KR20210037670A - 적어도 하나의 영역을 광학적으로 감시하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 영역(112)을 광학적으로 감시하는 장치(110)가 제안된다. 장치(110)는 송신기 유닛(114) 및 수신기 유닛(116)을 포함한다. 송신기 유닛(114)은 적어도 하나의 조명원(118)을 포함한다. 조명원(118)은 빔 프로파일을 포함하는 적어도 하나의 광 빔(122)을 생성하도록 디자인된다. 각각의 광 빔(122)은 수신기 유닛(116)으로 전파되도록 지정되어, 적어도 하나의 감시 영역(124)을 통과한다. 수신기 유닛(116)은, - 적어도 하나의 전송 장치(134) ― 전송 장치(134)는, 조명원(118)으로부터 적어도 2개의 광학 센서(138)로 전파되는 적어도 하나의 입사광 빔(122)에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이를 포함하고, 광축(136)을 포함하고, 좌표계를 구성하며, 여기서, 종 방향 좌표 l은 광축을 따르는 좌표이고, d는 광축(136)으로부터의 공간 오프셋임 ― 와, - 적어도 2개의 광학 센서(138) ― 광학 센서(138)의 각각은, 적어도 하나의 감광 영역(140)을 포함하고, 광 빔(122)에 의해 각각의 감광 영역(140)을 조명하는 것에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 디자인되며, 광학 센서(138) 중 2개는 2개의 광학 센서(138)의 감광 영역(140)이 그들의 종 방향 좌표, 공간 오프셋 또는 표면 영역 중 적어도 하나에서 서로 상이한 방식으로 배열됨 ―, 및 - 적어도 하나의 평가 장치(150) ― 평가 장치(150)는, 먼저 센서 신호를 평가함으로써, 적어도 하나의 감시 영역(124)을 통과할 때, 적어도 하나의 광 빔(122)의 빔 프로파일의 변화와, 나아가 송신기 유닛(114)의 위치에 대한 적어도 하나의 성분의 변화 중 적어도 하나의 변화를 모니터링하여 출력을 생성하도록 구성되고, 여기서, 성분은, 센서 신호로부터 결합 신호 Q를 평가함으로써 전송 장치(134)의 좌표계에 대해 결정됨 ― 를 포함한다.

Description

적어도 하나의 영역을 광학적으로 감시하는 장치 및 방법

본 발명은 적어도 하나의 영역을 광학적으로 감시하기 위한 장치, 적어도 하나의 영역을 광학적으로 감시하는 방법, 및 장치의 다양한 용도에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명에 따른 장치, 방법 및 용도는, 예를 들어, 안전 기술, 특히, 기계와 같은 위험한 영역에 대한 접근을 제한하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 다른 적용이 가능할 수도 있다.

광 배리어(light barrier)와 광 커튼(light curtain)은 기계와 같은 위험한 영역에 대한 접근을 제한하는 데 사용할 수 있는 것으로 알려져 있다. 영역에 들어갈 때, 경고가 전송되거나, 또는 기계가 정지되거나 제어 장치로 전송될 수도 있고, 특히, 명령이 기계나 추가 평가 장치로 전송될 수 있다. 광 배리어는 일반적으로 수신기 장치를 포인팅하는 조명 장치를 포함한다. 수신기는, 조명 장치로부터 전송된 광 빔이 수신되는 한, 안전 상태와 같은 제 1 상태에 있을 것이다. 광 빔이 수신되지 않으면, 수신기는 경고 상태 또는 정지 상태와 같은 제 2 상태에 있을 것이다. 광 커튼은 기계 입구와 같은 영역을 커버하기 위해 여러 개의 송신기 또는 수신기 광 빔을 포함할 수 있다. 광 커튼은 송신기와 수신기가 서로 나란히 배치되거나 더 적은 수의 송신기나 수신기 유닛을 사용하기 위해 반사 소자를 사용할 수 있다.

광 커튼은 안전 표준에 따라 조작을 인식할 수 있도록 디자인되어야 한다. 예를 들어, 안전 표준 IEC 61496-2는 광 커튼이 송신기로부터 수신기로 간접 경로를 취하는 광을 수신할 수 없도록 요구한다. 예를 들어, 거울을 사용한 광 빔의 방향 전환은 광 커튼에 의해 인식되어야 한다. 또한, 빛나는 금속 부품으로 인한 우발적인 광 빔의 방향 전환도 광 커튼에 의해 인식될 필요가 있다.

일반적인 조작은 고의적인 조작이나 의도하지 않은 조작으로 인해 발생된다. 광 커튼과 같은 안전 유닛으로 인해 정기적으로 정지되는 경우, 기계의 생산성을 높이기 위해 의도적인 조작을 수행할 수 있다. 의도하지 않은 조작이란, 안전 유닛으로부터의 주의에 관계 없이 기계 셋업을 변경하는 것일 수 있다.

광 커튼의 안전성을 향상시키기 위해 다양한 접근법이 제안되었다. 예를 들어, 송신기와 수신기 유닛 내의 작은 개구부를 사용하여 조작 및 변경 가능성을 감소시킬 수 있다. 그러나, 이것은, 특히, 조명에 적외선을 사용하는 경우, 광 커튼을 셋업하는 것이 더 어려워질 수 있다. 추가 예에서, 수신기가 조명 장치의 방향으로부터의 광 빔만을 수신하도록 수신기 유닛에 작은 개구가 사용될 수 있다. 서로에 대한 송신기 및 수신기 유닛의 셋업 단계를 단순화하기 위해, 더 큰 개구와 더 적은 시준광 빔(collimate light beam)이 송신기 유닛에 사용될 수 있다. 그러나, 이것은 안전을 저해할 수 있다.

US 7,667,185 B2는 적어도 하나의 발광기, 및 공간 분해 수신 소자를 구성하는 적어도 하나의 수광기를 구비하는 광전자 센서 어셈블리를 설명하며, 수신 소자는 광 빔을 검출하기 위한 적어도 하나의 감광성 소자를 구비하는 내부 영역과, 발광기에 의해 방출된 광 빔의 위치를 결정하기 위한 적어도 하나의 감광성 소자를 구비하는 외부 영역을 포함하며, 외부 영역은 내부 영역보다 낮은 감도 및/또는 대역폭 요건을 만족시킨다.

US 2008/173831 A1은 발광기에 의해 방출된 광이 수광기에 의해 직접 수신되도록 서로에 대해 조정 가능하게 배열된 발광기 및 관련 수광기를 구비하는 모니터링 영역에서 대상체를 검출하는 광전자 센서를 설명한다. 발광기와 수광기는 반사 표면이 없는 표준 영역을 정의하여, 표준 영역을 벗어나 통과한 발광기에서 방출된 광이, 광의 반사로 인해, 수광기에서 수신될 수 없도록 표준 요건을 준수한다. 표준 영역에서, 발광기에 의해 생성된 발광 콘(emitted light cone)과 수광기에 의해 정의된 수광 콘(received light cone)이 표준 개방각(normed opening angle) 내에서 겹친다. 평가 유닛은 수광 소자로 향하는 광의 중단을 모니터링 영역에서의 물체 검출로 해석한다. 발광기는 임의의 원하는 크기의 개방각으로 이루어진 발광 콘을 형성하는 반면, 수광기는 개방각이 표준 개방각의 1/2 이하인 수광 콘을 포함한다.

추가 예에서, 광 커튼은 비행 시간 측정과 같은 거리 측정과 결합될 수 있다. 그러나, 이를 위해서는 송신기와 수신기 유닛의 동기화된 직접 결합이 필요할 것이다. DE 10 2016 122 364 A1은 감시 영역을 모니터링하기 위한 광전자 센서, 특히, 광 커튼을 설명하며, 센서는, 수신 신호로부터 감시 빔이 차단되는 것을 검출하고, 감시 빔의 허용되지 않은 차단을 검출하면, 차단 신호를 발행하기 위해, 감시 빔을 방출하기 위한 적어도 하나의 광 송신기와, 감시 빔을 수신하고 해당 수신 신호를 생성하기 위한 적어도 하나의 수광기 및 평가 유닛을 포함한다. 이 경우, 수광기는 수신 신호가 해당 수광기 상의 감시 빔으로 인해 생성된 광 스팟의 기하학적 구조에 따라 결정되도록 구성되고, 평가 유닛은 수신 신호로부터 중단없는 감시 빔의 조작 여부를 검출하도록 구성된다. 그러나, 이러한 수광기의 대역폭은 종종 제한되며, 50:50 장방형 패턴(50:50 rectangular pattern) 이외의 변조 패턴은 장치의 성능에 영향을 미칠 수 있고 광 커튼이나 광 배리어에서 일반적으로 사용되는 고속 인코딩된 변조의 사용을 제한할 수 있다. 50:50 장방형 변조 패턴은, 관련없는 추가 장치가 이러한 패턴을 방출하여 광 커튼을 조작할 수도 있으므로, 산업 안전 환경에는 적합하지 않은 경우가 많다.

따라서, 본 발명의 목적은 공지된 장치 및 방법의 전술한 기술적 과제에 대응하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 구체적으로, 본 발명의 목적은, 특히, 기술 자원과 비용 측면에서 적은 요건과 적은 기술적인 노력으로, 조작 방지와 같은 안전성을 개선하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

이 문제는 특허 청구 범위의 독립항의 특징을 포함하는 본 발명에 의해 해결된다. 개별적으로 또는 조합하여 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 전개는 종속항 및/또는 하기의 명세서 및 상세한 실시예에서 제시된다.

이하에 사용되는 용어 "구비한다", "구성한다" 또는 "포함한다"나 그들의 임의의 문법적 변형어는 비배타적인 방식으로 사용된다. 따라서, 이들 용어는 이들 용어에 의해 도입된 특징 외에, 본 명세서에 설명된 개체에 더 이상의 추가 특징이 존재하지 않는 상황 및 적어도 하나의 추가 특징이 존재하는 상황 양쪽 모두를 지칭할 수 있다. 예를 들어, "A는 B를 구비한다", "A는 B를 구성한다" 및 "A는 B를 포함한다"라는 표현은, B 이외에 다른 요소가 A에 존재하지 않는 상황(즉, A가 오로지 배타적으로 B로 구성되는 상황) 및 B 이외에, 요소 C, 요소 C 및 D 또는 심지어 다른 요소와 같은 하나 이상의 추가 요소가 대상체 A에 존재하는 상황 모두를 지칭할 수 있다.

또한, 특징 또는 요소가 전형적으로 하나 또는 하나보다 많이 존재할 수 있음을 나타내는 용어 "적어도 하나", "하나 이상" 또는 그 유사 표현은, 각각의 특징 또는 요소를 도입할 때, 한 번만 사용될 것이라는 점을 유의해야 한다. 이하에서, 대부분의 경우, 각각의 특징 또는 요소를 언급할 때, 각각의 특징 또는 요소가 하나 이상 존재할 수 있다는 사실에도 불구하고, "적어도 하나" 또는 "하나 이상"이라는 표현은 반복되지 않을 것이다.

또한, 이하에서 사용되는 용어 "바람직하게", "더 바람직하게", "특히", "더욱 특히", "구체적으로", "더욱 구체적으로" 또는 유사한 용어는 대안적인 가능성을 제한하지 않으면서 선택적인 특징과 함께 사용된다. 따라서, 이러한 용어들에 의해 도입된 특징들은 선택적인 특징이며, 어떠한 방식으로도 청구 범위의 범주를 제한하려고 의도하는 것은 아니다. 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 본 발명은 대안적인 특징들을 사용함으로써 수행될 수 있다. 마찬가지로, "본 발명의 일 실시예에서" 또는 유사 표현에 의해 도입된 특징은, 본 발명의 대안적인 실시예에 관한 임의의 제한 없이, 본 발명의 범주에 관한 임의의 제한 없이, 및 이러한 방식으로 도입된 특징들을 본 발명의 다른 선택적 또는 비선택적 특징과 조합할 가능성에 관한 임의의 제한 없이, 선택적 특징인 것으로 의도된다.

본 발명의 제 1 양태에서 적어도 하나의 영역을 광학적으로 감시하기 위한 장치가 개시된다. 이 영역은 위험 영역 및/또는 감시 영역일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "감시 영역" 또는 "감시를 위한 영역"이라는 용어는, 예를 들어, 안전상의 이유로 인해 모니터링되고/모니터링되거나 모니터링되어야 하는 임의의 관심 영역을 의미한다. 구체적으로, 장치는 적어도 하나의 감시 영역을 감시하기 위한 적어도 하나의 광 커튼과 같은 적어도 하나의 광 배리어이거나 이를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "광 배리어"라는 용어는 통상적인 의미를 가지며, 구체적으로는, 송신기 유닛 및 수신기 유닛을 이용하여 물체의 거리, 부재, 존재 여부 중 하나 이상을 판단하도록 구성된 장치를 의미한다. 광 배리어라는 용어는 또한 수신기 유닛, 송신기 유닛 또는 반사 타겟의 존재 여부를 결정하는 것에 관한 것이다. 광 배리어는 반사형 또는 단방향 장치일 수 있다. 예를 들어, 단방향 장치에서, 광 배리어는 송신기 유닛의 가시선 내에 위치된 수신기 유닛을 포함할 수 있다. 따라서, 광 빔이 수신기 유닛에 도달하는 것이 차단될 때, 인간이나 인간의 일부와 같은 물체가 검출될 수 있다. 예를 들어, 반사광 배리어에서, 송신기 유닛과 수신기 유닛은 동일 위치에 배열될 수 있고, 광 배리어는 송신기 유닛에 의해 생성된 광 빔을 수신기 유닛으로 다시 반사시키기 위한 반사 타겟을 추가로 포함한다. 따라서, 광 빔이 수신기 유닛에 도달하지 않을 때, 물체가 검출될 수 있다. 광 배리어는 적어도 하나의 광 빔 또는 광 커튼의 광 빔 어레이와 같은 복수의 광 빔을 사용하는 것일 수 있다. 광 배리어는 근접 센서로 디자인될 수 있다. 감시 영역의 경계는 송신기 유닛과 수신기 유닛의 위치에 따라 단방향 장치에 대해 정의되거나, 반사 타겟과 송신기 및 수신기 유닛의 위치에 따라 반사 장치에 대해 정의될 수 있다. 예를 들어, 영역은 기계나 기계의 위험 영역과 같은 기계 영역일 수 있다. 이 영역은 접근 영역, 예를 들어, 기계에의 접근 영역일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "광학적 감시"라는 용어는 적어도 하나의 광 빔을 사용하여 영역을 모니터링 및/또는 관찰 및/또는 제어하는 것을 의미한다.

장치는 송신기 유닛과 수신기 유닛을 포함한다. 송신기 유닛은 적어도 하나의 조명원을 포함한다. 조명원은 빔 프로파일을 구성하는 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 디자인된다. 각 광 빔은 수신기 유닛으로 전파되도록 지정되어, 적어도 하나의 감시 영역을 통과한다. 수신기 유닛은,

- 적어도 하나의 전송 장치 ― 해당 전송 장치는 조명원에서 적어도 2개의 광학 센서로 전파되는 적어도 하나의 입사광 빔에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이를 포함하고, 광축을 포함하고, 좌표계를 구성하며, 여기서, 종 방향 좌표 l은 광축을 따르는 좌표이고, d는 광축으로부터의 공간 오프셋임 ― 와,

- 적어도 2개의 광학 센서 ― 각각의 광학 센서는 적어도 하나의 감광 영역(light sensitive area)을 포함하고, 광 빔에 의해 각각의 감광 영역을 조명하는 것에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 디자인되며, 광학 센서 중 2개는 2개의 광학 센서의 감광 영역이 그들의 종 방향 좌표, 공간 오프셋 또는 표면 영역 중 적어도 하나에서 서로 다른 방식으로 배열됨 ―, 및

- 적어도 하나의 평가 장치 ― 평가 장치는 먼저 센서 신호를 평가함으로써 적어도 하나의 감시 영역을 통과할 때 적어도 하나의 광 빔의 빔 프로파일의 변화와, 나아가 송신기 유닛의 위치에 대한 적어도 하나의 성분의 변화 중 적어도 하나의 변화를 모니터링하여 출력을 생성하도록 구성되고, 여기서, 성분은 센서 신호로부터 결합 신호 Q를 평가함으로써 전송 장치의 좌표계에 대해 결정됨 ― 를 포함한다.

본 명세서에 사용되는 "송신기 유닛"이라는 용어는 적어도 하나의 신호, 특히, 적어도 하나의 광 빔을 송신 및/또는 전송하도록 구성된 적어도 하나의 장치를 의미한다. 본 명세서에 사용되는 "조명원"이라는 용어는 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 장치를 의미한다. 조명원은 적어도 하나의 광원이거나 이를 포함할 수 있다. 광원은 적어도 하나의 다중 빔 광원이거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원은 적어도 LED나 적어도 하나의 레이저 소스, 및 적어도 하나의 전송 장치나 하나 이상의 DOE(Diffractive Optical Element)를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "광선(ray)"이라는 용어는 일반적으로 에너지의 흐름 방향을 가리키는 광의 파면(wavefront)에 수직인 선을 의미한다. 본 명세서에 사용되는 "빔"이라는 용어는 일반적으로 광선의 집합을 의미한다. 이하에서는 용어 "광선"과 "빔"은 동의어로 사용될 것이다. 또한 본 명세서에 사용되는 "광 빔"이라는 용어는 일반적으로 광량, 특히, 확산각(spreading angle)이나 광각(widening angle)을 포함하는 광 빔의 가능성을 포함하여, 본질적으로 동일 방향으로 진행하는 광량을 의미한다. 광 빔에는 공간적 확장성이 포함될 수 있다. 구체적으로, 광 빔에는 비가우스 빔 프로파일(non-Gaussian beam profile)이 포함될 수 있다. 상기 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일, 삼각형 빔 프로파일, 원추형 빔 프로파일로 이루어진 그룹 중에서 선택될 수 있다. 사다리꼴 빔 프로파일은 고원 영역(plateau region) 및 적어도 하나의 가장자리 영역으로 이루어질 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "빔 프로파일"이라는 용어는 일반적으로 광 빔의 횡 방향 강도 프로파일을 의미한다. 빔 프로파일은, 특히, 광 빔의 전파에 수직인 적어도 하나의 평면에서 광 빔의 세기의 공간 분포일 수 있다. 광 빔은, 구체적으로, 이하에 상세하게 설명하는 바와 같이, 가우스 광 빔이나 가우스 광 빔의 선형 조합일 수 있다. 그러나, 다른 실시예도 가능하다. 광학 감시용 장치는 빔 프로파일, 특히, 빔 프로파일의 형상을 조정, 정의 및 결정하는 것 중 하나 이상을 위해 구성되는 적어도 하나의 전송 장치를 포함할 수 있다.

본 명세서에 사용되는 "광(light)"이라는 용어는 일반적으로 가시 스펙트럼 범위, 자외선 스펙트럼 범위 및 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상의 전자기 방사선을 의미한다. 여기서, 가시 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 380nm 내지 780nm의 스펙트럼 범위를 지칭한다. 적외선 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 780nm 내지 1mm의 범위, 바람직하게는 780nm 내지 3.0㎛ 범위에서의 전자기 방사선을 지칭한다. 자외선 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 1nm 내지 380nm의 범위, 바람직하게는 100nm 내지 380nm 범위의 전자기 방사선을 지칭한다. 바람직하게는, 본 발명에서 사용되는 광은 가시광, 즉, 가시 스펙트럼 범위의 광이나 적외선이다. "광 빔"이라는 용어는 일반적으로 특정 방향으로 방출 및/또는 반사되는 광량을 의미한다. 따라서, 광 빔은 광 빔의 전파 방향에 수직인 방향으로 사전 결정된 연장을 포함하는 광선(light rays)의 묶음일 수 있다. 바람직하게는, 광 빔은 빔 웨이스트, 레일리 길이(Rayleigh-length) 또는 임의의 다른 빔 파라미터, 또는 빔 직경 및/또는 공간에서의 빔 전파의 전개를 특성화하는 데 적합한 빔 파라미터들의 조합 중 하나 이상과 같은 하나 이상의 가우스 빔 파라미터에 의해 특성화될 수 있는 가우스 광 빔의 선형 조합과 같은 하나 이상의 가우스 광 빔일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.

광학 감시용 장치는 광 빔이 광학 감시용 장치의 광축을 따라 송신기 유닛으로부터 수신기 유닛을 향해 전파되도록 구성될 수 있다. 이 목적을 위해, 광학 감시용 장치는 조명광 빔을 광축 상으로 편향시키기 위해 적어도 하나의 반사 소자나 반사 타겟, 바람직하게는 적어도 하나의 프리즘, 미러, 반사 포일(reflective foil), 역반사기(retro reflector) 등을 포함할 수 있다. 구체적으로, 광학 감시용 장치는 적어도 하나의 조명원에서 적어도 2개의 광학 센서로 전파되는 적어도 하나의 광 빔에 의해 충돌하도록 디자인된 적어도 하나의 반사 타겟을 더 포함할 수 있다. 송신기 유닛은 광 빔의 생성 및/또는 송신을 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 장치를 포함할 수 있다. 대안적으로, 반사광 배리어의 경우, 광 빔이 송신기 유닛으로부터 반사 타겟 ― 광 빔을 수신기 유닛으로 반사함 ― 을 향해 전파되도록 송신기 유닛 및 수신기 유닛이 배열될 수 있다. 이를 위해, 광학 감시용 장치는 적어도 하나의 반사 소자 또는 역반사기와 같은 적어도 하나의 반사 타겟을 포함할 수 있다.

광학 감시용 장치는 송신기 유닛과 수신기 유닛 사이에 커넥션을 더 포함할 수 있으며, 여기서, 커넥션은 송신기 유닛과 수신기 유닛 사이의 동기화를 제공하도록 디자인된다. 송신기 유닛과 수신기 유닛 사이의 동기화는 유선 연결일 수 있고/있거나 적어도 하나의 광 동기화 경로를 사용하여 구현될 수 있다. 커넥션은 유선 연결이 불필요한 무선 연결인 것이 바람직할 수 있다. 송신기와 수신기 유닛 사이의 커넥션은 조명원 또는 송신기 유닛의 안전 작업 모드를 모니터링하기 위해 모니터링 신호를 전송하는 데 사용될 수 있다.

구체적으로, 조명원은 적어도 하나의 레이저 및/또는 레이저 광원을 포함할 수 있다. 반도체 레이저와 같은 다양한 유형의 레이저가 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, LED 및/또는 전구와 같이 비레이저 광원이 사용될 수 있다. 조명원은 점 구름(cloud of points)을 생성 및/또는 투영하도록 적응될 수 있고, 예를 들어, 조명원은 적어도 하나의 DLP(Digital Light Processing) 프로젝터, 적어도 하나의 LCoS 프로젝터, 적어도 하나의 공간 광 변조기와, 적어도 하나의 회절 광학 소자와, 적어도 하나의 발광 다이오드 어레이 및 적어도 하나의 레이저 광원 어레이 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 조명원은 인공 조명원, 특히, 적어도 하나의 레이저 광원 및/또는 적어도 하나의 백열 램프 및/또는 적어도 하나의 반도체 광원, 예를 들어, 적어도 하나의 발광 다이오드, 특히, 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 일 예로서, 조명원에 의해 방출된 광의 파장은 300 내지 1,000nm, 특히, 500 내지 1,000nm일 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 예컨대, 780nm 내지 3.0㎛의 범위의 적외선 스펙트럼 범위의 광이 사용될 수 있다. 구체적으로는, 700nm 내지 1,000nm의 범위에서 실리콘 광다이오드가 적용될 수 있는 근적외선 영역 부분의 광이 사용될 수 있다. 일반적으로 정의된 빔 프로파일 및 처리 가능한 다른 특성으로 인해, 적어도 하나의 레이저 광원을 조명원으로 사용하는 것이, 특히, 바람직하다. 조명원은 광학 감시용 장치의 하우징 내에 통합될 수 있다.

감시 영역을 통과하는 광 빔은 다소 평행하지 않을 수 있고, 예를 들어, 광 빔이 조명원으로부터의 거리에 따라 약간 확산될 수 있으며, 이는 광 배리어의 셋업을 용이하게 한다.

송신기 유닛은 적어도 하나의 변조원(modulation source)을 더 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "변조원(modulation source)"이라는 용어는 적어도 하나의 변조 패턴을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 장치를 의미한다. 변조원은 변조 패턴을 전달하는 적어도 하나의 광 빔을 생성하기 위해 변조원이 조명원에 충돌하는 방식으로 변조 패턴을 생성하도록 구성될 수 있다. 변조 패턴은 의사 랜덤 변조 패턴, Aiken 코드, BCD 코드, Gillham 코드, Stibitz 코드, 원-핫 코드(one-hot code) 및 그레이 코드(gray code)로 이루어진 그룹 중에서 선택될 수 있다. 변조 패턴은 장방형 펄스 패턴(rectangular pulse pattern), 50:50 장방형 패턴(50:50 rectangular pattern), 정현파 패턴(sinusoidal pattern), 주기적 펄스 패턴으로 이루어진 그룹 중에서 선택될 수 있다. DE 10 2016 122 364 A1에 설명된 광전자 센서와 비교하여, 송신기 유닛은 광원을 인코딩하기 위해 더 복잡한 변조 패턴을 사용할 수 있다. 이것은 수신기 유닛이 송신기 유닛에 의해 송신된 광 빔을 검출하도록 허용할 수 있다.

송신기 유닛은 적어도 2개의 조명원을 포함할 수 있다. 조명원의 각각은 개별 변조 패턴에 의해 변조되도록 디자인될 수 있으며, 2개 조명원의 개별 변조 패턴은 서로에 대해 상이하다. 송신기 유닛은 각 조명원에 대한 개별 변조원을 포함하거나, 또는 송신기 유닛은 단일 변조원에 의해 적어도 2개의 조명원의 개별 충돌을 스위칭하도록 지정되는 멀티플렉서를 더 포함할 수 있다. 평가 장치는 개별 조명원에 개별 변조 패턴을 할당하도록 지정된다.

조명원은 1.5·10^-7㎟·sr 내지 314㎟·sr, 바람직하게는 1·10^-5㎟·sr 내지 22㎟·sr, 더 바람직하게는 3·10^-4㎟·sr 내지 3.3㎟·sr에서 기하학적으로 확장될 수 있다. 조명원의 기하학적 확장 G는 G = A·Ω·n²로 정의될 수 있고, 특히, 절반 개구 각도(half aperture angle)가 θ인 회전 대칭 광학 시스템의 경우, G = π·A·sin²(θ)·n²이며, 여기서, A는 활성 방출 표면, 광 밸브, 광학 개구 또는 A_OF = π·r² _OF인 섬유 코어(OF)의 영역일 수 있는 표면 영역이고, Ω은 광에 의해 대치되는 투영된 입체각(solid angle)이며, n은 매체의 굴절률이다. 광 섬유의 경우, 발산각(divergence angle)은 θ_max = arcsin(NA/n)에 의해 구해지며, 여기서, NA는 광 섬유의 개구 최대값이다. 예를 들어, 조명원은 가장자리 길이가 10mm이고, 투영 입체각이 90°일 수 있다. 예를 들어, 조명원은 가장자리 길이가 3mm이고, 투영 입체각이 60°일 수 있다. 1mm의 가장자리 길이 및 35°의 투영 입체각과 같은 다른 실시예가 가능하다.

본 명세서에 사용되는 "수신기 유닛"이라는 용어는 송신기 유닛으로부터 수신기 유닛으로 전파되는 적어도 하나의 광 빔을 수신하도록 구성된 적어도 하나의 장치를 의미한다. 광 빔을 수신하기 위해, 전술한 바와 같이, 수신기 유닛은 적어도 2개의 광학 센서를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 "광학 센서"는 일반적으로 광 빔을 검출하기 위한 감광 장치, 예컨대, 적어도 하나의 광 빔에 의해 생성된 조명 및/또는 광 스팟을 검출하기 위한 감광 장치를 지칭한다. 본 명세서에서 또한 사용되는 "감광 영역"은 일반적으로 적어도 하나의 센서 신호가 생성되는 조명에 응답하여, 적어도 하나의 광 빔에 의해 외부로 비춰질 수 있는 각각의 광학 센서의 영역을 의미한다. 감광 영역은 구체적으로 각각의 광학 센서의 표면 상에 위치될 수 있다. 그러나, 다른 실시예도 가능하다. 본 명세서에 사용되는 "적어도 하나의 감광 영역을 각각 구비하는 적어도 2개의 광학 센서"라는 용어는 하나의 감광 영역을 각각 구비하는 2개의 단일 광학 센서의 구성과, 적어도 2개의 감광 영역을 구비하는 하나의 결합된 광학 센서의 구성을 의미한다. 따라서, "광학 센서"라는 용어는 또한 하나의 출력 신호를 생성하도록 구성된 감광 장치를 지칭하는 한편, 여기서는 2개 이상의 출력 신호를 생성하도록 구성된 감광 장치, 예를 들어, 적어도 하나의 CCD 및/또는 CMOS 장치가 2개 이상의 광학 센서로서 지칭된다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 각각의 광학 센서는, 하나의 감광 영역이 전체 광학 센서에 대해 정확하게 하나의 균일한 센서 신호가 생성되는 조명에 응답하여, 조명될 수 있는 하나의 감광 영역을 정확하게 제공하는 것과 같이, 각각의 광학 센서 내에 정확하게 존재하도록 구현될 수 있다. 따라서, 각각의 광학 센서는 단일 영역 광학 센서일 수 있다. 그러나 단일 영역 광학 센서의 사용은, 특히, 간단하고 효율적인 수신기 유닛의 셋업을 가능하게 한다. 따라서, 일 예로서, 상업적으로 이용 가능한 실리콘 광다이오드와 같이, 각각 정확하게 하나의 감지 영역을 구비하는 상업적으로 이용 가능한 광센서(photo-sensor)가 셋업에 사용될 수 있다. 그러나, 다른 실시예도 가능하다. 따라서, 일 예로서, 본 발명의 맥락에서 2개, 3개, 4개 또는 4개 초과의 광학 센서로 간주되는 2개, 3개, 4개 또는 4개 초과의 감광 영역을 포함하는 광학 장치가 사용될 수 있다. 일 예로서, 광학 센서는 감광 영역의 매트릭스를 포함할 수 있다. 따라서, 일 예로서, 광학 센서는 픽셀화된 광학 장치의 일부이거나 이를 구성할 수 있다. 일 예로서, 광학 센서는 픽셀 매트릭스를 구비하는 적어도 하나의 CCD 및/또는 CMOS 장치의 일부이거나 이를 구성할 수 있으며, 각 픽셀은 감광 영역을 형성한다.

