(57)【要約】  検出機能を実現するための装置ならびにこのような装置を作動する方法が提案され、装置は、少なくとも１つの走査モジュール（１）と、検出モジュール（２）と、評価装置（２２）とを含み、検出モジュール（２）は走査モジュール（１）から空間的に距離をおいて作動可能である。走査モジュール（１）は、少なくとも１つの検出用レーザビーム（Ｌ）を生成するための少なくとも第１のレーザ光源（１１）と、少なくとも１つの検出用レーザビーム（Ｌ）のための偏向装置（１２）と、検出用レーザビーム（Ｌ）が所定の走査パターンで移動できるように第１のレーザ光源（１１）および偏向装置（１２）を制御するための制御装置（１３）とを備える。検出モジュール（２）は、少なくとも１つの光検出器（２１）を備え、この光検出器によって、ビーム経路内の物体（Ｏ）で反射された検出レーザビーム（Ｌ）の光を検出し、受信信号に変換することができる。第１のレーザ光源（１１）は検出用レーザビーム（Ｌ）を制御することができ、検出レーザビーム（Ｌ）が偏向に応じて変調され、このようにして同期マークが設けられる。評価装置（２２）は、受信信号内のこれらの同期マークを認識し、これらの同期マークに基づいて受信信号を検出用レーザビーム（Ｌ）の偏向と同期させるように設計されている。
2020528147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出機能を実現するための装置であって、少なくとも、
ａ．走査モジュール（１）であって、
ｉ．少なくとも１つの検出用レーザビーム（Ｌ）を生成するための少なくとも１つの第１のレーザ光源（１１）、
ｉｉ．少なくとも１つの検出用レーザビーム（Ｌ）のための偏向装置（１２）、および
ｉｉｉ．少なくとも１つの検出用レーザビーム（Ｌ）を所定の走査パターンで移動させることができるように、少なくとも１つの第１のレーザ光源（１１）および偏向装置（１２）を制御するための制御装置（１３）
を有する走査モジュール（１）と、
ｂ．ビーム経路内の物体（Ｏ）で反射された少なくとも１つの検出用レーザビーム（Ｌ）の光を検出し、受信信号に変換することができる少なくとも１つの光検出器（２１）を有する検出モジュール（２）であって、検出モジュール（２）が、走査モジュール（１）から空間的に間隔をおいて作動可能である検出モジュール（２）と、
ｃ．受信信号のための評価装置（２２）と
を含み、
検出用レーザビーム（Ｌ）のための第１のレーザ光源（１１）が制御可能であり、検出用レーザビーム（Ｌ）が偏向に応じて変調され、このようにして同期マークが設けられ、
評価装置（２２）が受信信号内の前記同期マークを認識し、該同期マークに基づいて受信信号を検出用レーザビーム（Ｌ）の偏向と同期するように設計されていることを特徴とする、検出機能を実現するための装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記第１のレーザ光源（１１）によって、不可視波長範囲、特に赤外線範囲で前記検出用レーザビーム（Ｌ）が生成可能である装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、
前記偏向装置（１２）が、検出用レーザビームの行毎または列毎の走査の動きを実現するためのマイクロミラーアレイ、特に２次元可動式の１つのマイクロミラーまたは１次元可動式の２つのマイクロミラーを含む装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置において、
前記評価装置（２２）が、さらに、
ａ．受信信号に基づいて、前記検出用レーザビーム（Ｌ）のビーム経路内の物体を検出イベントとして認識し、
ｂ．受信信号に基づいてそのような検出イベントを走査パターン内に位置付け、
ｃ．認識された検出イベントに基づいて、走査パターン内の位置付けと組み合わせて、少なくとも１つの所定の検出制御信号を生成するように設計されている装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置において、
少なくとも１つのデータチャネル（２４）が、前記検出モジュール（２）と前記走査モジュール（１）および／またはホストシステムとの間で検出制御信号を伝送するために設けられている装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置において、
少なくとも走査パターンの領域で画像情報を画像表面に投影することができる投影装置が設けられている装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置において、
