(57)【要約】  少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器（１１０）が提案されている。  該検出器（１１０）は以下を有している。  −  少なくとも１つの角度依存光学要素（１３０）であって、物体（１１２）から前記検出器（１１０）に向かって伝播し、前記角度依存光学要素（１３０）を照射する入射光ビーム（１１６）の入射角に応じて、少なくとも１つのビームプロファイルを有する少なくとも１つの光ビーム（１３１）を生成するように適合され、前記角度依存光学要素（１３０）は、少なくとも１つの光ファイバ、特に少なくとも１つの多分岐光ファイバ、特に少なくとも１つの分岐光ファイバと；少なくとも１つの回折光学要素と；少なくとも１つの角度依存反射要素、少なくとも１つ回折格子要素、特に１つのブレーズ格子要素と；少なくとも１つの開口絞りと；少なくとも１つのプリズムと；少なくとも１つのレンズと；少なくとも１つのレンズアレイ、特に少なくとも１つのマイクロレンズアレイと；少なくとも１つの光フィルタと；少なくとも１つの偏光フィルタと；少なくとも１つのバンドパスフィルタと；少なくとも１つの液晶フィルタ、特に１つの液晶調整可能フィルタと；少なくとも１つのショートパスフィルタと；少なくとも１つのロングパスフィルタと；少なくとも１つのノッチフィルタと；少なくとも１つの干渉フィルタと；少なくとも１つの伝送格子と；少なくとも１つの非線形光学要素、特に１つの複屈折光学要素と；からなる群から選択される少なくとも１つの光学要素を含む角度依存光学要素（１３０）と；  −  少なくとも２つの光センサ（１１３）であって、各光センサ（１１３）は少なくとも１つの感光エリア（１２１）を有し、前記角度依存光学要素（１３０）によって生成された光ビーム（１３１）によるその対応する感光エリアの照射に応じて少なくとも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（１１３）と；  −  少なくとも１つの評価装置（１３３）であって、前記センサ信号の結合信号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評価装置（１３３）と、を有する、検出器（１１０）。【選択図】図１
2020510820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの物体（１１２）の位置を決定するための検出器（１１０）であって、
−  少なくとも１つの角度依存光学要素（１３０）であって、物体（１１２）から前記検出器（１１０）に向かって伝播し、前記角度依存光学要素（１３０）を照射する入射光ビーム（１１６）の入射角に応じて、少なくとも１つのビームプロファイルを有する少なくとも１つの光ビーム（１３１）を生成するように適合され、前記角度依存光学要素（１３０）は、少なくとも１つの光ファイバ、特に少なくとも１つの多分岐光ファイバ、特に少なくとも１つの分岐光ファイバと；前記検出器の光軸に垂直な少なくとも１つの面内に配置された少なくとも１つのレンズアレイ、特に少なくとも１つのマイクロレンズアレイと；少なくとも１つの光干渉フィルタと；少なくとも１つの非線形光学要素、特に１つの複屈折光学要素と；からなる群から選択される少なくとも１つの光学要素を含む角度依存光学要素（１３０）と；
−  少なくとも１つの転送装置（１２８）であって、前記物体（１１２）から前記検出器（１１０）に伝播する少なくとも１つの入射光ビーム（１１６）に応じて少なくとも１つの焦点距離を有する転送装置（１２８）と；
−  少なくとも２つの光センサ（１１３）であって、各光センサ（１１３）は少なくとも１つの感光エリア（１２１）を有し、前記角度依存光学要素（１３０）によって生成された光ビーム（１３１）によるその対応する感光エリアの照射に応じて少なくとも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（１１３）と；
−  少なくとも１つの評価装置（１３３）であって、前記センサ信号の結合信号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評価装置（１３３）と、
を有する、検出器（１１０）。
【請求項２】
前記物体（１１２）を照射するための照射源（１１５）をさらに有している、請求項１に記載の検出器（１１０）。
【請求項３】
前記照射源（１１５）は、前記角度依存光学要素（１３０）を通して前記物体（１１２）を照射するように適合されている、請求項２に記載の検出器（１１０）。
【請求項４】
前記照射源（１１５）と前記光センサ（１１３）の間の前記検出器（１１０）の光軸（１２６）に垂直な距離が小さく、前記照射源（１１５）と前記光センサ（１１３）の間の前記検出器（１１０）の光軸（１２６）に垂直な距離が０．０１ｍ未満、好ましくは０．００５ｍ未満、より好ましくは０．００２５ｍ未満である、請求項２または３に記載の検出器（１１０）。
【請求項５】
前記角度依存光学要素（１３０）は少なくとも１つの入射面を有する少なくとも１つの光ファイバを有し、前記照射源（１１５）と前記光ファイバの前記入射面の間の前記検出器（１１０）の光軸（１２６）に垂直な距離が小さく、前記照射源（１１５）と前記光ファイバの前記入射面の間の前記検出器（１１０）の光軸（１２６）に垂直な距離が０．０１ｍ未満、好ましくは０．００５ｍ未満、より好ましくは０．００２５ｍ未満である、請求項２〜４のいずれか１項に記載の検出器（１１０）。
【請求項６】
前記角度依存光学要素（１３０）は、それぞれが少なくとも１つの入射面を有する少なくとも２つの光ファイバを有し、前記入射面は同心、または互いの上に、または互いに平行に、または並行に配置され、前記入射面のいずれかまたは双方と前記照射源（１１５）の間の前記検出器（１１０）の光軸（１２６）に垂直な距離が０．０１ｍ未満、好ましくは０．００５ｍ未満、より好ましくは０．００２５ｍ未満である、請求項２〜５のいずれか１項に記載の検出器（１１０）。
【請求項７】
前記評価装置（１３３）は、前記センサ信号を割算すること、前記センサ信号の倍数を割算すること、前記センサ信号の線形結合を割算することうちの１つ以上によって前記結合信号Ｑを導出するように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の検出器（１１０）。
【請求項８】
前記評価装置（１３３）は、前記縦方向座標を決定するために、前記結合信号Ｑと前記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ように構成されている、請求項７に記載の検出器（１１０）。
【請求項９】
前記評価装置（１３３）は、以下の数式１によって、前記結合信号Ｑを導出するように構成されており、ここで、ｘとｙは横方向座標、Ａ１とＡ２は前記光センサ（１１３）のセンサ位置におけるビームプロファイルの面積、Ｅ（ｘ，ｙ；ｚ０）は物体距離ｚ０において与えられたビームプロファイルを表している、請求項１〜８のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【数１】
2020510820.tif 000011
【請求項１０】
前記光センサ（１１３）は焦点からずれて配置されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項１１】
前記角度依存光学要素は、少なくとも１つの入射面を有する少なくとも１つの光ファイバを有し、前記入射面は焦点からずれて配置されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項１２】
前記センサ信号のそれぞれが、前記角度依存光学要素（１３０）によって生成される前記光ビーム（１３１）の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、前記ビームプロファイルは、台形ビームプロファイル；三角形のビームプロファイル；円錐ビームプロファイルおよ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される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項１３】
前記感光エリア（１２１）は、第１のセンサ信号が前記ビームプロファイルの第１エリアの情報を含み、第２のセンサ信号が前記ビームプロファイルの第２エリアの情報を含むように構成され、前記ビームプロファイルの前記第１エリアと前記ビームプロファイルの前記第２エリアが隣接または重複の一方または両方の領域であり、前記評価装置（１３３）は、前記ビームプロファイルの前記第１エリアおよび前記ビームプロファイルの前記第２エリアを決定するように構成され、前記ビームプロファイルの前記第１エリアは本質的に前記ビームプロファイルのエッジ情報を含み、前記ビームプロファイルの前記第２エリアは本質的に前記ビームプロファイルの中心情報を含み、前記エッジ情報は前記ビームプロファイルの前記第１エリア内の光子数に関する情報を含み、前記中心情報は前記ビームプロファイルの前記第２エリア内の光子数に関する情報を含み、前記評価装置（１３３）は、前記エッジ情報と前記中心情報を割算すること、前記エッジ情報と前記中心情報の倍数を割算すること、前記エッジ情報と前記中心情報の線形結合を割算することの１つ以上により前記結合信号Ｑを導出するように構成されている、請求項１２に記載の検出器（１１０）。
【請求項１４】
前記角度依存光学要素は、それぞれが入射面を有する２つの光ファイバを含み、前記入射面は、第１のセンサ信号が前記ビームプロファイルの第１エリアの情報を有し、第２のセンサ信号が前記ビームプロファイルの第２エリアの情報を含み、前記ビームプロファイルの前記第１エリアと前記ビームプロファイルの前記第２エリアは隣接または重複の一方または両方の領域であり、前記評価装置（１３３）は前記ビームプロファイルの前記第１エリアと前記ビームプロファイルの前記第２エリアを決定するように構成され、前記ビームプロファイルの前記第１エリアは本質的に前記ビームプロファイルのエッジ情報を含み、前記ビームプロファイルの前記第２エリアは本質的に前記ビームプロファイルの中心情報を含み、前記エッジ情報は前記ビームプロファイルの前記第１エリア内の光子数に関する情報を含み、前記中心情報は前記ビームプロファイルの前記第２エリア内の光子数に関する情報を含み、前記評価装置（１３３）は、前記エッジ情報と前記中心情報を割算すること、前記エッジ情報と前記中心情報の倍数を割算すること、前記エッジ情報と前記中心情報の線形結合を割算することの１つ以上により前記結合信号Ｑを導出するように構成されている、請求項１２または１３のいずれかに記載の検出器（１１０）
【請求項１５】
前記検出器（１１０）は、前記光センサ（１１３）のマトリックスを有する少なくとも１つのセンサ要素を有し、前記光センサ（１１３）はそれぞれ感光エリアを有し、各光センサは前記角度依存光学要素（１３０）によって生成される光ビーム（１３１）による前記感光エリアの照射に応じて少なくとも１つのセンサ信号を生成するように構成され、前記評価装置（１３３）は、
ａ）最高のセンサ信号を有し少なくとも１つの中心信号を形成する少なくとも１つの光センサ（１１３）を決定し、
ｂ）前記マトリックスの前記光センサ（１１３）の前記センサ信号を評価し、少なくとも１つの和信号を形成し、
ｃ）前記中心信号と前記和信号を結合して、少なくとも１つの結合信号を決定し、そして、
ｄ）前記結合信号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
ことにより、前記センサ信号を評価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検出器（１１０）。
【請求項１６】
前記中心信号が、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グループの平均；前記最高のセンサ信号を有する光センサおよび隣接する光センサの所定のグループを含む光センサのグループ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と隣接する光センサの所定のグループを含む光センサのグループからのセンサ信号の合計；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グループの合計；所定のしきい値を超えるセンサ信号のグループの平均；最高のセンサ信号を有する光センサと隣接する光センサの所定のグループを含む光センサのグループからのセンサ信号の積分；前記最高のセンサ信号から所定の許容範囲内のセンサ信号のグループの積分；所定のしきい値を超えるセンサ信号のグループの積分、からなる群から選択される、請求項１５に記載の検出器（１１０）。
【請求項１７】
前記和信号は、前記マトリックスのすべてのセンサ信号の平均；前記マトリックスのすべてのセンサ信号の和；前記マトリックスのすべてのセンサ信号の積分；前記中心信号に寄与する光センサからのセンサ信号を除く前記マトリックスのすべてのセンサ信号の平均；前記中心信号に寄与する光センサからのセンサ信号を除く前記マトリックスのすべてのセンサ信号の和；前記中心信号に寄与する光センサからのセンサ信号を除く前記マトリックスのすべてのセンサ信号の積分；前記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；前記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；前記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；前記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、前記結合信号は、前記中心信号と前記和信号の商またはその逆の商の形成；前記中心信号の倍数と前記和信号の倍数の商またはその逆の商の形成；前記中心信号の線形結合と前記和信号の線形結合の商またはその逆の商の形成、のうちの１つ以上によって導出される結合信号Ｑである、請求項１５または１６のいずれかに記載の検出器（１１０）。
【請求項１８】
前記光センサ（１１３）はバイセルまたは象限ダイオードの部分ダイオードであり、および／または少なくとも１つのＣＭＯＳセンサを有している、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項１９】
前記検出器（１１０）は、
−  少なくとも１つの光学測定ファイバ（１８８）と少なくとも１つの前記転送装置（１２８）を有する少なくとも１つの測定ヘッド（１８６）と；
−  少なくとも２つの光センサ（１１３）であって、各光センサ（１１３）は少なくとも１つの感光エリア（１２１）を有し、各光センサ（１１３）は前記光学測定ファイバ（１８８）からの少なくとも１つの光ビームによるその感光エリアの照射に応じて少なくとも１つセンサ信号を生成するように設計されている、少なくとも２つの光センサ（１１３）と；
−  前記センサ信号からの結合信号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ている少なくとも１つの評価装置（１３３）と、
を含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項２０】
前記転送装置（１２８）の開口数が前記光学測定ファイバの開口数よりも小さい、請求項１９に記載の検出器（１１０）。
【請求項２１】
前記転送装置（１２８）が少なくとも１つのコリメートレンズを含む、請求項１９または２０に記載の検出器（１１０）。
【請求項２２】
前記検出器（１１０）が少なくとも１つの光照射ファイバ（１９６）を有し、前記照射源（１１５）が前記光照射ファイバ（１９６）を通して前記物体（１１２）を照射するように適合されている、請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の検出器（１１０）。
【請求項２３】
前記検出器（１１０）が小さなベースラインを含む、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の検出器（１１０）。
【請求項２４】
前記バイセルまたは前記象限ダイオードの部分ダイオードの分割線は、前記ベースラインに対して本質的に平行または本質的に直交するように構成されている、請求項２３に記載の検出器（１１０）。
【請求項２５】
前記ベースラインが０．０１ｍ未満、好ましくは０．００５ｍ未満、より好ましくは０．００２５ｍ未満である、請求項２３または２４に記載の検出器（１１０）。
【請求項２６】
前記光センサ（１１３）がＣＭＯＳセンサを含み、前記評価装置（１３３）が前記ＣＭＯＳセンサのセンサ領域を少なくとも２つのサブ領域に分割するように適合されており、前記評価装置（１３３）は、前記少なくとも２つのサブ領域のセンサ信号からの結合信号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ている、請求項１９〜２５のいずれか１項に記載の検出器（１１０）。
【請求項２７】
前記評価装置（１３３）は、前記ＣＭＯＳセンサの前記センサ領域を、少なくとも１つの左側部分と少なくとも１つの右側部分、および／または少なくとも１つの上側部分と少なくとも１つの下側部分、および／または少なくとも１つの内側部分と少なくとも１つの外側部分に分割するように適合されている、請求項２６に記載の検出器（１１０）。
【請求項２８】
場景の深度プロファイルを決定するための走査システム（１６６）であって、検出器を参照する請求項１〜２７のいずれかによる少なくとも１つの検出器（１１０）を有し、さらに、前記場景を少なくとも１つの光ビームでスキャンするように適合された少なくとも１つの照射源（１１５）を有し、前記検出器は、前記物体（１１２）から第１の光センサ（１１３）へ少なくとも１つの光ビームを提供するように適合された少なくとも１つの第１光学測定ファイバ（１９８）と、前記物体（１１２）から第２の光センサ（１１３）へ前記光ビームを提供するように適合された第２光学測定ファイバ（２００）とを有している、走査システム（１６６）。
【請求項２９】
前記検出器（１１０）は少なくとも１つの光照射ファイバ（１９６）を有し、前記照射源（１１５）は前記光照射ファイバ（１９６）を通して前記物体（１１２）を照射するように適合され、前記光照射ファイバ（１９６）は少なくとも１つの前記光ビームを受けるように適合された第１の端部を含み、前記光照射ファイバ（１９６）は少なくとも１つの光ビームが前記物体（１１２）を照射するために前記光照射ファイバ（１９６）を離れる少なくとも１つの第２の端部を含み、前記光照射ファイバ（１９６）の少なくとも前記第２の端部は前記測定ヘッド（１８６）内に配置され、および／または前記測定ヘッド（１８６）に接合している、請求項２８に記載の走査システム（１６６）。
【請求項３０】
走査システム（１６６）を参照する請求項１〜２９のいれずかによる走査システム（１６６）であって、関心領域をスキャンするように前記測定ヘッド（１８６）を移動させるように構成された少なくとも１つのアクチュエータを有している、請求項１〜２９のいずれか１項に記載の走査システム（１６６）。
【請求項３１】
前記アクチュエータは、少なくとも１つの電気機械アクチュエータおよび／または少なくとも１つのピエゾアクチュエータを備え、前記ピエゾアクチュエータは、少なくとも１つのピエゾセラミックアクチュエータ；少なくとも１つの圧電アクチュエータからなる群から選択される少なくとも１つのアクチュエータを有している、請求項３０に記載の走査システム（１６６）。
【請求項３２】
前記アクチュエータは、前記光照射ファイバ（１９６）および／または前記測定ヘッド（１８６）を移動させるように構成されている、請求項３０または３１に記載の走査システム（１６６）。
【請求項３３】
前記アクチュエータは、線形走査および／または放射状走査および／または螺旋状走査において、前記光照射ファイバ（１９６）および／または前記測定ヘッド（１８６）の１つまたは両方を動かすように適合されている、請求項３０〜３２のいずれか１項に記載の走査システム（１６６）。
【請求項３４】
少なくとも１つの検出器（１１０）を使用することにより少なくとも１つの物体（１１２）の位置を決定する方法であって、
−  少なくとも１つの角度依存光学要素（１３０）を提供し、入射角に応じて少なくとも１つのビームプロファイルを有する少なくとも１つの光ビーム（１３１）を生成し；
−  少なくとも２つの光センサ（１１３）を提供し、各光センサ（１１３）は少なくとも１つの感光エリア（１２１）を有し、各光センサ（１１３）は前記角度依存光学要素（１３０）によって生成された光ビーム（１３１）によるそれぞれの感光エリア（１２１）の照射に応じて少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計され；
−  前記角度依存光学要素（１３０）によって生成された前記光ビーム（１３１）で前記検出器（１１０）の少なくとも２つの光センサ（１１３）の各感光領域（１３１）を照射し、それにより、各前記感光エリア（１２１）は少なくとも１つのセンサ信号を生成し；そして
−  前記センサ信号を評価し、それにより、前記物体（１１２）の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定し、前記評価は、前記センサ信号の結合信号Ｑを導出することを含む、
ステップを有する方法。
【請求項３５】
請求項３４による方法であって、
−  １つの光学測定ファイバと少なくとも１つの転送装置（１２８）を有する少なくとも１つの測定ヘッドを提供し；
−  前記光学測定ファイバから発する少なくとも１つの光ビームを生成し；
−  少なくとも２つの光センサ（１１３）を提供し、各光センサ（１１３）は前記光学測定ファイバからの少なくとも１つの光ビームによるそれぞれの感光エリア（１３１）の照射に応じて少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計され；
−  前記光ビームによって少なくとも２つの光センサ（１１３）の各感光エリア（１３１）を照射し、それにより、各感光エリア（１３１）は少なくとも１つのセンサ信号を生成し；そして
−  前記センサ信号を評価し、それにより、前記物体（１１２）の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定し、前記評価は、前記センサ信号の結合信号Ｑを導出することを含む、
ステップをさらに含む、方法。
【請求項３６】
検出器に関する請求項１〜３５のいずれかによる検出器の使用であって、使用目的が：交通技術における位置測定；娯楽アプリケーション；光データストレージアプリケーション；セキュリティアプリケーション；監視アプリケーション；安全アプリケーション；ヒューマンマシンインターフェイスアプリケーション；物流アプリケーション；内視鏡検査アプリケーション；医療アプリケーション；追跡アプリケーション；写真アプリケーション；マシンビジョンアプリケーション；ロボット工学アプリケーション；品質管理アプリケーション；３Ｄ印刷アプリケーション；拡張現実アプリケーション；製造アプリケーション；光データの保存および読み出しと組み合わせにおける使用、からなる群から選択される、検出器の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器、検出器システムおよび方法に関する。さらに本発明は、ユーザとマシンとの間の情報の少なくとも１つの情報項目を交換するためのヒューマンマシンインターフェース、娯楽装置、追跡システム、カメラ、走査システムおよび検出装置の様々な使用に関する。本発明による装置、システム、方法および使用は、具体的には、例えば様々な日常生活の分野において、ゲーミング、交通技術、製造技術、セキュリティ技術、例えば美術用のデジタル写真またはビデオ写真などの写真撮影、ドキュメンテーションまたは技術的目的、医療技術または科学において採用され得る。さらに、本発明は特に１つまたは複数の物体を走査するために、および／または例えば建築、計測学、考古学、芸術、医学、工学または製造の分野で、物体または場景の奥行きプロファイルを生成するために、場景を走査するために使用することができる。ただし、他の適用も可能である。
【背景技術】
【０００２】
多数の光センサおよび光起電装置が、先行技術から公知である。光起電装置は、一般的に、例えば、紫外光、可視光、または赤外光等の電磁放射を、電気信号または電気エネルギーに変換するために使用されるが、光検出器は、一般的に、画像情報の取得および／または、例えば輝度等の少なくとも１つの光学パラメータを検出するために使用される。
【０００３】
一般的に無機センサ材料および／または有機センサ材料の使用に基づくことができる多数の光センサが、先行技術から公知である。このようなセンサの例は、ＵＳ ２００７／０１７６１６５ Ａ１、ＵＳ ６，９９５，４４５ Ｂ２、ＤＥ ２５０１１２４ Ａ１、ＤＥ ３２２５３７２ Ａ１、または他の多くの先行技術文書に開示されている。ますますもって、特にコスト上の理由および大面積処理の理由により、ＵＳ ２００７／０１７６１６５ Ａ１の例で説明されているように、少なくとも１つの有機センサ材料を含むセンサが使用されている。特に、いわゆる色素太陽電池の重要性が高まっており、これらは一般的に、例えばＷＯ ２００９／０１３２８２ Ａ１に記載されている。
【０００４】