또한, 본 명세서에 사용되는 "센서 신호"라는 용어는 일반적으로 광 빔에 의한 조명에 응답하여 광학 센서에 의해 생성된 신호를 의미한다. 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. 더 구체적으로, 센서 신호는 적어도 하나의 전압 신호 및/또는 적어도 하나의 전류 신호이거나 이를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 센서 신호는 적어도 하나의 광전류를 포함할 수 있다. 또한, 미가공 센서 신호를 사용하거나, 수신기 유닛, 광학 센서 또는 임의의 다른 소자가 센서 신호를 처리 또는 전처리하도록 구성되어, 2차 센서 신호를 생성할 수 있고, 이는 필터링 등에 의한 전처리와 같은 센서 신호로도 사용될 수 있다.

감광 영역은 특히 단방향 광 배리어의 경우 송신기 유닛을 향해 지향될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "송신기 유닛을 향해 지향된다"라는 용어는 일반적으로 감광 영역의 각 표면이 송신기 유닛으로부터 전체적 또는 부분적으로 가시화되는 상황을 의미한다. 구체적으로, 송신기 유닛의 적어도 하나의 지점과 각 감광 영역의 적어도 하나의 지점 사이의 적어도 하나의 상호 연결선은 0°와는 다른 감광 영역의 표면 요소의 각도, 예컨대, 20° 내지 90°, 바람직하게는 90°와 같은 80° 내지 90°의 각도를 형성할 수 있다. 따라서, 송신기 유닛이 광축 상에 또는 광축에 근접하여 위치될 때, 송신기 유닛으로부터 수신기 유닛을 향해 전파하는 광 빔은 본질적으로 광축에 평행할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "본질적으로 수직"이라는 용어는, 예를 들어, 허용 오차가 ±20° 이하, 바람직하게는 ±10° 이하, 더욱 바람직하게는 ±5° 이하인 수직 방위의 조건을 의미한다. 유사하게, "본질적으로 평행"이라는 용어는, 예를 들어, 허용 오차가 ±20° 이하, 바람직하게는 ±10° 이하, 더욱 바람직하게는 ±5° 이하인 평행 방위의 조건을 의미한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 감광 영역 중 적어도 한 영역은 송신기 유닛을 향한 방향과는 다른 방향으로 지향될 수 있고, 수신기 유닛은 광 빔을 감광 영역으로 안내하도록 구성된 적어도 하나의 광 섬유 및/또는 적어도 하나의 반사 소자를 포함할 수 있다.

송신기 유닛과 수신기 유닛은 광학 센서 중 적어도 하나의 센서 신호가 최고 센서 신호인 방식으로 서로에 대해 배열될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "최고(highest)"라는 용어는 센서 신호의 크기 또는 강도 중 하나 또는 양쪽 모두를 의미한다. 구체적으로, 광 배리어의 영점 위치의 최적 배열은 센서 신호의 변화에 관한 결합 신호 Q의 감도가 가장 높은 것과 같을 수 있다.

광학 센서는 자외선, 가시광선 또는 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상에서 감지할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 500nm 내지 780nm, 가장 바람직하게는 650nm 내지 750nm 또는 690nm 내지 700nm의 가시 스펙트럼 범위에서 감지할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 근적외선 영역에서 감지할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 실리콘 광다이오드가, 특히, 700nm 내지 1,000nm의 범위에서 적용 가능한 근적외선 영역의 부분에서 감지할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 적외선 스펙트럼 범위, 특히, 780nm 내지 3.0㎛ 범위에서 감지할 수 있다. 예를 들어, 광학 센서 각각은, 독립적으로, 광다이오드(photodiode), 광전지(photocell), 광전도체(photoconductor), 광트랜지스터(phototransistor) 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 소자이거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 센서는 CCD 센서 소자, CMOS 센서 소자, 광다이오드, 광전지, 광전도체, 광트랜지스터 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 소자를 포함하거나 이를 포함할 수 있다. 임의의 다른 유형의 감광성 소자가 사용될 수 있다. 이하에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 감광성 소자는 일반적으로 전체적 또는 부분적으로 무기 재료로 제조될 수 있고/있거나 전체적 또는 부분적으로 유기 재료로 제조될 수도 있다. 가장 일반적으로, 이하에 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이, 상업적으로 이용 가능한 광다이오드, 예컨대, 무기 반도체 광다이오드와 같은 하나 이상의 광다이오드가 사용될 수 있다. 본 명세서에 추가로 사용되는 "감광성 소자"라는 용어는 일반적으로 자외선, 가시광선 또는 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상의 조명에 대해 민감한 소자를 의미한다. 구체적으로, 감광성 소자는 광다이오드, 광전지, 광전도체, 광트랜지스터 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 소자이거나 이를 포함할 수 있다. 임의의 다른 유형의 감광성 소자가 사용될 수 있다.

광학 센서는 구체적으로 반도체 센서, 바람직하게는 무기 반도체 센서, 더욱 바람직하게는 광다이오드 및 가장 바람직하게는 실리콘 광다이오드일 수 있다. 따라서, 본 발명은 상업적으로 이용 가능한 무기 광다이오드, 즉, 하나의 작은 광다이오드와 하나의 대면적 광다이오드를 사용함으로써 간단하게 실현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 구성은 저렴한 방식으로 실현될 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 적외선 스펙트럼 범위, 바람직하게, 780nm 내지 3.0㎛의 범위 및/또는 가시광 스펙트럼 범위, 바람직하게, 380nm 내지 780nm의 범위에서 감지할 수 있는 무기 광다이오드일 수 있거나, 이를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 실리콘 광다이오드가, 특히, 700nm 내지 1,000nm의 범위에서 적용 가능한 근적외선 영역의 부분에서 감지할 수 있다. 광학용으로 사용될 수 있는 적외선 광학 센서는 D-67056 Ludwigshafen am Rhein, Germany 소재의 trinamiX GmbH사의 Hertzstueck^TM라는 상표명으로 시판되고 있는 적외선 광학 센서와 같은 상업적으로 이용 가능한 적외선 광학 센서일 수 있다. 따라서, 일 예로서, 광학 센서는 진성 광전형(intrinsic photovoltaic type)의 적어도 하나의 광학 센서, 더욱 바람직하게는 Ge 광다이오드, InGaAs 광다이오드, 확장된 InGaAs 광다이오드, InAs 광다이오드, InSb 광다이오드, HgCdTe 광다이오드로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 반도체 광다이오드를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 광학 센서는 적어도 하나의 외적 광전형(extrinsic photovoltaic type) 광학 센서, 더욱 바람직하게는 Ge:Au 광다이오드, Ge:Hg 광다이오드, Ge:Cu 광다이오드, Ge:Zn 광다이오드, Si:Ga 광다이오드, Si:As 광다이오드로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 반도체 광다이오드를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 광학 센서는 PbS 또는 PbSe 센서, 볼로미터(bolometer), 바람직하게는 VO 볼로미터 및 비정질 Si 볼로미터로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 볼로미터와 같은 적어도 하나의 광전도성 센서를 포함할 수 있다. 광학 센서는 불투명, 투명 또는 반투명일 수 있다. 그러나, 간략화를 위해, 광 빔에 대해 투명하지 않은 불투명한 센서가 사용될 수 있는데, 이는 일반적으로 이러한 불투명한 센서가 널리 상업적으로 사용 가능하기 때문이다. 광학 센서는 구체적으로 단일 감광 영역을 구비하는 균일한 센서일 수 있다. 따라서, 광학 센서는 구체적으로 픽셀화되지 않은 광학 센서일 수 있다.

전술한 종래 기술 문서 DE 10 2016 122 364 A1에 포함된 기술적 과제를 고려하여, 특히, WO 2015/024871에 설명된 바와 같이, 소위 FiP 효과를 생성하는 데 필요한 기술적인 노력의 관점에서, 본 발명은, 특히, 비FiP 광학 센서(non-FiP optical sensor)를 사용함으로써 실현될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 실제로, FiP 특성이 있는 광학 센서는 일반적으로 초점에서 각각의 센서 신호에 강한 피크를 나타내기 때문에, 광학 센서로서 FiP 센서를 사용하는 수신기 유닛의 측정 범위는 2개의 위치 사이의 범위와 제 1 및 제 2 광학 센서가 광 빔에 초점을 맞추는 범위로 제한될 수 있다. 그러나, 선형 광학 센서, 즉, FiP 효과를 나타내지 않는 광학 센서를 사용할 경우, 본 발명의 셋업에 따른 이러한 문제점은 일반적으로 회피할 수 있다. 결과적으로, 제 1 및 제 2 광학 센서는 각각의 제 1 및 제 2 센서 신호가 각각의 광학 센서의 조명의 총 출력에 의존하고, 조명의 광 스팟의 직경으로부터는 독립적일 수 있도록, 적어도 측정 범위 내에서, 선형 신호 특성을 각각 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예도 또한 실현 가능하다는 점에 유의해야 한다.

제 1 및 제 2 광학 센서는 각각 구체적으로 반도체 센서, 바람직하게는 무기 반도체 센서, 더욱 바람직하게는 광다이오드 및 가장 바람직하게는 실리콘 광다이오드일 수 있다. 따라서, 복잡하고 고가인 FiP 센서와 달리, 본 발명은 상업적으로 이용 가능한 무기 광다이오드, 즉, 하나의 작은 광다이오드와 하나의 대면적 광다이오드를 사용함으로써 간단하게 실현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 구성은 저렴한 방식으로 실현될 수 있다. 그러나, WO 2015/024871에 기술된 바와 같이, 수신기 유닛이 소위 FiP 효과를 생성하는 데 적응된 적어도 하나의 FiP 센서를 구성할 수 있는 실시예가 가능하다.

조명원 및 광학 센서는 공통 평면 또는 상이한 평면에 배열될 수 있다. 조명원 및 광학 센서는 공간적 방위가 상이할 수 있다. 특히, 조명원과 광학 센서는 트위스트 배열로 배열될 수 있다. 조명광 빔은 일반적으로 광축에 평행하거나, 광축에 대해 경사질 수 있다(예컨대, 광축과의 각도를 포함함). 일 예로서, 레이저 광 빔과 같은 조명광 빔과 광축은 10° 미만, 바람직하게는 5° 미만, 특히, 2° 미만의 각도를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예도 가능하다. 또한, 조명광 빔은 광축 상에 존재하거나 광축 상으로부터 벗어날 수 있다. 일 예로서, 조명광 빔은 광축에 대해 거리가 10mm 미만, 바람직하게는 광축에 대해 거리가 5mm 미만, 또는 광축에 대해 거리가 1mm 미만으로 광축에 평행할 수 있거나 심지어 광축과 일치할 수 있다.

수신기 유닛은 적어도 하나의 전송 장치를 포함한다. "전송 장치"라는 용어는, "전송 시스템"으로도 지칭되고, 예컨대, 광 빔의 빔 파라미터, 광 빔의 폭, 또는 광 빔의 방향 중 하나 이상을 변형함으로써, 광 빔을 변형하도록 구성되는 하나 이상의 광학 소자를 일반적으로 의미한다. 전송 장치는 광 빔을 광학 센서 상으로 안내하도록 구성될 수 있다. 전송 장치는 구체적으로 적어도 하나의 렌즈, 예를 들어, 적어도 하나의 가변 초점 렌즈, 적어도 하나의 비구면 렌즈, 적어도 하나의 구면 렌즈, 적어도 하나의 프레넬 렌즈로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 렌즈; 적어도 하나의 구면 렌즈; 적어도 하나의 회절 광학 소자; 적어도 하나의 오목 거울; 적어도 하나의 빔 편향 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 미러; 적어도 하나의 빔 분할 소자, 바람직하게는 빔 분할 큐브 또는 빔 분할 미러 중 적어도 하나; 적어도 하나의 다중 렌즈 시스템 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 전송 장치는 Schillerstraße 1, 07745 Jena, Germany 소재의 Grintech GmbH사로부터 입수할 수 있는 GRIN 렌즈와 같은 적어도 하나의 GRIN(Gradient Index) 렌즈를 포함할 수 있다. GRIN 렌즈는 연속 굴절 구배, 예를 들어, 축 및/또는 방사상 및/또는 구면 굴절 구배를 가질 수 있다. GRIN 렌즈의 f-수는 렌즈 길이에 따라 달라질 수 있다. GRIN 렌즈를 사용하면 광학계, 특히 매우 얇은 광학계를 사용하여 소형화할 수 있다. 예를 들어, 두께 또는 직경이 0.2mm인 매우 얇은 광학계가 가능할 수 있다. 전송 장치는 적어도 하나의 환형 축 방향 렌즈, 예를 들어, 토러스 형태(torus form)를 포함할 수 있다. 환형 축 방향 렌즈는 평면 볼록형, 예를 들어, 축 및/또는 방사형 및/또는 구형 곡률을 가질 수 있다.

전송 장치는 조명원으로부터 적어도 2개의 광학 센서로 전파되는 적어도 하나의 입사광 빔에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이가 형성된다. 본 명세서에 사용되는 전송 장치의 "초점 길이"라는 용어는 전송 장치에 충돌할 수 있는 입사 시준된 광선을, "초점 위치"로도 표시될 수 있는 "초점"으로 가져오는 거리를 의미한다. 따라서, 초점 길이는 충돌하는 광 빔을 수렴하는 전송 장치의 능력을 측정하는 측도이다. 따라서, 전송 장치는 수렴 렌즈의 효과를 가질 수 있는 하나 이상의 촬상 소자를 포함할 수 있다. 예로서, 전송 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 중심 초점 위치까지의 거리로 정의될 수 있다. 볼록 렌즈나 얇은 양면 볼록 렌즈와 같은 얇은 수렴형 굴절 렌즈의 경우, 초점 길이는 양의 값인 것으로 간주될 수 있고, 전송 장치가 단일 지점에 포커싱될 수 있기 때문에, 얇은 렌즈에 충돌하는 시준광의 빔으로 거리를 제공할 수 있다. 또한, 전송 장치는 적어도 하나의 파장 선택 소자, 예를 들어, 적어도 하나의 광학 필터를 포함할 수 있다. 또한, 전송 장치는, 예를 들어, 센서 영역 및 특히 센서 구역의 위치에서 전자기 방사선에 사전 정의된 빔 프로파일을 강조하도록 디자인될 수 있다. 전송 장치의 전술한 선택적 실시예는 원칙적으로 개별적으로 또는 임의의 원하는 조합으로 실현될 수 있다.

전송 장치는 광축을 포함한다. 특히, 수신기 유닛과 전송 장치는 공통 광축을 포함한다. 본 명세서에 사용되는 "전송 장치의 광축"이라는 용어는 일반적으로 렌즈 또는 렌즈 시스템의 거울 대칭축 또는 회전 대칭축을 의미한다. 수신기 유닛의 광축은 수신기 유닛의 광학 셋업의 대칭선일 수 있다. 일 예로서, 전송 장치는 적어도 하나의 빔 경로를 포함할 수 있고, 빔 경로 내의 전송 장치의 소자는 광축에 대해 회전 대칭 방식으로 위치될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 빔 경로 내에 위치된 하나 이상의 광학 소자는 광축에 대하여 중심을 벗어나거나 경사질 수도 있다. 그러나, 이 경우, 빔 경로 내의 광학 소자의 중심을 상호 연결함으로써, 예를 들어, 렌즈의 중심을 상호 연결하는 것에 의한 것과 같이, 광축이 순차적으로 정의될 수 있고, 이러한 맥락에서, 광학 센서는 광학 소자에 포함되지 않는다. 광축은 일반적으로 빔 경로를 나타낼 수 있다. 여기서, 수신기 유닛은 송신기 유닛으로부터 광학 센서로 진행될 수 있는 광 빔을 따라 단일 빔 경로로 이루어질 수 있거나, 복수의 빔 경로로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 단일 빔 경로가 주어지거나, 빔 경로가 2개 이상의 부분 빔 경로로 분할될 수도 있다. 후자의 경우, 각각의 부분 빔 경로는 자체 광축을 구성할 수 있고, 위에 언급된 조건은 일반적으로 각각의 빔 경로를 독립적으로 참조할 수 있다. 광학 센서는 하나의 동일한 빔 경로 또는 부분 빔 경로에 위치될 수 있다. 그러나, 대안적으로, 광학 센서는 상이한 부분 빔 경로에 위치될 수도 있다. 광학 센서가 상이한 부분 빔 경로 상에 분포되는 경우, 적어도 하나의 제 1 광학 센서는 제 1 부분 빔 경로의 광축으로부터 제 1 공간 오프셋만큼 오프셋된 적어도 하나의 제 1 부분 빔 경로에 위치되고, 적어도 하나의 제 2 광학 센서는 적어도 하나의 제 2 부분 빔 경로의 광축으로부터 제 2 공간 오프셋만큼 오프셋된 적어도 하나의 제 2 부분 빔 경로에 위치되고, 여기서 제 1 공간 오프셋과 제 2 공간 오프셋은 서로 상이하다.

전송 장치는 좌표계를 구성할 수 있고, 여기서, 종 방향 좌표 l은 광축을 따르는 좌표이고, d는 광축으로부터의 공간 오프셋이다. 좌표계는 전송 장치의 광축이 z축을 형성하고, z축으로부터의 거리 및 극각(polar angle)이 추가 좌표로서 사용될 수 있는 극 좌표계가 사용될 수 있다. z축에 평행하거나 역평행한 방향은 종 방향으로 간주될 수 있고, z축을 따르는 좌표는 종 방향 좌표 l로 간주될 수 있다. z축에 수직인 임의의 방향은 횡 방향으로 간주될 수 있고, 극 좌표 및/또는 극각은 횡 방향 좌표로 간주될 수 있다.

광학 센서는 초점 밖에 배치될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "초점"이라는 용어는 일반적으로 전송 장치 또는 전송 장치의 초점 길이에 의해 발생된 광 빔의 착란원(circle of confusion)의 최소 연장부 중 하나 또는 둘 모두를 의미한다. 본 명세서에 사용되는 "착란원(circle of confusion)"이라는 용어는 전송 장치에 의해 포커싱된 광 빔의 원뿔형 광선에 의해 발생되는 광 스팟을 지칭한다. 착란원은 전송 장치의 초점 길이(f), 송신기 유닛으로부터 전송 장치까지의 종 방향 거리, 전송 장치의 사출 동공 직경, 전송 장치로부터 감광 영역까지의 종 방향 거리, 전송 장치로부터 송신기 유닛의 이미지까지의 거리에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 가우스 빔의 경우, 착란원의 직경은 가우스 빔의 폭일 수 있다. 특히, 수신기 유닛으로부터 무한 거리에 위치하거나 배치된 대상체와 같은 지점의 경우, 전송 장치는 대상체로부터의 광 빔을 전송 장치의 초점 길이에 있는 초점 포인트로 포커싱하도록 구성될 수 있다. 수신기 유닛으로부터 무한 거리에 위치하거나 배치된 대상체와 같은 비지점(non-point)의 경우, 전송 장치는 대상체의 적어도 하나의 지점으로부터 전송 장치의 초점 길이에 있는 초점면에 광 빔을 포커싱하도록 구성될 수 있다. 수신기 유닛으로부터 무한 거리에 위치하지 않거나 배치되지 않은 대상체와 같은 지점의 경우, 착란원은 적어도 하나의 종 방향 좌표에서 최소 연장부로 이루어질 수 있다. 수신기 유닛으로부터 무한 거리에 위치하지 않거나 배치되지 않은 대상체와 같은 비지점의 경우, 대상체의 적어도 하나의 지점으로부터의 광 빔의 착란원은 적어도 하나의 종 방향 좌표에서 최소 연장부로 이루어질 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "초점 밖의 위치"라는 용어는 일반적으로 전송 장치 또는 전송 장치의 초점 길이에 의해 야기된 광 빔의 착란원의 최소 범위 이외의 위치를 의미한다. 특히, 착란원의 초점 포인트 또는 최소 연장부는 종 방향 좌표 l_focus에 존재할 수 있는 반면, 광학 센서 각각의 위치는 l_focus와는 다른 종 방향 좌표 l_sensor로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 종 방향 좌표 l_sensor 는, 종 방향에서, 종 방향 좌표 l_focus보다 전송 장치의 위치에 더 가깝게 배열될 수 있거나, 종 방향 좌표 l_focus보다 전송 장치의 위치로부터 더 멀리 배열될 수 있다. 따라서, 종 방향 좌표 l_sensor 및 종 방향 좌표 l_focus는 전송 장치와는 상이한 거리로 위치될 수 있다. 예를 들어, 광학 센서는 초점 길이의 ±2%만큼, 바람직하게는 초점 길이의 ±10%만큼, 가장 바람직하게는 초점 길이의 ±20%만큼 종 방향에서 착란원의 최소 연장부로부터 이격될 수 있다. 예를 들어, 전송 장치의 초점 길이는 20mm일 수 있고, 종 방향 좌표 l_sensor는 19.5mm일 수 있으며, 즉, l_sensor가 초점 길이의 2.5%만큼 초점으로부터 이격되도록, 센서는 97.5%의 초점 길이에 위치할 수 있다.

광학 센서는 광학 센서의 감광 영역이 종 방향 좌표, 공간 오프셋 또는 표면 영역 중 적어도 하나와 상이하도록 배열된다. 각각의 감광 영역에는 기하학적 중심이 마련될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 영역의 "기하학적 중심"이라는 용어는 일반적으로 영역의 무게 중심을 의미할 수 있다. 일 예로서, 영역 내부 또는 외부에서 임의의 지점이 선택되고, 이 임의의 지점을 영역의 각 지점 및 모든 지점과 상호 연결하는 벡터에 대해 적분이 형성되면, 해당 적분은 임의 지점의 위치 함수이다. 임의 지점이 영역의 기하학적 중심에 위치될 때, 적분의 절대값의 적분은 최소화된다. 따라서, 다시 말해서, 기하학적 중심은 영역의 모든 지점으로부터 전체 또는 합계 거리가 최소인 영역 내부 또는 외부의 한 지점일 수 있다.

예를 들어, 각각의 감광 영역의 각각의 기하학적 중심은 종 방향 좌표 l_center,i에 배열될 수 있고, 여기서, i는 각각의 광학 센서의 번호를 나타낸다. 정확하게 2개의 광학 센서를 포함하는 수신기 유닛의 경우, 및 2개 초과의 광학 센서를 포함하는 광학 감시용 장치의 경우, 광학 센서는 적어도 하나의 제 1 광학 센서 ― 제 1 광학 센서, 특히, 기하학적 중심은 제 1 종 방향 좌표 l_center,1에 배열됨 ―, 및 적어도 하나의 제 2 광학 센서 ― 제 2 광학 센서, 특히, 기하학적 중심은 제 2 종 방향 좌표 l_center,2에 있음 ― 를 포함할 수 있고, 여기서, 제 1 종 방향 좌표와 제 2 종 방향 좌표는 상이하다. 예를 들어, 제 1 광학 센서 및 제 2 광학 센서는 광축의 방향으로 오프셋되는 상이한 평면에 위치될 수 있다. 제 1 광학 센서는 제 2 광학 센서의 전방에 배치될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 제 1 광학 센서는 단순히 제 2 광학 센서의 표면에 위치될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 제 1 광학 센서는, 예를 들어, 제 1 감광 영역의 표면 영역의 제곱근의 5배 이하만큼 제 2 광학 센서로부터 이격될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 제 1 광학 센서는 제 2 광학 센서의 전방에 배치될 수 있고, 제 2 광학 센서로부터 50mm 이하, 바람직하게는 15mm 이하로 이격될 수 있다. 제 1 광학 센서 및 제 2 광학 센서의 상대 거리는, 예를 들어, 초점 길이 또는 대상체 거리에 따라 다를 수 있다.

전술한 조건 중 하나가 충족되는 한, 광학 센서의 종 방향 좌표는 또한 동일할 수 있다. 예를 들어, 광학 센서의 종 방향 좌표는 동일할 수 있지만, 감광 영역은 광축으로부터 이격될 수 있고/있거나 표면 영역이 상이할 수 있다.

각각의 감광 영역의 각각의 기하학적 중심은 빔 경로의 광축 또는 각각의 광학 센서가 위치된 각각의 빔 경로와 같이 전송 장치의 광축으로부터 이격될 수 있다. 기하학적 중심과 광축 사이의 거리, 특히, 횡 방향은 용어 "공간 오프셋"으로 표시된다. 정확하게 2개의 광학 센서인 경우 및 2개보다 많은 광학 센서인 경우에도, 광학 센서는 제 1 공간 오프셋에 의해 광축으로부터 이격되어 있는 적어도 하나의 제 1 광학 센서와, 제 2 공간 오프셋에 의해 광축으로부터 이격되어 있는 적어도 하나의 제 2 광학 센서를 포함하되, 여기서, 제 1 공간 오프셋과 제 2 공간 오프셋은 서로 상이하다. 일 예로서, 제 1 및 제 2 공간 오프셋은 적어도 1.2배, 더 바람직하게는 적어도 1.5배, 더욱 바람직하게는 적어도 2배만큼 다를 수 있다. 전술한 조건 중 하나를 만족하는 한, 공간 오프셋은 0일 수도 있고, 음의 값일 수도 있다.

본 명세서에 사용되는 "표면 영역"이라는 용어는 일반적으로 적어도 하나의 감광 영역의 형상 및 내용의 양쪽 모두를 의미한다. 정확하게 2개의 광학 센서인 경우 및 2개 초과의 광학 센서인 경우, 광학 센서는 제 1 표면 영역을 구비하는 적어도 하나의 제 1 광학 센서 및 제 2 표면 영역을 구비하는 적어도 하나의 제 2 광학 센서를 포함할 수 있다. 예컨대, 광학 센서의 매트릭스를 포함하는 센서 소자와 같이 2개 초과인 광학 센서로 구성된 수신기 유닛의 경우, 제 1 광학 센서 그룹 또는 매트릭스의 광학 센서 중 적어도 하나는 제 1 표면 영역을 형성할 수 있고, 제 2 광학 센서 그룹 또는 매트릭스의 적어도 하나의 다른 광학 센서는 제 2 표면 영역을 형성할 수 있다. 제 1 표면 영역과 제 2 표면 영역은 상이할 수 있다. 특히, 제 1 표면 영역과 제 2 표면 영역은 동일하지 않다. 따라서, 제 1 광학 센서 및 제 2 광학 센서의 표면 영역은 하나 이상의 형상이나 내용이 상이할 수 있다. 예를 들어, 제 1 표면 영역은 제 2 표면 영역보다 작을 수 있다. 일 예로서, 제 1 표면 영역과 제 2 표면 영역의 양쪽 모두는 정방형 또는 장방형일 수 있고, 여기서, 제 1 표면 영역의 정방형 또는 장방형의 측면 길이는 제 2 표면 영역의 정방형 또는 장방형의 대응하는 측면 길이보다 작다. 대안적으로, 일 예로서, 제 1 표면 영역과 제 2 표면 영역 양쪽 모두는 원형일 수 있고, 제 1 표면 영역의 직경은 제 2 표면 영역의 직경보다 작다. 다시, 대안적으로, 일 예로서, 제 1 표면 영역은 제 1 등가 직경일 수 있고, 제 2 표면 영역은 제 2 등가 직경일 수 있으며, 여기서, 제 1 등가 직경은 제 2 등가 직경보다 작다. 전술한 조건 중 하나를 만족하는 한, 표면 영역은 동일할 수 있다.

광학 센서, 특히, 감광 영역은 광학 센서 사이에서 중첩되거나 중첩되지 않도록 배열될 수 있다.

본 명세서에서 또한 사용되는 용어 "평가 장치"는 일반적으로 바람직하게는 적어도 하나의 데이터 처리 장치, 더 바람직하게는 적어도 하나의 프로세서 및/또는 적어도 하나의 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)을 사용하여, 지정된 동작을 수행하도록 구성된 임의의 장치를 의미한다. 따라서, 일 예로서, 적어도 하나의 평가 장치는 다수의 컴퓨터 명령을 포함하는 소프트웨어 코드가 저장된 적어도 하나의 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 평가 장치는 하나 이상의 지정된 동작을 수행하기 위한 하나 이상의 하드웨어 요소를 제공할 수 있고/있거나 하나 이상의 지정된 동작을 수행하기 위한 소프트웨어가 구동되는 하나 이상의 프로세서를 제공할 수 있다.

평가 장치는, 예컨대, WO 2018/091649 A1, WO 2018/091638 A1 및 WO 2018/091640에 설명된 거리별 광자비(DPR: Distance by Photon Ratio) 기술에 기초하여 출력을 생성하도록 구성될 수 있으며, 그 내용은 참조로서 본 명세서에 포함된다. DPR 기술은 송신기 유닛의 종 방향 좌표를 결정하는 것과 같은 거리 측정을 가능하게 한다. 또한, DPR 기술은 광 빔의 부분적인 커버리지와 같은 감시 영역을 통과할 때 광 빔에 대한 기하학적 변화를 인식할 수 있게 한다.

평가 장치는 먼저 센서 신호를 평가함으로써, 적어도 하나의 감시 영역을 통과할 때, 적어도 하나의 광 빔의 빔 프로파일의 변화와, 나아가 송신기 유닛의 위치에 대한 적어도 하나의 성분의 변화 중 적어도 하나의 변화를 모니터링하여 출력을 생성하도록 구성되고, 여기서, 성분은 센서 신호로부터 결합 신호 Q를 평가함으로써 전송 장치의 좌표계에 대해 결정된다. 본 명세서에 사용되는 "결합 신호 Q"라는 용어는 센서 신호를 조합하여, 특히, 센서 신호를 분할하거나, 센서 신호의 배수를 분할하거나 또는 센서 신호의 선형 조합을 분할함으로써 생성되는 신호를 의미한다. 특히, 결합 신호는 몫 신호일 수 있다. 결합 신호 Q는 다양한 수단을 사용하여 결정될 수 있다. 일 예로서, 결합 신호를 도출하기 위한 소프트웨어 수단, 결합 신호를 도출하기 위한 하드웨어 수단, 또는 양쪽 모두가 사용될 수 있고, 평가 장치에서 구현될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 평가 장치는 적어도 하나의 디바이더를 포함할 수 있고, 여기서, 디바이더는 몫 신호를 도출하도록 구성된다. 디바이더는 전체적으로 또는 부분적으로 소프트웨어 디바이더 또는 하드웨어 디바이더 중 하나 또는 양쪽 모두를 통해 구현될 수 있다.

