KR20190084054A - 적어도 하나의 피사체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기 - Google Patents

적어도 하나의 피사체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기 Download PDF

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크리스티안 다니엘 쉴드크네흐트
크리스토프 룽겐슈미에드
크리스토퍼 하네
잉마르 브루더
미카엘 에베르스파흐
세랄 모한 오군
패트릭 쉰들러
피터 페제스
피터 쉴렌
로버트 센드
세바스티안 발로우흐
스테판 헹겐
토마스 오메르
빌프리드 헤르메스
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트리나미엑스 게엠베하
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Abstract

적어도 하나의 피사체(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110, 1110, 2110)가 제안된다. 상기 검출기(110, 1110, 2110)는, - 피사체(112, 1112)로부터 검출기(110, 1110, 2110)로 전파하는 적어도 하나의 입사 광빔(116,1116)에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이를 갖는 적어도 하나의 전사 장치(128, 1128); - 적어도 2 개의 광학 센서(113, 1118, 1120)로서, 각각의 광학 센서(113, 1118, 1120)가 적어도 하나의 감광성 영역(121, 1122, 1124)을 갖고, 각각의 광학 센서(113, 1118, 1120)가 상기 광빔(116, 1116)에 의해 그 각각의 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된, 적어도 2 개의 광학 센서(113, 1118, 1120); 및 - 상기 센서 신호로부터 몫 신호 Q를 평가함으로써 상기 피사체(112, 1112)의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치(132, 1132)를 포함한다. 상기 검출기는 피사체 평면 내의 상기 피사체 크기와 독립적인 적어도 하나의 측정 범위에서 상기 피사체의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성된다.

Description

적어도 하나의 피사체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기
본 발명은 적어도 하나의 피사체의 위치를 결정하기 위한 검출기, 검출기 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 사용자와 기계, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템, 카메라, 스캐닝 시스템 및 검출기 장치의 다양한 용도 사이에서 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치, 시스템, 방법 및 용도는 특히 예를 들어 다양한 분야의 일상 생활, 게임, 교통 기술, 생산 기술, 보안 기술, 사진술 예컨대 예술용 디지털 사진 또는 비디오 사진, 문서 또는 기술 목적, 의료 기술 또는 과학 분야에 적용된다. 또한, 본 발명은 특히 예를 들어 건축학, 도량형학, 고고학, 예술, 의학, 공학 또는 제조 분야의 피사체 또는 풍경의 깊이 프로파일을 생성하는 것과 같이 하나 이상의 피사체를 스캐닝하고/하거나 풍경을 스캐닝하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 다른 적용례도 가능할 수 있다.
다수의 광학 센서 및 광전지 장치가 종래 기술로부터 알려져 있다. 광전지 장치는 일반적으로 자외선, 가시 광선 또는 적외선과 같은 전자기 복사선을 전기 신호 또는 전기 에너지로 변환하는 데 사용되지만, 광 검출기는 일반적으로 이미지 정보를 수집하고/하거나 적어도 하나의 광학 파라미터 예컨대 휘도를 검출하는 데 사용된다.
일반적으로 무기 및/또는 유기 센서 물질의 사용에 기초할 수 있는 다수의 광학 센서가 종래 기술로부터 알려져 있다. 이러한 센서의 예들은 US 2007/0176165 A1, US 6,995,445 B2, DE 2501124 A1, DE 3225372 A1, US 2007/0176165 A1, WO 2009/013282 A1, WO 2012/110924 A1, WO 2014/097181 A1, WO 2015/024871 A1, US 4,767,211, WO 2014/198629 A1, WO 2014/198626 A1, WO 2014/198629 A1 및 WO 2014/198625 A1에 개시되어 있으며, 이들의 전체 내용을 본원에 참고로 인용한다. 또한, 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 잠재적인 물질 및 광학 센서를 참조하면, 유럽 특허 출원 EP 15 153 215.7(2015년 1월 30일 출원), EP 15 157 363.1(2015년 3월 3일 출원), EP 15 164 653.6(2015년 4월 22일 출원), EP 15177275.3(2015년 7월 17일 출원), EP 15180354.1 및 EP 15180353.3(2015년 8월 10일 출원) 및 EP 15 185 005.4(2015년 9월 14일 출원), EP 15 196 238.8 및 EP 15 196 239.6(2015년 11월 25일 출원), EP 15 197 744.4(2015년 12월 3일 출원)를 참조할 수 있으며, 이들의 전체 모든 내용을 본원에 참고로 포함한다.
또한, 피사체의 위치를 결정하기 위해 적어도 2 개의 상이한 공급원의 신호를 비교하는 검출기 개념을 참조할 수 있다. 따라서, 일례로서 모두 2016년 2월 16일자로 출원된 EP 16155834.1, EP 16155835.8 또는 EP 16155845.7을 참조할 수 있으며, 이들의 전체 개시 내용을 본원에 참고로 인용한다. 또한, 문헌[P. Bartu, R. Koeppe, N. Arnold, A. Neulinger, L. Fallon, and S. Bauer, Conformable large-area position-sensitive photodetectors based on luminescence collecting silicone waveguides, J. Appl. Phys. 107, 123101 (2010)]은 대면적 및 곡면에 적합할 수 있는 일종의 위치 민감성 검출기(position sensitive detector, PSD) 장치를 기술한다.
예를 들어, 미국 특허 제 5,323,222A 호에는 광속을 피사체로 투사하기 위한 투광부를 함유하는 거리 측정 장치가 기재되어 있다. 수광부는 베이스 길이가 투광부로부터 멀어지도록 위치하고, 피사체로부터의 반사된 광선을 수광하고, 수광량에 따라 광전류를 생성한다. 수광부는 베이스 길이와 직각으로 교차하는 제 1 분할 선 및 제 1 분할 선과 빗각으로 교차하는 제 2 분할 선에 의해 적어도 4 개의 수광 소자들로 분할되어 있다. 제 1 비율 산출부는 제 1 분할 선의 일측 상의 수광 소자들에 의해 생성된 광전류의 합 대 타측 상의 수광 소자들에 의해 생성된 광전류의 합의 비율을 산출한다. 제 2 비율 산출부는 제 2 분할 선의 일측 상의 수광 소자들에 의해 생성된 광전류의 합 대 타측 상의 수광 소자들에 의해 생성된 광전류의 합의 비율을 산출한다. 거리-결정부는 제 1 및 제 2 비율 산출부의 전력들의 합을 계산하고, 그 결과 값에 기초하여, 장치로부터 피사체까지의 거리를 결정한다.
US 4,675,517 A는 광 스폿(light spot)이 이들 사이의 경계를 넘어서 있을 때 제 1 및 제 2 감광성 영역들 각각에 의해 수신되는 광 스폿의 두 부분의 면적의 비가 광 스폿의 수신된 위치에 따라 변하고 이에 의해 상기 제 1 및 제 2 감광성 영역의 전력들의 비의 변화로부터 광 스폿의 수신된 위치를 검출하는 방식으로 광 스폿을 수용하도록 배열된 제 1 및 제 2 감광성 영역을 갖는 감광성 요소를 기술하고 있고, 상기 수신된 광 스폿의 직경이 너무 커서 제 1 및 제 2 민감성 영역을 초과하는 경우에 발생하는 광 스폿의 수신된 위치에 대한 제 1 및 제 2 감광성 영역의 전력들의 비의 변화의 오차가 제 1 또는 제 2 감광성 영역을 둘러싸는 보조 감광성 영역을 제공함으로써 보정된다.
WO 2015/024871 A1은 광 검출기를 기술하고 있다. 상기 광 검출기는 - 픽셀 매트릭스를 갖는 공간적으로 분해된 방식으로 광빔의 적어도 하나의 특성을 변경하도록 구성되되, 각각의 픽셀이 상기 픽셀을 통과하는 광빔의 일부의 적어도 하나의 광학 특성을 개별적으로 변경하도록 제어가능한, 적어도 하나의 공간 광 변조기; - 상기 공간 광 변조기의 픽셀 매트릭스를 통과한 후에 상기 광빔을 검출하고 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 광학 센서; - 서로 다른 변조 주파수를 갖는 상기 픽셀들 중 적어도 2 개를 주기적으로 제어하기 위한 적어도 하나의 변조기 장치; 및 - 상기 변조 주파수에 대한 상기 센서 신호의 신호 성분들을 결정하기 위해 주파수 분석을 수행하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치를 포함한다.
그러나, 이러한 공지된 방법 및 장치를 사용하여 피사체까지의 거리를 결정하는 것은 피사체 크기에 의존한다. 특히, 광학 센서는 측정 결과의 평가를 더욱 어렵게 만드는 휘도 의존성을 나타낼 수 있고, 또한 목표 스폿 크기에 의존할 수 있다. 피사체 크기에 대한 의존성은 제조 허용오차 및 환경 조건에 대한 거리 결정의 민감성을 초래할 수 있다. 또한, 이들 방법 및 장치는 신뢰할 만한 거리 값에 도달하기 위해 큰 기준선(baseline) 및 이에 따른 큰 치수를 필요로 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 공지된 장치 및 방법의 전술한 기술적 과제에 직면하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 바람직하게는 낮은 기술적 노력으로 그리고 기술적인 자원 및 비용 면에서 낮은 요건으로 공간에서 피사체의 위치를 신뢰성 있게 결정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 문제는 특허청구범위의 독립항의 특징을 갖는 본 발명에 의해 해결된다. 개별적으로 또는 조합하여 구현될 수 있는 본 발명의 유리한 전개는 종속항 및/또는 하기의 명세서 및 상세한 실시예에서 제시된다.
본원에 사용된 용어들 “갖다”, “구성하다” 또는 “포함하다” 또는 이의 임의적인 문법적 변형들은 비-배타적인 방식으로 사용된다. 따라서, 이들 용어는, 이 용어들에 의해 도입되는 특징 외에, 이러한 문맥에서 기술되는 피사체에 더 이상의 특징이 존재하지 않는 상황 및 하나 이상의 추가적인 특징이 존재하는 상황을 모두 지칭할 수 있다. 예를 들어, "A는 B를 갖는다”, "A는 B로 구성된다” 및 "A는 B를 포함한다"라는 표현은, B 외에, A에 다른 요소가 존재하지 않는 상황(즉, A는 단독으로 그리고 독점적으로 B로만 구성되는 상황), 및, B 외에, 요소 C, 요소 C 및 D 또는 심지어 다른 요소들과 같이 하나 이상의 추가적인 요소가 피사체 A에 존재하는 상황을 모두 지칭할 수 있다.
또한, 특징 또는 요소가 전형적으로 1회 또는 1회 초과로 존재할 수 있음을 나타내는 "적어도 하나", "하나 이상"이라는 용어 또는 유사한 표현은 각각의 특징 또는 요소를 도입할 때 오직 1회만 사용될 것이라는 점에 유의해야 한다. 다음에서, 대부분의 경우, 각각의 특징 또는 요소를 언급할 때, "적어도 하나” 또는 "하나 이상"이라는 표현은 각각의 특징 또는 요소가 1회 또는 1회 초과로 존재할 수 있다는 사실에도 불구하고 반복되지 않을 것이다.
또한, 이하에서 사용되는 바와 같이, "바람직하게는", "더 바람직하게는", "특히", "보다 특히", "구체적으로", "보다 구체적으로” 또는 유사한 용어는 대안적인 가능성을 제한하지 않고 임의적인 특징과 함께 사용된다. 따라서, 이 용어들에 의해 도입된 특징들은 임의적인 특징이며 어떠한 방식으로도 청구범위를 제한하지 않는다. 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 본 발명은 대안적인 특징들을 사용함으로써 수행될 수 있다. 유사하게, "본 발명의 실시예” 또는 유사한 표현에 의해 도입되는 특징들은 본 발명의 대안적인 실시예에 관한 어떠한 제한도 없는, 또한 본 발명의 범주에 관한 어떠한 제한도 없는, 그리고 이러한 방식으로 도입된 특징들을 본 발명의 다른 임의적인 또는 비-임의적인 특징들과 조합할 수 있는 가능성에 관한 어떠한 제한도 없는 임의적인 특징들인 것으로 의도된다.
본 발명의 또 다른 제 1 양태에서, 적어도 하나의 피사체의 위치를 결정하기 위한 검출기가 개시된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "피사체"라는 용어는 적어도 하나의 광빔을 방출하는 지점 또는 영역을 지칭한다. 광빔은 피사체 및/또는 광빔을 방출하는 피사체에 집적되거나 부착된 적어도 하나의 조명원과 같은 피사체로부터 유래하거나 또는 피사체를 직접 또는 간접적으로 조명하는 조명원으로부터와 같은 상이한 조명원으로부터 유래할 수 있으며, 광빔은 피사체에 의해 반사되거나 산란된다. 본원에 사용된 용어 "위치"는 피사체의 위치 및/또는 배향 및/또는 공간 중 피사체의 적어도 하나의 부분에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 지칭한다. 따라서, 상기 적어도 하나의 정보 항목은 피사체의 적어도 하나의 지점과 적어도 하나의 검출기 사이의 적어도 하나의 거리를 암시할 수 있다. 하기에서 보다 상세하게 기술되는 바와 같이, 거리는 종방향 좌표일 수 있거나 또는 피사체의 지점의 종방향 좌표를 결정하는 데 기여할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 피사체의 위치 및/또는 배향 및/또는 피사체의 적어도 하나의 부분에 관한 하나 이상의 다른 정보 항목이 결정될 수 있다. 예를 들어, 추가적으로, 피사체 및/또는 피사체의 적어도 하나의 부분의 적어도 하나의 횡 방향 좌표가 결정될 수 있다. 따라서, 피사체의 위치는 피사체 및/또는 피사체의 적어도 하나의 부분의 적어도 하나의 종방향 좌표를 의미할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 피사체의 위치는 피사체 및/또는 피사체의 적어도 하나의 부분의 적어도 하나의 횡 방향 좌표를 의미할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 피사체의 위치는 피사체의 적어도 하나의 배향 정보를 의미할 수 있으며, 이는 피사체의 공간 중의 배향을 나타낸다.
검출기는 다음을 포함한다:
- 피사체로부터 검출기로 진행하는 적어도 하나의 입사 광빔에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이를 갖는 적어도 하나의 전사 장치;
- 각각의 광학 센서가 적어도 하나의 감광성 영역을 가지며, 각각의 광학 센서가 광빔에 의한 그 각각의 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된 적어도 두 개의 광학 센서; 및
- 상기 센서 신호로부터 몫 신호(quotient signal) Q를 평가함으로써 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치.
검출기는 피사체 평면 내의 피사체 크기와 무관한 적어도 하나의 측정 범위에서 피사체의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성될 수 있다.
본원에 사용된 "광학 센서"는 일반적으로 적어도 하나의 광빔에 의해 발생된 조명 및/또는 광 스폿을 검출하기 위한 것과 같이 광빔을 검출하기 위한 광감성 장치를 지칭한다. 또한 본원에 사용된 "감광성 영역"은 일반적으로 적어도 하나의 센서 신호를 발생시키는 조명에 응답하여 적어도 하나의 광빔에 의해 외부적으로 조사될 수 있는 광학 센서의 영역을 지칭한다. 감광성 영역은 구체적으로 각각의 광학 센서의 표면 상에 위치될 수 있다. 그러나, 다른 실시예도 가능하다. 본원에 사용된 "적어도 하나의 감광성 영역을 각각 갖는 적어도 2 개의 광학 센서"라는 용어는 하나의 감광성 영역을 각각 갖는 2 개의 단일 광학 센서를 갖는 구성 및 적어도 2 개의 감광성 영역을 갖는 하나의 조합된 광학 센서를 갖는 구성을 지칭한다. 따라서, "광학 센서"라는 용어는 하나의 전력 신호를 발생시키도록 구성된 감광성 장치를 지칭하는 반면, 본원에서 예를 들어 적어도 하나의 CCD 및/또는 CMOS 장치와 같은 2개 이상의 전력 신호를 발생시키도록 구성된 감광성 장치는 2 개 이상의 광학 센서로서 지칭된다. 또한 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 각각의 광학 센서는 정밀하게 하나의 균일한 센서 신호를 전체 광학 센서에 대해 생성시키는 조명에 응답하여 예를 들어 정밀하게 조명될 수 있는 하나의 감광성 영역을 제공함으로써 정확하게 하나의 감광성 영역이 각각의 광학 센서 내에 존재하도록 구현될 수 있다. 따라서, 각각의 광학 센서는 단일 영역 광학 센서일 수 있다. 그러나 단일 영역 광학 센서의 사용은 특히 간단하고 효율적인 검출기의 설정을 가능하게 한다. 따라서, 예를 들어, 상업적으로 이용가능한 규소 광다이오드와 같이, 각각 정확히 하나의 민감성 영역을 갖는 상업적으로 이용가능한 광학 센서가 설정에 사용될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들도 가능하다. 따라서, 일례로서, 본 발명과 관련하여 2 개, 3 개, 4 개 또는 4 개 초과의 광학 센서로 간주되는 2 개, 3 개, 4 개 또는 4 개 초과의 감광성 영역을 포함하는 광학 장치가 사용될 수 있다. 일례로서, 광학 장치는 감광성 영역들의 매트릭스를 포함할 수 있다. 따라서, 일례로서, 광학 센서는 픽셀화된 광학 장치의 일부일 수 있거나 또는 픽셀화된 광학 장치를 구성할 수 있다. 일례로서, 광학 센서는 각각의 픽셀이 광감성 영역을 형성할 수 있는 픽셀들의 매트릭스를 갖는 적어도 하나의 CCD 및/ 는 CMOS 장치의 일부이거나 이들을 구성할 수 있다.
또한, 본원에 사용된 "센서 신호"는 일반적으로 광빔에 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. 보다 구체적으로, 센서 신호는 적어도 하나의 전압 신호 및/또는 적어도 하나의 전류 신호일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 센서 신호는 적어도 하나의 광전류를 포함할 수 있다. 또한, 미가공 센서 신호가 사용될 수 있거나, 검출기, 광학 센서 또는 임의의 다른 요소가 센서 신호를 처리하거나 전처리하도록 구성됨으로써, 필터링 등에 의한 전처리와 같은 센서 신호로서 사용될 수도 있는 2 차 센서 신호를 생성할 수 있다.
감광성 영역은 특히 피사체를 향해 배향될 수 있다. 본원에 사용된 "피사체를 향해 배향되는"이라는 용어는 일반적으로 감광성 영역의 각 표면이 피사체로부터 완전히 또는 부분적으로 가시화되는 상황을 의미한다. 구체적으로, 피사체의 적어도 하나의 지점과 각각의 감광성 영역의 적어도 하나의 지점 사이의 적어도 하나의 상호연결 라인은 0°와 다른 감광성 영역의 표면 요소와 각도 예를 들어 20° 내지 90°의 범위, 바람직하게는 80° 내지 90°, 예컨대 90°를 형성할 수 있다. 따라서, 피사체가 광축 상에 또는 광축에 근접하게 위치될 때, 피사체로부터 검출기를 향해 전파하는 광빔은 광축에 본질적으로 평행할 수 있다. 본원에 사용된 "본질적으로 수직"이라는 용어는 수직 배향의 조건을 지칭하며, 허용오차는 예를 들어 ±20° 이하, 바람직하게는 ±10° 이하, 보다 바람직하게는 ±5° 이하의 허용오차를 갖는다. 유사하게, "본질적으로 평행"이라는 용어는 평행 배향의 조건을 지칭하며, 허용오차는 예를 들어 ±20° 이하, 바람직하게는 ±10° 이하, 보다 바람직하게는 ±5° 이하의 허용오차를 갖는다.
광빔은 피사체로부터 검출기를 향채 전파할 수 있다. 이하에서 더 상세하게 기술되는 바와 같이, 광빔은 피사체 및/또는 광빔을 방출하는 피사체에 집적되거나 부착된 적어도 하나의 조명원과 같은 피사체로부터 유래하거나 또는 피사체를 직접 또는 간접적으로 조명하는 조명원으로부터와 같은 상이한 조명원으로부터 유래할 수 있으며, 광빔은 피사체에 의해 반사되거나 산란되고, 이에 의해 검출기 쪽으로 적어도 부분적으로 지향된다. 예를 들어, 조명원은 하나 이상의 외부 조명원일 수 있거나 포함할 수 있으며, 검출기에 통합된 조명원 또는 비콘 장치에 통합된 조명원은 피사체에 부착되거나 피사체에 통합되거나 또는 피사체에 의해 고정되는 것 중 하나 이상이다. 따라서, 검출기는 능동 및/또는 수동 조명 시나리오에 사용될 수 있다. 예를 들어, 조명원은, 광빔을 반사하는 피사체 쪽으로 광빔을 향하게 함으로써 피사체를 조명하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 피사체는 적어도 하나의 광빔을 생성 및/또는 방출하도록 구성될 수 있다. 광원은 적어도 하나의 다중 빔 광원일 수 있거나 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원은 적어도 하나의 레이저 소스 및 하나 이상의 회절 광학 요소(DOE)를 포함할 수 있다.
본원에 사용된 용어 "광선"은 일반적으로 에너지 흐름의 방향으로 향하는 광의 파면에 수직인 선을 지칭한다. 본원에 사용된 용어 "빔"은 일반적으로 광선들의 집합을 지칭한다. 이하에서 용어 "광선” 및 "빔"은 동의어로 사용된다. 또한 본원에 사용된 용어 "광빔"은 일반적으로 확산 각도 또는 확장 각을 갖는 광빔의 가능성을 포함하여 광량, 특히 본질적으로 동일한 방향으로 진행하는 광량을 지칭한다. 광빔은 공간적으로 확장될 수 있다. 구체적으로, 광빔은 비-가우시안(non-Gaussian) 빔 프로파일을 가질 수 있다. 상기 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일; 삼각형 빔 프로파일; 및 원추형 빔 프로파일로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 사다리꼴 빔 프로파일은 고원(plateau) 영역 및 적어도 하나의 엣지(edge) 영역을 가질 수 있다. 본원에 사용된 용어 "빔 프로파일"은 일반적으로 광빔의 횡 방향 강도 프로파일을 지칭한다. 광빔은 구체적으로 후술하는 바와 같이 가우시안 광빔 또는 가우시안 광빔들의 선형 조합일 수 있다. 그러나, 다른 실시예도 가능하다. 전사 장치는 빔 프로파일, 특히 빔 프로파일의 형상을 조정, 한정 및 결정하는 것 중 하나 이상을 위해 구성될 수 있다.
광빔은 단색성 광빔일 수 있다. 광빔은 좁은 대역의 파장을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 광빔은 단일 파장을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 광원은 적어도 하나의 단색성 광빔을 생성하도록 구성될 수 있고/있거나 검출기는 단색화기(monochromator)와 같은 좁은 대역의 파장을 필터링하도록 구성된 적어도 하나의 필터 요소를 포함할 수 있다.
조명원은 피사체를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명 패턴을 생성하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 조명 패턴은 적어도 하나의 주변 광원에 의해 생성될 수 있다. 검출기는 조명 패턴이 검출기로부터, 특히 하우징의 적어도 하나의 개구로부터 검출기의 광축을 따라 및/또는 평행하게 피사체를 향해 전파하도록 구성될 수 있다. 이 목적을 위해, 검출기는 조명 패턴이 광축을 따라 또는 광축에 평행하게 전파되도록 조명 패턴을 편향시키기 위해 적어도 하나의 반사성 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 프리즘을 포함할 수 있다. 구체적으로, 조명원은 적어도 하나의 레이저 및/또는 레이저 소스를 포함할 수 있다. 반도체 레이저와 같은 다양한 형태의 레이저가 채용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, LED 및/또는 전구와 같은 비-레이저 광원이 사용될 수도 있다. 본원에 사용된 용어 "패턴"은 적어도 하나의 임의의 형상의 특징을 포함하는 임의의 공지된 또는 사전-결정된 배열을 지칭한다. 상기 패턴은 점 또는 기호와 같은 적어도 하나의 특징을 포함할 수 있다. 상기 패턴은 복수의 특징을 포함할 수 있다. 상기 패턴은 주기적 또는 비-주기적 특징들의 배열을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 용어 "조명 패턴"은 피사체를 조명하는 패턴을 지칭한다. 조명 패턴은 적어도 하나의 주변 광원 또는 적어도 하나의 조명원에 의한 것과 같은 주변 광에 의해 생성될 수 있다. 조명 패턴은 적어도 하나의 포인트 패턴, 특히 의사-랜덤 포인트 패턴, 랜덤 포인트 패턴 또는 의사-랜덤 패턴; 적어도 하나의 소볼(Sobol) 패턴; 적어도 하나의 준주기(quasiperiodic) 패턴; 적어도 하나의 사전-공지된 특징을 포함하는 적어도 하나의 패턴; 적어도 하나의 규칙적인 패턴; 적어도 하나의 삼각형 패턴; 적어도 하나의 육각형 패턴; 볼록한 균일한 타일링(tiling)을 포함하는 적어도 하나의 직사각형 패턴; 적어도 하나의 라인을 포함하는 적어도 하나의 라인 패턴; 평행 또는 교차 라인과 같은 적어도 2 개의 라인들을 포함하는 적어도 하나의 라인 패턴; 적어도 하나의 프린지(fringe) 패턴으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원은 포인트 클라우드를 생성 및/또는 투사하도록 구성될 수 있다. 조명 패턴은 삼각형 패턴, 직사각형 패턴, 육각형 패턴 또는 볼록한 타일링을 추가로 포함하는 패턴과 같은 규칙적 및/또는 일정 및/또는 주기적 패턴을 포함할 수 있다. 조명 패턴은 육각형 패턴이 바람직할 수 있도록 면적 당 가능한 많은 특징들을 포함할 수 있다. 조명 패턴의 2 개의 특징들 사이의 거리 및/또는 적어도 하나의 조명 특징 영역은 이미지 내의 착란원(circle of confusion)에 의존할 수 있다.
조명원은 적어도 하나의 광 프로젝터; 적어도 하나의 디지털 광 처리(DLP) 프로젝터, 적어도 하나의 LCoS 프로젝터, 적어도 하나의 공간 광 변조기; 적어도 하나의 회절 광학 요소; 적어도 하나의 발광다이오드 어레이; 및 적어도 하나의 레이저 광원 어레이 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 조명원은 조명 패턴을 직접 생성하도록 구성된 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원은 적어도 하나의 레이저 소스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원은 적어도 하나의 라인 레이저를 포함할 수 있다. 라인 레이저는 피사체에 예를 들어 수평 또는 수직 레이저 라인과 같은 레이저 라인을 보내도록 구성될 수 있다. 조명원은 복수의 라인 레이저를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원은 조명 패턴이 적어도 2 개의 평행 또는 교차 라인을 포함하도록 배열될 수 있는 적어도 2 개의 라인 레이저를 포함할 수 있다. 조명원은, 조명 패턴이 복수의 포인트 패턴을 포함할 수 있도록 포인트 클라우드를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 광 프로젝터를 포함할 수 있다. 조명원은, 조명원에 의해 생성된 적어도 하나의 광빔으로부터 조명 패턴을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 마스크를 포함할 수 있다. 조명원은 스마트 폰과 같은 이동 장치에 부착되거나 통합된 것 중 하나일 수 있다. 조명원은 자동 초점 기능과 같은 이미지를 결정하는 데 사용될 수 있는 추가적인 기능을 위해 사용될 수 있다. 조명원은 헤드폰 잭과 같은 USB- 또는 전화-커넥터와 같은 커넥터를 사용하는 것과 같이 이동 장치에 부착될 수 있다.
조명원은 펄스형 조명을 생성하도록 구성될 수 있다. 조명원은 적어도 하나의 광 펄스를 생성하도록 구성될 수 있다. 본원에서 사용된 용어 "광 펄스” 또는 "펄스형 조명"은 시간상 제한된 광빔을 지칭한다. 광 펄스는 사전-정의된 길이 또는 시간 간격을 예를 들어 나노초 범위로 가질 수 있다. 예를 들어, 조명원은 10 분의 1 나노초 또는 10 분의 1 초와 같은 나노초 미만의 펄스 길이를 갖는 펄스를 생성하도록 구성될 수 있다. 조명원은 광 펄스를 주기적으로 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 조명원은 10 Hz 내지 10 Ghz의 광 펄스를 생성하도록 구성될 수 있다.
조명원은 펄스형 광빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 조명원은 연속 조명 광빔을 생성하도록 구성될 수 있고, 검출기는 특히 주기적으로 조명을 차단하도록 구성된 적어도 하나의 차단 장치를 포함할 수 있다. 차단 장치는, 예를 들어, 바람직하게는 일정한 속도로 회전하고 따라서 조명을 주기적으로 차단할 수 있는 적어도 하나의 차단기 블레이드(interrupter blade) 또는 차단기 휠(interrupter wheel)을 포함하는 적어도 하나의 셔터 및/또는 빔 초퍼(chopper) 또는 몇몇 다른 유형의 기계적 또는 전자적 주기적 빔 차단 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 차단 장치는 또한 전체적으로 또는 부분적으로 조명원에 통합될 수 있다. 다양한 가능성을 생각할 수 있다.
광학 센서는 자외선, 가시 광선 또는 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상에서 민감할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 500 nm 내지 780 nm, 가장 바람직하게는 650 nm 내지 750 nm, 또는 690 nm 내지 700 nm의 가시 스펙트럼 범위에서 민감할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 근적외선 영역에서 민감할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 규소 광다이오드가 특히 700 nm 내지 1000 nm의 범위에서 적용가능한 근적외선 영역의 일부에서 민감할 수 있다. 광학 센서는 특히 적외선 스펙트럼 범위, 구체적으로 780 nm 내지 3.0 μm 범위에서 민감할 수 있다. 예를 들어, 광학 센서는 각각 독립적으로 광다이오드, 광전지, 광 전도체, 광 트랜지스터 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 요소일 수 있거나 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 센서는 CCD, 센서 요소, CMOS 센서 요소, 광다이오드, 광전지, 광 전도체, 광 트랜지스터 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 요소일 수 있거나 포함할 수 있다. 임의의 다른 유형의 감광성 요소가 사용될 수도 있다. 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 감광성 요소는 일반적으로 전체적으로 또는 부분적으로 무기 물질로 제조될 수 있고/있거나 전체적으로 또는 부분적으로 유기 물질로 제조될 수 있다. 가장 일반적으로, 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 상업적으로 입수할 수 있는 광다이오드 예를 들어 무기 반도체 광다이오드와 같은 하나 이상의 광다이오드가 사용될 수도 있다. 또한 본 명세서에서 사용된 "감광성 요소"라는 용어는 일반적으로 자외선, 가시 광선 또는 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상에서의 조사에 민감한 요소를 지칭한다. 구체적으로, 감광성 요소는 광다이오드, 광전지, 광 전도체, 광 트랜지스터 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 요소일 수 있거나 포함할 수 있다. 임의의 다른 유형의 감광성 요소가 사용될 수도 있다.
앞서 논의된 종래 기술 문헌에 포함된 기술적 과제를 고려하여, 특히 WO 2015/024871에 기술된 바와 같이 소위 FiP 효과를 발생시키는 데 요구되는 기술적 노력을 고려하여, 본 발명은 특히 비-FiP 광학 센서를 사용함으로써 구현될 수 있음을 알아야 한다. 실제로, FiP 특성을 갖는 광학 센서는 초점에서 각각의 센서 신호에서 강한 피크를 전형적으로 나타내기 때문에, 광학 센서로서 FiP 센서를 사용하는 본 발명에 따른 검출기의 측정 범위는 제 1 및 제 2 광학 센서가 광빔의 초점 내에 있는 두 위치 사이의 범위로 제한될 수 있다. 그러나 선형 광학 센서, 즉 FiP 효과를 나타내지 않는 광학 센서를 사용할 때, 본 발명의 설정으로 이러한 문제점은 일반적으로 회피될 수 있다. 결과적으로, 제 1 및 제 2 광학 센서는 각각 적어도 측정 범위 내에서 선형 신호 특성을 가질 수 있어서, 각각의 제 1 및 제 2 센서 신호는 각각의 광학 센서의 조명의 총 전력에 의존할 수 있고, 조명의 광 스폿의 직경과는 독립적일 수 있다. 그러나, 다른 실시예도 가능하다는 것을 알아야 한다.
제 1 및 제 2 광학 센서 각각은 구체적으로 반도체 센서, 바람직하게는 무기 반도체 센서, 보다 바람직하게는 광다이오드, 가장 바람직하게는 규소 광다이오드일 수 있다. 따라서, 복잡하고 값비싼 FiP 센서와는 대조적으로, 본 발명은 상업적으로 이용가능한 무기 광다이오드, 즉 하나의 소형 광다이오드 및 하나의 대형 광다이오드를 사용함으로써 간단히 실현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 설정은 싸고 저렴한 방식으로 실현될 수 있다.
그러나, 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 검출기가 WO 2015/024871에 기술된 바와 같이 소위 FiP 효과를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 FiP 센서를 포함할 수 있는 실시예가 가능하다.
검출기는 피사체를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명원을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원은 피사체를 조명하기 위한 조명 광을 생성하도록 구성될 수 있다. 검출기는 조명 광빔이 검출기로부터 검출기의 광축을 따라 피사체를 향해 전파하도록 구성될 수 있다. 이 목적을 위해, 검출기는 조명 광빔을 광축 상으로 편향시키기 위해 적어도 하나의 반사성 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 프리즘을 포함할 수 있다.
조명원은 구체적으로 적외선 스펙트럼 범위의 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 그러나, 다른 스펙트럼 범위도 추가적으로 또는 대안적으로 실현 가능하다는 것을 알아야 한다. 또한, 상술된 바와 같이, 조명원은 특히 변조된 광 또는 비-변조된 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 복수의 조명원이 사용되는 경우에, 상이한 조명원은, 이후 상세히 설명되는 바와 같이, 광빔을 구별하기 위해 나중에 사용될 수 있는 상이한 변조 주파수를 가질 수 있다. 조명원은 포인트 클라우드를 생성 및/또는 투사하도록 구성될 수 있으며, 예를 들면, 조명원은 적어도 하나의 디지털 광 처리(DLP) 프로젝터, 적어도 하나의 LCoS 프로젝터, 적어도 하나의 공간 광 변조기; 적어도 하나의 회절 광학 요소; 적어도 하나의 발광다이오드 어레이; 및 적어도 하나의 레이저 광원 어레이 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 조명원은 적어도 하나의 레이저 및/또는 레이저 소스를 포함할 수 있다. 반도체 레이저와 같은 다양한 형태의 레이저가 채용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, LED 및/또는 전구와 같은 비-레이저 광원이 사용될 수도 있다. 조명원은 포인트 클라우드를 생성 및/또는 투사하도록 구성될 수 있으며, 예를 들면, 조명원은 적어도 하나의 디지털 광 처리(DLP) 프로젝터, 적어도 하나의 LCoS 프로젝터, 적어도 하나의 공간 광 변조기; 적어도 하나의 회절 광학 요소; 적어도 하나의 발광다이오드 어레이; 및 적어도 하나의 레이저 광원 어레이 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 조명원 및 광학 센서는 공통 평면 또는 상이한 평면에 배치될 수 있다. 조명원 및 광학 센서는 상이한 공간적 배향을 가질 수 있다. 특히, 조명원 및 광학 센서는 꼬인(twisted) 배열로 배치될 수 있다.
조명 광빔은 일반적으로 광축에 평행하거나 또는 예를 들어 광축에 대해 소정의 각도를 갖는 광축에 대해 경사질 수 있다. 예를 들어, 레이저 광빔과 같은 조명 광빔 및 광축은 10° 미만, 바람직하게는 5° 미만 또는 심지어 2° 미만의 각도를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들도 가능하다. 또한, 조명 광빔은 광축 상에 존재할 수도 있고 광축을 벗어나 존재할 수도 있다. 예를 들어, 조명 광빔은 광축에 대해 10 mm 미만, 바람직하게는 광축에 대해 5 mm 미만 또는 광축에 대해 1 mm 미만의 거리를 갖는 광축에 평행할 수 있거나 또는 심지어 광축과 일치할 수도 있다.
검출기는 적어도 하나의 전사 장치를 포함한다. "전사 시스템"으로도 지칭되는 "전사 장치"라는 용어는 일반적으로 예를 들어 광빔의 빔 파라미터, 광빔의 폭 또는 광빔의 방향 중 하나 이상을 변경함으로써 광빔을 변형시키도록 구성된 하나 이상의 광학 요소를 지칭할 수 있다. 전사 장치는 광빔을 광학 센서 상으로 유도하도록 구성될 수 있다. 상기 전사 장치는 구체적으로 적어도 하나의 렌즈, 예를 들어 적어도 하나의 초점-조정가능한 렌즈, 적어도 하나의 비구면 렌즈, 적어도 하나의 구면 렌즈, 적어도 하나의 프레즈넬(Fresnel) 렌즈; 적어도 하나의 비구면 렌즈; 적어도 하나의 회절 광학 요소; 적어도 하나의 오목 거울; 적어도 하나의 빔 편향 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 거울; 적어도 하나의 빔 분할 요소, 바람직하게는 빔 분할 큐브 또는 빔 분할 거울 중 적어도 하나; 적어도 하나의 다중-렌즈 시스템으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 렌즈 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 전사 장치의 "초점 길이"라는 용어는 전사 장치에 충돌할 수 있는 입사 조준 광선이 "초점 포인트"로 표시될 수 있는 "초점"으로 이동되는 거리를 지칭한다. 따라서, 초점 길이는 전사 장치가 충돌 광빔을 수렴시키는 능력의 척도를 구성한다. 따라서, 전사 장치는 수렴 렌즈의 효과를 가질 수 있는 하나 이상의 이미징 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전사 장치는 하나 이상의 렌즈, 특히 하나 이상의 굴절 렌즈, 및/또는 하나 이상의 볼록 거울을 가질 수 있다. 이 예에서, 초점 길이는 얇은 굴절 렌즈의 중심으로부터 얇은 렌즈의 주 초점 포인트까지의 거리로서 정의될 수 있다. 볼록 렌즈 또는 양면 볼록 얇은 렌즈와 같은 집광하는 얇은 굴절 렌즈의 경우, 초점 길이는 포지티브(positive)로 간주될 수 있고, 전사 장치로서 얇은 렌즈에 충돌하는 조준 광의 빔이 단일 스폿으로 집속될 수 있는 거리를 제공할 수 있다. 또한, 전사 장치는 적어도 하나의 파장-선택 요소, 예를 들어 적어도 하나의 광학 필터를 포함할 수 있다. 또한, 전사 장치는 예를 들어 센서 지역, 특히 센서 영역의 위치에서 전자기 복사선에 사전-정의된 빔 프로파일을 가하도록 설계될 수 있다. 원칙적으로, 전사 장치의 전술한 임의적인 실시예는 개별적으로 또는 임의의 원하는 조합으로 실현될 수 있다.
전사 장치는 광축을 가질 수 있다. 특히, 검출기 및 전사 장치는 공통의 광축을 갖는다. 본원에 사용된 용어 "전사 장치의 광축"은 일반적으로 렌즈 또는 렌즈 시스템의 거울 대칭 또는 회전 대칭 축을 지칭한다. 검출기의 광축은 검출기의 광학 장치의 대칭 선일 수 있다. 검출기는 적어도 하나의 전사 장치, 바람직하게는 적어도 하나의 렌즈를 갖는 적어도 하나의 전사 시스템을 포함한다. 예를 들어 전사 시스템은 적어도 하나의 빔 경로를 포함할 수 있으며, 빔 경로 내의 전사 시스템의 요소들은 광축에 대해 회전 대칭 방식으로 위치된다. 여전히, 이하에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 빔 경로 내에 위치된 하나 이상의 광학 요소는 또한 광축에 대해 중심을 벗어나거나 경사질 수도 있다. 그러나, 이 경우, 광축은 예를 들어 렌즈들의 중심들을 상호 연결시킴으로써 빔 경로 내의 광학 요소들의 중심들을 상호 연결시킴으로써 순차적으로 정의될 수 있으며, 여기서, 광학 센서는 광학 요소로서 계수되지 않는다. 광축은 일반적으로 빔 경로를 나타낼 수 있다. 여기서, 검출기는 광빔이 피사체로부터 광학 센서로 진행할 수 있는 단일 빔 경로를 가지거나 또는 복수의 빔 경로를 가질 수 있다. 예를 들어, 단일 빔 경로는 주어지거나 빔 경로는 둘 이상의 부분 빔 경로들로 분할될 수 있다. 후자의 경우, 각각의 부분 빔 경로는 그 자신의 광축을 가질 수 있고, 상기 언급된 조건은 일반적으로 각각의 빔 경로를 독립적으로 나타낼 수 있다. 광학 센서는 하나의 동일한 빔 경로 또는 부분 빔 경로에 위치할 수 있다. 그러나, 대안적으로, 광학 센서는 또한 상이한 부분 빔 경로에 위치할 수도 있다. 광학 센서가 상이한 부분 빔 경로를 통해 분배되는 경우, 상기 언급된 조건은 적어도 하나의 제 1 광학 센서가 적어도 하나의 제 1 부분 빔 경로에 위치되고 제 1 공간 오프셋에 의해 상기 제 1 부분 빔 경로의 광축으로부터 오프셋되고, 적어도 하나의 제 2 광학 센서가 적어도 하나의 제 2 부분 빔 경로에 위치되고 적어도 하나의 제 2 공간 오프셋에 의해 상기 제 2 부분 빔 경로의 광축으로부터 오프셋되며, 여기서 상기 제 1 공간 오프셋 및 상기 제 2 공간 오프셋은 상이하다.
전사 장치는 좌표계를 구성할 수 있으며, 여기서 종방향 좌표(l)는 광축을 따른 좌표이며, d는 광축으로부터의 공간 오프셋이다. 상기 좌표계는 전사 장치의 광축이 z-축을 형성하고 z-축으로부터의 거리와 극각이 추가 좌표로 사용될 수 있는 극 좌표계일 수 있다. z-축에 평행하거나 역평행한 방향은 종축으로 간주될 수 있고, z-축을 따르는 좌표는 종방향 좌표로 간주될 수 있다. z-축에 수직인 임의의 방향은 횡 방향으로 간주될 수 있고, 극 좌표 및/또는 극각은 횡 방향 좌표로 간주될 수 있다.
광학 센서는 초점을 벗어난 위치에 배치될 수 있다. 본원에서 사용된 "초점"이라는 용어는 일반적으로 전사 장치 또는 전사 장치의 초점 길이에 의해 야기된 광선, 특히 피사체의 한 지점에서 방출된 적어도 하나의 광빔의 착란원의 최소 연장 중 하나 또는 둘 모두를 나타낸다. 본원에 사용된 "착란원(circle of confusion)"이라는 용어는 전사 장치에 의해 집속된 광빔의 광선들의 원뿔에 의해 야기된 광 스폿을 지칭한다. 착란원은 전사 장치의 초점 거리(f), 피사체로부터 전사 장치까지의 종 방향 거리, 전사 장치의 출구 동공 직경, 전사 장치로부터 감광성 영역까지의 종 방향 거리 , 전송 장치로부터 피사체의 이미지까지의 거리에 의존할 수 있다. 예를 들어, 가우시안 빔의 경우, 착란원의 직경은 가우시안 빔의 폭일 수 있다. 특히, 검출기로부터 무한 거리에 위치하거나 배치된 포인트형 피사체의 경우, 전사 장치는 피사체로부터의 광빔을 전사 장치의 초점 길이에서 초점 지점으로 초점을 맞추도록 구성될 수 있다. 특히, 검출기로부터 무한 거리에 위치하거나 배치된 비-포인트형 피사체의 경우, 전사 장치는 피사체의 적어도 한 지점으로부터의 광빔을 전사 장치의 초점 길이에서 초점 면으로 초점을 맞추도록 구성될 수 있다. 검출기로부터 무한 거리에 위치하거나 배치되지 않은 포인트형 피사체의 경우, 착란원은 적어도 하나의 종방향 좌표에서 최소로 연장될 수 있다. 검출기로부터 무한 거리에 위치하거나 배치되지 않은 비-포인트형 피사체의 경우, 피사체의 적어도 한 지점으로부터의 광의 착란원은 적어도 하나의 종방향 좌표에서 최소로 연장될 수 있다. 본원에 사용된 "초점을 벗어나 위치된"이라는 용어는 일반적으로 전사 장치 또는 전사 장치의 초점 길이에 의해 야기된 광빔의 착란원의 최소 범위 이외의 위치를 나타낸다. 특히, 착란원의 초점 또는 최소 연장부는 종방향 좌표(I초점)에 있을 수 있지만, 각각의 광학 센서의 위치는 초점(I초점)과 다른 종방향 좌표 센서(I센서)를 가질 수 있다. 예를 들어, 종방향 좌표 센서(I센서)는, 종축으로, 종방향 좌표 초점(I초점)보다 전사 장치의 위치에 더 가깝게 배치되거나, 종방향 좌표 초점(I센서)보다 전사 장치의 위치로부터 더 멀리 배치될 수 있다. 따라서, 종방향 좌표 센서(I센서) 및 종방향 좌표 초점(I초점)은 전사 장치로부터 상이한 거리에 위치될 수 있다. 예를 들어, 광학 센서는 초점 길이의 ±2%, 바람직하게는 초점 길이의 ±10%, 가장 바람직하게는 초점 길이의 ±20%만큼 종 방향으로 착란원의 최소 연장부로부터 이격될 수 있다. 예를 들어, 전사 장치의 초점 길이는 20 mm일 수 있고, 종방향 좌표 센서(I센서)는 19.5 mm일 수 있어서, 즉 센서는 초점 거리의 97.5%에 위치될 수 있어서, I센서는 초점 거리의 2.5%만큼 초점으로부터 이격될 수 있다.
광학 센서는 광학 센서의 감광성 영역이 이의 종방향 좌표, 이의 공간 오프셋 또는 이의 표면적 중 적어도 하나에서 서로 상이하도록 배열될 수 있다.
각각의 감광성 영역은 기하학적 중심을 가질 수 있다. 본원에 사용된 영역의 "기하학적 중심"이라는 용어는 일반적으로 영역의 중력의 중심을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 영역 내부 또는 외부의 임의의 지점이 선택되고, 이 임의의 지점을 상기 영역의 각각의 모든 지점을 상호연결하는 벡터에 대해 적분하면, 상기 적분은 임의의 지점의 위치의 함수이다. 상기 임의의 지점이 상기 영역의 기하학적 중심에 위치되는 경우, 상기 적분의 절대값의 적분은 최소화된다. 즉, 기하학적 중심은 영역의 모든 지점으로부터 최소 전체 또는 총 거리를 가지면서 영역의 내부 또는 외부의 지점일 수 있다.
예를 들어, 각각의 감광성 영역의 각각의 기하학적 중심은 종방향 좌표 l중심,i에 배치될 수 있으며, 여기서 i는 각각의 광학 센서의 개수를 나타낸다. 정확하게 2 개의 광학 센서를 포함하는 검출기의 경우 및 2 개 초과의 광학 센서를 포함하는 검출기의 경우, 광학 센서는 적어도 하나의 제 1 광학 센서(여기서, 상기 제 1 광학 센서, 특히 상기 기하학적 중심은 제 1 종방향 좌표(I중심, 1)에 배치됨) 및 적어도 하나의 제 2 광학 센서(여기서, 상기 제 2 광학 센서, 특히 상기 기하학적 중심은 제 2 종방향 좌표(i중심, 2)에 배치됨)를 포함할 수 있고, 상기 제 1 종방향 좌표 및 상기 제 2 종방향 좌표는 상이하다. 예를 들어, 제 1 광학 센서 및 제 2 광학 센서는 광축의 방향으로 오프셋된 상이한 평면에 위치될 수 있다. 제 1 광학 센서는 제 2 광학 센서의 전방에 배치될 수 있다. 따라서, 일례로서, 제 1 광학 센서는 제 2 광학 센서의 표면 상에 간단하게 배치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 광학 센서는 예를 들어 제 1 감광성 영역의 표면적의 제곱근의 5 배 이하로 제 2 광학 센서로부터 이격될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 광학 센서는 제 2 광학 센서의 전방에 배치될 수 있고, 제 2 광학 센서로부터 50 mm 이하, 바람직하게는 15 mm 이하로 이격될 수 있다. 제 1 광학 센서 및 제 2 광학 센서의 상대적 거리는 예를 들어 초점 거리 또는 피사체 거리에 의존할 수 있다.
광학 센서들의 종방향 좌표들은 또한 전술한 조건들 중 하나가 충족되는 한 동일할 수 있다. 예를 들어, 광학 센서의 종방향 좌표는 동일할 수 있지만, 감광성 영역은 광축으로부터 이격되고/되거나 표면적이 다를 수 있다.
각각의 감광성 영역의 각각의 기하학적 중심은 각각의 광학 센서가 위치된 빔 경로 또는 각각의 빔 경로의 광축과 같이 전사 장치의 광축으로부터 이격될 수 있다. 기하학적 중심과 광축 사이의 거리, 특히 횡 방향에서의 거리는 용어 "공간 오프셋"으로 표시된다. 정확하게 2 개의 광학 센서를 포함하는 검출기의 경우 및 2 개 초과의 광학 센서를 포함하는 검출기의 경우, 광학 센서는 제 1 공간 오프셋만큼 광축으로부터 이격된 적어도 하나의 제 1 광학 센서 및 제 2 공간 오프셋만큼 광축으로부터 이격된 적어도 하나의 제 2 광학 센서를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 제 1 공간 오프셋 및 상기 제 2 공간 오프셋은 상이하다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 공간 오프셋은 적어도 1.2 배, 보다 바람직하게는 적어도 1.5 배, 보다 바람직하게는 적어도 2 배 정도 다를 수 있다. 상기 언급된 조건들 중 하나가 충족되는 한, 공간 오프셋은 0 일 수도 있고 음의 값을 가질 수도 있다.
본원에 사용된 "표면적"이라는 용어는 일반적으로 적어도 하나의 감광성 영역의 형상 및 함량 모두를 지칭한다. 정확히 2 개의 광학 센서를 포함하는 검출기의 경우 및 2 개 초과의 광학 센서를 포함하는 검출기의 경우, 광학 센서는 제 1 표면적을 갖는 적어도 하나의 제 1 광학 센서 및 제 2 표면적을 갖는 적어도 하나의 제 2 광학 센서를 포함할 수 있다. 2 개 초과의 광학 센서들, 예를 들어 광학 센서들의 매트릭스를 포함하는 센서 요소를 포함하는 검출기의 경우에, 광학 센서들의 제 1 그룹 또는 상기 매트릭스의 광학 센서들 중 적어도 하나는 제 1 표면적을 형성할 수 있으며, 여기서 광학 센서들의 제 2 그룹 또는 상기 매트릭스의 적어도 하나의 다른 광학 센서는 제 2 표면적을 형성할 수 있다. 제 1 표면적 및 제 2 표면적은 다를 수 있다. 특히, 제 1 표면적 및 제 2 표면적은 일치하지 않는다. 따라서, 제 1 광학 센서 및 제 2 광학 센서의 표면적은 하나 이상의 형상 또는 함량이 다를 수 있다. 예를 들어, 제 1 표면적은 제 2 표면적보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제 1 표면적과 제 2 표면적 모두는 정사각형 또는 직사각형의 형상을 가질 수 있고, 여기서 제 1 표면적의 정사각형 또는 직사각형의 변 길이는 제 2 표면적의 정사각형 또는 직사각형의 대응 변 길이보다 작다. 대안적으로, 예를 들어, 제 1 표면적과 제 2 표면적 모두는 원의 형상을 가질 수 있고, 여기서 제 1 표면적의 직경은 제 2 표면적의 직경보다 작다. 또한, 대안적으로, 예를 들어, 제 1 표면적은 제 1 등가 직경을 가질 수 있고, 제 2 표면적은 제 2 등가 직경을 가질 수 있으며, 여기서 제 1 등가 직경은 제 2 등가 직경보다 작다. 상기 표면적들은 전술한 조건들 중 하나가 충족되는 한 동일할 수 있다.
광학 센서들, 특히 감광성 영역들은 중첩되거나 광학 센서들 사이의 중첩이 제공되지 않도록 배열될 수 있다.
또한 본원에 사용된 "평가 장치"라는 용어는 일반적으로, 바람직하게는 적어도 하나의 데이터 처리 장치를 사용하여, 보다 바람직하게는 적어도 하나의 프로세서 및/또는 적어도 하나의 주문형 집적 회로를 사용하여 명명된 동작을 수행하도록 구성된 임의의 장치를 지칭한다. 따라서, 예를 들어, 적어도 하나의 평가 장치는 다수의 컴퓨터 명령을 포함하는 소프트웨어 코드가 저장된 적어도 하나의 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 평가 장치는 하나 이상의 명명된 동작을 수행하기 위한 하나 이상의 하드웨어 요소를 제공할 수 있고/있거나 하나 이상의 명명된 동작을 수행하기 위해 소프트웨어가 실행되는 하나 이상의 프로세서를 제공할 수 있다.
상기 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하는 것을 포함하여 상기 언급된 동작은 적어도 하나의 평가 장치에 의해 수행된다. 따라서, 예를 들어, 전술한 관계 중 하나 이상은 하나 이상의 룩업(lookup) 테이블을 구현함으로써 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 평가 장치는, 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하기 위해 상기 평가를 수행하도록 구성된 하나 이상의 프로그램가능한 장치 예를 들어 하나 이상의 컴퓨터, 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램가능한 게이트 어레이(FPGA) 또는 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함할 수 있다. 그러나, 추가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치는 하드웨어에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 구현될 수도 있다.
평가 장치는 센서 신호의 “몫 신호(Q)”를 평가함으로써 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성된다. 　본원에서 사용되는 용어 "몫 신호(Q)"는 센서 신호들을 조합함으로써, 특히 센서 신호들을 분할하거나, 복수의 센서 신호들을 분할하거나, 또는 센서 신호들의 선형 조합들을 분할함으로써 생성되는 신호를 지칭한다. 이하에서, 몫 신호는 또한 조합된 신호 또는 조합된 센서 신호로 표시된다.
피사체 크기는 선험적으로 알려지지 않은 것일 수 있다. 피사체 이미지 크기, 즉 이미지 평면 내의 피사체의 크기는 거리에 의존적일 수 있다. 그러나, 상이한 물질들은 램버트(Lambertian) 분포로부터 편차가 발생할 수 있도록 상이한 산란 특성을 가질 수 있다. 특히, 휘도 의존성은 1/z2로부터 상당히 벗어날 수 있다. 또한, 피사체의 산란 유형 및/또는 피사체의 반사 특성 및/또는 산란 특성에 기인하여, 예를 들어 피사체의 물질에 따라, 피사체 이미지 크기, 특히 스폿의 직경은 변할 수 있다. 따라서, 스폿 크기를 사용하는 방법 및 장치, 예를 들어, 픽셀을 계수하거나 거리 결정을 위한 절대 광자 수는 적합하지 않을 수 있으며, 피사체의 물질에 따라 보정이 필요할 수 있다. 피사체 크기와 독립적으로 거리를 결정하는 데 적합한 방법 및 장치가 하나의 교정만으로 임의의 물질에 대한 확실한 거리 결정을 가능하게 하기 위해 필요하다. 또한, 피사체 크기는 광원 자체에 의해 변경될 수 있다. 예를 들어, 광학 특성은 광원 및/또는 이의 광학 장치의 먼지, 빗방울, 스크래치 또는 제조 정밀도 중 하나 이상에 의해 변경될 수 있다. 따라서, 광원에 의해 방출된 광빔은 직경, 빔 프로파일, 발산 등과 같은 하나 이상의 특성이 변화될 수 있다. 따라서, 피사체 크기와 독립적으로 거리를 결정하는 데 적합한 방법 및 장치가 하나의 교정만으로 보다 높은 제조 허용오차 또는 보다 가혹한 환경 조건에 대한 확실한 거리 결정을 가능하게 하기 위해 필요하다. 또한, 피사체 크기는 검출기의 광학 특성으로서 온도에 따라 변경될 수 있고/있거나 광원은 예를 들어 광원의 이미터와 광학 장치 사이의 거리의 온도 의존적 변화로 인해 또는 검출기의 센서와 광학 장치 사이의 거리의 온도 의존적 변화로 인해 또는 렌즈의 굴절 특성 등의 온도 의존적 변화로 인해 변할 수 있다. 따라서, 피사체 크기 의존성은 측정 피사체, 측정 환경, 검출기 및 이의 환경의 온도, 센서 및/또는 광원의 제조 품질 중 하나 이상에 대한 선험적 지식을 거의 또는 전혀 갖지 않는 측정에서 중요하다. 따라서, 피사체 크기 의존성은 또한 측정 피사체, 측정 환경, 검출기 및 이의 환경의 온도, 센서 및/또는 광원의 제조 품질 중 하나 이상에 대한 높은 유연성을 필요로 하는 측정에서 중요하다. 또한, 피사체 크기 의존성은, 발산 또는 수렴 조명 광빔이 사용되는 경우, 예를 들어 조명된 스폿의 크기가 거리에 따라 변하는 발산 또는 수렴 레이저 광빔이 사용되는 경우에 중요하다. 따라서, 피사체 크기 의존성은 또한 측정 피사체, 측정 환경, 검출기 및 이의 환경의 온도, 센서 및/또는 광원의 제조 품질에 관계 없이 하나 이상의 측정 품질에서 높은 견고성을 필요로 하는 측정에서 중요하다.
공지된 3D 센싱 방법은 피사체 크기에 따라 다르다. 예를 들어, US 4,675,517 및 US 5,323,222는 피사체 크기에 의존하는 장치 및 방법을 기술한다. 구체적으로, US 4,675,517은 도 3a 내지 3c, 칼럼 2, 라인 16에서 거리 정보가 스폿 크기에 따라 변하는 것을 기술한다. 특히, 실제로 이러한 시스템을 사용하면, 투사된 이미지 스폿(P)의 반사 이미지의 직경이 무작위로 변하거나, 광학 위치가 벗어남에 따라, 한정된 피사체 거리 경계는 크게 이동하게 되는 점을 기술하고 있다. 특히, 너무 큰 스폿 크기로 인한 문제가 해결되었다. 스폿 크기가 너무 큰 경우, 센서가 아웃샤이닝(outshining)되고 그 결과 비율이 틀리게 된다. US 4,675,517은 센서 영역을 확대시킴으로써 이러한 스폿 크기 의존성을 보정하는 것을 기술한다. 그러나, 스폿 크기 의존성은 제거되지 않는다. 특히, 너무 작은 스폿 크기로 인한 문제는 해결되지 않는다. 또한, 특히, US 5,323,222는 거리를 결정하는 데 사용되는 비율이 광원의 칩 크기에 의존한다고 기술한다. 특히, 칼럼 2, 라인 11에서, 도 14a의 실선 I1 및 I2는 투광성 칩 크기 t1 및 t2(t1<t2) 각각에 대한 거리 a의 역수와 계산 전력 I1/(I1 + I2) 사이의 관계를 도시하고 있다. 또한, 투사 렌즈와 발광 요소 사이의 거리를 fT, 베이스 길이(L), 발광 요소의 칩 크기(t)라고 하면, 거리 측정 범위(S)는 다음과 같다: S=∞ 내지 fT*L/t. 그러나, US 5,323,222는 피사체 크기 의존성의 영향을 제거하는 것을 추가로 다루지 않는다.
본원에 사용된 용어 "피사체 크기"는 일반적으로 피사체 평면에서의 피사체의 크기, 특히 적어도 하나의 광빔을 방출하는 스폿 및/또는 영역 및/또는 전체 피사체의 크기를 지칭한다. 또한 본원에서 사용된 용어 "피사체 크기와 무관한” 및 "피사체 크기 독립성"은 피사체 크기의 변화가 종방향 좌표 z의 결정에 영향을 미치지 않는다는 사실을 지칭한다. 이하에서 상세히 설명하는 바와 같이, 몫 신호 Q는 종방향 좌표를 결정하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 피사체 크기 독립성은 또한, 동일한 피사체 거리의 경우, 제 1 피사체 크기에서 결정된 제 1 몫 신호 및 상이한 피사체 크기에서 결정된 제 2 몫 신호가 ±20% 이하의 허용오차, 바람직하게는 ±10% 이하의 허용오차, 보다 바람직하게는 ±5% 이하의 허용오차로 동일하도록 몫 신호가 본질적으로 피사체 크기와 무관하다는 사실을 지칭한다. 피사체 크기 독립성의 요건 또는 조건은 피사체의 적어도 하나의 지점으로부터 방출된 적어도 하나의 광빔의 착란원은 피사체의 이미지 크기, 즉 이미지 평면 내의 피사체의 크기보다 크다. 검출기는, 피사체의 적어도 하나의 지점으로부터 방출된 적어도 하나의 광빔의 착란원이 피사체의 이미지 크기보다 크다면, 피사체 크기와 무관하게 피사체의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성될 수 있다 . 이 조건은
Figure pct00001
에 의해 계산될 수 있으며, 여기서 z0는 피사체로부터 전사 장치까지의 종 방향 거리이고; Ex는 전사 장치의 출구 동공의 직경이고; zs는 전사 장치로부터 감광성 영역까지의 종 방향 거리이고; zi는 전사 장치로부터 피사체의 이미지까지의 거리이고; O크기는 피사체 평면에서의 피사체의 피사체 크기이다. 본원에 사용된 "출구 동공의 직경"이라는 용어는 전사 장치의 개구를 의미한다. 측정 범위가 주어지면, 예를 들어 초점 길이를 변화시킴으로써, 센서 위치, 출구 동공의 직경 또는 피사체의 이미지를 변화시킴으로써 조건을 충족시킬 수 있다. 검출기는
Figure pct00002
가 적어도 하나의 거리(z0)에 대해 참이면 피사체 크기와 무관하게 피사체의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 검출기는 피사체 크기가 예컨대 피사체 크기의 100% 초과와 같은 큰 범위 내에서 변경 및/또는 변화하는 경우 적어도 하나의 거리(z0)에서 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성될 수 있다. 검출기는 거리에서 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성될 수 있으며, 여기서 피사체 크기가 더 작은 범위 내에서 변경 및/또는 변화하는 경우, 특히 피사체 크기가 ±20% 이하, 바람직하게는 ±10% 이하, 보다 바람직하게는 ±5% 이하로 변경 및/또는 변화하는 경우, 전술한 조건
Figure pct00003
은 약하게만 충족된다. 검출기는,
Figure pct00004
가 적어도 하나의 거리(z0)에 대해 참일 경우 및 피사체 크기가 ±20% 이하, 바람직하게는 ±10% 이하, 보다 바람직하게는 ±5% 이하로 변경 및/또는 변화하는 경우, 전체 측정 범위에 대한 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성될 수 있다. 본원에 사용된 "적어도 하나의 거리에 대해 참"이라는 용어는 피사체 크기가 ±20% 이하, 바람직하게는 ±10% 이하, 보다 바람직하게는 ±5% 이하로 변경 및/또는 변화하는 경우, 적어도 하나의 거리에서 종방향 좌표(z)가 피사체 크기와 독립적으로 결정될 수 있고 검출기가 특히 전부 또는 전체 측정 범위 내에서 다른 거리에서 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성되는 것을 의미한다.
본원에 사용된 용어 “측정 범위”는 일반적으로 종방향 좌표(z)를 결정하는 임의의 범위를 의미한다. 측정 범위는, 피사체로부터 전사 장치까지의 종 방향축 거리(z0); 전사 장치의 초점 거리(f); 전사 장치의 출구 동공의 직경(Ex); 전사 장치로부터 감광성 영역까지의 종 방향 거리(zs); 전사 장치로부터 피사체의 이미지까지의 거리(zi); 피사체 평면에서의 피사체의 피사체 크기(O크기)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 파라미터를 조정함으로써 조절될 수 있다. 예를 들어, 피사체 크기가 피사체-크기 한계치를 초과하지 않는 경우, 피사체로부터 전사 장치까지의 종 방향 거리에 대한 몫 신호 Q의 유일한 관계가 존재한다. 피사체-크기 한계치는 전사 장치로부터 감광성 영역까지의 종 방향 거리, 피사체로부터 전사 장치까지의 종 방향 거리, 및 전사 장치의 F-값(F#), 즉, 전사 장치의 초점 길이 및 전사 장치의 출구 동공의 직경의 비율에 의존할 수 있다. 예를 들어, 측정 범위는 전사 장치로부터 감광성 영역까지의 종 방향 거리(zs), 전사 장치로부터 피사체의 이미지까지의 거리(zi), 전사 장치로부터 감광성 영역까지의 종 방향 거리, 초점 거리 및 전사 장치의 F-값을 선택 및/또는 선별함으로써 구성될 수 있다. 예를 들어, 초점 거리 및/또는 F-값은 줌 대물 렌즈(zoom objective)를 사용하여 조정될 수 있다. 특히, 초점 길이는 10 내지 200 mm, 바람직하게는 20 내지 150 mm일 수 있다. F-값은 1 내지 10, 바람직하게는 1.5 내지 6일 수 있다. 전사 장치로부터의 종 방향 거리는 가능한 짧을 수 있다. 전사 장치로부터 감광성 영역까지의 종 방향 거리는 0 내지 200 mm, 바람직하게는 20 내지 50 mm일 수 있다. 주어진 시스템 설정(f, F#, zs)에 대해 피사체-크기 한계치의 고유 값을 계산할 수 있다. 예를 들어, 초점 거리가 3.5 mm이고 F-값이 2,0인 경우, 피사체 크기는 1,75 mm보다 작을 수 있다. 바람직하게는, 하한 피사체 크기 한계치는 0.5 ㎛ 이상, 보다 바람직하게는 1 ㎛ 이상, 가장 바람직하게는 10 ㎛ 이상일 수 있다. 하한 피사체 크기 한계치는 능동형 측정 시스템, 특히 레이저 스폿 크기를 사용하는 최소 피사체 크기를 나타낸다.
평가 장치는 센서 신호들을 분할하고, 복수의 센서 신호들을 분할하고, 센서 신호들의 선형 조합을 분할하는 하나 이상의 방법으로 몫 신호 Q를 도출하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 몫 신호 Q와 종방향 좌표를 결정하기 위한 종방향 좌표 사이에 적어도 하나의 사전-결정된 관계를 사용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 평가 장치는 다음 식에 의해 몫 신호 Q를 도출하도록 구성된다:
Figure pct00005
상기 식에서, x 및 y는 횡 방향 좌표이고, A1 및 A2는 센서 위치에서의 빔 프로파일의 영역이고, E(x, y, z0)는 피사체 거리 zo에서 주어진 빔 프로파일을 나타낸다. 영역 A1과 영역 A2는 다를 수 있다. 특히 A1과 A2는 일치하지 않는다. 따라서, A1 및 A2는 형상 또는 함량 중 하나 이상에서 다를 수 있다. 본원에 사용된 "빔 프로파일"이라는 용어는 광빔의 강도의, 특히 광빔의 전파에 수직인 적어도 하나의 평면에서의, 공간 분포에 관한 것이다. 빔 프로파일은 광빔의 단면일 수 있다. 상기 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일; 삼각형 빔 프로파일; 원추형 빔 프로파일; 및 가우시안 빔 프로파일들의 선형 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 일반적으로 빔 프로파일은 휘도 L(zo) 및 빔 형상 S(x, y; zo),
Figure pct00006
에 의존한다. 따라서, 몫 신호를 도출함으로써, 휘도와 독립적인 종방향 좌표를 결정할 수 있다. 또한, 몫 신호를 사용하여 피사체 크기와 무관하게 거리 z0을 결정할 수 있다. 따라서, 상기 몫 신호는 피사체의 물질 특성 및/또는 반사 특성 및/또는 산란 특성과는 독립적이며 예컨대 제조 정밀도, 열, 물, 먼지, 렌즈 손상 등에 의한 광원의 변경과는 무관한 거리 z0의 결정을 허용한다. 또한, 예를 들어 아웃샤이닝과 같은 매우 큰 스폿 크기에서도 피사체의 종방향 좌표의 신뢰할만한 결정이 가능할 수 있다.
각각의 센서 신호는 광빔의 빔 프로파일 중 적어도 하나의 영역의 적어도 하나의 정보를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 "빔 프로파일의 영역"이라는 용어는 일반적으로 몫 신호(Q)를 결정하기 위해 사용되는 센서 위치에서 빔 프로파일의 임의의 영역을 지칭한다. 감광성 영역은 제 1 센서 신호가 빔 프로파일의 제 1 영역의 정보를 포함하고 제 2 센서 신호가 빔 프로파일의 제 2 영역의 정보를 포함하도록 배열될 수 있다. 빔 프로파일의 제 1 영역 및 빔 프로파일의 제 2 영역은 인접한 또는 중첩되는 영역들 중 하나 또는 둘 모두일 수 있다. 빔 프로파일의 제 1 영역 및 빔 프로파일의 제 2 영역은 면적이 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 엣지 정보를 포함할 수 있고, 빔 프로파일의 제 2 영역은 본질적으로 빔 프로파일의 중심 정보를 포함할 수 있다. 빔 프로파일은 중심, 즉 빔 프로파일의 최대 값 및/또는 빔 프로파일의 고원의 중심점 및/또는 광 스폿의 기하학적 중심, 및 중심으로부터 연장되는 하강 엣지를 가질 수 있다. 제 2 영역은 횡단면의 내부 영역을 포함할 수 있고 제 1 영역은 횡단면의 외부 영역을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 용어 "본질적으로 중심 정보"는 일반적으로 중심 정보의 비율, 즉 중심에 대응하는 강도 분포의 비율에 대한 엣지 정보의 비율, 즉 엣지에 대응하는 강도 분포의 비율이 낮은 것을 지칭한다. 바람직하게는, 중심 정보는 엣지 정보의 비율이 10% 미만, 보다 바람직하게는 5% 미만이며, 가장 바람직하게는 중심 정보는 엣지 함량을 포함하지 않는다. 본원에 사용된 용어 "본질적으로 엣지 정보"는 일반적으로 엣지 정보의 비율에 비해 중심 정보의 비율이 낮은 것을 지칭한다. 엣지 정보는 전체 빔 프로파일의 정보, 특히 중심 및 엣지 영역으로부터의 정보를 포함할 수 있다. 엣지 정보는 중심 정보의 비율이 10% 미만, 보다 바람직하게는 5% 미만이며, 보다 바람직하게는 엣지 정보는 중심 함량을 포함하지 않는다. 상기 빔 프로파일의 적어도 하나의 영역은 이것이 중심에 가깝거나 중심 주변에 있고 본질적으로 중심 정보를 포함하는 경우에 상기 빔 프로파일의 제 2 영역으로서 결정 및/또는 선택될 수 있다. 상기 빔 프로파일의 적어도 하나의 영역은 이것이 단면적의 하강 엣지의 적어도 일부를 포함하는 경우에 상기 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 영역(A1) 및 제 2 영역(A2)의 다른 선택이 가능할 수도 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 구성될 수 있다. 특히, 2 차원 빔 프로파일의 경우, 빔 프로파일은 좌측 및 우측 부분으로 분할될 수 있으며, 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. 예를 들어, 제 1 및 제 2 영역은 서로 최소로 분리되어 인접할 수 있다. 그러나, 인접한 영역들 사이의 분리는 또한 몫 신호의 동적 범위를 개선하기 위해 확대된 것과 같이 변화될 수 있다. 예를 들어, 제 1 영역과 제 2 영역 사이의 영역을 평가하지 않음으로써 2 개의 인접한 영역들 사이의 분리 거리를 증가시킬 수 있다. 이것은 두 영역의 신호의 몫을 증가시킬 수 있는 인접 영역과 비교하여 영역들 중 하나에서 광을 상대적으로 및/또는 절대적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 영역들 중 하나 또는 모두는 서로 인접할 수 있고/있거나 평가되지 않고/않거나 상이한 몫 부분으로서 평가될 수 있는 영역들에 의해 분리될 수 있는 분리된 서브 영역들로 구성될 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 상이하게 가중될 수 있다. 이는 몫 시스템의 동적 범위를 증가시키는 데 더 유리할 수 있다.
착란원의 범위는 광학 센서의 범위보다 클 수 있다. 예를 들어, 광학 센서는 착란원이 광학 센서를 넘어 연장되도록 배치될 수 있다. 광학 센서는 광빔의 빔 프로파일을 부분적으로만 평가할 수 있다. 평가 장치는 대칭 고려사항에 기인하거나 또는 부분 빔 프로파일을 사전 기록된 빔 프로파일 등과 비교함으로써 빔 프로파일을 외삽하도록 구성될 수 있다. 또한, 평가 장치는 부분 빔 프로파일의 부분 합산 신호 및 부분 중심 신호를 평가하고 이를 외삽된 및/또는 핏팅된 및/또는 사전 기록된 빔 프로파일 등의 중심 신호 또는 합산 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.
엣지 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 영역 적분을 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 제 1 영역의 적분 및/또는 합산에 의해 엣지 정보를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 제 2 영역의 적분 및/또는 합산에 의해 중심 정보를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일일 수 있고, 평가 장치는 사다리꼴의 적분을 결정하도록 구성될 수 있다. 또한, 사다리꼴 빔 프로파일을 가정할 수 있는 경우, 엣지 및 중심 신호의 결정은 사다리꼴 빔 프로파일의 특성을 사용하여 등가 평가, 예를 들어 엣지의 경사 및 위치의 결정 및 중심 고원의 높이 결정 및 기하학적 고려사항에 의한 엣지 및 센터 신호의 유도로 대체될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치는 광 스폿의 적어도 하나의 조각부 또는 절단부로부터 중심 정보 또는 엣지 정보 중 하나 또는 둘 다를 결정하도록 구성될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 몫 신호 Q의 면적 적분을 조각부 또는 절단부를 따른 선 적분으로 대체함으로써 실현될 수 있다. 향상된 정확도를 위해, 광 스폿을 통과하는 여러 조각 또는 절단부를 사용하여 평균화할 수 있다. 타원형 스폿 프로파일의 경우, 다수의 조각이 나 절단부를 평균 처리하면 거리 정보가 향상될 수 있다.
평가 장치는 엣지 정보 및 중심 정보를 분할하고, 복수의 엣지 정보 및 중심 정보를 분할하고, 엣지 정보와 중심 정보의 선형 조합을 분할하는 것 중 하나 이상에 의해 몫 신호 Q를 도출하도록 구성될 수 있다. 따라서, 본질적으로, 광자 비(photon ratio)를 상기 방법의 물리적 기초로서 사용할 수 있다.
검출기는 적어도 2 개의 광학 센서상의 광빔 프로파일의 적어도 2 개의 비대칭 영역들의 복사 비로부터 깊이 정보, 특히 절대 깊이 정보를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 검출기는 매트릭스 형태로 배열된 복수의 광학 센서를 포함할 수 있다. 검출기는 둘러싸인, 특히 CMOS 검출기와 같은 광학 센서의 단일 매트릭스에 의해 포착된 디포커싱된 빔 프로파일 내의 적어도 2 개의 비대칭 영역의 복사 비로부터 깊이 정보를 결정하도록 구성될 수 있다. 특히, 검출기는 특정 피사체 크기 범위와 무관한 복사 비를 사용하여 깊이 정보를 결정하도록 구성될 수 있다. 이 원리는 광자 비에 의한 거리(Distance by Photon Ratio, DPR)라고 한다.
DPR 원리는, 예를 들어, 광학 센서의 매트릭스 상에 적어도 하나의 광빔에 의해 생성된 적어도 하나의 특징의 분할된 이미지와 같이 분할된 이미지 프로파일 내의 다수의 서브-영역에 적용될 수 있으며, 이는 이하에 설명될 것이다. 2-차원의 경우에 몫
Figure pct00007
은 다음과 같이 기재할 수 있다:
Figure pct00008
,
상기 식에서,
Figure pct00009
는 2 차원 빔 프로파일이고
Figure pct00010
및
Figure pct00011
는 각각 내부 및 외부 원 반경이다.
Figure pct00012
-차원에 따른 선-분할된 몫
Figure pct00013
의 경우, 이는 다음과 같이 재-기재될 수 있다:
Figure pct00014
.
이 이론에 구속되기를 바라지 않지만, 전체 디포커싱된 빔 프로파일
Figure pct00015
은 이미지 폭
Figure pct00016
을 따라 디포커싱된 이미지 포인트 프로파일
Figure pct00017
의 중첩으로 간주될 수 있다. 이러한 관계는 다음과 같은 컨볼루션(convolution )으로 모델링할 수 있다:
Figure pct00018
,
상기 식에서,
Figure pct00019
은 근축 광학 분야에서 착란원(Circle of Confusion, CoC)으로도 알려져 있는 디포커싱 렌즈의 점-퍼짐-함수(Point-Spread-Function, PSF)를 나타낸다.
Figure pct00020
를
Figure pct00021
에 삽입함으로써 위에서 언급한 몫
Figure pct00022
을 다음과 같이 재작성할 수 있다:
Figure pct00023
.
CoC 반경은
Figure pct00024
일 수 있고,
Figure pct00025
는 광학 센서의 매트릭스상의 특징의 이미지 스폿 반경일 수 있으며,
Figure pct00026
및
Figure pct00027
는 다음을 산출한다:
Figure pct00028
.
Figure pct00029
의 경우,
Figure pct00030
,
이는 몫이 조건
Figure pct00031
에 따라 피사체 크기와 독립적임을 나타낸다.
DPR의 피사체 크기 독립성(Object Size Independence, OSI)은 이미지 너비
Figure pct00032
가
Figure pct00033
로 표시된 착란원(CoC) 너비 아래로 유지되는 한 적용된다. 1 차원의 경우, 이는 직경
Figure pct00034
으로 표시된다. 근축 광학을 사용하여, 이러한 직경을 다음과 같이 대입할 수 있다:
Figure pct00035
,
상기 식에서,
Figure pct00036
는 피사체 거리로서,
Figure pct00037
는 이미지 거리로서,
Figure pct00038
는 피사체 크기로서,
Figure pct00039
는 렌즈 출구 동공 직경으로서, 그리고
Figure pct00040
는 이미지-측 주 평면에 대한 센서 위치로서 정의된다. 재배열 후, 이는 다음과 같이 작성할 수 있다:
Figure pct00041
.
단일 렌즈를 무한대로 초점을 맞추면, 이는 다음과 같이 간단해진다:
Figure pct00042
,
상기 식에서,
Figure pct00043
는 초점 거리이고,
Figure pct00044
는 렌즈의 F-값을 나타낸다.
또한, 광학 센서의 매트릭스를 사용하면, 디포커싱된 빔 프로파일은 소정 각도
Figure pct00045
의 라인을 따라, 그리고 종축의 원점으로부터 거리
Figure pct00046
를 두고 횡단면으로 세분화될 수 있다. 따라서 한 라인의 파라미터화는 다음과 같이 주어질 수 있다:
Figure pct00047
.
평행선을 따라 강도를 통합하는 것은 다음과 같이 잘 알려진 라돈(Radon) 변환의 적분 투영
Figure pct00048
을 사용하여 수학적으로 기술될 수 있다:
Figure pct00049
,
상기 식에서,
Figure pct00050
은 디락(Dirac) 델타 함수를 나타내며
Figure pct00051
는 둘러싸인 디포커싱된 빔 프로파일의 강도다. 주어진 각도
Figure pct00052
와 투영 폭
Figure pct00053
에 대한 광자 비율
Figure pct00054
은 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00055
,
상기 식에서,
Figure pct00056
은 내부 영역으로서 정의된다.
Figure pct00057
의 편차는 특정 거리에서 비뚤어진 피사체 표면에 대해 상이한 비율
Figure pct00058
을 산출할 수 있다. 다음 간격
Figure pct00059
으로
Figure pct00060
를 변화시키면 충분하다.
일 실시예에서, 피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔은 적어도 하나의 특징 점을 포함하는 적어도 하나의 패턴으로 센서 요소를 조명할 수 있다. 본원에 사용된 용어 "특징점"은 패턴의 적어도 하나의 적어도 부분적으로 확장된 특징을 지칭한다. 특징점은 적어도 하나의 지점, 적어도 하나의 라인, 적어도 하나의 엣지로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 패턴은 예를 들어 적어도 하나의 패턴을 포함하는 조명 패턴을 갖는 적어도 하나의 광원에 의한 조명에 응답하여 피사체에 의해 생성될 수 있다. A1은 광학 센서상의 특징점의 완전한 또는 전체 영역에 대응할 수 있다. A2는 광학 센서상의 특징점의 중심 영역일 수 있다. 중심 영역은 일정한 값일 수 있다. 중심 영역은 특징점의 전체 영역에 비해 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, 피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔은 적어도 하나의 라인 패턴으로 광학 센서를 조명할 수 있다. 상기 라인 패턴은 예를 들어 적어도 하나의 라인 패턴을 포함하는 조명 패턴을 갖는 적어도 하나의 조명원에 의한 조명에 응답하여 피사체에 의해 생성될 수 있다. A1은 광학 센서, 특히 광학 센서의 감광성 영역상의 라인 패턴의 전체 선폭을 갖는 영역에 대응할 수 있다. 광학 센서상의 선폭이 증가되도록 광학 센서의 라인 패턴은 조명 패턴의 라인 패턴에 비해 넓어지고/지거나 변위될 수 있다. 특히, 광학 센서의 매트릭스의 경우, 광학 센서상의 라인 패턴의 선폭은 하나의 칼럼에서 다른 칼럼으로 변경될 수 있다. A2는 광학 센서상의 라인 패턴의 중심 영역일 수 있다. 중심 영역의 선폭은 일정한 값일 수 있고, 특히 조명 패턴의 선폭에 대응할 수 있다. 중심 영역은 전체 선폭에 비해 더 작은 선폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 중심 영역은 전체 선폭의 0.1 내지 0.9, 바람직하게는 전체 선폭의 0.4 내지 0.6의 선폭을 가질 수 있다. 라인 패턴은 광학 센서상에서 분할될 수 있다. 광학 센서 매트릭스의 각각의 칼럼은 라인 패턴의 중심 영역에서 강도의 중심 정보 및 라인 패턴의 중심 영역으로부터 엣지 영역으로 더 외측으로 연장되는 영역으로부터의 강도의 엣지 정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, 피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔은 적어도 하나의 포인트 패턴으로 광학 센서를 조명할 수 있다. 이러한 포인트 패턴은 예를 들어 적어도 하나의 포인트 패턴을 포함하는 조명 패턴을 갖는 적어도 하나의 광원에 의한 조명에 응답하여 피사체에 의해 생성될 수 있다. A1은 광학 센서상의 포인트 패턴의 지점의 최대 반경을 갖는 영역에 대응할 수 있다. A2는 광학 센서상의 포인트 패턴에서 포인트의 중심 영역일 수 있다. 중심 영역은 일정한 값일 수 있다. 중심 영역은 전체 반경에 대한 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.
피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔은 포인트 패턴 및 라인 패턴 모두를 포함하는 반사 패턴으로 센서 요소를 조명할 수 있다. 라인 패턴 및 포인트 패턴에 추가적으로 또는 대안적으로 다른 실시예들도 실행가능하다.
예를 들어, 광학 센서는 제 1 감광성 영역을 갖는 제 1 광학 센서 및 제 2 감광성 영역을 갖는 제 2 광학 센서를 포함할 수 있고, 상기 제 1 및 제 2 감광성 영역은 조건이 만족되도록 배치되며,
Figure pct00061
여기서 "a"는 상기 전사 장치의 초점 길이의 절반에 해당하는 거리에서 상기 광축과 교차하는 광축에 수직인 평면의 내부 영역과 상기 제 1 감광성 영역 모두를 타격하는 광자의 비율이고, "b"는 평면의 내부 영역과 제 2 감광성 영역 모두를 타격하는 광자의 비율이고, "c"는 평면의 외부 영역과 제 1 감광성 영역 둘 다에 부딪히는 광자의 비율이고, "d"는 평면의 외부 영역과 제 2 감광성 영역 모두를 타격하는 광자의 비율이다. 제 1 감광성 영역과 제 2 감광성 영역은, 내부 영역이 광축상의 기하학적 중심점 및 광자의 절반은 내부 영역 내의 평면에 부딪히고 다른 절반은 내부 영역 외부의 평면에 부딪히도록 연장부를 갖는 영역을 가질 수 있도록 배치될 수 있다. 제 1 감광성 영역과 제 2 감광성 영역은, 내부 영역이 광축상의 중심점 및 광자의 절반은 원 내의 평면에 부딪히고 다른 절반은 원 외부의 평면에 부딪히도록 선택된 반경 r을 갖는 원으로 설계될 수 있도록 배치될 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 0.1 m 미만, 바람직하게는 0.05 m 미만, 보다 바람직하게는 0.025 m 미만일 수 있다. 조명원 및 광축은 작은 기준선에 의해 분리될 수 있다. 본원에 사용된 "기준선(baseline)"이라는 용어는 베이 스 라인으로도 지칭되며, 예를 들어 xy-평면에서, 광축과 조명원 사이의 거리, 특히 조명 광빔의 광축과 z-성분 사이의 거리를 지칭한다. 조명원은 광축으로부터 최소 거리만큼 이격될 수 있다. 광축으로부터의 최소 거리는 광학 센서 및 적어도 하나의 임의적인 전사 장치의 크기 및 위치와 같은 추가의 검출기 요소들에 의해 정의될 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 상세히 설명될 것이다. 기준선은 0.1 m 미만, 바람직하게는 0.05 m 미만, 보다 바람직하게는 0.025 m 미만일 수 있다. 예를 들어, 기준선은 21 mm일 수 있다. 바람직하게는, 조명원은 전사 장치의 바로 옆에 배치될 수 있다. 예를 들어, 조명원이 광축에 더 가깝게 위치될 수 있도록 전사 장치는 평탄화될 수 있다. 조명원은 전사 장치 뒤에 배치될 수도 있다.
광학 센서들 중 적어도 하나는 비행-시간(time-of-flight)(TOF)에 의존하는 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있고, 조명 광빔은 조명원으로부터 피사체로 진행하고, 반사 광빔은 피사체로부터 광학 센서의 감광성 영역으로 이동한다. 평가 장치는 TOF 센서 신호를 평가함으로써 피사체의 적어도 하나의 TOF-종방향 좌표(zTOF)를 결정하도록 구성될 수 있다. TOF 센서 신호를 생성하도록 구성된 광학 센서는 비행-시간 검출기로서 설계될 수 있다. 상기 비행-시간 검출기는, 적어도 하나의 펄스형 비행-시간 검출기; 적어도 하나의 위상 변조된 비행-시간 검출기; 적어도 하나의 직접 비행-시간 검출기; 적어도 하나의 간접 비행-시간 검출기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 펄스형 비행-시간 검출기는 적어도 하나의 범위 게이트화 이미저(imager) 및/또는 적어도 하나의 직접 비행-시간 이미저일 수 있다. 예를 들어, 위상 변조된 비행-시간 검출기는 적어도 하나의 위상 검출기를 갖는 적어도 하나의 RF-변조된 광원일 수 있다. 광학 센서는 조명원에 의한 조명 광빔의 방출과 반사 광빔의 수령 사이의 시간 지연을 결정하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, TOF 센서 신호를 생성하도록 구성된 광학 센서는 펄스형 비행-시간 검출기로서 설계될 수 있다. 검출기는 펄스형 광빔을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 셔터 요소와 같은 적어도 하나의 차단 장치를 포함할 수 있다. 광학 센서는 복수의 시간 윈도우, 특히 후속 시간 윈도우에서 반사 광빔의 수신 시간에 의존하는 TOF 센서 신호를 저장하도록 구성될 수 있다. 광학 센서는 반사 광빔의 수신 시간에 의존하여 적어도 하나의 제 1 시간 윈도우 및/또는 적어도 하나의 제 2 시간 윈도우에서 생성된 TOF 센서 신호를 저장하도록 구성될 수 있다. 제 1 및 제 2 시간 윈도우는 차단 장치의 개폐와 상관될 수 있다. 제 1 및 제 2 시간 윈도우의 기간은 사전-정의될 수 있다. 예를 들어, TOF 센서 신호는 차단 장치의 개방 동안 제 1 시간 윈도우에 저장될 수 있는 반면, 차단 장치의 폐쇄 동안 TOF 센서 신호는 제 2 시간 윈도우에 저장될 수 있다. 시간 윈도우의 다른 기간도 생각할 수 있다. 제 1 및 제 2 시간 윈도우는 배경, 신호 높이 및 신호 이동에 대한 정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, TOF 센서 신호를 생성하도록 구성된 광학 센서는 직접 비행-시간 이미저로서 설계될 수 있다. 직접 비행-시간 이미저는 적어도 하나의 단일 레이저 펄스를 발생시키도록 구성된 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다. 단일 레이저 펄스는 피사체로부터 광학 센서 상으로 다시 반사될 수 있다. 광학 센서는, 반사 광빔을 이미지화하도록 구성된, 적어도 하나의 광다이오드, 예를 들어, 적어도 하나의 애벌란치(Avalanche) 광다이오드 예컨대 적어도 하나의 Si APD, 또는 적어도 하나의 InGaAs APD 또는 적어도 하나의 PIN 광 검출기 어레이, 또는 적어도 하나의 단일-광자 애벌란치 광다이오드(SPAD)를 포함할 수 있다. 직접 비행-시간 이미저는 공간 및 시간 데이터를 포함하는 적어도 하나의 이미지를 이미징하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, TOF 센서 신호를 생성하도록 구성된 광학 센서는 위상 변조된 비행-시간 변조기로서 설계될 수 있다. 위상 변조된 비행-시간 변조기는 상관된 신호를 결정함으로써, 예를 들어 수신된 신호, 즉 반사 광빔의 수신된 신호를 방출된 신호, 즉 조명 광빔의 방출된 신호와 곱함으로써 위상 차, 특히 위상 시프트를 측정하도록 구성될 수 있다. 상관된 신호의 DC 성분은 위상 차에 관한 정보를 포함할 수 있다. 평가 장치는 위상차로부터 피사체의 제 2 종방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, TOF 센서 신호를 생성하도록 구성된 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 광빔을 변조하도록 구성된 적어도 하나의 변조 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 변조 장치는 적어도 하나의 무선 주파수 모듈을 포함할 수 있다. 무선 주파수 모듈은 RF 캐리어로 조명 빔을 변조하도록 구성될 수 있다. 광학 센서는 광학 센서 상에 충돌하는 반사 광빔의 위상 시프트를 결정하도록 구성될 수 있다.
