsmusters des gebeugten Lichts 20 von der Größe der Lochblende 848, den spektralen Eigenschaften oder der Wellenlänge des vom optischen Sender 830 emittierten Lichts und der Divergenz des vom optischen Sender 830 emittierten Lichts ab und lässt sich daraus vorhersagen. Das gebeugte Licht 20 wird von der ebenen Reflexionsfläche 4 reflektiert und auf der Sensorfläche 13 des Bildsensors 12 (in nicht dargestellt) aufgefangen.
Die Größe der Lochblende 848, die spektralen Eigenschaften oder die Wellenlänge des vom optischen Sender 830 emittierten Lichts und die Divergenz des vom optischen Sender 830 emittierten Lichts werden so gewählt, dass das gebeugte Licht, wenn es im Querschnitt wie in dargestellt ist, das gebeugte Licht als mindestens drei Lichtstrahlen 20 betrachtet werden kann, die entlang von mindestens drei entsprechenden unterschiedlichen Emissionspfaden emittiert werden, wobei sich jeder Emissionspfad von der Lochblende 848 entlang einer anderen entsprechenden Emissionsrichtung erstreckt, wobei jede Emissionsrichtung eine andere bekannte Orientierung relativ zu einer Orientierung des Sensorbereichs 13 des Bildsensors 12 aufweist. Die dritte alternative optische Emitteranordnung 810 von kann besonders für die Verwendung mit einem optischen Emitter 830 geeignet sein, der oberflächenemittierend ist, weil eine obere Fläche des optischen Emitters 830 leicht mit der unteren Fläche 836 des Substrats 834 ausgerichtet, beispielsweise in Eingriff gebracht, werden kann.
In ist eine vierte alternative optische Emitteranordnung mit der allgemeinen Bezeichnung 910 zur Verwendung im optischen Neigungssensor 2 dargestellt. Die vierte alternative optische Emitteranordnung 910 umfasst einen optischen Emitter 930 und ein diffraktives optisches Element (DOE) 970 zur Beugung von Licht, das vom optischen Emitter 930 emittiert wird, um gebeugtes Licht zu verformen, das mindestens drei Lichtstrahlen 20 umfasst, die entlang von mindestens drei entsprechenden unterschiedlichen Emissionspfaden emittiert werden, wobei sich jeder Emissionspfad von der gleichen Position auf dem DOE entlang einer unterschiedlichen entsprechenden Emissionsrichtung erstreckt, wobei jede Emissionsrichtung eine unterschiedliche bekannte Orientierung relativ zu einer Orientierung des Sensorbereichs 13 des Bildsensors 12 aufweist.
zeigt ein erstes Beispiel eines Beugungsmusters in Form einer Vielzahl von Punkten, die unter Verwendung eines ersten Typs von DOE 970 gebildet werden. zeigt ein zweites Beispiel eines Beugungsmusters in Form einer regelmäßigen 1D-Anordnung von Linien, die unter Verwendung eines sechsten Typs von DOE 970 gebildet wird. zeigt ein drittes Beispiel eines Beugungsmusters in Form eines Gittermusters, das unter Verwendung eines dritten Typs von DOE 970 gebildet wird. Wie dem Fachmann klar sein dürfte, kann jedes der Beugungsmuster in den als aus mindestens drei Lichtstrahlen 20 gebildet angesehen werden, die entlang mindestens drei entsprechender unterschiedlicher Emissionspfade emittiert werden.
In ist eine fünfte alternative optische Emitter-Anordnung mit der allgemeinen Bezeichnung 1010 zur Verwendung in dem optischen Neigungssensor 2 dargestellt. Die fünfte alternative optische Emitteranordnung 1010 umfasst eine Vielzahl diskreter optischer Emitter in Form einer Vielzahl diskreter VCSELs 1030 und einer Linse 1074, wobei jeder der VCSELs 1030 eine bekannte relative räumliche Beziehung zu jedem der anderen VCSELs 1030 und der Linse 1074 aufweist.
Bei der Verwendung wird das Licht von jedem VCSEL 1030 abgelenkt, während es sich entlang eines Weges bewegt, der im Allgemeinen parallel zur optischen Achse 28 der Linse 1074 verläuft. Die Linse 1074 kollimiert und bricht das von jedem VCSEL 1030 emittierte Licht, um mindestens drei Lichtstrahlen 20 zu bilden, die entlang von mindestens drei entsprechenden unterschiedlichen Emissionspfaden emittiert werden, wobei sich jeder Emissionspfad von einer anderen bekannten Emissionsposition auf der Linse 1074 entlang einer anderen entsprechenden Emissionsrichtung erstreckt, wobei jede Emissionsrichtung eine andere bekannte Orientierung relativ zu einer Orientierung des Sensorbereichs 13 des Bildsensors 12 aufweist. In dieser Hinsicht wird ein Fachmann verstehen, dass Gleichung (10) leicht angepasst werden kann, um die verschiedenen bekannten Emissionspositionen der mindestens drei Lichtstrahlen 20 auf der Linse 1074 zu berücksichtigen, damit der Neigungswinkel derflachen reflektierenden Oberfläche 4 aus dem gemessenen Abstand x₂ - x₁ der Spitzen oder Mittelpunkte der Intensitätsspitzen, die gebildet werden, wenn der erste und der zweite reflektierte Strahl 22 auf die Sensorfläche 13 des Bildsensors 12 auftreffen, und dem gemessenen Abstand x₃ - x₁ der Spitzen oder Mittelpunkte der Intensitätsspitzen, die gebildet werden, wenn der erste und der dritte reflektierte Strahl auf die Sensorfläche 13 des Bildsensors 12 auftreffen.
In ist ein monolithisches VCSEL-Array 1030' einer sechsten alternativen optischen Emitter-Anordnung zur Verwendung in dem optischen Neigungssensor 2 dargestellt. Wie der Fachmann weiß, sind die einzelnen VCSEL-Elemente des VCSEL-Arrays 1030' lithografisch definiert, so dass die relative räumliche Anordnung der einzelnen VCSEL-Elemente des monolithischen VCSEL-Arrays 1030' mit einem hohen Maß an Präzision bekannt ist. Die sechste alternative optische Emitteranordnung umfasst eine Linse (nicht dargestellt) analog zur Linse 1074 der fünften alternativen optischen Emitteranordnung 1010 von , wobei die Linse oberhalb des VCSEL-Arrays 1030' angeordnet ist, so dass jedes der VCSEL-Elemente des monolithischen VCSEL-Arrays 1030' eine bekannte relative räumliche Beziehung zu jedem der anderen VCSEL-Elemente des monolithischen VCSEL-Arrays 1030' und der Linse aufweist.
In ist eine siebte alternative optische Emitteranordnung mit der allgemeinen Bezeichnung 1110 zur Verwendung in dem optischen Neigungssensor 2 dargestellt. Die siebte alternative optische Emitteranordnung 1110 umfasst eine Vielzahl optischer Emitter in Form einer Vielzahl diskreter VCSEL 1130 und einen entsprechenden Raumfilter 1132 zur räumlichen Filterung des von den VCSEL 1130 emittierten Lichts.
