JP2022506691A - 少なくとも１つの物体の位置を決定する検出器及び方法 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの物体（１１２）の位置を決定する検出器（１１０）が開示される。前記検出器（１１０）は、
－ 色収差を有する少なくとも１つの転送装置（１１４）と；
－ 少なくとも１つの開口要素（１１８）であって、物体（１１２）から検出器（１１０）へと伝播し、転送装置（１１４）を通過した光ビーム（１２０）のエッジ成分を遮断するように構成され、光ビーム（１２０）の中心成分（１１９）を通過させるように構成されている、少なくとも１つの開口要素（１１８）と；
－ 光ビーム（１２０）の伝播方向で開口要素（１１８）の後方に配置された少なくとも１つの第１光センサ（１２６）であって、光ビーム（１２０）の中心成分（１１９）の色情報を決定するように構成され、光ビーム（１２０）の中心成分の少なくとも１つの第１強度情報を決定するように構成されている、少なくとも１つの第１光センサ（１２６）と；
－ 少なくとも１つの第２光センサ（１２８）であって、光ビーム（１２０）のエッジ成分の少なくとも１つの第２強度情報を決定するように構成されている、少なくとも１つの第２光センサ（１２８）と、
を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１つの物体の位置を決定する検出器及び方法に関する。本発明による検出器及び方法は、具体的には、例えば、建築、計測、考古学、芸術、医学、工学又は製造の分野において、共焦点クロマティックセンサを用いた距離決定に採用されることができる。しかし、他の用途も可能である。

物体と光センサの間の距離を決定するための多数の光センサ、例えば、飛行時間検出器、三角測量システム、及び、デフォーカスからの深度技術を使用するセンサなどが知られている。物体からの距離を決定するためのさらなる概念は、光子比からの距離（ＤＰＲ）と呼ばれ、例えばＷＯ２０１８／０９１６４０Ａ２に提案されており、その全内容が参照により含まれる。ＷＯ２０１８／０９１６４０Ａ２は、少なくとも１つの物体の位置を決定する検出器を記載している。該検出器は：少なくとも１つの転送装置であって、物体から検出器に伝播する少なくとも１つの入射光ビームに応答して、少なくとも１つの焦点距離を有する転送装置と、少なくとも２つの光センサであって、各光センサが少なくとも1つの感光エリアを有し、各光センサが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、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つの評価装置とを備えている。該検出器は、物体平面内の、物体サイズから独立した少なくとも１つの測定範囲において、物体の縦方向座標ｚを決定するように適合されている。ＤＰＲ技術に基づくこれらの装置及び方法は、信頼性が高く正確な距離測定を可能にする。

１０ｎｍオーダーのような非常に高精度の距離測定には、従来、共焦点クロマティックセンサが使用される。例えば、Ｍｉｃｒｏ－Ｅｐｓｉｌｏｎ Ｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．ＫＧ，Ｋｏｅｎｉｇｂａｃｈｅｒｓｔｒ．１５，９４４９６ Ｏｒｔｅｎｂｕｒｇから、型番ＩＦＳ２４０３－０，４又はＩＦＳ２４０５－３０として、共焦点クロマティックセンサが入手可能であり、該センサは、光ファイバを介して１０ｎｍから数１００マイクロメートルのオーダーの精度で距離を測定することができる。これらのシステムの測定範囲は、典型的には、４００μｍから３０ｍｍのオーダーである。しかし、既知の共焦点クロマティックセンサの、スタンドオフ距離とも呼ばれる最小測定距離は、非常に大きい場合がある。例えば、型番がＩＦＳ２４０５－３０のセンサの場合、メーカー仕様によると、測定範囲は３０ｍｍ、精度は１８０ｎｍ、スタンドオフ距離は１００ｍｍである。共焦点クロマティックセンサは、物体が測定範囲外にある場合、測定値を提供することができない。このように、共焦点クロマティックセンサによる測定は、測定範囲に制限される。さらに、特に完全に自動化されたプロセスでは、センサの測定範囲を見つけるのが困難な可能性がある。

ＥＰ０７６２１４３Ａ１は、多数の個別波長成分を含む広帯域で高強度の光エネルギーを生成する照射源を含む３次元センサを記載している。これらの成分は、ターゲット上のスポットに衝突する。ターゲットの衝突前、ターゲットの衝突後、又はその両方のいずれかで、スポットから反射された光に分散が適用され、それによって異なる波長の光が異なる範囲に集束される。最大反射光の波長が検出され、ターゲットの範囲が決定される。

ＵＳ９７３９６００Ｂ１は、ウェハなどの物体の表面を検査するための共焦点クロマティック装置であって、複数の測定点でクロマティックレンズを介して物体によって反射される光を収集するように配置された収集開口部(apertures)を有する複数の光測定チャネルを含み、該複数の光測定チャネルは、収集された光の総強度を測定するための強度検出器を備えた光測定チャネルを含む共焦点クロマティック装置を記載している。

ＵＳ２００８／０３０７４３は、大きな開口数を有する非接触型光プローブに基づく、ワークピースの形状、輪郭及び／又は粗さを測定するための測定装置を記載している。このプローブは、少なくとも２つの光受容体が関連付けられた少なくとも２つの異なる焦点を有している。後者は、ワーク表面がプローブの測定範囲内に維持されるように、光プローブを追跡する位置装置を制御するための差動信号を生成する。

ＷＯ２０１８／１６７２１５Ａ１は、少なくとも１つの物体の位置を決定する検出器を記載している。該検出器は：－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少なくとも１つの角度依存光学要素であって、該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；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの角度依存性反射要素、少なくとも１つの回折格子要素、特にブレーズ回折格子要素；少なくとも１つの開口絞り(aperture stop)；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つのバンドパスフィルタ；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つの透過格子；少なくとも１つの非線形光学要素、からなる群から選択された少なくとも１つの光学要素を有する、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；少なくとも１つの評価装置であって、前記センサ信号からの結合信号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ている少なくとも１つの評価装置と、を備えている。

したがって、本発明の目的は、既知の装置及び方法の上述の技術的課題に対面する装置及び方法を提供することである。具体的には、本発明の目的は、より広い測定範囲にわたって高い信頼性と精度で、好ましくは低い技術的労力と、技術的資源及びコストの点で低い要求とによって、距離決定を可能にする装置及び方法を提供することである。

この問題は、独立特許請求項の特徴を備えた本発明によって解決される。個別に又は組み合わせて実現することができる本発明の有利な展開は、従属請求項及び／又は以下の明細書及び詳細な実施形態に示されている。

以下で使用される場合、「有する」、「備える」、又は「含む」という用語、又はそれらの任意の文法上の変形は、非排他的な方法で使用される。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た特徴の他に、この文脈で説明されている実体にさらなる特徴が存在しない状況と、１つ以上のさらなる特徴が存在する状況の両方を指し得る。一例として、「ＡはＢを有する」、「ＡはＢを備える」、及び「ＡはＢを含む」という表現は、Ｂ以外にＡに他の要素が存在しない状況（つまり、Ａは専らかつ排他的にＢを構成する状況）と、Ｂに加えて、１つ以上の要素、例えば要素Ｃ、要素ＣとＤ、又はさらに要素などが実体Ａに存在する状況の双方を指し得る。

さらに、「少なくとも１つ」、「１つ以上」という用語、又は、特徴もしくは要素が１回以上存在し得ることを示す同様の表現は、典型的には、それぞれの特徴又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、それぞれの特徴又は要素を参照するときに、「少なくとも１つ」又は「１つ以上」という表現は、それらの特徴又は要素が１回以上現れ得るという事実にもかかわらず、繰り返されないことに留意されたい。

さらに、以下で使用される場合、「好ましくは」、「より好ましくは」、「特に」、「さらに特に」、「具体的に」、「より具体的に」という用語、又は、同様の用語は、代替の可能性を制限することなく、任意の特徴に関連して使用される。したがって、これらの用語によって導入される特徴は、任意の特徴であり、如何なる意味でも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。本発明は、当業者であれば認識するように、代替的特徴を用いて実施することができる。同様に、「本発明の一実施形態では」又は同様の表現によって導入される特徴は、本発明の代替実施形態に関するいかなる制限もなく、本発明の範囲に関するいかなる制限もなく、及び、そのような方法で導入される特徴を本発明の他の任意の又は非任意の特徴と組み合わせる可能性に関するいかなる制限もなく、任意の特徴であることが意図されている。

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検出器が開示されている。

本明細書で使用される場合、「物体」という用語は、少なくとも１つの任意の測定対象物、及び／又は、少なくとも任意の測定される物体を指す。物体は、点状の物体、又は、拡張した物体又は領域であってよい。物体は、物体を直接的又は間接的に照射する照射源からの光ビームなどの少なくとも１つの光ビームを放出してよく、そこでは、該光ビームは物体によって反射又は散乱される。本明細書で使用される場合、「位置」という用語は、空間での物体及び／又は物体の少なくとも一部の位置及び／又は方向に関する少なくとも１つの情報項目を指す。したがって、該少なくとも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つの距離を指すことができる。以下でさらに詳しく説明するように、距離は、縦方向座標であってもよく、又は物体の点の縦方向座標を決定するのに寄与するものであってもよい。追加的に又は代替的に、物体及び／又は物体の少なくとも一部の位置及び／又は方向に関する１つ以上の他の情報項目が決定されてよい。一例として、さらに、物体及び／又は物体の少なくとも一部の、少なくとも１つの横方向座標が決定されることができる。したがって、物体の位置は、物体及び／又は物体の少なくとも一部の縦方向座標を意味し得る。追加的に又は代替的に、物体の位置は、物体及び／又は物体の少なくとも一部の少なくとも１つの横方向座標を意味し得る。追加的に又は代替的に、物体の位置は、空間における物体の方向付けを示す、物体の少なくとも１つの方向付け情報を意味し得る。

検出器は、
－ 色収差(chromatic aberration)を有する少なくとも１つの転送装置と；
－ 少なくとも１つの開口要素であって、物体から検出器へと伝播し、前記転送装置を通過した光ビームのエッジ成分を遮断し、前記光ビームの中心成分を通過させるように構成されている、少なくとも１つの開口要素と；
－ 前記光ビームの伝播方向で前記開口要素の後方に配置された少なくとも１つの第１光センサであって、前記光ビームの中心成分の色情報を決定し、前記光ビームの前記中心成分の少なくとも１つの第１強度情報を決定するように構成されている、少なくとも１つの第１光センサと；
－ 少なくとも１つの第２光センサであって、前記光ビームの前記エッジ成分の少なくとも１つの第２強度情報を決定するように構成されている、少なくとも１つの第２光センサと、
を備えている。

本明細書で使用される場合、「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、光ビームのビームパラメータ、光ビームの幅、又は光ビームの方向の１つ以上を変更することによってなど、入射光ビームを変更するように適合された１つ以上の光学要素を指し得る。転送装置は、光ビームを光センサに導くように適合されてよい。転送装置は、色収差を有する少なくとも１つのレンズ又はレンズシステムを含んでいてよい。本明細書で使用される場合、「色収差」とは、光の異なる波長に対して異なる屈折率を有する転送装置を指す。具体的には、転送装置は、転送装置に入射する光を異なる波長依存の焦点に集束するように構成されていてよい。転送装置は、異なる波長に対して異なる焦点距離を有してよい。本明細書で使用される場合、転送装置の「焦点距離」という用語は、転送装置に衝突する可能性がある入射平行光線が「フォーカルポイント」とも呼ばれる「焦点」に集束される距離を指す。したがって、焦点距離は、衝突する光ビームを集束させる転送装置の能力の尺度を構成する。色収差を有する転送装置の場合、焦点距離は、異なる波長を有する光が異なる波長依存位置に集束されるように、波長依存性の屈折率に依存してよい。波長の焦点距離は、レンズ又はレンズシステムの中心から、この波長の主焦点までの距離として定義されることができる。