少なくとも１つの物体を検出するための多数の検出器がそのような光センサに基づいて、知られている。そのような検出器は、それぞれの使用目的に応じて、さまざまな方法で実現し得る。そのような検出器の例は、撮像装置、例えばカメラおよび／または顕微鏡である。例えば、高解像度の共焦点顕微鏡が知られており、特に高い光学解像度で生体試料を検査するために医療技術および生物学の分野で使用できる。少なくとも１つの物体を光学的に検出するための検出器のさらなる例は、例えば、対応する光信号、例えばレーザパルスの伝播時間法に基づく距離測定装置である。少なくとも１つの物体を光学的に検出するための検出器のさらなる例は、焦点からの深度技術（depth from focus technology）を使用したエッジ検出器である。ただし、エッジ検出は、物体から検出器までの比較的短い距離でのみ可能である。少なくとも１つの物体を光学的に検出するための検出器のさらなる例は、距離測定を実施できる共焦点検出器である。ただし、そのような検出器では、物体が検出器の光学システムの焦点にあることを確認するため、検出器構成の機械的な動きを必要とするかもしれない。物体を光学的に検出するための検出器のさらなる例は、例えばレーザ三角測量を使用した三角測量システムであり、これにより距離測定も同様に実行できる。Ｋｕｒｔ  Ｋｏｎｏｌｉｇｅ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａ  Ｌｏｗ−Ｃｏｓｔ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ  Ｓｅｎｓｏｒ，  ２００８  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，  Ｐａｓａｄｅｎａ，  ＣＡ，  ＵＳＡ，  Ｍａｙ  １９−２３，  ２００８は、平面レーザ距離センサに三角測量を使用した競合技術について議論している。構造化ライン装置は、光ストライプレーザとオフセットカメラを使用して、一連のポイントまでの範囲を決定する。レーザーエネルギーはライン上に広がるため、特に周囲光がある場合や暗い物体の場合、正確な範囲を得ることは困難である。小さな物体の３Ｄ走査用のポイント走査装置は、通常、走査ミラーを使用してポイントレーザビームを方向付けし、レーザーリターンを光レシーバに向け直す。そのような装置は小型化することができず、そのコストと機械的脆弱性は高いままである。重心点モジュールは通常、位置感度装置を使用する。これらの装置は、表面に衝突するすべての光の重心を測定する。変調技術を使用して、周囲光の影響のいくつかをオフセットし得るが、ＰＳＤは、レーザスポットの反射が非常に強く、その使用が１メートル以下の範囲に制限されない限り、うまく機能しない。ピクセルベースのポイントモジュールは、最大信号強度でピクセルを検索し、センサ上の光スポットの位置を決定する。通常、検出にはＣＭＯＳラインアレイが使用される。Ｋｏｎｏｌｉｇｅらは、ピクセルベースのポイントモジュールの低コストバージョンを紹介する。
【０００５】
ＷＯ ２０１２／１１０９２４ Ａ１は、その関係が参照により本明細書に含まれており、少なくとも１つの物体を光学的に検出するための検出器が提案されている。検出器は、少なくとも１つの光センサを含む。光センサは、少なくとも１つのセンサ領域を有する。光センサは、センサ領域の照射に依存するように少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計されている。センサ信号は、照射の総出力が同じ場合、照射の幾可学的形状、特にセンサエリア上の照射のビーム断面に依存する。検出器はさらに、少なくとも１つの評価装置を有する。評価装置は、センサ信号から幾何学的情報の少なくとも１項目、特に照射および／または物体に関する幾何学的情報の少なくとも１項目を生成するように設計されている。
【０００６】
ＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１は、その関係が参照により本明細書に含まれており、少なくとも１つの横方向光センサおよび少なくとも１つの光センサを使用することによって、少なくとも１つの物体の位置を決定する方法および検出器を開示する。具体的には、物体の縦方向の位置を高度な精度で曖昧さなく決定するために、センサスタックの使用が開示されている。
【０００７】
ＷＯ ２０１５／０２４８７１ Ａ１は、その関係が参照により本明細書に含まれており、以下を含む光検出器を開示している：
−  少なくとも１つの空間光変調器であって、空間的に分解される方法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、ピクセルのマトリックスを有し、各ピクセルは、ピクセルを通過する光ビームの一部の少なくとも１つの光学特性を個々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マトリックスを通過した後に光ビームを検出し、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；
−  少なくとも２つのピクセルを異なる変調周波数で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；および
−  変調周波数についてのセンサ信号の信号成分を決定するために周波数分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。
【０００８】
ＵＳ４，７６７，２１１は、試料の境界面を測定するための装置および方法を開示しており、該装置および方法は、反射光の光軸付近を進む試料からの反射光の一部の光量と、光軸から所定の距離だけ外れた位置に向けられた反射光の他の部分の光量の比率が、試料の境界面を正確に測定するために使用される。測定の精度が上記の比率を使用することにより向上するため、試料を通過できる光が入射光として使用され得る。したがって、従来技術によって測定できなかった、試料の表面上の深い穴や生体試料の気泡などの空隙を非常に正確に測定することができる。
【０００９】
ＷＯ ２０１４／１９８６２９ Ａ１は、その全関係が参照により本明細書に含まれており、少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器であって、
−  少なくとも１つの光センサであって、物体から検出器に向かって伝播する光ビームを検出するように適合された光センサであって、該光センサは、少なくとも１つのピクセルのマトリックスを有する、少なくとも１つの光センサ；および
−  少なくとも１つの評価装置であって、光ビームによって照射される光センサのピクセルの数Ｎを決定するように適合された評価装置であって、該評価装置は、光ビームによって照射される光センサのピクセルの数Ｎを使用することによって、物体の少なくとも１つの縦方向座標を決定するようにさらに適合されている、少なくとも１つの評価装置と、
を含む検出器を開示している。
【００１０】
さらに、一般に、他の様々な検出器の概念については、ＷＯ ２０１４／１９８６２６Ａ１、ＷＯ ２０１４／１９８６２９ Ａ１およびＷＯ ２０１４／１９８６２５ Ａ１を参照することができ、その全関係は参照により本明細書に含まれる。さらに、本発明の関係においても採用される可能性のある材料および光センサを参照すると、２０１５年１月３０日に出願された欧州特許出願ＥＰ １５ １５３ ２１５．７、２０１５年３月３日に出願されたＥＰ １５ １５７ ３６３．１、２０１５年４月２２日に出願されたＥＰ １５ １６４ ６５３．６、２０１５年７月１７日に出願されたＥＰ １５１７７２７５．３、両方とも２０１５年８月１０日に出願されたＥＰ １５１８０３５４．１およびＥＰ １５１８０３５３．３、ならびに２０１５年９月１４日に出願されたＥＰ １５ １８５ ００５．４、両方とも２０１５年１１月２５日に出願されたＥＰ １５ １９６ ２３８．８およびＥＰ １５１９６ ２３９．６、２０１５年１２月３日に出願されたＥＰ １５ １９７ ７４４．４号に参照されており、それらの全ての関係も参照により本明細書に含まれる。
【００１１】
さらに、物体の位置を決定するために少なくとも２つの異なるソースの信号を比較する検出器の概念を参照することができる。したがって、一例として、すべて２０１６年２月１６日に出願されたＥＰ １６１５５８３４．１、ＥＰ １６１５５８３５．８、またはＥＰ １６１５５８４５．７を参照することができ、その全開示は参照により本明細書に含まれる。
【００１２】
上述の装置および検出器によって暗示される利点にもかかわらず、いくつかの技術的課題が残っている。したがって、一般に、信頼性がありかつ低コストで製造することができる、空間内の物体の位置を検出するための検出器が必要とされている。具体的には、３Ｄ感知概念に対する必要性が存在する。様々な既知の概念は、上記の概念のいくつかなど、いわゆるＦｉＰセンサを使用することに少なくとも部分的に基づいている。そこでは、一例として、大面積センサを使用することができ、該大面積センサにおいては個々のセンサピクセルが光スポットよりもかなり大きく、特定のサイズに固定されている。それでも、多くの場合、大面積センサは、ＦｉＰ測定原理の使用、特に複数の光スポットを同時に調査する場合に本質的に制限される。
【００１３】
ＦｉＰ検出器を使用するさらなる課題は、検出器エリアまたは活性エリアである。通常、距離測定のためには、検出器の大きな活性エリアが使用されるかまたは必要とまでされる。しかしながら、このエリアは、特に四辺形導電率の概念がＰＳＤを構築するために使用される際にノイズの問題を引き起こす可能性がある。これはしばしば、検出器の直列抵抗に関連した大きな静電容量のために、信号対雑音比が劣り、および検出器応答時間が遅くなるという結果をもたらす。ＦｉＰ検出器を使用するさらなる課題は製造コストである。したがって、多くの場合、一般的なＦｉＰセンサは、例えば従来のＳｉベースのフォトダイオードと比べて高額である。さらに、ＦｉＰセンサを使用した測定の測定結果の評価は、特に光ビームの総出力が未知である場合には依然として問題である。光ビームの伝播軸を通って異なる位置に配置された複数のＦｉＰセンサが使用される場合、測定範囲は典型的にセンサの２つの位置間の範囲に限定される。さらに、多くのＦｉＰ検出器は、輝度依存性を示し、これは測定結果の評価をより困難にし、さらに、多くの場合、ＦｉＰ測定はターゲットスポットサイズに依存する。
【００１４】
少なくとも２つの異なる光センサなどの少なくとも２つの異なるソースによって生成されたセンサ信号を比較する概念を参照すると、１つの技術的課題は依然としてシステム全体、特に光センサのコストの削減である。したがって、多くの概念において、専用の設計および配置を有する特別な光センサを使用しなければならなく、これは典型的には高価なオプトエレクトロニクス半導体製造プロセスおよび複雑な組立スキームをセットアップすることを必要とする。
【００１５】
さらなる技術的課題は、光ファイバを通って少なくとも１つの物体の距離を測定することであるかもしれない。飛行時間法や三角測量法などの既知の方法を使用し、光ファイバを通って距離を精密測定することは、非常に困難である。特に、三角測量では、ベースライン、たとえば光源と受信レンズの間の距離が必要である。さらに、特に飛行時間測定では、ファイバを通った光の移動時間が十分に正確ではない場合がある。
【００１６】
ＵＳ ４，６５３，９０５は、物体からの光を異なるように伝送するため、異なる複数の開口を有する１つまたは複数の光ファイバの使用を記載している。したがって、光は、異なる複数の開口間の差に対応する所定の比率で所定の範囲に伝送される。その比率は、範囲の変化によって変わる。変化する比率が検出され、その検出された変化する比率に応じて距離計の操作が実行される。
【００１７】
ＤＥ ３２ ０３ ６１３ Ａ１は、検出される物体に光ビームを投射する距離測定装置を記載している。この物体から反射した光は、ビームスプリッタによって２つの光成分に分割される。光成分の１つの強度は、第１の光強度検出器によって感知される。他の光成分は、照射光と反射光の間に形成される角度と一致する強度変調を受け、そして、変調された光成分の強度は、第２の光強度検出器によって感知される。２つの検出器の出力はコンピュータに入力され、該コンピュータは検出される物体までの距離を示す情報を導き出す。
【００１８】
ＵＳ ２０１６／０８４６５０ Ａ１は、少なくとも２つの光学感知ピクセルと少なくとも２つの異なる格子要素を含む光センサを記載している。これらの格子要素は、これらの光感知ピクセルの上に対応して配置される。
【００１９】
ＷＯ ２０１０／０６３５２１ Ａ２は、非接触光学走査および／または表面および／またはワークピースおよび／またはプロセスの処理ゾーンの検出のための光学測定装置を記載している。光学測定装置は、少なくとも１つの入射角センサを備えており、該入射角センサは、測定点または放出源によって放射される電磁放射線のビーム経路に配置される。前記入射角センサは、測定点または放射線放出源によって放出される電磁放射線のビーム経路に配置され、電磁放射線に対して少なくとも部分的に透過性がある少なくとも１つの本体を有する。光学入射角センサは、電磁放射線を電磁放射線の回折部分と反射部分に分割するためのインターフェースとして機能する少なくとも１つの出口点を含む。
【００２０】
ＵＳ ２０１１／２４８１５１ Ａ１は、入射光に比例する信号を生成する複数の光検出器を含むシステムを記載している。このシステムは、表面に隣接する光バリアをさらに含み、制御回路を含む。光バリアは、反射光が複数の光検出器に到達するのを部分的に妨げ、基板に対する物体の位置に依存する空間的依存反射パターンを生成する。制御回路は、複数の光検出器のそれぞれを使用する反射率測定サイクル中に、周囲光条件をキャリブレーションし、周囲光に加え反射光を測定し、反射光を決定し、複数の光検出器のうちの少なくとも２つによって受信された反射光の比率に基づいて物体の位置を検出することによって、物体の位置を決定する。
【００２１】
ＵＳ ６，１１８，１１９ Ａは、入射光ビームの方向と波長を同時に決定するための装置を記載している。この装置は、透明ブロックと、入射光ビームを回折して透明ブロック内に多数の回折ビームを生成する回折格子とを含む。この装置はさらに、回折ビームの交差位置を示す出力を生成する検出器アレイを含む。最後に、装置は出力を処理して入射光ビームの方向と波長を決定する処理装置を備えている。
【００２２】
ＥＰ ３０４５９３５ Ａ１は、パルス放射パターンを生成するソース；検出器；放射源からの放射が物体によって反射されたときに検出器からのデータを処理する処理装置；検出器と放射源の間のインターフェースをなす同期手段；を含み、検出器はパルスの間にのみ放射が検出されるようにソースと同期され、処理装置は基準位置を基準にしてスポットの変位を決定することにより物体の特性を決定し、ソースは単色光を発し、検出器には、ドームに配置された対応するフィルタを備え、前記フィルタと前記検出器との間に配置された魚眼光学系が、前記フィルタを経て前記検出器の感光エリアに向かう光を案内する、物体の特性を検出するためのシステムを記載している。
【００２３】
ＵＳ ２００８／１３０００５ Ａ１は、光電子装置を使用して物体を検出する装置を記載している。光源によって生成された光ビームは、物体によって後方散乱および／または反射され、三角測量の原理に従って受信装置によって検出される。物体検出信号は評価ユニットによって出力され、受信装置内の光ビームは、光受信装置システムと光検出器を含むピクセルアレイ上のマイクロレンズアレイを介して作用する。マクロピクセルは、各マイクロレンズに関連付けられた複数のサブピクセルを有する。評価ユニットは、サブピクセルにわたる受信信号分布を決定するためのユニットを含む。装置を操作する方法も提供される。
【００２４】
ＥＰ ２ ７８１ ９３１ Ａ２は、制限反射型光電センサを記載している。制限反射型光電センサは、レーザダイオードを有する投光ユニットとフォトダイオードを有する受光ユニットとを備える。投光ユニットおよび受光ユニットにおいては、投光ユニットからの投光ビームが物体検出限定エリアに向かい、物体検出限定エリア内に存在する物体からの反射光である受光ビームが受光ユニットによって受信されるように、投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との間の交差角が設定される。物体の有無は、フォトダイオードの受信レベルに基づいて判断される。投影光ビームを複数の方向に方向付けられたビームを構成する回折格子はレーザダイオードからの投射光ビームの光路に設けられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
したがって、本発明の目的は、既知の装置および方法の上述の技術的課題に対する装置および方法を提供することである。具体的には、好ましくは低い技術的努力で、かつ技術的資源およびコストの観点から低い要求で、空間内の物体の位置を確実に決定することができる装置および方法を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
この課題は、独立特許請求項の特徴を有する本発明によって解決される。個別にまたは組み合わせて実現することができる本発明の有利な発展形態は、従属請求項および／または以下の明細書および詳細な実施形態によって提示される。
【００２７】
本明細書で使用されるとき、「有する」、「含む」、または「含有する」という表現ならびにそれらの文法上の変形は、非排他的な形で使用される。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の他に、この関係において説明されている対象においてさらなる特徴が存在していないという状況、および、１つまたは複数のさらなる特徴が存在しているという状況の両方を指し得る。例として、「ＡはＢを有する」、「ＡはＢを含む」、および「ＡはＢを含有する」という表現は、Ｂ以外に他の要素がＡ中に存在しないという状況（すなわち、Ａは単独でかつ排他的にＢからなるという状況）、および、Ｂ以外に、要素Ｃ、要素ＣおよびＤ、または、さらに別の要素などのような、１つまたは複数のさらなる要素が、対象物Ａにおいて存在するという状況の両方を指し得る。
【００２８】
さらに、用語「少なくとも１つ」、「１つまたは複数（１つ以上）」、または特徴または要素が１回または複数回存在し得ることを示す同様の表現は、通常それぞれの特徴または要素を導入するときに１回だけ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、それぞれの特徴または要素を参照するときに、表現「少なくとも１つ」または「１つまたは複数」は、それぞれの特徴または要素が１回または複数回存在してもよいという事実にもかかわらず、繰り返されないことになる。
【００２９】
さらに、以下において使用されているように、「好ましくは」、「より好ましくは」、「特に」、「さらに詳細には」、「具体的には」、「より具体的には」という用語、または、同様の用語は、代替的な可能性を制限することなく、任意の特徴と共に使用される。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選択の特徴であり、決して特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。当業者が認識するように、本発明は代替的な特徴を使用することによって実行されてもよい。同様に、「本発明の実施形態において」または同様の表現によって導入される特徴は、本発明の代替的な実施形態に関していかなる制限を課すものではなく、本発明の範囲に関していかなる制限を課すものではなく、また、そのようにして導入される特徴と本発明の他の任意の特徴または非任意の特徴を組み合わせることの可能性に関していかなる制限を課すものではない。
【００３０】
本発明の第１の態様では、少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器が開示されている。本明細書で使用されるとき、「物体」という用語は、少なくとも１つの光ビームを放射する点または領域を指す。光ビームは物体から、例えば、物体および／または光ビームを発する物体に一体化または取り付けられた少なくとも１つの照射源によって発してもよく、あるいは異なる照射源から、例えば、物体を直接または間接的に照射する照射源から生じてもよく、光ビームは物体によって反射または散乱される。本明細書で使用されるとき、「位置」という用語は、空間内の物体の場所および／または方向付けおよび／または物体の少なくとも一部に関する少なくとも１つの情報項目を指す。したがって、少なくとも１つの情報項目は、物体の少なくとも１つの点と少なくとも１つの検出器との間の少なくとも１つの距離を意味し得る。以下にさらに詳細に概説されるように、距離は縦方向座標であり得るか、または物体の点の縦方向座標を決定することに寄与し得る。追加的にまたは代替的に、物体および／または物体の少なくとも１つの部分の位置および／または向きに関する１つまたは複数の他の情報項目を決定することができる。一例として、さらに、物体および／または物体の少なくとも１つの部分の少なくとも１つの横方向座標が決定され得る。したがって、物体の位置は、物体および／または物体の少なくとも１つの部分の少なくとも１つの縦方向座標を意味し得る。追加的にまたは代替的に、物体の位置は、物体および／または物体の少なくとも１つの部分の少なくとも１つの縦方向座標を意味し得る。追加的にまたは代替的に、物体の位置は、空間内の物体の向きを示す物体の少なくとも１つの向き情報を意味し得る。
【００３１】
検出器は：
−  少なくとも１つの角度依存光学要素であって、物体から検出器に向かって伝播し、角度依存光学要素を照射する入射光線の入射角に応じて、少なくとも１つのビームプロファイルを有する少なくとも１つの光ビームを生成するように適合され、角度依存光学要素は、少なくとも１つの光ファイバ、特に少なくとも１つの多分岐光ファイバ、特に少なくとも１つの分岐光ファイバ；検出器の光軸に垂直な少なくとも１つの平面に配置された少なくとも１つのレンズアレイ、特に少なくとも１つのマイクロレンズアレイ；少なくとも１つの光学干渉フィルタ；少なくとも１つの非線形光学要素、特に１つの複屈折光学要素；からなる群から選択される少なくとも１つの光学要素を含む角度依存光学要素と、
−  少なくとも２つの光センサであって、各光センサは少なくとも１つの感光エリアを有し、角度依存光学要素によって生成された光ビームによるその対応する感光エリアの照射に応じて少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計される、光センサ；
−  少なくとも１つの評価装置であって、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る、少なくとも１つの評価装置と、
を有する。
【００３２】
検出器は、少なくとも１つの転送装置を含む。転送装置は、物体から検出器まで伝播する少なくとも１つの入射光ビームに応じて少なくとも１つの焦点距離を有する。転送装置は、具体的には、少なくとも１つのレンズ、例えば、少なくとも１つの焦点調整可能なレンズ、少なくとも１つの非球面レンズ、少なくとも１つの球面レンズ、および少なくとも１つのフレネルレンズからなる群から選択される少なくとも１つのレンズ；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの凹面鏡；少なくとも１つのビーム偏向要素、好ましくは少なくとも１つのミラー；少なくとも１つのビーム分割要素、好ましくはビーム分割キューブまたはビーム分割ミラーのうちの少なくとも１つ；少なくとも１つのマルチレンズシステム、のうちの１つまたは複数を備え得る。転送装置は、少なくとも１つの屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮ）を備えてもよい。
【００３３】
転送装置は、光ビームの伝播方向を調整および／または変更するように適合されてもよい。転送装置は、少なくとも１つの光軸を備えてもよい。転送装置は、物体から検出器に伝播する光ビームに影響を与えるように、例えばそらすように適合されてもよい。特に、転送装置は、光ビームの伝播の方向を調整するように適合されてもよい。転送装置は、転送装置の光軸に対して伝播角度を調整および／または生成するように適合されてよい。伝播角度は、転送装置の光軸と物体から検出器へ伝播する光ビームの伝播の方向との間の角度であってよい。転送装置を使用しない場合、光ビームの伝播角度は、光ビームが生成された物体の特性、例えば表面特性および／または材料特性に主として依存する場合がある。転送装置は、物体の表面特性から独立するように、伝播角度を調整および／または生成するように適合されてよい。転送装置は、光ビームの伝播方向の角度依存性を強化および／または増幅するように適合されてもよい。理論に拘束されることを望まないが、物体によって生成された光ビームは物体から検出器まで伝播し、０°すなわち光軸から任意の角度Ｘまでの角度範囲で転送装置に衝突し、これは物体上の散乱の起点から転送装置の端までによって規定され得る。転送装置は集束特性を備えているため、転送装置を通過した後の角度範囲は元の角度範囲とは大幅に異なる場合がある。例えば、光軸に平行に衝突する光ビームは、焦点またはフォーカスに焦点を合わせることができる。転送装置の集束特性に応じて、転送装置に衝突する前と転送装置を通過した後の角度依存性は逆になる場合がある。転送装置は、遠距離場、すなわち、物体が遠距離に配置される場合に角度依存性を増幅するように適合させることができ、光ビームは光軸に本質的に平行に伝播している。一般に、転送装置を使用しない場合、角度依存性は近距離場領域で最大になる可能性がある。近距離場では、信号は一般に遠距離場の信号と比較してより強くなり得る。したがって、遠距離場での角度依存性を増幅する転送装置に起因する近距離場におけるより小さい角度依存性は、近距離場での一般的により良い信号対雑音比により、および／または、ゼロでないベースラインによる距離依存性のスポット移動など、追加の近距離場特性を使用することにより、少なくとも部分的に補正され得る。
【００３４】
角度依存光学要素は、物体から転送装置の背後の検出器に伝播する入射光ビームの伝播方向に配置されてもよい。角度依存光学要素および転送装置は、物体から検出器に伝播する光ビームが角度依存光学要素に衝突する前に転送装置を通過するように配置されてもよい。転送装置および角度依存光学要素は、光軸に平行な方向に空間的に分離して配置されてもよい。転送装置および／または角度依存光学要素、および／または検出器は、光軸に垂直な方向に変位して配置されてもよい。角度依存光学要素は、光軸に対して傾斜して配置されてもよく、その結果、角度依存光学要素と光軸との間の少なくとも１つの角度は９０°未満である。角度依存光学要素は、物体から検出器へ伝播する光ビームが転送装置と転送装置の焦点との間の角度依存光学要素に衝突するように配置されてもよい。例えば、転送装置と、物体から検出器へ伝播する光ビームが角度依存光学要素に衝突する位置との間の光軸に平行な方向における距離は、焦点距離の少なくとも２０％、好ましくは焦点距離の少なくとも５０％、最も好ましくは焦点距離の少なくとも８０％であり得る。例えば、角度依存光学要素が少なくとも１本の光ファイバを含む場合、物体から検出器へ伝播する光ビームを受信する光ファイバの端部と転送装置との間の光軸に平行な方向の距離は、焦点距離の少なくとも２０％、より好ましくは焦点距離の少なくとも５０％、最も好ましくは焦点距離の少なくとも８０％であり得る。
