(57)【要約】自己混合干渉を用いて光センサ（６００）に対する対象の動きを検出する光センサ（６００）を有するスイッチについて記載する。光センサ（６００）はレーザ（１００）、検出器（２００）及びフィルタ装置（５００）を有する。フィルタ装置（５００）は、検出器（２００）によって生成される測定信号を、その測定信号が所定閾値を下回る速度での対象の動きによって生じる場合に、抑制する。光センサ（６００）は、対象の動きの速度に依存した選択的なスイッチングを可能にすることができる。
2011517362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光センサの位置に対する対象の動きを検出する光センサであって、
少なくとも１つのレーザ、少なくとも１つの検出器、及び少なくとも１つのフィルタ装置を有し、
前記レーザは、測定ビームを生成して、該測定ビームにより前記対象を照射するレーザキャビティを有し、
前記対象によって反射された前記測定ビーム放射の少なくとも一部は、前記レーザキャビティに再度入り、反射された前記測定ビーム放射と前記レーザキャビティ内の光波との干渉を引き起こし、該干渉は、前記対象の動きの速度によって影響を及ぼされ、
前記検出器は、前記反射された測定ビーム放射と前記光波との前記干渉を感知して、対応する測定信号を生成するよう構成され、
前記フィルタ装置は、所定閾値を下回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するよう構成される、光センサ。
【請求項２】
前記フィルタ装置は、秒速０．０５メートルを下回って前記測定ビームと並行する速度成分を有した前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するよう構成される、請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
前記フィルタ装置は、所定の下限閾値を下回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するとともに、所定の上限閾値を上回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するよう構成される、請求項１又は２に記載の光センサ。
【請求項４】
少なくとも第１及び第２のレーザ、第１及び第２の検出器、及び前記フィルタ装置を有する当該光センサは、第１及び第２のバンドパスフィルタを有し、
前記第１のバンドパスフィルタは、所定の第１の下限閾値を下回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するとともに、所定の第１の上限閾値を上回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するよう構成され、
前記第２のバンドパスフィルタは、所定の第２の下限閾値を下回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するとともに、所定の第２の上限閾値を上回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するよう構成される、請求項３に記載の光センサ。
【請求項５】
前記第１の上限閾値は、前記第２の下限閾値よりも低い、請求項４に記載の光センサ。
【請求項６】
前記測定ビームを成形する光学装置を更に有する、請求項１又は２に記載の光センサ。
【請求項７】
少なくとも、第１の測定ビームを生成する第１のレーザと、第２の測定ビームを生成する第２のレーザとを有し、
前記光学装置は、前記第１の測定ビームの焦点を空間内の第１の範囲に合わせるとともに、前記第２の測定ビームの焦点を空間内の第２の範囲に合わせるよう構成される、請求項６に記載の光センサ。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の光センサを有するスイッチ。
【請求項９】
請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の光センサを少なくとも１つ有するシステム。
【請求項１０】
照明制御、医療用途、自動車用途、及び産業生産用途を含むグループから選択される用途のうちの少なくとも１つにおける、請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の光センサを有するシステムの使用。
【請求項１１】
光センサの位置に対する対象の動きを検出する方法であって、前記光センサは、レーザキャビティを有する少なくとも１つのレーザと、少なくとも１つの検出器と、所定閾値を下回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するよう構成される少なくとも１つのフィルタ装置とを有する、方法において、
前記レーザキャビティにおいて測定ビームを生成する段階と、
前記測定ビームにより前記対象を照射する段階と、
前記対象によって前記測定ビームの一部を反射する段階と、
反射された前記測定ビームの一部を前記レーザキャビティに再入射する段階と、
前記反射された測定ビーム放射と前記レーザキャビティ内の光波とが干渉する段階と、
前記反射された測定ビーム放射と前記光波との前記干渉が前記対象の動きの速度によって影響を及ぼされる段階と、
前記検出器によって前記反射された測定ビーム放射と前記光波との前記干渉を感知する段階と、
前記検出器によって測定信号を生成する段階と、
前記フィルタ装置によって所定閾値を下回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制する段階と
を有する方法。
【請求項１２】
前記所定閾値を上回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号が生成される場合にスイッチを切り替える付加的な段階を有する、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサの位置に対する対象の動きを検出する光センサ及び方法に関する。本発明は、また、そのような光センサを有するスイッチ、及び光センサを有するシステムの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許出願公開第２００６／００４３２７８（Ａ１）号明細書（特許文献１）には、４リード・ヘッダ（four-lead  header）及び絶縁セラミックスペーサも収容可能である共通のキャニスタに共に実装されている、信号放射体として動作可能な垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ（Vertical  Cavity  Surface-Emitting  Laser））と、光信号を受信するよう構成されたシリコン光検出器とを有するＶＣＳＥＬピンセンサが記載されている。キャニスタは、ヘッダからの第１リードに電気的に接続されている。絶縁セラミックスペーサは、キャニスタ内で光検出器より高い位置にＶＣＳＥＬを実装するよう構成される。ＶＣＳＥＬは、ヘッダからの第２及び第３のリードに電気的に接続されており、光検出器は、ヘッダからの第２及び第４のリードに電気的に接続されている。共通の装置キャニスタにＶＣＳＥＬ及び光検出器を共に収容することは、感知システムの前に存在する対象に対して約２０：１のコントラスト比を生じうる。高精度のために必要な小さなパターンがシステムによって提供され、一方、バリアは放射体と検出器との間に必要ではない。ＶＣＳＥＬピンセンサは、ＶＣＳＥＬによって提供される必要なセンサ信号及び不必要なセンサ信号の間の如何なる区別も可能でないという問題を与える。ＶＣＳＥＬの検出範囲内のあらゆる対象がセンサ信号を引き起こしうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／００４３２７８（Ａ１）号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、改善された光センサを提供することを目標とする。
