(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
小さい粒子の粒子密度を検出するためのレーザセンサモジュール（１００）であって、
第１の測定ビーム（１１１’）を放出するように適合されている少なくとも第１のレーザ（１１１）と、
前記少なくとも第１の測定ビーム（１１１’）を第１の測定ボリューム（１６１）に集束させるように構成されている光学構成（１５０）であって、前記第１の測定ビーム（１１１’）に対する第１の開口数が基準速度において所定の最小粒子サイズを検出するように構成されている、光学構成（１５０）と、
前記第１のレーザ（１１１）の第１のレーザキャビティ内の第１の光波の第１の自己混合干渉信号を決定するように適合されている少なくとも第１の検出器（１２１）と、
評価器（１４０）であって、前記評価器（１４０）は、前記決定されている第１の自己混合干渉信号に応答して少なくとも前記第１の検出器（１２１）によって生成されている検出信号を受信するように適合されている評価器において、前記評価器（１４０）が、前記粒子によって生成されている前記第１の自己混合干渉信号の持続時間に基づく所定の期間内に前記第１の測定ボリューム（１６１）を通過する前記粒子の平均遷移時間を決定するようにさらに適合されており、前記評価器（１４０）が、前記所定の期間内に前記第１の自己混合干渉信号に基づいて粒子の数を決定するようにさらに適合されており、前記評価器（１４０）が、前記平均遷移時間および前記粒子の数に基づいて第１の粒子密度を決定するようにさらに適合されていることを特徴とする、評価器（１４０）と
を備える、レーザセンサモジュール（１００）。
【請求項２】
前記小さい粒子は、２０μｍ未満の粒子サイズを特徴とし、前記評価器（１４０）は、前記第１の自己混合干渉信号および前記平均遷移時間に基づいて、前記第１の測定ビーム（１１１’）と前記粒子の速度ベクトルとの間に成される角度を決定するようにさらに適合されており、前記基準速度は、前記基準速度を含む０．０１ｍ／ｓ〜７ｍ／ｓの所定の速度範囲内で選択され、前記第１の粒子密度は、前記第１の測定ビーム（１１１’）の基準速度および基準ビーム直径に基づいてさらに決定され、前記基準速度および前記基準ビーム直径は、基準粒子サイズを有する基準粒子が前記第１の測定ビーム（１１１’）を通過する基準時間を規定し、前記基準粒子の速度ベクトルは前記第１の測定ビーム（１１１’）に対して垂直である、請求項１に記載のレーザセンサモジュール（１００）。
【請求項３】
前記小さい粒子は、０．０５μｍ〜１０μｍの粒子サイズを特徴とする、請求項２に記載のレーザセンサモジュール（１００）。
【請求項４】
前記光学構成（１５０）は、前記第１の測定ビーム（１１１’）に対して０．０１〜０．０６の開口数を特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザセンサモジュール（１００）。
【請求項５】
前記光学構成（１５０）は、前記第１の測定ビーム（１１１’）に対して０．０２〜０．０４の開口数を特徴とする、請求項４に記載のレーザセンサモジュール（１００）。
【請求項６】
前記評価器（１４０）は、前記決定されている第１の粒子密度を、前記平均遷移時間と前記基準時間との間の比の４乗根を含む係数によって補正するようにさらに適合されている、請求項２〜５のいずれか一項に記載のレーザセンサモジュール（１００）。
【請求項７】
前記評価器（１４０）が、第１の信号対雑音比閾値レベルにおける第１の粒子計数率、および前記第１の信号対雑音比閾値レベルとは異なる第２の信号対雑音比閾値レベルにおける第２の粒子計数率を決定するようにさらに適合されており、前記評価器（１４０）は、前記決定された第１の粒子密度を前記第１の粒子計数率および前記第２の粒子計数率によって補正するようにさらに適合されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザセンサモジュール（１００）。
【請求項８】
前記レーザセンサモジュール（１００）は、前記第１の測定ビーム（１１１’）が通って前記第１の測定ボリューム（１５１）に放出される出射窓を備え、前記光学構成（１５０）は、前記レーザセンサモジュール（１００）の前記出射窓に垂直な前記第１のレーザ（１１１）および前記光学構成の構築高さが１ｍｍより小さくなるように、前記第１の測定ビーム（１１１’）を折り畳むように構成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザセンサモジュール（１００）。
【請求項９】
前記レーザセンサモジュール（１００）は、
第２の測定ビーム（１１２’）を放出するように適合されている少なくとも第２のレーザ（１１２）と、
前記少なくとも第２の測定ビーム（１１２’）を第２の測定ボリューム（１６２）に集束させるようにさらに構成されている前記光学構成であって、前記光学構成は、前記第２の測定ビーム（１１２’）に対する第２の開口数を特徴とし、前記第２の開口数は、前記基準速度において所定の最小粒子サイズを検出するように構成されており、前記第１の測定ビーム（１１１’）および前記第２の測定ビーム（１１２’）は相互に１０°〜１６０°の角度を成す、前記光学構成と、
前記第２のレーザ（１１２）の第２のレーザキャビティ内の第２の光波の第２の自己混合干渉信号を決定するように適合されている少なくとも第２の検出器（１２２）と、
前記決定されている第２の自己混合干渉信号に応答して前記第２の検出器（１２２）によって生成される検出信号を受信するように適合されている評価器（１４０）であって、前記評価器（１４０）は、前記所定の期間内に受信されている前記検出信号によって、前記第１の検出器（１２１）によって検出される粒子の少なくとも第１の平均速度、および、前記第２の検出器（１２２）によって検出される粒子の少なくとも第２の平均速度を決定するようにさらに適合されており、前記評価器（１４０）は、前記所定の期間内に前記第２の検出器（１２２）によって提供される前記検出信号に基づいて第２の粒子数を決定するようにさらに適合されており、前記評価器（１４０）は、少なくとも、前記第１の平均速度および前記第２の平均速度、少なくとも前記第１の粒子数ならびに少なくとも前記第２の粒子数によって決定される平均粒子速度に基づいて第２の粒子密度を決定するようにさらに適合されており、前記評価器（１４０）は、前記第１の粒子密度および前記第２の粒子密度に基づいて第３の粒子密度を決定するようにさらに適合されている、評価器（１４０）と
をさらに備える、請求項２〜８のいずれか一項に記載のレーザセンサモジュール。  
【請求項１０】
前記第１の測定ビーム（１１１’）の基準面（１０２）上への投影（１１１’’）および前記第２（１１２’）の測定ビームの前記基準面（１０２）上への投影（１１２’’）は、２０°〜１６０°の角度γを成す、請求項９に記載のレーザセンサモジュール（１００）。  
【請求項１１】
前記第１の測定ビームの前記基準面（１０２）上への投影（１１１’’）および前記第２の測定ビームの前記基準面（１０２）上への投影（１１２’’）は、６０°〜１２０°の角度γを成す、請求項１０に記載のレーザセンサモジュール（１００）。
【請求項１２】
前記第１の測定ビームの前記基準面（１０２）上への投影（１１１’’）および前記第２の測定ビームの前記基準面（１０２）上への投影（１１２’’）は、８０°〜１００°の角度γを成す、請求項１１に記載のレーザセンサモジュール（１００）。
【請求項１３】
前記評価器（１４０）は、前記決定されている第２の粒子密度を、前記基準速度と前記決定されている平均粒子速度との間の比の３乗根を含む係数によって補正するようにさらに適合されている、請求項９〜１２のいずれか一項に記載のレーザセンサモジュール（１００）。  
【請求項１４】
前記第１の測定ボリューム（１６１）は、前記第１の測定ビーム（１１１’）の方向に直線的に延伸し、前記第２の測定ボリューム（１６２）は、前記第２の測定ビーム（１１２’）の方向に直線的に延伸し、前記評価器（１４０）は、前記第１の測定ボリューム（１６１）内の粒子の検出の第１の相対尤度を決定するように適合されており、前記評価器（１４０）は、前記第２の測定ボリューム（１６２）内の粒子の検出の第２の相対尤度を決定するように適合されており、前記評価器（１４０）は、前記決定されている第２の粒子密度を前記第１の相対尤度および前記第２の相対尤度によって補正するようにさらに適合されている、請求項９〜１３のいずれか一項に記載のレーザセンサモジュール（１００）。  
【請求項１５】
前記レーザセンサモジュール（１００）は、第１のモードにおいて前記粒子密度を検出するように構成され、前記レーザセンサモジュール（１００）は、第２のモードにおいて少なくとも１ｍｍのサイズを有する物体の近接を検出するように構成されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のレーザセンサモジュール（１００）。  
【請求項１６】
小さい粒子の粒子密度を検出するためのレーザセンサモジュール（１００）であって、
第１の測定ビーム（１１１’）を放出するように適合されている少なくとも第１のレーザ（１１１）と、
前記少なくとも第１の測定ビーム（１１１’）を第１の測定ボリューム（１６１）に集束させるように構成されている光学構成（１５０）であって、前記第１の測定ビーム（１１１’）に対する第１の開口数が基準速度において所定の最小粒子サイズを検出するように構成されている、光学構成（１５０）と、
第１の干渉信号を決定するように適合されている少なくとも第１の検出器（１２１）と、
評価器（１４０）であって、前記評価器（１４０）は、前記決定されている第１の干渉信号に応答して少なくとも前記第１の検出器（１２１）によって生成されている検出信号を受信するように適合されている評価器において、前記評価器（１４０）が、粒子によって生成されている前記第１の干渉信号の持続時間に基づく所定の期間内に前記第１の測定ボリューム（１６１）を通過する前記粒子の平均遷移時間を決定するようにさらに適合されており、前記評価器（１４０）が、前記所定の期間内に前記第１の干渉信号に基づいて粒子の数を決定するようにさらに適合されており、前記評価器（１４０）が、前記平均遷移時間および前記粒子の数に基づいて第１の粒子密度を決定するようにさらに適合されていることを特徴とする、評価器（１４０）と
を備える、レーザセンサモジュール（１００）。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載のレーザセンサモジュール（１００）を備える移動通信デバイス（３００）であって、前記移動通信デバイスは、前記レーザセンサモジュール（１００）によって提供される測定結果を提示するように構成されている、移動通信デバイス（３００）。
【請求項１８】
粒子検出方法であって、
第１のレーザ（１１１）によって少なくとも第１の測定ビーム（１１１’）を放出するステップと、
前記第１の測定ビーム（１１１’）に対して、基準速度において所定の最小粒子サイズを検出するように構成されている第１の開口数を用いて、前記第１の測定ビーム（１１１’）を集束させるステップと、
前記第１のレーザ（１１１）の第１のレーザキャビティ内の第１の光波の第１の干渉信号または第１の自己混合干渉信号を決定するステップと、
前記粒子によって生成されている前記第１の干渉信号または前記第１の自己混合干渉信号の持続時間に基づいて、所定の期間内に前記第１の測定ボリューム（１６１）を通過する粒子の平均遷移時間を決定するステップと、
前記所定の期間内に前記第１の干渉信号または前記第１の自己混合干渉信号に基づいて粒子の数を決定するステップと、
前記平均遷移時間および前記粒子数に基づいて第１の粒子密度を決定するステップと
を含む、粒子検出方法。
【請求項１９】
請求項１から１６のいずれか一項に記載のレーザセンサモジュール（１００）が備える少なくとも１つのメモリデバイス、または、前記レーザセンサモジュール（１００）を備えるデバイスの少なくとも１つのメモリデバイスに保存することができるコード手段を備えるコンピュータプログラム製品であって、前記コード手段は、前記レーザセンサモジュール（１００）が備える少なくとも１つの処理デバイスによって、または、前記レーザセンサモジュール（１００）を備える前記デバイスの少なくとも１つの処理デバイスによって、請求項１８に記載の方法を実行することができるように構成されている、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子密度検出のために干渉または自己混合干渉を使用するレーザセンサモジュール、関連する粒子密度検出方法、および対応するコンピュータプログラム製品に関する。本発明はさらに、そのようなレーザセンサモジュールを備える移動通信デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ドイツ特許出願公開第１０  ２０１５  ２０７  ２８９号明細書は、粒子センサ装置であって、その中に存在する可能性がある少なくとも１つの粒子を有するボリュームが少なくとも部分的に照明可能であるように、光放射を放出するように構成されている光放出デバイスと、少なくとも１つの粒子において散乱されている光放射の少なくとも一部が衝突する少なくとも１つの検出面を有する光検出デバイスであり、少なくとも１つの検出面に衝突する光放射の強度および／または強度分布に関する少なくとも１つの情報信号が表示可能である、光検出デバイスと、粒子の存在、粒子の数、粒子密度、および／または粒子の少なくとも１つの特性に関する情報項目を識別および表示することができる評価デバイスとを有する粒子センサ装置であって、粒子センサ装置は、放出されている光放射がボリューム内の焦点領域に集束可能であるように配置されている少なくとも１つのレンズ素子をも包含する、粒子センサ装置を開示している。粒子センサ装置は、風速の影響を抑制するために焦点領域を移動させるように構成されているミラーデバイスを備える。
