DE112023000488T5

DE112023000488T5 - Self-mixing interferometrisches sensormodul zur erfassung von mehrschichtigen objekten, elektronische vorrichtung und verfahren zur erfassung von mehrschichtigen objekten

Info

Publication number: DE112023000488T5
Application number: DE112023000488.9T
Authority: DE
Inventors: Daniel NAJER; Christian Rabus; Tanja Koch; Ferran Suarez
Original assignee: Ams International AG
Current assignee: Ams International AG
Priority date: 2022-05-30
Filing date: 2023-05-16
Publication date: 2024-10-24
Also published as: WO2023232460A1

Abstract

Ein self-mixing interferometrisches Sensormodul (10) zur Erkennung von mehrschichtigen Objekten umfasst einen Lichtemitter (20), eine Detektoreinheit (30) und ein Array von Lichtdetektoren (40). Der Lichtemitter (20) ist so betreibbar, dass er kohärente elektromagnetische Strahlung aus dem Sensormodul (10) emittiert und einer self-mixing Interferenz (SMI) unterliegt, die durch Reflexionen der emittierten elektromagnetischen Strahlung von Schichten (51, 52, 53) unterschiedlicher Tiefe eines mehrschichtigen Objekts (50) verursacht wird, das außerhalb des Sensormoduls (10) angeordnet wird. Die Detektoreinheit (30) ist so betreibbar, dass sie ein SMI-Ausgangssignal erzeigt, das die SMI des Lichtemitters (20) anzeigt. Die Lichtdetektoren des Arrays (40) sind so betreibbar, dass sie zusätzliche Ausgangssignale erzeugen, die eine Verteilung der relativen Reflexionen der emittierten elektromagnetischen Strahlung von Schichten (51, 52, 53) mit unterschiedlicher Tiefe anzeigen.

Description

Diese Offenbarung bezieht sich auf ein self-mixing interferometrisches Sensormodul zur Erfassung von mehrschichtigen Objekten, eine elektronische Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von mehrschichtigen Objekten.
Die self-mixing Interferometrie (Self-Mixing Interferometry, kurz SMI) ist ein interferometrisches Verfahren zur Erkennung und Untersuchung eines Objektes (z. B. mit einer einzelnen Oberfläche) vor einer Laserquelle, wie einem oberflächenemittierenden Laser mit vertikalem Resonator (VCSEL). Durch optische Rückkopplung und Rückreflexion vom Objekt in den Laserresonator vermischt sich das Feld innerhalb des Resonators mit dem reflektierten Feld. Dies führt zu Interferenzeffekten innerhalb des Laserresonators, die über kleine Änderungen der emittierten Laserleistung oder der Sperrschichtspannung an der Laserdiode nachgewiesen werden können. Änderungen der Laserleistung können überall um oder hinter der Laserquelle mit Hilfe von gestreuten Laserphotonen gemessen werden. Diese Leistungs- oder Spannungsänderungen sind das Ergebnis von interferometrischen Effekten oder Mustern, die aufgrund eines festen Objektes (in Verbindung mit einer Modulation der Laserwellenlänge), eines versetzten Objektes (in Verbindung mit einer konstanten Laserwellenlänge) oder eines sich bewegenden Objektes (Doppler-Verschiebung der vom Objekt reflektierten Photonen) auftreten können.
Ein einfaches Bild eines SMI-Sensors, der auf ein Objekt gerichtet ist, ist das eines Drei-Spiegel-Modells, bei dem der Laser selbst zwei Spiegel umfasst und das externe Objekt als dritter Spiegel fungiert. Bei SMI auf mehrschichtige Objekte wird aus dem Drei-Spiegel-Modell ein (N+2)-Spiegel-Modell, wobei N die Anzahl der Objektoberflächen oder - schichten ist. Dadurch werden die SMI-Signale erheblich komplizierter; Photonen, die in verschiedene Schichten des Objektes eindringen (d. h. unterschiedliche Weglängen zurücklegen), können unterschiedlich zur Gesamtinterferenz im Laser beitragen. In der Regel bleibt es unklar, wie viele Photonen in welcher Tiefe in das mehrschichtige Objekt eindringen.
Ein Ziel ist es daher, ein SMI-Sensormodul für elektronische Vorrichtungen bereitzustellen, das die vorgenannten Einschränkungen überwindet und die Erfassung mehrschichtiger Objekte ermöglicht. Ein weiteres Ziel ist die Bereitstellung einer elektronischen Vorrichtung, das ein solches Sensormodul enthält, und eines Verfahrens zur Erkennung von mehrschichtigen Objekten.
Diese Ziele werden mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche erreicht. Weitere Entwicklungen und Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Im Folgenden geht es um ein verbessertes Konzept auf dem Gebiet der optischen Abtastung. Ein Aspekt bezieht sich auf die Idee, dass die self-mixing Interferometrie durch eine räumlich versetzte Photodetektion ergänzt werden kann, um eine verbesserte Detektion von mehrschichtigen Objekten zu ermöglichen. Dieser Aspekt beinhaltet die Nutzung der Gleichstromkomponente eines SMI-Ausgangssignals, um eine Schätzung der Ausbreitungstiefe von Photonen in Abhängigkeit von ihrem Detektionsversatz in Bezug auf die Lichtquelle zu erhalten.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst ein self-mixing interferometrisches Sensormodul für die Erkennung von mehrschichtigen Objekten einen Lichtemitter, eine Detektoreinheit und ein Array von Lichtdetektoren. Das Array von Lichtdetektoren umfasst eine Anzahl von Lichtdetektoren.
Im Betrieb sendet der Lichtemitter kohärente elektromagnetische Strahlung aus dem Sensormodul aus. Darüber hinaus unterliegt der Lichtemitter einer self-mixing Interferenz (SMI), die durch Reflexionen der emittierten elektromagnetischen Strahlung an Schichten unterschiedlicher Tiefe eines außerhalb des Sensormoduls zu platzierenden mehrschichtigen Objekts verursacht wird.
Die Detektoreinheit erzeugt ein SMI-Ausgangssignal, das den SMI des Lichtemitters angibt. Darüber hinaus erzeugen die Lichtdetektoren des Arrays zusätzliche Ausgangssignale, die eine Verteilung der relativen Reflexionen der emittierten elektromagnetischen Strahlung von Schichten unterschiedlicher Tiefe anzeigen.