【００３５】
本明細書で使用されるように、「光センサ」は、一般に、光ビームを検出するための感光装置を指し、例えば、照射および／または少なくとも１つの光ビームによって発生した光スポット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ように、「感光エリア」は、一般に、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じる。感光エリアは、具体的には、それぞれの光センサの表面に配置されてもよい。しかしながら、他の実施形態も可能である。本明細書で使用するとき、「それぞれ少なくとも１つの感光エリアを有する少なくとも２つの光センサ」という用語は、各々が１つの感光エリアを有する２つの単一の光センサを伴う構成を指し、および、少なくとも２つ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伴う構成を指す。したがって、「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のに対し、本明細書では、２つ以上の出力信号を生成するように構成された感光装置、例えば少なくとも１つのＣＣＤおよび／またはＣＭＯＳ装置は、２つ以上の光センサを示す。以下にさらに詳細に概説するように、各光センサは、正確に１つの感光エリアがそれぞれの光センサに存在し、照射され得る正確に１つの感光エリアを提供することによって、照射に応答して、光センサ全体に対して正確に１つの均一なセンサ信号が生成されるように、具体化され得る。したがって、各光センサは、単一エリア光センサであり得る。しかしながら、単一エリア光センサの使用は、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、市販の光センサ、例えば各々が正確に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セットアップに使用され得る。しかしながら、他の実施形態も可能である。したがって、一例として、本発明の関係において、２つ、３つ、４つ、または４つより多くの光センサと見なされる、２つ、３つ、４つ、または４つより多くの感光エリアを含む光学装置が使用され得る。一例として、光学装置は感光エリアのマトリックスを備えてもよい。したがって、一例として、光センサは、ピクセル化光学装置の一部であるかまたはそれを構成することができる。一例として、光センサは、ピクセルのマトリックスを有する少なくとも１つのＣＣＤおよび／またはＣＭＯＳ装置の一部であってもよく、各ピクセルは感光エリアを形成する。
【００３６】
本明細書でさらに使用されるように、「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、少なくとも１つのアナログ電気信号および／または少なくとも１つのデジタル電気信号などの少なくとも１つの電気信号であり得るか、またはそれを含み得る。より具体的には、センサ信号は、少なくとも１つの電圧信号および／または少なくとも１つの電流信号であり得るかまたはそれらを含み得る。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、ロー（ｒａｗ）センサ信号を使用することができ、あるいは検出器、光センサまたは任意の他の要素が、フィルタ処理などによる前処理など、センサ信号を処理または前処理するように適合され、それによって、センサ信号としても使用することができる第２のセンサ信号を生成することができる。
【００３７】
感光エリアの少なくとも１つは、具体的には物体に向けて方向付けられてもよい。本明細書で使用されるとき、「物体に向けて方向付けられる」という用語は、一般に、感光エリアのそれぞれの表面が物体から完全にまたは部分的に見えるという状況を指す。具体的には、物体の少なくとも１つの点とそれぞれの感光エリアの少なくとも１つの点との間を相互に繋ぐ少なくとも１つの線は、０°とは異なる、例えば２０°から９０°、好ましくは例えば９０°などの８０°から９０°の範囲における角度で、感光エリアの表面要素と角度を形成してもよい。したがって、物体が光軸上または光軸の近くに位置するとき、物体から検出器に向かって伝播する光ビームは、光軸と本質的に平行であり得る。本明細書で使用されるとき、「本質的に垂直」という用語は垂直方向付けられた状態を指し、例えば±２０°以下の許容誤差、好ましくは±１０°以下の許容誤差、より好ましくは±５°以下の許容誤差である。同様に、「本質的に平行」という用語は平行方向付けられた状態を指し、例えば±２０°以下の許容誤差、好ましくは±１０°以下の許容誤差、より好ましくは±５°以下の許容誤差である。追加的または代替的に、感光エリアの少なくとも１つは、物体への向きとは異なって方向付けられてもよい。例えば、光センサの少なくとも１つは、光軸に対しておよび物体に対して、垂直にまたは任意の角度で方向付けられてもよい。角度依存光学要素は、光ビームが感光エリアに衝突するように光ビームを生成するように適合されてもよい。例えば、感光エリアの少なくとも１つが光軸に対して任意の角度で方向付けられている場合、角度依存光学要素は、光ビームを感光エリアに案内するように適合され得る。
【００３８】
入射光ビームは物体から検出器に向かって伝播し得る。以下にさらに詳細に概説するように、入射光ビームは、例えば、物体および／または光ビームを発する物体に一体化または取り付けられた少なくとも１つの照射源によって、物体から発生することができ、あるいは、物体を直接または間接的に照射する照射源からなど、異なる照射源から発生することができ、光ビームは物体によって反射または散乱され、それによって少なくとも部分的に検出器に向けられる。一例として、照射源は、１つまたは複数の外部照射源、検出器に一体化された照射源、または、物体に取り付けられ、物体に一体化され、または物体によって保持されているうちの１つまたは複数であるビーコン装置に一体化された照射源であってよい。したがって、検出器は能動的および／または受動的な照射シナリオで使用されてよい。例えば、照射源は物体を照射するように適合されてもよく、例えば、光ビームを反射する物体に光ビームを向けることによって物体を照射するように適合されてもよい。追加的にまたは代替的に、物体は少なくとも１つの光ビームを生成および／または放射するように適合されてもよい。光源は、少なくとも１つのマルチビーム光源であり得るか、またはそれを含み得る。例えば、光源は、少なくとも１つのレーザ源と１つ以上の回折光学要素（ＤＯＥ）とを含み得る。照射源は、少なくとも１つの角度依存光学要素を通って物体を照射するように適合され得る。
【００３９】
本明細書で使用されるとき、「光線（ｒａｙ）」という用語は一般に、エネルギーの流れの方向を示す光の波面に対して垂直である線を指す。本明細書で使用されるように、「ビーム」という用語は一般に光線の集まりを指す。以下では、用語「光線」および「ビーム」は同義語として使用される。本明細書でさらに使用されるように、用語「光ビーム」は、一般に光量を指し、具体的には、本質的に同じ方向に進む光量であって、光ビームが拡張角または広がり角を有する可能性を含む。光ビームは空間的広がりを有することができる。具体的には、光ビームは、非ガウスビームプロファイルを有することができる。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；円錐形ビームプロファイル、からなる群から選択されてもよい。台形ビームプロファイルは、プラトー領域と少なくとも１つのエッジ領域とを有することができる。本明細書で使用されるとき、用語「ビームプロファイル」は、一般に、光ビームの横方向強度プロファイルを指す。ビームプロファイルは、特に光ビームの伝播に対し垂直な少なくとも１つの平面内における光ビームの強度の空間分布であり得る。以下でさらに詳細に概説するように、光ビームは、具体的にはガウス光ビームまたはガウス光ビームの線形結合であり得る。しかしながら、他の実施形態も実行可能である。検出器は、ビームプロファイル、特にビームプロファイルの形状の調整、定義、および決定のうちの１つまたは複数のために構成された少なくとも１つの転送装置を備えてもよい。
【００４０】
本明細書で使用するとき、「光」という用語は一般に、可視スペクトル範囲、紫外線スペクトル範囲、および赤外線スペクトル範囲の１つまたは複数の電磁放射を指す。その中で、「可視スペクトル範囲」という用語は、一般に３８０ｎｍから７８０ｎｍのスペクトル範囲を指す。「赤外線スペクトル範囲」という用語は、一般に、７８０ｎｍから１ｍｍの範囲、好ましくは７８０ｎｍから３．０マイクロメートルの範囲の電磁放射を指す。「紫外線スペクトル範囲」という用語は、一般に、１ｎｍから３８０ｎｍの範囲、好ましくは１００ｎｍから３８０ｎｍの範囲の電磁放射を指す。好ましくは、本発明内で使用される光は、可視光、すなわち可視スペクトル範囲の光である。
【００４１】
「光ビーム」という用語は、一般に、特定の方向に放射および／または反射される光の量を指す。したがって、光ビームは、光線の伝播方向に垂直な方向に所定の広がりを有する光線の束であってもよい。好ましくは、光ビームは１つまたは複数のガウス光ビームであるか、またはそれを含んでいてもよく、該ガウス光ビームは、１つまたは複数のガウスビームパラメータ、例えば空間内でのビーム直径および／またはビーム伝播の発展を特徴付けることに適した１つまたは複数のビームウエスト、レイリー長または任意のその他ビームパラメータまたは複数のビームパラメータの組み合わせによって特徴付けられる。
【００４２】
光センサは、紫外線、可視光、または赤外線のスペクトル範囲のうちの１つまたは複数で感度があり得る。具体的には、光センサは、５００ｎｍから７８０ｎｍ、最も好ましくは６５０ｎｍから７５０ｎｍ、または６９０ｎｍから７００ｎｍの可視スペクトル範囲で感度があり得る。具体的には、光センサは、近赤外領域において感度があり得る。具体的には、光センサは、近赤外領域の部分において感度があり、シリコンフォトダイオードが特に適用可能である７００ｎｍから１０００ｎｍの範囲内で感度があり得る。光センサは、具体的には、赤外線スペクトル範囲、特に７８０ｎｍから３．０マイクロメートルの範囲で感度があり得る。例えば、光センサは、それぞれ独立して、フォトダイオード、フォトセル、光伝導体（フォトコンダクター）、フォトトランジスタ、またはそれらの任意の組み合わせ、からなる群から選択される少なくとも１つの要素であり得るか、またはそれを含み得る。例えば、光センサは、ＣＣＤセンサ要素、ＣＭＯＳセンサ要素、フォトダイオード、フォトセル、光伝導体、フォトトランジスタ、またはそれらの任意の組み合わせ、からなる群から選択される少なくとも１つの要素であり得るかまたはそれを含み得る。他のいかなる種類の感光要素を使用してもよい。以下にさらに詳細に概説されるように、感光要素は、一般に、完全にまたは部分的に無機材料から作られてもよく、および／または完全にまたは部分的に有機材料から作られてもよい。最も一般的には、以下にさらに詳細に概説されるように、商業的利用可能なフォトダイオードのような、例えば無機半導体フォトダイオードなどの１つまたは複数のフォトダイオードを使用することができる。
【００４３】
本明細書で使用されるとき「角度依存光学要素」という用語は、物体から検出器に向かって伝播し、角度依存光学要素を照射する入射光ビームの入射角に応じて少なくとも１つのビームプロファイルを有する少なくとも１つの光ビームを生成するように適合された光学要素を指す。特に、角度依存光学要素は、入射光ビームのビームプロファイルに影響を与え、および／または変更および／または調整するように適合され得る。例えば、角度依存光学要素は、角度依存伝送特性、角度依存反射特性、または角度依存吸収特性のうちの１つまたは複数を有することができる。角度依存光学要素によって生成される光ビームは、少なくとも１つの伝送光ビームおよび／または少なくとも１つの反射光ビームを含むことができる。入射角は、角度依存光学要素の光軸に対して測定されてもよい。
【００４４】
角度依存光学要素の第１の側面、例えば表面および／または入射口に衝突する電磁波は、角度依存光学要素の特性に応じて、部分的に、吸収および／または反射および／または伝送され得る。「吸収」という用語は、角度依存光学要素による入射光ビームの出力および／または強度の低下を指す。例えば、入射光ビームの出力および／または強度は、角度依存光学要素によって熱または別のタイプのエネルギーに変換され得る。本明細書で使用するとき、「伝送」という用語は、光軸に対して９０°以上の角度を有する半空間内の角度依存光学要素の外側で測定可能な電磁波の一部を指す。例えば、伝送は、角度依存光学要素の第１の側面に衝突し、角度依存光学要素を貫通し、角度依存光学要素を第２の側面、たとえば反対側および／または射出口を離れる電磁波の残りの部分であり得る。「反射」という用語は、光軸に対して９０°未満の角度を有する半空間内の角度依存光学要素の外側で測定可能な電磁波の一部を指す。例えば、反射は、角度依存光学要素との相互作用により、入射光ビームの波面の方向変化であり得る。
【００４５】
角度依存性光学要素に衝突する電磁波の総出力は、角度依存性光学要素によって、少なくとも３つの成分、すなわち吸収成分、反射成分、および伝送成分に分配され得る。伝送度は、角度依存光学要素に衝突する電磁波の総出力によって正規化された伝送成分の出力として定義され得る。吸収度は、角度依存光学要素に衝突する電磁波の総出力によって正規化された吸収成分の出力として定義され得る。反射度は、角度依存光学要素に衝突する電磁波の総出力によって正規化された反射成分の出力として定義され得る。
【００４６】
本明細書で使用されるとき、「角度依存伝送」とは、伝送度が、物体から検出器に向かって伝播する入射光ビームが角度依存光学要素に衝突する入射角に依存するという事実を指す。上記で概説したように、入射角は、角度依存光学要素の光軸に対して測定されてもよい。角度依存光学要素は、少なくとも１つの転送装置の背後で伝播方向に配置されてもよい。角度依存光学要素および転送装置は、物体から検出器へ伝播する光ビームが角度依存光学要素に衝突する前に転送装置を経て通過するように配置されてもよい。角度依存光学要素は、物体から検出器へ伝播する光ビームが転送装置と転送装置の焦点との間の角度依存光学要素に当たるように配置されてもよい。少なくとも１つの転送装置の使用は、縦方向座標の測定のロバスト性をさらに向上することができる。転送装置は、例えば、少なくとも１つのコリメートレンズを備えてもよい。角度依存光学要素は、小さな角度で衝突する光線と比較して大きな角度で衝突する光線を弱めるように設計され得る。例えば、伝送度は、光軸に平行な光線、すなわち０°で最も高く、より高い角度では減少する可能性がある。特に、少なくとも１つのカットオフ角度では、伝送度が急激にゼロになる。したがって、大きな入射角を有する光線はカットオフされ得る。
【００４７】
本明細書で使用されるとき、「角度依存吸収」という用語は、吸収度が、物体から検出器に向かって伝播する入射光ビームが角度依存光学要素に衝突する入射角に依存するという事実を指す。本明細書で使用されるとき、「角度依存吸収」という用語は、吸収度が、物体から検出器に向かって伝播する入射光ビームが角度依存光学要素に衝突する入射角に依存するという事実を指す。例えば、物体から検出器へ伝播する光ビームの光子エネルギーおよび／または強度は、入射角に応じて低減され得る。
【００４８】
本明細書で使用されるとき、「角度依存反射」という用語は、反射度が、物体から検出器に向かって伝播する入射光ビームが角度依存光学要素に衝突する入射角に依存するという事実を指す。
【００４９】
角度依存光学要素は、少なくとも１つの光ファイバ、特に少なくとも１つの多分岐光ファイバ、特に少なくとも１つの分岐光ファイバと；検出器の光軸に垂直な少なくとも１つの平面に配置された少なくとも１つのレンズアレイ、特に少なくとも１つのマイクロレンズアレイ；少なくとも１つの光学干渉フィルタ；少なくとも１つの非線形光学要素、特に１つの複屈折光学要素、からなる群から選択される少なくとも１つの光学要素を含み得る。角度依存光学要素は、少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの角度依存反射要素、少なくとも１つの回折格子要素、特にブレーズ格子要素；少なくとも１つの開口絞り；少なくとも１つのプリズム；少なくとも１つのレンズ；少なくとも１つの伝送格子、からなる群から選択される少なくとも１つの光学要素を含み得る。少なくとも１つの光学干渉フィルタは一般に、干渉の原理に基づく少なくとも１つの任意の光学フィルタであり得る。光学干渉フィルタは、少なくとも１つの偏光フィルタ、および／または少なくとも１つのバンドパスフィルタ、および／または少なくとも１つの液晶フィルタ、特に１つの液晶調整可能フィルタ、および／または少なくとも１つのショートパスフィルタ、および／または少なくとも１つのロングパスフィルタ、および／または少なくとも１つのノッチフィルタ、であってもよく、および／または含むことができる。
【００５０】
例えば、角度依存光学要素は、少なくとも１本の光ファイバを含む。具体的には、角度依存光学要素は、少なくとも１つの光学測定ファイバを含む。光ファイバは、反射の影響を無視して、光ファイバに平行な、すなわち０°の角度の到来光線に対して伝送度が最大になるように設計され得る。光ファイバは、高い角度、例えば、１°から１０°の角度では、伝送度が平行光線の伝送度の約８０％までスムーズに減少し、光ファイバの受光角度まで絶えずこのレベルのままであるように設計され得る。本明細書で使用されるとき、用語「受光角」は、光線が光ファイバによって反射されるように、光ファイバ内での全反射が不可能である上記角度を指し得る。光ファイバは、受光角で伝送度が急激にゼロになるように設計され得る。入射角が大きい光線はカットされる場合がある。
【００５１】
光ファイバは、光ファイバの２つの端部間で吸収および／または反射されない入射光ビームの少なくとも一部を伝送するように適合されてよい。光ファイバは、長さを有してもよく、ある距離にわたって伝送できるように適合されてもよい。光ファイバは、シリカ、アルミノケイ酸塩ガラス、ゲルマンケイ酸塩ガラス、フルオロハフニウム酸塩、希土類ドープガラス、フッ化物ガラス、カルコゲナイドガラス、サファイア、ドープ変異体、特にシリカガラス、リン酸塩ガラス、ＰＭＭＡ、ポリスチレン、ポリ（ペルフルオロブテニルビニルエーテル）などのフルオロポリマーなど、からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含み得る。光ファイバは、シングルモードファイバまたはマルチモードファイバでもよい。光ファイバは、ステップインデックスファイバ、偏光ファイバ、偏光維持ファイバ、プラスチック光ファイバなどであってもよい。光ファイバは、ファイバコアとしてより低い屈折率を有する少なくとも１つのファイバクラッドにより囲まれた少なくとも１つのファイバコアを備えてもよい。ファイバクラッドは、ダブルまたはマルチクラッディングでもよい。ファイバクラッドは、いわゆる外側ジャケットを備えてもよい。ファイバクラッドは、光ファイバを損傷や湿気から保護するように適合される、いわゆるバッファでコーティングされ得る。バッファは、少なくとも１つのＵＶ硬化ウレタンアクリレート複合材料および／または少なくとも１つのポリイミド材料を含み得る。一実施形態では、ファイバコアの屈折率は、ファイバクラッド材料の屈折率よりも高くてもよく、光ファイバは、受光角以下の全反射によって入射光ビームを導くように適合されてよい。一実施形態では、光ファイバは、フォトニックバンドギャップファイバとも呼ばれる少なくとも１つの中空コアファイバを含むことができる。中空コアファイバは、本質的にいわゆる中空領域内に入射光ビームを案内するように適合されてもよく、ファイバクラッド材料への伝播によって、光ビームのわずかな部分が失われる。
【００５２】
光ファイバは、ファイバの端部に１つまたは複数のファイバコネクタを含み得る。光ファイバは、エンドキャップ、例えばコアレスエンドキャップを含むことができる。光ファイバは、ファイバカプラ、ファイバブラッググレーティング、ファイバ偏光子、ファイバアンプ、ファイバ結合ダイオードレーザ、ファイバコリメータ、ファイバジョイント、ファイバスプライス、ファイバコネクタ、メカニカルスプライシング、フュージョンスプライシング、などのうち１つまたは複数を含むことができる。光ファイバはポリマー被覆を含んでもよい。
【００５３】
光ファイバは少なくとも２つ以上のファイバを含み得る。光ファイバは、少なくとも１つの多分岐光ファイバ、特に少なくとも１つの分岐光ファイバであり得る。例えば、分岐光ファイバは、２つのファイバ、特に少なくとも１つの第１のファイバと少なくとも１つの第２のファイバとを含むことができる。第１のファイバと第２のファイバとは、互いに近接して分岐光ファイバの入射端に配置されていてよく、分岐光ファイバの出射端で距離をおいて２つの脚部に分割することができる。第１および第２のファイバは、同一の特性を有するファイバとして設計されてよく、または異なる種類のファイバとして設計されてもよい。第１のファイバは少なくとも１つの第１の伝送光ビームを生成するように適合され、第２のファイバは少なくとも１つの第２の伝送光ビームを生成するように適合されてもよい。分岐光ファイバは、入射光ビームが第１の入射角で第１のファイバに入射するように配置されてもよく、および、伝送度が第１の伝送光ビームおよび第２の伝送光ビームとで異なるように、第１の角度とは異なる第２の入射角で第２のファイバに入射するように配置されてもよい。一方の光センサを第１のファイバの出射端に配置し、他方の光センサを第２のファイバの出射端に配置することができる。光ファイバは、２本以上のファイバ、例えば３本、４本、またはそれ以上のファイバを含み得る。例えば、多分岐は複数のファイバを含むことができ、各ファイバはコア、クラッド、バッファ、ジャケットの少なくとも１つを含むことができ、１つまたは複数のファイバは、ファイバが、ファイバの一端などで互いに近接した状態を保てるように、ポリマーホースなどのさらなるジャケットによって部分的または全体的に束ねられてよい。すべての光ファイバの開口数は同じであってよい。すべての光ファイバは、物体から検出器に伝播する光ビームが転送装置と転送装置の焦点との間のすべての光ファイバに衝突するように配置されてもよい。光ファイバは、物体から検出器へ伝播する光ビームが光ファイバに衝突する光軸を通った位置がすべての光ファイバで同じになるように配置されてもよい。他の配置も可能であり得る。
【００５４】
検出器は、複数の光ファイバ、例えば、複数の単一光ファイバまたは複数の多分岐光ファイバを備えてもよい。例えば、光ファイバは光ファイバの束にして配置されてよい。例えば、検出器は、複数の単一の光ファイバ、例えば同一の特性を有する光ファイバを含んでよい。光ファイバ、すなわち単一の光ファイバまたは多分岐光ファイバは、入射光ビームが各光ファイバへの異なる入射角で衝突し、その結果、伝送度が光ファイバごとに異なるように配置されてよい。各光ファイバの出射端に、少なくとも１つの光センサを配置してよい。あるいは、少なくとも２つ以上の光ファイバが同じ光センサを使用してもよい。光ファイバの端部にある光センサは、光ファイバを出て光センサに向かう光ビームの輝度の少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９９％が、少なくとも１つの光センサに衝突するように配置することができる。角度依存光学要素が光ファイバの場合、結合信号Ｑを最適化するための転送装置に対する角度依存光学要素および／または光センサの関連位置は、物体から検出器へと進む光ビームが角度依存光学要素に衝突する位置によって与えられてよい。特に、物体から検出器へ進む光ビームが光ファイバに衝突する、転送装置に対する位置を最適化して、高ダイナミックレンジの結合信号Ｑを取得することができる。さらに、光学セットアップの最適化に関して、角度依存光学要素が光ファイバである場合、物体から検出器へ進む光ビームが光ファイバに衝突する位置は、角度依存光学要素がファイバではなく、干渉フィルタなどの場合に、物体から検出器へ進む光ビームが光センサに衝突する位置に対応する。
【００５５】
検出器は、物体を照射するための照射源をさらに含んでよい。一例として、照射源は、物体を照射するための照射光ビームを生成するように構成されてもよい。検出器は、照射光ビームが検出器から物体に向かって検出器の光軸を通って伝播するように構成されてもよい。この目的のために、検出器は、照射光ビームを光軸上に偏向させるための少なくとも１つの反射要素、好ましくは少なくとも１つのプリズムを含むことができる。
【００５６】
具体的には、照射源は、少なくとも１つのレーザおよび／またはレーザ源を含んでよい。様々な種類のレーザ、例えば半導体レーザなどを採用することができる。追加的にまたは代替的に、非レーザ光源、例えばＬＥＤおよび／または白熱電球などを使用することができる。照射源は、点群を生成および／または投影するように適合されてもよく、例えば照射源は、少なくとも１つのデジタル光処理プロジェクタ、少なくとも１つのＬＣｏＳプロジェクタ、少なくとも１つの空間光変調器；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの発光ダイオードアレイ；少なくとも１つのレーザ光源アレイ、のうち１つまたは複数を含み得る。照射源は、人工照射源、特に少なくとも１つのレーザ源および／または少なくとも１つの白熱灯および／または少なくとも１つの半導体光源、例えば少なくとも１つの発光ダイオード、特に、有機および／または無機発光ダイオードを含むことができる。一例として、照射源によって放射された光は、３００から１０００ｎｍ波長、特に５００から１０００ｎｍの波長を有することができる。追加的にまたは代替的に、例えば７８０ｎｍから３．０μｍの範囲など、赤外線スペクトル範囲の光を使用することができる。具体的には、シリコンフォトダイオードが７００ｎｍから１０００ｎｍの範囲で特に適用可能である近赤外領域の部分の光を使用することができる。それらの一般的に定義されたビームプロファイルおよび取扱性の他の特性のために、照射源として少なくとも１つのレーザ源の使用が特に好ましい。照射源は、検出器のハウジングに一体化されてよい。
【００５７】
さらに、照射源は、変調光または非変調光を放出するように構成されてよい。複数の照射源が使用される場合、異なる照射源は、以下でさらに詳細に概説するように、後で光線を識別するために使用され得る、異なる変調周波数を有してもよい。
【００５８】