前記第１のレーザ光源（１１）によって生成される前記検出用レーザビーム（Ｌ）が、画像情報を投影するためにも使用可能であり、第１のレーザ光源（１１）が、投影されるべき画像情報に応じて制御可能である装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置において、
前記走査モジュールが、画像情報を投影するために少なくとも１つの投影レーザビームを生成するための少なくとも１つの第２のレーザ光源（１４）を含み、前記投影レーザビームが前記検出用レーザビームと共に前記偏向装置（１２）によって所定の走査パターンで移動され、少なくとも１つの前記投影レーザビームを生成するための少なくとも１つの第２のレーザ光源（１４）が、投影されるべき画像情報に応じて制御可能である装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置を作動させるために、走査モジュール（１）と、該走査モジュール（１）から空間的に距離をおいて作動可能な検出モジュール（２）とを有する装置を作動する方法であって、
走査モジュール（１）によって、
ａ．検出機能を実現するための少なくとも１つの検出用レーザビーム（Ｌ）を生成し、
ｂ．少なくとも１つの検出用レーザビーム（Ｌ）が所定の走査パターンで移動されるように少なくとも１つの検出用レーザビーム（Ｌ）を偏向し、
検出モジュール（２）によって、
ｃ．ビーム経路内の物体（Ｏ）で反射された検出用レーザビーム（Ｌ）の光を検出し、受信信号に変換する方法において、
少なくとも１つの検出レーザビーム（Ｌ）を偏向に応じて変調し、このようにして同期マークを設け、受信信号内の前記同期マークを認識し、該同期マークに基づいて受信信号を検出レーザビーム（Ｌ）の偏向と同期することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、
画像情報を投影するためにも前記検出用レーザビームを使用し、このために投影されるべき画像情報に応じて制御する方法。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の方法において、
走査モジュールによって、画像情報を投影するための少なくとも１つの投影レーザビームを生成し、投影レーザビームを検出用レーザビームと共に所定の走査パターンで移動し、投影されるべき画像情報に応じて投影レーザビームを変調する方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の方法において、
前記画像情報を画素の形式で連続的に投影し、
それぞれ所定数の画素によって画像行または画像列を形成し、所定数の画像行もしくは画像列によってフレームを形成し、フレームのシーケンスによって画像シーケンスを形成し、
現在投影されているフレームおよび／または現在投影されている画像行もしくは画像列および／または現在投影されている画素に関するメタ画像情報に応じて検出用レーザビームを変調する方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
画像シーケンスの少なくとも１つの所定のフレームの少なくとも１つの所定の画像行もしくは画像列の投影とそれぞれ同時に検出用レーザビームの変調を行う方法。
【請求項１４】
請求項９〜１３のいずれか一項に記載の方法において、
同期マーカを生成するために所定の信号パターンを用いて、特に所定の固定周波数または検出用レーザビームの偏向に応じた周波数を有する矩形信号として前記検出用レーザビームを変調する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出機能を実現するための装置およびこのような装置を作動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ここで問題となっている装置は、少なくとも１つの走査モジュールと、検出モジュールと、評価装置とを備え、検出モジュールは、走査モジュールから空間的に距離をおいて作動することができる。走査モジュールは、少なくとも１つの検出用レーザビームを生成するための少なくとも第１のレーザ光源と、少なくとも１つの検出用レーザビームのための偏向装置と、少なくとも１つの検出用レーザビームが所定の走査パターンで移動されるように、少なくとも１つの第１のレーザ光源および偏向装置を制御するための制御装置とを備える。検出モジュールは少なくとも１つの光検出器を含み、この光検出器によって、ビーム経路内の物体で反射された少なくとも１つの検出用レーザビームの光を検出し、受信信号に変換することができる。
【０００３】
