JP2023085535A - 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

【課題】物体の位置を決定するための検出器を開示する。【解決手段】検出器１１０は、光センサ１２２のマトリックス１２０を有するセンサ要素１１８であって、光センサ１２２はそれぞれ感光領域１２４を有し、光センサ１２２は物体１１２から光センサに伝播する少なくとも１つの光束１１６による感光領域１２４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、センサ要素と、評価装置１３４であって、ａ）最高のセンサ信号を有する光センサ１２２を決定し、中心信号を形成し；ｂ）マトリックス１２０の光センサ１２２のセンサ信号を評価し、少なくとも１つの和信号を形成し；ｃ）中心信号と和信号を結合して少なくとも１つの結合信号を決定し；そして、ｄ）結合信号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、ことによって、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。【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、ＵＳ２００７／０１７６１６５Ａ１、ＵＳ６，９９５，４４５Ｂ２、ＤＥ２５０１１２４Ａ１、ＤＥ３２２５３７２Ａ１、または、多数の他の先行技術文献に開示されている。ＵＳ２００７／０１７６１６５Ａ１に説明されているように、特に、コスト上の理由のために、および、処理が大面積に及ぶという理由のために、少なくとも１つの有機センサ材料を含むセンサがますます使用されるようになってきている。特に、いわゆる色素太陽電池の重要度が一層高まってきており、一般的に、例えばＷＯ２００９／０１３２８２Ａ１に説明されている。
このような光センサに基づいて少なくとも１つの物体を検出するための多数の検出器が知られている。かかる検出器は、それぞれの使用目的に応じて様々な方法で具体化することができる。かかる検出器の例は、撮像装置、例えばカメラおよび／または顕微鏡である。例えば、生物学的サンプルを高い光学分解能で検査するために、特に医療技術および生物学の分野で使用することができる、高分解能共焦点顕微鏡が知られている。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のさらなる例は、例えば対応する光信号、例えばレーザパルスの伝播時間法に基づく距離測定装置である。物体を光学的に検出するための検出器のさらなる例は三角測量システムであり、それによって距離測定を同様に実行することができる。Ｋｕｒｔ Ｋｏｎｏｌｉｇｅらによる“Ａ Ｌｏｗ－Ｃｏｓｔ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｓｅｎｓｏｒ， ２００８ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｐａｓａｄｅｎａ，ＣＡ，ＵＳＡ，Ｍａｙ １９－２３，２００８”では、平面レーザ距離センサ（ＬＤＳ）に三角測量を使用する競合技術について議論している。構造化ライン装置は、ライトストライプレーザとオフセットカメラを使用して一連の点までの距離を決定する。レーザエネルギーは線上に広がるため、特に周囲の光がある場合や暗い物体の場合には、正確な距離を達成するのは困難である。小さい物体を３次元走査するための点走査装置は典型的には走査ミラーを使用して点レーザビームを導き、レーザ戻りを光受信機に導き直す。かかる装置は小型化することができず、それらのコストおよび機械的脆弱性は依然として高いままであろう。重心点モジュールは典型的に位置検出デバイス（ＰＳＤ）を使用する。これらの装置は、それらの表面に当たるすべての光の重心を測定する。変調技術を使用することで周辺光の影響のいくつかを相殺できるが、ＰＳＤは、レーザスポットが非常に強い反射をしない限りうまく機能せず、使用は１メートル以下の範囲に制限される。ピクセルベースのポイントモジュールは、最大の信号強度でピクセルを検索し、センサ上の光スポットの位置を決定する。典型的に、ＣＭＯＳラインアレイが検出に使用される。Ｋｏｎｏｌｉｇｅ等は、ピクセルベースのポイントモジュールの低価格版を紹介している。
ＵＳ５２３５３７７Ａには、光が投射部から物体に投射されるカメラ用の測定装置を記載している。物体に反射された光は、互いに隣接するように配置された第１受光部と第２受光部とで受光される。第１受光部では、受光位置および受光量に関する第１および第２信号が出力され、第２受光部では、反射光の光量に関する第３信号が出力される。判定部と計算部において、反射光が所定距離よりも近い場所に位置すると判別された場合には、測定算出回路により、第１の信号と第２の信号との出力比から測定距離を算出することができる。一方、反射光が所定距離より遠い場所に位置すると判別された場合には、測定算出回路により、第１信号と第２信号の和と第３信号との出力比から測定距離を算出することができる。
ＵＳ５５１２９９７Ａには、赤外線を被写体に向けて放射する赤外線発光ダイオードと、被写体からの反射光に対応する画像が形成される第１および第２のリニアラインセンサとを有する距離測定装置が記載されている。第１および第２のリニアラインセンサは、互いに隣接してかつ平行に配置され、所定のＡ／Ｄ変換ステップの半分に相当する量をオフセットされている。リニアラインセンサから出力されたアナログ距離データは、所定のＡ／Ｄ変換ステップを用いてデジタル距離データに変換された後、合算されて被写体距離が高精度に求められる。リニアラインセンサから出力されたアナログ距離データは、所定のＡ／Ｄ変換ステップを用いてデジタル距離データに変換され、デジタル距離データは、高精度で被写体距離を得るために一緒に合算される。
ＤＥ４２１１８７５Ａ１には、スポット偏心を電子的に補正する光学距離計が記載されている。光学距離計は、例えば物体表面の傾斜が原因で出力距離測定値が有効であるか誤っているかを判定する評価回路を有する。距離信号は、第１の検出器上の光スポットの位置を評価することによって決定される。物体表面の傾斜を特徴付ける第２の制御信号は、異なる平面に配置された第２の検出器上の光スポットの偏心を評価することによって決定される。
ＷＯ２０１６／０５１３２３Ａ１には、少なくとも１つの物体の位置を光学的に決定するための検出器および方法が記載されている。検出器は、少なくとも１つの光束の位置を決定するための少なくとも１つの光センサと、物体の横方向位置に関する少なくとも１つの情報項目および物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報項目を生成するための少なくとも１つの評価装置とを備える。センサは少なくとも第１の電極と第２の電極とを有する。少なくとも１つの光起電力材料が第１の電極と第２の電極との間に埋め込まれている。第１電極または第２電極は、少なくとも３つの部分電極を有する分割電極である。検出器および方法は、迅速かつ効率的な方法で物体の３次元座標を決定することができる。
ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１には、その内容が参照により本明細書に含まれ、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が提案されている。光センサは少なくとも１つのセンサ領域を有する。光センサは、センサ領域の照射に依存して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計されている。照射の総出力が同じ場合、センサ信号は、照射の幾何学的形状、特にセンサ領域上の照射のビーム断面積に依存する。検出器はさらに少なくとも１つの評価装置を有する。評価装置は、センサ信号から幾何学的情報の少なくとも１項目、特に照射および／または物体に関する幾何学的情報の少なくとも１項目を生成するように設計されている。
ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１は、その全内容が参照により本明細書に含まれ、少なくとも１つの横方向光センサおよび少なくとも１つの光センサ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および検出器を開示している。具体的には、物体の縦方向位置を高い精度でかつ曖昧さなしに決定するために、センサスタックの使用が開示されている。
ＷＯ２０１５／０２４８７１Ａ１およびＵＳ２０１５／２８６３４０Ａ１は、その全内容が参照により本明細書に含まれ、以下を含む光検出器を開示しており、光検出器は、
－ ピクセルのマトリックスを有し、各ピクセルは、ピクセルを通過する光束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り、空間的に分解されるように光束の少なくとも１つの特性を修正するように適合された少なくとも１つの空間光変調器；
－ 空間光変調器のピクセルのマトリックスを通過した後に光束を検出し、少なくとも１つのセンサ信号を生成するように適合された少なくとも１つの光センサ；
－ 異なる変調周波数において少なくとも２つのピクセルを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；そして
－ 変調周波数に関する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施するように適合された少なくとも１つの評価装置、
とを含む。
ＵＳ４，７６７，２１１では、試料の境界表面を測定する装置および方法を開示しており、試料からの反射光のうち反射光の光軸付近を進む一部の光量と、反射光のうち、光軸から所定の距離を外れる位置へ向かう部分の光量との比率を、試料の境界表面を正確に測定するために使用している。上記の比率を用いることで測定精度が向上するため、試料を通過可能な光を入射光として使用することができる。このように、先行技術では測定することができなかった、試料表面内の深い穴や、生物試料における気泡などの空隙を、非常に正確に測定することができる。
ＷＯ２０１４／１９８６２９Ａ１は、その全内容が参照により本明細書に含まれ、以下を含む少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器を開示しており、検出器は、
－ 少なくとも１つのピクセルマトリックスを有し、物体から検出器に向かって伝播する光束を検出するように適合された、少なくとも１つの光センサ；および
－ 少なくとも１つの評価装置であって、光束によって照射される光センサのＮ個のピクセルを決定するように適合され、さらに検出器は、パルス光ビームを生成する光束によって照射されるＮ個のピクセルを使用することによって物体の少なくとも１つの縦方向座標を決定するように適合された、少なくとも１つの評価装置、
とを含む。
さらに、一般に、他の様々な検出器の概念については、ＷＯ２０１４／１９８６２６Ａ１，ＷＯ２０１４／１９８６２９Ａ１およびＷＯ２０１４／１９８６２５Ａ１において、その全内容が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。
ＵＳ２００６／０４４５４６Ａ１は、３次元シーンに同時に測距可能な測距装置を記載している。照射手段は、２次元のスポットアレイで場景を照射する。検出器は、照射手段の近くに配置されており、場景を見るように配置されている。プロセッサは、検出器からの出力に応答し、そして場景の画像内のスポットの位置から、そのスポットまでの範囲を決定する。
ＵＳ２００８／１３００５Ａ１は、行が一度に１つずつ選択され、行および列に配列されたピクセルを含む表示装置に反転スキームを提供するために列データ電圧が反転される駆動方式を記載している。行が選択される順序は、第１極性行の第１グループが第１順序で選択され、第２極性行の第１グループが第２順序で選択され、第１極性行の第２のグループが前記第２の順序で選択され、そして第２の極性行の第２のグループが前記第１の順序で選択され、第１順序は昇順または降順の行番号順のいずれかであり、第２の順序は、昇順または降順の行番号順のうちの他方である。
上述の装置および検出器によって示唆される利点にもかかわらず、いくつかの技術的課題が残っている。したがって、一般に、信頼性がありかつ低コストで製造することができる、空間内の物体の位置を検出するための検出器が必要とされている。具体的には、３Ｄ感知概念に対する必要性が存在する。様々な既知の概念は、上記の概念のいくつかなど、少なくとも部分的にいわゆるＦｉＰセンサを使用することに基づいている。そこでは、一例として、個々のセンサピクセルが光スポットよりもかなり大きく、特定のサイズに固定されている大面積センサを使用することができる。それでも、多くの場合、大面積センサは、ＦｉＰ測定原理の使用、特に複数の光スポットを同時に調査する場合に本質的に制限される。
ＦｉＰ検出器を使用するさらなる課題は、検出器領域またはアクティブ領域である。典型的には、距離測定のためには、検出器の大きなアクティブ領域が使用されるかまたは必要とまでされる。しかしながら、この領域は、特に四辺形導電率の概念がＰＳＤを構築するために使用される際にノイズの問題を引き起こす可能性がある。これはしばしば、検出器の直列抵抗に関連した大きな静電容量のために、信号対雑音比が劣りおよび検出器応答時間が遅くなる結果をもたらす。ＦｉＰ検出器を使用するさらなる課題は製造コストである。したがって、多くの場合、一般的なＦｉＰセンサは、例えば従来のＳｉベースのフォトダイオードと比べて高額である。さらに、ＦｉＰセンサを使用した測定の測定結果の評価は、特に光束の総出力が未知である場合には依然として問題である。光束の伝播軸に沿って異なる位置に配置された複数のＦｉＰセンサが使用される場合、測定範囲は典型的にセンサの２つの位置間の範囲に限定される。さらに、多くのＦｉＰ検出器は、輝度依存性を示し、これは測定結果の評価をより困難にし、さらに、多くの場合、ＦｉＰ測定はターゲットスポットサイズに依存する。
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」、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、「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、
－ 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領域を有し、各前記光センサは前記物体から前記光センサに伝播する少なくとも１つの光束による前記感光領域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、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する少なくとも１つの光センサを決定し、少なくとも１つの中心信号を形成し；
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つの和信号を形成し；
ｃ） 前記中心信号と前記和信号を結合して少なくとも１つの結合信号を決定し；そして、
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た評価装置と、を有する。
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。
本明細書でさらに使用されるように、「光センサ」は、一般に、照射および／または少なくとも１つの光束によって生成された光スポットを検出するためなどの、光束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、「感光領域」は、一般に、少なくとも１つの光束によって外部から照らされ得る光センサの領域を指し、その照射に応じて少なくとも１つのセンサ信号が生成されるかを指す。感光領域、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。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領域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束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。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つの感光領域を提供することにより各光センサに正確に１つの感光領域が存在し、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つの感光領域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領域を有するもの及びより大きい感光領域を有するものを、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。
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、光束による照射に応答して光センサによって生成された信号を指す。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、光センサまたは他の任意の要素がセンサ信号を処理または前処理するように適合させることができ、それによって、フィルタリングなどによる前処理など、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。センサ信号は、光束の少なくとも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；三角ビームプロファイル；円錐ビームプロファイルと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。
感光領域は、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、感光領域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領域の少なくとも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°の範囲、例えば９０°で、感光領域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束は、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、許容差は例えば±２０°以下、好ましくは±１０°以下、より好ましくは±５°以下である。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、許容差は例えば±２０°以下、好ましくは±１０°以下、より好ましくは±５°以下である。
本発明は、物体の少なくとも１つの縦方向座標を決定するための一般的な概念を実施することができ、以下のように特徴付けることができる。したがって、上述の先行技術文献、例えばＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１またはＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１のうちの１つまたは複数において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、そこから光束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束の場合、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、光束がフォーカスすると増加し、光束がデフォーカス（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、光束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結合信号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結合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領域の共通平面上など、センサ要素上の光束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。したがって、例えば、センサ要素のマトリックスの光センサの感光領域の共通平面上など、センサ要素上の光束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異なり得る。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、ＷＯ２０１４／１９８６２９Ａ１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、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対象領域の光センサによって生成された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つの光センサの少なくとも１つのセンサ信号を指し、対象領域は、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。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、対象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。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合算、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、センサ信号を合算する、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対象領域のセンサ信号を平均化することを指し、対象領域は、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。センサ信号を合算、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、合算、積分、または平均化から除外されてもよく、あるいは、合算、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対象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、和信号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央信号の導出など、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信号または和信号の一方または両方を決定するように構成されてもよい。スライスまたはカットは、例えば１つまたは複数の特定の行および／または列を使用す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（quotient）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、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束は、具体的には中心信号が発生する少なくとも１つの光センサが光束内に完全に配置されるように、光束の幅は、センサ信号が生じる少なくとも１つの光センサの感光領域よりも広く、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束は、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、光束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、光束による物品、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。
光束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、光束は、物体および／または光束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つの照射源など、物体から生じてもよく、または、物体を直接的または間接的に照射する照射源からなど、異なる照射源などから生じてもよく、光束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、および検出器に組み込まれた照射源またはよって物体に取り付けられ、物体に組み込まれ、または物体によって保持されている、１つまたは複数のビーコン装置に一体化された照射源であってよい。
本明細書で使用されるとき、「光線」という用語は、一般に、エネルギーの流れの方向を指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ているように、「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、「光線」および「ビーム」という用語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とき、「光束」という用語は一般に、光量、具体的には本質的に同じ方向に移動し、拡散角度または拡幅角度を有する可能性を含む、光量を指す。光束は空間的広がりを有し得る。具体的には、光束は、非ガウスビームプロファイルを有し得る。ビームプロファイルは、台形ビームプロファイル、三角ビームプロファイル、円錐ビームプロファイル、台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、「ビームプロファイル」という用語は、一般に、光束の横方向強度プロファイルを指す。「ビームプロファイル」という用語は、特に、光束の伝播方向に対して垂直な少なくとも１つの平面内における光束の強度の空間分布に特に関する。以下でさらに詳細に概説するように、光束は具体的にはガウス光束またはガウス光束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。検出器は、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得る少なくとも１つの転送装置を含み得る。
センサ要素の光センサは、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つまたは複数に高感度であり得る。光センサは、具体的には、赤外スペクトル範囲、具体的には７８０ｎｍから３．０マイクロメートルの範囲、および／または可視スペクトル範囲、具体的には３８０ｎｍから７８０ｎｍの範囲で高感度であり得る。具体的には、光センサは、シリコンフォトダイオードが特に７００ｎｍから１０００ｎｍの範囲で適用可能である近赤外領域の一部において高感度であり得る。
具体的には、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、光導電体、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、全体的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、「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。
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、結合された信号および／またはそれから導出された任意の二次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二次センサ信号など、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の所定の許容範囲内にあるセンサ信号の一群の平均；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範囲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の一群の平均値；所定の閾値を超えているセンサ信号の一群の総和値；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範囲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二次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、「二次センサ信号」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対象領域から二次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、それによって二次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、二次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つの対象領域の選択；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。対象領域は、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、そして物体が対象領域内に位置するように対象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、対象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。
上記で概説したように、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、対象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値；マトリックスの全てのセンサ信号の総和値；マトリックスの全てのセンサ信号の積分値；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値；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値；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値；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値；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値；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値；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値、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。
