JP2020503500A - 少なくとも１つの物体を光学的に検出するための検出器 - Google Patents

少なくとも１つの物体を光学的に検出するための検出器 Download PDF

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Abstract

少なくとも１つの物体を光学的に検出するための検出器少なくとも１つの物体（１１２）の位置を決定するための検出器（１１０，１１１０，２１１０）が提案される。前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）は、− 少なくとも１つの転送装置（１２８，１１２８）であって、前記転送装置（１２８，１１２８）は、前記物体（１１２，１１１２）から前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）に伝播する少なくとも１つの入射光ビーム（１１６，１１１６）に応じて少なくとも１つの焦点距離を有する、少なくとも１つの転送装置（１２８，１１２８）と；− 少なくとも２つの光センサ（１１３，１１１８，１１２０）であって、前記各光センサ（１１３，１１１８，１１２０）は少なくとも１つの感光エリア（１２１，１１２２，１１２４）を有し、前記各光センサ（１１３，１１１８，１１２０）は、前記光ビーム（１１６，１１１６）によるそれぞれの感光エリアの照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計されている、少なくとも２つの光センサ（１１３，１１１８，１１２０）と；− センサ信号から商信号Ｑを評価することによって、前記物体（１１２，１１１２）の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成された少なくとも１つの評価装置（１３２，１１３２）と、を備える。前記検出器は、物体平面内の物体サイズから独立して、少なくとも１つの測定範囲において前記物体の縦方向座標ｚを決定するように適合されている。【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器、検出器システムおよび方法に関する。さらに本発明は、ユーザとマシンとの間の情報の少なくとも１つの情報項目を交換するためのヒューマンマシンインターフェース、娯楽装置、追跡システム、カメラ、走査システムおよび検出装置の様々な使用に関する。本発明による装置、システム、方法および使用は、具体的には、例えば、日常生活、ゲーム、交通技術、製造技術、セキュリティ技術、例えば美術用のデジタル写真またはビデオ写真などの写真撮影、ドキュメンテーションまたは技術的目的、医療技術または科学における様々な分野で採用され得る。さらに、本発明は特に１つまたは複数の物体を走査するために、および／または例えば建築、計測学、考古学、芸術、医学、工学または製造の分野で物体または場景の奥行きプロファイルを生成するために、場景を走査するために使用することができる。ただし、他の適用も可能である。
多数の光センサおよび光起電装置が、先行技術から公知である。光起電装置は、一般的に、紫外光、可視光、または赤外光等の電磁放射を、電気信号または電気エネルギーに変換するために使用されるが、光検出器は、一般的に、画像情報の取得および／または、輝度等の少なくとも１つの光学パラメータを検出するために使用される。
一般的に無機センサ材料および／または有機センサ材料の使用に基づき得る多数の光センサが、先行技術から公知である。このようなセンサの例は、ＵＳ ２００７／０１７６１６５ Ａ１、ＵＳ ６，９９５，４４５ Ｂ２、ＤＥ ２５０１１２４ Ａ１、ＤＥ ３２２５３７２ Ａ１、ＵＳ２００７／０１７６１６５Ａ１、ＷＯ ２００９／０１３２８２ Ａ１、ＷＯ ２０１２／１１０９２４ Ａ１、ＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１、ＷＯ ２０１５／０２４８７１ Ａ１、ＵＳ ４，７６７，２１１、ＷＯ ２０１４／１９８６２９Ａ１、ＷＯ ２０１４／１９８６２６ Ａ１、ＷＯ ２０１４／１９８６２９ ＡまたはＷＯ ２０１４／１９８６２５ Ａ１に開示され、その全内容は参照により本明細書に含まれる。さらに、本発明の文脈においても採用される可能性のある材料および光センサを参照すると、参照は、２０１５年１月３０日に出願された欧州特許出願ＥＰ１５１５３２１５．７、２０１５年３月３日に出願されたＥＰ１５１５７３６３．１、２０１５年４月２２日に出願されたＥＰ１５１６４６５３．６、２０１５年７月１７日に出願されたＥＰ１５１７７２７５．３、２０１５年８月１０日に出願されたＥＰ１５１８０３５４．１およびＥＰ１５１８０３５３．３、ならびに２０１５年９月１４日に出願されたＥＰ１５１８５００５．４、２０１５年１１月２５日に出願されたＥＰ１５１９６２３８．８およびＥＰ１５１９６２３９．６、２０１５年１２月３日に出願されたＥＰ１５１９７７４４．４号に記載されており、それらの全ての全内容も参照により本明細書に含まれる。
さらに、物体の位置を決定するために少なくとも２つの異なるソースの信号を比較する検出器の概念を参照することができる。したがって、一例として、すべて２０１６年２月１６日に出願されたＥＰ１６１５５８３４．１、ＥＰ１６１５５８３５．８、またはＥＰ１６１５５８４５．７を参照することができ、その全開示は参照により本明細書に含まれる。さらに、Ｐ．Ｂａｒｔｕ，Ｒ．Ｋｏｅｐｐｅ，Ｎ．Ａｒｎｏｌｄ，Ａ．Ｎｅｕｌｉｎｇｅｒ，Ｌ．Ｆａｌｌｏｎ， ａｎｄ Ｓ．Ｂａｕｅｒ、Ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ ｌａｒｇｅ−ａｒｅａ ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１０７、１２３１０１（２０１０）にも、一種の位置検出装置（ＰＳＤ）が記載されており、これは大面積や湾曲表面に適すると考えられ得る。
例えば、ＵＳ５，３２３，２２２Ａには、光束を被写体に投射するための投光部を含む距離測定装置が記載されている。受光部は、投光部からベース長方向に離れて配置されており、被写体からの反射光を受け取り、そして受光量に応じて光電流を発生させる。受光部は、ベース長と直角に交差する最初の分割線によって、および最初の分割線を斜めに横切る２番目の分割線によって、少なくとも４つの受光要素に分割されている。第１比率算出部は、第１分割線の片側の受光要素によって発生した光電流の和の、一方の受光要素によって発生した光電流の和に対する比率を算出する。第２比率算出部は、第２分割線の片側の受光要素によって発生した光電流の和の、一方の受光要素によって発生した光電流の和に対する比率を算出する。距離決定部は、第１および第２の比率計算部の出力の和を計算し、結果として得られた値に基づいて、装置から被写体までの距離を決定する。
ＵＳ ４，６７５，５１７ Ａは、第１および第２の感光領域を有する感光要素が記載されており、第１および第２の感光領域はその間の境界を跨ぐ光スポットを受けるように配置され、第１および第２の感光領域によって受光されるスポット光の２つの部分の面積の比は、それぞれ、光スポットの受光位置によって異なり、それにより、光スポットの受光位置が第１および第２の感光領域の出力の比の変動から検出され、光スポットの受光位置に対する第１および第２の感光領域の出力の比の変動の誤差は、光スポットの直径が第１および第２の感光領域をオーバーランするほど大きい場合に生じ、第１または第２の感光領域を囲む補足感光エリアを設けることによって補正される。
ＷＯ ２０１５／０２４８７１ Ａ１には、光検出器が記載されている。光検出器は、
− 空間的に分解される方法で光ビームの少なくとも１つの特性を修正するように適合され、ピクセルの行列を有し、各ピクセルは、ピクセルを通過する光ビームの一部の少なくとも１つの光学特性を個々に修正するように制御可能である、少なくとも１つの空間光変調器；
− 空間光変調器のピクセルマトリックスを通過した後に光ビームを検出し、少なくとも１つのセンサ信号を生成するように構成された少なくとも１つの光センサ；
− 少なくとも２つのピクセルを異なる変調周波数で周期的に制御するように適合された少なくとも１つの変調装置；および
− 変調周波数についてのセンサ信号の信号成分を決定するために周波数分析を実行するように適合された少なくとも１つの評価装置、を含む。
しかしながら、これらの既知の方法および装置を用いた物体までの距離の決定は物体サイズに依存する。特に、光センサは、輝度依存性を示す可能性があり、これは測定結果の評価をより困難にし、さらに、ターゲットスポットサイズに依存する可能性がある。物体サイズに依存することで、許容誤差や環境条件によって距離が決定されやすくなる。さらに、これらの方法および装置は大きなベースラインを必要とし、したがって、信頼性のある距離値に達するために大きな面積を必要とする。
したがって、本発明の目的は、既知の装置および方法の上述の技術的課題に対する装置および方法を提供することである。具体的には、好ましくは低い技術的努力で、かつ技術的資源およびコストの観点から低い要求で、空間内の物体の位置を確実に決定することができる装置および方法を提供することが本発明の目的である。
この課題は、独立特許請求項の特徴を有する本発明によって解決される。個別にまたは組み合わせて実現することができる本発明の有利な発展形態は、従属請求項および／または以下の明細書および詳細な実施形態によって提示される。
本明細書で使用されるとき、「有する」、「含む」、または「含有する」という表現ならびにそれらの文法上の変形は、非排他的な形で使用される。したがって、これらの用語は、これらの用語によって導入される特徴の他に、この文脈において説明されている対象においてさらなる特徴が存在していないという状況、および、１つまたは複数のさらなる特徴が存在しているという状況の両方を指し得る。例として、「ＡはＢを有する」、「ＡはＢを含む」、および「ＡはＢを含有する」という表現は、Ｂ以外に他の要素がＡ中に存在しないという状況（すなわち、Ａは単独でかつ排他的にＢからなるという状況）、および、Ｂ以外に、要素Ｃ、要素ＣおよびＤ、または、さらに別の要素などのような、１つまたは複数のさらなる要素が、対象物Ａにおいて存在するという状況の両方を指し得る。
さらに、用語「少なくとも１つ」、「１つまたは複数（１つ以上）」、または特徴または要素が１回または複数回存在し得ることを示す同様の表現は、通常それぞれの特徴または要素を導入するときに１回だけ使用されることに留意されたい。以下では、ほとんどの場合、それぞれの特徴または要素を参照するときに、表現「少なくとも１つ」または「１つまたは複数」は、それぞれの特徴または要素が１回または複数回存在してもよいという事実にもかかわらず、繰り返されないことになる。
さらに、以下において使用されているように、「好ましくは」、「より好ましくは」、「特に」、「さらに詳細には」、「具体的には」、「より具体的には」という用語、または、同様の用語は、代替的な可能性を制限することなく、任意の特徴と共に使用される。したがって、これらの用語によって導入される特徴は任意選択の特徴であり、決して特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。当業者が認識するように、本発明は代替的な特徴を使用することによって実行されてもよい。同様に、「本発明の実施形態において」または同様の表現によって導入される特徴は、本発明の代替的な実施形態に関していかなる制限を課すものではなく、本発明の範囲に関していかなる制限を課すものではなく、また、そのようにして導入される特徴と本発明の他の任意の特徴または非任意の特徴を組み合わせることの可能性に関していかなる制限を課すものではない。
本発明の第１の態様では、少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器が開示されている。本明細書で使用されるとき、「物体」という用語は、少なくとも１つの光ビームを放射する点または領域を指す。光ビームは物体から、例えば、物体および／または光ビームを発する物体に一体化または取り付けられた少なくとも１つの照射源によって発してもよく、あるいは異なる照射源から、例えば、物体を直接または間接的に照射する照射源から生じてもよく、光ビームは物体によって反射または散乱される。本明細書で使用されるとき、「位置」という用語は、空間内の物体の場所および／または方向および／または物体の少なくとも一部に関する少なくとも１つの情報項目を指す。したがって、少なくとも１つの情報項目は、物体の少なくとも１つの点と少なくとも１つの検出器との間の少なくとも１つの距離を意味し得る。以下にさらに詳細に概説されるように、距離は縦方向座標であり得るか、または物体の点の縦方向座標を決定することに寄与し得る。追加的にまたは代替的に、物体および／または物体の少なくとも１つの部分の位置および／または方向に関する１つまたは複数の他の情報項目を決定することができる。一例として、さらに、物体および／または物体の少なくとも１つの部分の少なくとも１つの横方向座標が決定され得る。したがって、物体の位置は、物体および／または物体の少なくとも１つの部分の物体の少なくとも１つの縦方向座標を意味し得る。追加的にまたは代替的に、物体の位置は、物体の少なくとも１つの部分の少なくとも１つの横方向座標を意味し得る。追加的にまたは代替的に、物体の位置は、空間内の物体の方向を示す、物体の少なくとも１つの方向情報を示唆することが可能である。
検出器は、
− 物体から検出器に伝播する少なくとも１つ入射光ビームに応じて少なくとも１つの焦点距離を有する、少なくとも１つの転送装置；
− 少なくとも２つの光センサであって、各光センサは少なくとも１つの感光エリアを有し、各光センサは光ビームによるそれぞれの感光エリアの照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計されている、少なくとも２つの光センサ；
− センサ信号からの商信号Ｑを評価することによって物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成される、少なくとも１つの評価装置と、を有する。
検出器が、物体平面内の物体サイズから独立して少なくとも１つの測定範囲における物体の縦方向座標ｚを決定するように適合されてもよい。
本明細書で使用されるように、「光センサ」は、一般に、光ビームを検出するための感光装置を指し、例えば、照射および／または少なくとも１つの光ビームによって発生した光スポットを検出するための感光装置を指す。本明細書でさらに使用されるように、「感光エリア」は、一般に、少なくとも１つの光ビームによって外部から照射され得る光センサのエリアを指し、その照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号が生じる。感光エリア、具体的には、それぞれの光センサの表面に配置されてもよい。しかしながら、他の実施形態も可能である。本明細書で使用するとき、「それぞれ少なくとも１つの感光エリアを有する少なくとも２つの光センサ」という用語は、各々が１つの感光エリアを有する２つの単一の光センサを伴う構成を指し、および、少なくとも２つの感光エリアを有する１つの組み合わされた光センサを伴う構成を指す。したがって、「光センサ」という用語はさらに、１つの出力信号を生成するように構成された感光装置を指すのに対し、本明細書では、２つ以上の出力信号を生成するように構成された感光装置、例えば少なくとも１つのＣＣＤおよび／またはＣＭＯＳ装置は、２つ以上の光センサを指す。以下にさらに詳細に概説するように、各光センサは、例えば、照射され得る正確に１つの感光エリアを提供することによって、正確に１つの感光エリアがそれぞれの光センサに存在するように具体化することができ、照射に応答して、光センサ全体に対して正確に１つの均一なセンサ信号が生成される。したがって、各光センサは、単一領域光センサであり得る。しかしながら、単一領域光センサの使用は、検出器の構成を特に簡単かつ効率的にする。したがって、一例として、市販の光センサ、例えば各々が正確に１つの感光エリアを有する市販のシリコンフォトダイオードが構成に使用され得る。しかしながら、他の実施形態も可能である。したがって、一例として、本発明の文脈において、２つ、３つ、４つ、または４つより多くの光センサと見なされる、２つ、３つ、４つ、または４つより多くの感光エリアを含む光学装置が使用され得る。一例として、光学装置は感光エリアのマトリックスを含むことができる。したがって、一例として、光センサは、ピクセル化光学装置の一部であるかまたはそれを構成することができる。一例として、光センサは、ピクセルのマトリックスを有する少なくとも１つのＣＣＤおよび／またはＣＭＯＳ装置の一部であってもよく、各ピクセルは感光エリアを形成する。
本明細書でさらに使用されるように、「センサ信号」は、一般に、光ビームによる照射に応答して光センサによって、生成される信号を指す。具体的には、センサ信号は、少なくとも１つのアナログ電気信号および／または少なくとも１つのデジタル電気信号などの少なくとも１つの電気信号であり得るか、またはそれを含み得る。より具体的には、センサ信号は、少なくとも１つの電圧信号および／または少なくとも１つの電流信号であり得るかまたはそれらを含み得る。より具体的には、センサ信号は少なくとも１つの光電流を含み得る。さらに、生のセンサ信号を使用することができ、あるいは検出器、光センサまたは任意の他の要素がセンサ信号を処理または例えばフィルタリングなどによる前処理など前処理するように適合させることができ、それによって、センサ信号としても使用することができる第２のセンサ信号を生成する。
感光エリアは、具体的には物体に向けて配向されてもよい。本明細書で使用されるとき、「物体に向けて配向される」という用語は、一般に、感光エリアのそれぞれの表面が物体から完全にまたは部分的に見えるという状況を指す。具体的には、物体の少なくとも１つの点とそれぞれの感光エリアの少なくとも１つの点との間を相互に繋ぐ少なくとも１つの線は、０°以外の角度、例えば２０°から９０°、好ましくは８０°から９０°、例えば９０°で、感光エリアの表面要素と角度を形成してもよい。したがって、物体が光軸上または光軸の近くに位置するとき、物体から検出器に向かって伝播する光ビームは、光軸と本質的に平行であり得る。本明細書で使用されるとき、「本質的に垂直」という用語は垂直配向の状態を指し、例えば±２０°以下の許容誤差、好ましくは±１０°以下の許容誤差、より好ましくは±５°以下の許容誤差である。同様に、「本質的に平行」という用語は平行配向の状態を指し、例えば±２０°以下の許容誤差、好ましくは±１０°以下の許容誤差、より好ましくは±５°以下の許容誤差である。
光ビームは物体から検出器に向かって伝播し得る。以下にさらに詳細に概説するように、光ビームは、例えば、物体および／または光ビームを発する物体に一体化または取り付けられた少なくとも１つの照射源によって、物体から発してもよく、あるいは、物体を直接または間接的に照射する照射源からなど、異なる照明源から生じてもよく、光ビームは物体によって反射または散乱され、それによって少なくとも部分的に検出器に向けられる。一例として、照射源は、１つまたは複数の外部照射源、検出器に一体化された照射源、または、物体に取り付けられ、物体に一体化され、または物体によって保持されているうちの１つまたは複数であるビーコン装置に一体化された照射源であってよい。したがって、検出器は能動的および／または受動的な照射シナリオで使用されてよい。例えば、照射源は物体を照射するように適合されてもよく、例えば、光ビームを反射する物体に光ビームを向けることによって物体を照射するように適合されてもよい。追加的にまたは代替的に、物体は少なくとも１つの光ビームを生成および／または放射するように適合されてもよい。光源は、少なくとも１つのマルチビーム光源であり得るか、またはそれを含み得る。例えば、光源は、少なくとも１つのレーザ源と１つ以上の回折光学要素（ＤＯＥ）とを含み得る。
本明細書で使用されるように、「光線（ｒａｙ）」という用語は一般に、エネルギーの流れの方向を示す光の波面に対して垂直である線を指す。本明細書で使用されるように、「ビーム」という用語は一般に光線の集まりを指す。以下では、用語「光線」および「ビーム」は同義語として使用される。本明細書でさらに使用されるように、用語「光ビーム」は、一般に光量を指し、具体的には、本質的に同じ方向に進む光量であって、光ビームが拡張角または広がり角を有する可能性を含む。光ビームは空間的広がりを有することができる。具体的には、光ビームは、非ガウスビームプロファイルを有することができる。ビームプロファイルは台形ビームプロファイル；三角形ビームプロファイル；円錐形ビームプロファイル、からなる群から選択されてもよい。台形ビームプロファイルは、プラトー領域と少なくとも１つのエッジ領域とを有することができる。本明細書で使用されるとき、用語「ビームプロファイル」は、一般に、光ビームの横方向強度プロファイルを指す。以下でさらに詳細に概説するように、光ビームは具体的にはガウス光ビームまたはガウス光ビームの線形結合であり得る。しかしながら、他の実施形態も可能である。転送装置は、ビームプロファイル、特にビームプロファイルの形状を調整、定義および決定することのうちの１つまたは複数のために構成されてもよい。
光ビームは、単色光ビームであり得る。光ビームは狭帯域の波長を含むことができ、好ましくは光ビームは単一の波長を含むことができる。少なくとも１つの光源は、少なくとも１つの単色光ビームを生成するように構成されてもよく、および／または検出器は、狭帯域波長をフィルタリングするように適合された少なくとも１つのフィルタ要素、例えばモノクロメータを含み得る。
照射源は、物体を照射するための少なくとも１つの照射パターンを生成するように適合されていてもよい。追加的にまたは代替的に、照射パターンは少なくとも１つの周囲光源によって生成されてもよい。検出器は、照射パターンが検出器から、特にハウジングの少なくとも１つの開口部から検出器の光軸に沿っておよび／またはそれに平行に物体に向かって伝播するように構成されてもよい。この目的のために、検出器は、照射パターンが光軸に沿って、または平行に伝播するように照射パターンを偏向するための少なくとも１つの反射要素、好ましくは少なくとも１つのプリズムを含むことができる。具体的には、照射源は、少なくとも１つのレーザおよび／またはレーザ源を含み得る。半導体レーザなどの様々な種類のレーザを使用することができる。追加的にまたは代替的に、ＬＥＤｓおよび／または白熱電球などの非レーザ光源を使用することができる。本明細書で使用されるとき、「パターン」という用語は、少なくとも１つの任意の形状の特徴を含む任意の既知または所定の配置を指す。パターンは、点または記号などの少なくとも１つの特徴を含み得る。パターンは複数の特徴を含んでもよい。パターンは、周期的または非周期的特徴の配列を含み得る。本明細書で使用されるとき、「照射パターン」という用語は、物体を照射するパターンを指す。照射パターンは周囲光源によって生成されてもよく、例えば、少なくとも１つの周囲光源によって、または、少なくとも１つの照射源によって生成されてもよい。照射パターンは、少なくとも１つの点パターン、特に擬似ランダム点パターン、ランダム点パターンまたは準ランダムパターン；少なくとも1つのソボルパターン；少なくとも1つの準周期的パターン；少なくとも１つの既知の特徴を含む少なくとも１つのパターン；少なくとも1つの規則的なパターン；少なくとも１つの三角形パターン；少なくとも１つの六角形パターン；少なくとも１つの矩形パターン；凸状の均一傾斜を含む少なくとも１つのパターン；少なくとも１つの線を含む少なくとも１つの線パターン；平行線または交差線などの少なくとも２つの線を含む少なくとも１つの線パターン；少なくとも1つの縞模様、からなる群から選択される少なくとも１つのパターンを含み得る。例えば、照射源は、点群を生成および／または投影するように適合されてもよい。照射パターンは、規則的および／または一定および／または周期的パターン、例えば、三角形パターン、長方形パターン、六角形パターン、またはさらなる凸状傾斜を含むパターンを含むことができる。照射パターンは、面積当たり可能な限り多くの特徴を含むことができ、その結果、六角形パターンが好ましい場合がある。照射パターンの２つの特徴間の距離および／または少なくとも１つの照射特徴の面積は、画像内の錯乱円に依存し得る。
照射源は、少なくとも１つの光プロジェクタ；デジタル光処理プロジェクタ（ＤＬＰ）、少なくとも１つのＬＣｏＳプロジェクタ、少なくとも１つの空間光変調器；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの発光ダイオードアレイ；少なくとも1つのレーザ光源アレイ、のうちの１つまたは複数を含むことができる。照射源は、照射パターンを直接生成するように適合された少なくとも１つの光源を含み得る。例えば、照射源は少なくとも１つのラインレーザを含み得る。ラインレーザは、例えば水平または垂直のレーザ線などのレーザ線を物体に送るように適合されてもよい。照射源は、複数のラインレーザを含み得る。例えば、照射源は照射パターンが少なくとも２本の平行線または交差線を含むように配置され得る少なくとも２本の線レーザを含んでもよい。照射源は、照射パターンが複数の点パターンを含み得るように点群を生成するように適合された少なくとも１つの光プロジェクタを含んでもよい。照射源は、照射源によって生成された少なくとも１つの光ビームから照射パターンを生成するように適合された少なくとも１つのマスクを含んでもよい。照射源は、スマートフォンなどのモバイル装置に取り付けられているか、または一体化されているもののうちの１つであり得る。照射源は、オートフォーカス機能などの画像を決定する際に使用されるさらなる機能のために使用され得る。照射源は、ヘッドフォンジャックなどのＵＳＢコネクタまたは電話コネクタなどのコネクタを使用することなどによって、モバイル装置に取り付けることができる。
照射源は、パルス照射を生成するように適合されていてもよい。照射源は、少なくとも１つの光パルスを生成するように適合されていてもよい。本明細書で使用されるとき、「光パルス」または「パルス照射」という用語は、時間的に制限された光ビームを指す。光パルスは、例えばナノ秒の範囲の所定の長さまたは持続時間を有することができる。例えば、照射源は、１０分の１ナノ秒から１０分の１秒までなど、ナノ秒未満のパルス長を有するパルスを生成するように適合されてもよい。照射源は、光パルスを周期的に生成するように適合されていてもよい。例えば、照射源は、１０Ｈｚから１０ＧＨｚの周波数を有する光パルスを生成するように適合されていてもよい。
照射源は、パルス光ビームを生成するように適合されていてもよい。例えば、照射源は、連続照射光ビームを生成するように適合されてよく、検出器は、特に周期的に照射を遮断するように適合された少なくとも１つの遮断装置を含んでよい。遮断装置は、少なくとも１つのシャッターおよび／またはビームチョッパまたは、他の何らかのタイプの機械的または電子的、周期的ビーム遮断装置、例えば好ましくは一定速度で回転し、周期的に照射を遮断することができる、少なくとも１つの遮断ブレードまたは遮断ホイールを含み得る。一例として、少なくとも１つの遮断装置は、全体的にまたは部分的に照射源に一体化することもできる。さまざまな可能性が考えられる。
光センサは、紫外線、可視光、または赤外線のスペクトル範囲のうちの１つまたは複数で感度があり得る。具体的には、光センサは、５００ｎｍから７８０ｎｍ、最も好ましくは６５０ｎｍから７５０ｎｍまたは６９０ｎｍから７００ｎｍの可視スペクトル範囲で感度があり得る。具体的には、光センサは、近赤外領域において感度があり得る。具体的には、光センサは、近赤外領域の部分において感度があり、シリコンフォトダイオードが特に適用可能である７００ｎｍから１０００ｎｍの範囲内で感度があり得る。光センサは、具体的には、赤外線スペクトル範囲、特に７８０ｎｍから３．０マイクロメートルの範囲で感度があり得る。例えば、光センサは、それぞれ独立して、フォトダイオード、フォトセル、光伝導体（フォトコンダクター）、フォトトランジスタ、またはそれらの任意の組み合わせ、からなる群から選択される少なくとも１つの要素であり得るか、またはそれを含み得る。例えば、光センサは、ＣＣＤセンサ要素、ＣＭＯＳセンサ要素、フォトダイオード、フォトセル、光伝導体、フォトトランジスタ、またはそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの要素であり得るかまたはそれを含み得る。他のいかなる種類の感光要素を使用してもよい。以下にさらに詳細に概説されるように、感光要素は、一般に、完全にまたは部分的に無機材料から作られてもよく、および／または完全にまたは部分的に有機材料から作られてもよい。最も一般的には、以下にさらに詳細に概説されるように、商業的利用可能なフォトダイオードのような、例えば無機半導体フォトダイオードなどの１つまたは複数のフォトダイオードを使用することができる。本明細書でさらに使用されるように、用語「感光要素」は、一般的に要素を指し、これは、紫外線、可視光、または赤外線のスペクトル範囲のうちの１つまたは複数における照射に対して感度がある。具体的には、感光要素は、フォトダイオード、フォトセル、光伝導体、フォトトランジスタ、またはそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの要素であり得るか、またはそれを含み得る。他のいかなる種類の感光要素を使用してもよい。
上述した従来技術の文書に含まれる技術的課題を考慮して、特に技術的な努力、ＷＯ ２０１５／０２４８７１に記載されているようないわゆるＦｉＰ効果を発生させるために必要とされる技術的な努力を考慮して、本発明は、具体的に非ＦｉＰ光センサを使用することによって実現され得ることに留意されたい。実際、ＦｉＰ特性を有する光センサは典型的には焦点においてそれぞれのセンサ信号が強いピークを示すので、光センサとしてＦｉＰセンサを使用する（ときの）本発明による検出器の測定範囲は、２つの位置と第１および第２の光センサが光ビームの焦点にある範囲に制限される。しかしながら、線形光センサを使用するとき、すなわちＦｉＰ効果を示さない光センサを使用するとき、本発明の構成では、この問題は一般に回避され得る。その結果、第１および第２の光センサはそれぞれ、少なくとも測定範囲内で、線形信号特性を有し、それぞれの第１および第２のセンサ信号がそれぞれの光センサの照射の総出力に依存し、かつ、照射の光スポットの直径とは無関係であり得る。しかしながら、他の実施形態もまた実現可能であることに留意されたい。
第１および第２の光センサはそれぞれ、具体的には半導体センサ、好ましくは無機半導体センサ、より好ましくはフォトダイオード、最も好ましくはシリコンフォトダイオードであり得る。したがって、複雑で高価なＦｉＰセンサとは対照的に、本発明は、市販の無機フォトダイオード、すなわち１つの小フォトダイオードと１つの大面積フォトダイオードを使用することによって簡単に実現することができる。したがって、本発明の構成は安価で費用をかけない方法で実現することができる。
しかしながら、以下に詳細に概説するように、検出器は、ＷＯ ２０１５／０２４８７１に記載されているようないわゆるＦｉＰ効果を生成するように適合された少なくとも１つのＦｉＰセンサを含み得る実施形態は実行可能である。
検出器は、物体を照射するための少なくとも１つの照射源をさらに含み得る。一例として、照射源は、物体を照射するための照射光ビームを生成するように構成することができる。検出器は、照射光ビームが検出器から物体に向かって検出器の光軸に沿って伝播するように構成されてもよい。この目的のために、検出器は、照射光ビームを光軸上に偏向させるための少なくとも１つの反射要素、好ましくは少なくとも１つのプリズムを含むことができる。
照射源は、具体的には、赤外線スペクトル範囲の光を放射するように構成されてもよい。しかしながら、追加的にまたは代替的に、他のスペクトル範囲も可能であることに留意されたい。さらに、上記で概説したように、照射源は特に変調光または非変調光を放射するように構成されてもよい。複数の照射源が使用される場合、異なる射明源は異なる変調周波数を有することができ、それは以下でさらに詳細に概説されるように、後で光ビームを区別するために使用されることができる。照射源は、点群を生成および／または投影するように適合されてもよく、例えば照射源は1つまたは複数の、デジタル光処理プロジェクタ（ＤＬＰ）、少なくとも１つのＬＣｏＳプロジェクタ、少なくとも１つの空間光変調器；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの発光ダイオードアレイ；少なくとも1つのレーザ光源アレイ、を含んでよい。
具体的には、照射源は、少なくとも１つのレーザおよび／またはレーザ源を含み得る。様々な種類のレーザ、例えば半導体レーザなどを使用することができる。追加的にまたは代替的に、非レーザ光源、例えばＬＥＤおよび／または白熱電球などを使用することができる。照射源は、点群を生成および／または投影するように構成されてもよく、例えば照射源は、少なくとも１つのデジタル光処理プロジェクタ（ＤＬＰ）、少なくとも１つのＬＣｏＳプロジェクタ、少なくとも１つの空間光変調器；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの発光ダイオードアレイ；少なくとも1つのレーザ光源アレイ、のうち１つまたは複数を含み得る。照射源および光センサは、共通の平面または異なる平面に配置することができる。照射源と光センサは異なる空間方向を有することができる。特に、照射源および光センサは、ねじれ配置で配置されてもよい。
照射光ビームは、一般に、光軸に対して平行であってもよく、または光軸に対して傾いていてもよく、例えば、光軸との角度を含む。一例として、レーザ光ビームなどの照射光ビームと光軸とは、１０°未満、好ましくは５°未満、さらには２°未満の角度を含んでもよい。しかしながら、他の実施形態も可能である。また、照射光ビームは光軸上にあっても光軸外にあってもよい。一例として、照射光ビームは、光軸に対して１０ｍｍ未満、好ましくは光軸に対して５ｍｍ未満、さらには光軸に対して１ｍｍ未満の距離を有する光軸に対して平行であり得か、または光軸と一致してもよい。
検出器は少なくとも１つの転送装置を含む。「転送システム」とも呼ばれる「転送装置」という用語は一般に例えば、光ビームのビームパラメータ、光ビーム幅、または光ビームの方向のうちの１つまたは複数を修正することによって、光ビームを修正するように適合された１つまたは複数の光学要素を指し得る。転送装置は、光ビームを光センサ上にガイドするように適合されてもよい。転送装置は、具体的には、例えば、少なくとも１つのレンズであって、例えば少なくとも１つの焦点調節可能レンズ、少なくとも１つの非球面レンズ、少なくとも１つの球面レンズ、少なくとも１つのフレネルレンズ、からなる群から選択される、少なくとも１つのレンズ；少なくとも１つの非球面レンズ；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの凹面鏡；少なくとも１つのビーム偏向素子、好ましくは少なくとも１つのミラー；少なくとも１つのビーム分割要素、好ましくはビーム分割キューブまたはビーム分割ミラーのうちの少なくとも１つ；少なくとも１つのマルチレンズシステム、のうちの１つまたは複数を含み得る。
本明細書で使用するとき、転送装置の「焦点距離」という用語は距離、該距離をかけて転送装置に衝突し得る入射コリメート光線が「焦点」とも呼ばれる「フォーカス」に送られる距離を指す。したがって、焦点距離は、衝突する光ビームを収束させる転送装置の能力の尺度を構成する。したがって、転送装置は、収束レンズの効果を有することができる１つまたは複数の撮像要素を備えることができる。例として、転送装置は、１つまたは複数のレンズ、特に１つまたは複数の屈折レンズ、および／または１つまたは複数の凸面鏡を有することができる。この例では、焦点距離は、薄い屈折レンズの中心から薄いレンズの主焦点までの距離として定義することができる。収束する薄い屈折レンズ、例えば、凸レンズまたは両凸の薄いレンズの場合、焦点距離は、正であると考えられ得、転送装置としての薄いレンズに当たるコリメート光のビームが単一スポットに集束され得る距離を提供してもよい。さらに、転送装置は少なくとも１つの波長選択要素、例えば少なくとも１つの光フィルタを含むことができる。さらに、転送装置は、電磁放射に関する所定のビームプロファイルを、例えばセンサ領域、特にセンサエリアの位置に印加するように設計され得る。転送装置の上述の任意の実施形態は、原則として、それぞれまたは任意の所望の組み合わせで実現することができる。
転送装置は光軸を有してもよい。特に、検出器と転送装置は共通の光軸を有する。本明細書で使用されているように、「転送装置の光軸」という用語は、一般的にレンズまたはレンズ系の鏡面対称または回転対称軸を指す。検出器の光軸は、検出器の光学構成の対称線であり得る。検出器は少なくとも１つの転送装置、好ましくは少なくとも１つのレンズを有する少なくとも１つの転送システムを含む。一例として、転送システムは少なくとも１つのビーム経路を含み、ビーム経路内の転送システムの要素は光軸に対して回転対称に配置されている。それでもなお、以下にさらに詳細に概説されるように、ビーム経路内に位置する１つまたは複数の光学要素はまた、光軸に対して偏心または傾斜していてもよい。しかしながら、この場合、光軸は、ビーム経路内の光学要素の中心を相互接続することなどによって、例えばレンズの中心を相互接続することによって順次定義されてもよく、この文脈では、光センサは光学要素としてみなされない。光軸は一般にビーム経路を示すことができる。その中で、検出器は、光ビームが沿って物体から光センサへ進むことができる単一のビーム経路を有することができ、または複数のビーム経路を有することができる。一例として、単一のビーム経路が与えられてもよく、またはビーム経路は２つ以上の部分ビーム経路に分割されてもよい。後者の場合、各部分ビーム経路はそれ自体の光軸を有することができ、上述の条件は一般に各ビーム経路を独立して指すことができる。光センサは、同一のビーム経路または部分ビーム経路に配置されてもよい。しかしながら、代わりに、光センサはまた、異なる部分ビーム経路に配置されてもよい。光センサが異なる部分ビーム経路にわたって分布している場合、上述の条件は、少なくとも１つの第１の光センサが少なくとも１つの第１の部分ビーム経路内に配置され、第１の空間的オフセットによって第１の部分ビーム経路の光軸からずれており、少なくとも１つの第２の光センサが少なくとも１つの第２の部分ビーム経路内に配置され、少なくとも１つの第２の空間的オフセットによって第２の部分ビーム経路の光軸からずれており、第１の空間的オフセットと第２の空間的オフセットとは異なる、というように表現され得る。
転送装置は光軸を有し、転送装置は座標系を構成し、縦方向座標は光軸に沿った座標であり、ｄは光軸からの空間的オフセットである。座標系は、極座標系であり得、転送装置の光軸がｚ軸を形成し、ｚ軸からの距離および極角が追加座標として使用され得る。ｚ軸に平行または逆平行な方向は縦方向と見なすことができ、ｚ軸に沿った座標は縦方向座標Ｉと見なすことができる。ｚ軸に垂直な任意の方向は横方向と見なすことができ、極座標および／または極角は横方向座標と見なすことができる。
光センサは焦点から外れて配置されてもよい。本明細書で使用されるとき、「焦点」という用語は、一般に、転送装置または転送装置の焦点距離によって引き起こされる、光ビーム、特に物体の一点から発せされる少なくとも１つの光ビームの最小錯乱円の広がりの一方または両方を指す。本明細書で使用されるとき、「錯乱円」という用語は、転送装置によって集束される光ビームの円錐状の光線によって引き起こされる光スポットを指す。錯乱円は、転送装置の焦点距離ｆ、物体から転送装置までの縦方向距離、転送装置の射出瞳の直径、転送装置から感光エリアまでの縦方向距離、転送装置から物体の画像までの距離に依存し得る。例えば、ガウスビームの場合、錯乱円の直径はガウスビームの幅とすることができる。特に、検出器から無限の距離に位置または配置された物体のような点については、転送装置は、転送装置の焦点距離において物体から焦点に光ビームを集束させるように適合されてもよい。検出器から無限の距離に位置または配置された非点状の物体については、転送装置は、転送装置の焦点距離において物体の少なくとも１つの点から焦点面に光ビームを集束させるように適合されてもよい。検出器から無限の距離に位置しないまたは配置されていない点状の物体については、錯乱円は少なくとも１つの縦方向座標において最小の広がりを有することができる。検出器から無限の距離に位置しないまたは配置されていない非点状の物体については、物体の少なくとも１つの点からの光ビームの錯乱円は、少なくとも１つの縦方向座標において最小範囲を有し得る。本明細書で使用するとき、「焦点からずらして配置される」という用語は、一般に、転送装置または転送装置の焦点距離によって引き起こされる光ビームの錯乱円の最小範囲以外の位置を指す。特に、焦点または錯乱円の最小範囲は縦方向座標ｌｆｏｃｕｓにあってもよいが、光センサの位置は縦方向座標ｌｆｏｃｕｓとは異なる縦方向座標ｌｓｅｎｓｏｒを有してもよい。例えば、縦方向座標ｌｓｅｎｓｏｒは、縦方向において縦方向座標ｌｆｏｃｕｓよりも転送装置の位置に近い位置に配置されてもよく、縦方向座標ｌｆｏｃｕｓよりも転送装置の位置から離れて配置されてもよい。したがって、縦方向座標ｌｓｅｎｓｏｒおよび縦方向座標ｌｆｏｃｕｓは、転送装置から異なる距離に位置してもよい。例えば、光センサは、縦方向の錯乱円の最小範囲から±２％の焦点距離、好ましくは±１０の焦点距離、最も好ましくは±２０％の焦点距離だけ離間していてもよい。例えば、転送装置の焦点距離が２０ｍｍであり、縦方向座標ｌｓｅｎｓｏｒが１９．５ｍｍであり得る、すなわち、ｌｓｅｎｓｏｒが焦点から焦点距離の２．５％離間するように、センサが９７．５％の焦点距離に配置され得るとよい。光センサは、光センサの感光エリアが縦方向座標または空間的オフセットまたは表面積の少なくとも１つで異なるように構成されている。
各感光エリアは幾何学中心を有することができる。本明細書で使用されるとき、ある領域の「幾何学中心」という用語は、一般に、その領域の重心を指し得る。一例として、領域の内側または外側の任意の点が選択され、この任意の点と領域のそれぞれの点とを結ぶベクトル上に積分が形成される場合、積分は任意の点の位置の関数である。任意の点が領域の幾何学中心に位置する場合、積分の絶対値の積分は最小化される。つまり、言い換えれば、幾何学中心は、領域の全点から最小の全体距離または合計距離を有する領域の内側または外側の点とすることができる。
例えば、各感光エリアの各幾何学中心は、縦方向座標Ｉｃｅｎｔｅｒ，ｉに配置することができ、iはそれぞれの光センサの番号を表す。検出器が正確に２つの光センサを含む場合、および検出器が２つより多い光センサを含む場合、光センサは、特に幾何学中心が、第１の縦方向座標Ｉｃｅｎｔｅｒ，１に配置される少なくとも１つの第１の光センサを含むことができ、および、特に幾何学中心が、第２の縦方向座標Ｉｃｅｎｔｅｒ，２に配置される少なくとも１つの第２の光センサを含むことができ、ここで第１の縦方向座標と第２の縦方向座標は異なる。例えば、第１の光センサと第２の光センサとは、光軸方向にずれた異なる平面に配置されていてもよい。第１の光センサは第２の光センサの前方に配置されてもよい。第１光センサは、前記第２光センサの前方に配置されてよい。したがって、一例として、第１の光センサは単に第２の光センサの表面に配置されてもよい。追加的にまたは代替的に、第１光センサは、第２光センサから第１感光エリアの表面積の平方根の５倍以下の距離で離間されてもよい。追加的にまたは代替的に、第１光センサは、第２光センサの前方に配置され、第２光センサから５０ｍｍ以下、好ましくは１５ｍｍ以下だけ離間されてもよい。第１の光センサと第２の光センサとの相対距離は、例えば焦点距離または物体距離に依存し得る。
上述の条件のうちの１つが満たされる限り、光センサの縦方向座標も同一であり得る。例えば、光センサの縦方向座標は同一であってもよいが、感光エリアは光軸から離れていてもよく、および／または表面積は異なっていてもよい。
各感光エリアの各幾何学中心は、転送装置の光軸、例えば、ビーム経路の光軸またはそれぞれの光センサが位置されているそれぞれのビーム経路から離間してよい。幾何学中心と光軸との間の距離であって、特に横方向の距離は、用語「空間的オフセット」によって表される。正確に２つの光センサを含む検出器の場合、および２つより多い光センサを含む検出器の場合は、光センサは、第１の空間的オフセットによって光軸から離間した少なくとも１つの第１の光センサと、第２の空間的オフセットによって光軸から離間した少なくとも１つの第２の光センサとを含み、第１の空間的オフセットと第２の空間的オフセットは異なる。一例として、第１および第２の空間的オフセットは、少なくとも１．２倍、より好ましくは少なくとも１．５倍、より好ましくは少なくとも２倍異なることがある。上記の条件の１つが満たされる限り、空間的オフセットもゼロであるか、または負の値をとることができる。
本明細書で使用するとき、用語「表面積」は、一般に、少なくとも１つの感光エリアの形状と包含の両方を指す。正確に２つの光センサを含む検出器の場合、および２より大きい光センサを含む検出器の場合、光センサは、第１の表面積を有する少なくとも１つの第１の光センサと、第２の表面積を有する少なくとも１つの第２の光センサとを含み得る。２つより多い光センサ、例えば光センサのマトリックスを含むセンサ要素を含む検出器の場合、第１の群の光センサまたは少なくとも１つのマトリックスの光センサは、第１の表面積を形成してもよく、第２の群の光センサまたは少なくとも１つのマトリックスの他の光センサは、第２の表面積を形成してもよい。第１の表面積と第２の表面積は異なってよい。特に、第１の表面積と第２の表面積とは正確に合致しない。したがって、第１の光センサおよび第２の光センサの表面積は、形状または包含のうちの１つ以上において異なり得る。例えば、第１の表面積は第２の表面積よりも小さくてもよい。一例として、第１の表面領域と第２の表面領域の両方が正方形または長方形の形状であり得る場合、第１の表面領域の正方形または長方形の辺の長さは第２の表面領域の正方形または長方形の対応する辺の長さよりも小さい。あるいは、一例として、第１の表面積と第２の表面積の両方が円形であり得る場合、第１の表面積の直径は第２の表面積の直径よりも小さい。また、あるいは、一例として、第１の表面積は第１の等価直径を有し、第２の表面積は第２の等価直径を有し得る場合、第１の等価直径は第２の等価直径よりも小さい。上述の条件のうちの１つが満たされる限り、表面積は一致してもよい。
光センサ、特に感光エリアは、重なっていてもよく、または光センサ間に重なりが生じないように配置されていてもよい。
本明細書でさらに使用されるように、「評価装置」という用語は、好ましくは少なくとも１つのデータ処理装置を使用することによって、より好ましくは、少なくとも１つのプロセッサおよび／または少なくとも１つの特定用途向け集積回路を使用することによって、指定された動作を実行するように適合された任意の装置を一般に指す。したがって、一例として、少なくとも１つの評価装置には多数のコンピュータコマンドを含むソフトウェアコードを記憶した少なくとも１つのデータ処理装置を含むことができる。評価装置は、１つまたは複数の指定動作を実行するための１つまたは複数のハードウェア要素を提供してもよく、および／または１つまたは複数の指定動作を実行するために１つまたは複数のプロセッサとプロセッサ上で実行するソフトウェアを提供してもよい。
物体の少なくとも１つの縦方向座標を決定することを含む上述の動作は、少なくとも１つの評価装置によって実行される。したがって、一例として、１つまたは複数の上述の関係は、１つまたは複数のルックアップテーブルを実装することなどによって、ソフトウェアおよび／またはハードウェアで実装され得る。したがって、一例として、評価装置は、物体の少なくとも１つの縦方向座標を決定するために、上述の評価を実行するように構成される、１つまたは複数のコンピュータ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）、またはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰｓ）などの１つまたは複数のプログラム可能な装置を含み得る。しかしながら追加的にまたは代替的に、評価装置はまた、完全にまたは部分的にハードウェアによって具体化されてもよい。
評価装置は、センサ信号の商信号Ｑを評価することによって物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成される。本明細書で使用されるとき、用語「商信号Ｑ」は、センサ信号を組み合わせることによって生成される信号を指し、特に、センサ信号を割算すること、センサ信号の倍数を割算すること、またはセンサ信号の線形結合を割算すること、のうちの１つまたは複数によって生成される信号を指す。以下では、商信号は結合信号または結合センサ信号とも呼ばれる。
物体サイズは事前的に未知であり得る。物体の画像サイズ、すなわち画像平面内の物体サイズは、距離に依存し得る。しかしながら、異なる材料は、異なる散乱特性を持ち、ランバート分布からの逸脱が発生する可能性がある。特に、輝度依存性は１／ｚ２から著しく逸脱する可能性がある。さらに、散乱の種類および／または物体の反射特性および／または物体の散乱特性、例えば、物体の材質に依存して、物体の画像サイズ、特にスポットの直径は変わり得る。したがって、距離を決定するためにスポットサイズを使用する方法および装置、例えば、ピクセル、または絶対光子数を数える方法および装置は、物体の材質によっては、適切ではない場合があり、較正が必要になる場合がある。物体サイズとは無関係に距離を決定するように適合された方法および装置は、１回の較正のみで任意の材料に対して確実な距離測定をするために必要である。さらに、物体サイズは光源自体によって変更されてよい。例えば、光学系の特性は、汚れ、雨滴、引っかき傷、または光源および／またはその光学部品の製造精度のうちの１つまたは複数によって変更される可能性がある。したがって、光源によって放射された光ビームは、その特性、例えば、直径、ビームプロファイル、発散などの１つまたは複数において変化することがある。したがって、物体サイズとは無関係に距離を決定するのに適した方法および装置は、１回の較正だけで、より高い製造公差またはより厳しい環境条件などに対して確実な距離決定を可能にするために必要である。さらに、物体サイズは、検出器の光学特性として温度に依存して変更されてもよく、および／または、光源は、例えば、発光体と光源の光学系との間の距離の温度依存性の変化によって、または、センサと検出器の光学系との間の距離の温度依存性の変化によって、あるいは、レンズの屈折特性などの温度依存性の変化などによって変化し得る。したがって、物体サイズの独立性は、測定物体、測定環境、検出器の温度およびその環境、センサおよび／または光源の製造品質の１つ以上についての事前知識がほとんど、または、全くない測定にとって重要である。さらに、物体サイズの独立性は、測定対象、測定環境、検出器の温度とその環境、センサの製造品質および／または光源のうちの１つ以上に関して高い柔軟性を必要とする測定にとって重要である。さらに、物体サイズの独立性は、発散または収束照射光ビームを使用する場合、例えば、発散または収束レーザ光ビームが照射スポットのサイズが距離とともに変化する場所で使用される場合に重要である。したがって、さらに物体サイズの独立性は、測定対象から独立した測定品質、測定環境、検出器の温度とその環境、センサの製造品質および／または光源のうちの１つ以上において高い確実性を必要とする測定にとって重要である。
既知の３Ｄ感知方法は物体サイズに依存する。例えば、ＵＳ ４，６７５，５１７およびＵＳ ５，３２３，２２２は、物体サイズへの依存性を示す装置および方法を記載している。具体的には、ＵＳ ４，６７５，５１７は、図３Ａ〜３Ｃの第２列目１６行目に関して、距離情報がスポットサイズと共に変化することを記載している。特に、実際には、このようなシステムを使用すると、投影像スポットＰの反射の像の直径がランダムに変化、または光学位置がずれるため、規定された物体距離境界が大きくシフトする。特に、大きすぎるスポットサイズによる問題が解決される。スポットサイズが大きすぎる場合、センサはより明るくなり、結果として得られる比率は正しくない。ＵＳ ４，６７５，５１７は、センサエリアを拡大することによってこのスポットサイズ依存性を補正することを記載している。しかしながら、スポットサイズ依存性は排除されない。特に、小さすぎるスポットサイズによる問題が解決されていない。さらに具体的には、ＵＳ ５，３２３，２２２は、距離を決定するために使用される比率が光源のチップサイズに依存することを記載している。特に、第２列目１１行目において、図１４Ａの実線Ｉ１、Ｉ２は、それぞれ投光チップサイズｔ１、ｔ２（ｔ１＜ｔ２）に対する距離ａの逆数と演算出力Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２）との関係を示す。さらに、投射レンズと発光要素との間の距離をｆＴ、ベース長をＬ、および発光要素のチップサイズをｔとすると、その場合、測定距範囲Ｓは、Ｓ＝∞からｆＴ＊Ｌ／ｔとなる。しかしながら、ＵＳ ５，３２３，２２２は、物体サイズの依存性の影響を排除することについてはこれ以上対処をしていない。
本明細書で使用するとき、用語「物体サイズ」は、一般に、物体平面内の物体サイズ、特にスポットのサイズおよび／または領域のサイズ、および／または少なくとも１つの光ビームを放射する物体全体のサイズを指す。本明細書でさらに使用されるように、用語「物体サイズから独立している」および「物体サイズの独立性」は、物体の大きさの変動が縦方向座標ｚの決定に影響を及ぼさないという事実を指す。以下に詳細に概説するように、商信号Ｑは縦方向座標を決定するために使用されてもよい。したがって、物体サイズの独立性はさらに、商信号が物体サイズから本質的に独立しているという事実を意味し、同一の物体距離の場合、第１の物体サイズで決定された第１の商信号および異なる物体サイズで決定された第２の商信号は同一であり、±２０％以下の許容誤差、好ましくは±１０％以下の許容誤差、より好ましくは±５％以下の許容誤差を有する。物体サイズの独立性の要件または条件は、次のように述べることができ：物体の少なくとも１つの点から放射される少なくとも１つの光ビームの錯乱円は、物体の像サイズ、すなわち、画像平面内の物体のサイズより大きい。検出器は、検出器の少なくとも１つの点から放射された少なくとも１つの光ビームの錯乱円が物体の像の大きさより大きい場合は、物体サイズから独立して物体の縦方向座標ｚを決定するように適合されている。この条件は、数式１によって計算できる。
Figure 2020503500
ここで、ｚ０は物体から転送装置までの縦方向距離；Ｅｘは転送装置の射出瞳の直径；ｚｓは転送装置から感光エリアまでの縦方向距離；ｚｉは転送装置から物体の像までの距離；Ｏｓｉｚｅは物体平面にある物体の物体サイズである。本明細書で使用されるとき、用語「射出瞳の直径」は、転送装置の開口を指す。測定範囲が与えられると、条件は、例えばセンサ位置、射出瞳の直径、または物体の像を変えることによって、例えば焦点距離を変えることによって、満たされることができる。検出器は、上記数式１が少なくとも１つの距離ｚ０で真である場合に、物体サイズから独立して前記物体の縦方向座標ｚを決定するように適合されている。例えば、検出器は、物体サイズが大きい範囲で変動および／または変化する場合、例えば物体サイズの１００％以上で変動および／または変化する場合、少なくとも１つの距離ｚ０における縦座標ｚを決定するように適合されてよい。検出器は、物体サイズが小さい範囲で変動および／または変化する場合、特に物体サイズが±２０％以下、好ましくは±１０％以下、より好ましくは±５％以下で変動および／または変化する場合、上記の条件である数式１をわずかだが満たす距離における縦方向座標ｚを決定するように適合されてよい。検出器は、上記数式１が少なくとも１つの距離ｚ０について真であり、かつ、物体サイズが±２０％以下、好ましくは±１０％以下、より好ましくは±５％以下だけ変動および／または変化する場合、全測定範囲にわたって縦方向座標ｚを決定するように適合されてもよい。本明細書で使用されるとき、用語「少なくとも１つの距離について真である」は、特に、完全測定範囲内または全体測定範囲内で物体サイズが±２０％以下、好ましくは±１０％以下、より好ましくは±５％以下だけ変動および／または変動する場合、少なくとも１つの距離で縦方向座標ｚが物体サイズとは無関係に決定され、検出器が他の距離で縦方向座標ｚを決定するように適合されることを指す。
本明細書で使用されるとき、用語「測定範囲」は、一般に、縦方向座標ｚの決定が行われる任意の範囲を指す。測定範囲は、物体から転送装置までの縦方向距離ｚ０；転送装置の焦点距離ｆ；転送装置の射出瞳の直径Ｅｘ；転送装置から感光エリアまでの縦方向距離ｚｓ；転送装置から物体の像までの距離ｚｉ；物体平面における物体サイズＯｓｉｚｅと、からなる群から選択される１つまたは複数のパラメータを調整することによって調整可能である。例えば、物体サイズが物体サイズの限度を超えていない場合には、物体から転送装置までの縦方向距離に対する商信号Ｑの独特な関係が存在する。物体サイズの限度は、転送装置から感光エリアまでの縦方向距離、物体から転送装置までの縦方向距離、転送装置のＦ番号Ｆ＃、すなわち、転送装置の焦点距離と転送装置の射出瞳の直径との比に依存する。例えば、測定範囲は、転送装置から感光エリアまでの縦方向距離ｚｓ、転送装置から物体の像までの距離ｚｉ、転送装置から感光エリアまでの縦方向距離、転送装置の焦点距離とＦ番号、のうち１つまたは複数を選択および／または選ぶことによって適合させることができる。例えば、焦点距離および／またはＦ番号は、ズーム対物レンズを使用することによって調整することができる。特に、焦点距離は１０から２００ｍｍの間、好ましくは２０から１５０ｍｍの間であり得る。Ｆ番号は１から１０の間、好ましくは１、５および６であり得る。転送装置からの縦方向距離は可能な限り短くてもよい。転送装置から感光エリアまでの縦方向距離は０から２００ｍｍの間、好ましくは２０から５０ｍｍの間であり得る。与えられたシステム設定（ｆ，Ｆ＃，ｚｓ）に対して、物体サイズ制限の固有値を計算することができる。例えば、焦点距離が３．５ｍｍでＦ番号が２．０の場合、物体サイズは１．７５ｍｍより小さくてもよい。好ましくは、物体サイズの下限は０．５μｍ以上、より好ましくは１μｍ以上、最も好ましくは１０μｍ以上であり得る。物体サイズの下限は、能動的測定システムを用いた最小物体サイズ、特にレーザスポットサイズを指す。
評価装置は、センサ信号を割算すること、センサ信号の倍数を割算すること、センサ信号の線形結合を割算すること、のうちの１つまたは複数により商信号Ｑを導出するように構成されている。評価装置は、縦方向座標を決定するために商信号Ｑと縦方向座標との間の少なくとも１つの所定の関係を使用するように構成されている。例えば、評価装置は、以下の数式２によって商信号Ｑを導出するように構成される。
Figure 2020503500
ここで、ｘおよびｙは横方向座標であり、Ａ１およびＡ２はセンサ位置におけるビームプロファイルの面積であり、Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ０）は物体距離ｚ０において与えられるビームプロファイルを表す。エリアＡ１とエリアＡ２は異なる場合がある。特に、Ａ１とＡ２は一致しない。本明細書で使用されるとき、「ビームプロファイル」という用語は、特に光ビームの伝播に対して垂直な少なくとも１つの平面における、光ビームの強度の空間分布に関する。ビームプロファイルは、光ビームの断面であり得る。ビームプロファイルは、台形ビームプロファイル；三角形ビームプロファイル；円錐形ビームプロファイル；ガウスビームプロファイルの線形結合、からなる群から選択されてもよい。一般に、ビームプロファイルは輝度Ｌ（ｚ０）とビーム形状Ｓ（ｘ，ｙ；ｚ０），Ｅ（ｘ，ｙ；ｚ０）＝Ｌ・Ｓに依存する。したがって、商信号を導出することにより、輝度値とは無関係に縦方向座標を決定することが可能になり得る。さらに、商信号を使用することにより、物体の大きさとは無関係に距離ｚ０を決定することができる。したがって、商信号は、物体の材料特性および／または反射特性および／または散乱特性とは無関係に、例えば、製造精度、熱、水、汚れ、レンズの損傷などによる光源の変化とは無関係に距離ｚ０を決定することを可能にする。さらに、非常に大きなスポットサイズは、例えば輝いているときでさえも、物体の縦方向座標の信頼ある決定が可能であり得る。
各センサ信号は、光ビームのビームプロファイルの少なくとも１つのエリアの少なくとも１つの情報を含み得る。本明細書で使用されるとき、「ビームプロファイルの領域」という用語は、一般に、商信号Ｑを決定するために使用されるセンサの位置におけるビームプロファイルの任意の領域を指す。感光領域は、第１のセンサ信号がビームプロファイルの第１の領域の情報を含み、第２のセンサ信号がビームプロファイルの第２の領域の情報を含むように配置されてもよい。ビームプロファイルの第１の領域およびビームプロファイルの第２の領域は、隣接する領域または重なり合う領域の一方または両方であり得る。ビームプロファイルの第１の領域およびビームプロファイルの第２の領域は、領域が一致しないことがある。
評価装置は、ビームプロファイルの第１の領域およびビームプロファイルの第２の領域とを決定および／または選択するように構成されてもよい。ビームプロファイルの第１の領域は、本質的にビームプロファイルのエッジ情報を含み、ビームプロファイルの第２の領域は、本質的にビームプロファイルの中心情報を含むことができる。ビームプロファイルは、中心、すなわちビームプロファイルの最大値および／またはビームプロファイルのプラトーの中心点および／または光スポットの幾何学中心、ならびに中心から延びる立ち下がりエッジを有し得る。第２の領域は断面の内側領域を含み、第１の領域は断面の外側領域を含み得る。本明細書で使用するとき、「本質的に中心情報」という用語は、一般に、中心情報の割合、すなわち中心に対応する強度分布の割合と比較すると、低い割合のエッジ情報、すなわち、エッジに対応する強度分布の割合を指す。好ましくは中心情報は１０％未満のエッジ情報の割合を有し、より好ましくは５％未満のエッジ情報の割合を有し、最も好ましくは中心情報はエッジ内容を含まない。本明細書で使用するとき、「本質的にエッジ情報」という用語は、一般に、エッジ情報の割合と比較すると、中心情報の割合が低いことを指す。エッジ情報は、特に中心領域およびエッジ領域からのビームプロファイル全体の情報を含み得る。エッジ情報は、１０％未満、好ましくは５％未満の中心情報の割合を有することができ、より好ましくは、エッジ情報は中心コンテンツを含まない。ビームプロファイルの少なくとも１つの領域は、それが中心に近いかまたは中心の周りにあり、本質的に中心情報を含む場合、ビームプロファイルの第２の領域として決定および／または選択され得る。ビームプロファイルの少なくとも１つの領域が、それが断面の立ち下がりエッジの少なくとも一部を含む場合、ビームプロファイルの第１の領域として決定および／または選択され得る。例えば、断面の全エリアを第１領域としてもよい。ビームプロファイルの第１の領域は領域Ａ２であり得、ビームプロファイルの第２の領域は領域Ａ１であり得る。
第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２の他の選択も可能であり得る。例えば、第１の領域はビームプロファイルの本質的に外側の領域を含み、第２の領域はビームプロファイルの本質的に内側の領域を含み得る。例えば、中心信号は、光スポットの中心を含む矩形の縞に対応する信号であり得る。評価装置は、中心信号と加算信号との第１の線形結合と、中心信号と加算信号との第２の線形結合との商を形成するように適合されていてもよい。特に、２次元ビームプロファイルの場合、ビームプロファイルは左部分と右部分に分割されてもよく、第１の領域はビームプロファイルの左側部分の領域を本質的に含み、第２の領域はビームプロファイルの右側部分の領域を本質的に含み得る。一例として、第１および第２の領域は、互いに最小の間隔で隣接していてもよい。しかしながら、商信号のダイナミックレンジを改善するために、隣接する領域間の間隔を拡大するなどして変化させることもできる。一例として、第１領域と第２領域の間の領域を評価しないことによって２つの隣接領域の分離を増大させることができる。これは、領域の一方の領域の光を隣接する領域比較して相対的および／または絶対的に減少させ、２つの領域の信号の商を増加させ得る。さらに、領域の一方または両方は、互いに隣接していてもよく、および／または評価されていない領域によって分離されていてもよく、および／または異なる商の一部として評価されてもよい。さらに、第１および第２の領域は、サブ領域の線形結合からなってもよく、各サブ領域によって寄与される信号は、中心信号および／または和信号を形成する場合に異なるように重み付けされてもよい。これは商システムのダイナミックレンジを増加させるためにさらに有益であり得る。
錯乱円の広がりは、光センサの範囲よりも大きくてもよい。例えば、光センサは、錯乱円が光センサを越えて延びるように配置されてもよい。したがって、光センサは、光ビームのビームプロファイルを部分的にしか評価できない。評価装置は、対称性を考慮することによって、または部分的なビームプロファイルを予め記録されたビームプロファイルなどと比較することによって、ビームプロファイルを外挿するように適合させることができる。さらに、評価装置は部分ビームプロファイルの部分和信号および部分中心信号を評価し、それを外挿および／または適合および／または予め記録されたビームプロファイルなどの和信号に変換するように適合されてもよい。
エッジ情報は、ビームプロファイルの第１の領域内の光子の数に関する情報を含み得、中心情報は、ビームプロファイルの前記第２の領域内の光子の数に関する情報を含み得る。評価装置は、ビームプロファイルの面積積分を決定するように適合されてもよい。評価装置は、第１のエリアの積分および／または加算によってエッジ情報を決定するように構成されていてもよい。評価装置は、第２の領域の積分および／または加算によって中心情報を決定するように構成されていてもよい。例えば、ビームプロファイルは台形ビームプロファイルであり得、評価装置は台形の積分を決定するように適合され得る。さらに、台形ビームプロファイルを仮定することができる場合、エッジおよび中央信号の決定は、例えば、エッジの傾斜および位置ならびに中央のプラトーの高さの決定、および幾何学的考察によるエッジおよび中心信号の導出など台形ビームプロファイルの特性を利用する同等の評価によって置き換えられてもよい。
追加的にまたは代替的に、評価装置は、光スポットの少なくとも１つのスライスまたはカットから中心情報またはエッジ情報の一方または両方を決定するように適合されてもよい。これは、例えば、商信号Ｑ内の面積積分をスライスまたはカットに沿った線形積分で置き換えることによって実現することができる。精度を向上させるために、光スポットを通るいくつかのスライスまたはカットを使用して平均化することができる。楕円形のスポットプロファイルの場合、いくつかのスライスまたはカットにわたって平均化すると、距離情報が改善される可能性がある。
評価装置は、エッジ情報と中心情報を割算すること、エッジ情報と中心情報の倍数を割算すること、エッジ情報と中心情報の線形結合を割算すること、のうちの１つまたは複数によって商信号Ｑを導出するように構成されてもよい。したがって、本質的には、光子比を本方法の物理的基礎として使用することができる。
検出器は少なくとも２つの光センサ上の光ビームプロファイルの少なくとも２つの非対称領域の放射輝度比から奥行き情報、特に絶対奥行き情報を決定するように適合されてもよい。例えば、検出器は、マトリックス状に配置された複数の光センサを含み得る。検出器は、取り囲まれた、特にＣＭＯＳ検出器などの光センサの単一マトリックスによって捕捉されたデフォーカスビームプロファイル内の少なくとも２つの非対称領域の放射輝度比から奥行き情報を決定するように適合され得る。特に、検出器は、特定の物体サイズの範囲とは無関係に放射輝度比を使用して奥行き情報を決定するように適合され得る。この原理はフォトンレシオによる距離（ＤＰＲ）と呼ばれる。
ＤＰＲ原理は、例えば、１つのセグメント画像プロファイルの多くのサブ領域、例えば後述する光センサのマトリックス上の少なくとも１つの光ビームによって生成される少なくとも１つの特徴のセグメント化された画像、に適用することができる。２次元の場合の商ＱＡ（ｚ）は次の数式３のように書くことができる。
Figure 2020503500
ここで、Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）は２次元のビームプロファイルで、ｒｉｎとｒｏｕｔはそれぞれ内円と外円の半径である。ｙ次元に沿った線分商Ｑｙ（ｚ）の場合、これは次の数式４ように書き換えることができる。
Figure 2020503500
この理論に縛られたくはないが、全体のデフォーカスビームプロファイルＰ(ｘ,ｚ)は、像幅ｂ(ｘ,ｚ)に沿ったデフォーカスイメージポイントプロファイルｐ(ｘ,ｚ)の重ね合わせと見なすことができる。この関係は、数式５によって与えられる畳み込みとしてモデル化できる。
Figure 2020503500
ここで、ｐ(ｘ,ｚ)はデフォーカス状態にあるレンズの点像分布関数（ＰＳＦ）を表し、近軸光学の分野では錯乱円（ＣｏＣ）としても知られている。ｐ(ｘ,ｚ)をＱｙ(z)に挿入することによって、上述の商Ｑｙ(z)は以下の数式６のように書き直すことができる。
Figure 2020503500
ＣｏＣ半径はｒｃであり得、ｒｏは光センサのマトリックス上の特徴の像スポット半径であり得、そしてｒｏｕｔ＝ｒｃ＋ｒｏ⇒ｒｏｕｔ≧ｒｃおよびｒｏｕｔ≧ｒｏであり、数式７となる。
Figure 2020503500
ｒｏ≦ｒｉｎ＜ｒｃの場合、数式８となる。
Figure 2020503500
これは、商が物体サイズにｒｏ＜ｒｃという条件で依存しないことを示す。
ＤＰＲにおける物体サイズ独立性（ＯＳＩ）は、画像幅ｉがｃとして示される錯乱円（ＣｏＣ）幅より小さいままである限り適用される。一次元の場合、これは直径ｄｏ＜ｄｃによって表される。近軸光学系を使用すると、これらの直径は次の数式９のように置き換えることができる。
Figure 2020503500
ここで、ａは物体距離、ｉは像距離、Ｏｓは物体サイズ、Ｄｘはレンズ射出瞳直径、およびｄは像側主平面に対するセンサ位置である。並べ替えた後、これは次の数式１０のように書くことができる。
Figure 2020503500
単レンズを無限遠にフォーカスすると、これは数式１１に単純化される。
Figure 2020503500
ここで、ｆは焦点距離、およびＦ＃はレンズのＦ番号である。
さらに、光センサのマトリックスを用いて、デフォーカスされたビームプロファイルは、ある角度θの線に沿って縦座標の原点から距離ωを有する断面に細分され得る。したがって、単線のパラメータ化は、以下の数式１２によって与えられ得る。
Figure 2020503500
平行線に沿った強度の積分は、周知のラドン変換の積分射影Ｒ｛・｝によって数学的に記述することができ、以下の数式１３のように表される。
Figure 2020503500
δはディラックデルタ関数を表し、ｆ(ｘ,ｙ)は閉じられたデフォーカスビームプロファイルの強度である。所与の角度θおよび投影幅ωに対する光子比Ｒは、ｆ’(ｘ,ｙ)を内側領域として有する数式１４によって与えられる。
Figure 2020503500
θの変動は、特定の距離で傾斜した物体表面に対して異なる比率Ｒを生み出す可能性がある。次の数式１５の間隔でθを変化させれば十分である。
Figure 2020503500
一実施形態では、物体から検出器まで伝播する光ビームは、少なくとも１つの特徴点を含む少なくとも１つのパターンでセンサ要素を照射することができる。本明細書で使用されるとき、「特徴点」という用語は、パターンの少なくとも１つの少なくとも部分的に延在する特徴を指す。特徴点は以下少なくとも１点；少なくとも１行；少なくとも１つのエッジ、からなる群から選択されてもよい。パターンは、例えば、少なくとも１つのパターンを含む照射パターンを有する少なくとも１つの照射源による照射に応答して、物体によって生成されてもよい。Ａ１は、光センサ上の特徴点の完全なまたは全領域に対応し得る。Ａ２は、光センサ上の特徴点の中心領域であり得る。中心領域は一定値であり得る。中心領域は、特徴点の全領域と比較して小さくてもよい。例えば、円形の特徴点の場合、中心領域は、特徴点の全半径の０．１から０．９まで、好ましくは全半径の０．４から０．６までの半径を有することができる。
例えば、物体から検出器まで伝播する光ビームは、少なくとも１つの線パターンで光センサを照らすことができる。線パターンは、例えば、少なくとも１つの線パターンを含む照射パターンを有する少なくとも１つの照射源による照射に応答して、物体によって生成されてもよい。Ａ１は、光センサ上、特に光センサの感光エリア上の、線パターンの全線幅を有する領域に対応し得る。光センサ上の線パターンは光センサ上の線幅が広くなるように、照射パターンの線パターンと比較して拡大および／または変位させることができる。特に、光センサのマトリックスの場合、光センサ上の線パターンの線幅はある列から別の列へと変化する可能性がある。Ａ２は、光センサ上の線パターンの中心領域であり得る。中心領域の線幅は一定の値であり得、特に照射パターンの線幅に対応し得る。中心領域は、全線幅に比べてより小さい線幅を有することができる。例えば、中心領域は、全線幅の０．１から０．９まで、好ましくは全線幅の０．４から０．６までの線幅を有することができる。線パターンは光センサ上でセグメント化されてもよい。光センサのマトリックスの各列は線パターンの中心領域の強度の中心情報および線パターンの中心領域からさらに外側にエッジ領域まで広がる領域からの強度のエッジ情報を含み得る。
例えば、物体から検出器へ伝播する光ビームは少なくとも１つの点パターンでセンサ要素を照らすことができる。点パターンは、例えば、少なくとも１つの点パターンを含む照射パターンを有する少なくとも１つの照射源による照射に応答して、物体によって生成されてもよい。Ａ１は、光センサ上の点パターンの点の全半径を有する領域に対応し得る。Ａ２は、光センサ上の点パターンの点の中心領域であり得る。中心エリアは一定値であり得る。中心エリアは、全半径と比較する半径を有することができる。例えば、中心エリアは、全半径の０．１から０．９まで、好ましくは全半径の０．４から０．６までの半径を有することができる。
物体から検出器へ伝播する光ビームは、点パターンと線パターンの両方を含む反射パターンでセンサ要素を照らすことができる。線パターンおよび点パターンに加えてまたはその代わりに他の実施形態も可能である。
例えば、光センサは、第１の感光エリアを有する第１の光センサおよび第２の感光エリアを有する第２の光センサを含み得、第１および第２の感光エリアは、例えば以下の数式１６の条件が満たされるように配置される。
Figure 2020503500
ここで、「ａ」は、転送装置の焦点距離の半分に等しい距離で光軸と交差する光軸に垂直な平面の内側領域と、第１感光エリアの両方に当たる光子の比率であり、「ｂ」は平面の内側領域と第２感光エリアの両方に当たる光子の比率であり、「ｃ」は平面の外側領域と第１感光エリアの両方に当たる光子の比率であり、「ｄ」は平面の外側領域と第２感光エリアの両方に当たる光子の比率である。第１の感光エリアおよび第２の感光エリアは、内側領域が、光軸上に幾何学中心点を有する領域、および光子の半分が内側領域の内で平面に当たり、残りの半分が内側領域の外で平面に当たる延長を有するように、配置され得る。第１感光エリアおよび第２感光エリアは、内側領域が、光軸上に中心点を有する円として、および、光子の半分が円の内で平面に当たり、残りの半分が円の外で平面に当たるように選択された半径ｒとして設計されるように、配置されている。
上記で概説したように、検出器は少なくとも１つの照射源を含み得る。照射源と光センサとの間の検出器の光軸に垂直な距離は小さくてもよい。照射源と光センサとの間の検出器の光軸に垂直な距離は０．１ｍ未満、好ましくは０．０５ｍ未満、より好ましくは０．０２５ｍ未満であり得る。照射源と光軸は小さなベースラインによって分離されてもよい。本明細書で使用するとき、基線とも呼ばれる用語「ベースライン」は、例えば、ｘｙ平面における、光軸と照射源との間の距離、特に光軸と照射光ビームのｚ成分との間の距離を指す。照射源は、光軸から最小距離だけ離れていてもよい。光軸からの最小距離は光センサおよび少なくとも１つの任意選択の転送装置のサイズおよび位置などのさらなる検出器要素によって定義することができ、これについては以下で詳細に説明する。ベースラインは、０．１ｍ未満、好ましくは０．０５ｍ未満、より好ましくは０．０２５ｍ未満であり得る。例えば、ベースラインは２１ｍｍであり得る。好ましくは、照射源は転送装置のすぐ隣に配置されてもよい。例えば、転送装置は照射源が光軸にさらに近く配置されることができるように平らにされてもよい。照射源は、転送装置の後ろに配置されてもよい。
光センサのうちの少なくとも１つは、飛行時間（ＴＯＦ）に応じて少なくとも１つのセンサ信号を生成するように適合されてもよく、照射光ビームは照射源から物体まで進行し、反射光ビームは物体から光センサの感光エリアまで進行した。評価装置は、ＴＯＦセンサ信号を評価することによって物体の少なくとも１つのＴＯＦ縦方向座標ｚＴＯＦを決定するように構成されてもよい。ＴＯＦセンサ信号を生成するように適合されている光センサは、飛行時間検出器として設計することができる。飛行時間検出器は少なくとも１つのパルス飛行時間検出器；少なくとも１つの位相変調飛行時間検出器；少なくとも１つの直接飛行時間検出器；少なくとも１つの間接飛行時間検出器、からなる群から選択されてもよい。例えば、位相変調飛行時間検出器は、少なくとも１つの位相検出器を有する少なくとも１つのＲＦ変調光源であり得る。光センサは、照射源による照射光ビームの放射と反射光ビームの受信との間の時間遅延を決定するように構成されてもよい。
例えば、ＴＯＦセンサ信号を生成するように適合された光センサはパルス飛行時間検出器として設計されてもよい。検出器は、パルス光ビームを生成するようになっている少なくとも１つのシャッター素子などの少なくとも１つの遮断装置を含むことができる。光センサは、反射光ビームの受信時間に応じてＴＯＦセンサ信号を複数の時間窓、特にその後の時間窓に格納するように適合されてもよい。光センサは、反射光ビームの受信時間に応じて生成されたＴＯＦセンサ信号を少なくとも１つの第１の時間窓および／または少なくとも１つの第２の時間窓に格納するように適合されてもよい。第１および第２の時間窓は、遮断装置の開閉と相関し得る。第１および第２の時間窓の期間は予め定義されてもよい。例えば、ＴＯＦセンサ信号は、遮断装置の開放中に第１の時間窓に格納されてもよく、遮断装置の閉鎖中には、ＴＯＦセンサ信号は第２の時間窓に格納されてもよい。他の期間の時間窓も考えられる。第１および第２の時間窓は、背景、信号の高さおよび信号のシフトに関する情報を含み得る。
例えば、ＴＯＦセンサ信号を生成するように適合された光センサは、直接飛行時間型撮像素子として適合することができる。直接飛行時間型撮像素子は、少なくとも１つの単一レーザパルスを発生するように適合されている少なくとも１つの照射源を含むことができる。単一レーザパルスは、物体から光センサ上に反射して戻ることがある。光センサは、少なくとも１つのフォトダイオード、例えば少なくとも１つのＳｉＡＰＤ、または少なくとも１つのＩｎＧａＡｓＡＰＤ、または少なくとも１つのＰＩＮ光検出器アレイなどの少なくとも１つのアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、または反射光ビームを結像するように適合された少なくとも１つの単一光子アバランシェフォトダイオード（ＳＰＡＤ）を備えることができる。直接飛行時間型撮像素子は、空間的および時間的データを含む少なくとも１つの画像を撮像するように適合されていてもよい。
例えば、ＴＯＦセンサ信号を生成するように適合された光センサは、位相変調飛行時間変調器として設計されてもよい位相変調飛行時間変調器は、放射信号、すなわち照射光ビームを用いて例えば受信信号、すなわち反射光ビームの乗算によって相関信号を決定することによって、位相差、特に位相シフトを測定するように適合されてもよい。相関信号のＤＣ成分は、位相差に関する情報を含み得る。評価装置は、位相差から物体の第２の縦方向座標を決定するように適合されていてもよい。例えば、ＴＯＦセンサ信号を生成するように適合された照射源および光センサは、少なくとも１つの位相検出器を備えるＲＦ変調光源として設計され得る。照射源は、例えば、少なくとも１つのＬＥＤおよび／または少なくとも１つのレーザを含み得る。照射源は、あらかじめ定義された位相シフトを有する光ビームを変調するように適合された少なくとも１つの変調装置を含み得る。例えば、変調装置は少なくとも１つの無線周波数モジュールを含み得る。無線周波数モジュールは、照射ビームをＲＦ搬送波で変調するように適合されていてもよい。光センサは、光センサに当たる反射光ビームの位相シフトを決定するように適合されていてもよい。
光センサは、少なくとも１つの飛行時間型ピクセルとして設計されてもよく、および／またはそれを含んでもよい。好ましくは、検出器は少なくとも２つの光センサを含み、各光センサは少なくとも１つのＴＯＦピクセルとして設計され、および／またはそれを含む。例えば、検出器、特に光センサは、ＴＯＦセンサ信号を生成するよう適合された象限ダイオードを含むことができる。例えば、検出器、特に光センサは、少なくとも１つのピクセル化ＴＯＦ撮像装置を含み得る。
評価装置は、ＴＯＦセンサ信号を評価することによって物体の少なくとも１つのＴＯＦ縦方向座標ｚＴＯＦを決定するように構成することができる。本明細書で使用されるとき、「ＴＯＦ縦方向座標」という用語は、ＴＯＦセンサ信号から導出された縦方向座標を指す。上述のように、照射光源は少なくとも１つの光パルスを周期的に発生させるように適合されてもよい。検出器は、各期間について第１の縦方向センサ信号を生成するように適合されてもよい。評価装置は、第２の縦方向座標を用いてＴＯＦセンサ信号がどのパルス周期で生成されたかを決定するように適合されてもよい。検出器は、組み合わされたセンサ信号を使用することによって、ＴｏＦ信号がどの期間を指すのかを独自に割り当てるように適合されてもよい。ＴＯＦセンサ信号と合成センサ信号の両方は、縦方向座標ｚｒｅａｌの非単調関数であり得る。したがって、縦方向座標は、ＴＯＦセンサ信号または合成センサ信号の一方のみから独自に決定されることはできず、測定範囲は、信号がｚｒｅａｌの固有の関数である縦方向座標範囲に制限されることはない。「測定範囲」という用語は、一般に、物体から検出器までの範囲内であって、縦方向座標の決定が可能である範囲を指す。「縦方向範囲」という用語は、一般に、物体から検出器までの範囲であって、縦方向座標の独自の決定が可能である範囲を指す。物体から検出器までの特定の距離の下および／または上では縦方向座標の決定は不可能かもしれない。例えば、おそらく内部クロックの最小測定時間のため、飛行時間測定は物体から検出器までの一定の距離以下では不可能である。さらに、飛行時間測定では、センサ信号は縦方向周期内で固有であり得るが、縦方向周期の整数倍が加算されて、決定された縦方向座標が非固有の場合、センサ信号は同じであってもよい。従って、同じＴＯＦセンサ信号が、距離ｚ１と距離ｚ１＋ｎ・ｚ１ｐに対して得られ、ここで、ｎは縦周期を表す整数であり、ｚ１ｐはＴＯＦセンサ信号の縦方向周期であり、距離ｚ１およびｚ１＋ｎ・ｚ１ｐは測定範囲内にある。本明細書で使用されるとき、「縦方向の周期」という用語は、縦方向座標がＴＯＦセンサ信号から明白に決定され得る周期のパターン、特に距離範囲を指す。非固有の縦方向座標は、相対的縦方向座標として表すことができ、そして固有の縦方向座標は絶対的縦方向座標として表すことができる。