国際公開第２０１７／１９８６９９号パンフレットは、第１の測定ビームを放出するように適合されている少なくとも第１のレーザと、第２の測定ビームを放出するように適合されている少なくとも第２のレーザとを備えるレーザセンサモジュールを開示している。レーザセンサモジュールは、第１の測定ビームおよび第２の測定ビームを方向転換するように構成されている光学デバイスをさらに備える。レーザセンサモジュールは、第１のレーザの第１のレーザキャビティ内の第１の光波の少なくとも第１の自己混合干渉信号、および、第２のレーザの第２のレーザキャビティ内の第２の光波の少なくとも第２の自己混合干渉信号を決定するように構成されている１つの検出器を備える。この構成は、速度ベクトルの成分を決定することが可能ではない場合があるという事実にもかかわらず、粒子の平均速度の決定を可能にする。本開示は、そのようなレーザセンサモジュールを備える粒子センサ、ならびに対応する方法およびコンピュータプログラム製品をさらに説明する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１０  ２０１５  ２０７  ２８９号
【特許文献２】国際公開第２０１７／１９８６９９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、粒子密度検出のための改善および単純化されたレーザセンサモジュールを提供することである。本発明は独立請求項によって規定される。従属請求項は有利な実施形態を規定する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の態様によれば、小さい粒子（空気中に浮遊したままで風によって拡散し得る固体または液体粒子）の粒子密度を検出するためのレーザセンサモジュール。粒子サイズは通常２０μｍまたはさらには１０μｍより小さい。粒子は、例えば、０．０５マイクロメートル〜１０μｍ、好ましくは０．１〜２．５μｍの大きさを特徴とし得る。レーザセンサモジュールは、
第１の測定ビームを放出するように適合されている少なくとも第１のレーザと、
少なくとも第１の測定ビームを第１の測定ボリュームに集束させるように構成されている光学構成であって、光学構成は、第１の測定ビームに対する第１の開口数を特徴とする、光学構成と、
第１のレーザの第１のレーザキャビティ内の第１の光波の第１の干渉信号または第１の自己混合干渉信号を決定するように適合されている少なくとも第１の検出器と、
決定されている第１の干渉または第１の自己混合干渉信号に応答して少なくとも第１の検出器によって生成されている検出信号を受信するように適合されており、粒子によって生成されている第１の干渉信号または第１の自己混合干渉信号の持続時間に基づく所定の期間内に第１の測定ボリュームを通過する粒子の平均遷移時間を決定するようにさらに適合されており、所定の期間内に第１の干渉信号または第１の自己混合干渉信号に基づいて粒子の数を決定するようにさらに適合されており、平均遷移時間および粒子の数に基づいて第１の粒子密度を決定するようにさらに適合されている評価器と
を備える。
【０００６】
粒子検出、特に粒子密度検出のための光学的検知技法は通常、既知の粒子流を伴う測定ボリュームを使用する。それは、測定ビームに対する粒子流の速度および方向が分かっていることを意味する。粒子流は、例えば、粒子が動かされるようにファンによって、または、例えば粒子に対して測定ビームを移動させるＭＥＭＳミラーによって規定されてもよい。観測時間単位当たりの検出されているボリュームに対する風速の影響は、これらの手段によって減少させることができ、または排除することさえできる。そのような技法を用いた光学センサモジュールはかさばり、すべての粒子検知用途に適しているとは限らない。
【０００７】
上述のレーザセンサモジュールは、所定の粒子流方向および速度を提供することなく粒子検出を可能にする。一方向にのみ測定ビームを放出するただ１つのレーザ（および対応する検出器）が、所定の期間内に第１の測定ボリュームを通過する粒子に基づいて第１の自己混合干渉信号を生成するために使用される。自己混合干渉信号は、所定の期間内に第１の測定ボリュームを通過する粒子の数および粒子の平均遷移時間を決定するために使用される。各単一粒子の遷移時間は、それぞれの粒子によって生成される自己混合干渉信号の始まりとそれぞれの粒子によって生成される自己混合干渉信号の終わりとの間の時間差である。平均遷移時間は、所定の時間内に測定されているすべての遷移時間の平均である。平均遷移時間の決定を改善することができる自己混合干渉信号を選択するために、特定の閾値を定義することができる。例えば、所定の閾値振幅値を超える最大信号振幅を有するような自己混合干渉信号のみを選択することが可能であり得る。所定の閾値振幅値は、粒子が測定ビームの方向に沿って測定ボリュームの中心線を通過することによって引き起こされるそのような自己混合干渉信号の選択を可能にし得る。さらに、粒子および第１の測定ビームの形状が実質的に円形であることによって、中心からの距離の関数としての遷移時間の減少は漸進的でしかなくなり、結果、遷移時間検出は第１の測定ボリュームを通る粒子の経路に関して敏感でなくなる。自己混合干渉信号によって検出される平均遷移時間および粒子数は、第１の粒子密度を決定するのに十分な、粒子流の速度ベクトルと、第１の測定ビームの方向との間の関係がおおよそ分かっている事例である。
【０００８】
自己混合干渉信号はさらに、第１の測定ビームと平行な測定されている粒子流の速度ベクトルの速度成分に関する情報を提供する。この情報は、平均遷移時間、および、速度ベクトルと第１の測定ビームとの間の角度９０°−αを決定するために第１の測定ビームに垂直な速度成分の指標を与える基準ビーム直径と組み合わせて使用することができる。基準ビーム直径は、基準角度αを用いた参照実験に基づいて決定される較正係数である。第１の自己混合干渉信号はさらに、所定の期間内に第１の測定ボリュームを通過する粒子の数を決定するために使用される。第１の粒子密度は、平均遷移時間、所定の期間内に検出される粒子の数、および角度αに基づいて決定される。角度αは、公式（式１）によって決定される。
【０００９】
【数１】
0006820425.tif 000002
【００１０】
式中、ｆ＝ドップラー周波数、λ＝測定波長（例えば８５０ｎｍ）、ｔｍｅａｓ＝測定平均遷移時間、およびｄｒｅｆ＝基準ビーム直径である。
【００１１】
開口数は、基準速度で所定の最小粒子サイズを検出するようにさらに構成されてもよく、基準速度は、基準速度を含む所定の速度範囲内で選択される。
【００１２】
平均速度とセンサモジュールの光学系の開口数の３乗との間の比が一定である場合、計数率は同じままであり、また最小検出粒子サイズも一定のままであることが認識されている。これは、より低い平均粒子速度では、測定ビームを検出ボリュームに集束させるための光学系の開口数はより低くあるべきであることを意味する。そのようなモジュールを備えるレーザセンサモジュールまたは粒子検出システムは、基準速度に対して設計することができる。基準速度は、レーザセンサモジュールによる信頼性のある粒子密度検出を可能にするためにカバーされるべき粒子速度の範囲に依存するさらなる較正パラメータである。基準速度は、所与の粒子密度が所定の速度範囲にわたって信頼できるように決定され得るように選択される。
【００１３】
光学構成は、好ましくは、第１の測定ビームに対して０．０１〜０．０６、好ましくは０．０２〜０．０４の第１の開口数を特徴とし、検出される粒子の基準速度は１ｍ／ｓ未満である。所定の速度範囲は、０．０１ｍ／ｓ〜７ｍ／ｓの範囲内であり得る。粒子の低速の動きと組み合わせた小さい開口数は、例えば移動通信デバイス（例えばスマートフォン）のようなハンドヘルドデバイスによる粒子の信頼できる検出を可能にし得る。さらに、小さい開口数は、例えば、レーザセンサモジュールを備えるスマートフォンの表面までの３〜１０ｍｍの信頼できる検出距離（第１の測定ボリューム）を可能にする。
【００１４】
粒子流に対するレーザセンサモジュールの平均速度に応じて、開口数を意図する用途に適合させる必要がある場合がある。例えば１０ｍ／ｓの平均速度を有する移動物体（車両）上で主に使用され得るレーザセンサモジュールは、高速でより小さい粒子の検出を可能にするためにより大きい開口数を必要とし、開口数が小さい場合、そのような小さい粒子はカウントされず、粒子密度検出の誤差が増大する。
【００１５】
評価器は、第１の自己混合干渉信号および平均遷移時間に基づいて、第１の測定ビームと粒子の速度ベクトルとの間に含まれる角度を決定するようにさらに適合されてもよい。第１の粒子密度は、検出されている粒子の数、角度α、基準速度およびビームに垂直な平均遷移時間に基づいて決定され、基準速度および基準ビーム直径は基準粒子サイズを有する基準粒子が第１の測定ビームを通過する基準（遷移）時間（ｔｒｅｆ）を規定し、基準粒子の速度ベクトルは第１の測定ビームに対して垂直である。
【００１６】
評価器は、決定されている第１の粒子密度を、平均持続時間と基準時間との間の比の４乗根を含む係数によって補正するようにさらに適合され得る。
【００１７】
平均持続時間と基準時間との間の比の４乗根を含む係数は、ｔ１／４依存性を示す所与の基準粒子密度における粒子カウントの時間依存性を補償するために使用される。１つのレーザを有するこのレーザセンサモジュールによる粒子密度検出は、このｔ１／４依存性のために平均遷移時間の測定誤差に関して非常に鈍感である。実際、基準速度は、時間に対するこの補正係数（≒（ｔ／ｔｒｅｆ）１／４）が所定の速度範囲内で最小になるように選択される。他の場合には、基準速度もまた、特定のユーザモデルに対する最も可能性の高い速度として選択することができる。基準速度は、例えばそれぞれの用途に適合させることができる。レーザセンサモジュール、より正確にはレーザセンサモジュールを備えるデバイスを使用して、室内の第１の粒子密度を決定することができる。この場合の平均風速は、０ｍ／ｓに近いか、またはさらには０ｍ／ｓになる。この場合、基準速度は、例えば、０．０５ｍ／ｓとなるように選択されてもよい。代替的に、デバイスは、ユーザインターフェースによって測定条件についての情報を提供するようにユーザに要求してもよい。ユーザは、例えば、レーザセンサモジュールを備えるデバイスが風の強い建造物の外部で使用されているという情報を提供することができる。この場合、デバイスは、ユーザによって提供された情報に従って異なる基準速度で割り当てるように構成されてもよい。この場合、基準速度は、例えば０．９ｍ／ｓとすることができる。
【００１８】
評価器は、第１の信号対雑音比閾値レベルにおける第１の粒子計数率、および、第１の信号対雑音比閾値レベルとは異なる第２の信号対雑音比閾値レベルにおける第２の粒子計数率を決定するようにさらに適合され得る。評価器は、第１の粒子計数率および第２の粒子計数率によって、決定されている粒子密度を補正するようにさらに適合されている。
【００１９】
実験は、より高い速度では、最も小さい粒子に対する信号対雑音比が低すぎて測定することができないことを示した。粒子計数率に対して２つの異なる閾値レベルを使用することによって、小さい粒子の数の推定、それによってより高い速度において見逃した粒子の数の推定が可能になる。粒子密度は、例えば、公式（式２）によって補正することができる。
【００２０】
【数２】
0006820425.tif 000003
【００２１】
式中、ｒａｔｉｏｔｗｏｔｈｒｅｆは、大きい粒子に対する２つの閾値の比（高い閾値レベルにおけるカウント数を低い閾値レベルにおけるカウント数で除算した値）であり、ｒａｔｉｏｔｗｏｔｈｒは、粒子密度（例えばＰＭ２．５）測定の有効平均遷移時間における２つの閾値の比である。この差は、分布内の小粒子の数の尺度である。有効平均遷移時間ｔは、（式３）によって与えられる第１の測定ビームと粒子流ベクトルとの間の角度によって補償されている、測定されている平均遷移時間である。
［数３］
ｔ＝ｔｍｅａｓｃｏｓ（α）
基準時間に対する時間差の尺度に対応する係数をその差に乗算することによって、分布内の小さい粒子に対する補正が行われる。係数ｃ２は較正実験によって適合させることができる。異なる閾値は、光学的手段（例えば、第２の開口数と異なる第１の開口数）、検出器の異なる感度（物理的にまたは評価器によって設定される異なる感度によって）、または例えば自己混合干渉信号に対して適用される電子フィルタによって生成され得る。