照射光ビームは、一般に、光軸に対して平行であってもよく、または光軸に対して傾いてもよく、例えば、光軸との角度を含んで傾いてもよい。一例として、レーザ光ビームなどの照射光ビームと光軸とは、１０°未満、好ましくは５°未満、さらには２°未満の角度を含んでよい。しかしながら、他の実施形態も可能である。また、照射光ビームは光軸上にあっても光軸外にあってもよい。一例として、照射光ビームは、光軸に対して１０ｍｍ未満、好ましくは光軸に対して５ｍｍ未満、さらには光軸に対して１ｍｍ未満の距離を有して、光軸に対して平行であり得か、または光軸と一致することさえあり得る。
【００５９】
照射源は、角度依存光学要素を通して物体を照射するように適合されてよい。光ファイバは、物体を照射するように照射源によって生成された少なくとも１つの入射光ビームを伝送するように適合された少なくとも１つの照射ファイバを備えてよい。照射源は、照射源によって生成された少なくとも１つの光ビームを照射ファイバに結合するように適合されてよい。検出器は、少なくとも１つの結合要素、例えば少なくとも１つの入力結合要素および／または少なくとも１つの出力結合要素であって、光ファイバの前および／または後ろに配置され得る少なくとも１つの結合要素を備えてもよい。結合要素は、少なくとも１つの転送装置であってもよく、またはそれを含んでもよい。
【００６０】
検出器は、さらなる結合要素を備えてよく、特に、物体から検出器へと進む光ビームを照射ファイバに結合するように適合されたさらなる結合要素を備えてもよい。さらなる結合要素は、光ファイバの前面で物体から検出器まで進む光ビームの伝播方向に配置されてもよい。さらなる結合要素は、少なくとも１つの転送装置であってもよく、またはそれを含んでもよい。
【００６１】
検出器が複数の光ファイバを含む場合、検出器は、１つの照射源または複数の同一の照射源および／または複数の異なる照射源を含み得る。例えば、複数の照射源は、例えば色または変調周波数が異なる特性を持つ光を生成する少なくとも２つの照射源を備えてもよい。一実施形態では、複数の光ファイバのうち少なくとも２つの光ファイバは、同じ照射源および／または２つの同一の照射源を使用して照射されてもよい。同じ照射源によって、および／または同一の照射源によって照射される各光ファイバの出射端に、少なくとも１つの光センサが配置されてもよい。あるいは、同じ照射源によって照射された少なくとも２つ以上の光ファイバが同じ光センサを使用してもよい。複数の光ファイバに対して同じ照射源と同じ光センサが使用されるような検出器は、近接センサとして使用されてもよい。一実施形態では、複数の光ファイバのうちの少なくとも２つの光ファイバが少なくとも２つの異なる照射源を使用することにより照射され得る。各光ファイバの出射端に、少なくとも１つの光センサが配置されてもよい。あるいは、少なくとも２つ以上の光ファイバが同じ光センサを使用してもよい。
【００６２】
検出器は小さなベースラインを含んでもよい。特に、ベースラインは、検出器の少なくとも１つの照射チャネルと少なくとも１つの受信器チャネルとの間の距離であり得る。具体的には、距離、例えばｘｙ平面内の、少なくとも１つの照射チャネルと少なくとも１つの受信器チャネルとの間の距離は、可能な限り小さくてもよい。本明細書で使用されるとき、「照射チャネル」という用語は、少なくとも１つの光照射ファイバが少なくとも１つの物体を照射するために少なくとも１つの照射光ビームを生成するように適合された、少なくとも１つの照射源および／または少なくとも１つの発光要素を含む少なくとも１つの光学チャネルを指す。照射チャネルは、少なくとも１つの照射源および少なくとも１つのレンズ要素などの少なくとも１つの伝送光学系を備えてもよい。本明細書で使用されるとき「受信器チャネル」という用語は、物体から検出器へ伝播する光ビームを受信するように適合された少なくとも１つの光学要素を含む少なくとも１つの光学チャネルを指す。受信器チャネルは、少なくとも１つの転送装置および少なくとも１つの角度依存光学要素と光センサなどの少なくとも１つの受信光学系を備えてもよい。ベースライン、つまり照射チャンネルと受信器チャンネル間の距離は、最小距離であってもよい。最小距離は、伝送光学系と受信光学系の構成要素のサイズにのみ依存する。最小距離はゼロの場合がある。特に、照射源と光センサとの間の検出器の光軸に垂直な距離は小さくてよい。照射源と光センサとの間の検出器の光軸に垂直な距離は、０．１ｍ未満、好ましくは０．０５ｍ未満、より好ましくは０．０２５ｍ未満であり得る。特に、照射源と光センサとの間の検出器の光軸に垂直な距離は、０．０１ｍ未満、好ましくは０．００５ｍ未満、より好ましくは０．００２５ｍ未満であり得る。特に、検出器と照射源の間の距離は、転送装置の直径の１５０％未満、好ましくは転送装置の直径の１１０％未満、より好ましくは転送装置の直径の１００％未満であってよい。ベースラインがゼロである実施形態が可能である。照射源と光軸は、小さなベースラインによって分離され得る。本明細書で使用されるとき、基線とも呼ばれる用語「ベースライン」は、距離、例えばｘｙ平面における、少なくとも１つの伝送光学系と少なくとも１つの受信光学系との間の距離をさらに指す。例えば、ベースラインは、光軸と照射源との間の距離、特に光軸と照射光ビームのｚ成分との間の距離であり得る。検出器は、照射源までの距離をさらに増大させることができる、たとえば少なくとも１つのミラーなど、追加の光学要素を含むことができる。例えば、角度依存光学要素が少なくとも１つの光ファイバを含む場合、ベースラインは伝送レンズと受信レンズの間の距離であり得る。伝送レンズは、照射光ビームの伝播方向で光照射ファイバの背後に配置されてもよい。受信レンズは、物体から検出器へ伝播する光ビームの伝播方向で光ファイバの前に配置されてもよい。転送装置は、受信レンズを含み得る。具体的には、角度依存光学要素が、受信ファイバとも呼ばれる少なくとも１つの光ファイバを含む場合、「ベースライン」という用語は、物体から検出器に伝播する光ビームが角度依存光学要素、特に少なくとも１つの受信ファイバの少なくとも１つの入射面に衝突する位置と、照射源および／または少なくとも１つの光照射ファイバの少なくとも１つの出射面との間の距離を指す。本明細書で使用するとき、「光照射ファイバの入射面」という用語は、照射源によって生成された光ビームを受信するように適合された光照射ファイバの少なくとも一端を指す。用語「光照射ファイバの出射面」は、光照射ファイバを通って伝播する光ビームが光照射ファイバから離れる光ファイバの少なくとも一端を指す。本明細書で使用されるとき「光ファイバの入射面」という用語は、物体から検出器に伝播する光ビームを受信するように適合された光ファイバの少なくとも一端を指す。用語「光ファイバの出射面」は、光ファイバを通って伝播する光ビームが光ファイバから離れる光ファイバの少なくとも一端を指す。角度依存要素は、２つの受信ファイバ、第１の光センサに光を提供する第１の受信ファイバと第２の光センサに光を提供する第２の受信ファイバとを備えてもよい。受信ファイバのそれぞれは、出射端と入射端を備えてよい。例えば、角度依存光学要素は、それぞれ少なくとも１つの入射面を有する少なくとも２つの光ファイバを備えてもよく、入射面は、特に測定ヘッド内に、同心に、または互いの上に、または互いに平行に、または並行に配置される。照射源および／または光照射ファイバの出射端と、入射面の一方または双方との間の検出器の光軸に垂直な距離は、０．０１ｍ未満、好ましくは０．００５ｍ未満、より好ましくは０．００２５ｍ未満であり得る。
【００６３】
照射源および／または照射ファイバの出射面は、光軸から最小距離だけ間隔を空けてよい。光軸からの最小距離は、光センサのサイズおよび位置および少なくとも１つの転送装置のサイズおよび位置などのさらなる検出器要素によって表すことができ、これについては以下で詳細に説明する。ベースラインは、０．１ｍ未満、好ましくは０．０５ｍ未満、より好ましくは０．０２５ｍ未満であってもよい。ベースラインは、０．０１ｍ未満、好ましくは０．００５ｍ未満、より好ましくは０．００２５ｍ未満であり得る。たとえば、ベースラインは２ｍｍである。特に、照射源および／または照射ファイバの出射面と角度依存光学要素との間の距離は小さい。角度依存光学要素が少なくとも１つの光ファイバであるか、またはそれを含む場合、照射源および／または照射ファイバの出射面と光ファイバへの入射口との間の距離は小さい。特に、角度依存光学要素が光ファイバである場合、ベースラインは転送装置の半径よりも小さくてもよい。例えば、角度依存光学要素は光ファイバであってもよい。照射源は、光ファイバを通って案内されてよく、照射ビームは、転送装置の半径より小さいベースライン内で転送装置の背後において光ファイバから出てもよい。ベースラインはゼロの場合がある。照射源は、少なくとも１つの照射光ビームを生成するように適合されてもよく、照射ビームを案内する光ファイバはポリマーまたは接着剤などによって転送装置に取り付けられ、大きな屈折率差を有するインターフェースにおける反射を軽減する。例えば、検出器は、さらなる光学要素のない小型な装置であってもよく、照射源は、転送装置の端部に可能な限り近接して配置されてもよい。したがって、ベースラインは、転送装置、特にレンズの直径、レンズと光源のハウジングの直径の半分に近い場合がある。例えば、検出器はさらに小型の装置であってもよく、ミラー、特に小さなミラーは、照射ビームをビーム経路に結合するために、転送装置の前、特に中心、例えば幾何学的中心、または転送装置の中心近くに配置されてもよい。したがって、ベースラインは、転送装置の直径の半分より小さくてもよい。照射源は、ベースラインが可能な限り小さくなるように配置されてもよい。照射光ビームの伝播方向が光軸に本質的に平行になるように、照射源および／または照射ファイバの出射面を配置することによって、照射源および／または照射ファイバの出射面と光軸が小さなベースラインによって分離され、非常に小型な装置が可能となる。例えば、転送装置の中心から照射源および／または照射ファイバの出射面までの距離、特に、転送装置の中心から照射源および／または照射ファイバの出射面までの接続線に沿った距離は、照射ファイバの距離は、転送装置の場合、転送装置の中心からエッジまでの距離の２．５倍未満であることが好ましく、より好ましくは転送装置の中心からエッジまでの距離の１．５倍未満、最も好ましくは転送装置の中心からエッジまでの距離の１倍未満であり得る。転送装置は任意の形状を有することができ、特に非円形の形状が可能である。小さな距離では、照射源の開口が小さくなり、ベースラインが小さくなる場合がある。大きな距離では、照射源の開口が大きくなり、ベースラインが小さくなる場合がある。これは、距離が遠いほど大きなベースラインが必要な三角測量法とは逆である。さらに、三角測量ベースのシステムは、ベースラインの空間的拡張が必要なため、例えば検出器システムから２０ｃｍなど、ゼロよりも大幅に大きい最小検出範囲を有する。そのような大きなベースラインは、物体から散乱された照射光が、転送装置の背後の光センサの光感エリアに到達しないかもしれないという結果をもたらす可能性がある。さらに、三角測量ベースのシステムでは、小さなベースラインを使用すると最小検出範囲が減少するが、同時に最大検出範囲が減少する。さらに、三角測量に基づくシステムは、複数の感光エリアとセンサ信号、例えば少なくとも１つの検出器列のセンサ信号を必要とする。本発明によれば、縦方向座標ｚの決定は、センサ信号の数を減らすこと、特に２０個未満、好ましくは１０個未満、より好ましくは５個未満のセンサ信号で可能である。照射源および角度依存光学要素は、以下で詳細に説明するように、物体から転送装置の背後の検出器に進む光ビームの伝播方向に配置されてもよい。照射源および／または照射ファイバの出射面と光センサとの間の検出器の光軸に垂直な距離は、転送装置の半径より小さくてもよい。
【００６４】
照射源および／または照射ファイバの出射面と一方または双方の光センサは、検出器の光軸からの相対的な空間的オフセットで配置されてもよい。特に、照射源および／または照射ファイバの出射面と一方または双方の光センサは、光軸から異なる空間的オフセットで配置されてもよい。特に、照射源および／または照射ファイバの出射面と角度依存光学要素は、検出器の光軸からの相対的な空間的オフセットで配置されてもよい。特に、照射源および／または照射ファイバの出射面と角度依存光学要素は、光軸から異なる空間オフセットで配置されてもよい。光センサは、検出器の光軸からの相対的な空間的オフセットで配置されてもよい。特に、各光センサは、検出器の光軸から異なる空間的オフセットで配置されてもよい。照射源および光センサおよび／または照射源と角度依存光学要素および／または光センサは、検出器の光軸からの相対的な空間的オフセットで配置されてもよい。そのような配置は、商が大きくなる傾向を高めること、したがって距離測定の精度を高めることを可能にし得る。特に、空間的オフセットが大きくなると、Ｑ対距離の図における勾配が大きくなるため、同様の距離をより正確に識別し得る。例えば、照射源および光センサの一方は光軸上に配置され、他方は光軸から間隔を空けて配置されてもよい。例えば、照射源と光センサの両方は、少なくとも１つの異なる距離、特に光軸に垂直な距離を光軸から間隔を空けて配置されてもよい。例えば、多分岐光ファイバの少なくとも２つのファイバは、光軸から異なる距離に配置されてもよい。角度依存光学要素は、照射源および／または光センサを動かすことなく、照射源と光センサとの間の光軸に垂直な実際の距離と比較して、より大きな距離を模倣するように適合され得る。
【００６５】
加えて、検出器は少なくとも１つの転送装置を含む。「転送システム」とも呼ばれる「転送装置」という用語は一般に１つまたは複数の光学要素を指し、該光学要素は、例えば、光ビームのビームパラメータ、光ビーム幅、または光ビームの方向のうちの１つまたは複数を修正することによって、光ビームを修正するように適合される。転送装置は、光ビームを光センサ上に案内するように適合されてもよい。転送装置は、具体的には、少なくとも１つのレンズであって、例えば少なくとも１つの焦点調節可能レンズ、少なくとも１つの非球面レンズ、少なくとも１つの球面レンズ、少なくとも１つのフレネルレンズ、からなる群から選択される、少なくとも１つのレンズ；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの凹面鏡；少なくとも１つのビーム偏向要素、好ましくは少なくとも１つのミラー；少なくとも１つのビーム分割要素、好ましくはビーム分割キューブまたはビーム分割ミラーのうちの少なくとも１つ；少なくとも１つのマルチレンズシステム、のうちの１つまたは複数を含み得る。転送装置は、少なくとも１つの屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズを備えてもよい。ＧＲＩＮレンズは、例えば、軸方向および／または放射状および／または球面状の屈折率勾配などの連続的な屈折率勾配を有していてもよい。ＧＲＩＮレンズのｆナンバーは、レンズの長さに依存し得る。ＧＲＩＮレンズを使用すると、特に非常に薄い光学系を使用して、光学系を小型化できる。たとえば、厚さまたは直径が０．２ｍｍの非常に薄い光学系が可能である。転送装置は、例えばトーラス形状の少なくとも１つの環状軸方向レンズを含むことができる。環状軸方向レンズは、平凸形状、例えば、軸方向および／または放射状および／または球面状湾曲を有してもよい。
【００６６】
本明細書で使用するとき、転送装置の「焦点距離」という用語は、転送装置に衝突する可能性のある入射コリメート光線が「焦点」とも呼ばれる「フォーカス」に至る距離を指す。したがって、焦点距離は、衝突する光ビームを収束させる転送装置の能力の尺度を構成する。したがって、転送装置は、収束レンズの効果を有することができる１つまたは複数の撮像要素を備えることができる。例として、転送装置は、１つまたは複数のレンズ、特に１つまたは複数の屈折レンズ、および／または１つまたは複数の凸面鏡を有することができる。この例では、焦点距離は、薄い屈折レンズの中心から薄いレンズの主焦点までの距離として表ことができる。収束する薄い屈折レンズ、例えば、凸レンズまたは両凸の薄いレンズの場合、焦点距離は、正であると考えられ、転送装置としての薄いレンズに当たるコリメート光のビームが単一スポットにフォーカスされ得る距離を提供してもよい。さらに、転送装置は少なくとも１つの波長選択要素、例えば少なくとも１つの光フィルタを含むことができる。さらに、転送装置は、電磁放射に関する所定のビームプロファイルを、例えばセンサ領域、特にセンサエリアの位置に印加するように設計され得る。転送装置の上述の任意の実施形態は、原則として、それぞれまたは任意の所望の組み合わせで実現することができる。
【００６７】
転送装置は光軸を有してもよい。特に、検出器と転送装置は共通の光軸を有する。本明細書で使用するとき、用語「転送装置の光軸」は、一般に、レンズまたはレンズ系の鏡面対称または回転対称の軸を指す。検出器の光軸は、検出器の光学セットアップの対称線であってもよい。検出器は、少なくとも１つの転送装置、好ましくは少なくとも１つのレンズを有する少なくとも１つの転送システムを備える。一例として、転送システムは、少なくとも１つのビーム経路を備えてもよく、ビーム経路内の転送システムの要素は、光軸に対して回転可能に配置され、または対称的にさえ配置される。それでも、以下でさらに詳細に概説するように、ビーム経路内に位置する１つまたは複数の光学要素も、光軸に対して中心から外れ、または傾斜していてもよい。ただし、この場合、光軸は、ビーム経路内の光学要素の中心を相互接続することにより、例えばレンズの中心を相互接続することにより、連続的に表すことができ、この関係では、光センサは光学要素としてみなされない。光軸は一般にビーム経路を示すことができる。その中で、検出器は、光ビームが物体から光センサまで、それを通って進む単一のビーム経路を備えているか、または、複数のビーム経路を有してもよい。一例として、単一のビーム経路が与えられてもよいし、ビーム経路が２つ以上の部分的なビーム経路に分割されてもよい。後者の場合、各部分ビーム経路はそれ自体の光軸を有することができる。光センサは、同一のビーム経路または部分的なビーム経路に配置されてもよい。しかしながら、代わりに、光センサは、異なる部分ビーム経路に配置されてもよい。
【００６８】
転送装置は座標系を構成し、縦方向座標ｌは光軸に沿った座標であり、ｄは光軸からの空間的オフセットである。座標系は、極座標系であり得、転送装置の光軸がｚ軸を形成し、ｚ軸からの距離および極角が追加座標として使用され得る極座標系であってよい。ｚ軸に平行または反平行な方向は縦方向と見なすことができ、ｚ軸に沿った座標は縦方向座標ｌと見なすことができる。ｚ軸に垂直な任意の方向は横方向と見なすことができ、極座標および／または極角は横方向座標と見なすことができる。
【００６９】
光センサおよび／または少なくとも１つの受信ファイバの入射面は、フォーカスをずらして配置されてもよい。本明細書で使用する「フォーカス」という用語は、一般に、転送装置または転送装置の焦点距離によって引き起こされる光ビームの、特に物体の１点から放射される少なくとも１つの光ビームの錯乱円の最小限の範囲の１つまたは双方を指す。本明細書で使用されるとき「錯乱円」という用語は、転送装置によってフォーカスされる光ビームの光線の円錐によって引き起こされる光スポットを指す。錯乱円は、転送装置の焦点距離ｆ、物体から転送装置までの縦方向距離、転送装置の射出瞳の直径、転送装置から感光エリアへの縦方向距離、転送装置から物体の画像までの距離に依存する場合がある。たとえば、ガウスビームの場合、錯乱円の直径はガウスビームの幅である。特に、検出器から無限の距離に置かれているまたは設置されている物体のような点の場合、転送装置は、物体からの光ビームを転送装置の焦点距離の焦点に集束するように適合され得る。検出器から無限の距離に位置または配置された物体のような非点（ｎｏｎ−ｐｏｉｎｔ）の場合、転送装置は、物体の少なくとも１点からの光ビームを転送装置の焦点距離の焦点面に集束するように適合され得る。検出器から無限でない距離に物体が位置または配置されているような点の場合、錯乱円は、少なくとも１つの縦方向座標で最小限の範囲を持つことができる。検出器から無限の距離に位置または配置されていない物体のような非点（ｎｏｎ−ｐｏｉｎｔ）の場合、物体の少なくとも１点からの光ビームの錯乱円は、少なくとも１つの縦方向座標で最小限の範囲を持つことができる。本明細書で使用するとき、「フォーカスをはずして配置」という用語は、一般に、転送装置または転送装置の焦点距離によって引き起こされる光ビームの錯乱円の最小限の範囲以外の位置を指す。特に、錯乱円の焦点または最小限の範囲は、縦方向座標ｌｆｏｃｕｓにあり、一方、各光センサおよび／または少なくとも１つの受信ファイバの入射面の位置は、ｌｆｏｃｕｓとは異なり縦方向座標ｌｓｅｎｓｏｒを有してもよい。例えば、縦方向座標ｌｓｅｎｓｏｒは、縦方向において、縦方向座標ｌｆｏｃｕｓよりも転送装置の位置に近く配置されてもよく、または縦方向座標ｌｆｏｃｕｓよりも転送装置の位置から遠く離れて配置されてもよい。したがって、縦方向座標ｌｓｅｎｓｏｒおよび縦方向座標ｌｆｏｃｕｓは、転送装置から異なる距離に位置していてもよい。例えば、光センサおよび／または少なくとも１つの受信ファイバの入射面は、縦方向における錯乱円の最小限の範囲から間隔を空けられてよく、焦点距離の±２％、好ましくは焦点距離の±１０％、最も好ましくは焦点距離の±２０％である。例えば、転送装置の焦点距離が２０ｍｍで、縦方向座標ｌｓｅｎｓｏｒが１９．５ｍｍである場合、すなわち、ｌｓｅｎｓｏｒがフォーカスから焦点距離の２．５％離れるように、センサおよび／または少なくとも１つの受信ファイバの入射面は、焦点距離の９７．５％に配置され得る。
【００７０】
上記で概説したように、光センサおよび／または少なくとも１つの受信ファイバの入射面は、焦点がずれて配置されてもよい。光センサおよび／または少なくとも１つの受信ファイバの入射面は、結合信号の距離依存性に対する分散が最大になるように配置されてもよく、これは結合信号Ｑの最大ダイナミックレンジに等しい。この理論に束縛されることを望むものではないが、ダイナミックレンジを最大化するための実用的な近似は、距離依存性に対する錯乱円の分散を最大化することである。小さい物体距離と大きい物体距離での錯乱円の半径の商は、小さい物体距離と大きい物体距離での結合信号の商の実用的な近似値である。特に、光センサおよび／または少なくとも１つの受信ファイバの入射面は、大きな物体距離での結合信号Ｑｆａｒおよび小さな物体距離での結合信号Ｑｃｌｏｓｅが最大変動を有するように配置されてもよい。
【００７１】
【数１】
2020510820.tif 000003
【００７２】
ここで、数式１中、以下の数式２で示す部分は、小さな物体距離での錯乱円の半径であり、以下の数式３で示す部分は、大きな物体距離での錯乱円の半径である。
【００７３】
【数２】
2020510820.tif 000004
【数３】
2020510820.tif 000005
【００７４】
また、ここで、ｚｏは、光センサおよび／または少なくとも１つの受信ファイバの入射面と物体の間の検出可能な距離範囲であり、ｚｓは、転送装置と光センサおよび／または少なくとも１つの受信ファイバの入射面との間の距離であり、ｚｉは、転送装置の背後にあるフォーカスされた画像の位置であり、物体ｚｏの位置に依存する。光センサの最適位置および／または角度依存光学要素の最適位置、具体的には、物体から検出器に進む光ビームが光ファイバに衝突する光ファイバの端の位置は、次の手順を使用して調整できる：ｉ）光センサおよび／または少なくとも１つの受信ファイバの入射面を、最も遠い物体距離の焦点に配置すること；ｉｉ）特に光軸に沿って、または光軸に対して焦点からの距離Δが最適な錯乱変動と最大範囲を与えるように、光センサおよび／または少なくとも１つの受信ファイバの入射面を焦点から移動させること、ここでΔは以下の数式４で与えられる。
【００７５】
【数４】
2020510820.tif 000006
【００７６】
ここで、Ｏｓｉｚｅは、光センサおよび／または少なくとも１つの受信ファイバの入射面のスポットサイズ、ｆは転送装置の焦点距離、Ｆ＃は転送装置のＦナンバー、ｚｏｆａｒは、最も遠い物体距離である。
【００７７】
光センサおよび／または少なくとも１つの受信ファイバの入射面は、光センサの感光エリアおよび／または少なくとも１つの受信ファイバの入射面が、それらの縦方向座標、それらの空間的オフセット、またはそれらの表面積のうちの少なくとも１つにおいて異なるように配置されてもよい。
【００７８】
各感光エリアは、幾何学的中心を有することができる。本明細書で使用されるとき、エリアの「幾何学的中心」という用語は一般に、エリアの重心を指し得る。例として、エリアの内側または外側の任意の点が選択され、エリアの各点とこの任意の点を相互に接続するベクトル上で積分が形成される場合、積分は任意の点の位置の関数である。任意の点がエリアの幾何学的中心に位置する場合、積分の絶対値の積分は最小化される。したがって、言い換えれば、幾何学的中心は、エリアのすべての点からの全体または合計の距離が最小になるエリアの内側または外側の点であり得る。
【００７９】
例えば、各感光エリアの各幾何学中心は、縦方向座標Ｉｃｅｎｔｅｒ，ｉに配置することができ、ｉはそれぞれの光センサの番号を表す。検出器が正確に２つの光センサを含む場合、および検出器が２つ以上の光センサを含む場合、光センサは少なくとも１つの第１の光センサを含むことができ、第１の光センサ、特に幾何学的中心は第１の縦方向座標Ｉｃｅｎｔｅｒ，１および少なくとも１つの第２の光センサに配置され、第２の光センサ、特に幾何学的中心は、第２の縦方向座標Ｉｃｅｎｔｅｒ，２にあり、第１の縦方向座標および第２の縦方向座標は異なる。例えば、第１の光センサおよび第２の光センサは、光軸の方向にオフセットされた異なる平面に配置されてもよい。第１の光センサは、第２の光センサの前に配置されてもよい。したがって、一例として、第１の光センサは、第２の光センサの表面に単に配置されてもよい。追加的または代替的に、第１の光センサは、第２の光センサから間隔を空けられてもよく、例えば、第１の感光エリアの表面積の平方根の５倍以下だけ、第２の光センサから間隔を空けられてもよい。追加的または代替的に、第１の光センサは、第２の光センサの前に配置されてもよく、第２の光センサから５０ｍｍ以下、好ましくは１５ｍｍ以下の間隔を空けられてよい。第１の光センサと第２の光センサの相対距離は、例えば、焦点距離または物体距離に依存し得る。
【００８０】
