(57)【要約】  分光計装置（１１０）が開示されている。分光計装置（１１０）は−  少なくとも１つの入射光ビームを構成波長のスペクトルに分離するように適合された少なくとも１つのフィルタ要素（１１４）、−  光センサ（１１６，１４２）のマトリックスを有する少なくとも１つのセンサ要素（１４０）であって、光センサ（１１６，１４２）はそれぞれ感光エリアを有し、各光センサ（１１６，１４２）は、少なくとも１つの物体（１１２）から分光計に伝播する少なくとも１つの光ビームによる感光エリアの照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように構成され、光センサ（１１６，１４２）の少なくとも１つの第１光センサは、第１構成波長による照射に応答して第１センサ信号を生成するように適合され、光センサ（１１６，１４２）の少なくとも１つの第２光センサは、第１構成波長による照射に応答して第２センサ信号を生成するように適合されている、少なくとも１つのセンサ要素（１４０）、−  第１センサ信号及び第２センサ信号由来の結合信号Ｑを評価することにより、物体（１１２）の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成された少なくとも１つの評価装置（１２０）であって、評価装置（１２０）は、決定された縦方向座標ｚを考慮して少なくとも１つの分光解析を実行することにより、光センサのマトリックスの光センサ（１１６，１４２）によって生成される少なくとも１つのセンサ信号を評価するように構成されている、少なくとも１つの評価装置（１２０）、を有する。【選択図】図２
2021523384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分光計装置（１１０）であって、
−  少なくとも１つの入射光ビームを構成波長のスペクトルに分離するように適合された少なくとも１つのフィルタ要素（１１４）、
−  光センサ（１１６，１４２）のマトリックスを有する少なくとも１つのセンサ要素（１４０）であって、前記光センサ（１１６，１４２）はそれぞれ感光エリアを有し、各光センサ（１１６，１４２）は、少なくとも１つの物体（１１２）から前記分光計装置に伝播する少なくとも１つの光ビームによる前記感光エリアの照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように構成され、前記光センサ（１１６，１４２）の少なくとも１つの第１光センサは、第１構成波長による照射に応答して第１センサ信号を生成するように適合され、前記光センサ（１１６，１４２）の少なくとも１つの第２光センサは、前記第１構成波長による照射に応答して第２センサ信号を生成するように適合されている、少なくとも１つのセンサ要素（１４０）、
−  前記第１センサ信号及び前記第２センサ信号由来の結合信号Ｑを評価することにより、前記物体（１１２）の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成された少なくとも１つの評価装置（１２０）であって、前記評価装置（１２０）は、前記決定された縦方向座標ｚを考慮して少なくとも１つの分光解析を実行することにより、前記光センサのマトリックスの前記光センサ（１１６，１４２）によって生成される少なくとも１つのセンサ信号を評価するように構成されている、少なくとも１つの評価装置（１２０）、
を有する分光計装置（１１０）。
【請求項２】
前記分光計装置（１１０）は、モバイル分光計装置である、請求項１に記載の分光計装置（１１０）。
【請求項３】
前記分光計装置（１１０）は、非接触分光法のために構成されている、請求項１又は２に記載の分光計装置（１１０）。
【請求項４】
前記分光計装置（１１０）は、前記物体（１１２）と前記分光計装置の間の距離が可変であるように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の分光計装置（１１０）。
【請求項５】
前記評価装置（１２０）は、前記物体（１１２）と前記分光計装置（１１０）との間の距離の変化を決定するように構成されている、請求項４に記載の分光計装置（１１０）。
【請求項６】
前記評価装置（１２０）は、前記物体（１１２）の決定された縦方向座標ｚから、前記物体（１１２）と前記分光計装置（１１０）との間の距離による光減衰を決定するように適合されている、請求項４又は５に記載の分光計装置（１１０）。
【請求項７】
前記分光解析は、前記物体（１１２）の存在による少なくとも１つの光特性における少なくとも１つの差を決定することを含み、前記光特性の差は、少なくとも１つの波長依存性強度差、少なくとも１つの波長依存性偏光差、からなる群から選択される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の分光計装置（１１０）。
【請求項８】
前記結合信号Ｑは、前記第１信号及び前記第２信号の商、又はその逆の商を形成すること；前記第１信号の倍数及び前記第２信号の倍数の商、又はその逆の商を形成すること；前記第１信号の線形結合及び前記第２信号の線形結合の商、又はその逆の商を形成すること；前記第１信号及び前記第２信号の第１線形結合、及び、前記第１信号及び前記第２信号の第２線形結合の商を形成すること、のうちの１つ以上によって導出される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の分光計装置（１１０）。
【請求項９】
前記評価装置（１２０）は、前記縦方向座標ｚを決定するために、前記結合信号Ｑと前記物体（１１２）の前記縦方向座標ｚの間の少なくとも１つの所定の関係を使用するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の分光計装置（１１０）。
【請求項１０】
前記分光計装置（１１２）は、少なくとも１つの照射源（１２８）を備え、前記照射源（１２８）は、少なくとも１つの照射光ビーム（１３６）で前記物体（１１２）を照射するように適合されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の分光計装置（１１０）。
【請求項１１】
前記評価装置（１２０）は、前記第１構成波長によって照射されて、最高のセンサ信号を有し、且つ前記第１センサ信号を形成する前記少なくとも１つの光センサ（１１６，１４２）を決定するように適合され、前記第１センサ信号は、少なくとも１つの中心信号であり、前記評価装置（１２０）は、前記第１構成波長によって照射されて、前記第２センサ信号を形成する前記マトリックスの前記光センサ（１１６，１４２）の前記センサ信号を評価するように構成され、前記第２センサ信号は、少なくとも１つの和信号であり、前記評価装置は、前記中心信号と前記和信号とを組み合わせて前記結合信号Ｑを決定するように構成されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の分光計装置（１１０）。
【請求項１２】
前記中心信号は、前記最高のセンサ信号；前記最高のセンサ信号から所定の許容範囲内にあるセンサ信号の一群の平均；前記最高のセンサ信号を有する前記光センサ（１１６，１４２）を含む光センサ（１１６，１４２）の一群及び隣接する光センサ（１１６，１４２）の所定の一群からのセンサ信号の平均；前記最高のセンサ信号を有する前記光センサ（１１６，１４２）を含む光センサ（１１６，１４２）の一群及び隣接する光センサ（１１６，１４２）の所定の一群からのセンサ信号の和；前記最高のセンサ信号から所定の許容範囲内にあるセンサ信号の一群の和；所定の閾値を超えるセンサ信号の一群の平均；所定の閾値を超えるセンサ信号の一群の和；前記最高のセンサ信号を有する前記光センサ（１１６，１４２）を含む光センサ（１１６，１４２）の一群と、隣接する光センサ（１１６，１４２）の所定の一群からのセンサ信号の積分；前記最高のセンサ信号からの所定の許容範囲内にあるセンサ信号の一群の積分；所定の閾値を超えるセンサ信号の一群の積分、からなる群から選択され、
前記和信号は、前記マトリックスの全センサ信号の平均；前記マトリックスの全センサ信号の和；前記マトリックスの全センサ信号の積分；前記中心信号に寄与するそれらの光センサからのセンサ信号を除く前記マトリックスの全センサ信号の平均；前記中心信号に寄与するそれらの光センサ（１１６，１４２）からのセンサ信号を除く前記マトリックスの全センサ信号の和；前記中心信号に寄与するそれらの光センサ（１１６，１４２）からのセンサ信号を除く前記マトリックスの全センサ信号の積分；前記最高のセンサ信号を有する前記光センサ（１１６，１４２）から所定の範囲内にある光センサのセンサ信号の和；前記最高のセンサ信号を有する前記光センサから所定の範囲内にある光センサのセンサ信号の積分；前記最高のセンサ信号を有する前記光センサ（１１６，１４２）から所定の範囲内に位置する光センサ（１１６，１４２）の所定の閾値を超えるセンサ信号の和；前記最高のセンサ信号を有する前記光センサ（１１６，１４２）から所定の範囲内に位置する光センサ（１１６，１４２）の所定の閾値を超えるセンサ信号の積分、からなる群から選択される、請求項１１に記載の分光計装置（１１０）。
【請求項１３】
前記分光計装置（１１０）は、第１センサ信号及び第２構成波長に応答して生成された第２センサ信号由来の結合信号Ｑを評価することによって、前記物体の少なくとも１つの更なる縦方向座標を決定するように適合され、前記評価装置（１２０）は、前記縦方向座標と前記更なる縦方向座標とから組み合わされた縦方向座標を決定し、前記組み合わされた縦方向座標を考慮して前記分光解析を実行するように適合されている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の分光計装置（１１０）。
【請求項１４】
少なくとも１つの物体（１１２）から発する少なくとも１つの光ビームの少なくとも１つの光特性の少なくとも１つの差を決定するための方法であって、前記方法では、分光計装置を参照する先行する請求項のいずれか１つによる分光計装置（１１０）が使用され、次のステップ、
−  前記分光計装置（１１０）の少なくとも１つのフィルタ要素（１１４）を使用して、少なくとも１つの入射光ビームを構成波長のスペクトルに分離するステップ、
−  前記分光計装置（１１０）の少なくとも１つのセンサ要素（１４０）を、前記光ビームの少なくとも１つの構成波長で照射するステップであって、前記分光計装置（１１０）は、光センサ（１１６，１４２）のマトリックスを有し、前記光センサ（１１６，１４２）はそれぞれ感光エリアを有し、各光センサ（１１６，１４２）は、前記感光エリアの照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成し、前記光センサ（１１６，１４２）の少なくとも１つの第１光センサが、第１構成波長による照射に応答して第１センサ信号を生成し、前記光センサ（１１６，１４２）の少なくとも１つの第２光センサは、前記第１構成波長による照射に応答して第２センサ信号を生成するステップ、
−  前記第１センサ信号及び前記第２センサ信号由来の結合信号Ｑを評価することにより前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定し、前記決定された縦方向座標ｚを考慮して少なくとも１つの分光解析を実行することにより、前記光センサのマトリックスの前記光センサ（１１６，１４２）によって生成された少なくとも１つのセンサ信号を評価し、それにより、前記少なくとも１つの物体から発する少なくとも１つの光ビームの少なくとも１つの光特性における少なくとも１つの差を決定するステップ、
を含む方法。
【請求項１５】
分光計装置（１１０）を参照する先行する請求項のいずれか１つによる分光計装置（１１０）の使用であって、使用の目的が、赤外線検出アプリケーション；熱検出アプリケーション；温度計アプリケーション；熱探索アプリケーション；火炎検出アプリケーション；火災検出アプリケーション；煙検出アプリケーション；温度検知アプリケーション；分光法アプリケーション；排ガス監視アプリケーション；燃焼プロセス監視アプリケーション；汚染監視アプリケーション；工業プロセス監視アプリケーション；化学プロセス監視アプリケーション；食品処理プロセス監視アプリケーション；水質監視アプリケーション；大気品質監視アプリケーション；品質管理アプリケーション；温度制御アプリケーション；動作制御アプリケーション；排気制御アプリケーション；ガス検知アプリケーション；ガス分析アプリケーション；動作検知アプリケーション；化学検知アプリケーション；モバイルアプリケーション；医療アプリケーション；モバイル分光法アプリケーション；食品分析アプリケーション、からなる群から選択される使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光計装置、少なくとも１つの物体から発生する少なくとも１つの光ビームの少なくとも１つの光特性における少なくとも１つの差を決定する方法、及び分光計装置の様々な使用に関する。このような装置及び方法は、一般的に、様々な用途、例えば、調査又は監視の目的、特に、赤外線検出、熱検出、炎検出、火災検出、煙検出、汚染監視、工業プロセス、化学プロセス、食品加工プロセスなどの監視などに採用することができる。しかし、さらなる種類の用途も可能である。
【背景技術】
【０００２】
様々な分光計装置及びシステムが知られている。分光計は、一般に、試料又は物体に向かって光を放出し、反射光、透過光、散乱光又は受信光を測定する。分光解析は、放出光と受信光の間の差に基づく。分光計は、試料又は物体との光の相互作用の前後の波長依存性強度差を決定する。分光計は、波長依存性偏光差などの特性をさらに決定することができる。
【０００３】
試料又は物体との相互作用前後における光特性の違いを解析するには、これらの光特性を最小限の変更で測定することが重要である。したがって、公知の分光計では、分光計における試料又は物体との相互作用の経路は、固定され閉じられた状態に維持される。モバイル分光計では、相互作用の経路は、例えばモバイル分光計の移動に起因して、可変であるかもしれない。モバイル分光計においても固定され閉じられた経路を達成するために、試料又は物体と装置の直接的な機械接触を要求すること、又は、試料又は物体を特殊な箱内に配置することが知られている。しかし、直接的な機械接触は、光学系が汚染された場合に測定を劣化させるので、不利な場合がある。また、衛生面でも懸念される場合がある。したがって、直接的な機械接触を防止することが望ましい。
【０００４】
しかし、非接触のモバイル分光法は距離に大きく依存する。間接的モバイル分光測定の場合、平行化光源を使用して、試料と相互作用する前の放出光の乱れを回避することができる。しかし、受信光は反射及び／又は散乱のために平行化されず、その結果、受信光強度の距離依存性を生じる。強度差は分光解析の基本であるため、反射光の距離依存性は非接触分光法の中心的な問題である。
【０００５】
ＵＳ２０１７／０７４６５２Ａ１は、少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器を記載しており、そこでは検出器は、少なくとも１つの光センサであって、少なくとも１つのセンサ領域を有し、物体から検出器へ進む照射光によるセンサ領域の照射に依存する方式で少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計された光センサ、少なくとも１つのビーム分割装置であって、照射光を少なくとも２つの別々の光ビームに分割するように適合され、各光ビームは光路上を光センサへ進むビーム分割装置、少なくとも２つの光路のうちの１つの光路上に配置された、照射光を変調するための少なくとも１つの変調装置、及び、少なくとも１つのセンサ信号から少なくとも１つの情報項目を生成するように設計された少なくとも１つの評価装置、を含む。
【０００６】
ＵＳ２０１７／０８２４８６Ａ１は、光検出器を記載しており、該光検出器は、空間的に分解される様式で光ビームの少なくとも１つの特性を修正するように適合された少なくとも１つの空間光変調器であって、ピクセルのマトリクスを有し、各ピクセルは該ピクセルを通過する光ビームの一部の少なくとも１つの光学特性を個別に修正するように制御可能である少なくとも１つの空間光変調器、空間光変調器のピクセルのマトリックスを通過した後の光ビームを検出し、少なくとも１つのセンサ信号を生成するように適合された少なくとも１つの光センサ、異なる変調周波数でピクセルのうちの少なくとも２つを周期的に制御するように適合された少なくとも１つの変調装置、及び、変調周波数についてセンサ信号の信号成分を決定するために周波数解析を実行するように適合された少なくとも１つの評価装置、を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＵＳ２０１７／０７４６５２Ａ１
【特許文献２】ＵＳ２０１７／０８２４８６Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、既知の装置及び方法の上述の技術的課題に対する装置及び方法を提供することである。具体的には、本発明の目的は、分光情報を確実に決定することができる非接触分光法用のモバイル分光法のためのモバイル分光計装置及びその方法を提供することである。
【０００９】
この課題は、本発明の独立特許請求の範囲の特徴によって解決される。個別に又は組み合わせて実現され得る本発明の有利な展開は、従属特許請求の範囲及び／又は以下の明細書及び詳細な実施形態に示されている。
【００１０】
以下で使用される場合、「有する」、「備える」、「含む」という用語、又はそれらの任意の文法的変形は、非排他的な方法で使用される。したがって、これらの用語は、これらの用語によって導入される特徴に加えて、この文脈で説明される実体にさらなる特徴が存在しない状況、及び１つ以上のさらなる特徴が存在する状況の両方を指すことができる。一例として、「ＡはＢを有する」、「ＡはＢを備える」及び「ＡはＢを含む」という表現は、Ｂ以外にＡに他の要素が存在しない状況（すなわち、ＡがもっぱらＢから構成される状況）、及びＢ以外に１つ以上のさらなる要素が実体Ａに存在する状況、例えば、要素Ｃ、要素Ｃ及びＤ、又はさらなる要素が存在する状況の両方を指すことができる。
【００１１】
さらに、用語「少なくとも１つ」、「１つ以上の」、又は、特徴又は要素が１度以上存在してもよいことを示す同様の表現は、典型的には、それぞれの特徴又は要素を導入する際に１度のみ使用されることに留意されたい。以下では、ほとんどの場合、それぞれ特徴又は要素を参照する際に、「少なくとも１つ」又は「１つ以上の」という表現は、それぞれ特徴又は要素が１度以上存在していてもよいという事実にかかわらず、繰り返されないことに留意されたい。
【００１２】
さらに、以下で使用される場合、用語「好ましくは」、「より好ましくは」、「具体的には」、「より具体的には」、「特に」、「さらに特に」又は同様の用語は、代替の可能性を制限することなく、任意の特徴と組み合わせて使用される。したがって、これらの用語によって導入される特徴は、任意の特徴であって、いかなる意味でも特許請求の範囲の範囲を制限することを意図しない。本発明は、当業者であれば認識するように、代替的特徴を使用することによっても実行され得る。同様に、「本発明の一実施形態において」又は類似の表現によって導入される特徴は、本発明の代替の実施形態に対する制限なしに、本発明の範囲に関する制限なしに、及び、そのような方式で導入される特徴を本発明の他の任意の又は非任意の特徴と組み合わせる可能性に対する制限なしに、任意の特徴であることを意図している。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様では、分光計装置が開示されている。「分光計装置」という用語は、スペクトルの対応する波長又は波長間隔などのスペクトルの区画に関する信号強度を記録することができる装置に関し、ここで、該信号強度は、好ましくは、さらなる評価に使用できる電気信号として提供され得る。具体的には、本分光計装置は、少なくとも１つの分光測定を実行するように構成されている。一般に使用されるように、「スペクトル」という用語は、電磁スペクトル又は波長スペクトルを指す。具体的には、スペクトルは、可視スペクトル範囲及び／又は赤外線（ＩＲ）スペクトル範囲、特に近赤外線（ＮＩＲ）スペクトル範囲の区画であり得る。本明細書では、スペクトルの各部分は、信号波長及び対応する信号強度によって定義される光信号によって構成される。