本発明の検出機能は、多種多様な用途のために、例えばバーコードを読み取るため、または走査範囲内の物体の他の定義された光学的特徴を認識するために使用することができる。別の重要な使用分野は、対話機能の実現、すなわち、例えばジェスチャ認識の範囲における検出用レーザビームのビーム経路における物体の検出、および必要に応じて物体の動きの検出である。
【０００４】
国際公開第２０１５／１８５２４７号は、画像生成のためのプロジェクタモジュールと対話モジュールとからなる対話機能を有する走査型レーザプロジェクタを記載している。これらの２つのモジュールは、離間されて、すなわち互いに空間的に距離をおいて作動することができる。
【０００５】
この場合、プロジェクタモジュールは、本発明の範囲で走査モジュールとして機能し、画像生成および対話機能のためのレーザ光源と、レーザ光源によって生成されたレーザビームのための偏向装置とを含む。プロジェクタモジュールは、投影されるべき画像情報に応じてレーザ光源および偏向装置を制御するための制御装置をさらに含む。対話機能を実現するためには赤外線レーザビームが使用され、画像生成のためには可視スペクトルのレーザ源が使用される。この場合に検出用レーザビームとして機能する赤外線レーザビームは、画像を生成するためのレーザビームと共に所定の走査パターンで画像表面にわたって移動される。
【０００６】
国際公開第２０１５／１８５２４７号に記載されているレーザプロジェクタの対話モジュールは、本発明の範囲で検出モジュールとして機能する。このレーザプロジェクタは、反射された赤外線レーザ光を受信信号として光電流に変換する光検出器としてフォトダイオードを含む。この受信信号を評価することによって、物体が赤外線レーザのビーム経路内にあるかどうかを決定することができる。受信信号が走査モジュールの走査プロセスと同期している場合には、さらに検出されたそのような物体を走査パターン内に位置付けることもできる。なぜならば、走査パターン内の定義された位置に受信信号を確実に割り当てることが可能だからである。同期化のための前提条件は、走査プロセス、特に送信クロックおよび走査パターンができるだけ正確にわかっていることである。送信クロックは、実質的に偏向装置の機械的特性によって決定されるので、主に、温度、湿度、および圧力変動などの環境の影響に起因する特定の変動を受ける。したがって、受信信号は、作動中に、送信信号、すなわち検出用レーザビームと繰り返し新たに同期される必要がある。しかしながら、送信クロックは比較的ゆっくりとわずかしか変化しないので、ほとんどの用途ではこの同期を規則的な間隔で繰り返せば十分である。同期プロセス間の時間間隔において、受信信号は、単に送信クロックをカウントすることによって送信信号に、したがって、走査パターン内の対応する位置に割り当てることができる。走査プロセスが、例えば、定義された画素数を有する行または列においてフレーム毎に行われ、フレーム速度および行もしくは列周波数の両方、および行もしくは列当たりの画素数がわかっている場合には、個々の同期プロセス間の走査プロセスのフレーム開始および行開始は、送信クロックをカウントすることによって決定し、受信信号に割り当てることができる。
【０００７】
国際公開第２０１５／１８５２４７号では、垂直同期データ信号および水平同期データ信号によって同期を行うことが提案されている。これらの同期データ信号は、投影プロセスで別々に生成され、特別に設けられた通信インターフェースを介して対話モジュールに伝送される。
【０００８】
実際には、プロジェクタモジュールもしくは走査モジュールおよび対話モジュールもしくは検出モジュールがケーブルを介して接続されている。このようなケーブル接続は、公知の装置の使用可能性を明らかに制限する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１８５２４７号
【発明の概要】
【００１０】
本発明の開示および利点
本発明によれば、走査モジュールの走査プロセスと、ここで問題となっている方式の装置の検出モジュールの受信信号との確実な同期を可能にする措置が提案され、走査モジュールおよび検出モジュールは、互いに空間的に分離して、すなわち遠隔で作動することができる。
【００１１】
このことは、本発明によれば、検出用レーザビームが偏向に応じて変調され、このように同期マーカが設けられるように検出用レーザビームのための第１のレーザ光源を制御することができ、評価装置が受信信号内のこれらの同期マーカを認識し、これらの同期マーカに基づいて受信信号を検出用レーザビームの偏向と同期させるように設計されていることによって達成される。
【００１２】
