KR102452770B1 - 적어도 하나의 대상체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기 - Google Patents
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Abstract
적어도 하나의 대상체(112)의 위치를 결정하는 검출기(110)가 개시된다. 검출기(110)는, - 광학 센서(122)의 매트릭스(120)를 갖는 적어도 하나의 센서 요소(118) ― 여기서, 상기 광학 센서(122)의 각각은 감광 영역(124)을 가지며, 각각의 광학 센서(122)는 상기 대상체(112)로부터 상기 검출기(110)로 전파하는 적어도 하나의 광 빔(116)에 의해 상기 감광 영역(124)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성됨 ―; 및 - 상기 센서 신호를 평가하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치(134)를 갖되, 상기 평가 장치는 a) 가장 높은 센서 신호를 갖는 적어도 하나의 광학 센서(122)를 결정하고, 적어도 하나의 중심 신호를 형성하고; b) 상기 매트릭스(120)의 상기 광학 센서(122)의 센서 신호를 평가하고, 적어도 하나의 합산 신호를 형성하고; c) 상기 중심 신호와 상기 합산 신호를 결합하여 적어도 하나의 결합된 신호를 결정하며; 또한 d) 상기 결합 신호를 평가함으로써, 상기 대상체(112)의 적어도 하나의 종 방향 좌표 z를 결정하는 것을 포함한다.
Description
본 발명은 적어도 하나의 대상체의 위치를 결정하기 위한 검출기, 검출기 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 사용자와 기계, 엔터테인먼트 디바이스, 추적 시스템, 카메라, 스캐닝 시스템 및 검출기 디바이스의 다양한 용도 사이에서 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디바이스, 시스템, 방법 및 용도는, 예를 들면, 일상 생활, 게임, 교통 기술, 생산 기술, 보안 기술, 예술을 위한 디지털 포토그래피 또는 비디오 포토그래피와 같은 포토그래피, 문서 또는 기술 목적, 의료 기술 또는 과학 분야에, 특히, 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은, 예를 들어, 건축물, 측량학, 고고학, 예술 분야, 의학, 공학 또는 제조업 분야에서, 대상체 또는 풍경의 깊이 프로파일(depth profile)을 생성하는 것과 같이, 하나 이상의 대상체를 스캐닝 및/또는 풍경을 스캐닝하는데 사용될 수 있다. 그러나, 다른 적용이 가능할 수도 있다.
많은 수의 광학 센서 및 광전 변환 디바이스가 종래 기술로부터 알려져 있다. 광전 변환 디바이스는 일반적으로 전자기 방사선, 예를 들어, 자외선, 가시 광선 또는 적외선을 전기 신호 또는 전기 에너지로 변환하는 데 사용되지만, 광학 검출기는 일반적으로 이미지 정보를 수집 및/또는 적어도 하나의 광학 파라미터, 예를 들어, 밝기를 검출하는 데 사용된다.
일반적으로 무기 및/또는 유기 센서 물질의 사용에 기초할 수 있는 다수의 광학 센서가 종래 기술로부터 알려져 있다. 이러한 센서의 예는 US 2007/0176165 A1, US 6,995,445 B2, DE 2501124 A1, DE 3225372 A1 또는 다수의 다른 선행 기술 문헌에 개시되어 있다. 특히, 비용상의 이유와 대규모 영역 처리를 위해, 적어도 하나의 유기 센서 물질을 포함하는 센서가, 예를 들어, US 2007/0176165 A1에 기술된 바와 같이 사용된다. 특히, 여기서, 일반적으로 기술되는, 소위, 염료 태양 전지의 중요성이 점점 커지고 있는데, 이는, 예를 들어, WO 2009/013282 A1에 기술되어 있다.
이런 광학 센서에 기초하여 적어도 하나의 대상체를 검출하기 위한 다수의 검출기가 공지되어 있다. 이러한 검출기는 각각의 사용 목적에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 이러한 검출기의 예는 촬상 장치, 예를 들어, 카메라 및/또는 현미경이다. 예를 들어, 고해상도 공초점 현미경(confocal microscope)은 높은 광학 해상도로 생물학적 샘플을 검사하기 위해 의료 기술 및 생물학 분야에서, 특히, 사용될 수 있다. 적어도 하나의 대상체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기의 다른 예는, 예를 들어, 레이저 펄스와 같은 상응하는 광학 신호의 전파 시간 방법에 기초한 거리 측정 장치이다. 대상체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기의 또 다른 예는 거리 측정이 마찬가지로 수행될 수 있는 삼각 측량 시스템이다. 2008 IEEE 국제 로봇 및 자동화에 관한 회의(Kurt Konolige 외, 저비용 레이저 거리 센서(Low-Cost Laser Distance Sensor), 미국 캘리포니아주 파사데나, 2008년 5월 19-23일)에서 평면 LDS(Laser Laser Sensor)의 삼각 측량을 이용한 경쟁 기술에 대해 논의하였다. 구조화된 라인 디바이스는 광 스트라이프 레이저(light stripe laser) 및 오프셋 카메라를 사용하여 포인트 세트를 범위로 결정한다. 레이저 에너지가 라인을 통해 퍼지기 때문에, 특히, 주변 광이 있거나 어두운 대상체에서는 정확한 범위를 얻기가 어렵다. 작은 대상체의 3D 스캐닝을 위한 포인트 스캔 디바이스는 일반적으로 스캐닝 미러를 사용하여 포인트 레이저 빔을 보내고, 레이저 리턴을 광 수신기로 재전송한다. 이러한 디바이스는 소형화될 수 없고, 비용 및 기계적 취약성도 여전히 높을 것이다. 중심 포인트 모듈은 일반적으로 PSD(Position-Sensitive Device)를 사용한다. 이들 디바이스는 그들의 표면에 충돌하는 모든 광의 중심을 측정한다. 변조 기술이 주변 광의 영향을 일부 상쇄하는 데 사용될 수 있지만, PSD는 레이저 스폿이 매우 강한 반사를 가지지 않는 한, 그들의 사용이 제한되어 사용 범위가 1미터 미만으로 제한된다. 픽셀 기반의 포인트 모듈은 최대 신호 강도로 픽셀을 검색하여 센서에서 광 스폿의 위치를 결정한다. 일반적으로, CMOS 라인 어레이가 검출에 사용된다. Konolige 등은 픽셀 기반의 포인트 모듈의 저가 버전을 소개한다.
US 5,235,377 A는 광이 투영부로부터 대상체에 투사되는 카메라용 측정 장치를 설명한다. 대상체 상에 반사된 광은 서로 인접하게 배열된 제 1 수광부 및 제 2 수광부에서 수광된다. 제 1 수광부에서는, 수광 위치 및 수광량에 관한 제 1 및 제 2 신호가 출력되고, 제 2 수광부에서는, 반사광의 광량에 관한 제 3 신호가 출력된다. 판별 및 계산부에서는, 반사광이 사전 결정된 거리보다 가까운 장소에 위치하는 것으로 판별되면, 측정 계산 회로에 의해 제 1 신호와 제 2 신호의 출력비로부터 측정 거리가 계산될 수 있다. 한편, 반사광이 사전 결정된 거리보다 먼 장소에 위치하는 것으로 판별되면, 측정 계산 회로에 의해 제 1 신호와 제 2 신호의 합과 제 3 신호의 출력비로부터 측정 거리가 계산될 수 있다.
US 5,512,997 A는 적외선이 피사체를 향해 방출되는 적외선 발광 다이오드와, 피사체로부터 반사된 광에 상응하는 이미지가 형성되는 제 1 및 제 2 선형 라인 센서를 갖는 거리 측정 디바이스를 설명한다. 제 1 및 제 2 선형 라인 센서는 서로 인접하여 병렬 배치되고, 사전 결정된 A/D 변환 단계의 절반에 상응하는 양만큼 오프셋된다. 선형 라인 센서로부터 출력된 아날로그 거리 데이터는 사전 결정된 A/D 변환 단계를 이용하여 디지털 거리 데이터로 변환된 후, 고정밀도로 피사체 거리를 얻기 위해 그 디지털 거리 데이터가 합산된다.
DE 4,211,875 A1은 스폿 편심도(spot eccentricity)에 대한 전자 보정을 갖는 광학 거리계(optical rangefinder)를 기술한다. 광학 거리계는 출력 거리 측정값이 유효한지 또는 물체 표면의 경사로 인해 잘못된 것인지를 결정하는 평가 회로를 갖는다. 거리 신호는 제 1 검출기 상의 광 스폿의 위치를 평가함으로써 결정된다. 대상체 표면의 경사를 특정화하는 제 2 제어 신호는 다른 평면에 배열된 제 2 검출기 상의 광 스폿의 편심을 평가함으로써 결정된다.
WO 2016/051323 A1은 적어도 하나의 대상체의 위치를 광학적으로 결정하기 위한 검출기 및 방법을 기술한다. 검출기는 적어도 하나의 광 빔의 위치를 결정하기 위한 적어도 하나의 광학 센서와, 대상체의 횡 방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목 및 대상체의 종 방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하는 적어도 하나의 평가 장치를 포함한다. 센서는 적어도 제 1 전극과 제 2 전극을 갖는다. 적어도 하나의 광전지 재료(photovoltaic material)가 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 매립된다. 제 1 전극 또는 제 2 전극은 적어도 3개의 부분 전극을 갖는 분할 전극이다. 검출기 및 방법은 빠르고 효율적인 방식으로 대상체의 3차원 좌표를 결정할 수 있다.
WO 2012/110924 A1에서는, 참조로써 여기에 포함된 내용, 즉, 적어도 하나의 대상체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기가 제안된다. 검출기는 적어도 하나의 광학 센서를 포함한다. 광학 센서는 적어도 하나의 센서 영역을 갖는다. 광학 센서는 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 조명에 동일한 총 전력이 주어지면, 센서 신호는 조명의 기하학적 구조, 특히, 센서 영역 상의 조명의 빔 단면에 의존한다. 검출기는 적어도 하나의 평가 장치를 더 갖는다. 평가 장치는 센서 신호로부터 적어도 하나의 기하학적 정보 항목, 특히, 조명 및/또는 대상체에 관한 적어도 하나의 기하학적 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
WO 2014/097181 A1은 그 전체 내용이 참조로써 여기에 포함되고, 적어도 하나의 횡 방향 광학 센서 및 적어도 하나의 광학 센서를 사용하여 적어도 하나의 대상체의 위치를 결정하는 방법 및 검출기를 개시한다. 구체적으로는, 높은 정확도로 또한 모호함이 없이 대상체의 종 방향 위치를 결정하기 위해, 센서 스택의 사용이 개시된다.
WO 2015/024871 A1 및 US 2015/286340 A1은, 그 전체 내용이 참조로써 여기에 포함되어, 광학 검출기를 개시하고, 이 광학 검출기는:
- 픽셀 매트릭스를 갖는 공간적으로 분해된 방식으로 광 빔의 적어도 하나의 특성을 변경하도록 적응되는 적어도 하나의 공간 광 변조기 - 각각의 픽셀은 픽셀을 통과하는 광 빔의 일부분의 적어도 하나의 광학 특성을 개별적으로 변경하도록 제어할 수 있음 -;
- 공간 광 변조기의 픽셀 매트릭스를 통과한 후에, 광 빔을 검출하고 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 적응된 적어도 하나의 광학 센서;
- 상이한 변조 주파수를 갖는 픽셀들 중 적어도 2개를 주기적으로 제어하도록 적응된 적어도 하나의 변조기 디바이스; 및
- 그 변조 주파수들에 대한 센서 신호의 신호 성분들을 결정하기 위해 주파수 분석을 수행하도록 적응된 적어도 하나의 평가 장치를 포함한다.
US 4,767,211에는 샘플의 경계면을 측정하기 위한 장치 및 방법이 개시되어 있고, 반사광의 광축 부근을 이동하는 샘플로부터의 반사광의 일부분의 광량과 광축으로부터 소정 거리만큼 어긋난 위치로 향하는 반사광의 다른 부분의 광량에 대한 비율은 샘플의 경계면을 정확하게 측정하는 데 사용된다. 상기 비율을 이용하는 것에 의해 측정 정확도를 증가시키므로, 샘플을 통과할 수 있는 광을 입사광으로 사용할 수 있다. 따라서, 샘플의 표면 내의 깊은 구멍과, 종래 기술로는 측정할 수 없던 생체 샘플의 기포와 같은 공극을 매우 정확하게 측정할 수 있다.
WO 2014/198629 A1은, 그 전체 내용이 참조로써 여기에 포함되어, 적어도 하나의 대상체의 위치를 결정하는 검출기를 개시하고, 이 검출기는:
- 대상체로부터 검출기를 향해 전파하는 광 빔을 검출하도록 적응되고, 적어도 하나의 픽셀 매트릭스를 갖는 적어도 하나의 광학 센서; 및
- 광 빔에 의해 조명되는 광학 센서의 픽셀의 수를 결정하도록 적응되고, 광 빔에 의해 조명되는 픽셀의 수를 사용하여 대상체의 적어도 하나의 종 방향 좌표를 더 결정하도록 적응되는 평가 장치를 포함한다.
또한, 일반적으로, 다양한 다른 검출기 개념에 대하여, WO 2014/198626 A1, WO 2014/198629 A1 및 WO 2014/198625 A1이 참조될 수 있으며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고로써 포함된다. 또한, 본 발명의 맥락에서 사용될 수도 있는 잠재적인 재료 및 광학 센서를 참조하면, 2015년 1월 30일에 출원된 유럽 특허 출원 EP 15,153,215.7, 2015년 3월 3일 출원된 EP 15,157,363.1, 2015년 4월 22일 출원된 EP 15,164,653.6, 2015년 7월 17일 출원된 EP 15,177,275.3, 2015년 8월 10일 출원된 양 출원 EP 15,180,354.1과 EP 15,180,353.3, 및 2015년 9월 14일 출원된 EP 15,185,005.4, 2015년 11월 25일 출원된 양 출원 EP 15,196,238.8과 EP 15,196,239.6, 2015년 12월 3일 출원된 EP 15,197,744.4가 참조될 수 있고, 그 전체 내용은 또한 여기에 참조로 포함될 수 있다.
US 2006/044546 A1에는 3차원 장면에 동시에 레인징할 수 있는 레인징 장치가 개시되어 있다. 조명 수단은 2차원 스폿 어레이를 갖는 장면을 조명한다. 검출기는 조명 수단의 근방에 위치되고, 장면을 바라보도록 배열된다. 프로세서는 검출기로부터의 출력에 응답하고, 장면 이미지의 스폿 위치로부터 그 스폿까지의 범위를 결정한다.
US 2008/13005 A1은 행(rows) 및 열(columns)로 배열된 픽셀을 포함하는 디스플레이 디바이스를 위한 반전 구조를 제공하기 위해 행이 한 번에 하나씩 선택되고, 열 데이터 전압이 반전되는 구동 방식을 기술한다. 행들이 선택되는 순서는 제 1 극성 행들의 제 1 그룹이 제 1 순서로 선택되고, 제 2 극성 행들의 제 1 그룹이 제 2 순서로 선택되고, 제 1 극성 행들의 제 2 그룹이 제 2 순서로 선택되고, 또한 제 2 극성 행들의 제 2 그룹이 제 1 순서로 선택되도록 선택되고, 여기서 제 1 순서는 행 번호 순서의 오름차순 또는 내림차순 중 하나이고, 제 2 순서는 행 번호 순서의 오름차순 또는 내림차순 중 다른 하나이다.
전술한 디바이스 및 검출기에 의해 암시된 이점에도 불구하고, 몇몇 기술적 과제가 남아 있다. 따라서, 일반적으로 공간에서의 대상체의 위치를 검출하기 위한 검출기가 신뢰성이 있고 저비용으로 제조되어야 할 필요가 있다. 특히, 3D 감지 개념에 대한 필요성이 존재한다. 다양한 공지된 개념들은 전술한 개념 중 몇몇과 같은, 소위, FiP 센서를 사용하는 것에 적어도 부분적으로 기초한다. 여기에서, 예를 들어, 개별 센서 픽셀이 광 스폿보다 상당히 크고, 특정 크기로 고정되는 대면적 센서가 사용될 수 있다. 여전히, 대면적 센서는, 많은 경우에, FiP 측정 원리의 사용이 본질적으로 제한되어 있고, 특히, 하나 초과의 광 스폿을 동시에 조사해야 하는 경우에 그러하다.
FiP 검출기를 사용하는 또 다른 과제는 검출기 영역 또는 활성 영역입니다. 전형적으로 거리 측정의 경우, 검출기의 넓은 활성 영역을 사용하거나 심지어 필요로 한다. 그러나, 이 영역은, 특히, PSD를 구축하기 위해 4개의 측방향 전도도 개념을 사용하는 경우, 노이즈 문제를 유발할 수 있다. 이는 종종 검출기의 직렬 저항과 관련한 큰 캐패시턴스로 인해, 열악한 신호 대 잡음비 및 늦은 검출기 응답 시간을 야기한다. FiP 검출기를 사용하는 또 다른 과제는 제조 비용이다. 따라서, 많은 경우에, 전형적인 FiP 센서는, 예를 들어, 종래의 Si-기반 포토다이오드와 비교하여 고가이다. 또한, FiP 센서를 이용한 측정 결과의 평가는, 특히, 광 빔의 총 출력을 알 수 없는 경우에 문제가 된다. 광 빔의 전파 축을 따라 상이한 위치에 배치된 복수의 FiP 센서가 사용되는 경우, 측정 범위는 일반적으로 센서의 두 위치 사이의 범위로 제한된다. 또한, 많은 FiP 검출기는 측정 결과의 평가를 더욱 어렵게 만드는 휘도 의존성(luminance dependency)을 나타내고, 또한 많은 경우에 FiP 측정은 목표 스폿 크기에 의존한다.
따라서, 본 발명의 목적은 공지된 디바이스 및 방법의 전술한 기술적 도전에 직면하는 디바이스 및 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 공간에서 대상체의 위치를 신뢰성있게 결정할 수 있는 디바이스 및 방법을 제공하는 것이며, 바람직하게는, 기술적인 노력이 적고 기술적인 자원 및 비용 관점에서 필요 요건이 적다.
이 문제는 특허 청구 범위의 독립항의 특징을 갖는 본 발명에 의해 해결된다. 개별적으로 또는 조합하여 실현될 수 있는 본 발명의 유리한 전개는 종속항 및/또는 하기의 명세서 및 상세한 실시예에서 제시된다.
이하에서 사용된 바와 같이, "갖는다", "구비한다" 또는 "포함하다"라는 용어 또는 그들의 임의의 문법적 변형어는 비배타적인 방식으로 사용된다. 따라서, 이들 용어는 이들 용어에 의해 도입된 특징 외에 이 문맥에서 설명된 대상체에 더 이상의 특징이 존재하지 않는 상황 및 하나 이상의 추가 특징이 존재하는 상황 모두를 지칭할 수 있다. 예를 들어, "A는 B를 갖는다", "A는 B를 구비한다" 및 "A는 B를 포함한다"라는 표현은, B 이외에 다른 요소가 A에 존재하지 않는 상황(즉, A가 오로지 배타적으로 B로 구성되는 상황) 및 B 이외에, 요소 C, 요소 C 및 D 또는 심지어 다른 요소와 같은 하나 이상의 추가 요소가 객체 A에 존재하는 상황 모두를 지칭할 수 있다.
또한, 특징 또는 요소가 전형적으로 하나 또는 하나보다 많이 존재할 수 있음을 나타내는 용어 "적어도 하나", "하나 이상" 또는 그 유사 표현은, 각각의 특징 또는 요소를 도입할 때, 한 번만 사용될 것이라는 점을 유의해야 한다. 이하에서, 대부분의 경우, 각각의 특징 또는 요소를 언급할 때, 각각의 특징 또는 요소가 한 번 이상 존재할 수 있다는 사실에도 불구하고, "적어도 하나" 또는 "하나 이상"이라는 표현은 반복되지 않을 것이다.
또한, 이하에서 사용되는 용어 "바람직하게", "더 바람직하게", "특히", "더욱 특히", "구체적으로", "더 구체적으로" 또는 유사한 용어는 대안적인 가능성을 제한하지 않으면서 선택적인 특징과 함께 사용된다. 따라서, 이러한 용어들에 의해 도입된 특징들은 선택적인 특징이며 어떠한 방식으로도 청구 범위의 범주를 제한하려고 의도하는 것은 아니다. 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 본 발명은 대안적인 특징들을 사용함으로써 수행될 수 있다. 유사하게, "본 발명의 일 실시예에서" 또는 유사 표현에 의해 도입된 특징은, 본 발명의 대안적인 실시예에 관한 임의의 제한 없이, 본 발명의 범주에 관한 임의의 제한 없이, 및 이러한 방식으로 도입된 특징들을 본 발명의 다른 선택적 또는 비선택적 특징과 조합할 가능성에 관한 임의의 제한 없이, 선택적 특징인 것으로 의도된다.
본 발명의 제 1 양태에서, 적어도 하나의 대상체의 위치를 결정하는 검출기가 개시된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "위치"는 대상체의 위치 및/또는 방향, 및/또는 공간에서 대상체의 적어도 한 부분에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 지칭한다. 따라서, 적어도 하나의 정보 항목은 대상체의 적어도 하나의 지점과 적어도 하나의 검출기 사이의 적어도 하나의 거리를 암시할 수 있다. 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 거리는 종 방향 좌표일 수 있거나 대상체의 위치의 종 방향 좌표를 결정하는 데 기여할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 대상체 및/또는 대상체의 적어도 하나의 부분의 위치 및/또는 방위에 관한 하나 이상의 다른 정보 항목이 결정될 수도 있다. 일 예로서, 부가적으로, 대상체 및/또는 대상체의 적어도 하나의 부분의 적어도 하나의 횡 방향 좌표가 결정될 수 있다. 따라서, 대상체의 위치는 대상체 및/또는 대상체의 적어도 하나의 부분의 적어도 하나의 종 방향 좌표를 의미할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 대상체의 위치는 대상체 및/또는 대상체의 적어도 하나의 부분의 적어도 하나의 횡 방향 좌표를 의미할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 대상체의 위치는 대상체의 적어도 하나의 방위 정보를 의미할 수 있으며, 이는 대상체의 공간에서의 방위를 나타낸다.
검출기는,
- 광학 센서의 매트릭스를 갖는 적어도 하나의 센서 요소 - 여기서, 광 센서 각각은 감광 영역을 가지며, 각각의 광학 센서는 대상체로부터 검출기로 전파하는 적어도 하나의 광 빔에 의해 감광 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성됨 -; 및
- 이하에 의해, 센서 신호를 평가하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치를 포함한다.
a) 최고의 센서 신호를 갖는 적어도 하나의 광학 센서를 결정하고, 적어도 하나의 중심 신호를 형성하는 것;
b) 매트릭스의 광학 센서의 센서 신호를 평가하고, 적어도 하나의 총합 신호를 형성하는 것;
c) 중앙 신호와 총합 신호를 결합하여 적어도 하나의 결합된 신호를 결정하는 것; 및
d) 그 결합된 신호를 평가함으로써, 대상체의 적어도 하나의 종 방향 좌표 z를 결정하는 것.
본 명세서에서 사용되는 "센서 요소"라는 용어는 일반적으로 적어도 하나의 파라미터를 감지하도록 구성된 디바이스 또는 복수의 디바이스의 조합을 지칭한다. 이러한 경우, 파라미터는 구체적으로 광학 파라미터일 수 있고, 센서 요소는, 특히, 광학 센서 요소일 수 있다. 센서 요소는 단일의 단일 디바이스 또는 여러 디바이스의 조합으로 형성될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "매트릭스"라는 용어는 일반적으로 사전 결정된 기하학적 순서로 복수의 요소를 배열하는 것을 지칭한다. 매트릭스는, 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 구체적으로 하나 이상의 행과 하나 이상의 열을 갖는 직사각형 매트릭스일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 행 및 열은 구체적으로 직사각형 형태로 배열될 수 있다. 그러나, 비직사각형 배열과 같은 다른 배열이 가능하다는 것이 개요화되어야 한다. 일 예로서, 요소들이 중심 위치를 중심으로 동심원 또는 타원으로 배열되는 원형 배열이 또한 가능할 수 있다. 예를 들어, 매트릭스는 단일 행의 픽셀일 수 있다. 다른 배열도 가능하다.
본 명세서에서 더 사용되는 "광학 센서"는 일반적으로 적어도 하나의 광 빔에 의해 생성된 조명 및/또는 광 스폿을 검출하기 위한 것과 같은, 광 빔을 검출하기 위한 감광 디바이스를 지칭한다. 본 명세서에서 더 사용되는 "감광 영역"은 일반적으로 적어도 하나의 센서 신호가 생성되는 조명에 응답하여, 적어도 하나의 광 빔에 의해 외부로 조명될 수 있는 광학 센서의 영역을 지칭한다. 감광 영역은 구체적으로 각각의 광학 센서의 표면 상에 위치될 수 있다. 그러나 다른 실시예도 가능하다. 매트릭스의 광학 센서는, 특히, 크기, 감도 및 기타 광학적, 전기적 및 기계적 특성 중 하나 이상에서 동일할 수 있다. 매트릭스의 모든 광학 센서의 감광 영역은, 특히, 공통 평면에 위치될 수 있고, 공통 평면은, 바람직하게는, 대상체로부터 검출기로 전파하는 광 빔이 공통 평면 상에 광 스폿을 생성할 수 있도록 대상체와 대향한다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 각각의 광학 센서는, 바람직하게는, 조명될 수 있는 하나의 감광 영역을 정확히 제공하는 것과 같이, 정확히 하나의 감광 영역이 전체 광학 센서에 대해 정확하게 하나의 균일한 센서 신호가 생성되는 조명에 응답하여 각각의 광학 센서 내에 존재하도록 구현될 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 각각의 광학 센서는, 예를 들어, 센서 매트릭스와 같은 픽셀화된 광학 센서보다는 단일 영역 광학 센서이다. 그러나, 다른 실시예도 가능하다. 그러나 단일 영역 광학 센서의 사용은, 특히, 간단하고 효율적인 검출기의 설정을 가능하게 한다. 따라서, 상업적으로 이용할 수 있는 실리콘 포토다이오드(Silicon Photodiodes)와 같은 상업적으로 이용 가능한 광센서들은 각각 정확하게 하나의 감지 영역을 가지며, 하나는 감광 영역이 작고, 하나는 더 큰 감광 영역을 가진 광센서들을, 이하에 더 상세히 설명하는 바와 같이, 설정에서 사용할 수 있다.
본 명세서에서 더 사용되는 "센서 신호"는 일반적으로 광 빔에 의한 조명에 응답하여 광학 센서에 의해 생성된 신호를 지칭한다. 구체적으로, 센서 신호는 적어도 하나의 아날로그 전기 신호 및/또는 적어도 하나의 디지털 전기 신호와 같은 적어도 하나의 전기 신호일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 더욱 특정적으로, 센서 신호는 적어도 하나의 전압 신호 및/또는 적어도 하나의 전류 신호이거나 이들을 포함할 수 있다. 더욱 특정적으로, 센서 신호는 적어도 하나의 광전류를 포함할 수 있다. 또한, 미가공 센서 신호를 사용하거나, 검출기, 광학 센서 또는 기타 요소가 센서 신호를 처리 또는 전처리하도록 적응되어 2차 센서 신호를 발생시킬 수 있고, 이는 필터링 등에 의한 전처리와 같은 센서 신호로도 사용될 수 있다. 센서 신호는 광 빔의 적어도 하나의 빔 프로파일의 적어도 하나의 정보를 포함할 수 있다. 상기 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일; 삼각형 빔 프로파일; 원추형 빔 프로파일 및 가우스 빔 프로파일의 선형 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
감광 영역은, 특히, 대상체 쪽으로 배향될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "대상물을 향해 배향되는"이라는 용어는 일반적으로 감광 영역의 각 표면이 대상체로부터 완전히 또는 부분적으로 가시화되는 상황을 지칭한다. 구체적으로, 대상체의 적어도 하나의 위치와 각 감광 영역의 적어도 하나의 위치 사이의 적어도 하나의 상호 연결 라인은 감광 영역의 표면 요소와 0°와는 다른 각도, 예컨대, 20° 내지 90°, 바람직하게는 90°와 같은 80° 내지 90°의 각도를 형성할 수 있다. 따라서, 대상체가 광축 상에 또는 광축에 근접하여 위치할 때, 대상체로부터 검출기를 향해 전파하는 광 빔은 본질적으로 광축에 평행할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "본질적으로 수직인"이라는 용어는, 예를 들어, ±20° 이하의 허용 오차, 바람직하게는 ±10° 이하의 허용 오차, 보다 바람직하게는 ±5° 이하의 허용 오차를 갖는 수직 배향의 조건을 지칭한다. 유사하게, "본질적으로 평행한"이라는 용어는, 예를 들어, ±20° 이하의 허용 오차, 바람직하게는 ±10° 이하의 허용 오차, 보다 바람직하게는 ±5° 이하의 허용 오차를 갖는 평행 배향의 조건을 지칭한다.
본 발명은 대상체의 적어도 하나의 종 방향 좌표를 결정하기 위한 일반적인 아이디어를 구현할 수 있으며, 이는 다음과 같이 특징지어질 수 있다. 따라서, 전술한 종래 기술 문헌 중 하나 이상, 예를 들어, WO 2012/110924 A1 또는 WO 2014/097181 A1에서 더 상세하게 설명된 바와 같이, 전형적으로, 광 스폿의 직경, 빔 웨이스트 또는 등가 직경과 같은 광 스폿의 크기와, 광 빔이 검출기를 향해 전파하는 대상체의 종 방향 좌표 사이에 사전 결정되거나 결정할 수 있는 관계가 존재한다. 이 이론에 구속되기를 바라지 않고, 광 스폿은 2개의 측정 변수: 광 스폿의 중심 또는 중심 근처의 작은 측정 패치에서 측정된 중심 신호라고도 일컬어지는 측정 신호, 및 중심 신호의 유무에 관계없이, 광 스폿에 통합된 적분 또는 총합 신호에 의해 특징지어 질 수 있다 빔이 퍼지거나 포커싱될 때, 변하지 않는 특정 총 전력을 갖는 광 빔의 경우, 총합 신호는 광 스폿의 스폿 크기와는 독립적이어야 하고, 따라서, 적어도 각각의 측정 범위 내의 선형 광 센서가 사용될 때는, 대상체와 검출기 사이의 거리로부터 독립적이어야 한다. 그러나, 중심 신호는 스폿 크기에 의존한다. 따라서, 중심 신호는, 광 빔이 포커싱될 때 전형적으로 증가하고, 광 빔이 디포커싱될 때 감소한다. 따라서, 중심 신호와 총합 신호를 비교함으로써, 광 빔에 의해 생성된 광 스폿의 크기에 대한 정보 항목과, 그에 따른 대상체의 종 방향 좌표에 대한 정보 항목이 생성될 수 있다. 중심 신호와 총합 신호의 비교는, 일 예로서, 중심 신호와 총합 신호에서 벗어난 결합된 신호 Q를 형성하고, 종 방향 좌표와 종 방향 좌표를 도출하기 위한 결합된 신호 간의 사전 결정되거나 결정할 수 있는 관계를 이용함으로써 이루어질 수 있다.
광학 센서의 매트릭스의 사용은 많은 장점 및 이점을 제공한다. 따라서, 센서 요소 매트릭스의 광학 센서의 감광 영역의 공통 평면과 같이, 센서 요소의 광 빔에 의해 생성된 광 스폿의 중심은 대상체의 횡 방향 위치에 따라 달라질 수 있다. 광학 센서의 매트릭스를 사용함으로써, 본 발명에 따른 검출기는 이러한 조건 변화에 적응될 수 있고, 따라서 단순히 센서 신호를 비교함으로써, 광 스폿의 중심을 결정할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 검출기 자체는 중심 신호를 선택하고 총합 신호를 결정할 수 있고, 이들 2개의 신호로부터 대상체의 종 방향 좌표에 대한 정보를 포함하는 결합 신호를 도출할 수 있다. 따라서, 결합 신호를 평가함으로써, 대상체의 종 방향 좌표가 결정될 수 있다. 따라서 광학 센서의 매트릭스를 사용하면, 대상체의 위치, 특히, 대상체의 횡 방향 위치의 관점에서 상당한 유연성을 제공한다.
센서 신호를 생성하는 적어도 하나의 광학 센서의 횡 방향 위치와 같은 광학 센서의 매트릭스 상의 광 스폿의 횡 방향 위치는, 예를 들어, WO 2014/198629 A1에 개시된 바와 같이, 대상체의 횡 방향 위치 상의 적어도 하나의 정보 항목이 도출될 수 있는 추가적인 정보 항목으로 사용될 수도 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명에 따른 검출기는 적어도 하나의 종 방향 좌표 이 외에, 대상체의 적어도 하나의 횡 방향 좌표를 검출하기 위한 적어도 하나의 추가적인 횡 방향 검출기를 포함할 수 있다.
그 결과, 본 발명에 따르면, 용어 "중심 신호"는 일반적으로 전체 매트릭스의 광학 센서에 의해 또는 매트릭스 내의 관심 영역에서 생성된 복수의 센서 신호 중 가장 높은 센서 신호를 갖는 적어도 하나의 광학 센서의 적어도 하나의 센서 신호를 지칭하고, 여기서, 관심 영역은 매트릭스의 광학 센서에 의해 생성된 이미지 내에서 사전 결정되거나 결정될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "가장 높은 센서 신호"라는 용어는 관심 영역에서의 최대 또는 로컬 최대 중 하나 또는 둘 모두를 지칭한다. 중심 신호는 단일 광학 센서로부터 발생할 수 있거나, 이하에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 광학 센서 그룹으로부터 발생할 수 있으며, 후자의 경우, 일 예로서, 광학 센서 그룹의 센서 신호는 중심 신호를 결정하기 위해 가산되거나, 통합되거나, 평균화될 수 있다. 중심 신호가 발생하는 광학 센서의 그룹은, 가장 높은 센서 신호를 갖는 실제의 광학 센서로부터의 사전 결정된 거리보다 짧은 거리를 갖는 광학 센서와 같은 인접하는 광학 센서의 그룹일 수 있거나, 또는 가장 높은 센서 신호로부터 사전 결정된 범위 내에 있는 센서 신호를 생성하는 광학 센서의 그룹일 수 있다. 최대 동적 범위를 허용하기 위해, 중심 신호가 생성되는 광학 센서의 그룹이 가능한 한 크게 선택될 수 있다. 평가 장치는, 예를 들어, 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 주위의 복수의 광학 센서에 대한 복수의 센서 신호의 통합에 의해 중심 신호를 결정하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일일 수 있고, 평가 장치는 사다리꼴의, 특히, 사다리꼴의 고원(plateau)의 통합을 결정하도록 적응될 수 있다.
마찬가지로, 용어 "총합 신호"는 일반적으로 센서 신호들을 추가하거나, 센서 신호들을 통합하거나, 전체 매트릭스나 매트릭스 내의 관심 영역의 센서 신호들을 평균화함으로써 도출된 신호를 지칭하고, 여기서, 관심 영역은 매트릭스의 광학 센서에 의해 생성된 이미지 내에서 사전 결정되거나 결정될 수 있다. 센서 신호들에 대한 추가, 통합 또는 평균화 시, 센서 신호가 생성되는 것으로부터 실제 광학 센서는 추가, 통합 또는 평균화에서 제외되거나, 그렇지 않으면, 추가, 통합 또는 평균화에 포함될 수 있다. 평가 장치는 전체 매트릭스나 매트릭스 내의 관심 영역의 신호를 통합함으로써 총합 신호를 결정하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일일 수 있고, 평가 장치는 전체 사다리꼴의 통합을 결정하도록 적응될 수 있다. 또한, 사다리꼴 빔 프로파일이 가정될 수 있는 경우, 총합 및 중심 신호의 결정은 에지의 경사와 위치 결정, 중심 고원의 높이 결정, 및 기하학적 고려에 의한 에지 및 중심 신호의 도출과 같은 사다리꼴 빔 프로파일의 특성을 이용하는 등가의 평가로 대체될 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치는 광 스폿의 적어도 하나의 슬라이스 또는 절단으로부터 중심 신호 또는 총합 신호 중 하나 또는 양쪽 모두를 결정하도록 적응될 수 있다. 슬라이스 또는 절단은, 예를 들어, 하나 이상의 특정 행 및/또는 열을 사용하여 실현될 수 있다. 정확도의 향상을 위해, 광 스폿을 통과하는 몇몇 슬라이스 또는 절단이 사용되어 평균화될 수 있다. 타원형 스폿 프로파일의 경우에, 몇몇 슬라이스나 절단을 평균화하면, 결과적으로 거리 정보가 향상될 수 있다.
유사하게, 본 명세서에서 사용되는 용어 "결합된 신호"는 일반적으로 중심 신호와 총합 신호를 결합함으로써 생성된 신호를 지칭한다. 구체적으로, 이 결합은: 중심 신호와 합 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 것; 중심 신호의 배수와 총합 신호의 배수의 몫을 형성하는 것; 중심 신호의 선형 조합과 총합 신호의 선형 조합의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 것을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 결합된 신호는 중심 신호와 총합 신호 사이의 비교에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 포함하는 임의의 신호 또는 신호 조합을 포함할 수 있다.
대상체로부터 검출기로 전파하는 광 빔은 중심 신호가 생성되는 적어도 하나의 광학 센서를 완전히 조명할 수 있는 데, 여기서, 중심 신호가 발생하는 적어도 하나의 광학 센서는 광 빔 내에 완전히 위치되고, 상기 광 빔의 폭은 상기 센서 신호가 발생하는 상기 적어도 하나의 광학 센서의 감광 영역보다 크다. 반대로, 바람직하게는, 대상체로부터 검출기로 전파하는 광 빔은 광 스폿이 매트릭스 내에 완전히 위치되도록 전체 매트릭스 상에 매트릭스보다 작은 광 스폿을 생성할 수 있다. 이러한 상황은, 이하에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 예컨대, 적절한 전송 장치를 사용하여, 광 빔에 포커싱 또는 디포커싱 효과를 갖는 하나 이상의 적절한 렌즈나 요소를 선택함으로써 광학 분야의 당업자에 의해 쉽게 조정될 수 있다. 본 명세서에서 더 사용되는 "광 스폿"은 일반적으로 광 빔에 의한 물품, 영역 또는 대상체의 가시광 또는 검출 가능한 원형 또는 비원형 조명을 지칭한다.
광 빔은 대상체로부터 검출기를 향해 전파할 수 있다. 이하에 더 상세하게 설명하는 바와 같이, 광 빔은 대상체 및/또는 광 빔을 방출하는 대상체에 집적되거나 장착된 적어도 하나의 조명원과 같은 대상체로부터 유래될 수 있거나 또는 대상체에 직접 또는 간접적으로 조명하는 조명원과 같은 다른 조명원으로부터 유래될 수 있고, 여기서, 광 빔은 대상체에 의해 반사되거나 산란되고, 그로 인해 검출기를 향해 적어도 부분적으로 지향된다. 예를 들어, 조명원은 하나 이상의 외부 조명원이거나 이를 포함할 수 있고, 검출기에 통합된 조명원이나 비콘 디바이스에 통합된 조명원은 대상체에 하나 이상이 장착되거나, 대상체에 통합되거나, 또는 대상체에 의해 고정될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 용어 "광선(ray)"은 일반적으로 에너지의 흐름 방향을 가리키는 광의 파면(wavefront)에 수직인 라인을 지칭한다. 본 명세서에 사용되는, 용어 "빔"은 일반적으로 광선의 집합을 지칭한다. 이하에서는 용어 "광선"과 "빔"은 동의어로 사용된다. 본 명세서에서 더 사용되는 용어 "광 빔"은 일반적으로 확산각(spreading angle)이나 광각(widening angle)을 갖는 광 빔의 가능성을 포함하여, 광량, 특히 본질적으로 동일한 방향으로 진행하는 광량을 지칭한다. 광 빔은 공간 확장을 가질 수 있다. 구체적으로, 광 빔은 비-가우스 빔 프로파일을 가질 수 있다. 상기 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일; 삼각형 빔 프로파일; 원추형 빔 프로파일로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 사다리꼴 빔 프로파일은 고원 영역 및 적어도 하나의 에지 영역을 가질 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "빔 프로파일"은 일반적으로 광 빔의 횡 방향 강도 프로파일을 지칭한다. 특히, "빔 프로파일"이라는 용어는, 특히, 광 빔의 전파에 수직인 적어도 하나의 평면에서 광 빔의 세기의 공간 분포에 관한 것이다. 광 빔은 구체적으로, 이하에 상세하게 설명하는 바와 같이, 가우스 광 빔 또는 가우스 광 빔의 선형 조합일 수 있다. 그러나, 다른 실시예도 가능하다. 검출기는 빔 프로파일, 특히, 빔 프로파일의 형상을 조정, 정의 및 결정하는 것 중 하나 이상을 위해 구성될 수 있는 적어도 하나의 전송 장치를 포함할 수 있다.
센서 요소의 광학 센서는 자외선, 가시 광선 또는 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상에서 감지할 수 있다. 광학 센서는, 구체적으로, 적외선 스펙트럼 범위, 특히, 780nm 내지 3.0마이크로미터의 범위 및/또는 가시광 스펙트럼 범위, 특히, 380nm 내지 780nm의 범위에서 감지할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 실리콘 포토다이오드가, 특히, 700nm 내지 1000nm의 범위에서 적용 가능한 근적외선 영역의 부분에서 감지할 수 있다.
구체적으로, 광학 센서는 CCD 센서 요소, CMOS 센서 요소, 광전 다이오드, 광전지, 광 전도체, 포토트랜지스터 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 소자를 포함하거나 이를 포함할 수 있다. 임의의 다른 유형의 감광성 요소가 사용될 수 있다. 이하에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 감광성 요소는 일반적으로 전체적 또는 부분적으로 무기 재료로 제조될 수 있고/있거나 전체적 또는 부분적으로 유기 재료로 제조될 수도 있다. 가장 일반적으로, 이하에 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이, 상업적으로 이용 가능한 광전 다이오드, 예컨대, 무기 반도체 광전 다이오드와 같은 하나 이상의 광전 다이오드가 사용될 수 있다.