Der Lichtemitter befindet sich beispielsweise im Sensormodul, um eine self-mixing Interferenz zu ermöglichen, und umfasst in der Regel einen Hohlraumresonator, in den zumindest ein Teil des vom Lichtemitter emittierten Lichts vom mehrschichtigen Objekt außerhalb des Moduls reflektiert oder zurückgestreut werden kann. Der Lichtemitter ist zum Beispiel als Halbleiterlaserdiode ausgeführt und umfasst einen Laserresonator. Der Lichtemitter ist so ausgebildet, dass er kohärentes Licht, z. B. im infraroten (IR), sichtbaren oder ultravioletten (UV) Bereich des elektromagnetischen Spektrums, aus dem Sensormodul emittiert. Der Lichtemitter kann so ausgebildet sein, dass er kontinuierlich oder gepulst Licht aussendet, wobei letzteres zu einer Verringerung des Stromverbrauchs beitragen kann.
Die Rückinjektion des ausgestrahlten Lichts in die Kavität erfolgt aufgrund von Reflexionen an Schichten unterschiedlicher Tiefe des mehrschichtigen Objekts außerhalb des Moduls. Das Licht wird nämlich von verschiedenen Schichten in bestimmten Tiefen oder Abständen reflektiert. Infolgedessen unterliegt der Lichtemitter einer self-mixing Interferenz, die durch Reflexionen in unterschiedlichen Tiefen verursacht wird.
Wenn sich außerhalb des Moduls im Emissionsbereich des Lichtemitters kein Objekt befindet, d. h. kein Licht abgefangen und reflektiert wird, kommt es im Lichtemitter zu keiner self-mixing Interferenz. Wenn jedoch das vom Laserresonator ausgesandte elektromagnetische Feld in den Resonator zurückreflektiert wird, kann es an den Schichten des mehrschichtigen Objekts die Phase ändern, da die Schichten unterschiedliche Objektabstände haben. Dies führt zu einer Modulation der Amplitude und/oder Frequenz des elektromagnetischen Lichtfeldes des Lichtemitters aufgrund von Interferenzen. Die self-mixing Interferenz erzeugt periodische Muster im Ausgangssignal des Lichtemitters, die von der Detektoreinheit als SMI-Ausgangssignal erfasst werden. Genauer gesagt moduliert SMI die optische Leistung (z. B. durch Messung in einem Lichtdetektor, z. B. als Fotostrom) und die Schwellenverstärkung (die z. B. durch Überwachung einer Laserspannung oder eines Laserstroms festgestellt werden kann). Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung von SMI besteht in der Modulation einer Emissionswellenlänge, z. B. durch periodische Rampen eines Laserstroms (über eine Stromrampe mit Dreiecksfunktion oder durch Veränderung der Laserkavität über einen MEMS-Spiegel).
Wie bereits erwähnt, verändert SMI schließlich eine Eigenschaft des Lichtstrahlers. Diese Eigenschaft wird indirekt mit Hilfe der Detektoreinheit gemessen, die das SMI-Ausgangssignal in Abhängigkeit von dieser Eigenschaft bzw. deren Änderung erzeugt. Das SMI-Ausgangssignal kann z. B. als Strom oder Spannung gemessen werden. So kann die Detektoreinheit Mittel, z. B. aktive oder passive Schaltungen, aufweisen, um die Änderung als elektronische Eigenschaft zu messen.
Das SMI-Ausgangssignal enthält Informationen über verschiedene Tiefen und Abstände des mehrschichtigen Objekts. Bei einem mehrschichtigen Objekt durchlaufen die Photonen, die in die verschiedenen Schichten des Objekts eindringen, in der Regel unterschiedliche Wegstrecken und tragen somit unterschiedlich zur Gesamtinterferenz im Lichtemitter bei. Ohne zusätzliche Informationen bleibt in der Regel unklar, wie viele Photonen in welcher Tiefe in das mehrschichtige Objekt eindringen. Das sich daraus ergebende SMI-Bild ändert sich von einem Drei-Spiegel-Modell, wie in der Einleitung erörtert, zu einem (N+2)-Spiegel-Modell, wobei N die Anzahl der Objektschichten oder Grenzflächen ist. Darüber hinaus ist ein mehrschichtiges Objekt eher ein häufiger Fall als eine Ausnahme. Ein menschliches Körperteil wie ein Finger hat zum Beispiel unterschiedliche Haut in verschiedenen Tiefen.
Das Array der Lichtdetektoren liefert zusätzliche Informationen in Form von zusätzlichen Ausgangssignalen. So können beispielsweise zwei Informationen aus dem Array extrahiert werden: die Photonenlauftiefe im Objekt (aus einer Gleichstromkomponente der zusätzlichen Signale) und das SMI-Ausgangssignal (aus einer Wechselstromkomponente des Signals).
Die Lichtdetektoren sind vom Lichtemitter beabstandet, so dass das von den Schichten des mehrschichtigen Objekts reflektierte Licht unterschiedlich zu den von den Lichtdetektoren in der Anordnung erzeugten Ausgangssignalen beiträgt. Mit den zusätzlichen Ausgangssignalen lässt sich daher eine Verteilung der relativen Reflexionen der emittierten elektromagnetischen Strahlung von Schichten unterschiedlicher Tiefe abbilden. Diese Verteilung ermöglicht die Interpretation des SMI-Ausgangssignals des Lichtemitters. Dies kann ein besseres Verständnis eines mehrschichtigen Objekts ermöglichen, indem gemessen wird, welcher Anteil der Laserleistung in welche Tiefe des mehrschichtigen Objekts eintritt. Letztlich kann die Verteilung der relativen Reflexionen es ermöglichen, die Beiträge der einzelnen Schichten des mehrschichtigen Objekts zum gesamten SMI-Ausgangssignal zu ermitteln. Dies muss jedoch möglicherweise durch ein Reflexions- und Streumodell des mehrschichtigen Objekts selbst unterstützt werden.