合算は、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。合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合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、一般に結合信号は、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つの結合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、結合信号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、結合信号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、光束の直径またはマトリックスの光センサの感光領域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、光束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、典型的には光束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束のサイズまたは直径との間に独特かつ明白な関係を与える二次信号を形成することができる。その一方で、光束のサイズまたは直径は、光束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独特かつ明白な関係が存在し得る。後者については、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１などの１つまたは複数の上述の先行技術文献を参照することができる。所定の関係は、ガウス光束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二次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、和信号と中心信号を割る、和信号と中心信号の倍数を割る、和信号と中心信号の線形結合を割る、のうち１つまたは複数の結合信号Ｑを導出するように構成することができる。
例えば、評価装置は、結合信号Ｑを下記の数式１によって導出するように構成されてもよい。
Figure 2023085535000002
数式１において、ｘおよびｙは横座標、Ａ１およびＡ２はセンサ要素の位置における少なくとも１つのビームプロファイルの領域であり、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示す。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。したがって、Ａ１およびＡ２は、形状または含有量のうちの１つまたは複数において異なり得る。中心信号は、ビームプロファイルの中心情報を本質的に含むセンサ信号であり得る。和信号は、ビームプロファイルのエッジ情報を本質的に含む信号であり得る。ビームプロファイルは、光束の断面であり得る。ビームプロファイルは台形ビームプロファイル；三角ビームプロファイル；円錐ビームプロファイルと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。
中心信号および和信号のそれぞれは、光束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、結合信号Ｑを決定するために使用されるセンサ要素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、和信号がビームプロファイルの第１の領域の情報を含み、中心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、隣接領域または重複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の領域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、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。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。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して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むことができる。 エッジ情報は、１０％未満、好ましくは５％未満の中心情報の比率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、断面の全領域を第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、中心信号と合算信号との第１の線形結合と、中心信号と合算信号との第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。
エッジ情報は、ビームプロファイルの第１の領域内のいくつかの光子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第２の領域内のいくつかの光子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／または合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／または合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、結合信号Ｑ内の面積積分をスライスまたはカットに沿った１つまたは複数の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る、エッジ情報と中心情報の倍数を割る、エッジ情報と中心情報の線形結合を割る、のうちの１つまたは複数によって結合信号Ｑを導出するように構成されてもよい。したがって、実質的には、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束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、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つの光束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２のように書くことができる。
Figure 2023085535000003
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３のように書き換えることができる。
Figure 2023085535000004
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像点プロファイルｐ（ｘ，ｚ）の重ね合わせと見なすことができる。この関係は、下記の数式４によって与えられる畳み込みとしてモデル化できる。
Figure 2023085535000005
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５のように書き直すことができる。
Figure 2023085535000006
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６によって与えられ得る。
Figure 2023085535000007
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７のように表される。
Figure 2023085535000008
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８によって与えられる。
Figure 2023085535000009
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９に示す間隔でθを変化させれば十分である。
Figure 2023085535000010
一実施形態では、物体から検出器まで伝播する光束は、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束は、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、光センサ上の、特に光センサの感光領域上の、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束は少なくとも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エリアに対応し得る。Ａ２は、光センサ上の点パターンにおける点の中央領域であり得る。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束は、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。
したがって、一般に、評価装置は、結合信号Ｑなどの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、中心信号と和信号とを直接結合し、それらの縦方向座標を導出することによるような一段階プロセスであっても、あるいは、最初に中心信号と和信号から結合信号を導出し、次に結合信号から縦方向座標を導出することによるなど、多段階プロセスであってもよい。両方の選択肢、すなわち別々の独立した工程である工程ｃ）およびｄ）の選択肢、ならびに完全にまたは部分的に組み合わされる工程ｃ）およびｄ）の選択肢は本発明に含まれるものとする。
評価装置は、結合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記憶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。
結合信号Ｑは、様々な手段を用いて決定され得る。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、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、このデバイダは結合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現化することができる。デバイダは、完全にまたは部分的にセンサ要素の答えに統合されてもよく、または完全にまたは部分的にセンサ要素から独立して具体化されてもよい。
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、それらを含むことができる。具体的には、光センサは、赤外スペクトル範囲において感受性であり得る。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。
具体的には、光センサは、赤外線スペクトル範囲、好ましくは７８０ｎｍから３．０マイクロメートルの範囲で感度のある無機フォトダイオードであるか、またはそれを含むことができる。具体的には、光センサは、シリコンフォトダイオードが特に７００ｎｍから１０００ｎｍの範囲で適用可能である、近赤外領域の一部において敏感であり得る。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、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、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、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。
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。このようにして、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、代替として、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つまたは複数のような市販のマトリックス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、または上述のマトリックスなどのセンサアレイの一部であってもよい。したがって、一例として、検出器は、ｍ個の行およびｎ個の列を有し、ｍ、ｎは独立して正の整数である長方形のアレイなどの光センサ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、すなわち、ｎ＞１、ｍ＞１が与えられる。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、行数と列数の比は１に近い。一例として、ｎおよびｍは、ｍ／ｎ＝１：１、４：３、１６：９または同様のものなどを選択することによって、０．３≦ｍ／ｎ≦３となるように選択されてもよい。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「本質的に垂直」という用語に関しては、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°未満の公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、上記で概説したように、軸方向の回転対称性が予想される構成では、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、「本質的に垂直」という用語に関しては、上記の定義および許容誤差を参照することができる。光軸はまっすぐな光軸でもよいし、または１つまたは複数の偏向素子を使用することによって、および／または１つまたは複数のビームスプリッタを使用することなどによって、曲げられても、さらには分割されてもよく、後者の場合、本質的に垂直な配向は光学設定のそれぞれの分岐またはビーム経路内の局所光軸を指すことができる。
マトリックスは、２つもしくは４つの別々の感光領域を含み得、そして／または２つもしくはそれ以上のセグメント、特に２つもしくは４つのアクティブ領域に細分され得る。感光領域および／またはセグメントは分割線によって分離されていてもよい。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（quadrant diode）は少なくとも２本の分割線を含むことができる。少なくとも２つの分割線は互いに直交して配置されてもよい。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結合信号の調整を可能にする。和信号と中心信号の結合信号を決定することに加えて、評価装置は、マトリックスの他の信号を用いて第２の商を決定するように構成されてもよい。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複領域を有することができる。例えば、商信号は、頂部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、底部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ることによって決定することができる。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信号を使用することで、検出器は、光スポットの距離に依存した移動をせずに商を決定することを可能にし得る。特に、例として、上部と下部のセグメント間の分割線がベースラインと平行である場合、下部セグメントによって割った上部セグメントから決定された商信号は、近距離場で使用することができる。ここで、光スポットは、象限ダイオードの左右いずれか一方のセグメント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、頂部セグメントと底部セグメントのセンサ信号を割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割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、広い範囲にわたって大きな分解能で距離測定が可能であるように、象限の取得されたセンサ信号を組み合わせるように適合され得る。
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ＦｉＰ効果を発生させるために必要とされる技術的努力を考慮して、本発明は特に非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において強いピークを示すので、光センサとしてＦｉＰセンサを使用する本発明による検出器の測定範囲は、位置間の範囲および光センサが光束の焦点にある範囲に限定される。しかしながら、線形光センサ、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、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するように線形信号特性を有することができる。
検出器は、物体を照射するため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束を生成するように構成することができる。検出器は、照射光束が検出器から検出器の光軸に沿って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、照射光束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。
上記で概説したように、照射源は、具体的には、赤外スペクトル範囲の光を放射するように構成することができる。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、異なる照射源は異なる変調周波数を有することができ、これは以下にさらに詳細に概説されるように、後ほど光束を区別するために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つのデジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）プロジェクター、少なくとも１台のＬＣｏＳプロジェクター、少なくとも１つの空間光変調器；少なくとも１つの回折光学素子；少なくとも１つの発光ダイオードアレイ；少なくとも１つのレーザ光源のアレイ、のうち１つまたは複数を含み得る。
検出器は少なくとも１つの照射源を含み得る。照射源は、少なくとも１つの照射光束で物体を照射するように適合されてもよい。照射光束は、物体によって完全にまたは部分的に反射されてもよく、検出器に向かって戻ってもよい。照射源は、照射光束の伝播方向が光軸と本質的に平行であるように配置されてもよい。本明細書で使用されているように、「本質的に光軸に平行」という用語は、例えば±２０°以下の公差、好ましくは±１０°以下の公差、より好ましくは±５°以下の公差である、平行配向の状態を指す。照射源は、照射光束の伝播方向に延びる線と光軸とが空間的に交差しないように配置されてもよい。特に、照射は軸上にあり得る。そのような軸上照射を提供するために、一例として、１つまたは複数のプリズムおよび／または可動ミラーまたは可動プリズムなどのダイクロイックミラーのようなミラーなど、１つまたは複数の反射要素を使用することができる。反射光束は本質的に光軸と平行であり得る。したがって、本発明によれば、三角測量法で行われているように、物体の距離は、光束の角度、すなわちセンサ上の光スポットの位置からは決定されない。代わりに、物体の距離は光軸と本質的に平行な光束を使用して決定されてもよい。非三角測量法によるが、少なくとも２つのセンサ信号を組み合わせることによる物体の距離の決定は、物体距離の決定は、照射光束の伝播方向が本質的に光軸と平行になるように照射源を配置可能にする。
光束は、単色光束であり得る。光束は狭帯域の波長を含むことができ、好ましくは光束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つの単色光束を生成するように適合されてもよく、および／または検出器は、モノクロメータのような狭帯域波長をフィルタリングするように適合される少なくとも１つのフィルタ要素を含んでもよい。
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又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、ＬＥＤ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、物体を照らすパターンを指す。照射パターンは例えば、少なくとも１つの周囲光源により、または少なくとも１つの照射源による周囲光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；少なくとも１つの凸状均一傾斜を有するパターン；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、三形パターン、長方形のパターン、六角形のパターン、またはさらに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、このため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ー；少なくとも１つのデジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）プロジェクター、少なくとも１台のＬＣｏＳプロジェクター、少なくとも１つの空間光変調器；少なくとも１つの回折光学素子；少なくとも１つの発光ダイオードアレイ；レーザ光源の少なくとも１つのアレイ、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ーを含んでもよい。照射源は、照射源によって生成された少なくとも１つの光束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機器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ことができ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、モバイルデバイス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束を指す。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、パルス光束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、連続照射光束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、例えば好ましくは一定速度で回転ししたがって定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む、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を含んでよい。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。
好ましくは、照射源は可動式および／または移動式照射源であり得る。例えば、照射源は、異なる位置および／または角度から物体を照射するように、測定中に移動されてもよい。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、位置が不明確な照射源に適合させることができる。
照射源は、収束光束および／または発散光束および／または平行光束を用いて物体を照射することができる。
照射源およびセンサ要素は、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、基準線とも呼ばれる「ベースライン」という用語は、距離、例えばｘｙ平面内の距離、光軸と照射源との間の距離、特に、光軸と照射光束の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、光センサおよび転送装置のサイズおよび位置などのさらなる検出器素子によって定義されてもよい。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。例えば、検出器は、さらなる光学素子を含まないコンパクトな装置であり得る。照射源は、転送装置の端部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、転送装置の直径の半分、特にレンズの直径ならびにレンズおよび光源のハウジングに近いものであり得る。例えば、検出器はさらにコンパクトな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、特に小さいミラーは、転送装置の前、特に中心、例えば幾何学中心に、または中心に近い位置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直径の半分未満であり得る。ベースラインができるだけ小さくなるように照射源を配置することができる。照射光束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までの接続線に沿った距離は、好ましくは転送装置の中心から転送装置の端部までの距離の２．５倍未満、より好ましくは、転送装置の中心から転送装置の端部までの距離の１．５倍未満、最も好ましくは、転送装置の中心から端部までの距離の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、そしてベースラインは小さくなり得る。長い距離では照射源の開口は大きくなり得、そして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となる三角測量法の場合とは反対である。さらに、三角測量に基づくシステムは、必要なベースラインの空間的広がりのために、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。そ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領域に到達できないという結果になり得る。さらに、三角測量に基づくシステムでは、小さなベースラインを使用すると最小検出範囲が狭くなるが、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、複数の感光領域およびセンサ信号、例えば少なくとも１つの検出器行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の決定はより少ない数のセンサ信号、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。
検出器は、少なくとも１つの転送装置をさらに備えてもよく、転送装置は光束を光センサ上にガイドするように適合される。転送装置は、具体的には、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つの回折光学素子；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つのビーム分割素子、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１つまたは複数を含むことができる。
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、光束、特に物体の一点から放射される少なくとも１つの光束の錯乱円の最小範囲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束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、転送装置から感光領域までの縦方向距離、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、物体からの光束を転送装置の焦点距離で集束させるように適合され得る。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、物体の少なくとも１つの点からの光束を転送装置の焦点距離で焦点面に集束させるように適合され得る。検出器から無限の距離に位置しないか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か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つの点からの光束の錯乱円は、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束の錯乱円の最小の広がり以外の位置を指す。特に、焦点または錯乱円の最小の広がりは縦方向座標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。このように、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の広がりから±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、焦点から焦点距離の２．５％離間するように、９７．５％の焦点距離に位置するとよい。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、光束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。
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）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰｓ）、またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）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。