본 명세서에서 또한 사용되는 "평가 장치"라는 용어는 일반적으로, 바람직하게는 적어도 하나의 데이터 처리 디바이스를 사용하여, 더 바람직하게는 적어도 하나의 프로세서 및/또는 적어도 하나의 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)을 사용하여, 명명된 동작을 수행하도록 적응된 임의의 디바이스를 지칭한다. 따라서, 일 예로서, 적어도 하나의 평가 장치는 다수의 컴퓨터 명령을 포함하고 소프트웨어 코드가 저장된 적어도 하나의 데이터 처리 디바이스를 포함할 수 있다. 평가 장치는 하나 이상의 명명된 오퍼레이션을 수행하기 위한 하나 이상의 하드웨어 요소를 제공할 수 있고/있거나 하나 이상의 명명된 오퍼레이션을 수행하기 위한 소프트웨어가 구동되는 하나 이상의 프로세서를 제공할 수 있다.
구체적으로, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 평가 장치는 결합 신호 및/또는 그것으로부터 도출된 임의의 2차 신호와, 종 방향 좌표 사이의 적어도 하나의 알려진, 결정 가능하거나 사전 결정된 관계를 이용하여 대상체의 적어도 하나의 종 방향 좌표 z를 결정하도록 구성될 수 있다. 결합 신호는, 구체적으로, 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 몫 신호(quotient signal)일 수 있다.
전술한 바와 같이, 중심 신호는 일반적으로 광 스폿의 중심에서의 광학 센서로부터의 센서 신호와 같은 단일 센서 신호일 수 있거나, 광 스폿의 중심에서의 광학 센서로부터 발생하는 센서 신호의 조합, 또는 전술한 가능성 중 하나 이상에 의해 도출된 센서 신호를 처리하여 도출된 제 2 센서 신호와 같은 복수의 센서 신호의 조합일 수 있다. 센서 신호의 비교가 종래의 전자 장치에 의해 상당히 간단하게 구현되거나, 또는 소프트웨어에 의해 전체적 또는 부분적으로 수행될 수 있기 때문에, 중심 신호의 결정은 전자적으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 중심 신호는: 가장 높은 센서 신호; 가장 높은 센서 신호로부터의 사전 결정된 허용 오차 범위 내에 있는 센서 신호 그룹의 평균; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 및 인접하는 광학 센서들의 사전 결정된 그룹을 포함하는 광학 센서의 그룹으로부터의 센서 신호의 평균; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 및 인접하는 광학 센서들의 사전 결정된 그룹을 포함하는 광학 센서들의 그룹으로부터의 센서 신호의 합; 가장 높은 센서 신호로부터의 사전 결정된 허용 오차 범위 내에 있는 센서 신호 그룹의 합; 사전 결정된 임계값 초과의 센서 신호 그룹의 평균; 사전 결정된 임계값 초과의 센서 신호 그룹의 합; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서와 인접하는 광학 센서의 사전 결정된 그룹을 갖는 광학 센서의 그룹으로부터의 센서 신호의 적분; 가장 높은 센서 신호로부터의 사전 결정된 허용 오차 범위 내에 있는 센서 신호 그룹의 적분; 사전 결정된 임계값 초과의 센서 신호 그룹의 적분으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
전술한 바와 같이, 광학 센서의 미가공 센서 신호는 평가를 위해 사용되거나, 그로 인해 도출된 2차 센서 신호에 사용될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "2차 센서 신호"라는 용어는 일반적으로 전자 신호, 바람직하게는 아날로그 및/또는 디지털 신호와 같은 신호를 지칭하고, 이는 필터링, 평균화, 복호화 등과 같은 방식으로 하나 이상의 미가공 신호를 처리함으로써 얻어진다. 따라서, 이미지 처리 알고리즘은 매트릭스의 센서 신호의 전체 또는 매트릭스 내의 관심 영역으로부터 2차 센서 신호를 생성하는 데 사용될 수 있다. 구체적으로, 평가 장치와 같은 검출기는 광학 센서의 센서 신호를 변환하도록 구성되어 2차 광학 센서 신호를 생성할 수 있고, 여기서, 평가 장치는 2차 광학 센서 신호를 사용하여 단계 a) ~ d)를 수행하도록 구성된다. 구체적으로, 센서 신호의 변환은: 필터링; 적어도 하나의 관심 영역의 선택; 센서 신호에 의해 생성된 이미지와 적어도 하나의 오프셋 간에 차이 이미지 형성; 센서 신호에 의해 생성된 이미지를 반전시키는 것에 의한 센서 신호의 반전; 상이한 시간에 센서 신호에 의해 생성된 이미지 간의 차이 이미지 형성; 배경 보정; 컬러 채널로의 분해; 색조(hue)로의 분해; 포화(saturation); 및 밝기 채널; 주파수 분해; 특이값 분해(singular value decomposition); 캐니 에지 검출기(Canny edge detector) 적용; LoG 필터(Laplacian of Gaussian filter) 적용; DoG 필터(Difference of Gaussian filter) 적용; 소벨 연산자(Sobel operator) 적용; 라플라스 연산자(Laplacian operator) 적용; Scharr 연산자 적용; Prewitt 연산자 적용; Roberts 연산자 적용; Kirsch 연산자 적용; 고역 필터(high-pass filter) 적용; 저역 필터(low-pass filter) 적용; 푸리에 변환 적용; 라돈 변형(Radon transformation) 적용; 허프 변형(Hough transformation) 적용; 웨이블릿 변환 적용; 경계화(thresholding); 이진 이미지 생성으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 변환을 포함할 수 있다. 관심 영역은 사용자에 의해 수동으로 결정될 수 있거나 또는 광학 센서에 의해 생성된 이미지 내의 대상체를 인식함으로써 자동적으로 결정될 수도 있다. 예를 들어, 차량, 사람 또는 다른 유형의 사전 결정된 대상체는 이미지 내, 즉 광학 센서에 의해 생성된 센서 신호의 전체 내의 자동 이미지 인식에 의해 결정될 수 있고, 관심 영역은 대상체가 관심 영역 내에 위치하도록 선택될 수 있다. 이 경우, 종 방향 좌표의 결정과 같은 평가는 관심 영역에 대해서만 수행될 수 있다. 그러나, 다른 구현예도 가능하다.
전술한 바와 같이, 광 스폿의 중심 검출, 즉, 중심 신호의 검출 및/또는 중심 신호가 발생하는 적어도 하나의 광학 센서의 검출은 하나 이상의 소프트웨어 알고리즘을 사용하여 전체적, 부분적 또는 전자적으로, 또는 전체적 또는 부분적으로 수행될 수 있다. 특히, 평가 장치는 적어도 하나의 가장 높은 센서 신호를 검출하고/하거나 중심 신호를 형성하기 위한 적어도 하나의 중심 검출기를 포함할 수 있다. 중심 검출기는, 특히, 소프트웨어로 전체적 또는 부분적으로 구현될 수 있고/있거나 하드웨어로 전체적 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 중심 검출기는 적어도 하나의 센서 요소에 전체적 또는 부분적으로 통합될 수 있고/있거나 센서 요소와는 전체적 또는 부분적으로 독립하여 구현될 수도 있다.
이상에서 요약된 바와 같이, 합산 신호는 매트릭스의 모든 센서 신호로부터, 관심 영역 내의 센서 신호로부터 또는 중심 신호에 기여하는 광 센서로부터 발생된 센서 신호를 제외하고 이러한 가능성 중 하나로부터 도출될 수 있다. 모든 경우에, 종 방향 좌표를 결정하기 위해, 중심 신호와 신뢰성 있게 비교될 수 있는 신뢰할 수 있는 합산 신호가 생성될 수 있다. 일반적으로, 합산 신호는 매트릭스의 모든 센서 신호에 대한 평균; 매트릭스의 모든 센서 신호의 합; 매트릭스의 모든 센서 신호의 적분; 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터의 센서 신호를 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호에 대한 평균; 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터의 센서 신호를 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호의 합; 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터의 센서 신호를 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호의 적분; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터 사전 결정된 범위 내의 광학 센서의 센서 신호의 합; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터 사전 결정된 범위 내의 광학 센서의 센서 신호의 적분; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터 사전 결정된 범위 내에 위치되는 광학 센서의 특정 임계값 초과의 센서 신호의 합; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터 사전 결정된 범위 내에 위치되는 광학 센서의 특정 임계값 초과의 센서 신호의 적분으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 그러나, 다른 옵션도 존재한다.
합산은 소프트웨어로 전체적 또는 부분적으로 수행될 수 있고/있거나 하드웨어로 전체적 또는 부분적으로 수행될 수 있다. 일반적으로, 합산은 순수하게 전자적인 수단으로 가능하며, 일반적으로 검출기에서 쉽게 구현될 수 있다. 따라서, 전자 공학 분야에서, 아날로그 신호 및 디지털 신호 둘 모두에 대해 2 이상의 전기 신호를 합산하는 합산 장치가 일반적으로 공지되어 있다. 따라서, 평가 장치는 합산 신호를 형성하기 위한 적어도 하나의 합산 디바이스를 포함할 수 있다. 합산 디바이스는 센서 요소에 전체적 또는 부분적으로 통합될 수 있거나 센서 요소와는 전체적 또는 부분적으로 독립하여 구현될 수도 있다. 합산 디바이스는 하드웨어 또는 소프트웨어 중 하나 또는 양쪽 모두로 전체적 또는 부분적으로 구현될 수 있다.
전술한 바와 같이, 중심 신호와 합산 신호 사이의 비교는 특히 하나 이상의 결합 신호를 형성함으로써 수행될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 결합 신호는 중심 신호와 합산 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 것; 중심 신호의 배수와 합산 신호의 배수의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 것; 중심 신호의 선형 조합과 합산 신호의 선형 조합의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 것; 합산 신호와 중심 신호의 선형 조합과, 중심 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 것; 합산 신호와 중심 신호의 선형 조합과 합산 신호의 몫을 형성하거나 또는 그 반대로 형성하는 것; 중심 신호의 지수와 합산 신호의 지수의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 것; 중심 신호와 합산 신호의 제 1 선형 조합과 중심 신호와 합산 신호의 제 2 선형 조합의 몫을 형성하는 것 중에서 하나 이상에 의해 도출되는 몫 신호 Q일 수 있다. 그러나, 다른 옵션도 존재한다. 평가 장치는 하나 이상의 몫 신호를 형성하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는, 또한, 적어도 하나의 결합 신호를 평가함으로써 적어도 하나의 종 방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다.
평가 장치는 구체적으로 적어도 하나의 종 방향 좌표를 결정하기 위해, 결합 신호 Q와 종 방향 좌표 사이의 적어도 하나의 사전 결정된 관계를 사용하도록 구성될 수 있다. 따라서, 전술한 이유 및 종 방향 좌표에 대한 광 스폿의 특성의 의존성으로 인해, 결합 신호 Q는 통상적으로 대상체의 종 방향 좌표 및/또는 광 스폿의 직경 또는 등가 직경과 같은 광 스폿의 크기의 단조 함수(monotonous function)이다. 따라서, 일 예로서, 특히, 선형 광학 센서가 사용되는 경우, 센서 신호(scenter) 및 합산 신호(ssum)의 단순한 몫 Q = scenter/ssum은 거리의 단조적 감소 함수일 수 있다. 이 이론에 구속되기를 바라지 않고, 이것은 전술한 바람직한 설정에서, 검출기에 도달하는 빛의 양이 감소하기 때문에, 광원에 대한 거리가 증가하는 제곱 함수(square function)로서, 중심 신호 scenter 및 합산 신호 ssum 모두가 감소하기 때문이라고 생각된다. 그러나, 여기에서, 실험에 사용되는 광학 설정에서는, 이미지 평면 내의 광 스폿이 증가하여 더 큰 영역으로 확산되기 때문에, 중심 신호 scenter는 합산 신호 ssum보다 더 빠르게 감소한다. 따라서 중심 신호와 합산 신호의 몫은 매트릭스의 광학 센서의 감광 영역 상의 광 빔의 직경 또는 광 스폿의 직경이 증가함에 따라 연속적으로 감소한다. 이 몫은, 또한, 광 빔의 총 전력이 중심 신호와 합산 센서 신호에서 모두 인자를 형성하기 때문에, 일반적으로 광 빔의 총 전력과는 독립적이다. 그 결과, 상기 몫 Q는 중심 신호와 합산 신호와 광 빔의 크기 또는 직경 사이에서 유일하고 모호하지 않은 관계를 제공하는 2차 신호를 형성할 수 있다. 반면에, 광 빔의 크기 또는 직경은 광 빔이 검출기를 향해 전파되는 대상체와 검출기 자체 사이의 거리, 즉, 대상체의 종 방향 좌표에 의존하기 때문에, 한편으로는 중심 신호와 합산 신호 사이의 유일하고 모호하지 않은 관계 및 다른 한편으로는 종 방향 좌표가 존재할 수 있다. 후자에 대해, 예를 들어, WO 2014/097181 A1과 같은 상술한 선행 기술 문헌 중 하나 이상을 참조할 수 있다. 사전 결정된 관계는, 예컨대, 결합 신호 및/또는 중심 신호와 합산 신호를 측정하는 측정값, 및/또는 대상체의 종 방향 좌표의 함수로서 이 값들로부터 도출된 2차 신호와 같은 경험적 측정에 의해, 가우스 광 빔의 선형 조합을 가정하는 것과 같은 분석적 고려 사항에 의해 결정될 수 있다.
평가 장치는 합산 신호와 중심 신호를 나누고, 합산 신호와 중심 신호의 배수를 나누고, 합산 신호와 중심 신호의 선형 조합을 나눈 값 중 하나 이상에 의해 결합 신호 Q를 도출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 평가 장치는 결합 신호 Q를 다음 수학식에 의해 도출하도록 구성될 수 있다.
여기서, x 및 y는 횡 방향 좌표이고, A1 및 A2는 센서 요소의 위치에서 적어도 하나의 빔 프로파일의 영역이고, E (x, y, z0)는 대상체 거리 z0에서 주어진 빔 프로파일을 나타낸다. 영역 A1과 영역 A2는 다를 수 있다. 특히, A1과 A2는 일치하지 않는다. 따라서, A1 및 A2는 하나 이상의 형상이나 내용에서 다를 수 있다. 중심 신호는 본질적으로 빔 프로파일의 중심 정보를 포함하는 센서 신호일 수 있다. 합산 신호는 본질적으로 빔 프로파일의 에지 정보를 포함하는 신호일 수 있다. 빔 프로파일은 광 빔의 단면일 수 있다. 상기 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일; 삼각형 빔 프로파일; 원추형 빔 프로파일 및 가우스 빔 프로파일의 선형 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
중심 신호와 합산 신호의 각각은 광 빔의 빔 프로파일의 적어도 하나의 영역의 적어도 하나의 정보를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "빔 프로파일의 영역"이라는 용어는 일반적으로 결합 신호 Q를 결정하기 위해 사용되는 센서 요소의 위치에서의 빔 프로파일의 임의의 영역을 지칭한다. 감광 영역은, 합계 신호가 빔 프로파일의 제 1 영역의 정보를 포함하고, 중심 신호가 빔 프로파일의 제 2 영역의 정보를 포함하도록 배열될 수 있다. 빔 프로파일의 제 1 영역 및 빔 프로파일의 제 2 영역은 인접하거나 겹치는 영역 중 하나 또는 양쪽 모두일 수 있다. 빔 프로파일의 제 1 영역 및 빔 프로파일의 제 2 영역은 영역에서 일치하지 않을 수 있다.
평가 장치는 빔 프로파일의 제 1 영역 및 빔 프로파일의 제 2 영역을 결정 및/또는 선택하도록 구성될 수 있다. 빔 프로파일의 제 1 영역은 본질적으로 빔 프로파일의 에지 정보를 포함할 수 있고, 빔 프로파일의 제 2 영역은 본질적으로 빔 프로파일의 중심 정보를 포함할 수 있다. 빔 프로파일은 예컨대, 빔 프로파일의 최대값 및/또는 빔 프로파일의 고원(plateau)의 중심점 및/또는 광 스폿의 기하학적 중심과 같은 중심과, 중심으로부터 연장되는 하강 에지를 가질 수 있다. 제 2 영역은 횡단면의 내부 영역을 포함할 수 있고, 제 1 영역은 횡단면의 외부 영역을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "본질적으로 중심 정보"라는 용어는, 일반적으로, 예컨대, 중심에 대응하는 강도 분포의 비율과 같은 중심 정보의 비율과 비교하여, 예컨대, 에지에 대응하는 강도 분포의 비율과 같은 에지 정보의 낮은 비율을 지칭한다. 바람직하게는, 센터 정보는 에지 정보의 비율이 10% 미만, 더 바람직하게는 5% 미만, 가장 바람직하게는 센터 정보는 에지 컨텐츠를 포함하지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 "본질적으로 에지 정보"라는 용어는 일반적으로 에지 정보의 비율과 비교하여 중심 정보의 낮은 비율을 지칭한다. 에지 정보는 전체 빔 프로파일의 정보, 특히, 중심 및 에지 영역으로부터의 정보를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 에지 정보는 중심 정보의 비율이 10% 미만, 더 바람직하게는 5% 미만, 가장 바람직하게는 에지 정보는 중심 컨텐츠를 포함하지 않는다. 빔 프로파일이 인접하거나 중심 주위에 있고, 본질적으로 중심 정보를 구성하는 경우, 빔 프로파일의 적어도 하나의 영역은 결정될 수 있고/있거나 빔 프로파일의 제 2 영역으로 선택될 수 있다. 빔 프로파일의 적어도 하나의 영역은, 그것이 단면의 하강 에지의 적어도 일부를 포함하는 경우, 빔 프로파일의 제 1 영역으로서 결정 및/또는 선택될 수 있다. 예를 들어, 단면의 전체 영역이 제 1 영역으로 결정될 수 있다. 빔 프로파일의 제 1 영역은 영역 A2일 수 있고, 빔 프로파일의 제 2 영역은 영역 A1일 수 있다.
제 1 영역이 영역 A1이고, 제 2 영역이 영역 A2인 다른 선택도 가능할 수 있다. 예를 들어, 제 1 영역은 본질적으로 빔 프로파일의 외부 영역을 포함할 수 있고, 제 2 영역은 본질적으로 빔 프로파일의 내부 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중심 신호는 광 스폿의 중심을 포함하는 직사각형 스트라이프에 대응하는 신호일 수 있다. 평가 장치는 중심 신호와 합산 신호의 제 1 선형 조합과 중심 신호와 합산 신호의 제 2 선형 조합의 몫을 형성하도록 적응될 수 있다. 특히, 2차원 빔 프로파일의 경우, 빔 프로파일은 좌측 및 우측 부분으로 분할될 수 있고, 여기서 제 1 영역은 본질적으로 빔 프로파일의 좌측 부분의 영역을 포함할 수 있고, 제 2 영역은 본질적으로 빔 프로파일의 우측 부분의 영역을 포함할 수 있다. 일 예로서, 제 1 및 제 2 영역은 서로 최소로 이격되어 인접할 수 있다. 그러나, 인접한 영역들 사이의 분할은 또한 몫 신호의 동적 범위를 개선하기 위해 확대되는 것과 같이 변화될 수 있다. 일 예로서, 제 1 영역과 제 2 영역 사이의 영역을 평가하지 않음으로써, 2개의 인접 영역 사이의 분할 거리가 증가될 수 있다. 이것은 두 영역의 신호의 몫을 증가시킬 수 있는 인접 영역과 비교하여 영역 중 하나의 광을 상대적 및/또는 절대적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 영역들 중 하나 또는 모두는 서로 인접할 수 있고/있거나 평가되지 않은 영역으로 분리될 수 있고/있거나 다른 몫의 일부로서 평가될 수 있는 분할된 하위 영역(separated subareas)으로 이루어질 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 영역은 서브 영역들의 선형 조합으로 구성될 수 있는 반면, 각각의 서브 영역에 의해 제공된 신호는 중심 신호 및/또는 합산 신호를 형성할 때 다르게 가중될 수 있다. 이는 몫 시스템(quotient system)의 동적 범위를 증가시키는 데 더욱 도움이 될 수 있다.
에지 정보는 빔 프로파일의 제 1 영역 내의 광자 수에 관한 정보를 포함할 수 있고, 중심 정보는 빔 프로파일의 제 2 영역 내의 광자 수에 관한 정보를 포함할 수 있다. 평가 장치는 빔 프로파일의 면적 적분을 결정하도록 적용될 수 있다. 평가 장치는 제 1 영역의 적분 및/또는 합산에 의해 에지 정보를 결정하도록 적응될 수 있다. 평가 장치는 제 2 영역의 적분 및/또는 합산에 의해 중심 정보를 결정하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일일 수 있고, 평가 장치는 사다리꼴의 적분을 결정하도록 적응될 수 있다. 또한, 사다리꼴 빔 프로파일이 가정될 수 있는 경우, 에지 및 중심 신호의 결정은 에지의 경사와 위치 결정, 중심 고원의 높이 결정, 및 기하학적 고려에 의한 에지 및 중심 신호의 도출과 같은 사다리꼴 빔 프로파일의 특성을 이용하는 등가의 평가로 대체될 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치는 광 스폿의 적어도 하나의 슬라이스 또는 절단으로부터 중심 정보 또는 에지 정보 중 하나 또는 양쪽 모두를 결정하도록 적응될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 결합 신호 Q의 면적 적분을 슬라이스 또는 절단을 따라 하나 이상의 라인 적분으로 대체함으로써 실현될 수 있다. 정확도의 향상을 위해, 광 스폿을 통과하는 몇몇 슬라이스 또는 절단이 사용되어 평균화될 수 있다. 타원형 스폿 프로파일의 경우에, 몇몇 슬라이스나 절단을 평균화하면, 결과적으로 거리 정보가 향상될 수 있다.
평가 장치는 에지 정보와 중심 정보를 나누고, 에지 정보와 중심 정보의 배수를 나누고, 에지 정보와 중심 정보의 선형 조합을 나눈 값 중 하나 이상에 의해 결합 신호 Q를 도출하도록 구성될 수 있다. 따라서, 본질적으로, 광자비(photon ratios)는 방법의 물리적 기초로서 사용될 수 있다.
검출기는 적어도 2개의 광학 센서 상의 광 빔 프로파일의 적어도 2개의 비대칭 영역의 복사비(radiance ratio)로부터 깊이 정보, 특히, 절대 깊이 정보를 결정하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 검출기는 매트릭스 형태로 배열된 복수의 광학 센서를 포함할 수 있다. 검출기는, CMOS 검출기와 같은 광학 센서의 단일 매트릭스에 의해 포착되고, 폐쇄된, 특히, 디포커싱된 빔 프로파일 내의 적어도 2개의 비대칭 영역의 복사비로부터 깊이 정보를 결정하도록 적응될 수 있다. 특히, 검출기는 복사비를 사용하여 깊이 정보를 결정하도록 적응될 수 있다. 이 원리를 소위 DPR(Distance by Photon Ratio)이라 한다.
DPR 원리는, 예를 들어, 광학 센서의 매트릭스 상에 적어도 하나의 광 빔에 의해 생성되는 적어도 하나의 피쳐의 세그먼트화된 이미지와 같이, 분할된 이미지 프로파일 내의 다수의 하위 영역에 적용될 수 있고, 이에 대해서는 이하에 설명될 것이다. 2차원의 경우에 몫 QA(z)은 다음의 수학식으로 나타낼 수 있다.
여기서, P(x,y,z)는 2차원 빔 프로파일이고, rin과 rout은 각각 내부 및 외부 원의 반경이다. y 차원에 따른 선분의 몫 Qy(z)는 다음의 수학식으로 다시 나타낼 수 있다.
이 이론에 구애되지 않고, 전반적인 디포커싱된 빔 프로파일 P(x,y)는 이미지 폭 b(x,z)를 따라 디포커싱된 이미지 포인트 프로파일 p(x,z)의 중첩으로 간주될 수 있다. 이 관계는 다음과 같은 컨볼루션으로 모델링될 수 있다.
여기서, p(x,z)는 근축 광학(paraxial optics) 분야에서 CoC(Circle of Confusion)로도 알려진 디포커스에서의 렌즈의 PSF(Point-Spread-Function)를 나타낸다. P(x,z)을 Qy(z)에 삽입함으로써, 상술한 몫 Qy(z)는 다음과 같이 다시 나타낼 수 있다.
또한, 광학 센서의 매트릭스를 사용하면, 디포커싱된 빔 프로파일을 특정 각도 θ의 라인을 따라, 그리고 세로 좌표(ordinates)의 원점으로부터의 거리 ω를 두고 단면으로 세분될 수 있다. 따라서, 단일 라인 행의 매개 변수화는 다음과 같이 주어질 수 있다.
평행선을 따른 강도의 통합은 다음의 수학식으로 판독되는 잘 알려진 Radon 변환의 적분 투영 
에 의해 수학적으로 설명될 수 있다.
여기서, δ는 Dirac 델타 함수를 나타내고, f(x,y)는 폐쇄된 디포커스된 빔 프로파일의 강도이다. 주어진 각도 θ와 투영 폭 ω에 의한 광자비 R은 다음의 수학식으로 주어진다.
여기서, f'(x,y)는 내부 영역으로 주어진다. θ의 변형은 특정 거리에서 왜곡된 대상체 표면에 대해 다른 비율 R을 산출할 수 있다. θ가 다음의 구간 
에서 변하게 하는 것으로 충분하다.
일 실시예에서, 대상체로부터 검출기로 전파하는 광 빔은 적어도 하나의 특징점을 포함하는 적어도 하나의 패턴을 가진 센서 요소를 조명할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 용어 "특징점"은 패턴의 적어도 하나의 적어도 부분적으로 확장된 특징을 지칭한다. 특징점은 적어도 하나의 점, 적어도 하나의 라인, 적어도 하나의 에지로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 패턴은, 예를 들어, 적어도 하나의 패턴을 포함하는 조명 패턴을 갖는 적어도 하나의 광원에 의한 조명에 응답하여, 대상체에 의해 생성될 수 있다. A1은 광학 센서 상의 특징점의 전체적(full) 또는 완전한(complete) 영역에 대응할 수 있다. A2는 광학 센서 상의 특징점의 중심 영역일 수 있다. 중심 영역은 상수값일 수 있다. 중심 영역은 특징점의 전체 영역에 비해 더 작을 수 있다. 예를 들어, 원형 특징점의 경우, 중심 영역은 특징점의 전체 반경의 0.1 내지 0.9, 바람직하게는 전체 반경의 0.4 내지 0.6의 반경을 가질 수 있다.
예를 들어, 대상체로부터 검출기로 전파하는 광 빔은 적어도 하나의 라인 패턴을 가진 광학 센서를 조명할 수 있다. 라인 패턴은, 예를 들어, 적어도 하나의 라인 패턴을 포함하는 조명 패턴을 갖는 적어도 하나의 조명원에 의한 조명에 응답하여, 대상체에 의해 생성될 수 있다. A1은 광학 센서, 특히, 광학 센서의 감광 영역 상의 라인 패턴의 전체 라인 폭을 갖는 영역에 대응할 수 있다. 광학 센서 상의 라인 패턴은 광학 센서 상의 라인 폭이 증가되도록, 조명 패턴의 라인 패턴과 비교하여 확장되고/확장되거나 변위될 수 있다. 특히, 광학 센서의 매트릭스의 경우, 광학 센서 상의 라인 패턴의 라인 폭은 하나의 열(column)로부터 다른 열로 변경될 수 있다. A2는 광학 센서 상의 라인 패턴의 중심 영역일 수 있다. 중심 영역의 라인 폭은 상수값일 수 있고, 특히, 조명 패턴의 라인 폭에 대응할 수 있다. 중심 영역은 전체 라인 폭에 비해 더 작은 라인 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 중심 영역은 전체 라인 폭의 0.1 내지 0.9, 바람직하게는 전체 라인 폭의 0.4 내지 0.6의 라인 폭을 가질 수 있다. 라인 패턴은 광학 센서 상에서 세그먼트화될 수 있다. 광학 센서 매트릭스의 각 열은 라인 패턴의 중심 영역에서의 강도의 중심 정보 및 라인 패턴의 중심 영역으로부터 에지 영역으로 더 외측으로 연장되는 영역으로부터의 강도의 에지 정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, 대상체로부터 검출기로 전파하는 광 빔은 적어도 하나의 포인트 패턴을 가진 센서 요소를 조명할 수 있다. 포인트 패턴은, 예를 들어, 적어도 하나의 포인트 패턴을 포함하는 조명 패턴을 갖는 적어도 하나의 광원에 의한 조명에 응답하여, 대상체에 의해 생성될 수 있다. A1은 광학 센서 상의 포인트 패턴의 포인트의 최대 반경을 갖는 영역에 대응할 수 있다. A2는 광학 센서 상의 포인트 패턴에서의 포인트의 중심 영역일 수 있다. 중심 영역은 상수값일 수 있다. 중심 영역은 전체 반경에 비해 반경을 가질 수 있다. 예를 들어, 중심 영역은 전체 반경의 0.1 내지 0.9, 바람직하게는 전체 반경의 0.4 내지 0.6의 반경을 가질 수 있다.
대상체로부터 검출기로 전파하는 광 빔은 포인트 패턴과 라인 패턴 모두를 포함하는 반사 패턴을 가진 센서 요소를 조명할 수 있다. 라인 패턴 및 포인트 패턴에 대해 부가적 또는 대안적으로 다른 실시 예가 가능하다.
따라서, 일반적으로, 평가 장치는 결합 신호 Q와 같은 결합 신호를 평가함으로써 종 방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 이 결정은 중심 신호 및 합산 신호를 직접 결합하고, 그것의 종 방향 좌표를 도출하는 것과 같은 한 단계 프로세스일 수 있거나, 중심 신호 및 합산 신호로부터 결합 신호를 첫 번째로 도출하고, 두 번째로 결합 신호로부터 종 방향 좌표를 도출하는 다 단계 프로세스일 수 있다. 양 옵션, 즉, 단계 c) 및 d)의 옵션이 별개의 독립적인 단계이고, 단계 c) 및 d)의 옵션이 완전히 또는 부분적으로 결합된 것이 본 발명에 포함된다.
평가 장치는 결합 신호와 종 방향 좌표 사이의 적어도 하나의 사전 결정된 관계를 사용하도록 구성될 수 있다. 사전 결정된 관계는 경험적 관계(empiric relationship), 반경험적 관계(semi-empiric relationship) 및 분석적으로 유래된 관계(analytically derived relationship) 중 하나 이상일 수 있다. 평가 장치는 룩업 리스트 또는 룩업 테이블과 같은 사전 결정된 관계를 저장하기 위한 적어도 하나의 데이터 저장 디바이스를 포함할 수 있다.
결합된 신호 Q는 다양한 수단을 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 결합 신호를 도출하기 위한 소프트웨어 수단, 결합 신호를 도출하기 위한 하드웨어 수단, 또는 양자가 사용될 수 있고, 평가 장치에서 구현될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 평가 장치는 적어도 하나의 분배기를 포함할 수 있고, 여기서 분배기는 결합 신호를 도출하도록 구성된다. 분배기는 소프트웨어 분배기 또는 하드웨어 분배기 중 하나 또는 양쪽 모두로 구현될 수 있다. 분배기는 센서 요소에 전체적 또는 부분적으로 통합될 수 있거나 센서 요소와는 전체적 또는 부분적으로 독립하여 구현될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 광학 센서는, 특히, 광검출기(photodetectors), 바람직하게는 무기 광 검출기, 더 바람직하게는 무기 반도체 광 검출기, 가장 바람직하게는 실리콘 광 검출기일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 적외선 스펙트럼 범위에서 감지할 수 있다. 매트릭스의 모든 광학 센서 또는 적어도 한 그룹의 매트릭스의 광학 센서는 구체적으로 동일할 수 있다. 매트릭스의 동일한 광학 센서의 그룹은, 특히, 상이한 스펙트럼 범위에 대하여 제공될 수 있거나, 모든 광학 센서는 스펙트럼 감도와 관련하여 동일할 수 있다. 또한, 광학 센서는 그 크기 및/또는 그들의 전자적 또는 광전자적 특성과 관련하여 동일할 수 있다.
구체적으로, 광학 센서는 적외선 스펙트럼 범위, 바람직하게는 780nm 내지 3.0마이크로미터 범위에서 감지되는 무기 포토다이오드일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 실리콘 포토다이오드가, 특히, 700nm 내지 1000nm의 범위에서 적용 가능한 근적외선 영역의 부분에서 감지할 수 있다. 광학 센서에 사용될 수 있는 적외선 광학 센서는 D-82211 Herrsching am Ammersee, Germany에 위치하는 Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH로부터 상업적으로 입수할 수 있는 적외선 광 센서와 같은 상업적으로 이용 가능한 적외선 광 센서일 수 있다. 따라서, 일 예로서, 광학 센서는 진성 광전형(intrinsic photovoltaic type)의 적어도 하나의 광학 센서, 보다 바람직하게는 Ge 포토다이오드, InGaAs 포토다이오드, 확장된 InGaAs 포토다이오드, InAs 포토다이오드, InSb 포토다이오드, HgCdTe 포토다이오드로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 반도체 포토다이오드를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 광학 센서는 외부 광전형(extrinsic photovoltaic type)의 적어도 하나의 광학 센서, 보다 바람직하게는 Ge:Au 포토다이오드, Ge:Hg 포토다이오드, Ge:Cu 포토다이오드, Ge:Zn 포토다이오드, Si:Ga 포토다이오드, Si:As 포토다이오드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 반도체 포토다이오드를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 광학 센서는 적어도 하나의 볼로미터(bolometer), 바람직하게는 VO 볼로미터 및 비정질 실리콘 볼로미터로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 볼로미터를 포함할 수 있다.
매트릭스는 독립적인 광학 센서로 구성될 수 있다. 따라서, 무기 포토다이오드의 매트릭스가 구성될 수 있다. 그러나, 대안적으로, CCD 검출기 칩과 같은 하나 이상의 CCD 검출기 및/또는 CMOS 검출기 칩과 같은 CMOS 검출기와 같이, 상업적으로 이용 가능한 매트릭스가 사용될 수도 있다.
따라서, 일반적으로, 검출기의 광학 센서는, 전술한 매트릭스와 같이, 센서 어레이를 형성할 수 있거나 센서 어레이의 일부일 수 있다. 따라서, 일 예로서, 검출기는, m, n이 독립적으로 양의 정수인 m개의 행과 n개의 열을 갖는 직사각형 어레이와 같은 광학 센서의 어레이를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 하나 초과의 열 및 하나 초과의 행, 즉, n>1, m>1이 주어진다. 따라서, 일 예로서, n은 2 내지 16 또는 그 이상일 수 있고, m은 2 내지 16 또는 그 이상일 수 있다. 바람직하게는, 행의 개수와 열의 개수의 비율은 1에 가깝다. 일 예로서, m/n=1:1, 4:3, 16:9 또는 이와 유사한 것을 선택하는 것과 같이, n과 m은 0.3≤m/n≤3인 것으로 선택될 수 있다. 일 예로서, 어레이는 m=2, n=2 또는 m=3, n=3 등을 선택하는 것과 같이, 같은 수의 행 및 열을 갖는 정사각형 어레이일 수 있다.
상술한 바와 같이, 매트릭스는 구체적으로 적어도 하나의 행, 바람직하게는 복수의 행 및 복수의 열을 갖는 직사각형 매트릭스일 수 있다. 일 예로서, 행 및 열은 실질적으로 수직이 될 수 있고, 여기서 "실질적으로 수직"이라는 용어에 관해서는 위에서 주어진 정의를 참조할 수 있다. 따라서, 예로서, 20° 미만, 특히 10° 미만 또는 심지어 5° 미만의 허용 오차가 허용될 수 있다. 넓은 범위의 시야를 제공하기 위해, 매트릭스는 구체적으로 적어도 10행, 바람직하게는 적어도 50행, 더 바람직하게는 적어도 100행을 가질 수 있다. 유사하게, 매트릭스는 적어도 10열, 바람직하게는 적어도 50열, 더 바람직하게는 적어도 100열을 가질 수 있다. 매트릭스는 적어도 50개의 광학 센서, 바람직하게는 적어도 100개의 광학 센서, 더 바람직하게는 적어도 500개의 광학 센서를 포함할 수 있다. 매트릭스는 멀티메가 픽셀 범위의 많은 픽셀을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시 형태도 가능하다. 따라서, 상술한 바와 같이, 축 회전 대칭이 예상되는 셋업에서, 픽셀이라고도 하는 매트릭스의 광학 센서의 원형 배열 또는 동심 배열이 바람직할 수 있다.
전술한 바와 같이, 센서 요소는 실질적으로 검출기의 광축에 수직으로 배향되는 것이 바람직할 수 있다. 다시, "실질적으로 수직"이라는 용어와 관련하여, 위에 주어진 정의와 허용 오차가 참조될 수 있다. 광축은 직선 광축일 수 있거나 또는 하나 이상의 편향 요소 및/또는 하나 이상의 빔 스플리터를 사용하는 것과 같이, 구부러지거나 심지어 분할될 수 있고, 후자의 경우, 실질적으로 수직 배향은 광학 셋업 각각의 브랜치(branch) 또는 빔 경로 내의 로컬 광축을 지칭할 수 있다.
매트릭스는 2개 또는 4개의 개별 감광 영역을 포함할 수 있고/있거나, 2개 이상의 세그먼트, 특히, 2개 또는 4개의 활성 영역들로 세분될 수 있다. 감광 영역 및/또는 세그먼트는 분할선에 의해 구분될 수 있다. 예를 들어, 2개의 Si-다이오드의 분할선은 검출기의 기준선에 평행하게, 특히, 광학 센서상의 스폿 이동과 평행하게 배열될 수 있다. 그러나, 다른 배열도 가능하다. 예를 들어, 사분면 다이오드(quadrant diode)는 적어도 2개의 분할선을 포함할 수 있다. 상기 적어도 2개의 분할선은 서로 직교하도록 배열될 수 있다. 분할선의 직교 배열은 근거리 필드 및 원거리 필드 적용을 위한 결합 신호를 상호 독립적으로 조정할 수 있게 한다. 합산 신호 및 중심 신호의 결합 신호를 결정하는 것 외에, 평가 장치는 매트릭스의 다른 신호를 사용하여 제 2 몫을 결정하도록 적응될 수 있다. 2개의 몫은 2개의 개별 거리 범위가 포함되도록 형성될 수 있다. 근거리 필드 및 원거리 필드에 대한 2개의 몫 신호는 몫 신호 모두가 종 방향 거리 z의 합리적인 결정을 얻는 것을 허용하는 중첩 영역을 가질 수 있다. 예를 들어, 몫 신호는 상부 세그먼트라고도 하는 2개의 상부 사분면의 센서 신호를, 하부 세그먼트라고도 하는 2개의 하부 사분면의 센서 신호로 나누는 것에 의해 결정할 수 있다. 검출기의 기준선과 평행한 분할선을 갖는 2개의 센서 영역에 의해 결정된 센서 신호의 몫 신호를 사용하면, 광 스폿의 어떤 거리 의존적 움직임 없이도 몫을 결정할 수 있게 한다. 특히, 예를 들어, 상부 및 하부 세그먼트 사이의 분할선이 기준선과 평행하다면, 하부 세그먼트에 의해 분할된 상부 세그먼트로부터 결정된 몫 신호가 근거리 필드에서 사용될 수 있으며, 여기서 광 스폿은 사분면 다이오드의 왼쪽 또는 오른쪽 세그먼트 중 단지 하나만을 조명할 수 있다. 이 경우 왼쪽과 오른쪽 세그먼트의 센서 신호를 나누는 것에 의해 몫 신호를 결정하는 것은 할 수 없다. 그러나, 상부 및 하부 세그먼트의 센서 신호를 나누는 것에 의해 몫을 결정하는 것은 적절한 거리 측정을 제공할 수 있다. 왼쪽과 오른쪽 세그먼트의 센서 신호를 나누는 것에 의해 결정된 몫 신호는 원거리 필드 측정을 위해 사용될 수 있고, 여기서 광 스폿은 왼쪽과 오른쪽 세그먼트 양쪽을 조명한다. 또한, 평가 장치는 대향 세그먼트 또는 인접 세그먼트의 센서 신호를 나누는 것에 의해 몫 신호를 결정하도록 적응될 수 있다. 거리 측정이 큰 분해능으로 넓은 범위에서 가능할 수 있도록, 평가 장치는 사분면의 획득된 센서 신호를 결합함으로써 적응될 수 있다.
전술한 종래 기술 문서들에 포함된 기술적 도전의 관점에서, 구체적으로는 FiP 효과를 생성하기 위해 요구되는 기술적인 노력의 관점에서, 본 발명은 특히 비-FiP 광학 센서를 사용함으로써 실현될 수 있음을 유의해야 한다. 실제로, FiP 특성을 갖는 광학 센서는 초점 위치에서 각각의 센서 신호의 강한 피크를 나타내기 때문에, 광학 센서로서 FiP 센서를 사용하는 본 발명에 따른 검출기의 측정 범위는 광학 센서가 광 빔의 초점 내에 있는 위치 사이의 범위로 제한될 수 있다. 그러나 선형 광학 센서, 즉, FiP 효과를 나타내지 않는 광학 센서를 사용할 때, 본 발명의 설정으로 이러한 문제점이 일반적으로 회피될 수 있다. 결과적으로, 광학 센서는 각각의 센서 신호가 각각의 광학 센서의 조명 총 전력에 의존하도록, 적어도 측정 범위 내에서, 선형 신호 특성을 가질 수 있다.