Der Raumfilter 1132 umfasst ein transparentes Substrat 1134 aus einem Glasmaterial, das eine Unterseite 1136, eine Kante 1137 und eine Ober- oder Ausgangsfläche 1138 bildet. Die untere Fläche 1136 und die obere oder Ausgangsfläche 1138 sind im Allgemeinen parallel. Die Kante 1137 bildet einen spitzen Winkel zur Ober- oder Ausgangsfläche 1138. Eine gemusterte undurchsichtige Beschichtung 1142 wird aus einem Metall wie z. B. Chrom auf der oberen oder Ausgangsfläche 1138 des Substrats 1134 gebildet. Die strukturierte undurchsichtige Beschichtung 1142 auf der Ober- oder Ausgangsfläche 1138 definiert eine Ausgangsöffnung 1148 in Form einer Lochblende. Jeder der VCSELs 1130 hat eine bekannte relative räumliche Beziehung zu jedem der anderen VCSELs und der Ausgangs-Pinhole 1148. Jeder der VCSEL 1130 ist gegenüber der Senkrechten 28 zur Ausgangsfläche 1138 des Substrats 1134, die sich durch die Lochblende 1148 erstreckt, horizontal versetzt.
Das von jedem der VCSELs 1130 emittierte Licht bewegt sich entlang einer entsprechenden Richtung, die im Allgemeinen senkrecht zur Unterseite 1136 des Substrats 1134 verläuft. Das Licht von einem oder mehreren der VCSEL 1130 tritt durch die untere Fläche 1136 in das Substrat 1134 ein. Das Licht von einem oder mehreren VCSEL 1130 tritt durch die Kante 1137 in das Substrat 1134 ein und wird von der Normalen weg gebrochen. Das von jedem der VCSELs 1130 emittierte Licht wird innerhalb des Substrats 1134 divergiert und durch die Ausgangsöffnung 1148 übertragen, so dass mindestens drei Lichtstrahlen 20 gebildet werden, die entlang von mindestens drei entsprechenden unterschiedlichen Emissionspfaden emittiert werden, wobei sich jeder Emissionspfad von der Lochblende 1148 entlang einer anderen entsprechenden Emissionsrichtung erstreckt, wobei jede Emissionsrichtung eine andere bekannte Orientierung relativ zu einer Orientierung des Sensorbereichs 13 des Bildsensors 12 aufweist. Ein Fachmann wird verstehen, dass der Raumfilter 1132 auch mit einem monolithischen VCSEL-Array wie dem monolithischen VCSEL-Array 1030' verwendet werden kann. Der Raumfilter 1132 kann für die Verwendung mit einem monolithischen VCSEL-Array wie dem monolithischen VCSEL-Array 1030' besonders geeignet sein, weil eine obere Fläche des monolithischen VCSEL-Arrays 1030' leicht mit der unteren Fläche 1136 des Substrats 1134 ausgerichtet, beispielsweise in Eingriff gebracht werden kann.
In ist eine achte alternative optische Emitter-Anordnung mit der allgemeinen Bezeichnung 1210 zur Verwendung im optischen Neigungssensor 2 dargestellt. Die achte alternative optische Emitteranordnung 1210 umfasst eine Vielzahl von optischen Emittern in Form eines VCSEL-Arrays 1230 und eine Vielzahl von Mikrolinsen 1280, wobei jedes der VCSEL-Elemente des VCSEL-Arrays 1230 eine bekannte relative räumliche Beziehung zu jedem der anderen VCSEL-Elemente des VCSEL-Arrays 1230 aufweist und wobei jede der Mikrolinsen 1280 relativ zu einem entsprechenden der VCSEL-Elemente des VCSEL-Arrays 1230 so ausgerichtet ist, dass sie mindestens drei Lichtstrahlen 20 bildet, die entlang mindestens drei entsprechender unterschiedlicher Emissionspfade emittiert werden, wobei sich jeder Emissionspfad von einer entsprechenden unterschiedlichen bekannten Emissionsposition entlang einer unterschiedlichen entsprechenden Emissionsrichtung erstreckt, wobei jede Emissionsrichtung eine unterschiedliche bekannte Orientierung relativ zu einer Orientierung des Sensorbereichs 13 des Bildsensors 12 aufweist. In diesem Zusammenhang wird ein Fachmann verstehen, dass Gleichung (10) leicht angepasst werden kann, um die verschiedenen bekannten Emissionspositionen der mindestens drei Lichtstrahlen 20 zu berücksichtigen, damit der Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche 4 aus dem gemessenen Abstand x₂ - x₁ der Spitzen oder Mittelpunkte der Intensitätsspitzen, die gebildet werden, wenn der erste und der zweite reflektierte Strahl 22 auf die Sensorfläche 13 des Bildsensors 12 auftreffen, und dem gemessenen Abstand x₃ - x₁ der Spitzen oder Mittelpunkte der Intensitätsspitzen, die gebildet werden, wenn der erste und der dritte reflektierte Strahl auf die Sensorfläche 13 des Bildsensors 12 auftreffen.
In ist eine neunte alternative optische Emitteranordnung mit der allgemeinen Bezeichnung 1310 zur Verwendung in dem optischen Neigungssensor 2 dargestellt. Die neunte alternative optische Emitteranordnung 1310 umfasst eine Vielzahl optischer Emitter in Form einer gepixelten LED 1330 und einen entsprechenden Raumfilter 1332 zur räumlichen Filterung des von den Pixeln der gepixelten LED emittierten Lichts.
Der Raumfilter 1332 umfasst ein transparentes Substrat 1334 aus einem Glasmaterial, das eine untere Eingangsfläche 1336 und eine obere Ausgangsfläche 1338 definiert. Die untere Eingangsfläche 1336 und die obere Ausgangsfläche 1338 sind im Allgemeinen parallel. Eine gemusterte undurchsichtige Beschichtung 1342 wird aus einem Metall wie Chrom auf der oberen oder Ausgangsfläche 1338 des Substrats 1334 gebildet. Die gemusterte undurchsichtige Beschichtung 1342 auf der oberen Ausgabefläche 1338 definiert eine Ausgabeöffnung 1348 in Form einer Lochblende. Jedes der Pixel der gepixelten LED 1330 hat eine bekannte relative räumliche Beziehung zu jedem der anderen Pixel der gepixelten LED 1330 und der Ausgangsdornöffnung 1348. Jedes der Pixel der verpixelten LED 1330 ist horizontal relativ zur Senkrechten 28 zur Ausgangsfläche 1338 des Substrats 1334 versetzt, die sich durch die Lochblende 1348 erstreckt.