したがって、本発明による同期は、検出用レーザビーム、すなわち検出機能のためのレーザ光源の変調に基づく。この場合、検出用レーザビーム自体に、同期マーカを設けられ、これらの同期マーカはレーザ光と共に走査モジュールから検出モジュールへ伝送される。したがって、従来技術に記載されているような付加的な同期データ信号はここでは必要とされず、別個のデータ伝送線または通信インターフェースも必要とされない。むしろ、本発明による同期方法は、いずれにせよ設けられているハードウェアを使用する。このことは、特に遠隔操作する場合の本発明による装置の構造を単純化し、しかも安価である。
【００１３】
原則として、本発明の範囲内では任意の波長の検出用レーザビームを使用することができ、検出モジュールの光検出器がこれに合わせて調整されている。例えば対話の分野などの数多くの用途、不可視範囲のレーザ光源を使用することが有利であることが証明されており、この場合、安全性の理由から赤外領域が好ましい。
【００１４】
ここで説明した走査モジュールと検出モジュールとを同期させるための措置は、本発明による装置の特定の用途または使用可能性に限定されていないが、これらの措置は、モバイル用途にとって特に重要である。これに関連して、走査装置および検出装置の両方が小型で軽量であることが有利であることが判明している。偏向装置としてマイクロミラーアレイを使用することは、走査装置の小型化に多大に寄与する。この場合、例えば、２次元可動式の１つのマイクロミラーであってもよいし、または１次元可動式の２つのマイクロミラーであってもよい。これらのマイクロミラーは、検出用レーザビームの行毎または列毎の走査の動きを実現するために特に適している。
【００１５】
上述したように、本発明による措置は、検出用レーザビームのビーム経路内の物体の検出を可能にするだけでなく、受信信号に基づいてそのような検出事象を走査パターン内に位置付けることも可能にする。本発明による装置の有利な実施形態では、このことは対話機能を実施するために使用され、この場合に、さらに評価装置は、認識された検出事象に基づいて走査パターン内における位置付けと組み合わせて所定の検出制御信号を生成するように設計されている。すなわち、検出用レーザビームの走査パターン内のどの位置で物体が検出されるかに応じて、異なる検出制御信号を生成することができ、これらの信号は、異なる動作をトリガすることができる。これにより、装置自体、および、特に走査モジュールを制御することができる。この場合、検出モジュールと走査モジュールとの間で検出制御信号を伝送するために、少なくとも１つのデータチャネルを設ける必要がある。しかしながら、例えば、ホストシステムを介して他の機器を制御することも可能である。この場合、検出モジュールとホストシステムとの間の対応するデータチャネルが利用可能になっている必要がある。そのようなデータチャネルは、例えば、無線接続の形式で、またはケーブルに基づいて実現することができる。
【００１６】
本発明の一実施形態では、請求項に記載の装置には、少なくとも走査パターンの１つの領域において画像情報を画像表面に投影することができる投影装置が割り当てられている。本発明によって実現される検出機能によって、より複雑な入力コマンドを出すこともでき、例えば、手などの物体を、投影されたユーザインタフェースの定義された異なる位置に位置付けることができる。
【００１７】
原則として、この場合には、任意の投影装置を使用することができる。すなわち、任意の画像投影方法を使用することができる。
【００１８】
しかしながら、本発明による装置に関連して、走査型レーザ投影装置が特に有利であることが判明している。
【００１９】
この実施形態では、第１のレーザ光源が同期目的のためだけでなく、投影されるべき画像情報に応じて変調することもできる場合には、第１のレーザ光源によって生成された検出用レーザビームは、画像情報を投影するためにも使用可能である。この場合、検出用レーザビームは、フレームの定義された行もしくは列内では同期マーカを伝送するために使用することができ、他の行もしくは列では、画像情報を投影するために使用することができる。
【００２０】
本発明のこの実施形態の変形例では、走査モジュールは、画像情報を投影するための少なくとも１つの投影用レーザビームを生成するための少なくとも１つの第２のレーザ光源を備える。したがって、この少なくとも１つの第２のレーザ光源は、投影されるべき画像情報に応じて制御され、これに応じて投影用レーザビームが変調される。この場合、投影用レーザビームは、偏向装置によって、検出用レーザビームと共に所定の走査パターンで移動される。この変形例では、検出用レーザビームは、検出目的のためだけに使用することもできるし、または付加的に、可視波長範囲で動作する場合には、画像情報を投影するためにも使用することができる。
【００２１】