【００１４】
本明細書で使用される場合、「光」という用語は、一般に、通常「光学スペクトル範囲」と呼ばれ、可視スペクトル範囲、紫外線スペクトル範囲、及び赤外線スペクトル範囲の１つ以上を含む電磁放射の区画を指す。本明細書では、「紫外線スペクトル範囲」という用語は、一般に、１ｎｍ〜３８０ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ〜３８０ｎｍの波長を有する電磁放射を指す。さらに、本文書の日付で有効なバージョンの標準ＩＳＯ−２１３４８に部分的に準拠して、「可視スペクトル範囲」という用語は、通常、３８０ｎｍ〜７６０ｎｍのスペクトル範囲を指す。「赤外線スペクトル範囲」（ＩＲ）という用語は、一般に７６０ｎｍ〜１０００μｍの電磁放射を指し、そのうち、７６０ｎｍ〜１．５μｍの範囲は通常「近赤外線スペクトル範囲」（ＮＩＲ）と呼ばれ、１．５μｍ〜１５μｍは「中赤外線スペクトル範囲」（ＭｉｄＩＲ）として示され、１５μｍ〜１０００μｍの範囲は「遠赤外線スペクトル範囲」（ＦＩＲ）として示される。好ましくは、本発明の通常の目的に使用される光は、赤外線（ＩＲ）スペクトル範囲の光であり、より好ましくは、近赤外線（ＮＩＲ）及び中赤外線スペクトル範囲（ＭｉｄＩＲ）の光であり、特に、１μｍ〜５μｍ、好ましくは１μｍ〜３μｍの波長を有する光である。
【００１５】
本分光計装置は、入射光を、それぞれの強度が少なくとも１つの光センサ及び／又は少なくとも１つの検出器アレイを用いて決定される構成波長信号のスペクトルに、分離するように構成されたフィルタ要素を含む。本明細書で使用される場合、「フィルタ要素」という用語は、入射光を構成波長信号のスペクトルに分離するように適合された光学要素を指す。例えば、フィルタ要素は、少なくとも１つのプリズムであってもよいし、少なくとも１つのプリズムを含んでもよい。例えば、フィルタ要素は、可変長フィルタのような少なくとも１つの光学フィルタ、すなわち、特にフィルタの連続配置で提供され得る、複数のフィルタ、好ましくは複数の干渉フィルタを含む光学フィルタであってもよく、及び／又は、それらを含んでもよい。本明細書では、各フィルタは、フィルタ上の各空間位置の可変中心波長を有するバンドパスを、好ましくは、連続的に単一の次元に沿って形成することができ、通常それは可変長フィルタの受信面の「長さ」という用語で表される。好ましい例では、可変中心波長は、フィルタ上の空間位置の線形関数であり得、その場合、可変長フィルタは通常「線形可変フィルタ」又はその略語「ＬＶＦ」で呼ばれる。しかしながら、他の種類の関数が、可変中心波長とフィルタ上の空間的位置の間の関係に適用可能であり得る。本明細書で、フィルタは、透明基板上、特に、可視及び／又は赤外線（ＩＲ）スペクトル範囲内、特に以下でより詳細に説明されるような近赤外線（ＮＩＲ）スペクトル範囲内で、高度の光学的透明度を示すことができる少なくとも１つの材料を含むことができる透明基板上に配置され得、これにより、フィルタの長さに沿ったフィルタの変化するスペクトル特性、特に連続的に変化するスペクトル特性を達成することができる。特に、フィルタ要素は、透明基板上に少なくとも１つの応答コーティングを担持するように適合され得るウェッジフィルタであり得、そこでは、応答コーティングは、空間的可変特性、特に空間的可変厚さを示し得る。しかしながら、他の材料を含み得る、又は、さらなる空間的可変特性を示し得る、他の種類の可変長フィルタもまた可能であり得る。入射光ビームの垂直入射角で、可変長フィルタに含まれる各フィルタは、特定のフィルタの中心波長の一部、通常は数パーセントに達し得るバンドパス幅を有し得る。例として、１４００〜１７００ｎｍの波長範囲と１％のバンドパス幅を有する可変長フィルタの場合、垂直入射角でのバンドパス幅は、１４ｎｍ〜１７ｎｍで変動し得る。しかしながら、他の例も可能であり得る。可変長フィルタのこの特定の構成の結果として、バンドパス幅によって示される許容範囲内で、フィルタ上の特定の空間位置に割り当てられている中心波長に等しい波長を有する入射光のみが、その特定空間位置で可変長フィルタを通過することができる。したがって、中心波長の±１／２バンドパス幅に等しくあり得る「透過波長」が、可変長フィルタ上の各空間位置に対して定義されてよい。換言すれば、送信波長で可変長フィルタを通過することができないすべての光は、可変長フィルタの受表面によって吸収されるか、ほとんどの場合、反射されるかである。結果として、可変長フィルタは入射光をスペクトル���分離することを可能にする可変透過率を有する。
【００１６】
分光計装置は、少なくとも１つの光センサ及び／又は複数のピクセル化光センサを含む少なくとも１つの検出器アレイを備える。例えば、分光計装置は、少なくとも１つのプリズムと１つの光センサを備えてよい。例えば、分光計装置は、検出器アレイと組み合わせた光学フィルタを含んでよい。各ピクセル化光センサは、構成波長信号の少なくとも一部を受けるように適合されている。各構成波長信号は、各構成波長の強度に関連する。フィルタ要素上の特定の空間位置を通過することができる光は、その後、検出器アレイに衝突することができる。言い換えれば、検出器アレイは、好ましくは、光が最初にフィルタ要素に衝突し、フィルタ要素の特定の空間位置を通過することができる光の区画だけが、その後、検出器アレイ上の対応する空間位置に衝突できるように、配置され得る。結果として、フィルタ要素は、したがって、関連する波長又は関連する複数波長によって入射光を少なくとも１つの対応する空間位置に分離するために使用することができ、一方、検出器アレイに含まれる特定の光センサは、その特定の波長によって対応する空間位置でフィルタ要素を通過することができて、したがって、その特定の波長における入射光の強度を決定するように提供されたその特定の光センサに衝突する入射光の強度を、測定するように採用され得る。特に好ましい実施形態では、検出器アレイは、したがって、一つが他に続く光センサの一連の形態で配置され得る光センサのシーケンスを有し、該光センサのシーケンスは、フィルタ要素の長さに沿った干渉フィルタの連続配置に関して平行に配置されてよい。
【００１７】
検出器アレイは、このように、好ましくは、可変長フィルタの長さに沿った１次元マトリックスとして単一のラインに、又は、特に可能な限り入射光の強度の大部分を受けるために、２次元マトリックスの形で、複数のライン、特に２本、３本又は４本の平行ラインに、配置され得る一連の光センサを備えることができる。したがって、一方向のピクセル数Ｎは、一次元の１×Ｎマトリックス又は長方形の二次元のＭ×Ｎマトリックスが得られるように、さらなる方向のピクセル数Ｍと比較して高くてよく、そこでは、Ｍ＜１０及びＮ≧１０、好ましくはＮ≧２０、より好ましくはＮ≧５０である。さらに、本明細書で使用されるマトリックスは、千鳥配置で配置されてもよい。本明細書では、使用される各光センサは、特に一連の光センサの製造を容易にするために、同一、又は許容レベル内で類似の光感度を有することができる。しかしながら、他の種類の構成も可能である。
【００１８】
特に、本分光計装置の高解像度を達成するために、各光センサは、したがって、小さな空間角度にわたってのみ入射光を受けるように適合され得る。この配置は、特に、フィルタの長さに沿って入射光の衝突の空間位置に応じて所望のスペクトルを生成するように設計されたフィルタ要素の構成を反映している。この特定の構成は、本発明により、複数のピクセル化光センサをこのように含む検出器アレイによって達成され、そこでは、各ピクセル化光センサは、可変長フィルタによって提供される構成波長信号の１つの少なくとも一部を受けるように適合されている。上記のように、各構成波長信号は、これにより、各構成波長の強度に関連する。一般的に使用されるように、「ピクセル化光センサ」又は単に「ピクセル化光センサ」という用語は、個別のピクセルセンサの配列（アレイ）を含む光センサを指し、そこでは、各個別のピクセルセンサは、入射光の強度に応じて電気信号を生成するように適合された少なくとも１つの感光エリアを有し、該電気信号は、特に、さらなる評価のために外部の評価ユニットに提供されてよい。本明細書では、各個別のピクセルセンサに含まれる感光エリアは、特に、個別のピクセルセンサに衝突する入射光を受けるように構成された単一・均一な感光エリアであり得る。しかしながら、ピクセル化光センサの他の構成も考えられ得る。
【００１９】
ピクセル化光センサは、個別のピクセル化光センサに衝突する入射光の強度に関連する信号、好ましくは電子信号を生成するように設計されている。信号は、アナログ信号及び／又はデジタル信号であり得る。したがって、隣接するピクセル化光センサの電子信号は、同時に、又は一時的に連続した方式で生成され得る。例として、行走査又は線走査中に、一列に配置された一連の個別のピクセルセンサに対応する電子信号のシーケンスを生成することが可能である。さらに、個別のピクセルセンサは、好ましくは、外部の評価ユニットに提供する前に電子信号を増幅するように適合された能動型ピクセルセンサであり得る。この目的のために、ピクセル化光センサは、電子信号を処理及び／又は前処理するための１つ以上のフィルタ及び／又はアナログデジタル変換器などの１つ以上の信号処理装置を備え得る。
【００２０】
ピクセル化光センサは、任意の既知のピクセルセンサから、特に、ピクセル化有機カメラ要素、好ましくは、ピクセル化有機カメラチップから、又は、ピクセル化無機カメラ要素から、好ましくは、ピクセル化無機カメラチップから、より好ましくは、現在さまざまなカメラで一般的に使用されているＣＣＤチップ又はＣＭＯＳチップから選択され得る。代替として、ピクセル化光センサは、光伝導体、特に無機光伝導体、特にＰｂＳ、ＰｂＳｅ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ、ｅｘｔ．ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、又はＨｇＣｄＴｅであり得るか、又はそれを含み得る。さらなる代替として、焦電、ボロメータ又はサーモパイル検出器要素を含み得る。したがって、１×Ｎピクセル又はＭ×Ｎピクセルのマトリックスを有するカメラチップを使用することができ、ここでＭ＜１０及びＮ≧１０、好ましくはＮ≧２０、より好ましくはＮ≧５０である。さらに、モノクロカメラ要素、好ましくはモノクロカメラチップを使用することができ、ここでモノクロカメラ要素は、特に、一連の光センサに沿って変化する波長に応じて、ピクセルセンサごとに異なる選択が可能である。
【００２１】
さらなる代替として、ピクセル化光センサは、さらなる文書の中で、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１、又はＷＯ２０１６／１２０３９２Ａ１に開示されているＦｉＰセンサに基づくことができる。本明細書では、「ＦｉＰセンサ」という用語は、照射の総出力が同じであるとして、センサ信号が、いわゆる「ＦｉＰ効果」により、感光エリアの照射の幾何的形状、特に、「スポットサイズ」とも呼ばれる、感光エリア上の照射のビーム断面に依存するセンサを指す。結果として、感光エリアの電気的特性が入射光による感光エリアの照射の程度に依存するという観察可能な特性は、特に、同じ総出力を有するが、感光エリア上に異なるスポットサイズを生成する２つの入射光ビームが、感光エリアの電気的特性の異なる値を提供し、したがって相互に区別可能であることを、達成する。好ましくは、各ＦｉＰセンサの感光エリアは、光伝導性材料、特にＰｂＳ、ＰｂＳｅ、又はＨｇＣｄＴｅ、又は固体色素増感太陽電池（ｓＤＳＣ）から選択される光伝導性材料を含み得る。さらに、ＷＯ２０１４／１９８６２５Ａ１は、ＦｉＰセンサのＭ×Ｎマトリックスを採用する検出器アレイの特定の実施形態を開示している。あるいは、さらなる種類のピクセル化光センサも可能であり得る。
【００２２】
したがって、検出器アレイは、検出器アレイに含まれるピクセル化光センサの感光エリアによって生成され得る複数の電気信号を提供するように適合され得る。分光計装置の検出器アレイによって提供される電気信号は、その後、評価装置に転送され得る。本明細書では、「評価装置」という用語は、特に、本明細書に記載された分光計装置を使用することにより、スペクトルが記録された物体のスペクトルに関する情報を決定するように割り当てられた装置を指し、そこでは、情報は分光計装置の検出器アレイによって提供される検出器信号を評価することにより得られる。情報は、例えば、電子的、視覚的、音響的に、又はそれらの任意の組み合わせで提供されてよい。さらに、情報は、分光計装置又は別個の記憶装置のデータ記憶装置に保存されてもよく、及び／又は、無線インターフェース及び／又は有線インターフェースなどの少なくとも１つのインターフェースを介して提供されてもよい。
【００２３】
分光計装置は、光ビームをフィルタ要素に向けるための、集光器とも呼ばれる、少なくとも１つの集光器装置を備えてよい。一般に使用されているように、「集光器装置」という用語は、「入射瞳」又は「入射開口」としても示される入力と、入力とは反対側に位置し、「射出瞳」又は「射出開口」という用語の１つによって示される出力と、入力と出力の間に配置された光ガイド構造とを有する非画像化光学要素を指し、そこでは、集光器装置は、通常の作動方向では、大きな角拡散で光を捕捉し、捕捉した光を光ガイド構造内で集束させ、集束した光を出力で放出する。分光計装置において、集光器装置は、逆作動モードで使用されてよく、そこでは、物体に向いている入射瞳は、物体からの光のみを捕捉するために、集光器装置のより小さい開口部であってよく、光検出器及び／又はセンサアレイに向いている出口瞳は、集光された光のすべてを光検出器又はセンサアレイ上に分配するために、集光器装置のより大きい開口部であってよい。一例として、光集光器は、したがって、可能な大きさの入口角の下で高い太陽集光を可能にするため、集光型太陽光発電に使用されてもよい。例えば、集光器装置は、少なくとも１つのテーパ形又は円錐形の集光器装置、複合放物面集光器、複合楕円集光器、及び複合双曲集光器を含む群から選択され得る。
【００２４】
さらに、本発明による分光計装置は、少なくとも１つの転送装置をさらに含んでよい。物体から出る光ビームは、最初に転送装置を通過して進み、その後、フィルタ要素を通過し、最後に検出器アレイに衝突する。本明細書で使用される場合、「転送装置」という用語は、したがって、逆に作動する集光器装置から出てくる光ビームを検出器アレイに転送するように構成され得る光学要素を指し得る。特定の実施形態では、転送装置は、したがって、光ビームが可変長フィルタに案内される前に光ビームを成形するように設計され得る。特に、転送装置は、光学レンズ、曲面ミラー、格子、及び回折光学素子からなる群から選択されてもよい。より具体的には、光学レンズは、特に、両凸レンズ、平凸レンズ、両凹レンズ、平凹レンズ、非球面レンズ、円筒レンズ及びメニスカスレンズからなる群から選択されてよい。これにより、転送装置は、少なくとも部分的に透明であり得、好ましくは上記のようなフィルタ要素の全波長範囲にわたって透明であり得る材料を含んでよい。この目的のために、この点に関して述べたのと同じ又は類似の光学的に透明な材料を使用することもできる。しかしながら、さらなる光学要素も可能であり得る。
【００２５】
分光計装置は、少なくとも１つの物体と分光計装置の間の距離に関する少なくとも１つの距離情報を決定するように構成されている。分光計装置は、距離情報と物体のスペクトルに関連する情報を同時に又はその後に決定するように適合されてよい。
【００２６】
「物体」は、一般に、生物体及び非生物体から選択されるサンプル又は任意の物体であり得る。したがって、例として、少なくとも１つの物体は、１つ以上の物品及び／又は一物品の１つ以上の部分を含むことができ、そこでは、少なくとも１つの物品又はその少なくとも一部は、調査に適したスペクトルを提供し得る少なくとも１つのコンポーネントを含むことができる。追加的又は代替的に、物体は、１つ以上の生物及び／又はその１つ以上の部分、たとえばユーザーなどの人間、及び／又は動物の１つ以上の体の部分であってもよいし、又はそれらを含んでいてもよい。
【００２７】
物体から出る光は、物体自体から発してもよいが、任意に別の発生源を持つこともでき、光はこの発生源から物体に、続いて分光計装置に向かって伝播することができる。後者の場合は、特に、少なくとも１つの照射源が使用されることによって影響を受け得る。したがって、物体から分光計装置に伝播する光は、物体及び／又は物体に接続された反射装置によって反射及び／又は散乱され得る光であり得る。代替的又は追加的に、光は少なくとも部分的に物体を透過することができる。
【００２８】
分光計装置は、少なくとも１つの照射源を備えてよい。本明細書で使用される場合、「照射源」という用語は、物体を照射するための少なくとも１つの光ビームを生成及び／又は提供するように適合された任意の装置を指す。照射源は、様々な方法で具体化することができる。したがって、照射源は、例えば、ハウジング内の分光計装置の一部とすることができる。しかしながら、代替的又は追加的に、少なくとも１つの照射源は、例えば別個の光源として、ハウジングの外側に配置することができる。照射源は、物体とは別に配置され、物体を離れた距離から照射することができる。上述のように、照射源は、代替的又は追加的に、物体に接続されることも、物体の一部とすることもでき、例えば、物体から出る電磁放射が該照射源によって直接生成されるようにしてもよい。例として、少なくとも１つの照射源が物体上及び／又は物体中に配置され、電磁放射を直接生成することができる。
【００２９】
照射源は、好ましくは、可視スペクトル範囲及び／又は赤外線（ＩＲ）スペクトル範囲、特に近赤外線（ＮＩＲ）スペクトル範囲、特に白熱灯など、において十分な放射を提供することが知られている一種の照射源を含むことができる。代替的又は追加的に、照射源は、以下の照射源：レーザ、他のタイプのレーザも使用できるが特にレーザダイオード；発光ダイオード；有機光源、特に有機発光ダイオード；ネオンライト；構造化光源；火炎源；熱源、の少なくとも１つから選択されてよい。代替的又は追加的に、他の照射源も使用され得る。本明細書では、物体及び／又は照射源によって放出される光が、検出器アレイのスペクトル感度に密接に関連し得るスペクトル範囲を示し、特にそれぞれの照射源によって照射され得る検出器アレイが高強度を有する検出器信号を提供することができ、これにより検出器信号を十分な信号対ノイズ比で、同時に高分解能で評価できるように、示すことができる場合は特に好ましい。
【００３０】