검출기는 대상체를 조명하기 위한 조명원을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원은 대상체를 조명하기 위한 조명광 빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 검출기는 조명광 빔이 검출기로부터 검출기의 광축을 따라 대상체를 향해 전파하도록 구성될 수 있다. 이 목적을 위해, 검출기는 조명광 빔을 광축 상으로 편향시키기 위한 적어도 하나의 반사 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 프리즘을 포함할 수 있다.
상술된 바와 같이, 조명원은, 특히, 적외선 스펙트럼 범위에서 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 그러나, 다른 스펙트럼 범위가 부가적으로 또는 대안적으로 실현 가능하다는 것을 유의해야 한다. 또한, 상술한 바와 같이, 조명원은, 특히, 변조광 또는 비변조광을 방출하도록 구성될 수 있다. 복수의 조명원이 사용되는 경우에, 다른 조명원은, 이하에 추가로 상세히 설명되는 바와 같이, 다른 변조 주파수를 가질 수 있고, 이후에 광 빔을 구별하는 데 사용될 수 있다. 조명원은 점 구름을 생성 및/또는 투영하도록 적응될 수 있고, 예를 들어, 조명원은 적어도 하나의 DLP(Digital Light Processing) 프로젝터, 적어도 하나의 LCoS 프로젝터, 적어도 하나의 공간 광 변조기; 적어도 하나의 회절 광학 요소; 적어도 하나의 발광 다이오드 어레이; 적어도 하나의 레이저 광원 어레이 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
검출기는 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다. 조명원은 적어도 하나의 조명광 빔으로 대상체를 조명하도록 적응될 수 있다. 조명광 빔은 대상체에 의해 완전히 또는 부분적으로 반사될 수 있고, 검출기를 향해 다시 이동할 수 있다. 조명원은 조명광 빔의 전파 방향이 광축에 실질적으로 평행하도록 배열될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "실질적으로 광축에 평행"이라는 용어는, 예를 들어, ±20° 이하의 허용 오차, 바람직하게는 ±10° 이하의 허용 오차, 더 바람직하게는 ±5° 이하의 허용 오차를 갖는 수평 배향의 조건을 지칭한다. 조명원은 조명광 빔의 전파 방향으로 진행하는 선과 광축이 공간에서 교차하지 않도록 배열될 수 있다. 특히, 조명은 축 상에 있을 수 있다. 이러한 축상 조명을 제공하기 위해, 일 예로서, 하나 이상의 프리즘 및/또는 미러(예를 들어, 가동 미러 또는 가동 프리즘과 같은 다이크로익 미러)와 같은 하나 이상의 반사 요소가 사용될 수 있다. 반사광 빔은 실질적으로 광축에 평행할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 삼각 측량 방법에서와 같이, 대상체 거리는 광 빔의 각도, 즉, 센서 상의 광 스폿의 위치로부터 결정되지 않는다. 그 대신, 대상체 거리는 광축에 평행한 필수적인 광 빔을 사용하여 결정될 수 있다. 비 삼각 측량 방법에 의해 대상체 거리를 결정하지만, 적어도 2개의 센서 신호를 결합함으로써, 조명광 빔의 전파 방향이 실질적으로 광축에 평행하도록 조명원을 배열할 수 있다.
광 빔은 단색 광 빔일 수 있다. 광 빔은 좁은 대역의 파장을 포함할 수 있고, 바람직하게는 광 빔은 단일 파장을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 광원은 적어도 하나의 단색광 빔을 생성하도록 적응될 수 있고/있거나 검출기는 단색기(monochromator)와 같은 파장의 협대역을 필터링하도록 적응된 적어도 하나의 필터 요소를 포함할 수 있다.
조명원은 대상체를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명 패턴을 생성하도록 적응될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 조명 패턴은 적어도 하나의 주변 광원에 의해 생성될 수 있다. 검출기는 조명 패턴이 검출기로부터, 특히 하우징의 적어도 하나의 개구로부터 검출기의 광축에 평행하고/평행하거나 광축을 따라 대상체를 향해 전파하도록 구성될 수 있다. 이 목적을 위해, 검출기는 광축에 평행하거나 광축을 따라 전파하도록 조명을 편향시키기 위한 적어도 하나의 반사 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 프리즘을 포함할 수 있다. 구체적으로, 조명원은 적어도 하나의 레이저 및/또는 레이저 광원을 포함할 수 있다. 반도체 레이저와 같은 다양한 형태의 레이저가 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, LED 및/또는 전구와 같은 비레이저 광원이 사용될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 용어 "패턴"은 적어도 하나의 임의 형상의 피처를 포함하는 임의의 공지된 또는 사전 결정된 배열을 지칭한다. 상기 패턴은 포인트 또는 심볼와 같은 적어도 하나의 피처를 포함할 수 있다. 상기 패턴은 복수의 피처를 포함할 수 있다. 상기 패턴은 주기적 또는 비주기적 피처의 배열을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 용어 "조명 패턴"은 대상체를 조명하는 패턴을 지칭한다. 조명 패턴은 적어도 하나의 주변 광원 또는 적어도 하나의 조명원에 의한 것과 같은 주변광에 의해 생성될 수 있다. 일루미네이션 패턴은: 적어도 하나의 포인트 패턴, 특히, 의사 랜덤 포인트 패턴, 랜덤 포인트 패턴 또는 의사 랜덤 패턴; 적어도 하나의 Sobol 패턴; 적어도 하나의 준주기 패턴(quasiperiodic pattern); 적어도 하나의 사전 공지된 피처를 포함하는 적어도 하나의 패턴; 적어도 하나의 정규 패턴; 적어도 하나의 삼각형 패턴; 적어도 하나의 육각형 패턴; 볼록한 균일한 타일링을 포함하는 적어도 하나의 직사각형 패턴; 적어도 하나의 라인을 포함하는 적어도 하나의 라인 패턴; 평행선 또는 교차선과 같은 적어도 2개의 선을 포함하는 적어도 하나의 라인 패턴; 적어도 하나의 프린지 패턴으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원은 점 구름을 생성 및/또는 투사하도록 적응될 수 있다. 조명 패턴은 삼각형 패턴, 직사각형 패턴, 육각형 패턴 또는 추가 볼록한 타일링을 포함하는 패턴과 같은 규칙적 및/또는 일정 및/또는 주기적 패턴을 포함할 수 있다. 조명 패턴은 6각형 패턴이 바람직할 수 있도록 면적당 가능한 한 많은 피처들을 포함할 수 있다. 조명 패턴의 2개의 피처들 및/또는 적어도 하나의 조명 피처의 영역 사이의 거리는 이미지 내의 착란원(CoC, Circle of Confusion)에 의존할 수 있다.
조명원은 적어도 하나의 광 프로젝터; 적어도 하나의 DLP(Digital Light Processing) 프로젝터, 적어도 하나의 LCoS 프로젝터, 적어도 하나의 공간 광 변조기; 적어도 하나의 회절 광학 요소; 적어도 하나의 발광 다이오드 어레이; 적어도 하나의 레이저 광원의 어레이 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 조명원은 조명 패턴을 직접 생성하도록 적응된 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원은 적어도 하나의 레이저 광원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원은 적어도 하나의 선 레이저를 포함할 수 있다. 선 레이저는 레이저선, 예를 들어, 수평 또는 수직 레이저선을 대상체에 전송하도록 적응될 수 있다. 조명원은 복수의 선 레이저를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원은 조명 패턴이 적어도 2 개의 평행하거나 교차하는 선을 포함하도록 배열될 수 있는 적어도 2개의 선 레이저를 포함할 수 있다. 조명원은 조명 패턴이 복수의 점 패턴을 포함할 수 있도록 점 구름을 생성하도록 적응된 적어도 하나의 광 프로젝터를 포함할 수 있다. 조명원은 조명원에 의해 생성된 적어도 하나의 광 빔으로부터 조명 패턴을 생성하도록 적응된 적어도 하나의 마스크를 포함할 수 있다. 조명원은 스마트 폰과 같은 모바일 디바이스에 장착되거나 통합된 것일 수 있다. 조명원은 자동 초점 기능과 같은 이미지를 결정하는데 사용될 수 있는 추가 기능용으로 사용될 수 있다. 조명원은 헤드폰 잭과 같은 USB 또는 폰 커넥터와 같은 커넥터를 사용하는 것과 같이 모바일 디바이스에 장착될 수 있다.
조명원은 펄스 조명을 생성하도록 적응될 수 있다. 조명원은 적어도 하나의 광 펄스를 생성하도록 적응될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "광 펄스" 또는 "펄스 조명"은 시간으로 제한된 광 빔을 지칭한다. 광 펄스는 사전 정의된 길이 또는 시간 간격, 예를 들어, 나노초 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 조명원은 10분의 1초까지, 10분의 1 나노초와 같은 나노초 미만의 펄스 길이를 갖는 펄스를 생성하도록 적응될 수 있다. 조명원은 주기적으로 광 펄스를 생성하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 조명원은 10Hz 내지 10Ghz의 주파수를 가진 광 펄스를 생성하도록 적응될 수 있다.
조명원은 펄스 광 빔을 생성하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 조명원은 연속 조명광 빔을 생성하도록 적응될 수 있고, 검출기는, 특히, 주기적으로 조명을 차단하도록 적응된 적어도 하나의 차단 디바이스를 포함할 수 있다. 차단 디바이스는, 바람직하게는 일정한 속도로 회전하고, 조명을 주기적으로 차단할 수 있는, 예를 들어, 적어도 하나의 인터럽터 블레이드(interrupter blade) 또는 인터럽터 휠(interrupter wheel)을 포함하는 적어도 하나의 셔터 및/또는 빔 초퍼(beam chopper) 또는 몇몇 기계적 또는 전자적으로 다른 유형의 주기적 빔 차단 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 차단 디바이스는 또한 전체적으로 또는 부분적으로 조명원에 통합될 수 있다. 다양한 가능성이 생각될 수 있다.
바람직하게는, 상기 조명원은 이동 가능 및/또는 휴대 가능한 조명원일 수 있다. 예를 들어, 조명원은 상이한 위치 및/또는 각도로부터 대상체를 조명하도록 측정 중에 이동될 수 있다. 그러나, 예를 들어, 전체 측정 시간 동안, 조명원이 적어도 하나의 고정 위치에 위치 결정될 수 있는 실시예가 가능하다. 평가 장치는 높은 제조 공차 및/또는 사용자 상호 작용 및/또는 사용자 조립 등으로 인해 위치가 불명확한 조명원에 적응될 수 있다.
상기 조명원은 수렴 및/또는 발산 및/또는 시준된 광 빔으로 대상체를 조명할 수 있다.
조명원 및 센서 요소는 공통 평면 또는 상이한 평면에 배열될 수 있다. 조명원 및 광학 센서는 상이한 공간적 방위를 가질 수 있다. 특히, 조명원과 광학 센서는 트위스트 배열로 배열될 수 있다.
조명원 및 광축은 작은 기준선에 의해 구분될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "기준선"이라는 용어는 기초선으로도 표시되고, 예를 들어, xy 평면에서, 광축과 조명원 사이의 거리, 특히, 조명광 빔의 z성분과 광축 사이의 거리를 지칭한다. 조명원은 광축으로부터 최소 거리만큼 이격될 수 있다. 광축으로부터의 최소 거리는 광학 센서 및 전송 디바이스의 크기 및 위치와 같은 추가의 검출기 요소에 의해 정의될 수 있다. 기준선은 0.1m 미만, 바람직하게는 0.05m 미만, 더 바람직하게는 0.025m 미만일 수 있다. 예를 들어, 기준선은 21mm일 수 있다. 예를 들어, 검출기는 추가 광학 요소가 없는 소형 장치일 수 있고, 조명원은 전송 디바이스의 에지에 가능한 한 가깝게 배치될 수 있다. 따라서, 기준선은 전송 디바이스의 직경의 절반, 특히, 렌즈 직경, 및 렌즈 및 광원의 하우징에 가까울 수 있다. 예를 들어, 검출기는 더 소형의 장치일 수 있고, 여기서, 조명 빔을 빔 경로에 결합시키기 위해, 거울, 특히, 작은 거울이 전송 디바이스의 전방, 특히, 중심, 예를 들어, 전송 디바이스의 기하학적 중심 또는 중심에 근접하여 배치될 수 있다. 따라서, 기준선은 전송 디바이스의 반경보다 작을 수 있다. 조명원은 기준선이 가능한 한 작게 되도록 배열될 수 있다. 조명광 빔의 전파 방향이 실질적으로 광축에 평행하고, 조명 원과 광축이 작은 기준선에 의해 분리되도록 조명원을 배열함으로써, 매우 작은 디바이스가 가능해진다. 예를 들어, 전송 디바이스의 중심으로부터 조명원까지의 거리, 특히, 전송 디바이스의 중심으로부터 조명원까지의 연결선을 따른 거리는, 바람직하게는 전송 디바이스의 중심으로부터 에지까지의 거리의 2.5배 미만, 더 바람직하게는 전송 디바이스의 중심으로부터 에지까지의 거리의 1.5배 미만, 가장 바람직하게는 전송 디바이스의 중심으로부터 에지까지의 거리의 1배 미만이다. 전송 디바이스는 임의의 형상을 가질 수 있고, 특히, 원형이 아닌 것도 가능하다. 작은 거리에서 조명원의 개구는 작을 수 있고, 기준선도 작을 수 있다. 큰 거리에서, 조명원의 개구는 클 수 있고, 기준선은 작을 수 있다. 이는 큰 거리에서 큰 기준선이 필요한 삼각 측량 방법과는 반대이다. 또한, 삼각 측량 기반 시스템은, 기준선의 필요한 공간적 범위로 인해, 예컨대, 검출기 시스템으로부터 20cm와 같이, 0보다 상당히 큰 최소 검출 범위를 갖는다. 이러한 큰 기준선은 대상체로부터 산란된 조명광이 전송 디바이스 뒤의 광학 센서의 감광 영역에 도달하지 않는 결과를 야기할 수 있다. 또한, 삼각 측량 기반 시스템에서, 작은 기준선을 사용하면, 최소 검출 범위가 감소하지만, 동시에 최대 검출 범위도 감소한다. 또한, 삼각 측량 기반 시스템은 복수의 감광 영역 및 센서 신호, 예를 들어, 적어도 하나의 검출기 행의 센서 신호를 필요로 한다. 본 발명에 따르면, 종 좌표 z의 결정은 센서 신호의 감소된 수, 특히 20개 미만, 바람직하게는 10개 미만, 더 바람직하게는 5개 미만의 센서 신호로 가능하다.
검출기는 적어도 하나의 전송 디바이스를 추가로 포함할 수 있고, 전송 디바이스는 광 빔을 광학 센서 상으로 안내하도록 적응되어 있다. 전송 디바이스는 구체적으로 적어도 하나의 렌즈, 예를 들어, 적어도 하나의 가변 초점 렌즈, 적어도 하나의 비구면 렌즈, 적어도 하나의 구면 렌즈, 하나의 프레넬 렌즈로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 렌즈; 적어도 하나의 회절 광학 요소; 적어도 하나의 오목 거울; 적어도 하나의 빔 편향 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 미러; 적어도 하나의 빔 분할 소자, 바람직하게는 빔 분할 큐브 또는 빔 분할 미러 중 적어도 하나; 적어도 하나의 다중 렌즈 시스템 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
광학 센서는 초점 밖에 위치될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "초점"이라는 용어는 일반적으로 광 빔의 착란원(Circle of Confusion)의 최소 범위 중 하나 또는 양쪽을 지칭하고, 특히 전송 디바이스 또는 전송 디바이스의 초점 길이에 의해 야기되는 대상체의 한 지점에서 방출된 적어도 하나의 광빔을 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 "착란원"이라는 용어는 전송 디바이스에 의해 집속된 광 빔의 원뿔형 광선에 의해 야기된 광 스폿을 지칭한다. 착란원은 전송 디바이스의 초점 길이(f), 대상체로부터 전송 디바이스까지의 종 방향 거리, 전송 디바이스의 사출 동공 직경, 전송 디바이스로부터 감광 영역까지의 종 방향 거리, 전송 디바이스로부터 대상체의 이미지까지의 거리에 의존할 수 있다. 예를 들어, 가우스 빔의 경우, 착란원의 직경은 가우스 빔의 폭일 수 있다. 특히, 검출기로부터 무한 거리에 위치하거나 배치된 대상체와 같은 지점에 대하여, 전송 디바이스는 대상체로부터의 광 빔을 전송 디바이스의 초점 길이에서 초점 위치로 초점을 맞추도록 적응될 수 있다. 검출기로부터 무한 거리에 위치하거나 배치된 비점(non-point)의 대상체의 경우, 전송 디바이스는 대상체의 적어도 하나의 지점으로부터 전송 디바이스의 초점 길이에서의 초점면에 광 빔을 포커싱하도록 적응될 수 있다. 검출기로부터 무한 거리에 위치하지 않거나 배치되지 않은 대상체와 같은 지점에 대해, 착란원은 적어도 하나의 종 방향 좌표에서 최소 범위를 가질 수 있다. 검출기로부터 무한 거리에 위치하지 않거나 배치되지 않은 비점의 대상체의 경우, 대상체의 적어도 하나의 지점으로부터의 광 빔의 착란원은 적어도 하나의 종 방향 좌표에서 최소 범위를 가질 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "초점 밖에 위치된"이라는 용어는 일반적으로 전송 디바이스 또는 전송 디바이스의 초점 길이에 의해 야기된 광 빔의 착란원의 최소 범위 이외의 위치를 지칭한다. 특히, 착란원의 초점 위치 또는 최소 범위는 종 방향 좌표 lfocus에 있을 수 있는 반면, 광학 센서의 위치는 lfocus와는 다른 종 방향 좌표 lsensor를 가질 수 있다. 예를 들어, 종 방향 좌표 lsensor는, 종 방향에서, 종 방향 좌표 lfocus보다 전송 디바이스의 위치에 더 가깝게 배열될 수 있거나, 종 방향 좌표 lfocus보다 전송 디바이스의 위치로부터 더 멀리 배열될 수 있다. 따라서, 종 방향 좌표 lsensor 및 종 방향 좌표 lfocus는 전송 디바이스로부터 다른 거리에 위치될 수 있다. 예를 들어, 광학 센서는 종 방향에서 ±2% 초점 길이만큼, 바람직하게는 ±10% 초점 길이만큼, 가장 바람직하게는 ± 20% 초점 길이만큼 착란원의 최소 범위로부터 이격될 수 있다. 예를 들어, 전송 디바이스의 초점 길이는 20mm일 수 있고, 종 방향 좌표 lsensor는 19.5mm일 수 있으며, 즉, lsensor가 초점 길이의 2.5%만큼 초점으로부터 이격되도록, 광학 센서는 97.5%의 초점 길이에 위치할 수 있다. 착란원의 범위는 광학 센서의 범위보다 클 수 있다. 예를 들어, 광학 센서는 착란원이 광학 센서를 넘어 연장되도록 위치될 수 있다. 광학 센서는 광 빔의 빔 프로파일을 부분적으로만 평가할 수 있다. 평가 장치는 대칭 고려 사항(symmetry considerations)에 기인하거나, 부분 빔 프로파일을 사전 기록된 빔 프로파일 등과 비교함으로써 빔 프로파일을 추정하도록 적응될 수 있다. 또한, 평가 장치는 부분 빔 프로파일의 부분 합산 신호 및 부분 중심 신호를 평가하고, 이를 추정된 및/또는 피팅된 및/또는 사전 기록된 빔 프로파일의 중심 신호 또는 합산 신호로 변환하도록 적응될 수 있다.
대상체의 적어도 하나의 종 방향 좌표를 결정하는 것을 포함하여 전술한 동작은 적어도 하나의 평가 장치에 의해 수행된다. 따라서, 일 예로서, 전술한 관계 중 하나 이상은 하나 이상의 룩업 테이블을 구현함으로써, 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 평가 장치는 대상체의 적어도 하나의 종 방향 좌표를 결정하기 위해 전술한 평가를 수행하도록 구성된 하나 이상의 컴퓨터, ASICs(Application-Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Arrays)와 같은 하나 이상의 프로그래밍 가능한 디바이스를 포함할 수 있다. 그러나, 부가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치는 하드웨어에 의해 전체적 또는 부분적으로 구현될 수 있다.
전술한 바와 같이, 중심 신호 및 합산 신호를 평가함으로써, 검출기는 전체 대상체 또는 대상체의 하나 이상의 부분의 종 방향 좌표를 결정하는 옵션을 포함하여, 대상체의 적어도 하나의 종 방향 좌표를 결정하게 할 수 있다. 그러나, 하나 이상의 횡 방향 좌표 및/또는 회전 좌표를 포함하는 대상체의 다른 좌표는 또한 검출기, 특히, 평가 장치에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 하나 이상의 횡 방향 센서는 대상체의 적어도 하나의 횡 방향 좌표를 결정하는 데 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 중심 신호가 발생하는 적어도 하나의 광학 센서의 위치는 대상체의 적어도 하나의 횡 방향 좌표에 대한 정보를 제공할 수 있으며, 여기서, 예를 들어, 간단한 렌즈 방정식이 광학 변환 및 횡 방향 좌표를 도출하기 위해 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 추가의 횡 방향 센서가 사용될 수 있고 검출기에 포함될 수 있다. WO 2014/097181 A1에 개시된 횡 방향 센서 및/또는 사분면 다이오드, CCD 또는 CMOS 칩 등과 같은 다른 위치 감지 디바이스(PSD)와 같은 다양한 횡 방향 센서가 당업계에 일반적으로 알려져 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 일 예로서, 본 발명에 따른 검출기는 R.A.Street(Ed.): 비정질 실리콘의 기술과 응용(Technology and Applications of Amorphous Silicon), Springer-Verlag Heidelberg, 2010, pp. 346-349에 개시된 하나 이상의 PSD를 포함할 수 있다. 다른 실시예가 가능하다. 또한 이들 디바이스는 일반적으로 본 발명에 따른 검출기로 구현될 수 있다. 일 예로서, 광 빔의 일부는 적어도 하나의 빔 분리 요소에 의해, 검출기 내에서 분리될 수 있다. 일 예로서, 분리 부분은 CCD나 CMOS 칩 또는 카메라 센서와 같은 횡 방향 센서를 향해 안내될 수 있고, 횡 방향 센서상의 분리 부분에 의해 생성된 광 스폿의 횡 방향 위치가 결정되어 대상체의 적어도 하나의 횡 방향 좌표를 결정할 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 검출기는 단순 거리 측정 디바이스와 같은 1차원 검출기일 수도 있고, 2 차원 검출기 또는 3 차원 검출기로도 구현될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 또는 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 1차원 방식으로 풍경 또는 환경을 스캐닝함으로써, 3차원 이미지가 또한 생성될 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 검출기는 구체적으로는 1차원 검출기, 2차원 검출기 또는 3차원 검출기 중 하나일 수 있다. 평가 장치는 또한 대상체의 적어도 하나의 횡 방향 좌표 x, y를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 종 방향 좌표와 횡 방향 좌표의 정보를 결합하고, 공간에서 대상체의 위치를 결정하도록 적응될 수 있다.
검출기는 단일 광 빔 또는 복수의 광 빔을 평가하도록 구성될 수 있다. 복수의 광 빔이 대상체로부터 검출기로 전파하는 경우, 광 빔을 구별하기 위한 수단이 제공될 수 있다. 따라서, 광 빔은 상이한 스펙트럼 특성을 가질 수 있고, 검출기는 상이한 광 빔을 구별하기 위한 하나 이상의 파장 선택 요소를 포함할 수 있다. 각각의 광 빔은 독립적으로 평가될 수 있다. 일 예로서, 파장 선택 소자는 하나 이상의 필터, 하나 이상의 프리즘, 하나 이상의 격자, 하나 이상의 이색성 거울 또는 이들의 임의 조합일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 또한, 부가적으로 또는 대안적으로, 2개 이상의 광 빔을 구별하기 위해, 광 빔은 특정 방식으로 변조될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 광 빔은 주파수 변조될 수 있고, 센서 신호는 그들의 복조 주파수에 따라 상이한 광 빔으로부터 유래하는 센서 신호를 부분적으로 구별하기 위해 복조될 수 있다. 이들 기술은 일반적으로 고주파 전자 분야의 당업자에게 공지되어 있다. 일반적으로, 평가 장치는 상이한 변조를 갖는 상이한 광 빔을 구별하도록 구성될 수 있다.
조명원은 광학 센서의 매트릭스, 예를 들어, CMOS 검출기 상에 복수의 조명 영역이 생성되도록 점 구름을 생성 및/또는 투영하도록 적응될 수 있다. 또한, 스페클 및/또는 외부광 및/또는 다중 반사로 인한 교란과 같은 광학 센서의 매트릭스 상에 장애가 존재할 수 있다. 평가 장치는 적어도 하나의 관심 영역, 예를 들어, 대상체의 종 방향 좌표의 결정을 위해 사용되는 광 빔에 의해 조명된 하나 이상의 픽셀을 결정하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 평가 장치는 필터링 방법, 예를 들어, 얼룩 분석(blob-analysis) 및/또는 대상체 인식 방법을 수행하도록 적응될 수 있다.
상술한 바와 같이, 검출기는 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다. 조명원과 광학 센서 사이의 검출기의 광축에 수직인 거리는 작을 수 있다. 조명원과 광학 센서 사이의 검출기의 광축에 수직인 거리는 0.1m 미만, 바람직하게는 0.05m 미만, 더 바람직하게는 0.025m 미만일 수 있다. 조명원 및 광축은 작은 기준선에 의해 분리될 수 있다. 조명원은 광축으로부터 최소 거리만큼 이격될 수 있다. 광축으로부터의 최소 거리는, 이하에 상세하게 설명되는 바와 같이, 광학 센서 및 적어도 하나의 선택적인 전송 디바이스의 크기 및 위치와 같은 추가의 검출기 요소에 의해 정의될 수 있다. 기준선은 0.1m 미만, 바람직하게는 0.05m 미만, 더 바람직하게는 0.025m 미만일 수 있다. 예를 들어, 기준선은 21mm일 수 있다. 바람직하게, 조명원은 전송 디바이스의 바로 옆에 배치될 수 있다. 예를 들어, 조명원이 심지어 광축에 더 가깝게 위치될 수 있도록 전달 디바이스는 평탄화될 수 있다. 조명원은 전송 디바이스 뒤에 배열될 수 있다.
광학 센서 중 적어도 하나는 조명광 빔이 조명원으로부터 대상체로 이동하고, 반사광 빔이 대상체로부터 광학 센서의 감광 영역으로 이동하여 비행 시간(TOF, time-of-flight)에 의존하는 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 적응될 수 있다. 평가 장치는 TOF 센서 신호를 평가하여 대상체의 적어도 하나의 TOF 종 방향 좌표 zTOF를 결정하도록 구성될 수 있다. TOF 센서 신호를 생성하도록 적응된 광학 센서는 비행 시간 검출기로 설계될 수 있다. 비행 시간 검출기는, 적어도 하나의 펄스화된 비행 시간 검출기; 적어도 하나의 위상 변조된 비행 시간 검출기; 적어도 하나의 직접 비행 시간 검출기; 적어도 하나의 간접 비행 시간 검출기로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 펄스화된 비행 시간 검출기는 적어도 하나의 레인지 게이트 이미저(range gated imager) 및/또는 적어도 하나의 직접 비행 시간 이미저일 수 있다. 예를 들어, 위상 변조 비행 시간 검출기는 적어도 하나의 위상 검출기를 갖는 적어도 하나의 RF 변조 광원일 수 있다. 광학 센서는 조명원에 의한 조명광 빔의 방출과 반사광 빔의 수신 사이의 시간 지연을 결정하도록 적응될 수 있다.
예를 들어, TOF 센서 신호를 생성하도록 적응된 광학 센서는 펄스화된 비행 시간 검출기로 설계될 수 있다. 검출기는 펄스광 빔을 생성하도록 적응된 적어도 하나의 셔터 요소와 같은 적어도 하나의 차단 디바이스를 포함할 수 있다. 광학 센서는 복수의 시간 윈도우, 특히 후속 시간 윈도우에서 반사광 빔의 수신 시간에 의존하는 TOF 센서 신호를 저장하도록 적응될 수 있다. 광학 센서는 적어도 하나의 제 1 시간 윈도우 및/또는 적어도 하나의 제 2 시간 윈도우에서 반사광 빔의 수신 시간에 의존하는, 생성된 TOF 센서 신호를 저장하도록 적응될 수 있다. 제 1 및 제 2 시간 윈도우는 차단 디바이스의 개폐와 상관될 수 있다. 제 1 및 제 2 시간 윈도우의 기간은 사전 정의될 수 있다. 예를 들어, TOF 센서 신호는 차단 디바이스의 개방 동안 제 1 시간 윈도우에 저장될 수 있는 반면, 차단 디바이스의 폐쇄 동안 TOF 센서 신호는 제 2 시간 윈도우에 저장될 수 있다. 시간 윈도우의 다른 기간이 생각될 수 있다. 제 1 및 제 2 시간 윈도우는 배경, 신호 높이 및 신호 시프트에 대한 정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, TOF 센서 신호를 생성하도록 적응된 광학 센서는 직접 비행 시간 이미저로 설계될 수 있다. 직접 비행 시간 이미저는 적어도 하나의 단일 레이저 펄스를 발생시키도록 적응된 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다. 단일 레이저 펄스는 대상체로부터 광학 센서로 반사될 수 있다. 광학 센서는 적어도 하나의 포토다이오드, 예를 들어, 적어도 하나의 Si APD(Si Avalanche Photo Diode)나 적어도 하나의 InGaAs APD나 적어도 하나의 PIN 광검출기 어레이(PIN photo detector array)와 같은 적어도 하나의 APD, 또는 반사 광 빔을 이미지화하는 데 적응된 적어도 하나의 SPAD(Single-Photon Avalanche Photodiode)를 포함할 수 있다. 직접 비행 시간 이미저는 공간 및 시간 데이터를 포함하는 적어도 하나의 영상을 촬상하도록 적응될 수 있다.
예를 들어, TOF 센서 신호를 생성하도록 적응된 광학 센서는 위상 변조된 비행 시간 변조기로서 설계될 수 있다. 위상 변조된 비행 시간 변조기는, 예를 들어, 수신 신호, 즉, 반사광 빔의 수신 신호를 방출 신호, 즉, 조명광 빔의 방출 신호와 곱하여 상관 신호를 결정함으로써, 위상차, 특히, 위상 시프트를 측정하도록 적응될 수 있다. 상관 신호의 DC 성분은 위상차에 관한 정보를 포함할 수 있다. 평가 장치는 위상차로부터 대상체의 제 2 종 방향 좌표를 결정하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, TOF 센서 신호를 생성하도록 적응된 조명원 및 광학 센서는 적어도 하나의 위상 검출기를 갖는 RF-변조된 광원으로서 설계될 수 있다. 조명원은, 예를 들어, 적어도 하나의 LED 및/또는 적어도 하나의 레이저를 포함할 수 있다. 조명원은 사전 정의된 위상 시프트를 갖는 광 빔을 변조하도록 적응된 적어도 하나의 변조 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 변조 디바이스는 적어도 하나의 무선 주파수 모듈을 포함할 수 있다. 무선 주파수 모듈은 RF 캐리어로 조명 빔을 변조하도록 적응될 수 있다. 광학 센서는 광학 센서 상에 충돌하는 반사광 빔의 위상 시프트를 결정하도록 적응될 수 있다.
광학 센서는 적어도 하나의 비행 시간 픽셀로 설계될 수 있고/있거나 적어도 하나의 비행 시간 픽셀을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 검출기는 적어도 2 개의 광학 센서를 포함할 수 있고, 여기서 각각의 광학 센서는 적어도 하나의 TOF 픽셀로 설계되고/설계되거나 적어도 하나의 TOF 픽셀을 포함한다. 예를 들어, 검출기, 특히, 광학 센서는 TOF 센서 신호를 생성하도록 적응된 사분면 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출기, 특히, 광학 센서는 적어도 하나의 픽셀화된 TOF 이미저를 포함할 수 있다.
평가 장치는 TOF 센서 신호를 평가하여 대상체의 적어도 하나의 TOF 종 방향 좌표 zTOF를 결정하도록 구성될 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "TOF 종 방향 좌표"는 TOF 센서 신호로부터 도출된 종 방향 좌표를 지칭한다. 전술한 바와 같이, 조명원은 적어도 하나의 광 펄스를 주기적으로 생성하도록 적응될 수 있다. 검출기는 각각의 구간에 대한 제 1 종 방향 센서 신호를 생성하도록 적응될 수 있다. 평가 장치는 제 2 종 방향 좌표를 사용하여 생성된 TOF 센서 신호의 펄스 주기를 결정하도록 적응될 수 있다. 검출기는 결합된 센서 신호를 사용하여 ToF 신호가 참조하는 구간을 고유하게 할당하도록 적응될 수 있다. TOF 센서 신호 및 결합 센서 신호 모두는 종 방향 좌표 zreal의 비단조 함수(non-monotonous functions)일 수 있다. 따라서, 종 방향 좌표는 TOF 센서 신호 또는 결합 센서 신호 중 하나로부터 독창적으로 결정되지 않을 수 있으며, 측정 범위는 신호가 zreal의 고유 함수인 종 방향 범위로 제한되지 않을 수 있다. "측정 범위"라는 용어는 일반적으로 종 방향 좌표의 결정이 가능한 대상체로부터 검출기까지의 범위를 지칭한다. "종 방향 범위"라는 용어는 일반적으로 종 방향 좌표의 고유한 결정이 가능한 대상체로부터 검출기까지의 범위를 지칭한다. 대상체로부터 검출기까지의 특정 거리 미만 및/또는 초과에서는 종 방향 좌표를 결정할 수 없을 수 있다. 예를 들어, 비행 시간 측정은 대상체로부터 검출기까지의 특정 거리 이하에서는 불가능하며, 이는 내부 시계의 최소 측정 시간 때문일 수 있다. 또한, 비행 시간 측정에서, 센서 신호는 종 방향 구간 내에서 고유할 수 있지만, 결정된 종 방향 좌표가 고유하지 않을 수 있도록 종 방향 구간의 정수배가 추가되는 경우 센서 신호는 동일할 수도 있다. 따라서, 동일한 TOF 센서 신호는 거리 z1 및 거리 z1+n*z1p에 대해 획득될 수 있고, 여기서, n은 종 방향 구간을 나타내는 정수이고, z1p는 TOF 센서 신호의 종 방향 구간이고, 거리 z1 및 z1+n*z1p는 측정 범위 내에 있다. 본원에서 사용되는 용어 "종 방향 구간"은 종 방향 좌표가 TOF 센서 신호로부터 모호하지 않게 결정될 수 있는 구간, 특히, 거리 범위의 구획을 지칭한다. 고유하지 않은 종 방향 좌표는 상대적인 종 방향 좌표로 표시될 수 있고, 고유한 종 방향 좌표는 절대적인 종 방향 좌표로 표시될 수 있다.
TOF 센서 신호 F1 및 결합 센서 신호 F2 모두를 이용 가능하면, 각 신호쌍 (F1, F2)이 고유 거리에 해당하고 그 반대에도 해당하는 한, 종 방향 좌표를 고유하게 결정하고, 종 방향 범위를 연장하도록 할 수 있다. 특히, 각 종 방향 좌표에 대해 고유한 신호쌍 (F1, F2)이 존재하고 그 반대 인 경우, 평가 장치는 다음과 같은 단계에 의해 고유의 결합된 종 방향 좌표를 결정하도록 적응될 수 있다.
(1) TOF 센서 신호 및/또는 결합 센서 신호와 같은 적어도 하나의 제 1 선택 신호를 선택하고, 고유하지 않은 제 1 종 방향 좌표를 결정하는 단계;
(2) 단계 (1)에서 선택되지 않은 결합 신호 Q 및/또는 TOF 센서 신호와 같은 제 2 선택 신호를 선택하고, 고유하지 않은 제 2 종 방향 좌표를 결정하는 단계;
(3) 고유하지 않은 제 1 종 방향 좌표 및 고유하지 않은 제 2 종 방향 좌표 중 하나가 사전 결정된 허용 오차 임계값과 일치하는지 여부를 결정하는 단계;
(4) 고유의 결합된 종 방향 좌표를 일치하는 종 방향 좌표로 설정하는 단계.
단계 (1) 및 단계 (2)에서, 신호는 주어진 순서로 선택되거나 상이한 순서로 수행될 수 있다. 예를 들어, 단계 (1)에서 TOF 센서 신호가 선택될 수 있고, 단계 (2)에서 결합된 신호 Q가 선택될 수 있다. 다른 예에서, 단계 (1)에서, 결합된 센서 신호가 선택될 수 있고, 고유하지 않은 제 1 종 방향 센서 신호가 그로부터 결정될 수 있다. 단계 (2)에서, TOF 센서 신호가 선택될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 단계 (4)에서, 평가 장치는 매칭 좌표가 발견되지 않는 경우에 에러 신호를 출력하고, 및/또는 하나 초과의 매칭 좌표가 발견된 경우에 에러 신호를 출력하도록 적응될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 신호쌍 및 이들의 대응하는 종 방향 좌표는 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 신호쌍 및 이들의 대응하는 종 방향 좌표는 주어진 신호 쌍에 대응하는 종 방향 좌표를 찾기 위해 평가되는 분석 함수에 의해 근사화되거나 기술될 수 있다.
평가 장치는 적어도 2 개의 메모리 소자를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "메모리 소자"라는 용어는 정보를 저장하도록 적응된 디바이스를 지칭한다. 평가 장치는 광학 센서에 의해 제공된 정보, 예를 들어, 적어도 하나의 제 1 센서 신호를 수신하고 저장하도록 적응될 수 있다. 이러한 정보는 미가공 센서 데이터 및/또는 처리된 센서 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리 소자는 평가 장치에 의한 추가 평가를 위한 정보를 저장하도록 적응될 수 있다. 메모리 소자는 휘발성 또는 비휘발성 메모리 소자일 수 있다.
전술한 바와 같이, 광학 센서는 적어도 하나의 ToF 픽셀로 설계될 수 있고/있거나 적어도 하나의 ToF 픽셀을 포함할 수 있다. 검출기는 적어도 2 개의 스위치를 포함할 수 있다. 스위치들 각각은, 예를 들어, 적어도 하나의 커넥터에 의해 제 1 센서 신호를 생성하도록 적응된 광학 센서에 접속될 수 있다. 특히, 각각의 스위치는 ToF 픽셀에 연결될 수 있다. 스위치는 TOF 센서 신호를 메모리 소자들 중 하나에 제공하도록 적응된다. 특히 이 스위치는 반사광 빔의 수신 시간에 따라 생성된 TOF 센서 신호가 스위치 중 하나를 통과하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, TOF 센서 신호는 차단 디바이스의 개방 동안 스위치들 중 하나를 통과할 수 있는 반면, 차단 디바이스의 폐쇄 동안 TOF 센서 신호는 다른 스위치를 통과할 수 있다. 각 스위치는 조명원에 의해 생성된 광 펄스의 펄스 길이와 동일한 펄스 길이를 갖는 제어 신호에 의해 제어될 수 있다. 스위치들 중 하나의 제어 신호는 지연될 수 있다. 예를 들어, 지연은 광 펄스의 펄스 길이에 대응할 수 있다. 평가 장치는 제 1 메모리 소자의 제 1 스위치를 통한 TOF 센서 신호의 제 1 부분 또는 일부와, 제 2 메모리 소자의 제 2 스위치를 통한 TOF 센서 신호의 제 2 부분 또는 일부를, 지연에 따라 샘플링 및/또는 저장하도록 적응될 수 있다. 평가 장치는 TOF 센서 신호의 제 1 부분 및 제 2 부분을 평가함으로써, 제 1 종 방향 좌표를 결정하도록 적응될 수 있다. 평가 장치는 다음 식에 의해 제 1 종 방향 좌표 z1을 결정하도록 적응될 수 있다.
여기서, c는 빛의 속도, t0은 조명광 빔의 펄스 길이, z0은 시간 측정의 분해능에 의해 주로 결정되는 거리 오프셋이고, S11 및 S12는 각각 TOF 센서 신호의 제 1 부분 및 제 2 부분이다.
검출기는 삼각 측량 및/또는 구조화된 조명 기술을 사용하여 대상체의 적어도 하나의 거리 정보를 결정하도록 적응될 수 있다. 삼각 측량 또는 구조화된 조명 기술을 사용하는 디바이스와 같은 공지된 3D 감지 디바이스에서는, 대응의 문제로 인해 규칙적인, 일정한 또는 주기적인 패턴은 각각의 측정된 지점이 기준 패턴의 하나의 기준점에 할당되어야 하기 때문에 적합하지 않다. 대상체로부터 검출기로 전파하는 적어도 하나의 광 빔은 광학 센서의 매트릭스 상에 적어도 하나의 반사 패턴을 생성하도록 적응될 수 있다. "반사 패턴"이라는 용어는 조명 패턴에 의한 조명에 응답하여 생성된, 대상체로부터 검출기로 전파하는 광 빔에 의해 감광 영역의 조명에 응답하여 광학 센서에 의해 결정된 적어도 하나의 이미지를 지칭한다. 반사 패턴은 조명 패턴의 대응하는 조명 형상에 따라 적어도 하나의 반사 형상을 포함할 수 있다. 검출기는 몫 신호로부터 반사 패턴의 적어도 하나의 반사 형상에 대한 대상체 지점의 종 방향 좌표를 결정하도록 적응될 수 있다. 따라서, 검출기는 반사 패턴의 적어도 하나의 반사 형상을 미리 분류하도록 적응될 수 있다. 이는 삼각형 패턴, 직사각형 패턴, 육각형 패턴 또는 추가 볼록한 타일링을 포함하는 패턴과 같은 규칙적 및/또는 일정 및/또는 주기적 패턴을 포함하는 조명 패턴을 사용할 수 있게 한다. 조명 패턴은, 6각형 패턴들이 바람직할 수 있도록, 면적당 가능한 많은 형상들을 포함할 수 있다.