Das vorgeschlagene Konzept ermöglicht es zu bestimmen, welcher Teil des emittierten Lichts in welche Tiefe des mehrschichtigen Objekts wandert. Dies kann über räumlich versetzte Lichtdetektoren erfolgen, wobei der radiale Abstand eines Lichtdetektors zum SMI-Lichtemitter mit der Erfassung von Photonen, die in einer bestimmten Objekttiefe reflektiert werden, zusammenhängt. Mit anderen Worten: Der am weitesten vom Laseremitter entfernte Detektor misst die Photonen, die tiefer in das mehrschichtige Objekt eindringen.
Das Lichtdetektor-Array in Kombination mit der SMI-Detektion ermöglicht die Auflösung der Photonenlauftiefe in einem mehrschichtigen System, was eine umfassende Untersuchung von mehrschichtigen Objekten ermöglicht. Die robuste Sensormodalität ermöglicht die Untersuchung von geschichteten Objekten / mehrschichtigen Objekten wie der menschlichen Haut. Das vorgeschlagene Konzept kann im Verbraucher- oder medizinischen Bereich Anwendung finden, z. B. bei Gesundheitsüberwachungssystemen, Smartphones und Wearables (intelligente Uhren, intelligente Brillen und intelligente Pflaster). Zu den Anwendungen gehört die nicht-invasive Erfassung (z. B. von Vitaldaten) von mehrschichtigen Objekten wie der menschlichen Haut (Vibrokardiografie, Blutflussmessung, Blutdruckanalyse usw.).
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Array von Lichtdetektoren ein eindimensionales Array oder ein zweidimensionales Array von Lichtdetektoren. Benachbarte Lichtdetektoren oder Photodetektoren sind durch einen räumlichen Versatz getrennt.
Die Lichtdetektoren können durch Fotodioden, SPADs oder andere Arten von Halbleiter-Lichtdetektoren realisiert werden. Beispielsweise ist eine Reihe oder Spalte des Arrays in Bezug auf den Lichtemitter so ausgerichtet, dass das auf einen Lichtdetektor auftreffende Licht an verschiedenen Schichten reflektiert wird, wenn man sich entlang der Reihe oder Spalte des Arrays nach außen bewegt.
Der räumliche Versatz bestimmt den radialen Abstand zum Lichtemitter und bezieht sich somit auf die Erfassung von Photonen, die in einer bestimmten Tiefe des Objekts reflektiert werden. Mit anderen Worten: Der Lichtdetektor, der am weitesten von der Laserquelle entfernt ist, misst hauptsächlich oder ausschließlich die Photonen, die tiefer in das mehrschichtige Objekt eindringen. Dies ermöglicht ein besseres Verständnis eines mehrschichtigen Objekts, indem gemessen wird, welcher Anteil des emittierten Lichts in welche Tiefe des mehrschichtigen Objekts eindringt.
In mindestens einer Ausführungsform bildet das Array von Lichtdetektoren einen Bildsensor. Die Lichtdetektoren sind durch den Aufbau des Bildsensors räumlich versetzt. Der Bildsensor kann z.B. als CCD (charge-coupled device) oder CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) Bildsensor ausgeführt sein. Ein Bildsensor ermöglicht die Aufzeichnung der zusätzlichen Ausgangssignale als Bild und kann z. B. mit Speckle-Bildgebung kombiniert werden.
In mindestens einer Ausführungsform besteht der Lichtemitter aus einer Halbleiterlaserdiode, einer lichtemittierenden Vorrichtung mit Resonanzraum oder einer VCSEL-Diode (vertical cavity surface emitting laser). Diese Vorrichtungen verfügen über eine kohärente Emission zur Erzeugung von SMI-Mustern. Eine lichtemittierende Vorrichtung mit Resonanzraum kann als Halbleiterbauelement betrachtet werden, das in der Lage ist, kohärentes Licht auf der Grundlage eines Resonanzprozesses zu emittieren. Bei diesem Prozess kann die lichtemittierende Vorrichtung mit Resonanzraum elektrische Energie direkt in Licht umwandeln, z. B. wenn sie direkt mit einem elektrischen Strom gepumpt wird, um eine verstärkte stimulierte Emission zu erzeugen.
VCSELs sind ein Beispiel für eine lichtemittierende Vorrichtung mit Resonanzhohlraum und zeichnen sich durch eine Strahlenemission aus, die senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene einer Oberseite des VCSELs verläuft. Die VCSEL-Diode kann aus Halbleiterschichten auf einem Substrat gebildet werden, wobei die Halbleiterschichten zwei verteilte Bragg-Reflektoren (DBRs) umfassen, die dazwischen aktive Bereichsschichten einschließen und so einen Hohlraum bilden. VCSELs und ihr Funktionsprinzip sind ein bekanntes Konzept und werden in dieser Offenbarung nicht weiter erläutert. Die VCSEL-Diode ist zum Beispiel so ausgebildet, dass sie eine Emissionswellenlänge von 940 nm, 850 nm oder einer anderen Wellenlänge hat. Die VCSEL-Diode kann so ausgebildet sein, dass sie kohärentes Laserlicht emittiert, wenn sie z. B. in Durchlassrichtung vorgespannt ist.
In mindestens einer Ausführungsform ist die Detektoreinheit in der Lage, eine Sperrschichtspannung des Lichtemitters zu erfassen. Das SMI-Ausgangssignal wiederum ist eine Funktion dieser Sperrschichtspannung. Die Sperrschichtspannung ist eine mögliche elektronische Eigenschaft des Lichtemitters, die sich als Folge von SMI ändern kann. Die Detektoreinheit umfasst beispielsweise einen Spannungsmesser zur Erfassung der Sperrschichtspannung.
In mindestens einer Ausführungsform ist die Detektoreinheit in der Lage, eine optische Ausgangsleistung des Lichtemitters zu erfassen. Das SMI-Ausgangssignal wird wiederum in Abhängigkeit von der optischen Ausgangsleistung erzeugt. Die optische Leistung ist eine weitere mögliche Eigenschaft der Lichtemitter, die sich als Folge von SMI ändern kann. Die Detektoreinheit umfasst beispielsweise einen Lichtdetektor, wie eine Fotodiode, oder ein Fotodiodenarray, um die optische Ausgangsleistung zu erfassen.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Modul weitere Lichtemitter. Die Lichtemitter sind in der Lage, kohärente elektromagnetische Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge aus dem Sensormodul zu emittieren. Jeder Lichtemitter kann einer SMI unterzogen werden, die durch Reflexionen der emittierten elektromagnetischen Strahlung an Schichten unterschiedlicher Tiefe eines außerhalb des Sensormoduls zu platzierenden mehrschichtigen Objekts verursacht wird. Mindestens zwei Lichtemitter können kohärente elektromagnetische Strahlung mit verschiedenen definierten Wellenlängen aussenden.