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。ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１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敏感装置（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ＰＳＤｓ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、光束の一部は、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つの横断座標が決定される。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、単一の光束または複数の光束を評価するように構成されてもよい。複数の光束が物体から検出器まで伝播する場合、光束を区別する手段を設けることができる。したがって、光束は異なるスペクトル特徴を有することができ、検出器は異なる光束を区別するための１つまたは複数の波長選択素子を含んでもよい。次に、各光束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つ以上の光束を区別するために、光束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、光束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、異なる光束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束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つの対象領域、例えば物体の縦方向座標の決定に使用される光束によって照射される１つまたは複数の画素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。
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。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、照射光束は照射源から物体まで進行し、反射光束は物体から光センサの感光領域まで進行した。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束の放射と反射光束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、特に後続の時間窓に記憶するように構成されてもよい。光センサは、反射光束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）、または反射光束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、相関信号を決定することによって、例えば受信信号すなわち反射光ビームに放射信号すなわち照射光束を乗算することによって、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束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束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つの画素化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、照射光束は少なくとも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センサ信号と結合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センサ信号または結合センサ信号の一方のみから一意的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以下および／または特定の距離以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合算されて、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と結合センサ信号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）工程（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。
工程（１）および工程（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、工程（１）においてＴＯＦセンサ信号が選択され、工程（２）において結合信号Ｑが選択されてもよい。別の例では、工程（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。工程（２）において、ＴＯＦセンサ信号が選択されてもよい。
工程（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、反射光束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を下記の数式１０によって決定するように適合されてもよい。
Figure 2023085535000011
ここで、ｃは光速、ｔ０は照射光束のパルス長、ｚ０は時間測定の分解能によって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。
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３次元感知装置では、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基準パターンの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つの光束は、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束による感光領域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、以下のうちの１つまたは複数を含み得る：フィルタ処理；少なくとも１つの対象領域の選択；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；バイナリ画像の生成。対象領域は、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つの基準パターン内の少なくとも１つの基準特徴を決定するように適合されていてもよい。「基準パターン」という用語は、少なくとも１つの基準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基準パターン内の少なくとも１つの基準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基準特徴は、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、基準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、基準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。基準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、基準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。基準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基準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、エピポーラ平面と基準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基準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基準特徴は、反射パターン内の像位置と比較して基準パターン内で変位し得る。基準パターンは、選択された反射特徴に対応する基準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基準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つの基準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、対応する基準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、決定された長手方向座標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基準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つの基準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、基準パターンの対応する基準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、少数の基準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、基準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、整合基準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基準特徴の位置、および／または選択された反射特徴および一致した基準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、三角測量を用いて基準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、ＷＯ２０１５／０２４８７１またはＷＯ２０１６／１２０３９２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、画素化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。ＷＯ２０１５／０２４８７１またはＷＯ２０１６／１２０３９２で概説したように、ＦｉＰ信号は、広い距離範囲にわたって奥行き情報を決定するために使用され得る。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、センサ領域上またはセンサ領域内において１つまたは複数の集束および／または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し得る。比較目的のために、対応する材料に最小限の断面を有する光束が衝突するという条件、例えば光レンズによる影響に応じて材料が焦点または焦点付近に位置し得るという条件で縦方向センサ信号の最大値が観測される状態を「正のＦｉＰ効果」と呼ぶことができる。負のＦｉＰ効果は、対応する材料に最小限の利用可能なビーム断面を有する光束が衝突するという条件、特に、光レンズによる影響に応じて材料が焦点または焦点付近に位置し得るという条件での縦方向センサ信号の最小値の観察を表す。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。負のＦｉＰ効果が増加する一方で、位置、サイズ、形状、シャープネスなどの画像の変化は遠くで消え得る。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。検出器は具体的には少なくとも１つの転送装置を含み、転送装置は光束を光センサ上にガイドするように適合されている。転送装置は少なくとも１つのレンズ、好ましくは少なくとも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つのビーム分割素子、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、うちの１つまたは複数を含み得る。その中で、一般に「転送装置」という用語は一般に例えば、光束のビームパラメータ、光束幅、または光束の方向のうちの１つまたは複数を修正することによって、光束を修正するように適合されている１つまたは複数の光学要素を指し得る。転送装置は、光束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、好ましくは少なくとも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つの回折光学素子；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つのビーム分割素子、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つまたは複数を含み得る。
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、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従うような、本発明による少なくとも１つの検出器を含む。検出器システムは、少なくとも１つの光束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、物体によって保持可能および物体に統合可能であるもののうちの少なくとも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、レーザ、ＬＥＤ、白熱電球などの１つまたは複数の光源などの１つまたは複数の照射源を含む、少なくとも１つの能動型ビーコン装置であるか、またはそれを含むことができる。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、７８０ｎｍから３．０μｍの範囲のような赤外スペクトル範囲を使用することができる。上で概説したように、２つ以上の光束を区別するために、１つまたは複数のビーコン装置によって放射される光は、変調されてなくても、または変調されてもよい。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つまたは複数の光束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、光束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束を反射および／または散乱するように適合されている場合、ビーコン装置は、光束のスペクトル特性に影響を及ぼさないようにするか、あるいは、例えば光束の波長を変更することによって光束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、上に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ているか、またはユーザによって保持されているかのうちの少なくとも１つであるように適合される。ヒューマンマシンインターフェースは、検出器システムの手段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。娯楽装置は、上に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。娯楽装置は、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の手段により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。娯楽装置は、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、上に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対象物の一連の位置を追跡するように適合される。
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、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も意味し得る、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が提供される。走査システムは、上に挙げた実施形態の１つまたは複数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つまたは複数に開示されているような少なくとも１つの検出器などの本発明による少なくとも１つの検出器を含む。走査システムは、照射光束または走査光束とも呼ばれ得る少なくとも１つの光束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、「場景」という用語は、一般に、２次元または３次元範囲の少なくとも１つの幾何学的または空間的特性を検出器に評価され得るように、検出器によって見える２次元または３次元範囲を指す。本明細書でさらに使用されるように、「走査」という用語は、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、照射光束を第１の方法で配向または指向させた少なくとも１つの第１の測定を意味し、そして照射光束を第１の方法とは異なる第２の方法で配向または指向させた少なくとも１つの第２の測定を意味し得る。走査は、連続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に、照射光束を場景の異なる領域に向けることができ、各領域について少なくとも１つの縦方向座標などの少なくとも１つの情報項目を生成するために検出器を検出することができる。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束が、連続的にまたは段階的に、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、点走査または線走査、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異なり得る。しかしながら、代替として、走査システムの照射源はまた、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、またはその中に組み込まれてもよい。
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る少なくとも１つのドットを照射するように構成される少なくとも１つの光束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、「ドット」という用語は、照射源によって照射されるように、例えば走査システムのユーザによって選択され得る物体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ドットが配置され得る物体の表面の一部との間の距離に対する値をできる限り正確に求めることを可能にするためにできる限り小さくてもよく、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、物体の表面の関連した一部上のドットの存在を検出することを可能にするためにできる限り大きくてもよいサイズを呈してもよい。
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つの白熱電球および／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の波長を有することができる。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スペクトル範囲内の光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取り扱い性の特性のために、少なくとも１つのレーザ源を照射源として使用することが特に好ましい。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。このように、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、例えば、検出器のハウジング内などに組み込まれてもよい。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、読みやすいように距離に関する情報をユーザに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。さらに好ましい実施形態では、さらに、特に走査システムのハウジングは、１つまたは複数の動作モードを設定するため等、走査システムに関する少なくとも１つの機能を動作させるために構成され得る少なくとも１つのボタンを含み得る。さらに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及び／又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、ゴム足、ベースプレートまたは壁ホルダ等、走査システムが更なる表面に固定されるように構成された、少なくとも１つの固定ユニットをさらに備えてもよい。
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することができる。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、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などによって、走査システムによって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を考慮に入れることができ、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端または後端と単一ドットとの間の距離を代わりに決定することができる。
あるいは、走査システムの照射源は、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てもよい２つ以上の個々のレーザビームを放射してもよく、それによって、同じ物体の表面または２つの別々の物体の２つの異なる表面に位置する２つのそれぞれのドットを照射することができる。しかしながら、２つの個々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、走査システムとドットとの間に１つまたは複数の障害物が存在することにより、またはそうでなければ到達するのが難しい可能性があるなど、直接アクセスできない間接距離を導き出すなどの間接測定機能に使用することができる。したがって、一例として、２つの個別の距離を測定し、ピタゴラスの公式を使用して高さを導き出すことによって、物体の高さの値を決定することは実行可能である。特に、物体に関して所定のレベルを維持できるようにするためには、走査システムはさらに、少なくとも１つのレベリングユニット、特に一体型のバブルバイアルを備えてもよく、これはユーザによって所定のレベルを維持するために使用されてもよい。
さらなる代替例として、走査システムの照射源は、互いに関してそれぞれのピッチ、特に規則的なピッチを呈し、および少なくとも１つの物体の少なくとも１つの表面上に配置されるドットのアレイを生成するように配置されてもよいレーザビームのアレイなどの、複数の個々のレーザビームを照射してもよい。この目的のために、レーザビームの記載されたアレイの生成を可能にし得る、ビーム分割装置及びミラーなどの特別に適合される光学素子が提供されてもよい。特に、照射源は、周期的または非周期的な方法で光束を向け直すために１つまたは複数の可動ミラーを使用することによって領域またはボリュームを走査するように向けられてもよい。
したがって、走査システムは、１つまたは複数の物体の１つまたは複数の表面上に配置される１つまたは複数のドットの静的配置を提供してもよい。代替的に、走査システムの照射源、特に上述のレーザビームのアレイなど１つまたは複数のレーザビームは、経時的に変化する強度を呈してもよくおよび／または特に上述の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つまたは複数のミラーを動かすことによって、時間の経過において放射の方向が交互になり得る、１つまたは複数のレーザビームを提供するように構成されてもよい。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ような交互の特徴を有する１つまたは複数の光束を使用することによって、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。したがって、特に走査システムは、少なくとも１回の行走査および／または線走査を使用し、例えば１つまたは複数の物体の１つまたは複数の表面を順次または同時に走査することができる。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いて、安全レーザスキャナで使用され得、および／または、例えば、３Ｄプリント、身体走査、品質管理などと関連して物体の形状を決定するなどのために使用されるような３Ｄ走査装置で使用され得、建設用途において、例えば距離計など、物流用途において、例えば小包のサイズもしくは容積の決定などで使用され得、家庭内用途において、例えばロボット掃除機もしくは芝刈り機などに使用され得、または、走査工程を含み得る他の種類の用途において使用され得る。非限定的な例として、走査システムは産業用セーフティカーテン用途に使用することができる。非限定的な例として、走査システムを掃引、掃除機、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集めなどの庭または庭園の手入れ機能を実行するため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照射源を使用してもよく、照射明源の周波数を異なる周波数にシフトしてより正確な結果を得るように、および／または他のものを送信しながら特定の周波数を減衰させるためのフィルタを使用するように適合されてもよい。非限定的な例として、走査システムおよび／または照射源を全体として回転させるか、または動作中に専用のモータを使用してミラー、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てもよく、走査システムは、全３６０度の視野を有してもよく、あるいは走査エリアをさらに増大させるために平面外に移動および／または回転されてもよい。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、走査システムを三脚に取り付けて、いくつかの角部および表面を有する物体または領域に向けることができる。１つまたは複数の自在に移動可能なレーザ源が走査システムに取り付けることができる。１つまたは複数のレーザ源は、それらが対象の点を照射するように動かされる。走査システムに対する照射された点の位置は、走査システムの指定されたボタンを押すと計測され、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てもよい。レーザ源は、位置が測定されて携帯電話アプリケーションに送信されるさらなる対象点を照射するように移動されてもよい。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、点のセットを３次元モデルに変換することができる。３次元モデルは記憶されさらに処理されてもよい。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もよい。
非限定的な例として、走査システムは、点を投射するための２つ以上の自在可動なレーザ源と、さらに線を投射する１つの可動レーザ源とを含み得る。線は、線に沿って２つ以上のレーザスポットを配置するため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得る２つ以上のレーザスポット間の距離、例えば等しい距離を表示してもよい。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、投射点の距離は、１つまたは複数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、投射されたレーザスポットが互いに離れるように、または互いに近づく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射するように適合されてもよく、それに沿ってレーザスポットを投射し、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つのセンサ行または線を含むことができる。三角測量システムには十分なベースラインが必要であるため、近距離場では検出できない可能性がある。レーザスポットが転送装置の方向に傾けられていると、近距離場の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して遠距離場領域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ＣＭＯＳラインの光センサを含むことができる。走査システムは、物体からＣＭＯＳライン上の検出器まで伝播する複数の光束を検出するように適合されてもよい。光束は、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、上述しか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点について少なくとも１つ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。