既に述べたように、検出用レーザビームは偏向に応じて変調され、このようにして同期マーカが設けられる。したがって、検出用レーザビームの変調は、走査パターンにおける位置に応じて変調される。
【００２２】
走査式画像投影の場合には、画像情報は、通常、画素の形式で連続的に投影される。極めて頻繁に使用される走査パターンの場合には、それぞれ所定数の画素が画像行または画像列を形成し、所定数の画像行または画像列がフレームを形成し、フレームのシーケンスが画像シーケンスを形成する。本発明による装置の走査モジュールがこのような投影装置を備え、投影用レーザビームおよび検出用レーザビームの両方が同じ偏向装置によって同時に偏向される場合には、検出用レーザビームが、現在投影されているフレームおよび／または現在投影されている画像行もしくは画像列および／または現在投影されている画素に関するメタ画像情報に応じて変調される場合には有利であることが判明した。例えば、画像シーケンス内のフレーム番号、またはフレーム内の列もしくは行番号、または行もしくは列内の定義された位置も「メタ画像情報」と呼ばれる。例えば、本発明による検出用レーザビームの変調は、例えば、画像シーケンスの少なくとも１つの所定のフレームの少なくとも１つの所定の画像行もしくは画像列の投影と、それぞれ同時に行うことができる。
【００２３】
同期マーカは、付与された明確に認識可能な信号形式であることが望ましい。このために、検出用レーザビームは、所定の信号パターンを用いて、特に、所定の固定周波数または検出用レーザビームの偏向に応じた周波数を有する矩形信号として、簡単に変調することができる。検出用レーザビームには、対応する変調によって、例えばフレーム番号などのさらに他の情報を付与することができることをここで指摘しておく。
【００２４】
上述したように、本発明の教示を有利に構成し、発展させるための様々な可能性がある。このために、一方では従属請求項、他方では図面に基づいた本発明の例示的な実施形態の以下の説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態による検出機能を実現するための装置Ｓを示す概略的なブロック図である。
【図２】検出用レーザビームの本発明による変調の一例を示す図である。
【図３】受信信号と送信信号もしくは検出用レーザビームの偏向との本発明による同期のためのフロー図である。
【図４】本発明の一実施形態による検出モジュール２を示す概略的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
検出機能を実現するための図１に概略的に示す装置Ｓは、走査モジュール１と、検出モジュール２と、この場合には検出モジュール２の構成要素である評価装置２２とを含む。検出モジュール２は、走査モジュール１から間隔をおいて配置されており、走査モジュール１によって遠隔操作することもできる。
【００２７】
走査モジュール１は、検出用レーザビームＬを生成するための第１のレーザ光源１１を備えている。使用目的に応じて、これは、可視波長範囲のレーザ光源であってもよいし、または、例えば赤外線レーザのような不可視波長範囲のレーザ光源であってもよい。走査モジュール１の別の構成要素は、検出用レーザビームＬのための偏向装置１２である。ここで説明する例示的な実施形態では、偏向装置１２は、例えば、検出用レーザビームＬの行または列毎の走査の動きを実現するための１次元で可動の２つのマイクロミラーを備えるマイクロミラーアレイであることが望ましい。最後に、走査モジュール１は、少なくとも１つの検出用レーザビームＬを所定の走査パターンで移動させることができるように、第１のレーザ光源１１および偏向装置１２を制御するための制御装置１３も含む。
【００２８】
検出モジュール２の本質的な構成要素は光検出器２１であり、この光検出器によって、ビーム経路において物体Ｏで反射された検出用レーザビームＬの光を検出し、受信信号に変換することができる。光検出器２１は、例えば、入射光を、受信した光の強度に応じた光電流に変換する少なくとも１つのフォトダイオードを含むことができる。フォトダイオードのこの信号は、簡単にフィルタ処理し、増幅し、アナログからデジタルに変換し、次いで評価することができる。
【００２９】
本発明によれば、検出用レーザビームＬのための第１のレーザ光源１１は制御装置１３によって制御することができ、検出用レーザビームＬは偏向に応じて変調され、このようにして同期マーカが設けられる。検出用レーザビームＬの変調は、光検出器２１によって受信される光の強度に、したがって受信信号にも直接的な影響を及ぼすので、受信信号内に同期マーカを認識することができる。本発明によれば、この認識は評価装置２２によって行われ、本発明によれば、評価装置２２は、さらにこれらの同期マーカに基づいて受信信号を検出用レーザビームＬの偏向と同期させるように設計されている。このようにして、受信信号に、走査パターン内の定義された位置を割り当てることができる。受信信号と送信信号との同期については、図３および図４に関連してより詳細に説明する。