分光計装置は、座標系を構成することができ、そこでは縦方向座標は分光計装置の光軸に沿った座標である。座標系は、分光計装置の光軸がｚ軸を形成し、ｚ軸からの距離と極角が追加座標として使用され得る極座標系であり得る。ｚ軸に平行又は逆平行な方向を、縦方向とみなすことができ、ｚ軸に沿った座標を、縦方向座標又は距離とみなすことができる。ｚ軸に垂直な方向を、横方向とみなすことができ、極座標及び／又は極角は横方向の座標とみなすことができる。本明細書で使用される場合、「距離情報」という用語は、物体の縦方向座標及び／又は分光計装置と物体の間の距離の値に関する情報を指す。本明細書で使用される場合、「少なくとも１つの距離情報を決定する」という用語は、距離情報を取得及び／又は測定及び／又は導出及び／又は推定することを指す。物体と分光計装置の間の距離は、光子比率からの深さ、構造化光、ビームプロファイル分析、飛行時間、動きからの形状、焦点からの深さ、三角測量、焦点ぼかしからの深さ、ステレオセンサ、の１つ以上を使用して得ることができる。さらに、距離情報は、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１又はＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１に記載されているような少なくとも１つのＦｉＰセンサを用いて得ることができる。分光計装置は、少なくとも１つの三角測量近接センサのような三角測量の原理に基づいて物体と分光計装置の間の距離を決定するように構成された少なくとも１つの距離検出器を備えることができる。分光計装置は、少なくとも１つの飛行時間センサを有してもよい。例えば、光センサのうちの少なくとも１つは、照射光ビームが照射源から物体へ進み、反射光ビームが物体から飛行時間センサへ進んだ飛行時間（ＴＯＦ）に依存する少なくとも１つのセンサ信号を生成するように適合されていてもよい。飛行時間センサは、少なくとも１つのパルス飛行時間検出器、少なくとも１つの位相変調飛行時間検出器、少なくとも１つの直接飛行時間検出器、少なくとも１つの間接飛行時間検出器からなる群から選択されてよい。例えば、パルス飛行時間検出器は、少なくとも１つのレンジゲート画像装置及び／又は少なくとも１つの直接飛行時間画像装置であってもよい。例えば、位相変調飛行時間検出器は、少なくとも１つの位相検出器を有する少なくとも１つのＲＦ変調光源であってもよい。飛行時間センサは、照射源による照射光ビームの放出と反射光ビームの受信の間の時間遅延を決定するように適合されていてもよい。
【００３１】
分光計装置は、分光測定前及び／又は測定中及び／又は測定後に、縦方向座標などの距離情報の決定を実行するように適合されてよい。
【００３２】
好ましくは、分光計装置は、光子比率からの深さ技術に基づいて位置を決定するように適合されてよい。光子比率からの深さ技術に基づく方法及び装置の詳細に関しては、２０１７年１１月１７日に出願された国際特許出願番号ＰＣＴ／ＥＰ２０１７／０７９５７７、ＰＣＴ／ＥＰ２０１７／０７９５５８、ＰＣＴ／ＥＰ２０１７／０７９５６４、及び２０１８年３月１５日に出願されたＰＣＴ／ＥＰ２０１８／０５６５４５が参照されており、その全内容が参照により含まれる。光子比率からの深さは、検出器技術に関して非常に柔軟性があり、したがって、採用される光源の波長に関しても非常に柔軟性がある距離測定技術である。既知のモバイル分光計技術は、シリコン、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、又は拡張ＩｎＧａＡｓ検出器を使用しており、そこでは、シリコンは波長領域が非常に制限されており、ＩｎＡｓとＩｎＧａＡｓの両方とも高価である。鉛塩検出器は、コンパクトなセンサ設計を可能にする新規のカプセル化技術により、モバイル用途に有望であることを示しており、例えば、ＷＯ２０１８／０１９９２１Ａ１を参照されたい。光子比率からの深さを使用することは、信頼性の高い距離測定が可能となり、追加の労力をほとんど必要とせずに分光計への容易な実装が可能となる。
【００３３】
したがって、好ましい実施形態では、分光計装置は、
−  少なくとも１つの入射光ビームを構成波長のスペクトルに分離するように適合された少なくとも１つのフィルタ要素、
−  光センサのマトリックスを有し、光センサがそれぞれ感光エリアを有する少なくとも１つのセンサ要素であって、各光センサは、少なくとも１つの物体から分光計に伝播する少なくとも１つの光ビームによる感光エリアの照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように構成され、光センサの少なくとも１つの第１光センサが、第１構成波長による照射に応答して第１センサ信号を生成するように適合され、光センサの少なくとも１つの第２光センサが、第１構成波長による照射に応答して第２センサ信号を生成するように適合されている少なくとも１つのセンサ要素、
−  第１センサ信号及び第２センサ信号由来の結合信号Ｑを評価することにより、物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成された少なくとも１つの評価装置であって、評価装置は、決定された縦方向座標ｚを考慮した少なくとも１つの分光解析を実行することにより、光センサのマトリックスの光センサによって生成された少なくとも１つのセンサ信号を評価するように構成されている少なくとも１つの評価装置、を備えている。
【００３４】
本明細書で使用される場合、「光センサ」は、一般に、例えば少なくとも１つの光ビームによって生成される照射及び／又は光スポットを検出するなど、光ビームを検出するための感光装置を指す。本明細書でさらに使用される場合、「感光エリア」は、一般的に、少なくとも１つの光ビームによって外部から照射され得る光センサのエリアを指し、その照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号が生成される。感光エリアは、具体的には、それぞれの光センサの表面に位置してよい。しかしながら、他の実施形態も可能である。分光計装置は、それぞれが感光エリアを有する複数の光センサを含んでよい。本明細書で使用される場合、「それぞれ少なくとも１つの感光エリアを有する光センサ」という用語は、それぞれが１つの感光エリアを有する単一の光センサを複数有する構成、及び複数の感光エリアを有する１つの組み合わされた光センサを備える構成を指す。「光センサ」という用語はさらに、１つの出力信号を生成するように構成された感光装置を指す。分光計装置が複数の光センサを含む場合、各光センサは、照射され得る正確に１つの感光エリアを提供することなどによって、正確に１つの感光エリアがそれぞれの光センサに存在するように具体化され得、該照射に応答して光センサ全体で正確に１つの均一なセンサ信号が生成される。このように、各光センサは単一エリア光センサであってよい。単一エリア光センサの使用は、しかし、検出器の構成を特に簡単かつ効率的にする。したがって、一例として、市販のフォトセンサ、例えばそれぞれが正確に１つの感光エリアを有する市販のシリコンフォトダイオードが構成に使用され得る。しかしながら、他の実施形態も可能である。光センサは、ピクセル化された光学装置の一部であってよいし、それを構成してもよい。例えば、光センサは、少なくとも１つのＣＣＤ及び／又はＣＭＯＳデバイスであってもよく、及び／又はそれを含んでもよい。一例として、光センサは、ピクセルのマトリックスを有し、各ピクセルが感光エリアを形成する少なくとも１つのＣＣＤ及び／又はＣＭＯＳデバイスの一部であってもよいし、それを構成してもよい。
【００３５】
センサ要素の光センサと分光法に使用される光センサは、同一のものであってもよい。具体的には、センサ要素の光センサは分光法用の光センサとして使用されてもよく、他は円形であった。このように、センサ要素の光センサは、分光法用の光センサに対応してもよく、分光法用の光センサとして設計されてよく、及び／又は、センサ要素の光センサのマトリックスは、検出器アレイに対応してもよく、検出器アレイとして設計されてもよい。
【００３６】
光センサは、具体的には、少なくとも１つの光検出器、好ましくは無機光検出器、より好ましくは無機半導体光検出器、最も好ましくはシリコン光検出器であり得るか、又はそれらを含み得る。具体的には、光センサは、赤外線スペクトル範囲において感度を有してよい。マトリックスの全ピクセル、又はマトリックスの少なくとも一群の光センサは、具体的には同一であってよい。マトリックスの同一ピクセルの群が、具体的には、異なるスペクトル範囲のために提供されてもよく、又は、すべてのピクセルが、スペクトル感度に関して同一であってもよい。さらに、ピクセルは、サイズにおいて、及び／又はそれらの電子的又は光電子的特性に関して同一であってよい。具体的には、光センサは、赤外線スペクトル範囲、好ましくは７００ｎｍ〜３．０マイクロメートルの範囲で感度を有する少なくとも１つの無機フォトダイオードであってもよいし、又はそれを含んでもよい。具体的には、光センサは、好ましくはシリコンフォトダイオードが適用可能な特に７００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲である近赤外領域の一部に感度を有する光センサであってよい。光センサに使用できる赤外光センサは、市販の赤外光センサであってもよく、例えば、ドイツのｔｒｉｎａｍｉＸ  ＧｍｂＨ，Ｄ−６７０５６  Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ  ａｍ  Ｒｈｅｉｎ，Ｄ−６７０５６  Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ  ａｍ  ＲｈｅｉｎからＨｅｒｔｚｓｔｕｅｃｋ（登録商標）というブランド名で市販されている赤外光センサであってよい。したがって、一例として、光センサは、固有光起電力型の少なくとも１つの光センサ、より好ましくは、Ｇｅフォトダイオード、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード、拡張ＩｎＧａＡｓフォトダイオード、ＩｎＡｓフォトダイオード、ＩｎＳｂフォトダイオード、ＨｇＣｄＴｅフォトダイオードからなる群から選択される少なくとも１つの半導体フォトダイオードを含み得る。追加的に又は代替的に、光センサは、外因性光起電型の少なくとも１つの光センサ、より好ましくは、Ｇｅ：Ａｕフォトダイオード、Ｇｅ：Ｈｇフォトダイオード、Ｇｅ：Ｃｕフォトダイオード、Ｇｅ：Ｚｎフォトダイオード、Ｓｉ：Ｇａフォトダイオード、Ｓｉ：Ａｓフォトダイオードなる群から選択される少なくとも１つの半導体フォトダイオードを含み得る。追加的に又は代替的に、光センサは、ＰｂＳ又はＰｂＳｅセンサなどの少なくとも１つの光導電性センサ、ボロメータ、好ましくは、ＶＯボロメータ及びアモルファスＳｉボロメータからなる群から選択されるボロメータを含み得る。
【００３７】
マトリックスは独立した光センサなどの独立のピクセルから構成されてもよい。したがって、無機フォトダイオードのマトリックスを構成することができる。しかしながら、代替的に、市販のマトリックス、例えばＣＣＤ検出器チップなどのＣＣＤ検出器の１つ以上、及び／又はＣＭＯＳ検出器チップなどのＣＭＯＳ検出器を使用することができる。したがって、一般に、光センサは、少なくとも１つのＣＣＤ及び／又はＣＭＯＳデバイスであってもよく、及び／又はそれを含んでもよく、及び／又は、検出器の光センサは、センサアレイを形成するか、又は上記のマトリックスなどのセンサアレイの一部であり得る。したがって、一例として、光センサは、ｍ、ｎが独立の正の整数である、ｍ行及びｎ列を有する長方形アレイのような、ピクセルアレイを含むことができ、及び／又はそれを構成することができる。例えば、センサ要素は、バイセルのように行及び／又は列に配置された少なくとも２つの光センサを含むことができる。例えば、センサ要素は、光センサの２×２マトリックスを含む象限ダイオードシステムであり得る。たとえば、複数の列及び複数の行、すなわち、ｎ＞１、ｍ＞１が与えられる。したがって、一例として、ｎは２から１６以上であり得、ｍは２から１６以上であり得る。好ましくは、行数と列数の比は１に近い。一例として、ｎ及びｍは、例えばｍ／ｎ＝１：１、４：３、１６：９又は同様のものを選ぶことによるなど、０．３≦ｍ／ｎ≦３となるように、選択され得る。一例として、アレイは、例えばｍ＝２、ｎ＝２又はｍ＝３、ｎ＝３などを選択するなどにより、等しい数の行及び列を有する正方形のアレイとすることができる。
【００３８】
マトリックスは、具体的には、少なくとも１行、好ましくは複数行及び複数列を有する長方形のマトリックスであってよい。一例として、行及び列は、本質的に垂直な方向に方向付けられてよい。本明細書で使用される場合、「本質的に垂直」という用語は、例えば±２０°以下、好ましくは±１０°以下、より好ましくは±５°以下の許容誤差を有する垂直な方向付けの状態を指す。同様に、「本質的に平行」という用語は、例えば±２０°以下、好ましくは±１０°以下、より好ましくは±５°以下の許容誤差を有する平行な方向付けの状態を指す。したがって、一例として、２０°より小さい、具体的には１０°より小さい、又は５°より小さい許容誤差でさえ許容され得る。広い視野を提供するために、マトリックスは、具体的には、少なくとも１０行、好ましくは少なくとも５００行、より好ましくは少なくとも１０００行を有することができる。同様に、マトリックスは、少なくとも１０列、好ましくは少なくとも５００列、より好ましくは少なくとも１０００列を有することができる。マトリックスは、少なくとも５０個の光センサ、好ましくは少なくとも１０００００個の光センサ、より好ましくは少なくとも５００００００個の光センサを有することができる。マトリックスは、数メガピクセルの範囲の数のピクセルを含み得る。しかしながら、他の実施形態も可能である。したがって、軸回転対称性が期待される構成では、ピクセルとも呼ばれ得るマトリックスの光センサの円形配置又は同心配置が好ましいことがある。
【００３９】
好ましくは、感光エリアは、分光計装置の光軸に対して本質的に垂直に方向づけされてよい。光軸は、直線光軸であってもよく、又は１つ以上の偏向要素を使用することによって、及び／又は１つ以上のビームスプリッタを使用することによってなど、曲がっていてもよく、さらに分割されていてもよく、ここで、後者の場合、本質的に垂直な方向づけは、光学構成のそれぞれの分岐又はビーム経路内の局所光軸を参照してよい。
【００４０】
光子比率からの深さ技術を使用して物体の縦方向座標を決定するために、少なくとも２つの光センサが使用され得る。上述したように、距離情報を得るために、分光計は、少なくとも１つの光センサ及び／又は複数の光センサを有する。具体的には、分光法のために、プリズムと組み合わせた１つの光センサ、又は光学フィルタと組み合わせた複数の光センサが採用されてよい。例えば、光子比率からの深さ技術を使用して物体の縦方向座標を決定するために使用される光センサのうちの１つが、分光法に使用されてもよい。例えば、分光法に使用される検出器アレイが、光子比率からの深さ技術を使用する物体の縦方向座標の決定に、使用されてもよい。このように、光子比率からの深さを使用することにより、信頼性の高い距離測定が可能となり、追加の労力をほとんど必要とせずに分光計への容易な実装が可能となり得る。
【００４１】
本明細書でさらに使用される場合、「センサ信号」は、一般に、光ビームによる照射に応答して光センサ及び／又は光センサの少なくとも１つのピクセルによって生成される信号を指す。具体的には、センサ信号は、例えば少なくとも１つのアナログ電気信号及び／又は少なくとも１つのデジタル電気信号などの少なくとも１つの電気信号であってもよいし、又はそれを含んでもよい。より具体的には、センサ信号は、少なくとも１つの電圧信号及び／又は少なくとも１つの電流信号であってもよいし、又はそれを含んでもよい。より具体的には、センサ信号は、少なくとも１つの光電流を含み得る。さらに、生のセンサ信号が使用されてもよく、又は、検出器、光センサ、又は任意の他の要素が、センサ信号を処理又は前処理し、それによって、フィルタリングによる前処理など、センサ信号としても使用され得る二次センサ信号を生成するように、適合されてもよい。「第１」及び「第２」センサ信号及び構成波長という用語は、名称として使用されており、順序を示すものではなく、また、さらなるセンサ信号及び構成波長が使用されるかどうかを示すものではない。光センサのマトリックスの各光センサは、少なくとも１つの物体から分光計に伝播する少なくとも１つの光ビーム、特に１つの構成波長を有する少なくとも１つの光ビームによる感光エリアの照射に応答して、少なくとも１つのセンサ信号を生成するように構成されてよい。光センサの第１光センサは、第１構成波長による照射に応答して第１センサ信号を生成するように適合され、光センサの少なくとも１つの第２の光センサは、第１構成波長による照射に応答して第２センサ信号を生成するように適合される。
【００４２】
上述したように、評価装置は、結合信号を評価するように適合されてよい。それにより、物体の少なくとも１つの縦方向座標が決定される。本明細書で使用される場合、「物体の縦方向座標」という用語は、光センサのマトリックスと物体の間の距離を指す。評価は、第１センサ信号と第２センサ信号の結合信号を評価することを含んでよい。本明細書で使用される場合、「結合信号」という用語は、少なくとも２つのセンサ信号を結合することによって、特に、センサ信号を除算すること、センサ信号の倍数を除算すること、又はセンサ信号の線形結合を除算することのうちの１つ以上によって生成される信号を指す。評価装置は、センサ信号を除算すること、センサ信号の倍数を除算すること、センサ信号の線形結合を除算することのうちの１つ以上によって、結合信号を導出するように構成されてよい。評価装置は、縦方向座標を決定するために、結合信号と縦方向座標の間の少なくとも１つの所定の関係を用いるように構成されてよい。所定の関係は、経験的関係、半経験的関係、及び解析的に導出された関係のうちの１つ以上であってよい。評価装置は、例えばルックアップリスト又はルックアップテーブルなどの所定の関係を保存するための少なくとも１つのデータ記憶装置を備えてよい。
【００４３】
結合信号は、様々な手段を使用して決定されてもよい。一例として、商信号を導出するためのソフトウェア手段、商信号を導出するためのハードウェア手段、又はその両方を使用してもよく、評価装置に実装することができる。したがって、一例として、評価装置は、少なくとも１つのデバイダを有することができ、そこでは、該デバイダは商信号を導出するように構成される。デバイダは、ソフトウェアデバイダ又はハードウェアデバイダの一方又は両方として完全に又は部分的に具現化されてよい。デバイダは、完全に又は部分的にセンサ要素の答えに組み込まれてもよく、又は完全に又は部分的にセンサ要素から独立して具現化されてよい。
【００４４】
例えば、結合信号Ｑは、
【数１】
2021523384.tif 000003
によって導出される、ここで、ｘ及びｙは横方向座標であり、Ａ１及びＡ２は、センサ要素の位置における少なくとも１つのビームプロファイルの異なるエリアであり、Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ０）は、距離ｚ０で与えられるビームプロファイルを表す。本明細書で使用される場合、「ビームプロファイル」という用語は、ピクセルの関数としての光センサ上の光スポットの少なくとも１つの強度分布を指す。ビームプロファイルは、台形ビームプロファイル、三角形ビームプロファイル、円錐ビームプロファイル及びガウスビームプロファイルの線形結合からなる群から選択することができる。
【００４５】
エリアＡ１とエリアＡ２は異なってもよい。特に、エリアＡ１とエリアＡ２は一致していない。したがってエリアＡ１とエリアＡ２は、形状又は内容のうちの１つ以上で異なってもよい。センサ信号のそれぞれは、ビームプロファイルの少なくとも１つのエリアの少なくとも１つの情報を含み得る。一般的にビームプロファイルは、輝度Ｌ（ｚ０）とビーム形状Ｓ（ｘ，ｙ；ｚ０）、Ｅ（ｘ，ｙ；ｚ０）＝Ｌ・Ｓに依存する。このように、結合信号を導出することにより、輝度とは無関係に縦方向座標を決定することが可能になり得る。さらに、結合信号を使用することにより、物体の大きさとは無関係に距離ｚ０を決定することができる。このように、結合信号は、測定される物体の材料特性及び／又は反射特性及び／又は散乱特性とは無関係に、及び、例えば製造精度、熱、水分、汚れ、レンズの損傷などによる光源の変化とは無関係に、距離ｚ０を決定することを可能にする。
【００４６】