평가 장치는 반사 형상을 식별하기 위해 적어도 하나의 이미지 분석 및/또는 이미지 처리를 수행하도록 적응될 수 있다. 이미지 분석 및/또는 이미지 프로세싱은 적어도 하나의 형상 검출 알고리즘을 사용할 수 있다. 이미지 분석 및/또는 이미지 프로세싱은: 필터링; 적어도 하나의 관심 영역의 선택; 센서 신호에 의해 생성된 이미지와 적어도 하나의 오프셋 간에 차이 이미지 형성; 센서 신호에 의해 생성된 이미지를 반전시키는 것에 의한 센서 신호의 반전; 상이한 시간에 센서 신호에 의해 생성된 이미지 간의 차이 이미지 형성; 배경 보정; 컬러 채널로의 분해; 색조(hue)로의 분해; 포화(saturation); 및 밝기 채널; 주파수 분해; 특이값 분해(singular value decomposition); 캐니 에지 검출기(Canny edge detector) 적용; LoG 필터(Laplacian of Gaussian filter) 적용; DoG 필터(Difference of Gaussian filter) 적용; 소벨(Sobel operator) 연산자 적용; 라플라스 연산자(Laplacian operator) 적용; Scharr 연산자 적용; Prewitt 연산자 적용; Roberts 연산자 적용; Kirsch 연산자 적용; 고역 필터(high-pass filter) 적용; 저역 통과 필터(low-pass filter) 적용; 푸리에 변환 적용; 라돈 변형(Radon transformation) 적용; 허프 변형(Hough transformation) 적용; 웨이블릿 변환(wavelet-transformation) 적용; 경계화(thresholding); 이진 이미지 생성 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 관심 영역은 사용자에 의해 수동으로 결정될 수 있거나, 광학 센서에 의해 생성된 이미지 내의 대상체를 인식함으로써 자동적으로 결정될 수도 있다.
평가 장치는 적어도 하나의 반사 형상에 대응하는 적어도 하나의 기준 패턴에서 적어도 하나의 기준 형상을 결정하도록 적응될 수 있다. 용어 "기준 패턴"은 적어도 하나의 기준 형상을 포함하는 특정 공간 위치에서의 비교 이미지를 지칭한다. 전술한 바와 같이, 평가 장치는 이미지 분석을 수행하고, 반사 패턴의 형상을 식별하도록 적응될 수 있다. 평가 장치는 선택된 반사 형상과 실질적으로 동일한 종 방향 좌표를 갖는 기준 패턴 내의 적어도 하나의 기준 형상을 식별하도록 적응될 수 있다. "실질적으로 동일한"이라는 용어는 10% 이내, 바람직하게는 5% 이내, 가장 바람직하게는 1% 이내로 동일한 것을 의미한다. 반사 형상에 대응하는 기준 형상은 에피폴라 기하학(epipolar geometry)을 사용하여 결정될 수 있다. 에피폴라 기하학에 대한 설명을 위해, 예를 들어, "3차원 컴퓨터 비전(Dreidimensionales Computersehen)"(Springer, Berlin Heidelberg, 1997. X. Jiang, H. Bunke)의 2장을 참조한다. 에피폴라 기하학은 기준 패턴 및 반사 패턴이 고정 거리를 갖는 상이한 공간 위치 및/또는 공간 방향에서 결정된 대상체의 이미지일 수 있음을 가정할 수 있다. 거리는 상대 거리일 수 있으며, 기준 거리로도 표시될 수 있다. 평가 장치는 기준 패턴 내의 에피폴라 라인(epipolar line)을 결정하도록 적응될 수 있다. 기준 패턴과 반사 패턴의 상대적 위치를 알 수 있다. 예를 들어, 기준 패턴과 반사 패턴의 상대 위치는 평가 장치의 적어도 하나의 저장 유닛 내에 저장될 수 있다. 평가 장치는 선택된 반사 형상으로부터 그것이 시작된 실제의 형상으로 연장되는 직선을 결정하도록 적응될 수 있다. 따라서, 직선은 선택된 반사 형상에 대응하는 가능한 대상체 형상를 포함할 수 있다. 직선과 기준선은 에피폴라 평면에 걸쳐 있다. 기준 패턴은 반사 패턴과는 상이한 상대적인 콘스텔레이션(constellation)에서 결정되므로, 대응하는 가능한 대상체 형상은 기준 패턴에서 에피폴라 라인이라 불리는 직선 상에 이미지화될 수 있다. 에피폴라 라인은 에피폴라 평면과 기준 패턴의 교차점일 수 있다. 따라서, 반사 패턴의 선택된 형상에 대응하는 기준 패턴의 형상은 에피폴라 라인 상에 있다.
대상체까지의 거리에 따라, 반사 형상의 이미지 위치에 대응하는 기준 형상은 반사 패턴의 이미지 위치와 비교하여 기준 패턴 내에서 변위될 수 있다. 기준 패턴은 선택된 반사 형상에 대응하는 기준 형상이 이미지화될 수 있는 적어도 하나의 변위 영역을 포함할 수 있다. 변위 영역은 단 하나의 기준 형상을 포함할 수 있다. 변위 영역은 에피폴라 라인을 따라 연장될 수 있다. 평가 장치는 에피폴라 라인을 따라 기준 형상을 결정하도록 적응될 수 있다. 평가 장치는 반사 형상에 대한 종 방향 좌표 z 및 몫 신호 Q로부터의 오차 간격 ±ε을 결정하여, z±ε에 대응하는 에피폴라 라인을 따른 변위 영역을 결정하도록 적응될 수 있다. 평가 장치는 선택된 반사 형상을 변위 영역 내의 적어도 하나의 기준 형상과 매칭시키도록 적응될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 용어 "매칭"은 대응하는 기준 및 반사 형상을 결정 및/또는 평가하는 것을 지칭한다. 평가 장치는 결정된 종 방향 좌표 z를 고려하는 적어도 하나의 평가 알고리즘을 사용함으로써, 반사 패턴의 선택된 형상을 변위 영역 내의 기준 형상과 매칭시키도록 적응될 수 있다. 평가 알고리즘은 선형 스케일링 알고리즘일 수 있다. 바람직하게는, 검출기는 하나의 기준 형상에 대한 모호하지 않은 할당이 가능하도록, 몫 신호 Q를 사용하여 선택된 반사 형상을 사전 분류하도록 적응될 수 있다. 특히, 조명 패턴의 조명 형상은 기준 패턴의 대응하는 기준 형상들이 서로에 대한 상대적인 거리를 에피폴라 라인 상에서 가능한 한 크게 가질 수 있도록 배열될 수 있다. 조명 패턴의 조명 형상은 단지 소수의 기준 형상이 에피폴라 라인 상에 위치하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 조명 패턴은 적어도 하나의 육각형 패턴을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 조명 패턴은 적어도 하나의 육각형 패턴을 포함할 수 있고, 여기서 이 패턴은 기준선에 대하여 회전된다. 바람직하게는, 조명 패턴은 적어도 하나의 변위된 육각형 패턴을 포함할 수 있고, 여기서, 육각형 패턴의 개별 지점은 정규 위치로부터 임의의 거리만큼, 예를 들어, 그 지점의 에피폴라 라인에 직각으로 변위된다. 개개의 지점의 변위는 2개의 평행한 에피폴라 라인 사이의 거리의 절반보다 작을 수 있고, 바람직하게는 2개의 평행한 에피폴라 라인 사이의 거리의 1/4보다 작을 수 있다. 개개의 지점의 변위는 두 지점이 서로의 위로 변위하지 않도록 할 수 있다.
평가 장치는 기준 형상 및 반사 형상의 변위를 결정하도록 적응될 수 있다. 평가 장치는 매칭된 기준 형상 및 선택된 반사 형상의 변위를 결정하도록 적응될 수 있다. 본 명세서에 사용되는, "변위"라는 용어는 기준 이미지 내의 이미지 위치와 반사 이미지 내의 이미지 위치 사이의 차이를 지칭한다. 평가 장치는 종 방향 좌표와 변위 사이의 사전 결정된 관계를 사용하여 매칭된 형상의 종 방향 정보를 결정하도록 적응될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "종 방향 정보"라는 용어는 종 방향 좌표 ztriang에 관한 정보를 지칭한다. 예를 들어, 종 방향 정보는 거리 값일 수 있다. 평가 장치는 삼각 측량 방법을 이용하여 사전 결정된 관계를 결정하도록 적응될 수 있다. 반사 패턴에서 선택된 반사 형상의 위치 및 매칭된 기준 형상의 위치 및/또는 선택된 반사 형상 및 매칭된 기준 형상의 상대 변위가 알려져 있는 경우, 대응하는 대상체 형상의 종 방향 좌표는 삼각 측량에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 평가 장치는, 예를 들어, 후속 및/또는 열별로 반사 형상을 선택하고, 기준 형상의 잠재적 위치 각각에 대해 삼각 측량을 사용하여 대응하는 거리값을 결정하도록 적응될 수 있다. 변위 및 대응 거리값은 평가 장치의 적어도 하나의 저장 디바이스에 저장될 수 있다. 평가 장치는, 예컨대, 적어도 하나의 프로세서, 적어도 하나의 DSP, 적어도 하나의 FPGA 및/또는 적어도 하나의 ASIC과 같은 적어도 하나의 데이터 처리 디바이스를 포함할 수 있다. 또한, 종 방향 좌표 z와 변위 사이의 적어도 하나의 사전 결정되거나 결정 가능한 관계를 저장하기 위해, 사전 결정된 관계를 저장하기 위한 하나 이상의 룩업 테이블을 제공하는 것과 같은 적어도 하나의 데이터 저장 디바이스가 제공될 수 있다.
검출기는 WO 2015/024871 또는 WO 2016/120392에 기술된 바와 같이, 소위 FiP 효과를 생성하는 데 적합한 적어도 하나의 FiP 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 광학 센서의 매트릭스는, 소위 FiP 신호를 생성하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 매트릭스의 광학 센서 각각은 적어도 하나의 FiP 신호를 생성하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 광학 센서의 매트릭스는 픽셀화된 FiP 센서일 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, FiP 신호는 매트릭스의 센서 신호로부터, 예를 들어, 추출 및/또는 시뮬레이션하여 결정될 수 있고, 상술한 바와 같이, 몫은 센서 신호로부터 결정될 수 있다. 예를 들어, WO 2015/024871 또는 WO 2016/120392에 요약된 바와 같이, FiP 신호는 넓은 거리 범위에 걸쳐 깊이 정보를 결정하는 데 사용될 수 있다. FiP 센서는 포지티브 및/또는 네거티브의 FiP 효과를 나타내도록 적응될 수 있다. FiP 효과에 따르면, 동일한 총 전력이 주어지면, 종 방향 센서 신호는 하나 또는 복수의 포커싱 및/또는 센서 영역 상 또는 센서 영역 내의 광 스폿의 하나 또는 복수의 특정 크기에 대해 적어도 하나의 현저한 최대값을 나타낼 수 있다. 비교를 위해, 대응하는 재료가 가능한 한 가장 작은 단면을 갖는 광 빔에 의해 충돌되는 조건에서 종 방향 센서 신호의 최대값의 관찰은, 예를 들어, 재료가 광학 렌즈의 영향을 받는 초점 위치에 또는 그 부근에 위치될 수 있는 경우, "포지티브의 FiP 효과"로 명명될 수 있다. 네거티브의 FiP 효과는 대응하는 재료가 가능한 가장 작은 빔 단면을 갖는 광 빔에 의해 충돌되는 조건 하에서, 특히, 재료가 광학 렌즈에 의해 영향을 받아 초점 위치에 또는 그 부근에 위치될 수 있을 경우에서의 종 방향 센서 신호의 최소값의 관찰을 나타낸다. 네거티브의 FiP 효과는 먼 거리에서 작은 이미지 효과를 조정하는 데 사용될 수 있다. 위치, 크기, 모양, 선명도 등과 같은 이미지 변화는 네거티브의 FiP 효과가 증가하는 동안 먼 거리에서 사라질 수 있다. 또한, 두 셀이 동일한 종 방향 위치에 있어, 동일한 광자 밀도를 수신하기 때문에 휘도 의존성을 도입할 수 없다.
상술한 바와 같이, 검출기는 하나 이상의 추가 광학 요소와 같은 하나 이상의 추가 요소를 더 포함할 수 있다. 또한, 검출기는 적어도 하나의 하우징에 전체적 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 검출기는 구체적으로 적어도 하나의 전송 디바이스를 포함할 수 있고, 전송 디바이스는 광 빔을 광학 센서 상으로 유도하도록 적응되어 있다. 전송 디바이스는 적어도 하나의 렌즈, 바람직하게는 적어도 하나의 초점 가변 렌즈; 적어도 하나의 빔 편향 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 거울; 적어도 하나의 빔 분할 요소, 바람직하게는 빔 분할 큐브 또는 빔 분할 미러 중 적어도 하나; 적어도 하나의 다중 렌즈 시스템 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 여기서, 일반적으로, "전송 디바이스"라는 용어는, 예컨대, 광 빔의 빔 파라미터, 광 빔의 폭, 광 빔의 폭, 광 빔의 폭 또는 광 빔의 방향 중 하나 이상을 변형함으로써 광 빔을 변형하도록 적응되는 하나 이상의 광학 요소를 지칭한다. 전송 디바이스는 광 빔을 광학 센서 상으로 안내하도록 적응될 수 있다. 전송 디바이스는 구체적으로 적어도 하나의 렌즈, 예를 들어, 적어도 하나의 가변 초점 렌즈, 적어도 하나의 비구면 렌즈, 적어도 하나의 구면 렌즈, 하나의 프레넬 렌즈로 이루어진 그룹으로부터 바람직하게 선택된 적어도 하나의 렌즈; 적어도 하나의 회절 광학 요소; 적어도 하나의 오목 거울; 적어도 하나의 빔 편향 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 미러; 적어도 하나의 빔 분할 소자, 바람직하게는 빔 분할 큐브 또는 빔 분할 미러 중 적어도 하나; 적어도 하나의 다중 렌즈 시스템 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태에서, 적어도 하나의 대상체의 위치를 결정하는 검출기 시스템이 개시된다. 검출기 시스템은, 예를 들어, 전술한 하나 이상의 실시예에 따라, 또는 이하에 개시된 하나 이상의 실시예에 따라, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 검출기 시스템은 검출기를 향해 적어도 하나의 광 빔을 지향시키도록 적응된 적어도 하나의 비콘 디바이스를 더 포함하고, 여기서, 비콘 디바이스는 대상체에 적어도 하나를 장착할 수 있고, 대상체에 의해 보유 가능하며, 대상체에 통합할 수 있다. 비콘 디바이스에 관한 보다 상세한 내용은 그것에 대한 잠재적인 실시예를 포함하여 이하에 설명될 것이다. 따라서, 적어도 하나의 비콘 디바이스는 레이저, LED, 전구 등과 같은 하나 이상의 광원과 같은 하나 이상의 조명원을 포함하는 적어도 하나의 능동형 비컨 디바이스일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원에 의해 방출된 광은 300~500nm의 파장을 가질 수 있다. 대안적으로, 상술한 바와 같이, 780nm 내지 3.0㎛의 범위와 같은 적외선 스펙트럼 범위가 사용될 수 있다. 하나 이상의 비콘 디바이스에 의해 방출된 광은 2개 이상의 광 빔을 구별하기 위해, 상술한 바와 같이, 변조되거나 변조되지 않을 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 비콘 디바이스는, 예컨대, 하나 이상의 반사 요소를 포함하는 검출기를 향하여 하나 이상의 광 빔을 반사시키도록 적응될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 비콘 디바이스는 광선을 산란시키기 위해 적응된 하나 이상의 산란 요소일 수도 있고 이를 포함할 수도 있다. 여기서, 탄성 또는 비탄성 산란이 사용될 수 있다. 적어도 하나의 비콘 디바이스가 검출기를 향해 1차 광 빔을 반사 및/또는 산란시키도록 적응되면, 비콘 디바이스는 광 빔의 스펙트럼 특성을 영향받지 않은 상태로 남겨 두도록 적응되거나, 대안적으로, 광 빔의 파장을 변형함으로써 광 빔의 스펙트럼 특성을 변경하도록 적응될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 사용자와 기계간에 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스가 개시된다. 인간-기계 인터페이스는 전술한 실시예 및/또는 이하에 상세하게 개시된 하나 이상의 실시예에 따라, 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함한다. 여기서, 적어도 하나의 비콘 디바이스는 사용자에게 직접 또는 간접적으로 부착되거나 사용자에 의해 소지되는 것 중 적어도 하나로 되도록 적응된다. 인간-기계 인터페이스는 검출기 시스템에 의해 사용자의 적어도 하나의 위치를 결정하도록 설계되며, 인간-기계 인터페이스는 적어도 하나의 정보 아이템의 위치를 할당하도록 설계된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 디바이스가 개시된다. 엔터테인먼트 디바이스는 전술한 실시예 및/또는 이하에 상세하게 개시된 하나 이상의 실시예에 따라, 적어도 하나의 인간-기계 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 디바이스는 인간-기계 인터페이스를 통해 플레이어가 적어도 하나의 정보 항목을 입력할 수 있도록 구성된다. 엔터테인먼트 디바이스는 또한 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 적어도 하나의 이동 가능한 대상체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템이 개시된다. 상기 추적 시스템은, 전술한 바와 같은 및/또는 이하에 더 상세하게 설명되는 검출기 시스템을 참조하는 실시예들 중 하나 이상에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함한다. 추적 시스템은 적어도 하나의 추적 제어기를 더 포함한다. 추적 제어기는 특정 시점에서 대상체의 일련의 위치를 추적하도록 적응된다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 대상체를 촬상하기 위한 카메라가 개시된다. 카메라는 전술하거나 이하에 더욱 상세하게 설명하는 검출기를 참조하는 실시 예 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 대상체의 적어도 하나의 위치를 결정하는 것을 의미할 수도 있는 풍경의 깊이 프로파일을 결정하기 위한 스캐닝 시스템이 제공된다. 스캐닝 시스템은 상술한 하나 이상의 실시예 및/또는 이하의 하나 이상의 실시예에서 개시된 적어도 하나의 검출기와 같은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 스캐닝 시스템은 조명광 빔 또는 주사광 빔으로도 또한 지칭될 수 있는 적어도 하나의 광 빔으로 풍경을 스캔하도록 적응된 적어도 하나의 조명원을 더 포함한다. 본 명세서에 사용되는 용어 "풍경"은 일반적으로 2차원 또는 3차원 범위의 적어도 하나의 기하학적 또는 공간적 특성이 검출기로 평가될 수 있도록, 검출기에 의해 가시인 2차원 또는 3차원 범위를 지칭한다. 본 명세서에서 또한 사용되는 용어 "스캔"은 일반적으로 상이한 영역에서의 연속적인 측정을 지칭한다. 따라서, 스캐닝은, 구체적으로, 제 1 방식으로 지향하거나 또는 지향되는 조명광 빔을 갖는 적어도 하나의 제 1 측정과, 제 1 방식과는 다른 제 2 방식으로 지향하거나 또는 지향되는 조명광 빔을 가진 적어도 하나의 제 2 측정을 의미할 수 있다. 스캐닝은 연속 스캐닝 또는 단계적 스캐닝일 수 있다. 따라서, 연속적 또는 단계적 방식으로, 조명광 빔은 풍경의 다른 영역으로 지향될 수 있고, 검출기는 각 영역에 대해 적어도 하나의 종 방향 좌표와 같은 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 검출될 수 있다. 예를 들어, 대상체를 스캐닝하기 위해, 하나 이상의 조명광 빔은 연속적으로 또는 단계적으로 대상체의 표면 상에 광 스폿을 생성할 수 있고, 여기서 종 방향 좌표는 광 스폿에 대해 생성된다. 그러나, 대안적으로, 광 패턴이 스캐닝을 위해 사용될 수 있다. 스캐닝은 포인트 스캐닝 또는 라인 스캐닝 또는 더 복잡한 광 패턴을 이용한 스캐닝일 수 있다. 스캐닝 시스템의 조명원은 검출기의 선택적인 조명원과 구별될 수 있다. 그러나, 대안적으로, 스캐닝 시스템의 조명원은 또한 검출기의 적어도 하나의 선택적인 조명원과 전체적 또는 부분적으로 동일할 수도 있거나 이것에 통합될 수도 있다.
따라서, 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 대상체의 적어도 하나의 표면에 위치한 적어도 하나의 점 조명용으로 구성된 적어도 하나의 광 빔을 방출하도록 적응된 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "점(dot)"이라는 용어는, 예를 들어, 스캐닝 시스템의 사용자에 의해 선택되어 조명원에 의해 조명될 수 있는 대상체의 표면의 일부 영역, 특히, 작은 영역을 지칭한다. 바람직하게, 점은, 한편으로는, 스캐닝 시스템이 스캐닝 시스템에 포함된 조명원과, 점이 가능한 한 정확하게 위치될 수 있는 대상체 표면의 일부분 사이의 거리에 대한 값을 결정하도록 하기 위해, 가능한 한 작은 크기를 나타낼 수 있고, 다른 한편으로는, 스캐닝 시스템의 사용자 또는 스캐닝 시스템 자체, 특히 자동화 절차에 의해 대상체 표면의 관련 부분 상에서의 점의 존재를 검출할 수 있게 하기 위해 가능한 한 크게 나타낼 수도 있다.
이 목적을 위해, 조명원은 인공 조명원, 특히, 적어도 하나의 레이저 광원 및/또는 적어도 하나의 백열 램프 및/또는 적어도 하나의 반도체 광원, 예를 들어, 적어도 하나의 발광 다이오드, 특히, 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원에 의해 방출된 광은 300~500nm의 파장을 가질 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 예컨대, 780nm 내지 3.0㎛의 범위의 적외선 스펙트럼 범위의 광이 사용될 수 있다. 일반적으로 정의된 빔 프로파일 및 처리 가능한 다른 특성으로 인해, 적어도 하나의 레이저 광원을 조명원으로서 사용하는 것이, 특히, 바람직하다. 여기서, 사용자가 쉽게 저장 및 전송할 수 있는 소형 스캐닝 시스템을 제공하는 것이 중요한 경우에는, 단일 레이저 광원을 사용하는 것이, 특히, 바람직할 수 있다. 따라서, 조명원은 바람직하게는 검출기의 구성 요소일 수 있고, 따라서, 특히, 검출기, 예를 들어, 검출기의 하우징에 통합될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 특히, 스캐닝 시스템의 하우징은 읽기 쉬운 방식으로 사용자에게 거리 관련 정보를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 디스플레이를 포함할 수 있다. 추가의 바람직한 실시예에서, 특히, 스캐닝 시스템의 하우징은 하나 이상의 동작 모드를 설정하는 것과 같이, 스캐닝 시스템에 관한 적어도 하나의 기능을 동작하도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 버튼을 더 포함할 수 있다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 특히, 스캐닝 시스템의 하우징은, 특히, 사용자에 의해 스캐닝 시스템의 거리 측정 및/또는 처리 가능성의 정확도를 증가시키기 위해, 예를 들어, 자성 재료를 포함하는 베이스 플레이트 또는 홀더와 같은 고무 받침(rubber foot), 베이스 플레이트 또는 벽 홀더(wall holder)와 같이, 다른 표면에 스캐닝 시스템을 고정하도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 고정 유닛을 포함할 수 있다.
따라서, 스캐닝 시스템의 조명원은, 특히, 대상체의 표면에 위치한 단일 점의 조명용으로 구성될 수 있는 단일 레이저 빔을 방출할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 사용함으로써, 적어도 하나의 점과 스캐닝 시스템 사이의 거리에 관한 적어도 하나의 정보 항목이 생성될 수 있다. 이로써, 바람직하게는, 예컨대, 적어도 하나의 검출기에 포함된 평가 장치를 사용함으로써, 스캐닝 시스템에 포함된 조명 시스템과 조명원에 의해 생성된 단일 점 간의 거리가 결정될 수 있다. 그러나, 스캐닝 시스템은, 특히, 이러한 목적을 위해 적응될 수 있는 추가의 평가 시스템을 포함할 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 스캐닝 시스템의 크기, 특히 스캐닝 시스템의 하우징의 크기가 고려될 수 있고, 따라서 스캐닝 시스템의 하우징 상의 특정 지점, 예를 들어, 하우징의 전방 에지 또는 후방 에지와 단일 점 사이의 거리가 대안적으로 결정될 수 있다.
대안적으로, 스캐닝 시스템의 조명원은 빔의 방출 방향 사이에 직각과 같은 각도를 제공하도록 구성될 수 있는 2개 이상의 개별 레이저 빔을 방출할 수 있고, 이에 의해 동일한 대상체의 표면 또는 2개의 개별 대상물에서 2개의 상이한 표면에 위치된 2개의 점의 각각이 조명될 수 있다. 그러나, 2개의 개별 레이저 빔 사이의 각도에 대하여 다른 값들이 또한 가능할 수 있다. 이 특징은, 예를 들어, 스캐닝 시스템과 점 사이에 하나 이상의 장애물이 존재하는 것으로 인해, 직접적으로 접근할 수 없는 간접 거리를 도출하는 것과 같은 간접 측정 함수를 위해 사용될 수 있거나, 그렇지 않은 경우 도달하기가 어렵다. 예를 들어, 2개의 개별 거리를 측정하고 피타고라스 공식을 사용하여 높이를 도출함으로써 대상체의 높이 값을 결정할 수 있다. 특히, 대상체에 대해 사전 정의된 레벨을 유지할 수 있기 때문에, 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 레벨링 유닛, 특히 사용자에 의해 사전 정의된 레벨을 유지하는데 사용될 수 있는 일체화된 버블 바이알(bubble vial)을 더 포함할 수 있다.
또 다른 대안으로서, 스캐닝 시스템의 조명원은 서로에 대해 각각의 피치, 특히, 정규 피치(regular pitch)를 나타낼 수 있고, 적어도 하나의 대상체의 적어도 하나의 표면 상에 배치된 점의 어레이를 생성하기 위한 방식으로 배열되는 레이저 빔의 어레이와 같은 복수의 개별 레이저 빔을 방출할 수 있다. 이 목적을 위해, 빔 분할 디바이스 및 미러와 같은 특별히 적응된 광학 소자가 제공되어 레이저 빔의 상술한 어레이를 생성하게 할 수 있다. 특히, 조명원은 주기적 또는 비주기적 방식으로 광 빔을 재지향시키기 위해 하나 이상의 이동 가능한 거울을 사용함으로써 영역 또는 체적을 스캔하도록 지향될 수 있다.
따라서, 스캐닝 시스템은 하나 이상의 대상체의 하나 이상의 표면 상에 배치된 하나 이상의 점의 정적 배열을 제공할 수 있다. 대안적으로, 스캐닝 시스템의 조명원, 특히, 상술한 레이저 빔의 어레이와 같은 하나 이상의 레이저 빔은, 특히, 1개 이상의 미러, 예컨대, 상술한 마이크로미러의 배열 내에 포함되는 마이크로미러를 이동함으로써, 시간 경과에 따라 변화하는 강도를 나타낼 수 있는 하나 이상의 광 빔 및/또는 시간의 경과에 따라 방출 방향이 교대로 적용될 수 있는 하나 이상의 광 빔을 제공하도록 구성될 수 있다. 그 결과, 조명원은 스캐닝 디바이스의 적어도 하나의 조명원에 의해 생성된 교번 특징(alternating features)을 갖는 하나 이상의 광 빔을 사용함으로써, 적어도 하나의 대상체의 적어도 하나의 표면의 일부를 이미지로서 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 따라서, 스캐닝 시스템은, 특히, 하나 이상의 대상체의 하나 이상의 표면을 순차적으로 또는 동시에 스캐닝하는 것과 같이, 적어도 하나의 행 스캔 및/또는 라인 스캔을 사용할 수 있다. 비제한적 예로서, 스캐닝 시스템은 안전 레이저 스캐너에 사용될 수 있고, 예를 들어, 생산 환경에서 및/또는 3D 프린팅, 신체 스캐닝, 품질 관리와 관련한 것과 같이 물체의 형상을 결정하는 데 사용되는 3D 스캐닝 디바이스에서, 거리 측정기(range meter)와 같은 건설 애플리케이션에서, 소포의 크기 또는 부피 측정을 위한 물류 애플리케이션, 로봇 진공 청소기나 잔디 깎기와 같은 가정용 애플리케이션, 또는 스캐닝 단계를 포함하는 다른 종류의 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 산업용 방화 커튼 애플리케이션에 사용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 청소(sweeping), 진공 청소(vacuuming), 걸레질(mopping) 또는 왁싱 기능, 또는 풀베기(mowing) 또는 써레질(raking)과 같은 마당 또는 정원 관리 기능을 수행하는 데 사용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 시준 광학계를 가진 LED 조명원을 사용할 수 있고, 보다 정확한 결과를 얻기 위해 조명원의 주파수를 다른 주파수로 시프트시키도록 적응될 수 있고/있거나 필터를 사용하여 특정 주파수를 감쇠시키는 동안 다른 주파수는 송신시킬 수 있다. 비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템 및/또는 조명원은 전체적으로 회전될 수 있거나, 작동 중인 전용 모터를 사용하여, 미러, 빔 스플리터 등과 같은 특정 광학 패키지만을 회전시킬 수 있고, 여기서, 스캐닝 시스템은 스캐닝 영역을 추가로 증가시키기 위해 360도 전체 시야를 가질 수 있거나, 평면 밖으로 이동 및/또는 회전될 수 있다. 또한, 조명원은 사전 결정된 방향으로 능동적으로 조준될 수 있다. 또한, 유선 전기 시스템의 회전을 허용하기 위해, 슬립 링, 광학 데이터 전송 또는 인덕티브 커플링이 사용될 수 있다.
비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 삼각대에 장착될 수 있고, 몇몇 코너 및 표면을 갖는 대상체 또는 영역을 향해 가리킬 수 있다. 하나 이상의 유연한 이동식 레이저 광원이 스캐닝 시스템에 장착될 수 있다. 하나 이상의 레이저 광원은 관심 지점을 조명하도록 이동될 수 있다. 스캐닝 시스템에 대한 조명 지점의 위치는 스캐닝 시스템상의 지정된 버튼을 누를 때 측정될 수 있고, 위치 정보는 무선 인터페이스를 통해 이동 전화로 전송된다. 위치 정보는 이동 전화 애플리케이션에 저장될 수 있다. 레이저 광원은 그 위치가 측정되어 이동 전화 애플리케이션에 전송되는 추가의 관심 지점을 조명하도록 이동될 수 있다. 이동 전화 애플리케이션은 인접한 지점들을 평면으로 연결하여 지점들의 집합을 3D 모델로 변환할 수 있다. 3D 모델은 추가로 저장 및 처리될 수 있다. 측정된 지점들 또는 표면들 사이의 거리 및/또는 각도는 위치 정보가 전송되는 스캐닝 시스템 또는 이동 전화에 마련된 디스플레이 상에 직접 디스플레이될 수 있다.
비제한적 예로서, 스캐닝 시스템은 지점을 투영하는 2개 이상의 가요성 가동 레이저 광원과, 추가로 라인을 투영하는 하나의 이동 가능한 레이저 광원을 포함할 수 있다. 라인은 라인을 따라 2개 이상의 레이저 스폿을 배열하는 데 사용될 수 있고, 스캐닝 디바이스의 디스플레이는, 예를 들어, 등거리로 라인을 따라 배열될 수 있는 2개 이상의 레이저 스폿들 간의 거리를 디스플레이할 수 있다. 2개의 레이저 스폿의 경우, 단일 레이저 광원이 사용될 수 있는 반면, 투영된 지점의 거리는 하나 이상의 빔 스플리터 또는 프리즘을 사용하여 수정되며, 여기서 빔 스플리터 또는 프리즘은 투영된 레이저 스폿들이 서로 멀거나 가깝게 이동하도록 이동될 수 있다. 또한, 스캐닝 시스템은, 예컨대, 직각, 원, 정사각형, 삼각형 등의 추가의 패턴을 투영하도록 적응될 수 있고, 이 과정에서 레이저 스폿을 투영하고 그들의 위치를 측정함으로써, 측정이 수행될 수 있다.
비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 라인 스캐닝 디바이스로서 적용될 수 있다. 특히, 스캐닝 디바이스는 적어도 하나의 센서 라인 또는 행(row)을 포함할 수 있다. 삼각 측량 시스템은 가까운 필드에서 검출이 불가능할 수 있도록 충분한 기준선을 필요로 한다. 레이저 스폿이 전송 장치의 방향으로 경사지면, 가까운 필드 검출이 가능할 수 있다. 그러나, 경사는 먼 필드 영역에서의 검출을 제한하는 시야의 필드 밖으로 광 스폿이 이동하게 한다. 이들 가까운 필드 및 먼 필드 문제는 본 발명에 따른 검출기를 사용함으로써 극복될 수 있다. 특히, 검출기는 광학 센서의 CMOS 라인을 포함할 수 있다. 스캐닝 시스템은 CMOS 라인상에서 대상체로부터 검출기로 전파하는 복수의 광 빔을 검출하도록 적응될 수 있다. 광 빔은 대상체상의 상이한 위치 상이나 조명원의 이동에 의해 생성될 수 있다. 스캐닝 시스템은, 전술한 바와 같이 및 이하에 보다 상세히 설명된 바와 같이, 몫 신호 Q를 결정함으로써 광 지점들의 각각에 대한 적어도 하나의 종 방향 좌표를 결정하도록 적응될 수 있다.
비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 톱, 드릴 등과 같은 목재나 금속 가공 공구와 같은 공구로 작업을 지원하도록 구성될 수 있다. 따라서, 스캐닝 시스템은 2개의 반대 방향에서 거리를 측정하고, 디스플레이에서 2개의 측정된 거리 또는 그 거리의 합을 표시하도록 적응될 수 있다. 또한, 스캐닝 시스템이 표면에 배치될 때, 스캐닝 시스템은, 표면 가장자리까지의 거리를 측정하기 위해, 거리 측정이 표면의 모서리 또는 가장자리로 인해 급격한 변화를 보일 때까지 레이저 포인트가 표면을 따라 스캐닝 시스템으로부터 자동적으로 멀리 이동되도록 적응될 수 있다. 이것은 스캐닝 디바이스가 나무 판자상에 배치되지만, 그 끝으로부터 멀리 떨어져 있는 동안, 나무 판자 끝까지의 거리를 측정할 수 있게 한다. 또한, 스캐닝 시스템은 한 방향에서 나무 판자의 일단까지의 거리를 측정하고, 반대 방향에서 지정된 거리 내에 라인 또는 원 또는 점을 투영할 수 있다. 스캐닝 시스템은, 반대 방향에서 측정된 거리, 예컨대, 사전 결정된 총 거리에 따라 거리 내에서 선 또는 원 또는 점을 투영하도록 적응될 수 있다. 이를 통해 공구로부터 안전한 거리에 스캐닝 시스템을 배치하는 동시에 투영된 위치에서 톱이나 드릴과 같은 공구로 작업할 수 있으며, 동시에 판자의 가장자리까지 사전 결정된 거리에서 공구를 사용하여 프로세스를 수행할 수 있다. 또한, 스캐닝 시스템은 사전 결정된 거리에서 2개의 반대 방향으로 지점 또는 라인 등을 투영하도록 적응될 수 있다. 거리의 합이 변경되면, 투영된 거리 중 하나만 변경된다.
비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 표면, 예를 들어, 절단, 톱질, 드릴링 등과 같은 작업이 수행되는 표면 상에 배치되도록, 또한, 예를 들어, 스캐닝 디바이스 상의 버튼을 이용하여 조정될 수 있는 사전 결정된 거리의 표면 상에 라인을 투영하도록 구성될 수 있다.
비제한적 예로서, 스캐닝 시스템은 안전 레이저 스캐너에 사용될 수 있고, 예를 들어, 생산 환경에서 및/또는 3D 프린팅, 신체 스캐닝, 품질 관리와 관련한 것과 같이 물체의 형상을 결정하는 데 사용되는 3D 스캐닝 디바이스에서, 거리 측정기(range meter)와 같은 건설 애플리케이션에서, 소포의 크기 또는 부피 측정을 위한 물류 애플리케이션, 로봇 진공 청소기나 잔디 깎기와 같은 가정용 애플리케이션, 또는 스캐닝 단계를 포함하는 다른 종류의 애플리케이션에서 사용될 수 있다.
선택적인 전송 디바이스는, 상술한 바와 같이, 바람직하게는 대상체로부터 검출기로 전파되는 광을 연속해서 광학 센서로 공급하도록 설계될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 공급은 선택적으로 촬상 특성에 의해 또는 다른 한편으로는 전송 디바이스의 비촬상 특성에 의해 영향을 받을 수 있다. 특히, 전송 디바이스는 전자기 방사선이 광학 센서에 공급되기 전에 전자기 방사선을 수집하도록 설계될 수 있다. 또한, 선택적인 전송 디바이스는, 예컨대, 정의되거나 정확하게 알려진 빔 프로파일을 갖는 것과 같은 정의된 광학적 특성을 갖는 광 빔, 예컨대, 적어도 하나의 가우스 빔, 특히 공지된 빔 프로파일을 갖는 적어도 하나의 레이저 빔을 제공하도록 설계된 조명원에 의해, 적어도 하나의 선택적 조명원의 구성 부분의 전부 또는 일부일 수 있다.
광학 조명원의 잠재적인 실시예에 대해서는 WO 2012/110924 A1을 참조할 수 있다. 여전히, 다른 실시예가 가능하다. 대상체로부터 나오는 광은 대상체 자체에서 유래할 수 있지만, 선택적으로 다른 기원을 가지며, 이 기원으로부터 대상체로 그리고 나서 종 방향 및/또는 횡 방향 광학 센서를 향해 전파될 수 있다. 후자의 경우는, 예를 들어, 사용되는 적어도 하나의 조명원에 의해 영향을 받을 수 있다. 이 조명원은, 예를 들어, 주변 조명원이거나 이를 포함할 수 있고/있거나 인공 조명원이거나 이를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 검출기 자체는 적어도 하나의 조명원, 예컨대, 적어도 하나의 레이저 및/또는 적어도 하나의 백열 램프 및/또는 적어도 하나의 반도체 조명원, 예컨대, 적어도 하나의 발광 다이오드, 특히, 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 일반적으로 정의된 빔 프로파일 및 처리 가능한 다른 특성으로 인해, 하나 또는 복수의 레이저를 조명원으로서 또는 그것의 일부로서 사용하는 것이, 특히, 바람직하다. 조명원 자체는 검출기의 구성 요소일 수 있거나, 검출기와 독립적으로 형성될 수 있다. 조명원은, 특히, 검출기, 예를 들어, 검출기의 하우징에 통합될 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 적어도 하나의 조명원은 적어도 하나의 비콘 디바이스 또는 하나 이상의 비콘 디바이스 및/또는 대상체에 통합되거나 또는 대상체에 연결되거나 공간적으로 결합될 수 있다.
이에 따라, 하나 이상의 선택적 비콘 디바이스로부터 나오는 광은, 상기 광이 각각의 비콘 디바이스 자체에서 기원한다는 옵션에 대해 대안적으로 또는 추가적으로 조명원으로부터 나오고/나오거나 조명원에 의해 여기될 수 있다. 예를 들어, 비콘 디바이스로부터 나오는 전자기적인 광은 비콘 디바이스 자체에 의해 방출될 수 있고/있거나 비콘 디바이스에 의해 반사될 수 있고/있거나 그 광이 검출기에 공급되기 전에 비콘 디바이스에 의해 산란될 수 있다. 이 경우, 전자기 방사선의 방출 및/또는 산란은 전자기 방사선의 스펙트럼 영향 여부에 관계없이 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 일 예로서, 스톡스(Stokes) 또는 라만(Raman)에 따른 산란 동안 파장 시프트가 발생할 수도 있다. 또한, 예를 들어, 일차 조명원에 의해, 예를 들어, 발광, 특히, 인광 및/또는 형광을 발생시키기 위해 여기된 대상체 또는 대상체의 일부 영역에 의해, 광 방출이 여기될 수 있다. 원칙적으로 다른 방출 프로세스도 가능하다. 반사가 발생하면, 대상체는, 예를 들어, 적어도 하나의 반사 영역, 특히, 적어도 하나의 반사면을 가질 수 있다. 상기 반사면은 대상체 자체의 일부일 수 있지만, 예를 들어, 대상체에 연결되거나 공간적으로 결합된 반사 장치(reflector), 예를 들어, 대상체에 연결된 반사판(reflector plaque)일 수도 있다. 적어도 하나의 반사 장치가 사용되면, 이는 또한, 예를 들어, 검출기의 다른 구성 요소와 독립적으로 대상체에 연결된 검출기의 일부로 간주될 수 있다.
비콘 디바이스 및/또는 적어도 하나의 선택적인 조명원은 일반적으로 자외선 스펙트럼 범위, 바람직하게는 200nm 내지 380nm의 범위이고, 가시 스펙트럼 범위(380nm 내지 780nm); 적외선 스펙트럼 범위, 바람직하게는 780nm 내지 3.0㎛ 범위 중 적어도 하나에서 광을 방출할 수 있다. 열 촬상 애플리케이션에서, 타겟은 원적외선 스펙트럼 범위, 바람직하게는 3.0㎛ 내지 20㎛ 범위에서 광을 방출할 수 있다. 가장 바람직하게는, 적어도 하나의 조명원은 적외선 스펙트럼 범위의 광을 방출하도록 적응된다. 그러나, 다른 옵션도 가능하다.