【００２２】
粒子密度またはＰＭ２．５値は、公式（式４）によって計算することができる。
【００２３】
【数４】
0006820425.tif 000004
【００２４】
ｃ１は、較正実験において決定されるさらなる較正パラメータである。ｎは、所定期間Ｔ内に検出される粒子の数である。時間依存性（または速度依存性）を補償するための４乗根時間係数は、レーザセンサモジュールよる実験の、参照実験との一致をさらに改善する追加のｃｏｓ（α）を含む。
【００２５】
これは、この公式で与えられるような情報を使用した、最適なＰＭ２．５値、またはより一般的には粒子密度値への補正の例であるということになる。粒子信号からまたは較正からの他のパラメータも、ＰＭ２．５または粒子密度値のさらに正確な決定のために使用され得る。
【００２６】
光学構成は、レーザセンサモジュールの出射窓に垂直な構築高さが１ｍｍより小さくなるように第１の測定ビームを折り畳むように構成されてもよい。
【００２７】
光学構成は、例えば、第１の測定ビームがトラバースする前にレーザセンサモジュール内で折り畳まれるように構成されている２つの反射面、例えば第１の測定ビームを第１の測定ボリュームに集束させるレンズを備えることができる。デバイスから十分に離れた（例えば５ｍｍ）焦点位置と組み合わされた光学構成によって提供される必要な開口数は、レーザと集束光学素子（例えばレンズ）との間に一定の距離を必要とする。第１の測定ビームの光路がレーザセンサモジュール内で折り畳まれる場合、レーザセンサモジュールの構築高さを減らすことができる。レーザセンサモジュールの構築高さの減少は、レーザセンサモジュールがスマートフォンのような移動通信デバイスに組み込まれる場合に特に有利であり得る。
【００２８】
光学構成は、第１の測定ボリュームがレーザセンサモジュールの出射窓に対して垂直に３ｍｍ〜１０ｍｍの距離に配置されるように構成されてもよい。出射窓は、第１の測定ビームを第１の測定ボリュームに集束させるための光学集束デバイスと同一であり得る。３ｍｍ〜１０ｍｍの距離は、デバイス表面内に一体化され得る出射窓の表面の粒子流に対する影響を低減し得る。垂直位置における手および／またはデバイスの熱に起因する実際の空気流パターンの事例において、第１の測定ボリュームまでの距離が大きいほど、空気速度が低くなる。
【００２９】
レーザセンサモジュールは、
第２の測定ビームを放出するように適合されている少なくとも第２のレーザと、
少なくとも第２の測定ビームを第２の測定ボリュームに集束させるようにさらに構成されている光学構成であって、光学構成は、第２の測定ビームに対する第２の開口数を特徴とし、第２の開口数は、基準速度において所定の最小粒子サイズを検出するように構成されており、第１の測定ビームおよび第２の測定ビームは相互に１０°〜１６０°の角度φを成す、光学構成と、
第２のレーザの第２のレーザキャビティ内の第２の光波の第２の干渉または第２の干渉信号または第２の自己混合干渉信号を決定するように適合されている少なくとも第２の検出器と、
決定されている第２の自己混合干渉信号に応答して第２の検出器によって生成される検出信号を受信するように適合されている評価器であって、評価器は、所定の期間内に受信されている検出信号によって、第１の検出器によって検出される粒子の少なくとも第１の平均速度、および、第２の検出器によって検出される粒子の少なくとも第２の平均速度を決定するようにさらに適合されており、評価器は、所定の期間内に第２の検出器によって提供される検出信号に基づいて第２の粒子数を決定するようにさらに適合されており、評価器は、少なくとも、第１の平均速度および第２の平均速度、少なくとも第１の粒子数ならびに少なくとも第２の粒子数によって決定される平均粒子速度に基づいて第２の粒子密度を決定するようにさらに適合されており、評価器は、第１の粒子密度および第２の粒子密度に基づいて第３の粒子密度を決定するようにさらに適合されている、評価器と
をさらに備えることができる。
【００３０】
第２のレーザおよび対応する検出器は、速度ベクトルの２つの成分が測定され得るため、粒子流の速度ベクトルの独立した決定を可能にする。したがって、粒子の平均速度を決定することによって、第１のレーザ自己混合干渉信号および第２のレーザ自己混合干渉信号に基づいて粒子密度を独立して決定することが可能になる。この第２の粒子密度は、上記のように決定されている第１の粒子密度と組み合わせることができる。この目的のために、単軸を使用する第１の粒子密度を使用することができるが、好ましくは両方の単軸の平均結果としての第１の粒子密度が使用され得る。この組み合わされた第３の粒子密度は、遷移時間ベースのレーザセンサモジュールおよび速度ベースのレーザセンサモジュールと比較して小さい誤差を特徴とする。レーザセンサモジュールが後述の第２の粒子検出方法によるステップを実行するように構成されている場合、速度ベースのレーザセンサモジュールはまた、第１の粒子密度がなくても機能し得る。２つの独立した速度成分を決定して平均速度を決定するために、１０°〜１６０°（好ましくは２０°〜１４０°、最も好ましくは５０°〜７０°）の角度φを相互に成す少なくとも２つのレーザビームまたは測定ビームが使用される。
【００３１】
第１の測定ビームは、好ましくは基準面と第１の角度β１を成し、第２の測定ビームは、基準面と第２の角度β２を成し、第１の測定ビームの基準面上への第１の投影および第２の測定ビームの基準面上への第２の投影は、２０°〜１６０°、好ましくは３０°〜１２０°、最も好ましくは８０°〜１００°の角度γを成す。
【００３２】
基準面または検出面は、レーザセンサモジュールを備えるデバイスの表面であり得る。第１の測定ビームおよび第２の測定ビームは、基準面（窓）の透過領域を通して放出される。この構成は、基準面に平行な粒子流に特に適している（図２を参照）。そのようなデバイスは、センサボックスのような静止デバイス、またはスマートフォンのような移動デバイスであってもよい。基準面は、例えば、スマートフォンのディスプレイの表面であってもよい。ユーザは、ディスプレイの表面が地面に対して平行または垂直になるようにスマートフォンまたは移動通信デバイスを保持することができる。デバイスの追加のセンサは、地面に対するデバイスの正しい位置を提供するのを助けることができ、および／または、粒子濃度のより最適な測定値を得るために追加の速度データを使用することができる（例えば、スマートフォンのコンパスまたは水準測量アプリケーションに使用するできる加速度センサなど）。第１の測定ビームは、特別な場合には、好ましくは基準面とβ１＝４５°の角度を成し、第２の測定ビームは、好ましくは基準面に対してβ２＝４５°の角度を成す。この場合、両方の測定ビームの投影は、好ましくは角度γ＝９０°を成すことができる。基準面に平行な粒子流の各速度ベクトルは、この場合、第１の測定ビームまたは第２の測定ビームによって４５°の角度９０−αを成す。この場合、角度φは６０°である。
【００３３】
例えば、一方のレーザビームの遮蔽またはレーザの破損に起因して第２の、およびしたがって第３の粒子密度測定の検出に失敗した場合、残りのレーザによる第１の粒子密度測定によって、良好な代替シナリオが提供される。遮蔽されたレーザまたは損傷したレーザは、安全な電力を供給するためにオフにすることができる。代替的に、対応する検出器によって提供される測定結果は、対応するノイズを回避するために評価されなくてもよく、または無視されてもよい。
【００３４】
基準速度は、基準速度を含む所定の速度範囲内の誤差最小化が基準速度に対して対称的になるように選択されてもよい。このように基準速度を選択することは、特に所定の速度範囲の境界における速度に関して改善された誤差補正を可能にし得る。速度範囲の上限または下限において定誤差が大きくなる危険性が低くなり得る。
【００３５】
実験は、粒子速度の関数としてのレーザセンサモジュールの計数率を、べき法則によって良好に近似して記述することができることを示した。それゆえ、所定の速度範囲内の基準速度に関して対称的な誤差最小化を可能にするためには、速度範囲の近くまたは中央の対数軸上にある基準速度が良好な選択であると考えられる。速度範囲は、例えば、移動ハンドヘルドデバイスによる粒子密度検出について０．０１ｍ／ｓおよび６ｍ／ｓによって境界されてもよい。この場合の基準速度は、粒子密度の信頼できる値を決定するために、光学構成の開口数０．０３に対して好ましくは約０．２ｍ／ｓであり得る。
【００３６】
第１の開口数は第２の開口数と同じであってもよい。これは変形形態が除外されることを意味するのではない。
【００３７】
速度値ｖは、公式（式５）によって自己混合干渉信号の測定周波数値ｆによって決定することができる。
［数５］
ｖ＝ｆ＊λ／（２＊ｓｉｎ（α））
式中、λは測定ビームの波長（例えば８５０ｎｍ）であり、角度９０−αは速度ベクトルおよびそれぞれの測定ビームの間で成される角度であり、これは（少なくとも近似的に）第１の自己混合干渉信号および第２の自己混合干渉信号に基づいて決定することができる。粒子流が検出面（例えば携帯電話の表面）と平行であり、かつ両方の測定ビームが検出面と４５°の角度を成し、かつ測定ビームの検出表面上の投影が９０°の角度γを成す場合、角度９０−αは４５°（固定）である。流れが完全に平行ではない場合でも、わずかな誤差しかない。
【００３８】
速度の決定は、測定されている自己混合干渉信号の分析を信号の有効長または測定時間に適合させることによって改善され得る。信号の有効長は、速度、ビームサイズ、および角度αに依存する。有効長または測定時間は、信号が特定の閾値を超えている期間を時間領域で検出することによって決定され得る。
【００３９】
各測定ビームｉについての平均粒子速度ｖａｖｉおよび総平均速度ｖａｖは、公式（式６）によって２つの測定ビームの事例において与えられる。
［数６］
ｖａｖ１＝Σｖ（ｊ）／Ｎ  およびｖａｖ２  ＝Σｖ（ｋ）／Ｍ），
ｖａｖ＝ｓｑｒｔ（ｖａｖ１２＋ｖａｖ２２）
式中、ｖ（ｊ）、ｖ（ｋ）は第１の測定ボリュームおよび第２の測定ボリューム内で測定されている速度であり、Ｎは第１の測定ボリュームで検出されている総粒子数であり、Ｍはそれぞれの測定時間間隔内で第２の測定ボリューム内で検出されている総粒子数である。平均速度の式は、測定ビームが（窓に平行な平面内で９０度とは）異なる角度を有する場合に容易に適合させることができる。
【００４０】
評価器は、基準速度と決定されている平均粒子速度との間の比の３乗根を含む係数によって、決定されている第２の粒子密度を補正するようにさらに適合され得る。
【００４１】
基準速度と決定されている平均粒子速度との間の比の３乗根を含む係数は、ｖ１／３依存性を示す所与の基準粒子密度における粒子カウントの速度依存性を補償するために使用される。実際には、この速度依存性が所定の速度範囲内で最小になるように基準速度が選択される。
【００４２】
さらに、第１の測定ボリュームは第１の測定ビームの方向に直線的に延伸することができ、第２の測定ボリュームは第２の測定ビームの方向に直線的に延伸することができる。この場合、評価器は、第１の測定ボリューム内の粒子の検出に関する第１の相対尤度を決定するように適合させることができる。評価器は、第２の測定ボリューム内の粒子の検出に関する第２の相対尤度を決定するようにさらに適合させることができる。評価器は、第１の相対尤度および第２の相対尤度によって、決定された粒子密度を補正するようにさらに適合させることができる。
【００４３】
小さい開口数が、測定ボリュームが測定ビームに沿って直線的に延伸するという効果に影響を与えることを認識することによって、粒子密度（例えば、ＰＭ  ２．５値）の決定はさらに改善され得る。より小さい開口数を用いる光学構成による集束は、粒子が検出され得る測定ビームに沿った範囲を拡大する。第１の測定ビームまたは第２の測定ビームによって粒子が検出される尤度は、それぞれの測定ビームの光軸に対する空気の移動角度の関数である。粒子流と両方の測定ビームとの間に成される少なくとも近似的に決定されている角度のために、それぞれの尤度は、第１の測定ボリュームおよび第２の測定ボリュームにおいて測定される、計算されている平均速度に基づいて決定され得る。この角度の決定は、３Ｄ状況においては、２つのレーザのみを含むレーザセンサモジュールによっては完全ではない。しかしながら、それは、２０％未満の誤差で粒子密度を決定することを可能にし、これは例えば、粒子密度が外でジョギングするのに高過ぎる（例えば、スモッグ）か否かの指標を提供するハンドヘルド移動通信デバイスにとっては十分である。
【００４４】
（任意選択の）補正は、２つの測定ビームを用いるレーザセンサモジュールの場合には、以下の公式（式７）によって、上に与えられた決定されている平均速度に基づいて計算することができる。
【００４５】
【数７】
0006820425.tif 000005
【００４６】
式中、ｐ１は、第１の測定ボリューム内で粒子が検出される尤度であり、ｐ２は、第２の測定ボリューム内で粒子が検出される尤度である。
【００４７】