광학 센서는 적어도 하나의 비행-시간 픽셀로서 설계될 수 있고/있거나 적어도 하나의 비행-시간 픽셀을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 검출기는 적어도 2 개의 광학 센서를 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 광학 센서는 적어도 하나의 TOF 픽셀로서 설계되고/되거나 적어도 하나의 TOF 픽셀을 포함한다. 예를 들어, 검출기, 특히 광학 센서는 TOF 센서 신호를 생성하도록 구성된 사분원(quadrant) 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출기, 특히 광학 센서는 적어도 하나의 픽셀화된 TOF-이미저를 포함할 수 있다.
평가 장치는 TOF 센서 신호를 평가함으로써 피사체의 적어도 하나의 TOF-종방향 좌표(zTOF)를 결정하도록 구성될 수 있다. 본원에 사용된 용어 "TOF 종방향 좌표"는 TOF 센서 신호로부터 도출된 종방향 좌표를 지칭한다. 상술한 바와 같이, 조명 광원은 적어도 하나의 광 펄스를 주기적으로 생성하도록 구성될 수 있다. 검출기는 각각의 주기에 대한 제 1 종 방향 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 TOF 센서 신호가 제 2 종방향 좌표를 사용하여 생성된 펄스 주기를 결정하도록 구성될 수 있다. 검출기는 결합된 센서 신호를 사용하여 ToF-신호가 참조하는 기간을 고유하게 할당하도록 구성될 수 있다. 상기 TOF 센서 신호와 상기 결합된 센서 신호는 모두 종방향 좌표(zreal)의 비-단조 함수일 수 있다. 따라서 종방향 좌표는 TOF 센서 신호 또는 결합된 센서 신호 중 하나로부터 유일하게 결정될 수 없으며, 측정 범위는 신호가 zreal의 고유한 기능인 종 방향 범위로 제한되지 않을 수 있다. "측정 범위"라는 용어는 일반적으로 종방향 좌표의 결정이 가능한 피사체로부터 검출기까지의 범위를 의미한다. "종 방향 범위"라는 용어는 일반적으로 종방향 좌표의 결정이 가능한 피사체로부터 검출기까지의 범위를 의미한다. 피사체로부터 검출기까지의 일정 거리 미만 및/또는 초과에서는 종 방향 좌표를 결정할 수 없다. 예를 들어 내부 시계의 최소 측정 시간으로 인해 피사체로부터 검출기까지의 일정 거리 미만에서는 비행-시간 측정을 수행할 수 없다. 또한, 비행-시간 측정에서, 센서 신호는 종 방향 주기 내에서 고유할 수도 있지만, 결정된 종방향 좌표가 비-고유한 값일 수 있도록 종 방향 주기의 정수 배가 더해지는 경우에 센서 신호는 동일할 수 있다. 따라서, 동일한 TOF 센서 신호는 거리 z1 및 거리 z1 + n·z1p에 대해 얻어지고, 여기서, n은 종 방향 주기를 나타내는 정수이고, z1p는 TOF 센서 신호의 종 방향 주기이며, 거리 z1 및 z1 + n·z1p는 측정 범위 내에 있다. 본원에 사용된 "종 방향 주기"라는 용어는 주기, 특히 거리 범위의 분할을 의미하며, 종방향 좌표는 TOF 센서 신호로부터 모호하지 않게 결정될 수 있다. 비-고유한 종방향 좌표는 상대적 종방향 좌표로 표시될 수 있으며 고유 종방향 좌표는 절대 종방향 좌표로 표시될 수 있다.
TOF 센서 신호(F1) 및 결합된 센서 신호(F2) 모두가 이용가능한 경우, 각각의 신호 쌍(F1, F2)이 고유 거리에 대응하고 그 반대의 경우에 종방향 좌표를 고유하게 결정하고 종 방향 범위를 연장하는 것이 가능할 수 있다. 특히, 종방향 좌표마다 고유한 신호 쌍(F1, F2)이 존재하고 그 반대의 경우, 평가 장치는 다음에 의해 고유 조합된 종방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다:
(1) TOF 센서 신호 및/또는 조합된 센서 신호와 같은 적어도 하나의 제 1 선택 신호를 선택하고 비-고유한 제 1 종방향 좌표를 결정하는 것에 의해;
(2) 단계 (1)에서 선택되지 않은 조합된 신호(Q) 및/또는 TOF 센서 신호와 같은 제 2 선택 신호를 선택하고 비-고유한 제 2 종방향 좌표를 결정하는 것에 의해;
(3) 비-고유한 제 1 종방향 좌표 및 비-고유한 제 2 종방향 좌표 중 하나가 사전-설정된 허용오차 임계치와 일치하는지 여부를 결정하는 것에 의해;
(4) 조합된 고유한 종방향 좌표를 일치하는 종방향 좌표로 설정하는 것에 의해.
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 조합된 신호(Q)가 선택될 수 있다. 다른 예에서, 단계 (1)에서, 조합된 센서 신호가 선택될 수 있고, 비-고유한 제 1 종 방향 센서 신호가 이로부터 결정될 수 있다. 단계 (2)에서, TOF 센서 신호가 선택될 수 있다.
단계 (4)에 추가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치는 매칭 좌표가 발견되지 않는 경우에 에러 신호를 전력하고 및/또는 하나 이상의 매칭 좌표가 발견되는 경우에 에러 신호를 전력하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 신호 쌍 및 이들의 대응하는 종방향 좌표는 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 신호 쌍 및 이들의 대응하는 종방향 좌표는 주어진 신호 쌍에 대응하는 종방향 좌표를 찾기 위해 평가되는 분석 함수에 의해 근사화되거나 기술될 수 있다.
평가 장치는 적어도 2 개의 메모리 요소를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 "메모리 요소"라는 용어는 정보를 저장하도록 구성된 장치를 의미한다. 평가 장치는 광학 센서에 의해 제공된 정보, 예를 들어 적어도 하나의 제 1 센서 신호를 수신하고 저장하도록 구성될 수 있다. 이러한 정보는 원(raw) 센서 데이터 및/또는 처리된 센서 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리 요소는 평가 장치에 의한 추가적인 평가를 위한 정보를 저장하도록 구성될 수 있다. 메모리 요소는 휘발성 또는 비-휘발성 메모리 요소일 수 있다.
상술한 바와 같이, 광학 센서는 적어도 하나의 ToF 픽셀로서 설계될 수 있고/있거나 이를 포함할 수 있다. 검출기는 적어도 2 개의 스위치를 포함할 수 있다. 각각의 스위치들은 예를 들어 적어도 하나의 커넥터에 의해 제 1 센서 신호를 생성하도록 구성된 광학 센서에 연결될 수 있다. 특히, 각각의 스위치들은 ToF 픽셀에 연결될 수 있다. 스위치는 TOF 센서 신호를 메모리 요소들 중 하나에 제공하도록 구성된다. 특히, 스위치는, 반사 광빔의 수신 시간에 의존하여, 생성된 TOF 센서 신호가 스위치들 중 하나를 통과하게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, TOF 센서 신호는 차단 장치의 개방 동안 스위치들 중 하나를 통과할 수 있는 반면, 차단 장치의 폐쇄 동안 TOF 센서 신호는 다른 스위치를 통과할 수 있다. 각각의 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, 상기 지연은 광 펄스의 펄스 길이에 상응할 수 있다. 평가 장치는, 상기 지연에 따라, 제 1 메모리 요소 내의 제 1 스위치를 통해 TOF 센서 신호의 제 1 부분 또는 분획을 그리고 제 2 메모리 요소 내의 제 2 스위치를 통해 TOF 센서 신호의 다른 제 2 부분 또는 분획을 샘플링 및/또는 저장하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 TOF 센서 신호의 제 1 부분 및 제 2 부분을 평가함으로써 제 1 종방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 하기 식에 의해 제 1 종방향 좌표(z1)를 결정하도록 구성될 수 있다:
Figure pct00062
;
상기 식에서, c는 광속이고, t0는 조명 광빔의 펄스 길이이고, z0는 종종 시간 측정의 분해능에 의해 결정되는 거리 오프셋이고, S11 및 S12는 각각 TOF 센서 신호의 제 1 부분 및 제 2 부분이다.
상술한 바와 같이, 검출기는 하나 이상의 추가 광학 요소와 같은 하나 이상의 추가 요소를 더 포함할 수 있다. 또한, 검출기는 적어도 하나의 하우징에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시예에서, 검출기는 다음을 포함할 수 있다:
- 제 1 감광성 영역을 갖는 적어도 하나의 제 1 광학 센서(여기서, 상기 제 1 광학 센서는 상기 피사체로부터 상기 검출기까지 전파하는 광빔에 의해 제 1 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 1 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있음);
- 제 2 감광성 영역을 갖는 적어도 하나의 제 2 광학 센서(여기서, 상기 제 2 광학 센서는 광빔에 의해 제 2 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 2 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있고, 상기 제 1 감광성 영역은 상기 제 2 감광성 영역보다 작을 수 있음); 및
- 상기 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가함으로써 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치.
제 1 바람직한 실시예에서, 광학 센서는 광학 센서의 감광성 영역이 이의 종방향 좌표 및/또는 이의 표면적에서 상이하도록 배열될 수 있다.
또한 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 각각의 광학 센서는 바람직하게는 정밀하게 하나의 균일한 센서 신호를 전체 광학 센서에 대해 생성시키는 조명에 응답하여 예를 들어 정밀하게 조명될 수 있는 하나의 감광성 영역을 제공함으로써 정확하게 하나의 감광성 영역이 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 실시예들도 가능하다. 그러나 단일 영역 광학 센서의 사용은 특히 간단하고 효율적인 검출기의 설정을 가능하게 한다. 따라서, 예를 들어, 각각 정확하게 하나의 민감성 영역을 가지고 있는 상업적으로 입수가능한 규소 광다이오드와 같은 상업적으로 입수가능한 포토-센서가 설정에 사용될 수 있고, 여기서 하나는 작은 감광성 영역을 가지고 있고 하나는 큰 감광성 영역을 가지고 있으며, 이는 이하에서 더 상세하게 설명될 것이다.
제 1 및 제 2 감광성 영역은 특히 피사체를 향해 배향될 수 있다.
피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔은 특히 제 1 감광성 영역이 광빔 내에 완전히 위치되도록 제 1 감광성 영역을 완전히 조명할 수 있으며, 여기서 상기 광빔의 폭은 상기 제 1 광학 센서의 감광성 영역보다 크다. 반대로, 바람직하게는, 피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔은 제 2 감광성 영역 상에 광 스폿을 생성하되 제 2 감광성 영역보다 작도록 생성하여 광 스폿이 제 2 감광성 영역 내에 완전히 위치된다. 제 2 감광성 영역상의 광 스폿 내에, 제 1 광학 센서에 의해 생성된 음영이 위치될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 보다 작은 제 1 감광성 영역을 갖는 제 1 광학 센서는 피사체에서 볼 때 제 2 광학 센서의 전방에 위치될 수 있고, 제 1 감광성 영역은 광빔 내에 완전히 위치되고, 상기 광빔은 제 2 감광성 영역 상에 광 스폿을 생성하고 제 2 감광성 영역보다 작으며, 또한 상기 광 스폿 내에 음영이 제 1 광학 센서에 의해 생성된다. 상기 상황은, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 적절한 전사 장치를 사용하는 것과 같이 광빔 상에 포커싱 또는 디포커싱 효과를 갖는 하나 이상의 적절한 렌즈 또는 요소를 선택함으로써 광학 분야의 당업자에 의해 쉽게 조정될 수 있다. 본원에서 추가로 사용되는 바와 같이, 광 스폿은 일반적으로 광빔에 의한 물품, 영역 또는 피사체의 가시광 또는 검출 가능한 원형 또는 비-원형 조명을 의미한다.
상술한 바와 같이, 제 1 감광성 영역은 제 2 감광성 영역보다 작다. 본원에 사용된 "보다 작은"이라는 용어는 제 1 감광성 영역의 표면적이 제 2 감광성 영역의 표면적보다 예를 들어 적어도 0.9 배, 예컨대 0.7 배, 또는 심지어 0.5 배만큼 작다는 사실을 의미한다. 예를 들어, 제 1 감광성 영역과 제 2 감광성 영적 모두는 정사각형 또는 직사각형의 형상을 가질 수 있고, 여기서 제 1 감광성 영역의 정사각형 또는 직사각형의 변 길이는 제 2 감광성 영역의 정사각형 또는 직사각형의 대응 변 길이보다 작다. 대안적으로, 예를 들어, 제 1 감광성 영역과 제 2 감광성 영역 모두는 원의 형상을 가질 수 있고, 여기서 제 1 감광성 영역의 직경은 제 2 감광성 영역의 직경보다 작다. 또한, 대안적으로, 예를 들어, 제 1 감광성 영역은 제 1 등가 직경을 가질 수 있고, 제 2 감광성 영역은 제 2 등가 직경을 가질 수 있으며, 여기서 제 1 등가 직경은 제 2 등가 직경보다 작다.
제 1 감광성 영역은 특히 광빔의 전파 방향으로 제 2 감광성 영역과 중첩될 수 있다. 광빔은 제 1 감광성 영역 및 제 2 감광성 영역의 전부 또는 일부를 조명할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 검출기의 광축 상에 위치된 피사체에서 볼 때, 제 1 감광성 영역은 제 2 감광성 영역의 전방에 위치될 수 있어서, 제 1 감광성 영역은 피사체로부터 볼 때 제 2 감광성 영역 내에 완전히 위치된다. 이 피사체로부터의 광빔이 상술한 바와 같이 제 1 및 제 2 감광성 영역을 향해 전파되면, 광빔은 제 1 감광성 영역을 완전히 조명하고 제 2 감광성 영역 상에 광 스폿을 생성할 수 있으며, 제 1 광학 센서에 의해 생성된 음영은 광 스폿 내에 위치한다. 그러나, 다른 실시예도 가능하다는 것을 알아야 한다.
구체적으로, 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 평가 장치는 제 1 및 제 2 센서 신호 사이의 적어도 하나의 알려진, 결정 가능하거나 사전-결정된 관계를 이용함으로써 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성될 수 있다. 특히, 평가 장치는 제 1 및 제 2 센서 신호로부터 도출된 몫 신호와 종방향 좌표 사이의 적어도 하나의 알려진, 결정 가능하거나 사전-결정된 관계를 이용함으로써 피사체의 적어도 하나의 좌표(z)를 결정하도록 구성된다.
따라서, 평가 장치는 구체적으로 제 1 및 제 2 센서 신호들을 분할하거나, 복수의 제 1 및 제 2 센서 신호들을 분할하거나, 또는 제 1 및 제 2 센서 신호들의 선형 조합들을 분할하는 것에 의해 몫 신호 Q를 도출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, Q는 다음과 같이 간단히 결정될 수 있다:
Q = s1/s2
또는
Q = s2/s1,
상기 식에서, s1은 제 1 센서 신호를 나타내고, s2는 제 2 센서 신호를 나타낸다. 추가적으로 또는 대안적으로, Q는 다음과 같이 결정될 수 있다:
Q = a·s1/b·s2
또는
Q = b·s2/ a·s1,
상기 식에서, a 및 b는 예를 들어 사전-결정되거나 결정될 수 있는 실수이다. 추가적으로 또는 대안적으로, Q는 다음과 같이 결정될 수 있다:
Q = (a·s1 + b·s2) / (c·s1 + d·s2),
상기 식에서, a, b, c 및 d는 예를 들어 사전-결정되거나 결정될 수 있는 실수이다. 후자의 간단한 예로서 Q는 다음과 같이 결정될 수 있다:
Q = s1 / (s1 + s2).
다른 몫 신호도 가능하다.
전형적으로, 상술된 설정에서, Q는 피사체의 종방향 좌표 및/또는 광 스폿의 직경 또는 등가 직경과 같은 광 스폿의 크기의 단조 함수이다. 따라서, 일례로서, 특히 선형 광학 센서가 사용되는 경우에, 몫 Q = s1/s2은 광 스폿의 크기의 단조 감소 함수이다. 이 이론에 구속되기를 바라지는 않고, 상기 바람직한 설정에서, 검출기에 도달하는 광의 양이 감소하기 때문에, 제 1 신호(s1) 및 제 2 신호(s2) 모두가 광원에 대한 거리가 증가함에 따라 제곱 함수로서 감소한다는 사실에 기인한 것으로 생각된다. 그러나, 본원에서, 실험에서 사용되는 광학 설정에서, 이미지 평면 내의 광 스폿이 커짐에 따라 더 큰 영역으로 퍼지기 때문에, 제 1 신호(s1)는 제 2 신호(s2)보다 더 빠르게 감소한다. 따라서, 제 1 및 제 2 센서 신호의 몫은 제 1 및 제 2 감광성 영역상의 광빔 직경 또는 광 스폿 직경의 증가에 따라 연속적으로 감소한다. 이 몫은 또한 광빔의 전체 전력이 제 1 센서 신호와 제 2 센서 신호 모두에서 인자(factor)를 형성하기 때문에 광빔의 전체 전력과는 주로 독립적이다. 결과적으로, 상기 몫 Q는 제 1 및 제 2 센서 신호와 광빔의 크기 또는 직경 사이에 독특하고 모호하지 않은 관계를 제공하는 2차 신호를 형성할 수 있다. 다른 한편으로, 광빔의 크기 또는 직경은 광빔이 검출기를 향해 전파하는 피사체와 검출기 자체 사이의 거리에 의존적이고, 즉 피사체의 종방향 좌표에 의존적이기 때문에, 제 1 및 제 2 센서 신호와 종방향 좌표 사이의 고유하고 모호하지 않은 관계가 존재할 수 있다. 후자의 경우에는 예를 들어 WO 2014/097181 A1을 참조할 수 있다. 사전-결정된 관계는 예를 들어 가우시안 광빔의 선형 조합을 가정하거나, 또는 피사체의 종방향 좌표의 함수로서 제 1 및 제 2 센서 신호 또는 이로부터 유도된 2 차 신호를 측정하는 측정법과 같은 경험적 측정에 의하거나, 이들 둘 다에 의하는 것과 같은 분석적 고려 사항에 의해 결정될 수 있다.
평가 장치는 몫 신호 Q를 평가함으로써 종방향 좌표를 결정하도록 구성된다. 평가 장치는 몫 신호 Q와 종방향 좌표 사이의 적어도 하나의 사전-결정된 관계를 사용하도록 구성될 수 있다. 상기 사전-결정된 관계는 경험적 관계, 반-경험적 관계 및 분석적으로 유도된 관계 중 하나 이상일 수 있다. 평가 장치는 룩업 리스트 또는 룩업 테이블과 같은 사전-결정된 관계를 저장하기 위한 적어도 하나의 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다.
몫 신호 Q는 다양한 수단을 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 몫 신호를 도출하기 위한 소프트웨어 수단, 몫 신호를 도출하기 위한 하드웨어 수단, 또는 둘 모두가 사용될 수 있고 평가 장치에서 구현될 수 있다. 따라서, 예를 들어 평가 장치는 적어도 하나의 분배기를 포함할 수 있으며, 여기서 분배기는 몫 신호를 유도하도록 구성된다. 분배기는 소프트웨어 분배기 또는 하드웨어 분배기 중 하나 또는 둘 모두로서 구현될 수 있다.
제 1 및 제 2 광학 센서는 특히 검출기의 하나의 동일한 빔 경로에 선형적으로 배치될 수 있다. 본원에 사용된 용어 "선형"은 일반적으로 센서가 하나의 축을 따라 배열된다는 것을 의미한다. 따라서, 예를 들어, 제 1 및 제 2 광학 센서 모두는 검출기의 광축 상에 위치될 수 있다. 구체적으로, 제 1 및 제 2 광학 센서는 검출기의 광축에 대해 동심원상으로 배치될 수 있다.
제 1 광학 센서는 제 2 광학 센서의 전방에 배치될 수 있다. 따라서, 일례로서, 제 1 광학 센서는 제 2 광학 센서의 표면 상에 간단하게 배치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 광학 센서는 제 1 감광성 영역의 표면적의 제곱근의 5 배 이하로 제 2 광학 센서로부터 이격될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 광학 센서는 제 2 광학 센서의 전방에 배치될 수 있고, 제 2 광학 센서로부터 50 mm 이하, 바람직하게는 15 mm 이하로 이격될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 2 감광성 영역은 제 1 감광성 영역보다 크다. 따라서, 예를 들어, 제 2 감광성 영역은 제 1 감광성 영역보다 적어도 2 배, 보다 바람직하게는 적어도 3 배, 가장 바람직하게는 적어도 5 배 더 클 수 있다.
제 1 감광성 영역은 구체적으로 작은 감광성 영역일 수 있어서, 바람직하게는, 광빔이 상기 감광성 영역을 완전히 조명한다. 따라서, 전형적인 광학적 구성에 적용될 수 있는 예로서, 제 1 감광성 영역은 1 mm2 내지 150 mm2, 보다 바람직하게는 10 mm2 내지 100 mm2의 표면적을 가질 수 있다.
제 2 감광성 영역은 특히 넓은 영역일 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 검출기의 측정 범위 내에서, 검출기의 피사체로부터 전파하는 광빔에 의해 생성된 광 스폿은 제 2 감광성 영역 내에 완전히 위치될 수 있어서, 광 스폿이 제 2 감광성 영역의 경계 내에 완전히 위치된다. 예를 들어, 전형적인 광학적 설정에 적용될 수 있는 예로서, 제 2 감광성 영역은 1 60 mm2 내지 1000 mm2, 보다 바람직하게는 200 mm2 내지 600 mm2의 표면적을 가질 수 있다.
제 1 광학 센서, 제 2 광학 센서, 또는 제 1 및 제 2 광학 센서 모두에 사용될 수 있는 적외선 광학 센서는 상업적으로 이용가능한 적외선 광학 센서, 예를 들어, 하마마츠 포토닉스 게엠베하[Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH, D- 82211 Herrsching am Amersee, 독일]로부터 입수가능한 적외선 광학 센서일 수 있다. 따라서, 일례로서, 제 1 광학 센서, 제 2 광학 센서, 또는 제 1 및 제 2 광학 센서 모두는 고유 광전지 유형의 적어도 하나의 광학 센서, 보다 바람직하게는: Ge 광다이오드, InGaAs 광다이오드, 확장 InGaAs 광다이오드, InAs 광다이오드, InSb 광다이오드, HgCdTe 광다이오드로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 반도체 광다이오드를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 광학 센서, 제 2 광학 센서, 또는 제 1 및 제 2 광학 센서 모두는 외인성 광전지 유형의 적어도 하나의 광학 센서, 보다 바람직하게는: Ge:Au 광다이오드, Ge:Hg 광다이오드, Ge:Cu 광다이오드, Ge:Zn 광다이오드, Si:Ga 광다이오드, Si:As 광다이오드로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 반도체 광다이오드를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 광학 센서, 제 2 광학 센서, 또는 제 1 및 제 2 광학 센서 모두는 적어도 하나의 볼로미터(bolometer), 바람직하게는 VO 볼로미터 및 비정질 Si 볼로미터로 이루어진 군으로부터 선택된 볼로미터를 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 광학 센서는 각각 독립적으로 불투명, 투명 또는 반투명일 수 있다. 그러나, 간소화를 위해, 불투명 센서는 일반적으로 널리 상업적으로 입수가능하므로, 광빔에 대해 투명하지 않은 불투명 센서가 사용될 수 있다.
제 1 및 제 2 광학 센서 각각은 구체적으로 각각 단일 감광성 영역을 갖는 균일한 센서일 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 광학 센서는 구체적으로 비-픽셀화된 광학 센서일 수 있다.
전술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가함으로써, 검출기는 전체 피사체 또는 이의 하나 이상의 부분의 종방향 좌표를 결정하는 옵션을 포함하여, 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정할 수 있다. 그러나, 또한, 하나 이상의 횡축 좌표 및/또는 회전 좌표를 포함하는 피사체의 다른 좌표는 특히 평가 장치에 의해 검출기에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 일례로서, 하나 이상의 추가적인 횡 방향 센서가 피사체의 적어도 하나의 횡 방향 좌표를 결정하는 데 사용될 수 있다. WO 2014/097181 A1에 개시된 횡 방향 센서 및/또는 사분원 다이오드, CCD 또는 CMOS 칩 등과 같은 다른 위치-감지 장치(PSD)와 같은 다양한 횡 방향 센서가 당 업계에 일반적으로 알려져 있다. 이들 장치는 일반적으로 본 발명에 따른 검출기 내에 구현될 수도 있다. 예를 들어, 광빔의 일부는 적어도 하나의 빔 분할 요소에 의해 검출기 내에서 분할될 수 있다. 예를 들어, 분할된 부분은 CCD 또는 CMOS 칩 또는 카메라 센서와 같은 횡 방향 센서를 향해 안내될 수 있고, 횡 방향 센서상의 분할 부분에 의해 생성된 광 스폿의 횡 방향 위치가 결정됨으로써, 피사체의 적어도 하나의 횡 방향 좌표를 결정할 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 검출기는 단순 거리 측정 장치와 같은 1 차원 검출기일 수도 있고, 2 차원 검출기 또는 3 차원 검출기로서 구현될 수도 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 또는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 1 차원 방식으로 풍경 또는 환경을 스캐닝함으로써, 3 차원 이미지가 또한 생성될 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 검출기는 구체적으로는 1 차원 검출기, 2 차원 검출기 또는 3 차원 검출기 중 하나일 수 있다. 평가 장치는 또한 피사체의 적어도 하나의 횡 방향 좌표 x, y를 결정하도록 구성될 수 있다.
또 하나의 실시예에서, 검출기는 다음을 포함할 수 있다:
- 제 1 감광성 영역을 갖는 적어도 하나의 제 1 광학 센서(여기서, 상기 제 1 광학 센서는 상기 피사체로부터 상기 검출기까지 전파하는 광빔에 의해 제 1 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 1 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있음);
- 제 2 감광성 영역을 갖는 적어도 하나의 제 2 광학 센서(여기서, 상기 제 2 광학 센서는 광빔에 의해 제 2 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 2 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있고, 상기 제 1 감광성 영역 및 상기 제 2 감광성 영역은 상기 감광성 영역들이 이들의 종 방향 좌표가 상이하도록 배열될 수 있음); 및
- 상기 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가함으로써 피사체의 적어도 하나의 종 방향 좌표 z를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치.
정의 및 실시예와 관련하여, 제 1 바람직한 실시예의 설명을 참조할 수 있다. 특히, 제 1 감광성 영역은 제 2 감광성 영역보다 작을 수 있다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시예에서, 검출기는 다음을 포함할 수 있다:
- 광학 센서들의 매트릭스를 갖는 적어도 하나의 센서 요소(여기서, 상기 광학 센서들은 각각 감광성 영역을 가지고, 각각의 광학 요소는 피사체로부터 검출기까지 전파하는 적어도 하나의 광빔에 의해 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있음);
- 적어도 하나의 평가 장치(이는 센서 신호를 평가하도록 구성되되,
a) 최고 센서 신호를 갖는 적어도 하나의 광학 센서를 결정하고 적어도 하나의 중심 신호를 형성하고;
b) 매트릭스의 광학 센서의 센서 신호를 평가하고 적어도 하나의 합산 신호를 형성하고;
c) 중심 신호 및 합산 신호를 조합하여 적어도 하나의 조합된 신호를 결정하고;
d) 상기 조합된 신호를 평가하여 피사체의 적어도 하나의 종 방향 좌표(z)를 결정함으로써, 센서 신호를 평가하도록 구성될 수 있음).
이러한 추가의 바람직한 실시예에서, 광학 센서는 광학 센서의 감광성 영역이 공간 오프셋 및/또는 표면적에서 상이하도록 배열될 수 있다.
본원에서 사용되는 "센서 요소"라는 용어는 일반적으로 적어도 하나의 파라미터를 감지하도록 구성된 장치 또는 복수의 장치들의 조합을 지칭한다. 이 경우, 파라미터는 구체적으로 광학 파라미터일 수 있고, 센서 요소는 구체적으로 광학 센서 요소일 수 있다. 센서 요소는 단일의 단일 장치 또는 여러 장치들의 조합으로서 형성될 수 있다. 또한 본원에서 사용된 "매트릭스"라는 용어는 일반적으로 사전 결정된 기하학적 순서로 복수의 요소들을 배열하는 것을 의미한다. 매트릭스는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 구체적으로는 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 비-직사각형 배열과 같은 다른 배열이 가능할 수도 있다. 예를 들어, 요소들이 중심점을 중심으로 동심원 또는 타원으로 배열되는 원형 배열이 또한 가능하다. 예를 들어, 매트릭스는 픽셀들의 단일 행일 수 있다. 다른 배열도 가능하다.
매트릭스의 광학 센서는 구체적으로 크기, 감도 및 기타 광학, 전기적 및 기계적 특성 중 하나 이상에서 동일할 수 있다. 매트릭스의 모든 광학 센서의 감광성 영역은 특히 공통 평면에 위치할 수 있고, 공통 평면은 바람직하게는 피사체를 향하게 되어, 피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔이 공통 평면 상에 광 스폿을 생성할 수 있다.
예를 들어, WO2001/110924 A1 또는 WO 2014/097181 A1에 보다 상세히 설명된 바와 같이, 전형적으로, 광 스폿의 직경, 빔 웨이스트(waist) 또는 등가 직경과 같은 광 스폿의 크기와 광빔이 검출기를 향해 전파하는 피사체의 종 방향 좌표 사이에 사전-결정되거나 또는 결정가능한 관계가 존재한다. 이 이론에 구애됨이 없이, 광 스폿은, 광 스폿의 중심 또는 그 중심에 가까운 작은 측정 패치에서 측정된 측정 신호(중심 신호라고도 함), 및 중심 신호의 유무에 관계없이 광 스폿에 통합된 적분 또는 합산 신호와 같은 2 개의 측정 변수에 의해 특징지어질 수 있다. 빔이 넓어지거나 집속될 때 변하지 않는 소정의 전체 전력을 갖는 광빔에 대해, 합산 신호는 광 스폿의 스폿 크기와 독립적이어야 하고, 따라서 적어도 이들의 각각의 측정 범위 내의 선형 광학 센서가 사용될 때, 피사체와 검출기 사이의 거리와는 독립적이어야 한다. 그러나 중심 신호는 스폿 크기에 따라 다르다. 따라서, 중심 신호는 광빔이 포커싱될 때 전형적으로 증가하고, 광빔이 디포커싱될 때 감소한다. 따라서, 중심 신호와 합산 신호를 비교함으로써, 광빔에 의해 생성된 광 스폿의 크기에 대한, 따라서 피사체의 종 방향 좌표에 대한 정보 항목이 생성될 수 있다. 중심 신호 및 합산 신호의 비교는, 예를 들어, 중심 신호 및 합산 신호로부터 몫 신호 Q를 형성하고, 종 방향 좌표를 도출하기 위해 종 방향 좌표와 몫 신호 사이의 사전-결정되거나 결정가능한 관계를 사용함으로써 수행될 수 있다.
광학 센서의 매트릭스의 사용은 다수의 장점 및 이점을 제공한다. 따라서, 센서 요소의 매트릭스의 광학 센서의 감광성 영역의 공통 평면과 같이, 센서 요소상의 광빔에 의해 생성된 광 스폿의 중심은, 피사체의 횡 방향 위치에 따라 달라질 수 있다. 광학 센서의 매트릭스를 사용함으로써, 본 발명에 따른 검출기는 이러한 조건의 변화에 적응할 수 있고, 따라서 센서 신호를 단순히 비교함으로써 광 스폿의 중심을 결정할 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 검출기는 그 자체로 중심 신호를 선택하고 합산 신호를 결정할 수 있고, 이들 2 개의 신호로부터, 피사체의 종 방향 좌표에 대한 정보를 함유하는 조합된 신호를 도출할 수 있다. 조합된 신호를 평가함으로써, 피사체의 종 방향 좌표가 결정될 수 있다. 따라서 광학 센서의 매트릭스를 사용하면 피사체의 위치, 특히 피사체의 횡 방향 위치의 관점에서 상당한 유연성을 제공한다.
센서 신호를 생성하는 적어도 하나의 광학 센서의 횡 방향 위치와 같은 광학 센서의 매트릭스상의 광 스폿의 횡 방향 위치는 추가 정보 항목으로서 사용될 수도 있으며, 이로부터 피사체의 횡 방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목이 예를 들어 WO 2014/198629 A1에 개시된 바와 같이 도출될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이하 더 상세히 설명하는 바와 같이, 본 발명에 따른 검출기는 적어도 하나의 종 방향 좌표 이외에, 피사체의 적어도 하나의 횡 방향 좌표를 검출하기 위한 적어도 하나의 추가적인 횡 방향 검출기를 함유할 수 있다.
결과적으로, 본 발명에 따르면, 용어 "중심 신호"는 일반적으로 빔 프로파일의 중심 정보를 본질적으로 포함하는 적어도 하나의 센서 신호를 지칭한다. 본원에 사용된 "최고 센서 신호"라는 용어는 국소 최대 또는 관심 영역에서의 최대 중 하나 또는 둘 다를 지칭한다. 예를 들어, 중심 신호는 전체 매트릭스의 광학 센서 또는 매트릭스 내의 관심 영역의 광학 센서에 의해 생성된 복수의 센서 신호 중 가장 높은 센서 신호를 갖는 적어도 하나의 광학 센서의 신호일 수 있으며, 여기서 관심 영역은 매트릭스의 광학 센서에 의해 생성된 이미지 내에서 사전-결정되거나 결정가능할 수 있다. 중심 신호는 단일 광학 센서로부터 발생할 수 있거나, 이하에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 광학 센서 그룹으로부터 발생할 수 있으며, 후자의 경우, 일례로서, 광학 센서 그룹의 센서 신호는 중심 신호를 결정하기 위해 추가되거나, 통합되거나 평균화된다. 중심 신호가 발생하는 광학 센서들의 그룹은, 가장 높은 센서 신호를 갖는 실제의 광학 센서로부터 사전 결정된 거리보다 작은 광학 센서와 같은 이웃하는 광학 센서들의 그룹일 수 있거나, 또는 가장 높은 센서 신호로부터 사전 결정된 범위 내에 있는 센서 신호를 생성하는 광학 센서들의 그룹일 수 있다. 최대 동적 범위를 허용하기 위해 중심 신호가 발생하는 광학 센서들의 그룹을 가능한 한 크게 선택할 수 있다. 평가 장치는 복수의 센서 신호, 예를 들어 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 주위의 복수의 광학 센서들의 통합에 의해 중심 신호를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일일 수 있고, 평가 장치는 사다리꼴, 특히 사다리꼴의 고원의 적분을 결정하도록 구성될 수 있다.
유사하게, 용어 "합산 신호"는 일반적으로 빔 프로파일의 엣지 정보를 본질적으로 포함하는 신호를 지칭한다. 예를 들어, 합산 신호는 센서 신호를 합산하거나, 센서 신호에 대해 적분하거나, 전체 매트릭스 또는 매트릭스 내의 관심 영역의 센서 신호에 대해 평균함으로써 도출될 수 있으며, 여기서 상기 관심 영역은 매트릭스의 광학 센서에 의해 생성된 이미지 내에서 사전 결정되거나 결정가능할 수 있다. 합산, 센서 신호에 대한 적분 또는 평균시, 센서 신호가 생성되는 실제 광학 센서는 합산, 적분 또는 평균화에서 제외되거나 또는 합산, 적분 또는 평균화에 포함될 수 있다. 평가 장치는 매트릭스 전체 또는 매트릭스 내의 관심 영역의 신호를 적분함으로써 합산 신호를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일일 수 있고, 평가 장치는 전체 사다리꼴의 적분을 결정하도록 구성될 수 있다. 또한, 사다리꼴 빔 프로파일을 가정할 수 있는 경우, 엣지 및 중심 신호의 결정은 사다리꼴 빔 프로파일의 특성을 사용하여 등가 평가, 예를 들어 엣지의 경사 및 위치의 결정 및 중심 고원의 높이 결정 및 기하학적 고려사항에 의한 엣지 및 센터 신호의 유도로 대체될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치는 광 스폿의 적어도 하나의 조각부 또는 절단부로부터 중심 정보 또는 엣지 정보 중 하나 또는 둘 다를 결정하도록 구성될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 몫 신호 Q의 면적 적분을 조각부 또는 절단부를 따른 선 적분으로 대체함으로써 실현될 수 있다. 향상된 정확도를 위해, 광 스폿을 통과하는 여러 조각 또는 절단부를 사용하여 평균화할 수 있다. 타원형 스폿 프로파일의 경우, 다수의 조각이 나 절단부를 평균 처리하면 거리 정보가 향상될 수 있다.
유사하게, 본원에서 사용된 용어 "조합된 신호"는 일반적으로 중심 신호와 합산 신호를 결합함으로써 생성된 신호를 지칭한다. 특히, 상기 조합은, 중심 신호와 합산 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 복수의 중심 신호와 복수의 합산 신호의 몫을 형성하는 단계; 중심 신호의 선형 조합과 합산 신호의 선형 조합의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 중심 신호와 합산 신호의 제 1 선형 조합과 중심 신호와 합산 신호의 제 2 선형 조합의 몫을 형성하는 단계 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 조합된 신호는 중심 신호와 합산 신호 사이의 비교에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 함유하는 임의의 신호 또는 신호 조합을 포함할 수 있다.
피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔은 구체적으로 중심 신호가 생성되는 적어도 하나의 광학 센서를 완전히 조명할 수 있어서, 중심 신호가 발생하는 적어도 하나의 광학 센서는 광빔 내에 완전히 위치되고, 상기 광빔의 폭은 센서 신호가 발생하는 상기 적어도 하나의 광학 센서의 감광성 영역보다 크다. 반대로, 바람직하게는, 피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔은 특히 매트릭스보다 작은 전체 매트릭스 상의 광 스폿을 생성하여 상기 광 스폿이 매트릭스 내에 완전히 위치된다. 이러한 상황은, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 적절한 전사 장치를 사용하는 것과 같이 광빔 상에 포커싱 또는 디포커싱 효과를 갖는 하나 이상의 적절한 렌즈 또는 요소를 선택함으로써 광학 분야의 당업자에 의해 쉽게 조정될 수 있다. 본원에서 추가로 사용되는 바와 같이, 광 스폿은 일반적으로 광빔에 의한 물품, 영역 또는 피사체의 가시광 또는 검출 가능한 원형 또는 비-원형 조명을 의미한다.
구체적으로, 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 평가 장치는 센서 신호들 사이의 적어도 하나의 알려진, 결정 가능하거나 사전-결정된 관계를 이용함으로써 피사체의 적어도 하나의 종 방향 좌표(z)를 결정하도록 구성될 수 있다. 특히, 평가 장치는 센서 신호로부터 도출된 몫 신호와 종 방향 좌표 사이의 적어도 하나의 알려진, 결정 가능하거나 사전-결정된 관계를 이용함으로써 피사체의 적어도 하나의 좌표(z)를 결정하도록 구성된다.
전술한 바와 같이, 중심 신호는 일반적으로 광 스폿의 중심에 있는 광학 센서로부터의 센서 신호와 같은 단일 센서 신호이거나, 또는 광 스폿의 중심에서 광학 센서로부터 발생하는 센서 신호들의 조합과 같은 복수의 센서 신호들의 조합이거나, 또는 전술한 가능성들 중 하나 이상에 의해 도출된 센서 신호를 처리함으로써 유도된 2 차 센서 신호일 수 있다. 센서 신호들의 비교가 종래의 전자 장치에 의해 상당히 간단하게 구현되거나 또는 소프트웨어에 의해 완전히 또는 부분적으로 수행될 수 있기 때문에, 중심 신호의 결정은 전자적으로 수행될 수 있다. 특히, 중심 신호는 다음과 같이 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다: 가장 높은 센서 신호; 가장 높은 센서 신호로부터 사전 결정된 허용오차 범위 내에 있는 센서 신호 그룹의 평균; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 및 인접한 광학 센서들의 사전 결정된 그룹을 함유하는 광학 센서들의 그룹으로부터의 센서 신호들의 평균; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 및 인접한 광학 센서들의 사전 결정된 그룹을 함유하는 광학 센서들의 그룹으로부터의 센서 신호들의 합; 가장 높은 센서 신호로부터의 사전 결정된 허용오차 범위 내에 있는 센서 신호들의 그룹의 합; 사전 결정된 임계 값을 초과하는 센서 신호의 그룹의 평균; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 및 인접한 광학 센서들의 사전 결정된 그룹을 함유하는 광학 센서들의 그룹으로부터의 센서 신호들의 적분; 가장 높은 센서 신호로부터의 사전 결정된 허용오차 범위 내에 있는 센서 신호들의 그룹의 적분; 및 사전 결정된 임계 값을 초과하는 센서 신호의 그룹의 적분.
전술한 바와 같이, 광학 센서의 원 센서 신호는 평가 또는 이의 2 차 센서 신호에 사용될 수 있다. 본원에 사용된 "2 차 센서 신호"라는 용어는 일반적으로 필터링, 평균화, 복조 등과 같은 하나 이상의 원 신호를 처리함으로써 얻어지는 신호 예컨대 전자 신호, 보다 바람직하게는 아날로그 및/또는 디지털 신호를 지칭한다. 따라서, 매트릭스의 센서 신호의 전체 또는 매트릭스 내의 관심 영역으로부터 2 차 센서 신호를 생성하기 위해 이미지 처리 알고리즘이 사용될 수 있다. 구체적으로, 평가 장치와 같은 검출기는 광학 센서의 센서 신호를 변환하도록 구성될 수 있으며, 이에 의해 2 차 광학 센서 신호를 생성하고, 여기서 평가 장치는 2 차 광학 센서 신호를 사용하여 단계 a) 내지 d)를 수행하도록 구성된다. 센서 신호들의 변환은 구체적으로, 필터링; 적어도 하나의 관심 영역의 선택; 센서 신호들에 의해 생성된 이미지와 적어도 하나의 오프셋 사이의 차이 이미지의 형성; 센서 신호들에 의해 생성된 이미지를 반전시킴으로써 센서 신호들의 반전; 상이한 시간들에서 센서 신호들에 의해 생성된 이미지 사이의 차이 이미지의 형성; 배경 보정; 색상 채널로의 분해; 색조로의 분해; 포화; 및 휘도 채널; 주파수 분해; 특이 값 분해; 캐니(Canny) 엣지 검출기 적용; 가우시안 필터의 라플라시안(Laplacian of Gaussian filter) 적용; 가우시안 필터의 차 적용; 소벨(Sobel) 연산자 적용; 라플라스(Laplace) 연산자 적용; 샤르(Scharr) 연산자 적용; 프리위트(Prewitt) 연산자 적용; 로버츠(Roberts) 연산자 적용; 키르쉬(Kirsch) 연산자 적용; 고역-통과 필터 적용; 저역-통과 필터 적용; 푸리에(Fourier) 변환 적용; 라돈(Radon)-변환 적용; 허프(Hough)-변환 적용; 웨이블릿(Wavelet)-변환 적용; 임계 값 생성; 및 이진(binary) 이미지 생성으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 변환을 포함할 수 있다. 관심 영역은 사용자에 의해 수동으로 결정될 수 있거나 또는 예를 들어 광학 센서에 의해 생성된 이미지 내의 피사체를 인식함으로써 자동으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 차량, 사람 또는 다른 유형의 사전 결정된 피사체는 이미지 내, 즉 광학 센서에 의해 생성된 센서 신호의 전체 내의 자동 이미지 인식에 의해 결정될 수 있고, 관심 영역은 피사체가 상기 관심 영역 내에 위치하도록 선택될 수 있다. 이 경우, 종 방향 좌표의 결정과 같은 평가는 관심 영역에 대해서만 수행될 수 있다. 그러나, 다른 구현예들도 가능하다.
전술한 바와 같이, 광 스폿의 중심의 검출, 즉 중심 신호의 검출 및/또는 중심 신호의 발생으로부터의 적어도 하나의 광학 센서의 검출은 하나 또는 그 이상의 소프트웨어 알고리즘을 사용함으로써 전체적으로 또는 부분적으로 전자적으로 또는 전체적으로 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 소프트웨어에서 완전히 또는 부분적으로 구체화될 수 있고/있으며 하드웨어에서 완전히 또는 부분적으로 구체화될 수 있다. 중심 검출기는 적어도 하나의 센서 요소에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있고/있거나 센서 요소와 독립적으로 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있다.
전술한 바와 같이, 합산 신호는 매트릭스의 모든 센서 신호, 관심 영역 내의 센서 신호 또는 이들 가능성 중 하나로부터 도출될 수 있으며, 여기서 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터 발생하는 센서 신호는 제외된다. 모든 경우에, 종 방향 좌표를 결정하기 위해 신뢰성 있는 합산 신호가 생성되어 중심 신호와 신뢰성 있게 비교될 수 있다. 일반적으로, 합산 신호는, 매트릭스의 모든 센서 신호에 대한 평균; 매트릭스의 모든 센서 신호들의 합; 매트릭스의 모든 센서 신호들의 적분; 중심 신호에 기여하는 광학 센서들로부터의 센서 신호들을 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호들에 대한 평균; 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터의 센서 신호를 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호들의 합; 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터의 센서 신호를 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호들의 적분; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터 사전 결정된 범위 내의 광학 센서들의 센서 신호들의 합; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터의 사전 결정된 범위 내의 광학 센서의 센서 신호들의 적분; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터의 사전 결정된 범위 내에 위치되는 광학 센서의 특정 임계값 초과의 센서 신호들의 합; 및 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터 사전 결정된 범위 내에 위치되는 광학 센서의 특정 임계값 초과의 센서 신호들의 적분으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 그러나 다른 옵션도 존재한다.
합산은 소프트웨어에서 전체 또는 부분적으로 수행되고/되거나 하드웨어에서 전체 또는 부분적으로 수행될 수 있다. 합산은 일반적으로, 검출기로 전형적으로 쉽게 구현될 수 있는 순수 전자 수단에 의해 가능하다. 따라서, 전자 공학 분야에서, 아날로그 신호 및 디지털 신호 둘 모두인 둘 이상의 전기 신호를 합산하는 합산 장치가 일반적으로 알려져 있다. 따라서, 평가 장치는 합산 신호를 형성하기 위한 적어도 하나의 합산 장치를 포함할 수 있다. 합산 장치는 센서 요소에 전체 또는 부분적으로 통합될 수 있거나 센서 요소와는 독립적으로 전체 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 합산 장치는 하드웨어 또는 소프트웨어 중 하나 또는 둘 모두에서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있다.
전술한 바와 같이, 중심 신호와 합산 신호 사이의 비교는 특히 하나 이상의 몫 신호를 형성함으로써 수행될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 조합된 신호는, 중심 신호와 합산 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 복수의 중심 신호와 복수의 합산 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 중심 신호의 선형 조합과 합산 신호의 선형 조합의 몫을 형성하거나 그 반대로 몫을 형성하는 단계; 중심 신호 및 합산 신호와 중심 신호의 선형 조합의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 합산 신호 및 합산 신호와 중심 신호의 선형 조합의 몫을 형성하거나 그 반대로 몫을 형성하는 단계; 중심 신호의 멱지수와 합산 신호의 멱지수의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 중심 신호와 합산 신호의 제 1 선형 조합과 중심 신호와 합산 신호의 제 2 선형 조합의 몫을 형성하는 단계 중 하나 이상에 의해 유도된 몫 신호 Q일 수 있다. 그러나 다른 옵션도 존재한다. 평가 장치는 하나 이상의 몫 신호를 형성하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 또한 상기 적어도 하나의 몫 신호를 평가함으로써 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다.
평가 장치는 구체적으로 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하기 위해 몫 신호 Q와 종방향 좌표 사이에 적어도 하나의 사전-결정된 관계를 사용하도록 구성될 수 있다. 따라서, 위에 개시된 이유 및 종방향 좌표에 대한 광 스폿의 특성의 의존성 때문에, 몫 신호(Q)는 전형적으로 피사체의 종방향 좌표 및/또는 광 스폿의 직경 또는 등가 직경과 같은 광 스폿의 크기의 단조 함수이다. 따라서, 일례로서, 특히 선형 광학 센서가 사용되는 경우에, 센서 신호 s중심 및 합산 신호 s합산의 간단한 몫 Q = s중심/s합산는 거리의 단조 감소 함수일 수 있다. 이 이론에 구속되기를 바라지는 않고, 상술한 바람직한 설정에서, 검출기에 도달하는 광의 양이 감소하기 때문에, 중심 신호(s중심) 및 합산 신호(s합산) 모두가 광원에 대한 거리가 증가함에 따라 제곱 함수로서 감소한다는 사실에 기인한 것으로 생각된다. 그러나, 본원에서, 실험에서 사용되는 광학 설정에서, 이미지 평면 내의 광 스폿이 커짐에 따라 더 큰 영역으로 퍼지기 때문에, 중심 신호(s중심)는 합산 신호(s합산)보다 더 빠르게 감소한다. 따라서, 중심 신호 및 합산 신호의 몫은 매트릭스의 광학 신호의 감광성 영역상의 광빔 직경 또는 광 스폿 직경의 증가에 따라 연속적으로 감소한다. 이 몫은 또한 전형적으로 광빔의 전체 전력이 중심 신호와 합산 센서 신호 모두에서 인자를 형성하기 때문에 광빔의 전체 전력과는 독립적이다. 결과적으로, 상기 몫 Q는 중심 신호 및 합산 신호와 광빔의 크기 또는 직경 사이에 독특하고 모호하지 않은 관계를 제공하는 2차 신호를 형성할 수 있다. 다른 한편으로, 광빔의 크기 또는 직경은 광빔이 검출기를 향해 전파하는 피사체와 검출기 자체 사이의 거리에 의존적이고, 즉 피사체의 종방향 좌표에 의존적이기 때문에, 한편으로는 중심 신호 및 합산 신호와 다른 한편으로는 종방향 좌표 사이의 고유하고 모호하지 않은 관계가 존재할 수 있다. 후자의 경우에는 예를 들어 WO 2014/097181 A1을 참조할 수 있다. 사전-결정된 관계는 예를 들어 가우시안 광빔의 선형 조합을 추정하거나, 또는 피사체의 종방향 좌표의 함수로서 조합된 신호 및/또는 중심 신호 및 합산 신호 또는 이로부터 유도된 2 차 신호를 측정하는 측정법과 같은 경험적 측정에 의하거나, 이들 둘 다에 의하는 것과 같은 분석적 고려 사항에 의해 결정될 수 있다.
따라서, 일반적으로, 평가 장치는 조합된 신호와 같은 몫 신호 Q를 평가함으로써 종방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 이러한 결정은 중심 신호 및 합산 신호를 직접 조합하고 이의 종방향 좌표를 도출하는 것과 같은 1-단계 프로세스이거나, 또는 먼저 중심 신호 및 합산 신호로부터 조합된 신호를 유도하고 둘째 조합된 신호로부터 종방향 좌표를 유도하는 것과 같은 다중-단계 프로세스일 수 있다. 두 옵션, 즉 단계 c) 및 d)의 옵션은 별개의 독립적인 단계이고, 단계 c) 및 d)의 옵션은 완전히 또는 부분적으로 조합되어 본 발명에 포함된다.
상술한 바와 같이, 광학 센서는 구체적으로 광검출기, 바람직하게는 무기 광검출기, 보다 바람직하게는 무기 반도체 광검출기, 가장 바람직하게는 규소 광검출기일 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 적외선 스펙트럼 범위에서 민감할 수 있다. 매트릭스의 모든 광학 센서 또는 적어도 매트릭스의 광학 센서 그룹은 특히 동일할 수 있다. 매트릭스의 동일한 광학 센서의 그룹은 구체적으로 상이한 스펙트럼 범위에 대해 제공되거나, 모든 광학 센서는 스펙트럼 감도 면에서 동일할 수 있다. 또한, 광학 센서는 그 크기 및/또는 그 전자 또는 광전자 특성과 관련하여 동일할 수 있다.
매트릭스는 독립적인 광학 센서로 구성될 수 있다. 따라서, 무기 광다이오드의 매트릭스가 구성될 수 있다. 그러나, 대안적으로, CCD 검출기 칩과 같은 CCD 검출기 및/또는 CMOS 검출기 칩과 같은 CMOS 검출기 중 하나 이상과 같은 상업적으로 입수가능한 매트릭스가 사용될 수 있다.
따라서, 일반적으로, 검출기의 광학 센서는 센서 어레이를 형성할 수 있거나 전술한 매트릭스와 같은 센서 어레이의 일부일 수 있다. 따라서, 일례로서, 검출기는, m, n이 독립적으로 양의 정수인 m 개의 행과 n 개의 열을 갖는 직사각형 어레이와 같은 광학 센서들의 어레이를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 하나보다 많은 열 및 하나보다 많은 행, 즉 n>1, m>1이 주어진다. 따라서, 일례로서, n은 2 내지 16 또는 그 이상일 수 있고, m은 2 내지 16 또는 그 이상일 수 있다. 바람직하게는, 행의 수와 열의 수의 비율은 1에 가깝다. 예를 들어, n 및 m은 m/n = 1:1, 4:3, 16:9 또는 이와 유사한 것을 선택하는 것과 같이, 0.3≤m/n≤3이 되도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 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. 예를 들어, 행 및 열은 본질적으로 수직으로 배향될 수 있으며, 여기서 용어 "본질적으로 수직인"에 관해서는 위에서 주어진 정의를 참조할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 20° 미만, 특히 10° 미만 또는 심지어 5° 미만의 허용오차가 허용될 수 있다. 넓은 범위의 시야를 제공하기 위해, 매트릭스는 구체적으로 적어도 10 개의 행, 바람직하게는 적어도 50 개의 행, 보다 바람직하게는 적어도 100 개의 행을 가질 수 있다. 유사하게, 매트릭스는 적어도 10 개의 열, 바람직하게는 적어도 50 개의 열, 보다 바람직하게는 적어도 100 개의 열을 가질 수 있다. 매트릭스는 적어도 50 개의광학 센서, 바람직하게는 적어도 100 개의 광학 센서, 보다 바람직하게는 적어도 500 개의 광학 센서를 포함할 수 있다. 매트릭스는 멀티-메가 픽셀 범위의 다수의 픽셀을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들도 가능하다. 따라서, 상술한 바와 같이, 축 회전 대칭이 예상되는 설정에서, 픽셀이라고도하는 매트릭스의 광학 센서의 원형 배열 또는 동심원 배열이 바람직할 수 있다.
전술한 바와 같이, 바람직하게는 센서 요소는 검출기의 광축에 실질적으로 수직으로 배향될 수 있다. 다시, "본질적으로 수직인"이라는 용어와 관련하여 위에 주어진 정의와 허용오차를 참조할 수 있다. 광축은 직선 광축일 수 있거나 또는 하나 이상의 편향 요소를 사용하고/하거나 하나 이상의 빔 분할기를 사용하여 구부러지거나 또는 심지어 분할될 수 있으며, 여기서 후자의 경우, 본질적으로 수직인 배향은 광학 설정의 각각의 분지 또는 빔 경로 내의 국지적인 광축을 지칭할 수 있다.
검출기는 삼각 측량 및/또는 구조화된 조명 기술을 사용하여 피사체의 적어도 하나의 거리 정보를 결정하도록 적용될 수 있다. 삼각 측량 또는 구조화된 광 기술을 사용하는 장치와 같은 공지된 3D 감지 장치에서, 대응 문제로 인해, 규칙적인, 일정한 또는 주기적인 패턴이 각각의 측정된 포인트가 기준 패턴의 하나의 기준점에 할당되어야 하기 때문에 적합하지 않다. 피사체로부터 검출기로 전파하는 적어도 하나의 광빔은 광학 센서의 매트릭스 상에 적어도 하나의 반사 패턴을 생성하도록 구성될 수 있다. "반사 패턴"이라는 용어는 조명 패턴에 의한 조명에 응답하여 생성된 피사체로부터 검출기로 진행하는 광빔에 의해 감광성 영역의 조명에 응답하여 광학 센서에 의해 결정된 적어도 하나의 이미지를 지칭한다. 반사 패턴은 조명 패턴의 대응하는 조명 특징에 따라 적어도 하나의 반사 특징을 포함할 수 있다. 상기 검출기는 몫 신호로부터 상기 반사 패턴의 적어도 하나의 반사 특징에 대한 피사체 지점의 종방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 검출기는 반사 패턴의 적어도 하나의 반사 특징을 사전-분류하도록 구성될 수 있다. 이는 삼각형 패턴, 직사각형 패턴, 육각형 패턴 또는 볼록한 타일링을 추가로 포함하는 패턴과 같은 규칙적 및/또는 일정 및/또는 주기적 패턴을 포함하는 조명 패턴을 사용하는 것을 허용한다. 조명 패턴은, 육각형 패턴이 바람직할 수 있도록 면적 당 가능한 한 많은 특징들을 포함할 수 있다.
평가 장치는 반사 특징을 식별하기 위해 적어도 하나의 이미지 분석 및/또는 이미지 처리를 수행하도록 구성될 수 있다. 이미지 분석 및/또는 이미지 처리는 적어도 하나의 특징 검출 알고리즘을 사용할 수 있다. 이미지 분석 및/또는 이미지 처리는, 필터링; 적어도 하나의 관심 영역의 선택; 센서 신호들에 의해 생성된 이미지와 적어도 하나의 오프셋 사이의 차이 이미지의 형성; 센서 신호들에 의해 생성된 이미지를 반전시킴으로써 센서 신호들의 반전; 상이한 시간들에서 센서 신호들에 의해 생성된 이미지 사이의 차이 이미지의 형성; 배경 보정; 색상 채널로의 분해; 색조로의 분해; 포화; 및 휘도 채널; 주파수 분해; 특이 값 분해; 캐니(Canny) 엣지 검출기 적용; 가우시안 필터의 라플라시안(Laplacian of Gaussian filter) 적용; 가우시안 필터의 차 적용; 소벨(Sobel) 연산자 적용; 라플라스(Laplace) 연산자 적용; 샤르(Scharr) 연산자 적용; 프리위트(Prewitt) 연산자 적용; 로버츠(Roberts) 연산자 적용; 키르쉬(Kirsch) 연산자 적용; 고역-통과 필터 적용; 저역-통과 필터 적용; 푸리에(Fourier) 변환 적용; 라돈(Radon)-변환 적용; 허프(Hough)-변환 적용; 웨이블릿(Wavelet)-변환 적용; 임계 값 생성; 및 이진(binary) 이미지 생성 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 관심 영역은 사용자에 의해 수동으로 결정될 수 있거나 또는 예를 들어 광학 센서에 의해 생성된 이미지 내의 피사체를 인식함으로써 자동으로 결정될 수 있다.
평가 장치는 적어도 하나의 반사 특징에 대응하는 적어도 하나의 기준 패턴에서 적어도 하나의 기준 특징을 결정하도록 구성될 수 있다. 용어 "기준 패턴"은 적어도 하나의 기준 특징을 포함하는 특정 공간 위치에서의 비교 이미지를 지칭한다. 상술한 바와 같이, 평가 장치는 이미지 분석을 수행하고 반사 패턴의 특징을 식별하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 선택된 반사 특징과 본질적으로 동일한 종방향 좌표를 갖는 기준 패턴 내의 적어도 하나의 기준 특징을 식별하도록 구성될 수 있다. "본질적으로 동일한"이라는 용어는 10% 이내, 바람직하게는 5% 이내, 가장 바람직하게는 1% 이내에서 동일함을 의미한다. 반사 특징에 대응하는 기준 특징은 에피폴라 기하학(epipolar geometry)을 사용하여 결정될 수 있다. 에피폴라 기하학에 대한 설명은 예를 들어 문헌[X. Jiang, H. Bunke: "Dreidimensionales Computersehen" Springer, Berlin Heidelberg, 1997]의 2장 참조. 에피폴라 기하학은 기준 패턴 및 반사 패턴이 상이한 공간 위치 및/또는 고정된 거리를 갖는 공간 배향에서 결정된 피사체의 이미지일 수 있음을 가정할 수 있다. 상기 거리는 기준선으로도 표시되는 상대적 거리일 수 있다. 평가 장치는 기준 패턴에서 에피폴라 라인을 결정하도록 구성될 수 있다. 기준 패턴과 반사 패턴의 상대적인 위치를 알 수 있다. 예를 들어, 기준 패턴과 반사 패턴의 상대적 위치는 평가 장치의 적어도 하나의 저장 유닛 내에 저장될 수 있다. 상기 평가 장치는 선택된 반사 특징으로부터 원래의 실제 특징으로 연장되는 직선을 결정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 직선은 선택된 반사 특징에 대응하는 가능한 피사체 특징을 포함할 수 있다. 직선과 기준선은 에피폴라 평면에 걸쳐 있다. 기준 패턴이 반사 패턴으로부터의 상이한 상대적 성상(constellation)에서 결정되므로, 대응하는 가능한 피사체 특징이 기준 패턴에서 에피폴라 라인이라 불리는 직선 상에 이미징될 수 있다. 에피폴라 라인은 에피폴라 평면과 기준 패턴의 교차점일 수 있다. 따라서, 반사 패턴의 선택된 특징에 대응하는 기준 패턴의 특징은 에피폴라 라인 상에 있다.
피사체까지의 거리에 따라, 반사 특징의 이미지 위치에 대응하는 기준 특징은 반사 패턴 내의 이미지 위치와 비교하여 기준 패턴 내에서 변위될 수 있다. 기준 패턴은 선택된 반사 특징에 대응하는 기준 특징이 이미징될 수 있는 적어도 하나의 변위 영역을 포함할 수 있다. 상기 변위 영역은 단지 하나의 기준 특징을 포함할 수 있다. 상기 변위 영역은 에피폴라 라인을 따라 연장될 수 있다. 평가 장치는 에피폴라 라인에 따라 기준 특징을 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 반사 특징에 대한 종방향 좌표(z) 및 몫 신호(Q)로부터의 오차 간격(±ε)을 결정하여 z±ε에 대응하는 에피폴라 라인을 따른 변위 영역을 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 선택된 반사 특징을 변위 영역 내의 적어도 하나의 기준 특징과 매칭시키도록 구성될 수 있다. 본원에 사용된 용어 "매칭(matching)"은 대응하는 기준 및 반사 특징을 결정 및/또는 평가하는 것을 지칭한다. 평가 장치는 결정된 종방향 좌표(z)를 고려한 적어도 하나의 평가 알고리즘을 사용함으로써, 반사 패턴의 선택된 특징을 변위 영역 내의 기준 특징과 매칭시키도록 구성될 수 있다. 평가 알고리즘은 선형 스케일링 알고리즘일 수 있다. 바람직하게는, 검출기는 하나의 기준 특징에 대한 모호하지 않은 할당이 가능하도록 몫 신호 Q를 사용하여 선택된 반사 특징을 사전-분류하도록 구성될 수 있다. 특히, 조명 패턴의 조명 특징들은 기준 패턴의 대응하는 기준 특징들이 서로에 대한 상대적 거리를 에피폴라 라인상에서 가능한 한 크게 가질 수 있도록 배열될 수 있다. 조명 패턴의 조명 특징들은 단지 소수의 기준 특징들이 에피폴라 라인상에 위치하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 조명 패턴은 적어도 하나의 육각형 패턴을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 조명 패턴은 적어도 하나의 육각형 패턴을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 패턴은 기준선에 대해 회전된다. 바람직하게는, 조명 패턴은 적어도 하나의 변위된 육각형 패턴을 포함할 수 있으며, 여기서 육각형 패턴의 개별 포인트들은 정규 위치로부터 임의의 거리만큼 예를 들어 포인트의 에피폴라 라인에 수직으로 변위된다. 개개의 포인트들의 변위는 2 개의 평행한 에피폴라 라인들 사이의 거리의 절반보다 작을 수 있고, 바람직하게는 2 개의 평행한 에피폴라 라인들 사이의 거리의 1/4보다 작을 수 있다. 개개의 포인트들의 변위는 두 포인트가 서로 위로 변위되지 않을 수 있다.
평가 장치는 기준 특징과 반사 특징의 변위를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 매칭된 기준 특징 및 선택된 반사 특징의 변위를 결정하도록 구성될 수 있다. 본원에 사용된 "변위"라는 용어는 기준 이미지 내의 이미지 위치와 반사 이미지 내의 이미지 위치 사이의 차이를 지칭한다. 평가 장치는 종방향 좌표와 변위 사이의 사전 결정된 관계를 사용하여 매칭된 특징의 종방향 정보를 결정하도록 구성될 수 있다. 본원에 사용된 "종방향 정보"라는 용어는 종방향 좌표(z삼각)에 관한 정보를 나타낸다. 예를 들어, 종방향 정보는 거리 값일 수 있다. 평가 장치는 삼각 측량 방법을 이용하여 사전 결정된 관계를 결정하도록 구성될 수 있다. 반사 패턴에서 선택된 반사 특징의 위치 및 매칭된 기준 특징의 위치 및/또는 선택된 반사 특징 및 매칭된 기준 특징의 상대적 변위가 공지된 경우, 대응하는 피사체 특징의 종방향 좌표는 삼각 측량에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 평가 장치는, 예를 들어, 후속 및/또는 열별로 반사 특징을 선택하고, 기준 특징의 각 잠재적 위치에 대해 삼각 측량을 사용하여 대응하는 거리 값을 결정하도록 구성될 수 있다. 변위 및 대응 거리 값은 평가 장치의 적어도 하나의 저장 장치에 저장될 수 있다. 평가 장치는, 예를 들어, 적어도 하나의 프로세서, 적어도 하나의 DSP, 적어도 하나의 FPGA 및/또는 적어도 하나의 ASIC과 같은 적어도 하나의 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 또한, 종방향 좌표 z와 변위 사이의 적어도 하나의 사전 결정된 또는 결정가능한 관계를 저장하기 위해, 사전 결정된 관계를 저장하기 위한 하나 이상의 룩업 테이블을 제공하는 것과 같은 적어도 하나의 데이터 저장 장치가 제공될 수 있다.
상기 검출기는 WO 2015/024871 또는 WO 2016/120392에 기술된 바와 같이 소위 FiP 효과를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 FiP 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 센서의 매트릭스의 적어도 하나의 광학 센서가 소위 FiP 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 매트릭스의 각각의 광학 센서가 적어도 하나의 FiP 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광학 센서의 매트릭스는 픽셀화된 FiP-센서일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, FiP 신호는 매트릭스의 센서 신호로부터 추출 및/또는 시뮬레이션되는 것과 같이 결정될 수 있으며, 상술된 바와 같은 몫은 센서 신호로부터 결정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 중심 신호 및 합산 신호를 평가함으로써, 검출기는 전체 피사체 또는 이의 하나 이상의 부분의 종방향 좌표를 결정하는 옵션을 포함하여, 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 그러나, 또한, 하나 이상의 횡축 좌표 및/또는 회전 좌표를 포함하는 피사체의 다른 좌표는 특히 평가 장치에 의해 검출기에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 일례로서, 하나 이상의 횡방향 센서가 피사체의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하는 데 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 중심 신호가 발생하는 적어도 하나의 광학 센서의 위치는 피사체의 적어도 하나의 횡방향 좌표에 대한 정보를 제공할 수 있으며, 여기서, 예를 들어, 간단한 렌즈 방정식이 광학 변환 및 횡방향 좌표 유도를 위해 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 추가적인 횡방향 센서가 사용될 수 있고 검출기에 포함될 수 있다. WO 2014/097181 A1에 개시된 횡 방향 센서 및/또는 사분원 다이오드, CCD 또는 CMOS 칩 등과 같은 다른 위치-감지 장치(PSD)와 같은 다양한 횡 방향 센서가 당 업계에 일반적으로 알려져 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 예를 들어, 본 발명에 따른 검출기는 다음과 같은 문헌에 개시된 하나 이상의 PSD를 포함할 수 있다(문헌[R.A. Street (Ed.): Technology and Applications of Amorphous Silicon, Springer-Verlag Heidelberg, 2010, pp. 346-349]. 다른 실시예도 가능하다. 이들 장치는 일반적으로 본 발명에 따른 검출기 내에 구현될 수도 있다. 예를 들어, 광빔의 일부는 적어도 하나의 빔 분할 요소에 의해 검출기 내에서 분할될 수 있다. 예를 들어, 분할된 부분은 CCD 또는 CMOS 칩 또는 카메라 센서와 같은 횡 방향 센서를 향해 안내될 수 있고, 횡 방향 센서상의 분할 부분에 의해 생성된 광 스폿의 횡 방향 위치가 결정됨으로써, 피사체의 적어도 하나의 횡 방향 좌표를 결정할 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 검출기는 단순 거리 측정 장치와 같은 1 차원 검출기일 수도 있고, 2 차원 검출기 또는 3 차원 검출기로서 구현될 수도 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 또는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 1 차원 방식으로 풍경 또는 환경을 스캐닝함으로써, 3 차원 이미지가 또한 생성될 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 검출기는 구체적으로는 1 차원 검출기, 2 차원 검출기 또는 3 차원 검출기 중 하나일 수 있다. 평가 장치는 또한 피사체의 적어도 하나의 횡 방향 좌표 x, y를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 종방향 좌표와 횡방향 좌표의 정보를 결합하고 공간 중의 피사체의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다.
검출기는 단일 광빔 또는 복수의 광빔을 평가하도록 구성될 수 있다. 복수의 광빔이 피사체로부터 검출기로 전파하는 경우, 광빔을 구별하는 수단이 제공될 수 있다. 따라서, 광빔은 상이한 스펙트럼 특성을 가질 수 있고, 검출기는 상이한 광빔을 구별하기 위한 하나 이상의 파장 선택적 요소를 포함할 수 있다. 이어서, 각각의 광빔은 독립적으로 평가될 수 있다. 상기 파장 선택적 요소는, 예를 들어, 하나 이상의 필터, 하나 이상의 프리즘, 하나 이상의 격자, 하나 이상의 이색성 거울 또는 이들의 임의의 조합일 수 있거나 포함할 수 있다. 또한, 추가적으로 또는 대안적으로, 2 개 이상의 광빔을 구별하기 위해, 광빔은 특정 방식으로 변조될 수 있다. 따라서, 일례로서, 광빔은 주파수 변조될 수 있고, 센서 신호는 복조 주파수에 따라 상이한 광빔으로부터 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 광빔을 구별하도록 구성될 수 있다.
조명원은 복수의 조명 영역이 광학 센서 예를 들어 COMS 검출기의 매트릭스 상에 생성되도록 포인트 클라우드를 생성 및/또는 투영하도록 구성될 수 있다. 또한, 반점 및/또는 외부 광 및/또는 다중 반사로 인한 교란(disturbance)과 같은 광학 센서의 매트릭스 상에 교란이 존재할 수 있다. 평가 장치는 적어도 하나의 관심 영역, 예를 들어, 피사체의 종방향 좌표의 결정을 위해 사용되는 광빔에 의해 조명된 하나 이상의 픽셀을 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 평가 장치는 필터링 방법, 예를 들어 얼룩-분석 및/또는 피사체 인식 방법을 수행하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 조명원은 이동성 및/또는 이동식 조명원일 수 있다. 예를 들어, 조명원은 상이한 위치 및/또는 각도로부터 피사체를 조명하는 것과 같이 측정 중에 이동될 수 있다. 그러나, 예를 들어 완전한 측정 시간 동안, 조명원이 적어도 하나의 고정된 위치에 위치될 수 있는 실시예가 가능하다. 평가 장치는 높은 제조 허용오차 및/또는 사용자 상호작용 및/또는 사용자 조립 등과 같은 불명확한 위치를 갖는 조명원에 구성될 수 있다.
상기 조명원은 수렴 및/또는 발산 및/또는 평행 광빔으로 피사체를 조명할 수 있다.
또 하나의 바람직한 실시예에서, 검출기는 다음을 포함할 수 있다:
- 감광성 영역을 각각 갖는 적어도 2 개의 광학 센서(여기서, 각각의 감광성 영역은 기하학적 중심을 가지며, 상기 광학 센서의 기하학적 중심은 상이한 공간 오프셋에 의해 상기 검출기의 광축으로부터 이격되고, 각각의 광학 센서는 피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔에 의해 그 각각의 감광성 영역의 조명에 응답하여 센서 신호를 생성하도록 구성됨); 및
- 적어도 2 개의 센서 신호들을 조합함으로써 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치.
이러한 추가의 바람직한 실시예에서, 광학 센서는 광학 센서의 감광성 영역이 이의 공간 오프셋 및/또는 이의 표면적에서 상이하도록 배열될 수 있다.
광학 센서의 감광성 영역은 피사체로부터 볼 때 중첩될 수도 있고 중첩되지 않을 수도 있는데, 즉 중첩되지 않고 서로 옆에 배치될 수 있다. 감광성 영역은 서로 이격되거나 직접 인접할 수 있다.
검출기는 2 개 초과의 광학 센서를 포함할 수 있다. 어느 경우든, 즉 정확하게 2 개의 광학 센서를 포함하는 검출기의 경우 및 2 개 초과의 광학 센서를 포함하는 검출기의 경우, 광학 센서는 제 1 공간 오프셋만큼 광축으로부터 이격된 적어도 하나의 제 1 광학 센서 및 제 2 공간 오프셋만큼 광축으로부터 이격된 적어도 하나의 제 2 광학 센서를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 제 1 공간 오프셋 및 상기 제 2 공간 오프셋은 상이하다. 추가의 광학 센서가 제공되는 경우, 제 1 및 제 2 광학 센서 외에, 이러한 추가적인 광학 센서는 또한 조건을 충족시키거나, 대안적으로는 제 1 공간 오프셋, 제 2 공간 오프셋 또는 상이한 공간 오프셋에 의해 광축으로부터 이격될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 공간 오프셋은 적어도 1.2 배, 보다 바람직하게는 적어도 1.5 배, 보다 바람직하게는 적어도 2 배 정도 다를 수 있다. 상기 언급된 조건들이 충족되는 한, 공간 오프셋은 0 일 수도 있고 음의 값을 가질 수도 있다.
전술한 바와 같이, 각각의 감광성 영역에는 기하학적 중심이 있다. 각각의 감광성 영역의 각각의 기하학적 중심은 각각의 광학 센서가 위치된 빔 경로 또는 각각의 빔 경로의 광축과 같이 검출기의 광축으로부터 이격될 수 있다.
전술한 바와 같이, 광학 센서는 특히 하나의 동일한 평면에 위치될 수 있으며, 이는 바람직하게는 광축에 수직인 평면이다. 그러나 다른 구성도 가능하다. 따라서, 2 개 이상의 광학 센서가 또한 광축에 평행한 방향으로 이격될 수 있다.
예를 들어, 광학 센서는 분할된 다이오드의 중심이 검출기의 광축으로부터 중심이 벗어난 분할된 다이오드의 부분 다이오드일 수 있다. 본원에 사용된 "부분 다이오드"라는 용어는 직렬 또는 병렬로 연결된 다수의 다이오드를 포함할 수 있다. 이 예는 오히려 간단하고 비용-효율적으로 실현될 수 있다. 따라서, 일례로서, 바이-셀(bi-cell) 다이오드 또는 사분원 다이오드가 저가로 널리 상업적으로 입수가능하며, 이들 바이셀 다이오드 또는 사분원 다이오드에 대한 구동 방식은 일반적으로 공지되어 있다. 본원에 사용된 용어 "바이셀 다이오드"는 일반적으로 하나의 패키징 내에 2 개의 부분 다이오드를 갖는 다이오드를 지칭한다. 바이셀 및 사분원 다이오드는 2 개 또는 4 개의 개별 감광성 영역, 특히 2 개 또는 4 개의 능동형 영역을 가질 수 있다. 예를 들어, 바이셀 다이오드는 각각 다이오드의 완전한 기능을 갖는 독립적인 다이오드를 형성할 수 있다. 예를 들어, 각각의 바이셀 다이오드는 정사각형 또는 직사각형 형상을 가질 수 있고, 2 개의 다이오드는 총 2 개의 부분 다이오드가 직사각형 형상의 1 x 2 또는 2 x 1 매트릭스를 형성하도록 하나의 평면에 배치될 수 있다. 그러나, 본 발명에서는, 바이셀 다이오드 및 사분원 다이오드의 센서 신호를 평가하기 위한 새로운 방식이 제안되며, 이는 이하에서 더 상세히 설명될 것이다. 그러나, 일반적으로, 광학 센서는 특히 사분원 다이오드의 중심이 검출기의 광축으로부터 중심이 벗어난 사분원 다이오드의 부분 다이오드일 수 있다. 본원에 사용된 용어 "사분원 다이오드"는 일반적으로 하나의 패키징 내에 4 개의 부분 다이오드를 갖는 다이오드를 지칭한다. 예를 들어, 4 개의 부분 다이오드는 각각 다이오드의 완전한 기능을 갖는 독립적인 다이오드를 형성할 수 있다. 예를 들어, 4 개의 부분 다이오드는 정사각형 또는 직사각형 형상을 가질 수 있고, 4 개의 부분 다이오드는 총 4 개의 부분 다이오드가 직사각형 또는 정사각형 형상의 2 x 2 매트릭스를 형성하도록 하나의 평면에 배치될 수 있다. 다른 예에서, 4 개의 부분 다이오드는 전체적으로 원형 또는 타원형을 갖는 2 × 2 매트릭스를 형성할 수 있다. 예를 들어, 부분 다이오드들은 서로 최소로 분리되어 인접할 수 있다. 그러나, 인접한 영역들 사이의 분리는 또한 몫 신호의 동적 범위를 개선하기 위해 변화될 수 있다. 예를 들어, 2 개의 인접한 다이오드들 사이의 간격은 불투명한 마스크를 사용하여 증가될 수 있다. 이것은 2 개 다이오드들의 신호의 몫을 증가시킬 수 있는 인접한 다이오드와 비교하여 다이오드들 중 하나에서의 광을 상대적으로 및/또는 절대적으로 감소시킬 수 있다.
2x2 매트릭스의 부분 다이오드를 갖는 사분원 다이오드가 사용되는 경우, 사분원 다이오드의 중심은 구체적으로 광축의 중심으로부터 벗어나거나 광축으로부터 오프셋될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 사분원 다이오드의 광학 센서의 기하학적 중심의 교차점일 수 있는 사분원 다이오드의 중심은 광축으로부터 적어도 0.2 mm만큼, 보다 바람직하게는 적어도 0.5 mm만큼, 더욱 바람직하게는 1.0 mm 또는 심지어 2.0 mm 이상만큼 중심을 벗어날 수 있다. 유사하게, 복수의 광학 센서를 갖는 다른 유형의 광학 센서 설정을 사용하는 경우, 광학 센서의 전체 중심은 동일한 거리만큼 광축으로부터 오프셋될 수 있다.
전술한 바와 같이, 바이셀 및 사분원 다이오드는 2 개 또는 4 개의 개별 감광성 영역, 특히 2 개 또는 4 개의 능동형 영역을 가질 수 있다. 감광성 영역은 분할 선에 의해 분리될 수 있다. 예를 들어 2 개의 Si-다이오드의 분할 선은 검출기의 기준선에 평행하게, 특히 광학 센서상의 스폿 움직임과 평행하게 배열될 수 있다. 그러나, 다른 배열도 가능하다. 예를 들어, 사분원 다이오드는 2 개의 분할 선을 포함할 수 있다. 분할 선은 서로 직교하여 배열될 수 있다. 분할 선들의 직교 배치는 서로 독립적으로 근거리 장 및 원거리 장 적용에 대한 몫 신호의 조정을 허용한다. 사분원 다이오드의 2 개의 광학 센서의 센서 신호의 몫 신호를 결정하는 것 이외에, 평가 장치는 사분원 다이오드의 적어도 3 개 또는 4 개의 센서 신호를 사용하여 제 2의 몫을 결정하도록 구성될 수 있다. 2 개의 몫은 2 개의 별개의 거리 범위를 커버하도록 형성될 수 있다. 근거리 장 및 원거리 장에 대한 2 개의 몫 신호는 몫 신호 모두가 종방향 거리 z의 합리적인 결정을 얻는 것을 허용하는 중첩 영역을 가질 수 있다. 예를 들어, 몫 신호는 상단 세그먼트라고도 하는 2 개의 상단 사분원의 센서 신호를 하단 세그먼트라고도 하는 2 개의 하단 사분원의 센서 신호로 나누어서 결정할 수 있다. 검출기의 기준선과 평행한 분할 선을 갖는 2 개의 센서 영역에 의해 결정된 센서 신호의 몫 신호를 사용하는 것은 광 스폿의 임의의 거리 의존적 움직임 없이 몫을 결정할 수 있게 한다. 특히, 예를 들어, 상단 및 하단 세그먼트 사이의 분할 선이 기준선에 평행 한 경우, 하단 세그먼트에 의해 분할된 상단 세그먼트로부터 결정된 몫 신호는 근거리 장에서 사용될 수 있고, 상기 광 스폿은 상기 사분원 다이오드의 좌측 또는 우측 세그먼트 중 하나만을 조명할 수 있다. 이 경우 좌측 세그먼트와 우측 세그먼트의 센서 신호를 나누어서 몫 신호를 결정하는 것은 가능할 수 없다. 그러나, 상단 및 하단 세그먼트의 센서 신호를 나눔으로써 몫을 결정하는 것은 적당한 거리 측정을 제공할 수 있다. 좌측 및 우측 세그먼트의 센서 신호를 분할함으로써 결정된 몫 신호는 원거리 측정을 위해 사용될 수 있으며, 여기서 광 스폿은 좌우 세그먼트 모두를 조명한다. 또한, 평가 장치는 대향 세그먼트 또는 이웃 세그먼트들의 센서 신호를 나누어서 몫 신호를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 사분원의 획득된 센서 신호들을 결합하여 거리 측정이 넓은 분해능으로 넓은 범위에서 가능할 수 있도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 광학 센서의 감광성 영역은 임의의 표면적 또는 크기를 가질 수 있다. 그러나, 특히 센서 신호의 단순화된 평가의 관점에서, 바람직하게는, 광학 센서의 감광성 영역은 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만 또는 심지어 1% 미만의 허용오차 내에서와 같이 실질적으로 동일하다. 이는 특히 전형적인 상업적으로 입수가능한 사분원 다이오드의 경우이다.
검출기는 4 개의 사분원을 포함하는 적어도 하나의 사분원 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사분원 다이오드의 상부 좌측 사분원은 "ol", 하부 좌측 사분원은 "ul", 우측 상부 사분원은 “or” 로 표시될 수 있으며, 우측 하부 사분원은 "ur"로 표시될 수 있다. 광 스폿은 근거리 범위의 좌측으로부터 원거리 범위의 죄측으로 이동할 수 있다. 검출기는 적어도 하나의 중성 밀도 필터를 포함할 수 있다. 근거리 범위의 사분원은 중성 밀도 필터로 덮일 수 있다. 근거리 범위에서 목 ol/ul는 종방향 좌표 z를 결정하는 데 사용될 수 있다. 원거리 범위에서는 몫 or/ur 및/또는 모든 사분원의 조합으로부터이 사용될 수 있다. 중성 밀도 필터를 사용하면 근거리 범위의 피사체가 증폭기를 포화시키지 않고 일정한 증폭으로 더 밝게 광학 센서를 조명하도록 구성될 수 있다. 동시에 원거리 범위에서 더 많은 신호를 얻을 수 있다. 따라서, 중성 밀도 필터는 검출기의 동적 특성을 향상시킨다.
구체적으로, 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 평가 장치는 센서 신호들 및/또는 이들로부터 유도된 임의의 2차 신호 및 종방향 좌표 사이의 적어도 하나의 알려진, 결정 가능하거나 사전-결정된 관계를 이용함으로써 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 평가 장치는 적어도 2 개의 센서 신호, 즉 적어도 하나의 제 1 광학 센서의 적어도 하나의 센서 신호와 적어도 하나의 제 2 광학 센서의 적어도 하나의 센서 신호 적어도 하나의 조합된 센서 신호를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 검출기는 WO 2015/024871 또는 WO 2016/120392에 기술된 바와 같이 소위 FiP 효과를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 FiP 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 바이셀 또는 사분원 다이오드가 소위 FiP 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어 WO 2015/024871 또는 WO2016/120392에 요약된 바와 같이, FiP 신호는 넓은 거리 범위에 걸쳐 깊이 정보를 결정하는 데 사용될 수 있다. 상기 FiP 센서는 양 및/또는 음의 FiP 효과를 나타내도록 구성될 수 있다. FiP 효과에 따르면, 동일한 총 전력이 주어진 종방향 센서 신호는 센서 영역 상의 또는 센서 영역 내의 하나 또는 복수의 포커싱 및/또는 하나 또는 복수의 특정 크기의 광 스폿에 대해 적어도 하나의 현저한 최대값을 나타낼 수 있다. 비교를 위해, 가능한 가장 작은 단면을 갖는 광빔에 의해 대응하는 물질이 충돌되는 조건에서 예컨대 상기 물질이 광학 렌즈에 의해 영향을 받는 초점에 또는 그 부근에 위치될 수 있는 경우, 종방향 센서 신호의 최대값의 관찰은 "양의 FiP-효과"로 명명될 수 있다.음의 FiP 효과는 대응하는 물질이 이용가능한 가장 작은 빔 단면을 갖는 광빔에 의해 충돌되는 조건 하에서, 특히 상기 질이 광학 렌즈에 의해 영향을 받아 초점에 또는 초점 부근에 위치될 수 있는 경우, 종방향 센서 신호의 최소값의 관찰을 기술한다. 음의 FiP 효과는 원거리에서 작은 이미지 효과를 조정하는 데 사용될 수 있다. 위치, 크기, 형상, 선명도 등과 같은 이미지 변화는 원거리에서 사라질 수 있지만 음의 FiP 효과는 증가할 수 있다. 또한, 두 셀들이 동일한 종방향 위치에 있어 동일한 광자 밀도를 수신하기 때문에 휘도 의존성을 도입할 수 없다.
상술한 바와 같이, 검출기는 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다. 조명원과 바이셀 또는 사분원 다이오드 사이의 검출기의 광축에 수직인 거리는 작을 수 있다. 조명원과 바이셀 또는 사분원 다이오드 사이의 검출기의 광축에 수직인 거리는 0.1 m 미만, 바람직하게는 0.05 m 미만, 보다 바람직하게는 0.025 m 미만일 수 있다. 조명원 및 광축은 작은 기준선에 의해 분리될 수 있다. 조명원은 광축으로부터 최소 거리만큼 이격될 수 있다. 광축으로부터의 최소 거리는 바이셀 또는 사분원 다이오드 및 적어도 하나의 임의적인 전사 장치의 크기 및 위치와 같은 추가의 검출기 요소들에 의해 정의될 수 있다. 기준선은 0.1 m 미만, 바람직하게는 0.05 m 미만, 보다 바람직하게는 0.025 m 미만일 수 있다. 예를 들어, 기준선은 21 mm일 수 있다. 바람직하게는, 조명원은 전사 장치의 바로 옆에 배치될 수 있다. 예를 들어, 조명원이 광축에 더 가깝게 위치될 수 있도록 전사 장치는 평탄화될 수 있다. 조명원은 전사 장치 뒤에 배치될 수도 있다.