第１センサ信号及び第２センサ信号の各々は、ビームプロファイルの少なくとも１つのエリアの少なくとも１つの情報を含み得る。感光エリアは、センサ信号の一方がビームプロファイルの第１エリアの情報を含み、センサ信号の他方がビームプロファイルの第２エリアの情報を含むように配置されてよい。ビームプロファイルの第１エリア及びビームプロファイルの第２エリアは、隣接又は重複エリアのうちの一方又は両方であってよい。第１エリアと第２エリアは、面積が一致していなくてもよい。ビームプロファイルの第１エリアは、ビームプロファイルの本質的にエッジ情報を含み、ビームプロファイルの第２エリアは、ビームプロファイルの本質的に中心情報を含み得る。エッジ情報は、ビームプロファイルの第１エリアにおける光子数に関する情報を含み、中心情報は、ビームプロファイルの第２エリアにおける光子数に関する情報を含み得る。評価装置は、ビームプロファイルの第１エリア及びビームプロファイルの第２エリアを決定及び／又は選択するように構成されてよい。ビームプロファイルは、中心、すなわちビームプロファイルの最大値及び／又はビームプロファイルのプラトーの中心点及び／又は光スポットの幾何学的中心と中心から延びる立下りエッジとを有してよい。第２エリアは、断面の内側領域を含み得、第１エリアは、断面の外側領域を含み得る。本明細書で使用される場合、「本質的に中心情報」という用語は、一般に、中心情報の割合、すなわち中心に対応する強度分布の割合と比較して、エッジ情報の低い割合、すなわちエッジに対応する強度分布の割合を指す。好ましくは、中心情報は、１０％未満、より好ましくは５％未満のエッジ情報の割合を有し、最も好ましくは、中心情報は、エッジコンテンツを含まない。本明細書で使用される場合、「本質的にエッジ情報」という用語は、一般に、エッジ情報の割合と比較して、中心情報の割合が低いことを指す。エッジ情報は、ビームプロファイル全体の情報、特に中心領域及びエッジ領域からの情報を含み得る。エッジ情報は１０％未満、好ましくは５％未満の中心情報の割合を有することができ、より好ましくは、エッジ情報は中心コンテンツを含まない。ビームプロファイルの少なくとも１つのエリアは、それが中心に近いか又は中心周辺にあって本質的に中心情報を含む場合、ビームプロファイルの第２エリアとして決定及び／又は選択されてよい。ビームプロファイルの少なくとも１つのエリアが、それが断面の立下りエッジの少なくとも一部を含む場合、ビームプロファイルの第１エリアとして決定及び／又は選択されてよい。例えば、断面の全エリアが第１領域として決定されてよい。ビームプロファイルの第１エリアをエリアＡ１とし、ビームプロファイルの第２エリアをエリアＡ２としてよい。
【００４７】
第１エリアＡ１及び第２エリアＡ２の他の選択も実現可能であり得る。例えば、第１エリアは、ビームプロファイルの本質的に外側領域を含み、第２エリアは、ビームプロファイルの本質的に内側領域を含み得る。例えば、２次元ビームプロファイルの場合、ビームプロファイルは左部分と右部分に分割されることができ、そこでは、第１エリアはビームプロファイルの左側部分のエリアを本質的に含み、第２エリアはビームプロファイルの右側部分のエリアを本質的に含んでよい。
【００４８】
エッジ情報は、ビームプロファイルの第１エリアにおける光子数に関する情報を含み、中心情報は、ビームプロファイルの第２エリアにおける光子数に関する情報を含み得る。評価装置は、ビームプロファイルの面積分を決定するように適合されてよい。評価装置は、第１エリアの積分及び／又は加算によってエッジ情報を決定するように適合されてよい。評価装置は、第２エリアの積分及び／又は加算によって中心情報を決定するように適合されてよい。例えば、ビームプロファイルは台形ビームプロファイルであってよく、評価装置は台形の積分を決定するように適合されてよい。さらに、台形ビームプロファイルが仮定される場合、エッジ信号及び中心信号の決定は、例えばエッジの傾斜及び位置の決定、及び中心プラトーの高さの決定、並びに幾何学的考察によるエッジ信号及び中心信号の導出など、台形ビームプロファイルの特性を利用した同等評価で置き換えられてよい。
【００４９】
追加的に又は代替的に、評価装置は、光スポットの少なくとも１つのスライス又はカットから中心情報又はエッジ情報の一方又は両方を決定するように適合されてもよい。これは、例えば、該スライス又はカットに沿う線積分によって結合信号の面積分を置き換えることによって実現することができる。精度を向上させるために、光スポットを通るいくつかのスライス又はカットを使用し平均化してもよい。楕円形のスポットプロファイルの場合、いくつかのスライス又はカットにわたって平均化することは、距離情報を改善する結果になり得る。
【００５０】
評価装置は、それぞれのエッジ情報とそれぞれの中心情報を除算すること、それぞれのエッジ情報とそれぞれの中心情報の倍数を除算すること、それぞれのエッジ情報とそれぞれの中心情報の線形結合を除算すること、のうちの１つ以上によって、結合信号を導出するように構成されてよい。したがって、本質的に、光子比率を、光子比率からの深さ技術の物理的な基礎として使用することができる。
【００５１】
例えばＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１又はＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１で説明されているように、典型的には、所定の又は決定可能な関係が、例えば光スポットの直径、ビームウエスト又は等価直径などの光スポットのサイズと、そこから光ビームがセンサ要素に向かって伝播する物体の縦方向座標との間に存在する。この理論に拘束されることを望まないが、光スポットは、２つの測定変数：中心信号とも呼ばれる、光スポットの中心又は中心に近い小さな測定パッチで測定された測定信号、及び、中心信号の有無にかかわらず、光スポットにわたって積分された積分信号又は和信号、によって特徴付けられ得る。ビームが広がったり集束したりしても変化しない一定の総出力を有する光ビームの場合、和信号は、光スポットのスポットサイズから独立であるべきであり、したがって、少なくともそれぞれの測定範囲内の線形光センサが使用される場合は、物体とセンサ要素の間の距離から独立であるべきである。しかしながら、中心信号は、スポットサイズに依存する。したがって、中心信号は、典型的には、光ビームがフォーカス（合焦）すると増加し、光ビームがデフォーカス（焦点ずれ）すると減少する。したがって、中心信号と和信号を比較することにより、光ビームによって生成される光スポットのサイズに関する、及び、従って、反射位置の縦方向座標に関する情報項目が生成され得る。中心信号と和信号の比較は、一例として、中心信号と和信号から結合信号Ｑを形成すること、及び、縦方向座標を導出するための、縦方向座標と商信号との間の所定の又は決定可能な関係を使用することによって行うことができる。
【００５２】
光センサに衝突する光ビームは、中心信号が発生される少なくとも１つの光センサが光ビーム内に完全に配置されるように、センサ信号が発生する少なくとも１つの光センサの感光エリアよりも広い光ビームの幅をもって、中心信号が生成される少なくとも１つの光センサを、完全に照らすことができる。反対に、好ましくは、光ビームは、光スポットが完全にマトリックス内に配置されるように、具体的には、マトリックスよりも小さい光スポットを全マトリックス上に作り出すことができる。この状況は、光学分野における当業者によって、光ビームのフォースカ又はデフォーカス効果を有する１つ以上の適切なレンズ又は要素を選択することにより、例えば以下にさらに詳細に概説されるように適切な転送装置を使用することなどにより、容易に調整され得る。本明細書でさらに使用される場合、「光スポット」は、一般に、可視又は検出可能な円形又は非円形の照射を指す。
【００５３】
結合信号Ｑは、第１信号と第２信号の商、又はその逆の商を形成すること、第１信号の倍数と第２信号の倍数の商、又はその逆の商を形成すること、第１信号の線形結合と第２信号の線形結合の商、又はその逆の商を形成すること、第１信号と第２信号の第１線形結合、及び、第１信号と第２信号の第２線形結合の商を形成すること、のうちの１つ以上によって導出されてよい。評価装置は、結合信号Ｑと物体の縦方向座標ｚの間の少なくとも１つの所定の関係を用いて縦方向座標ｚを決定するように構成されてよい。評価装置は、少なくとも１つのデバイダを備えることができ、該デバイダは結合信号を導出するように構成されている。
【００５４】
評価装置は、第１構成波長によって照射される光センサのマトリックスのそれらの光センサを決定するように適合されてよい。評価装置は、第１構成波長によって照射され、最高のセンサ信号を有する少なくとも１つの光センサを決定し、第１センサ信号を形成するように適合されてよい。第１センサ信号は、少なくとも１つの中心信号であってよい。評価装置は、第１構成波長によって照射されたマトリックスの光センサのセンサ信号を評価し、第２センサ信号を形成するように構成されてよい。第２センサ信号は、少なくとも１つの和信号である。評価装置は、中心信号と和信号を組み合わせて結合信号Ｑを決定するように構成されてよい。
【００５５】
「中心信号」という用語は、一般に、ビームプロファイルの本質的に中心情報を含む少なくとも１つのセンサ信号を指す。本明細書で使用される場合、「最高のセンサ信号」という用語は、局所的な最大値又は関心領域における最大値のうちの一方又は両方を指す。例えば、中心信号は、光センサ及び／又はマトリックス全体又はマトリックス内の関心領域のピクセルによって生成された複数のセンサ信号のうち、最高のセンサ信号を有する少なくとも１つの光センサ及び／又はピクセルの信号であってよく、関心領域は、光センサ及び／又はマトリックスのピクセルによって生成された画像内で予め決めら得るか、又は決定可能であり得る。中心信号は、単一の光センサ及び／又はピクセルから生じてもよいし、又は一群の光センサから生じてもよく、後者の場合、一例として、中心信号を決定するために、一群の光センサ及び／又はピクセルのセンサ信号を加算、積分、又は平均化することができる。中心信号が発生される一群の光センサ及び／又はピクセルは、例えば最高のセンサ信号を有する実際の光センサ及び／又はピクセルから所定の距離より短い距離を有する光センサ及び／又はピクセルなどの隣接する一群の光センサ及び／又はピクセルであってもよいし、又は最高のセンサ信号から所定の範囲内にあるセンサ信号を生じる一群の光センサ及び／又はピクセルであってもよい。中心信号が生じる一群の光センサ及び／又はピクセルは、最大のダイナミックレンジを許容するために、可能な限り大きく選択されてよい。評価装置は、複数のセンサ信号、例えば、最高のセンサ信号を有する光センサ及び／又はピクセルの周囲の複数の光センサ及び／又はピクセルを積分することによって、中心信号を決定するように適合されてよい。
【００５６】
上述したように、中心信号は、一般に、単一のセンサ信号、例えば光スポットの中心にある光センサ及び／又はピクセルからのセンサ信号などであってよく、又は、複数のセンサ信号の組み合わせ、例えば光スポットの中心にある光センサ及び／又はピクセルから生じるセンサ信号の組み合わせなどであってもよく、又は、上述した可能性のうちの１つ以上によって導出されたセンサ信号を処理することによって導出された二次センサ信号であってもよい。中心信号の決定は、センサ信号の比較が従来の電子機器によってかなり簡単に実行されるため、電子的に実行されてよいし、ソフトウェアによって全部又は部分的に実行されてもよい。具体的には、中心信号は、最高のセンサ信号、最高のセンサ信号から所定の許容範囲内にあるセンサ信号群の平均、最高のセンサ信号を有する光センサ及び／又はピクセルを含む一群の光センサ及び／又はピクセルと、隣接する光センサ及び／又はピクセルの所定の一群からのセンサ信号の平均、最高のセンサ信号を有する光センサ及び／又はピクセルを含む一群の光センサ及び／又はピクセルと、隣接する光センサ及び／又はピクセルの所定の一群からのセンサ信号の和、最高のセンサ信号からの所定の許容範囲内にあるセンサ信号の一群の和、所定の閾値を超えるセンサ信号の一群の平均、所定の閾値を超えるセンサ信号の一群の和、最高のセンサ信号を有する光センサを含む光センサの一群と、隣接する光センサの所定の一群からのセンサ信号の積分、最高のセンサ信号からの所定の許容範囲内にあるセンサ信号の一群の積分、所定の閾値を超えるセンサ信号の一群の積分、からなる群から選択されてもよい。
【００５７】
同様に、「和信号」という用語は、一般に、ビームプロファイルの本質的にエッジ情報を含む信号を指す。例えば、和信号は、マトリックス全体又はマトリックス内の関心領域のセンサ信号の加算、積分、又は平均によって導出されてよく、関心領域は、マトリックスの光センサによって生成された画像内で予め定められてもよいし、決定可能であってもよい。センサ信号の加算、積分、又は平均を行う場合、センサ信号が生成される実際の光センサは、加算、積分、又は平均から除外されてもよく、又は、代わりに、加算、積分、又は平均に含まれてもよい。評価装置は、全マトリックスの信号、又はマトリックス内の関心領域の信号を積分して和信号を決定するように適合されてよい。例えば、ビームプロファイルは台形ビームプロファイルであってもよく、評価装置は、台形全体の積分を決定するように適合されてもよい。さらに、台形ビームプロファイルが仮定される場合、エッジ信号及び中心信号の決定は、例えばエッジの傾斜及び位置の決定、及び中心プラトーの高さの決定、並びに幾何学的考察によるエッジ信号及び中心信号の導出など、台形ビームプロファイルの特性を利用した同等評価で置き換えられてよい。
【００５８】
同様に、中心信号及びエッジ信号はまた、例えばビームプロファイルの円形セグメントなどのビームプロファイルのセグメントを使用することによって決定され得る。例えば、ビームプロファイルは、ビームプロファイルの中心を通過しない分割線又は弦によって２つのセグメントに分割され得る。したがって、一方のセグメントは本質的にエッジ情報を含み、他方のセグメントは本質的に中心情報を含むことになる。例えば、中心信号中のエッジ情報の量をさらに減らすために、エッジ信号が中心信号からさらに減算されてもよい。
【００５９】
追加的に又は代替的に、評価装置は、光スポットの少なくとも１つのスライス又はカットから、中心情報又はエッジ情報の一方又は両方を決定するように適合されてもよい。これは、例えば、商の面積分をスライス又はカットに沿った線積分で置き換えることによって実現され得る。精度を向上させるために、光スポットを通るいくつかのスライス又はカットを使用して平均してもよい。楕円形のスポットプロファイルの場合、いくつかのスライス又はカットにわたって平均化すると、改善された距離情報が得られ得る。
【００６０】
中心信号は、最高のセンサ信号、最高のセンサ信号から所定の許容範囲内にあるセンサ信号の一群の平均、最高のセンサ信号を有する光センサを含む光センサの一群と、隣接する光センサの所定の一群からのセンサ信号の平均、最高のセンサ信号を有する光センサを含む光センサの一群と、隣接する光センサの所定の一群からのセンサ信号の和、最高のセンサ信号から所定の許容範囲内にあるセンサ信号の一群の和、所定の閾値を超えるセンサ信号の一群の平均、所定の閾値を超えるセンサ信号の一群の和、最高のセンサ信号を有する光センサを含む光センサの一群と、隣接する光センサの所定の一群からのセンサ信号の積分、最高のセンサ信号からの所定の許容範囲内にあるセンサ信号の一群の積分；所定の閾値を超えるセンサ信号の一群の積分、からなる群から選択され得る。和信号は、マトリックスの全センサ信号の平均、マトリックスの全センサ信号の和、マトリックスの全センサ信号の積分、中心信号に寄与するそれらの光センサからのセンサ信号を除くマトリックスの全センサ信号の平均、中心信号に寄与するそれらの光センサからのセンサ信号を除くマトリックスの全センサ信号の和、中心信号に寄与するそれらの光センサからのセンサ信号を除くマトリックスの全センサ信号の積分、最高のセンサ信号を有する光センサから所定の範囲内にある光センサのセンサ信号の和、最高のセンサ信号を有する光センサから所定の範囲内にある光センサのセンサ信号の積分、最高のセンサ信号を有する光センサから所定の範囲内に位置する光センサの特定の閾値を超えるセンサ信号の和、最高のセンサ信号を有する光センサから所定の範囲内に位置する光センサの所定の閾値を超えるセンサ信号の積分、からなる群から選択され得る。
【００６１】
結合信号Ｑは、中心信号と和信号を結合して生成される信号であってよい。具体的には、決定は、中心信号と和信号の商、又はその逆の商を形成すること、中心信号の倍数と和信号の倍数の商、又はその逆の商を形成すること、；中心信号の線形結合と、和信号の線形結合の商、又はその逆の商を形成すること、のうちの１つ以上を含み得る。追加的に又は代替的に、結合信号Ｑは、中心信号と和信号の間の比較に関する少なくとも１つの情報項目を含む任意の信号又は信号の結合を含むことができる。
【００６２】
分光計装置は、少なくとも１つの物体の少なくとも１つのスペクトル又は分光情報を決定するように構成されている。分光計装置は、決定された距離情報を考慮して少なくとも１つの分光解析を実行するように構成された少なくとも１つの評価装置を含む。評価装置は、決定された縦方向座標ｚを考慮して少なくとも１つの分光解析を実行するように構成されてよい。分光解析では、物体の少なくとも１つのスペクトル又は分光情報が決定され得る。具体的には、評価装置は、物体と分光計装置の間の距離による光の減衰を決定するように構成されてよい。本明細書で使用される場合、「光減衰」という用語は、光ビームの移動経路、すなわち、物体から分光計装置までの距離、及び／又は、物体の存在、及び／又は周囲条件による強度の損失を指す。本明細書で使用される場合、「光減衰を決定する」という用語は、光減衰を近似すること及び／又は測定すること及び／又は導出することを意味する。分光解析は、物体の存在に起因する少なくとも１つの光特性における少なくとも１つの差を決定することを含んでよい。光特性の差は、少なくとも１つの波長依存性強度差、少なくとも１つの波長依存性偏光差からなる群から選択されてよい。評価装置は、光減衰を考慮して分光解析を実行するように適合されてよい。評価装置は、光検出器によって決定された構成波長信号のスペクトルの強度を補正するように適合されてよい。具体的には、評価装置は、例えば、決定された強度値を少なくとも１つの補正関数で乗算及び／又は除算することによって、光減衰について決定された強度値を補正するように適合され得る。補正関数は、経験的及び／又は半経験的及び／又は分析的に決定されてよい。例えば、分光計装置は、光学系、光源、光源の特性、汚れなどに応じて背景スペクトルを測定することによって光減衰を決定し、そこから背景補正関数などの補正関数を導出するように構成されてもよい。ただし、背景スペクトルの測定中は、物体と分光計装置との距離は固定されていてもよい。分光計装置は、モバイル分光計装置であってよい。具体的には、物体と分光計装置の距離は可変であってもよい。評価装置は、物体と分光計装置の距離の変化を決定するように構成されてよい。したがって、強度値及び／又は背景スペクトルは、物体と分光計装置の間の距離及び距離の変化に起因する影響のためにさらに補正されなければならない。評価装置は、物体と分光計装置の間の距離に起因する影響のために、前記決定された光減衰を補正するように適合されてよい。距離による光減衰の補正のために、多項式補正関数のような更なる補正関数、例えば２次又は高次多項式を使用してよい。例えば、距離に依存する光減衰は、ｚの３次までの多項式をｚの５次までの多項式で除算したようなｚの多項式の分数によって補正することができ、一方、距離に依存する光減衰関数を調整するために係数を使用してもよい。例えば、補正関数は、有理多項式関数であってよい。例えば、Ａが係数又は定数であり、ｚが縦方向座標ｚとする多項式Ａ・１／ｚ２を使用してもよい。さらなる補正関数は、照射源の発光特性を考慮して決定してよい。さらに、更なる補正関数は、例えばスポットプロファイルを用いて決定された、及び／又は物体の想定された、物体の所定の反射特性を考慮して決定されてよい。さらに、補正関数は、光学系、周囲光、汚れ、温度に起因する光の減衰を補正し、同時に距離に依存する光減衰を補正する複合補正関数であってもよい。一例として、複合補正関数は、背景補正関数などの距離独立の補正関数と距離依存の補正関数の積であってもよい。
【００６３】
分光計装置は、第１センサ信号と第２構成波長に応答して生成された第２センサ信号からの結合信号Ｑを評価することによって、物体の少なくとも１つのさらなる縦方向座標を決定するように適合されてよい。評価装置は、縦方向座標と更なる縦方向座標から組み合わされた縦方向座標を決定し、組み合わされた縦方向座標を考慮して前記分光解析を実行するように適合されていてよい。
【００６４】