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加工工具などの道具を用いて作業物を支持するように適合させることができる。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、その２つの測定距離または距離の合算をディスプレイに表示するように適合させることができる。さらに、走査システムは、走査システムは、表面の端までの距離を測定するように適合され得、例えば走査システムが該表面に配置されたときに、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るように移動し、距離測定が表面のコーナーまたは端による急な変化を示すまでレーザポイントが移動するように適合され得る。これにより、走査装置が厚板の上にその端部から離れて置かれている場合に、木厚板の端部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までの距離を測定し、反対方向に指定された距離で線または円または点を投射することができる。走査システムは、反対方向に測定された距離に応じ、例えば所定の合算距離に応じて、所定の距離に線または円または点を投射するように適合されてもよい。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射位置で使用することができ、同時に厚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で点または線などを投射するように構成されてもよい。距離の合算が変更されると、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、走査システムは表面に配置されるように適合され、例えば切断、鋸引き、穴あけなどの作業が行われるような表面などに配置され、そして走査装置上のボタンなどにより調整することができる所定の距離に、線を表面上に照射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、例えば生産環境などでの安全レーザスキャナ、および／または３Ｄプリントへの接続、身体走査、品質管理など物体の形状を決定するなどのために使用されるような３Ｄ走査装置、例えば距離計など、建設用途、例えば小包のサイズもしくは容積の決定など、物流用途、例えばロボット掃除機もしくは芝刈り機など家庭用品またはその他走査工程を含み得る応用に使用され得る。
任意選択の転送装置は、上述したように、物体から検出器へ伝播する光を、好ましくは連続的に光センサへ供給するように設計され得る。上記で説明したように、この供給は、任意選択的に、転送装置の画像形成特性あるいは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集めるように設計することもできる。任意選択できる転送装置はまた、例えば照射源が所定の光学特性を有する光束、例えば、所定のまたは正確に公知のビームプロファイルを有する光束、例えば少なくとも１つのガウスビーム、特に公知のビームプロファイルを有する少なくとも１つのレーザビームを供給するように設計されることにより、全体的にまたは部分的に少なくとも１つの任意選択の照射源の構成部分であり得る。
任意の照射源の考えられる実施形態に関して、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１が参照され得る。さらに、他の実施形態も実行可能である。物体から出てくる光は、物体自体の中から生じることが可能であるが、しかし、任意に、異なる起源を有することが可能であり、この起源から物体へ、および、続いて横方向および／または縦方向光センサに向けて伝播することが可能である。後者の場合は、例えば少なくとも１つの照射源が使用されることによって達成され得る。この照射源は、例えば、周囲照射源であり得るか、もしくは、それを含むことができ、および／または、人工照射源であり得るか、もしくは、それを含むことができる。例として、検出器自体は、少なくとも１つの照射源を含むことが可能であり、例えば少なくとも１つのレーザおよび／または少なくとも１つの白熱電球および／または少なくとも１つの半導体照射源、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むことが可能である。それら一般的に定義されているビームプロファイル、および、取り扱い性の他の特性のために、１つまたは複数のレーザを照射源またはその一部として使用することは特に好ましい。照射源自体は、検出器の構成部分であり得るか、またはその他検出器から独立して形成され得る。照射源は、特に、検出器、例えば、検出器のハウジングに一体化され得る。代替的にまたは追加的に、少なくとも１つの照射源は、また少なくとも１つのビーコン装置に、または、１つまたは複数のビーコン装置に、および／または、物体に一体化され得、または、物体に接続され得または物体に空間的に結合され得る。
したがって、１つまたは複数の任意選択のビーコン装置から射出される光は、光が各ビーコン装置自体から発するオプションの代替または追加として、照射源から照射され、および／または照射源によって励起され得る。例として、ビーコン装置から出てくる電磁光は、ビーコン装置自体によって放出され得、および／または、ビーコン装置によって反射され得、および／または、それが検出器に給送される前に、ビーコン装置によって散乱され得る。この場合、電磁放射の放出および／または散乱は、電磁放射のスペクトル影響を受けることなく有効化され得、または、そのような影響を伴って有効化され得る。したがって、例として、波長シフトが、例えば、ＳｔｏｋｅｓまたはＲａｍａｎにしたがって、散乱中にも起こる可能性がある。さらに、光の放出は、例えば、一次的な照射源によって励起され得、例えば、ルミネッセンス、特に、燐光および／または蛍光を発生させるように励起されている物体または物体の部分的な領域によって励起され得る。また、原則として、他の放出プロセスも可能である。反射が起こる場合には、物体は、例えば、少なくとも１つの反射領域、特に少なくとも１つの反射表面を有することができる。前記反射表面は、物体自身の一部であることが可能であるが、また、例えば、物体に接続されているかまたは空間的に結合されている反射体、例えば、物体に接続されているリフレクタプラークであることが可能である。少なくとも１つの反射体が使用される場合には、それは、例えば、検出器の他の構成部品から独立して、物体に接続されている検出器の一部ともみなされ得る。
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マイクロメートルの範囲のうち少なくとも１つの範囲内の光を放射することが可能である。熱画像形成用途の場合、標的は遠赤外線スペクトル範囲、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光を放射することができる。最も好ましくは、少なくとも１つの照射源は赤外スペクトル範囲の光を放射するようになっている。しかしながら、他の選択肢も可能である。
センサ要素への光束の供給は、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センサ要素の任意のセンサ領域上に生成されるように行われ得る。一例として、検出器は、その中で物体を検出することができる視覚範囲、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る。好ましくは、任意選択の転送装置は、例えば検出器の可視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領域上に配置されるように設計される。一例として、センサ領域は、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することができる。
さらなる態様では、本発明は、電子装置で使用するための慣性測定ユニットを開示する。電子機器は携帯電子機器であってもよい。電子機器はカメラであってもよい。電子機器は携帯電話であってもよい。慣性測定ユニットは、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を参照する１つまたは複数の実施形態によるなど、本発明による少なくとも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、「少なくとも１つの検出器によって決定されたデータ」という用語は、少なくとも１つの縦方向座標ｚ上の少なくとも１つの情報を指す。慣性測定ユニットはさらに、ホイールスピードセンサ、回転率センサ、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、「少なくとも１つのさらなるセンサによって決定されるデータ」という用語は、角度情報、スピード情報、回転率に関する情報、傾きに関する情報、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、空間内の位置、空間内の相対運動または絶対運動、回転、加速度、方位、角度位置、傾斜、ターン率、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、空間方位、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の絶対測定値を提供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構成されてもよい。様々なセンサ信号は、各センサ信号が測定誤差および不正確さを受けやすいことを考慮に入れ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、縦方向座標の測定などのための推定値を改善することができる。
さらなる態様では、本発明は、上に開示されるような、または以下に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ような、本発明による検出器など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、以下の方法工程を含み、方法工程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工程が存在してもよい。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。
方法工程は以下の通りである：
－ 物体から、検出器、光センサのマトリックスを有する検出器、それぞれ感光領域を有する光センサまで伝播する少なくとも１つの光束で検出器の少なくとも１つのセンサ要素を照射すること、ここで、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。
－ センサ信号の評価は、
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）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）中心信号と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；そして
ｄ）組み合わされた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、
によって評価する。
具体的には、第１および第２のセンサ信号の評価は、中心信号と和信号と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と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との商、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結合信号Ｑを導出することを含むことができる。さらに、縦方向座標の決定は、結合信号Ｑを評価することを含み得る。結合信号の評価は、具体的には、縦座標を決定するために、結合信号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。
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、上記または以下にさらに詳細に示す１つまたは複数の実施形態によるような、本発明による検出器を使用すること、を含むことができる。
本発明のさらなる態様では、上記または以下にさらに詳細に示す１つまたは複数の実施形態によるような、本発明による検出器を使用は、交通技術における位置測定；娯楽用途；セキュリティ用途；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；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；からなる群より選択される使用目的のために提案されている。
物体は一般的に、生物物体および非生物物体であってもよい。検出器または検出器システムは、少なくとも１つの物体を含んでもよく、それによって物体は検出器システムの一部を形成する。しかしながら、好ましくは、物体は少なくとも１つの空間次元において検出器から独立して動くことができる。物体は一般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。物体が非剛体物体またはその形状を変化させる可能性がある物体である実施形態など、他の実施形態も可能である。
以下にさらに詳細に概説されるように、本発明は特に、機械の制御、ゲームまたはスポーツのシミュレーションなどの目的で、人の位置および／または動きを追跡するために使用することができる。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てもよい。
したがって、一般に、検出器などの本発明による装置は、様々な用途分野に適用することができる。具体的には、検出器は、；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；部屋、建物および街路の群から選択される少なくとも１つの空間のような少なくとも１つの空間の地図を生成するためのマッピング用途；モバイル用途；ウェブカメラ；オーディオ機器；ドルビーサラウンドオーディオシステム；コンピュータ周辺機器；ゲーム用途；カメラまたはビデオ用途；セキュリティ用途；監視用途；自動車用用途；トランスポート用途；医療用途；スポーツの用途；マシンビジョン用途；車両用途；飛行機用途；船用途；宇宙船用途；ビルディング用途；建設用途；地図作成用途；製造用途、から選択される使用目的に適用され得る。追加的にまたは代替的に、ローカルおよび／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、特に自動車やその他の乗り物（電車、オートバイ、自転車、貨物輸送用のトラックなど）、ロボット、または歩行者による使用のためのランドマークベースのポジショニングおよび／またはナビゲーションを挙げることができる。さらに、例えば家庭用アプリケーションおよび／または製造で使用されるロボット、物流、監視、または保守技術などの屋内測位システムは潜在的可能な用途として挙げられる。
本発明による装置は、携帯電話、タブレット型コンピュータ、ラップトップ、スマートパネル、または他の固定式もしくは移動式もしくは着用可能なコンピュータまたは通信用途に使用することができる。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、可視範囲または赤外線スペクトル範囲の光を放射する光源などの少なくとも１つの能動光源と組み合わせることができる。したがって、一例として、本発明による装置は、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、カメラおよび／またはセンサとして使用することができる。本発明による装置は、撮像効果を高めるために、従来のカメラなどの２Ｄカメラと組み合わせることさえ可能である。本発明による装置はさらに、監視および／または記録のために、あるいは特に音声および／またはジェスチャ認識と組み合わせて、モバイル装置を制御するための入力装置として使用することができる。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機能する本発明による装置は、入力装置とも呼ばれ、携帯電話などのモバイル機器を介して他の電子機器またはコンポーネントを制御するなどのモバイル用途に使用できる。一例として、本発明による少なくとも１つの装置を含むモバイルアプリケーションは、テレビジョンセット、ゲーム機、音楽プレーヤまたは音楽装置または他の娯楽装置を制御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、ウェブカメラまたは他のコンピュータアプリケーション用の周辺装置に使用することができる。したがって、一例として、本発明による装置は、撮像、記録、監視、走査、または動き検出のためのソフトウェアと組み合わせて使用することができる。ヒューマンマシンインターフェースおよび／または娯楽装置に関して概説したように、本発明による装置は、顔の表情および／または身体の表現によってコマンドを与えるのに特に有用である。本発明による装置は、マウス、キーボード、タッチパッド、マイクなどの他の入力生成装置と組み合わせることができる。さらに、本発明による装置は、ウェブカメラを使用するなどしてゲーム用の用途に使用することができる。さらに、本発明による装置は、仮想トレーニングアプリケーションおよび／またはビデオ会議に使用することができる。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するときに、仮想または、強化現実感アプリケーションで使用される手、腕、または物体を認識または追跡するために使用することができる。
さらに、本発明による装置は、上で部分的に説明したように、モバイルオーディオ装置、テレビ装置およびゲーム装置に使用することができる。具体的には、本発明による装置は、電子装置、娯楽装置またはそのようなもののための制御または制御装置として使用することができる。さらに、本発明による装置は、特に強化現実感アプリケーションのための透明ディスプレイを用いた、２Ｄおよび３Ｄディスプレイ技術における目検出または目追跡、および／または、特にディスプレイが見られているかどうかおよび／またはどの視点からディスプレイが見られているかの認識に使用されてもよい。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の仮想または強化現実感アプリケーションに関連して部屋、境界、障害物を探索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、ＤＳＣカメラのようなデジタルカメラの中でまたはデジタルカメラとして、および／またはＳＬＲカメラのようなレフレックスカメラの中でまたはレフレックスカメラとして使用することができる。これらの用途については、上記に開示したように、携帯電話などのモバイル用途における本発明による装置の使用を参照することができる。
さらに、本発明による装置は、セキュリティまたは監視用途に使用することができる。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、物体が所定の領域の内または外にある場合（例えば銀行または美術館の監視用途）に信号を発する１つまたは複数のデジタルおよび／またはアナログ電子機器と組み合わせることができる。特に、本発明による装置は、光暗号化に使用することができる。本発明による少なくとも１つの装置の使用による検出は、ＩＲ、Ｘ線、ＵＶ－ＶＩＳ、レーダーまたは超音波検出器などの他の検出装置と組み合わせて波長を補完することができる。本発明による装置はさらに、低光量環境での検出を可能にするために能動赤外光源と組み合わせることができる。本発明による装置は、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または同様の能動的検出装置において該当するように、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、能動的検出器システムと比較して一般に有利である。したがって、一般に、本発明による装置は、認識されずかつ検出不可能な移動物体の追跡のために使用され得る。さらに、本発明による装置は、一般に、従来の装置と比較して操作および刺激が少ない。
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正確さを考えると、本発明による装置は一般に、顔、身体および人の認識および認証に使用することができる。その中で、本発明による装置は、パスワード、指紋、虹彩検出、音声認識または他の手段のような身元確認または個人化目的のための他の検出手段と組み合わせることができる。したがって、一般に、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のアプリケーションに使用することができる。
さらに、本発明による装置は、製品認証用の３Ｄバーコードリーダーとして使用することができる。
上述したセキュリティおよび監視用途に加えて、本発明による装置は一般に、空間および領域の監視およびモニタリングに使用することができる。したがって、本発明による装置は、空間および区域の見張りおよび監視をするために、そして一例として、禁止区域に違反した場合に警報を引き起こすまたは実行するために使用することができる。したがって、一般的に、本発明による装置は、任意に他の種類のセンサと組み合わせて、例えば、動きセンサまたは熱センサと組み合わせて、画像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など、建物内監視または美術館における監視目的に使用することができる。さらに、本発明による装置は公共の空間または混み合う空間で使用されて、例えば駐車場での盗難または空港での放置荷物のような放置物体など犯罪の犯行のような潜在的に危険な活動を検出することができる。
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有利に適用することができる。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３次元映画録画に使用することができる。そこでは、本発明による装置は一般に、従来の光学装置を超える多数の利点をもたらす。このように、本発明による装置は一般に、光学部品のより少ない複雑さを必要とする。したがって、一例として、例えば１つのレンズのみを有する本発明による装置を提供することによって、レンズの数を従来の光学装置と比較して減らすことができる。複雑さの軽減により、モバイル用途などのために、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、嵩張ったビームスプリッタが一般的に必要であるため、一般的に嵩張っている。さらに、本発明による装置は、一般に、オートフォーカスカメラなどのフォーカス／オートフォーカス装置に使用することができる。さらに、本発明による装置は光学顕微鏡法、特に共焦点顕微鏡法にも使用することができる。
さらに、本発明による装置は、一般に自動車技術および輸送技術の技術分野に適用可能である。したがって、一例として、本発明による装置は、アダプティブクルーズコントロール、緊急ブレーキアシスト、車線逸脱警告、サラウンドビュー、死角検出、交通標識の検出、交通標識の認識、車線認識、後部交差点交通の警報、進行方向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、グレアフリーハイビームフロント照明システム、ヘッドライト照射による動物や障碍物等のマーキング、後部交差点交通の警報、先進運転支援システムなどの他の運転支援システム、または他の自動車および交通アプリケーションなどのための距離および監視センサとして使用することができる。さらに、本発明による装置は、衝突回避などのために運転者の操縦を事前に予測する運転者支援システムにおいて使用され得る。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することができる。この特徴は一般に自動車技術、輸送技術または一般交通技術に適用可能であり得る。他の技術分野での応用も可能である。屋内測位システムにおける特定の用途は、輸送中の乗客位置の検出、より具体的にはエアバッグなどの安全システムの使用を電子的に制御することであり得る。エアバッグの使用が重傷を負うことになるように乗客が位置する場合には、エアバッグの使用は防止され得る。さらに、自動車、電車、飛行機などの乗り物、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払っているのかまたは気をとられているか、または眠っているのか、または疲れているのか、または、アルコールなどを飲んでいるため運転することができないかを判定するために使用できる。
これらまたは他の用途では、一般に、本発明による装置は、独立型装置またはレーダーおよび／または超音波装置との組み合わせなど、他のセンサ装置との組み合わせで使用することができる。特に、本発明による装置は、自動運転および安全性の問題に使用することができる。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種類のセンサと組み合わせて使用することができる。これらの用途において、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。したがって、本発明による装置は一般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危険性を回避することができる。本発明による装置は、具体的には、標準的な画像認識ソフトウェアなどの認識ソフトウェアと組み合わせて使用することができる。したがって、本発明による装置によって提供されるような信号およびデータは典型的には容易に処理可能であり、したがって一般に確立された３次元測定システムよりも低い計算能力を必要とする。低いスペース要求を考えると、カメラのような本発明による装置は、窓スクリーンの上または後ろ、フロントフードの上、バンパーの上、ライトの上、鏡または他の場所などのような、車内の事実上すべての場所に配置できる。本発明の開示された範囲内の効果に基づく１つまたは複数の検出器のような本発明による様々な検出器は、例えば車両を自律的に走行させるため、または能動的安全概念の性能を高めるなどの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、後部窓、側部窓または前部窓のような窓、バンパー上またはライト上などにある従来のセンサと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、本発明による装置は一般にレーダーのような従来のセンサ技術より有利で、特に大雨の間に有利であるという事実によるものである。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従って信号の正しい組み合わせを選ぶことを可能にし得る。
さらに、本発明による装置は一般に、ブレーキアシストおよび／またはパーキングアシストとして、および／または速度測定のために使用することができる。速度測定は、車両に組み込むことができ、あるいは交通管制における他の自動車の速度を測定するなどのために、車両の外部で使用することができる。さらに、本発明による装置は、駐車場内の空き駐車スペースを検出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、医療システムおよびスポーツの分野で使用することができる。したがって、医療技術、手術ロボット工学の分野、例えば内視鏡での使用があげられる、上記で概説したように、本発明による装置は、少ないボリュームしか必要とせず、他の装置に統合することができるからである。具体的には、せいぜい１つのレンズを有する本発明による装置は、例えば内視鏡などの医療装置において３次元情報を取得するために使用され得る。さらに、本発明による装置は、動きの追跡および分析を可能にするために、適切な監視ソフトウェアと組み合わせることができる。これは、磁気共鳴画像法、Ｘ線画像法、または超音波画像法などから得られる医療画像の結果と、内視鏡またはメスなどの医療装置の位置を、即座に重ね合わせることを可能にする。これらの用途は、脳外科手術や長距離診断、遠隔医療など、正確な位置情報が重要な医療において特に価値がある。さらに、本発明による装置は、３Ｄ－次元身体走査に使用することができる。身体走査は、歯科手術、整形手術、肥満手術、または美容整形手術などの医学的環境で適用することができ、または筋筋膜痛症候群、癌、体の異形障害、またはさらなる疾患の診断などの医学的診断の環境で適用することができる。身体走査は、人間工学的使用またはスポーツ用具の適合性を評価するためにスポーツの分野でさらに適用され得る。
身体走査は、衣服の適切なサイズおよびフィットを決定するためなど、衣服の環境においてさらに使用され得る。この技術は、オーダーメイドの衣服の環境において、またはインターネットから衣服または靴を注文する環境において、あるいは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のセルフサービスショッピング装置において使用されてもよい。衣服の環境における身体走査は、完全に服を着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、エレベーター、電車、バス、車、または飛行機の中の人数、または、廊下、ドア、通路、小売店、スタジアム、娯楽施設、美術館、図書館、公共の場所、映画館、劇場などを通過する人々の数などを数える人数計数システムの環境で使用することができる。さらに、人数計数システムにおける３次元機能は、身長、体重、年齢、体力などのような、計数される人々に関するさらなる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メトリクスのために、および／または、人々が数えられる地域をより魅力的または安全にする最適化のために使用することができる。小売環境では、人数計数の環境における本発明による装置は、戻ってくる顧客または通るだけの顧客を認識し、買い物行動を評価し、購入を行った訪問者の割合を評価し、スタッフ移動を最適化し、訪問者１人あたりのショッピングモールのコストを監視するのに使用することができる。さらに、人数計数システムは人体計測調査に使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、公共輸送システムで輸送の長さに応じて乗客に自動的に課金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、子供用の遊び場で、負傷した子供または危険な行動を行っている子供を認識するため、遊び場の玩具とのさらなる相互作用を可能にするため、遊び場の玩具などの安全な使用を確実にするためなどに使用され得る。