본원에 일반적으로 사용된 용어 "조합"은 일반적으로, 신호와 같은 둘 이상의 성분들이 적어도 하나의 병합된 합산 신호를 형성하기 위해 수학적으로 병합된 및/또는 적어도 하나의 비교 신호 또는 비교 결과를 형성하기 위해 수학적으로 비교된 것들 중 하나 이상인 임의의 동작을 나타낼 수 있다. 아래에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 조합된 센서 신호 또는 2 차 신호는 적어도 하나의 몫 신호일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
2 개 초과의 센서 신호가 제공되는 경우, 일례로서, 1 쌍 초과의 센서 신호의 몫 신호를 형성하는 것과 같이 1 개 초과의 몫 신호가 생성될 수 있다.
따라서, 일례로서, 2 개 초과의 광학 센서가 제공되는 경우, 상기 언급된 몫 형성은 이들 광학 센서에 의해 생성된 센서 신호들 중 2 개 사이에서 발생하거나 2 개 초과의 센서 신호들 사이에서 발생할 수도 있다. 따라서, 상기 주어진 수학식에서 센서 신호들 중 제 1 센서 신호 및 제 2 센서 신호 중 하나를 사용하는 대신, 조합된 센서 신호들이 몫 형성을 위해 사용될 수 있다.
몫 신호 Q는 일반적으로 감광성 영역상의 광빔에 의해 생성된 광 스폿의 비대칭 또는 비대칭 분포를 나타내는 비대칭 파라미터의 일례이다. 2 개 이상의 광다이오드와 같은 2 개 이상의 광학 센서의 몫은, 아래의 실험 데이터로 표시되는 바와 같이, 전형적으로 검출기와 광빔이 검출기를 향해 이동하는 피사체 사이의 거리에 단조적으로 의존하는 조합된 신호를 제공할 수 있다. 몫 신호에 추가적으로 또는 대안적으로서, 본 발명의 설정에서 2 개 이상의 센서들의 센서 신호들을 구현하는 다른 유형의 조합된 기능들이 사용될 수 있으며, 이는 또한 피사체와 검출기 사이의 거리에 대한 의존성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 광 스폿의 비대칭 또는 비대칭 파라미터는 광빔의 폭을 나타낼 수 있다. 이러한 비대칭 파라미터가 거리에만 의존하는 경우, 거리를 결정하기 위해 측정을 이용할 수 있다.
전형적인 설정에서, 사분원 광다이오드와 같은 상업적으로 이용가능한 사분원 다이오드는 사분원 광다이오드의 평면 내의 광 스폿의 횡방향 좌표를 포지셔닝(positioning) 즉 조정 및/또는 측정하는 데 사용된다. 따라서, 일례로서, 사분원 광다이오드를 사용함으로써 레이저 빔을 포지셔닝하는 것은 잘 알려져 있다. 그러나 전형적인 편견에 따르면, 사분원 광다이오드는 xy-표지셔닝 용으로만 사용된다. 이러한 가정에 따르면, 사분원 광다이오드는 거리 측정에 적합하지 않다. 그러나, 검출기의 광축에 관하여 중심에서 벗어난 사분원 광다이오드를 사용하는 상술된 발견은, 이하의 추가 측정에서 보여지는 바와 같이, 다른 것을 나타낸다. 따라서, 상술한 바와 같이, 사분원 광다이오드에서, 스폿의 비대칭은 사분원 다이오드를 전술한 오프셋과 같이 약간 축외로 시프트시킴으로써 측정될 수 있다. 이에 의해, 사분원 광다이오드의 2 개 이상의 부분 광다이오드, 즉 사분원의 센서 신호들 중 2 개 이상의 센서 신호의 몫 신호(Q)를 형성하는 것과 같이, 단조 z-의존성 함수가 생성될 수 있다. 여기서 원칙적으로 측정에는 2 개의 광다이오드만이 필요하다. 다른 2 개의 다이오드는 잡음 제거 또는 보다 정확한 측정을 위해 사용될 수 있다.
사분원 다이오드 또는 사분원 광다이오드를 사용하는 것에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 유형의 광학 센서가 사용될 수 있다. 따라서, 이하에서 더 상세히 나타내는 바와 같이, 스태거링된(staggered) 광학 센서가 사용될 수 있다.
사분원 다이오드의 사용은 공지된 광 검출기에 비해 많은 이점을 제공한다. 따라서, 사분원 다이오드는 LED 또는 능동 표적과 조합하여 많은 용도에서 사용되며 스펙트럼 감도 및 다양한 크기와 같은 다양한 광학 특성을 갖는 매우 저렴한 가격으로 널리 시판되고 있다. 상업적으로 입수가능한 제품이 본 발명에 따른 검출기로 구현될 수 있기 때문에 특정 제조 공정을 확립할 필요가 없다.
본 발명에 따른 검출기는 특히 2015년 3월 26일 출원된 국제 특허 출원 PCT/IB2015/052233에 개시된 바와 같은 다층 광학 저장 디스크에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 검출기를 사용하여 수행된 측정은 구체적으로 광학 저장 디스크에서 초점 위치를 최적화하기 위해 사용될 수 있다.
이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명에 따른 검출기를 사용한 거리 측정은 하나 이상의 추가 거리 측정 수단을 검출기에 구현함으로써 및/또는 검출기를 다른 유형의 거리 측정 수단과 조합함으로써 향상될 수 있다. 따라서, 일례로서, 검출기는 적어도 하나의 삼각 측량 거리 측정 장치를 포함하거나 또는 이 장치와 결합될 수 있다. 따라서, 전술한 측정 원리와 삼각 측량 유형의 거리 측정의 조합을 이용함으로써 거리 측정이 향상될 수 있다. 또한, x- 및/또는 y-좌표와 같은 하나 이상의 다른 좌표를 측정하는 수단이 제공될 수 있다.
사분원 다이오드가 사용되는 경우, 사분원 다이오드는 또한 추가 목적으로 사용될 수도 있다. 따라서, 사분원 다이오드는 또한 광전자공학 및 레이저 물리학 분야에서 일반적으로 알려진 바와 같이, 광 스폿의 통상적인 x-y-측정에 사용될 수 있다. 따라서, 예로서, 거리 측정을 위해 스폿의 위치를 최적화하기 위해 사분원 다이오드의 통상적인 xy-위치 정보를 사용하여 렌즈 또는 검출기 위치가 조정될 수 있다. 실제적인 예로서, 광 스폿은 초기에 사분원 다이오드의 중심에 바로 위치할 수 있으며, 이는 전형적으로 몫 함수 Q를 사용한 상술된 거리 측정을 허용하지 않는다. 따라서, 먼저, 예를 들어 사분원 다이오드 상의 스폿 위치가 측정에 최적이 되도록, 사분원 광다이오드 상의 광 스폿의 위치를 중심-이탈되도록 하는 데에 통상적인 사분원 광다이오드 기술이 사용될 수 있다. 따라서, 일례로서, 검출기의 광학 센서들의 상이한 중심-이탈은 광축에 대한 광학 센서의 이동을 위한 시작점일 수 있어서, 광 스폿은 광축에 대해 그리고 광학 센서 어레이의 기하학적 중심에 대해 중심에서 이탈된다.
따라서, 일반적으로, 검출기의 광학 센서는 센서 어레이를 형성할 수 있거나 전술한 사분원 다이오드와 같은 센서 어레이의 일부일 수 있다. m=2, n=2인 경우는 사분원 다이오드 또는 사분원 광학 센서의 경우이며, 이는, 실용적인 이유로, 사분원 광다이오드가 널리 사용가능하기 때문에 바람직한 경우 중 하나이다.
출발점으로서, 어레이 내의 광학 센서의 기하학적 중심은 상술한 오프셋에 의하는 것과 같이 광축으로부터 중심-이탈될 수 있다. 센서 어레이는 구체적으로 광축에 대해 예를 들어 구배를 따라 바람직하게는 자동적으로 예를 들어 광축에 수직인 평면에서 센서 어레이를 이동시킴으로써 및/또는 광축 자체를 이동시킴으로써 예를 들어 광축을 평행한 시프트로 시프팅시키고/시키거나 광축을 경사지게 함으로써 이동가능할 수 있다. 따라서, 센서 어레이는 센서 어레이의 평면에서 광빔에 의해 발생된 광 스폿의 위치를 조정하기 위해 시프트될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 광축은 하나 이상의 편향 요소 및/또는 하나 이상의 렌즈를 사용하는 것과 같은 적절한 요소를 사용함으로써 시프트 및/또는 경사질 수 있다. 예를 들어, 예를 들어 광축을 평행 이동시키고/시키거나 광축을 기울이는 것과 같이 광축을 이동시키기 위해 빔 경로 내의 어레이를 이동 및/또는 시프트시키고/시키거나 하나 이상의 광학 요소를 이동 및/또는 시프트 및/또는 경사지게 하는 하나 이상의 피에조 엑추에이터 및/또는 하나 이상의 전자기 액추에이터 및/또는 하나 이상의 공압식 또는 기계식 액추에이터와 같은 하나 이상의 적절한 액추에이터를 사용하여 이동시킬 수 있다. 평가 장치는 특히 예를 들어 광축에 수직인 평면에서 센서 어레이의 광축에 대한 상대적인 위치를 제어하도록 조정될 수 있다. 조정 절차는, 평가 장치가, 첫째, 센서 신호를 사용함으로써 센서 어레이상의 광빔에 의해 생성된 광 스폿의 적어도 하나의 횡방향 위치를 결정하고, 둘째, 예를 들어, 광 스폿이 중심을 벗어날 때까지 평면 내의 어레이를 광축으로 이동시키고 및/또는 광 스폿이 중심을 벗어날 때까지 렌즈를 기울임으로써 어레이 및/또는 광축을 이동시키는 것과 같이 어레이를 광축에 대해 상대적으로 이동시키도록 구성된다. 본원에 사용된 횡방향 위치는 x-y-평면으로 지칭될 수도 있는 광축에 수직인 평면 내의 위치일 수 있다. 횡방향 좌표의 측정을 위해, 일례로서, 광학 센서의 센서 신호가 비교될 수 있다. 예로서, 센서 신호가 동일한 것으로 판명되고, 따라서 광 스폿이 사분원 다이오드의 중심에서와 같이 광학 센서에 대해 대칭적으로 위치되는 것으로 결정되는 경우에, 어레이의 광 스폿을 중심-이탈시키기 위해 어레이의 시프팅 및/또는 렌즈의 기울임이 발생할 수 있다. 따라서, 상기한 바와 같이, 광축으로부터 사분원 광다이오드의 중심을 벗어나게 하는 것과 같이 광축으로부터 어레이의 중심-이탈은, 단순하게는 광 스폿이 광축 상에 위치되고 따라서 중심에 위치되는 전형적인 상황을 피하기 위한 시작점일 수 있다. 따라서, 광축에 대해 어레이를 중심-이탈시킴으로써, 광 스폿은 중심-이탈되어야 한다. 부수적으로, 광 스폿이 어레이의 중심에 위치하여 모든 광학 센서를 똑같이 조명하지 않는다는 사실이 밝혀진 경우, 광축에 대한 어레이의 전술한 시프팅은 바람직하게는 자동으로 수행되어 어레이상의 광 스폿을 중심에서 벗어나게 할 수 있다. 이로써, 신뢰할만한 거리 측정을 할 수 있다.
또한, 이동가능한 광원을 갖는 스캐닝 시스템에서, 사분원 다이오드상의 광 스폿의 위치는 고정되지 않을 수 있다. 이것은 여전히 가능하지만, 다이오드의 스팟의 xy-위치에 따라 다른 보정이 필요하다.
또한, 상술한 몫 신호(Q)의 사용은 거리 측정을 위한 매우 신뢰성있는 방법이다. 전형적으로, Q는 피사체의 종방향 좌표 및/또는 광 스폿의 직경 또는 등가 직경과 같은 광 스폿의 크기의 단조 함수이다. 따라서, 일례로서, 특히 선형 광학 센서가 사용되는 경우에, 몫 Q = s1/s2은 광 스폿의 크기의 단조 감소 함수이다. 이 이론에 구속되기를 바라지는 않고, 이는, 상기 바람직한 설정에서, 검출기에 도달하는 광의 양이 감소하기 때문에, 상기 제 1 센서 신호(s1) 및 상기 제 2 센서 신호(s2)가 광원에 대한 거리가 증가함에 따라 제곱 함수로서 감소한다는 사실에 기인한 것으로 생각된다. 그러나, 본원에서, 실험에서 사용되는 광학 설정에서, 이미지 평면 내의 광 스폿이 커짐에 따라 더 큰 영역으로 퍼지기 때문에, 중심-이탈로 인해, 센서 신호들 중 하나는 다른 것보다 더 빠르게 감소한다. 그러나, 광 스폿을 확산시킴으로써, 매우 작은 광 스폿의 상황과 비교하여, 광 스폿의 중심 외부의 하나 이상의 광학 센서를 조명하는 광의 부분이 증가한다. 따라서, 센서 신호의 몫은 광빔의 직경 또는 광 스폿의 직경이 증가함에 따라 연속적으로 변화, 즉 증가 또는 감소한다. 상기 몫은 또한 전형적으로 광빔의 전체 전력이 센서 신호 모두에서 인자를 형성하기 때문에 광빔의 전체 전력과는 주로 독립적이다. 결과적으로, 상기 몫 Q는 센서 신호와 광빔의 크기 또는 직경 사이에 독특하고 모호하지 않은 관계를 제공하는 2차 신호를 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 특히 사분원 광다이오드가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상업적으로 입수가능한 사분원 광다이오드는 4 개의 광학 센서 예를 들어 근적외선 스펙트럼 범위에 대해 UV 스펙트럼 영역에서 민감한 하마마츠 포토닉스 도이칠란트 게엠베하(Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH, D-82211 Herrsching am Ammersee, Germany)로부터 입수가능한 하나 이상의 사분원 광다이오드, 예를 들어 S4349 유형의 사분원 Si PIN 광다이오드를 제공하기 위해 통합될 수 있다. 광학 센서 어레이가 사용되는 경우, 상기 어레이는 네이키드(naked) 칩일 수 있거나 TO-5 금속 패키지에 캡슐화된 것과 같은 캡슐화된 어레이일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 티티 일렉트로닉스 피엘씨(TT Electronics plc, Fourth Floor, St Andrews House, West Street Woking Surrey, GU21 6EB, England)에서 구입가능한 TT 일렉트로닉스 OPR5911과 같은 표면 장착 장치가 사용될 수 있다.
다른 광학 센서가 또한 사용될 수 있음을 알아야 한다.
또한, 정확히 하나의 사분원 광다이오드를 사용하는 옵션 외에도, 2 개 이상의 사분원 광다이오드가 사용될 수도 있음을 주목해야 한다. 따라서, 예를 들어, 제 1 사분원 광다이오드가 상술한 바와 같이 2 개 이상의 광학 센서를 제공하여 거리 측정을 위해 사용될 수 있다. 적어도 하나의 횡방향 좌표 x 및/또는 y를 사용하는 것과 같이, 횡방향 위치 측정을 위해, 또 다른 사분원 광다이오드, 예를 들어 제 1 사분원 광다이오드의 빔 경로로부터 분리된 제 2 부분 광 경로에 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 2 사분원 광다이오드는 광축에 대해 축상에 위치될 수 있다.
또한, 하나 이상의 사분원 광다이오드를 사용하는 옵션 외에도, 하나 이상의 사분원 광다이오드 또는 추가의 광다이오드 어레이가 바람직하게는 2 × 2 매트릭스와 같은 직사각형 매트릭스와 같은 대칭 형상으로 서로 가까이 배치되거나 어셈블리되는 분리된 광다이오드에 의해 대체되거나 모사될 수 있다. 그러나, 다른 배치도 가능하다. 이러한 배치 또는 어셈블리에서, 광다이오드는 하나의 하우징 또는 마운트의 모든 광다이오드 또는 하나의 하우징 또는 마운트의 광다이오드 그룹 또는 별도의 하우징 또는 마운트 내의 광다이오드의 각각과 같은 하우징 또는 마운트 내에 배치되거나 어셈블리될 수 있다. 또한, 광다이오드는 회로 기판 상에 직접 어셈블리될 수도 있다. 이러한 배치 또는 어셈블리에서, 광다이오드는 광다이오드의 능동형 영역 사이의 분리가 1 센티미터 미만의 명확한 값, 바람직하게는 1 mm 미만, 보다 바람직하게는 가능한 한 작은 값을 가지도록 배치될 수 있다. 또한, 측정을 악화시킬 수 있는 광 반사, 왜곡 등을 피하기 위해, 능동형 영역들 사이의 공간은 비어있거나 소정의 물질, 바람직하게는 흑색 규소, 흑색 폴리옥시메틸렌 등과 같은 흑색 중합체와 같은 광 흡수성 물질, 보다 바람직하게는 광 흡수성이고 전기 절연성인 물질 예컨대 흑색 세라믹 또는 절연성 흑색 중합체 예컨대 흑색 규소 등으로 채워질 수 있다. 또한, 광다이오드 분리의 고유 값은 또한 플라스틱 분리기와 같은 광다이오드들 사이에 별개의 빌딩 블록을 추가함으로써 실현될 수 있다. 추가의 실시예도 가능하다. 능동형 영역들 사이의 최소 거리를 갖는 2 × 2 직사각형 매트릭스와 같은 유사한 구성으로 배열된 단일 다이오드에 의한 사분원 광다이오드의 대체는 광 검출기에 대한 비용을 추가로 최소화할 수 있다. 또한, 사분원 다이오드로부터의 2 개 이상의 다이오드는 병렬로 또는 직렬로 연결되어 단일 감광성 영역을 형성할 수 있다.
광학 센서 각각은 구체적으로 단일 감광성 영역을 각각 갖는 균일한 센서일 수 있다. 따라서, 광학 센서는 구체적으로 비-픽셀화된 광학 센서일 수 있다.
또 하나의 바람직한 실시예에서, 검출기는 다음을 포함할 수 있다:
- 제 1 감광성 영역을 갖는 적어도 하나의 제 1 광학 센서(여기서, 상기 제 1 광학 센서는 상기 피사체로부터 상기 검출기까지 전파하는 광빔에 의해 제 1 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 1 센서 신호를 생성하도록 구성됨);
- 적어도 하나의 제 2 광학 센서(이는,
o 제 2 감광성 영역을 형성하는 적어도 하나의 형광성 도파관 시트(여기서, 상기 형광성 도파관 시트는 피사체로부터 검출기를 향해 전파하는 적어도 하나의 광빔이 제 2 감광성 영역에 적어도 하나의 광 스폿을 생성하도록 피사체를 향하여 배향되고, 상기 형광성 도파관 시트는 적어도 하나의 형광성 물질을 포함하고, 상기 형광성 물질은 상기 광빔에 의한 조명에 응답하여 형광 광을 발생시키도록 구성됨); 및
o 상기 형광성 도파관 시트에 의해 상기 광 스폿으로부터 상기 감광성 요소를 향해 안내된 형광 광을 검출할 수 있고 상기 광빔에 제 2 감광성 영역의 조명에 대한 응답으로 적어도 하나의 제 2 센서 신호를 생성할 수 있는 형광성 도판관 시트의 적어도 하나의 엣지에 위치된 적어도 하나의 감광성 요소(여기서, 상기 제 1 감광성 영역은 상기 제 2 감광성 영역보다 작음)를 가짐); 및
- 상기 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가함으로써 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치.
이러한 추가의 바람직한 실시예에서, 광학 센서는 광학 센서의 감광성 영역이 이의 공간 오프셋 및/또는 이의 표면적에서 상이하도록 배열될 수 있다. 제 1 및 제 2 감광성 영역은 특히 피사체를 향해 배향될 수 있다.
피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔은 특히 제 1 감광성 영역이 광빔 내에 완전히 위치되도록 제 1 감광성 영역을 완전히 조명할 수 있으며, 여기서 상기 광빔의 폭은 상기 제 1 광학 센서의 감광성 영역보다 크다. 반대로, 바람직하게는, 피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔은 제 2 감광성 영역 상에 광 스폿을 생성하되 제 2 감광성 영역보다 작도록 생성하여 광 스폿이 제 2 감광성 영역 내에 완전히 위치된다. 제 2 감광성 영역상의 광 스폿 내에, 제 1 광학 센서에 의해 생성된 음영이 위치될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 보다 작은 제 1 감광성 영역을 갖는 제 1 광학 센서는 피사체에서 볼 때 제 2 광학 센서의 전방에 위치될 수 있고, 제 1 감광성 영역은 광빔 내에 완전히 위치되고, 상기 광빔은 제 2 감광성 영역 상에 광 스폿을 생성하고 제 2 감광성 영역보다 작으며, 또한 상기 광 스폿 내에 음영이 제 1 광학 센서에 의해 생성된다. 상기 상황은, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 적절한 전사 장치를 사용하는 것과 같이 광빔 상에 포커싱 또는 디포커싱 효과를 갖는 하나 이상의 적절한 렌즈 또는 요소를 선택함으로써 광학 분야의 당업자에 의해 쉽게 조정될 수 있다. 본원에서 추가로 사용되는 바와 같이, 광 스폿은 일반적으로 광빔에 의한 물품, 영역 또는 피사체의 가시광 또는 검출가능한 원형 또는 비-원형 조명을 의미한다.
제 1 및 제 2 광학 센서는 자외선, 가시 광선 또는 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상에서 민감할 수 있다. 제 1 및 제 2 광학 센서는 하나의 동일한 스펙트럼 범위에서 민감하거나 또는 상이한 스펙트럼 감도를 가질 수 있다.
또한 본원에 사용된 형광성 도파관 시트는 일반적으로 도파 특성 및 형광 특성 모두를 지닌 요소를 지칭한다. 본원에서, “도파”라는 용어는 일반적으로 내부 반사, 특히 내부 전반사에 의한 자외선, 가시광선 또는 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상의 광을 안내하는 특성 또는 복수의 요소를 지칭한다. 용어 "형광"은 일반적으로 1 차 광 또는 여기 광과 같은 1 차 복사선 또는 여기 복사선으로도 지칭되는 전자기 복사선에 의한 여기에 응답하여 자외선, 가시광선 또는 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상에서 형광 광이라고도 불리는 2 차 광을 방출하는 요소 또는 물질의 특성을 지칭한다. 대부분의 경우, 방출된 광, 형광 또는 2 차 광은 1 차 복사선보다 더 긴 파장과 낮은 에너지를 갖는다. 1 차 복사선은 전형적으로 소위 여기자(exciton)와 같은 형광성 물질 내에 여기 상태의 존재를 유도한다. 전형적으로, UV로부터 근적외선까지의 에너지를 가진 광자 방출의 여기 상태 붕괴 시간은 0.5 나노초 내지 20 나노초 범위이다. 그러나, 다른 예가 본 발명 안에서 가능하다. 유사하게, 본원에 사용된 용어 "형광성 물질"은 일반적으로 형광 특성을 갖는 물질을 지칭한다. "형광 광"이라는 용어는 일반적으로 전술한 형광 과정 중에 생성된 2 차 광을 지칭한다.
형광성 도파관 시트의 잠재적인 실시예의 경우, 일반적으로, 다음과 같은 전술된 문헌에 개시된 바와 같이 소위 "Q-호일(Foil) 기술"을 참조할 수 있다(문헌[P. Bartu, R. Koeppe, N. Arnold, A. Neulinger, L. Fallon, and S. Bauer, Conformable large-area position-sensitive photodetectors based on luminescence collecting silicone waveguides, J. Appl. Phys. 107, 123101 (2010)]) 본원에 개시된 바와 같은 형광성 도파관 시트 및/또는 제 2 광학 센서가 또한 제 2 광학 센서 내에서 본 발명의 문맥에서 사용될 수 있다.
형광성 도파관 시트는, 보다 상세히 후술되는 바와 같이, 구체적으로는 요소일 수도 있고, 시트 형상을 갖거나 또는 시트인 요소를 포함할 수도 있다. 본원에 사용된 "시트"는 일반적으로, 요소의 두께를 크게 초과하는, 예를 들어 5 배 이상, 보다 바람직하게는 10 배 이상, 또는 심지어 보다 바람직하게는 20 배 이상, 또는 심지어 100 배만큼의 직경 또는 등가 직경과 같은 측 방향 연장을 갖는 요소를 지칭한다. 시트는 구체적으로 가요성, 변형성 또는 강성일 수 있다.
이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 형광성 도파관 시트는 구체적으로 투명 물질, 구체적으로는 투명 시트일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 투명도는 가시 스펙트럼 범위에서 또는 500 nm 내지 700 nm의 범위와 같은 일부분에서 적어도 50 내지 70%의 투명도일 수 있다. 다른 실시예도 가능하다.
본원에 사용된 "민감성 영역"이라는 용어는 일반적으로 외부 영향에 민감하고 예를 들어 외부 자극에 반응하여 적어도 하나의 반응을 일으키는 특히 형광성 도파관 시트 또는 광학 센서요소의 2 차원 또는 3 차원 영역을 지칭한다. 이 경우, 특히, 민감성 영역은 광 여기에 민감할 수 있다. 민감성 영역은 구체적으로 형광성 도파관 시트의 전체 표면 또는 그 일부와 같은 형광성 도파관 시트의 표면 또는 부피의 일부일 수 있다.
본원에 사용된 용어 "형광성 도파관 시트는 피사체를 향해 배향된다"는 것은 일반적으로 형광성 도파관 시트의 표면 또는 이 표면의 일부분, 특히 민감성 영역이 피사체로부터 완전히 또는 부분적으로 가시화되는 상황을 지칭한다. 구체적으로, 피사체의 적어도 하나의 포인트와 민감성 영역의 적어도 하나의 포인트 사이의 적어도 하나의 상호연결 라인은 민감성 영역의 표면 요소 또는 형광성 도파관 시트의 표면 요소와 0°가 아닌 각도 예컨대 20° 내지 90° 범위의 각도를 형성할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들도 가능하다.
그러나, 적어도 하나의 형광성 도파관 시트, 민감성 영역 또는 그 일부는 광학 센서 및/또는 검출기의 광축에 본질적으로 수직으로 배향되는 것이 가장 바람직하다.
본원에 사용된 형광성 도파관 시트의 "엣지"라는 용어는 일반적으로 형광성 도파관 시트의 측면 경계 또는 측면 가장자리 또는 전면 또는 후면과 같은 적어도 하나의 형광성 도파관 시트의 경계를 지칭한다. 따라서, 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 형광성 도파관 시트의 "엣지"라는 용어는 일반적으로 형광성 도파관 시트와 공기와 같은 주위 분위기 사이의 계면 또는 경계를 지칭할 수 있다. 구체적으로, 엣지는 형광성 도파관 시트에 의해 형성된 제 2 감광성 영역의 경계일 수 있다. 용어 "에 위치된"은 일반적으로 감광성 요소가 엣지 상에 직접적으로 또는 엣지에 근접하여 가까이 위치한다는 사실을 지칭한다. 예를 들어, 엣지로부터 감광성 요소의 방향으로 나오는 광의 적어도 50%는 산란, 빔 확대 또는 다른 손실들에 의해 손실되지 않고 각각의 감광성 요소에 의해 수집될 수 있다. 예를 들어, 감광성 요소는 10 mm 이하, 보다 바람직하게는 5 mm 이하의 엣지로부터 이격된 위치에 위치될 수 있다. 그러나, 형광 광을 연결하기 위한 다른 실시예가 가능하다는 것을 알아야 한다. 가장 바람직하게는, 모든 감광성 요소에 대해 유사한 측정 조건을 제공하기 위해 모든 감광성 요소가 동일한 방식으로 형광성 도파관 시트의 각각의 엣지에 대해 위치된다.
형광성 도파관 시트의 적어도 하나의 엣지에 위치된 적어도 하나의 감광성 요소는, 예를 들어, 형광성 도파관 시트와 동일한 평면에 전체적으로 또는 부분적으로 위치될 수 있고/있거나 전체적으로 또는 부분적으로 상이한 평면에 위치될 수 있다. 후자의 경우에, 보다 상세히 후술되는 바와 같이, 일례로서, 형광성 도파관 시트의 엣지와 적어도 하나의 감광성 요소 사이의 광학 커플링이 적어도 하나의 광학 커플링 요소를 사용함으로써 발생할 수 있다. 또한, 복수의 감광성 요소가 제 2 광학 센서에 제공되는 경우, 감광성 요소들 중 적어도 하나는 형광성 도파관 시트와 동일한 평면에 위치될 수 있고, 감광성 요소들 중 적어도 하나는 형광성 도파관 시트의 평면 외부에 위치될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 감광성 요소의 시야 방향은 형광성 도파관 시트의 평면에 평행할 수 있거나 평면에 수직인 것과 같이 다른 방향으로 향할 수 있다. 여기서, 형광성 도파관 시트의 "평면"에 대해 말할 때,이러한 용어는 반드시 형광성 도파관 시트가 완전히 평면임을 의미하지는 않는다. 따라서, 예를 들어, 형광성 도파관 시트는 만곡되거나 구부러질 수 있으며, 적어도 하나의 감광성 요소의 위치에서 형광성 도파관 시트의 평면은 국소 접선 평면일 수 있다.
본원에 사용된 형광성 도파관 시트의 "엣지"라는 용어는 형광성 도파관 시트의 직선 또는 직선 경계 영역(이하 "직선 엣지"라고도 함)을 지칭하거나, 또는 형광성 도파관 시트의 코너와 같은 형광성 도파관 시트의 비-직선 또는 비-직선 경계 영역을 지칭할 수도 있다. 따라서, 적어도 하나의 감광성 요소 또는 복수의 감광성 요소가 제공되는 경우, 감광성 요소들 중 적어도 하나는 또한 형광성 도파관 시트에 의해 형성된 제 2 감광성 영역의 적어도 하나의 코너와 같은 형광성 도파관 시트의 적어도 하나의 코너에 위치될 수 있다. 따라서, 특히, 엣지는 코너 및/또는 직선 림(rim) 부분과 같은 형광성 도파관 시트의 림 또는 림의 일부를 포함할 수 있다. 그러나, 추가적으로 또는 대안적으로, 엣지는 또한 전면 또는 후면과 같은 형광성 도파관 시트의 편평한 표면을 포함할 수 있다.
이미 상술한 바와 같이, 광 스폿으로부터 적어도 하나의 감광성 요소를 향해 적어도 하나의 각각의 감광성 요소로 유도된 형광성 광의 공급을 개선하기 위해, 형광성 도파관 시트와 각각의 감광성 요소 사이에 적어도 하나의 광학적 커플링 요소를 사용함으로써 적어도 하나의 광학적 커플링이 발생할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 감광성 요소, 또는 복수의 감광성 요소가 제공되는 경우, 상기 감광성 요소들 중 적어도 하나는 상기 형광성 도파관 시트에 의해 안내되는 형광 광을 상기 형광성 도파관 시트 밖으로 바람직하게는 부분적으로 감광성 요소 내로 적어도 부분적으로 커플링되도록 구성된 적어도 하나의 광학적 커플링 요소에 의해 상기 형광성 도파관 시트에 광학적으로 커플링될 수 있다. 본원에 사용된 용어 "광학적 커플링 요소"는 일반적으로 형광성 도파관 시트 내에서 도파관 안내 중에 발생하는 형광성 도파관 시트 내의 내부 전반사를 교란, 감소 또는 차단 중 하나 이상을 형성하도록 구성된 임의의 요소를 지칭한다. 따라서, 일례로서, 광학적 커플링 요소는 형광성 도파관 시트의 굴절률과 감광성 요소 및/또는 공기와 같은 주변 대기 사이의 굴절률을 갖는 임의의 투명 요소일 수 있다. 따라서, 일례로서, 형광성 도파관 시트의 굴절률을 n1, 감광성 요소의 굴절률을 n2라 하면, 광학 커플링 요소의 굴절률 n3은 n1<n3<n2 또는 n1>n3>n2일 수 있다.
광학 커플링 요소는 형광성 도파관 시트의 적어도 하나의 표면, 예를 들어, 피사체에 대면하는 표면 및/또는 피사체로부터 멀어지는 표면과 같이 형광성 도파관 시트와 직접 접촉할 수 있다. 또한, 광학 커플링 요소는 적어도 하나의 감광성 요소와 직접 접촉할 수 있다. 또한, 각각의 감광성 요소에 대해, 독립적인 광학 커플링 요소가 제공될 수 있거나, 또는 대안적으로 복수의 감광성 요소가 공통의 광학 커플링 요소를 공유할 수 있거나, 또는 대안적으로 복수의 광학 커플링 요소가 하나의 감광성 요소에 커플링될 수 있다.
광학 커플링의 다양한 방식은 당업자에게 일반적으로 공지되어 있으며, 형광성 도파관 시트로부터 형광 광을 감광성 요소 내로 커플링시키는 데 사용될 수도 있다. 따라서, 일례로서, 적어도 하나의 광학 커플링 요소는 다음과 같은 군으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 포함할 수 있다: 감광성 요소를 형광성 도파관 시트에 부착시키는 투명한 접착제 부분; 상기 형광성 도파관 시트 내 예컨대 상기 형광성 도파관 시트의 표면 내 예컨대 상기 피사체와 대면하는 표면 및/또는 상기 피사체로부터 멀어지는 면 내의 에칭된 부분; 상기 형광성 도파관 시트 내의 스크래치 예컨대 형광성 도판트 시트의 표면 예컨대 피사체와 대면하는 표면 및/또는 피사체로부터 멀어지는 표면 내의 스크래치; 및 프리즘. 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 광학 커플링 요소가 일반적으로 알려져 있고 또한 본 발명에서 사용될 수 있다. 가장 단순한 경우에, 적어도 하나의 감광성 요소는 형광성 도파관 시트의 표면에, 예를 들어 적어도 하나의 투명한 글루 또는 접착제 예컨대 투명한 에폭시에 의해 간단하게 접착되거나 점착될 수 있다. 광학 커플링의 다른 방법도 가능하다.
제 1 광학 센서 및 제 2 광학 센서는 특히 본질적으로 동일한 커패시턴스를 가질 수 있다. 광학 센서의 커패시턴스를 언급할 때, 일반적으로, 전자 분야의 당업자가 일반적으로 인식할 수 있는 바와 같이, 발진 회로에서 결정될 수 있는 용량 C를 참조한다. 따라서, 제 1 광학 센서 또는 대안적으로 제 2 광학 센서를 발진 회로로 구현하는 경우, 발진 회로는, 일례로서, 본질적으로 동일한 공진 주파수를 가질 수 있다. 본원에 사용된 "본질적으로 동일한"이라는 용어는 일반적으로 예를 들어 제 1 광학 센서의 커패시턴스 및 제 2 광학 센서의 커패시턴스가 10 배 이하, 보다 바람직하게는 5 배 이하 또는 심지어 2 배 이하로 상이하다는 사실을 지칭한다. 또한, 제 2 광학 센서의 커패시턴스를 언급할 때, 감광성 요소가 전기적 거동 및 특히 제 2 광학 센서의 고주파 거동을 결정하기 때문에, 제 2 광학 센서의 적어도 하나의 감광성 요소의 커패시턴스를 참조한다. 복수의 감광성 요소가 제 2 광학 센서에 존재하는 경우, 이들 감광성 요소 중 적어도 하나의 커패시턴스를 의미한다.
상술한 바와 같이, 예를 들어 제 1 바람직한 실시예와 관련하여, 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가하기 위해, 제 1 및 제 2 센서 신호와 종방향 좌표 사이의 적어도 하나의 사전 결정된 또는 결정가능한 관계가 사용될 수 있다. 제 1 및 제 2 센서 신호의 평가와 관련하여, 제 1 바람직한 실시예의 설명을 참조할 수 있다. 따라서, 평가 장치는 구체적으로 제 1 및 제 2 센서 신호들을 분할하거나, 복수의 제 1 및 제 2 센서 신호들을 분할하거나, 또는 제 1 및 제 2 센서 신호들의 선형 조합들을 분할하는 것에 의해 몫 신호 Q를 도출하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 몫 신호 Q를 평가함으로써 종방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다.
전형적으로, 상술된 설정에서, Q는 피사체의 종방향 좌표 및/또는 광 스폿의 직경 또는 등가 직경과 같은 광 스폿의 크기의 단조 함수일 수 있다. 따라서, 일례로서, 특히 선형 광학 센서가 사용되는 경우에, 몫 Q = s1/s2은 광 스폿의 크기의 단조 감소 함수이다. 이것은, 전술한 바람직한 설정에서, 제 1 감광성 영역이 완전히 조명되고 바람직하게는 광 스폿의 중심에, 예컨대 광축 상에 위치한다는 사실에 기인한다. 결과적으로, 광 스폿의 직경이 증가함에 따라, 주로 제 1 감광성 영역에 위치할 수 있는 조명의 피크 강도가 감소하고, 따라서 제 1 센서 신호가 감소한다. 그러나, 제 2 센서 신호는 제 1 광학 센서에 의해 생성된 음영을 제외하고 광 스폿이 제 2 감광성 영역 상에 위치하는 한, 광 스폿의 크기와 다소 독립적일 수 있다. 결과적으로, 제 2 센서 신호는 다소 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 센서 신호의 몫은 제 1 및 제 2 감광성 영역상의 광빔 직경 또는 광 스폿 직경의 증가에 따라 연속적으로 감소한다. 이 몫은 또한 광빔의 전체 전력이 제 1 센서 신호와 제 2 센서 신호 모두에서 인자(factor)를 형성하기 때문에 광빔의 전체 전력과는 주로 독립적이다. 결과적으로, 상기 몫 Q는 제 1 및 제 2 센서 신호와 광빔의 크기 또는 직경 사이에 독특하고 모호하지 않은 관계를 제공하는 2차 신호를 형성할 수 있다. 다른 한편으로, 광빔의 크기 또는 직경은 광빔이 검출기를 향해 전파하는 피사체와 검출기 자체 사이의 거리에 의존적이고, 즉 피사체의 종방향 좌표에 의존적이기 때문에, 제 1 및 제 2 센서 신호와 종방향 좌표 사이의 고유하고 모호하지 않은 관계가 존재할 수 있다. 후자의 경우에는 예를 들어 WO 2014/097181 A1을 참조할 수 있다. 사전-결정된 관계는 예를 들어 가우시안 광빔의 선형 조합을 가정하거나, 또는 피사체의 종방향 좌표의 함수로서 제 1 및 제 2 센서 신호 또는 이로부터 유도된 2 차 신호를 측정하는 측정법과 같은 경험적 측정에 의하거나, 이들 둘 다에 의하는 것과 같은 분석적 고려 사항에 의해 결정될 수 있다.
제 1 광학 센서 및 제 2 광학 센서는 다양한 방식으로 위치될 수 있다. 따라서, 제 1 예에서, 제 1 광학 센서는 제 2 광학 센서의 정면에 위치되어, 광빔이 먼저 제 1 광학 센서를 지난 다음에 둘째로 제 2 광학 센서에 도달한다. 그러나, 대안적으로, 역순도 가능하다. 따라서, 대안적으로, 제 2 광학 센서는 제 1 광학 센서의 전방에 배치될 수 있어서, 광빔이 먼저 제 2 광학 센서에 도달하고, 제 2 광학 센서를 완전히 또는 부분적으로 통과한 후, 둘째로 제 1 광학 센서에 도달한다. 후자의 대안은 주로, 제 2 광학 센서의 형광성 도파관 시트가 이 실시예 또는 다른 실시예에서, 특히 광빔의 스펙트럼 범위에서 완전하게 또는 부분적으로 투명하게 구현될 수 있다는 사실 때문에 가능하다. 따라서, 보다 작은 제 1 광학 센서는 피사체의 시점에서 제 2 광학 센서의 반대측에 배치될 수 있다.
제 2 광학 센서, 보다 구체적으로는 제 2 광학 센서의 형광성 도파관 시트는 하나 이상의 빔 경로 내의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 따라서, 일례로서, 제 2 광학 센서 및/또는 제 2 광학 센서의 형광성 도파관 시트는 빔 경로 내의 초점에 근접 배치될 수 있다. 그러나, 대안적으로, 특히 합산 기능을 향상시키기 위해, 제 2 광학 센서는 또한 하나, 둘 또는 둘 이상의 레일리(Rayleigh) 파장에 의해 초점으로부터 멀리 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 2 광학 센서는 적어도 하나의 제 2 센서 신호가 발생하는 적어도 하나의 감광성 요소를 포함한다. 여기서, 형광 광의 적어도 일부를 수집하고 그에 응답하여 제 2 센서 신호를 생성하는 것과 같이 정확히 하나의 감광성 요소가 사용될 수 있다. 그러나, 대안적으로, 제 2 광학 센서는 바람직하게는 형광성 도파관 시트의 림의 적어도 2 개의 마주보는 부분과 같이 형광성 도파관 시트의 적어도 두 엣지에 위치하는 2 개, 3 개, 4 개 또는 그 이상의 감광성 요소를 포함할 수 있다. 감광성 요소는 형광성 도파관 시트에 의해 광 스폿으로부터 감광성 요소를 향해 안내되고 적어도 하나의 센서 신호를 각각 생성할 수 있는 형광 광을 검출할 수 있다. 따라서, 복수의 제 2 센서 신호가 존재할 수 있다.
형광성 도파관 시트의 적어도 두 엣지에 위치하는 적어도 두 개의 감광성 요소가 제공되는 경우, 다수의 가능성이 존재한다. 따라서, 일례로서, 적어도 2 개의 감광성 요소는 다음 중 하나 이상에 위치될 수 있다: 대향하는 림 부분과 같은 적어도 2 개의 대향하는 엣지와 같은 형광성 도파관 시트의 적어도 2 개의 직선 엣지; 적어도 2 개의 대향하는 코너와 같은 형광성 도파관 시트의 적어도 2 개의 코너; 형광성 도파관 시트의 적어도 하나의 코너 및 형광성 도파관 시트의 적어도 하나의 직선 림 부분과 같은 적어도 하나의 직선 엣지. 일반적으로 다른 가능성도 주어진다.
검출기 및 바람직하게는 평가 장치는 구체적으로 적어도 하나의 공통 제 2 센서 신호를 형성하기 위해 이들 제 2 센서 신호 중 적어도 2 개를 조합하도록 구현될 수 있다. 이러한 적어도 하나의 공통 제 2 센서 신호는 특히 종방향 좌표를 결정하기 위해 제 1 및 제 2 센서 신호와 함께 사용될 수 있다. 추가로, 적어도 하나의 공통 제 2 센서 신호는 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 피사체의 횡방향 위치 또는 이의 일부에 관한 적어도 하나의 정보 항목과 같은 추가 정보를 획득하기 위해 사용될 수 있다.
따라서, 적어도 2 개의 제 2 센서 신호를 결합하기 위해, 평가 장치는 적어도 2 개의 감광성 요소의 센서 신호를 합산하여 합산 신호 S를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 합산 장치를 포함할 수 있다. 예로서, 상기 합산 신호는 하기 식을 사용하여 도출될 수 있다:
Figure pct00063
(1)
상기 식에서, si는 i = 1 ... N인 제 2 센서 신호를 나타내고, N은 감광성 요소의 개수를 나타내는 양의 정수 또는 보다 작은 양의 정수를 나타내고, ci는 각각의 보정 계수이다.
상술한 바와 같이, 평가 장치는 구체적으로 제 1 센서 신호, 적어도 하나의 제 2 센서 신호 및 종방향 좌표 사이의 적어도 하나의 사전-결정된 관계를 이용함으로써 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성될 수 있다. 복수의 제 2 센서 신호가 주어지면, 상술한 바와 같이, 적어도 하나의 결합된 제 2 센서 신호가 이러한 관계에서 사용될 수 있다. 따라서, 구체적으로, 합산 신호(S)가 사용될 수 있다. 따라서, 일례로, 평가 장치는 제 1 센서 신호, 제 2 센서 신호들의 합산 신호(S) 및 종방향 좌표(z) 사이의 적어도 하나의 사전-결정된 관계를 이용함으로써 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성될 수 있다.
적어도 하나의 종방향 좌표 이외에, 검출기는 피사체 및/또는 이의 적어도 일부의 횡방향 좌표를 결정하도록 추가로 구성될 수 있다. 이 목적을 위해, 검출기는 적어도 하나의 횡방향 광학 센서를 포함할 수 있다. WO 2014/097181 A1 및/또는 WO 2014/198629 A1에 개시된 횡방향 센서 및/또는 사분원 다이오드, CCD 또는 CMOS 칩 등과 같은 다른 위치-감지 장치(PSD)와 같은 다양한 횡방향 센서가 당업계에 일반적으로 공지되어 있다. 따라서, 예를 들어, 본 발명에 따른 검출기는 다음과 같은 문헌에 개시된 하나 이상의 PSD를 포함할 수 있다(문헌[R.A. Street (Ed.): Technology and Applications of Amorphous Silicon, Springer-Verlag Heidelberg, 2010, pp. 346-349]. 다른 실시예도 가능하다. 예를 들어, 광빔의 일부는 적어도 하나의 빔 분할 요소에 의해 검출기 내에서 분할될 수 있다. 예를 들어, 분할된 부분은 CCD 또는 CMOS 칩 또는 카메라 센서와 같은 횡 방향 센서를 향해 안내될 수 있고, 횡 방향 센서상의 분할 부분에 의해 생성된 광 스폿의 횡 방향 위치가 결정됨으로써, 피사체의 적어도 하나의 횡 방향 좌표를 결정할 수 있다. 그러나, 적어도 하나의 제 2 광학 센서 그 자체는 피사체의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하기 위한 횡방향 광학 센서로서 사용될 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 설정은, 복수의 감광성 요소가 제 2 광학 센서에서 예컨대 상이한 위치에서 사용되고 형광성 도파관 시트의 다른 엣지에 위치하는 경우에 특히 유리하다. 평가 장치는 감광성 요소의 센서 신호를 평가함으로써 피사체의 적어도 하나의 횡방향 좌표 x, y를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 종방향 좌표와 횡방향 좌표의 정보를 결합하고 공간 중의 피사체의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다.
따라서, 일반적으로, 평가 장치는 감광성 요소의 제 2 센서 신호를 평가함으로써 피사체의 적어도 하나의 횡방향 좌표 x, y를 결정하도록 추가로 구성될 수 있다. 하나 이상의 방향으로 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하기 위해, 감광성 요소들의 센서 신호들을 비교할 수 있다. 따라서, 당업자에게 명백한 바와 같이, 광 스폿으로부터, 따라서 형광 광의 발생 위치로부터 형광성 도파관 시트에 의해 감광성 요소로 유도된 형광 광을 나타내는 각각의 감광성 요소의 센서 신호는, 광 스폿과 각각의 감광성 요소 사이의 거리에 의존한다. 일반적으로, 광 스폿과 감광성 요소 사이의 거리가 증가함에 따라, 각각의 감광성 요소의 센서 신호는 도파관 유도 동안의 손실 및/또는 형광 광의 확산으로 인해 감소할 것이다. 서로 다른 알려진 위치에 위치된 감광성 요소의 센서 신호를 비교함으로써, 형광성 도파관 시트상의 광 스폿의 측 방향 또는 횡 방향 위치가 결정될 수 있고, 이로부터, 예를 들어 광 스폿의 횡방향 위치와 피사체의 횡방향 좌표 사이의 알려진 또는 결정가능한 관계를 이용함으로써, 피사체의 횡방향 좌표가 결정될 수 있다. 또한, 당업자에게 일반적으로 알려진 렌즈 방정식과 같은 경험적 관계 및/또는 반-경험적 관계 및/또는 분석적 관계가 사용될 수 있다.
따라서, 평가 장치는 특히 적어도 2 개의 상이한 감광성 요소의 적어도 2 개의 제 2 센서 신호를 평가하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이들 적어도 2 개의 제 2 센서 신호는 형광성 도파관 시트상의 광 스폿의 횡방향 위치를 결정하기 위해 및/또는 피사체의 횡방향 위치를 직접 유도하기 위해 비교될 수 있다. 따라서, 예로서, 적어도 2 개의 제 2 센서 신호들 간의 차이는 피사체의 횡방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 도출하기 위해 결정될 수 있다. 결과적으로, 평가 장치는 적어도 2 개의 감광성 요소들에 의해 생성된 제 2 센서 신호들 사이에 적어도 하나의 차분 신호 D를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 감산 장치를 포함할 수 있다. 제 2 센서 신호는 적어도 하나의 제 2 센서 신호(s21) 및 적어도 하나의 제 2 센서 신호(s22)를 포함할 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 차분 신호(D)는 식 a·s21-b·s22에 비례한다:
Figure pct00064
상기 식에서, a, b는 실수 계수이고, 바람직하게는 a = 1 및 b = 1이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 차분 신호(D)는 다음 식에 따라 유도될 수 있다:
Figure pct00065
감산 장치는 특히, 피사체의 적어도 하나의 제 1 횡방향 좌표 x를 유도하는 적어도 하나의 제 1 차분 신호 Dx를 형성하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 감산 장치는 피사체의 적어도 하나의 제 2 횡방향 좌표 y를 유도하는 적어도 하나의 제 2 차분 신호 Dy를 형성하도록 추가로 구성될 수 있다. 따라서, 제 1 차분 신호(Dx)는 제 1 차원에서 도파관 시트의 대향하는 엣지에 위치한 적어도 2 개의 감광성 요소의 적어도 2 개의 제 2 센서 신호(sx1, sx2)로부터 생성될 수 있다. 제 2 차분 신호(Dy)는 제 2 차원에서 도파관 시트의 대향하는 엣지에 위치한 적어도 2 개의 감광성 요소의 적어도 2 개의 제 2 센서 신호(sy1, sy2)로부터 생성될 수 있다. 적어도 하나의 제 1 차분 신호(Dx)는 다음 식에 따라 유도될 수 있다:
Figure pct00066
적어도 하나의 제 2 차분 신호(Dy)는 다음 식에 따라 유도될 수 있다:
Figure pct00067
상기 식에서, a, b, c, d는 실수 계수이고, 바람직하게는 a = 1, b = 1, c = 1 및 d = 1이다.
상술한 바와 같이, 제 2 광학 센서가 복수의 감광성 요소를 포함하는 경우, 제 2 광학 센서는 특히 형광성 도파관 시트의 대향하는 엣지에 위치한 적어도 2 개의 감광성 요소를 포함할 수 있다. 감광성 요소는 좌표계의 제 1 차원에서 형광성 도파관 시트의 대향하는 엣지에 위치한 적어도 하나의 제 1 쌍의 감광성 요소를 포함할 수 있으며, 감광성 요소는 좌표계의 제 2 차원에서 형광성 도파관 시트의 대향하는 엣지에 위치한 적어도 하나의 제 2 쌍의 감광성 요소를 더 포함할 수 있다.
추가의 임의적인 사항은 적어도 하나의 형광성 도파관 시트 및/또는 제 2 감광성 영역을 지칭할 수 있다. 따라서, 일례로서, 제 2 감광성 영역은 구체적으로 균일한 감광성 영역일 수 있다. 따라서, 제 2 감광성 영역은 물리적으로 픽셀과 같은 부분 영역으로 세분될 수 없다. 반대로, 민감성 영역은 균일한 형광을 형성하는 하나의 균일한 영역일 수 있다.
제 2 감광성 영역은 특히 넓은 민감성 영역일 수 있다. 따라서, 일례로서, 제 2 감광성 영역은 적어도 5 ㎟, 바람직하게는 적어도 10 ㎟, 더욱 바람직하게는 적어도 100 ㎟, 더욱 바람직하게는 적어도 400 ㎟의 표면을 가질 수 있다. 예를 들어 민감성 영역은 100 mm² 내지 2500 mm²와 같이 5mm² 내지 10,000 mm²의 표면을 가질 수 있다. 민감성 영역의 대면적 설계는 여러 면에서 유리하다. 따라서, 구체적으로, 제 2 감광성 영역의 표면을 증가시킴으로써, 횡방향 좌표의 결정의 분해능이 증가될 수 있다. 또한, 검출기의 시야 예컨대 시야각은 큰 제 2 감광성 영역을 사용함으로써 넓어질 수 있다.
형광성 도파관 시트는 구체적으로 적어도 하나의 평면 시트를 포함할 수 있다. 그러나, 여기에서 약간의 만곡은 여전히 용인될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 형광성 도파관 시트는 또한 특정 용도에서 바람직할 수 있는 특정 광학 효과를 유발하기 위해 굴곡된 형광성 도파관 시트로서 구현될 수 있다. 따라서, 본 검출기의 장점들 중 하나는 형광성 도파관 시트가 구체적으로 구부러지고, 가요성이거나 특정한 기하 구조를 가질 수 있다는 사실에 있을 수 있다.
형광성 도파관 시트는 10 ㎛ 내지 3 ㎜, 바람직하게는 100 ㎛ 내지 1 ㎜의 두께, 예를 들어 50 ㎛ 내지 2 ㎜의 두께를 가질 수 있다. 도파관 시트의 두께는 구체적으로는 검출기의 광축을 따른 도파관 시트의 치수일 수 있다. 두께는 형광등의 최적화된 도파관 특성을 개선하도록 조정될 수 있다.
형광성 도파관 시트는 완전히 또는 부분적으로 강성일 수 있거나, 대안적으로는 전체적으로 또는 부분적으로 가요성 또는 변형가능하게 구현될 수 있다.
형광성 도파관 시트는 적어도 하나의 매트릭스 물질을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 "매트릭스 물질"이란 용어는 일반적으로 형광성 도파관 시트의 주요 부분을 형성하고 형광성 도파관 시트의 본체를 한정하는 물질을 지칭한다. 예를 들어, 매트릭스 물질은 예컨대 혼합, 화학 결합, 분산 또는 용해에 의해 내부에 하나 이상의 추가 물질을 수용할 수 있는 물질일 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 형광성 물질은 매트릭스 물질에 혼합되거나, 매트릭스 물질에 분산되거나, 매트릭스 물질에 화학적으로 결합되거나 또는 매트릭스 물질에 용해되는 것 중 하나 이상의 것일 수 있다.
매트릭스 물질은 구체적으로 적어도 하나의 플라스틱 물질일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 플라스틱 물질은 구체적으로 적어도 하나의 중합체 물질일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 플라스틱 물질은 폴리카보네이트, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐클로라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 물질들도 가능하다.
형광성 물질은 구체적으로 임의의 형광체를 포함할 수 있다. 구체적으로, 적어도 하나의 형광성 물질은 적어도 하나의 형광성 염료를 포함할 수 있다. 매우 다양한 형광성 염료가 당업자에게 일반적으로 알려져 있다. 상술한 바와 같이, 이들 형광성 염료의 대부분은 상술한 포화 효과를 나타내어, 형광을 여기의 비선형 함수로 되게 한다. 예를 들어, 형광성 염료는 광빔에 의해 포화될 수 있어, 형광성 염료에 의해 생성된 형광 광의 전체 전력은 광빔의 강도의 비선형 함수이다. 구체적으로, 형광 광의 전체 전력은 광빔의 강도에 서브-비례(sub-proportional)할 수 있다.
형광성 염료는 구체적으로 적어도 하나의 유기 형광성 염료를 포함할 수 있다. 그러나, 무기 염료가 추가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있다. 형광성 염료는 구체적으로 다음과 같은 군으로부터 선택될 수 있다: 잔텐 유도체,　바람직하게는 플루오레세인, 로다민, 오레곤 그린, 에오신, 텍사스 레드 또는 이들의 임의의 성분의 유도체 중 하나 이상; 시아닌 유도체, 바람직하게는 시아닌, 인도카보시아닌, 옥시카보시아닌, 티아카보시아닌, 메로시아닌 또는 이들의 임의의 성분의 유도체 중 하나 이상; 스쿠아렌 유도체 또는 고리-치환된 스쿠아렌, 바람직하게는 세타(Seta), 세타우(SeTau) 및 스퀘어(Square) 염료 또는 이들의 임의의 성분의 유도체 중 하나 이상; 나프탈렌 유도체, 바람직하게는 이의 단실 또는 프로단 유도체 중 하나 이상; 쿠마린 유도체; 옥사디아졸 유도체, 바람직하게는 피리딜옥사졸, 니트로벤즈옥사디아졸, 벤즈옥사디아졸 또는 이들의 임의의 성분의 유도체 중 하나 이상; 안트라센 유도체, 바람직하게는 안트라퀴논, DRAQ5, DRAQ7, CyTRAK 오렌지 또는 이들의 임의의 성분의 유도체 중 하나 이상; 피렌 유도체, 바람직하게는 캐스케이드 블루; 옥사진 유도체, 바람직하게는 나일 레드, 나일 블루, 크레실 바이올렛, 옥사진 170 또는 이들의 임의의 성분의 유도체 중 하나 이상; 아크리딘 유도체, 바람직하게는 프로플라빈, 아크리딘 오렌지, 아크리딘 옐로우 또는 이들의 임의의 성분의 유도체 중 하나 이상; 아릴메틴 유도체, 바람직하게는 오라민, 크리스탈 바이올렛, 말라카이트 그린 또는 이들의 임의의 성분의 유도체 중 하나 이상; 테트라피롤 유도체, 바람직하게는 포르핀, 프탈로시아닌, 빌리루빈 중 하나 이상; 릴렌 염료 또는 이의 임의의 유도체, 예컨대 페릴렌 염료; 나프탈렌 이미드 또는 페릴렌 이미드; WO 2012/168395 A1에 개시된 바와 같은 나프토일렌 벤즈이미다졸 염료; 또는 상기 나열된 물질들의 임의의 성분의 유도체. 그러나, 다른 염료도 추가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있음을 알아야 한다.
검출기의 추가적인 임의적인 세부 사항은 적어도 하나의 감광성 요소 또는 복수의 감광성 요소를 지칭한다. 따라서, 일례로서, 적어도 하나의 감광성 요소는 적어도 하나의 광다이오드, 바람직하게는 규소 광다이오드와 같은 적어도 하나의 무기 광다이오드를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 감광성 요소는 도파관 시트의 엣지 또는 림 부분의 적어도 하나의 세그먼트를 따라 연장되는 적어도 하나의 연장된 감광성 요소를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 형광성 도파관 시트는 구체적으로 직사각형 형광성 도파관 시트, 바람직하게는 정사각형 도파관 시트일 수 있다. 상기 설정에서, 예를 들어, 감광성 요소는 도파관 시트의 각각의 4 개의 직선 림 섹션 또는 림 부분과 같은 각각의 4 개의 엣지에 위치될 수 있다. 다른 실시예도 가능하다.
제 1 및 제 2 광학 센서는 각각 독립적으로 불투명, 투명 또는 반투명일 수 있다. 그러나, 간소화를 위해, 불투명 센서는 일반적으로 널리 상업적으로 입수가능하므로, 광빔에 대해 투명하지 않은 불투명 센서가 사용될 수 있다. 그러나, 형광성 도파관 시트는 완전히 또는 부분적으로 투명할 수 있다.
제 1 광학 센서는 구체적으로 균일한 감광성 영역을 갖는 균일한 센서일 수 있다. 따라서, 구체적으로, 제 1 광학 센서는 특히 비-픽셀화된 광학 센서일 수 있다. 그러나, 대안적으로, 적어도 하나의 제 1 광학 센서는 또한 각각 2 개 이상의 픽셀을 갖는 하나 이상의 픽셀화된 센서를 포함할 수 있다. 다른 실시예도 가능하다.
유사하게, 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 적어도 하나의 제 2 광학 센서는 정확하게 하나의 제 2 광학 센서 또는 복수의 광학 센서를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 2 광학 센서의 적어도 하나의 형광성 도파관 시트는 정확히 하나의 간섭성 형광성 도파관 시트일 수 있다. 그러나, 대안적으로, 적어도 하나의 제 2 광학 센서는 또한 복수의 제 2 광학 센서를 포함할 수 있다. 후자의 대안은, 예를 들어, 복수의 형광성 도파관 시트를 제공함으로써 실현될 수 있다. 따라서, 각각 하나 이상의 감광성 요소를 갖는 복수의 형광성 도파관 시트가 제공될 수 있다. 다른 실시예도 가능하다.
제 2 광학 센서와 같은 검출기는 적어도 하나의 광학 필터 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 광학 단파장-통과 필터(short-pass filter)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 형광 광을 여기시킬 수 있는 광자만이 형광성 도파관 시트를 통과할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들도 가능하다.
제 1 및 제 2 광학 센서는 특히 검출기의 하나의 동일한 빔 경로에 선형적으로 배치될 수 있다. 따라서, 일례로서, 제 1 및 제 2 광학 센서는 검출기의 광축에 대하여 동심원 상에 배열될 수 있으며, 특히 제 1 광학 센서가 제 2 광학 센서의 정면에 위치될 수 있다. 그러나, 제 1 광학 센서 및 제 2 광학 센서가 별개의 상이한 빔 경로에 배치되는 실시예와 같이 다른 실시예도 가능하다는 것을 알아야 하며, 여기서 검출기의 빔 경로는 하나 이상의 빔-분할 요소에 의해 분할된다. 그러나, 제 1 및 제 2 광학 센서가 하나의 동일한 빔 경로에 배치된 선형 설정은 검출기에 필요한 단순한 광학 설정 및 작은 부피로 인해 바람직하다. 따라서, 본 발명은 특히 단순하고 효율적이며 저렴한 광학 설정을 허용한다.
상술한 바와 같이, 제 1 광학 센서는 구체적으로 반도체 센서, 바람직하게는 무기 반도체 센서, 보다 바람직하게는 광다이오드, 가장 바람직하게는 규소 광다이오드일 수 있다. 예를 들어, 제 1 광학 센서는 단일의 감광성 영역을 갖는 균일한 센서일 수 있다. 예를 들어, 상업적으로 입수가능한 규소 광다이오드가 사용될 수 있다.
또 하나의 바람직한 실시예에서, 검출기는 다음을 포함할 수 있다:
- 피사체로부터 검출기를 향해 전파하는 입사 광빔의 입사각에 의존하는 적어도 하나의 빔 프로파일을 갖고 각 의존성 광학 요소를 조명하는 적어도 하나의 광빔을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 각 의존성 광학 요소;
- 각각의 광학 센서가 적어도 하나의 감광성 영역을 가지며, 각각의 광학 센서가 상기 각 의존성 광학 요소에 의해 발생된 광빔에 의한 그 각각의 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된 적어도 2 개의 광학 센서; 및
- 상기 센서 신호들로부터 몫 신호 Q를 평가함으로써 상기 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치.
각 의존성 광학 요소는 다음으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 광학 요소를 포함할 수 있다: 적어도 하나의 광섬유, 특히 적어도 하나의 다중-분기된 광섬유, 특히 적어도 하나의 이중-분기된 광섬유; 적어도 하나의 회절 광학 요소, 적어도 하나의 각 의존성 반사성 요소, 적어도 하나의 회절 격자 요소, 특히 블레이즈 격자 요소; 적어도 하나의 개구 조리개; 적어도 하나의 프리즘; 적어도 하나의 렌즈; 적어도 하나의 렌즈 어레이, 특히 적어도 하나의 마이크로렌즈 어레이; 적어도 하나의 광학 필터; 적어도 하나의 편광 필터; 적어도 하나의 밴드패스 필터; 적어도 하나의 액정 필터, 특히 액정 튜너블 필터; 적어도 하나의 단파장-통과 필터; 적어도 하나의 장파장-통과 필터; 적어도 하나의 노치 필터; 적어도 하나의 간섭 필터; 적어도 하나의 투과 격자; 적어도 하나의 비선형 광학 요소, 특히 하나의 복굴절 광학 요소.
감광성 영역 중 적어도 하나는 피사체를 향해 배향될 수 있다. 구체적으로, 피사체의 적어도 하나의 지점과 각각의 감광성 영역의 적어도 하나의 지점 사이의 적어도 하나의 상호연결 라인은 0°와 다른 감광성 영역의 표면 요소와 각도 예를 들어 20° 내지 90°의 범위, 바람직하게는 80° 내지 90°, 예컨대 90°를 형성할 수 있다. 따라서, 피사체가 광축 상에 또는 광축에 근접하게 위치될 때, 피사체로부터 검출기를 향해 전파하는 광빔은 광축에 본질적으로 평행할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 감광성 영역들 중 적어도 하나는 피사체를 향한 배향과는 다른 배향을 가질 수 있다. 예를 들어, 광학 센서들 중 적어도 하나는 광축에 대해 그리고 피사체에 대해 임의의 각도로 또는 수직으로 배향될 수 있다. 각 의존선 광학 요소는 광빔이 감광성 영역에 충돌하도록 광빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 감광성 영역들 중 적어도 하나가 광축에 대해 임의의 각도로 배향되는 경우, 각 의존성 광학 요소는 광빔을 감광성 영역으로 유도하도록 구성될 수 있다.
본원에 사용된 “각 의존성 광학 요소”라는 용어는 피사체로부터 검출기를 향해 전파하는 입사 광빔의 입사각에 의존하는 적어도 하나의 빔 프로파일을 갖고 각 의존성 광학 요소를 조명하는 적어도 하나의 광빔을 생성하도록 구성된 광학 요소를 지칭한다. 특히, 각 의존성 광학 요소는 입사 광빔의 빔 프로파일에 영향을주고 및/또는 변경 및/또는 조정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각 의존성 광학 요소는 각 의존성 투과 특성, 각 의존성 반사 특성 또는 각 의존성 흡수 특성 중 하나 이상을 가질 수 있다. 각 의존성 광학 요소에 의해 생성된 광빔은 적어도 하나의 투과 광빔 및/또는 적어도 하나의 반사 광빔을 포함할 수 있다. 입사각은 각 의존성 광학 요소의 광축에 대해 측정될 수 있다.
각 의존성 광학 요소의 제 1 면, 예를 들어 표면 및/또는 입구에 충돌하는 전자기파는 부분적으로 각 의존성 광학 요소의 특성에 따라 흡수 및/또는 반사 및/또는 투과될 수 있다. "흡수"라는 용어는 각 의존성 광학 요소에 의한 입사 광빔의 전력 및/또는 강도의 감소를 지칭한다. 예를 들어, 입사 광빔의 전력 및/또는 강도는 열 또는 다른 유형의 에너지에 대해 각 의존성 광학 요소에 의해 변형될 수 있다. 본원에 사용된 "투과"라는 용어는 광축에 대해 90° 이상의 각도로 반-공간에서 각 의존성 광학 요소 외부에서 측정가능한 전자기파의 일부를 지칭한다. 예를 들어, 투과는 각 의존성 광학 요소의 제 1 면에 충돌하고 각 의존성 광학 요소를 관통하고 각 의존성 광학 요소를 제 2 면 예컨대 대향 측면 및/또는 출구로 남겨두는 전자기파의 나머지 부분일 수 있다. "반사"라는 용어는 광축에 대해 90° 미만의 각도로 반-공간에서 각 의존성 광학 요소 외부에서 측정가능한 전자기파의 일부를 지칭한다. 예를 들어, 반사는 각 의존성 광학 요소와의 상호작용에 기인한 입사 광빔의 파면 방향의 변화일 수 있다.
각 의존성 광학 요소에 충돌하는 전자기파의 전체 전력은 각 의존성 광학 요소에 의해 적어도 3 개의 구성요소, 즉 흡수 구성요소, 반사 구성요소 및 투과 구성요소로 분배될 수 있다. 투과도는 각 의존성 광학 요소에 충돌하는 전자기파의 총 전력에 의해 표준화된 투과 성분의 전력으로 정의될 수 있다. 흡수도는 각 의존성 광학 요소에 충돌하는 전자기파의 총 전력에 의해 표준화된 흡수 성분의 전력으로 정의될 수 있다. 반사도는 각 의존성 광학 요소에 충돌하는 전자기파의 총 전력에 의해 표준화된 반사 성분의 전력으로 정의될 수 있다.
본원에 사용된 "각 의존성 투과"는 투과도가 피사체로부터 검출기를 향해 전파하는 입사 광빔이 각 의존성 광학 요소에 충돌하는 입사각에 의존한다는 사실을 지칭한다. 상술한 바와 같이, 입사각은 각 의존성 광학 요소의 광축에 대해 측정될 수 있다. 각 의존성 광학 요소는 적어도 하나의 전사 장치 뒤에 전파 방향으로 배열될 수 있다. 전사 장치는 예를 들어 적어도 하나의 조준 렌즈를 포함할 수 있다. 각 의존성 광학 요소는 보다 작은 각으로 충돌하는 광선에 비해 더 큰 각으로 충돌하는 광선을 약하게 하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 투과도는 광축에 평행한 광선, 즉 0°에서 가장 높을 수 있으며, 더 높은 각에 대해 감소할 수 있다. 특히, 적어도 하나의 컷-오프 각에서, 투과도는 급격히 0으로 떨어질 수 있다. 따라서, 큰 입사각을 갖는 광선은 컷-오프될 수 있다.
본원에 사용된 "각 의존성 흡수"라는 용어는 흡수도가 피사체로부터 검출기를 향해 전파하는 입사 광빔이 각 의존성 광학 요소에 충돌하는 입사각에 의존한다는 사실을 지칭한다. 본원에 사용된 "각 의존성 흡수"는 용어는 흡수도가 피사체로부터 검출기를 향해 전파하는 입사 광빔이 각 의존성 광학 요소에 충돌하는 입사각에 의존한다는 사실을 지칭한다. 예를 들어, 피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔의 광자 에너지 및/또는 강도는 입사각에 따라 감소될 수 있다.
본원에 사용된 "각 의존성 반사"라는 용어는 반사도가 피사체로부터 검출기를 향해 전파하는 입사 광빔이 각 의존성 광학 요소에 충돌하는 입사각에 의존한다는 사실을 지칭한다.
예를 들어, 각 의존성 광학 요소는 적어도 하나의 광섬유를 포함한다. 광섬유는 투과도가 반사 효과를 무시하면서 광섬유에 평행하게, 즉 0°의 각도로 입사하는 광선에 대해 가장 높을 수 있도록 설계될 수 있다. 광섬유는 보다 높은 각도 예를 들어 1° 내지 10°의 각도의 경우, 투과도는 평행 광선에 대한 투과도의 약 80%로 부드럽게 감소할 수 있고 광섬유의 수용 각까지 일정하게 상기 수준으로 유지될 수 있도록 설계될 수 있다. 본원에 사용된 "수용 각(acceptance angle)"이라는 용어는 소정의 각도를 초과하면 광섬유 내에서의 전반사가 가능하지 않아서 광선이 광섬유를 벗어나 반사되는 각도를 지칭할 수 있다. 광섬유는, 수용 각에서 투과도가 급격히 0으로 떨어질 수 있도록 설계될 수 있다. 큰 입사각을 갖는 광선은 컷-오프될 수 있다.
광섬유는 흡수 및/또는 반사되지 않는 입사 광빔의 적어도 일부를 광섬유의 두 단부 사이에서 투과하도록 구성될 수 있다. 광섬유는 길이를 가질 수 있고 소정의 거리에 걸쳐 투과할 수 있도록 구성될 수 있다. 광섬유는 실리카, 알루미노실리케이트 유리, 게르만 실리케이트 유리, 플루오르지르코네이트, 희토류 도핑된 유리, 플루오라이드 유리, 칼코게나이드 유리, 사파이어, 특히 실리카 유리용으로 도핑된 변형물, 포스페이트 유리, PMMA, 폴리스티렌, 풀루오로중합체 예컨대 폴리(퍼플루오로-부테닐비닐 에테르) 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 광섬유는 단일 또는 다중-모드 섬유일 수 있다. 광섬유는 스텝 인덱스 섬유, 편광 섬유, 편광 유지 섬유, 플라스틱 광섬유 등일 수 있다. 광섬유는 섬유 코어와 같이 보다 낮은 굴절률을 갖는 적어도 하나의 광섬유 클래딩에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 섬유 코어를 포함할 수 있다. 상기 섬유 클래딩은 또한 이중 또는 다중 클래딩일 수 있다. 상기 섬유 클래딩은 소위 외측 자켓을 포함할 수 있다. 광섬유 클래딩은 손상 및 습기로부터 광섬유를 보호하기 위해 구성된 소위 완충제로 코팅될 수 있다. 완충제는 적어도 하나의 UV-경화된 우레탄 아크릴레이트 복합체 및/또는 적어도 하나의 폴리이미드 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광섬유 코어의 굴절률은 광섬유 클래딩 물질의 굴절률보다 높을 수 있으며, 광섬유는 수용 각 미만의 전체 내부 반사에 의해 입사 광빔을 안내하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 광섬유는 광자 밴드갭 섬유라고도 하는 적어도 하나의 중공 코어 섬유를 포함할 수 있다. 중공-코어 섬유는 본질적으로 소위 중공 영역 내에서 입사 광빔을 안내하도록 구성될 수 있으며, 여기서 상기 광빔의 소량 부분은 섬유 클래딩 물질 내로의 전파로 인해 손실된다.
광섬유는 광섬유의 단부에 하나 이상의 광섬유 커넥터를 포함할 수 있다. 광섬유는 코어리스(coreless) 단부 캡과 같은 단부 캡을 포함할 수 있다. 광섬유는 섬유 커플러, 섬유 브래그(Bragg) 격자, 섬유 편광기, 섬유 증폭기, 섬유 커플링된 다이오드 레이저, 섬유 콜리메이터(collimator), 섬유 조인트, 섬유 스플라이싱, 섬유 커넥터, 기계적 스플라이싱, 융합 스플라이싱 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 광섬유는 중합체 코팅을 포함할 수 있다.
광섬유는 2 개 이상의 섬유를 포함할 수 있다. 광섬유는 적어도 하나의 다중-분기된 광섬유, 특히 적어도 하나의 이중-분기된 광섬유일 수 있다. 예를 들어, 이중-분기된 광섬유는 2 개의 섬유, 특히 적어도 하나의 제 1 섬유 및 적어도 하나의 제 2 섬유를 포함할 수 있다. 제 1 광섬유와 제 2 광섬유는 이중-분기된 광섬유의 입구 단부에 서로 가깝게 배치될 수 있으며, 상기 이중-분기된 광섬유의 출구 단부에서 일정 간격으로 이격된 2 개의 다리로 분할될 수 있다. 제 1 및 제 2 섬유는 동일한 특성을 갖는 섬유로서 설계될 수 있거나 상이한 유형의 섬유일 수 있다. 제 1 섬유는 적어도 하나의 제 1 투과 광빔을 생성하도록 구성될 수 있고, 제 2 섬유는 적어도 하나의 제 2 투과 광빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 이중-분기된 광섬유는 입사 광빔이 제 1 섬유에 제 1 입사각으로 입사하고 제 1 각도와는 다른 제 2 입사각으로 제 2 섬유에 입사하여, 투과도가 제 1 투과 광빔 및 제 2 투과 광빔에 대해 상이하도록 구성될 수 있다. 광학 센서 중 하나는 제 1 섬유의 출구 단부에 배치될 수 있고 다른 광학 센서는 제 2 섬유의 출구 단부에 배치될 수 있다. 광섬유는 2 개 초과의 섬유 예를 들어 3 개, 4 개 또는 그 이상의 섬유를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다중-분기된 섬유는 다중 섬유를 포함할 수 있고, 여기서 각각의 섬유는 코어, 클래딩, 완충제, 자켓 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 하나 이상의 섬유는 부분적으로 또는 전체적으로 중합체 호스와 같은 추가의 자켓에 의해 묶여서 섬유가 섬유의 한쪽 단부와 같이 서로 가깝게 유지되도록 할 수 있다.
검출기는 복수의 광섬유 예를 들어 복수의 단일 광섬유 또는 복수의 다중-분기된 광섬유를 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출기는 복수의 단일 광섬유 예를 들어 동일한 특성을 갖는 광섬유를 포함할 수 있다. 광섬유, 즉 단일 광섬유 또는 다중-분기된 광섬유는 입사 광빔이 각각의 광섬유로 상이한 입사각으로 입사하여 투과도가 각각의 광섬유마다 다르도록 구성될 수 있다. 각각의 광섬유의 출구 단부에는, 적어도 하나의 광학 센서가 배치될 수 있다. 대안적으로, 적어도 2 개 이상의 광섬유가 동일한 광학 센서를 사용할 수 있다.
조명원은 각 의존성 광학 요소를 통해 피사체를 조명하도록 구성될 수 있다. 광섬유는 피사체를 조명하도록 조명원에 의해 생성된 적어도 하나의 입사 광빔을 투과시키도록 구성된 적어도 하나의 조명 섬유를 포함할 수 있다. 조명원은 조명원에 의해 생성된 적어도 하나의 광빔을 조명 섬유에 커플링시키도록 구성될 수 있다. 검출기는, 광섬유의 전방 및/또는 후방에 배치될 수 있는 적어도 하나의 커플링 요소 예를 들어 적어도 하나의 내접-커플링 요소 및/또는 적어도 하나의 외접-커플링 요소를 포함할 수 있다. 커플링 요소는 적어도 하나의 전사 장치일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
검출기는 피사체로부터 검출기로 진행하는 광빔을 조명 섬유 내로 커플링시키도록 구성된 추가의 커플링 요소, 특히 추가의 내접-커플링 요소를 포함할 수 있다. 추가의 커플링 요소는 광섬유의 전방에서 피사체로부터 검출기로 진행하는 광빔의 전파 방향으로 배열될 수 있다. 추가의 커플링 요소는 적어도 하나의 전사 장치일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
검출기가 복수의 광섬유를 포함하는 경우, 검출기는 하나의 조명원 또는 복수의 동일한 조명원 및/또는 복수의 상이한 조명원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 조명원은 색 또는 변조 주파수와 같은 상이한 특성을 갖는 광을 발생시키는 적어도 2 개의 조명원을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 광섬유 중 적어도 2 개의 광섬유는 동일한 조명원 및/또는 2 개의 동일한 조명원을 사용하여 조명될 수 있다. 같은 조명원 및/또는 동일한 조명원에 의해 조명된 각각의 광섬유의 출구 단부에 적어도 하나의 광학 센서가 배치될 수 있다. 대안적으로, 같은 조명원에 의해 조명된 적어도 2 개 이상의 광섬유가 동일한 광학 센서를 사용할 수 있다. 복수의 광섬유에 대해 동일한 조명원 및 같은 광학 센서가 사용되는 검출기는 근접 센서로서 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 광섬유 중 적어도 2 개의 광섬유는 적어도 2 개의 상이한 조명원을 사용하여 조명될 수 있다. 각각의 광섬유의 출구 단부에는, 적어도 하나의 광학 센서가 배치될 수 있다. 대안적으로, 적어도 2 개 이상의 광섬유가 동일한 광학 센서를 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 조명원과 광학 센서 사이의 검출기의 광축에 수직인 거리는 작을 수 있다. 기준선은 0.1 m 미만, 바람직하게는 0.05 m 미만, 보다 바람직하게는 0.025 m 미만일 수 있다. 예를 들어, 기준선은 21 mm일 수 있다. 특히, 각 의존성 광학 요소가 광섬유인 경우, 기준선은 심지어 전사 장치의 반경보다 작을 수 있다.
예를 들어, 각 의존성 광학 요소는 광섬유일 수 있다. 조명원은 광섬유를 통해 안내될 수 있으며, 여기서 조명 빔은 전사 장치의 반경보다 작은 기준선 내의 전사 장치 뒤의 광섬유를 빠져나갈 수 있다. 조명원은 적어도 하나의 조명 광빔을 발생시키도록 구성될 수 있으며, 여기서 조명 빔을 안내하는 광섬유는 중합체 또는 글루 등에 의한 것과 같이 전사 장치에 부착될 수 있어서, 굴절률에서 보다 큰 차이를 갖는 계면에서의 반사를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 검출기는 추가 광학 요소가 없는 콤팩트 장치일 수 있으며, 여기서 조명원은 전사 장치의 엣지에 가능한 한 가깝게 배치될 수 있다. 따라서, 기준선은 전사 장치의 직경의 절반, 특히 렌즈 직경 및 렌즈 및 광원의 하우징에 근접할 수 있다. 예를 들어, 검출기는 더욱더 콤팩트화된 장치일 수 있으며, 여기서 거울, 특히 작은 거울은 조명 빔을 빔 경로에 커플링시키기 위해 전사 장치의 전방, 특히 중심 예를 들어 기하학적 중심에 또는 전사 장치의 중심에 근접하여 위치될 수 있다. 따라서, 기준선은 전사 장치의 직경의 절반보다 작을 수 있다. 조명원은 기준선이 가능한 작게 되도록 배열될 수 있다. 조명 광빔의 전파 방향이 광축에 실질적으로 평행하고 조명원과 광축이 작은 기준선에 의해 분리되도록 조명원을 배열함으로써, 매우 콤팩트한 장치가 가능해진다. 예를 들어, 전사 장치의 중심으로부터 조명원까지의 거리, 특히 전사 장치의 중심으로부터 조명원까지의 연결선을 따른 거리는, 바람직하게는 전사 장치의 중심으로부터 전사 장치의 엣지까지의 거리의 2.5 배 미만, 보다 바람직하게는 전사 장치의 중심으로부터 전사 장치의 엣지까지의 거리의 1.5 배 미만, 가장 바람직하게는 전사 장치의 중심으로부터 엣지까지의 거리의 1 배 미만일 수 있다. 전사 장치는 임의의 형상을 가질 수 있으며, 특히 비-원형 형상이 가능하다. 근거리에서 조명원의 개구는 작을 수 있으며 기준선은 작을 수 있다. 원거리에서 조명원의 개구는 클 수 있으며 기준선은 작을 수 있다. 이는 원거리에서 큰 기준선이 필요한 삼각 측량 방법과는 반대이다. 또한, 삼각 측량 기반 시스템은 기준선의 필요한 공간적 확장으로 인해 검출기 시스템으로부터 20 cm와 같이 0보다 상당히 큰 최소 검출 범위를 갖는다. 이러한 큰 기준선은 피사체로부터 산란된 조명된 광이 전사 장치 뒤의 광학 센서의 감광성 영역에 도달하지 않을 수 있는 결과를 초래할 수 있다. 또한, 삼각 측량 기반 시스템에서, 작은 기준선을 사용하면 최소 검출 범위가 줄어들지만 동시에 최대 검출 범위가 감소한다. 또한, 삼각 측량 기반 시스템은 복수의 감광성 영역 및 센서 신호 예를 들어 적어도 하나의 검출기 행의 센서 신호를 필요로 한다. 본 발명에 따르면, 종방향 좌표 z의 결정은 감소된 수의 센서 신호, 특히 20 미만, 바람직하게는 10 미만, 보다 바람직하게는 5 미만의 센서 신호로 가능하다. 조명원 및 각 의존성 광학 요소는 전사 장치 뒤의 피사체로부터 검출기로 진행하는 광빔의 전파 방향으로 배열될 수 있으며, 이는 후술될 것이다. 조명원과 광학 센서 사이의 검출기의 광축에 수직인 거리는 전사 장치의 반경보다 작을 수 있다.
조명원 및 광학 센서 및/또는 조명원 및 각 의존성 광학 요소 및/또는 광학 센서는 검출기의 광축으로부터의 상대적 공간 오프셋으로 배치될 수 있다. 이러한 배치는 몫의 경향, 따라서 거리 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다. 특히, 공간 오프셋이 증가함에 따라, Q 대 거리 다이어그램의 기울기가 증가하므로 유사한 거리를 더 정확하게 구별할 수 있다. 예를 들어, 조명원 및 광학 센서 중 하나는 광축 상에 배치될 수도 있고 다른 하나는 광축으로부터 이격되어 배치될 수도 있다. 예를 들어, 조명원 및 광학 센서 모두는 적어도 하나의 상이한 거리만큼, 특히 광축에 수직으로 광축으로부터 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 다중-분기된 광섬유의 적어도 2 개의 광섬유는 광축으로부터 상이한 거리에 배치될 수 있다. 각 의존성 광학 요소는 조명원 및/또는 광학 센서를 이동시키지 않고 조명원과 광학 센서 사이의 광축에 수직인 실제 거리와 비교하여 더 큰 거리를 모방하도록 구성된다.
예를 들어, 전사 장치는 하나 이상의 렌즈, 특히 하나 이상의 굴절 렌즈, 및/또는 하나 이상의 볼록 거울을 가질 수 있다. 이 예에서, 초점 길이는 얇은 굴절 렌즈의 중심으로부터 얇은 렌즈의 주 초점 포인트까지의 거리로서 정의될 수 있다. 볼록 렌즈 또는 양면 볼록 얇은 렌즈와 같은 집광하는 얇은 굴절 렌즈의 경우, 초점 길이는 포지티브(positive)로 간주될 수 있고, 전사 장치로서 얇은 렌즈에 충돌하는 조준 광의 빔이 단일 스폿으로 집속될 수 있는 거리를 제공할 수 있다. 또한, 전사 장치는 적어도 하나의 파장-선택 요소, 예를 들어 적어도 하나의 광학 필터를 포함할 수 있다. 또한, 전사 장치는 예를 들어 센서 지역, 특히 센서 영역의 위치에서 전자기 복사선에 사전-정의된 빔 프로파일을 가하도록 설계될 수 있다. 원칙적으로, 전사 장치의 전술한 임의적인 실시예는 개별적으로 또는 임의의 원하는 조합으로 실현될 수 있다.
2 개의 광학 센서의 선형 배치 대신에, 광학 센서는 검출기의 상이한 빔 경로에 배치될 수 있다. 각 의존성 광학 요소는 제 1 광빔 및 제 2 광빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 제 1 광빔 및 제 2 광빔은 상이한 정도의 투과도로 생성될 수 있다. 제 1 광학 센서는 각 의존성 광학 요소에 의해 생성된 제 1 광빔에 의해 제 1 감광성 영역의 조명에 응답하여 제 1 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 제 2 광학 센서는 각 의존성 광학 요소에 의해 생성된 제 2 광빔에 의해 제 2 감광성 영역의 조명에 응답하여 제 2 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상술한 바와 같이, 각 의존성 광학 요소는 입사 광빔이 제 1 섬유에 제 1 입사각으로 입사하고 제 1 광각과는 다른 제 2 입사각으로 제 2 섬유에 입사할 수 있도록 배열될 수 있는 적어도 하나의 다중-분기된 광섬유를 포함할 수 있어서, 투과도는 제 1 광빔, 이 경우에는 제 1 투과 광빔 및 제 2 광빔, 이 경우에는 제 2 투과 광빔에 대해 상이하도록 구성될 수 있다. 제 1 및 제 2 광학 센서 중 하나는 제 1 섬유의 출구 단부에 배치될 수 있고 다른 광학 센서는 제 2 섬유의 출구 단부에 배치될 수 있다.
적어도 하나의 센서 요소는 광학 센서들의 매트릭스를 가질 수 있으며, 여기서 광학 센서들은 각각 감광성 영역을 가지고, 각각의 광학 센서는 각 의존성 광학 요소에 의해 생성된 광빔에 의해 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 검출기는 2 개의 센서 요소, 특히 검출기의 상이한 빔 경로에 배치된 적어도 하나의 제 1 센서 요소 및 적어도 하나의 제 2 센서 요소를 포함할 수 있다. 각 의존성 광학 요소는 제 1 광빔 및 제 2 광빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 제 1 광빔 및 제 2 광빔은 상이한 정도의 투과도로 생성될 수 있다. 제 1 센서 요소는 각 의존성 광학 요소에 의해 생성된 제 1 광빔에 의한 조명에 응답하여 제 1 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 제 2 센서 요소는 각 의존성 광학 요소에 의해 생성된 제 2 광빔에 의한 조명에 응답하여 제 2 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상술한 바와 같이, 각 의존성 광학 요소는 입사 광빔이 제 1 섬유에 제 1 입사각으로 입사하고 제 1 광각과는 다른 제 2 입사각으로 제 2 섬유에 입사할 수 있도록 배열된 적어도 하나의 다중-분기된 광섬유를 포함할 수 있어서, 투과도는 제 1 투과 광빔 및 제 2 투과 광빔에 대해 상이하도록 구성될 수 있다. 제 1 및 제 2 센서 요소 중 하나는 제 1 섬유의 출구 단부에 배치될 수 있고 다른 센서 요소는 제 2 섬유의 출구 단부에 배치될 수 있다.