【０００５】
更に、本発明は、改善された動作検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、光センサの位置に対する対象の動きを検出する光センサであって、少なくとも１つのレーザ、少なくとも１つの検出器、及び少なくとも１つのフィルタ装置を有し、前記レーザは、測定ビームを生成して、該測定ビームにより前記対象を照射するレーザキャビティを有し、前記対象によって反射された前記測定ビーム放射の少なくとも一部は、前記レーザキャビティに再度入り、反射された前記測定ビーム放射と前記レーザキャビティ内の光波との干渉を引き起こし、該干渉は、前記対象の動きの速度によって影響を及ぼされ、前記検出器は、前記反射された測定ビーム放射と前記光波との前記干渉を感知して、対応する測定信号を生成するよう構成され、前記フィルタ装置は、所定閾値を下回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するよう構成される、光センサによって達成される。
【０００７】
前記レーザは固体レーザダイオードであってよく、側方放射体（Side-Emitter）、垂直共振器面発光レーザダイオード（ＶＣＳＥＬ（Vertical  Cavity  Surface-Emitting  Laser））又は拡張垂直共振器面発光レーザダイオード（ＶＥＣＳＥＬ（Vertical  Extended  Cavity  Surface-Emitting  Laser））であってよい。前記検出器は、例えば、当業者によく知られているフォトダイオードであってよい。前記反射された測定ビーム放射と前記レーザキャビティ内の光波との前記干渉は、前記対象の動きにより、前記反射された測定ビーム放射と前記レーザキャビティ内の光波との間のドップラー偏移によって引き起こされ、結果として、レーザキャビティ内で前記光波の変調が起こる。前記レーザキャビティ内での前記光波の変調の周波数は、前記測定ビームに並行な速度成分に比例する。その効果は、自己混合干渉（Self-Mixing-Interference（ＳＭＩ））として当業者に知られている。特に、ＶＣＳＥＬ又はＶＥＣＳＥＬは、半導体プロセッシングにより１つの装置でのフォトダイオードの集積を可能にし、極めて感度が高く且つ小型である光センサをもたらす。自己混合干渉による速度の検出及びレーザの駆動方式に関する詳細は、例えば、国際公開第０２／３７４１０（Ａ１）号パンフレットの図２〜図７及び関連する記載で見つけられる。フォトダイオードは、前記レーザキャビティ内の光波の変調から得られる光信号を電気信号に変換することができ、前記フィルタ装置は、所定の速度を下回る当該光センサに対する前記対象の前記測定ビームに並行な動きにより得られる全ての信号を抑制する少なくとも１つの高域通過フィルタを有する。例えば、当該光センサの検出範囲内での手のゆっくりした動作は、前記レーザキャビティ内で前記光波の変調を引き起こしうるが、結果として得られる電気信号は前記高域通過フィルタによってフィルタ処理される。前記所定の速度閾値を上回る前記測定ビームに並行な速度成分を有した手の特定の動き（例えば、手の振り）は、前記高域通過フィルタを通過する電気信号を生じさせ、これらの電気信号は、例えば、スイッチングのために使用されてよい。前記高域通過フィルタは、特定の用途に従って前記閾値を定めるために調整可能であってよい。前記測定ビームに並行な対象（例えば、人間の手）の速度成分の下限閾値は秒速０．０５メートル（０．０５ｍ／ｓ）又は、より望ましくは、０．１ｍ／ｓであってよい。
【０００８】
本発明の他の実施形態で、前記フィルタ装置は、所定の下限閾値を下回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するとともに、所定の上限閾値を上回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するよう構成される。このようなフィルタ装置、言い換えると、このようなバンドパスフィルタの使用は、極めて特定の動きの検出を可能にする。バンドパスフィルタを通過する、結果として得られる電気信号は、例えば、自動工程をトリガするために使用されてよい。前記フィルタ装置は、また、お互いに並行に切り替えられる２又はそれ以上の複数のバンドパスフィルタを有してよく、一方、これらのバンドパスフィルタは異なった通過帯域を有してよい。異なった通過帯域を有する１よりも多いバンドパスフィルタは、異なる専用の速度範囲の検出を可能にする。結果として得られる電気信号は、複数の異なった状態の間のスイッチングのために使用され得る。１つの例として、手の異なった動きによるランプの調光がある。
【０００９】
更に、又は代替的に、当該光センサは、少なくとも第１及び第２のレーザと、第１及び第２の検出器と、第１及び第２のバンドパスフィルタとを有してよい。前記第１のバンドパスフィルタは、所定の第１の下限閾値を下回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するとともに、所定の第１の上限閾値を上回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するよう構成される。前記第２のバンドパスフィルタは、所定の第２の下限閾値を下回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するとともに、所定の第２の上限閾値を上回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するよう構成される。対応する検出器を備える２つ、３つ若しくは４つのレーザ又はレーザアレイ、例えば、フォトダイオードを取り付けられたＶＣＳＥＬのアレイが、例えば、第１及び第２のバンドパスの通過帯域が重なっているか又はおなじである場合に、第１のレーザ及び第１の検出器の測定結果を確かめるために用いられ得る。これは、その場合に、フォトダイオードによって供給される電気信号が、その後の動作（例えば、スイッチング）をトリガするためには、両方のバンドパスフィルタを通過する必要があることを意味する。代替的に、バンドパスフィルタは異なった通過帯域を有してよく、これは、例えば、前記第１のバンドパスフィルタの前記第１の上限閾値が前記第２のバンドパスフィルタの前記第２の下限閾値よりも低くてよいことを意味する。このアプローチは、容易に、３つ、４つ又はそれ以上の個数のレーザ、検出器及びバンドパスフィルタに拡張され得る。１つのレーザ、１つの検出器及び同時に切り替えられる複数のバンドパスフィルタを有する実施形態と同様に、対応するレーザ及び検出器と組み合わされる、異なった通過帯域を有する１よりも多いバンドパスフィルタは、異なった専用の速度範囲の検出を可能にする。結果として得られる電気信号は、多数の異なった状態の間のスイッチングのために使用されてよい。１つの例として、手の異なった動きによるランプの調光がある。
【００１０】