Das vom Lichtemitter ausgestrahlte Licht kann verschiedene Schichten in unterschiedlichen Tiefen des mehrschichtigen Objekts mit unterschiedlichen Eigenschaften je nach Wellenlänge erreichen. So kann beispielsweise eine Schicht des Targets bei einer bestimmten Wellenlänge eine höhere oder niedrigere Absorption aufweisen als bei einer anderen Wellenlänge. Auch die Reflexion oder Streuung an den Schichten kann wellenlängenabhängig sein. Weitere Lichtemitter mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen ermöglichen daher die Einbeziehung weiterer Informationen darüber, wie verschiedene Schichten des Objekts zu den SMI-Ausgangssignalen insgesamt beitragen. Darüber hinaus können die Lichtdetektoren auch so betrieben werden, dass sie die detektierten zusätzlichen Ausgangssignale spektral auflösen, z. B. mit Hilfe spezieller Filter.
In mindestens einer Ausführungsform bilden das Lichtdetektor-Array, die Detektoreinheit und/oder mindestens ein Lichtemitter ein integriertes Halbleiterbauelement, wie z. B. eine integrierte CMOS-Schaltung, auf einem gemeinsamen Substrat. Zusätzlich oder alternativ umfasst das Sensormodul ein Sensorgehäuse, in das das Lichtdetektor-Array, die Detektoreinheit und optional der/die Lichtemitter und/oder weitere Komponenten wie eine elektronische Verarbeitungseinheit oder das integrierte Halbleiterbauelement, das durch das Lichtdetektor-Array, die Detektoreinheit und/oder mindestens einen Lichtemitter gebildet wird, integriert sind.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Modul ferner eine elektronische Verarbeitungseinheit, die in der Lage ist, aus dem erzeugten SMI-Ausgangssignal und den zusätzlichen Ausgangssignalen ein Tiefenprofil des mehrschichtigen Objekts zu bestimmen. Auf diese Weise kann das Tiefenprofil von einer On-Chip-Komponente bestimmt und bereitgestellt werden, ohne dass eine zusätzliche Verarbeitung außerhalb des Moduls erforderlich ist.
In mindestens einer Ausführungsform sind mindestens einige der Lichtdetektoren in der Lage, die zusätzlichen Ausgangssignale zu erzeugen, die eine Verteilung der relativen Reflexionen der emittierten elektromagnetischen Strahlung von Schichten unterschiedlicher Tiefe als Funktion der Polarisation anzeigen.
Vom Lichtemitter ausgesandtes unpolarisiertes Licht kann durch Reflexion unter einem Winkel an einer dielektrischen Oberfläche polarisiert werden. Polarisiertes Licht, das vom Lichtemitter ausgesendet wird, kann durch Reflexion in seiner Polarisation verändert werden. Die Lichtdetektoren können mit Polarisatoren ergänzt werden, um einen Polarisationszustand zu bestimmen. Je nach Beschaffenheit des mehrschichtigen Objektes kann den Schichten des Objektes ein Polarisationszustand oder mehrere Zustände zugeordnet werden.
In mindestens einer Ausführungsform ist vor dem Lichtemitter ein optisches Element, z. B. eine refraktive, diffraktive oder Meta-Linse, angeordnet. Das optische Element kann z. B. zur Kollimation oder Fokussierung eines vom Lichtemitter ausgehenden divergierenden Strahls und/oder zur Steuerung der Polarisation verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ ist ein weiteres optisches Element, z. B. eine einzelne Mikrolinse oder ein Mikrolinsen-Array, vor den Lichtdetektoren angeordnet. Dieses optische Element kann zur Verstärkung des Signals an den Lichtdetektoren verwendet werden.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst eine elektronische Vorrichtung ein self-mixing interferometrisches Sensormodul gemäß einem oder mehreren der vorgenannten Aspekte. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung ein Gehäuse, das ferner das Sensormodul und eine Trägerfläche umfasst. Das mehrschichtige Objekt kann auf der Trägerfläche platziert werden. In dieser Position ist das Gehäuse so ausgebildet, dass die Lichtemitter in einem Abstand zu dem mehrschichtigen Objekt angeordnet sind. Infolgedessen kann der Lichtemitter im Wesentlichen senkrecht zur Trägerfläche stehen. Die Lichtdetektoren haben einen räumlichen Versatz in Bezug auf eine Oberflächennormale der Trägeroberfläche und in Bezug auf den Lichtemitter.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Modul ferner eine Verarbeitungseinheit, die so ausgebildet ist, dass sie aus einem Ausgangssignal des Moduls eine Verschiebung oder eine Bewegung eines unter der Oberfläche liegenden Merkmals bestimmt, das mit mindestens einer Schicht des mehrschichtigen Objekts verbunden ist. Das Ausgangssignal des Moduls kann z. B. das SMI- und das zusätzliche Ausgangssignal oder das unter Berücksichtigung der zusätzlichen Ausgangssignale korrigierte SMI sein.
Bei der Verarbeitungseinheit kann es sich um eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) der tragbaren elektronischen Vorrichtung oder um ein System-on-a-Chip (SOC) handeln, das z. B. für die Verarbeitung der Ausgangssignale der Lichtemitter zuständig ist. Die Verarbeitungseinheit kann anstelle der elektronischen Verarbeitungseinheit des Moduls, als diese oder als Ergänzung zu dieser verwendet werden.
Beispielsweise interpretiert die Verarbeitungseinheit das SMI-Ausgangssignal im Hinblick auf die zusätzlichen Ausgangssignale und bestimmt eine Verschiebung oder eine Bewegung eines Schichtmerkmals als Ergebnis einer solchen Interpretation. Beispielsweise kann das SMI-Ausgangssignal auf eine Signalkomponente aus einer gewünschten Schicht des mehrschichtigen Objekts reduziert werden.