【００３０】
図１に示す実施形態では、検出用レーザビームＬは表面Ｏで反射される。これは、例えば、バーコードまたは光学的に識別可能な別の特徴を備える包装の表面であってもよい。この場合、本発明による装置Ｓは、光学的に識別可能な特徴を認識するために使用することができる。このために、検出用レーザビームＬは、所定の走査パターンで光学的な特徴の上方を案内される。検出用レーザビームＬの入射光は、表面Ｏの色や性質によって多かれ少なかれ吸収されるので、検出用レーザ光Ｌの反射光の強度は変化する。この強度変化は、受信信号にもみられ、受信信号と検出用レーザビームＬの偏向との本発明による同期により、走査パターン内に割り当てることができる。したがって、受信信号は、表面Ｏの定められた位置に割り当てることもでき、このことは、光学的に識別可能な特徴を認識するための前提条件である。
【００３１】
しかしながら、本発明による装置Ｓを用いて、検出用レーザビームＬのビーム経路に障害物があるかどうか、および検出用レーザビームＬの走査パターンに対してそのような物体がどの位置にあるかを一般的に認識することもできる。このことは、対話機能の実現を可能にする。したがって、評価装置２２は、この場合にも、受信信号に基づいて検出用レーザビームＬのビーム経路内の物体を検出事象として認識し、そのような検出事象を、受信信号に基づいて検出用レーザＬの走査パターン内に割り当てるように設計されている。さらに、認識された検出事象に基づいて、走査パターン内における割当てと組み合わせて、所定の検出制御信号が生成される。ここで説明する例示的な実施形態では、この検出制御信号は、走査モジュール１を制御するために使用される。したがって、この場合には、検出制御信号を伝送するためのインターフェース２３およびデータチャネル２４が検出モジュール２と走査モジュール１との間に設けられている。したがって、検出用レーザビームＬのビーム経路内の物体は、例えば、走査モジュール１をオフに切り換える制御信号に変換することができる。これは、検出用レーザＬのビーム経路におけるジェスチャの形式で意図的に出されたユーザコマンドであってもよいし、または「目の安全」措置としての自動シャットダウンであってもよい。しかしながら、検出制御信号によって、検出モジュール２もしくは評価装置２２に直接に接続されているか、またはホストシステムを介して検出モジュール２にも接続されている別の装置を制御することもできる。
【００３２】
対話機能をさらに発展させるために、装置Ｓは、少なくとも検出用レーザビームＬの走査パターンの領域において画像情報を画像表面に投影することができる投影装置をさらに備えることができる。これにより、例えば、ユーザインタフェースを画像表面に投影することができる。画像表面は、様々なコマンドを入力するために使用することができる。なぜならば、例えばユーザの手などの物体の位置を、本発明により同期された受信信号によって、投影されたユーザインタフェースに明確に割り当てることができるからである。
【００３３】
投影装置がレーザスキャナシステムの形式で実現されており、検出用レーザビームのためのレーザ光源がこのレーザスキャナシステムの構成要素である場合には特に有利である。一般に、レーザスキャナシステムは、可視範囲内の異なる波長の光を放出する複数のレーザ光源を備える。これらの投影用レーザビームは、投影されるべき画像情報に応じて変調され、偏向装置を用いて所定の走査パターンで画像表面の上方を案内され、この場合にできるだけ重ね合わされる。有利には、検出用レーザビームは、同じ偏向装置を用いて投影用レーザビームと共に偏向される。検出用レーザビームのレーザ光源が同様に可視範囲の光を放出し、投影すべき画像情報に応じて制御可能である場合には、画像情報を投影するためにも用いることができる。しかしながら、幾つかの用途においては、検出用レーザビームが、例えば赤外線波長範囲において可視でない場合、有利なこともある。この場合、光検出器は、赤外線フィルタによって投影用レーザビームの干渉光および散乱光を容易に遮断することができる。
【００３４】
既に示したように、検出機能を実現するための本発明による装置には多数の使用可能性があり、具体的な用途が受信信号の評価を決定する。したがって、検出モジュールは、用途固有の出力データも供給する。例えば、光学的な特徴の画像情報であってもよいし、単にタッチイベントであってもよい。したがって、伝送チャネル２４は、異なる複数の要件を満たさなければならない。