上記の条件の１つが満たされる限り、光センサの縦方向座標も同じであり得る。例えば、光センサの縦方向座標は同一であってもよいが、感光エリアは光軸から間隔を空けられてもよく、および／または表面領域が異なっていてもよい。
【００８１】
各光感応エリアの各幾何学的中心は、それぞれの光センサが配置されているビーム経路またはそれぞれのビーム経路の光軸など、転送装置の光軸から間隔を空けて配置されてもよい。幾何学的中心と光軸の間の、特に横方向の距離は、「空間的オフセット」という用語で示される。正確に２つの光センサを含む検出器の場合、および２つ以上の光センサを含む検出器の場合、光センサは、第１の空間的オフセットだけ光軸から間隔を空けられた少なくとも１つの第１の光センサ、および第２の空間的オフセットだけ光軸から間隔を空けられた少なくとも１つの第２の光センサを含むことができ、ここで、第１の空間的オフセットと第２の空間的オフセットは異なる。一例として、第１および第２の空間的オフセットは、少なくとも１．２倍、より好ましくは少なくとも１．５倍、より好ましくは少なくとも２倍異なっていてもよい。上記の条件の１つが満たされる限り、空間的オフセットもゼロになるか、負の値をとり得る。
【００８２】
本明細書で使用するとき、「表面エリア」という用語は、一般に、少なくとも１つの感光エリアの形状と関係の両方を指す。正確に２つの光センサを含む検出器の場合、および２つ以上の光センサを含む検出器の場合、光センサは、第１の表面エリアを有する少なくとも１つの第１の光センサと、第２の表面エリアを有する少なくとも１つの第２の光センサとを含み得る。２つ以上の光センサ、例えば光センサのマトリックスを含むセンサ要素を含む検出器の場合、第１の一群の光センサまたは少なくとも１つのマトリックスの光センサは、第１の表面エリアを形成してもよく、第２の一群の光センサまたは少なくとも１つのマトリックスの他の光センサは、第２の表面エリアを形成してもよい。第１の表面エリアと第２の表面エリアは異なってよい。特に、第１の表面エリアと第２の表面エリアとは一致しない。したがって、第１の光センサおよび第２の光センサの表面エリアは、形状または関係のうちの１つ以上において異なり得る。例えば、第１の表面エリアは第２の表面エリアよりも小さくてもよい。一例として、第１の表面エリアと第２の表面エリアの両方が正方形または長方形の形状であり得る場合、第１の表面エリアの正方形または長方形の辺の長さは第２の表面エリアの正方形または長方形の対応する辺の長さよりも小さくてよい。あるいは、一例として、第１の表面エリアと第２の表面エリアの両方が円形であり得る場合、第１の表面エリアの直径は第２の表面エリアの直径よりも小さくてよい。また、あるいは、一例として、第１の表面エリアは第１の等価直径を有し、第２の表面エリアは第２の等価直径を有し得る場合、第１の等価直径は第２の等価直径よりも小さくてよい。上述の条件のうちの１つが満たされる限り、表面エリアは一致してもよい。
【００８３】
光センサ、特に感光エリアは、重なっていてもよく、または光センサ間に重なりが生じないように配置されていてもよい。
【００８４】
例えば、検出器は、少なくとも２つの光ファイバ、特に少なくとも２つの受信ファイバを備えてもよく、第１の受信ファイバは、物体から検出器へ伝播する光ビームの少なくとも一部を第１の光センサに提供するように適合され、第２の受信ファイバは、物体から検出器まで伝播する光ビームの少なくとも一部を第２の光センサに提供するように適合される。検出器、特に角度依存光学要素は、複数の光ファイバを含むことができ、各光ファイバは、物体から検出器に伝播する光ビームの少なくとも一部を光センサの１つに提供するように適合される。受信ファイバのそれぞれの入射面の各幾何学的中心は、縦方向座標ｌｃｅｎｔｅｒ，ｉに配置されてもよく、ｉはそれぞれの受信ファイバの数を示す。検出器は、正確に２つの光センサおよび／または正確に２つの受信ファイバを含み、それぞれが入射面を含む。検出器は、２つ以上の光センサおよび／または２つ以上の受信ファイバを備えてもよい。受信ファイバは、少なくとも１つの第１の入射面を有する少なくとも１つの第１の受信ファイバと、少なくとも１つの第２の入射面を有する少なくとも１つの第２の受信ファイバとを含み得る。第１の入射面、特に幾何学的中心は、第１の縦方向座標ｌｃｅｎｔｅｒ，１に配置され、第２の入射面、特に幾何学的中心は、第２の縦座標ｌｃｅｎｔｅｒ，２に配置されてもよく、第１の縦方向座標と第２の縦方向座標は異なる。例えば、第１の入射端および第２の入射端は、光軸の方向にオフセットされた異なる平面に位置してもよい。第１の入射端は、第２の入射端の前に配置されてもよい。第１の入射端と第２の入射端の相対的距離は、例えば、焦点距離または物体距離に依存し得る。上記の条件の１つが満たされる限り、受信ファイバの入射面の縦方向座標も同じであり得る。具体的には、受信ファイバの入射面の縦方向座標は同一でよいが、受信ファイバの入射面は、異なる空間的オフセットにより光軸から間隔を空けてもよい。第１の光ファイバおよび第２の光ファイバは、共通の中心軸を有するように配置されてもよい。第１の光ファイバと第２の光ファイバは同心円状に配置されてもよい。第１の光ファイバは、第２の光ファイバを取り囲むことができる。例えば、第１の入射面および第２の入射面は円形であり、第１の入射面は第１の半径の円であり、第２の入射面は第１の半径とは異なる第２の半径の円であってもよい。追加的または代替的に、第１の入射面は、第２の入射面から間隔を空けることができる。第１の入射面は、第２の入射面の前に配置することができ、第２の入射面から５０ｍｍ以下、好ましくは１５ｍｍ以下の間隔を空けてよい。第１の光センサと第２の光センサの相対距離は、例えば、焦点距離または物体距離に依存し得る。
【００８５】
角度依存光学要素は、それぞれ少なくとも１つの入射面を有する少なくとも２つの光ファイバを備えてもよい。角度依存光学要素は、複数の光ファイバを備えてもよい。入射面は、互いに同心円状に、および／または互いの上に、および／または互いに平行に、および／または並行に配置される。
【００８６】
受信ファイバの各入射面の各幾何学的中心は、例えば、ビーム経路の光軸、または受信ファイバのそれぞれの入射面が位置するそれぞれのビーム経路など、転送装置の光軸から間隔を空けてもよい。それぞれ１つの入射面を含む正確に２つの受信ファイバを含む検出器の場合、および２つ以上の受信ファイバを含む検出器の場合、受信ファイバは、第１空間的オフセットだけ光軸から間隔を空けられた少なくとも１つの第１入射面を含む少なくとも１つの第１の受信ファイバと、第２の空間的オフセットだけ光軸から間隔を空けられ少なくとも１つの第１の入射面を含む少なくとも１つの第２の受信ファイバを含んでよく、第１の空間的オフセットおよび第２の空間的オフセットは異なる。第１および第２の空間的オフセットは、一例として、少なくとも１．２倍、より好ましくは少なくとも１．５倍、より好ましくは少なくとも２倍異なっていてもよい。上記の条件の１つが満たされる限り、空間的オフセットもゼロになるか、負の値になると想定される。
【００８７】
正確に２つの受信ファイバを含む検出器の場合、および２つ以上の受信ファイバを含む検出器の場合、受信ファイバは、第１の断面を有する少なくとも１つの第１の受信ファイバと、第２の断面を有する少なくとも１つの第２の受信ファイバとを含み得る。「断面」という用語は、受信ファイバの延長方向に垂直なエリアを指す。２つ以上の受信ファイバを含む検出器の場合、光ファイバの第１のグループまたは光ファイバの少なくとも１つは第１の断面を形成し、光ファイバの第２のグループまたは少なくとも１つの他の光ファイバは第２の断面を形成する。第１の断面と第２の断面は異っていてよい。特に、第１の断面と第２の断面は正確に合致していない。したがって、第１の受信ファイバと第２の受信ファイバの断面は、１つまたは複数の形状または関係が異なっていてよい。例えば、第１の断面は第２の断面より小さくてよい。一例として、第１の断面および第２の断面の両方が円の形状を有してよい。第１の入射面の第１の円の半径は、対応する第２の入射面の第２の円の対応する半径より小さくてもよい。具体的には、第１の断面の直径は、第２の断面の直径より小さくてもよい。また、代替的に、一例として、第１の断面は第１の等価直径を有し、第２の断面は第２の等価直径を有し、第１の等価直径は第２の等価直径よりも小さくてもよい。上記の条件の１つが満たされている限り、断面は正確一致し得る。
【００８８】
明細書でさらに使用されるとき「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して、より好ましくは少なくとも１つのプロセッサおよび／または少なくとも１つの特定用途向け集積回路を使用することによって、指定さ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、少なくとも１つの評価装置は、いくつかのコンピュータコマンドを含むソフトウェアコードを保存している少なくとも１つのデータ処理装置を含むことができる。評価装置は、１つまたは複数の指定された操作を実行するための１つまたは複数のハードウェア要素を提供し、および／または１つまたは複数の定された操作を実行するためのソフトウェアを実行する１つまたは複数のプロセッサを提供し得る。
【００８９】
評価装置は、センサ信号の結合信号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る。本明細書で使用されるとき「結合信号Ｑ」という用語は、センサ信号を結合することにより生成される信号を指し、特にセンサ信号を割り算すること、センサ信号の倍数を割り算すること、またはセンサ信号の線形結合を割り算することとのうち１つまたは複数により生成される信号を指す。特に、結合信号は商信号であり得る。結合信号Ｑは、様々な手段を使用することにより決定され得る。一例として、結合信号を導出するためのソフトウェア手段、結合信号を導出するためのハードウェア手段、または、その両方を使用することができ、評価装置に実装することができる。したがって、評価装置は、一例として、商信号を導出するように構成された少なくとも１つのデバイダを備えてもよい。デバイダは、ソフトウェアデバイダまたはハードウェアデバイダのいずれかまたは双方として完全にまたは部分的に具体化されてもよい。
【００９０】
評価装置は、センサ信号を割り算すること、センサ信号の倍数を割り算すること、またはセンサ信号の線形結合を割り算することのうち１つまたは複数により、結合信号Ｑを導出するように構成されてもよい。評価装置は、縦方向座標を決定するために、結合信号Ｑと縦方向座標との間の少なくとも１つの所定の関係を使用するように構成されてもよい。たとえば、評価装置は、次の数式５のように結合信号Ｑを導出するように構成される。
【００９１】
【数５】
2020510820.tif 000007
【００９２】
ここで、ｘとｙは横方向座標、Ａ１とＡ２はセンサ位置で角度依存光学要素によって生成される光ビームのビームプロファイルのエリア、Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ０）は物体距離ｚ０で与えられるビームプロファイルを示す。エリアＡ１とエリアＡ２は異なってよい。特に、Ａ１とＡ２は正確に合致していない。したがって、Ａ１とＡ２は、１つまたは複数の形状または関係が異なっていてよい。ビームプロファイルは、光ビームの断面であってもよい。ビームプロファイルは、台形ビームプロファイル；三角形のビームプロファイル；円錐ビームプロファイルおよ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され得る。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）、
【数６】
2020510820.tif 000008
に依存する。したがって、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できる。さらに、結合信号を使用すると、物体のサイズとは無関係に距離ｚ０を決定できる。したがって、結合信号により、物体の材料特性および／または反射特性および／または散乱特性から独立し、製造精度、熱、水、汚れ、レンズの損傷などによる光源の変更から独立した距離ｚ０の決定が可能になる。
【００９３】
センサ信号のそれぞれは、角度依存光学要素によって生成された光ビームの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つの情報を含むことができる。本明細書で使用するとき「ビームプロファイルのエリア」という用語は、一般に、結合信号Ｑを決定するために使用されるセンサ位置でのビームプロファイルの任意の領域を指す。感光エリアは、第１のセンサ信号がビームプロファイルの第１のエリアの情報および第２のセンサ信号がビームプロファイルの第２のエリアの情報を含むように配置されてもよい。ビームプロファイルの第１のエリアおよびビームプロファイルの第２のエリアは、隣接領域または重複領域の一方または両方であり得る。ビームプロファイルの第１のエリアとビームプロファイルの第２のエリアは、面積において正確に合致しない場合がある。
【００９４】
評価装置は、ビームプロファイルの第１のエリアおよびビームプロファイルの第２のエリアを決定および／または選択するように構成されてもよい。ビームプロファイルの第１のエリアは、本質的にビームプロファイルのエッジ情報を備えてもよく、ビームプロファイルの第２のエリアは、本質的にビームプロファイルの中心情報を備えてもよい。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および／またはビームプロファイルのプラトーの中心点および／または光スポットの幾何学的中心、および中心から伸びる立ち下がりエッジを有してもよい。第２の領域は断面の内側領域を含むことができ、第１の領域は断面の外側領域を含むことができる。本明細書で使用されるとき「本質的に中心情報」という用語は、一般にエッジ情報の割合、すなわち、中心情報の割合と比較した、エッジに対応する強度分布の割合、すなわち、中心に対応する強度分布の割合が低い割合であることを指す。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「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低い割合の中心情報を指す。エッジ情報は、特に中心領域およびエッジ領域からのビームプロファイル全体の情報を含んでもよい。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、それが中心近くまたは中心にあり、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のエリアとして決定および／または選択されてよい。ビームプロファイルの少なくとも１つのエリアは、断面の立ち下が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のエリアとして決定および／または選択されてよい。例えば、断面の全エリアが第１の領域として決定されてよい。ビームプロファイルの第１のエリアはエリアＡ２であり、ビームプロファイルの第２のエリアはエリアＡ１であってもよい。
【００９５】
エッジ情報は、ビームプロファイルの第１のエリア内にあ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エリア内にあ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積分を決定するように適合されてよい。評価装置は、第１のエリアを統合および／または合計することによりエッジ情報を決定するように適合され得る。評価装置は、第２のエリアを統合および／または合計することにより中心情報を決定するように適合され得る。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り得、評価装置は台形の積分を決定するように適合され得る。さらに、台形ビームプロファイルが想定される場合、エッジの傾きと位置、中央プラトーの高さの決定、幾何学的な考慮によるエッジと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の評価で、エッジおよび中心信号の決定を置き換えることができる。
【００９６】
追加的にまたは代替的に、評価装置は、光スポットの少なくとも１つのスライスまたはカットから中心情報またはエッジ情報の一方また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、結合信号Ｑの面積積分をスライスまた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し得る。精度を向上させるために、光スポットのいくつかのスライスまたはカットを使用して平均化することができる。楕円形スポットプロファイルの場合、複数のスライスまたはカットを平均すると、距離情報が改善され得る。
【００９７】
評価装置は、エッジ情報および中心情報を割り算すること、エッジ情報および中心情報の倍数を割り算すること、エッジ情報および中心情報の線形結合を割り算すること、うちの１つまたは複数によって結合信号Ｑを導出するように構成され得る。したがって、本質的に、光子比は、方法の物理的基礎として使用されてもよい。
本発明の一実施形態では、検出器は、
−  第１の感光エリアを有する少なくとも１つの第１の光センサであって、第１の光センサは、角度依存光学要素によって生成された光ビームによる第１の感光エリアの照射に応答して少なくとも１つの第１のセンサ信号を生成するように構成され得る、少なくとも１つの第１の光センサと；
−  第２の感光エリアを有する少なくとも１つの第２の光センサであって、第２の光センサは、角度依存光学要素によって生成された光ビームによる第２の感光エリアの照射に応答して少なくとも１つの第２のセンサ信号を生成するように構成され得る、少なくとも１つの第２の光センサ、
とを、含むことができる。
【００９８】
評価装置は、第１のセンサ信号および第２のセンサ信号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得る。
【００９９】
第１の感光エリアは、第２の感光エリアより小さくてもよい。この実施形態では、光センサは、光センサの感光エリアがそれらの縦方向座標および／または表面積が異なるように配置されてもよい。
【０１００】
角度依存光学要素によって生成される光ビームは、具体的には、第１の光センサの感光エリアよりも大きい光ビームの幅をもって、第１の感光エリアが完全には光ビーム内に配置されるように、第１の感光エリアを完全に照射することができる。反対に、好ましくは、角度依存光学要素によって生成される光ビームは、具体的には、第２の感光エリアよりも小さい、第２の感光エリア上に第２の感光エリア内に完全に配置されるように、光スポットを作成することができる。第２の感光エリア上の光スポット内に、第１の光センサにより生成された影が配置され得る。したがって、一般に、より小さい第１の感光エリアを有する第１の光センサは、物体から見て第２の光センサの前に配置され、第１の感光エリアは光ビーム内に完全に配置され、第２の感光エリア上に第２の感光エリアよりも小さい光スポットを生成する光ビームと、光スポット内に第１の光センサによって生成される影をさらに有する。状況は、光ビームに対するフォーカスまたはデフォーカス効果を有する１つまたは複数の適切なレンズまたは要素を選択することにより、例えば、さらに詳細に概説するような適切な転送装置を使用するなどにより、光学系分野の当業者によって容易に調整できる。本明細書でさらに使用されるように、光スポットは一般に、光ビームによる物品、エリアまたは物体の可視または検出可能な円形または非円形照射を指す。
【０１０１】
上記で概説したように、第１の感光エリアは第２の感光エリアよりも小さい。本明細書で使用される「より小さい」という用語は、第１の感光エリアの表面積が、第２の感光エリアの表面積よりも小さいという事実、例えば少なくとも０．９倍、たとえば少なくとも０．７倍、または少なくとも０．５倍という事実を指す。一例として、第１の感光エリアおよび第２の感光エリアの両方は、正方形または長方形の形状を有することができ、第１の感光エリアの正方形または長方形の辺の長さは、対応する第２の感光エリアの正方形または長方形の辺よりも小さい。あるいは、一例として、第１の感光エリアおよび第２の感光エリアの両方は、円の形状を有してもよく、第１の感光エリアの直径が第２の感光エリアの直径よりも小さい。また、代替的に、例として、第１の感光エリアは第１の等価直径を有し、第２の感光エリアは第２の等価直径を有し、第１の等価直径は第２の等価直径よりも小さい。
【０１０２】
上記で概説したように、第２の感光エリアは第１の感光エリアよりも大きい。したがって、一例として、第２の感光エリアは、少なくとも２倍、より好ましくは少なくとも３倍、最も好ましくは少なくとも５倍、第１の感光領域より大きくてよい。
【０１０３】
第１の感光エリアは、具体的には、小さい感光エリアであってよく、好ましくは、光ビームがこの感光エリアを完全に照射するような、小さな感光領域であってもよい。したがって、典型的な光学構成に適用できる例として、第１の感光エリアは、１ｍｍ２から１５０ｍｍ２の表面積、より好ましくは１０ｍｍ２から１００ｍｍ２の表面積を有することができる。
【０１０４】
第２の感光エリアは、具体的には大きなエリアであり得る。したがって、好ましくは、検出器の測定範囲内で、角度依存光学要素によって生成される光ビームによって生成される光スポットは、例えば光スポットが完全に第２の感光エリアの境界内に完全に配置されるように、第２の感光エリア内に完全に配置され得る。例として、典型的な光学セットアップでは、例えば第２の感光エリアは１６０ｍｍ２から１０００ｍｍ２、より好ましくは２００ｍｍ２から６００ｍｍ２の表面積が適用可能である。
【０１０５】
第１の感光エリアは、具体的には、角度依存光学要素によって生成された光ビームの伝播方向において第２の感光エリアと重なり合うことがある。角度依存光学要素によって生成された光ビームは、第１の感光エリアと、完全にまたは部分的に第２の感光エリアの両方を照らすことができる。したがって、一例として、検出器の光軸上に位置する物体から見ると、第１の感光エリアは第２の感光エリアの前に位置し、第１の感光エリアは物体から見ると、完全に２番目の感光エリア内に配置される。この物体からの光ビームが第１の感光エリアおよび第２の感光エリアに向かって伝播すると、上記のように、角度依存光学要素によって生成された光ビームは、第１の感光エリアを完全に照らし、第２の感光エリア上に光スポットを作成することができ、第１の光センサによって生成される影は、光スポット内に位置する。ただし、他の実施形態も実行可能であることに留意されたい。
【０１０６】
第１および第２の光センサは、具体的には、検出器の同一のビーム経路に直線的に配置されてよい。本明細書で使用されるとき「直線的に」という用語は、一般に、センサが１つの軸に沿って配置されることを指す。したがって、一例として、第１および第２の光センサは両方とも検出器の光軸上に配置されてよい。具体的には、第１および第２の光センサは、検出器の光軸に対して同心円状に配置されてよい。
【０１０７】
第１の光センサは、第２の光センサの前に配置されてもよい。したがって、一例として、第１の光センサは、第２の光センサの表面に単に配置されてよい。追加的または代替的に、第１の光センサは、第２の光センサから第１の感光エリアの表面積の平方根の５倍以下の間隔を空けてよい。追加的または代替的に、第１の光センサは、第２の光センサの前に配置されてもよく、第２の光センサから５０ｍｍ以下、好ましくは１５ｍｍ以下の間隔を空けてよい。
【０１０８】
検出器は、：
−  第１の断面を有する少なくとも１つの第１の受信ファイバであって、第１の受信ファイバは、物体から検出器に伝播する光ビームの少なくとも一部を光センサの少なくとも１つの光センサに提供するように適合され得る、第１の受信ファイバと；
−  第２の断面を有する少なくとも１つの第２の受信ファイバであって、第２の受信ファイバは、物体から検出器に伝播する光ビームの少なくとも一部を光センサの少なくとも１つの他の光センサに提供するように適合され得る、第２の受信ファイバと；
を含む。
【０１０９】
第１の断面は、第２の断面より小さくてよい。受信ファイバの入射面は受信ファイバの断面がそれらの縦方向座標および／または表面積が異なるように配置されてよい。
【０１１０】
物体から検出器に伝播する光ビームは、具体的には、第１の受信ファイバの第１の断面および／または第２の受信ファイバの第２の断面よりも大きい光ビームの幅をもって、第１の断面および／または第２の断面が完全に光ビーム内に配置されるように、第１の断面および／または第２の断面を、完全に照射することができる。反対に、好ましくは、物体から検出器に伝播する光ビームは、具体的には、第１の断面および／または第２の断面を部分的に照らすことができる。光ビームに対するフォーカスまたはデフォーカス効果を有する１つまたは複数の適切なレンズまたは要素は、物体から検出器、例えば適切な転送装置などへ伝播する光ビームの伝播方向で受信ファイバの入射面の前に配置されてもよい。
【０１１１】
上記で概説したように、第１の断面は第２の断面よりも小さい場合がある。本明細書で使用される「より小さい」という用語は、第１の断面が第２の断面よりも小さいという事実、例えば少なくとも０．９倍、たとえば少なくとも０．７倍、または少なくとも０．５倍という事実を指す。一例として、第１の断面および第２の断面の両方が円形の形状を有してもよく、第１の断面の直径は第２の断面の直径よりも小さい。上記で概説したように、２番目の断面は１番目の断面よりも大きい場合がある。したがって、一例として、第２の断面は、少なくとも２倍、より好ましくは少なくとも３倍、最も好ましくは少なくとも５倍、第１の断面よりも大きくてよい。
【０１１２】
第１の断面は、具体的には、物体から検出器へ伝播する光ビームの伝播方向において第２の断面と重なり合ってよい。物体から検出器に伝播する光ビームは、第１の断面と、完全にまたは部分的に第２の断面の両方を照らしてもよい。したがって、一例として、検出器の光軸上に位置する物体から見た場合、第１の断面は、第１の断面と第２の断面が同心円状であるように第２の断面の中心に位置してよい。ただし、他の実施形態も実行可能であることに留意されたい。
【０１１３】