さらに、本発明による装置は、物体または壁までの距離を決定するため、表面が平面であるかどうかを評価するため、正しい順番で物体を整列または物体を配置するための距離計などの建設ツール、または建設環境などで使用するための検査カメラ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、トレーニング、遠隔指示または競技目的などのスポーツおよび運動の分野に適用することができる。具体的には、本発明による装置は、ダンシング、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に適用することができる。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、刀、動きなどの位置を検出するために使用され、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定、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断するために、使用することができる。
さらに、本発明による装置は、自動車の位置または自動車の進路、または前の進路または理想の進路からの逸脱などを決定するために、オートレースまたはカードライバーの訓練または自動車の安全の訓練などの分野で使用されてもよい。
本発明による装置は、音楽楽器の練習、特に遠隔授業を支援するため、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の弦楽器、または、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のキーボード楽器、および／または、ドラム、ティンパニ、マリンバ、木琴、ビブラフォン、ボンゴ、コンガ、ティンバレス、ジャンベやタブラなどの打楽器の授業を支援するためにさらに使用されてもよい。
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、訓練を促進するために、および／または動きを調査して修正するために、使用することができる。その中で、本発明による装置は遠距離診断にも適用することができる。
さらに、本発明による装置はマシンビジョンの分野に適用することができる。したがって、本発明による１つまたは複数の装置は、例えば自律走行や作業用ロボットの受動制御装置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て、本発明による装置は、自律的な動きおよび／または部品の故障の自律的な検出を可能にし得る。本発明による装置はまた、製造および安全監視のため、例えばロボットと製造部品と生物の間の衝突を含むがこれらに限定されない事故を回避するためなど、に使用することもできる。ロボット工学では、人間が認識されないときロボットは人体に深刻な損傷を与える可能性があるため、人体とロボットの安全および直接的な相互作用はしばしば問題となる。本発明による装置は、ロボットが物体および人間をより良くより速く位置決めするのを助け、安全な相互作用を可能にすることができる。本発明による装置の受動的な性質を考えると、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。本発明による装置の１つの特定の利点は、信号干渉の可能性が低いことである。したがって、信号干渉のリスクなしに、複数のセンサが同じ環境で同時に動作できる。このように、本発明による装置は、限定されることなく、例えば自動車、鉱業、鉄鋼など、一般に、高度に自動化された製造環境において有用であり得る。本発明による装置は、生産における品質管理のためにも使用することができ、例えば、２－Ｄ撮像、レーダー、超音波、ＩＲなどの他のセンサと組み合わせて、品質管理やその他の目的のため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、マイクロメートルの範囲からメートルの範囲まで、製品の表面の均一性または特定の寸法への追随を調査するためなど、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可能である。製造環境において、本発明による装置は、複雑な３次元構造を有する食品または木材のような天然物を、大量の廃棄材料を防止するように処理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、サイロなどの充填レベルを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、複雑な製品の不足している部品、不完全な部品、緩い部品、低品質の部品などを検査するために、例えばプリント基板の自動光学検査、アセンブリまたはサブアセンブリの検査、設計部品の検証、エンジン部品検査、木材の品質検査、ラベル検査、医療機器の検査、製品の方向性の検査、包装検査、食品パック検査などを検査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、乗り物、列車、飛行機、船、宇宙船および他の交通用途に使用することができる。このように交通用途に関して上述した用途の他に、航空機、車両などのための受動的追跡システムを挙げることができる。移動物体の速度および／または方向を監視するため、本発明による少なくとも１つの検出器など、本発明による少なくとも１つの装置の使用が実現可能である。具体的には、陸上、海上、および宇宙を含む空中における高速移動物体の追跡が挙げられる。本発明による少なくとも１つの検出器など、本発明による少なくとも１つの装置は、具体的には静止している装置および／または移動する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的または誘導された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、追跡および操縦された物体間の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、必要とされる低い計算能力、即時の応答、および、例えばレーダーのような能動システムと比較して一般に検出および妨害することがより困難である検出システムの受動的性質のために、一般に有用かつ有利である。本発明による装置は、限定されないが速度制御および航空交通管制装置に特に有用である。さらに、本発明による装置は、道路料金の自動料金徴収システムに使用することができる。
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を含む。その中で、固定された既知の能動的な標的が正確なガイダンスのために使用され得る。同じものが、鉱山車両など、危険ではあるが明確に規定されたルートを走行する車両にも使用できる。さらに、本発明による装置は、自動車、電車、飛行物体、動物などのような急速接近する物体を検出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、物体の速度または加速度を検出するため、あるいは、物体の時間に依存する１つまたは複数の位置、速度、加速度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ム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、形状などの複数の物体とともに使用するために受動的であり得る。特に、グラフィック出力に動きを実装するアプリケーションは実現可能である。さらに、ジェスチャまたは顔認識のために本発明による１つまたは複数の装置を使用することなどにより、コマンドを与えるための本発明による装置のアプリケーションは実現可能である。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システムと組み合わせることができる。追加的にまたは代替的に、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、それは、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、表面の性質、使用材料、反射特性、透明度、吸収特性などにより、システムおよびそのソフトウェアによって容易に区別することができる。該装置は、他の可能性もある中で、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、ピック、ドラムスティックなどの楽器を演奏するための補助装置などに似せることができる。他の選択肢も可能である。
さらに、本発明による装置は、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、排気流または類似のものであってもよい。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方向を分析するの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されてもよく、あるいは単独で建築プロジェクト進行および正確さ、変化する対象物、家などの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場景の地図を構築するために、地上からまたは空中から走査された環境の３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、土地調査または類似のものであり得る。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に使用し、建物、生産現場、煙突、畑などの農業生産環境、生産プラントまたはランドスケープなどの農業生産環境を監視するために、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、または、１人以上の人または動物などを見つけたり監視したりするために、スキーやサイクリングなどのスポーツをしている１人以上の人をヘルメット、マーク、ビーコン装置などをたどることで実現できる、追跡して記録するドローンなどの娯楽目的のために、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、所定の経路をたどること、縁、パイプ、建物などをたどること、または環境のグローバル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）のようなホームアブリケーションの相互接続ネットワーク内で使用されてもよく、例えばエネルギーまたは負荷管理、リモート診断、ペット関連アプリケーション、子供関連アプリケーション、子供の監視、家庭用器具の監視、高齢者や病気の人への支援またはサービス、ホームセキュリティおよび／または監視などの家庭内の基本的な器具の相互接続、自動化、制御のために使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、特に１人または複数人の場所に依存して部屋のどの部分を特定の温度または湿度にするべきかを特定するために、空調システムなどの暖房または冷房システムで使用することができる。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用または自律のロボットなどの家庭用ロボットに使用することができる。本発明による装置は、衝突を回避するため、または環境をマッピングするため、またユーザを識別するため、セキュリティ目的やジェスチャや顔認識のためにロボットの性能を所与のユーザに対して個人用化するためなど、いくつかの異なる目的に使用することができる。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、服にアイロンをかけるアイロンがけロボット、猫トイレロボットのような動物用トイレロボット、侵入者を検出するセキュリティロボット、ロボット芝刈り機、自動プールクリーナー、雨どい清掃ロボット、窓清掃ロボット、おもちゃのロボット、テレプレゼンスロボット、移動性の少ない人々に友達を提供する社交ロボット、言葉から手話または手話から言葉に翻訳したり話したりするロボットに使用することができる。高齢者のような移動性の低い人々の環境では、本発明による装置を有する家庭用ロボットは、物体を拾い上げ、物体を輸送し、そして安全に物体とユーザと相互作用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、危険な材料または物体を用いて動作するロボット、あるいは危険な環境で使用することができる。非限定的な例として、本発明による装置は、特に災害後に化学物質または放射性物質などの危険物、または鉱山、不発兵器などの他の危険もしくは潜在的に危険な物体と共に動作するために、あるいは、燃えている物体の近くや被災地のような不安全な環境で動作あるいは調査するために、あるいは空中、海中、地下などで有人または無人の救助活動を行うために、ロボットまたは無人遠隔操作車両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、可動装置または娯楽装置、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、エアコン装置、加熱装置、テレビ、オーディオ機器、スマートウォッチ、携帯電話、電話、食洗機、ストーブなどで使用することができ、人の存在を検出し、装置の内容または機能を監視し、人と対話しおよび／またはその人に関する情報を他の家庭用装置や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、あるいは視覚が制限または視覚を有しない人を支援するため、例えば家事であるいは仕事で、物を保持、運搬、または拾い上げるための装置に、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さらに農業において、例えば害虫、雑草および／または感染作物植物を完全にまたは部分的に検出および選別するために使用することができ、そこでは作物植物は真菌または昆虫に感染することがある。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害される可能性があるシカなどの動物を検出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、畑または温室内の植物の成長を監視するために、特に畑の所与の地域または温室さらには所与の植物のための水または肥料または作物保護製品の量を調整するために使用することができる。さらに、農業バイオテクノロジーでは、本発明による装置は、植物の大きさおよび形状を監視するのに使用することができる。
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、化学物質または汚染物質を検出するためのセンサ、電子ノーズチップ、細菌またはウイルスなどを検出するための微生物センサチップ、ガイガーカウンター、触覚センサ、熱センサなどと組み合わせることができる。これは、例えば、感染性の高い患者の治療、危険性の高い物質の取り扱いまたは除去、高放射能領域または化学物質拡散などの高汚染領域の清掃、農業における害虫駆除など、危険または困難な作業を扱うように構成されるスマートロボットの構築に使用できる。
本発明による１つまたは複数の装置はさらに、例えば積層造形および／または３次元印刷などのために、ＣＡＤまたは同様のソフトウェアと組み合わせて、物体を走査するために使用することができる。その中で、本発明による装置の高い寸法精度を、例えばｘ方向、ｙ方向、またはｚ方向に、またはこれらの方向の任意の組み合わせで、例えば同時に使用することができる。さらに、本発明による装置は、パイプライン検査ゲージなどの検査および保守に使用することができる。さらに、生産環境では、本発明による装置は、天然に成長したものなど悪く規定された形状の物体の取り扱い、例えば形状または大きさによる野菜または他の天然物の分類、または肉または処理ステップに必要な精度より低い精度で製造されたものの切断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、屋内または屋外の空間を通って自律的または部分的に自律的に移動する車両またはマルチコプターなどを移動させることを可能にするためにローカルナビゲーションシステムにおいて使用されてもよい。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配置するために自動倉庫を進む車両を含み得る。屋内ナビゲーションはショッピングモール、小売店、美術館、空港、または駅において、モバイル商品、モバイル機器、手荷物、顧客または従業員の所在地を追跡したり、地図上の現在位置、販売された商品に関する情報などの位置固有情報をユーザに提供するためさらに使用され得る。
さらに、本発明による装置は、速度、傾斜、今後の障害物、道路の凹凸、またはカーブなどを監視することによるオートバイの運転支援など、オートバイの安全な運転を確実に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、衝突を回避するために列車または路面電車で使用することができる。
さらに、本発明による装置は、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などのハンドヘルド装置に使用することができる。さらに、本発明による装置は、個人用ショッピング装置、ＲＦＩＤリーダー、患者もしくは患者の健康関連情報を取得、交換もしくは記録する医療用の病院または健康環境で使用するためのハンドヘルド装置、小売または健康環境のためのスマートバッジのような、さらなるハンドヘルド装置に使用することができる。
上記で概説したように、本発明による装置は、製品識別またはサイズ識別など（無駄を減らすため最適な場所またはパッケージを見つけるためなど）の製造、品質管理または識別用途でさらに使用することができる。さらに、本発明による装置は、物流用途に使用することができる。したがって、本発明による装置は、最適化された荷積み、梱包コンテナまたは車両に使用することができる。さらに、本発明による装置は、製造分野における表面損傷の監視または制御、レンタル車両などのレンタル対象の監視または制御、および／または損傷の評価などの保険用途に使用することができる。さらに、本発明による装置は、特にロボットと組み合わせて、最適な材料取扱いなどのために、材料、物体または道具のサイズを識別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、タンクの充填レベルの観察など、生産における工程管理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、限定されないが、タンク、パイプ、反応器、器具などのような生産資材の維持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、３次元品質のマーク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、歯のインレイ、歯科用装具、補綴物、衣服などのオーダーメイド商品の製造に使用することができる。本発明による装置はまた、ラピッドプロトタイピング、３次元複写などのために１つまたは複数の３次元プリンタと組み合わせることができる。さらに、本発明による装置は、製品の違法コピー防止および模造防止目的などのために、１つまたは複数の物品の形状を検出するために使用することができる。
したがって、具体的には、本願は写真の分野において適用され得る。このように、検出器は写真装置、具体的にはデジタルカメラの一部であってもよい。具体的には、検出器は３Ｄ写真撮影、具体的にはデジタル３Ｄ写真撮影に使用され得る。このように、検出器はデジタル３Ｄカメラを形成するか、またはデジタル３Ｄカメラの一部であってもよい。本明細書で使用されるとき、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るとき、カメラは一般に、写真撮影を実行するように構成された装置を指す。本明細書でさらに使用されるとき、デジタル写真撮影という用語は一般に、照射の強度および／または色を示す電気信号、好ましくは、デジタル電気信号を生成するように適合された複数の感光性要素の使用によって、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るとき、３Ｄ写真撮影という用語は一般に、３Ｄ空間における少なくとも１つの物体の画像情報を取得する技術を指す。したがって、３Ｄカメラは３Ｄ写真撮影を実行するのに適合された装置を指す。カメラは一般に、単一の３Ｄ画像などの単一の画像を取得するように適合されてもよく、または一連の画像のように複数の画像を取得するように適合されてもよい。したがって、カメラは、デジタルビデオシーケンスを取得するためなどのビデオ用途に適合したビデオカメラでもよい。
このように一般に、本発明はさらに、少なくとも１つの物体を撮像するカメラ、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カメラに関する。上記にて概説のとおり、「撮像」という用語は、本明細書で使用されるときは、一般に、少なくとも１つの物体の画像情報を取得することを指す。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、上記の概説のとおり、単一の画像の取得、あるいは画像シーケンスのような複数の画像の取得、好ましくはデジタルビデオシーケンスの取得のために適合され得る。したがって、一例として、カメラはビデオカメラであってもよく、またはそれを含んでもよい。後者の場合、カメラ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。
本発明の範囲内で使用されるとき、「位置」という表現は、一般に、物体の１つまたは複数の絶対位置および物体の１つまたは複数の点の向き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、デカルト座標系などの検出器の座標系で決定され得る。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の他の種類の座標系を使用することができる。
上記で概説し、以下でさらに詳細に概説するように、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適用することができる。したがって、好ましくは、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てもよい。他の実施形態も可能である。
本明細書で使用されているとき、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。このように、一例として、少なくとも１つの物体は、１つまたは複数の物品および／または１つの物品の１つまたは複数の部分を含み得る。追加的にまたは代替的に、物体は、１つまたは複数の生物および／またはその１つまたは複数の部分を含み得る、例えばユーザなどの人間および／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、それは検出器の座標系であり得るが、検出器は、検出器の光軸がｚ軸を形成し、また付加的にｚ軸に対して垂直かつ互いに垂直であるｘ軸とｙ軸が提供され得る座標系を構成し得る。一例として、検出器および／または検出器の一部は、この座標系の原点など、この座標系における特定の点に所在し得る。
この座標系において、ｚ軸に平行または逆平行な方向を縦方向と見なすことができ、ｚ軸に沿った座標を縦方向座標と見なすことができる。縦方向に対して垂直な任意の方向を横方向と見なすことができ、ｘ座標および／またはｙ座標を横方向座標と見なすことができる。
あるいは、他の種類の座標系を使用してもよい。したがって、一例として、光軸がｚ軸を形成する極座標系を使用することができ、またｚ軸からの距離および極角度を付加的座標として使用することができる。同じく、ｚ軸に平行または逆平行な方向を縦方向と見なすことができ、またｚ軸に沿った座標を縦方向座標と見なすことができる。ｚ軸に対して垂直な任意の方向を横方向と見なすことができ、また極座標および／または極角度を横方向座標と見なすことができる。
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つの情報項目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ける、物体またはその一部の位置を完全に記述する情報の項目を指すことができ、あるいは位置を部分的にのみ記述する部分的な情報を指すことができる。検出器は、一般に、ビーコン装置から検出器に向かって伝播する光束などの光束を検出するのに適した装置であり得る。
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一体化されてもよい。したがって、一般に、評価装置も検出器の一部を形成することができる。あるいは、評価装置および検出器は、完全にまたは部分的に別々の装置として具体化することができる。検出器はさらなる構成要素を含み得る。
検出器は設置型装置または携帯型装置とすることができる。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、検出器は手持ち式装置であってもよい。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系の後方のライトフィールドの記録に使用され得る。このように、具体的には、検出器は複数の焦点面内の画像を例えば同時に取得するように適合されるライトフィールドカメラとして具現化され得る。本明細書で使用されるとき、「ライトフィールド」という用語は一般的に、内蔵カメラのような検出器の内部の光の空間的伝播を指す。本発明に係る、具体的には複数の光センサから成るスタックを有する検出器は、検出器またはカメラの内部、例えばレンズの後方のライトフィールドを直接記録する能力を有し得る。複数のセンサが、レンズからの距離が異なる複数の画像を記録し得る。「焦点からの深度」または「焦点外れからの深度」のような、例えばコンボリューションベースのアルゴリズムを使用して、レンズの後方の光の伝播方向、焦点および拡散をモデル化することができる。レンズの後方の光の伝播モデルを基に、レンズまでの距離が異なる複数の画像を抽出することができ、フィールド深度を最適化することができ、様々な距離での合焦画像を抽出することができ、または物体の距離を計算することができる。さらなる情報も抽出することができる。
複数の光センサの使用はさらに、画像記録後における画像処理工程でのレンズ誤差補正を可能にする。光学機器はレンズ誤差の補正が必要となると高価で製造に困難を伴うことが多い。これらは特に、顕微鏡や望遠鏡で問題となる。顕微鏡では、典型的なレンズ誤差は、光軸までの距離が変化する光線の歪み具合が異なる状態を指す（球面収差）。望遠鏡では、大気中の温度変化から焦点変動が発生し得る。球面収差または製造に起因するさらなる誤差といった静的誤差は、較正工程で誤差を決定し、次いで固定されたピクセルおよびセンサの固定されたセットのような固定画像処理を使用して、または光伝播情報を使用するもっと手の込んだ処理技法を使用して補正することができる。レンズ誤差が強く時間依存である、すなわち望遠鏡において気象条件に左右される場合、レンズ誤差はレンズ後方の光伝播の使用、視野画像の拡張深度の計算、焦点からの距離を使用する技法などによって補正することができる。
本発明に係る検出器はさらに、色検出を可能にし得る。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することができ、これらの光センサのセンサ信号を比較することができる。
評価装置は、１つまたは複数の用途別集積回路（ＡＳＩＣ）のような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などの１つまたは複数のデータ処理装置であるか、またはこれらを含み得る。付加的な構成要素、例えばセンサ信号の受信および／または前処理を行う１つまたは複数の装置のような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および／または１つもしくは複数の位相感受性電子素子、特にロックイン測定技法に基づくものも含まれ得る。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つまたは数個のデータ保存装置を含んでもよい。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、本発明に係る方法における１つまたは複数またはさらにすべての方法行程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、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し得る１つまたは複数のアルゴリズムが実装され得る。
評価装置は、光センサおよび／または評価装置によって取得される情報といった情報の表示、視覚化、分析、分配、伝達もしくはさらなる処理の１つまたは複数のために使用され得る少なくとも１つのさらなるデータ処理装置に接続されるか、またはそれを含み得る。データ処理装置は、一例として、ディスプレイ、プロジェクター、モニタ、ＬＣＤ、ＴＦＴ、拡声器、マルチチャネル音響システム、ＬＥＤパターン、またはさらなる視覚化装置に接続される、またはそれを組み込んでもよい。データ処理装置はさらに、電子メール、テキストメッセージ、電話機、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ、赤外線もしくはインターネットのインターフェース、ポートまたは接続の１つまたは複数を使用して暗号化情報または非暗号化情報を送信する能力を有する通信装置または通信用のインターフェース、コネクタもしくはポートの少なくとも１つに接続されるか、またはそれを組み込んでもよい。データ処理装置はさらに、プロセッサ、グラフィックプロセッサ、ＣＰＵ、オープンマルチメディアアプリケーションプラットフォーム（ＯＭＡＰＴＭ）、集積回路、システム・オン・チップ（Ａｐｐｌｅ社製ＡシリーズまたはＳａｍｓｕｎｇ社製Ｓ３Ｃ２シリーズなど）、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサ、１つもしくは複数のメモリブロック（ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリなど）、タイミングソース（オシレータまたは位相ロックループなど）、カウンタタイマ、リアルタイムタイマ、または電源投入時リセット式発電機、電圧調整器、電力管理回路、またはＤＭＡ制御装置の少なくとも１つに接続されるか、またはそれを組み込んでもよい。個々のユニットをさらに、ＡＭＢＡバスなどバスを使用して接続してもよく、あるいは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もよい。