【００３５】
上述したように、検出モジュール１がスキャンモジュール２に検出制御信号を供給する場合、例えば、リターンチャネルとして双方向の非同期データチャネル、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＺｉｇＢｅｅを使用することが有利であることがわかる。このようなデータチャネルは、行の総数、行長、行数、使用される同期パターン、フレームレートなどの走査パターンを記述するメタデータを伝送するために使用することもできる。このようなメタデータに要求されるデータレートおよびタイミング精度は比較的低い。メタデータは、同期を単純化し、干渉耐性を高めるために使用することができる。例えば、画像領域の部分が完全にカバーされることが望ましい場合には、投影される行の正確な総数を知ることが有利である。
【００３６】
しかしながら、同期マーカ自体は、伝送チャネル２４を介して走査モジュール１から検出モジュール２へ伝送されるのではなく、代わりに、本発明によれば、走査モジュール１によって放出された検出用レーザビームＬのレーザ光と共に検出モジュール２に送られることをここでもう一度明確に指摘しておく。
【００３７】
随意に、さらに少なくとも１つの第２のレーザ光源１４が画像情報を投影するための少なくとも１つの投影用レーザビームを生成するために設けられている。投影用レーザビームは、偏向装置１２を用いて検出用レーザビームと共に所定の走査パターンで移動される。この場合、少なくとも１つの第２のレーザ光源１４は、投影されるべき画像情報に応じて、少なくとも１つの投影用レーザビームを生成するように制御される。
【００３８】
図２は、検出用レーザビームの光と共に走査モジュールから本発明による装置の検出モジュールに伝送される同期マーカを生成するための、本発明による検出用レーザビームの変調を説明するために用いられる。既に述べたように、本発明は、検出用レーザビームが所定の既知の走査パターンで移動されると仮定する。この場合、例えばリサージュ図形などの任意の走査パターンであってもよい。本発明が画像情報の走査投影に関連して実現される場合には、検出用レーザビームの走査の動きは、投影用レーザビームと共にフレーム内の行または列毎に行われることが多い。次に、画像情報は、画素の形式で連続して投影され、この場合、それぞれ所定数の画素が画像行または画像列を形成し、所定数の画像行もしくは画像列がフレームを形成し、フレームのシーケンスが画像シーケンスを形成する。この場合、検出用レーザビームは、有利には、現在投影されているフレームおよび／または現在投影されている画像行もしくは画像列および／または現在投影されている画素に関するメタ画像情報に応じて変調される。
【００３９】
このことは図２に示されており、検出用レーザビームの光強度の振幅の波形が、このようなフレーム毎の走査の動きの個々の走査行について示されている。ここで説明する場合には、走査の動きは、上から下に進むことが望ましく、同期は、フレーム毎に行われることが望ましい。このために、検出用レーザビームは、それぞれフレームの第１行において、偏向装置のクロック周波数に基づき、同時に投影される画像フレームの画素周波数に対応する固定された所定の変調周波数を有する矩形信号をそれぞれ印加される。しかしながら、例えば鋸歯状波などの他の同期パターンを用いることも可能である。
【００４０】
場合によっては、例えば、同期が段階的に、すなわち最初はおおまかに、次いで次第に細かく行われることが望ましい場合には、可変の変調周波数を使用することが有意義なこともある。この場合、第１行、すなわち端の行には、同期マーカが設けられている。しかしながら、原則として、他の任意の画像行を同期のために使用することもできる。いずれの場合にも、評価装置には同期のために走査パターンに関する情報、すなわち、ここでは行当たりの画素の総数、フレーム当たりの行の総数、および走査モジュールのクロック周波数、ならびに同期マーカのタイプおよびそれらの「配置」に関する情報、すなわち、この場合には変調信号形式、変調周波数、および変調されたフレーム行の両方を有している必要があり、これにより、このようにして生成された同期マーカは、受信信号内で認識され、走査パターン内の対応する位置に割り当てることができる。
【００４１】
第２行から、検出用レーザビームの強度は、この場合にはそれぞれ行の始めに基本レベルから高いレベルに引き上げられ、行の終わりには再び基本レベルに引き下げられる。この変調も受信信号において認識され、同期のために使用することができる。
【００４２】