결합 신호 Q는 고의적 및/또는 비의도적 조작과 같은 조작을 결정하는 데 사용될 수 있다. 용어 "조작"은 광학 감시용 장치에 대한 임의의 고의적 개입 및/또는 의도적이지 않은 개입을 의미하며, 이로 인해 빔 경로의 길이 및/또는 방향의 변경과 같은 광 빔의 하나의 속성이 변경된다. 송신기 유닛에서 수신기 유닛으로의 빔 경로는, 예컨대, 물, 스크래치, 추가 반사 소자 도입, 먼지 또는 광 배리어 구성 요소의 잘못된 배열 중 하나 이상으로 인한 광학 시스템의 변화로 인해 변경될 수 있다. 광 배리어는 또한 수신기 유닛, 송신기 유닛 또는 반사 타겟의 존재 여부를 결정할 수 있다. 구체적으로, 그러한 변화는 송신기 유닛의 x, y 또는 z 위치, 빔 프로파일, 결합 신호 Q 및 광학 센서의 센서 신호 중 하나 이상의 변화를 가져올 수 있다. 빔 경로의 길이의 변화는 결합 신호 Q, 특히 결합 신호 Q의 변화를 모니터링함으로써 검출 가능할 수 있다. 결합 신호 Q는 송신기 유닛의 z 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 결합 신호 Q는 광 빔의 빔 프로파일에 따라 다르기 때문에, 결합 신호 Q는 빔 프로파일의 변화를 결정하는 데 사용될 수 있다. 평가 장치는, 예컨대, WO 2018/091649 A1, WO 2018/091638 A1 및 WO 2018/091640 A1에 설명된 바와 같이, 결합 신호 Q를 결정하고 평가함으로써 빔 경로의 길이의 변화를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 결합 신호 Q를 모니터링하고 결합 신호 Q의 변화를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 결정된 변화에 기초하여 조작을 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 평가 장치는 결합 신호 Q를 평가하여 송신기 유닛의 종 방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 추가 반사 소자를 도입하여 송신기 유닛의 z 위치가 변경된 경우, 결합 신호 Q의 평가는 기준 종 방향 좌표와 다른 종 방향 좌표를 생성할 것이다. 평가 장치는 기준 종 방향 좌표와 측정된 종 방향 좌표를 비교하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 기준 종 방향 좌표와 측정된 종 방향 좌표가 다른 경우, 조작을 표시하도록 구성될 수 있으며, 공차 범위 내의 차이는 허용될 수 있다. 또한 조작으로 인해 각각의 광학 센서에 충돌하는 광 빔의 x 및/또는 y 위치가 변경될 수 있고, 그에 따라 각각의 광학 센서의 감광 영역에 대한 부분 커버리지와 같은 커버리지 변경으로 이어질 수 있다. 결합 신호 Q는 광 빔의 이러한 기하학적 변화를 검출하는 데 사용될 수 있다. 구체적으로, 평가 장치는, 예컨대, 광 스팟의 무게 중심의 위치와 광 스팟의 총 강도를 동시에 모니터링하는 것과 같은 광 빔의 기하학적 변화를 검출함으로써, 송신기 유닛의 적어도 하나의 횡 방향 좌표 x 및/또는 y의 변화를 결정하도록 구성될 수 있는 반면에, 적어도 하나의 횡 방향 좌표 x 및/또는 y의 변화는 무게 중심 위치가 변경되는 경우에 발생될 가능성이 있지만 광 스팟의 총 강도는 변경되지 않는다. x 및/또는 y 위치를 모니터링하는 것과 함께 z 위치를 모니터링하는 것과 같은 몇몇 파라미터를 모니터링하는 것을 조합하면, 광 배리어의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 명세서에 사용되는 "출력"이라는 용어는 송신기 유닛 위치의 적어도 하나의 성분 및/또는 적어도 하나의 영역을 통과할 때 광 빔의 빔 프로파일과 같은 모니터링된 파라미터의 변화에 대한 임의의 표시를 의미한다. 출력은 적어도 하나의 출력 신호이거나, 이를 포함할 수 있다. 출력은 변경되는지 여부를 나타내는 적어도 하나의 이진 신호를 포함할 수 있다. 출력은 차이의 양, 변경된 파라미터, 모니터링된 파라미터 등과 같은 변경에 대한 적어도 하나의 정보를 포함할 수 있다.

평가 장치는 광학 센서의 센서 신호의 변화를 모니터링함으로써 적어도 하나의 출력을 생성하도록 추가로 디자인될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "송신기 유닛 위치의 적어도 하나의 성분"이라는 문구는 송신기 유닛의 x 위치, y 위치 및 z 위치 중 하나 이상을 의미한다. 구체적으로 "전송기 유닛의 위치"라는 용어는 전송기 유닛의 적어도 하나의 개구의 위치를 지칭한다. 평가 장치는 조명원에 의해 생성된 적어도 하나의 광 빔에 대한 적어도 하나의 기준 빔 프로파일 및 송신기 유닛 위치의 적어도 하나의 성분에 대한 적어도 하나의 기준 성분을 사용함으로써 출력을 생성하도록 디자인될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "변경"이라는 용어는, 예컨대, 적어도 하나의 기준 빔 프로파일 및/또는 송신기 유닛의 적어도 하나의 기준 위치 및/또는 기준 센서 신호 및/또는 기준 결합 신호로부터의 편차를 의미한다. 또한, "변경"이라는 용어는 광 빔의 중단으로부터와 같은 드롭이나 심지어 부재를 의미한다. 기준 빔 프로파일, 위치의 기준 성분, 기준 센서 신호, 기준 결합 신호 Q로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 기준 파라미터는 사전 결정 및/또는 사전 정의될 수 있다. 적어도 하나의 기준 빔 프로파일 및/또는 송신기 유닛 위치의 적어도 하나의 기준 성분 및/또는 기준 센서 신호 및/또는 기준 결합 신호 Q는 교육 단계 동안 저장될 수 있다. 평가 장치는 기준 빔 프로파일, 위치의 기준 성분, 기준 센서 신호, 기준 결합 신호 Q 중 하나 이상이, 예컨대, 테이블 또는 룩업 테이블에 저장될 수 있는 적어도 하나의 저장 유닛을 포함할 수 있다.

평가 장치는 모니터링된 파라미터를 각각의 기준 파라미터와 비교하도록 구성될 수 있다. 변경은 결정된 값 또는 프로파일에서 각각의 기준값 또는 프로파일을 빼거나 그 반대의 경우와 같은 적어도 하나의 수학적 연산을 사용하여 결정될 수 있다. 평가 장치는 기준 파라미터와 모니터링된 파라미터 사이의 차이가 적어도 하나의 임계값을 초과하는지 여부를 결정하고, 차이가 임계값을 초과하는 경우에 변경을 표시하도록 구성될 수 있다. 조작은, 특히, 변경이 하나의 광학 센서와 관련되고 다른 센서 신호는 변경되지 않고 유지되는 경우, x, y 또는 z 위치, 결합 신호 Q 및 광학 센서의 센서 신호 중 하나 이상의 변경으로 정의될 수 있다.

빔 프로파일, 결합 신호 Q, 센서 신호, 적어도 하나의 위치 성분과 같은 몇몇 감시 파라미터의 조합은 조작에 대해 신뢰성이 향상된 광 배리어를 제공할 수 있다. 구체적으로, 광 배리어는 금속 시트나 표면과 같이 반사율이 높은 환경에서 반사되는 것에 대해 더욱 신뢰 가능하게 할 수 있다. 빔 프로파일 또는 x-y 위치로부터의 정보는 안전 모니터링 기능용으로 사용될 수 있다. 일 예로서, 빔 프로파일의 변경은 안전 기능의 고장을 유발할 수 있는 광학 시스템 상의 먼지를 나타낼 수도 있다. 또한 빔 프로파일을 모니터링하여 시스템 고장을 일으킬 수 있는 배기 가스, 증기 또는 입자 배출을 검출할 수도 있다. 송신기 유닛의 종 방향 좌표와 같이 z 위치를 모니터링하는 것은 광이 이동해야 하는 거리의 단축을 인지하게 할 수도 있다. 이는 물, 스크래치, 조작 또는 먼지로 인한 것과 같은 광학 시스템의 변경을 나타내거나 광 배리어의 잘못된 재조립을 나타낼 수 있다.

평가 장치는 출력에 기초하여 적어도 하나의 동작을 개시하도록 구성될 수 있으며, 여기서, 적어도 하나의 동작은 안전 기능과 같은 적어도 하나의 정보를 제공하는 것, 적어도 하나의 경고를 생성하는 것, 적어도 하나의 명령을 유도하는 것, 출력 신호를 변경하는 것 중에서 적어도 하나가 선택된다. 경고를 생성하는 것은 적어도 하나의 전자 신호를 생성 및/또는 변경하는 것을 포함할 수 있다. 구체적으로, 평가 장치는 출력에 기초하여 하나 이상의 안전 기능을 작동시킨다. 정보는 경고, 안전 정지, 비상 경고, 위반 정보 등일 수 있다. 평가 장치는 이벤트 시간에 정보를 할당하고 정보 로그에 이벤트 시간과 해당 정보의 조합을 저장하도록 구성될 수 있다. 경고는 시각, 청각 또는 촉각 경고 신호를 포함할 수 있다. 명령은 기계와 같은 적어도 하나의 기기의 셧다운(shutdown)을 개시하는 것을 포함할 수 있다. 평가 장치는 모니터링된 파라미터 중 하나의 변경이 모두 셧다운 또는 경고로 이어지지는 않지만, 각각의 경우에 변경된 파라미터와 같은 변경의 원인에 대한 정보로 이어질 수 있도록 구성될 수 있다.

광학 감시용 장치는 복수의 송신기 유닛 및/또는 수신기 유닛을 포함할 수 있다. 수신기 유닛은 동시에 또는 비동시적으로(non-simultaneously) 2개 이상의 송신기 유닛의 감시 영역을 통과하는 광 빔을 검출하도록 구성될 수 있다. 안전한 작동을 보장하기 위해, 수신기 유닛은 광 빔 및/또는 빔 프로파일 및/또는 각 송신기 유닛의 x 위치, y 위치, z 위치 중 적어도 하나의 존재를 모니터링하고 변경 시에 정보를 송신하도록 구성될 수 있다. 복수의 수신기 유닛의 경우, 평가 장치는, 예를 들어, 다중화 방식을 사용하여 수신기 유닛 각각의 센서 신호를 평가하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 수신기 유닛의 각각은 적어도 하나의 평가 장치를 포함할 수 있다.

평가 장치는 적어도 하나의 전기 민감성 보호 장비(ESPE: Electro-Sensitive Protective Equipment)를 포함하는 적어도 하나의 안전 유닛을 포함할 수 있다. ESPE는 감지 기능 및/또는 제어 또는 모니터링 기능과 같은 존재 감지 목적(presence sensing purpose) 및/또는 보호 트리핑(protective tripping)을 위해 구성된 복수의 소자를 포함할 수 있다. 구체적으로, ESPE는 적어도 하나의 출력 신호 스위칭 장치(OSSD: Output Signal Switching Device)를 포함할 수 있다. OSSD는 기기의 기계 제어 시스템에 연결될 수 있다. 평가 장치가 안전 기능을 작동시킨 경우, 특히, 전술한 대로 작업을 개시한 경우, 기계 제어 시스템은 OFF 상태와 같은 안전 상태로 전환하여 응답한다. 기기는 기기의 정상 작동을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 전기적으로 구동되는 기계 1차 제어 소자(MPCE: Machine Primary Control Element), 위험 부품의 원동기로부터 전원을 제거하도록 구성된 추가 기계 제어 소자인 적어도 하나의 기계 2차 제어 소자(MSCE: Machine Secondary Control Element), 적어도 하나의 최종 스위칭 장치(FSD: Final Switching Device), 적어도 하나의 2차 스위칭 장치(SSD: Secondary Switching Device), 상시 폐쇄(NC: Normally Closed) 접점 및 상시 개방(NO: Normally Open) 접점 중 하나 이상을 포함할 수 있다. FSD는 기계 제어 시스템과 기계 1차 제어 시스템을 연결하는 회로를 차단하기 위해 OSSD의 지시에 따라 구성될 수 있다. 이 상황에서, SSD는 OFF 상태로 전환되고 MSCE 전원 차단과 같은 추가 기계 제어 작동을 개시하여 백업 기능을 수행하도록 구성될 수 있다.

평가 장치는 적어도 하나의 안전 디지털 입력 채널 및/또는 적어도 하나의 안전 디지털 출력 채널 및/또는 IO-Link 기반 진단 채널과 같은 적어도 하나의 진단 채널을 포함할 수 있다. 평가 장치는 교육, 파라미터 셋업, 셋업 또는 진단 등을 위해 컴퓨터, 랩톱, 콘솔 장치 또는 모바일 장치와 같은 추가 장치에 연결될 수 있다. 평가 장치는, 전술한 추가 장치 중 하나와 같이, 추가 장치로 즉시 또는 나중에 전송될 진단 정보와 같은 정보를 저장하기 위한 메모리를 포함할 수 있다. 평가 장치는 추가 장치에 연결하거나 송신기 및 수신기 유닛을 연결하기 위한 M12 커넥터를 포함할 수 있다. 평가 장치는 광학 센서나 추가 광학 센서를 사용하여 주변 입사광을 검출할 수 있다. 주변 입사광 레벨은 진단과 같은 추가 장치로 전송될 수 있다. 평가 장치는 오류 및 오류와 관련된 가능한 대책을 출력할 수 있다.

송신기 및/또는 수신기 유닛은 송신기 및/또는 수신기 유닛의 상태나 조명의 색상을 변경하고/변경하거나 다른 블링킹이나 변조 패턴을 사용함으로써 사고의 유형을 나타내는 LED 표시기와 같은 적어도 하나의 조명원 표시기를 포함할 수 있다. 일 예로서, 서로 다른 오류 수준은 연속하거나 깜박이는 적색 LED 등에 의해 표시될 수 있는 반면, 블링킹은 1~10Hz의 주파수에서 발생될 수 있다. 주황색 또는 녹색 조명은 수신기 유닛이 안정적인 광량을 수신하는지 여부를 나타내는 데 사용될 수 있다.

평가 장치는 감시 영역을 적어도 2개의 하위 영역으로 분할하는 것과 같이 감시 영역에 따라 다른 신호나 정보를 생성하도록 구성될 수 있으며, 생성되는 정보의 유형은 하위 영역에 따라 달라진다. 예를 들어, 제 1 하위 영역에서 광 빔이 차단되면 경고 신호가 생성되고, 제 2 하위 영역에서 광 빔이 차단되면 셧다운 신호가 생성된다. 이를 통해 다른 안전 영역을 정의할 수 있다.

DPR 기술을 사용하는 것은, 예를 들어, FiP 센서보다 훨씬 빠르고 대역폭이 더 큰 바이셀(bi-cell) 또는 쿼드런트 다이오드(quadrant diodes)와 같은 일반적이고 저렴한 Si 센서를 사용할 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 또한 Si 센서는 동질적이고 완전히 강도에 독립적일 수 있지만, FiP 장치에서 동질성 요건은 제조 비용이 많이 들 수 있으며, FiP 지수의 강도 독립성은 추가 기술 노력을 필요로 한다. DPR 기술을 사용하는 센서의 가능한 실시예에 대해서는 WO 2018/091649 A1, WO 2018/091638 A1 및 WO 2018/091640 A1을 참조하고, 그 내용은 본 명세서에 참고로서 포함된다. 이하에서 예시적인 센서 셋업을 위한 DPR 기술이 설명되며, 구체적으로, 결합 신호 Q의 결정과 결합 신호 Q로부터 송신기 유닛의 종 방향 좌표 z를 결정하는 것이 설명된다.

평가 장치는 센서 신호를 나누는 것, 센서 신호의 배수를 나누는 것, 센서 신호의 선형 조합을 나누는 것 중 하나 이상에 의해 결합 신호 Q를 도출하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 종 방향 좌표를 결정하기 위해, 결합 신호 Q와 종 방향 좌표 사이의 적어도 하나의 사전 결정된 관계를 사용하도록 구성될 수 있다. 송신기 유닛의 적어도 하나의 종 방향 좌표를 결정하는 것은 적어도 하나의 평가 장치에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 하나 이상의 룩업 테이블을 구현하는 것과 같이, 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 관계가 구현될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 평가 장치는 송신기 유닛의 적어도 하나의 종 방향 좌표를 결정하기 위해, 전술한 평가를 수행하도록 구성된 하나 이상의 컴퓨터, ASICs(Application-Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Arrays)와 같은 하나 이상의 프로그래밍 가능한 장치를 포함할 수 있다. 그러나, 부가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치는 하드웨어에 의해 전체적 또는 부분적으로 구현될 수 있다.

예를 들어, 평가 장치는 결합 신호 Q를 다음 수학식에 의해 도출하도록 구성된다.

여기서, x 및 y는 횡 방향 좌표이고, A1 및 A2는 광학 센서의 센서 위치에서의 광 빔의 빔 프로파일의 영역이고, E(x,y,z₀)는 송신기 유닛의 거리 z₀에 대한 빔 프로파일을 나타낸다. 영역 A1과 영역 A2는 서로 다를 수 있다. 특히, A1과 A2는 일치하지 않는다. 따라서, A1 및 A2는 형상이나 내용 중 하나 이상에서 서로 다를 수 있다. 빔 프로파일은 광 빔의 단면일 수 있다. 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일, 삼각형 빔 프로파일, 원추형 빔 프로파일 및 가우스 빔 프로파일의 선형 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택될 수 있다. 일반적으로 빔 프로파일은 휘도 L(z₀) 및 빔 형상 S(x, y; z₀), E(x, y; z₀) = L·S에 좌우된다. 따라서, 결합 신호를 도출함으로써, 휘도와 관계없는 종 방향 좌표를 결정할 수 있게 한다.

센서 신호의 각각은 광 빔의 빔 프로파일의 적어도 하나의 영역의 적어도 하나의 정보를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "빔 프로파일의 영역"이라는 용어는 일반적으로 결합 신호 Q를 결정하기 위해 사용되는 센서 위치에서의 빔 프로파일의 임의의 영역을 의미한다. 감광 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 인접하거나 겹치는 영역 중 하나 또는 양쪽 모두일 수 있다. 빔 프로파일의 제 1 영역 및 빔 프로파일의 제 2 영역은 영역 내에서 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 가장자리 정보를 포함할 수 있고, 빔 프로파일의 제 2 영역은 본질적으로 빔 프로파일의 중심 정보를 포함할 수 있다. 빔 프로파일은, 예컨대, 빔 프로파일의 최대값 및/또는 빔 프로파일의 고원(plateau)의 중심점 및/또는 광 스폿의 기하학적 중심과 같은 중심과, 중심으로부터 연장되는 하강 가장자리(falling edge)로 구성될 수 있다. 제 2 영역은 횡단면의 내부 영역을 포함할 수 있고, 제 1 영역은 횡단면의 외부 영역을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "본질적으로 중심 정보"라는 용어는, 일반적으로, 예컨대, 중심에 대응하는 강도 분포의 비율과 같은 중심 정보의 비율과 비교하여, 예컨대, 가장자리에 대응하는 강도 분포의 비율과 같은 가장자리 정보의 비율이 낮음을 의미한다. 바람직하게는, 중심 정보는 가장자리 정보의 비율이 10% 미만, 더 바람직하게는 5% 미만, 가장 바람직하게 중심 정보는 가장자리 콘텐츠를 포함하지 않는다. 본 명세서에 사용되는 "본질적으로 가장자리 정보"라는 용어는 일반적으로 가장자리 정보의 비율과 비교하여 중심 정보의 비율이 낮음을 의미한다. 가장자리 정보는 전체 빔 프로파일의 정보, 특히, 중심 및 가장자리 영역으로부터의 정보를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 가장자리 정보는 중심 정보의 비율이 10% 미만, 더 바람직하게는 5% 미만이거나, 가장 바람직하게는 가장자리 정보가 중심 콘텐츠를 포함하지 않는다. 빔 프로파일이 인접하거나 중심 주위에 있고, 본질적으로 중심 정보를 구성하는 경우, 빔 프로파일의 적어도 하나의 영역은 빔 프로파일의 제 2 영역으로 결정 및/또는 선택될 수 있다. 빔 프로파일의 적어도 하나의 영역은, 그것이 단면의 하강 가장자리의 적어도 일부를 포함하는 경우, 빔 프로파일의 제 1 영역으로 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.

가장자리 정보는 빔 프로파일의 제 1 영역 내의 광자 수(number of photons)에 관한 정보를 포함할 수 있고, 중심 정보는 빔 프로파일의 제 2 영역 내의 광자 수에 관한 정보를 포함할 수 있다. 평가 장치는 빔 프로파일의 면적 적분을 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 제 1 영역의 적분 및/또는 합산에 의해 가장자리 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 프로파일이 가정될 수 있는 경우, 가장자리 및 중심 신호의 결정은 가장자리의 경사 및 위치의 결정, 중심 고원의 높이의 결정과 같은 사다리꼴 빔 프로파일의 특성을 이용하게 하고, 기하학적 고려에 의해 가장자리 및 중심 신호를 도출하는 등가의 평가로 대체될 수 있다.

부가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치는 광 스팟의 적어도 하나의 슬라이스나 컷으로부터 중심 정보 또는 가장자리 정보 중 하나 또는 양쪽 모두를 결정하도록 구성될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 결합 신호 Q의 면적 적분을 슬라이스나 컷을 따라 라인 적분으로 대체함으로써 실현될 수 있다. 정확도의 향상을 위해, 광 스팟을 통과하는 몇몇 슬라이스나 컷이 사용되어 평균화될 수 있다. 타원형 스팟 프로파일의 경우에 몇몇 슬라이스나 컷을 평균화하면, 거리 정보가 개선될 수 있다.

평가 장치는 가장자리 정보와 중심 정보를 나누는 것, 가장자리 정보와 중심 정보의 배수를 나누는 것, 가장자리 정보와 중심 정보의 선형 조합을 나누는 것 중 하나 이상에 의해 결합 신호 Q를 도출하도록 구성될 수 있다. 따라서, 본질적으로, 광자비(photon ratios)는 방법의 물리적 기초로서 사용될 수 있다.

광학 센서 중 2개는,

- 제 1 감광 영역이 마련된 적어도 하나의 제 1 광학 센서 ― 제 1 광학 센서는 송신기 유닛으로부터 수신기 유닛으로 전파되는 광 빔에 의한 제 1 감광 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 1 센서 신호를 생성하도록 구성됨 ―, 및

- 제 2 감광 영역이 마련된 적어도 하나의 제 2 광학 센서 ― 제 2 광학 센서는 광 빔에 의한 제 2 감광 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 2 센서 신호를 생성하도록 구성되고, 제 1 감광 영역은 제 2 감광 영역보다 작음 ― 로 디자인 및 배열될 수 있다.

평가 장치는 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가하여 출력을 생성하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 또한 제 1 센서 신호 또는 제 2 센서 신호의 변경을 모니터링함으로써 적어도 하나의 출력을 생성하도록 디자인될 수 있다.

본 실시예에서, 광학 센서는 광학 센서의 감광 영역이 종 방향 좌표 및/또는 표면 영역과 상이하도록 배치될 수 있다. 평가 장치는 또한 제 1 센서 신호 또는 제 2 센서 신호의 변경을 모니터링함으로써 적어도 하나의 출력을 생성하도록 디자인된다. 단방향 광 배리어의 경우, 제 1 및 제 2 감광 영역은 구체적으로 송신기 유닛을 향해 배향될 수 있다. 대안적으로, 반사 광 배리어의 경우, 송신기 유닛과 제 1 및 제 2 감광 영역은 반사 타겟을 향해 배향될 수 있다.

송신기 유닛으로부터 수신기 유닛으로 전파되는 광 빔은 구체적으로 제 1 감광 영역이 제 1 광학 센서의 감광 영역보다 넓은 광 빔의 폭 내에 완전히 위치되도록 제 1 감광 영역을 완전히 조명할 수 있다. 이에 반하여, 바람직하게는, 송신기 유닛으로부터 수신기 유닛으로 전파되는 광 빔은 구체적으로 제 2 감광 영역보다 작은 제 2 감광 영역 상에 광 스팟을 생성할 수 있어서, 광 스팟이 제 2 감광 영역 내에 완전히 위치될 수 있다. 제 2 감광 영역상의 광 스팟 내에, 제 1 광학 센서에 의해 생성된 그림자가 위치될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 제 1 감광 영역이 더 작은 제 1 광학 센서는, 송신기 유닛에서 볼 때, 제 2 광학 센서의 전방에 위치될 수 있고, 제 1 감광 영역은 광 빔 내에 완전히 위치되고, 제 2 감광 영역 상에 광 스팟을 생성하는 광 빔은 제 2 감광 영역보다 작으며, 또한 광 스팟 내에서 제 1 광학 센서에 의해 생성된 그림자를 더 포함한다. 이 상황은, 이하에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 예컨대, 적절한 전송 장치를 사용하여, 광 빔에 포커싱 또는 디포커싱 효과를 구비하는 하나 이상의 적절한 렌즈나 소자를 선택함으로써 광학 분야의 당업자에 의해 쉽게 조정될 수 있다. 본 명세서에서 추가로 사용되는 광 스팟은 일반적으로 광 빔에 의한 물품, 영역 또는 대상체를 볼 수 있거나 검출 가능한 원형 또는 비원형 조명을 의미한다.

상술한 바와 같이, 제 1 감광 영역은 제 2 감광 영역보다 작다. 본 명세서에 사용되는 "보다 작다"라는 용어는 제 1 감광 영역의 표면 영역이 적어도 0.9배, 예컨대, 적어도 0.7배 또는 적어도 0.5배와 같이 제 2 감광 영역의 표면 영역보다 작다는 것을 의미한다. 일 예로서, 제 1 감광 영역과 제 2 감광 영역의 양쪽 모두는 정방형 또는 장방형일 수 있고, 여기서, 제 1 감광 영역의 정방형 또는 장방형의 측면 길이는 제 2 감광 영역의 정방형 또는 장방형의 대응하는 측면 길이보다 작다. 대안적으로, 일 예로서, 제 1 감광 영역과 제 2 감광 영역 양쪽 모두는 원형일 수 있고, 제 1 감광 영역의 직경은 제 2 감광 영역의 직경보다 작다. 다시, 대안적으로, 일 예로서, 제 1 감광 영역은 제 1 등가 직경일 수 있고, 제 2 감광 영역은 제 2 등가 직경일 수 있으며, 여기서, 제 1 등가 직경은 제 2 등가 직경보다 작다.

제 1 감광 영역은 구체적으로 광 빔의 전파 방향에서 제 2 감광 영역과 중첩될 수 있다. 광 빔은 제 1 감광 영역 및 제 2 감광 영역의 전체 또는 일부를 조명할 수 있다. 따라서, 일 예로서, 수신기 유닛의 광축 상에 위치된 지점에서 볼 때, 제 1 감광 영역은 제 2 감광 영역의 전방에 위치되어, 제 1 감광 영역이, 송신기 유닛에서 볼 때, 제 2 감광 영역 내에 완전히 위치될 수 있다. 광 빔이 제 1 및 제 2 감광 영역을 향해 전파될 때, 상술한 바와 같이, 광 빔은 제 1 감광 영역을 완전히 조명할 수 있고, 또한 제 2 감광 영역에 광 스팟을 생성할 수 있으며, 여기서, 제 1 광학 센서에 의해 생성된 그림자는 광 스팟 내에 위치된다. 그러나, 다른 실시예도 실현 가능하다는 것을 유의해야 한다.

구체적으로, 평가 장치는 제 1 및 제 2 센서 신호로부터 도출된 결합 신호와 종 방향 좌표 사이의 적어도 하나의 알려지거나, 결정 가능하거나, 사전 결정된 관계를 이용하여 송신기 유닛의 적어도 하나의 종 방향 좌표 z를 결정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 평가 장치는 구체적으로 제 1 및 제 2 센서 신호를 분할함으로써, 제 1 및 제 2 센서 신호의 배수를 분할함으로써, 또는 제 1 및 제 2 센서 신호의 선형 조합을 분할함으로써, 결합 신호 Q를 도출하도록 구성될 수 있다. 일 예로서, Q는 간단히 Q = s1/s2 또는 Q = s2/s1로 결정될 수 있고, 여기서, s1은 제 1 센서 신호를 나타내고, s2는 제 2 센서 신호를 나타낸다. 부가적으로 또는 대안적으로, Q는 Q = a·s1/b·s2 또는 Q = b·s2/a·s1로 결정될 수 있고, a 및 b는, 예를 들어, 사전 결정되거나 결정 가능한 실수(real number)이다. 부가적으로 또는 대안적으로, Q는 Q = (a·s1+b·s2)/(c·s1+d·s2)로 결정될 수 있고, 여기서, a, b, c 및 d는, 예를 들어, 사전 결정되거나 결정 가능한 실수이다. 후자의 간단한 예로서, Q는 Q = s1/(s1+s2)로 결정될 수 있다. 다른 결합 신호도 실현 가능하다.