転送装置は、光軸を有していてよい。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る場合、「転送装置の光軸」という用語は、一般に、レンズ又はレンズシステムの鏡面対称又は回転対称の軸を指す。検出器の光軸は、検出器の光学的構成の対称の線であってよい。一例としてレンズシステムなどの転送装置は、少なくとも１つのビーム経路であって、該ビーム経路内の転送装置の要素が光軸に関して回転対称に配置されているビーム経路を含んでよい。それでも、ビーム経路内に配置された１つ以上の光学要素は、光軸に対して中心ズレされているか、又は傾斜していてもよい。この場合、しかし、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考慮されない。光軸は、一般にビーム経路を示してよい。そこでは、検出器は、光ビームがそれに沿って物体から光センサに進む単一のビーム経路を有してもよいし、複数のビーム経路を有してもよい。一例として、単一のビーム経路が与えられてもよいし、又はビーム経路が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、上述の条件は一般に各ビーム経路に関して個別に参照される。光センサは、１つかつ同一のビーム経路又は部分ビーム経路に配置されてよい。代替的に、しかし、光センサはまた、異なる部分ビーム経路に配置されてよい。

転送装置は、縦方向座標ｌが光軸に沿った座標であり、ｄが光軸からの空間的オフセットである座標系を構成してよい。座標系は、転送装置の光軸がｚ軸を形成し、ｚ軸からの距離及び極角が追加の座標として使用され得る極座標系であり得る。ｚ軸に平行又は反平行な方向は、縦方向とみなすことができ、ｚ軸に沿った座標は縦方向座標ｌとみなすことができる。ｚ軸に垂直な任意な方向は、横方向とみなすことができ、極座標及び／又は極角度は横方向座標とみなすことができる。

検出器は、さらに：少なくとも１つのレンズ、例えば、少なくとも１つの屈折レンズ、少なくとも１つの焦点調整可能レンズ、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つの非球面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つのビーム偏向要素、好ましくは少なくとも１つのミラー；少なくとも１つの半透鏡；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又はビーム分割ミラーの少なくとも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つ以上を含んでよい。さらに、検出器は、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、検出器は、例えば光センサのセンサ領域の位置で、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された少なくとも１つの要素を含んでよい。検出器のこれらの任意で選択的な実施形態は、原則として、個別に、又は任意の所望の組み合わせで実現することができる。

本明細書で使用される場合、「開口要素」という用語は、光線束を制限するように構成された少なくとも１つの要素を指す。開口要素は、少なくとも１つの開口絞りを含むことができる。開口要素は、少なくとも１つの孔のような少なくとも１つの開口(opening)を有してよい。開口要素は、物体から検出器に伝播し、転送装置を通過した光ビームのエッジ成分を遮断し、前記光ビームの中心成分を通過させるように構成されている。本明細書で使用される場合、「遮断する」という用語は、開口要素に衝突する光ビームの少なくとも一部及び／又は強度を、少なくとも部分的に停止し、制限し、低減させ、及び減衰させることの１つ以上を指す。本明細書で使用される場合、「通過させる」という用語は、本質的に妨げられずに開口要素を通過させることを指し、光ビームの成分の全強度の１０％以下、好ましくは光ビームの成分の全強度の５％以下、より具体的には光ビームの成分の全強度の２％以下の強度損失が可能である。白色光ビームのような多色照射光ビームが転送装置によって物体に集束される場合、異なる波長が転送装置から異なる距離に集束され得る。物体は、物体距離に対応する波長の集束ビーム成分と、残りの波長の非集束ビーム成分とを反射することができる。反射光は、転送装置に入射し、続いて開口要素に入射することができる。開口要素は、反射された非集束ビーム成分が開口要素に非集束の状態で入射するように構成されてよい。開口要素は、反射された非集束ビーム成分を遮断するように構成されてよい。開口要素は、反射された集束ビーム成分が本質的に開口要素に集束した状態で入射するように構成されてよい。開口要素は、反射した集束ビーム成分を通過させるように構成されてよい。具体的には、開口要素は、一定の光平行度を有する光を通過させ、前記光平行度以下の光を遮断するように構成されてよい。例えば、開口要素は、本質的に集束した光のみを通過させ、非集束成分を遮断するように構成されてよい。本明細書で使用される場合、「集束した」という用語は、一般的に、光ビームの錯乱円の最小限の範囲の１つ又は双方を指す。また、本明細書で使用される場合、「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光線の円錐によって引き起こされる光スポットを指す。上で概説したように、転送装置は、波長依存の焦点距離を有し得る。錯乱円は、転送装置の焦点距離、したがって、波長に依存し得る。さらに、錯乱円は、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、及び転送装置からの縦方向距離に依存し得る。本明細書で使用される場合、「本質的に集束した」という用語は、錯乱円の最小限の範囲を指し、錯乱円の最小限の範囲から１０％以下、好ましくは錯乱円の最小限の範囲から５％以下、より具体的には錯乱円の最小限の範囲から２％以下の偏差が可能である。

本明細書で使用される場合、「中心成分」とは、例えば反射された集束ビーム成分などの物体から検出器に向かって伝播する光ビームの成分であって、開口要素の開口部に衝突する光ビームの成分を指す。本明細書で使用される場合、「エッジ成分」という用語は、例えば反射された非集束ビーム成分などの物体から検出器に向かって伝播する光ビームの成分であって、開口要素の開口部の外側に衝突する光ビームの成分を指す。さらに、「エッジ成分」及び「中心成分」という用語は、例えば第１エリア及び第２エリアなどの物体から検出器に伝播する光ビームのビームプロファイルの異なるエリアを指す。ビームプロファイルの第１エリアは、本質的にビームプロファイルのエッジ情報を含んでよく、ビームプロファイルの第２エリアは、本質的にビームプロファイルの中心情報を含んでよい。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及び／又はビームプロファイルのプラトーの中心点及び／又は光スポットの幾何学的中心と、中心から延びる立下りエッジとを有してよい。第２領域は、断面の内側領域を含んでよく、第１領域は、断面の外側領域を含んでよい。本明細書で使用される場合、「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して、エッジ情報の割合が低いこと、すなわちエッジに対応する強度分布の割合が低いことを指す。好ましくは、中心情報は、１０％未満、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。本明細書で使用される場合、「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して、中心情報の割合が低いことを指す。エッジ情報は、ビームプロファイル全体の情報、特に中心領域とエッジ領域の情報を有してよい。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してよく、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。

検出器は、少なくとも１つの照射源を含むことができる。本明細書で使用される場合、「照射源」という用語は、少なくとも１つの光ビームを生成するように構成された少なくとも１つの装置を指す。照射源は、少なくとも１つの光源であってもよいし、又はそれを含んでいてもよい。光源は、少なくとも１つのマルチビーム光源であってもよいし、又はそれを含んでいてもよい。照射源は、少なくとも１つの照射光ビームで物体を照射するように適合されてよい。照射源は、多色光ビームで物体を照射するように構成されてよい。照射源は、少なくとも１つの多色白色光源を備えてよい。例えば、光源は、少なくとも１つのレーザ光源、具体的には、少なくとも１つの広帯域レーザ光源を備えてよい。

本明細書で使用される場合、「光線」という用語は、一般に、エネルギーの流れの方向を指し示す光の波面に垂直な線を指す。本明細書で使用される場合、「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、「光線」及び「ビーム」という用語を同義語として使用される。本明細書でさらに使用される場合、「光ビーム」という用語は、一般に光の量を指し、具体的には、本質的に同じ方向に進む光の量であって、光ビームが拡張角又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場合、「ビームプロファイル」という用語は、一般に、光ビームの横方向強度プロファイルを指す。ビームプロファイルは、特に光ビームの伝播に垂直な少なくとも１つの平面における、光ビームの強度の空間分布であり得る。光ビームは、具体的には、以下でさらに詳細に概説するように、ガウス光ビーム又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、及び決定することの１つ以上のために構成されている。

本明細書で使用される場合、「光」という用語は、一般に、可視スペクトル範囲、紫外スペクトル範囲、及び赤外スペクトル範囲のうちの１つ以上における電磁放射を指す。そこでは、可視スペクトル範囲という用語は、一般に、３８０ｎｍ～７８０ｎｍのスペクトル範囲を指す。赤外スペクトル範囲という用語は、一般に、７８０ｎｍ～１ｍｍの範囲、好ましくは７８０ｎｍ～３．０マイクロメートルの範囲における電磁放射を指す。紫外スペクトル範囲という用語は、一般に、１ｎｍ～３８０ｎｍの範囲、好ましくは１００ｎｍ～３８０ｎｍの範囲における電磁放射を指す。好ましくは、本発明内で使用される光は、可視光、すなわち、可視スペクトル範囲の光、又は赤外光である。「光ビーム」という用語は、一般に、特定の方向に放出及び／又は反射される光の量を指すことができる。したがって、光ビームは、光ビームの伝播方向に垂直な方向に所定の広がりを有する光線の束であってよい。好ましくは、光ビームは、例えばビームウェスト、レイリー長、又は、ビーム径及び／又は空間を伝播するビームの広がりを特徴付けるのに適した任意の他のビームパラメータのうちの１つ以上又はビームパラメータの組み合わせなどの、１つ以上のガウスビームパラメータによって特徴づけられ得るガウス光ビームの線形結合などの１つ以上のガウス光ビームであり得るかそれを含み得る。上述のように、光ビームは、少なくとも２つ、３つ、又はそれ以上の波長など複数の波長を含むことができる。

本明細書で使用される場合、「光センサ」という用語は、一般に、光ビームの検知のための、例えば少なくとも１つの光ビームによって生成される照射及び／又は光スポットの検知のための感光装置を指す。「第１」及び「第２」光センサという用語は、名称として使用されており、順序を示すものではなく、又は、検出器がさらなる光センサを含むかどうかを示すものではない。第１光センサ及び第２光センサのそれぞれは、感光エリアを有してよい。本明細書で使用される場合、「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、該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、それぞれの光センサのエリアを指す。感光エリアは、具体的には、それぞれの光センサの表面に位置し得る。しかしながら、他の実施形態も可能である。

第１光センサ及び第２光センサの一方又は両方は、ピクセルのマトリックスを有するセンサ要素を含んでよい。本明細書で使用される場合、「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又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、具体的には光パラメータであってよく、センサ要素は、具体的には光センサ要素であってよい。センサ要素は、一体の単一装置として、又はいくつかの装置の組み合わせとして形成され得る。本明細書でさらに使用される場合、「マトリックス」という用語は、一般に、複数要素の所定の幾何学的順序での配置を指す。マトリックスは、具体的には、１つ以上の行及び１つ以上の列を有する長方形のマトリックスであってもよく、又はそれを含んでいてもよい。行と列は、具体的には長方形方式に配置され得る。しかしながら、非長方形の配置などの他の配置も可能であることが説明される。一例として、円形の配置も可能であり、そこでは要素は中心点のまわりに同心の円又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。マトリックスのピクセルの感光エリアは、具体的には、大きさ、感度、及び他の光学的、電気的、機械的特性のうちの１つ以上で等しくてよい。マトリックスのすべてのピクセルの感光エリアは、具体的には、共通の平面内に配置されてよく、該共通平面は、好ましくは、物体から検出器に伝播する光ビームが該共通平面上に光スポットを生成するように、物体に面している。

第１光センサ及び第２光センサのそれぞれは、その感光エリアの照射に応答して、少なくとも１つの出力信号などの少なくとも１つのセンサ信号を生成するように構成されてよい。第１光センサ及び第２センサの一方又は両方は、例えば、少なくとも１つのバイセルダイオード、少なくとも１つの象限ダイオード、少なくとも１つのＣＣＤチップ、少なくとも１つのＣＭＯＳチップのうちの１つ以上を備えてよい。本明細書で使用される場合、「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及び／又は少なくとも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、又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つの電圧信号及び／又は少なくとも１つの電流信号であり得るか、又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、未処理のセンサ信号が使用されてもよく、又は、検出器、光センサ、又はその他の要素が、センサ信号を処理又はフィルタリングなどによる前処理などするように適合され、それによってセンサ信号としても使用できる二次センサ信号を生成するようにしてもよい。