評価装置および／またはデータ処理装置は、直列もしくは並列のインターフェースまたはポート、ＵＳＢ、Ｃｅｎｔｒｏｎｉｃｓ Ｐｏｒｔ、ＦｉｒｅＷｉｒｅ、ＨＤＭＩ（登録商標）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＲＦＩＤ、Ｗｉ－Ｆｉ、ＵＳＡＲＴ、またはＳＰＩの１つまたは複数、あるいは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ポートの１つまたは複数などアナログのインターフェースまたはポートなど、さらなる外部のインターフェースまたはポートによってＣａｍｅｒａＬｉｎｋなどＲＧＢインターフェースを使用する２Ｄカメラ装置などさらなる装置に接続されるか、またはそれに至るさらなる外部のインターフェースまたはポートを有してもよい。評価装置および／またはデータ処理装置はさらに、インタープロセッサインターフェースまたはポート、ＦＰＧＡ－ＦＰＧＡインターフェース、または直列もしくは並列のインターフェースポートの１つまたは複数によって接続されてもよい。評価装置およびデータ処理装置をさらに、光ディスクドライブ、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もしくはソリッドステートハードディスクの１つまたは複数に接続してもよい。
評価装置および／またはデータ処理装置は、電話コネクタ、ＲＣＡコネクタ、ＶＧＡコネクタ、雌雄同型コネクタ、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－ｓｕｂ小型コネクタ、ＲＦコネクタ、同軸コネクタ、ＳＣＡＲＴコネクタ、ＸＬＲコネクタの１つまたは複数など１つまたは複数のさらなる外部のコネクタによって接続されるか、またはそれらを有してもよく、および／またはこれらのコネクタの１つまたは複数に適する少なくとも１つのソケットを組み込んでもよい。
本発明に係る検出器、評価装置またはデータ処理装置の１つまたは複数を組み込む、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、もしくはさらなる電子装置の１つまたは複数を組み込む単一の装置を使用して可能となる実施形態は、携帯電話機、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。さらなる一実施形態において、以下にてさらに詳しく概説する３Ｄカメラ機能を、装置のハウジングまたは概観に目立つ相違を生じることなく従来型２Ｄデジタルカメラと併せて利用可能な装置に一体化することができ、ユーザにとって目立つ相違は３Ｄ情報の取得および／または処理の機能性の相違のみと考えられる。
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を組み込む実施形態の例として、ディスプレイ、データ処理装置、光センサ、任意でセンサ光学系、および評価装置を３Ｄカメラ機能向けに組み込む携帯電話機が挙げられる。本発明に係る検出器は具体的には娯楽装置および／または携帯電話機のような通信装置への一体化に適し得る。
本発明のさらなる一実施形態として、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の、自動車での使用、自律運転での使用もしくはＤａｉｍｌｅｒ社のＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｄｒｉｖｅシステムなどの自動車安全システムのための装置への組み込みが挙げられ、一例として、光センサ、任意で１つもしくは複数の光学システム、評価装置、任意に通信装置、任意にデータ処理装置、任意に１つもしくは複数のインターフェース、任意にシステム・オン・チップ、任意に１つもしくは複数のディスプレイ、または任意にさらなる電子装置の１つまたは複数を組み込む装置を車両、乗用車、トラック、列車、自転車、航空機、船舶、自動二輪車の一部とすることができる。自動車への応用では、装置を自動車設計に一体化するには光センサ、任意に光学系、もしくは装置を外部または内部からの最低限の視認性を有する状態で一体化する必要が生じ得る。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は特に、自動車設計へのそのような一体化に適し得る。
本明細書で使用されるとき、「光」という用語は一般的に、可視スペクトル範囲、紫外スペクトル範囲および赤外スペクトル範囲のうちの１つまたは複数のスペクトル範囲の電磁放射を指す。その中で、「可視スペクトル範囲」という用語は一般的に３８０ｎｍから７８０ｎｍのスペクトル範囲を指す。「赤外スペクトル範囲」という用語は一般的に７８０ｎｍから１ｍｍの範囲、好ましくは７８０ｎｍから３．０μｍの範囲の電磁放射を指す。「紫外スペクトル範囲」という用語は一般的に１ｎｍから３８０ｎｍの範囲、好ましくは１００ｎｍから３８０ｎｍの範囲の電磁放射を指す。好ましくは、本発明の範囲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内の光である。
「光束」という用語は一般的に、特定の方向に放出および／または反射された一定量の光を指す。相応に、光束は、光束の伝播方向に対して垂直な方向に既定の拡がりを有する光線の束であってもよい。好ましくは、光束は、ビーム径の発達および／または空間内でのビーム伝播を特徴付けるのに適した、１つまたは複数のビームウェスト、レイリー長または他の任意のビームパラメータまたはビームパラメータの組合せなどによって特徴付けられ得るガウス光束の線形結合などの１つまたは複数のガウス光束であり得るか、またはそれを含み得る。
本発明による検出器をさらに、１つまたは複数の他の種類のセンサまたは検出器と組み合わせてもよい。従って、検出器はさらに少なくとも１つの付加的検出器を含んでもよい。少なくとも１つの付加的検出器は少なくとも１つのパラメータ、例えば周囲環境のパラメータ（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、検出対象物体の状態を指定するパラメータ（例えば空間内での物体の絶対位置および／または配向など、物体の位置）、これらの少なくとも１つを検出するように適合され得る。従って、一般的に、付加的情報の取得のためにおよび／または測定結果の検証あるいは測定誤差またはノイズの低減のために、本発明の原理を他の測定原理と組み合わせることができる。
上記にて概説のように、ヒューマンマシンインターフェースは、直接または間接的にユーザに装着される状態またはユーザによって保持される状態の少なくとも１つとなるように適合される複数のビーコン装置を含み得る。従って、ビーコン装置は各々独立に、適切な固定装置など任意の適切な手段によってユーザに装着され得る。付加的または代替的に、ユーザは少なくとも１つのビーコン装置または複数のビーコン装置の１つもしくは複数を自分の手で、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り、保持および／または携行することができる。
ビーコン装置は一般的に、少なくとも１つの検出器によって検出可能な、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する任意の装置であってもよい。従って、上記にて概説のように、また以下にてさらに詳しく概説するように、ビーコン装置は、例えば少なくとも１つの光束を生成する１つまたは複数の照射源を有することにより、検出器によって検出されることになる少なくとも１つの光束を生成するように適合される能動型ビーコン装置であってもよい。付加的または代替的に、ビーコン装置は、別々の照射源により生成される光束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などにより、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得る。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恒久的または一時的に装着されてもよく、および／またはユーザが携行もしくは保持してもよい。装着は、１つまたは複数の装着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達成され得る。
付加的または代替的に、ビーコン装置は物体に装着された状態およびユーザが保持する物体に一体化された状態の少なくとも１つであってもよく、これは本発明の意味で言えば、ユーザがビーコン装置を保持するという選択肢の意味に含まれるものである。従って、以下にてさらに詳しく概説するように、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となり得、かつユーザが保持または携行することができ、かつ検出装置によって配向を認識され得る、１つの制御要素に装着または一体化され得る。従って、一般的に、本発明は、本発明に係る少なくとも１つの検出装置を含み、さらに、少なくとも１つの物体を含んでもよく、ビーコン装置が、物体に装着された状態、物体によって保持された状態および物体に一体化された状態の１つである検出器システムにも言及する。一例として、物体は好ましくは、配向がユーザによって認識され得る制御要素を形成し得る。このように、検出器システムは上記にて概説のような、または以下にてさらに詳しく概説するようなヒューマンマシンインターフェースの一部であってもよい。一例として、ユーザは例えば１つまたは複数の命令をマシンに送信するために、１つまたは複数の情報をマシンに送信するための特定の方法で制御要素を操作し得る。
あるいは、検出器システムは他の形でも使用され得る。このように、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異なってもよく、また一例として、ユーザから独立して動く物体であってもよい。一例として、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のような装置、および／または産業工程の制御に使用され得る。このように、一例として、物体は機械および／または機械部品、例えばロボットアームであってもよく、その配向を検出器システムの使用によって検出することができる。
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。特に、少なくとも１つのビーコン装置の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体の一部の位置および／または向き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装着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。従って、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つの光束、好ましくはビーム特性が既知である少なくとも１つの光束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束を生成し得る。
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）のレジャーおよび／または娯楽の目的に役立ち得る装置である。一例として、娯楽装置はゲーム、好ましくはコンピュータゲーム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ム用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、本発明に係る、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が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／またはそれら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過程に影響を及ぼすように適合された少なくとも１つの命令を含み得る。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つ以上の少なくとも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、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、といった動きの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。
娯楽装置の一部または全体、好ましくは娯楽装置の制御装置および／またはコンピュータは、娯楽機能を情報に従って変えるように設計される。このように、上記にて概説のように、ゲームの過程は少なくとも１つの情報に従って影響され得る。従って、娯楽装置は１つまたは複数の制御装置を含んでもよく、制御装置は少なくとも１つの検出器の評価装置から分離され、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、さらには少なくとも１つの評価装置を含んでもよい。好ましくは、少なくとも１つの制御装置は、１つもしく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のような、１つもしくは複数のデータ処理装置を含み得る。
本明細書でさらに使用されるとき、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つの進路制御装置を有してもよく、進路制御装置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つの進路制御装置は完全にもしくは部分的に少なくとも１つの評価装置を含んでもよく、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／または完全にもしく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、上記に挙げた１つもしく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つもしく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つの検出器のような、本発明に係る少なくとも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つの進路制御装置を含んでもよい。進路制御装置は、少なくとも１つの位置情報および少なくとも１つの時間情報を各々が含む複数のデータ群またはデータペアの記録などにより、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る。
追跡システムはさらに、本発明に係る少なくとも１つの検出器システムを含んでもよい。従って、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、その場合、制御要素は追跡対象物体に直接または間接的に装着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、進路制御装置は、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つの進路制御装置は、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。
追跡システムの応用の一例として、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応用、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、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のような、照射目的に使用され得る。さらなる応用は、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目的のような、通信システムに見出すことができる。
提案される装置および方法は、この種の既知の検出器と比べて多数の優位性をもたらす。したがって、検出器は一般に、上記にて開示された既知の従来技術のシステムの欠点を回避することができる。具体的には、検出器は、ＦｉＰセンサの使用を回避することができ、それによって、例えば、シリコンフォトダイオードのような単純で安価で市販の半導体センサを使用することを可能にする。これらのフォトダイオードは一般に輝度依存性を示さず、そして上記に開示された方法は一般に場景の明るさおよび／または光束上の光スポットの明るさから独立している。その結果、本発明において、検出器に入る光束の輝度または総出力に関する測定範囲は、上記で開示された装置の多くと比較して一般的により大きい。さらに、本発明による検出器を使用することによる測定は、一般的に標的スポットサイズ、すなわち、物体の大きさ、物体上に投影された光スポットの大きさ、または、物体に取り付けられているか、物体に組み込まれているか、または物体によって保持されているかのうちの１つまたは複数であるビーコン装置の大きさとは無関係である。
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。
検出器は、具体的には、ニアシリコンフォトダイオードなどの線形光検出器を使用することができる。ビームスプリッタの使用は任意選択であるが、一般的には必要ではないので、単純な光学設定を使用することが可能になる。
測定結果、すなわち少なくとも１つの縦方向座標のような検出器によって決定された位置は、場景の明るさおよび／または物体の明るさ、少なくとも１つのビーコン装置の明るさ、少なくとも１つの照射源の明るさ、または物体から検出器まで伝播する光束の総出力から大きく独立したものとすることができる。さらに、明るさに関する、この独立性および広範囲の測定のために、反射性物体または非反射性物体を使用することができる。
測定範囲について言及すると、測定範囲は、光束の総出力の範囲など、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を指すことができ、あるいは、検出器と、測定され得る物体との間の距離の範囲との双方を指してもよい。上に挙げた文書のうちの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。上記とは逆に、結合信号の使用は、結合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が与えられる。同様に、少なくとも光センサの飽和が達成されない限り、光束の総出力からの結合信号の一般的な独立性のために、本発明はまた、明るさに関して、すなわち、光束の総出力に関して、非常に広い範囲の測定を提供する。
全体として、本発明の文脈において、以下の実施形態が特に好ましいと見なされる。
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、
－ 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領域を有し、各前記光センサは前記物体から前記光センサに伝播する少なくとも１つの光束による前記感光領域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、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する少なくとも１つの光センサを決定し、少なくとも１つの中心信号を形成し；
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つの和信号を形成し；
ｃ） 前記中心信号と前記和信号を結合して少なくとも１つの結合信号を決定し；そして、
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た評価装置と、を有する、検出器。
実施形態２：前記中心信号は、前記最高のセンサ信号；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平均；前記最高のセンサ信号を有する前記光センサと隣接する所定の光センサの群とを有する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前記光センサと隣接する所定の光センサの群とを有する光センサ群のセンサ信号の和；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和；所定の閾値より高いセンサ信号群の平均；所定の閾値より高いセンサ信号群の和；前記最高のセンサ信号を有する前記光センサと隣接する所定の光センサの群とを有する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；所定の閾値より高い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１に記載の検出器。
実施形態３：前記検出器、特に前記評価装置は、前記光センサの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り工程ａ）－ｄ）を実行するように構成されている、実施形態１または２に記載の検出器。
実施形態４：前記センサ信号の変換は、フィルタ処理；少なくとも１つの対象領域の選択；前記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；前記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；ラプラシアンガウスフィルタの適用；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；バイナリ画像の生成、と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３に記載の検出器。
実施形態５：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つの中心検出器を備える、実施形態１～４のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態６：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５による検出器。
実施形態７：前記中心検出器がソフトウェアまたはハードウェアの一方または両方に完全にまたは部分的に具現化されている、実施形態５または６による検出器。
実施形態８：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和；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；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；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；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；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；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１～７のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態９：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つの合算装置を有する、実施形態８による検出器。
実施形態１０：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９による検出器。
実施形態１１：前記合算装置がソフトウェアまたはハードウェアの一方または両方に完全にまたは部分的に具現化されている、実施形態９または１０による検出器。
実施形態１２：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、の少なくとも１つから導き出される結合信号Ｑである、実施形態１～１１のうちのいずれかによる検出器。
実施形態１３：前記評価装置が、結合信号Ｑを次の数式１１によって導出するように構成されている、実施形態１～１２のうちのいずれか１つによる検出器。
Figure 2023085535000012
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面積、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。
実施形態１４：前記評価装置は、前記縦方向座標を決定するために、前記結合信号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１～１３のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１５：前記所定の関係が、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１４による検出器。
実施形態１６：前記評価装置が、前記所定の関係を記憶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１４または１５による検出器。
実施形態１７：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結合信号を導出するように構成されている、実施形態１３～１６のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態１８：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現化されている、実施形態１７による検出器。
実施形態１９：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１７または１８による検出器。
実施形態２０：光センサが光検出器、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１～１９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、赤外スペクトル範囲において感度が高い、実施形態１～２０のいずれか１つによる検出器。
実施形態２２：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１～２１のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態２３：前記マトリックスが、少なくとも１行、好ましくは複数の行と、複数の列を有する長方形のマトリックスである、実施形態１～２２のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態２４：前記行および列が本質的に直角に向けられている、実施形態２３による検出器。
実施形態２５：前記マトリックスが少なくとも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、実施形態２３または２４による検出器。
実施形態２６：前記マトリックスが少なくとも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、実施形態２３～２５のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態２７：前記マトリックスが少なくとも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１～２６のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態２８：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２４～２７のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態２９：前記センサ要素が、前記検出器の光軸に対して本質的に直角に向けられている、実施形態１～２８のいずれか１つによる検出器。
実施形態３０：前記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するように線形信号特性を有する、実施形態１～２９のいずれか１つによる検出器。
実施形態３１：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有している、実施形態１～３０のいずれか１つによる検出器。
実施形態３２：前記照射源は、前記物体を照射するための照射光束を生成するように構成され、前記検出器は前記照射光束が前記検出器の光軸に沿って前記検出器から前記物体に向かって伝播するように構成されている、実施形態３１による検出器。
実施形態３３：前記検出器が、前記照射光束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３２による検出器。
実施形態３４：前記照射源は、前記物体の照射のための少なくとも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、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；少なくとも１つの凸状均一傾斜を有するパターン、とからなる群から選択される少なくとも１つのパターンを有している、実施形態３１～３３のうちのいずれか１つによる検出器。
実施形態３５：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、前記結合信号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パターンの縦方向座標ｚを決定するように構成されている、実施形態３４による検出器。
実施形態３６：前記検出器は、少なくとも１つの転送装置をさらに有し、前記転送装置が前記光束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１～３５のいずれか１つによる検出器。