Das von den einzelnen Pixeln der gepixelten LED 1330 emittierte Licht bewegt sich entlang einer entsprechenden Richtung, die im Allgemeinen senkrecht zur Unterseite 1336 des Substrats 1134 verläuft. Licht von den Pixeln der gepixelten LED 1330 tritt durch die untere Oberfläche 1336 in das Substrat 1334 ein, wird innerhalb des Substrats 1334 abgelenkt und durch die Ausgangsöffnung 1348 übertragen, um mindestens drei Lichtstrahlen 20 zu bilden, die entlang von mindestens drei entsprechenden unterschiedlichen Emissionspfaden emittiert werden, wobei sich jeder Emissionspfad von der Lochblende 1348 entlang einer anderen entsprechenden Emissionsrichtung erstreckt, wobei jede Emissionsrichtung eine andere bekannte Orientierung relativ zu einer Orientierung des Sensorbereichs 13 des Bildsensors 12 aufweist. Die gepixelte LED 1330 kann sich besonders für die Verwendung mit dem Raumfilter 1332 eignen, weil eine obere Fläche der gepixelten LED 1330 leicht auf die untere Fläche 1336 des Substrats 1334 des Raumfilters 1332 ausgerichtet, beispielsweise in Eingriff gebracht, werden kann.
In den ist ein optischer 3D-Neigungssensor 1402 im Einsatz bei der Messung eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche 1404 um eine Drehachse (nicht dargestellt) und eines weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche 1404 um eine weitere Drehachse (nicht dargestellt), die senkrecht zur Drehachse steht, gezeigt.
Der optische 3D-Neigungssensor 1402 umfasst eine optische Emitteranordnung 1410 und einen Bildsensor 1412 mit einer Sensorfläche 1413. Die optische Emitteranordnung 1410 und der Bildsensor 1412 sind relativ zueinander fixiert. Der optische Neigungssensor 1402 ist Teil einer Neigungsmessvorrichtung 1401, die den optischen Neigungssensor 1402 und eine Verarbeitungsressource 1416 umfasst. Der optische Neigungssensor 1402 ist für die Kommunikation mit der Verarbeitungsressource 1416 konfiguriert, wie durch die gestrichelte Linie 1418 angezeigt.
Im Gebrauch emittiert die optische Senderanordnung 1410 mindestens drei Lichtstrahlen 1420, so dass jeder emittierte Lichtstrahl 1420 auf die flache reflektierende Oberfläche 1404 auftrifft und von dieser reflektiert wird, um einen entsprechenden reflektierten Lichtstrahl 1422 zu bilden, so dass die reflektierten Lichtstrahlen 1422 auf den Sensorbereich 1413 des Bildsensors 1412 auftreffen. Der Bildsensor 1412 erfasst eine Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen 1422 und gibt ein oder mehrere Signale, die für die erfasste Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen 1422 repräsentativ sind, an die Verarbeitungsressource 1416 aus. Die mindestens drei Lichtstrahlen 1420 werden entlang von mindestens drei entsprechenden unterschiedlichen Emissionspfaden emittiert, wobei sich jeder Emissionspfad von einem gemeinsamen Emissionspunkt 1424 entlang einer unterschiedlichen entsprechenden Emissionsrichtung in einer Einfallsebene erstreckt, wobei jede Emissionsrichtung eine unterschiedliche bekannte Orientierung relativ zu einer Orientierung des Sensorbereichs 1413 des Bildsensors 1412 aufweist. Die Einfallsebene steht senkrecht zur Schwenkachse.
In ähnlicher Weise emittiert die optische Senderanordnung 1410 mindestens drei weitere Lichtstrahlen 1420', so dass jeder emittierte weitere Lichtstrahl 1420' auf die flache reflektierende Oberfläche 1404 auftrifft und von dieser reflektiert wird, um einen entsprechenden weiteren reflektierten Lichtstrahl 1422' zu bilden, so dass die weiteren reflektierten Lichtstrahlen 1422' auf den Sensorbereich 1413 des Bildsensors 1412 auftreffen. Der Bildsensor 1412 erfasst eine Intensitätsverteilung jedes der weiteren reflektierten Lichtstrahlen 1422' und gibt ein oder mehrere Signale, die für die erfasste Intensitätsverteilung jedes der weiteren reflektierten Lichtstrahlen 1422' repräsentativ sind, an die Verarbeitungsressource 1416 aus. Die mindestens drei weiteren Lichtstrahlen 1420' werden entlang von mindestens drei entsprechenden unterschiedlichen Emissionspfaden emittiert, wobei sich jeder Emissionspfad von dem gemeinsamen Emissionspunkt 1424 entlang einer unterschiedlichen entsprechenden Emissionsrichtung in einer weiteren Einfallsebene erstreckt, wobei jede Emissionsrichtung eine unterschiedliche bekannte Orientierung relativ zu einer Orientierung des Sensorbereichs 1413 des Bildsensors 1412 aufweist. Die weitere Einfallsebene steht senkrecht zur weiteren Schwenkachse.
zeigt die Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen 1422 und jedes der weiteren reflektierten Lichtstrahlen 1422', die auf den Sensorbereich 1413 des Bildsensors 1412 einfallen, entsprechend dem 3D-Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche 1404 von , wenn die flache reflektierende Oberfläche 1404 parallel zum Sensorbereich 1413 des Bildsensors 1412 ist. In ähnlicher Weise zeigt die Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen 1422 und jedes der weiteren reflektierten Lichtstrahlen 1422', die auf den Sensorbereich 1413 des Bildsensors 1412 einfallen, entsprechend dem 3D-Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche 1404 von , wenn die flache reflektierende Oberfläche 1404 relativ zum Sensorbereich 1413 des Bildsensors 1412 geneigt ist.
Ein Fachmann wird verstehen, dass die Verarbeitungsressource 1416 das eine oder die mehreren Signale, die für die erfasste Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen 1422 repräsentativ sind, und das eine oder die mehreren Signale, die für die erfasste Intensitätsverteilung jedes der weiteren reflektierten Lichtstrahlen 1422' repräsentativ sind, verwendet, um zu bestimmen des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche 1404 um die Schwenkachse unter Verwendung eines Verfahrens analog zu einem der oben beschriebenen Verfahren und des weiteren Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche 1404 um die weitere Schwenkachse unter Verwendung eines Verfahrens analog zu einem der oben beschriebenen Verfahren, um dadurch die 3D-Neigung der flachen reflektierenden Oberfläche 1404 zu bestimmen. Insbesondere verwendet die Verarbeitungsressource 1416 die Trennung der Flecken der Intensitätsverteilungen jedes der reflektierten Lichtstrahlen 1422 und jedes der weiteren reflektierten Lichtstrahlen 1422' in den horizontalen und vertikalen Richtungen von , um dadurch die 3D-Neigung der flachen reflektierenden Oberfläche 1404 zu bestimmen, wobei ein Verfahren analog zu einem der oben beschriebenen Verfahren verwendet wird.