검출기는 적어도 2 개의 광학 센서를 포함할 수 있고, 여기서 각각의 감광성 영역은 기하학적 중심을 가지며, 상기 광학 센서의 기하학적 중심은 상이한 공간 오프셋에 의해 상기 검출기의 광축으로부터 이격되고, 각각의 광학 센서는 각 의존성 광학 요소에 의해 생성된 광빔에 의해 그 각각의 감광성 영역의 조명에 응답하여 센서 신호를 생성하도록 구성된다.
평가 장치는 적어도 2 개의 센서 신호들을 조합함으로써 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성될 수 있다. 이러한 추가의 실시예에서, 광학 센서는 광학 센서의 감광성 영역이 이의 공간 오프셋 및/또는 이의 표면적에서 상이하도록 배열될 수 있다.
검출기는 광빔이 피사체로부터 광학 센서로 진행할 수 있는 단일 빔 경로를 가지거나 또는 복수의 빔 경로를 가질 수 있다. 예를 들어, 각 의존성 광학 요소가 적어도 하나의 다중-분기된 광섬유를 포함하는 경우, 다중-분기된 광섬유의 각각의 광섬유는 독립적인 빔 경로를 구성할 수 있다. 예를 들어, 단일 빔 경로는 주어지거나 빔 경로는 둘 이상의 부분 빔 경로들로 분할될 수 있다. 후자의 경우, 각각의 부분 빔 경로는 그 자신의 광축을 가질 수 있고, 상기 언급된 조건은 일반적으로 각각의 빔 경로를 독립적으로 나타낼 수 있다. 광학 센서는 하나의 동일한 빔 경로 또는 부분 빔 경로에 위치할 수 있다. 그러나, 대안적으로, 광학 센서는 또한 상이한 부분 빔 경로에 위치할 수도 있다. 광학 센서가 상이한 부분 빔 경로를 통해 분배되는 경우, 상기 언급된 조건은 적어도 하나의 제 1 광학 센서가 적어도 하나의 제 1 부분 빔 경로에 위치되고 제 1 공간 오프셋에 의해 상기 제 1 부분 빔 경로의 광축으로부터 오프셋되고, 적어도 하나의 제 2 광학 센서가 적어도 하나의 제 2 부분 빔 경로에 위치되고 적어도 하나의 제 2 공간 오프셋에 의해 상기 제 2 부분 빔 경로의 광축으로부터 오프셋되며, 여기서 상기 제 1 공간 오프셋 및 상기 제 2 공간 오프셋은 상이하다.
전술한 바와 같이, 각각의 감광성 영역에는 기하학적 중심이 있다. 각각의 감광성 영역의 각각의 기하학적 중심은 각각의 광학 센서가 위치된 빔 경로 또는 각각의 빔 경로의 광축과 같이 검출기의 광축으로부터 이격될 수 있다.
전술한 바와 같이, 광학 센서는 특히 하나의 동일한 평면에 위치될 수 있으며, 이는 바람직하게는 광축에 수직인 평면이다. 그러나 다른 구성도 가능하다. 따라서, 2 개 이상의 광학 센서가 또한 광축에 평행한 방향으로 이격될 수 있다.
예를 들어, 광학 센서는 분할된 다이오드의 중심이 검출기의 광축으로부터 중심이 벗어난 분할된 다이오드의 부분 다이오드일 수 있다. 일례로서, 바이-셀 다이오드 또는 사분원 다이오드가 저가로 널리 상업적으로 입수가능하며, 이들 바이셀 다이오드 또는 사분원 다이오드에 대한 구동 방식은 일반적으로 공지되어 있다. 예를 들어, 바이셀 다이오드는 각각 다이오드의 완전한 기능을 갖는 독립적인 다이오드를 형성할 수 있다. 예를 들어, 각각의 바이셀 다이오드는 정사각형 또는 직사각형 형상을 가질 수 있고, 2 개의 다이오드는 총 2 개의 부분 다이오드가 직사각형 형상의 1 x 2 또는 2 x 1 매트릭스를 형성하도록 하나의 평면에 배치될 수 있다. 그러나, 본 발명에서는, 바이셀 다이오드 및 사분원 다이오드의 센서 신호를 평가하기 위한 새로운 방식이 제안되며, 이는 이하에서 더 상세히 설명될 것이다. 그러나, 일반적으로, 광학 센서는 특히 사분원 다이오드의 중심이 검출기의 광축으로부터 중심이 벗어난 사분원 다이오드의 부분 다이오드일 수 있다. 예를 들어, 4 개의 부분 다이오드는 각각 다이오드의 완전한 기능을 갖는 독립적인 다이오드를 형성할 수 있다. 예를 들어, 4 개의 부분 다이오드는 정사각형 또는 직사각형 형상을 가질 수 있고, 4 개의 부분 다이오드는 총 4 개의 부분 다이오드가 직사각형 또는 정사각형 형상의 2 x 2 매트릭스를 형성하도록 하나의 평면에 배치될 수 있다. 다른 예에서, 4 개의 부분 다이오드는 전체적으로 원형 또는 타원형을 갖는 2 × 2 매트릭스를 형성할 수 있다. 예를 들어, 부분 다이오드들은 서로 최소로 분리되어 인접할 수 있다.
2x2 매트릭스의 부분 다이오드를 갖는 사분원 다이오드가 사용되는 경우, 사분원 다이오드의 중심은 구체적으로 광축의 중심으로부터 벗어나거나 광축으로부터 오프셋될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 사분원 다이오드의 광학 센서의 기하학적 중심의 교차점일 수 있는 사분원 다이오드의 중심은 광축으로부터 적어도 0.2 mm만큼, 보다 바람직하게는 적어도 0.5 mm만큼, 더욱 바람직하게는 1.0 mm 또는 심지어 2.0 mm 이상만큼 중심을 벗어날 수 있다. 유사하게, 복수의 광학 센서를 갖는 다른 유형의 광학 센서 설정을 사용하는 경우, 광학 센서의 전체 중심은 동일한 거리만큼 광축으로부터 오프셋될 수 있다.
본 발명의 추가의 양태에서는, 적어도 하나의 피사체의 위치를 결정하기 위한 검출기가 개시된다. 검출기 시스템은 예를 들어 전술한 하나 이상의 실시예에 따라 또는 이하에 추가로 개시되는 하나 이상의 실시예에 따라 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 검출기 시스템은 검출기를 향해 적어도 하나의 광빔을 지향시키도록 구성된 적어도 하나의 비콘 장치를 추가로 포함하며, 여기서 상기 비콘 장치는 피사체에 부착가능하고, 피사체에 의해 보유가능하며, 피사체에 통합가능한 것 중 적어도 하나이다. 비콘 장치에 관한 보다 상세한 내용은 그 잠재적인 실시예를 포함하여 이하에 제공될 것이다. 따라서, 적어도 하나의 비콘 장치는 레이저, LED, 전구 등과 같은 하나 이상의 광원과 같은 하나 이상의 조명원을 포함하는 적어도 하나의 능동형 비콘 장치일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원에 의해 방출된 광은 300 내지 500 nm의 파장을 가질 수 있다. 대안적으로, 상술한 바와 같이, 780 nm 내지 3.0 ㎛의 범위와 같은 적외선 스펙트럼 범위가 사용될 수 있다. 구체적으로, 규소 광다이오드가 특히 700 nm 내지 1000 nm의 범위에서 적용가능한 근적외선 영역이 사용될 수 있다. 하나 이상의 비콘 장치에 의해 방출된 광은 2 개 이상의 광빔을 구별하기 위해 상술한 바와 같이 비-변조되거나 변조될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 비콘 장치는 하나 이상의 반사성 요소를 포함하는 것과 같이 검출기를 향해 하나 이상의 광빔을 반사시키도록 구성될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 비콘 장치는 광빔을 산란시키기에 적합한 하나 이상의 산란 요소이거나 이를 포함할 수 있다. 여기서는, 탄성 또는 비탄성 산란이 사용될 수 있다. 적어도 하나의 비콘 장치가 검출기 쪽으로 1 차 광빔을 반사 및/또는 산란시키기에 적합한 경우, 비콘 장치는 광빔의 스펙트럼 특성을 변화시키지 않거나 또는 대안 적으로 광빔의 파장을 변경하는 것에 의하는 것과 같이 광빔의 스펙트럼 특성을 변화시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 사용자와 기계간에 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스가 개시된다. 인간-기계 인터페이스는 전술한 실시예에 따라 및/또는 이하에 추가로 개시되는 하나 이상의 실시예에 따라 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함한다. 여기서, 적어도 하나의 비콘 장치는 사용자에게 직접적으로 또는 간접적으로 부착되거나 사용자에 의해 유지되는 것 중 적어도 하나가 되도록 구성된다. 인간-기계 인터페이스는 검출기 시스템에 의해 사용자의 적어도 하나의 위치를 결정하도록 설계되며, 인간-기계 인터페이스는 적어도 하나의 정보 항목의 위치를 할당하도록 설계된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치가 개시된다. 엔터테인먼트 장치는 전술한 실시예에 따라 및/또는 이하에 추가로 개시되는 하나 이상의 실시예에 따라 적어도 하나의 인간-기계 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 장치는 인간-기계 인터페이스를 통해 플레이어가 적어도 하나의 정보 항목을 입력할 수 있도록 구성된다. 엔터테인먼트 장치는 또한 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 적어도 하나의 이동가능한 피사체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템이 개시된다. 상기 추적 시스템은 전술한 바와 같은 및/또는 이하에 더 상세히 개시되는 바와 같은 검출기 시스템을 참조하는 실시예들 중 하나 이상에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함한다. 추적 시스템은 적어도 하나의 트랙 제어기를 추가로 포함한다. 트랙 제어기는 특정 시점에서 피사체의 일련의 위치를 추적하도록 구성된다.
본 발명의 추가의 양태에서, 적어도 하나의 피사체를 이미징하기 위한 카메라가 개시된다. 상기 카메라는 전술한 바와 같은 및/또는 이하에 더 상세히 개시되는 바와 같은 검출기를 참조하는 실시예들 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 광학 저장 매체용 판독 장치가 제안된다. 판독 장치는 검출기를 참조하는 상기 실시예들 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 본원에 사용된 바와 같이, 광학 저장 매체용 판독 장치는 일반적으로 광학 저장 디스크 예를 들어 CD, DVD 또는 블루-레이 디스크와 같은 광학 저장 매체에 저장된 정보를 광학적으로 검색할 수 있는 장치를 지칭한다. 따라서, 본 발명에 따른 검출기의 상술된 측정 원리는 광학 저장 디스크와 같은 광학 저장 매체 내의 데이터 모듈을 검출하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 반사형 데이터 모듈이 존재하고 조명 광빔을 반사하는 경우, 검출기는 전술한 측정 원리에 따라 반사된 광빔을 검출할 뿐만 아니라 검출기와 반사형 데이터 모듈 사이의 거리, 즉 광학 저장 매체 내의 반사형 데이터 모듈의 깊이를 검출할 것이다. 따라서, 예를 들어, 검출기는 광학 저장 매체 내의 정보 모듈 또는 데이터 모듈의 상이한 층을 검출하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 2 개의 층 디스크 또는 3 개의 층 디스크 또는 심지어 3 개 초과의 층을 갖는 디스크가 생성되고 판독될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 적어도 하나의 피사체의 적어도 하나의 위치를 결정하는 것을 의미할 수 있는 풍경의 깊이 프로파일을 결정하기 위한 스캐닝 시스템이 제공된다. 스캐닝 시스템은 위에 열거한 하나 이상의 실시예에 개시된 바와 같이 및/또는 이하의 하나 이상의 실시예에서 개시되는 적어도 하나의 검출기와 같이, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 스캐닝 시스템은 조명 광빔 또는 스캐닝 광빔이라고도 칭할 수 있는 적어도 하나의 광빔으로 풍경을 스캔하도록 구성된 적어도 하나의 조명원을 추가로 포함한다. 본원에 사용된 용어 "풍경"은 일반적으로 2 차원 또는 3 차원 범위의 적어도 하나의 기하학적 또는 공간적 특성이 검출기에 의해 평가될 수 있도록 검출기에 의해 가시적인 2 차원 또는 3 차원 범위를 지칭한다. 본원에 또한 사용된 용어 "스캔"은 일반적으로 상이한 영역에서의 연속적인 측정을 지칭한다. 따라서, 스캐닝은 구체적으로, 제 1 방식으로 배향 또는 지향되는 조명 광빔을 갖는 적어도 하나의 제 1 측정, 및 조명 광빔이 제 1 방식과는 다른 제 2 방식으로 배향 또는 지향되는 적어도 하나의 제 2 측정을 의미할 수 있다. 스캐닝은 연속 스캐닝 또는 단계적 스캐닝일 수 있다. 따라서, 연속적 또는 단계적 방식으로, 조명 광빔은 풍경의 다른 영역으로 지향될 수 있고, 검출기는 각 영역에 대해 적어도 하나의 종방향 좌표와 같은 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 검출될 수 있다. 예를 들어, 피사체를 스캐닝하기 위해, 하나 이상의 조명 광빔은 연속적으로 또는 단계적으로 피사체의 표면 상에 광 스폿을 생성할 수 있으며, 여기서 종방향 좌표는 광 스폿에 대해 생성된다. 그러나, 대안적으로, 광 패턴이 스캐닝을 위해 사용될 수 있다. 스캐닝은 포인트 스캐닝 또는 라인 스캐닝 또는 심지어 더 복잡한 광 패턴을 이용한 스캐닝일 수 있다. 스캐닝 시스템의 조명원은 검출기의 임의적인 조명원과 구별될 수 있다. 그러나, 대안적으로, 스캐닝 시스템의 조명원은 또한 검출기의 적어도 하나의 임의적인 조명원과 완전히 또는 부분적으로 동일하거나 통합될 수 있다.
따라서, 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 피사체의 적어도 하나의 표면에 위치된 적어도 하나의 도트 조명용으로 구성되어 있는 적어도 하나의 광빔을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 “도트(dot)”라는 용어는, 예를 들어, 스캐닝 시스템의 사용자가, 조명원에 의해 조명되도록 선택할 수 있는 피사체 표면의 일부분 상의 영역, 특히 작은 영역을 지칭한다. 스캐닝 시스템이 스캐닝 시스템에 포함된 조명원과, 도트가 가능한 한 정확하게 위치될 수 있는 피사체 표면의 일부분 사이의 거리에 대한 값을 결정할 수 있게 하기 위해, 도트는 가능한 한 작은 크기를 나타낼 수 있는 것이 바람직한 반면에, 스캐닝 시스템의 사용자 또는 스캐닝 시스템 자체, 특히 자동화 절차에 의해 피사체 표면의 관련된 부분 상의 도트의 존재를 검출할 수 있게 하기 위해 가능한 한 크게 될 수도 있다.
이 목적을 위해, 조명원은 인공 조명원, 특히 적어도 하나의 레이저 광원 및/또는 적어도 하나의 백열등 및/또는 적어도 하나의 반도체 광원, 예를 들어, 적어도 하나의 발광다이오드, 특히, 유기 및/또는 무기 발광다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원에 의해 방출된 광은 300 내지 500 nm의 파장을 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 780 nm 내지 3.0 ㎛의 범위와 같은 적외선 스펙트럼 범위의 광이 사용될 수 있다. 구체적으로, 규소 광다이오드가 특히 700 nm 내지 1000 nm의 범위에서 적용가능한 근적외선 영역 부분의 광이 사용될 수 있다. 일반적으로 정의된 빔 프로파일 및 처리 가능한 다른 특성 때문에, 적어도 하나의 레이저 광원을 조명원으로서 사용하는 것이 특히 바람직하다. 여기서, 사용자가 쉽게 저장 및 운반할 수 있는 소형 스캐닝 시스템을 제공하는 것이 중요할 수 있는 경우에는 단일 레이저 광원의 사용이 특히 바람직할 수 있다. 따라서, 조명원은 바람직하게는 검출기의 구성 부분일 수 있고, 따라서, 특히 검출기의 하우징과 같은 검출기에 일체화될 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 포함할 수 있다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 특히, 스캐닝 시스템의 하우징은 특히 사용자에 의해 스캐닝 시스템의 거리 측정 및/또는 처리의 정확도를 증가시키기 위해, 자성 재료를 포함하는 베이스 플레이트 또는 홀더와 같은 고무 받침(rubber foot), 베이스 플레이트 또는 벽 홀더와 같은 다른 표면에 스캐닝 시스템을 고정하도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 고정 유닛을 포함할 수 있다.
특히, 스캐닝 시스템의 조명원은 피사체의 표면에 위치한 단일 도트의 조명을 위해 구성될 수 있는 단일 레이저 빔을 방출할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 검출기들 중 적어도 하나를 사용함으로써, 적어도 하나의 도트와 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 적어도 하나의 정보 항목이 생성될 수 있다. 이로써, 바람직하게는, 스캐닝 시스템에 의해 구성된 조명 시스템과 조명원에 의해 생성된 단일 도트 사이의 거리는, 예를 들어, 적어도 하나의 검출기에 의해 구성되는 평가 장치를 사용하는 것에 의해 결정할 수 있다. 그러나, 스캐닝 시스템은, 특히, 이러한 목적을 위해 적응될 수 있는 추가의 평가 시스템을 포함할 수도 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 스캐닝 시스템의 크기, 특히 스캐닝 시스템의 하우징의 크기가 고려될 수 있고, 따라서 스캐닝 시스템의 하우징상의 특정 지점, 예를 들어, 하우징의 전방 모서리 또는 후방 모서리와 단일 도트 사이의 거리가 택일적으로 결정될 수 있다. 조명원은 포인트 클라우드를 생성 및/또는 투사하도록 구성될 수 있으며, 예를 들면, 조명원은 적어도 하나의 디지털 광 처리(DLP) 프로젝터, 적어도 하나의 LCoS 프로젝터, 적어도 하나의 공간 광 변조기; 적어도 하나의 회절 광학 요소; 적어도 하나의 발광다이오드 어레이; 및 적어도 하나의 레이저 광원 어레이 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
대안적으로, 스캐닝 시스템의 조명원은 빔의 방출 방향 사이에 직각과 같은 각도를 제공하도록 구성될 수 있는 2개의 개별 레이저 빔을 방출할 수 있고, 이에 의해 동일한 대상물의 표면 또는 2개의 개별 대상물에서 2개의 상이한 표면에 위치된 2개의 도트 각각이 조명될 수 있다. 그러나, 2개의 개별 레이저 빔 사이의 각도에 대하여 다른 값들이 또한 가능할 수 있다. 이 특징은, 특히, 스캐닝 시스템과 도트 사이에 하나 이상의 장애물이 존재하는 것과 같이 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 유도하여 대상물 높이의 값을 결정할 수 있다. 특히, 대상물에 대해 사전 정의된 레벨을 유지할 수 있기 때문에, 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 레벨링 유닛, 특히 사용자에 의해 사전 정의된 레벨을 유지하는 데 사용될 수 있는 일체화된 버블 바이알(bubble vial)을 포함할 수 있다.
또 다른 대안으로서, 스캐닝 시스템의 조명원은 서로에 대해 각각의 피치, 특히 정규 피치(regular pitch)를 나타낼 수 있고, 적어도 하나의 대상물의 적어도 하나의 표면상에 배치된 도트의 어레이를 생성하기 위한 방식으로 배열되는 레이저 빔의 어레이와 같은 복수의 개별 레이저 빔을 방출할 수 있다. 이 목적을 위해, 빔 분할 장치 및 거울과 같은 특별히 적응된 광학 소자가 제공되어 레이저 빔의 상술한 어레이를 생성하게 할 수 있다. 특히, 조명원은 주기적 또는 비-주기적 방식으로 광빔을 재지향하기 위해 하나 이상의 이동가능한 거울을 사용함으로써 영역 또는 체적을 스캐닝하도록 지시될 수 있다.
따라서, 스캐닝 시스템은 하나 이상의 피사체의 하나 이상의 표면 상에 배치된 하나 이상의 도트의 정적 배열을 제공할 수 있다. 대안적으로, 스캐닝 시스템의 조명원, 특히 상술한 레이저 빔의 어레이와 같은 하나 이상의 레이저 빔은 상술된 마이크로-거울의 어레이 내에 포함된 마이크로-거울과 같은 하나 이상의 거울을 이동시킴으로써 시간 경과에 따라 변화하는 강도를 나타낼 수 있는 하나 이상의 광빔 및/또는 시간의 경과에 따라 방출 방향이 교대로 적용될 수 있는 하나 이상의 광빔을 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 조명원은 스캐닝 장치의 적어도 하나의 조명원에 의해 생성된 교번 특징(alternating features)을 갖는 하나 이상의 광빔을 사용함으로써 이미지로서 적어도 하나의 피사체의 적어도 하나의 표면의 일부를 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 따라서, 스캐닝 시스템은, 특히, 하나 이상의 피사체의 하나 이상의 표면을 순차적으로 또는 동시에 스캐닝하는 것과 같이, 적어도 하나의 행 스캔 및/또는 선 스캔을 사용할 수 있다. 따라서, 스캐닝 시스템은, 3 개 이상의 도트를 측정함으로써, 각도를 측정하도록 적응될 수 있거나, 또는 스캐닝 시스템은 종래의 측정 스틱을 사용하여 접근하기 어려울 수 있는 지붕의 게이블(gable)과 같은 모서리 또는 좁은 영역을 측정하도록 적응될 수 있다. 비-제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은, 제조 환경에서와 같은 안전 레이저 스캐너 및/또는 3D-인쇄, 바디 스캐닝, 품질 관리 등 피사체의 형상을 결정하기 위해 사용되는 3D-스캐닝 장치, 건설 적용례 예컨대 거리 측정기, 소포의 크기 또는 부피를 결정하기 위한 것과 같은 물류 적용례, 로봇 진공 청소기 또는 잔디 깎기와 같은 가정용 적용례, 또는 스캐닝 단계를 포함할 수 있는 다른 종류의 적용례에서 사용될 수 있다. 비-제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 산업 안전 커튼 적용례에 사용될 수 있다. 비-제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 스위핑, 진공화, 모핑, 또는 왁싱 기능, 또는 채초 또는 긁기와 같은 뜰 또는 정원 관리 기능을 수행하는 데 사용될 수 있다. 비-제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 조준된 광학을 갖는 LED 조명원을 사용할 수 있고, 보다 정확한 결과를 얻기 위해 조명원의 주파수를 다른 주파수로 시프트시키고 및/또는 필터를 사용하여 특정 주파수를 감쇠시키면서 다른 주파수를 전송할 수 있다. 비-제한적인 예로서, 스캐닝 시스템 및/또는 조명원은 전용 모터를 사용하여 전체적으로 회전하거나 거울 또는 빔 분할기 등과 같은 특정 광학 패키지만을 회전시켜서, 작동시, 스캐닝 시스템은 360도 전체 시야를 가질 수 있거나 스캐닝된 영역을 더 증가시키기 위해 평면 밖으로 이동 및/또는 회전될 수 있다. 또한, 조명원은 사건-결정된 방향으로 능동적으로 조준될 수 있다. 또한, 유선 전기 시스템의 회전을 허용하기 위해, 슬립 링, 광학 데이터 전송 또는 유도 커플링이 사용될 수 있다.
비-제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 삼각대에 장착될 수 있고, 몇몇 모서리 및 표면을 갖는 피사체 또는 영역을 향해 가리킬 수 있다. 하나 이상의 유연한 이동식 레이저 광원이 스캐닝 시스템에 장착된다. 하나 이상의 레이저 광원은 관심 지점을 비추도록 이동한다. 스캐닝 시스템에 대한 조명 지점의 위치는 스캐닝 시스템상의 지정된 버튼을 누를 때 측정되고, 위치 정보는 무선 인터페이스를 통해 이동 전화로 전송된다. 위치 정보는 이동 전화 적용례에 저장된다. 레이저 광원은 측정되어 이동 전화 적용례에 전송되는 위치인 관심 지점을 더 조명하기 위해 이동된다. 이동 전화 적용례는 인접한 점들을 평면으로 연결하여 점 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 장착된 디스플레이 상에 직접 디스플레이될 수 있다.
비제한적 예로서, 스캐닝 시스템은 투영 지점에 2 이상의 가요성 가동 레이저 광원 및 라인을 투사하는 하나의 이동 가능한 레이저 광원을 포함할 수 있다. 라인은 라인을 따라 2개 이상의 레이저 스폿을 배열하는 데 사용될 수 있고, 스캐닝 장치의 디스플레이는 라인을 따라 배열될 수 있는 2개 이상의 레이저 스폿 사이의 거리를 등거리와 같이 표시할 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 이동할 수 있다. 또한, 스캐닝 시스템은 직각, 원, 정사각형, 삼각형 등과 같은 추가의 패턴을 투영하도록 적응될 수 있고, 레이저 스폿을 투영하고 그들의 위치를 측정함으로써 측정이 수행 될 수 있다.
비-제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 라인 스캐닝 장치로서 구성될 수 있다. 특히, 스캐닝 장치는 적어도 하나의 센서 라인 또는 열(row)을 포함할 수 있다. 삼각 측량 시스템은 근거리 장에서 탐지가 불가능할 수 있는 충분한 기준선을 필요로 한다. 레이저 스폿이 전사 장치의 방향으로 틸팅되면(tilted) 근거리 장 검출이 가능할 수 있다. 그러나, 틸팅은 광 스폿이 원거리 영역에서의 검출을 제한하는 시야 밖으로 이동하게 한다. 이러한 근거리 장 및 원거리 장 문제는 본 발명에 따른 검출기를 사용함으로써 극복될 수 있다. 특히, 검출기는 광학 센서의 CMOS 라인을 포함할 수 있다. 스캐닝 시스템은 CMOS 라인상에서 피사체로부터 검출기로 전파하는 복수의 광빔을 검출하도록 구성될 수 있다. 광빔은 피사체 상의 상이한 위치에서 또는 조명원의 이동에 의해 생성될 수 있다. 스캐닝 시스템은 위에서 설명되고 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이 몫 신호(Q)를 결정함으로써 각각의 광 스폿에 대한 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다.
비-제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 톱, 드릴 등과 같이 목재 또는 금속 가공 공구와 같은 공구로 공작물(work)을 지지하도록 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, 거리 측정이 표면의 모서리 또는 가장자리로 인해 급격한 변화를 보일 때까지 레이저 포인트가 표면을 따라 스캐닝 시스템으로부터 자동적으로 멀리 이동되도록, 스캐닝 시스템은 표면 가장자리까지의 거리를 측정하기 위해 적응될 수 있다. 이것은 스캐닝 장치가 판자에 놓여 있지만, 그 끝에서 멀리 떨어져 있는 동안, 나무 판자 끝까지의 거리를 측정할 수 있게 한다. 또한, 스캐닝 시스템은 한 방향에서 판자의 일단의 거리를 측정하고, 반대 방향에서 지정된 거리 내에 라인 또는 원 또는 점을 투영할 수 있다. 스캐닝 시스템은, 사전 결정된 총 거리와 같은 반대 방향에서 측정된 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 거리의 2개의 반대 방향으로 점 또는 선 등을 투영하도록 적응될 수 있다. 거리의 합이 변경되면, 투영 거리 중 단 하나만 변경된다.
비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 절단, 톱질, 드릴링 등과 같은 작업이 수행되는 표면과 같은 표면 상에 배치되고, 스캐닝 장치상의 버튼과 같이 조정될 수 있는 사전 결정된 거리에서 표면상에 선을 투영하도록 적응될 수 있다.
비-제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은, 제조 환경에서와 같은 안전 레이저 스캐너 및/또는 3D-인쇄, 바디 스캐닝, 품질 관리 등 피사체의 형상을 결정하기 위해 사용되는 3D-스캐닝 장치, 건설 적용례 예컨대 거리 측정기, 소포의 크기 또는 부피를 결정하기 위한 것과 같은 물류 적용례, 로봇 진공 청소기 또는 잔디 깎기와 같은 가정용 적용례, 또는 스캐닝 단계를 포함할 수 있는 다른 종류의 적용례에서 사용될 수 있다.
전사 장치는 상술한 바와 같이 바람직하게는 연속적으로 피사체로부터 검출기로 광학 센서로 진행하는 광을 공급하도록 설계될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 공급은 임의로 이미징에 의해 또는 다른 한편으로는 전사 장치의 비-이미징 특성에 의해 수행될 수 있다. 특히, 전사 장치는 또한 전자기 복사선이 광학 센서에 공급되기 전에 전자기 복사선을 수집하도록 설계될 수 있다. 전사 장치는 또한 전체적으로 또는 부분적으로 적어도 하나의 임의적인 조명원 예를 들어 정의되거나 정확하게 알려진 빔 프로파일을 갖는, 정의된 광학 특성을 갖는 광빔 예컨대 가우시안 빔들의 적어도 하나의 선형 조합, 특히 공지된 빔 프로파일을 갖는 적어도 하나의 레이저 빔을 제공하도록 설계된 조명원의 구성 부분일 수 있다.
비콘 장치 및/또는 적어도 하나의 임의적인 조명원은 일반적으로: 자외선 스펙트럼 범위, 바람직하게는 200 nm 내지 380 nm의 범위; 가시 스펙트럼 범위(380 nm 내지 780 nm); 적외선 스펙트럼 범위, 바람직하게는 780 nm 내지 3.0 마이크로미터의 범위, 보다 바람직하게는 규소 광다이오드가 특히 700 nm 내지 1000 nm 범위에서 적용가능한 근적외선 영역의 부분 중 적어도 하나에서 광을 방출할 수 있다. 열 이미징 응용 분야에서, 표적은 원적외선 스펙트럼 범위, 바람직하게는 3.0 마이크로미터 내지 20 마이크로미터의 범위에서 광을 방출할 수 있다. 구체적으로, 적어도 하나의 조명원은 가시 스펙트럼 범위, 바람직하게는 500 nm 내지 780 nm, 가장 바람직하게는 650 nm 내지 750 nm, 또는 690 nm 내지 700 nm의 범위에서 광을 방출하도록 구성된다. 예를 들어, 적어도 하나의 조명원은 적외선 스펙트럼 범위의 광을 방출하도록 구성된다. 그러나, 다른 옵션들도 가능하다.
광빔을 광학 센서에 공급하는 것은, 특히 원형, 타원형 또는 다르게 구성된 단면을 갖는 광 스폿이 광학 센서의 임의적인 센서 영역 상에 생성되는 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 검출기는 피사체가 검출될 수 있는 시각 범위, 특히 입체각 범위 및/또는 공간 범위를 가질 수 있다. 바람직하게는, 전사 장치는 예를 들어 검출기의 가시 범위 내에 배치된 피사체의 경우에 광 스폿이 센서 영역 및/또는 광학 센서의 센서 영역 상에 완전히 배치되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 센서 영역은 이러한 상태를 보장하기 위해 대응하는 크기를 갖도록 선택될 수 있다.
또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 전자 장치에 사용하기 위한 관성 측정 유닛을 개시한다. 전자 장치는 이동식 전자 장치일 수 있다. 전자 장치는 카메라일 수 있다. 전자 장치는 휴대폰일 수 있다. 관성 측정 유닛은 전술되거나 또는 이하에서 상세히 기술되는 바와 같은 검출기를 참조하는 하나 이상의 실시예에 따르는 것과 같은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하는 적어도 하나의 관성 측정 유닛에 의해 결정된 데이터를 수신하도록 구성된다. 본원에 사용된 용어 "적어도 하나의 검출기에 의해 결정된 데이터"는 적어도 하나의 종방향 좌표 z에 관한 적어도 하나의 정보를 지칭한다. 관성 측정 유닛은 또한 휠 속도 센서, 선회율 센서, 경사 센서, 배향 센서, 모션 센서, 자력 수력 동적 센서, 힘 센서, 각도 센서, 각속도 센서, 자기장 센서, 자력계, 가속도계; 자이로스코프 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 추가의 센서에 의해 결정된 데이터를 수신하도록 구성된다. 본원에 사용된 "적어도 하나의 추가 센서에 의해 결정된 데이터"란 용어는 각도 정보; 속도 정보; 선회율에 관한 정보; 경사에 관한 정보로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 정보를 지칭한다. 관성 측정 유닛은 검출기 및 적어도 하나의 추가 센서로부터의 데이터를, 공간 내의 위치, 공간에서의 상대적인 또는 절대적인 운동, 회전, 가속도, 배향, 각도 위치, 경사, 선회율, 속도로 이루어진 군으로부터 선택된 전자 장치의 적어도 하나의 특성을 평가함으로써 결정하도록 구성된다. 관성 측정 유닛은 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 추가 센서에 의해 기록된 데이터를 평가하도록 구성될 수 있다. 특히, 프로세서는 공간 위치, 공간 배향, 이동 및 속도 중 하나 이상을 결정 및/또는 계산하도록 구성될 수 있다. 관성 측정 유닛은 복수의 추가 센서를 포함할 수 있다. 관성 측정 유닛은 적어도 2 개의 추가 센서로부터 결정된 정보를 융합시키도록 구성될 수 있다. 관성 측정 유닛은 적어도 하나의 칼만 필터(Kalman filter)를 사용하여 적어도 2 개의 추가 센서들의 정보를 융합하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 검출기는 종방향 좌표(z)의 절대 측정치를 제공하도록 구성될 수 있다. 프로세서 예를 들어 전술한 바와 같은 평가 장치는 종방향 좌표(z)를 고려하여 적어도 2 개의 추가 센서의 정보를 융합하도록 구성될 수 있다. 다양한 센서 신호는 각 센서 측정 에러 및 부정확함을 겪는 것을 고려하여 칼만 필터 또는 선형 2 차 방정식 내에서 사용될 수 있다. 칼만 필터 내에서 이들 센서 신호의 융합은 종방향 좌표의 측정과 같은 개선된 추정을 산출할 수 있다.
추가의 양태에서, 본 발명은 상술한 바와 같거나 또는 이하에서 더 자세히 상술되는 검출기를 참조하는 하나 이상의 실시예에 따른 것과 같이 본 발명에 따른 검출기와 같은 검출기를 사용하여 적어도 하나의 피사체의 위치를 결정하는 방법을 개시한다. 여전히, 다른 유형의 검출기가 사용될 수도 있다. 이 방법은 다음의 단계를 포함하고, 여기서 방법 단계들은 주어진 순서로 수행되거나 또는 상이한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 하나 이상의 열거되지 않은 추가적인 방법 단계가 제공될 수도 있다. 또한, 하나, 둘 또는 그 이상의 모든 방법 단계가 반복적으로 수행될 수 있다.
상기 방법은 다음의 방법 단계들을 포함한다:
- 감광성 영역을 각각 갖는 적어도 2 개의 광학 센서를 제공하는 단계(여기서, 각각의 광학 센서는 광빔에 의한 그 각각의 감광성 영역의 조명에 응답하여 센서 신호를 생성하도록 구성되며, 상기 검출기는 적어도 하나의 전사 장치를 가지며, 상기 전사 장치는 피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이를 가짐);
- 상기 피사체로부터 상기 검출기로 전파하는 광빔으로 상기 검출기의 적어도 2 개의 광학 센서의 각각의 감광성 영역을 조명하는 단계(여기서, 각각의 상기 감광성 영역은 적어도 하나의 센서 신호를 생성함); 및
- 상기 센서 신호를 평가함으로써, 상기 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하는 단계(여기서, 상기 평가는 상기 센서 신호의 몫 신호 Q를 도출함).
피사체의 종방향 좌표 z는 피사체 평면 내의 피사체 크기와 무관한 적어도 하나의 측정 범위에서 결정될 수 있다.
몫 신호 Q의 도출은 센서 신호들을 분할하고, 복수의 센서 신호들을 분할하고, 센서 신호들의 선형 조합을 분할하는 하나 이상의 방법을 포함할 수 있다.
상기 방법은, 피사체로부터 전사 장치까지의 종방향 거리(z0); 전사 장치의 초점 거리(f); 전사 장치의 출구 동공의 직경(Ex); 전사 장치로부터 감광성 영역까지의 종방향 거리(zs); 전사 장치로부터 피사체의 이미지까지의 거리(zi); 피사체 평면 내 피사체의 피사체 크기(O크기)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 파라미터를 조정함으로써 측정 범위를 조정하는 것을 포함할 수 있다.
전사 장치는 광축을 가질 수 있다. 전사 장치의 실시예와 관련하여, 상기 제 1 양태와 관련하여 설명된 전사 장치의 실시예를 참조한다.
세부 사항, 옵션 및 정의에 관해서는, 상술한 바와 같이 검출기를 참조할 수 있다. 따라서, 구체적으로, 상술한 바와 같이, 상기 방법은 상술하거나 이하에 상술되는 하나 이상의 실시예에서와 같이 본 발명에 따른 검출기를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
제 1 바람직한 실시예에서, 상기 방법은 다음의 방법 단계를 포함할 수 있고, 여기서 상기 방법 단계들은 주어진 순서로 수행되거나 또는 상이한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 하나 이상의 열거되지 않은 추가적인 방법 단계가 제공될 수도 있다. 또한, 하나, 둘 또는 그 이상의 모든 방법 단계가 반복적으로 수행될 수 있다.
상기 방법 단계는 다음과 같을 수 있다:
- 피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔으로 검출기의 적어도 하나의 제 1 광학 센서의 적어도 하나의 제 1 감광성 영역을 조명함으로써 적어도 하나의 제 1 센서 신호를 생성하는 단계;
- 상기 광빔에 의해 상기 검출기의 적어도 하나의 제 2 광학 센서의 적어도 하나의 제 2 감광성 영역을 조명함으로써 적어도 하나의 제 2 센서 신호를 생성하는 단계(여기서, 상기 제 1 감광성 영역은 상기 제 2 감광성 영역보다 작음); 및
- 상기 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가함으로써, 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하는 단계.
구체적으로, 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가하는 것은 제 1 및 제 2 센서 신호를 분할하거나, 복수의 제 1 및 제 2 센서 신호들을 분할하거나, 또는 제 1 및 제 2 센서 신호들의 선형 조합들을 분할함으로써 몫 신호 Q를 도출하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 종방향 좌표를 결정하는 것은 몫 신호 Q를 평가하는 것을 포함할 수 있다.
제 2 바람직한 실시예에서, 상기 방법은 다음의 방법 단계를 포함할 수 있고, 여기서 상기 방법 단계들은 주어진 순서로 수행되거나 또는 상이한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 하나 이상의 열거되지 않은 추가적인 방법 단계가 제공될 수도 있다. 또한, 하나, 둘 또는 그 이상의 모든 방법 단계가 반복적으로 수행될 수 있다.
상기 방법 단계는 다음과 같을 수 있다:
- 피사체로부터 검출기로 전파하는 적어도 하나의 광빔으로 상기 검출기의 적어도 하나의 센서 요소를 조사하는 단계(여기서, 상기 검출기는 광학 센서들의 매트릭스를 가지며, 상기 광학 센서 각각은 감광성 영역을 가지며, 각각의 광학 센서는 상기 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성함);
- 상기 센서 신호들을 평가하되,
- 가장 높은 센서 신호를 갖고 적어도 하나의 중심 신호를 형성하는 적어도 하나의 광학 센서를 결정하고;
a) 매트릭스의 광학 센서의 센서 신호를 평가하고 적어도 하나의 합산 신호를 형성하고;
b) 중심 신호 및 합산 신호를 조합하여 적어도 하나의 조합된 신호를 결정하고;
c) 상기 조합된 신호를 평가하여 피사체의 적어도 하나의 종 방향 좌표(z)를 결정함으로써, 상기 센서 신호들을 평가하는 단계.
구체적으로, 제 1 및 제 2 센서 신호의 평가는, 중심 신호와 합산 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 복수의 중심 신호와 복수의 합산 신호의 몫을 형성하는 단계; 중심 신호의 선형 조합과 합산 신호의 선형 조합의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 중심 신호와 합산 신호의 제 1 선형 조합과 중심 신호와 합산 신호의 제 2 선형 조합의 몫을 형성하는 단계 중 하나 이상에 의해 몫 신호 Q를 도출하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 종방향 좌표의 결정은 몫 신호 Q를 평가하는 단계를 포함할 수 있다.몫 신호의 평가는 특히 종방향 좌표를 결정하기 위해 몫 신호 Q와 종방향 좌표 사이에 적어도 하나의 사전-결정된 관계를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
제 3 바람직한 실시예에서, 상기 방법은 다음의 방법 단계를 포함할 수 있고, 여기서 상기 방법 단계들은 주어진 순서로 수행되거나 또는 상이한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 하나 이상의 열거되지 않은 추가적인 방법 단계가 제공될 수도 있다. 또한, 하나, 둘 또는 그 이상의 모든 방법 단계가 반복적으로 수행될 수 있다.
상기 방법 단계는 다음과 같을 수 있다:
- 감광성 영역을 각각 갖는 적어도 2 개의 광학 센서를 제공하는 단계(여기서, 각각의 감광성 영역은 기하학적 중심을 가지며, 상기 광학 센서의 기하학적 중심은 상이한 이격에 의해 상기 검출기의 광축으로부터 이격되고, 각각의 광학 센서는 광에 의해 그 각각의 감광성 영역의 조명에 응답하여 센서 신호를 생성하도록 구성됨);
- 피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔으로 상기 검출기의 적어도 2 개의 제 2 광학 센서의 적어도 2 개의 감광성 영역을 조명함으로써 적어도 2 개의 센서 신호를 생성하는 단계; 및
- 상기 적어도 2 개의 센서 신호들을 조합하여 상기 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정함으로써 상기 센서 신호들을 평가하는 단계.
구체적으로, 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가하는 단계는, 센서 신호들을 분할하거나, 복수의 센서 신호들을 분할하거나, 또는 센서 신호들의 선형 조합을 분할하는 것 중 하나 이상에 의해 몫 신호 Q를 도출하는 것을 포함할 수 있으며, 종방향 좌표를 결정하는 단계는 몫 신호 Q를 평가하는 것을 포함한다. 또한, 종방향 좌표의 결정은 몫 신호 Q를 평가하는 것을 포함할 수 있다.
추가의 바람직한 실시예에서, 상기 방법은 다음의 방법 단계를 포함할 수 있고, 여기서 상기 방법 단계들은 주어진 순서로 수행되거나 또는 상이한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 하나 이상의 열거되지 않은 추가적인 방법 단계가 제공될 수도 있다. 또한, 하나, 둘 또는 그 이상의 모든 방법 단계가 반복적으로 수행될 수 있다.
상기 방법 단계는 다음과 같을 수 있다:
- 피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔으로 적어도 하나의 제 1 광학 센서의 적어도 하나의 제 1 감광성 영역을 조명하고 상기 제 1 감광성 영역의 조명에 응답하여 상기 제 1 광학 센서에 의해 적어도 하나의 제 1 센서 신호를 생성하는 단계;
- 상기 광빔으로 적어도 하나의 제 2 광학 센서의 적어도 하나의 제 2 감광성 영역을 조명하고 상기 제 2 감광성 영역의 조명에 응답하여 상기 제 2 광학 센서에 의해 적어도 하나의 제 2 센서 신호를 생성하는 단계로서, 상기 제 2 광학 센서는,
o 제 2 감광성 영역을 형성하는 적어도 하나의 형광성 도파관 시트(여기서, 상기 형광성 도파관 시트는 피사체로부터 검출기를 향해 전파하는 적어도 하나의 광빔이 제 2 감광성 영역에 적어도 하나의 광 스폿을 생성하도록 피사체를 향하여 배향되고, 상기 형광성 도파관 시트는 적어도 하나의 형광성 물질을 포함하고, 상기 형광성 물질은 상기 광빔에 의한 조명에 응답하여 형광 광을 발생시키도록 구성됨); 및
o 상기 형광성 도파관 시트에 의해 상기 광 스폿으로부터 상기 감광성 요소를 향해 안내된 형광 광을 검출할 수 있고 상기 광빔에 제 2 감광성 영역의 조명에 대한 응답으로 적어도 하나의 제 2 센서 신호를 생성할 수 있는 형광성 도판관 시트의 적어도 하나의 엣지에 위치된 적어도 하나의 감광성 요소(여기서, 상기 제 1 감광성 영역은 상기 제 2 감광성 영역보다 작음)를 갖는 단계; 및
- 상기 제 1 및 제 2 센서 신호들을 평가함으로써 상기 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하는 단계.
구체적으로, 상기 논의된 바와 같이, 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가하는 것은 제 1 및 제 2 센서 신호를 분할하거나, 복수의 제 1 및 제 2 센서 신호들을 분할하거나, 또는 제 1 및 제 2 센서 신호들의 선형 조합들을 분할함으로써 몫 신호 Q를 도출하는 것을 포함할 수 있다. 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하는 것은 몫 신호 Q를 평가하는 단계를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 몫 신호와 종방향 좌표 사이의 적어도 하나의 사전-결정된 관계는 종방향 좌표를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 제 2 광학 센서는 특히 적어도 2 개의 감광성 요소를 포함할 수 있다. 상기 방법은 감광성 요소의 센서 신호를 평가함으로써 피사체의 적어도 하나의 횡방향 좌표 x, y를 결정하는 것을 추가로 포함할 수 있다.
세부 사항, 옵션 및 정의에 관해서는, 상술한 바와 같이 검출기를 참조할 수 있다. 따라서, 구체적으로, 상술한 바와 같이, 상기 방법은 상술하거나 이하에 상술되는 하나 이상의 실시예에서와 같이 본 발명에 따른 검출기를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
추가의 바람직한 실시예에서, 상기 방법은 하기 단계들을 포함한다:
- 적어도 하나의 각 의존성 광학 요소를 제공하고 입사각에 따라 적어도 하나의 빔 프로파일을 갖는 적어도 하나의 광빔을 생성하는 단계;
- 각각의 광학 센서가 적어도 하나의 감광성 영역을 가지며, 각각의 광학 센서가 상기 각 의존성 광학 요소에 의해 발생된 광빔에 의한 그 각각의 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된 적어도 2 개의 광학 센서를 제공하는 단계;
- 상기 각 의존성 광학 요소에 의해 생성된 광빔에 의해 상기 검출기의 적어도 2 개의 광학 센서의 각각의 감광성 영역을 조명함으로써 각각의 상기 감광성 영역이 적어도 하나의 센서 신호를 생성하는 단계; 및
상기 센서 신호를 평가함으로써, 상기 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하는 단계로서, 상기 평가가 상기 센서 신호의 몫 신호 Q를 도출하는 것을 포함하는, 단계.
구체적으로, 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가하는 것은 제 1 및 제 2 센서 신호를 분할하거나, 복수의 제 1 및 제 2 센서 신호들을 분할하거나, 또는 제 1 및 제 2 센서 신호들의 선형 조합들을 분할함으로써 몫 신호 Q를 도출하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 종방향 좌표를 결정하는 것은 몫 신호 Q를 평가하는 것을 포함할 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 제 2 광학 센서는 특히 적어도 2 개의 감광성 요소를 포함할 수 있다. 상기 방법은 감광성 요소의 센서 신호를 평가함으로써 피사체의 적어도 하나의 횡방향 좌표 x, y를 결정하는 것을 추가로 포함할 수 있다.
세부 사항, 옵션 및 정의에 관해서는, 상술한 바와 같이 검출기를 참조할 수 있다. 따라서, 구체적으로, 상술한 바와 같이, 상기 방법은 상술하거나 이하에 상술되는 하나 이상의 실시예에서와 같이 본 발명에 따른 검출기를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 전술한 실시예 또는 하기에 더 상세히 제공되는 실시예에 따른 것과 같은 본 발명에 따른 검출기의 사용은, 교통 기술의 위치 측정; 엔터테인먼트 적용례; 광학 데이터 저장 적용례; 보안 적용례; 감시 적용례; 안전 적용례; 인간-기계 인터페이스 적용례; 추적 적용례; 사진 적용례; 이미징 적용례 또는 카메라 적용례; 적어도 하나의 공간의 맵을 생성하는 맵핑 적용례; 차량용 원점 복귀 또는 추적 비콘 검출기; 기계 비젼 적용례; 로봇 적용례; 품질 제어 적용례; 제조 적용례로 이루어진 군으로부터 선택되는 사용 목적을 위해 제안된다.
상기 피사체는 일반적으로 생물 또는 비-생물 피사체일 수 있다. 검출기 또는 검출기 시스템은 심지어 적어도 하나의 피사체를 포함할 수도 있으며, 피사체는 이에 의해 검출기 시스템의 일부를 형성할 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 피사체는 적어도 하나의 공간 차원에서 검출기와 독립적으로 이동할 수 있다. 피사체는 일반적으로 임의의 피사체일 수 있다. 일 실시예에서, 피사체는 강성 피사체일 수 있다. 피사체가 비-강성 피사체 또는 그 형태가 변할 수 있는 피사체인 실시예와 같은 다른 실시예들도 가능하다.
이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명은 특히 예를 들어 기계, 게임 또는 스포츠 시뮬레이션을 제어하기 위할 목적으로 인간의 위치 및/또는 동작을 추적하는 데 사용될 수 있다. 이 실시예 또는 다른 실시예에서, 특히, 상기 피사체는 스포츠 장비의 물품, 바람직하게는 라켓, 클럽, 배트; 옷감; 모자; 신발로 이루어진 군으로부터 선택되는 물품으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
따라서, 일반적으로, 검출기와 같은 본 발명에 따른 장치는 다양한 사용 분야에 적용될 수 있다. 특히, 검출기는, 교통 기술의 위치 측정; 엔터테인먼트 적용례; 보안 적용례; 인간-기계 인터페이스 적용례; 추적 적용례; 사진 적용례; 실내, 건물 및 거리의 군으로부터 선택된 적어도 하나의 공간과 같은 적어도 하나의 공간의 맵을 생성하는 맵핑 적용례; 모바일 적용례; 웹캠; 오디오 장치; 돌비 서라운드 오디오 시스템; 컴퓨터 주변 장치; 게임 적용례; 카메라 또는 비디오 적용례; 보안 적용례; 감시 적용례; 자동차 적용례; 운송 적용례; 의료용 적용례; 스포츠 적용례; 기계 비젼 적용례; 차량 적용례; 항공기 적용례; 선박 적용례; 우주선 적용례; 건축 적용례; 건설 적용례; 지도 제작 적용례; 제조 적용례로 이루어진 군으로부터 선택되는 사용 목적을 위해 적용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 지역 및/또는 글로벌 포지셔닝 시스템의 적용례, 특히 랜드마크 기반의 위치 결정 및/또는 네비게이션은, 특히, 자동차 또는 다른 차량(열차, 오토바이, 자전거, 화물 운송용 트럭 등), 로봇 또는 보행자가 사용할 목적으로 명명될 수 있다. 또한, 실내의 위치 결정 시스템은 가정용 적용례 및/또는 제조, 물류, 감시 또는 유지 보수 기술에 사용되는 로봇과 같은 잠재적인 적용례로 명명될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 랩탑, 스마트 패널 또는 다른 고정형 또는 이동형 또는 웨어러블 컴퓨터 또는 통신 적용례에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 성능을 향상시키기 위해, 가시 범위 또는 적외선 스펙트럼 범위의 광을 방출하는 광원과 같은 적어도 하나의 능동형 광원과 결합될 수 있다. 따라서, 일례로서, 본 발명에 따른 장치는 환경, 대상물 및 생물체를 스캐닝 및/또는 검출하기 위한 모바일 소프트웨어와 결합하여 카메라 및/또는 센서로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 이미징 효과를 증가시키기 위해 종래의 카메라와 같은 2D 카메라와 결합될 수도 있다. 본 발명에 따른 장치는, 특히, 음성 및/또는 동작 인식과 조합하여 감시 및/또는 기록 목적으로, 또는 모바일 장치를 제어하기 위한 입력 장치로 사용될 수도 있다. 따라서, 구체적으로, 입력 장치로도 지칭되는 인간-기계 인터페이스로서 작용하는 본 발명에 따른 장치는 이동 전화와 같은 모바일 장치를 통해 다른 전자 장치 또는 구성 요소를 제어하는 것과 같은 모바일 적용례에 사용될 수 있다. 일례로서, 본 발명에 따른 적어도 하나의 장치를 포함하는 모바일 적용례는 텔레비전 세트, 게임 콘솔, 뮤직 플레이어나 뮤직 장치 또는 다른 엔터테인먼트 장치를 제어하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 컴퓨팅 어플리케이션용 웹캠이나 다른 주변 장치에 사용될 수 있다. 따라서, 일례로서, 본 발명에 따른 장치는 이미징, 기록, 감시, 스캐닝 또는 동작 검출을 위한 소프트웨어와 조합하여 사용될 수 있다. 인간-기계 인터페이스 및/또는 엔터테인먼트 장치의 문맥에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 표정 및/또는 신체 표현에 의해 명령을 내리는 데 특히 유용하다. 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 마우스, 키보드, 터치 패드, 마이크로폰 등과 같은 다른 입력 발생 장치와 결합될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 웹캠을 사용하는 것과 같은 게임용 적용례에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 가상 훈련 적용례 및/또는 화상 회의에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히, 헬멧형 디스플레이를 착용할 때, 가상 또는 증강 현실 적용례에 사용되는 손, 팔 또는 대상물을 인식하거나 추적하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 위에서 부분적으로 설명한 바와 같이, 모바일 오디오 장치, 텔레비전 장치 및 게임용 장치에 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 장치는 전자 장치, 엔터테인먼트 장치 등의 제어 또는 제어 장치로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히 증강현실 적용례를 위한 투명 디스플레이 및/또는 디스플레이를 보고 있는지 여부 또는 디스플레이를 어떤 관점에서 보고 있는지 여부를 인식하기 위해 2D 및 3D 디스플레이 기법과 같은 눈 감지 또는 눈 추적에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히, 헬멧형 디스플레이를 착용할 때, 가상 또는 증강 현실 적용례와 관련하여 방, 경계, 장애물을 탐색하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 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 적용례에 대하여, 전술한 바와 같이, 이동 전화와 같은 모바일 적용례에서 본 발명에 따른 장치의 사용이 참조될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 보안 또는 감시 적용례에 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 본 발명에 따른 적어도 하나의 장치는, 대상물이 (예를 들어, 은행이나 박물관 내의 감시 적용례를 위한) 사전 결정된 영역 내부 또는 외부에 있을 경우, 신호를 제공하는 하나 이상의 디지털 및/또는 아날로그 전자 장치와 결합될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 장치는 광학 암호화용으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 적어도 하나의 장치를 이용하는 것에 의한 검출은 IR, X선, UV-VIS, 레이더 또는 초음파 검출기와 같은 파장을 보완하기 위한 다른 검출 장치와 결합될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한 낮은 조명 환경에서 검출할 수 있도록 능동 적외선 광원(active infrared light source)과 결합될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 능동 검출기 시스템과 비교하여 유리하다. 이는, 본 발명에 따른 장치가, 특히, 레이더 적용례, 초음파 적용례, LIDAR 또는 유사한 능동 검출기와 같이, 제 3 자에 의해 감지될 수 있는 신호를 능동적으로 전송하지 않기 때문이다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는 인식 및 탐지할 수 없는 이동 중인 대상물을 추적하는 데 사용될 수 있다. 부가적으로, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 종래의 장치와 비교하여 조작 및 자극에 덜 취약하다.
또한, 본 발명에 따른 장치를 사용하는 것에 의해 3D 검출의 용이성 및 정확성이 주어지면, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 얼굴, 몸 그리고 사람의 인식 및 식별에 사용될 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 장치는 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 장치는 보안 장치 및 개인화 적용례에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 제품 식별을 위한 3D 바코드 판독기로 사용될 수 있다.
전술한 보안 및 감시 적용례 이외에, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 공간 및 영역의 감시 및 모니터링에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 공간 및 영역을 조사 및 모니터링하고, 예를 들어, 금지 영역이 침해되는 경우에 경보를 트리거링하거나 실행하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는 영상 증배관(image intensifier) 또는 이미지 강화 장치 및/또는 광전자 증배관(photomultiplier)과 결합하여 모션 또는 열 센서와 조합되는 것과 같은 다른 유형의 센서와 선택적으로 조합하여 빌딩 감시 또는 박물관에서의 감시 목적으로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 주차장에서의 도난과 같은 범죄의 발생이나, 공항에서의 무연고 수하물과 같은 무연고 목적물 등의 잠재적으로 위험한 움직임을 탐지하기 위해 공공 장소나 복잡한 공간에서 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 비디오 및 캠코더 적용례와 같은 카메라 적용례에 유리하게 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 동작 캡처 및 3D 영화 기록용으로 사용될 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 종래의 광학 장치에 비해 많은 이점을 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 광학 구성 요소에 대하여 더 낮은 복잡성을 요구한다. 따라서, 일례로서, 하나의 렌즈만을 갖는 본 발명에 따른 장치를 제공하는 것과 같이, 렌즈의 개수는 종래의 광학 장치에 비해 감소될 수 있다. 감소된 복잡성으로 인해 모바일 용도와 같은 매우 작은 장치도 가능하다. 고품질의 2개 이상의 렌즈를 갖는 종래의 광학 시스템은 일반적으로, 예컨대, 큰 빔 스플리터에 대한 일반적인 필요성으로 인해 부피가 크다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 자동 초점 카메라와 같이, 초점/자동 초점 장치에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 또한 광학 현미경, 특히 공초점 현미경(confocal microscopy)에서 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 자동차 기술 및 운송 기술의 기술 분야에 적용할 수 있다. 따라서, 일례로서, 본 발명에 따른 장치는, 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 적용례와 같은 다른 운전자 지원 시스템과 같은 거리 및 감시 센서로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 충돌 회피 등을 위해 미리 운전자의 기동을 예상하는 운전자 보조 시스템에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 또한, 본 발명에 따른 검출기를 사용하는 것에 의해 얻어진 위치 정보의 제 1 및 제 2 시간 미분(time-derivative)을 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 분야에의 적용도 가능하다. 내부의 위치 결정 시스템에서의 특정 적용례는, 특히, 에어백과 같은 안전 시스템의 사용을 전자 제어하기 위해 수송시에 탑승자의 위치를 감지하는 것일 수 있다. 승객이 그와 같은 위치에 있을 경우 에어백의 사용이 방지될 수 있으며, 에어백을 사용하면 심각한 부상을 입을 수 있다. 또한, 자동차, 기차, 비행기 등과 같은 차량, 특히 자율 주행 차량에서, 본 발명에 따른 장치는 운전자가 교통 상황에 주의를 기울이거나, 산만하거나, 잠들거나, 피곤하거나, 또는, 예컨대 알코올 등의 섭취로 인해 운전이 불가능한지 여부를 결정하는 데 사용될 수 있다.
이들 또는 다른 적용례에서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는 독립형 장치로서 또는 레이더 및/또는 초음파 장치와의 조합과 같이 다른 센서 장치와 조합하여 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 장치는 자율 주행 및 안전 문제에 사용될 수 있다. 또한, 이들 적용례에서, 본 발명에 따른 장치는 레이더 센서, 음파 센서, 2차원 카메라 또는 다른 유형의 센서인 레이더 센서, 적외선 센서와 조합하여 사용될 수 있다. 이들 적용례에서는, 본 발명에 따른 장치의 수동적 특성이 일반적으로 유리하다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 신호를 방출할 필요가 없기 때문에, 능동 센서 신호가 다른 신호원과 간섭하는 위험을 피할 수 있다. 본 발명에 따른 장치는, 특히, 표준 이미지 인식 소프트웨어와 같은 인식 소프트웨어와 조합하여 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치에 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 장치는 윈도우 스크린의 위 또는 뒤, 전방 후드 위, 범퍼 위, 조명 위, 거울 위 또는 다른 위치 등과 같은 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 장치는 본 발명에 따른 하나 이상의 다른 장치 및/또는 리어 윈도우, 사이드 윈도우 또는 프런트 윈도우와 같은 윈도우, 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 장치의 조합도 또한 가능하다. 이는 본 발명에 따른 장치가 특히 호우 동안 레이더와 같은 종래의 센서 기술보다 일반적으로 유리하다는 사실에 기인한다. 본 발명에 따른 적어도 하나의 장치와 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 장치는 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 장치는 주차장의 빈 주차 공간을 검출하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 의료 시스템 및 스포츠 분야에서 사용될 수 있다. 따라서, 의료 기술의 분야에서, 예를 들어, 내시경에 사용되는 수술 로봇이 해당될 수 있는데, 그 이유는 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 작은 크기만 필요하고 다른 장치에 통합될 수 있기 때문이다. 특히, 하나의 렌즈를 갖는 본 발명에 따른 장치는 기껏해야 내시경과 같은 의료 장치에서 3D 정보를 캡처하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 이동의 추적 및 분석을 가능하게 하기 위해, 적절한 모니터링 소프트웨어와 결합될 수 있다. 이것은 내시경 또는 메스(scalpel)와 같은 의료 장치의 위치를, 예컨대, 자기 공명 촬영, X-선 촬영 또는 초음파 촬영으로부터 얻은 의료 영상의 결과와 함께 즉시 오버레이할 수 있게 한다. 이러한 적용례는, 특히, 뇌 수술, 장거리 진단 및 원격 의료와 같이 정확한 위치 정보가 중요한 의료 처치에 유용하다. 특히, 본 발명에 따른 장치는 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. 또한, 본 발명에 따른 장치는 외골격 또는 인공 삽입물 등의 웨어러블 로봇에 사용될 수 있다.
신체 스캐닝은 옷의 적절한 크기와 피팅을 결정하는 것과 같이 의복 분야에서도 사용될 수 있다. 이 기술은 맞춤 의류 분야나, 인터넷이나 옷이나 신발을 주문하는 분야, 또는 마이크로 키오스크 장치(micro kiosk device)나 고객 컨시어지 장치(customer concierge device)와 같은 셀프 서비스 쇼핑 장치에서 사용될 수 있다. 의류 분야에서 신체 스캐닝은 옷을 전체적으로 입고 있는 고객을 스캐닝하는 데 특히 중요하다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 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 3차원 기능은 신장, 체중, 나이, 신체 건강(physical fitness) 등과 같이 카운트되는 사람들에 대한 추가 정보를 얻거나 추정하는 데 사용될 수 있다. 이 정보는 비즈니스 인텔리전스 메트릭스 및/또는 사람들이 더 매력적이거나 안전한 것으로 간주할 수 있는 지역의 최적화를 위해 사용될 수 있다. 소매 환경에서, 본 발명에 따른 장치는, 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 장치는 수송 거리에 따라 승객에게 자동으로 요금을 청구하는 대중 교통 시스템(public transportation system)에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 어린이 놀이터에서, 부상당한 어린이 또는 위험한 행동을 하는 어린이를 인식하고, 놀이터의 놀이 기구와의 추가적인 상호 작용을 허용하고, 놀이터의 놀이 기구 등의 안전한 사용을 보장하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 피사체 또는 벽까지의 거리를 결정하는 거리 계량기와 같은 건설 공구에서, 표면이 평면인지 여부를 평가하고, 순서대로 피사체를 정렬하거나 피사체를 배치하거나, 또는 건설 환경 등에 사용되는 검사 카메라에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 훈련, 원격 지시 또는 경쟁 목적과 같은 스포츠 및 운동 분야에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 장치는 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 장치는 스포츠 및 게임에서 볼, 배트, 칼, 모션 등의 위치를 검출하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 경기를 모니터링하거나, 심판을 지원하거나, 점수나 골이 실제로 이루어졌는지의 판정과 같은 스포츠에서의 특정 상황의 판정, 특히, 자동 판정을 위해 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 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 장치는, 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 장치는 또한 훈련의 장려 및/또는 운동의 조사 및 정정을 위해 재활 및 물리 치료에 사용될 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 장치는 거리 진단에도 또한 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 머신 비전 분야에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치는, 예를 들어, 자율 주행 및/또는 로봇 작업을 위한 수동 제어 유닛으로 사용될 수 있다. 이동 로봇과 조합하여, 본 발명에 따른 장치는 부품 고장의 자동 검출 및/또는 자율 이동을 가능하게 할 수 있다. 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 로봇, 생산 부품 및 생물체 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 장치는 로봇이 대상물과 인간을 더 좋고 더 빠르게 위치시켜서 안전한 상호 작용을 할 수 있도록 도울 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 수동적 특성을 감안할 때, 본 발명에 따른 장치는 능동 장치에 비해 유리할 수 있고/있거나 레이더, 초음파, 2D 카메라, IR 검출 등과 같은 기존 솔루션에 보완적으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 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 장치는 일반적으로 자동차, 광업, 강철 등과 같은 고도로 자동화된 생산 환경에서 유용 할 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 장치는 또한 생산 동안의 품질 관리, 예를 들면, 2D 이미징, 레이더, 초음파, IR 등과 같은 다른 센서와 조합하여 품질 관리 또는 기타 목적으로 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 마이크로미터 범위부터 미터 범위까지 제품의 표면 평탄도 또는 특정 치수에 대한 준수 조사와 같은 표면 품질 평가에 사용될 수 있다. 다른 품질 관리 적용례도 가능하다. 제조 환경에서, 본 발명에 따른 장치는 대량의 폐자재를 피하기 위한 복잡한 3 차원 구조를 갖는 식품이나 목재와 같은 자연 제품을 처리하는 데 특히 유용하다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 탱크, 사일로(silo) 등의 충전 레벨을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 인쇄 회로 기판의 검사, 어셈블리 또는 서브어셈블리의 검사, 엔지니어링된 부품의 검증, 엔진 부품 검사, 목재 품질 검사, 라벨 검사, 의료 장치의 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 장치는 차량, 기차, 비행기, 선박, 우주선 및 기타 교통 적용례에 사용될 수 있다. 따라서, 트래픽 적용례의 분야에서 전술한 적용례 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 장치를 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 장치는 구체적으로 정지 및/또는 이동 장치 상에 장착될 수 있다. 본 발명에 따른 적어도 하나의 장치의 전력 신호는, 예를 들어, 다른 대상물의 자율적 또는 안내된 이동을 위한 안내 매커니즘과 결합될 수 있다. 따라서, 충돌을 회피하거나, 추적된 피사체와 조향 피사체(steered object) 사이의 충돌을 가능하게 하는 적용례가 가능하다. 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 요구되는 낮은 계산 능력으로 인해, 즉각적인 반응 및 일반적으로 레이터와 같은 능동형 시스템에 비해 검출 및 방해가 더 어려운 검출 시스템의 수동적 특성으로 인해 유용하고 유리하다. 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 속도 제어 및 항공 교통 제어 장치에 특히 유용하지만, 이것으로 제한되지는 않는다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 통행료를 위한 자동화된 요금 징수 시스템에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 일반적으로 수동 적용례에 사용될 수 있다. 수동 적용례는 항구나 위험 지역에 있는 선박 및 항공기 이착륙 시에 대한 지침이 포함된다. 여기서, 정확한 지침을 위해 고정된 기지의 능동 표적이 사용될 수 있다. 광산 차량과 같이 위험하지만 잘 정의된 경로에서 주행하는 차량에도 동일한 것이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 자동차, 기차, 비행체, 동물 등과 같은 빠르게 접근하는 대상물을 검색하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 대상물의 속도 또는 가속도를 검출하거나 시간에 따라 그 위치, 속도 및/또는 가속도 중 하나 이상을 추적함으로써 대상물의 움직임을 예측하는 데 사용될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 게임 분야에서 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 그것의 콘텐츠에 움직임을 통합하는 소프트웨어와 결합하여 움직임 검출 등과 같이 크기, 색상, 모양 등이 같거나 다른 복수의 대상물과 함께 사용하기 위해 수동적일 수 있다. 특히, 그래픽 전력으로 움직임을 구현할 때, 적용례가 사용될 수 있다. 또한, 명령을 제공하기 위한 본 발명에 따른 장치의 적용례는, 예를 들어, 제스처 또는 안면 인식을 위해 본 발명에 따른 하나 이상의 장치를 사용하는 것에 의해 실현 가능하다. 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 낮은 조명 조건 하에서 또는 주변 조건의 향상이 요구되는 다른 상황 하에서 작동하기 위해 능동 시스템과 결합될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 IR 또는 VIS 광원을 갖는 본 발명에 따른 하나 이상의 장치의 조합이 가능하다. 본 발명에 따른 검출기와 특수 장치의 조합도 가능하고, 이는 시스템 및 그것의 소프트웨어에 의해 용이하게 구별될 수 있고, 예를 들어, 특별한 색, 형상, 다른 장치에 대한 상대 위치, 이동 속도, 빛, 장치의 광원을 변조하는 데 사용되는 주파수, 표면 특성, 사용된 재료, 반사 특성, 투명도, 흡수 특성 등에 의해 구별될 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 장치는 다른 가능성 중에서도 스틱, 라켓, 클럽, 총, 칼, 휠(wheel), 반지, 핸들, 병, 공, 유리, 꽃병, 숟가락, 포크, 큐브, 주사위, 그림, 인형, 테디, 비커(beaker), 페달, 스위치, 글러브, 보석, 악기 또는 플렉트럼(plectrum), 드럼 스틱 등과 같은 악기를 연주하기 위한 보조 장치와 유사할 수 있다. 다른 옵션도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 고온 또는 추가의 발광 프로세스로 인해 자체적으로 광을 방출하는 대상물을 검출 및/또는 추적하는 데 사용될 수 있다. 발광부는 배기 스트림 등일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 반사 대상물을 추적하고 이들 대상물의 회전 또는 방향을 분석하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 건축, 건설 및 지도 제작 분야에 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치는, 예를 들어, 시골 또는 빌딩과 같은 환경 영역을 측정 및/또는 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치는 다른 방법 및 장치와 결합될 수 있거나, 단지 건축 프로젝트, 변하는 대상물, 주택 등의 진행 및 정확성을 모니터링하기 위해 단독으로 사용될 수도 있다. 본 발명에 따른 장치는 지상 또는 공중에서, 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 등이 될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 장치는, 빌딩, 생산 현장, 굴뚝, 밭, 생산 공장 또는 경관과 같은 농산물 생산 환경을 모니터링하고, 구조 작업을 지원하고, 위험한 환경에서의 작업을 지원하고, 실내외의 화재 장소에서 소방대를 지원하거나, 하나 이상의 사람, 동물 등을 찾거나 모니터링하거나, 또는 예를 들어 드론이 헬멧, 마크, 비콘 장치 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 장치는 장애물을 인식하거나, 사전 정의된 경로를 따르거나, 엣지, 파이프, 빌딩 등을 따르거나 환경에 대한 글로벌 또는 로컬 맵을 기록하는 데 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 장치가 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 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 장치는 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 장치는 가사 노동에 사용될 수 있는 서비스 로봇 또는 자율 로봇과 같은 가정용 로봇에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는, 충돌을 피하거나 환경을 맵핑하기 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. 예를 들어, 본 발명에 따른 장치는 로봇식 진공 청소기, 바닥-세척 로봇, 드라이-스위핑 로봇, 의류 다림질용 다림질 로봇, 개 또는 고양이 쓰레기 로봇과 같은 동물용 쓰레기 로봇, 전기 자동차용 충전 로봇, 침입자를 탐지하는 보안 로봇, 로봇 잔디 깍는 기계, 자동화된 수영장 청소기, 빗물 받이 청소 로봇, 로봇 쇼핑 카트, 수하물 운반 로봇, 라인 추종 로봇, 세탁 로봇, 다림질 로봇, 창 세척 로봇, 장난감 로봇, 환자 모니터링 로봇, 유아 모니터링 로봇, 노인 모니터링 로봇, 어린이 모니터링 로봇, 수송 로봇, 텔레프레즌스 로봇, 전문 서비스 로봇, 프로그래밍가능한 장난감 로봇, 패스파인더 로봇, 이동이 불편한 사람들에게 동료를 제공하는 소셜 로봇, 추종 로봇, 스마트 카드 추종 로봇, 심리 치료 로봇, 음성을 수화로 또는 수화를 음성으로 번역하는 로봇에 사용될 수 있다. 고령자와 같이 이동이 불편한 사람들의 맥락에서, 본 발명에 따른 장치를 가진 가정용 로봇은 대상물을 픽업하고, 대상물을 운반하고, 대상물 및 사용자와 안전한 방식으로 상호 작용하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 휴머노이드 로봇에, 특히 휴머노이드 핸드를 사용하여 피사체를 픽업 또는 유지 또는 배치하는 환경에서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 특히 온라인 또는 오프라인 컴퓨터 적용례에 대한 인터페이스를 갖는 디지털 보조 장치로서 기능할 수 있는 가정용 로봇과 결합된 오디오 인터페이스와 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 산업 및 가정용으로 스위치 및 버튼을 제어할 수 있는 로봇에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 메이필드 큐리(Mayfield's Kuri)와 같은 스마트 홈 로봇에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 위험한 물질 또는 대상물 또는 위험한 환경에서 작동하는 로봇에 사용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 본 발명에 따른 장치는 로봇 또는 무인 원격 제어 차량에서, 특히, 재해 발생 후에 화학 물질 또는 방사성 물질과 같은 유해 물질, 또는 광산, 미폭발 무기 등과 같은 다른 위험물이나 잠재적으로 위험한 피사체와 함께 작업하기 위해 사용될 수 있고, 또는 인접한 불타는 피사체나 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 장치는 분열, 슬러브, 수축, 정체 현상, 국부적 결함 등을 인식하기 위해 점착성 비드, 실링 비드 등의 검사에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 유사한 색상 및 모양의 과일이 서로 직접 접촉할 수 있는 경우와 같이 어려운 상황과 같이 컨베이어 벨트상의 건조 과일과 같은 피사체를 계수하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 흠집 없는 주조 또는 몰딩을 보장하고, 표면 손상, 마모된 금형(tooling) 등을 인식하기 위해 다이 캐스트 또는 사출 성형 부품의 품질 관리에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 레이저의 품질 제어 및 포지셔닝과 같은 레이저 조사에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 피사체의 위치, 회전 및 형상을 검출하고, 피사체의 데이터베이스와 비교하고, 피사체를 분류하는 것과 같이 시스템을 분류하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 식품 및 제약 포장 검사, 필라멘트 검사 등과 같은 부품 검사, 포장 검사를 스탬핑(stamping)하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 GPS(Global Positioning System)가 충분히 신뢰할 수 없는 항법 목적으로 사용될 수 있다. GPS 신호는 일반적으로 트리라인(treeline) 아래의 계곡이나 숲속에서 옥내 또는 옥외에서 수신하는 것을 차단되거나 어려울 수 있는 라디오파를 사용한다. 또한 특히 무인 자율 주행 차량의 경우, 시스템의 중량이 중요할 수 있다. 특히 무인 자율 주행 차량은 신뢰할 수 있는 피드백과 이의 제어 시스템의 안정성을 위해 고속 위치 데이터가 필요하다. 본 발명에 따른 장치를 사용하면 무거운 장치로 인해 중량을 추가하지 않고 짧은 시간 응답 및 포지셔닝이 가능해진다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 사람의 존재를 검색하거나, 기기의 콘텐츠나 기능을 모니터링하거나, 사람과 상호 작용 및/또는 추가의 가정용, 휴대용 또는 오락용 장치와 개인에 대한 정보를 공유하기 위해, 냉장고, 전자렌지, 세탁기, 윈도우 블라인드 또는 셔터, 가정용 알람, 에어컨, 난방 장치, 텔레비전, 오디오 장치, 스마트 시계, 휴대 전화, 전화기, 식기 세척기, 스토브 등과 같은 가정용, 휴대용 또는 오락용 장치에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 예를 들어 가사 노동이나 작업장에서 피사체를 들고, 운반하거나, 피사체를 고르는 장치, 또는 주변 환경의 장애물을 알리는 광학 또는 음향 신호를 구비한 안전 시스템을 통해 노인 또는 장애인 또는 시력이 제한되거나 시력을 잃은 사람을 지원하는 데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 농작물이 균류 또는 곤충에 의해 감염될 수 있는 완전히 또는 부분적으로 해충, 잡초 및/또는 감염된 작물을 검출 및 분류하기 위해 농업에 사용될 수 있다. 또한, 작물을 수확하기 위해, 본 발명에 따른 장치는 수확 장치에 의해 해를 입을 수 있는 사슴과 같은 동물을 검출하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히, 밭이나 온실의 주어진 영역 또는 심지어 특정 식물에 대한 물 또는 비료 또는 작물 보호 제품의 양을 조절하기 위해, 밭이나 온실에서 식물의 성장을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 또한, 농업 생명 공학에서, 본 발명에 따른 장치는 식물의 크기 및 모양을 모니터링하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 예컨대 제초제의 사용을 피하기 위해 기계적 수단과 같은 잡초를 자동으로 제거하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 농작물 분야, 특히 농작물 보호 또는 수정 물질을 적용할지 여부를 결정하는 것과 같은 특정 곤충을 검출 및/또는 위치시켜 예를 들어 적용되는 물질의 양을 줄이거나 꿀벌과 같은 동물의 특정 그룹을 보호하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 면도, 이발 또는 화장 절차 등을 수행하는 동안 사용자를 안내하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 바이올린과 같은 악기에서 연주되는 것을 기록하거나 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 냉장고의 내용물을 모니터링하고 내용물에 따라 알림을 전송하는 스마트 냉장고와 같은 스마트 가전 제품에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 숲의 소중한 개체군 또는 나무 개체군과 같이, 인간, 동물 또는 식물의 개체군을 모니터링하거나 추적하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 포도, 옥수수, 홉, 사과, 곡류, 쌀, 딸기, 아스파라거스, 튤립, 장미, 대두 등의 작물, 꽃 또는 과일을 수확하는 것과 같은 수확 머신에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 번식, 식품 생산, 농업 또는 연구 적용례에서, 관개, 수정, 습도, 온도, 또는 제초제, 살충제, 살균제, 쥐약의 사용 등을 제어하기 위해 식물, 동물, 조류, 물고기 등의 성장을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 소, 돼지, 고양이, 개, 새, 어류 등과 같은 동물 또는 애완 동물용 사료 공급 기계에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예컨대, 자동화된 착유(milking) 또는 도살 처리에서 우유, 계란, 모피, 고기 등을 수집하는 것과 같은 동물 제품 생산 공정에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예컨대, 옥수수, 마늘, 나무, 샐러드 등을 심기 위해 자동 시딩 기계(automated seeding machine) 또는 파종기(sowing machine), 또는 플랜팅 머신(planting machine)에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예컨대, 구름, 안개 등의 기상 현상을 평가 또는 모니터링하거나, 눈사태, 해일, 강풍, 지진, 천둥 폭풍 등의 위험으로부터 경고하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 지진 위험을 모니터링하기 위해 움직임, 충격, 진동 등을 측정하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 위험한 건널목을 모니터링하고, 교통량에 따라 교통 신호등을 제어하고, 공공 장소를 모니터링하고, 도로, 체육관, 경기장, 스키 리조트, 공공 행사 등을 모니터링하기 위한 교통 기술에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 망막 스캔, 호흡 또는 맥파 측정, 위 내시경 검사, 환자 감시 등을 위해 박테리아, 혈액 세포, 세포, 조류(algae) 등을 카운팅하여, 점(mole) 또는 흑색종(melanoma)과 같은 조직의 변화를, 조직, 의학 또는 생물학적으로 모니터링 또는 분석하는 것과 같은 의료 적용례에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 드롭(drop), 스트림(stream), 제트(jet) 등의 형상, 크기 또는 둘레를 모니터링하거나, 바람 통로(wind channel) 등과 같은 액체 흐름 또는 가스 또는 프로파일을 분석, 평가 또는 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 운전자가 아프거나 피곤하거나 그와 유사할 때, 자동차 또는 열차의 운전자와 같은 운전자에게 경고하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 변형(strain) 또는 장력(tension) 또는 균열(fissure) 등을 인식하기 위한 재료 시험에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 자동으로 항해 위치를 모니터링하고 최적화하기 위해 항해에서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 연료 레벨 게이지용으로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 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 오염 된 지역의 청소, 농업에서의 해충 방제와 같은 위험하거나 어려운 작업을 처리하기 위해 구성된 스마트 로봇을 구축하는 데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 하나 이상의 장치는, 예를 들어, 적층 제조 및/또는 3D 프린팅과 같은 유사한 소프트웨어 또는 CAD와 조합하여 대상물을 스캐닝하는 데 또한 사용될 수 있다. 여기서, 예컨대, x-, y- 또는 z-방향에서 또는 이들 방향의 임의의 조합을 동시에 사용하여, 본 발명에 따른 장치를 높은 치수 정확도로 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 파이프라인 검사 게이지와 같이 검사 및 유지 보수에 사용될 수 있다. 또한, 생산 환경에서, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 모양이나 크기에 따라 야채나 기타 자연 제품을 분류하거나, 가공 단계에 필요한 정밀도보다 낮은 정밀도로 제조된 고기나 대상물과 같은 제품을 절단하는 것과 같이, 자연적으로 재배된 대상물과 같은 러프하게 정의된 형태의 대상물과 함께 작업하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 실내 또는 실외 공간을 통해 자율 주행 또는 부분 자율 주행 차량 또는 멀티콥터 등을 허용하기 위해 로컬 네비게이션 시스템(local navigation system)에 사용될 수 있다. 비제한적인 예는 대상물을 집어 다른 위치에 배치하기 위해 자동화 저장소를 통해 이동하는 차량을 포함할 수 있다. 실내 내비게이션은 쇼핑몰, 소매점, 박물관, 공항 또는 기차역에서 더욱 사용되어 모바일 용품, 모바일 장치, 수하물, 고객 또는 직원의 위치를 추적하거나 사용자에게 지도상의 현재 위치, 또는 판매된 상품에 관한 정보 등과 같은 위치 관련 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 속도, 경사, 다가오는 장애, 도로의 불균일성 또는 커브 등을 모니터링함으로써 오토바이의 주행 보조와 같은 오토바이의 안전한 주행을 보장하는 데 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 충돌을 피하기 위해 열차나 전차에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 물류 과정을 최적화하기 위해 포장이나 소포를 스캔하는 것과 같은 휴대용 장치에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 개인 쇼핑 장치, RFID 판독기, 의료용, 또는 환자나 환자의 보건 관련 정보, 소매나 보건 환경을 위한 스마트 배지 등의 정보를 획득, 교환 또는 기록하는 병원이나 보건 환경에서 사용하기 위한 휴대용 장치에 또한 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 또한 제품 식별 또는 크기 식별(예를 들어, 폐기물 저감을 위한 최적의 장소 또는 패키지를 찾는 등)과 같은 제조, 품질 관리 또는 적용례 식별에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 물류 적용례에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 컨테이너 또는 차량의 적재 또는 포장을 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 제조 분야의 표면 손상의 모니터링이나 제어, 렌탈 차량 등의 렌탈 물품의 모니터링이나 제어, 및/또는 손해 평가와 같은 보험 적용례에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히, 로봇과 조합하여 최적의 재료 취급과 같은 재료, 대상물 또는 공구의 크기를 확인하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 탱크의 충전 레벨을 관찰하기 위해 생산 과정에서 프로세스를 제어하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 탱크, 파이프, 리액터, 공구 등과 같은 생산 자산을 유지 보수하는 데 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 3D 품질 표시를 분석하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 치아 인레이(tooth inlays), 치아 교정기(tooth braces), 보철물(prosthesis), 의류 등과 같은 맞춤형 제품을 제조하는 데 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한 신속한 프로토타이핑, 3D 복사 등을 위해 하나 이상의 3D 프린터와 결합될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 제품 불법 복제 방지 및 위조 방지 목적과 같은 하나 이상의 물품의 형상을 검출하는 데 사용될 수 있다.
따라서, 구체적으로는, 본원은 사진 분야에 적용될 수 있다. 따라서, 검출기는 사진 장치, 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. 본원에 사용된 “포토그래피(photography)”라는 용어는 일반적으로 적어도 하나의 피사체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 본원에 또한 사용된 “카메라”는 일반적으로 포토그래피를 수행하도록 구성된 장치이다. 본원에 또한 사용된 “디지털 포토그래피”라는 용어는 일반적으로 조명 강도 및/또는 색상, 바람직하게는, 디지털 전기 신호를 나타내는 전기 신호를 생성하도록 적응된 복수의 감광 요소를 사용함으로써 적어도 하나의 피사체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 본원에 또한 사용된 “3D 포토그래피”라는 용어는 일반적으로 3개의 공간 차원에서 적어도 하나의 피사체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 따라서, 3D 카메라는 3D 포토그래피를 수행하도록 구성된 장치이다. 카메라는 일반적으로 단일 3D 이미지와 같은 단일 이미지를 획득하기 위해 적응될 수 있거나, 일련의 이미지와 같은 복수의 이미지를 획득하도록 적응될 수도 있다. 따라서, 카메라는 또한 디지털 비디오 시퀀스를 획득하는 것과 같은 비디오 적용례에 적응된 비디오 카메라일 수 있다.
따라서, 일반적으로, 본 발명은 또한 적어도 하나의 대상물을 이미징하기 위한 카메라, 특히, 디지털 카메라, 보다 구체적으로는 3D 카메라 또는 디지털 3D 카메라를 지칭한다. 위에서 간략히 설명한 바와 같이, “이미징(imaging)”이라는 용어는 일반적으로 적어도 하나의 대상물의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 카메라는 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 위에서 간략히 설명한 바와 같이, 카메라는 단일 이미지를 획득하거나, 이미지 시퀀스와 같은 복수의 이미지를 획득하기 위해, 바람직하게는 디지털 비디오 시퀀스를 획득하기 위해 적응될 수 있다. 따라서, 일례로서, 카메라는 비디오 카메라이거나 비디오 카메라를 포함할 수 있다. 후자의 경우, 카메라는 이미지 시퀀스를 저장하기 위한 데이터 메모리를 포함하는 것이 바람직하다.
본원에 사용된 "위치"라는 표현은 일반적으로 피사체의 하나 이상의 지점의 절대 위치 및 배향 중 하나 이상에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 지칭한다. 따라서, 구체적으로는, 상기 위치는 카테시안(Cartesian) 좌표계와 같이 검출기의 좌표계에서 결정될 수 있다. 그러나, 추가적으로 또는 대안적으로, 극좌표계 및/또는 구형 좌표계와 같은 다른 유형의 좌표계가 사용될 수도 있다.
전술한 바와 같이 또한 이하에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명은 바람직하게는 인간-기계 인터페이스 분야, 스포츠 분야 및/또는 컴퓨터 게임 분야에 적용될 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 상기 피사체는 스포츠 장비의 물품, 바람직하게는 라켓, 클럽, 배트; 옷감; 모자; 신발로 이루어진 군으로부터 선택되는 물품으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 다른 실시예도 가능하다.
본원에 사용된 “피사체”는 일반적으로 생피사체 및 비-생피사체 중에서 선택되는 임의의 피사체일 수 있다. 따라서, 예로서, 적어도 하나의 피사체는 하나 이상의 물품 및/또는 물품의 하나 부분을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 피사체는 하나 이상의 생피사체(예컨대, 사용자 및/또는 동물) 및/또는 인간의 하나 이상의 신체 부위와 같이, 그 생피사체의 하나 이상의 일부분이거나 이를 포함할 수 있다.
검출기의 좌표계일 수 있는 피사체의 위치를 결정하기 위한 좌표계와 관련하여, 상기 검출기는 검출기의 광축이 z-축을 형성하고, 추가로, z-축에 수직인 x-축 및 y-축이 제공될 수 있고, 또한 이들이 서로 수직인 좌표계를 구성할 수 있다. 예를 들어, 검출기 및/또는 검출기의 일부는 이 좌표계의 원점과 같은 이 좌표계의 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, 일례로서, 광축이 z-축을 형성하고, z-축으로부터의 거리 및 극각(polar angle)이 추가 좌표로 사용될 수 있는 극 좌표 시스템(polar coordinate system)을 사용할 수도 있다. 다시, z-축에 평행하거나 역평행한 방향은 종 방향으로 간주될 수 있고, z축을 따르는 좌표는 종 방향 좌표로 간주될 수 있다. z-축에 수직인 임의의 방향은 횡방향으로 간주될 수 있고, 극좌표 및/또는 극각은 횡방향 좌표로 간주될 수 있다.
검출기는 적어도 하나의 피사체 및/또는 이의 일부분의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 제공하도록 구성된 장치일 수 있다. 따라서, 위치는 바람직하게는 검출기의 좌표계에서 피사체 또는 그 일부의 위치를 완전히 기술하는 정보 항목을 지칭할 수 있거나 또는 부분적으로만 위치를 기술하는 부분 정보를 지칭할 수 있다. 검출기는 일반적으로 비콘 장치로부터 검출기를 향해 전파하는 광빔과 같은 광빔을 검출하도록 구성된 장치일 수 있다.