第１光センサは、物体から検出器へ伝播する光ビームの伝播方向で開口要素の後方に配置されている。したがって、例えば、物体から検出器に向かって伝播する光ビーム、特に該光ビームの中心成分が、最初に転送装置に衝突し、続いて開口要素に衝突し、その後、第１光センサに衝突し得る。

第１光センサは、物体から検出器に伝播する光ビームの中心成分の色情報を決定するように構成されている。検出器は、少なくとも１つの共焦点クロマティックセンサを含むことができる。具体的には、検出器は、共焦点クロマティックセンサを含む少なくとも１つの第１測定チャネルを有している。共焦点クロマティックセンサは、第１光センサを備えてよい。第１光センサは、少なくとも１つの分光計装置及び／又は少なくとも１つの色分析器であってもよいし、又はそれらを含んでいてもよい。例えば、第１光センサは、少なくとも１つの波長依存プリズム及び／又は少なくとも１つの分光フィルタを含んでいてもよい。本明細書で使用される場合、「色情報」という用語は、少なくとも１つの強度分布、及び／又は最大強度を有する波長に関する情報、及び／又は物体の少なくとも１つの縦方向座標などの波長依存の情報を指す。また、「波長依存の情報」とは、波長の関数としての強度分布、具体的にはスペクトルを指す。第１光センサは、中心成分の色情報を決定するための少なくとも１つのセンサ要素を含むことができる。検出器は、色情報を評価し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た少なくとも１つの評価装置を含むことができる。物体の距離は、縦方向座標ｚと波長との間の対応関係によって与えられ得る。強度分布の各波長は、物体の１つの縦方向座標ｚに対応することができる。波長と縦方向座標ｚとの関係は、キャリブレーションの際などに予め決定することができる。強度分布は、開口要素の位置で焦点を有する波長、特に反射された集束ビーム成分の波長に対応する最大値を含んでよい。他の波長は、第１光センサ上で減衰された信号を生成することができる。評価装置は、強度分布の最大値を決定するように構成されることができる。評価装置は、強度分布の最大値における波長を決定し、そこから物体の縦方向座標を決定するように構成されることができる。

共焦点クロマティックセンサは、少なくとも１つの第１光ファイバを含むファイバ光学共焦点クロマティックセンサであってよい。第１光ファイバは、吸収及び／又は反射されない入射光ビームの少なくとも一部を、第１光ファイバの２つの端部の間で伝送するように適合されることができる。第１光ファイバは、ある長さを有し、ある距離にわたって伝送を可能にするように適合されることができる。第１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、フルオロジルコン酸塩、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、特に石英ガラスにドープされた変種、リン酸塩ガラス、ＰＭＭＡ、ポリスチレン、ポリ（パーフルオロブテニルビニルエーテル）等のフッ素ポリマー、又は類似物からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含んでよい。第１光ファイバは、シングルモードファイバであってもよいし、マルチモードファイバであってもよい。第１光ファイバは、ステップインデックスファイバ、偏光ファイバ、偏光維持ファイバ、プラスチック光ファイバ、ガラス光ファイバ等であってよい。第１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た少なくとも１つのファイバコアを含んでよい。ファイバクラッドは、二重又は複数のクラッドであってよい。ファイバクラッドは、いわゆるアウタージャケットを含んでよい。ファイバクラッドは、損傷や湿気から光ファイバを保護するように適合された、いわゆるバッファによって被覆されていてよい。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組成物及び／又は少なくとも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、光ファイバは、受容角以下で全内部反射によって入射光ビームを導くように適合されてよい。一実施形態では、第１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むことができる。中空コアファイバは、入射光ビームを本質的にいわゆる中空領域内で導くように適合されてよく、そこでは、光ビームのわずかな部分が、ファイバクラッド材料内への伝播によって失われる。

第１光ファイバは、少なくとも１つの第１ファイバ端を含むことができる。第１ファイバ端は、物体を照射するための少なくとも１つの光ビームを放出するように、及び／又は、物体から検出器へ伝播する光ビームの中心成分を少なくとも部分的に受信するように構成されてよい。照射源は、少なくとも１つの光ビームを第１光ファイバに結合するように構成されてよい。本実施形態では、光ファイバの開口部は、エッジ成分、特に非集束光を遮断し、中心成分を通過させるように構成された開口要素として設計されてよい。したがって、照射光ビームと物体によって反射された光ビームは結合され、同じファイバを介して伝送されることができる。第１光ファイバは、少なくとも１つの第２ファイバ端を有していてもよい。第２ファイバ端は、第１光ファイバを通過した光を第１光センサに供給するように構成されてよい。

第１光センサは、物体から検出器に伝播する光ビームの中心成分の少なくとも１つの第１強度情報を決定するように構成されている。本明細書で使用される場合、「中心成分の第１強度情報」という用語は：中心成分のビームプロファイル、強度値、及び中心成分の強度分布に関する情報のうちの１つ以上を指す。上述したように、第１光センサは、物体から検出器へ伝播する光ビームの伝播方向で開口要素の後方に配置されている。したがって、物体から検出器へ伝播する光ビームのエッジ成分は、開口要素によって遮断され、中心成分のみが開口要素を通過して第１光センサに到達することができる。例えば、第１光センサは開口絞りの後方に配置されてよい。例えば、ファイバ光学共焦点クロマティックセンサの場合、第１光センサは、上述又は以下でより詳細に説明するように、第１光ファイバの第２端部に配置されてよい。上述したように、第１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少なくとも１つの感光エリアを含むことができる。センサ信号は、感光エリアに衝突する光ビームによって生成される光スポットの強度に依存し得る。感光エリアに生成される光スポットは、円形又は非円形の形状を有してよい。本明細書で使用される場合、「光スポット」は、一般に、光ビームによる物品、エリア、又は物体の可視又は検出可能な円形又は非円形の照射を指す。

第２光センサは、物体から検出器に伝播する光ビームのエッジ成分の少なくとも１つの第２強度情報を決定するように構成されている。本明細書で使用される場合、「エッジ成分の第２強度情報」という用語は：エッジ成分のビームプロファイル、強度値、及びエッジ成分の強度分布に関する情報のうちの１つ以上を指す。第２光センサは、物体から検出器へ伝播する光ビームの伝播方向で開口要素の前方に配置されてよい。したがって、第２光センサは、物体から検出器へ伝播する光ビームのエッジ成分が少なくとも部分的に第２光センサに到達できるように配置されてよい。本明細書で使用される場合、「少なくとも部分的に到達する」という用語は、第２光センサ上で測定可能な強度信号を生成するのに十分なエッジ成分の量を指す。例えば、第２光センサは、物体から検出器へ伝播する光ビームの伝播方向で開口要素の前方、及び／又は開口要素上、及び／又は開口要素と一体に配置されてよい。例えば、検出器は、少なくとも１つの第２光ファイバを含んでよい。第２光ファイバは、少なくとも部分的にエッジ成分を受け取るように配置されてよい。例えば、第２光ファイバは、受光端を含んでよい。受光端は、物体から検出器へ伝播する光ビームの伝播方向で開口要素の前方に配置されてよい。第２光ファイバは、第２光ファイバを通過した光を第２光センサに供給するように構成されてよい。第２光センサは、第２光ファイバのさらなる端部に配置されてよい。上述したように、第２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少なくとも１つの感光エリアを含むことができる。センサ信号は、感光エリアに衝突する光ビームによって生成される光スポットの強度に依存し得る。

第１光センサと第２光センサは、同一の大きさの感光エリアを有してもよいし、異なる大きさの感光エリアを有してもよい。

第１及び第２光センサの一方又は両方は、紫外、可視、又は赤外スペクトル範囲の１つ以上で感度を有してよい。具体的には、第１及び第２光センサの一方又は両方は、４００ｎｍ～７８０ｎｍ、最も好ましくは６５０ｎｍ～７５０ｎｍの可視スペクトル範囲で感度を有してよい。具体的には、第１及び第２光センサの一方又は両方は、近赤外領域で感度を有してよい。具体的には、第１及び第２光センサの一方又は両方は、シリコンフォトダイオードが適用可能な特に７００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲の近赤外領域の部分で感度を有してよい。第１及び第２光センサの一方又は両方は、具体的には、赤外スペクトル範囲、具体的には７８０ｎｍ～３．０マイクロメートルの範囲で感度を有してよい。例えば、第１及び第２光センサの一方又は両方は、独立に、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又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つの要素であってもよく、又はそれらを含んでいてもよい。例えば第１及び第２光センサの一方又は両方は、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又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つの要素であってもよく、又はそれを含んでいてもよい。他の任意のタイプの感光性要素を使用してもよい。感光性要素は、一般に、完全に又は部分的に無機材料で作製されることができ、及び／又は、完全に又は部分的に有機材料で作製されることができる。最も一般的には、以下でさらに詳細に概説するように、市販のフォトダイオード、例えば、無機半導体フォトダイオードなどの１つ以上のフォトダイオードが使用され得る。本明細書でさらに使用される場合、「感光性要素」という用語は、一般に、紫外、可視、又は赤外のスペクトル範囲のうちの１つ以上の照射に対して感度を有する要素を指す。具体的には、感光性要素は、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又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つの要素であってもよいし、又はそれを含んでいてもよい。他の任意の種類の感光性要素を用いてもよい。

第１及び第２光センサの一方又は両方は、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。具体的には、第１及び第２光センサの一方又は両方は、赤外スペクトル範囲、好ましくは７８０ｎｍ～３．０マイクロメートルの範囲で感度を有し、及び／又は、可視スペクトル範囲、好ましくは３８０ｎｍ～７８０ｎｍの範囲で感度を有する無機フォトダイオードであってもよいし、又はそれらを含んでいてもよい。具体的には、第１及び第２光センサの一方又は両方は、シリコンフォトダイオードが適用可能な特に７００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲の近赤外領域の部分で感度を有することができる。光学系に使用できる赤外光センサは、市販の赤外光センサであってよく、例えば、ドイツのｔｒｉｎａｍｉＸ ＧｍｂＨ，Ｄ－６７０５６ Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ ａｍ ＲｈｅｉｎからＨｅｒｔｚｓｔｕｅｃｋ（登録商標）というブランド名で市販されている赤外光センサであってよい。したがって、一例として、第１及び第２光センサの一方又は両方は、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。追加的又は代替的に、光センサの一方又は両方は、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。追加的又は代替的に、第１及び第２光センサの一方又は両方は、少なくとも１つの光伝導性センサ、例えばＰｂＳセンサ又はＰｂＳｅセンサ、ボロメータ、好ましくはＶＯボロメータ及びアモルファスＳｉボロメータからなる群から選択されるボロメータなどを含み得る。光センサの一方又は両方は、不透明、透明又は半透明であってよい。しかし、簡単のために、これらの不透明センサが一般に広く市販されているため、光ビームに対して透明ではない不透明センサを使用することができる。

検出器は、中心成分の第１強度情報及びエッジ成分の第２強度情報からの結合信号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_ＤＰＲを決定するように構成された少なくとも１つの評価装置を備えてよい。本明細書で使用される場合、「評価装置」という用語は、一般に、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り、より好ましくは、少なくとも１つのプロセッサ及び／又は少なくとも１つの特定用途向け集積回路を使用することにより、挙げられた操作を実行するように構成された任意の装置を指す。したがって、一例として、少なくとも１つの評価装置は、そこに保存された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有する少なくとも１つのデータ処理装置を備えることができる。評価装置は、１つ以上の挙げられた操作を実行するために、１つ以上のハードウェア要素を提供してもよいし、及び／又は、１つ以上の挙げられた操作を実行するために、そこで実行されるソフトウェアを有する１つ以上のプロセッサを提供してもよい。

評価装置は、例えば、ＷＯ２０１８／０９１６４９Ａ１、ＷＯ２０１８／０９１６３８Ａ１及びＷＯ２０１８／０９１６４０Ａ１に記載された光子比（ＤＰＲ）技術による距離に基づいて出力を生成するように構成されてよく、その内容は参照により含まれる。ＤＰＲ技術は、物体の縦方向座標を決定するなどの距離測定を可能にする。さらに、ＤＰＲ技術はまた、監視領域を横断する際の光ビーム幾何学的変化、例えば光ビームの部分的カバーを認識することを可能にする。