本明細書でさらに使用される場合、「評価装置」という用語は、一般に、好ましくは少なくとも１つのデータ処理装置を使用することにより、より好ましくは、少なくとも１つのプロセッサ及び／又は少なくとも１つの特定用途向け集積回路を使用することによって、述べられた操作を実行するように適合された任意の装置を指す。したがって、一例として、該少なくとも１つの評価装置は、多数のコンピュータコマンドを含むそこに保存されたソフトウェアコードを有する少なくとも１つのデータ処理装置を備えることができる。評価装置は、１つ以上の述べられた操作を実行するための１つ以上のハードウェア要素を提供してもよいし、及び／又は、１つ以上の述べられた操作を実行するために１つ以上のプロセッサとそこで実行されるソフトウェアを提供してもよい。
【００６５】
縦方向座標を決定することと分光解析を実行することを含む上述の操作は、少なくとも１つの評価装置によって実行される。したがって、一例として、上述した１つ以上の関係は、１つ以上のルックアップテーブルを実装することによるなど、ソフトウェア及び／又はハードウェアに実装されてよい。このように、一例として、評価装置は、上述の評価を実行するように構成された１つ以上のコンピュータ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの１つ以上のプログラム可能な装置を備えることができる。しかしながら追加的に又は代替的に、評価装置はまた、完全に又は部分的にハードウェアによって具体化されてもよい。
【００６６】
分光計装置は、非接触分光法を行うように構成されてよい。距離情報を決定すること及び分光測定の補正のために距離情報を使用することは、物体と分光計装置の間の可変距離を可能にする。直接の機械的接触又は特殊な試料ボックスの使用を避けることができる。
【００６７】
評価装置は、最高のセンサ信号を有する少なくとも１つの光センサの横方向位置を評価することにより、物体の少なくとも１つの横方向座標を決定するようにさらに構成されてよい。
【００６８】
一実施形態では、分光計装置は、少なくとも１つのフィルタ要素を含み、そこでは、該フィルタ要素は、入射光を、少なくとも１つの光センサ及び／又は少なくとも１つの検出器アレイを採用することにより、それぞれの強度が決定される構成波長信号のスペクトルに分離するように構成されている。本実施形態では、フィルタ要素は線形可変フィルタである。分光計装置は、少なくとも１つのテーパ形光集光器を含んでよい。分光計装置はさらに、少なくとも２つの照射源を有してもよく、そこでは、各照射源は、少なくとも１つの照射光ビームを生成して放出することによって物体を照射するように構成されている。それらの照射源は、物体の照射のために同時に採用されてもよいし、又は交互に採用されてもよい。照射源のうちの１つから発する照射光ビームは、物体から直接反射されてもよく、及び／又は散乱されてもよい。直接反射は、単独でスペクトル情報から直接区別できない場合がある。直接反射は、距離依存であり得、散乱光よりも波長依存でないことがある。分光計装置は、異なる物体距離における少なくとも２つのスペクトルを記録することにより、及び／又は２つの光源を交互に使用して少なくとも２つのスペクトルを記録して比較することにより、直接反射と散乱光のスペクトルを分離するように適合されてよい。分光計装置は、２つの光源を同時に使用して１つのスペクトルを記録するように適合されてよい。
【００６９】
例えば、照射源は、交互に使用されてよい。例えば、最初に、例えば第１照射源から発する照射光ビームが、第１距離にある物体から直接反射されてもよく、及び／又は散乱されてもよく、光センサが、少なくとも１つの第１スペクトルを記録するように適合されてよい。続いて、第２照射源から発する照射光ビームは、第１距離にある物体から直接反射されてもよく、及び／又は散乱されてもよく、光センサが、少なくとも１つの第２スペクトルを記録するように適合されてよい。照射源を使用する順序又はシーケンスは、最初に第２照射源を使用し、その後に第１照射源を使用すること、及び／又は一方又は両方の照射源を繰り返し使用することなど、照射源を使用する他の順序が可能であるように、例示的にのみ記載されている。分光計装置は、少なくとも１つの物体と分光計装置の間の距離に関する少なくとも１つの距離情報を決定するように構成されている。第１スペクトルと第２スペクトルとを比較することにより、評価装置は、センサ要素上の少なくとも２つの直接反射ピーク、具体的には、第１照射源によって照射された物体からの直接反射に由来する第１直接反射ピークと、第２照射源によって照射された物体からの直接反射に由来する第２反射ピークを決定するように構成されてよい。具体的には、評価装置は、第１スペクトルと第２スペクトルを比較することにより、波長、特にピークの関数としての強度分布の差を決定するように構成されていてよい。それぞれのスペクトルにおける決定されたピークの位置は、光センサのマトリックス上の位置に対応し得る。評価装置は、直接反射光が光センサのマトリックスに衝突する位置を決定するように適合されてよい。例えば、評価装置は、第１照射源によって照射された第１距離における物体から発する直接反射光が光センサのマトリックスに衝突する位置を決定するように適合されてよい。評価装置は、第２照射源によって照射された第１距離における物体から発する直接反射光が光センサのマトリックスに衝突する位置を決定するように適合されてよい。上で概説したように、直接反射は、距離依存であり得、散乱光よりも波長依存でないことがある。直接反射光が光センサのマトリックスに衝突する位置が分かると、三角測量アルゴリズムを使用して、分光計装置と物体の間の第１距離に関する距離情報を決定することができる。評価装置は、少なくとも１つの三角測量アルゴリズムを使用して物体の第１距離を決定するように適合されてよい。
【００７０】
例えば、照射源は同時に採用されてもよい。例えば第１照射源から発する照射光ビームは、第１距離における物体から直接反射されてもよく、及び／又は散乱されてもよい。第２照射源は、物体を照射するために採用されてよい。第２照射源から発する照射光ビームは、第１距離における物体から直接反射されてよく、及び／又は、散乱されてよい。光センサは、第１距離における物体についての受信光の少なくとも１つの第１スペクトルを記録するように適合されてよい。スペクトルの記録は、物体の第２距離について繰り返される。例えば第１照射源から発する照射光ビームは、第２距離における物体から直接反射されてもよく、及び／又は散乱されてもよい。第２照射源から発する照射光ビームは、第２距離における物体から直接反射されてもよく、及び／又は散乱されてもよい。光センサは、第２距離における物体についての受信光の少なくとも１つの第１スペクトルを記録するように適合されてよい。第１スペクトルと第２スペクトルを比較することにより、評価装置は、センサ要素上の少なくとも４つの直接反射ピークを決定するように構成されてよい。具体的には、評価装置は、第１スペクトルにおいて、第１照射源によって照射された物体からの直接反射に由来する第１直接反射ピークと、第２照射源によって照射された物体からの直接反射に由来する第２反射ピークを決定するように構成されてよい。具体的には、評価装置は、第２スペクトルにおいて、第１照射源によって照射された物体からの直接反射に由来する第３直接反射ピークと第２照射源によって照射された物体からの直接反射に由来する第４反射ピークを決定するように適合されてよい。評価装置は、第１スペクトルと第２スペクトルを比較することにより、波長、特にピークの関数としての強度分布の差を決定するように構成されていてよい。それぞれのスペクトルにおける決定されたピークの位置は、光センサのマトリックス上の位置に対応し得る。具体的に、評価装置は、直接反射光が光センサのマトリックスに衝突する位置を決定するように適合されてよい。例えば、反射光は、第１距離及び第２距離における物体に由来し、評価装置は、第１照射源によって照射された第１距離における物体から発する直接反射光が光センサのマトリックスに衝突する位置を決定するように適合されてよい。評価装置は、第２照射源によって照射された第１距離における物体から発する直接反射光が光センサのマトリックスに衝突する位置を決定するように適合されてよい。評価装置は、第１照射源によって照射された第２距離における物体から発する直接反射光が光センサのマトリックスに衝突する位置を決定するように適合されてよい。評価装置は、第２照射源によって照射された第１距離における物体から発する直接反射光が光センサのマトリックスに衝突する位置を決定するように適合されてよい。直接反射がマトリックスに衝突する位置の同じ物体距離に対応する少なくとも２つの位置が分かると、三角測量アルゴリズムを使用して、分光計装置と物体の間の距離に関する距離情報を決定することができる。評価装置は、少なくとも１つの三角測量アルゴリズムを使用して物体までの距離を決定するように適合されてよい。
【００７１】
さらなる態様において、本発明は、少なくとも１つの物体から発する少なくとも１つの光ビームの少なくとも１つの光特性における少なくとも１つの差を決定するための方法を開示する。本方法では、例えば、上記に開示された又は以下にさらに詳細に開示されるような分光計装置を参照する１つ以上の実施形態によるような、本発明による少なくとも１つの分光計装置が使用される。それでも、他のタイプの分光計装置が使用され得る。本方法は、以下の方法ステップを含み、そこでは、方法ステップは、所定の順序で実行されてもよいし、異なる順序で実行されてもよい。さらに、記載されていない１つ以上の追加の方法ステップが存在してもよい。さらに、１つ、複数、又はすべての方法ステップが繰り返し実行されてもよい。
【００７２】
本方法のステップは以下の通りである。
−  分光計装置の少なくとも１つのフィルタ要素を使用して、少なくとも１つの入射光ビームを構成波長のスペクトルに分離するステップ。
−  分光計装置の少なくとも１つのセンサ要素を、光ビームの少なくとも１つの構成波長で照射するステップであって、分光計装置は光センサのマトリックスを有し、光センサはそれぞれ感光エリアを有し、各光センサは、感光エリアの照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成し、光センサの少なくとも１つの第１光センサは、第１構成波長による照射に応答して第１センサ信号を生成し、光センサの少なくとも１つの第２光センサは、第１構成波長による照射に応答して第２センサ信号を生成するステップ。
−  第１センサ信号と第２センサ信号からの結合信号Ｑを評価することにより、物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定し、決定された縦方向座標ｚを考慮して少なくとも１つの分光解析を実行することにより、光センサのマトリックスの光センサによって生成された少なくとも１つのセンサ信号を評価し、それにより、少なくとも１つの物体から発する少なくとも１つの光ビームの少なくとも１つの光特性における少なくとも１つの差を決定するステップ。
【００７３】
詳細、オプション及び定義については、上述した分光計装置を参照することができる。したがって、具体的には、上で概説したように、本方法は、上記に与えられた又は以下にさらに詳細に与えられる実施形態の１つ以上によるような、本発明による分光計装置を使用することを含むことができる。
【００７４】
具体的には、第１センサ信号及び第２センサ信号の評価は、中心信号と和信号の商、又はその逆の商を形成すること、中心信号の倍数と和信号の倍数の商、又はその逆の商を形成すること、中心信号の線形結合と、和信号の線形結合の商、又はその逆の商を形成すること、のうちの１つ以上により結合信号Ｑを導出することを含み得る。さらに、縦方向座標を決定することは、結合信号Ｑを評価することを含み得る。結合信号の評価は、具体的には、縦方向座標を決定するために、結合信号Ｑと縦方向座標の間の少なくとも１つの所定の関係を使用することを含み得る。
【００７５】
本発明のさらなる態様では、例えば上記に与えられた又は以下にさらに詳細に与えられる実施形態の１つ以上によるような、本発明による分光計装置の使用が、以下の使用目的：赤外線検出アプリケーション；熱検出アプリケーション；温度計アプリケーション；熱探索アプリケーション；火炎検出アプリケーション；火災検出アプリケーション；煙検出アプリケーション；温度検知アプリケーション；分光法アプリケーション；排ガス監視アプリケーション；燃焼プロセス監視アプリケーション；公害監視アプリケーション；工業プロセス監視アプリケーション；化学プロセス監視アプリケーション；食品処理プロセス監視アプリケーション；水質監視アプリケーション；大気品質監視アプリケーション；品質管理アプリケーション；温度制御アプリケーション；動作制御アプリケーション；排気制御アプリケーション；ガス検知アプリケーション；ガス分析アプリケーション；動作検知アプリケーション；化学検知アプリケーション；モバイルアプリケーション；医療アプリケーション；モバイル分光法アプリケーション；食品分析アプリケーション、からなる群から選択される使用目的のために提案される。
【００７６】
全体的に、本発明の文脈では、以下の実施形態が好ましいとみなされる。
【００７７】
実施形態１：分光計装置であって、
−  少なくとも１つの入射光ビームを構成波長のスペクトルに分離するように適合された少なくとも１つのフィルタ要素、
−  光センサのマトリックスを有する少なくとも１つのセンサ要素であって、光センサはそれぞれ感光エリアを有し、各光センサは、少なくとも１つの物体から分光計に伝播する少なくとも１つの光ビームによる感光エリアの照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように構成され、光センサの少なくとも１つの第１光センサは、第１構成波長による照射に応答して第１センサ信号を生成するように適合され、光センサの少なくとも１つの第２光センサは、第１構成波長による照射に応答して第２センサ信号を生成するように適合されている、少なくとも１つのセンサ要素、
−  第１センサ信号と第２センサ信号からの結合信号Ｑを評価することにより、物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成された少なくとも１つの評価装置であって、評価装置は、決定された縦方向座標ｚを考慮して少なくとも１つの分光解析を実行することにより、光センサのマトリックスの光センサによって生成される少なくとも１つのセンサ信号を評価するように構成されている、少なくとも１つの評価装置、
を有する分光計装置。
【００７８】
実施形態２：分光計装置は、モバイル分光計装置である、先行する実施形態による分光計装置。
【００７９】
実施形態３：分光計装置は、非接触分光法のために構成されている、先行する実施形態のいずれか１つによる分光計装置。
【００８０】
実施形態４：分光計装置は、物体と分光計装置の間の距離が可変であるように構成されている、先行する実施形態のいずれか１つによる分光計装置。
【００８１】
実施形態５：評価装置は、物体と分光計装置の間の距離の変化を決定するように構成されている、先行する実施形態による分光計装置。
【００８２】
実施形態６：評価装置は、物体の決定された縦方向座標ｚから、物体と分光計装置の間の距離による光減衰を決定するように適合されている、先行する２つの実施形態のいずれか１つによる分光計装置。
【００８３】
実施形態７：評価装置は、光減衰を考慮して少なくとも１つの分光解析を実行するように適合され、評価装置は、決定された強度値を少なくとも１つの補正関数で乗算及び／又は除算するようにして、光減衰のために光検出器によって決定された構成波長信号のスペクトルの強度を補正するように適合されている、先行する実施形態による分光計装置。
【００８４】
実施形態８：分光計装置は、光学系、光源、光源の特性、汚れなどに応じて背景スペクトルを測定することによって光減衰を決定するように構成され、分光計装置は、そこから背景補正関数などの補正関数を導出するように構成されている、先行する実施形態による分光計装置。
【００８５】
実施形態９：物体と分光計装置の間の距離は可変であり、評価装置は、物体と分光計装置の間の距離の変化を決定するように構成され、強度値及び／又は背景スペクトルが、物体と分光計装置の間の距離及び距離の変化による影響のためにさらに補正され、評価装置が、物体と分光計装置の間の距離による影響のために、決定された光減衰を補正するように適合され、距離による光減衰の補正のために、多項式補正関数のような更なる補正関数、例えば２次又は高次多項が使用され、距離に依存する光減衰は、ｚの３次までの多項式をｚの５次までの多項式で除算したようなｚの多項式の分数によって補正され、距離に依存する光減衰関数を調整するために係数が使用される、先行する実施形態による分光計装置。
【００８６】
実施形態１０：分光解析は、物体の存在による少なくとも１つの光特性における少なくとも１つの差を決定することを含み、光特性の差は、少なくとも１つの波長依存性強度差；少なくとも１つの波長依存性偏光差、からなる群から選択される、先行する実施形態のいずれか１つによる分光計装置。
【００８７】
実施形態１１：結合信号Ｑは、第１信号と第２信号の商、又はその逆の商を形成すること、第１信号の倍数と第２信号の倍数の商、又はその逆の商を形成すること、第１信号の線形結合と第２信号の線形結合の商、又はその逆の商を形成すること、第１信号と第２信号の第１線形結合、及び、第１信号と第２信号の第２線形結合の商を形成すること、のうちの１つ以上によって導出される、先行する実施形態のいずれか１つによる分光計装置。
【００８８】
実施形態１２：評価装置は、結合信号Ｑと物体の縦方向座標ｚの間の少なくとも１つの所定の関係を用いて縦方向座標ｚを決定するように構成されている、先行する実施形態のいずれか１つによる分光計装置。
【００８９】
実施形態１３：評価装置は、少なくとも１つのデバイダを備え、デバイダは結合信号を導出するように構成されている、先行する実施形態のいずれか１つによる分光計装置。
【００９０】
実施形態１４：分光計装置は、少なくとも１つの照射源を備え、照射源は、少なくとも１つの照射光ビームで物体を照射するように適合されている、先行する実施形態のいずれか１つによる分光計装置。
【００９１】
実施形態１５：照射源が白熱灯を含む、先行する実施形態による分光計装置。
【００９２】
実施形態１６：分光計装置は、光ビームを前記フィルタ要素に向けるための少なくとも１つの集光器装置を備える、先行する実施形態のいずれか１つによる分光計装置。
【００９３】
実施形態１７：評価装置は、第１波長構成要素によって照射される光センサのマトリックスのそれらの光センサを決定するように適合されている、先行する実施形態のいずれか１つによる分光計装置。
【００９４】
実施形態１８：評価装置は、第１構成波長によって照射されて、最高のセンサ信号を有し、第１センサ信号を形成する少なくとも１つの光センサを決定するように適合され、前記第１センサ信号は、少なくとも１つの中心信号であり、評価装置は、第１波長構成要素によって照射されて第２センサ信号を形成するマトリックスの光センサのセンサ信号を評価するように構成され、第２センサ信号は、少なくとも１つの和信号であり、評価装置は、中心信号と和信号とを組み合わせて結合信号Ｑを決定するように構成されている、先行する実施形態のいずれか１つによる分光計装置。
【００９５】
実施形態１９：中心信号は、最高のセンサ信号、最高のセンサ信号から所定の許容範囲内にあるセンサ信号の一群の平均、最高のセンサ信号を有する光センサを含む光センサの一群と、隣接する光センサの所定の一群からのセンサ信号の平均、最高のセンサ信号を有する光センサを含む光センサの一群と、隣接する光センサの所定の一群からのセンサ信号の和、最高のセンサ信号から所定の許容範囲内にあるセンサ信号の一群の和、所定の閾値を超えるセンサ信号の一群の平均、所定の閾値を超えるセンサ信号の一群の和、最高のセンサ信号を有する光センサを含む光センサの一群と、隣接する光センサの所定の一群からのセンサ信号の積分、最高のセンサ信号からの所定の許容範囲内にあるセンサ信号の一群の積分、所定の閾値を超えるセンサ信号の一群の積分、からなる群から選択される、先行する実施形態による分光計装置。
【００９６】