센서 요소에의 광 빔의 공급은, 특히, 예컨대, 원형, 타원형 또는 다르게 구성된 단면을 갖는 광 스폿이 센서 요소의 선택적인 센서 영역 상에 생성되는 방식으로 수행될 수 있다. 예로서, 검출기는 시야각 범위, 특히, 입체각 범위 및/또는 공간 범위를 가질 수 있으며, 이러한 범위 내에서 대상체를 검출할 수 있다. 바람직하게는, 선택적 전송 디바이스는, 예를 들어, 검출기의 가시 범위 내에 배열된 대상체의 경우에, 광 스폿이 센서 영역 및/또는 광학 센서의 센서 영역 상에 완전히 배열되도록 설계된다. 예를 들어, 센서 영역은 이 상태를 보장하기 위해 대응하는 크기를 갖도록 선택될 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 전자 장치에서 사용하기 위한 관성 측정 유닛(inertial measurement unit)을 개시한다. 전자 디바이스는 이동식 전자 디바이스일 수 있다. 전자 디바이스는 카메라일 수 있다. 전자 디바이스는 이동 전화일 수 있다. 관성 측정 유닛은, 예컨대, 전술하거나 이하에 더 상세하게 개시되는 바와 같은 검출기를 참조하는 하나 이상의 실시예에 따라, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하는 적어도 하나의 관성 측정 유닛에 의해 결정된 데이터를 수신하도록 적응된다. 본 명세서에 사용되는 "적어도 하나의 검출기에 의해 결정된 데이터"라는 용어는 적어도 하나의 종 방향 좌표 z에 대한 적어도 하나의 정보를 지칭한다. 관성 측정 유닛은, 또한 휠 속도 센서, 선회율 센서, 경사 센서, 방위 센서, 모션 센서, MHD 센서(Magneto Hydro Dynamic sensor), 힘 센서, 각도 센서, 각속도 센서, 자기장 센서, 자력계, 가속도계; 자이로스코프로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 추가 센서에 의해 결정된 데이터를 수신하도록 적응된다. 본 명세서에 사용되는 "적어도 하나의 추가 센서에 의해 결정된 데이터"라는 용어는 각도 정보, 속도 정보, 선회율에 대한 정보, 경사에 대한 정보로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 정보를 지칭한다. 상기 관성 측정 유닛은 검출기 및 적어도 하나의 추가 센서로부터의 데이터, 즉, 공간에서의 위치, 공간에서의 상대적 또는 절대적 모션, 회전, 가속도, 방향, 각도 위치, 경사, 선회율, 속도로 이루어진 그룹으로부터 선택된 전자 디바이스의 적어도 하나의 특성을 평가하여 결정하도록 적응된다. 관성 측정 유닛은 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 추가 센서에 의해 기록된 데이터를 평가하도록 적응될 수 있다. 특히, 프로세서는 공간 위치, 공간 방향, 이동 및 속도 중 하나 이상을 결정 및/또는 계산하도록 적응될 수 있다. 관성 측정 유닛은 복수의 추가 센서를 포함할 수 있다. 관성 측정 유닛은 적어도 2개의 추가 센서로부터 결정된 정보를 융합하도록 적응될 수 있다. 관성 측정 유닛은 적어도 하나의 칼만 필터(Kalman filter)를 사용하여 적어도 2개의 추가 센서들의 정보를 융합하도록 적응될 수 있다. 전술한 바와 같이, 검출기는 종 방향 좌표 z의 절대 측정값을 제공하도록 적응될 수 있다. 프로세서, 예를 들어, 전술한 바와 같은 평가 장치는 종 방향 좌표 z를 고려하여 적어도 2개의 추가 센서의 정보를 융합하도록 적응될 수 있다. 다양한 센서 신호는 각 센서 신호가 측정 에러 및 오류를 겪는 것을 고려하여 칼만 필터 또는 추정된 선형 2차 방정식 내에서 사용될 수 있다. 칼만 필터 내에서 이들 센서 신호의 융합은 종 방향 좌표의 측정과 같은 향상된 추정을 산출할 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은, 전술하거나 이하에 더욱 상세하게 개시된 바와 같이, 검출기를 참조하는 실시예들 중 하나 이상에 따라, 본 발명에 따른 검출기와 같은 검출기를 사용함으로써 적어도 하나의 대상체의 위치를 결정하는 방법을 개시한다. 여전히, 다른 유형의 검출기가 사용될 수 있다.
이 방법은 다음의 방법 단계를 포함하고, 여기서 방법 단계는 주어진 순서 또는 상이한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 열거되지 않은 하나 이상의 추가적인 방법 단계가 존재할 수 있다. 또한, 하나, 둘 이상 또는 모든 방법 단계가 반복적으로 수행될 수 있다.
방법 단계는 다음과 같다:
- 대상체로부터 검출기로 전파하는 적어도 하나의 광 빔을 검출기의 적어도 하나의 센서 요소에 조사하는 단계 - 여기서 검출기는 광학 센서의 매트릭스를 갖고, 광학 센서는 각각 감광 영역을 갖고, 여기서 각각의 광학 센서는 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성함 -;
- 센서 신호를 평가하는 방법 단계는 다음과 같다.
a) 가장 높은 센서 신호를 갖는 적어도 하나의 광학 센서를 결정하고, 적어도 하나의 중심 신호를 형성하는 것;
b) 매트릭스의 광학 센서의 센서 신호를 평가하고, 적어도 하나의 합산 신호를 형성하는 것;
c) 중심 신호와 합산 신호를 결합하여 적어도 하나의 결합된 신호를 결정하는 것; 및
d) 그 결합 신호를 평가함으로써, 대상체의 적어도 하나의 종 방향 좌표 z를 결정하는 것.
구체적으로, 제 1 및 제 2 센서 신호의 평가는: 중심 신호와 합산 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 것; 중심 신호의 배수와 총합 신호의 배수의 몫을 형성하는 것; 중심 신호의 선형 조합과 총합 신호의 선형 조합의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 것 중 하나 이상에 의해 결합 신호 Q를 유도하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 종 방향 좌표의 결정은 결합 신호 Q를 평가하는 것을 포함할 수 있다. 결합 신호의 평가는 구체적으로 종 방향 좌표를 결정하기 위해 결합 신호 Q와 종 방향 좌표 사이의 적어도 하나의 사전 결정된 관계를 이용하는 것을 포함할 수 있다.
세부 사항, 옵션 및 정의에 관해서는, 상술한 바와 같은 검출기를 참조할 수 있다. 따라서, 구체적으로 상술한 바와 같이, 이 방법은 상술하거나 이하에 상세하게 설명될 하나 이상의 실시예에 따라 본 발명에 따른 검출기를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 상기에 주어지거나 또는 이하에 더 상세히 주어진 하나 이상의 실시예와 같이, 본 발명에 따른 검출기의 용도는: 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 감시 애플리케이션; 안전 애플리케이션; 인간-기계 인터페이스 애플리케이션; 추적 애플리케이션; 포토그래피 애플리케이션; 물류 애플리케이션; 머신 비전 애플리케이션; 로봇 애플리케이션; 품질 관리 애플리케이션; 제조 애플리케이션으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 용도를 목적으로 하여 제안된다.
이 대상체는 일반적으로 생물이거나 무생물일 수 있다. 검출기 또는 검출기 시스템은 적어도 하나의 대상체, 즉, 검출기 시스템의 일부를 형성하는 대상체를 형성할 수도 있다. 그러나 바람직하게, 대상체는 적어도 하나의 공간 차원에서 검출기로부터 독립적으로 이동할 수 있다. 대상체는 일반적으로 임의의 대상체일 수 있다. 일 실시예에서, 대상체는 강체(rigid object)일 수 있다. 다른 실시예는 대상체가 비강체 또는 그 형태가 변할 수 있는 대상체인 실시예로서도 가능하다.
이하에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명은, 특히, 기계, 게이밍 또는 스포츠 시뮬레이션을 제어하기 위한 목적으로 사람의 위치 및/또는 동작을 추적하는 데 사용될 수 있다. 본 실시예 또는 다른 실시예에서, 구체적으로, 대상체는, 특히, 스포츠 장비의 물품, 바람직하게는 라켓, 클럽, 배트; 의류 물품; 모자; 신발로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물품으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
따라서, 일반적으로, 검출기와 같은 본 발명에 따른 디바이스는 다양한 사용 분야에 적용될 수 있다. 구체적으로, 검출기는 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 인간-기계 인터페이스 애플리케이션; 추적 애플리케이션; 포토그래피 애플리케이션; 방, 건물 및 거리의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 공간과 같은 적어도 하나의 공간의 맵을 생성하는 맵핑 애플리케이션; 모바일 애플리케이션; 웹캠; 오디오 디바이스; 돌비 서라운드 오디오 시스템; 컴퓨터 주변 디바이스; 게이밍 애플리케이션; 카메라 또는 비디오 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 감시 애플리케이션; 자동차 애플리케이션; 운송 애플리케이션; 의료 애플리케이션; 스포츠 애플리케이션; 머신 비전 애플리케이션; 차량 애플리케이션; 항공기 애플리케이션; 선박 애플리케이션; 우주선 애플리케이션; 건축 애플리케이션; 건설 애플리케이션; 지도 제작 애플리케이션; 제조 애플리케이션으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 용도를 목적으로 하여 적용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 지역 및/또는 글로벌 포지셔닝 시스템의 애플리케이션, 특히 랜드마크 기반의 위치 결정 및/또는 네비게이션은, 특히, 자동차 또는 다른 차량(예컨대, 열차, 오토바이, 자전거, 화물 운송용 트럭), 로봇 또는 보행자가 사용할 목적으로 명명될 수 있다. 또한, 실내의 위치 결정 시스템은 가정용 애플리케이션 및/또는 제조, 물류, 감시 또는 유지 보수 기술에 사용되는 로봇과 같은 잠재적인 애플리케이션으로 명명될 수 있다.
본 발명에 따른 디바이스는 이동 전화, 태블릿 컴퓨터, 랩탑, 스마트 패널 또는 다른 고정형 또는 이동형 또는 웨어러블 컴퓨터 또는 통신 애플리케이션에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스는 성능을 향상시키기 위해, 가시 범위 또는 적외선 스펙트럼 범위의 광을 방출하는 광원과 같은 적어도 하나의 능동형 광원과 결합될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 본 발명에 따른 디바이스는 환경, 대상물 및 생명체를 스캐닝 및/또는 검출하기 위한 모바일 소프트웨어와 결합하여 카메라 및/또는 센서로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스는 촬상 효과를 증가시키기 위해 종래의 카메라와 같은 2D 카메라와 결합될 수도 있다. 본 발명에 따른 디바이스는, 특히, 음성 및/또는 동작 인식과 조합하여 감시 및/또는 기록 목적으로, 또는 모바일 디바이스를 제어하기 위한 입력 디바이스로 사용될 수도 있다. 따라서, 구체적으로, 입력 디바이스로도 지칭되는 인간-기계 인터페이스로서 작용하는 본 발명에 따른 디바이스는 이동 전화와 같은 모바일 디바이스를 통해 다른 전자 디바이스 또는 구성 요소를 제어하는 것과 같은 모바일 애플리케이션에 사용될 수 있다. 일 예로서, 본 발명에 따른 적어도 하나의 디바이스를 포함하는 모바일 애플리케이션은 텔레비전 세트, 게임 콘솔, 뮤직 플레이어나 뮤직 디바이스 또는 다른 엔터테인먼트 디바이스를 제어하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 컴퓨팅 애플리케이션용 웹캠이나 다른 주변 장치에 사용될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 본 발명에 따른 디바이스는 촬상, 기록, 감시, 스캐닝 또는 동작 검출을 위한 소프트웨어와 조합하여 사용될 수 있다. 인간-기계 인터페이스 및/또는 엔터테인먼트 디바이스와 관련해서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 디바이스는 표정 및/또는 신체 표현에 의해 명령을 내리는 데 특히 유용하다. 본 발명에 따른 디바이스는, 예를 들어, 마우스, 키보드, 터치 패드, 마이크로폰 등과 같은 다른 입력 발생 장치와 결합될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 웹캠을 사용하는 것과 같이 게임용 애플리케이션에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 가상 트레이닝 애플리케이션 및/또는 화상 회의에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는, 특히 머리 장착형 디스플레이를 착용할 때, 가상 또는 증강 현실 애플리케이션에서 사용되는 손, 팔 또는 대상체를 인식 또는 추적하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는, 부분적으로 상술한 바와 같이, 모바일 오디오 디바이스, 텔레비전 디바이스 및 게임용 디바이스에 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 디바이스는 전자 디바이스, 엔터테인먼트 디바이스 등의 제어 또는 제어 디바이스로서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는, 특히, 증강 현실 애플리케이션을 위한 투명 디스플레이 및/또는 디스플레이를 보고 있는지 여부 및/또는 디스플레이를 어떤 관점에서 보고 있는지를 인식하기 위한 투명 디스플레이를 갖는 2D 및 3D 디스플레이 기술과 같은 눈 검출 또는 눈 추적에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는, 특히, 머리 장착형 디스플레이를 착용할 때, 가상 또는 증강 현실 애플리케이션과 관련하여 실내, 경계, 장애물을 탐색하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 DSC 카메라와 같은 디지털 카메라에서 또는 디지털 카메라로, 및/또는 SLR 카메라와 같은 반사 카메라(reflex camera)에서 또는 반사 카메라로 사용될 수 있다. 이들 애플리케이션에 대하여, 전술한 바와 같이, 이동 전화와 같은 모바일 애플리케이션에서 본 발명에 따른 디바이스의 사용이 참조될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 보안 또는 감시 애플리케이션에 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 본 발명에 따른 적어도 하나의 디바이스는, 대상물이 (예를 들어, 은행이나 박물관 내의 감시 애플리케이션을 위한) 사전 결정된 영역 내부 또는 외부에 있을 경우, 신호를 제공할 수 있는 하나 이상의 디지털 및/또는 아날로그 전자 디바이스와 결합될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 디바이스는 광학 암호화용으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 적어도 하나의 디바이스를 이용하는 것에 의한 검출은 IR, X선, UV-VIS, 레이더 또는 초음파 검출기와 같은 파장을 보완하기 위한 다른 검출 디바이스와 결합될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스는 낮은 조명 환경에서 검출할 수 있도록 능동 적외선 광원(active infrared light source)과 추가로 결합될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스는 일반적으로 능동 검출기 시스템과 비교하여 유리하며, 이는 특히, 본 발명에 따른 디바이스가 예를 들어, 레이더 애플리케이션, 초음파 애플리케이션, LIDAR 또는 유사한 능동 검출기와 같이 제 3 자에 의해 감지될 수 있는 신호를 능동적으로 전송하지 않기 때문이다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 디바이스는 인식 및 탐지할 수 없는 이동 중인 대상물을 추적하는 데 사용될 수 있다. 부가적으로, 본 발명에 따른 디바이스는 일반적으로 종래의 디바이스와 비교하여 조작 및 자극에 덜 취약하다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스를 사용하는 것에 의해 3D 검출의 용이성 및 정확성이 주어지면, 본 발명에 따른 디바이스는 일반적으로 얼굴, 몸 그리고 사람의 인식 및 식별에 사용될 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 디바이스는 패스워드, 지문, 홍채 검출, 음성 인식 또는 다른 수단과 같은 식별 또는 개인화 목적을 위한 다른 검출 수단과 결합될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 디바이스는 보안 디바이스 및 다른 개인화 애플리케이션에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 제품 식별을 위한 3D 바코드 판독기로 사용될 수 있다.
전술한 보안 및 감시 애플리케이션 이외에, 본 발명에 따른 디바이스는 일반적으로 공간 및 영역의 감시 및 모니터링에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스는 공간 및 영역을 조사 및 모니터링하는 데 사용되고, 예를 들어, 금지 영역이 침범되는 경우에 경보를 트리거링하거나 실행하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 디바이스는 영상 증배관(image intensifier) 또는 이미지 강화 디바이스 및/또는 광전자 증배관(photomultiplier)과 결합하여, 모션 또는 열 센서와 결합되는 것과 같이, 다른 유형의 센서와 선택적으로 결합하여 빌딩 감시 또는 박물관에서의 감시 목적으로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 주차장에서의 도난과 같은 범죄의 발생이나, 공항에서의 무연고 수하물과 같은 무연고 대상체 등의 잠재적으로 위험한 활동을 탐지하기 위해 공공 장소나 혼잡한 공간에서 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 비디오 및 캠코더 애플리케이션과 같은 카메라 애플리케이션에 유리하게 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스는 동작 캡처 및 3D 영화 기록용으로 사용될 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 디바이스는 일반적으로 종래의 광학 디바이스에 비해 많은 이점을 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스는 일반적으로 광학 구성 요소에 대하여 더 낮은 복잡성을 요구한다. 따라서, 일 예로서, 하나의 렌즈만을 갖는 본 발명에 따른 디바이스를 제공하는 것과 같이, 렌즈의 개수는 종래의 광학 장치에 비해 감소될 수 있다. 감소된 복잡성으로 인해 모바일 용도와 같은 매우 작은 디바이스도 가능하다. 고품질의 2개 이상의 렌즈를 갖는 종래의 광학 시스템은 일반적으로, 예컨대, 큰 빔 스플리터에 대한 일반적인 필요성으로 인해 부피가 크다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 일반적으로 자동 초점 카메라와 같이, 초점/자동 초점 디바이스에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 또한 광학 현미경, 특히 공초점 현미경(confocal microscopy)에서 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 일반적으로 자동차 기술 및 운송 기술의 기술 분야에 적용할 수 있다. 따라서, 일 예로서, 본 발명에 따른 디바이스는, 예를 들어, 적응적인 크루즈 제어, 비상 브레이크 어시스트, 차선 이탈 경고, 서라운드 뷰, 사각 지대 검출, 교통 표지판 검출, 교통 표지판 인식, 차선 인식, 후방 교차 주행 경보, 접근하는 차량 또는 추월하는 차량에 따라 헤드라이트 강도 및 범위를 적응시키기 위한 광원 인식, 적응형 전조등 시스템, 하이 빔 헤드라이트의 자동 제어, 전조등 시스템에서의 적응형 차단광, 눈부심 없는 하이 빔 전조등 시스템, 동물, 장애물 또는 이와 유사한 것을 헤드라이트 조명에 의해 표시, 후방 교차 주행 경보 및 진보된 운전자 지원 시스템이나 다른 자동차 및 교통 애플리케이션과 같은 다른 운전자 지원 시스템과 같은 거리 및 감시 센서로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 충돌 회피 등을 위해 운전자의 조작을 미리 예상하는 운전자 보조 시스템에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는, 또한, 본 발명에 따른 검출기를 사용하는 것에 의해 얻어진 위치 정보의 제 1 및 제 2 시간 미분을 분석함으로써, 속도 및/또는 가속도 측정에 사용될 수 있다. 이 특징은 일반적으로 자동차 기술, 운송 기술 또는 일반 교통 기술에 적용될 수 있다. 다른 기술 분야의 응용도 가능하다. 내부의 위치 결정 시스템에서의 특정 애플리케이션은, 특히, 에어백과 같은 안전 시스템의 사용을 전자 제어하기 위해 운송 시에 승객의 위치를 검출하는 것일 수 있다. 승객이 있는 경우, 에어백을 사용하면, 심각한 부상을 입을 수 있으므로, 에어백 사용을 방지할 수 있다. 또한, 자동차, 기차, 비행기 등과 같은 차량, 특히 자율 주행 차량에서, 본 발명에 따른 디바이스는 운전자가 교통 상황에 주의를 기울이거나, 산만하거나, 잠들거나, 피곤하거나, 또는, 예컨대, 알콜 등의 섭취로 인해 운전이 불가능한 지 여부를 결정하는데 사용될 수 있다.
이들 또는 다른 애플리케이션에서, 일반적으로, 본 발명에 따른 디바이스는 독립형 디바이스로서 또는 레이더 및/또는 초음파 디바이스와의 조합과 같이 다른 센서 디바이스와 조합하여 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 디바이스는 자율 주행 및 안전 문제에 사용될 수 있다. 또한, 이들 애플리케이션에서, 본 발명에 따른 디바이스는 음파 센서, 2차원 카메라 또는 다른 유형의 센서인 레이더 센서, 적외선 센서와 조합하여 사용될 수 있다. 이들 애플리케이션에서는, 본 발명에 따른 디바이스의 수동적 특성이 일반적으로 유리하다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스는 일반적으로 신호를 방출할 필요가 없기 때문에, 능동 센서 신호가 다른 신호원과 간섭하는 위험을 피할 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스는, 특히, 표준 이미지 인식 소프트웨어와 같은 인식 소프트웨어와 결합하여 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스에 의해 제공되는 신호 및 데이터는 통상적으로 용이하게 처리할 수 있으므로, 일반적으로 확립된 3D 측정 시스템보다 낮은 계산 능력을 요구한다. 공간 수요가 적기 때문에, 카메라와 같은 본 발명에 따른 디바이스는 윈도우 스크린의 위 또는 뒤, 전방 후드 위, 범퍼 위, 조명 위, 거울 위 또는 다른 위치 등과 같이, 차량의 사실상 모든 위치에 배치될 수 있다. 본 발명에 개시된 효과에 기초한 하나 이상의 검출기와 같은 본 발명에 따른 다양한 검출기는 차량을 자율 주행시키거나 능동적인 안전 개념의 성능을 향상시키기 위해 결합될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 다양한 디바이스는 본 발명에 따른 하나 이상의 다른 디바이스 및/또는 리어 윈도우, 사이드 윈도우 또는 프런트 윈도우와 같은 윈도우 내, 범퍼 위 또는 조명 위의 기존 센서와 결합될 수 있다.
하나 이상의 강우 검출 센서(rain detection sensor)를 갖는 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기와 같은 본 발명에 따른 적어도 하나의 디바이스의 조합도 또한 가능하다. 이는 본 발명에 따른 디바이스가, 특히, 호우 동안 레이더와 같은 종래의 센서 기술보다 일반적으로 유리하다는 사실에 기인한다. 본 발명에 따른 적어도 하나의 디바이스와 레이더와 같은 적어도 하나의 종래의 감지 기술의 조합은 소프트웨어가 기상 조건에 따라 올바른 신호 조합을 선택할 수 있게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 일반적으로 브레이크 보조 및/또는 주차 보조 및/또는 속도 측정용으로 사용될 수 있다. 속도 측정은 차량 내에 통합될 수 있거나, 예컨대, 교통 통제에서 다른 차량의 속도를 측정하기 위해 차량 외부에서 사용될 수도 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 주차장의 빈 주차 공간을 검출하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 의료 시스템 및 스포츠 분야에서 사용될 수 있다. 따라서, 의료 기술과 관련하여, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 디바이스는 작은 부피만을 필요로 하여 다른 디바이스에 통합될 수 있기 때문에, 예를 들어, 내시경에 사용하기 위한 수술 로봇이 해당될 수 있다. 특히, 하나의 렌즈를 갖는 본 발명에 따른 디바이스는 기껏해야 내시경과 같은 의료 디바이스에서 3D 정보를 캡처하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는, 이동의 추적 및 분석을 가능하게 하기 위해, 적절한 모니터링 소프트웨어와 결합될 수 있다. 이것은 내시경 또는 수술용 메스(scalpel)와 같은 의료 디바이스의 위치를, 예컨대, 자기 공명 촬영, X-선 촬영 또는 초음파 촬영으로부터 얻은 의료 영상의 결과와 함께 즉시 오버레이할 수 있게 한다. 이러한 애플리케이션은, 특히, 뇌 수술, 장거리 진단 및 원격 의료와 같이 정확한 위치 정보가 중요한 의료 처치에 유용하다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 3D 인체 스캐닝에 사용될 수 있다. 신체 스캐닝은 치과 수술, 성형 수술, 비만 수술 또는 미용 성형 수술과 같은 의학적 맥락에서 적용될 수 있거나, 또는 근위축성 통증 증후군, 암, 신체 이형 장애 또는 추가 질병의 진단과 같은 의료 진단에 적용될 수 있다. 신체 스캐닝은 또한 스포츠 분야에서 인체 공학적 용도 또는 스포츠 장비의 적합성을 평가하기 위해 적용될 수 있다.
신체 스캐닝은 옷의 적절한 크기와 피팅을 결정하는 것과 같이 의복 분야에서도 사용될 수 있다. 이 기술은 맞춤 의류 분야 또는 인터넷이나 마이크로 키오스크 디바이스(micro kiosk device) 또는 고객 컨시어지 디바이스(customer concierge device)와 같은 셀프 서비스 쇼핑 디바이스에서 의류나 신발을 주문하는 분야에 사용할 수 있다. 의류 분야에서 신체 스캐닝은 옷을 완전히 입고 있는 고객을 스캐닝하는 데 특히 중요하다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 엘리베이터, 기차, 버스, 자동차 또는 비행기 내의 사람수를 세거나, 또는 복도, 문, 통로, 소매점, 경기장, 유흥지, 박물관, 도서관, 공공 장소, 영화관, 극장 등을 통과하는 사람수를 세는 것과 같은 인원 계수 시스템의 분야에서 사용될 수 있다. 또한, 인원 계수 시스템의 3D 기능은 신장, 체중, 나이, 신체 건강(physical fitness) 등과 같이 카운팅되는 사람들에 대한 추가 정보를 얻거나 추정하는데 사용될 수 있다. 이 정보는 비즈니스 인텔리전스 메트릭스 및/또는 사람들이 더 매력적이거나 안전하게 하는 것으로 간주할 수 있는 지역의 최적화를 위해 사용될 수 있다. 소매 환경에서, 본 발명에 따른 디바이스는, 인원 계수와 관련하여, 재 방문 고객 또는 교차 구매자를 인식하고, 쇼핑 행동을 평가하고, 구매하는 방문자의 비율을 평가하고, 직원 교대(shift)를 최적화하거나, 방문자 당 쇼핑몰 비용을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 또한, 인원 계수 시스템은 인체 측정학적 조사(anthropometric surveys)에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 수송 거리에 따라 승객에게 자동으로 요금을 청구하는 대중 교통 시스템(public transportation system)에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는, 어린이 놀이터에서, 부상당한 어린이 또는 위험한 행동을 하는 어린이를 인식하고, 놀이터의 놀이 기구와의 추가적인 상호 작용을 허용하고, 놀이터의 놀이 기구 등의 안전한 사용을 보장하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는, 표면이 평면인 지 여부를 평가하거나, 순서가 정해진 방식으로 대상물을 정렬하거나 배치하기 위해, 대상물 또는 벽까지의 거리를 결정하는 범위 측정기(range meter)와 같은 건설 도구에 사용되거나, 또는 건설 환경 등에서 사용하기 위한 검사 카메라에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 트레이닝, 원격 지시 또는 경쟁 목적과 같은 스포츠 및 운동 분야에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 디바이스는 춤, 에어로빅, 미식축구, 축구, 농구, 야구, 크리켓, 하키, 육상, 수영, 폴로, 핸드볼, 배구, 럭비, 스모, 유도, 펜싱, 복싱, 골프, 카 레이싱, 레이저 태그(laser tag), 전장 시뮬레이션(battlefield simulation) 등의 분야에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스는 스포츠 및 게임에서 볼, 배트, 칼, 모션 등의 위치를 검출하는데 사용될 수 있고, 예를 들어, 경기를 모니터링하거나, 심판을 지원하거나, 점수나 골이 실제로 이루어졌는 지의 판정과 같은 스포츠에서의 특정 상황의 판정, 특히, 자동 판정을 위해 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는, 차량의 위치 또는 차량의 트랙, 또는 이전의 트랙 또는 이상적인 트랙으로부터의 편차 등을 결정하기 위해, 자동차 경주 또는 자동차 운전자 훈련 또는 자동차 안전 교육 등의 분야에서 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 디바이스는, 예를 들어, 피들, 바이올린, 비올라, 첼로, 베이스, 하프, 기타, 밴조(banjos), 우쿨렐레와 같은 현악기와, 피아노, 오르간, 키보드, 하프시코드(harpsichord), 하모늄(harmonium) 또는 아코디언과 같은 건반 악기 및/또는 드럼, 팀파니, 마림바(marimba), 실로폰, 비브라폰, 봉고, 콩가, 팀발레스(timbales), 젬베(djembe) 또는 타블로와 같은 타악기의 레슨, 특히 원격 레슨으로 악기 연습을 지원하기 위해 또한 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 디바이스는 또한 트레이닝의 장려 및/또는 운동의 조사 및 정정을 위해 재활 및 물리 치료에 사용될 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 디바이스는 거리 진단에도 또한 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 머신 비전 분야에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 하나 이상의 디바이스는, 예를 들어, 자율 주행 및/또는 로봇 작업을 위한 수동 제어 유닛으로 사용될 수 있다. 이동 로봇과 조합하여, 본 발명에 따른 디바이스는 부품 고장의 자동 검출 및/또는 자율 이동을 가능하게 할 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스는, 예를 들어, 로봇, 생산 부품 및 생명체 간의 충돌을 포함하지만, 이에 한정되지 않는 사고를 피하기 위해 제조 및 안전 감시용으로 또한 사용될 수 있다. 로봇 공학에서, 인간과 로봇의 안전하고 직접적인 상호 작용은 종종 문제가 되는데, 이는 로봇이 인식하지 못할 경우에 인간을 심하게 다치게 할 수 있기 때문이다. 본 발명에 따른 디바이스는 로봇이 대상물과 인간을 더 좋고 더 빠르게 위치시켜서 안전한 상호 작용을 할 수 있도록 도울 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스의 수동적 특성을 감안할 때, 본 발명에 따른 디바이스는 능동 장치에 비해 유리할 수 있고/있거나 레이더, 초음파, 2D 카메라, IR 검출 등과 같은 기존 솔루션에 보완적으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스의 한 가지 특별한 장점은 신호 간섭의 가능성이 낮다는 것이다. 따라서, 신호 간섭의 위험없이 동일한 환경에서 복수의 센서를 동시에 작동시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스는 일반적으로 자동차, 광업, 강철 등과 같은 고도로 자동화된 생산 환경에서 유용할 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 디바이스는 또한 생산 동안의 품질 관리, 예를 들면, 2D 촬상, 레이더, 초음파, IR 등과 같은 다른 센서와 조합하여 품질 관리 또는 기타 목적으로 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 마이크로미터 범위부터 미터 범위까지 제품의 표면 평탄도 또는 특정 치수에 대한 준수 조사와 같은 표면 품질 평가에 사용될 수 있다. 다른 품질 관리 애플리케이션도 가능하다. 제조 환경에서, 본 발명에 따른 디바이스는 대량의 폐자재를 피하기 위한 복잡한 3 차원 구조를 갖는 식품이나 목재와 같은 자연 제품을 처리하는데 특히 유용하다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 탱크, 사일로(silo) 등의 충전 레벨을 모니터링하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는, 예를 들어, 인쇄 회로 기판의 검사, 어셈블리 또는 서브어셈블리의 검사, 엔지니어링된 부품의 검증, 엔진 부품 검사, 목재 품질 검사, 라벨 검사, 의료 디바이스의 검사, 제품 방향 검사, 포장 검사, 식품 팩킹 검사 등과 같은 자동 광학 검사에서, 복잡한 제품의 누락된 부품, 불완전한 부품, 느슨한 부품, 저품질 부품 등을 검사하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 차량, 기차, 비행기, 선박, 우주선 및 기타 교통 애플리케이션에 사용될 수 있다. 따라서, 트래픽 애플리케이션의 분야에서 전술한 애플리케이션 외에, 항공기, 차량 등을 위한 수동 추적 시스템이 지정될 수 있다. 이동하는 대상물의 속도 및/또는 방향을 모니터링하기 위해, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기와 같은 본 발명에 따른 적어도 하나의 디바이스를 사용하는 것이 가능하다. 구체적으로, 육상, 바다 및 공간을 포함하는 공중에서 빠르게 움직이는 대상물의 추적이 지정될 수 있다. 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기와 같은 본 발명에 따른 적어도 하나의 디바이스는 구체적으로 정지 및/또는 이동 디바이스 상에 장착될 수 있다. 본 발명에 따른 적어도 하나의 디바이스의 출력 신호는, 예를 들어, 다른 대상물의 자율적 또는 안내된 이동을 위한 안내 매커니즘과 결합될 수 있다. 따라서, 충돌을 회피하거나, 추적된 대상물과 조향 대상물(steered object) 사이의 충돌을 가능하게 하는 애플리케이션이 가능하다. 본 발명에 따른 디바이스는 일반적으로 능동 시스템, 예를 들어, 레이다와 비교하여, 요구되는 낮은 계산 파워, 즉각적인 응답 및 검출 및 방해하기 어려운 검출 시스템의 수동적 특성으로 인해 유용하고 유리하다. 본 발명에 따른 디바이스는, 예를 들어, 속도 제어 및 항공 교통 제어 디바이스에 특히 유용하지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 통행료를 위한 자동화된 요금 징수 시스템에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 디바이스는 일반적으로 수동 애플리케이션에 사용될 수 있다. 수동 애플리케이션은 항구나 위험 지역에 있는 선박 및 이착륙 시의 항공기에 대한 지침이 포함된다. 여기서, 정확한 지침을 위해 고정된 공지의 능동 표적이 사용될 수 있다. 광산 차량과 같이 위험하지만 잘 정의된 경로에서 주행하는 차량에도 동일한 것이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 자동차, 기차, 비행체, 동물 등과 같은 빠르게 접근하는 대상물을 검색하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 대상체의 속도 또는 가속도를 검출하거나 시간에 따라 그 위치, 속도 및/또는 가속도 중 하나 이상을 추적함으로써 대상체의 움직임을 예측하는데 사용될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 디바이스는 게임 분야에서 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스는 그것의 콘텐츠에 움직임을 통합하는 소프트웨어와 결합하여 움직임 검출 등과 같이 크기, 색상, 모양 등이 같거나 다른 복수의 대상체와 함께 사용하는 데 수동적일 수 있다. 특히, 그래픽 출력으로 움직임을 구현할 때, 애플리케이션이 사용될 수 있다. 또한, 명령을 제공하기 위한 본 발명에 따른 디바이스의 애플리케이션은, 예를 들어, 제스처 또는 안면 인식을 위해 본 발명에 따른 하나 이상의 디바이스를 사용하는 것에 의해 실현 가능하다. 본 발명에 따른 디바이스는, 예를 들어, 낮은 조명 조건 하에서 또는 주변 조건의 향상이 요구되는 다른 상황 하에서 작동하기 위해 능동 시스템과 결합될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 본 발명에 따른 하나 이상의 디바이스와 하나 이상의 IR 또는 VIS 광원의 조합이 가능하다. 본 발명에 따른 검출기와 특수 디바이스의 조합도 가능하고, 이는 시스템 및 그것의 소프트웨어에 의해 용이하게 구별될 수 있고, 예를 들어, 특별한 색, 형상, 다른 디바이스에 대한 상대 위치, 이동 속도, 빛, 디바이스의 광원을 변조하는 데 사용되는 주파수, 표면 특성, 사용된 재료, 반사 특성, 투명도, 흡수 특성 등에 의해 구별될 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 이 디바이스는 다른 가능성 중에서도 스틱, 라켓, 클럽, 총, 칼, 휠(wheel), 반지, 핸들, 병, 공, 유리, 꽃병, 숟가락, 포크, 큐브, 주사위, 피규어, 인형, 테디, 비커(beaker), 페달, 스위치, 글러브, 보석, 악기 또는 플렉트럼(plectrum), 드럼 스틱 등과 같은 악기를 연주하기 위한 보조 디바이스와 유사할 수 있다. 다른 옵션도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는, 예를 들어, 고온 또는 추가의 발광 프로세스로 인해 자체적으로 광을 방출하는 대상체를 검출 및/또는 추적하는데 사용될 수 있다. 발광부는 배기 스트림 등일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 반사 대상체를 추적하고 이들 대상체의 회전 또는 방향을 분석하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 일반적으로 건축, 건설 및 지도 제작(cartography) 분야에서 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 하나 이상의 디바이스는, 예를 들어, 시골 또는 빌딩과 같은 환경 영역을 측정 및/또는 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 하나 이상의 디바이스는 다른 방법 및 디바이스와 결합될 수 있거나, 단지 건축 프로젝트, 변하는 대상체, 주택 등의 진행 및 정확성을 모니터링하기 위해 단독으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스는 지상 또는 공중 양쪽에서, 방, 거리, 주택, 지역 사회 또는 풍경(landscape)의 지도를 작성하기 위해, 스캐닝된 환경의 3차원 모델을 생성하는 데 사용될 수 있다. 잠재적인 적용 분야는 건설, 지도 제작, 부동산 관리, 토지 조사 등일 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 디바이스는, 빌딩, 생산 현장(production site), 밭, 생산 공장 또는 경관(landscape)과 같은 농산물 생산 환경을 모니터링하고, 구조 작업을 지원하고, 위험한 환경에서의 작업을 지원하고, 실내외의 화재 장소에서 소방대를 지원하며, 한 명 이상의 사람 또는 동물 등을 찾거나 모니터링하거나, 또는, 예를 들어, 드론이 헬멧, 마크, 비콘 디바이스 등을 따라가면서 스키나 사이클링과 같은 스포츠를 하는 한 명 이상의 사람을 추적하고 기록하는 것과 같은 엔터테인먼트의 목적을 위해, 드론이나 멀티콥터(multicopter)에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스는 장애물을 인식하거나, 사전 정의된 경로를 따르거나, 에지, 파이프, 빌딩 등을 따르거나 환경에 대한 글로벌 또는 로컬 맵을 기록하는데 사용될 수 있다. 또한, 실내외의 위치 설정 및 드론의 위치 결정을 위해, 대기압 센서가 충분히 정확하지 않은 실내에서의 드론 높이를 안정화시키기 위해, 또는 여러 드론의 일치된 이동이나 대기중에서의 재충전 또는 재급유 등과 같은 복수 드론의 상호 작용을 위해, 본 발명에 따른 디바이스가 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 CHAIN(Cedec Home Appliances Interoperating Network)과 같은 가전 제품의 상호 연결 네트워크 내에서, 예를 들어, 에너지 또는 부하 관리, 원격 진단, 애완 동물 관련 기기, 아동 관련 기기, 아동 감시, 가전 제품 관련 감시, 노인 또는 환자에 대한 지원 또는 서비스, 주택 보안 및/또는 감시, 가전기기 작동의 원격 제어 및 자동 유지 보수 지원과 같은 가정의 기본적인 가전기기 관련 서비스를 상호 연결하고, 자동화 및 제어하는 데 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 공기 조절 시스템과 같은 냉난방 시스템에 사용되어, 특히, 한 명 이상의 사람 위치에 따라 실내의 어느 부분을 일정한 온도나 습도로 유지해야 하는지를 파악할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 가사 노동에 사용될 수 있는 서비스 로봇 또는 자율 로봇과 같은 가정용 로봇에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스는, 충돌을 피하거나 환경을 매핑하기 위해, 그 뿐만 아니라, 사용자를 식별하거나, 특정 사용자에 대한 로봇의 성능을 개인화하거나, 보안을 위해 또는 제스처 또는 안면 인식과 같은 여러 가지 목적을 위해 사용될 수 있다. 예로써, 본 발명에 따른 디바이스는 로봇 진공 청소기, 바닥 청소 로봇, 드라이-스위핑 로봇(dry-sweeping robot), 의류 다림질용 다림질 로봇, 캣 리터 로봇(cat litter robot)과 같은 동물 배설물 로봇, 침입자를 검출하는 보안 로봇, 잔디 깎기 로봇, 자동 수영장 청소기, 배수로 세척 로봇, 창문 닦는 로봇, 장난감 로봇, 텔레프레젠스 로봇(telepresence robot), 이동성이 적은 사람들에게 회사를 제공하는 소셜 로봇, 또는 음성을 수화로 또는 수화를 음성으로 번역하는 로봇에 사용될 수 있다. 고령자와 같이 이동성이 적은 사람들의 맥락에서, 본 발명에 따른 디바이스를 가진 가정용 로봇은 대상체를 픽업하고, 대상체를 운반하고, 대상체 및 사용자와 안전한 방식으로 상호 작용하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 위험한 물질 또는 대상체 또는 위험한 환경에서 작동하는 로봇에 사용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 본 발명에 따른 디바이스는 로봇 또는 무인 원격 제어 차량에서, 특히, 재해 발생 후에 화학 물질 또는 방사성 물질과 같은 유해 물질, 또는 지뢰, 미폭발 무기 등과 같은 다른 위험물이나 잠재적으로 위험한 대상체를 취급하기 위해 사용될 수 있고, 또는 근처의 불타는 대상체나 재해 지역과 같은 안전하지 않은 환경에서 작업 또는 조사하거나, 또는 공중, 바다, 지하 등에서 유인 또는 무인 구조 작업을 하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 GPS(Global Positioning System)를 충분히 신뢰할 수 없는 경우에, 항법 목적으로 사용될 수 있다. GPS 신호는 일반적으로 계곡이나 수목 한계선(treeline) 아래의 숲에서 실내나 야외에서 수신하기 어렵거나 차단되기 쉬운 전파를 사용한다. 또한, 특히, 무인 자율 주행 차량의 경우, 시스템의 무게가 중요할 수 있다. 특히, 무인 자율 주행 차량은 신뢰할 수 있는 피드백과 제어 시스템의 안정성을 위해 고속 위치 데이터가 필요하다. 본 발명에 따른 디바이스를 사용하면 무거운 디바이스로 인한 중량의 추가 없이 단시간의 응답 및 위치 설정을 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는, 사람의 존재를 검색하거나, 디바이스의 콘텐츠나 기능을 모니터링하거나, 사람과 상호 작용 및/또는 추가의 가정용, 휴대용 또는 오락용 디바이스와 개인에 대한 정보를 공유하기 위해, 냉장고, 전자렌지, 세탁기, 윈도우 블라인드 또는 셔터, 가정용 알람, 에어컨, 난방 디바이스, 텔레비전, 오디오 디바이스, 스마트 시계, 휴대 전화, 전화기, 식기 세척기, 스토브 등과 같은 가정용, 휴대용 또는 오락용 디바이스에서 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 예를 들면, 가사 노동이나 작업장에서 대상체를 들고, 운반하거나, 줍는 디바이스, 또는 주변 환경의 장애물을 알리는 광학 신호 또는 음향 신호를 구비한 안전 시스템을 통해 노약자나 장애인 또는 시력이 제한되거나 없는 시각 장애인을 지원하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 디바이스는 완전히 또는 부분적으로 해충, 잡초 및/또는 감염된 작물을 검출 및 분류하기 위한 농업에 사용될 수 있고, 여기서, 작물은 균류 또는 곤충에 의해 감염될 수 있다. 또한, 작물을 수확하기 위해, 본 발명에 따른 디바이스는 수확 디바이스에 의해 해를 입을 수 있는 사슴과 같은 동물을 검출하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는, 특히, 밭이나 온실의 주어진 영역 또는 심지어 특정 식물에 대한 물 또는 비료 또는 작물 보호 제품의 양을 조절하기 위해, 밭이나 온실에서 식물의 성장을 모니터링하는데 사용될 수 있다. 또한, 농업 생명 공학에서, 본 발명에 따른 디바이스는 식물의 크기 및 모양을 모니터링하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는, 예를 들어, 제초제의 사용을 피하기 위해, 기계적 수단과 같은 잡초를 자동으로 제거하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 농업 분야에서, 특히, 적용 물질의 양을 줄이거나 꿀벌과 같은 특정 그룹의 동물을 보호하기 위해, 작물 보호 또는 수정 물질의 적용 여부를 결정하는 것과 같은 특정 곤충을 검출 및/또는 위치시키는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 화학 물질 또는 오염물을 검출하기 위한 센서, 전자 노우즈 칩(electronic nose chip), 박테리아 또는 바이러스 등을 검출하기 위한 미생물 센서 칩, 가이거 계수기(Geiger counter), 촉각 센서(tactile sensor), 열 센서 등과 결합될 수 있다. 예를 들어, 고감염성 환자의 치료, 매우 위험한 물질의 취급 또는 제거, 고방사능 영역이나 화학 물질 유출과 같은 고도로 오염된 지역의 청소, 농업에서의 해충 방제와 같은 위험하거나 어려운 작업을 처리하기 위해 구성된 스마트 로봇을 구축하는 데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 하나 이상의 디바이스는, 예를 들어, 적층 제조 및/또는 3D 프린팅을 위해 CAD나 유사한 소프트웨어와 조합하여 대상체를 스캐닝하는 데 또한 사용될 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 디바이스는, 예컨대, x, y 또는 z 방향에서 또는 이들 방향의 임의의 조합을 동시에 사용하여, 높은 치수 정확도로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는, 예컨대, 파이프라인 검사 게이지(pipeline inspection gauges)를 통한 검사 및 유지 보수에 사용될 수 있다. 또한, 생산 환경에서, 본 발명에 따른 디바이스는, 예를 들어, 모양이나 크기에 따라 야채나 기타 자연 제품을 분류하거나, 가공 단계에 필요한 정밀도보다 낮은 정밀도로 제조된 고기나 대상체와 같은 제품을 절단하는 것과 같이, 자연적으로 재배된 대상체와 같은 러프하게 정의된 형태의 대상체와 함께 작업하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 로컬 네비게이션 시스템(local navigation system)에 사용되어, 자율적으로 또는 부분 자율적으로 차량 또는 멀티콥터 등을 실내 또는 실외 공간을 통해 이동할 수 있게 한다. 비제한적인 예는 대상체를 집어 다른 위치에 배치하기 위해 자동화된 저장소를 통해 이동하는 차량을 포함할 수 있다. 실내 내비게이션은 쇼핑몰, 소매점, 박물관, 공항 또는 기차역에서 더욱 사용되어 모바일 용품, 모바일 디바이스, 수하물, 고객 또는 직원의 위치를 추적하거나, 사용자에게 판매된 상품에 관한 정보 또는 지도상의 현재 위치 등과 같은 위치 관련 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 속도, 경사, 다가오는 장애물, 도로의 불균일성 또는 커브 등을 모니터링함으로써 모터사이클의 주행 보조와 같은 모터사이클의 안전한 주행을 보장하는데 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 디바이스는 충돌을 피하기 위해 열차나 트램에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 물류 프로세스를 최적화하기 위해 포장이나 소포를 스캐닝하는 것과 같은 휴대용 디바이스에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 개인 쇼핑 디바이스, RFID 판독기, 의료용, 또는 환자나 환자의 보건 관련 정보를 획득, 교환 또는 기록하기 위한 것과 같은 병원이나 보건 환경에서 사용하기 위한 휴대용 디바이스, 소매나 보건 환경을 위한 스마트 배지 등에 추가로 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 디바이스는 또한 (예를 들어, 최적의 장소 또는 패키지를 발견하고, 폐기물 등을 감소시키는 것과 같은) 제품 식별 또는 크기 식별과 같은 제조, 품질 관리 또는 식별 애플리케이션에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 물류 애플리케이션에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스는 컨테이너 또는 차량의 적재 또는 포장을 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 제조 분야에서 표면 손상의 모니터링이나 제어, 렌탈 차량과 같은 렌탈 대상체의 모니터링이나 제어, 및/또는 손해 평가와 같은 보험 애플리케이션에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는, 특히, 로봇과 조합하여 최적의 재료 취급과 같이 재료, 대상체 또는 공구의 크기를 식별하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는, 예를 들어, 탱크의 충전 레벨을 관찰하기 위해 생산 과정에서 프로세스를 제어하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 탱크, 파이프, 리액터, 공구 등과 같은 생산 자산을 유지 보수하는 데 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 3D 품질 표시를 분석하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 치아 인레이(tooth inlays), 치아 교정기(tooth braces), 보철물(prosthesis), 의류 등과 같은 맞춤형 제품을 제조하는 데 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스는 또한 신속한 프로토타이핑, 3D 복사 등을 위해 하나 이상의 3D 프린터와 결합될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스는 제품 불법 복제 방지 및 위조 방지 목적과 같은 하나 이상의 물품의 형상을 검출하는 데 사용될 수 있다.