평가 장치와 검출기는 완전히 또는 부분적으로 단일 장치에 통합될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 평가 장치는 또한 검출기의 일부를 형성할 수 있다. 대안적으로, 평가 장치와 검출기는 완전히 또는 부분적으로 별개의 장치로 구현될 수도 있다. 검출기는 추가 구성요소를 포함할 수 있다.
검출기는 고정형 장치(stationary device) 또는 이동형 장치(mobile device)일 수 있다. 또한, 검출기는 독립형 장치(stand-alone device)이거나, 컴퓨터, 차량 또는 임의의 다른 장치와 같은 다른 장치의 일부를 형성할 수도 있다. 또한, 검출기는 휴대용 장치일 수 있다. 검출기의 다른 실시예가 가능하다.
검출기는 특히 플렌옵틱(plenoptic) 또는 광-필드 카메라에 필적하는 검출기의 렌즈 또는 렌즈 시스템 뒤에 광-필드를 기록하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 구체적으로, 검출기는 다수의 초점면에서 예를 들어 동시에 이미지를 획득하는 데 적합한 광-필드 카메라로서 구현될 수 있다. 본원에 사용된 광-필드(light-field)라는 용어는 일반적으로 내부 카메라와 같은 검출기 내부의 빛의 공간적인 광 전파를 지칭한다. 본 발명에 따른 검출기는 특히 광학 센서들의 스택을 가지며, 예를 들어 렌즈 뒤와 같이 검출기 또는 카메라 내에 직접 광-필드를 기록할 수 있는 능력을 가질 수 있다. 복수의 센서들은 렌즈로부터 상이한 거리에서 이미지를 기록할 수 있다. 예를 들어, "초점으로부터의 깊이” 또는 "디포커스로부터의 깊이"와 같은 합성곱(convolution)-기반 알고리즘을 사용하여, 렌즈 뒤의 광의 전파 방향, 초점 및 확산을 모델링할 수 있다. 렌즈 뒤에 모델링된 광의 전파로부터, 렌즈에 대한 다양한 거리의 이미지를 추출하고 필드 깊이를 최적화하며 다양한 거리에서 초점이 맞춰진 그림을 추출하거나 피사체의 거리를 계산할 수 있다. 추가 정보가 추출될 수도 있다.
다수의 광학 센서를 사용하면 이미지를 기록한 후 이미지 처리 단계에서 렌즈 오류를 보정할 수 있다. 광학 기기는 렌즈 오류를 수정할 필요가 있을 때 종종 제작 비용이 많이 들고 제작이 어렵다. 이들은 현미경과 망원경에서 특히 문제가 된다. 현미경에서, 전형적인 렌즈 오차는 광축에 대해 변화하는 거리의 광선들이 상이하게 왜곡된다는 것이다(구면 수차). 망원경에서, 초점을 변화시키는 것은 대기의 상이한 온도에서 발생할 수 있다. 구면 수차 또는 생산에서의 추가 오류와 같은 정적 오류는 보정 단계에서 오류를 결정한 다음 픽셀과 센서의 고정된 세트와 같은 고정 이미지 처리를 사용하거나 광 전파 정보를 사용하여 보다 복잡한 처리 기술을 사용하여 수정할 수 있다. 렌즈 오차가 강하게 시간-의존적인 경우, 즉 망원경의 기상 조건에 의존하는 경우, 렌즈 뒤의 광 전파를 사용하고, 필드 이미지의 연장된 깊이를 계산하고, 초점 기술을 사용하여 깊이를 사용하는 등에 의해 렌즈 오차를 보정할 수 있다.
본 발명에 따른 검출기는 색상 검출을 추가로 허용할 수 있다. 색상 검출을 위해, 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 복수의 광학 센서가 사용될 수 있고, 이들 광학 센서의 센서 신호들을 비교할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 제스처 인식의 맥락에서 사용될 수 있다. 이러한 맥락에서, 본 발명에 따른 장치와 조합된 제스처 인식은, 특히, 신체, 신체 부위 또는 대상물의 움직임을 통해 기계로 정보를 전송하기 위한 인간-기계 인터페이스로서 사용될 수 있다. 여기에서, 정보는, 바람직하게는, 손가락과 같은 손이나 손 부분의 움직임을 통해, 특히, 대상물을 가리키거나, 예컨대, 청각 장애인을 위한 수화를 적용하거나, 숫자, 승인, 거부 등을 표시하거나, 예컨대, 누군가에게 다가가라고 할 때, 나가라고 할 때, 또는 누군가에게 인사하게 할 때, 대상물을 누르라고 할 때, 대상물을 가져가라고 할 때, 또는 스포츠나 음악 분야에서, 준비 운동과 같이 손이나 손가락 운동으로 손을 흔드는 것에 의해 전달될 수 있다. 또한, 정보는, 예컨대, 오락, 운동 또는 기계의 훈련 기능과 같이, 스포츠나 음악을 목적으로, 회전, 발차기, 잡기, 트위스팅, 로테이팅, 스크롤링, 브라우징, 밀기, 굽히기, 펀칭, 흔들기, 팔, 다리, 양팔 또는 양 다리, 또는 팔 다리의 조합과 같은 팔 또는 다리의 움직임에 의해 전달될 수 있다. 또한, 정보는 “우회전”, “좌회전”, “진행”, “저속”, “정지” 또는 “엔진 정지”와 같은 정보를 전송하기 위해 공항이나 교통 경찰에 의해 사용되는 수화나, 또는 수영하는 척, 다이빙하는 척, 달리는 척, 사격하는 척하거나 요가, 필라테스, 유도, 가라테, 춤, 발레와 같은 복잡한 동작이나 몸의 자세를 취하는 것과 같이, 전신이나 주요 부분의 움직임을 통해, 예컨대, 점핑, 회전 또는 복잡한 표시를 만드는 것에 의해 전달될 수 있다. 또한, 정보는 모의 장치(mock-up device)에 상응하는 가상 장치를 제어하기 위해 실제 또는 모의 장치를 사용하여 전달될 수 있고, 예를 들어, 컴퓨터 프로그램에서 가상 기타 기능을 제어하기 위해 모의 기타를 사용하는 것, 컴퓨터 프로그램에서 가상 기타 기능을 제어하기 위해 실제 기타를 사용하는 것, 전자책을 읽거나 페이지를 이동하거나 가상 문서를 통해 탐색하는 데 실제 또는 모의 책을 사용하는 것, 컴퓨터 프로그램에서 실제 또는 모의 펜을 사용하는 것 등에 의해 전달될 수 있다. 또한, 정보의 전송은 소리, 진동 또는 움직임과 같은 사용자에의 피드백과 결합될 수 있다.
음악 및/또는 악기의 맥락에서, 제스처 인식과 결합된 본 발명에 따른 장치는 모의 악기의 사용을 통해 또는 악기가 존재하는 척하는 것에 의해 연습 목적, 악기의 제어, 악기의 녹음, 음악의 재생 또는 녹음을 위해 사용될 수 있고, 예를 들어, 소음을 피하거나 녹음을 하기 위해 에어 기타(air guitar)를 연주하거나, 가상 오케스트라, 앙상블, 밴드, 빅 밴드, 합창단 등을 지휘하거나, 연습, 운동, 녹음 또는 오락 목적 등에 사용될 수 있다.
또한, 안전 및 감시의 맥락에서, 제스처 인식과 결합된 본 발명에 따른 장치는 사람의 동작 프로파일을 인식하는 데 사용될 수 있고, 예컨대, 사람의 보행 또는 몸을 움직이는 방식이나 손 표시나 움직임 또는 전신이나 신체 부위의 표시나 움직임을, 액세스 또는 개인 식별 표시 또는 개인 식별 움직임과 같은 식별 제어로서 사용할 수 있다.
또한, 스마트 홈 적용례 또는 사물 인터넷의 맥락에서, 제스처 인식과 결합된 본 발명에 따른 장치는 가전기기 및/또는 가정용 장치의 상호 접속 네트워크의 일부일 수 있는 가정용 장치의 중심 또는 비 중심 제어에 사용될 수 있고, 예컨대, 냉장고, 중심 난방, 에어컨, 전자레인지, 각빙 제조기(ice cube maker) 또는 온수기(water boiler), 또는 텔레비전, 스마트폰, 게임 콘솔, 비디오 레코더, DVD 플레이어, 개인용 컴퓨터, 랩톱, 태블릿 또는 이들의 조합과 같은 엔터테인먼트 장치, 또는 가정용 장치와 엔터테인먼트 장치의 조합으로 사용될 수 있다.
또한, 가상 현실 또는 증강 현실의 맥락에서, 제스처 인식과 결합된 본 발명에 따른 장치는 가상 현실 적용례 또는 증강 현실 적용례의 움직임 또는 기능을 제어하는 데 사용될 수 있고, 예컨대, 사인, 제스처, 신체 이동 또는 신체 부위 움직임 등을 사용하여 게임을 플레이하거나 제어하는 것, 가상 세계를 통해 움직이는 것, 가상의 대상물을 조작하는 것, 공, 체스 피규어, 바둑 돌, 악기, 도구, 붓과 같은 가상 피사체를 사용하여 스포츠, 예술, 공예품, 음악 또는 게임을 연습, 운동 또는 플레이하는 데 사용될 수 있다.
또한, 의료의 맥락에서, 제스처 인식과 결합된 본 발명에 따른 장치는 재활 훈련, 원격 진단을 지원하거나, 수술 또는 치료를 모니터링 또는 조사하거나, 의료기기의 위치와 함께 의료 영상을 오버레이 및 표시하거나, 수술 또는 치료 중에 기록된 내시경 또는 초음파 등의 이미지와 자기 공명 단층 촬영 또는 x-선 등과 같은 사전 기록된 의료 영상을 오버레이 및 표시하는 데 사용될 수 있다.
또한, 제조 및 프로세스 자동화의 맥락에서, 제스처 인식과 결합된 본 발명에 따른 장치는 로봇, 드론, 무인 자율 주행 차량, 서비스 로봇, 이동 가능한 대상물 등을 제어, 교육 또는 프로그래밍하는 데 사용될 수 있고, 예를 들어, 프로그래밍, 제어, 제조, 조작, 수리 또는 교육 목적, 또는 안전상의 이유 또는 유지 보수 목적으로 대상물 또는 영역을 원격 조작하는 데 사용될 수 있다.
또한, 비즈니스 인텔리전스 메트릭스(business intelligence metrics)의 맥락에서, 제스처 인식과 결합된 본 발명에 따른 장치는 인원 계수, 고객 움직임 조사, 고객이 시간을 소비하는 영역, 대상물, 고객 테스트, 테이크, 프로빙 등에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히, 드릴링 머신, 톱, 끌, 해머, 렌치, 스테이플 건, 디스크 절단기, 금속 전단기 및 니블러, 앵글 그라인더, 드릴, 해머 드릴, 히트 건, 렌치, 샌더, 인그레이버(engraiver), 네일러(nailer), 실톱(jig saw), 비스킷 결합기(buiscuit joiner), 우드 라우터, 전동 대패, 폴리 셔, 타일 커터, 와셔, 롤러, 월 체이서, 선반, 임팩트 드라이버, 조인터, 페인트 롤러, 스프레이 건, 모티서(morticer), 또는 용접기, 특히, 제조 시에, 안전 조치에 대한 최소 또는 최대 거리를 유지하기 위한 정확성을 지원하는 등과 같은 전기 또는 모터 구동 공구 또는 전동 공구와 같은 DIY 공구 또는 전문 공구의 맥락에서 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 시각 장애인을 돕는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 소매 환경, 의료 적용례, 생산 환경 등에 사용되는 데 있어서, 위생적인 이유로 직접적인 접촉을 피하기 위해 터치 스크린으로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예컨대, 안정적인 청소 로봇, 달걀 수집 기계, 착유기, 수확 기계, 농기계, 수확기, 포워더(forwarder), 콤바인, 트랙터, 경운기, 쟁기, 디스토너(destoner), 써레(harrow), 스트립 틸(strip till), 파종기(broadcast seeder), 감자 플랜터, 거름 스프레더, 스프레이너, 스프링클러 시스템, 스웨터(swather), 발포기, 적재기, 포크리프트, 모우어 등과 같은 플랜터(planter) 등의 농업 생산 환경에서 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 제한된 의사 소통 기술 또는 가능성을 가진 어린이 또는 장애인과 같은 사람이나 동물을 위한 의복, 신발, 안경, 모자, 보철물, 치아 교정기의 선택 및/또는 적용을 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 창고, 물류, 유통, 운송(shipping), 선적(loading), 하역, 스마트 매뉴팩처링, 인더스트리 4.0 등과 같은 맥락에서 사용될 수 있다. 또한, 제조 맥락에서, 본 발명에 따른 장치는 처리, 분사, 벤딩, 재료 취급 등의 맥락에서 사용될 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(Field Programmable Array) 또는 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processor)와 같은 하나 이상의 데이터 처리 장치일 수 있거나 포함할 수 있다. 하나 이상의 AD 변환기 및/또는 하나 이상의 필터와 같은 센서 신호의 수신 및/또는 전처리를 위한 하나 이상의 장치와 같은 하나 이상의 전처리 장치 및/또는 데이터 획득 장치와 같은 추가 구성 요소가 포함될 수 있다. 또한, 평가 장치는 전류 및/또는 전압을 측정하기 위한 하나 이상의 측정 장치와 같은 하나 이상의 측정 장치를 포함할 수 있다. 또한, 평가 장치는 하나 이상의 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다. 또한, 평가 장치는 하나 이상의 무선 인터페이스 및/또는 하나 이상의 유선 접속 인터페이스와 같은 하나 이상의 인터페이스를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 평가 장치는 본 발명에 따른 방법의 하나 이상의 방법 단계 또는 심지어 모든 방법 단계를 수행하거나 지원하기에 적합한 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램과 같이 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램을 수행하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 센서 신호를 입력 변수로 사용함으로써, 피사체의 위치에 결정할 수 있는 하나 이상의 알고리즘이 구현될 수 있다.
평가 장치는 광학 센서 및/또는 평가 장치에 의해 얻어진 정보와 같은 정보의 디스플레이, 시각화, 분석, 분배, 통신 또는 추가 처리 중 하나 이상에 사용될 수 있는 적어도 하나의 추가의 데이터 처리 장치에 접속되거나 또는 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 데이터 처리 장치는 디스플레이, 프로젝터, 모니터, LCD, TFT, 라우드-스피커, 멀티-채널 사운드 시스템, LED 패턴, 또는 다른 시각화 장치 중 적어도 하나에 접속되거나 통합될 수 있다. 또한, 이는 이-메일, 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. 이는 또한 프로세서, 그래픽 프로세서, CPU, 오픈 멀티미디어 애플리케이션즈 플랫폼(Open Multimedia Applications Platform, OMAPTM), 집적 회로, 애플 A 시리즈 또는 삼성 S3C2 시리즈로부터의 제품과 같은 칩상 시스템, 마이크로컨트롤러 또는 마이크로프로세서, 하나 이상의 메모리 블록 예컨대 ROM, RAM, EEPROM 또는 플래시 메모리, 타이밍 소스 예컨대 발진기 또는 위상-잠김 루프, 카운터-타이머, 실시간 타이머 또는 파워-온 리셋 생성기, 전압 조정기, 전원 관리 회로 또는 DMA 컨트롤러 중 적어도 하나에 연결되거나 이들을 통합할 수 있다. 개별 유닛은 AMBA 버스와 같은 버스로 연결되거나 사물 인터넷 또는 인더스트리 4.0 유형 네트워크에 통합될 수 있다.
평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치는 직렬 또는 병렬 인터페이스 또는 포트, USB, 센트로닉스(Centronics) 포트, 파이어와이어(FireWire), HDMI, 이더넷, 블루투스, RFID, Wi-Fi, USART 또는 SPI, 또는 아날로그 인터페이스 또는 포트 예컨대 ADC 또는 DAC 중 하나 이상, 또는 카메라링크(CameraLink)와 같은 RGB-인터페이스를 사용하는 2D-카메라 장치와 같은 추가 장치에 대한 표준 인터페이스 또는 포트 중 하나 이상과 같은 추가의 외부 인터페이스 또는 포트에 의해 접속되거나 추가의 외부 인터페이스 또는 포트를 가질 수 있다. 평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치는 인터프로세서 인터페이스 또는 포트, FPGA-FPGA 인터페이스, 또는 직렬 또는 병렬 인터페이스 포트 중 하나 이상에 의해 추가로 연결될 수 있다. 평가 장치 및 데이터 처리 장치는 광디스크 드라이브, CD-RW 드라이브, DVD+RW 드라이브, 플래시 드라이브, 메모리 카드, 디스크 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 솔리드 스테이트 디스크 또는 솔리드 스테이트 하드 디스크 중 하나 이상에 추가로 연결될 수 있다.
평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치는 전화 커넥터, RCA 커넥터, VGA 커넥터, 헤르마프로디테(hermaphrodite) 커넥터, USB 커넥터, HDMI 커넥터, 8P8C 커넥터, BCN 커넥터, IEC 60320 C14 커넥터, 광섬유 커넥터, D-초소형 커넥터, RF 커넥터, 동축 커넥터, SCART 커넥터, XLR 커넥터 중 하나 이상과 같은 하나 이상의 추가 외부 커넥터에 의해 연결되거나 이들을 가질 수 있고/있거나 이들 커넥터 중 하나 이상을 위한 하나 이상의 적합한 소켓을 통합할 수 있다.
본 발명에 따른 검출기, 평가 장치 또는 데이터 처리 장치 중 하나 이상을 통합하는, 예를 들어 광학 센서, 광학 시스템, 평가 장치, 통신 장치, 데이터 처리 장치, 인터페이스, 칩상의 시스템, 디스플레이 장치 또는 추가의 전자 장치 중 하나 이상을 통합하는 것과 같은 단일 장치의 가능한 실시예는 휴대폰, 개인용 컴퓨터, 태블릿 PC, 텔레비전, 게임 콘솔 또는 추가의 엔터테인먼트 장치이다. 추가 실시예에서, 이하에서 더 상세히 기술되는 3D-카메라 기능은 장치의 하우징 또는 외관에 현저한 차이가 없는 종래의 2D-디지털 카메라로 이용가능한 장치에 통합될 수 있으며, 여기서 사용자에 대한 눈에 띄는 차이는 단지 3D 정보를 얻거나 처리하는 기능일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 360° 디지털 카메라 또는 서라운드 뷰 카메라에 사용될 수 있다.
구체적으로, 평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치와 같은 검출기 및/또는 이의 일부를 통합하는 실시예는 3D 카메라의 기능을 위해 디스플레이 장치, 데이터 처리 장치, 광학 센서, 임의적으로 센서 광학 장치 및 평가 장치를 통합한 휴대폰일 수 있다. 본 발명에 따른 검출기는 특히 엔터테인먼트 장치 및/또는 통신 장치 예컨대 휴대폰에 통합하기에 적합할 수 있다.
본 발명의 또 하나의 실시예는 평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치와 같은 검출기 또는 그 일부를 자동차에 사용하거나, 또는 자율 주행에 사용하거나 다임러(Daimler)의 지능형 구동 시스템과 같은 자동차 안전 시스템에 사용하기 위한 장치에 통합하는 것일 수 있으며, 여기서 예를 들어 광학 센서, 임의적으로 하나 이상의 광학 시스템, 평가 장치, 임의적으로 통신 장치, 임의적으로 데이터 처리 장치, 임의적으로 하나 이상의 인터페이스, 임의적으로 칩상의 시스템, 임의적으로 하나 이상의 디스플레이 장치, 또는 임의적으로 추가의 전자 장치 중 하나 이상을 통합하는 장치는 차량, 자동차, 트럭, 기차, 자전거, 비행기, 선박 또는 오토바이의 일부일 수 있다. 자동차 적용례에서, 자동차 설계에 장치를 통합하려면 외부 또는 내부에서 최소한의 가시성으로 광학 센서, 임의적으로 광학 장치 또는 장치를 통합해야 할 수 있다. 검출기 또는 이의 일부 예컨대 평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치는 자동차 설계에의 통합에 특히 적합할 수 있다.
본원에 사용된 “광(light)”이라는 용어는 일반적으로 가시 스펙트럼 범위, 자외선 스펙트럼 범위 및 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상의 전자기 복사선을 지칭한다. 여기서, 가시 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 380 nm 내지 780 nm의 스펙트럼 범위를 지칭한다. 적외선 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 780 nm 내지 1 nm의 범위, 바람직하게는 780 nm 내지 3.0 ㎛ 범위의 전자기 복사선을 지칭한다. 자외선 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 1 nm 내지 380 nm의 범위, 바람직하게는 100 nm 내지 380 nm 범위의 전자기 복사선을 지칭한다. 바람직하게는, 본 발명에서 사용되는 광은 가시 광선, 즉 가시 스펙트럼 범위 내의 광이다.
“광빔”이라는 용어는 일반적으로 특정 방향으로 방출되고/되거나 반사되는 광의 양을 지칭할 수 있다. 따라서, 광빔은 광빔의 전파 방향에 수직인 방향으로 사전 결정된 연장을 갖는 광선(light rays)의 묶음일 수 있다. 바람직하게는, 광빔은 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 가우시안 빔 파라미터에 의해 특성화될 수 있는 가우시안 광빔들의 선형 조합과 같은 하나 이상의 가우시안 광빔이거나 이를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 검출기는 하나 이상의 다른 유형의 센서 또는 검출기와 추가로 결합될 수 있다. 따라서, 검출기는 적어도 하나의 추가의 검출기를 추가로 포함할 수 있다. 적어도 하나의 추가의 검출기는 주위 환경의 파라미터 예컨대 주위 환경의 온도 및/또는 휘도; 검출기의 위치 및/또는 배향에 관한 파라미터; 피사체의 위치 예컨대 피사체의 절대 위치 및/또는 공간 내 피사체의 배향과 같은 검출될 피사체의 상태를 지정하는 파라미터 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 파라미터를 검출하도록 구성될 수 있다.따라서, 일반적으로, 본 발명의 원리는 추가적인 정보를 얻기 위해 및/또는 측정 결과를 검증하거나 측정 에러 또는 잡음을 감소시키기 위해 다른 측정 원리와 결합될 수 있다.
상술한 바와 같이, 인간-기계 인터페이스는 사용자에게 직접적으로 또는 간접적으로 부착되거나 사용자에 의해 유지되는 것 중 적어도 하나가 되도록 구성된 복수의 비콘 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 비콘 장치는 각각 적절한 고정 장치에 의한 것과 같은 임의의 적절한 수단에 의해 사용자에게 독립적으로 부착될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 사용자는 적어도 하나의 비콘 장치 또는 하나 이상의 비콘 장치를 그의 손에 보유 및/또는 운반할 수 있고 및/또는 적어도 하나의 비콘 장치 및/또는 비콘 장치를 함유하는 의복을 본체 부분에 착용함으로써 보유 및/또는 운반할 수 있다.
비콘 장치는 일반적으로 적어도 하나의 검출기에 의해 검출될 수 있고/있거나 적어도 하나의 검출기에 의한 검출을 용이하게 하는 임의의 장치일 수 있다. 따라서, 상기한 바와 같이 또는 이하에 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 비콘 장치는 적어도 하나의 광빔을 생성하기 위한 하나 이상의 조명원을 갖는 것에 의하는 것과 같이 검출기에 의해 검출될 적어도 하나의 광빔을 생성하도록 구성된 능동형 비콘 장치일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 비콘 장치는, 별도의 조명원에 의해 생성된 광빔을 반사시키도록 구성된 하나 이상의 반사성 요소를 제공하는 것과 같이 수동형 비콘 장치로서 완전히 또는 부분적으로 설계될 수 있다. 적어도 하나의 비콘 장치는 영구적으로 또는 일시적으로 사용자에게 직접 또는 간접적으로 부착될 수 있고/있거나 사용자에 의해 운반되거나 보유될 수 있다. 상기 부착은 하나 이상의 부착 수단 및/또는 사용자 자신에 의해 사용됨으로써 예컨대 적어도 하나의 비콘 장치를 손으로 잡고/잡거나 비콘 장치를 착용한 사용자에 의해 사용됨으로써 발생할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 비콘 장치는 피사체에 부착되고 사용자에 의해 유지되는 피사체에 통합되는 것 중 적어도 하나일 수 있으며, 이는, 본 발명의 관점에서, 비콘 장치를 보유하는 사용자의 옵션의 의미에 포함된다. 따라서, 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 비콘 장치는 인간-기계 인터페이스의 일부일 수 있고 사용자에 의해 유지되거나 운반될 수 있고 검출기 장치에 의해 배향이 인식될 수 있는 제어 요소에 부착되거나 통합될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명은 또한 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 장치를 포함하고 또한 적어도 하나의 피사체를 포함할 수 있는 검출기 시스템에 관한 것으로, 여기서 상기 비콘 장치들은 상기 피사체에 부착되고, 상기 피사체에 의해 유지되며 상기 피사체에 통합되는 것 중 하나이다. 예를 들어, 피사체는 바람직하게는 사용자에 의해 배향이 인식될 수 있는 제어 요소를 형성할 수 있다. 따라서, 검출기 시스템은 전술한 바와 같거나 또는 이하에서 더욱 상세히 설명되는 인간-기계 인터페이스의 일부일 수 있다. 예를 들어, 사용자는 하나 이상의 명령을 기계에 전송하기 위하는 것과 같이 하나 이상의 정보 항목을 기계에 전송하기 위해 제어 요소를 특정 방식으로 처리할 수 있다.
대안적으로, 검출기 시스템은 다른 방식으로 사용될 수도 있다. 따라서, 일례로서, 검출기 시스템의 피사체는 사용자 또는 사용자의 신체 부위와 다를 수 있으며, 예를 들어, 사용자로부터 독립적으로 움직이는 피사체일 수 있다. 예를 들어, 검출기 시스템은 제조 공정 및/또는 로봇 공정과 같은 장치 및/또는 산업 공정을 제어하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 일례로서, 상기 피사체는 로봇 팔과 같은 기계 및/또는 기계 부품일 수 있으며, 그 배향은 검출기 시스템을 사용하여 검출될 수 있다.
인간-기계 인터페이스는 검출기 장치가 사용자 또는 사용자의 적어도 하나의 신체 부위의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하는 방식으로 구성될 수 있다. 특히, 적어도 하나의 비콘 장치를 사용자에게 부착하는 방식이 알려져 있는 경우, 적어도 하나의 비콘 장치의 위치를 평가함으로써, 사용자 또는 사용자의 신체 부위의 위치 및/또는 배향에 관한 적어도 하나의 정보 항목이 얻어질 수 있다.
비콘 장치는 바람직하게는 사용자의 신체 또는 신체 부분에 부착가능한 비콘 장치 및 사용자에 의해 유지될 수 있는 비콘 장치 중 하나이다. 전술한 바와 같이, 비콘 장치는 전체적으로 또는 부분적으로 능동형 비콘 장치로서 설계될 수 있다. 따라서, 비콘 장치는 검출기로 전송될 적어도 하나의 광빔, 바람직하게는 공지의 빔 특성을 갖는 적어도 하나의 광빔을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 비콘 장치는 조명원에 의해 생성된 광을 반사시키도록 구성된 적어도 하나의 반사기를 포함할 수 있고, 이를 통해 검출기로 전송될 반사 광빔을 생성할 수 있다.
검출기 시스템의 일부를 형성할 수 있는 피사체는 일반적으로 임의의 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기한 바와 같이 검출기 시스템의 일부인 피사체는 수동적으로와 같이 사용자에 의해 처리될 수 있는 제어 요소일 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 요소는 장갑, 자켓, 모자, 신발, 바지 및 양복, 손으로 잡을 수 있는 막대기, 배트, 클럽, 라켓, 지팡이, 장난감 총과 같은 장난감으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 요소일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 따라서, 일례로서, 검출기 시스템은 인간-기계 인터페이스 및/또는 엔터테인먼트 장치의 일부일 수 있다.
본원에 사용된 엔터테인먼트 장치는 한 명 이상의 사용자(이하에서는 한 명 이상의 플레이어라고도 함)의 여가 및/또는 오락의 목적으로 제공할 수 있는 장치이다. 예를 들어, 엔터테인먼트 장치는 게임, 바람직하게는 컴퓨터 게임을 목적으로 제공할 수 있다. 따라서, 엔터테인먼트 장치는 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 장치는, 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 장치는 사람-기계 인터페이스를 통해 플레이어가 적어도 하나의 정보 항목을 입력할 수 있도록 설계된다. 적어도 하나의 정보 항목은 엔터테인먼트 장치의 제어기 및/또는 컴퓨터에 의해 전송 및/또는 사용될 수 있다. 적어도 하나의 정보 항목은 바람직하게는 게임의 진행에 영향을 미치도록 구성된 적어도 하나의 명령을 포함할 수 있다. 따라서, 일례로서, 적어도 하나의 정보 항목은 플레이어 및/또는 플레이어의 하나 이상의 신체 부위의 적어도 하나의 배향에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 포함할 수 있으며, 이에 의해 플레이어가 게임에 필요한 특정 위치 및/또는 배향 및/또는 동작을 시뮬레이션하도록 허용할 수 있다. 예를 들어, 춤; 달리기; 점프; 라켓 스윙; 배트 스윙; 클럽 스윙; 표적을 향한 장난감 총의 포인팅과 같이 또 다른 피사체를 향한 피사체의 포인팅과 같은 움직임들 중 하나 이상이 시뮬레이션되어 엔터테인먼트 장치의 제어기 및/또는 컴퓨터에 전송될 수 있다.
엔터테인먼트 장치의 일부 또는 전체, 바람직하게는 엔터테인먼트 장치의 제어기 및/또는 컴퓨터는 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 설계된다. 따라서, 전술한 바와 같이, 게임의 코스는 적어도 하나의 정보 항목에 따라 영향을 받을 수 있다. 따라서, 엔터테인먼트 장치는 적어도 하나의 검출기의 평가 장치로부터 분리될 수 있고/있거나 적어도 하나의 평가 장치와 완전히 또는 부분적으로 동일하거나 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 장치를 포함할 수 있다.
또한, 본원에 사용된 추적 시스템은 적어도 하나의 피사체 및/또는 피사체의 적어도 일부에 대한 일련의 과거 위치에 관한 정보를 수집하도록 구성된 장치이다. 또한, 추적 시스템은 적어도 하나의 피사체 또는 피사체의 적어도 일부에 대한 적어도 하나의 예측되는 향후의 위치 및/또는 배향에 관한 정보를 제공하도록 구성될 수 있다. 추적 시스템은 전자 장치, 바람직하게는 적어도 하나의 데이터 처리 장치, 보다 바람직하게는 적어도 하나의 컴퓨터 또는 마이크로 제어기에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 구현될 수 있는 적어도 하나의 트랙 제어기를 포함할 수 있다. 다시, 적어도 하나의 트랙 제어기는 적어도 하나의 평가 장치를 완전히 또는 부분적으로 포함할 수 있고/있거나 적어도 하나의 평가 장치의 일부일 수 있고/있거나 적어도 하나의 평가 장치와 완전히 동일하거나 부분적으로 동일할 수 있다.
추적 시스템은 위에 열거한 하나 이상의 실시예에 개시된 바와 같이 및/또는 이하의 하나 이상의 실시예에서 개시되는 적어도 하나의 검출기와 같이, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 추적 시스템은 하나의 트랙 제어기를 추가로 포함한다. 트랙 제어기는 예를 들어 적어도 하나의 위치 정보 및 적어도 하나의 시간 정보를 각각 포함한 데이터 또는 데이터 쌍들의 그룹을 기록함으로써 특정 시점에서의 피사체의 일련의 위치를 추적하도록 구성된다.
상기 추적 시스템은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 검출기 및 적어도 하나의 평가 장치 및 임의적인 적어도 하나의 비콘 장치 외에, 추적 시스템은 비콘 장치 또는 적어도 하나의 비콘 장치를 포함하는 적어도 하나의 제어 요소와 같이 피사체 자체 또는 피사체의 일부를 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 상기 제어 요소는 추적될 피사체에 직접적으로 또는 간접적으로 부착가능하거나 또는 상기 피사체에 통합가능하다.
추적 시스템은 추적 시스템 자체 및/또는 하나 이상의 개별 장치의 하나 이상의 동작을 개시하도록 구성될 수 있다. 후자의 목적을 위해, 추적 시스템, 바람직하게는 트랙 제어기는 적어도 하나의 동작을 개시하기 위해 하나 이상의 무선 및/또는 유선-경계 인터페이스 및/또는 다른 유형의 제어 연결을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 적어도 하나의 트랙 제어기는 피사체의 적어도 하나의 실제 위치에 따라 적어도 하나의 동작을 개시하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 동작은, 피사체의 미래 위치를 예측하는 단계; 적어도 하나의 장치를 피사체 쪽으로 향하게 하는 단계; 적어도 하나의 장치를 상기 검출기 쪽으로 향하게 하는 단계; 상기 피사체를 조명하는 단계; 및 검출기를 조명하는 단계로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
추적 시스템의 적용례로서, 추적 시스템은 제 1 피사체 및/또는 제 2 피사체가 이동하더라도, 적어도 하나의 제 1 피사체를 적어도 하나의 제 2 피사체로 연속적으로 포인팅하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 예를 들어 제조 라인이나 조립 라인에서 제조 중일 때와 같이 물품이 움직이는 경우에도 로보틱스 및/또는 물품에 대해 지속적으로 작업하는 것과 같은 산업 적용례에서의 잠재적인 예를 발견할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 추적 시스템은, 피사체가 움직이고 있을 지라도 조명원을 피사체에 지속적으로 포인팅함으로써 피사체를 계속 비추는 것과 같이 조명 목적으로 사용될 수 있다. 전송기를 움직이는 피사체 쪽으로 향하게 함으로써 움직이는 피사체에 정보를 연속적으로 전송하는 것과 같은 통신 시스템에서 더 많은 적용례가 발견될 수 있다.
본 발명에 따른 검출기는 거리 측정 또는 z-좌표의 측정 기능을 하나 이상의 횡방향 좌표를 측정하는 추가 옵션과 결합하여 PSD의 기능을 통합하는 간단한 장치로서 실현될 수 있다.
측정 범위를 언급할 때, 상기 측정 범위는 본 발명에 따른 검출기와 함께 사용될 수 있는 휘도 범위 예를 들어 광빔의 총 전력의 범위를 지칭할 수 있거나, 또는 측정될 수 있는 검출기와 피사체 사이의 거리의 범위를 지칭할 수 있다. 전술한 하나 이상의 문서에 따른 것과 같은 종래의 검출기는 전형적으로 두 측정 범위 모두에서 제한이 있다. 전술한 바와 같이, 몫 신호의 사용은, 역으로, 몫 신호로부터 종방향 좌표를 결정하는 데 사용될 수 있는 연속적이고 단조롭게 감소 또는 증가하는 기능의 넓은 범위를 제공한다. 결과적으로, 피사체와 검출기 사이의 거리면에서 매우 넓은 범위의 측정이 제공된다. 유사하게, 광빔의 총 전력으로부터의 몫 신호의 일반적인 독립성 때문에, 적어도 광학 센서들 중 하나 또는 둘 모두의 포화가 달성되지 않는 한, 휘도, 즉 광빔의 총 전력의 면에서 매우 넓은 측정 범위를 제공한다.
검출기 내의 광빔은 일반적으로 검출기의 광축을 따라 전파할 수 있다. 제 1 및 제 2 광학 센서는 광축 상에 배치될 수 있다. 그러나, 광빔은 광축을 따르는 것보다 다른 방식으로 전파할 수도 있다. 예를 들어, 광축을 따라 또는 광축에 평행하게 또는 0°와는 다른 각도 예컨대 1° 내지 20°의 각도로 전파하는 조명 광빔이 생성될 수 있다. 다른 실시예도 가능하다.
전반적으로, 본 발명과 관련하여, 다음의 실시예가 바람직한 것으로 간주된다:
실시예 1: 적어도 하나의 피사체의 위치를 결정하는 검출기로서, 상기 검출기가,
- 피사체로부터 검출기로 진행하는 적어도 하나의 입사 광빔에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이를 갖는 적어도 하나의 전사 장치;
- 각각의 광학 센서가 적어도 하나의 감광성 영역을 가지며, 각각의 광학 센서가 광빔에 의한 그 각각의 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된 적어도 2 개의 광학 센서; 및
- 상기 센서 신호로부터 몫 신호(quotient signal) Q를 평가함으로써 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치를 포함하는, 검출기.
실시예 2: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 검출기는 피사체 평면 내의 피사체 크기와 독립적인 적어도 하나의 측정 범위에서 피사체의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성된, 검출기.
실시예 3: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 측정 범위는, 피사체로부터 전사 장치까지의 종방향 거리(z0); 전사 장치의 초점 거리(f); 전사 장치의 출구 동공의 직경(Ex); 전사 장치로부터 감광성 영역까지의 종방향 거리(zs); 전사 장치로부터 피사체의 이미지까지의 거리(zi); 피사체 평면 내 피사체의 피사체 크기(O크기)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 파라미터를 조정함으로써 조정되는, 검출기.
실시예 4: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 검출기는, 피사체의 적어도 하나의 지점으로부터 방출된 적어도 하나의 광빔의 착란원(circle of confusion)이 피사체의 이미지 크기보다 큰 경우, 피사체 크기와 독립적인 피사체의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성된, 검출기.
실시예 5: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 검출기는,
Figure pct00068
가 적어도 하나의 거리에 대해 참인 경우, 피사체 크기와 독립적인 피사체의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성된, 검출기.
실시예 6: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 평가 장치는, 센서 신호들을 분할하고, 복수의 센서 신호들을 분할하고, 센서 신호들의 선형 조합을 분할하는 것들 중 하나 이상에 의해 몫 신호(quotient signal) Q를 도출하도록 구성된, 검출기.
실시예 7: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 평가 장치는, 몫 신호 Q와 종방향 좌표 사이에 적어도 하나의 사전-결정된 관계를 사용하여 종방향 좌표를 결정하도록 구성된, 검출기.
실시예 8: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는, 몫 신호 Q를 다음과 같이 유도하도록 구성되며,
Figure pct00069
상기 식에서, x 및 y는 횡방향 좌표이고, A1 및 A2는 센서 위치에서의 빔 프로파일의 영역이고, E(x, y, z0)는 피사체 거리 zo에서 주어진 빔 프로파일을 나타내는, 검출기.
실시예 9: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학 센서는 초점을 벗어나 위치된, 검출기.
실시예 10: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 전사 장치는 광축을 갖고, 상기 전사 장치는 좌표계를 구성하고, 상기 종방향 좌표(l)는 광축을 따른 좌표이고, d는 광축으로부터의 공간 오프셋(offset)이고, 상기 광학 센서는 상기 광학 센서의 감광성 영역이 그 종방향 좌표, 그 공간 오프셋 또는 그 표면적 중 적어도 하나에서 서로 상이하도록 배열된, 검출기.
실시예 11: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 광빔은 단색 광빔일 수 있는, 검출기.
실시예 12: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 각각의 상기 센서 신호들은 상기 광빔의 적어도 하나의 빔 프로파일의 상기 빔 프로파일의 적어도 하나의 영역의 적어도 하나의 정보를 포함하는, 검출기.
실시예 13: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일; 삼각형 빔 프로파일; 원추형 빔 프로파일; 및 가우시안(Gaussian) 빔 프로파일들의 선형 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된, 검출기.
실시예 14: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 감광성 영역들은 제 1 센서 신호가 상기 빔 프로파일들의 제 1 영역의 정보를 포함하고 제 2 센서 신호가 상기 빔 프로파일의 제 2 영역의 정보를 포함하도록 배열되고, 상기 빔 프로파일의 제 1 영역 및 상기 빔 프로파일의 제 2 영역은 인접한 또는 중첩된 영역들 중 하나 또는 둘 다인, 검출기.
실시예 15: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 평가 장치는 상기 빔 프로파일의 제 1 영역 및 상기 빔 프로파일의 제 2 영역을 결정하도록 구성된, 검출기.
실시예 16: 선행하는 4 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 빔 프로파일의 제 1 영역은 본질적으로 상기 빔 프로파일의 엣지(edge) 정보를 포함하고, 상기 빔 프로파일의 제 2 영역은 본질적으로 상기 빔 프로파일의 중심 정보를 포함하는, 검출기.
실시예 17: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 엣지 정보는 상기 빔 프로파일의 제 1 영역 내의 광자 수에 관한 정보를 포함하고, 상기 중심 정보는 상기 빔 프로파일의 제 2 영역 내의 광자 수에 관한 정보를 포함하는, 검출기.
실시예 18: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는 상기 엣지 정보 및 상기 중심 정보를 분할하고, 복수의 상기 엣지 정보 및 상기 중심 정보를 분할하고, 상기 엣지 정보와 상기 중심 정보의 선형 조합을 분할하는 것들 중 하나 이상에 의해 몫 신호 Q를 도출하도록 구성된, 검출기.
실시예 19: 선행하는 3 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 피사체로부터 상기 검출기로 전파하는 광빔은 적어도 하나의 라인 패턴으로 상기 광학 센서를 조명하고, A1은 광학 센서 상의 라인 패턴의 전체 선폭을 갖는 영역에 대응하고, A2는 광학 센서 상의 라인 패턴의 중심 영역인, 검출기.
실시예 20: 선행하는 4 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 피사체로부터 상기 검출기로 전파하는 광빔은 적어도 하나의 포인트 패턴으로 상기 광학 센서를 조명하고, A1은 광학 센서 상의 포인트 패턴의 포인트의 전체 반경을 갖는 영역에 대응하고, A2는 광학 센서 상의 포인트 패턴의 포인트의 중심 영역인, 검출기.
실시예 21: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학 센서는 제 1 감광성 영역을 갖는 제 1 광학 센서 및 제 2 감광성 영역을 갖는 제 2 광학 센서를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 감광성 영역은 조건이 만족되도록 배치되며,
Figure pct00070
상기 식에서, "a"는 상기 전사 장치의 초점 길이의 절반에 해당하는 거리에서 상기 광축과 교차하는 광축에 수직인 평면의 내부 영역과 상기 제 1 감광성 영역 모두를 타격하는 광자의 비율이고, "b"는 평면의 내부 영역과 제 2 감광성 영역 모두를 타격하는 광자의 비율이고, "c"는 평면의 외부 영역과 제 1 감광성 영역 둘 다에 부딪히는 광자의 비율이고, "d"는 평면의 외부 영역과 제 2 감광성 영역 모두를 타격하는 광자의 비율인, 검출기.
실시예 22: 선행하는 실시예에 있어서, 제 1 감광성 영역과 제 2 감광성 영역은, 내부 영역이 광축 상의 기하학적 중심점 및 광자의 절반이 내부 영역 내의 평면에 부딪히고 다른 절반이 내부 영역 외부의 평면에 부딪히도록 연장부를 갖는 영역을 갖도록 배치된, 검출기.
실시예 23: 선행하는 실시예에 있어서, 제 1 감광성 영역과 제 2 감광성 영역은, 내부 영역이 광축 상의 중심점 및 광자의 절반이 원 내의 평면에 부딪히고 다른 절반이 원 외부의 평면에 부딪히도록 선택된 반경 r을 갖는 원으로 설계되도록 배치된, 검출기.
실시예 24: 적어도 하나의 피사체의 위치를 결정하기 위한 검출기로서, 상기 검출기가,
- 제 1 감광성 영역을 갖는 적어도 하나의 제 1 광학 센서(여기서, 상기 제 1 광학 센서는 상기 피사체로부터 상기 검출기까지 전파하는 광빔에 의해 제 1 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 1 센서 신호를 생성하도록 구성됨);
- 제 2 감광성 영역을 갖는 적어도 하나의 제 2 광학 센서(여기서, 상기 제 2 광학 센서는 광빔에 의해 제 2 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 2 센서 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 제 1 감광성 영역은 상기 제 2 감광성 영역보다 작음); 및
- 상기 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가함으로써 상기 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치를 갖는 검출기.
실시예 25: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 평가 장치는, 제 1 및 제 2 센서 신호를 분할함으로써, 복수의 제 1 및 제 2 센서 신호를 분할함으로써, 또는 제 1 및 제 2 센서 신호의 선형 조합을 분할함으로써 몫 신호 Q를 도출하도록 구성되고, 상기 평가 장치는 상기 몫 신호 Q를 평가함으로써 상기 종방향 좌표를 결정하도록 구성된, 검출기.
실시예 26: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 평가 장치는, 몫 신호 Q와 종방향 좌표 사이에 적어도 하나의 사전-결정된 관계를 사용하도록 구성된, 검출기.
실시예 27: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 사전-결정된 관계는 경험적 관계, 반-경험적 관계 및 분석적으로 유도된 관계 중 하나 이상인, 검출기.
실시예 28: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는 상기 사전-결정된 관계를 저장하기 위한 적어도 하나의 데이터 저장 장치를 포함하는, 검출기.
실시예 29: 선행하는 4 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는 적어도 하나의 분배기를 포함하고, 상기 분배기는 상기 몫 신호를 도출하도록 구성된, 검출기.
실시예 30: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 분배기는 소프트웨어 분배기 또는 하드웨어 분배기 중 하나 또는 둘 모두로서 완전히 또는 부분적으로 구현된, 검출기.
실시예 31: 선행하는 7 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 제 1 및 제 2 광학 센서는 상기 검출기의 하나의 동일한 빔 경로에 선형으로 배치된, 검출기.
실시예 32: 선행하는 실시예에 있어서, 제 1 및 제 2 광학 센서는 상기 검출기의 광축에 대해 동심원상으로 배치된, 검출기.
실시예 33: 선행하는 8 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 제 1 광학 센서는 상기 제 2 광학 센서의 전방에 배치되고, 상기 제 1 감광성 영역의 표면적의 제곱근의 5 배 이하로 상기 제 2 광학 센서로부터 이격된, 검출기.
실시예 34: 선행하는 9 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 제 1 광학 센서는 제 2 광학 센서의 전방에 배치되고, 제 2 광학 센서로부터 50 mm 이하, 바람직하게는 15 mm 이하로 이격된, 검출기.
실시예 35: 선행하는 10 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 제 2 감광성 영역은 제 1 감광성 영역에 비해 적어도 2 배, 보다 바람직하게는 적어도 3 배, 가장 바람직하게는 적어도 5 배 더 큰, 검출기.
실시예 36: 선행하는 11 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 제 1 감광성 영역은 1 mm2 내지 150 mm2, 보다 바람직하게는 10 mm2 내지 100 mm2의 표면적을 갖는, 검출기.
실시예 37: 선행하는 12 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 제 2 감광성 영역은 160 mm2 내지 1000 mm2, 보다 바람직하게는 200 mm2 내지 600 mm2의 표면적을 갖는, 검출기.
실시예 38: 선행하는 13 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 제 1 및 제 2 광학 센서는 각각 적어도 측정 범위 내에서 선형 신호 특성을 가짐으로써, 각각의 제 1 및 제 2 센서 신호가 각각의 광학 센서의 조명의 총 전력에 의존하고, 상기 조명의 광 스폿의 직경과는 독립적인, 검출기.
실시예 39: 선행하는 14 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 제 1 및 제 2 광학 센서는 각각 반도체 센서, 바람직하게는 무기 반도체 센서, 보다 바람직하게는 광다이오드, 가장 바람직하게는 규소 광다이오드인, 검출기.
실시예 40: 선행하는 15 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 제 1 및 제 2 광학 센서는 각각 단일의 감광성 영역을 갖는 균일한 센서인, 검출기.
실시예 41: 선행하는 16 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기는 상기 피사체를 조명하기 위한 조명원을 추가로 포함하는, 검출기.
실시예 42: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 조명원은 상기 피사체를 조명하기 위한 조명 광빔을 생성하도록 구성되고, 상기 검출기는 상기 조명 광빔이 상기 검출기의 광축을 따라 상기 검출기로부터 상기 피사체를 향해 전파하도록 구성된, 검출기.
실시예 43: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 검출기는 사기 조명 광빔을 광축 상으로 편향시키기 위해 적어도 하나의 반사성 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 프리즘을 포함하는, 검출기.
실시예 44: 선행하는 3 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 조명원은 상기 피사체의 조명을 위한 적어도 하나의 조명 패턴을 생성하도록 구성되고, 상기 조명 패턴은 적어도 하나의 포인트 패턴, 특히 의사-랜덤(pseudo-random) 포인트 패턴 또는 랜덤 포인트 패턴; 적어도 하나의 소볼(Sobol) 패턴; 적어도 하나의 준주기(quasiperiodic) 패턴; 적어도 하나의 사전-공지된 특징을 포함하는 적어도 하나의 패턴; 적어도 하나의 규칙적인 패턴; 적어도 하나의 삼각형 패턴; 적어도 하나의 육각형 패턴, 특히 회전된 육각형 패턴 및/또는 변위된 육각형 패턴; 볼록한 균일한 타일링(tiling)을 포함하는 적어도 하나의 직사각형 패턴; 적어도 하나의 프린지(fringe) 패턴; 적어도 하나의 라인을 포함하는 적어도 하나의 라인 패턴; 평행 또는 교차 라인과 같은 적어도 2 개의 라인들을 포함하는 적어도 하나의 라인 패턴으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 패턴을 포함하는, 검출기.
실시예 45: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 광학 센서는 적어도 하나의 반사 패턴을 결정하도록 구성되고, 상기 평가 장치는 상기 반사 패턴의 적어도 하나의 특징을 선택하고 상기 몫 신호 Q를 평가함으로써 상기 반사 패턴의 선택된 특징의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성된, 검출기.
실시예 46: 선행하는 21 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기는 적어도 하나의 전사 장치를 추가로 포함하고, 상기 전사 장치는 상기 광빔을 상기 광학 센서 상으로 유도하도록 구성된, 검출기.
실시예 47: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 전사 장치는, 적어도 하나의 렌즈 예를 들어 적어도 하나의 초점-조정가능한 렌즈, 적어도 하나의 비구면 렌즈, 적어도 하나의 구면 렌즈, 적어도 하나의 프레즈넬(Fresnel) 렌즈; 적어도 하나의 회절 광학 요소; 적어도 하나의 오목 거울; 적어도 하나의 빔 편향 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 거울; 적어도 하나의 빔 분할 요소, 바람직하게는 빔 분할 큐브 또는 빔 분할 거울 중 적어도 하나; 적어도 하나의 다중-렌즈 시스템으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 렌즈 중 하나 이상을 포함하는, 검출기.
실시예 48: 선행하는 23 개의 실시예에 있어서, 상기 제 1 감광성 영역은, 상기 광빔의 전파 방향으로, 상기 제 2 감광성 영역과 중첩된, 검출기.
실시예 49: 적어도 하나의 피사체의 위치를 결정하기 위한 검출기로서, 상기 검출기가,
- 광학 센서들의 매트릭스를 갖는 적어도 하나의 센서 요소(여기서, 상기 광학 센서들은 각각 감광성 영역을 가지고, 각각의 광학 요소는 피사체로부터 검출기까지 전파하는 적어도 하나의 광빔에 의해 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성됨);
- 다음에 의해 센서 신호를 평가하기 위해 구성된 적어도 하나의 평가 장치를 갖는, 검출기:
a) 가장 높은 센서 신호를 갖고 적어도 하나의 중심 신호를 형성하는 적어도 하나의 광학 센서를 결정하는 것에 의해;
b) 매트릭스의 광학 센서의 센서 신호를 평가하고 적어도 하나의 합산 신호를 형성하는 것에 의해;
c) 중심 신호 및 합산 신호를 조합하여 적어도 하나의 조합된 신호를 결정하는 것에 의해; 그리고
d) 상기 조합된 신호를 평가함으로써 상기 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하는 것에 의해.
실시예 50: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 중심 신호는, 가장 높은 센서 신호; 가장 높은 센서 신호로부터 사전 결정된 허용오차 범위 내에 있는 센서 신호 그룹의 평균; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 및 인접한 광학 센서들의 사전 결정된 그룹을 함유하는 광학 센서들의 그룹으로부터의 센서 신호들의 평균; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 및 인접한 광학 센서들의 사전 결정된 그룹을 함유하는 광학 센서들의 그룹으로부터의 센서 신호들의 합; 가장 높은 센서 신호로부터의 사전 결정된 허용오차 범위 내에 있는 센서 신호들의 그룹의 합; 사전 결정된 임계 값을 초과하는 센서 신호의 그룹의 평균; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 및 인접한 광학 센서들의 사전 결정된 그룹을 함유하는 광학 센서들의 그룹으로부터의 센서 신호들의 적분; 가장 높은 센서 신호로부터의 사전 결정된 허용오차 범위 내에 있는 센서 신호들의 그룹의 적분; 및 사전 결정된 임계 값을 초과하는 센서 신호의 그룹의 적분으로 이루어진 군으로부터 선택된, 검출기.
실시예 51: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기, 특히 상기 평가 장치는, 상기 광학 센서의 센서 신호를 변환하도록 구성되며, 이에 의해 2 차 광학 센서 신호를 생성하고, 여기서 상기 평가 장치는 상기 2 차 광학 센서 신호를 사용함으로써 단계 a) 내지 d)를 수행하도록 구성된, 검출기.
실시예 52: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 센서 신호들의 변환은, 필터링; 적어도 하나의 관심 영역의 선택; 센서 신호들에 의해 생성된 이미지와 적어도 하나의 오프셋 사이의 차이 이미지의 형성; 센서 신호들에 의해 생성된 이미지를 반전시키는 것에 의한 센서 신호들의 반전; 상이한 시간들에서 센서 신호들에 의해 생성된 이미지 사이의 차이 이미지의 형성; 배경 보정; 색상 채널로의 분해; 색조로의 분해; 포화; 및 휘도 채널; 주파수 분해; 특이 값 분해; 캐니(Canny) 엣지 검출기 적용; 가우시안 필터(Gaussian filter)의 라플라시안(Laplacian) 적용; 가우시안 필터의 차 적용; 소벨(Sobel) 연산자 적용; 라플라스(Laplace) 연산자 적용; 샤르(Scharr) 연산자 적용; 프리위트(Prewitt) 연산자 적용; 로버츠(Roberts) 연산자 적용; 키르쉬(Kirsch) 연산자 적용; 고역-통과 필터 적용; 저역-통과 필터 적용; 푸리에(Fourier) 변환 적용; 라돈(Radon)-변환 적용; 허프(Hough)-변환 적용; 웨이블릿(Wavelet)-변환 적용; 임계 값 생성; 및 이진(binary) 이미지 생성으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 변환을 포함하는, 검출기.
실시예 53: 선행하는 4 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는 상기 적어도 하나의 가장 높은 센서 신호를 검출하고/하거나 상기 중심 신호를 형성하기 위한 적어도 하나의 중심 검출기를 포함하는, 검출기.
실시예 54: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 중심 검출기는 상기 센서 요소에 완전히 또는 부분적으로 통합된, 검출기.
실시예 55: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 중심 검출기는 소프트웨어 또는 하드웨어 중 하나 또는 둘 모두에서 완전히 또는 부분적으로 구현된, 검출기.
실시예 56: 선행하는 7 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 합산 신호는, 매트릭스의 모든 센서 신호에 대한 평균; 매트릭스의 모든 센서 신호들의 합; 매트릭스의 모든 센서 신호들의 적분; 중심 신호에 기여하는 광학 센서들로부터의 센서 신호들을 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호들에 대한 평균; 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터의 센서 신호를 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호들의 합; 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터의 센서 신호를 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호들의 적분; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터 사전 결정된 범위 내의 광학 센서들의 센서 신호들의 합; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터의 사전 결정된 범위 내의 광학 센서의 센서 신호들의 적분; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터의 사전 결정된 범위 내에 위치되는 광학 센서의 특정 임계값 초과의 센서 신호들의 합; 및 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터 사전 결정된 범위 내에 위치되는 광학 센서의 특정 임계값 초과의 센서 신호들의 적분으로 이루어진 군으로부터 선택된, 검출기.
실시예 57: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 평가 장치는 상기 합산 신호를 형성하기 위한 적어도 하나의 합산 장치를 포함하는, 검출기.
실시예 58: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 합산 장치는 상기 센서 요소에 완전히 또는 부분적으로 통합된, 검출기.
실시예 59: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 합산 장치는 소프트웨어 또는 하드웨어 중 하나 또는 둘 모두에서 완전히 또는 부분적으로 구현된, 검출기.
실시예 60: 선행하는 11 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 조합된 신호는, 중심 신호와 합산 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 복수의 중심 신호와 복수의 합산 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 중심 신호의 선형 조합과 합산 신호의 선형 조합의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 중심 신호와 합산 신호의 제 1 선형 조합과 중심 신호와 합산 신호의 제 2 선형 조합의 몫을 형성하는 단계 중 하나 이상에 의해 도출된 몫 신호 Q인, 검출기.
실시예 61: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 평가 장치는, 몫 신호 Q와 종방향 좌표 사이에 적어도 하나의 사전-결정된 관계를 사용하여 종방향 좌표를 결정하도록 구성된, 검출기.
실시예 62: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 사전-결정된 관계는 경험적 관계, 반-경험적 관계 및 분석적으로 유도된 관계 중 하나 이상인, 검출기.
실시예 63: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는 상기 사전-결정된 관계를 저장하기 위한 적어도 하나의 데이터 저장 장치를 포함하는, 검출기.
실시예 64: 선행하는 4 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는 적어도 하나의 분배기를 포함하고, 상기 분배기는 상기 몫 신호를 도출하도록 구성된, 검출기.
실시예 65: 전술된 실시예에 있어서, 상기 분배기는 소프트웨어 분배기 또는 하드웨어 분배기 중 하나 또는 둘 모두로서 완전히 또는 부분적으로 구현된, 검출기.
실시예 66: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 분배기는 상기 센서 요소에 완전히 또는 부분적으로 통합된, 검출기.
실시예 67: 선행하는 18 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학 센서는 광검출기, 바람직하게는 무기 광검출기, 보다 바람직하게는 무기 반도체 광검출기, 가장 바람직하게는 규소 광검출기인, 검출기.
실시예 68: 선행하는 19 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학 센서는 적외선 스펙트럼 범위에서 민감한, 검출기.
실시예 69: 선행하는 20 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 매트릭스는 CCD 검출기, 바람직하게는 CCD 검출기 칩 또는 CMOS 검출기, 바람직하게는 CMOS 검출기 칩 중 하나 또는 모두를 포함하는, 검출기.
실시예 70: 선행하는 21 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 매트릭스는 적어도 하나의 행, 바람직하게는 복수의 행 및 복수의 열을 갖는 직사각형 매트릭스인, 검출기.
실시예 71: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 행과 열은 본질적으로 수직으로 배향된, 검출기.
실시예 72: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 매트릭스는 적어도 10 행, 바람직하게는 적어도 50 행, 보다 바람직하게는 적어도 100 행을 갖는, 검출기.
실시예 73: 선행하는 3 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 매트릭스는 적어도 10 열, 바람직하게는 적어도 50 열, 보다 바람직하게는 적어도 100 열을 갖는, 검출기.
실시예 74: 선행하는 4 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 행의 수와 상기 열의 수의 비는 1에 가깝고, 바람직하게는 1:3 초과이고, 보다 바람직하게는 1:2 초과인, 검출기.
실시예 75: 선행하는 26 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 매트릭스는 적어도 50 개의 광학 센서, 바람직하게는 적어도 100 개의 광학 센서, 보다 바람직하게는 적어도 500 개의 광학 센서를 포함하는, 검출기.
실시예 76: 선행하는 27 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 센서 요소는 상기 검출기의 광축에 본질적으로 수직하게 배향된, 검출기.
실시예 77: 선행하는 28 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학 센서는 각각, 적어도 측정 범위 내에서, 선형 신호 특성을 가짐으로써, 각각의 센서 신호들이 각각의 광학 센서의 조명의 총 전력에 의존하는, 검출기.
실시예 78: 선행하는 29 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기는 상기 피사체를 조명하기 위한 조명원을 추가로 포함하는, 검출기.
실시예 79: 전술된 실시예에 있어서, 상기 조명원은 상기 피사체를 조명하기 위한 조명 광빔을 생성하도록 구성되고, 상기 검출기는 상기 조명 광빔이 상기 검출기의 광축을 따라 상기 검출기로부터 상기 피사체를 향해 전파하도록 구성된, 검출기.
실시예 80: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 검출기는 사기 조명 광빔을 광축 상으로 편향시키기 위해 적어도 하나의 반사성 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 프리즘을 포함하는, 검출기.
실시예 81: 선행하는 3 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 조명원은 상기 피사체의 조명을 위한 적어도 하나의 조명 패턴을 생성하도록 구성되고, 상기 조명 패턴은 적어도 하나의 포인트 패턴, 특히 의사-랜덤(pseudo-random) 포인트 패턴 또는 랜덤 포인트 패턴; 적어도 하나의 소볼(Sobol) 패턴; 적어도 하나의 준주기(quasiperiodic) 패턴; 적어도 하나의 사전-공지된 특징을 포함하는 적어도 하나의 패턴; 적어도 하나의 규칙적인 패턴; 적어도 하나의 삼각형 패턴; 적어도 하나의 육각형 패턴, 특히 회전된 육각형 패턴 및/또는 변위된 육각형 패턴; 볼록한 균일한 타일링(tiling)을 포함하는 적어도 하나의 직사각형 패턴; 적어도 하나의 프린지(fringe) 패턴; 적어도 하나의 라인을 포함하는 적어도 하나의 라인 패턴; 평행 또는 교차 라인과 같은 적어도 2 개의 라인들을 포함하는 적어도 하나의 라인 패턴으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 패턴을 포함하는, 검출기.
실시예 82: 전술된 실시예에 있어서, 상기 광학 센서는 적어도 하나의 반사 패턴을 결정하도록 구성되고, 상기 평가 장치는 상기 반사 패턴의 적어도 하나의 특징을 선택하고 상기 몫 신호 Q를 평가함으로써 상기 반사 패턴의 선택된 특징의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성된, 검출기.
실시예 83: 선행하는 34 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기는 적어도 하나의 전사 장치를 추가로 포함하고, 상기 전사 장치는 상기 광빔을 상기 광학 센서 상으로 유도하도록 구성된, 검출기.
실시예 84: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 전사 장치는, 적어도 하나의 렌즈 예를 들어 적어도 하나의 초점-조정가능한 렌즈, 적어도 하나의 비구면 렌즈, 적어도 하나의 구면 렌즈, 적어도 하나의 프레즈넬(Fresnel) 렌즈; 적어도 하나의 회절 광학 요소; 적어도 하나의 오목 거울; 적어도 하나의 빔 편향 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 거울; 적어도 하나의 빔 분할 요소, 바람직하게는 빔 분할 큐브 또는 빔 분할 거울 중 적어도 하나; 적어도 하나의 다중-렌즈 시스템으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 렌즈 중 하나 이상을 포함하는, 검출기.
실시예 85: 선행하는 36 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는, 상기 가장 높은 센서 신호를 갖는 상기 적어도 하나의 광학 센서의 횡방향 위치를 평가함으로써 상기 피사체의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하도록 추가로 구성된, 검출기.
실시예 86: 선행하는 38 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는 상이한 변조들을 갖는 상이한 광빔들을 구별하도록 구성된, 검출기.
실시예 87: 적어도 하나의 피사체의 위치를 결정하기 위한 검출기로서, 상기 검출기가,
- 감광성 영역을 각각 갖는 적어도 2 개의 광학 센서(여기서, 각각의 감광성 영역은 기하학적 중심을 가지며, 상기 광학 센서의 기하학적 중심은 상이한 공간 오프셋에 의해 상기 검출기의 광축으로부터 이격되고, 각각의 광학 센서는 피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔에 의해 그 각각의 감광성 영역의 조명에 응답하여 센서 신호를 생성하도록 구성됨); 및
- 적어도 2 개의 센서 신호들을 조합함으로써 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치를 갖는 검출기.
실시예 88: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 광학 센서는 동일한 평면 내에 위치된, 검출기.
실시예 89: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학 센서는 분할된 다이오드의 중심이 검출기의 광축으로부터 중심-이탈된 분할된 다이오드의 부분 다이오드인, 검출기.
실시예 90: 선행하는 3 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학 센서는, 사분원 광다이오드와 같은 2 내지 4 개의 광학 센서를 포함하는 어레이와 같은 센서 어레이의 일부인, 검출기.
실시예 91: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 센서 어레이의 기하학적 중심은 상기 광축으로부터 오프셋(offset)된, 검출기.
실시예 92: 선행하는 2개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 센서 어레이는 상기 광축에 대해 바람직하게는 자동적으로 이동가능한, 검출기.
실시예 93: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 평가 장치는, 먼저, 센서 신호를 이용하여 센서 어레이 상의 광빔에 의해 생성된 광 스폿의 적어도 하나의 횡방향 위치를 결정하고, 둘째로, 상기 광 스폿이 중심-이탈될 때까지 상기 광축에 대해 상기 센서 어레이를 이동시키기 위해 구성된, 검출기.
실시예 94: 선행하는 7 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학 센서는, 사분원 다이오드의 기하학적 중심이 상기 검출기의 광축으로부터 중심-이탈된 사분원 다이오드의 부분 다이오드인, 검출기.
실시예 95: 선행하는 8 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학 센서들의 감광성 영역들이 동일한, 검출기.
실시예 96: 선행하는 9 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기는 적어도 하나의 렌즈를 포함하고, 상기 검출기의 광축은 상기 렌즈의 대칭축인, 검출기.
실시예 97: 선행하는 10 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는, 상기 센서 신호들을 분할하거나, 복수의 상기 센서 신호들을 분할하거나, 또는 상기 센서 신호들의 선형 조합을 분할하는 것들 중 하나 이상에 의해 몫 신호 Q를 도출하도록 구성되고, 상기 평가 장치는 상기 몫 신호 Q를 평가함으로써 상기 종방향 좌표를 결정하도록 추가로 구성된, 검출기.
실시예 98: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 평가 장치는, 몫 신호 Q와 종방향 좌표 사이에 적어도 하나의 사전-결정된 관계를 사용하도록 구성된, 검출기.
실시예 99: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 사전-결정된 관계는 경험적 관계, 반-경험적 관계 및 분석적으로 유도된 관계 중 하나 이상인, 검출기.
실시예 100: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는 상기 사전-결정된 관계를 저장하기 위한 적어도 하나의 데이터 저장 장치를 포함하는, 검출기.
실시예 101: 선행하는 4 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는 적어도 하나의 분배기를 포함하고, 상기 분배기는 상기 몫 신호를 도출하도록 구성된, 검출기.
실시예 102: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 분배기는 소프트웨어 분배기 또는 하드웨어 분배기 중 하나 또는 둘 모두로서 완전히 또는 부분적으로 구현된, 검출기.
실시예 103: 선행하는 16 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학 센서들은 상기 검출기의 하나의 동일한 빔 경로에 배열된, 검출기.
실시예 104: 선행하는 17 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학 센서들은 각각 반도체 센서, 바람직하게는 무기 반도체 센서, 보다 바람직하게는 광다이오드, 가장 바람직하게는 규소 광다이오드인, 검출기.
실시예 105: 선행하는 18 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학 센서들은 각각 단일의 감광성 영역을 갖는 균일한 센서인, 검출기.
실시예 106: 선행하는 19 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학 센서들은 각각, 적어도 측정 범위 내에서, 선형 신호 특성을 가짐으로써, 상기 센서 신호들이 각각의 광학 센서의 조명의 총 전력에 의존하고, 상기 조명의 광 스폿의 직경과는 독립적인, 검출기.
실시예 107: 선행하는 20 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기는 상기 피사체를 조명하기 위한 조명원, 예를 들어, 적어도 하나의 레이저를 포함하는 조명원, 예컨대, 상기 광축 상에 있거나 상기 광축 상에 있지 않은 적어도 하나의 조명 광빔을 제공하는 조명원을 추가로 포함하는, 검출기.
실시예 108: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 조명원은 상기 피사체를 조명하기 위한 조명 광빔을 생성하도록 구성되고, 상기 검출기는 상기 조명 광빔이 상기 검출기의 광축을 따라 상기 검출기로부터 상기 피사체를 향해 전파하도록 구성된, 검출기.
실시예 109: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 검출기는 사기 조명 광빔을 광축 상으로 편향시키기 위해 적어도 하나의 반사성 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 프리즘을 포함하는, 검출기.
실시예 110: 선행하는 3 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 조명원은 상기 피사체의 조명을 위한 적어도 하나의 조명 패턴을 생성하도록 구성되고, 상기 조명 패턴은 적어도 하나의 포인트 패턴, 특히 의사-랜덤(pseudo-random) 포인트 패턴 또는 랜덤 포인트 패턴; 적어도 하나의 소볼(Sobol) 패턴; 적어도 하나의 준주기(quasiperiodic) 패턴; 적어도 하나의 사전-공지된 특징을 포함하는 적어도 하나의 패턴; 적어도 하나의 규칙적인 패턴; 적어도 하나의 삼각형 패턴; 적어도 하나의 육각형 패턴, 특히 회전된 육각형 패턴 및/또는 변위된 육각형 패턴; 볼록한 균일한 타일링(tiling)을 포함하는 적어도 하나의 직사각형 패턴; 적어도 하나의 프린지(fringe) 패턴; 적어도 하나의 라인을 포함하는 적어도 하나의 라인 패턴; 평행 또는 교차 라인과 같은 적어도 2 개의 라인들을 포함하는 적어도 하나의 라인 패턴으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 패턴을 포함하는, 검출기.
실시예 111: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 광학 센서는 적어도 하나의 반사 패턴을 결정하도록 구성되고, 상기 평가 장치는 상기 반사 패턴의 적어도 하나의 특징을 선택하고 상기 몫 신호 Q를 평가함으로써 상기 반사 패턴의 선택된 특징의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성된, 검출기.
실시예 112: 선행하는 25 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기는 적어도 하나의 전사 장치를 추가로 포함하고, 상기 전사 장치는 상기 광빔을 상기 광학 센서 상으로 유도하도록 구성된, 검출기.
실시예 113: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 전사 장치는, 적어도 하나의 렌즈 예를 들어 적어도 하나의 초점-조정가능한 렌즈, 적어도 하나의 비구면 렌즈, 적어도 하나의 구면 렌즈, 적어도 하나의 프레즈넬(Fresnel) 렌즈; 적어도 하나의 회절 광학 요소; 적어도 하나의 오목 거울; 적어도 하나의 빔 편향 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 거울; 적어도 하나의 회절 광학 요소; 적어도 하나의 프레즈넬 렌즈; 적어도 하나의 빔 분할 요소, 바람직하게는 빔 분할 큐브 또는 빔 분할 거울 중 적어도 하나; 적어도 하나의 다중-렌즈 시스템으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 렌즈 중 하나 이상을 포함하는, 검출기.
실시예 114: 적어도 하나의 피사체의 위치를 결정하기 위한 검출기로서, 상기 검출기가,
- 제 1 감광성 영역을 갖는 적어도 하나의 제 1 광학 센서(여기서, 상기 제 1 광학 센서는 상기 피사체로부터 상기 검출기까지 전파하는 광빔에 의해 제 1 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 1 센서 신호를 생성하도록 구성됨);
- 적어도 하나의 제 2 광학 센서(이는,
o 제 2 감광성 영역을 형성하는 적어도 하나의 형광성 도파관 시트(여기서, 상기 형광성 도파관 시트는 피사체로부터 검출기를 향해 전파하는 적어도 하나의 광빔이 제 2 감광성 영역에 적어도 하나의 광 스폿을 생성하도록 피사체를 향하여 배향되고, 상기 형광성 도파관 시트는 적어도 하나의 형광성 물질을 포함하고, 상기 형광성 물질은 상기 광빔에 의한 조명에 응답하여 형광 광을 발생시키도록 구성됨); 및
o 상기 형광성 도파관 시트에 의해 상기 광 스폿으로부터 상기 감광성 요소를 향해 안내된 형광 광을 검출할 수 있고 상기 광빔에 제 2 감광성 영역의 조명에 대한 응답으로 적어도 하나의 제 2 센서 신호를 생성할 수 있는 형광성 도판관 시트의 적어도 하나의 엣지에 위치된 적어도 하나의 감광성 요소(여기서, 상기 제 1 감광성 영역은 상기 제 2 감광성 영역보다 작음)를 가짐); 및
- 상기 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가함으로써 상기 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치를 갖는 검출기.
실시예 115: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 감광성 요소는, 상기 형광성 도파관 시트의 코너; 상기 형광성 도파관 시트의 직선 엣지(edge), 예를 들어 직선 림(rim) 부분 중 적어도 하나에 위치된, 검출기.
실시예 116: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 감광성 요소는, 상기 형광성 도파관 시트로부터 상기 형광성 도파관 시트에 의해 안내되는 상기 형광 광을 적어도 부분적으로 커플링하도록 구성된 적어도 하나의 광학적 커플링 요소에 의해 상기 형광성 도파관 시트에 광학적으로 커플링된, 검출기.
실시예 117: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 광학적 커플링 요소는 상기 형광성 도파관 시트로부터 커플링된 상기 형광 광을 상기 감광성 요소 내로 적어도 부분적으로 커플링시키도록 구성된, 검출기.
실시예 118: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학적 커플링 요소는, 상기 감광성 요소를 상기 형광성 도파관 시트에 부착시키는 투명한 접착제의 일부; 상기 형광성 도파관 시트 내의 에칭된 부분; 상기 형광성 도파관 시트 내의 스크래치(scratch); 및 프리즘(prism)으로 이루어진 군으로부터 선택된, 검출기.
실시예 119: 선행하는 5 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 1 광학 센서 및 상기 적어도 하나의 제 2 광학 센서의 적어도 하나의 감광성 요소는 본질적으로 동일한 커패시턴스(capacitance)를 갖는, 검출기.
실시예 120: 선행하는 6 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는, 제 1 및 제 2 센서 신호를 분할함으로써, 복수의 제 1 및 제 2 센서 신호를 분할함으로써, 또는 제 1 및 제 2 센서 신호의 선형 조합을 분할함으로써 몫 신호 Q를 도출하도록 구성되고, 상기 평가 장치는 상기 몫 신호 Q를 평가함으로써 상기 종방향 좌표를 결정하도록 구성된, 검출기.
실시예 121: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 평가 장치는, 몫 신호 Q와 종방향 좌표 사이에 적어도 하나의 사전-결정된 관계를 사용하도록 구성된, 검출기.
실시예 122: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 사전-결정된 관계는 경험적 관계, 반-경험적 관계 및 분석적으로 유도된 관계 중 하나 이상인, 검출기.
실시예 123: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는 상기 사전-결정된 관계를 저장하기 위한 적어도 하나의 데이터 저장 장치를 포함하는, 검출기.
실시예 124: 선행하는 4 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는 적어도 하나의 분배기를 포함하고, 상기 분배기는 상기 몫 신호를 도출하도록 구성된, 검출기.
실시예 125: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 분배기는 소프트웨어 분배기 또는 하드웨어 분배기 중 하나 또는 둘 모두로서 완전히 또는 부분적으로 구현된, 검출기.
실시예 126: 선행하는 12 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1 광학 센서는 상기 제 2 광학 센서의 전방에 배치되어, 바람직하게는 상기 광빔이, 주어진 순서대로, 상기 제 1 광학 센서 및 그 이후의 제 2 광학 센서를 조명하도록 배치된, 검출기.
실시예 127: 선행하는 13 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 2 광학 센서는, 상기 형광성 도파관 시트에 의해 상기 광 스폿으로부터 상기 감광성 요소를 향해 유도된 형광 광을 검출할 수 있고 적어도 하나의 센서 신호를 각각 생성할 수 있는 상기 형광성 도파관 시트의 적어도 두 엣지에 위치된 적어도 2 개, 바람직하게는 적어도 3 개, 가장 바람직하게는 적어도 4 개의 감광성 요소를 포함하는, 검출기.
실시예 128: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 적어도 2 개의 감광성 요소는, 상기 형광성 도파관 시트의 적어도 2 개의 직선 엣지, 예를 들어, 직선 림 부분, 상기 형광성 도파관 시트의 적어도 2 개의 코너, 상기 형광성 도파관 시트의 적어도 하나의 코너 및 상기 형광성 도파관 시트의 적어도 하나의 직선 엣지 중 적어도 하나에 위치된, 검출기.
실시예 129: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 평가 장치는 상기 적어도 2 개의 감광성 요소의 센서 신호를 합산하여 합산 신호 S를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 합산 장치를 포함하는, 검출기.
실시예 130: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 합산 신호는 식
Figure pct00071
을 사용하여 도출되며, 상기 식에서, si는 i = 1 ... N인 센서 신호를 나타내고, N은 감광성 요소의 개수를 나타내는 양의 정수 또는 보다 작은 양의 정수를 나타내고, ci는 각각의 보정 계수인, 검출기.
실시예 131: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는 제 1 센서 신호, 제 2 센서 신호들의 합산 신호(S) 및 종방향 좌표(z) 사이의 적어도 하나의 사전-결정된 관계를 이용함으로써 상기 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성된, 검출기.
실시예 132: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는 상기 감광성 요소의 센서 신호를 평가함으로써 상기 피사체의 적어도 하나의 횡방향 좌표 x, y를 결정하도록 추가로 구성된, 검출기.
실시예 133: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 평가 장치는 상기 감광성 요소들 중 적어도 2 개에 의해 생성된 제 2 센서 신호들 사이에 적어도 하나의 차분 신호 D를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 감산 장치를 포함하는, 검출기.
실시예 134: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 제 2 센서 신호는 적어도 하나의 제 2 센서 신호(s21) 및 적어도 하나의 제 2 센서 신호(s22)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 차분 신호(D)는 aㆍs21-bㆍs22에 비례하며, 여기서 a, b는 실수 계수이고, 바람직하게는 a = 1 및 b = 1인, 검출기.
실시예 135: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 차분 신호(D)는 식 D = (aㆍs21-bㆍs22)/(aㆍs21 + bㆍs22)에 따라 유도되는 것인, 검출기.
실시예 136: 선행하는 3 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 감산 장치는 상기 피사체의 적어도 하나의 제 1 횡방향 좌표 x를 도출하는 적어도 하나의 제 1 차분 신호 Dx를 형성하도록 구성되고, 상기 감산 장치는 상기 피사체의 적어도 하나의 제 2 횡방향 좌표 y를 도출하는 적어도 하나의 제 2 차분 신호 Dy를 형성하도록 추가로 구성된, 검출기.
실시예 137: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 제 1 차분 신호(Dx)는 제 1 차원에서 상기 도파관 시트의 대향하는 엣지들 예를 들어 대향하는 림 부분들 및/또는 코너들에 위치된 적어도 2 개의 감광성 요소들의 적어도 2 개의 제 2 센서 신호들(sx1, sx2)로부터 생성되고, 상기 제 2 차분 신호(Dy)는 제 2 차원에서 상기 도파관 시트의 대향하는 엣지들 예를 들어 대향하는 림 부분들 및/또는 코너들에 위치된 적어도 2 개의 감광성 요소들의 적어도 2 개의 제 2 센서 신호들(sy1, sy2)로부터 생성된, 검출기.
실시예 138: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 1 차분 신호(Dx)는 식 Dx = (a·sx1-b·sx2)/(a·sx1 + b·sx2)에 따라 유도되고, 상기 적어도 하나의 제 2 차분 신호 Dy는 식 Dy = (c·sy1-d·sy2)/(c·sy1 + d·sy2)에 따라 유도되고, 여기서 a, b, c, d는 실수 계수이고, 바람직하게는 a=1, b=1, c=1 및 d=1인, 검출기.
실시예 139: 선행하는 11 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 감광성 요소는 상기 형광성 도파관 시트의 대향하는 엣지들 예컨대 대향하는 림 부분들 및/또는 코너들에 위치된 적어도 2 개의 감광성 요소를 포함하는, 검출기.
실시예 140: 선행하는 12 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 감광성 요소는 좌표계의 제 1 차원에서 상기 형광성 도파관 시트의 대향하는 엣지들 예컨대 대향하는 림 부분들 및/또는 코너들에 위치된 적어도 하나의 제 1 쌍의 감광성 요소를 포함하고, 상기 감광성 요소는 좌표계의 제 2 차원에서 상기 형광성 도파관 시트의 대향하는 엣지들 예컨대 대향하는 림 부분들 및/또는 코너들에 위치된 적어도 하나의 제 2 쌍의 감광성 요소를 추가로 포함하는, 검출기.
실시예 141: 선행하는 27 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 2 감광성 영역은 균질한 감광성 영역인, 검출기.
실시예 142: 선행하는 28 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 제 2 감광성 영역은 적어도 5 mm2, 바람직하게는 적어도 10 mm2, 보다 바람직하게는 적어도 100 mm2, 보다 바람직하게는 적어도 400 mm2의 표면적을 갖는, 검출기.
실시예 143: 선행하는 29 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광성 도파관 시트는 적어도 하나의 평면 시트를 포함하는, 검출기.
실시예 144: 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광성 도파관는 10 ㎛ 내지 3 ㎜, 바람직하게는 100 ㎛ 내지 1 ㎜, 예를 들어 50 ㎛ 내지 2 ㎜의 두께를 갖는, 검출기.
실시예 145: 선행하는 31 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광성 도파관 시트는 가요성(flexible) 또는 변형성(deformable)인, 검출기.
실시예 146: 선행하는 32 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광성 도파관 시트는 적어도 하나의 매트릭스 물질을 포함하고, 상기 적어도 하나의 형광성 물질은 상기 매트릭스 물질에 혼합되거나, 상기 매트릭스 물질에 분산되거나, 상기 매트릭스 물질에 화학적으로 결합되거나 또는 상기 매트릭스 물질에 용해된 것 중 하나 이상인, 검출기.
실시예 147: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 매트릭스 물질은 적어도 하나의 플라스틱 물질을 포함하는, 검출기.
실시예 148: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 플라스틱 물질은 적어도 하나의 중합체 물질을 포함하는, 검출기.
실시예 149: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 플라스틱 물질은 폴리카보네이트, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리비닐클로라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는, 검출기.
실시예 150: 선행하는 36 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광성 물질은 적어도 하나의 형광성 염료를 포함하는, 검출기.
실시예 151: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 형광성 염료는 적어도 하나의 유기 형광성 염료를 포함하는, 검출기.
실시예 152: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광성 염료는, 잔텐 유도체,　바람직하게는 플루오레세인, 로다민, 오레곤 그린, 에오신, 텍사스 레드 또는 이들의 임의의 성분의 유도체 중 하나 이상; 시아닌 유도체, 바람직하게는 시아닌, 인도카보시아닌, 옥시카보시아닌, 티아카보시아닌, 메로시아닌 또는 이들의 임의의 성분의 유도체 중 하나 이상; 스쿠아렌 유도체 또는 고리-치환된 스쿠아렌, 바람직하게는 세타(Seta), 세타우(SeTau) 및 스퀘어(Square) 염료 또는 이들의 임의의 성분의 유도체 중 하나 이상; 나프탈렌 유도체, 바람직하게는 이의 단실 또는 프로단 유도체 중 하나 이상; 쿠마린 유도체; 옥사디아졸 유도체, 바람직하게는 피리딜옥사졸, 니트로벤즈옥사디아졸, 벤즈옥사디아졸 또는 이들의 임의의 성분의 유도체 중 하나 이상; 안트라센 유도체, 바람직하게는 안트라퀴논, DRAQ5, DRAQ7, CyTRAK 오렌지 또는 이들의 임의의 성분의 유도체 중 하나 이상; 피렌 유도체, 바람직하게는 캐스케이드 블루; 옥사진 유도체, 바람직하게는 나일 레드, 나일 블루, 크레실 바이올렛, 옥사진 170 또는 이들의 임의의 성분의 유도체 중 하나 이상; 아크리딘 유도체, 바람직하게는 프로플라빈, 아크리딘 오렌지, 아크리딘 옐로우 또는 이들의 임의의 성분의 유도체 중 하나 이상; 아릴메틴 유도체, 바람직하게는 오라민, 크리스탈 바이올렛, 말라카이트 그린 또는 이들의 임의의 성분의 유도체 중 하나 이상; 테트라피롤 유도체, 바람직하게는 포르핀, 프탈로시아닌, 빌리루빈 중 하나 이상; 릴렌 염료 또는 이의 임의의 유도체, 예컨대 페릴렌 염료; 나프탈렌 이미드 또는 페릴렌 이미드; WO 2012/168395 A1에 개시된 바와 같은 나프토일렌 벤즈이미다졸 염료; 또는 이들의 임의의 성분의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된, 검출기.
실시예 153: 선행하는 39 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 감광성 요소는 상기 형광성 도파관 시트의 엣지의 적어도 하나의 세그먼트를 따라 연장되는 적어도 하나의 연장된 감광성 요소를 포함하는, 검출기.
실시예 154: 선행하는 40 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광성 도파관 시트는 직사각형 형광성 도파관 시트, 바람직하게는 정사각형 형광성 도파관 시트이고, 상기 감광성 요소는 상기 형광성 도파관 시트의 각각의 4 개의 엣지들 예컨대 각각의 4 개의 림 부분들 및/또는 코너들에 위치된, 검출기.
실시예 155: 선행하는 41 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기는 적어도 하나의 광학 필터 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 광학 단파장-통과 필터(short-pass filter)를 추가로 포함하는, 검출기.
실시예 156: 선행하는 42 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 제 1 및 제 2 광학 센서는 상기 검출기의 하나의 동일한 빔 경로에 선형으로 배치된, 검출기.
실시예 157: 선행하는 실시예에 있어서, 제 1 및 제 2 광학 센서는 상기 검출기의 광축에 대해 동심원상으로 배치된, 검출기.
실시예 158: 선행하는 44 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 제 1 광학 센서는 상기 제 2 광학 센서의 전방에 배치되고, 상기 제 1 감광성 영역의 표면적의 제곱근의 5 배 이하로 상기 제 2 광학 센서로부터 이격된, 검출기.
실시예 159: 선행하는 45 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 제 1 광학 센서는 제 2 광학 센서의 전방에 배치되고, 제 2 광학 센서로부터 50 mm 이하, 바람직하게는 15 mm 이하로 이격된, 검출기.
실시예 160: 선행하는 46 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 제 2 감광성 영역은 제 1 감광성 영역에 비해 적어도 2 배, 보다 바람직하게는 적어도 3 배, 가장 바람직하게는 적어도 5 배 더 큰, 검출기.
실시예 161: 선행하는 47 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 제 1 감광성 영역은 1 mm2 내지 150 mm2, 보다 바람직하게는 10 mm2 내지 100 mm2의 표면적을 갖는, 검출기.
실시예 162: 선행하는 48 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 제 2 감광성 영역은 160 mm2 내지 1000 mm2, 보다 바람직하게는 200 mm2 내지 600 mm2의 표면적을 갖는, 검출기.
실시예 163: 선행하는 49 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 제 1 및 제 2 광학 센서는 각각, 적어도 측정 범위 내에서, 선형 신호 특성을 가짐으로써, 각각의 제 1 및 제 2 센서 신호가 각각의 광학 센서의 조명의 총 전력에 의존하고, 상기 조명의 광 스폿의 직경과는 독립적인, 검출기.
실시예 164: 선행하는 50 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1 광학 센서는 반도체 센서, 바람직하게는 무기 반도체 센서, 보다 바람직하게는 광다이오드, 가장 바람직하게는 규소 광다이오드인, 검출기.
실시예 165: 선행하는 51 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1 광학 센서는 단일의 감광성 영역을 갖는 균일한 센서인, 검출기.
실시예 166: 선행하는 52 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기는 상기 피사체를 조명하기 위한 조명원을 추가로 포함하는, 검출기.
실시예 167: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 조명원은 상기 피사체를 조명하기 위한 조명 광빔을 생성하도록 구성되고, 상기 검출기는 상기 조명 광빔이 상기 검출기의 광축을 따라 상기 검출기로부터 상기 피사체를 향해 전파하도록 구성된, 검출기.
실시예 168: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 검출기는 사기 조명 광빔을 광축 상으로 편향시키기 위해 적어도 하나의 반사성 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 프리즘을 포함하는, 검출기.
실시예 169: 선행하는 55 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기는 적어도 하나의 전사 장치를 추가로 포함하고, 상기 전사 장치는 상기 광빔을 상기 광학 센서 상으로 유도하도록 구성된, 검출기.