Obwohl in den nicht explizit dargestellt, sollte auch verstanden werden, dass die optische Senderanordnung 1410 einen optischen Sender in Form einer LED oder einer Laserdiode, wie z. B. einem VCSEL, und ein räumliches Filter zum räumlichen Filtern des vom optischen Sender emittierten Lichts analog zu einem der räumlichen Filter, die unter Bezugnahme auf eine der vorangehenden Abbildungen beschrieben wurden, enthalten kann, um die mindestens drei Lichtstrahlen 1420 und die mindestens drei weiteren Lichtstrahlen 1420' zu erzeugen. Zusätzlich oder alternativ kann die optische Emitteranordnung 1410 einen optischen Emitter in Form einer LED oder einer Laserdiode, wie z. B. einem VCSEL, und ein DOE zur Beugung des von dem optischen Emitter emittierten Lichts, wie eines der unter Bezugnahme auf die beschriebenen DOEs, umfassen, um die mindestens drei Lichtstrahlen 1420 und die mindestens drei weiteren Lichtstrahlen 1420' zu erzeugen. Zusätzlich oder alternativ kann die optische Senderanordnung 1410 eine Vielzahl von optischen Sendern in Kombination mit einer oder mehreren Linsen oder einem Raumfilter umfassen, um die mindestens drei Lichtstrahlen 1420 und die mindestens drei weiteren Lichtstrahlen 1420' zu erzeugen.
Darüber hinaus kann der optische 3D-Neigungssensor 1402 als Teil eines optischen 3D-Neigungskontrollsystems verwendet werden, um ein erstes Objekt 81 und ein zweites Objekt 82 relativ zueinander in 3D auszurichten, was analog zum 2D-Neigungskontrollsystem 80 von ist. In ähnlicher Weise kann der optische 3D-Neigungssensor 1402 als Teil eines optischen 3D-Neigungssteuerungssystems zur Ausrichtung einer ersten Baugruppe 91 und einer zweiten Baugruppe 92 relativ zueinander in 3D verwendet werden, was analog zum 2D-Neigungssteuerungssystem 90 von ist.
Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der Offenbarung wie oben beschrieben worden sind, ist es zu verstehen, dass diese Ausführungsformen nur zur Veranschaulichung dienen und dass die Ansprüche nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt sind. Fachleute werden verstehen, dass an den beschriebenen Ausführungsformen verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass der Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Zum Beispiel können die Pfade des ersten, zweiten und dritten emittierten Strahls 20 nicht in derselben Ebene liegen. Einer der mindestens drei verschiedenen Strahlengänge und eine Normale auf die Sensorfläche 13 des Bildsensors 12 definieren eine Einfallsebene. Optional definiert jeder der anderen Emissionspfade einen Winkel relativ zur Einfallsebene von weniger als oder gleich 10°, weniger als oder gleich 5°, weniger als oder gleich 2° oder weniger als oder gleich 1° oder jeder der anderen Emissionspfade liegt in der Einfallsebene oder liegt im Wesentlichen in dieser.
Die Einfallsebene muss nicht genau senkrecht zur Drehachse 6 verlaufen. Im Allgemeinen kann der optische Neigungssensor 2 relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche 4 so angeordnet werden, dass die Einfallsebene eine bekannte Orientierung relativ zur Drehachse 6 aufweist. Beispielsweise kann der optische Neigungssensor 2 relativ zu der flachen reflektierenden Oberfläche 4 so angeordnet werden, dass eine Normale zur Einfallsebene einen Winkel relativ zur Drehachse 6 von weniger als oder gleich 10°, weniger als oder gleich 5°, weniger als oder gleich 2° oder weniger als oder gleich 1° definiert.
Der Raumfilter kann eine Eingangsöffnung und mindestens drei Ausgangsöffnungen aufweisen. Jede Ausgangsapertur kann eine bekannte Position und Ausrichtung relativ zu jeder der anderen Ausgangsaperturen und der Eingangsapertur haben. Die Eingangsapertur kann so konfiguriert sein, dass sie Licht von dem optischen Sender empfängt. Jede Ausgangsapertur kann so konfiguriert sein, dass sie das von der Eingangsapertur empfangene Licht entlang eines der entsprechenden Emissionspfade überträgt. Die Eingangsapertur kann auf einer Eingangsfläche des Raumfilters angeordnet sein. Jede Ausgangsapertur kann auf einer Ausgangsfläche des Raumfilters angeordnet sein. Der Raumfilter kann ein transparentes Substrat mit einer gemusterten undurchsichtigen Beschichtung auf einer Eingangsfläche des Substrats und einer gemusterten undurchsichtigen Beschichtung auf einer Ausgangsfläche des Substrats umfassen, wobei die Eingangsöffnung durch eine Öffnung in der undurchsichtigen Beschichtung auf der Eingangsfläche des Substrats definiert ist und jede der mindestens drei Ausgangsöffnungen durch eine entsprechende Öffnung in der undurchsichtigen Beschichtung auf der Ausgangsfläche des Substrats definiert ist. Die optische Emitteranordnung kann ein fokussierendes Element wie eine Linse umfassen, das so konfiguriert ist, dass es das von dem optischen Emitter emittierte Licht auf die Eingangsöffnung fokussiert.
Die optische Senderanordnung kann so konfiguriert sein, dass sie die mindestens drei Lichtstrahlen gleichzeitig aussendet. Die optische Senderanordnung kann so konfiguriert sein, dass sie die mindestens drei Lichtstrahlen sequentiell aussendet. Die optische Senderanordnung kann so konfiguriert sein, dass sie jeden der mindestens drei Lichtstrahlen für die Dauer einer entsprechenden Emissionsperiode emittiert. Die verschiedenen Emissionsperioden können sich zumindest teilweise zeitlich überschneiden.
Die optische Emitteranordnung kann einen optischen Emitter und einen rekonfigurierbaren, dynamischen oder programmierbaren Strahlgenerator zur Umwandlung eines vom optischen Emitter emittierten Ausgangslichtstrahls umfassen, um die mindestens drei emittierten Lichtstrahlen zu definieren. Der Strahlgenerator kann einen räumlichen Lichtmodulator (SLM) umfassen, wie z. B. einen SLM, der ein Flüssigkristallmaterial enthält oder aus einem solchen gebildet ist, oder eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (DMD).
In der in gezeigten räumlichen Emitteranordnung 710 kann der Raumfilter 732 eine DOE auf der oberen Fläche 738 des transparenten Substrats 734 definieren. Die DOE kann zusätzlich zur Ausgangsöffnung 748 definiert werden. Zum Beispiel kann die DOE in der Ausgangsöffnung 748 definiert werden. Die DOE kann als Alternative zur Ausgangsöffnung 748 definiert werden. Im Gebrauch kann die DOE zumindest einen Teil des vom optischen Sender 730 emittierten divergenten Lichts empfangen.