ＴＯＦセンサ信号Ｆ１と合成センサ信号Ｆ２の両方が利用可能である場合、各信号対（Ｆ１、Ｆ２）が固有の距離に対応する限り、縦方向座標を独自に決定し、縦方向範囲を拡大することが可能であり、そしてその逆も同様である。特に、縦方向座標ごとに固有の信号対（Ｆ１、Ｆ２）が存在する場合およびその逆の場合、評価装置は、
（１）ＴＯＦセンサ信号および／または結合センサ信号などの少なくとも１つの第１の選択された信号を選択し、非固有の第１の縦方向座標を決定すること；
（２）ステップ（１）で選択されなかった結合信号Ｑおよび／またはＴＯＦセンサ信号などの第２の選択された信号を選択し、非固有の第２の縦方向座標を決定すること；
（３）非固有の第１の縦方向座標および非固有の第２の縦方向座標のうちの一方が所定の許容誤差閾値まで一致するかどうかを判定すること；
（４）組み合わされた固有の縦方向座標を一致する縦方向座標に設定すること；
によって固有の縦方向座標を決定するように構成され得る。
ステップ（１）およびステップ（２）において、信号は所与の順序で選択されてもよく、または異なる順序で実行されてもよい。例えば、ステップ（１）においてＴＯＦセンサ信号が選択され、ステップ（２）において結合信号Ｑが選択されてもよい。別の例では、ステップ（１）において、結合センサ信号が選択されてもよく、それから非固有の第１の縦方向センサ信号が決定されてもよい。ステップ（２）において、ＴＯＦセンサ信号が選択されてもよい。
ステップ（４）に加えてまたはその代わりに、評価装置は、一致座標が見つからない場合にはエラー信号を出力し、および／または複数の一致座標が見つかった場合にはエラー信号を出力するようにしてもよい。追加的にまたは代替的に、信号対およびそれらの対応する縦方向座標はルックアップテーブルに格納されてもよい。追加的にまたは代替的に、信号対およびそれらの対応する縦方向座標は、所与の信号対に対応する縦方向座標を見つけるために評価される解析関数によって近似または記述されてもよい。
評価装置は少なくとも２つのメモリ素子を含み得る。本明細書で使用されるとき、「メモリ素子」という用語は、情報を記憶するように適合された装置を指す。評価装置は、光センサによって提供される情報、例えば少なくとも１つの第１のセンサ信号を受信して記憶するように適合されてもよい。そのような情報は、生のセンサデータおよび／または処理されたセンサデータを含み得る。例えば、メモリ素子は、評価装置によるさらなる評価のための情報を記憶するように適合されていてもよい。メモリ素子は揮発性または不揮発性メモリ素子であり得る。
上述のように、光センサは、少なくとも１つのＴｏＦピクセルとして設計されてもよく、および／またはそれを含んでもよい。検出器は少なくとも２つのスイッチを含み得る。各スイッチは、例えば少なくとも１つのコネクタによって、第１のセンサ信号を生成するように適合された光センサに接続することができる。特に、各スイッチはＴｏＦピクセルに接続されてもよい。スイッチは、ＴＯＦセンサ信号をメモリ素子のうちの１つに供給するよう適合される。特に、スイッチは、反射光ビームの受信時間に応じて、生成されたＴＯＦセンサ信号をスイッチのうちの１つを通過させるように適合させ得る。例えば、ＴＯＦセンサ信号は、遮断装置の開放中にスイッチのうちの１つを通過でき、遮断装置の閉鎖中にＴＯＦセンサ信号は他のスイッチを通過することができる。各スイッチは、照射源によって生成された光パルスのパルス長と同一のパルス長を有する制御信号によって制御されてもよい。一方のスイッチの制御信号が遅延する可能性がある。例えば、遅延は光パルスのパルス長に対応し得る。評価装置は、遅延に応じて、第１のメモリ要素内の第１のスイッチを介してＴＯＦセンサ信号の第１の部分、または分数をサンプリングおよび／または格納するように適合され、もう一方は第２のメモリ要素内の第２のスイッチを介してＴＯＦセンサ信号の第２の部分、または分数をサンプリングおよび／または格納するように適合され得る。評価装置は、ＴＯＦセンサ信号の第１の部分および第２の部分を評価することによって第１の縦方向座標を決定するように適合させることができる。評価装置は、第１の縦座標ｚ１を次の数式１７によって決定するように適合されてもよい。
Figure 2020503500
決定される距離オフセット、Ｓ１１とＳ１２はそれぞれＴＯＦセンサ信号の第１の部分と第２の部分である。
上記で概説したように、検出器はさらに１つまたは複数の追加の光学要素などの１つまたは複数の追加の要素を含むことができる。さらに、検出器は少なくとも１つのハウジングに完全にまたは部分的に一体化されてもよい。
本発明の第１の好ましい実施形態では、
検出器は、
− 第１感光エリアを有する少なくとも１つの第１光センサであって、物体から検出器に伝播する光ビームによる第１感光エリアの照射に応答して少なくとも１つの第１センサ信号を生成するように構成されている、第１光センサと、
− 第２感光エリアを有する少なくとも１つの第２光センサであって、光ビームによる第２感光エリアの照射に応答して少なくとも１つの第２センサ信号を生成するように構成され、第１感光エリアは第２感光エリアより小さい、第２光センサと、
− 第１および第２のセンサ信号を評価することにより、物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成されている、評価装置と、
を有する。
この第１の好ましい実施形態では、光センサの感光エリアの縦方向座標および／またはそれらの表面積が異なるように、光センサを配置することができる。
以下にさらに詳細に概説するように、各光センサは、好ましくは、照射される正確に１つの感光エリアを提供することにより各光センサに正確に１つの感光エリアが存在し、照射に応答して全光センサに正確に１つの均一なセンサ信号が生成されるように具現化され得る。したがって、各光センサは、ピクセル化光センサではなくセンサマトリックスのような単一領域光センサであることが好ましい。しかしながら、他の実施形態も可能である。しかしながら、単一領域光センサの使用は、検出器の設定を特に簡単かつ効率的にする。したがって、一例として、各々が正確に１つの感光エリアを有する市販のシリコンフォトダイオードのような市販の光センサ、すなわち小さい感光エリアを有するもの及びより大きい感光エリアを有するものを、以下にさらに詳細に説明されるように、構成に使用することができる。
第１および第２の感光エリアは、具体的には物体に向けられてもよい。
具体的に、物体から検出器まで伝播する光ビームは、光ビームの幅が第１の光センサの感光エリアよりも大きく、第１の感光エリアが光ビーム内に完全に位置するように、第１の感光エリアを完全に照射することができる。反対に、好ましくは、物体から検出器へ伝播する光ビームは、具体的に、第２の感光エリア内に光スポットが完全に位置するように、第２の感光エリア上に第２の感光エリアよりも小さい光スポットを生成することができる。第２の感光エリア上の光スポット内には、第１の光センサによって生成された影が位置している可能性がある。したがって、一般に、より小さい第１の感光エリアを有する第１の光センサは、物体から見て、第２の光センサの前に配置されることができ、これは第１感光エリアが光ビーム内に完全に配置され、光ビームが第２の感光エリアよりも小さい第１の感光エリア上に光スポットを生成し、第１光センサによってさらなる影が該光スポット内に生成される状況になる。この状況は、光学の当業者により、光ビームにフォーカス効果またはデフォーカス効果を有する１つまたは複数の適切なレンズまたは要素を選択されることによって、例えば、以下にさらに詳細に概説されるように、適切な転送装置を使用することによって簡単に調整され得る。本明細書でさらに使用されるように、光スポットは一般に、光ビームによる、物品、領域または物体の、可視または検出可能な、円形または非円形の照射を指す。
上記で概説したように、第１の感光エリアは第２の感光エリアよりも小さい。本明細書で使用されるとき、用語「より小さい」は、第１の感光エリアの表面積が第２の感光エリアの表面積よりも小さいこと、例えば少なくとも０．９倍、例えば少なくとも０．７倍、さらには少なくとも０．５倍であるという事実を指す。一例として、第１の感光エリアと第２の感光エリアの両方が正方形または長方形の形状を有することができ、第１の感光エリアの正方形または長方形の一辺の長さは、第２の感光エリアの正方形または長方形の対応する一辺よりも小さい。あるいは、一例として、第１の感光エリアと第２の感光エリアの両方が円形の形状を有することができ、第１の感光エリアの直径が第２の感光エリアの直径よりも小さい。また、一例として、第１の感光エリアは第１等価直径を有し、第２の感光エリアは第２等価直径を有し、第１等価直径は第２等価直径よりも小さい。
第１の感光エリアは、光ビームの伝播方向において、第２の感光エリアと重なってもよい。光ビームは、完全にまたは部分的に、第１の感光エリアと第２の感光エリアの両方を照らすことができる。したがって、一例として、検出器の光軸上に位置する物体から見たとき、第１の感光エリアは、第２の感光エリアの前方に位置し、例えば、物体から見て、第１の感光エリアが第２の感光エリア内に完全に位置する。上に概説したように、この物体からの光ビームが第１および第２の感光エリアに向かって伝播すると、光ビームは第１の感光エリアを完全に照らし、第２の感光エリア上に光スポットを作り出し、第１の光センサによって生成された影は光スポット内に位置する。しかしながら、他の実施形態も可能であることに留意されたい。
具体的には、以下にさらに詳細に概説するように、評価装置は、物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを、第１のセンサ信号と第２のセンサ信号との間の少なくとも１つの既知の、決定可能な、または所定の関係を使用することによって決定するように構成され得る。特に、評価装置は、物体の少なくとも１つの座標ｚを、第１のセンサ信号および第２のセンサ信号から導出された商信号と縦方向座標との間の少なくとも１つの既知の、決定可能な、または所定の関係を使用することによって決定するように構成される。
したがって、評価装置は、前記第１および第２のセンサ信号を割算することにより、または、前記第１および第２のセンサ信号の倍数を割算することにより、または、前記第１および第２のセンサ信号の線形結合を割算することにより、商信号Ｑを導出するように構成され、前記評価装置は、前記商信号Ｑを評価することによって縦方向座標を決定するように構成されている。一例として、Ｑは以下のように単に決定され得る。
Ｑ＝ｓ１／ｓ２
または
Ｑ＝ｓ２／ｓ１，
ｓ１は第１のセンサ信号を示し、ｓ２は第２のセンサ信号を示す。追加的にまたは代替的に、Ｑは、
Ｑ＝ａ・ｓ１／ｂ・ｓ２
または
Ｑ＝ｂ・ｓ２／ａ・ｓ１，
として決定されてもよく、ａおよびｂは実数であり、一例として、それは所定のものでもまたは決定可能なものでもよい。追加的にまたは代替的に、Ｑは、
Ｑ＝（ａ・ｓ１＋ｂ・ｓ２）／（ｃ・ｓ１＋ｄ・ｓ２），
として決定されてもよく、ａ、ｂ、ｃおよびｄは実数であり、一例として、それは所定のものでもまたは決定可能なものでもよい。後者の簡単な一例として、Ｑは、
Ｑ＝ｓ１／（ｓ１＋ｓ２），
他の商信号も可能である。
通常、上記の構成では、Ｑは、物体の縦方向座標および／または光スポットの直径または等価直径などの光スポットのサイズの単調関数である。したがって、一例として、特に線形光センサが使用される場合、商Ｑ＝ｓ１／ｓ２は、光スポットのサイズの単調減少関数である。この理論に拘束されることを望むものではないが、これは、上述の好ましい構成において、検出器に到達する光量が減少するため、第１のセンサ信号ｓ１および第２のセンサ信号ｓ２の両方が、光源までの距離が増すにつれて二乗関数として減少する、という事実によると考えられる。しかしながら、そこでは、実験で使用されたような光構成では、第１のセンサ信号ｓ１が第２のセンサ信号ｓ２よりも急速に減少するため、像平面内の光点は大きくなり、したがって、より広い領域にわたって広がる。したがって、第１のセンサ信号ｓ１および第２のセンサ信号ｓ２の商は、第１の感光エリアおよび第２の感光エリアにおいて光ビームの直径または光スポットの直径が増加するにつれて連続的に減少する。さらに、光ビームの総出力が第１のセンサ信号ｓ１および第２のセンサ信号ｓ２の両方において要素を形成するので、商は、主に光ビームの総出力から独立している。その結果、商Ｑは、第１のセンサ信号ｓ１および第２のセンサ信号ｓ２と光ビームのサイズまたは直径との間の一意的かつ明白な関係を提供する第２の信号を形成することができる。その一方で、光ビームのサイズまたは直径は、光ビームが検出器に向かって伝播する物体と検出器自体との間の距離、すなわち物体の縦方向座標に依存するので、一方では第１のセンサ信号と第２のセンサ信号の間に他方では第１のセンサ信号と縦方向座標との間に一意的かつ明白な関係が存在し得る。後者については、ＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１を参照することができる。所定の関係は、ガウス光ビームの線形結合を仮定するなどによる分析的考察によって、複合信号および／または第１のセンサ信号と第２のセンサ信号もしくはそれらから導出された第２の信号を物体の縦方向座標の関数として測定する測定などの経験的測定によって、またはその両方によって決定され得る。
評価装置は、商信号Ｑを評価することによって縦方向座標を決定するように構成される。評価装置は、商信号Ｑと縦方向座標との間の少なくとも１つの所定の関係を使用するように構成されてもよい。所定の関係は、経験的関係、半経験的関係および分析的に導出された関係のうちの１つまたは複数であり得る。評価装置は、ルックアップリストまたはルックアップテーブルなどの所定の関係を保存するための少なくとも１つのデータ記憶装置を含むことができる。
商信号Ｑは、様々な手段を用いて決定され得る。一例として、商信号を導出するためのソフトウェア手段、商信号を導出するためのハードウェア手段、またはその両方を使用することができ、評価装置内に実装することができる。したがって、評価装置は、一例として、少なくとも１つのデバイダを含むことができ、デバイダは商信号を導出するように構成され得る。デバイダは、ソフトウェアデバイダまたはハードウェアデバイダの一方または両方として完全にまたは部分的に具体化され得る。
具体的には、第１および第２の光センサは、検出器の同一のビーム経路内に線形的に配置され得る。本明細書で使用されるとき、用語「線形的に」は、一般に、センサが１つの軸に沿って配置されていることを指す。したがって、一例として、第１および第２の光センサは両方とも検出器の光軸上に配置されてもよい。具体的には、第１および第２の光センサは、検出器の光軸に対して同心的に配置されてもよい。
第１光センサは、前記第２光センサの前方に配置されてよい。したがって、例えば、第１の光センサは単に第２の光センサの表面に配置されてもよい。追加的にまたは代替的に、第１光センサは、第２光センサから前記第１感光エリアの表面積の平方根の５倍以下の距離で離間している。追加的にまたは代替的に、第１光センサは、第２光センサの前方に配置され、第２光センサから５０ｍｍ以下、好ましくは１５ｍｍ以下で離間されてもよい。
上記で概説したように、第２感光エリアは第１感光エリアより大きい。したがって、第２感光エリアは第１感光エリアに比して、少なくとも２倍、より好ましくは少なくとも３倍、最も好ましくは少なくとも５倍大きくてよい。
第１感光エリアは、具体的には、小さい感光エリアであってもよく、そのため、好ましくは、光ビームはこの感光エリアを完全に照射する。したがって、典型的な光学構成に適用可能であり得る一例として、第１感光エリアは、１ｍｍ２〜１５０ｍｍ２の表面積、より好ましくは１０ｍｍ２〜１００ｍｍ２の表面積を有することができる。
第２感光エリアは、具体的には広い領域であり得る。したがって、好ましくは、検出器の測定範囲内で、検出器の物体から伝播する光ビームによって生成された光スポットは、光スポットが第２の感光エリアの境界内に完全に位置するように、第２の感光エリア内に完全に位置することができる。例えば典型的な光学構成に適用可能であり得る一例として、第２感光エリアは、１６０ｍｍ２〜１０００ｍｍ２の表面積、より好ましくは２００ｍｍ２〜６００ｍｍ２の表面積を有することができる。
第１の光センサ、第２の光センサまたは第１の光センサおよび第２の光センサに使用できる赤外線光センサは、Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ ＧｍｂＨから市販されているＤ−８２２１１ Ｈｅｒｒｓｃｈｉｎｇ ａｍ Ａｍｍｅｒｓｅｅ、Ｇｅｒｍａｎｙの赤外線光センサのような市販の赤外線光センサでよい。したがって、一例として、第１の光センサ、第２の光センサまたは第１の光センサおよび第２の光センサは、固有の光起電型の少なくとも１つの光センサ、より好ましくはＧｅフォトダイオード、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード、拡張ＩｎＧａＡｓフォトダイオード、ＩｎＡｓフォトダイオード、ＩｎＳｂフォトダイオード、ＨｇＣｄＴｅフォトダイオード、からなる群から選択される少なくとも１つの半導体フォトダイオードを含み得る。追加的にまたは代替的に、第１の光センサ、第２の光センサまたは第１の光センサおよび第２の光センサは、外因性光起電型の少なくとも１つの光センサ、より好ましくはＧｅ：Ａｕフォトダイオード、Ｇｅ：Ｈｇフォトダイオード、Ｇｅ：Ｃｕフォトダイオード、Ｇｅ：Ｚｎフォトダイオード、Ｓｉ：Ｇａフォトダイオード、Ｓｉ：Ａｓフォトダイオードなる群から選択される少なくとも１つの半導体フォトダイオードを含み得る。追加的にまたは代替的に、第１の光センサ、第２の光センサまたは第１の光センサおよび第２の光センサは、少なくとも１つのボロメータ、好ましくはＶＯボロメータおよびアモルファスＳｉボロメータからなる群から選択されるボロメータを含み得る。
第１および第２の光センサは、それぞれ独立して、不透明、透明または半透明であり得る。しかしながら、これらの不透明なセンサは一般に広く市販されているので、便宜上、光ビームに対して透明ではない不透明なセンサを使用することができる。
第１および第２の光センサはそれぞれ、それぞれの単一の感光エリアを有する均一なセンサであり得る。したがって、第１および第２の光センサは具体的には非ピクセル化光センサであり得る。
上記で概説したように、第１のおよび第２のセンサ信号を評価することによって、検出器は物体全体またはその１部もしくは複数の部分の縦方向座標を決定する選択肢を含む、物体の少なくとも１つの縦方向座標を決定し得る。しかしながら、さらに、１つまたは複数の横方向座標および／または回転座標を含む、物体の他の座標が、検出器によって具体的には評価装置によって決定されてもよい。したがって、一例として、物体の少なくとも１つの横方向座標を決定するために、１つまたは複数の横方向センサを使用することができる。ＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１に開示されている横方向センサおよび／または象限ダイオード、ＣＣＤまたはＣＭＯＳチップなどの他の位置検出装置（ＰＳＤ）のような様々な横方向センサが当技術分野において一般的に知られている。これらの装置は、一般に、本発明による検出器にも実装することができる。一例として、光ビームの一部は、少なくとも１つのビーム分割要素によって検出器内で割られてもよい。一例として、分割部分は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳチップまたはカメラセンサなどの横方向センサに向かってガイドされてもよく、そして横方向センサ上の分割部分によって生成された光スポットの横方向位置が決定されてもよく、それによって物体の少なくとも１つの横方向座標が決定される。その結果、本発明による検出器は、単純な距離測定装置のような一次元検出器であってもよく、あるいは２次元検出器またはさらに３次元検出器として具体化されてもよい。さらに、上で概説したように、または以下でさらに詳細に概説したように、場景または環境を１次元様式でスキャンすることによって、３次元画像も作成することができる。その結果、本発明による検出器は、具体的には、１次元検出器、２次元検出器または３次元検出器のうちの１つであり得る。評価装置は、物体の少なくとも１つの横方向座標ｘ，ｙを決定するようにさらに構成されてもよい。
他の実施形態では、検出器は、
− 第１感光エリアを有する少なくとも１つの第１光センサであって、物体から検出器に伝播する光ビームによる第１感光エリアの照射に応答して少なくとも１つの第１センサ信号を生成するように構成されている、第１光センサ；
− 第２感光エリアを有する少なくとも１つの第２光センサであって、光ビームによる第２感光エリアの照射に応答して少なくとも１つの第２センサ信号を生成するように構成され、第１感光エリアは第２感光エリアより小さい、第２光センサ；および
− 第１および第２のセンサ信号を評価することにより、物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成されている、評価装置と、
を有する。
定義および実施形態に関して、第１の好ましい実施形態の説明を参照することができる。特に、第１の感光エリアは第２の感光エリアより小さくてもよい。
本発明のさらなる好ましい実施形態では、検出器は以下を含み得る：
− 光センサのマトリックスを有する少なくとも１つのセンサ要素であって、前記光センサはそれぞれ感光エリアを有し、各光センサは、前記物体から前記検出器まで伝播する少なくとも１つの光ビームによる前記感光エリアの照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように構成され得る、センサ要素と、
− 少なくとも１つの評価装置であって、
ａ）最高のセンサ信号を有し、少なくとも１つの中心信号を形成する少なくとも１つの光センサを決定すること；
ｂ）前記マトリックスの光センサのセンサ信号を評価し、少なくとも１つの和信号を形成すること；
ｃ）前記中心信号と前記和信号を結合することによって少なくとも１つの結合信号を決定すること：および
ｄ）前記結合信号を評価することによって前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定すること、
により前記センサ信号を評価するように構成され得る、評価装置。
このさらなる好ましい実施形態では、光センサは、光センサの感光エリアが空間的オフセットおよび／または表面積において異なるように配置されてもよい。
本明細書で使用されるとき、「センサ要素」という用語は、一般に、少なくとも１つのパラメータを感知するように構成された装置または複数の装置の組み合わせを指す。この場合、パラメータは具体的には光学パラメータであり得、センサ要素は具体的には光センサ要素であり得る。センサ要素は一体として、単体の装置として、またはいくつかの装置と組み合わせて形成されてもよい。本明細書でさらに使用されるように、「マトリックス」という用語は、一般に、所定の幾何学的順序での複数の要素の配置を指す。マトリックスは、以下にさらに詳細に概説されるように、具体的には、１つまたは複数の行および１つまたは複数の列を有する長方形のマトリックスであり得るか、またはそれを含み得る。行と列は具体的には直角に配置することができる。しかしながら、長方形以外の配置のような他の配置も可能であることを概説しなければならない。一例として、円形配置もまた可能であり、その場合、要素は中心点の周りに同心円または楕円に配置される。例えば、マトリックスはピクセルの単一の行であってもよい。他の配置も可能である。
マトリックスの光センサは、具体的には、サイズ、感度、および他の光学的、電気的および機械的特性のうちの１つまたは複数において等しくてもよい。マトリックスの全ての光センサの感光エリアは特に共通平面に配置されてもよく、物体から検出器まで伝播する光ビームが共通平面に光スポットを生成することができるように、共通平面は物体に面しているのが好ましい。
例えばＷＯ ２０１２／１１０９２４ Ａ１またはＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１でより詳細に説明されるように、典型的には、所定のまたは決定可能な関係が光スポットの直径、ビームウェストまたは等価直径などの光スポットのサイズと、そこから光ビームが検出器に向かって伝播する物体の縦方向座標との間に存在する。この理論に束縛されることを望むものではないが、光スポットは、２つの測定変数によって特徴付けられ：中心信号とも呼ばれる光スポットの中心または中心付近の小さな測定パッチで測定された測定信号、および中心信号の有無にかかわらず、光スポットにわたって積分された積分または和信号である。ビームが広げられたり集束されたりしても変化しない一定の総出力を有する光ビームの場合、和信号は、光スポットのスポットサイズとは無関係であるべきであり、したがって、少なくともそれぞれの測定範囲内の線形光センサが使用される場合は、物体と検出器との間の距離とは無関係であるべきである。ただし、中心信号はスポットサイズに依存する。したがって、中心信号は、典型的には、光ビームがフォーカスすると増加し、光ビームがデフォーカス（焦点ぼかし）すると減少する。したがって、中心信号と和信号とを比較することによって、光ビームによって生成される光スポットのサイズに関する情報項目、したがって物体の縦方向座標に関する情報項目を生成することができる。一例として、中心信号と和信号との比較は、中心信号と和信号から商信号Ｑを形成することによって、および縦方向座標を導出するために縦方向座標と商信号との間の所定のまたは決定可能な関係を使用することによって行うことができる。
光センサのマトリックスの使用は複数の利点および利益を提供する。したがって、センサ要素の光センサの感光エリアの共通平面上など、センサ要素上の光ビームによって生成される光スポットの中心は、物体の横方向の位置によって変化する可能性がある。光センサのマトリックスを使用することによって、本発明による検出器はこれらの条件の変化に適することができ、したがって単にセンサ信号を比較することによって光スポットの中心を決定することができる。したがって、本発明による検出器は、それ自体で、中心信号を選択して和信号を決定し、そしてこれら２つの信号から、物体の縦方向座標に関する情報を含む結合信号を導出することができる。このように、結合された信号を評価することによって、物体の縦方向座標が決定される。したがって、光センサのマトリックスの使用は、物体の位置に関して、特に物体の横方向位置に関して、かなりの柔軟性を提供する。
センサ信号を生成する少なくとも１つの光センサの横方向位置など、光センサのマトリックス上の光スポットの横方向位置は、追加の情報項目として使用することさえ可能であり、ＷＯ ２０１４／１９８６２９ Ａ１に開示されているように、そこから物体の横方向位置に関する少なくとも１つの情報項目を導出することができる。追加的にまたは代替的に、以下にさらに詳細に概説されるように、本発明による検出器は、少なくとも１つの物体の縦方向座標に加えて、少なくとも１つの横方向座標を検出するための少なくとも１つの追加の横方向検出器を含み得る。
その結果、本発明によれば、「中心信号」という用語は、一般に、ビームプロファイルの中心情報を本質的に含む少なくとも１つのセンサ信号を指す。本明細書で使用されるとき、「最高のセンサ信号」という用語は、関心領域における極大値または最大値の一方または両方を指す。例えば中心信号とは、複数のセンサ信号のうち最高のセンサ信号を有する、少なくとも１つの光センサの信号であり得、複数のセンサ信号は、マトリックス全体の光センサまたはマトリックス内部の関心領域の光センサによって生成され、ここで関心領域は、マトリックスの光センサによって生成された画像内で予め定められているかまたは決定可能であり得る。中心信号は単一の光センサから、または以下にさらに詳細に概説されるように、一群の光センサから生じることができ、後者の場合、一例として、中心信号を決定するために、一群の光センサのセンサ信号を加算、積分または平均化することができる。中心信号が発生する一群の学センサは、最高のセンサ信号を有する実際の光センサから所定の距離より短い距離を有する光センサなどの一群の隣接する光センサであり得るか、あるいは、最高のセンサ信号から所定の範囲内にあるセンサ信号を発生する一群の光センサであってもよい。最大のダイナミックレンジを許容するために、中心信号が発生する光センサの一群はできるだけ広く選択されてもよい。評価装置は、複数のセンサ信号、例えば、最高のセンサ信号を有する光センサ周囲の複数の光センサなど、複数のセンサ信号の積分によって中心信号を決定するように適合されてもよい。例えば、ビームプロファイルは台形ビームプロファイルとすることができ、評価装置は台形の積分、特に台形のプラトーの積分を決定するように適合させることができる。
同様に、「和信号」という用語は、一般に、ビームプロファイルのエッジ情報を本質的に含む信号を指す。例えば、センサ信号を加算する、センサ信号を積分する、またはマトリックス全体またはマトリックス内の関心領域のセンサ信号を平均化することを指し、関心領域は、マトリックスの光センサによって生成された画像内で予め決められているかまたは決定可能であり得る。センサ信号を加算、積分または平均化する場合、センサ信号が生成される元の実際の光センサは、加算、積分、または平均化から除外されてもよく、あるいは、加算、積分または平均化に含めることができる。評価装置は、マトリックス全体またはマトリックス内の関心領域の信号を積分することによって和信号を決定するように適合させ得る。例えば、ビームプロファイルは台形ビームプロファイルであり得、評価装置は台形全体の積分を決定するように適合され得る。さらに、台形ビームプロファイルが仮定され得る場合、エッジおよび中心信号の決定は、例えばエッジの傾斜および位置ならびに中央プラトーの高さの決定ならびに幾何学的考察によるエッジおよび中心信号の導出など、台形ビームプロファイルの特性を利用して、信号を同等の評価に置き換えることができる。
追加的にまたは代替的に、評価装置は、光スポットの少なくとも１つのスライスまたはカットから中心情報またはエッジ情報の一方または両方を決定するように構成されてもよい。これは、例えば、商信号Ｑ内の面積積分値をスライスまたはカットに沿った線積分値で置き換えることによって実現することができる。精度を向上させるために、光スポットを通るいくつかのスライスまたはカットを使用して平均化することができる。楕円形のスポットプロファイルの場合、いくつかのスライスまたはカットにわたって平均すると、距離情報が改善される可能性がある。
同様に、本明細書で使用される「結合信号」という用語は、一般に、中心信号と和信号とを結合することによって生成される信号を指す。具体的には、組み合わせは、中心信号と和信号との商またはその逆の商の形成；中心信号の倍数と和信号の倍数との商またはその逆の商の形成；中心信号の線形結合と和信号の線形結合との商またはその逆の商の形成；中心信号と和信号との第１の線形結合と、中心信号と和信号との第２の線形結合との商を形成、のうちの１つまたは複数を含み得る。追加的にまたは代替的に、結合信号は、中心信号と和信号との間の比較に関する少なくとも１つの情報項目を含む任意の信号または信号の組合せを含むことができる。
物体から検出器まで伝播する光ビームは、具体的には中心信号が発生する少なくとも１つの光センサが光ビーム内に完全に配置されるように、光ビームの幅は、センサ信号が生じる少なくとも１つの光センサの感光エリアよりも広く、中心信号が生成される少なくとも１つの光センサを特に完全に照らすことができる。反対に、好ましくは、物体から検出器へ伝播する光ビームは、光スポットが完全にマトリックス内に配置されるように、具体的には、マトリックスよりも小さい光スポットをマトリックス全体上に作り出すことができる。この状況は、光ビームのフォースまたはデフォース効果を有する１つまたは複数の適切なレンズまたは要素を選択することによって、以下にさらに詳細に概説されるように、適切な転送装置を使用することなどにより、光学分野における当業者によって容易に調整され得る。本明細書でさらに使用されるように、「光スポット」は、一般に、光ビームによる物品、領域または物体の可視または検出可能な円形または非円形の照射を指す。
具体的には、以下でさらに詳細に概説するように、評価装置は、センサ信号間の少なくとも１つの既知の決定可能または既定の関係を使用することによって物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成される。具体的には、以下でさらに詳細に概説するように、結合信号は商信号であり得る。
上記で概説したように、中心信号は一般に、光スポットの中心にある光センサからのセンサ信号のような単一のセンサ信号でもよく、または光スポットの中心にある光センサから生じるセンサ信号の組み合わせのような複数のセンサ信号の組み合わせ、または前述の可能性のうちの１つまたは複数によって導出されるセンサ信号を処理することによって導出される第２センサ信号など、複数のセンサ信号の組合せであり得る。中心信号の決定は、センサ信号の比較が従来の電子機器によってかなり簡単に実施されるので、電子的に実行されてもよく、またはソフトウェアによって完全にまたは部分的に実行されてもよい。具体的には、中心信号は、最高のセンサ信号；最高のセンサ信号から所定の許容誤差内にあるセンサ信号群の平均；最高のセンサ信号を有する光センサを含む一群および隣接する光センサの所定の一群からのセンサ信号の平均；最高のセンサ信号を有する光センサを含む光センサの一群および隣接する光センサの所定の一群からのセンサ信号の総和値；最高のセンサ信号からの所定の許容誤差内にあるセンサ信号の一群の総和値；所定の閾値を超えているセンサ信号群の平均；所定の閾値を超えているセンサ信号群の合計；最高のセンサ信号を有する光センサを含む光センサの一群と隣接する光センサの所定の一群からのセンサ信号の積分値；最高のセンサ信号からの所定の許容誤差内にあるセンサ信号の一群の積分値；所定の閾値を超えているセンサ信号の一群の積分値、からなる群から選択されてもよい。
上記で概説したように、光センサの生のセンサ信号を評価またはそれから導出された第２センサ信号に使用することができる。本明細書で使用されるとき、「第２センサ信号」という用語は、一般に、例えば、フィルタリング、平均化、復調などによる、１つまたは複数の生の信号を処理することによって得られる、電子信号、より好ましくはアナログおよび／またはデジタル信号など信号を指す。したがって、画像処理アルゴリズムはマトリックスのセンサ信号全体からまたはマトリックス内の関心領域から第２センサ信号を生成するために使用され得る。具体的には、評価装置などの検出器は、光センサのセンサ信号を変換し、それによって第２光センサ信号を生成するように構成されることができ、評価装置は、第２光センサ信号を使用することによってステップａ）〜ｄ）を実行するように構成される。センサ信号の変換は、具体的には、フィルタ処理；少なくとも１つの関心領域の選択；センサ信号によって生成された画像と少なくとも１つのオフセットとの間の差分画像の形成；センサ信号によって生成された画像を反転させることによるセンサ信号の反転；異なる時間にセンサ信号によって生成された画像間の差画像の形成；バックグラウンド補正；カラーチャンネルへの分解；色相と彩度と明度のチャンネルへの分解；周波数分解；特異値分解；キャニーエッジ検出器の適用；ラプラシアンガウシアンフィルタの適用；差分ガウスフィルタの適用；ソーベル演算子の適用；ラプラス演算子の適用；シャール演算子の適用；プレウィット演算子の適用；ロバーツ演算子の適用；キルシュ演算子の適用；ハイパスフィルターの適用；ローパスフィルタの適用；フーリエ変換の適用；ラドン変換の適用；ハフ変換の適用；ウェーブレット変換の適用；しきい値処理；バイナリ画像の作成、からなる群から選択される少なくとも１つの変換を含み得る。関心領域は、ユーザによって手動で決定されてもよく、または光センサによって生成された画像内の物体を認識することなどによって自動的に決定されてもよい。一例として、車両、人または他の種類の所定の物体は、画像内、すなわち、光センサによって生成されたセンサ信号の全体の範囲内の自動画像認識によって決定されてもよく、そして物体が関心領域内に位置するように関心領域を選択することができる。この場合、縦方向座標の決定等の評価は、関心領域についてのみ行われてもよい。しかしながら、他の実施も可能である。
上で概説したように、光スポットの中心の検出、すなわち、中心信号および／または中心信号が発生する少なくとも１つの光センサの検出は、１つまたは複数のソフトウェアアルゴリズムを使用することによって、完全または部分的に電子的にあるいは完全にまたは部分的に実行することができる。具体的には、評価装置は、少なくとも１つの最高のセンサ信号を検出するための、および／または中心信号を形成するための少なくとも１つの中心検出器を備えることができる。中心検出器は、具体的には完全にまたは部分的にソフトウェアで具体化することができ、および／または完全にまたは部分的にハードウェアで具体化することができる。中心検出器は、少なくとも１つのセンサ要素に完全にまたは部分的に一体化されてもよく、および／またはセンサ要素から独立して完全にまたは部分的に具体化されてもよい。
上記で概説したように、和信号は、マトリックスの全てのセンサ信号から、関心領域内のセンサ信号から、または中心信号に寄与する光センサから生じるセンサ信号を除くこれらの可能性のうちの１つから導出され得る。いずれの場合も、縦方向座標を決定するために、中心信号と確実に比較される可能性がある信頼性のある和信号が生成され得る。一般に、和信号は、マトリックスの全てのセンサ信号にわたる平均；マトリックスの全てのセンサ信号の総和；マトリックスの全てのセンサ信号の積分；中心信号に寄与するそれらの光センサからのセンサ信号を除くマトリックスの全てのセンサ信号にわたる平均；中心信号に寄与するそれらの光センサからのセンサ信号を除くマトリックスのすべてのセンサ信号の総和；中心信号に寄与するそれらの光センサからのセンサ信号を除くマトリックスのすべてのセンサ信号の積分；最高のセンサ信号を有する光センサから所定の範囲内の光センサのセンサ信号の総和；最高のセンサ信号を有する光センサから所定の範囲内の光センサのセンサ信号の積分；最高のセンサ信号を有する光センサから所定の範囲内に位置する光センサの特定の閾値を超えるセンサ信号の総和；最高のセンサ信号を有する光センサから所定の範囲内に位置する光センサの特定の閾値を超えるセンサ信号の積分、からなる群から選択されてもよい。しかしながら、他の選択肢も存在する。
加算は、ソフトウェアで完全にまたは部分的に実行することができ、および／またはハードウェアで完全にまたは部分的に実行することができる。加算は一般に純粋に電子的な手段、典型的には、検出器に容易に実装可能な手段によって可能である。したがって、電子技術の分野において、２つ以上の電気信号、アナログ信号とデジタル信号の両方を加算するための合算装置が一般に知られている。したがって、評価装置は、和信号を形成するための少なくとも１つの合算装置を備えることができる。合算装置は、完全にまたは部分的にセンサ要素に一体化されてもよく、または完全にまたは部分的にセンサ要素とは独立して具体化されてもよい。合算装置は、ハードウェアまたはソフトウェアの一方または両方で完全にまたは部分的に具現化することができる。
上記で概説したように、中心信号と和信号との間の比較は、具体的には、１つまたは複数の結合信号を形成することによって実行され得る。したがって、一般に商信号は、中心信号と和信号との商またはその逆の商を形成；中心信号の倍数と和信号の倍数との商またはその逆の商を形成；中心信号の線形結合と和信号の線形結合との商またはその逆の商を形成；中心信号と和信号と中心信号との線形結合の商、またはその逆の商を形成；和信号と和信号と中心信号との線形結合の商またはその逆；中心信号のべき乗と和信号のべき乗との商またはその逆の商を形成；中心信号と和信号との第１の線形結合の商および中心信号と和信号との第２の線形結合の商を形成、のうちの１つまたは複数によって導出される商信号Ｑとすることができる。しかしながら、他の選択肢も存在する。評価装置は、１つまたは複数の商信号を形成するように構成されてもよい。評価装置はさらに、少なくとも１つの商信号を評価することによって少なくとも１つの縦方向座標を決定するように構成されてもよい。
評価装置は特に、少なくとも１つの縦方向座標を決定するために、商信号Ｑと縦方向座標との間の少なくとも１つの所定の関係を使用するように構成されてもよい。したがって、上記に開示された理由および縦方向座標への光スポットの特性の依存性によって、商信号Ｑは、典型的には、物体の縦方向座標および／または光スポットの直径または等価直径などの光スポットのサイズの単調関数である。したがって、一例として、特に線形光センサが使用される場合、センサ信号ｓｃｅｎｔｅｒと和信号ｓｓｕｍの単純な商Ｑ＝ｓｃｅｎｔｅｒ／ｓｓｕｍは距離の単調減少関数であり得る。この理論に縛られたくはないが、これは上記の好ましい設定では、検出器に到達する光の量が減少するので、中心信号ｓｃｅｎｔｅｒおよび和信号ｓｓｕｍの両方は、光射源までの距離が増すにつれて二乗関数として減少するという事実によると考えられる。しかしながら、そこでは、実験で使用されたような光学装置では、像平面内の光スポットが増大し、したがってより広い領域にわたって広がるため、中心信号ｓｃｅｎｔｅｒは和信号ｓｓｕｍよりも急速に減少する。したがって、中心信号と和信号との商は、光ビームの直径またはマトリックスの光センサの感光エリア上の光スポットの直径が増加するにつれて連続的に減少する。さらに、商は、光ビームの総出力が中心信号と和センサ信号の両方においてファクタを形成するので、典型的には光ビームの総出力から独立している。その結果、商Ｑは、中心信号と和信号と光ビームのサイズまたは直径との間に一意的かつ明白な関係を与える第２の信号を形成することができる。その一方で、光ビームのサイズまたは直径は、光ビームが検出器に向かって伝播する物体と検出器自体との間の距離、すなわち物体の縦方向座標に依存するので、一方では中心信号と和信号の間に他方では中心信号と縦方向座標との間に一意的かつ明白な関係が存在し得る。後者については、ＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１を参照することができる。所定の関係は、ガウス光ビームの線形結合を仮定するなどによる分析的考察によって、複合信号および／または中心信号および和信号もしくはそれらから導出された第２の信号を物体の縦方向座標の関数として測定する測定などの経験的測定によって、またはその両方によって決定され得る。
したがって、一般に、評価装置は、商信号Ｑ、例えば結合信号を評価することによって縦方向座標を決定するように構成され得る。この決定は、例えば中心信号と和信号を直接結合し、そして、その縦方向座標を導き出すことによるワンステッププロセスでよく、または、例えば第一に中心信号と和信号から結合信号を導き出し、第二に結合信号から縦方向座標を導き出すことによる多段階プロセスでもよい。上記で概説したように、光センサは、具体的には、光検出器、好ましくは無機光検出器、より好ましくは無機半導体光検出器、最も好ましくはシリコン光検出器であるか、それらを含み得る。
上記で概説したように、光センサは、具体的には光検出器、好ましくは無機光検出器、より好ましくは無機半導体光検出器、最も好ましくはシリコン光検出器であるか、それらを含むことができる。具体的には、光センサは、赤外線スペクトル範囲において感度あり得る。マトリックスの全ての光センサ、またはマトリックスの少なくとも一群の光センサは具体的には同一であってもよい。マトリックスの同一の光センサの一群は、異なるスペクトル範囲に対して具体的に提供されてもよく、または全ての光センサはスペクトル感度に関して同一であってもよい。さらに、光センサは、大きさが同一でもよく、および／またはそれらの電子的または光電子的特性に関して同一でもよい。
マトリックスは独立した光センサから構成されてもよい。したがって、無機フォトダイオードのマトリックスを構成することができる。しかしながら、代替的に、市販のマトリックス、例えばＣＣＤ検出器チップなどのＣＣＤ検出器、および／またはＣＭＯＳ検出器チップなどのＣＭＯＳ検出器のうちの１つまたは複数などを使用することができる。
したがって、一般に、検出器の光センサは、センサアレイを形成してもよく、またはセンサアレイの一部、例えば上述のマトリックスであってもよい。したがって、一例として、検出器は、光センサのアレイ、例えばｍ、ｎが独立した正の整数であり、ｍ行ｎ列を有する長方形のアレイを含むことができる。好ましくは、２つ以上の列および２つ以上の行が与えられ、すなわち、ｎ＞１、ｍ＞１である。したがって、一例として、ｎは２から１６以上であり得、ｍは２から１６以上であり得る。好ましくは、行数と列数との比は１に近い。一例として、ｎおよびｍは、例えばｍ／ｎ＝１：１、４：３、１６：９、または同様のものを選択することによって、例えば０．３≦ｍ／ｎ≦３となるようになど選択することができる。一例として、アレイは、ｍ ＝ ２、ｎ＝２またはｍ＝３、ｎ＝３などを選択することによるなど、等しい数の行および列を有する正方形のアレイであり得る。
上記でさらに概説したように、マトリックスは具体的には少なくとも１行、好ましくは複数の行および複数の列を有する長方形のマトリックスであり得る。一例として、行および列は、本質的に垂直に配向されてもよく、ここで、用語「本質的に垂直」に関しては、上記で与えられた定義を参照することができる。したがって、一例として、２０°未満、具体的には１０°未満、さらには５°未満の許容誤差が許容可能であり得る。広範囲の視野を提供するために、マトリックスは具体的には少なくとも１０行、好ましくは少なくとも５０行、より好ましくは少なくとも１００行を有することができる。同様に、マトリックスは少なくとも１０列、好ましくは少なくとも５０列、より好ましくは少なくとも１００列を有することができる。マトリックスは少なくとも５０個の光センサ、好ましくは少なくとも１００個の光センサ、より好ましくは少なくとも５００個の光センサを含み得る。マトリックスは、マルチメガピクセル範囲内のいくつかのピクセルを含み得る。しかしながら、他の実施形態も可能である。したがって、上で概説したように、軸方向の回転対称性が予想される設定では、ピクセルとも呼ばれ得るマトリックスの光センサの円形配置または同心配置が好ましい場合がある。
上記でさらに概説したように、好ましくは、センサ要素は検出器の光軸に対して本質的に垂直に配向されてもよい。また、用語「本質的に垂直」に関しては、上記の定義および許容誤差を参照することができる。光軸は、直線的な光軸であってもよく、または湾曲または分離さえもあり得、例えば１つ以上の偏向要素を使用することにより、および／または１つ以上のビームスプリッタを使用することにより、本質的に垂直な配向は、後者においては、光学構成のそれぞれの分岐またはビーム経路内の局所的な光軸に関する。
検出器は、三角測量および／または構造化光技術を使用することによって物体の少なくとも１つの距離情報を決定するように適合され得る。三角測量または構造化光技術を使用する装置のような既知の３Ｄ感知装置では、対応問題のために、規則的、一定または周期的パターンは各測定点が参照パターンの１つの基準点に割り当てられなければならないため適していない。物体から検出器まで伝播する少なくとも１つの光ビームは、光センサのマトリックス上に少なくとも１つの反射パターンを生成するように適合されていてもよい。「反射パターン」という用語は、照射パターンによる照射に応答して生成された、物体から検出器に伝播する光ビームによる感光エリアの照射に応答して光センサによって決定される少なくとも１つの画像を指す。反射パターンは、照射パターンの対応する照射特徴に応じて少なくとも１つの反射特徴を含み得る。検出器は、商信号から反射パターンの少なくとも１つの反射特徴に対する物点の縦方向座標を決定するように適合されてもよい。したがって、検出器は、反射パターンの少なくとも１つの反射特徴を事前分類するように適合させることができる。これにより、三角形パターン、長方形パターン、六角形パターン、またはさらなる凸状傾斜を含むパターンなどの規則的および／または一定および／または周期的パターンを含む照射パターンを使用することが可能になる。照射パターンは、六角形パターンが好ましいように、可能な限り多くの面積当たりの特徴を含んでもよい。
評価装置は、反射特徴を識別するために少なくとも１つの画像解析および／または画像処理を実行するように適合されてもよい。画像解析および／または画像処理は、少なくとも１つの特徴検出アルゴリズムを使用することができる。画像解析および／または画像処理は、フィルタリング；少なくとも１つの関心領域の選択；センサ信号によって生成された像と少なくとも１つのオフセットとの間の差分画像の形成；センサ信号によって生成された像を反転させることによるセンサ信号の反転；異なる時間に前記センサ信号によって生成された像の間の差分画像の形成；バックグラウンド補正；カラーチャンネルへの分解；色相、彩度、および明度チャネルへの分解；周波数分解；特異値分解；キャニーエッジ検出器の適用；ガウシアンフィルタのラプラス演算子の適用；ガウスフィルタの微分の適用；ソーベル演算子の適用；ラプラス演算子の適用；シャール演算子の適用；プレウィット演算子の適用；ロバーツ演算子の適用；キルシュ演算子の適用；ハイパスフィルターの適用；ローパスフィルタの適用；フーリエ変換の適用；ラドン変換の適用；ハフ変換の適用；ウェーブレット変換の適用；閾値処理；バイナリ画像の作成、のうちの１つまたは複数を含み得る。関心領域は、ユーザによって手動で決定されてもよく、または光センサによって生成された画像内の物体を認識することなどによって自動的に決定されてもよい。
評価装置は、少なくとも１つの反射特徴に対応する少なくとも１つの参照パターン内の少なくとも１つの参照特徴を決定するように適合されていてもよい。「参照パターン」という用語は、少なくとも１つの参照特徴を含む特定の空間位置における比較の画像を指す。上記で概説したように、評価装置は画像分析を実行しそして反射パターンの特徴を識別するように適合させることができる。評価装置は、選択された反射特徴として本質的に同一の縦方向座標を有する参照パターン内の少なくとも１つの参照特徴を識別するように適合されてもよい。「本質的に同一」という用語は、１０％以内、好ましくは５％以内、最も好ましくは１％以内の同一性を指す。反射特徴に対応する参照特徴は、エピポーラ幾何学を使用して決定され得る。エピポーラ幾何学の説明については、例えば、Ｘ．Ｊｉａｎｇ，Ｈ．Ｂｕｎｋｅ：“Ｄｒｅｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｅｓ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｅｈｅｎ”第２章 Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，Ｂｅｒｌｉｎ Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ，１９９７を参照されたい。エピポーラ幾何学では、参照パターンおよび反射パターンは異なる空間位置および／または固定距離を有する空間方位で決定された物体の画像であり得ると仮定し得る。この距離は、ベースラインとも呼ばれる相対距離であり得る。評価装置は、参照パターンにおけるエピポーラ線を決定するように適合されてもよい。参照パターンと反射パターンとの相対位置は既知であり得る。例えば、参照パターンと反射パターンとの相対位置は、評価装置の少なくとも１つの記憶ユニット内に記憶することができる。評価装置は、選択された反射特徴からそれが由来する現実世界の特徴まで延びる直線を決定するように適合されてもよい。したがって、直線は、選択された反射特徴に対応する可能な物体特徴を含み得る。直線とベースラインはエピポーラ平面に広がっている。参照パターンは反射パターンとは異なる相対配置で決定されるため、対応する可能な物体の特徴は参照パターンにおいてエピポーラ線と呼ばれる直線上に結像されてもよい。エピポーラ線は、エピポーラ平面と参照パターンとの交点であり得る。したがって、反射パターンの選択される特徴に対応する参照パターンの特徴はエピポーラ線上にある。
物体までの距離に応じて、反射特徴の像位置に対応する参照特徴は、反射パターン内の像位置と比較して参照パターン内で変位し得る。参照パターンは、選択された反射特徴に対応する参照特徴を結像することができる少なくとも１つの変位領域を含むことができる。変位領域は、ただ１つの参照特徴を含んでもよい。変位領域はエピポーラ線に沿って延びてもよい。評価装置は、エピポーラ線に沿って参照特徴を決定するように適合されてもよい。評価装置は、ｚ±εに対応するエピポーラ線に沿った変位領域を決定するために、指数信号Ｑから反射特徴とエラー間隔±εに対する縦方向座標ｚを決定するように適合されてもよい。評価装置は、選択された反射特徴を変位領域内の少なくとも１つの参照特徴と一致させるように適合されてもよい。本明細書で使用されるとき、「一致」という用語は、対応する参照特徴および反射特徴を決定および／または評価することを指す。評価装置は、決定された縦方向座標ｚを考慮して少なくとも１つの評価アルゴリズムを使用することによって、反射パターンの選択された特徴を変位領域内の参照特徴と一致させるように適合させることができる。評価アルゴリズムは線形スケーリングアルゴリズムであり得る。好ましくは、検出器は、１つの参照特徴への明確な割り当てが可能であるように、商信号Ｑを用いて選択された反射特徴を事前分類するように適合されてもよい。特に、照射パターンの照射特徴は、参照パターンの対応する参照特徴がエピポーラ線上でできるだけ大きい互いの相対的距離を有するように配置されてもよい。照射パターンの照射特徴は、少数の参照特徴のみがエピポーラ線上に位置するように配置されてもよい。例えば、照射パターンは少なくとも１つの六角形パターンを含み得る。好ましくは、照射パターンは少なくとも１つの六角形パターンを含み、該パターンはベースラインに対して回転している。好ましくは、照射パターンは少なくとも１つの変位角形パターンを含み、六角形パターンの個々の点は、例えばその点のエピポーラ線に直交して規則的な位置からランダムな距離によって変位する。個々の点の変位は、２本の平行するエピポーラ線間の距離の半分より小さく、好ましくは２本の平行するエピポーラ線間の距離の１／４より小さい。個々の点の変位は、２つの点が互いの上に変位しないようなものであり得る。
評価装置は、参照特徴および反射特徴の変位を決定するように適合されてもよい。評価装置は、整合参照特徴と選択された反射特徴との変位を決定するように適合されてもよい。本明細書で使用されるとき、「変位」という用語は、基準画像内の画像位置と反射画像内の画像位置との間の差を指す。評価装置は縦方向座標と変位との間の所定の関係を使用して一致した特徴の縦方向情報を決定するように適合されてもよい。本明細書で使用されるとき、「縦方向情報」という用語は、縦方向座標ｚｔｒｉａｎｇに関する情報を指す。例えば、縦方向情報は距離値であり得る。評価装置は、三角測量法を用いることによって所定の関係を決定するように適合されてもよい。反射パターン内の選択された反射特徴の位置および一致した参照特徴の位置、および／または選択された反射特徴および一致した参照特徴の相対変位が既知である場合、対応する物体特徴の縦方向座標は三角測量によって決定され得る。したがって、評価装置は、例えば後続および／または列ごとに反射特徴を選択し、三角測量を用いて参照特徴の各潜在的位置について対応する距離値を決定するように適合させることができる。変位および対応する距離値は、評価装置の少なくとも１つの記憶装置に記憶することができる。一例として、評価装置は、少なくとも１つのプロセッサ、少なくとも１つのＤＳＰ、少なくとも１つのＦＰＧＡおよび／または少なくとも１つのＡＳＩＣなどの少なくとも１つのデータ処理装置を含むことができる。さらに、縦方向座標ｚと変位との間の少なくとも１つの所定のまたは決定可能な関係を記憶するために、所定の関係を記憶するための１つまたは複数のルックアップテーブルを提供するためなど、少なくとも１つのデータ記憶装置が設けられ得る。
検出器は、ＷＯ ２０１５／０２４８７１またはＷＯ ２０１６／１２０３９２に記載されているようないわゆるＦｉＰ効果を生成するように適合された少なくとも１つのＦｉＰセンサを備えていてもよい。例えば、光センサのマトリックスのうちの少なくとも１つの光センサは、いわゆるＦｉＰ信号を生成するように適合されてもよい。例えば、マトリックスの各光センサは、少なくとも１つのＦｉＰ信号を生成するように適合されてもよい。例えば、光センサのマトリックスは、ピクセル化ＦｉＰセンサであってもよい。追加的にまたは代替的に、ＦｉＰ信号は、マトリックスのセンサ信号から抽出および／またはシミュレーションなどのように決定することができ、そして、上記で概説したような商は、センサ信号から決定することができる。
上記で概説したように、中心信号および和信号を評価することによって、検出器は物体全体またはその１部もしくは複数の部分の縦方向座標を決定する選択肢を含む、物体の少なくとも１つの縦方向座標を決定し得る。しかしながら、さらに、１つまたは複数の横方向座標および／または回転座標を含む、物体の他の座標が、検出器によって具体的には評価装置によって決定されてもよい。したがって、一例として、物体の少なくとも１つの横方向座標を決定するために、１つまたは複数の横方向センサを使用することができる。上記で概説したように、中心信号が発生する少なくとも１つの光センサの位置は物体の少なくとも１つの横方向座標に関する情報を提供してもよく、一例として、単純なレンズ方程式を光学変換および横方向座標の導出に使用することができる。追加的にまたは代替的に、１つまたは複数の追加の横方向センサを使用することができ、それらを検出器に含めることができる。ＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１に開示されている横方向センサおよび／または象限ダイオード、ＣＣＤまたはＣＭＯＳチップなどの他の位置検出装置（ＰＳＤ）のような様々な横方向センサが当技術分野において一般的に知られている。追加的にまたは代替的に、一例として、本発明による検出器は、Ｒ．Ａ．Ｓｔｒｅｅｔ （Ｅｄ．）：Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ，２０１０，ｐｐ．３４６−３４９に開示される１つまたは複数のＰＳＤを含んでもよい。他の実施形態も可能である。これらの装置は、一般に、本発明による検出器にも実装することができる。一例として、光ビームの一部は、少なくとも１つのビーム分割要素によって検出器内で分割されてもよい。一例として、分割部分は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳチップまたはカメラセンサなどの横断センサに向かってガイドされてもよく、そして横方向センサ上の分割部分によって生成された光スポットの横方向位置が決定されてもよく、それによって物体の少なくとも１つの横方向標が決定される。その結果、本発明による検出器は、単純な距離測定装置のような１次元検出器であってもよく、あるいは２次元検出器またはさらに３次元検出器として具体化されてもよい。さらに、上で概説したように、または以下でさらに詳細に概説したように、場景または環境を一次元様式で走査することによって、３次元画像も作成することができる。その結果、本発明による検出器は、具体的には、１次元検出器、２次元検出器または３次元検出器のうちの１つであり得る。評価装置は、物体の少なくとも１つの横方向座標ｘ，ｙを決定するようにさらに構成されてもよい。評価装置は、縦方向座標および横方向座標の情報を組み合わせ、空間内の物体の位置を決定するように適合されていてもよい。
検出器は、単一の光ビームまたは複数の光ビームを評価するように構成されてもよい。複数の光ビームが物体から検出器まで伝播する場合、光ビームを区別する手段を設けることができる。したがって、光ビームは異なるスペクトル特徴を有することができ、検出器は異なる光ビームを区別するための１つまたは複数の波長選択素子を含んでもよい。次に、各光ビームを独立して評価してもよい。一例として、波長選択素子は、１つまたは複数のフィルタ、１つまたは複数のプリズム、１つまたは複数の格子、１つまたは複数のダイクロイックミラー、またはそれらの任意の組み合わせであり得るかまたはそれらを含み得る。さらに、追加的にまたは代替的に、２つ以上の光ビームを区別するために、光ビームは特定の方法で変調されてもよい。したがって、一例として、光ビームは周波数変調されてもよく、センサ信号は、それらの復調周波数に従って、異なる光ビームから生じるセンサ信号を部分的に区別するために復調されてもよい。これらの技術は一般に高周波エレクトロニクスの分野の当業者に知られている。一般に、評価装置は、異なる変調を有する異なる光ビームを区別するように構成することができる。
照射源は、複数の照射領域が光センサのマトリックス、例えばＣＭＯＳ検出器に生成されるように点群を生成および／または投影するように適合されてもよい。さらに、スペックルおよび／または外部光および／または多重反射による擾乱などの擾乱が光センサのマトリックス上に存在することがある。評価装置は、少なくとも１つの関心領域、例えば物体の縦方向座標の決定に使用される光ビームによって照射される１つまたは複数のピクセルを決定するように適合されてもよい。例えば、評価装置はフィルタリング方法、例えばブロブ分析および／または物体認識方法を実行するように適合されてもよい。
好ましくは、照射源は可動式および／またはモバイル照射源であり得る。例えば、照射源を測定中に移動させて、物体を異なる位置および／または角度から照射するようにしてよい。しかしながら、例えば完全な測定時間中に、照射源を少なくとも１つの固定位置に配置することができる実施形態も可能である。評価装置は高い製造公差および／またはユーザの相互作用および／またはユーザの組み立てなどのために、不明な位置を有する照射源に適合させることができる。
照射源は、収束および／または発散および／または平行光ビームを用いて物体を照らすことができる。
さらなる好ましい実施形態では、検出器は、
− 少なくとも２つの光センサであって、各光センサは感光エリアを有し、各感光エリアは幾何学中心を有し、光センサの幾何学中心は検出器の光軸から異なる空間的オフセットで離れており、各光センサは、物体から検出器へ伝播する光ビームによるそれぞれの感光エリアの照射に応答してセンサ信号を生成するように構成されている、光センサと；そして
− 少なくとも２つのセンサ信号を結合することによって、物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成されている少なくとも１つの評価装置と、
を有する。
このさらなる好ましい実施形態では、光センサは、光センサの感光エリアの空間的オフセットが異なるように、および／またはそれらの表面積が異なるように配置されてもよい。
光センサの感光エリアは、物体から見えるように重なっていてもよく、または、重なっていなくてもよく、すなわち重ならずに互いに隣接して配置されてもよい。感光エリアは互いに離間していてもよいし、直接隣接していてもよい。
検出器は、２つより多い光センサを含み得る。いかなる場合でも、すなわち正確に２つの光センサを含む検出器の場合、および２つより多い光センサを含む検出器の場合には、光センサは、第１の空間的オフセットで光軸から離れている少なくとも１つの第１の光センサと、第２の空間的オフセットで光軸から離れている少なくとも１つの第２の光センサとを含むことができ、ここで、第１の空間的オフセットと第２の空間的オフセットは異なる。第１および第２の光センサの他にさらに光センサが設けられている場合、これらの追加の光センサもまた条件を満たし得、あるいはその代わりに第１の空間的オフセットで、第２の空間的オフセットで、または異なる空間的オフセットで光軸から離れてよい。一例として、第１および第２の空間的オフセットは、少なくとも１．２倍、より好ましくは少なくとも１．５倍、より好ましくは少なくとも２倍異なることがある。上記の条件が満たされる限り、空間的オフセットもゼロであるか、または負の値をとることができる。
上記で概説したように、各感光エリアは幾何学中心を有する。各感光エリアの各幾何学中心は、検出器の光軸から、例えば、ビーム経路の光軸またはそれぞれの光センサが配置されているそれぞれのビーム経路から離れていてもよい。
上記で概説したように、光センサは、具体的には同一平面内に配置することができ、好ましくは、光軸に垂直な平面である。しかしながら、他の構成も可能である。したがって、２つ以上の光センサを光軸と平行な方向に離れて配置させることができる。
例えば、光センサはセグメント化ダイオードの部分ダイオードであり得、セグメント化ダイオードの中心は検出器の光軸から偏心している。本明細書で使用されるとき、「部分ダイオード」という用語は、直列または並列に接続された、いくつかのダイオードを含み得る。この例はかなり単純で費用対効果に優れている。したがって、一例として、バイセルダイオードまたは象限ダイオードは低コストで広く市販されており、およびこれらの象限ダイオードの駆動方式は一般に知られている。本明細書で使用されるとき、用語「バイセルダイオード」という用語は、一般に、１つのパッケージ内に２つの部分ダイオードを有するダイオードを指す。バイセルダイオードおよび象限ダイオードは、２つまたは４つの別々の感光エリア、特に２つまたは４つのアクティブエリアを有することができる。一例として、バイセルダイオードはそれぞれ、ダイオードの全機能を有する独立したダイオードを形成することができる。一例として、各バイセルダイオードは正方形または長方形の形状を有することができ、２つの部分ダイオードが合計で１×２または２×１の長方形のマトリックスを形成するように２つのダイオードを１つの平面内に配置することができる。しかしながら、本発明では、以下にさらに詳細に概説されるように、バイセルダイオードまたは象限ダイオードのセンサ信号を評価するための新しい方式が提案される。しかしながら、一般に、光センサは、特に、象限ダイオードの中心が検出器の光軸から偏心している、象限ダイオードの部分ダイオードであり得る。本明細書で使用されるとき、「象限ダイオード」という用語は、一般に、１つのパッケージ内に４つの部分ダイオードを有するダイオードを指す。一例として、４つの部分ダイオードはそれぞれダイオードの全機能を有する独立したダイオードを形成することができる。一例として、４つの部分ダイオードはそれぞれ正方形または長方形の形状を有することができ、４つの部分ダイオードは合計で長方形または正方形の形状を有する２×２マトリックスを形成するように１つの平面に配置することができる。さらなる例では、全部で４つの部分ダイオードは、円形または楕円形を有する２×２マトリックスを形成することができる。一例として、部分ダイオードは互いに最小離間で隣接していてもよい。しかしながら、商信号のダイナミックレンジを改善するために、隣接するダイオード間の間隔も変えることができる。一例として、２つの隣接するダイオード間の間隔は、不透明マスクを使用することによって増大させることができる。これは、２つのダイオードの信号の商を増大させる可能性がある隣接ダイオードと比較して、一方のダイオード上の光を相対的および／または絶対的に減少させる可能性がある。
部分ダイオードの２×２マトリックスを有する象限ダイオードが使用される場合、象限ダイオードの中心は特に光軸から偏心しているかまたはオフセットされていてもよい。したがって、一例として、象限ダイオードの光センサの幾何学中心の交点であり得る象限ダイオードの中心は、光軸から少なくとも０．２ｍｍ、より好ましくは少なくとも０．５ｍｍ、より好ましくは少なくとも１．０ｍｍ、さらには２．０ｍｍだけ偏心していてもよい。同様に、複数の光センサを有する他の種類の光センサ設定を使用する場合、光センサの中心全体は、光軸から同じ距離だけオフセットされてもよい。
上記で概説したように、バイセルダイオードおよび象限ダイオードは、２つまたは４つの別々の感光エリア、特に２つまたは４つのアクティブエリアを有することができる。感光エリアは分割線によって分離されてもよい。例えば２つのＳｉダイオードの分割線は、検出器のベースラインと平行に、特に光センサ上のスポット移動と平行に配置することができる。しかしながら、他の配置も可能である。例えば、象限ダイオードは２本の分割線を含むことができる。分割線は互いに直交するように配置されてもよい。分割線の直交配置は、互いに独立して近距離場および遠距離場の適用のための商信号の調整を可能にする。象限ダイオードの２つの光センサのセンサ信号の商信号を決定することに加えて、評価装置は、象限ダイオードの少なくとも３つまたは４つすべてのセンサ信号を使用して第２の商を決定するように適合され得る。２つの商は、２つの異なる距離範囲をカバーするように形成することができる。近距離場および遠距離場に対する２つの商信号は、両方の商信号が縦方向距離ｚの合理的な決定を得ることを可能にする重なり領域を有することができる。例えば、商信号は、トップセグメントとも呼ばれる２つの頂部象限のセンサ信号を、ボトムセグメントとも呼ばれる２つの底部象限のセンサ信号で割算することによって決定することができる。検出器の基線に平行な分割線を有する２つのセンサエリアによって決定されたセンサ信号の商信号を使用することは、光スポットのどんな距離依存的な動きなしででも商を決定することを可能にし得る。特に、一例として、トップセグメントとボトムセグメントとの間の分割線がベースラインに平行である場合、トップセグメントをボトムセグメントで除算した商信号を近距離場で使用することができ、光スポットは象限ダイオードの左側または右側のセグメントの一方のみを照射することができる。この場合、左右のセグメントのセンサ信号を割算することによって商信号を決定することは可能ではないかもしれない。しかしながら、トップセグメントとボトムセグメントのセンサ信号を割算することによって商を決定することは、妥当な距離測定値を提供することができる。左右のセグメントのセンサ信号を割算することによって決定された商信号は、遠距離場測定に使用することができ、光スポットは左側と右側の両方のセグメントを照射する。さらに、評価装置は、対向するセグメントまたは隣接するセグメントのセンサ信号を割算することによって商信号を決定するように適合させることができる。評価装置は、距離測定が広い範囲にわたって大きな分解能で可能であるように、象限で取得されたセンサ信号を結合するように適合され得る。
一般に、光センサの感光エリアは、任意の表面積またはサイズを有することができる。しかしながら、好ましくは、特にセンサ信号の単純化された評価を考慮して、光センサの感光エリアは、例えば１０％未満、好ましくは５％未満、さらには１％未満の許容誤差など本質的に等しい。これは、特に、典型的な市販の象限ダイオードの場合である。
検出器は、４つの象限を含む少なくとも１つの象限ダイオードを含み得る。例えば、象限ダイオードの左上象限を「ｏｌ」、左下象限を「ｕｌ」、右上象限を「ｏｒ」、右下象限を「ｕｒ」と表記することができる。光スポットは、近距離範囲内で左から遠距離範囲内で左へ移動することがある。検出器は少なくとも１つの減光フィルタを含み得る。近距離範囲の象限は、減光フィルタによってカバーされてもよい。近距離範囲では、商ｏｌ／ｕｌを使用して縦座標ｚを決定することができる。遠距離範囲では、商ｏｒ／ｕｒおよび／またはすべての象限の組み合わせからの商を使用することができる。減光フィルタは、近距離範囲内の物体が、増幅器を飽和させることなく、一定の増幅によってより明るく光センサを照らすように適合されることを可能にする。同時に遠距離範囲でより多くの信号を得ることが可能である。したがって、減光フィルタは検出器の動特性を向上させ得る。
具体的には、以下により詳細に概説されるように、評価装置は、センサ信号および／またはそれから導出される任意の第２の信号と縦方向座標との間の少なくとも１つの既知であり、決定可能であり、または所定の関係を使用することによって、物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成され得る。したがって、評価装置は、少なくとも２つのセンサ信号のうち、すなわち、少なくとも１つの第１の光センサの少なくとも１つのセンサ信号、および、少なくとも１つの第２の光センサの少なくとも１つのセンサ信号のうちから少なくとも１つの組み合わされたセンサ信号を決定するように構成され得る。
検出器は、ＷＯ ２０１５／０２４８７１またはＷＯ ２０１６／１２０３９２に記載されているようないわゆるＦｉＰ効果を生成するように適合された少なくとも１つのＦｉＰセンサを備えることができる。例えば、バイセルダイオードまたは象限ダイオードは、いわゆるＦｉＰ信号を生成するように構成されてもよい。ＷＯ ２０１５／０２４８７１またはＷＯ ２０１６／１２０３９２で概説したように、ＦｉＰ信号は、広い距離範囲にわたって深さ情報を決定するために使用することができる。ＦｉＰセンサは、正および／または負のＦｉＰ効果を示すように適合されてもよい。ＦｉＰ効果によれば、同じ総出力が与えられた場合、縦方向センサ信号は、１つまたは複数の集束および／またはセンサ領域上またはセンサ領域内の１つまたは複数の特定サイズの光スポットに対して少なくとも１つの顕著な最大値を示すことができる。比較目的のために、光レンズの影響を受けるように材料が焦点またはその近くに配置される場合のように、対応する材料ができる限り小さい横断面を有する光ビームに当たる条件における縦方向センサ信号の最大値の観測は、「正のＦｉＰ効果」として示すことができる。負のＦｉＰ効果は、特に、光レンズの影響を受けるように材料が焦点またはその近くに配置される場合、対応する材料が利用可能な最小の横断面を有する光ビームに当たる条件における縦方向センサ信号の最小値の観測を示す。負のＦｉＰ効果は、遠距離で小さい画像効果を調整するために使用され得る。位置、サイズ、形状、シャープネスなどの画像の変化は、遠距離で消え得るが、負のＦｉＰ効果は増大する。さらに、両方のセルが同じ縦方向位置にあるため同一の光子密度を受け取るので、輝度依存性は導入され得ない。
上記で概説したように、検出器は少なくとも１つの照射源を含み得る。照射源とバイセルまたは象限ダイオードとの間の検出器の光軸に垂直な距離は小さくてもよい。照射源とバイセルまたは象限ダイオードとの間の検出器の光軸に垂直な距離は０．１ｍ未満、好ましくは０．０５ｍ未満、より好ましくは０．０２５ｍ未満であり得る。照射源と光軸は小さなベースラインによって分離されてもよい。照射源は、光軸から最小距離だけ離れていてもよい。光軸からの最小距離はバイセルまたは象限ダイオードおよび少なくとも１つの任意選択の転送装置のサイズおよび位置などのさらなる検出器要素によって定義することができる。ベースラインは、０．１ｍ未満、好ましくは０．０５ｍ未満、より好ましくは０．０２５ｍ未満であり得る。例えば、ベースラインは２１ｍｍであり得る。好ましくは、照射源は転送装置のすぐ隣に配置されてもよい。例えば、転送装置は照射源が光軸にさらに近く配置されることができるように平らにされてもよい。照射源は、転送装置の後ろに配置されてもよい。
本明細書で一般的に使用されるとき、「結合する」という用語は、一般に、信号のような２つ以上の成分が少なくとも１つの結合された結合信号を形成するために１つまたは複数の数学的に結合されたおよび／または少なくとも１つの比較信号または比較結果を形成するために比較される任意の演算を指す。以下にさらに詳細に概説されるように、結合センサ信号または第２の信号は、少なくとも１つの商信号であり得るか、またはそれを含み得る。
一例として、３つ以上のセンサ信号が提供される場合、２つ以上の一対のセンサ信号の商信号を形成することなどによって、２つ以上の商信号が生成されてもよい。
したがって、一例として、３つ以上の光センサが設けられている場合、上述の商形成は、これらの光センサによって生成された２つのセンサ信号の間で行われてもよく、または、３つ以上のセンサ信号間で行われてもよい。したがって、上記の式において、センサ信号の第１のものおよびセンサ信号の２番のものを使用する代わりに、結合センサ信号を商形成に使用することができる。
商信号Ｑは一般に、感光エリア上の光ビームによって生成された光スポットの非対称性または非対称分布を示す非対称性パラメータの一例である。２つ以上のフォトダイオードなどの２つ以上の光センサの商は、以下の実験データによって示されるように、典型的には検出器と光ビームが検出器に向かって進む物体との間の距離に単調に依存する結合信号を提供し得る。商信号に加えて、またはその代わりとして、本発明のセットアップにおいて２つ以上のセンサのセンサ信号を実行する他の種類の組み合わせ機能を使用することもでき、これもまた、物体と検出器との間の距離に対する依存性を示し得る。一例として、光スポットの非対称性または非対称性パラメータは、光ビームの幅の指標であり得る。この非対称パラメータが距離のみに依存する場合は、測定値を使用して距離を決定し得る。
典型的なセットアップにおいては、象限フォトダイオードのような市販の象限ダイオードが位置決めのために、すなわち象限フォトダイオードの平面内の光スポットの横座標を調整および／または測定するために使用される。したがって、一例として、象限フォトダイオードの使用によるレーザビーム位置決めはよく知られている。しかしながら、典型的な先入観によれば、象限フォトダイオードは、ｘ−ｙ位置決めにのみ使用される。この仮定によると、象限フォトダイオードは距離の測定には適していない。しかしながら、検出器の光軸に関して偏心象限フォトダイオードを使用した上記の結果、以下のさらなる測定で示されるように別の事実を示している。したがって、上記のように、象限フォトダイオードでは、スポットの非対称性は、上述のオフセットなどによって象限ダイオードをわずかに軸外へずらして測定することができる。それによって、例えば象限フォトダイオードの２つ以上の部分フォトダイオード、すなわち象限の２つ以上のセンサ信号の商信号Ｑを形成することによって、単調なｚ依存関数を生成することができる。そこでは、原則として、測定に必要なフォトダイオードは２つだけである。他の２つのダイオードは、ノイズキャンセルやより正確な測定値の取得に使用できる。
象限ダイオードまたは象限フォトダイオードを使用することに加えてまたはその代わりとして、他の種類の光センサを使用することができる。したがって、以下でさらに詳細に示されるように、スタガード光センサを使用することができる。
象限ダイオードの使用は、既知の光検出器を超える多数の利点を提供する。このように、象限ダイオードは、ＬＥＤまたは能動ターゲットと組み合わせて多数の用途に使用されており、非常に低価格で、分光感度などの様々な光学特性を有し、様々なサイズで広く市販されている。市販の製品を本発明による検出器に実装することができるので、特別な製造工程を確立する必要はない。
本発明による検出器は、特に、２０１５年３月２６日に出願された国際特許出願番号ＰＣＴ／ＩＢ ２０１５／０５２２３３に開示されているような多層光記憶ディスクに使用することができる。本発明による検出器を使用することによって実行される測定は、具体的には、光記憶ディスクにおける焦点位置を最適化するために使用され得る。
以下により詳細に概説されるように、本発明による検出器を使用することによる距離測定は、１つまたは複数の追加の距離測定手段を検出器に実装することによって、および／または検出器を他のタイプの距離測定手段と組み合わせることによって向上され得る。したがって、一例として、検出器は少なくとも１つの三角測量距離測定装置を含むか、またはそれと組み合わせることができる。従って、距離測定は、上述の測定原理と三角測量型距離測定との組み合わせを利用することによって向上させることができる。さらに、ｘ座標および／またはｙ座標などの１つまたは複数の他の座標を測定するための手段を設けることができる。
象限ダイオードが使用される場合、象限ダイオードは追加の目的にも使用され得る。したがって、象限ダイオードは、オプトエレクトロニクスおよびレーザ物理学の分野で一般的に知られているように、光スポットの従来のｘ−ｙ測定にも使用することができる。したがって、一例として、レンズまたは検出器の位置は、距離測定のためのスポットの位置を最適化するために象限ダイオードの従来のｘｙ位置情報を使用して調整することができる。実際的な例として、光スポットは、最初は、象限ダイオードの真ん中に配置され得、これは通常、商関数Ｑを用いた上述の距離測定を可能にしない。したがって、第１に、従来の象限フォトダイオード技術は、象限フォトダイオード上の光スポットの位置を偏心させるために使用することができ、それによって、たとえば象限ダイオード上でのスポット位置の測定に最適となる。したがって、一例として、光スポットは、光軸に対して、そして光センサのアレイの幾何学中心に対して偏心しているように、検出器の光センサの異なる偏心は、単に光軸に対する光センサの移動の開始点であり得る。
したがって、一般に、検出器の光センサは、センサアレイを形成してもよく、または上述の象限ダイオードなどのセンサアレイの一部であってもよい。ｍ＝２、ｎ＝２の場合は、象限ダイオードまたは象限光センサの場合であり、象限フォトダイオードが広く利用可能であるので、実用上の理由から、好ましい場合の１つである。
開始点として、アレイ内の光センサの幾何学中心は、上述のオフセットなどによって、光軸から偏心していてもよい。センサアレイは、具体的には、光軸に対して、例えば勾配に沿って、例えば光軸に垂直な平面内でセンサアレイを動かすことなどによって、および／または例えば、光軸を平行にシフトさせたり、および／または光軸を傾けたりして光軸自体を動かすことによって、好ましくは自動的に移動可能であり得る。したがって、センサアレイの平面内で光ビームによって生成される光スポットの位置を調整するために、センサアレイをシフトさせることができる。追加的にまたは代替的に、１つまたは複数の偏向要素および／または１つまたは複数のレンズを使用するなど、適切な要素を使用することによって、光軸をシフトおよび／または傾斜させることができる。一例として、移動は、光軸を平行移動させることおよび／または光軸を傾けることなど、光軸を動かすために、例えばアレイを移動および／またはシフトする、および／または、ビーム経路内の１つまたは複数の光学要素を移動および／またはシフトおよび／または傾けるなど、１つまたは複数のピエゾアクチュエータおよび／または１つまたは複数の電磁アクチュエータおよび／または１つまたは複数の空気圧式または機械式アクチュエータなどの１つまたは複数の適切なアクチュエータを使用することによって行われ得る。評価装置は、具体的には、光軸に対するセンサアレイの相対位置を、例えば光軸に垂直な平面内で制御するように調整することができる。評価装置が、第１に、センサ信号を使用することによって、センサアレイ上の光ビームによって生成された光スポットの少なくとも１つの横方向位置を決定するように、第２に、アレイおよび／または光軸を動かすことによる等、例えば光スポットが偏心するまで平面内のアレイを光軸に移動することによって、および／または、光スポットが偏心するまでレンズを傾けることによって、光軸に対してアレイを動かするように、構成されているという点で調整手順が行われてもよい。ここで使用されているように、横方向位置は、ｘ−ｙ平面とも呼ばれ得る光軸に垂直な平面内の位置とすることができる。横方向座標の測定のために、一例として、光センサのセンサ信号が比較されてもよい。一例として、センサ信号が等しいことが判明した場合、したがって、象限ダイオードの中心など、光スポットが光センサに関して対称的に配置されていると決定された場合、アレイ内の光スポットを偏心させるために、アレイのシフトおよび／またはレンズの傾斜が起こり得る。したがって、上で概説したように、光軸から象限フォトダイオードの中心を偏心させることによるような、光軸からのアレイの偏心は、光スポットが光軸上に位置し、したがって中心とする典型的な状況を回避するための単に出発点であり得る。したがって、光軸に対してアレイを偏心させることによって、光スポットは偏心されるはずである。これが当てはまらないことが判明した場合、光スポットが付随的にアレイの中心に位置し、全ての光センサを等しく照射するように、光軸に対するアレイの上述のシフトは、アレイ上の光スポットを偏心させるために、好ましくは自動的に行われてもよい。それによって、信頼性のある距離測定が行われ得る。