評価器は、第１の信号対雑音比閾値レベルにおける第１の粒子計数率、および、第１の信号対雑音比閾値レベルとは異なる第２の信号対雑音比閾値レベルにおける第２の粒子計数率を決定するようにさらに適合され得る。評価器は、第１の粒子計数率および第２の粒子計数率によって、決定された第２の粒子密度を補正するようにさらに適合されている。
【００４８】
実験およびモデル計算は、より高い速度では、最も小さい粒子に対する信号対雑音比が低すぎて測定することができないことを示した。粒子計数率に対して２つの異なる閾値レベルを使用することによって、小さい粒子の数の推定、それによってより高い速度において見逃した粒子の数の推定が可能になる。粒子密度は、例えば、公式によって補正することができる。
【００４９】
【数Ａ】
0006820425.tif 000006
【００５０】
式中、ｒａｔｉｏｔｗｏｔｈｒｅｆは、大きい粒子に対する２つの閾値の比（高い閾値レベルにおけるカウント数を低い閾値レベルにおけるカウント数で除算した値）であり、ｒａｔｉｏｔｗｏｔｈｒａｖは、粒子密度（例えばＰＭ２．５）測定の平均速度における２つの閾値の比である。この差は、分布内の小粒子の数の尺度である。基準速度に対する速度差の尺度に対応する係数をその差に乗算することによって、分布内の小さい粒子に対する補正が行われる。上述したように、異なる閾値を生成することができる。
【００５１】
検出されている粒子の数と検出されている平均速度との組み合わせが粒子密度をもたらす。粒子密度は、例えばＰＭ２．５値として表現することができる。評価器は、例えば、第１の検出器、第２の検出器または第３の検出器と組み合わせた第１のレーザ、第２のレーザおよび任意選択的に第３のレーザによって生成される自己混合干渉信号を評価するように適合されている１つのＡＳＩＣを含んでもよい。代替的に、各検出器が別個のＡＳＩＣに結合されてもよい。
ＰＭ２．５値は、公式（式８）によって計算することができる。
【００５２】
【数８】
0006820425.tif 000007
【００５３】
式中、ｃ１は別の較正係数であり、Ｔは所定の期間である。較正係数ｃ１は、例えば、専門設備による参照実験および基準粒子濃度に基づいて決定される。較正実験によって決定される較正係数の例は、ｃ１＝７．８、ｃ２＝２．７である。上記の式は、同じ速度範囲内における較正実験に関して、約０．２の標準偏差で０．０１ｍ／ｓ〜７ｍ／ｓの速度範囲内で粒子密度の信頼できる検出をもたらす。
【００５４】
レーザセンサモジュールは、第３の測定ビームを放出するように適合されている少なくとも第３のレーザを備えてもよい。光学構成は、第３の測定ビームを第３の測定ボリュームに集束させるように構成される。第１の測定ビーム、第２の測定ビームおよび第３の測定ビームは、相互に１０°〜１１０°（好ましくは９０°）の角度を成す。レーザセンサモジュールは、第３のレーザの第３のレーザキャビティ内の第３の光波の第３の干渉信号または第３の自己混合干渉信号を決定するように適合されている第３の検出器をさらに備える。評価器は、第３の検出器によって生成される検出信号を受信するようにさらに適合されている。評価器はさらに、所定の期間内に第３の検出器によって検出されている粒子の第３の平均速度を決定するように適合されている。評価器は、所定の期間内に第３の検出器によって生成されている検出信号によって第３の粒子数を決定するようにさらに適合されている。評価器は、第１の平均速度、第２の平均速度および第３の平均速度、ならびに第１の粒子数、第２の粒子数および第３の粒子数によって決定される平均粒子速度に基づいて粒子密度を決定するようにさらに適合される。
【００５５】
第３のレーザは、３つすべての速度成分を測定することができるため、粒子流の方向の改善された決定を可能にする。したがって平均速度の決定が改善され得る。さらに、粒子計数率が増加するように追加の測定ボリュームが加えられる。信頼性を高めるために、さらなるレーザおよび検出器を任意選択的に追加することができる（冗長レーザ）。
【００５６】
第１の測定ボリュームは、第２の測定ボリュームまたはさらには第３の測定ボリュームと少なくとも部分的に重なってもよい。測定ボリュームを重ねることは、同じ粒子が粒子速度の速度ベクトルを決定するために使用され得るという利点を有し得る。したがって、平均速度および測定ビームと粒子流との間の角度の測定の正確さが改善され得る。レーザセンサモジュールのサイズは、測定ボリュームの重なりを可能にするために必要とされるレーザ間の距離のために増大し得る。
【００５７】
代替的に、第１の測定ボリュームは第２の測定ボリュームとは異なってもよく、３つの測定ビームを用いるレーザセンサモジュールの場合、第３の測定ボリュームとも異なってもよい。この場合、測定ビームはほぼ同じ位置から放出され得る。これにより、２つまたは３つのレーザすべてが互いに非常に近接して配置されている非常にコンパクトなレーザセンサモジュールが可能になる。
【００５８】
そのような構成は、第１のレーザおよび第２のレーザ（および任意選択で第３のレーザ）が１つの半導体チップ上に設けられた半導体層を含む集積レーザ構成の場合に特に有用であり得る。層の電気接点は、第１の自己混合干渉信号、第２の自己混合干渉信号、および任意選択で第３の自己混合干渉信号の独立した測定が可能であるように配置されなければならない。
【００５９】
レーザセンサモジュールは、電気駆動装置をさらに備えることができる。電気駆動装置は、レーザが測定ビームを放出するように１つまたは複数のレーザを電気的に駆動するように適合されてもよい。
【００６０】
レーザセンサモジュールは、制御信号、電気駆動信号または検出信号を外部コントローラと交換することができるインターフェースをさらに備えることができる。
【００６１】
上記の任意の実施形態によるレーザセンサモジュールは、第１のモードにおいて粒子密度を検出するように構成することができる。レーザセンサモジュールは、第２のモードにおいて少なくとも１ｍｍのサイズを有する物体の近接を検出するようにさらに構成することができる。レーザセンサモジュールが粒子密度検出に使用される場合、好ましくはＤＣ駆動電流が使用され、粒子は上述のように自己混合干渉信号の変調によって検出される。
【００６２】
レーザセンサモジュールは、代替的な実施形態によれば、２０μｍ未満の粒子サイズを有する粒子の粒子密度を検出するように構成されてもよい。レーザセンサモジュールは、レーザセンサモジュールの発光面から所定の検出範囲内の物体の存在を検出するようにさらに構成されてもよく、物体のサイズは好ましくは最長の延長線に沿って少なくとも１ｍｍである。レーザセンサモジュールは、
第１の測定ビームを放出するように適合されている少なくとも第１のレーザと、
第１の測定ビームを第１の測定ボリュームに集束させるように構成されている光学構成であって、光学構成は、第１の測定ビームに対する第１の開口数が０．０２〜０．１であることを特徴とする、光学構成と、
第１の干渉信号または自己混合干渉信号を決定するように適合されている少なくとも第１の検出器と、
決定されている第１の干渉信号または自己混合干渉信号に応答して少なくとも第１の検出器によって生成されている第１の検出信号を受信するように適合されており、第１の検出信号によって、所定の検出範囲内の物体の存在と第１の測定ボリューム内の粒子の存在との間で区別するようにさらに適合されている評価器と
を備える。
【００６３】
物体は、例えば、ジェスチャ制御のためのユーザの指または手の一部であってもよく、または代替的に、粒子密度の信頼できる検出を回避もしくは低減するほこり粒子であり得る。
【００６４】
スマートフォン用途におけるレーザセンサモジュールまたは粒子センサは、典型的には０．２ｍ／ｓの低速において良好な粒子計数率および小さい最小検出粒子サイズを有しなければならない。これに対応するために、システムの開口数（ＮＡ）は、比較的小さく、例えば、ＮＡ＝０．０３に選択されるべきである。この小さいＮＡは、比較的大きい距離で大きい物体を検出することができるという点で有利である。例えば、粒子検出のための集束スポットは、通常、スマートフォンのカバーガラスから５ｍｍに選択される。ＮＡ＝０．０３のシステムの場合、大きい物体は依然として、例えば１５ｃｍの距離において干渉信号または自己混合干渉（ＳＭＩ）信号によって観察される可能性がある。実際の距離は、ＮＡとは別に、他のシステムパラメータ（例えば、パワーおよび物体の反射特性）の選択にも依存する。
【００６５】
実験は、粒子速度を決定するために遷移時間アルゴリズムを使用する単軸粒子センサが可能であることを示した。さらに、２軸または３軸システムは、正確な粒子検出結果のために直交している必要はない。これは、これらの粒子センサは、スマートフォンの表面の法線に対して比較的小さいビーム角（１０〜３５度の範囲内）を使用することができることを意味する。これは、近接検出には好ましい機能である。
【００６６】
粒子検出のためには一定の最小ＮＡが必要とされ、一方で、近接検出のためには一定の最大ＮＡが必要とされる。これは、組み合わされたレーザセンサモジュールについて、ＮＡが特定の範囲内で選択されなければならないという洞察を与える。６ｍ／ｓまでの粒子速度または風速に対して信頼性の高い粒子密度検出および近接検出を可能にするためには、特定の範囲は０．０２〜０．１である。
【００６７】
ジェスチャ制御および／または近接検知のために同じレーザセンサモジュールが使用されるとき、物体の距離（および／または速度）を検出することができるように、変調駆動電流が使用される。ジェスチャ制御とは、ユーザが、レーザセンサモジュール、またはレーザセンサモジュールを備えるデバイス（例えばスマートフォン）の表面に物理的に接触することなく情報を入力または情報を操作できることを意味する。したがって、ジェスチャ制御は、非接触の情報の入力もしくは操作または情報の提示を可能にする。
【００６８】
近接検知の大まかな方法は、検出される欠陥粒子イベントの数を調べることによって実行され得る。この場合、変調駆動電流を供給する必要はないことになる。
【００６９】
粒子密度および物体の存在を検出するように構成されているそのようなレーザセンサモジュールの所定の検出範囲は、２０ｃｍ未満であり得る。第１の測定ボリュームは、発光面と所定の検出範囲との間に位置している。
【００７０】
粒子密度および物体の存在を検出するように構成されているレーザセンサモジュール。レーザセンサモジュールは電気駆動装置をさらに備えることができる。電気駆動装置は、第１の電気駆動電流によって第１の期間内に第１のレーザを電気的に駆動するように構成される。電気駆動装置は、第１の電気駆動電流とは異なる第２の電気駆動電流によって、第１の期間とは異なる第２の期間内に第１のレーザを電気的に駆動するようにさらに構成される。評価器は、第１の期間内に所定の検出範囲内で物体の存在を検出するように構成される。評価器は、第２の期間内に粒子の存在を検出するようにさらに構成される。第１の駆動電流は、例えば、変調駆動電流（例えば、三角波）であり得る。第２の駆動電流は、例えばＤＣ電流であり得る。
【００７１】
粒子密度および物体の存在を検出するように構成されているレーザセンサモジュール。評価器は、第１の期間内にジェスチャ認識のために所定の検出範囲内で物体の近接を検出するように構成されている。評価器は、第２の期間中に粒子密度を検出するようにさらに構成される。評価器は、第１の期間内に物体の動きを検出するように構成されてもよい。
【００７２】
粒子密度および物体の存在を検出するように構成されているレーザセンサモジュール。評価器は、上記および下記に説明されているように、粒子によって生成される第１の干渉信号または自己混合干渉信号の持続時間に基づいて所定の期間中に第１の測定ボリュームを通過する粒子の平均遷移時間を決定するようにさらに構成される。評価器は、所定の期間中に第１の干渉信号または自己混合干渉信号に基づいて粒子数を決定するようにさらに適合され、評価器は、上記および下記に説明されているように、平均遷移時間および粒子数に基づいて粒子密度を決定するようにさらに適合される。
【００７３】
上述のレーザセンサモジュールは、所定の粒子流方向および速度を提供することなく粒子検出を可能にする。一方向にのみ測定ビームを放出するただ１つのレーザ（および対応する検出器）が、所定の期間内に第１の測定ボリュームを通過する粒子に基づいて第１の干渉信号または自己混合干渉信号を生成するために使用されてもよい。干渉信号または自己混合干渉信号は、所定の期間内に第１の測定ボリュームを通過する粒子の数および粒子の平均遷移時間を決定するために使用される。各単一粒子の遷移時間は、それぞれの粒子によって生成される干渉信号または自己混合干渉信号の始まりとそれぞれの粒子によって生成される干渉信号または自己混合干渉信号の終わりとの間の時間差である。平均遷移時間は、所定の時間内に測定されているすべての遷移時間の平均である。平均遷移時間の決定を改善することができる干渉信号または自己混合干渉信号を選択するために、特定の閾値を定義することができる。例えば、所定の閾値振幅値を超える最大信号振幅を有するような干渉信号または自己混合干渉信号のみを選択することが可能であり得る。所定の閾値振幅値は、粒子が測定ビームの方向に沿って測定ボリュームの中心線を通過することによって引き起こされるそのような干渉信号または自己混合干渉信号の選択を可能にし得る。さらに、粒子および第１の測定ビームの形状が実質的に円形であることによって、中心からの距離の関数としての遷移時間の減少は漸進的でしかなくなり、結果、遷移時間検出は第１の測定ボリュームを通る粒子の経路に関して敏感でなくなる。干渉信号または自己混合干渉信号によって検出される平均遷移時間および粒子数は、粒子密度を決定するのに十分な、粒子流の速度ベクトルと、第１の測定ビームの方向との間の関係がおおよそ分かっている事例である。