In mindestens einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit in der Lage, als Ausgangssignal des Moduls mindestens ein SMI-Ausgangssignal und die zusätzlichen Ausgangssignale zu empfangen. Die Verarbeitungseinheit ist in der Lage, die Verschiebung oder Bewegung eines unter der Oberfläche befindlichen Merkmals als Funktion des SMI-Ausgangssignals und der zusätzlichen Ausgangssignale zu bestimmen.
In mindestens einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit ferner in der Lage, die Ausgabe des Moduls mit einem Speckle-Bild zu kombinieren.
Die Speckle-Bildgebung stammt aus der astronomischen Bildgebung und bezieht sich auf die hochauflösende Bildgebung, die auf der Analyse einer großen Anzahl kurzer Belichtungen beruht, die die Variationen im Bild einfrieren. Der Bildsensor kann eine große Anzahl von Belichtungen integrieren. Die Bilder sind von den unterschiedlichen Tiefen der Schichten abhängig. Wenn sich also die Tiefe (oder der Abstand) ändert, z. B. aufgrund eines sich ändernden Parameters in Bezug auf eine bestimmte Schicht, kann dies in den Bildern sichtbar werden. Diese Änderungen können mit Hilfe der Speckle-Bildverarbeitung extrahiert und mit dem SMI-Ausgangssignal in Beziehung gesetzt werden.
Weitere Ausführungsformen der elektronischen Vorrichtung ergeben sich für den Fachmann aus den vorgenannten Ausführungsformen des self-mixing interferometrischen Sensormoduls und umgekehrt.
Außerdem wird ein Verfahren zur Erkennung eines mehrschichtigen Objekts bereitgestellt, das mindestens die folgenden Schritte umfasst.
Ein Schritt besteht darin, ein mehrschichtiges Objekt außerhalb eines Sensormoduls zu platzieren. Ein weiterer Schritt umfasst das Aussenden kohärenter elektromagnetischer Strahlung aus dem Sensormodul (10) mittels eines Lichtemitters. Ein weiterer Schritt umfasst die Erzeugung einer self-mixing Interferenz (SMI) im Lichtemitter, die durch Reflexionen der emittierten elektromagnetischen Strahlung von Schichten unterschiedlicher Tiefe des außerhalb des Sensormoduls zu platzierenden mehrschichtigen Objekts verursacht wird. Ein weiterer Schritt umfasst die Erzeugung eines SMI-Ausgangssignals, das die SMI des Lichtemitters anzeigt. Ein weiterer Schritt umfasst die Verwendung eines Arrays von Lichtdetektoren, das zusätzliche Ausgangssignale erzeugt, die eine Verteilung der relativen Reflexionen der emittierten elektromagnetischen Strahlung von Schichten unterschiedlicher Tiefe anzeigen.
Weitere Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich für den Fachmann aus den vorgenannten Ausführungsformen des self-mixing Interferometrie-Sensormoduls und der elektronischen Vorrichtung und vice versa.
Die folgende Beschreibung der Abbildungen kann Aspekte des self-mixing interferometrischen Sensormoduls, der elektronischen Vorrichtung und des Verfahrens zur Erkennung von mehrschichtigen Objekten näher erläutern. Komponenten und Teile des self-mixing interferometrischen Sensors, die funktional identisch sind oder eine identische Wirkung haben, sind durch identische Bezugszeichen gekennzeichnet. Identische oder praktisch identische Komponenten und Teile werden möglicherweise nur in Bezug auf die Figuren beschrieben, in denen sie zuerst vorkommen. Ihre Beschreibung wird in den nachfolgenden Abbildungen nicht unbedingt wiederholt.
In den Figuren:

zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines self-mixing Interferometrie-Sensormoduls, und
zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines self-mixing Interferometrie-Sensormoduls.

zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines self-mixing Interferometrie-Sensormoduls. Das self-mixing interferometrische Sensormodul 10 umfasst einen Lichtemitter 20, eine Detektoreinheit 30 und ein Array von Lichtdetektoren 40. Optional kann ein optisches Element 60 (z. B. eine refraktive, diffraktive oder Meta-Linse) vor dem Lichtemitter verwendet werden, um den vom Lichtemitter ausgehenden Strahl zu kollimieren oder zu fokussieren (oder z. B. die Polarisation zu steuern), und ein optisches Element 70 (einzelne Mikrolinse oder Mikrolinsen-Array) kann verwendet werden, um das Signal auf den Lichtdetektoren zu erhöhen.
Das Sensormodul kann als Sensorgehäuse und/oder als integriertes Halbleiterbauelement ausgeführt werden, in das der Lichtemitter, die Detektoreinheit und das Array von Lichtdetektoren integriert sind. Beispielsweise bilden die Detektoreinheit und das Array von Lichtdetektoren sowie optional zusätzliche Komponenten wie eine elektronische Verarbeitungseinheit (nicht dargestellt) und/oder ein Lasertreiber als Mittel zur Ansteuerung des Lichtemitters 20 ein integriertes Halbleiterbauelement, z. B. ein integriertes CMOS-Schaltungsbauelement, auf einem gemeinsamen Substrat. Der Lichtemitter kann entweder in das integrierte Halbleiterbauelement integriert sein oder als externes Bauteil mit dem integrierten Halbleiterbauelement elektrisch verbunden sein. Das Sensormodul kann in eine elektronische Vorrichtung (nicht dargestellt) integriert und mit diesem elektrisch verbunden sein.
Der Lichtemitter 20 ist in diesem Beispiel als VCSEL-Diode (vertical cavity surface emitting laser) ausgeführt. Ein VCSEL ist ein Beispiel für eine lichtemittierende Vorrichtung mit Resonanzraum. Der VCSEL besteht aus Halbleiterschichten mit verteilten Bragg-Reflektoren (nicht abgebildet), die die dazwischen liegenden Schichten des aktiven Bereichs einschließen und so einen Hohlraum bilden. VCSELs emittieren kohärente elektromagnetische Strahlung, die senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Oberseite des VCSELs steht. Beispielsweise sind die VCSEL-Dioden so ausgebildet, dass sie eine Emissionswellenlänge im Infrarotbereich haben, z. B. bei 940 nm oder 850 nm. Der Lichtemitter (oder VCSEL) dient sowohl als Belichtungsvorrichtung und Sensor als auch als Filter.