さらに、可動光源を備えた走査システムでは、象限ダイオード上の光スポットの位置は固定されてなくてもよい。これはまだ可能だが、ダイオード内のスポットのｘｙ位置に応じて、異なるキャリブレーションを使用する必要がある。
さらに、上述の商信号Ｑの使用は、距離測定のための非常に信頼できる方法である。典型的には、Ｑは、物体の縦方向座標および／または光スポットの直径または等価直径などの光スポットのサイズの単調関数である。したがって、一例として、特に線形光センサが使用される場合、商Ｑ＝ｓ１／ｓ２は、光スポットのサイズの単調減少関数である。この理論に拘束されることを望むものではないが、これは、上述の好ましいセットアップにおいて、上述の第１のセンサ信号ｓ１および上述の第２のセンサ信号ｓ２などのセンサ信号は、検出器に到達する光量が減少するため、光源までの距離が増すにつれて二乗関数として減少する、という事実によると考えられる。しかしながら、そこでは、偏心のために、実験で使用されたような光セットアップでは、センサ信号の一方が他方よりも急速に減少するため、像平面内の光点は大きくなり、したがって、より広い領域にわたって広がる。しかしながら、光スポットを広げることによって、光スポットの中心の外側の１つまたは複数の光センサを照らす光の部分は、非常に小さい光スポットの状況と比較して増加する。したがって、センサ信号の商は、光ビームの直径または光スポットの直径が増加するにつれて連続的に変化、すなわち増加または減少する。さらに、光ビームの総出力がすべてのセンサ信号において１つの要素を形成するので、商は、主に光ビームの総出力から独立しているようになるかもしれない。その結果、商Ｑは、センサ信号と光ビームのサイズまたは直径との間の一意的かつ明白な関係を提供する第２の信号を形成することができる。
上記で概説したように、具体的には、象限フォトダイオードを使用することができる。一例として、例えば、紫外線スペクトル範囲から近赤外線スペクトル範囲において感度ある、タイプＳ４３４９の４分割Ｓｉ ＰＩＮフォトダイオードなど、Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ ＧｍｂＨから市販されているＤ−８２２１１ Ｈｅｒｒｓｃｈｉｎｇ ａｍ Ａｍｍｅｒｓｅｅ、Ｇｅｒｍａｎｙから入手可能な１つまたは複数の象限フォトダイオードなどの４つの光センサを提供するために、市販の象限フォトダイオードを一体化することができる。光センサのアレイが使用される場合、アレイは裸のチップであり得るか、またはＴＯ−５金属パッケージ内に封入されるような封入アレイであり得る。追加的にまたは代替的に、ＴＴ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｐｌｃ， Ｆｏｕｒｔｈ Ｆｌｏｏｒ， Ｓｔ Ａｎｄｒｅｗｓ Ｈｏｕｓｅ， Ｗｅｓｔ Ｓｔｒｅｅｔ Ｗｏｋｉｎｇ Ｓｕｒｒｅｙ， ＧＵ２１ ６ＥＢ， Ｅｎｇｌａｎｄから入手可能なＴＴ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ＯＰＲ５９１１などの表面実装型デバイスを使用することができる。他の光センサも使用できることに留意されたい。
さらに、正確に１つの象限フォトダイオードを使用する選択肢に加えて、２つ以上の象限フォトダイオードを使用することもできることに留意されたい。したがって、一例として、第１象限フォトダイオードを上述のように距離測定に使用して、２つ以上の光センサを提供することができる。他の象限フォトダイオードを、例えば少なくとも１つの横方向座標ｘおよび／またはｙを使用するためなどの横方向位置測定のために、第１の象限フォトダイオードのビーム経路から分割された第２の部分ビーム経路内で使用することができる。一例として、第２の象限フォトダイオードは、光軸に対して軸上に配置されてもよい。
さらに、１つまたは複数の象限フォトダイオードを使用するという選択肢に加えて、１つまたは複数の象限フォトダイオード、またはさらなるフォトダイオードアレイは、また、互いに近接して、好ましくは２×２マトリックスなどの長方形マトリックスなどの対称形状に配置または組み立てられる別々のフォトダイオードによって置き換えられるかまたは模倣され得る。しかしながら、さらなる配置も可能である。そのような配置または組み立てにおいては、フォトダイオードは、単一のハウジングまたはマウント内にあるすべてのフォトダイオード、あるいは単一のハウジングまたはマウント内にあるフォトダイオードのグループ、あるいは別々のハウジングまたはマウント内にあるそれぞれのフォトダイオードなど、ハウジングまたはマウント内に配置または組み立てることができる。さらに、フォトダイオードは回路基板上に直接組み立てることもできる。このような配置または組み立てでは、フォトダイオードは、フォトダイオードの活性領域間の間隔が１センチメートル未満、好ましくは１ミリメートル未満、より好ましくはできるだけ小さいような明確な値を有するように配置することができる。さらに、測定を悪化させる可能性がある光反射、歪みなどを回避するために、活性領域間の空間は、空であるか、または好ましくはブラックシリコン、ブラックポリオキシメチレンなどのブラックポリマーなどの光吸収材料で充填されていてもよく、より好ましくは、黒色セラミックまたは黒色シリコンなどの絶縁性黒色ポリマーなどの光吸収性および電気絶縁性材料である。さらに、フォトダイオード分離の明確な値は、プラスチックセパレータなどのフォトダイオード間に明確な基礎的要素を追加することによっても実現することができる。さらなる実施形態が実現可能である。活性化領域間の距離が最小の２×２の長方形マトリックスなど、同様のセットアップで配置された単一ダイオードによる象限フォトダイオードの置き換えは、光検出器のコストをさらに最小限に抑えることができる。さらに、象限ダイオードからの２つ以上のダイオードを並列または直列に接続して単一の感光エリアを形成することができる。
光センサはそれぞれ、具体的には、それぞれ単一の感光エリアを有する均一なセンサであり得る。したがって、光センサは具体的には非ピクセル化光センサであり得る。
さらなる好ましい実施形態において、検出器は、
− 第１感光エリアを有する少なくとも１つの第１光センサであって、物体から検出器へ伝播する光ビームによる第１感光エリアの照射に応答して少なくとも１つの第１センサ信号を生成するように構成される、少なくとも１つの第１光センサ；
− 少なくとも１つの第２光センサであって、
・ 第２感光エリアを形成する少なくとも１つの蛍光導波シートであって、蛍光導波シートは、物体から検出器に向かって伝播する少なくとも１つの光ビームが第２感光エリアに少なくとも１つの光スポットを生成するように、物体に向けられ、蛍光導波シートは少なくとも１つの蛍光材料を含み、蛍光材料は、光ビームの照射に応答して蛍光を発する、少なくとも１つの蛍光導波シート；と、
・ 蛍光導波シートの少なくとも１つのエッジに配置される少なくとも１つの感光要素であって、蛍光導波シートによって光スポットから感光要素へガイドされる蛍光を検出することができ、光ビームによる第２感光エリアの照射に応答して少なくとも１つの第２センサ信号を生成することができ、第１感光エリアは第２感光エリアより小さい、少なくとも１つの感光要素；と、
を有する、少なくとも１つの第２光センサと、
− 少なくとも１つの評価装置であって、第１および第２のセンサ信号を評価することによって、物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成されている、少なくとも１つの評価装置、
とを有する。
このさらなる好ましい実施形態では、光センサは、光センサの感光エリアがそれらの空間的オフセットおよび／またはそれらの表面積において異なるように配置されてもよい。第１および第２の感光エリアは、具体的には物体に向けられてもよい。
物体から検出器まで伝播する光ビームは、具体的には、第１の光センサの感光エリアよりも大きい幅の光ビームで第１の感光エリアを完全に照射することができ、これにより、第１の感光エリアが光ビーム内に完全に配置され得る。反対に、好ましくは、物体から検出器まで伝播する光ビームは、特に光スポットが第２の感光エリア内に完全に位置するように、第２の感光エリアより小さい光スポットを第２の感光エリア上に作り出すことができる。第２の感光エリア上の光スポット内には、第１の光センサによって生成された影が位置している可能性がある。したがって、一般に、より小さい第１の感光エリアを有する第１の光センサは、物体から見て、第２の光センサの前に配置されることができ、これは第１感光エリアが光ビーム内に完全に配置され、光ビームが第２の感光エリアよりも小さい第１の感光エリア上に光スポットを生成し、第１光センサによってさらなる影が該光スポット内に生成される状況になる。この状況は、光ビームにフォーカスまたはデフォーカス効果を有する１つまたは複数の適切なレンズまたは要素を選択することによって、例えば、以下にさらに詳細に概説されるように、適切な転送装置を使用することで、光学分野の当業者により容易に調整され得る。本明細書でさらに使用されるように、光スポットは一般に光ビームによる物品、領域または物体の可視または検出可能な円形または非円形の照射を指す。
第１および第２の光センサは、１つまたは複数の紫外線、可視光または赤外線のスペクトル範囲において感度があり得る。第１および第２の光センサは、全く同一のスペクトル範囲において感度があってよく、あるいは異なるスペクトル感度を有してよい。
本明細書でさらに使用されるとき、「蛍光性導波シート」は一般的に、導波特性と蛍光特性の両方を有する要素を指す。その場合、「導波」は一般的に、紫外線スペクトル、可視光スペクトルまたは赤外線スペクトルの範囲の１つまたは複数の光を内部反射、具体的には内部全反射によってガイドする特性または複数の要素を指す。「蛍光」という用語は一般的に、１つまたは複数の紫外線スペクトル、可視光スペクトルまたは赤外線スペクトルの範囲の蛍光ライトとも呼ばれる二次発光を、例えば一次発光または励起発光など一次放射または励起放射とも呼ばれる電磁放射による励起に応答して放出する要素または材料の特性を指す。ほとんどの場合、放出光、蛍光ライトまたは二次発光は、一次放射と比べ波長が長くエネルギーが低い。一次放射は典型的に、蛍光性材料の内部でいわゆる励起子など、励起状態の存在を誘発する。典型的に、ＵＶから近赤外に移行するエネルギーを伴う光子放出の励起状態減衰時間は、０．５から２０ナノ秒の範囲である。しかしながら、他の例も本発明の範囲内で実現可能である。同様に、本明細書で使用されるとき、「蛍光材料」という用語は一般的に、蛍光特性を有する材料を指す。「蛍光ライト」という用語は一般的に、上述の蛍光プロセス中で生じる二次発光を指す。
蛍光導波シートの可能性のある実施形態については、一般的に、いわゆる「Ｑ−Ｆｏｉｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」を参照することができ、例えば、Ｐ．Ｂａｒｔｕ， Ｒ．Ｋｏｅｐｐｅ， Ｎ．Ａｒｎｏｌｄ， Ａ．Ｎｅｕｌｉｎｇｅｒ， Ｌ．ＦａｌｌｏｎおよびＳ．ＢａｕｅｒらによるＣｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ ｌａｒｇｅ-ａｒｅａ ｐｏｓｉｔｉｏｎ-ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１０７，１２３，１０１（２０１０）を参照することができる。そこに開示されているような蛍光導波シートおよび／または第２の光センサもまた、本発明の文脈において、第２の光センサ内で使用することができる。
以下にさらに詳細に概説されるように、蛍光導波シートは、具体的にはシート状の形状を有するかもしくはシートである要素であり得るか、または、該要素を含み得る。本明細書で使用されるとき、「シート」は、一般に、要素の厚さを大幅に超え、例えば、少なくとも５倍、より好ましくは少なくとも１０倍、さらにより好ましくは少なくとも２０倍、５０倍、さらには１００倍である、直径または等価直径のような側方の広がりを有する要素を指す。シートは具体的には可撓性、可塑性または剛性であってもよい。
以下にさらに詳細に概説されるように、蛍光導波シートは具体的には、透明の材料、具体的には透明のシートであるか、または透明のシートを含み得る。透明性は可視スペクトル範囲またはその一部において少なくとも５０％から７０％、例えば５００ｎｍから７００ｎｍの範囲の透明性であってもよい。他の実施形態も実現可能である。
本明細書でさらに使用されるとき、「感光エリア」という用語は一般的に、要素の２次元領域または３次元領域、特に蛍光導波または光センサの領域であって、外部の影響を受けやすく、また例えば外部から刺激されたことに応答して少なくとも１つの反応を生じる２次元領域または３次元領域を指す。この場合、具体的には、感光エリアは光励起に対して感度があり得る。感光エリアは、具体的には、蛍光導波シートの表面または容積の一部、例えば蛍光導波シートの表面全体またはその一部であってもよい。
本明細書でさらに使用されるように、用語「蛍光導波シートは物体の方向を向いている」とは、一般に、蛍光導波シートの表面またはこの表面の一部、特に感光エリアが物体から完全にまたは部分的に見えるという状況を指す。具体的には、物体の少なくとも１つの点と感光エリアの少なくとも１つの点との間の少なくとも１つの相互接続線が、２０°から９０°の範囲の角度など、０°とは異なる、感光エリアまたは蛍光導波シートの表面要素と角度を形成してもよい。しかしながら、他の実施形態も可能である。
しかしながら、最も好ましくは、少なくとも１つの蛍光導波シート、その感光エリア、またはその一部は、光センサおよび／または検出器の光軸に対して本質的に垂直に配向されている。
本明細書でさらに使用されるとき、蛍光導波シートの「エッジ」という用語は一般に、少なくとも１つの蛍光導波シートの境界、例えば、蛍光導波シートの側方境界もしくは側方エッジまたは表面もしくは裏面を指す。このように、当業者であれば認識するとおり、「エッジ」という用語は一般的に、蛍光導波シートと空気など周囲雰囲気との間の界面または境界を指し得る。具体的には、エッジは蛍光導波シートによって形成される感光エリアの境界であってもよい。「〜に位置する」という用語は一般的に、感光要素がエッジに直接位置する、またはエッジに近接するという事実を指す。一例として、エッジから放出して感光要素の方向に向かう光の少なくとも５０％が、散乱、ビーム拡幅または他の損失によって失われることなく、それぞれの感光要素によって収集される。一例として、感光要素はエッジから１０ｍｍ以内、より好ましくは５ｍｍ以内の離れた位置に配置することができる。しかしながら、蛍光ライトを接続するための他の実施形態も実現可能であることに留意されたい。最も好ましくは、すべての感光要素について同様の測定条件を提供するために、すべての感光要素はそれぞれ対応する蛍光導波シートのエッジと相対的に同じ形で位置する。
一例として、蛍光導波シートの少なくとも1つのエッジに位置する感光要素は、完全にまたは部分的に蛍光導波シートと同一面内に位置してもよく、および／または完全にまたは部分的に別の面内に位置してもよい。後者の場合、以下にてさらに詳しく概説するとおり、一例として、蛍光導波シートのエッジと少なくとも１つの感光要素との間に、少なくとも１つの光学的結合要素の使用による光学的結合が起こり得る。さらに、第２の光センサに複数の感光要素が設けられる場合、少なくとも１つの感光要素が蛍光導波シートと同一面内に位置し、少なくとも１つの感光要素が蛍光導波シートの面外に位置してもよい。さらに、少なくとも１つの感光要素の視野方向が蛍光導波シートの面と平行であるか、またはその面に対して垂直のような、他の方向であってもよい。ここで、蛍光導波シートの「面」について説明する場合、この用語は必ずしも蛍光導波シートが完全に平面であることを意味するわけではない。このように、一例として、蛍光導波シートは湾曲または屈曲していてもよく、また蛍光導波シートにおいて各感光要素が位置する部分の面は局所的に接平面であってもよい。
本発明で使用されるとき、蛍光導波シートの「エッジ」という用語は、以下では「直線エッジ」とも呼ばれる、蛍光導波シートにおける直線または直線状境界域を指す場合もあり、または、蛍光導波シートの隅部など、蛍光導波シートの非直線または非直線状境界域を指す場合もある。したがって、複数の感光要素が提供される場合において、少なくとも１つの感光要素または、感光要素の少なくとも１つが、少なくとも１つの蛍光導波シートの隅部、例えば蛍光導波シートによって形成される第２の感光エリアの少なくとも１つの隅部に位置してもよい。したがって、具体的には、エッジは蛍光導波シートのリムまたはリムの一部分、例えば隅部および／または直線的なリム部を含み得る。ただし付加的または代替的に、エッジは蛍光導波シートの平坦面、例えば表面または裏面を含んでもよい。
上記にて既に概説のとおり、光スポットから少なくとも１つの感光要素に向けて少なくとも１つの対応する感光要素へと誘導される蛍光ライトの供給を改善するため、蛍光導波シートと対応する感光要素との間に少なくとも１つの光学的結合要素を使用することによって、少なくとも１つの光学的結合が起こり得る。したがって、少なくとも１つの感光要素、または複数の感光要素が提供される場合において、少なくとも１つの感光要素は、蛍光導波シートによって案内される蛍光を蛍光導波シート外へ、そして好ましくは少なくとも部分的に感光要素内に、少なくとも部分的に結合するように構成された少なくとも１つの光結合要素によって蛍光導波シートに光学的に結合され得る。本明細書で使用されるとき、用語「光結合要素」は一般的に、蛍光導波シート内で導波中に起こる蛍性導波シート内の内部全反射の乱れ、減衰または遮断の１つまたは複数のために構成される任意の要素を指す。従って、一例として、光結合要素は蛍光導波シートと感光要素の屈折率および／または空気など周囲雰囲気との間に屈折率を有する任意の透明な要素であってもよい。従って、一例として、蛍光導波シートの屈折率をｎ１で表わし、感光要素の屈折率をｎ２で表わすとすると、光結合要素の屈折率ｎ３はｎ１＜ｎ３＜ｎ２またはｎ１＞ｎ３＞ｎ２であってもよい。
光結合要素は蛍光導波シートと直接接触してもよく、例えば少なくとも１つの表面、例えば蛍光導波シートの物体に面する表面および／または物体から見て外方を向いている表面と直接接触してもよい。さらに、光結合要素は少なくとも１つの感光要素と直接接触してもよい。さらに、感光要素に独立した光結合要素を設けてもよいし、複数の感光要素で共通の光結合要素を共有してもよいし、１つの感光要素に複数の光結合要素を結合してもよい。
様々な光結合方法が当業者に一般的に知られており、蛍光導波シートから感光要素へ蛍光ライトを結合するために使用され得る。したがって、一例として、少なくとも１つの光結合要素は、感光要素を蛍光導波シートに取り付ける透明接着剤の一部；蛍光導波シートにおける物体に向いている表面および／または物体と反対向きの表面のような蛍光導波シート表明内のような蛍光導波シート内のエッチング部分；蛍光導波シートにおける物体に向いている表面および／または物体と反対向きの表面のような蛍光導波シートの表面内のスクラッチのような蛍光導波シート内のスクラッチ；プリズム、からなる群から選択される少なくとも１つの要素を含み得る。付加的または代替的に、他の光結合要素も一般的に知られており、本発明においても使用され得る。最も簡単な場合において、少なくとも１つの感光要素は蛍光導波シートの表面に、少なくとも１つの透明接着剤、例えば透明エポキシによって単に接着されてもよい。他の光結合方法も実現可能である。
第１の光センサと第２の光センサは、具体的には、本質的に同一の電気容量を有することができる。光センサの電気容量に言及するとき、一般に、電子技術の当業者が一般に認めるように、発振回路において決定され得るような容量Ｃが言及される。したがって、第１の光センサ、あるいは第２の光センサを発振回路に実行する場合、発振回路は、一例として、本質的に同一の共振周波数を有することができる。本明細書で使用されるとき、用語「本質的に同一」は、一般に、一例として、第１の光センサの電気容量と第２の光センサの電気容量の差は１０倍以下、より好ましくは５倍以下、または２倍以下でさえあるという事実を指す。さらに、第２の光センサの電気容量を参照するとき、感光要素は電気的挙動、具体的には、第２の光センサの高周波挙動を決定するので、第２の光センサの少なくとも１つの感光要素の電気容量が参照される。第２の光センサ内に複数の感光要素が存在する場合、これらの感光要素の少なくとも１つの電気容量を意味する。
上記で概説したように、例えば第１の好ましい実施形態に関して、第１および第２のセンサ信号を評価するために、第１および第２のセンサ信号と縦方向座標との間の少なくとも１つの所定のまたは決定可能な関係が使用され得る。第１および第２のセンサ信号の評価に関しては、第１の好ましい実施形態の説明を参照することができる。たがって、評価装置は、具体的に、第１および第２のセンサ信号を割算することによって、第１および第２のセンサ信号の倍数を割算することによって、または第１および第２のセンサ信号の線形結合を割算することによって商信号Ｑを導出するように構成することができる。評価装置は、商信号Ｑを評価することによって縦方向座標を決定するように構成されてもよい。
典型的に、上記の構成において、Ｑは、物体の縦方向座標および／または光スポットの直径または等価直径のような光スポットのサイズの単調関数であり得る。したがって、一例として、特に線形光センサが使用される場合、商Ｑ＝ｓ１／ｓ２は光スポットのサイズの単調減少関数である。これは、上述の好ましい構成では、第１の感光エリアは完全に照射されており、好ましくは光軸上などの光スポットの中心に配置されているという事実による。その結果、光スポットの直径が大きくなるにつれて、主に第１の感光エリア内に位置し得る照射のピーク強度が減少し、したがって第１のセンサ信号が減少する。ただし、第２のセンサ信号は、第１の光センサによって生じる影を除いて、光スポットが第２の感光エリア上に位置している限り、光スポットのサイズから多かれ少なかれ独立していてもよい。その結果、第２のセンサ信号は、多かれ少なかれ一定のままであり得る。したがって、第１および第２のセンサ信号の商は、第１および第２の感光エリア上の光ビームの直径または光スポットの直径が増加するにつれて、連続的に減少する。さらに、商は、光ビームの総出力が第１のセンサ信号および第２のセンサ信号の両方においてファクタを形成するので、主に光ビームの総出力から独立している。その結果、商Ｑは、第１および第２のセンサ信号と光ビームのサイズまたは直径との間の一意的かつ明白な関係を提供する第２の信号を形成することができる。一方、光ビームのサイズまたは直径は、そこから光ビームが検出器に向かって伝播する物体と検出器自体との間の距離に依存するので、すなわち、物体の縦方向座標に応じて、第１および第２のセンサ信号と縦方向座標との間に一意的かつ明白な関係が存在し得る。後者については、例えば、ＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１を参照することができる。所定の関係は、分析的考察によって、例えば物体の縦方向座標の関数として第１および第２のセンサ信号またはそれから導出された第２の信号、または両方を測定する測定値などの経験的測定値によるガウス光ビームの線形結合を仮定することによって決定され得る。所定の関係は、分析的考察によって決定され得、例えば、ガウス光ビームの線形結合を仮定することによって、例えば、物体の縦方向座標の関数として第１および第２のセンサ信号またはそれから導出された第２の信号を測定する測定値などの経験的測定によって、またはその両方によって決定され得る。
第１の光センサと第２の光センサの配置は様々であり得る。したがって、第１の例では、第１の光センサは第２の光センサの前に配置され、例えば、光ビームは、まず、第１の光センサを通過し、その後、第２の光センサに到達する。しかしながら、代替的に、逆の順序も可能である。したがって、代替として、第２の光センサは、第１の光センサの前に配置されてもよく、例えば、光ビームは、まず、第２の光センサを完全にまたは部分的に通過し、第２の光センサに到達し、その後、第１の光センサに到達する。後者の代替は、主に、第２の光センサの蛍光導波シートが、この実施形態または他の実施形態において、特に光ビームのスペクトル範囲内で、完全にまたは部分的に透明であるように具体化され得るという事実によって可能である。したがって、物体の視点から、より小さい第１の光センサを第２の光センサの裏側に配置することができる。
第２の光センサ、より具体的には、第２の光センサの蛍光導波シートは、１つまたは複数のビーム経路内の様々な位置に配置することができる。したがって、一例として、第２の光センサおよび／または第２の光センサの蛍光導波シートは、ビーム経路内の焦点の近くに配置されてもよい。しかしながら、代替的に、特に加算の機能を向上させるために、第２の光センサはまた、例えば、１、２または３以上のレイリー波長によって、焦点から離れて配置されてもよい。
上で概説したように、第２の光センサは少なくとも１つの感光要素を含み、そこから少なくとも１つの第２のセンサ信号が生じる。そこでは、例えば、少なくとも蛍光ライトの一部を集めるため、および、それに応答して第２のセンサ信号を生成するため、正確に１つの感光要素を使用することができる。しかしながら、代替的に、第２の光センサは、好ましくは、蛍光導波シートの少なくとも２つのエッジ、例えば、蛍光導波シートの縁の少なくとも２つの対向部分に配置される、２つ、３つ、４つ、またはそれ以上の感光要素を含んでもよい。感光要素は、蛍光導波路シートによって光スポットから感光要素に向けて案内された蛍光ライトを検出することができ、およびそれぞれ少なくとも１つのセンサ信号を生成することができる。したがって、複数の第２のセンサ信号が存在し得る。
蛍光導波シートの少なくとも２つのエッジに配置されていて、少なくとも２つの感光要素が設けられる場合には、複数の可能性が存在する。したがって、一例として、少なくとも２つの感光要素は、蛍光導波シートの少なくとも２つの直線エッジ、例えば少なくとも２つの対向するエッジ、例えば対向する隅部；蛍光導波シートの少なくとも２つの隅部、例えば少なくとも２つの対向する隅部；蛍光導波シートの少なくとも１つの隅部および蛍光導波シートの少なくとも１つの直線のエッジ、例えば少なくとも１つの直線状の縁部分、のうち１つまたは複数に配置することができる。他の可能性が一般的に与えられている。
検出器、好ましくは評価装置は、具体的には、少なくとも２つのこれらの第２のセンサ信号を組み合わせて少なくとも１つの共通の第２のセンサ信号を形成するように具体化されてもよい。この少なくとも１つの共通の第２のセンサ信号は、具体的には、縦方向座標を決定するために、第１第２のセンサ信号と合わせて使用され得る。さらに、以下でさらに詳細に概説するように、少なくとも１つの共通の第２のセンサ信号は、物体の横方向位置またはその一部に関する少なくとも１つの情報項目などの追加情報を取得するために使用することができる。
したがって、少なくとも２つの第２のセンサ信号を結合するために、評価装置は、少なくとも２つの感光要素のセンサ信号を合計し、それによって和信号Ｓを形成するように構成される少なくとも１つの合算装置を含み得る。一例として、和信号は、以下の数式１８を使用することによって導出することができ、
Figure 2020503500
 ｉは、第２のセンサ信号を表し、ｉ＝１…Ｎであり、Ｎは、感光要素の数を示す正の整数またはより小さい正の整数であり、ｃｉは、それぞれの補正係数である。
上記で概説したように、評価装置は、具体的には、第１のセンサ信号、少なくとも１つの第２のセンサ信号と縦方向座標ｚとの間の少なくとも１つの所定の関係を使用することによって物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成され得る。上記で概説したように、複数の第２のセンサ信号が与えられる場合、少なくとも１つの組み合わされた第２のセンサ信号がこの関係で使用されてもよい。したがって、具体的には、和信号Ｓを用いればよい。このように、一例として、評価装置は、第１のセンサ信号と、第２のセンサ信号と縦方向座標ｚの和信号Ｓとの間の少なくとも１つの所定の関係を使用することによって少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成され得る。
少なくとも１つの縦方向座標に加えて、検出器はさらに、物体の少なくとも１つの横方向座標および／またはその一部の横座標方向を決定するように構成されてもよい。この目的のために、検出器は少なくとも１つの横方向光センサを含み得る。様々な横方向センサが当技術分野において一般的に知られており、例えば、ＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１および／またはＷＯ ２０１４／１９８６２９ Ａ１に開示されている横方向センサ、および／または他の位置検出装置（ＰＳＤ）、例えば象限ダイオード、ＣＣＤまたはＣＭＯＳチップなどが一般的に知られている。したがって、一例として、本発明による検出器は、Ｒ．Ａ．Ｓｔｒｅｅｔ（Ｅｄ．）：Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ， Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ，２０１０，ｐｐ．３４６−３４９に開示されている１つまたは複数のＰＳＤを含むことが可能である。他の実施形態も可能である。一例として、光ビームの一部は、少なくとも１つのビーム分割要素によって検出器内で分割されてもよい。一例として、分割部分は、横方向センサ、例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳチップまたはカメラセンサに向かってガイドされてもよく、そして横方向センサ上の分割部分によって生成された光スポットの横方向位置が決定され得、それによって物体の少なくとも１つの横方向座標が決定される。しかしながら、好ましくは、少なくとも１つの第２の光センサ自体が、物体の少なくとも１つの横方向座標を決定するための横方向光センサとして使用されてもよい。この構成は、第２の光センサが、複数の感光要素が第２光センサに使用される場合、例えば異なる位置に配置され、蛍光導波路シートの異なるエッジに配置される場合において特に有利である。評価装置は、感光要素のセンサ信号を評価することによって物体の少なくとも１つの横方向座標ｘ，ｙを決定するようにさらに構成されてもよい。評価装置は、縦方向座標および横方向座標の情報を組み合わせ、および空間内の物体の位置を決定するように適合されていてもよい。
したがって、概して、評価装置は、感光要素の第２のセンサ信号を評価することによって物体の少なくとも１つの横方向座標ｘ，ｙを決定するようにさらに構成され得る。１つまたは複数の方向の少なくとも１つの横方向座標を決定する目的で、感光要素のセンサ信号を比較することができる。したがって、当業者には明らかなように、光スポットから、したがって蛍光ライトの発生位置から、蛍光導波シートによって感光要素にガイドされる蛍光ライトを表す、それぞれの感光要素のセンサ信号は、光スポットとそれぞれの感光要素との間の距離に依存する。一般に、光スポットと感光要素との間の距離が増すにつれて、それぞれの感光要素のセンサ信号は、例えば導波中の損失に起因して／または蛍光ライトの拡散に起因して減少するであろう。異なる既知の位置に配置された感光要素のセンサ信号を比較することによって、蛍光導波シート上の光スポットの横方向または横方向の位置は、例えば光スポットの横方向位置と物体の横方向座標との間の既知のまたは決定可能な関係を使用することによって決定することができ、そこから、物体の横方向座標が決定され得る。やはり、経験的関係および／または半経験的関係および／または分析的関係、例えば当業者に一般に知られているレンズ方程式を使用することができる。
したがって、評価装置は特に、少なくとも２つの異なる感光要素の少なくとも２つの第２のセンサ信号を評価するように構成することができる。一例として、これらの少なくとも２つの第２のセンサ信号は、蛍光導波シート上の光スポットの横方向位置を決定するために、および／または物体の横方向位置を直接導出するために比較され得る。したがって、一例として、少なくとも２つの第２のセンサ信号間の差が物体の横方向位置に関する少なくとも１つの情報項目を導出するために、決定され得る。その結果、評価装置は、少なくとも２つの感光要素によって生成される第２のセンサ信号間に少なくとも１つの差信号Ｄを形成するように構成された少なくとも１つの減算装置を含むことができる。第２のセンサ信号は、少なくとも１つの第２のセンサ信号ｓ２１と少なくとも１つの第２のセンサ信号ｓ２２とを含み、少なくとも１つの差信号Ｄは、ａ・ｓ２１−ｂ・ｓ２２に比例する：
Figure 2020503500
ａ、ｂは実数係数であり、好ましくはａ＝１およびｂ＝１である。追加的に代替的に、少なくとも１つの差信号Ｄは次の数式２０に従って導出されてもよい：
Figure 2020503500
減算装置は、具体的には、減算装置は、具体的には、物体の少なくとも１つの第１の横方向座標ｘから導出される、少なくとも１つの第１の差信号Ｄｘを形成するように構成されてもよい。追加的に代替的に、減算装置はさらに、物体の少なくとも１つの第２の横方向座標ｙが導出される、少なくとも１つの第２の差信号Ｄｙを形成するように構成されてもよい。したがって、第１の差信号Ｄｘは、第１の次元において導波シートの対向するエッジに配置された少なくとも２つの感光要素の少なくとも２つの第２のセンサ信号ｓｘ１、ｓｘ２から生成され得る。第２の差信号Ｄｙは、第２の次元において導波シートの対向するエッジに配置された少なくとも２つの感光要素の少なくとも２つの第２のセンサ信号ｓｙ１、ｓｙ２から生成され得る。少なくとも１つの第１の差信号Ｄｘは、以下の数式２１に従って導出され得る。
Figure 2020503500
 そして、少なくとも１つの第２の差分信号Ｄｙは、以下の数式２２に従って導出され得る。
Figure 2020503500
ａ、ｂ、ｃ、ｄは実数係数であり、好ましくはａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝１およびｄ＝１である。
上記で概説したように、第２の光センサが複数の感光要素を含む場合、第２の光センサは、具体的には、蛍光導波シートの対向するエッジに配置された少なくとも２つの感光要素を含み得る。感光要素は、座標系の第１の次元において蛍光導波シートの対向するエッジに配置された少なくとも１つの第１の対の感光要素を含むことができ、感光要素は、座標系の第２の次元において蛍光導波シートの対向するエッジに配置された少なくとも１つの第２の対の感光要素を含むことができる。
さらなる任意の詳細では、少なくとも１つの蛍光導波シートおよび／または第２の感光エリアに言及し得る。したがって、一例として、第２の感光エリアは具体的には均一な感光エリアであってもよい。したがって、第２の感光エリアは、ピクセルなど部分的エリアに物理的に細分化されなくてもよい。反対に、感光エリアは均等な蛍光を形成する１つの均一なエリアであってもよい。
第２の感光エリアは具体的には大型感光エリアであってもよい。したがって、一例として、第２の感光エリアの表面積は少なくとも５ｍｍ２、好ましくは少なくとも１０ｍｍ２、より好ましくは少なくとも１００ｍｍ２、より好ましくは少なくとも４００ｍｍ２であってもよい。一例として、感光エリアの表面積は５ｍｍ２から１０，０００ｍｍ２の範囲、例えば１００ｍｍ２から２５００ｍｍ２の範囲であってもよい。感光エリアの大面積設計は多数の面で有利である。このように、具体的には第２の感光エリアの表面積を増やすことにより、横方向座標の決定の解像度を高めることができる。さらに、検出器の視野、例えば視角を、大型の第２の感光エリアの使用によって拡げることができる。
蛍光導波シートは具体的には少なくとも１つの平面シートを含み得る。ただし、その場合、わずかな曲率もまた許容され得る。しかし、他の実施形態では、例えば特定の用途において望ましいと考えられる特有の光学効果を引き起こす目的で、蛍光導波シートを湾曲型蛍光導波シートとして具体化することもできる。このように、本発明の検出器の優位性の１つは、蛍光導波シートが具体的に湾曲している、可撓性である、または特有の幾何学を有し得るという事実にある。
蛍光性導波シートは厚さが１０μｍから３ｍｍ、好ましくは１００μｍから１ｍｍ、例えば５０μｍから２ｍｍの厚さである。導波シートの厚さは具体的には検出器の光軸に沿った導波シートの１つの次元であってもよい。厚さは蛍光ライトの導波特性を改善または最適化するように適合され得る。
蛍光性導波シートは完全にまたは部分的に剛性であってもよく、あるいは、完全にまたは部分的に可撓性もしくは変形性として具体化され得る。
蛍光導波シートは少なくとも１つのマトリックス材料を含み得る。本明細書で使用されるとき、「マトリックス材料」という用語は一般的に、蛍光導波シートの主要部分を形成し、蛍光導波シートの本体を規定する材料を指す。一例として、マトリクッス材料は１つまたは複数の付加的材料を、例えば混合、化学結合、分散または溶解によって受け入れる能力を有する材料であってもよい。このように、少なくとも１つの蛍光材料は、マトリックス中に混合されるか、マトリックス材料中に分散されるか、マトリックス材料に化学結合されるか、またはマトリックス材料中に溶解されるか、の１つまたは複数であってもよい。
マトリックス材料は具体的には少なくとも１つのプラスチック材料であるか、またはそれを含み得る。プラスチック材料は具体的には少なくとも１つのポリマー材料であるか、またはそれを含み得る。プラスチック材料は、一例として、ポリカーボネート、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニルからなる群から選択される少なくとも１つの材料であり得るかまたはそれを含み得る。しかしながら他の材料も可能である。
蛍光材料は一般的に任意の蛍光体を含み得る。具体的には、少なくとも１つの蛍光材料は少なくとも１つの蛍光染料を含み得る。多様な蛍光染料が一般的に当業者に知られている。その中で、上記にて概説のとおり、これらの蛍光染料はほとんどが上述の飽和効果を示し、それによって、蛍光を励起の非線形関数とする。一例として、蛍光染料は光ビームによって飽和状態になり得ることにより、蛍光染料によって生じる蛍光ライトの総出力は光ビームの強度の非線形関数である。具体的には、蛍光ライトの総出力は光ビームの強度に対して準比例的であってもよい。
蛍光染料は具体的には少なくとも１つの有機蛍光染料を含み得る。しかしながら、付加的または代替的に、無機染料を使用してもよい。蛍光染料は具体的には、キサンテン誘導体、好ましくはフルオレセイン、ローダミン、オレゴングリーン、エオシン、テキサスレッド、またはその任意の成分の誘導体のうちの１つまたは複数；シアニン誘導体、好ましくはシアニン、インドカルボシアニン、オキサカルボシアニン、チアカルボシアニン、メロシアニン、またはそれらの任意の成分の誘導体のうちの１つまたは複数；スクアライン誘導体または環置換スクアライン、好ましくはＳｅｔａ、ＳｅＴａｕ、およびＳｑｕａｒｅ染料、またはそれらの任意の成分の誘導体のうちの１つまたは複数；ナフタレン誘導体、好ましくはダンシルもしくはそのプロダン誘導体のうちの１つまたは複数；クマリン誘導体；オキサジアゾール誘導体、好ましくはピリジルオキサゾール、ニトロベンゾオキサジアゾール、ベンゾオキサジアゾール、またはそれらの任意の成分の誘導体のうちの１つまたは複数；アントラセン誘導体、好ましくはアントラキノン、ＤＲＡＱ５、ＤＲＡＱ７、ＣｙＴＲＡＫオレンジ、またはそれらの任意の成分の誘導体のうちの１つまたは複数；ピレン誘導体、好ましくはカスケードブルー；オキサジン誘導体、好ましくはナイルレッド、ナイルブルー、クレシルバイオレット、オキサジン１７０、またはそれらの任意の成分の誘導体のうちの１つまたは複数；アクリジン誘導体、好ましくはプロフラビン、アクリジンオレンジ、アクリジンイエロー、またはそれらの任意の成分の誘導体のうちの１つまたは複数；アリールメチン誘導体、好ましくはオーラミン、クリスタルバイオレット、マラカイトグリーン、またはそれらの任意の成分の誘導体のうちの１つまたは複数；テトラピロール誘導体、好ましくはポルフィン、フタロシアニン、ビリルビンのうちの１つまたは複数；ペリレン染料またはリレン染料のようなその任意の誘導体；ナフタレンイミドまたはペリレンイミド；ＷＯ ２０１２／１６８３９５ Ａ１に公開されているようなナフトイレンベンズイミダゾール染料；またはそれらの任意の成分の誘導体、から成る群から選択され得る。しかしながら、付加的または代替的に、他の色素を使用してもよいことに留意されたい。
検出器のさらなる任意の詳細は、少なくとも１つの感光要素または複数の感光要素を参照した。したがって、一例として、少なくとも１つの感光要素は、少なくとも１つのフォトダイオード、好ましくは少なくとも１つの無機フォトダイオード、例えばシリコンフォトダイオードなどを含むことができる。少なくとも１つの感光要素は、導波シートのエッジまたはリム部の少なくとも１つのセグメントに沿って延びる少なくとも１つの細長い感光要素を含み得る。
上記で概説したように、蛍光導波シートは、具体的には長方形の蛍光導波シート、好ましくは正方形の導波シートであり得る。この構成では、一例として、感光要素は、４つのエッジのそれぞれに配置することができ、例えば、導波シートの４つの直線のリムセクションまたはリム部のそれぞれに配置することができる。他の実施形態も可能である。
第１および第２の光センサは、それぞれ独立して、不透明、透明または半透明であり得る。しかし、便宜上、光ビームに対して透明ではない不透明なセンサは、これらの不透明センサは一般に広く市販されているため使用され得る。しかしながら、蛍光導波シートは、完全にまたは部分的に透明であってもよい。
第１の光センサは、具体的には、均一な感光エリアを有する均一センサであり得る。したがって、特に、第１の光センサは、具体的には、ピクセル化されていない光センサであってもよい。しかしながら、代替的に、少なくとも１つの第１の光センサはそれぞれが２つ以上のピクセルを有する１つまたは複数のピクセル化センサを含むことができる。他の実施形態も可能である。
同様に、以下でさらに詳細に論じるように、少なくとも１つの第２の光センサは、正確に１つの第２の光センサまたは複数の光センサを含むことができる。さらに、第２の光センサの少なくとも１つの蛍光導波シートは、正確に１つの干渉性蛍光導波シートであり得る。しかしながら、代替的に、少なくとも１つの第２の光センサは、複数の第２の光センサも含み得る。一例として、後者の代替は、複数の蛍光導波シートを設けることによって実現することができる。したがって、したがって、それぞれが１つまたは複数の感光要素を有する複数の蛍光導波シートを提供することができる。他の実施形態も可能である。
第２の光センサなどの検出器は、少なくとも１つの光フィルタ要素、好ましくは少なくとも１つの光学ショートパスフィルタをさらに含むことができる。したがって、一例として、蛍光ライトを励起することができる光子のみが、蛍光導波シートを通過することができる。しかしながら、他の実施形態も可能である。
第１および第２の光センサは、具体的には、検出器の同一のビーム経路内に直線的に配置されてもよい。したがって、一例として、第１および第２の光センサは、検出器の光軸に対して同心円状に、特に第１の光センサが第２の光センサの前に置かれるように配置されてもよい。しかしながら、他の実施形態も可能であり、例えば第１の光センサと第２の光センサが別々の異なるビーム経路に配置され、検出器のビーム経路が１つまたは複数のビーム分割要素によって分割されている実施形態も可能である。しかしながら、第１および第２の光センサを同一のビーム経路内に配置した線形構成は、簡単な光学的構成および検出器に必要とされる小体積のために、好ましい。したがって、本発明は特に、簡単で効率的で安価な光学設定を可能にする。
上記のように、第１の光センサは、具体的には、半導体センサ、好ましくは無機半導体センサ、より好ましくはフォトダイオード、最も好ましくはシリコンフォトダイオードであり得る。一例として、第１の光センサは単一の感光エリアを有する均一センサであってもよい。一例として、市販のシリコンフォトダイオードを使用することができる。
さらなる好ましい実施形態では、検出器は、
− 少なくとも１つの角度依存光学要素であって、前記物体から前記検出器に向かって伝播して該角度依存光学要素を照射する入射光ビームの入射角に応じて、少なくとも１つのビームプロファイルを有する少なくとも１つの伝送光ビームを生成するように適合された角度依存光学要素と；
− 少なくとも２つの光センサであって、各光センサは少なくとも１つの感光エリアを有し、各光センサは、前記角度依存光学要素によって生成された光ビームによるそれぞれの感光エリアの照射に応じて少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計された、光センサと；
− 前記センサ信号から商信号Ｑを評価することによって前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成された少なくとも１つの評価装置、
とを有する。
角度依存光学要素は、少なくとも１つの光ファイバ、特に少なくとも１つの多分岐光ファイバ、特に少なくとも１つの二分岐光ファイバ；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの角度依存反射要素、少なくとも１つの回折格子要素、特にブレーズ格子要素；少なくとも１つの開口絞り；少なくとも１つのプリズム；少なくとも１つのレンズ；少なくとも１つのレンズアレイ、特に少なくとも１つのマイクロレンズアレイ；少なくとも１つの光フィルタ；少なくとも１つの偏光フィルタ；少なくとも１つの帯域通過フィルタ；少なくとも１つの液晶フィルタ、特に液晶チューナブルフィルタ；少なくとも１つのショートパスフィルタ；少なくとも１つのロングパスフィルタ；少なくとも１つのノッチフィルタ；少なくとも１つの干渉フィルタ；少なくとも１つの伝送格子；少なくとも１つの非線形光学要素、特に１つの複屈折光学要素、からなる群から選択される少なくとも１つの光学要素を含み得る。
感光エリアのうちの少なくとも１つは、物体に向いていてもよい。具体的には、物体の少なくとも１つの点とそれぞれの感光エリアの少なくとも１つの点との間の少なくとも１つの相互接続線は、０°とは異なる、感光エリアの表面要素と角度を形成してもよく、例えば、２０°から９０°の角度範囲、好ましくは８０°から９０°の角度範囲、例えば９０°である。したがって、物体が光軸上または光軸の近くに位置するとき、物体から検出器に向かって伝播する光ビームは、光軸と本質的に平行であり得る。追加的に代替的に、少なくとも１つの感光エリアは、物体に対する方向とは異なる方向に向いていてもよい。例えば、光センサのうちの少なくとも１つは、垂直にまたは任意の角度で、光軸に対して、かつ物体に対して配向されてもよい。角度依存光学要素は、光ビームが感光エリアに当たるように、光ビームを生成するように適合されてもよい。例えば、少なくとも１つの感光エリアが光軸に対して任意の角度で配向されている場合、角度依存光学要素は光ビームを感光エリア上に案内するように適合されてもよい。
本明細書で使用されるとき、用語「角度依存光学要素」は、物体から検出器に向かって伝播し、角度依存光学要素を照射する入射光ビームの入射角に応じて少なくとも１つのビームプロファイルを有する少なくとも１つの光ビームを生成するように適合された光学要素を指す。特に、角度依存性光学要素は、入射光ビームのビームプロファイルに影響を及ぼし、および／またはそれを変更および／または調整するように適合されてよい。例えば、角度依存光学要素は、角度依存の伝送特性、角度依存の反射特性、または角度依存吸収特性のうちの1つまたは複数を有することができる。角度依存性光学要素によって生成された光ビームは、少なくとも１つの伝送光ビームおよび／または少なくとも１つの反射光ビームを含み得る。入射角は、角度依存光学要素の光軸に対して測定されてもよい。
第１の側面に衝突する電磁波、例えば、角度依存光学要素の表面および／または入口は、角度依存光学要素の特性に応じて、部分的に吸収および／または反射および／または伝送されてもよい。用語「吸収」は、角度依存性光学要素によって入射光ビームの出力および／または強度の減少を指す。例えば、入射光ビームの出力および／または強度は、角度依存光学要素によって熱または他の種類のエネルギーに変換されてもよい。本明細書で使用されるとき、用語「伝送」は、電磁波の一部を指し、該電磁波の一部は、光軸に対して９０°以上の角度を有する半空間内の角度依存性光学要素の外側で測定可能である。例えば、伝送は、角度依存性光学要素の第１の側面に衝突し、角度依存性光学要素を貫通し、角度依存性光学要素を第２の側面、例えば反対側および／または出口に残す、電磁波の残りの部分であり得る。用語「反射」は、電磁波の一部を指し、該電磁波の一部は、光軸に対して９０°未満の角度を有する半空間内の角度依存性光学要素の外側で測定可能である。例えば、反射は、角度依存性光学要素との相互作用による入射光ビームの波面の方向の変化であり得る。
角度依存光学要素に衝突する電磁波の総出力は、角度依存光学要素によって少なくとも３つの成分に分配されてもよく、すなわち、吸収成分、反射成分および伝送成分に分配されてよい。伝送度は、角度依存光学要素に衝突する電磁波の総出力によって正規化された伝送成分の出力として定義されてよい。吸収度は、角度依存光学要素に衝突する電磁波の総出力によって正規化された吸収成分の出力として定義されてよい。反射度は、角度依存光学要素に衝突する電磁波の総出力によって正規化された反射成分の出力として定義されてよい。
本明細書で使用されるとき、用語「角度依存伝送」とは、伝送度は、物体から検出器に向かって伝播する入射光ビームが角度依存光学要素に衝突する入射角に依存するという事実を指す。上記で概説したように、入射角は角度依存光学要素の光軸に関して測定することができる。角度依存光学要素は、少なくとも１つの転送装置の背後で伝播方向に配置されてもよい。転送装置は、例えば、少なくとも１つのコリメーティングレンズを含み得る。角度依存光学要素は、より小さい角度で入射する光線と比較して、より大きい角度で入射する光線を弱めるように設計されてもよい。例えば、伝送度は、光軸に平行な光線、すなわち０°に対して最も高くなり得、角度が大きくなるにつれて減少し得る。特に、少なくとも１つのカットオフ角度では、伝送度は急にゼロまで低下することがある。 したがって、大きな入射角を有する光線は遮断され得る。
本明細書で使用されるとき、用語「角度依存吸収」とは、吸収度は、物体から検出器に向かって伝播する入射光ビームが角度依存光学要素に衝突する入射角に依存するという事実を指す。例えば、物体から検出器まで伝播する光ビームの光子エネルギーおよび／または強度は、入射角に依存して減少され得る。
本明細書で使用されるとき、用語「角度依存反射」とは、反射度は、物体から検出器に向かって伝播する入射光ビームが角度依存光学要素に衝突する入射角に依存するという事実を指す。
例えば、角度依存光学要素は少なくとも１つの光ファイバを含む。光ファイバは、反射の影響を無視して、光ファイバに対して平行に、すなわち０°の角度で入射光線に対して伝送度が最大になるように設計することができる。光ファイバは、より高い角度、例えば１°から１０°の角度では、伝送度が平行光線に対する伝送度の約８０％まで滑らかに減少する可能性があり、および光ファイバの許容角度に至まで、このレベルに一定に留まることができる。本明細書で使用されるとき、用語「許容角」は、それを超えると、光ファイバ内の全反射が不可能になるため、光線が光ファイバから反射される角度を指し得る。光ファイバは、許容角において、伝送度が急にゼロまで低下するように設計されてもよい。大きな入射角を有する光線は遮断され得る。
光ファイバは、光ファイバの両端間で、吸収および／または反射されない入射光ビームの少なくとも一部を伝送するように適合されてよい。光ファイバは、ある長さを有してもよく、ある距離にわたる伝送を可能にするように適合されてもよい。光ファイバは、シリカ、アルミノケイ酸塩ガラス、ゲルマンケイ酸塩ガラス、フルオロハフニウム酸塩、希土類ドープガラス、フッ化物ガラス、カルコゲナイドガラス、サファイア、特にシリカガラス、リン酸塩ガラスのドープ変異体、ＰＭＭＡ、ポリスチレン、ポリ（ペルフルオロ−ブテニルビニルエーテル）のようなフルオロポリマーなど、からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含み得る。光ファイバは、シングルモードファイバでもマルチモードファイバでもよい。光ファイバは、ステップインデックスファイバ、偏光繊維、偏光維持繊維、プラスチック光ファイバなどであり得る。光ファイバは、ファイバコアとしてより低い屈折率を有する少なくとも１つのファイバクラッドによって囲まれている少なくとも１つのファイバコアを含むことができる。ファイバクラッディングは、ダブルまたはマルチクラッディングでもあり得る。ファイバクラッディングは、いわゆる外側ジャケットを含み得る。ファイバクラッディングは、光ファイバを損傷および湿気から保護するように適合される、いわゆるバッファによって被覆され得る。バッファは、少なくとも１つのＵＶ硬化ウレタンアクリレート複合材料および／または少なくとも１つのポリイミド材料を含み得る。一実施形態では、ファイバコアの屈折率は、ファイバクラッド材料の屈折率よりも高くてよく、および光ファイバは許容角以下の全反射によって入射光ビームをガイドするように適合されてよい。一実施形態では、光ファイバは、フォトニックバンドギャップファイバとも呼ばれる少なくとも１つの中空コアファイバを含み得る。中空コファイバは入射光ビームを本質的にいわゆる中空領域内に案内する適合させることができ、光ビームのごく一部は、ファイバクラッディング材料内への伝播に起因して失われる。
光ファイバは、ファイバの端部に１つまたは複数のファイバーコネクタを含み得る。光ファイバは、エンドキャップ、例えばコアレスエンドキャップを含むことができる。光ファイバは、ファイバーカプラ、ファイバブラッググレーティング、ファイバ偏光子、ファイバーアンプ、ファイバ結合ダイオードレーザ、ファイバコリメータ、ファイバージョイント、ファイバースプライス、ファイバーコネクタ、メカニカルスプライシング、フュージョンスプライシング、などのうち１つまたは複数を含むことができる。光ファイバはポリマー被覆を含んでもよい。
光ファイバは少なくとも２つ以上のファイバを含み得る。光ファイバは、少なくとも１つの多分岐光ファイバ、特に少なくとも１つの二分岐光ファイバであり得る。例えば、二分岐光ファイバは、２つのファイバ、特に少なくとも１つの第１のファイバと少なくとも１つの第２のファイバとを含むことができる。第１のファイバと第２のファイバとは、互いに近接して二分岐光ファイバの入射端に配置されていてよく、および２つの脚に分割されて二分岐光ファイバの出射端で距離をおいて分岐されてよい。第１および第２のファイバは、同一の特性を有するファイバとして設計されてよく、または異なる種類のファイバとして設計されてもよい。第１のファイバは少なくとも１つの第１の伝送光ビームを生成するように適合され、第２のファイバは少なくとも１つの第２の伝送光ビームを生成するように適合されてもよい。二分岐光ファイバは、入射光ビームが第１の入射角で第１のファイバに入射するように配置されてもよく、
および、伝送度が第１の伝送光および第２の伝送光と異なるように第１の角度とは異なる第２の入射角で、第２のファイバに入射するように配置されてもよい。一方の光センサを第１のファイバの出射端に配置し、他方の光センサを第２のファイバの出射端に配置することができる。光ファイバは、２本を超えるファイバ、例えば３本、４本、またはそれ以上のファイバを含み得る。例えば、多分岐は複数のファイバを含むことができ、各ファイバはコア、クラッディング、バッファ、ジャケットの少なくとも１つを含むことができ、１つまたは複数のファイバはポリマーホースなどのさらなるジャケットによって部分的または全体的に束ねられ得、ファイバが、ファイバの一端などで互いに近接した状態を保つようにすることができる。
検出器は、複数の光ファイバ、例えば複数の単一の光ファイバまたは複数の多分岐光ファイバを含むことができる。例えば、検出器は複数の単一の光ファイバ、例えば同一の性質を有する光ファイバを含むことができる。光ファイバ、すなわち単一の光ファイバまたは多分岐光ファイバは、入射光ビームがそれぞれの光ファイバに異なる入射角で入射でき、それによって伝送度が光ファイバごとに異なるように配置されてもよい。各光ファイバの出射端に少なくとも１つの光センサを配置することができる。あるいは、少なくとも２つ以上の光ファイバが同じ光センサを使用してもよい。
照射源は、角度依存光学要素を通して物体を照射するように適合されてよい。光ファイバは、それが物体を照射するように照射源によって生成された少なくとも１つの入射光ビームを伝送するように適合された少なくとも１つの照射ファイバを含むことができる。照射源は、照射源によって生成された少なくとも１つの光ビームを照射ファイバに結合するように適合されてよい。検出器は少なくとも１つの結合要素、例えば、光ファイバの前方および／または後方に配置することができる、少なくとも１つのインカップリング要素および／または少なくとも１つのアウトカップリング要素を含むことができる。結合要素は、少なくとも１つの転送装置であり得るか、またはそれを含み得る。
検出器は、物体から検出器まで進行する光ビームを照射ファイバ内に結合するように適合された、さらなる結合要素、特にさらなるインカップリング要素を含むことができる。さらなる結合要素は、物体から光ファイバの前方の検出器まで進行する光ビームの伝播方向に配置されてよい。さらなる結合要素は、少なくとも１つの転送装置であり得るか、またはそれを含んでよい。
検出器が複数の光ファイバを含む場合、検出器は１つの照射源または複数の同一の照射源および／または複数の異なる照射源を含み得る。例えば、複数の照射源は、色または変調周波数などの異なる特性を有する光を生成する少なくとも２つの照射源を含み得る。一実施形態では、複数の光ファイバのうちの少なくとも２つの光ファイバは、同じ照射源および／または２つの同一の照射源を使用して照射されてもよい。同じ照射源および／または同一の照射源によって照射された各光ファイバの出射端には、少なくとも１つの光センサを配置することができる。あるいは、同じ照射源によって照射される少なくとも２つ以上の光ファイバが同じ光センサを使用してもよい。一実施形態では、複数の光ファイバのうちの少なくとも２つの光ファイバは、少なくとも２つの異なる照射源を使用することによって照射され得る。各光ファイバの出射端には、少なくとも１つの光センサを配置することができる。あるいは、少なくとも２つ以上の光ファイバが同じ光センサを使用してもよい。
上記で概説したように、照射源と光センサとの間の検出器の光軸に垂直な距離は小さくてよい。ベースラインは、０．１ｍ未満、好ましくは０．０５ｍ未満、より好ましくは０．０２５ｍ未満であり得る。例えば、ベースラインは２１ｍｍであり得る。特に角度依存光学要素が光ファイバである場合、ベースラインは転送装置の半径よりもさらに小さくてよい。
例えば、角度依存光学要素は光ファイバであってよい。照射源は光ファイバを介して案内されてもよく、照射ビームは、転送装置の半径よりも小さいベースライン内で転送装置の背後で光ファイバを出てもよい。照射源は、少なくとも１つの照射光ビームを生成するように適合されてもよく、照射ビームを案内する光ファイバは、屈折率の差が大きい界面での反射を減らすため、ポリマーまたは接着剤などによって転送装置に取り付けられてもよい。例えば、検出器は、さらなる光学要素を含まないコンパクトな装置であってもよく、照射源は、転送装置のエッジにできるだけ近くに配置されてもよい。したがって、ベースラインは、転送装置の半分に近くなり得、具体的にはレンズの直径、レンズと光源のハウジングの直径の半分に近くになり得る。例えば、検出器は、さらに小型の装置であってもよく、照射ビームをビーム経路に結合するために、ミラー、特に小さなミラーは、転送装置の前、特に中心、例えば幾何学中心、または転送装置の中心近くに配置することができる。従って、ベースラインは転送装置の直径の半分未満であり得る。照射源は、ベースラインができるだけ小さくなるように配置することができる。照射光ビームの伝播方向が光軸と本質的に平行であり、かつ照射源と光軸とが小さなベースラインによって分離されるように照射源を配置することによって、非常にコンパクトな装置が可能である。例えば、転送装置の中心から照射源までの距離、特に、転送装置の中心から照射源への接続線に沿った距離は、転送装置の場合は、転送装置の中心からエッジまでの距離の２．５倍未満であることが好ましく、より好ましくは、転送装置の中心からエッジまでの距離の中心の１．５倍未満、最も好ましくは、転送装置の中心からエッジまでの距離の１倍未満である。転送装置は任意の形状を有することができ、特に非円形形状が可能である。短い距離では、照射源の開口は小さくなり得、ベースラインは小さくなり得る。大きい距離では、照射源の開口は大きくなり得、ベースラインは小さくなり得る。これは、大きな距離では大きなベースラインが必要である三角測量法とは逆である。さらに、三角測量に基づくシステムは、ベースラインの必要な空間的広がりに起因して、例えば検出器システムから２０ｃｍのようにゼロよりかなり大きい最小検出範囲を有する。このような大きなベースラインは、物体から散乱された照射光が、転送装置の背後の光センサの感光エリアに到達しないことがある。さらに、三角測量に基づくシステムにおいて、小さいベースラインの使用は最小検出範囲が狭くなり、しかし、同時に最大検出範囲が狭くなる。さらに、三角測量に基づくシステムは、複数の感光エリアおよびセンサ信号、例えば少なくとも１つの検出器列のセンサ信号を必要とする。本発明によれば、縦方向座標ｚの決定は、センサ信号の数を減らしても可能であり、特に２０個未満、好ましくは１０個未満、より好ましくは５個未満のセンサ信号で可能である。照射源および角度依存光学要素は、物体から転送装置の背後の検出器へ進む光ビームの伝播方向に配置されてもよく、これについては以下で詳細に説明する。照射源と光センサとの間の検出器の光軸に垂直な距離は、転送装置の半径よりも小さくてもよい。
照射源と光センサ、および／または、照射源と角度依存光学要素、および／または、光センサは、検出器の光軸からの相対的な空間的オフセットで配置されてもよい。そのような配置は、商の傾向、ひいては距離測定の精度を高めることを可能にし得る。特に、空間的オフセットが増加すると、Ｑ対距離の図の傾きが大きくなるため、類似した距離をより正確に区別し得る。例えば、照射源と光センサの一方を光軸上に配置し、他方を光軸から離して配置してもよい。例えば、照射源と光センサの両方が、少なくとも１つの異なる距離で光軸から離れ、特に光軸に対して垂直に配置されてもよい。例えば、多分岐光ファイバの少なくとも２つのファイバは、光軸から異なる距離に配置されてもよい。角度依存光学要素は、照射源および／または光センサを移動させずに、照射源と光センサの間の光軸に垂直な実際の距離と比較してより大きな距離を模倣するように適合される。
例として、転送装置は、１つ以上のレンズ、特に１つ以上の屈折レンズ、および／または１つ以上の凸面鏡を有することができる。この例では、焦点距離は、薄い屈折レンズの中心から薄いレンズの主焦点までの距離として定義することができる。収束する薄い屈折レンズの場合、
例えば、凸レンズや薄い両凸レンズなどは、焦点距離は、正であると考えられてもよく、転送装置として薄いレンズに衝突するコリメート光のビームが単一スポットに集束され得る距離を提供してもよい。さらに、転送装置は少なくとも１つの波長選択要素、例えば少なくとも１つの光フィルタを含むことができる。さらに、転送装置は、例えばセンサ領域、特にセンサエリアの位置で、電磁放射に所定のビームプロファイルを印加するように設計することができる。転送装置の上述の任意の実施形態は、原則として、個々にまたは任意の所望の組み合わせで実現することができる。
２つの光センサを直線状に配置する代わりに、光センサを検出器の異なるビーム経路に配置してよい。角度依存光学要素は、第１の光ビームと第２の光ビームとを生成するように適合されてよい。第１の光ビームと第２の光ビームは、異なる伝送度で生成されてもよい。第１の光センサは、角度依存光学要素によって生成された第１の光ビームによる第１の感光エリアの照射に応答して、第１のセンサ信号を生成するように構成されてよい。第２の光センサは、角度依存光学要素によって生成された第２の光ビームによる第２の感光エリアの照射に応答して、第２のセンサ信号を生成するように構成されてよい。例えば、上記で概説したように、角度依存光学要素は、少なくとも１つの多分岐光ファイバを含むことができ、該多分岐光ファイバは、入射光ビームは、第１の入射角で第１のファイバに入射し、第１の入射角とは異なる第２の入射角で第２のファイバに入射するように配置することができ、これは伝送度が異なるように、すなわち、第１の光ビームこの場合では第１の伝送光ビームと、第２の光ビームこの場合では第２の伝送光ビームの伝送度が異なるようにすることができる。第１および第２の光センサの一方を第１のファイバの出射端に配置し、他方の光センサを第２のファイバの出射端に配置することができる。
少なくとも１つのセンサ素子は、光センサのマトリックスを有してよく、光センサはそれぞれ感光エリアを有し、各光センサは、角度依存光学要素によって生成された光ビームによる感光エリアの照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように構成されてよい。
例えば、検出器は、検出器の異なるビーム経路に配置された２つのセンサ要素、特に少なくとも１つの第１のセンサ要素と少なくとも１つの第２のセンサ要素とを含むことができる。角度依存光学要素は、第１の光ビームと第２の光ビームとを生成するように適合されてよい。第１の光ビームと第２の光ビームは、異なる伝送度で生成されてよい。第１のセンサ要素は、角度依存光学要素によって生成された第１の光ビームによる照射に応答して第１のセンサ信号を生成するように構成されてよい。第２のセンサ要素は、角度依存光学要素によって生成された第２の光ビームによる照射に応答して第２のセンサ信号を生成するように構成されてよい。例えば、上記で概説したように、角度依存光学要素は、例えば、入射光ビームが第１の入射角で第１のファイバに、および第１の入射角とは異なる第２の入射角で第２のファイバへ入射し得るように、伝送度が、第１の伝送光ビームと第２の伝送光ビームとで異なるように、配置され得る少なくとも１つの多分岐光ファイバを含んでもよい。第１および第２のセンサ要素の一方を第１のファイバの出射端に配置し、他方のセンサ要素を第２のファイバの出射端に配置することができる。
検出器は少なくとも２つの光センサを含み、各光センサは感光エリアを有し、各感光エリアは幾何学中心を有し、光センサの幾何学中心は、異なる空間的オフセットで検出器の光軸から離間し、各光センサは、角度依存光学要素によって生成された光ビームによって、それぞれの感光エリアの照射に応答してセンサ信号を生成するように構成される。
評価装置は、少なくとも２つのセンサ信号を組み合わせることによって物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成され得る。このさらなる実施形態では、光センサは、例えば、光センサの感光エリアが空間的オフセットおよび／またはそれらの表面積が異なるように配置されてもよい。
検出器は、それに沿って光ビームが物体から光センサへ進むことができる単一のビーム経路を有してもよく、または複数のビーム経路を有してもよい。例えば、角度依存光学要素が少なくとも１つの多分岐光ファイバを含む場合、多分岐光ファイバの各ファイバは独立したビーム経路を構成することができる。一例として、単一のビーム経路が与えられてもよく、またはビーム経路は２つ以上の部分ビーム経路に分割されてもよい。後者の場合、各部分ビーム経路はそれ自身の光軸を有することができ、上述の状態は一般に各ビーム経路を独立して指すことができる。光センサは、同一のビーム経路または部分ビーム経路に配置されてもよい。しかしながら、代替的に、光センサはまた、異なる部分ビーム経路にも配置されてもよい。光センサが異なる部分ビーム経路にわたって分布している場合、上述の状態は、例えば、少なくとも１つの第１の光センサが少なくとも１つの第１の部分ビーム経路内に配置され、第１の空間的オフセットで第１の部分ビーム経路の光軸からオフセットされ、少なくとも１つの第２の光センサが少なくとも１つの第２の部分ビーム経路内に配置され、少なくとも１つの第２の空間的オフセットで第２の部分ビーム経路の光軸からオフセットされ、第１の空間的オフセットと第２の空間的オフセットが異なるように記述され得る。
上記で概説したように、各感光エリアは幾何学中心を有する。各感光エリアの各幾何学中心は、検出器の光軸から離間してよく、例えば、ビーム経路の光軸またはそれぞれの光センサが配置されているそれぞれのビーム経路など、検出器の光軸から離間していてよい。
上記で概説したように、光センサは特に同一平面内に配置することができ、これは好ましくは光軸に垂直な平面である。しかしながら、他の構成も可能である。したがって、２つ以上の光センサを光軸に平行な方向に離間させてもよい。
例えば、光センサは、セグメント化ダイオードの部分ダイオードであり得、セグメント化ダイオードの中心は検出器の光軸から偏心している。一例として、バイセルまたは象限ダイオードは低コストで広く市販されており、これらのバイセルまたは象限ダイオードの駆動方式は一般に知られている。一例として、バイセルダイオードはそれぞれ、ダイオードの全機能を有する独立したダイオードを形成することができる。一例として、各バイセルダイオードは正方形または長方形の形状を有し、２つのダイオードは、１つの平面内に、例えば、２つの部分ダイオードが全体として長方形を有する１×２または２×１のマトリックスを形成するように配置することができる。しかしながら、本発明では、以下にさらに詳細に概説するように、バイセルダイオードおよび象限ダイオードのセンサ信号を評価するための新しい方式が提案される。しかしながら、一般に、光センサは、具体的には、象限ダイオードの部分ダイオードであり得、象限ダイオードの中心が検出器の光軸から偏心している。一例として、４つの部分ダイオードはそれぞれダイオードの全機能を有する独立したダイオードを形成することができる。例として、４つの部分ダイオードはそれぞれ正方形または長方形の形状を有することができ、４つの部分ダイオードは、１つの平面内に配置することができ、例えば、４つの部分ダイオードが全体として、長方形または正方形の形状を有する２×２マトリックスを形成する。さらなる例では、４つの部分ダイオードが全体として、円形または楕円形の形状を有する２×２マトリックスを形成することができる。一例として、部分ダイオードは互いに最小の間隔で隣接していてよい。
部分ダイオードの２×２マトリックスを有する象限ダイオードが使用される場合、象限ダイオードの中心は特に光軸から偏心しているか、またはオフセットされていてよい。したがって、一例として、象限ダイオードの中心、該中心は象限ダイオードの光センサの幾何学中心の交点であり得、光軸から少なくとも０．２ｍｍ、より好ましくは少なくとも０．５ｍｍ、より好ましくは少なくとも１．０ｍｍ、さらには２．０ｍｍ、偏心していてよい。同様に、複数の光センサを有する他の種類の光センサ構成を使用するとき、光センサの中心全体が同じ距離で光軸からオフセットしていてよい。
本発明のさらなる態様では、少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器システムが開示されている。検出器システムは、本発明による少なくとも１つの検出器、例えば上記で開示された１つまたは複数の実施形態によるか、または以下にさらに詳細に開示される１つまたは複数の実施形態による、少なくとも１つの検出器を含む。検出器システムは、少なくとも１つの光ビームを検出器に向けるように適合された少なくとも１つのビーコン装置をさらに備え、ビーコン装置は、物体に取り付け可能、物体により保持可能、物体に一体化可能の少なくとも１つである。ビーコン装置に関するさらなる詳細は、その潜在的な実施形態を含めて以下に与えられる。したがって、少なくとも１つのビーコン装置は、１つまたは複数の照射源、例えば、レーザ、ＬＥＤ、電球などのような１つまたは複数の光源を含む少なくとも１つの能動型ビーコン装置であり得るか、またはそれを備え得る。一例として、照射源によって放射された光は、３００〜５００ｎｍの波長を有することができる。あるいは、上記で概説したように、例えば７８０ｎｍから３．０μｍの範囲の赤外線スペクトル範囲を使用することができる。具体的には、シリコンフォトダイオードが特に適用可能な７００〜１０００ｎｍの範囲の近赤外領域を使用することができる。２つ以上の光ビームを区別するために、１つ以上のビーコン装置によって放射される光は、変調されなくても、または上で概説したように変調されてもよい。追加的にまたは代替的に、少なくとも１つのビーコン装置は、１つまたは複数の反射要素を備えることなどによって、１つまたは複数の光ビームを検出器に向かって反射するように適合され得る。さらに、少なくとも１つのビーコン装置は、光ビームを散乱させるように適合された１つまたは複数の散乱要素であり得るか、またはそれを含み得る。そこでは、弾性散乱または非弾性散乱を使用することができる。少なくとも１つのビーコン装置が検出器に向かって一次光線を反射および／または散乱させるように適合されている場合、ビーコン装置は、光ビームのスペクトル特性に影響を受けないままでいるように適合されてもよく、あるいは、例えば光ビームの波長を変更することによって、光ビームのスペクトル特性を変化させるように適合されてもよい。
本発明のさらなる態様では、ユーザとマシンとの間で少なくとも１つの情報項目を交換するためのヒューマンマシンインターフェースが開示されている。ヒューマンマシンインターフェースは、上記で開示された実施形態による、および／または、以下にさらに詳細に開示される実施形態のうちの１つまたは複数による、少なくとも１つの検出器システムを備える。そこでは、少なくとも１つのビーコン装置は、直接または間接的にユーザに取り付けられるか、またはユーザによって保持されるかのうちの少なくとも１つに適合される。ヒューマンマシンインターフェースは、検出システムを用いることによってユーザの少なくとも１つの位置を決定するように設計され、ヒューマンマシンインターフェースは、少なくとも１つの情報項目をその位置に割り当てるように設計されている。
本発明のさらなる態様では、少なくとも１つの娯楽機能を実行するための娯楽装置が開示されている。娯楽機器は、上記で開示された実施形態による、および／または以下にさらに詳細に開示される実施形態のうちの１つまたは複数による、少なくとも１つのヒューマンマシンインターフェースを備える。娯楽機器は、少なくとも１つの情報項目が、ヒューマンマシンインターフェースを用いてプレーヤによって入力されることを可能にするように構成される。娯楽機器は、情報に従って娯楽機能を変えるようにさらに構成される。
本発明のさらなる態様では、少なくとも１つの可動物体の位置を追跡するための追跡システムが開示されている。追跡システムは、上記で開示されたような、および／または以下にさらに詳細に開示されたような検出器システムを参照する、１つまたは複数の実施形態による少なくとも１つの検出器システムを備える。追跡システムは、少なくとも１つの追跡制御装置をさらに備える。追跡コントローラは、特定の時点における物体の一連の位置を追跡するように適合されている。
本発明のさらなる態様では、少なくとも１つの物体を撮像するためのカメラが開示されている。カメラは、上記で開示されたような、または以下でさらに詳細に開示されるような検出器を参照する、実施形態のうちのいずれか１つによる少なくとも１つの検出器を備える。
本発明のさらなる態様では、光記憶媒体のための読出し装置が提案される。読み出し装置は、検出器を参照する前述の実施形態のいずれか１つによる少なくとも１つの検出器を備える。その中で使用されているように、光記憶媒体のための読み出し装置は、一般に、光記憶ディスクなど光記憶媒体に記憶されている情報を光学的に取得することができる装置を指し、例えば、ＣＣＤ、ＤＶＤ、またはＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスクである。したがって、本発明による検出器の上述の測定原理は、光記憶ディスク内などの光記憶媒体内のデータモジュールを検出するために使用することができる。一例として、反射データモジュールが存在し、照射光ビームを反射する場合、検出器は上述の測定原理に従って反射光ビームを検出するだけでなく、検出器と反射データモジュールとの間の距離、すなわち、光記憶媒体内の反射データモジュールの深さを検出する。したがって、一例として、検出器は、光記憶媒体内の情報モジュールまたはデータモジュールの異なる層を検出するために使用されてもよい。これにより、一例として、２層ディスクまたは３層ディスク、さらには３層以上を有するディスクさえ、生成して読み出すことができる。
本発明のさらなる態様では、場景の奥行きプロファイルを決定するための走査システムであって、少なくとも１つの物体の少なくとも１つの位置を決定することをも含む走査システムが、提供される。走査システムは、本発明による少なくとも１つの検出器、例えば、上記で列挙した実施形態の１つ以上に開示されているような、および／または以下の実施形態の１つ以上に開示されているような少なくとも１つの検出器を備える。走査システムは、照射光ビームまたは走査光ビームとも呼ばれ得る、少なくとも１つの光ビームで場景を走査するように適合された少なくとも１つの照射源をさらに備える。本明細書で使用されるとき、用語「場景」は、一般に、検出器によって見える２次元または３次元の範囲を指し、２次元または３次元の範囲の少なくとも１つの幾何学特性または空間的特性を検出器で評価することができる。本明細書でさらに使用されるように、用語「走査」は、一般に、異なる領域における連続的な測定を指す。したがって、走査は、具体的には、照射光ビームが第１のやり方で配向または指向する少なくとも１つの第１の測定を含み、および照射光ビームが第２のやり方で配向または指向する少なくとも１つの第１のやり方とは異なる第２の測定を含む。走査は、連続的走査でも段階的走査でもよい。したがって、連続的または段階的なやり方において、照射光ビームは場景の異なる領域に向けられてよく、検出器は少なくとも１つの情報項目、例えば各領域に関する少なくとも１つの縦方向座標などを生成するように検出されてもよい。一例として、物体を走査するために、１つまたは複数の照射光ビームが、連続的にまたは段階的なやり方で、物体の表面上に光スポットを生成することができ、縦方向座標が光スポットに対して生成される。しかしながら、代わりに、光パターンが走査に使用されてもよい。走査は、ポイント走査またはライン走査、あるいはさらに複雑な光パターンを用いた走査であってもよい。走査システムの照射源は、検出器の任意の照射源とは性質が異なり得る。しかしながら、代替として、走査システムの照明源はまた、検出器の少なくとも１つの任意の照射源と完全にまたは部分的に同一であるか、またはその中に一体化されてもよい。
したがって、走査システムは、少なくとも１つの物体の少なくとも１つの表面に配置された少なくとも１つのドットを照明するように構成されている少なくとも１つの光ビームを放射するように適合される少なくとも１つの照射源を含み得る。本明細書で使用されるとき、用語「ドット」は、例えば、走査システムのユーザにより、照射源によって照射されるように、選択され得る物体の表面の一部上のエリア、具体的には小さいエリアを指す。好ましくは、ドットは、一方では、走査システムが走査システムに含まれる照射源と、可能な限り正確に配置され得る物体の表面の部分の距離の値を決定することを可能にするように、可能な限り小さいサイズを示してよく、他方では、走査システムのユーザまたは走査システム自体が、特に自動手順によって、物体の表面の関連部分上のドットの存在を検出することを可能にするように、可能な限り大きいサイズを示してよい。
この目的のために、照射源は、人工照射源、特に少なくとも１つのレーザ源および／または少なくとも１つの白熱灯および／または少なくとも１つの半導体光源、例えば、少なくとも１つの発光ダイオード、特に有機発光ダイオードおよび／または無機発光ダイオードを含み得る。一例として、照射源によって放射された光は、３００〜５００ｎｍの波長を有し得る。追加的にまたは代替的に、７８０ｎｍから３．０μｍの範囲内などの赤外線スペクトル範囲内の光を使用することができる。具体的には、シリコンフォトダイオードが特に適用可能な７００ｎｍから１０００ｎｍの範囲の近赤外領域を使用することができる。それらの一般的に定義されたビームプロファイルおよび他の取り扱い性の特性のために、照射源として少なくとも１つのレーザ源の使用が特に好ましい。本明細書では、単一のレーザ源の使用が好ましい場合があり、特に、ユーザによって容易に保管および移動可能であり得るコンパクトな走査システムを提供することが重要であり得る場合がある。したがって、照射源は、好ましくは検出器の構成部分であり得、したがって、特に検出器のハウジングなどの検出器内へ一体化され得る。好ましい実施形態では、特に走査システムのハウジングは、距離に関する情報をユーザに、読みやすい方法などで、提供するように構成された少なくとも１つのディスプレイを含むことができる。さらなる好ましい実施形態では、特に走査システムのハウジングは、さらに、走査システムに関連する少なくとも１つの機能を動作させるように、例えば１つまたは複数の動作モードを設定するように構成され得る、少なくとも１つのボタンを含むことができる。さらなる好ましい実施形態では、特に走査システムのハウジングは、特にユーザによる走査システムの距離測定および／または操作性の精度を向上させるために、磁性材料を含むベースプレートまたはホルダ等のような、例えば、ゴム足、ベースプレートまたは壁ホルダなど、走査システムをさらなる表面に固定するように構成され得る、少なくとも１つの固定ユニットをさらに含むことができる。
したがって、特に、走査システムの照射源は、単一のレーザビームを放射することができ、物体の表面に配置された単一のドットを照射するように構成され得る。本発明による少なくとも１つの検出器を使用することによって、少なくとも１つのドットと走査システムとの間の距離に関する少なくとも１つの情報項目を生成することができる。これにより、好ましくは、走査システムに含まれるような照射システムと、照射源によって生成されるような単一のドットとの間の距離が、例えば少なくとも１つの検出器に含まれる評価装置を使用することによって決定され得る。しかしながら、走査システムは、さらに、特にこの目的に適合させることができる追加の評価システムを含むことができる。代替的にまたは追加的に、走査システムのサイズ、特に走査システムのハウジングのサイズは考慮され得、したがって、走査システムのハウジング上の特定の点、例えば、ハウジングの前エッジや後エッジと単一のドットとの間の距離は、代わりに決定することができる。照射源は、点群を生成および／または投影するように構成され得、例えば、照射源は、少なくとも１つのデジタル光処理プロジェクタ（ＤＬＰ）、少なくとも１つのＬＣｏＳプロジェクタ、少なくとも１つの空間光変調器；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの発光ダイオードアレイ；少なくとも１つのレーザ光源アレイ、のうちの１つまたは複数を備えることができる。
代替的に、走査システムの照射源は、２つの個別のレーザビームを放射してもよく、該レーザビームは、ビームの放射方向の間に直角などのそれぞれの角度を提供するように構成されることができ、それにより、同じ物体の表面に位置する個別のドットまたは2つの別々の物体の2つの異なる表面が照射され得る。しかしながら、２つの個別のレーザビーム間のそれぞれの角度に関する他の値もまた実現可能であり得る。この特徴は、特に、例えば走査システムとドットの間の１つ以上の障害の存在またはその以外のことにより届くのが困難など、例えば直接的にアクセスできない間接的な距離の導出のために、間接測定機能に採用されることができる。例として、したがって、２つの個別の距離を測定し、ピタゴラスの公式を使用することによって高さを導出することによって、物体の高さの値を決定することが実現可能であり得る。特に物体に対して所定のレベルを維持することができるようにするために、走査システムはさらに、少なくとも１つの水平ユニット、特にユーザによって所定の高さを維持するために使用される一体型バブルバイアルを備えてもよい。