本発明の更なる実施形態で、当該光センサは、前記測定ビームを成形する光学装置を更に有する。この光学装置は、前記測定ビームの焦点を合わせるためのレンズ及び／又は前記測定ビームの向きを変えるミラーを有してよい。レンズの使用は、当該光センサの検出範囲を広げるとともに、作動することができる当該光センサ内の容積をレンズの焦点周囲の容積（以降、「センサフィールド」と呼ばれる。）に制限することができる。センサフィールドは、ミラーにより向きを変えられ得る。前記測定ビームを成形し又は操作するための光学装置の他の例は、ビームスプリッタ又は偏向プリズムである。これらは、当該光センサの検出範囲を広げるために使用されてよい。更に、レンズ及び／又はミラーは制御可能であってよい。可変な焦点を有するレンズは、当該光センサの検出範囲を広げることができる。可動式ミラーは、容積内で様々なセンサフィールドを扱うために使用されてよい。例えば、可動式ミラーをモータ及びモータ制御用の制御エレクトロニクスと組み合わせることは、例えば、室内の様々な場所（扉、机、等）から照明のスイッチングを可能にするように、部屋の走査を可能にする。様々な容積の走査は、例えば、上述されるようなランプの調光を可能にするように、異なった高域通過フィルタ又はバンドパスフィルタの間のスイッチングと同期しうる。
【００１１】
本発明の他の実施形態で、当該光センサは、少なくとも、第１の測定ビームを生成する第１のレーザと、第２の測定ビームを生成する第２のレーザとを有し、前記光学装置は、前記第１の測定ビームの焦点を空間内の第１の範囲に合わせるとともに、前記第２の測定ビームの焦点を空間内の第２の範囲に合わせるよう構成される。２つ、３つ若しくは４つのレーザ又はレーザアレイ及び対応する検出器は、望ましくは、異なった測定ビームの焦点を合わせるためのレンズとしての光学装置と組み合わせて、室内の異なった容積の永続的な観測を可能にするために使用されてよい。各レーザは異なった方向に向けられてよく、又は、例えば、曲面ミラー等のパッシブ型の光学装置は、異なったレーザの測定ビームを異なった場所に向け直すために使用されてよい。複数のレーザ及び検出器と、制御可能なミラーとしての複数のパッシブ型及びアクティブ型の光学装置を含む光学装置との組み合わせも可能である。レーザは、１つのレーザに１つのドライバを用いることによって同時に、あるいは、全てのレーザ又はレーザの組ごとに１つのドライバを使用することによって順次に、作動しうる。
【００１２】
本発明に従う光センサはスイッチに組み込まれてよい。当該光センサの選択性は、対象が所定の動きを示す場合にのみ、スイッチング状態を変化させるよう合わせられ得るスイッチを有効にする。例えば、ランプ、ステレオ機器、ＴＶ受像機等の装置の遠隔スイッチングは、室内の様々な場所から可能であってよい。セキュリティスイッチは、近づいてくる対象（車）の速度に対して選択でき、危険な状況を防ぐためにセキュリティシステムと組み合わされ得る。
【００１３】
本発明に従う光センサは、
−  照明制御、
−  医療用途、
−  自動車用途、及び
−  産業生産用途
のグループから選択された用途の中の少なくとも１つで使用されてよい。
【００１４】
用途の特別の例は下記のようなものがある。
・  照明用途のために近接スイッチで使用される光センサ。手が光センサに近づいて十分に近接すると、光源はオン及びオフを切り替えられる。
・  同様のスイッチは車内の内部灯火のために使用されてよい。これは、暗い中でスイッチを捜さなければならない煩わしさを防ぐのに、特に有用である。更に、室内ランプの方向における手の高速な移動はむしろ一義的である。
・  医療装置の非接触の（衛生的な）起動又は操作。
・  車の扉に実装されており、開きかけの扉が直ちに対象（駐車場内の隣の車）に近づく場合に信号を与える光センサ。その信号は、アラームを鳴らし、開きかけのドアを一種のブレーキによって停止させるために使用され得る。
・  同様のスイッチは、多くの用途でセーフティスイッチとして使用され得る。車の窓、電車の扉、製造設備等は、手等が動作空間に入る場合にセンサを必要とする。機械的なスイッチと比較して、それは、動いている部分が手に触れない点で有利である。
・  エンドスイッチは電動化された動きを制御する。これらはむしろ遅く（機械的な接触がなされた後に）反応を示すので、記載される光センサは、不意の停止をより少なくすることができる。
【００１５】
上記目的は、光センサの位置に対する対象の動きを検出する方法であって、前記光センサは、レーザキャビティを有する少なくとも１つのレーザと、少なくとも１つの検出器と、所定閾値を下回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するよう構成される少なくとも１つのフィルタ装置とを有する、方法において、
前記レーザキャビティにおいて測定ビームを生成する段階と、
前記測定ビームにより前記対象を照射する段階と、
前記対象によって前記測定ビームの一部を反射する段階と、
反射された前記測定ビームの一部を前記レーザキャビティに再入射する段階と、
前記反射された測定ビーム放射と前記レーザキャビティ内の光波とが干渉する段階と、
前記反射された測定ビーム放射と前記光波との前記干渉が前記対象の動きの速度によって影響を及ぼされる段階と、
前記検出器によって前記反射された測定ビーム放射と前記光波との前記干渉を感知する段階と、
前記検出器によって測定信号を生成する段階と、
前記フィルタ装置によって所定閾値を下回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制する段階と
を有する方法によって達成される。
【００１６】
一定の閾値を下回るレベルに測定信号を抑制することは、当該方法を様々な用途に合わせるために用いられてよい。
【００１７】
本発明に従う方法の更なる実施形態で、当該方法は、前記所定閾値を上回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号が生成される場合にスイッチを切り替える付加的な段階を有する。この方法は、例えば、照明制御でのスイッチング用途に関する。前記閾値を上回る測定信号は前記フィルタ装置を通過し、スイッチは１つのスイッチング状態から他の状態へ（例えば、オンからオフへ）切り替えられる。
【００１８】
後述される更なる特徴は、相互に組み合わされ、いずれか１つの態様と組み合わされてよい。特に他の先行技術と比較される他の利点は、当業者に明らかである。多数の変形及び改良は、本発明の技術的範囲から外れることなく行われ得る。従って、当然、本発明の形態は単なる例示に過ぎず、その適用範囲を限定するよう意図されない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＶＣＳＥＬ及び組み込まれたフォトダイオードを有するＶＥＣＳＥＬの概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の概略図である。
【図３】ａ及びｂは、本発明に従う光センサの異なったコリメータ状態の概略図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の概略図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の概略図である。
【図６】制御システムで使用される、本発明に従う光センサの概略図である。
【図７】測定ビームと並行な対象の速度とレーザのレーザキャビティ内の干渉信号の周波数との間の線形依存性を示す。
【図８】本発明の更なる実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図面を参照して、本発明について、より詳細に説明する。図面中、同じ参照番号は同じ部分を示す。
【００２１】