本明細書で使用される場合、「結合信号Ｑ」という用語は、中心成分の第１強度情報とエッジ成分の第２強度情報の商を形成すること；中心成分の第１強度情報とエッジ成分の第２強度情報の倍数の商を形成すること；中心成分の第１強度情報とエッジ成分の第２強度情報の線形結合の商を形成すること；中心成分の第１強度情報とエッジ成分の第２強度情報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、導出される信号を指す。結合信号Ｑは、様々な手段を用いて決定されてよい。一例として、結合信号を導出するためのソフトウェア手段、結合信号を導出するためのハードウェア手段、又はその両方が用いられてよく、評価装置に実装されてもよい。したがって、評価装置は、一例として、少なくとも１つのデバイダを含んでもよく、ここで、該デバイダは商信号を導出するように構成される。デバイダは、ソフトウェアデバイダ又はハードウェアデバイダの一方又は両方として完全に又は部分的に具現化されてよい。

例えば、評価装置は、以下によって結合信号Ｑを導出するように構成されてよく、

式中、ｘ及びｙは横方向座標、Ａ_１及びＡ_２はそれぞれ第１光センサ及び第２光センサの位置における光ビームのビームプロファイルの面積であり、Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ_ｏ）は物体距離ｚ_ｏで与えられるビームプロファイルを表す。面積Ａ_１と面積Ａ_２は異なっていてよい。具体的に、Ａ_１とＡ_２は、一致していない。したがって、Ａ_１及びＡ_２は、形状又は内容のうちの１つ以上が異なっていてよい。ビームプロファイルは、光ビームの断面であってよい。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；円錐ビームプロファイル及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てよい。一般に、ビームプロファイルは、輝度Ｌ（ｚ_ｏ）及びビーム形状Ｓ（ｘ，ｙ；ｚ_ｏ），

に依存する。このように、結合信号を導出することにより、輝度から独立した縦方向座標を決定することを可能にすることができる。

第１光センサ及び第２光センサのセンサ信号は、それぞれ、光ビームのビームプロファイルの少なくとも１つのエリアの情報を含むことができる。本明細書で使用される場合、「ビームプロファイルのエリア」という用語は、一般に、結合信号Ｑを決定するために使用される各センサ位置におけるビームプロファイルの任意のエリアを指す。ビームプロファイルの第１エリアとビームプロファイルの第２エリアは、隣接領域又は重複領域のいずれか一方又は両方であってよい。ビームプロファイルの第１エリアとビームプロファイルの第２エリアは、エリアが一致していなくてよい。ビームプロファイルの第１エリアは、ビームプロファイルの本質的にエッジ情報を含んでよく、ビームプロファイルの第２エリアは、ビームプロファイルの本質的に中心情報を含んでよい。ビームプロファイルの第１エリアをエリアＡ_２、ビームプロファイルの第２エリアをエリアＡ_１としてよい。エッジ情報は、ビームプロファイルの第１エリアの光子数に関する情報を含むことができ、中心情報は、ビームプロファイルの第２エリアの光子数に関する情報を含むことができる。例えば、評価装置は、第１エリアのビームプロファイルの面積積分を決定することによってエッジ情報を決定するように適合されてよい。評価装置は、第１エリアの積分及び／又は加算によってエッジ情報を決定するように適合されてよい。評価装置は、第２エリアの積分及び／又は加算によって中心情報を決定するように適合されてよい。評価装置は、エッジ情報と中心情報を除算すること、エッジ情報と中心情報の倍数を除算すること、エッジ情報と中心情報の線形結合を除算することのうちの１つ以上によって、結合信号Ｑを導出するように構成されてよい。したがって、本質的には、本方法の物理的な基礎として、光子比が使用されてよい。

一例として、Ｑは、Ｑ＝ｓ１／ｓ２又はＱ＝ｓ２／ｓ１として簡単に決定されてよく、ここでｓ１は第１光センサのセンサ信号を示し、ｓ２は第２光センサのセンサ信号を示す。追加的又は代替的に、Ｑは、Ｑ＝ａ・ｓ１／ｂ・ｓ２又はＱ＝ｂ・ｓ２／ａ・ｓ１として決定されてよく、ここでａ及びｂは、一例として、予め定められているか、又は決定可能な実数である。追加的又は代替的に、Ｑは、Ｑ＝（ａ・ｓ１＋ｂ・ｓ２）／（ｃ・ｓ１＋ｄ・ｓ２）として決定されてよく、ここでａ、ｂ、ｃ及びｄは、一例として、予め定められているか又は決定可能な実数である。後者の簡単な例として、Ｑは、Ｑ＝ｓ１／（ｓ１＋ｓ２）として決定されてよい。他の結合信号が可能である。

評価装置は、結合信号Ｑと縦方向座標ｚ_ＤＰＲの間の少なくとも１つの所定の関係を使用して、縦方向座標ｚ_ＤＰＲを決定するように構成されてよい。該所定の関係は、経験的関係、半経験的関係、及び分析的に導出された関係のうちの１つ以上であってよい。評価装置は、所定の関係を保存するための少なくとも１つのデータ保存装置、例えばルックアップリスト又はルックアップテーブルを備えてよい。少なくとも１つの縦方向座標ｚ_ＤＰＲの決定は、少なくとも１つの評価装置によって実行されてよい。したがって、一例として、該関係は、例えば１つ以上のルックアップテーブルを実装することによるなど、ソフトウェア及び／又はハードウェアに実装されてよい。このように、一例として、評価装置は、少なくとも１つの縦方向座標ｚ_ＤＰＲ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た１つ以上のコンピュータ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの１つ以上のプログラム可能な装置を備えることができる。しかしながら追加的に又は代替的に、評価装置はまた、完全に又は部分的にハードウェアによって具体化されてよい。

上で概説したように、評価装置は、中心成分の色情報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よい。さらに、評価装置は、縦方向座標ｚ_ＤＰＲを決定するように構成されてもよい。検出器は、例えば２つの測定チャネルにおいて、縦方向座標ｚ_ＤＰＲ及び縦方向座標ｚを同時に決定するように構成されてもよい。

第１光センサは、測定範囲を有し得る。測定範囲は、最小測定距離から最大測定距離までの範囲によって定義されることができる。検出器は、物体を照射するための少なくとも１つの光ビームを生成するように構成された、少なくとも１つの照射源を備えていてよい。転送装置は、物体を照射するための光ビームを、波長依存の連続焦点に集束するように構成されてよい。最小測定距離は、検出器の発光エリアから、発光エリアに最も近い波長λ_ｍｉｎの焦点までの距離であってよい。最大測定距離は、発光エリアから、発光エリアからの距離が最も大きい波長λ_ｍａｘの焦点までの距離であってよい。通常、共焦点クロマティックセンサは、物体が測定範囲外にある場合、測定値を伝達することができない。従来の共焦点クロマティックセンサでは、特に完全に自動化されたプロセスでは、センサの測定範囲を見つけることが問題となる場合がある。本発明による検出器は、物体が測定範囲内にあるかどうかを決定することを可能にすることができる。評価装置は、決定された縦方向座標ｚ_ＤＰＲを考慮して、物体が測定範囲内に位置しているか、又は測定範囲外に位置しているかを決定するように構成されることができる。評価装置は、決定された縦方向座標ｚ_ＤＰＲが測定範囲内にあるかどうかを決定するように構成されることができる。評価装置が、物体が測定範囲外にあると決定した場合、評価装置は、物体が測定範囲外にあるという少なくとも１つの表示、及び／又は、物体までの距離を適応させる少なくとも１つの表示、及び／又は、縦方向座標ｚ_ＤＰＲの少なくとも１つの表示を発するように構成されることができる。評価装置が、物体が測定範囲内にあると決定した場合、評価装置は、縦方向座標ｚの少なくとも１つの表示を発するように構成されることができる。このように、本発明による検出器は、ＤＰＲ技術を用いた距離測定と共焦点クロマティックセンシングとを組み合わせることができる。共焦点クロマティックセンシングは、中心成分を使用するかもしれないが、通常は焦点が合っていない部分を廃棄する。ＤＰＲ技術は、２つ以上のビームプロファイルの積分、例えば、中心成分、特にビームプロファイルの中心エリア、及び、エッジ成分、特にビームプロファイルの外側エリアなどを使用して縦方向座標ｚ_ＤＰＲを決定することができる。ＤＰＲ測定は、共焦点クロマティックセンサの測定範囲を決定するために、共焦点クロマティック測定と比較して精度の低い測定などの、物体までの距離の表示を決定するために使用され得る。さらに、ＤＰＲ技術は、共焦点クロマティックセンサの測定範囲外でも距離決定を可能にすることができるため、共焦点クロマティックセンサの測定範囲を拡張することを可能にすることができる。

検出器は、少なくとも１つの測定ヘッドを備えることができる。測定ヘッドは、第１光ファイバの少なくとも１つの第１ファイバ端及び／又は第２光ファイバの受光端を含むことができる。第１及び第２光ファイバは、信号のみのための伝送媒体として機能することができる。したがって、第１及び第２光ファイバは、真空フィードスルーに接続されることができ、及び／又は、高温及び／若しくは過酷な化学環境のために設計されることができる。

さらに、物体の縦方向座標の決定に加えて、１つ以上の横方向座標及び／又は回転座標を含む物体の他の座標が、評価装置によって決定されてよい。したがって、一例として、１つ以上の追加の横方向センサが少なくとも１つの横方向座標を決定するために使用されてよい。様々な横方向センサ、例えば、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１に開示されている横方向センサ、及び／又は、他の位置感知デバイス（ＰＳＤ）、例えば、象限ダイオード、ＣＣＤ又はＣＭＯＳチップなどが、当技術分野で一般的に知られている。これらの装置も、一般に、検出器に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受信器ユニット内で分割されてよい。分割部分は、一例として、ＣＣＤ又はＣＭＯＳチップ又はカメラセンサなどの横方向センサに向かって案内されることができ、そして分割部分によって生成された横方向センサ上の光スポットの横方向位置が決定され、それによって少なくとも１つの横方向座標が決定されることができる。

さらなる態様において、本発明は、少なくとも１つの物体の位置を決定する方法を開示している。本方法では、上記で開示された、又は以下でさらに詳細に開示される本発明による検出器が使用される。本方法は、以下の方法ステップを含み、ここで、方法ステップは、与えられた順序で実行されてもよいし、異なる順序で実行されてもよい。さらに、挙げられていない１つ以上の追加の方法ステップが存在してもよい。さらに、１つ、１つ以上、又はすべての方法ステップが繰り返し実行されてもよい。

本方法は、以下のステップ：
－ 物体から検出器へ伝播し、色収差を有する少なくとも１つの転送装置を通過した光ビームの伝播方向で少なくとも１つの開口要素の後方に配置された少なくとも１つの第１光センサを照射するステップであって、該開口要素は、物体から検出器へ伝播し転送装置を通過した光ビームのエッジ成分を遮断するように構成され、該開口要素は前記光ビームの中心成分を通過させるように構成されているステップと；
－ 前記第１光センサを用いて前記光ビームの中心成分の色情報を決定し、前記第１光センサを用いて前記光ビームの中心成分の少なくとも１つの第１強度情報を決定するステップと；
－ 少なくとも１つの第２光センサを用いて、前記光ビームのエッジ成分の少なくとも１つの第２強度情報を決定するステップと、
を含む。