さらなる代替として、走査システムの照射源は、複数の個々のレーザビーム、例えば互いに対してそれぞれのピッチ、特に規則的なピッチを示し得るレーザビームのアレイを放射することができ、該レーザビームのアレイは少なくとも１つの物体の少なくとも１つの表面上に配置されたドットのアレイを生成するようなやり方で構成されてよい。この目的のために、ビーム分割装置およびミラーのような特別に適合された光学要素が設けられてよく、該光学要素は記載されたレーザビームのアレイの生成を可能にすることができる。特に、照明源は、１つ以上の可動ミラーを使用して周期的または非周期的に光ビームを指向することによって、領域または空間を走査するように指向されてもよい。
したがって、走査システムは、１つ以上の物体の１つ以上の表面上に配置された１つ以上のドットの静的配置を提供することができる。あるいは、走査システムの照射源、特に、上述したレーザビームアレイなどの１つ以上のレーザビームは、経時的に変化する強度を示すことができ、および／または、特に上述したマイクロミラーのアレイ内に含まれるマイクロミラーのような１つ以上のミラーを移動させることによって時間の経過中に放出方向を変えることができる、１つ以上の光ビームを提供するように構成されてよい。結果として、照射源は、走査装置の少なくとも１つの照射源によって生成される変化する特徴を有する１つ以上の光ビームを使用することにより、少なくとも１つの物体の少なくとも１つの表面の一部を画像として走査するように構成され得る。特に、走査システムは、したがって、１つ以上の物体の１つ以上の表面を順次または同時に走査するように、少なくとも１つのロー走査および／またはライン走査を使用することができる。したがって、走査システムは、３つ以上のドットを測定することによって角度を測定するように適合されることがで、または走査システムは、従来の測定スティックを使用してアクセスできないコーナーまたは屋根の切妻のような狭い領域を測定するように適合されることができる。非限定的な例として、走査システムは、例えば生産環境における安全レーザスキャナ、および／または３Ｄ印刷に関連してなどの物体の形状を決定に使用される３Ｄ走査装置、身体走査、品質管理、例えばレンジメータのような建設用途、小包のサイズまたは体積を決定するための物流用途、例えばロボット真空掃除機や芝刈機における家庭用途、または走査ステップを含む他の種類の用途、に使用され得る。非限定的な例として、走査システムは産業用安全カーテン用途に使用されてもよい。非限定的な例として、走査システムは、拭き掃除、真空吸引、モップがけ、またはワックスがけ機能、または草刈りまたは掻き取りなどのヤードまたは庭の手入れ機能を実行するのに使用することができる。非限定的な例として、走査システムは、コリメート光学系を有するＬＥＤ照照射源を使用してよく、また、より正確な結果を得るために照射源の周波数を異なる周波数にシフトさせ、および／または他の光を伝達しながら特定の光を減衰させるためにフィルタを使用してもよい。非限定的な例として、走査システムおよび／または照射源は、全体として回転させ、または動作中に専用のモータを使用してミラーやビームスプリッタなどの特定の光学パッケージのみを回転させることができ、走査システムは、全３６０度視野を有し得るか、または走査領域をさらに増大させるために平面外に移動および／または回転さえされ得る。さらに、照射源は所定の方向に能動的に向けられてもよい。さらに、有線の電気システムの回転を可能にするために、スリップリング、光データ伝送、または誘導結合を使用することができる。
非限定的な例として、走査システムは三脚に取り付けられ、いくつかの角部および表面を有する物体または領域を向くように向けることができる。１つ以上の柔軟に移動可能なレーザ源が走査システムに取り付けられている。１つ以上のレーザ源は、それらが関心点を照射するように動かされる。走査システム上の指定されたボタンを押すと、照射された点の走査システムに関する位置が測定され、位置情報が無線インターフェースを介して携帯電話に送信される。位置情報は携帯電話アプリケーションに保存される。レーザ源は、位置が測定され携帯電話アプリケーションに送信されるさらなる関心点を照射するように移動される。携帯電話アプリケーションは、隣接する点を平面で接続することによって、一組の点を３次元モデルに変換することができる。３次元モデルはさらに記憶され処理されてもよい。測定された点または表面間の距離および／または角度は、走査システムに取り付けられたディスプレイに、または位置情報が送信される携帯電話に直接表示されてよい。
非限定的な例として、走査システムは、点を投影するための２つ以上のよりフレキシブルな可動レーザ源と、線を投影する１つのさらなる可動レーザ源とを含み得る。線は、２つ以上のレーザスポットを線に沿って配置するように使用されてもよく、走査装置のディスプレイは、線に沿って配置された２つ以上のレーザスポット間の距離を等距離などで距離を表示してよい。
２つのレーザスポットの場合、単一のレーザ源を使用することができるが、投影点の距離は、１つ以上のビームスプリッタまたはプリズムを使用して修正され、ビームスプリッタまたはプリズムは、投影されたレーザスポットが互いに離れたり近づいたりするように移動することができる。さらに、走査システムは、直角、円、正方形、三角形などのさらなるパターンを投影するように適合されてもよく、該パターンに沿ってレーザスポットを投影し、それらの位置を測定することによって測定を行うことができる。
非限定的な例として、走査システムはライン走査装置として適合させることができる。特に、走査装置は少なくとも１つのセンサライン（行）またはロー（列）を含むことができる。三角測量システムは、近距離場では検出が不可能であり得るように、十分なベースラインを必要とする。レーザスポットが転送装置の方向に傾けられている場合、近距離場検出は可能であり得る。しかしながら、傾斜は光スポットが視野外に移動させ、遠距離場での検出を制限することにつながる。これらの近距離場および遠距離場の問題は、本発明による検出器を使用することによって克服することができる。特に、検出器は光センサのＣＭＯＳラインを含むことができる。走査システムは、物体から検出器までＣＭＯＳライン上で伝播する複数の光ビームを検出するように構成されてよい。光ビームは、物体上の異なる位置で、または照射源の移動によって発生させることができる。走査システムは、上述し且つ以下により詳細に説明するように商信号Ｑを決定することによって各光スポットの少なくとも１つの縦方向座標を決定するように適合され得る。
非限定的な例として、走査システムは、のこぎり、穴あけ機などの木材または金属の加工工具のような、工具を用いた作業を支援するように適合され得る。したがって、走査システムは、２つの反対方向の距離を測定し、そして２つの測定された距離または距離の合計をディスプレイに表示するように適合され得る。さらに、走査システムは、表面上に走査システムが配置されたときに、レーザポイントが自動的に表面に沿って走査システムから離れ、距離測定が表面の角またはエッジによる突然の変化を見せるまで移動するように、表面の縁までの距離を測定するように適合されてよい。これにより、走査装置が板の上にその端から離れて置かれている時に、木板の端までの距離を測定することが可能になる。さらに、走査システムは、一方向における厚板の端部の距離を測定し、反対方向に指定された距離で線または円または点を投影することができる。走査システムは、所定の合計距離に応じてなど、反対方向で測定された距離に応じて所定の距離に線または円または点を投影するように構成されてよい。これにより、走査システムを工具から安全な距離に配置しながら、のこぎりや穴あけ機などの工具を投影位置で使用して作業し、同時に板の端部まで所定の距離で工具を使用して処理を実行することができる。さらに、走査システムは、２つの反対方向に所定の距離に点または線などを投影するように構成されてもよい。距離の合計が変更されると、投影距離のうちの1つのみが変更される。
非限定的な例として、走査システムは、切断、鋸引き、穴あけなどの作業が行われる表面などの表面上に配置され、走査装置上のボタンなどを用いて調節できる所定の距離の表面上に線を投影するように適合され得る。
非限定的な例として、走査システムは、例えば生産環境における安全レーザスキャナ、および／または３Ｄ印刷に関連してなどの物体の形状を決定に使用される３Ｄ走査装置、身体走査、品質管理、例えばレンジメータのような建設用途、小包のサイズまたは体積を決定するための物流用途、例えばロボット真空掃除機や芝刈機における家庭用途、または走査ステップを含む他の種類の用途、に使用され得る。
転送装置は、上記で説明したように、物体から検出器に伝播する光を光センサへ、好ましくは連続的に供給するように設計することができる。上記で説明したように、この供給は任意選択的に画像形成によって、あるいは転送装置の非画像形成特性によって行うことができる。特に、転送装置は、後者が光センサに供給される前に電磁放射を収集するように設計することもできる。転送装置はまた、例えばガウスビーム特に知られたビームプロファイルを有する少なくとも１つ光ビームの少なくとも１つの線形結合のように、例えば、定義されたまたは正確に知られたビームプロファイルのように、例えば、定義された光学特性を有する光ビームを供給するように設計された照射源により、全体的にまたは部分的に少なくとも１つの任意選択的な照射源の構成部分であることができる。
ビーコン装置および／または少なくとも１つの任意の照射源は、一般的に、紫外線スペクトル範囲、好ましくは、２００ｎｍから３８０ｎｍの範囲；可視光スペクトル範囲（３８０ｎｍから７８０ｎｍ）；赤外線スペクトル範囲、好ましくは、７８０ｎｍから３．０マイクロメートル、より好ましくは、シリコンフォトダイオードが適用可能である近赤外領域の部分において、特に７００ｎｍから１０００ｎｍの範囲、のうちの少なくとも１つの範囲内の光を放出することが可能である。熱画像形成用途の場合、ターゲットは、遠赤外線スペクトルの範囲、好ましくは、３．０マイクロメートルから２０マイクロメートルの範囲の中の光を放出することが可能である。例えば少なくとも１つの照射源は、可視光スペクトル範囲、好ましくは、５００ｎｍから７８０ｎｍの範囲、最も好ましくは、６５０ｎｍから７５０ｎｍ、または、６９０ｎｍから７００ｎｍの範囲内にある光を放出するように適合されている。例えば、少なくとも１つの照射源は、赤外線スペクトル範囲の光を放射するように適合されている。しかしながら、他の選択肢も可能である。
センサ要素への光ビームの供給は、特に、例えば、円形、楕円形または異なる構成の断面を有する光スポットが光センサの任意のセンサエリア上に生成されるように成立され得る。一例として、検出器は、視覚範囲、特に立体角範囲および／または空間範囲を有することができ、その範囲内で物体を検出することができる。好ましくは、転送装置は、例えば検出器の視覚範囲内に配置された物体の場合には、光スポットが完全にセンサ領域上および／または光センサのセンサエリア上に配置されるように設計される。一例として、センサエリアは、この状態を確実にするために対応するサイズを有するように選択され得る。
さらなる態様において、本発明は、電子装置において使用するための慣性測定ユニットを開示する。電子機器は、モバイル電子機器であり得る。電子機器はカメラであってよい。電子機器はモバイルフォンであってよい。慣性測定ユニットは、本発明による少なくとも１つの検出器、例えば、上記で開示されたような、または以下でさらに詳細に開示されるような検出器に関する１つまたは複数の実施形態による少なくとも１つの検出器、を含む少なくとも１つの慣性測定ユニットによって決定されたデータを受信するように適合されている。本明細書で使用されるとき、用語「少なくとも１つの検出器によって決定されたデータ」は、少なくとも１つの縦方向座標ｚに関する少なくとも１つの情報を指す。慣性測定ユニットはさらに、車輪速度センサ、回転速度センサ、傾斜センサ、方位センサ、動きセンサ、磁気流体力学センサ、力センサ、角度センサ、角速度センサ、磁界センサ、磁力計、加速度計；ジャイロスコープ、からなる群から選択される少なくとも１つのさらなるセンサによって決定されたデータを受け取るように適合されている。本明細書で使用されるとき、用語「少なくとも１つのさらなるセンサによって決定されたデータ」は、角度情報；スピード情報；回転率に関する情報；傾斜に関する情報、からなる群から選択される少なくとも１つの情報を指す。慣性測定ユニットは、検出器および少なくとも１つのさらなるセンサからのデータを評価することによって、空間位置、相対運動または絶対運動、回転、加速度、方向、角度位置、傾斜、回転測度、速度、からなる群から選択される電子装置の少なくとも１つの特性を決定するように適合されている。慣性測定ユニットは、少なくとも１つのプロセッサを含み得る。プロセッサは、さらなるセンサによって記録されたデータを評価するように適合され得る。特に、プロセッサは、空間位置、空間配向、動きおよび速度のうちの１つまたは複数を決定および／または計算するように適合され得る。慣性測定ユニットは、複数のさらなるセンサを含み得る。
慣性測定ユニットは、少なくとも２つのさらなるセンサから決定された情報を融合するように適合され得る。慣性測定ユニットは、少なくとも１つのカルマンフィルタを使用することによって少なくとも２つのさらなるセンサの情報を融合するように適合され得る。上記で概説したように、検出器は、縦方向座標ｚの絶対的測定値を提供するように適合され得る。プロセッサ、例えば、上述の評価装置は、縦方向座標ｚを考慮して少なくとも２つのさらなるセンサの情報を融合するように適合され得る。様々なセンサ信号は、各センサ信号は測定誤差および不正確さを受けやすいことを考慮するために、推定されるカルマンフィルタまたは線形二次内で使用され得る。カルマンフィルタ内でこれらのセンサ信号を融合することにより、例えば縦方向座標の測定のための推定値を改善することができる。
さらなる態様において、本発明は、本発明による検出器のような、例えば、上で開示されたような、または以下でさらに詳細に開示されるような検出器を参照する１つまたは複数の実施形態による、検出器を使用することによって少なくとも１つの物体の位置を決定するための方法を開示する。それでも、他の種類の検出器を使用することができる。方法は、以下の方法ステップを含み、方法ステップは所与の順序で実行されてもよく、または異なる順序で実行されてもよい。さらに、列挙されていない１つまたは複数の追加の方法ステップが存在してもよい。さらに、方法ステップのうちの１つ、１つより多く、またはすべてさえも、繰り返し実行され得る。
この方法は以下の方法ステップを含む：
− 少なくとも２つの光センサを提供し、各光センサは感光エリアを有し、各光センサは、光ビームによるそのそれぞれの感光エリアの照射に応答してセンサ信号を生成するように構成され、検出器は少なくとも１つの転送装置を有し、転送装置は物体から検出器に伝播する光ビームに応じて少なくとも１つの焦点距離を有する、ステップ；
− 前記物体から前記検出器に伝播する光ビームによって前記検出器の前記少なくとも２つの光センサの各感光エリアを照射することによって、各感光エリアは少なくとも１つのセンサ信号を生成する、ステップ；および
− 前記センサ信号を評価し、それによって前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定し、前記評価は前記センサ信号の商信号Ｑを導出すること。
物体の縦方向座標ｚは、物体平面内の物体サイズから独立して、少なくとも１つの測定範囲において決定されてもよい。
商信号Ｑの導出は、センサ信号を割算すること、センサ信号の倍数を割算すること、またはセンサ信号の線形結合を割算する、のうちの１つまたは複数を含み得る。
方法は、物体から転送装置までの縦方向距離ｚ０；転送装置の焦点距離ｆ；転送装置の射出瞳の直径Ｅｘ；転送装置から感光エリアまでの縦方向距離ｚｓ；転送装置から物体の像までの距離ｚｉ；前記物体平面における物体サイズＯｓｉｚｅ、からなる群から選択される１つまたは複数のパラメータを調整することにより測定範囲を調整することを含む。
転送装置は光軸を有してよい。転送装置の実施形態に関して、上記の第１の態様に関して説明した転送装置の実施形態を参照する。
詳細、選択肢および定義については、上述のように検出器を参照することができる。したがって、具体的には、上記で概説したように、方法は、本発明による検出器を使用すること、例えば上記で与えられた、または以下でさらに詳細に与えられる実施形態のうちの１つまたは複数に従うことを含み得る。
第１の好ましい実施形態において、方法は以下の方法ステップを含むことができ、方法ステップは所与の順序で実行することができ、または異なる順序で実行することができる。さらに、１つまたは複数の列挙されていない追加の方法ステップが存在してもよい。さらに、方法ステップのうちの１つ、１つより多く、またはすべてさえも、繰り返し実行することができる。
方法ステップは以下の通りであり得る：
− 物体から検出器に伝播する光ビームによって検出器の少なくとも１つの第１光センサの少なくとも１つの第１感光エリアを照射し、それによって少なくとも１つの第１センサ信号を生成する、ステップ；
− 光ビームによって検出器の少なくとも１つの第２光センサの少なくとも１つの第２感光エリアを照射し、それによって少なくとも１つの第２センサ信号を生成し、第１感光エリアは第２感光エリアより小さい、ステップ；および
− 第１および第２のセンサ信号を評価し、それによって物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定する、ステップ。
具体的には、第１と第２のセンサ信号の評価は、第１および第２のセンサ信号を割算すること、第１および第２のセンサ信号の倍数を割算すること、または第１および第２のセンサ信号の線形結合を割算することによって商信号Ｑを導出することを含み得る。さらに、縦方向座標の決定は商信号Ｑを評価することを含み得る。
第２の好ましい実施形態において、方法は以下の方法ステップを含むことができ、方法ステップは所与の順序で実行することができ、または異なる順序で実行することができる。さらに、１つまたは複数の列挙されていない追加の方法ステップが存在してもよい。さらに、方法ステップのうちの１つ、１つより多く、またはすべてさえも、繰り返し実行することができる。
方法ステップは以下の通りであり得る。
− 物体から検出器に伝播する少なくとも１つの光ビームによって検出器の少なくとも１つのセンサ要素を照射し、検出器は光センサのマトリックスを有し、光センサはそれぞれ感光エリアを有し、各光センサは照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成する、ステップ；
− センサ信号を、
− 最高のセンサ信号を有し、少なくとも１つの中心信号を形成する少なくとも１つの光センサを決定することによって評価する、ステップ；
ａ） 前記マトリックスの前記光センサの前記センサ信号を評価し、少なくとも１つの和信号を形成すること；
ｂ） 中心信号と和信号を結合することにより少なくとも１つの結合信号を決定すること；および、
ｃ） 結合信号を評価することによって物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定すること。
具体的には、第１および第２のセンサ信号の評価は、中心信号と前記和信号の商またはその逆の商を形成すること、中心信号の倍数と和信号の倍数の商またはその逆の商を形成すること、中心信号の線形結合と和信号の線形結合の商またはその逆の商を形成すること、前記中心信号と前記和信号の第１の線形結合と前記中心信号と前記和信号の第２の線形結合の商を形成すること、のうちの１つまたは複数によって商信号Ｑを導出することを含み得る。さらに、縦方向座標の決定は、商信号Ｑを評価することを含み得る。商信号の評価は、特に、縦方向座標を決定するために、商信号Ｑと縦方向座標との間の少なくとも１つの所定の関係を使用することを含み得る。
第３の好ましい実施形態において、方法は以下の方法ステップを含むことができ、方法ステップは所与の順序で実行することができ、または異なる順序で実行することができる。さらに、１つまたは複数の列挙されていない追加の方法ステップが存在してもよい。さらに、方法ステップのうちの１つ、１つより多く、またはすべてさえも、繰り返し実行することができる。
方法ステップは以下の通りであり得る。
− 少なくとも２つの光センサを提供し、各光センサは感光エリアを有し、各感光エリアは幾何学中心を有し、光センサの幾何学中心は検出器の光軸から異なる距離で離間し、各光センサは、光ビームによるそれぞれの感光エリアの照射に応答してセンサ信号を生成するように構成されているステップ；
− 検出器の少なくとも２つの光センサの少なくとも２つの感光エリアを、物体から検出器に伝播する光ビームによって照射し、それによって少なくとも２つのセンサ信号を生成するステップ；および
− 少なくとも２つのセンサ信号を結合することによって前記センサ信号を評価し、それによって物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するステップ。
具体的には、第１および第２のセンサ信号の評価は、センサ信号を割算すること、センサ信号の倍数を割算すること、またはセンサ信号の線形結合を割算すること、のうちの１つまたは複数によって商信号Ｑを導出することを含み、縦方向座標の決定は、商信号Ｑを評価することを含み得る。さらに、縦方向座標の決定は、商信号Ｑを評価することを含み得る。
さらなる好ましい実施形態において、方法は以下の方法ステップを含むことができ、方法ステップは所与の順序で実行することができ、または異なる順序で実行することができる。さらに、１つまたは複数の列挙されていない追加の方法ステップが存在してもよい。さらに、方法ステップのうちの１つ、１つより多く、またはすべてさえも、繰り返し実行することができる。
方法ステップは以下の通りであり得る。
− 物体から検出器に伝播する光ビームによって少なくとも１つの第１光センサの少なくとも１つの第１感光エリアを照射し、第１の感光エリアの照射に応答して、第１の光センサによって少なくとも１つの第１センサ信号を生成する、ステップ；
− 光ビームによって少なくとも１つの第２光センサの少なくとも１つの第２感光エリアを照射し、第２の感光エリアの照射に応答して、第２の光センサによって少なくとも１つの第２センサ信号を生成し、第２の光センサは：
・第２の感光エリアを形成する少なくとも１つの蛍光導波シートであって、前記蛍光導波シートは、物体から検出器に向かって伝播する少なくとも１つの光ビームが第２の感光エリアに少なくとも１つの光スポットを生成するように、物体に向かって配向し、前記蛍光導波シートは、少なくとも１つの蛍光材料を含み、前記蛍光材料は、前記光ビームによる照射に応答して蛍光ライトを生成するように適合されている、蛍光導波シートと；
・前記蛍光導波シートの少なくとも１つのエッジに配置された少なくとも１つの感光要素であって、前記蛍光導波シートによって、前記光スポットから前記感光要素へガイドされた蛍光ライトを検出することができ、前記光ビームによる前記第２の感光エリアの照射に応答して少なくとも１つの第２センサ信号を生成することができ、前記第１の感光エリアは前記第２の感光エリアよりも小さい、感光要素と；
を有する、ステップと
− 前記第１および第２のセンサ信号を評価することにより、前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するステップ。
具体的には、上述のように、第１および第２のセンサ信号の評価は、第１および第２のセンサ信号を割算すること、第１および第２のセンサ信号の倍数を割算すること、または第１および第２のセンサ信号の線形結合を割算することによって商信号Ｑを導出することを含み得る。物体の縦方向座標の決定は商信号Ｑを評価することを含み得る。上述のように、商信号と縦方向座標との間の少なくとも１つの所定の関係は、縦方向座標を決定するために使用することができる。
また上述したように、第２の光センサは具体的には少なくとも２つの感光要素を含み得る。方法は、感光要素のセンサ信号を評価することによって、物体の少なくとも１つの横方向座標ｘ，ｙを決定することをさらに含むことができる。
詳細、選択肢および定義については、上述のように検出器を参照することができる。したがって、具体的には、上記で概説したように、方法は、本発明による検出器を使用すること、例えば上記で与えられた、または以下でさらに詳細に与えられる実施形態のうちの１つまたは複数に従うことを含み得る。
さらに好ましい実施形態では、方法は以下のステップを含む：
− 少なくとも１つの角度依存光学要素を提供し、入射角に依存する少なくとも１つのビームプロファイルを有する少なくとも１つの光ビームを生成するステップ；
− 少なくとも２つの光センサを提供し、各光センサは少なくとも１つの感光エリアを有し、各光センサは角度依存光学要素によって生成された光ビームによるそれぞれの感光エリアの照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計されているステップ；
− 角度依存光学要素によって生成された光ビームによって検出器の少なくとも２つの光センサの各感光エリアを照射することによって、各感光エリアが少なくとも１つのセンサ信号を生成するステップ；および
センサ信号を評価し、それによって物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定し、評価がセンサ信号の結合信号Ｑを導出することを含む。
具体的には、第１および第２のセンサ信号を評価することは、第１および第２のセンサ信号を割算することによって、第１および第２のセンサ信号の倍数を割算することによって、または第１および第２のセンサ信号の線形結合を割算することによって商信号Ｑを導出することを含み得る。さらに、縦方向座標を決定することは、商信号Ｑを評価することを含むことができる。
また上述したように、第２の光センサは具体的には少なくとも２つの感光要素を含み得る。この方法は、感光要素のセンサ信号を評価することによって物体の少なくとも１つの横方向座標ｘ，ｙを決定することをさらに含むことができる。
詳細、選択肢および定義については、上述のように検出器を参照することができる。したがって、具体的には、上記で概説したように、方法は、本発明による検出器を使用すること、例えば上記で与えられた、または以下でさらに詳細に与えられる実施形態のうちの１つまたは複数に従うことを含み得る。
本発明のさらなる態様において、本発明による検出器の使用、例えば上記で与えられた、または以下でさらに詳細に与えられる１つまたは複数の実施形態による検出器の使用は、交通技術における位置測定；娯楽用途；光データ記憶用途；セキュリティ用途；監視用途；安全用途；ヒューマンマシンインターフェース用途；追跡用途；写真撮影用途；撮像またはカメラ用途；少なくとも１つの空間のマップを発生させるためのマッピングの用途；車両用のホーミングまたは追跡ビーコン検出器；マシンビジョン用途；ロボット用途；品質管理用途、製造用途、からなる群から選択される使用目的が提案される。
物体は、一般的に、生物であってもよく、または、非生物であってもよい。また、検出器または検出器システムは、少なくとも１つの物体を含むことが可能であり、それによって、物体は、検出器システムの一部を形成している。好ましくは、しかしながら、好ましくは、物体は少なくとも１つの空間的次元において、検出器から独立して移動することが可能である。
物体は、一般的に、任意の物体であり得る。一実施形態では、物体は硬質物体であり得る。他の実施形態も可能であり、例えば、物体が非剛体物体である実施形態、または、その形状を変化させ得る物体など、他の実施形態も実行可能である。
さらに詳細に下記に概説されることになるように、本発明は、具体的には、人の位置および／または人の動きを追跡するために使用され得、例えば、マシンの制御、ゲーミング、または、スポーツのシミュレーションなどの目的のために使用され得る。この実施形態または他の実施形態では、具体的には、物体は、スポーツ用品、好ましくは、ラケット、クラブ、バットからなる群から選択される物品；衣料品；帽子；靴からなる群から選択され得る。
したがって、一般的に、本発明による装置、例えば検出器は、様々な分野で適用され得る。具体的には交通技術における位置測定；娯楽用途；セキュリティ用途；ヒューマンマシンインターフェース用途；追跡用途；写真撮影用途；少なくとも１つの空間のマップを発生させるためのマッピングの用途、例えば、部屋、建物、および街路からなる群から選択される少なくとも１つの空間のマップを発生させるためのマッピング用途；モバイルの用途；ウェブカム；オーディオデバイス；ドルビーサラウンドオーディオシステム；コンピュータ周辺デバイス；ゲーミングの用途；カメラまたはビデオの用途；セキュリティ用途；監視用途；自動車用途；輸送用途；医療用途；スポーツ用途；マシンビジョン用途；車両用途；飛行機用途；船舶用途；宇宙船用途；建物用途；建築用途；地図製作用途；製造用途、からなる群から選択される使用目的が適用され得る。追加的にまたは代替的に、ローカルポジショニングシステムおよび／またはグローバルポジショニングシステムにおける用途も挙げることが可能であり、特に、ランドマークを基礎とする位置決めおよび／またはインドアナビゲーションおよび／またはアウトドアナビゲーション、具体的には、車または他の車両（例えば、列車、オートバイ、自転車、貨物輸送のためのトラックなど）、ロボットにおける使用のための、または、歩行者による使用のためのものも挙げることが可能である。さらに、インドアポジショニングシステムは、例えば、家庭内アプリケーションに関して、および／または、製造技術、輸送、監視またはメンテナンス技術において使用されるロボットに関して、考えられる用途として挙げられ得る。
本発明による装置は、モバイルフォン、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、スマートパネル、または、他の据置型コンピュータ，モバイルコンピュータ、または通信の用途において使用され得る。したがって、本発明による装置は、性能を向上させるために、少なくとも１つの能動型光源と組み合わせられ得、例えば、可視光範囲または赤外線スペクトル範囲の光を放出する光源などと組み合わせられ得る。したがって、一例として、本発明による装置は、カメラおよび／またはセンサとして使用され得、例えば、環境、物体、および生物を走査および／または検出するためのモバイルソフトウェアと組み合わせて使用され得る。本発明による装置は、画像効果を高めるために、２Ｄカメラ、例えば従来のカメラと組み合わせられ得る。本発明による装置は、さらに、監視のために、および／もしくは、記録目的のために使用され得、または、モバイル装置を制御するための入力装置として、特に、声および／もしくはジェスチャ認識と組み合わせて使用され得る。したがって、具体的には、ヒューマンマシンインターフェースとして作用する本発明による装置は、入力装置とも称され、モバイル用途、例えば、モバイルフォンなどのようなモバイル装置を介して、他の電子装置またはコンポーネントを制御するためなどのために使用され得る。例として、本発明による少なくとも１つの装置を含むモバイルの用途は、テレビジョンセット、ゲームコンソール、音楽プレーヤもしくは音楽デバイス、または、他の娯楽装置を制御するために使用され得る。
さらに、本発明による装置、ウェブカム、または、コンピューティング用途のための他の周辺装置において使用され得る。したがって、一例として、本発明による装置は、画像ング、記録、監視、走査、または運動検出に関するソフトウェアと組み合わせて使用され得る。ヒューマンマシンインターフェースおよび／または娯楽装置の文脈において概説されているように、本発明による装置は、顔表現および／または身体表現によってコマンドを与えることに関して、特に有用である。本発明による装置は、他の入力発生デバイス、例えば、マウス、キーボード、タッチパッド、マイクロフォンなどと組み合わせられ得る。さらに、本発明による装置は、例えば、ウェブカムを使用することなどによるゲーミングに関する用途において使用され得る。さらに、本発明による装置は、バーチャルトレーニングの用途および／またはビデオ会議において使用され得る。さらに、本発明による装置は、特に、ヘッドマウントディスプレイを装着しているときに、バーチャルリアリティまたはオーグメンテッドリアリティの用途において使用される手、腕、または物体を認識または追跡するために使用され得る。
さらに、本発明による装置は、部分的に上記に説明されているように、モバイルオーディオ装置、テレビジョン装置、およびゲーミング装置において使用され得る。具体的には、本発明による装置は、電子装置または娯楽装置などのための制御または制御装置として使用され得る。さらに、本発明による装置は、視線検出またはアイトラッキングに関して使用され得、例えば、２Ｄディスプレイ技法および３Ｄディスプレイ技法において、特に、オーグメンテッドリアリティの用途のために、および／または、ディスプレイが見られているかどうかを認識するために、および／または、どの視点からディスプレイが見られているかを認識するために、透明なディスプレイとともに使用され得る。さらに、本発明による装置は、特に、ヘッドマウントディスプレイを装着しているときに、バーチャルリアリティまたはオーグメンテッドリアリティの用途に関連して、部屋、境界線、障害物を探索するために使用され得る。
さらに、本発明による装置は、ＤＳＣカメラなどのようなデジタルカメラの中で使用され得、または、デジタルカメラとして使用され得、および／または、ＳＬＲカメラなどのようなレフレックスカメラの中で使用され得、または、レフレックスカメラとして使用され得る。これらの用途に関して、上記に開示されているように、モバイルフォンなどのようなモバイルの用途における、本発明による装置の使用が参照され得る。
さらに、本発明による装置は、セキュリティおよび監視の用途のために使用され得る。したがって、一例として、本発明による少なくとも１つの装置は、１つまたは複数のデジタル電子機器および／またはアナログ電子機器と組み合わせられ得、１つまたは複数のデジタル電子機器および／またはアナログ電子機器は、（例えば、銀行または博物館における監視の用途に関して）対象が所定のエリアの中または外側にある場合に、信号を与えることになる。具体的には、本発明による装置は、光学的な暗号化のために使用され得る。本発明による少なくとも１つの装置を使用することによる検出は、波長を補完する他の検出装置、例えばＩＲ、Ｘ線、ＵＶ−ＶＩＳ、レーダーまたは超音波検出器と組み合わせられ得る。本発明による装置は、さらに、能動型赤外線光源と組み合わせられ得、低い光の周囲の中での検出を可能にする。本発明による装置は、一般的に、能動型検出器システムと比較して有利であり、それは特に本発明による装置は、例えば、レーダー用途、超音波用途、ＬＩＤＡＲまたは同様の能動型検出器装置の場合のように、第三者によって検出される可能性がある信号を能動的に送信することを回避するためである。したがって、一般的に、本発明による装置は、移動している物体を認識せずかつ検出不可能な追跡のために使用され得る。追加的に、本発明による装置は、一般的に、従来のデバイスと比較して、不正操作されにくく、また過敏になりにくい。
さらに、本発明による装置を使用することによる３Ｄ検出の容易さおよび精度を考えると、本発明による装置は、一般的に、顔、身体、および人の認識および識別のために使用され得る。その中で、本発明による装置は、識別または個人化の目的のために他の検出手段、例えば、パスワード、指紋、虹彩検出、音声認識、または他の手段と組み合わせられ得る。したがって、一般的に、本発明による装置は、セキュリティ装置および他の個人化された用途において使用され得る。
さらに、本発明による装置は、製品の識別のための３Ｄバーコードリーダーとして使用され得る。
上述のセキュリティおよび監視の用途に加えて、本発明による装置は、一般的に、空間およびエリアの監視およびモニタリングのために使用され得る。したがって、本発明による装置は、空間およびエリアを監視およびモニタリングするために使用され得、例として、禁止エリアが侵入された場合に警報をトリガまたは実行するために使用され得る。したがって、一般的に、本発明による装置は、建物監視または博物館における監視目的のために使用され得、任意に、他のタイプのセンサと組み合わせて使用され得、例えば、モーションセ増強装置または画像強調装置および／または光電子増倍管と組み合わせて使用され得る。さらに、本発明による装置は、公共空間または混雑した空間において使用され、潜在的に危険な活動、例えば、駐車場における盗難などのような犯罪行為、または、空港における持ち主不明の手荷物などのような、持ち主不明の物体の検出が可能である。
さらに、本発明による装置は、ビデオおよびカムコーダ用途などのカメラ用途において有利に適用され得る。したがって、本発明による装置は、モーションキャプチャおよび３Ｄムービー記録のために使用され得る。その中で、本発明による装置は、一般的に、従来の光学的なデバイスを上回る多数の利点を提供する。したがって、本発明による装置は、一般的に、光学コンポーネントに関して、より低い複雑さを必要とする。したがって、例として、レンズの数は、例えば、１つのレンズだけを有する本発明による装置を提供することなどによって、従来の光学的な装置と比較して低減され得る。複雑さを低減しているため、例えば、モバイルの用途などの非常にコンパクトな装置が可能である。高品質の２つ以上のレンズを有する従来の光学システムは、体積の大きいビームスプリッタの一般的な必要性に起因して、一般的に体積が大きい。さらに、本発明による装置は、一般的に、オートフォーカスカメラなどのような、フォーカス／オートフォーカスデバイスのために使用され得る。さらに、本発明による装置は、また、光学顕微鏡において、特に、共焦点顕微鏡において使用され得る。
さらに、本発明による装置は一般的に、自動車技術および輸送技術の技術分野においても適用可能である。このように、一例として、本発明による装置は例えば適応型クルーズコントロール、非常用ブレーキアシスト、車線離脱警告、サラウンドビュー、死角検出、交通標識検出、交通標識認識、車線認識、後部横断通行警告、接近する交通量または前方に走行する車両に応じてヘッドライトの強度と範囲を調整するための光源認識、適応型フロントライトシステム、ハイビームヘッドライトの自動制御、フロントライトシステムの適応型カットオフライト、防眩フロントライトシステム、ヘッドライト照射による動物または障害物などのマーキング、後部横断通行警告、高度運転者支援システムなどおよび他の運転者支援システムまたは他の自動車および交通用途などのための距離センサおよび監視センサとして使用され得る。さらに、本発明による装置は、特に衝突回避のために運転者の操縦を事前に予測するように適合され得る運転者支援システムに使用され得る。さらに、本発明による装置は、本発明による検出器を使用することによって得られる位置情報の第１および第２の時間微分を分析することなどによって、速度および／または加速度の測定にも使用され得る。この特徴は一般的に、自動車技術、輸送技術または全般的交通技術に適用可能である。他の分野の技術への応用も実現可能である。車室内測位システムにおける具体的用途として、輸送における乗客の位置の検出、より具体的にはエアバッグなど安全システムの使用の電子制御が挙げられる。エアバッグの使用によって深刻な怪我を引き起こすような乗客の車両内での位置の場合には、エアバッグの使用を防止することができる。さらに、乗り物、例えば自動車、電車、航空機など、特に自律走行車において、本発明による装置は、運転者が交通に注意を配っているか、または気が散っているか、眠気があるか、または疲労があるか、またはアルコールなどの消費が原因で運転ができない状態かどうかの判定に使用することができる。
これらの用途または他の用途では、一般的に、本発明による装置は、独立型装置としてあるいは他のセンサ装置と組み合わせて、例えば、レーダーおよび／または超音波デバイスと組み合わせて使用され得る。具体的には、本発明による装置は、自動運転および安全性問題に関して使用され得る。さらに、これらの用途では、本発明による装置は、赤外線センサ、音波センサであるレーダーセンサ、２次元カメラ、または、他のタイプのセンサと組み合わせて使用され得る。本発明による装置の一般的に受動的な性質は有利である。このように、本発明による装置は一般的に信号を放出する必要がないため、能動的センサ信号が他の信号源と干渉するリスクを回避することができる。本発明による装置は特に標準的な画像認識ソフトウェアなど、認識ソフトウェアと組み合わせて使用され得る。このように、本発明による装置によって提供される信号およびデータは典型的に、容易に処理可能であり、したがって一般的に、計算能力に対する要求は、確立された３Ｄ測定システムよりも低い。低い空間需要を考えると、カメラのような本発明による装置は、例えば、窓スクリーンの上または後ろ、フロントフード上、バンパー上、ライト上、ミラー上、または他の場所など、車両内の事実上あらゆる場所に配置することができる。本発明による様々な検出器、例えば本発明の範囲内に開示された効果に基づく１つまたは複数の検出器は、自律的な運転を可能にするため、または能動的な安全コンセプトの性能を向上させるために組み合わせることができる。したがって、本発明による様々な装置は、本発明による１つまたは複数の他の装置および／または従来のセンサ、例えば後部窓、側部窓または前部窓のような窓の中、バンパー上またはライト上などにおいて組み合わせることができる。
本発明による少なくとも１つの検出器のような本発明による少なくとも１つの装置と、１つまたは複数の雨検出センサとの組み合わせも可能である。これは、本発明による装置が一般にレーダーのような従来のセンサ技術より、特に大雨の間に有利であるという事実による。本発明による少なくとも１つの装置とレーダーなどの少なくとも１つの従来の感知技術との組み合わせは、ソフトウェアが気象条件に応じて信号の適切な組み合わせを選択させることができる。
さらに、本発明による装置は一般的に、ブレーキアシストおよび／またはパーキングアシストおよび／または速度測定のためにも使用され得る。速度測定は、車両と一体化または車両の外部において使用されることが可能であり、例えば交通管制における他の自動車の速度を測定するために使用され得る。さらに、本発明による装置は、駐車場で空き駐車スペースを検出するためにも使用され得る。
さらに、本発明による装置は、医療システムおよびスポーツの分野でも使用され得る。したがって、医療技術分野において例えば内視鏡で使用される手術用ロボットが挙げられるが、なぜなら上記で概説したように、本発明による装置は少ない容量しか必要とせず、他の装置に一体化することができるからである。具体的に、せいぜい１つのレンズを有する本発明による装置は、内視鏡など医療用装置において３Ｄ情報を取り込むために使用され得る。さらに、本発明による装置は、運動の追跡および分析を可能にするために、適切なモニタリングソフトウェアと組み合わされ得る。これにより、内視鏡や外科用メスなどの医療用装置の位置を磁気共鳴画像法、Ｘ線撮像、または超音波撮像から得られるような医療画像からの結果と即座に重ね合わせることができる。これらの用途は具体的に、例えば脳手術および遠隔診断および遠隔治療など、精密な位置情報が重要となる医療処置において有益である。さらに、本発明による装置は、３Ｄボディスキャンにも使用され得る。ボディスキャンは医療分野において、歯科手術、形成手術、肥満手術または美容整形手術などに適用され得るか、あるいは筋膜疼痛症候群、癌、身体醜形傷害または他の疾患などの医療診断分野に適用され得る。ボディスキャンはさらに、スポーツ用具の人間工学的な使用または適合を評価する目的で、スポーツ分野でも適用され得る。さらに、本発明による装置は、ウェアラブルロボット、例えば外骨格または人工補綴物に使用することができる。
ボディスキャンはさらに、衣類の文脈において、例えば衣類の適切なサイズやフィット感の判定にも使用され得る。この技術はテーラーメードの衣類の文脈で、あるいはインターネットまたはセルフサービスのショッピング装置、例えばマイクロキオスク装置または顧客コンシェルジュ装置などから注文した衣類または履物の文脈で使用され得る。衣類の文脈におけるボディスキャンは、しっかりと正装した顧客を走査するために特に重要である。
さらに、本発明による装置は、人数計数システムの文脈において、例えばエレベーター、列車、バス、乗用車、または航空機内の人数の計数、あるいは玄関、扉、通路、小売店舗、スタジアム、娯楽会場、博物館、図書館、公共の場所、映画館、劇場などを通過する人数を計数するために使用され得る。さらに、人数計数システムにおける３Ｄ機能は、計数される人々に関する詳細情報、例えば身長、体重、年齢、体力などの情報を取得または推定するために使用され得る。この情報は、ビジネスインテリジェンス測定基準向けに、および／または人々が数えられ得る局所をさらに最適化し、それをより魅力的で安全にするために使用され得る。小売環境において、人数計数の文脈における本発明による装置は、再来店顧客または横切る買物客を認識、買物行動の評価、購入する来訪者の割合の評価、スタッフのシフトの最適化、あるいはショッピングモールにおける来訪者１人当たりコストのモニタリングなどに使用され得る。さらに、人数計数システムは身体計測調査にも使用され得る。さらに、本発明による装置は公共輸送システムにおいて、輸送距離に応じた自動運賃課金にも使用され得る。さらに、本発明による装置は子どもの遊び場において、負傷した子どもまたは危険な活動に関わっている子どもを認識するために使用され得、遊び場の玩具とのさらなる相互作用を可能にし、遊び場の玩具などの安全な使用の確保等にも使用され得る。
さらに、本発明による装置は建設用具、例えば物体または壁までの距離を判定し、表面が平面かどうかを評価し、物体を正しい順番で整列または配置するための距離計、あるいは建設環境などで使用するための検査用カメラにおいて使用され得る。
さらに、本発明による装置は例えばトレーニング、遠隔指導または競技目的などのスポーツおよび運動の分野でも適用され得る。具体的に、本発明による装置は、ダンス、エアロビクス、フットボール、サッカー、バスケットボール、野球、クリケット、ホッケー、陸上競技、水泳、ポロ、ハンドボール、バレーボール、ラグビー、相撲、柔道、フェンシング、ボクシング、ゴルフ、カーレース、レーザタグ、戦場シミュレーションなどの分野でも適用され得る。本発明による装置は、スポーツと試合の両方において、ボール、バット、剣、動きなどの位置を検出するために使用され得、例えば、試合の監視、審判の支援、または判断、特にスポーツにおける特定の状況の自動判断、例えばポイントまたはゴールが実際に行われたかどうかを判定するために、使用され得る。
さらに、本発明による装置は自動車レースまたは自動車運転訓練または自動車の安全性の訓練などの分野において、自動車の位置または自動車の進路、あるいは前の進路または理想的な進路からの逸脱などを判定するために使用され得る。
本発明による装置はさらに、楽器の練習の補助、特に遠隔レッスンをサポートするために使用され得、例えば弦楽器のレッスン、例えばフィドル、バイオリン、ビオラ、チェリー、ベース、ハープ、ギター、バンジョー、またはウクレレなど、鍵盤楽器、例えば、ピアノ、オルガン、キーボード、ハープシコード、ハーモニウムまたはアコーディオンなど、および／または打楽器、例えば、ドラム、ティンパニ、マリンバ、木琴、ビブラホン、ボンゴ、コンガ、ティンバー、ジャンベまたはタブラなどのレッスンをサポートするためにさらに使用され得る。
本発明による装置はさらに、リハビリテーションおよび理学療法においても、トレーニングを促進するために、および／または動きを調査して修正するために使用され得る。この場合、本発明による装置は遠隔診断にも適用され得る。
さらに、本発明による装置はマシンビジョンの分野でも適用され得る。したがって、１つまたは複数の本発明による装置を、例えば自律運転および／またはロボットの作業用の受動的制御ユニットとして使用することができる。移動ロボットと組み合わせることにより、本発明による装置は、自律的な移動および／または部品の不具合の自律的な検出を可能にし得る。本発明による装置は、例えばロボットと製造部品と生物との間での事故、衝突を含むがそれに限定されない事故を回避するために、製造および安全性の監視にも使用され得る。ロボット工学では、ロボットが人間を認識しないと人間に深刻な傷を負わせるおそれがあることから、人間とロボットの安全で直接的な相互作用がしばしば問題となる。本発明による装置は、ロボットがより良くかつ迅速に物体や人間の位置を確認するのに役立ち、安全な対話を可能にし得る。本発明による装置の受動的性質を考えると、本発明による装置は能動的な装置よりも有利であり、および／または、既存のレーダー、超音波、２Ｄカメラ、ＩＲ検出などの現存する解決法を補完するために使用することができる。本発明による装置における１つの特有の利点は、信号干渉の可能性が低いことである。したがって、信号干渉のリスクを伴わずに複数のセンサが同じ環境で同時に、作動し得る。このように、本発明による装置は、一般的に、例えば、それに限定されないが、自動車、採鉱、鉄鋼などのような、高度に自動化された生産環境において有用である可能性がある。本また、本発明による装置は、生産における品質制御のために使用され得、例えば、品質制御または他の目的のために、例えば２Ｄ撮像、レーダー、超音波、ＩＲなど他のセンサと組み合せて使用され得る。さらに、本発明による装置は、マイクロメートル範囲からメートル範囲まで、製品の表面の均一性または規定寸法の順守調査のためなど、表面品質の評価に使用することができる。他の品質管理用途も実現可能である。製造環境において、本発明による装置は、大量の廃棄物を避けるために、食品または木材など複雑な三次元構造を有する天然物を加工するために特に有用である。さらに、本発明による装置は、タンクやサイロなどの充填レベルを監視するために使用され得る。さらに、本発明による装置は、欠落部品、不完全な部品、緩んでいる部品、または低品質部品の検査などの複雑な製品検査に使用され得、例えば自動光学検査で、例えばプリント回路基板に関連する検査、組立品または部分組立品の検査、工学的構成要素の検証、エンジン部品検査、木材品質検査、ラベル検査、医療機器検査、製品配向検査、包装検査、食品包装検査などに使用され得る。
さらに、本発明による装置は車両、列車、航空機、船舶、宇宙船および他の交通用途にも使用され得る。このように、交通用途の文脈においては上述の用途に加え、航空機や車両などのための受動型追跡システムも挙げることができる。本発明による少なくとも１つの装置の使用、例えば移動中の物体の速度および／または方向を監視するために、本発明による少なくとも１つの検出器を使用することは実現可能である。具体的に、陸地、海および宇宙空間を含む空における高速移動中の物体の追跡が挙げられる。本発明による少なくとも１つの装置、例えば発明による少なくとも１つの検出器は、具体的に、固定型および／または移動型の装置に取り付けることができる。本発明による少なくとも１つの装置の出力信号は、例えば他の物体の自律移動または誘導移動のための誘導機構と組み合わせることができる。したがって、衝突を回避するための用途、または、追跡物体と操作物体の間で衝突を可能にするための用途も実行可能である。追跡物体と操作物体の間で衝突を回避するためまたは衝突を可能にするための用途が実現可能である。本発明による装置は、要求される計算能力が低いことと、応答が速いことに起因して、および、例えばレーダーなど能動型システムと比較して検出および妨害がより困難な検出システムの受動的性質に起因して、一般的に有用かつ有利である。本発明による装置は、例えば速度制御装置や航空交通制御装置に特に有用であるが、これらに限られるわけではない。さらに、本発明による装置は、道路課金に関する自動料金徴収システムで使用され得る。
本発明による装置は、一般に受動的用途に使用することができる。受動的な用途としては、港や危険な場所にある船舶、および着陸時または発進時の航空機に対するガイダンスがある。この場合、精密な誘導のため、固定型の既知の能動的標的が使用され得る。鉱山用車両など、危険であるが明白に定められているルートを走行する車両にも同じものを使用することができる。さらに、本発明による装置は、自動車、列車、飛行物体、動物など、急速に接近する物体の検出にも使用され得る。さらに、本発明による装置は、物体の速度または加速度を検出するため、あるいは、時間に応じて、その位置、速度、および／または加速度のうちの１つまたは複数を追跡することにより物体の動きを予測するために使用できる。
さらに、上で概説したように、本発明による装置はゲーミングの分野で使用することができる。したがって、本発明による装置は、動きをその内容に組み込むソフトウェアと組み合わせた動きの検出など、同じまたは異なるサイズ、色、形状などの複数のオブジェクトとともに使用するために受動的であり得る。特に、アプリケーションは、グラフィック出力へ動きを実行するのに適している。さらに、例えば、ジェスチャ認識または顔認識のために本発明による装置のうちの１つまたは複数を使用することなどによって、コマンドを与えるための本発明による装置の用途も実行可能である。本発明による装置は、暗い場所や周囲の状況を改善する必要があるその他の状況の下で動作するために能動型システムと組み合わせることができる。追加的または代替的に、本発明による１つまたは複数の装置と１つまたは複数のＩＲまたはＶＩＳ光源との組み合わせが可能である。本発明による検出器と特別な装置との組み合わせもまた可能であり、該組み合わせは、システムおよびそのソフトウェアにより、限定されないが例えば、特別な色、形状、他の機器との相対位置、動きの速さ、光、装置の光源を変調するために使用される周波数、表面特性、使用材料、反射特性、透明度、吸収特性などにより容易に区別される。該装置は、他の可能性の中でも特に、スティック、ラケット、クラブ、銃、ナイフ、ホイール、指輪、ステアリングホイール、ボトル、ボール、ガラス、花瓶、スプーン、フォーク、立方体、サイコロ、フィギュア、人形、テディ、ビーカー、ペダル、スイッチ、グローブ、宝石、楽器、または、楽器を演奏するための補助装置、例えば、ピック、ドラムスティックなどに似ていることが可能である。他の選択肢も可能である。
さらに、本発明による装置は、例えば、高温またはさらなる発光プロセスなどにより、それ自体で発光する物体を検出および／または追跡するために使用することができる。発光部は、排気流などであってもよい。さらに、本発明による装置は、反射物体を追跡し、これらの物体の回転または配向を分析するために使用することができる。
さらに、本発明による装置は、一般に、建築、建設および地図作成の分野で使用することができる。したがって、一般に、本発明による１つまたは複数の装置は、例えば田舎や建物の環境領域を測定および／または監視するために使用することができる。その中で、本発明による１つまたは複数の装置は、他の方法および装置と組み合わせるか、あるいは単独で、建築プロジェクト、変化す物体、家などの進捗および正確さを監視するために使用されてもよい。本発明による装置は、部屋、街路、家、コミュニティまたは風景の地図を構築するために、地上または空中から走査された環境の三次元モデルを生成するために使用され得る。潜在的可能な適用分野は、建築、地図作成、不動産管理、土地調査などであり得る。一例として、本発明による装置はドローンやマルチコプターを使用し、建物、生産拠点、煙突、畑などの農業生産環境、生産プラントまたは風景を監視するために、救助活動を支援するために、危険な環境での仕事を支援するために、屋内または屋外の燃える場所で消防隊を支援するために、１人以上の人や動物などを見つけたり監視したりするために、あるいは、スキーやサイクリングなどのスポーツをしている１人または複数の人を、例えばドローンが追従して記録するなど、ヘルメット、マーク、ビーコン装置などを追従することによって実現可能な娯楽目的のために使用することができる。本発明による装置は、障害物を認識すること、所定の経路を追従すること、エッジ、パイプ、建物などを追従すること、または環境の地球なまたは地域の地図を記録することに使用することができる。さらに、本発明による装置は、室内または屋外でのドローンの位置特定および位置決めのため、気圧センサが十分に正確でない屋内でドローンの高さを安定させるため、またはいくつかのドローンの協調運動や空中での充電または燃料補給など複数のドローンの相互作用のために使用することができる。
さらに、本発明による装置は、ＣＨＡＩＮ（Ｃｅｄｅｃ Ｈｏｍｅ Ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのような、家庭用電気製品の相互接続ネットワークの中で使用され得、家庭での基礎的な電気製品関連のサービス、例えば、エネルギーまたは負荷管理、遠隔診断、ペット関連の電気製品、子供関連の電気製品、子供監視、電気製品関連の監視、高齢者または病人に対するサポートもしくはサービス、ホームセキュリティ、および／または、監視、電気製品動作の遠隔制御、および、自動的なメンテナンスサポートを相互接続し、自動化し、および制御するために使用され得る。さらに、本発明による装置は、空気調節システムなどのような加熱または冷却システムにおいて使用され得、特に、１つまたは複数の人の場所に応じて、部屋のどの部分が特定の温度または湿度にするかを特定するために使用され得る。さらに、本発明による装置は、家事に使用することができるサービスロボットまたは自律型ロボットなど、家庭用ロボットにおいても使用され得る。本発明による装置は、複数の異なる目的のために使用され得、例えば、衝突を回避したり、または、環境地図の作成に使用されるだけでなく、ユーザを識別し、所与のユーザに関して、セキュリティ目的に関して、または、ジェスチャ認識もしくは顔の認識に関して、ロボットの性能をパーソナル化するために使用され得る。一例として、本発明による装置は、ロボット掃除機、床洗浄ロボット、乾拭きロボット、衣類のアイロン掛け用ロボット、犬や猫のトイレ砂ロボットなどの動物用トイレロボット、電気自動車用充電ロボット、侵入者を検出するセキュリティロボット、芝刈り機ロボット、自動化されたプールクリーナー、雨樋清掃ロボット、ロボットショッピングカート、荷物運搬ロボット、ライン追従ロボット、洗濯ロボット、アイロンロボット、窓掃除ロボット、おもちゃのロボット、患者監視ロボット、赤ちゃん監視ロボット、高齢者監視ロボット、子供監視ロボット、搬送ロボット、テレプレゼンスロボット、専門サービスロボット、プログラム可能なおもちゃのロボット、パスファインダーロボット、動くことの少ない人々に交わりを提供するソーシャルロボット、ロボットに追従するスマートカード、心理療法のロボット、または、スピーチを手話に、または、手話をスピーチに変換するロボット、において使用され得る。高齢者などのような、動くことの少ない人々の文脈において、本発明による装置を有する家庭用ロボットは、物体の拾上げ、物体の運搬、そして物体やユーザとの安全な方法での相互交流のために使用され得る。さらに、本発明による装置は、人型ロボットに使用することができ、特に物体を拾い上げる、保持する、または配置するために人型ロボットの手を使用するという文脈において使用することができる。さらに、本発明による装置は、オーディオインターフェースと組み合わせて、特にオンラインまたはオフラインのコンピュータアプリケーションへのインターフェースを備えたデジタルアシスタントとして機能することができる家庭用ロボットと組み合わせて使用することができる。さらに、本発明による装置は、工業用および家庭用の目的でスイッチおよびボタンを制御することができるロボットに使用することができる。さらに、本発明による装置は、スマートホームロボット、例えばメイフィールドのＫｕｒｉなどに使用することができる。さらに、本発明による装置は、有害な材料もしくは対象物とともに動作し、または、危険な環境において動作する、ロボットにおいて使用され得る。非限定的な例として、本発明による装置は、ロボットまたは無人の遠隔制御された車両において使用され得、特に災害の後に、化学物質または放射性物質などの有害物質とともに動作し、または、地雷もしくは不発弾などのような、他の有害な対象物、または、潜在的に有害な対象物と共に動作し、あるいは、鉱山、不発弾などの他の危険または潜在的に危険な物体と共に、または例えば、焼失物の近くや被災地の近く、あるいは空中、海中、地下などでの有人または無人の救助活動など安全でない環境において動作し、安全でない環境を調査する。
さらに、本発明による装置は、例えば崩壊、スラブ、収縮、非対称、局所的な欠陥などを認識するためなどに、接着剤ビード、封止ビードなどの検査に使用することができる。さらに、本発明による装置は、例えばコンベアベルト上のドライフルーツが、例えば色および形状が類似している果実が互いに直接接触している場合などの困難な状況において、物体を数えるために使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、ダイカストまたは射出成形部品の品質管理に使用することができ、例えば完璧な鋳造または成形を確実にするため、表面の損傷、工具の磨耗などを認識するために使用することができる。さらに、本発明による装置は、品質管理およびレーザの位置決めなどのレーザスクライビングに使用することができる。さらに、本発明による装置は、分類システムに使用することができ、例えば、物体の位置、回転、および形状を検出し、それを物体のデータベースと比較し、物体を分類することに使用することができる。さらに、本発明による装置は、スタンピング部品検査、食品および医薬品の包装検査などの包装検査、フィラメント検査などに使用することができる。
さらに、本発明による装置は、全地球測位システム（ＧＰＳ）が十分に信頼できないところにおけるナビゲーション目的に使用することができる。ＧＰＳ信号は一般的に、屋内または屋外の樹木限界下の渓谷または森では遮断されているか受信が困難である電波を使用する。さらに、特に無人の自律走行車両では、システムの重量が重要になり得る。特に無人自律走行車は、信頼性の高いフィードバックとその制御システムの安定性のために高速位置データを必要とする。本発明による装置を使用することは、装置が重いため重量を増すことなく短時間の応答および位置決めを可能にし得る。
さらに、本発明による装置は、家庭用装置、モバイル装置または娯楽装置において使用され得、例えば冷蔵庫、電子レンジ、洗濯機、ブラインドまたはシャッター、家庭用アラーム、空気調節装置、加熱装置、テレビジョン、オーディオ機器、スマートウォッチ、携帯電話、電話、食器洗い機、ストーブなどにおいて使用され得、人の存在を検出し、装置の内容または機能を監視し、人と相互作用しおよび／またはその人に関する情報をさらなる家庭用装置、可動装置や娯楽装置と共有するために使用することができる。
さらに、本発明による装置は、高齢者または身体障害者、または視覚が制限または視覚を有しない人を支援するために使用することができ、例えば、家庭であるいは仕事で、例えば、物を保持、運搬、または拾い上げるための装置、あるいは、環境内の障害物を知らせる光信号または音響信号を備えた安全システムに使用することができる。
本発明による装置は、農業においてさらに使用され得、例えば害虫、雑草、および／または、感染した作物プラントを完全にまたは部分的に検出および選別し、作物プラントは、菌類または昆虫によって感染する可能性がある。さらに、作物を収穫するために、本発明による装置は、そうでなければ収穫装置によって傷つけられる可能性がある鹿などの動物を検出するために使用され得る。さらに、本発明による装置は、田畑または温室内の植物の成長を監視するために使用され得、特に、田畑または温室内の所与の領域に関して、または、さらに所与の植物に関して、水または肥料または作物保護製品の量を調節するために使用され得る。さらに、農業バイオテクノロジーにおいて、本発明による装置は、植物のサイズおよび形状を監視するために使用され得る。
さらに、本発明による装置は、除草剤の使用を回避するなどのために、機械的手段などを用いて雑草を自動的に除去するために使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、農業の分野において、作物保護物質または施肥物質を適用するかどうかを決定するなど、適用物質の量を減らすためまたは蜂などの動物の特定のグループを保護するためなど、特に特定の昆虫を検出および／または位置を突き止めるために使用することができる。
さらに、本発明による装置は、ひげ剃り、調髪、または化粧品処置などの間にユーザをガイドするために使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、バイオリンなどの楽器で演奏されたものを記録または監視するために使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、例えば、冷蔵庫の内容を監視し、内容に応じて通知を伝送するなど、スマート冷蔵庫などのスマート家電製品に使用することができる。さらに、本発明による装置は、人間、動物、または植物の個体群、例えば、森の中のシカの個体群または木の個体群などを監視または追跡するために使用することができる。さらに、本発明による装置は収穫機に使用することができ、作物、花または果物、例えばブドウ、トウモロコシ、ホップ、リンゴ、穀物、米、イチゴ、アスパラガス、チューリップ、バラ、大豆などの収穫などに使用することができる。さらに、本発明による装置は、植物、動物、藻類、魚などの成長を監視するために使用することができ、例えば、繁殖、食料生産、農業、研究用途などにおいて、灌漑、施肥、湿度、温度、除草剤の使用、殺虫剤の使用、殺菌剤の使用、殺鼠剤の使用などを制御するために使用することができる。さらに、本発明による装置は、ウシ、ブタ、ネコ、イヌ、鳥、魚などのような動物またはペット用の給餌機に使用することができる。さらに、本発明による装置は、例えば、自動搾乳または精肉処理工程において、牛乳、卵、毛皮、肉などを収集するため、動物製品の製造工程において使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、例えば、トウモロコシ、ニンニク、木、サラダなどを植えるため、自動播種機、または播種機、または植栽機に使用することができる。さらに、本発明による装置は、例えば、雲、霧などの気象現象を評価または監視するため、あるいは雪崩、津波、強風、地震、雷雨などの危険からの警告をするために使用することができる。さらに、本発明による装置は、地震の危険を監視するためなど、作動、衝撃、震動などを測定するために使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、交通技術において、危険な交差点を監視するため、交通量に応じて信号機を制御するため、公共スペースを監視するため、道路、体育館、競技場、スキー場、公共のイベントなどを監視するために使用されてもよい。さらに、本発明による装置は医療用途に使用することができ、網膜スキャン、呼吸または脈拍測定、胃内視鏡検査、患者監視などのために、例えば、組織、医学的または生物学的アッセイ、ほくろまたはメラノーマなどの組織の変化などをモニタリングまたは分析するため、バクテリア、血球、細胞、藻類などを数えるために使用することができる。さらに、本発明による装置は、例えば風洞などにおいて、液滴、流れ、噴出などの形状、大きさ、または円周を監視するため、または、プロファイルまたは気体または液体の流れを分析、評価、または監視するために使用することができる。さらに、本発明による装置は、例えば、車や電車の運転手に彼らが病気になったり、または疲れているなどの場合に、警告するために使用することができる。さらに、本発明による装置は、自動的になど、航海位置を監視し、最適化するために航海において使用されてもよい。さらに、本発明による装置は燃料レベルゲージに使用することができる。
さらに、本発明による装置は、化学物質または汚染物質を検出するセンサ、電子嗅覚チップ、バクテリアまたはウイルスなどを検出する微生物センサチップ、ガイガーカウンタ、触覚センサ、熱センサなどと組み合わせることもできる。これは例えば危険または困難な作業を取り扱うよう構成されるスマートロボットの構築に使用され、例えば感染性の高い患者の治療、きわめて危険な物質の取扱いまたは除去、高放射能区域または化学物質漏出など高度汚染区域の浄化、または農業での害虫駆除のために使用され得る。
本発明による１つまたは複数の装置はさらに、物体のスキャンのために、例えばＣＡＤまたは同様のソフトウェアと組み合わせて、例えば積層造形および／または３Ｄプリンティング向けにも使用され得る。その中で、本発明による装置の高い寸法精度は、例えばｘ方向、ｙ方向またはｚ方向において、またはこれらの方向の任意の組み合わせで、例えば同時に利用され得る。さらに、本発明による装置は例えばパイプライン検査ゲージなど、検査および保守にも使用され得る。さらに、生産環境において、本発明による装置は、悪い所定の形状の対象物、例えば自然に育った対象物、例えば形状またはサイズによって分類された野菜または他の自然物、加工工程に必要とされる精度よりも低い精度で製造された肉または対象物などの切断製品を扱うために使用され得る。
さらに、本発明による装置は、ローカルナビゲーションシステムにおいて使用され得、屋内空間または屋外空間を通して、車両またはマルチコプターなどを自律的にまたは部分的に自律的に移動させることを可能にする。非限定的な例は、物体を拾い上げてそれらを異なる場所に設置するための自動化された保管庫を通って移動する車両を含み得る。屋内ナビゲーションは、ショッピングモール、小売店、博物館、空港、または列車の駅においてさらに使用され得、モバイル商品、モバイル装置、手荷物、顧客または従業員の場所を追跡し、または、場所特有の情報、例えば、地図上の現在位置、または、販売された商品に関する情報を、ユーザに供給するに使用され得る。
さらに、本発明による装置は、自動二輪車の安全運転を確実にするために使用され得、例えば速度、傾斜、接近中の障害物、道路の凹凸、またはカーブのモニタリングなどによって自動二輪車の運転支援のために使用され得る。さらに、本発明による装置は、列車または路面電車の衝突回避にも使用され得る。
さらに、本発明による装置は、ハンドヘルド装置において使用され得、例えば、物流プロセスを最適化するために包装または小包を走査するために使用され得る。さらに、本発明による装置は、さらにハンドヘルド装置において使用され得、例えば、パーソナルショッピングデバイス、ＲＦＩＤリーダー、病院または健康環境において使用するため、例えば、医療使用のためのハンドヘルド装置において使用され得、または、患者もしくは患者の健康に関連する情報、または、小売業または健康環境に関するスマートバッジなどを取得し、交換し、または記録するために使用され得る。
上記に概説されているように、本発明による装置は、製造用途、品質制御用途、または識別用途において、さらに使用され得、例えば、製品識別またはサイズ識別などにおいて使用され得る（例えば、最適な場所または包装を見つけるために、また、廃棄物を低減させるために使用され得る）。さらに、本発明による装置は、物流の用途において使用され得る。したがって、本発明による装置は、コンテナまたは車両への最適化された積載または梱包のために使用され得る。さらに、本発明による装置は、製造の分野において表面損傷を監視または制御をするために使用され得、レンタル車両などのレンタル対象物を監視または制御をするために使用され得、および／または、保険の用途のために、例えば、損害の査定のために使用され得る。さらに、本発明による装置は、材料、物体、またはツールのサイズを識別するために使用され得、例えば、最適な材料の取り扱いのために、特に、ロボットと組み合わせて使用され得る。さらに、本発明による装置は、生産におけるプロセス制御に関して使用され得、例えば、タンクの充填レベルを観察するために使用され得る。さらに、本発明による装置は、それに限定されないが、タンク、パイプ、反応器、ツールなどのような、製品資産のメンテナンスのために使用され得る。さらに、本発明による装置は、３Ｄ品質マークを分析するために使用され得る。さらに、本発明による装置は、歯のインレイ、歯列矯正具、補綴物、または衣服などのような、オーダーメイドの商品を製造に使用され得る。本発明による装置は、高速プロトタイピングまたは３Ｄコピーなどのために、１つまたは複数の３Ｄプリンタと組み合わせられ得る。さらに、本発明による装置は、例えば、海賊品防止および模倣品防止の目的などのために、１つまたは複数の物品の形状を検出するために使用され得る。
したがって、具体的には、本出願は、写真撮影の分野に適用され得る。したがって、検出器は、写真撮影装置の一部であることが可能であり、具体的には、デジタルカメラの一部であることが可能である。具体的には、検出器は、３Ｄ写真撮影に関して使用され得、具体的には、デジタル３Ｄ写真撮影に関して使用され得る。したがって、検出器は、デジタル３Ｄカメラを形成することが可能であり、または、デジタル３Ｄカメラの一部であってよい。本明細書で使用されているように、写真撮影という用語は、一般的に、少なくとも１つの物体の画像情報を取得する技術を指す。本明細書でさらに使用されているように、カメラは、一般的に、写真撮影を実施するように適合されている装置である。本明細書でさらに使用されているように、デジタル写真撮影という用語は、一般的に、照射の強度および／または照射の色を示す電気信号、好ましくは、デジタル電気信号を発生させるように適合されている複数の感光要素を使用することによって、少なくとも１つの物体の画像情報を取得する技術を指す。本明細書でさらに使用されているように、３Ｄ写真撮影という用語は、一般的に、３次元空間的な少なくとも１つの物体の画像情報を取得する技術を表している。したがって、３Ｄカメラは、３Ｄ写真撮影を実施するように適合されている装置である。カメラは、一般的に、単一の３Ｄ画像など、単一の画像を取得するために適合され得、または、一連の画像など、複数の画像を取得するように適合され得る。したがって、カメラは、ビデオカメラであることも可能であり、ビデオカメラは、ビデオの用途のために適合され得、例えば、デジタルビデオシーケンスを取得するように適合され得る。
したがって、一般的に、本発明は、少なくとも１つの物体を撮像するためのカメラ、具体的には、デジタルカメラ、より具体的には、３Ｄカメラまたはデジタル３Ｄカメラを表している。上記に概説されているように、撮像という用語は、本明細書で使用されているように、一般的に、少なくとも１つの物体の画像情報を取得することを表している。カメラは、本発明による少なくとも１つの検出器を含む。カメラは、上記に概説されているように、単一の画像を取得するように適合され得、または、画像シーケンスなどのような、複数の画像を取得するように適合され得、好ましくは、デジタルビデオシーケンスを取得するように適合され得る。したがって、例として、カメラは、ビデオカメラであるか、または、それを含み得る。後者の場合、カメラは、好ましくは、画像シーケンスを記憶するためのデータメモリを含むことが好ましい。
本発明の中で使用されているように、「位置」という表現は、一般的に、物体の１つまたは複数の点の絶対的な位置および配向のうちの１つまたは複数に関する少なくとも１つの情報項目を指す。したがって、具体的には、位置は、検出器の座標系において決定され得、例えば、デカルト座標系において決定され得る。しかし、追加的にまたは代替的に、極座標系および／または球面座標系など他のタイプの座標系が使用されてもよい。
上記に概説されているように、および、さらに詳細に下記に概説されることになるように、本発明は、好ましくは、ヒューマンマシンインターフェースの分野、スポーツの分野、および／またはコンピュータゲームの分野において適用され得る。したがって、好ましくは、対象物は、スポーツ用品、好ましくは、ラケット、クラブ、バット、衣料品、帽子、靴からなる群から選択され得る。他の実施形態も実行可能である。
本明細書で使用されているように、物体は一般的に、生物物体および非生物物体から選択される１つの任意の物体であってもよい。したがって、例として、少なくとも１つの物体は、１つもしくは複数の物品、および／または、１つもしくは複数の物品の部分を含むことが可能である。追加的にまたは代替的に、物体は、１つもしくは複数の生物および／または、１つまたは複数の生物の部分、例えば、ユーザなど人間および／または動物の１つまたは複数の身体の部分であってもよく、または、それを含んでもよい。
検出器の座標系であり得る、物体の位置を決定するための座標系に関して、検出器は、座標系を構成することが可能であり、該座標系において、検出器の光軸がｚ軸を形成し、さらに、その座標系において、追加的に、ｚ軸に対して垂直で、そして互いに対して垂直なｘ軸およびｙ軸も設けられ得る。例として、検出器、および／または、検出器の一部は、この座標系の中の特定の点に静止してよい。この座標系において、ｚ軸に対して平行または逆平行の方向は、縦方向とみなされ、また、ｚ軸に沿った座標は、縦方向座標と考えられ得る。縦方向に対して垂直の任意の方向は、横方向と考えられ得、また、ｘ座標および／またはｙ座標は、横方向座標と考えられ得る。
代替的に、他の種類の座標系も使用され得る。したがって、例として、極座標系も使用され得、極座標系において、光軸はｚ軸を形成し、極座標系において、ｚ軸からの距離および極角度は、追加的な座標として使用され得る。やはり、ｚ軸に対して平行または逆平行の方向は、縦方向と考えられ、また、ｚ軸に沿った座標は、縦方向座標と考えられ得る。ｚ軸に対して垂直の任意の方向は、横方向と考えられ、極座標および／または極角度は、横方向座標と考えられ得る。
検出器は、少なくとも１つの物体および／またはその一部の位置に関する少なくとも１つの情報を提供するように構成された装置であり得る。したがって、位置は、好ましくは、検出器の座標系において、物体もしくはその一部の位置を完全に記述する情報項目を指すか、または、位置を部分的にのみ記述する部分的な情報を指し得る。検出器は、一般的に、光ビーム、例えば、ビーコン装置から検出器に向けて伝播する光ビームなどを検出するように適合された装置であり得る。
評価装置および検出器は、完全にまたは部分的に単一の装置に完全にまたは部分的に一体化され得る。したがって、一般的に、評価装置も、検出器の一部を形成することが可能である。代替的に、評価装置および検出器は、別々の装置として完全にまたは部分的に具体化され得る。検出器はさらなる構成要素を含み得る。
検出器は、据置型装置またはモバイル装置でよい。さらに、検出器は、独立型装置でもよく、またはコンピュータ、車両もしくは他の任意の装置などの別の装置の一部を形成してもよい。さらに、検出器はハンドヘルド装置でもよい。検出器の他の実施形態も可能である。
検出器は、具体的には、プレノプティックカメラまたはライトフィールドカメラに匹敵する、検出器のレンズまたはレンズシステムの後ろのライトフィールドを記録するために使用され得る。したがって、具体的には、検出器は、例えば同時に、複数の焦点面の中の画像を取得するように適合されたライトフィールドカメラとして具体化され得る。本明細書で使用されているように、ライトフィールドという用語は、一般的に、インサイドカメラなどのような検出器の内側の光の空間的光伝播を指す。本発明による検出器は、具体的には、光センサのレイヤセットアップを有し、検出器またはカメラの中に、例えば、レンズの後ろなどに、ライトフィールドを直接的に記録する能力を有することが可能である。複数のセンサは、レンズから異なる距離において画像を記録することが可能である。例えば、「デプス−フローム−フォーカス」または「デプス−フローム−デフォーカス」などの畳み込みに基づくアルゴリズムを使用して、レンズの後ろの光の伝播方向、焦点、および広がりをモデル化することができる。レンズの後ろの光のモデル化された伝播から、レンズに対するさまざまな距離での画像の抽出、被写界深度の最適化、さまざまな距離での焦点の合っている写真の抽出がされ、または、物体の距離が計算され得る。さらなる情報が抽出され得る。
いくつかの光センサの使用は、画像を記録した後の画像処理工程において、レンズエラーを補正することをさらに可能にする。光学機器は、レンズエラーを補正する必要がある場合、高価になり構築が難しいことが多い。これらは、特に、顕微鏡および望遠鏡において問題がある。顕微鏡では、典型的なレンズエラーは、光軸に対して異なる距離の光線が異なって歪められるというものである（球面収差）。望遠鏡では、焦点を変化させることは、大気中の変化する温度から起こり得る。球面収差または製造からのさらなる誤差などの静的誤差は、較正工程におけるエラーを決定することによって、ならびに、次いで、ピクセルおよびセンサの固定されたセットなど固定された画像処理を使用することによって、または、光伝播情報を使用するより入り組んだ処理技法を使用することによって、球面収差などのような静的エラー、または、生産からのさらなるエラーが補正され得る。レンズエラーが、時間依存性が強く、すなわち、望遠鏡において天候条件に依存する場合、レンズエラーは、レンズの後ろの光伝播を使用することによって、拡大された被写界深度画像を計算することによって、デプス−フローム−フォーカス技法およびその他を使用することによって、補正され得る。
本発明による検出器は、色検出をさらに可能にし得る。色検出のために、異なるスペクトル特性を有する複数の光センサを使用してもよく、これらの光センサのセンサ信号を比較してもよい。さらに、本発明による装置はジェスチャ認識の文脈で使用され得る。この文脈で、ジェスチャ認識と本発明による装置の組み合わせは、特に、身体、身体部位または物体の動きを介して情報をマシンに伝送するためのヒューマンマシンインターフェースとして使用され得る。本発明では、情報は好ましくは、手または手の部位、例えば指などの動きを介して、特に物体を指さすことによって、例えば聴覚障害者のために手話に利用すること、数字、承認、不承認などのサインをすることなど、手を振ることによって、誰かに近づくこと、離れること、人に挨拶すること、物を押すこと、物を取ることなどを頼む場合、あるいはスポーツや音楽の分野では、ウォームアップなど手または指の運動において、伝送され得る。さらに、情報は、例えばスポーツ、音楽、例えば娯楽、エクササイズ、または機械の機能訓練などを目的とする場合において、腕または脚の動き、例えば腕や足や両腕や両足や腕と足の組合せによる回転、蹴り、掴み、ねじり、回転、スクロール、ブラウジング、押し、曲げ、パンチ、揺すりによって伝送される。さらに、情報は全身または身体の主要部位の動作、例えばジャンプ、回転、あるいは例えば空港職員または交通警察によって情報を伝送するために使用される手話など、例えば「右折」、「左折」、「進め」、「徐行」、「停車」、「エンジン停止」などの情報を伝送するための複雑なサインを作ることによって、あるいは泳ぐ真似、飛び込む真似、走る真似、射撃する真似などによって、あるいはヨガ、ピラティス、柔道、空手、ダンス、またはバレエなどにおける複雑な動きまたは身体位置によって伝送され得る。さらに、情報は、例えば、コンピュータプログラムで仮想ギターの機能を制御するためにモックアップギターを使用すること、コンピュータプログラムで仮想ギター機能を制御するために本物のギターを使用すること、電子書籍を読んだり、仮想ドキュメントにおいてページを移動したり、閲覧したりするために実際の書籍またはモックアップ書籍を使用すること、コンピュータプログラムで描画するために本物のペンまたはモックアップペンを使用することなど、モックアップ装置に対応する仮想装置を制御するために、本物の装置またはモックアップ装置を使用して情報を送信することができる。さらに、情報の伝送は例えば音、振動または動きなど、ユーザへのフィードバックに連動され得る。
音楽および／または楽器の文脈において、ジェスチャ認識と組み合わせた本発明による装置は、練習目的、楽器の制御、楽器の録音、モックアップ楽器の使用による、またはエアギターを演奏するなど単に楽器の存在を装うことによる音楽の演奏または録音のために、または例えば、ノイズを回避するため、または録音を行うため、または仮想オーケストラ、アンサンブル、バンド、ビッグバンド、聖歌隊など指揮のため、練習、運動、記録、または娯楽目的などで、使用され得る。