図１は、本発明に従う光センサで検出器２００として使用される内蔵されたフォトダイオードとともに、レーザ１００として使用されるＶＥＣＳＥＬを示す。ＶＥＣＳＥＬは、ＶＣＳＥＬレイヤ構造９を有し、レーザの内部キャビティを形成する２つの分布ブラグ反射体（Distributed  Bragg  Reflector（ＤＢＲ））２及び４の間に埋め込まれている、電気的にゲインを励起された媒体３（ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）に埋め込まれているインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ））によって形成されている。下側のＤＢＲ４はレージング波長に対して高い反射性（望ましくは、９９．５％超の反射率）を有し、一方、上側のＤＢＲ２は、外部キャビティからのフィードバックを可能にするために、より低い反射率を有する。ＤＢＲ２及び４のうちの一方はｐドープされており、他方はｎドープされており、ゲイン領域への効率的な電流供給を可能にする。この例では、より高い反射率を有する下側ＤＢＲ４がｐドープされており、下側ＤＢＲ２がｎドープされている。しかし、たいてい、逆順序でのドーピングも可能である。ゲイン媒体３への電流注入のための動作電流は、注入電流を適宜変調するための制御ユニット（図示せず。）に接続されている適切な電源（図示せず。）によって供給される。所望の距離又は速度情報を得るための放射レーザ光線７の周波数偏移は、この電流変調により達成される。適切な電流形状は、ｎ型及びｐ型のＤＢＲ電気接触（図示せず。）を介してゲイン領域に供給される。フォトダイオードは下側ＤＢＲ４の背面側に取り付けられており、高い反射率を有するｐ型ＤＢＲ４から漏れ出す少量の放射を測定して、目標物（図示せず。）からの後方散乱光８の、レーザでの影響を監視する。この情報から、目標対象物の距離又は速度が取り出され得る。ＶＣＳＥＬレイヤ構造９は、適切な、光学的に透明な基板１に形成される。かかる基板におけるこのようなレイヤ構造は、ＶＣＳＥＬチップのための低コストの製造工程で生成され得る。従って、フォトダイオードは、このようなチップの背面側に取り付けられる。上側ＤＢＲ２の上に適切な距離で位置付けられて調整されるレーザミラー５は外部キャビティを形成する。適切なＩＲ反射特性を有する狭帯域の容積ブラグ格子（Volume  Bragg  Grating（ＶＢＧ））は、例えば、金属又は誘電体によりコーティングされたミラーにより、このレーザミラー５を形成することができる。ゲイン媒体は、内部レーザキャビティシステムがレーザ閾値を超えることを可能にしないレベルで電気的に励起されているが、レージングを達成するために外部キャビティ（すなわち、外部ミラー５）のフィードバックを必要とする。このようにして、放射レーザ光線７の特性は、ＶＣＳＥＬチップ上の短い内部キャビティによってではなく、外部レーザキャビティによって決定される。結果として、放射レーザ光線７の発散角も小さくなり、モード品質は純粋なＶＣＳＥＬに基づくセンサに比べて高められる。このようにして、レーザは、より良く目標対象物に焦点を合わせられ得、感知用途のために必要とされるレーザキャビティ内へのフィードバック８（目標対象物からの後方散乱放射）は改善される。それでもなお、ミラー５を用いない単純なＶＣＳＥＬも、本発明に従う光センサでレーザとして使用されてよい。
【００２２】
図２は、本発明に従う光センサの第１の実施形態を示す。光センサは、レーザ１００（ＶＣＳＥＬ）と、ＶＣＳＥＬの出力を測定する検出器２００（フォトダイオード）と、光学装置３００（コリメータレンズ）と、増幅器４００（任意）と、フィルタ装置５００とを有する。フィルタ装置５００は、抵抗及びコンデンサを有する高域通過フィルタである。高域通過フィルタは、フォトダイオードによって生成される測定信号に対して閾値を定める。コリメータレンズは、所望の最高感度空間を表す場所でビームの焦点を合わせるために使用される。図３ａ及び３ｂで見られるように、最高感度空間と光センサ４００との間の距離は、焦点合わせの程度（開口数）によって決定され得る。図３ａで、ＶＣＳＥＬの測定ビームは光センサの近くで焦点を合わせられ、結果としてセンサフィールド７１０が得られる。他方、図３ｂでは、ＶＣＳＥＬの測定ビームは、光センサからより遠く離れて焦点を合わせられ、結果としてセンサフィールド７２０が得られる。代替的に、２又はそれ以上のレンズの組み合わせが使用されてよく、例えば、１つはコリメータのために、もう１つは焦点合わせのために使用されてよい（図示せず。）。光センサ６００は、レーザ、検出器及びフィルタ装置と、任意で、更に、検出器によって生成された測定信号の評価のための電子部品と有する。
【００２３】
光センサは、センサが用途範囲内の要求に依存する自己調節によってセンサフィールドの位置を選択する、という付加的な機能を有してよい。
【００２４】
上述されたように、適応光学素子、例えば、
−  （例えば、圧電駆動を用いて）ＶＣＳＥＬまでの距離を変更可能なレンズ
−  傾斜レンズ
−  変形可能であるよう柔軟な材料により作られたレンズ
−  液晶系材料に基づくレンズ
−  異なった目標領域を有するレンズ及び回転／スイープ可能なミラーから成るシステム
が、センサフィールドの空間的な位置を操作するために使用されてよい。センサフィールドは、例えば、適応光学素子を駆動するために矩形電圧を用いることによって、全時間を掃引されてよい。同時間中に、光センサは、上述されるように、所定の閾値を上回って測定ビームに並行な速度成分を有した対象の動きを検出することができる。従って、例えば、所定の閾値を上回って測定ビームに並行な速度成分を有した手の特定の動き（例えば、手の振り）は、時間にわたってセンサフィールドの位置によってカバーされる領域内で検出される。光センサが最高感度領域にある時間の少なくとも一部を測定しているので、空間的な感度（例えば、光センサに対する、揺れている手の位置）は、スイッチとして光センサを用いるにはそれほど重要でない。このため、光センサは、よりロバストであってよい。
【００２５】
代替の実施形態で、光センサ６００は、加えて、（特定の動きのみならず）全ての動きを測定するために使用されてよい。これは、例えば、適応光学素子を駆動するために矩形電圧を用い且つ増幅器４００の出力信号を直接に用いることによって、又は、一種のトリガ電圧ＵＴｒとして付加的な信号を生成するために（所定の閾値を上回って測定ビームに並行な速度成分を有した対象の動きを検出するために使用される）図２に表されるフィルタ装置と並列に超広帯域フィルタ装置を用いることによって、全時間にわたってセンサフィールドを掃引することにより実現され得る。全ての動きの検出は、第１のステップでセンサフィールドの空間的な位置を最適化するために使用されてよい。例えば、唐突な動きが検出される場合、すなわち、トリガ電圧ＵＴｒがオフセット値を通る場合、センサフィールドの掃引が停止されうる。従って、センサフィールドは、適応光学素子を用いて、特定の動き（すなわち、揺れている手）が最終的に起こる空間的な位置へと調整されてよい。センサフィールドの掃引は、特定の信号（光センサの通常動作モードにより、これらの信号は常にトリガ電圧ＵＴｒとともに得られる。）が検出される限り、停止され得る。特定の信号がフィルタ装置５００を介して測定され得ない（所定の閾値を上回って測定ビームに並行な速度成分を有する対象の動きがない）場合、センサフィールドのこの空間的な位置において（例えば、唐突な動きは歩行中の人であったとする。）、センサフィールドの掃引が再び始まる。掃引の停止と開始との間の時間間隔は、内部で決定される遅延時間（例えば、ｔｄｅｌ＝０．１秒）によって与えられてよい。この遅延時間ｔｄｅｌは、例えば、光センサの測定出力部（図２における高域通過フィルタ５００の出力部）でのゼロ電圧レベルによってトリガされるＲＣ要素を用いることにより実現され得る。信号レベルは、適切に位置付けられているセンサフィールドとともに特定の動きを測定する間の掃引の停止により達成され得る最大値に近い。後者は、光センサの応答時間を増大させうる。