따라서, 구체적으로는, 본 출원은 포토그래피 분야에 적용될 수 있다. 따라서, 검출기는 사진 디바이스, 특히, 디지털 카메라의 일부일 수 있다. 특히, 검출기는 3D 포토그래피, 특히, 디지털 3D 포토그래피에 사용될 수 있다. 따라서, 검출기는 디지털 3D 카메라를 형성하거나, 디지털 3D 카메라의 일부일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "포토그래피(photography)"라는 용어는 일반적으로 적어도 하나의 대상체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 본 명세서에서 또한 사용되는 바와 같이, "카메라"는 일반적으로 포토그래피를 수행하도록 적응된 디바이스이다. 본 명세서에서 또한 사용되는 바와 같이, "디지털 포토그래피"라는 용어는 일반적으로 조명의 강도 및/또는 색상, 바람직하게는, 디지털 전기 신호를 나타내는 전기 신호를 생성하도록 적응된 복수의 감광 요소를 사용함으로써 적어도 하나의 대상체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 본 명세서에서 또한 사용되는 바와 같이, 3D 포토그래피라는 용어는 일반적으로 3차원 공간에서 적어도 하나의 대상체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 따라서, 3D 카메라는 3D 포토그래피를 수행하도록 적응된 디바이스이다. 카메라는 일반적으로 단일 3D 이미지와 같은 단일 이미지를 획득하도록 적응될 수 있거나, 일련의 이미지와 같은 복수의 이미지를 획득하도록 적응될 수도 있다. 따라서, 카메라는 또한 디지털 비디오 시퀀스를 획득하는 것과 같은 비디오 애플리케이션에 적응된 비디오 카메라일 수 있다.
따라서, 일반적으로, 본 발명은 또한 적어도 하나의 대상체를 촬상하기 위한 카메라, 특히, 디지털 카메라, 보다 구체적으로는 3D 카메라 또는 디지털 3D 카메라를 지칭한다. 전술한 바와 같이, 본 명세서에서 사용된 촬상(imaging)이라는 용어는 일반적으로 적어도 하나의 대상체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 카메라는 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 전술한 바와 같이, 카메라는 단일 이미지를 획득하거나, 이미지 시퀀스와 같은 복수의 이미지를 획득하기 위해, 바람직하게는 디지털 비디오 시퀀스를 획득하기 위해 적응될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 카메라는 비디오 카메라일 수 있거나 이를 포함할 수도 있다. 후자의 경우, 카메라는 이미지 시퀀스를 저장하기 위한 데이터 메모리를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 "위치"라는 표현은 일반적으로 대상체의 하나 이상의 지점의 절대 위치 및 방향 중 하나 이상에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 지칭한다. 따라서, 구체적으로는, 위치는 직교 좌표계와 같은 검출기의 좌표계에서 결정될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 극 좌표 시스템 및/또는 구 좌표계와 같은 다른 유형의 좌표계가 사용될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 또한 이하에 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이, 본 발명은 인간-기계 인터페이스 분야, 스포츠 분야 및/또는 컴퓨터 게임 분야에서 바람직하게 적용될 수 있다. 따라서, 대상체는 스포츠 장비의 물품, 바람직하게는 라켓, 클럽, 배트, 의류 물품, 모자, 신발로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물품으로 구성되는 그룹으로부터 바람직하게 선택될 수 있다. 다른 실시예도 가능하다.
본 명세서에서 사용되는 대상체는 일반적으로 생물체 및 무생물체 중에서 선택되는 임의의 대상체일 수 있다. 따라서, 일 예로서, 적어도 하나의 대상체는 하나 이상의 물품 및/또는 물품의 하나 이상의 부분을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 대상체는 하나 이상의 생명체(예컨대, 사용자 및/또는 동물) 및/또는 그 생명체의 하나 이상의 부분(예컨대, 인간의 하나 이상의 신체 부위)이거나 이를 포함할 수 있다.
검출기의 좌표계일 수도 있는 대상체의 위치를 결정하기 위한 좌표계와 관련하여, 검출기는 검출기의 광축이 z축을 형성하고, z축에 수직인 x축 및 y축이 추가적으로 제공될 수 있고, 또한 이들이 서로 수직인 좌표계를 구성할 수 있다. 예를 들어, 검출기 및/또는 검출기의 일부는 이 좌표계의 원점과 같은 이 좌표계 내의 특정 지점에 위치될 수 있다. 이 좌표계에서, z축에 평행하거나 역평행한(antiparallel) 방향은 종 방향으로 간주될 수 있고, z축을 따르는 좌표는 종 방향 좌표로 간주될 수 있다. 종 방향에 수직인 임의의 방향은 횡 방향으로 고려될 수 있고, x- 및/또는 y-좌표는 횡 방향 좌표로 간주될 수 있다.
대안적으로, 다른 유형의 좌표계가 사용될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 광축이 z축을 형성하고, z축으로부터의 거리 및 극각(polar angle)이 추가 좌표로 사용될 수 있는 극 좌표계가 사용될 수 있다. 다시, z축에 평행하거나 역평행한 방향은 종 방향으로 간주될 수 있고, z축을 따르는 좌표는 종 방향 좌표로 간주될 수 있다. z축에 수직인 임의의 방향은 횡 방향으로 간주될 수 있고, 극 좌표 및/또는 극각은 횡 방향 좌표로 간주될 수 있다.
검출기는 적어도 하나의 대상체 및/또는 그의 일부분의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 제공하도록 구성된 디바이스일 수 있다. 따라서, 위치는 바람직하게는 검출기의 좌표계에서 대상체 또는 그의 일부분의 위치를 완전히 기술하는 정보 항목을 지칭할 수 있거나, 그 위치를 부분적으로만 기술하는 부분 정보를 지칭할 수도 있다. 검출기는 일반적으로 비콘 디바이스로부터 검출기를 향해 전파하는 광 빔과 같은 광 빔을 검출하도록 적응된 디바이스일 수 있다.
평가 장치와 검출기는 전체적 또는 부분적으로 단일 디바이스에 통합될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 평가 장치는 또한 검출기의 일부를 형성할 수도 있다. 대안적으로, 평가 장치 및 검출기는 전체적 또는 부분적으로 개별 디바이스로서 구현될 수 있다. 검출기는 추가 구성 요소를 포함할 수 있다.
검출기는 고정형 디바이스(stationary device) 또는 이동형 디바이스(mobile device)일 수 있다. 또한, 검출기는 독립형 디바이스(stand-alone device)이거나, 컴퓨터, 차량 또는 임의의 다른 디바이스와 같은 다른 디바이스의 일부를 형성할 수도 있다. 또한, 검출기는 휴대용 디바이스일 수 있다. 검출기의 다른 실시예가 가능하다.
검출기는 특히 플렌옵틱(plenoptic) 또는 라이트 필드 카메라(light-field camera)에 필적하는 검출기의 렌즈나 렌즈 시스템 뒤의 라이트 필드를 기록하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 구체적으로는, 검출기는 다수의 초점 평면에서 동시에 화상을 획득하는 데 적응된 라이트 필드 카메라로서 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 라이트 필드(light-field)라는 용어는 일반적으로 카메라 내부와 같은 검출기 내부에서의 광의 공간 광 전파를 지칭한다. 본 발명에 따른 검출기는, 특히, 광학 센서들의 스택을 가지며, 렌즈 뒤와 같이 검출기 또는 카메라 내에 직접 라이트 필드를 기록할 수 있는 능력을 가질 수 있다. 복수의 센서는 렌즈로부터 상이한 거리에서 이미지를 기록할 수 있다. 예를 들어, "초점 심도(depth from focus)" 또는 "DFD(depth from defocus)"와 같은 컨볼루션 기반 알고리즘을 사용하면, 렌즈 뒤의 전파 방향, 초점 위치 및 광의 확산을 모델링할 수 있다. 렌즈 뒤에 모델링된 광의 전파로부터 렌즈에 대한 다양한 거리의 이미지가 추출될 수 있고, 피사계 심도(depth of field)가 최적화될 수 있고, 다양한 거리에서 초점이 맞춰진 화상이 추출될 수 있거나, 또는 대상체의 거리가 계산될 수 있다. 추가 정보가 추출될 수 있다.
몇몇 광학 센서의 사용은, 이미지를 기록한 후, 추가로 이미지 처리 단계에서 렌즈 오류를 보정할 수 있게 한다. 광학 기기는, 렌즈 오류를 수정해야 할 때, 종종 제조에 있어서 비용이 많이 들고 어려움이 따른다. 이들은 현미경과 망원경에서, 특히, 문제로 된다. 현미경에서, 전형적인 렌즈 오차는 광축에 대해 변화하는 거리의 광선들이 다르게 왜곡된다는 것이다(구면 수차). 망원경에서, 초점을 변화시키는 것은 대기의 다른 온도에서 발생할 수 있다. 구면 수차나 생산 단계에서의 추가 오류와 같은 정적 오류는 보정 단계에서 오류를 결정한 후, 픽셀 및 센서의 고정된 세트와 같은 고정 이미지 처리를 사용하거나, 광 전파 정보를 사용하는 보다 복잡한 처리 기술을 사용하여 수정할 수 있다. 렌즈 오차가 매우 시간 의존적인 경우, 즉, 망원경에서 기상 조건에 의존하는 경우, 렌즈 뒤에서의 광 전파를 사용하고, 이미지에 대한 확장된 피사계 심도를 계산하고, 초점 심도 기술 등을 사용하여 렌즈 오차를 보정할 수 있다.
본 발명에 따른 검출기는 컬러 검출을 추가로 허용할 수 있다. 컬러 검출을 위해, 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 복수의 광학 센서가 사용될 수 있고, 이들 광학 센서의 센서 신호가 비교될 수 있다.
평가 장치는 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASICs)와 같은 하나 이상의 집적 회로 및/또는 하나 이상의 컴퓨터, 바람직하게는 하나 이상의 마이크로 컴퓨터 및/또는 마이크로 컨트롤러, 필드 프로그래머블 어레이 또는 디지털 신호 프로세서와 같은 하나 이상의 데이터 처리 디바이스일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 하나 이상의 AD 변환기 및/또는 하나 이상의 필터와 같은 센서 신호의 수신 및/또는 전처리를 위한 하나 이상의 디바이스와 같은 하나 이상의 전처리 장치 및/또는 데이터 획득 디바이스와 같은 추가 구성 요소가 포함될 수 있다. 또한, 평가 장치는 전류 및/또는 전압을 측정하기 위한 하나 이상의 측정 디바이스와 같은 하나 이상의 측정 디바이스를 포함할 수 있다. 또한, 평가 장치는 하나 이상의 데이터 저장 디바이스를 포함할 수 있다. 또한, 평가 장치는 하나 이상의 무선 인터페이스 및/또는 하나 이상의 유선 인터페이스와 같은 하나 이상의 인터페이스를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 평가 장치는 본 발명에 따른 방법의 방법 단계 중 하나 이상이나 전체를 수행하거나 지원하도록 적응된 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램과 같은 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램을 수행하도록 적응될 수 있다. 일 예로서, 센서 신호를 입력 변수로 사용함으로써, 대상체의 위치를 결정할 수 있는 하나 이상의 알고리즘이 구현될 수 있다.
평가 장치는, 예컨대, 광학 센서 및/또는 평가 장치에 의해 얻어진 정보의 디스플레이, 시각화, 분석, 분배, 통신 또는 추가 처리 중 하나 이상에 사용될 수 있는 적어도 하나의 추가 데이터 프로세싱 디바이스에 연결될 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 일 예로서, 데이터 처리 디바이스는 디스플레이, 프로젝터, 모니터, LCD, TFT, 라우드 스피커, 다중 채널 사운드 시스템, LED 패턴, 또는 추가의 시각화 장치 중 적어도 하나에 연결되거나 이들에 통합될 수 있다. 또한, 하나 이상의 이메일, 문자 메시지, 전화, 블루투스, Wi-Fi, 적외선 또는 인터넷 인터페이스, 포트 또는 접속부 중 하나 이상을 사용하여 암호화되거나 암호화되지 않은 정보를 전송할 수 있는 통신 장치 또는 통신 인터페이스, 커넥터 또는 포트 중 적어도 하나를 연결하거나 통합할 수 있다. 또한, 프로세서, 그래픽 프로세서, CPU, OMAPTM(Open Multimedia Applications Platform), 집적 회로, Apple A 시리즈 또는 삼성 S3C2 시리즈의 제품과 같은 칩 상의 시스템, 마이크로 컨트롤러 또는 마이크로 프로세서, ROM, RAM, EEPROM 또는 플래시 메모리와 같은 하나 이상의 메모리 블록, 오실레이터 또는 위상 동기 루프(PLL, Phase Locked Loop), 카운터 타이머, 실시간 타이머 또는 파워 온 리셋 제너레이터(power-on reset generator)와 같은 타이밍 소스, 전압 레귤레이터, 전원 관리 회로 또는 DMA 제어기 중 적어도 하나를 연결하거나 통합할 수 있다. 개별 유닛은 추가로 AMBA 버스와 같은 버스에 의해 연결될 수 있거나, 사물 인터넷 또는 4차 산업형 네트워크에 통합될 수 있다.
평가 디바이스 및/또는 데이터 프로세싱 디바이스는 하나 이상의 직렬 또는 병렬 인터페이스 또는 포트, USB, Centronics Port, FireWire, HDMI, 이더넷, 블루투스, RFID, Wi-Fi, USART 또는 SPI, 또는 하나 이상의 ADC나 DAC와 같은 아날로그 인터페이스나 포트, 또는 CameraLink와 같은 RGB 인터페이스를 사용하는 2D 카메라 디바이스와 같은 추가 디바이스에 대한 표준화된 인터페이스 또는 포트와 같은 추가의 외부 인터페이스 또는 포트에 의해 연결될 수 있다. 평가 장치 및/또는 데이터 처리 디바이스는 인터프로세서 인터페이스 또는 포트, FPGA-FPGA 인터페이스 또는 직렬 또는 병렬 인터페이스 포트 중 하나 이상에 의해 추가로 접속될 수 있다. 평가 장치 및 데이터 처리 디바이스는 광 디스크 드라이브, CD-RW 드라이브, DVD+RW 드라이브, 플래시 드라이브, 메모리 카드, 디스크 드라이브, 하드 디스크 드라이브 , 솔리드 스테이트 디스크 또는 솔리드 스테이트 하드 디스크에 추가로 접속될 수 있다.
평가 장치 및/또는 데이터 처리 디바이스는 하나 이상의 전화 커넥터, RCA 커넥터, VGA 커넥터, 자웅동체형 커넥터(hermaphrodite connectors), USB 커넥터, HDMI 커넥터, 8P8C 커넥터, BCN 커넥터, IEC 60320 C14 커넥터, 광섬유 커넥터, D-서브미니어처 커넥터(D-subminiature connector), RF 커넥터, 동축 커넥터, SCART 커넥터, XLR 커넥터와 같은 외부 커넥터에 추가로 하나 이상 연결되거나 이를 가질 수 있고/있거나 이들 커넥터 중 하나 이상에 적어도 하나의 적합한 소켓을 통합시킬 수 있다.
예를 들어, 광학 센서, 광학 시스템, 평가 장치, 통신 디바이스, 데이터 처리 디바이스, 인터페이스, 칩상의 시스템, 디스플레이 장치 또는 추가 전자 디바이스와 같은 본 발명에 따른 검출기, 평가 장치 또는 데이터 처리 장치 중 하나 이상을 통합하는 단일 디바이스의 가능한 실시예는 휴대전화, 개인용 컴퓨터, 태블릿 PC, 텔레비전, 게임 콘솔 또는 기타 엔터테인먼트 디바이스가 있을 수 있다. 다른 실시예에서, 이하에 보다 상세하게 설명될 3D 카메라 기능은 디바이스의 하우징 또는 외관에 현저한 차이가 없는 종래의 2D 디지털 카메라를 이용할 수 있는 디바이스에 통합될 수 있고, 여기서 사용자에게 있어 눈에 띄는 차이는 3D 정보를 획득 및/또는 처리하는 기능일 수 있다.
특히, 평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치와 같은 검출기 및/또는 그 일부를 포함하는 실시예는: 디스플레이 장치, 데이터 처리 장치, 광학 센서, 선택적으로 센서 광학 장치, 및 3D 카메라의 기능성을 위한 평가 장치를 포함하는 휴대전화일 수 있다. 본 발명에 따른 검출기는, 특히, 엔터테인먼트 디바이스 및/또는 휴대전화와 같은 통신 디바이스에 통합하는 데 적합할 수 있다.
본 발명의 추가의 실시예는 다임러의 지능형 드라이브 시스템과 같은 자동차용, 자율 주행용 또는 자동차 안전 시스템용으로 사용되는 디바이스에 평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치와 같은 검출기 또는 그의 일부가 통합될 수 있고, 여기서, 예를 들어, 광학 센서, 선택적으로 하나 이상의 광학 시스템, 평가 디바이스, 선택적으로 통신 디바이스, 선택적으로 데이터 처리 디바이스, 선택적으로 하나 이상의 인터페이스, 선택적으로 칩 상의 시스템, 선택적으로 하나 이상의 디스플레이 디바이스 또는 선택적으로 추가적인 전자 디바이스를 포함하는 디바이스는 차량, 자동차, 트럭, 기차, 자전거, 비행기, 선박, 모터사이클의 일부일 수 있다. 자동차 애플리케이션에서 자동차 설계에 디바이스를 통합하는 것은 외부 또는 내부에서 최소한의 가시성으로 광학 센서, 선택적으로 광학 장치 또는 디바이스를 통합하는 것이 필요할 수 있다. 평가 장치 및/또는 데이터 처리 디바이스와 같은 검출기 또는 그의 일부는 이러한 자동차 설계와의 통합에 특히 적합할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "광"이라는 용어는 일반적으로 가시 스펙트럼 범위, 자외선 스펙트럼 범위 및 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상의 전자기 방사선을 지칭한다. 여기서, 가시 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 380nm 내지 780nm의 스펙트럼 범위를 지칭한다. 적외선 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 780nm 내지 1mm의 범위, 바람직하게는 780nm 내지 3.0마이크로미터 범위에서의 전자기 방사선을 지칭한다. 자외선 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 1nm 내지 380nm의 범위, 바람직하게는 100nm 내지 380nm 범위의 전자기 방사선을 지칭한다. 바람직하게는, 본 발명에서 사용되는 광은 가시 광선, 즉 가시 스펙트럼 범위 내의 광이다.
광 빔이라는 용어는 일반적으로 특정 방향으로 방출되는 광의 양을 지칭한다. 따라서, 광 빔은 광 빔의 전파 방향에 수직인 방향으로 사전 결정된 연장을 갖는 광선(light rays)의 묶음일 수 있다. 바람직하게는, 광 빔은 빔 웨이스트, 레일리-길이(Rayleigh-length) 또는 임의의 다른 빔 파라미터 또는 빔 직경 및/또는 공간에서의 빔 전파의 전개를 특성화하는 데 적합한 빔 파라미터들의 조합 중 하나 이상과 같은 하나 이상의 가우스 빔 파라미터에 의해 특성화될 수 있는 가우스 광 빔의 선형 조합과 같은 하나 이상의 가우스 광 빔일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 검출기는 하나 이상의 다른 유형의 센서나 검출기와 추가로 결합될 수 있다. 또한, 상기 검출기는 적어도 하나의 추가 검출기를 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 추가 검출기는: 주변 환경의 온도 및/또는 밝기와 같은 주변 환경의 파라미터; 검출기의 위치 및/또는 방향에 관한 파라미터; 대상체의 위치, 예를 들어, 대상체의 절대 위치 및/또는 공간에서의 대상체의 방향과 같은 검출될 대상체의 상태를 특정하는 파라미터 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 파라미터를 검출하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명의 원리는 추가적인 정보 및/또는 측정 결과를 검증하거나 측정 에러나 잡음을 감소시키기 위해 다른 측정 원리와 결합될 수 있다.
상술한 바와 같이, 인간-기계 인터페이스는 사용자에게 직접적 또는 간접적으로 부착되고, 사용자에 의해 소지되는 것 중 적어도 하나로 되도록 적응된 복수의 비콘 디바이스를 포함할 수 있다. 따라서, 비콘 디바이스는 각각 적절한 고정 장치에 의한 것과 같은 임의의 적절한 수단에 의해 사용자에게 독립적으로 부착될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 사용자는 적어도 하나의 비콘 디바이스나, 하나 이상의 비콘 디바이스를 자신의 손에 소지 및/또는 운반할 수 있고/있거나 적어도 하나의 비콘 디바이스 및/또는 비콘 디바이스를 포함하는 의복을 몸의 일부에 착용함으로써 소지 및/또는 운반할 수 있다.
비콘 디바이스는 일반적으로 적어도 하나의 검출기에 의해 검출될 수 있고/있거나 적어도 하나의 검출기에 의해 검출을 용이하게 하는 임의의 디바이스일 수 있다. 따라서, 상술하거나 이하에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 비콘 디바이스는, 예를 들어, 적어도 하나의 광 빔을 생성하기 위한 하나 이상의 조명원을 갖는 것에 의해, 검출기에 의해 검출되는 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 적응된 활성 비콘 디바이스일 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 비콘 디바이스는, 별도의 조명원에 의해 생성된 광 빔을 반사시키도록 적응된 하나 이상의 반사 요소를 제공하는 것과 같은 수동형 비콘 디바이스로서 전체적 또는 부분적으로 설계될 수 있다. 적어도 하나의 비콘 디바이스는 영구적으로 또는 일시적으로 직접 또는 간접적으로 사용자에게 부착될 수 있고/있거나 사용자에 의해 운반되거나 소지될 수 있다. 이 부착은 하나 이상의 부착 수단을 사용함으로써, 및/또는 사용자 자신에 의해, 예컨대, 사용자가 적어도 하나의 비콘 디바이스를 손으로 잡고/잡거나 사용자가 비콘 디바이스를 착용하는 것에 의해 발생할 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 비콘 디바이스는 대상체에 부착되고, 사용자에 의해 소지되는 대상체에 통합되는 것 중 적어도 하나일 수 있고, 이는 본 발명의 관점에서 비컨 디바이스를 보유하는 사용자 옵션의 의미로 포함되어야 할 것이다. 따라서, 이하에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 비콘 디바이스는 인간-기계 인터페이스의 일부일 수 있고, 사용자에 의해 소지되거나 운반될 수 있는 제어 요소에 부착되거나 통합될 수 있으며, 여기서 방향은 검출기 장치에 의해 인식될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명은 또한 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 디바이스를 포함하고, 나아가 적어도 하나의 대상체를 포함할 수 있는 검출기 시스템을 말하고, 여기서 비콘 디바이스는 대상체에 부착되고, 대상체에 의해 유지되며, 대상체에 통합되는 것 중 하나이다. 예를 들어, 대상체는 바람직하게 사용자에 의해 방향이 인식될 수 있는 제어 요소를 형성할 수 있다. 따라서, 검출기 시스템은, 전술하거나 이하에 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 인간-기계 인터페이스의 일부일 수 있다. 일 예로서, 사용자는 하나 이상의 명령을 기계에 전송하는 것과 같은 하나 이상의 정보 항목을 기계에 전송하기 위해 제어 요소를 특정 방식으로 처리할 수 있다.
대안적으로, 검출기 시스템은 다른 방식으로 사용될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 검출기 시스템의 대상체은 사용자 또는 사용자의 신체 일부와 다를 수 있으며, 예컨대, 사용자와는 독립적으로 움직이는 객체일 수 있다. 일 예로서, 검출기 시스템은 제조 공정 및/또는 로봇 공정과 같은 장치 및/또는 산업 공정을 제어하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 대상체는 로봇 암과 같은 기계 및/또는 기계 부품일 수 있고, 그 방향은 검출기 시스템을 사용하여 검출될 수 있다.
인간-기계 인터페이스는 검출기 디바이스가 사용자 또는 사용자의 적어도 하나의 신체 일부의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하는 방식으로 적응될 수 있다. 특히, 사용자에게 적어도 하나의 비컨 디바이스를 부착하는 방법을 아는 경우, 적어도 하나의 비컨 디바이스의 위치를 평가함으로써, 사용자 또는 사용자의 신체 일부에 대한 위치 및/또는 방향에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 얻을 수 있다.
비컨 디바이스는, 바람직하게는, 사용자의 신체 또는 신체 일부에 부착 가능한 비콘 디바이스 및 사용자에 의해 소지될 수 있는 비콘 디바이스 중 하나이다. 전술한 바와 같이, 비콘 디바이스는 전체적 또는 부분적으로 능동형 비콘 디바이스로 설계될 수 있다. 따라서, 비콘 디바이스는 검출기로 전송될 적어도 하나의 광 빔, 바람직하게는 알려진 빔 특성을 가진 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 적응된 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 비콘 디바이스는 조명원에 의해 생성된 광을 반사시키도록 적응된 적어도 하나의 반사기를 포함할 수 있고, 이를 통해 검출기로 전송될 반사 광 빔을 생성할 수 있다.
검출기 시스템의 일부를 형성할 수 있는 대상체는 일반적으로 임의의 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기한 바와 같이, 검출기 시스템의 일부인 대상체는 수동으로 사용자에 의해 처리될 수 있는 제어 요소일 수 있다. 일 예로서, 제어 요소는 장갑, 자켓, 모자, 신발, 바지 및 양복, 손으로 쥘 수 있는 스틱(stick), 배트 및 클럽, 라켓, 지팡이, 장난감 총과 같은 장난감으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 요소일 수 있거나, 이를 포함할 수도 있다. 따라서, 일 예로서, 검출기 시스템은 인간-기계 인터페이스 및/또는 엔터테인머트 디바이스의 일부일 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 엔터테인먼트 디바이스는 한 명 이상의 사용자(이하에서는 한 명 이상의 플레이어라고도 함)의 여가 및/또는 오락의 목적으로 제공할 수 있는 디바이스이다. 예를 들어, 엔터테인먼트 디바이스는 게임, 바람직하게는 컴퓨터 게임을 목적으로 제공할 수 있다. 따라서, 엔터테인먼트 디바이스는 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 시스템으로 구현될 수 있거나, 하나 이상의 게임 소프트웨어 프로그램을 구동하는 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다.
엔터테인먼트 디바이스는, 예를 들어, 전술한 하나 이상의 실시예에 따라 및/또는 이하에 개시된 하나 이상의 실시예에 따라, 본 발명에 따른 적어도 하나의 인간-기계 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 디바이스는 인간-기계 인터페이스를 통해 플레이어가 적어도 하나의 정보 항목을 입력할 수 있도록 설계된다. 적어도 하나의 정보 항목은 엔터테인먼트 디바이스의 제어기 및/또는 컴퓨터에 의해 전송 및/또는 사용될 수 있다. 적어도 하나의 정보 항목은, 바람직하게는, 게임의 진행에 영향을 미치도록 적응된 적어도 하나의 커맨드를 포함할 수 있다. 따라서, 일 예로서, 적어도 하나의 정보 항목은 플레이어 및/또는 플레이어의 하나 이상의 신체 일부 중 적어도 하나의 방향에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 포함할 수 있고, 이에 의해 플레이어가 특정 위치 및/또는 방향 및/또는 게임에 요구되는 동작을 시뮬레이션할 수 있게 한다. 예를 들어, 다음 움직임들: 댄싱; 러닝; 점프; 라켓의 스윙; 배트의 스윙; 클럽의 스윙; 타겟을 향한 장난감 총의 포인팅과 같은 다른 대상체를 향한 대상체의 포인팅 중 하나 이상이 시뮬레이팅되어 엔터테인먼트 디바이스의 제어기 및/또는 컴퓨터에 전달될 수 있다.
엔터테인먼트 디바이스의 일부 또는 전체로서, 바람직하게는 엔터테인먼트 디바이스의 제어기 및/또는 컴퓨터는 정보에 따라 오락 기능을 변화시키도록 설계된다. 따라서, 전술한 바와 같이, 게임의 코스는 적어도 하나의 정보 항목에 따라 영향을 받을 수 있다. 따라서, 엔터테인먼트 디바이스는 적어도 하나의 검출기의 평가 장치로부터 분리될 수 있고/있거나 적어도 하나의 평가 장치와 전체적 또는 부분적으로 동일하거나 또는 적어도 하나의 평가 장치를 포함할 수도 있는 하나 이상의 제어기를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 제어기는 하나 이상의 컴퓨터 및/또는 마이크로제어기와 같은 하나 이상의 데이터 처리 디바이스를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 또한 사용되는 추적 시스템은 적어도 하나의 대상체 및/또는 대상체의 적어도 일부에 대한 일련의 과거 위치에 관한 정보를 수집하도록 적응된 디바이스이다. 또한, 추적 시스템은 적어도 하나의 대상체 또는 대상체의 적어도 일부에 대한 적어도 하나의 예측되는 향후의 위치 및/또는 방향에 관한 정보를 제공하도록 적응될 수 있다. 추적 시스템은 전자 디바이스, 바람직하게는 적어도 하나의 데이터 처리 디바이스, 더 바람직하게는 적어도 하나의 컴퓨터 또는 마이크로제어기에 의해 전체적 또는 부분적으로 구현될 수 있는 적어도 하나의 추적 제어기를 포함할 수 있다. 다시, 적어도 하나의 추적 제어기는 적어도 하나의 평가 장치를 전체적 또는 부분적으로 포함할 수 있고/있거나 적어도 하나의 평가 장치의 일부일 수 있고/있거나 적어도 하나의 평가 장치와 전체적 또는 부분적으로 동일할 수 있다.
추적 시스템은 상술한 하나 이상의 실시예 및/또는 이하의 하나 이상의 실시예에서 개시된 적어도 하나의 검출기와 같은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 추적 시스템은 적어도 하나의 추적 제어기를 더 포함한다. 추적 제어기는, 데이터 또는 데이터 쌍의 그룹들을 기록하는 것과 같이, 특정 시점들에서 대상체의 일련의 위치를 추적하도록 적응되고, 데이터 또는 데이터 쌍의 각 그룹은 적어도 하나의 위치 정보 및 적어도 하나의 시간 정보를 포함한다.
상기 추적 시스템은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 더 포함할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 검출기 및 적어도 하나의 평가 장치 및 적어도 하나의 선택적인 비콘 디바이스 외에, 추적 시스템은 비콘 디바이스를 포함하는 적어도 하나의 제어 요소와 같은 대상체 자체 또는 대상체의 일부를 더 포함할 수 있고, 여기서, 제어 요소는 추적될 대상체에 직접적 또는 간접적으로 부착 가능하거나 또는 그 대상체에 통합될 수 있다.
추적 시스템은 추적 시스템 자체 및/또는 하나 이상의 개별 디바이스의 하나 이상의 동작을 개시하도록 적응될 수 있다. 후자의 목적을 위해, 추적 시스템, 바람직하게 추적 제어기는 적어도 하나의 동작을 개시하기 위해 하나 이상의 무선 및/또는 유선 인터페이스 및/또는 다른 유형의 제어 연결을 가질 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 추적 제어기는 대상체의 적어도 하나의 실제 위치에 따라 적어도 하나의 동작을 개시하도록 적응될 수 있다. 일 예로서, 동작은: 대상체의 향후 위치의 예측; 적어도 하나의 디바이스가 대상체 쪽을 향해 포인팅; 적어도 하나의 디바이스가 검출기 쪽을 향해 포인팅; 대상체를 조명하는 것; 검출기를 조명하는 것으로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
추적 시스템의 적용예로서, 추적 시스템은 제 1 대상체 및/또는 제 2 대상체가 이동하더라도, 적어도 하나의 제 1 대상체가 적어도 하나의 제 2 대상체를 지속적으로 포인팅하기 위해 사용될 수 있다. 다시, 제조 라인이나 조립 라인에서 제조 중일 때와 같이 제품이 움직이는 경우에도, 로봇 공학에서 및/또는 제품에 대해 지속적으로 작업하는 것과 같은 산업 애플리케이션에서 잠재적인 예를 찾을 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 추적 시스템은, 대상체가 움직이고 있을지라도, 지속적으로 조명원을 대상체에 포인팅함으로써, 대상체를 계속 조명하는 것과 같은 조명 목적으로 사용될 수 있다. 송신기가 움직이는 대상체 쪽으로 향하게 함으로써, 움직이는 대상체에 정보를 연속적으로 전송하는 것과 같은 통신 시스템에서 추가의 애플리케이션이 발견될 수 있다.
제안된 디바이스 및 방법은 이러한 종류의 공지된 검출기에 비해 많은 이점을 제공한다. 따라서, 검출기는 일반적으로 상술한 공지의 종래 시스템의 단점을 피할 수 있다. 구체적으로, 검출기는 FiP 센서의 사용을 피할 수 있고, 그로 인해, 예를 들어, 실리콘 포토다이오드와 같은 간단하고 저렴하고 상업적으로 이용 가능한 반도체 센서를 사용할 수 있다. 이들 포토다이오드는 일반적으로 휘도 의존성을 나타내지 않고, 상기에 개시된 방법은 일반적으로 풍경의 밝기 및/또는 광 빔 상의 광 스폿의 밝기와는 독립적이다. 그 결과, 검출기에 입사하는 광 빔의 휘도 또는 총 전력의 관점에서의 측정 범위는 일반적으로 전술한 많은 디바이스와 비교하여 본 발명에서 더 크다. 또한, 본 발명에 따른 검출기를 이용한 측정은 일반적으로 타겟 스폿 크기, 즉 대상체의 크기, 대상체에 투영된 광 스폿의 크기 또는 대상체에 부착되거나 대상체에 통합되거나 대상체에 의해 소지되는 하나 이상의 비콘 디바이스의 크기로부터 독립적이다.
본 발명에 따른 검출기는 거리 측정 또는 z 좌표의 측정 기능을 하나 이상의 횡 방향 좌표를 측정하는 추가 옵션과 결합하여 PSD의 기능을 통합하는 간단한 장치로서 실현될 수 있다.
검출기는, 특히, 근접 실리콘 포토다이오드와 같은 선형 광검출기를 사용할 수 있다. 빔 스플리터의 사용은 선택 사항이지만, 일반적으로 필요한 것은 아니므로, 간단한 광학 설정을 사용할 수 있다.
측정 결과, 즉, 적어도 하나의 종 방향 좌표와 같은 검출기에 의해 결정된 위치는 풍경의 밝기 및/또는 대상체의 밝기, 적어도 하나의 비콘 디바이스의 밝기, 적어도 하나의 조명원의 밝기 또는 대상체로부터 검출기로 전파하는 광 빔의 전체 파워와는 독립적으로 폭넓게 렌더링될 수 있다. 또한, 이러한 독립성 및 밝기의 관점에서의 측정 범위가 넓기 때문에, 반사 대상체 또는 비반사 대상체가 사용될 수 있다.
측정 범위를 언급할 때, 측정 범위는 본 발명에 따른 검출기와 함께 사용될 수 있는 밝기의 범위, 예를 들어, 광 빔의 총 출력 범위를 지칭할 수도 있고, 또는 측정될 수 있는 검출기와 대상체 사이의 거리의 범위를 지칭할 수도 있다. 전술한 하나 이상의 문서에 따른 것과 같은 종래의 검출기는 전형적으로 양 측정 범위 모두에 제한이 있다. 전술한 바와 같이, 결합된 신호의 사용은, 역으로, 결합된 신호로부터 종 방향 좌표를 결정하는 데 사용될 수 있는 연속적이고 단조롭게 증감하는 기능의 넓은 범위를 제공한다. 그 결과, 대상체와 검출기 사이의 거리의 관점에서 매우 넓은 범위의 측정이 제공된다. 유사하게, 적어도 광학 센서가 포화 상태에 도달하지 않는 한, 결합된 신호가 광 빔의 총 전력으로부터 일반적으로 독립적이기 때문에, 본 발명은 또한 밝기의 관점에서, 즉, 광 빔의 총 전력의 관점에서 매우 넓은 범위의 측정을 제공한다.