실시예 170: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 전사 장치는, 적어도 하나의 렌즈, 적어도 하나의 초점-조정가능한 렌즈, 적어도 하나의 구면 렌즈, 적어도 하나의 비구면 렌즈, 적어도 하나의 프레즈넬(Fresnel) 렌즈; 적어도 하나의 회절 광학 요소; 적어도 하나의 빔 편향 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 거울; 적어도 하나의 빔 분할 요소, 바람직하게는 빔 분할 큐브 또는 빔 분할 거울 중 적어도 하나; 적어도 하나의 다중-렌즈 시스템 중 하나 이상을 포함하는, 검출기.
실시예 171: 선행하는 57 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1 감광성 영역은, 상기 광빔의 전파 방향으로, 상기 제 2 감광성 영역과 중첩된, 검출기.
실시예 172: 적어도 하나의 피사체의 위치를 결정하기 위한 검출기로서, 상기 검출기가,
- 피사체로부터 검출기를 향해 전파하는 입사 광빔의 입사각에 의존하는 적어도 하나의 빔 프로파일을 갖고 각 의존성 광학 요소를 조명하는 적어도 하나의 투과 광빔을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 각 의존성 광학 요소;
- 적어도 2 개의 광학 센서로서, 각각의 광학 센서가 적어도 하나의 감광성 영역을 가지며, 각각의 광학 센서가 상기 각 의존성 광학 요소에 의해 발생된 광빔에 의한 그 각각의 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된, 적어도 2 개의 광학 센서;
- 상기 센서 신호로부터 몫 신호 Q를 평가함으로써 상기 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치를 포함하는, 검출기.
실시예 173: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 각 의존성 광학 요소는, 적어도 하나의 광섬유, 특히 적어도 하나의 다중-분기된 광섬유, 특히 적어도 하나의 이중-분기된 광섬유; 적어도 하나의 회절 광학 요소, 적어도 하나의 각 의존성 반사성 요소, 적어도 하나의 회절 격자 요소, 특히 블레이즈 격자 요소; 적어도 하나의 개구 조리개; 적어도 하나의 렌즈 어레이, 특히 적어도 하나의 마이크로렌즈 어레이; 적어도 하나의 광학 필터; 적어도 하나의 편광 필터; 적어도 하나의 밴드패스 필터; 적어도 하나의 액정 필터, 특히 액정 튜너블 필터; 적어도 하나의 단파장-통과 필터; 적어도 하나의 장파장-통과 필터; 적어도 하나의 노치 필터; 적어도 하나의 간섭 필터; 적어도 하나의 투과 격자; 적어도 하나의 비선형 광학 요소, 특히 하나의 복굴절 광학 요소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 광학 요소를 포함하는, 검출기.
실시예 174: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기는 적어도 하나의 전사 장치를 포함하고, 상기 전사 장치는 상기 피사체로부터 상기 검출기로 진행하는 적어도 하나의 입사 광빔에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이를 갖는, 검출기.
실시예 175: 선행하는 3 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기는 상기 피사체를 조명하기 위한 조명원을 추가로 포함하는, 검출기.
실시예 176: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 조명원은 상기 각 의존성 광학 요소를 통해 피사체를 조명하도록 구성된, 검출기.
실시예 177: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조명원 및 상기 각 의존성 광학 요소는 상기 피사체로부터 상기 전사 장치 뒤의 검출기로 진행하는 광빔의 전파 방향으로 배치된, 검출기.
실시예 178: 선행하는 3 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 조명원과 상기 광학 센서 사이의 상기 검출기의 광축에 수직인 거리가 작은, 검출기.
실시예 179: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 조명원과 상기 광학 센서 사이의 상기 검출기의 광축에 수직인 거리가 0.1 m 미만, 바람직하게는 0.05 m 미만, 보다 바람직하게는 0.025 m 미만인, 검출기.
실시예 180: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 각 의존성 광학 요소는 광섬유이고, 상기 조명원은 상기 광섬유를 통해 안내되고, 상기 조명원은 적어도 하나의 조명 빔을 생성하도록 구성되고, 상기 조명 빔은 상기 전사 장치의 반경보다 작은 기준선 내에서 상기 전사 장치 뒤의 광섬유를 나가며, 상기 조명 빔을 안내하는 광섬유는 굴절률 차가 큰 계면에서의 반사를 감소시키기 위해 상기 전사 장치에 부착될 수 있는, 검출기.
실시예 181: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 광섬유는 중합체, 글루 또는 다른 부착 수단 중 하나 이상에 의해 상기 전사 장치에 부착된, 검출기.
실시예 182: 선행하는 4 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 조명원과 상기 광학 센서 사이의 상기 검출기의 광축에 수직인 거리가 상기 전사 장치의 반경보다 작은, 검출기.
실시예 183: 선행하는 11 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는, 센서 신호들을 분할하고, 복수의 센서 신호들을 분할하고, 센서 신호들의 선형 조합을 분할하는 것들 중 하나 이상에 의해 몫 신호 Q를 도출하도록 구성된, 검출기.
실시예 184: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 평가 장치는, 몫 신호 Q와 종방향 좌표 사이에 적어도 하나의 사전-결정된 관계를 사용하여 종방향 좌표를 결정하도록 구성된, 검출기.
실시예 185: 선행하는 13 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는 상기 몫 신호 Q를 다음과 같이 유도하도록 구성되며,
Figure pct00072
상기 식에서, x 및 y는 횡방향 좌표이고, A1 및 A2는 상기 광학 센서의 센서 위치에서의 빔 프로파일의 영역이고, E(x, y, z0)는 피사체 거리 zo에서 주어진 빔 프로파일을 나타내는, 검출기.
실시예 186: 선행하는 14 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는 적어도 하나의 분배기를 포함하고, 상기 분배기는 상기 몫 신호를 도출하도록 구성된, 검출기.
실시예 187: 선행하는 15 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학 센서는 초점을 벗어나 위치된, 검출기.
실시예 188: 선행하는 16 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 각각의 상기 센서 신호들은 상기 각 의존성 광학 요소에 의해 생성된 광빔의 적어도 하나의 빔 프로파일 영역의 적어도 하나의 정보를 포함하는, 검출기.
실시예 189: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일; 삼각형 빔 프로파일; 원추형 빔 프로파일; 및 가우시안(Gaussian) 빔 프로파일들의 선형 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된, 검출기.
실시예 190: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 감광성 영역들은 제 1 센서 신호가 상기 빔 프로파일들의 제 1 영역의 정보를 포함하고 제 2 센서 신호가 상기 빔 프로파일의 제 2 영역의 정보를 포함하도록 배열되고, 상기 빔 프로파일의 제 1 영역 및 상기 빔 프로파일의 제 2 영역은 인접한 또는 중첩된 영역들 중 하나 또는 둘 다인, 검출기.
실시예 191: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 평가 장치는 상기 빔 프로파일의 제 1 영역 및 상기 빔 프로파일의 제 2 영역을 결정하도록 구성된, 검출기.
실시예 192: 선행하는 4 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 빔 프로파일의 제 1 영역은 본질적으로 상기 빔 프로파일의 엣지(edge) 정보를 포함하고, 상기 빔 프로파일의 제 2 영역은 본질적으로 상기 빔 프로파일의 중심 정보를 포함하는, 검출기.
실시예 193: 선행하는 20 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 엣지 정보는 상기 빔 프로파일의 제 1 영역 내의 광자 수에 관한 정보를 포함하고, 상기 중심 정보는 상기 빔 프로파일의 제 2 영역 내의 광자 수에 관한 정보를 포함하는, 검출기.
실시예 194: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 피사체로부터 상기 검출기로 전파하는 광빔은 적어도 하나의 라인 패턴으로 상기 광학 센서를 조명하고, A1은 광학 센서 상의 라인 패턴의 전체 선폭을 갖는 영역에 대응하고, A2는 광학 센서 상의 라인 패턴의 중심 영역인, 검출기.
실시예 195: 선행하는 4 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 피사체로부터 상기 검출기로 전파하는 광빔은 적어도 하나의 포인트 패턴으로 상기 광학 센서를 조명하고, A1은 광학 센서 상의 포인트 패턴의 포인트의 전체 반경을 갖는 영역에 대응하고, A2는 광학 센서 상의 포인트 패턴의 포인트의 중심 영역인, 검출기.
실시예 196: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치는 상기 엣지 정보 및 상기 중심 정보를 분할하고, 복수의 상기 엣지 정보 및 중심 정보를 분할하고, 상기 엣지 정보와 상기 중심 정보의 선형 조합을 분할하는 것들 중 하나 이상에 의해 몫 신호 Q를 도출하도록 구성된, 검출기.
실시예 197: 선행하는 23 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기는 광학 센서들의 매트릭스를 갖는 적어도 하나의 센서 요소를 가지며, 상기 광학 센서들은 각각 감광성 영역을 가지고, 각각의 광학 센서는 각 의존성 광학 요소에 의해 생성된 광빔에 의해 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성된, 검출기.
실시예 198: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 평가 장치는 몫 신호 Q를 하기에 의해 평가하도록 구성된, 검출기:
a) 가장 높은 센서 신호를 갖고 적어도 하나의 중심 신호를 형성하는 적어도 하나의 광학 센서를 결정하는 것에 의해;
b) 매트릭스의 광학 센서의 센서 신호를 평가하고 적어도 하나의 합산 신호를 형성하는 것에 의해;
c) 중심 신호 및 합산 신호를 조합하여 적어도 하나의 조합된 신호를 결정하는 것에 의해; 그리고
D) 상기 조합된 신호를 평가함으로써 상기 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하는 것에 의해.
실시예 199: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 중심 신호는, 가장 높은 센서 신호; 가장 높은 센서 신호로부터 사전 결정된 허용오차 범위 내에 있는 센서 신호 그룹의 평균; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 및 인접한 광학 센서들의 사전 결정된 그룹을 함유하는 광학 센서들의 그룹으로부터의 센서 신호들의 평균; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 및 인접한 광학 센서들의 사전 결정된 그룹을 함유하는 광학 센서들의 그룹으로부터의 센서 신호들의 합; 가장 높은 센서 신호로부터의 사전 결정된 허용오차 범위 내에 있는 센서 신호들의 그룹의 합; 사전 결정된 임계 값을 초과하는 센서 신호의 그룹의 평균; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 및 인접한 광학 센서들의 사전 결정된 그룹을 함유하는 광학 센서들의 그룹으로부터의 센서 신호들의 적분; 가장 높은 센서 신호로부터의 사전 결정된 허용오차 범위 내에 있는 센서 신호들의 그룹의 적분; 및 사전 결정된 임계 값을 초과하는 센서 신호의 그룹의 적분으로 이루어진 군으로부터 선택된, 검출기.
실시예 200: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 합산 신호는, 매트릭스의 모든 센서 신호에 대한 평균; 매트릭스의 모든 센서 신호들의 합; 매트릭스의 모든 센서 신호들의 적분; 중심 신호에 기여하는 광학 센서들로부터의 센서 신호들을 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호들에 대한 평균; 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터의 센서 신호를 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호들의 합; 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터의 센서 신호를 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호들의 적분; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터 사전 결정된 범위 내의 광학 센서들의 센서 신호들의 합; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터의 사전 결정된 범위 내의 광학 센서의 센서 신호들의 적분; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터의 사전 결정된 범위 내에 위치되는 광학 센서의 특정 임계값 초과의 센서 신호들의 합; 및 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터 사전 결정된 범위 내에 위치되는 광학 센서의 특정 임계값 초과의 센서 신호들의 적분으로 이루어진 군으로부터 선택된, 검출기.
실시예 201: 선행하는 3 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 조합된 신호는, 중심 신호와 합산 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 복수의 중심 신호와 복수의 합산 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 중심 신호의 선형 조합과 합산 신호의 선형 조합의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 중심 신호와 합산 신호의 제 1 선형 조합과 중심 신호와 합산 신호의 제 2 선형 조합의 몫을 형성하는 단계 중 하나 이상에 의해 도출된 몫 신호 Q인, 검출기.
실시예 202: 선행하는 27 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 각각의 감광성 영역은 기하학적 중심을 가지며, 상기 광학 센서의 기하학적 중심은 상이한 공간 오프셋에 의해 상기 검출기의 광축으로부터 이격되고, 각각의 광학 센서는 각 의존성 광학 요소에 의해 생성된 광빔에 의해 그 각각의 감광성 영역의 조명에 응답하여 센서 신호를 생성하도록 구성된, 검출기.
실시예 204: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 광학 센서는 센서 어레이의 일부이고, 상기 센서 어레이의 기하학적 중심은 상기 광축으로부터 오프셋된, 검출기.
실시예 205: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 센서 어레이는 상기 광축에 대해 이동가능한, 검출기.
실시예 206: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 평가 장치는, 먼저, 센서 신호를 이용하여 센서 어레이 상의 광빔에 의해 생성된 광 스폿의 횡방향 위치를 결정하고, 둘째로, 상기 광 스폿이 중심-이탈될 때까지 상기 광축에 대해 상기 센서 어레이를 이동시키도록 구성된, 검출기.
실시예 207: 선행하는 4 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학 센서는, 사분원 다이오드의 기하학적 중심이 상기 검출기의 광축으로부터 중심-이탈된 바이셀(bi-cell) 또는 사분원(quardrant) 다이오드의 부분 다이오드인, 검출기.
실시예 208: 적어도 하나의 피사체의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템으로서, 상기 검출기 시스템은 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 상기 검출기 시스템은 상기 검출기를 향해 적어도 하나의 광빔을 지향시키도록 구성된 적어도 하나의 비콘(beacon) 장치를 추가로 포함하며, 여기서 상기 비콘 장치는 피사체에 부착가능하고, 피사체에 의해 보유가능하며, 피사체에 통합가능한 것들 중 적어도 하나인, 검출기 시스템.
실시예 209: 사용자와 기계 사이에 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스로서, 상기 인간-기계 인터페이스는 선행하는 실시예에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함하고, 상기 적어도 하나의 비콘 장치는 사용자에게 직접적으로 또는 간접적으로 부착되고 사용자에 의해 유지되는 것 중 적어도 하나가 되도록 구성되고, 상기 인간-기계 인터페이스는 상기 검출기 시스템에 의해 사용자의 적어도 하나의 위치를 결정하도록 설계되고, 상기 인간-기계 인터페이스는 적어도 하나의 정보 항목을 상기 위치에 할당하도록 설계된, 인간-기계 인터페이스.
실시예 210: 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치로서, 상기 엔터테인먼트 장치는 선행 실시예에 따른 적어도 하나의 인간-기계 인터페이스를 포함하고, 상기 엔터테인먼트 장치는 인간-기계 인터페이스에 의해 플레이어에 의해 적어도 하나의 정보 항목이 입력될 수 있도록 설계되고, 상기 엔터테인먼트 장치는 상기 정보에 따라 상기 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 설계된, 엔터테인먼트 장치.
실시예 211: 적어도 하나의 이동가능한 피사체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템으로서, 상기 추적 시스템은 검출기 시스템을 참조하는 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함하고, 상기 추적 시스템은 적어도 하나의 트랙 제어기를 추가로 포함하고, 상기 트랙 제어기는 특정 시점에서 상기 피사체의 일련의 위치를 추적하도록 구성된, 추적 시스템.
실시예 212: 풍경의 깊이 프로파일을 결정하기 위한 스캐닝 시스템으로서, 상기 스캐닝 시스템은 검출기를 참조하는 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 상기 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 광빔으로 상기 풍경을 스캐닝하도록 구성된 적어도 하나의 조명원을 추가로 포함하는, 스캐닝 시스템.
실시예 213: 적어도 하나의 피사체를 이미징하기 위한 카메라로서, 상기 카메라는 검출기를 참조하는 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하는, 카메라.
실시예 214: 전자 장치에 사용하기 위한 관성 측정 유닛으로서, 상기 관성 측정 유닛은 검출기를 참조하는 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기에 의해 결정된 데이터를 수신하도록 구성되며, 상기 관성 측정 유닛은 또한, 휠 속도 센서, 선회율 센서, 경사 센서, 배향 센서, 운동 센서, 자기 수력학적 동적 센서, 힘 센서, 각도 센서, 각속도 센서, 자기장 센서, 자력계, 가속도계; 자이로스코프로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 추가의 센서에 의해 결정된 데이터를 수신하도록 구성되고, 상기 관성 측정 유닛은 상기 검출기 및 상기 적어도 하나의 추가 센서로부터의 데이터를, 공간 내 위치, 상대적 또는 절대적 운동, 회전, 가속도, 배향, 각도 위치, 경사, 선회율 및 속도로 이루어진 군으로부터 선택된 전자 장치의 적어도 하나의 특성을 평가함으로써 결정하도록 구성된, 관성 측정 유닛.
실시예 215: 검출기를 참조하는 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하는, 광학 저장 매체용 판독 장치.
실시예 216: 적어도 하나의 검출기를 사용하여 적어도 하나의 피사체의 위치를 결정하는 방법으로서,
- 감광성 영역을 각각 갖는 적어도 2 개의 광학 센서를 제공하는 단계(여기서, 각각의 광학 센서는 광빔에 의한 그 각각의 감광성 영역의 조명에 응답하여 센서 신호를 생성하도록 구성되며, 상기 검출기는 적어도 하나의 전사 장치를 가지며, 상기 전사 장치는 피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이를 가짐);
- 상기 피사체로부터 상기 검출기로 전파하는 광빔으로 상기 검출기의 적어도 2 개의 광학 센서의 각각의 감광성 영역을 조명함으로써, 각각의 상기 감광성 영역이 적어도 하나의 센서 신호를 생성하는 단계; 및
- 상기 센서 신호를 평가함으로써, 상기 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하는 단계(여기서, 상기 평가는 상기 센서 신호의 몫 신호 Q를 도출하는 것을 포함함)를 포함하는 방법.
실시예 217: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 피사체의 종방향 좌표 z는 피사체 평면 내의 피사체 크기와 독립적인 적어도 하나의 측정 범위에서 결정되는, 방법.
실시예 218: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 몫 신호 Q의 유도는, 센서 신호들을 분할하고, 복수의 센서 신호들을 분할하고, 센서 신호들의 선형 조합을 분할하는 것들 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
실시예 219: 방법을 참조하는 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법은, 피사체로부터 전사 장치까지의 종방향 거리(z0); 전사 장치의 초점 거리(f); 전사 장치의 출구 동공의 직경(Ex); 전사 장치로부터 감광성 영역까지의 종방향 거리(zs); 전사 장치로부터 피사체의 이미지까지의 거리(zi); 피사체 평면 내 피사체의 피사체 크기(O크기)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 파라미터를 조정함으로써 측정 범위를 조정하는 것을 포함하는, 방법.
실시예 220: 방법을 참조하는 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 전사 장치는 광축을 갖고, 상기 전사 장치는 좌표계를 구성하고, 상기 종방향 좌표(l)는 광축을 따른 좌표이고, d는 광축으로부터의 공간 오프셋이고, 상기 방법은 상기 광학 센서의 감광성 영역이 그 종방향 좌표, 그 공간 오프셋 또는 그 표면적 중 적어도 하나에서 서로 상이하도록 상기 광학 센서를 배열하는 것을 포함하는, 방법.
실시예 221: 방법을 참조하는 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 각각의 상기 센서 신호들은 상기 광빔의 적어도 하나의 빔 프로파일의 적어도 하나의 정보를 포함하고, 상기 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일; 삼각형 빔 프로파일; 원추형 빔 프로파일 및 가우시안 빔 프로파일의 선형 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 감광성 영역들은 제 1 센서 신호가 상기 빔 프로파일들의 제 1 영역의 정보를 포함하고 제 2 센서 신호가 상기 빔 프로파일의 제 2 영역의 정보를 포함하도록 배열되며, 상기 빔 프로파일의 제 1 영역 및 상기 빔 프로파일의 제 2 영역은 인접한 또는 중첩되는 영역들 중 하나 또는 둘 다인, 방법.
실시예 222: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 평가하는 단계는 상기 빔 프로파일의 제 1 영역 및 상기 빔 프로파일의 제 2 영역을 결정하는 것을 포함하는, 방법.
실시예 223: 선행하는 2 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 빔 프로파일의 제 1 영역은 본질적으로 상기 빔 프로파일의 엣지 정보를 포함하고, 상기 빔 프로파일의 제 2 영역은 본질적으로 상기 빔 프로파일의 중심 정보를 포함하고, 상기 엣지 정보는 상기 빔 프로파일의 제 1 영역 내의 광자 수에 관한 정보를 포함하고, 상기 중심 정보는 상기 빔 프로파일의 제 2 영역 내의 광자 수에 관한 정보를 포함하고, 상기 평가하는 단계는 상기 엣지 정보와 상기 중심 정보를 분할하고, 복수의 상기 엣지 정보와 상기 중심 정보를 분할하고, 상기 엣지 정보와 상기 중심 정보의 선형 조합을 분할하는 것들 중 하나 이상에 의해 몫 신호 Q를 도출하는 것을 포함하는, 방법.
실시예 224: 적어도 하나의 검출기를 사용하여 적어도 하나의 피사체의 위치를 결정하는 방법으로서,
- 피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔으로 검출기의 적어도 하나의 제 1 광학 센서의 적어도 하나의 제 1 감광성 영역을 조명함으로써 적어도 하나의 제 1 센서 신호를 생성하는 단계;
- 상기 광빔에 의해 상기 검출기의 적어도 하나의 제 2 광학 센서의 적어도 하나의 제 2 감광성 영역을 조명함으로써 적어도 하나의 제 2 센서 신호를 생성하는 단계(여기서, 상기 제 1 감광성 영역은 상기 제 2 감광성 영역보다 작음); 및
- 상기 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가함으로써, 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
실시예 225: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가하는 단계는, 제 1 및 제 2 센서 신호를 분할함으로써, 복수의 제 1 및 제 2 센서 신호를 분할함으로써, 또는 제 1 및 제 2 센서 신호의 선형 조합을 분할함으로써 몫 신호 Q를 도출하는 것을 포함하고, 상기 종방향 좌표를 결정하는 단계는 상기 몫 신호 Q를 평가하는 것을 포함하는, 방법.
실시예 226: 적어도 하나의 검출기를 사용하여 적어도 하나의 피사체의 위치를 결정하는 방법으로서,
- 피사체로부터 검출기로 전파하는 적어도 하나의 광빔으로 상기 검출기의 적어도 하나의 센서 요소를 조사하는 단계(여기서, 상기 검출기는 광학 센서들의 매트릭스를 가지며, 상기 광학 센서는 각각 감광성 영역을 가지며, 각각의 광학 센서는 상기 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성함); 및
- 상기 센서 신호들을 하기 a), b) 및 c)에 의해 평가하는 단계를 포함하는 방법:
a) 가장 높은 센서 신호를 갖고 적어도 하나의 중심 신호를 형성하는 적어도 하나의 광학 센서를 결정하는 것에 의해;
b) 매트릭스의 광학 센서의 센서 신호를 평가하고 적어도 하나의 합산 신호를 형성하는 것에 의해;
c) 중심 신호 및 합산 신호를 조합하여 적어도 하나의 조합된 신호를 결정하는 것에 의해; 그리고
d) 상기 조합된 신호를 평가함으로써 상기 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하는 것에 의해.
실시예 227: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 조합된 신호는, 중심 신호와 합산 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 복수의 중심 신호와 복수의 합산 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 중심 신호의 선형 조합과 합산 신호의 선형 조합의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 중심 신호와 합산 신호의 제 1 선형 조합과 중심 신호와 합산 신호의 제 2 선형 조합의 몫을 형성하는 단계 중 하나 이상에 의해 도출된 몫 신호 Q인, 방법.
실시예 228: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 종방향 좌표를 결정하는 단계는 몫 신호 Q를 평가하는 것을 포함하고, 상기 몫 신호를 평가하는 것은 상기 몫 신호 Q와 상기 종방향 좌표 사이에 적어도 하나의 사전-결정된 관계를 사용하여 종방향 좌표를 결정하는 것을 포함하는, 방법.
실시예 229: 선행하는 3 개의 실시예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 방법은 검출기를 참조하는 선행 실시예들 중 어느 하나에 따른 검출기를 이용하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 230: 적어도 하나의 검출기를 사용하여 적어도 하나의 피사체의 위치를 결정하는 방법으로서,
- 감광성 영역을 각각 갖는 적어도 2 개의 광학 센서를 제공하는 단계(여기서, 각각의 감광성 영역은 기하학적 중심을 가지며, 상기 광학 센서의 기하학적 중심은 상이한 이격에 의해 상기 검출기의 광축으로부터 이격되고, 각각의 광학 센서는 광빔에 의해 그 각각의 감광성 영역의 조명에 응답하여 센서 신호를 생성하도록 구성됨);
- 피사체로부터 검출기로 전파하는 광빔으로 상기 검출기의 적어도 2 개의 제 2 광학 센서의 적어도 2 개의 감광성 영역을 조명함으로써 적어도 2 개의 센서 신호를 생성하는 단계; 및
- 상기 적어도 2 개의 센서 신호들을 조합하여 상기 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정함으로써 상기 센서 신호들을 평가하는 단계를 포함하는 방법.
실시예 231: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 센서 신호들을 평가하는 단계는, 상기 센서 신호들을 분할하거나, 복수의 상기 센서 신호들을 분할하거나, 또는 상기 센서 신호들의 선형 조합을 분할하는 것들 중 하나 이상에 의해 몫 신호 Q를 도출하는 것을 포함하고, 상기 종방향 좌표를 결정하는 단계는 상기 몫 신호 Q를 평가하는 것을 포함하는, 방법.
실시예 232: 적어도 하나의 검출기를 사용하여 적어도 하나의 피사체의 위치를 결정하는 방법으로서,
- 적어도 하나의 각 의존성 광학 요소를 제공하고 입사각에 따라 적어도 하나의 빔 프로파일을 갖는 적어도 하나의 광빔을 생성하는 단계;
- 적어도 2 개의 광학 센서를 제공하는 단계로서, 각각의 광학 센서가 적어도 하나의 감광성 영역을 가지며, 각각의 광학 센서가 상기 각 의존성 광학 요소에 의해 발생된 광빔에 의한 그 각각의 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계되는, 단계;
- 상기 각 의존성 광학 요소에 의해 생성된 광빔에 의해 상기 검출기의 적어도 2 개의 광학 센서의 각각의 감광성 영역을 조명함으로써 각각의 상기 감광성 영역이 적어도 하나의 센서 신호를 생성하는 단계; 및
- 상기 센서 신호를 평가함으로써, 상기 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하는 단계로서, 상기 평가가 상기 센서 신호의 조합된 신호 Q를 도출하는 것을 포함하는, 단계를 포함하는 방법.
실시예 233: 선행하는 실시예에 있어서, 상기 조합된 신호 Q를 도출하는 것은, 상기 센서 신호들을 분할하고, 복수의 상기 센서 신호들을 분할하고, 상기 센서 신호들의 선형 조합을 분할하는 것들 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
실시예 234: 검출기를 참조하는 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 따른 검출기의, 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 적용례; 광학 데이터 저장 적용례; 보안 적용례; 감시 적용례; 안전 적용례; 인간-기계 인터페이스 적용례; 추적 적용례; 사진 적용례; 물류 적용례; 기계 비젼 적용례; 로봇 적용례; 품질 제어 적용례; 제조 적용례; 광학 데이터 저장 및 판독과 조합된 용도로 이루어진 군으로부터 선택되는 사용 목적을 위한 용도.
본 발명의 추가의 임의적인 사항 및 특징들은 종속 청구항들과 함께 후속하는 이하의 바람직한 예시적인 실시예들에 대한 기술로부터 명백하다. 이러한 맥락에서, 구체적인 특징들은 단독으로 또는 다른 특징들과 함께 구현될 수 있다. 본 발명은 예시적인 실시예들에 제한되지 않는다. 예시적인 실시예가 도면에 개략적으로 도시된다. 각 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 기능을 갖는 동일한 요소 또는 요소, 또는 그 기능과 관련하여 서로 상응하는 요소를 지칭한다.
특히, 도면에서,
도 1 및 2는 본 발명에 따른 검출기의 상이한 실시예들을 도시한다.
도 3은 광원의 다양한 강도에 대한 피사체의 종방향 좌표(z)의 함수로서의 몫 신호(Q)를 도시한다.
도 4는 다양한 표적 크기에 대한 피사체의 종방향 좌표(z)의 함수로서의 몫 신호(Q)를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 검출기, 검출기 시스템, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템, 스캐닝 시스템 및 카메라의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 6 및 7은 본 발명에 따른 검출기의 추가적인 상이한 실시예들을 도시한다.
도 8은 광학 센서의 매트릭스상의 광 스폿의 예 및 이의 평가를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 검출기, 검출기 시스템, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템, 스캐닝 시스템 및 카메라의 추가의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 10은 다양한 조명 강도에 대한 종방향 좌표(z)의 함수로서의 몫 신호(Q)의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 11 및 12는 본 발명에 따른 검출기의 추가의 상이한 실시예들을 도시한다.
도 13은 본 발명에 따른 검출기, 검출기 시스템, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템, 스캐닝 시스템 및 카메라의 추가의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 14는 검출기의 광축의 중심에서 벗어난 위치 및 사분원 다이오드상의 광 스폿을 도시한다.
도 15는 스태거링된 광학 센서를 갖는 검출기의 대안적인 실시예를 도시한다.
도 16 내지 18은 다양한 측정 조건 하에서 피사체의 종방향 좌표(z)의 함수로서 사분원 광다이오드의 2 개의 광다이오드의 2 개의 센서 신호들의 몫 신호 Q를 도시한다.
도 19a 및 19b는 축외 조명 광빔을 갖는 도 12의 실시예의 변형례를 도시한다.
도 19c 내지 19e는 광학 센서로서 바이셀을 갖는 도 19a에 따른 검출기 설정을 사용하는 2 개의 실험적 설정 및 실험적 결과 비교를 도시한다.
도 20 및 21은 본 발명에 따른 검출기의 추가의 상이한 실시예들을 도시한다.
도 22a 및 22b는 본 발명에 사용될 수 있는 제 2 광학 센서의 예시적인 실시예의 상이한 도면을 도시한다.
도 23은 도 22a 및 22b에 도시된 제 2 광학 센서의 감광성 영역 상에 광빔에 의해 생성된 광 스폿을 갖는 상면도를 도시한다.
도 24는 평가 장치의 또 하나의 예시적인 개략적인 설정을 도시한다.
도 25는 본 발명에 따른 검출기, 검출기 시스템, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템, 스캐닝 시스템 및 카메라의 추가의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 26a 및 26b는 본 발명에 사용될 수 있는 제 2 광학 센서의 대안적인 실시예를 도시한다.
도 27a 및 27b는 본 발명에 따른 검출기의 또 하나의 예시적인 실시예들을 도시한다.
도 28은 본 발명에 따른 검출기에 의한 거리 측정의 실험 결과를 도시한다.
도 29는 본 발명에 따른 검출기의 또 하나의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 30은 센서 요소에 충돌하는 예시적인 포인트 클라우드를 도시한다.
도 31a 내지 31o는 본 발명에 따른 광학 센서들의 또 하나의 예시적인 구성들을 도시한다.
도 32는 상이한 피사체 크기에 대한 종방향 좌표(z)의 결정의 실험 결과를 도시한다.
도 33a 및 33b는 예시적인 빔 프로파일 및 빔 프로파일의 제 1 영역 및 제 2 영역의 결정을 도시한다.
도 34는 검출기의 또 하나의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 35는 본 발명에 따른 검출기의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 36은 다중-분기된 광섬유를 갖는 실시예를 도시한다.
도 37은 도 36의 광섬유를 절단하여 나타낸 것이다.
도 38은 각 의존성 광학 요소의 각 의존성 투과도를 가시화한다.
도 39는 일정한 조사된 전력에서의 광섬유의 각 의존성 투과력을 도시한다.
도 40a 및 40b는 거리 측정의 실험 결과를 도시한다.
도 41은 본 발명에 따른 검출기, 검출기 시스템, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템, 스캐닝 시스템 및 카메라의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 42는 라인 패턴을 사용하여 종방향 좌표 z를 결정하는 실시예를 도시한다.
도 43은 전산 광선 추적을 사용하여 1 차원 경우에 대한 피사체 크기 독립성에 대한 시뮬레이션 테스트를 도시한다.
도 44a 및 44b는 소정 각도
Figure pct00073
의 라인을 따라 그리고 좌표의 원점으로부터의 거리
Figure pct00074
및 광학 센서의 매트릭스상의 라돈 변환 상이한 이미지 영역을 따라 단면으로 세분된 디포커싱된 빔 프로파일을 도시한다.
도 45a 및 45b는 적어도 하나의 바이셀을 포함하는 본 발명에 따른 검출기의 또 하나의 실시예를 도시한다.
도 46은 조합된 센서 신호의 스폿 직경 독립성을 도시한다.
도 47a 내지 47c는 육각형 조명 패턴의 3 가지 실시예를 도시한다.
도 48은 스캐닝 장치의 실시예를 도시한다.
도 1에는 적어도 하나의 피사체(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110)의 제 1 실시예의 개략도가 도시되어 있다. 검출기(110)는 적어도 하나의 감광성 영역(121)을 각각 갖는 제 1 광학 센서(118) 및 제 2 광학 센서(120)와 같은 적어도 2 개의 광학 센서(113)를 포함한다. 이 경우, 피사체(112)는 비콘 장치(114)를 포함하며, 이로부터 광빔(116)이 제 1 광학 센서(118) 및 제 2 광학 센서(120)를 향해 전파한다. 제 1 광학 센서(118)는 제 1 감광성 영역(122)을 포함할 수 있고, 제 2 광학 센서(120)는 제 2 감광성 영역(124)을 포함할 수 있다. 광빔(116)은, 예를 들어, 검출기(110)의 광축을 따라 전파할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들도 가능하다. 광학 검출기(110)는 특히 빔 성형을 위한 적어도 하나의 렌즈 또는 렌즈 시스템과 같은 적어도 하나의 전사 장치(128)를 추가로 포함한다. 전사 장치(128)는 피사체(112)로부터 검출기(110)로 전파하는 입사 광빔(116)에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이를 갖는다. 전사 장치(128)는 광축(129)을 가지며, 여기서 전사 장치(128) 및 광학 검출기는 바람직하게는 공통 광축을 가질 수 있다. 전사 장치(128)는 좌표계를 구성한다. 광축(126, 129)에 평행한 방향 또는 역-평행한 방향은 종방향으로 정의될 수 있는 반면, 광축(126, 129)에 수직인 방향은 횡방향으로 정의될 수 있으며, 여기서 종방향 좌표(l)는 광축(126, 129)을 따른 좌표이고, d는 광축(126, 129)으로부터의 공간 오프셋이다. 결과적으로, 광빔(116)은 하나 이상의 초점(130)에서와 같이 초점이 맞추어지고, 광빔(116)의 빔 폭은 검출기(110)와 비콘 장치(114) 및/또는 피사체(112) 사이의 거리와 같은 피사체(112)의 종방향 좌표 z에 의존할 수 있다. 광학 센서(118, 120)는 초점을 벗어난 위치에 배치될 수 있다. 종방향 좌표에 대한 이러한 빔 폭 의존성에 대한 세부 사항에 대해서는 WO 2012/110924 A1 및 WO 2014/097181 A1 중 하나 이상을 참조할 수 있다.
제 1 바람직한 실시예에서, 광학 센서(118, 120)는 감광성 영역(122, 124)이 이의 종방향 좌표 및/또는 이의 표면적 및/또는 이의 표면 형상이 상이하도록 배치될 수 있다. 도 1에서 알 수 는 바와 같이, 제 1 광학 센서(118)는 작은 광학 센서이고, 제 2 광학 센서(120)는 큰 광학 센서이다. 따라서, 광빔(116)의 폭은 제 1 감광성 영역(122)을 완전히 덮는 반면, 제 2 감광성 영역(124) 상에는 제 2 감광성 영역(124)보다 작은 광 스폿이 생성되어 광 스폿이 제 2 감광성 영역(124) 내에 완전히 위치된다. 예를 들어, 제 1 감광성 영역(122)은 1 mm2 내지 100 mm2의 표면적을 가질 수 있는 반면, 제 2 감광성 영역(124)은 50 내지 600 mm2의 표면적을 가질 수 있다. 그러나, 다른 실시예들도 가능하다.
제 1 광학 센서(118)는 광빔(116)에 의한 조명에 응답하여 제 1 센서 신호(s1)를 생성할 수 있는 반면, 제 2 광학 센서(120)는 제 2 센서 신호(s2)를 생성할 수 있다. 바람직하게는, 광학 센서(118, 120)는 선형 광학 센서이고, 즉 센서 신호(s1, s2)는 각각, 그 각각의 감광성 영역(122, 124)을 조명하는 광빔(116) 또는 광빔(116)의 일부분의 총 전력에만 의존하는 반면, 이들 센서 신호(s1, s2)는 조명의 광 스폿의 실제 크기와는 무관하다. 즉, 광학 센서(118, 120)는 전술한 FiP 효과를 나타내지 않는 것이 바람직하다.
센서 신호(s1 및 s2)는 검출기(110)의 평가 장치(132)에 제공된다. 도 1에 상징적으로 도시된 바와 같이, 평가 장치(132)는 전술한 바와 같이 몫 신호 Q를 도출하도록 구현된다. 센서 신호(s1 및 s2) 또는 이들의 복수화 또는 선형 조합을 나눔으로써 유도되는 몫 신호 Q로부터, 피사체(112) 및/또는 비콘 장치(114)의 종방향 좌표 z에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 유도하는 데 사용될 수 있고, 이로부터 광빔(116)은 검출기(110)를 향해 전파한다. 이러한 평가에 대한 상세한 내용에 대해서는 하기 도 3과 4를 참조한다.
적어도 하나의 비콘 장치(114)와 결합된 검출기(110)는 도 5를 참조하여 이하 더 상세히 설명되는 바와 같이 검출기 시스템(134)으로 지칭될 수 있다.
도 2에는 대안적인 검출기(110)를 형성하는 도 1의 실시예의 변형례가 도시되어 있다. 검출기(110)의 대안적인 실시예는 도 1에 도시된 실시예에 광범위하게 대응한다. 그러나, 능동형 광원, 즉 광빔(116)을 생성하기 위한 발광 특성을 갖는 비콘 장치(114)를 사용하는 대신에, 검출기(110)는 적어도 하나의 조명원(136)을 포함한다. 예를 들어, 조명원(136)은 레이저를 포함할 수 있는 반면, 도 1에서, 비콘 장치(114)는 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 조명원은 피사체(112)를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명 광빔(138)을 생성하도록 구성될 수 있다. 조명 광빔(138)은 피사체(112)에 의해 완전히 또는 부분적으로 반사되고 검출기(110)를 향해 다시 이동하여 광빔(116)을 형성한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일례로서, 조명 광빔(138)은 검출기(110)의 광축(126)에 평행할 수 있다. 다른 실시예, 즉 비등축(off-axis) 조명 및/또는 소정 각도의 조명이 또한 가능하다. 축상(on-axis) 조명을 제공하기 위해, 예로서 도 2에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 반사성 요소(140) 예를 들어 하나 이상의 프리즘 및/또는 거울 예컨대 이색성 거울 예컨대 이동성 거울 또는 이동성 프리즘이 사용될 수 있다.
이들 변형과는 별도로, 도 2의 실시예의 설정은 도 1의 설정에 대응한다. 따라서, 또한, 몫 신호 Q를 형성하기 위한 적어도 하나의 분배기(142) 및 몫 신호 Q로부터 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 도출하기 위한 적어도 하나의 위치 평가 장치(144)를 갖는 평가 장치(132)가 사용될 수 있다. 평가 장치(132)는 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있음을 알아야 한다. 따라서, 예로서, 하나 이상의 구성요소(142, 144)가 적절한 소프트웨어 구성요소에 의해 구현될 수 있다.
또한, 도 1 및 2에 도시된 실시예는 단순히 피사체(112)의 종방향 좌표(z)를 결정하기 위한 실시예를 제공함을 알아야 한다. 그러나, 도 1 및 2의 설정을 수정하여 피사체(112) 및/또는 그 일부의 횡방향 좌표에 대한 추가 정보를 제공하는 것도 가능하다. 예를 들어, 전사 장치(128)와 광학 센서(118, 120) 사이에, 광빔(116)의 하나 이상의 부분은 분기될 수 있으며, 하나 이상의 CCD 및/또는 CMOS 픽셀화된 센서 및/또는 사분원 검출기 및/또는 다른 위치 감지 장치와 같은 위치-감지 장치로 안내될 수 있으며, 이는, 그 위에 생성된 광 스폿의 횡방향 위치로부터, 피사체(112) 및/또는 그 일부의 횡방향 좌표를 도출할 수 있다. 횡방향 좌표는 거리 정보의 품질을 검증 및/또는 향상시키는 데 사용될 수 있다. 보다 상세한 설명을 위해, 예를 들어, 횡방향 센서의 잠재적 솔루션을 제공하는 전술한 종래 기술 문헌 중 하나 이상을 참조할 수 있다.
도 3 및 4에서는 전형적인 몫 신호 Q가 테스트 설정에서 피사체(112)의 종방향 좌표 z의 함수로서 도시되어 있다. 여기서, 검출기(110)의 예시적인 설정을 위한 간단한 목 s1/s2가 도시되어 있다. 도 3 및 4는 각각 이들 도면에서 해결되지 않은 일련의 실험을 도시한다. 따라서, 도 3에서, LED를 갖는 능동형 비콘 장치(114)를 갖는 다양한 곡선들이 도 1에 도시된 설정에 대해 주어진다. 이 실험에서, 비콘 장치(114)의 LED 표적의 전류는 1000 mA에서 25 mA로 변경된다. 기본적으로, 종방향 좌표 z(mm 단위)의 함수로서의 몫 신호에서의 어떠한 차이도 250 mm에서 2,250 mm까지의 공간 측정 범위에서 감지될 수 없다. 상기 실험은 본 발명에 따른 검출기(110)의 설정이 광빔(116)의 전체 전력과는 독립적이라는 것을 명확하게 보여준다. 따라서, 종방향 좌표를 도출하기 위해 광빔의 전체 전력에 대한 추가 정보는 없으며, 따라서 휘도에 대한 추가적인 조명이 필요하지 않다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 실험에서 측정된 몫 신호 Q*와 종방향 좌표 z* 사이의 고유한 관계가 존재한다.
따라서, 예로서 도 3에 도시된 바와 같은 곡선들은 몫 신호 Q와 종방향 좌표 사이의 고유하고 사전-결정된 또는 결정가능한 관계를 표시하기 위한 보정 곡선으로서 사용될 수 있다. 일례로서 도 3에 도시된 바와 같은 곡선들은 데이터 저장 장치 및/또는 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 보정 곡선 Q는 보정 실험에 의해 간단히 결정될 수 있다. 그러나 모델링, 분석적, 반-경험적 및 경험적 모델 중 하나 이상을 통해 이러한 곡선을 유도하는 것도 가능하다.
도 3에 도시된 실험은 본 발명에 따른 검출기(110)의 설정이 공간(예를 들어, 270 내지 2,250 mm의 측정 범위) 및 광빔(116)의 휘도 또는 총 전력의 관점에서 넓은 측정 범위를 제공함을 명확히 보여준다. 도 4에는, 상기 설정이 표적 크기, 즉 비콘 장치(114)의 측 방향 직경과는 크게 독립적이라는 것을 입증하는 추가적인 실험이 도시되어 있다. 이 실험을 위해, 또한, 도 1에 도시된 설정과 유사하게, LED 비콘 장치(114)가 사용되었으며, 여기서 표적의 크기, 즉 LED의 가시적인 부분은 확산기 및 조절가능한 개구를 사용함으로써 변경되었다. 따라서, 표적의 개구 또는 크기는 직경이 1 mm에서 25 mm까지 변한다. 도 4에 도시된 곡선을 상세하게 해석하지 않고, 몫 신호 Q가 다시 1 mm 내지 25 mm의 표적 크기 사이에서 표적 크기로부터 넓게 독립적이라는 것이 명확하게 보인다. 따라서, 다시, 몫 신호 Q와 종방향 좌표 z 사이의 고유한 관계가 평가를 위해 사용될 수 있는 다양한 표적 크기에 대해 도출될 수 있다.
도 3과 4에 표시된 결과는 명명된 파라미터를 변경하고 적절한 신호를 측정하여 실험적으로 도출되었다. 그러나 결과는 또한 분석적, 반-분석적 또는 모델링으로 도출될 수도 있다. 유사한 결과가 얻어졌다.
도 5는 고도로 개략적인 예시에서 예를 들어 도 1 또는 2에 도시된 실시예에 따른 검출기(110)의 예시적인 실시예를 도시한다. 검출기(110)는 구체적으로 카메라(146)로서 구현될 수 있고/있거나 카메라(146)의 일부일 수 있다. 카메라(146)는, 특히 3D 이미징을 위한 이미징을 위해 제조될 수 있으며, 디지털 비디오 클립과 같이 정지 이미지 및/또는 이미지 시퀀스를 획득하기 위해 제조될 수 있다. 다른 실시예도 가능하다.
도 5는 또한 적어도 하나의 검출기(110) 외에 하나 이상의 비콘 장치(114)를 포함하는 검출기 시스템(134)의 실시예를 도시하며, 이는, 이 예에서 피사체(112)에 부착 및/또는 통합될 수 있으며, 그 위치는 검출기(110)를 사용하여 검출된다. 도 5는 또한 적어도 하나의 검출기 시스템(134)을 포함하는 인간-기계 인터페이스(148) 및 추가로 인간-기계 인터페이스(148)를 포함하는 엔터테인먼트 장치(150)의 예시적인 실시예를 나타낸다. 도 5는 또한 검출기 시스템(134)을 포함하는 피사체(112)의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템(152)의 실시예를 나타낸다. 장치와 시스템의 구성요소는 이하에서 더 상세히 설명된다.
도 5는 또한 예를 들어 피사체(112)를 스캐닝하고/하거나 적어도 하나의 피사체(112)의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위해 피사체(112)를 포함하는 풍경을 스캐닝하기 위한 스캐닝 시스템(154)의 예시적인 실시예를 도시한다. 스캐닝 시스템(154)은 적어도 하나의 검출기(110), 및 추가로, 임의적으로, 적어도 하나의 조명원(136) 및 임의적으로 적어도 하나의 추가 조명원(136)를 포함한다. 조명원(136)은 일반적으로 적어도 하나의 도트 예를 들어 비콘 장치(114)의 위치들 중 하나 이상에 위치된 도트 및/또는 피사체(112)의 표면 상에 위치된 도트의 조명을 위한 적어도 하나의 조명 광빔(138)을 방출하도록 구성된다. 스캐닝 시스템(154)은 피사체(112) 및/또는 피사체(112)의 프로파일을 포함하는 풍경의 프로파일을 생성하도록 설계되고/되거나 적어도 하나의 검출기(110)를 사용함으로써 적어도 하나의 도트와 스캐닝 시스템(154), 특히 검출기(110) 사이의 거리에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 5의 설정에 사용될 수 있는 검출기(110)의 예시적인 실시예가 도 1 및 2에 도시되어 있다. 따라서, 검출기(110)는, 광학 센서(118, 120) 이외에, 예를 들어 도 5에 상징적으로 도시된 바와 같이 적어도 하나의 분배기(142) 및/또는 적어도 하나의 위치 평가 장치(144)를 갖는 적어도 하나의 평가 장치(132)를 포함한다. 평가 장치(132)의 구성요소들은 완전히 또는 부분적으로 별개의 장치로 통합될 수 있고/있거나 검출기(110)의 다른 구성요소들로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 2 개 이상의 구성요소를 완전히 또는 부분적으로 결합할 수 있는 가능성 외에도, 광학 센서(118, 120) 중 하나 이상 및 평가 장치(132)의 하나 이상의 구성요소는 도 5에 상징적으로 도시된 바와 같이 하나 이상의 커넥터(156) 및/또는 하나 이상의 인터페이스에 의해 상호연결될 수 있다. 또한, 하나 이상의 커넥터(156)는 센서 신호를 변형하거나 재처리하기 위한 하나 이상의 드라이버 및/또는 하나 이상의 장치를 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 임의적인 커넥터(156)를 사용하는 대신에, 평가 장치(132)는 광학 센서(118, 120) 중 하나 또는 둘 모두 및/또는 검출기(110)의 하우징(158) 내로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치(132)는 완전히 또는 부분적으로 별도의 장치로서 설계될 수 있다.
이 예시적인 실시예에서, 위치가 검출될 수 있는 피사체(112)는 스포츠 장비의 물품으로서 설계될 수 있고/있거나 사용자(162)에 의해 위치가 조작될 수 있는 제어 요소 또는 제어 장치(160)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 피사체(112)는 배트, 라켓, 클럽 또는 임의의 다른 스포츠 장비 용품 및/또는 가짜 스포츠 장비이거나 이를 포함할 수 있다. 다른 유형의 피사체(112)도 가능하다. 또한, 사용자(162) 자신은 그 위치가 검출되는 피사체(112)로서 간주될 수 있다.
상술한 바와 같이, 검출기(110)는 적어도 광학 센서(118, 120)를 포함한다. 광학 센서(118, 120)는 검출기(110)의 하우징(158) 내에 위치될 수 있다. 또한, 바람직하게는 하나 이상의 렌즈를 포함하는 하나 이상의 광학 시스템과 같은 적어도 하나의 전사 장치(128)가 포함된다.
바람직하게는 검출기(110)의 광축(126)에 대해 동심원 상에 위치는 하우징(158) 내부의 개구(164)가 바람직하게는 검출기(110)의 시야 방향(166)을 한정한다. 광축(126)에 평행하거나 역-평행한 방향이 종방향으로 정의될 수 있는 반면, 광축(126)에 수직인 방향이 횡방향으로 정의될 수 있는 좌표계(168)가 형성될 수 있다. 도 5에 상징적으로 도시된 좌표계(128)에서, 종방향은 z로 표시되고, 횡방향은 각각 x 및 y로 표시된다. 비-카테시안 좌표계와 같은 다른 유형의 좌표계(168)도 가능하다.
검출기(110)는 광학 센서(118, 120) 및 임의적으로 추가의 광학 센서를 포함할 수 있다. 광학 센서(118, 120)는 제 1 광학 센서(118)가 제 2 광학 센서(120)의 일부를 커버하도록 하나의 동일한 빔 경로에 하나씩 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 대안적으로, 적어도 하나의 횡방향 검출기에 대한 빔 경로를 분기하는 것과 같이, 또는 피사체(112) 및/또는 그 일부분의 횡방향 좌표를 결정하기 위한 횡방향 센서와 같은 하나 이상의 추가 빔 경로에 추가적인 광학 센서를 갖는 분기된 빔 경로가 가능할 수 있다. 그러나, 대안적으로, 광학 센서(118, 120)는 동일한 종방향 좌표에 위치될 수 있다.
하나 이상의 광빔(116)은 피사체(112) 및/또는 비콘 장치(114) 중 하나 이상으로부터 검출기(110)를 향해 전파한다. 검출기(110)는 적어도 하나의 피사체(112)의 위치를 결정하도록 구성된다. 이를 위해, 도 1 내지 4의 내용에서 상술한 바와 같이, 평가 장치(132)는 광학 센서(118, 120)에 의해 제공된 센서 신호를 평가하도록 구성된다. 검출기(110)는 피사체(112)의 위치를 결정하도록 구성되고, 광학 센서(118, 120)는 피사체(112)로부터 검출기(110)를 향해, 특히 하나 이상의 비콘 장치(114)로부터 전파하는 광빔(116)을 검출하도록 구성된다. 조명원(136)이 사용되지 않는 경우, 비콘 장치(114) 및/또는 적어도 하나의 비콘 장치(114)는 발광다이오드와 같은 통합된 조명원을 갖는 능동형 비콘 장치일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 조명원(136)이 사용되는 경우, 비콘 장치(114)는 능동형 비콘 장치일 필요는 없다. 반대로, 거울, 역 반사기, 반사 필름 등과 같은 적어도 하나의 반사 표면을 갖는 통합된 반사된 비콘 장치(114)와 같은 피사체(112)의 반사 표면이 사용될 수 있다. 하나 이상의 렌즈에 의해 포커싱되는 것과 같이, 전사 장치(128)에 의해 변형된 직후 및/또는 이후에 광빔(116)은 광학 센서(118, 120)의 감광성 영역(122, 124)을 조명한다. 평가에 대한 상세한 내용에 대해서는 상기 도 1 내지 4를 참조할 수 있다.
전술한 바와 같이, 검출기(110)를 사용하여 피사체(112) 및/또는 이의 일부분의 위치를 결정하는 것은 적어도 하나의 정보 항목을 기계(170)에 제공하기 위해 인간-기계 인터페이스(148)를 제공하는 데 사용될 수 있다. 도 5에 개략적으로 도시된 실시예에서, 기계(170)는 컴퓨터일 수 있고/있거나 컴퓨터를 포함할 수 있다. 다른 실시예도 가능하다. 평가 장치(132)는 심지어 컴퓨터와 같이 기계(170)에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 5는 또한 적어도 하나의 피사체(112) 및/또는 이의 일부분의 위치를 추적하도록 구성된 추적 시스템(152)의 예를 도시한다. 추적 시스템(152)은 검출기(110) 및 적어도 하나의 트랙 제어기(172)를 포함한다. 트랙 제어기(172)는 특정 시점에서 피사체(112)의 일련의 위치를 추적하도록 구성될 수 있다. 트랙 제어기(172)는 독립적인 장치일 수 있고/있거나 도 5에 도시된 바와 같이 기계(170), 특히 컴퓨터 및/또는 평가 장치(132)에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다.
유사하게, 상술한 바와 같이, 인간-기계 인터페이스(148)는 엔터테인먼트 장치(150)의 일부를 형성할 수 있다. 기계(170), 특히 컴퓨터는 또한 엔터테인먼트 장치(150)의 일부를 형성할 수도 있다. 따라서, 사용자(162)가 피사체(112)로서 기능하고/하거나 사용자(162)가 피사체(112)로서 기능하는 제어 장치(160)를 취급하는 것에 의해, 사용자(162)는 적어도 하나의 제어 명령과 같은 적어도 하나의 정보 항목을 컴퓨터에 입력할 수 있고, 이로 인해 컴퓨터 게임의 과정을 제어하는 것과 같이 엔터테인먼트 기능을 변화시킬 수 있다.
도 6에는 적어도 하나의 피사체(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110)의 추가의 실시예의 개략도가 도시되어 있다. 이 경우, 피사체(112)는 적어도 하나의 비콘 장치(114)를 포함하며, 이로부터 광빔(116)이 적어도 하나의 센서 요소(115)를 향해 전파한다. 센서 요소(115)는 광학 센서(113)의 매트릭스(117)를 포함하며, 각각의 광학 센서(113)는 피사체(112)에 면하는 적어도 하나의 감광성 영역(121)을 갖는다. 이러한 제 2 바람직한 실시예에서, 광학 센서(118, 120)는 광학 센서(113)의 감광성 영역이 공간 오프셋 및/또는 표면적에서 상이하도록 배열될 수 있다. 광빔(116)은, 예를 들어, 검출기(110)의 광축(126)을 따라 전파할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들도 가능하다. 광학 검출기(110)는 특히 빔 성형을 위한 적어도 하나의 렌즈 및/또는 적어도 하나의 렌즈 시스템과 같은 적어도 하나의 전사 장치(128)를 포함한다. 결과적으로, 광빔(116)은 하나 이상의 초점(130)에서와 같이 초점이 맞추어질 수 있고, 광빔(116)의 빔 폭은 검출기(110)와 비콘 장치(114) 및/또는 피사체(112) 사이의 거리와 같은 피사체(112)의 종방향 좌표 z에 의존할 수 있다. 전사 장치(128)는 광축(129)을 구성하며, 여기서 전사 장치(128) 및 광학 검출기는 바람직하게는 공통 광축을 가질 수 있다. 결과적으로, 광빔(116)은 하나 이상의 초점(130)에서와 같이 초점이 맞추어지고, 광빔(116)의 빔 폭은 검출기(110)와 비콘 장치(114) 및/또는 피사체(112) 사이의 거리와 같은 피사체(112)의 종방향 좌표 z에 의존할 수 있다. 광학 센서(118, 120)는 초점을 벗어나 위치된다. 종방향 좌표에 대한 이러한 빔 폭 의존성에 대한 세부 사항에 대해서는 WO 2012/110924 A1 및 WO 2014/097181 A1 중 하나 이상을 참조할 수 있다.
도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 광빔(116)은 매트릭스(117) 상에 광 스폿(131)을 생성한다. 도 8에는 매트릭스(117)상의 광 스폿(131)의 예시도가 도시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 이러한 예시적인 실시예에서, 매트릭스(117)는 구체적으로 직사각형 매트릭스일 수 있으며, 여기서 “i”로 표시된 행은 1 내지 n이고, “j”로 표시된 열은 1 내지 m이고, m은 정수이다. 이러한 예시적인 실시예에서 광 스폿(131)의 중심은 i*, j*로 표시된 센서 요소에 위치된다. 광학 센서(113)는, 센서 신호로부터, si*j*로 상징적으로 표시되는 적어도 하나의 중심 신호를 결정하는 평가 장치(132)에 센서 신호(sij)를 제공할 수 있다. 또한 상술된 바와 같이, 중심 신호를 생성하기 위해, 평가 장치(132)는 적어도 하나의 중심 검출기(133)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 중심 검출기(133)는 광학 센서(113)에 의해 생성된 복수의 센서 신호 중 최대 센서 신호를 간단히 결정할 수 있다. 다른 방법도 가능하다. 따라서, 예를 들어, 단일 최대 광학 센서 신호를 결정하는 대신에, 복수의 센서 신호가 중심 신호를 생성하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 광학 센서(i*, j*)에 인접한 이웃한 광학 센서는 좌표 i*-1, ..., i*+1 및 j*-1, ..., j*+1를 갖는 광학 센서와 같은 중심 신호에 기여할 수 있다. 단순한 예시적인 실시예에서, 이들 좌표는 광학 센서(i*, j*) 주위에 정사각형을 형성할 수 있다. 이 실시예에서와 같이, 측면 길이가 3인 정사각형 대신에, 예컨대 검출기 신호 및/또는 거리 정보의 신호 대 잡음 비를 최적화하기 위해 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 주위의 다른 환경이 사용될 수 있다. 또한, 추가적으로 또는 대안적으로, 중심 신호는 예를 들어 픽셀 잡음과 같은 잡음에 관한 측정 정밀도에 유익할 수 있는 최대 센서 신호로부터 특정 범위 내의 센서 신호에 대해 가산 및/또는 평균화함으로써 생성될 수 있다. 또한, 추가적으로 또는 대안적으로, 중심 신호 또는 합산 신호의 결정을 위해, 서브-픽셀 처리, 보간법, 정규화 등과 같은 이미지 처리 기술이 사용될 수 있다. 다른 대안들도 가능하다. 평가 장치(132)는 복수의 센서 신호, 예를 들어 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 주위의 복수의 광학 센서들의 통합에 의해 중심 신호를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일일 수 있고, 평가 장치(132)는 사다리꼴, 특히 사다리꼴의 고원의 적분을 결정하도록 구성될 수 있다. 또한, 사다리꼴 빔 프로파일을 가정할 수 있는 경우, 평가 장치(132)는 엣지의 경사 및 위치 그리고 중심 고원의 높이를 결정하는 것과 같이 사다리꼴 빔 프로파일의 특성을 사용하고 기하학적 고려사항에 의해 엣지 및 중심 신호들을 유도하는 등가 평가에 의해 엣지 및 중심 신호를 결정하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치(132)는 광 스폿의 적어도 하나의 조각부 또는 절단부로부터 중심 정보 또는 엣지 정보 중 하나 또는 둘 다를 결정하도록 구성될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 몫 신호 Q의 면적 적분을 조각 또는 절단부를 따른 선 적분으로 대체함으로써 실현될 수 있다. 향상된 정확도를 위해, 광 스폿을 통과하는 여러 조각 또는 절단부를 사용하여 평균화할 수 있다. 타원형 스폿 프로파일의 경우, 다수의 조각 또는 절단부를 평균 처리하면 거리 정보가 향상될 수 있다.
또한, 평가 장치(132)는 매트릭스(117)의 센서 신호들 중 적어도 하나의 합산 신호를 결정하도록 구성된다. 이러한 목적을 위해, 평가 장치(132)는 적어도 하나의 합산 장치(135)를 포함할 수 있다. 합산 장치(135)는 매트릭스(117) 내의 관심 영역의 전체 매트릭스(117)의 센서 신호들을 합산, 적분 또는 평균화하도록 구성될 수 있으며, 각각의 옵션은 중심 신호가 생성되는 광학 센서가 존재하건 부재하는 옵션이다. 따라서, 도 8에 도시된 예시적인 실시예에서, 합산 장치(135)는 좌표 i*, j*를 갖는 중심 광학 검출기를 제외하고는 전체 매트릭스(117)의 센서 신호 sij에 대해 합산하도록 간단히 구성된다. 그러나, 다른 옵션들도 가능하다. 평가 장치(132)는 매트릭스(117) 내의 관심 영역의 전체 매트릭스(117)의 신호를 적분함으로써 합산 신호를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일일 수 있고, 평가 장치(132)는 전체 사다리꼴의 적분을 결정하도록 구성될 수 있다.
평가 장치(132)는 매트릭스 내에 적어도 하나의 관심 영역 예를 들어 피사체의 종방향 좌표의 결정을 위해 사용되는 광빔에 의해 조명된 하나 이상의 픽셀을 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 평가 장치는 적어도 하나의 필터링 방법 예를 들어 적어도 하나의 피사체 인식 방법을 수행하도록 구성될 수 있다. 관심 영역은 사용자에 의해 수동으로 결정될 수 있거나 또는 예를 들어 광학 센서에 의해 생성된 이미지 내의 피사체를 인식함으로써 자동으로 결정될 수 있다.
평가 장치(132)는 중심 신호 및 합산 신호로부터 적어도 하나의 조합된 신호를 형성하도록 구성된다. 이러한 목적을 위해, 평가 장치(132)는, 예를 들어, 적어도 하나의 분배기(142)와 같은 적어도 하나의 결합 장치(137)를 포함할 수 있다. 매우 간단한 실시예로서, 중심 신호를 합산 신호로 또는 그 반대로 나누어서 몫 Q를 형성할 수 있다. 다른 옵션도 가능하며 위에 설명되어 있다.
마지막으로, 평가 장치(132)는 결합된 신호를 평가함으로써 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성된다. 이러한 목적을 위해, 평가 장치는 적어도 하나의 평가 구성요소 예를 들어 위치 평가 장치(144)와 같은 적어도 하나의 추가 구성요소를 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 평가 장치(132)의 구성요소들은 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있음을 알아야 한다. 또한, 구성요소들은 독립적으로 또는 별개의 구성요소들로서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있고 및/또는 센서 요소(115)에 통합되는 구성요소들로서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있다.
도 8의 실시예는 또한, 종방향 좌표 z에 추가하여, 피사체(112) 및/또는 비콘 장치(114)의 횡방향 좌표에 관한 적어도 하나의 정보 항목이 생성될 수 있음을 나타낸다. 따라서, 좌표 i* 및 j*는 피사체(112) 및/또는 비콘 장치(114)의 횡방향 위치에 관한 추가 정보 항목을 제공한다. 도 6의 설정에서, 비콘 장치(114)는 간략화를 위해 중심, 즉 광축(126, 129) 상에 배치된다. 이 경우, 광 스폿(131)은 매트릭스(117)의 중심에서 중심에 놓이기 쉽다. 그러나, 도 8에 도시된 실시예에서, 쉽게 검출될 수 있는 바와 같이, 광 스폿(131)은 중심에서 벗어난다. 이러한 중심-이탈은 좌표 i*, j*를 특징으로 한다. 렌즈 방정식을 사용하는 것과 같이 피사체(112) 및/또는 비콘 장치(114)의 이러한 중심-이탈과 횡방향 위치 사이의 공지된 광학 관계를 사용함으로써, 피사체(112) 및/또는 비콘 장치(114)의 적어도 하나의 횡방향 좌표가 생성될 수 있다. 이 옵션은 또한 도 8의 예시적인 실시예에 도시되어 있다.
도 7에는 대안적인 검출기(110)를 형성하는 도 6의 실시예의 변형례가 도시되어 있다. 검출기(110)의 대안적인 실시예는 도 6에 도시된 실시예에 광범위하게 대응한다. 그러나, 광빔(116)을 생성하기 위해 발광 특성을 갖는 능동형 비콘 장치(114)를 사용하는 대신에, 검출기(110) 자체는 적어도 하나의 조명원(136)을 포함한다. 예를 들어, 조명원(136)은 적어도 하나의 레이저를 포함할 수 있는 반면, 도 6에서, 예를 들어, 비콘 장치(114)는 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들도 가능하다. 조명원(136)은 피사체(112)를 완전히 또는 부분적으로 조명하기 위해 적어도 하나의 조명 광빔(138)을 생성하도록 구성될 수 있다. 조명 광빔(138)은 피사체(112)에 의해 완전히 또는 부분적으로 반사되고 검출기(110)를 향해 다시 이동하여 광빔(116)을 형성한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 일례로서, 조명 광빔(138)은 검출기(110)의 광축(126)에 평행할 수 있다. 다른 실시예, 즉 비등축 조명 및/또는 소정 각도의 조명이 또한 가능하다. 축상 조명을 제공하기 위해, 예로서 도 7에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 반사성 요소(140) 예를 들어 하나 이상의 프리즘 및/또는 거울 예컨대 이색성 거울 예컨대 이동성 거울 또는 이동성 프리즘이 사용될 수 있다.
이들 변형과는 별도로, 도 7의 실시예의 설정은 도 6의 설정에 대응한다. 따라서, 또한, 예를 들어 몫 신호 Q를 형성하기 위한 적어도 하나의 분배기(142) 및 몫 신호 Q 및/또는 또 다른 유형의 조합된 신호로부터 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 도출하기 위한 적어도 하나의 위치 평가 장치(144)를 갖는 평가 장치(132)가 사용될 수 있다. 평가 장치(132)는 다시 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있음을 알아야 한다. 따라서, 예를 들어, 하나 이상의 구성요소(133, 135, 137, 142, 144)는 적절한 소프트웨어 구성요소에 의해 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있고/있거나 하드웨어 구성요소에 의해 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있다.
예를 들어, 매트릭스(117)의 광학 센서(113)는 CCD 및/또는 CMOS 센서 칩과 같은 픽셀화된 광학 센서의 픽셀일 수 있다. 따라서, 예를 들어, 광학 센서(113)는 수 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터 범위의 측면 길이 및/또는 등가 직경을 가질 수 있다. 그러나, 더 큰 픽셀 또는 광학 센서(113)가 사용될 수 있음을 알아야 한다. 또한, CCD 및/또는 CMOS 센서 칩과 같은 통합된 센서 요소(115)를 사용하는 대신에, 비-통합된 매트릭스가 사용될 수 있다.
도 9는 고도로 개략적인 예시에서 예를 들어 도 6 또는 7에 도시된 실시예에 따른 검출기(110)의 예시적인 실시예를 도시한다. 검출기(110)는 구체적으로 카메라(146)로서 구현될 수 있고/있거나 카메라(146)의 일부일 수 있다. 카메라(146)는, 특히 3D 이미징을 위한 이미징을 위해 제조될 수 있으며, 디지털 비디오 클립과 같이 정지 이미지 및/또는 이미지 시퀀스를 획득하기 위해 제조될 수 있다. 다른 실시예도 가능하다.
도 9는 또한 적어도 하나의 검출기(110) 외에 하나 이상의 비콘 장치(114)를 포함하는 검출기 시스템(134)의 실시예를 도시하며, 이는, 이 예에서 피사체(112)에 부착 및/또는 통합될 수 있으며, 그 위치는 검출기(110)를 사용하여 검출된다. 도 9는 또한 적어도 하나의 검출기 시스템(134)을 포함하는 인간-기계 인터페이스(148) 및 추가로 인간-기계 인터페이스(151)를 포함하는 엔터테인먼트 장치(150)의 예시적인 실시예를 나타낸다. 도 9는 또한 검출기 시스템(134)을 포함하는 피사체(112)의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템(152)의 실시예를 나타낸다. 장치와 시스템의 구성요소는 이하에서 더 상세히 설명된다.
도 9는 또한 예를 들어 피사체(112)를 스캐닝하고/하거나 적어도 하나의 피사체(112)의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위해 적어도 하나의 피사체(112)를 포함하는 풍경을 스캐닝하기 위한 스캐닝 시스템(154)의 예시적인 실시예를 도시한다. 스캐닝 시스템(154)은 적어도 하나의 검출기(110), 및 추가로, 임의적으로, 적어도 하나의 조명원(136) 및 임의적으로 적어도 하나의 추가 조명원(136)(도시되지 않음)를 포함한다. 조명원(136)은 일반적으로 적어도 하나의 도트 예를 들어 비콘 장치(114)의 위치들 중 하나 이상에 위치된 도트 및/또는 피사체(112)의 표면 상에 위치된 도트의 조명을 위한 적어도 하나의 조명 광빔(138)을 방출하도록 구성될 수 있다. 그러나, 예를 들어, 능동형 비콘 장치는, 또한, 도 6의 설정에 도시된 바와 같이, 통합된 조명원(136)이 없는 설정이 또한 가능할 수 있다. 스캐닝 시스템(154)은 피사체(112) 및/또는 피사체(112)의 프로파일을 포함하는 풍경의 프로파일을 생성하도록 설계되고/되거나 적어도 하나의 검출기(110)를 사용함으로써 적어도 하나의 도트와 스캐닝 시스템(154), 특히 검출기(110) 사이의 거리에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 9의 설정에 사용될 수 있는 검출기(110)의 예시적인 실시예가 도 6 및 7에 도시되어 있다. 따라서, 검출기(110)는, 센서 요소(115) 이외에, 예컨대 적어도 하나의 중심 검출기(133), 적어도 하나의 합산 장치(135), 적어도 하나의 결합 장치(140), 적어도 하나의 분배기(142), 적어도 하나의 위치 평가 장치(144) 및/또는 이들의 조합을 갖는 적어도 하나의 평가 장치(132)를 포함한다. 임의적으로 존재할 수 있는 이러한 구성요소들은 도 9에 상징적으로 표시되어 있다. 평가 장치(132)의 구성요소들은 완전히 또는 부분적으로 별개의 장치로 통합될 수 있고/있거나 검출기(110)의 다른 구성요소들로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 2 개 이상의 구성요소를 완전히 또는 부분적으로 결합할 수 있는 가능성 외에도, 평가 장치(132)의 하나 이상의 구성요소 및 센서 요소(115)의 하나 이상의 구성요소는 도 9에 상징적으로 도시된 바와 같이 하나 이상의 커넥터(156) 및/또는 하나 이상의 인터페이스에 의해 상호연결될 수 있다. 또한, 하나 이상의 커넥터(156)는 센서 신호를 변형하거나 재처리하기 위한 하나 이상의 드라이버 및/또는 하나 이상의 장치를 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 임의적인 커넥터(156)를 사용하는 대신에, 평가 장치(132)는 센서 요소(115) 중 하나 또는 둘 모두 및/또는 검출기(110)의 하우징(158) 내로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치(132)는 완전히 또는 부분적으로 별도의 장치로서 설계될 수 있다.
이 예시적인 실시예에서, 위치가 검출될 수 있는 피사체(112)는 스포츠 장비의 물품으로서 설계될 수 있고/있거나 사용자(162)에 의해 위치가 조작될 수 있는 제어 요소 또는 제어 장치(160)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 피사체(112)는 배트, 라켓, 클럽 또는 임의의 다른 스포츠 장비 용품 및/또는 가짜 스포츠 장비이거나 이를 포함할 수 있다. 다른 유형의 피사체(112)도 가능하다. 또한, 사용자(162) 자신은 그 위치가 검출되는 피사체(112)로서 간주될 수 있다.
상술한 바와 같이, 검출기(110)는 적어도 센서 요소(115)를 포함한다. 하나 이상의 센서 요소(115)가 제공될 수 있는 센서(115)는 검출기(110)의 하우징(158) 내에 위치될 수 있다. 또한, 바람직하게는 하나 이상의 렌즈를 포함하는 하나 이상의 광학 시스템과 같은 적어도 하나의 전사 장치(128)가 포함된다.
바람직하게는 검출기(110)의 광축(126)에 대해 동심원 상에 위치는 하우징(158) 내부의 개구(164)가 바람직하게는 검출기(110)의 시야 방향(166)을 한정한다. 도 9에 상징적으로 도시된 좌표계(168)에서, 종방향은 z로 표시되고, 횡방향은 각각 x 및 y로 표시된다. 비-카테시안 좌표계와 같은 다른 유형의 좌표계(168)도 가능하다.
검출기(110)는 센서 요소(115) 및 임의적으로 하나 이상의 추가의 광학 센서를 포함할 수 있다. 비-분지형 빔 경로가 사용될 수 있거나, 또는, 대안적으로, 적어도 하나의 횡방향 검출기에 대한 빔 경로를 분기하는 것과 같이, 또는 피사체(112) 및/또는 그 일부분의 횡방향 좌표를 결정하기 위한 횡방향 센서와 같은 하나 이상의 추가 빔 경로에 추가적인 광학 센서를 갖는 분지형 빔 경로가 가능할 수 있다. 그러나, 상술된 바와 같이, 도 8과 관련하여, 적어도 하나의 횡방향 좌표는 또한 예를 들어 광 스폿(131)의 중심의 횡방향 좌표를 결정하는 것과 같은 센서 요소(115) 자체에 의해 결정될 수도 있다.
하나 이상의 광빔(116)은 피사체(112) 및/또는 비콘 장치(114) 중 하나 이상으로부터 검출기(110)를 향해 전파한다. 검출기(110)는 적어도 하나의 피사체(112)의 위치를 결정하도록 구성된다. 이러한 목적을 위해, 도 6 내지 8의 내용에서 상술한 바와 같이, 평가 장치(132)는 센서 요소(115)의 매트릭스(117)의 광학 센서(113)에 의해 제공된 센서 신호를 평가하도록 구성될 수 있다. 검출기(110)는 피사체(112)의 위치를 결정하도록 구성되고, 광학 센서(113)는 피사체(112)로부터 검출기(110)를 향해, 특히 하나 이상의 비콘 장치(114)로부터 전파하는 광빔(116)을 검출하도록 구성된다. 조명원(136)이 사용되지 않는 경우, 비콘 장치(114) 및/또는 적어도 하나의 이러한 비콘 장치(114)는 발광다이오드와 같은 통합된 조명원을 갖는 능동형 비콘 장치를 포함할 수 있다. 조명원(136)이 사용되는 경우, 비콘 장치는 능동형 비콘 장치일 필요는 없다. 반대로, 적어도 하나의 반사 표면을 갖는 통합된 반사된 비콘 장치(114)와 같은 피사체(112)의 반사 표면이 사용될 수 있다. 하나 이상의 렌즈에 의해 포커싱되는 것과 같이 전사 장치(128)에 의해 변형된 직후 및/또는 이후에 광빔(116)은 센서 요소(118)를 조명한다. 평가에 대한 상세한 내용에 대해서는 상기 도 6 내지 8를 참조할 수 있다.
전술한 바와 같이, 검출기(110)를 사용하여 피사체(112) 및/또는 이의 일부분의 위치를 결정하는 것은 적어도 하나의 정보 항목을 기계(170)에 제공하기 위해 인간-기계 인터페이스(148)를 제공하는 데 사용될 수 있다. 도 9에 개략적으로 도시된 실시예에서, 기계(170)는 컴퓨터일 수 있고/있거나 컴퓨터를 포함할 수 있다. 다른 실시예도 가능하다. 평가 장치(132)는 심지어 컴퓨터와 같이 기계(170)에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 9는 또한 적어도 하나의 피사체(112) 및/또는 이의 일부분의 위치를 추적하도록 구성된 추적 시스템(152)의 예를 도시한다. 추적 시스템(152)은 검출기(110) 및 적어도 하나의 트랙 제어기(172)를 포함한다. 트랙 제어기(172)는 특정 시점에서 피사체(112)의 일련의 위치를 추적하도록 구성될 수 있다. 트랙 제어기(172)는 독립적인 장치일 수 있고/있거나 도 9에 도시된 바와 같이 기계(170), 특히 컴퓨터 및/또는 평가 장치(132)에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다.
유사하게, 상술한 바와 같이, 인간-기계 인터페이스(148)는 엔터테인먼트 장치(150)의 일부를 형성할 수 있다. 기계(170), 특히 컴퓨터는 또한 엔터테인먼트 장치(150)의 일부를 형성할 수도 있다. 따라서, 사용자(162)가 피사체(112)로서 기능하고/하거나 사용자(162)가 피사체(112)로서 기능하는 제어 장치(160)를 취급하는 것에 의해, 사용자(162)는 적어도 하나의 제어 명령과 같은 적어도 하나의 정보 항목을 컴퓨터에 입력할 수 있고, 이로 인해 컴퓨터 게임의 과정을 제어하는 것과 같이 엔터테인먼트 기능을 변화시킬 수 있다.
도 10에는 측정 데이터의 관점에서 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는 실험 데이터가 도시되어 있다. 도 10은 다양한 조명 강도에 대한 밀리미터로 주어진 종방향 좌표(z)의 함수로서의 몫 신호(Q)를 도시한다.
도 10에 도시된 실험 데이터를 얻기 위해, 배슬러(Basler) AC 1920-40GC 카메라에 의해 형성된 센서 요소(118)와 니코(Nikkor) 50 mm 렌즈에 의해 형성된 전사 장치(128)를 갖는 실험 장치가 사용되었다.
비콘 장치(114)로서, 532 nm의 중심 공칭 파장을 갖는 발광다이오드(LED)가 사용되었다. 테프론(Teflon) 필름으로 제조된 디퓨저(diffusor)는 직경 5 mm의 잘 정의 된 발광 영역을 제공하기 위해 LED 및 다이어프램 앞에 사용되었다. LED의 강도는 LED의 구동 전류를 5 mA와 150 mA 사이에서 변화시킴으로써 변화되었다.
실험에서 LED와 렌즈 사이의 거리 z는 300 mm에서 1700 mm까지 다양했다. 배슬러 AC 1920-40GC 카메라의 신호는 다음 절차에 따라 평가되었다. 중심 신호로서, 광 스폿이 광축을 중심으로 하여 광축 주위에 15 픽셀의 반경을 갖는 내부 원의 누적된 신호가 측정되었다. 합산 신호로서, 광 스폿 내의 카메라의 모든 픽셀의 신호들의 합이 생성되었다. 합산 신호를 중심 신호로 나누어서 몫 신호를 형성했다.
도 10에서, 중첩된 실선 곡선은 150 mA, 125 mA, 100 mA 및 50 mA의 LED 전류에 대한 몫 신호 곡선을 보여준다. 도시된 바와 같이, 전체 측정 범위 내에서 기본적으로 이 곡선들 사이에는 차이가 없다. 이 실험은 몫 신호가 광빔의 총 전력에 대해 광범위하게 독립적이라는 것을 명확하게 보여준다. 낮은 강도에서만 곡선을 구별할 수 있다. 따라서, 점선 곡선은 25 mA의 LED 전류에서의 측정 값, 10 mA의 LED 전류에서의 파선-점선 및 5 mA의 LED 전류에서의 파선을 나타낸다. 여전히 이러한 낮은 강도에서도 측정 곡선은 실선 곡선에 매우 가깝기 때문에 측정의 높은 허용오차를 보여준다.
도 11에는 적어도 하나의 피사체(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110)의 추가의 실시예의 개략도가 도시되어 있다. 이 경우, 피사체(112)는 비콘 장치(114)를 포함하며, 이로부터 광빔(116)이 제 1 광학 센서(118) 및 제 2 광학 센서(120)를 향해 전파한다. 제 1 광학 센서(118)는 제 1 감광성 영역(122)을 포함할 수 있고, 제 2 광학 센서(120)는 제 2 감광성 영역(124)을 포함한다. 예를 들어 도 14에 도시된 바와 같은 광학 센서(118, 120)는 광학 센서(176)의 어레이(174)의 일부일 수 있으며, 예컨대 제 1 광학 센서(118)는 어레이(174)의 상부 좌측 코너의 광학 센서(176)이고 제 2 광학 센서(120)는 어레이(174)의 하부 우측 코너의 광학 센서(176)이다. 다른 선택들도 가능하다. 예를 들어, 어레이(174)는 사분원 광다이오드(178)일 수 있고 광학 센서(176)는 사분원 광다이오드(178)의 부분 다이오드일 수 있다.
광빔(116)은, 예를 들어, 검출기(110)의 광축을 따라 전파할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들도 가능하다. 광학 검출기(110)는 특히 빔 성형을 위한 적어도 하나의 렌즈 및/또는 적어도 하나의 렌즈 시스템과 같은 적어도 하나의 전사 장치(128)를 포함한다. 결과적으로, 광빔(116)은 하나 이상의 초점(130)에서와 같이 초점이 맞추어질 수 있고, 광빔(116)의 빔 폭은 검출기(110)와 비콘 장치(114) 및/또는 피사체(112) 사이의 거리와 같은 피사체(112)의 종방향 좌표 z에 의존할 수 있다. 광학 센서(118, 120)는 초점을 벗어나 위치된다. 이러한 제 3 바람직한 실시예에서, 광학 센서(118, 120)는 광학 센서의 감광성 영역이 이의 공간 오프셋 및/또는 이의 표면적에서 상이하도록 배열될 수 있다. 종방향 좌표에 대한 이러한 빔 폭 의존성에 대한 세부 사항에 대해서는 WO 2012/110924 A1 및 WO 2014/097181 A1 중 하나 이상을 참조할 수 있다.
도 14에서 알 수 있는 바와 같이, 검출기(110)의 설정은 다양한 방식으로 중심으로부터 벗어난다. 따라서, 어레이(174)의 기하학적 중심(180)은 오프셋 d0에 의해 광축(126, 129)으로부터 중심이 어긋날 수 있다. 또한, 제 1 광학 센서(118)의 기하학적 중심(182)은 오프셋(d1)만큼 광축(126)으로부터 중심이 벗어나고, 제 2 광학 센서(120)의 기하학적 중심(184)은 오프셋(d2)(여기서 d1 ≠ d2)만큼 광축(126)으로부터 중심이 벗어난다. 다시 말하면, 감광성 영역(122, 124) 위에 불균등하게 분포된 광 스폿(186)이 형성된다.
후술하는 바와 같이, 검출기(110)는 어레이(174) 상에 광 스폿(186)의 중심이 벗어난 위치를 자동으로 설정하도록 구성될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 먼저, 검출기(110)는 어레이(174)의 광학 센서(176)에 의해 생성된 센서 신호가 동일한 지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우, 검출기(110)는 광 스폿(186)이 어레이(174)에서 중심에 위치되고, 결과적으로 광축(126, 129)에 수직인 평면에서 전체 어레이(174)를 이동시키는 것과 같이 어레이(174)의 기하학적 중심(180)으로부터 광 스폿(186)을 이동시킬 수 있다. 이러한 목적을 위해, 도 13과 관련하여 이하에서 더 상세히 도시되는 바와 같이, 하나 이상의 액추에이터가 검출기(110)에 제공될 수 있다.
도 11의 설정으로 되돌아가면, 제 1 광학 센서(118)는 광빔(116)에 의한 조명에 응답하여 제 1 센서 신호(s1)를 생성하는 반면, 제 2 광학 센서(120)는 제 2 센서 신호(s2)를 생성한다. 바람직하게는, 광학 센서(118, 120)는 선형 광학 센서이고, 즉 센서 신호(s1, s2)는 각각, 그 각각의 감광성 영역(122, 124)을 조명하는 광빔(116) 또는 광빔(116)의 일부분의 총 전력에만 의존하는 반면, 이들 센서 신호(s1, s2)는 조명의 광 스폿의 실제 크기와는 무관하다. 즉, 광학 센서(118, 120)는 전술한 FiP 효과를 나타내지 않는 것이 바람직하다.
센서 신호(s1 및 s2)는 검출기(110)의 평가 장치(132)에 제공된다. 도 1에 상징적으로 도시된 바와 같이, 평가 장치(110)는 전술한 바와 같이 몫 신호 Q를 도출하도록 구현될 수 있다. 하기 도 16 내지 18에 도시된 부식 신호를 참조하여 더 상세히 설명되는 바와 같이, 센서 신호(s1 및 s2) 또는 이들의 복수 또는 선형 조합을 나눔으로써 유도되는 몫 신호 Q는, 피사체(112) 및/또는 비콘 장치(114)의 종방향 좌표 z에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 유도하는 데 사용될 수 있고, 이로부터 광빔(116)이 검출기(110)를 향해 전파한다.
적어도 하나의 비콘 장치(114)와 결합된 검출기(110)는 도 13를 참조하여 이하 더 상세히 설명되는 바와 같이 검출기 시스템(134)으로 지칭될 수 있다.
도 12에는 대안적인 검출기(110)를 형성하는 도 11의 실시예의 변형례가 도시되어 있다. 검출기(110)의 대안적인 실시예는 도 11에 도시된 실시예에 광범위하게 대응한다. 그러나, 능동형 광원, 즉 광빔(116)을 생성하기 위한 발광 특성을 갖는 비콘 장치(114)를 사용하는 대신에, 검출기(110)는 적어도 하나의 조명원(136)을 포함한다. 예를 들어, 조명원(136)은 레이저를 포함할 수 있는 반면, 도 11에서, 비콘 장치(114)는 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 조명원은 피사체(112)를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명 광빔(138)을 생성하도록 구성될 수 있다. 조명 광빔(138)은 피사체(112)에 의해 완전히 또는 부분적으로 반사되고 검출기(110)를 향해 다시 이동하여 광빔(116)을 형성한다. 조명원(136)은, 예를 들어, 아이리스 다이어프램(iris diaphragm) 및/또는 핀 구멍과 같은 조절가능한 다이어프램(190)과 같은 하나 이상의 다이어프램(190)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 12에 도시된 설정은 또한 광학 저장 매체용 판독 장치(192)에서 또는 판독 장치(192)로서 사용될 수도 있다. 따라서, 일례로서, 피사체(112)는 예를 들어 CCD, DVD 또는 블루-레이 디스크와 같은 광학 저장 디스크와 같은 광학 저장 매체일 수 있다. 데이터 저장 모듈의 존재 또는 부재 및 피사체(112) 내의 이의 깊이의 측정에 의해, 전술한 측정 원리를 사용함으로써 데이터 판독이 일어날 수 있다.
광빔(116)은 구체적으로 검출기(110)의 광축(126)을 따라 진행할 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 일례로서, 조명 광빔(138)은 검출기(110)의 광축(126)에 평행할 수 있다. 이하의 도 19a 및 19b와 관련하여 도시된 바와 같이, 다른 실시예, 즉 비등축 조명 및/또는 각도 조명이 또한 가능하다. 축상 조명을 제공하기 위해, 예로서 도 12에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 반사성 요소(140) 예를 들어 하나 이상의 프리즘 및/또는 거울 예컨대 이색성 거울 예컨대 이동성 거울 또는 이동성 프리즘이 사용될 수 있다.
이들 변형과는 별도로, 도 12의 실시예의 설정은 도 11의 설정에 대응한다. 따라서, 또한, 몫 신호 Q를 형성하기 위한 적어도 하나의 분배기(142) 및 적어도 하나의 몫 신호 Q로부터 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 도출하기 위한 적어도 하나의 위치 평가 장치(144)를 갖는 평가 장치(132)가 사용될 수 있다. 평가 장치(132)는 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있음을 알아야 한다. 따라서, 예로서, 하나 이상의 구성요소(142, 144)가 적절한 소프트웨어 구성요소에 의해 구현될 수 있다.
또한, 도 11 및 12에 도시된 실시예는 단순히 피사체(112)의 종방향 좌표(z)를 결정하기 위한 실시예를 제공함을 알아야 한다. 그러나, 도 11 및 12의 설정을 수정하여 피사체(112) 및/또는 그 일부의 횡방향 좌표에 대한 추가 정보를 제공하는 것도 가능하다. 예를 들어, 전사 장치(128)와 광학 센서(118, 120) 사이에, 광빔(116)의 하나 이상의 부분은 분기될 수 있으며, 하나 이상의 CCD 및/또는 CMOS 픽셀화된 센서 및/또는 추가의 사분원 검출기 및/또는 다른 위치 감지 장치와 같은 위치-감지 장치로 안내될 수 있으며, 이는, 그 위에 생성된 광 스폿의 횡방향 위치로부터, 피사체(112) 및/또는 그 일부의 횡방향 좌표를 도출할 수 있다. 보다 상세한 설명을 위해, 예를 들어, 횡방향 센서의 잠재적 솔루션을 제공하는 전술한 종래 기술 문헌 중 하나 이상을 참조할 수 있다.