【００２６】
レンズシステムの連続的な掃引は幾らかの不必要なエネルギ消費を生じさせるので、センサフィールドは、特定の動きが検出される時間の間だけ掃引されてよい。上述されるように、光センサは、図２に示されるフィルタ装置５００と並列に追加の広帯域フィルタ装置を用いてほぼ全ての動きを測定するために使用されてよい。開始状態は次の通りであってよい。光センサのセンサフィールドは、適応光学素子を位置付けるようＵｏのバイアス電圧を用いて位置ｚｏに位置付けられる。光センサの（特定の又は不特定の）動きを検出すると、適応光学素子は、電圧ＵＴの振幅を用いることによってセンサフィールドの位置を最適化するようにｚｏ周囲のセンサフィールドの揺動（wobbling）を開始する（望ましくは、焦点の僅かの移動を開始する）。同時に、光センサは、所定の閾値を上回って測定ビームに並行な速度成分を有した動きを検出するように独立に動作する。このとき、異なる状態が可能である。
【００２７】
−  特定の動きは検出されない。その場合、光学素子の揺動は停止する。センサフィールドは位置ｚｏに留まる。光センサは再び開始位置に戻る。
【００２８】
−  特定の動きが検出され、すなわち、言い換えると、光センサは、所定の閾値を上回って測定ビームに並行な速度成分を有した動きを検出する。同時に、特定の動きの信号又は／及びＵＴの振幅が、（最大信号に対して）センサフィールドの空間的な位置を最適化するために使用される。センサフィールドの位置のかかる最適化は、特定の動きが検出される限り、行われる。特定の動きがもはやない場合は、揺動は停止される。センサの新しい位置ｚ１と位置ｚｏとの間に十分な距離がある場合、この距離は、例えば、ｚｏからｚ１に向かってその平均位置を（揺動動作に対して）ゆっくりと動かされた、揺れている手により導入されたものである。センサフィールドを異なる開始位置に再配置するという選択肢は、光センサ又はこのような光センサを有するシステムの柔軟性を改善する。一例として、ランプのスイッチング／調光の用途において、センサフィールドは、扉から着席場所へと向かう間に手を振ることによって、扉の近くから着席場所へと移動しうる。例えば、特定の動作の検出がないまま１時間が経過した後、光センサのセンサフィールドの開始位置は、扉の近くの元の位置ｚｏにリセットされてよい。
【００２９】
図４は、本発明の第２の実施形態を示す。システムは、レーザ、検出器及びフィルタ装置のアレイを有する光センサ６００を有して示されており、更に、焦点合わせのための第１の光学装置３１０（マイクロレンズ）と、異なるレーザの測定ビームを空間内の異なる方向に向ける第２の光学装置３２０（凹レンズ）とを有する。フォトダイオードによって生成される個々の測定信号は個別に処理され得る。フォトダイオードは、異なった閾値によって特徴付けられる異なった高域通過フィルタ又はバンドパスフィルタと組み合わされてよい。センサフィールド７３０の角度分布は、このような光センサを有するシステムに付加的な感度を加えるために使用されてよい。システムは、例えば、光センサ６００の異なる検出器をアドレッシングすることによってステレオ設備の音響強度を制御するために使用されてよい。代替的に、光センサは、図５に示されるように、焦点合わせのための第１の光学装置３１０（マイクロレンズ）と、第３の光学装置３３０（凸レンズ）とを有する光学装置３００と組み合わされてよい。個々のマイクロレンズは異なった焦点長さを有してよく、凸レンズはセンサフィールド７３０を整列させるために使用される。これは、付加的な深さ情報を加える。すなわち、対象に近付くことがトレースされ得る。これらの特別の実施形態は、電子機器の設計及び／又はプログラミングによって、期待される動きを指示する可能性を与える。例えば、端にあるセンサが最初に反応し、次いで所与の時間間隔内で隣のセンサが反応することが要求されてよい。これは、背景に対する区別を高め、又は異なる動き（一定速度での左から右への手の移動、等）を検出するために使用され得る。図４及び５に示される本発明に従うシステムの実施形態は、用途に依存して、２つの光センサのみを必要としうる。
【００３０】
図６は、システム８００で使用される、本発明に従う光センサの概略図である。システム８００は、オフィスにおいて照明を制御し及び／又は切り替えるために使用されてよい。システムは、適切な光学装置を用いて２つの異なったセンサフィールドを生成する２つのレーザを有してよい。第１のセンサフィールド７４０は、１又はそれ以上の人物がオフィスに近づき、又はオフィスを去る場合に、照明のスイッチングを可能にするために、オフィスの扉に隣接している。第２のセンサフィールド７５０は、人が机に着席する場合に、照明のスイッチングを可能にするために、机に隣接している。より高度なシステムは、異なるセンサフィールドを生成するために複数の光センサを有しても、あるいは、レーザ、検出器及びフィルタ装置のアレイを有する１つの光センサを有してもよい。センサフィールドは、オフィス内、又は、より一般的には、室内の異なる場所にあってよく、あるいは、それらは同じ場所にあってよいが、フィルタ装置（望ましくは、バンドパスフィルタ）に対して異なる閾値を有する。システムは、１又はそれ以上の光センサに結合されており、動いている対象に隣接してセンサフィールドを投影するためにその動いている対象を検出し及び／又はその位置を見つけることができる検出システムを更に有してよい。人が部屋に入ったことが検出されると、センサフィールドは、室内のほぼ全ての場所からの照明のスイッチングを可能にするために、適応光センサ又は光センサのアレイを用いて、その人物の動きを追従する。システム８００の複雑さに依存して、システムは、例えば、ステレオ装置、ＴＶ受像機、洗濯機、ストーブ等の更なる電気装置を遠隔で制御するホームコントロールシステムに拡張されてよい。
【００３１】
図７は、測定ビームに並行な、動いている対象の速度成分と、レーザキャビティ内の干渉信号のビート周波数との間の線形依存性を示す。手（対象）の動きは、８５０ナノメートル（ｎｍ）で動作するＶＣＳＥＬにより測定された。秒速０．１メートル（ｍ／ｓ）の測定ビームに並行な例えば手の速度成分は、０．２５メガヘルツ（ＭＨｚ）のビート周波数に対応し、０．５ｍ／ｓの測定ビームに並行な手の速度成分は、１．２５ＭＨｚのビート周波数に対応する。測定ビームに並行な速度成分に対するビート周波数の線形依存性を表す直線の傾きは、それ自体、測定に使用されるレーザの波長に線形依存する。レーザがより短い波長を有する場合、直線の傾きはより大きくなる。図７において塗り潰し領域によって示される０．１ｍ／ｓから０．５ｍ／ｓまでの速度範囲に関連する０．２５ＭＨｚから１．２５ＭＨｚまでの周波数範囲は、例えば、照明をオン又はオフに切り替えるために使用されてよい。これは、本発明に従う光センサの実施形態で使用されるレーザキャビティにおけるビート周波数がフォトダイオードにより電気信号に変換され得ることを意味する。順次バンドパスフィルタは、０．２５ＭＨｚを下回り且つ１．２５ＭＨｚを上回る全ての周波数信号を抑制する。周波数信号はバンドパスフィルタを通過し、照明は、手の移動が０．２５ＭＨｚから１．２５ＭＨｚの間の周波数信号を生成する場合にのみ、オン又はオフを切り替えられる。人の手の動きの実際の速度範囲は、例えば、光源を調光するために、多数の区別可能な速度範囲又は対応する周波数範囲の使用を可能にする０．０５ｍ／ｓから５ｍ／ｓの間であってよい。用途に依存して、速度範囲は様々であってよい。より速い速度が、例えば、産業生産用途において、関心が持たれることがある。