Jedes Merkmal, das in der vorliegenden Beschreibung offenbart oder abgebildet ist, kann in jeder Ausführungsform enthalten sein, entweder allein oder in einer geeigneten Kombination mit jedem anderen Merkmal, das hier offenbart oder abgebildet ist. Insbesondere wird ein Fachmann verstehen, dass eines oder mehrere der Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, die oben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben sind, Wirkungen erzeugen oder Vorteile bieten können, wenn sie isoliert von einem oder mehreren der anderen Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, und dass andere Kombinationen der Merkmale möglich sind als die oben beschriebenen spezifischen Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Der Fachmann wird verstehen, dass in der vorstehenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen Positionsbegriffe wie „oben“, „entlang“, „seitlich“ usw. unter Bezugnahme auf konzeptionelle Abbildungen, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, verwendet werden. Diese Begriffe werden der Einfachheit halber verwendet, sind aber nicht als einschränkend zu verstehen. Diese Begriffe sind daher so zu verstehen, dass sie sich auf ein Objekt beziehen, wenn es sich in einer Ausrichtung befindet, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist.
Die Verwendung des Begriffs „umfassend“ in Bezug auf ein Merkmal einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schließt andere Merkmale oder Schritte nicht aus. Die Verwendung des Begriffs „ein“ oder „an“ in Bezug auf ein Merkmal einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schließt nicht aus, dass die Ausführungsform eine Vielzahl solcher Merkmale umfassen kann.
Die Verwendung von Bezugszeichen in den Ansprüchen ist nicht als Einschränkung des Anwendungsbereichs der Ansprüche zu verstehen.
LISTE DER REFERENZNUMMERN

1: Neigungsmessgerät;
2: optischer Neigungssensor;
3: PCB;
4: flache reflektierende Oberfläche;
6: Drehachse;
10: optische Emitteranordnung;
12: Bildsensor;
13: Sensorbereich des Bildsensors;
14: Gehäuse;
16: Verarbeitungsressourcen;
18: Kommunikationsverbindung zwischen dem Bildsensor und der Verarbeitungsressource;
20: Lichtbündel, die von einer optischen Sendeanlage ausgesendet werden;
22: Lichtstrahlen, die von der flachen, reflektierenden Oberfläche reflektiert werden;
24: gemeinsamen Emissionspunkt;
26: Intensitätsverteilungen der reflektierten Lichtstrahlen auf der Sensorfläche des Bildsensors;
28: normal zum Sensorbereich des Bildsensors;
30: optischer Strahler;
32: Raumfilter;
34: transparentes Substrat;
36: Eingangsfläche des transparenten Substrats;
38: Ausgangsfläche des transparenten Substrats;
40: gemusterte undurchsichtige Beschichtung auf der Eingangsfläche eines transparenten Substrats;
42: gemusterte undurchsichtige Beschichtung auf der Ausgangsfläche eines transparenten Substrats;
46: Eingangsöffnungen des Raumfilters;
48: Ausgangsapertur des Raumfilters;
80: optisches Neigungskontrollsystem;
81: erstes Objekt;
82: zweites Objekt;
84: flache, reflektierende Sondenoberfläche des zweiten Objekts;
86: Kippantrieb;
88: PCB ;
90: optisches Neigungskontrollsystem;
91: erste Versammlung;
91a: erstes optisches Bauteil der ersten Baugruppe;
91b: Grundelement der ersten Baugruppe;
91c: zweite optische Komponente der ersten Baugruppe;
91d: flache reflektierende Oberfläche der ersten Baugruppe;
92: zweite Baugruppe;
92a: erstes optisches Bauteil der zweiten Baugruppe;
92b: Basismitglied der zweiten Versammlung;
92c: zweite optische Komponente der zweiten Baugruppe;
96: Kippantrieb;
132: Raumfilter;
134: transparentes Substrat;
136: Eingangsfläche eines transparenten Substrats;
138: Ausgangsfläche eines transparenten Substrats;
140: gemusterte undurchsichtige Beschichtung auf der Eingangsfläche eines transparenten Substrats;
142: gemusterte undurchsichtige Beschichtung auf der Ausgangsfläche eines transparenten Substrats;
146: Eingangsöffnungen des Raumfilters;
148: Ausgangsapertur des Raumfilters;
150: Schicht aus UV-gehärtetem Material;
152: Schicht aus UV-gehärtetem Material;
232: Raumfilter;
234: transparentes Substrat;
236: Eingangsfläche eines transparenten Substrats;
238: Ausgangsfläche eines transparenten Substrats;
240: gemusterte undurchsichtige Beschichtung auf der Eingangsfläche eines transparenten Substrats;
242: gemusterte undurchsichtige Beschichtung auf der Ausgangsfläche eines transparenten Substrats;
246: Eingangsöffnungen des Raumfilters;
248: Ausgangsapertur des Raumfilters;
250: Schichten aus UV-gehärtetem Material;
252: Schicht aus UV-gehärtetem Material;
254: Eingangs-Mikroprisma;
256: Ausgangsmikroprisma;
332: Raumfilter;
334: transparentes Substrat;
336: Eingangsfläche eines transparenten Substrats;
338: Ausgangsfläche eines transparenten Substrats;
340: gemusterte undurchsichtige Beschichtung auf der Eingangsfläche eines transparenten Substrats;
342: gemusterte undurchsichtige Beschichtung auf der Ausgangsfläche eines transparenten Substrats;
346: Eingangsöffnungen des Raumfilters;
348: Ausgangsapertur des Raumfilters;
350: Schichten aus UV-gehärtetem Material;
352: Schicht aus UV-gehärtetem Material;
354: Eingangs-Mikroprisma;
356: Ausgang Mikrolinse;
432: Raumfilter;
434: transparentes Substrat;
446: Eingangsöffnungen des Raumfilters;
448: Ausgangsapertur des Raumfilters;
454: Eingangsmikrolinse;
456: Ausgang Mikrolinse;
532: Raumfilter;
534: transparentes Substrat;
546: Eingangsöffnungen des Raumfilters;
548: Ausgangsapertur des Raumfilters;
554: Eingangsmikrolinse;
556: Ausgangsmikroprisma;
610: Anordnung optischer Strahler;
630: strukturierter optischer LED-Strahler;
632: Raumfilter;
648: Ausgangsapertur des Raumfilters;
660: Apertur oder Fenster der strukturierten LED;
661: LED;
662: die;
664: lichtemittierende Oberfläche des Stempels;
666: undurchsichtige Beschichtung;
668: Lichtstrahl, der aus einer Öffnung oder einem Fenster einer strukturierten LED austritt;
710: optische Emitter-Anordnung;
730: optischer Strahler;
734: transparentes Substrat;
736: Eingangsfläche eines transparenten Substrats;
738: Ausgangsfläche eines transparenten Substrats;
742: gemusterte undurchsichtige Beschichtung auf der Ausgangsfläche eines transparenten Substrats;
748: Ausgangsapertur des Raumfilters;
810: optische Emitter-Anordnung;
830: optischer Strahler;
834: transparentes Substrat;
836: Unterseite eines transparenten Substrats;