Die Detektoreinheit 30 ist als schematischer Baustein dargestellt. Die Detektoreinheit umfasst Mittel, z. B. aktive oder passive Schaltungen, zur Messung einer optischen oder elektronischen Eigenschaft des Lichtemitters 20. Beispielsweise umfasst die Detektoreinheit ein Strom- oder Spannungsmessgerät, um eine Sperrschichtspannung des Lichtemitters zu erfassen. Die Sperrschichtspannung ist eine mögliche elektronische Eigenschaft des Lichtemitters und kann sich infolge von self-mixing Interferenz ändern. Zusätzlich oder alternativ dazu umfasst die Detektoreinheit einen Lichtdetektor, z. B. eine Fotodiode, um eine optische Ausgangsleistung des Lichtemitters zu erfassen. Die optische Ausgangsleistung ist eine mögliche optische Eigenschaft der Lichtemitter und kann sich als Ergebnis der self-mixing Interferenz ändern. In einigen Ausführungsformen kann der Lichtdetektor epitaktisch mit dem Lichtemitter 20 integriert werden, z. B. während der Epitaxie des Lichtemitters 20.
Darüber hinaus umfasst das Array von Lichtdetektoren 40 Lichtdetektoren, wie z. B. einzelne Fotodioden 41, 42, 43, die als Array mit einem räumlichen Versatz 44 zwischen benachbarten Detektoren angeordnet sind. Das Array kann z. B. ein eindimensionales Array oder ein zweidimensionales Array sein.
Das self-mixing Interferometrie-Sensormodul ist beispielsweise in einer elektronischen Vorrichtung angeordnet, z. B. einem Gesundheitsüberwachungssystem, einem Smartphone, einer tragbaren elektronischen Vorrichtung, wie einer intelligenten Uhr, einer intelligenten Brille, einem intelligenten Pflaster und dergleichen, das das Sensormodul umfasst. Typischerweise umfasst die elektronische Vorrichtung ein Gehäuse mit einer Öffnung, z. B. als Teil eines Abdeckteils. Das Sensormodul wird in das Gehäuse eingesetzt oder montiert und in Bezug auf die Öffnung positioniert. Ein mehrschichtiges Objekt 50, z. B. ein Finger oder ein anderes menschliches Körperteil, kann auf die Öffnung gelegt werden, um eine Messung mit dem Modul durchzuführen.
Das Gehäuse sorgt für einen definierten Abstand zwischen dem mehrschichtigen Objekt 50 und dem Sensormodul 10. Beispielsweise wird das Modul so im Gehäuse platziert, dass der Lichtemitter 20 im Wesentlichen auf oder nahe einer gemeinsamen optischen Achse liegt, die durch die optionale Linse 60, die Blende und den Lichtemitter verläuft. Beispielsweise ist der Lichtemitter senkrecht zu einer Hauptfläche des Gehäuses angeordnet, die die Blende umfasst, z. B. einer Kontaktfläche. Auf diese Weise kann der Lichtemitter senkrecht zu einer Oberfläche oder Schicht 51 des Objektobjekts 50, z. B. einer Hautoberfläche, angeordnet werden. Licht, das durch die Öffnung in das Gehäuse eintritt, kann den Lichtemitter erreichen. Aufgrund des räumlichen Versatzes 44 ist das Array von Lichtdetektoren 40 in Bezug auf die gemeinsame optische Achse des Lichtemitters 20 versetzt. Das durch die Öffnung in das Gehäuse eintretende Licht kann jedoch die Lichtdetektoren in einem Winkel zur Hauptfläche des Gehäuses erreichen, der durch die Pfeile a1, a2 bzw. a3 gekennzeichnet ist. Diese stammen aus Reflexions- oder Streuereignissen 1, 2, 3 an einer ersten Schicht 51, einer zweiten Schicht 52 bzw. einer dritten Schicht 53. Eine optionale Linse 70 kann vor den Lichtdetektoren angeordnet werden, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen.
Der Betrieb des Sensormoduls nutzt die Gleichstromkomponente des SMI-Ausgangssignals, um die Ausbreitungstiefe der Photonen in Abhängigkeit von ihrem Detektionsoffset in Bezug auf den Lichtemitter 20 zu erhalten. Während eine Reihe räumlich verteilter Lichtdetektoren 41, 42, 43 Photonen vorzugsweise von einem bestimmten Objekt (in ihrer Gleichstromkomponente) messen, trägt jeder Lichtdetektor des Arrays zusätzlich Informationen (in seiner Wechselstromkomponente) aus den Interferenzen innerhalb des Lasers (d. h. SMI-Signal). Auf diese Weise kann das Photodetektor-Array sowohl die Eindringtiefe der Photonen als auch SMI-Parameter des Objekts (z. B. Entfernung, Verschiebung oder Geschwindigkeit) erfassen.
Die Zeichnung veranschaulicht eine mögliche Messung. Der Lichtemitter 20 arbeitet auf der Grundlage eines Laserverfahrens 4 (in der Zeichnung durch die kreisförmigen Pfeile angedeutet). Infolgedessen sendet der Lichtemitter kohärente elektromagnetische Strahlung aus dem Sensormodul 10 in Richtung eines mehrschichtigen Objekts 50 aus, das sich in einem Sichtfeld des Emitters befindet. Das Licht kann an den Schichten 51, 52, 53 unterschiedlicher Tiefe des mehrschichtigen Objekts 50 reflektiert oder rückgestreut werden (siehe Ereignisse 1, 2, 3 in der Zeichnung). Teile des reflektierten oder rückgestreuten Lichts werden schließlich in den Lichtemitter zurückgekoppelt, der dann einer self-mixing Interferenz unterliegt. Weitere Anteile des reflektierten oder rückgestreuten Lichts gelangen jedoch nicht zum Lichtemitter zurück, sondern treffen stattdessen auf das Array von Lichtdetektoren 20. Diese Anteile beziehen sich auf die Reflexionen an den Schichten unter verschiedenen Winkeln, wie durch die Pfeile a1, a2 bzw. a3 angegeben.