【００３２】
本発明の更なる態様に従って、光センサの性能は、ある所定の距離からの光センサのセッティングを変化させることによって、用途の要求に対して改善され得る。所定の閾値を上回って測定ビームに並行な速度成分を有した対象を検出する検出モードと設定モードとの間を切り替えるよう、光センサは、通常のフィードバック信号と強いフィードバック信号とを区別することができる。強フィードバック様式で検出器を動作させることは、光センサの設定モードをアクティブにする。これは、例えば、光センサの感知空間領域で動かされる反射要素（例えば、後部反射器）を用いてなされてよい。強フィードバックにより、通常検出する周波数成分νｏに加えて、より高次の高調波２νｏ、３νｏ、・・・も光センサで生成される。
【００３３】
図８は、検出モードから設定モードへの切り替えを実現する１つの可能な実施形態を示す。図２ａに示される本発明の実施形態と比較して、少なくとも２つの高域通過フィルタを有するフィルタ装置が用いられる。第１の高域通過フィルタ５１０は、例えば、検出モードで所定の閾値を上回って測定ビームと並行な速度成分を有して動く揺れている手を検出するために、周波数νｏを下回る通過周波数を有する。第２の高域通過フィルタ５１０は、周波数νｏと２次高調波２νｏ（望ましくは、僅かに２νｏを下回る）との間の通過周波数を有する。強フィードバックが、例えば、所定の閾値を上回って測定ビームに並行な速度成分を有する後部反射器の動きにより、生成されると直ぐに、２νｏの周波数を有する信号が第２のフィルタ５２０を通過し、制御回路（図示せず。）は、２νｏの周波数を有する信号の信号強度がある閾値を上回る場合に、設定モードに光センサを切り替える。設定モードの起動後、新しいセッティングが直ちに適用され得る。センサフィールドは、例えば、第１の位置から第２の位置へと特定の動きによってシフトされてよい。あるいは、ポテンショメータを有する可変な高域通過フィルタが、図８に示されるフィルタ５１０及び５２０に代えて用いられる場合、所定の速度の閾値は、ポテンショメータの抵抗、従って、フィルタの通過周波数を変えることによって変更されてよい。後者は、例えば、ポテンショメータの抵抗を定めるために使用される特定の周波数に関連した手の動きによって、なされてよい。利用可能な周波数範囲（従って、速度範囲）全体を有するよう、光センサは、最初に、測定ビームに並行な速度成分の閾値が低い基本セッティングに切り替えられてよい。光センサのセッティングを変更する他の選択肢は、測定ビームに並行な所定の速度成分を有した動きの繰り返しであってよい。後者は、例えば、繰り返される動きがレーザセンサまで一定の距離で行われ且つレーザセンサがセンサフィールドの場所を適応させる手段を有する場合に、センサフィールドの場所を定めることと組み合わされ得る。設定モードは、また、適切な制御回路を備えた光センサにより検出されて識別される特別な一連の動きをプログラミングするためにも使用されてよい。フィルタ装置が高域通過フィルタに代えて２、３又はそれ以上のバンドパスフィルタを有する場合に、測定ビームに並行な異なる速度成分を有する一連の動きがプログラミングされてよい。光センサが検出モードに設定し直した後、この一連の動きは、例えば、扉を開くようスイッチを切り替えるといった所定の動作をトリガするために使用されてよい。更に、所定の動き、又は測定ビームに並行な異なる速度成分を有する一連の動きは、上述された強フィードバック信号の使用に代えて、光センサを設定モードに設定するために使用されてよい。光センサは、動きが検出されない場合に、例えば２０秒後に検出モードに設定し直されてよい。代替的に、光センサは、更なる強フィードバック信号を受信することによって、あるいは、測定ビームに並行な所定の速度成分を有する動き又は動きの連続によって、検出モードに設定し直されてよい。
【００３４】
本発明は、具体的な実施形態及び特定の図面を参照して記載されてきたが、限定的な意味で解釈されるべきではない。本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。特許請求の範囲に記載される如何なる参照符号も、その適用範囲を限定するよう解釈されるべきではない。記載される図面は単なる概要であって、限定ではない。図面において、要素の一部の大きさは、例示のために、誇張されており、実寸通りに描かれていない。語「有する（comprise）」及びその活用形が本明細書及び特許請求の範囲で使用されているが、それらは他の要素又は段階を除くわけではない。不定冠詞又は定冠詞（例えば、「１つの（a又はan）」や、「その（the）」等）が単一名詞を参照する際に使用されているが、これらは、特に別なふうに述べられない限りは、複数個を包含する。
【００３５】
更に、明細書及び特許請求の範囲における用語「第１」、「第２」、「第３」等は、同じ種類の要素を区別するために用いられ、必ずしも順次的又は時間的な順序を表すために用いられているわけではない。当然、そのように用いられる用語は適切な状況下で交換可能であり、ここに記載される本発明の実施形態は、ここに記載又は図示をされている以外の順序での動作が可能である。
【００３６】
更に、明細書及び特許請求の範囲における用語「上」、「下」、「第１」、「第２」等は、説明のために用いられ、必ずしも相対的な位置を表すために用いられているわけではない。当然、そのように用いられる用語は適切な状況下で交換可能であり、ここに記載される本発明の実施形態は、ここに記載又は図示をされている以外の位置付けでの動作が可能である。
【００３７】
開示される実施形態の他の変形例は、図面、本開示及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求される発明を実施する際に当業者により理解されて達成され得る。
【図１】
2011517362.tif 000003
【図２】
2011517362.tif 000004
【図３ａ】
2011517362.tif 000005
【図３ｂ】
2011517362.tif 000006
【図４】
2011517362.tif 000007
【図５】
2011517362.tif 000008
【図６】
2011517362.tif 000009
【図７】
2011517362.tif 000010
【図８】
2011517362.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月31日(2010.8.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光センサの位置に対する対象の動きを検出する前記光センサを有するスイッチであって、
前記光センサは、少なくとも１つのレーザ、少なくとも１つの検出器、及び少なくとも１つのフィルタ装置を有し、
前記レーザは、測定ビームを生成して、該測定ビームにより前記対象を照射するレーザキャビティを有し、
前記対象によって反射された前記測定ビーム放射の少なくとも一部は、前記レーザキャビティに再度入り、反射された前記測定ビーム放射と前記レーザキャビティ内の光波との干渉を引き起こし、該干渉は、前記対象の動きの速度によって影響を及ぼされ、
前記検出器は、前記反射された測定ビーム放射と前記光波との前記干渉を感知して、対応する測定信号を生成するよう構成され、