837: Rand des transparenten Substrats;
838: obere Ausgabefläche des transparenten Substrats;
842: gemusterte undurchsichtige Beschichtung auf der Ausgangsfläche eines transparenten Substrats;
848: Ausgangsapertur des Raumfilters;
910: optische Emitter-Anordnung;
930: optischer Strahler;
970: diffraktives optisches Element;
1010: optische Emitter-Anordnung;
1030: mehrere diskrete optische Strahler;
1074: Objektive;
1030': monolithische VCSEL-Anordnung;
1110: optische Emitter-Anordnung;
1130: mehrere optische Strahler;
1134: transparentes Substrat;
1136: Unterseite eines transparenten Substrats;
1137: Rand des transparenten Substrats;
1138: obere Ausgabefläche des transparenten Substrats;
1142: gemusterte undurchsichtige Beschichtung auf der Ausgangsfläche eines transparenten Substrats;
1148: Ausgangsapertur des Raumfilters;
1210: optische Emitter-Anordnung;
1230: monolithische VCSEL-Anordnung;
1280: Mikro-Objektive;
1310: optische Emitter-Anordnung;
1330: pixelige LED
1334: transparentes Substrat;
1336: untere Eingangsfläche des transparenten Substrats;
1338: obere Ausgabefläche des transparenten Substrats;
1342: gemusterte undurchsichtige Beschichtung auf der Ausgangsfläche eines transparenten Substrats;
1348: Ausgangsapertur des Raumfilters;
1401: Neigungsmessgerät;
1402: Optischer Neigungssensor;
1404: flache reflektierende Oberfläche;
1410: optische Emitteranordnung;
1412: Bildsensor;
1413: Sensorbereich des Bildsensors;
1416: Verarbeitungsressource;
1420, 1420': Lichtbündel, die von einer optischen Sendeeinrichtung ausgesendet werden;
1422, 1422': Lichtstrahlen, die von der flachen reflektierenden Oberfläche reflektiert werden;
1424: gemeinsamer Emissionspunkt;

Claims

Optischer Neigungssensor (2) zur Verwendung beim Erfassen eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche (4) um eine Schwenkachse (6), wobei der optische Neigungssensor (2) umfasst: eine optische Emitteranordnung (10) zum Emittieren von mindestens drei Lichtstrahlen (20), so dass jeder emittierte Lichtstrahl (20) auf die flache reflektierende Oberfläche (4) auftrifft und von dieser reflektiert wird, um einen entsprechenden reflektierten Lichtstrahl (22) zu bilden; und einen Bildsensor (12) mit einem Sensorbereich (13) zum Erfassen einer Intensitätsverteilung (26) jedes der reflektierten Lichtstrahlen (22) und zum Ausgeben eines oder mehrerer Signale, die für die erfasste Intensitätsverteilung (26) jedes der reflektierten Lichtstrahlen (22) repräsentativ sind, wobei die mindestens drei emittierten Lichtstrahlen (20) entlang von mindestens drei entsprechenden unterschiedlichen Emissionswegen emittiert werden, wobei sich jeder Emissionsweg von einem entsprechenden Emissionspunkt entlang einer entsprechenden unterschiedlichen Emissionsrichtung erstreckt, wobei jede Emissionsrichtung eine andere bekannte Orientierung relativ zu einer Orientierung des Sensorbereichs (13) des Bildsensors (12) aufweist, wobei jeder Emissionspunkt in einer bekannten räumlichen Beziehung zu jedem der anderen Emissionspunkte steht, und wobei die optische Emitteranordnung (10) einen optischen Emitter (30) und einen räumlichen Filter (32) zum räumlichen Filtern von Licht, das von dem optischen Emitter (30) emittiert wird, umfasst, um die mindestens drei emittierten Lichtstrahlen (20) zumindest teilweise zu definieren.
Optischer Neigungssensor (2) nach Anspruch 1, wobei die flache reflektierende Oberfläche (4) planar oder im Allgemeinen planar ist und/oder wobei die flache reflektierende Oberfläche (4) einen flachen reflektierenden Bereich einer größeren, im Allgemeinen nicht planaren Oberfläche bildet, wobei der flache reflektierende Bereich planar oder im Allgemeinen planar ist.
Optischer Neigungssensor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eines der folgenden Merkmale vorliegt: zwei oder mehr der Emissionspunkte gleich sind; alle Emissionspunkte sind identisch; zwei oder mehr der Emissionspunkte unterschiedlich sind; oder alle Emissionspunkte sind unterschiedlich.
Optischer Neigungssensor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eines der folgenden Merkmale vorliegt: die optische Emitteranordnung (10) so konfiguriert ist, dass sie die mindestens drei Lichtstrahlen gleichzeitig aussendet; die optische Senderanordnung (10) so konfiguriert ist, dass sie die mindestens drei Lichtstrahlen sequentiell aussendet; oder die optische Emitteranordnung (10) so konfiguriert ist, dass sie jeden der mindestens drei Lichtstrahlen für die Dauer einer entsprechenden Emissionsperiode emittiert und sich die verschiedenen Emissionsperioden zumindest teilweise zeitlich überlappen.
Optischer Neigungssensor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optische Emitter (30) eine LED oder einen Laser, beispielsweise eine Laserdiode wie einen VCSEL, umfasst.
Optischer Neigungssensor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: der Raumfilter (32) mindestens drei Eingangsöffnungen (46) und eine Ausgangsöffnung (48) aufweist, jede Eingangsöffnung (46) hat eine bekannte Position und Ausrichtung relativ zu jeder der anderen Eingangsöffnungen (46) und der Ausgangsöffnung (48), jede Eingangsöffnung (46) so konfiguriert ist, dass sie Licht von dem optischen Emitter (30) empfängt, und die Ausgangsapertur (48) so konfiguriert ist, dass sie von jeder Eingangsapertur (46) empfangenes Licht entlang eines entsprechenden der Emissionspfade überträgt.
Optischer Neigungssensor (2) nach Anspruch 6, wobei mindestens eines der folgenden Merkmale vorliegt: jede der Eingangsöffnungen (46) relativ zu einer Normalen (28) zur Ausgangsfläche des Raumfilters (32), die sich durch die Ausgangsöffnung (48) erstreckt, versetzt ist; die optische Emitteranordnung (10) ein fokussierendes Element wie eine Linse umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie von dem optischen Emitter (30) emittiertes Licht auf die Ausgangsöffnung (48) fokussiert; oder der Raumfilter (32, 132, 232, 332, 432, 532) eine oder mehrere optische Mikrostrukturen oder mikrooptische Komponenten wie eine oder mehrere Mikrolinsen (356, 454, 456, 554) oder ein oder mehrere Mikroprismen (254, 256, 354, 556) umfasst und wobei jede der einen oder mehreren optischen Mikrostrukturen oder mikrooptischen Komponenten auf oder über einer entsprechenden, durch den Raumfilter (32, 132, 232, 332, 432, 532) definierten Öffnung angeordnet, beispielsweise ausgebildet ist.