Die Detektoreinheit 30 erzeugt ein SMI-Ausgangssignal, das die SMI des Lichtemitters 20 angibt. Das SMI-Ausgangssignal hängt von den Anteilen des zurückgestrahlten Lichts ab, die von den Schichten 51, 52, 53 des mehrschichtigen Targets 50 reflektiert oder zurückgestreut wurden. Aufgrund von SMI hat das SMI-Ausgangssignal eine Wechselstromkomponente, die sich auf den absoluten oder relativen Abstand oder die Geschwindigkeit der Merkmale der einzelnen Schichten beziehen kann. Das SMI-Ausgangssignal kann auch eine Gleichstromkomponente haben, die normalerweise keine nützlichen Informationen enthält.
Die Lichtdetektoren 41, 42, 43 empfangen die Anteile, die von den Schichten 51, 52, 53 des mehrschichtigen Objektes 50 reflektiert oder zurückgestreut wurden, jedoch unter einem Winkel. Diese Anteile führen zu den jeweiligen zusätzlichen Ausgangssignalen der Lichtdetektoren 41, 42, 43. Zusammen sind diese zusätzlichen Ausgangssignale ein Indikator für die Verteilung der relativen Reflexionen der emittierten elektromagnetischen Strahlung von Schichten unterschiedlicher Tiefe.
Das SMI-Gesamtausgangssignal kann als eine Überlagerung von SMI-Teilsignalen betrachtet werden, die auf Reflexionen an den Schichten 51, 52, 53 des mehrschichtigen Objekts 50 zurückzuführen sind. Die Lichtdetektoren sind vom Lichtemitter beabstandet, so dass das von den Schichten 51, 52, 53 des mehrschichtigen Objektes reflektierte Licht unterschiedlich zu den zusätzlichen Ausgangssignalen beiträgt. Die zusätzlichen Ausgangssignale ermöglichen somit die Abbildung einer Verteilung der relativen Reflexionen der emittierten elektromagnetischen Strahlung von den Schichten 51, 52, 53 unterschiedlicher Tiefe. Diese Verteilung ermöglicht die Interpretation des SMI-Ausgangssignals des Lichtemitters 20. Dies kann ein besseres Verständnis eines mehrschichtigen Objekts ermöglichen, indem gemessen wird, welcher Anteil der Laserleistung in welche Tiefe des mehrschichtigen Objekts eintritt. Letztlich kann die Verteilung der relativen Reflexionen es ermöglichen, die Beiträge der einzelnen Schichten des mehrschichtigen Objekts zum gesamten SMI-Ausgangssignal zu ermitteln. Dies muss jedoch möglicherweise durch ein Reflexions- und Streumodell des mehrschichtigen Objekts selbst unterstützt werden.
zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines self-mixing Interferometrie-Sensormoduls. Diese Anordnung unterscheidet sich von der vorherigen in dadurch, dass das Lichtdetektor-Array 40 als Bildsensor mit Pixeln (siehe repräsentative Pixel 45, 46, 47 in der Zeichnung) ausgeführt ist. Auf diese Weise erhöht sich die Tiefenauflösung, und mögliche Speckle-Muster des mehrschichtigen Objekts können wie beim Speckle-Imaging gemessen werden. Speckle Imaging kann zur Realisierung einer hochauflösenden Bildgebung verwendet werden, z. B. zur Erkennung der Sauerstoffsättigung des Blutes, während die SMI-Detektion mit Hilfe des Lichtemitters zur Erkennung von Bewegungen der Objektoberfläche oder innerhalb des Objekts, einschließlich des Blutflusses durch die Gefäße, verwendet werden könnte.
Diese Beschreibung enthält zwar viele Einzelheiten, diese sollten jedoch nicht als Beschränkungen des Umfangs der Erfindung oder der Beanspruchung verstanden werden, sondern als Beschreibungen von Merkmalen, die für bestimmte Ausführungsformen der Erfindung spezifisch sind. Bestimmte Merkmale, die in dieser Beschreibung im Zusammenhang mit einzelnen Ausführungsformen beschrieben werden, können auch in Kombination in einer einzigen Ausführungsform realisiert werden. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die im Zusammenhang mit einer einzigen Ausführungsform beschrieben werden, auch in mehreren Ausführungsformen separat oder in jeder geeigneten Unterkombination implementiert werden. Darüber hinaus können, obwohl Merkmale oben als in bestimmten Kombinationen wirkend beschrieben und sogar ursprünglich als solche beansprucht werden, ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in einigen Fällen aus der Kombination herausgenommen werden, und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination gerichtet sein.
Auch wenn die Vorgänge in den Zeichnungen in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt sind, ist dies nicht so zu verstehen, dass diese Vorgänge in der gezeigten Reihenfolge oder in sequenzieller Reihenfolge ausgeführt werden müssen oder dass alle dargestellten Vorgänge ausgeführt werden müssen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Unter bestimmten Umständen können Multitasking und Parallelverarbeitung vorteilhaft sein.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102022113557.8 , deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Bezugszeichen

a1: Pfeil
a2: Pfeil
a3: Pfeil
1: Reflexion/Streuung
2: Reflexion/Streuung
3: Reflexion/Streuung
4: Laser-Verfahren
10: self-mixing Interferometrie-Sensormodul
20: Lichtemitter
30: Detektoreinheit
40: Array von Lichtdetektoren
41: Lichtdetektor
42: Lichtdetektor
43: Lichtdetektor
44: Räumlicher Versatz
45: Pixel
46: Pixel
47: Pixel
50: mehrschichtiges Objekt
51: Schicht
52: Schicht
53: Schicht
60: optisches Element
70: optisches Element
100: elektronische Vorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1020221135578 [0062]

Claims

Self-mixing interferometrisches Sensormodul (10) zur Erfassung von mehrschichtigen Objekten, das einen Lichtemitter (20), eine Detektoreinheit (30) und ein Array von Lichtdetektoren (40) umfasst, wobei: - der Lichtemitter (20) so betreibbar ist, dass er kohärente elektromagnetische Strahlung aus dem Sensormodul (10) aussendet; und einer self-mixing Interferenz, SMI, unterliegt, die durch Reflexionen der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung von Schichten (51, 52, 53) unterschiedlicher Tiefe eines mehrschichtigen Objekts (50) verursacht wird, das außerhalb des Sensormoduls (10) angeordnet werden soll; - die Detektoreinheit (30) betreibbar ist, um ein SMI-Ausgangssignal zu erzeugen, das die SMI des Lichtemitters (20) anzeigt; und - Lichtdetektoren des Arrays (40) so betreibbar sind, dass sie zusätzliche Ausgangssignale erzeugen, die eine Verteilung der relativen Reflexionen der emittierten elektromagnetischen Strahlung von Schichten (51, 52, 53) unterschiedlicher Tiefe anzeigen.