さらに、安全性および監視の文脈において、ジェスチャ認識と組み合わせた本発明による装置は、例えば歩行または身体の動きによる人の認識など、人の動作プロファイルを認識するために使用され、または、本人確認のサインや本人確認の動きなどアクセスまたは認証制御としての手のサインまたは動き、または、身体部分または全身のサインまたは動きの認識に使用され得る。
さらに、スマートホーム用途またはモノのインターネットの文脈において、ジェスチャ認識と組み合わせた本発明による装置は、家電製品および／または家庭用装置、例えば冷蔵庫、セントラルヒーティング、空調、電子レンジ、製氷機または湯沸かし器など、あるいは娯楽装置、例えばテレビジョンセット、スマートフォン、ゲームコンソール、ビデオレコーダー、ＤＶＤプレーヤ、パーソナルコンピュータ、ラップトップ、タブレット、またはこれらの組み合わせ、または家庭用装置と娯楽装置の組み合わせを相互に接続するネットワークの一部である家庭用装置、の中央制御または非中央制御用に使用されことができる。
さらに、仮想現実または拡張現実の環境において、ジェスチャ認識と組み合わせた本発明による装置は、仮想現実アプリケーションまたは拡張現実アプリケーションの動きまたは機能の制御、例えばサイン、ジェスチャ、身体の動きまたは身体部位の動きなどを使用するゲームのプレイまたは制御、仮想世界の中での移動、仮想物体の操作、スポーツ、芸術、工芸、ボール、チェス駒、碁石、楽器、道具、ブラシなど仮想物体を使用した音楽またはゲームにおけるプレイおよび制御などに使用され得る。
さらに、医療の文脈において、ジェスチャ認識と組み合わせた本発明による装置は、リハビリテーション訓練、遠隔診断のサポート、または手術もしくは治療をモニタリングまたは調査し、医療画像を医療装置の位置に重ねて表示すること、例えば、磁気共鳴断層撮影法またはＸ線撮影などからの予め記録された医用画像を、外科手術または治療中に記録された内視鏡または超音波などからの画像と重ねて表示することに使用され得る。
さらに、製造および工程自動化の文脈において、ジェスチャ認識と組み合わせた本発明による装置は、プログラミング、制御、製造、操作、補修または教示など、ロボット、ドローン、無人自律車両、サービスロボット移動可能物体などを制御、教示、またはプログラム、あるいは安全上の理由、または保守目的のためなどの物体または領域の遠隔操作に使用され得る。
さらに、ビジネスインテリジェンスメトリクスの文脈において、ジェスチャ認識と組み合わせた本発明による装置は、人数計数、顧客の動向調査、顧客が時間を費やすエリア、オブジェクト、顧客テスト、売上高、プローブ調査などに使用することができる。
さらに、本発明による装置は日曜大工またはプロ用の道具の文脈において、特に電動式またはモータ駆動式または動力工具、例えばドリル機械、鋸、のみ、ハンマー、レンチ、ステープルガン、ディスクカッター、金属鋏および金属ニブラー、アングルグラインダー、ダイグラインダー、ドリル、ハンマードリル、ヒートガン、レンチ、サンダース、彫刻機、釘打機、糸鋸、ビスケットジョイナー、木材ルーター、かんな、ポリッシャー、タイルカッター、ワッシャ、ローラー、ウォールチェイサー、旋盤、イパクトドライバー、ジョインター、塗装用ローラー、スプレーガン、モーティマー、または溶接機などに、特に製造時の精度補助、最低または最大距離の維持、または安全対策のために目的に使用され得る。
さらに、本発明による装置は視覚障害者を補助するために使用され得る。さらに、本発明による装置は、小売環境、医療用途、生産環境などで使用される可能性がある衛生上の理由などで直接環境を回避するためにタッチスクリーンで使用することができる。さらに、本発明による装置は農業生産環境において、例えば安定洗浄ロボット、採卵機、搾乳機、収穫機、農機具、刈り取り機、フォワーダ、コンバイン収穫機、トラクター、耕運機、鋤、石抜き機、馬鋤、ストリップティル、ばらまき機、ジャガイモ種蒔き機などの種蒔き機、肥料拡散機、噴霧器、スプリンクラーシステム、スワサー、ベイラ−、ローダー、フォークリフト、芝刈り機などに使用され得る。
さらに、本発明による装置は、子供または障害者など、コミュニケーション能力または可能性が限られている人または動物のための、衣類、靴、眼鏡、帽子、人工補綴物、歯列矯正具を選択および／または適合に使用できる。さらに、本発明による装置は倉庫、物流、流通、輸送、荷物の積み降ろし、スマート製造、インダストリー４．０などの文脈で使用され得る。さらに、製造の文脈では、本発明による装置は加工、分注、曲げ加工、材料処理などの文脈で使用され得る。
評価装置は、１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの１つまたは複数の集積回路、および／または、１つまたは複数のデータ処理装置、例えば、１つまたは複数のコンピュータ、好ましくは１つまたは複数のマイクロコンピュータ、および／または、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルアレイ、またはデジタルシグナルプロセッサであるか、またはこれらを含み得る。および／またはマイクロコントローラ、フィールドプログラマブルアレイ、またはデジタルシグナルプロセッサ。付加的な構成要素が含まれてもよく、例えば１つまたは複数の前処理装置および／またはデータ取得装置、例えば１つまたは複数のセンサ信号の受信および／または前処理を行う装置、例えば１つもしくは複数のＡＤ変換器および／または１つもしくは複数のフィルタを含み得る。さらに、評価装置は１つまたは複数の測定装置、例えば電流および／または電圧を測定する１つまたは複数の測定装置を含んでもよい。さらに、評価装置は、１つまたは複数のデータ記憶装置を含み得る。さらに、評価装置は、１つもしくは複数の無線インターフェースおよび／または１つもしくは複数の有線インターフェースなど、１つまたは複数のインターフェースを含んでもよい。
少なくとも１つの評価装置は、本発明による方法における１つまたは複数またはさらにすべての方法ステップを実行または補助するように適合される少なくとも１つのコンピュータプログラムなど、少なくとも１つのコンピュータプログラムを実行するように適合され得る。一例として、１つまたは複数のアルゴリズムは、センサ信号を入力変数として使用することによって物体の位置を決定するよう実装され得る。
評価装置は、少なくとも１つのさらなるデータ処理装置に接続され得、または、それを含み得、少なくとも１つのさらなるデータ処理装置は、光センサおよび／または評価装置によって得られる情報など、情報を表示すること、可視化すること、分析すること、配布すること、通信すること、または、さらに処理することのうちの１つまたは複数のために使用され得る。データ処理装置は、例として、ディスプレイ、プロジェクタ、モニタ、ＬＣＤ、ＴＦＴ、ラウドスピーカ、マルチチャネルサウンドシステム、ＬＥＤパターン、または、さらなる可視化装置のうちの少なくとも１つに接続され得、または、それを組み込むことができる。それは、通信装置または通信インターフェース、コネクタまたはポートのうちの少なくとも１つにさらに接続され得、または、それを組み込むことが可能であり、それは、Ｅメール、テキストメッセージ、電話、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、赤外線またはインターネットインターフェース、ポートまたは接続部のうちの１つまたは複数を使用して、暗号化された情報または暗号化されていない情報を送ることができる。それは、さらに、プロセッサ、グラフィックプロセッサ、ＣＰＵ、Ｏｐｅｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｌａｔｆｏｒｍ（ＯＭＡＰ（商標））、集積回路、Ａｐｐｌｅ ＡシリーズまたはＳａｍｓｕｎｇ Ｓ３Ｃ２シリーズの製品、マイクロコントローラ、またはマイクロプロセッサなどのシステム−オン−チップ、１つまたは複数のメモリブロック、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、またはフラッシュメモリなど、タイミング供給源、例えば、発振器もしくは位相同期ループ、カウンタタイマ、リアルタイムタイマ、またはパワーオン−リセット−ジェネレーターなど、電圧調整器、電力管理回路、またはＤＭＡコントローラのうちの少なくとも１つにさらに接続され得、または、それを組み込むことが可能である。個々のユニットは、ＡＭＢＡバスなどのようなバスによって、さらに接続され得るか、モノのインターネットまたはインダストリー４．０タイプのネットワークに統合されてもよい。
評価装置および／またはデータ処理装置は、さらなる外部インターフェースまたは外部ポート、例えば、シリアルインターフェースもしくはシリアルポート、または、パラレルインターフェースもしくはパラレルポート、ＵＳＢ、Ｃｅｎｔｒｏｎｉｃｓ Ｐｏｒｔ、ＦｉｒｅＷｉｒｅ（登録商標）、ＨＤＭＩ（登録商標）、イーサネット（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＲＦＩＤ、Ｗｉ−Ｆｉ、ＵＳＡＲＴ、もしくはＳＰＩのうちの１つまたは複数など、または、アナログインターフェースまたはアナログポート、例えば、ＡＤＣもしくはＤＡＣ、または、標準化されたインターフェースもしくは標準化されたポートのうちの１つまたは複数などによって、ＣａｍｅｒａＬｉｎｋなどのようなＲＧＢインターフェースを使用する２Ｄカメラデバイスなどのようなさらなる装置に接続され、または、それらを有することが可能である。さらに、評価装置および／またはデータ処理装置は、プロセッサ間インターフェースもしくはプロセッサ間ポート、ＦＰＧＡ−ＦＰＧＡ−インターフェース、または、シリアルインターフェースポートもしくはパラレルインターフェースポートのうちの１つまたは複数によって接続され得る。さらに、評価装置およびデータ処理装置は、光学ディスクドライブ、ＣＤ−ＲＷドライブ、ＤＶＤ＋ＲＷドライブ、フラッシュドライブ、メモリカード、ディスクドライブ、ハードディスクドライブ、ソリッドステートディスク、またはソリッドステートハードディスクのうちの１つまたは複数に接続され得る。
評価装置および／またはデータ処理装置は、１つまたは複数のさらなる外部コネクタ、例えば、フォンコネクタ、ＲＣＡコネクタ、ＶＧＡコネクタ、雄雌同体コネクタ、ＵＳＢコネクタ、ＨＤＭＩ（登録商標）コネクタ、８Ｐ８Ｃコネクタ、ＢＣＮコネクタ、ＩＥＣ６０３２０ Ｃ１４コネクタ、光ファイバーコネクタ、Ｄサブミニチュアコネクタ、ＲＦコネクタ、同軸コネクタ、ＳＣＡＲＴコネクタ、ＸＬＲコネクタのうちの１つまたは複数などによって接続され得、または、それらを有することが可能であり、および／または、これらのコネクタのうちの１つまたは複数のための少なくとも１つの適切なソケットを組み込むことが可能である。
本発明による１つまたは複数の検出器を組み込む単一の装置の可能な実施形態は、例えば、光センサ、光学システム、評価装置、通信装置、データ処理装置、インターフェース、システム−オン−チップ、ディスプレイ装置、またはさらなる電子装置のうちの１つまたは複数などを組み込む、評価装置またはデータ処理装置は、モバイルフォン、パーソナルコンピュータ、タブレットＰＣ、テレビジョン、ゲームコンソール、または、さらなる娯楽装置である。さらなる実施形態では、さらに詳細に下記に概説されることになる３Ｄカメラ機能性は、デバイスのハウジングまたは外見における顕著な相違なしに、従来の２Ｄデジタルカメラとともに利用可能なデバイスの中に一体化され得、ユーザにとっての顕著な相違は、３Ｄ情報を取得および／または処理することの機能性だけであることが可能である。さらに本発明による装置は、３６０度デジタルカメラまたはサラウンドビューカメラに使用することができる。
具体的には、検出器および／またはその一部、例えば、評価装置および／またはデータ処理装置などを組み込む実施形態は、３Ｄカメラの機能性に関して、ディスプレイ装置、データ処理装置、光センサ、任意のセンサオプティクス、および、評価装置を組み込む、モバイルフォンであることが可能である。本発明による検出器は、具体的には、娯楽装置および／または通信装置の中に、例えば、モバイルフォンなどの中に一体化するのに適切であり得る。
本発明のさらなる実施形態は、検出器またはその一部、例えば、自動車において使用するための、自動運転において使用するための、または、例えばＤａｉｍｌｅｒ社のＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｄｒｉｖｅシステムなどのようなカーセーフティシステムにおいて使用するための、装置の中の評価装置および／またはデータ処理装置の組み込みであることが可能であり、例として、光センサ、任意の１つまたは複数の光学システム、評価装置、任意の通信装置、任意のデータ処理装置、任意の１つまたは複数のインターフェース、任意のシステム−オン−チップ、任意の１つもしくは複数のディスプレイ装置、または、任意のさらなる電子装置のうちの１つまたは複数を組み込む装置は、車両、車、トラック、列車、自転車、飛行機、船舶、オートバイの一部であることが可能である。自動車の用途において、自動車設計への装置の一体化は、外部または内部からの最小の可視性で、光センサ、任意のオプティクス、または装置を一体化することを必要とし得る。検出器またはその一部、例えば、評価装置および／またはデータ処理装置などは、自動車設計の中へのそのような一体化のために特に適切であり得る。
本明細書で使用されているように、光という用語は、一般的に、可視光スペクトルの範囲、紫外線スペクトルの範囲、および赤外線スペクトルの範囲のうちの１つまたは複数の電磁放射線を指す。この場合に、可視光スペクトルの範囲という用語は、一般的に、３８０ｎｍから７８０ｎｍまでのスペクトルの範囲を指す。赤外線スペクトルの範囲という用語は、一般的に、７８０ｎｍから１ｍｍまでの範囲の中の、好ましくは、７８０ｎｍから３．０マイクロメートルまでの範囲の中の電磁放射線を指す。紫外線スペクトルの範囲という用語は、一般的に、１ｎｍから３８０ｎｍまでの範囲の中の、好ましくは、１００ｎｍから３８０ｎｍまでの範囲の中の電磁放射線を指す。好ましくは、本発明の中で使用されるような光は、可視光、すなわち、可視光スペクトルの範囲の中の光である。
光ビームという用語は、一般的に、特定の方向へ放出および／または反射された光の量を指し得る。したがって、光ビームは、光線の束であって、光ビームの伝播の方向に対して垂直の方向に所定の延在を有する光線の束であり得る。好ましくは、光ビームは、１つまたは複数のガウシアン光ビーム、例えばガウシアン光ビームの線形結合であり得るか、または、それを含み得、ガウシアン光ビームは、１つまたは複数のガウシアンビームパラメータ、例えば、ビームウェスト、レイリー長、もしくは、任意の他のビームパラメータのうちの１つもしくは複数、または、ビーム直径および／もしくは空間内のビーム伝播の発達を特徴付けるのに適しているビームパラメータの組み合わせによって、特徴付けられ得る。
本発明による検出器は、１つまたは複数の他のタイプのセンサまたは検出器とさらに組み合わせられ得る。したがって、検出器は、少なくとも１つの追加的な検出器をさらに含むことが可能である。少なくとも１つの追加的な検出器は、少なくとも１つのパラメータを検出するように適合され得、例えば、周囲環境のパラメータ、例えば、周囲環境の温度および／または輝度など；検出器の位置および／または配向に関するパラメータ；検出されることになる物体の状態を特定するパラメータ、例えば、物体の位置など、例えば、空間内の物体の絶対的位置および／または物体の配向、のうちの少なくとも１つを検出するように適合され得る。したがって、一般的に、本発明の原理は、追加情報を得るために、および／または、測定結果を検証するために、または、測定エラーもしくはノイズを低減させるために、他の測定原理と組み合わせられ得る。
上記で概説したように、ヒューマンマシンインターフェースは、直接的または間接的に、ユーザに取り付けられ、およびユーザにより保持されることのうちの少なくとも１つであるように適合される複数のビーコン装置を含むことができる。したがって、ビーコン装置はそれぞれ、任意の適切な手段によって、例えば適切な固定型装置によって、独立してユーザに取り付けることができる。追加的に代替的に、ユーザは、少なくとも１つのビーコン装置、または、１つまたは複数のビーコン装置を自分の手で、および／または、少なくとも１つのビーコン装置を身につけること、および／または、ビーコン装置を格納する衣類を身体部分に着用することによって、保持、および／または、携帯することができる。
ビーコン装置は一般に、少なくとも１つの検出器によって検出可能な任意の装置、および／または、少なくとも１つの検出器による検出を容易にされる可能性のある任意の装置であり得る。したがって、上で概説したように、または以下でさらに概説するように、ビーコン装置は、例えば、少なくとも１つの光ビームを生成するための１つまたは複数の照射源を有することによって、検出器によって検出される少なくとも１つの光ビームを生成するように適合される能動型ビーコン装置であり得る。追加的に代替的に、ビーコン装置は、例えば、別個の照射源によって生成された光ビームを反射するように適合された１つまたは複数の反射要素を備えることによって、完全にまたは部分的に受動型ビーコン装置として設計されてもよい。少なくとも１つのビーコン装置は、直接的または間接的な方法で恒久的または一時的にユーザに取り付けてもよく、および／またはユーザによって携帯または保持されてもよい。取り付けは、例えば、１つまたは複数の取り付け手段を使用することによって、および／またはユーザ自身により、例えばユーザが少なくとも１つのビーコン装置を手で保持することにより、および／またはユーザがビーコン装置を着用することによって行われてよい。
追加的に代替的に、ビーコン装置は、物体に取り付けられ、およびユーザによって保持されている物体に一体化されたもののうちの少なくとも１つであり得、これは、本発明の意味では、ユーザがビーコン装置を保持するとい選択肢の意味に含まれるべきである。したがって、以下にさらに詳細に概説されるように、ビーコン装置は、ヒューマンマシンインターフェースの一部であり得、およびユーザによって保持または携帯され得、その配向は検出器装置によって認識され得る、制御要素に取り付けてよく、または統合されてもよい。したがって、一般に、本発明は、また本発明による少なくとも１つの検出器装置を含み、さらに少なくとも１つの物体を含み得る検出器システムを指し、ビーコン装置は、物体に取り付けられ、物体によって保持され、物体に統合されたものの１つである。一例として、物体は好ましくは制御要素を形成してもよく、その配向はユーザによって認識されてもよい。したがって、検出器システムは、上で概説したように、または以下でさらに詳細に概説するように、ヒューマンマシンインターフェースの一部であり得る。一例として、ユーザは、１つまたは複数の情報をマシンに伝送するため、例えば、１つまたは複数のコマンドをマシンに伝送するために特定の方法で制御要素を扱うことができる。
あるいは、検出器システムは他の方法で使用されてもよい。したがって、一例として、検出器システムの物体は、ユーザまたはユーザの身体部分とは異なり得、例えば、ユーザから独立して動く物体であり得る。例えば、検出器システムは、製造工程および／またはロボット工学工程など、装置を制御するためおよび／または工業工程を制御するために使用されてもよい。したがって、例えば、物体は、マシンおよび／またはロボットアームなどのマシン部品であり、その配向は検出器システムを使用することによって検出され得る。
ヒューマンマシンインターフェースは、検出装置がユーザの位置またはユーザの少なくとも１つの身体部分の位置に関する少なくとも１つの情報項目を生成するように適合させることができる。具体的には、少なくとも１つのビーコン装置をユーザへの取り付け方法が知られている場合、少なくとも１つのビーコン装置の位置を評価することによって、ユーザまたはユーザの身体部分の位置および／または配向に関する少なくとも１つの情報項目を取得することができる。
ビーコン装置は、好ましくは、ユーザの身体またはユーザの身体部分に取り付け可能なビーコン装置、およびユーザが保持し得るビーコン装置の１つである。上記にて概説のように、ビーコン装置は、完全にまたは部分的に能動型ビーコン装置として設計され得る。したがって、ビーコン装置は、検出器へと伝送されることになる少なくとも１つの光ビーム、好ましくはビーム特性が既知である少なくとも１つの光ビームを生成するように適合された少なくとも１つの照射源を含み得る。付加的または代替的に、ビーコン装置は、照射源により生成される光を反射するように適合された少なくとも１つの反射体を含むことにより、検出器へと伝送されることになる反射された光ビームを生成し得る。
物体は、検出器システムの一部を形成してもよく、一般的に任意の形状を有し得る。好ましくは、検出器システムの一部である物体は、上記にて概説のように、ユーザによって例えば手動で扱うことができる制御要素であってもよい。一例として制御要素は、手袋、ジャケット、帽子、靴、ズボンおよびスーツ、手で保持できる杖、バット、クラブ、ラケット、鞭、トイガンのような玩具から成る群から選択される少なくとも１つの要素であるか、またはそれを含み得る。従って、一例として、検出器システムはヒューマンマシンインターフェースおよび／または娯楽装置の一部であってもよい。
本明細書で使用されるとき、娯楽装置は、１人または複数のユーザ（以下では１人または複数のプレーヤともいう）におけるレジャーおよび／または娯楽の目的に役立ち得る装置である。一例として、娯楽装置はゲーミング、好ましくはコンピュータゲーミングの目的に役立ち得る。従って、娯楽装置は、コンピュータ、コンピュータネットワークまたはコンピュータシステムに実装される、または１つもしくは複数のゲーミングソフトウェアプログラムを実行するコンピュータ、コンピュータネットワークまたはコンピュータシステムを含み得る。
娯楽装置は、本発明による少なくとも１つのヒューマンマシンインターフェース、例えば上記にて開示されている１つまたは複数の実施形態および／または以下にて開示される１つまたは複数の実施形態に記載の少なくとも１つのヒューマンマシンインターフェースを含む。娯楽装置は、ヒューマンマシンインターフェースを手段として、少なくとも１つの情報をプレーヤによって入力可能となるように設計される。少なくとも１つの情報項目は、娯楽装置の制御装置および／またはコンピュータへと伝送され得、および／または娯楽装置の制御装置および／またはコンピュータによって使用され得る。少なくとも１項目の情報は、好ましくはゲームのコースに影響を及ぼすように適合された少なくとも１つのコマンドを含み得る。従って、一例として、少なくとも１項目の情報がプレーヤおよび／またはプレーヤの身体部分の１部または複数のうち、少なくとも１つの配向に関する少なくとも１項目の情報を含むことより、プレーヤはゲームに必要な特定の位置および／または配向および／または動作をシミュレートすることができる。一例として、以下の動き、ダンス；ランニング；ジャンプ；ラケットのスイング；バットのスイング；クラブのスイング；ある物体から別の物体への指向、例えば標的に向けたトイガンの指向、のうちの動きの１つまたは複数をシミュレートし、娯楽装置の制御装置および／またはコンピュータに伝達することができる。
一部としてまたは全体として娯楽装置は、好ましくは娯楽装置のコントローラおよび／または娯楽装置のコンピュータは、情報に応じて娯楽機能を変更するよう設計される。したがって、上記で概説したように、ゲームのコースは、少なくとも１つの情報項目に従って影響を受ける可能性がある。したがって、娯楽機器は、１つまたは複数のコントローラを含み得、これは、少なくとも１つの検出器の評価装置とは別であり得、および／または、少なくとも１つの評価装置と完全にまたは部分的に同一であり得るか、少なくとも１つの評価装置さえも含み得る。好ましくは、少なくとも１つのコントローラは、１つまたは複数のデータ処理装置、例えば、１つまたは複数のコンピュータおよび／またはマイクロコントローラを含み得る。
本明細書で使用されるとき、追跡システムは、少なくとも１つの物体および／または物体の少なくとも一部における、一連の過去の位置に関する情報を収集するように適合される装置である。付加的に、追跡システムは、少なくとも１つの物体または物体の少なくとも一部について予測される少なくとも１つの将来の位置および／または配向に関する情報を提供するように適合され得る。追跡システムは少なくとも１つの追跡コントローラを有し、追跡コントローラは完全にまたは部分的に電子装置として、好ましくは少なくとも１つのデータ処理装置、より好ましくは少なくとも１つのコンピュータまたはマイクロコントローラとして具現化され得る。同じく、少なくとも１つの追跡コントローラは少なくとも１つの評価装置を完全にまたは部分的に含み得、および／または少なくとも１つの評価装置の一部であってもよく、および／または完全にまたは部分的に少なくとも１つの評価装置と同一であってもよい。
追跡システムは、本発明による少なくとも１つの検出器、例えば上記に挙げた１つまたは複数の実施形態において開示されているような、および／または下記の１つまたは複数の実施形態において開示されているような、少なくとも１つの検出器を含む。追跡システムはさらに、少なくとも１つの追跡コントローラを含む。追跡装置は、例えば、データ群またはデータ対、少なくとも１つの位置情報および少なくとも１つの時間情報を含む各データ群またはデータ対を記録することによって、特定の時点での物体の一連の位置を追跡するように適合され得る
追跡システムはさらに、本発明による少なくとも１つの検出器システムを含んでもよい。したがって、少なくとも１つの検出器および少なくとも１つの評価装置および任意の少なくとも１つのビーコン装置に加え、追跡システムはさらに、物体自体またはその一部、例えばビーコン装置を含む少なくとも１つの制御要素または少なくとも１つのビーコン装置を含んでもよく、制御要素は追跡物体に直接または間接的に取り付け可能または一体化可能である。
追跡システムは、追跡システム自体における１つまたは複数の動作、および／または１つもしくは複数の別個の装置における１つまたは複数の動作を開始するように適合され得る。後者を目的とする場合、追跡システム、好ましくは、追跡制御装置は、少なくとも１つの動作を開始するための、１つもしくは複数の無線および／または有線のインターフェース、および／または他の種類の制御接続を有し得る。好ましくは、少なくとも１つの追跡制御装置は、物体の少なくとも１つの実際の位置に従って、少なくとも１つの動作を開始するように適合され得る。一例として、動作は、物体の将来の位置の予測；物体に対する少なくとも１つの装置の指向；検出器に対する少なくとも１つの装置の指向；物体の照射；検出器の照射、から成る群から選択され得る。
追跡システムの用途の一例として、追跡システムは、少なくとも１つの第１の物体を、少なくとも１つの第２の物体に、たとえ第１の物体および／または第２の物体が動いても、継続的に指向するために使用され得る。同じく潜在的な例は、ロボット工学におけるような産業への用途、および／または製造ラインもしくは組み立てラインにおける製造途中のような、たとえ物品が移動中であっても物品に対する継続的な作業に対して見出すことができる。付加的または代替的に、追跡システムは、照射目的に使用され得、たとえ物体が移動中であっても物体に対して照射源を継続的に指向することによって物体を継続的に照射するために使用され得る。さらなる用途は、例えば、移動中の物体に対して送信機を指向することによって、移動中の物体に情報を継続的に伝送するため、通信システムに見出すことができるかもしれない。
本発明による検出器は、１つまたは複数の横方向座標を測定するという追加のオプションを伴い、距離測定の機能またはｚ座標測定の機能を組み合わせた単純な装置として実現することができ、それによってＰＳＤの機能を統合する。
測定範囲について言及すると、測定範囲は、本発明による検出器と共に使用することができる明るさの範囲、例えば光ビームの総出力の範囲、および、検出器と測定され得る物体との間の距離の範囲との両方を指してもよい。上記に列挙した文書のうちの１つまたは複数による従来の検出器は、典型的には、両方の測定範囲において制限されている。反対に、上記のような商信号の使用は、商信号から縦方向座標を決定するために使用され得る広範囲の連続的かつ単調に減少または増加する関数を提供する。その結果、物体と検出器との間の距離に関して非常に広い範囲の測定値が与えられる。同様に、光ビームの総出力からの商信号の一般的な独立性に起因して、少なくとも一方または両方の光センサの飽和が達成されない限り、すなわち、光ビームの総出力に関して、非常に広い範囲の測定を提供される。
検出器内の光ビームは、一般に、検出器の光軸に沿って伝播し得る。第１および第２の光センサは光軸上に配置されてもよい。しかしながら、光ビームはまた、光軸に沿った以外の方法で伝播してもよい。一例として、光軸に沿って伝播、または光軸に平行に、または光軸に対して０°とは異なる角度、例えば１°から２０°の角度で伝播する、照射光ビームを生成することができる。他の実施形態も可能である。
全体的に、本発明の文脈において、以下の実施形態が、好適であるとみなされる。
実施形態１：少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器であって、
− 前記物体から前記検出器に伝播する少なくとも１つ入射光ビームに応じて少なくとも１つの焦点距離を有する、少なくとも１つの転送装置と、
− 少なくとも２つの光センサであって、各光センサは少なくとも１つの感光エリアを有し、各光センサは前記光ビームによるそれぞれの感光エリアの照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計されている、少なくとも２つの光センサと、
− 前記センサ信号からの商信号Ｑを評価することによって前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成される、少なくとも１つの評価装置と、を有する検出器。
実施形態２：検出器が、物体平面内の前記物体サイズから独立して少なくとも１つの測定範囲における前記物体の縦方向座標ｚを決定するように適合されている、実施形態１による検出器。
実施形態３：前記測定範囲は、前記物体から前記転送装置までの縦方向距離ｚ０と；前記転送装置の焦点距離ｆと；前記転送装置の射出瞳の直径Ｅｘと；前記転送装置から前記感光エリアまでの縦方向距離ｚｓと；前記転送装置から前記物体の像までの距離ｚｉと；前記物体平面における前記物体サイズＯｓｉｚｅと、からなる群から選択される１つ以上のパラメータを調整することによって調整可能である、実施形態１または２による検出器。
実施形態４：前記検出器は、前記検出器の少なくとも１つの点から放射された少なくとも１つの光ビームの錯乱円が前記物体の像の大きさより大きい場合は、前記物体サイズから独立して前記物体の縦方向座標ｚを決定するように適合されている、実施形態３による検出器。
実施形態５：前記検出器は、数式２３が少なくとも１つの距離で真である場合に、前記物体サイズから独立して前記物体の縦方向座標ｚを決定するように適合されている、実施形態４による検出器。
Figure 2020503500
実施形態６：前記評価装置は、前記センサ信号を割算すること、前記センサ信号の倍数を割算すること、前記センサ信号の線形結合を割算することのうちの１つまたは複数により前記商信号Ｑを導出するように構成されている、実施形態５による検出器。
実施形態７：前記評価装置は、前記縦方向座標を決定するために前記商信号Ｑと前記縦方向座標との間の少なくとも１つの所定の関係を使用するように構成されている、実施形態６による検出器。
実施形態８：前記評価装置は、数式２４によって前記商信号Ｑを導出するように構成され、ここで、ｘおよびｙは横方向座標であり、Ａ１およびＡ２はセンサ位置におけるビームプロファイルの面積であり、Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ０）は物体距離ｚ０において与えられるビームプロファイルを表す、実施形態１〜７のうちのいずれか１つによる検出器。
Figure 2020503500
実施形態９：前記光センサが焦点からずれて配置されている、実施形態１〜８のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１０：前記転送装置は光軸を有し、前記転送装置は座標系を構成し、縦方向座標は前記光軸に沿った座標であり、ｄは前記光軸からの空間的オフセットであり、前記光センサは、前記光センサの前記感光エリアが縦方向座標または空間的オフセットまたは表面積の少なくとも１つで異なるように構成されている、実施形態１〜９のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１１：前記光ビームは、単色光ビームであり得る、実施形態１〜１０のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１２：各センサ信号は、前記光ビームの少なくとも１つのビームプロファイルの少なくとも１つのビームプロファイル面積の少なくとも１つの情報を含む、実施形態１〜１１のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１３：前記ビームプロファイルは、台形ビームプロファイル、三角形ビームプロファイル、円錐形ビームプロファイルおよびガウスビームプロファイルの線形結合からなる群から選択される、実施形態１２による検出器。
実施形態１４：前記感光領域は、第１のセンサ信号が前記ビームプロファイルの第１の領域の情報を含み、第２のセンサ信号が前記ビームプロファイルの第２の領域の情報を含むように構成され、前記ビームプロファイルの第１の領域と前記ビームプロファイルの第２の領域は、隣接する領域または重なり合う領域の一方または両方である、実施形態１２または１３による検出器。
実施形態１５：前記評価装置は、前記ビームプロファイルの前記第１の領域と前記ビームプロファイルの前記第２の領域とを決定するように構成されている、実施形態１４による検出器。
実施形態１６：前記ビームプロファイルの前記第１の領域は、本質的に前記ビームプロファイルのエッジ情報を含み、前記ビームプロファイルの前記第２の領域は、本質的に前記ビームプロファイルの中心情報を含む、実施形態１２〜１５のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１７：前記エッジ情報は、前記ビームプロファイルの前記第１の領域内の光子の数に関する情報を含み、前記中心情報は、前記ビームプロファイルの前記第２の領域内の光子の数に関する情報を含む、実施形態１〜１６のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１８：前記評価装置は、前記エッジ情報と前記中心情報を割算すること、前記エッジ情報と前記中心情報の倍数を割算すること、前記エッジ情報と前記中心情報の線形結合を割算することのうちの１つ以上によって前記商信号Ｑを導出するように構成されている、実施形態１６または１７による検出器。
実施形態１９：前記物体から前記検出器に伝播する前記光ビームは、少なくとも１つの線パターンで前記光センサを照射し、Ａ１は前記光センサ上の前記線パターンの全線幅を有する領域に対応し、Ａ２は前記光センサ上の前記線パターンの中心領域である、実施形態１６〜１８のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態２０：前記物体から前記検出器に伝播する前記光ビームは、少なくとも１つの点パターンで前記光センサを照射し、Ａ１は前記光センサ上の前記点パターンの点の全半径を有する領域に対応し、Ａ２は前記光センサ上の前記点パターンの点の中心領域である、実施形態１６〜１９のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態２１：前記光センサは、第１感光エリアを有する第１光センサと第２感光エリアを有する第２光センサを有し、前記第１と第２の感光エリアは、数式２５に示す条件が満足されるように配置され、ここで、ａは、前記転送装置の焦点距離の半分に等しい距離で前記光軸と交差する前記光軸に垂直な平面の内側領域と、前記第１感光エリアの両方に当たる光子の比率であり、ｂは前記平面の内側領域と前記第２感光エリアの両方に当たる光子の比率であり、ｃは前記平面の外側領域と前記第１感光エリアの両方に当たる光子の比率であり、ｄは前記平面の外側領域と前記第２感光エリアの両方に当たる光子の比率である、実施形態１〜２０のうちのいずれか１つによる検出器。
Figure 2020503500
実施形態２２：前記第１感光エリアおよび前記第２感光エリアは、前記内側領域が、前記光軸上に幾何学中心点を有する領域を有し、および光子の半分が前記内側領域の内で前記平面に当たり、残りの半分が前記内側領域の外で前記平面に当たる延長を有するように、構成されている実施形態２１による検出器。
実施形態２３：前記第１感光エリアおよび前記第２感光エリアは、前記内側領域が、前記光軸上に中心点を有する円として、および、前記光子の半分が前記円の内で前記平面に当たり、残りの半分が前記円の外で前記平面に当たるように選択された半径ｒとして設計されるように、構成されている実施形態２２による検出器。
実施形態２４：少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器であって、
− 第１感光エリアを有する少なくとも１つの第１光センサであって、前記物体から前記検出器に伝播する光ビームによる前記第１感光エリアの照射に応答して少なくとも１つの第１センサ信号を生成するように構成されている、第１光センサと、
− 第２感光エリアを有する少なくとも１つの第２光センサであって、前記光ビームによる前記第２感光エリアの照射に応答して少なくとも１つの第２センサ信号を生成するように構成され、前記第１感光エリアは前記第２感光エリアより小さい、第２光センサと、
− 前記第１および第２のセンサ信号を評価することにより、前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成されている、評価装置と、
を有する検出器。
実施形態２５：前記評価装置は、前記第１および第２のセンサ信号を割算することにより、または、前記第１および第２のセンサ信号の倍数を割算することにより、または、前記第１および第２のセンサ信号の線形結合を割算することにより、商信号Ｑを導出するように構成され、前記評価装置は、前記商信号Ｑを評価することによって縦方向座標を決定するように構成されている、実施形態２４による検出器。
実施形態２６：前記評価装置は、前記商信号Ｑと前記縦方向座標との間の少なくとも１つの所定の関係を使用するように構成されている、実施形態２５による検出器。
実施形態２７：前記所定の関係は、経験的関係、半経験的関係および分析的に導出された関係のうちの１つまたは複数である、実施形態２６による検出器。
実施形態２８：前記評価装置は、前記所定の関係を保存するための少なくとも１つのデータ記憶装置を含む、実施形態２６または２７による検出器。
実施形態２９：前記評価装置は少なくとも１つのデバイダを含み、前記デバイダは前記商信号を導出するように構成されている、実施形態２５〜２８のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態３０：前記デバイダは、ソフトウェアデバイダまたはハードウェアデバイダの一方または両方として完全にまたは部分的に具体化されている、実施形態２９による検出器。
実施形態３１：前記第１および第２の光センサは、前記検出器の同一のビーム経路内に直線的に配置されている、実施形態２４〜３０のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態３２：前記第１および第２の光センサは、前記検出器の光軸に対して同心的に配置されている、実施形態３１による検出器。
実施形態３３：前記第１光センサは、前記第２光センサの前に配置され、前記第２光センサから前記第１感光エリアの表面積の平方根の５倍以下の距離で離間している、実施形態２５〜３２のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態３４：前記第１光センサは、前記第２光センサの前方に配置され、前記第２光センサから５０ｍｍ以下、好ましくは１５ｍｍ以下で離間している、実施形態２５〜３３のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態３５：前記第２感光エリアは前記第１感光エリアに比して、少なくとも２倍、より好ましくは少なくとも３倍、最も好ましくは少なくとも５倍大きい、実施形態２５〜３４のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態３６：前記第１感光エリアは、１ｍｍ２〜１５０ｍｍ２の表面積、より好ましくは１０ｍｍ２〜１００ｍｍ２の表面積を有する、実施形態２５〜３５のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態３７：前記第２感光エリアは、１６０ｍｍ２〜１０００ｍｍ２の表面積、より好ましくは２００ｍｍ２〜６００ｍｍ２の表面積を有する、実施形態２５〜３６のうちのいずれか１つ、特に実施形態３６による検出器。
実施形態３８：前記第１および第２の光センサはそれぞれ、少なくとも測定範囲内で、それぞれの第１および第２のセンサ信号がそれぞれの光センサの照射の総出力に依存し、前記照射の光スポットの直径から独立しているような、線形信号特性を有している、実施形態２５〜３７のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態３９：前記第１および第２の光センサはそれぞれ、半導体センサ、好ましくは無機半導体センサ、より好ましくはフォトダイオード、最も好ましくはシリコンフォトダイオードである、実施形態２５〜３８のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態４０：前記第１および第２の光センサはそれぞれ、それぞれの単一の感光エリアを有する均一なセンサである、実施形態２５〜３９のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態４１：前記検出器は、前記物体を照射するための照射源をさらに含む、実施形態２５〜４０のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態４２：前記照射源は、前記物体を照射するための照射光ビームを生成するように構成され、前記検出器は、前記照射光ビームが前記検出器から前記物体に向かって前記検出器の光軸に沿って伝播するように構成されている、実施形態４１による検出器。
実施形態４３：前記検出器は、前記照射光ビームを前記光軸上に偏向させるための少なくとも１つの反射要素、好ましくは少なくとも１つのプリズムを有している、実施形態４２による検出器。
実施形態４４：前記照射源は、前記物体を照射するための少なくとも１つの照射パターンを生成するように適合され、前記照射パターンは、少なくとも１つの点パターン、特に擬似ランダム点パターンまたはランダム点パターン；少なくとも１つのソボルパターン；少なくとも１つの準周期的パターン；少なくとも１つの既知の特徴を含む少なくとも１つのパターン；少なくとも１つの規則的なパターン；少なくとも１つの三角形パターン；少なくとも１つの六角形パターン、特に回転六角形パターンおよび／または変位六角形パターン；少なくとも１つの矩形パターン；凸状の均一傾斜を含む少なくとも１つのパターン；少なくとも１つの縞模様；少なくとも１つの線を含む少なくとも１つの線パターン；平行線または交差線を含む少なくとも２つの線を含む少なくとも１つの線パターン、からなる群から選択される少なくとも１つパターンを有している、実施形態４１〜４３のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態４５：前記光センサは、少なくとも１つの反射パターンを決定するように適合され、前記評価装置は、前記反射パターンの少なくとも１つの特徴を選択し、前記商信号Ｑを評価することにより前記反射パターンの前記選択された特徴の前記縦方向座標ｚを決定するように適合されている、実施形態４４による検出器。
実施形態４６：前記検出器は、少なくとも１つの転送装置をさらに有し、前記転送装置は、前記光ビームを前記光センサ上に案内するように適合されている、実施形態２５〜４５のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態４７：前記転送装置は、少なくとも１つのレンズ、例えば少なくとも１つの焦点調節可能レンズ、少なくとも１つの非球面レンズ、少なくとも１つの球面レンズ、少なくとも１つのフレネルレンズ、少なくとも１つの回折光学要素、からなる群から選択される少なくとも１つのレンズ；少なくとも１つの凹面鏡；少なくとも１つのビーム偏向素子、好ましくは少なくとも１つのミラー；少なくとも１つのビーム分割要素、好ましくは少なくとも１つのビーム分割キューブまたはビーム分割ミラー；少なくとも１つのマルチレンズシステム、のうちの１つまたは複数を含む、実施形態４６による検出器。
実施形態４８：前記第１感光エリアは、前記光ビームの伝播方向において、前記第２感光エリアと重なる、実施形態２５〜４７のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態４９：少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器であって、
− 光センサのマトリックスを有する少なくとも１つのセンサ要素であって、前記光センサはそれぞれ感光エリアを有し、各光センサは、前記物体から前記検出器まで伝播する少なくとも１つの光ビームによる前記感光エリアの照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように構成されている、少なくとも１つのセンサ要素と、
− 少なくとも１つの評価装置であって、
ａ）最高のセンサ信号を有し、少なくとも１つの中心信号を形成する少なくとも１つの光センサを決定すること；
ｂ）前記マトリックスの光センサのセンサ信号を評価し、少なくとも１つの和信号を形成すること；
ｃ）前記中心信号と前記和信号を結合することによって少なくとも１つの結合信号を決定すること：および
ｄ）前記結合信号を評価することによって前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定することにより前記センサ信号を評価するように構成された評価装置と、
を有する検出器。
実施形態５０：前記中心信号が、前記最高のセンサ信号；前記最高センサ信号から所定の許容範囲内にあるセンサ信号群の平均；前記最高のセンサ信号を有する光センサと隣接する光センサの所定の群を含む光センサ群のセンサ信号の平均；前記最高のセンサ信号を有する光センサと隣接する光センサの所定の群を含む光センサ群のセンサ信号の合計；前記最高のセンサ信号から所定の許容範囲内にあるセンサ信号群の合計；所定の閾値を超えているセンサ信号群の平均；所定の閾値を超えているセンサ信号群の合計；前記最高のセンサ信号を有する光センサと隣接する光センサの所定の群を含む光センサ群のセンサ信号の積分；前記最高のセンサ信号から所定の許容範囲内にあるセンサ信号群の積分；所定の閾値を超えているセンサ信号群の積分、からなる群から選択される、実施形態４９による検出器。
実施形態５１：前記検出器、特に前記評価装置は、前記光センサの前記センサ信号を変換し、それによって第２の光センサ信号を生成するように構成され、前記評価装置は、前記第２の光センサ信号を使用することによってステップａ）〜ｄ）を実行するように構成されている、実施形態４９または５０による検出器。
実施形態５２：前記センサ信号の変換は、フィルタリング；少なくとも１つの関心領域の選択；センサ信号によって生成された像と少なくとも１つのオフセットとの間の差分画像の形成；センサ信号によって生成された像を反転させることによるセンサ信号の反転；異なる時間に前記センサ信号によって生成された像の間の差分画像の形成；バックグラウンド補正；カラーチャンネルへの分解；色相、彩度、および明度チャネルへの分解；周波数分解；特異値分解；キャニーエッジ検出器の適用；ガウシアンフィルタのラプラス演算子の適用；ガウスフィルタの微分の適用；ソーベル演算子の適用；ラプラス演算子の適用；シャール演算子の適用；プレウィット演算子の適用；ロバーツ演算子の適用；キルシュ演算子の適用；ハイパスフィルターの適用；ローパスフィルタの適用；フーリエ変換の適用；ラドン変換の適用；ハフ変換の適用；ウェーブレット変換の適用；閾値処理；バイナリ画像の作成、からなる群から選択される少なくとも１つの変換を含む、実施形態５１による検出器。
実施形態５３：前記評価装置が、少なくとも１つの前記最高センサ信号を検出するための、および／または前記中心信号を形成するための少なくとも１つの中心検出器を有している、実施形態４９〜５２のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態５４：前記中心検出器が前記センサ要素に完全にまたは部分的に一体化されている、実施形態５３による検出器。
実施形態５５：前記中心検出器は、ソフトウェアまたはハードウェアの一方または両方によって完全にまたは部分的に具体化されている、実施形態５３または５４による検出器。
実施形態５６：前記和信号は、前記マトリックスの全センサ信号の平均；前記マトリックスの全センサ信号の合計；前記マトリックスの全センサ信号の積分；前記中心信号に寄与する光センサのセンサ信号を除く前記マトリックスの全センサ信号の平均；前記中心信号に寄与する光センサのセンサ信号を除く前記マトリックスの全センサ信号の合計；前記中心信号に寄与する光センサのセンサ信号を除く前記マトリックスの全センサ信号の積分；前記最高センサ信号を有する光センサから所定範囲内の光センサのセンサ信号の合計；前記最高センサ信号を有する光センサから所定範囲内の光センサのセンサ信号の積分；前記最高センサ信号を有する光センサから所定範囲内に位置する光センサの所定の閾値を超えるセンサ信号の合計；前記最高センサ信号を有する光センサから所定範囲内に位置する光センサの所定の閾値を超えるセンサ信号の積分、からなる群から選択される、実施形態４９〜５５のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態５７：前記評価装置が、前記和信号を形成するための少なくとも１つの合算装置を含む、実施形態５６による検出器。
実施形態５８：前記合算装置は前記センサ要素に完全にまたは部分的に一体化されている、実施形態５７による検出器。
実施形態５９：前記合算装置は、ソフトウェアまたはハードウェアの一方または両方によって完全にまたは部分的に具体化されている、実施形態５７または５８による検出器。
実施形態６０：前記結合信号は、前記中心信号と前記和信号の商またはその逆の商を形成すること；前記中心信号の倍数と前記和信号の倍数の商またはその逆の商を形成すること；前記中心信号の線形結合と前記和信号の線形結合の商またはその逆の商を形成すること；前記中心信号と前記和信号の第１の線形結合と、前記中心信号と前記和信号の第２の線形結合の商を形成すること、のうちの１つまたは複数から導出される前記商信号Ｑである、実施形態４９〜５９のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態６１：前記評価装置は、前記縦方向座標を決定するために、前記商信号Ｑと前記縦方向座標の間の少なくとも１つの所定の関係を使用するように構成されている、実施形態６０による検出器。
実施形態６２：前記所定の関係は、経験的関係、半経験的関係および分析的に導出された関係のうちの１つまたは複数である、実施形態６１による検出器。
実施形態６３：前記評価装置は、前記所定の関係を保存するための少なくとも１つのデータ記憶装置を含む、実施形態６１または６２による検出器。
実施形態６４：前記評価装置は少なくとも１つのデバイダを含み、前記デバイダは前記商信号を導出するように構成されている、実施形態６０〜６３のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態６５：前記デバイダは、ソフトウェアデバイダまたはハードウェアデバイダの一方または両方として完全にまたは部分的に具体化されている、実施形態６４による検出器。
実施形態６６：前記デバイダは、前記センサ要素に完全にまたは部分的に一体化されている、実施形態６４または６５による検出器。
実施形態６７：前記光センサは、光検出器、好ましくは無機光検出器、より好ましくは無機半導体光検出器、最も好ましくはシリコン光検出器である、実施形態４９〜６６のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態６８：前記光センサは、赤外線スペクトル範囲において感度が高い、実施形態４９〜６７のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態６９：前記マトリックスが、ＣＣＤ検出器、好ましくはＣＣＤ検出器チップ、または、ＣＭＯＳ検出器、好ましくはＣＭＯＳ検出器チップの一方または両方を含む、実施形態４９〜６８のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態７０：前記マトリックスは、少なくとも１行、好ましくは複数行、および複数列を有する長方形のマトリックスである、実施形態４９〜６９のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態７１：前記行および列が本質的に垂直に配向されている、実施形態７０による検出器。
実施形態７２：前記マトリックスは少なくとも１０行、好ましくは少なくとも５０行、より好ましくは少なくとも１００行を有している、実施形態７０または７１による検出器。
実施形態７３：前記マトリックスは少なくとも１０列、好ましくは少なくとも５０列、より好ましくは少なくとも１００列を有している、実施形態７０〜７２のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態７４：行数と列数の比が１に近く、好ましくは１：３より大きく、より好ましくは１：２より大きい、実施形態７０〜７３のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態７５：前記マトリックスは、少なくとも５０個の光センサ、好ましくは少なくとも１００個の光センサ、より好ましくは少なくとも５００個の光センサを含む、実施形態４９〜７４のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態７６：前記センサ要素は、前記検出器の光軸に対して実質的に垂直に配向されている、実施形態４９〜７５のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態７７：前記光センサはそれぞれ、少なくとも測定範囲内において、それぞれのセンサ信号がそれぞれの光センサの照射の総出力に依存しているような、線形信号特性を有している、実施形態４９〜７６のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態７８：前記検出器は、前記物体を照射するための照射源をさらに備えている、実施形態４９〜７７のうちのいずれか一つによる検出器
実施形態７９：前記照射源は、前記物体を照射するための照射光ビームを生成するように構成され、前記検出器は、前記照射光ビームが前記検出器から前記物体に向かって前記検出器の光軸に沿って伝播するように構成されている、実施形態７８による検出器。
実施形態８０：前記検出器は、前記照射光ビームを前記光軸上に偏向させるための少なくとも１つの反射要素、好ましくは少なくとも１つのプリズムを含む、実施形態７９による検出器。
実施形態８１：前記照射源は、前記物体を照射するための少なくとも１つの照射パターンを生成するように適合され、前記照射パターンは、少なくとも１つの点パターン、特に擬似ランダム点パターンまたはランダム点パターン；少なくとも１つのソボルパターン；少なくとも１つの準周期的パターン；少なくとも１つの既知の特徴を含む少なくとも１つのパターン；少なくとも１つの規則的なパターン；少なくとも１つの三角形パターン；少なくとも１つの六角形パターン、特に回転六角形パターンおよび／または変位六角形パターン；少なくとも１つの矩形パターン；凸状の均一傾斜を含む少なくとも１つのパターン；少なくとも１つの縞模様；少なくとも１つの線を含む少なくとも１つの線パターン；平行線または交差線を含む少なくとも２つの線を含む少なくとも１つの線パターン、からなる群から選択される少なくとも１つのパターンを含む、実施形態７８〜８０のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態８２：前記光センサは、少なくとも１つの反射パターンを決定するように構成され、前記評価装置は前記反射パターンの少なくとも１つの特徴を選択し、前記商信号Ｑを評価することにより前記反射パターンの選択された特徴の縦方向座標ｚを決定するように構成されている、実施形態８１による検出器。
実施形態８３：前記検出器は、少なくとも１つの転送装置をさらに備え、前記転送装置は、前記光ビームを前記光センサ上に案内するように適合されている、実施形態４９〜８２のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態８４：前記転送装置は、少なくとも１つのレンズ、例えば少なくとも１つの焦点調節可能レンズ、少なくとも１つの非球面レンズ、少なくとも１つの球面レンズ、少なくとも１つのフレネルレンズからなる群から選択される少なくとも１つのレンズ；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの凹面鏡；少なくとも１つのビーム偏向素子、好ましくは少なくとも１つのミラー；少なくとも１つのビーム分割要素、好ましくは少なくとも１つのビーム分割キューブまたはビーム分割ミラー；少なくとも１つのマルチレンズシステム、のうちの１つまたは複数を有している、実施形態８４による検出器。
実施形態８５：前記評価装置はさらに、前記最高のセンサ信号を有する少なくとも１つの光センサの横方向位置を評価することにより、前記物体の少なくとも１つの横方向座標を決定するように構成されている、実施形態４９〜８４のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態８６：前記評価装置は、異なる変調を有する異なる光ビームを区別するように構成されている、実施形態４８〜８５のうちのいずれか１つによる検出器検出器。
実施形態８７：少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器であって、
− 少なくとも２つの光センサであって、各光センサは感光エリアを有し、各感光エリアは幾何学中心を有し、前記光センサの前記幾何学中心は前記検出器の光軸から異なる空間的オフセットで離れており、各光センサは、前記物体から前記検出器へ伝播する光ビームによるそれぞれの感光エリアの照射に応答してセンサ信号を生成するように構成されている、光センサと；そして
− 少なくとも２つのセンサ信号を結合することによって、前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成されている少なくとも１つの評価装置と、
を有する検出器。
実施形態８８：前記光センサは同一平面内に位置している、実施形態８７による検出器。
実施形態８９：前記光センサはセグメント化ダイオードの部分ダイオードであり、前記セグメント化ダイオードの中心は前記検出器の光軸から偏心している、実施形態８７または８８による検出器。
実施形態９０：前記光センサは、２〜４個の光センサを有する象限フォトダイオードのようなセンサアレイの一部である、実施形態８７〜８９のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態９１：前記センサアレイの幾何学中心が前記光軸からずれている、実施形態９０による検出器。
実施形態９２：前記センサアレイは、好ましくは自動的に、前記光軸に対して移動可能である、実施形態９０または９１による検出器。
実施形態９３：前記評価装置は、最初に、前記センサ信号を使用することによって、前記光ビームによって生成された前記センサアレイ上の光スポットの少なくとも１つの横方向位置を決定し、次に、前記光スポットが偏心するまで前記センサアレイを前記光軸に対して移動させるように構成されている、実施形態９２に記載の検出器。
実施形態９４：前記光センサは、象限ダイオードの部分ダイオードであり、前記象限ダイオードの幾何学中心は前記検出器の前記光軸から偏心している、実施形態８７〜９３のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態９５：前記光センサの感光面積が等しい、実施形態８７〜９４のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態９６：前記検出器は、少なくとも１つのレンズを含み、前記検出器の光軸は前記レンズの対称軸である、実施形態８７〜９５のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態９７：前記評価装置は、前記センサ信号を割算すること、前記センサ信号の倍数を割算すること、または、前記センサの線形結合を割算することのうちの１つまたは複数によって商信号Ｑを導出するように構成され、前記評価装置はさらに、前記商信号Ｑを評価することによって縦方向座標を決定するように構成されている、実施形態８７〜９６のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態９８：前記評価装置は、前記商信号Ｑと前記縦方向座標との間の少なくとも１つの所定の関係を使用するように構成されている、実施形態９７による検出器。
実施形態９９：前記所定の関係は、経験的関係、半経験的関係および分析的に導出された関係のうちの１つまたは複数である、実施形態９８による検出器。
実施形態１００：前記評価装置は、前記所定の関係を保存するための少なくとも１つのデータ記憶装置を含む、実施形態９８または９９による検出器。
実施形態１０１：前記評価装置は少なくとも１つのデバイダを含み、前記デバイダは前記商信号を導出するように構成されている、実施形態９７〜１００のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１０２：前記デバイダは、ソフトウェアデバイダまたはハードウェアデバイダの一方または両方として完全にまたは部分的に具体化されている、実施形態１０１による検出器。
実施形態１０３：前記光センサは、前記検出器の同一のビーム経路内に配置されている、実施形態８７〜１０２のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１０４：前記光センサはそれぞれ、半導体センサ、好ましくは無機半導体センサ、より好ましくはフォトダイオード、最も好ましくはシリコンフォトダイオードである、実施形態８７〜１０３のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１０５：前記光センサはそれぞれ、単一の感光エリアをそれぞれ有する均一なセンサである、実施形態８７〜１０４のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１０６：前記光センサはそれぞれ、少なくとも測定範囲内において、前記センサ信号が各光センサの照射の総出力に依存し、照射の光スポットの直径から独立しているような、線形信号特性をそれぞれ有している、実施形態８７〜１０５のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１０７：前記検出器が、前記光軸上にあるかまたは前記光軸上にない少なくとも１つの照射光ビームを提供する照射源のような、前記物体を照射するための照射源、例えば、少なくとも１つのレーザを有する照射源をさらに有している、実施形態８７〜１０６のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１０８：前記照射源は、前記物体を照射するための照射光ビームを生成するように構成され、前記検出器は、前記照射光ビームが前記検出器から前記物体に向かって前記検出器の光軸に沿って伝播するように、構成されている、実施形態１０７による検出器。
実施形態１０９：前記検出器は、前記照射光ビームを前記光軸上に偏向させるための少なくとも１つの反射要素、好ましくは少なくとも１つのプリズムを含む、実施形態１０８による検出器。
実施形態１１０：前記照射源は、前記物体を照射するための少なくとも１つの照射パターンを生成するように適合され、前記照射パターンは、少なくとも１つの点パターン、特に擬似ランダム点パターンまたはランダム点パターン；少なくとも１つのソボルパターン；少なくとも１つの準周期的パターン；少なくとも１つの既知の特徴を含む少なくとも１つのパターン；少なくとも１つの規則的なパターン；少なくとも１つの三角形パターン；少なくとも１つの六角形パターン、特に回転六角形パターンおよび／または変位六角形パターン；少なくとも１つの矩形パターン；凸状の均一傾斜を含む少なくとも１つのパターン；少なくとも１つの縞模様；少なくとも１つの線を含む少なくとも１つの線パターン；平行線または交差線のような少なくとも２つの線を含む少なくとも１つの線パターン、からなる群から選択される少なくとも１つの照射パターンを含む、実施形態１０７〜１０９のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１１１：前記光センサは少なくとも１つの反射パターンを決定するように適合され、前記評価装置は前記反射パターンの少なくとも１つの特徴を選択し、前記商信号Ｑを評価することによって前記反射パターンの選択された特徴の前記縦方向座標ｚを決定するように適合されている、実施形態１１０による検出器。
実施形態１１２：前記検出器は少なくとも１つの転送装置をさらに有し、前記転送装置は前記光ビームを前記光センサ上に案内するように適合されている、実施形態８７〜１１１のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１１３：前記転送装置は、少なくとも１つのレンズ、例えば、少なくとも１つの焦点調節可能レンズ、少なくとも１つの非球面レンズ、少なくとも１つの球面レンズ、少なくとも１つのフレネルレンズからなる群から選択される少なくとも１つのレンズ；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの凹面鏡；少なくとも１つのビーム偏向素子、好ましくは少なくとも１つのミラー；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つのフレネルレンズ；少なくとも１つのビーム分割要素、好ましくはビーム分割キューブまたはビーム分割ミラーのうちの少なくとも１つ；少なくとも１つのマルチレンズシステム、のうちの１つまたは複数を有している、実施形態１１２による検出器。
実施形態１１４：少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器であって、
− 第１感光エリアを有する少なくとも１つの第１光センサであって、前記物体から前記検出器へ伝播する光ビームによる前記第１感光エリアの照射に応答して少なくとも１つの第１センサ信号を生成するように構成される、第１光センサと、
− 少なくとも１つの第２光センサであって、
・ 第２感光エリアを形成する蛍光導波シートであって、前記蛍光導波シートは、前記物体から前記検出器に向かって伝播する少なくとも１つの光ビームが前記第２感光エリアに少なくとも１つの光スポットを生成するように、前記物体に向けられ、前記蛍光導波シートは少なくとも１つの蛍光材料を含み、前記蛍光材料は、前記光ビームの照射に応答して蛍光ライトを発する、蛍光導波シートと、
・ 前記蛍光導波シートの少なくとも１つのエッジに配置される少なくとも１つの感光要素であって、前記蛍光導波シートによって前記光スポットから前記感光要素へガイドされる蛍光ライトを検出することができ、前記光ビームによる前記第２感光エリアの照射に応答して少なくとも１つの第２センサ信号を生成することができ、前記第１感光エリアは前記第２感光エリアより小さい、感光要素と、
を有する、第２光センサと、
− 前記第１および第２のセンサ信号を評価することにより、前記物体の少なくとも１つ縦方向座標ｚを決定するように構成されている少なくとも１つの評価装置と、
を有する検出器。
実施形態１１５：前記少なくとも１つの感光要素は、前記蛍光導波シートの隅部；直線的なエッジ、例えば前記蛍光導波シートの直線的なリム部分、のうちの少なくとも１つに配置されている、実施形態１１４による検出器。
実施形態１１６：前記少なくとも１つの感光要素は、前記蛍光導波シートによって案内される蛍光ライトを前記蛍光導波シートの外へ少なくとも部分的に結合するように構成された少なくとも１つの光結合要素によって前記蛍光導波シートに光学的に結合されている、実施形態１１４または１１５による検出器。
実施形態１１７：前記光結合要素は、前記蛍光導波シート外へ結合された前記蛍光ライトを少なくとも部分的に前記感光要素に結合するように構成されている、実施形態１１６による検出器。
実施形態１１８：前記光結合要素は、前記感光要素を前記蛍光導波シートに取り付ける透明接着剤の一部；前記蛍光導波シート内のエッチング部分；前記蛍光導波シート内のスクラッチ；プリズム、からなる群から選択される、実施形態１１６または１１７による検出器。
実施形態１１９：少なくとも１つの前記第１光センサと少なくとも１つの前記第２光センサの少なくとも１つの前記感光要素は、実質的に同一の電気容量を有する、実施形態１１４〜１１８のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１２０：前記評価装置は、前記第１および第２のセンサ信号を割算することにより、または前記第１および第２のセンサ信号の倍数を割算することにより、または前記第１および第２のセンサ信号の線形結合を割算することにより前記商信号Ｑを導出するように構成され、前記評価装置は、前記商信号Ｑを評価することによって前記縦方向座標を決定するように構成されている、実施形態１１４〜１１９のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１２１：前記評価装置は、前記商信号Ｑと前記縦方向座標の間の少なくとも１つの所定の関係を使用するように構成されている、実施形態１２０による検出器。
実施形態１２２：前記所定の関係は、経験的関係、半経験的関係および分析的に導出された関係のうちの１つまたは複数である、実施形態１２１による検出器。
実施形態１２３：前記評価装置は、前記所定の関係を保存するための少なくとも１つのデータ記憶装置を含む、実施形態１２１または１２２による検出器。
実施形態１２４：前記評価装置は、少なくとも１つのデバイダを含み、前記デバイダは前記商信号を導出するように構成されている、実施形態１２０〜１２３のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１２５：前記デバイダは、ソフトウェアデバイダまたはハードウェアデバイダの一方または両方として完全にまたは部分的に具体化されている、実施形態１２４による検出器。
実施形態１２６：前記第１光センサは、前記光ビームが所与の順序で前記第１光センサを照射し、次に、前記第２光センサを照射するように、前記第２光センサの前に配置される、実施形態１１４〜１２５のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１２７：前記第２光センサは、少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つ、最も好ましくは少なくとも４つの感光要素であって、前記蛍光導波シートの少なくとも２つエッジに配置され、前記蛍光導波シートによって前記光スポットから前記感光要素へガイドされる蛍光ライトを検出することができ、それぞれ少なくとも１つのセンサ信号を生成することができる、感光要素を有している、実施形態１１４〜１２６のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１２８：少なくとも２つの感光要素が、少なくとも２つの直線的なエッジ、例えば、前記蛍光導波シートの直線的なリム部、前記蛍光導波シートの少なくとも２つの隅部、前記蛍光導波シートの１つの隅部と前記蛍光導波シートの少なくとも１つの直線的なエッジ、のうちの１つまたは複数に配置されている、実施形態１２７による検出器。
実施形態１２９：前記評価装置は、前記少なくとも２つの感光要素の前記センサ信号を合算し、それにより和信号Ｓを形成するように構成された少なくとも１つの合算装置を有する、実施形態１２８による検出器。
実施形態１３０：前記和信号は、式Ｓ＝Σｉｃｉｓｉ、ここでｓｉはセンサ信号、ｉ＝１・・・ＮはＮが前記感光要素の数を表す正の整数またはより小さい正の整数、ｃｉはそれぞれの較正係数である該式を使用することにより導出される、実施形態１２９による検出器。
実施形態１３１：前記評価装置は、前記第１センサ信号、前記第２センサ信号の前記和信号、及び前記縦方向座標ｚの間の少なくとも１つの所定の関係を使用することによって前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成されている、実施形態１２９または１３０による検出器。
実施形態１３２：前記評価装置は、前記感光要素の前記センサ信号を評価することにより、前記物体の少なくとも１つの横方向座標ｘ，ｙを決定するようにさらに構成されている、実施形態１２８〜１３１のうちのいずれか一つによる検出器。
実施形態１３３：前記評価装置は、少なくとも２つの前記感光要素によって生成された前記第２センサ信号間の少なくとも１つの差信号Ｄを形成するように構成された少なくとも１つの減算装置を備えている、実施形態１３２による検出器。
実施形態１３４：前記第２センサ信号は、少なくとも１つの第２センサ信号ｓ２１と少なくとも１つの第２センサ信号ｓ２２を含み、前記少なくとも１つの差信号Ｄはａ・ｓ２１ − ｂ・ｓ２２に比例し、ここで、ａ，ｂは実数係数であり、好ましくはａ ＝ １およびｂ ＝ １である、実施形態１３３による検出器。
実施形態１３５：前記少なくとも１つの差信号Ｄは、式Ｄ ＝ （ａ・ｓ２１ − ｂ・ｓ２２）／（ａ・ｓ２１ ＋ ｂ・ｓ２２）によって導出される、実施形態１３４による検出器。
実施形態１３６：前記減算装置は、前記物体の少なくとも１つの第１横方向座標ｘが導き出される少なくとも１つの第１差信号Ｄｘを形成するように構成され、前記減算装置はさらに、前記物体の少なくとも１つの第２横方向座標ｙ導出される少なくとも１つの第２差信号Ｄｙを形成するように構成される、実施形態１３３〜１３５のうちのいずれか一つによる検出器。
実施形態１３７：前記第１差信号Ｄｘは、第１の次元で前記導波シートの対向するエッジ、例えば対向するリム部および／または隅部に配置された少なくとも２つの感光要素の少なくとも２つの第２センサ信号ｓｘ１，ｓｘ２から生成され、前記第２差信号Ｄｙは、第２の次元で前記導波シートの対向するエッジ、例えば対向するリム部および／または隅部に配置された少なくとも２つの感光要素の第２センサ信号ｓｙ１，ｓｙ２から生成される、実施形態１３６による検出器。
実施形態１３８：前記少なくとも１つの第１差信号Ｄｘは、式Ｄｘ＝（ａ・ｓｘ１ − ｂ・ｓｘ２）／（ａ・ｓｘ１ ＋ ｂ・ｓｘ２）によって導出され、前記少なくとも１つの第２差信号Ｄｙは、式Ｄｙ＝（ｃ・ｓｙ１ - ｄ・ｓｙ２）／（ｃ・ｓｙ１ ＋ ｄ・ｓｙ２）によって導出され、ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｄは実数係数であり、好ましくはａ ＝ １，ｂ ＝ １，ｃ ＝ １，ｄ ＝ １である、実施形態１３７による検出器。
実施形態１３９：前記感光要素は、前記蛍光導波シートの対向するエッジ、例えば対向するリム部および／または隅部に配置された少なくとも２つの感光要素を含む、実施形態１２８〜１３８のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１４０：前記感光要素は、座標系の第１の次元で前記蛍光導波シートの対向するエッジ、例えば対向するリム部および／または隅部に配置された感光要素の少なくとも１つの第１の対を含み、前記感光要素は、前記座標系の第２の次元で前記蛍光導波シートの対向するエッジ、例えば対向するリム部および／または隅部に配置された感光要素の少なくとも１つの第２の対をさらに含む、実施形態１２８〜１３９のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１４１：前記第２感光エリアは均質な感光エリアである、実施形態１１４〜１４０のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１４２：前記第２感光エリアは、少なくとも５ｍｍ２、好ましくは少なくとも１０ｍｍ２、より好ましくは少なくとも１００ｍｍ２、より好ましくは少なくとも４００ｍｍ２の表面積を有する、実施形態１１４〜１４１のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１４３：前記蛍光導波シートは少なくとも１つの平面シートを含む、実施形態１１４〜１４２のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１４４：前記蛍光導波シートは、１０μｍ〜３ｍｍの厚さ、好ましくは１００μｍ〜１ｍｍの厚さ、例えば５０μｍ〜２ｍｍの厚さを有する、実施形態１１４〜１４３のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１４５：前記蛍光導波路シートは可撓性または変形可能である、実施形態１１４〜１４４のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１４６：前記蛍光導波シートは少なくとも１つのマトリックス材料を含み、前記少なくとも１つの蛍光材料は、前記マトリックス材料に混合され、前記マトリックス材料に分散され、前記マトリックス材料に化学的に結合するか、または前記マトリックス材料に溶解している１つ以上のものである、実施形態１１４〜１４５のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１４７：前記マトリックス材料は少なくとも１つのプラスチック材料を含む、実施形態１４６による検出器。
実施形態１４８：前記プラスチック材料は少なくとも１つのポリマー材料を含む、実施形態１４７による検出器。
実施形態１４９：前記プラスチック材料は、ポリカーボネート、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニルからなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む、実施形態１４７または１４８による検出器。
実施形態１５０：前記蛍光材料が少なくとも１つの蛍光染料を含む、実施形態１１４〜１４９のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１５１：前記蛍光染料は少なくとも１つの有機蛍光染料を含む、実施形態１５０による検出器。
実施形態１５２：前記蛍光染料は、キサンテン誘導体、好ましくはフルオレセイン、ローダミン、オレゴングリーン、エオシン、テキサスレッド、またはその任意の成分の誘導体のうちの１つまたは複数；シアニン誘導体、好ましくはシアニン、インドカルボシアニン、オキサカルボシアニン、チアカルボシアニン、メロシアニン、またはそれらの任意の成分の誘導体のうちの１つまたは複数；スクアライン誘導体または環置換スクアライン、好ましくはＳｅｔａ、ＳｅＴａｕ、およびＳｑｕａｒｅ染料、またはそれらの任意の成分の誘導体のうちの１つまたは複数；ナフタレン誘導体、好ましくはダンシルもしくはそのプロダン誘導体のうちの１つまたは複数；クマリン誘導体；オキサジアゾール誘導体、好ましくはピリジルオキサゾール、ニトロベンゾオキサジアゾール、ベンゾオキサジアゾール、またはそれらの任意の成分の誘導体のうちの１つまたは複数；アントラセン誘導体、好ましくはアントラキノン、ＤＲＡＱ５、ＤＲＡＱ７、ＣｙＴＲＡＫオレンジ、またはそれらの任意の成分の誘導体のうちの１つまたは複数；ピレン誘導体、好ましくはカスケードブルー；オキサジン誘導体、好ましくはナイルレッド、ナイルブルー、クレシルバイオレット、オキサジン１７０、またはそれらの任意の成分の誘導体のうちの１つまたは複数；アクリジン誘導体、好ましくはプロフラビン、アクリジンオレンジ、アクリジンイエロー、またはそれらの任意の成分の誘導体のうちの１つまたは複数；アリールメチン誘導体、好ましくはオーラミン、クリスタルバイオレット、マラカイトグリーン、またはそれらの任意の成分の誘導体のうちの１つまたは複数；テトラピロール誘導体、好ましくはポルフィン、フタロシアニン、ビリルビンのうちの１つまたは複数；ペリレン染料またはリレン染料のようなその任意の誘導体；ナフタレンイミドまたはペリレンイミド；ＷＯ ２０１２／１６８３９５ Ａ１に公開されているようなナフトイレンベンズイミダゾール染料；またはそれらの任意の成分の誘導体、からなる群から選択される、実施形態１５０または１５１による検出器。
実施形態１５３：前記少なくとも１つの感光要素は、前記蛍光導波シートのエッジの少なくとも１つのセグメントに沿って延びる少なくとも１つの引き延ばされた感光要素を含む、実施形態１１４〜１５２のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１５４：前記蛍光導波シートは矩形蛍光導波シート、好ましくは正方形蛍光導波シートであり、前記感光要素は前記蛍光導波シートの４つのエッジのそれぞれ、例えば４つのリム部および／または隅部のそれぞれに配置されている、実施形態１１４〜１５３のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１５５：前記検出器はさらに、少なくとも１つの光フィルタ要素、好ましくは少なくとも１つの光ショートパスフィルタを含む、実施形態１１４〜１５４のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１５６：前記第１および第２の光センサは、前記検出器の同一のビーム経路内に直線的に配置されている、実施形態１１４〜１５５のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１５７：前記第１および第２の光センサは、前記検出器の光軸に対して同心的に配置されている、実施形態１５６による検出器。
実施形態１５８：前記第１光センサは、前記第２光センサの前に配置され、前記第２光センサから前記第１感光エリアの表面積の平方根の５倍以下の距離で離間している、実施形態１１４〜１５７のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１５９：前記第１光センサは前記第２光センサの前に配置され、前記第２光センサから５０ｍｍ以下、好ましくは１５ｍｍ以下の距離で離間している、実施形態１１４〜１５８のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１６０：前記第２感光エリアは前記第１感光エリアに比して、少なくとも２倍、より好ましくは少なくとも３倍、最も好ましくは少なくとも５倍大きい、実施形態１１４〜１５９のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１６１：前記第１感光エリアは、１ｍｍ２〜１５０ｍｍ２の表面積、より好ましくは１０ｍｍ２〜１００ｍｍ２の表面積を有する、実施形態１１４〜１６０のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１６２：前記第２感光エリアは、１６０ｍｍ２〜１０００ｍｍ２の表面積、より好ましくは２００ｍｍ２〜６００ｍｍ２の表面積を有する、実施形態１１４〜１６１のうちのいずれか１つ、特に実施形態１６１による検出器。