詳細、選択肢、及び定義については、上記した検出器を参照することができる。

本方法は、少なくとも１つの評価装置を用いて、中心成分の第１強度情報及びエッジ成分の第２強度情報からの結合信号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_ＤＰＲを決定することをさらに含んでもよい。本方法は、さらに、評価装置を用いて中心成分の色情報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を決定することを含んでもよい。縦方向座標ｚ_ＤＰＲ及び縦方向座標ｚの決定は、同時に行われてよい。第１光センサは、測定範囲を有することがあり、評価装置は、決定された縦方向座標ｚ_ＤＰＲを考慮することにより、物体が測定範囲内に位置しているか、又は測定範囲外に位置しているかを決定するように構成されている。物体が測定範囲外にあると決定された場合、本方法は、物体と検出器との間の距離を適合させることを含むことができる。

本発明のさらなる態様においては、上記で与えられた、又は以下でさらに詳細に与えられる１つ以上の実施形態によるような本発明による検出器の使用が、計測学、工場自動化、品質検査、プロセス自動化、厚さ測定、共焦点クロマティック顕微鏡法、からなる群から選択される使用目的のために提案される。

本発明による装置のさらなる使用に関しては、ＷＯ２０１８／０９１６４９Ａ１、ＷＯ２０１８／０９１６３８Ａ１、ＷＯ２０１８／０９１６４０が参照され、それらの内容は参照により本明細書に含まれる。

全体的に、本発明の文脈では、以下の実施形態が好ましいと考えられる。

実施形態１：少なくとも１つの物体の位置を決定する検出器であって、前記検出器は
－ 色収差を有する少なくとも１つの転送装置と；
－ 少なくとも１つの開口要素であって、前記物体から前記検出器へ伝播し前記転送装置を通過した光ビームのエッジ成分を遮断するように構成され、前記光ビームの中心成分を通過させるように構成されている、少なくとも１つの開口要素と；
－ 前記光ビームの伝播方向で前記開口要素の後方に配置された少なくとも１つの第１光センサであって、前記光ビームの前記中心成分の色情報を決定し、前記光ビームの前記中心成分の少なくとも１つの第１強度情報を決定するように構成されている、少なくとも１つの第１光センサと；
－ 少なくとも１つの第２光センサであって、前記光ビームの前記エッジ成分の少なくとも１つの第２強度情報を決定するように構成されている、少なくとも１つの第２光センサと、
を備えている。

実施形態２：前記検出器は、前記中心成分の第１強度情報及び前記エッジ成分の第２強度情報からの結合信号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_ＤＰＲを決定するように構成された少なくとも１つの評価装置を備えている、先行する実施形態に記載の検出器。

実施形態３：前記評価装置は、前記結合信号Ｑと前記物体の前記縦方向座標ｚ_ＤＰＲの間の少なくとも１つの所定の関係を使用して、前記縦方向座標ｚ_ＤＰＲを決定するように構成されている、先行する実施形態に記載の検出器。

実施形態４：前記結合信号Ｑは、前記中心成分の第１強度情報と前記エッジ成分の第２強度情報の商を形成すること；前記中心成分の第１強度情報と前記エッジ成分の第２強度情報の倍数の商を形成すること；前記中心成分の第１強度情報と前記エッジ成分の第２強度情報の線形結合の商を形成すること；前記中心成分の第１強度情報と前記エッジ成分の第２強度情報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、先行する２つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。

実施形態５：前記評価装置は、前記中心成分の色情報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ている、先行する３つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。

実施形態６：前記検出器は、前記縦方向座標ｚ_ＤＰＲ及び前記縦方向座標ｚを同時に決定するように構成されている、先行する実施形態に記載の検出器。

実施形態７：前記第１光センサは、測定範囲を有し、前記評価装置は、決定された前記縦方向座標ｚ_ＤＰＲを考慮することにより、前記物体が前記測定範囲内に位置しているか、又は前記測定範囲外に位置しているかを決定するように構成されている、先行する５つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。

実施形態８：前記評価装置が、前記物体が前記測定範囲外にあると決定した場合、前記評価装置は、前記物体が前記測定範囲外にあるという少なくとも１つの表示、及び／若しくは、前記物体までの距離を適応させる少なくとも１つの表示、及び／又は、前記縦方向座標ｚ_ＤＰＲの少なくとも１つの表示を発するように構成され、及び／又は、前記評価装置が、前記物体が前記測定範囲内にあると決定した場合、前記評価装置は、前記縦方向座標ｚの少なくとも１つの表示を発するように構成されている、先行する実施形態に記載の検出器。

実施形態９：前記測定範囲は、最小測定距離から最大測定距離までの範囲によって定義され、前記検出器は、前記物体を照射するための少なくとも１つの前記光ビームを生成するように構成された少なくとも１つの照射源を備え、前記転送装置は、前記物体を照射するための前記光ビームを、波長依存の連続焦点に集束するように構成され、最小測定距離は、前記検出器の発光エリアから、前記発光エリアに最も近い波長λ_ｍｉｎの焦点までの距離であり、最大測定距離は、前記発光エリアから、発光エリアからの距離が最も大きい波長λ_ｍａｘの焦点までの距離である、先行する２つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。

実施形態１０：前記検出器は、前記少なくとも１つの照射源を含み、前記照射源は、少なくとも１つの照射光ビームで前記物体を照射するように適合され、前記照射源は、少なくとも１つの多色白色光源を備えている、先行する実施形態のいずれか１つに記載の検出器。

実施形態１１：前記第２光センサは、前記物体から前記検出器へ伝播する前記光ビームの伝播方向で前記開口要素の前方に配置されている、先行する実施形態のいずれか１つに記載の検出器。

実施形態１２：前記検出器は、少なくとも１つの共焦点クロマティックセンサを含み、前記共焦点クロマティックセンサは、前記第１光センサを備え、前記第１光センサは、前記中心成分の色情報を決定するための少なくとも１つのセンサ要素を有している、先行する実施形態のいずれか１つに記載の検出器。

実施形態１３：前記共焦点クロマティックセンサは、少なくとも１つの第１光ファイバを含むファイバ光学共焦点クロマティックセンサであり、前記第１光ファイバは、少なくとも１つの第１ファイバ端を含み、前記第１ファイバ端は、前記物体を照射するための少なくとも１つの前記光ビームを放出するように、及び／又は、前記物体から前記検出器へ伝播する光ビームの中心成分を少なくとも部分的に受信するように構成されている、先行する実施形態に記載の検出器。

実施形態１４：前記第１光ファイバは、少なくとも１つの第２ファイバ端を有し、前記第２ファイバ端は、前記第１光ファイバを通過した光を前記第１光センサに供給するように構成されている、先行する実施形態に記載の検出器。

実施形態１５：前記検出器は、少なくとも１つの第２光ファイバを含み、前記第２光ファイバは、前記エッジ成分を少なくとも部分的に受信するように配置され、前記第２光ファイバは、前記第２光ファイバを通過した光を前記第２光センサに供給するように構成されている、先行する２つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。

実施形態１６：先行する実施形態のいずれか１つに記載の検出器を使用する、少なくとも１つの物体の位置を決定する方法であって、前記方法は、以下のステップ：
－ 前記物体から前記検出器へ伝播し、色収差を有する少なくとも１つの転送装置を通過した光ビームの伝播方向で少なくとも１つの開口要素の後方に配置された少なくとも１つの第１光センサを照射するステップであって、前記開口要素が、前記物体から前記検出器へ伝播し前記転送装置を通過した前記光ビームのエッジ成分を遮断するように構成され、前記開口要素が、前記光ビームの中心成分を通過させるように構成されているステップと；
－ 前記第１光センサを用いて前記光ビームの前記中心成分の色情報を決定し、前記第１光センサを用いて前記光ビームの前記中心成分の少なくとも１つの第１強度情報を決定するステップと；
－ 少なくとも１つの第２光センサを用いて、前記光ビームの前記エッジ成分の少なくとも１つの第２強度情報を決定するステップと、
を含む。

実施形態１７：少なくとも１つの評価装置を用いて、前記中心成分の第１強度情報及び前記エッジ成分の第２強度情報からの結合信号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_ＤＰＲを決定することをさらに含む、先行する実施形態に記載の方法。

実施形態１８：前記評価装置を用いて前記中心成分の色情報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を決定することをさらに含む、先行する実施形態に記載の方法。

実施形態１９：前記縦方向座標ｚ_ＤＰＲ及び前記縦方向座標ｚの決定は同時に行われる、先行する実施形態に記載の方法。

実施形態２０：前記第１光センサは、測定範囲を有し、前記評価装置は、決定された前記縦方向座標ｚ_ＤＰＲを考慮して、前記物体が前記測定範囲内に位置しているか、又は前記測定範囲外に位置しているかを決定するように構成されている、先行する３つの実施形態のいずれか１つに記載の方法。

実施形態２１：前記物体が前記測定範囲外にあると決定された場合、前記物体と前記検出器の間の距離を適合させることを含む、先行する実施形態による方法。

実施形態２２：検出器を参照する先行する前記実施形態のいずれか１つに記載の検出器の使用であって、使用目的が、計測学、工場自動化、品質検査、プロセス自動化、安全用途、製造用途、厚さ測定、共焦点クロマティック顕微鏡法、からなる群から選択される、検出器の使用。

本発明のさらなる任意の詳細及び特徴は、従属請求項と関連し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。この文脈では、特定の特徴は、単独で、又は他の特徴と組み合わせて実施されてよい。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、図に模式的に示されている。個々の図における同一の符号は、同一の要素又は同一の機能を有する要素、又はその機能に関して互いに対応する要素を指している。

具体的には、以下の図の中で：
本発明による少なくとも１つの物体の位置を決定する検出器の第１の例示的な実施形態を示す。 検出器の第２の例示的な実施形態を示す。

図１には、少なくとも１つの物体１１２の位置を決定する検出器１１０の第１実施形態の概略図が示されている。物体１１２は、点のような物体であってもよいし、拡張された物体又は領域であってもよい。検出器１１０は、色収差を有する少なくとも１つの転送装置１１４を備える。転送装置１１４は、色収差を有する少なくとも１つのレンズ又はレンズシステムを含んでいてよい。転送装置１１４は、異なる光の波長に対して異なる屈折率を有し得る。具体的には、転送装置１１４は、転送装置に衝突する光を、異なる波長依存の焦点に集束させるように構成されてよい。転送装置１１４は、異なる波長に対して異なる焦点距離を有してよい。色収差を有する転送装置の場合、焦点距離は、例えば異なる波長を有する光は異なる波長依存位置に集束されるなど、波長依存の屈折率に依存してよい。ある波長の焦点距離は、レンズ又はレンズシステムの中心から、この波長の主焦点までの距離として定義されることができる。

転送装置１１４は、光軸１１６を有してよい。特に、検出器１１０と転送装置１１４は、共通の光軸を有してよい。

検出器１１０の光軸１１６は、検出器の光学的構成の対称の線であってよい。転送装置１１４は、ビーム経路内の転送装置１１４の要素が光軸１１６に対して回転対称に配置されている少なくとも１つのビーム経路を含んでよい。それでも、ビーム経路内に配置された１つ以上の光学要素は、光軸に対して中心ズレされているか、又は傾斜していてもよい。転送装置１１４は、縦方向座標ｌが光軸１１６に沿った座標であり、ｄが光軸１１６からの空間オフセットである座標系を構成してよい。座標系は、転送装置の光軸がｚ軸を形成し、ｚ軸からの距離及び極角が追加の座標として使用され得る極座標系であり得る。ｚ軸に平行又は反平行な方向は、縦方向とみなすことができ、ｚ軸に沿った座標は縦方向座標ｌとみなすことができる。ｚ軸に垂直な任意な方向は、横方向とみなすことができ、極座標及び／又は極角度は横方向座標とみなすことができる。

検出器１１０は、さらに：少なくとも１つのレンズ、例えば、少なくとも１つの屈折レンズ、少なくとも１つの焦点調整可能レンズ、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つの非球面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つのビーム偏向要素、好ましくは少なくとも１つのミラー；少なくとも１つの半透鏡；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又はビーム分割ミラーの少なくとも１つ；少なくとも１つのマルチレンズシステム、の１つ以上を含んでいてよい。さらに、検出器１１０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、検出器１１０は、例えば光センサのセンサ領域の位置で、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された少なくとも１つの要素を含んでよい。これらの任意の実施形態は、原則として、個別に、又は任意の所望の組み合わせで実現することができる。