実施形態２０：和信号は、マトリックスの全センサ信号の平均、マトリックスの全センサ信号の和、マトリックスの全センサ信号の積分、中心信号に寄与するそれらの光センサからのセンサ信号を除くマトリックスの全センサ信号の平均、中心信号に寄与するそれらの光センサからのセンサ信号を除くマトリックスの全センサ信号の和、中心信号に寄与するそれらの光センサからのセンサ信号を除くマトリックスの全センサ信号の積分、最高のセンサ信号を有する光センサから所定の範囲内にある光センサのセンサ信号の和、最高のセンサ信号を有する光センサから所定の範囲内にある光センサのセンサ信号の積分、最高のセンサ信号を有する光センサから所定の範囲内に位置する光センサの所定の閾値を超えるセンサ信号の和、最高のセンサ信号を有する光センサから所定の範囲内に位置する光センサの所定の閾値を超えるセンサ信号の積分、からなる群から選択される、先行する２つの実施形態のいずれか１つによる分光計装置。
【００９７】
実施形態２１：評価装置は、最高のセンサ信号を有する少なくとも１つの光センサの横方向位置を評価することにより、物体の少なくとも１つの横方向座標を決定するようにさらに構成されている、先行する実施形態のいずれか１つによる分光計装置。
【００９８】
実施形態２２：分光計装置は、第１センサ信号と第２構成波長に応答して生成された第２センサ信号からの結合信号Ｑを評価することによって、物体の少なくとも１つのさらなる縦方向座標を決定するように適合され、評価装置は、縦方向座標と更なる縦方向座標とから組み合わされた縦方向座標を決定し、組み合わされた縦方向座標を考慮して分光解析を実行するように適合されている、先行する実施形態のいずれか１つによる分光計装置。
【００９９】
実施形態２３：分光計装置であって、分光計装置は、少なくとも１つの物体の少なくとも１つのスペクトル又は分光情報を決定するように構成され、分光計装置は、入射光を、少なくとも１つの光センサ及び／又は少なくとも１つの検出器アレイを採用することによって、それぞれの強度が決定される構成波長信号のスペクトルに分離するように構成された少なくとも１つのフィルタ要素を含み、分光計装置は、少なくとも１つの物体と分光計装置の間の距離に関する少なくとも１つの距離情報を決定するように構成され、分光計装置は、決定された距離情報を考慮して少なくとも１つの分光解析を実行するように構成された少なくとも１つの評価装置を有している、分光計装置。
【０１００】
実施形態２４：距離情報が、光子比率からの深さ、構造化光、ビームプロファイル分析、飛行時間、動きからの形状、焦点からの深さ、三角測量、焦点ぼかしからの深さ、ステレオセンサ、のうちの１つ以上を使用して得られる、先行する実施形態による分光計装置。
【０１０１】
実施形態２５：分光計装置は、実施形態１から２２のいずれか１つによる分光計装置を含み、及び／又は実施形態１から２２のいずれか１つによる分光計装置として構成されている、先行する２つの実施形態のいずれか１つによる分光計装置。
【０１０２】
実施形態２６：フィルタ要素は線形可変フィルタであり、分光計装置は少なくとも１つのテーパ形光集光器を含む、先行する３つの実施形態のいずれか１つによる分光計装置。
【０１０３】
実施形態２７：分光計装置は少なくとも２つの照射源を含み、各照射源は、少なくとも１つの照射光ビームを生成して放出することにより物体を照射するように構成され、照射源は、物体の照射のために同時に又は交互に使用され、分光計装置は、異なる物体距離における少なくとも２つのスペクトルを記録することにより、及び／又は、光源を交互に使用して少なくとも２つのスペクトルを記録及び比較することにより、直接反射と散乱光のスペクトルを分離するように適合され、評価装置は、少なくとも１つの三角測量アルゴリズムを使用して距離情報を決定するように適合されている、先行する４つの実施形態のいずれか１つによる分光計装置。
【０１０４】
実施形態２８：少なくとも１つの物体から発する少なくとも１つの光ビームの少なくとも１つの光特性の少なくとも１つの差を決定するための方法であって、方法では、分光計装置を参照する先行する実施形態のいずれか１つによる分光計装置が使用され、方法は、
−  分光計装置の少なくとも１つのフィルタ要素を使用して、少なくとも１つの入射光ビームを構成波長のスペクトルに分離するステップ、
−  分光計装置の少なくとも１つのセンサ要素を、光ビームの少なくとも１つの構成波長で照射するステップであって、分光計装置は、光センサのマトリックスを有し、光センサはそれぞれ感光エリアを有し、各光センサは、感光エリアの照射に応答して少なくとも１つのセンサ信号を生成し、光センサの少なくとも１つの第１光センサが、第１構成波長による照射に応答して第１センサ信号を生成し、光センサの少なくとも１つの第２光センサは、第１構成波長による照射に応答して第２センサ信号を生成する、ステップ、
−  第１センサ信号と第２センサ信号からの結合信号Ｑを評価することにより物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定し、決定された縦方向座標ｚを考慮して少なくとも１つの分光解析を実行することにより、光センサの前記マトリックスの光センサによって生成された少なくとも１つのセンサ信号を評価し、それにより、少なくとも１つの物体から発する少なくとも１つの光ビームの少なくとも１つの光特性における少なくとも１つの差を決定するステップ、を含む。
【０１０５】
実施形態２９：評価は、少なくとも１つの評価装置を使用して行われる、先行する実施形態による方法。
【０１０６】
実施形態３０：分光計装置を参照する先行する実施形態のいずれか１つによる分光計装置の使用であって、使用の目的が、赤外線検出アプリケーション；熱検出アプリケーション；温度計アプリケーション；熱探索アプリケーション；火炎検出アプリケーション；火災検出アプリケーション；煙検出アプリケーション；温度検知アプリケーション；分光法アプリケーション；排ガス監視アプリケーション；燃焼プロセス監視アプリケーション；汚染監視アプリケーション；工業プロセス監視アプリケーション；化学プロセス監視アプリケーション；食品処理プロセス監視アプリケーション；水質監視アプリケーション；大気品質監視アプリケーション；品質管理アプリケーション；温度制御アプリケーション；動作制御アプリケーション；排気制御アプリケーション；ガス検知アプリケーション；ガス分析アプリケーション；動作検知アプリケーション；化学検知アプリケーション；モバイルアプリケーション；医療アプリケーション；モバイル分光法アプリケーション；食品分析アプリケーション、からなる群から選択される使用。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
本発明のさらなる任意の詳細及び特徴は、従属請求項と関連して続く好ましい例示的な実施形態の説明から明らかである。この文脈では、特定の特徴は、単独で実施されてもよいし、他の特徴と組み合わせて実施されてもよい。本発明は、例示的な実施形態に限定されない。例示的な実施形態は、図に模式的に示されている。個々の図における同一の参照数字は、同一の要素又は同一の機能を有する要素、又はその機能に関して互いに対応する要素を指す。
【０１０８】
具体的には、図の中で
【図１】本発明による分光計装置の例示的な実施形態を示す。
【図２】本発明による分光計装置のさらなる例示的な実施形態を示す。
【図３】本発明による分光計装置のさらなる例示的な実施形態を示す。
【図４】本発明による分光計装置のさらなる例示的な実施形態を示す。
【図５】本発明による分光計装置のさらなる例示的な実施形態を示す。
【０１０９】
実施形態の詳細な説明
図１では、分光計装置１１０の一実施形態の概略図が示されている。分光計装置１１０は、少なくとも１つの物体１１２の存在に起因する少なくとも１つの光特性の少なくとも１つの差を決定することを含む、少なくとも１つの分光分析を実行するように適合され得る。光特性の差は、少なくとも１つの波長依存性強度差、少なくとも１つの波長依存性偏光差からなる群から選択されてもよい。分光計装置１１０は、入射光を、それぞれの強度が少なくとも１つの光センサ１１６及び／又は少なくとも１つの検出器アレイ１１８を用いて決定される構成波長信号のスペクトルに分離するように構成されたフィルタ要素１１４を含む。例えば、フィルタ要素１１４は、少なくとも１つのプリズムであってもよいし、少なくとも１つのプリズムを含んでもよい。例えば、フィルタ要素１１４は、可変長フィルタのような少なくとも１つの光学フィルタであってもよく、及び／又は、それらを含んでよい。上述したように、分光計装置１１０は、少なくとも１つの光センサ１１６及び／又は複数のピクセル化された光センサを含む少なくとも１つの検出器アレイ１１８を備える。例えば、分光計装置１１０は、少なくとも１つのプリズムと１つの光センサ１１６を備えてよい。例えば、分光計装置１１０は、検出器アレイ１１８と組み合わせた光学フィルタを含んでよい。各ピクセル化された光センサ１１６は、構成波長信号の少なくとも一部を受けるように適合されている。各構成波長信号は、各構成波長の強度に関連する。フィルタ要素１１４上の特定の空間位置を通過することができる光は、その後、検出器アレイ１１８に衝突することができる。言い換えれば、検出器アレイ１１８は、好ましくは、光が最初にフィルタ要素１１４に衝突し、フィルタ要素１１４の特定の空間位置を通過することができる光の区画だけが、その後、検出器アレイ１１８上の対応する空間位置に衝突できるように、配置され得る。結果として、フィルタ要素１１４は、したがって、関連する波長又は複数波長によって入射光を少なくとも１つの対応する空間位置に分離するために使用することができ、一方、検出器アレイ１１８に含まれる特定の光センサ１１６は、その特定の波長によって対応する空間位置でフィルタ要素１１４を通過することができ、したがって、その特定の波長における入射光の強度を決定するために提供されたその特定の光センサ１１６に衝突する入射光の強度を測定するように採用され得る。特に好ましい実施形態では、検出器アレイ１１８は、したがって、一連の光センサ１１６の形態で続けて配置され得る光センサ１１６のシーケンスを有し、その光センサ１１６のシーケンスは、フィルタ要素１１４の長さに沿った干渉フィルタの連続配置に関して平行に配置されてよい。
【０１１０】
検出器アレイ１１８は、このように、好ましくは、可変長フィルタの長さに沿った１次元マトリックスとして単一のラインに、又は特に可能な限り入射光の強度の大部分を受けるために、２次元マトリックスの形で、複数のライン、特に２本、３本又は４本の平行ラインに、配置され得る一連の光センサ１１６を備えることができる。したがって、一方向のピクセル数Ｎは、一次元の１×Ｎマトリックス又は長方形の二次元のＭ×Ｎマトリックスが得られるように、さらなる方向のピクセル数Ｍと比較して高くてよく、そこでは、Ｍ＜１０及びＮ≧１０、好ましくはＮ≧２０、より好ましくはＮ≧５０である。さらに、本明細書で使用されるマトリックスは、千鳥配置で配置されてもよい。本明細書では、使用される各光センサ１１６は、特に一連の光センサの製造を容易にするために、同一、又は許容レベル内で類似の、光感度を有することができる。しかしながら、他の種類の構成も可能である。
【０１１１】
ピクセル化光センサ１１６は、個別のピクセル化光センサに衝突する入射光の強度に関連する信号、好ましくは電子信号を生成するように設計されている。信号は、アナログ信号及び／又はデジタル信号であり得る。したがって、隣接するピクセル化光センサの電子信号は、同時に、又は一時的に連続した方式で生成され得る。例として、行走査又は線走査中に、一列に配置された一連の個別のピクセルセンサに対応する電子信号のシーケンスを生成することが可能である。さらに、個別のピクセル化された光センサ１１６は、好ましくは、外部の評価ユニットに提供する前に電子信号を増幅するように適合された能動型ピクセルセンサであり得る。この目的のために、ピクセル化光センサは、電子信号を処理及び／又は前処理するための１つ以上のフィルタ及び／又はアナログデジタル変換器などの１つ以上の信号処理装置を備え得る。
【０１１２】
ピクセル化光センサ１１６は、任意の既知のピクセルセンサから、特に、ピクセル化有機カメラ要素、好ましくは、ピクセル化有機カメラチップから、又は、ピクセル化無機カメラ要素から、好ましくは、ピクセル化無機カメラチップから、より好ましくは、現在さまざまなカメラで一般的に使用されているＣＣＤチップ又はＣＭＯＳチップから選択され得る。代替として、ピクセル化光センサは、光伝導体、特に無機光伝導体、特にＰｂＳ、ＰｂＳｅ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ、ｅｘｔ．ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、又はＨｇＣｄＴｅであり得るか、又はそれを含み得る。さらなる代替として、焦電、ボロメータ又はサーモパイル検出器要素を含み得る。したがって、１×Ｎピクセル又はＭ×Ｎピクセルのマトリックスを有するカメラチップを使用することができ、ここでＭ＜１０及びＮ≧１０、好ましくはＮ≧２０、より好ましくはＮ≧５０である。さらに、モノクロカメラ要素、好ましくはモノクロカメラチップを使用することができ、ここでモノクロカメラ要素は、特に、一連の光センサ１１６に沿って変化する波長に応じて、ピクセルセンサごとに異なる選択が可能である。さらなる代替として、ピクセル化光センサ１１６は、さらなる文書の中で、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１、又はＷＯ２０１６／１２０３９２Ａ１に開示されているＦｉＰセンサに基づくことができる。好ましくは、各ＦｉＰセンサの感光エリアは、光伝導性材料、特にＰｂＳ、ＰｂＳｅ、又はＨｇＣｄＴｅ、又は固体色素増感太陽電池（ｓＤＳＣ）から選択される光伝導性材料を含み得る。さらに、ＷＯ２０１４／１９８６２５Ａ１は、ＦｉＰセンサのＭ×Ｎマトリックスを採用する検出器アレイの特定の実施形態を開示している。あるいは、さらなる種類のピクセル化光センサも実現可能であり得る。
【０１１３】
したがって、光センサ１１６及び／又は検出器アレイ１１８は、検出器アレイに含まれるピクセル化光センサの感光エリアによって生成され得る複数の電気信号を提供するように適合され得る。光センサ１１６によって提供される電気信号は、その後、評価装置１２０に転送され得る。評価装置は、特に、本明細書に記載された分光計装置１１０を使用することにより、スペクトルが記録された物体１１２のスペクトルに関する情報を決定するように構成され、そこでは、情報は光センサ１１６及び／又は検出器アレイ１１８によって提供される検出器信号を評価することにより得られる。情報は、例えば、電子的、視覚的、音響的に、又はそれらの任意の組み合わせで提供されてよい。さらに、情報は、分光計装置１１０又は別個の記憶装置のデータ記憶装置に保存されてもよく、及び／又は、無線インターフェース及び／又は有線インターフェースなどの少なくとも１つのインターフェース１２２を介して、例えばディスプレイ装置などの少なくとも１つの外部装置に提供されてもよい。
【０１１４】
分光計装置１１０は、光ビームをフィルタ要素１１４に向けるための、例えば図５に示すような少なくとも１つの集光器装置１２３を、備えることができる。さらに、分光計装置１１０は、少なくとも１つの転送装置１２４をさらに含んでよい。物体１１２から出てくる光ビーム１２６は、最初に転送装置１２４を通過して進み、その後、フィルタ要素１１４を通過し、最後に光センサ１１６及び／又は検出器アレイ１１８に衝突する。転送装置１２４は、光学レンズ、湾曲ミラー、格子、及び回折光学素子からなる群から選択されてもよい。より具体的には、光学レンズは、特に、両凸レンズ、平凸レンズ、両凹レンズ、平凹レンズ、非球面レンズ、円筒レンズ及びメニスカスレンズからなる群から選択されてよい。これにより、転送装置１２４は、少なくとも部分的に透明であり得、好ましくは上記のようにフィルタ要素１１４の全波長範囲にわたって透明であり得る材料を含んでよい。この目的のために、この点で述べたのと同じ又は類似の光学的に透明な材料を使用することもできる。しかしながら、さらなる光学要素も可能であり得る。
【０１１５】
物体１１２から出てくる光ビーム１２６は、物体自体から発してもよいが、任意に、別の発生源を持つこともでき、光ビームは、この発生源から物体１１２に、続いて分光計装置１１０に向かって伝播することができる。後者の場合は、特に、使用される少なくとも１つの照射源１２８によって影響を受け得る。したがって、物体１１２から分光計装置１１０に向かって伝播する光ビーム１２６は、物体１１２及び／又は物体１１２に接続された反射装置によって反射され得る光であり得る。代替的又は追加的に、光は、少なくとも部分的に物体１１２を透過することができる。
【０１１６】
分光計装置１１０は、照射源１２８を備えてよい。照射源１２８は、様々な方法で具現化することができる。したがって、照射源１２８は、例えば、ハウジング１３０内の分光計装置１１０の一部とすることができる。しかしながら、代替的又は追加的に、照射源１２８は、例えば別個の光源として、ハウジング１３０の外側に配置することができる。照射源１２８は、物体１１２とは別に配置され、物体１１２を離れた位置から照射することができる。照射源１２８は、好ましくは、可視スペクトル範囲及び／又は赤外（ＩＲ）スペクトル範囲、特に近赤外（ＮＩＲ）スペクトル範囲、特に白熱灯など、において十分な放射を提供することが知られている一種の照射源を含むことができる。代替的又は追加的に、照射源１２８は、以下の照射源：レーザ、他のタイプのレーザも使用できるが特にレーザダイオード；発光ダイオード；有機光源、特に有機発光ダイオード；ネオンライト；構造化光源；火炎源；熱源、の少なくとも１つから選択されてよい。代替的又は追加的に、他の照射源も使用され得る。
【０１１７】
分光計装置１１０は、物体１１２と分光計装置１１０の間の距離に関する少なくとも１つの距離情報を決定するように構成されている。分光計装置１１０は、距離情報と物体のスペクトルに関連する情報とを同時に又はその後に決定するように適合されてよい。分光計装置は、分光測定前及び／又は測定中及び／又は測定後に、縦方向座標などの距離情報の決定を実行するように適合されてよい。分光計装置１１０は、座標系を構成することができ、そこでは縦方向座標は分光計装置１１０の光軸１３２に沿った座標である。座標系は、分光計装置１１０の光軸１３２がｚ軸を形成し、ｚ軸からの距離と極角が追加座標として使用され得る極座標系であり得る。ｚ軸に平行又は逆平行な方向を、縦方向と考えることができ、ｚ軸に沿った座標を、縦方向座標又は距離と考えることができる。ｚ軸に垂直な方向を、横方向とみなすことができ、極座標及び／又は極角は横方向の座標と考えることができる。物体１１２と分光計装置１１０の間の距離情報は、光子比率からの深さ、構造化光、ビームプロファイル分析、飛行時間、動きからの形状、焦点からの深さ、三角測量、焦点ぼかしからの深さ、ステレオセンサ、の１つ以上を使用して得ることができる。さらに、距離情報は、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１又はＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１に記載されているような少なくとも１つのＦｉＰセンサを用いて得ることができる。
【０１１８】
図１は、一実施形態を示しており、分光計装置１１０は、少なくとも１つの三角測量近接センサのような三角測量の原理に基づいて、及び／又は飛行時間（ＴＯＦ）の原理に基づいて物体１１２と分光計装置１１０の間の距離を決定するように構成された少なくとも１つの距離検出器１３４を備えることができる。分光計装置１１０は、少なくとも１つの飛行時間センサを有してもよい。飛行時間センサは、照射光ビーム１３６が例えば照射源１２８から物体１１２へ進み、光ビーム１２６が物体１１２から飛行時間センサへ進んだ飛行時間に依存する少なくとも１つのセンサ信号を、生成するように適合されてよい。飛行時間センサは、少なくとも１つのパルス飛行時間検出器；少なくとも１つの位相変調飛行時間検出器；少なくとも１つの直接飛行時間検出器；少なくとも１つの間接飛行時間検出器からなる群から選択されてよい。例えば、パルス飛行時間検出器は、少なくとも１つのレンジゲート画像装置及び／又は少なくとも１つの直接飛行時間画像装置であってよい。例えば、位相変調飛行時間検出器は、少なくとも１つの位相検出器を有する少なくとも１つのＲＦ変調光源であってよい。飛行時間センサは、照射源による照射光ビームの放出と反射光ビームの受信の間の時間遅延を決定するように適合されてよい。