도 13은 고도로 개략적인 예시에서 예를 들어 도 11 또는 12에 도시된 실시예에 따른 검출기(110)의 예시적인 실시예를 도시한다. 검출기(110)는 구체적으로 카메라(146)로서 구현될 수 있고/있거나 카메라(146)의 일부일 수 있다. 카메라(146)는, 특히 3D 이미징을 위한 이미징을 위해 제조될 수 있으며, 디지털 비디오 클립과 같이 정지 이미지 및/또는 이미지 시퀀스를 획득하기 위해 제조될 수 있다. 다른 실시예도 가능하다.
도 13은 또한 적어도 하나의 검출기(110) 외에 하나 이상의 비콘 장치(114)를 포함하는 검출기 시스템(134)의 실시예를 도시하며, 이는, 이 예에서 피사체(112)에 부착 및/또는 통합될 수 있으며, 그 위치는 검출기(110)를 사용하여 검출된다. 도 13는 또한 적어도 하나의 검출기 시스템(134)을 포함하는 인간-기계 인터페이스(148) 및 추가로 인간-기계 인터페이스(148)를 포함하는 엔터테인먼트 장치(150)의 예시적인 실시예를 나타낸다. 도 13은 또한 검출기 시스템(134)을 포함하는 피사체(112)의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템(152)의 실시예를 나타낸다. 장치와 시스템의 구성요소는 이하에서 더 상세히 설명된다.
도 13은 또한 예를 들어 피사체(112)를 스캐닝하고/하거나 적어도 하나의 피사체(112)의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위해 피사체(112)를 포함하는 풍경을 스캐닝하기 위한 스캐닝 시스템(154)의 예시적인 실시예를 도시한다. 스캐닝 시스템(154)은 적어도 하나의 검출기(110), 및 추가로, 임의적으로, 적어도 하나의 조명원(136) 및 임의적으로 적어도 하나의 추가 조명원(136)를 포함한다. 조명원(136)은 일반적으로 적어도 하나의 도트 예를 들어 비콘 장치(114)의 위치들 중 하나 이상에 위치된 도트 및/또는 피사체(112)의 표면 상에 위치된 도트의 조명을 위한 적어도 하나의 조명 광빔(138)을 방출하도록 구성된다. 스캐닝 시스템(154)은 피사체(112) 및/또는 피사체(112)의 프로파일을 포함하는 풍경의 프로파일을 생성하도록 설계되고/되거나 적어도 하나의 검출기(110)를 사용함으로써 적어도 하나의 도트와 스캐닝 시스템(154), 특히 검출기(110) 사이의 거리에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 13의 설정에 사용될 수 있는 검출기(110)의 예시적인 실시예가 도 11 및 12에 도시되어 있고, 하기 도 15에 대안적인 실시예로서 도시될 것이다. 따라서, 검출기(110)는, 광학 센서(118, 120) 이외에, 예를 들어 도 13에 상징적으로 도시된 바와 같이 적어도 하나의 분배기(142) 및/또는 적어도 하나의 위치 평가 장치(144)를 갖는 적어도 하나의 평가 장치(132)를 포함한다. 평가 장치(132)의 구성요소들은 완전히 또는 부분적으로 별개의 장치로 통합될 수 있고/있거나 검출기(110)의 다른 구성요소들로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 2 개 이상의 구성요소를 완전히 또는 부분적으로 결합할 수 있는 가능성 외에도, 광학 센서(118, 120) 중 하나 이상 및 평가 장치(132)의 하나 이상의 구성요소는 도 15에 상징적으로 도시된 바와 같이 하나 이상의 커넥터(156) 및/또는 하나 이상의 인터페이스에 의해 상호연결될 수 있다. 또한, 하나 이상의 커넥터(156)는 센서 신호를 변형하거나 재처리하기 위한 하나 이상의 드라이버 및/또는 하나 이상의 장치를 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 임의적인 커넥터(156)를 사용하는 대신에, 평가 장치(132)는 광학 센서(118, 120) 중 하나 또는 둘 모두 및/또는 검출기(110)의 하우징(158) 내로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치(132)는 완전히 또는 부분적으로 별도의 장치로서 설계될 수 있다.
예로서 도 13에는 예컨대 부분 투명한 하나 이상의 반사성 요소(140) 예를 들어 하나 이상의 프리즘 및/또는 거울 예컨대 이색성 거울 예컨대 이동성 거울 또는 이동성 프리즘이 사용될 수 있다.
도 13의 예시적인 실시예에서 상징적으로 도시된 검출기(110)는 또한 광학 센서(176)의 어레이(174)를 광축(126)에 대해 이동시키기 위한 적어도 하나의 액추에이터(188)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 이동을 제공하기 위해, 광축(126)은 어레이(174) 또는 둘 모두를 이동시키는 것에 의해 광축(126)을 이동시킴으로써 어레이(174)에 대해 이동될 수 있다. 따라서, 일례로서, 광축은 하나 이상의 편향 요소를 사용함으로써 및/또는 전사 장치(128)를 사용함으로써 이동될 수 있다. 간단한 예로서, 하나 이상의 액추에이터(188)(도시 생략)를 사용하는 것과 같이 전사 장치(128)의 렌즈는 경사질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 어레이(174)는 하나 이상의 액추에이터(188)에 의해, 바람직하게는 광축(126)에 수직인 평면으로 이동될 수 있다. 예를 들어, x-방향에 대한 하나의 전기기계식 액추에이터 및 y-방향에 대한 또 다른 전기기계식 액추에이터와 같은 하나 이상의 전기기계식 액추에이터가 사용될 수 있다. 다른 실시예도 가능하다. 따라서, 전술한 비-중심성 절차는 예를 들어 도 14에 도시된 바와 같이 중심에서 벗어난 상황을 설정하기 위해 구현될 수 있다.
또한, 도 13에 도시된 예시적인 실시예에서, 위치가 검출될 수 있는 피사체(112)는 스포츠 장비의 물품으로서 설계될 수 있고/있거나 사용자(162)에 의해 위치가 조작될 수 있는 제어 요소 또는 제어 장치(160)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 피사체(112)는 배트, 라켓, 클럽 또는 임의의 다른 스포츠 장비 용품 및/또는 가짜 스포츠 장비이거나 이를 포함할 수 있다. 다른 유형의 피사체(112)도 가능하다. 또한, 사용자(162) 자신은 그 위치가 검출되는 피사체(112)로서 간주될 수 있다.
상술한 바와 같이, 검출기(110)는 적어도 제 1 광학 센서(118) 및 제 2 광학 센서(120)를 포함하는 적어도 광학 센서(176)를 포함한다. 광학 센서(176)는 검출기(110)의 하우징(158) 내에 위치될 수 있다. 또한, 바람직하게는 하나 이상의 렌즈를 포함하는 하나 이상의 광학 시스템과 같은 적어도 하나의 전사 장치(128)가 포함된다.
바람직하게는 검출기(110)의 광축(126)에 대해 동심원 상에 위치는 하우징(158) 내부의 개구(164)가 바람직하게는 검출기(110)의 시야 방향(166)을 한정한다. 도 15에 상징적으로 도시된 좌표계(128)에서, 종방향은 z로 표시되고, 횡방향은 각각 x 및 y로 표시된다. 비-카테시안 좌표계와 같은 다른 유형의 좌표계(168)도 가능하다.
검출기(110)는 광학 센서(118, 120) 및 임의적으로 추가의 광학 센서를 포함할 수 있다. 광학 센서(118, 120)는 제 1 광학 센서(118)가 제 2 광학 센서(120)의 일부를 커버하도록 하나의 동일한 빔 경로에 하나씩 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 대안적으로, 적어도 하나의 횡방향 검출기에 대한 빔 경로를 분기하는 것과 같이, 또는 피사체(112) 및/또는 그 일부분의 횡방향 좌표를 결정하기 위한 횡방향 센서와 같은 하나 이상의 추가 빔 경로에 추가적인 광학 센서를 갖는 분기된 빔 경로가 가능할 수 있다.
하나 이상의 광빔(116)은 피사체(112) 및/또는 비콘 장치(114) 중 하나 이상으로부터 검출기(110)를 향해 전파한다. 검출기(110)는 적어도 하나의 피사체(112)의 위치를 결정하도록 구성된다. 이러한 목적을 위해, 도 11, 12 및 14의 내용에서 상술한 바와 같이, 평가 장치(132)는 광학 센서(118, 120)에 의해 제공된 센서 신호를 평가하도록 구성된다. 검출기(110)는 피사체(112)의 위치를 결정하도록 구성되고, 광학 센서(118, 120)는 피사체(112)로부터 검출기(110)를 향해, 특히 하나 이상의 비콘 장치(114)로부터 전파하는 광빔(116)을 검출하도록 구성된다. 조명원(136)이 사용되지 않는 경우, 비콘 장치(114) 및/또는 적어도 하나의 비콘 장치(114)는 발광다이오드와 같은 통합된 조명원을 갖는 능동형 비콘 장치일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 조명원(136)이 사용되는 경우, 비콘 장치(114)는 능동형 비콘 장치일 필요는 없다. 반대로, 적어도 하나의 반사 표면을 갖는 통합된 반사된 비콘 장치(114)와 같은 피사체(112)의 반사 표면이 사용될 수 있다. 하나 이상의 렌즈에 의해 포커싱되는 것과 같이, 전사 장치(128)에 의해 변형된 직후 및/또는 이후에 광빔(116)은 광학 센서(118, 120)의 감광성 영역(122, 124)을 조명한다. 평가에 대한 상세한 내용에 대해서는 상기 도 11, 12 및 14를 참조할 수 있다.
전술한 바와 같이, 검출기(110)를 사용하여 피사체(112) 및/또는 이의 일부분의 위치를 결정하는 것은 적어도 하나의 정보 항목을 기계(170)에 제공하기 위해 인간-기계 인터페이스(148)를 제공하는 데 사용될 수 있다. 도 13에 개략적으로 도시된 실시예에서, 기계(170)는 컴퓨터일 수 있고/있거나 컴퓨터를 포함할 수 있다. 다른 실시예도 가능하다. 평가 장치(132)는 심지어 컴퓨터와 같이 기계(170)에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 13는 또한 적어도 하나의 피사체(112) 및/또는 이의 일부분의 위치를 추적하도록 구성된 추적 시스템(152)의 예를 도시한다. 추적 시스템(152)은 검출기(110) 및 적어도 하나의 트랙 제어기(172)를 포함한다. 트랙 제어기(172)는 특정 시점에서 피사체(112)의 일련의 위치를 추적하도록 구성될 수 있다. 트랙 제어기(172)는 독립적인 장치일 수 있고/있거나 도 13에 도시된 바와 같이 기계(170), 특히 컴퓨터 및/또는 평가 장치(132)에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다.
유사하게, 상술한 바와 같이, 인간-기계 인터페이스(148)는 엔터테인먼트 장치(150)의 일부를 형성할 수 있다. 기계(170), 특히 컴퓨터는 또한 엔터테인먼트 장치(150)의 일부를 형성할 수도 있다. 따라서, 사용자(162)가 피사체(112)로서 기능하고/하거나 사용자(162)가 피사체(112)로서 기능하는 제어 장치(160)를 취급하는 것에 의해, 사용자(162)는 적어도 하나의 제어 명령과 같은 적어도 하나의 정보 항목을 컴퓨터에 입력할 수 있고, 이로 인해 컴퓨터 게임의 과정을 제어하는 것과 같이 엔터테인먼트 기능을 변화시킬 수 있다.
도 11, 12 및 13에 도시된 바와 같은 검출기(110)의 설정에서, 광학 센서(176)는 어레이(174)의 일부이고 모든 광학 센서(176)는 광축(126)에 본질적으로 수직인 하나의 동일한 평면에 위치될 수 있다. 이러한 맥락에서 언급한 바와 같이, "수직” 또는 "본질적으로 수직"을 언급할 때, 90° 배향이 바람직하다. 그러나, 20° 이하, 바람직하게는 10° 이하 또는 보다 바람직하게는 5° 이하의 각도 허용오차와 같은 허용오차가 존재할 수 있다. 그러나, 광학 센서(176)는 반드시 어레이(174)에 위치될 필요는 없고 반드시 도 15에 도시된 검출기(110)의 다른 설정에 도시된 바와 같이 하나의 동일한 평면에 위치될 필요는 없다. 이 도면에는 광학 구성요소만이 도시되어 있다. 다른 구성요소에 대해서는 상기 도 11, 12 및 13를 참조할 수 있다.
알 수 있는 바와 같이, 이러한 대안적인 설정에서, z-방향이라고도 하는 광축(126)의 방향으로 오프셋된 상이한 평면에 배치된 적어도 하나의 제 1 광학 센서(118) 및 적어도 하나의 제 2 광학 센서(120)를 포함하는 2 개 이상의 광학 센서(176)가 존재한다. 따라서, 또한 알 수 있는 바와 같이, 광학 센서(118, 120)는 중첩될 수 있는 반면, 이전 실시예에서는 바람직하게는 광학 센서(176) 사이의 중첩이 없다. 이들 변형과는 별도로, 센서 신호의 기능 및 평가는 일반적으로 상기 도 11, 12 및 13의 실시예에 대응한다.
전술한 바와 같이, 적어도 2 개의 광학 센서(176)의 적어도 2 개의 센서 신호를 평가하고 이의 피사체(112)의 종방향 위치 예컨대 검출기(110)와 피사체(112) 사이의 거리 및/또는 피사체(112)의 z-좌표에 관한 정보를 유도하기 위해, 적어도 하나의 조합된 센서 신호가 평가 장치(132)에 의해 생성된다. 이러한 조합된 센서 신호가 적어도 측정 범위에 걸쳐 거리의 고유 함수를 제공하는 한, 조합된 센서 신호는 종방향 좌표를 유도하기 위해 사용될 수 있다. 일례로서, 조합된 센서 신호는 적어도 하나의 몫 신호 Q이거나 이를 포함할 수 있다. 도 16 내지 18에서는, 2 개의 광학 센서(176)의 2 개의 센서 신호의 몫 신호 Q가 다양한 측정 조건 하에서 도시되어 있다. 각각의 경우에, 몫 신호 Q는 수평 축 상의 피사체(112)의 종방향 좌표 z의 함수로서 수직 축 상에 표시되고, 후자는 센티미터로 주어진다.
모든 실험에서는, 도 12에 도시된 바와 같은 설정이 사용되었다. 조명원(136)으로서, 도 16 및 17의 실험에서, 초점 길이가 100 mm인 렌즈와 함께 980 nm 피코트로닉(Picotronic) 레이저 공급원이 사용되었다. 도 18의 실험에서, 초점 길이가 79 mm인 렌즈와 함께 850 nm의 파장을 갖는 레이저 구성요소 레이저 광원이 사용되었다. 모든 실험에서, 레이저 빔은 반사성 요소(140)를 형성하는 렌즈(128) 앞에 작은 프리즘을 통해 광축(126) 상에 정렬되었다. 레이저 공급원의 전면에 있는 다이어프램(190)은 스폿 크기를 변화시키는 데 사용되었다. 사분원 다이오드(178)는 상이한 물질에 대한 레이저 공급원의 반사를 측정하기 위해 사용되었다. 모든 실험에서, 거리 의존성은 두 개의 인접한 사분원 전류의 몫 Q에 의해 주어진다.
도 16에서, 레이저 전력은 점선으로 표시된 8 nA 레이저 전류로부터 실선으로 표시된 106 nA까지 실험 동안 변화시켰다. 여기서, 레이저 전류는 전형적으로 레이저 강도에 대한 척도를 제공하지 않기 때문에, 여기에 지시된 레이저 전류는 레이저가 렌즈로부터 330 mm의 거리에서 백색 시트를 조명하는 측정 설정에서의 규소 광검출기의 전류이다. 명확하게 볼 수 있는 바와 같이, 곡선은 거의 동일하며, 적어도 이러한 레이저 전력 변동 범위 내에서 레이저 전력에 크게 의존하지 않는다. 이러한 실험은 몫 신호가 조명원의 휘도의 영향과는 독립적으로 종방향 좌표의 신뢰할 수 있고 단조로운 기능을 제공함을 보여준다.
도 17에서, 조명원(136)의 스폿 크기는 레이저의 정면에서 다이어프램(190)의 개방 직경을 변화시킴으로써 변경된다. 스폿 크기는 점선으로 표시된 1.5 mm로부터 0.5 mm 간격으로 실선으로 표시된 3.5 mm까지 다양하였다. 알 수 있는 바와 같이, 약 200 cm의 거리까지, 몫 신호 Q는 스폿 크기에 의존하지 않으며, 따라서 이러한 변동에 의해 부정적인 영향을 받지 않는다.
도 18에서, 레이저 빔에 의해 조명된 피사체(112)의 물질은 변화되었다. 여기에서, 점선은 흰 종이를 나타내고, 가장 작은 대시를 갖는 파선은 검은 종이를 나타내며, 중간 대시를 갖는 파선은 목재를 나타내며, 가장 큰 대시를 갖는 점선은 알루미늄 플레이트를 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 적어도 약 250 cm의 측정 범위까지, 실험은 피사체(112)에 사용되는 물질의 유형에 크게 의존하지 않는다.
따라서, 도 16 내지 18에 도시된 실험은 몫 신호 Q가 거리의 신뢰할 만한 함수를 제공한다는 것을 명확하게 나타낸다. 적어도 측정 범위 내에서 상기 함수는 거리에 따라 단조롭게 상승한다. 이러한 함수는 조명원의 휘도, 조명원의 스폿 크기 또는 피사체(112)의 물질과 같은 실생활 측정에서 발생할 수 있는 가장 중요한 변화에 크게 영향을 받지 않는다. 따라서, 2 개 이상의 광학 센서(176)의 몫 신호 Q를 평가함으로써, 신뢰성 있는 거리 정보가 생성될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 도 16 내지 18에 도시된 곡선들은 평가 장치(132)의 목적을 위한 보정 곡선으로서 직접 사용될 수 있다. 그러나 다른 평가 방법도 가능하다.
도 19a 및 19b에는 도 2에 도시된 설정의 변형인 검출기(110)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 따라서, 도 19a 및 19b의 개략도에 도시되지 않은 대부분의 구성요소들 및 임의적인 사항들 및 추가 구성요소들에 대해서는 상기 도 12의 설명을 참조할 수 있다.
도 12에서, 전술한 바와 같이, 조명 광빔(138)은 바람직하게는 광축(126)을 따라, 즉 광축(126) 또는 심지어 광축(126)에 평행하게 진행한다. 상기 설정에서, 광 스폿(186)의 중심의 위치는 전형적으로 피사체(112)와 검출기(110) 사이의 거리와 같은 피사체(112)의 z-좌표에 의존하지 않는다. 즉, 광 스폿(186)의 직경 또는 등가 직경은 피사체(112)와 검출기(110) 사이의 거리에 따라 변하지만, 전형적으로 어레이(174) 상의 광 스폿(186)의 위치는 그렇지 않다.
반대로, 도 19a 및 19b에서, 조명 광빔(138)이 축을 벗어나, 즉 광축(126)과 0° 이외의 각도로 또는 광축(126)과 평행한 방향으로 그러나 광축(126)에서 벗어나 진행하는 검출기(110)의 설정이 도시되어 있다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 이 실시예는 본 발명에 따른 방법이 조합된 센서 신호의 z-의존성을 증가시킴으로써 더욱 향상될 수 있음을 입증한다. 따라서, 도 19a에서, 측면도는 피사체(112)의 2 개의 상이한 위치, 즉 실선으로 표시된 z1에서의 제 1 위치와 파선으로 표시된 z2에서의 제 2 위치로 도시된다. 알 수 있는 바와 같이, 광축(126)과 예를 들어 5° 내지 30°의 각도로, 예를 들어, 10° 내지 20°의 각도로 전파하는 조명 광빔(138)은 상이한 위치에서 두 경우 모두 피사체(112)에 부딪친다. 조명 광빔(138)에 의해 조명된 피사체(112)의 이들 점들로부터, 광빔(116)은 검출기(110)를 향해 전파하며, 다시 위치 z1에 위치된 피사체(112)에 대한 광빔(116)은 실선으로 도시되고 위치 z2에 위치된 피사체(112)에 대한 광빔(116)은 점선으로 도시된다.
도 19b에서, 어레이(174) 예를 들어 사분원 광다이오드가 확대된 형태로 도시되어 있다. 이러한 설정에서 알 수 있는 바와 같이, 광 스폿(186)의 위치는 피사체(112)의 종방향 위치 z에 따라 이동한다. 따라서, 광 스폿(186)의 크기는 종방향 위치 z에 의해 영향을 받을 뿐만 아니라 광 스폿(186)의 어레이(174)상의 위치에 의해서도 영향을 받는다. 도 19b에서, 광 스폿(186)의 이러한 움직임은 화살표 z로 표시된다.
결과적으로, 광 스폿(186)의 이러한 움직임에 의해, 광학 센서(176)의 적어도 2 개의 센서 신호를 고려한 조합된 센서 신호의 z-의존성이 증가될 수 있다. 예로서, 도 19b의 어레이(174)의 4 개의 다이오드는 D1 내지 D4로 표시된다. 예를 들어, 몫 신호 Q는 Q = i(D1)/i(D4)로서 형성될 수 있으며, 여기서 i(D1)는 광다이오드(D1)의 센서 신호이고, i(D4)는 광다이오드 D4의 센서 신호이다. 도 19b에 도시된 바와 같이, 사분원 다이오드는 2 개의 분할 선을 포함할 수 있다. 분할 선은 서로 직교하여 배열될 수 있다. 분할 선들의 직교 배치는 서로 독립적으로 근거리 장 및 원거리 장 적용에 대한 몫 신호의 조정을 허용한다. 사분원 다이오드의 2 개의 광학 센서의 센서 신호의 몫 신호를 결정하는 것 이외에, 평가 장치(132)는 사분원 다이오드의 적어도 3 개 또는 4 개의 센서 신호를 사용하여 제 2의 몫을 결정하도록 구성될 수 있다. 2 개의 몫은 2 개의 별개의 거리 범위를 커버하도록 형성될 수 있다. 근거리 장 및 원거리 장에 대한 2 개의 몫 신호는 상기 몫 모두가 종방향 거리 z의 합리적인 결정을 얻는 것을 허용하는 중첩 영역을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 몫은 Q= i(D1+D2)/i(D3+D4)에 의해 결정되며, 여기서는 상단 세그먼트라고도 하는 2 개의 상단 사분원의 센서 신호를 하단 세그먼트라고도 하는 2 개의 하단 사분원의 센서 신호로 나눈다. 검출기의 기준선과 평행한 분할 선을 갖는 2 개의 센서 영역에 의해 결정된 센서 신호의 몫을 사용하는 것은 광 스폿의 임의의 거리 의존적 움직임 없이 몫을 결정할 수 있게 한다. 특히, 예를 들어, 상단 및 하단 세그먼트 사이의 분할 선이 기준선에 평행 한 경우, 하단 세그먼트에 의해 나누어진 상단 세그먼트로부터 결정된 몫 신호는 근거리 장에서 사용될 수 있고, 상기 광 스폿은 상기 사분원 다이오드의 좌측 또는 우측 세그먼트 중 하나만을 조명할 수 있다. 이 경우 좌측 세그먼트와 우측 세그먼트의 센서 신호를 나누어서 몫 신호를 결정하는 것은 가능할 수 없다. 그러나, 상단 및 하단 세그먼트의 센서 신호를 나눔으로써 몫을 결정하는 것은 적당한 거리 측정을 제공할 수 있다. 좌측 및 우측 세그먼트의 센서 신호를 나눔으로써 결정된 몫 신호, 즉 Q= i(D1+D3)/i(D2+D4)는 원거리 측정을 위해 사용될 수 있으며, 여기서 광 스폿은 좌우 세그먼트 모두를 조명한다. 또한, 평가 장치는 대향 세그먼트 또는 이웃 세그먼트들의 센서 신호들을 나누어서 상기 몫을 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 사분원의 획득된 센서 신호들 i(D1), i(D2), i(D3) 및 i(D4)을 결합하여 거리 측정이 넓은 분해능으로 넓은 범위에서 가능할 수 있도록 구성될 수 있다.
도 12에 도시된 상황에서, 광 스폿(186)의 위치는 z에 의존하지 않는다. 광학 상황에 따른 z의 변화에 따라, 상기 스폿은 더 확산되거나 더 집중됨으로써와 같이 더 크거나 작아진다. 스폿 크기가 증가하고 스폿이 더 확산되는 경우, i(D4)는 i(D1)보다 빠르게 증가하여 몫 신호 Q가 감소한다.
반대로, 도 19a의 상황에서, 광 스폿(186)의 크기와 위치는 모두 z-좌표에 의존한다. 따라서, 몫 신호 Q와 같은 조합된 센서 신호의 z-의존성의 경향이 증가될 것이다. 도 12의 상황에서, z-좌표에 의존하여, 적어도 하나의 센서의 센서 신호는 증가할 것이고, 동시에 적어도 하나의 다른 센서의 센서 신호는 감소할 것이고, 결과적으로 z-의존적 몫 신호 Q를 초래할 것이다. 도 19a의 상황에서는, 광 스폿(186)의 위치 의존성은 광원, 광축 및 센서의 상대적 위치에 의존하는 3 개의 상이한 상황을 초래할 수 있다: 첫째로, 광 스폿(186)의 위치 의존성은 z-좌표에 따라 적어도 하나의 감소하는 센서 신호의 추가 감소를 초래할 수 있음과 동시에 광 스폿(186)의 위치 의존성은 도 12의 상황과 비교하여 z-좌표에 따라 적어도 하나의 감소하는 센서 신호의 추가 증가를 초래할 수 있다. 둘째로, 광 스폿(186)의 위치 의존성은 z-좌표에 따라 적어도 하나의 감소하는 센서 신호의 감소된 감소 또는 심지어 증가를 초래할 수 있음과 동시에 광 스폿(186)의 위치 의존성은 도 12의 상황과 비교하여 z-좌표에 따라 적어도 하나의 감소하는 센서 신호의 감소된 증가 또는 심지어 감소를 초래할 수 있다. 셋째로, 광 스폿(186)의 위치 의존성은 센서 신호의 z-의존성이 도 12의 상황에 비해 크게 변하지 않도록 될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 피사체 거리는 삼각 측량 방법에서와 같이 센서 상의 광 스폿(186)의 위치로부터 결정되지 않는다. 대신에, 어레이(174) 상의 광 스폿(186)의 이동은 z-의존성의 강화된 동적 특성을 초래할 수 있는 센서 신호 및/또는 결과적인 몫 신호 Q의 동적 특성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 또한, 측정 동안 어레이(174) 상의 광 스폿(186)의 이동은 광학 센서(176) 및 조명원(136)의 적절한 상대적 위치 설정에 의해 전체 측정 범위에 대한 피사체 크기 독립성을 확립 및/또는 향상시키는 데 사용될 수 있다. 따라서, 광 스폿(186)의 이동은 삼각 측량의 목적으로 사용되지 않고 피사체 크기의 독립성을 위해 사용될 수 있다.
또한, 종래 기술로부터 알려진 바와 같이, 센서 신호들 i(D1), i(D2), i(D3), i(D4)는 또한 피사체(112)의 횡방향 위치 x, y를 결정하는 데 사용될 수 있다. 또한, 센서 신호는 또한 본 발명에 의해 결정된 z-좌표를 검증하는 데 사용될 수도 있다.
도 19c는 2 개의 감광성 영역을 갖는 광학 센서(176)로서의 바이-셀을 갖는 도 19a에 따른 검출기 설정을 사용하는 2 개의 실험 장치의 비교를 도시한다. 첫 번째 실험 설정에서, 조명원, 광축 및 센서의 상대적 위치에 따라, 광 스폿(186)은 피사체 거리에 따라 이동 방향(210)을 따라 바이-셀의 2 개의 광학 센서(176)의 선형 경계에 평행하게 이동할 수 있다. 광 스폿(186)의 이동 방향(210)이 피사체 거리에 따라 2 개의 감광성 영역의 선형 경계와 평행하기 때문에, 결과적인 센서 신호는 도 12에 도시된 바와 같이 피사체 거리에 따른 광 스폿(186)의 움직임이 없는 상황과 동일하다. 두 번째 실험 설정에서, 조명원, 광축 및 센서의 상대적 위치에 따라, 광 스폿(186)은 바이-셀의 2 개의 광학 센서(176)의 경계에 대한 광 스폿(186)의 중심의 거리가 2 개의 광학 센서(176)의 경계에 대해 수직으로 이동, 예컨대 피사체 거리에 의존하여 이동 방향(208)에 따라 이동하는 것과 같이 피사체 거리에 따라 변하도록 움직일 수 있다. 광 스폿(186)의 이동을 허용하는 검출기 설정은 도 19a에 도시된 설정의 변형일 수 있다. 따라서, 대부분의 구성요소들 및 임의적인 세부 사항들뿐만 아니라 추가 구성요소들에 대해서는 상기 도 19a의 설명을 참조할 수 있다. 도 19c에서, 광학 센서(176)는 바이-셀 다이오드일 수 있다.
도 19d는 이동 방향(210 및 208)에 따른 피사체 거리에 따라 광 스폿의 이동을 갖는 도 19c에 따른 광 스폿(186)의 이동을 허용하는 도 19a에 따른 검출기 설정을 사용하는 2 개의 실험 설정의 비교 실험 결과를 도시한다. 곡선(212)은, 바이-셀의 광학 센서의 경계에 평행하고 피사체 거리에 따라 광 스폿의 이동 없이 도 12와 동일한 상황인 도 19c에 도시된 바와 같은 이동 방향(210)을 따라 광 스폿(186)의 이동을 허용하는 검출기 구성에 대한 종방향 좌표 z에 대한 몫 Q의 의존성을 나타낸다. 곡선(214)은 도 19a에 따른 검출기 설정에 대해 종방향 좌표 z에 대한 몫 Q의 의존성을 나타내며 광 스폿(186)의 이동이 도 19c에 따른 광 스폿(186)의 이동을 허용하고 상기 광 스폿의 이동이 이동 방향(208)에 따라 피사체 거리에 의존하는 검출기 설정을 사용한다. 실험 설정은 다음과 같다: 광학 센서(176)는 바이-셀 다이오드, 특히 Si-바이-셀일 수 있다. 조명원(136)은 4 mm의 스폿 크기를 갖는 950 nm 레이저일 수 있다. 전사 장치(128)는 20 mm의 초점 길이를 가질 수 있는데, 예를 들어 토르랩스 애스피어(Thorlabs Asphere, f = 20mm)로서 입수가능한 렌즈일 수 있다. 피사체(112)의 거리는 0에서 3000 mm까지 다양했다. 종방향 좌표 z의 결정은 광 스폿(186)의 이동을 허용하지 않고 가능할 수 있다. 특히, 본 발명에 따르면, 광 스폿의 이동은 종방향 좌표 z의 결정에 필수적이지 않을 수 있다. 검출기 설정이 방향(210)에 따라 광 스폿(186)의 이동을 허용하거나 매우 작은 거리에서 피사체 거리의 임의의 이동 결정이 가능하지 않지만, 방향(208)에 따른 이동에 의해 피사체 거리의 결정은 500 mm보다 큰 거리와 같은 피사체 거리에 대해 가능하다.
도 19e는 이동 방향(208 및 210)에 따른 피사체 거리에 따라 광 스폿이 이동하는 도 19c에 따른 광 스폿(186)의 이동을 허용하는 도 19a에 따른 검출기 설정을 사용하는 2 개의 실험 설정의 피사체 독립성을 도시한다. 또한, 실험 설정 모두에서, 피사체 크기는 레이저 조명원의 개구를 변경함으로써 1 mm(파선), 2 mm(점선), 6 mm(실선) 및 12 mm (느슨한 점선)으로 다양했다. 곡선 세트(216)는 방향(208)을 따라 광 스폿(186)의 이동을 허용하는 실험 장치에 대한 종방향 좌표 z에 대한 몫 Q의 의존성을 나타낸다. 곡선 세트(218)는 방향(210)을 따라 광 스폿(186)의 이동을 허용하는 실험 구성에 대한 종방향 좌표 z에 대한 몫 Q의 의존성을 나타낸다. 곡선 세트(216)는 단지 작은 편차, 특히 5% 미만을 도시하는 반면에 곡선 세트(218)는 특히 거리 z가 증가함에 따른 더 큰 편차를 나타낸다. 따라서, 측정 동안 어레이(174) 상의 광 스폿(186)의 이동은 광학 센서(176) 및 조명원(136)의 적절한 상대적 위치 설정에 의해 전체 측정 범위에 대한 피사체 크기 독립성을 확립 및/또는 향상시키는 데 사용될 수 있다.
도 20에는 적어도 하나의 피사체(1112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(1110)의 추가의 실시예의 개략도가 도시되어 있다. 이 경우, 피사체(1112)는 비콘 장치(1114)를 포함할 수 있으며, 이로부터 광빔(1116)이 제 1 광학 센서(1118) 및 제 2 광학 센서(1120)를 향해 전파한다. 제 1 광학 센서(1118)는 제 1 감광성 영역(1122)을 포함하고, 제 2 광학 센서(1120)는 제 2 감광성 영역(1124)을 포함한다. 제 2 광학 센서(1120) 및 제 2 감광성 영역(124)의 상세한 설명은 도 22a, 22b 및 23을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.
여기서, 도 20에 도시된 실시예에서, 제 1 광학 센서(1118)는 광빔(1116)이 제 2 광학 센서(1120)보다 먼저 제 1 광학 센서(1118)에 도달하도록 제 2 광학 센서(1120)의 전방에 위치함을 알아야 한다. 그러나 위에서 논의한 것처럼 다른 순서도 가능하다. 따라서, 일례로서, 제 2 광학 센서(1120)는 제 1 광학 센서(1118)의 정면에 위치될 수 있다. 후자의 옵션은, 본원에 도시되지는 않았지만, 이하에서 보다 상세히 후술되는 바와 같이, 예를 들어 투명한 형광성 도파관 시트(1174)를 제공함으로써, 제 2 감광성 영역(1124)이 완전히 또는 부분적으로 투명한 경우에 특히 가능하다.
광빔(1116)은, 예를 들어, 검출기(1110)의 광축(1126)을 따라 전파할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들도 가능하다.
검출기(1110)는 특히 빔 성형을 위한 적어도 하나의 렌즈 또는 렌즈 시스템과 같은 적어도 하나의 전사 장치(1128)를 추가로 포함할 수 있다. 결과적으로, 광빔(1116)은 하나 이상의 초점(1130)에서와 같이 초점이 맞추어질 수 있고, 광빔(1116)의 빔 폭은 검출기(1110)와 비콘 장치(1114) 및/또는 피사체(1112) 사이의 거리와 같은 피사체(1112)의 종방향 좌표 z에 의존할 수 있다. 종방향 좌표에 대한 이러한 빔 폭 의존성에 대한 세부 사항에 대해서는 WO 2012/110924 A1 및 WO 2014/097181 A1 중 하나 이상을 참조할 수 있다.
도 20에서 알 수 는 바와 같이, 제 1 광학 센서(1118)는 작은 광학 센서인 반면, 제 2 광학 센서(1120)는 큰 광학 센서이다. 따라서, 광빔(1116)의 폭은 제 1 감광성 영역(1122)을 완전히 덮을 수 있는 반면, 제 2 감광성 영역(1124) 상에는 제 2 감광성 영역(1124)보다 작은 광 스폿이 생성되어 광 스폿이 제 2 감광성 영역(1124) 내에 완전히 위치된다. 가능한 실시예들을 도 23을 참조하여 이하에서 설명한다. 따라서, 예를 들어, 제 1 감광성 영역(1122)은 10 mm2 내지 100 mm2의 표면적을 가질 수 있는 반면, 제 2 감광성 영역(1124)은 100 mm2 초과, 예컨대 200 mm2 이상, 예컨대 200 내지 600 mm2 또는 500 mm2 또는 그 이상의 표면적을 가질 수 있다. 그러나, 다른 실시예들도 가능하다.
제 1 광학 센서(1118)는 광빔(1116)에 의한 조명에 응답하여 제 1 센서 신호(s1)를 생성할 수 있는 반면, 제 2 광학 센서(1120)는 적어도 하나의 제 2 센서 신호(s2)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 광학 센서(1118)는 선형 광학 센서이고, 즉 센서 신호(s1)는 제 1 감광성 영역(1122)을 조명하는 광빔(1116) 또는 광빔(1116)의 일부분의 총 전력에 의존하는 반면, 센서 신호(s1)는 조명의 광 스폿의 실제 크기와는 무관하다. 즉, 제 1 광학 센서(1118)는 전술한 FiP 효과를 나타내지 않는 것이 바람직하다.
센서 신호(s1 및 s2)는 검출기(1110)의 평가 장치(1132)에 제공될 수 있다. 도 20에 상징적으로 도시된 바와 같이, 평가 장치(1110)는 전술한 바와 같이 몫 신호 Q를 도출하도록 구체적으로 구현될 수 있다. 예를 들어 센서 신호(s1 및 s2) 또는 이들의 복수 또는 선형 조합을 나눔으로써 유도되는 몫 신호 Q는 피사체(1112) 및/또는 비콘 장치(1114)의 종방향 좌표 z에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 유도하는 데 사용될 수 있고, 이로부터 광빔(1116)이 검출기(1110)를 향해 전파한다. 따라서, 예를 들어, 각각의 몫 신호 Q에 대해 종방향 좌표 z가 할당되는 고유한 평가 곡선이 존재할 수 있다.
적어도 하나의 비콘 장치(1114)와 결합된 검출기(1110)는 도 25를 참조하여 이하 더 상세히 설명되는 바와 같이 검출기 시스템(1134)으로 지칭될 수 있다.
도 21에는 대안적인 검출기(1110)를 형성하는 도 20의 실시예의 변형례가 도시되어 있다. 검출기(1110)의 대안적인 실시예는 도 20에 도시된 실시예에 광범위하게 대응한다. 그러나, 능동형 광원, 즉 광빔(1116)을 생성하기 위한 발광 특성을 갖는 비콘 장치(1114)를 사용하는 대신에, 검출기(1110)는 적어도 하나의 조명원(1136)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원(1136)은 레이저를 포함할 수 있는 반면, 도 20에서, 비콘 장치(1114)는 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 조명원(1136)은 피사체(1112)를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명 광빔(1138)을 생성하도록 구성될 수 있다. 조명 광빔(1138)은 피사체(1112)에 의해 완전히 또는 부분적으로 반사되고 검출기(1110)를 향해 다시 진행하여 광빔(1116)을 형성할 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 일례로서, 조명 광빔(1138)은 검출기(1110)의 광축(1126)에 평행할 수 있다. 다른 실시예, 즉 비등축 조명 및/또는 소정 각도의 조명이 또한 가능하다. 축상 조명을 제공하기 위해, 예로서 도 21에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 반사성 요소(1140) 예를 들어 하나 이상의 프리즘 및/또는 거울 예컨대 이색성 거울 예컨대 이동성 거울 또는 이동성 프리즘이 사용될 수 있다.
이들 변형과는 별도로, 도 21의 실시예의 설정은 도 20의 설정에 대응한다. 따라서, 또한, 몫 신호 Q를 형성하기 위한 적어도 하나의 분배기(1142) 및 몫 신호 Q로부터 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 도출하기 위한 적어도 하나의 위치 평가 장치(1144)를 갖는 평가 장치(1132)가 사용될 수 있다. 평가 장치(1132)는 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있음을 알아야 한다. 따라서, 예로서, 하나 이상의 구성요소(1142, 1144)가 적절한 소프트웨어 구성요소에 의해 구현될 수 있다.
또한, 도 20 및 21에 도시된 실시예는 단순히 피사체(1112)의 종방향 좌표를 결정하기 위한 실시예를 제공함을 알아야 한다. 도 22a 및 22b뿐만 아니라 도 23을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 검출기(1110)는 또한 피사체(1112) 및/또는 이의 일부분의 적어도 하나의 횡방향 좌표에 대한 추가 정보를 제공하는 데 사용될 수 있다.
도 22a 및 22b에는, 도 20 및/또는 21의 구성들에서 사용될 수 있는 제 2 광학 센서(1120)의 평면도(도 22a) 및 단면도가 도시되어 있다. 제 2 광학 센서(1120)는 피사체(1112)를 향하는 제 2 감광성 영역(1124)을 형성하는 형광성 도파관 시트(1174)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서 형광성 도파관 시트(1174)는 편평한 도파관 시트로서 설계될 수 있으며, 여기서, 도 22b의 화살표(1176)에 의해 상징적으로 도시된 바와 같이, 특히 내부 전반사, 구체적으로 형광성 도파관 시트(1174) 내에서 생성된 형광의 도파에 의해 내부 반사에 의한 도파가 일어날 수 있다. 예를 들어, 형광성 도파관 시트(1174)는 적어도 25 mm2, 예를 들어, 적어도 100 mm2, 보다 바람직하게는 적어도 400 mm2의 측 방향 연장부를 가질 수 있다. 예를 들어, 10 mm x 10 mm 정사각형 시트, 20 mm x 20 mm 정사각형 시트, 50 mm x 50 mm 정사각형 시트 또는 다른 치수가 사용될 수 있다. 그러나, 원형 또는 타원형 기하구조 또는 다각형 기하구조와 같은 비-정사각형 기하구조 또는 심지어 비-직사각형 기하구조도 사용될 수 있음을 알아야 한다.
예를 들어, 형광성 도파관 시트(1174)는 매트릭스 물질(1178) 및 그 안에 배치된 적어도 하나의 형광성 물질(1180), 예컨대 적어도 하나의 형광체 예컨대 형광성 염료를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, WO 2012/168395 A1에 열거된 하나 이상의 물질과 같은 상기 언급된 물질을 참조할 수 있다. 예를 들어, 다음과 같은 형광성 물질을 사용할 수 있다:
Figure pct00075
이러한 형광성 물질은 잠재적인 합성 방법을 비롯하여 WO 2012/168395 A1에서 물질 34.2로 개시되어 있다. 상기 물질은 폴리스티렌에 예컨대 0.001 내지 0.5 중량%의 농도로 침지될 수 있다. 형광성 물질(1180)은 광빔(1116)에 의한 조명에 응답하여 형광 광을 생성하도록 설계될 수 있다.
형광성 물질(1180) 및/또는 매트릭스 물질(1178) 내의 형광성 물질(1180)의 농도는 구체적으로 적어도 측정 범위 내에서, 즉 강도의 범위 내에서 선형 특성을 나타내도록 선택되어, 여기(excitation)에 응답하여 생성된 형광 광의 총 전력이 여기 광, 즉 광빔(1116)에 의한 조명 강도의 선형 함수가 된다. 예를 들어, 물질 및/또는 강도는 포화 효과가 회피되도록 선택될 수 있다.
이 실시예에서, 제 2 광학 센서(1120)는 또한 형광성 도파관 시트(174)의 각각의 엣지(190, 192, 194, 196) 예컨대 형광성 도파관 시트(1174)의 림 부분에 위치한 PD1 내지 PD4로 지칭되는 도 22a 및 22b의 복수의 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188)를 포함할 수 있다. 본 예시적인 실시예에서, 형광성 도파관 시트(1174)는 엣지 쌍들 예컨대 한 쌍의 엣지들(1190, 1192) 및 한 쌍의 엣지들(1194, 1196)이 서로 대향하는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 형광성 도파관 시트(174)의 직사각형의 변은 카테시안 좌표계를 정의할 수 있으며, 도 22a에 도시된 바와 같이, x-차원은 엣지(1190 및 1192) 사이의 상호연결에 의해 정의되고, y-차원은 엣지(1196, 1194) 사이의 상호연결에 의해 정의된다. 그러나, 다른 좌표계도 가능하다는 것을 알아야 한다.
예를 들어, 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188)는 광다이오드를 포함할 수 있다. 특히, 이들 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188)는 각각 제 1 광학 센서(1118)와 비교가능한, 바람직하게는 동일한 전기 용량을 가질 수 있다. 그러나, 다른 실시예도 가능함을 알아야 한다. 예를 들어, 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188)는 바람직하게는 각각의 엣지(1190, 1192, 1194, 1196)의 전체 길이를 덮거나, 바람직하게는 이들 각각의 엣지(1190, 1192, 1194, 1196)의 50% 이상, 또는 보다 바람직하게는 70% 이상을 덮는 스트립-형상의 광다이오드일 수 있거나 이들 포함할 수 있다. 그러나, 하나 이상의 감광성 요소가 각각의 엣지에 위치되는 실시예와 같은 다른 실시예도 가능하다.
감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188) 각각은 이들 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188)에 의해 검출된 광, 특히 형광 광에 반응하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성한다. 이들 센서 신호들 모두는 제 2 센서 신호들로서 지칭되며, 하기에서, PD1은 센서 신호 s2,1을 생성하고, PD2는 센서 신호 s2,2를 생성하고, PD3은 센서 신호 s2,3을 생성하고, PD4는 센서 신호 s2,4를 생성하고, 여기서 제 1 지표(2)는 이들 센서 신호가 제 2 센서 신호라는 사실을 나타내고, 제 2 지표인 1 내지 4는 각각의 센서 신호가 유래하는 각각의 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188)를 나타낸다.
상기 도 20 및 21에서 개략적으로 설명한 바와 같이, 적어도 하나의 제 1 센서 신호(s1) 및 제 2 센서 신호(s2, j) (j = 1, ..., 4)는 검출기(1110)의 평가 장치(1132)에 제공되고, 이의 기능은 특히 도 24를 참조하여 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.
평가 장치(1132)는 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가함으로써 도면에는 도시되지 않은, 광빔(1116)을 검출기(1110)를 향해 전파시키는 피사체(1112)의 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성된다. 추가적으로 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 적어도 하나의 횡방향 좌표 x 및/또는 y가 도 3 및 24를 참조하여 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 결정될 수 있다.
도 22b에 도시된 바와 같이, 제 2 광학 센서(1120)는 임의적으로 적어도 하나의 광학 필터 요소(1198)를 추가로 포함할 수 있다. 광학 필터 요소(1198)는 광학 필터 요소(1198)가 있거나 없거나 검출기(1110) 내에 추가로 존재할 수 있는 임의적인 기준 감광성 요소(1200) 정면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 기준 감광성 요소(1200)는 대면적 광다이오드를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 구성들도 가능하다. 따라서, 제 1 광학 센서(1118)가 기준 감광성 요소(1200)의 기능을 대신할 수 있기 때문에, 기준 감광성 요소(1200)도이 실시예에서 생략될 수 있음을 알아야 한다. 구체적으로, 투명한 형광성 도파관 시트(1174)가 사용되고 제 1 광학 센서(1118)가 제 2 광학 센서(1120) 뒤에 배치되는 경우, 제 1 광학 센서(118)는 또한 기준 감광성 요소(1200)의 기능을 대신할 수 있다. 또한, 제 1 광학 센서(1118) 및 제 2 광학 센서(1120) 중 하나 또는 모두는 각각 단일의 감광성 영역(1122, 1124)을 갖는 균일한 광학 센서일 수 있거나 또는 이들 광학 센서(1118, 1120) 중 하나 또는 모두가 픽셀화될 수 있음을 알아야 한다.
예를 들어, 적어도 하나의 광학 필터 요소(1198)는 형광 광이 기준 감광성 요소(1200)에 들어가는 것을 방지하도록 설계될 수 있거나 적어도 70% 이상, 또는 바람직하게는 80% 이상 형광 광을 감쇠시킬 수 있다.
도 23에는 광빔(1116)에 의한 제 2 감광성 영역(1124)의 조명이 도시되어 있다. 여기서는, 광빔(1116)을 검출기(1110) 쪽으로 지향시키는 피사체(1112)와 검출기(1110) 자체 간의 상이한 거리를 나타내고 형광성 도판관 시트(1174)에서 광빔에 의해 생성된 광 스폿의 2 개의 상이한 크기를 초래하는 2 개의 상이한 상황을 도시하고 있다. 첫째로 작은 광 스폿(1202)이고 둘째로 큰 광 스폿(1204)이다. 두 경우 모두, 굉빔의 전체 전력은 광 스폿(1202, 1204)에 대해 동일하게 유지된다. 또한, 제 2 광학 센서(1120)의 정면에 배치된 제 1 광학 센서(1118)에 의해 생성된 음영(1206)이 도시되어 있다. 다음에서는, 제 1 광학 센서(1118)가 광빔(1116)에 의해 여전히 완전히 조명된다고 가정한다.
광빔(1116)에 의한 조명은 위의 도 22b에 도시된 바와 같이 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188)를 향해 도파관에 의해 완전히 또는 부분적으로 운반되는 형광을 유도한다. 상기한 바와 같이, 대응하는 제 2 센서 신호는 이들 감광성 요소에 의해 생성되고, 제 1 센서 신호와 함께 그리고 임의적으로 또한 적어도 하나의 기준 감광성 요소(1200)에 의해 생성된 적어도 하나의 기준 센서 신호와 함께 평가 장치(1132)에 제공된다.
평가 장치(1132)는 도 24에 상징적으로 도시된 바와 같이 그 안에 개략적으로 나타낸 센서 신호를 평가하도록 설계된다. 센서 신호는, 피사체(1112)의 적어도 하나의 종 방향 좌표 z와 같은 피사체(1112)의 위치 정보 및/또는 기하학적 정보, 및 임의적으로 피사체(1112)의 하나 또는 그 이상의 종방향 좌표를 결정하기 위해 다양한 방식으로 평가 장치에 의해 평가될 수 있다.
먼저, 평가 장치(1132)는 제 2 센서 신호들(s2, i)(여기서, i = 1, ..., 4(간략화를 위해, 제 1 지표는 상기 언급된 식 (1)에서 제외됨)에 대해, 상기 식 (1)에 따르는 것과 같이 센서 신호들 PD1 내지 PD4의 합산 신호 S를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 합산 장치(1208)를 포함할 수 있다. 이러한 합산 신호(S)는 일반적으로 제 2 센서 신호(s2)를 대체할 수 있고/있거나 추가 평가의 일부분에 대해서는 제 2 광학 센서(1120)의 “상기” 제 2 센서 신호로서 사용될 수 있다. 이러한 합산 신호(S)는 광빔(1116)에 의해 생성된 형광 광의 총 전력을 나타낼 수 있다. 그러나, 일반적으로 모든 형광 광이 실제로 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188)에 도달하지는 않기 때문에 약간의 손실이 발생할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 도파관 손실이 발생할 수 있거나, 또는 형광 광의 일부는 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 188)에 의해 커버되지 않는 방향으로 엣지(1190, 1192, 1194, 1196)로부터 실제로 방출될 수 있다. 여전히, 합산 신호(S)는 형광성 도파관 시트(1174) 내에서 발생된 형광의 전체 전력에 대해 상당히 양호한 척도를 제공한다.
평가 장치(1132)는 도 24에 상징적으로 도시된 바와 같이 위치 평가 장치(1144)의 일부일 수 있고 제 1 및 제 2 센서 신호(s1, s2)(여기서 예를 들어 s2는 각각의 제 2 센서 신호들의 합산 신호 S임) 중 적어도 하나의 몫 신호를 형성하도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 분배기(1142)를 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 분배기(1142)는 제 1 및 제 2 센서 신호들을 분할하거나, 복수의 제 1 및 제 2 센서 신호들을 분할하거나, 또는 제 1 및 제 2 센서 신호들의 선형 조합들을 분할하는 것 중 하나 이상을 위해 구성될 수 있다. 위치 평가 장치(1144)는 또한 예를 들어 몫 신호 Q와 종방향 좌표 사이의 적어도 하나의 사전-결정되거나 또는 결정가능한 관계를 이용함으로써 몫 신호 Q를 평가함으로써 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 보정 곡선이 사용될 수 있다. 분배기(1142) 및/또는 위치 평가 장치(1144)는, 예를 들어, 적어도 하나의 프로세서, 적어도 하나의 DSP, 적어도 하나의 FPGA 및/또는 적어도 하나의 ASIC과 같은 적어도 하나의 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 또한, 종방향 좌표 z와 몫 신호 사이의 적어도 하나의 사전-결정된 또는 결정가능한 관계를 저장하기 위해, 사전-결정된 관계를 저장하기 위한 하나 이상의 룩업 테이블을 제공하는 것과 같은 적어도 하나의 데이터 저장 장치가 제공될 수 있다.
전술한 바와 같이, 추가 정보는 피사체의 적어도 하나의 종방향 좌표 z 이외에 제 2 센서 신호 s2,1, s2,2, s2,3 및 s2,4로부터 도출될 수 있다. 따라서, 추가적으로 적어도 하나의 횡방향 좌표 x, y가 도출될 수 있다. 이것은 주로 광 스폿(1202, 1204)의 중심과 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188) 사이의 거리가 동일하지 않기 때문에 발생한다. 따라서, 광 스폿(1202, 1204)의 중심은 감광성 요소(1182)로부터의 거리 l1, 감광성 요소(1184)로부터의 거리 l2, 감광성 요소(1186)로부터의 거리 l3 및 감광성 요소(1188)로부터의 거리 l4를 갖는다. 형광 광의 발생 위치와 상기 형광 광을 검출하는 감광성 요소 사이의 이들 거리의 차이로 인해, 센서 신호는 상이할 것이다. 이것은 다양한 효과 때문이다. 첫째, 다시, 각각의 내부 전반사가 특정 손실을 내포하기 때문에, 도파관 동안 내부 손실이 발생할 것이어서, 형광 광이 경로의 길이에 따라 그 방식으로 감쇠될 것이다. 진행 거리가 길수록 감쇠가 커지고 손실이 커진다. 또한, 흡수 효과가 발생한다. 셋째로, 광의 퍼짐이 고려되어야 할 것이다. 각각의 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188)에 대한 광 스폿(1202, 1204)의 거리가 길수록 광자가 감광성 요소 이외의 방향으로 지향될 확률이 높아진다. 결과적으로, 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188)의 센서 신호를 비교함으로써, 광 스폿(1202, 1204) 및 이에 따라 피사체(1112)의 횡방향 좌표에 관한 적어도 하나의 정보 항목이 생성될 수 있다.
센서 신호들의 비교는 다양한 방식으로 일어날 수 있다. 따라서, 일반적으로, 평가 장치(1132)는 피사체(1112) 및/또는 광 스폿(1202, 1204)의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 도출하기 위해 센서 신호들을 비교하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 평가 장치(1132)는 적어도 하나의 감산 장치(1210) 및/또는 피사체(1112)의 좌표 x, y와 같은 적어도 하나의 횡방향 좌표에 의존하는 함수를 제공하는 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예의 경우, 감산 장치(1210) 및/또는 임의의 다른 장치는 좌표 x, y와 같은 적어도 하나의 횡방향 좌표에 의존하는 함수를 제공할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 감산 장치(1210)는 도 23의 차원 x, y 중 하나 또는 각각에 대해 상기 식 (4) 및/또는 (5)에 따른 신호와 같은 적어도 하나의 차분 신호를 생성하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, PD1-PD2 / (PD1 + PD2)와 같은 PD1과 PD2 사이의 간단한 차이가 x-좌표에 대한 척도로서 사용될 수 있고, (PD3-PD4) / (PD3 + PD4)와 같은 PD3과 PD4 사이의 차이가 y-좌표에 대한 척도로서 사용될 수 있다. 예를 들어 제 2 감광성 영역(1124)의 평면에서 광 스폿(1202, 1204)의 횡방향 좌표가 광빔(1116)을 검출기(1110)로 전파시키는 피사체의 횡방향 좌표로 변환시키는 것은 잘 알려진 렌즈 방정식을 사용하여 간단히 만들어질 수 있다. 추가 상세한 사항에 대해서는 WO 2014/097181 A1을 참조할 수 있다.
그러나, 장치(1140)를 평가함으로써 센서 신호를 처리하기 위한 다른 변환 또는 다른 알고리즘이 실행가능함을 알아야 한다. 따라서, 양 또는 음의 계수를 갖는 감산 또는 선형 조합 외에, 비선형 변환이 일반적으로 가능하다. 예를 들어, 센서 신호를 z-좌표 및/또는 x, y-좌표로 변환하기 위해, 하나 이상의 공지된 또는 결정가능한 관계가 사용될 수 있으며, 이러한 관계는, 예를 들어, 검출기(1110)로부터 다양한 거리에 배치된 피사체에 의해 실험을 보정함으로써 및/또는 다양한 횡방향 위치 또는 3-차원 위치에 배치된 피사체에 의한 실험을 보정함으로써 그리고 각각의 센서 신호들을 기록함으로써 경험적으로 도출될 수 있다.
도 25는 고도로 개략적인 예시에서 예를 들어 도 20 또는 21에 도시된 실시예에 따른 검출기(1110)의 예시적인 실시예를 도시한다. 검출기(1110)는 구체적으로 카메라(1146)로서 구현될 수 있고/있거나 카메라(1146)의 일부일 수 있다. 카메라(1146)는, 특히 3D 이미징을 위한 이미징을 위해 제조될 수 있으며, 디지털 비디오 클립과 같이 정지 이미지 및/또는 이미지 시퀀스를 획득하기 위해 제조될 수 있다. 다른 실시예도 가능하다.
도 25는 또한 적어도 하나의 검출기(1110) 외에 하나 이상의 비콘 장치(1114)를 포함하는 검출기 시스템(1134)의 실시예를 도시하며, 이는, 이 예에서 피사체(1112)에 부착 및/또는 통합될 수 있으며, 그 위치는 검출기(1110)를 사용하여 검출된다. 도 25는 또한 적어도 하나의 검출기 시스템(1134)을 포함하는 인간-기계 인터페이스(1148) 및 추가로 인간-기계 인터페이스(1148)를 포함하는 엔터테인먼트 장치(1150)의 예시적인 실시예를 나타낸다. 도 13은 또한 검출기 시스템(1134)을 포함하는 피사체(1112)의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템(1152)의 실시예를 나타낸다. 장치와 시스템의 구성요소는 이하에서 더 상세히 설명된다.
도 25는 또한 예를 들어 피사체(1112)를 스캐닝하고/하거나 적어도 하나의 피사체(1112)의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위해 피사체(1112)를 포함하는 풍경을 스캐닝하기 위한 스캐닝 시스템(1154)의 예시적인 실시예를 도시한다. 스캐닝 시스템(1154)은 적어도 하나의 검출기(1110), 및 추가로, 임의적으로, 적어도 하나의 조명원(1136) 및 임의적으로 적어도 하나의 추가 조명원(1136)를 포함한다. 조명원(1136)은 일반적으로 적어도 하나의 도트 예를 들어 비콘 장치(1114)의 위치들 중 하나 이상에 위치된 도트 및/또는 피사체(1112)의 표면 상에 위치된 도트의 조명을 위한 적어도 하나의 조명 광빔(1138)을 방출하도록 구성된다. 스캐닝 시스템(1154)은 피사체(1112) 및/또는 피사체(1112)의 프로파일을 포함하는 풍경의 프로파일을 생성하도록 설계되고/되거나 적어도 하나의 검출기(1110)를 사용함으로써 적어도 하나의 도트와 스캐닝 시스템(1154), 특히 검출기(1110) 사이의 거리에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있다. 도 13에는 예를 들어 부분 투명한 하나 이상의 반사성 요소(1140) 예를 들어 하나 이상의 프리즘이 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 25의 설정에 사용될 수 있는 검출기(1110)의 예시적인 실시예가 도 20 및 21에 도시되어 있다. 따라서, 검출기(1110)는, 광학 센서(1118, 1120) 이외에, 예를 들어 도 25에 상징적으로 도시된 바와 같이 적어도 하나의 분배기(1142) 및/또는 적어도 하나의 위치 평가 장치(1144)를 갖는 적어도 하나의 평가 장치(1132)를 포함한다. 평가 장치(1132)의 구성요소들은 완전히 또는 부분적으로 별개의 장치로 통합될 수 있고/있거나 검출기(1110)의 다른 구성요소들로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 2 개 이상의 구성요소를 완전히 또는 부분적으로 결합할 수 있는 가능성 외에도, 광학 센서(1118, 1120) 중 하나 이상 및 평가 장치(1132)의 하나 이상의 구성요소는 도 25에 상징적으로 도시된 바와 같이 하나 이상의 커넥터(1156) 및/또는 하나 이상의 인터페이스에 의해 상호연결될 수 있다. 또한, 하나 이상의 커넥터(1156)는 센서 신호를 변형하거나 재처리하기 위한 하나 이상의 드라이버 및/또는 하나 이상의 장치를 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 임의적인 커넥터(1156)를 사용하는 대신에, 평가 장치(1132)는 광학 센서(1118, 1120) 중 하나 또는 둘 모두 및/또는 검출기(1110)의 하우징(1158) 내로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치(1132)는 완전히 또는 부분적으로 별도의 장치로서 설계될 수 있다.
이 예시적인 실시예에서, 위치가 검출될 수 있는 피사체(1112)는 스포츠 장비의 물품으로서 설계될 수 있고/있거나 사용자(1162)에 의해 위치가 조작될 수 있는 제어 요소 또는 제어 장치(1160)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 피사체(1112)는 배트, 라켓, 클럽 또는 임의의 다른 스포츠 장비 용품 및/또는 가짜 스포츠 장비이거나 이를 포함할 수 있다. 다른 유형의 피사체(1112)도 가능하다. 또한, 사용자(1162) 자신은 그 위치가 검출되는 피사체(1112)로서 간주될 수 있다.
상술한 바와 같이, 검출기(1110)는 적어도 광학 센서(1118, 1120)를 포함한다. 광학 센서(1118, 1120)는 검출기(1110)의 하우징(1158) 내에 위치될 수 있다. 또한, 바람직하게는 하나 이상의 렌즈를 포함하는 하나 이상의 광학 시스템과 같은 적어도 하나의 전사 장치(1128)가 포함될 수 있다.
바람직하게는 검출기(1110)의 광축(1126)에 대해 동심원 상에 위치는 하우징(1158) 내부의 개구(1164)가 바람직하게는 검출기(1110)의 시야 방향(1166)을 한정한다. 광축(1126)에 평행하거나 역-평행한 방향이 종방향으로 정의될 수 있는 반면, 광축(1126)에 수직인 방향이 횡방향으로 정의될 수 있는 좌표계(1168)가 형성될 수 있다. 도 25에 상징적으로 도시된 좌표계(1128)에서, 종방향은 z로 표시되고, 횡방향은 각각 x 및 y로 표시된다. 비-카테시안 좌표계와 같은 다른 유형의 좌표계(1168)도 가능하다.
검출기(1110)는 광학 센서(1118, 1120) 및 임의적으로 추가의 광학 센서를 포함할 수 있다. 광학 센서(1118, 1120)는 제 1 광학 센서(1118)가 제 2 광학 센서(1120)의 일부를 커버하도록 하나의 동일한 빔 경로에 하나씩 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 대안적으로, 적어도 하나의 횡방향 검출기에 대한 빔 경로를 분기하는 것과 같이, 또는 피사체(1112) 및/또는 그 일부분의 횡방향 좌표를 결정하기 위한 횡방향 센서와 같은 하나 이상의 추가 빔 경로에 추가적인 광학 센서를 갖는 분기된 빔 경로가 가능할 수 있다.
하나 이상의 광빔(1116)은 피사체(1112) 및/또는 비콘 장치(1114) 중 하나 이상으로부터 검출기(1110)를 향해 전파한다. 검출기(1110)는 적어도 하나의 피사체(1112)의 위치를 결정하도록 구성된다. 이를 위해, 도 20 내지 23의 내용에서 상술한 바와 같이, 평가 장치(1132)는 광학 센서(1118, 1120)에 의해 제공된 센서 신호를 평가하도록 구성된다. 검출기(1110)는 피사체(1112)의 위치를 결정하도록 구성되고, 광학 센서(1118, 1120)는 피사체(1112)로부터 검출기(1110)를 향해, 특히 하나 이상의 비콘 장치(1114)로부터 전파하는 광빔(1116)을 검출하도록 구성된다. 조명원(1136)이 사용되지 않는 경우, 비콘 장치(1114) 및/또는 적어도 하나의 비콘 장치(1114)는 발광다이오드와 같은 통합된 조명원을 갖는 능동형 비콘 장치일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 조명원(1136)이 사용되는 경우, 비콘 장치(1114)는 능동형 비콘 장치일 필요는 없다. 반대로, 적어도 하나의 반사 표면을 갖는 통합된 반사된 비콘 장치(1114)와 같은 피사체(1112)의 반사 표면이 사용될 수 있다. 하나 이상의 렌즈에 의해 포커싱되는 것과 같이, 전사 장치(1128)에 의해 변형된 직후 및/또는 이후에 광빔(1116)은 광학 센서(1118, 1120)의 감광성 영역(1122, 1124)을 조명한다. 평가에 대한 상세한 내용에 대해서는 상기 도 20 내지 23를 참조할 수 있다.
전술한 바와 같이, 검출기(1110)를 사용하여 피사체(1112) 및/또는 이의 일부분의 위치를 결정하는 것은 적어도 하나의 정보 항목을 기계(1170)에 제공하기 위해 인간-기계 인터페이스(1148)를 제공하는 데 사용될 수 있다. 도 25에 개략적으로 도시된 실시예에서, 기계(1170)는 컴퓨터일 수 있고/있거나 컴퓨터를 포함할 수 있다. 다른 실시예도 가능하다. 평가 장치(1132)는 심지어 컴퓨터와 같이 기계(1170)에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 25는 또한 적어도 하나의 피사체(1112) 및/또는 이의 일부분의 위치를 추적하도록 구성된 추적 시스템(1152)의 예를 도시한다. 추적 시스템(1152)은 검출기(1110) 및 적어도 하나의 트랙 제어기(1172)를 포함한다. 트랙 제어기(1172)는 특정 시점에서 피사체(1112)의 일련의 위치를 추적하도록 구성될 수 있다. 트랙 제어기(1172)는 독립적인 장치일 수 있고/있거나 도 25에 도시된 바와 같이 기계(1170), 특히 컴퓨터 및/또는 평가 장치(1132)에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다.
유사하게, 상술한 바와 같이, 인간-기계 인터페이스(1148)는 엔터테인먼트 장치(1150)의 일부를 형성할 수 있다. 기계(1170), 특히 컴퓨터는 또한 엔터테인먼트 장치(1150)의 일부를 형성할 수도 있다. 따라서, 사용자(1162)가 피사체(1112)로서 기능하고/하거나 사용자(1162)가 피사체(1112)로서 기능하는 제어 장치(1160)를 취급하는 것에 의해, 사용자(1162)는 적어도 하나의 제어 명령과 같은 적어도 하나의 정보 항목을 컴퓨터에 입력할 수 있고, 이로 인해 컴퓨터 게임의 과정을 제어하는 것과 같이 엔터테인먼트 기능을 변화시킬 수 있다.
도 26a 및 26b에는 제 2 광학 센서(1120)의 다른 실시예가 평면도(도 26a) 및 단면도(도 26b)로 도시되어 있다. 제 2 광학 센서(1120)의 대부분의 세부 사항에 대해서는, 상기 도 22a 및 22b를 참조할 수 있다. 그러나, 실시예는 도 22a 및 22b의 실시예로부터의 다양한 변형례를 도시하며, 이는 단독으로 또는 조합되어 구현될 수 있다.
따라서, 먼저, 실시예는 감광성 요소의 배치의 변형례를 도시한다. 이 실시예에서 직선 엣지인 대향하는 엣지(1190, 1192, 1194, 1196)에 위치된 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188) 이외에도, 추가의 감광성 요소(1212)가 형광성 도파관 시트(1174)의 코너(1214)에 위치한다. 조합된 엣지(1190, 1192, 1194, 1196)는 조합되어 직사각형 림과 같은 형광성 도파관 시트(1174)의 림을 형성할 수 있다. 림 자체는 림으로부터의 역 반사를 피하기 위해 거칠게 되거나 심지어는 검은색으로 될 수 있다. 코너(1214)는 또한 형광성 도파관 시트(1174)의 엣지의 일부이다. 코너(1214)에 위치된 감광성 요소(1212)는 예를 들어 도 24에 도시된 바와 같이 유사한 방식으로 평가될 수 있는 추가적인 제 2 센서 신호를 제공할 수 있다. 이들은 z-좌표 및/또는 x, y-좌표의 결정의 정확도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 예를 들어, 이들 추가의 센서 신호는 상기 식 (1)을 사용하여 형성되는 것과 같은 합산 신호에 포함될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이들 추가적인 센서 신호는 상기 식 (2) 및/또는 (3)에 따른 것과 같은 차분 신호의 형성으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 대향하는 코너들(1214)에 위치된 2 개의 감광성 요소들(1212) 사이의 차분 신호들이 형성될 수 있고/있거나 코너(1214)에 위치한 하나의 감광성 요소(1212)와 직선 림 부분과 같이 직선 엣지에 위치한 하나의 감광성 요소 사이의 차분 신호가 형성될 수 있다. 차분 신호(D)는 각각의 경우에 2 개의 감광성 요소들을 상호연결하는 축상의 광 스폿의 위치를 나타낼 수 있다.
또한, 도 26a 및 26b의 실시예는 형광성 도파관 시트(1174)에 대한 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188, 1212)의 배치의 변형례를 도시한다. 따라서, 도 22a 및 22b의 실시예에서, 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188)는 형광성 도파관 시트(1174)의 평면 내에 위치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 도 26a 및 26b의 실시예에 도시된 바와 같이, 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188, 1212) 중 일부 또는 심지어 모두는 형광성 도파관 시트(1174)의 평면 외부에 위치될 수 있다. 구체적으로, 도 26b의 단면도에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188, 1212)는 광학 커플링 요소(1216)에 의해 형광성 도파관 시트(1174)에 광학적으로 커플링될 수 있다. 예를 들어, 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188, 1212)는 에폭시 접착제와 같은 하나 이상의 투명 접착제를 사용함으로써 간단하게 형광성 도파관 시트(1174)에 접착될 수 있다.
또한, 도 26a 및 26b의 실시예는 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188, 1212)의 크기 및 형상의 변형례를 도시한다. 따라서, 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188, 1212)는 반드시 스트립-형상의 감광성 요소일 필요는 없다. 예를 들어, 직사각형 광다이오드 또는 심지어 점-모양 또는 스폿-모양의 광다이오드와 같은 매우 작은 광다이오드가 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 광다이오드의 작은 크기는 일반적으로 더 낮은 전기 용량을 유도할 수 있고, 따라서 제 2 광학 센서(1120)의 보다 빠른 응답을 초래할 수 있다.
또한, 도 26a 및 26b의 실시예는 기준 감광성 소자(1200)가 필요하지 않음을 나타낸다. 따라서, 전술한 바와 같이, 합산 신호 자체는 기준 감광성 요소(1200)의 기능을 대체할 수 있다. 따라서, 도 26a 및 26b의 실시예에 도시된 바와 같은 제 2 광학 센서(1120)는 완전히 기능적이고 임의적으로 투명한 PSD를 제공한다. 더 이상 PSD는 필요하지 않다.
도 27a 및 27b는 본 발명에 따른 검출기(110)의 또 하나의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다. 도 27a에서, 검출기(110)는 적어도 하나의 감광성 영역(121)을 각각 갖는 제 1 광학 센서(118) 및 제 2 광학 센서(120)와 같은 적어도 2 개의 광학 센서(113)를 포함한다. 광학 검출기(110)는 특히 빔 성형을 위한 적어도 하나의 렌즈 또는 렌즈 시스템과 같은 적어도 하나의 전사 장치(128)를 추가로 포함한다. 전사 장치(128)는 광축(129)을 가지며, 여기서 전사 장치(128) 및 광학 검출기는 바람직하게는 공통 광축을 가질 수 있다. 검출기(110)는 적어도 하나의 조명원(136)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원(136)은 레이저 공급원을 포함할 수 있다. 조명원(136)은 조명 광빔(138)이 광축(126)에 대해 비-평행하지만 비등축이거나 광축(126)으로부터 이동된 것 중 하나 또는 둘 모두가 되도록 배치될 수 있다. 조명원(136)은 피사체(112)를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명 광빔(138)을 생성하도록 구성될 수 있다. 조명 광빔(138)은 피사체(112)에 의해 완전히 또는 부분적으로 반사되고 검출기(110)를 향해 다시 이동하여 광빔(116)을 형성한다. 광빔(116)은 피사체(112)로부터 제 1 광학 센서(118) 및 제 2 광학 센서(120)를 향해 전파한다. 제 1 광학 센서(118)는 제 1 감광성 영역(122)을 포함할 수 있고, 제 2 광학 센서(120)는 제 2 감광성 영역(124)을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 광학 센서(118, 120)는 감광성 영역(122, 124)이 동일한 표면적을 가지도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 광학 센서(118, 120)는 동일할 수 있다. 검출기(110)는 광빔(116)을 전사 장치(128)로부터 광학 센서(118, 120) 모두로 유도하도록 구성된 적어도 하나의 빔 분할기와 같은 반사성 요소(140)를 추가로 포함할 수 있다. 제 1 광학 센서(118)는 빔 분할기로부터 거리 db1을 가질 수 있고, 제 2 광학 센서(120)는 빔 분할기로부터 거리 db2를 가질 수 있으며, 여기서
Figure pct00076
이다. 다시, 몫 신호 Q를 형성하기 위한 적어도 하나의 분배기(142) 및 몫 신호 Q로부터 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 도출하기 위한 적어도 하나의 위치 평가 장치(144)를 갖는 평가 장치(132)가 사용될 수 있다. 평가 장치(132)는 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있음을 알아야 한다. 따라서, 예로서, 하나 이상의 구성요소(142, 144)가 적절한 소프트웨어 구성요소에 의해 구현될 수 있다.
도 27b에서, 검출기(110)는 적어도 하나의 감광성 영역(121)을 각각 갖는 제 1 광학 센서(118) 및 제 2 광학 센서(120)와 같은 적어도 2 개의 광학 센서(113)를 포함한다. 광학 검출기(110)는 또한 적어도 하나의 렌즈 또는 렌즈 시스템과 같은 적어도 하나의 전사 장치(128)를 포함할 수 있다. 전사 장치(128)는 광축(129)을 가지며, 여기서 전사 장치(128) 및 광학 검출기는 바람직하게는 공통 광축을 가질 수 있다. 검출기(110)는 적어도 하나의 조명원(136)을 포함할 수 있다. 조명원(136)은 예를 들어 1550 nm 레이저 공급원과 같은 레이저 공급원을 포함할 수 있다. 조명원(136)은 조명 광빔(138)이 광축(126)에 대해 비-평행하지만 비등축이거나 광축(126)으로부터 이동된 것 중 하나 또는 둘 모두가 되도록 배치될 수 있다. 조명원(136)은 피사체(112)를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명 광빔(138)을 생성하도록 구성될 수 있다. 조명 광빔(138)은 피사체(112)에 의해 완전히 또는 부분적으로 반사되고 검출기(110)를 향해 다시 이동하여 광빔(116)을 형성한다. 광빔(116)은 피사체(112)로부터 제 1 광학 센서(118) 및 제 2 광학 센서(120)를 향해 전파한다. 제 1 광학 센서(118)는 제 1 감광성 영역(122)을 포함할 수 있고, 제 2 광학 센서(120)는 제 2 감광성 영역(124)을 포함할 수 있다. 도 27b에서 알 수 는 바와 같이, 제 1 광학 센서(118)는 작은 광학 센서인 반면, 제 2 광학 센서(120)는 큰 광학 센서이다. 광학 센서(118, 120)는 Ge-센서일 수 있다. 제 1 광학 센서(118)는 전사 장치(128)로부터 제 1 거리를 가질 수 있고, 제 2 광학 센서(120)는 전사 장치(128)로부터 제 2 거리를 가질 수 있다. 도 27b에서, 제 1 광학 센서(118)는 전사 장치(128)에 근접할 수 있는 반면, 제 2 광학 센서(120)는 초점에 대해 더 멀어지는 방향으로 배치될 수 있다. 제 1 광학 센서(118)는, 피사체로부터의 거리와 무관하게, 제 1 광학 센서(118)의 센서 신호가 전사 장치(128)를 통과하는 광빔의 총 전력에 비례할 수 있도록 배치될 수 있다. 다시, 몫 신호 Q를 형성하기 위한 적어도 하나의 분배기(142) 및 몫 신호 Q로부터 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 도출하기 위한 적어도 하나의 위치 평가 장치(144)를 갖는 평가 장치(132)가 사용될 수 있다. 평가 장치(132)는 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있음을 알아야 한다. 따라서, 예로서, 하나 이상의 구성요소(142, 144)가 적절한 소프트웨어 구성요소에 의해 구현될 수 있다.
도 28에는 검출기(110)와의 거리 결정의 실험 결과가 도시되어 있다. 이러한 실험 구성에서, 전사 장치(128)는 토르랩스 LA1002-C로서 입수가능한 초점 길이가 150 mm이고 직경이 75 mm이고 1050 내지 1700 nm 범위의 반사 방지 코팅으로 코팅된 평-볼록 렌즈였다. 상기 피사체(112), 이 경우 카펫 조각은 샤프터+키르히호프(Schafter + Kirchhoff) 55cm-1550-30-Q04-T12-C-6으로 입수가능한 1550 nm의 파장에서 30 mW CW-전력 전력을 갖는 레이저 다이오드에 의해 조사되었다. 조명원(136)은 전사 장치 옆에 측 방향으로 배치되고 50:50 직사각형 변조로 367 Hz에서 작동되었다. 이 실험 구성의 제 2 광학 센서(120)는 토르랩스 FDG1010으로 입수가능한 10mm x 10mm 크기의 Ge 광다이오드를 전사 장치에 직접 배치하고, 토르랩스 FDG05로 입수가능한 직경 5 mm의 제 1 광학 센서(118)를 전사 장치(128)로부터 0.85 m의 거리에 위치시켰다. 도 28은 결정된 몫 신호 Q의 피사체의 종방향 좌표 z에 대응하는 m 단위의 거리 d의 의존성을 도시한다.
도 29에는 검출기(110)의 또 하나의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 광학 센서(113)의 세부 사항에 대해서는 상기 도 6을 참조한다. 도 27a 및 b에서와 같이, 조명원(136)은 축외로 위치될 수 있다. 조명원(136)은 포인트 클라우드를 생성 및/또는 투사하도록 구성될 수 있으며, 예를 들면, 조명원(136)은 하나의 광학 원소(194), 특히 적어도 하나의 디지털 광 처리(DLP) 프로젝터, 적어도 하나의 LCoS 프로젝터, 적어도 하나의 공간 광 변조기; 적어도 하나의 회절 광학 요소; 적어도 하나의 발광다이오드 어레이; 및 적어도 하나의 레이저 광원 어레이로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 광학 요소를 포함할 수 있다. 센서 요소(115)는 광학 센서(113)의 매트릭스(117)를 포함할 수 있으며, 각각의 광학 센서(113)는 피사체(112)에 면하는 적어도 하나의 감광성 영역(121)을 갖는다. 센서 요소(115)는 적어도 하나의 CMOS 센서를 포함할 수 있다. 도 30에는 센서 요소(115)에 충돌하는 포인트 클라우드가 개략적으로 도시되어 있다. 또한, 반점 및/또는 외부 광 및/또는 다중 반사로 인한 교란과 같은 교란이 매트릭스(117) 상에 존재할 수 있다. 평가 장치(132)는 적어도 하나의 관심 영역(196), 예를 들어, 피사체(112)의 종방향 좌표의 결정을 위해 사용되는 광빔(116)에 의해 조명된 하나 이상의 픽셀을 결정하도록 구성될 수 있다. 도 30에서, 관심 영역(196)은 파선을 갖는 원형 영역으로서 예시적으로 도시된다. 예를 들어, 평가 장치(132)는 필터링 방법, 예를 들어 얼룩-분석 및/또는 피사체 인식 방법을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 31A 내지 31O는 본 발명에 따른 광학 센서의 추가의 예시적인 구성, 특히 광빔(116)의 전파 방향의 평면도를 도시한다. 도 31A에서, 2 개의 직사각형 광학 센서(113)의 평면도가 도시되어 있으며, 여기서 제 1 광학 센서(118)는 보다 큰 제 2 광학 센서(120) 앞의 작은 광학 센서이다. 제 1 광학 센서(118) 및 제 2 광학 센서(120)는 광축(126)과는 다른 오프셋, 특히 횡 방향(y)으로 배치될 수 있다. 도 31B 및 31C에는 보다 큰 직사각형 광학 센서(120)의 평면도가 도시되어 있으며, 여기서 제 1 광학 센서(118)는 삼각형 형상(도 31B) 또는 별형(도 31C)의 감광성 영역(121)을 갖는 보다 큰 제 2 광학 센서(120) 앞의 작은 광학 센서이다. 도 31M 내지 31O에는, 2 개의 직사각형 광학 센서(113)의 평면도가 도시되어 있으며, 여기서 제 1 광학 센서(118) 및 제 2 광학 센서(120)는 동일한 크기를 갖는 직사각형 센서이다. 도 31M 내지 31O에서, 마스크(119)는 제 1 및 제 2 광학 센서(118, 120)의 전방에 배치된다. 마스크(119)는 광축(126)과 상이한 오프셋으로 배치될 수 있다. 마스크(119)는 임의의 크기 및 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어, 마스크는 직사각형(도 31M), 삼각형(도 31N) 또는 별형(도 31O)일 수 있다. 그러나, 다른 크기 및 형상도 가능하다. 마스크(119)는 제 1 및 제 2 광학 센서(118, 120)의 감광성 영역에 광이 충돌하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 도 19a에 도시된 상황에 필적하는 상황에서 사용되는 경우, 마스크는 감소하는 센서 신호의 z-의존적인 감소를 초래할 수 있으며, 결과적으로 몫 신호 Q의 증가된 z-의존성을 초래할 수 있다.
제 1 광학 센서(118) 및 제 2 광학 센서(120)는 광축(126)과는 상이한 오프셋으로 배치될 수 있다. 도 31K는 2 개의 원형 광학 센서(113)를 도시하고 있으며, 여기서 제 1 광학 센서(118)는 보다 큰 제 2 광학 센서(120) 앞의 작은 광학 센서이다. 도 31D에서, 제 1 광학 센서(118)의 감광성 영역은 정사각형이고, 제 2 광학 센서(120)의 감광성 영역은 직사각형이어서 x 및 y의 표면적이 상이하다. 또한, 제 1 광학 센서(118)의 중심과 제 2 광학 센서(120)의 중심은 광학 센서(118, 120)가 광축으로부터 x 및 y 방향 중 하나 이상에서 상이한 공간 오프셋을 가질 수 있도록 상이한 x 좌표를 가질 수 있다. 도 31H에서, 제 1 광학 센서(118) 및 제 2 광학 센서(120)는 직사각형일 수 있다. 제 1 광학 센서(118) 및 제 2 광학 센서(120)는 제 1 광학 센서(118)의 중심 및 제 2 광학 센서(120)의 중심이 상이한 x 좌표를 가질 수 있고 x 및 y의 표면적이 상이하도록 배치될 수 있다. 제 1 광학 센서(118) 및 제 2 광학 센서(120)는 광축(126)과는 상이한 오프셋으로 배치될 수 있다. 도 31L에서, 제 1 광학 센서(118)는 원형 또는 반원형과 같은 제 2 광학 센서(120)의 형상으로부터 벗어난 형상을 가질 수 있다. 도 31E, F, G, I, J는 픽셀들의 매트릭스(117)를 갖는 센서 요소(115)를 도시한다. 도 31E, F, G에서 센서 요소(115)는 직사각형 형상을 가지나, 도 31I 및 J에서 센서 요소(115)는 원형 형상을 갖는다. 행과 열은 등거리 또는 비-등거리로 배열될 수 있다. 등거리의 행 및/또는 열의 경우, 센서 요소(115)는 광축(126)에 대한 공간 오프셋으로 배치될 수 있다.
도 32는 상이한 피사체 크기에 대한 종방향 좌표(z)의 결정의 실험 결과를 도시한다. 실험 설정은 도 19a에 표시된 설정과 유사하다. 측정 설정에서, 종이 표적인 피사체(112)는 파장이 905 nm, 1,6 mW이고 23 Hz로 변조된 레이저(136)에 의해 조명되었다. 피사체(112)로부터 반사된 광은 OSI 옵토일렉트로닉스(OSI Optoelectronics), OSI 스폿-4D로서 입수가능한 사분원 다이오드(178)로 유도되었다. 피사체(112)와 사분원 다이오드(178) 사이에 토르랩스 AL2520M-B로서 입수가능한 20.0 mm의 비구면 유효 초점 길이, 25.0 mm의 직경을 갖는 렌즈(128)가 배치된다. 사분원 다이오드(178)로부터 렌즈(128)까지의 거리는 19.7 mm이고, 사분원 다이오드(178)는 y = 0.5 mm에서 광축으로부터의 오프셋을 갖는다. 또한, 도 19a의 상황과 달리, 도 19a에 도시되지 않은, 도 32의 상황에서, 아이리스 다이어프램 또는 추가 렌즈가 조명 광빔(138)을 변경하기 위해 레이저(136)와 피사체(112) 사이의 레이저(136) 앞에 배치되었다. 아이리스 다이어프램은 조명 광빔(138)의 폭을 변경하는 데 사용되었다. 추가의 렌즈는 레이저(136)로부터의 거리에 따라 감소하는 빔 폭을 갖는 발산 조명 광빔(138)을 얻는 데 사용되었다. 도 32는 2 개의 인접한 사분원 전류의 몫(Q)을 거리, 즉 피사체(112)의 종방향 좌표 z(mm)의 함수로서 도시한다. 제 1 실험에서, 조명 광빔(138)의 직경은 아이리스 다이어프램에 의해 1 mm의 실선에서 3.5 mm의 느슨한 파선 및 5 mm의 파선-점선으로 변화되었다. 제 2 실험에서, 추가의 렌즈에 의해 조명 광빔(138)의 직경이 변경되어, 추가의 렌즈로부터의 거리가 증가함에 따라 조명 광빔(138)의 빔 폭이 발산한다. 발산 조명 광빔(138)을 특성화하기 위해, 렌즈(128)로부터 1 m, 2 m 및 3 m에서의 빔 폭이 주어진다. 파선은 몫 Q를 나타내며, 여기서 빔 폭은 렌즈(128)로부터 1 m 거리에서 10 mm, 2 m 거리에서 16 mm 및 3 m 거리에서 22 mm이었다. 점선은 몫 Q를 나타내며, 여기서 빔 폭은 렌즈(128)로부터 1 m 거리에서 15 mm, 2 m 거리에서 32 mm 및 3 m 거리에서 49 mm이었다. z = 2300 mm 아래에서 모든 곡선은 z와 ±5% 미만의 편차에서 동일한 Q의 의존성을 나타내며 따라서 빔 폭과 독립적임을 보여준다. 도 32의 상황에서, 피사체(112)에서의 빔 폭은 측정된 피사체 크기에 대응한다. 빔 폭과 피사체 크기로부터의 지수 Q의 독립성은 피사체 크기 독립성의 특성을 명확히 보여준다. 적용례에서, 발산하는 조명 광빔에 이르게 하는 추가의 렌즈의 영향은 레이저 모듈과 같은 액체 방울, 또는 비 또는 먼지 등에 의해 야기될 수 있다. 따라서 피사체 크기 독립성은 견고한 측정을 위한 중요한 특성이다.