検出器１１０は、少なくとも１つの開口要素１１８を備える。開口要素１１８は、物体１１２から検出器１１０に伝播し、転送装置１１４を通過した光ビーム１２０のエッジ成分を遮断するように構成されている。開口要素１１８は、前記光ビーム１２０の中心成分１１９を通過させるように構成されている。

検出器１１０は、少なくとも１つの照射源１２２を備えてよい。照射源１２２は、少なくとも１つの光ビーム１２４を生成するように構成されてよい。照射源１２２は、少なくとも１つの光源であってもよいし、又はそれを含んでいてもよい。光源は、少なくとも１つのマルチビーム光源であってもよいし、又はそれを含んでいてもよい。照射源１２２は、少なくとも１つの照射光ビームで物体１１２を照射するように適合されてよい。照射源１２２は、多色光ビームで物体１１２を照射するように構成されてよい。照射源１２２は、少なくとも１つの多色白色光源を備えていてよい。例えば、光源は、少なくとも１つのレーザ光源、具体的には、少なくとも１つの広帯域レーザ光源を備えていてよい。光ビーム１２４は、少なくとも２つ、３つ、又はそれ以上などの複数の波長を含んでよい。

白色光ビームなどの多色照射光ビーム１２４が転送装置１１４によって物体１１２に集束される場合、異なる波長は転送装置１１４から異なる距離に集束され得る。物体１１２は、物体距離に対応する波長の集束ビーム成分と、残りの波長の非集束ビーム成分とを反射することができる。反射光は、転送装置１１４に入射し、続いて開口要素１１８に入射することができる。開口要素１１８は、反射された非集束ビーム成分が非集束状態で開口要素１１８に入射するように配置されることができる。開口要素１１８は、反射された非集束ビーム成分を遮断するように構成されることができる。開口要素１１８は、反射された集束ビーム成分が本質的に集束の状態で開口要素に入射するように配置されることができる。開口要素１１８は、反射した集束ビーム成分を通過させるように構成されることができる。光ビーム１２０の中心成分１１９は、反射された集束ビーム成分として開口要素１１８の開口部で開口要素１１８に衝突してよい。光ビーム１２０のエッジ成分は、反射された非集束ビーム成分として開口要素１１８の開口部の外側で開口要素１１８に衝突してもよい。具体的には、開口要素１１８は、一定の光平行度を有する光を通過させ、前記光平行度以下の光を遮断するように構成されてよい。例えば、開口要素１１８は、本質的に集束した光のみを通過させ、非集束成分を遮断するように構成されてよい。転送装置１１４は、波長依存の焦点距離を有してよい。錯乱円は、転送装置１１４の焦点距離、したがって、波長に依存してよい。さらに、錯乱円は、物体１１２から転送装置１１４までの縦方向距離、転送装置１１４の射出瞳の直径、及び転送装置１１４からの縦方向距離に依存してよい。

検出器１１０は、光ビーム１２０の伝播方向で開口要素１１８の後方に配置された少なくとも１つの第１光センサ１２６を有している。第１光センサ１２６は、光ビーム１２０の中心成分１１９の色情報を決定するように構成されている。第１光センサ１２６は、光ビーム１２０の中心成分１１９の少なくとも１つの第１強度情報を決定するように構成されている。検出器１１０は、少なくとも１つの第２光センサ１２８を備える。第２光センサ１２８は、光ビーム１２０のエッジ成分の少なくとも１つの第２強度情報を決定するように構成されている。

第１光センサ１２６及び第２光センサ１２８のそれぞれは、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ように構成された感光エリアを有してよい。感光エリアは、具体的には、それぞれの光センサの表面に配置されてよい。しかしながら、他の実施形態も実現可能である。

第１光センサは、物体から検出器へと伝播する光ビームの伝播方向で開口要素の後方に配置されている。したがって、例えば、物体１１２から検出器１１０に向かって伝播する光ビーム、特に光ビームの中心成分１１９は、最初に転送装置１１４に衝突し、続いて開口要素１１８に衝突し、その後、第１光センサ１２６に衝突することができる。

第１光センサ１２６は、光ビーム１２０の中心成分１１９の色情報を決定するように構成されている。検出器１１０は、少なくとも１つの共焦点クロマティックセンサを含んでよい。具体的には、検出器１１０は、共焦点クロマティックセンサを含む少なくとも１つの第１測定チャネルを備える。共焦点クロマティックセンサは、第１光センサ１２６を備えてよい。第１光センサ１２６は、少なくとも１つの分光計装置及び／又は少なくとも１つの色分析器であってもよいし、又はそれらを含んでいてもよい。例えば、第１光センサ１２６は、少なくとも１つの波長依存プリズム及び／又は少なくとも１つの分光フィルタを含んでいてよい。第１光センサ１２６は、中心成分の色情報を決定するための少なくとも１つのセンサ要素を含むことができる。検出器１１０は、色情報を評価することにより物体１１２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１３０を含むことができる。物体の距離は、縦方向座標ｚと波長との間の対応関係によって与えられてよい。強度分布の各波長は、物体１１２の１つの縦方向座標ｚに対応することができる。波長と縦方向座標ｚとの関係は、キャリブレーションの際などに予め決定することができる。強度分布は、開口要素の位置で焦点を持つ波長、特に反射した集束ビーム成分の波長に対応する最大値を含むことができる。他の波長は、第１光センサ１２６で減衰された信号を生成することができる。評価装置１３０は、強度分布の最大値を決定するように構成されてよい。評価装置１３０は、強度分布の最大値における波長を決定し、そこから物体１１２の縦方向座標を決定するように構成されてよい。

図１の実施形態では、共焦点クロマティックセンサは、少なくとも１つの第１光ファイバ１３２を含むファイバ光学共焦点クロマティックセンサであってよい。第１光ファイバ１３２は、吸収及び／又は反射されていない入射光ビームの少なくとも一部を、第１光ファイバ１３２の２つの端部の間で伝送するように適合されてよい。第１光ファイバ１３２は、ある長さを有し、ある距離伝送を可能にするように適合されてよい。第１光ファイバ１３２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、フルオロジルコン酸塩、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、特に石英ガラスにドープされた変種、リン酸塩ガラス、ＰＭＭＡ、ポリスチレン、ポリ（パーフルオロブテニルビニルエーテル）等のフッ素ポリマー、又は類似物からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含んでよい。第１光ファイバ１３２は、シングルモードファイバであってもよいし、マルチモードファイバであってもよい。第１光ファイバ１３２は、ステップインデックスファイバ、偏光ファイバ、偏光維持ファイバ、プラスチック光ファイバ、ガラス光ファイバ等であってよい。第１光ファイバ１３２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た少なくとも１つのファイバコアを含んでよい。ファイバクラッドは、二重又は複数のクラッドであってよい。ファイバクラッドは、いわゆるアウタージャケットを含んでよい。ファイバクラッドは、損傷や湿気から光ファイバを保護するように適合された、いわゆるバッファによって被覆されていてよい。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組成物及び／又は少なくとも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、光ファイバは、受容角以下で全内部反射によって入射光ビームを導くように適合されてよい。一実施形態では、第１光ファイバ１３２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むことができる。中空コアファイバは、入射光ビームを本質的にいわゆる中空領域内で導くように適合されてよく、そこでは、光ビームのわずかな部分が、ファイバクラッド材料内への伝播によって失われる。

第１光ファイバ１３２は、少なくとも１つの第１ファイバ端１３４を含むことができる。第１ファイバ端１３４は、物体１１２を照射するための少なくとも１つの光ビーム１２４を放出するように、及び／又は、物体１１２から検出器１１０へ伝播する光ビーム１２０の中心成分１１９を少なくとも部分的に受信するように構成されてよい。照射源１２２は、光ビーム１２４を第１光ファイバ１３２に結合するように構成されていてもよい。本実施形態では、第１光ファイバ１３２の開口部は、エッジ成分、特に非集束光を遮断し、中心成分１１９を通過させるように構成された開口要素１１８として設計されてよい。したがって、照射光ビーム１２４と物体１１２によって反射された光ビーム１２０は結合され、同じファイバを介して伝送されることができる。第１光ファイバ１３２は、少なくとも１つの第２ファイバ端１３６を有してよい。第２ファイバ端１３６は、第１光ファイバ１３２を通過した光を第１光センサ１２６に供給するように構成されてよい。

第１光センサ１２６は、物体１１２から検出器１１０に伝播する光ビーム１２０の中心成分の少なくとも１つの第１強度情報を決定するように構成されている。第１光センサ１２６は、物体１１２から検出器１１０へ伝播する光ビーム１２０の伝播方向で開口要素１１８の後方に配置されている。したがって、物体１１２から検出器１１０へ伝播する光ビーム１２０のエッジ成分は開口要素１１８によって遮断され、中心成分１１９のみが開口要素１１８を通過して第１光センサ１２６に到達する。例えば、図１の実施形態では、第１光センサ１２６は、第１光ファイバ１３２の第２端部１３６に配置されてよい。第１光センサ１２６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少なくとも１つの感光エリアを含むことができる。センサ信号は、感光エリアに衝突する光ビームによって生成される光スポットの強度に依存し得る。感光エリアに生成される光スポットは、円形又は非円形の形状を有してよい。

第２光センサ１２８は、物体１１２から検出器１１０に伝播する光ビーム１２０のエッジ成分の少なくとも１つの第２強度情報を決定するように構成されている。第２光センサ１２８は、物体１１２から検出器１１０へ伝播する光ビーム１２０の伝播方向で開口要素１１８の前方に配置されることができる。したがって、第２光センサ１２８は、物体１１２から検出器１１０へ伝播する光ビーム１２０のエッジ成分が少なくとも部分的に第２光センサ１２８に到達できるように配置されることができる。例えば、図１に示す実施形態では、検出器１１０は、少なくとも１つの第２光ファイバ１３８を含んでよい。第２光ファイバ１３８は、エッジ成分を少なくとも部分的に受信するように配置されてよい。例えば、第２光ファイバ１３８は、受光端１４０を含んでよい。受光端１４０は、物体１１２から検出器１１０へ伝播する光ビーム１２０の伝播方向で開口要素１１８の前方に配置されてよい。第２光ファイバ１３８は、第２光ファイバ１３８を通過した光を第２光センサ１２８に供給するように構成されてよい。第２光センサ１２８は、第２光ファイバ１３８のさらなる端部に配置されてよい。第２光センサ１２８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少なくとも１つの感光エリアを含むことができる。センサ信号は、感光エリアに衝突する光ビームによって生成される光スポットの強度に依存し得る。

第１光センサ１２６及び第２光センサ１２８の一方又は両方は、ピクセルのマトリックスを有するセンサ要素を含んでよい。センサ要素は、一体の単一装置として、又はいくつかの装置の組み合わせとして形成され得る。マトリックスは、具体的には、１つ以上の行及び１つ以上の列を有する長方形のマトリックスであってもよく、又はそれを含んでいてもよい。行と列は、具体的には長方形方式に配置され得る。しかしながら、非長方形の配置などの他の配置も可能であることは説明される。一例として、円形の配置も可能であり、そこでは要素は中心点のまわりに同心の円又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り得る。他の配置も可能である。マトリックスのピクセルの感光エリアは、具体的には、大きさ、感度、及び他の光学的、電気的、機械的特性のうちの１つ以上で等しくてよい。マトリックスのすべてのピクセルの感光エリアは、具体的には、共通の平面内に配置されてよく、該共通平面は、好ましくは、物体１１２から検出器１１０に伝播する光ビーム１２０が該共通平面上に光スポットを生成するように、物体に面している。第１光センサ１２６と第２光センサ１２８は、同じ大きさの感光エリアを有していてもよいし、異なる大きさの感光エリアを有していてもよい。