ここで、走査モジュールによって放出された検出用レーザビームおよび検出モジュールによって受信された受信信号の両方を、古典的なシリアルデータストリームとみなすことができることにも留意されたい。したがって、シリアルデータ伝送により知られている同期方法およびパターンを使用することもできる。
【００４３】
同期マーカを生成するための変調周波数は、受信機特性、すなわち、光検出器および下流側の信号処理および評価装置の特性に応じて有意義に選択される。特に、帯域幅および通過周波数が考慮されることが望ましい。
【００４４】
走査型レーザプロジェクタでは、画素クロックは、通常では１００ｋＨｚ〜７ＭＨｚの範囲に過ぎない検出モジュールの受信回路の帯域幅よりもはるかに高く、例えば８５ＭＨｚの範囲である。この場合、走査モジュールのはるかに高い送信周波数が検出用レーザビームの極めて細かい変調を可能にする。
【００４５】
受信信号を検出用レーザビームの偏向もしくは走査の動きと同期させるための本発明による方法を以下に図３のフロー図を用いて説明する。初期状態Ｓ１では、デジタル化された受信信号は、検出用レーザビームの走査の動きと同期しておらず、「非同期的」である。ステップＳ２では、検出モジュールには同期マーカ「パターンをサーチする」として知られている特定の信号パターンを認識する目的で受信信号が処理され、評価される。この信号評価は、対応する信号パターンが認識されるまで行われ、これは、ステップＳ３で「潜在的パターン発見？」と照会される。図２に関連して説明したように、同期マーカに基づいて、検出用レーザビームの第１のフレーム行を識別するだけでなく、現在のクロック周波数を決定することができる。
【００４６】
この現在のクロック周波数は、Ｓ４の「同期を試みる」における同期のための基礎として使用され、このことは、図４に関連してより詳細に説明する。ステップＳ２〜Ｓ４は、この同期ステップＳ４が成功するまで繰り返され、このことはステップＳ５で「同期成功？」と問い合わせられる。この場合にようやく、デジタル化された受信信号が検出用レーザビームの走査の動きと同期する状況Ｓ６「同期」が生じる。ステップＳ６およびＳ７において、受信信号は依然として受信され（Ｓ６：「画像データを受信する」）、評価され（Ｓ７：「次のパターンをチェックする」）、これにより同期マーカが認識される。これらの同期マーカに基づいて、ステップＳ９において、受信信号が依然として検出用レーザビームの走査の動きと同期しているかどうかが検査される（「同期が有効」）。これがもはや当てはまらない場合にのみ、方法は再び最初から開始する、すなわち、ステップＳ２にジャンプして戻る。そうでない場合には、ステップＳ７〜Ｓ９が何度も繰り返される。
【００４７】
図４に示す検出モジュール２は、検出用レーザ光の入射光を光電流に変換する光検出器としてフォトダイオード２１を含む。このアナログ受信信号は、アナログ‐デジタル変換器２２２によってデジタル受信信号に変換される前に、フィルタ・増幅装置２２１において最初に前処理される。本発明は、このデジタル化された受信信号を、走査モジュールによって放出された検出用レーザビームと同期し、これにより検出用レーザビームの走査の動きに関連付けることを目的とする。このために、デジタル化された受信信号は、信号処理・評価装置（同期パターン検出器）２２３によって評価され、検出モジュールに同期マーカとして知られている特定の信号パターンを認識する。走査モジュールのクロック周波数を決定し、デジタル化された受信信号のサンプリング周波数からの、場合によって生じるこのクロック周波数のずれを決定するために、同期マーカが評価される。このテストの結果は、「エラー測定値」として制御装置（制御ループ）２２４に供給され、制御装置２２４は、これに基づいて、アナログ‐デジタル変換器２２２に接続されたクロック発生器（ＡＤＣクロック制御）２２５のための操作変数「制御」を決定する。これにより、アナログ‐デジタル変換器のクロック信号ｃｌｋは、走査モジュールのクロック周波数に適合され、したがって、受信信号の走査は、走査モジュールの現在のクロック周波数と同期される。この適合は、「クロック回復」とも呼ばれる。同期マーカは、クロック回復を可能にするだけでなく、走査パターンにおける検出用レーザビームの現在の偏向に関する情報も提供し、これらの情報は、同期された受信信号の後続の信号評価に使用される。このために、同期された受信信号は、さらなる信号処理装置２２６（さらなるデータ処理）に供給される。
【００４８】
この場合、本発明による装置の本来の機能、例えば、走査された表面における個々の光学的特徴の認識または対話機能も実施される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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