도 33a 및 33b는 예시적인 빔 프로파일 및 빔 프로파일의 제 1 영역(198) 및 제 2 영역(200)의 결정을 도시한다. 도 33a에서, mm 단위의 횡방향 좌표 x의 함수로서의 정규화된 강도 Inorm이 도시된다. 피사체의 크기는 20 mm이고 피사체에서 센서까지의 거리는 1200 mm이었다. 빔 프로파일의 제 1 영역(198)은 본질적으로 빔 프로파일의 엣지 정보를 포함할 수 있고, 빔 프로파일의 제 2 영역(200)은 본질적으로 빔 프로파일의 중심 정보를 포함할 수 있다. 빔 프로파일은 중심, 빔 프로파일의 최대 값 및/또는 빔 프로파일의 고원의 중심점을 가질 수 있다. 도 33a에서, 고원의 중심은 500 mm일 수 있다. 상기 빔 프로파일은 상기 고원으로부터 연장되는 하강 엣지를 추가로 포함할 수 있다. 제 2 영역(200)은 횡단면의 내부 영역을 포함할 수 있고 제 1 영역(198)은 횡단면의 외부 영역을 포함할 수 있다. 상기 빔 프로파일의 적어도 하나의 영역은 이것이 단면적의 하강 엣지의 적어도 일부를 포함하는 경우에 상기 빔 프로파일의 제 1 영역(198)으로서 결정 및/또는 선택될 수 있다. 도 33a에서, 중심으로부터 양측의 제 1 영역(198)은 진한 회색으로 표시되어 있다. 상기 빔 프로파일의 적어도 하나의 영역은 이것이 중심에 가깝거나 중심 주변에 있고 본질적으로 중심 정보를 포함하는 경우에 상기 빔 프로파일의 제 2 영역(200)으로서 결정 및/또는 선택될 수 있다. 도 33a에서, 제 2 영역(200)은 밝은 회색으로 표시되어 있다. 도 33b는 도 33a에 도시된 강도 분포의 대응하는 광 스폿 및 대응하는 제 1 영역(198) 및 제 2 영역(200)을 도시한다.
도 34는 검출기(110)의 또 하나의 예시적인 실시예를 도시한다. 광학 센서(113)는 제 1 감광성 영역(122)을 갖는 제 1 광학 센서(118) 및 제 2 감광성 영역(124)을 갖는 제 2 광학 센서(120)를 포함할 수 있다. 제 1 감광성 영역(122) 및 제 2 감광성 영역(124)은 조건:
Figure pct00077
이 충족되도록 배치된다. "a"는 전사 장치(128)의 초점 길이 f의 절반에 해당하는 거리에서 광축(126)을 가로지르는 광축(126)에 수직인 평면(204)의 내부 영역(202)과 제 1 감광성 영역(122)을 모두 타격하는 광자들의 비율이다. "b"는 평면(204)의 내부 영역(202) 및 제 2 감광성 영역(124) 모두를 타격하는 광자들의 비율이다. “c"는 평면(204)의 외부 영역(206) 및 제 1 감광성 영역(122) 모두를 타격하는 광자들의 비율이다. “d"는 평면(204)의 외부 영역(206) 및 제 2 감광성 영역(124) 모두를 타격하는 광자들의 비율이다. 내부 영역(202)은 광축(126)상의 기하학적 중심점을 갖는 영역과 연장부를 가질 수 있어서, 광자들의 절반이 내부 영역(202) 내의 평면(204)에 충돌하고 나머지 절반이 내부 영역(202) 외부의 평면에 부딪히게 된다. 내부 영역(202)은 광축(126) 상의 중심점 및 광자들의 절반이 원 내의 평면(204)에 부딪히고 다른 절반이 원 외부의 평면에 부딪히도록 선택된 반경 r을 갖는 원으로 설계될 수 있다.
도 25에는 적어도 하나의 피사체(2112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(2110)의 예시적인 실시예의 개략도가 도시되어 있다. 도 35에는, 피사체(2112)는 2 개의 상이한 피사체 거리에 대해 도시된다. 검출기(2110)는 적어도 하나의 감광성 영역(2121)을 각각 갖는 제 1 광학 센서(2118) 및 제 2 광학 센서(2120)와 같은 적어도 2 개의 광학 센서(2113)를 포함한다. 피사체(2112)는 적어도 하나의 비콘 장치(2114)를 포함할 수 있으며, 이로부터 입사 광빔으로도 지칭되는 광빔(2116)이 검출기(2110)를 향해 전파한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 검출기는 피사체(2112)를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명원(2115)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원(2115)은 피사체(2112)를 조명하기 위한 조명 광빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 조명원(2115)은 적어도 하나의 레이저 및/또는 레이저 공급원을 포함할 수 있다. 반도체 레이저와 같은 다양한 형태의 레이저가 채용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, LED 및/또는 전구와 같은 비-레이저 광원이 사용될 수도 있다. 조명원(2115)은 인공 조명원, 특히 적어도 하나의 레이저 광원 및/또는 적어도 하나의 백열등 및/또는 적어도 하나의 반도체 광원, 예를 들어, 적어도 하나의 발광다이오드, 특히, 유기 및/또는 무기 발광다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원(2115)에 의해 방출된 광은 300 내지 500 nm의 파장을 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 780 nm 내지 3.0 ㎛의 범위와 같은 적외선 스펙트럼 범위의 광이 사용될 수 있다. 구체적으로, 규소 광다이오드가 특히 700 nm 내지 1000 nm의 범위에서 적용가능한 근적외선 영역 부분의 광이 사용될 수 있다. 또한, 조명원(2115)은 변조되거나 비-변조된 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 복수의 조명원(2115)이 사용되는 경우에, 상이한 조명원은, 이후 상세히 설명되는 바와 같이, 광빔을 구별하기 위해 나중에 사용될 수 있는 상이한 변조 주파수를 가질 수 있다.
제 1 광학 센서(2118)는 제 1 감광성 영역(2122)을 포함할 수 있고, 제 2 광학 센서(2120)는 제 2 감광성 영역(2124)을 포함할 수 있다. 광빔(2116)은, 예를 들어, 검출기(2110)의 광축(2126)을 따라 전파할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들도 가능하다. 제 1 감광성 영역(2122) 및 제 2 감광성 영역은 피사체(2112)를 향해 배향될 수 있다. 광학 검출기(2110)는 특히 빔 성형을 위한 적어도 하나의 렌즈 또는 렌즈 시스템과 같은 적어도 하나의 전사 장치(2128)를 추가로 포함할 수 있다. 전사 장치(2128)는 피사체(2112)로부터 검출기(2110)로 전파하는 입사 광빔(2116)에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이를 가질 수 있다. 전사 장치(2128)는 광축(2129)을 가질 수 있으며, 여기서 전사 장치(2128) 및 광학 검출기는 바람직하게는 공통 광축을 가질 수 있다. 전사 장치(2128)는 좌표계를 구성할 수 있다. 광축(2126, 2129)에 평행한 방향 또는 역-평행한 방향은 종방향으로 정의될 수 있는 반면, 광축(2126, 2129)에 수직인 방향은 횡방향으로 정의될 수 있으며, 여기서 종방향 좌표(l)는 광축(2126, 2129)을 따른 좌표이고, d는 광축(2126, 2129)으로부터의 공간 오프셋이다. 결과적으로, 광빔(2116)은 하나 이상의 초점에서와 같이 초점이 맞추어지고, 광빔(2116)의 빔 폭은 검출기(2110)와 비콘 장치(2114) 및/또는 피사체(2112) 사이의 거리와 같은 피사체(2112)의 종방향 좌표 z에 의존할 수 있다. 광학 센서(2118, 2120)는 초점을 벗어난 위치에 배치될 수 있다. 종방향 좌표에 대한 이러한 빔 폭 의존성에 대한 세부 사항에 대해서는 WO 2012/110924 A1 및/또는 WO 2014/097181 A1 중 하나 이상을 참조할 수 있다.
검출기는 피사체(2112)로부터 검출기(2110)를 향해 전파하는 입사 광빔의 입사각에 의존하는 적어도 하나의 빔 프로파일을 갖고 각 의존성 광학 요소(2130)를 조명하는 적어도 하나의 광빔(2131)을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 각 의존성 광학 요소(2130)를 포함한다. 각 의존성 광학 요소(2130)는 각 의존성 투과 특성을 가질 수 있어서, 각 의존성 광학 요소(2130)의 제 1 면(2132) 예를 들어 표면 및/또는 입구에 충돌하는 전자기파가 부분적으로 각 의존성 광학 요소의 특성에 따라 흡수 및/또는 반사 및/또는 투과될 수 있다. 투과도는 전자기파의 투과 전력, 즉 각 의존성 광학 요소(2130) 뒤의 전력 및 전자기파의 입사 전력, 즉 각 의존성 광학 요소(2130)에 충돌하기 전의 전력의 몫으로서 정의될 수 있다. 각 의존성 광학 요소(2130)는 투과도가 피사체로부터 검출기(2116)를 향해 전파하는 입사 광빔이 각 의존성 광학 요소(2130)에 충돌하는 입사각에 의존하도록 설계될 수 있다. 입사각은 각 의존성 광학 요소(2130)의 광축에 대해 측정될 수 있다. 각 의존성 광학 요소(2130)는 전사 장치(2128) 뒤에 전파 방향으로 배열될 수 있다. 전사 장치는 예를 들어 적어도 하나의 조준 렌즈를 포함할 수 있다. 각 의존성 광학 요소(2130)는 보다 작은 각으로 충돌하는 광선에 비해 더 큰 각으로 충돌하는 광선을 약하게 하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 투과도는 광축에 평행한 광선, 즉 0°에서 가장 높을 수 있으며, 더 높은 각에서 감소할 수 있다. 특히, 적어도 하나의 컷-오프 각에서, 투과도는 급격히 0으로 떨어질 수 있다. 따라서, 큰 입사각을 갖는 광선은 컷-오프될 수 있다.
각 의존성 광학 요소(2130)는, 적어도 하나의 광섬유, 특히 적어도 하나의 다중-분기된 광섬유, 특히 적어도 하나의 이중-분기된 광섬유; 적어도 하나의 회절 광학 요소, 적어도 하나의 각 의존성 반사성 요소, 적어도 하나의 회절 격자 요소, 특히 블레이즈 격자 요소; 적어도 하나의 개구 조리개; 적어도 하나의 프리즘; 적어도 하나의 렌즈; 적어도 하나의 렌즈 어레이, 특히 적어도 하나의 마이크로렌즈 어레이; 적어도 하나의 광학 필터; 적어도 하나의 편광 필터; 적어도 하나의 밴드패스 필터; 적어도 하나의 액정 필터, 특히 액정 튜너블 필터; 적어도 하나의 단파장-통과 필터; 적어도 하나의 장파장-통과 필터; 적어도 하나의 노치 필터; 적어도 하나의 간섭 필터; 적어도 하나의 투과 격자; 적어도 하나의 비선형 광학 요소, 특히 하나의 복굴절 광학 요소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 광학 요소를 포함할 수 있다.
제 1 광학 센서(2118)는 광빔(2131)에 의한 조명에 응답하여 제 1 센서 신호(s1)를 생성할 수 있는 반면, 제 2 광학 센서(2120)는 제 2 센서 신호(s2)를 생성할 수 있다. 바람직하게는, 광학 센서(2118, 2120)는 선형 광학 센서이고, 즉 센서 신호(s1, s2)는 각각, 그 각각의 감광성 영역(2122, 2124)을 조명하는 광빔(131) 또는 광빔(2131)의 일부분의 총 전력에만 의존하는 반면, 이들 센서 신호(s1, s2)는 조명의 광 스폿의 실제 크기와는 무관하다.
센서 신호(s1 및 s2)는 검출기(2110)의 평가 장치(2133)에 제공된다. 평가 장치(12133)는 전술한 바와 같이 몫 신호 Q를 도출하도록 구현된다. 센서 신호(s1 및 s2) 또는 이들의 복수화 또는 선형 조합을 나눔으로써 유도되는 몫 신호 Q로부터, 피사체(2112) 및/또는 비콘 장치(2114)의 종방향 좌표 z에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 유도하는 데 사용될 수 있고, 이로부터 광빔(2116)은 검출기(2110)를 향해 전파한다. 평가 장치(2133)는 몫 신호 Q를 형성하기 위한 적어도 하나의 분배기(2134) 및 예컨대 조합된 신호 Q로부터 적어도 하나의 종방향 좌표 z를 도출하기 위한 적어도 하나의 위치 평가 장치(2136)를 가질 수 있다. 평가 장치(2133)는 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있음을 알아야 한다. 따라서, 예로서, 하나 이상의 구성요소(2134, 2136)가 적절한 소프트웨어 구성요소에 의해 구현될 수 있다.
도 36에는 대안적인 검출기(2110)를 형성하는 도 35의 실시예의 변형례가 도시되어 있다. 검출기(2110)의 대안적인 실시예는 도 35에 도시된 실시예에 광범위하게 대응한다. 도 36에는, 각 의존성 광학 요소(2130)는 적어도 하나의 광섬유(2138)를 포함할 수 있다. 광섬유(2138)는 흡수 및/또는 반사되지 않는 입사 광빔(2116)의 적어도 일부를 광섬유의 두 단부들 사이에서 투과하도록 구성될 수 있다. 광섬유(2138)는 길이를 가질 수 있고 소정의 거리에 걸쳐 투과할 수 있도록 구성될 수 있다. 광섬유(2138)는 섬유 코어와 같이 보다 낮은 굴절률을 갖는 적어도 하나의 광섬유 클래딩에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 섬유 코어를 포함할 수 있다. 허용 각도 미만에서, 광섬유(2138)는 입사 광빔을 전체 내부 반사에 의해 안내하도록 구성될 수 있다.
광섬유(2138)는 투과도가 반사 효과를 무시하면서 광섬유에 평행하게, 즉 0°의 각도로 입사하는 광선에 대해 가장 높을 수 있도록 설계될 수 있다. 광섬유(2130)는 보다 높은 각도 예를 들어 1° 내지 10°의 각도의 경우, 투과도는 평행 광선에 대한 투과도의 약 80%로 부드럽게 감소할 수 있고 광섬유(2138)의 허용 각도까지 일정하게 상기 수준으로 유지될 수 있도록 설계될 수 있다. 광섬유(2138)는 광선이 광섬유(2138)로부터 반사되도록 광섬유(2138) 내의 허용 각도 초과에서의 전반사가 불가능하도록 설계될 수 있다. 광섬유(2138)는 허용 각도에서 투과도가 급격히 0으로 떨어질 수 있도록 설계될 수 있다. 큰 입사각을 갖는 광선은 컷-오프될 수 있다.
도 36에 도시된 바와 같이, 조명원(2115)은 각 의존성 광학 요소(2130)를 통해 피사체(2112)를 조명하도록 구성될 수 있다. 광섬유(2138)는 피사체(2112)를 조명하도록 조명원(2115)에 의해 생성된 광빔(2142)을 투과시키도록 구성된 적어도 하나의 조명 섬유(2140)를 포함할 수 있다. 조명원(2115)은 조명원(2115)에 의해 생성된 적어도 하나의 광빔(2142)을 조명 섬유(2140)에 커플링시키도록 구성될 수 있다.
광섬유(2138)는 적어도 2 개 이상의 섬유를 포함할 수 있다. 광섬유(2138)는 적어도 하나의 다중-분기된 광섬유, 특히 적어도 하나의 이중-분기된 광섬유일 수 있다. 도 36의 실시예 및 도 37의 절단 선에 도시된 바와 같이, 광섬유(2138)는 4 개의 광섬유를 포함할 수 있다. 특히, 광섬유는 조명 섬유(2138), 및 제 1 섬유(2144) 및 제 2 섬유(2146)로 표시된 적어도 하나의 광빔(2131)을 각각 생성하기 위한 적어도 2 개의 섬유를 포함할 수 있다. 도 37에 도시된 바와 같이, 제 1 광섬유(2144)와 제 2 광섬유(2146)는 광섬유의 입구 단부(2148)에 서로 가깝게 배치될 수 있으며, 상기 광섬유(2138)의 출구 단부(2150)에서 일정 간격으로 이격되어 있는 다리들로 분할될 수 있다. 제 1 섬유(2144) 및 제 2 섬유(2146)는 동일한 특성을 갖는 섬유로서 설계될 수 있거나 상이한 유형의 섬유일 수 있다. 제 1 섬유(2144)는 적어도 하나의 제 1 광빔(2152)을 생성하도록 구성될 수 있고, 제 2 섬유(2146)는 적어도 하나의 제 2 광빔(2154)을 생성하도록 구성될 수 있다. 광섬유(138)는 입사 광빔(2116)이 제 1 섬유(2144)에 제 1 입사각으로 충돌하고 제 1 각도와는 다른 제 2 입사각으로 제 2 섬유(2146)에 충돌하여, 투과도가 제 1 광빔(2152) 및 제 2 광빔(2154)에 대해 상이하도록 구성될 수 있다. 광학 센서(2113) 중 하나는 제 1 섬유(2114)의 출구 단부에 배치될 수 있고 다른 광학 센서(2113)는 제 2 섬유(2146)의 출구 단부에 배치될 수 있다. 광섬유는 3 개 초과의 섬유 예를 들어 도 37에 도시된 바와 같이 4 개의 섬유를 포함할 수 있다.
또한, 도 35 및 36에 도시된 실시예는 단순히 피사체(2112)의 종방향 좌표(z)를 결정하기 위한 실시예를 제공함을 알아야 한다. 그러나, 도 35 및 36의 설정을 수정하여 피사체(2112) 및/또는 그 일부의 횡방향 좌표에 대한 추가 정보를 제공하는 것도 가능하다. 예를 들어, 전사 장치(2128)와 광학 센서(2118, 2120) 사이에, 광빔(2116)의 하나 이상의 부분은 분기될 수 있으며, 하나 이상의 CCD 및/또는 CMOS 픽셀화된 센서 및/또는 사분원 검출기 및/또는 다른 위치 감지 장치와 같은 위치-감지 장치로 안내될 수 있으며, 이는, 그 위에 생성된 광 스폿의 횡방향 위치로부터, 피사체(2112) 및/또는 그 일부의 횡방향 좌표를 도출할 수 있다. 횡방향 좌표는 거리 정보의 품질을 검증 및/또는 향상시키는 데 사용될 수 있다. 보다 상세한 설명을 위해, 예를 들어, 횡방향 센서의 잠재적 솔루션을 제공하는 전술한 종래 기술 문헌 중 하나 이상을 참조할 수 있다.
도 38은 각 의존성 광학 요소(2130)의 각 의존성 투과도를 가시화한다. 각 의존성 광학 요소(2130)는 투과도가 피사체로부터 검출기(2116)를 향해 전파하는 입사 광빔이 각 의존성 광학 요소(2130)에 충돌하는 입사각에 의존하도록 설계될 수 있다. 각 의존성 광학 요소(2130)는 보다 작은 각으로 충돌하는 광선에 비해 더 큰 각으로 충돌하는 광선을 약화시키도록 설계될 수 있다. 특히, 컷오프 각에서, 투과도는 급격히 0으로 떨어질 수 있고, 큰 입사각을 갖는 광선은 컷오프될 수 있다. 도 38에 도시된 바와 같이, 입사 광빔(2116)의 영역은 생성된 광빔(2131)에서 각 의존성 광학 요소(2130)에 의해 컷오프된다.
도 39는 도 단위의 입사각(A)의 함수로서 일정한 조사 전력의 광섬유의 W 단위의 투과 전력(P)의 의존성을 도시한다. 허용 각도는 수직선으로 표시된다. 투과도가 반사 효과를 무시하면서 광섬유에 평행하게, 즉 0°의 각도로 입사하는 광선에 대해 가장 높을 수 있다. 보다 높은 각도 예를 들어 1° 내지 10°의 각도의 경우, 투과도는 평행 광선에 대한 투과도의 약 80%로 부드럽게 감소할 수 있고 광섬유(2138)의 허용 각도까지 일정하게 상기 수준으로 유지될 수 있다. 허용 각도에서, 투과도는 급격히 0으로 떨어질 수 있다. 큰 입사각을 갖는 광선은 컷-오프될 수 있다.
도 40a 및 40b는 거리 측정의 실험 결과를 도시한다. mm 단위의 결정된 거리 zmeas는 mm 단위의 피사체 거리 z피사체의 함수로 표시된다. 조명원(115)으로서, 980 nm의 파장 및 플렉스포인트(Flexpoint)®레이저 구성요소 모듈 하에서 입수가능한 평균 전력 2.4 mW를 갖는 레이저가 사용되었다. 2 개의 Si-광검출기가 광학 센서(113)로서 사용되었다. 토르랩스 픽스드 포커스 콜리메이션(Thorlabs Fixed Focus Collimation) 패키지 F220SMA-980 항에 입수가능한 광섬유(2138) 및 전사 장치(2128)가 사용되었다. 도 40a에서, 실선은 zmeas = z피사체인 것을 나타낸다. 측정을 위해, 피사체 거리가 다양하고 2 가지 상이한 유형의 피사체, 특히 흑색 종이 피사체의 곡선 2156(점선)과 백색 종이 피사체의 곡선 2158(파선)이 사용되었다. 결정된 피사체 거리는 작거나 중간인 거리의 경우 2% 이내, 큰 거리의 경우 10% 이내에서 실제 거리와 일치한다. 도 40b에는, 흑색 종이 피사체(점선) 및 백색 종이 피사체(파선)에 대해 거리 z피사체(mm)의 함수로서 2-광검출기의 신호를 나눔으로써 결정된 결합된 신호 Q가 도시되어 있다. 두 피사체 유형에 대해 결정된 몫은 작거나 중간인 거리의 경우 2% 이내, 큰 거리의 경우 10% 이내에서 일치한다.
도 41는 고도로 개략적인 예시에서 예를 들어 도 35 또는 36에 도시된 실시예에 따른 검출기(2110)의 예시적인 실시예를 도시한다. 검출기(2110)는 구체적으로 카메라(2156)로서 구현될 수 있고/있거나 카메라(2156)의 일부일 수 있다. 카메라(156)는, 특히 3D 이미징을 위한 이미징을 위해 제조될 수 있으며, 디지털 비디오 클립과 같이 정지 이미지 및/또는 이미지 시퀀스를 획득하기 위해 제조될 수 있다. 다른 실시예도 가능하다.
도 41는 또한 적어도 하나의 검출기(2110) 외에 하나 이상의 비콘 장치(2114)를 포함하는 검출기 시스템(2158)의 실시예를 도시하며, 이는, 이 예에서 피사체(2112)에 부착 및/또는 통합될 수 있으며, 그 위치는 검출기(2110)를 사용하여 검출된다. 도 41는 또한 적어도 하나의 검출기 시스템(2158)을 포함하는 인간-기계 인터페이스(2160) 및 추가로 인간-기계 인터페이스(2160)를 포함하는 엔터테인먼트 장치(2162)의 예시적인 실시예를 나타낸다. 도 13은 또한 검출기 시스템(2158)을 포함하는 피사체(2112)의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템(2164)의 실시예를 나타낸다. 장치와 시스템의 구성요소는 이하에서 더 상세히 설명된다.
도 41은 또한 예를 들어 피사체(2112)를 스캐닝하고/하거나 적어도 하나의 피사체(2112)의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위해 피사체(2112)를 포함하는 풍경을 스캐닝하기 위한 스캐닝 시스템(2166)의 예시적인 실시예를 도시한다. 스캐닝 시스템(2166)은 적어도 하나의 검출기(2110), 및 추가로, 임의적으로, 적어도 하나의 조명원(2115) 및 임의적으로 적어도 하나의 추가 조명원(2115)를 포함한다. 조명원(2115)은 일반적으로 적어도 하나의 도트 예를 들어 비콘 장치(2114)의 위치들 중 하나 이상에 위치된 도트 및/또는 피사체(2112)의 표면 상에 위치된 도트의 조명을 위한 적어도 하나의 조명 광빔(2142)을 방출하도록 구성된다. 스캐닝 시스템(2166)은 피사체(2112) 및/또는 피사체(2112)의 프로파일을 포함하는 풍경의 프로파일을 생성하도록 설계되고/되거나 적어도 하나의 검출기(2110)를 사용함으로써 적어도 하나의 도트와 스캐닝 시스템(2166), 특히 검출기(2110) 사이의 거리에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 41의 설정에 사용될 수 있는 검출기(2110)의 예시적인 실시예가 도 35 및 36에 도시되어 있다. 따라서, 검출기(2110)는, 광학 센서(2118, 2120) 이외에, 예를 들어 도 41에 상징적으로 도시된 바와 같이 적어도 하나의 분배기(2134) 및/또는 적어도 하나의 위치 평가 장치(2136)를 갖는 적어도 하나의 평가 장치(2133)를 포함한다. 평가 장치(2133)의 구성요소들은 완전히 또는 부분적으로 별개의 장치로 통합될 수 있고/있거나 검출기(2110)의 다른 구성요소들로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 2 개 이상의 구성요소를 완전히 또는 부분적으로 결합할 수 있는 가능성 외에도, 광학 센서(2118, 2120) 중 하나 이상 및 평가 장치(2133)의 하나 이상의 구성요소는 도 41에 상징적으로 도시된 바와 같이 하나 이상의 커넥터(2168) 및/또는 하나 이상의 인터페이스에 의해 상호연결될 수 있다. 또한, 하나 이상의 커넥터(2168)는 센서 신호를 변형하거나 재처리하기 위한 하나 이상의 드라이버 및/또는 하나 이상의 장치를 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 임의적인 커넥터(2168)를 사용하는 대신에, 평가 장치(133)는 광학 센서(2118, 2120) 중 하나 또는 둘 모두 및/또는 검출기(2110)의 하우징(2170) 내로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치(2133)는 완전히 또는 부분적으로 별도의 장치로서 설계될 수 있다.
이 예시적인 실시예에서, 위치가 검출될 수 있는 피사체(2112)는 스포츠 장비의 물품으로서 설계될 수 있고/있거나 사용자(2174)에 의해 위치가 조작될 수 있는 제어 요소 또는 제어 장치(2172)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 피사체(2112)는 배트, 라켓, 클럽 또는 임의의 다른 스포츠 장비 용품 및/또는 가짜 스포츠 장비이거나 이를 포함할 수 있다. 다른 유형의 피사체(2112)도 가능하다. 또한, 사용자(2174) 자신은 그 위치가 검출되는 피사체(2112)로서 간주될 수 있다.
상술한 바와 같이, 검출기(2110)는 적어도 광학 센서(2118, 2120)를 포함한다. 광학 센서(2118, 2120)는 검출기(2110)의 하우징(2170) 내에 위치될 수 있다. 또한, 바람직하게는 하나 이상의 렌즈를 포함하는 하나 이상의 광학 시스템과 같은 적어도 하나의 전사 장치(2128)가 포함된다.
바람직하게는 검출기(2110)의 광축(2126)에 대해 동심원 상에 위치는 하우징(2170) 내부의 개구(2176)가 바람직하게는 검출기(2110)의 시야 방향(2178)을 한정한다. 광축(2126)에 평행하거나 역-평행한 방향이 종방향으로 정의될 수 있는 반면, 광축(126)에 수직인 방향이 횡방향으로 정의될 수 있는 좌표계(2180)가 정의될 수 있다. 도 41에 상징적으로 도시된 좌표계(2180)에서, 종방향은 z로 표시되고, 횡방향은 각각 x 및 y로 표시된다. 비-카테시안 좌표계와 같은 다른 유형의 좌표계(2180)도 가능하다.
검출기(2110)는 광학 센서(2118, 2120) 및 임의적으로 추가의 광학 센서를 포함할 수 있다. 광학 센서(2118, 2120)는 제 1 광학 센서(2118)가 제 2 광학 센서(2120)의 일부를 커버하도록 하나의 동일한 빔 경로에 예를 들어 하나씩 배치될 수 있다. 그러나, 대안적으로, 예를 들어 다중-분기된 광섬유를 사용하여 분기된 빔 경로가 가능할 수 있다. 상기 분기된 빔 경로는 적어도 하나의 횡방향 검출기에 대한 빔 경로를 분기하는 것과 같이, 또는 피사체(2112) 및/또는 이의 일부분의 횡방향 좌표를 결정하기 위한 횡방향 센서와 같은 하나 이상의 추가 빔 경로에 추가적인 광학 센서를 포함할 수 있다. 그러나, 대안적으로, 광학 센서(2118, 2120)는 동일한 종방향 좌표에 위치될 수 있다.
하나 이상의 광빔(2116)은 피사체(2112) 및/또는 비콘 장치(2114) 중 하나 이상으로부터 검출기(2110)를 향해 전파한다. 검출기(2110)는 적어도 하나의 피사체(2112)의 위치를 결정하도록 구성된다. 이를 위해, 도 35 내지 40의 내용에서 상술한 바와 같이, 평가 장치(2133)는 광학 센서(2118, 2120)에 의해 제공된 센서 신호를 평가하도록 구성된다. 검출기(2110)는 피사체(2112)의 위치를 결정하도록 구성되고, 광학 센서(2118, 2120)는 광빔(2131)을 검출하도록 구성된다. 조명원(2115)이 사용되지 않는 경우, 비콘 장치(2114) 및/또는 적어도 하나의 비콘 장치(2114)는 발광다이오드와 같은 통합된 조명원을 갖는 능동형 비콘 장치일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 조명원(2115)이 사용되는 경우, 비콘 장치(2114)는 능동형 비콘 장치일 필요는 없다. 반대로, 거울, 역 반사기, 반사 필름 등과 같은 적어도 하나의 반사 표면을 갖는 통합된 반사된 비콘 장치(2114)와 같은 피사체(2112)의 반사 표면이 사용될 수 있다. 하나 이상의 렌즈에 의해 포커싱되는 것과 같이, 전사 장치(2128)에 의해 변형된 직후 및/또는 이후에 광빔(2116)은 광학 센서(2118, 2120)의 감광성 영역(2122, 2124)을 조명하는 적어도 하나의 광빔을 생성하는 각 의존성 요소(2130)에 충돌한다. 평가에 대한 상세한 내용에 대해서는 상기 도 35 내지 40를 참조할 수 있다.
전술한 바와 같이, 검출기(2110)를 사용하여 피사체(2112) 및/또는 이의 일부분의 위치를 결정하는 것은 적어도 하나의 정보 항목을 기계(2182)에 제공하기 위해 인간-기계 인터페이스(2160)를 제공하는 데 사용될 수 있다. 도 41에 개략적으로 도시된 실시예에서, 기계(2182)는 컴퓨터일 수 있고/있거나 컴퓨터를 포함할 수 있다. 다른 실시예도 가능하다. 평가 장치(2133)는 심지어 컴퓨터와 같이 기계(2182)에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 41는 또한 적어도 하나의 피사체(2112) 및/또는 이의 일부분의 위치를 추적하도록 구성된 추적 시스템(2164)의 예를 도시한다. 추적 시스템(2164)은 검출기(2110) 및 적어도 하나의 트랙 제어기(2184)를 포함한다. 트랙 제어기(2184)는 특정 시점에서 피사체(2112)의 일련의 위치를 추적하도록 구성될 수 있다. 트랙 제어기(2184)는 독립적인 장치일 수 있고/있거나 도 41에 도시된 바와 같이 기계(2182), 특히 컴퓨터 및/또는 평가 장치(2133)에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다.
유사하게, 상술한 바와 같이, 인간-기계 인터페이스(2160)는 엔터테인먼트 장치(2162)의 일부를 형성할 수 있다. 기계(2182), 특히 컴퓨터는 또한 엔터테인먼트 장치(2162)의 일부를 형성할 수도 있다. 따라서, 사용자(2174)가 피사체(2112)로서 기능하고/하거나 사용자(2174)가 피사체(2112)로서 기능하는 제어 장치(2172)를 취급하는 것에 의해, 사용자(2174)는 적어도 하나의 제어 명령과 같은 적어도 하나의 정보 항목을 컴퓨터에 입력할 수 있고, 이로 인해 컴퓨터 게임의 과정을 제어하는 것과 같이 엔터테인먼트 기능을 변화시킬 수 있다.
도 42를 참조하면, 도 1 내지 41에 대해 기재된 검출기와 같은 검출기(110, 1110, 2110)는 적어도 2 개의 광학 센서(113, 1118, 1120, 2113) 상의 광빔 프로파일의 적어도 2 개의 비대칭 영역들의 복사 비로부터 깊이 정보, 특히 절대 깊이 정보를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 검출기(110, 1110, 2110)는 매트릭스(117) 형태로 배열된 복수의 광학 센서를 포함할 수 있다. 검출기(110, 1110, 2110)는 둘러싸인, 특히 CMOS 검출기와 같은 광학 센서의 단일 매트릭스에 의해 포착된 디포커싱된 빔 프로파일 내의 적어도 2 개의 비대칭 영역의 복사 비로부터 깊이 정보를 결정하도록 구성될 수 있다. 특히, 검출기(110, 1110, 2110)는 특정 피사체 크기 범위와 무관한 복사 비를 사용하여 깊이 정보를 결정하도록 구성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 이러한 원리는 광자 비에 의한 거리(DPR)라고 한다. 일 실시예에서, 광빔(116, 1116)은 적어도 하나의 특징 점을 포함하는 적어도 하나의 패턴으로 센서 요소를 조명할 수 있다. 특징점은 적어도 하나의 지점, 적어도 하나의 라인, 적어도 하나의 엣지로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 패턴은 예를 들어 적어도 하나의 패턴을 포함하는 조명 패턴을 갖는 적어도 하나의 광원에 의한 조명에 응답하여 피사체에 의해 생성될 수 있다. 평가 장치(132)는 다음 식에 의해 몫 신호 Q를 도출하도록 구성될 수 있다:
Figure pct00078
상기 식에서, x 및 y는 횡방향 좌표이고, A1 및 A2는 센서 위치에서의 빔 프로파일의 영역이고, E(x, y, z0)는 피사체 거리 zo에서 주어진 빔 프로파일을 나타낸다. A1은 광학 센서상의 특징점의 완전한 또는 전체 영역에 대응할 수 있다. A2는 광학 센서상의 특징점의 중심 영역일 수 있다. 중심 영역은 일정한 값일 수 있다. 중심 영역은 특징점의 전체 영역에 비해 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 42에 도시된 실시예에서, 피사체(112, 1112)로부터 검출기(110, 1110, 2110)로 전파하는 광빔(116,1116)은 적어도 하나의 라인 패턴(2186)으로 매트릭스(117)를 조명할 수 있다. 상기 라인 패턴(2186)은 예를 들어 적어도 하나의 라인 패턴을 포함하는 조명 패턴을 갖는 적어도 하나의 조명원(136)에 의한 조명에 응답하여 피사체(112, 1112)에 의해 생성될 수 있다. A1은 매트릭스(117) 내의 라인 패턴(2186)의 전체 선폭을 갖는 영역에 대응할 수 있다. 매트릭스(117) 내의 라인 패턴(2186)은 조명 패턴의 라인 패턴에 비해 넓어지고/지거나 변위될 수 있어서, 매트릭스(117) 내의 선폭이 증가된다. 특히, 매트릭스(117) 내의 라인 패턴(2186)의 선폭은 하나의 칼럼에서 다른 칼럼으로 변경될 수 있다. A2는 매트릭스(117) 내의 라인 패턴(2186)의 중심 영역일 수 있다. 중심 영역의 선폭은 일정한 값일 수 있고, 특히 조명 패턴의 선폭에 대응할 수 있다. 중심 영역은 전체 선폭에 비해 더 작은 선폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 중심 영역은 전체 선폭의 0.1 내지 0.9, 바람직하게는 전체 선폭의 0.4 내지 0.6의 선폭을 가질 수 있다. 라인 패턴(2186)은 매트릭스(117) 내에서 분할될 수 있다. 각각의 칼럼은 라인 패턴(2186)의 중심 영역에서 강도의 중심 정보 및 라인 패턴(2186)의 중심 영역으로부터 엣지 영역으로 더 외측으로 연장되는 영역으로부터의 강도의 엣지 정보를 포함할 수 있다.
도 43은 전산 광선 추적을 사용하여 1-차원 경우에 대한 피사체 크기 독립성을 시뮬레이션 테스트한 것을 도시한다. 시뮬레이션 테스트에서, f = 10 mm, 100 mm 내지 600 mm의 거리 범위에서 10 mm 동공 지름을 갖는 비구면 렌즈가 사용되었다. 이러한 사양을 사용하여, 약 10 mm의 피사체 크기 독립성이 얻어지므로 스폿 크기가 1 mm에서 25 mm까지 다양하게 변했다. 도 43에서, 종방향 좌표 z에 대한 몫 Q(z)는 1 mm 변화(곡선 2188), 2 mm 변화(곡선 2190), 5 mm 변화(곡선 2192), 15 mm 변화(곡선 2194) , 20 mm 변화(곡선 2196) 및 25 mm 변화(곡선 2198)에 대해 도시된다. 10 mm를 초과하는 피사체 크기의 몫은 편차가 있지만, 10 mm보다 작은 피사체 크기의 몫은 동일한 비율을 산출함을 알 수 있다. 이러한 특징은 다양한 크기의 표적에 대한 보정 작업을 줄여주고 DPR 분석에 고유한 것이다.
상술한 바와 같이, 도 44a 및 b를 참조하면, 검출기(110, 1110, 2110)는 광학 센서(113, 1118, 1120, 2113)의 적어도 하나의 매트릭스(117)를 포함할 수 있다. 이러한 픽셀화된 이미징 장치를 사용하면, 디포커싱된 빔 프로파일은 도 44a에 도시된 바와 같이 소정 각도
Figure pct00079
의 라인을 따라 그리고 좌표의 원점으로부터 거리
Figure pct00080
를 두고 횡단면으로 세분화될 수 있다. 따라서, 단일 라인의 파라미터화는 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00081
. 평행선을 따라 강도를 통합하면 다음과 같이 잘 알려진 라돈 변환의 적분 투영
Figure pct00082
에 의해 수학적으로 기술될 수 있다:
Figure pct00083
상기 식에서,
Figure pct00084
은 디락 델타 함수를 나타내며
Figure pct00085
는 둘러싸인 디포커싱된 빔 프로파일의 강도이다. 주어진 각도
Figure pct00086
와 투영 폭
Figure pct00087
에 대한 광자 비율
Figure pct00088
은 다음과 같이 주어진다:
Figure pct00089
여기서,
Figure pct00090
는 도 44b에서 강조 표시된 보다 밝은 이미지 영역으로서 도시된다.
Figure pct00091
의 변형은 피사체의 비뚤어진 표면에 대한 상이한 비율
Figure pct00092
을 산출할 것으로 예상된다. 다음 간격
Figure pct00093
으로
Figure pct00094
를 변화시키면 충분할 수 있다.
도 45a 및 45b는 적어도 하나의 바이셀을 포함하는 본 발명에 따른 검출기(110)의 또 하나의 실시예를 도시한다. 레이저 공급원과 같은 조명원(136)은 피사체(112)를 조명하는 광빔(138)을 생성할 수 있다. 반사된 광빔(116)은 피사체(112)로부터 전사 장치(128)로 전파될 수 있고 광학 센서(176)의 바이셀에 충돌할 수 있다. 도 45a는 측면도이고, 도 45b는 정면도이다. 검출기(110)는 WO 2015/024871 또는 WO 2016/120392에 기술된 바와 같이 소위 FiP 효과를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 FiP 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 45a 및 45b에 도시된 바이셀은 소위 FiP 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어 WO 2015/024871 또는 WO2016/120392에 요약된 바와 같이, FiP 신호는 넓은 거리 범위에 걸쳐 깊이 정보를 결정하는 데 사용될 수 있다. FiP 센서는 양 및/또는 음의 FiP 효과를 나타내도록 구성될 수 있다. 음의 FiP 효과는 원거리에서 작은 이미지 효과를 조절하는 데 사용될 수 있다. 위치, 크기, 형상, 선명도 등과 같은 이미지 변화는 원거리에서 사라질 수 있지만 음의 FiP 효과는 증가할 수 있다. 또한, 두 셀들이 동일한 종방향 위치에 있어 동일한 광자 밀도를 수신하기 때문에 휘도 의존성을 도입할 수 없다.
도 46은 실험 결과, 특히 도 46에 도시된 검출기 설정을 사용하여 결정되는 스폿 직경 독립성 및 조합된 센서 신호의 휘도 독립성을 보여준다. 특히, 바이셀은 PbS-Bi-셀이고 1550 nm 레이저가 4 mm의 레이저 스폿 크기로 사용되었다. 기준선은 12.5 mm였다. 전사 장치는 초점 거리 f = 20 mm이고 직경이 D = 25 mm인 토르랩스 애스피어(Thorlabs Asphere) 렌즈였다. 도 46은 상이한 휘도 및 스폿 직경, 특히 휘도 2.6 mW 및 스폿 직경 12 mm(곡선 2200), 2.4 mW 및 6 mm(곡선 2202) 및 1.2 mW 및 스폿 직경 3 mm(곡선 2204)에 대한 종방향 좌표 z에 대한 몫 Q를 도시한다. 모든 곡선은 동일한 커브 형상을 나타내므로 스폿 직경 독립성을 나타낸다.
도 47a 내지 47c는 육각형 조명 패턴의 3 가지 실시예를 도시한다. 조명원(136)은 피사체(112)를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명 패턴을 생성하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 조명 패턴은 적어도 하나의 주변 광원에 의해 생성될 수 있다. 구체적으로, 조명원(136)은 적어도 하나의 레이저 및/또는 레이저 공급원을 포함할 수 있다. 반도체 레이저와 같은 다양한 형태의 레이저가 채용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, LED 및/또는 전구와 같은 비-레이저 광원이 사용될 수도 있다. 조명 패턴은 점 또는 기호와 같은 적어도 하나의 특징을 포함할 수 있다. 조명 패턴은 복수의 특징을 포함할 수 있다. 조명 패턴은 주기적 또는 비-주기적 특징들의 배열을 포함할 수 있다. 조명 패턴은 적어도 하나의 주변 광원 또는 적어도 하나의 조명원에 의한 것과 같은 주변 광에 의해 생성될 수 있다. 조명 패턴은 적어도 하나의 포인트 패턴, 특히 의사-랜덤 포인트 패턴, 랜덤 포인트 패턴 또는 의사-랜덤 패턴; 적어도 하나의 소볼 패턴; 적어도 하나의 준주기 패턴; 적어도 하나의 사전-공지된 특징을 포함하는 적어도 하나의 패턴; 적어도 하나의 규칙적인 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; 평행 또는 교차 라인과 같은 적어도 2 개의 라인들을 포함하는 적어도 하나의 라인 패턴으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원은 포인트 클라우드를 생성 및/또는 투사하도록 구성될 수 있다. 조명 패턴은 삼각형 패턴, 직사각형 패턴, 육각형 패턴 또는 볼록한 타일링을 추가로 포함하는 패턴과 같은 규칙적 및/또는 일정 및/또는 주기적 패턴을 포함할 수 있다. 조명 패턴은, 육각형 패턴이 바람직할 수 있도록 면적 당 가능한 한 많은 특징들을 포함할 수 있다. 조명 패턴의 2 개의 특징들 사이의 거리 및/또는 적어도 하나의 조명 특징 영역은 이미지 내의 착란원에 의존할 수 있다.
조명 패턴의 조명 특징들은 단지 소수의 기준 특징들이 에피폴라 라인 상에 위치하도록 배열될 수 있다. 도 47a에 도시된 바와 같이, 조명 패턴은 적어도 하나의 육각형 패턴을 포함할 수 있으며, 여기서 개별 포인트들은 에피폴라 라인(2206) 상에 위치된다. 도 48b에 도시된 바와 같이, 조명 패턴은 적어도 하나의 육각형 패턴을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 패턴은 기준선에 대해 회전된다. 이러한 조명 특징의 포지셔닝은 각 에피폴라 라인 상의 개별 포인트들 사이의 거리를 증가시킨다. 예를 들어, 도 47c에 도시된 바와 같이, 조명 패턴은 적어도 하나의 변위된 육각형 패턴을 포함할 수 있으며, 여기서 육각형 패턴의 개별 포인트들은 정규 위치로부터 임의의 거리만큼 예를 들어 포인트의 에피폴라 라인에 수직으로 변위된다. 개개의 포인트들의 변위는 2 개의 평행한 에피폴라 라인들 사이의 거리의 절반보다 작을 수 있고, 바람직하게는 2 개의 평행한 에피폴라 라인들 사이의 거리의 1/4보다 작을 수 있다. 개개의 포인트들의 변위는 두 포인트가 서로 위로 변위되지 않을 수 있다. 이러한 포지셔닝은 영역 당 가능한 특징들의 수를 증가시킨다.
도 48은 스캐닝 장치(154)의 실시예를 도시한다. 스캐닝 장치는 라인 스캐닝 장치로서 구성될 수 있다. 특히, 스캐닝 장치(154)는 광학 센서(113)의 적어도 하나의 센서 라인 또는 열을 포함할 수 있다. 또한, 스캐닝 장치는 적어도 하나의 전사 장치(128) 및 적어도 하나의 조명원(136)을 포함할 수 있다. 삼각 측량 시스템은 충분한 기준선을 필요로 하지만, 근거리 장에서의 기준선으로 인해 검출이 가능하지 않을 수 있다. 광 스폿이 전사 장치의 방향으로 틸팅되면(tilted) 근거리 장 검출이 가능할 수 있다. 그러나, 틸팅은 광 스폿이 원거리 영역에서의 검출을 제한하는 시야 밖으로 이동하게 한다. 따라서, 삼각 측량 시스템에서, 0이 아닌 기준선은 항상 측정 범위, 근거리장 및/또는 원거리장의 실질적인 감소로 이어질 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 검출기로 가능한 한 기준선을 감소시키면 측정 범위를 항상 증가시킬 것이다. 또한, 이러한 근거리장 및 원거리장 문제는 도 48의 스캐닝 장치(154)를 사용함으로써 극복될 수 있다. 스캐닝 시스템(154)은 CMOS 라인 상에서 피사체(112)로부터 검출기(154)로 전파하는 복수의 광빔(116)을 검출하도록 구성될 수 있다. 광빔(116)은 피사체(112) 상에서 또는 피사체(112)의 이동에 의해 상이한 위치에서 생성될 수 있다. 스캐닝 장치(154)는 상술된 바와 같이 몫 신호 Q를 결정함으로써 각각의 광 스폿에 대한 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다.
110 검출기
112 피사체
113 광학 센서
114 비콘 장치
115 센서 요소
116 광빔
117 매트릭스
118 제 1 광학 센서
119 마스크
120 제 2 광학 센서
121 감광성 영역
122 제 1 감광성 영역
124 제 2 감광성 영역
126 검출기의 광축
128 전사 장치
129 전사 장치의 광축
130 초점
131 광 스폿
132 평가 장치
133 중심 검출기
134 검출기 시스템
135 합산 장치
136 조명원
137 결합 장치
138 조명 광빔
140 반사성 요소
142 분배기
144 위치 평가 장치
146 카메라
148 인간-기계 인터페이스
150 엔터테인먼트 장치
152 추적 시스템
154 스캐닝 시스템
156 커넥터
158 하우징
160 제어 장치
162 사용자
164 개구
166 시야 방향
168 좌표계
170 기계
172 트랙 제어기
174 어레이
176 광학 센서
178 사분원 광다이오드
180 기하학적 중심
182 제 1 광학 센서의 기하학적 중심
184 제 2 광학 센서의 기하학적 중심
186 광 스폿
188 액추에이터
190 다이어프램
192 광학 저장 매체용 판독 장치
194 광학 요소
196 관심 영역
198 제 1 영역
200 제 2 영역
202 내부 영역
204 평면
206 외부 영역
208 이동 방향
210 이동 방향
212 곡선
214 곡선
216 곡선 세트
218 곡선 세트
1110 검출기
1112 피사체
1114 비콘 장치
1116 광빔
1118 제 1 광학 센서
1120 제 2 광학 센서
1122 제 1 감광성 영역
1124 제 2 감광성 영역
1126 광축
1128 전사 장치
1130 초점
1132 평가 장치
1134 검출기 시스템
1136 조명원
1138 조명 광빔
1140 반사성 요소
1142 분배기
1144 위치 평가 장치
1146 카메라
1148 인간-기계 인터페이스
1150 엔터테인먼트 장치
1152 추적 시스템
1154 스캐닝 시스템
1156 커넥터
1158 하우징
1160 제어 장치
1162 사용자
1164 개구
1166 시야 방향
1168 좌표계
1170 기계
1172 트랙 제어기
1174 형광성 도파관 시트
1176 도파관
1178 매트릭스 물질
1180 형광성 물질
1182 감광성 요소
1184 감광성 요소
1186 감광성 요소
1188 감광성 요소
1190 엣지
1192 엣지
1194 엣지
1196 엣지
1198 광학 필터 요소
1200 기준 감광성 요소
1202 작은 광 스폿
1204 큰 광 스폿
1206 음영
1208 합산 장치
1210 감산 장치
1212 감광성 요소
1214 코너
1216 광학 커플링 요소
2110 검출기
2112 피사체
2113 광학 센서
2114 비콘 장치
2115 조명원
2116 광빔
2118 제 1 광학 센서
2120 제 2 광학 센서
2121 감광성 영역
2122 제 1 감광성 영역
2124 제 2 감광성 영역
2126 검출기의 광축
2128 전사 장치
2129 전사 장치의 광축
2130 각 의존성 광학 요소
2131 광빔
2132 제 1 측면
2133 평가 장치
2134 분배기
2136 위치 평가 장치
2138 광섬유
2140 조명 섬유
2142 광빔
2144 제 1 섬유
2146 제 2 섬유
2148 입구 단부
2150 출구 단부
2152 제 1 광빔
2154 제 2 광빔
2156 카메라
2158 검출기 시스템
2160 인간-기계 인터페이스
2162 엔터테인먼트 장치
2164 추적 시스템
2166 스캐닝 시스템
2168 커넥터
2170 하우징
2172 제어 장치
2174 사용자
2176 개구
2178 시야 방향
2180 좌표계
2182 기계
2184 트랙 제어기
2186 라인 패턴
2188 곡선
2190 곡선
2192 곡선
2194 곡선
2196 곡선
2198 곡선
2200 곡선
2202 곡선
2204 곡선
2206 에피폴라 라인

Claims (72)

  1. 적어도 하나의 피사체(112, 1112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110, 1110, 2110)로서, 상기 검출기(110, 1110, 2110)가,
    - 적어도 하나의 전사 장치(128, 1128, 2128) - 상기 전사 장치(128, 1128, 2128)는 피사체(112, 1112, 2112)로부터 검출기(110, 1110, 2110)로 전파하는 적어도 하나의 입사 광빔(116, 1116)에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이를 가짐 - ;
    - 적어도 2 개의 광학 센서(113, 1118, 1120, 2113) - 각각의 광학 센서(113, 1118, 1120)가 적어도 하나의 감광성 영역(121, 1122, 1124, 2121)을 가지며, 각각의 광학 센서(113, 1118, 1120, 2113)가 상기 광빔(116, 1116, 2131)에 의해 그 각각의 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계됨 - ; 및
    - 상기 센서 신호로부터 몫 신호(quotient signal) Q를 평가함으로써 상기 피사체(112, 1112, 2112)의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치(132, 1132, 2133)를 포함하고;
    상기 검출기는 피사체 평면 내의 상기 피사체 크기와 독립적인 적어도 하나의 측정 범위에서 상기 피사체의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성된
    검출기(110, 1110, 2110).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 범위는, 피사체로부터 전사 장치까지의 종방향 거리(z0); 전사 장치의 초점 거리(f); 전사 장치의 출구 동공(exit pupil)의 직경(Ex); 전사 장치로부터 감광성 영역까지의 종방향 거리(zs); 전사 장치로부터 피사체의 이미지까지의 거리(zi); 피사체 평면 내 피사체의 피사체 크기(O크기)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 파라미터를 조정함으로써 조정되는
    검출기(110, 1110, 2110).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 검출기는, 상기 피사체의 적어도 하나의 포인트로부터 방출된 적어도 하나의 광빔의 착란원(circle of confusion)이 상기 피사체의 이미지 크기보다 큰 경우, 상기 피사체 크기와 독립적인 상기 피사체의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성된
    검출기(110, 1110, 2110).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 검출기는,
    Figure pct00095
    가 적어도 하나의 거리에 대해 참인 경우, 상기 피사체 크기와 독립적인 상기 피사체의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성된
    검출기(110, 1110, 2110).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 피사체 크기의 하한은 바람직하게는 0.5 ㎛ 이상이고, 보다 바람직하게는 1 ㎛ 이상이고, 가장 바람직하게는 10 ㎛ 이상인
    검출기(110, 1110, 2110).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 장치(132)는, 상기 센서 신호들을 분할하고, 복수의 상기 센서 신호들을 분할하고, 상기 센서 신호들의 선형 조합을 분할하는 것 중 하나 이상에 의해 몫 신호 Q를 유도하도록 구성된
    검출기(110, 1110, 2110).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 장치(132)는, 상기 몫 신호 Q와 상기 종방향 좌표 사이에 적어도 하나의 사전-결정된 관계를 사용하여 종방향 좌표를 결정하도록 구성된
    검출기(110, 1110, 2110).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 장치(132)는, 상기 몫 신호 Q를 다음과 같이 유도하도록 구성되고,
    Figure pct00096

    상기 식에서, x 및 y는 횡방향 좌표이고, A1 및 A2는 센서 위치에서의 빔 프로파일의 영역이고, E(x, y, z0)는 피사체 거리 zo에서 주어진 빔 프로파일을 나타내는
    검출기(110, 1110, 2110).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 센서(113)는 초점을 벗어나 위치되는
    검출기(110, 1110, 2110).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전사 장치(128)는 광축(129)을 갖고, 상기 전사 장치(128)는 좌표계를 구성하며, 종방향 좌표(l)는 상기 광축(129)을 따른 좌표이고, d는 상기 광축(129)으로부터의 공간 오프셋(spatial offset)이고, 상기 광학 센서(113)는 상기 광학 센서(113)의 감광성 영역(121)이 이의 종방향 좌표, 이의 공간 오프셋 또는 이의 표면적 중 적어도 하나에서 상이하도록 배열되는
    검출기(110, 1110, 2110).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 상기 센서 신호들은 상기 광빔의 적어도 하나의 빔 프로파일의 상기 빔 프로파일의 적어도 하나의 영역의 적어도 하나의 정보를 포함하는
    검출기(110, 1110, 2110).
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일; 삼각형 빔 프로파일; 원추형 빔 프로파일; 및 가우시안(Gaussian) 빔 프로파일들의 선형 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는
    검출기(110, 1110, 2110).
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 감광성 영역들은 제 1 센서 신호가 상기 빔 프로파일들의 제 1 영역의 정보를 포함하고 제 2 센서 신호가 상기 빔 프로파일의 제 2 영역의 정보를 포함하도록 배열되고, 상기 빔 프로파일의 제 1 영역 및 상기 빔 프로파일의 제 2 영역은 인접하거나 중첩되는 영역들 중 하나 또는 둘 다인
    검출기(110, 1110, 2110).
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 평가 장치(132)는 상기 빔 프로파일의 제 1 영역 및 상기 빔 프로파일의 제 2 영역을 결정하도록 구성된
    검출기(110, 1110, 2110).
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 프로파일의 제 1 영역은 본질적으로 상기 빔 프로파일의 엣지(edge) 정보를 포함하고, 상기 빔 프로파일의 제 2 영역은 본질적으로 상기 빔 프로파일의 중심 정보를 포함하는
    검출기(110, 1110, 2110).
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엣지 정보는 상기 빔 프로파일의 제 1 영역 내의 광자 수에 관한 정보를 포함하고, 상기 중심 정보는 상기 빔 프로파일의 제 2 영역 내의 광자 수에 관한 정보를 포함하는
    검출기(110, 1110, 2110).
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 평가 장치(132)는 상기 엣지 정보 및 상기 중심 정보를 분할하고, 복수의 상기 엣지 정보 및 상기 중심 정보를 분할하고, 상기 엣지 정보와 상기 중심 정보의 선형 조합을 분할하는 것 중 하나 이상에 의해 몫 신호 Q를 유도하도록 구성된
    검출기(110, 1110, 2110).
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 센서(113)는 제 1 감광성 영역(122)을 갖는 제 1 광학 센서(118) 및 제 2 감광성 영역(124)을 갖는 제 2 광학 센서(120)를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 감광성 영역(122, 124)은 하기 조건이 만족되도록 배열되며,
    Figure pct00097

    상기 식에서, "a"는 상기 전사 장치(129)의 초점 길이의 절반과 같은 거리에서 상기 광축(129)과 교차하는 광축(129)에 수직인 평면의 내부 영역과 상기 제 1 감광성 영역(122) 모두를 타격하는 광자들의 비율이고, "b"는 상기 평면의 내부 영역과 제 2 감광성 영역(124) 모두를 타격하는 광자들의 비율이고, "c"는 상기 평면의 외부 영역과 제 1 감광성 영역(122) 모두를 타격하는 광자들의 비율이고, "d"는 상기 평면의 외부 영역과 제 2 감광성 영역(124) 모두를 타격하는 광자들의 비율인
    검출기(110, 1110, 2110).
  19. 제 18 항에 있어서,
    제 1 감광성 영역(118)과 제 2 감광성 영역(122)은, 상기 내부 영역이 상기 광축(129) 상의 기하학적 중심점 및 상기 광자들의 절반이 상기 내부 영역 내의 평면을 타격하고 다른 절반이 상기 내부 영역 외부의 평면을 타격하도록 연장부를 갖는 영역을 갖도록 배열되는
    검출기(110, 1110, 2110).
  20. 제 19 항에 있어서,
    제 1 감광성 영역(118)과 제 2 감광성 영역(122)은, 상기 내부 영역이 상기 광축 상의 중심점 및 상기 광자들의 절반이 상기 원 내의 평면을 타격하고 다른 절반이 상기 원 외부의 평면을 타격하도록 선택된 반경 r을 갖는 원으로서 설계되도록 배열되는
    검출기(110, 1110, 2110).
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 센서(113)는 제 1 감광성 영역(122)을 갖는 제 1 광학 센서(118) 및 제 2 감광성 영역(124)을 갖는 제 2 광학 센서(120)를 포함하고,
    - 제 1 광학 센서(118)는 상기 피사체(112)로부터 상기 검출기(110, 1110, 2110)로 전파하는 광빔(116)에 의해 상기 제 1 감광성 영역(122)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 1 센서 신호를 생성하도록 구성되고;
    - 제 2 광학 센서(120)는 상기 광빔(116)에 의해 제 2 감광성 영역(124)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 2 센서 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 제 1 감광성 영역(122)은 상기 제 2 감광성 영역(124)보다 작은
    검출기(110, 1110, 2110).
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 평가 장치(132)는, 제 1 및 제 2 센서 신호를 분할함으로써, 복수의 제 1 및 제 2 센서 신호를 분할함으로써, 또는 제 1 및 제 2 센서 신호의 선형 조합을 분할함으로써 상기 몫 신호 Q를 유도하도록 구성되고, 상기 평가 장치(132)는 상기 몫 신호 Q를 평가함으로써 상기 종방향 좌표를 결정하도록 구성된
    검출기(110, 1110, 2110).
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 광학 센서(118, 120)는 상기 검출기(110, 1110, 2110)의 하나의 동일한 빔 경로에 선형으로 배열되는
    검출기(110, 1110, 2110).
  24. 제 23 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 광학 센서(118, 120)는 상기 검출기(110, 1110, 2110)의 광축(126)에 대해 동심원상으로 배열되는
    검출기(110, 1110, 2110).
  25. 제 21 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 광학 센서(118, 120)는 각각 반도체 센서, 바람직하게는 무기 반도체 센서, 보다 바람직하게는 광다이오드, 가장 바람직하게는 규소 광다이오드인
    검출기(110, 1110, 2110).
  26. 제 21 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 광학 센서(118, 120)는 각각 단일의 감광성 영역을 갖는 균일한 센서인
    검출기(110, 1110, 2110).
  27. 제 21 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기(110, 1110, 2110)는 상기 피사체(112)를 조명하기 위한 조명원(136)을 추가로 포함하는
    검출기(110, 1110, 2110).
  28. 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기(110, 1110, 2110)는,
    - 광학 센서들의 매트릭스(117)를 갖는 적어도 하나의 센서 요소(115)로서, 상기 광학 센서들(113)이 각각 감광성 영역(121)을 갖고, 각각의 광학 센서(113)가 상기 피사체(112)로부터 상기 검출기(110, 1110, 2110)로 전파하는 적어도 하나의 광빔(116)에 의해 상기 감광성 영역(121)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성된, 적어도 하나의 센서 요소(115); 및
    - 상기 센서 신호를 평가하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치(132)를 구비하되,
    상기 센서 신호를 평가하는 것은,
    a) 가장 높은 센서 신호를 갖고 적어도 하나의 중심 신호를 형성하는 적어도 하나의 광학 센서(113)를 결정하고,
    b) 상기 매트릭스(117)의 광학 센서(113)의 센서 신호를 평가하고 적어도 하나의 합산 신호를 형성하며,
    c) 상기 중심 신호와 상기 합산 신호를 조합함으로써 적어도 하나의 조합된 신호를 결정하고,
    d) 상기 조합된 신호를 평가함으로써 상기 피사체(112)의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정함으로써 수행되는
    검출기(110, 1110, 2110).
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 중심 신호는, 가장 높은 센서 신호; 가장 높은 센서 신호로부터 사전-결정된 허용오차 범위 내에 있는 센서 신호들의 그룹의 평균; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서(113) 및 인접한 광학 센서들(113)의 사전-결정된 그룹을 함유하는 광학 센서들(113)의 그룹으로부터의 센서 신호들의 평균; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서(113) 및 인접한 광학 센서들(113)의 사전-결정된 그룹을 함유하는 광학 센서들(113)의 그룹으로부터의 센서 신호들의 합; 가장 높은 센서 신호로부터의 사전-결정된 허용오차 범위 내에 있는 센서 신호들의 그룹의 합; 사전-결정된 임계 값을 초과하는 센서 신호들의 그룹의 평균; 사전-결정된 임계 값을 초과하는 센서 신호들의 그룹의 합; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서(113) 및 인접한 광학 센서들(113)의 사전-결정된 그룹을 함유하는 광학 센서들(113)의 그룹으로부터의 센서 신호들의 적분; 가장 높은 센서 신호로부터의 사전-결정된 허용오차 범위 내에 있는 센서 신호들의 그룹의 적분; 및 사전-결정된 임계 값을 초과하는 센서 신호들의 그룹의 적분으로 이루어진 군으로부터 선택되는
    검출기(110, 1110, 2110).
  30. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서,
    상기 합산 신호는, 매트릭스(117)의 모든 센서 신호들에 대한 평균; 매트릭스(117)의 모든 센서 신호들의 합; 매트릭스(117)의 모든 센서 신호들의 적분; 중심 신호에 기여하는 광학 센서들(113)로부터의 센서 신호들을 제외한 매트릭스(117)의 모든 센서 신호들에 대한 평균; 중심 신호에 기여하는 광학 센서들(113)로부터의 센서 신호들을 제외한 매트릭스(117)의 모든 센서 신호들의 합; 중심 신호에 기여하는 광학 센서들(113)로부터의 센서 신호들을 제외한 매트릭스(117)의 모든 센서 신호들의 적분; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서(113)로부터 사전-결정된 범위 내의 광학 센서들(113)의 센서 신호들의 합; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서(113)로부터의 사전-결정된 범위 내의 광학 센서들(113)의 센서 신호들의 적분; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서(113)로부터의 사전-결정된 범위 내에 위치되는 광학 센서들(113)의 특정 임계값 초과의 센서 신호들의 합; 및 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서(113)로부터 사전-결정된 범위 내에 위치되는 광학 센서들(113)의 특정 임계값 초과의 센서 신호들의 적분으로 이루어진 군으로부터 선택되는
    검출기(110, 1110, 2110).
  31. 제 28 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조합된 신호는, 중심 신호와 합산 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 복수의 중심 신호와 복수의 합산 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 중심 신호의 선형 조합과 합산 신호의 선형 조합의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 단계; 중심 신호와 합산 신호의 제 1 선형 조합과 중심 신호와 합산 신호의 제 2 선형 조합의 몫을 형성하는 단계 중 하나 이상에 의해 유도되는 몫 신호 Q인
    검출기(110, 1110, 2110).
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 평가 장치(132)는, 상기 몫 신호 Q와 상기 종방향 좌표 사이에 적어도 하나의 사전-결정된 관계를 사용하여 상기 종방향 좌표를 결정하도록 구성된
    검출기(110, 1110, 2110).
  33. 제 31 항 또는 제 32 항에 있어서,
    상기 평가 장치(132)는 적어도 하나의 분배기(142)를 포함하고, 상기 분배기(142)는 상기 몫 신호를 유도하도록 구성된
    검출기(110, 1110, 2110).
  34. 제 28 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 장치(132)는, 상기 가장 높은 센서 신호를 갖는 상기 적어도 하나의 광학 센서(113)의 횡방향 위치를 평가함으로써 상기 피사체(112)의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하도록 추가로 구성된
    검출기(110, 1110, 2110).
  35. 제 1 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 상기 감광성 영역(122, 124)은 기하학적 중심(182, 184)을 갖고, 상기 광학 센서들(118, 120, 176)의 기하학적 중심(182, 184)은 상이한 공간 오프셋에 의해 상기 검출기(110, 1110, 2110)의 광축(126)으로부터 이격되고, 각각의 광학 센서(118, 120, 176)는 상기 피사체(112)로부터 상기 검출기(110, 1110, 2110)로 전파하는 광빔(116)에 의해 이의 각각의 감광성 영역(122, 124)의 조명에 응답하여 센서 신호를 생성하도록 구성된
    검출기(110, 1110, 2110).
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 광학 센서(118, 120, 176)는 센서 어레이(174)의 일부이고, 상기 센서 어레이(174)의 기하학적 중심(180)은 상기 광축(126)으로부터 오프셋되는
    검출기(110, 1110, 2110).
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 센서 어레이(174)는 상기 광축(126)에 대해 이동가능한
    검출기(110, 1110, 2110).
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 평가 장치(132)는, 먼저, 상기 센서 신호들을 이용함으로써 상기 센서 어레이(174) 상의 광빔(116)에 의해 생성된 광 스폿(186)의 횡방향 위치를 결정하고, 둘째로, 상기 광 스폿(186)이 중심-이탈될(off-centered) 때까지 상기 광축(126)에 대해 상기 센서 어레이(174)를 이동시키도록 구성된
    검출기(110, 1110, 2110).
  39. 제 35 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 센서들(118, 120, 176)은, 사분원(quadrant) 다이오드(178)의 기하학적 중심(180)이 상기 검출기(110, 1110, 2110)의 광축(126)으로부터 중심-이탈된 사분원 다이오드(178)의 부분 다이오드인
    검출기(110, 1110, 2110).
  40. 제 1 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기(110, 1110, 2110)는,
    - 제 1 감광성 영역(1122)을 갖는 적어도 하나의 제 1 광학 센서(1118)로서, 상기 제 1 광학 센서(1118)는 상기 피사체(1112)로부터 상기 검출기(1110)로 전파하는 광빔(1116)에 의해 제 1 감광성 영역(122)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 1 센서 신호를 생성하도록 구성된, 적어도 하나의 제 1 광학 센서(1118);
    - 적어도 하나의 제 2 광학 센서(1120) - 상기 적어도 하나의 제 2 광학 센서(1120)는,
    o 제 2 감광성 영역(1124)을 형성하는 적어도 하나의 형광성 도파관 시트(1174)로서, 상기 형광성 도파관 시트(1174)는 상기 피사체(1112)로부터 상기 검출기(1110)를 향해 전파하는 적어도 하나의 광빔(1116)이 제 2 감광성 영역(1124)에 적어도 하나의 광 스폿(1202, 1204)을 생성하도록 상기 피사체(1112)를 향해 배향되고, 상기 형광성 도파관 시트(1174)는 적어도 하나의 형광성 물질(1180)을 포함하고, 상기 형광성 물질(1180)은 상기 광빔(1116)에 의해 조명에 응답하여 형광 광을 생성하도록 구성된, 적어도 하나의 형광성 도파관 시트(1174), 및
    o 상기 형광성 도파관 시트(1174)에 의해 상기 광 스폿(1202, 1204)으로부터 상기 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188, 1212)를 향해 안내된 형광 광을 검출할 수 있고 상기 광빔(1116)에 의해 제 2 감광성 영역(1124)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 2 센서 신호를 생성할 수 있되, 상기 제 1 감광성 영역(1122)이 상기 제 2 감광성 영역(1124)보다 작은, 형광성 도판관 시트(1174)의 적어도 하나의 엣지(1190, 1192, 1194, 1196)에 위치된 적어도 하나의 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188, 1212) 를 구비함 - ;
    - 상기 제 1 및 제 2 센서 신호들을 평가함으로써 상기 피사체(1112)의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치(1132)를 갖는
    검출기(110, 1110, 2110).
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188, 1212)는, 상기 형광성 도파관 시트(1174)로부터 상기 형광성 도파관 시트(1174)에 의해 안내되는 형광 광을 적어도 부분적으로 커플링하도록 구성된 적어도 하나의 광학적 커플링 요소(1216)에 의해 상기 형광성 도파관 시트(1174)에 광학적으로 커플링되는
    검출기(110, 1110, 2110).
  42. 제 40 항 또는 제 41 항에 있어서,
    상기 평가 장치(1132)는, 제 1 및 제 2 센서 신호를 분할함으로써, 복수의 제 1 및 제 2 센서 신호를 분할함으로써, 또는 제 1 및 제 2 센서 신호의 선형 조합을 분할함으로써 몫 신호 Q를 유도하도록 구성되고, 상기 평가 장치(1132)는 상기 몫 신호 Q를 평가함으로써 상기 종방향 좌표를 결정하도록 구성된
    검출기(110, 1110, 2110).
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 평가 장치(1132)는, 상기 몫 신호 Q와 상기 종방향 좌표 사이에 적어도 하나의 사전-결정된 관계를 사용하도록 구성된
    검출기(110, 1110, 2110).
  44. 제 40 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 센서(118)는 상기 제 2 광학 센서의 전방에 위치되어, 바람직하게는 상기 광빔(1116)이, 주어진 순서대로, 상기 제 1 광학 센서(1118) 및 그 후 제 2 광학 센서(1120)를 조명하는
    검출기(110, 1110, 2110).
  45. 제 40 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 광학 센서(1120)는, 상기 형광성 도파관 시트(1174)에 의해 상기 광 스폿(1202, 1204)으로부터 상기 감광성 요소들(1182, 1184, 1186, 1188, 1212)로 안내되는 형광 광을 검출할 수 있고 각각 적어도 하나의 센서 신호를 생성할 수 있는, 상기 형광성 도파관 시트(1174)의 적어도 2 개의 엣지(1190, 1192, 1194, 1196)에 위치된 적어도 2 개의 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188, 1212)를 포함하는
    검출기(110, 1110, 2110).
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 평가 장치(1132)는 상기 적어도 2 개의 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188, 1212)의 센서 신호들을 합산하여 합산 신호(S)를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 합산 장치(1208)를 포함하고, 상기 평가 장치(1132)는 상기 제 1 센서 신호, 상기 제 2 센서 신호들의 합산 신호(S) 및 상기 종방향 좌표(z) 사이의 적어도 하나의 사전-결정된 관계를 사용함으로써 피사체(1112)의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성된
    검출기(110, 1110, 2110).
  47. 제 45 항 또는 제 46 항에 있어서,
    상기 평가 장치(1132)는 상기 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188, 1212)의 센서 신호들을 평가함으로써 상기 피사체(1112)의 적어도 하나의 횡방향 좌표 x, y를 결정하도록 추가로 구성된
    검출기(110, 1110, 2110).
  48. 제 40 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 감광성 영역(1124)은 상기 제 1 감광성 영역(1122)보다 적어도 2 배 더 큰
    검출기(110, 1110, 2110).
  49. 제 40 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기(110, 1110, 2110)는 상기 피사체(1112)를 조명하기 위한 조명원(1136)을 추가로 포함하는
    검출기(110, 1110, 2110).
  50. 제 1 항 내지 제 49 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기(110, 1110, 2110)는,
    - 상기 피사체(2112)로부터 상기 검출기(2110)를 향해 전파하는 입사 광빔(2116)의 입사각에 의존하는 적어도 하나의 빔 프로파일을 갖고 각 의존성 광학 요소(2130)를 조명하는 적어도 하나의 광빔(2131)을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 각 의존성 광학 요소(2130);
    - 적어도 2 개의 광학 센서(2113)로서, 각각의 광학 센서(2113)가 적어도 하나의 감광성 영역(2121)을 갖고, 각각의 광학 센서(2113)가 상기 각 의존성 광학 요소(2130)에 의해 생성된 광빔(2131)에 의해 이의 각각의 감광성 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된, 적어도 2 개의 광학 센서(2113); 및
    - 상기 센서 신호들로부터 몫 신호 Q를 평가함으로써 상기 피사체(2112)의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치(2133)를 포함하는
    검출기(110, 1110, 2110).
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 각 의존성 광학 요소(2130)는, 적어도 하나의 광섬유, 특히 적어도 하나의 다중-분기된(multifurcated) 광섬유, 특히 적어도 하나의 이중-분기된(bifurcated) 광섬유; 적어도 하나의 회절 광학 요소; 적어도 하나의 각 의존성 반사성 요소, 적어도 하나의 회절 격자 요소, 특히 블레이즈(blaze) 격자 요소; 적어도 하나의 개구 조리개; 적어도 하나의 프리즘; 적어도 하나의 렌즈; 적어도 하나의 렌즈 어레이, 특히 적어도 하나의 마이크로렌즈 어레이; 적어도 하나의 광학 필터; 적어도 하나의 편광 필터; 적어도 하나의 밴드패스(bandfilter) 필터; 적어도 하나의 액정 필터, 특히 액정 튜너블(tunable) 필터; 적어도 하나의 단파장-통과(short-pass) 필터; 적어도 하나의 장파장-통과(long-pass) 필터; 적어도 하나의 노치(notch) 필터; 적어도 하나의 간섭 필터; 적어도 하나의 투과 격자; 적어도 하나의 비선형 광학 요소, 특히 하나의 복굴절 광학 요소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 광학 요소를 포함하는
    검출기(2110).
  52. 적어도 하나의 피사체(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템(134)으로서,
    상기 검출기 시스템(134)은 제 1 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기(110, 1110, 2110)를 포함하고, 상기 검출기 시스템(134)은 상기 검출기(110, 1110, 2110)를 향해 적어도 하나의 광빔(116)을 지향시키도록 구성된 적어도 하나의 비콘(beacon) 장치를 추가로 포함하며, 상기 비콘 장치(114)는 상기 피사체(112)에 부착가능하고, 상기 피사체(112)에 의해 보유가능하며, 상기 피사체(112)에 통합가능한 것 중 적어도 하나인
    검출기 시스템(134).
  53. 사용자(162)와 기계(170) 사이에 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스(148)로서,
    상기 인간-기계 인터페이스(148)는 제 52 항에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템(134)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 비콘 장치(114)는 사용자(162)에게 직접적으로 또는 간접적으로 부착되고 사용자(162)에 의해 보유되는 것 중 적어도 하나가 되도록 구성되고, 상기 인간-기계 인터페이스(148)는 상기 검출기 시스템(134)에 의해 사용자(162)의 적어도 하나의 위치를 결정하도록 설계되고, 상기 인간-기계 인터페이스(148)는 적어도 하나의 정보 항목을 상기 위치에 할당하도록 설계되는
    인간-기계 인터페이스(148).
  54. 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치(150)로서,
    상기 엔터테인먼트 장치(150)는 제 53 항에 따른 적어도 하나의 인간-기계 인터페이스(148)를 포함하고, 상기 엔터테인먼트 장치(150)는 상기 인간-기계 인터페이스(148)에 의해 플레이어에 의해 적어도 하나의 정보 항목이 입력될 수 있도록 설계되고, 상기 엔터테인먼트 장치(150)는 상기 정보에 따라 상기 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 설계되는
    엔터테인먼트 장치(150).
  55. 적어도 하나의 이동가능한 피사체(112)의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템(152)으로서,
    상기 추적 시스템(152)은 검출기 시스템(134)을 참조하는 제 52 항 내지 제 54 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템(134)을 포함하고, 상기 추적 시스템(152)은 적어도 하나의 트랙 제어기(track controller)를 추가로 포함하고, 상기 트랙 제어기(172)는 특정 시점에서 상기 피사체(112)의 일련의 위치를 추적하도록 구성된
    추적 시스템(152).
  56. 풍경의 깊이 프로파일을 결정하기 위한 스캐닝 시스템(154)으로서,
    상기 스캐닝 시스템(154)은 검출기(110, 1110, 2110)를 참조하는 제 1 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기(110, 1110, 2110)를 포함하고, 상기 스캐닝 시스템(154)은 적어도 하나의 광빔(116)에 의해 상기 풍경을 스캐닝하도록 구성된 적어도 하나의 조명원(136)을 추가로 포함하는
    스캐닝 시스템(154).
  57. 적어도 하나의 피사체(112)를 이미징하기 위한 카메라(146)로서,
    상기 카메라(146)는 검출기(110, 1110, 2110)를 참조하는 제 1 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기(110, 1110, 2110)를 포함하는
    카메라(146).
  58. 광학 저장 매체용 판독 장치(192)로서,
    상기 판독 장치(192)는 검출기(110, 1110, 2110)를 참조하는 제 1 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기(110, 1110, 2110)를 포함하는
    광학 저장 매체용 판독 장치(192).
  59. 적어도 하나의 검출기(110, 1110, 2110)를 사용함으로써 적어도 하나의 피사체(112)의 위치를 결정하는 방법으로서,
    - 감광성 영역(121)을 각각 갖는 적어도 2 개의 광학 센서(113)를 제공하는 단계 - 각각의 광학 센서(113)는 광빔(116)에 의해 이의 각각의 감광성 영역의 조명에 응답하여 센서 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 검출기는 적어도 하나의 전사 장치(128)를 갖고, 상기 전사 장치(128)는 상기 피사체(112)로부터 상기 검출기(110, 1110, 2110)로 전파하는 광빔(116)에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이를 가짐 - ;
    - 상기 피사체(112)로부터 상기 검출기(110, 1110, 2110)로 전파하는 광빔(116)에 의해 상기 검출기의 적어도 2 개의 광학 센서(113)의 각각의 상기 감광성 영역(121)을 조명함으로써, 각각의 상기 감광성 영역(121)이 적어도 하나의 센서 신호를 생성하는 단계; 및
    - 상기 센서 신호를 평가함으로써, 상기 피사체(112)의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하는 단계 - 상기 평가는 상기 센서 신호의 몫 신호 Q를 유도하는 것을 포함함 - 를 포함하되,
    상기 피사체의 종방향 좌표(z)는 피사체 평면 내의 피사체 크기와 독립적인 적어도 하나의 측정 범위에서 결정되는
    방법.
  60. 제 59 항에 있어서,
    상기 몫 신호 Q의 유도는, 센서 신호들을 분할하고, 복수의 센서 신호들을 분할하고, 센서 신호들의 선형 조합을 분할하는 것 중 하나 이상을 포함하는
    방법.
  61. 제 59 항 또는 제 60 항에 있어서,
    상기 방법은, 피사체로부터 전사 장치까지의 종방향 거리(z0); 전사 장치의 초점 거리(f); 전사 장치의 출구 동공의 직경(Ex); 전사 장치로부터 감광성 영역까지의 종방향 거리(zs); 전사 장치로부터 피사체의 이미지까지의 거리(zi); 피사체 평면 내 피사체의 피사체 크기(O크기)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 파라미터를 조정함으로써 상기 측정 범위를 조정하는 것을 포함하는
    방법.
  62. 제 59 항 내지 제 61 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전사 장치(128)는 광축(129)을 갖고, 상기 전사 장치(128)는 좌표계를 구성하고, 종방향 좌표(l)는 광축(129)을 따른 좌표이고, d는 광축(129)으로부터의 공간 오프셋이고, 상기 방법은 상기 광학 센서(113)의 감광성 영역(121)이 이의 종방향 좌표, 이의 공간 오프셋 또는 이의 표면적 중 적어도 하나에서 상이하도록 상기 광학 센서(113)를 배열하는 것을 포함하는
    방법.
  63. 제 59 항 내지 제 62 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 상기 센서 신호들은 상기 광빔의 적어도 하나의 빔 프로파일의 적어도 하나의 정보를 포함하고, 상기 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일; 삼각형 빔 프로파일; 원추형 빔 프로파일 및 가우시안 빔 프로파일의 선형 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 감광성 영역들은 제 1 센서 신호가 상기 빔 프로파일들의 제 1 영역의 정보를 포함하고 제 2 센서 신호가 상기 빔 프로파일의 제 2 영역의 정보를 포함하도록 배열되며, 상기 빔 프로파일의 제 1 영역 및 상기 빔 프로파일의 제 2 영역은 인접하거나 중첩되는 영역들 중 하나 또는 둘다인
    방법.
  64. 제 63 항에 있어서,
    상기 평가는 상기 빔 프로파일의 제 1 영역 및 상기 빔 프로파일의 제 2 영역을 결정하는 것을 포함하는
    방법.
  65. 제 63 항 또는 제 64 항에 있어서,
    상기 빔 프로파일의 제 1 영역은 본질적으로 상기 빔 프로파일의 엣지 정보를 포함하고, 상기 빔 프로파일의 제 2 영역은 본질적으로 상기 빔 프로파일의 중심 정보를 포함하고, 상기 엣지 정보는 상기 빔 프로파일의 제 1 영역 내의 광자 수에 관한 정보를 포함하고, 상기 중심 정보는 상기 빔 프로파일의 제 2 영역 내의 광자 수에 관한 정보를 포함하고, 상기 평가는 상기 엣지 정보와 상기 중심 정보를 분할하고, 복수의 상기 엣지 정보와 상기 중심 정보를 분할하고, 상기 엣지 정보와 상기 중심 정보의 선형 조합을 분할하는 것 중 하나 이상에 의해 몫 신호 Q를 유도하는 것을 포함하는
    방법.
  66. 제 59 항 내지 제 65 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 피사체(112)로부터 상기 검출기(110, 1110, 2110)로 전파하는 광빔에 의해 상기 검출기(110, 1110, 2110)의 적어도 하나의 제 1 광학 센서(118)의 적어도 하나의 제 1 감광성 영역(122)을 조명함으로써 적어도 하나의 제 1 센서 신호를 생성하는 단계; 및
    - 상기 광빔(116)에 의해 상기 검출기(110, 1110, 2110)의 적어도 하나의 제 2 광학 센서(120)의 적어도 하나의 제 2 감광성 영역(124)을 조명함으로써 적어도 하나의 제 2 센서 신호를 생성하는 단계 - 상기 제 1 감광성 영역(122)은 상기 제 2 감광성 영역(124)보다 작음 - 를 포함하는
    방법.
  67. 제 59 항 내지 제 66 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 피사체(112)로부터 상기 검출기(110, 1110, 2110)로 전파하는 적어도 하나의 광빔에 의해 상기 검출기(110, 1110, 2110)의 적어도 하나의 센서 요소(115)를 조명하는 단계 - 상기 검출기(110, 1110, 2110)는 광학 센서들(113)의 매트릭스(117)를 갖고, 상기 광학 센서들(113)은 각각 감광성 영역(121)을 가지며, 각각의 광학 센서(113)는 상기 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성함 - ; 및
    - 상기 센서 신호들을 평가하는 단계를 포함하되,
    상기 센서 신호들을 평가하는 것은,
    a) 가장 높은 센서 신호를 갖고 적어도 하나의 중심 신호를 형성하는 적어도 하나의 광학 센서(113)를 결정하고,
    b) 상기 매트릭스(117)의 광학 센서(113)의 센서 신호를 평가하고 적어도 하나의 합산 신호를 형성하며,
    c) 상기 중심 신호와 상기 합산 신호를 조합함으로써 적어도 하나의 조합된 신호를 결정하고,
    d) 상기 조합된 신호를 평가함으로써 상기 피사체(112)의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정함으로써 수행되는
    방법.
  68. 제 67 항에 있어서,
    상기 조합된 신호는, 중심 신호와 합산 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하고; 복수의 중심 신호와 복수의 합산 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하고; 중심 신호의 선형 조합과 합산 신호의 선형 조합의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하고; 중심 신호와 합산 신호의 제 1 선형 조합과 중심 신호와 합산 신호의 제 2 선형 조합의 몫을 형성하는 것 중 하나 이상에 의해 유도된 몫 신호 Q인
    방법.
  69. 제 59 항 내지 제 68 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 감광성 영역(122, 124)은 기하학적 중심(182, 184)을 갖고, 상기 광학 센서들(118, 120, 176)의 기하학적 중심(182, 184)은 상이한 분리에 의해 상기 검출기(110, 1110, 2110)의 광축(126)으로부터 이격되는
    방법.
  70. 제 59 항 내지 제 69 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 피사체(1112)로부터 상기 검출기(110, 1110, 2110)로 전파하는 광빔(1116)에 의해 적어도 하나의 제 1 광학 센서(1118)의 적어도 하나의 제 1 감광성 영역(1122)을 조명하고 상기 제 1 감광성 영역(1122)의 조명에 응답하여 상기 제 1 광학 센서(1118)에 의해 적어도 하나의 제 1 센서 신호를 생성하는 단계;
    - 상기 광빔(1116)에 의해 적어도 하나의 제 2 광학 센서(1120)의 적어도 하나의 제 2 감광성 영역(1124)을 조명하고 상기 제 2 감광성 영역(1124)의 조명에 응답하여 상기 제 2 광학 센서(1120)에 의해 적어도 하나의 제 2 센서 신호를 생성하는 단계 - 상기 제 2 광학 센서(1120)는,
    o 제 2 감광성 영역(1124)을 형성하는 적어도 하나의 형광성 도파관 시트(1174)로서, 상기 형광성 도파관 시트(1174)는 상기 피사체(1112)로부터 상기 검출기(110, 1110, 2110)를 향해 전파하는 적어도 하나의 광빔(1116)이 제 2 감광성 영역(1124)에 적어도 하나의 광 스폿(1202, 1204)을 생성하도록 상기 피사체(1112)를 향해 배향되고, 상기 형광성 도파관 시트(1174)는 적어도 하나의 형광성 물질(1180)을 포함하고, 상기 형광성 물질(1180)은 상기 광빔(1116)에 의해 조명에 응답하여 형광 광을 생성하도록 구성된, 적어도 하나의 형광성 도파관 시트(1174), 및
    o 상기 형광성 도파관 시트(1174)에 의해 상기 광 스폿(1202, 1204)으로부터 상기 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188, 1212)를 향해 안내된 형광 광을 검출할 수 있고 상기 광빔(1116)에 의해 제 2 감광성 영역(1124)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 2 센서 신호를 생성할 수 있되, 상기 제 1 감광성 영역(1122)이 상기 제 2 감광성 영역(1124)보다 작은, 형광성 도판관 시트(1174)의 적어도 하나의 엣지(1190, 1192, 1194, 1196)에 위치된 적어도 하나의 감광성 요소(1182, 1184, 1186, 1188, 1212)를 가짐 - ;
    - 상기 제 1 및 제 2 센서 신호들을 평가함으로써 상기 피사체(1112)의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하는 단계를 포함하는
    방법.
  71. 제 59 항 내지 제 70 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 적어도 하나의 각 의존성 광학 요소(130)를 제공하고 입사각에 따라 적어도 하나의 빔 프로파일을 갖는 적어도 하나의 광빔(131)을 생성하는 단계;
    - 적어도 2 개의 광학 센서(113)를 제공하는 단계 - 각각의 광학 센서(113)가 적어도 하나의 감광성 영역(121)을 갖고, 각각의 광학 센서(113)가 상기 각 의존성 광학 요소(130)에 의해 생성된 광빔(131)에 의해 이의 각각의 감광성 영역(121)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계됨 - ;
    - 상기 각 의존성 광학 요소(130)에 의해 생성된 광빔(131)에 의해 상기 검출기(110)의 적어도 2 개의 광학 센서(113)의 각각의 감광성 영역(131)을 조명함으로써 각각의 상기 감광성 영역(121)이 적어도 하나의 센서 신호를 생성하는 단계; 및
    - 상기 센서 신호를 평가함으로써, 상기 피사체(112)의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하는 단계 - 상기 평가는 상기 센서 신호의 몫 신호 Q를 유도하는 것을 포함함 - 를 포함하는
    방법.
  72. 제 1 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 따른 검출기(110, 1110, 2110)의, 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 적용례; 광학 데이터 저장 적용례; 보안 적용례; 감시 적용례; 안전 적용례; 인간-기계 인터페이스(148) 적용례; 물류 적용례; 추적 적용례; 사진 적용례; 기계 비젼 적용례; 로봇 적용례; 품질 제어 적용례; 제조 적용례; 광학 데이터 저장 및 판독과 조합된 용도로 이루어진 군으로부터 선택되는 사용 목적을 위한 용도.
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