전형적으로, 전술한 구성에서, Q는 송신기 유닛의 종 방향 좌표 및/또는 광 스팟의 직경 또는 등가 직경과 같은 광 스팟의 크기의 단조 함수이다. 따라서, 일 예로서, 구체적으로 선형 광학 센서가 사용되는 경우, 몫 Q = s1/s2는 광 스팟 크기의 단조 감소 함수이다. 이 이론에 구속되기를 바라지 않고, 전술한 바람직한 셋업에서, 이것은 제 1 신호 s1 및 제 2 신호 s2의 양쪽 모두가 광원까지의 거리가 증가하는 제곱 함수(square function)로 감소하기 때문이라고 믿어지는 데, 이는 수신기 유닛에 도달하는 빛의 양이 감소하기 때문이다. 그러나, 여기에서, 실험에 사용되는 광학 셋업에서는, 이미지 평면 내의 광 스팟이 증가하여 더 큰 영역으로 확산되기 때문에, 제 1 신호 s1은 제 2 신호 s2보다 더 빠르게 감소한다. 따라서 제 1 및 제 2 센서 신호의 몫은 제 1 및 제 2 감광 영역 상의 광 빔의 직경 또는 광 스팟의 직경이 증가함에 따라 연속적으로 감소한다. 이 몫은, 또한, 광 빔의 총 출력이 제 1 센서 신호와 제 2 센서 신호에서 모두 인자를 형성하기 때문에, 통상 광 빔의 총 출력과는 독립적이다. 그 결과, 상기 결합 신호 Q는 제 1 및 제 2 센서 신호와 광 빔의 크기 또는 직경 사이에서 유일하고 모호하지 않은 관계를 제공하는 2차 신호를 형성할 수 있다. 반면에, 광 빔의 크기 또는 직경은 광 빔이 수신기 유닛을 향해 전파되는 송신기 유닛과 수신기 유닛 자체 사이의 거리, 즉, 송신기 유닛의 종 방향 좌표에 의존하기 때문에, 제 1 및 제 2 센서 신호와 종 방향 좌표 사이에서 유일하고 모호하지 않은 관계가 존재할 수 있다. 후자의 경우, 예컨대, WO 2014/097181 A1을 참조할 수 있다. 사전 결정된 관계는, 예컨대, 제 1 및 제 2 센서 신호를 측정하는 측정값이나 송신기 유닛의 종 방향 좌표의 함수로서 이 값들로부터 도출된 2차 신호, 또는 양쪽 모두와 같은 경험적 측정에 의해, 가우스 광 빔의 선형 조합을 가정하는 것과 같은 분석적 고려 사항에 의해 결정될 수 있다. 평가 장치는 결합 신호 Q를 평가함으로써 종 방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 결합 신호 Q와 종 방향 좌표 사이에 적어도 하나의 사전 결정된 관계를 사용하도록 구성될 수 있다. 사전 결정된 관계는 경험적 관계(empiric relationship), 반경험적 관계(semi-empiric relationship) 및 분석적으로 도출된 관계(analytically derived relationship) 중 하나 이상일 수 있다. 평가 장치는 룩업 리스트 또는 룩업 테이블과 같은 사전 결정된 관계를 저장하기 위한 적어도 하나의 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다.

제 1 및 제 2 광학 센서는 구체적으로 수신기 유닛의 동일한 빔 경로에 선형으로 배열될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "선형으로"라는 용어는 일반적으로 센서가 하나의 축을 따라 배열되는 것을 의미한다. 따라서, 일 예로서, 제 1 및 제 2 광학 센서의 양쪽 모두는 수신기 유닛의 광축 상에 위치될 수 있다. 구체적으로, 제 1 및 제 2 광학 센서는 광축에 대하여 동심으로 배열될 수 있다. 제 1 광학 센서는 제 2 광학 센서의 전방에 배치될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 제 1 광학 센서는 단순히 제 2 광학 센서의 표면에 배치될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 제 1 광학 센서는 제 1 감광 영역의 표면 영역의 제곱근의 5배 이하만큼 제 2 광학 센서로부터 이격될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 제 1 광학 센서는 제 2 광학 센서의 전방에 배치될 수 있고, 제 2 광학 센서로부터 50mm 이하, 바람직하게는 15mm 이하로 이격될 수 있다.

상술한 바와 같이, 제 2 감광 영역은 제 1 감광 영역보다 크다. 따라서, 일 예로서, 제 2 감광 영역은 제 1 감광 영역보다 2배 이상, 더욱 바람직하게는 3배 이상, 가장 바람직하게는 5배 이상 클 수 있다. 제 1 감광 영역은 구체적으로 작은 감광 영역일 수 있으며, 바람직하게는 광 빔이 이 감광 영역을 완전히 조명하도록 한다. 따라서, 전형적인 광학 구성에 적용할 수 있는 일 예로서, 제 1 감광 영역은 0.01mm² 내지 150mm²의 표면 영역, 더욱 바람직하게는 0.1mm² 내지 100mm²의 표면 영역으로 이루어질 수 있다. 제 2 감광 영역은 특히 넓은 영역일 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 수신기 유닛의 측정 범위 내에서, 수신기의 송신기 유닛으로부터 전파되는 광 빔에 의해 생성된 광 스팟은 제 2 감광 영역 내에 완전히 위치될 수 있어서, 광 스팟은 제 2 감광 영역의 경계 내에 완전히 위치될 수 있다. 전형적인 광학 구성에 적용 가능한 일 예로서, 제 2 감광 영역은 1mm² 내지 1,000mm²의 표면 영역, 더욱 바람직하게는 2mm² 내지 600mm²의 표면 영역으로 이루어질 수 있다.

제 1 및 제 2 광학 센서는 각각 독립적으로 불투명, 투명 또는 반투명일 수 있다. 그러나, 간략화를 위해, 광 빔에 대해 투명하지 않은 불투명한 센서가 사용될 수 있는 데, 이는 이러한 불투명한 센서가 통상 상업적으로 폭넓게 시판되고 있기 때문이다.

제 1 및 제 2 광학 센서의 각각은 구체적으로 단일 감광 영역을 각각 구비하는 균일한 센서일 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 광학 센서는 구체적으로 픽셀화되지 않은 광학 센서일 수 있다.

전술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가함으로써, 평가 장치는 송신기 유닛의 적어도 하나의 종 방향 좌표를 결정 가능하게 할 수 있다. 그러나, 하나 이상의 횡 방향 좌표 및/또는 회전 좌표를 포함하는 송신기 유닛의 다른 좌표는 평가 장치에 의해 결정될 수도 있다. 따라서, 일 예로서, 하나 이상의 추가적인 횡 방향 센서는 적어도 하나의 횡 방향 좌표를 결정하는 데 사용될 수 있다. WO 2014/097181 A1에 개시된 횡 방향 센서 및/또는 쿼드런트 다이오드, CCD 또는 CMOS 칩 등과 같은 기타 위치 감지 장치(PSD, Position-Sensitive Device)와 같은 다양한 횡 방향 센서가 당업계에 일반적으로 알려져 있다. 이들 장치는 일반적으로 수신기 유닛으로 구현될 수도 있다. 일 예로서, 광 빔의 일부는 적어도 하나의 빔 분할 소자에 의해, 수신기 유닛 내에서 분할될 수 있다. 일 예로서, 분할 부분은 CCD나 CMOS 칩 또는 카메라 센서와 같은 횡 방향 센서를 향해 안내될 수 있고, 횡 방향 센서상의 분할 부분에 의해 생성된 광 스팟의 횡 방향 위치가 결정될 수 있고, 그에 따라 적어도 하나의 횡 방향 좌표를 결정할 수 있다.

그러나, 제 1 광학 센서 및 제 2 광학 센서의 다른 실시예도 가능하다. 예를 들어, 제 1 광학 센서와 제 2 광학 센서는 감광 영역의 크기가 동일할 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 제 1 감광 영역 및 제 2 감광 영역은 감광 영역의 종 방향 좌표가 서로 상이하도록 배열될 수 있다.

본 발명의 추가 실시예에서, 수신기 유닛은 광학 센서의 매트릭스를 구비하는 적어도 하나의 센서 소자를 포함할 수 있고, 광학 센서에는 각각 감광 영역이 마련되어 있다. 각각의 광학 센서는, 송신기 유닛으로부터 수신기 유닛으로 전파되는 광 빔에 의한 감광 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 광학 센서는 광학 센서의 감광 영역이 공간 오프셋 및/또는 표면 영역과 상이하도록 배치될 수 있다. 평가 장치는,

a) 최고 센서 신호를 포함하는 적어도 하나의 광학 센서를 결정하고, 적어도 하나의 중심 신호를 형성하는 단계와,

b) 매트릭스의 광학 센서의 센서 신호를 평가하고, 적어도 하나의 합산 신호를 형성하는 단계와,

c) 중심 신호와 합산 신호를 결합하여 적어도 하나의 결합 신호를 결정하는 단계, 및

d) 해당 결합 신호를 평가함으로써, 송신기 유닛의 적어도 하나의 종 방향 좌표 z를 결정하는 단계에 의해 센서 신호를 평가하도록 구성될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 "센서 소자"라는 용어는 일반적으로 적어도 하나의 파라미터를 감지하도록 구성된 장치나 복수 장치의 조합을 의미한다. 이러한 경우, 파라미터는, 특히, 광학 파라미터일 수 있고, 센서 소자는, 특히, 광학 센서 소자일 수 있다. 센서 소자는 단일 장치로 일원화되거나 여러 장치의 조합으로 형성될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "매트릭스"라는 용어는 일반적으로 사전 결정된 기하학적 순서로 복수의 소자를 배열하는 것을 의미한다. 매트릭스는, 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 구체적으로 하나 이상의 행과 하나 이상의 열로 이루어지는 장방형 매트릭스일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 행 및 열은, 특히, 장방형 형태로 배열될 수 있다. 그러나, 장방형이 아닌 배열과 같은 다른 배열도 가능하다는 점을 설명해야 한다. 일 예로서, 소자가 중심 위치를 중심으로 동심원 또는 타원으로 배열되는 원형 배열도 가능할 수 있다. 예를 들어, 매트릭스는 단일 행의 픽셀일 수 있다. 다른 배열도 가능하다.

매트릭스의 광학 센서는, 특히, 크기, 감도 및 기타 광학적, 전기적 및 기계적 특성 중 하나 이상에서 동일할 수 있다. 매트릭스의 모든 광학 센서의 감광 영역은, 특히, 공통 평면에 위치될 수 있고, 공통 평면은 송신기 유닛으로부터 수신기 유닛으로 전파되는 광 빔이 공통 평면 상에 광 스팟을 생성할 수 있도록 송신기 유닛과 대향시키는 것이 바람직하다.

전술한 종래 기술 문헌, 예컨대, WO 2012/110924 A1 또는 WO 2014/097181 A1 중 하나 이상에서 더 상세하게 설명된 바와 같이, 전형적으로, 광 스팟의 직경, 빔 웨이스트 또는 등가 직경과 같은 광 스팟의 크기와, 광 빔이 수신기 유닛을 향해 전파되는 송신기 유닛의 종 방향 좌표 사이에 사전 결정되거나 결정 가능한 관계가 존재한다. 이 이론에 구속되기를 바라지 않고, 광 스팟은 2개의 측정 변수, 즉, 광 스팟의 중심 또는 중심 가까이에 있는 작은 측정 패치에서 측정되는, 중심 신호라고도 지칭되는 측정 신호, 및 중심 신호의 유무에 관계없이, 광 스팟에 통합된 적분이나 합산 신호에 의해 특징지어 질 수 있다. 빔이 확산되거나 포커싱될 때, 특정 총 출력이 변하지 않는 광 빔의 경우, 합산 신호는 광 스팟의 스팟 크기와는 독립적이어야 하고, 따라서, 적어도 그들 각각의 측정 범위 내에서 선형 광학 센서를 사용할 때에는, 송신기 유닛과 수신기 유닛 사이의 거리와는 독립적이어야 한다. 그러나, 중심 신호는 스팟 크기에 따라 달라진다. 따라서, 중심 신호는, 광 빔이 포커싱될 때 통상 증가되고, 광 빔이 디포커싱될 때 감소된다. 따라서, 중심 신호와 합산 신호를 비교함으로써, 광 빔에 의해 생성된 광 스팟의 크기에 대한 정보 항목과, 그에 따른 송신기 유닛의 종 방향 좌표에 대한 정보 항목이 생성될 수 있다. 중심 신호와 합산 신호의 비교는, 일 예로서, 중심 신호와 합산 신호로부터 결합 신호 Q를 형성하고, 종 방향 좌표와 종 방향 좌표를 도출하기 위한 결합 신호 간의 사전 결정되거나 결정할 수 있는 관계를 이용함으로써 이루어질 수 있다.

광학 센서의 매트릭스 사용은 많은 장점 및 이점을 제공한다. 따라서, 센서 소자 매트릭스의 광학 센서의 감광 영역의 공통 평면 상과 같은 센서 소자 상의 광 빔에 의해 생성된 광 스팟의 중심은 송신기 유닛의 횡 방향 위치에 따라 달라질 수 있다. 광학 센서의 매트릭스를 사용함으로써, 수신기 유닛은 이들 조건 변화에 적응할 수 있으며, 따라서 단순히 센서 신호를 비교함으로써, 광 스팟의 중심을 결정할 수 있다. 그 결과, 수신기 유닛은 자체로 중심 신호를 선택하고 합산 신호를 결정할 수 있으며, 이들 2개의 신호로부터 송신기 유닛의 종 방향 좌표에 대한 정보를 포함하는 결합 신호를 도출할 수 있다. 따라서, 결합 신호를 평가함으로써, 송신기 유닛의 종 방향 좌표가 결정될 수 있다. 따라서, 광학 센서의 매트릭스를 사용하면, 송신기 유닛의 위치, 특히, 송신기 유닛의 횡 방향 위치의 관점에서 상당한 유연성을 제공한다.

센서 신호를 생성하는 적어도 하나의 광학 센서의 횡 방향 위치와 같은, 광학 센서의 매트릭스 상의 광 스팟의 횡 방향 위치는, 예컨대, WO 2014/198629 A1에 개시된 바와 같이, 송신기 유닛의 횡 방향 위치 상의 적어도 하나의 정보 항목이 도출될 수 있는 추가적인 정보 항목으로도 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 수신기 유닛은 적어도 하나의 종 방향 좌표 외에, 송신기 유닛의 적어도 하나의 횡 방향 좌표를 검출하기 위한 적어도 하나의 추가적인 횡 방향 검출기를 포함할 수 있다.

결과적으로, 본 발명에 따르면, "중심 신호"라는 용어는 일반적으로 빔 프로파일의 중심 정보를 포함하는 적어도 하나의 센서 신호를 의미한다. 본 명세서에 사용되는 "최고 센서 신호"라는 용어는 관심 영역에서의 최대 또는 로컬 최대 중 하나 또는 양쪽 모두를 의미한다. 예를 들어, 중심 신호는 전체 매트릭스 또는 매트릭스 내의 관심 영역의 광학 센서에 의해 생성된 복수의 센서 신호 중 최고 센서 신호를 포함하는 적어도 하나의 광학 센서의 신호일 수 있고, 여기서, 관심 영역은 매트릭스의 광학 센서에 의해 생성된 이미지 내에서 사전 결정되거나 결정 가능할 수 있다. 중심 신호는 단일 광학 센서로부터 발생될 수 있거나, 이하에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 광학 센서 그룹으로부터 발생될 수 있으며, 후자의 경우, 일 예로서, 광학 센서 그룹의 센서 신호는 중심 신호를 결정하기 위해 가산되거나, 적분되거나, 평균화될 수 있다. 중심 신호가 발생되는 광학 센서 그룹은 최고 센서 신호를 포함하는 현재의 광학 센서로부터의 사전 결정된 거리보다 거리가 짧은 광학 센서와 같은 인접하는 광학 센서 그룹일 수 있거나, 또는 최고 센서 신호로부터 사전 결정된 범위 내에 있는 센서 신호를 생성하는 광학 센서 그룹일 수 있다. 중심 신호가 생성되는 광학 센서 그룹은 최대 동적 범위를 허용하기 위해 가능한 한 크게 선택될 수 있다. 평가 장치는, 예를 들어, 센서 신호가 가장 높은 광학 센서 주위의 복수의 광학 센서에 대한 복수의 센서 신호를 적분함으로써 중심 신호를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일일 수 있고, 평가 장치는 사다리꼴의, 특히, 사다리꼴의 고원(plateau)의 적분을 결정하도록 구성될 수 있다.

마찬가지로, "합산 신호"라는 용어는 본질적으로 빔 프로파일의 가장자리 정보를 포함하는 신호를 의미한다. 예를 들어, 합산 신호는 센서 신호를 추가하거나, 센서 신호를 적분하거나, 전체 매트릭스나 매트릭스 내의 관심 영역의 센서 신호를 평균화함으로써 도출될 수 있고, 여기서, 관심 영역은 매트릭스의 광학 센서에 의해 생성된 이미지 내에서 사전 결정되거나 결정 가능할 수 있다. 센서 신호들에 대한 가산, 적분 또는 평균화 시, 센서 신호가 생성되는 현재 광학 센서는 가산, 적분 또는 평균화에서 제외되거나, 그렇지 않으면, 가산, 적분 또는 평균화에 포함될 수 있다. 평가 장치는 전체 매트릭스나 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 프로파일이 가정될 수 있는 경우, 가장자리 및 중심 신호의 결정은 가장자리의 경사 및 위치의 결정과 중심 고원의 높이 결정과 같은 사다리꼴 빔 프로파일의 특성을 이용하고, 기하학적 고려에 의한 가장자리 신호 및 중심 신호를 도출하는 등가의 평가로 대체될 수 있다.

부가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치는 광 스팟의 적어도 하나의 슬라이스나 컷으로부터 중심 정보 또는 가장자리 정보 중 하나 또는 양쪽 모두를 결정하도록 구성될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 결합 신호 Q의 면적 적분을 슬라이스나 컷에 따른 라인 적분으로 대체함으로써 실현될 수 있다. 정확도의 향상을 위해, 광 스팟을 통과하는 몇몇 슬라이스나 컷이 사용되어 평균화될 수 있다. 타원형 스팟 프로파일의 경우에 몇몇 슬라이스나 컷을 평균화하면, 거리 정보가 개선될 수 있다.

마찬가지로, 본 명세서에 사용되는 "결합 신호"라는 용어는 일반적으로 중심 신호와 합산 신호를 결합함으로써 생성된 신호를 의미한다. 구체적으로, 이 결합은 중심 신호와 합산 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 것과, 중심 신호의 배수와 합산 신호의 배수의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 것과, 중심 신호의 선형 조합과 합산 신호의 선형 조합의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 것을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 결합 신호는 중심 신호와 합산 신호 사이의 비교에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 포함하는 임의의 신호 또는 신호 조합을 포함할 수 있다.

광 빔은, 구체적으로, 중심 신호가 생성되는 적어도 하나의 광학 센서가 완전히 광 빔 내에 위치되고 광 빔의 폭이 센서 신호가 생성되는 적어도 하나의 광학 센서의 감광 영역보다 커지도록, 중심 신호가 생성되는 적어도 하나의 광학 센서를 완전히 비출 수 있다. 반대로, 광 빔은 바람직하게는 광 스팟이 매트릭스 내에 완전히 위치되도록 매트릭스보다 작은 광 스팟을 전체 매트릭스 상에 생성될 수 있다. 이러한 상황은, 예컨대, 적절한 전송 장치를 사용하여, 광 빔에 포커싱 효과 또는 디포커싱 효과를 나타내는 하나 이상의 적절한 렌즈나 소자를 선택함으로써 광학 분야의 당업자에 의해 쉽게 조정될 수 있다.

전술한 바와 같이, 중심 신호는 일반적으로 광 스팟의 중심에서의 광학 센서로부터의 센서 신호와 같은 단일 센서 신호일 수 있거나, 광 스팟의 중심에서의 광학 센서로부터 발생되는 센서 신호의 조합, 또는 전술한 가능성 중 하나 이상에 의해 도출된 센서 신호를 처리하여 도출된 제 2 센서 신호와 같은 복수의 센서 신호의 조합일 수 있다. 센서 신호의 비교가 종래의 전자 장치에 의해 상당히 간단하게 구현되거나, 또는 소프트웨어에 의해 전체적 또는 부분적으로 수행될 수 있기 때문에, 중심 신호의 결정은 전자적으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 중심 신호는, 최고 센서 신호; 최고 센서 신호로부터의 사전 결정된 허용 범위 내에 있는 센서 신호 그룹의 평균; 최고 센서 신호를 포함하는 광학 센서 및 인접하는 광학 센서의 사전 결정된 그룹을 포함하는 광학 센서 그룹으로부터의 센서 신호의 평균; 최고 센서 신호를 포함하는 광학 센서 및 인접하는 광학 센서의 사전 결정된 그룹을 포함하는 광학 센서 그룹으로부터의 센서 신호의 합; 최고 센서 신호로부터의 허용 오차의 사전 결정된 범위 내에 있는 센서 신호 그룹의 합; 사전 결정된 임계값 이상인 센서 신호 그룹의 평균; 사전 결정된 임계값 이상인 센서 신호 그룹의 합; 최고 센서 신호를 포함하는 광학 센서와 인접하는 광학 센서의 사전 결정된 그룹을 포함하는 광학 센서 그룹으로부터의 센서 신호의 적분; 최고 센서 신호로부터의 허용 오차의 사전 결정된 범위 내에 있는 센서 신호 그룹의 적분; 상기의 사전 결정된 임계값 이상인 센서 신호 그룹의 적분으로 이루어진 그룹 중에서 선택될 수 있다.

전술한 바와 같이, 광학 센서의 미가공 센서 신호는 평가를 위해 사용되거나, 그로 인해 도출된 2차 센서 신호에 사용될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "2차 센서 신호"라는 용어는 일반적으로 전자 신호, 바람직하게는 아날로그 및/또는 디지털 신호와 같은 신호를 지칭하고, 이는 필터링, 평균화, 복호화 등과 같은 방식으로 하나 이상의 미가공 신호를 처리함으로써 얻어진다. 따라서, 이미지 처리 알고리즘은 매트릭스의 센서 신호의 전체 또는 매트릭스 내의 관심 영역으로부터 2차 센서 신호를 생성하는 데 사용될 수 있다. 구체적으로, 평가 장치는 광학 센서의 센서 신호를 변환하도록 구성되어 2차 광학 센서 신호를 생성할 수 있고, 또한 2차 광학 센서 신호를 사용하여 단계 a) ~ d)를 수행하도록 구성된다. 구체적으로, 센서 신호의 변환은 필터링; 적어도 하나의 관심 영역의 선택; 센서 신호에 의해 생성된 이미지와 적어도 하나의 오프셋 간의 차이 이미지 형성; 센서 신호에 의해 생성된 이미지를 반전시키는 것에 의한 센서 신호의 반전; 상이한 시간에 센서 신호에 의해 생성된 이미지 간의 차이 이미지의 형성; 배경 보정; 컬러 채널로의 분해; 색조(hue)로의 분해; 포화(saturation); 및 밝기 채널; 주파수 분해; 특이값 분해(singular value decomposition); 캐니 가장자리 검출기(Canny edge detector) 적용; LoG 필터(Laplacian of Gaussian filter) 적용; DoG 필터(Difference of Gaussian filter) 적용; 소벨 연산자(Sobel operator) 적용; 라플라스 연산자(Laplacian operator) 적용; Scharr 연산자 적용; Prewitt 연산자 적용; Roberts 연산자 적용; Kirsch 연산자 적용; 고역 필터(high-pass filter) 적용; 저역 통과 필터(low-pass filter) 적용; 푸리에 변환 적용; 라돈 변환(Radon transformation) 적용; 허프 변환(Hough transformation) 적용; 웨이블릿 변환(wavelet-transformation) 적용; 이진화(thresholding); 이진 이미지 생성으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 변환을 포함할 수 있다. 관심 영역은 사용자에 의해 수동으로 결정될 수 있거나 또는 광학 센서에 의해 생성된 이미지 내의 대상체를 인식함으로써 자동적으로 결정될 수도 있다. 예를 들어, 차량, 사람 또는 다른 유형의 사전 결정된 대상체는 이미지 내, 즉, 광학 센서에 의해 생성된 센서 신호의 전체 내에서 자동 이미지 인식에 의해 결정될 수 있고, 관심 영역은 대상체가 관심 영역 내에 위치하도록 선택될 수 있다. 이 경우, 종 방향 좌표의 결정과 같은 평가는 관심 영역에 대해서만 수행될 수 있다. 그러나, 다른 구현예도 가능하다.

전술한 바와 같이, 광 스팟의 중심 검출, 즉, 중심 신호의 검출 및/또는 중심 신호가 발생되는 적어도 하나의 광학 센서의 검출은 하나 이상의 소프트웨어 알고리즘을 사용하여 완전히 또는 부분적으로, 또는 전자적으로 완전히 또는 부분적으로 수행될 수 있다. 특히, 평가 장치는 적어도 하나의 최고 센서 신호를 검출하고/하거나 중심 신호를 형성하기 위한 적어도 하나의 중심 검출기를 포함할 수 있다. 중심 검출기는, 특히, 소프트웨어로 전체적 또는 부분적으로 구현될 수 있고/있거나 하드웨어로 전체적 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 중심 검출기는 적어도 하나의 센서 소자에 전체적 또는 부분적으로 통합될 수 있고/있거나 센서 소자와는 전체적 또는 부분적으로 독립하여 구현될 수도 있다.

이상에서 요약된 바와 같이, 합산 신호는 매트릭스의 모든 센서 신호, 관심 영역 내의 센서 신호, 또는 이들 가능성 중 하나로부터 도출될 수 있고, 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터 발생된 센서 신호는 제외된다. 모든 경우에, 종 방향 좌표를 결정하기 위해, 중심 신호와 신뢰성 있게 비교될 수 있는 신뢰 가능한 합산 신호가 생성될 수 있다. 일반적으로, 합산 신호는 매트릭스의 모든 센서 신호에 대한 평균; 매트릭스의 모든 센서 신호의 합; 매트릭스의 모든 센서 신호의 적분; 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터의 센서 신호를 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호에 대한 평균; 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터의 센서 신호를 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호의 합; 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터의 센서 신호를 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호의 적분; 최고 센서 신호를 포함하는 광학 센서로부터 사전 결정된 범위 내의 광학 센서의 센서 신호의 합; 최고 센서 신호를 포함하는 광학 센서로부터 사전 결정된 범위 내의 광학 센서의 센서 신호의 적분; 최고 센서 신호를 포함하는 광학 센서로부터 사전 결정된 범위 내에 위치되는 광학 센서의 특정 임계값 초과의 센서 신호의 합; 최고 센서 신호를 포함하는 광학 센서로부터 사전 결정된 범위 내에 위치되는 광학 센서의 특정 임계값 초과의 센서 신호의 적분으로 이루어진 그룹 중에서 선택될 수 있다. 그러나, 다른 옵션도 존재한다.

합산은 소프트웨어로 전체적 또는 부분적으로 수행될 수 있고/있거나 하드웨어로 전체적 또는 부분적으로 수행될 수 있다. 일반적으로, 합산은 순수하게 전자적인 수단으로 가능하며, 일반적으로 수신기 유닛에서 쉽게 구현될 수 있다. 따라서, 전자 공학 분야에서, 아날로그 신호 및 디지털 신호 양쪽 모두에 대해 2 이상의 전기 신호를 합산하는 합산 장치가 일반적으로 공지되어 있다. 따라서, 평가 장치는 합산 신호를 형성하기 위한 적어도 하나의 합산 장치를 포함할 수 있다. 합산 장치는 센서 소자에 전체적 또는 부분적으로 통합될 수 있거나 센서 소자와는 전체적 또는 부분적으로 독립하여 구현될 수도 있다. 합산 장치는 하드웨어 또는 소프트웨어 중 하나 또는 양쪽 모두에서 전체적 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, 결합 신호는 중심 신호와 합산 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 것과, 중심 신호의 배수와 합산 신호의 배수의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 것과, 중심 신호의 선형 조합과 합산 신호의 선형 조합의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 것과, 합산 신호와 중심 신호의 선형 조합과 중심 신호의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 것과, 합산 신호와 중심 신호의 선형 조합과 합산 신호의 몫을 형성하거나 또는 그 반대로 형성하는 것, 및 중심 신호의 지수와 합산 신호의 지수의 몫을 형성하거나 그 반대로 형성하는 것 중에서 하나 이상에 의해 도출되는 몫 신호일 수 있다. 그러나, 다른 옵션도 존재한다. 평가 장치는 하나 이상의 몫 신호를 형성하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는, 또한, 적어도 하나의 몫 신호를 평가함으로써 적어도 하나의 종 방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다.

평가 장치는 구체적으로 적어도 하나의 종 방향 좌표를 결정하기 위해, 결합 신호 Q와 종 방향 좌표 사이의 적어도 하나의 사전 결정된 관계를 사용하도록 구성될 수 있다. 따라서, 전술한 이유 및 종 방향 좌표 상의 광 스팟의 특성의 의존성으로 인해, 결합 신호 Q는 통상적으로 종 방향 좌표의 단조 함수 및/또는 광 스팟의 직경이나 등가 직경과 같은 광 스팟의 크기의 단조 함수이다. 따라서, 일 예로서, 특히, 선형 광학 센서가 사용되는 경우, 센서 신호 s_center 및 합산 신호 s_sum의 단순한 몫 Q = s_center/s_sum은 거리의 단조적 감소 함수일 수 있다. 이 이론에 구속되기를 바라지 않고, 이것은 전술한 바람직한 셋업에서 수신기 유닛에 도달하는 빛의 양이 감소하기 때문에, 광원에 대한 거리가 증가하는 제곱 함수(square function)로써 중심 신호 s_center 및 합산 신호 s_sum의 양쪽 모두가 감소하기 때문인 것으로 생각된다. 그러나, 여기에서, 실험에 사용되는 광학 셋업에서는, 이미지 평면 내의 광 스팟이 증가하여 더 큰 영역으로 확산되기 때문에, 중심 신호 s_center는 합산 신호 s_sum보다 더 빠르게 감소한다. 따라서 중심 신호와 합산 신호의 몫은 매트릭스의 광학 센서의 감광 영역 상의 광빔의 직경 또는 광 스폿의 직경이 증가함에 따라 연속적으로 감소한다. 또한, 광 빔의 총 출력이 중심 신호와 합산 신호에서 모두 인자를 형성하기 때문에, 이 몫은 일반적으로 광 빔의 총 출력과는 독립적이다. 그 결과, 몫 Q는 중심 신호와 합산 신호 사이의 유일하고 모호하지 않은 관계와 광 빔의 크기 또는 직경을 제공하는 2차 신호를 형성할 수 있다. 반면에, 광 빔의 크기 또는 직경은 광 빔이 수신기 유닛을 향해 전파되는 송신기 유닛과 수신기 유닛 자체 사이의 거리, 즉, 송신기 유닛의 종 방향 좌표에 따라 달라지기 때문에, 한편으로는 중심 신호와 합산 신호 사이의 유일하고 모호하지 않은 관계가 존재할 수 있고, 다른 한편으로는 종 방향 좌표가 존재할 수 있다. 후자에 대해, 예컨대, WO 2014/097181 A1과 같은 상술한 선행 기술 문헌 중 하나 이상을 참조할 수 있다. 사전 결정된 관계는, 가우스 광 빔의 선형 조합을 가정하는 것과 같은 분석적 고려 사항에 의하거나, 결합 신호 및/또는 중심 신호와 합산 신호 또는 송신기 유닛의 종 방향 좌표의 함수로서 이 값들로부터 도출된 2차 신호를 측정하는 측정값과 같은 경험적 측정값에 의하거나, 또는 양쪽 모두에 의해 결정될 수 있다.