実施形態１６３：前記第１および第２の光センサはそれぞれ、少なくとも測定範囲内で、それぞれの第１および第２のセンサ信号がそれぞれの光センサの照射の総出力に依存し、前記照射の光スポットの直径から独立しているような、線形信号特性を有している、実施形態１１４〜１６２のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１６４：前記第１光センサは、半導体センサ、好ましくは無機半導体センサ、より好ましくはフォトダイオード、最も好ましくはシリコンフォトダイオードである、実施形態１１４〜１６３のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１６５：前記第１光センサは、単一の感光エリアを有する均一なセンサである、実施形態１１４〜１６４のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１６６：前記検出器は、前記物体を照射するための照射源をさらに含む、実施形態１１４〜１６５のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１６７：前記照射源は、前記物体を照射するための照射光ビームを生成するように構成され、前記検出器は、前記照射光ビームが前記検出器から前記物体にむかって前記検出器の光軸に沿って伝播するように構成されている、実施形態１６６による検出器。
実施形態１６８：前記検出器は、前記照射光ビームを前記光軸上に偏向させるための少なくとも１つの反射要素、好ましくは少なくとも１つのプリズムを有している、実施形態１６７による検出器。
実施形態１６９：前記検出器は、少なくとも１つの転送装置をさらに有し、前記転送装置は、前記光ビームを前記光センサ上に案内するように適合されている、実施形態１１４〜１６８のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１７０：前記転送装置は、少なくとも１つのレンズ、少なくとも１つの焦点調節可能レンズ、少なくとも１つの球面レンズ、少なくとも１つの非球面レンズ、少なくとも１つのフレネルレンズ；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つのビーム偏向素子、好ましくは少なくとも１つのミラー；少なくとも１つのビーム分割要素、好ましくはビーム分割キューブまたはビーム分割ミラー；少なくとも１つのマルチレンズシステム、のうちの１つまたは複数を含む、実施形態１６９による検出器。
実施形態１７１：前記第１感光エリアは、前記光ビームの伝播方向において、前記第２感光エリアと重なる、実施形態１１４〜１７０のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１７２：少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器であって、
− 少なくとも１つの角度依存光学要素であって、前記物体から前記検出器に向かって伝播して該角度依存光学要素を照射する入射光ビームの入射角に応じて、少なくとも１つのビームプロファイルを有する少なくとも１つの伝送光ビームを生成するように適合された角度依存光学要素と；
− 少なくとも２つの光センサであって、各光センサは少なくとも１つの感光エリアを有し、各光センサは、前記角度依存光学要素によって生成された光ビームによるそれぞれの感光エリアの照射に応じて少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計された、光センサと；
− 前記センサ信号から商信号Ｑを評価することによって前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成された少なくとも１つの評価装置と、
を有する検出器。
実施形態１７３：前記角度依存光学要素は、少なくとも１つの光ファイバ、特に少なくとも１つの多分岐光ファイバ、特に少なくとも１つの二分岐光ファイバ；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの角度依存反射要素、少なくとも１つの回折格子要素、特にブレーズ格子要素；少なくとも１つの開口絞り；少なくとも１つのレンズアレイ、特に少なくとも１つのマイクロレンズアレイ；少なくとも１つの光フィルタ；少なくとも１つの偏光フィルタ；少なくとも１つの帯域通過フィルタ；少なくとも１つの液晶フィルタ、特に液晶チューナブルフィルタ；少なくとも１つのショートパスフィルタ；少なくとも１つのロングパスフィルタ；少なくとも１つのノッチフィルタ；少なくとも１つの干渉フィルタ；少なくとも１つの伝送格子；少なくとも１つの非線形光学要素、特に１つの複屈折光学要素、からなる群から選択される少なくとも１つの光学要素を有している、実施形態１７２による検出器。
実施形態１７４：前記検出器は、少なくとも１つの転送装置を含み、前記転送装置は、前記物体から前記検出器へ伝播する少なくとも１つの入射光ビームに応じて少なくとも１つの焦点距離を有する、実施形態１７２または１７３による検出器。
実施形態１７５：前記検出器は、前記物体を照射するための照射源をさらに含む、実施形態１７２〜１７４のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１７６：前記照射源は、前記角度依存光学要素を通して前記物体を照射するように適合されている、実施形態１７５による検出器。
実施形態１７７：前記照射源および前記角度依存光学要素は、前記転送装置の後方で前記物体から前記検出器に進む光ビームの伝播方向に配置されている、実施形態１７５または１７６による検出器。
実施形態１７８：前記照射源と前記光センサの間の前記検出器の光軸に垂直な距離が小さい、実施形態１７５〜１７７のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１７９：前記照射源と前記光センサの間の前記検出器の光軸に垂直な距離が０．１ｍ未満、好ましくは０．０５ｍ未満、より好ましくは０．０２５ｍ未満である、実施形態１７８による検出器。
実施形態１８０：前記角度依存光学要素は光ファイバであり、前記照射源は前記光ファイバを通って案内され、前記照射源は少なくとも１つの照射ビームを生成するように適合され、前記照射ビームは前記転送装置の後方で前記転送装置の半径より小さいベースライン内で前記光ファイバから出て、前記照射ビームを案内する前記光ファイバは屈折率の差が大きい界面における反射を低減するために前記転送装置に取り付けることができる、実施形態１７８または１７９による検出器。
実施形態１８１：前記光ファイバは、ポリマー、接着剤または他の取り付け手段のうちの１つまたは複数によって前記転送装置に取り付けられる、実施形態１８０による検出器。
実施形態１８２：前記照射源と前記光センサの間の前記検出器の光軸に垂直な距離は、前記転送装置の半径よりも小さい、実施形態１７８〜１８１のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１８３：前記評価装置は、前記センサ信号を割算すること、前記センサ信号の倍数を割算すること、前記センサ信号の線形結合を割算することのうちの１つまたは複数によって前記商信号Ｑを導出するように構成されている、実施形態１７２〜１８２のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１８４：前記評価装置は、前記縦方向座標を決定するために、前記商信号Ｑと前記縦方向座標の間の少なくとも１つの所定の関係を使用するように構成される、実施形態１８３による検出器。
実施形態１８５：前記評価装置は、数式２６によって前記商信号Ｑを導出するように構成されており、ここで、ｘおよびｙは横方向座標、Ａ１およびＡ２は前記光センサのセンサ位置における前記ビームプロファイルの面積、Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ０）は物体距離ｚ０において与えられるビームプロファイルを示す、実施形態１７２〜１８４のうちのいずれか１つによる検出器。
Figure 2020503500
実施形態１８６：前記評価装置は少なくとも１つのデバイダを含み、前記デバイダは前記商信号を導出するように構成されている、実施形態１７２〜１８５のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１８７：前記光センサは、焦点からずらして配置されている、実施形態１７２〜１８６のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１８８：前記センサ信号のそれぞれは、前記角度依存光学要素によって生成された光ビームのビームプロファイルの少なくとも１つの面積の少なくとも１つの情報を含む、実施形態１７２〜１８７のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１８９：前記ビームプロファイルは、台形ビームプロファイル、三角形ビームプロファイル、円錐形ビームプロファイル、およびガウスビームプロファイルの線形結合、からなる群から選択される、実施形態１８８による検出器。
実施形態１９０：前記感光エリアは、第１のセンサ信号が前記ビームプロファイルの第１領域の情報を含み、第２のセンサ信号が前記ビームプロファイルの第２領域の情報を含むように構成され、前記ビームプロファイルの第１領域と前記ビームプロファイルの第２領域は、隣接領域または重複領域の一方または両方である、実施形態１８８または１８９による検出器。
実施形態１９１：前記評価装置は、前記ビームプロファイルの第１領域と前記ビームプロファイルの第２領域を決定するように構成されている、実施形態１９０による検出器。
実施形態１９２：前記ビームプロファイルの第１領域は、本質的に前記ビームプロファイルのエッジ情報を含み、前記ビームプロファイルの第２領域は、本質的に前記ビームプロファイルの中心情報を含む、実施形態１８８〜１９１のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１９３：前記エッジ情報は前記ビームプロファイルの第１領域内の光子の数に関する情報を含み、前記中心情報は前記ビームプロファイルの第２領域内の光子の数に関する情報を含む、実施形態１７３〜１９２のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１９４：前記物体から前記検出器に伝播する光ビームは少なくとも１つの線パターンで前記光センサを照射し、Ａ１は前記光センサ上の前記線パターンの全線幅を有する領域に対応し、Ａ２は前記光センサ上の前記線パターンの中心領域である、実施形態１９２または１９３による検出器。
実施形態１９５：前記物体から前記検出器に伝播する光ビームは少なくとも１つの点パターンで前記光センサを照射し、Ａ１は前記光センサ上の前記点パターンの点の全半径を有する領域に対応し、Ａ２は前記光センサ上の点パターンの点の中心領域である、実施形態１９１〜１９４のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１９６：前記評価装置は、前記エッジ情報と前記中心情報を割算すること、前記エッジ情報と前記中心情報の倍数を割算すること、前記エッジ情報と前記中心情報の線形結合を割算すること、のうちの１つまたは複数によって前記商信号Ｑを導出するように構成されている、実施形態１９４または１９５による検出器。
実施形態１９７：前記検出器は、光センサのマトリックスを有する少なくとも１つのセンサ要素を有し、前記光センサはそれぞれ感光エリアを有し、各光センサは、前記角度依存光学要素によって生成された光ビームによる前記感光エリアの照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように構成されている、実施形態１７４〜１９６のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１９８：前記評価装置は、
ａ）前記最高のセンサ信号を有し、少なくとも１つの中心信号を形成する少なくとも１つの光センサを決定すること；
ｂ）前記マトリックスの光センサのセンサ信号を評価し、少なくとも１つの和信号を形成すること；
ｃ）前記中心信号と前記和信号を結合することによって少なくとも１つの結合信号を決定すること：および
ｄ）前記結合信号を評価することによって前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定すること、
によって前記センサ信号を評価するように構成されている、実施形態１９７による検出器。
実施形態１９９：前記中心信号が、前記最高のセンサ信号；前記最高センサ信号から所定の許容範囲内にあるセンサ信号群の平均；前記最高のセンサ信号を有する光センサと隣接する光センサの所定の群を含む光センサ群のセンサ信号の平均；前記最高のセンサ信号を有する光センサと隣接する光センサの所定の群を含む光センサ群のセンサ信号の合計；前記最高のセンサ信号から所定の許容範囲内にあるセンサ信号群の合計；所定の閾値を超えているセンサ信号群の平均；所定の閾値を超えているセンサ信号群の合計；前記最高のセンサ信号を有する光センサと隣接する光センサの所定の群を含むセンサ信号群のセンサ信号の積分；前記最高のセンサ信号から所定の許容範囲内にあるセンサ信号群の積分；所定の閾値を超えているセンサ信号群の積分、からなる群から選択される、実施形態１９８による検出器。
実施形態２００：前記和信号は、前記マトリックスの全センサ信号の平均と、前記マトリックスの全センサ信号の和と、前記マトリックスの全センサ信号の積分と、前記中心信号に寄与する光センサからのセンサ信号を除く前記マトリックスの全センサ信号の平均と、前記中心信号に寄与する光センサからのセンサ信号を除く前記マトリックスの全センサ信号の和と、前記中心信号に寄与する光センサからのセンサ信号を除く前記マトリックスの全センサ信号の積分と、前記最高のセンサ信号を有する前記光センサから所定範囲内の光センサのセンサ信号の和と、前記最高のセンサ信号を有する前記光センサから所定範囲内の光センサのセンサ信号の積分と、前記最高のセンサ信号を有する前記光センサから所定範囲内に位置する光センサの所定の閾値より高いセンサ信号の和と、前記最高のセンサ信号を有する前記光センサから所定範囲内に位置する光センサの所定の閾値より高いセンサ信号の積分、からなる群から選択される、実施形態１９８または１９９による検出器。
実施形態２０１：前記結合信号は、前記中心信号と前記和信号の商またはその逆の商を形成すること、前記中心信号の倍数と前記和信号の倍数の商またはその逆の商を形成すること、前記中心信号の線形結合と前記和信号の線形結合の商またはその逆の商を形成すること、前記中心信号と前記和信号の第１の線形結合と前記中心信号と前記和信号の第２の線形結合の商またはその逆の商を形成すること、のうちの１つまたは複数によって導出される商信号Ｑである、実施形態１９８〜２００のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態２０２：各感光エリアは幾何学中心を有し、前記光センサの前記幾何学中心は前記検出器の光軸から異なる空間的オフセットで離れており、各光センサは前記角度依存光学要素によって生成された光ビームによるそれぞれの感光エリアの照射に応答してセンサ信号を生成するように構成されている、実施形態１７５〜２０１のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態２０４：前記光センサはセンサアレイの一部であり、前記センサアレイの幾何学中心は前記光軸からオフセットされている、実施形態２０２による検出器。
実施形態２０５：前記センサアレイは前記光軸に対して移動可能である、実施形態２０４による検出器。
実施形態２０６：前記評価装置は、最初に、前記センサ信号を使用することによって、前記光ビームによって生成された前記センサアレイ上の光スポットの横方向位置を決定し、次に、前記光スポットが偏心するまで前記センサアレイを前記光軸に対して移動させるように構成されている、実施形態２０５による検出器。
実施形態２０７：前記光センサは、バイセルまたは象限ダイオードの部分ダイオードであり、前記象限ダイオードの幾何学中心は、前記検出器の前記光軸から偏心している、実施形態２０３〜２０６のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態２０８：少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器システムであって、実施形態１〜２０７のうちのいずれか１つによる少なくとも１つの検出器を含み、前記検出器システムは少なくとも１つの光ビームを前記検出器に指向させる少なくとも１つのビーコン装置をさらに有し、前記ビーコン装置は前記物体に取り付け可能なもの、前記物体によって保持可能なもの、前記物体に一体化されたもののうちの少なくとも１つである、検出器システム。
実施形態２０９：ユーザとマシンとの間で少なくとも１つの情報を交換するためのヒューマンマシンインターフェースであって、実施形態２０８による少なくとも１つの検出器システムを備え、前記少なくとも１つのビーコン装置が前記ユーザに直接的または間接的に取り付けられるものおよび前記ユーザによって保持されもののうちの少なくとも１つであるように適合され、前記検出器システムによって前記ユーザの少なくとも１つの位置を決定するように設計され、前記位置に少なくとも１つの情報項目を割り当てるように設計されている、ヒューマンマシンインターフェース。
実施形態２１０：少なくとも１つの娯楽機能を実行する娯楽装置であって、前記娯楽装置は実施形態２０９による少なくとも１つのヒューマンマシンインターフェースを有し、前記娯楽装置はプレーヤが前記ヒューマンマシンインターフェースによって少なくとも１つの情報項目を入力できるように設計され、前記娯楽装置は前記情報によって前記娯楽機能を変化させるように設計されている、娯楽装置。
実施形態２１１：少なくとも１つの移動可能な物体の位置を追跡するための追跡システムであって、前記追跡システムは検出器システムを参照する実施形態１〜２１０のいずれか１つによる少なくとも１つの検出器システムを含み、前記追跡システムは少なくとも１つの追跡コントローラをさらに有し、前記追跡コントローラは所定の時点における前記物体の一連の位置を追跡するように適合されている、追跡システム。
実施形態２１２：場景の奥行きプロファイルを決定するための走査システムであって、前記走査システムは検出器を参照する実施形態１〜２１１のいずれか１つによる少なくとも１つの検出器を有し、前記走査システムはさらに、少なくとも１つの光ビームによって前記場景を走査するように適合された少なくとも１つの照射源をさらに有している、走査システム。
実施形態２１３：少なくとも１つの物体を撮像するためのカメラであって、検出器を参照する実施形態１〜２１２のいずれか１つによる少なくとも１つの検出器を有している、カメラ。
実施形態２１４：電子機器において使用するための慣性測定ユニットであって、前記慣性測定ユニットは検出器を参照する実施形態１〜２１３のいずれか１つによる少なくとも１つの検出器によって決定されたデータを受信するように適合され、前記慣性測定ユニットはさらに車輪速度センサ、回転速度センサ、傾斜センサ、方位センサ、動きセンサ、電磁流体力学センサ、力センサ、角度センサ、角速度センサ、磁界センサ、磁力計、加速度計、ジャイロスコープからなる群から選択される少なくとも１つのさらなるセンサによって決定されたデータを受信するように適合され、前記慣性測定ユニットは前記検出器と前記少なくとも１つのセンサからのデータを評価することにより、空間位置、相対運動または絶対運動、回転、加速度、方向、角度位置、傾斜、回転速度、速度からなる群から選択される前記電子機器の少なくとも１つの特性を決定するように適合されている、慣性測定ユニット。
実施形態２１５：光記憶媒体のための読出し装置であって、検出器を参照する実施形態１〜２１４のいずれか１つによる検出器を有している、読出し装置。
実施形態２１６：少なくとも１つの検出器を使用することによって少なくとも１つの物体の位置を決定するための方法であって、
− 少なくとも２つの光センサを提供し、各光センサは感光エリアを有し、各光センサは、光ビームによるそのそれぞれの感光エリアの照射に応答してセンサ信号を生成するように構成され、前記検出器は少なくとも１つの転送装置を有し、前記転送装置は前記物体から前記検出器に伝播する光ビームに応じて少なくとも１つの焦点距離を有する、ステップ；
− 前記物体から前記検出器に伝播する光ビームによって前記検出器の前記少なくとも２つの光センサの各感光エリアを照射することによって、各感光エリアは少なくとも１つのセンサ信号を生成する、ステップ；および
− 前記センサ信号を評価し、それによって前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定し、前記評価は前記センサ信号の商信号Ｑを導出することを含む、ステップ、
を含む方法。
実施形態２１７：前記物体の縦方向座標ｚは、物体平面内の物体サイズから独立して、少なくとも１つの測定範囲において決定される、実施形態２１６による方法。
実施形態２１８：前記商信号Ｑの導出は、前記センサ信号を割算すること、前記センサ信号の倍数を割算すること、前記センサ信号の線形結合を割算すること、のうちの１つまたは複数を含む、実施形態２１７による方法。
実施形態２１９：前記物体から前記転送装置までの縦方向距離ｚ０；前記転送装置の焦点距離ｆ；前記転送装置の射出瞳の直径Ｅｘ；前記転送装置から前記感光エリアまでの縦方向距離ｚｓ；前記転送装置から前記物体の像までの距離ｚｉ；前記物体平面における物体サイズＯｓｉｚｅ、からなる群から選択される１つ以上のパラメータを調整することにより測定範囲を調整することを含む、方法を参照する実施形態１〜２１８のいずれか１つによる方法。
実施態様２２０：前記転送装置は光軸を有し、前記転送装置は座標系を構成し、縦方向座標ｌは光軸に沿った座標であり、ｄは前記光軸からの空間的オフセットであり、前記光センサの前記感光エリアが縦方向座標、空間的オフセット、表面積のうちの少なくとも１つで異なるように前記光センサを構成することを含む、方法を参照する実施形態１〜２１９のいずれか１つによる方法。
実施形態２２１：前記センサ信号のそれぞれは、前記光ビームの少なくとも１つのビームプロファイルの少なくとも１つの情報を含み、前記ビームプロファイルは、台形ビームプロファイル；三角形ビームプロファイル；円錐形ビームプロファイルおよびガウスビームプロファイルの線形結合からなる群から選択され、前記感領域は、第１のセンサ信号が前記ビームプロファイルの第１領域の情報を含み、第２のセンサ信号が前記ビームプロファイルの第２領域の情報を含むように構成され、前記ビームプロファイルの第１領域と前記ビームプロファイルの第２領域は、隣接領域または重複領域の一方または両方である、方法を参照する実施形態１〜２２０のいずれか１つによる方法。
実施形態２２２：前記評価が、前記ビームプロファイルの第１領域および前記ビームプロファイルの第２領域を決定することを含む、実施形態２２１による方法。
実施形態２２３：前記ビームプロファイルの第１領域は、本質的に前記ビームプロファイルのエッジ情報を含み、前記ビームプロファイルの第２領域は、本質的に前記ビームプロファイルの中心情報を含み、前記エッジ情報は前記ビームプロファイルの第１領域内の光子の数に関する情報を含み、前記中心情報は前記ビームプロファイルの第２領域内の光子の数に関する情報を含み、前記評価は、前記エッジ情報と前記中心情報を割算すること、前記エッジ情報と前記中心情報の倍数を割算すること、前記エッジ情報と前記中心情報の線形結合を割算すること、のうちの１つまたは複数によって商信号Ｑを導出することを含む、実施形態２２１または２２２による方法。
実施形態２２４：少なくとも１つの検出器を使用することによって少なくとも１つの物体の位置を決定するための方法であって、
− 前記物体から検出器に伝播する光ビームによって前記検出器の少なくとも１つの第１光センサの少なくとも１つの第１感光エリアを照射し、それによって少なくとも１つの第１センサ信号を生成するステップ；
− 前記光ビームによって前記検出器の少なくとも１つの第２光センサの少なくとも１つの第２感光エリアを照射し、それによって少なくとも１つの第２センサ信号を生成し、前記第１感光エリアは前記第２感光エリアより小さい、ステップ；および
− 前記第１および第２のセンサ信号を評価し、それによって前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するステップ、
を含む方法。
実施形態２２５：前記第１と第２のセンサ信号の評価は、前記第１および第２のセンサ信号を割算すること、前記第１および第２のセンサ信号の倍数を割算すること、または前記第１および第２のセンサ信号の線形結合を割算することによって商信号Ｑを導出することを含み、前記縦方向座標の決定は前記商信号Ｑを評価することを含む、実施形態２２４による方法
実施形態２２６：少なくとも１つの検出器を使用することによって少なくとも１つの物体の位置を決定するための方法であって、
− 前記物体から前記検出器に伝播する少なくとも１つの光ビームによって前記検出器の少なくとも１つのセンサ要素を照射し、前記検出器は光センサのマトリックスを有し、前記光センサはそれぞれ感光エリアを有し、前記各光センサは照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成する、ステップと、
− 前記センサ信号を、
ａ） 最高のセンサ信号を有し、少なくとも１つの中心信号を形成する少なくとも１つの光センサを決定すること；
ｂ） 前記マトリックスの前記光センサの前記センサ信号を評価し、少なくとも１つの和信号を形成すること；
ｃ） 前記中心信号と前記和信号を結合することにより少なくとも１つの結合信号を決定すること；および、
ｄ） 前記結合信号を評価することによって前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定すること、によって決定するステップと、
を有する方法。
実施形態２２７：前記結合信号は、前記中心信号と前記和信号の商またはその逆の商を形成すること、前記中心信号の倍数と前記和信号の倍数の商またはその逆の商を形成すること、前記中心信号の線形結合と前記和信号の線形結合の商またはその逆の商を形成すること、前記中心信号と前記和信号の第１の線形結合と前記中心信号と前記和信号の第２の線形結合の商を形成すること、のうちの１つまたは複数によって導出される商信号Ｑである、実施形態２２６による方法。
実施形態２２８：前記縦方向座標の決定は、前記商信号Ｑを評価することを含み、前記商信号の評価は、前記縦方向座標を決定するために前記商信号Ｑと前記縦方向座標の間の少なくとも１つの所定の関係を用いることを含む、実施形態２２７による方法。
実施形態２２９：検出器を参照する実施形態１〜２２８のうちのいずれか１つによる前記検出器を使用することを含む、方法の実施形態２２６〜２２８のうちのいずれか１つによる方法。
実施形態２３０：少なくとも１つの検出器を使用することによって少なくとも１つの物体の位置を決定するための方法であって、
− 少なくとも２つの光センサを提供し、各光センサは感光エリアを有し、各感光エリアは幾何学中心を有し、前記光センサの幾何学中心は前記検出器の光軸から異なる距離で離間し、各光センサは、光ビームによるそれぞれの感光エリアの照射に応答してセンサ信号を生成するように構成されているステップ；
− 前記検出器の少なくとも２つの光センサの少なくとも２つの感光エリアを、前記物体から前記検出器に伝播する光ビームによって照射し、それによって少なくとも２つのセンサ信号を生成するステップ；および
− 少なくとも２つのセンサ信号を結合することによって前記センサ信号を評価し、それによって前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するステップ、
を含む方法。
実施形態２３１：前記センサ信号の評価は、前記センサ信号を割算すること、前記センサ信号の倍数を割算すること、または前記センサ信号の線形結合を割算すること、のうちの１つまたは複数によって商信号Ｑを導出することを含み、前記縦方向座標の決定は、前記商信号Ｑを評価することを含む、実施形態２３０による方法。
実施形態２３２：少なくとも１つの検出器を使用することによって少なくとも１つの物体の位置を決定するための方法であって、
− 少なくとも１つの角度依存光学要素を提供し、入射角に依存する少なくとも１つのビームプロファイルを有する少なくとも１つの光ビームを生成するステップ；
− 少なくとも２つの光センサを提供し、各光センサは少なくとも１つの感光エリアを有し、各光センサは前記角度依存光学要素によって生成された光ビームによるそれぞれの感光エリアの照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計されているステップ；
− 前記角度依存光学要素によって生成された光ビームによって前記検出器の前記少なくとも２つの光センサの各感光エリアを照射することによって、各感光エリアが少なくとも１つのセンサ信号を生成するステップ；および
− 前記センサ信号を評価し、それによって前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定し、前記評価が前記センサ信号の結合信号Ｑを導出することを含むステップ、を含む方法。
実施形態２３３：前記結合信号Ｑの導出は、前記センサ信号を割算すること、前記センサ信号の倍数を割算すること、前記センサ信号の線形結合を割算すること、のうちの１つまたは複数を含む、実施形態２３２による方法。
実施形態２３４：使用目的が、交通技術における位置測定、娯楽用途、光データ記憶用途、セキュリティ用途、監視用途、安全用途、ヒューマンマシンインターフェース用途、追跡用途、写真撮影用途、物流用途、マシンビジョン用途、ロボット用途、品質管理用途、製造用途、光データの記憶および読出しと組み合わせ用途、からなる群から選択される、検出器に関する実施形態１〜２３３のいずれか１つによる検出器の使用。
本発明のさらなる任意の詳細および特徴は、従属請求項と併せて続く好ましい例示的な実施形態の説明から明らかである。これに関連して、特定の特徴は、独立したやり方で、または他の特徴と組み合わせて実施することができる。本発明は例示的な実施形態に限定されない。例示的な実施形態は、図面に概略的に示されている。個々の図における同一の参照番号は、同一の要素または同一の機能を有する要素、またはそれらの機能に関して互いに対応する要素を指す。
具体的には、図中では：
本発明による検出器の異なる実施形態を示す図である。 本発明による検出器の異なる実施形態を示す図である。 光源の様々な強度について、物体の縦方向座標ｚの関数としての商信号Ｑを示す図である。 様々なターゲットサイズに対する物体の縦方向座標ｚの関数としての商信号Ｑを示す図である。 本発明による検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインターフェース、娯楽装置、追跡システム、走査システム、およびカメラの例示的な実施形態を示す図である。 本発明による検出器のさらに異なる実施形態を示す図である。 本発明による検出器のさらに異なる実施形態を示す図である。 光センサのマトリックス上の光スポットおよびその評価の例を示す図である。 本発明による検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインターフェース、娯楽装置、追跡システム、走査システムおよびカメラのさらなる例示的な実施形態を示す図である。 様々な照射強度についての縦方向座標ｚの関数としての商信号Ｑの例示的な実施形態を示す図である。 本発明による検出器のさらに異なる実施形態を示す図である。 本発明による検出器のさらに異なる実施形態を示す図である。 本発明による検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインターフェース、娯楽装置、追跡システム、走査システム、およびカメラのさらなる例示的な実施形態を示す図である。 検出器の光軸と象限ダイオード上の光スポットの偏心した位置を示す図である。 スタガード光センサを有する検出器の代替実施形態を示す図である。 様々な測定条件下での物体の縦方向座標ｚの関数としての象限フォトダイオードの２つのフォトダイオードの２つのセンサ信号の商信号Ｑを示す図である。 様々な測定条件下での物体の縦方向座標ｚの関数としての象限フォトダイオードの２つのフォトダイオードの２つのセンサ信号の商信号Ｑを示す図である。 様々な測定条件下での物体の縦方向座標ｚの関数としての象限フォトダイオードの２つのフォトダイオードの２つのセンサ信号の商信号Ｑを示す図である。 図１９ＡＢは、オフアクシス照射光ビームを用いた、図１２の実施形態の変形例を示す図である。 図１９ＣＤＥは、光センサとしてバイセルを用いた図１９Ａによる検出器構成を用いた２つの実験構成と実験結果の比較を示す図である。 本発明による検出器のさらに異なる実施形態を示す図である。 本発明による検出器のさらに異なる実施形態を示す図である。 図２２ＡＢは、本発明で使用することができる第２の光センサの例示的実施形態の異なる図を示す。 光ビームによって生成された光スポットを有する、図２２Ａおよび図２２Ｂに示されている第２光センサの感光エリアの上面図である。 評価装置のさらなる例示的な概略構成を示す図である。 本発明による検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインターフェース、娯楽装置、追跡システム、走査システムおよびカメラのさらなる例示的実施形態を示す図である。 図２６ＡＢは、本発明で使用することができる第２光センサの代替実施形態を示す図である。 図２７ＡＢは、本発明による検出器のさらなる例示的実施形態を示す図である。 本発明による検出器を用いた距離決定の実験結果を示す図である。 本発明による検出器のさらなる例示的実施形態を示す図である。 センサ要素に衝突する例示的な点群を示す図である。 図３１Ａ〜Ｏは、本発明による光センサのさらなる例示的構成を示す図である。 異なる物体サイズに対する縦方向座標ｚの決定の実験結果を示す図である。 図３３ＡＢは、例示的なビームプロファイルと該ビームプロファイルの第１領域および第２領域の決定を示す図である。 検出器のさらなる例示的実施形態を示す図である。 本発明による検出器の例示的実施形態を示す図である。 多分岐光ファイバを有する実施形態を示す図である。 図３６の光ファイバの断面を示す図である。 角度依存光学要素の角度に依存した転送を視覚化した図である。 一定の照射パワーにおける光ファイバの角度依存伝送パワーを示す図である。 図４０ＡＢは、距離測定の実験結果を示す図である。 本発明による検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインターフェース、娯楽装置、追跡システム、走査システム、およびカメラの例示的実施形態を示す図である。 線パターンを使用して縦方向座標ｚを決定する一実施形態を示す図である。 計算光線追跡法を用いた一次元の場合の物体サイズの独立性のシミュレーションテストを示す図である。 図４４ＡＢは、所定の角度θの線に沿って座標原点から距離ωを有する断面に細分化されたデフォーカスビームプロファイルと、光センサのマトリックス上の異なる画像領域のラドン変換を示す図である。 図４５ＡＢは、少なくとも１つのバイセルを含む本発明による検出器のさらなる実施形態を示す図である。 結合センサ信号のスポット径の独立性を示す図である。 図４７Ａ〜Ｃは、六角形照射パターンの３つの実施形態を示す図である。 走査装置の一実施形態を示す図である。
図１では、少なくとも１つの物体１１２の位置を決定するための検出器１１０の第１の実施形態の概略図が示されている。検出器１１０は、少なくとも２つの光センサ１１３、例えばそれぞれが少なくとも１つの感光エリア１２１を有する第１光センサ１１８および第２光センサ１２０を含む。この場合、物体１１２はビーコン装置１１４を含み、そこから光ビーム１１６が第１光センサ１１８および第２光センサ１２０に向かって伝播する。第１光センサ１１８は第１感光エリア１２２を含み、第２光センサ１２０は第２感光エリア１２４を含むことができる。光ビーム１１６は、一例として、検出器１１０の光軸１２６に沿って伝播し得る。しかしながら、他の実施形態も可能である。光検出器１１０はさらに、特にビーム整形のための少なくとも１つの転送装置１２８、例えば少なくとも１つのレンズまたはレンズシステムを備えることができる。転送装置１２８は、物体１１２から検出器１１０に伝播する入射光ビーム１１６に応じて少なくとも１つの焦点距離を有する。転送装置１２８は光軸１２９を有し、転送装置１２８と光検出器は好ましくは共通の光軸を有することができる。搬送装置１２８は座標系を構成している。光軸１２６，１２９に平行または逆平行な方向は縦方向と定義することができ、一方、光軸１２６，１２９に垂直な方向を横方向と定義することができ、縦方向座標ｌは、光軸１２６，１２９に沿った座標であり、ここで、ｄは光軸１２６，１２９からの空間的オフセットである。したがって、光ビーム１１６は、１つ以上の焦点１３０などで集束され、光ビーム１１６のビーム幅は、物体１１２の縦方向座標ｚ、例えば検出器１１０とビーコン装置１１４および／または物体１１２の間の距離に依存し得る。光センサ１１８，１２０は焦点から外れて配置されてもよい。縦方向座標に対するこのビーム幅の依存性の詳細については、ＷＯ ２０１２／１１０９２４ Ａ１および／またはＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１のうちの１つまたは複数を参照することができる。
この第１の好ましい実施形態では、光センサ１１８，１２０は、感光エリア１２２，１２４がそれらの縦方向座標および／またはそれらの表面積および／またはそれらの表面形状が異なるように構成されてもよい。図１から分かるように、第１光センサ１１８は小型の光センサであり、第２光センサ１２０は大型の光センサである。したがって、光ビーム１１６の幅は第１感光エリア１２２を完全に覆い、一方、第２感光エリア１２４上には、第２感光エリア１２４よりも小さい光スポットが生成され、該光スポットは第２感光エリア１２４内に完全に位置するようになる。一例として、第１感光エリア１２２は１ｍｍ２〜１００ｍｍ２の表面積を有し、第２感光エリア１２４は５０〜６００ｍｍ２の表面積を有する。しかしながら、他の実施形態も可能である。
第１光センサ１１８は、光ビーム１１６による照射に応答して、第１センサ信号ｓ１を生成し得る一方、第２光センサ１２０は第２センサ信号ｓ２を生成し得る。好ましくは、光センサ１１８，１２０は線形光センサであり、すなわちセンサ信号ｓ１およびｓ２はそれぞれ、光ビーム１１６の総出力またはそれぞれの感光エリア１２２，１２４を照射する光ビーム１１６の部分の総出力にのみ依存し、これらのセンサ信号ｓ１およびｓ２は照射の光スポットの実際のサイズから独立している。言い換えれば、好ましくは、光センサ１１８，１２０は、上記のＦｉＰ効果を示さない。
センサ信号ｓ１およびｓ２は、検出器１１０の評価装置１３２に提供される。評価装置１３２は、図１に象徴的に示されるように、上で説明されたように、商信号Ｑを導出するように具体化される。センサ信号ｓ１およびｓ２またはそれらの倍数もしくはそれらの線形結合を割算することによって導出される商信号Ｑは、物体１１２および／またはビーコン装置１１４の縦方向座標ｚに関する少なくとも１つの情報項目を導出するために使用され得、該物体１１２および／またはビーコン装置１１４から光ビーム１１６が検出器１１０へ伝播する。この評価のさらなる詳細については、以下の図３および図４を参照する。
検出器１１０は、少なくとも１つのビーコン装置１１４と組み合わされて、図５を参照して以下でさらに詳細に説明されるように、検出器システム１３４として言及されることがある。
図２では、図１の実施形態の変形例が示されており、これは代替の検出器１１０を形成する。検出器１１０の代替の実施形態は、図１に示す実施形態と広く対応している。能動的な光源、すなわち光ビーム１１６を生成する発光特性を有するビーコン装置１１４を使用する代わりに、検出器１１０は少なくとも１つの照射源１３６を含む。照射源１３６は、一例として、レーザを含むことができ、一方図１では、一例として、ビーコン装置１１４は発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むことができる。照射源１３６は、物体１１２を照射するための少なくとも１つの照射光ビーム１３８を生成するように構成され得る。照射光ビーム１３８は、物体１１２によって完全にまたは部分的に反射され、検出器１１０に向かって戻り、それによって光ビーム１１６を形成する。
図２に示されるように、一例として、照射光ビーム１３８は検出器１１０の光軸１２６と平行であり得る。他の実施形態、すなわちオフアクシス照射および／またはある角度での照射も可能である。オンアクシス照射を提供するために、図２に示されるように、一例として、一つ以上の反射要素１４０、例えば一つ以上のプリズムおよび／またはダイクロイックミラーのようなミラー、例えば可動ミラーまたは可動プリズムが使用され得る。
これらの変更の他は、図２の実施形態の構成は図１の構成に対応する。したがって、同様に、例えば商信号Ｑを形成するための少なくとも１つのデバイダ１４２、および一例として、商信号Ｑから少なくとも１つの縦方向座標ｚを導出するための少なくとも１つの位置評価装置１４４を有する評価装置１３２が使用され得る。評価装置１３２は、完全にまたは部分的にハードウェアおよび／またはソフトウェアによって具体化され得ることに留意されたい。したがって、一例として、構成要素１４２，１４４のうちの１つまたは複数は適切なソフトウェア構成要素によって具体化され得る。
さらに、図１および図２に示す実施形態は単に、物体１１２の縦方向座標ｚを決定するための実施形態を提供するものであることに留意されたい。しかしながら、図１および図２の構成を変更して、物体１１２および／またはその一部の横方向座標に関する追加の情報を提供することも可能である。一例として、例えば転送装置１２８と光センサ１１８，１２０の間で、光ビーム１１６は、１つ以上の部分が分岐され、位置検出装置例えば１つ以上のＣＣＤおよび／またはＣＭＯＳピクセル化センサおよび／または象限検出器および／または他の位置検出装置にガイドされ、それらの上に生成された光スポットの横方向位置から、物体１１２および／またはその部分の横方向座標を導出することができる。横方向座標は、距離情報の品質を検証および／または向上させるために使用され得る。さらなる詳細については、一例として、横方向センサの潜在的に可能な解決策を提供する上述の先行技術文献のうちの１つまたは複数を参照することができる。
図３および図４には、典型的な商信号Ｑが、実験構成における物体１１２の縦方向座標ｚの関数として示されている。そこには、物体１１０の例示的な構成のための簡単な商ｓ１ ／ ｓ２が示されている。図３および図４はそれぞれ、これらの図では解決されていない一連の実験を示している。したがって、図３では、ＬＥＤを有する能動型ビーコン装置１１４を有する図１に示す構成のための様々な曲線が与えられている。この実験では、ビーコン装置１１４のＬＥＤターゲットの電流は、１０００ｍＡから２５ｍＡに変更されている。基本的に、２５０ｍｍから２２５０ｍｍの空間測定範囲では、縦方向座標ｚ（ｍｍで与えられる）の関数としての商信号の差は検出されない。
実験は、本発明による検出器１１０の構成が光ビーム１１６の総出力から独立していることを明らかに示している。したがって、光ビームの総出力に関する追加の情報、および、従って、輝度に関する追加の照射は、縦方向座標を導出するために必要とされない。したがって、図３に示すように、一例として、実験で測定された商信号Ｑ＊と縦方向座標ｚ＊の間には一意的な関係が存在する。
したがって、一例として図３に示された曲線は、商信号Ｑと縦方向座標との間の一意的かつ所定のまたは決定可能な関係を示すための較正曲線として使用され得る。
図３に一例として示された曲線は、データ記憶装置および／またはルックアップテーブルに記憶されてもよい。
較正曲線Ｑは、単に較正実験によって決定することができる。
しかし、モデリング、分析的、半経験的および経験的のうちの１つまたは複数によってこれらの曲線を導出することも可能である。
図３に示される実験は、本発明による検出器１１０の構成が、空間の観点（例えば、２７０ｍｍから２，２５０ｍｍの測定範囲）からも、明るさまたは光ビーム１１６の総出力の観点からも広い測定範囲を提供していることを明確に示している。図４では、追加の実験が示され、該構造がターゲットサイズ、すなわちビーコン装置１１４の横方向の直径から著しく独立していることが示されている。この実験でも、図１に示した構成と同様に、ＬＥＤビーコン装置１１４が使用され、ターゲットのサイズ、すなわちＬＥＤの可視部分は、ディフューザおよび調整可能な開口を使用することによって変更された。それによって、開口またはターゲットサイズは、直径１ｍｍから２５ｍｍまで変化した。図４に示される曲線を詳細に解くことなく、商信号Ｑもやはり、ターゲットサイズが１ｍｍから２５ｍｍの間において、ターゲットサイズから著しく独立していることが明らかである。したがって、やはり、商信号Ｑと縦方向座標ｚとの間の一意的な関係が、様々なターゲットサイズについて導出することができ、評価に使用することができる。
図３および図４に示される結果は、挙げられたパラメータを変更し適切な信号を測定することにより、実験的に得られた。結果は、しかし、分析的に、半分析的に、またはモデル化によっても導き出され得る。比較可能な結果が得られた。
図５は、検出器１１０の例示的な実施形態、例えば図１または図２に示した実施形態を非常に概略的な図で示している。検出器１１０は、特にカメラ１４６および／またはカメラ１４６の一部として具体化されてよい。カメラ１４６は、撮像のため、特に３Ｄ撮像のために作られてもよく、また、静止画像および／またはデジタルビデオクリップのような画像シーケンスの取得のために作られてもよい。他の実施形態も可能である。
図５はさらに、検出器システム１３４の実施形態を示し、該検出器システム１３４は、少なくとも１つの検出器１１０に加えて、１つ以上のビーコン装置１１４を含み、この例では該ビーコン装置１１４は物体１１２に取り付けられおよび／または一体化され得、該物体１１２の位置は検出器１１０を用いて検出される。図５は、ヒューマンマシンインターフェース１４８の例示的実施形態をさらに示し、少なくとも１つの検出器システム１３４と、さらに、ヒューマンマシンインターフェース１４８を含む娯楽装置１５０を含む。この図はさらに、検出器システム１３４を含む、物体１１２の位置を追跡するための追跡システム１５２の一実施形態を示す。装置およびシステムの構成要素は、以下にさらに詳細に説明される。
図５は、物体１１２を含む場景を走査するため、例えば少なくとも１つの物体１１２を走査するため、および／または少なくとも１つの物体１１２の少なくとも１つの位置を決定するための走査システム１５４の例示的実施形態をさらに示す。走査システム１５４は、少なくとも１つの検出器１１０と、さらに、任意選択可能な少なくとも１つの照射源１３６と、同様に任意選択可能な少なくとも１つのさらなる照射源１３６を備える。照射源１３６は、一般に、少なくとも１つの照射光ビーム１３８を放射するように、例えば少なくとも１つのドット、例えばビーコン装置１１４の１つ以上の位置および／または物体１１２の表面上に位置するドットを照射するように構成される。走査システム１５４は、物体１１２を含む場景のプロファイルおよび／または物体１１２のプロファイルを生成するように設計されてもよく、および／または少なくとも１つの検出器１１０を使用して少なくとも１つのドットと走査システム１５４特に検出器１１０の間の距離に関する少なくとも１つの情報項目を生成するように設計されてもよい。
上記で概説したように、図５の構成で使用することができる検出器１１０の例示的実施形態が図１および図２に示されている。したがって、検出器１１０は、光センサ１１８，１２０に加えて、例えば図５に象徴的に示す少なくとも１つのデバイダ１４２および／または少なくとも１つの位置評価装置１４４を有する少なくとも１つの評価装置１３２を有している。評価装置１３２の構成要素は、完全にまたは部分的に別個の装置に統合されてもよく、および／または完全にまたは部分的に検出器１１０の他の構成要素に統合されてもよい。２つ以上の構成要素を完全にまたは部分的に組み合わせる可能性に加えて、１つ以上の光センサ１１８，１２０および評価装置１３２の１つ以上の構成要素が、図５に象徴的に描かれているように、１つ以上のコネクタ１５６および／または１つ以上のインターフェースによって相互接続され得る。さらに、１つ以上のコネクタ１５６は、センサ信号を変更または前処理するための１つ以上のドライバおよび／または１つ以上の装置を含むことができる。さらに、少なくとも１つの任意のコネクタ１５６を使用する代わりに、評価装置１３２は、光センサ１１８，１２０の一方または両方に、および／または検出器１１０のハウジング１５８の中に完全にまたは部分的に一体化されてもよい。追加的または代替的に、評価装置１３２は完全にまたは部分的に分離した装置として設計されてもよい。
この例示的な実施形態では、位置を検出することができる物体１１２は、スポーツ用品として設計することができ、および／またはその位置がユーザ１６２によって操作できる制御要素もしくは制御装置１６０を形成することができる。一例として、物体１１２は、バット、ラケット、クラブ、または他の任意のスポーツ用品および／または偽のスポーツ用品であってもよく、それらを含んでもよい。他の種類の物体１１２も可能である。さらに、ユーザ１６２自身が、位置検出される物体１１２と見なされてよい。
上記で概説したように、検出器１１０は少なくとも光センサ１１８，１２０を含む。光センサ１１８，１２０は、検出器１１０のハウジング１５８の内側に配置することができる。さらに、少なくとも１つの転送装置１２８は、１つ以上の光学系、好ましくは１つ以上のレンズを含む。
ハウジング１５８内の開口部１６４は、該開口部１６４は好ましくは検出器１１０の光軸１２６に対して同心状に配置されるのが好ましいが、好ましくは検出器１１０の視野方向１６６を画定する。座標系１６８を定義することができ、該座標系１６８において、光軸１２６に平行または逆平行な方向を縦方向と定義し、光軸１２６に垂直な方向を横方向と定義することができる。図５に象徴的に描かれている座標系１２８では、縦方向はｚで表され、横方向はそれぞれｘおよびｙで表わされる。他の種類の座標系１６８、例えば非デカルト座標系も実現可能である。
検出器１１０は、光センサ１１８，１２０、ならびに任意選択可能なさらなる光センサを含み得る。光センサ１１８，１２０は、第１光センサ１１８が第２光センサ１２０の一部を覆うように、一方が他方の後ろに同一のビーム経路に配置されるのが好ましい。しかしながら代替的に、例えば物体１１２および／またはその一部の横方向座標を決定するために少なくとも一つの横方向検出器または横方向横方向センサのためのビーム経路を分岐することによるように、１つ以上の追加のビーム経路における追加の光センサを用いることにより、分岐ビーム経路が可能であり得る。
１つ以上の光ビーム１１６が物体１１２から、および／または１つ以上のビーコン装置１１４から、検出器１１０に向かって伝播している。検出器１１０は、少なくとも１つの物体１１２の位置を決定するように構成されている。この目的のために、図１から図４に関連して上述したように、評価装置１３２は、光センサ１１８，１２０によって提供されるセンサ信号を評価するように構成されている。検出器１１０は、物体１１２の位置を決定するように適合され、光センサ１１８，１２０は、物体１１２から、特に１つ以上のビーコン装置１１４から、検出器１１０に向かって伝播する光ビーム１１６を検出するように適合されている。照射源１３６が使用されない場合、ビーコン装置１１４および／またはこれらのビーコン装置１１４の少なくとも１つは、一体化された照射源、例えば発光ダイオードを有する能動型ビーコン装置であり得るか、またはそれを含み得る。照射源１３６が使用される場合、ビーコン装置１１４は必ずしも能動型ビーコン装置である必要はない。反対に、物体１１２の反射面、例えば、ミラー、再帰反射体、反射膜などの少なくとも１つの反射面を有する一体型反射ビーコン装置１１４を使用することができる。光ビーム１１６は、直接および／または転送装置１２８によって修正された後に、例えば一つ以上のレンズによって集束された後に、光センサ１１８，１２０の感光エリア１１２，１２４を照射する。評価の詳細については、上記の図１から図４を参照することができる。
上記で概説したように、検出器１１０を使用することによる物体１１２および／またはその一部の位置の決定は、少なくとも１つの情報項目をマシン１７０に提供するために、ヒューマンマシンインターフェース１４８を提供するために使用され得る。図５に概略的に示される実施形態では、マシン１７０は、コンピュータであり得、および／またはコンピュータを含み得る。他の実施形態も可能である。評価装置１３２は、マシン１７０に、例えばコンピュータに、完全にまたは部分的に一体化されていてもよい。
上記で概説したように、図５はまた、少なくとも１つの物体１１２および／またはその一部の位置を追跡するように構成された追跡システム１５２の一例を示す。追跡システム１５２は、検出器１１０と少なくとも１つの追跡コントローラ１７２とを含む。追跡コントローラ１７２は、特定の時点における物体１１２の一連の位置を追跡するように適合されてよい。追跡コントローラ１７２は、独立した装置とすることができ、および／または完全にまたは部分的にマシン１７０に、特に図５に示すようにコンピュータに、および／または評価装置１３２に一体化されてよい。
同様に、上記で概説したように、ヒューマンマシンインターフェース１４８は娯楽機器１５０の一部を形成してもよい。マシン１７０、特にコンピュータもまた、娯楽機器１５０の一部を形成してもよい。したがって、ユーザ１６２が物体１１２として機能することにより、および／または制御装置１６０を取り扱うユーザ１６２が物体１１２として機能することにより、ユーザ１６２は、少なくとも１つの情報項目、例えば少なくとも１つの制御コマンドをコンピュータに入力することができ、それにより、娯楽機能を変化させられ、例えばコンピュータゲームのコースをコントロールすることができる。
図６では、少なくとも１つの物体１１２の位置を決定するための検出器１１０のさらなる実施形態の概略図が描かれている。この場合、物体１１２は少なくとも１つのビーコン装置１１４を含み、該ビーコン装置１１４から光ビーム１１６が少なくとも１つのセンサ要素１１５に向かって伝播する。センサ要素１１５は、光センサ１１３のマトリックス１１７を含み、各光センサ１１３は、物体１１２に面する少なくとも１つの感光エリア１２１を有する。この第２の好ましい実施形態では、光センサ１１８，１２０は、光センサ１１３の感光エリアが空間的オフセットおよび／または表面積において異なるように構成され得る。光ビーム１１６は、一例として、検出器１１０の光軸１２６に沿って伝播し得る。しかしながら、他の実施形態も可能である。光検出器１１０は、少なくとも１つの転送装置１２８、例えばビーム整形のための少なくとも１つのレンズおよび／または少なくとも１つのレンズシステムを含む。結果として、光ビーム１１６は例えば一つ以上の焦点１３０で集束され、光ビーム１１６のビーム幅は物体１１２の縦方向座標ｚに、例えば検出器１１０とビーコン装置１１４および／または物体１１２の間の距離に依存することができる。転送装置１２８は、光軸１２９を構成し、転送装置１２８と光検出器は好ましくは共通の光軸を有することができる。結果として、光ビーム１１６は例えば一つ以上の焦点１３０で集束され、光ビーム１１６のビーム幅は物体１１２の縦方向座標ｚ、例えば検出器１１０とビーコン装置１１４および／または物体１１２の間の距離に依存することができる。光センサ１１８，１２０は焦点から外れて配置されている。縦方向座標に対するこのビーム幅の依存性の詳細については、ＷＯ ２０１２／１１０９２４ Ａ１および／またはＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１のうちの１つ以上を参照することができる。
図６に見られるように、光ビーム１１６はマトリックス１１７上に光スポット１３１を生成する。図８では、マトリックス１１７上の光スポット１３１の例示的な図が示されている。理解されるように、この例示的な実施形態では、マトリックス１１７は、具体的には、「ｉ」によって１からｎまでで番号が付けられた行と、「ｊ」によって１からｍまでで表された列を有する、ｎ，ｍが整数である長方形マトリックスであり得る。光スポット１３１の中心は、この例示的な実施形態では、ｉ＊，ｊ＊で示されるセンサ要素に位置している。光センサ１１３は、センサ信号ｓｉｊを評価装置１３２に提供することができ、該評価装置１３２は、センサ信号から、ｓｉ＊ｊ＊によって象徴的に示される少なくとも１つの中心信号を決定する。上記でさらに詳細に概説したように、中心信号を生成するために、評価装置１３２は少なくとも１つの中心検出器１３３を含み得る。一例として、中心検出器１３３は、光センサ１１３によって生成された複数のセンサ信号から最大センサ信号を単に決定してよい。他の方法も可能である。したがって、一例として、単一の最大光センサ信号を決定する代わりに、複数のセンサ信号が中心信号を生成するために使用され得る。したがって、一例として、光センサｉ＊，ｊ＊に隣接する隣接光センサ、例えば座標ｉ＊−１，・・・，ｉ＊＋１とｊ＊−１，・・・，ｊ＊＋１を有する光センサが中心信号に寄与し得る。これらの座標は、単純な例示的実施形態では、光センサｉ＊，ｊ＊の周りに一辺が３の正方形を形成し得る。この実施形態のように、一辺の長さが３の正方形の代わりに、最高センサ信号を有する光センサの周囲の他の環境は、例えば検出器信号の信号対雑音比および／または距離情報の信号対雑音比の最適化に使用され得る。さらに、追加的または代替的に、中心信号は、最高センサ信号から所定範囲内のセンサ信号の加算および／または平均により、生成されることができ、それは例えばピクセルノイズのようなノイズに関して測定精度に有利であり得る。さらに、追加的または代替的に、中心信号または和信号の決定のために、例えばサブピクセル処理、補間、正規化などの画像処理技術が使用され得る。他の代替案も可能である。評価装置１３２は、複数のセンサ信号、例えば最高センサ信号を有する光センサの周りの複数の光センサを積分することによって中心信号を決定するように適合されてもよい。例えば、ビームプロファイルは台形ビームプロファイルとすることができ、評価装置１３２は台形の積分、特に台形のプラトー積分を決定するように適合され得る。さらに、台形ビームプロファイルを仮定することができる場合、評価装置１３２は、台形ビームプロファイルの特性、例えば傾斜とエッジの位置と中心プラトーの高さの決定を利用して等価評価により、幾何学的考察によってエッジと中心信号を導出し、エッジと中心信号を決定するように適合され得る。追加的または代替的に、評価装置１３２は、光スポットの少なくとも１つのスライスまたはカットから中心情報またはエッジ情報の一方または両方を決定するように適合され得る。これは、例えば、商信号Ｑ内の面積分を、スライス又はカットに沿った線積分で置き換えることによって実現することができる。精度を向上させるために、光スポットを通るいくつかのスライスまたはカットが使用され、平均化され得る。楕円形のスポットプロファイルの場合、いくつかのスライスまたはカットにわたる平均は、改善された距離情報をもたらし得る。
さらに、評価装置１３２は、マトリックス１１７のセンサ信号から少なくとも１つの和信号を決定するように構成される。この目的のために、評価装置１３２は少なくとも１つの合算装置１３５を含むことができる。合算装置１３５は、マトリックス１１７内の関心領域のマトリックス１１７全体のセンサ信号を、中心信号が生成される光センサを有するか有しないか選択可能で加算、積分または平均化するように構成されてよい。したがって、図８に示す例示的な実施形態では、合算装置１３５は、座標ｉ＊，ｊ＊を有する中心光検出器を除き、単にマトリックス１１７全体のセンサ信号ｓｉｊにわたって加算するように構成されている。しかしながら、他の選択肢も可能である。評価装置１３２は、マトリクス１１７内の関心領域のマトリクス１１７全体の信号を積分することによって和信号を決定するように適合されてよい。例えば、ビームプロファイルは台形ビームプロファイルであり得、評価装置１３２は台形全体の積分を決定するように適合され得る。
評価装置１３２は、マトリックス内の少なくとも１つの関心領域、例えば物体の縦方向座標を決定するために使用される光ビームによって照射された１つ以上のピクセルを決定するように適合され得る。例えば、評価装置は、少なくとも１つのフィルタリング、例えば少なくとも１つの物体認識方法を実行するように適合されてよい。関心領域は、ユーザによって手動で決定されてもよく、または、例えば光センサによって生成された画像内の物体を認識することによるように、自動的に決定するようにしてもよい。
評価装置１３２はさらに、中心信号および和信号から少なくとも１つの結合信号を形成するように構成される。この目的のために、評価装置１３２は、一例として、少なくとも１つの結合装置１３７、例えば少なくとも１つのデバイダ１４２を有することができる。非常に簡単な実施形態として、商Ｑは中心信号を和信号で割算することまたはその逆によって形成することができる。他の選択肢も実行可能であり、上記に示されている。
最後に、評価装置１３２は、結合信号を評価することによって物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成される。この目的のために、評価装置は、少なくとも１つのさらなる構成要素、例えば少なくとも１つの評価構成要素、例えば位置評価装置１４４を含むことができる。図８に示される評価装置１３２の構成要素は、完全にまたは部分的にハードウェアおよび／またはソフトウェアで具体化されてもよいことに留意されたい。さらに、構成要素は完全にまたは部分的に独立または分離した構成要素として具体化されてもよく、および／または完全にまたは部分的にセンサー要素１１５に一体化される構成要素として具体化されてもよい。
図８の実施形態はさらに、縦方向座標ｚに加えて、物体１１２および／またはビーコン装置１１４の横方向座標に関する少なくとも１つの情報項目が生成され得ることを示している。したがって、座標ｉ*およびｊ*は、物体１１２および／またはビーコン装置１１４の横方向位置に関する追加の情報項目を提供する。図６の構成では、ビーコン装置１１４は、簡単のために、中心に、すなわち光軸１２６，１２９上に配置されている。この場合、光スポット１３１はマトリックス１１７の中央に中心が置かれる可能性が高い。しかしながら、図８に示す実施形態では、容易に検出できるように、光スポット１３１は偏心している。この偏心は、座標ｉ＊ ，ｊ＊によって特徴付けられている。この偏心と物体１１２および／またはビーコン装置１１４の横方向位置の間の既知の光学的関係を使用することにより、例えばレンズ方程式を使用することにより、物体１１２および／またはビーコン装置１１４の少なくとも１つの横方向座標が生成され得る。この選択肢も図８の例示的実施形態に示されている。
図７には、代替検出器１１０を形成する図６の実施形態の変形例が示されている。検出器１１０の代替の実施形態は、図６に示される実施形態に広く対応している。しかしながら、光ビーム１１６を生成するために発光特性を有する能動型ビーコン装置１１４を使用する代わりに、検出器１１０自体が少なくとも１つの照射源１３６を備えている。照射源１３６は一例として少なくとも１つのレーザを含むことができ、一方、図６では一例としてビーコン装置１１４が発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むことができる。しかしながら、他の実施形態も可能である。照射源１３６は、物体１１２を完全にまたは部分的に照射するための少なくとも１つの照射光ビーム１３８を生成するように構成され得る。照射光ビーム１３８は、物体１１２によって完全にまたは部分的に反射され、検出器１１０に向かって戻り、それによって光ビーム１１６を形成する。
図７に示されるように、一例として、照射光ビーム１３８は検出器１１０の光軸１２６と平行であり得る。他の実施形態、すなわちオフアクシス照射および／またはある角度での照射も可能である。オンアクシス照射を提供するために、図７に示すように、一例として、１つ以上の反射要素１４０、例えば１つ以上のプリズムおよび／またはダイクロイックミラーなどのミラー、例えば可動ミラーまたは可動プリズムが使用され得る。
これらの修正の他は、図７の実施形態の構成は図６の構成に対応する。したがって再び、例えば商信号Ｑを形成するための少なくとも１つのデバイダ１４２と、一例として商信号Ｑおよび／または他の種の結合信号から少なくとも１つの縦方向座標ｚを導出する少なくとも１つの位置評価装置１４４、を有する評価装置１３２が使用され得る。評価装置１３２はまた、完全にまたは部分的にハードウェアおよび／またはソフトウェアによって具体化されることに留意されたい。したがって、一例として、構成要素１３３，１３５，１３７，１４２，１４４のうちの１つ以上は、適切なソフトウェア構成要素によって完全にまたは部分的に具体化されることができ、および／またはハードウェア構成要素によって完全にまたは部分的に具体化されることができる。
マトリックス１１７の光センサ１１３は、一例として、ピクセル化された光センサ、例えばＣＣＤおよび／またはＣＭＯＳセンサチップのピクセルとすることができる。したがって、一例として、光センサ１１３は、数マイクロメートルから数百マイクロメートルの範囲の一辺の長さおよび／または等価直径を有することができる。しかしながら、より大きなピクセルまたは光センサ１１３を使用することができることに留意されたい。さらに、ＣＣＤおよび／またはＣＭＯＳセンサチップなどの集積センサ要素１１５を使用する代わりに、非集積マトリクスを使用することができる。
図９は、非常に概略的な図で、検出器１１０の例示的な実施形態、例えば図６または図７による検出器１１０の実施形態を示している。検出器１１０は、具体的には、カメラ１４６として具体化することができ、および／またはカメラ１４６の一部とすることができる。カメラ１４６は、撮像のため、特に３Ｄ撮像のために作られてもよく、および静止画像および／またはデジタルビデオクリップのような画像シーケンスの取得のために作られてもよい。他の実施形態も可能である。
図９はさらに、検出器システム１３４の一実施形態を示し、該検出器システム１３４は、少なくとも１つの検出器１１０の他に、１つ以上のビーコン装置１１４を含み、該ビーコン装置１１４は、この実施形態では、検出器１１０を使用して位置が検出される物体１１２に取り付けられおよび／または一体化され得る。図９はさらに、ヒューマンマシンインターフェース１４８の例示的な実施形態を示し、該ヒューマンマシンインターフェースは、少なくとも１つの検出器システム１３４と、さらに、ヒューマンマシンインターフェース１５１を含む娯楽装置１５０を有している。この図はさらに、検出器システム１３４を含み、物体１１２の位置を追跡する追跡システム１５２の実施形態を示している。装置およびシステムの構成要素は、以下にさらに詳細に説明される。
図９はさらに、物体１１２を走査するため、および／または少なくとも１つの物体１１２の少なくとも１つの位置を決定するためなど、少なくとも１つの物体１１２を含む場景を走査するための走査システム１５４の例示的な実施形態を示している。走査システム１５４は、少なくとも１つの検出器１１０と、さらに任意選択的な少なくとも１つの照射源１３６と、同様に図示していない少なくとも１つのさらなる照射源１３６とを備える。照射源１３６は、一般に、例えば、少なくとも１つのドット、例えばビーコン装置１１４の１つ以上の位置上および／または物体１１２の表面上に位置するドットを照射するために、少なくとも１つの照射光ビーム１３８を照射するように構成され得る。しかしながら、例えば図６の構成に示されているような能動型ビーコン装置１１４が使用されてもよく、従って、一体化された照射源１３６が無い構成も実現可能である。走査システム１５４は、物体１１２を含む場景のプロファイルおよび／または物体１１２のプロファイルを生成するように設計されてもよく、および／または、少なくとも１つのドットと走査システム１５４、特に検出器１１０との間の距離に関して、少なくとも１つの検出器１１０を使用することによって少なくとも１つの情報項目を生成するように設計されてもよい。
上記で概説したように、図９の構成で使用され得る検出器１１０の例示的実施形態が、図６および図７に示されている。したがって、検出器１１０は、センサ要素１１５の他に、例えば少なくとも１つの中心検出器１３３と、少なくとも１つの合算装置１３５と、少なくとも１つの結合装置１４０と、少なくとも１つのデバイダ１４２と、少なくとも１つの位置評価装置１４４および／またはそれらの組合せを有する少なくとも１つの評価装置１３２を備えている。これらの構成要素は、それらは任意に存在することができるが、図９に象徴的に示されている。評価装置１３２の構成要素は、完全にまたは部分的に別個の装置に統合されてもよく、および／または完全にまたは部分的に検出器１１０の他の構成要素に統合されてもよい。２つ以上の構成要素を完全にまたは部分的に組み合わせる可能性に加えて、評価装置１３２の１つ以上の構成要素およびセンサ要素１１５の１つ以上の構成要素は、１つ以上のコネクタ１５６により、および／または図９に象徴的に示されているような１つ以上のインターフェースにより相互接続され得る。さらに、１つ以上のコネクタ１５６は、センサ信号の修正または前処理のための１つ以上のドライバおよび／または１つ以上の装置を含むことができる。さらに、少なくとも１つの任意選択的なコネクタ１５６を使用する代わりに、評価装置１３２は、センサ要素１１５および／または検出器１１０のハウジング１５８の一方または両方に完全にまたは部分的に一体化されてよい。追加的または代替的に、評価装置１３２は、完全にまたは部分的に別個の装置として設計されてよい。
この例示的な実施形態では、位置が検出される物体１１２は、スポーツ用品の物品として設計されてもよく、および／またはユーザ１６２によって位置が操作され得る制御要素もしくは制御装置１６０を形成してもよい。一例として、物体１１２は、バット、ラケット、クラブ、または他の任意のスポーツ用品および／または擬似スポーツ用品の物品であってもよく、それらを含んでもよい。他の種類の物体１１２も可能である。さらに、ユーザ１６２自身が、位置が検出される物体１１２と見なされてもよい。
上記で概説したように、検出器１１０は少なくともセンサ要素１１５を含む。センサ１１５は、そこには１つ以上のセンサ要素１１５が提供され得るが、検出器１１０のハウジング１５８内部に配置することができる。さらに、少なくとも１つの転送装置１２８は、１つ以上の光学系など、好ましくは１つ以上のレンズを含むように構成される。
ハウジング１５８内の開口部１６４は、該開口部１６４は好ましくは検出器１１０の光軸１２６に関して同心的に配置されるが、好ましくは検出器１１０の視野方向を画定する。図９に象徴的に描かれている座標系１６８では、縦方向はｚで表され、横方向はそれぞれｘおよびｙで表される。非デカルト座標系のような他の種類の座標系１６８も実現可能である。
検出器１１０は、センサ要素１１５、ならびに任意選択的に１つ以上のさらなる光センサを備えることができる。非分岐ビーム経路が使用されてもよく、あるいは代替的に、例えば１つ以上の追加の分岐ビーム経路における追加の光センサを有する分岐ビーム経路、例えば物体１１２および／またはその部分の横方向座標を決定するための少なくとも１つの横方向検出器または横方向センサのためにビーム経路を分岐させることにより、分岐ビーム経路も可能である。しかしながら、上で概説したように、図８の状況では、少なくとも１つの横方向座標は、センサ要素１１５自体によって決定されてもよく、例えば光スポット１３１の中心の横方向座標を決定することによって決定されてもよい。
１つ以上の光ビーム１１６は、物体１１２から、および／または１つ以上のビーコン装置１１４から、検出器１１０に向かって伝播している。検出器１１０は、少なくとも１つの物体１１２の位置を決定するように構成されている。この目的のために、図６から図８に関連して上記で概説したように、評価装置１３２は、センサ要素１１５のマトリックス１１７の光センサ１１３によって提供されるセンサ信号を評価するように構成されてもよい。検出器１１０は、物体１１２の位置を決定するように適合され、光センサー１１３は、物体１１２特に１つ以上のビーコン装置１１４から検出器１１０に向かって伝播する光ビーム１１６を検出するように適合されている。照射源１３６が使用されない場合、ビーコン装置１１４および／またはこれらのビーコン装置１１４の少なくとも１つは、発光ダイオードのような統合された照射源を有する能動型ビーコン装置を含み得る。照射源１３６が使用される場合、ビーコン装置は必ずしも能動型ビーコン装置である必要はない。反対に、物体１１２の反射的な表面、例えば少なくとも１つの反射表面を有する一体型反射ビーコン装置１１４が使用され得る。光ビーム１１６は、直接および／または転送装置１２８によって修正された後に、例えば１つ以上のレンズによって集束された後に、センサ要素１１８を照射する。評価の詳細については、上記の図６から図８を参照することができる。
上記で概説したように、検出器１１０を使用することによる物体１１２および／またはその一部の位置の決定は、少なくとも１つの情報項目をマシン１７０に提供するために、ヒューマンマシンインターフェース１４８を提供するために使用され得る。図９に概略的に示されている実施形態では、マシン１７０はコンピュータであるかおよび／またはコンピュータを含むことができる。他の実施形態も可能である。評価装置１３２は、マシン１７０に、例えばコンピュータに完全にまたは部分的に一体化されていてもよい。
上記で概説したように、図９はまた、少なくとも１つの物体１１２および／またはその一部の位置を追跡するように構成された追跡システム１５２の一例を示す。追跡システム１５２は、検出器１１０と少なくとも１つの追跡コントローラ１７２を含む。追跡コントローラ１７２は、特定の時点における物体１１２の一連の位置を追跡するように適合され得る。トラックコントローラ１７２は、独立した装置とすることができ、かつ／または完全にまたは部分的に図９に示すようにマシン１７０に、具体的にはコンピュータに、および／または評価装置１３２に組み込むことができる。
同様に、上記で概説したように、ヒューマンマシンインターフェース１４８は娯楽装置１５０の一部を形成してもよい。マシン１７０、具体的にはコンピュータもまた娯楽装置１５０の一部を形成してもよい。したがって、物体１１２として機能するユーザ１６２によって、および／または物体１１２として機能する制御装置１６０を取り扱うユーザ１６２によって、ユーザ１６２は、少なくとも１つの情報項目、例えば少なくとも１つの制御命令をコンピュータに入力することができ、これにより、娯楽機能を変えられ、例えばコンピュータゲームのコースを制御することができる。
図１０では、測定データに関して本発明の例示的な実施形態を示す実験データが示されている。この図は、様々な照射強度について、ミリメートルで与えられる縦方向座標ｚの関数としての商信号Ｑを示す。
図１０に示される実験データを得るために、Ｎｉｋｋｏｒ ５０ｍｍレンズによって形成された転送装置１２８と共に、Ｂａｓｌｅｒ ＡＣ １９２０−４０ＧＣカメラによって形成されたセンサ要素１１８を有する実験装置が使用された。
ビーコン装置１１４として、５３２ｎｍの中心公称波長を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用された。５ｍｍの直径を有する明確に規定された発光領域を提供するために、ＬＥＤおよび絞りの前に、テフロン（登録商標）フィルムから製造されたディフューザが使用された。ＬＥＤの強度は、ＬＥＤの駆動電流を５ｍＡから１５０ｍＡの間で変えることによって、変えられた。
実験において、ＬＥＤとレンズの間の距離ｚは、３００ｍｍから１７００ｍｍまで変えられた。Ｂａｓｌｅｒ ＡＣ １９２０−４０ＧＣカメラの信号は以下の手順で評価された。中心信号として、光スポットが光軸に中心が位置した状態で、光軸を中心とした半径１５ピクセルの半径を有する内円の累積信号が決定された。和信号として、光スポット内のカメラの全ピクセルの信号の和が生成された。商信号が、和信号を中心信号で割算することにより形成された。
図１０では、重なっている実線の曲線は、１５０ｍＡ，１２５ｍＡ，１００ｍＡおよび５０ｍＡのＬＥＤ電流に対する商信号曲線を示している。見てわかるように、全測定範囲内で、これらの曲線間に基本的に違いはない。この実験は明らかに、商信号が光ビームの総出力に広く依存していないことを示している。より低い強度でのみ、曲線は区別され得る。したがって、点線の曲線は、２５ｍＡのＬＥＤ電流での測定値、一点鎖線は１０ｍＡのＬＥＤ電流での測定値、および鎖線は５ｍＡのＬＥＤ電流での測定値を示す。それでもこれらの低い強度でも、測定曲線は実線に非常に近く、これは測定の高い許容誤差を示している。
図１１では、少なくとも１つの物体１１２の位置を決定するための検出器１１０のさらなる実施形態の概略図が示されている。この場合、物体１１２はビーコン装置１１４を含み、該ビーコン装置１１４から光ビーム１１６が第１光センサ１１８および第２光センサ１２０に向かって伝播する。第１光センサ１１８は第１感光エリア１２２を含み、第２光センサ１２０は第２感光エリア１２４を含む。光センサ１１８，１２０は、例えば図１４に示すように、センサ１７６のアレイ１７４の一部に、例えば第１光センサ１１８がアレイ１７４の上左隅部の光センサ１７６、第２光センサ１２０がアレイ１７４の下右隅部の光センサ１７６のように、なっていてよい。他の選択も可能である。アレイ１７４は一例として、象限フォトダイオード１７８とすることができ、光センサ１７６は象限フォトダイオード１７８の部分ダイオードとすることができる。
光ビーム１１６は、一例として、検出器１１０の光軸１２６に沿って伝播し得る。しかしながら、他の実施形態も可能である。光検出器１１０は、特にビーム整形のため、少なくとも１つの転送装置１２８、例えば少なくとも１つのレンズおよび／または少なくとも１つのレンズシステムを備える。結果として、光ビーム１１６は、１つ以上の焦点１３０などに集束させることができ、光ビーム１１６のビーム幅は、物体１１２の縦方向座標ｚに、例えば検出器１１０とビーコン装置１１４および／または物体１１２の間の距離に依存することができる。光センサ１１８，１２０は、焦点から外れて配置されている。この第３の好ましい実施形態では、光センサ１１８，１２０は、光センサの感光エリアがそれらの空間的オフセットおよび／またはそれらの表面積において異なるように構成されてもよい。
縦方向座標に対するこのビーム幅の依存性の詳細については、ＷＯ ２０１２／１１０９２４ Ａ１および／またはＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１のうちの１つ以上を参照することができる。
図１４から分かるように、検出器１１０の構成は様々な方法で偏心している。したがって、アレイ１７４の幾何学中心１８０は、オフセットｄ０だけ光軸１２６，１２９から偏心してよい。さらに、第１光センサ１１８の幾何学中心１８２は、光軸１２６からオフセットｄ１だけ偏心しており、第２光センサ１２０の幾何学中心１８４は、光軸１２６からオフセットｄ２だけ偏心しており、ここで、ｄ１≠ｄ２である。言い換えれば、光スポット１８６が形成され、それは感光エリア１２２，１２４に不均等に分布している。
以下にさらに詳細に示されるように、検出器１１０は、アレイ１７４上の光スポット１８６の偏心位置を自動的に確立するように構成されてもよい。この目的のために、最初に、検出器１１０は、アレイ１７４の光センサ１７６によって生成されたセンサ信号が等しいかどうかを判定するように構成され得る。そうである場合、検出器１１０は、光スポット１８６がアレイ１７４の中心にあると決定し、その結果、光スポット１８６をアレイ１７４の幾何学中心１８０から外れるようにシフトすることができ、例えばアレイ１７４全体を光軸１２６，１２９に垂直な平面内でシフトさせることによってシフトすることができる。この目的のために、図１３に関して以下でさらに詳細に示されるように、１つ以上のアクチュエータが検出器１１０に設けられ得る。
図１１の構成に戻ると、光ビーム１１６による照射に応答して、第１光センサ１１８は第１センサ信号ｓ１を生成し、第２光センサ１２０は第２センサ信号ｓ２を生成する。好ましくは、光センサ１１８，１２０は線形光センサであり、すなわちセンサ信号ｓ１およびｓ２はそれぞれ、それぞれの感光エリア１２２，１２４を照射する光ビーム１１６または光ビーム１１６の部分の総出力にのみ依存し、これらのセンサ信号ｓ１およびｓ２は、照射の光スポットの実際のサイズとは無関係である。言い換えれば、好ましくは、光センサ１１８，１２０は、上述のＦｉＰ効果を示さない。
センサ信号ｓ１およびｓ２は、検出器１１０の評価装置１３２に供給される。評価装置１３２は、図１に象徴的に示されているが、上記で説明されたように、特に商信号Ｑを導出するように具体化されてよい。センサ信号ｓ１およびｓ２またはそれらの倍数もしくは線形結合を割算することによって導出される商信号Ｑは、物体１１２および／またはビーコン装置１１４の縦方向座標ｚに関する少なくとも１つの情報項目を導出するために使用されることができ、該物体１１２および／またはビーコン装置１１４からは光ビーム１１６が、以下の図１６から１８に示される信号を参照してさらに詳細に説明されるように、検出器１１０に向かって伝播する。
検出器１１０は、少なくとも１つのビーコン装置１１４と組み合わされて、図１３を参照して以下にさらに詳細に説明されるように、検出器システム１３４と呼ばれることがある。
図１２には、代替の検出器１１０を形成する図１１の実施形態の変形例が示されている。検出器１１０の代替の実施形態は、図１１に示される実施形態と広く対応している。しかしながら、能動光源を使用する代わりに、すなわち光ビーム１１６を生成するための発光特性を有するビーコン装置１１４を使用する代わりに、検出器１１０が少なくとも１つの照射源１３６を備える。照射源１３６は、一例としてレーザを含むことができ、一方図１１では、一例としてビーコン装置１１４は発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むことができる。照射源１３６は、物体１１２を照射するための少なくとも１つの照射光ビーム１３８を生成するように構成され得る。照射光ビーム１３８は、物体１１２によって完全にまたは部分的に反射され、検出器１１０に向かって戻り、それによって光ビーム１１６を形成する。照射源１３６は、一例として一つ以上の絞り１９０、例えば調節可能な絞り１９０、例えば調節可能な虹彩絞りおよび／またはピンホールを含み得る。
図１２に示される構成はまた、一例として光記憶媒体用の読出し装置１９２内で使用されてもよく、または読出し装置１９２として使用されてもよい。したがって、一例として、物体１１２は光記憶媒体、例えば光記憶ディスク例えばＣＣＤ、ＤＶＤ、またはＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスクであってよい。上述の測定原理を使用することによって、データ記憶モジュールの有無および物体１１２内のデータ記憶モジュールの深さを測定することにより、データの読み出しが行われ得る。
光ビーム１１６は、特に検出器１１０の光軸１２６に沿って進み得る。図１２に示されるように、一例として、照射光ビーム１３８は検出器１１０の光軸１２６と平行であり得る。他の実施形態、すなわちオフアクシス照射および／またはある角度での照射も、以下の図１９Ａおよび図１９Ｂに関連して示されるように、可能である。オンアクシス照射を提供するために、図１２に示されるように一例として、一つ以上の反射要素１４０が使用され得、例えば一つ以上のプリズムおよび／または例えばダイクロイックミラーのようなミラー、例えば可動ミラーまたは可動プリズムが使用され得る。