実施形態３７：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つの回折光学素子；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つのビーム分割素子、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つ以上を含む、実施形態３６による検出器。
実施形態３８：前記評価装置が、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さらに構成されている、実施形態１～３７のいずれか１つによる検出器。
実施形態３９：前記評価装置は、異なる変調を有する異なる光束を区別するように構成されている、実施形態１～３８のいずれか１つによる検出器。
実施形態４０：前記検出器は少なくとも１つの照射源を有し、前記照射源は少なくとも１つの照射光束で前記物体を照射するように適合され、前記照射源は前記照射光束の伝播方向が前記光軸と本質的に平行になるように構成されている、実施形態１～３９のいずれか１つによる検出器。
実施形態４１：前記検出器は少なくとも１つの照射源を有し、前記照射源と前記光軸は小さなベースラインで分離されている、実施形態１～４０のいずれか１つによる検出器。
実施形態４２：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、前記検出器システムは実施形態１～４１のいずれか１つによる検出器を有し、さらに前記検出器に向けて少なくとも１つの光束を指向す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、前記物体に一体化可能なものの少なくとも１つである、検出器システム。
実施形態４３：ユーザと機械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であって、前記ヒューマンマシンインターフェースは実施形態４２による少なくとも１つの検出器システムを有し、前記少なくとも１つのビーコン装置は前記ユーザに直接または間接的に取り付けられるもの、前記ユーザによって保持されるものの少なくとも１つであり、前記ヒューマンマシンインターフェースは前記検出器システムにより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、前記ヒューマンマシンインターフェースは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４４：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４３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４５：少なくとも１つの移動可能物体の位置を追跡するための追跡システムであって、検出器システムを参照する実施形態１～４４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４６：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１～４５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、少なくとも１つの光束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（１５４）。
実施形態４７：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１～４６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４８：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１～４７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４９：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つの光束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領域を有し、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、工程と、
－ 前記センサ信号を、
ａ） 最高のセンサ信号を有する少なくとも１つの光センサを決定し、少なくとも１つの中心信号を形成し；
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つの和信号を形成し；
ｃ） 前記中心信号と前記和信号を結合して少なくとも１つの結合信号を決定し；そして、
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、
決定する工程と、を有する方法。
実施形態５０：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、の少なくとも１つから導き出される結合信号Ｑである、実施形態４９による方法。
実施形態５１：縦方向座標を決定することが前記結合信号Ｑを評価することを含み、前記結合信号を評価することが前記結合信号Ｑと前記縦方向座標との間の少なくとも１つの所定の関係を用いて前記縦方向座標を決定することを含む、実施形態５０による方法。
実施形態５２：方法が、検出器を参照する実施形態１～５１のいずれか１つによる検出器を使用することを含む、方法の実施形態４９～５１のいずれか１つによる方法。
実施形態５３：使用目的が、交通技術における位置測定；娯楽用途；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；製造用途からなる群から選択される、検出器に関する実施形態１～５２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、特定の機能は、独立したやり方で、または他の機能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。
本発明による実施形態を示す図である。 本発明による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一例を示す図である。 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の関数としての結合信号Ｑの例示的実施形態を示す図である。 オフアクシス照射光束を用いた、図２の実施形態の変形例を示す図である。 オフアクシス照射光束を用いた、図２の実施形態の変形例を示す図である。 図６Ａによる検出器構成に光センサとしてＢｉセルを使用した２つの実験的構成の比較と実験結果を示す図である。 図６Ａによる検出器構成に光センサとしてＢｉセルを使用した２つの実験的構成の比較と実験結果を示す図である。 小さなベースラインを有する本発明による検出器のさらなる例示的な実施形態を示す図である。 小さなベースラインを有する本発明による検出器のさらなる例示的な実施形態を示す図である。 線パターンを用いて縦方向座標ｚを決定する一実施形態を示す図である。 所定角度θの線に沿って座標の原点から距離ωの断面に細分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をラドン変換することを示す図である。 所定角度θの線に沿って座標の原点から距離ωの断面に細分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をラドン変換することを示す図である。 六角形の照射パターンの３つの実施形態を示す図である。 六角形の照射パターンの３つの実施形態を示す図である。 六角形の照射パターンの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において、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の一実施形態の概略図が示されている。この場合、物体１１２は、光束１１６がセンサ要素１１８に向かって伝播するビーコン装置１１４を有している。センサ要素１１８は、光センサ１２２のマトリックス１２０を有し、各光センサ１２２は、物体１１２に面する感光領域１２４を有する。一例として、光束１１６は、検出器１１０の光軸１２６に沿って伝播することができる。しかしながら、他の実施形態も可能である。さらに、光検出器１１０は、特にビーム整形のために、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などの少なくとも１つの転送装置１２８を備えることができる。結果として、光束１１６は、１つ以上の焦点１３０のように集束させることができ、光束１１６のビーム幅は、検出器１１０とビーコン装置１１４および／または物体１１２間の距離のように、物体１１２の縦方向座標ｚに依存することができる。このビーム幅の縦方向座標への依存性の詳細については、１つまたは複数の上述した先行技術文献、たとえばＷ Ｏ２０１２／１１０９２４ Ａ１および／またはＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１の１つ以上を参照することができる。
図１に見られるように、光束１１６はマトリックス１２０上に光スポット１３２を生成する。図３では、マトリックス１２０上の光スポット１３２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１２０は、具体的には、行が「ｉ」によって１からｎまで番号が付けられ、列が「ｊ」によって１からｍまで番号が付けられ、ｎ，ｍが整数である、長方形マトリックスであり得る。この例示的な実施形態では、光スポット１３２の中心は、ｉ＊、ｊ＊で示されるセンサ素子内に位置している。光センサ１２２は、センサ信号ｓｉｊを評価装置１３４に供給してもよく、該評価装置１３４は、センサ信号から記号的にｓｉ ＊ ｊ ＊と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１３４は、少なくとも１つの中心検出器１３６を含むことができる。一例として、中心検出器は単に、光センサ１２２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決定することができる。他の方法も可能である。したがって、一例として、１つの最大光センサ信号を決定する代わりに、複数のセンサ信号を用いて中心信号を生成することができる。したがって、一例として、座標ｉ＊－１， ．．． ，ｉ＊＋１およびｊ＊－１， ．．． ，ｊ＊＋１有する光センサのように、光センサｉ＊，ｊ＊に隣接する隣接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＊の周りに正方形を形成することができる。この実施形態のように、一辺の長さが３である正方形の代わりに、最高のセンサ信号を有する光センサの周囲の他の環境が使用されてもよい。さらに、追加的または代替的に、中心信号は、最大センサ信号から所定範囲内のセンサ信号を加算および／または平均することによって生成されてもよく、これは、例えばピクセルノイズなどのノイズに関する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を決定するために、サブピクセル処理、補間、正規化などの画像処理技術を使用することができる。他の代替案も可能である。例えば、ビームプロファイルは台形ビームプロファイルとすることができ、評価装置１３４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せることができる。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１３４は、台形ビームプロファイルの特性、例えば傾斜およびエッジ位置および台形の中心高さの決定および幾何学的考察によるとエッジと中心信号の導出などを利用して等価評価によって和信号および中心信号を決定するように適合され得る。
さらに、評価装置１３４は、マトリックス１２０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ている。この目的のために、評価装置１３４は、少なくとも１つの合算装置１３８を含むことができる。合算装置１３８は、全マトリックス１２０のセンサ信号、中心信号が生成される光センサの有無がそれぞれ選択可能な対象領域のマトリックス１２０のセンサ信号にわたって加算、積分または平均化するように構成され得る。したがって、図３に示される例示的な実施形態では、合算装置は、座標ｉ＊，ｊ＊を有する中心光検出器を除いて、マトリックス１２０全体のセンサ信号ｓｉｊにわたって加算するように単純に構成されている。しかしながら、他の選択肢も可能である。
評価装置１３４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ている。この目的のために、評価装置１３４は、一例として、少なくとも１つのデバイダ１４２などの少なくとも１つの結合装置１４０を備えることができる。非常に単純な実施形態として、中心信号を和信号で除算することによって商Ｑを形成することができ、またはその逆も可能である。他の選択肢も実現可能であり、上記に示されている。
最後に、評価装置１３４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ている。この目的のために、評価装置は、図には示されていない少なくとも１つの評価構成要素などの少なくとも１つのさらなる構成要素を備えることができる。図３に示される評価装置１３４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得る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したまたは別個の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要素１１８に一体化される構成要素として具体化されてもよい。
図３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つの情報項目を生成することができ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１の構成では、簡単のために、ビーコン装置１１４は中心、すなわち光軸１２６上に配置されている。この場合、光スポット１３２はマトリックス１２０の中央に中心がある可能性が高い。しかしながら、図３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１３２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る。この偏心と物体１１２および／またはビーコン装置１１４の横断位置の間の既知の光学的関係、たとえばレンズの方程式を使用することによって、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。この選択肢は、図３の例示的実施形態にも示されている。
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を形成している。検出器１１０の代替の実施形態は、図１に示す実施形態に広く対応している。しかしながら、光束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１４４を備えている。一例として、照射源１４４は少なくとも１つの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。 しかしながら、他の実施形態も実現可能である。照射源１４４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つの照射光束１４６を生成するように構成され得る。照射光束１４６は、物体１１２によって完全にまたは部分的に反射されて検出器１１０に向かって戻り、それによって光束１１６を形成する。
図２に示されるように、一例として、照射光束１４６は検出器１１０の光軸１２６と平行であり得る。以下の図６Ａおよび図６Ｂに関連して示されるように、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実現可能である。オンアクシス照射を提供するために、図２に示すように、一例として、１つ以上の反射要素１４８、例えば１つ以上のプリズム、および／または、例えば可動ミラーまたは可動プリズムなどのダイクロイックミラーのようなミラーを使用することができる。
これらの変化を別とすれば、図２の実施形態の構成は図１の構成に対応している。したがって、再び、評価装置１３４であって、例えば結合信号Ｑを形成するための少なくとも１つのデバイダ１４２と、一例として結合信号Ｑおよび／または他のタイプの結合信号から少なくとも１つの縦方向座標ｚを導出するための少なくとも１つの位置評価装置１４３とを有する評価装置１３４を使用することができる。評価装置１３４もまた、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１３６、１３８、１４０、１４２、１４３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完全にまたは部分的に具現化することができ、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現化することができる。
マトリックス１２０の光センサ１２２は、一例として、ＣＣＤおよび／またはＣＭＯＳセンサチップなどの画素化光センサの画素とすることができる。したがって、一例として、光センサ１２２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、より大きな画素または光センサ１２２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センサチップのような集積センサ要素１１８を使用する代わりに、非集積マトリックスを使用することができる。
図４は、非常に概略的な図で、例えば図１または図２の実施形態による検出器１１０の例示的な実施形態を示している。検出器１１０は、具体的には、カメラ１４９として、および／またはカメラ１４９の一部として具体化することができる。カメラ１４９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４はさらに、検出器システム１５０の一実施形態を示しており、該検出器システム１５０は、少なくとも１つの検出器１１０の他に、１つまたは複数のビーコン装置１１４を含み、該ビーコン装置１１４はこの例では物体１１２に取り付けられ、および／または物体１１２に一体化され得、該ビーコン装置１１４の位置は検出器１１０を用いて検出される。図４はさらに、少なくとも１つの検出器システム１５０を備えるヒューマンマシンインターフェース１５１、およびさらに、ヒューマンマシンインターフェース１５１を備える娯楽装置１５２の例示的実施形態をさらに示す。図はさらに、物体１１２の位置を追跡するための追跡システム１５３の実施形態を示し、該追跡システム１５３は検出器システム１５０を含む。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４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の例示的実施形態を示す。走査システム１５４は、少なくとも１つの検出器１１０、さらに任意選択で少なくとも１つの照射源１４４、および、同様に任意選択的な図示しない少なくとも１つのさらなる照射源１４４（図示せず）を含む。照射源１４４は、一般に、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の表面に位置するドットを照射するための少なくとも１つの照射光束１４６を放射するように構成され得る。しかしながら、例えば図１の構成に示されているように能動型ビーコン装置も使用され得る、したがって、一体化されない照射源１４４を用いた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、少なくともに１つの検出器１１０を使用することにより、走査システム１５４、具体的には検出器１１０と少なくとも１つのドット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ように設計されてもよい。
上記で概説したように、図４の構成で使用することができる検出器１１０の例示的実施形態は図１および図２に示されている。したがって、検出器１１０は、センサ要素１１８の他に、例えば少なくとも１つの中心検出器１３６、少なくとも１つの合算装置１３８、少なくとも１つの結合装置１４０、少なくとも１つのデバイダ１４２、少なくとも１つの位置評価装置１４３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１３４を有している。少なくとも１つの評価装置１３４、例えば、少なくとも１つの中心検出器１３６、少なくとも１つの合算装置１３８、少なくとも１つの結合装置１４０、および測定装置１３４を有する少なくとも１つの評価装置１３４を備える。少なくとも１つのデバイダ１４２、１つ以上の位置評価装置１４３、および／またはそれらの組み合わせ。任意選択的に存在してもよいこれらの構成要素は、図４に象徴的に示されている。評価装置１３４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１３４の１つ以上の構成要素およびセンサ要素１１８の１つ以上の構成要素は、図４に象徴的に示されているように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つまたは複数のコネクタ１５６は、１つまたは複数のドライバおよび／またはセンサ信号を修正または前処理するための１つまたは複数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１３４は、センサ要素１１８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もよい。追加的または代替的に、評価装置１３４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、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／または位置をユーザが操作することができる制御要素または制御装置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、スポーツ用品および／または擬似スポーツ用品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と見なすことができる。
上記で概説したように、検出器１１０は少なくともセンサ要素１１８を含む。１つまたは複数のセンサ要素１１８が提供され得るセンサ要素１１８は、検出器１１０のハウジング１５８内に位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つまたは複数の光学系など、好ましくは１つまたは複数のレンズを含むように構成することができる。
ハウジング１５８の内側の開口部１６４は、検出器１１０の光軸１２６に対して同心円状に配置されるのが好ましく、検出器１１０の視野方向１６６を画定するのが好ましい。視野方向１６６に対して平行または逆平行のように、光軸１２６に対して平行または逆平行な方向が横方向と定義される、座標系１６８が定義される。図４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。非デカルト座標系などの他の種類の座標系１６８も実現可能である。
検出器１１０は、センサ要素１１８、ならびに任意選択で１つまたは複数のさらなる光センサを備えることができる。非分岐光路が使用されてもよく、あるいは代替的に、例えば光路を分岐することによるなど１つ以上の追加の光路における追加の光センサ、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を有する分岐光路が可能である。しかしながら、上記で概説したように、図３の状況では、少なくとも１つの横方向座標は、光スポット１３２の中心の横方向座標を決定することなどによって、センサ要素１１８自体によって決定することもできる。
１つまたは複数の光束１１６が物体１１２および／または１つまたは複数のビーコン装置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３に関連して上で概説したように、評価装置１３４はセンサ要素１１８のマトリックス１２０の光センサ１２２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１２２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に向かって伝播する光束１１６を、検出するように適合されている。照射源１４４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のうちの少なくとも１つは、統合された照射源、例えば発光ダイオードを有する能動型ビーコン装置を備えることができる。照射源１４４が使用される場合、ビーコン装置は能動型ビーコン装置である必要はない。反対に、物体１１２の反射表面を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１１４を使用することができる。直接および／または転送装置１２８によって修正された後の光束１１６、例えば１つまたは複数のレンズによって集束された光束１１６は、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１から図３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１５１を提供するために使用され得る。図４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１３４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いてもよい。
上記で概説したように、図４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１５３の一例を示している。追跡システム１５３は、検出器１１０と少なくとも１つの追跡コントローラ１７２を有している。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構成されてもよい。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／または図４に示すようにマシン１７０具体的にはコンピュータ、および／または評価装置１３４に完全にまたは部分的に一体化することができる。
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１５１は、娯楽装置１５２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はまた、娯楽装置１５２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、それにより、娯楽の機能を変化させ、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５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の関数として結合信号Ｑを示している。
図５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、Ｂａｓｌｅｒ ＡＣ １９２０－４０ＧＣカメラによって形成されたセンサ要素１１８を用いた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）を使用した。ＬＥＤの前にディフューザが使用され、５ｍｍの直径を有する明確な発光領域を提供するためにダイヤフラムが使用された。ＬＥＤの駆動電流を５ｍＡから１５０ｍＡの間で変えることによって、ＬＥＤの強度を変えた。
実験において、ＬＥＤとレンズとの間の距離ｚは、３００ｍｍから１７００ｍｍまで変化した。Ｂａｓｌｅｒ ＡＣ １９２０－４００ＧＣカメラ信号は以下の手順で評価した。中心信号として、光軸の周りの半径１５画素の半径を有する内円の、光軸を中心とした光スポットの累積された信号が決定された。和信号として、光スポットが生成されたカメラの全画素の信号の和が生成された。結合信号が、和信号を中心信号で割ることにより形成された。
図５において、実線の曲線、重複は、１５０ｍＡ、１２５ｍＡ、１００ｍＡおよび５０ｍＡのＬＥＤ電流についての結合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、結合信号が光束の総出力に大きく依存しないことを明らかに示している。より低い強度でのみ、曲線は区別され得る。このように、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、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６Ａおよび図６Ｂには、図２に示し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追加の詳細とともに、図６Ａおよび図６Ｂに示されていないさらなる要素については、上記の図２の説明を参照することができる。
図２では、照射光束１４６は、上述のように、好ましくは光軸１２６に沿って、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１３２の中心の位置は、典型的には物体１１２のｚ座標、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１３２の直径または等価直径は、物体１１２と検出器１１０との間の距離によって変化するが、マトリックス１２０上の光スポット１３２の位置は典型的には変化しない。
対照的に、図６Ａおよび図６Ｂでは、照射光束１４６はオフアクシスで、すなわち、光軸１２６に対して０°以外の角度で、または、光軸と平行に、あるいはその両方であるが、光軸１２６からずれている検出器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有利になることを示している。したがって、図６Ａ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第１の位置ｚ１と破線で描かれた第２の位置ｚ２とを有する側面図が示されている。図から分かるように、一例として光軸１２６に対して５°から３０°の角度で、例えば１０°から２０°の角度で伝播する照射光束１４６は、異なる位置でどちらの場合も物体１１２に当たる。照射光束１４６によって照射された物体１１２のこれらの点から、光束１１６が検出器１１０に向かって伝播し、ここでまた、位置ｚ１に位置する物体１１２に対する光束１１６は実線で描かれ、位置ｚ２に位置する物体１１２に対する光束１１６は破線で描かれている。