따라서, 일반적으로, 평가 장치는 몫 신호와 같은 결합 신호 Q를 평가함으로써 종 방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 이 결정은 중심 신호 및 합산 신호를 직접 결합하고, 그것의 종 방향 좌표를 도출하는 것과 같은 일단계 처리일 수 있거나, 중심 신호 및 합산 신호로부터 결합 신호를 첫 번째로 도출하고, 두 번째로 결합 신호로부터 종 방향 좌표를 도출하는 다단계 처리일 수 있다. 양 옵션, 즉, 단계 c) 및 d)의 옵션이 별개의 독립적인 단계인 것과, 단계 c) 및 d)의 옵션이 완전히 또는 부분적으로 결합된 것이 본 발명에 포함될 수 있다.

평가 장치는 결합 신호와 종 방향 좌표 사이의 적어도 하나의 사전 결정된 관계를 사용하도록 구성될 수 있다. 사전 결정된 관계는 경험적 관계(empiric relationship), 반경험적 관계(semi-empiric relationship) 및 분석적으로 유래된 관계(analytically derived relationship) 중 하나 이상일 수 있다. 평가 장치는 룩업 리스트 또는 룩업 테이블과 같은 사전 결정된 관계를 저장하기 위한 적어도 하나의 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 광학 센서는, 특히, 광검출기(photodetectors), 바람직하게는 무기 광검출기, 더 바람직하게는 무기 반도체 광검출기, 가장 바람직하게는 실리콘 광검출기일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 적외선 스펙트럼 범위에서 감지할 수 있다. 매트릭스의 모든 광학 센서 또는 적어도 한 그룹의 매트릭스의 광학 센서는 구체적으로 동일할 수 있다. 매트릭스의 동일한 광학 센서 그룹은, 특히, 상이한 스펙트럼 범위에 대하여 제공될 수 있거나, 모든 광학 센서는 스펙트럼 감도와 관련하여 동일할 수 있다. 또한, 광학 센서는 그 크기 및/또는 그들의 전자적 또는 광전자적 특성과 관련하여 동일할 수 있다.

매트릭스는 독립적인 광학 센서로 구성될 수 있다. 따라서, 무기 광다이오드의 매트릭스가 구성될 수 있다. 그러나, 대안적으로, CCD 검출기 칩과 같은 하나 이상의 CCD 검출기 및/또는 CMOS 검출기 칩과 같은 CMOS 검출기와 같이, 상업적으로 이용 가능한 매트릭스가 사용될 수도 있다.

따라서, 일반적으로, 광학 센서는, 전술한 매트릭스와 같이, 센서 어레이를 형성할 수 있거나 센서 어레이의 일부일 수 있다. 따라서, 일 예로서, 수신기 유닛은 m개의 행과 n개의 열로 구성된 장방형 어레이와 같은 광학 센서의 어레이를 포함할 수 있고, 여기서, m, n은 독립적이고, 양의 정수이다. 바람직하게는, 하나 초과의 열 및 하나 초과의 행, 즉, n>1, m>1이 주어진다. 따라서, 일 예로서, n은 2 내지 16 또는 그 이상일 수 있고, m은 2 내지 16 또는 그 이상일 수 있다. 바람직하게는, 행의 개수와 열의 개수의 비율은 1에 가깝다. 일 예로서, m/n = 1:1, 4:3, 16:9 또는 이와 유사한 것을 선택하는 것과 같이, n과 m은 0.3≤m/n≤3인 것으로 선택될 수 있다. 일 예로서, 어레이는 m=2, n=2 또는 m=3, n=3 등을 선택하는 것과 같이, 같은 수의 행과 열로 구성된 정방형 어레이일 수 있다.

상술한 바와 같이, 매트릭스는 구체적으로 적어도 하나의 행, 바람직하게는 복수의 행 및 복수의 열로 이루어진 장방형 매트릭스일 수 있다. 일 예로서, 행 및 열은 실질적으로 수직일 수 있고, 여기서 "실질적으로 수직"이라는 용어에 관해서는 위에 주어진 정의를 참조할 수 있다. 따라서, 일 예로서, 20° 미만, 특히 10° 미만 또는 심지어 5° 미만의 허용 오차가 허용될 수 있다. 넓은 범위의 시야를 제공하기 위해, 매트릭스는 구체적으로 적어도 10행, 바람직하게는 적어도 500행, 더 바람직하게는 적어도 1,000행으로 이루어질 수 있다. 마찬가지로, 매트릭스는 적어도 5열, 바람직하게는 적어도 500열, 더 바람직하게는 적어도 1,000열로 이루어질 수 있다. 매트릭스는 적어도 50개의 광학 센서, 바람직하게는 적어도 10,000개의 광학 센서, 더 바람직하게는 적어도 500,000개의 광학 센서를 포함할 수 있다. 매트릭스는 멀티메가 픽셀 범위의 많은 픽셀을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예도 가능하다. 따라서, 상술한 바와 같이, 축 회전 대칭이 예상되는 구성에서, 픽셀이라고도 지칭되는 매트릭스의 광학 센서의 원형 배열 또는 동심원 배열이 바람직할 수 있다.

전술한 바와 같이, 센서 소자는 실질적으로 수신기 유닛의 광축에 수직으로 배향되는 것이 바람직할 수 있다. "실질적으로 수직"이라는 용어와 관련하여, 위에 주어진 정의와 허용 오차가 참조될 수 있다. 광축은 직선 광축일 수 있거나 또는 하나 이상의 편향 요소 및/또는 하나 이상의 빔 스플리터를 사용하는 것과 같이, 구부러지거나 심지어 분할될 수 있고, 후자의 경우, 실질적으로 수직 방위는 광학 셋업 각각의 브랜치(branch) 또는 빔 경로 내의 로컬 광축을 지칭할 수 있다.

전술한 바와 같이, 중심 신호와 합산 신호를 평가함으로써, 수신기 유닛은 하나 이상의 횡 방향 좌표 및/또는 회전 좌표를 포함하는, 송신기 유닛의 적어도 하나의 종 방향 좌표를 결정하게 할 수 있으며, 평가 장치에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 하나 이상의 횡 방향 센서는 적어도 하나의 횡 방향 좌표를 결정하는 데 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 중심 신호가 발생되는 적어도 하나의 광학 센서의 위치는 송신기 유닛의 적어도 하나의 횡 방향 좌표에 대한 정보를 제공할 수 있으며, 여기서, 예를 들어, 광학 변환과 횡 방향 좌표를 도출하기 위해 간단한 렌즈 방정식이 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 추가의 횡 방향 센서가 사용될 수 있고 수신기 유닛에 포함될 수 있다. WO 2014/097181 A1에 개시된 횡 방향 센서 및/또는 쿼드런트 다이오드, CCD 또는 CMOS 칩 등과 같은 다른 위치 감지 장치(PSD, Position-Sensitive Device)와 같은 다양한 횡 방향 센서가 당업계에 일반적으로 알려져 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 일 예로서, 수신기 유닛은 R.A.Street, 비정질 실리콘의 기술과 응용(Technology and Applications of Amorphous Silicon), Springer-Verlag Heidelberg, 2010, pp.346~349에 개시된 하나 이상의 PSD를 포함할 수 있다. 다른 실시예도 가능하다. 이들 장치는 일반적으로 수신기 유닛으로 구현될 수도 있다. 일 예로서, 광 빔의 일부는 적어도 하나의 빔 분할 소자에 의해, 수신기 유닛 내에서 분할될 수 있다. 일 예로서, 분할 부분은 CCD나 CMOS 칩 또는 카메라 센서와 같은 횡 방향 센서를 향해 안내될 수 있고, 횡 방향 센서상의 분할 부분에 의해 생성된 광 스팟의 횡 방향 위치가 결정될 수 있고, 그에 따라 적어도 하나의 횡 방향 좌표를 결정할 수 있다. 평가 장치는 종 방향 좌표와 횡 방향 좌표의 정보를 결합하고, 공간에서 송신기 유닛의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다.

수신기 유닛은 단일 광 빔 또는 복수의 광 빔을 평가하도록 구성될 수 있다. 복수의 광 빔이 송신기 유닛으로부터 검출기로 전파되는 경우, 광 빔을 구별하기 위한 수단이 제공될 수 있다. 따라서, 광 빔은 스펙트럼 특성이 상이할 수 있고, 수신기 유닛은 상이한 광 빔을 구별하기 위한 하나 이상의 파장 선택 소자를 포함할 수 있다. 그 다음에, 각각의 광 빔은 독립적으로 평가될 수 있다. 일 예로서, 파장 선택 소자는 하나 이상의 필터, 하나 이상의 프리즘, 하나 이상의 격자, 하나 이상의 이색성 거울(dichroitic mirror) 또는 이들의 임의 조합일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 또한, 부가적으로 또는 대안적으로, 2개 이상의 광 빔을 구별하기 위해, 광 빔은 특정 방식으로 변조될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 광 빔은 주파수 변조될 수 있고, 센서 신호는 상이한 광 빔으로부터 유래하는 센서 신호를 그들의 복조 주파수에 따라 부분적으로 구별하기 위해 복조될 수 있다. 이들 기술은 일반적으로 고주파 전자 분야의 당업자에게 공지되어 있다. 일반적으로, 평가 장치는 상이한 변조로 이루어진 상이한 광 빔을 구별하도록 구성될 수 있다.

조명원은 광학 센서의 매트릭스, 예를 들어, CMOS 검출기 상에 복수의 조명 영역이 생성되도록 점 구름(cloud of points)을 생성 및/또는 투영하도록 구성될 수 있다. 또한, 스페클(speckle) 및/또는 외래광(extraneous light) 및/또는 다중 반사로 인한 교란과 같은 장애가 광학 센서의 매트릭스 상에 존재할 수 있다. 평가 장치는 적어도 하나의 관심 영역, 예를 들어, 종 방향 좌표의 결정을 위해 사용되는 광 빔에 의해 비춰진 하나 이상의 픽셀을 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 평가 장치는 블롭 분석(blob-analysis) 및/또는 대상체 인식과 같은 필터링 방법을 수행하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 2개의 광학 센서는 광학 센서의 기하학적 중심이 상이한 공간 오프셋에 의해 전송 장치의 광축으로부터 이격되도록 배열될 수 있다. 평가 장치는 적어도 2개의 센서 신호를 조합하여 적어도 하나의 종 방향 좌표 z를 결정하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 광학 센서는 광학 센서의 감광 영역이 그들의 공간 오프셋 및/또는 그들의 표면 영역과 상이하도록 배열될 수 있다. 광학 센서의 감광 영역은, 송신기 유닛으로부터 볼 때, 중첩될 수 있거나, 또는 중첩없이 서로 옆에 배치되는 것과 같이 중첩되지 않을 수도 있다. 감광 영역은 서로 이격되거나 바로 인접할 수 있다.

수신기 유닛은 2개 이상의 광학 센서를 포함할 수 있다. 어느 경우에도, 예컨대, 정확하게 2개의 광학 센서를 포함하는 수신기 유닛의 경우 및 3개 이상의 광학 센서를 포함하는 수신기 유닛의 경우에도, 광학 센서는 제 1 공간 오프셋에 의해 광축으로부터 이격되어 있는 적어도 하나의 제 1 광학 센서와, 제 2 공간 오프셋에 의해 광축으로부터 이격되어 있는 적어도 하나의 제 2 광학 센서를 포함하되, 여기서 제 1 공간 오프셋과 제 2 공간 오프셋은 서로 상이하다. 추가의 광학 센서가 제공되는 경우, 제 1 및 제 2 광학 센서 이외의 이들 추가 광학 센서는 또한 해당 조건을 충족하거나, 대안적으로, 제 1 공간 오프셋, 제 2 공간 오프셋 또는 다른 공간 오프셋에 의해 광축으로부터 이격될 수 있다. 일 예로서, 제 1 및 제 2 공간 오프셋은 적어도 1.2배, 더 바람직하게는 적어도 1.5배, 더욱 바람직하게는 적어도 2배만큼 다를 수 있다. 전술한 조건들이 충족되는 한, 공간 오프셋은 0일 수도 있고, 음의 값을 가질 수도 있다.

예를 들어, 광학 센서는 세그먼트화된 다이오드의 부분 다이오드일 수 있고, 세그먼트화된 다이오드의 중심이 전송 장치의 광축으로부터 오프 센터링되어(off-centered) 있다. 광학 센서는 바이셀(bi-cell) 또는 쿼드런트 다이오드(quadrant diodes)의 부분 다이오드일 수 있고/있거나 적어도 하나의 CMOS 센서를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 "부분 다이오드"라는 용어는 직렬 또는 병렬로 연결된 몇몇 다이오드를 포함할 수 있다. 이 예는 비교적 간단하고 비용 효율적으로 실현할 수 있다. 따라서, 일 예로서, 바이셀 다이오드나 쿼드런트 다이오드는 저렴하게 널리 시판되고 있으며, 이러한 바이셀 다이오드나 쿼드런트 다이오드의 구동 방식은 일반적으로 공지되어 있다. 본 명세서에 사용되는 "바이셀 다이오드"라는 용어는 일반적으로 하나의 패키지 내에 2개의 부분 다이오드를 구비하는 다이오드를 의미한다. 바이셀 및 쿼드런트 다이오드는 2개 또는 4개의 개별 감광 영역, 특히, 2개 또는 4개의 활성 영역으로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 바이셀 다이오드는 다이오드의 완전한 기능을 구비하는 독립적인 다이오드를 각각 형성할 수 있다. 일 예로서, 바이셀 다이오드의 각각은 정방형 또는 장방형일 수 있고, 2개의 다이오드는 전체적으로 2개의 부분 다이오드가 장방형의 1×2 또는 2×1 매트릭스를 형성하도록 하나의 평면에 배치될 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 바이셀 다이오드 및 쿼드런트 다이오드의 센서 신호를 평가하기 위한 새로운 방식이 제안되며, 이는 이하에서 더 상세히 설명될 것이다. 일반적으로, 광학 센서는 쿼드런트 다이오드의 부분 다이오드일 수 있고, 쿼드런트 다이오드의 중심이 전송 장치의 광축으로부터 오프 센터링되어 있다. 본 명세서에 사용되는 "쿼드런트 다이오드"라는 용어는 일반적으로 하나의 패키지 내에 4개의 부분 다이오드를 구비하는 다이오드를 의미한다. 일 예로서, 4개의 부분 다이오드는 각각 다이오드의 완전한 기능을 구비하는 독립적인 다이오드를 형성할 수 있다. 일 예로서, 4개의 부분 다이오드는 각각 정방형 또는 장방형일 수 있고, 4개의 부분 다이오드는 총 4개의 부분 다이오드가 장방형 또는 정방형인 2×2 매트릭스를 형성하도록 하나의 평면에 배치될 수 있다. 추가의 예에서, 4개의 부분 다이오드는 전체적으로 원형 또는 타원형인 2×2 매트릭스를 형성할 수 있다. 일 예로서, 부분 다이오드는 서로 최소로 이격되어 인접할 수 있다. 예를 들어, 바이셀 다이오드의 광학 센서의 기하학적 중심의 교차점일 수 있는 바이셀 다이오드의 중심은 광축으로부터 0.01mm 이상, 바람직하게는 0.1mm 이상, 더 바람직하게는 1.0mm 이상 또는 심지어 2.0mm까지 중심을 벗어날 수 있다. 따라서, 추가의 예로서, 바이셀 다이오드의 중심은 광축에 직교하는 감광 영역의 최대 범위의 0.0001배 이상, 바람직하게는 0.001배 이상, 더욱 바람직하게는 0.005배 이상 광축으로부터 중심을 벗어날 수 있다.

부분 다이오드의 2×2 매트릭스인 쿼드런트 다이오드가 사용되는 경우에, 쿼드런트 다이오드의 중심은 구체적으로 수신기 유닛의 전송 장치의 광축으로부터 오프 센터링되거나 오프셋될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 쿼드런트 다이오드의 광학 센서의 기하학적 중심의 교차점일 수 있는 쿼드런트 다이오드의 중심은 광축으로부터 0.01mm 이상, 바람직하게는 0.1mm 이상, 더 바람직하게는 1.0mm 이상 또는 심지어 2.0mm까지 중심을 벗어날 수 있다. 따라서, 추가의 예로서, 쿼드런트 다이오드의 중심은 광축에 직교하는 감광 영역의 최대 범위의 0.0001배 이상, 바람직하게는 광축에 직교하는 감광 영역의 최대 범위의 0.001배 이상, 더욱 바람직하게는 0.005배 이상 광축으로부터 중심을 벗어날 수 있다. 유사하게, 복수의 광학 센서를 구비하는 다른 유형의 광학 센서 셋업을 사용하는 경우, 광학 센서의 전체적인 중심이 동일한 거리만큼 광축으로부터 오프셋될 수 있다.

일반적으로, 광학 센서의 감광 영역은 임의의 표면적 또는 크기를 가질 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 센서 신호의 단순화된 평가의 관점에서, 광학 센서의 감광 영역은, 예컨대, 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만 또는 심지어 1% 미만의 허용 오차 내에서 실질적으로 동일하다. 특히, 이것은 일반적으로 시판되는 쿼드런트 다이오드의 경우이다.

구체적으로, 평가 장치는 센서 신호 및/또는 그것으로부터 도출된 임의의 2차 신호와 종 방향 좌표 사이의 적어도 하나의 알려진, 결정 가능하거나 사전 결정된 관계를 이용하여 송신기 유닛의 적어도 하나의 종 방향 좌표 z를 결정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 평가 장치는 적어도 2개의 센서 신호, 즉, 적어도 하나의 제 1 광학 센서의 적어도 하나의 센서 신호 및 적어도 하나의 제 2 광학 센서의 적어도 하나의 센서 신호 중에서 적어도 하나의 결합 센서 신호를 결정하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 일반적으로 사용되는 "결합하다(combine)"이라는 용어는 일반적으로 신호와 같은 2개 이상의 성분이 적어도 하나의 병합된 결합 신호를 형성하기 위해 수학적으로 병합되고/병합되거나 적어도 하나의 비교 신호 또는 비교 결과를 형성하기 위해 비교되는 임의의 동작을 의미할 수 있다. 일 예로서, Q는 간단히 Q = s₁/s₂ 또는 Q = s₂/s₁로 결정될 수 있고, 여기서, s₁은 센서 신호 중 제 1 센서 신호를 나타내고, s₂는 센서 신호 중 제 2 센서 신호를 나타낸다. 부가적으로 또는 대안적으로, Q는 Q = j·s₁/k·s₂ 또는 Q = k·s₂/j·s₁로 결정될 수 있고, 여기서, j 및 k는, 예를 들어, 사전 결정되거나 결정 가능한 실수이다. 부가적으로 또는 대안적으로, Q는 Q = (j·s₁+k·s₂)/(p·s₁+q·s₂)로 결정될 수 있고, 여기서, j, k, p 및 q는, 예를 들어, 사전 결정되거나 결정 가능한 실수이다. 후자의 간단한 예로서, Q는 Q = s₁/(s₁+s₂)로 결정될 수 있거나, 또는 추가의 예로서, Q는 Q = (s₁-s₂)/(s₁+s₂)로 결정될 수 있다. 다른 몫 신호도 실현 가능하다. 따라서, 일 예로서, 2개 초과의 광학 센서가 제공되는 경우, 전술한 몫 형성은 이들 광학 센서에 의해 생성된 2개의 센서 신호 사이에서 발생되거나, 2개 초과의 센서 신호 사이에서 발생될 수 있다. 따라서, 위의 주어진 식에서 센서 신호 중 첫 번째 센서 신호와 센서 신호 중 두 번째 센서 신호를 사용하는 대신, 결합 센서 신호가 몫 형성에 사용될 수 있다.

일반적인 셋업에서, 쿼드런트 광다이오드와 같은 시판되는 쿼드런트 다이오드는 위치 결정, 즉, 쿼드런트 광다이오드의 평면에서 광 스팟의 횡 방향 좌표를 조정 및/또는 측정하기 위해 사용된다. 따라서, 일 예로서, 쿼드런트 광다이오드를 사용하여 위치 결정하는 레이저 빔이 잘 알려져 있다. 그러나, 일반적인 선입관에 따르면, 쿼드런트 광다이오드는 xy좌표의 위치 결정에만 사용된다. 이러한 가정에 따르면, 쿼드런트 광다이오드는 거리 측정에는 적합하지 않다. 그러나, 수신기 유닛의 광축과 관련하여 중심을 벗어난 쿼드런트 광다이오드를 사용하는 상술한 결과는, 이하의 추가 측정에서 나타내는 바와 같이, 다르게 나타난다. 따라서, 상술한 바와 같이, 쿼드런트 광다이오드에서, 스팟의 비대칭은 쿼드런트 다이오드를 상술한 오프셋과 같이 약간 축을 벗어나게 이동시킴으로써 측정될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 2개 이상의 부분 광다이오드의 2개 이상의 센서 신호(즉, 쿼드런트 광다이오드의 사분면)의 결합 신호 Q를 형성함으로써, z-의존 단조 함수(monotonously z-dependent function)가 생성될 수 있다. 원칙적으로 측정에는 단지 2개의 광다이오드만 필요하다. 다른 2개의 다이오드는 노이즈 제거나 보다 정확한 측정값을 얻기 위해 사용될 수 있다. 쿼드런트 다이오드 또는 쿼드런트 광다이오드를 사용하는 것에 부가하거나 대안으로, 다른 유형의 광학 센서가 사용될 수 있다. 따라서, 이하에 추가로 상세히 나타내는 바와 같이, 스태거형(staggered) 광학 센서가 사용될 수 있다.

쿼드런트 다이오드의 사용은 종래의 광 검출기보다 많은 장점이 있다. 따라서, 쿼드런트 다이오드는 LED 또는 능동 타겟과 함께 다수의 응용 분야에 사용되고, 가격이 저렴하고, 스펙트럼 감도 및 다양한 크기와 같은 다양한 광학 특성이 있으므로 널리 시판되고 있다. 시판되고 있는 제품이 수신기 유닛으로 구현될 수 있기 때문에, 특정한 제조 공정을 확립할 필요는 없다. 쿼드런트 다이오드가 사용되는 경우, 쿼드런트 다이오드는 추가 목적으로 사용될 수도 있다. 따라서, 쿼드런트 다이오드는 광전자 및 레이저 물리학 분야에서 일반적으로 알려진 바와 같은 광 스팟의 종래의 xy 측정에도 사용될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 렌즈 또는 수신기 유닛 위치는 거리 측정을 위한 스팟의 위치를 최적화하기 위해 쿼드런트 다이오드의 종래 xy 위치 정보를 사용하여 조정될 수 있다. 실제적인 예로서, 초기에, 광 스팟은 쿼드런트 다이오드의 중심에 바로 위치할 수 있으며, 이는 일반적으로 결합 신호 Q를 사용한 상술한 거리 측정을 허용하지 않는다. 따라서, 먼저, 종래의 쿼드런트 광다이오드 기술은, 예컨대, 쿼드런트 다이오드상의 스팟 위치가 측정에 최적이 되도록, 쿼드런트 광다이오드 상의 광 스팟의 위치를 오프 센터링하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 광학 센서의 서로 상이한 오프 센터링은 단지 광 스팟이 광축 및 광학 센서 어레이의 기하학적 중심에 대하여 오프 센터링되도록 광축에 대한 광학 센서 이동의 출발점일 수 있다.

따라서, 일반적으로, 광학 센서는, 전술한 쿼드런트 다이오드와 같이, 센서 어레이를 형성할 수 있거나, 센서 어레이의 일부일 수 있다. 따라서, 일 예로서, 수신기 유닛은 m개의 행과 n개의 열로 구성된 장방형 어레이와 같은 광학 센서의 어레이를 포함할 수 있고, 여기서, m, n은 독립적이고, 양의 정수이다. 바람직하게는, 하나 초과의 열 및 하나 초과의 행, 즉, n>1, m>1이 주어진다. 따라서, 일 예로서, n은 2 내지 16 또는 그 이상일 수 있고, m은 2 내지 16 또는 그 이상일 수 있다. 바람직하게는, 행의 개수와 열의 개수의 비율은 1에 가깝다. 일 예로서, m/n = 1:1, 4:3, 16:9 또는 이와 유사한 것을 선택하는 것과 같이, n과 m은 0.3≤m/n≤3인 것으로 선택될 수 있다. 일 예로서, 어레이는 m=2, n=2 또는 m=3, n=3 등을 선택하는 것과 같이, 같은 수의 행과 열로 구성된 정방형 어레이일 수 있다. m=2, n=2의 경우는 쿼드런트 다이오드나 쿼드런트 광학 센서인 경우로서, 쿼드런트 광다이오드가 널리 이용 가능하기 때문에, 이러한 실제적인 이유로 인해, 바람직한 케이스 중 하나이다.

출발점으로서, 어레이 내의 광학 센서의 기하학적 중심은, 예컨대, 전술한 오프셋에 의해 광축으로부터 오프 센터링될 수 있다. 센서 어레이는, 특히, 광축에 대해 이동 가능할 수 있고, 예를 들어, 광축에 수직인 평면에서 센서 어레이를 이동시키고/이동시키거나 광축 자체를 이동(예컨대, 광축의 평행 시프팅 및/또는 광축의 틸팅)시키는 것과 같이, 예를 들어, 구배를 따라 바람직하게는 자동적으로 이동 가능할 수 있다. 따라서, 센서 어레이의 평면에서 광 빔에 의해 생성된 광 스팟의 위치를 조정하기 위해 센서 어레이가 시프팅될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 광축은 하나 이상의 편향 소자 및/또는 하나 이상의 렌즈를 사용하는 것과 같은 적절한 소자를 사용함으로써 시프팅 및/또는 틸팅될 수 있다. 일 예로서, 이동은 하나 이상의 피에조 액추에이터 및/또는 하나 이상의 전자기 액추에이터 및/또는 하나 이상의 공압 또는 기계식 액추에이터와 같은 하나 이상의 적절한 액추에이터를 사용함으로써 발생될 수 있고, 예컨대, 광축의 평행 시프팅 및/또는 광축의 틸팅과 같이, 광축을 이동시키기 위해 빔 경로에서 하나 이상의 광학 소자를 이동 및/또는 시프팅 및/또는 틸팅시키고/틸팅시키거나 어레이를 이동 및/또는 시프팅시킬 수 있다. 평가 장치는 구체적으로, 예컨대, 광축에 수직인 평면에서 광축에 대한 센서 어레이의 상대 위치를 제어하도록 조정될 수 있다. 먼저, 센서 신호를 사용하여 센서 어레이상에서 광 빔에 의해 생성된 광 스팟의 적어도 하나의 횡 방향 위치를 결정하고, 다음에, 어레이 및/또는 광축을 이동시킴으로써, 예컨대, 광 스팟이 오프 센터링될 때까지 평면 내 어레이를 광축에 대해 이동시키고/이동시키거나 광 스팟이 오프 센터링될 때까지 렌즈를 틸팅함으로써, 광축에 대해 어레이를 상대적으로 이동시키도록 평가 장치가 구성된다는 것에서 조정 과정이 일어날 수 있다. 본 명세서에 사용되는, 횡 방향 위치는 광축에 수직인 평면 내의 위치일 수 있고, 이는 xy 평면으로도 지칭될 수 있다. 횡 방향 좌표의 측정을 위해, 일 예로서, 광학 센서의 센서 신호가 비교될 수 있다. 일 예로서, 센서 신호가 동일한 것으로 확인된 경우, 그리고 그에 따라 광 스팟이, 쿼드런트 다이오드의 중심과 같이, 광학 센서에 대해 대칭적으로 위치되는 것으로 결정되는 경우, 어레이의 광 스팟을 오프 센터링하기 위해 어레이의 시프팅 및/또는 렌즈의 틸팅이 일어날 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이, 광축으로부터 쿼드런트 광다이오드의 중심을 오프 센터링하는 것과 같이, 광축으로부터 어레이의 오프 센터링은 광 스팟이 광축 상에 위치하여 중심이 되는 일반적인 상황을 피하기 위한 단순한 출발점일 수 있다. 광축에 대해 어레이의 오프 센터링을 행함으로써, 광 스팟도 오프 센터링되어야 한다. 이것이 사실이 아닌 것으로 판명되는 경우, 즉, 광 스팟이 우발적으로 어레이의 중앙에 위치하여 모든 광학 센서를 동일하게 조명하는 경우, 광축에 대한 어레이의 전술한 시프팅이 바람직하게는 어레이 상의 광 스팟을 오프 센터링하기 위해 자동적으로 이루어질 수 있다. 이에 의해, 신뢰할 수 있는 거리 측정이 이루어질 수 있다.

또한, 전술한 결합 신호 Q의 사용은 거리 측정을 위한 매우 신뢰할 수 있는 방법이다. 반면에, 광 빔의 크기 또는 직경은 광 빔이 수신기 유닛을 향해 전파되는 송신기 유닛과 수신기 유닛 사이의 거리, 즉, 송신기 유닛의 종 방향 좌표에 의존하기 때문에, 제 1 및 제 2 센서 신호와 종 방향 좌표 사이에서 유일하고 모호하지 않은 관계가 존재할 수 있다. 후자에 대해, 예컨대, WO 2014/097181 A1과 같은 상술한 선행 기술 문헌 중 하나 이상을 참조할 수 있다. 사전 결정된 관계는, 예컨대, 제 1 및 제 2 센서 신호를 측정하는 측정값, 또는 종 방향 좌표의 함수로서 이 값들로부터 도출된 2차 신호, 또는 양쪽 모두와 같은 경험적 측정에 의해, 가우스 광 빔의 선형 조합을 가정하는 것과 같은 분석적 고려 사항에 의해 결정될 수 있다.