Das Modul nach Anspruch 1, wobei - Das Array von Lichtdetektoren (40) ein eindimensionales Array oder ein zweidimensionales Array umfasst, und - benachbarte Lichtdetektoren durch einen räumlichen Versatz getrennt sind (44).
Modul nach Anspruch 1, wobei das Array von Lichtdetektoren (40) einen Bildsensor bildet.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Lichtemitter (20) umfasst: - eine Halbleiter-Laserdiode, - eine lichtemittierende Vorrichtung mit Resonanzkavität, und/oder - eine oberflächenemittierende Laserdiode mit vertikalem Resonator, VCSEL.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend weitere Lichtemitter (20), wobei - die Lichtemitter (20) so betreibbar sind, dass sie kohärente elektromagnetische Strahlung mit einer definierten Wellenlänge aus dem Sensormodul (10) emittieren und einer self-mixing Interferenz, SMI, unterliegen, die durch Reflexionen der emittierten elektromagnetischen Strahlung von Schichten unterschiedlicher Tiefe eines außerhalb des Sensormoduls (10) anzuordnenden mehrschichtigen Objektes (50) verursacht wird, und - mindestens zwei Lichtemitter (20) so betreibbar sind, dass sie kohärente elektromagnetische Strahlung mit verschiedenen definierten Wellenlängen aussenden.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Detektoreinheit (30) betreibbar ist, um: - eine Sperrschichtspannung eines entsprechenden Lichtemitters (20) zu erfassen, und - die Ausgangssignale in Abhängigkeit von den jeweiligen Sperrschichtspannungen erzeugen.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Detektoreinheit (30) betreibbar ist, um: - eine optische Ausgangsleistung eines entsprechenden Lichtemitters (20) zu erfassen, und - die Ausgangssignale in Abhängigkeit von der jeweiligen optischen Ausgangsleistung erzeugen.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Array von Lichtdetektoren (40), die Detektoreinheit (30) und/oder mindestens ein Lichtemitter (20) eine integrierte Halbleitervorrichtung bilden.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend eine elektronische Verarbeitungseinheit, die so betreibbar ist, dass sie aus den erzeugten Ausgangssignalen ein Tiefenprofil des außerhalb des Sensormoduls (10) angeordneten mehrschichtigen Objekts (50) bestimmt.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei mindestens einige der Lichtdetektoren so betreibbar sind, dass sie die zusätzlichen Ausgangssignale erzeugen, die eine Verteilung der relativen Reflexionen der emittierten elektromagnetischen Strahlung von Schichten unterschiedlicher Tiefe als Funktion der Polarisation anzeigen.
Das Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei: - ein optisches Element (60), z. B. eine refraktive, diffraktive oder Meta-Linse, vor dem Lichtemitter (20) angeordnet ist, um einen vom Lichtemitter ausgehenden divergierenden Strahl zu kollimieren oder zu fokussieren und/oder um eine Polarisationskontrolle bereitzustellen, und/oder - ein weiteres optisches Element (70) vor dem Array von Lichtdetektoren (40) angeordnet ist, z. B. eine einzelne Mikrolinse oder ein Mikrolinsen-Array), um ein Signal an den Lichtdetektoren zu erhöhen.
Eine elektronische Vorrichtung (100), umfassend: - ein self-mixing interferometrisches Sensormodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, und - ein Gehäuse, das das Sensormodul (10) und eine Trägerfläche umfasst, um den Lichtemitter (20) und das Array von Lichtdetektoren (40) in einem Abstand von dem mehrschichtigen Objekt (50) zu positionieren.
Vorrichtung nach Anspruch 12, die ferner eine Verarbeitungseinheit umfasst, die so ausgebildet ist, dass sie aus einer Ausgabe des Moduls eine Verschiebung oder eine Bewegung eines unter der Oberfläche liegenden Merkmals bestimmt, das mit mindestens einer Schicht (51, 52, 53) des mehrschichtigen Objekts (50) assoziiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Verarbeitungseinheit so betreibbar ist, dass sie: - als Ausgang des Moduls mindestens ein SMI-Ausgangssignal und die zusätzlichen Ausgangssignale empfängt, und - die Verschiebung oder Bewegung eines unter der Oberfläche liegenden Merkmals als Funktion des SMI-Ausgangssignals und der zusätzlichen Ausgangssignale bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Verarbeitungseinheit ferner so betreibbar ist, dass sie die Ausgabe des Moduls mit einem Speckle-Bild kombiniert.
Verfahren zum Erkennen eines mehrschichtigen Objekts, das die folgenden Schritte umfasst: - Platzieren eines mehrschichtigen Objekts (50) außerhalb eines Sensormoduls (10); - Aussenden von kohärenter elektromagnetischer Strahlung aus dem Sensormodul (10) mit Hilfe eines Lichtemitters (20); - Erzeugung einer self-mixing Interferenz, SMI, im Lichtemitter, die durch Reflexionen der emittierten elektromagnetischen Strahlung von Schichten (51, 52, 53) unterschiedlicher Tiefe des außerhalb des Sensormoduls (10) anzuordnenden mehrschichtigen Objektes (50) verursacht werden; - Erzeugen eines SMI-Ausgangssignals, das die SMI des Lichtemitters (20) anzeigt; und - unter Verwendung eines Arrays (40) von Lichtdetektoren, Erzeugen von zusätzlichen Ausgangssignalen, die eine Verteilung der relativen Reflexionen der emittierten elektromagnetischen Strahlung von Schichten (51, 52, 53) unterschiedlicher Tiefe anzeigen.