【００７４】
粒子密度および物体の存在を検出するように構成されているレーザセンサモジュール。評価器は、第１の干渉信号または自己混合干渉信号および平均遷移時間に基づいて第１の測定ビームと粒子の速度ベクトルとの間で成される角度を決定するようにさらに適合されており、開口数は基準速度における所定の最小粒子サイズを検出するように構成される。基準速度は、０．０１ｍ／ｓ〜７ｍ／ｓの所定の速度範囲内で選択される。粒子密度はさらに、第１の測定ビームの基準速度および基準ビーム直径に基づいて決定される。基準速度および基準ビーム直径は、基準粒子サイズを有する基準粒子が第１の測定ビームを通過する基準時間を規定する。基準粒子の速度ベクトルは、第１の測定ビームに対して垂直である。さらなる詳細が、上記および下記の実施形態に与えられる。
【００７５】
粒子密度および物体の存在を検出するように構成されているレーザセンサモジュール。レーザセンサモジュールは、
第２の測定ビームを放出するように適合されている少なくとも第２のレーザと、
少なくとも第２の測定ビームを第２の測定ボリュームに集束させるようにさらに構成されている光学構成であって、光学構成は、第２の測定ビームに対する第１の開口数を特徴とし、第１の測定ビームおよび第２の測定ビームは相互に５°〜７０°、より好ましくは７°〜５０°、最も好ましくは１０°〜３５°の角度を成す、光学構成と、
第２の干渉信号または自己混合干渉信号を決定するように構成された少なくとも第２の検出器と、
決定されている第２の干渉信号または自己混合干渉信号に応答して第２の検出器によって生成されている第２の検出信号を受信するようにさらに適合されている評価器であって、評価器は、第１の検出器信号および第２の検出信号に基づいて粒子密度を決定するようにさらに適合されている、評価器と
を備える。
【００７６】
二次元の空気またはガス（またはより一般的には流体）の流れの場合には、２つのレーザおよび対応する検出器を使用して、粒子密度検出のための平均粒子速度を決定することができる。未知の三次元流れ方向の場合には、粒子密度検出のための平均粒子速度を決定するために３つのレーザおよび対応する検出器が必要とされる。
【００７７】
物体の粒子密度および存在を検出するように構成されたレーザセンサモジュール。物体は粒子検出を妨害する遮蔽物体である。評価器は、遮蔽物体に応じて粒子密度の検出を適合させるように構成される。
【００７８】
レーザセンサモジュールは、反射光信号を（干渉または自己混合干渉ＳＭＩに基づいて）処理して、検出ボリューム内の粒子カウントを決定する。以下の場合、信号は不正確になる。
１．レーザセンサモジュールの窓が完全に遮蔽されている（すなわち、光がセンサモジュールから出ることができない）。
ａ．粒子が検出され得る前に光が遮蔽される。
ｂ．ビームの焦点が合った後、光が遮蔽物体によって遮蔽／反射され、粒子は依然として検出ビームを通過することができる。
２．測定ビームのうちの１つの光路が部分的に遮蔽される。
ａ．窓上の大きい粒子による。
ｂ．レーザ光線の中の物体による。
すべての場合において、センサは受信した信号の処理に基づいて不正確な結果を与える。
【００７９】
レーザセンサモジュールは、（完全にまたは部分的に）光路を遮蔽している物の存在を検出し、それゆえ、そのような時間中は粒子の読み値を報告しない。検出は反射光のパターンに基づくことができる。具体的には、以下のとおりである。
完全遮蔽（１ａ）：干渉信号または自己混合干渉信号は、物体を干渉計内に効果的に配置することから生じる。一般に、物体は動いていることになり、検出ビームの光軸に対する物体の移動速度に応じてより高いまたはより低い周波数をもたらす。これらの信号の振幅、持続時間、ノイズフロアレベル、および周波数の組み合わせは、粒子信号とは異なり、これらの特性を使用して、粒子を遮蔽されたセンサと区別することができる。これは、永続的にブロックされたセンサ（例えば、スマートフォンのカバーでレーザセンサモジュールが遮蔽されているかまたはポケットに入れられている間の測定）、または、センサが短い間遮蔽される状況（例えば手がセンサを通り過ぎているとき）にも当てはまる。
【００８０】
遮蔽物体が検出ボリューム（１ｂ）の後ろにある場合、２つの状況が発生する可能性があり、その１つは、背後の物体が粒子信号にわたって支配的になる信号を生じさせる前述のようなものであり、これは上記のように取り扱われるべきである。しかしながら、これはまた、物体の影響が十分に弱い（すなわち、センサから遠い距離（典型的には数ｃｍ））場合に、バックグラウンドノイズフロアを修正することにもなり得る。これは、ノイズスペクトルにおいて時変のバックグラウンドノイズまたはスペクトル変化によって識別することができる。
【００８１】
部分遮蔽（２ｂ）の場合、レーザセンサモジュールの評価器は、以下のように粒子カウントの結果を得るためにブロッキング対象の影響を差し引くように構成することができる。（時間の関数としての）干渉信号または自己混合干渉信号の一部において、信号変動は著しく高くなる（遮蔽物体が高い信号成分を導入し、任意の粒子の動きが隠されることに起因する）。粒子濃度情報は、依然として、低減した精度で残りの信号から推定され得る。
【００８２】
センサの部分的な遮蔽（２ｂ）を検出するための別の選択肢は、変調測定ビームを適用することであり得る。その場合、物体の距離および速度を導き出すことができる。この距離は、例えば、カバーガラスから入来する外乱（おそらく大きい粒子）と対応している可能性があり、洗浄アドバイスを与えることができる。
【００８３】
レーザセンサモジュールは、自己混合干渉信号を決定する代わりに干渉信号を決定するように構成されてもよい。この場合、レーザセンサモジュールは、第１の測定ビームの部分反射による第１の測定ビーム、および、第２の測定ビームの部分反射による第２の基準ビームに基づいて第１の基準ビームを提供するように構成されてもよい。第１の測定ビームまたは第２の測定ビームは、レーザセンサモジュール内の第１の測定ビームまたは第２の測定ビームの光路内に配置された光学構造によって部分的に反射することができる。第１の検出器は、第１の測定ビームの反射光と第１の基準ビームとの干渉に基づいて第１の干渉信号を決定するように構成される。第２の検出器は、第２の測定ビームの反射光と第２の基準ビームとの干渉に基づいて第２の干渉信号を決定するように構成される。
【００８４】
自己混合干渉信号を決定する代わりに干渉信号を決定するように構成されたレーザセンサモジュールは、代替的にまたは加えて、第１の検出器が第１のレーザから分離されるように構成され得る。第２の検出器は第２のレーザから分離される。この場合、レーザセンサモジュールは、第１の基準ビームを提供するように構成された第１のビームスプリッタをさらに備え、レーザセンサモジュールは、第２の基準ビームを提供するように構成された第２のビームスプリッタをさらに備える。第１のビームスプリッタおよび第２のビームスプリッタは、第１の偏光ビームスプリッタおよび第２の偏光ビームスプリッタであってもよい。レーザセンサモジュールは、第１のビームスプリッタと、第１の測定ビームを第１の測定ボリュームに集束させるための第１の集束デバイスとの間に配置された第１の４分の１波長板をさらに備えることができる。レーザセンサモジュールは、第２のビームスプリッタと、第１の測定ビームを第１の測定ボリュームに集束させるための第２の集束デバイスとの間に配置された第２の４分の１波長板をさらに備えることができる。空気清浄機、排気フード、自動車、センサボックス、または、移動通信デバイスのようなウェアラブルデバイスなどが、上記のような任意の実施形態によるレーザセンサモジュールを備えることができる。
【００８５】
さらなる態様によれば、粒子密度検出の第１の方法が提示される。第１の方法は、
第１のレーザによって少なくとも第１の測定ビームを放出するステップと、
第１の開口数を用いて第１の測定ビームを集束させるステップであって、第１の開口数は、好ましくは基準速度において所定の最小粒子サイズを検出するように構成され、基準速度は所定の速度範囲内である、集束させるステップと、
第１のレーザの第１のレーザキャビティ内で第１の光波の第１の干渉信号または第１の自己混合干渉信号を決定するステップと、
粒子によって生成されている第１の干渉信号または第１の自己混合干渉信号の持続時間に基づいて、所定の期間内に第１の測定ボリュームを通過する粒子の平均遷移時間を決定するステップと、
任意選択的に、第１の干渉信号または第１の自己混合干渉信号（ドップラー周波数および遷移時間）、第１のレーザによって放出されるレーザ光の波長、および基準ビーム直径に基づいて、第１の測定ビームと粒子の速度ベクトルとの間に成される角度を決定するステップと、
所定の期間内に第１の干渉信号または第１の自己混合干渉信号に基づいて粒子の数を決定するステップと、
平均持続時間、粒子数、および任意選択的に角度に基づいて第１の粒子密度を決定するステップと
を含む。
【００８６】
さらなる態様によれば、粒子密度検出の第２の方法が提示される。第２の方法は、
第１のレーザによって少なくとも第１の測定ビームを放出するステップと、
第２のレーザによって少なくとも第２の測定ビームを放出するステップと、
第１の開口数を用いて第１の測定ビームを集束させるステップであって、第１の開口数は、好ましくは基準速度において所定の最小粒子サイズを検出するように構成され、基準速度は所定の速度範囲内である、第１の測定ビームを集束させるステップと、
第２の開口数を用いて第２の測定ビームを集束させるステップであって、第２の開口数は、好ましくは基準速度において所定の最小粒子サイズを検出するように構成され、基準速度は所定の速度範囲内である、第２の測定ビームを集束させるステップと、
第１のレーザの第１のレーザキャビティ内で第１の光波の第１の干渉信号または第１の自己混合干渉信号を決定するステップと、
第２レーザの第２レーザキャビティ内で第２の光波の第２の干渉信号または第２の自己混合干渉信号を決定するステップと、
所定の期間内に決定されている第１の干渉信号または第１の自己混合干渉信号に基づいて第１の平均速度を決定するステップと、
所定の期間内に決定されている第２の干渉信号または第２の自己混合干渉信号に基づいて第２の平均速度を決定するステップと、
所定の期間内に決定されている第１の干渉信号または第１の自己混合干渉信号によって第１の粒子数を決定するステップと、
所定の期間内に決定されている第２の干渉信号または第２の自己混合干渉信号によって第２の粒子数を決定するステップと、
少なくとも第１の平均速度および第２の平均速度に基づいて平均粒子速度を決定するステップと、
少なくとも決定されている平均速度、第１の粒子数および第２の粒子数に基づいて粒子密度を決定するステップと
を含む。
【００８７】
さらなる態様によれば、第１のコンピュータプログラム製品が提示される。コンピュータプログラム製品は、レーザセンサモジュールの少なくとも１つのメモリデバイスまたはレーザセンサモジュールを備えるデバイスの少なくとも１つのメモリデバイスに保存することができるコード手段を備える。請求項１４に記載の方法が、レーザセンサモジュールの少なくとも１つの処理デバイスによって、またはレーザセンサモジュールを備えるデバイスの少なくとも１つの処理デバイスによって実行され得るように構成されているコード手段。
【００８８】
さらなる態様によれば、第２のコンピュータプログラム製品が提示される。コンピュータプログラム製品は、少なくとも第１の自己混合干渉信号および第２の自己混合干渉信号に基づいて平均速度を決定するように構成された速度ベースのレーザセンサモジュールの少なくとも１つのメモリデバイス、または、速度ベースのレーザセンサモジュールを備えるデバイスの少なくとも１つのメモリデバイスに保存することができるコード手段を備える。第２の方法が、速度ベースのレーザセンサモジュールの少なくとも１つの処理デバイスによって、または速度ベースのレーザセンサモジュールを備えるデバイスの少なくとも１つの処理デバイスによって実行され得るように構成されているコード手段。
【００８９】
レーザセンサ（例えば、電気駆動装置、評価器など）、または、レーザセンサモジュールを備えるデバイスが、メモリデバイスまたは処理デバイスを備えることができる。レーザセンサモジュールを備えるデバイスの第１のメモリデバイスおよび／または第１の処理デバイスは、レーザセンサモジュールが備える第２のメモリデバイスおよび／または第２の処理デバイスと相互作用することができる。
【００９０】