전술한 바와 같이, 구체적으로, 쿼드런트 광다이오드가 사용될 수 있다. 일 예로서, 시판되는 쿼드런트 광다이오드를 통합하여, 4개의 광학 센서, 예컨대, D-82211 Herrsching am Ammersee, Germany 소재의 Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH 제품인, UV 스펙트럼 범위에서 근적외선 스펙트럼 범위에 민감한 S4349 타입의 쿼드런트 Si PIN 광다이오드와 같은 하나 이상의 쿼드런트 광다이오드를 제공할 수 있다. 광학 센서의 어레이가 사용되는 경우, 어레이는 네이키드 칩일 수 있거나, TO-5 금속 패키지로 캡슐화된 것과 같은 캡슐화된 어레이일 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, Fourth Floor, St Andrews House, West Street Woking Surrey, GU21 6EB, England 소재의 TT Electronics사의 제품인 TT Electronics OPR5911과 같은 표면 장착 장치가 사용될 수 있다. 다른 광학 센서도 사용될 수 있음을 유의해야 한다.

또한, 정확히 하나의 쿼드런트 광다이오드를 사용하는 옵션 외에, 둘 이상의 쿼드런트 광다이오드가 사용될 수도 있음을 유의해야 한다. 따라서, 일 예로서, 제 1 쿼드런트 광다이오드는, 전술한 바와 같이, 거리 측정용으로 사용될 수 있어서, 2개 이상의 광학 센서를 제공할 수 있다. 또 다른 쿼드런트 광다이오드가, 예컨대, 제 1 쿼드런트 광다이오드의 빔 경로로부터 분기된 제 2 부분 빔 경로에서, 예를 들어, 적어도 하나의 횡 방향 좌표 x 및/또는 y를 사용하기 위한 횡 방향 위치 측정을 위해 사용될 수 있다. 제 2 쿼드런트 광다이오드는, 일 예로서, 광축의 축 상에 위치될 수 있다.

또한, 하나 이상의 쿼드런트 광다이오드를 사용하는 옵션 외에도, 하나 이상의 쿼드런트 광다이오드 또는 추가 광다이오드 어레이가 또한 서로 가까이 배치되거나 조립된 개별 광다이오드로 대체되거나 모방될 수 있으며, 바람직하게는 장방형 매트릭스(예컨대, 2×2 매트릭스)와 같은 대칭 형상으로 대체되거나 모방될 수 있음에 유의해야 한다. 그러나, 추가의 배열도 가능하다. 이러한 배열체 또는 어셈블리에서, 광다이오드는 단일 하우징 또는 마운트의 모든 광다이오드나, 하나의 하우징 또는 마운트 내의 광다이오드 그룹, 또는 개별 하우징 또는 마운트의 각 광다이오드와 같이, 하우징 또는 마운트 내에 배열되거나 조립될 수 있다. 또한, 광다이오드는 회로 기판 상에 직접 조립될 수도 있다. 이러한 배열체 또는 어셈블리에서, 광다이오드는 광다이오드의 활성 영역 사이의 분리가 1cm 미만, 바람직하게는 1mm 미만, 더욱 바람직하게는 가능한 한 작은 구별되는 값으로 되도록 배열될 수 있다. 또한, 측정을 악화시킬 수 있는 광학 반사, 왜곡 등을 피하기 위해, 활성 영역 사이의 공간은 비어 있거나 재료, 바람직하게는 검은 실리콘, 검은 폴리옥시메틸렌 등의 검은 폴리머와 같은 광 흡수 재료, 더욱 바람직하게는 검은 세라믹과 같은 광 흡수 및 전기 절연 재료 또는 검은 실리콘 등과 같은 검은 절연 폴리머로 채워질 수 있다. 또한, 광다이오드 분리의 확실한 값은 또한 플라스틱 분리기(plastic separator)와 같은 광다이오드 사이에 별개의 빌딩 블록을 추가함으로써 실현될 수 있다. 추가의 실시예도 가능하다. 활성 영역 사이의 거리가 최소인 2×2 장방형 매트릭스와 같은 유사한 구성으로 배열된 단일 다이오드에 의해 쿼드런트 광다이오드를 대체함으로써 광 검출기에 대한 비용을 더욱 최소화할 수 있다. 또한, 쿼드런트 다이오드로부터의 2개 이상의 다이오드는 단일 감광 영역을 형성하기 위해 병렬 또는 직렬로 연결될 수 있다.

또한, 수신기 유닛은, 각도 의존적 광학 소자에 충돌할 때, 광 빔의 입사각에 따라 빔 프로파일을 포함하도록 송신기 유닛으로부터 수신기 유닛으로 이동하는 광 빔을 적응시키도록 구성된 적어도 하나의 각도 의존적 광학 소자를 포함할 수 있다. 각도 의존적 광학 소자는, 적어도 하나의 광 섬유, 특히, 적어도 하나의 다중 분기된 광 섬유, 특히, 적어도 하나의 이중 분기된 광 섬유와, 검출기의 광축에 수직인 적어도 하나의 평면, 특히, 적어도 하나의 마이크로렌즈 어레이로 배열된 적어도 하나의 렌즈 어레이와, 적어도 하나의 광 간섭 필터, 적어도 하나의 비선형 광학 소자, 특히, 하나의 복굴절 광학 소자, 적어도 하나의 액정 필터 및 적어도 하나의 편광 필터로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 광학 소자를 포함할 수 있다. 광학 센서의 각각은 각도 의존적 광학 소자에 의해 생성된 광 빔에 의해 각각의 감광 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 디자인될 수 있다. 평가 장치는 센서 신호로부터의 결합 신호 Q를 평가함으로써, 송신기 유닛의 적어도 하나의 종 방향 좌표 z를 결정하도록 구성될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 "각도 의존적 광학 소자"라는 용어는, 각도 의존적 광학 소자에 충돌할 때, 입사각에 따라 빔 프로파일을 포함하도록 송신기 유닛에 의해 생성된 광 빔을 적응시키도록 구성된 광학 소자를 의미한다. 특히, 각도 의존적 광학 소자는 입사광 빔의 빔 프로파일에 영향을 미치고/미치거나 해당 빔 프로파일을 변경 및/또는 조정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각도 의존적 광학 소자는 각도 의존적 투과 특성, 각도 의존적 반사 특성 또는 각도 의존적 흡수 특성 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 입사각은 각도 의존적 광학 소자의 광축에 대해 측정될 수 있다.

각도 의존적 광학 소자의 제 1 측면, 예를 들어, 표면 및/또는 입구에 충돌하는 전자기파는 각도 의존적 광학 소자의 특성에 따라 부분적으로 흡수 및/또는 반사 및/또는 투과될 수 있다. "흡수"라는 용어는 각도 의존적 광학 소자에 의한 입사광 빔의 출력 및/또는 강도의 감소를 의미한다. 예를 들어, 입사광 빔의 출력 및/또는 강도는 각도 의존적 광학 소자에 의해 열 또는 다른 유형의 에너지로 변환될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "전송"이라는 용어는 광축에 대하여 각도가 90° 이상인 반 공간(half-space) 내의 각도 의존적 광학 소자 외부에서 측정 가능한 전자기파의 일부를 의미한다. 예를 들어, 전송은 각도 의존적 광학 소자의 제 1 측면에 충돌하고, 각도 의존적 광학 소자를 관통하고, 각도 의존적 광학 소자를 제 2 측면, 예를 들어, 반대 측면 및/또는 출구에 남겨두는 전자기파의 나머지 부분일 수 있다. "반사"라는 용어는 광축에 대하여 각도가 90° 미만인 반 공간에서 각도 의존적 광학 소자 외부에서 측정 가능한 전자기파의 일부를 의미한다. 예를 들어, 반사는 각도 의존적 광학 소자와의 상호 작용으로 인한 입사광 빔의 파면 방향의 변화일 수 있다.

각도 의존적 광학 소자에 충돌하는 전자기파의 총 출력은 각도 의존적 광학 소자에 의해 적어도 3개의 구성 요소, 즉, 흡수 구성 요소, 반사 구성 요소 및 전송 구성 요소로 분포될 수 있다. 전송도는 각도 의존적 광학 소자에 충돌하는 전자기파의 총 출력에 의해 정규화된 전송 구성 요소의 출력으로 정의될 수 있다. 흡수도는 각도 의존적 광학 소자에 충돌하는 전자기파의 총 출력에 의해 정규화된 흡수 구성 요소의 출력으로 정의될 수 있다. 반사도는 각도 의존적 광학 소자에 충돌하는 전자기파의 총 출력에 의해 정규화된 반사 구성 요소의 출력으로 정의될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 "각도 의존적 전송"은 입사광 빔이 각도 의존적 광학 소자에 충돌하는 입사각에 따라 전송도가 달라진다는 것을 의미한다. 각도 의존적 광학 소자는 적어도 하나의 전송 장치 뒤에 전파 방향으로 배열될 수 있다. 각도 의존적 광학 소자 및 전송 장치는 광 빔이 각도 의존적 광학 소자에 충돌하기 전에 전송 장치를 통과하도록 배열될 수 있다. 각도 의존적 광학 소자는 광 빔이 전송 장치와 전송 장치의 초점 위치 사이의 각도 의존적 광학 소자에 충돌하도록 배열될 수 있다. 적어도 하나의 전송 장치를 사용하면, 종 방향 좌표 측정의 강건성을 더욱 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 전송 장치는 적어도 하나의 시준 렌즈(collimating lens)를 포함할 수 있다. 각도 의존적 광학 소자는 더 작은 각도로 충돌하는 광선에 비해 더 큰 각도로 충돌하는 광선을 약화시키도록 디자인될 수 있다. 예를 들어, 전송도는 광축에 평행한 광선, 즉, 0°에서 가장 높을 수 있고, 더 큰 각도에서 감소될 수 있다. 특히, 적어도 하나의 컷오프 각도에서의 전송도는 급격히 0으로 떨어질 수 있다. 따라서, 입사각이 큰 광선은 컷오프될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 "각도 의존적 흡수"라는 용어는 입사광 빔이 각도 의존적 광학 소자에 충돌하는 입사각에 따라 흡수도가 달라진다는 것을 의미한다. 본 명세서에 사용되는 "각도 의존적 흡수성"이라는 용어는 입사광 빔이 각도 의존적 광학 소자에 충돌하는 입사각에 따라 흡수도가 달라진다는 것을 의미한다. 예를 들어, 송신기 유닛으로부터 수신기 유닛으로 전파되는 광 빔의 광자 에너지 및/또는 강도는 입사각에 따라 감소될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "각도 의존적 반사"라는 용어는 입사광 빔이 각도 의존적 광학 소자에 충돌하는 입사각에 따라 반사도가 달라진다는 것을 의미한다.

예를 들어, 각도 의존적 광학 소자는 적어도 하나의 광 섬유를 포함한다. 구체적으로, 각도 의존적 광학 소자는 적어도 하나의 광학 측정 섬유를 포함한다. 광 섬유는 반사 효과를 무시하고, 광 섬유에 평행하게, 즉, 0°의 각도로 입사되는 광선에 대해 전송도가 최고로 되도록 디자인될 수 있다. 더 큰 각도, 예를 들어, 1° 내지 10°의 각도에 대해, 전송도가 평행광선에 대한 전송도의 약 80%로 완만하게 감소할 수 있고, 이 수준에서 광 섬유의 수용 각도까지 일정하게 유지될 수 있도록 광 섬유가 디자인될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 "수용 각도"라는 용어는 광선이 광 섬유 밖으로 반사되도록 광 섬유 내의 전반사가 불가능한 각도를 의미할 수 있다. 광 섬유는 수용 각도에서 전송도가 0으로 급격히 떨어지도록 디자인될 수 있다. 입사각이 큰 광선이 컷오프될 수 있다.

광 섬유는 광 섬유의 양단 사이에서 흡수 및/또는 반사되지 않는 입사광 빔의 적어도 일부를 전송하도록 구성될 수 있다. 광 섬유는 길이가 길 수 있고, 원거리 전송을 허용하도록 구성될 수 있다. 광 섬유는 실리카, 알루미노실리케이트 유리, 게르만 실리케이트 유리, 플루오로지르코네이트, 희토류 도핑된 유리, 플루오라이드 유리, 칼코게나이드 유리, 사파이어, 도핑된 변이체, 특히, 실리카 유리, 인산염 유리, PMMA, 폴리스티렌, 폴리(퍼플루오로-부텐일비닐 에테르) 등과 같은 플루오로 중합체 등으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 광 섬유는 단일 모드 또는 다중 모드 섬유일 수 있다. 광 섬유는 스텝 인덱스형 섬유(step index fiber), 편광 섬유, 편광 유지 섬유, 플라스틱 광 섬유 등일 수 있다. 광 섬유는 섬유 코어로서 굴절률(index of refraction)이 더 낮은 적어도 하나의 섬유 피복(fiber cladding)에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 섬유 코어를 포함할 수 있다. 또한, 섬유 피복은 이중 또는 다중 피복일 수 있다. 섬유 피복은 소위 외부 재킷(outer jacket)을 포함할 수 있다. 섬유 피복은 광 섬유를 손상 및 습기로부터 보호하도록 구성된 소위 버퍼로 코팅될 수 있다. 버퍼는 적어도 하나의 UV 경화 우레탄 아크릴레이트 복합재 및/또는 적어도 하나의 폴리이미드 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 섬유 코어의 굴절률은 섬유 피복재의 굴절률보다 높을 수 있고, 광 섬유는 수용 각도 미만의 내부 전반사에 의해 입사광 빔을 안내하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 광 섬유는 광자 밴드 갭 섬유라고도 불리는 적어도 하나의 중공 코어 섬유(hollow core fiber)를 포함할 수 있다. 중공 코어 섬유는 본질적으로 소위 중공 영역 내로 입사광 빔을 안내하도록 구성될 수 있고, 여기서, 광 빔의 소량이 섬유 피복재로의 전파로 인해 손실된다.

광 섬유는 섬유의 단부에 하나 이상의 섬유 커넥터를 포함할 수 있다. 광 섬유는 코어리스 엔드 캡(coreless end cap)과 같은 엔드 캡을 포함할 수 있다. 광 섬유는 광 섬유 커플러, 광 섬유 브래그 격자(FBG: Fiber Bragg Grating), 광 섬유 편광자, 광 섬유 증폭기, 광 섬유 결합 다이오드 레이저, 광 섬유 시준기(collimator), 광 섬유 조인트, 광 섬유 스플라이싱, 광 섬유 커넥터, 기계적 스플라이싱, 융합 스플라이싱과 같은 것들 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 광 섬유는 폴리머 코팅을 포함할 수 있다.

광 섬유는 2개 이상의 섬유를 포함할 수 있다. 광 섬유는 적어도 하나의 다중 분기된 광 섬유(multifurcated optical fiber), 특히, 적어도 하나의 이중 분기된 광 섬유(bifurcated optical fiber)일 수 있다. 예를 들어, 이중 분기된 광 섬유는 2개의 섬유, 특히, 적어도 하나의 제 1 섬유 및 적어도 하나의 제 2 섬유를 포함할 수 있다. 제 1 섬유 및 제 2 섬유는 이중 분기된 광 섬유의 입구 단부에서 서로 근접하여 배치될 수 있고, 이중 분기된 광 섬유의 출구 단부에서 소정 거리만큼 분리된 2개의 레그로 분할될 수 있다. 제 1 및 제 2 섬유는 특성이 동일한 섬유로 디자인되거나 상이한 유형의 섬유일 수 있다. 제 1 섬유는 적어도 하나의 제 1 전송광 빔을 생성하도록 구성될 수 있고, 제 2 섬유는 적어도 하나의 제 2 전송광 빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 이중 분기된 광 섬유는 입사광 빔이 제 1 섬유로의 제 1 입사각 및 제 1 입사각과는 다른 제 2 입사각으로 제 2 섬유와 충돌할 수 있도록 배열될 수 있고, 그로 인해 제 1 전송광 빔과 제 2 전송광 빔의 전송도는 서로 상이하다. 광학 센서 중 하나는 제 1 섬유의 출구 단부에 배열될 수 있고, 다른 광학 센서는 제 2 섬유의 출구 단부에 배열될 수 있다. 광 섬유는 2개 초과의 섬유, 예를 들어, 3개, 4개 이상의 섬유를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다중 분기된 광 섬유는 다수의 섬유를 포함할 수 있으며, 여기서, 각각의 섬유는 코어, 피복, 버퍼, 재킷 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 하나 이상의 섬유는 섬유의 일단(one end)에서와 같이 섬유가 서로 가깝게 유지되도록 하기 위해 폴리머 호스와 같은 추가 재킷에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 묶일 수 있다. 모든 광 섬유는 개구 수가 동일할 수 있다. 모든 광 섬유는 송신기 유닛으로부터 수신기 유닛으로 전파되는 광 빔이 전송 장치와 전송 장치의 초점 위치 사이의 모든 광 섬유에 충돌하도록 배열될 수 있다. 광 섬유는 송신기 유닛으로부터 수신기 유닛으로 전파되는 광 빔이 광 섬유에 충돌하는, 광축을 따른 위치가 모든 광 섬유에 대해 동일하도록 배열될 수 있다. 다른 배열이 가능할 수 있다.

수신기 유닛은 복수의 광 섬유, 예를 들어, 복수의 단일 광 섬유 또는 복수의 다중 분기된 광 섬유를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 섬유는 광 섬유 묶음으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 수신기 유닛은 복수의 단일 광 섬유, 예를 들어, 특성이 동일한 광 섬유를 포함할 수 있다. 광 섬유, 즉, 단일 광 섬유 또는 다중 분기된 광 섬유는 입사광 빔이 각각의 광 섬유에 대해 상이한 입사각으로 충돌하여 전송도가 광 섬유마다 상이하도록 배열될 수 있다. 각각의 광 섬유의 출구 단부에서 적어도 하나의 광학 센서가 배열될 수 있다. 대안적으로, 적어도 2개의 광 섬유가 동일한 광학 센서를 사용할 수 있다. 광 섬유의 단부에서 광학 센서는 광학 센서를 향하여 광 섬유를 나가는 광 빔의 휘도 출력의 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 더욱 바람직하게는 99% 이상이 적어도 하나의 광학 센서에 충돌하도록 배열될 수 있다. 각도 의존적 광학 소자가 광 섬유인 경우, 결합 신호 Q를 최적화하기 위한 전송 장치에 관한 광학 센서 및/또는 각도 의존적 광학 소자의 상대적인 위치는 송신기 유닛으로부터 수신기 유닛으로 진행하는 광 빔이 각도 의존적 광학 소자에 충돌하는 위치에 의해 획득될 수 있다. 특히, 송신기 유닛으로부터 수신기 유닛으로 이동하는 광 빔이 광 섬유 상에 충돌하는 전송 장치에 대한 위치는 동적 범위가 넓은 결합 신호 Q를 얻도록 최적화될 수 있다. 또한, 광학 셋업의 최적화와 관련하여, 각도 의존적 광학 소자가 광 섬유인 경우에 광 빔이 광 섬유에 충돌하는 위치는 각도 의존적 광학 소자가 간섭 필터와 같이 섬유가 아닌 경우에 광 빔이 광학 센서에 충돌하는 위치에 대응한다.

추가적인 양태에서, 본 발명은 송신기 유닛 및 수신기 유닛을 포함하는 적어도 하나의 장치를 사용하여 적어도 하나의 영역을 광학적으로 감시하는 방법을 개시한다. 이 장치는 전술한 광학 감시용 장치를 참조하는 하나 이상의 실시예에 따르거나 이하에 더 상세히 개시되는 바와 같은 본 발명에 따른 장치일 수 있다. 여전히, 다른 유형의 장치가 사용될 수 있다. 이 방법은 다음의 방법 단계를 포함하고, 여기서, 방법 단계는 주어진 순서 또는 상이한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 열거되지 않은 하나 이상의 추가적인 방법 단계가 존재할 수 있다. 또한, 하나, 둘 이상 또는 심지어 모든 방법 단계가 반복적으로 수행될 수 있다.

방법은,

- 적어도 하나의 조명원을 구비하는 송신기 유닛을 제공하는 단계 ― 조명원은, 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 디자인되고, 각각의 광 빔은 빔 프로파일을 포함하며, 각각의 광 빔은 수신기 유닛으로 전파되도록 지정되어 적어도 하나의 감시 영역을 통과함 ― 와,

- 적어도 하나의 전송 장치, 적어도 2개의 광학 센서 및 평가 장치를 구비하는 수신기 유닛을 제공하는 단계 ― 전송 장치는 조명원으로부터 적어도 2개의 광학 센서로 전파되는 적어도 하나의 입사광 빔에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이를 포함하고 광축을 포함하며 좌표계를 구성하고, 종 방향 좌표 l은 광축을 따른 좌표이고, d는 광축으로부터의 공간 오프셋이며, 각 광학 센서에는 적어도 하나의 감광 영역이 마련되고, 각 광학 센서는 광 빔에 의한 각각의 감광 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 디자인되며, 광학 센서 중 2개는 2개의 광학 센서의 감광 영역이 그들의 종 방향 좌표, 공간 오프셋 또는 표면 영역 중 적어도 하나에서 서로 상이한 방식으로 배열됨 ― 와,

- 송신기 유닛으로부터 수신기 유닛으로 전파되는 광 빔으로 적어도 하나의 감시 영역을 통과하여 수신기 유닛의 적어도 2개의 광학 센서의 감광 영역의 각각을 조명하는 적어도 하나의 광 빔을 생성하는 단계 ― 이로 인해, 각각의 감광 영역은 적어도 하나의 센서 신호를 생성함 ―, 및

- 센서 신호를 평가함으로써, 먼저 센서 신호를 평가함으로써, 적어도 하나의 감시 영역을 통과할 때, 적어도 하나의 광 빔의 빔 프로파일의 변화와, 송신기 유닛의 위치의 적어도 하나의 성분의 변화 중 적어도 하나의 변화를 모니터링하여 출력을 생성하는 단계 ― 성분은, 센서 신호로부터의 결합 신호 Q를 평가하여 전송 장치의 좌표계에 대해 결정됨 ― 를 포함한다.

방법은 해당 출력에 기초하여 적어도 하나의 동작을 개시하는 단계를 더 포함하고, 여기서, 적어도 하나의 동작은 적어도 하나의 정보를 제공하는 것, 적어도 하나의 경고를 생성하는 것, 적어도 하나의 명령을 유도하는 것, 출력 신호를 변경하는 것 중 적어도 하나가 선택된다. 세부 사항, 옵션 및 정의에 관해서는, 상술한 바와 같은 장치를 참조할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 전술하거나 또는 더 상세히 후술하는 하나 이상의 실시예와 같이, 본 발명에 따른 장치의 용도는, 사용 목적에 따라, 감시 영역에 위치된 적어도 하나의 기기를 모니터링하는 것과, 감시 영역에 위치된 적어도 하나의 기기와 관련된 고의적 조작과 의도적이지 않은 조작을 구분하는 것 및 안전 기능의 고장을 나타내는 것으로 이루어진 그룹 중에서 선택되어 제안된다.

본 발명에 따른 장치의 추가 사용과 관련하여 WO 2018/091649 A1, WO 2018/091638 A1 및 WO 2018/091640을 참조하고, 그 내용은 참조로서 여기에 포함된다.

전반적으로, 본 발명과 관련하여, 다음의 실시예가 바람직한 것으로 간주된다.

실시예 1: 적어도 하나의 영역을 광학적으로 감시하는 장치로서, 송신기 유닛과 수신기 유닛을 포함하고,

송신기 유닛은 적어도 하나의 조명원을 구비하고, 여기서, 조명원은 빔 프로파일을 포함하는 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 디자인되고, 각 광 빔은 수신기 유닛으로 전파되도록 지정되어 적어도 하나의 감시 영역을 통과하고,

수신기 유닛은,

- 적어도 하나의 전송 장치 ― 해당 전송 장치는 조명원에서 적어도 2개의 광학 센서로 전파되는 적어도 하나의 입사광 빔에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이를 포함하고, 광축을 포함하고, 좌표계를 구성하며, 여기서, 종 방향 좌표 l은 광축을 따르는 좌표이고, d는 광축으로부터의 공간 오프셋임 ― 와,

- 적어도 2개의 광학 센서 ― 각각의 광학 센서는 적어도 하나의 감광 영역(light sensitive area)을 포함하고, 광 빔에 의해 각각의 감광 영역을 조명하는 것에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 디자인되며, 광학 센서 중 2개는 2개의 광학 센서의 감광 영역이 그들의 종 방향 좌표, 공간 오프셋 또는 표면 영역 중 적어도 하나에서 서로 다른 방식으로 배열됨 ―, 및

- 적어도 하나의 평가 장치 ― 평가 장치는 먼저 센서 신호를 평가함으로써, 적어도 하나의 감시 영역을 통과할 때, 적어도 하나의 광 빔의 빔 프로파일의 변화와, 나아가 송신기 유닛의 위치에 대한 적어도 하나의 성분의 변화 중 적어도 하나의 변화를 모니터링하여 출력을 생성하도록 구성되고, 여기서, 성분은 센서 신호로부터 결합 신호 Q를 평가함으로써 전송 장치의 좌표계에 대해 결정됨 ― 를 포함한다.

실시예 2: 선행 실시예에 따른 장치에서, 평가 장치는 출력에 기초하여 적어도 하나의 동작을 개시하도록 추가 구성되며, 여기서, 적어도 하나의 동작은 적어도 하나의 정보를 제공하는 것, 적어도 하나의 경고를 생성하는 것, 적어도 하나의 명령을 유도하는 것, 출력 신호를 변경하는 것 중에서 적어도 하나가 선택된다.

실시예 3: 선행 실시예에 따른 장치에서, 평가 장치는 이벤트 시간에 정보를 할당하고, 정보 로그에 이벤트 시간과 정보의 조합을 저장하도록 추가 구성된다.

실시예 4: 2개의 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 장치에서, 경고는 시각, 청각 또는 촉각 경고 신호를 포함한다.

실시예 5: 3개의 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 장치에서, 명령은 적어도 하나의 기기의 셧다운을 개시하는 것을 포함한다.

실시예 6: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 장치에서, 송신기 유닛은 적어도 하나의 변조원(modulation source)을 더 포함하고, 변조원은 변조 패턴을 전달하는 적어도 하나의 광 빔을 생성하기 위해 변조원이 조명원에 충돌하는 방식으로 변조 패턴을 생성하도록 구성된다.

실시예 7: 선행 실시예에 따른 장치에서, 변조 패턴은 의사 랜덤 변조 패턴, Aiken 코드, BCD 코드, Gillham 코드, Stibitz 코드, 원-핫 코드(one-hot code) 및 그레이 코드(gray code)로 이루어진 그룹 중에서 선택된다.

실시예 8: 2개의 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 장치에서, 변조 패턴은 장방형 펄스 패턴(rectangular pulse pattern), 50:50 장방형 패턴(50:50 rectangular pattern), 정현파 패턴(sinusoidal pattern), 주기적 펄스 패턴으로 이루어진 그룹 중에서 선택된다.

실시예 9: 2개의 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 장치에서, 송신기 유닛은 적어도 2개의 조명원을 포함하고, 조명원의 각각은 개별 변조 패턴에 의해 변조되도록 디자인되고, 2개의 조명원의 개별 변조 패턴은 서로 상이하다.

실시예 10: 3개의 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 장치에서, 송신기 유닛은 각 조명원에 대한 개별 변조원을 포함하거나, 또는 송신기 유닛은 단일 변조원에 의해 적어도 2개의 조명원의 개별 충돌을 스위칭하도록 지정되어 있는 멀티플렉서를 더 포함한다.

실시예 11: 2개의 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 장치에서, 평가 장치는 개별 조명원에 개별 변조 패턴을 할당하도록 지정된다.

실시예 12: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 장치에서, 송신기 유닛과 수신기 유닛 사이에 커넥션을 더 포함하고, 이 커넥션은 송신기 유닛과 수신기 유닛 사이의 동기화를 제공하도록 디자인된다.

실시예 13: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 장치에서, 적어도 하나의 조명원으로부터 적어도 2개의 광학 센서로 전파되는 적어도 하나의 광 빔에 의해 충돌하도록 디자인된 적어도 하나의 반사 타겟을 더 포함한다.

실시예 14: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 장치에서, 2개의 광학 센서는,

- 제 1 감광 영역으로 이루어진 적어도 하나의 제 1 광학 센서 ― 제 1 광학 센서는 송신기 유닛으로부터 수신기 유닛으로 전파되는 광 빔에 의한 제 1 감광 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 1 센서 신호를 생성하도록 구성됨 ―, 및

- 제 2 감광 영역으로 이루어진 적어도 하나의 제 2 광학 센서 ― 제 2 광학 센서는 광 빔에 의한 제 2 감광 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 2 센서 신호를 생성하도록 구성되고, 제 1 감광 영역은 제 2 감광 영역보다 작음 ― 로 배열되며,

여기서, 평가 장치는 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가하여 출력을 생성하도록 구성된다.

실시예 15: 선행 실시예에 따른 장치에서, 평가 장치는 제 1 센서 신호 또는 제 2 센서 신호의 변경을 모니터링함으로써 적어도 하나의 출력을 생성하도록 추가 디자인된다.

실시예 16: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 장치에서, 송신기 유닛과 수신기 유닛은 광학 센서 중 적어도 하나의 센서 신호가 최고 센서 신호인 방식으로 서로에 대해 배열된다.

실시예 17: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 장치에서, 평가 장치는 조명원에 의해 생성된 적어도 하나의 광 빔에 대한 적어도 하나의 기준 빔 프로파일 및 송신기 유닛 위치의 적어도 하나의 성분에 대한 적어도 하나의 기준 성분을 사용함으로써 출력을 생성하도록 추가 디자인된다.

실시예 18: 선행 실시예에 따른 장치에서, 적어도 하나의 기준 빔 프로파일 및 적어도 하나의 기준 성분은 티칭 단계 동안 저장된다.