Optischer Neigungssensor (2) nach Anspruch 5, wobei die optische Senderanordnung (910) ein diffraktives optisches Element (970) zur Beugung eines von dem optischen Sender (930) emittierten Ausgangslichtstrahls umfasst, um die mindestens drei emittierten Lichtstrahlen (20) zu definieren.
Optischer Neigungssensor (2) nach Anspruch 5, wobei die optische Senderanordnung (10) einen rekonfigurierbaren, dynamischen oder programmierbaren Strahlerzeuger wie einen räumlichen Lichtmodulator (SLM) oder eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (DMD) zur Umwandlung eines vom optischen Sender (30) emittierten Ausgangslichtstrahls umfasst, um die mindestens drei emittierten Lichtstrahlen (20) zu definieren.
Optischer Neigungssensor (2) nach Anspruch 5, wobei der optische Emitter (630) eine gemusterte undurchsichtige Beschichtung (666) umfasst, die direkt auf einer lichtemittierenden Oberfläche des optischen Emitters (630) ausgebildet ist, um mindestens drei lichtemittierende Öffnungen (660) zu definieren, wobei jede lichtemittierende Apertur (660) eine bekannte räumliche Beziehung relativ zu jeder der anderen lichtemittierenden Aperturen (660) aufweist und wobei die optische Emitteranordnung (610) optional einen räumlichen Filter (632) zum räumlichen Filtern von Licht umfasst, das von jeder lichtemittierenden Apertur (660) des optischen Emitters (630) emittiert wird.
Optischer Neigungssensor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Emitteranordnung (1010, 1110, 1210, 1310) mindestens drei optische Emitter umfasst, wobei die mindestens drei optischen Emitter eine bekannte Position und Orientierung relativ zueinander aufweisen, wobei die optische Emitteranordnung beispielsweise ein LED-Array, eine gepixelte LED, ein Laser-Array, wie ein Laserdioden-Array, beispielsweise ein VCSEL-Array umfasst.
Optischer Neigungssensor (2) nach Anspruch 11, umfassend ein fokussierendes Element wie eine Linse (1074) mit einer bekannten räumlichen Beziehung relativ zu den mindestens drei optischen Emittern (1030), wobei die Linse (1074) Licht, das von jedem optischen Emitter (1030) der mindestens drei optischen Emitter emittiert wird, ausrichtet, fokussiert und/oder kollimiert, um die mindestens drei emittierten Lichtstrahlen (20) zu definieren, oder mindestens drei Mikrolinsen (1280) umfasst, wobei jede Mikrolinse (1280) eine bekannte Konfiguration und eine bekannte Position und Orientierung relativ zu einem entsprechenden optischen Emitter (1230) der mindestens drei optischen Emitter aufweist, um die mindestens drei emittierten Lichtstrahlen (20) zu definieren.
Optischer Neigungssensor (2) nach Anspruch 11, umfassend ein räumliches Filter (1132, 1332) mit einer bekannten Konfiguration und einer bekannten Position und Orientierung relativ zu den mindestens drei optischen Emittern (1130, 1330), um Licht, das von jedem optischen Emitter der mindestens drei optischen Emitter (1130, 1330) emittiert wird, räumlich zu filtern, um die mindestens drei emittierten Lichtstrahlen (20) zu definieren, wobei beispielsweise der räumliche Filter (1132, 1332) eine Apertur (1148, 1348) definiert, wobei die Apertur (1148, 1348) eine bekannte Position und Orientierung relativ zu den mindestens drei optischen Emittern (1130, 1330) aufweist, und wobei die Apertur (1148, 1348) so konfiguriert ist, dass sie von den mindestens drei optischen Emittern (1130, 1330) entlang der mindestens drei Emissionsrichtungen emittiertes Licht überträgt.
Optisches Neigungsmessgerät (1) zur Verwendung beim Messen eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche (4) um eine Drehachse (6), wobei das optische Neigungsmessgerät (1) umfasst: den optischen Neigungssensor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und eine Verarbeitungsressource (16), die so konfiguriert ist, dass sie das eine oder die mehreren Ausgangssignale von dem Bildsensor (12) empfängt und den Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche (4) um die Schwenkachse (6) zumindest teilweise auf der Grundlage des einen oder der mehreren empfangenen Ausgangssignale, der verschiedenen bekannten Ausrichtungen der verschiedenen Emissionsrichtungen relativ zur Ausrichtung des Sensorbereichs (13) des Bildsensors (12) und der bekannten relativen räumlichen Beziehung zwischen den Emissionspunkten bestimmt.
Optisches Neigungsmessgerät (1) nach Anspruch 14, wobei die Verarbeitungsressource (16) so konfiguriert ist, dass sie den Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche (4) um die Drehachse (6) zumindest teilweise auf der Grundlage der verschiedenen bekannten Winkel jeder Emissionsrichtung relativ zur Drehachse (6) bestimmt.
Optisches Neigungsmessgerät (1) nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Verarbeitungsressource (16) so konfiguriert ist, dass sie: Bestimmen, aus dem einen oder mehreren empfangenen Ausgangssignalen, einer Position jeder von mindestens drei Intensitätsspitzen auf der Sensorfläche (13) des Bildsensors (12), wobei jede Intensitätsspitze der Spitzenintensität eines entsprechenden der reflektierten Lichtstrahlen entspricht, wenn sie auf die Sensorfläche (13) des Bildsensors (12) auftreffen; Bestimmen eines Abstands eines ersten Paars der mindestens drei Intensitätsspitzen auf der Sensorfläche (13) des Bildsensors (12); Bestimmen eines Abstands eines zweiten Paars der mindestens drei Intensitätsspitzen auf der Sensorfläche (13) des Bildsensors (12); und Bestimmen des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche (4) um die Drehachse (6) zumindest teilweise auf der Grundlage des ermittelten Abstands des ersten Paars von Intensitätsspitzen und des ermittelten Abstands des zweiten Paars von Intensitätsspitzen
Optisches Neigungssteuersystem zur Verwendung bei der Steuerung eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche (4) und eines oder mehrerer Objekte oder Anordnungen, die mit der flachen reflektierenden Oberfläche (4) verbunden sind, um eine Schwenkachse (6), wobei das optische Neigungssteuersystem umfasst: das optische Neigungsmessgerät (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 16; und ein Neigungsstellglied (86) zum Einstellen des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche (4) und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche (4) verbundener Objekte oder Baugruppen um die Schwenkachse (6), wobei die Verarbeitungsressource (16) so konfiguriert ist, dass sie den Neigungsaktuator (86) steuert, um den Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche (4) und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbundener Objekte oder Baugruppen auf der Grundlage des bestimmten Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche (4) zu steuern.