これらの修正の他は、図１２の実施形態の構成は図１１の構成と対応する。したがって、やはり、例えば商信号Ｑを形成するための少なくとも１つのデバイダ１４２、および、一例として少なくとも１つの商信号Ｑから少なくとも１つの縦方向座標ｚを導出するための少なくとも１つの位置評価装置１４４、を有する評価装置１３２が使用され得る。評価装置１３２は、完全にまたは部分的にハードウェアおよび／またはソフトウェアで具体化することができることに留意されたい。したがって、一例として、構成要素１４２，１４４のうちの１つ以上を適切なソフトウェア構成要素によって具体化することができる。
さらに、図１１および図１２に示す実施形態は、単に物体１１２の縦方向座標ｚを決定するための実施形態を提供するものであることに留意されたい。しかしながら、図１１および図１２の構成を変更して、物体１１２および／またはその一部の横方向座標に関する追加の情報を提供することも可能である。一例として、例えば転送装置１２８と光センサ１１８，１２０の間で、光ビーム１１６の１つ以上の部分が分岐されてもよく、１つ以上のＣＣＤおよび／またはＣＭＯＳピクセル化センサおよび／または追加の象限検出器および／または他の位置検出装置上に導かれてもよく、それは、その上に生成された光スポットの横方向位置から、物体１１２および／またはその一部の横方向座標を導き出すことができる。さらなる詳細については、一例として、横方向センサの潜在的可能な解決策を提供する上述の先行技術文献のうちの１つ以上を参照することができる。
図１３は、非常に概略的な図で、検出器１１０の例示的な実施形態、例えば図１１または図１２に示した実施形態を示している。カメラ１４６は、撮像のために、特に３Ｄ撮像のために作られてもよく、また、静止画像および／またはデジタルビデオクリップのような画像シーケンスを取得するために作られてもよい。他の実施形態も可能である。
図１３は、少なくとも１つの検出器１１０の他に、１つ以上のビーコン装置１１４を含む検出器システム１３４の実施形態をさらに示し、該ビーコン装置１１４は、この例では、位置が検出器１１０を用いて検出される物体１１２に取り付けおよび／または一体化することができる。図１３はさらに、少なくとも１つの検出器システム１３４を含むヒューマンマシンインターフェース１４８と、さらに、ヒューマンマシンインターフェース１４８を含む娯楽装置１５０の例示的実施形態を示している。この図はさらに、検出器システム１３４を含む、物体１１２の位置を追跡するための追跡システム１５２の一実施形態を示している。装置およびシステムの構成要素は、以下にさらに詳細に説明される。
図１３は、物体１１２を含む場景を走査するための走査システム１５４、例えば物体を走査するため、および／または少なくとも１つの物体１１２の少なくとも１つの位置を決定するための走査システム１５４の例示的な実施形態をさらに示している。走査システム１５４は、少なくとも１つの検出器１１０と、さらに、任意選択的な少なくとも１つの照射源１３６と、同様に任意選択的な少なくとも１つのさらなる照射源１３６を備えている。
照射源１３６は、一般に、少なくとも１つの照射光ビーム１３８を放射するように、例えば少なくとも１つのドット、例えばビーコン装置１１４の一つ以上の位置に位置するドッド、および／または物体１１２の表面上の位置する少なくとも１つのドッドを照射するように構成される。走査システム１５４は、物体１１２を含む場景のプロファイルおよび／または物体１１２のプロファイルを生成するように設計されてもよく、および／または少なくとも１つの検出器１１０を使用することによって、少なくとも１つのドットと走査システム１５４特に検出器１１０の間の距離に関する少なくとも１つの情報項目を生成するように設計されてもよい。
上記で概説したように、図１３の構成で使用することができる検出器１１０の例示的実施形態が図１１および図１２に示され、あるいは代替実施形態として以下の図１５に示される。したがって、検出器１１０は、光センサ１１８，１２０に加えて、少なくとも１つの評価装置１３２、例えば図１３に象徴的に示されているように少なくとも１つのデバイダ１４２および／または少なくとも１つの位置評価装置１４４を有する評価装置１３２を有している。評価装置１３２の構成要素は、完全にまたは部分的に別個の装置に統合されてもよく、および／または完全にまたは部分的に検出器１１０の他の構成要素に統合されてもよい。２つ以上の構成要素を完全にまたは部分的に組み合わせる可能性の他に、１つ以上の光センサ１１８，１２０および評価装置１３２の１つ以上の構成要素は、１つ以上のコネクタ１５６および／または図１５に象徴的に描かれているように、一つ以上のインターフェースで相互接続され得る。さらに、１つ以上のコネクタ１５６は、一つ以上のドライバとセンサ信号を修正または前処理するための１つ以上の装置を含むことができる。さらに、少なくとも１つの任意選択のコネクタ１５６を使用する代わりに、評価装置１３２は、光センサ１１８，１２０の一方または両方、および／または検出器１１０のハウジング１５８に完全にまたは部分的に一体化されてもよい。追加的または代替的に、評価装置１３２は、完全にまたは部分的に別個の装置として設計されてもよい。
図１３では、一例として、１つ以上の反射要素１４０が使用され得る、たとえば部分的に透明な、例えば１つ以上のプリズムおよび／またはダイクロイックミラーなどのミラー、例えば可動ミラーと可動プリズムが使用され得る。
図１３の例示的な実施形態に象徴的に示されるような検出器１１０はまた、光軸１２６に対して光センサ１７６のアレイ１７４を移動させるための少なくとも１つのアクチュエータ１８８を含み得る。上記で概説したように、この移動を提供するために、光軸１２６を移動することにより、アレイ１７４を移動することにより、またはその両方により、光軸１２６をアレイ１７４に関して移動することができる。したがって、一例として、光軸は、１つ以上の偏向要素を使用することによって、および／または転送装置１２８を使用することによって移動させることができる。簡単な例として、転送装置１２８のレンズは、１つ以上のアクチュエータ１８８（図示せず）を使用することなどによって傾けられてよい。
追加的または代替的に、アレイ１７４は、一つ以上のアクチュエータ１８８により、好ましくは光軸１２６に垂直な平面内でシフトされてよい。一例として、ｘ方向用の１つの電気機械式アクチュエータおよびｙ方向用の別の電気機械式アクチュエータなどの１つ以上の電気機械式アクチュエータを使用することができる。他の実施形態も可能である。
それによって、上述の偏心手順は、例えば図１４に示すように偏心した状況を確立するために実施することができる。
さらに、図１３に示す例示的な実施形態では、位置が検出される物体１１２は、スポーツ用品の物品として設計されることができ、および／または位置がユーザ１６２によって操作され得る制御装置１６０の制御要素を形成することができる。一例として、物体１１２は、バット、ラケット、クラブ、または他の任意のスポーツ用品および／または擬似スポーツ用品の物品であってもよく、それらを含んでいてもよい。他の種類の物体１１２も可能である。さらに、ユーザ１６２自身が、位置が検出される物体１１２と見なされることができる。
上記で概説したように、検出器１１０は、少なくとも光センサ１７６を含み、該光センサ１７６は少なくとも第１光センサ１１８および第２光センサ１２０を含む。光センサ１７６は、検出器１１０のハウジング１５８の内側に配置され得る。さらに、好ましくは１つ以上のレンズを含む、例えば１つ以上の光学系などの少なくとも１つの転送装置１２８が含まれる。
ハウジング１５８の内側の開口部１６４は、好ましくは検出器１１０の光軸１２６に対して同心状に配置されるが、検出器１１０の視野方向１６６を画定するのが好ましい。図１５に象徴的に示されている座標系１２８では、縦方向はｚで示され、横方向はそれぞれｘおよびｙで示されている。他の種類の座標系１６８、例えば非デカルト座標系も実現可能である。
検出器１１０は、光センサ１１８，１２０、ならびに任意選択可能なさらなる光センサを含み得る。光センサ１１８，１２０は、好ましくは同一のビーム経路に、一方が他方の後ろに配置され、第１光センサ１１８が第２光センサ１２０の一部を覆うように配置されるのが好ましい。しかしながら代わりに、一つ以上の追加のビーム経路に少なくとも１つの追加の光センサを備えることにより、分岐ビーム経路が可能であり、例えば物体１１２および／またはその部分の横方向座標を決定するために、少なくとも１の横方向検出器または横方向センのためにビーム経路を分岐することができる。
１つ以上の光ビーム１１６が物体１１２からおよび／または１つ以上のビーコン装置１１４から検出器１１０に向かって伝播している。検出器１１０は、少なくとも１つの物体１１２の位置を決定するように構成されている。この目的のために、図１１，１２および１４に関連して上述したように、評価装置１３２は、光センサ１１８，１２０によって提供されたセンサ信号を評価するように構成されている。検出器１１０は物体１１２の位置を決定するように適合されており、光センサ１１８，１２０は物体１１２から、具体的には１つ以上のビーコン装置１１４から検出器１１０に向かって伝搬する光ビーム１１６を検出するように適合されている。照射源１３６が使用されない場合、ビーコン装置１１４および／またはこれらのビーコン装置１１４の少なくとも１つは、発光ダイオードなどの統合された照射源を有する能動型ビーコン装置であり得るか、またはそれを含み得る。照射源１３６が使用される場合、ビーコン装置１１４は必ずしも能動型ビーコン装置である必要はない。反対に、物体１１２の反射面を使用することができ、例えば少なくとも１つの反射面を有する一体型反射ビーコン装置１１４を使用することができる。光ビーム１１６は、直接および／または１つ以上のレンズによって集束されるなど、転送装置１２８によって修正された後に、光センサ１１８，１２０の感光エリア１２２，１２４を照射する。評価の詳細については、上記の図１１，１２および１４を参照することができる。
上記で概説したように、検出器１１０を使用することによる物体１１２および／またはその一部の位置の決定は、少なくとも１つの情報項目をマシン１７０に提供するために、ヒューマンマシンインターフェース１４８を提供するために使用され得る。図１３に概略的に示される実施形態では、マシン１７０はコンピュータであり得、および／またはコンピュータを含み得る。他の実施形態も可能である。評価装置１３２は、コンピュータなどのマシン１７０に完全にまたは部分的に一体化されてよい。
上記で概説したように、図１３はまた、少なくとも１つの物体１１２および／またはその部分の位置を追跡するように構成された追跡システム１５２の一例を示している。追跡システム１５２は、検出器１１０と少なくとも１つの追跡コントローラ１７２を含む。追跡コントローラ１７２は、特定の時点における物体１１２の一連の位置を追跡するように適合されてよい。追跡コントローラ１７２は、独立した装置とすることができ、および／またはマシン１７０、具体的には図１３に示すようにコンピュータおよび／または評価装置１３２に完全にまたは部分的に統合され得る。
同様に、上記で概説したように、ヒューマンマシンインターフェース１４８は娯楽装置１５０の一部を形成してよい。マシン１７０、具体的にはコンピュータもまた、娯楽装置１５０の一部を形成してよい。したがって、物体１１２として機能するユーザ１６２によって、および／または物体１１２として機能する制御装置１６０を取り扱うユーザ１６２によって、ユーザ１６２は、少なくとも１つの情報項目、例えば少なくとも１つの制御命令をコンピュータに入力することができ、これにより、娯楽機能を変えられ、例えばコンピュータゲームのコースを制御することができる。
図１１，１２および１３に示されるような検出器１１０の構成において、光センサー１７６はアレイ１７４の一部であり、そして全ての光センサー１７６は光軸１２６に対して本質的に垂直に配向された同一平面内に配置されることができる。これに関連して述べたように、「垂直」または「本質的に垂直」と言うときは、好ましくは９０°の方向が与えられる。しかしながら、許容誤差、例えば２０°以下、好ましくは１０°以下、より好ましくは５°以下の角度の許容誤差が存在してよい。光センサ１７６は、しかしながら、必ずしもアレイ１７４内に配置される必要はなく、また、図１５に示される検出器１１０の代替の構成に示されるように、必ずしも同一平面内に配置される必要もない。この図では、光学部品のみが示されている。他の構成要素については、上記の図１１，１２および１３を参照することができる。
図から分かるように、この代替的な構成では、２つ以上の光センサ１７６が存在し、ｚ方向とも呼ばれる光軸１２６の方向にオフセットされている異なる平面に位置する、少なくとも１つの第１光センサ１１８と少なくとも１つの第２光センサ１２０とを含む。したがって、さらに見られるように、光センサ１１８，１２０は重なってもよいが、先の実施形態では、好ましくは光センサ１７６の間に重なりがない。これらの修正とは別に、センサ信号の機能および評価は、概して、上記の図１１，１２および１３の実施形態に対応する。
上述のように、少なくとも２つの光センサ１７６の少なくとも２つのセンサ信号を評価するため、および、検出器１１０と物体の間の位置および／または物体１１２のｚ座標などの物体１１２の縦方向位置に関する情報を導出するため、好ましくは、少なくとも１つの結合センサ信号が評価装置１３２によって生成される。結合センサ信号は、この結合センサ信号が少なくとも測定範囲にわたって距離に関する一意的な関数を提供する限り、縦方向座標を導出するために使用され得る。一例として、結合センサ信号は、少なくとも１つの商信号Ｑであり得るか、またはそれを含み得る。図１６〜図１８では、２つの光センサ１７６の２つのセンサ信号の商信号Ｑが、様々な測定条件下で示されている。各場合において、商信号Ｑは、垂直軸上に、水平軸上の物体１１２の縦方向座標ｚの関数として示され、後者はセンチメートルで与えられる。
全ての実験において、図１２に示すような構成が使用された。照射源１３６として、図１６および図１７の実験では、焦点距離１００ｍｍのレンズと共に、９８０ｎｍのピコトロニックレーザ源が使用された。図１８の実験では、７９ｍｍの焦点距離を有するレンズと共に、８５０ｎｍの波長を有するレーザコンポーネントレーザ光源が使用された。全ての実験において、レーザビームは、レンズ１２８の前にある反射要素１４０を形成する小さなプリズムを介して光軸１２６上に整列された。レーザ源の前の絞り１９０がスポットサイズを変えるのに使用された。象限ダイオード１７８が、異なる材料上のレーザ源の反射を測定するために使用された。すべての実験において、距離依存性は２つの隣接する象限の電流の商Ｑよって与えられる。
図１６では、レーザ出力は実験中に、点線で示されている８ｎＡのレーザ電流から実線で示されている１０６ｎＡまで変化させられた。そこでは、レーザ電流は典型的にはレーザ強度についての尺度を提供しないため、そこに示されているレーザ電流は、レンズから３３０ｍｍの距離の白い紙をレーザが照射する測定構成におけるシリコン光検出器の電流である。明らかに分かるように、曲線はほぼ同一であり、少なくともレーザ出力のこの変動範囲内では、レーザ出力に大きく依存しない。この実験は、商信号が照射源の明るさの影響から独立して、縦方向座標の信頼できる単調な関数を提供することを示している。
図１７では、照射源１３６のスポットサイズは、レーザの前の絞り１９０の開口径を変えることによって変化させられた。スポットサイズは、点線で示される１．５ｍｍから、実線で示される３．５ｍｍまで、０．５ｍｍのステップで変化させられた。見てわかるように、約２００ｃｍの距離までは、商信号Ｑは、スポットサイズに依存せず、従ってやはり、この変動によって悪影響を受けない。
図１８では、レーザビームによって照射される物体１１２の材料が変化させられている。ここで、点線は白紙を示し、最小の破線を有する破線は黒色の紙を示し、中間の破線を有する破線は木材を示し、そして最大の破線を有する破線はアルミニウム板を示している。分かるように、少なくとも約２５０ｃｍの測定範囲までは、実験は物体１１２に使用される材料の種類に強く依存しない。
したがって、図１６から図１８に示される実験は、商信号Ｑが距離の信頼できる関数を提供することを明確に示している。少なくとも測定範囲内で、関数は距離と共に単調に増加する。この関数は、照射源の明るさ、照射源のスポットサイズ、または物体１１２の材料など、実際の測定で発生する可能性がある最も大きな変動による影響を強く受けない。したがって、２つ以上の光センサ１７６の商信号Ｑを評価することによって、信頼性のある距離情報が生成され得る。したがって、一例として、図１６〜図１８に示す曲線は評価装置１３２のための較正曲線として直接使用され得る。しかしながら、他の評価方法も可能である。
図１９Ａおよび図１９Ｂには、図２に示された構成の変形である検出器１１０の代替実施形態が示されている。したがって、ほとんどの要素および任意選択可能な詳細、並びに概略的な図１９Ａおよび図１９Ｂに示されていないさらなる要素については、上記の図１２の説明を参照することができる。
図１２では、照射光ビーム１３８は、上述のように、好ましくは光軸１２６に沿って進み、すなわち光軸１２６に平行に、または光軸１２６上をさえも進む。この構成において、光スポット１８６の中心位置は、典型的には、物体１１２のｚ座標に、例えば物体１１２と検出器１１０の間の距離に依存しない。言い換えれば、光スポット１８６の直径または等価直径は、物体１１２と検出器１１０の間の距離と共に変化するが、典型的には、アレイ１７４上の光スポット１８６の位置は変化しない。
これに反して、図１９Ａおよび図１９Ｂでは、照射光ビーム１３８がオフアクシス、すなわち、光軸１２６に対して０°以外の角度で、または、光軸１２６対して平行にしかし光軸１２６からずれて、またはその両方で照射光ビーム１３８が進行する、検出器１１０の構成が示されている。この実施形態は、以下でさらに詳細に論じるように、本発明による方法が、結合センサ信号のｚ依存性を増大させることによってさらに改良され得ることを示している。したがって、図１９Ａでは、物体１１２の２つの異なる位置、すなわち実線で描かれたｚ１の第１位置と破線で描かれたｚ２の第２位置の側面図が示されている。図から分かるように、照射光ビーム１３８が、一例として、光軸１２６に対して５°から３０°の角度で、例えば約１０°から２０°の角度で伝播するが、どちらの場合も異なる位置で物体１１２に当たる。照射光ビーム１３８によって照射された物体１１２のこれらの点から、光ビーム１１６は検出器１１０に向かって伝播するが、ここでもまた、位置ｚ１に位置する物体１１２の光ビーム１１６は実線で描かれ、位置ｚ２に位置する物体１１２のビーム１１６は破線で描かれている。
図１９Ｂでは、アレイ１７４、例えば、象限フォトダイオードが拡大して示されている。この構成から分かるように、光スポット１８６の位置は、物体１１２の縦方向位置ｚと共に移動する。したがって、光スポット１８６のサイズが縦方向位置ｚによって影響を受けるだけでなく、光スポット１８６のアレイ１７４上の位置も変化する。図１９Ｂでは、光スポット１８６のこの移動は矢印ｚで示されている。
その結果、この光スポット１８６の移動により、光センサ１７６の少なくとも２つのセンサ信号を考慮に入れた結合センサ信号のｚ依存性が増大され得る。一例として、アレイ１７４の４つのダイオードが、図１９Ｂでは、Ｄ１〜Ｄ４で示されている。商信号Ｑは、一例として、Ｑ ＝ ｉ（Ｄ１）／ ｉ（Ｄ４）として形成することができ、ここで、ｉ（Ｄ１）はフォトダイオードＤ１のセンサ信号、ｉ（Ｄ４）はフォトダイオードＤ４のセンサ信号である。図１９Ｂに示されるように、象限ダイオードは２つの分割線を含み得る。分割線は互いに直交するように配置されてよい。分割線の直交配置は、近距離場および遠距離場の商信号の互いに独立した調整を可能にする。象限ダイオードの２つの光センサのセンサ信号の商信号を決定することに加えて、評価装置１３２は、象限ダイオードの少なくとも３つまたは４つすべてのセンサ信号を使用して第２の商を決定するように適合され得る。２つの商は、２つの異なる距離範囲がカバーされるように形成され得る。近距離場および遠距離場に対する２つの商信号は、両方の商が縦方向距離ｚの合理的な決定を得ることを可能にするオーバーラップ領域を有することができる。例えば、商は、Ｑ ＝ ｉ（Ｄ１ ＋ Ｄ２）／ ｉ（Ｄ３ ＋ Ｄ４）によって決定されてよく、ここで、トップセグメントとも呼ばれる２つのトップ象限のセンサ信号は、ボトムセグメントとも呼ばれる２つのボトム象限のセンサ信号によって割られる。検出器のベースラインに平行な分割線を有する２つのセンサ領域によって決定されたセンサ信号の商を使用することは、光スポットの距離に依存する移動なしに商を決定することを可能にし得る。特に、一例として、トップセグメントとボトムセグメントの間の分割線がベースラインと平行である場合、トップセグメントをボトムセグメントで割算することによって決定される商信号は、近距離場において使用されてよく、そこでは光スポットは、象限ダイオードの左側または右側のセグメントの一方のみを照射してよい。この場合、左右のセグメントのセンサ信号で除算することによって商信号を決定することは可能ではないかもしれない。しかしながら、トップセグメントとボトムセグメントのセンサ信号を除算することによって商を決定することは、妥当な距離測定値を提供することができる。左右のセグメントのセンサ信号を除算することによって決定される商信号、すなわち、Ｑ ＝ ｉ（Ｄ１ ＋ Ｄ３）／ ｉ（Ｄ２ ＋ Ｄ４）は遠距離場の測定に使用することができ、ここでは光スポットは左右両方のセグメントを照射する。さらに、評価装置は、対向するセグメントまたは隣接するセグメントのセンサ信号を除算することによって商を決定するように適合され得る。評価装置は、距離測定が広い範囲にわたって大きな分解能で可能なように、象限の取得されたセンサ信号ｉ（Ｄ１），ｉ（Ｄ２），ｉ（Ｄ３）およびｉ（Ｄ４）を結合させるように適合され得る。
図１２に示す状況では、光スポット１８６の位置はｚに依存しない。光学的状況に応じてｚが変化すると、スポットは、例えばより拡散するかまたはより集束することにより、拡大または縮小する。スポットサイズが増大し、スポットがより拡散するようになる場合、ｉ（Ｄ４）はｉ（Ｄ１）よりも急速に増大し、その結果商信号Ｑは減少する。
反対に、図１９Ａの状況では、光スポット１８６のサイズと位置の両方がｚ座標に依存している。従って、商信号Ｑのような結合センサ信号のｚ依存性の傾向は増大する。図１２の状況では、ｚ座標に応じて、少なくとも１つのセンサのセンサ信号が増加し、同時に少なくとも１つの異なるセンサのセンサ信号が減少し、その結果ｚ依存商信号Ｑが得られる。図１９Ａの状況では、光スポット１８６の位置依存性は、光源の相対位置、光軸、およびセンサに応じて３つの異なる状況をもたらす可能性がある。第１に、光スポット１８６の位置依存性は、ｚ座標に応じて少なくとも１つの減少するセンサ信号のさらなる減少をもたらし得るが、同時に、光スポット１８６の位置依存性は、図１２の状況と比較してｚ座標に応じて少なくとも１つの減少するセンサ信号のさらなる増加をもたらし得る。第２に、光スポット１８６の位置依存性は、ｚ座標に応じて少なくとも１つの減少するセンサ信号の縮小された減少またはさらなる増加さえをもたらす可能性があり、同時に、光スポット１８６の位置依存性は、図１２の状況と比較してｚ座標に応じて少なくとも１つの減少するセンサ信号の縮小された増加または減少さえももたらし得る。第３に、光スポット１８６の位置依存性は、図１２の状況と比較してセンサ信号のｚ依存性がほとんど変わらないようなものであり得る。しかし、本発明によれば、物体距離は、三角測量法で行われるようにセンサ上の光スポット１８６の位置からは決定されない。代わりに、アレイ１７４上の光スポット１８６の移動が、センサ信号および／または結果として得られる商信号Ｑの動的特性を向上させることに使用され、これによりｚ依存性の向上した動的特性が得られる。さらに、測定中のアレイ１７４上の光スポット１８６の移動は、光センサ１７６と照射源１３６の適切な相対位置決めにより、測定範囲全体に対する物体サイズの独立性の確立および／または向上に使用され得る。したがって、光スポット１８６の移動は、三角測量の目的ではなく、物体サイズの独立性の目的で使用され得る。
加えて、先行技術から知られているように、センサ信号ｉ（Ｄ１），ｉ（Ｄ２），ｉ（Ｄ３），ｉ（Ｄ４）はまた、物体１１２の横方向位置ｘ，ｙを決定するために使用され得る。さらに、センサ信号は、本発明によって決定されたｚ座標の検証のためにも使用され得る。
図１９Ｃは、２つの感光エリアを有する光センサ１７６としてバイセルを有する図１９Ａによる検出器構成を用いた２つの実験構成の比較を示す。第１の実験構成では、照射光源、光軸、およびセンサの相対位置に応じて、光スポット１８６が、バイセルの２つの光センサ１７６の線形境界に平行に、物体距離に応じて移動方向２１０に沿って移動してよい。光スポット１８６の移動方向２１０は、物体距離に応じて２つの感光エリアの線形境界と平行であるため、結果として得られるセンサ信号は、物体距離に依存する図12に示すような光スポット１８６の移動がない状況と同じである。第２の実験構成では、照射光源、光軸およびセンサの相対位置に応じて、光スポット１８６が、光スポット１８６の中心からバイセルの２つの光センサ１７６の境界までの距離が物体距離に応じて変化するように移動することができ、例えば２つの光センサ１７６の境界に対して垂直に移動、例えば物体距離に応じて移動方向２０８に沿って移動することができる。光スポット１８６の移動を可能にする検出器構成は、図１９Ａに示される構成の修正であり得る。したがって、ほとんどの要素および任意な詳細、ならびにさらなる要素については、上記の図１９Ａの説明を参照することができる。図１９Ｃでは、光センサ１７６はバイセルダイオードであり得る。
図１９Ｄは、図１９Ａによる検出器構成を用いた２つの実験構成の比較の実験結果を示しており、移動方向２１０と２０８に沿った光スポットの移動に沿う物体距離に応じる光スポットの移動により、図１９Ｃによる光スポット１８６の移動を可能にしている。曲線２１２は、図１９Ｃに示すようなバイセルの光センサの境界に平行である移動方向２１０に沿った光スポット１８６の移動を許容し、それは物体距離に依存する光スポットの移動がない図１２と等価な状況である、検出器構成の商Ｑの縦方向座標ｚに対する依存性を示している。曲線２１４は、図１９Ａによる検出器構成、および移動方向２０８に沿う物体距離に応じる光スポットの移動を伴う図１９Ｃによる光スポット１８６の移動を伴う光スポット１８６の移動を可能にする検出器構成を使用した場合の商Ｑの縦方向座標ｚに対する依存性を示している。実験構成は以下の通りであって：光センサ１７６はバイセルダイオード、特にＳｉバイセルであってよい。照射源１３６は、４ｍｍのスポットサイズを有する９５０ｎｍのレーザであり得る。転送装置１２８は、２０ｍｍの焦点距離のレンズ、例えばＴｈｏｒｌａｂｓ Ａｓｐｈｅｒｅ，ｆ＝２０ｍｍとして入手可能なレンズを有し得る。物体１１２の距離は０から３０００ｍｍまで変化された。縦方向座標ｚの決定は、光スポット１８６の移動を許容することなく可能であり得る。特に、本発明によれば、光スポットの移動は、縦方向座標ｚの決定にとって必須ではない。方向２１０に沿った光スポット１８６の移動を可能にする検出器構成により、または移動なしに、非常に小さい距離で物体距離の決定は可能であるが、方向２０８に沿った移動により、５００ｍｍより大きいような物体距離において、物体距離の決定が可能である。
図１９Ｅは、移動方向２０８および２１０に沿った物体距離に応じた光スポットの移動を伴う図１９Ｃによる光スポット１８６の移動を可能にする、図１９Ａによる検出器構成を用いた２つの実験構成の物体の独立性を示す。さらに、両方の実験構成で、レーザ照射源の開口を変えることによって、物体サイズは１ｍｍ（破線）、２ｍｍ（点線）、６ｍｍ（実線）および１２ｍｍ（大まかな点線）から変えた。一連の曲線２１６は、方向２０８に沿った光スポット１８６の移動を可能にする実験構成の縦方向座標ｚに対する商Ｑの依存性を示す。一連の曲線２１８は、方向２１０に沿う光スポット１８６の移動を可能にする、またはいかなる移動もない実験構成の縦方向座標ｚに対する商Ｑの依存性を示す。一連の曲線２１６は、小さな偏差、具体的には５％未満の偏差のみを示し、一方、一連の曲線２１８は、特に距離ｚが大きくなるにつれて、より大きい偏差を示す。したがって、測定中のアレイ１７４上の光スポット１８６の移動は、光センサ１７６と照射源１３６の適切な相対位置決めによって、測定範囲全体に対する物体サイズの独立性を確立および／または向上させるのに用いられる。
図２０には、少なくとも１つの物体１１１２の位置を決定するための検出器１１１０のさらなる実施形態の概略図が示されている。この場合、物体１１１２は、ビーコン装置１１１４を備え、該ビーコン装置１１１４から光ビーム１１１６が第１光センサ１１１８および第２光センサ１１２０に向かって伝播する。第１光センサ１１１８は、第１感光エリア１１２２を含み、第２光センサ１１２０は第２感光エリア１１２４を含む。第２光センサ１１２０および第２感光エリア１２４の詳細は、図２２Ａ、図２２Ｂおよび図２３を参照して以下にさらに詳細に説明される。
ここで、図２０に示す実施形態では、第１光センサ１１１８は、第２光センサ１１２０の前に配置され、この結果光ビーム１１１６は第２光センサ１１２０に届く前に第１光センサ１１１８に届く。しかしながら、上述したように、他の順序も可能である。したがって、一例として、第２光センサ１１２０は第１光センサ１１１８の前に配置されてもよい。本明細書には示されていない後者の選択肢は、第２感光エリア１１２４が完全にまたは部分的に透明である場合に、例えば以下にさらに詳細に概説されるように透明蛍光導波シート１１７４を設けることによって特に可能である。
一例として、光ビーム１１１６は、検出器１１１０の光軸１１２６に沿って伝播し得る。
しかしながら、他の実施形態も可能である。
検出器１１１０は、さらに、少なくとも１つの転送装置１１２８、特にビーム整形のため、例えば少なくとも１つのレンズまたはレンズ系を備えることができる。したがって、光ビーム１１１６は、１つ以上の焦点１１３０内などで集束させられ、光ビーム１１１６のビーム幅は、物体１１１２の縦方向座標ｚ、例えば検出器１１１０とビーコン装置１１１４および／または物体１１１２の間の距離に依存することができる。この縦方向座標に対するビーム幅の依存性の詳細については、ＷＯ ２０１２／１１０９２４ Ａ１および／またはＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１のうちの１つ以上を参照することができる。
図２０から分かるように、第１光センサ１１１８は小型の光センサであり、第２光センサ１１２０は大型の光センサである。したがって、光ビーム１１１６の幅は第１感光エリア１１２２を完全に覆うことができ、一方、第２感光エリア１１２４上では、感光エリア１１２４よりも小さい光スポットが生成され、この結果光点は、第２感光エリア１１２４内に完全に位置するようになる。可能な実施形態は、図２３を参照して以下に説明される。したがって、一例として、第１感光エリア１１２２は１０ｍｍ２〜１００ｍｍ２の表面積を有し、第２感光エリア１１２４は１００ｍｍ２を超える、例えば２００ｍｍ２以上の表面積、例えば２００ｍｍ２〜６００ｍｍ２、または５００ｍｍ２以上を有することができる。しかしながら、他の実施形態も可能である。
第１光センサ１１１８は、光ビーム１１１６による照射に応答して、第１センサ信号ｓ１を生成し、第２光センサ１１２０は、少なくとも１つの第２センサ信号ｓ２を生成することができる。一例として、第１の光センサ１１１８は線形光センサであってもよく、すなわちセンサ信号ｓ１は光ビーム１１１６の総出力または第１感光エリア１１２２を照射する光ビーム１１１６の部分に依存し、一方、センサ信号ｓ１は照射の光スポットの実際の大きさから独立である。言い換えれば、第１光センサ１１１８は、好ましくは、上述のＦｉＰ効果を示さない。
センサ信号ｓ１およびｓ２は、検出器１１１０の評価装置１１３２に提供され得る。図２０に象徴的に描かれている評価装置１１３２は、上で説明されたように、商信号Ｑを導出するために具体的に具体化されてもよい。商信号Ｑは、例えばセンサ信号ｓ１およびｓ２、またはそれらの倍数または線形結合を割算することによって導出されるが、物体１１１２および／またはビーコン装置１１１４の縦方向座標ｚの少なくとも１つの情報項目を導出するために使用され、該物体１１１２および／またはビーコン装置１１１４から光ビーム１１１６が検出器１１１０にむかって伝播する。したがって、一例として、各商信号Ｑに対して縦方向座標ｚが割り当てられる一意的な評価曲線が存在し得る。
検出器１１１０は、少なくとも１つのビーコン装置１１１４と組み合わせて、図２５を参照して以下にさらに詳細に説明するように、検出器システム１１３４と呼ぶことができる。
図２１では、図２０の実施形態の変形例が示されており、これは代替の検出器１１１０を形成している。検出器１１１０の代替の実施形態は、図２０に示す実施形態に広く対応している。能動型光源、すなわち光ビーム１１１６を生成するための発光特性を有するビーコン装置１１１４を使用する代わりに、しかし、検出器１１１０は少なくとも１つの照射源１１３６を含んでよい。一例として、照射源１１３６はレーザを含むことができ、一方、図２０では、一例として、ビーコン装置１１１４は発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むことができる。照射源１１３６は、物体１１１２を照射するための少なくとも１つの照射光ビーム１１３８を生成するように構成され得る。照射光ビーム１１３８は、完全にまたは部分的に物体１１１２によって反射され、検出器１１１０に向かって戻ることができ、それによって光ビーム１１１６を形成する。
図２０に示すように、一例として、照射光ビーム１１３８は検出器１１１０の光軸１１２６と平行であり得る。他の実施形態、すなわちオフアクシス照射および／または所定の角度での照射も可能である。図２１に示されるように、オンアクシス照射を提供するために、一例として、１つ以上の反射要素１１４０、例えば一つ以上のプリズムおよび／またはダイクロイックミラーなどのミラー、例えば可動ミラーまたは可動プリズムが使用され得る。
これらの修正の他は、図２１の実施形態の構成は図２０の構成に対応する。したがって、やはり、商信号Ｑを形成するための少なくとも１つのデバイダ１１４２、および一例として、商信号Ｑから少なくとも１つの縦方向座標ｚを導出するための少なくとも１つの位置評価装置１１４４、を有する評価装置１１３２を使用することができる。評価装置１１３２は、完全にまたは部分的にハードウェアおよび／またはソフトウェアで具体化することができることに留意されたい。したがって、一例として、構成要素１１４２，１１４４のうちの１つ以上は適切なソフトウェア構成要素によって具体化され得る。
さらに、図２０および図２１に示す実施形態は、単に物体１１１２の縦方向座標を決定するための実施形態を提供するものであることに留意されたい。図２２Ａおよび図２２Ｂならびに図２３を参照して以下でさらに詳細に概説されるように、検出器１１１０は、物体１１１２および／またはその部分の少なくとも１つの横方向座標に関する追加の情報を提供するためにも使用され得る。
図２２Ａおよび図２２Ｂには、例えば図２０および／または図２１の構成に使用され得る第２光センサ１１２０の上面図（図２２Ａ）および横断面図が示されている。第２の光センサ１１２０は、物体１１１２に面する第２感光エリア１１２４を形成する蛍光導波シート１１７４を含み得る。蛍光導波シート１１７４は、この例示的な実施形態では、フラット導波シートであって、そこでは図２２Ｂに矢印１１７６によって象徴的に示されるように、内部反射特に内部全反射による導波が生じ、特に蛍光導波路シート１１７４内で発生した蛍光の導波が生じるフラット導波シートとして設計され得る。蛍光導波シート１１７４は、一例として、少なくとも２５ｍｍ２、例えば少なくとも１００ｍｍ２、より好ましくは少なくとも４００ｍｍ２の横方向の広がりを有することができる。一例として、１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形シート、２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形シート、５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形シート、または他の寸法を使用することができる。しかしながら、円形または楕円形または多角形のような、正方形ではない形状または長方形ですらない形状も使用できることに留意されたい。
蛍光導波路シート１１７４は、一例として、マトリックス材料１１７８と、その中に配置される少なくとも１つの蛍光材料１１８０、例えば少なくとも1つの蛍光体例えば蛍光染料を含むことができる。例示的な実施形態については、上述の材料、例えばＷＯ ２０１２／１６８３９５ Ａ１に挙げられた材料の一つ以上を参照することができる。一例として、以下の化学式１の蛍光材料を使用することができる。
Figure 2020503500
この蛍光材料は、可能性のある合成方法を含めて、ＷＯ ２０１２／１６８３９５ Ａ１に物質３４．２として開示されている。材料は、０．００１〜０．５重量％の濃度などでポリスチレンに浸漬されてもよい。蛍光材料１１８０は、光ビーム１１１６による照射に応答して蛍光ライトを発生するように設計されてもよい。
蛍光材料１１８０および／またはマトリックス材料１１７８内の蛍光材料１１８０の濃度は、特に、少なくとも測定範囲内、すなわち強度範囲内で線形特性を示すように選択されることができ、結果として励起に応答して生成される蛍光ライトの総出力は、励起光による、すなわち光ビーム１１１６による照射の強度の線形関数である。一例として、材料および／または強度は、飽和効果が回避されるように選択されてもよい。
第２光センサ１１２０はさらに、この実施形態では、図２２Ａおよび図２２ＢにおいてＰＤ１〜ＰＤ４と参照され、蛍光導波シート１７４のそれぞれのエッジ１９０，１９２，１９４，１９６、例えば蛍光導波シート１１７４のリム部分に配置された複数の感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８を含むことができる。この例示的な実施形態では、蛍光導波シート１１７４は、一対のエッジ、例えば一対のエッジ１１９０，１１９２および一対のエッジ１１９４，１１９６が互いに対向するような矩形の形状を有することができる。蛍光導波シート１７４の矩形形状の辺は、図２２Ａに示すように、エッジ１１９０と１９２の間の相互接続によって定義されるｘ次元と、エッジ１１９６，１１９４の間の相互接続によって定義されるｙ次元とを有するデカルト座標系を定義することができる。しかしながら、他の座標系が実現可能であることに留意されたい。
感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８は、一例として、フォトダイオードを含むことができる。具体的には、これらの感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８は、それぞれ、第１光センサ１１１８と同等、好ましくは同一の電気容量を有することができる。しかしながら、他の実施形態も可能であることに留意されたい。感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８は、一例として、好ましくはそれぞれのエッジ１１９０，１１９２，１１９４，１１９６の全長を覆う、または好ましくはそれぞれのエッジ１１９０，１１９２，１１９４，１１９６の長さの少なくとも５０％以上を、またはより好ましくは少なくとも７０％を覆う、帯状のフォトダイオードであってもよく、またはそれらを含んでもよい。しかしながら、他の実施形態も可能であり、例えば２つ以上の感光要素がそれぞれのエッジに配置されている実施形態も可能である。
感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８はそれぞれ、感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８によって検知された光特に蛍光ライトに応答して、少なくとも１つのセンサ信号を生成する。全てのセンサ信号は第2センサ信号として参照され、以下では、ＰＤ１はセンサ信号ｓ２，１を生成し、ＰＤ２はセンサ信号ｓ２，２を生成し、ＰＤ３はセンサ信号ｓ２，３を生成し、ＰＤ４はセンサ信号ｓ２，４を生成し、第１の添え字２はこれらのセンサ信号は第2センサ信号であることを示し、１から４までの第2の添え字はそれぞれの信号が起源するそれぞれの感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８を示している。
図２０および図２１において上記で概説したように、少なくとも１つの第１センサ信号ｓ１および第２センサ信号ｓ２，ｊ（ただしｊ ＝ １，・・・，４）は、検出器１１１０の評価装置１１３２に提供され、該評価装置１１３２の機能は具体的に図２４を参照して以下に詳細に説明される。
評価装置１１３２は、第1と第2センサ信号を評価することにより物体１１１２の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成され、該物体１１１２はこれらの図示されておらず、そこから光ビーム１１１６が検出器１１１０に向かって伝播する。さらに、以下でさらに詳細に概説するように、図３および図２４を参照して、以下でさらに詳細に概説するように、少なくとも１つの横方向座標ｘおよび／またはｙが決定され得る。
第２光センサ１１２０は、図２２Ｂに示されるように、少なくとも１つの光フィルタ要素１１９８をさらに任意に含んでよい。光フィルタ要素１１９８は、任意の参照感光要素１２００の前に配置されてよく、該参照感光要素１２００はさらに、光フィルタ要素１１９８を伴ってまたは伴わずに検出器１１１０内に存在してよい。一例として、参照感光要素１２００は大面積フォトダイオードを含むことができる。しかしながら、他の設定も可能である。したがって、第１光センサ１１１８は参照感光要素の機能を引き継ぐことができるため、参照感光要素１２００は本実施形態で省くことができることに留意されたい。特に、透明蛍光導波シート１１７４が使用される場合、および第１光センサ１１１８が第２光センサ１１２０の後ろに配置される場合、第１光センサ１１８も参照感光要素１２００の機能を引き継ぐことができる。さらに、第１光センサ１１１８および第２光センサ１１２０の一方または両方は、それぞれ単一の感光エリア１１２２，１１２４を有する均一な光センサであってもよく、あるいはこれらの光センサ１１１８の一方または両方がピクセル化されてよいことに留意されたい。
一例として、少なくとも１つの光フィルタ要素１１９８は、蛍光ライトが参照感光要素１２００に入るのを防ぐように設計されてもよく、または少なくとも、蛍光ライトを少なくとも７０％、または好ましくは少なくとも８０％減衰させてもよい。
図２３では、光ビーム１１１６による第２感光エリア１１２４の照射が示されている。そこには、光ビーム１１１６が発して検出器１１００に伝播する物体１１１２と検出器１１１０自体の間の距離が異なり、結果として光ビームによって蛍光導波シート１１７４に生成された光スポットの２つの異なるサイズ２つが得られる２つの異なる状況が示されている。第１に、小さい光スポット１２０２、および、第２に、大きい光スポット１２０４である。両方の場合において、光ビームの全体のパワーは、光スポット１２０２，１２０４にわたって同じである。さらに、第２光センサ１１２０の前に配置される第１光センサ１１８によって生成される影１２０６が示されている。以下では、第１光センサ１１１８が依然として光ビーム１１１６によって完全に照らされていると仮定する。
光ビーム１１１６による照射は蛍光を誘導し、該蛍光は上記の図２２Ｂに示されるように、導波によって感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８に向かって完全にまたは部分的に輸送される。上述のように、対応する第２センサ信号は、これらの感光要素によって生成され、第１センサ信号と共に、また任意選択的に、少なくとも１つの参照感光要素１２００によって生成された少なくとも１つの参照センサ信号と共に、評価装置１１３２に提供される。
図２４に象徴的に描かれているように、評価装置１１３２は、上記に概説したように表されたセンサ信号を評価するように設計されている。センサ信号は、物体１１１２の位置情報および／または幾何学情報、例えば物体１１１２の少なくとも１つの縦方向座標ｚ、および任意選択的に物体１１１２の１つ以上の横方向座標を決定するために、評価装置によって様々な方法で評価され得る。
第１に、評価装置１１３２は、例えば第２センサ信号ｓ２，ｉ，ｉ＝１，・・・，４（第１添え字は簡単のために上記式（１）では省略されている）について上記式（１）によって、センサ信号ＰＤ１〜ＰＤ４の和信号Ｓを生成するように構成された少なくとも１つの合算装置１２０８を含み得る。この和信号Ｓは、一般に第２のセンサ信号ｓ２と置き換えることができ、および／またはさらなる評価の一部のために、第２光センサ１１２０の「第２の」センサ信号として使用することができる。この和信号Ｓは、光ビーム１１１６によって生成された蛍光ライトの総出力を表すことができる。たとえそうであっても、一般に、蛍光ライトのすべてが実際には感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８に到達するわけではないため、いくらかの損失が生じる可能性がある。このように、一例として、導波の損失が生じる可能性があり、または蛍光ライトの一部が実際には、感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１８８によって覆われていない方向に、エッジ１１９０，１１９２，１１９４，１１９６から放射される可能性がある。それでもなお、和信号Ｓは、蛍光導波シート１１７４内で生成された蛍光ライトの総出力に対するかなり良好な尺度を提供する。
評価装置１１３２は、少なくとも１つのデバイダ１１４２を含むことができ、該デバイダ１１４２は、図２４に象徴的に示されるように、位置評価装置１１４４の一部であり得、かつ、第１および第２のセンサ信号ｓ１，ｓ２（ここで、ｓ２は一例として上述したようにそれぞれの第２センサ信号の和信号Ｓである）から、少なくとも１つの商信号を形成するように構成され得る。したがって、一例として、デバイダ１１４２は、第１および第２のセンサ信号を割算すること、第１および第２のセンサ信号の倍数を割算すること、または第１および第２のセンサ信号の線形結合を割算することのうちの１つ以上のためのように構成され得る。位置評価装置１１４４はさらに、商信号Ｑを評価することにより、例えば商信号Ｑと縦方向座標の間の少なくとも１つの所定のまたは決定され得る関係を使用して評価することにより、少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成され得る。一例として、構成曲線を使用することができる。デバイダ１１４２および／または位置評価装置１１４４は、一例として、少なくとも１つのデータ処理装置、例えば少なくとも１つのプロセッサ、少なくとも１つのＤＳＰ、少なくとも１つのＦＰＧＡおよび／または少なくとも１つのＡＳＩＣを含むことができる。さらに、縦方向座標ｚと商信号の間の少なくとも１つの所定のまたは決定可能な関係を記憶するために、少なくとも１つのデータ記憶装置、例えば所定の関係を記憶するための１つ以上のルックアップテーブルを提供するためのデータ記憶装置が提供され得る。
上記で概説したように、物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚ以外に、追加の情報が第２センサ信号ｓ２，１，ｓ２，２，ｓ２，３およびｓ２，４からを導出され得る。したがって、さらに、少なくとも１つの横方向座標ｘ，ｙが導出され得る。これは主に、光スポット１２０２，１２０４の中心と感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８の間の距離が等しくないという事実によるものである。したがって、光スポット１２０２，１２０４の中心は、感光要素１１８２からｌ１、感光要素１１８４からｌ２、感光要素１１８６からｌ３、および感光要素１１８８からｌ４の距離を有する。蛍光ライトの発生位置と前記蛍光ライトを検出する感光要素の間のこれらの距離の差のために、センサー信号が異なる。これはさまざまな影響によるものです。第一に、やはり、各内部全反射が所定の損失を含み、例えば蛍光ライトは経路長に応じて途中で減衰するように、所定の損失を含むため、内部損失が導波中に発生する。移動距離が長いほど、減衰が大きくなり、損失が大きくなる。さらに、吸収効果が生じる。第三に、光の広がりを考慮されなければならない。光スポット１２０２，１２０４とそれぞれの感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８の間の距離が長いほど、光子が感光要素以外の方向に向けられる可能性が高くなる。その結果、感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８のセンサ信号を比較することにより、光スポット１２０２，１２０４の、したがって物体１１１２の横方向座標に関する少なくとも１つの情報項目が生成され得る。
センサ信号の比較は様々な方法で行われる。したがって、概して、評価装置１１３２は、物体１１１２および／または光スポット１２０２，１２０４の少なくとも１つの横方向座標を導出するためにセンサ信号を比較するように設計され得る。一例として、評価装置１１３２は、少なくとも１つの減算装置１２１０および／または物体１１１２の座標ｘ，ｙなどの少なくとも１つの横方向座標に依存する関数を提供する他の任意の装置を含み得る。例示的な実施形態では、減算装置１２１０および／または任意の他の装置は、座標ｘ，ｙなどの少なくとも１つの横方向座標に依存する関数を提供することができる。例示的な実施形態では、減算装置１２１０は、少なくとも１つの差信号、例えば図２３の次元ｘ，ｙのうちの１つまたはそれぞれについて、上記の式（４）および／または（５）による信号を生成するように設計され得る。例として、ＰＤ１とＰＤ２の間の簡単な差、例えばＰＤ１ − ＰＤ２ ／（ＰＤ１ ＋ ＰＤ２）がｘ座標の尺度として使用され得、および、ＰＤ３とＰＤ４の間の差、例えば（ＰＤ３ − ＰＤ４）／（ＰＤ 3 ＋ ＰＤ 4）がｙ座標の尺度として使用され得る。第２感光エリア１１２４の平面内の光スポット１２０２，１２０４の横方向座標から、一例として、そこから光ビーム１１１６が検出器１１１０に伝播する物体の横方向座標への変換は、よく知られているレンズ方程式を使用して簡単に作成され得る。さらなる詳細については、一例として、ＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１を参照することができる。
しかしながら、評価装置１１４０によってセンサ信号を処理するための他の変換または他のアルゴリズムが実現可能であることに留意されたい。したがって、減算または正または負の係数との線形結合に加えて、非線形変換は一般的に実行可能である。一例として、センサ信号をｚ座標および／またはｘ，ｙ座標に変換するために、１つ以上の既知のまたは決定可能な関係を使用することができ、それは一例として、経験的に導出することができ、例えば、検出器１１１０から様々な距離に配置された物体による較正実験、および／または様々な横方向位置または三次元位置に配置された物体による較正実験により、およびそれぞれのセンサ信号の記録により導出される。
図２５は、非常に概略的な図で、検出器１１１０の例示的な実施形態、例えば図２０または図２１に示した実施形態を示している。検出器１１１０は、具体的には、カメラ１１４６および／またはカメラ１１４６の一部として具体化することができる。カメラ１１４６は、撮像のために、特に３Ｄ撮像のために作られてもよく、静止画像および／またはデジタルビデオクリップのような画像シーケンスを取得するために作られてよい。他の実施形態も可能である。
図２５はさらに、検出器システム１１３４の実施形態を示しており、該検出器システム１１３４は、少なくとも１つの検出器１１１０の他に、１つ以上のビーコン装置１１１４を含み、該ビーコン装置１１１４はこの例では、物体１１１２に取り付けられおよび／または一体化され得、その位置は検出器１１１０によって検出される。図２５は、ヒューマンマシンインターフェース１１４８とさらに該ヒューマンマシンインターフェース１１４８を含む娯楽機器１１５０の例示的な実施形態をさらに示しており、該ヒューマンマシンインターフェース１１４８は少なくとも１つの検出器システム１１３４を備えている。図はさらに、物体１１１２の位置を追跡するための追跡システム１１５２の実施形態を示しており、該追跡システム１１５２は検出器システム１１３４を含んでいる。装置およびシステムの構成要素は、以下にさらに詳細に説明される。
図２５は、物体１１１２を含む場景を走査するため、例えば物体１１１２を走査するため、および／または少なくとも１つの物体１１１２の位置を決定するための走査システム１１５４の例示的な実施形態をさらに示している。走査システム１１５４は、少なくとも１つの検出器１１１０、そしてさらに、任意選択的に少なくとも１つの照射源１１３６、並びに任意選択的に少なくとも１つのさらなる照射源１１３６を含んでいる。照射源１１３６は、一般的に、少なくとも１つの照射光ビーム１１３８を放射するように、例えば少なくとも１つのドット、例えば１つ以上のビーコン装置上および／または物体１１１２の表面上に位置するドットを照射するように構成されている。走査システム１１５４は、物体１１１２を含む場景のプロファイル、および／または物体１１１２のプロファイルを生成するように設計されてもよく、および／または少なくとも１つのドットと走査システム１1５４特に検出器１１１０の間の距離に関する少なくとも１つの情報項目を、少なくとも１つの検出器１１００を使用することによって生成するように決定されてもよい。図１３では、一例として、１つ以上の反射要素１１４０、例えば１つ以上のプリズムなどの部分的に透明なものが使用され得る。
上記で概説したように、図２５の構成で使用することができる検出器１１１０の例示的実施形態を図２０および図２１に示す。したがって、検出器１１１０は、光センサ１１１８，１１２０の他に、例えば少なくとも１つのデバイダ１１４２および／または図２５に象徴的に示すように少なくとも１つの位置評価装置１１４４を有する位置評価装置１１３２を備えている。評価装置１１３２の構成要素は、完全にまたは部分的に別個の装置に統合されてもよく、および／または完全にまたは部分的に検出器１１１０の他の構成要素に統合されてもよい。２つ以上の構成要素を完全にまたは部分的に組み合わせる可能性の他に、１つ以上の光センサ１１１８，１１２０および評価装置１１３２の１つ以上の構成要素は、１つ以上のコネクタ１１５６および／または図25に象徴的に示されているような１つ以上のインターフェースによって相互接続され得る。さらに、１つ以上のコネクタ１１５６は、センサ信号を修正または前処理するための１つ以上のドライバおよび／または１つ以上の装置を備えることができる。さらに、少なくとも１つの任意選択可能なコネクタ１１５６を使用する代わりに、評価装置１１３２は、光センサ１１１８，１１２０の一方または両方、および／または検出器１１１０のハウジング１１５８に完全にまたは部分的に一体化されてもよい。追加的にまたは代替的に、評価装置１１３２は、完全にまたは部分的に別個の装置として設計されてもよい。
この例示的な実施形態では、その位置が検出される物体１１１２は、スポーツ用品の物品として設計することができ、および／または位置がユーザ１１６２によって操作されることができる制御要素または制御装置１１６０を形成することができる。一例として、物体１１１２は、バット、ラケット、クラブ、またはスポーツ用品および／または擬似スポーツ用品のその他の任意の物品であってもよく、それらを含んでもよい。他の種類の物体１１１２も可能である。さらに、ユーザ１１６２自身が、その位置が検出される物体１１１２と見なされることも可能である。
上記で概説したように、検出器１１１０は少なくとも光センサ１１１８，１１２０を含む。光センサ１１１８，１１２０は、検出器１１１０のハウジング１１５８の内側に配置することができる。さらに、少なくとも１つの転送装置１１２８は、１つ以上の光学系、好ましくは１つ以上のレンズを含むなどの構成とすることができる。
好ましくは検出器１１１０の光軸１１２６に対して同心状に配置されるハウジング１１５８内の開口部１１６４は、好ましくは検出器１１１０の視線方向１１６６を画定する。座標系１１６８を定義することができ、該座標系１１６８においては光軸１１２６に平行または逆平行な方向を縦方向と定義することができ、光軸１１２６に垂直な方向を横方向と定義することができる。図２５に象徴的に描かれている座標系１１２８においては、縦方向はｚで表され、横方向はｘおよびｙでそれぞれ表されている。非デカルト座標系などの他の種類の座標系１１６８も実現可能である。
検出器１１１０は、光センサ１１１８，１１２０、ならびに任意選択的にさらなる光センサを含み得る。光センサ１１１８，１１２０は、好ましくは、同一のビーム経路に、第１光センサ１１１８が第２光センサ１１２０の一部を覆うように、一方が他方の背後に配置され得る。しかしながら代替的に、１つ以上の追加のビーム経路に追加の光センサを有することにより、分岐ビーム経路が可能であり、例えば物体１１１２および／またはその部分の横方向座標を決定するための少なくとも１つの横方向検出器または横方向センサのためにビーム経路を分岐することにより、分岐ビーム経路が可能である。
１つ以上の光ビーム１１１６が、物体１１１２および／または１つ以上のビーコン装置１１１４から検出器１１１０に向かって伝播している。検出器１１１０は、少なくとも１つの物体１１１２の位置を決定するように構成されている。この目的のために、図２０から図２３に関連して上述したように、評価装置１１３２は、光センサ１１１８，１１２０によって提供されるセンサ信号を評価するように構成される。検出器１１１０は、物体１１１２の位置を決定するように適合されており、光センサ１１１８，１１２０は、物体１１１２特に１つ以上のビーコン装置１１１４から検出器１１１０に伝播する光ビーム１１１６を検出するように適合されている。照射源１１３６が使用されない場合、ビーコン装置１１１４および／またはこれらのビーコン装置１１１４のうちの少なくとも１つは、発光ダイオードなどの一体化照射源を有する能動型ビーコン装置であり得るか、またはそれを含み得る。照射源１１３６が使用される場合、ビーコン装置１１１４は必ずしも能動型ビーコン装置である必要はない。反対に、物体１１１２の反射表面が使用することができ、例えば少なくとも１つの反射表面を有する一体型反射ビーコン装置１１１４を使用することができる。光ビーム１１１６は、直接および／または転送装置１１２８によって修正された後に、例えば１つ以上のレンズによって集束された後に、光センサ１１１８，１１２０の感光エリア１１２２，１１２４を照射する。評価の詳細については、上記の図２０から図２３を参照することができる。
上記で概説したように、検出器１１１０を使用することによる物体１１１２および／またはその一部の位置の決定は、少なくとも１つの情報項目をマシン１１７０に提供するために、ヒューマンマシンインターフェース１１４８を提供するために使用され得る。図２５に概略的に示される実施形態では、マシン１１７０はコンピュータであり得、および／またはコンピュータを含み得る。他の実施形態も可能である。評価装置１１３２は、コンピュータなどのマシン１１７０に完全にまたは部分的に一体化されていてもよい。
上記で概説したように、図２５はまた、少なくとも１つの物体１１１２および／またはその部分の位置を追跡するように構成された追跡システム１１５２の一例を示している。追跡システム１１５２は、検出器１１１０と少なくとも１つの追跡コントローラ１１７２を含む。追跡コントローラ１１７２は、特定の時点における物体１１１２の一連の位置を追跡するように適合されてよい。追跡コントローラ１１７２は、独立した装置とすることができ、および／または図２５に示すようにマシン１１７０、具体的にはコンピュータ、および／または評価装置１１３２に完全にまたは部分的に一体化され得る。
同様に、上記で概説したように、ヒューマンマシンインターフェース１１４８は、娯楽装置１１５０の一部を形成してよい。マシン１１７０、特にコンピュータも、娯楽装置１１５０の一部を形成してもよい。したがって、物体１１１２として機能するユーザ１１６２によって、および／または物体１１１２として機能する制御装置１１６０を取り扱うユーザ１１６２によって、ユーザ１１６２は、例えば少なくとも１つの制御命令のような少なくとも１つの情報項目を、コンピュータに入力することができ、それによって、娯楽機能を変化させ、例えばコンピュータゲームのコースを制御することができる。
図２６Ａおよび図２６Ｂでは、第２光センサ１１２０の代替実施形態が上面図（図２６Ａ）および断面図（図２６Ｂ）で示されている。第２光センサ１１２０の詳細の大部分については、上記の図２２Ａおよび図２２Ｂを参照することができる。しかしながら、この実施形態は、図２２Ａおよび図２２Ｂの実施形態からの様々な変形例を示しており、それらは単独でまたは組み合わせた形で実現することができる。
このように、第１に、この実施形態は、感光要素の配置の変形例を示している。この実施形態では真っ直ぐなエッジである対向するエッジ１１９０，１１９２，１１９４，１１９６に位置する感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８に加えて、追加の感光要素１２１２が蛍光導波シート１１７４の隅部１２１４に位置している。エッジ１１９０，１１９２，１１９４，１１９６は、組み合わせて、例えば長方形のエッジなどの蛍光導波シート１１７４のリムを形成することができる。リム自体は、リムからの反射を回避するために、粗面化あるいは黒くさえされていてよい。隅部１２１４も蛍光導波シート１１７４のエッジの一部である。隅部１２１４に位置する感光要素１２１２は、追加の第２センサ信号を提供することができ、該追加の第２センサ信号は、例えば図２４に示すものと同様の方法で評価することができる。それらは、ｚ座標および／またはｘ，ｙ座標の決定の精度を高め得る。したがって、一例として、これらの追加のセンサ信号は、上記の式（１）を使用することによって形成されるような和信号に含まれ得る。追加的または代替的に、これらの追加のセンサ信号は、上記の式（２）および／または（３）によるように、差信号の形成に実装されてもよい。一例として、対向する隅部１２１４に位置する２つの感光要素１２１２の間の差信号が形成されることができ、および／または、隅部１２１４に位置する１つの感光要素１２１２と直線的なエッジ、例えば直線的なリム部に位置する１つの感光要素の差信号が形成されることができる。それぞれの場合における差信号Ｄは、２つの感光要素を相互に接続する軸上の光スポットの位置を示すことができる。
さらに、図２６Ａおよび図２６Ｂの実施形態は、蛍光導波シート１１７４に対する感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８，１２１２の配置の変形例を示している。
したがって、図２２Ａおよび図２２Ｂの実施形態において、感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８は、蛍光導波シート１１７４の平面内に位置することができる。追加的または代替的に、図２６Ａおよび２６Ｂの実施形態に示されるように、感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８，１２１２のうちのいくつかは、あるいはすべてさえも、蛍光導波シート１１７４の平面の外側に配置されてよい。具体的には、図２６Ｂの断面図に示されるように、一例として、感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８，１２１２は、光結合要素１２１６によって蛍光導波シート１１７４に光学的に結合されてよい。一例として、感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８，１２１２は、エポキシ接着剤などの１つ以上の透明接着剤を使用することによって、単に蛍光導波シート１１７４に接着することができる。
さらに、図２６Ａおよび図２６Ｂの実施形態は、感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８，１２１２のサイズおよび状の変形例を示している。したがって、感光要素１１８２，１１８４，１１８６，１１８８，１２１２は、必ずしも帯状の感光要素である必要はない。一例として、非常に小さいフォトダイオードを使用することができ、例えば長方形フォトダイオードまたは点状もしくはスポット状フォトダイオードでさえ使用することができる。上記で概説したように、小さいサイズのフォトダイオードは、一般により低い静電容量になる可能性があり、したがって、第２光センサ１１２０のより速い応答をもたらす可能性がある。
さらに、図２６Ａおよび図２６Ｂの実施形態は、参照感光要素１２００が不要であることを示している。したがって、上述のように、和信号自体が参照感光要素１２００の機能を置き換えることができる。したがって、図２６Ａおよび図２６Ｂの実施形態に示されるような第２光センサ１１２０は、完全に機能的で、任意選択的に透明なＰＳＤを提供する。それ以上のPSDは必要ない。
図２７Ａおよび図２７Ｂは、本発明による検出器１１０のさらなる例示的実施形態の概略図を示す。図２７Ａでは、検出器１１０は、少なくとも２つの光センサ１１３、例えばそれぞれが少なくとも１つの感光エリア１２１を有する第１光センサ１１８および第２光センサ１２０を有している。光検出器１１０はさらに、特にビーム整形のための少なくとも１つの転送装置１２８、例えば少なくとも１つのレンズまたはレンズシステムを有している。転送装置１２８は光軸１２９を有し、該転送装置１２８と光検出器は共通の光軸を有することが好ましい。検出器１１０は少なくとも１つの照射源１３６を含み得る。照射源１３６は、一例として、レーザ源を含むことができる。照射源１３６は、照射光ビーム１３８が光軸１２６に対して非平行であるがオフアクシスであること、または光軸１２６からずれていること、の一方または両方であるように構成されてもよい。照射源１３６は、物体１１２を照射するための少なくとも１つの照射光ビーム１３８を生成するように構成され得る。照射光ビーム１３８は、物体１１２によって完全にまたは部分的に反射され、検出器１１０に向かって戻り、それによって光ビーム１１６を形成する。光ビーム１１６は、物体１１２から第１光センサ１１８および第２光センサ１２０に向かって伝播する。第１光センサ１１８は第１感光エリア１２２を含み、第２光センサ１２０は第２感光エリア１２４を含むことができる。この実施形態では、光センサ１１８，１２０は、感光エリア１２２，１２４が同一の表面積を有するように構成され得る。例えば、光センサ１１８，１２０は同一でもよい。検出器１１０は、反射要素１４０をさらに含むことができ、例えば光ビーム１１６を転送装置１２８から光センサ１１８，１２０の両方に導くように適合された少なくとも１つのビームスプリッタをさらに含むことができる。第１光センサ１１８は、ビームスプリッタからの距離ｄｂ１を有し、第２光センサ１２０はビームスプリッタからの距離ｄｂ２を有することができ、ここで、ｄｂ１≠ｄｂ２
である。再び、例えば商信号Ｑを形成するための少なくとも１つのデバイダ１４２と、一例として、商信号Ｑから少なくとも１つの縦方向座標ｚを導出するための少なくとも１つの位置評価装置１４４とを有する、評価装置１３２を使用することができる。評価装置１３２は、完全にまたは部分的にハードウェアおよび／またはソフトウェアで具体化することができることに留意されたい。したがって、一例として、構成要素１４２，１４４のうちの１つ以上が適切なソフトウェア構成要素によって具体化され得る。
図２７Ｂでは、検出器１１０は、少なくとも２つの光センサ１１３、例えば、それぞれが少なくとも１つの感光エリア１２１を有する第１光センサ１１８および第２光センサ１２０を備えている。光検出器１１０は、さらに、少なくとも１つの転送装置１２８、例えば少なくとも１つのレンズまたはレンズシステムを備えることができる。転送装置１２８は光軸１２９を有し、転送装置１２８と光検出器は共通の光軸を有することが好ましい。検出器１１０は少なくとも１つの照射源１３６を含み得る。照射源１３６は、一例として、例えば１５５０ｎｍのレーザ源を有するレーザ源を含むことができる。照射源１３６は、照射光ビーム１３８が光軸１２６に対して非平行であるが軸から外れていること、または光軸１２６からずれていること、の一方または両方であるように構成されてよい。照射源１３６は、物体１１２を照射するための少なくとも１つの照射光ビーム１３８を生成するように構成されてよい。照射光ビーム１３８は、物体１１２によって完全にまたは部分的に反射され、検出器１１０に向かって戻り、それによって光ビーム１１６を形成する。光ビーム１１６は、物体１１２から第１光センサ１１８および第２光センサ１２０に向かって伝播する。第１光センサー１１８は第１感光エリア１２２を含み、第２光センサー１２０は第２感光エリア１２４を含むことができる。図２７Ｂから分かるように、第１光センサ１１８は小型の光センサであり、第２光センサ１２０は大型の光センサである。光センサ１１８，１２０はＧｅセンサであり得る。第１光センサ１１８は転送装置１２８から第１の距離を有し、第２光センサ１２０は転送装置１２８から第２の距離を有する。図２７Ｂでは、第１光センサ１１８は転送装置１２８に近接していてよく、第２光センサ１２０は焦点の方向にさらに離れて配置されてよい。第１光センサ１１８は、物体からの距離から独立であるように構成されてよく、第１光センサ１１８のセンサ信号は転送装置１２８を通過する光ビームの総出力に比例していてよい。再び、商信号Ｑを形成するための少なくとも１つのデバイダ１４２、および一例として、商信号Qから少なくとも１つの縦方向座標ｚを導出するための少なくとも１つの位置評価装置１４４を有する、評価装置１３２を使用することができる。評価装置１３２は、完全にまたは部分的にハードウェアおよび／またはソフトウェアで具現化することができることに留意されたい。したがって、一例として、構成要素１４２，１４４のうちの１つ以上を適切なソフトウェア構成要素によって具体化することができる。
図２８に、検出器１１０を用いた距離決定の実験結果を示す。この実験構成では、転送装置１２８は、焦点距離１５０ｍｍ、直径７５ｍｍを有し、１０５０〜１７００ｎｍの範囲の反射防止コーティングで被覆された、Ｔｈｏｒｌａｂｓ ＬＡ１００２−Ｃとして入手可能な平凸レンズであった。物体１１２は、この場合ではカーペット片であるが、Ｓｃｈａｔｔｅｒ ＋ Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ ５５ｃｍ − １５５０−３０−Ｑ０４−Ｔ１２−Ｃ−６として入手可能な、１５５０ｎｍの波長で３０ｍＷのＣＷパワー出力を有するレーザダイオードによって照射された。照射源１３６は、転送装置に隣接して横方向に配置され、５０：５０の矩形変調を用いて３６７Ｈｚで操作された。第２光センサ１２０、この実験構成ではＴｈｏｒｌａｂｓ ＦＤＧ１０１０として入手可能な１０ｍｍ ｘ １０ｍｍの寸法を有するＧｅフォトダイオードが、転送装置上に直接的に配置され、および、Ｔｈｏｒｌａｂｓ ＦＤＧ０５として入手可能な５ｍｍの直径を有する第１光センサー１１８が転送装置１２８から０．８５ｍの距離に配置された。図２８は、決定された商信号Ｑの、物体の縦方向座標ｚに対応する距離ｄ（メートル単位）の依存性を示す。
図２９には、検出器１１０のさらなる例示的実施形態が示されている。光センサ１１３の詳細については、上記の図６を参照する。図２７Ａおよび図２７Ｂのように、照射源１３６はオフアクシスに位置してよい。照射源１３６は、点の群を生成および／または投影するように構成されてよく、例えば、照射源１３６は、１つの光学要素１９４、特に、少なくともに一つのデジタル光処理プロジェクタ（ＤＬＰ）、少なくとも１つのＬＣｏＳプロジェクタ、少なくとも１つの空間光変調器；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの発光ダイオードアレイ；少なくとも1つのレーザ光源アレイ、からなる群から選択される一つ以上の光学要素を含んでよい。センサ要素１１５は、光センサ１１３のマトリックス１１７を含むことができ、各光センサ１１３は、物体１１２に面する少なくとも１つの感光エリア１２１を有している。センサ要素１１５は、少なくとも１つのＣＭＯＳセンサを含み得る。図３０には、センサ要素１１５に当たる点群が概略的に描かれている。さらに、スペックルおよび／または外来光および／または多重反射による擾乱などの擾乱がマトリックス１１７上に存在することがある。評価装置１３２は、少なくとも１つの関心領域１９６、例えば、物体１１２の縦方向座標の決定に使用される光ビーム１１６によって照射された１つ以上のピクセルを決定するように構成されてよい。図３０では、関心領域１９６が例示的に破線の円形領域として示されている。例えば、評価装置１３２は、フィルタリング方法、例えばブロブ分析および／または物体認識方法を実行するように構成されてよい。
図３１Ａ〜Ｏは、本発明による光センサのさらなる例示的な構成、特に光ビーム１１６の伝播方向の上面図を示す。図３１Ａでは、２つの長方形の光センサ１１３の上面図が示されており、第１光センサ１１８は、より大きな第２光センサ１２０の前にある小さな光センサである。第１光センサ１１８および第２光センサ１２０は、特に光軸１２６から横方向ｙに異なるオフセットで配置されてよい。図３１Ｂおよび図３１Ｃでは、大きな長方形の光センサ１２０の上面図が示されており、第１光センサ１１８はより大きな第２光センサ１２０の前にある小さな光センサであって、三角形（図３１Ｂ）または星型（図３１Ｃ）の感光エリア１２１を有している。図３１Ｍ〜Ｏには、２つの長方形の光センサー１１３の平面図が示されており、第１光センサー１１８と第２光センサー１２０は同じサイズの長方形のセンサーである。図３１Ｍ〜Ｏでは、マスク１１９が第１および第２の光センサ１１８，１２０の前に配置されている。マスク１１９は、光軸１２６から異なるオフセットで配置されてもよい。マスク１１９は任意のサイズおよび形状を有することができ、例えば、マスクは長方形（図３１Ｍ）、三角形（図３１Ｎ）または星形（図３１Ｏ）とすることができる。しかしながら、他の大きさおよび形状も可能である。マスク１１９は、第１および第２の光センサ１１８，１２０の感光エリアに光が当たるのを防止するように適合され得る。
第１光センサ１１８と第２光センサ１２０は、光軸１２６から異なるオフセットで配置されてよい。図３１Ｋは、２つの円形の光センサ１１３を示し、ここでは、第１光センサ１１８は、より大きい第２光センサ１２０の前にある小さい光センサである。図３１Ｄでは、第１光センサ１１８の感光エリアは正方形であり、第２光センサ１２０の感光エリアは長方形であり、したがってｘとｙの表面積は異なる。さらに、第１光センサ１１８の中心と第２光センサ１２０の中心は異なるｘ座標を有してよく、例えば光センサ１１８，１２０は、光軸からｘ方向およびｙ方向のうちの１つ以上において異なる空間的オフセットを有してよい。図３１Ｈでは、第１光センサ１１８と第２光センサ１２０の両方が長方形であってよい。第１光センサ１１８と第２光センサ１２０は、第１光センサ１１８の中心と第２光センサ１２０の中心が異なるｘ座標を有してよく、ｘとｙにおける表面積が異なるように、構成されてよい。第１光センサ１１８と第２光センサ１２０は、光軸１２６から異なるオフセットで配置されてよい。図３１Ｌでは、第１光センサ１１８は、第２光センサ１２０の形状とは異なる形状を有することができ、例えば円形または半円形などの形状を有して良い。図３１Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｉ，Ｊは、ピクセル１１７のマトリックスを有するセンサ要素１１５を示している。図３１Ｅ，Ｆ，Ｇでは、センサ要素１１５は長方形の形状を有し、図３１ＩおよびＪでは、センサ要素１１５は円形形状を有している。行と列は、等距離または非等距離に配置できる。等距離の行および／または列の場合、センサ要素１１５は、光軸１２６に対して空間的にずれて配置されてよい。
図３２は、異なる物体サイズに対する縦方向座標ｚの決定の実験結果を示している。実験構成は図１９Ａに示す構成と同等であった。測定構成では、紙のターゲットである物体１１２が、９０５ｎｍの波長、１．６ｍＷ、２３Ｈｚで変調したレーザ１３６で照射された。物体１１２から反射した光は、ＯＳＩオプトエレクトロニクス、ＯＳＩ Ｓｐｏｔ−４Ｄとして入手可能な象限ダイオード１７８に導かれた。物体１１２と象限ダイオード１７８の間に、Ｔｈｏｒｌａｂｓ ＡＬ２５２０Ｍ−Ｂとして入手可能な非球面実効焦点距離２０．０ｍｍ、直径２５．０ｍｍを有するレンズ１２８が配置された。象限ダイオード１７８からレンズ１２８までの距離は１９．７ｍｍであり、象限ダイオード１７８はｙ ＝ ０．５ｍｍで光軸からのオフセットを有していた。さらに、図１９Ａの状況と異なり、図１９Ａには示されていないが、図３２の状況では、虹彩絞りまたはさらなるレンズが、レーザ１３６と物体１１２との間のレーザ１３６の前に、照射光ビーム１３８を変更するために配置された。虹彩絞りは、照射光ビーム１３８の幅を変更するために使用された。更なるレンズが、レーザ１３６からの距離と共に減少するビーム幅を有する発散照射光ビーム１３８を得るために使用された。図３２は、距離すなわち物体１１２の縦方向座標ｚ（ｍｍ単位）の関数として、２つの隣接象限電流の商Ｑを示している。第１の実験では、照射光ビーム１３８の直径は、虹彩絞りによって１ｍｍ（実線）から３．５ｍｍ（緩い破線）および５ｍｍ（一点鎖線）まで変化された。第２の実験では、照射光ビーム１３８の直径は、照射光ビーム１３８のビーム幅がさらなるレンズからの増加する距離と共に発散するように、さらなるレンズによって変化された。発散照射光ビーム１３８を特徴付けるために、レンズ１２８から１ｍ、２ｍ、および３ｍのビーム幅が与えられている。破線は商Ｑを示し、ビーム幅はレンズ１２８から１ｍの距離で１０ｍｍ、２ｍの距離で１６ｍｍ、３ｍの距離で２２ｍｍであった。点線は商Ｑを示し、ビーム幅はレンズ１２８から１ｍの距離で１５ｍｍ、２ｍの距離で３２ｍｍ、３ｍの距離で４９ｍｍであった。ｚ ＝ ２３００ｍｍより下では、すべての曲線は、ｚからのＱの同じ依存性および±５％未満の偏差を示し、したがってビーム幅からの独立性を示す。図３２の状況では、物体１１２におけるビーム幅は、測定される物体サイズに対応する。ビーム幅からの商Ｑの独立性、したがって物体サイズからの商Ｑの独立性は、物体サイズの独立性の性質を明確に示している。適用においては、発散照射光ビームをもたらすさらなるレンズの影響は、液滴、雨、またはレーザモジュール上などの汚れなどによって引き起こされ得る。したがって、物体サイズの独立性は、しっかりした測定にとって重要な特性である。
図３３Ａおよび図３３Ｂは、例示的なビームプロファイルと、ビームプロファイルの第１領域１９８および第２領域２００の決定を示す。図３３Ａでは、横方向座標ｘ(単位ｍｍ)の関数としての正規化強度Ｉｎｏｒｍが示されている。物体サイズは２０ｍｍであり、センサまでの物体距離は１２００ｍｍであった。ビームプロファイルの第１領域１９８は、ビームプロファイルのエッジ情報を本質的に含み、ビームプロファイルの第２領域２００は、ビームプロファイルの中心情報を本質的に含むことができる。ビームプロファイルは、中心、ビームプロファイルの最大値、および／またはビームプロファイルのプラトーの中心点を有してもよい。図３３Ａにおいて、プラトーの中心は５００ｍｍであり得る。ビームプロファイルは、プラトーから延びる立ち下がりエッジをさらに含み得る。第２領域２００は断面の内側領域を含むことができ、第１領域１９８は断面の外側領域を含むことができる。ビームプロファイルの少なくとも１つの領域は、断面の立ち下がりエッジの少なくとも一部を含むとき、ビームプロファイルの第１領域１９８として決定および／または選択され得る。図３３Ａでは、中心から両側の第１領域１９８は濃い灰色で示されている。ビームプロファイルの少なくとも１つの領域は、中心に近いかまたは中心の周りにあり、かつ、本質的に中心情報を含む場合、ビームプロファイルの第２領域２００として決定および／または選択され得る。図３３Ａでは、第２領域２００は薄い灰色で示されている。図３３Ｂは、図３３Ａに示されるような強度分布の対応する光スポットと、対応する第１の領域１９８と、第２の領域２００を示している。
図３４は、検出器１１０のさらなる例示的実施形態を示す。光センサ１１３は、第１感光エリア１２２を有する第１光センサ１１８と、第２感光エリア１２４を有する第２光センサ１２０を含むことができる。第１感光エリア１２２と第２感光エリア１２４は、数式２７の条件を満たすように配置されている。
Figure 2020503500
「ａ」は、転送装置１２８の焦点距離ｆの半分に等しい距離で光軸１２６と交差する光軸１２６に垂直な平面２０４の内側領域２０２と、第１感光エリアの両方に当たる光子の比率である。「ｂ」は、平面２０４の内側領域２０２と第２感光エリア１２４の両方に衝突する光子の比率である。「ｃ」は、平面２０４の外側領域２０６と第１感光エリア１２２の両方に衝突する光子の比率である。「ｄ」は、平面２０４の外側領域２０６と第２感光エリア１２４の両方に衝突する光子の比率である。内側領域２０２は、光軸１２６上に幾何学的中心点を有し、光子の半分が内側領域２０２内で平面２０４に衝突し、他の半分が内側領域２０２の外側で平面２０４に衝突するような範囲を有する領域を有することができる。内側領域２０２は、光軸１２６上に中心点を有し、光子の半分が円内で平面２０４に衝突し、他の半分が円外で平面に衝突するように選択された半径ｒを有する円として設計することができる。
図２５には、少なくとも１つの物体２１１２の位置を決定するための検出器２１１０の例示的実施形態の概略図が示されている。図３５では、物体２１１２は２つの異なる物体距離について示されている。検出器２１１０は、少なくとも２つの光センサ２１１３を有し、例えばそれぞれが少なくとも１つの感光エリア２１２１を有する第１光センサ２１１８と第２光センサ２１２０を有している。物体２１１２は少なくとも１つのビーコン装置２１１４を含むことができ、該ビーコン装置２１１４から入射光ビームとも呼ばれる光ビーム２１１６が検出器２１１０に向かって伝播する。追加的または代替的に、検出器は、物体２１１２を照射するための少なくとも１つの照射源２１１５を含み得る。一例として、照射源２１１５は、物体２１１２を照射するための照射光ビームを生成するように構成されてよい。具体的には、照射源２１１５は、少なくとも１つのレーザおよび／またはレーザ源を含み得る。半導体レーザなどの様々な種類のレーザを使用することができる。追加的または代替的に、ＬＥＤおよび／または電球などの非レーザ光源を使用することができる。照射源２１１５は、人工照射源を含むことができ、特に少なくとも１つのレーザ源および／または少なくとも１つの白熱灯および／または少なくとも１つの半導体光源、例えば少なくとも１つの発光ダイオード、特に、有機および／または無機発光ダイオードを含むことができる。一例として、照射源２１１５によって放射された光は、３００〜５００ｎｍの波長を有することができる。追加的または代替的に、７８０ｎｍから３．０μｍの範囲内などの赤外線スペクトル範囲内の光を使用することができる。具体的には、シリコンフォトダイオードが適用可能な近赤外領域の部分の光、特に７００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の光を用いることができる。さらに、照射源２１１５は、変調光または非変調光を放射するように構成されてよい。複数の照射源２１１５が使用される場合、異なる照射源は異なる変調周波数を有してよく、それは以下で後にさらに詳細に概説されるように、光ビームを区別するために使用され得る。