실시예 19: 송신기 유닛 및 수신기 유닛을 구비하는 적어도 하나의 장치를 사용하여 적어도 하나의 영역을 광학적으로 감시하는 방법으로서,

- 적어도 하나의 조명원을 구비하는 송신기 유닛을 제공하는 단계 ― 조명원은, 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 디자인되고, 각각의 광 빔은 빔 프로파일을 포함하며, 수신기 유닛으로 전파되도록 지정되어 적어도 하나의 감시 영역을 통과함 ― 와,

- 적어도 하나의 전송 장치, 적어도 2개의 광학 센서 및 평가 장치를 구비하는 수신기 유닛을 제공하는 단계 ― 전송 장치는 조명원으로부터 적어도 2개의 광학 센서로 전파되는 적어도 하나의 입사광 빔에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이를 포함하고, 광축을 포함하고, 좌표계를 구성하며, 종 방향 좌표 l은 광축을 따른 좌표이고, d는 광축으로부터의 공간 오프셋이며, 각 광학 센서에는 적어도 하나의 감광 영역이 마련되고, 각 광학 센서는 광 빔에 의한 각각의 감광 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 디자인되며, 광학 센서 중 2개는 2개의 광학 센서의 감광 영역이 그들의 종 방향 좌표, 공간 오프셋 또는 표면 영역 중 적어도 하나에서 서로 상이한 방식으로 배열됨 ― 와,

- 송신기 유닛으로부터 수신기 유닛으로 전파되는 광 빔으로 적어도 하나의 감시 영역을 통과하여 수신기 유닛의 적어도 2개의 광학 센서의 감광 영역의 각각을 조명하는 적어도 하나의 광 빔을 생성하는 단계 ― 이로 인해, 각각의 감광 영역은 적어도 하나의 센서 신호를 생성함 ―, 및

- 센서 신호를 평가하고, 그에 따라 먼저 센서 신호를 평가함으로써, 적어도 하나의 감시 영역을 통과할 때, 적어도 하나의 광 빔의 빔 프로파일의 변화와, 송신기 유닛의 위치의 적어도 하나의 성분의 변화 중 적어도 하나의 변화를 모니터링하여 출력을 생성하는 단계 ― 성분은, 센서 신호로부터의 결합 신호 Q를 평가하여 전송 장치의 좌표계에 대해 결정됨 ― 를 포함한다.

실시예 20: 이전 실시예에 따른 방법에서, 해당 출력에 기초하여 적어도 하나의 동작을 개시하는 단계를 더 포함하고, 여기서, 적어도 하나의 동작은 적어도 하나의 정보를 제공하는 것, 적어도 하나의 경고를 생성하는 것, 적어도 하나의 명령을 유도하는 것, 출력 신호를 변경하는 것 중 적어도 하나가 선택된다.

실시예 21: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 장치의 용도로서, 사용 목적을 위해, 감시 영역에 위치된 적어도 하나의 기기를 모니터링하는 것과, 감시 영역에 위치된 적어도 하나의 기기와 관련된 고의적 조작과 의도적이지 않은 조작을 구분하는 것 및 안전 기능의 고장을 나타내는 것으로 이루어진 그룹 중에서 선택된다.

본 발명의 특징 및 추가의 선택적인 상세한 설명은 종속항과 함께 이하의 바람직한 예시적인 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다. 이러한 맥락에서, 특정 특징은 개별 방식으로 또는 다른 특징과 결합하여 구현될 수 있다. 본 발명은 예시적인 실시예에 제한되지 않는다. 예시적인 실시예가 도면에 개략적으로 도시된다. 각 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 소자 또는 동일한 기능을 갖는 소자, 또는 그 기능과 관련하여 서로 상응하는 소자를 지칭한다.
구체적으로, 도면에서,
도 1은 본 발명에 따른 광학 감시용 장치의 제 1 예시적인 실시예를 도시한다.
도 2는 장치의 제 2 예시적인 실시예를 도시한다.
도 3은 장치의 제 3 예시적인 실시예를 도시한다.

도 1은 적어도 하나의 영역(112)을 광학 감시용 장치(110)의 제 1 예시적인 실시예를 도시한다. 도 1의 실시예에서, 장치(110)는 광 배리어, 특히 단방향 광 배리어로서 디자인될 수 있다. 장치(110)는 송신기 유닛(114) 및 수신기 유닛(116)을 포함한다. 송신기 유닛(114)은 적어도 하나의 조명원(118)을 포함한다. 조명원은 적어도 하나의 광원(120)이거나 이를 포함할 수 있다. 광원(120)은 적어도 하나의 다중 빔 광원이거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원은 적어도 하나의 레이저 소스 및 하나 이상의 DOE(Diffractive Optical Element)를 포함할 수 있다. 조명원(118)은 빔 프로파일을 포함하는 적어도 하나의 광 빔(122)을 생성하도록 디자인된다. 각각의 광 빔(122)은 수신기 유닛(116)으로 전파되도록 지정되어, 적어도 하나의 감시 영역(124)을 통과한다. 장치(110)는 광 빔이 송신기 유닛(114)으로부터 장치(110)의 광축(126)을 따라 수신기 유닛(116)을 향해 전파되도록 구성될 수 있다.

장치(110)는 송신기 유닛(114)과 수신기 유닛(116) 사이의 커넥션(128)을 포함할 수 있다. 커넥션은 송신기 유닛(144)과 수신기 유닛(116) 사이에서 동기화를 제공하도록 디자인될 수 있다. 송신기 유닛(114)과 수신기 유닛(116) 사이의 동기화는 와이어로 결속될 수 있고/있거나 적어도 하나의 광 동기화 경로를 사용하여 구현될 수 있다. 커넥션은 유선 연결이 불필요한 무선 연결인 것이 바람직할 수 있다. 커넥션(128)은 또한 기술 및/또는 안전 기능을 위해 구성될 수 있다.

구체적으로, 조명원(118)은 적어도 하나의 레이저 및/또는 레이저 광원을 포함할 수 있다. 반도체 레이저와 같은 다양한 형태의 레이저가 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, LED 및/또는 전구와 같이 비레이저 광원이 사용될 수 있다. 조명원(118)은 점 구름(cloud of points)을 생성 및/또는 투영하도록 적응될 수 있고, 예를 들어, 조명원(118)은 적어도 하나의 DLP(Digital Light Processing) 프로젝터, 적어도 하나의 LCoS 프로젝터, 적어도 하나의 공간 광 변조기와, 적어도 하나의 회절 광학 소자와, 적어도 하나의 발광 다이오드 어레이 및 적어도 하나의 레이저 광원 어레이 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 조명원(118)은 인공 조명원, 특히, 적어도 하나의 레이저 광원 및/또는 적어도 하나의 백열 램프 및/또는 적어도 하나의 반도체 광원, 예를 들어, 적어도 하나의 발광 다이오드, 특히, 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 일 예로서, 조명원(118)에 의해 방출된 광의 파장은 300 내지 1,000nm, 특히, 500 내지 1,000nm일 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 예컨대, 780nm 내지 3.0㎛ 범위의 적외선 스펙트럼 범위의 광이 사용될 수 있다. 구체적으로는, 700nm 내지 1,000nm의 범위에서 실리콘 광다이오드가 적용될 수 있는 근적외선 영역 부분의 광이 사용될 수 있다. 일반적으로 정의된 빔 프로파일 및 처리 가능한 다른 특성으로 인해, 적어도 하나의 레이저 광원을 조명원으로 사용하는 것이, 특히, 바람직하다. 조명원(118)은 광학 감시용 장치(110)의 하우징 내에 통합될 수 있다.

감시 영역(124)을 통과하는 광 빔(122)은 덜 시준될 수 있으며, 예컨대, 광 빔은 조명원(118)으로부터의 거리에 따라 약간 확장될 수 있으며, 이는 광 배리어의 셋업을 용이하게 한다. 송신기 유닛(114)은 광원(120)에 의해 생성된 광 빔을 시준하도록 구성된 적어도 하나의 전송 장치(130)를 포함할 수 있다.

송신기 유닛(114)은 또한 변조 장치로도 지칭되는 적어도 하나의 변조원(132)을 포함할 수 있다. 변조원(132)은 변조 패턴을 전달하는 적어도 하나의 광 빔을 생성하기 위해 변조원(132)이 조명원(118)에 충돌하는 방식으로 변조 패턴을 생성하도록 구성될 수 있다. 변조 패턴은 의사 랜덤 변조 패턴, Aiken 코드, BCD 코드, Gillham 코드, Stibitz 코드, 원-핫 코드(one-hot code) 및 그레이 코드(gray code)로 이루어진 그룹 중에서 선택될 수 있다. 변조 패턴은 장방형 펄스 패턴(rectangular pulse pattern), 50:50 장방형 패턴(50:50 rectangular pattern), 정현파 패턴(sinusoidal pattern), 주기적 펄스 패턴으로 이루어진 그룹 중에서 선택될 수 있다. DE 10 2016 122 364 A1에 설명된 광전자 센서와 비교하여, 송신기 유닛은 광원을 인코딩하기 위해 더 복잡한 변조 패턴을 사용할 수 있다. 이것은 수신기 유닛(116)이 송신기 유닛(114)에 의해 송신된 광 빔(122)을 검출하도록 허용할 수 있다.

수신기 유닛(116)은 적어도 하나의 전송 장치(134)를 포함한다. 전송 장치(134)는 조명원(118)으로부터 적어도 2개의 광학 센서(138)로 전파되는 적어도 하나의 입사광 빔(122)에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이가 형성된다. 전송 장치(134)는 광축(136)을 포함한다. 전송 장치(134)는 좌표계를 구성할 수 있고, 여기서, 종 방향 좌표 l은 광축(136)을 따르는 좌표이며, d는 광축(136)으로부터의 공간 오프셋이다.

수신기 유닛(116)은 적어도 2개의 광학 센서(138)를 포함한다. 각각의 광학 센서(138)에는 적어도 하나의 감광 영역(140)이 마련된다. 각각의 광학 센서(138)는, 광 빔(122)에 의해, 광학 센서 각각의 감광 영역(140)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 디자인된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 감광 영역(140)은 특히 단방향 광 배리어의 경우 송신기 유닛(114)을 향해 지향될 수 있다. 광학 센서(138)는 광학 센서(138)의 감광 영역(140)이 종 방향 좌표, 공간 오프셋 또는 표면 영역 중 적어도 하나와 상이하도록 배열된다. 각각의 감광 영역(140)에는 기하학적 중심이 마련될 수 있다.

광학 센서(138)는 자외선, 가시광선 또는 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상에서 감지할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서(138)는 500nm 내지 780nm, 가장 바람직하게는 650nm 내지 750nm 또는 690nm 내지 700nm의 가시 스펙트럼 범위에서 감지할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서(138)는 근적외선 영역에서 감지할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서(138)는 실리콘 광다이오드가, 특히, 700nm 내지 1,000nm의 범위에서 적용 가능한 근적외선 영역의 부분에서 감지할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서(138)는 적외선 스펙트럼 범위, 특히, 780nm 내지 3.0㎛ 범위에서 감지할 수 있다. 예를 들어, 광학 센서(138) 각각은, 독립적으로, 광다이오드, 광전지, 광전도체, 광트랜지스터 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 소자이거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 센서(138)는 CCD 센서 소자, CMOS 센서 소자, 광다이오드, 광전지, 광전도체, 광트랜지스터 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 소자를 포함하거나 이를 포함할 수 있다. 임의의 다른 유형의 감광성 소자가 사용될 수도 있다. 이하에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 감광성 소자는 일반적으로 전체적 또는 부분적으로 무기 재료로 제조될 수 있고/있거나 전체적 또는 부분적으로 유기 재료로 제조될 수도 있다. 가장 일반적으로, 이하에 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이, 상업적으로 이용 가능한 광다이오드, 예컨대, 무기 반도체 광다이오드와 같은 하나 이상의 광다이오드가 사용될 수 있다. 구체적으로, 감광성 소자는 광다이오드, 광전지, 광전도체, 광트랜지스터 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 소자이거나 이를 포함할 수 있다. 임의의 다른 유형의 감광성 소자가 사용될 수도 있다.

광학 센서(138)는 구체적으로 반도체 센서, 바람직하게는 무기 반도체 센서, 더욱 바람직하게는 광다이오드 및 가장 바람직하게는 실리콘 광다이오드일 수 있다. 따라서, 본 발명은 상업적으로 이용 가능한 무기 광다이오드, 즉, 하나의 작은 광다이오드와 하나의 대면적 광다이오드를 사용함으로써 간단하게 실현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 구성은 저렴한 방식으로 실현될 수 있다. 구체적으로, 광학 센서(138)는 적외선 스펙트럼 범위, 바람직하게, 780nm 내지 3.0㎛의 범위 및/또는 가시광 스펙트럼 범위, 바람직하게, 380nm 내지 780nm의 범위에서 감지할 수 있는 무기 광다이오드일 수 있거나, 이를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서(138)는 실리콘 광다이오드가, 특히, 700nm 내지 1,000nm의 범위에서 적용 가능한 근적외선 영역의 부분에서 감지할 수 있다. 광학용으로 사용될 수 있는 적외선 광학 센서는 D-67056 Ludwigshafen am Rhein, Germany 소재의 trinamiX GmbH사의 Hertzstueck^TM라는 상표명으로 시판되고 있는 적외선 광학 센서와 같은 상업적으로 이용 가능한 적외선 광학 센서일 수 있다. 따라서, 일 예로서, 광학 센서(138)는 진성 광전형(intrinsic photovoltaic type)의 적어도 하나의 광학 센서, 더욱 바람직하게는 Ge 광다이오드, InGaAs 광다이오드, 확장된 InGaAs 광다이오드, InAs 광다이오드, InSb 광다이오드, HgCdTe 광다이오드로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 반도체 광다이오드를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 광학 센서는 적어도 하나의 외적 광전형(extrinsic photovoltaic type) 광학 센서, 더욱 바람직하게는 Ge:Au 광다이오드, Ge:Hg 광다이오드, Ge:Cu 광다이오드, Ge:Zn 광다이오드, Si:Ga 광다이오드, Si:As 광다이오드로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나의 반도체 광다이오드를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 광학 센서는 PbS 또는 PbSe 센서, 볼로미터(bolometer), 바람직하게는 VO 볼로미터 및 비정질 Si 볼로미터로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 볼로미터와 같은 적어도 하나의 광전도성 센서를 포함할 수 있다. 광학 센서(138)는 불투명, 투명 또는 반투명일 수 있다. 그러나, 간략화를 위해, 광 빔에 대해 투명하지 않은 불투명한 센서가 사용될 수 있는 데, 이는 이러한 불투명한 센서가 통상 상업적으로 폭넓게 시판되고 있기 때문이다. 광학 센서(138)는 구체적으로 단일 감광 영역(140)을 구비하는 균일한 센서일 수 있다. 광학 센서(138)는 구체적으로 픽셀화되지 않은 광학 센서일 수 있다. 대안적으로, 광학 센서(138) 중 하나 또는 양쪽 모두는 픽셀화된 센서일 수 있다.

수신기 유닛(116)은,

- 제 1 감광 영역(144)이 마련된 적어도 하나의 제 1 광학 센서(142) ― 제 1 광학 센서(142)는 송신기 유닛(114)으로부터 수신기 유닛(116)으로 전파하는 광 빔(122)에 의한 제 1 감광 영역(144)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 1 센서 신호를 생성하도록 구성됨 ―, 및

- 제 2 감광 영역(148)이 마련된 적어도 하나의 제 2 광학 센서(146) ― 제 2 광학 센서(146)는 광 빔(122)에 의한 제 2 감광 영역(148)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 2 센서 신호를 생성하도록 구성되고, 제 1 감광 영역(144)은 제 2 감광 영역(148)보다 작음 ― 로 배열될 수 있는 2개의 광학 센서(138)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 제 1 감광 영역(144)의 표면 영역은 적어도 0.9배, 예컨대, 적어도 0.7배 또는 적어도 0.5배와 같이, 제 2 감광 영역(148)의 표면 영역보다 작을 수 있다. 일 예로서, 제 1 감광 영역(144)과 제 2 감광 영역(148)의 양쪽 모두는 정방형 또는 장방형일 수 있고, 여기서, 제 1 감광 영역의 정방형 또는 장방형의 측면 길이는 제 2 감광 영역의 정방형 또는 장방형의 대응하는 측면 길이보다 작다. 대안적으로, 일 예로서, 제 1 감광 영역(144)과 제 2 감광 영역(148) 양쪽 모두는 원형일 수 있고, 제 1 감광 영역(144)의 직경은 제 2 감광 영역(148)의 직경보다 작다. 다시, 대안적으로, 일 예로서, 제 1 감광 영역은 제 1 등가 직경일 수 있고, 제 2 감광 영역은 제 2 등가 직경일 수 있으며, 여기서, 제 1 등가 직경은 제 2 등가 직경보다 작다.

예를 들어, 광학 센서(138)는 세그먼트화된 다이오드의 부분 다이오드일 수 있고, 세그먼트화된 다이오드의 중심이 광축(136)으로부터 오프 센터링되어(off-centered) 있다. 광학 센서(138)는 바이셀 또는 쿼드런트 다이오드의 부분 다이오드일 수 있고/있거나 적어도 하나의 CMOS 센서를 포함한다. 바이셀 다이오드나 쿼드런트 다이오드는 저렴하게 널리 시판되고 있으며, 이러한 바이셀 다이오드나 쿼드런트 다이오드의 구동 방식은 일반적으로 공지되어 있다. 바이셀 및 쿼드런트 다이오드는 2개 또는 4개의 개별 감광 영역(140), 특히, 2개 또는 4개의 활성 영역을 포함할 수 있다. 일 예로서, 바이셀 다이오드는 다이오드의 완전한 기능을 구비하는 독립적인 다이오드를 각각 형성할 수 있다. 일 예로서, 바이셀 다이오드의 각각은 정방형 또는 장방형일 수 있고, 2개의 다이오드는 전체적으로 2개의 부분 다이오드가 장방형의 1×2 또는 2×1 매트릭스를 형성하도록 하나의 평면에 배치될 수 있다. 그러나, 일반적으로, 광학 센서(138)는 쿼드런트 다이오드의 부분 다이오드일 수 있고, 쿼드런트 다이오드의 중심이 검출기의 광축으로부터 오프 센터링되어 있다. 일 예로서, 쿼드런트 다이오드에서, 4개의 부분 다이오드는 각각 다이오드의 완전한 기능을 구비하는 독립적인 다이오드를 형성할 수 있다. 일 예로서, 4개의 부분 다이오드는 각각 정방형 또는 장방형일 수 있고, 4개의 부분 다이오드는 총 4개의 부분 다이오드가 장방형 또는 정방형인 2×2 매트릭스를 형성하도록 하나의 평면에 배치될 수 있다. 추가의 예에서, 4개의 부분 다이오드는 전체적으로 원형 또는 타원형인 2×2 매트릭스를 형성할 수 있다. 일 예로서, 부분 다이오드는 서로 최소로 이격하여 인접할 수 있다. 예를 들어, 바이셀 다이오드의 광학 센서의 기하학적 중심의 교차점일 수 있는 바이셀 다이오드의 중심은 광축으로부터 0.01mm 이상, 바람직하게는 0.1mm 이상, 더 바람직하게는 1.0mm 이상 또는 심지어 2.0mm까지 중심을 벗어날 수 있다. 따라서, 추가의 예로서, 바이셀 다이오드의 중심은 광축에 직교하는 감광 영역의 최대 범위의 0.0001배 이상, 바람직하게는 0.001배 이상, 더욱 바람직하게는 0.005배 이상 광축으로부터 중심을 벗어날 수 있다.

부분 다이오드의 2×2 매트릭스인 쿼드런트 다이오드가 사용되는 경우에, 쿼드런트 다이오드의 중심은 구체적으로 수신기 유닛의 전송 장치의 광축으로부터 오프 센터링되거나 오프셋될 수 있다. 따라서, 예로서, 쿼드런트 다이오드의 광학 센서의 기하학적 중심의 교차점일 수 있는 쿼드런트 다이오드의 중심은 광축으로부터 0.1 mm 이상, 바람직하게는 0.5 mm 이상, 더 바람직하게는 1.0mm 이상 또는 심지어 2.0mm까지 중심을 벗어날 수 있다. 따라서, 추가의 예로서, 쿼드런트 다이오드의 중심은 광축에 직교하는 감광 영역의 최대 범위의 0.0001배 이상, 바람직하게는 광축에 직교하는 감광 영역의 최대 범위의 0.001배 이상, 더욱 바람직하게는 0.005배 이상 광축으로부터 중심을 벗어날 수 있다. 유사하게, 복수의 광학 센서(138)를 구비하는 다른 유형의 광학 센서 셋업을 사용하는 경우, 광학 센서(138)의 전체적인 중심이 동일한 거리만큼 광축으로부터 오프셋될 수 있다. 일반적으로, 광학 센서(138)의 감광 영역(140)은 임의의 표면적 또는 크기를 가질 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 센서 신호의 단순화된 평가의 관점에서, 광학 센서의 감광 영역은, 예컨대, 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만 또는 심지어 1% 미만의 허용 오차 내에서 실질적으로 동일하다. 특히, 이것은 일반적으로 시판되는 쿼드런트 다이오드의 경우이다. 일 예로서, 시판되는 쿼드런트 광다이오드를 통합하여, 4개의 광학 센서(138), 예컨대, D-82211 Herrsching am Ammersee, Germany 소재의 Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH 제품인, UV 스펙트럼 범위에서 근적외선 스펙트럼 범위에 민감한 S4349 타입의 쿼드런트 Si PIN 광다이오드와 같은 하나 이상의 쿼드런트 광다이오드를 제공할 수 있다. 광학 센서의 어레이가 사용되는 경우, 어레이는 네이키드 칩일 수 있거나, TO-5 금속 패키지로 캡슐화된 것과 같은 캡슐화된 어레이일 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, Fourth Floor, St Andrews House, West Street Woking Surrey, GU21 6EB, England 소재의 TT Electronics사의 제품인 TT Electronics OPR5911과 같은 표면 장착 장치가 사용될 수 있다. 다른 광학 센서도 사용될 수 있음을 유의해야 한다.

예를 들어, 수신기 유닛은 광학 센서(138)의 매트릭스를 구비하는 적어도 하나의 센서 소자를 포함할 수 있고, 광학 센서(138)에는 각각 감광 영역이 마련되어 있다. 각각의 광학 센서(138)는, 송신기 유닛(114)으로부터 수신기 유닛(116)으로 전파되는 광 빔에 의한 감광 영역(140)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 매트릭스는 하나 이상의 행과 하나 이상의 열로 이루어진 장방형 매트릭스일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 행 및 열은 구체적으로 장방형 형태로 배열될 수 있다. 그러나, 장방형 배열이 아닌 다른 배열도 가능하다는 것이 설명되어야 한다. 일 예로서, 소자가 중심 위치를 중심으로 동심원 또는 타원으로 배열되는 원형 배열도 가능할 수 있다. 예를 들어, 매트릭스는 단일 행의 픽셀일 수 있다. 다른 배열도 가능하다. 매트릭스의 광학 센서(138)는, 특히, 크기, 감도 및 기타 광학적, 전기적 및 기계적 특성 중 하나 이상에서 동일할 수 있다. 매트릭스의 모든 광학 센서의 감광 영역(140)은, 특히, 공통 평면에 위치될 수 있고, 공통 평면은 송신기 유닛(114)으로부터 수신기 유닛(116)으로 전파되는 광 빔이 공통 평면 상에 광 스팟을 생성할 수 있도록 송신기 유닛과 대향하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 광학 센서는, 특히, 광검출기(photodetectors), 바람직하게는 무기 광검출기, 더 바람직하게는 무기 반도체 광검출기, 가장 바람직하게는 실리콘 광검출기일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 적외선 스펙트럼 범위에서 감지할 수 있다. 매트릭스의 모든 광학 센서(138) 또는 매트릭스의 적어도 한 그룹의 광학 센서(138)는 특히 동일할 수 있다. 매트릭스의 동일한 광학 센서(138)의 그룹은, 특히, 상이한 스펙트럼 범위에 대하여 제공될 수 있거나, 모든 광학 센서는 스펙트럼 감도와 관련하여 동일할 수 있다. 또한, 광학 센서(138)는 그 크기 및/또는 그들의 전자적 또는 광전자적 특성과 관련하여 동일할 수 있다. 매트릭스는 독립적인 광학 센서(138)로 구성될 수 있다. 따라서, 무기 광다이오드의 매트릭스가 구성될 수 있다. 그러나, 대안적으로, CCD 검출기 칩과 같은 하나 이상의 CCD 검출기 및/또는 CMOS 검출기 칩과 같은 CMOS 검출기와 같이, 상업적으로 이용 가능한 매트릭스가 사용될 수도 있다. 따라서, 광학 센서(138)는, 전술한 매트릭스와 같이, 센서 어레이를 형성할 수 있거나 센서 어레이의 일부일 수 있다. 따라서, 일 예로서, 수신기 유닛(116)은 m개의 행과 n개의 열로 구성된 장방형 어레이와 같은 광학 센서(138)의 어레이를 포함할 수 있고, 여기서, m, n은 독립적이고, 양의 정수이다. 바람직하게는, 하나 초과의 열 및 하나 초과의 행, 즉, n>1, m>1이 주어진다. 따라서, 일 예로서, n은 2 내지 16 또는 그 이상일 수 있고, m은 2 내지 16 또는 그 이상일 수 있다. 바람직하게는, 행의 개수와 열의 개수의 비율은 1에 가깝다. 일 예로서, m/n = 1:1, 4:3, 16:9 또는 이와 유사한 것을 선택하는 것과 같이, n과 m은 0.3≤m/n≤3인 것으로 선택될 수 있다. 일 예로서, 어레이는 m=2, n=2 또는 m=3, n=3 등을 선택하는 것과 같이, 같은 수의 행과 열로 구성된 정방형 어레이일 수 있다. 매트릭스는 구체적으로 적어도 하나의 행, 바람직하게는 복수의 행 및 복수의 열로 이루어진 장방형 매트릭스일 수 있다. 일 예로서, 행과 열은 기본적으로 수직 방향으로 지향될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 20° 미만, 특히 10° 미만 또는 심지어 5° 미만의 허용 오차가 허용될 수 있다. 넓은 범위의 시야를 제공하기 위해, 매트릭스는 구체적으로 적어도 10행, 바람직하게는 적어도 50행, 더 바람직하게는 적어도 100행으로 이루어질 수 있다. 마찬가지로, 매트릭스는 적어도 10열, 바람직하게는 적어도 50열, 더 바람직하게는 적어도 100열로 이루어질 수 있다. 매트릭스는 적어도 50개의 광학 센서(138), 바람직하게는 적어도 100개의 광학 센서(138), 더 바람직하게는 적어도 500개의 광학 센서(138)를 포함할 수 있다. 매트릭스는 멀티메가픽셀 범위의 많은 픽셀을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예도 가능하다.

수신기 유닛(116)은 적어도 하나의 평가 장치(150)를 포함한다. 평가 장치(150)는 먼저 센서 신호를 평가함으로써 적어도 하나의 감시 영역(124)을 통과할 때 적어도 하나의 광 빔(122)의 빔 프로파일의 변화와, 나아가 송신기 유닛(114)의 위치에 대한 적어도 하나의 성분의 변화 중 적어도 하나의 변화를 모니터링함으로써 출력을 생성하도록 구성되고, 여기서, 성분은 센서 신호로부터 결합 신호 Q를 평가함으로써 전송 장치(134)의 좌표계에 대해 결정된다.

평가 장치(150)는, 예컨대, WO 2018/091649 A1, WO 2018/091638 A1 및 WO 2018/091640에 설명된 거리별 광자비(DPR: Distance by Photon Ratio) 기술에 기초하여 출력을 생성하도록 구성될 수 있으며, 그 내용은 참조로서 본 명세서에 포함된다. DPR 기술은 송신기 유닛의 종 방향 좌표를 결정하는 것과 같은 거리 측정을 가능하게 한다. 또한, DPR 기술은 광 빔(122)의 부분적인 커버리지와 같은 감시 영역(124)을 통과할 때 광 빔(122)에 대한 기하학적 변화를 인식할 수 있게 한다. 결합 신호 Q는 센서 신호를 조합하여, 특히, 센서 신호를 분할하거나, 센서 신호의 배수를 분할하거나 또는 센서 신호의 선형 조합을 분할함으로써 생성될 수 있다. 특히, 결합 신호는 몫 신호일 수 있다. 결합 신호 Q는 다양한 수단을 사용하여 결정될 수 있다. 일 예로서, 결합 신호를 도출하기 위한 소프트웨어 수단, 결합 신호를 도출하기 위한 하드웨어 수단, 또는 양쪽 모두가 사용될 수 있고, 평가 장치에서 구현될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 평가 장치(150)는 적어도 하나의 디바이더(152)를 포함할 수 있고, 여기서 디바이더는 결합 신호를 도출하도록 구성된다. 디바이더(152)는 전체적으로 또는 부분적으로 소프트웨어 디바이더 또는 하드웨어 디바이더 중 하나 또는 양쪽 모두를 통해 구현될 수 있다.

평가 장치는 센서 신호를 나누는 것, 센서 신호의 배수를 나누는 것, 센서 신호의 선형 조합을 나누는 것 중 하나 이상에 의해 결합 신호 Q를 도출하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 종 방향 좌표를 결정하기 위해, 결합 신호 Q와 종 방향 좌표 사이의 적어도 하나의 사전 결정된 관계를 사용하도록 구성될 수 있다. 송신기 유닛의 적어도 하나의 종 방향 좌표를 결정하는 것은 적어도 하나의 평가 장치에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 하나 이상의 룩업 테이블을 구현하는 것과 같이, 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 관계가 구현될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 평가 장치는 송신기 유닛의 적어도 하나의 종 방향 좌표를 결정하기 위해, 전술한 평가를 수행하도록 구성된 하나 이상의 컴퓨터, ASICs(Application-Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Arrays)와 같은 하나 이상의 프로그래밍 가능한 장치를 포함할 수 있다. 그러나, 부가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치는 하드웨어에 의해 전체적 또는 부분적으로 구현될 수 있다.

예를 들어, 평가 장치(150)는 결합 신호 Q를 다음 수학식에 의해 도출하도록 구성될 수 있다.

여기서, x 및 y는 횡 방향 좌표이고, A1 및 A2는 광학 센서(138)의 센서 위치에서의 광 빔(122)의 빔 프로파일의 영역이고, E(x,y,z₀)는 송신기 유닛의 거리 z₀에 대한 빔 프로파일을 나타낸다. 영역 A1과 영역 A2는 서로 다를 수 있다. 특히, A1과 A2는 일치하지 않는다. 따라서, A1 및 A2는 형상이나 내용 중 하나 이상에서 서로 다를 수 있다. 빔 프로파일은 광 빔(122)의 단면일 수 있다. 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일, 삼각형 빔 프로파일, 원추형 빔 프로파일 및 가우스 빔 프로파일의 선형 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택될 수 있다. 센서 신호의 각각은 광 빔의 빔 프로파일의 적어도 하나의 영역의 적어도 하나의 정보를 포함할 수 있다. 감광 영역(140)은 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 인접하거나 겹치는 영역 중 하나 또는 양쪽 모두일 수 있다. 빔 프로파일의 제 1 영역 및 빔 프로파일의 제 2 영역은 영역 내에서 일치하지 않을 수 있다.