第１光センサ１２６及び第２光センサ１２８のそれぞれは、その感光エリアの照射に応答して、少なくとも１つの出力信号などの少なくとも１つのセンサ信号を生成するように構成されてよい。第１光センサ１２６及び第２センサ１２８の一方又は両方は、例えば、少なくとも１つのバイセルダイオード、少なくとも１つの象限ダイオード、少なくとも１つのＣＣＤチップ、少なくとも１つのＣＭＯＳチップのうちの１つ以上を備えていてよい。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及び／又は少なくとも１つのデジタル電気信号などの少なくとも１つの電気信号であってもよいし、それらを含んでいてもよい。より具体的には、センサ信号は、少なくとも１つの電圧信号及び／又は少なくとも１つの電流信号であってもよいし、それらを含んでいてもよい。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、未処理のセンサ信号が使用されるか、又は、検出器、光センサ、又はその他の要素が、例えばフィルタリングなどによる前処理などによって、センサ信号を処理又は前処理し、それによってセンサ信号としても使用され得る二次センサ信号を生成するように適合され得る。

第１光センサ１２６及び第２光センサ１２８の一方又は両方は、紫外、可視、又は赤外スペクトル範囲の１つ以上で感度を有してよい。具体的には、第１光センサ１２６及び第２光センサ１２８の一方又は両方は、４００ｎｍ～７８０ｎｍ、最も好ましくは６５０ｎｍ～７５０ｎｍの可視スペクトル範囲で感度を有してよい。具体的には、第１光センサ１２６及び第２光センサ１２８の一方又は両方は近赤外領域で感度を有してよい。具体的には、第１光センサ１２６及び第２光センサ１２８の一方又は両方は、シリコンフォトダイオードが適用可能な特に７００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲の近赤外領域の部分で感度を有してよい。第１光センサ１２６及び第２光センサ１２８の一方又は両方は、具体的には、赤外スペクトル範囲、具体的には７８０ｎｍ～３．０マイクロメートルの範囲で感度を有してよい。例えば、第１光センサ１２６及び第２光センサ１２８の一方又は両方は、独立に、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又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つの要素であってもよく、又はそれらを含んでもよい。例えば、第１光センサ１２６及び第２光センサ１２８の一方又は両方は、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又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つの要素であってもよく、又はそれを含んでもよい。他の任意のタイプの感光性要素を使用してもよい。感光性要素は、一般に、完全に又は部分的に無機材料で作製されることができ、及び／又は、完全に又は部分的に有機材料で作製されることができる。最も一般的には、以下でさらに詳細に概説するように、市販のフォトダイオード、例えば、無機半導体フォトダイオードなどの１つ以上のフォトダイオードが使用され得る。具体的には、感光性要素は、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又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つの要素であってもよいし、又はそれを含んでいてもよい。任意の他の種類の感光性要素を用いてもよい。

第１光センサ１２６及び第２光センサ１２８の一方又は両方は、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。具体的には、第１光センサ１２６及び第２光センサ１２８の一方又は両方は、赤外スペクトル範囲、好ましくは７８０ｎｍ～３．０マイクロメートルの範囲で感度を有し、及び／又は、可視スペクトル範囲、好ましくは３８０ｎｍ～７８０ｎｍの範囲で感度を有する無機フォトダイオードであってもよいし、それらを含んでいてもよい。具体的には、第１光センサ１２６及び第２光センサ１２８の一方又は両方は、シリコンフォトダイオードが適用可能な特に７００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲の近赤外領域の部分で感度を有し得る。光センサに使用され得る赤外光センサは、市販の赤外光センサであってよく、例えば、ドイツのｔｒｉｎａｍｉＸ ＧｍｂＨ，Ｄ－６７０５６ Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ ａｍ ＲｈｅｉｎからＨｅｒｔｚｓｔｕｅｃｋ（登録商標）というブランド名で市販されている赤外光センサであってよい。したがって、一例として、第１光センサ１２６及び第２光センサ１２８の一方又は両方は、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。追加的又は代替的に、光センサの一方又は両方は、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。追加的又は代替的に、第１光センサ１２６及び第２光センサ１２８の一方又は両方は、少なくとも１つの光伝導性センサ、例えばＰｂＳセンサ又はＰｂＳｅセンサ、ボロメータ、好ましくはＶＯボロメータ及びアモルファス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。光センサの一方又は両方は、不透明、透明又は半透明であってよい。しかし、簡単のために、これらの不透明センサが一般に広く市販されているため、光ビームに対して透明でない不透明センサを使用することができる。

検出器１１０は、中心成分の第１強度情報及びエッジ成分の第２強度情報からの結合信号Ｑを評価することによって、物体１１２の少なくとも１つの縦方向座標ｚ_ＤＰＲ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１３０を備えてよい。評価装置１３０は、少なくとも１つのデータ処理装置、少なくとも１つのプロセッサ、少なくとも１つの特定用途向け集積回路のうちの１つ以上を備えてよい。したがって、一例として、少なくとも１つの評価装置１３０は、多数のコンピュータコマンドを含むそこに保存されたソフトウェアコードを有する少なくとも１つのデータ処理装置を備えることができる。評価装置１３０は、挙げられた操作の１つ以上を実行するための１つ以上のハードウェア要素を提供してもよいし、及び／又は、挙げられた操作の１つ以上を実行するための、そこで実行されるソフトウェアを有する１つ以上のプロセッサを提供してもよい。

評価装置１３０は、例えば、ＷＯ２０１８／０９１６４９Ａ１、ＷＯ２０１８／０９１６３８Ａ１及びＷＯ２０１８／０９１６４０Ａ１に記載され、その内容が参照によって含まれる光子比（ＤＰＲ）技術による距離に基づいて出力を生成するように構成されてよい。ＤＰＲ技法は、物体の縦方向座標を決定するなどの距離測定を可能にする。さらに、ＤＰＲ技術は、監視領域を横断する際の光ビームの幾何学的変化、例えば光ビームの部分的カバーを認識することも可能にする。結合信号Ｑは、中心成分１１９の第１強度情報とエッジ成分の第２強度情報の商を形成すること；中心成分１１９の第１強度情報とエッジ成分の第２強度情報の倍数の商を形成すること；中心成分１１９の第１強度情報とエッジ成分の第２強度情報の線形結合の商を形成すること；中心成分１１９の第１強度情報とエッジ成分の第２強度情報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。結合信号Ｑは、様々な手段を用いて決定されてよい。一例として、結合信号を導出するためのソフトウェア手段、結合信号を導出するためのハードウェア手段、又はその両方が用いられてよく、評価装置に実装されてもよい。したがって、評価装置１３０は、一例として、少なくとも１つのデバイダ１４２を含んでもよく、ここで、デバイダは、商信号を導出するように構成される。デバイダ１４２は、完全に又は部分的に、ソフトウェアデバイダ又はハードウェアデバイダの一方又は両方として具現化されてよい。

例えば、評価装置１３０は、以下によって結合信号Ｑを導出するように構成され、

式中、ｘ及びｙは横方向座標、Ａ_１及びＡ_２はそれぞれ第１光センサ１２６及び第２光センサ１２８の位置における光ビームのビームプロファイルの面積であり、Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ_ｏ）は物体距離ｚ_ｏにおけるビームプロファイルを表す。面積Ａ_１と面積Ａ_２は異なっていてよい。具体的に、Ａ_１とＡ_２は、一致していない。したがって、Ａ_１及びＡ_２は、形状又は内容のうちの１つ以上で異なっていてよい。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；円錐ビームプロファイル及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てよい。

第１光センサ１２６及び第２光センサ１２８のセンサ信号は、それぞれ、光ビームのビームプロファイルの少なくとも１つのエリアの情報を含んでいてよい。ビームプロファイルの第１エリアとビームプロファイルの第２エリアは、隣接領域又は重複領域のいずれか一方又は両方であってよい。ビームプロファイルの第１エリアとビームプロファイルの第２エリアは、エリアが一致していなくてよい。ビームプロファイルの第１エリアは、ビームプロファイルの本質的にエッジ情報を含んでよく、ビームプロファイルの第２エリアは、ビームプロファイルの本質的に中心情報を含んでよい。ビームプロファイルの第１エリアをエリアＡ_２、ビームプロファイルの第２エリアをエリアＡ_１とすることができる。エッジ情報は、ビームプロファイルの第１エリアの光子数に関する情報を含むことができ、中心情報は、ビームプロファイルの第２エリアの光子数に関する情報を含むことができる。例えば、評価装置１３０は、第１エリアのビームプロファイルの面積積分を決定することによってエッジ情報を決定するように適合されてよい。評価装置１３０は、第１エリアの積分及び／又は加算によってエッジ情報を決定するように適合されてよい。評価装置１３０は、第２エリアの積分及び／又は加算によって中心情報を決定するように適合されてよい。評価装置１３０は、エッジ情報と中心情報を除算すること、エッジ情報と中心情報の倍数を除算すること、エッジ情報と中心情報の線形結合を除算することのうちの１つ以上によって、結合信号Ｑを導出するように構成されてよい。したがって、本質的には、本方法の物理的な基礎として、光子比が使用されてよい。

一例として、Ｑは、Ｑ＝ｓ１／ｓ２又はＱ＝ｓ２／ｓ１として簡単に決定されてよく、ここでｓ１は第１光センサ１２６のセンサ信号を示し、ｓ２は第２光センサ１２８のセンサ信号を示す。追加的又は代替的に、Ｑは、Ｑ＝ａ・ｓ１／ｂ・ｓ２又はＱ＝ｂ・ｓ２／ａ・ｓ１として決定されてよく、ここでａ及びｂは、一例として、予め定められているか、又は決定可能な実数である。追加的又は代替的に、Ｑは、Ｑ＝（ａ・ｓ１＋ｂ・ｓ２）／（ｃ・ｓ１＋ｄ・ｓ２）として決定されてよく、ここでａ、ｂ、ｃ及びｄは、一例として、予め定められているか又は決定可能な実数である。後者の簡単な例として、Ｑは、Ｑ＝ｓ１／（ｓ１＋ｓ２）として決定されてよい。他の結合信号又は商信号が可能である。

評価装置１３０は、結合信号Ｑと縦方向座標ｚ_ＤＰＲの間の少なくとも１つの所定の関係を使用して、縦方向座標ｚ_ＤＰＲを決定するように構成されてよい。所定の関係は、経験的関係、半経験的関係、及び分析的に導出された関係のうちの１つ以上であってよい。評価装置１３０は、所定の関係を保存するための少なくとも１つのデータ保存装置、例えばルックアップリスト又はルックアップテーブルを備えてよい。少なくとも１つの縦方向座標ｚ_ＤＰＲの決定は、少なくとも１つの評価装置１３０によって実行されてよい。したがって、一例として、該関係は、例えば１つ以上のルックアップテーブルを実装するなど、ソフトウェア及び／又はハードウェアに実装されてよい。このように、一例として、評価装置１３０は、少なくとも１つの縦方向座標ｚ_ＤＰＲ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た、１つ以上のコンピュータ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの１つ以上のプログラム可能な装置を備えることができる。しかしながら追加的に又は代替的に、評価装置１３０はまた、完全に又は部分的にハードウェアによって具体化されてよい。

上で概説したように、評価装置１３０は、中心成分１１９の色情報を評価することによって、物体１１２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よい。さらに、評価装置１３０は、縦方向座標ｚ_ＤＰＲを決定するように構成されてもよい。検出器１１０は、例えば２つの測定チャネルにおいて、縦方向座標ｚ_ＤＰＲ及び縦方向座標ｚを同時に決定するように構成されてよい。

検出器１１０は、少なくとも１つの測定ヘッド１４４を備えていてよい。測定ヘッド１４４は、第１光ファイバ１３２の少なくとも１つの第１ファイバ端１３４及び／又は第２光ファイバ１３８の受光端１４０を有することができる。第１光ファイバ１３２及び第２光ファイバ１３８は、信号の伝送媒体としてのみ機能することができる。したがって、第１光ファイバ１３２及び第２光ファイバ１３８は、真空フィードスルーに接続されていてもよいし、及び／又は、高温及び／又は過酷な化学環境に対応できるように設計されていてもよい。