１つまたは複数のメモリデバイスは、情報、特にデジタル情報を記憶するように構成されている任意の物理デバイスであってもよい。メモリデバイスは、ソリッドステートメモリまたは光メモリから成る群から特に選出されてもよい。
【００９１】
１つまたは複数の処理デバイスは、データ処理、特にデジタルデータの処理を実行するように構成されている任意の物理デバイスであってもよい。処理デバイスは、プロセッサ、マイクロプロセッサまたは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）から成る群から特に選出されてもよい。
【００９２】
上述した、特に請求項１〜１２に記載されているような実施形態のいずれか１つによるレーザセンサモジュール、および、請求項１４に記載の第１の方法または上述した第２の方法は、特に従属請求項に規定されているような、類似および／または同一の実施形態を有することは理解されたい。
【００９３】
代替的な実施形態によれば、２０μｍ未満の粒子サイズを有する粒子の粒子密度を検出する方法が提供される。この方法は
第１のレーザによって少なくとも第１の測定ビームを放出するステップと、
０．０２〜０．１の第１の開口数を用いて第１の測定ビームを集束させるステップと、
第１の干渉信号または自己混合干渉信号を決定するステップと、
所定の検出範囲内の物体の存在と、第１の測定ボリューム内の粒子の存在とを区別するステップであって、物体のサイズは、好ましくは最長の延長線に沿って少なくとも０．５ｍｍ、より好ましくは少なくとも１ｍｍである、区別するステップと
を含む。
【００９４】
本発明の好ましい実施形態はまた、従属請求項とそれぞれの独立請求項との任意の組み合わせであり得ることを理解されたい。
【００９５】
さらなる有利な実施形態を以下に規定する。
【００９６】
本発明のこれらの態様および他の態様は、以下に記載される実施形態を基準して明らかになり、解明されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】第１のレーザセンサモジュールの主要図である。
【図２】第１の自己混合干渉信号の主要図である。
【図３】第２の自己混合干渉信号の主要図である。
【図４】速度ベースのレーザセンサモジュールによって決定された粒子密度の速度依存性を示す図である。
【図５】時間ベースのレーザセンサモジュールによって決定された粒子密度の速度依存性を示す図である。
【図６】測定結果を示す図である。
【図７】異なる粒子分布の主要図である。
【図８】異なる粒子速度における粒子径に応じた粒子カウントを示す図である。
【図９】異なる粒子分布についての速度の関数としての粒子カウントを示す図である。
【図１０】異なる粒子分布についての速度の関数としての補正粒子カウントを示す図である。
【図１１】異なる粒子速度についての粒子径の関数としての異なる信号対雑音比閾値レベルにおける粒子カウントの比を示す図である。
【図１２】小さい粒子について補正された粒子カウントを示す図である。
【図１３】第２のレーザセンサモジュールの主要図である。
【図１４】開口数の関数としての検出距離を示す図である。
【図１５】開口数の関数としての最小検出粒子サイズを示す図である。
【図１６】第３のレーザセンサモジュールの主要図である。
【図１７】測定ビームの主要斜視図である。
【図１８】第４のレーザセンサモジュールの主要上面図である。
【図１９】第１のマイクロ光学部品の主要図である。
【図２０】第１の光学構成の主要図である。
【図２１】第２の光学構成の主要図である。
【図２２】移動通信デバイスの主要図である。
【図２３】第１の粒子密度を決定する第１の方法の主要図である。
【図２４】第２の粒子密度を決定する第１の方法の主要図である。
【００９８】
図面において、同じ符号は全体を通して同様の物体を指す。図中の物体は必ずしも一定の縮尺で描かれていない。
【発明を実施するための形態】
【００９９】
ここで、本発明の様々な実施形態を、図面を用いて説明する。
【０１００】
自己混合干渉が、物体の動きおよび物体までの距離を検出するために使用される。自己混合干渉についての背景情報は、参照により組み込まれる「Ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ  ｓｅｌｆ−ｍｉｘｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（Ｇｉｕｌｉａｎｉ，Ｇ．；Ｎｏｒｇｉａ，Ｍ．；Ｄｏｎａｔｉ，Ｓ．＆Ｂｏｓｃｈ，Ｔ．，Ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ  ｓｅｌｆ−ｍｉｘｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ａ：Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，２００２，４，Ｓ．２８３−Ｓ．２９４）に記載されている。光入力デバイス内のセンサに対する指先の動きの検出は、参照により組み込まれる国際公開第０２／３７４１０号パンフレットに詳細に記載されている。自己混合干渉の原理は、国際公開第０２／３７４１０号パンフレットに提示されている例に基づいて論じられる。レーザキャビティを有するダイオードレーザは、レーザビームまたは測定ビームを放出するために提供される。デバイスの上面には、透明な窓が設けられており、この窓を横切って物体、例えば人間の指が動かされる。レンズがダイオードレーザと窓との間に配置されている。このレンズは、透明窓の上面またはその近くにレーザビームを集束させる。この位置に物体が存在する場合、物体は測定ビームを散乱させる。測定ビームの放射の一部は照明ビームの方向に散乱され、この部分はレンズによってレーザダイオードの放出面上に集束され、このレーザのキャビティに再び入射する。ダイオードレーザのキャビティに再入射する放射は、レーザの利得の変動、したがってレーザによって放出される放射の強度の変動を誘発し、これはダイオードレーザの自己混合効果と呼ばれる現象である。
【０１０１】
レーザによって放出される放射またはレーザキャビティ内の光波の強度の変化は、フォトダイオード、またはレーザキャビティにわたるインピーダンス変動を決定するように構成された検出器によって検出することができる。ダイオードまたはインピーダンス検出器は放射変動を電気信号に変換し、この電気信号を処理するための電子回路が設けられている。
【０１０２】
自己混合干渉信号は、粒子検出の場合には、例えば、短い信号バーストまたはいくつかの信号バーストを特徴とし得る。これらの信号において観察されるドップラー周波数は、光軸に沿った粒子速度の尺度である。したがって、信号検出および信号分析を単純化するためにＤＣ駆動電流を使用することが好ましい場合がある。信号の持続時間および強度は任意選択的に、粒子サイズを決定するために使用され得る。
【０１０３】
例えば、より大きい粒子または妨害する物体におけるレーザ光の反射によって発生し得る自己混合干渉信号によって、粒子の位置または速度を決定するために、変調駆動電流を使用することができる。距離（および任意選択で速度）は、１回の測定内または後続の測定ステップにおいて決定することができる。したがって、意図された粒子数、速度、および変調駆動電流の粒子測定値を生成してビーム内の誤った物体を決定するために、第１の期間内にＤＣ駆動電流を使用することが可能であり得、または有益でさえあり得る。
【０１０４】
動作モードの変更によって、近接センサおよび／またはジェスチャ制御のためのセンサとして、粒子検知に使用されたのと同じレーザセンサモジュールを使用することも可能である。レーザセンサモジュールが粒子検出に使用される場合、好ましくはＤＣ駆動電流が使用され、粒子は自己混合干渉信号の変調によって検出される。ジェスチャ制御および／または近接検知のために同じレーザセンサモジュールが使用されるとき、変調駆動電流が使用され、物体の距離（および／または速度）を検出することができる。この検出された距離は、たとえばスマートフォンから頭部までの距離を測定するための近接センサとして使用することができる。代替的に、この測定された距離は、ジェスチャ制御、例えば、指からセンサまでの距離を変えることによって写真のズームインおよびズームアウトに使用することができる。低速で粒子を検出するために必要とされる最適な低ＮＡ（開口数）値は、必要とされる距離範囲について近接およびジェスチャ検出を実現するために非常に有益であることが認識されている。例えば、ＮＡ＝０．０３のシステムは５ｃｍまでの距離の検出を可能にする。
【０１０５】
図１は、第１のレーザセンサモジュール１００の主要図を示す。レーザセンサモジュールは、１つの垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）１１１を備える。この場合、光学構成１５０は、０．０２５の開口数を有する１つのレンズを備える。第１のレーザ１１１は、第１のレーザ１１１のレーザキャビティ内で第１の自己混合干渉信号を検出することができるように、第１の検出器１２１（例えば集積フォトダイオード）に結合される。検出された第１の自己混合干渉信号は、第１の検出器１２１に電気的に接続されている評価器１４０によって評価される。矢印は粒子流の方向を示す。レーザセンサモジュールは、第１のレーザ１１１を駆動するために電気エネルギーおよび制御信号を受信するように構成された第１のインターフェース（図示せず）を任意選択的に備えることができる。さらに、評価された自己混合干渉信号および／または決定された粒子密度をさらなるデータ処理のために外部処理デバイスに転送するように構成された第２のインターフェースがあってもよい。センサの前にガラス窓がある場合には、窓からレーザへの反射を防ぐために、例えば５度の小さい傾斜が好適であり得ることに留意されたい。
【０１０６】
図２は、第１の測定ビーム４５に垂直な速度ベクトルを有する粒子に基づく第１の自己混合干渉信号の主要図を示す。横座標４２は時間を示し、縦座標４１は自己混合干渉信号を任意の単位で示す。信号は、粒子が第１の測定ボリュームに交差することによって引き起こされる落ち込みのみを示し、ドップラー周波数は示さない。第１の測定ボリュームに交差する粒子の遷移時間を決定するために、落ち込みの幅をとることができる。遷移時間は、例えば、粒子信号の始まりと粒子信号の終わりとの間で測定することができる。より洗練されたアルゴリズムを利用して、観察された信号を一般的な粒子信号関数に当てはめて、当てはめパラメータを遷移時間の尺度として使用することができる。複数のそのような信号を使用して平均遷移時間を決定することができる。
【０１０７】
図３は、第１の測定ビーム４６に対して傾斜した速度ベクトルを有する粒子に基づく第１の自己混合干渉信号の主要図を示す。信号は、速度ベクトルの、第１の測定ビームに平行な部分によって引き起こされたドップラー周波数を示す。ここでも、第１の測定ボリュームに交差する粒子の遷移時間を決定するために、信号の幅をとることができる。複数のそのような信号を使用して平均遷移時間を決定することができる。速度ベクトルと第１の測定ビームとの間に成される角度は、第１の測定ビームと平行な距離についての尺度を与える、ドップラー周波数に平均遷移時間を乗算した値と、第１の測定ビームに垂直な粒子の距離についての尺度を与える基準ビーム直径とによって計算することができる。
【０１０８】
図４は、専門機器を用いた参照実験と比較した、速度ベースのレーザセンサモジュールによって決定された粒子密度の速度依存性を示す。縦座標３５は相対粒子密度を示す。最適な結果は、速度ベースのレーザセンサモジュールと専門機器の両方が同じ粒子密度を測定することである。これは、縦座標値１を有する粒子サイズを示す、横座標１０に平行な直線をもたらすことになる。各測定値は、０．１マイクロメートルのビン内における比較を示す。０．５マイクロメートルの点は、０．４５〜０．５５マイクロメートルのサイズを有する粒子の比較を示す。比較は、それぞれのビンによる粒子サイズの変動を有する粒子分布によって行われた。線３１は、０．０５ｍ／ｓの速度における決定されたＰＭ２．５値を示す。線３２は、０．６ｍ／ｓの速度における決定されたＰＭ２．５値を示す。線３３は、７ｍ／ｓの速度における決定されたＰＭ  ２．５値を示す。観察された粒子サイズ範囲（例えば、０．１μｍ〜２．５μｍ）における速度依存性を最小にするために、すべての線３１、３２、３３は、上記の式８に従って係数（ｖｒｅｆ／ｖ）１／３によってスケーリングされた。
【０１０９】
図５は、請求項１に記載の遷移時間ベースのレーザセンサモジュールによって決定された粒子密度の速度依存性を示す。提示は、図４に関して説明したものと同じである。この場合、線３１、３２、３３は、上述した式４に従って係数（ｔ／ｔｒｅｆ）１／４によってスケーリングされた。図４と図５とを比較すると、遷移時間ベースのレーザセンサモジュールは、粒子径が約１μｍの粒子サイズまでほぼ完璧な挙動（縦座標値が１に近い）を示すことがわかる。さらに、平均遷移時間に対する緩慢な依存性（ｔ１／４に比例する）は、平均遷移時間の測定誤差に対する感度を低下させる。これは一般的な傾向のグラフであり、粒子サイズの関数としてのＭＩＥ散乱特性の変調による感度変動はここでは考慮されていないことに留意されたい。