평가 장치(150)는 빔 프로파일의 제 1 영역 및 빔 프로파일의 제 2 영역을 결정 및/또는 선택하도록 구성될 수 있다. 빔 프로파일의 제 1 영역은 기본적으로 빔 프로파일의 가장자리 정보를 포함할 수 있고, 빔 프로파일의 제 2 영역은 기본적으로 빔 프로파일의 중심 정보를 포함할 수 있다. 빔 프로파일은, 예컨대, 빔 프로파일의 최대값 및/또는 빔 프로파일의 고원(plateau)의 중심점 및/또는 광 스폿의 기하학적 중심과 같은 중심과, 중심으로부터 연장되는 하강 가장자리(falling edge)로 구성될 수 있다. 제 2 영역은 횡단면의 내부 영역을 포함할 수 있고, 제 1 영역은 횡단면의 외부 영역을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 중심 정보는 가장자리 정보의 비율이 10% 미만, 더 바람직하게는 5% 미만, 가장 바람직하게 중심 정보는 가장자리 콘텐츠를 포함하지 않는다. 가장자리 정보는 전체 빔 프로파일의 정보, 특히, 중심 및 가장자리 영역으로부터의 정보를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 가장자리 정보는 중심 정보의 비율이 10% 미만, 더 바람직하게는 5% 미만이거나, 가장 바람직하게는 가장자리 정보가 중심 콘텐츠를 포함하지 않는다. 빔 프로파일이 인접하거나 중심 주위에 있고, 본질적으로 중심 정보를 구성하는 경우, 빔 프로파일의 적어도 하나의 영역은 빔 프로파일의 제 2 영역으로 결정 및/또는 선택될 수 있다. 빔 프로파일의 적어도 하나의 영역은, 그것이 단면의 하강 가장자리의 적어도 일부를 포함하는 경우, 빔 프로파일의 제 1 영역으로 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.

가장자리 정보는 빔 프로파일의 제 1 영역 내의 광자 수(number of photons)에 관한 정보를 포함할 수 있고, 중심 정보는 빔 프로파일의 제 2 영역 내의 광자 수에 관한 정보를 포함할 수 있다. 평가 장치(150)는 빔 프로파일의 면적 적분을 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치(150)는 제 1 영역의 적분 및/또는 합산에 의해 가장자리 정보를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치(150)는 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 프로파일이 가정될 수 있는 경우, 가장자리 및 중심 신호의 결정은 가장자리의 경사 및 위치의 결정, 중심 고원의 높이의 결정과 같은 사다리꼴 빔 프로파일의 특성을 이용하게 하고, 기하학적 고려에 의해 가장자리 및 중심 신호를 도출하는 등가의 평가로 대체될 수 있다.

부가적으로 또는 대안적으로, 평가 장치(150)는 광 스팟의 적어도 하나의 슬라이스나 절단으로부터 중심 정보 또는 가장자리 정보 중 하나 또는 양쪽 모두를 결정하도록 구성될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 결합 신호 Q의 면적 적분을 슬라이스나 컷을 따라 라인 적분으로 대체함으로써 실현될 수 있다. 정확도의 향상을 위해, 광 스팟을 통과하는 몇몇 슬라이스나 컷이 사용되어 평균화될 수 있다. 타원형 스팟 프로파일의 경우에 몇몇 슬라이스나 컷을 평균화하면, 거리 정보가 개선될 수 있다.

평가 장치(150)는 가장자리 정보와 중심 정보를 나누는 것, 가장자리 정보와 중심 정보의 배수를 나누는 것, 가장자리 정보와 중심 정보의 선형 조합을 나누는 것 중 하나 이상에 의해 결합 신호 Q를 도출하도록 구성될 수 있다. 따라서, 본질적으로, 광자비(photon ratios)는 방법의 물리적 기초로서 사용될 수 있다. 평가 장치(150)는 결합 신호 Q를 평가함으로써 종 방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치(150)는 결합 신호 Q와 종 방향 좌표 사이에 적어도 하나의 사전 결정된 관계를 사용하도록 구성될 수 있다. 사전 결정된 관계는 경험적 관계(empiric relationship), 반경험적 관계(semi-empiric relationship) 및 분석적으로 유래된 관계(analytically derived relationship) 중 하나 이상일 수 있다. 평가 장치(150)는 룩업 리스트 또는 룩업 테이블과 같은 사전 결정된 관계를 저장하기 위한 적어도 하나의 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다.

결합 신호 Q는 고의적 및/또는 비의도적 조작과 같은 조작을 결정하는 데 사용될 수 있다. 조작은 장치(110)에 대한 임의의 고의적 개입 및/또는 의도적이지 않은 개입일 수 있으며, 이로 인해 빔 경로의 길이 및/또는 방향의 변경과 같은 광 빔(122)의 하나의 속성이 변경된다. 송신기 유닛(114)에서 수신기 유닛(116)으로의 빔 경로는, 예컨대, 물, 스크래치, 추가 반사 소자 도입, 먼지 또는 광 배리어 구성 요소의 잘못된 배열 중 하나 이상으로 인한 광학 시스템의 변화로 인해 변경될 수 있다. 구체적으로, 그러한 변화는 송신기 유닛(114)의 x, y 또는 z 위치, 빔 프로파일, 결합 신호 Q 및 광학 센서(138)의 센서 신호 중 하나 이상의 변화를 가져올 수 있다. 빔 경로의 길이의 변화는 결합 신호 Q, 특히, 결합 신호 Q의 변화를 모니터링함으로써 검출 가능할 수 있다. 결합 신호 Q는 송신기 유닛의 z 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 결합 신호 Q는 광 빔(122)의 빔 프로파일에 따라 다르기 때문에, 결합 신호 Q는 빔 프로파일의 변화를 결정하는 데 사용될 수 있다. 평가 장치(150)는, 예컨대, WO 2018/091649 A1, WO 2018/091638 A1 및 WO 2018/091640 A1에 설명된 바와 같이, 결합 신호 Q를 결정하고 평가함으로써 빔 경로의 길이의 변화를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치(150)는 결합 신호 Q를 모니터링하고 결합 신호 Q의 변화를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 결정된 변화에 기초하여 조작을 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 평가 장치는 결합 신호 Q를 평가하여 송신기 유닛의 종 방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 추가 반사 소자를 도입하여 송신기 유닛의 z 위치가 변경된 경우, 결합 신호 Q의 평가는 기준 종 방향 좌표와 다른 종 방향 좌표를 생성할 것이다. 평가 장치(150)는 기준 종 방향 좌표와 측정된 종 방향 좌표를 비교하도록 구성될 수 있다. 평가 장치(150)는 기준 종 방향 좌표와 측정된 종 방향 좌표가 다른 경우, 조작을 표시하도록 구성될 수 있으며, 공차 범위 내의 차이는 허용될 수 있다. 또한 조작으로 인해 각각의 광학 센서에 충돌하는 광 빔의 x 및/또는 y 위치가 변경될 수 있고, 그에 따라 각각의 광학 센서(138)의 감광 영역(140)에 대한 부분 커버리지와 같은 커버리지 변경으로 이어질 수 있다. 결합 신호 Q는 광 빔의 이러한 기하학적 변화를 검출하는 데 사용될 수 있다. 구체적으로, 평가 장치(150)는, 예컨대, 광 스팟의 무게 중심의 위치와 광 스팟의 총 강도를 동시에 모니터링하는 것과 같은 광 빔(122)의 기하학적 변화를 검출함으로써, 송신기 유닛의 적어도 하나의 횡 방향 좌표 x 및/또는 y의 변화를 결정하도록 구성될 수 있는 반면에, 적어도 하나의 횡 방향 좌표 x 및/또는 y의 변화는 무게 중심 위치가 변경되는 경우에 발생될 가능성이 있지만 광 스팟의 총 강도는 변경되지 않는다. x 및/또는 y 위치를 모니터링하는 것과 함께 z 위치를 모니터링하는 것과 같은 몇몇 파라미터를 모니터링하는 것을 조합하면, 광 배리어의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 출력은, 송신기 유닛 위치의 적어도 하나의 성분 및/또는 적어도 하나의 영역을 통과할 때, 광 빔의 빔 프로파일과 같은 모니터링된 파라미터의 변화에 대한 임의의 표시일 수 있다. 출력은 적어도 하나의 출력 신호이거나, 이를 포함할 수 있다. 출력은 변경되는지 여부를 나타내는 적어도 하나의 이진 신호를 포함할 수 있다. 출력은 차이의 양, 변경된 파라미터, 모니터링된 파라미터 등과 같은 변경에 대한 적어도 하나의 정보를 포함할 수 있다.

평가 장치(150)는 광학 센서(138)의 센서 신호의 변화를 모니터링함으로써 적어도 하나의 출력을 생성하도록 추가로 디자인될 수 있다. 평가 장치(150)는 조명원(118)에 의해 생성된 적어도 하나의 광 빔(122)에 대한 적어도 하나의 기준 빔 프로파일 및 송신기 유닛(114) 위치의 적어도 하나의 성분에 대한 적어도 하나의 기준 성분을 사용하는 것에 의해 출력을 생성하도록 디자인될 수 있다. 기준 빔 프로파일, 위치의 기준 성분, 기준 센서 신호, 기준 결합 신호 Q로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 기준 파라미터는 사전 결정 및/또는 사전 정의될 수 있다. 적어도 하나의 기준 빔 프로파일 및/또는 송신기 유닛(114) 위치의 적어도 하나의 기준 성분 및/또는 기준 센서 신호 및/또는 기준 결합 신호 Q는 교육 단계 동안 저장될 수 있다. 평가 장치(150)는 기준 빔 프로파일, 위치의 기준 성분, 기준 센서 신호, 기준 결합 신호 Q 중 하나 이상이, 예컨대, 테이블 또는 룩업 테이블에 저장될 수 있는 적어도 하나의 저장 유닛을 포함할 수 있다.

평가 장치(150)는 모니터링된 파라미터를 각각의 기준 파라미터와 비교하도록 구성될 수 있다. 변경은 결정된 값 또는 프로파일에서 각각의 기준값 또는 프로파일을 빼거나 그 반대의 경우와 같은 적어도 하나의 수학적 연산을 사용하여 결정될 수 있다. 평가 장치(150)는 기준 파라미터와 모니터링된 파라미터 사이의 차이가 적어도 하나의 임계값을 초과하는지 여부를 결정하고, 차이가 임계값을 초과하는 경우에 변경을 표시하도록 구성될 수 있다. 조작은, 특히, 변경이 하나의 광학 센서(138)와 관련되고 다른 센서 신호는 변경되지 않고 유지되는 경우, x, y 또는 z 위치, 결합 신호 Q 및 광학 센서(138)의 센서 신호 중 하나 이상의 변경으로 정의될 수 있다.

빔 프로파일, 결합 신호 Q, 센서 신호, 적어도 하나의 위치 성분과 같은 몇몇 감시 파라미터의 조합은 조작에 대해 신뢰성이 향상된 광 배리어를 제공할 수 있다. 구체적으로, 광 배리어는 금속 시트나 표면과 같이 반사율이 높은 환경에서 반사되는 것에 대해 더욱 신뢰 가능하게 할 수 있다. 빔 프로파일 또는 x-y 위치로부터의 정보는 안전 모니터링 기능용으로 사용될 수 있다. 일 예로서, 빔 프로파일의 변경은 안전 기능의 고장을 유발할 수 있는 광학 시스템 상의 먼지를 나타낼 수도 있다. 또한 빔 프로파일을 모니터링하여 시스템 고장을 일으킬 수 있는 배기 가스, 증기 또는 입자 배출을 검출할 수도 있다. 송신기 유닛(114)의 종 방향 좌표와 같이 z 위치를 모니터링하는 것은 광이 이동해야 하는 거리의 단축을 인지하게 할 수도 있다. 이는 물, 스크래치, 조작 또는 먼지로 인한 것과 같은 광학 시스템의 변경을 나타내거나 광 배리어의 잘못된 재조립을 나타낼 수 있다.

평가 장치(150)는 출력에 기초하여 적어도 하나의 동작을 개시하도록 구성될 수 있으며, 여기서, 적어도 하나의 동작은 안전 기능과 같은 적어도 하나의 정보를 제공하는 것, 적어도 하나의 경고를 생성하는 것, 적어도 하나의 명령을 유도하는 것, 출력 신호를 변경하는 것 중에서 적어도 하나가 선택된다. 구체적으로, 평가 장치는 출력에 기초하여 하나 이상의 안전 기능을 작동시킨다. 정보는 경고, 안전 정지, 비상 경고, 위반 정보 등일 수 있다. 평가 장치(150)는 이벤트 시간에 정보를 할당하고 정보 로그에 이벤트 시간과 정보의 조합을 저장하도록 구성될 수 있다. 경고는 시각, 청각 또는 촉각 경고 신호를 포함할 수 있다. 명령은 기계와 같은 적어도 하나의 기기의 셧다운(shutdown)을 개시하는 것을 포함할 수 있다. 평가 장치(150)는 모니터링된 파라미터 중 하나의 모든 변경이 셧다운 및/또는 경고 및/또는 출력 신호의 변경으로 이어지지는 않지만, 각각의 경우에 변경된 파라미터와 같은 변경의 원인에 대한 정보로 이어질 수 있도록 구성될 수 있다.

평가 장치(150)는 적어도 하나의 전기 민감성 보호 장비(ESPE: Electro-Sensitive Protective Equipment)(156)를 포함하는 적어도 하나의 안전 유닛(154)을 포함할 수 있다. ESPE는 감지 기능 및/또는 제어 또는 모니터링 기능과 같은 보호 트리핑(protective tripping) 및/또는 존재 감지 목적(presence sensing purpose)을 위해 구성된 복수의 소자를 포함할 수 있다. 구체적으로, ESPE는 적어도 하나의 출력 신호 스위칭 장치(OSSD: Output Signal Switching Device)(158)를 포함할 수 있다. OSSD(158)는 기기의 기계 제어 시스템에 연결될 수 있다. 평가 장치가 안전 기능을 작동시킨 경우, 특히, 전술한 대로 작업을 개시한 경우, 기계 제어 시스템은 OFF 상태와 같은 안전 상태로 전환하여 응답한다. 기기는 기기의 정상 작동을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 전기적으로 구동되는 기계 1차 제어 소자(MPCE: Machine Primary Control Element), 위험 부품의 원동기로부터 전원을 제거하도록 구성된 추가 기계 제어 요소인 적어도 하나의 기계 2차 제어 소자(MSCE: Machine Secondary Control Element), 적어도 하나의 최종 스위칭 장치(FSD: Final Switching Device), 적어도 하나의 2차 스위칭 장치(SSD: Secondary Switching Device), 상시 폐쇄(NC: Normally Closed) 접점 및 상시 개방(NO: Normally Open) 접점 중 하나 이상을 포함할 수 있다. FSD는 기계 제어 시스템과 기계 1차 제어 시스템을 연결하는 회로를 차단하기 위해 OSSD(158)의 지시에 따라 구성될 수 있다. 이 상황에서, SSD는 OFF 상태로 전환되고 MSCE 전원 차단과 같은 추가 기계 제어 작동을 개시하여 백업 기능을 수행하도록 구성될 수 있다.

DPR 기술을 사용하는 것은, 예를 들어, FiP 센서보다 훨씬 빠르고 대역폭이 더 큰 바이셀 또는 쿼드런트 다이오드와 같은 일반적이고 저렴한 Si 센서를 사용할 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 또한 Si 센서는 동질적이고 완전히 강도에 독립적일 수 있지만, FiP 장치에서 동질성 요건은 제조 비용이 많이 들 수 있으며, FiP 지수의 강도 독립성은 추가 기술 노력을 필요로 한다. DPR 기술을 사용하는 센서의 가능한 실시예에 대해서는 WO 2018/091649 A1, WO 2018/091638 A1 및 WO 2018/091640 A1을 참조하고, 그 내용은 본 명세서에 참고로서 포함된다.

도 2는 장치(110)의 실시예를 도시하며, 여기서 장치(110)는 반사 광 배리어로서 디자인된다. 본 실시예에서, 송신기 유닛(114) 및 광학 센서(138)의 감광 영역(140)은 반사 타겟(159)을 향해 지향될 수 있다. 따라서, 반사 타겟(159), 송신기 유닛(114) 및 수신기 유닛(116)은 광 빔(122)이 송신기 유닛(114)으로부터 반사 타겟(159)으로 전파되고 반사 타겟(159)에 의해 수신기 유닛(116)으로 반사되도록 배열될 수 있다. 송신기 유닛(114) 및 수신기 유닛(116)의 실시예 및 디자인와 관련하여 전술한 도 1에 대한 설명을 참조한다.

도 3은 광 커튼으로 디자인된 장치(110)의 실시예를 도시한다. 장치(110)는 복수의 송신기 유닛(114) 및/또는 수신기 유닛(116)을 포함할 수 있다. 송신기 유닛(114) 및 수신기 유닛(116)의 실시예 및 디자인와 관련하여 전술한 도 1에 대한 설명을 참조한다. 수신기 유닛(116)은 동시에 또는 비동시적으로(non-simultaneously) 2개 이상의 송신기 유닛(114)의 감시 영역(124)을 통과하는 광 빔(122)을 검출하도록 구성될 수 있다. 안전한 작동을 보장하기 위해, 수신기 유닛(116)은 광 빔(122) 및/또는 빔 프로파일 및/또는 각 송신기 유닛(114)의 x 위치, y 위치, z 위치 중 적어도 하나의 존재를 모니터링하고 변경 시에 정보를 송신하도록 구성될 수 있다. 복수의 수신기 유닛(116)의 경우, 각각의 수신기 유닛(116)은 개별 평가 장치(150)를 포함할 수 있고/있거나 수신기 유닛(116)은, 예를 들어, 다중화 방식을 사용하여 각각의 수신기 유닛의 센서 신호를 평가하도록 구성될 수 있는 중앙 평가 장치(160)를 포함할 수 있다.

송신기 유닛(114)의 각각은 적어도 하나의 조명원(118)을 포함할 수 있다. 조명원(118)의 각각은 개별 변조 패턴에 의해 변조되도록 디자인될 수 있으며, 개별 변조 패턴은 서로에 대해 상이할 수 있다. 각각의 송신기 유닛(114)은 각각의 조명원(118)에 대한 개별 변조원(132)를 포함할 수 있거나, 또는 송신기 유닛(114)은 단일 변조원에 의해 조명원의 개별 충돌을 스위칭하도록 지정되는 멀티플렉서를 포함하는 중앙 변조 장치(162)를 더 포함할 수 있다. 평가 장치(150), 특히, 중앙 평가 장치(160)는 개별 조명원(118)에 개별 변조 패턴을 할당하기 위해 지정된다.

110: 광학 감시용 장치
112: 영역
114: 송신기 유닛
116: 수신기 유닛
118: 조명원
120: 광원
122: 광 빔
124: 감시 영역
126: 광축
128: 커넥션
130: 전송 장치
132: 변조원
134: 전송 장치
136: 광축
138: 광학 센서
140: 감광 영역
142: 제 1 광학 센서
144: 제 1 감광 영역
146: 제 2 광학 센서
148: 제 2 감광 영역
150: 평가 장치
152: 디바이더
156: ESPE(Electro-Sensitive Protective Equipment)
158: OSSD(Output Signal Switching Device)
159: 반사 타겟
160: 중앙 평가 장치
162: 중앙 변조 장치

Claims (20)

1. 적어도 하나의 영역(112)을 광학적으로 감시하는 장치(110)로서,
   송신기 유닛(114)과, 수신기 유닛(116)을 포함하되,
   상기 송신기 유닛(114)은 적어도 하나의 조명원(118)을 구비하고, 상기 조명원(118)은 빔 프로파일을 포함하는 적어도 하나의 광 빔(122)을 생성하도록 디자인되며, 각 광 빔(122)은 상기 수신기 유닛(116)으로 전파되도록 지정되어 적어도 하나의 감시 영역(124)을 통과하고,
   상기 수신기 유닛(116)은,
   - 적어도 하나의 전송 장치(134) ― 상기 전송 장치(134)는 상기 조명원(118)에서 적어도 2개의 광학 센서(138)로 전파되는 적어도 하나의 입사광 빔(122)에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이를 포함하고, 광축(136)을 포함하고, 좌표계를 구성하며, 종 방향 좌표 l은 광축을 따르는 좌표이고, d는 광축(136)으로부터의 공간 오프셋임 ― 와,
   - 상기 적어도 2개의 광학 센서(138) ― 상기 적어도 2개의 광학 센서(138)의 각각은 적어도 하나의 감광 영역(140)을 포함하고, 상기 광 빔(122)에 의해 각각의 상기 감광 영역(140)을 조명하는 것에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 디자인되며, 상기 광학 센서(138) 중 2개는 상기 2개의 광학 센서(138)의 상기 감광 영역(140)이 그들의 종 방향 좌표, 공간 오프셋 또는 표면 영역 중 적어도 하나에서 서로 상이한 방식으로 배열됨 ―, 및
   - 적어도 하나의 평가 장치(150) ― 상기 평가 장치(150)는, 먼저 상기 센서 신호를 평가함으로써 상기 적어도 하나의 감시 영역(124)을 통과할 때 상기 적어도 하나의 광 빔(122)의 상기 빔 프로파일의 변화와, 상기 송신기 유닛(114)의 위치에 대한 적어도 하나의 성분의 변화 중 적어도 하나의 변화를 모니터링하여 출력을 생성하도록 구성되고, 상기 성분은 상기 센서 신호로부터 결합 신호 Q를 평가함으로써 상기 전송 장치(134)의 상기 좌표계에 대해 결정됨 ― 를 포함하는,
   장치(110).
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 평가 장치(150)는 상기 출력에 기초하여 적어도 하나의 동작을 개시하도록 추가 구성되며, 상기 적어도 하나의 동작은 적어도 하나의 정보를 제공하는 것, 적어도 하나의 경고를 생성하는 것, 적어도 하나의 명령을 유도하는 것, 출력 신호를 변경하는 것 중에서 적어도 하나가 선택되는,
   장치(110).
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 평가 장치(150)는 이벤트 시간에 상기 정보를 할당하고 정보 로그에 상기 이벤트 시간과 상기 정보의 조합을 저장하도록 추가 구성되는,
   장치(110).
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 경고는 시각, 청각 또는 촉각 경고 신호를 포함하는,
   장치(110).
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 명령은 적어도 하나의 기기의 셧다운을 개시하는 것을 포함하는,
   장치(110).
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 송신기 유닛(114)은 적어도 하나의 변조원(modulation source)(132)을 더 포함하고, 상기 변조원(132)은 변조 패턴을 전달하는 적어도 하나의 광 빔(122)을 생성하기 위해 상기 변조원(132)이 상기 조명원(118)에 충돌하는 방식으로 상기 변조 패턴을 생성하도록 구성되는,
   장치(110).
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 변조 패턴은 의사 랜덤 변조 패턴, Aiken 코드, BCD 코드, Gillham 코드, Stibitz 코드, 원-핫 코드(one-hot code) 및 그레이 코드(gray code)로 이루어진 그룹 중에서 선택되는,
   장치(110).
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
   상기 송신기 유닛(114)은 적어도 2개의 조명원(118)을 포함하고, 상기 조명원(118)의 각각은 개별 변조 패턴에 의해 변조되도록 디자인되고, 상기 2개의 조명원(118)의 상기 개별 변조 패턴은 서로에 대하여 상이한,
   장치(110).
9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 송신기 유닛(114)은 각 조명원(118)에 대한 개별 변조원(132)을 포함하거나, 또는 상기 송신기 유닛(114)은 단일 변조원(132)에 의해 적어도 2개의 조명원(118)의 개별 충돌을 스위칭하도록 지정되어 있는 멀티플렉서를 더 포함하는,
   장치(110).
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 평가 장치(150)는 개별 조명원(118)에 개별 변조 패턴을 할당하도록 지정되는,
    장치(110).
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송신기 유닛(114)과 상기 수신기 유닛(116) 사이에 커넥션(128)을 더 포함하고,
    상기 커넥션(128)은 상기 송신기 유닛(114)과 상기 수신기 유닛(116) 사이의 동기화를 제공하도록 디자인되는,
    장치(110).
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 조명원(118)으로부터 상기 적어도 2개의 광학 센서(138)로 전파되는 상기 적어도 하나의 광 빔(122)에 의해 충돌하도록 디자인된 적어도 하나의 반사 타겟(159)을 더 포함하는,
    장치(110).
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2개의 광학 센서(138)는,
    - 제 1 감광 영역(144)을 가진 적어도 하나의 제 1 광학 센서(142) ― 상기 제 1 광학 센서(142)는 상기 송신기 유닛(114)으로부터 상기 수신기 유닛(116)으로 전파되는 상기 광 빔(122)에 의한 상기 제 1 감광 영역(144)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 1 센서 신호를 생성하도록 구성됨 ―, 및
    - 제 2 감광 영역(148)을 가진 적어도 하나의 제 2 광학 센서(146) ― 상기 제 2 광학 센서(146)는 상기 광 빔(122)에 의한 상기 제 2 감광 영역(148)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 제 2 센서 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 제 1 감광 영역(144)은 상기 제 2 감광 영역(148)보다 작음 ― 로 배열되며,
    상기 평가 장치(150)는 상기 제 1 및 제 2 센서 신호를 평가하여 상기 출력을 생성하도록 구성되는,
    장치(110).
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 평가 장치(150)는 상기 제 1 센서 신호 또는 상기 제 2 센서 신호의 변경을 모니터링함으로써 상기 적어도 하나의 출력을 생성하도록 추가 디자인되는,
    장치(110).
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송신기 유닛(114)과 상기 수신기 유닛(116)은 상기 광학 센서 중 적어도 하나의 상기 센서 신호가 최고 센서 신호(highest sensor signal)인 방식으로 서로에 대해 배열되는,
    장치(110).
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 장치(150)는 상기 조명원(118)에 의해 생성된 상기 적어도 하나의 광 빔에 대한 적어도 하나의 기준 빔 프로파일 및 상기 송신기 유닛(114)의 상기 위치의 상기 적어도 하나의 성분에 대한 적어도 하나의 기준 성분을 사용하여 상기 출력을 생성하도록 추가 디자인되는,
    장치(110).
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기준 빔 프로파일 및 상기 적어도 하나의 기준 성분은 티칭 단계(teaching phase) 동안 저장되는,
    장치(110).
18. 송신기 유닛(114) 및 수신기 유닛(116)을 포함하는 적어도 하나의 장치를 사용하여 적어도 하나의 영역을 광학적으로 감시하는 방법으로서,
    - 적어도 하나의 조명원(118)을 구비하는 송신기 유닛(114)을 제공하는 단계 ― 상기 조명원(118)은 적어도 하나의 광 빔(122)을 생성하도록 디자인되고, 각각의 광 빔(122)은 빔 프로파일을 포함하며, 상기 수신기 유닛(116)으로 전파되도록 지정되어 상기 적어도 하나의 감시 영역(124)을 통과함 ― 와,
    - 적어도 하나의 전송 장치(134)와 적어도 2개의 광학 센서(138) 및 평가 장치(150)를 구비하는 수신기 유닛(116)을 제공하는 단계 ― 상기 전송 장치(134)는 상기 조명원(118)으로부터 상기 적어도 2개의 광학 센서(138)로 전파되는 상기 적어도 하나의 입사광 빔(122)에 응답하여 적어도 하나의 초점 길이를 포함하고, 광축(136)을 포함하고, 좌표계를 구성하며, 종 방향 좌표 l은 상기 광축(136)을 따르는 좌표이고, d는 상기 광축(136)으로부터의 공간 오프셋이며, 각 광학 센서(138)에는 적어도 하나의 감광 영역(140)이 마련되고, 각 광학 센서(138)는 상기 광 빔(122)에 의한 각각의 상기 감광 영역(140)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 디자인되며, 상기 광학 센서(138) 중 2개는 상기 2개의 광학 센서(138)의 상기 감광 영역(140)이 그들의 종 방향 좌표, 공간 오프셋 또는 표면 영역 중 적어도 하나에서 서로 상이한 방식으로 배열됨 ― 와,
    - 상기 송신기 유닛(114)으로부터 상기 수신기 유닛(116)으로 전파되는 상기 광 빔(122)으로 적어도 하나의 감시 영역(124)을 통과하여 상기 수신기 유닛(116)의 상기 적어도 2개의 광학 센서(138)의 상기 감광 영역(140)의 각각을 조명하는 상기 적어도 하나의 광 빔(122)을 생성하는 단계 ― 이로 인해, 상기 감광 영역의 각각은 적어도 하나의 센서 신호를 생성함 ―, 및
    - 상기 센서 신호를 평가하고, 그에 따라 먼저 상기 센서 신호를 평가함으로써 상기 적어도 하나의 감시 영역(124)을 통과할 때 상기 적어도 하나의 광 빔(122)의 빔 프로파일의 변화와, 상기 송신기 유닛(114)의 위치의 적어도 하나의 성분의 변화 중 적어도 하나의 변화를 모니터링하여 출력을 생성하는 단계 ― 상기 성분은 상기 센서 신호로부터의 결합 신호 Q를 평가하여 상기 전송 장치(134)의 좌표계에 대해 결정됨 ― 를 포함하는,
    방법.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 출력에 기초하여 적어도 하나의 동작을 개시하는 단계를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 동작은 적어도 하나의 정보를 제공하는 것, 적어도 하나의 경고를 생성하는 것, 적어도 하나의 명령을 유도하는 것, 출력 신호를 변경하는 것 중 적어도 하나가 선택되는,
    방법.
20. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 장치(110)의 용도로서,
    사용 목적을 위해, 감시 영역에 위치된 적어도 하나의 기기를 모니터링하는 것과, 감시 영역에 위치된 상기 적어도 하나의 기기와 관련된 고의적 조작과 의도적이지 않은 조작을 구분하는 것 및 안전 기능의 고장을 나타내는 것으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는,
    용도.

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