図２は、検出器１１０のさらなる実施形態を示す。この実施形態では、開口要素１１８は、少なくとも１つの開口絞り１４６を含むことができる。開口要素１１８は、少なくとも１つの孔などの少なくとも１つの開口を有してよい。第１光センサ１２６は、開口絞り１４６の後方に配置されてよい。検出器１１０は、少なくとも１つのビーム分割器１４８をさらに含んでいてもよく、そこでは、ビーム分割器１４８は、照射源１２２によって生成された照射ビーム１２４を開口絞り１４６に導き、及び、反射光ビーム１２０を第１光センサ１２６に導くように構成されてよい。第２光センサ１２８は、物体１１２から検出器１１０に伝播する光ビーム１２０の伝播方向で開口要素１１８の前方、及び／又は開口要素１１８上、及び／又は開口要素１１８と一体に配置されてよい。図２には、第２光センサ１２８の活性エリアが概略的に示されている。検出器１１０のさらなる説明については、図１の説明を参照されたい。

第１光センサ１２６は、測定範囲１５０を有していてもよい。測定範囲１５０は、最小測定距離から最大測定距離までの範囲によって定義されてよい。検出器１１０は、物体１１２を照射するための少なくとも１つの光ビーム１２４を生成するように構成された少なくとも１つの照射源１２２を備えてよい。転送装置１１４は、物体１１２を照射するための光ビーム１２４を、波長依存の連続焦点に集束するように構成されてよい。最小測定距離は、検出器１１０の発光エリアから、発光エリアに最も近い波長λ_ｍｉｎの焦点までの距離であってよい。最大測定距離は、発光エリアから、発光エリアからの距離が最も大きい波長λ_ｍａｘの焦点までの距離であってよい。通常、共焦点クロマティックセンサは、物体が測定範囲外にある場合、測定値を提供することができない。従来の共焦点クロマティックセンサでは、特に完全に自動化されたプロセスでは、センサの測定範囲を見つけることが問題となり得る。本発明による検出器１１０は、物体が測定範囲１５０内にあるかどうかを決定することを可能にすることができる。評価装置１３０は、決定された縦方向座標ｚ_ＤＰＲを考慮することによって、物体１１２が測定範囲１５０内に位置しているか、又は測定範囲外に位置しているかを決定するように構成されることができる。評価装置１３０は、決定された縦方向座標ｚ_ＤＰＲが測定範囲１５０内にあるかどうかを決定するように構成されてもよい。評価装置１３０が、物体１１２が測定範囲１５０外にあると決定した場合、評価装置１３０は、物体１１２が測定範囲外にあるという少なくとも１つの表示、及び／又は、物体１１２までの距離を適応させる少なくとも１つの表示、及び／又は、縦方向座標ｚ_ＤＰＲの少なくとも１つの表示を発するように構成されてよい。評価装置１３０が、物体１１２が測定範囲１５０内にあると決定した場合、評価装置１３０は、縦方向座標ｚの少なくとも１つの表示を発するように構成されてよい。したがって、本発明による検出器１１０は、ＤＰＲ技術を用いた距離測定と共焦点クロマティックセンシングとを組み合わせることができる。ＤＰＲ測定は、共焦点クロマティックセンサの測定範囲１５０を決定するために、共焦点クロマティック測定と比較して精度の低い測定などの物体１１２までの距離の表示を決定するために使用され得る。さらに、ＤＰＲ技術は、共焦点クロマティックセンサの測定範囲１５０外でも距離の決定を可能にすることができるため、共焦点クロマティックセンサの測定範囲１５０の拡張を可能にすることができる。

参照番号のリスト
１１０ 検出器
１１２ 物体
１１４ 転送装置
１１６ 光軸
１１８ 開口要素
１１９ 中心成分
１２０ 光ビーム
１２２ 照射源
１２４ 光ビーム
１２６ 第１光センサ
１２８ 第２光センサ
１３０ 評価装置
１３２ 第１光ファイバ
１３４ 第１ファイバ端
１３６ 第２ファイバ端
１３８ 第２光ファイバ
１４０ 受光端
１４２ デバイダ
１４４ 測定ヘッド
１４６ 開口絞り
１４８ ビーム分割器
１５０ 測定範囲

Claims (14)

1. 少なくとも１つの物体（１１２）の位置を決定する検出器（１１０）であって、
   － 色収差を有する少なくとも１つの転送装置（１１４）と；
   － 少なくとも１つの開口要素（１１８）であって、前記物体（１１２）から前記検出器（１１０）へ伝播し前記転送装置（１１４）を通過した光ビーム（１２０）のエッジ成分を遮断するように構成され、前記光ビーム（１２０）の中心成分（１１９）を通過させるように構成されている、少なくとも１つの開口要素（１１８）と；
   － 前記光ビーム（１２０）の伝播方向で前記開口要素（１１８）の後方に配置された少なくとも１つの第１光センサ（１２６）であって、前記光ビーム（１２０）の前記中心成分（１１９）の色情報を決定するように構成され、前記光ビーム（１２０）の前記中心成分の少なくとも１つの第１強度情報を決定するように構成されている、少なくとも１つの第１光センサ（１２６）と；
   － 少なくとも１つの第２光センサ（１２８）であって、前記光ビーム（１２０）の前記エッジ成分の少なくとも１つの第２強度情報を決定するように構成されている、少なくとも１つの第２光センサ（１２８）と、を備え、
   前記検出器（１１０）は、前記中心成分（１１９）の前記第１強度情報及び前記エッジ成分の前記第２強度情報からの結合信号Ｑ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_ＤＰＲ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（１３０）を備えている、検出器（１１０）。
2. 前記評価装置（１３０）は、前記結合信号Ｑと前記物体（１１２）の前記縦方向座標ｚ_ＤＰＲの間の少なくとも１つの所定の関係を使用して、前記縦方向座標ｚ_ＤＰＲを決定するように構成されている、請求項１に記載の検出器（１１０）。
3. 前記結合信号Ｑは、前記中心成分（１１９）の前記第１強度情報と前記エッジ成分の前記第２強度情報の商を形成すること；前記中心成分（１１９）の前記第１強度情報と前記エッジ成分の前記第２強度情報の倍数の商を形成すること；前記中心成分（１１９）の前記第１強度情報と前記エッジ成分の前記第２強度情報の線形結合の商を形成すること；前記中心成分（１１９）の前記第１強度情報と前記エッジ成分の前記第２強度情報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、請求項１又は２に記載の検出器（１１０）。
4. 前記評価装置（１３０）は、前記中心成分（１１９）の前記色情報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を決定するように構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の検出器（１１０）。
5. 前記第１光センサ（１２６）は、測定範囲（１５０）を有し、前記評価装置（１３０）は、決定された前記縦方向座標ｚ_ＤＰＲを考慮して、前記物体（１１２）が前記測定範囲（１５０）内に位置しているか、又は前記測定範囲外に位置しているかを決定するように構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の検出器（１１０）。
6. 前記評価装置（１３０）が、前記物体（１１２）が前記測定範囲（１５０）外にあると決定した場合、前記評価装置（１３０）は、前記物体（１１２）が前記測定範囲（１５０）外にあるという少なくとも１つの表示、及び／若しくは、前記物体（１１２）までの距離を適応させる少なくとも１つの表示、及び／若しくは、前記縦方向座標ｚ_ＤＰＲの少なくとも１つの表示を発するように構成されており、及び／又は、前記評価装置（１３０）が、前記物体（１１２）が前記測定範囲（１５０）内にあると決定した場合、前記評価装置（１３０）は、前記縦方向座標ｚの少なくとも１つの表示を発するように構成されている、請求項５に記載の検出器（１１０）。
7. 前記検出器（１１０）は、少なくとも１つの照射源（１２２）を有し、前記照射源（１２２）は、少なくとも１つの照射光ビーム（１２４）で前記物体（１１２）を照射するように適合されており、前記照射源（１２２）は、少なくとも１つの多色白色光源を備えている、請求項１～６のいずれか１項に記載の検出器（１１０）。
8. 前記第２光センサ（１２８）は、前記物体（１１２）から前記検出器（１１０）へ伝播する光ビーム（１２０）の伝播方向で前記開口要素（１１８）の前方に配置されている、請求項１～７のいずれか１項に記載の検出器（１１０）。
9. 前記検出器（１１０）は、少なくとも１つの共焦点クロマティックセンサを有し、前記共焦点クロマティックセンサは、前記第１光センサ（１２６）を備え、前記第１光センサ（１２６）は、前記中心成分の前記色情報を決定するための少なくとも１つのセンサ要素を有している、請求項１～８のいずれか１項に記載の検出器（１１０）。
10. 前記共焦点クロマティックセンサは、少なくとも１つの第１光ファイバ（１３２）を含むファイバ光学共焦点クロマティックセンサであり、前記第１光ファイバ（１３２）は、少なくとも１つの第１ファイバ端（１３４）を有し、前記第１ファイバ端（１３４）は、前記物体（１１２）を照射するための少なくとも１つの光ビーム（１２４）を放出するように、及び／又は、前記物体（１１２）から前記検出器（１１０）へ伝播する光ビーム（１２０）の中心成分（１１９）を少なくとも部分的に受信するように構成され、前記第１光ファイバ（１３２）は、少なくとも１つの第２ファイバ端（１３８）を有し、前記第２ファイバ端（１３８）は、前記第１光ファイバ（１３２）を通過した光を前記第１光センサ（１２６）に供給するように構成されている、請求項９に記載の検出器（１１０）。
11. 前記検出器（１１０）は、少なくとも１つの第２光ファイバ（１３８）を有し、前記第２光ファイバ（１３８）は、前記エッジ成分を少なくとも部分的に受信するように配置され、前記第２光ファイバ（１３８）は、前記第２光ファイバ（１３８）を通過した光を前記第２光センサ（１２８）に供給するように構成されている、請求項１０に記載の検出器（１１０）。
12. 請求項１～１１のいずれか１項に記載の検出器（１１０）を使用する、少なくとも１つの物体（１１２）の位置を決定する方法であって、前記方法は以下のステップ：
    － 前記物体（１１２）から前記検出器（１１０）へ伝播し、色収差を有する少なくとも１つの転送装置（１１４）を通過した光ビーム（１２０）の伝播方向で少なくとも１つの開口要素（１１８）の後方に配置された少なくとも１つの第１光センサ（１２６）を照射するステップであって、前記開口要素（１１８）が、前記物体（１１２）から前記検出器（１１０）へ伝播し前記転送装置（１１４）を通過した前記光ビーム（１２０）のエッジ成分を遮断するように構成され、前記開口要素（１１８）が、前記光ビーム（１２０）の中心成分（１１９）を通過させるように構成されているステップと；
    － 前記第１光センサ（１２６）を用いて前記光ビーム（１２０）の前記中心成分（１１９）の色情報を決定し、前記第１光センサ（１２６）を用いて前記光ビーム（１２０）の前記中心成分（１１９）の少なくとも１つの第１強度情報を決定するステップと；
    － 少なくとも１つの第２光センサ（１２８）を用いて、前記光ビーム（１２０）の前記エッジ成分の少なくとも１つの第２強度情報を決定するステップと；
    を含み、
    前記方法は、少なくとも１つの評価装置（１３０）を用いて、前記中心成分（１１９）の前記第１強度情報及び前記エッジ成分の前記第２強度情報からの結合信号Ｑ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_ＤＰＲを決定することをさらに含む、方法。
13. 前記評価装置（１３０）を用いて前記中心成分の前記色情報を評価することにより、前記物体（１１２）の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１光センサ（１２６）は、測定範囲（１５０）を有し、前記評価装置（１３０）は、決定された前記縦方向座標ｚ_ＤＰＲを考慮して、前記物体（１１２）が前記測定範囲（１５０）内に位置しているか、又は前記測定範囲外に位置しているかを決定するように構成され、前記物体（１１２）が前記測定範囲（１５０）外にあると決定した場合、前記物体（１１２）と前記検出器（１１０）の間の距離を適合させることを含む、請求項１２又は１３に記載の方法。

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