第１および第２の受信ファイバの入射面は、具体的には、同じ縦方向座標に配置されてもよいし、異なる縦方向座標に配置されてもよい。したがって、一例として、第１の入射面および第２の入射面の両方は、検出器の光軸上に位置してもよい。具体的には、第１の入射面および第２の入射面は、検出器の光軸に対して同心円状に配置されてもよい。例えば、第１の入射面は、第２の入射面の前に配置されてもよい。例えば、第１の入射面は、第２の入射面から、第１の入射面の断面の平方根の５倍以下の間隔を空けてよい。追加的または代替的に、第１の入射面は、第２の入射面の前に配置されてもよく、第２の入射面から５０ｍｍ以下、好ましくは１５ｍｍ以下の間隔を空けてよい。
【０１１４】
２つの光センサの線形配置の代わりに、光センサは検出器の異なるビーム経路に配置されてよい。角度依存光学要素は、第１の光ビームおよび第２の光ビームを生成するように適合され得る。第１の光ビームと第２の光ビームは、異なる伝送度で生成されてよい。第１の光センサは、角度依存光学要素によって生成された第１の光ビームによる第１の感光エリアの照射に応答して第１のセンサ信号を生成するように構成されてよい。第２の光センサは、角度依存光学要素によって生成された第２の光ビームによる第２の感光エリアの照射に応答して第２のセンサ信号を生成するように構成され得る。例えば、上記で概説したように、角度依存光学要素は、少なくとも１つの多分岐光ファイバを含み、該多分岐光ファイバは、入射光ビームが、第１の入射角で、第１のファイバへ衝突するように、第１の角度とは異なる第２の入射角で第２のファイバに衝突するように、伝送度は第１の光ビーム、この場合は第１の伝送光ビーム、および第２の光ビーム、この場合は第２の伝送光ビームについて異なるように配置され得る。第１および第２の光センサの一方は、第１のファイバの出射端に配置されてよく、他の光センサは、第２のファイバの出射端に配置されてよい。
【０１１５】
評価装置は、具体的には、第１のセンサ信号および第２のセンサ信号を割り算すること、第１のセンサ信号および第２センサ信号の倍数を割り算すること、または、第１のセンサ信号および第２センサ信号の線形結合を割り算することにより、結合信号Ｑを導出するように構成されてもよい。例として、Ｑは、
Ｑ＝ｓ１／ｓ２
または
Ｑ＝ｓ２／ｓ１、
として簡単に決定されてもよく、ｓ１は第１のセンサ信号を示し、ｓ２は第２のセンサ信号を示す。追加的にまたは代替的に、Ｑは、
Ｑ＝ａ・ｓ１／ｂ・ｓ２
または
Ｑ＝ｂ・ｓ２／ａ・ｓ１、
として決定されてもよく、ａおよびｂは実数であり、例えば、所定のまたは決定可能な実数であってよい。追加的にまたは代替的に、Ｑは、
Ｑ＝（ａ・ｓ１＋ｂ・ｓ２）／（ｃ・ｓ１＋ｄ・ｓ２）、
として決定されてもよく、ａ、ｂ、ｃ、およびｄは実数であり、例えば、所定のまたは決定可能な実数であってよい。後者の簡単な例として、Ｑは、
Ｑ＝ｓ１／（ｓ１＋ｓ２）．
として決定されてもよい。
【０１１６】
他の結合または商信号が実行可能である。
【０１１７】
通常、上記のセットアップでは、Ｑは、物体の縦方向座標および／または光スポットの直径または等価直径など、光スポットのサイズの単調関数である。したがって、例として、具体的には線形光センサが使用される場合、商Ｑ＝ｓ１／ｓ２は、光スポットのサイズの単調減少関数である。この理論に束縛されることを望むものではないが、これは、上記のセットアップにおいて、検出器に到達する光の量が減少するため、第１の信号ｓ１と第２信号のｓ２は両方とも光源までの距離の増加に伴って、二乗関数として減少するという事実によると考えられる。その中で、しかし、実験で使用される光学セットアップは、画像平面の光スポットが大きくなり、したがって、より広いエリアへ広がるため、第１の信号ｓ１は第２信号のｓ２よりも急速に減少する。したがって、第１および第２のセンサ信号の商は、第１および第２の感光エリア上の光ビームの直径または光スポットの直径の増加とともに連続的に減少する。さらに、商は、光ビームの総出力が第１のセンサ信号と第２のセンサ信号の両方の要因を形成するため、光ビームの総出力から主に独立している。その結果、商Ｑは、第１および第２のセンサ信号と光ビームのサイズまたは直径との間の一意で明確な関係を提供する二次信号を形成し得る。一方で、光ビームのサイズまたは直径は、入射光ビームが検出器に向かって伝播する物体と検出器自体の間の距離に依存するため、すなわち、物体の縦方向座標に依存するため、第１と第２センサ信号および縦方向座標との間に一意かつ明確な関係が存在し得る。後者については、ＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１などの上記の先行技術文献の１つまたは複数を参照することができる。所定の関係は、分析的考慮事項によって、例えば、ガウス光ビームの線形結合を仮定することによって、経験的測定によって、例えば、第１および第２のセンサ信号を測定する測定値、または物体の縦方向座標の関数としてそれから導出される二次信号、またはその両方によって、決定され得る。
【０１１８】
上記の先行技術文書に含まれる技術的課題を考慮して、特にＦｉＰ効果を生成するために必要な技術的努力を考慮して、本発明は非ＦｉＰ光センサを使用することによって具体的に実現できることに留意しなければならない。実際には、ＦｉＰ特性を有する光センサは通常、焦点でそれぞれのセンサ信号に強いピークを示すため、光センサとしてＦｉＰセンサを使用する本発明による検出器の測定範囲は、２つの位置の間と、第１および第２の光センサが光ビームの焦点にある範囲に制限される。しかし、線形光センサ、すなわちＦｉＰ効果を示さない光センサを使用する場合、この問題は、本発明のセットアップで一般に回避され得る。その結果、第１および第２の光センサはそれぞれ、少なくとも測定範囲内で、例えば、それぞれの第１のセンサ信号および第２のセンサ信号がそれぞれの光センサの照射の総出力に依存し、照射の光スポットの直径から独立し得るような線形信号特性を有し得る。ただし、他の実施形態も実行可能であることに留意されたい。
【０１１９】
第１および第２の光センサは、それぞれ具体的には、半導体センサ、好ましくは無機半導体センサ、より好ましくはフォトダイオード、最も好ましくはシリコンフォトダイオードであり得る。したがって、複雑で高価なＦｉＰセンサとは対照的に、本発明は、市販の無機フォトダイオード、すなわち１つの小さなフォトダイオードと１つの大面積フォトダイオードを使用することによって簡単に実現することができる。したがって、本発明の構成は安価で費用をかけない方法で実現することができる。
【０１２０】
具体的には、第１および第２の光センサは、それぞれ独立して、赤外スペクトル範囲で、好ましくは７８０ｎｍから３．０マイクロメートルの範囲で感度がある、および／または可視スペクトル範囲で、好ましくは３８０ｎｍから７８０ｎｍの範囲で感度がある無機フォトダイオードであるか、またはそれを含んでよい。具体的には、第１および第２の光センサは、シリコンフォトダイオードが特に７００ｎｍから１０００ｎｍの範囲で適用可能な近赤外領域の部分で感度があり得る。第１の光センサに、第２の光センサに、または第１の光センサおよび第２の光センサの両方に使用できる赤外線光センサは、Ｈａｍａｍａｔｓｕ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ  ＧｍｂＨから市販されているＤ−８２２１１  Ｈｅｒｒｓｃｈｉｎｇ  ａｍ  Ａｍｍｅｒｓｅｅ、Ｇｅｒｍａｎｙの赤外線光センサのような市販の赤外線光センサでよい。したがって、一例として、第１の光センサ、第２の光センサ、または第１の光センサおよび第２の光センサの両方は、固有の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。追加的にまたは代替的に、第１の光センサ、第２の光センサ、または第１の光センサおよび第２の光センサの両方は、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。追加的にまたは代替的に、第１の光センサ、第２の光センサ、または第１の光センサおよび第２の光センサの両方は、少なくとも１つのボロメータ、好ましくはＶＯボロメータおよびアモルファス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。
【０１２１】
第１および第２の光センサは、それぞれ独立して、不透明、透明または半透明であり得る。しかしながら、これらの不透明なセンサは一般に広く市販されているので、便宜上、光ビームに対して透明ではない不透明なセンサを使用することができる。
【０１２２】
第１および第２の光センサは、具体的には、それぞれ単一の感光領域を有する均一なセンサであってもよい。したがって、第１および第２の光センサは、具体的には非ピクセル化光センサであってもよい。
【０１２３】
物体の少なくとも１つの縦方向座標の決定を含む上記の操作は、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、上記の関係の１つまたは複数は、１つまたは複数のルックアップテーブルを実装することなどによって、ソフトウェアおよび／またはハードウェアで実装され得る。したがって、一例として、評価装置は、物体の少なくとも１つの縦方向座標を決定するために、１つまたは複数のプログラム可能な装置を含むことができ、例えば、１つまたは複数のコンピュータ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または上記の評価を実行するように構成されたデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を含むことができる。しかしながら、追加的にまたは代替的に、評価装置は、ハードウェアによって完全にまたは部分的に具体化されてもよい。
【０１２４】
上記で概説したように、第１および第２のセンサ信号を評価することにより、検出器は、物体全体、またはその１つ以上の部分の縦方向座標を決定するオプションを含む、物体の少なくとも１つの縦方向座標を決定できるようになる。しかしながら、加えて、１つ以上の横方向標および／または回転座標を含む物体の他の座標は、検出器、特に評価装置によって決定されてよい。したがって、一例として、１つまたは複数の追加の横方向センサを使用して、物体の少なくとも１つの横方向座標を決定することができる。例えば、ＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１に開示されている横方向センサおよび／または象限ダイオード、ＣＣＤまたはＣＭＯＳチップなどの他の位置感知装置（ＰＳＤ）など、様々な横方向センサが当技術分野で一般的に知られている。これらの装置は一般に、本発明による検出器に実装することもできる。一例として、光ビームの一部は、少なくとも１つのビーム分割要素によって検出器内で分割されてもよい。分割部分は、一例として、横方向センサ、例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳチップまたはカメラセンサなどに向かって案内され、横方向センサ上の分割部分によって生成される光スポットの横方向位置が決定し、それにより、物体の少なくとも１つの横方向座標が決定する。したがって、本発明による検出器は、一次元検出器、例えば単純な距離測定装置などであってよく、または二次元検出器として、または三次元検出器としても実現することができる。さらに、上記で概説したように、または以下でさらに詳細に概説するように、場景または環境を一次元様式でスキャンすることにより、三次元画像も作成され得る。したがって、本発明による検出器は、具体的には、一次元検出器、二次元検出器、または三次元検出器のうちの一つであってよい。評価装置は、物体の少なくとも１つの横座標ｘ、ｙを決定するようにさらに構成されてもよい。
【０１２５】
上記で概説したように、検出器は、１つまたは複数の追加の要素、例えば１つまたは複数の追加の光学要素などをさらに備えてよい。さらに、検出器は、完全にまたは部分的に少なくとも１つのハウジングに一体化され得る。
【０１２６】
本発明のさらなる実施形態において、検出器は、：
−  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、各光センサは光感エリアを有し、各光センサは、角度依存光学要素によって生成された光ビームによって生成された光感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得る、少なくとも１つのセンサ要素、
を含むことができる。
【０１２７】
例えば、検出器は、検出器の異なるビーム経路に配置された２つのセンサ要素、特に少なくとも１つの第１のセンサ要素と少なくとも１つの第２センサ要素を備えてよい。角度依存光学要素は、第１の光ビームおよび第２の光ビームを生成するように適合され得る。第１の光ビームと第２の光ビームは、異なる伝送度で生成されてもよい。第１のセンサ要素は、角度依存光学要素によって生成される第１の光ビームによる照射に応答して第１のセンサ信号を生成するように構成されてもよい。第２のセンサ要素は、角度依存光学要素によって生成される第２の光ビームによる照射に応答して第２のセンサ信号を生成するように構成されてもよい。例えば、上記で概説したように、角度依存光学要素は、入射光ビームが第１の入射角での第１のファイバへ衝突するように、および第１の入射角とは異なる第２の入射角での第２のファイバへ衝突するように、伝送度が第１の伝送光ビームと第２の伝送光ビームについて異なるように、配置され得る少なくとも１つの多分岐光ファイバを備えてよい。第１および第２のセンサ要素の一方を第１のファイバの出射端に配置し、他方のセンサ要素を第２のファイバの出射端に配置することができる。
【０１２８】
評価装置は、
ａ）最高のセンサ信号を有し、少なくとも１つの中心信号を形成する、少なくとも１つの光センサを決定し、
ｂ）マトリックスの光センサのセンサ信号を評価し、少なくとも１つの和信号を形成し、
ｃ）中心信号と和信号を結合して、少なくとも１つの結合信号を決定し、そして、
ｄ）結合信号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、
ことによって、センサ信号を評価するように構成され得る。
【０１２９】
この実施形態では、光センサの感光エリアは、空間的オフセットおよび／または表面積が異なるように光センサを配置することができる。
【０１３０】
本明細書で使用される「センサ要素」という用語は、一般に、少なくとも１つのパラメータを感知するように構成された装置または複数の装置の組み合わせを指す。この場合、パラメータは具体的には光パラメータであり得、センサ要素は具体的には光センサ要素であり得る。センサ要素は、単体、単一の装置として、またはいくつかの装置の組み合わせとして形成されてもよい。本明細書でさらに使用されるとき「マトリックス」という用語は、一般に、所定の幾何学的順序における複数の要素の配置を指す。マトリックスは、以下でさらに詳細に概説されるように、具体的には、１つまたは複数の行、および、１つまたは複数の列を有する長方形マトリックスであるか、またはそれを含むことができる。行と列は、具体的には長方形の型に配置され得る。ただし、他の配置、例えば非長方形の配置なども実行可能であることを概説しなければならない。一例として、円形配置も実現可能であり、要素が中心点の周りに同心円または楕円で配置される。たとえば、マトリックスはピクセルの単一行であってよい。その他の配置も実行可能である。
【０１３１】
マトリックスの光センサは、具体的には、サイズ、感度、およびその他の光学的、電気的、および機械的特性の１つまたは複数が等しくてよい。マトリックスのすべての光センサの感光エリアは、特に共通平面上に配置され、角度依存光学要素によって生成される光ビームが共通平面上に光スポットを生成できるように、共通平面は好ましくは物体に面する。
【０１３２】
上記の先行技術文献の１つまたは複数、例えば、ＷＯ ２０１２／１１０９２４ Ａ１またはＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１でより詳細に説明されているように、通常、所定のまたは決定可能な関係が、光スポットのサイズ、例えば光スポットの直径、ビームウエストまたは同価直径と、光ビームが検出器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。この理論に束縛されることを望むものではないが、光スポットは、２つの測定変数：光信号の中心または中心に近い小さな測定パッチで測定された測定信号（中心信号とも呼ばれる）、および、中心信号を含めてあるいは含めないで、光スポットにわたって積分された積分信号または和信号によって特徴付けられる。ビームが広げられたりフォーカスされたりしても変化しない特定の総出力を持つ光ビームの場合、和信号は光スポットのスポットサイズから独立している必要があり、したがって、少なくともそれぞれの測定範囲内において線形光センサが使用される場合、物体と検出器の間の距離から独立している必要がある。ただし、中心信号はスポットサイズに依存する。したがって、中心信号は通常、光ビームがフォーカスしているときに増加し、光ビームがデフォーカスしているときに減少する。このように、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情報項目、したがって物体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を形成することによって、および、縦方向座標と縦方向座標の導出のための結合信号の間の所定また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。
【０１３３】
光センサのマトリックスの使用は、複数の利点と利益が得られる。したがって、センサ要素上、例えば、センサ要素のマトリックスの光センサの感光エリアの共通平面上などにおける光ビームによって生成される光スポットの中心は、物体の横方向の位置によって異なり得る。光センサのマトリックスを使用することにより、本発明による検出器は、これらの条件の変化に適応することができ、したがって、センサ信号を比較するだけで光スポットの中心を決定することができる。その結果、本発明による検出器は、それ自体で、中心信号を選択し、和信号を決定し、これらの２つの信号から、物体の縦方向座標に関する情報を含む結合信号を導き出すことができる。したがって、結合信号を評価することにより、物体の縦方向座標を決定することができる。このように、光センサのマトリックスの使用は、物体の位置に関して、特に物体の横方向の位置に関してかなりの柔軟性を提供する。
【０１３４】
光センサのマトリックス上の光スポットの横方向の位置、例えば、センサ信号を生成する少なくとも１つの光センサの横方向の位置は、追加の情報項目として使用することもでき、例えばＷＯ ２０１４／１９８６２９ Ａ１に開示されているように、そこから物体の横方向の位置に関する情報の少なくとも１つの項目を導き出すことができる。追加的にまたは代替的に、以下でさらに詳細に概説するように、本発明による検出器は、少なくとも１つの縦方向座標に加えて、物体の少なくとも１つの横方向座標を検出するための少なくとも１つの追加の横方向検出器を含み得る。
【０１３５】
その結果、本発明によれば、「中心信号」という用語は、一般に、本質的にビームプロファイルの中心の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とき「最高のセンサ信号」という用語は、局所的最大値または関心領域の最大値の一方または両方を指す。例えば、中心信号は、マトリックス全体またはマトリックス内の関心領域の光センサ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つの光センサの信号であり得、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事前に決定されているか、または決定可能であり得る。中心信号は、単一の光センサから発生する場合もあれば、または以下でさらに詳細に概説するように、光センサの一群から発生する場合があり、後者の場合、一例として、光センサの一群のセンサ信号は中心信号を決定するために、合計、積分、または平均され得る。中心信号が発生する光センサの一群は、例えば、最高のセンサ信号を有する実際の光センサから所定の距離よりも短い光センサなどの、隣接する光センサの一群でもよく、また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成する光センサの一群でもよい。中心信号が発生する光センサの一群は、最大のダイナミックレンジを可能にするために、できるだけ大きく選択することができる。評価装置は、例えば最高のセンサ信号を有する光センサの周りの複数の光センサなどの複数のセンサ信号を統合することにより中心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り得、評価装置は、台形の積分、特に台形のプラトーを決定するように適合され得る。
【０１３６】
同様に、「和信号」という用語は、一般に、本質的にビームプロファイルのエッジ情報を含む信号を指す。たとえば、和信号は、センサ信号を合計すること、センサ信号を積分すること、またはマトリックス全体またはマトリックス内の関心領域のセンサ信号を平均することによって導き出すことができ、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事前に決定されるか、または決定可能である。センサ信号を合計、積分、または平均する場合、センサ信号が生成される実際の光センサは、合計、積分、または平均から除外されるか、あるいは、合計、積分、または平均に含まれることがある。評価装置は、マトリックス全体またはマトリックス内の関心領域の信号を積分することにより和信号を決定するように適合されてもよい。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想定される場合、エッジおよび中心信号の決定は、例えば、エッジの傾斜および位置、中心プラトーの高さの決定、幾何学的な考慮によるエッジと中心信号の導出のような、台形ビームプロファイルの特性を利用した同等の評価に置き換えることができる。
【０１３７】
追加的にまたは代替的に、評価装置は、光スポットの少なくとも１つのスライスまたはカットから中心情報またはエッジ情報の一方また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、結合信号Ｑの面積積分をスライスまたはカットに沿った線形積分で置き換えることにより実現し得る。精度を向上させるために、光スポットのいくつかのスライスまたはカットを使用して平均を得る。楕円形のスポットプロファイルの場合、複数のスライスまたはカットを平均すると、距離情報が改善されることがある。
【０１３８】
同様に、本明細書で使用されるとき「結合信号」という用語は、一般に、中心信号と和信号を結合することにより生成される信号を指す。具体的には、組み合わせは、中心信号と和信号の商またはその逆の商の形成；中心信号の倍数と和信号の倍数の商またはその逆の商の形成；中心信号の線形結合と和信号の線形結合の商またはその逆の商の形成、のうちの１つ以上を含み得る。追加的にまたは代替的に、結合信号は、中心信号と和信号との間の比較に関する情報の少なくとも１つの項目を含む任意の信号または信号の組み合わせを含んでもよい。
【０１３９】
角度依存光学要素によって生成される光ビームは、具体的には、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領域よりも大きい光ビームの幅をもって、中心信号が発生する少なくとも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、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射することができる。反対に、好ましくは、角度依存光学要素によって生成された光ビームは、具体的には、マトリックス全体上にマトリックスよりも小さい光スポットを作成し、光スポットはマトリックス内に完全に位置する。この状況は、例えば、さらに詳しく説明する適切な転送装置を使用することによって、光ビームにフォーカスまたはデフォーカス効果を有する１つまたは複数の適切なレンズまたは要素を選択することにより、光学系分野の当業者によって簡単に調整され得る。本明細書でさらに使用されるとき「光スポット」は、一般に、光ビームによる物品、エリアまたは物体の可視または検出可能な円形または非円形照射を指す。
【０１４０】
上記で概説したように、中心信号は一般に、光スポットの中心にある光センサからのセンサ信号などの、単一のセンサ信号であってよく、または、光スポットの中心にある光センサから生じるセンサ信号の組み合わせなど、複数のセンサ信号の組み合わせであっても、または前述の可能性の１つまたは複数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装されるため、電子的に実行され得るか、ソフトウェアによって完全にまたは部分的に実行され得る。具体的には、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グループの平均；最高のセンサ信号を有する光センサおよび隣接する光センサの所定のグループを含む光センサのグループ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と隣接する光センサの所定のグループを含む光センサのグループからのセンサ信号の合計；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グループの合計；所定のしきい値を超えるセンサ信号のグループの平均；所定のしきい値を超えるセンサ信号のグループの合計；最高のセンサ信号を有する光センサと隣接する光センサの所定のグループを含む光センサのグループからのセンサ信号の積分；最高のセンサ信号から所定の許容範囲内のセンサ信号のグループの積分；所定のしきい値を超えるセンサ信号のグループの積分、からなる群から選択され得る。
【０１４１】