【０１１０】
図６は、遷移時間ベースのレーザセンサモジュールによって生成された測定結果を示し、縦座標３５はここでも相対粒子密度を示し、横座標１０は粒子速度を示す。０．０１ｍ／ｓ〜７ｍ／ｓの速度範囲内の異なる速度における測定値の標準偏差は０．２２であり、これは、たとえば、大気汚染の定性的な指標を与えるための、単一のレーザおよび対応する検出器のみを備えるこのような単純なレーザセンサモジュールにとって優れている。
【０１１１】
図７は、粒子サイズ［μｍ］（横座標１０）の関数としての異なる粒子分布の主要図を示す。縦座標５は、０．１μｍビンごとの立方メートル当たりの粒子数を示す。粒子径の関数としての粒子の数は、０．１マイクロメートルのビンに分けることができる。グラフの０．５マイクロメートルの点は、０．４５〜０．５５マイクロメートルの粒子の数を示す。粒子分布１１は、すべてのビンにわたって一定の粒子濃度を有する平坦な基準粒子分布を示す。粒子分布１２は、浮遊粒子の典型的な分布を示す。一般に、浮遊粒子は、空気中に浮遊したままで風と共に広がり得る固体または液体のいずれかの物質からなる非常に細かい粒子である。粒子分布１３は香から生じるものである。粒子分布１４は上海スモッグの平均粒子分布に対応する。異なる粒子分布は、汚染された空気中の粒子分布が、主に０．５μｍ未満の粒子サイズの小さい粒子によって占められていることを示している。さらに、所与の粒子サイズにおける粒子の数は、粒子汚染源に左右される。したがって、基準粒子分布は存在しない。したがって、粒子密度の信頼できる測定値は、異なる粒子分布を考慮に入れるために少なくとも一定の制限内にある。
【０１１２】
図８は、異なる方向に向けられた２つの測定ビームを用いる少なくとも２つのレーザを備えるレーザセンサモジュール（図１３を参照）によって決定された、異なる粒子速度における粒子径（横座標１０）に応じた粒子カウント［カウント／（分＊μｇ／ｍ３）］（縦座標２０）を示す。線２１は、０．０５ｍ／ｓの第１の速度における粒子カウントを示す。線２２は０．６ｍ／ｓの第２の速度における粒子カウントを示し、線２３は７ｍ／ｓの第３の速度における粒子カウントを示す。粒子カウントまたは計数率は、０．６ｍ／ｓの基準速度のために設計された０．０４５の開口数を用いるレーザセンサモジュールによって検出される。モデル最尤検出および香（多くの非常に小さい粒子）の粒子分布のために、上海スモッグおよび浮遊粒子（多くの大きい粒子）が使用される（図７参照）。粒子カウントまたは計数率は、粒子サイズが０．５μｍを超える粒子の場合、基本的にｖ１／３に比例する。０．３μｍより小さいサイズの粒子は高速では検出されない。図９は、図７に関して説明したような異なる粒子分布１２、１３、１４についての速度３０の関数としての対応する粒子カウント２０を示す。図１０は、異なる粒子分布についての速度３０の関数としての補正粒子カウント２０を示す。粒子カウントは補正係数（ｖｒｅｆ／ｖａｖ）１／３を使用してｖ１／３速度依存性によって補正されており、基準速度ｖｒｅｆはすでに上述したように０．６ｍ／ｓであり、平均速度ｖａｖは、上述したように、公式ｖ＝ｆ＊λ／（２＊ｓｉｎ（α））による自己混合干渉信号によって決定される。浮遊粒子１２（大きい粒子）分布の計数率対速度は、ｖ１／３の関係に緻密に合っている。ドップラー信号から速度を知ることで、粒子密度（ＰＭ  ２．５値）を導き出すことができ、結果は速度にほとんど依存しない。より小さい粒子を有する分布１３、１４については、多くの小さい粒子がもはや検出されないため、高速におけるＰＭ２．５値は低すぎることになる。
【０１１３】
図１１は、異なる粒子速度についての粒子径またはサイズ１０の関数としての異なる信号対雑音比閾値レベル５０における粒子カウントの比を示す。線５１は、０．０５ｍ／ｓの第１の速度における粒子カウントの比を示す。線５２は０．６ｍ／ｓの第２の速度における粒子カウントの比を示し、線５３は７ｍ／ｓの第３の速度における粒子カウントの比を示す。ノイズレベルの６倍と１５倍の両方の閾値レベルにおいて計数率を決定することによって、小さい粒子の数の尺度が得られる。すべての粒子サイズにわたる加重平均は、粒子分布および速度の関数である。この例において、最大値は０．０５ｍ／ｓの浮遊粒子の０．３０、最小値は７ｍ／ｓの香の０．１２である。誤差を最小にしたＰＭ２．５値（グラフ参照）は、以下を使用して得られる。
【０１１４】
【数９】
0006820425.tif 000008
【０１１５】
式中、＃ｍｅａｓ＝測定粒子数、ｃ２＝４．５、ｖｒｅｆ＝０．６ｍ／ｓおよびｒａｔｉｏｔｗｏｔｈ  ｒｒｅｆ＝０．３である。図１２は、この公式によって小さい粒子について補正された異なる粒子分布１２、１３および１４の粒子カウント２０を示す。すべての粒子分布１２、１３および１４は、粒子の速度の関数として許容可能な（ほぼ平坦な）計数率を示す。小さい開口数の場合の粒子密度検出のさらなる改善は、上記のように検出の相対尤度を決定することによって提供され得る。低周波速度変動は、複数の測定期間にわたって平均することによって処理することができる。
【０１１６】
図１３は、第２のレーザセンサモジュール１００の主要図である。図１３は、干渉測定値に基づいて、粒子密度および任意選択で物体２０を検出するように構成されたレーザセンサモジュールを示す。この実施形態では、レーザセンサモジュール１００は、明確にするために、測定原理を説明するためにただ１つの第１のレーザ１１１を備える。２つ、３つまたはそれ以上のレーザおよび対応する検出器への拡張は図２１および図２２から明らかである。第１のレーザ１１１は、偏光ビームスプリッタ１５２にレーザ光を放出する。レーザ光は偏光ビームスプリッタ１５２において反射され、４分の１波長板１５３、光学フィルタデバイス１５５および集束デバイス１５７を通過する。４分の１波長板１５３は、第１のレーザ１１１の偏光方向に対して光軸が４５°に設定されている。このようにして、円偏光が生成される。光学フィルタデバイス１５５は、第１のレーザ１１１の放出波長（例えば８５０ｎｍ）を中心とした狭い通過帯域を特徴とする。光学フィルタデバイス１５５は、周辺光を抑制するように最適化されており、周辺光が検出問題を引き起こす可能性がある場合にのみ必要である。集束デバイス１５７は、例えば、１つもしくは複数のレンズ、または２つ以上の光学素子を備える構成であってもよい。第２のレーザセンサモジュール１００は、レーザ光が第２のレーザセンサモジュール１００を出る前に、レーザ光の規定部分が界面の１つ（例えば、光学フィルタデバイス１５５と空気との間の界面）において反射するように構成される。レーザ光の、第２のレーザセンサモジュール１００を出る部分は、第１の測定ボリューム１６１に集束される第１の測定ビーム１１１’である。粒子１０は、反射光の一部が第２のレーザセンサモジュール１００に再入射するように、第１の測定ビーム１１１’の一部を反射する。第２のレーザセンサモジュールに再入射する反射光は、集束デバイス１５７、光学フィルタ１５５、および４分の１波長板１５３を通過する。直線偏光が、偏光ビームスプリッタ１５２を通過し、第２のレーザセンサモジュール１００を出る前に、界面の１つにおいて反射されたレーザ光と干渉する。第１の検出器１２１（例えばフォトダイオード）が干渉光を検出し、対応する測定信号が評価器１４０に送信される。粒子密度が、所与の期間内に決定された粒子の数および粒子速度に基づいて（例えば遷移時間を測定することによって、または、例えば上記および下記に説明されているように、異なる測定ビーム１１１’、１１２’、１１３’に基づいて）決定され得る。第２のレーザセンサモジュール１００は任意選択的に、物体２５（例えば指）を判定するように構成されてもよい。
【０１１７】
図１４は、開口数の関数としての検出距離を示す。この曲線は、特定のレーザおよび使用されている物体の自己混合干渉に対する感度に依存する。したがって、曲線は一般的な傾向を示しているが、絶対値は特定のレーザの自己混合干渉に対する感度に応じて異なる。物体２５（例えば皮膚）に当たるレーザ１１１、１１２、１１３によって放出された測定ビーム１１１’、１１２’、１１３’はレーザ１１１、１１２、１１３に後方散乱する。これは、対応する検出器１２１、１２２によって検出されたときに信号のパワースペクトル内に見えるドップラー信号を生成することになる。このドップラー信号の信号電力はノイズよりも大きくなるため、パワースペクトルのピークに見える。ピークは、パワースペクトルドメインにおけるピーク高さを観察するのに十分な広さである。測定された検出器信号のパワースペクトルにおけるドップラー信号のピーク高さは、以下のようにスケーリングされる。
【０１１８】
【数１０】
0006820425.tif 000009
【０１１９】
この公式は、物体２５（例えば手）のレンズからの距離ｄがレンズ位置に対する焦点ｗｒｔの距離ｄｆｏｃｕｓよりもはるかに大きいときに有効である。開口数（ＮＡ）がＮＡ０．０３であり、焦点がレンズから５ｍｍにある場合、ドップラー信号は実験によって、例えば１５ｃｍまで観察可能であることが分かっている。ＮＡ＝０．０３に対して１５ｃｍの距離におけるＳＮＲの限界を仮定すると、これによって以下が与えられる。
【０１２０】
【数１１】
0006820425.tif 000010
【０１２１】
図１４は、この関数を示し、ここで、Ｙ軸は開口数６２を示し、Ｙ軸はメートル単位の検出距離６１を示す。近接検出のための望ましい範囲は１０ｃｍより大きい。したがって、ＮＡは、図１４の左側の矩形によって示されるように、近接検出またはジェスチャ制御を可能にするために、０．１より小さくあるべきである。
【０１２２】
図１５は、開口数の関数としての最小検出粒子サイズを示す。この曲線もまた、特定のレーザおよび使用されている物体の自己混合干渉に対する感度に依存する。したがって、曲線は一般的な傾向を示しているが、絶対値は測定システムの自己混合干渉に対する感度に応じて異なる。Ｘ軸はここでも開口数６２を示し、Ｙ軸は最小粒子サイズ［μｍ］６３を示す。線６６は、開口数６２の関数としての、０．０２ｍ／ｓの粒子速度において検出することができる最小粒子サイズを示す。線６７は、開口数６２の関数としての、６ｍ／ｓの粒子速度において検出することができる最小粒子サイズを示す。図１５から、粒子検出のためのＮＡは、右側の正方形によって示されるように６ｍ／ｓの速度において０．４マイクロメートルの粒子を検出することができるように０．０２８より上に選択されなければならないことになる。図１４および図１５に関して説明した両方の条件の組み合わせは、粒子検出および近接検知のために、０．０２８＜ＮＡ＜０．１のシステムに対する開口数を必要とする。この範囲は上述のように特定のレーザに依存する。物体および最小粒子の検出はシステムの感度に依存するが、これは特定のシステムの一例に過ぎない。この範囲は、より敏感なシステムの場合は０．０２＜ＮＡ＜０．０６の間であり、さらに、入手可能な最も敏感なシステムの場合は０．０１５＜ＮＡ＜０．０５の間であり得る。
【０１２３】
図１６は、第３のレーザセンサモジュールの主要図を示す。第３のレーザセンサモジュール１００は、第１のレーザ１１１と第２のレーザ１１２とを備える。両方のレーザ１１１、１１２は、ＶＣＳＥＬ、または同じ方向にレーザ光を放出するように構成されたサイドエミッタであってもよい。測定ビーム１１１’および１１２’の両方が異なる測定ボリュームに向けられるように、それぞれの測定ビーム１１１’、１１２’を方向転換するために、光学構成１５０が各レーザ１１１、１１２と光学的に結合される。光学構成１５０は、測定ビーム１１１’、１１２’を偏向させるための格子と、測定ビーム１１１’、１１２’の開口数が０．０３となるようなさらなる光学デバイスとを含む。第１の測定ビーム１１１’および／または第２の測定ビーム１１２’を、第２のレーザセンサモジュール１００の表面に平行な粒子流が含む粒子によって反射した後に、第１の干渉信号または自己混合干渉信号および第２の干渉信号または自己混合干渉信号が生成され得る。自己混合干渉信号は、第１の検出器１２１および／または第２の検出器１２２によって検出される。検出された自己混合干渉信号は、評価器１４０によって受信され評価される。レーザ１１１、１１２は電気駆動装置１３０によって駆動される。評価器１４０によって生成された電気的測定結果および電力は、共通のインターフェース１３５によって提供されてもよい。代替的に、別個のインターフェースを使用してもよい。第１の自己混合干渉信号および第２の自己混合干渉信号は、式８に従って平均速度に基づいて第２の粒子密度を決定するために使用される。加えて、第１の自己混合干渉信号および第２の自己混合干渉信号は、式４に従って平均遷移時間に基づいて第１の粒子密度を決定するために使用される。第１の粒子密度および第２の粒子密度に関する測定結果は、測定誤差を低減した第３の粒子密度を提供することによって全体の精度を向上させるために組み合わされる。測定ビーム１１１’、１１２’は、代替的に、測定ボリュームが部分的に重なるようにするように方向付けられてもよい。図１６は、第２の測定ビーム１１２’を遮蔽する物体２５をさらに示す。遮蔽物体は、レーザセンサモジュール１００の出射窓上に配置される。遮蔽物体は、所定の期間中に変調駆動電流（例えば、三角駆動電流）によって第２のレーザ１１２を駆動することによって検出される。評価器１４０は、干渉信号または自己混合干渉信号が粒子１０の検出に関連していない（例えば、長い持続時間、物体に近い距離）ことを判定するように構成されてもよい。評価器１４０は、干渉信号または自己混合干渉信号を無視し、任意選択で対応するエラー信号を生成するように構成することができる。