전반적으로, 본 발명과 관련하여, 다음의 실시예가 바람직한 것으로 간주된다:
실시예 1: 적어도 하나의 대상체의 위치를 결정하는 검출기로서, 검출기는,
- 광학 센서의 매트릭스를 갖는 적어도 하나의 센서 요소 - 여기서, 광 센서 각각은 감광 영역을 가지며, 각각의 광학 센서는 대상체로부터 검출기로 전파하는 적어도 하나의 광 빔에 의해 감광 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성됨 -; 및
- 이하에 의해, 센서 신호를 평가하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치를 갖는다.
a) 가장 높은 센서 신호를 갖는 적어도 하나의 광학 센서를 결정하고, 적어도 하나의 중심 신호를 형성하는 것;
b) 매트릭스의 광학 센서의 센서 신호를 평가하고, 적어도 하나의 합산 신호를 형성하는 것;
c) 중심 신호와 합산 신호를 결합하여 적어도 하나의 결합된 신호를 결정하는 것; 및
d) 그 결합 신호를 평가함으로써, 대상체의 적어도 하나의 종 방향 좌표 z를 결정하는 것.
실시예 2: 실시예 1에 따른 검출기에 있어서, 중심 신호는: 가장 높은 센서 신호; 가장 높은 센서 신호로부터의 사전 결정된 허용 오차 범위 내에 있는 센서 신호 그룹의 평균; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 및 인접하는 광학 센서들의 사전 결정된 그룹을 포함하는 광학 센서의 그룹으로부터의 센서 신호의 평균; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 및 인접하는 광학 센서들의 사전 결정된 그룹을 포함하는 광학 센서들의 그룹으로부터의 센서 신호의 합; 가장 높은 센서 신호로부터의 사전 결정된 허용 오차 범위 내에 있는 센서 신호 그룹의 합; 사전 결정된 임계값 초과의 센서 신호 그룹의 평균; 사전 결정된 임계값 초과의 센서 신호 그룹의 합; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서와 인접하는 광학 센서의 사전 결정된 그룹을 갖는 광학 센서의 그룹으로부터의 센서 신호의 적분; 가장 높은 센서 신호로부터의 사전 결정된 허용 오차 범위 내에 있는 센서 신호 그룹의 적분; 사전 결정된 임계값 초과의 센서 신호 그룹의 적분으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
실시예 3: 실시예 1 또는 실시예 2에 따른 검출기에 있어서, 검출기, 특히 평가 장치는 광학 센서의 센서 신호를 변환하도록 구성되어 2차 광학 센서 신호를 생성하고, 여기서, 평가 장치는 2차 광학 센서 신호를 사용하여 단계 a) ~ d)를 수행하도록 구성된다.
실시예 4: 실시예 1 내지 실시예 3 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 센서 신호의 변환은: 필터링; 적어도 하나의 관심 영역의 선택; 센서 신호에 의해 생성된 이미지와 적어도 하나의 오프셋 간에 차이 이미지 형성; 센서 신호에 의해 생성된 이미지를 반전시키는 것에 의한 센서 신호의 반전; 상이한 시간에 센서 신호에 의해 생성된 이미지 간의 차이 이미지 형성; 배경 보정; 컬러 채널로의 분해; 색조(hue)로의 분해; 포화(saturation); 및 밝기 채널; 주파수 분해; 특이값 분해(singular value decomposition); 캐니 에지 검출기(Canny edge detector) 적용; LoG 필터(Laplacian of Gaussian filter) 적용; DoG 필터(Difference of Gaussian filter) 적용; 소벨 연산자(Sobel operator) 적용; 라플라스 연산자(Laplacian operator) 적용; Scharr 연산자 적용; Prewitt 연산자 적용; Roberts 연산자 적용; Kirsch 연산자 적용; 고역 필터(high-pass filter) 적용; 저역 필터(low-pass filter) 적용; 푸리에 변환 적용; 라돈 변형(Radon transformation) 적용; 허프 변형(Hough transformation) 적용; 웨이블릿 변환(wavelet-transformation) 적용; 경계화(thresholding); 이진 이미지 생성으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 변환을 포함한다.
실시예 5: 실시예 1 내지 실시예 4 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 평가 장치는 적어도 하나의 가장 높은 센서 신호를 검출하고/하거나 중심 신호를 형성하기 위한 적어도 하나의 중심 검출기를 포함한다.
실시예 6: 실시예 5에 따른 검출기에 있어서, 중심 검출기는 센서 요소에 전체적 또는 부분적으로 통합된다.
실시예 7: 실시예 5 또는 실시예 6에 따른 검출기에 있어서, 중심 검출기는 소프트웨어 또는 하드웨어 중 하나 또는 둘 모두로 전체적 또는 부분적으로 구현된다.
실시예 8: 실시예 1 내지 실시예 7 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 합산 신호는, 매트릭스의 모든 센서 신호에 대한 평균; 매트릭스의 모든 센서 신호의 합; 매트릭스의 모든 센서 신호의 적분; 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터의 센서 신호를 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호에 대한 평균; 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터의 센서 신호를 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호의 합; 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터의 센서 신호를 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호의 적분; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터 사전 결정된 범위 내의 광학 센서의 센서 신호의 합; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터 사전 결정된 범위 내의 광학 센서의 센서 신호의 적분; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터 사전 결정된 범위 내에 위치되는 광학 센서의 특정 임계값 초과의 센서 신호의 합; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터 사전 결정된 범위 내에 위치되는 광학 센서의 특정 임계값 초과의 센서 신호의 적분으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
실시예 9: 실시예 8에 따른 검출기에 있어서, 평가 장치는 합산 신호를 형성하기 위한 적어도 하나의 합산 디바이스를 포함한다.
실시예 10: 실시예 9에 따른 검출기에 있어서, 합산 디바이스는 센서 요소에 전체적 또는 부분적으로 통합된다.
실시예 11: 실시예 9 또는 실시예 10에 따른 검출기에 있어서, 상기 합산 디바이스는 소프트웨어 또는 하드웨어 중 하나 또는 둘 모두로 전체적 또는 부분적으로 구현된다.
실시예 12: 실시예 1 내지 실시예 11 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 결합 신호는: 중심 신호와 합산 신호의 몫을 형성하는 것 또는 그 반대로 형성하는 것; 중심 신호의 배수와 합산 신호의 배수의 몫을 형성하는 것 또는 그 반대로 형성하는 것; 중심 신호와 합산 신호의 선형 조합의 선형 조합의 몫을 형성하는 것 또는 그 반대로 형성하는 것; 중심 신호와 합산 신호의 제 1 선형 조합과 중심 신호와 합산 신호의 제 2 선형 조합의 몫을 형성하는 것 중 하나 이상에 의해 도출된 결합 신호 Q이다.
실시예 13: 실시예 1 내지 실시예 12 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 평가 장치는 결합 신호 Q를 다음의 식에 의해 도출하도록 구성된다.
여기서, x 및 y는 횡 방향 좌표이고, A1 및 A2는 센서 위치에서 빔 프로파일의 영역이고, E(x,y,z0)는 대상체 거리 z0에서 주어진 빔 프로파일을 나타낸다.
실시예 14: 실시예 1 내지 실시예 13 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 평가 장치는 결합 신호 Q와 종 방향 좌표를 결정하기 위한 종 방향 좌표 사이의 적어도 하나의 사전 결정된 관계를 사용하도록 구성된다.
실시예 15: 실시예 14에 따른 검출기에 있어서, 사전 결정된 관계는 경험적 관계(empiric relationship), 반경험적 관계(semi-empiric relationship) 및 분석적으로 유래된 관계(analytically derived relationship) 중 하나 이상이다.
실시예 16: 실시예 14 또는 실시예 15에 따른 검출기에 있어서, 평가 장치는 사전 결정된 관계를 저장하기 위한 적어도 하나의 저장 디바이스를 포함한다.
실시예 17: 실시예 13 내지 실시예 16 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 평가 장치는 적어도 하나의 분배기를 포함하고, 여기서, 분배기는 결합 신호를 도출하도록 구성된다.
실시예 18: 실시예 17에 따른 검출기에 있어서, 분배기는 소프트웨어 분배기 또는 하드웨어 분배기 중 하나 또는 둘 모두로서 전체적 또는 부분적으로 구현된다.
실시예 19: 실시예 17 또는 실시예 18에 따른 검출기에 있어서, 분배기는 센서 요소에 전체적 또는 부분적으로 통합된다.
실시예 20: 실시예 1 내지 실시예 19 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 광학 센서는 광 검출기, 바람직하게는 무기 광 검출기, 더 바람직하게는 무기 반도체 광 검출기, 가장 바람직하게는 실리콘 광 검출기이다.
실시예 21: 실시예 1 내지 실시예 20 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 광학 센서는 적외선 스펙트럼 범위에서 감지한다.
실시예 22: 실시예 1 내지 실시예 21 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 매트릭스는 CCD 검출기, 바람직하게는 CCD 검출기 칩, 또는 CMOS 검출기, 바람직하게는 CMOS 검출기 칩 중 하나 또는 양 쪽 모두를 포함한다.
실시예 23: 실시예 1 내지 실시예 22 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 매트릭스는 적어도 하나의 행, 바람직하게는 복수의 행 및 복수의 열을 갖는 직사각형 매트릭스이다.
실시예 24: 실시예 23에 따른 검출기에 있어서, 행과 열은 실질적으로 수직으로 배향된다.
실시예 25: 실시예 23 또는 실시예 24에 따른 검출기에 있어서, 매트릭스는 적어도 10행, 바람직하게는 적어도 50행, 더 바람직하게는 적어도 100행을 갖는다.
실시예 26: 실시예 23 내지 실시예 25 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 매트릭스는 적어도 10열, 바람직하게는 적어도 50열, 더 바람직하게는 적어도 100열을 갖는다.
실시예 27: 실시예 1 내지 실시예 26 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 매트릭스는 적어도 50개의 광학 센서, 바람직하게는 적어도 100개의 광학 센서, 더 바람직하게는 적어도 500개의 광학 센서를 포함한다.
실시예 28: 실시예 24 내지 실시예 27 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 행의 수와 열의 수의 비는 1에 가깝고, 1:3 보다 큰 것이 바람직하고, 1:2 보다 큰 것이 더 바람직하다.
실시예 29: 실시예 1 내지 실시예 28 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 센서 요소는 검출기의 광축에 실질적으로 수직 배향된다.
실시예 30: 실시예 1 내지 실시예 28 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 광학 센서는 각각의 센서 신호가 각각의 광학 센서의 조명의 총 전력에 의존하도록, 적어도 측정 범위 내에서, 선형 신호 특성을 갖는다.
실시예 31: 실시예 1 내지 실시예 30 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 상기 검출기는 대상체를 조명하기 위한 조명원을 더 포함한다.
실시예 32: 실시예 31에 따른 검출기에 있어서, 조명원은 대상체를 조명하기 위한 조명광 빔을 생성하도록 구성되며, 여기서 검출기는 조명광 빔이 검출기로부터 검출기의 광축을 따라 대상체를 향해 전파하도록 구성된다.
실시예 33: 실시예 32에 따른 검출기에 있어서, 검출기는 조명광 빔을 광축 상으로 편향시키기 위한 적어도 하나의 반사 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 프리즘을 포함한다.
실시예 34: 실시예 31 내지 실시예 33 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 조명원은 대상체를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명 패턴을 생성하도록 적응되고, 여기서, 조명 패턴은: 적어도 하나의 포인트 패턴, 특히 의사 랜덤 포인트 패턴 또는 랜덤 포인트 패턴; 적어도 하나의 소볼 패턴(Sobol pattern); 적어도 하나의 준주기적 패턴(quasiperiodic pattern); 적어도 하나의 사전에 알려진 형상을 포함하는 적어도 하나의 패턴; 적어도 하나의 정규 패턴; 적어도 하나의 삼각형 패턴; 적어도 하나의 육각형 패턴, 특히 회전된 육각형 패턴 및/또는 변위된 육각형 패턴; 적어도 하나의 직사각형 패턴; 볼록한 균일 타일링을 포함하는 적어도 하나의 패턴으로 구성되는 그룹으로부터 선택된다.
실시예 35: 실시예 34에 따른 검출기에 있어서, 광학 센서는 적어도 하나의 반사 패턴을 결정하도록 적응되고, 여기서 평가 장치는 반사 패턴의 적어도 하나의 형상을 선택하고, 결합 신호 Q를 평가함으로써, 반사 패턴의 선택된 형상의 종 방향 좌표 z를 결정하도록 적응된다.
실시예 36: 실시예 1 내지 실시예 35 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 검출기는 적어도 하나의 전송 디바이스를 추가로 포함하고, 전송 디바이스는 광 빔을 광학 센서 상으로 안내하도록 적응되어 있다.
실시예 37: 실시예 36에 따른 검출기에 있어서, 전송 디바이스는 적어도 하나의 렌즈, 예를 들어, 적어도 하나의 가변 초점 렌즈, 적어도 하나의 비구면 렌즈, 적어도 하나의 구면 렌즈, 하나의 프레넬 렌즈로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 렌즈; 적어도 하나의 회절 광학 요소; 적어도 하나의 오목 거울; 적어도 하나의 빔 편향 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 미러; 적어도 하나의 빔 분할 소자, 바람직하게는 빔 분할 큐브 또는 빔 분할 미러 중 적어도 하나; 적어도 하나의 다중 렌즈 시스템 중 하나 이상을 포함한다.
실시예 38: 실시예 1 내지 실시예 37 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 평가 장치는, 가장 높은 센서 신호를 갖는 적어도 하나의 광학 센서의 횡 방향 위치를 평가함으로써, 대상체의 적어도 하나의 횡 방향 좌표를 결정하도록 추가 구성된다.
실시예 39: 실시예 1 내지 실시예 38 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 평가 장치는 상이한 변조를 갖는 상이한 광 빔을 구별하도록 구성된다.
실시예 40: 실시예 1 내지 실시예 39 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 검출기는 적어도 하나의 조명원을 포함하고, 여기서 조명원은 적어도 하나의 조명광 빔으로 대상체를 조명하도록 적응되고, 조명원은 조명광 빔의 전파 방향이 실질적으로 광축에 평행하도록 배열된다.
실시예 41: 실시예 1 내지 실시예 40 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 검출기는 적어도 하나의 조명원을 포함하고, 여기서 조명원 및 광축은 작은 기준선에 의해 분리된다.
실시예 42: 적어도 하나의 대상체의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템으로서, 검출기 시스템은 실시예 1 내지 실시예 41 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 이 검출기 시스템은 검출기를 향해 적어도 하나의 광 빔을 지향시키도록 적응된 적어도 하나의 비콘 디바이스를 포함하고, 여기서 비콘 디바이스는 대상체에 적어도 하나를 장착할 수 있고, 대상체에 의해 소지될 수 있으며, 대상체에 통합될 수 있다.
실시예 43: 인간과 기계 사이에 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스로서, 여기서 인간-기계 인터페이스는 실시예 42에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함하고, 여기서 적어도 하나의 비콘 디바이스는 직접적 또는 간접적으로 사용자에게 장착되고 사용자에 의해 소지되는 것 중 적어도 하나로 되도록 적응되고, 여기서 인간-기계 인터페이스는 검출기 시스템에 의해 사용자의 적어도 하나의 위치를 결정하도록 설계되고, 또한 인간-기계 인터페이스는 적어도 하나의 정보 항목을 그 위치에 할당하도록 설계된다.
실시예 44: 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 디바이스로서, 여기서 엔터테인먼트 디바이스는 실시예 43에 따른 적어도 하나의 인간-기계 인터페이스를 포함하고, 이 엔터테인먼트 디바이스는 인간-기계 인터페이스를 수단으로 하여 플레이어에 의해 적어도 하나의 정보 항목이 입력될 수 있도록 설계되며, 또한 엔터테인먼트 디바이스는 상기 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변경시키도록 설계된다.
실시예 45: 적어도 하나의 이동 가능한 대상체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템으로서, 추적 시스템은 검출기 시스템을 지칭하는 실시예 42에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함하고, 추적 시스템은 적어도 하나의 추적 제어기를 더 포함하며, 여기서 추적 제어기는 특정 시점에서 대상체의 일련의 위치를 추적하도록 적응된다.
실시예 46: 풍경의 깊이 프로파일을 결정하기 위한 스캐닝 시스템으로서, 스캐닝 시스템은 검출기를 지칭하는 실시예 1 내지 실시예 41 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 또한 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 광 빔으로 풍경을 스캐닝하도록 적응된 적어도 하나의 조명원을 더 포함한다.
실시예 47: 적어도 하나의 대상체를 촬상하기 위한 카메라에 있어서, 카메라는 검출기를 지칭하는 실시예 1 내지 실시예 41 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다.
실시예 48: 전자 디바이스에서 사용하기 위한 관성 측정 유닛으로서, 관성 측정 유닛은 검출기를 지칭하는 실시예 1 내지 실시예 41 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기에 의해 결정된 데이터를 수신하도록 적응되고, 여기서 관성 측정 유닛은: 휠 속도 센서, 선회 속도 센서, 경사 센서, 방위 센서, 모션 센서, MHD 센서(Magneto Hydro Dynamic sensor), 힘 센서, 각도 센서, 각속도 센서, 자기장 센서, 자력계, 가속도계; 자이로스코프로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 추가 센서에 의해 결정된 데이터를 수신하도록 적응되고, 또한 관성 특정 유닛은 검출기 및 적어도 하나의 추가 센서로부터의 데이터를, 공간에서의 위치, 상대적 또는 절대적 모션, 회전, 가속도, 배향, 각도 위치, 경사, 선회율, 속도로 이루어진 그룹으로부터 선택된 전자 디바이스의 적어도 하나의 특성을 평가함으로써 결정하도록 적응된다.
실시예 49: 적어도 하나의 검출기를 사용하여 적어도 하나의 대상체의 위치를 결정하는 방법으로서, 이 방법은:
- 대상체로부터 검출기로 전파하는 적어도 하나의 광 빔을 검출기의 적어도 하나의 센서 요소에 조사하는 단계 - 여기서 검출기는 광학 센서의 매트릭스를 갖고, 광학 센서는 각각 감광 영역을 갖고, 여기서 각각의 광학 센서는 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성함 -;
- 이하에 의해 센서 신호를 평가하는 단계를 포함한다.
a) 가장 높은 센서 신호를 갖는 적어도 하나의 광학 센서를 결정하고, 적어도 하나의 중심 신호를 형성하는 것;
b) 매트릭스의 광학 센서의 센서 신호를 평가하고, 적어도 하나의 합산 신호를 형성하는 것;
c) 중심 신호와 합산 신호를 결합하여 적어도 하나의 결합된 신호를 결정하는 것; 및
d) 그 결합 신호를 평가함으로써, 대상체의 적어도 하나의 종 방향 좌표 z를 결정하는 것.
실시예 50: 실시예 49에 따른 방법에 있어서, 결합 신호는: 중심 신호와 합산 신호의 몫을 형성하는 것 또는 그 반대로 형성하는 것; 중심 신호의 배수와 합산 신호의 배수의 몫을 형성하는 것 또는 그 반대로 형성하는 것; 중심 신호와 합산 신호의 선형 조합의 선형 조합의 몫을 형성하는 것 또는 그 반대로 형성하는 것; 중심 신호와 합산 신호의 제 1 선형 조합과 중심 신호와 합산 신호의 제 2 선형 조합의 몫을 형성하는 것 중 하나 이상에 의해 도출된 결합 신호 Q이다.
실시예 51: 실시예 50에 따른 방법에 있어서, 종 방향 좌표를 결정하는 것은 결합 신호 Q를 평가하는 것을 포함하고, 여기서 결합 신호를 평가하는 것은 결합 신호 Q와 종 방향 좌표를 결정하기 위한 종 방향 좌표 사이의 적어도 하나의 사전 결정된 관계를 이용하는 것을 포함한다.
실시예 52: 실시예 49 내지 실시예 51 중 어느 하나에 따른 방법에 있어서, 이 방법은 검출기를 지칭하는 실시예 1 내지 실시예 41에 따른 검출기를 사용하는 것을 포함한다.
실시예 53: 검출기에 관한 실시예 1 내지 실시예 41에 따른 검출기의 용도는: 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 감시 애플리케이션; 안전 애플리케이션; 인간-기계 인터페이스 애플리케이션; 추적 애플리케이션; 포토그래피 애플리케이션; 물류 애플리케이션; 머신 비젼 애플리케이션; 로봇 애플리케이션; 품질 관리 애플리케이션; 제조 애플리케이션으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 용도를 목적으로 한다.
본 발명의 특징 및 추가 선택적 상세한 설명은 종속항과 함께 이하의 바람직한 예시적인 실시예의 설명으로부터 명백하다. 이러한 맥락에서, 특정 형상들은 고립된 방식으로 또는 다른 형상과 결합하여 구현될 수 있다. 본 발명은 예시적인 실시예들에 제한되지 않는다. 예시적인 실시예가 도면에 개략적으로 도시된다. 각 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 요소 또는 동일한 기능을 갖는 요소, 또는 그 기능과 관련하여 서로 상응하는 요소를 지칭한다.
특히, 도면에서:
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 검출기의 상이한 실시예를 도시한다.
도 3은 광학 센서의 매트릭스 상의 광 스폿 및 그것의 평가의 예를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 검출기, 검출기 시스템, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 디바이스, 추적 시스템, 스캐닝 시스템 및 카메라의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 5는 다양한 조명 강도에 대한 종 방향 좌표 z의 함수로서 결합 신호 Q의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 광축을 벗어난(off-axis) 조명광 빔을 갖는도 2의 실시예의 변형예를 도시한다.
도 6c 및 도 6d는 광학 센서 및 실험 결과로서 Bi-cell을 갖는 도 6a에 따른 검출기 셋업을 사용하는 2개의 실험 셋업의 비교를 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 작은 기준선을 갖는 본 발명에 따른 검출기의 추가의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 8은 라인 패턴을 사용하여 종 방향 좌표 z를 결정하는 실시예를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 특정 각도 θ의 라인을 따라 단면으로 세분되고, 종 방향 좌표(ordinate)의 원점으로부터의 거리 ω를 갖는 디포커싱된 빔 프로파일 및 광학 센서의 매트릭스 상의 상이한 이미지 영역의 라돈 변환(radon transformation)을 도시한다.
도 10a 내지 도 10c는 육각형 조명 패턴의 3개의 실시예를 도시한다.
도 11은 스캐닝 디바이스의 실시예를 도시한다.
특히, 도면에서:
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 검출기의 상이한 실시예를 도시한다.
도 3은 광학 센서의 매트릭스 상의 광 스폿 및 그것의 평가의 예를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 검출기, 검출기 시스템, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 디바이스, 추적 시스템, 스캐닝 시스템 및 카메라의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 5는 다양한 조명 강도에 대한 종 방향 좌표 z의 함수로서 결합 신호 Q의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 광축을 벗어난(off-axis) 조명광 빔을 갖는도 2의 실시예의 변형예를 도시한다.
도 6c 및 도 6d는 광학 센서 및 실험 결과로서 Bi-cell을 갖는 도 6a에 따른 검출기 셋업을 사용하는 2개의 실험 셋업의 비교를 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 작은 기준선을 갖는 본 발명에 따른 검출기의 추가의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 8은 라인 패턴을 사용하여 종 방향 좌표 z를 결정하는 실시예를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 특정 각도 θ의 라인을 따라 단면으로 세분되고, 종 방향 좌표(ordinate)의 원점으로부터의 거리 ω를 갖는 디포커싱된 빔 프로파일 및 광학 센서의 매트릭스 상의 상이한 이미지 영역의 라돈 변환(radon transformation)을 도시한다.
도 10a 내지 도 10c는 육각형 조명 패턴의 3개의 실시예를 도시한다.
도 11은 스캐닝 디바이스의 실시예를 도시한다.
도 1에는 적어도 하나의 대상체(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110)의 일 실시예의 개략도가 도시되어 있다. 이 경우, 대상체(112)는 비콘 디바이스(114)를 포함하고, 비콘 디바이스(114)로부터 광 빔(116)이 센서 요소(118)를 향해 전파한다. 센서 요소(118)는 광학 센서(122)의 매트릭스(120)를 포함하고, 각각의 광학 센서(122)는 대상체(112)를 대향하는 감광 영역(124)을 갖는다. 일 예로서, 광 빔(116)은 검출기(110)의 광축(126)을 따라 전파할 수 있다. 그러나, 다른 실시예도 가능하다. 광학 검출기(110)는, 특히, 빔 성형을 위한 적어도 하나의 렌즈 및/또는 적어도 하나의 렌즈 시스템과 같은 적어도 하나의 전송 디바이스(128)를 포함할 수 있다. 그 결과, 광 빔(116)은 하나 이상의 초점 위치(130)와 같이 포커싱될 수 있고, 광 빔(116)의 빔 폭은 검출기(110)와, 비콘 디바이스(114) 및/또는 대상체(112) 사이의 거리와 같은 대상체(112)의 종 방향 좌표 z에 좌우될 수 있다. 종 방향 좌표에 대한 이러한 빔 폭 의존성의 세부 사항에 관해서는, WO2001/110924 A1 및/또는 WO 2014/097181 A1 중 하나 이상과 같은 하나 이상의 선행 기술 문헌이 참조될 수 있다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 광 빔(116)은 매트릭스(120) 상에 광 스폿(132)을 생성한다. 도 3에는 매트릭스(120) 상의 광 스폿(132)의 예시도가 도시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 이 예시적인 실시예에서, 매트릭스(120)는, 특히, 1부터 n까지 "i" 로 넘버링되는 행과, 1부터 m까지 "j"로 표시되는 열을 갖는 직사각형 매트릭스일 수 있고, 여기서 n, m은 정수이다. 이 예시적인 실시예에서, 광 스폿(132)의 중심은 i*, j*로 표시된 센서 요소에 위치된다. 광학 센서(122)는 센서 신호 sij를 평가 장치(134)에 제공할 수 있고, 평가 장치(134)는 센서 신호들 중에서, 적어도 하나의 중심 신호를 결정하고, 상징적으로 si*j*로 표시한다. 전술한 바와 같이, 중심 신호를 생성하기 위해, 상기 평가 장치(134)는 적어도 하나의 중심 검출기(136)를 포함할 수 있다. 일 예로서, 중심 검출기는 광학 센서(122)에 의해 생성된 복수의 센서 신호 중 최대 센서 신호를 간단히 결정할 수 있다. 대안적인 방법도 가능하다. 따라서, 일 예로서, 단일의 최대 광학 센서 신호를 결정하는 대신, 복수의 센서 신호를 중심 신호를 생성하는 데 사용할 수 있다. 따라서, 일 예로서, 광학 센서 i*, j*에 인접한, 좌표 i*-1, …, i*+1 및 j*-1, …, j*+1을 갖는 광학 센서와 같은, 인접 광학 센서는 중심 신호에 기여할 수 있다. 간단한 예시적인 실시예에서, 이들 좌표는 광학 센서 i*, j* 주위에 정사각형을 형성할 수 있다. 이 실시예에서와 같이, 측면 길이가 3인 정사각형 대신, 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 주위의 다른 환경이 사용될 수 있다. 또한, 부가적으로 또는 대안적으로, 중심 신호는 최대 센서 신호로부터 특정 범위 내의 센서 신호에 대해 가산 및/또는 평균화함으로써 생성될 수 있고, 이는, 예를 들어, 픽셀 노이즈와 같은 노이즈에 관한 측정 정밀도에 도움이 될 수 있다. 또한, 부가적으로 또는 대안적으로, 중심 신호 또는 합산 신호의 결정을 위해, 서브 픽셀 처리, 보간법, 정규화 등과 같은 이미지 처리 기술이 사용될 수 있다. 다른 대안도 가능하다. 예를 들어, 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일일 수 있고, 평가 장치(134)는 사다리꼴의, 특히, 사다리꼴의 고원(plateau)의 통합을 결정하도록 적응될 수 있다. 또한, 사다리꼴 빔 프로파일이 가정될 수 있는 경우, 평가 장치(134)는 에지의 경사와 위치 결정, 중심 고원의 높이 결정, 및 기하학적 고려에 의한 에지 및 중심 신호를 도출하는 결정과 같은 사다리꼴 빔 프로파일의 특성을 이용하는 등가의 평가에 의해 합산 및 중심 신호를 결정하도록 채택될 수 있다.
또한, 평가 장치(134)는 매트릭스(120)의 센서 신호 중 적어도 하나의 합산 신호를 결정하도록 구성된다. 이 목적을 위해, 평가 장치(134)는 적어도 하나의 합산 디바이스(138)를 포함할 수 있다. 합산 디바이스(138)는 매트릭스(120) 내의 관심 영역의 전체 매트릭스(120)의 센서 신호에 대해 합산, 적분 또는 평균화하도록 구성될 수 있고, 각 옵션은 중심 신호가 생성되는 광학 센서가 있거나 없을 수 있다. 따라서, 도 3에 도시되는 예시적인 실시예에서, 합산 디바이스는 좌표 i*, j*를 갖는 중심 광학 검출기를 제외하고, 전체 매트릭스(120)의 센서 신호 sij에 대해 합산하도록 간단히 구성된다. 그러나, 다른 옵션도 가능하다.
또한, 평가 장치(134)는 중심 신호 및 합산 신호 중 적어도 하나의 결합 신호를 형성하도록 구성된다. 이 목적을 위해, 평가 장치(134)는, 예를 들어, 적어도 하나의 분배기(142)와 같은 적어도 하나의 결합 디바이스(140)를 포함할 수 있다. 매우 간단한 실시예로서, 중심 신호를 합산 신호로 나누거나 또는 그 반대로 나누어서 몫 Q를 형성할 수 있다. 다른 옵션도 가능하고, 상기에 설명되어 있다.
최종적으로, 평가 장치(134)는 결합 신호를 평가함으로써 대상체의 적어도 하나의 종 방향 좌표 z를 결정하도록 구성된다. 이 목적을 위해, 평가 장치는 도면에 도시되지 않은 적어도 하나의 추가 구성 요소, 예컨대, 적어도 하나의 평가 구성 요소를 포함할 수 있다. 도 3에 도시되는 평가 장치(134)의 구성 요소는 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 전체적 또는 부분적으로 구현될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 또한, 이 구성 요소는 전체적 또는 부분적으로 독립적 또는 개별 구성 요소로서 구현될 수 있고/있거나 센서 요소(118)에 통합되는 구성 요소로서 전체적 또는 부분적으로 내장될 수 있다.
또한 도 3의 실시예는, 종 방향 좌표 z에 추가하여, 대상체(112) 및/또는 비콘 디바이스(114)의 횡 방향 좌표에 관한 적어도 하나의 정보 항목이 생성될 수 있음을 나타낸다. 따라서, 좌표 i* 및 j*는 대상체(112) 및/또는 비콘 디바이스(114)의 횡 방향 위치에 관한 추가적인 정보 항목을 제공한다. 도 1의 셋업에서, 비콘 디바이스(114)는 단순화를 위해 중심, 즉, 광축(126) 상에 위치 결정된다. 이 경우에, 광 스폿(132)은 매트릭스(120)의 중간에서 중심에 위치할 가능성이 높다. 그러나, 도 3에 도시되는 실시예에서, 쉽게 검출될 수 있는 바와 같이, 광 스폿(132)은 중심에서 벗어난다. 이 중심 이탈(off-centering)은 좌표 i*, j*로 특징지어진다. 렌즈 방정식을 사용하는 것과 같이, 대상체(112) 및/또는 비콘 디바이스(114)의 중심 이탈 및 횡 방향 위치 사이의 공지된 광학 관계를 사용함으로써, 대상체(112) 및/또는 비콘 디바이스(114)의 적어도 하나의 횡 방향 좌표가 생성될 수 있다. 이 옵션은 또한 도 3의 예시적인 실시예에 도시된다.
도 2에는 대체 검출기(110)를 형성하는 도 1의 실시예의 변형 예가 도시되어 있다. 검출기(110)의 대안적인 실시예는 도 1에 도시되는 실시예에 폭넓게 대응한다. 그러나, 광 빔(116)을 생성하기 위한 발광 특성을 갖는 능동 비콘 디바이스(114)를 사용하는 대신, 검출기(110) 자체는 적어도 하나의 조명원(144)을 포함한다. 일 예로서, 조명원(144)은 적어도 하나의 레이저를 포함할 수 있는 반면, 도 1에서, 비콘 디바이스(114)는 발광 다이오드 (LED)를, 일 예로서, 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예도 가능하다. 조명원(144)은 대상체(112)를 전체적 또는 부분적으로 조명하기 위해 적어도 하나의 조명광 빔(146)을 생성하도록 구성될 수 있다. 조명광 빔(146)은 대상체(112)에 의해 전체적 또는 부분적으로 반사되고, 검출기(110)를 향해 다시 이동하여 광 빔(116)을 형성한다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 일 예로서, 조명광 빔(146)은 검출기(110)의 광축(126)에 평행할 수 있다. 광축 이탈 조명 및/또는 각도에서의 조명과 같은 다른 실시예도 또한, 이하의 도 6a 및 도 6b의 맥락에서 도시되는 바와 같이, 실현 가능하다. 축상 조명을 제공하기 위해, 도 2에 나타내는 바와 같이, 일 예로서, 하나 이상의 프리즘 및/또는 미러(예를 들어, 가동 미러 또는 가동 프리즘과 같은 다이크로익 미러)와 같은 하나 이상의 반사 요소(148)가 사용될 수 있다.
이들 변형과는 별도로, 도 2의 실시예의 셋업은 도 1의 셋업에 대응한다. 따라서, 다시, 예컨대, 결합 신호 Q를 형성하기 위한 적어도 하나의 분배기(142)와, 일 예로서, 결합 신호 Q 및/또는 다른 유형의 결합 신호로부터 적어도 하나의 종 방향 좌표 z를 도출하기 위한 적어도 하나의 위치 평가 장치(143)를 갖는 평가 장치(134)가 사용될 수 있다. 평가 장치(134)는, 다시, 전체적 또는 부분적으로 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현될 수 있음을 유의해야 한다. 따라서, 일 예로서, 하나 이상의 구성 요소(136, 138, 140, 142, 143)는 적절한 소프트웨어 구성 요소에 의해 전체적 또는 부분적으로 구현될 수 있고/있거나 하드웨어 구성 요소에 의해 전체적 또는 부분적으로 구현될 수 있다.
예를 들어, 매트릭스(120)의 광학 센서(122)는 CCD 및/또는 CMOS 센서 칩과 같은 픽셀화된 광학 센서의 픽셀일 수 있다. 따라서, 일 예로서, 광학 센서(122)는 수 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터의 범위 내의 측면 길이 및/또는 등가 직경을 가질 수 있다. 그러나, 더 큰 픽셀 또는 광학 센서(122)가 사용될 수 있음을 유의해야 한다. 또한, CCD 및/또는 CMOS 센서 칩과 같은 집적 센서 요소(118)를 사용하는 대신, 비집적 매트릭스도 사용될 수 있다.
도 4는, 예컨대, 도 1 또는 도 2의 실시예에 따른 검출기(110)의 예시적인 실시예를 매우 개략적인 도면으로 나타낸다. 검출기(110)는, 구체적으로, 카메라(149)로 구현될 수 있고/있거나 카메라(149)의 일부일 수 있다. 카메라(149)는 촬상, 특히, 3D 촬상을 위해 제작될 수 있고, 정지 이미지 및/또는 디지털 비디오 클립과 같은 이미지 시퀀스를 획득하기 위해 제작될 수 있다. 다른 실시예도 가능하다.
도 4는 검출기 시스템(150)의 실시예를 나타내고, 이 검출기 시스템(150)은, 적어도 하나의 검출기(110) 이외에, 하나 이상의 비콘 디바이스(114)를 포함하며, 이 예에서는, 이 비콘 디바이스(114)가 대상체(112)에 부착 및/또는 통합되고, 그로 인해 그 위치가 검출기(110)를 사용하여 검출될 수 있다. 또한, 도 4는 적어도 하나의 검출기 시스템(150)을 포함하는 인간-기계 인터페이스(151)와, 그 인간-기계 인터페이스(151)를 포함하는 엔터테인먼트 디바이스(152)의 예시적인 실시예를 추가로 나타낸다. 도면은 또한 검출기 시스템(150)을 포함하는 대상체(112)의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템(153)의 실시예를 나타낸다. 디바이스와 시스템의 구성 요소는 이하에 더 상세히 설명될 것이다.
도 4는, 예컨대, 대상체(112)를 스캐닝 및/또는 적어도 하나의 대상체(112)의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위해, 적어도 하나의 대상체(112)를 포함하는 풍경을 스캐닝하기 위한 스캐닝 시스템(154)의 예시적인 실시예를 추가로 나타낸다. 스캐닝 시스템(154)은 적어도 하나의 검출기(110)를 포함하고, 또한 적어도 하나의 조명원(136)과 도시되지 않은 적어도 하나의 추가 조명원(136)을 선택적으로 포함한다. 조명원(136)은 일반적으로 적어도 하나의 점(dot)의 조명, 예를 들어, 비콘 디바이스(114)의 위치들 중 하나 이상 및 대상체(112)의 표면 상에 위치하는 점의 조명을 위해 적어도 하나의 조명광 빔(138)을 방출하도록 구성될 수 있다. 그러나, 예컨대, 도 1의 셋업에 도시하는 바와 같이, 능동 비콘 디바이스가 또한 사용될 수 있고, 그에 따라 통합된 조명원(136)이 없는 셋업도 또한 가능하다는 것을 유의해야 한다. 스캐닝 시스템(134)은 대상체(112) 및/또는 대상체(112)의 프로파일을 포함하는 풍경의 프로파일을 생성하도록 설계될 수 있고/있거나 적어도 하나의 점과 적어도 하나의 검출기(110)를 사용하는 것에 의해, 스캐닝 시스템(154), 특히, 검출기(110)와의 거리에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 4의 셋업에 사용될 수 있는 검출기(110)의 예시적인 실시예는 도 1 및 도 2에 나타내고 있다. 따라서, 검출기(110)는, 센서 요소(118) 이외에, 예컨대, 적어도 하나의 중심 검출기(136), 적어도 하나의 합산 디바이스(138), 적어도 하나의 결합 디바이스(140), 적어도 하나의 분배기(142), 적어도 하나의 위치 평가 장치(143) 및/또는 이들의 조합을 갖는 적어도 하나의 평가 디바이스(134)를 포함한다. 선택적으로 존재할 수 있는 이들 구성 요소는 도 4에 상징적으로 도시되어 있다. 평가 장치(134)의 구성 요소는 전체적 또는 부분적으로 별개의 장치에 통합될 수 있고/있거나 검출기(110)의 다른 구성 요소에 전체적 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 2개 이상의 구성 요소를 전체적 또는 부분적으로 결합할 수 있는 가능성 외에, 평가 장치(134)의 하나 이상의 구성 요소 및 센서 요소(118)의 하나 이상의 구성 요소는, 도 4에 상징적으로 나타내는 바와 같이, 하나 이상의 커넥터(156) 및/또는 하나 이상의 인터페이스에 의해 상호 연결될 수 있다. 또한, 하나 이상의 커넥터(156)는 센서 신호를 변형 또는 전처리하기 위한 하나 이상의 드라이버 및/또는 하나 이상의 디바이스를 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 선택적인 커넥터(156)를 사용하는 대신, 평가 장치(134)는 센서 요소(118) 및/또는 검출기(110)의 하우징 (158) 내 중 하나 또는 양쪽 모두에 전체적 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치(134)는 전체적 또는 부분적으로 별개의 장치로서 설계될 수 있다.
이러한 예시적인 실시예에서, 위치가 검출될 수 있는 대상체(112)는 스포츠 장비의 용품으로서 설계될 수 있고/있거나, 제어 요소 또는 제어 디바이스(160)를 형성할 수 있고, 그 위치는 사용자(162)에 의해 조작될 수 있다. 일 예로서, 대상체(112)은 배트, 라켓, 클럽 또는 임의의 다른 스포츠 장비 용품 및/또는 유사 스포츠 장비(fake sports equipment)이거나 이를 포함할 수 있다. 다른 유형의 대상체(112)가 가능하다. 또한, 사용자(162)는 사용자 자신이 대상체(112)로 간주될 수 있고, 그 위치가 검출되어야 한다.
전술한 바와 같이, 검출기(110)는 적어도 센서 요소(118)를 포함한다. 하나 이상의 센서 요소(118)가 제공될 수 있는 센서(118)는 검출기(110)의 하우징 (158) 내에 위치될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 전달 디바이스(128)는, 바람직하게는, 하나 이상의 렌즈를 포함하는 하나 이상의 광학 시스템과 같이 구성될 수 있다.
바람직하게는 검출기(110)의 광축(126)을 중심으로 위치될 수 있는 하우징(158) 내의 개구(164)는 검출기(110)의 시야 방향(166)을 바람직하게 정의할 수 있다. 광축(126)에 평행한 방향 또는 그 반대 방향, 예컨대, 시야 방향(166)에 평행한 방향 또는 그 반대 방향이 횡 방향으로 정의될 수 있는 좌표계(168)가 정의될 수 있다. 도 4에 상징적으로 도시되는 좌표계(168)에서, 종 방향은 z로 표시되고, 횡 방향은 각각 x 및 y로 표시된다. 비직교 좌표계와 같은 다른 유형의 좌표계(168)도 실현 가능하다.
검출기(110)는 센서 요소(118)뿐만 아니라 선택적으로 하나 이상의 추가 광학 센서를 포함할 수 있다. 분기되지 않은 빔 경로가 사용될 수 있거나, 대안적으로, 적어도 하나의 횡 방향 검출기 또는 대상체(112) 및/또는 그 일부의 횡 방향 좌표를 결정하기 위한 횡 방향 센서에 대한 빔 경로를 분기하는 것과 같이, 예를 들어, 하나 이상의 추가 빔 경로 내에 추가의 광학 센서와 함께, 분기된 빔 경로가 가능할 수도 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 도 3의 맥락에서, 적어도 하나의 횡 방향 좌표는 광 스폿(132)의 중심의 횡 방향 좌표를 결정하는 것과 같은 센서 요소(118) 자체에 의해 결정될 수도 있다.