上記で概説したように、光センサの生（ｒａｗ）センサ信号は、評価またはそれから派生した二次センサ信号に使用されてもよい。本明細書で使用するとき「二次センサ信号」という用語は、一般に、例えば電子信号などの信号、より好ましくはアナログ信号および／またはデジタル信号を指し、該信号はフィルタ処理、平均化、復調などによって１つまたは複数の生信号を処理することによって得られる。したがって、画像処理アルゴリズムを使用して、マトリックスのセンサ信号全体から、またはマトリックス内の関心領域から二次センサ信号を生成することができる。具体的には、評価装置などの検出器は、光センサのセンサ信号を変換するように構成され、それにより二次光センサ信号を生成し、評価装置は、二次光を使用してステップａ）−ｄ）を実行するように構成される。センサ信号の変換は、具体的には、フィルタ処理；少なくとも１つの関心領域の選択；センサ信号によって生成された画像と少なくとも１つのオフセットとの間の差分画像の形成；センサ信号によって生成された画像を反転させることによるセンサ信号の反転；異なる時間にセンサ信号によって生成された画像間の差画像の形成；バックグラウンド補正；カラーチャンネルへの分解；色相と彩度と明度のチャンネルへの分解；周波数分解；特異値分解；キャニーエッジ検出器の適用；ラプラシアンガウシアンフィルタの適用；差分ガウスフィルタの適用；ソーベル演算子の適用；ラプラス演算子の適用；シャール演算子の適用；プレウィット演算子の適用；ロバーツ演算子の適用；キルシュ演算子の適用；ハイパスフィルタの適用；ローパスフィルタの適用；フーリエ変換の適用；ラドン変換の適用；ハフ変換の適用；ウェーブレット変換の適用；しきい値処理；バイナリ画像の作成、からなる群から選択される少なくとも１つの変換を含み得る。関心領域は、ユーザが手動で決定することも、光センサによって生成された画像内の物体を認識するなどして自動的に決定することもできる。例として、車両、人、または別のタイプの所定の物体は、画像内、すなわち、光センサによって生成されたセンサ信号の全体内での自動画像認識によって決定されてもよく、関心領域は、物体が関心領域内に位置するように選択されてもよい。この場合、評価、例えば、縦方向座標の決定などは、関心領域に対してのみ実行される。ただし、他の実装も可能である。
【０１４２】
上記で概説したように、光スポットの中心の検出、すなわち中心信号および／または中心信号が発生する少なくとも１つの光センサの検出は、完全にまたは部分的に電子的に、または完全にまたは部分的に１つ以上のソフトウェアアルゴリズムを使用によって実行され得る。具体的には、評価装置は、少なくとも１つの最高のセンサ信号を検出するため、および／または中心信号を形成するための少なくとも１つの中心検出器を備えてもよい。中心検出器は、特に、ソフトウェアで完全にまたは部分的に具体化されてもよく、および／またはハードウェアで完全にまたは部分的に具体化されてもよい。中心検出器は、少なくとも１つのセンサ要素に完全にまたは部分的に一体化されてもよく、および／またはセンサ要素から独立して完全にまたは部分的に具体化されてもよい。
【０１４３】
上記で概説したように、結合信号は、マトリックスのすべてのセンサ信号から、関心領域内のセンサ信号から、または中心信号に寄与する光センサから生じるセンサ信号を除いたこれらの可能性のいずれかから導出できる。あらゆる場合において、縦方向座標を決定するために、中心信号と確実に比較できる信頼できる和信号が生成され得る。一般に、和信号は、マトリックスのすべてのセンサ信号の平均；マトリックスのすべてのセンサ信号の和；マトリックスのすべてのセンサ信号の積分；中心信号に寄与する光センサからのセンサ信号を除くマトリックスのすべてのセンサ信号の平均；中心信号に寄与する光センサからのセンサ信号を除くマトリックスのすべてのセンサ信号の和；中心信号に寄与する光センサからのセンサ信号を除くマトリックスのすべて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あ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。ただし、他のオプションもある。
【０１４４】
加算は、ソフトウェアで完全にまたは部分的に実行されてもよく、および／またはハードウェアで完全にまたは部分的に実行されてもよい。通常、加算は、典型的に、検出器に簡単に実装できる純粋な電子的手段によって可能である。したがって、電子技術の分野では、アナログ信号とデジタル信号の両方の２つ以上の電気信号を加算するための加算装置が一般的に知られている。したがって、評価装置は、和信号を形成するための少なくとも１つの加算装置を備えてもよい。加算装置は、完全にまたは部分的にセンサ要素に一体化されてもよく、またはセンサ要素から独立して完全にまたは部分的に具体化されてもよい。加算装置は、ハードウェアまたはソフトウェアの一方または両方で完全にまたは部分的に具体化されてもよい。
【０１４５】
上記で概説したように、中心信号と和信号との間の比較は、具体的には１つまたは複数の商信号を形成することにより実行され得る。したがって、一般に、結合信号は、中心信号と和信号の商またはその逆の商の形成；中心信号の倍数と和信号の倍数の商またはその逆の商の形成；中心信号の線形結合と和信号の線形結合の商またはその逆の商の形成；中心信号と、和信号と中心信号の線形結合の商またはその逆の商の形成；和信号と、和信号と中心信号の線形結合の商またはその逆の商の形成；中心信号のべき乗と和信号のべき乗の商またはその逆の商の形成、のうちの１つまたは複数によって導出される商信号であってよい。ただし、他のオプションもある。評価装置は、１つまたは複数の商信号を形成するように構成されてよい。評価装置はさらに、少なくとも１つの商信号を評価することにより少なくとも１つの縦方向座標を決定するように構成されてよい。
【０１４６】
評価装置は、具体的に、少なくとも１つの縦方向座標を決定するために、結合信号Ｑと縦方向座標との間の少なくとも１つの所定の関係を使用するように構成され得る。したがって、上記で開示された理由および光スポットの特性の縦方向座標への依存性のため、結合信号Ｑは、典型的には、物体の縦方向座標および／または光スポットのサイズの縦方向座標、例えば、光スポットの直径または等価直径などの縦方向座標の単調関数である。したがって、一例として、具体的には線形光センサが使用される場合、センサ信号ｓｃｅｎｔｅｒと和信号ｓｓｕｍの単純な商Ｑ＝ｓｃｅｎｔｅｒ／ｓｓｕｍは、距離の単調減少関数であり得る。この理論に束縛されることを望むものではないが、これは、上記の好ましいセットアップでは、検出器に到達する光の量が減少するため、中心信号ｓｃｅｎｔｅｒと和信号ｓｓｕｍの両方が、光源までの距離が増加するにつれて二乗関数として減少するという事実によると考えられる。しかし、その中で、中心信号ｓｃｅｎｔｅｒは和信号ｓｓｕｍよりも急速に減少しており、これは、実験で使用される光学セットアップでは、画像平面内の光スポットが成長し、したがってより広い領域に広がるためである。したがって、中心信号と和信号の商は、光ビームの直径またはマトリックスの光センサの感光エリア上の光スポットの直径の増加とともに連続的に減少する。さらに、商は、通常、光ビームの総出力から独立しており、これは、光ビームの総出力が中心信号と合計センサ信号の両方で要因を形成するためである。その結果、商Ｑは、中心信号と和信号と光ビームのサイズまたは直径との間の一意的かつ明確な関係を提供する二次信号を形成することができる。その一方で、光ビームのサイズまたは直径は、光ビームが検出器に向かって伝播する物体と検出器自体との間の距離に依存、すなわち物体の縦方向座標に依存するため、一方の中心信号と和信号と、他方の縦方向座標との間に一意かつ明確な関係が存在し得る。後者については、上記の先行技術文書の１つ以上、例えば、ＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１を参照することができる。所定の関係は、例えばガウス光ビームの線形結合を仮定するなどの分析的考慮によって、例えば結合信号および／または中心信号と、物体の縦方向座標の関数としてそれから導出される和信号または二次信号を測定した測定値などの経験的測定値によって、またはその両方によって決定され得る。
【０１４７】
したがって、一般に、評価装置は、商信号などの結合信号Ｑを評価することにより縦方向座標を決定するように構成されてもよい。この決定は、ワンステッププロセス、例えば中心信号と和信号を直接組み合わせて、その縦方向座標を導き出すことによってもよいし、または、複数ステッププロセス、例えば、最初に中心信号と和信号から結合信号を導き出し、次に、結合信号から縦方向座標を導き出すことによってもよい。両方のオプション、すなわち、ステップｃ）およびｄ）のオプションが別個の独立したステップであり、ステップｃ）およびｄ）のオプションが完全または部分的に組み合わされているものは、本発明に含まれるものとする。
【０１４８】
評価装置とは、結合信号と縦方向座標との間の少なくとも１つの所定の関係を使用するように構成されてもよい。所定の関係は、経験的関係、半経験的関係、および分析的に導出された関係のうちの１つまたは複数であり得る。評価装置は、ルックアップリストまた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つのデータ保存装置を備えてもよい。
【０１４９】
上記で概説したように、光センサは、具体的には光検出器、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ってもよく、または含んでもよい。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があり得る。マトリックスの全ての光センサ、また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。具体的には、マトリックスの同一の光センサの一群は、異なるスペクトル範囲に対して提供されてもよく、または全ての光センサはスペクトル感度に関して同一であってよい。さらに、光センサは、サイズおよび／またはそれらの電子的または光電子的特性に関して同一でもよい。
【０１５０】
マトリックスは独立した光センサ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、および／またはＣＭＯＳ検出器チップなどのＣＭＯＳ検出器のうちの１つまたは複数を使用することができる。
【０１５１】
したがって、一般に、検出器の光センサは、センサアレイを形成してもよく、またはセンサアレイの一部、例えば上述のマトリックスであってもよい。したがって、一例として、検出器は、長方形のアレイのような、ｍ、ｎが独立した正の整数である、ｍ行ｎ列を有する光センサのアレイを含むことができる。好ましくは、複数の列および複数の行が与えられる、すなわち、ｎ＞１、ｍ＞１である。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、行数と列数との比は１に近い。一例として、例えばｍ／ｎ＝１：１、４：３、１６：９、または同様のものを選択することによって、例えば０．３≦ｍ／ｎ≦３となるようになどｎおよびｍを選択することができる。一例として、アレイは、ｍ＝２、ｎ＝２またはｍ＝３、ｎ＝３などを選択することによるなど、等しい数の行および列を有する正方形のアレイであってもよい。
【０１５２】
上記でさらに概説したように、マトリックスは具体的には少なくとも１行、好ましくは複数の行および複数の列を有する長方形のマトリックスであり得る。一例として、行および列は、本質的に垂直に方向付けられてもよく、ここで、「本質的に垂直」という用語に関しては、上記で与えられた定義を参照することができる。したがって、一例として、２０°未満、具体的には１０°未満、さらには５°未満の許容誤差が許容可能であり得る。広範囲の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５０行、より好ましくは少なくとも１００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５０列、より好ましくは少なくとも１００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１００個の光センサ、より好ましくは少なくとも５００個の光センサを含み得る。マトリックスは、マルチメガピクセル範囲内のいくつかのピクセルを含んでよい。しかしながら、他の実施形態も可能である。したがって、上で概説したように、軸方向の回転対称性が予想されるセットアップでは、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または同心配置が好ましい場合がある。
【０１５３】
上記でさらに概説したように、好ましくは、センサ要素は検出器の光軸に対して本質的に垂直に方向付けられてもよい。また、「本質的に垂直」という用語に関しては、上記の定義および許容誤差を参照することができる。光軸は、直線的な光軸であってもよく、１つ以上の偏向要素を使用することにより、および／または１つ以上のビームスプリッタを使用することにより、曲げられていても、分割されていてもよく、本質的に垂直な方向付けとは、後者においては、光学セットアップのそれぞれの分岐またはビーム経路内の局所的な光軸を指し得る。追加的または代替的に、センサ要素は、物体に向かう方向とは異なる方向に向けられてもよい。特に、検出器が２つのセンサ要素を含む場合、センサ要素の少なくとも１つは、物体に向かう方向とは異なる方向に向けられてもよい。例えば、センサ要素の少なくとも１つは、光軸に対して、および物体に対して垂直に、または任意の角度で方向付けられてもよい。角度依存光学要素は、光ビームがセンサ要素に衝突するように光ビームを生成するように適合されてもよい。例えば、センサ要素の少なくとも１つが光軸に関して任意の方向に向けられている場合、角度依存光学要素は、光ビームをセンサ要素の感光エリアに導くように適合され得る。
【０１５４】
物体の少なくとも１つの縦方向座標の決定を含む上記の操作は、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、上記の関係の１つまたは複数は、１つまたは複数のルックアップテーブルを実装することなどによって、ソフトウェアおよび／またはハードウェアで実装され得る。したがって、一例として、評価装置は、１つまたは複数のプログラム可能な装置、例えば、１つまたは複数のコンピュータ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、または、物体の少なくとも１つの縦方向座標を決定するために、上記の評価を実行するように構成されたフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含むことがでる。しかしながら、追加的または代替的に、評価装置は、ハードウェアによって完全にまたは部分的に具体化されてもよい。
【０１５５】
上記で概説したように、中心信号および和信号を評価することによって、検出器は物体全体またはその一部もしくは複数の部分の縦方向座標を決定する選択肢を含む、物体の少なくとも１つの縦方向座標を決定し得る。しかしながら、さらに、１つまたは複数の横方向座標および／または回転座標を含む、物体の他の座標が、検出器によって具体的には評価装置によって決定されてもよい。したがって、一例として、１つまたは複数の横方向センサを使用して、物体の少なくとも１つの横方向座標を決定することができる。上記で概説したように、中心信号が発生する少なくとも１つの光センサの位置は物体の少なくとも１つの横方向座標に関する情報を提供してもよく、一例として、単純なレンズ方程式を光学変換および横方向座標の導出に使用することができる。追加的にまたは代替的に、１つまたは複数の追加の横方向センサを使用することができ、検出器に含めることができる。ＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１に開示されている横方向センサおよび／または他の位置感知装置（ＰＳＤ）、例えば象限ダイオード、ＣＣＤまたはＣＭＯＳチップなど、様々な横方向センサが当技術分野で一般的に知られている。追加的にまたは代替的に、一例として、本発明による検出器は、Ｒ．Ａ．Ｓｔｒｅｅｔ  ：Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ  Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ，２０１０，ｐｐ．３４６−３４９に開示される１つまたは複数のＰＳＤを含んでもよい。他の実施形態も可能である。これらの装置は、一般に、本発明による検出器にも実装することができる。一例として、光ビームの一部は、少なくとも１つのビーム分割要素によって検出器内で分割されてもよい。一例として、分割部分は、横方向センサ、例えばＣＣＤまたはＣＭＯＳチップまたはカメラセンサなどに向かって案内されてもよく、そして横方向センサ上の分割部分によって生成された光スポットの横方向位置が決定されてもよく、それによって物体の少なくとも１つの横方向標が決定される。その結果、本発明による検出器は、単純な距離測定装置のような一次元検出器であってもよく、あるいは二次元検出器またはさらに三次元検出器として具体化されてもよい。さらに、上で概説したように、または以下でさらに詳細に概説するように、場景または環境を一次元様式で走査することによって、三次元画像も作成することができる。その結果、本発明による検出器は、具体的には、一次元検出器、二次元検出器または三次元検出器のうちの１つであってよい。評価装置は、物体の少なくとも１つの横方向座標ｘ，ｙを決定するようにさらに構成されてもよい。評価装置は、縦方向座標および横方向座標の情報を組み合わせ、空間内の物体の位置を決定するように適合されていてもよい。
【０１５６】
検出器は、単一の光ビームまたは複数の光ビームを評価するように構成されてもよい。複数の光ビームが物体から検出器まで伝播する場合、光ビームを識別する手段を設けることができる。したがって、光ビームは異なるスペクトル特性を有することができ、検出器は異なる光ビームを識別するための１つまたは複数の波長選択要素を含んでもよい。そして、各光ビームを独立して評価してもよい。例として、波長選択要素は、１つまたは複数のフィルタ、１つまたは複数のプリズム、１つまたは複数の格子、１つまたは複数のダイクロイックミラー、またはそれらの任意の組み合わせであり得るか、またはそれらを含み得る。さらに、追加的にまたは代替的に、２つ以上の光ビームを識別するために、光ビームは特定の方法で変調されてもよい。したがって、一例として、光ビームは周波数変調されてもよく、センサ信号は、それらの復調周波数に従って、異なる光ビームから生じるセンサ信号を部分的に識別するために復調されてもよい。これらの技術は一般に高周波電子工学の分野の当業者に知られている。一般に、評価装置は、異なる変調を有する異なる光ビームを識別するように構成することができる。
【０１５７】
照射源は、複数の照射領域が、例えばＣＭＯＳ検出器のような光センサのマトリックス上に生成されるように点群を生成および／または投影するように適合されてもよい。さらに、スペックルおよび／または外部光および／または多重反射による擾乱などの擾乱が光センサのマトリックス上に存在することがある。評価装置は、少なくとも１つの関心領域、例えば物体の縦方向座標の決定に使用される光ビームによって照射される１つまたは複数のピクセルを決定するように適合されてもよい。例えば、評価装置はフィルタ処理方法、例えばブロブ分析および／または物体認識方法を実行するように適合されてもよい。
【０１５８】
さらなる実施形態では、検出器は少なくとも２つの光センサを備えてもよく、各光センサは感光エリアを有し、各感光エリアは幾何学的中心を有し、光センサの幾何学的中心は異なる空間的オフセットによって検出器の光軸から間隔を空けられており、各光センサは、角度依存光学要素によって生成された光ビームによるそれぞれの感光エリアの照射に応じてセンサ信号を生成するように構成されている。
【０１５９】
評価装置は、少なくとも２つのセンサ信号を組み合わせることにより、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得る。このさらなる実施形態において、光センサは、光センサの感光エリアがそれらの空間的オフセットおよび／またはそれらの表面積が異なるように配置されてもよい。
【０１６０】
光センサの感光エリアは、物体から見えるように重なっていても、重なっていなくてもよく、すなわち、重ならないように互いに隣接して配置されていてもよい。感光エリアは、互いに間隔を空けて配置されてもよく、直接隣接してもよい。
【０１６１】
検出器は、光ビームが物体から光センサを通って進む単一のビーム経路を有していてもよく、または、複数のビーム経路を有してもよい。例えば、角度依存光学要素が少なくとも１つの多分岐光ファイバを含む場合、多分岐光ファイバの各ファイバは独立したビーム経路を構成してもよい。一例として、単一のビーム経路が与えられてもよいし、ビーム経路が２つ以上の部分的なビーム経路に分割されてもよい。後者の場合、各部分ビーム経路は独自の光軸を持つことができ、上記の条件は一般に各ビーム経路を独立して指す場合がある。光センサは、同一のビーム経路または部分的なビーム経路に配置することができる。しかしながら、代わりに、光センサは、異なる部分ビーム経路に配置されてもよい。光センサが異なる部分ビーム経路に分散している場合、上記の条件は、少なくとも１つの第１の光センサが少なくとも１つの第１の部分ビーム経路に位置し、第１の空間的オフセットだけ第１の部分ビーム経路の光軸からオフセットで配置されるように、少なくとも１つの第２の光センサが少なくとも１つの第２の部分ビーム経路に位置し、少なくとも１つ第２の空間的オフセットだけ第２の部分ビーム経路の光軸からオフセットで配置されるように述べられ、ここで、第１の空間的オフセットと第２の空間的オフセットは異なる。
【０１６２】
検出器は、２つ以上の光センサを含み得る。いかなる場合でも、すなわち正確に２つの光センサを含む検出器の場合、および２つ以上の光センサを含む検出器の場合には、光センサは、光軸から第１の空間的オフセットで離れている少なくとも１つの第１の光センサと、光軸から第２の空間的オフセットで離れている少なくとも１つの第２の光センサとを含むことができ、ここで、第１の空間的オフセットと第２の空間的オフセットは異なる。第１および第２の光センサに加えて、さらに光センサが設けられている場合、これらの追加の光センサもまた条件を満たし得、あるいはその代わりに第１の空間的オフセットで、第２の空間的オフセットで、または異なる空間的オフセットで光軸から離れてよい。一例として、第１および第２の空間的オフセットは、少なくとも１．２倍、より好ましくは少なくとも１．５倍、より好ましくは少なくとも２倍異なることがある。上記の条件が満たされる限り、空間的オフセットもゼロであるか、または負の値をとることができる。
【０１６３】
上記で概説したように、各感光エリアは幾何学中心を有する。各感光エリアの各幾何学中心は、例えば、ビーム経路の光軸またはそれぞれの光センサが配置されているそれぞれのビーム経路など、検出器の光軸から間隔を空けて配置することができる。
【０１６４】
上記で概説したように、光センサおよび／または受信ファイバの入射面は、具体的には同一平面内に配置することができ、好ましくは光軸に垂直な平面に配置することができる。しかしながら、他の構成も可能である。したがって、２つ以上の光センサおよび／または受信ファイバの入射面は、光軸に平行な方向に間隔を空けて配置することができる。
【０１６５】
例えば、光センサはセグメント化ダイオードの部分ダイオードであり得、セグメント化ダイオードの中心は検出器の光軸から外れている。光センサは、バイセルまたは象限ダイオードの部分ダイオードであり、および／または少なくとも１つのＣＭＯＳセンサを備えてもよい。
【０１６６】
本明細書で使用されるとき「部分ダイオード」という用語は、直列または並列に接続された、いくつかのダイオードを含み得る。この例はかなりシンプルで、費用対効果の高い方法で実現できる。したがって、一例として、バイセルダイオードまたは象限ダイオードは低コストで広く市販されており、およびこれらの象限ダイオードの駆動方式は一般に知られている。本明細書で使用されるとき、「バイセルダイオード」という用語は、一般に、１つのパッケージ内に２つの部分ダイオードを有するダイオードを指す。バイセルダイオードおよび象限ダイオードは、２つまたは４つの別々の感光エリア、特に２つまたは４つのアクティブエリアを有することができる。一例として、バイセルダイオードはそれぞれ、ダイオードの全機能を有する独立したダイオードを形成することができる。一例として、各バイセルダイオードは正方形または長方形の形状を有することができ、合計で２つの部分ダイオードが１×２または２×１の長方形の形状を有するマトリックスを形成するように２つのダイオードを１つの平面内に配置することができる。しかしながら、本発明では、以下にさらに詳細に概説されるように、バイセルダイオードまたは象限ダイオードのセンサ信号を評価するための新しい方式が提案される。一般に、しかしながら、光センサは、特に、象限ダイオードの部分ダイオードであり得、象限ダイオードの中心が検出器の光軸から外れている。本明細書で使用されるとき、「象限ダイオード」という用語は、一般に、１つのパッケージ内に４つの部分ダイオードを有するダイオードを指す。一例として、４つの部分ダイオードはそれぞれダイオードの全機能を有する独立したダイオードを形成することができる。一例として、４つの部分ダイオードはそれぞれ正方形または長方形の形状を有することができ、合計で４つの部分ダイオードが２×２の長方形または正方形の形状を有するマトリックスを形成するように４つの部分ダイオードを１つの平面に配置することができる。さらなる例では、合計で４つの部分ダイオードは、円形または楕円形を有する２×２マトリックスを形成することができる。一例として、部分ダイオードは、互いに最小間隔で隣接していてもよい。
【０１６７】
部分ダイオードの２×２マトリックスを有する象限ダイオードが使用される場合、象限ダイオードの中心は、具体的には光軸から外れているかまたはオフセットされていてもよい。したがって、一例として、象限ダイオードの光センサの幾何学中心の交点であり得る象限ダイオードの中心は、少なくとも０．２ｍｍ、より好ましくは少なくとも０．５ｍｍ、より好ましくは少なくとも１．０ｍｍ、さらには２．０ｍｍ光軸から中心が外れていてもよい。同様に、複数の光センサを有する他の種類の光センサセットアップを使用する場合、光センサの全体の中心は、光軸から同じ距離だけオフセットされてもよい。
【０１６８】