【０１２４】
図１７は、基準面１０２の上方の第１の測定ビーム１１１’および第２の測定ビーム１１２’の主要斜視図を示す。この構成は、基準面１０２に平行な粒子流の粒子密度を決定するように構成されているレーザセンサモジュール１００に特に適し得る。基準面１０２は、レーザセンサモジュール１００の表面またはレーザセンサモジュール１００を備えるデバイスの表面の一部であり得る。第１の測定ビーム１１１’および第２の測定ビーム１１２’は（透明な）基準面１０２を介して放出され、両方の測定ビームは角度φ（図示せず）を成す。第１の測定ビーム１１１’は、基準面１０２と角度β１を成し、第２の測定ビーム１１２’は、基準面１０２と角度β２を成す。基準面１０２上の第１の測定ビーム１１１’の第１の投影１１１’’と、基準面１０２上の第２の測定ビーム１１２’の第２の投影１１２’’とは角度γを成す。基準面１０２に平行な粒子流は、第２の測定ビーム１１２’と９０−αの角度を成す矢印によって示されている。
【０１２５】
図１８は、第４のレーザセンサモジュール１００の主要上面図を示す。３つのレーザ１１１、１１２、１１３が、異なる第１の測定ボリューム１６１、第２の測定ボリューム１６２、および第３の測定ボリューム１６３に測定ビーム１１１’、１１２’、１１３’を放出するように配置されている。この場合、光学構成１５０は、第１の測定ビーム１１１’と第２の測定ビーム１１２’が、第２の測定ビーム１１２’と第３の測定ビーム１１３’および第３の測定ビーム１１３’と第１の測定ビーム１１１’と同じ角度を成すように配置される。測定ビーム１１１’、１１２’、１１３’によって成される角度は、好ましくは９０°である。したがって、第４のレーザセンサモジュール１００は、三次元平均速度を決定することを可能にされる。光学構成１５０は、０．０２５の開口数を用いてそれぞれの測定ビーム１１１’、１１２’、１１３’をそれぞれの測定ボリュームに集束させるように構成されているマイクロ光学部品をさらに備える。第４のレーザセンサモジュール１００は、式８の三次元バージョンによって、第１の自己混合干渉信号、第２の自己混合干渉信号、第３の自己混合干渉信号に基づいて第２の粒子密度を決定するように構成される。第４のレーザセンサモジュール１００は、式４に従ってセンサのうちの１つ（図示せず）によって提供される自己混合干渉信号に基づいて遷移時間ベースの第１の粒子密度を決定するようにさらに構成される。
【０１２６】
図１９は、光学構成１５０が備え得る第１のマイクロ光学部品１５１ａの主要図を示す。マイクロ光学部品１５１ａはウェハレベルのミラーからなる。例えば、１５１ａは、紫外線硬化レプリカ材料から作ることができる。ガラス成形または研削のような他の技術も可能である。この場合、ミラーは第１の測定ビーム１１１’を方向転換するために内部全反射に基づく。第１のレーザ１１１の中心と第１のマイクロ光学部品１５１ａの縁部との間の距離ｘ１は、ｘ１＝０．０４ｍｍである。第１のマイクロ光学部品１５１ａの高さは、ｙ１＝０．２０ｍｍである。
【０１２７】
図２０は、第１の光学構成１５０の一部の主要図を示す。この部分は、第１のマイクロ光学部品１５１ａと集束素子１５１ｂとを含む。集束素子１５１ｂは、１ｍｍ未満のサイズを有するレンズであり、光学デバイスのこの部分の全高ｙ２は、ｙ２＝１．１ｍｍである。レンズは、第１の測定ビーム１１１’を第１の測定ボリューム１６１に集束させるように構成されている。レーザ１１１、１１２、１１３の各々は、第１の光学デバイス１５０のそのような部分に割り当てられてもよい。明瞭にするために、第１のマイクロ光学部品１５１ａおよび集束素子１５１ｂは別個の要素として示されている。２つまたは３つのそのような第１のマイクロ光学部品１５１ａと２つまたは３つのそのような集束素子１５１ｂとを一体化して１つの一体型光学構成１５０にすることが好ましい場合がある。例えば、第１の測定ビーム１１１’の束を放出するためにレーザのアレイを使用することができるように、１つの集束素子１５１ｂが、第１のマイクロ光学部品１５１ａと関連付けられる２つ、３つ、４つ、またはそれ以上の第１のレーザ１１１から第１の測定ビーム１１１’を受け取ることも可能である。集束素子１５１ｂは、０．０３の開口数を用いて第１の測定ビーム１１１’を集束させるように構成されている。
【０１２８】
図２１は、第２のマイクロ光学部品１５１ａと第２の集束素子１５１ｂとを備える第２の光学構成１５０の主要図を示す。第２のマイクロ光学部品１５１ａは、第１の測定ビーム１１１’、がマイクロ光学部品１５１ａ内で反時計回りに９０°回転したＺ字形に折り畳まれるような、２つの反射面を備える。第２の集束素子１５１ｂは、開口数０．０２５を用いて第１の測定ビーム１１１’を第１の測定ボリュームに集束させるように構成されたレンズである。第２のマイクロ光学部品１５１ａ、第２の集束素子１５１ｂ、および第１のレーザ１１１の全高（構築高さ）は、ｙ２＝０．７ｍｍである。
【０１２９】
図２２は、レーザセンサモジュール１００を備える移動通信デバイス１９０の主要図を示す。レーザセンサモジュールは、角度φ＝６０°を成す第１の測定ビーム１１１’および第２の測定ビーム１１２’を放出するように適合されている。移動通信デバイス１９０は、ユーザインターフェース１９１、処理デバイス１９２、および主記憶デバイス１９３を備える。主処理デバイス１９２は主記憶デバイス１９３およびレーザセンサモジュール１００と接続されている。主処理デバイス１９２は、上述した評価器１４０の機能の少なくとも一部を含む。主処理デバイス１９２は、粒子検出に関するデータを主記憶デバイス１９３に記憶する。代替的な実施形態において、主処理デバイス１９２および主記憶デバイス１９３が、データがユーザインターフェース１９１によって移動通信デバイス１９０のユーザに提示され得るように、レーザセンサモジュール１００によって提供されるデータを準備または適合させるためにのみ使用されることも可能であり得る。レーザセンサモジュール１００は、移動通信デバイス１９０の電源によって電力を供給される。移動通信デバイス１９０は、方向検出デバイス（図示せず）をさらに備えることができる。方向検出デバイスは、例えば、地面に対する移動通信デバイス１９０の相対位置を決定するように適合することができる。方向検出デバイスは、レーザセンサモジュール１００によって提供されたデータと方向検出デバイスによって提供されたデータとを組み合わせるために、評価器１４０または主処理デバイスと結合することができる。方向検出デバイスとレーザセンサモジュール１００との結合は、風速および粒子密度のより信頼性の高い検出を可能にし得、風向についての情報を提供することもできる。レーザセンサモジュール１００は、物体２５を検出するようにさらに適合されてもよい。物体２５は、例えば、ジェスチャ制御に使用することができる手であり得る。
【０１３０】
レーザセンサモジュール１００を構成する他のデバイスにも同じ原理を使用することができる。追加のセンサを使用して、デバイス（例えば、レーザセンサモジュール１００を備える自動車）の位置または速度に関する情報を提供することができる。デバイスの速度は、例えば、測定信号の評価を支援する（例えば、適合された基準速度を決定する）ために使用することができる。
【０１３１】
図２３は、粒子密度を決定する第１の方法の主要図を示す。ステップ３１０において、粒子流の速度ベクトルと第１の測定ビームとの間の角度が、平均遷移時間および自己混合干渉信号のドップラー周波数によって決定される（式１参照）。有効平均遷移時間が、ステップ３２０において決定される（式３参照）。ステップ３３０（式２参照）において、速度に関する感度補正が決定される。第１の粒子密度またはＰＭ２．５値が、ステップ３４０において決定される（式４参照）。
【０１３２】
図２４は、粒子密度を決定する第２の方法の主要図を示す。ステップ４１０において、速度値が、自己混合干渉信号によって決定される周波数値から決定される（式５参照）。ステップ４２０において、平均粒子速度が決定される（式６参照）。検出の相対尤度が、ステップ４３０（式７参照）において、特に開口数が小さいこと（例えば０．０３）を特徴とする光学構成１５０を有するレーザセンサモジュール１００の場合において決定される。粒子密度またはＰＭ２．５値が、ステップ４４０で決定される（式８参照）。
【０１３３】
本発明は、図面および前述の説明において詳細に図示され説明されてきたが、そのような図示および説明は、一例または例示的であり、限定的なものではないと考えられるべきである。
【０１３４】
本開示を読解することから、他の修正が当業者には明らかであろう。そのような修正は、当技術分野においてすでに知られており、本明細書においてすでに説明された特徴の代わりにまたはそれに加えて使用され得る他の特徴を含み得る。
【０１３５】
開示された実施形態に対する変形が、図面、本開示および添付の請求項の検討から、当業者によって理解され達成され得る。請求項において、単語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は他の要素またはステップを排除せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は複数の要素またはステップを排除しない。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。
【０１３６】
請求項中のいかなる参照符号もその範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【０１３７】
５  ０．１μｍビンあたりの粒子数／ｍ3
１０  粒子サイズ［μｍ］
１１  平坦
１２  典型的な浮遊粒子分布
１３  香
１４  上海スモッグ
２０  粒子カウント／（分＊μｇ／ｍ3）
２１  ０．０５ｍ／ｓ
２２  ０．６ｍ／ｓ
２３  ７ｍ／ｓ
２５  物体
３０  粒子速度［ｍ／ｓ］
３１  ０．０５ｍ／ｓにおける導出されるＰＭ  ２．５値
３２  ０．６ｍ／ｓにおける導出されるＰＭ  ２．５値
３３  ７ｍ／ｓにおける導出されるＰＭ  ２．５値
３５  ０．１μｍビンあたりの導出されるＰＭ  ２．５値μｇ／ｍ３
４１  任意単位における自己混合干渉信号強度
４２  時間［μｓ］
４５  粒子流に垂直な受信粒子信号測定ビーム
４６  粒子流に対して傾斜した受信粒子信号測定ビーム
４８  測定結果
５０  異なる信号対雑音比閾値レベルにおける粒子カウント
５１  ０．０５ｍ／ｓにおける粒子計数率
５２  ０．６ｍ／ｓにおける粒子計数率
５３  ７ｍ／ｓにおける粒子計数率
６１  検出距離［ｍ］
６２  開口数
６３  最小粒子サイズ［μｍ］
６５  開口数の関数としての検出距離
６６  ０．０２ｍ／ｓにおける開口数の関数としての最小検出粒子サイズ
６７  ６ｍ／ｓにおける開口数の関数としての最小検出粒子サイズ
１００  レーザセンサモジュール
１０２  基準面
１１１  第１のレーザ
１１１’  第１の測定ビーム
１１１’’  第１の測定ビームの第１の投影
１１２  第２のレーザ
１１２’  第２の測定ビーム
１１２’’  第２の測定ビームの第２の投影
１１３  第３のレーザ
１１３’  第３の測定ビーム
１２１  第１の検出器
１２２  第２の検出器
１３０  電気駆動装置
１３５  インターフェース
１４０  評価器
１５０  光学構成
１５１ａ  マイクロ光学部品
１５１ｂ  集束素子
１５２  ビームスプリッタ
１５３  ４分の１波長板
１５５  光学フィルタデバイス
１５７  集束デバイス
１６１  第１の測定ボリューム
１６２  第２の測定ボリューム
１６３  第３の測定ボリューム
１９０  移動通信デバイス
１９１  ユーザインターフェース
１９２  主処理デバイス
１９３  主記憶デバイス
３１０  角度を決定する
３２０  感度補正を決定する
３３０  有効平均遷移時間を決定する
３４０  第１の粒子密度を決定する
４１０  速度値を決定する
４２０  平均粒子速度を決定する
４３０  検出の相対尤度を決定する
４４０  第２の粒子密度を決定する
９０−α  測定ビームと粒子流との間に成される角度
β１  第１の測定ビームと第１の投影との間に成される角度
β２  第２の測定ビームと第２の投影との間に成される角度
γ  基準面上の第１の投影と第２の投影の間に成される角度
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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