【０１１９】
図２から図４は、分光計装置１１０が、光子比率からの深さ技術に基づいて位置を決定するように適合され得る実施形態を示す。光子比率からの深さ技術に基づく方法及び装置の詳細に関しては、２０１７年１１月１７日に出願された国際特許出願番号ＰＣＴ／ＥＰ２０１７／０７９５７７、ＰＣＴ／ＥＰ２０１７／０７９５５８、ＰＣＴ／ＥＰ２０１７／０７９５６４、及び２０１８年３月１５日に出願されたＰＣＴ／ＥＰ２０１８／０５６５４５が参照され、その全内容が参照により含まれる。光子比率からの深さは、検出器技術に関して非常に柔軟性があり、したがって、採用される光源の波長に関しても非常に柔軟性がある距離測定技術である。既知のモバイル分光計技術は、シリコン、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、又は拡張ＩｎＧａＡｓ検出器を使用しており、そこでは、シリコンは波長領域が非常に制限されており、ＩｎＡｓとＩｎＧａＡｓの両方とも高価である。鉛塩検出器は、コンパクトなセンサ設計を可能にする新規のカプセル化技術により、モバイル用途に有望であることを示しており、例えば、ＷＯ２０１８／０１９９２１Ａ１を参照されたい。光子比率からの深さを使用することは、信頼性の高い距離測定が可能となり、追加の労力をほとんど必要とせずに分光計への容易な実装が可能となる。
【０１２０】
図２に示される実施形態では、分光計装置１１０は、入射光ビーム１２６を構成波長のスペクトルに分離するように適合された少なくとも１つのフィルタ要素１１４、特に少なくとも１つのプリズムを備えている。入射光ビーム１２６は、物体１１２から分光計装置１１０へ進み、転送装置１２４を通過することができる。分光計装置１１０は、光ビーム１２６を、光センサ１４２のマトリックスを有する少なくとも１つのセンサ要素１４０に衝突する前に、フィルタ要素１１４に向けるように適合された少なくとも１つの可動ミラー（ＭＥＭＳ）１３８を備えてよい。
【０１２１】
光センサ１４２は、それぞれ感光エリアを有する。各光センサ１４２は、少なくとも１つの物体１１２から分光計１１０に伝播する少なくとも１つの光ビーム１２６による感光エリアの照射に応答して、少なくとも１つのセンサ信号を生成するように構成されてよい。光センサ１４２の少なくとも１つの第１光センサは、第１構成波長による照射に応答して第１センサ信号を生成するように適合され、光センサ１４２の少なくとも１つの第２光センサは、第１構成波長による照射に応答して第２センサ信号を生成するように適合される。光センサ１４２と光センサ１１６は同一であってもよい。具体的には、光センサ１４２は、光センサ１１６として使用されてもよく、その逆でもよい。このように、光センサ１４２は、光センサ１１６に対応してもよいし、又は光センサ１１６として設計されてもよく、及び／又は、光センサ１４２のマトリックスは、検出器アレイ１１８に対応してもよく、又は検出器アレイ１１８として設計されてもよい。
【０１２２】
分光計装置１１０は、それぞれが感光エリアを有する複数の光センサ１４２を含んでよい。この場合、各光センサ１４２は、照射され得る感光エリアを正確に１つ提供することなどによって、正確に１つの感光エリアがそれぞれの光センサ１４２に存在するように具体化され得、該照射に応答して光センサ全体で正確に１つの均一なセンサ信号が生成される。したがって、各光センサは、単一エリアの光センサ１４２であってよい。一例として、市販のフォトセンサ、例えばそれぞれが正確に１つの感光エリアを有する市販のシリコンフォトダイオードが構成に使用され得る。しかしながら、他の実施形態も可能である。光センサ１４２は、ピクセル化された光学装置の一部であってよいし、それを構成してもよい。例えば、光センサ１４２は、少なくとも１つのＣＣＤ及び／又はＣＭＯＳデバイスであってもよく、及び／又はそれを含んでもよい。一例として、光センサ１４２は、ピクセルのマトリックスを有し、各ピクセルが感光エリアを形成する少なくとも１つのＣＣＤ及び／又はＣＭＯＳデバイスの一部であってもよいし、それを構成してもよい。
【０１２３】
光センサ１４２は、具体的には、少なくとも１つの光検出器、好ましくは無機光検出器、より好ましくは無機半導体光検出器、最も好ましくはシリコン光検出器であり得るか、又はそれらを含み得る。具体的には、光センサ１４２は、赤外スペクトル範囲において感度を有してよい。マトリックスの全ピクセル、又はマトリックスの少なくとも一群の光センサは、具体的には同一であってよい。マトリックスの同一ピクセルの群が、具体的には、異なるスペクトル範囲のために提供されてもよく、又は、すべてのピクセルが、スペクトル感度に関して同一であってもよい。さらに、ピクセルは、サイズにおいて、及び／又はそれらの電子的又は光電子的特性に関して同一であってもよい。具体的には、光センサは、赤外スペクトル範囲、好ましくは７００ｎｍ〜３．０マイクロメートルの範囲で感度を有する少なくとも１つの無機フォトダイオードであってもよいし、又はそれを含んでもよい。
【０１２４】
具体的には、光センサ１４２は、シリコンフォトダイオードが適用可能な特に７００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲であるところの、近赤外領域の一部に感度を有する光センサであってよい。光センサ１４２に使用できる赤外光センサは、市販の赤外光センサであってもよく、例えば、ドイツのｔｒｉｎａｍｉＸ  ＧｍｂＨ，Ｄ−６７０５６  Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ  ａｍ  Ｒｈｅｉｎ，Ｄ−６７０５６  Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ  ａｍ  ＲｈｅｉｎからＨｅｒｔｚｓｔｕｅｃｋ（登録商標）というブランド名で市販されている赤外光センサであってよい。したがって、一例として、光センサ１４２は、固有光起電力型の少なくとも１つの光センサ、より好ましくは、Ｇｅフォトダイオード、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード、拡張ＩｎＧａＡｓフォトダイオード、ＩｎＡｓフォトダイオード、ＩｎＳｂフォトダイオード、ＨｇＣｄＴｅフォトダイオードからなる群から選択される少なくとも１つの半導体フォトダイオードを含み得る。追加的に又は代替的に、光センサは、外因性光起電型の少なくとも１つの光センサ、より好ましくは、Ｇｅ：Ａｕフォトダイオード、Ｇｅ：Ｈｇフォトダイオード、Ｇｅ：Ｃｕフォトダイオード、Ｇｅ：Ｚｎフォトダイオード、Ｓｉ：Ｇａフォトダイオード、Ｓｉ：Ａｓフォトダイオードなる群から選択される少なくとも１つの半導体フォトダイオードを含み得る。追加的に又は代替的に、光センサは、ＰｂＳ又はＰｂＳｅセンサなどの少なくとも１つの光導電性センサ、ボロメータ、好ましくは、ＶＯボロメータ及びアモルファスＳｉボロメータからなる群から選択されるボロメータを含み得る。
【０１２５】
マトリックスは独立した光センサなどの独立のピクセルから構成されてもよい。したがって、無機フォトダイオードのマトリックスが構成されてもよい。しかしながら、代替的に、市販のマトリックス、例えばＣＣＤ検出器チップなどのＣＣＤ検出器の１つ以上、及び／又はＣＭＯＳ検出器チップなどのＣＭＯＳ検出器を使用することができる。したがって、一般に、光センサ１４２は、少なくとも１つのＣＣＤ及び／又はＣＭＯＳデバイスであってもよく、及び／又はそれを含んでもよく、及び／又は、検出器の光センサは、センサアレイを形成するか、又は上記のマトリックスなどのセンサアレイの一部であり得る。したがって、一例として、光センサ１４２は、ｍ、ｎが独立の正の整数である、ｍ行及びｎ列を有する長方形アレイのような、ピクセルアレイを含むことができ、及び／又はそれを構成することができる。例えば、センサ要素１４０は、バイセルのように行及び／又は列に配置された少なくとも２つの光センサ１４２を含むことができる。例えば、センサ要素１４０は、光センサの２×２マトリックスを含む象限ダイオードシステムであり得る。たとえば、複数の列及び複数の行、すなわち、ｎ＞１、ｍ＞１が与えられる。したがって、一例として、ｎは２から１６以上であり得、ｍは２から１６以上であり得る。好ましくは、行数と列数の比は１に近い。一例として、ｎ及びｍは、例えばｍ／ｎ＝１：１、４：３、１６：９又は同様のものを選ぶことによるなど、０．３≦ｍ／ｎ≦３となるように、選択され得る。一例として、アレイは、例えばｍ＝２、ｎ＝２又はｍ＝３、ｎ＝３などを選択するなどにより、等しい数の行及び列を有する正方形のアレイとすることができる。
【０１２６】
マトリックスは、具体的には、少なくとも１行、好ましくは複数行及び複数列を有する長方形マトリックスであってよい。一例として、行及び列は、本質的に垂直な方向に方向付けられてよい。広い視野を提供するために、マトリックスは、具体的には、少なくとも１０行、好ましくは少なくとも５００行、より好ましくは少なくとも１０００行を有することができる。同様に、マトリックスは、少なくとも１０列、好ましくは少なくとも５００列、より好ましくは少なくとも１０００列を有することができる。マトリックスは、少なくとも５０個の光センサ、好ましくは少なくとも１０００００個の光センサ、より好ましくは少なくとも５００００００個の光センサを有することができる。マトリックスは、数メガピクセルの範囲の数のピクセルを含み得る。しかしながら、他の実施形態も可能である。したがって、軸回転対称性が期待される構成では、マトリックスの光センサの円形配置又は同心配置が好ましいことがある。好ましくは、感光エリアは、分光計装置１１０の光軸１３２に対して本質的に垂直に方向づけされてよい。光軸１３２は、直線光軸であってもよく、又は１つ以上の偏向要素を使用することによって、及び／又は１つ以上のビームスプリッタを使用することによってなど、曲がっていてもよく、さらに分割されていてもよく、ここで、後者の場合、本質的に垂直な方向づけは、光学構成のそれぞれの分岐又はビーム経路内の局所光軸を参照してよい。
【０１２７】
上述したように、図２の実施形態では、分光計装置１１０は、フィルタ要素１１４としてのプリズムを、光ビーム１２６が光センサ１４２のマトリックスを有するセンサ要素１４０に衝突する前に、光ビーム１２６をプリズムに向けるように適合された可動ミラー（ＭＥＭＳ）１３８と組み合わせて、備えている。特に、図２の実施形態では、光センサ１１６，１４２は、光センサ１１６，１４２の２×２マトリックスを含む象限ダイオードシステムの一部であってもよい。
【０１２８】
図３の実施形態では、分光計装置１１０は、フィルタ要素１１４として線形可変フィルタなどの光学フィルタを備えている。光子比率からの深さ技術を使用して距離情報を決定するために、及び分光法のために、光センサ１１６，１４２の同じアレイが使用されてよい。図３では、光センサ１１６，１４２は、分光法用の検出器アレイ１１８として使用される光センサ１１６，１４２のマトリックスを有するセンサ要素１４０に配置されていてよい。
【０１２９】
図４の実施形態では、光センサ１１６，１４２は、光センサ１１６，１４２の２×２マトリックスを含む象限ダイオードシステムの一部であってよい。分光計装置１１０は、フィルタ要素１１４としての調整可能な干渉計を有している。例えば、調節可能な干渉計は、例えば、フィンランドのヘルシンキにあるＳｐｅｃｔｒａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｓ  Ｏｙ社から入手可能なＭｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍに基づくＦａｂｒｙ  Ｐｅｒｏｔ干渉計であってよい。光子比率からの深さ技術を用いて距離情報を決定するために、及び分光法のために、光センサ１１６，１４２の同じアレイが使用されてもよい。
【０１３０】
光子比率からの深さ技術を使用して物体１１２の縦方向座標を決定するために、少なくとも２つの光センサ１４２が使用され得る。分光法のために、プリズムと組み合わせた１つの光センサ１１６、又は光学フィルタと組み合わせた複数の光センサ１１６が採用され得る。例えば、光子比率からの深さ技術を使用して物体の縦方向座標を決定するために使用される光センサ１４２のうちの１つが、分光法に使用されてもよい。例えば、分光法に使用される検出器アレイ１１８が、光子比率からの深さ技術を使用する物体１１２の縦方向座標の決定に、使用されてもよい。このように、光子比率からの深さ技術を使用することにより、信頼性の高い距離測定が可能となり、追加の労力をほとんど必要とせずに分光計への容易な実装が可能となり得る。
【０１３１】
評価装置１２０は、第１センサ信号と第２センサ信号由来の結合信号Ｑを評価することにより、物体１１２の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するように構成されてよい。評価装置１２０は、センサ信号を除算すること、センサ信号の倍数を除算すること、センサ信号の線形結合を除算することのうちの１つ以上によって、結合信号を導出するように構成されてよい。評価装置１２０は、縦方向座標を決定するために、結合信号と縦方向座標の間の少なくとも１つの所定の関係を用いるように構成されてよい。所定の関係は、経験的関係、半経験的関係、及び解析的に導出された関係のうちの１つ以上であってよい。評価装置１２０は、例えばルックアップリスト又はルックアップテーブルなどの所定の関係を保存するための少なくとも１つのデータ記憶装置を備えてよい。
【０１３２】
結合信号は、様々な手段を使用して決定されてよい。一例として、商信号を導出するためのソフトウェア手段、商信号を導出するためのハードウェア手段、又はその両方を使用してもよく、評価装置に実装することができる。したがって、一例として、評価装置１２０は、少なくとも１つのデバイダ１４４を有することができ、そこでは、デバイダ１４４は商信号を導出するように構成される。デバイダ１４４は、ソフトウェアデバイダ又はハードウェアデバイダの一方又は両方として完全に又は部分的に具現化されていてよい。デバイダ１４４は、完全に又は部分的にセンサ要素１４０に組み込まれてもよく、又は完全に又は部分的にセンサ要素１４０から独立して具現化されてよい。
【０１３３】
例えば、結合信号Ｑは、
【数２】
2021523384.tif 000004
によって導出される、ここで、ｘ及びｙは横方向座標であり、Ａ１及びＡ２は、センサ要素１４０の位置における少なくとも１つのビームプロファイルの異なるエリアであり、Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ０）は、距離ｚ０で与えられるビームプロファイルを表す。ビームプロファイルは、台形ビームプロファイル、三角形ビームプロファイル、円錐ビームプロファイル及びガウスビームプロファイルの線形結合からなる群から選択することができる。エリアＡ１とエリアＡ２は異なってもよい。特に、エリアＡ１とエリアＡ２は一致していない。したがってエリアＡ１とエリアＡ２は、形状又は内容のうちの１つ以上で異なってよい。センサ信号のそれぞれは、ビームプロファイルの少なくとも１つのエリアの少なくとも１つの情報を含み得る。一般的にビームプロファイルは、輝度Ｌ（ｚ０）とビーム形状Ｓ（ｘ，ｙ；ｚ０）、Ｅ（ｘ，ｙ；ｚ０）＝Ｌ・Ｓに依存する。このように、結合信号を導出することにより、輝度とは無関係に縦方向座標を決定することが可能になり得る。さらに、結合信号を使用することにより、物体の大きさとは無関係に距離ｚ０を決定することができる。このように、結合信号は、測定される物体１１２の材料特性及び／又は反射特性及び／又は散乱特性とは無関係に、及び、例えば製造精度、熱、水分、汚れ、レンズの損傷などによる光源の変化とは無関係に、距離ｚ０を決定することを可能にする。
【０１３４】
第１センサ信号及び第２センサ信号の各々は、ビームプロファイルの少なくとも１つのエリアの少なくとも１つの情報を含み得る。感光エリアは、センサ信号の一方がビームプロファイルの第１エリアの情報を含み、センサ信号の他方がビームプロファイルの第２エリアの情報を含むように配置されてよい。ビームプロファイルの第１エリア及びビームプロファイルの第２エリアは、隣接又は重複エリアのうちの一方又は両方であってよい。第１エリアと第２エリアは、面積が一致していなくてもよい。ビームプロファイルの第１エリアは、ビームプロファイルの本質的にエッジ情報を含み、ビームプロファイルの第２エリアは、ビームプロファイルの本質的に中心情報を含み得る。エッジ情報は、ビームプロファイルの第１エリアにおける光子数に関する情報を含み、中心情報は、ビームプロファイルの第２エリアにおける光子数に関する情報を含み得る。評価装置１２０は、ビームプロファイルの第１エリア及びビームプロファイルの第２エリアを決定及び／又は選択するように構成されてよい。ビームプロファイルは、中心、すなわちビームプロファイルの最大値及び／又はビームプロファイルのプラトーの中心点及び／又は光スポットの幾何学的中心と、中心から延びる立下りエッジとを有してもよい。第２エリアは、断面の内側領域を含み得、第１エリアは、断面の外側領域を含み得る。好ましくは、中心情報は、１０％未満、より好ましくは５％未満のエッジ情報の割合を有し、最も好ましくは、中心情報は、エッジコンテンツを含まない。エッジ情報は、ビームプロファイル全体の情報、特に中心領域及びエッジ領域からの情報を含み得る。エッジ情報は１０％未満、好ましくは５％未満の中心情報の割合を有することができ、より好ましくは、エッジ情報は中心コンテンツを含まない。ビームプロファイルの少なくとも１つのエリアが、それが中心に近いか又は中心周辺にあって本質的に中心情報を含む場合、ビームプロファイルの第２エリアとして決定及び／又は選択されてよい。ビームプロファイルの少なくとも１つのエリアは、それが断面の立下りエッジの少なくとも一部を含む場合、ビームプロファイルの第１エリアとして決定及び／又は選択されてよい。例えば、断面の全エリアが第１領域として決定されてよい。ビームプロファイルの第１エリアをエリアＡ１とし、ビームプロファイルの第２エリアをエリアＡ２としてよい。
【０１３５】
第１エリアＡ１及び第２エリアＡ２の他の選択も実現可能であり得る。例えば、第１エリアは、ビームプロファイルの本質的に外側領域を含み、第２エリアは、ビームプロファイルの本質的に内側領域を含み得る。例えば、２次元ビームプロファイルの場合、ビームプロファイルを左部分と右部分に分割することができ、そこでは、第１エリアはビームプロファイルの左側部分のエリアを本質的に含んでよく、第２エリアはビームプロファイルの右側部分のエリアを本質的に含んでよい。
【０１３６】
エッジ情報は、ビームプロファイルの第１エリアにおける光子数に関する情報を含み得、中心情報は、ビームプロファイルの第２エリアにおける光子数に関する情報を含み得る。評価装置１２０は、ビームプロファイルの面積分を決定するように適合されてよい。評価装置１２０は、第１エリアの積分及び／又は加算によってエッジ情報を決定するように適合されてよい。評価装置は、第２エリアの積分及び／又は加算によって中心情報を決定するように適合されてよい。例えば、ビームプロファイルは台形ビームプロファイルであってよく、評価装置は台形の積分を決定するように適合されてよい。さらに、台形ビームプロファイルが仮定される場合、エッジ信号及び中心信号の決定は、例えばエッジの傾斜及び位置の決定、及び中心プラトーの高さの決定、並びに幾何学的考察によるエッジ信号及び中心信号の導出など、台形ビームプロファイルの特性を利用した同等評価で置き換えられてよい。追加的に又は代替的に、評価装置１２０は、光スポットの少なくとも１つのスライス又はカットから中心情報又はエッジ情報の一方又は両方を決定するように適合されてよい。これは、例えば、該スライス又はカットに沿う線積分によって結合信号の面積積分を置き換えることによって実現することができる。精度を向上させるために、光スポットを通るいくつかのスライス又はカットを使用して平均化してもよい。楕円形のスポットプロファイルの場合、いくつかのスライス又はカットにわたって平均することは、距離情報を改善する結果になり得る。