図６Ｂでは、マトリックス１２０が拡大されて示されている。この構成で分かるように、光スポット１３２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１３２のサイズは縦方向位置ｚによって影響を受けるだけでなく、光スポット１３２のマトリックス１２０上の位置も変化する。図６Ｂでは、光スポット１３２のこの移動は矢印ｚで示されている。
その結果、光スポット１３２のこの移動によって、光センサ１２２の少なくとも２つのセンサ信号を考慮に入れた結合信号のｚ依存性が増大され得る。
図２に示す状況では、光スポット１３２の位置はｚに依存しない。ｚが変化すると、光学的状況に応じて、スポットは、より大きくまたはより小さく、たとえばより拡散またはより集中するようになる。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と、結合信号Ｑ＝ｓｃｅｎｔｅｒ／ｓｓｕｍは減少する。
反対に、図６Ａの状況では、光スポット１３２のサイズと位置の両方がｚ座標に依存している。したがって、結合信号Ｑなどの結合信号のｚ依存性の傾向が大きくなる。図２の状況では、ｚ座標に応じて、マトリックスの少なくとも１つの光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依存の結合信号Ｑが得られる。図６Ａの状況では、光スポット１３２の位置依存性は、光源、光軸、およびセンサの相対位置に応じて、特に中心信号と和信号が１つ以上の光センサによって決定されるが、中心信号と和信号を決定する光センサがｚ座標および／または光スポットの位置と無関係に固定されている場合に、３つの異なる状況をもたらす可能性がある。第１に、光スポットの位置依存性は、ｚ座標に依存して減少する少なくとも１つのセンサ信号をさらに減少させる可能性があり、同時に、光スポットの位置依存性は、図２の状況に比べて、ｚ座標に依存して減少する少なくとも１つのセンサ信号をさらに増加させる可能性がある。第２に、光スポットの位置依存性は、ｚ座標に依存して少なくとも１つの減少するセンサ信号の縮小された減少または増加さえももたらす可能性があり、同時に、光スポットの位置依存性は、図２の状況に比べて、ｚ座標に依存して少なくとも１つの減少するセンサ信号の縮小された減少または増加さえももたらす可能性がある。第３に、光スポットの位置依存性は、図２の状況と比べて、センサ信号のｚ依存性が大きく変わらない可能性がある。しかしながら、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の位置から決定されない。代わりに、マトリックス１２０上の光スポット１３２の移動は、センサ信号のダイナミック性を向上するように使用され、および／または結果として生じるｚ依存性の向上したダイナミック性をもたらされる結合信号Ｑに使用される。
図６Ｃは、光センサ１２２として２つの感光領域を有するＢｉセルを含む図６Ａの検出器構成を用いた２つの実験構成の比較を示している。第１の実験構成では、照射源、光軸、およびセンサの相対位置に応じて、光スポット１３２は、Ｂｉセルの２つの光センサ１２２の線形境界に平行に、物体距離に応じて移動１７４の方向に沿って移動してもよい。光スポット１３２の移動１７４の方向は、物体距離に応じて２つの感光領域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光スポット１３２の移動がない図2に示すような状況と同一である。第２の実験構成では、照射源、光軸およびセンサの相対位置に応じて、光スポット１３２は、光スポット１３２の中心からＢｉセルの２つの光センサ１２２の境界までの距離が、例えば２つの光センサの境界に垂直な動き、例えば動き１７６の方向に沿った動きなど、物体距離に応じて変化するように移動することができる。光スポット１３２の移動を許容する検出器の構成は、図６Ａ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選択的な詳細は、さらなる要素と同様に、上記の図６Ａの説明を参照することができる。図６Ｃでは、光センサ１２２は１×２マトリックスとすることができる。
図６Ｄは、図６Ａによる検出器構成を用い、図６Ｃによる光スポット１３２の移動、物体距離に依存する光スポットの移動１７４と移動１７６の方向に沿った光スポットの移動、を可能にする２つの実験構成の比較の実験結果を示している。曲線１７８は、図６Ｃに示されているように、Ｂｉセルの光センサの境界と平行な移動方向１７４に沿った光スポット１３２の移動、それは物体距離に依存する光スポットの移動がない図２と同等の状況である移動方向１７４に沿った光スポット１３２の移動、を可能にする検出器構成における縦方向座標ｚに対する商Ｑの依存性を示している。曲線１８０は、図６Ａによる検出器構成、および光スポット１８６の移動とともに図６Ｃによる光スポット１３２の移動を伴う光スポットの移動を可能にする検出器構成を用いた場合の商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、光センサ１２２が１×２マトリックスであってよく、特に、Ｓｉ－Ｂｉセルであってもよい。照射源１４４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、例えばＴｈｏｒｌａｂｓ Ａｓｐｈｅｒｅ，ｆ＝２０ｍｍとして入手可能なレンズであってよい。物体１１２の距離は０から３０００ｍｍまで変化した。縦方向座標ｚの決定は、光スポット１３２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の決定に必須ではない可能性がある。方向１７４に沿った光スポット１３２の移動、または移動を伴わない検出器構成では、物体距離の決定は非常に小さい距離で可能であり、一方、方向１７６に沿った移動による物体距離の決定は、例えば５００ｍｍより大きい距離の物体距離に対して可能である。
図７Ａおよび図７Ｂは、小さなベースライン１８２を有する検出器１１０の例示的実施形態を示している。図７Ａは、検出器１１０の側面図を示している。検出器１１０は、少なくとも１つの照射源１４４を含むことができる。照射源１４４は、少なくとも１つの照射光束１４６で物体１１２を照射するように適合され得る。照射光束１４６は、物体によって完全にまたは部分的に反射されてもよく、光センサ１２２に向かって戻ってもよい。照射源１４４は、照射光束の伝播方向が光軸１２６に対して本質的に平行であるように構成されてもよい。照射源１４４は、照射光束の伝播方向に延びる線と光軸１２６とが空間で交差しないように配置されてもよい。照射源１４４と光軸１２６とは、小さなベースライン１８２によって分離されてもよい。照射源１４４は、光軸１２６から最小距離だけ離間されてもよい。光軸からの最小距離は、さらなる検出器要素、例えば光センサおよび転送装置のサイズおよび位置などによって定義されてもよい。図７Ｂは、照射光束１４４および転送装置１２８の正面図を示している。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、検出器１１０は、さらなる光学素子を含まないコンパクトな装置とすることができ、照射源１４４は、転送装置１２８の端部にできるだけ近くに配置することができる。したがって、ベースライン１８２は、転送装置１２８の直径の半分、特にレンズの直径ならびにレンズおよび光源のハウジングの近くになり得る。照射源１４４は、ベースライン１８２ができるだけ小さくなるように配置することができる。例えば、転送装置１２８の中心から照射源１４４までの距離、特に転送装置１２８の中心から照射源１４４までの接続線に沿った距離は、転送装置１２８の中心から転送装置１２８の端までの距離の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１２８の中心から端までの距離の１．５倍未満であり、最も好ましくは、転送装置１２８の中心から端の距離の１倍未満である。
図８を参照すると、図１から図７に関して説明したような検出器１１０は、深さ情報、特に絶対深さ情報を、少なくとも２つの光センサ１２２の光束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は、マトリックス１２０内に配置された複数の光センサを含み得る。検出器１１０は、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、特に焦点をぼか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深度情報を決定するように適合され得る。特に、検出器１１０は、特定の物体のサイズ範囲とは無関係に放射輝度比を使用して深度情報を決定するように適合させることができる。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、光束１１６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つの光源による照射に応答して、物体によって生成することができる。評価装置１３４は、結合信号Ｑを次の数式１２によって導出するように構成されてもよい。
Figure 2023085535000013
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面積、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。
図８に示す実施形態では、物体１１２から検出器１１０へ伝播する光束１１６は、少なくとも１つの線パターン１８４でマトリックス１２０を照射することができる。線パターン１８４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１４４による照射に応答して、物体１１２によって生成され得る。Ａ１は、マトリックス１２０内の線パターン１８４の全線幅を有する面積に対応することができる。マトリックス１２０内の線パターン１８４は、マトリックス１２０内の線幅が増加するように照射パターンの線パターンに比して幅が増加および／または変位されることができる。特に、マトリックス１２０内の線パターン１８４の線幅は、ある列から別の列へと変化することができる。Ａ２は、マトリックス１２０内の線パターン１８４の中央領域であり得る。中央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。中央領域は、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、中央領域は、全線幅の０．１から０．９までの線幅、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１８４はマトリックス１２０内にセグメント化されてもよい。各列は、線パターン１８４の中央領域における強度の中心情報と、線パターン１８４の中央領域からさらに外側にエッジ領域まで延びる領域からの強度のエッジ情報とを含むことができる。
図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、上記で概説したように、検出器１１０は、光センサ１２２の少なくとも１つのマトリックス１２０を含むことができる。このような画素化された撮像装置を用いて、図９Ａに示すように、デフォーカス（焦点ぼかし）されたビームプロファイルを、ある角度θの線に沿って縦座標の原点から距離ωの断面に細分することができる。したがって、単一の線のパラメータ化は、
Figure 2023085535000014
 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投影（数式１３を参照）によって記述することができ、この積分投影は数学的に次の数式１４のように記述することができる。
Figure 2023085535000015
Figure 2023085535000016
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されたビームプロファイルの強度である。所与の角度θと投影幅ωに対する光子比Ｒは次の数式１５で与えられる。
Figure 2023085535000017
図９において強調されている過度に光っている画像領域として
Figure 2023085535000018
 を有する。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を生じ得る。次の間隔
Figure 2023085535000019
 でθを変化させれば十分である。
図１０Ａ～図１０Ｃ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１４４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てよい。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てもよい。特に、照射源１４４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、点または記号などの少なくとも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な特徴の配列を含み得る。照射パターンは、少なくとも１つの周囲光源などのような周囲光、または少なくとも１つの照射源によって生成されることができる。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；少なくとも１つの凸状の均一傾斜を含むパターン；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もよい。照射パターンは、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、このため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。
照射パターンの照射特徴は、少数の基準特徴のみがエピポーラ線上に配置されるように配置されてもよい。図１０Ａに示されるように、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１８６上に配置される。図１０Ｂ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間の距離を増すことを可能にする。例えば図１０Ｃに示すように、照射パターンは少なくとも１つの変位した六角形パターンを含むことができ、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、例えば点のエピポーラ線に直交して変位している。個々の点の変位は、２本の平行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１１は、走査システム１５４の一実施形態を示している。走査システム１５４はライン走査装置として適合させることができる。特に、走査システム１５４は、光センサ１１３の少なくとも１つのセンサ行または列を含むことができる。さらに、走査システムは、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１４４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が不可能であり得る。光スポットが転送装置の方向に傾斜されている場合は、近距離場の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して遠距離場での検出を制限することにつながる。したがって、三角測量システムでは、ノンゼロベースラインは常に、近距離場および／または遠距離場の測定範囲の実質的な減少をもたらす。したがって、本発明による検出器によるベースラインの可能な限りの減少は、常に測定範囲を増加させる。さらに、これらの近距離場および遠距離場の問題は、図１１の走査システム１５４を使用することによって克服することができる。走査システム１５４は、ＣＭＯＳライン上で物体１１２から走査装置１５４に伝播する複数の光束１１６を検出するように構成され得る。光束１１６は、物体１１２上の異なる位置又は物体１１２の動きによって発生させることができる。走査システム１５４は、上述のように結合信号Ｑを決定することによって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
１１４ ビーコン装置
１１６ 光束
１１８ センサ要素
１２０ マトリックス
１２２ 光センサ
１２４ 感光領域
１２６ 光軸
１２８ 転送装置
１３０ 焦点
１３２ 光スポット
１３４ 評価装置
１３６ 中心検出器
１３８ 合算装置
１４０ 結合装置
１４２ デバイダ
１４３ 位置評価装置
１４４ 照射源
１４６ 照射光束
１４８ 反射要素
１４９ カメラ
１５０ 検出器システム
１５１ ヒューマンマシンインターフェース
１５２ 娯楽装置
１５３ 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 視線方向
１６８ 座標系
１７０ マシン
１７２ 追跡コントローラ
１７４ 移動方向
１７６ 移動方向
１７８ 曲線
１８０ 曲線
１８２ ベースライン
１８４ 線パターン
１８６ エピポーラ線

Claims (22)

  1. 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）であって、
    － 光センサ（１２２）のマトリックス（１２０）を有する少なくとも１つのセンサ要素（１１８）であって、前記光センサ（１２２）はそれぞれ感光領域（１２４）を有し、各前記光センサ（１２２）は前記物体（１１２）から前記検出器（１１０）に伝播する少なくとも１つの光束（１１６）による前記感光領域（１２４）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、センサ要素と、
    － 少なくとも１つの評価装置（１３４）であって、
    ａ） 最高のセンサ信号を有する少なくとも１つの光センサ（１２２）を決定し、少なくとも１つの中心信号を形成し；
    ｂ） 前記マトリックス（１２０）の前記光センサ（１２２）の前記センサ信号を評価し、少なくとも１つの和信号を形成し；
    ｃ） 前記中心信号と前記和信号を結合して少なくとも１つの結合信号を決定し；そして、
    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、ことによって、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、を有し、
    前記センサ信号は、前記光束の少なくとも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、の少なくとも１つから導き出される結合信号Ｑであり、
    前記中心信号は、前記ビームプロファイルの中心情報を本質的に含むセンサ信号であり、前記和信号は、前記ビームプロファイルのエッジ情報を本質的に含むセンサ信号である、検出器（１１０）。
  2. 前記ビームプロファイルの中心情報を本質的に含む前記中心信号は、好ましくは１０％未満、より好ましくは５％未満の前記エッジ情報を含み、最も好ましくは前記エッジ情報を含まず、前記ビームプロファイルのエッジ情報を本質的に含む前記和信号は、好ましくは１０％未満、より好ましくは５％未満の前記中心情報を含み、最も好ましくは前記中心情報を含まない、請求項１に記載の検出器（１１０）。
  3. 前記結合信号Ｑは、前記物体の縦方向座標の単調関数である、請求項１又は２に記載の光検出器（１１０）。
  4. 前記検出器（１１０）は、少なくとも２つの前記光センサ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情報を決定するように適合される、請求項１から３の何れか一項に記載の検出器（１１０）。
  5. 前記中心信号は、前記最高のセンサ信号；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平均；前記最高のセンサ信号を有する前記光センサ（１２２）と隣接する所定の光センサ（１２２）の群とを有する光センサ（１２２）群のセンサ信号の平均；前記最高のセンサ信号を有する前記光センサ（１２２）と隣接する所定の光センサ（１２２）の群とを有する光センサ（１２２）群のセンサ信号の和；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和；所定の閾値より高いセンサ信号群の平均；所定の閾値より高いセンサ信号群の和；前記最高のセンサ信号を有する前記光センサ（１２２）と隣接する所定の光センサ（１２２）の群とを有する光センサ（１２２）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；所定の閾値より高いセンサ信号群の積分からなる群から選択される、請求項１から４の何れか一項に記載の検出器（１１０）。
  6. 前記和信号は、前記マトリックス（１２０）の全センサ信号の平均；前記マトリックス（１２０）の全センサ信号の和；前記マトリックス（１２０）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（１２２）からのセンサ信号を除く前記マトリックス（１２０）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（１２２）からのセンサ信号を除く前記マトリックス（１２０）の全センサ信号の和；前記中心信号に寄与する光センサ（１２２）からのセンサ信号を除く前記マトリックス（１２０）の全センサ信号の積分；前記最高のセンサ信号を有する前記光センサ（１２２）から所定範囲内の光センサ（１２２）のセンサ信号の和；前記最高のセンサ信号を有する前記光センサ（１２２）から所定範囲内の光センサ（１２２）のセンサ信号の積分；前記最高のセンサ信号を有する前記光センサ（１２２）から所定範囲内に位置する光センサ（１２２）の所定の閾値より高いセンサ信号の和；前記最高のセンサ信号を有する前記光センサ（１２２）から所定範囲内に位置する光センサ（１２２）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、請求項１から５の何れか一項に記載の検出器（１１０）。
  7. 前記評価装置（１３４）は、前記結合信号Ｑと縦方向座標の間の少なくとも１つの所定の関係を使用して前記縦方向座標を決定するように構成されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
  8. 前記評価装置（１３４）は少なくとも１つのデバイダ（１４２）を有し、前記デバイダ（１４２）は前記結合信号を引き出すように構成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
  9. 前記評価装置（１３４）は、前記最高のセンサ信号を有する少なくとも１つの前記光センサ（１２２）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さらに構成されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
  10. 前記検出器（１１０）は少なくとも１つの照射源（１４４）を有し、前記照射源（１４４）は少なくとも１つの照射光束で前記物体（１１２）を照射するように適合され、前記照射源（１４４）は前記照射光束の伝播方向が前記光検出器（１１０）の光軸（１２６）に本質的に平行であるように構成されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
  11. 前記検出器（１１０）は少なくとも１つの照射源（１４４）を有し、前記照射源（１４４）と前記光検出器（１１０）の光軸（１２６）は小さなベースライン（１８２）で分離されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
  12. 少なくとも１つの物体（１１２）の位置を決定する検出器システム（１５０） であって、前記検出器システム（１５０）は請求項１から１１のいずれか一項に記載の少なくとも１つの検出器（１１０）を有し、前記検出器（１１０）に向けて少なくとも１つの光束（１１６）を指向するように適合された少なくとも１つのビーコン装置（１１４）を有し、前記ビーコン装置（１１４）は前記物体（１１２）に取り付け可能なもの、前記物体（１１２）によって保持可能なもの、前記物体（１１２）に一体化可能なものの少なくとも１つである、検出器システム（１５０）。
  13. ユーザ（１６２）とマシン（１７０）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（１５１）であって、前記ヒューマンマシンインターフェース（１５１）は請求項１２に記載の少なくとも１つの検出器システム（１５０）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もの、前記ユーザ（１６２）によって保持されるものの少なくとも１つであり、前記ヒューマンマシンインターフェース（１５１）は前記検出器システム（１５０）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（１５１）。
  14. 少なくとも１つの娯楽機能を実行する娯楽装置（１５２）であって、前記娯楽装置（１５２）は請求項１３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（１５１）を有し、前記娯楽装置（１５２） はプレーヤが前記ヒューマンマシンインターフェース（１５１）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（１５２）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（１５２）。
  15. 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（１５３）であって、前記追跡システム（１５３）は、検出器システム（１５０）を参照する請求項１２に記載の少なくとも１つの検出器システム（１５０）を有し、前記追跡システム（１５３）は少なくとも１つの追跡コントローラ（１７２）をさらに有し、前記追跡コントローラ（１７２）は所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（１５３）。
  16. 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、前記走査システム（１５４）は検出器（１１０）を参照する請求項１から１１のいずれか一項に記載の少なくとも１つの検出器（１１０）を有し、前記走査システム（１５４）は、少なくとも１つの光束（１４６，１１６）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（１４４）をさらに有している、走査システム（１５４）。
  17. 少なくとも１つの物体（１１２）を撮像するためのカメラ（１４９）であって、検出器（１１０）を参照する請求項１から１１のいずれか一項に記載の少なくとも１つの検出器（１１０）を有する、カメラ（１４９）。
  18. 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つの物体（１１２）の位置を決定する方法であって、
    － 前記物体（１１２）から前記検出器（１１０）に伝播する少なくとも１つの光束（１１６）によって前記検出器（１１０）の少なくとも１つのセンサ要素（１１８）を照射し、前記検出器（１１０）は光センサ（１２２）のマトリックス（１２０）を有し、前記光センサ（１２２）はそれぞれ感光領域（１２４）を有し、前記各光センサ（１２２） 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工程と、
    － 前記センサ信号を、
    ａ） 最高のセンサ信号を有する少なくとも１つの光センサ（１２２）を決定し、少なくとも１つの中心信号を形成し；
    ｂ） 前記マトリックス（１２０）の前記光センサ（１２２）の前記センサ信号を評価し、少なくとも１つの和信号を形成し；
    ｃ） 前記中心信号と前記和信号を結合して少なくとも１つの結合信号を決定し；そして、
    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、ことによって、
    決定する工程と、を有し、
    前記センサ信号は、前記光束の少なくとも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、の少なくとも１つから導き出される結合信号Ｑであり、
    前記中心信号は、前記ビームプロファイルの中心情報を本質的に含むセンサ信号であり、前記和信号は、前記ビームプロファイルのエッジ情報を本質的に含む信号である、方法。
  19. 前記ビームプロファイルの中心情報を本質的に含む前記中心信号は、好ましくは１０％未満、より好ましくは５％未満の前記エッジ情報を含み、最も好ましくは前記エッジ情報を含まず、前記ビームプロファイルのエッジ情報を本質的に含む和信号は、好ましくは１０％未満、より好ましくは５％未満の前記中心情報を含み、最も好ましくは前記中心情報を含まない、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記結合信号Ｑは、前記物体の縦方向座標の単調関数である、請求項１８又は１９に記載の方法。
  21. 前記検出器（１１０）は、少なくとも２つの前記光センサ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情報を決定するように適合される、請求項１８から２０の何れか一項に記載の方法。
  22. 使用目的が、交通技術における位置測定；娯楽用途；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（１５１）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；製造用途からなる群から選択される、検出器（１１０）に関する請求項１から１１のいずれか一項に記載の検出器（１１０）の使用。
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