Verfahren zur Verwendung beim Erfassen eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche (4) um eine Drehachse (6), wobei das Verfahren umfasst: Emittieren von mindestens drei Lichtstrahlen (20), so dass jeder emittierte Lichtstrahl (20) auf die flache reflektierende Oberfläche (4) auftrifft und von dieser reflektiert wird, um einen entsprechenden reflektierten Lichtstrahl (22) zu bilden; und Erfassen einer Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen (22) auf einer Sensorfläche (13) eines Bildsensors (12) und Ausgeben eines oder mehrerer Signale, die für die erfasste Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen (22) repräsentativ sind, von dem Bildsensor, wobei die mindestens drei emittierten Lichtstrahlen (20) entlang mindestens drei entsprechenden unterschiedlichen Emissionspfaden emittiert werden, wobei sich jeder Emissionspfad von einem entsprechenden Emissionspunkt entlang einer unterschiedlichen entsprechenden Emissionsrichtung erstreckt, wobei jede Emissionsrichtung eine andere bekannte Ausrichtung relativ zu einer Ausrichtung des Sensorbereichs (13) des Bildsensors (12) hat und jeder Emissionspunkt eine bekannte räumliche Beziehung relativ zu jedem der anderen Emissionspunkte hat, und wobei die mindestens drei emittierten Lichtstrahlen (20) zumindest teilweise durch räumliche Filterung des von einem optischen Sender (30) emittierten Lichts definiert sind.
Verfahren zur Verwendung beim Messen eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche (4) um eine Schwenkachse (6), wobei das Verfahren das Verfahren zur Verwendung beim Erfassen des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche (4) um die Schwenkachse (6) gemäß Anspruch 18 umfasst und das Verfahren ferner das Bestimmen des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche (4) um die Schwenkachse (6) zumindest teilweise auf der Grundlage der ein oder mehreren Ausgangssignale umfasst, der verschiedenen bekannten Ausrichtungen der verschiedenen Emissionsrichtungen relativ zur Ausrichtung des Sensorbereichs (13) des Bildsensors (12), der bekannten relativen räumlichen Beziehung zwischen den Emissionspunkten und einer bekannten Ausrichtung jeder Emissionsrichtung relativ zur Schwenkachse.
Verfahren zur Verwendung beim Messen eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche (4) um eine Drehachse (6) nach Anspruch 19, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen, aus dem einen oder mehreren empfangenen Ausgangssignalen, einer Position jeder von mindestens drei Intensitätsspitzen auf der Sensorfläche (13) des Bildsensors (12), wobei jede Intensitätsspitze der Spitzenintensität eines entsprechenden der reflektierten Lichtstrahlen entspricht, wenn sie auf die Sensorfläche (13) des Bildsensors (12) auftreffen; Bestimmung eines Abstands eines ersten Paars der mindestens drei Intensitätsspitzen auf der Sensorfläche (13) des Bildsensors (12); Bestimmen eines Abstands eines zweiten Paars der mindestens drei Intensitätsspitzen auf der Sensorfläche (13) des Bildsensors (12); und Bestimmen des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche (4) um die Drehachse (6) zumindest teilweise auf der Grundlage des ermittelten Abstands des ersten Paars von Intensitätsspitzen und des ermittelten Abstands des zweiten Paars von Intensitätsspitzen
Verfahren zur Verwendung bei der Messung einer Änderung eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche (4) um eine Drehachse (6), wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines ersten Neigungswinkels derflachen reflektierenden Oberfläche (4) um die Schwenkachse (6) zumindest teilweise auf der Grundlage des einen oder der mehreren Ausgangssignale, die gemäß dem Verfahren nach Anspruch 19 oder 20 erzeugt werden, wenn die flache reflektierende Oberfläche (4) um die Schwenkachse (6) um den ersten Neigungswinkel geneigt wird; Bestimmen eines zweiten Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche (4) um die Schwenkachse (6) zumindest teilweise auf der Grundlage des einen oder der mehreren Ausgangssignale, die gemäß dem Verfahren nach Anspruch 19 oder 20 erzeugt werden, wenn die flache reflektierende Oberfläche (4) um die Schwenkachse (6) um den zweiten Neigungswinkel geneigt wird; und Bestimmen einer Änderung zwischen dem ersten und dem zweiten Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche (4) um die Drehachse (6), wie beispielsweise eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Neigungswinkel, eine prozentuale Änderung zwischen dem ersten und dem zweiten Neigungswinkel oder ein Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Neigungswinkel.
Verfahren zur Verwendung bei der Steuerung eines Neigungswinkels einer flachen reflektierenden Oberfläche (4) und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche (4) verbundener Objekte oder Baugruppen um eine Schwenkachse (6), wobei das Verfahren umfasst: Verfahren zur Verwendung bei der Messung des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche (4) um die Schwenkachse (6) nach Anspruch 19 oder 20, wobei das Verfahren ferner die Steuerung des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche (4) und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbundener Objekte oder Anordnungen auf der Grundlage des ermittelten Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche (4) umfasst; oder Verfahren zur Verwendung bei der Messung des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche (4) um die Drehachse (6) nach Anspruch 21, wobei das Verfahren ferner die Steuerung des Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche (4) und eines oder mehrerer mit der flachen reflektierenden Oberfläche verbundener Objekte oder Anordnungen auf der Grundlage der ermittelten Änderung zwischen dem ersten und zweiten Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche (4) um die Drehachse (6) umfasst.
Verfahren zur Verwendung bei der Ausrichtung eines ersten und eines zweiten Objekts relativ zueinander, wobei das Verfahren umfasst: Anbringen eines optischen Neigungssensors (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auf einer Oberfläche eines Basiselements (88); Montage des ersten Objekts (81) auf der Oberfläche des Basisteils (88); Anordnen des zweiten Objekts (82) relativ zum optischen Neigungssensor (2), so dass jeder emittierte Lichtstrahl (20) auf eine ebene reflektierende Oberfläche (84) des zweiten Objekts (82) auftrifft und von dieser reflektiert wird, um den entsprechenden reflektierten Lichtstrahl (22) zu bilden, so dass der Sensorbereich (13) des Bildsensors (12) eine Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen (22) detektiert und ein oder mehrere Signale ausgibt, die für die detektierte Intensitätsverteilung jedes der reflektierten Lichtstrahlen (22) repräsentativ sind, und so dass jede Ausstrahlungsrichtung eine unterschiedliche bekannte Orientierung relativ zur Schwenkachse aufweist; Bestimmen eines Neigungswinkels der flachen reflektierenden Oberfläche (84) des zweiten Objekts (82) um die Schwenkachse zumindest teilweise auf der Grundlage des einen oder der mehreren Ausgangssignale, der verschiedenen bekannten Ausrichtungen der verschiedenen Emissionsrichtungen relativ zur Ausrichtung des Sensorbereichs (13) des Bildsensors (12), der bekannten relativen räumlichen Beziehung zwischen den Emissionspunkten und einer bekannten Ausrichtung jeder Emissionsrichtung relativ zur Schwenkachse; und Steuerung der relativen Ausrichtung des ersten und zweiten Objekts (81, 82) entsprechend dem ermittelten Neigungswinkel der flachen reflektierenden Oberfläche (84) des zweiten Objekts (82).