하나 이상의 광 빔(116)은 대상체(112) 및/또는 하나 이상의 비콘 디바이스(114)로부터 검출기(110)를 향해 전파하고 있다. 검출기(110)는 적어도 하나의 대상체(112)의 위치를 결정하도록 구성된다. 이러한 목적을 위해, 도 1 내지 도 3의 맥락에서 상술한 바와 같이, 평가 장치(134)는 센서 요소(118)의 매트릭스(120)의 광학 센서(122)에 의해 제공된 센서 신호를 평가하도록 구성될 수 있다. 검출기(110)는 대상체(112)의 위치를 결정하도록 적응되고, 광학 센서(122)는 대상체(112)로부터, 특히, 하나 이상의 비콘 디바이스(114)로부터 검출기(110)를 향해 전파하는 광 빔(116)을 검출하도록 적응되어 있다. 조명원(136)이 사용되지 않는 경우, 비콘 디바이스(114) 및/또는 이들 비콘 디바이스(114) 중 적어도 하나는 발광 다이오드와 같은 집적된 조명원을 갖는 능동 비콘 디바이스를 포함할 수 있다. 조명원(136)가 사용되는 경우, 비콘 디바이스는 반드시 능동 비콘 디바이스일 필요는 없다. 반대로, 적어도 하나의 반사면을 갖는 집적된 반사 비콘 디바이스(114)와 같은 대상체(112)의 반사면이 사용될 수도 있다. 하나 이상의 렌즈에 의해 포커싱되는 것과 같이, 전송 디바이스(128)에 의해 직접 및/또는 변형된 후에 광 빔(116)이 센서 요소(118)를 조명한다. 평가에 대한 상세는 상술한 도 1 내지 도 3을 참조할 수 있다.
전술한 바와 같이, 검출기(110)를 사용하여 대상체(112)의 위치 및/또는 그것의 일부분의 위치를 결정하는 것은, 적어도 하나의 정보 항목을 기계(170)에 제공하기 위해, 인간-기계 인터페이스(151)를 제공하는 데 사용될 수 있다. 도 4에 개략적으로 도시되는 실시예에서, 기계(170)는 컴퓨터 일 수 있고/있거나 컴퓨터를 포함할 수 있다. 다른 실시예도 가능하다. 평가 장치(134)는 심지어 컴퓨터 내와 같이, 기계(170)에 전체적 또는 부분적으로 통합될 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 4는 또한 적어도 하나의 대상체(112) 및/또는 그 일부의 위치를 추적하도록 구성된 추적 시스템(153)의 예를 도시한다. 추적 시스템(153)은 검출기(110) 및 적어도 하나의 추적 제어기(172)를 포함한다. 추적 제어기(172)는 특정 시점에서 대상체(112)의 일련의 위치를 추적하도록 적응된다. 추적 제어기(172)는 독립적인 장치일 수 있고/있거나, 도 4에 도시되는 바와 같이, 기계(170), 특히, 컴퓨터 및/또는 평가 장치(134) 내에 전체적 또는 부분적으로 통합될 수 있다.
유사하게, 전술한 바와 같이, 인간-기계 인터페이스(151)는 엔터테인먼트 디바이스(152)의 일부를 형성할 수 있다. 기계(170), 특히, 컴퓨터는 엔터테인먼트 장치(152)의 일부를 또한 형성할 수도 있다. 따라서, 대상체(112)로서 기능하는 사용자(162)에 의해 및/또는 대상체(112)로서 기능하는 제어 디바이스(160)를 핸들링하는 사용자(162)에 의해, 사용자(162)는 적어도 하나의 제어 명령과 같은 적어도 하나의 정보 항목을 컴퓨터에 입력함으로써, 예컨대, 컴퓨터 게임의 과정을 제어하는 엔터테인먼트 기능을 변화시킨다.
도 5에는, 측정 데이터의 관점에서 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는 실험 데이터가 도시되어 있다. 이 도면은 다양한 조명 강도에 대해 밀리미터 단위로 주어진 종 방향 좌표 z의 함수로서 결합 신호 Q를 나타낸다.
도 5에 도시되는 실험 데이터를 얻기 위해, Basler AC 1920-40GC 카메라에 의해 형성된 센서 요소(118)와 Nikkor 50mm 렌즈로 형성된 전달 디바이스(128)를 갖는 실험 셋업이 사용되었다.
비콘 디바이스(114)로서, 532nm의 중심 공칭 파장(central nominal wavelength)을 갖는 발광 다이오드(LED)가 사용되었다. 5mm의 직경을 갖는 명확한 발광 영역을 제공하기 위해, 디퓨저가 LED 및 다이어프램 앞에 사용되었다. LED의 강도는 LED의 구동 전류를 5mA와 150mA 사이에서 변화시킴으로써 변화되었다.
실험에서 LED와 렌즈 사이의 거리 z는 300mm에서 1700mm까지 다양하게 하였다. Basler AC 1920-40GC 카메라의 신호는 다음 절차에 따라 평가되었다. 중심 신호로서, 광 스폿을 광축을 중심으로 하여 광축 둘레에 반경 15픽셀을 갖는 내부 원의 누적 신호가 결정된다. 합산 신호로서, 광 스폿 내의 카메라의 모든 픽셀의 신호의 합이 생성되었다. 합산 신호를 중심 신호로 나누어 결합 신호가 형성되었다.
도 5에서, 겹쳐진 실선은 150mA, 125mA, 100mA 및 50mA의 LED 전류에 대한 결합 신호 곡선을 나타낸다. 보여진 바와 같이, 전체 측정 범위 내에서 기본적으로 이들 곡선 사이에는 차이점이 없다. 이 실험은 결합 신호가 광 빔의 총 전력에 대해 폭넓게 독립적이라는 것을 명확하게 보여줍니다. 낮은 강도에서만 곡선을 구별할 수 있다. 따라서, 점곡선(dotted curve)은 25mA의 LED 전류에서의 측정값, 10mA의 LED 전류에서의 파선(dashed-dotted line) 및 5mA의 LED 전류에서의 점선(dashed line)을 나타낸다. 그럼에도 불구하고, 이러한 낮은 강도에서도, 측정 곡선은 실선에 매우 근접하고, 이는 측정의 높은 허용 오차를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b에는, 도 2에 도시되는 셋업의 변형인 검출기(110)의 대안적인 실시예가 도시되어 있다. 따라서, 도 6a 및 도 6b의 개략도에 도시되지 않은 추가 구성 요소뿐만 아니라 대부분의 구성 요소 및 선택적 세부 사항에 대해, 상기 도 2의 설명을 참조할 수 있다.
도 2에서, 전술한 바와 같이, 조명광 빔(146)은, 바람직하게는, 광축(126)을 따라, 즉, 광축(126) 또는 광축(126)에 평행하게 진행한다. 셋업에서, 광 스폿(132)의 중심 위치는 일반적으로 대상체(112)와 검출기(110) 사이의 거리와 같은 대상체(112)의 z 좌표에 의존하지 않는다. 즉, 광 스폿(132)의 직경 또는 등가 직경은 대상체(112)와 검출기(110) 사이의 거리에 따라 변하지만, 일반적으로 매트릭스(120) 상의 광 스폿(132)의 위치는 변하지 않는다.
이에 반하여, 도 6a 및 도 6b에서, 검출기(110)의 설정은 조명광 빔(146)이 광축 이탈하는 경우, 즉, 광축(126)과 평행하거나, 광축(126)에서 0° 이외의 각도로 하나 또는 둘 모두 이동하지만 광축(126)으로부터 시프트된다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 본 실시예는 본 발명에 따른 방법이 결합 센서 신호의 z 의존도를 증가시킴으로써 더욱 향상될 수 있음을 입증한다. 따라서, 도 6a에서, 측면도는 대상체(112)의 2개의 상이한 위치, 즉, 실선으로 그려진 z1에서의 제 1 위치와 점선으로 그려진 z2의 제 2 위치를 나타낸다. 도시되는 바와 같이, 예를 들어, 광축(126)에 5° 내지 30°, 예컨대, 10° 내지 20°의 각도로 전파하는 조명광 빔(146)은 두 경우 모두 서로 다른 위치에서 대상체(112)에 부딪친다. 조명광 빔(146)에 의해 조명된 대상체(112)의 이들 지점들로부터, 광 빔(116)은 검출기(110)를 향해 전파하고, 다시, 위치 z1에 위치된 대상체(112)에 대한 광 빔은 실선으로 그려지고, 여기서 위치 z2에 위치된 대상체(112)에 대한 광 빔(116)은 점선으로 그려진다.
도 6b에서, 매트릭스(120)는 확대된 형태로 도시된다. 이 셋업에서 알 수 있는 바와 같이, 광 스폿(132)의 위치는 대상체(112)의 종 방향 위치 z와 함께 이동한다. 따라서, 광 스폿(132)의 크기는 종 방향 위치 z에 의해 영향을 받을 뿐만 아니라 광 스폿(132)의 매트릭스(120) 상의 위치도 변경된다. 도 6b에서, 광 스폿(132)의 이러한 이동은 화살표 z로 표시된다.
결과적으로, 광 스폿(132)의 이러한 이동에 의해, 광학 센서(122)의 적어도 2 개의 센서 신호를 고려한 결합 신호의 z 의존성이 증가될 수 있다.
도 2에 도시된 상황에서, 광 스폿(132)의 위치는 z에 의존하지 않는다. 광학적 상황에 의존하는 z의 변화에 따라, 스폿은 더 확산되거나 더 집중됨으로써 더 크거나 작아질 것이다. 스폿 크기가 증가하고 스폿이 더 확산되는 경우에, 결합 신호 Q=scenter/ssum은 감소한다.
반대로, 도 6a의 상황에서, 광 스폿(132)의 크기와 위치는 모두 z 좌표에 의존하지 않는다. 따라서, 결합 신호 Q와 같은 결합 신호의 z-의존성의 경향은 증가될 것이다. 도 2의 상황에서, z 좌표에 따라, 매트릭스의 적어도 하나의 광학 센서의 센서 신호는 증가할 것이고, 동시에 적어도 하나의 상이한 센서의 센서 신호는 감소할 것이며, 그 결과 z 의존적인 결합 신호 Q로 된다. 도 6a의 상황에서, 광 스폿(132)의 위치 의존성은, 특히, 중심 신호 및 합산 신호가 하나 이상의 광학 센서로부터 결정되는 경우에, 광원, 광축 및 센서의 상대 위치에 따라 3개의 상이한 상황을 초래할 수 있고, 여기서 중심 신호 및 합산 신호를 결정하기 위해 사용되는 광학 센서는 광 스폿의 z 좌표 및/또는 위치와 관계없이 고정값으로 유지된다. 첫째, 광 스폿의 위치 의존성은 z 좌표에 따라 적어도 하나의 감소하는 센서 신호의 추가 감소를 초래할 수 있고, 동시에, 광 스폿의 위치 의존성은, 도 2의 상황과 비교하여, z 좌표에 따라 적어도 하나의 감소하는 센서 신호의 추가 증가를 초래할 수 있다. 둘째, 광 스폿의 위치 의존성은 z 좌표에 의존하는 적어도 하나의 감소하는 센서 신호의 줄어든 감소나 심지어 증가를 초래할 수 있는 반면, 동시에, 광 스폿의 위치 의존성은, 도 2의 상황과 비교하여, z 좌표에 따라 적어도 하나의 감소하는 센서 신호의 줄어든 증가나 심지어 감소를 초래할 수 있다. 셋째, 광 스폿의 위치 의존성은 센서 신호의 z 의존성이 도 2의 상황과 비교하여 크게 변하지 않을 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 삼각 측량 방법에서와 같이, 대상체 거리는 센서 상의 광 스폿의 위치로부터 결정되지는 않는다. 그 대신에, 매트릭스(120)상의 광 스폿(132)의 이동은 z 의존성의 강화된 역동성을 초래할 수 있는 결과적인 결합 신호 Q 및/또는 센서 신호의 역동성을 향상시키는 데 사용될 수 있다.
도 6c는 2개의 감광 영역을 갖는 광학 센서(120)로서의 Bi-cell을 갖는 도 6a에 따른 검출기 셋업을 사용하는 2개의 실험 셋업의 비교를 도시한다. 제 1 실험 셋업에서, 조명광원, 광축 및 센서의 상대 위치에 따라, 광 스폿(132)은 물체의 거리에 의존하여 이동 방향(174)을 따라 Bi-cell의 2개의 광학 센서(120)의 선형 경계에 평행하게 이동할 수 있다. 광 스폿(132)의 이동 방향(174)이 물체 거리에 따라 2개의 감광 영역의 선형 경계에 평행하기 때문에, 결과적인 센서 신호는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 물체 거리에 따라 광 스폿(132)의 움직임이 없는 상황과 동일하다. 제 2 실험 셋업에서, 조명광원, 광축 및 센서의 상대적인 위치에 따라, 광 스폿(132)은 Bi-cell의 2개의 광학 센서(120)의 경계에 대한 광 스폿(132)의 중심의 거리가, 대상체 거리에 따라 이동 방향(176)을 따른 이동과 같이 2개의 광학 센서(120)의 경계에 수직인 이동과 같은 대상체 거리에 따라 변하도록 이동할 수 있다. 광 스폿(132)의 이동을 허용하는 검출기 셋업은 도 6a에 도시된 셋업의 변형일 수 있다. 따라서, 추가 구성 요소뿐만 아니라 대부분의 구성 요소 및 선택적 세부 사항에 대해, 상기 도 6a의 설명을 참조할 수 있다. 도 6c에서, 광학 센서(120)는 1x2 매트릭스일 수 있다.
도 6d는 도 6a에 따른 검출기 셋업을 사용하여 2개의 실험 셋업의 비교한 비교 결과를 도시하며, 이동 방향(174, 176)을 따르는 대상체 거리에 좌우되는 광 스폿의 이동에 따라, 도 6c에 따른 광 스폿(132)의 이동을 허용한다. 곡선(178)은, 도 6c에 도시하는 바와 같이, 이동 방향(174)을 따라 광 스폿(132)의 이동을 허용하는 검출기 셋업에 대한 종 방향 좌표 z에 대한 몫 Q의 의존성을 나타내고, 이는 Bi-Cell의 광학 센서의 경계와 평행하고, 대상체 거리에 좌우되는 광 스폿의 이동 없이 도 2와 동일한 상황이다. 곡선(180)은 도 6a에 따른 검출기 셋업에 대한 종 방향 좌표 z에 대한 몫 Q의 의존성을 나타내고, 이동 방향(176)을 따르는 대상체 거리에 의존하는 광 스폿의 이동과 함께 도 6c에 따른 광 스폿(132)의 이동으로 광 스폿(186)을 이동시킬 수 있는 검출기 셋업을 사용한다. 실험적인 셋업은 다음과 같다: 광학 센서(122)는 1x2 매트릭스, 특히, Si-Bi-Cell일 수 있다. 조명원(144)은 4 mm의 스폿 크기를 갖는 950nm 레이저일 수 있다. 전송 디바이스(128)는 20mm의 초점 길이, 예컨대, Thorlabs Asphere, f=20mm로서 이용할 수 있는 렌즈를 가질 수 있다. 대상체(112)의 거리는 0에서 3000mm까지 다양했다. 종 방향 좌표 z의 결정은 광 스폿(132)의 이동을 허용하지 않고 가능할 수 있다. 특히, 본 발명에 따르면, 광 스폿의 이동은 종 방향 좌표 z의 결정에 필수적이지 않을 수 있다. 검출기 셋업으로, 방향(174)을 따라 광 스폿(132)의 이동을 허용하거나 대상체 거리의 어떠한 이동 결정을 하지 않고도 매우 짧은 거리에서 광 스폿(132)의 이동이 가능한 반면, 방향(176)을 따른 이동으로 500mm 초과의 긴 거리와 같은 대상체 거리에 대해 대상체 거리를 결정할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 작은 기준선(182)을 갖는 검출기(110)의 예시적인 실시예를 나타낸다. 도 7a는 검출기(110)의 측면도를 도시한다. 검출기(110)는 적어도 하나의 조명원(144)을 포함할 수 있다. 조명원(144)은 적어도 하나의 조명광 빔(146)으로 대상체(112)를 조명하도록 적응될 수 있다. 조명광 빔(146)은 대상체에 의해 전체적 또는 부분적으로 반사될 수 있고, 광학 센서(122)를 향해 다시 이동할 수 있다. 조명원(144)은 조명광 빔의 전파 방향이 광축(126)에 실질적으로 평행하도록 배열될 수 있다. 조명원(144)은 조명광 빔의 전파 방향으로 진행하는 라인과 광축(126)이 공간에서 교차하지 않도록 배열될 수 있다. 조명원(144) 및 광축(126)은 작은 기준선(182)에 의해 구분될 수 있다. 조명원(144)은 광축(126)으로부터 최소 거리만큼 이격될 수 있다. 광축으로부터의 최소 거리는 광학 센서 및 전송 디바이스의 크기 및 위치와 같은 추가의 검출기 요소에 의해 정의될 수 있다. 도 7b는 조명광 빔(144) 및 전송 디바이스(128)의 정면도를 나타낸다. 기준선은 0.1m 미만, 바람직하게는 0.05m 미만, 더 바람직하게는 0.025m 미만일 수 있다. 검출기(110)는 추가 광학 요소가 없는 소형 장치일 수 있고, 조명원(144)은 전송 디바이스(128)의 에지에 가능한 한 가깝게 배치될 수 있다. 따라서, 기준선(182)은 전송 디바이스(128)의 직경의 절반, 특히, 렌즈 직경, 및 렌즈 및 광원의 하우징에 가까울 수 있다. 조명원(144)은 기준선(182)이 가능한 한 작게 되도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 전송 디바이스(128)의 중심으로부터 조명원(144)까지의 거리, 특히, 전송 디바이스(128)의 중심으로부터 조명원(144)까지의 연결선을 따른 거리는, 바람직하게는 전송 디바이스(128)의 중심으로부터 에지까지의 거리의 2.5배 미만, 더 바람직하게는 전송 디바이스(128)의 중심으로부터 에지까지의 거리의 1.5배 미만, 가장 바람직하게는 전송 디바이스(128)의 중심으로부터 에지까지의 거리의 1배 미만이다.
도 8을 참조하면, 도 1 내지 도 7과 관련하여 기술된 검출기와 같은 검출기(110)는 적어도 2개의 광학 센서(122) 상의 광 빔 프로파일의 적어도 2개의 비대칭 영역의 복사비(radiance ratio)로부터 깊이 정보, 특히, 절대 깊이 정보를 결정하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 검출기(110)는 매트릭스(120)로 배열된 복수의 광학 센서를 포함할 수 있다. 검출기(110)는 CMOS 검출기와 같은 광학 센서의 단일 매트릭스에 의해 캡처되고, 폐쇄된, 특히, 디포커싱된 빔 프로파일 내의 적어도 2개의 비대칭 영역의 복사비로부터 깊이 정보를 결정하도록 적응될 수 있다. 특히, 검출기(110)는 특정 대상체의 크기 범위와 무관하게 복사비를 사용하여 깊이 정보를 결정하도록 적응될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이 원리를 소위 DPR(Distance by Photon Ratio)이라 한다. 일 실시예에서, 광 빔(116)은 적어도 하나의 특징점을 포함하는 적어도 하나의 패턴을 가진 센서 요소를 조명할 수 있다. 특징점은 적어도 하나의 점, 적어도 하나의 라인, 적어도 하나의 에지로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 패턴은, 예를 들어, 적어도 하나의 패턴을 포함하는 조명 패턴을 갖는 적어도 하나의 광원에 의한 조명에 응답하여, 대상체에 의해 생성될 수 있다. 평가 장치(134)는 결합 신호 Q를 다음 수학식에 의해 도출하도록 구성될 수 있다.
여기서, x 및 y는 횡 방향 좌표이고, A1 및 A2는 센서 위치에서 빔 프로파일의 영역이고, E(x,y,z0)는 대상체 거리 z0에서 주어진 빔 프로파일을 나타낸다. A1은 광학 센서 상의 특징점의 전체적(full) 또는 완전한(complete) 영역에 대응할 수 있다. A2는 광학 센서 상의 특징점의 중심 영역일 수 있다. 중심 영역은 상수값일 수 있다. 중심 영역은 특징점의 전체 영역에 비해 더 작을 수 있다. 예를 들어, 원형 특징점의 경우, 중심 영역은 특징점의 전체 반경의 0.1 내지 0.9, 바람직하게는 전체 반경의 0.4 내지 0.6의 반경을 가질 수 있다.
도 8에 도시되는 실시예에서, 대상체(112)로부터 검출기(110)로 전파하는 광 빔(116)은 적어도 하나의 라인 패턴(184)을 가진 매트릭스(120)를 조명할 수 있다. 라인 패턴(184)은, 예를 들어, 적어도 하나의 조명 라인 패턴을 포함하는 조명 패턴을 갖는 적어도 하나의 조명원(144)에 의한 조명에 응답하여, 대상체(112)에 의해 생성될 수 있다. A1은 매트릭스(120) 내의 라인 패턴(184)의 전체 선폭을 갖는 영역에 대응할 수 있다. 매트릭스(120) 내의 라인 패턴(184)은 매트릭스(120) 내의 라인 폭이 증가되도록, 조명 패턴의 라인 패턴과 비교하여 확장되고/확장되거나 변위될 수 있다. 특히, 매트릭스(120) 내의 라인 패턴(184)의 라인 폭은 하나의 열(column)로부터 다른 열로 변경될 수 있다. A2는 매트릭스(120) 내의 라인 패턴(184)의 중심 영역일 수 있다. 중심 영역의 라인 폭은 상수값일 수 있고, 특히, 조명 패턴의 라인 폭에 대응할 수 있다. 중심 영역은 전체 라인 폭에 비해 더 작은 라인 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 중심 영역은 전체 라인 폭의 0.1 내지 0.9, 바람직하게는 전체 라인 폭의 0.4 내지 0.6의 라인 폭을 가질 수 있다. 라인 패턴(184)은 매트릭스(120) 내에서 세그먼트화될 수 있다. 각 열은 라인 패턴(184)의 중심 영역에서의 강도의 중심 정보 및 라인 패턴(184)의 중심 영역으로부터 에지 영역으로 더 외측으로 연장되는 영역으로부터의 강도의 에지 정보를 포함할 수 있다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 전술한 바와 같이, 검출기(110)는 광학 센서(122)의 적어도 하나의 매트릭스(120)를 포함할 수 있다. 이러한 픽셀화된 촬상 디바이스의 도움으로, 디포커싱된 빔 프로파일은, 도 9a에 나타내는 바와 같이, 특정 각도 θ의 라인을 따라, 그리고 세로 좌표(ordinates)의 원점으로부터의 거리 ω를 두고 단면으로 세분될 수 있다. 따라서, 단일 라인 행의 매개 변수화는 
로 주어질 수 있다. 평행선을 따른 강도의 통합은 다음의 수학식으로 판독되는 잘 알려진 Radon 변환의 적분 투영 
에 의해 수학적으로 설명될 수 있다.
여기서, δ는 Dirac 델타 함수를 나타내고, f(x,y)는 폐쇄된 디포커스된 빔 프로파일의 강도이다. 주어진 각도 θ와 투영 폭 ω에 의한 광자비 R은 다음의 수학식으로 주어진다.
여기서, f'(x,y)는 도 9에 강조 표시된 과도하게 빛나는 영역(overshined image region)으로서 주어진다. θ의 변형은 특정 거리에서 왜곡된 대상체 표면에 대해 다른 비율 R을 산출할 수 있다. θ가 다음의 구간 
에서 변하게 하는 것으로 충분하다.
도 10a 내지 도 10c는 육각형 조명 패턴의 3개의 실시예를 도시한다. 조명원(144)은 대상체(112)를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명 패턴을 생성하도록 적응될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 조명 패턴은 적어도 하나의 주변 광원에 의해 생성될 수 있다. 구체적으로, 조명원(144)은 적어도 하나의 레이저 및/또는 레이저 광원을 포함할 수 있다. 반도체 레이저와 같은 다양한 형태의 레이저가 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, LED 및/또는 전구와 같은 비레이저 광원이 사용될 수 있다. 조명 패턴은 포인트 또는 심볼와 같은 적어도 하나의 피처를 포함할 수 있다. 조명 패턴은 복수의 피처를 포함할 수 있다. 조명 패턴은 주기적 또는 비주기적 피처의 배열을 포함할 수 있다. 조명 패턴은 적어도 하나의 주변 광원 또는 적어도 하나의 조명원에 의한 것과 같은 주변광에 의해 생성될 수 있다. 일루미네이션 패턴은: 적어도 하나의 포인트 패턴, 특히, 의사 랜덤 포인트 패턴, 랜덤 포인트 패턴 또는 의사 랜덤 패턴; 적어도 하나의 Sobol 패턴; 적어도 하나의 준주기 패턴(quasiperiodic pattern); 적어도 하나의 사전 공지된 피처를 포함하는 적어도 하나의 패턴; 적어도 하나의 정규 패턴; 적어도 하나의 삼각형 패턴; 적어도 하나의 육각형 패턴; 볼록한 균일한 타일링을 포함하는 적어도 하나의 직사각형 패턴; 적어도 하나의 라인을 포함하는 적어도 하나의 라인 패턴; 평행선 또는 교차선과 같은 적어도 2개의 선을 포함하는 적어도 하나의 라인 패턴; 적어도 하나의 프린지 패턴으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원은 점 구름을 생성 및/또는 투사하도록 적응될 수 있다. 조명 패턴은 삼각형 패턴, 직사각형 패턴, 육각형 패턴 또는 추가 볼록한 타일링을 포함하는 패턴과 같은 규칙적 및/또는 일정 및/또는 주기적 패턴을 포함할 수 있다. 조명 패턴은, 6각형 패턴이 바람직하게 될 수 있도록, 면적당 가능한 한 많은 형상들을 포함할 수 있다. 조명 패턴의 2개의 피처들 및/또는 적어도 하나의 조명 피처의 영역 사이의 거리는 이미지 내의 착란원(CoC, Circle of Confusion)에 의존할 수 있다.
조명 패턴의 조명 형상은 단지 소수의 기준 형상이 에피폴라 라인 상에 위치하도록 배열될 수 있다. 도 10a에 도시되는 바와 같이, 조명 패턴은 적어도 하나의 육각형 패턴을 포함할 수 있고, 개별 지점은 에피폴라 라인(186) 상에 위치 결정된다. 도 10b에 도시되는 바와 같이, 조명 패턴은 적어도 하나의 육각형 패턴을 포함할 수 있고, 여기서 이 패턴은 기준선에 대하여 회전된다. 이러한 조명 형상의 위치 결정은 각 에피폴라 라인 상의 개별 지점 사이의 거리를 증가시킨다. 도 10c에 도시되는 바와 같이, 조명 패턴은 적어도 하나의 변위된 육각형 패턴을 포함할 수 있고, 여기서, 육각형 패턴의 개별 지점은 정규 위치로부터 임의의 거리만큼, 예를 들어, 그 지점의 에피폴라 라인에 직각으로 변위된다. 개개의 지점의 변위는 2개의 평행한 에피폴라 라인 사이의 거리의 절반보다 작을 수 있고, 바람직하게는 2개의 평행한 에피폴라 라인 사이의 거리의 1/4보다 작을 수 있다. 개개의 지점의 변위는 두 지점이 서로의 위로 변위하지 않도록 할 수 있다. 이러한 위치 결정은 영역 당 가능한 형상의 수를 향상시킨다.
도 11은 스캐닝 시스템(154)의 실시예를 도시한다. 스캐닝 시스템(154)은 라인 스캐닝 디바이스로서 적응될 수 있다. 특히, 스캐닝 시스템(154)은 광학 센서(113)의 적어도 하나의 센서 라인 또는 행(row)를 포함할 수 있다. 또한, 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 전송 디바이스(128) 및 적어도 하나의 조명원(144)을 포함할 수 있다. 삼각 측량 시스템은 충분한 기준선을 필요로 하지만, 가까운 필드 내의 기준선 때문에 검출이 불가능할 수 있다. 광 스폿이 전송 장치의 방향으로 경사지면, 가까운 필드 검출이 가능할 수 있다. 그러나, 경사는 먼 필드 영역에서의 검출을 제한하는 시야의 필드 밖으로 광 스폿이 이동하게 한다. 따라서 삼각 측량 시스템에서, 0이 아닌 기준선은 항상 측정 범위, 근거리 필드 및/또는 원거리 필드의 상당한 감소로 이어진다. 따라서, 본 발명에 따른 검출기로 가능한 한 기준선을 감소시키면, 측정 범위가 항상 증가할 것이다. 또한, 이들 가까운 필드 및 먼 필드 문제는 도 11의 스캐닝 시스템(154)을 사용함으로써 극복될 수 있다. 스캐닝 시스템(154)은 CMOS 라인 상에서 대상체(112)로부터 스캐닝 디바이스(154)로 전파하는 복수의 광 빔(116)을 검출하도록 적응될 수 있다. 광 빔(116)은 대상체(112) 상의 상이한 위치나 대상체(112)의 이동에 의해 생성될 수 있다. 스캐닝 시스템(154)은, 전술한 바와 같이, 결합 신호 Q를 결정함으로써 광 지점들 각각에 대한 적어도 하나의 종 방향 좌표를 결정하도록 적응될 수 있다.
110 검출기 112 대상체
114 비콘 디바이스 116 광 빔
118 센서 요소 120 매트릭스
122 광학 센서 124 감광 영역
126 광축 128 전송 디바이스
130 초점 132 광 스폿
134 평가 장치 136 중심 검출기
138 합산 디바이스 140 결합 디바이스
142 분배기 143 위치 평가 장치
144 조명원 146 조명광 빔
148 반사 요소 149 카메라
150 검출기 시스템 151 인간-기계 인터페이스
152 엔터테인먼트 디바이스 153 추적 시스템
154 스캐닝 시스템 156 커넥터
158 하우징 160 제어 디바이스
162 사용자 164 개구
166 시야 방향 168 좌표계
170 기계 172 추적 제어기
174 이동 방향 176 이동 방향
178 곡선 180 곡선
182 기준선 184 라인 패턴
186 에피폴라 라인
114 비콘 디바이스 116 광 빔
118 센서 요소 120 매트릭스
122 광학 센서 124 감광 영역
126 광축 128 전송 디바이스
130 초점 132 광 스폿
134 평가 장치 136 중심 검출기
138 합산 디바이스 140 결합 디바이스
142 분배기 143 위치 평가 장치
144 조명원 146 조명광 빔
148 반사 요소 149 카메라
150 검출기 시스템 151 인간-기계 인터페이스
152 엔터테인먼트 디바이스 153 추적 시스템
154 스캐닝 시스템 156 커넥터
158 하우징 160 제어 디바이스
162 사용자 164 개구
166 시야 방향 168 좌표계
170 기계 172 추적 제어기
174 이동 방향 176 이동 방향
178 곡선 180 곡선
182 기준선 184 라인 패턴
186 에피폴라 라인
Claims (18)
- 적어도 하나의 대상체(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110)로서,
상기 검출기(110)는,
- 광학 센서(122)의 매트릭스(120)를 갖는 적어도 하나의 센서 요소(118) ― 여기서, 상기 광학 센서(122)의 각각은 감광 영역(124)을 가지며, 각각의 광학 센서(122)는 상기 대상체(112)로부터 상기 검출기(110)로 전파하는 적어도 하나의 광 빔(116)에 의해 상기 감광 영역(124)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성됨 ―; 및
- 상기 센서 신호를 평가하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치(134)를 갖되, 상기 평가 장치는
a) 가장 높은 센서 신호를 갖는 적어도 하나의 광학 센서(122)를 결정하고, 적어도 하나의 중심 신호를 형성하고;
b) 상기 매트릭스(120)의 상기 광학 센서(122)의 센서 신호를 평가하고, 적어도 하나의 합산 신호를 형성하고;
c) 상기 중심 신호와 상기 합산 신호를 결합하여 적어도 하나의 결합 신호를 결정하며; 또한
d) 상기 결합 신호를 평가함으로써, 상기 대상체(112)의 적어도 하나의 종 방향 좌표 z를 결정하는
것을 포함하는, 검출기(110). - 제 1 항에 있어서,
상기 중심 신호는, 상기 가장 높은 센서 신호; 상기 가장 높은 센서 신호로부터의 사전 결정된 허용 오차 범위 내에 있는 센서 신호 그룹의 평균; 상기 가장 높은 센서 신호를 갖는 상기 광학 센서(122) 및 인접하는 광학 센서(122)의 사전 결정된 그룹을 포함하는 광학 센서(122)의 그룹으로부터의 센서 신호의 평균; 상기 가장 높은 센서 신호를 갖는 상기 광학 센서(122) 및 인접하는 광학 센서(122)의 사전 결정된 그룹을 포함하는 광학 센서(122)의 그룹으로부터의 센서 신호의 합; 상기 가장 높은 센서 신호로부터의 사전 결정된 허용 오차 범위 내에 있는 센서 신호 그룹의 합; 사전 결정된 임계값 초과의 센서 신호 그룹의 평균; 사전 결정된 임계값 초과의 센서 신호 그룹의 합; 상기 가장 높은 센서 신호를 갖는 상기 광학 센서(122) 및 인접하는 광학 센서(122)의 사전 결정된 그룹을 포함하는 광학 센서(122)의 그룹으로부터의 센서 신호의 적분; 상기 가장 높은 센서 신호로부터의 사전 결정된 허용 오차 범위 내에 있는 센서 신호 그룹의 적분; 및 사전 결정된 임계값 초과의 센서 신호 그룹의 적분으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 합산 신호는, 상기 매트릭스(120)의 모든 센서 신호에 대한 평균; 상기 매트릭스(120)의 모든 센서 신호의 합; 상기 매트릭스(120)의 모든 센서 신호의 적분; 상기 중심 신호에 기여하는 상기 광학 센서(122)로부터의 센서 신호를 제외한 상기 매트릭스(120)의 모든 센서 신호에 대한 평균; 상기 중심 신호에 기여하는 상기 광학 센서(122)로부터의 센서 신호를 제외한 상기 매트릭스(120)의 모든 센서 신호의 합; 상기 중심 신호에 기여하는 상기 광학 센서(122)로부터의 센서 신호를 제외한 상기 매트릭스(120)의 모든 센서 신호의 적분; 상기 가장 높은 센서 신호를 갖는 상기 광학 센서(122)로부터 사전 결정된 범위 내의 광학 센서(122)의 센서 신호의 합; 상기 가장 높은 센서 신호를 갖는 상기 광학 센서(122)로부터 사전 결정된 범위 내의 광학 센서(122)의 센서 신호의 적분; 상기 가장 높은 센서 신호를 갖는 상기 광학 센서(122)로부터 사전 결정된 범위 내에 위치되는 광학 센서(122)의 특정 임계값을 초과하는 센서 신호의 합; 및 상기 가장 높은 센서 신호를 갖는 상기 광학 센서(122)로부터 사전 결정된 범위 내에 위치되는 광학 센서(122)의 특정 임계값을 초과하는 센서 신호의 적분으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 결합 신호는, 상기 중심 신호와 상기 합산 신호의 몫을 형성하는 것 또는 그 반대로 형성하는 것; 상기 중심 신호의 배수와 상기 합산 신호의 배수의 몫을 형성하는 것 또는 그 반대로 형성하는 것; 상기 중심 신호의 선형 조합과 상기 합산 신호의 선형 조합의 몫을 형성하는 것 또는 그 반대로 형성하는 것; 및 상기 중심 신호와 상기 합산 신호의 제 1 선형 조합 및 상기 중심 신호와 상기 합산 신호의 제 2 선형 조합의 몫을 형성하는 것 중 하나 이상에 의해 도출된 결합 신호 Q인, 검출기(110). - 제 4 항에 있어서,
상기 평가 장치(134)는 상기 종 방향 좌표를 결정하기 위한 상기 종 방향 좌표와 상기 결합 신호 Q 사이의 적어도 하나의 사전 결정된 관계를 사용하도록 구성되는, 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 평가 장치는 적어도 하나의 분배기(142)를 포함하고, 여기서, 상기 분배기(142)는 상기 결합 신호를 도출하도록 구성되는, 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 평가 장치(134)는, 상기 가장 높은 센서 신호를 갖는 상기 적어도 하나의 광학 센서(122)의 횡 방향 위치를 평가함으로써, 상기 대상체(112)의 적어도 하나의 횡 방향 좌표를 결정하도록 추가 구성되는, 검출기(110). - 제 7 항에 있어서,
상기 검출기(110)는 적어도 하나의 조명원(144)을 포함하고, 상기 조명원(144)은 적어도 하나의 조명광 빔으로 상기 대상체(112)를 조명하도록 적응되고, 상기 조명원(144)은 조명광 빔의 전파 방향이 실질적으로 광축(126)에 평행하도록 배열되는, 검출기(110). - 제 8 항에 있어서,
상기 검출기(110)는 적어도 하나의 조명원(144)을 포함하고, 상기 조명원(144) 및 상기 광축(126)은 작은 기준선(182)에 의해 분리되는, 검출기(110). - 적어도 하나의 대상체(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템(150)으로서,
상기 검출기 시스템(150)은, 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 적어도 하나의 검출기(110)를 포함하고, 상기 검출기 시스템(150)은 상기 검출기(110)를 향해 적어도 하나의 광 빔(116)을 지향시키도록 적응된 적어도 하나의 비콘 디바이스(114)를 포함하고, 여기서 상기 비콘 디바이스(114)는 상기 대상체(112)에 장착되는 것, 상기 대상체(112)에 의해 보유되는 것, 상기 대상체(112)에 통합되는 것 중 적어도 하나인, 검출기 시스템(150). - 사용자(162)와 기계(170) 사이에 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스(151)로서,
상기 인간-기계 인터페이스(151)는 제 10 항에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템(150)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 비콘 디바이스(114)는 직접적 또는 간접적으로 상기 사용자(162)에게 부착되고, 상기 사용자(162)에 의해 보유되는 것 중 적어도 하나로 적응되고, 상기 인간-기계 인터페이스(151)는 상기 검출기 시스템(150)에 의해 사용자(162)의 적어도 하나의 위치를 결정하도록 설계되고, 또한 상기 인간-기계 인터페이스(151)는 적어도 하나의 정보 항목을 그 위치에 할당하도록 설계되는, 인간-기계 인터페이스(151). - 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 디바이스(152)로서,
상기 엔터테인먼트 디바이스(152)는 제 11 항에 따른 적어도 하나의 인간-기계 인터페이스(151)를 포함하고, 상기 엔터테인먼트 디바이스(152)는 상기 인간-기계 인터페이스(151)를 수단으로 하여 플레이어에 의해 적어도 하나의 정보 항목이 입력될 수 있도록 설계되며, 상기 엔터테인먼트 디바이스(152)는 상기 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변경시키도록 설계되는, 엔터테인먼트 디바이스(152). - 적어도 하나의 이동 가능한 대상체(112)의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템(153)으로서,
상기 추적 시스템(153)은 제 10 항에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템(150)을 포함하고, 상기 추적 시스템(153)은 적어도 하나의 추적 제어기(172)를 더 포함하며, 여기서 상기 추적 제어기(172)는 특정 시점에서 대상체(112)의 일련의 위치를 추적하도록 적응되는, 추적 시스템(153). - 풍경의 깊이 프로파일을 결정하기 위한 스캐닝 시스템(154)으로서,
상기 스캐닝 시스템(154)은 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 적어도 하나의 검출기(110)를 포함하고, 상기 스캐닝 시스템(154)은 적어도 하나의 광 빔(146, 116)으로 상기 풍경을 스캐닝하도록 적응된 적어도 하나의 조명원(144)을 더 포함하는, 스캐닝 시스템(154). - 적어도 하나의 대상체(112)를 촬상하기 위한 카메라(149)로서,
상기 카메라(149)는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 적어도 하나의 검출기(110)를 포함하는, 카메라(149). - 적어도 하나의 검출기(110)를 사용하여 적어도 하나의 대상체(112)의 위치를 결정하는 방법으로서,
상기 방법은:
- 상기 대상체(112)로부터 상기 검출기(110)로 전파하는 적어도 하나의 광 빔(116)을 상기 검출기(110)의 적어도 하나의 센서 요소(118)에 조사하는 단계 ― 여기서, 상기 검출기(110)는 광학 센서(122)의 매트릭스(120)를 갖고, 상기 광학 센서(122)의 각각은 감광 영역(124)을 갖고, 각각의 광학 센서(124)는 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성함 ―;
- 상기 센서 신호를 평가하는 단계를 포함하되, 이 단계는:
a) 가장 높은 센서 신호를 갖는 적어도 하나의 광학 센서(122)를 결정하고, 적어도 하나의 중심 신호를 형성하고;
b) 상기 매트릭스(120)의 상기 광학 센서(122)의 센서 신호를 평가하고, 적어도 하나의 합산 신호를 형성하고;
c) 상기 중심 신호와 상기 합산 신호를 결합하여 적어도 하나의 결합 신호를 결정하며; 또한
d) 상기 결합 신호를 평가함으로써, 상기 대상체(112)의 적어도 하나의 종 방향 좌표 z를 결정하는
것을 포함하는, 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 결합 신호는, 상기 중심 신호와 상기 합산 신호의 몫을 형성하는 것 또는 그 반대로 형성하는 것; 상기 중심 신호의 배수와 상기 합산 신호의 배수의 몫을 형성하는 것 또는 그 반대로 형성하는 것; 및 상기 중심 신호의 선형 조합과 상기 합산 신호의 선형 조합의 몫을 형성하는 것 또는 그 반대로 형성하는 것 중 하나 이상에 의해 도출된 결합 신호 Q인, 방법. - 교통 기술에서의 위치 측정;
엔터테인먼트 애플리케이션;
보안 애플리케이션;
감시 애플리케이션;
안전 애플리케이션;
인간-기계 인터페이스(151) 애플리케이션;
추적 애플리케이션;
포토그래피 애플리케이션;
물류 애플리케이션;
머신 비젼 애플리케이션;
로봇 애플리케이션;
품질 관리 애플리케이션; 및
제조 애플리케이션
으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나에 대하여 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 검출기(110)를 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
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