第１光センサ２１１８は第１感光エリア２１２２を含むことができ、第２光センサ２１２０は第２感光エリア２１２４を含むことができる。光ビーム２１１６は、一例として、検出器２１１０の光軸２１２６に沿って伝播し得る。しかしながら、他の実施形態も可能である。第１感光エリア２１２２および第２感光エリアは、物体２１１２の方に向いていてよい。光検出器２１１０は、さらに少なくとも１つの転送装置２１２８を含むことができ、特にビーム整形のために、少なくとも１つのレンズまたはレンズ系などを含むことができる。転送装置２１２８は、物体２１１２から検出器２１１０へ伝播する入射光ビーム２１１６に応じた少なくとも１つの焦点距離を有することができる。転送装置２１２８は光軸２１２９を有することができ、転送装置２１２８と光検出器は好ましくは共通の光軸を有することができる。転送装置２１２８は座標系を構成することができる。光軸２１２６，２１２９に平行または逆平行な方向は縦方向と定義することができ、光軸２１２６，２１２９に垂直な方向は横方向と定義することができ、縦方向座標ｌは光軸２１２６，２１２９に沿う座標であり、ｄは光軸２１２６，２１２９からの空間的オフセットである。したがって、光ビーム２１１６は、１つ以上の焦点などで集束され、光ビーム２１１６のビーム幅は、物体２１１２の縦方向座標ｚに依存することができ、例えば検出器２１１０とビーコン装置２１１４および／または物体２１１２の間の距離に依存することができる。光センサ２１１８，２１２０は焦点から外れて配置されてよい。縦方向座標に対するこのビーム幅の依存性の詳細については、ＷＯ ２０１２／１１０９２４ Ａ１および／またはＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１のうちの１つ以上を参照することができる。
検出器は、少なくとも１つの光ビーム２１３１を生成するように適合された少なくとも１つの角度依存光学要素２１３０を有し、該光ビーム２１３１は物体２１１２から検出器２１１０に向かって伝播し該角度依存光学要素２１３０を照射する入射光ビームの入射角に応じた少なくとも１つのビームプロファイルを有する。角度依存光学要素２１３０は、例えば角度依存光学要素２１３０の表面および／または入り口などの第１側面２１３２に衝突する電磁波が、角度依存光学要素の特性に応じて部分的に吸収および／または反射および／または伝送される角度依存の伝送特性を有することができる。伝送度は、電磁波の伝送出力の商、すなわち角度依存光学要素２１３０の後の出力、および電磁波の入射出力、すなわち角度依存光学要素２１３０に衝突する前の出力の商として定義することができる。角度依存光学要素２１３０は、伝送度が、物体から検出器２１１６に向かって伝播する入射光ビームが角度依存光学要素２１３０に当たる入射角に依存するように設計されることができる。入射角は、角度依存光学要素２１３０の光軸に対して測定することができる。角度依存光学要素２１３０は、伝播方向で、転送装置２１２８の背後に配置されてよい。転送装置は、例えば、少なくとも１つのコリメーティングレンズを含み得る。角度依存性光学要素２１３０は、より小さい角度で衝突する光線と比較して、より大きい角度で衝突する光線を弱めるように設計され得る。例えば、伝送度は、光軸に平行な光線、すなわち０°で最も高くなり、角度が大きくなると減少するようにすることができる。特に、少なくとも１つのカットオフ角度で、伝送度は急速にゼロまで低下することができる。したがって、大きな入射角を有する光線は遮断され得る。
角度依存光学要素２１３０は、少なくとも１つの光ファイバ、特に少なくとも１つの多分岐光ファイバ、特に少なくとも１つの分岐光ファイバ；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの角度依存反射要素、少なくとも１つの回折格子要素、特にブレーズ格子要素；少なくとも１つの開口絞り；少なくとも１つのプリズム；少なくとも１つのレンズ；少なくとも１つのレンズアレイ、特に少なくとも１つのマイクロレンズアレイ；少なくとも１つの光フィルタ；少なくとも１つの偏光フィルタ；少なくとも１つの帯域通過フィルタ；少なくとも１つの液晶フィルタ、特に液晶チューナブルフィルタ；少なくとも１つのショートパスフィルタ；少なくとも１つのロングパスフィルタ；少なくとも１つのノッチフィルタ；少なくとも１つの干渉フィルタ；少なくとも１つの伝送格子；少なくとも１つの非線形光学要素、特に１つの複屈折光学要素、からなる群から選択される少なくとも１つの光学要素を含むことができる。
第１光センサ２１１８は、光ビーム２１３１による照射に応答して、第１センサ信号ｓ１を生成し得る一方、第２光センサ２１２０は、第２センサ信号ｓ２を生成し得る。好ましくは、光センサ２１１８，２１２０は線形光センサであり、すなわち、センサ信号ｓ１およびｓ２はそれぞれ、光ビーム１３１またはそれぞれの感光エリア２１２２，２１２４を照射する光ビーム１３１の部分の総出力にのみ依存する一方、これらのセンサ信号ｓ１およびｓ２は、照射の光スポットの実際のサイズから独立である。
センサ信号ｓ１およびｓ２は、検出器２１１０の評価装置２１３３に供給される。評価装置２１３３は、上述したように、商信号Ｑを導出するように具体化されている。センサ信号ｓ１およびｓ２またはそれらの倍数もしくは線形結合を割算することによって導出される商信号Ｑから、物体２１１２および／または光ビーム２１１６がそこから検出器２１１０に伝播するビーコン装置２１１４の縦方向座標ｚに関する少なくとも１つの情報項目を導出するために使用され得る。評価装置２１３３は、結合信号Ｑを形成するための少なくとも１つのデバイダ２１３４と、一例として、結合信号Ｑから少なくとも１つの縦方向座標ｚを導出するための少なくとも１つの位置評価装置２１３６を有することができる。評価装置２１３３は、完全にまたは部分的にハードウェアおよび／またはソフトウェアで具体化することができることに留意されたい。したがって、一例として、構成要素2134，2136のうちの1つ以上は、適切なソフトウェア構成要素によって具体化され得る。
図３６では、図３５の実施形態の変形例が示されており、これは代替の検出器２１１０を形成する。検出器２１１０の代替の実施形態は、図３５に示される実施形態に広く対応している。図３６では、角度依存光学要素２１３０は少なくとも１つの光ファイバ２１３８を含み得る。光ファイバ２１３８は、入射光ビーム２１１６の少なくとも一部を伝送するように適合されることができ、該入射光ビーム２１１６は、光ファイバの２つの端部の間では吸収および／または反射されない。光ファイバ２１３８は、長さを有し、距離を超えた伝送を可能にするように適合されてよい。光ファイバ２１３８は、少なくとも１つのファイバコアを含むことができ、該ファイバコアはファイバコアより低い屈折率を有する少なくとも１つのファイバクラッドによって囲まれている。許容角より下では、光ファイバ２１３８は、内部全反射によって入射光ビームを案内するように構成され得る。
光ファイバ２１３８は、伝送度が、反射の影響を無視して、光ファイバに対して平行、すなわち０°の角度での入射光線に対して最大になるように設計され得る。光ファイバ２１３０は、より高い角度、例えば１°から１０°の角度では、伝送度が平行光線の伝送度の約８０％まで滑らかに減少し、光ファイバ２１３８の受光角まではこのレベルに一定に留まるように設計され得る。光ファイバ２１３８は、許容角を超えると光ファイバ２１３８内の全反射が不可能であり、その結果光線が光ファイバ２１３８から反射して出るように設計され得る。光ファイバ２１３８は、許容角において、伝送度が急激にゼロまで落ちるように設計され得る。大きな入射角を有する光線は遮断され得る。
図３６に示されるように、照射源２１１５は、角度依存光学要素２１３０を通して物体２１１２を照射するように構成されてよい。光ファイバ２１３８は、照射源２１１５によって生成された光ビーム２１４２を伝送するように適合された少なくとも１つの照射ファイバ２１４０を、それが物体２１１２を照射するように含むことができる。照射源２１１５は、照射源２１１５によって生成された少なくとも１つの光ビーム２１４２を照射ファイバ２１４０に結合するように構成されてよい。
光ファイバ２１３８は、少なくとも２つ以上のファイバを含み得る。光ファイバ２１３８は、少なくとも１つの多分岐光ファイバ、特に少なくとも１つの分岐光ファイバとすることができる。図３６の実施形態では、図３７のカットスルーに示されるように、光ファイバ２１３８は４本のファイバを含み得る。特に、光ファイバは、照射ファイバ２１３８と、第１ファイバ２１４４および第２ファイバ２１４６として示される少なくとも１つの光ビーム２１３１をそれぞれ生成するための少なくとも２つのファイバを含むことができる。図３７に示されるように、第１ファイバ２１４４および第２ファイバ２１４６は、光ファイバ２１３８の入口端２１４８において互いに近接して配置されてよく、また、光ファイバ２１３８の出口端２１５０において所定距離だけ隔てられた脚に分割されてよい。第１ファイバ２１４４および第２ファイバ２１４６は、同一特性を有するファイバとして設計されてもよく、または異なるタイプのファイバであってもよい。第１ファイバ２１４４は少なくとも１つの第１光ビーム２１５２を生成するように構成されることができ、第２ファイバ２１４６は少なくとも１つの第２光ビーム２１５４を生成するように構成されることができる。光ファイバ１３８は、伝送度が第１光ビーム２１５２と第２光ビーム２１５４とで異なるように、入射光ビーム２１１６が第１入射角で第１ファイバ２１４４に入射し、第１入射角とは異なる第２入射角で第２ファイバ２１４６に入射するように構成されることができる。光センサ２１１３の一方は第１ファイバ２１４４の出口端に配置され、他方の光センサ２１１３は第２ファイバ２１４６の出口端に配置されることができる。光ファイバは３本より多くのファイバ、例えば図３７に示すように４本のファイバを含むことができる。
さらに、図３５および図３６に示めされる実施形態は、単に物体２１１２の縦方向座標ｚを決定するための実施形態を提供することに留意されたい。しかしながら、物体２１１２および／またはその一部の横方向座標に関する追加の情報を提供するように図３５および図３６の構成を変更することも可能である。一例として、例えば転送装置２１２８と光センサ２１１８，２１２０の間において、光ビーム２１１６の１つ以上の部分が分岐されてよく、１つ以上のＣＣＤおよび／またはＣＭＯＳピクセル化センサおよび／または象限検出器および／または他の位置感知装置などの位置感知装置に導かれてよく、該位置感知装置はその上に生成された光スポットの横方向位置から、物体２１１２および／またはその一部の横方向座標を導出することができる。横方向座標は、距離情報の品質の検証および／または向上に使用され得る。さらなる詳細については、一例として、横方向センサの潜在的に可能な解決策を提供する上述の先行技術文献のうちの１つ以上を参照することができる。
図３８は、角度依存光学要素２１３０の角度依存伝送を視覚化している。角度依存光学要素２１３０は、伝送度が、物体から検出器２１１６に向かって伝播する入射光ビームが角度依存光学要素２１３０に当たる入射角に依存するように設計されてよい。角度依存光学要素２１３０は、より小さい角度で衝突する光線と比較して、より大きい角度で衝突する光線を弱めるように設計され得る。特に、伝送度はカットオフ角度で急激にゼロまで低下することができ、大きな入射角を有する光線を遮断し得る。図３８に示されるように、入射光ビーム２１１６の領域は、生成された光ビーム２１３１内の角度依存光学要素２１３０によって遮断される。
図３９は、入射角Ａ（単位度）の関数としての一定照射出力における光ファイバの伝送出力Ｐ（単位Ｗ）の依存性を示す。許容角は垂直線で示されている。伝送度は、反射効果を無視して、光ファイバに対して平行、すなわち０°の角度で入ってくる光線に対して最も高くなり得る。より高い角度、例えば１°から１０°の角度では、伝送度は平行光線の伝送度の約８０％まで滑らかに減少し、光ファイバ２１３８の許容角まではこのレベルに一定に留まる。許容角では、伝送度は急激にゼロまで低下する。大きな入射角を有する光線は遮断され得る。
図４０Ａおよび４０Ｂは、距離測定の実験結果を示す。決定距離ｚｍｅａｓ（単位ｍｍ）は、物体距離ｚｏｂｊ（単位ｍｍ）の関数として示されている。照射源１１５として、Ｆｌｅｘｐｏｉｎｔ（登録商標）のＬａｓｅｒコンポーネントモジュールとして入手可能な９８０ｎｍの波長および２．４ｍＷの平均出力を有するレーザが使用された。光センサ１１３として、２つのＳｉ光検出器が使用された。光ファイバ２１３８および転送装置２１２８としてＴｈｏｒｌａｂｓ Ｆｉｘｅｄ Ｆｏｃｕｓ ＣｏｌｌｉｍａｔｉｏｎパッケージＦ２２０ＳＭＡ−９８０で入手可能なものを使用した。図４０Ａにおいて、実線は、ｚｍｅａｓ＝ｚｏｂｊのところを示す。測定のために、物体距離は変えられ、２つの異なる種類の物体、特に黒い紙の物体（曲線２１５６（点線））、および白い紙の物体（曲線２１５８（破線））が使用された。決定された物体距離は、中小距離では２％以内、長距離では１０％以内で実際の距離と一致する。図４０Ｂでは、距離ｚｏｂｊ（単位ｍｍ）の関数として２つの光検出器の信号を割算することによって決定した結合信号Ｑが、黒い紙の物体（点線）および白い紙の物体（破線）について示されている。両方の物体の種類について決定された商は、近距離および中距離で２％以内、長距離で１０％以内で一致している。
図４１は、非常に概略的な図で、例えば図３５または図３６に示される実施形態による検出器２１１０の例示的実施形態を示す。検出器２１１０は、具体的にはカメラ２１５６として具体化されてよく、および／またはカメラ２１５６の一部であってもよい。カメラ１５６は、撮像のために、特に３Ｄ撮像のために作られてもよく、静止画像および／またはデジタルビデオクリップのような画像シーケンスを取得するために作られてもよい。他の実施形態も可能である。
図４１は、検出器システム２１５８の実施形態をさらに示し、該検出器システム２１５８は、少なくとも１つの検出器２１１０の他に、この例では物体２１１２に取り付けおよび／または一体化され得る１つ以上のビーコン装置２１１４を含み、該ビーコン装置２１１４の位置は検出器２１１０を用いて検出される。図４１は、少なくとも１つの検出器システム２１５８を備えるヒューマンマシンインターフェース２１６０の例示的な実施形態、およびさらにヒューマンマシンインターフェース２１６０を備える娯楽装置２１６２の例示的な実施形態をさらに示す。図はさらに、検出器システム２１５８を含む、物体２１１２の位置を追跡するための追跡システム２１６４の実施形態を示す。装置およびシステムの構成要素は、以下にさらに詳細に説明される。
図４１は、物体２１１２を含む場景を走査するための、例えば物体２１１２を走査するための、および／または少なくとも１つの物体２１１２の少なくとも１つの位置を決定するための走査システム２１６６の例示的実施形態をさらに示している。走査システム２１６６は、少なくとも1つの検出器２１１０と、さらに、任意選択的に少なくとも１つの照射源２１１５と、任意選択的に少なくとも１つのさらなる照射源２１１５とを備える。照射源２１１５は、一般的に、少なくとも１つの照射光ビーム２１４２を放射するように構成され、少なくとも１つのドット、例えばビーコン装置２１１４の一つ以上の位置上および／または物体２１１２の表面上に位置するドットを照射するためなどのように構成される。走査システム２１６６は、物体２１１２を含む場景のプロファイルおよび／または物体２１１２のプロファイルを生成するように設計されてもよく、および／または少なくとも１つのドットと走査システム２１６６特に検出器２１１０の間の距離に関する少なくとも1つの情報項目を、少なくとも１つの検出器２１１０を使用することによって生成するように設計されてもよい。
上記で概説したように、図４１の構成で使用することができる検出器２１１０の例示的実施形態が図３５および図３６に示されている。したがって、検出器２１１０は、光センサ２１１８，２１２０の他に、例えば図４１に象徴的に示されるように少なくとも1つのデバイダ２１３４および／または少なくとも1つの位置評価装置２１３６を有する少なくとも１つの評価装置２１３３を備えている。評価装置２１３３の構成要素は、完全にまたは部分的に別個の装置に統合されてもよく、および／または完全にまたは部分的に検出器２１１０の他の構成要素に統合されてもよい。２つ以上の構成要素を完全にまたは部分的に組み合わせる可能性に加えて、光センサ２１１８，２１２０の１つ以上および評価装置２１３３の構成要素の１つ以上は、１つ以上のコネクタ２１６８および／または図４１に象徴的に描かれているような１つ以上のインターフェースによって相互接続され得る。さらに、１つ以上のコネクタ２１６８は、センサ信号を修正または前処理するための１つ以上のドライバおよび／または１つ以上の装置を備えることができる。さらに、少なくとも１つの任意選択のコネクタ２１６８を使用する代わりに、評価装置１３３は、完全にまたは部分的に光センサ２１１８，２１２０の一方または両方および／または検出器２１１０のハウジング２１７０に一体化されてよい。追加的または代替的に、評価装置２１３３は、完全にまたは部分的に別個の装置として設計されてよい。
この例示的な実施形態では、その位置を検出することができる物体２１１２は、スポーツ用品の物品として設計されることができ、および／またはその位置がユーザ２１７４によって操作される制御要素もしくは制御装置２１７２を形成することができる。一例として、物体２１１２は、バット、ラケット、クラブ、または他のスポーツ用品および／または擬似スポーツ用品の任意の物品であってもよく、それらを含んでもよい。他の種類の物体２１１２も可能である。さらに、ユーザ２１７４自身が、その位置が検出される物体２１１２と見なされることができる。
上記で概説したように、検出器２１１０は少なくとも光センサ２１１８，２１２０を含む。光センサ２１１８，２１２０は、検出器２１１０のハウジング２１７０内に配置することができる。さらに、少なくとも１つの転送装置２１２８は、１つ以上の光学系、好ましくは１つ以上のレンズなどを含むように構成される。
好ましくは検出器２１１０の光軸２１２６に対して同心状に配置されるハウジング２１７０内の開口部２１７６が、検出器２１１０の視野方向２１７８を画定するのが好ましい。座標系２１８０を定義することができ、該座標系では、光軸２１２６に平行または逆平行な方向を縦方向と定義することができ、光軸１２６に垂直な方向を横方向と定義することができる。図４１に象徴的に示されている座標系２１８０では、それぞれ縦方向はｚで示され、横方向はｘおよびｙで示されている。非デカルト座標系のような他の種類の座標系２１８０も実現可能である。
検出器２１１０は、光センサ２１１８，２１２０、ならびに任意でさらなる光センサを含み得る。光センサ２１１８，２１２０は、１つの同じビーム経路内に、例えば一つが他の後ろに、例えば第1光センサ２１１８が第2光センサ２１２０の一部を覆うように配置され得る。しかしながら、代替的に、例えば多分岐光ファイバを使用することにより、分岐ビーム経路が可能である。分岐ビーム経路は、例えば物体２１１２および／またはその一部の横方向座標を決定するための少なくとも1つの横方向検出器または横方向センサのためにビーム経路を分岐することにより、一つ以上の追加のビーム経路に追加の光センサを有することができる。しかしながら、代わりに、光センサ２１１８，２１２０が同じ縦方向座標に配置されてもよい。
１つ以上の光ビーム２１１６が、物体２１１２および／または１つ以上のビーコン装置２１１４から検出器２１１０に向かって伝播している。検出器２１１０は、少なくとも１つの物体２１１２の位置を決定するように構成されている。この目的のために、図３５から図４０に関連して上述したように、評価装置２１３３は、光センサ２１１８，２１２０によって提供されるセンサ信号を評価するように構成される。検出器２１１０は、物体２１１２の位置を決定するように適合されており、光センサ２１１８，２１２０は、光ビーム２１３１を検出するように適合されている。照射源２１１５が使用されない場合、ビーコン装置２１１４および／またはこれらのビーコン装置２１１４のうちの少なくとも１つは、発光ダイオードなどの統合照射源を有する能動型ビーコン装置であり得るか、またはそれを含み得る。照射源２１１５が使用される場合、ビーコン装置２１１４は必ずしも能動型ビーコン装置である必要はない。反対に、物体２１１２の反射面を使用することができ、例えば少なくとも１つの反射面、例えばミラー、逆反射体、反射フィルムなどを有する一体型反射ビーコン装置２１１４を使用することができる。光ビーム２１１６は、直接および／または転送装置２１２８によって修正された後、例えば一つ以上のレンズによって集束された後に、角度依存要素２１３０に当たり、該角度依存要素２１３０は、光センサ２１１８，２１２０の感光エリア２１２２，２１２４を照射する少なくとも1つの光ビームを生成する。評価の詳細については、上記の図３５から図４０を参照することができる。
上記で概説したように、検出器２１１０を使用することによる物体２１１２および／またはその一部の位置の決定は、少なくとも１つの情報項目をマシン２１８２に提供するために、ヒューマンマシンインターフェース２１６０を提供するために使用され得る。図４１に概略的に示される実施形態では、マシン２１８２はコンピュータであり得、および／またはコンピュータを含み得る。他の実施形態も可能である。評価装置２１３３は、コンピュータ内など、マシン２１８２内に完全にさえもまたは部分的に一体化されてよい。
上記で概説したように、図４１はまた、少なくとも１つの物体２１１２および／またはその一部の位置を追跡するように構成された追跡システム２１６４の一例を示す。追跡システム２１６４は、検出器２１１０および少なくとも１つの追跡コントローラ２１８４を含む。追跡コントローラ２１８４は、特定の時点での物体２１１２の一連の位置を追跡するように適合され得る。追跡コントローラ２１８４は、独立した装置とすることができ、および／または完全にまたは部分的にマシン２１８２、具体的には図４１に示すように、コンピュータおよび／または評価装置２１３３に統合することができる。
同様に、上記で概説したように、ヒューマンマシンインターフェース２１６０は、娯楽装置２１６２の一部を形成することができる。マシン２１８２、具体的にはコンピュータはまた、娯楽装置２１６２の一部を形成することができる。したがって、物体２１１２として機能するユーザ２１７４により、および／または物体２１１２として機能する制御装置２１７２を扱うユーザ２１７４により、ユーザ２１７４は、少なくとも１つの情報項目、例えば少なくとも１つの制御命令をコンピュータに入力することができ、それによって娯楽機能を変化させ、例えばコンピュータの進路を制御することができる。
図４２を参照すると、検出器１１０，１１１０，２１１０、例えば図１から図４１に関して説明したような検出器は、奥行き情報特に絶対奥行き情報を、少なくとも２つの光センサ１１３、１１１８、１１２０、２１１３上の光ビームプロファイルの少なくとも２つの非対称領域の放射輝度比から、決定するように適合され得る。例えば、検出器１１０，１１１０，２１１０は、マトリックス１１７内に配置された複数の光センサを含み得る。検出器１１０，１１１０，２１１０は、奥行き情報を、ＣＭＯＳ検出器のような光センサの単一マトリックスによって捕捉された、閉じられた特に焦点ぼかしされたビームプロファイル内の少なくとも２つの非対称領域の放射輝度比から、決定するように構成されてよい。特に、検出器１１０，１１１０，２１１０は、特定の物体サイズ範囲から独立な放射輝度比を使用することにより、奥行き情報を決定するように適合され得る。上で概説したように、この原理はフォトンレシオによる距離（ＤＰＲ）と呼ばれる。一実施形態では、光ビーム１１６，１１１６は、少なくとも１つの特徴点を含む少なくとも１つのパターンでセンサ要素を照射することができる。特徴点は、少なくとも１つの点、少なくとも１つの線、少なくとも１つのエッジからなる群から選択されてよい。パターンは、物体によって、例えば少なくとも１つのパターンを含む照射パターンを有する少なくとも１つの光源による照射に応答して、生成されてもよい。評価装置１３２は、次の数式２８によって商信号Ｑを導出するように構成され得る。
Figure 2020503500
ここで、ｘおよびｙは横方向座標、Ａ１およびＡ２はセンサ位置におけるビームプロファイルの領域、そしてＥ（ｘ，ｙ，ｚ０）は物体距離ｚ０において与えられるビームプロファイルを表す。Ａ１は、光センサ上の特徴点の全部または完全な領域に対応し得る。Ａ２は、光センサ上の特徴点の中心領域であり得る。中心領域は一定値であり得る。中心領域は、特徴点の全領域と比較して小さくてよい。例えば、円形の特徴点の場合、中心領域は、特徴点の全半径の０．１から０．９まで、好ましくは全半径の０．４から０．６までの半径を有することができる。
図４２に示す実施形態では、物体１１２，１１１２から検出器１１０，１１１０，２１１０に伝播する光ビーム１１６，１１１６は、少なくとも１つの線パターン２１８６でマトリックス１１７を照射することができる。線パターン２１８６は、例えば少なくとも１つの照射線パターンを含む照射パターンを有する少なくとも１つの照射源１３６による照射に応答して、物体１１２，１１１２によって生成することができる。Ａ１は、マトリックス１１７の線パターン２１８６の全線幅の領域に対応する。マトリックス１１７内の線パターン２１８６は、例えばマトリックス１１７内の線幅が増加するように、照射パターンの線パターンと比較して拡大および／または変位させることができる。特に、マトリックス１１７内の線パターン２１８６の線幅は、ある列から別の列へと変化する可能性がある。Ａ２は、マトリックス１１７内の線パターン２１８６の中心領域であり得る。中心領域の線幅は一定の値であり得、特に照射パターンの線幅に対応し得る。中心領域は、全線幅に比べて小さい線幅を有することができる。例えば、中心領域は、全線幅の０．１から０．９まで、好ましくは全線幅の０．４から０．６までの線幅を有することができる。線パターン２１８６は、マトリックス１１７でセグメント化されてよい。各列は、線パターン２１８６の中心領域における強度の中心情報と、線パターン２１８６の中心領域からエッジ領域までさらに外側に延びる領域からの強度のエッジ情報を含み得る。
図４３は、計算レイトレーシングを用いた一次元の場合についての物体サイズ独立性のシミュレーション試験を示す。シミュレーション試験では、１００ｍｍ〜６００ｍｍの距離範囲内でｆ ＝ １０ｍｍ、瞳径１０ｍｍの非球面レンズが使用された。本仕様を使用して、スポットサイズが１ｍｍから２５ｍｍまで変化するように、約１０ｍｍの物体サイズ独立性が得られた。図４３では、縦方向座標ｚに対する商Ｑ（ｚ）が、１ｍｍの変動（曲線２１８８）、２ｍｍの変動（曲線２１９０）、５ｍｍの変動（曲線２１９２）、１５ｍｍの変動（曲線２１９４）、２０ｍｍの変動（曲線２１９６）および２５ｍｍの変動（曲線２１９８）について示されている。１０ｍｍを超える物体サイズに対する商は逸脱するが、１０ｍｍより小さい物体サイズに対する商は同一の比率をもたらすことが分かる。この特徴は、さまざまなサイズのターゲットに対するキャリブレーション作業を削減し、ＤＰＲ分析に固有である。
図４４ＡおよびＢを参照すると、上記で概説したように、検出器１１０，１１１０，２１１０は、光センサ１１３，１１１８，１１２０，２１１３の少なくとも１つのマトリックス１１７を含むことができる。そのようなピクセル化された撮像装置を用いることにより、図４４Ａに示されるように、デフォーカスビームプロファイルは、ある角度θの線に沿って、縦座標の原点から距離ωの断面に細分化され得る。したがって、単一の線のパラメータ化は、ω＝ｘｃｏｓ（θ）＋ｙｓｉｎ（θ）によって与えられる。平行線に沿った強度の積分は、周知のラドン変換の積分射影Ｒ｛・｝によって数学的に記述することができ、該ラドン変換の積分射影は以下の数式２９のように表される。
Figure 2020503500
 ここで、δはディラックデルタ関数を表し、ｆ（ｘ，ｙ）は囲まれたデフォーカスビームプロファイルの強度である。与えられた角度θと投影幅ωに対する光子比Ｒは次の数式３０で与えられる。
Figure 2020503500
図４４Ｂで強調表示されたオーバーシャインド画像領域としてｆ’（ｘ，ｙ）を有する。θの変動は、傾斜した物体表面に対して異なる比率Ｒをもたらすことが予想される。
以下の間隔でθを変化させれば十分である可能性がある。
Figure 2020503500
図４５ＡおよびＢは、少なくとも１つのバイセルを含む本発明による検出器１１０のさらなる実施形態を示す。レーザ源などの照射源１３６は、物体１１２を照射する光ビーム１３８を生成することができる。反射光ビーム１１６は、物体１１２から転送装置１２８に伝播することができ、光センサ１７６のバイセルに衝突することができる。図４５Ａに側面図を示し、図４５Ｂに正面図を示す。検出器１１０は、ＷＯ ２０１５／０２４８７１またはＷＯ ２０１６／１２０３９２に記載されているようないわゆるＦｉＰ効果を生成するように適合された少なくとも１つのＦｉＰセンサを備えてよい。例えば、図４５Ａおよび図４５Ｂのバイセルは、いわゆるＦｉＰ信号を生成するように構成され得る。ＷＯ ２０１５／０２４８７１またはＷＯ ２０１６／１２０３９２に概説されているように、ＦｉＰ信号は広い距離範囲にわたる奥行き情報を決定するのに使用することができる。ＦｉＰセンサは、ポジティブおよび／またはネガティブＦｉＰ効果を示すように適合され得る。ネガティブＦｉＰ効果は、遠距離で小さい画像効果を調整するために使用され得る。位置、サイズ、形状、シャープネスなどの画像の変化は、距離が遠くなると消える一方、ネガティブＦｉＰ効果は増大する。さらに、両方のセルが同じ縦方向位置にありしたがって同一の光子密度を受け取るため、輝度依存性は導入されないことがある。
図４６は、実験結果、特に、図４６に示される検出器構造を用いて決定された、結合されたセンサ信号のスポット径独立性および輝度独立性を示している。特に、バイセルはＰｂＳバイセルであり、１５５０ｎｍのレーザが、４ｍｍのレーザスポットサイズで使用された。ベースラインは１２．５ｍｍであった。転送装置は、焦点距離ｆ ＝ ２０ｍｍ、直径Ｄ ＝ ２５ｍｍのＴｈｏｒｌａｂｓ Ａｓｐｈｅｒｅレンズを用いた。図４６は、異なる輝度およびスポット直径、特に、輝度２．６ｍＷおよびスポット直径１２ｍｍ（曲線２２００）、２．４ｍＷおよび６ｍｍ（曲線２２０２）、ならびに１．２ｍＷおよびスポット直径３ｍｍ（曲線２２０４）についての、縦方向座標ｚに対する商Ｑを示している。すべての曲線は同一の曲線形状を示し、したがってスポット径に依存しない。
図４７Ａから図４７Ｃは、六角形照射パターンの３つの実施形態を示している。照射源１３６は、物体１１２を照射するための少なくとも１つの照射パターンを生成するように適合され得る。追加的または代替的に、照射パターンは少なくとも１つの周囲光源によって生成され得る。具体的には、照射源１３６は、少なくとも１つのレーザおよび／またはレーザ源を含み得る。半導体レーザなどの様々な種類のレーザを使用することができる。追加的または代替的に、ＬＥＤおよび／または電球などの非レーザ光源を使用することができる。照射パターンは、点またはシンボルなどの少なくとも１つの特徴を含み得る。照射パターンは複数の特徴を含んでもよい。照射パターンは、周期的または非周期的特徴のアレンジを含み得る。照射パターンは、少なくとも１つの周囲光、例えば少なくとも１つの周囲光源、または少なくとも１つの照射源によって、生成され得る。照射パターンは、少なくとも１つの点パターン、特に擬似ランダム点パターン、ランダム点パターンまたは準ランダムパターン；少なくとも1つのＳｏｂｏｌパターン；少なくとも1つの準周期的パターン；少なくとも１つの既知の特徴を含む少なくとも１つのパターン；少なくとも1つの規則的なパターン；少なくとも１つの三角形パターン；少なくとも１つの六角形パターン；少なくとも１つの矩形パターン；凸状の均一傾斜を含む少なくとも１つのパターン；少なくとも１つの線を含む少なくとも１つの線パターン；平行線または交差線などの少なくとも２つの線を含む少なくとも１つの線パターン、からなる群から選択される少なくとも１つのパターンを含むことができる。例えば、照射源は、点群を生成および／または投影するように構成されてよい。照射パターンは、規則的および／または一定および／または周期的パターン、例えば三角形パターン、長方形パターン、六角形パターン、またはさらなる凸状傾斜を含むパターンなどを含むことができる。照射パターンは、六角形パターンが好まれる場合があるように、面積当たり可能な限り多くの特徴を含むことができる。照射パターンの２つの特徴間の距離、および／または少なくとも１つの照射特徴の面積は、画像内の錯乱円に依存し得る。
照射パターンの照射特徴は、少数の参照特徴のみがエピポーラ線上に配置されるように構成されてよい。図４７Ａに示すように、照射パターンは少なくとも１つの六角形パターンを含むことができ、個々の点はエピポーラ線２２０６上に配置される。図４７Ｂに示すように、照射パターンは少なくとも１つの六角形パターンを含むことができ、パターンはベースラインに対して回転している。照射特徴のそのような位置決めは、各エピポーラ線上の個々の点の間の距離を向上させることを可能にする。例えば、図４７Ｃに示すように、照射パターンは少なくとも１つの変位された六角形パターンを含むことができ、そこでは六角形パターンの個々の点は規則的な位置からランダムな距離だけ、例えば点のエピポーラ線に直交して変位される。個々の点の変位は、２本の平行なエピポーラ線間の距離の半分より小さく、好ましくは２本の平行なエピポーラ線間の距離の１／４より小さい。個々の点の変位は、２つの点が互いの上に変位しないようなものであり得る。そのような位置決めは、面積当たりの可能な特徴の数を増やすことを可能にする。
図４８は、走査装置１５４の一実施形態を示す。走査装置はライン走査装置として構成されてよい。特に、走査装置１５４は、光センサ１１３の少なくとも１つのセンサラインまたは列を含むことができる。さらに、走査装置は、少なくとも１つの転送装置１２８と少なくとも１つの照射源１３６とを含み得る。三角測量システムは十分なベースラインを必要とするが、近距離場におけるベースラインのために検出は不可能であり得る。光スポットが転送装置の方向に傾斜している場合、近距離場検出が可能であり得る。しかしながら、傾斜は、光スポットが視野外に移動することにつながり、それは遠距離領域での検出を制限することになる。したがって、三角測量システムでは、ゼロでないベースラインが常に、近距離場および／または遠距離場において、測定範囲の実質的な減少を許すことになる。したがって、本発明による検出器を用いてベースラインを可能な限り減少させることは、常に測定範囲を増加させることになる。さらに、これらの近距離場および遠距離場の問題は、図４８の走査装置１５４を使用することによって克服することができる。走査装置１５４は、ＣＭＯＳライン上で物体１１２から走査装置１５４へ伝播する複数の光ビーム１１６を検出するように適合され得る。光ビーム１１６は、物体１１２上の異なる位置に又は物体１１２の移動によって生成され得る。走査装置１５４は、上述のように商信号Ｑを決定することにより、各光点の少なくとも１つの縦方向座標を決定するように適合され得る。
１１０ 検出器
１１２ 物体
１１３ 光センサ
１１４ ビーコン装置
１１５ センサ要素
１１６ 光ビーム
１１７ マトリックス
１１８ 第１光センサ
１１９ マスク
１２０ 第２光センサ
１２１ 感光エリア
１２２ 第１感光エリア
１２４ 第２感光エリア
１２６ 検出器の光軸
１２８ 転送装置
１２９ 転送装置の光軸
１３０ 焦点
１３１ 光スポット
１３２ 評価装置
１３３ 中心検出器
１３４ 検出器システム
１３５ 合算装置
１３６ 照射源
１３７ 結合装置
１３８ 照射光ビーム
１４０ 反射要素
１４２ デバイス
１４４ 位置評価装置
１４６ カメラ
１４８ ヒューマンマシンインターフェース
１５０ 娯楽装置
１５２ 追跡システム
１５４ 走査システム
１５６ コネクタ
１５８ ハウジング
１６０ 制御装置
１６２ ユーザ
１６４ 開口部
１６６ 視野方向
１６８ 座標系
１７０ マシン
１７２ 追跡コントローラ
１７４ アレイ
１７６ 光センサ
１７８ 象限ダイオード
１８０ アレイの幾何学中心
１８２ 第１光センサの幾何学中心
１８４ 第２光センサの幾何学中心
１８６ 光スポット
１８８ アクチュエータ
１９０ 絞り
１９２ 光記憶媒体の読出し装置
１９４ 光学要素
１９６ 関心領域
１９８ 第１領域
２００ 第２領域
２０２ 内側領域
２０４ 平面
２０６ 外側領域
２０８ 移動方向
２１０ 移動方向
２１２ 曲線
２１４ 曲線
２１６ 一連の曲線
２１８ 一連の曲線
１１１０ 検出器
１１１２ 物体
１１１４ ビーコン装置
１１１６ 光ビーム
１１１８ 第１光センサ
１１２０ 第２光センサ
１１２２ 第１感光エリア
１１２４ 第２感光エリア
１１２６ 光軸
１１２８ 転送装置
１１３０ 焦点
１１３２ 評価装置
１１３４ 検出器システム
１１３６ 照射源
１１３８ 照射光ビーム
１１４０ 反射要素
１１４２ デバイダ
１１４４ 位置評価装置
１１４６ カメラ
１１４８ ヒューマンマシンインターフェース
１１５０ 娯楽装置
１１５２ 追跡システム
１１５４ 走査システム
１１５６ コネクタ
１１５８ ハウジング
１１６０ 制御装置
１１６２ ユーザ
１１６４ 開口部
１１６６ 視野方向
１１６８ 座標系
１１７０ マシン
１１７２ 追跡コントローラ
１１７４ 蛍光導波シート
１１７６ 導波
１１７８ マトリックス材料
１１８０ 蛍光材料
１１８２ 感光要素
１１８４ 感光要素
１１８６ 感光要素
１１８８ 感光要素
１１９０ エッジ
１１９２ エッジ
１１９４ エッジ
１１９６ エッジ
１１９８ 光フィルタ要素
１２００ 参照感光要素
１２０２ 小さい光スポット
１２０４ 大きい光スポット
１２０６ 影
１２０８ 合算装置
１２１０ 減算装置
１２１２ 感光要素
１２１４ 隅部
１２１６ 光結合要素
２１１０ 検出器
２１１２ 物体
２１１３ 光センサ
２１１４ ビーコン装置
２１１５ 照射源
２１１６ 光ビーム
２１１８ 第１光センサ
２１２０ 第２光センサ
２１２１ 感光エリア
２１２２ 第１感光エリア
２１２４ 第２感光エリア
２１２６ 検出器の光軸
２１２８ 転送装置
２１２９ 転送装置の光軸
２１３０ 角度依存光学要素
２１３１ 光ビーム
２１３２ 第１側面
２１３３ 評価装置
２１３４ デバイダ
２１３６ 位置評価装置
２１３８ 光ファイバ
２１４０ 照射ファイバ
２１４２ 光ビーム
２１４４ 第１ファイバ
２１４６ 第２ファイバ
２１４８ 入口端
２１５０ 出口端
２１５２ 第１光ビーム
２１５４ 第２光ビーム
２１５６ カメラ
２１５８ 検出器システム
２１６０ ヒューマンマシンインターフェース
２１６２ 娯楽装置
２１６４ 追跡システム
２１６６ 走査システム
２１６８ コネクタ
２１７０ ハウジング
２１７２ 制御装置
２１７４ ユーザ
２１７６ 開口部
２１７８ 視野方向
２１８０ 座標系
２１８２ マシン
２１８４ 追跡コントローラ
２１８６ 線パターン
２１８８ 曲線
２１９０ 曲線
２１９２ 曲線
２１９４ 曲線
２１９６ 曲線
２１９８ 曲線
２２００ 曲線
２２０２ 曲線
２２０４ 曲線
２２０６ エピポーラ線

Claims (72)

  1. 少なくとも１つの物体（１１２，１１１２）の位置を決定するための検出器（１１０，１１１０，２１１０）であって、
    − 前記物体（１１２，１１１２，２１１２）から前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）に伝播する少なくとも１つ入射光ビーム（１１６，１１１６）に応じて少なくとも１つの焦点距離を有する、少なくとも１つの転送装置（１２８，１１２８，２１２８）と、
    − 少なくとも２つの光センサ（１１３，１１１８，１１２０，２１１３）であって、各光センサ（１１３，１１１８，１１２０）は少なくとも１つの感光エリア（１２１，１１２２，１１２４，２１２１）を有し、各光センサ（１１３，１１１８，１１２０，２１１３）は前記光ビーム（１１６，１１１６，２１３１）によるそれぞれの感光エリアの照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計されている、少なくとも２つの光センサ（１１３，１１１８，１１２０，２１１３）と、
    − 前記センサ信号からの商信号Ｑを評価することによって前記物体（１１２，１１１２，２１１２）の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成される、少なくとも１つの評価装置（１３２，１１３２，２１３３）と、を有し、
    前記検出器が、物体平面内の前記物体サイズから独立して少なくとも１つの測定範囲における前記物体の縦方向座標ｚを決定するように適合されている、検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  2. 前記測定範囲は、前記物体から前記転送装置までの縦方向距離ｚ０と；前記転送装置の焦点距離ｆと；前記転送装置の射出瞳の直径Ｅｘと；前記転送装置から前記感光エリアまでの縦方向距離ｚｓと；前記転送装置から前記物体の像までの距離ｚｉと；前記物体平面における前記物体の大きさＯｓｉｚｅと、からなる群から選択される１つ以上のパラメータを調整することによって調整可能である、請求項１に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  3. 前記検出器は、前記検出器の少なくとも１つの点から放射された少なくとも１つの光ビームの錯乱円が前記物体の像の大きさより大きい場合は、前記物体の大きさから独立して前記物体の縦方向座標ｚを決定するように適合されている、請求項２に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  4. 前記検出器は、数式１が少なくとも１つの距離で真である場合に、前記物体の大きさから独立して前記物体の縦方向座標ｚを決定するように適合されている、請求項３に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
    Figure 2020503500
  5. 低い物体サイズ限度が、好ましくは０．５μｍ以上、より好ましくは１μｍ以上、もっとも好ましくは１０μｍ以上である、請求項４に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  6. 前記評価装置（１３２）は、前記センサ信号を割算すること、前記センサ信号の倍数を割算すること、前記センサ信号の線形結合を割算することのうちの１つまたは複数により前記商信号Ｑを導出するように構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  7. 前記評価装置（１３２）は、前記縦方向座標を決定するために前記商信号Ｑと前記縦方向座標との間の少なくとも１つの所定の関係を使用するように構成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  8. 前記評価装置（１３２）は、数式２によって前記商信号Ｑを導出するように構成され、ここで、ｘおよびｙは横方向座標であり、Ａ１およびＡ２はセンサ位置におけるビームプロファイルの面積であり、Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ０）は物体距離ｚ０において与えられるビームプロファイルを表す、請求項１〜７のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
    Figure 2020503500
  9. 前記光センサ（１１３）が焦点からずれて配置されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の検出器。
  10. 前記転送装置（１２８）は光軸（１２９）を有し、前記転送装置（１２８）は座標系を構成し、縦方向座標ｌは前記光軸（１２９）に沿った座標であり、ｄは前記光軸（１２９）からの空間的オフセットであり、前記光センサ（１１３）は、前記光センサ（１１３）の前記感光エリア（１２１）が縦方向座標または空間的オフセットまたは表面積の少なくとも１つで異なるように構成されている、実施形態１〜９のうちのいずれか１つによる検出器。
  11. 各前記センサ信号は、前記光ビームの少なくとも１つのビームプロファイルの少なくとも１つのビームプロファイル面積の少なくとも１つの情報を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  12. 前記ビームプロファイルは、台形ビームプロファイル、三角形ビームプロファイル、円錐形ビームプロファイルおよびガウスビームプロファイルの線形結合からなる群から選択される、請求項１１に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  13. 前記感光領域は、第１のセンサ信号が前記ビームプロファイルの第１の領域の情報を含み、第２のセンサ信号が前記ビームプロファイルの第２の領域の情報を含むように構成され、前記ビームプロファイルの第１の領域と前記ビームプロファイルの第２の領域は、隣接する領域または重なり合う領域の一方または両方である、請求項１１または１２に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  14. 前記評価装置（１３２）は、前記ビームプロファイルの前記第１の領域と前記ビームプロファイルの前記第２の領域とを決定するように構成されている、請求項１３に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  15. 前記ビームプロファイルの前記第１の領域は、本質的に前記ビームプロファイルのエッジ情報を含み、前記ビームプロファイルの前記第２の領域は、本質的に前記ビームプロファイルの中心情報を含む、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  16. 前記エッジ情報は、前記ビームプロファイルの前記第１の領域内の光子の数に関する情報を含み、前記中心情報は、前記ビームプロファイルの前記第２の領域内の光子の数に関する情報を含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  17. 前記評価装置（１３２）は、前記エッジ情報と前記中心情報を割算すること、前記エッジ情報と前記中心情報の倍数を割算すること、前記エッジ情報と前記中心情報の線形結合を割算することのうちの１つ以上によって前記商信号Ｑを導出するように構成されている、請求項１５または１６に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  18. 前記光センサ（１１３）は、第１感光エリア（１２２）を有する第１光センサ（１１８）と第２感光エリア（１２４）を有する第２光センサ（１２０）を有し、前記第１と第２の感光エリア（１２２，１２４）は、数式３の条件が満足されるように配置され、ここで、ａは、前記転送装置（１２９）の焦点距離の半分に等しい距離で前記光軸（１２９）と交差する前記光軸（１２９）に垂直な平面の内側領域と、前記第１感光エリア（１２２）の両方に当たる光子の比率であり、ｂは前記平面の内側領域と前記第２感光エリア（１２４）の両方に当たる光子の比率であり、ｃは前記平面の外側領域と前記第１感光エリア（１２２）の両方に当たる光子の比率であり、ｄは前記平面の外側領域と前記第２感光エリア（１２４）の両方に当たる光子の比率である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
    Figure 2020503500
  19. 前記第１感光エリア（１１８）および前記第２感光エリア（１２２）は、前記内側領域が、前記光軸（１２９）上に幾何学中心点を有する領域を有し、および光子の半分が前記内側領域の内で前記平面に当たり、残りの半分が前記内側領域の外で前記平面に当たる延長を有するように構成されている、請求項１８に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  20. 前記第１感光エリア（１１８）および前記第２感光エリア（１２２）は、前記内側領域が、前記光軸上に中心点を有する円として、および、前記光子の半分が前記円の内で前記平面に当たり、残りの半分が前記円の外で前記平面に当たるように選択された半径ｒとして設計されるように、請求項１９に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  21. 前記光センサ（１１３）は、第１感光エリア（１２２）を有する第1光センサ（１１８）と、第２感光エリア（１２４）を有する第２光センサ（１２０）を有し、
    − 前記第１光センサ（１１８）は、前記物体（１１２）から前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）に伝播する光ビーム（１１６）による前記第１感光エリア（１２２）の照射に応答して少なくとも１つの第１センサ信号を生成するように構成され、
    − 前記第２光センサ（１２０）は、前記光ビーム（１１６）による前記第２感光エリア（１２４）の照射に応答して少なくとも１つの第２センサ信号を生成するように構成され、前記第１感光エリア（１２２）は前記第２感光エリア（１２４）より小さい、
    請求項１〜２０のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  22. 前記評価装置（１３２）は、前記第１および第２のセンサ信号を割算することにより、または、前記第１および第２のセンサ信号の倍数を割算することにより、または、前記第１および第２のセンサ信号の線形結合を割算することにより、商信号Ｑを導出するように構成され、前記評価装置（１３２）は、前記商信号Ｑを評価することによって前記縦方向座標を決定するように構成されている、請求項２１に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  23. 前記第１および第２の光センサ（１８０，１２０）は、前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）の同一のビーム経路内に直線的に配置されている、請求項２１または２２に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  24. 前記第１および第２の光センサ（１８０，１２０）は、前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）の光軸（１２６）に対して同心的に配置されている、請求項２３に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  25. 前記第１および第２の光センサ（１８０，１２０）はそれぞれ、半導体センサ、好ましくは無機半導体センサ、より好ましくはフォトダイオード、最も好ましくはシリコンフォトダイオードである、請求項２１〜２４のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  26. 前記第１および第２の光センサ（１８０，１２０）はそれぞれ、それぞれの単一の感光エリアを有する均一なセンサである、請求項２１〜２５のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  27. 前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）は、前記物体（１１２）を照射するための照射源（１３６）をさらに含む、請求項２１〜２６のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  28. − 光センサ（１１３）のマトリックス（１１７）を有する少なくとも１つのセンサ要素（１１５）であって、前記光センサ（１１３）はそれぞれ感光エリア（１２１）を有し、各光センサ（１１３）は、前記物体（１１２）から前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）まで伝播する少なくとも１つの光ビーム（１１６）による前記感光エリア（１２１）の照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように構成されている、少なくとも１つのセンサ要素（１１５）と、
    − 少なくとも１つの評価装置（１３２）であって、
    ａ）最高のセンサ信号を有し、少なくとも１つの中心信号を形成する少なくとも１つの光センサ（１１３）を決定すること；
    ｂ）前記マトリックス（１１７）の光センサ（１１３）のセンサ信号を評価し、少なくとも１つの和信号を形成すること；
    ｃ）前記中心信号と前記和信号を結合することによって少なくとも１つの結合信号を決定すること；および
    ｄ）前記結合信号を評価することによって前記物体（１１２）の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定すること、により、前記センサ信号を評価するように構成された評価装置（１３２）と、
    を有する請求項１〜２７のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  29. 前記中心信号が、前記最高のセンサ信号；前記最高センサ信号から所定の許容範囲内にあるセンサ信号群の平均；前記最高のセンサ信号を有する光センサ（１１３）と隣接する光センサ（１１３）の所定の群を含む光センサ（１１３）群のセンサ信号の平均；前記最高のセンサ信号を有する光センサ（１１３）と隣接する光センサ（１１３）の所定の群を含む光センサ（１１３）群のセンサ信号の合計；前記最高のセンサ信号から所定の許容範囲内にあるセンサ信号群の合計；所定の閾値を超えているセンサ信号群の平均；所定の閾値を超えているセンサ信号群の合計；前記最高のセンサ信号を有する光センサ（１１３）と隣接する光センサ（１１３）の所定の群を含む光センサ（１１３）群のセンサ信号の積分；前記最高のセンサ信号から所定の許容範囲内にあるセンサ信号群の積分；所定の閾値を超えているセンサ信号群の積分、からなる群から選択される、請求項２８に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  30. 前記和信号は、前記マトリックス（１１７）の全センサ信号の平均；前記マトリックス（１１７）の全センサ信号の合計；前記マトリックス（１１７）の全センサ信号の積分；前記中心信号に寄与する光センサ（１１３）のセンサ信号を除く前記マトリックス（１１７）の全センサ信号の平均；前記中心信号に寄与する光センサ（１１３）のセンサ信号を除く前記マトリックス（１１７）の全センサ信号の合計；前記中心信号に寄与する光センサ（１１３）のセンサ信号を除く前記マトリックス（１１７）の全センサ信号の積分；前記最高センサ信号を有する光センサ（１１３）から所定範囲内の光センサ（１１３）のセンサ信号の合計；前記最高センサ信号を有する光センサ（１１３）から所定範囲内の光センサ（１１３）のセンサ信号の積分；前記最高センサ信号を有する光センサ（１１３）から所定範囲内に位置する光センサ（１１３）の所定の閾値を超えるセンサ信号の合計；前記最高センサ信号を有する光センサ（１１３）から所定範囲内に位置する光センサ（１１３）の所定の閾値を超えるセンサ信号の積分、からなる群から選択される、請求項２８または２９に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  31. 前記結合信号は、前記中心信号と前記和信号の商またはその逆の商を形成すること；前記中心信号の倍数と前記和信号の倍数の商またはその逆の商を形成すること；前記中心信号の線形結合と前記和信号の線形結合の商またはその逆の商を形成すること；前記中心信号と前記和信号の第１の線形結合と、前記中心信号と前記和信号の第２の線形結合の商を形成すること、のうちの１つまたは複数から導出される前記商信号Ｑである、請求項２８〜３０のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  32. 前記評価装置（１３２）は、前記縦方向座標を決定するために、前記商信号Ｑと前記縦方向座標の間の少なくとも１つの所定の関係を使用するように構成されている、請求項３１に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  33. 前記評価装置（１３２）は少なくとも１つのデバイダ（１４２）を含み、前記デバイダ（１４２）は前記商信号を導出するように構成されている、請求項３１または３２に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  34. 前記評価装置（１３２）はさらに、前記最高のセンサ信号を有する少なくとも１つの光センサ（１１３）の横方向位置を評価することにより、前記物体（１１２）の少なくとも１つの横方向座標を決定するように構成されている、請求項２８〜３３のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  35. 各感光エリア（１２２，１２４）は幾何学中心（１８２，１８４）を有し、前記光センサ（１１８，１２０，１７６）の前記幾何学中心（１８２，１８４）は前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）の光軸（１２６）から異なる空間的オフセットで離れており、各光センサ（１１８，１２０，１７６）は、前記物体（１１２）から前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）へ伝播する光ビーム（１１６）によるそれぞれの感光エリア（１２２，１２４）の照射に応答してセンサ信号を生成するように構成されている、請求項１〜３４のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  36. 前記光センサ（１１８，１２０，１７６）は前記センサアレイ（１７４）の一部であり、前記センサアレイ（１７４）の幾何学中心（１８０）が前記光軸（１２６）からずれている、請求項３５に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  37. 前記センサアレイ（１７４）は前記光軸（１２６）に対して移動可能である、請求項３６に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  38. 前記評価装置（１３２）は、最初に、前記センサ信号を使用することによって、前記光ビーム（１１６）によって生成された前記センサアレイ（１７４）上の光スポット（１８６）の横方向位置を決定し、次に、前記光スポット（１８６）が偏心するまで前記センサアレイ（１７４）を前記光軸（１２６）に対して移動させるように構成されている、請求項３７に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  39. 前記光センサ（１１８，１２０，１７６）は、象限ダイオード（１７８）の部分ダイオードであり、前記象限ダイオード（１７８）の幾何学中心（１８０）は前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）の前記光軸（１２６）から偏心している、請求項３５〜３８のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  40. − 第１感光エリア（１１２２）を有する少なくとも１つの第１光センサ（１１１８）であって、前記物体（１１１２）から前記検出器（１１１０）へ伝播する光ビーム（１１１６）による前記第１感光エリア（１１２２）の照射に応答して少なくとも１つの第１センサ信号を生成するように構成される、第１光センサ（１１１８）と、
    − 少なくとも１つの第２光センサ（１１２０）であって、
    ・ 第２感光エリア（１１２４）を形成する蛍光導波シート（１１７４）であって、前記蛍光導波シート（１１７４）は、前記物体（１１１２）から前記検出器（１１１０）に向かって伝播する少なくとも１つの光ビーム（１１１６）が前記第２感光エリア（１１２４）に少なくとも１つの光スポット（１２０２，１２０４）を生成するように、前記物体（１１１２）に向けられ、前記蛍光導波シート（１１７４）は少なくとも１つの蛍光材料（１１８０）を含み、前記蛍光材料（１１８０）は、前記光ビーム（１１１６）の照射に応答して蛍光ライトを発する、蛍光導波シート（１１７４）と、
    ・ 前記蛍光導波シート（１１７４）の少なくとも１つのエッジ（１１９０，１１９２，１１０４，１１９６）に配置される少なくとも１つの感光要素（１１８２，１１８４，１１８６，１１８８，１２１２）であって、前記蛍光導波シート（１１７４）によって前記光スポット（１２０２，１２０４）から前記感光要素（１１８２，１１８４，１１８６，１１８８，１２１２）へガイドされる蛍光ライトを検出することができ、前記光ビーム（１１１６）による前記第２感光エリア（１１２４）の照射に応答して少なくとも１つの第２センサ信号を生成することができ、前記第１感光エリア（１１２２）は前記第２感光エリアよ（１１２４）り小さい、感光要素（１１８２，１１８４，１１８６，１１８８，１２１２）と、
    を有する、第２光センサ（１１２０）と、
    − 前記第１および第２のセンサ信号を評価することにより、前記物体（１１１２）の少なくとも１つ縦方向座標ｚを決定するように構成されている少なくとも１つの評価装置（１１３２）と、
    を有する、請求項１〜３９のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  41. 前記少なくとも１つの感光要素（１１８２，１１８４，１１８６，１１８８，１２１２）は、前記蛍光導波シート（１１７４）によって案内される蛍光ライトを前記蛍光導波シート（１１７４）の外へ少なくとも部分的に結合するように構成された少なくとも１つの光結合要素（１２１６）によって前記蛍光導波シート（１１７４）に光学的に結合されている、請求項４０に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  42. 前記評価装置（１１３２）は、前記第１および第２のセンサ信号を割算することにより、または前記第１および第２のセンサ信号の倍数を割算することにより、または前記第１および第２のセンサ信号の線形結合を割算することにより前記商信号Ｑを導出するように構成され、前記評価装置（１１３２）は、前記商信号Ｑを評価することによって前記縦方向座標を決定するように構成されている、請求項４０または４１に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  43. 前記評価装置（１１３２）は、前記商信号Ｑと前記縦方向座標の間の少なくとも１つの所定の関係を使用するように構成されている、請求項４２に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  44. 前記第１光センサ（１１１８）は、前記光ビーム（１１１６）が所与の順序で前記第１光センサ（１１１８）を照射し、次に、前記第２光センサ（１１２０）を照射するように、前記第２光センサ（１１２０）の前に配置される、請求項４０〜４３のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  45. 前記第２光センサ（１１２０）は、少なくとも２つの感光要素(１１８２，１１８４，１１８６，１２１２)であって、前記蛍光導波シート（１１７４）の少なくとも２つエッジ（１１９０，１１９２，１１９４，１１９６）に配置され、前記蛍光導波シート（１１７４）によって前記光スポット（１２０２，１２０４）から前記感光要素(１１８２，１１８４，１１８６，１２１２)へガイドされる蛍光ライトを検出することができ、それぞれ少なくとも１つのセンサ信号を生成することができる、感光要素(１１８２，１１８４，１１８６，１２１２)を有している、請求項４０〜４４のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  46. 前記評価装置（１１３２）は、前記少なくとも２つの感光要素(１１８２，１１８４，１１８６，１２１２)の前記センサ信号を合算し、それにより和信号Ｓを形成するように構成された少なくとも１つの合算装置（１２０８）を有し、前記評価装置（１１３２）は、前記第１センサ信号、前記第２センサ信号の前記和信号Ｓ、及び前記縦方向座標ｚの間の少なくとも１つの所定の関係を使用することによって前記物体（１１１２）の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成されている、請求項４５に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  47. 前記評価装置（１１３２）は、前記感光要素(１１８２，１１８４，１１８６，１２１２)の前記センサ信号を評価することにより、前記物体（１１１２）の少なくとも１つの横方向座標ｘ，ｙを決定するようにさらに構成されている、請求項４５または４６に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  48. 前記第２感光エリア（１１２４）は前記第１感光エリア（１１２２）に比して、少なくとも２倍大きい、請求項４０〜４７のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  49. 前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）は、前記物体（１１１２）を照射するための照射源（１１３６）をさらに含む、請求項４０〜４８のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  50. − 少なくとも１つの角度依存光学要素（２１３０）であって、前記物体（２１１２）から前記検出器（２１１０）に向かって伝播して該角度依存光学要素（２１３０）を照射する入射光ビーム（２１１６）の入射角に応じて、少なくとも１つのビームプロファイルを有する少なくとも１つの光ビーム（２１３１）を生成するように適合された角度依存光学要素（２１３０）と；
    − 少なくとも２つの光センサ（２１１３）であって、各光センサ（２１１３）は少なくとも１つの感光エリア（２１２１）を有し、各光センサ（２１１３）は、前記角度依存光学要素（１３０）によって生成された光ビーム（２１３１）によるそれぞれの感光エリアの照射に応じて少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計された、光センサ（２１１３）と；
    − 前記センサ信号から商信号Ｑを評価することによって前記物体（２１１２）の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成された少なくとも１つの評価装置（２１３３）と、
    を有する、請求項１〜４９のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  51. 前記角度依存光学要素（２１３０）は、少なくとも１つの光ファイバ、特に少なくとも１つの多分岐光ファイバ、特に少なくとも１つの二分岐光ファイバ；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの角度依存反射要素、少なくとも１つの回折格子要素、特にブレーズ格子要素；少なくとも１つの開口絞り；少なくとも１つのプリズム；少なくとも１つのレンズ；少なくとも１つのレンズアレイ、特に少なくとも１つのマイクロレンズアレイ；少なくとも１つの光フィルタ；少なくとも１つの偏光フィルタ；少なくとも１つの帯域通過フィルタ；少なくとも１つの液晶フィルタ、特に液晶チューナブルフィルタ；少なくとも１つのショートパスフィルタ；少なくとも１つのロングパスフィルタ；少なくとも１つのノッチフィルタ；少なくとも１つの干渉フィルタ；少なくとも１つの伝送格子；少なくとも１つの非線形光学要素、特に１つの複屈折光学要素、からなる群から選択される少なくとも１つの光学要素を有している、請求項５０に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）。
  52. 少なくとも１つの物体（１１２）の位置を決定するための検出器システム（１３４）であって、
    請求項１〜５１のいずれか一項に記載の少なくとも１つの検出器（１１０，１１１０，２１１０）を備え、少なくとも１つの光ビーム（１１６）を前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）に指向させるように適合された少なくとも１つのビーコン装置（１１４）をさらに備え、
    前記ビーコン装置（１１４）は、前記物体（１１２）に取り付け可能であること、前記物体（１１２）によって保持可能であること、前記物体（１１２）に一体化可能であることのうちの１つである、検出器システム（１３４）。
  53. ユーザ（１６２）とマシン（１７０）との間で少なくとも１つの情報項目を交換するためのヒューマンマシンインタフェース（１４８）であって、
    少なくとも１つの請求項５２に記載の検出器システム（１３４）を有し、前記少なくとも１つのビーコン装置（１１４）は前記ユーザ（１６２）に直接または間接的に取り付けられること、および前記ユーザ（１６２）によって保持されることのうちの少なくとも１つであるように適合され、前記ヒューマンマシンインタフェース（１４８）は、前記検出器システム（１３４）により前記ユーザ（１６２）の少なくとも１つの位置を決定するように設計され、前記位置に少なくとも１つの情報項目を割り当てるように設計されている、ヒューマンマシンインターフェース（１４８）。
  54. 少なくとも１つの娯楽機能を実行するための娯楽装置（１５０）であって、
    少なくとも１つの請求項５３に記載のヒューマンマシンインターフェース（１４８）を備え、前記ヒューマンマシンインターフェース（１４８）により少なくとも１つの情報項目がプレーヤによって入力され得るように設計され、前記情報により前記娯楽機能を変えられるように設計されている、娯楽装置（１５０）。
  55. 少なくとも１つの移動可能な物体（１１２）の位置を追跡するための追跡システム（１５２）であって、
    検出器システムに言及する請求項５２〜５４のいずれか１項に記載の検出器システム（１３４）を少なくとも１つ備え、少なくとも１つの追跡コントローラをさらに備え、前記追跡コントローラは特定の時点における前記物体（１１２）の一連の位置を追跡するように適合されている、追跡システム（１５２）。
  56. 場景の奥行きプロファイルを決定するための走査システム（１５４）であって、
    検出器（１１０，１１１０，２１１０）に言及する請求項１〜５１のいずれか一項に記載の少なくとも１つの検出器（１１０，１１１０，２１１０）を備え、少なくとも１つの光ビーム（１１６）によって前記場景を走査するように適合された少なくとも１つの照射源（１３６）をさらに備えた、走査システム（１５４）。
  57. 少なくとも１つの物体（１１２）を撮像するためのカメラ（１４６）であって、
    検出器（１１０，１１１０，２１１０）に言及する請求項１〜５１のいずれか一項に記載の少なくとも１つの検出器（１１０，１１１０，２１１０）を備えた、カメラ（１４６）。
  58. 光記憶媒体のための読出し装置（１９２）であって、検出器（１１０，１１１０，２１１０）に言及する請求項１〜５１のいずれか一項に記載の少なくとも１つの検出器（１１０，１１１０，２１１０）を備えた、読出し装置。
  59. 少なくとも１つの検出器（１１０，１１１０，２１１０）を使用することによって少なくとも１つの物体（１１２）の位置を決定するための方法であって、
    − 少なくとも２つの光センサ（１１３）であって、各光センサ（１１３）は感光エリア（１２１）を有し、各光センサ（１１３）は光ビーム（１１６）によるそのそれぞれの感光エリアの照射に応答してセンサ信号を生成するように構成され、前記検知器は少なくとも１つの転送装置（１２８）を有し、前記転送装置（１２８）は前記物体（１１２）から前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）に伝播する前記光ビーム（１１６）に応じて少なくとも１つの焦点距離を有している、光センサ（１１３）を提供する、ステップと、
    − 前記物体（１１２）から前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）へ伝播する前記光ビーム（１１６）によって、前記検出器の少なくとも２つの光センサ（１１３）の各感光エリア（１２１）を照射し、それによって、各感光エリア（１２１）が少なくとも１つのセンサ信号を生成する、ステップと、
    − 前記センサ信号を評価し、それによって前記物体（１１２）の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するし、前記評価は前記センサ信号の商信号Ｑの導出を含み、前記物体の前記縦方向座標ｚは物体平面内の物体サイズから独立して少なくとも１つの測定範囲内で決定される、ステップと、
    を含む方法。
  60. 前記商信号Ｑの導出は、前記センサ信号を割算すること、前記センサ信号の倍数を割算すること、前記センサ信号の線形結合を割算することのうちの１つ以上を含む、請求項５９に記載の方法。
  61. 前記物体から前記転送装置までの縦方向距離ｚ０；前記転送装置の焦点距離ｆ；前記転送装置Ｅｘの射出瞳の直径；前記転送装置から前記感光エリアまでの縦方向距離ｚｓ；前記転送装置から前記物体の画像までの距離ｚｉ；前記物体の前記物体平面内の物体サイズ、からなる群から選択される１つ以上のパラメータを調整することによって前記測定範囲を調整することを含む、方法に言及する請求項５９〜６０のいずれか１項に記載の方法。
  62. 前記転送装置（１２８）が光軸（１２９）を有し、前記転送装置（１２８）が座標系を構成し、縦方向座標ｌは前記光軸（１２９）に沿った座標であり、ｄは前記光軸（１２９）からの空間的オフセットであり、前記光センサ（１１３）の前記感光エリア（１２１）がそれらの縦座標、それらの空間的オフセット、またはそれらの表面積のうちの少なくとも１つにおいて異なるように、前記光センサ（１１３）を構成することを含む、方法に言及する請求項５９〜６１のいずれか１項に記載の方法。
  63. 前記センサ信号のそれぞれは、前記光ビームの少なくとも１つのビームプロファイルの少なくとも１つの情報を含み、前記ビームプロファイルは、台形ビームプロファイル、三角形ビームプロファイル、円錐形ビームプロファイル、およびガウスビームプロファイルの線形結合、からなる群から選択され、前記感光領域は、第１のセンサ信号が前記ビームプロファイルの第１領域の情報を含み、第２のセンサ信号が前記ビームプロファイルの第２領域の情報を含むように構成され、前記ビームプロファイルの第１領域と前記ビームプロファイルの第２領域は、隣接領域または重複領域の一方または両方である、方法に言及する、請求項１〜６２のいずれか１項に記載の方法。
  64. 前記評価は、前記ビームプロファイルの前記第１領域と前記ビームプロファイルの前記第２領域を決定することを含む、請求項６３に記載の方法。
  65. 前記ビームプロファイルの前記第１領域は前記ビームプロファイルの本質的にエッジ情報を含み、前記ビームプロファイルの前記第２領域は前記ビームプロファイルの本質的に中心情報を含み、前記エッジ情報は前記ビームプロファイルの前記第１領域内の光子の数に関する情報を含み、前記中心情報は前記ビームプロファイルの前記第２領域内の光子の数に関する情報を含み、前記評価は前記エッジ情報および前記中心情報を割算すること、前記エッジ情報および前記中心情報の倍数を割算すること、前記エッジ情報および前記中心情報の線形結合を割算することのうちの１つ以上によって前記商信号Ｑを導出することを含む、請求項６３または６４に記載の方法。
  66. − 前記物体（１１２）から前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）に伝播する光ビーム（１１６）によって前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）の少なくとも１つの第１光センサ（１１８）の少なくとも１つの第１感光エリア（１２２）を照射し、それによって少なくとも１つの第１センサ信号を生成する、ステップと、
    − 前記光ビーム（１１６）によって前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）の少なくとも１つの第２光センサ（１２０）の少なくとも１つの第２感光エリア（１２４）を照射し、それによって少なくとも１つの第２センサ信号を生成し、前記第1感光エリア（１２２）は前記第2感光エリア（１２４）より小さい、ステップと、
    を含む、方法に言及する請求項５９〜６５のいずれか一項に記載の方法。
  67. − 前記物体（１１２）から前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）へ伝播する少なくとも１つの光ビーム（１１６）によって前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）の少なくとも１つのセンサ要素（１１５）を照射し、前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）は光センサ（１１３）のマトリックス（１１７）を有し、各光センサ（１１３）は感光エリア（１２１）を有し、各光センサ（１１３）は照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成する、ステップと、
    − ａ）最高のセンサ信号を有し、少なくとも１つの中心信号を形成する少なくとも１つの光センサ（１１３）を決定すること；
    ｂ）前記マトリックス（１１７）の光センサ（１１３）のセンサ信号を評価し、少なくとも１つの和信号を形成すること；
    ｃ）前記中心信号と前記和信号とを結合することによって少なくとも１つの結合信号を決定すること；および
    ｄ）前記結合信号を評価することによって、前記物体（１１２）の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定すること、
    によりセンサー信号を評価する、ステップと、
    を有する、方法に言及する請求項５９〜６６のいずれか一項に記載の方法。
  68. 前記結合信号は、前記中心信号と前記和信号の商またはその逆の商を形成すること、前記中心信号の倍数と前記和信号の倍数の商またはその逆の商を形成すること、前記中心信号の線形結合と前記和信号の線形結合の商またはその逆の商を形成すること、前記中心信号と前記和信号の第１の線形結合と前記中心信号と前記和信号の第２の線形結合の商を形成すること、のうちの１つ以上によって導出される商信号Ｑである、請求項６７に記載の方法。
  69. 各感光エリア（１２２，１２４）が幾何学中心（１８２，１８４）を有し、前記光センサ（１１８，１２０，１７６）の前記幾何学中心（１８２，１８４）は、前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）の光軸（１２６）から異なる間隔で離間している、方法に言及する請求項５９〜６８のいずれか一項に記載の方法。
  70. − 前記物体（１１１２）から前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）へ伝播する光ビーム（１１１６）によって少なくとも１つの第１光センサ（１１１８）の少なくとも１つの第１の感光エリア（１１２２）を照射し、前記第１感光エリア（１１２２）の照射に応答して、前記第１光センサ（１１１８）によって少なくとも１つの第１センサ信号を生成する、ステップと、
    − 前記光ビーム（１１１６）によって少なくとも１つの第２光センサ（１１２０）の少なくとも１つの第２感光エリア（１１２４）を照射し、前記第２感光エリア（１１２４）の照射に応答して、前記第２光センサ（１１２０）によって少なくとも１つの第２センサ信号を生成し、前記第２光センサ（１１２０）は、
    ・ 第２の感光エリア（１１２４）を形成する少なくとも１つの蛍光導波シート（１１７４）であって、前記蛍光導波シート（１１７４）は、前記物体（１１１２）から前記検出器（１１０，１１１０，２１１０）に伝播する少なくとも１つの光ビーム（１１１６）が前記第２感光エリア（１１２４）に少なくとも1つの光スポット（１２０２，１２０４）を生成するように、前記物体（１１１２）に向けられ、前記蛍光導波シート（１１７４）は少なくとも1つの蛍光材料（１１８０）を含み、前記蛍光材料（１１８０）は前記光ビーム（１１１６）による照射に応答して蛍光ライトを生成するように適合されている、蛍光導波シート（１１７４）と、
    ・ 前記蛍光導波シート（１１７４）の少なくとも１つのエッジ（１１９０，１１９２，１１９４，１１９６）に配置された少なくとも１つの感光要素（１１８２，１１８４，１１８６，１１８８，１２１２）であって、前記蛍光導波シート（１１７４）によって前記光スポット（１２０２，１２０４）から前記感光要素（１１８２，１１８４，１１８６，１１８８）に導かれる蛍光ライトを検出することができ、前記光ビーム（１１１６）による前記第２感光エリア（１１２４）の照射に応答して少なくとも１つの第２センサ信号を生成することができ、前記第１感光エリア（１１２２）は前記第２感光エリア（１１２４）より小さい、感光要素（１１８２，１１８４，１１８６，１１８８）と、
    を有する、ステップと、
    − 前記第１および第２のセンサ信号を評価することによって前記物体（１１１２）の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定する、ステップと、
    を有する、方法に言及する請求項５９〜６９のいずれか一項に記載の方法。
  71. − 少なくとも１つの角度依存光学要素（１３０）を提供し、入射角に依存する少なくとも１つのビームプロファイルを有する少なくとも１つの光ビーム（１３１）を生成するステップ；
    − 少なくとも２つの光センサ（１１３）を提供し、各光センサ（１１３）は少なくとも１つの感光エリア（１２１）を有し、各光センサ（１１３）は前記角度依存光学要素（１３０）によって生成された光ビーム（１３１）によるそれぞれの感光エリア（１２１）の照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計されているステップ；
    − 前記角度依存光学要素（１３０）によって生成された光ビーム（１３１）によって前記検出器（１１０）の前記少なくとも２つの光センサ（１１３）の各感光エリア（１２１）を照射することによって、各感光エリア（１２１）が少なくとも１つのセンサ信号を生成するステップ；および
    − 前記センサ信号を評価し、それによって前記物体（１１２）の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定し、前記評価が前記センサ信号の結合信号Ｑを導出することを含むステップ、を含む、方法に言及する請求項５９〜７０のいずれか一項に記載の方法。
  72. 使用目的が、交通技術における位置測定、娯楽用途、光データ記憶用途、セキュリティ用途、監視用途、安全用途、ヒューマンマシンインターフェース（１４８）用途、物流用途、追跡用途、写真撮影用途、マシンビジョン用途、ロボット用途、品質管理用途、製造用途、光データの記憶および読出しと組み合わせ用途、からなる群から選択される、検出器（１１０，１１１０，２１１０）に関する請求項１〜５１のいずれか一項に記載の検出器（１１０，１１１０，２１１０）の使用。
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