【０１３７】
例えばＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１又はＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１で説明されているように、典型的には、所定の又は決定可能な関係が、例えば光スポットの直径、ビームウエスト又は等価直径などの光スポットのサイズと、そこから光ビームがセンサ要素に向かって伝播する物体の縦方向座標の間に存在する。この理論に拘束されることを望まないが、光スポットは、２つの測定変数：中心信号とも呼ばれる、光スポットの中心又は中心に近い小さな測定パッチで測定された測定信号、及び、中心信号の有無にかかわらず、光スポットにわたって積分された積分信号又は和信号、によって特徴付けられ得る。ビームが広がったり集束したりしても変化しない一定の総出力を有する光ビームの場合、和信号は、光スポットのスポットサイズから独立であるべきであり、したがって、少なくともそれぞれの測定範囲内の線形光センサが使用される場合は、物体１１２とセンサ要素１４０の間の距離から独立であるべきである。しかしながら、中心信号は、スポットサイズに依存する。したがって、中心信号は、典型的には、光ビームがフォーカスすると増加し、光ビームがデフォーカスすると減少する。したがって、中心信号と和信号を比較することにより、光ビームによって生成される光スポットのサイズに関する、及び、従って、反射位置の縦方向座標に関する情報項目が生成され得る。中心信号と和信号の比較は、一例として、中心信号と和信号から結合信号Ｑを形成すること、及び、縦方向座標を導出するための、縦方向座標と商信号との間の所定の又は決定可能な関係を使用すること、によって行うことができる。
【０１３８】
評価装置１２０は、第１構成波長によって照射される光センサ１４０のマトリックスのそれらの光センサ１４２を決定するように適合されてよい。評価装置１２０は、第１構成波長によって照射されて、最高のセンサ信号を有し、第１センサ信号を形成する少なくとも１つの光センサ１４２を決定するように適合されてよい。第１センサ信号は、少なくとも１つの中心信号であってもよい。評価装置１２０は、第１構成波長によって照射されて第２センサ信号を形成するマトリックスの光センサ１４２のセンサ信号を評価するように構成されてよい。第２センサ信号は、少なくとも１つの和信号である。評価装置１２０は、中心信号と和信号とを組み合わせて結合信号Ｑを決定するように構成されてよい。
【０１３９】
例えば、中心信号は、光センサ１４２及び／又はマトリックス全体又はマトリックス内の関心領域のピクセルによって生成された複数のセンサ信号のうち、最高のセンサ信号を有する少なくとも１つの光センサ１４２及び／又はピクセルの信号であってよく、関心領域は、光センサ１４２及び／又はマトリックスのピクセルによって生成された画像内で予め決められ得るか、又は決定可能であり得る。中心信号は、単一の光センサ１４２及び／又はピクセルから生じてもよいし、又は一群の光センサ１４２から生じてもよく、後者の場合、一例として、中心信号を決定するために、一群の光センサ及び／又はピクセルのセンサ信号を加算、積分、又は平均することができる。中心信号が発生する一群の光センサ１４２及び／又はピクセルは、例えば最高のセンサ信号を有する実際の光センサ１４２及び／又はピクセルから所定の距離より短い距離を有する光センサ及び／又はピクセルなどの隣接する一群の光センサ及び／又はピクセルであってもよいし、又は最高のセンサ信号から所定の範囲内にあるセンサ信号を生じる一群の光センサ１４２及び／又はピクセルであってもよい。中心信号が生じる一群の光センサ１４２及び／又はピクセルは、最大のダイナミックレンジを許容するために、可能な限り大きく選択されてよい。評価装置１２０は、複数のセンサ信号、例えば、最高のセンサ信号を有する光センサ１４２及び／又はピクセルの周囲の複数の光センサ及び／又はピクセルを積分することによって中心信号を決定するように適合されてよい。
【０１４０】
上述したように、中心信号は、一般に、単一のセンサ信号、例えば光スポットの中心にある光センサ１４２及び／又はピクセルからのセンサ信号などであってよく、又は、複数のセンサ信号の組み合わせ、例えば光スポットの中心にある光センサ及び／又はピクセルから生じるセンサ信号の組み合わせなどであってもよく、又は、上述した可能性のうちの１つ以上によって導出されたセンサ信号を処理することによって導出された二次センサ信号であってもよい。中心信号の決定は、センサ信号の比較が従来の電子機器によってかなり簡単に実行されるため、電子的に実行されてよいし、ソフトウェアによって全部又は部分的に実行されてもよい。具体的には、中心信号は、最高のセンサ信号、最高のセンサ信号から所定の許容範囲内にあるセンサ信号群の平均、最高のセンサ信号を有する光センサ１４２及び／又はピクセルを含む一群の光センサ１４２及び／又はピクセルと、隣接する光センサ１４２及び／又はピクセルの所定の一群からのセンサ信号の平均、最高のセンサ信号を有する光センサ及び／又はピクセルを含む光センサ及び／又はピクセルと、隣接する光センサ１４２及び／又はピクセルの所定の一群からのセンサ信号の和、最高のセンサ信号からの所定の許容範囲内にあるセンサ信号の一群の和、所定の閾値を超えるセンサ信号の一群の平均；所定の閾値を超えるセンサ信号の一群の和、最高のセンサ信号を有する光センサ１４２を含む光センサ１４２の一群と隣接する光センサの所定の一群からのセンサ信号の積分、最高のセンサ信号からの所定の許容範囲内にあるセンサ信号の一群の積分、所定の閾値を超えるセンサ信号の一群の積分、からなる群から選択されてもよい。
【０１４１】
例えば、和信号は、マトリックス全体又はマトリックス内の関心領域のセンサ信号の加算、積分、又は平均によって導出されてもよく、関心領域は、マトリックスの光センサ１４２によって生成された画像内で予め定められてもよいし、決定可能であってもよい。センサ信号の加算、積分、又は平均を行う場合、センサ信号が生成される実際の光センサは、加算、積分、又は平均化から除外されてもよく、又は、代わりに、加算、積分、又は平均化に含まれてもよい。評価装置１２０は、全マトリックスの信号、又はマトリックス内の関心領域の信号を積分して和信号を決定するように適合されてよい。例えば、ビームプロファイルは台形ビームプロファイルであってもよく、評価装置は、台形全体の積分を決定するように適合されてもよい。さらに、台形ビームプロファイルが仮定される場合、エッジ信号及び中心信号の決定は、例えばエッジの傾斜及び位置の決定、及び中心プラトーの高さの決定、並びに幾何学的考察によるエッジ信号及び中心信号の導出など、台形ビームプロファイルの特性を利用した同等評価で置き換えられてよい。
【０１４２】
同様に、中心信号及びエッジ信号もまた、例えばビームプロファイルの円形セグメントなどのビームプロファイルのセグメントを使用することによって決定され得る。例えば、ビームプロファイルは、ビームプロファイルの中心を通過しない分割線又は弦によって２つのセグメントに分割され得る。したがって、一方のセグメントは本質的にエッジ情報を含み、他方のセグメントは本質的に中心情報を含むことになる。例えば、中心信号中のエッジ情報の量をさらに減らすために、エッジ信号が中心信号からさらに減算されてもよい。
【０１４３】
結合信号Ｑは、中心信号と和信号を結合して生成される信号であってよい。具体的には、決定は、中心信号と和信号の商、又はその逆の商を形成すること、中心信号の倍数と和信号の倍数の商、又はその逆の商を形成すること、中心信号の線形結合と、和信号の線形結合の商、又はその逆の商を形成すること、のうちの１つ以上を含み得る。追加的に又は代替的に、結合信号Ｑは、中心信号と和信号の間の比較に関する少なくとも１つの情報項目を含む任意の信号又は信号の結合を含むことができる。
【０１４４】
評価装置は、決定された縦方向座標ｚを考慮して少なくとも１つの分光解析を実行することによって、光センサ１４２のマトリックスの光センサ１４２によって生成された少なくとも１つのセンサ信号を評価するように構成され得る。具体的には、評価装置１２０は、物体と分光計装置との間の距離に起因する光の減衰を決定するように構成され得る。評価装置１２０は、光減衰を考慮して分光解析を実行するように適合されてよい。評価装置１２０は、光検出器によって決定された構成波長信号のスペクトルの強度を補正するように適合されてよい。具体的には、評価装置１２０は、例えば、決定された強度値を少なくとも１つの補正関数で乗算及び／又は除算することによって、光減衰について決定された強度値を補正するように適合され得る。補正関数は、経験的及び／又は半経験的及び／又は分析的に決定されてもよい。例えば、分光計装置１１０は、光学系、光源、光源の特性、汚れなどに応じて背景スペクトルを測定することによって光減衰を決定し、そこから背景補正関数などの補正関数を導出するように構成されてもよい。ただし、背景スペクトルの測定中は、物体１１２と分光計装置１１０との距離が固定されていてよい。分光計装置１１０は、モバイル分光計装置であってもよい。具体的には、物体１１２と分光計装置１１０との距離は可変であってもよい。評価装置１２０は、物体と分光計装置との距離の変化を決定するように構成されてよい。したがって、強度値及び／又は背景スペクトルは、物体１１２と分光計装置１１０との間の距離及び距離の変化に起因する影響に対してさらに補正されなければならない。評価装置１２０は、物体１１２と分光計装置１２０の間の距離に起因する影響について決定された光減衰を補正するように適合されてよい。距離による光減衰の補正のために、多項式補正関数のような更なる補正関数、例えば２次又は高次多項式を使用してよい。例えば、距離に依存する光減衰は、ｚの３次までの多項式をｚの５次までの多項式で除算したようなｚの多項式の分数によって補正することができ、一方、距離に依存する光減衰関数を調整するために係数を使用してもよい。例えば、補正関数は、有理多項式関数であってもよい。例えば、Ａは係数又は定数であり、ｚは縦方向座標ｚとする多項式Ａ・１／ｚ２を使用してもよい。さらなる補正関数は、照射源１２８の発光特性を考慮して決定してよい。さらに、更なる補正関数は、例えばスポットプロファイルを用いて決定された、及び／又は物体１１２の想定された、物体１１２の所定の反射特性を考慮して決定されてよい。さらに、補正関数は、光学系、周囲光、汚れ、温度に起因する光の減衰を補正し、同時に距離に依存する光減衰を補正する複合補正関数であってもよい。一例として、複合補正関数は、背景補正関数などの距離独立の補正関数と距離依存の補正関数との積であってもよい。
【０１４５】
分光計装置１１０は、非接触分光測定を行うように構成されてよい。距離情報を決定すること及び分光測定の補正のために距離情報を使用することは、物体と分光計装置の間の可変距離を可能にする。直接の機械的接触又は特殊な試料ボックスの使用を避けることができる。
【０１４６】
図５は、本発明による分光計装置１１０のさらなる例示的な実施形態を示す。分光計装置１１０は、少なくとも１つのフィルタ要素１１４を含み、そこでは、フィルタ要素１１４は、入射光を、少なくとも１つの光センサ１１６及び／又は少なくとも１つの検出器アレイ１１８を採用することによりそれぞれの強度が決定される構成波長信号のスペクトルに分離するように構成されている。本実施形態では、フィルタ要素１１４は線形可変フィルタである。分光計装置１１０は、少なくとも１つのテーパ形光集光器１２３を含んでよい。
【０１４７】
分光計装置１１０はさらに、２つの照射源１２８を有してもよく、各照射源１２８は、少なくとも１つの照射光ビーム１３６を生成して放出することによって物体１１２を照射するように構成されている。照射源１２８は、物体１１２の照射のために同時に使用されてもよいし、又は交互に使用されてもよい。照射源１２８のうちの１つから発する照射光ビーム１３６は、物体１１２から直接反射されてもよく、及び／又は散乱されてもよい。直接反射は、単独でスペクトル情報から直接区別できない場合がある。直接反射は、距離依存であり得、散乱光よりも波長依存でないことがある。分光計装置１１０は、異なる物体距離における少なくとも２つのスペクトルを記録することにより、及び／又は２つの光源を交互に使用して少なくとも２つのスペクトルを記録して比較することにより、直接反射と散乱光のスペクトルを分離するように適合されてよい。
【０１４８】
例えば、照射源１２８は、交互に使用されてよい。例えば、最初に、例えば第１照射源１５０から発する照射光ビーム１３６が、第１距離１４６にある物体１１２から直接反射されてもよく、及び／又は散乱されてもよく、光センサ１１６が、少なくとも１つの第１スペクトルを記録するように適合されてよい。続いて、第２照射源１５２から発する照射光ビーム１３６が、第１距離１４６にある物体１１２から直接反射されてもよく、及び／又は散乱されてもよく、光センサ１１６が、少なくとも１つの第２スペクトルを記録するように適合されてよい。照射源１２８を使用する順序又はシーケンスは、最初に第２照射源１５２を使用し、その後に第１照射源１５０を使用すること、及び／又は一方又は両方の照射源１５０，１５２を繰り返し使用することなど、照射源１２８を使用する他の順序が可能であるように、例示的にのみ記載されている。分光計装置１１０は、少なくとも１つの物体１１２と分光計装置１１０の間の距離に関する少なくとも１つの距離情報を決定するように構成されている。第１スペクトルと第２スペクトルとを比較することにより、評価装置１２０は、センサ要素１４０上の少なくとも２つの直接反射ピーク、具体的には、第１照射源１５０によって照射された物体１１２からの直接反射に由来する第１直接反射ピークと、第２照射源１５２によって照射された物体１１２からの直接反射に由来する第２反射ピークを決定するように構成されてよい。具体的には、評価装置１２０は、第１スペクトルと第２スペクトルを比較することにより、波長、特にピークの関数としての強度分布の差を決定するように構成されていてよい。それぞれのスペクトルにおける決定されたピークの位置は、光センサ１１６，１４２のマトリックス上の位置に対応してもよい。評価装置１２０は、直接反射光が光センサ１１６，１４２のマトリックスに衝突する位置を決定するように適合されてよい。例えば、評価装置１２０は、第１照射源１５０によって照射された第１距離１４６で物体１１２から発生する直接反射光が光センサ１１６，１４２のマトリックスに衝突する位置１５４を決定するように適合されてよい。評価装置１２０は、第２照射源１５０により照射された第１距離１４６の物体１１２から発生する直接反射光が光センサ１１６，１４２のマトリックスに衝突する位置１５６を決定するように適合されてもよい。上で概説したように、直接反射は、距離に依存する場合があり、散乱光よりも波長に依存しない場合がある。位置１５４及び１５６が分かると、三角測量アルゴリズムを使用して、分光計装置１１０と物体１１２との間の第１距離に関する距離情報を決定することができる。評価装置１２０は、少なくとも１つの三角測量アルゴリズムを使用して物体１１２の第１距離を決定するように適合されてよい。
【０１４９】
例えば、複数の照射源１２８は同時に使用されてもよい。例えば第１照射源１５０から発する照射光ビーム１３６は、第１距離１４６における物体１１２から直接反射されてもよく、及び／又は散乱されてもよい。第２照射源１５２は、物体１１２を照射するために使用されてよい。第２照射源１５２から発する照射光ビーム１３６は、第１距離１４６における物体１１２から直接反射されてよく、及び／又は、散乱されてよい。光センサ１１６は、第１距離１４６における物体１１２についての受信光の少なくとも１つの第１スペクトルを記録するように適合されてよい。スペクトルの記録は、物体１１２の第２距離１４８について繰り返される。例えば第１照射源１５０から発する照射光ビーム１３６は、第２距離１４８における物体１１２から直接反射されてもよく、及び／又は散乱されてもよい。第２照射源１５２から発する照射光ビーム１３６は、第２距離１４８における物体１１２から直接反射されてもよく、及び／又は散乱されてもよい。光センサ１１６は、第２距離１４８における物体１１２についての受信光の少なくとも１つの第１スペクトルを記録するように適合されてよい。第１スペクトルと第２スペクトルを比較することにより、評価装置１２０は、センサ要素１４０上の少なくとも４つの直接反射ピークを決定するように構成されてよい。具体的には、評価装置１２０は、第１スペクトルにおいて、第１照射源１５０によって照射された物体１１２からの直接反射に由来する第１直接反射ピークと、第２照射源１５２によって照射された物体１１２からの直接反射に由来する第２反射ピークを決定するように構成されてもよい。具体的には、評価装置１２０は、第２スペクトルにおいて、第１照射源１５０によって照射された物体１１２からの直接反射に由来する第３の直接反射ピークと第２照射源１５２によって照射された物体１１２からの直接反射に由来する第４の反射ピークを決定するように適合されてよい。評価装置１２０は、第１スペクトルと第２スペクトルを比較することにより、波長、特にピークの関数としての強度分布の差を決定するように構成されていてよい。それぞれのスペクトルにおける決定されたピークの位置は、光センサ１１６，１４２のマトリックス上の位置に対応し得る。具体的に、評価装置１２０は、直接反射光が光センサ１１６，１４２のマトリックスに衝突する位置を決定するように適合されてよい。例えば、図５の実施形態では、反射光は、第１距離１４６及び第２距離１４８における物体１１２に由来し、評価装置１２０は、第１照射源１５０によって照射された第１距離１４６における物体１１２から発する直接反射光が光センサ１１６，１４２のマトリックスに衝突する位置１５４を決定するように適合されてよい。評価装置１２０は、第２照射源１５０によって照射された第１距離１４６における物体１１２から発する直接反射光が光センサ１１６，１４２のマトリックスに衝突する位置１５６を決定するように適合されてよい。評価装置１２０は、第１照射源１５０によって照射された第２距離１４８における物体１１２から発する直接反射光が光センサ１１６，１４２のマトリックスに衝突する位置１５８を決定するように適合されてよい。評価装置１２０は、第２照射源１５０によって照射された第１距離１４６における物体１１２から発する直接反射光が光センサ１１６，１４２のマトリックスに衝突する位置１６０を決定するように適合されてよい。位置１５４，１５６，１５８及び１６０の同じ物体距離に対応する少なくとも２つの位置が分かると、三角測量アルゴリズムを使用して、分光計装置１１０と物体１１２の間の距離に関する距離情報を決定することができる。評価装置１２０は、少なくとも１つの三角測量アルゴリズムを使用して物体１１２までの距離を決定するように適合され得る。
参照番号一覧
【符号の説明】
【０１５０】
１１０  分光計装置
１１２  物体
１１４  フィルタ要素
１１６  光センサ
１１８  検出器アレイ
１２０  評価装置
１２２  インターフェース
１２３  集光器装置
１２４  転送装置
１２６  光ビーム
１２８  照射源
１３０  ハウジング
１３２  光軸
１３４  距離検出器
１３６  照射光ビーム
１３８  可動ミラー
１４０  センサ要素
１４２  光センサ
１４４  デバイダ
１４４  照射源
１４６  第１距離
１４８  第２距離
１５０  第１照射源
１５２  第２照射源
１５４  位置
１５６  位置
１５８  位置
１６０  位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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