前記フィルタ装置は、秒速０．０５メートルを下回って前記測定ビームと並行する速度成分を有した前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するよう構成される、スイッチ。
【請求項２】
前記フィルタ装置は、所定の下限閾値を下回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するとともに、所定の上限閾値を上回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するよう構成される、請求項１に記載のスイッチ。
【請求項３】
少なくとも第１及び第２のレーザ、第１及び第２の検出器、及び前記フィルタ装置を有する前記光センサは、第１及び第２のバンドパスフィルタを有し、
前記第１のバンドパスフィルタは、所定の第１の下限閾値を下回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するとともに、所定の第１の上限閾値を上回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するよう構成され、
前記第２のバンドパスフィルタは、所定の第２の下限閾値を下回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するとともに、所定の第２の上限閾値を上回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するよう構成される、請求項２に記載のスイッチ。
【請求項４】
前記第１の上限閾値は、前記第２の下限閾値よりも低い、請求項３に記載のスイッチ。
【請求項５】
前記光センサは、前記測定ビームを成形する光学装置を更に有する、請求項１に記載のスイッチ。
【請求項６】
前記光センサは、少なくとも、第１の測定ビームを生成する第１のレーザと、第２の測定ビームを生成する第２のレーザとを有し、
前記光学装置は、前記第１の測定ビームの焦点を空間内の第１の範囲に合わせるとともに、前記第２の測定ビームの焦点を空間内の第２の範囲に合わせるよう構成される、請求項５に記載のスイッチ。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載のスイッチを少なくとも１つ有するシステム。
【請求項８】
照明制御、医療用途、自動車用途、及び産業生産用途を含むグループから選択される用途のうちの少なくとも１つにおける、請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載のスイッチを有するシステムの使用。
【請求項９】
光センサの位置に対する対象の動きを検出する方法であって、前記光センサは、レーザキャビティを有する少なくとも１つのレーザと、少なくとも１つの検出器と、所定閾値を下回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するよう構成される少なくとも１つのフィルタ装置とを有する、方法において、
前記レーザキャビティにおいて測定ビームを生成する段階と、
前記測定ビームにより前記対象を照射する段階と、
前記対象によって前記測定ビームの一部を反射する段階と、
反射された前記測定ビームの一部を前記レーザキャビティに再入射する段階と、
前記反射された測定ビーム放射と前記レーザキャビティ内の光波とが干渉する段階と、
前記反射された測定ビーム放射と前記光波との前記干渉が前記対象の動きの速度によって影響を及ぼされる段階と、
前記検出器によって前記反射された測定ビーム放射と前記光波との前記干渉を感知する段階と、
前記検出器によって測定信号を生成する段階と、
前記フィルタ装置によって、秒速０．０５メートルを下回って前記測定ビームと並行する速度成分を有した前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制する段階と、
秒速０．０５メートルを上回って前記測定ビームと並行する速度成分を有した前記対象の動きによって引き起こされる測定信号が生成される場合にスイッチを切り替える段階と
を有する方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、光センサを有するスイッチ、そのようなスイッチを有するシステムの使用及びスイッチングの方法に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
更に、本発明は、改善されたスイッチング方法を提供することを目的とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的は、光センサの位置に対する対象の動きを検出する前記光センサを有するスイッチであって、少なくとも１つのレーザ、少なくとも１つの検出器、及び少なくとも１つのフィルタ装置を有し、前記レーザは、測定ビームを生成して、該測定ビームにより前記対象を照射するレーザキャビティを有し、前記対象によって反射された前記測定ビーム放射の少なくとも一部は、前記レーザキャビティに再度入り、反射された前記測定ビーム放射と前記レーザキャビティ内の光波との干渉を引き起こし、該干渉は、前記対象の動きの速度によって影響を及ぼされ、前記検出器は、前記反射された測定ビーム放射と前記光波との前記干渉を感知して、対応する測定信号を生成するよう構成され、前記フィルタ装置は、所定閾値を下回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するよう構成される、スイッチによって達成される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
当該光センサの選択性は、対象が所定の動きを示す場合にのみ、スイッチング状態を変化させるよう合わせられ得るスイッチを有効にする。例えば、ランプ、ステレオ機器、ＴＶ受像機等の装置の遠隔スイッチングは、室内の様々な場所から可能であってよい。セキュリティスイッチは、近づいてくる対象（車）の速度に対して選択でき、危険な状況を防ぐためにセキュリティシステムと組み合わされ得る。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明に従う光センサを有するスイッチは、
−  照明制御、
−  医療用途、
−  自動車用途、及び
−  産業生産用途
のグループから選択された用途の中の少なくとも１つで使用されてよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記目的は、光センサの位置に対する対象の動きを検出する方法であって、前記光センサは、レーザキャビティを有する少なくとも１つのレーザと、少なくとも１つの検出器と、所定閾値を下回る速度での前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制するよう構成される少なくとも１つのフィルタ装置とを有する、方法において、
前記レーザキャビティにおいて測定ビームを生成する段階と、
前記測定ビームにより前記対象を照射する段階と、
前記対象によって前記測定ビームの一部を反射する段階と、
反射された前記測定ビームの一部を前記レーザキャビティに再入射する段階と、
前記反射された測定ビーム放射と前記レーザキャビティ内の光波とが干渉する段階と、
前記反射された測定ビーム放射と前記光波との前記干渉が前記対象の動きの速度によって影響を及ぼされる段階と、
前記検出器によって前記反射された測定ビーム放射と前記光波との前記干渉を感知する段階と、
前記検出器によって測定信号を生成する段階と、
前記フィルタ装置によって、秒速０．０５メートルを下回って前記測定ビームと並行する速度成分を有した前記対象の動きによって引き起こされる測定信号を抑制する段階と、
秒速０．０５メートルを上回って前記測定ビームと並行する速度成分を有した前記対象の動きによって引き起こされる測定信号が生成される場合にスイッチを切り替える段階と
を有する方法によって達成される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
この方法は、例えば、照明制御でのスイッチング用途に関する。前記閾値を上回る測定信号は前記フィルタ装置を通過し、スイッチは１つのスイッチング状態から他の状態へ（例えば、オンからオフへ）切り替えられる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
図１は、本発明に従う光センサで検出器２００として使用される内蔵されたフォトダイオードとともに、レーザ１００として使用されるＶＥＣＳＥＬを示す。ＶＥＣＳＥＬは、ＶＣＳＥＬレイヤ構造９を有し、レーザの内部キャビティを形成する２つの分布ブラグ反射体（Distributed  Bragg  Reflector（ＤＢＲ））２及び４の間に埋め込まれている、電気的にゲインを励起された媒体３（ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）に埋め込まれているインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ））によって形成されている。下側のＤＢＲ４はレージング波長に対して高い反射性（望ましくは、９９．５％超の反射率）を有し、一方、上側のＤＢＲ２は、外部キャビティからのフィードバックを可能にするために、より低い反射率を有する。ＤＢＲ２及び４のうちの一方はｐドープされており、他方はｎドープされており、ゲイン領域への効率的な電流供給を可能にする。この例では、より高い反射率を有する下側ＤＢＲ４がｐドープされており、下側ＤＢＲ２がｎドープされている。しかし、たいてい、逆順序でのドーピングも可能である。ゲイン媒体３への電流注入のための動作電流は、注入電流を適宜変調するための制御ユニット（図示せず。）に接続されている適切な電源（図示せず。）によって供給される。所望の距離又は速度情報を得るための放射レーザ光線７の周波数偏移は、この電流変調により達成される。適切な電流形状は、ｎ型及びｐ型のＤＢＲ電気接触（図示せず。）を介してゲイン領域に供給される。フォトダイオードは下側ＤＢＲ４の背面側に取り付けられており、高い反射率を有するｐ型ＤＢＲ４から漏れ出す少量の放射を測定して、目標物（図示せず。）からの後方散乱光８の、レーザでの影響を監視する。この情報から、目標対象物までの距離又は目標対象物の速度が取り出され得る。ＶＣＳＥＬレイヤ構造９は、適切な、光学的に透明な基板１に形成される。かかる基板におけるこのようなレイヤ構造は、ＶＣＳＥＬチップのための低コストの製造工程で生成され得る。従って、フォトダイオードは、このようなチップの背面側に取り付けられる。上側ＤＢＲ２の上に適切な距離で位置付けられて調整されるレーザミラー５は外部キャビティを形成する。適切なＩＲ反射特性を有する狭帯域の容積ブラグ格子（Volume  Bragg  Grating（ＶＢＧ））は、例えば、金属又は誘電体によりコーティングされたミラーにより、このレーザミラー５を形成することができる。ゲイン媒体は、内部レーザキャビティシステムがレーザ閾値を超えることを可能にしないレベルで電気的に励起されているが、レージングを達成するために外部キャビティ（すなわち、外部ミラー５）のフィードバックを必要とする。このようにして、放射レーザ光線７の特性は、ＶＣＳＥＬチップ上の短い内部キャビティによってではなく、外部レーザキャビティによって決定される。結果として、放射レーザ光線７の発散角も小さくなり、モード品質は純粋なＶＣＳＥＬに基づくセンサに比べて高められる。このようにして、レーザは、より良く目標対象物に焦点を合わせられ得、感知用途のために必要とされるレーザキャビティ内へのフィードバック８（目標対象物からの後方散乱放射）は改善される。それでもなお、ミラー５を用いない単純なＶＣＳＥＬも、本発明に従う光センサでレーザとして使用されてよい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
図２は、本発明に従うスイッチに含まれる光センサの第１の実施形態を示す。光センサは、レーザ１００（ＶＣＳＥＬ）と、ＶＣＳＥＬの出力を測定する検出器２００（フォトダイオード）と、光学装置３００（コリメータレンズ）と、増幅器４００（任意）と、フィルタ装置５００とを有する。フィルタ装置５００は、抵抗及びコンデンサを有する高域通過フィルタである。高域通過フィルタは、フォトダイオードによって生成される測定信号に対して閾値を定める。コリメータレンズは、所望の最高感度空間を表す場所でビームの焦点を合わせるために使用される。図３ａ及び３ｂで見られるように、最高感度空間と光センサ４００との間の距離は、焦点合わせの程度（開口数）によって決定され得る。図３ａで、ＶＣＳＥＬの測定ビームは光センサの近くで焦点を合わせられ、結果としてセンサフィールド７１０が得られる。他方、図３ｂでは、ＶＣＳＥＬの測定ビームは、光センサからより遠く離れて焦点を合わせられ、結果としてセンサフィールド７２０が得られる。代替的に、２又はそれ以上のレンズの組み合わせが使用されてよく、例えば、１つはコリメータのために、もう１つは焦点合わせのために使用されてよい（図示せず。）。光センサ６００は、レーザ、検出器及びフィルタ装置と、任意で、更に、検出器によって生成された測定信号の評価のための電子部品と有する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
図６は、システム８００で使用される光センサの概略図である。システム８００は、オフィスにおいて照明を制御し及び／又は切り替えるために使用されてよい。システムは、適切な光学装置を用いて２つの異なったセンサフィールドを生成する２つのレーザを有してよい。第１のセンサフィールド７４０は、１又はそれ以上の人物がオフィスに近づき、又はオフィスを去る場合に、照明のスイッチングを可能にするために、オフィスの扉に隣接している。第２のセンサフィールド７５０は、人が机に着席する場合に、照明のスイッチングを可能にするために、机に隣接している。より高度なシステムは、異なるセンサフィールドを生成するために複数の光センサを有しても、あるいは、レーザ、検出器及びフィルタ装置のアレイを有する１つの光センサを有してもよい。センサフィールドは、オフィス内、又は、より一般的には、室内の異なる場所にあってよく、あるいは、それらは同じ場所にあってよいが、フィルタ装置（望ましくは、バンドパスフィルタ）に対して異なる閾値を有する。システムは、１又はそれ以上の光センサに結合されており、動いている対象に隣接してセンサフィールドを投影するためにその動いている対象を検出し及び／又はその位置を見つけることができる検出システムを更に有してよい。人が部屋に入ったことが検出されると、センサフィールドは、室内のほぼ全ての場所からの照明のスイッチングを可能にするために、適応光センサ又は光センサのアレイを用いて、その人物の動きを追従する。システム８００の複雑さに依存して、システムは、例えば、ステレオ装置、ＴＶ受像機、洗濯機、ストーブ等の更なる電気装置を遠隔で制御するホームコントロールシステムに拡張されてよい。
【国際調査報告】
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