一般に、光センサの感光エリアは、任意の表面積またはサイズを有することができる。しかしながら、好ましくは、特にセンサ信号の単純化された評価を考慮して、光センサの感光エリアは、本質的に等しく、例えば１０％未満、好ましくは５％未満、さらには１％未満の許容誤差である。これは、特に、一般的な市販の象限ダイオードの場合である。
【０１６９】
具体的には、以下でさらに詳しく説明するように、評価装置は、センサ信号および／またはそれから導出される任意の二次信号と縦方向座標との間の少なくとも１つの既知で、決定可能または所定の関係を使用することにより、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てもよい。したがって、評価装置は、少なくとも２つのセンサ信号から、すなわち、少なくとも１つの第１の光センサの少なくとも１つのセンサ信号のうち、および少なくとも１つの第２の光センサの少なくとも１つのセンサ信号のうちから少なくとも１つの結合センサ信号を決定するように構成されてよい。
【０１７０】
本明細書で一般的に使用されるとき、「結合する」という用語は、一般に、信号などの２つ以上の成分が、少なくとも１つの併合された結合信号を形成するために数学的に併合され、および／または、少なくとも１つの比較信号または比較結果を形成するために比較される、任意の操作を指す。以下でさらに詳細に概説するように、結合センサ信号または二次信号は、少なくとも１つの商信号であるか、またはそれを含むことができる。
【０１７１】
例として、Ｑは、
Ｑ＝ｓ１／ｓ２
または
Ｑ＝ｓ２／ｓ１、
として簡単に決定されてもよく、ｓ１はセンサ信号の第１のものを示し、ｓ２はセンサ信号の第２のものを示す。追加的にまたは代替的に、Ｑは、
Ｑ＝ｊ・ｓ１／ｋ・ｓ２
または
Ｑ＝ｋ・ｓ２／ｊ・ｓ１、
として決定されてもよく、ｊおよびｋは実数であり、例えば、所定のまたは決定可能な実数であってよい。追加的にまたは代替的に、Ｑは、
Ｑ＝（ｊ・ｓ１＋ｋ・ｓ２）／（ｐ・ｓ１＋ｑ・ｓ２）、
として決定されてもよく、ｊ、ｋ、ｐ、およびｑが実数であり、例えば、所定のまたは決定可能な実数であってよい。後者の簡単な例として、Ｑは、
Ｑ＝ｓ１／（ｓ１＋ｓ２）、
または、さらなる例として、Ｑは
Ｑ＝（ｓ１−ｓ２）／（ｓ１＋ｓ２）
として決定されてもよい。
【０１７２】
他の商信号が実行可能である。したがって、一例として、２つ以上の光センサ信号が提供される場合、上述の商形成は、これらの光センサによって生成される２つのセンサ信号間で起こり得るか、または２つ以上のセンサ信号間で起こり得る。したがって、上記の式において、センサ信号の第１のものおよびセンサ信号の第２のものを使用する代わりに、結合センサ信号を商形成に使用することができる。
【０１７３】
結合信号Ｑは一般に、感光エリア上の光ビームによって生成された光スポットの非対称性または非対称分布を示す非対称性パラメータの一例である。２つ以上のフォトダイオードなどの２つ以上の光センサの商は、以下の実験データによって示されるように、典型的には検出器と光ビームが検出器に向かって進む物体との間の距離に単調に依存する結合信号を提供し得る。商信号に加えて、またはその代わりとして、本発明のセットアップにおいて２つ以上のセンサのセンサ信号を実行する他の種類の複合機能を使用することもでき、これもまた、物体と検出器との間の距離に対する依存性を示し得る。一例として、光スポットの非対称性または非対称性パラメータは、光ビームの幅の指標であり得る。この非対称パラメータが距離のみに依存する場合は、測定値を使用して距離を決定し得る。
【０１７４】
典型的なセットアップにおいては、象限フォトダイオードのような市販の象限ダイオードが位置決めのために、すなわち象限フォトダイオードの平面内の光スポットの横方向座標を調整および／または測定するために使用される。したがって、一例として、象限フォトダイオードの使用によるレーザビーム位置決めがよく知られている。しかしながら、典型的な先入観によれば、象限フォトダイオードは、ｘｙ位置決めにのみ使用される。この仮定によると、象限フォトダイオードは距離の測定には適していない。しかしながら、検出器の光軸に対して中心が外れた象限フォトダイオードを使用した上記の結果は、以下のさらなる測定で示されるようにそうでないことを示している。したがって、上記のように、象限フォトダイオードでは、上述のオフセットなどによって象限ダイオードを軸からわずかに外すことによって、スポットの非対称性を測定することができる。それによって、例えば象限フォトダイオードの２つ以上の部分フォトダイオード、すなわち象限の２つ以上のセンサ信号の結合信号Ｑを形成することによって、単調なｚ依存関数を生成することができる。そこでは、原則として、測定に必要なフォトダイオードは２つだけである。他の２つのダイオードは、ノイズキャンセルやより正確な測定値の取得に使用できる。
【０１７５】
象限ダイオードまたは象限フォトダイオードを使用することに加えて、またはその代わりとして、他の種類の光センサを使用することができる。したがって、以下でさらに詳細に示されるように、スタガード光センサを使用することができる。
【０１７６】
象限ダイオードの使用は、既知の光検出器に比べて多数の利点を提供する。このように、象限ダイオードは、ＬＥＤまたはアクティブターゲットと組み合わせて多数の用途に使用されており、非常に低価格で、スペクトル感度などの様々な光学特性を有し、様々なサイズで広く市販されている。市販の製品を本発明による検出器に実装することができるので、特別な製造工程を確立する必要はない。
【０１７７】
本発明による検出器は、特に、２０１５年３月２６日に出願された国際特許出願番号ＰＣＴ／ＩＢ ２０１５／０５２２３３に開示されているような多層光記憶ディスクに使用することができる。本発明による検出器を使用することによって実行される測定は、具体的には、光記憶ディスクにおける焦点位置を最適化するために使用され得る。
【０１７８】
以下により詳細に概説されるように、本発明による検出器を使用することによる距離測定は、１つまたは複数の追加の距離測定手段を検出器に実装することによって、および／または検出器を他のタイプの距離測定手段と組み合わせることによって向上され得る。したがって、一例として、検出器は少なくとも１つの三角測量距離測定装置を含むか、またはそれと組み合わせることができる。したがって、距離測定は、上述の測定原理と三角測量型距離測定との組み合わせを利用することによって向上させることができる。さらに、ｘ座標および／またはｙ座標などの１つまたは複数の他の座標を測定するための手段を設けることができる。
【０１７９】
象限ダイオードが使用される場合、象限ダイオードは追加の目的にも使用され得る。したがって、象限ダイオードは、光電子工学およびレーザ物理学の分野で一般的に知られているように、光スポットの従来のｘ−ｙ測定にも使用することができる。したがって、一例として、レンズまたは検出器の位置を、象限ダイオードの従来のｘｙ位置情報を使用して調整することで、距離測定のためのスポットの位置を最適化することができる。実際的な例として、光スポットは、最初は、象限ダイオードの真ん中に配置することができるが、通常、商関数Ｑを用いた上述の距離測定はできない。したがって、第１に、従来の象限フォトダイオード技術を使用して、象限フォトダイオード上の光スポットの位置を偏心させることができ、それによって、たとえば象限ダイオード上でのスポット位置が測定に最適となる。したがって、一例として、検出器の光センサの異なる偏心は、光スポットが光軸に対して、および光センサアレイの幾何学中心に対して偏心されるなど、光軸に関する光センサの動きの単なる開始点であり得る。
【０１８０】
したがって、一般に、検出器の光センサは、上述の象限ダイオードのように、センサアレイを形成してもよく、またはセンサアレイの一部であってもよい。したがって、一例として、検出器は、光センサのアレイを備えてもよく、例えば、ｍ行およびｎ列を有し、ｍ、ｎが独立して正の整数である、長方形アレイなどの光センサのアレイを備えてもよい。好ましくは、複数の列および複数の行が与えられる、すなわち、ｎ＞１、ｍ＞１である。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、行数と列数との比は１に近い。一例として、例えばｍ／ｎ＝１：１、４：３、１６：９、または同様のものを選択することによって、例えば０．３≦ｍ／ｎ≦３となるようになどｎおよびｍを選択することができる。一例として、アレイは、ｍ＝２、ｎ＝２またはｍ＝３、ｎ＝３などを選択することによるなど、等しい数の行および列を有する正方形のアレイであってもよい。ｍ＝２、ｎ＝２の場合は、象限ダイオードまたは象限光センサの場合であり、象限フォトダイオードが広く利用可能であるので、実用上の理由から、好ましい場合の１つである。
【０１８１】
開始点として、アレイ内の光センサの幾何学中心は、上述のオフセットなどによって、光軸から中心が外れていてもよい。センサアレイは、具体的には、光軸に対して、例えば勾配に沿って、好ましくは自動的に移動可能であり、例えば光軸に垂直な平面内でセンサアレイを動かすことによって、および／または、例えば、光軸を平行にシフトさせたり、および／または光軸を傾けたりして光軸自体を動かすことによって、移動可能であり得る。したがって、センサアレイは、センサアレイの平面内で光ビームによって生成される光スポットの位置を調整するために、シフトさせることができる。追加的にまたは代替的に、光軸は、適切な要素を使用することによって、例えば１つまたは複数の偏向要素および／または、１つまたは複数のレンズを使用することによって、シフトおよび／または傾斜させることができる。一例として、移動は、光軸を平行シフト移動させることおよび／または光軸を傾けることなど、光軸を動かすために、例えばアレイを移動および／またはシフトする、および／または、ビーム経路内の１つまたは複数の光学要素を移動および／またはシフトおよび／または傾けるなど、１つまたは複数のピエゾアクチュエータおよび／または１つまたは複数の電磁アクチュエータおよび／または１つまたは複数の空気圧式または機械式アクチュエータなどの１つまたは複数の適切なアクチュエータを使用することによって行われ得る。評価装置は、具体的には、光軸に対するセンサアレイの相対位置を、例えば光軸に垂直な平面内で制御するように調整することができる。調整手順は、評価装置が、第１に、センサ信号を使用することによって、センサアレイ上の光ビームによって生成された光スポットの少なくとも１つの横方向位置を決定するように、第２に、アレイおよび／または光軸を動かすことによる等、例えば光スポットが中心から外れるまで平面内のアレイを光軸に移動することによって、および／または、光スポットが中心から外れるまでレンズを傾けることによって、光軸に対してアレイを動かするように、構成されているという点で行われてよい。ここで使用されているように、横方向位置は、ｘ−ｙ平面とも呼ばれ得る光軸に垂直な平面内の位置とすることができる。横方向座標の測定のために、一例として、光センサのセンサ信号が比較されてもよい。一例として、センサ信号が等しいことが判明した場合、したがって、光スポットが象限ダイオードの中心など、光センサに関して対称的に配置されていると判断された場合、アレイ内の光スポットを中心から外させるために、アレイのシフトおよび／またはレンズの傾斜が起こり得る。したがって、上で概説したように、象限フォトダイオードの中心を光軸から偏心させることなど、光軸からアレイを偏心することは、光スポットが光軸上に位置し、したがって中心に位置する典型的な状況を回避するための単に出発点であり得る。したがって、光軸に対してアレイを偏心させることによって、光スポットを中心からはずす必要がある。これが当てはまらないことが判明した場合、光スポットが付随的にアレイの中心に位置し、全ての光センサを等しく照射するように、光軸に対するアレイの上述のシフトは、アレイ上の光スポットの中心を外すために、好ましくは自動的に行われてもよい。それによって、信頼性のある距離測定が行われ得る。
【０１８２】
さらに、可動光源を備えた走査システムでは、象限ダイオード上の光スポットの位置は固定されてなくてもよい。これはまだ可能だが、ダイオード内のスポットのｘｙ位置に応じて、異なるキャリブレーションを使用する必要がある。
【０１８３】
さらに、上述の結合信号Ｑの使用は、距離測定のための非常に信頼できる方法である。典型的には、Ｑは、物体の縦方向座標および／または光スポットの直径または等価直径などの光スポットのサイズの単調関数である。したがって、一例として、特に線形光センサが使用される場合、商Ｑ＝ｓ１／ｓ２は、光スポットのサイズの単調減少関数である。この理論に束縛されることを望むものではないが、これは、上述の好ましいセットアップにおいて、センサ信号、例えば上述の第１のセンサ信号ｓ１および上述の第２のセンサ信号ｓ２などのセンサ信号は、検出器に到達する光量が減少するため、光源までの距離が増すにつれて二乗関数として減少する、という事実によると考えられる。しかしながら、そこでは、偏心のために、センサ信号の一方が他方よりも急速に減少し、実験で使用されたような光セットアップでは、像平面内の光スポットは成長するため、したがって、より広いエリアにわたって拡大する。しかしながら、光スポットを拡大することによって、非常に小さい光スポットの状況と比較して光スポットの中心の外側の１つまたは複数の光センサを照らす光の部分は、増加する。したがって、センサ信号の商は、光ビームの直径または光スポットの直径が増加するにつれて連続的に変化、すなわち増加または減少する。さらに、商は、光ビームの総出力がすべてのセンサ信号において１つの要素を形成するので、主に光ビームの総出力から独立させてもよい。その結果、商Ｑは、センサ信号と光ビームのサイズまたは直径との間の一意的かつ明確な関係を提供する二次信号を形成することができる。
【０１８４】
一方、光ビームのサイズまたは直径は、光ビームが検出器に向かって伝播する物体と検出器自体の間の距離に依存するため、すなわち物体の縦方向座標に依存するため、第１と第２センサ信号と縦方向座標の間に一意かつ明確な関係が存在し得る。後者については、上記の先行技術文書の１つ以上、例えばＷＯ ２０１４／０９７１８１ Ａ１などを参照することができる。所定の関係は、例えばガウス光ビームの線形結合を仮定するなどの分析的考慮によって、例えば第１および第２センサ信号と、物体の縦方向座標の関数としてそれから導出される二次信号を測定した測定値などの経験的測定値によって、またはその両方によって決定され得る。
【０１８５】
上記で概説したように、具体的には、象限フォトダイオードを使用することができる。一例として、４つの光センサを提供するために、紫外線スペクトル範囲から近赤外線スペクトル範囲において感度ある、タイプＳ４３４９の象限Ｓｉ  ＰＩＮフォトダイオードなど、Ｈａｍａｍａｔｓｕ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ  ＧｍｂＨ、Ｄ−８２２１１  Ｈｅｒｒｓｃｈｉｎｇ  ａｍ  Ａｍｍｅｒｓｅｅ，  Ｇｅｒｍａｎｙから市販されている１つまたは複数の象限フォトダイオードなど、市販の象限フォトダイオードを一体化することができる。光センサのアレイが使用される場合、アレイは裸のチップであっても、またはＴＯ−５金属パッケージ内に封入されるような封入アレイであってもよい。追加的にまたは代替的に、ＴＴ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ｐｌｃ，  Ｆｏｕｒｔｈ  Ｆｌｏｏｒ，  Ｓｔ  Ａｎｄｒｅｗｓ  Ｈｏｕｓｅ，  Ｗｅｓｔ  Ｓｔｒｅｅｔ  Ｗｏｋｉｎｇ  Ｓｕｒｒｅｙ，  ＧＵ２１  ６ＥＢ，  Ｅｎｇｌａｎｄから入手可能なＴＴ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ＯＰＲ５９１１などの表面実装型デバイスを使用することができる。他の光センサも使用できることに留意されたい。
【０１８６】
さらに、正確に１つの象限フォトダイオードを使用するオプションに加えて、２つ以上の象限フォトダイオードを使用することもできることに留意されたい。したがって、一例として、第１象限フォトダイオードを上述のように距離測定に使用して、２つ以上の光センサを提供することができる。他の象限フォトダイオードを、例えば少なくとも１つの横方向座標ｘおよび／またはｙを使用するためなどの横方向位置測定のために、第１の象限フォトダイオードのビーム経路から分割された第２の部分ビーム経路内で使用することができる。一例として、第２の象限フォトダイオードは、光軸に対して軸上に配置されてもよい。
【０１８７】
さらに、１つまたは複数の象限フォトダイオードを使用するという選択肢に加えて、１つまたは複数の象限フォトダイオード、または追加のフォトダイオードアレイは、互いに近接して、好ましくは２×２マトリックスなどの長方形マトリックスなどの対称形状に配置または組み立てられた分離フォトダイオードによって置換または模倣され得る。しかしながら、さらなる配置も可能である。そのような配置または組み立てにおいては、フォトダイオードは、単一のハウジングまたはマウント内にあるすべてのフォトダイオード、あるいは単一のハウジングまたはマウント内にあるフォトダイオードのグループ、あるいは別々のハウジングまたはマウント内にあるそれぞれのフォトダイオードなど、ハウジングまたはマウント内に配置または組み立てることができる。さらに、フォトダイオードは回路基板上に直接組み立てることもできる。このような配置または組み立てでは、フォトダイオードは、フォトダイオードの活性領域間の間隔が１センチメートル未満、好ましくは１ミリメートル未満、より好ましくはできるだけ小さいような明確な値を有するように配置することができる。さらに、測定を悪化させる可能性がある光反射、歪みなどを回避するために、アクティブエリアの間の空間は、空であるか、または好ましくはブラックシリコン、ブラックポリオキシメチレンなどのブラックポリマーなどの光吸収材料、より好ましくは、ブラックセラミックなどの光吸収性および電気絶縁性材料、またはブラックシリコンなどの絶縁性黒色ポリマーなどで満たすことができる。さらに、フォトダイオード間隔の明確な値は、プラスチックセパレータなどのフォトダイオード間に明確な構成要素を追加することによっても実現することができる。さらなる実施形態が実現可能である。アクティブエリア間の距離が最小の２×２の長方形マトリックスなど、同様のセットアップで配置された単一ダイオードによる象限フォトダイオードの置き換えは、光検出器のコストをさらに最小限に抑えることができる。さらに、象限ダイオードからの２つ以上のダイオードを並列または直列に接続して単一の感光エリアを形成することができる。
【０１８８】
追加的にまたは代替的に、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備えてよい。追加的または代替的に、光センサは、外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：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むことができる。追加的にまたは代替的に、光センサは、少なくとも１つのボロメータ、好ましくはＶＯボロメータおよびアモルファスＳｉボロメータからなる群から選択されるボロメータを備えてよい。
【０１８９】
光センサはそれぞれ独立して、不透明、透明、または半透明にすることができる。しかし、簡単にするために、これら不透明なセンサは一般に広く市販されているため、光線に対して透明ではない不透明センサを使用してよい。
【０１９０】
各光センサは、具体的には、それぞれ単一の感光エリアを有する均一なセンサであってよい。したがって、光センサは、具体的には非ピクセル化光センサであり得る。
【０１９１】
上記で概説したように、センサ信号を評価することにより、検出器は、物体全体またはその１つ以上の部分の縦方向座標を決定する選択肢を含む物体の少なくとも１つの縦方向座標を決定することができる。しかしながら、加えて、１つ以上の横方向座標および／または回転座標を含む物体の他の座標が、検出器、特に評価装置によって決定されてよい。したがって、一例として、１つ以上の追加の横方向センサが、物体の少なくとも１つの横方向座標を決定するのに使用され得る。ＷＯ  ２０１４／０９７１８１  Ａ１に開示された横方向センサ、および／または象限ダイオード、ＣＣＤまたはＣＭＯＳチップやその類似物などの他の位置感知装置（ＰＳＤｓ）など、様々な横方向センサが当技術分野で一般的に知られている。これらの装置は一般に、本発明による検出器に実装することもできる。一例として、光ビームの一部は、少なくとも１つのビーム分割要素によって検出器内で分割されてよい。分割部分は、一例として、ＣＣＤまたはＣＭＯＳチップまたはカメラセンサなどの横方向センサに向かって誘導され、横方向センサ上の分割部分によって生成される光スポットの横方向位置が決定され得、これにより、物体の少なくとも１つの横方向座標が決定され得る。したがって、本発明による検出器は、単純な距離測定装置などの１次元検出器であるか、または２次元検出器として、または３次元検出器としてさえ具体化され得る。さらに、上記で概説したように、または以下でさらに詳細に概説するように、場景または環境を一次元様式で走査することにより、三次元画像も作成され得る。したがって、本発明による検出器は、具体的には、一次元検出器、二次元検出器、または三次元検出器のうちの一つであってよい。評価装置はさらに、物体の少なくとも１つの横方向座標ｘ，ｙを決定するように構成されてよい。評価装置は、縦方向座標と横方向座標の情報を組み合わせて、空間内の物体の位置を決定するように適合されてよい。
【０１９２】
一つの実施形態では、検出器は、
−  １つの光学測定ファイバと少なくとも１つの転送装置を含む少なくとも１つの測定ヘッドと；
−  少なくとも２つの光センサであって、各光センサは少なくとも１つの感光エリアを有し、各光センサは、光学測定ファイバから発する少なくとも１つの光ビームによる対応の感光エリアの照射に応じて少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計されている、光センサと；
−  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つの評価装置と、
を含むことができる。
【０１９３】
本明細書で使用されるとき、「測定ヘッド」という用語は、物体から少なくとも１つの光ビームを受けるように適合された少なくとも１つの測定手段を指す。測定ヘッドは、少なくとも１つの光学測定ファイバであってもよく、またはそれを含んでもよく、さらに、少なくとも１つの光照射ファイバ；少なくとも１つのスペーサ要素；少なくとも１つの転送要素、からなる群から選択される少なくとも１つの要素を含んでもよい。測定ヘッドは、特に光学測定ファイバと少なくとも１つの照射ファイバの配置を考慮し、少なくとも１つの放射状に配置された設計、または放射状に対称な設計を有することができる。放射状に配置または放射状に対称な設計は、特に物体の測定点の強い白黒コントラストにおいて、または凹面または凸面の測定において、測定値の堅牢性を高めることができる。
【０１９４】
本明細書で使用されるとき、「光学測定ファイバ」という用語は、少なくとも１つの光ファイバを有する少なくとも１つの角度依存光学要素を指す。測定ヘッドは、正確に１つの光学測定ファイバを備えてもよい。１つの光学測定ファイバのみを使用することができるようにするために、結合信号Ｑは、光学測定ファイバの出口端に配置された少なくとも２つの光センサからの少なくとも２つのセンサ信号から決定される。光学測定ファイバは、２つの端部を備えてよい。光学測定ファイバは、物体から発する少なくとも１つの光ビームを受信するように適合された少なくとも１つの受信端を備えてよい。光学測定ファイバは、物体から発する光ビームが光学測定ファイバを出る少なくとも１つの出口端を備えてよい。光学測定ファイバは、受信ファイバと表されることもある。受信端は、少なくとも１つの受信ファイバの少なくとも１つの入射面としても示され、物体から検出器へと進む光ビームが角度依存光学要素、特に光ファイバに衝突する位置としても示される。この理論に縛られることを望まないが、入射角が光ファイバの許容角度と等しいか許容角度より小さいと仮定し、入射角が出口角に等しくなるように、光ファイバによって受けられる光ビームの入射角は保存されると考えられている。したがって、光ビームにエンコードされた距離情報は、本質的に保存され得、結合信号Ｑを使用して評価され得る。
【０１９５】
光センサは、バイセルまたは象限ダイオードの部分ダイオードであり、および／または少なくとも１つのＣＭＯＳセンサを備えてもよい。例えば、光センサはＣＭＯＳセンサを含んでもよい。評価装置は、ＣＭＯＳセンサのセンサ領域を少なくとも２つのサブ領域に分割するように適合され得る。具体的には、評価装置は、ＣＭＯＳセンサのセンサ領域を少なくとも１つの左側部分と少なくとも１つの右側部分および／または少なくとも１つの上側部分と少なくとも１つの下側部分および／または少なくとも１つの内側部分と少なくとも１つの外側部分に分割するように適合され得る。評価装置は、少なくとも２つのサブ領域の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得る。少なくとも１つのＣＭＯＳセンサの使用は、物体を照射するための照射源の移動を可能にする。特に、少なくとも１つの光照射ファイバと光学測定ファイバの独立した動きが可能になり得る。
【０１９６】
測定ヘッドは、少なくとも１つのコリメートレンズを含む少なくとも１つの転送装置を含むことができる。転送装置の開口数は、光学測定ファイバの開口数より小さくてよい。
【０１９７】
検出器は、少なくとも１つの光照射ファイバを備えてよい。照射源は、光照射ファイバを通して物体を照射するように適合され得る。本明細書で使用されるとき、「光照射ファイバ」という用語は、物体を照射するための少なくとも１つの光ビームを提供するように適合された少なくとも１つの光ファイバを指す。光照射ファイバは、少なくとも１つの導光要素であってもよく、またはそれを含んでもよい。光照射ファイバは、少なくとも１つの照射光ビーム、例えば、照射源によって生成された照射光ビーム光を受けるように適合された少なくとも１つの第１端部を有することができる。追加的にまたは代替的に、照射源は光ファイバを通して案内されてよい。光照射ファイバは、物体の照射のために照射光ビームが光照射ファイバから出る少なくとも１つの第２端部を有してよい。第２端部はまた、少なくとも１つの光照射ファイバの出口面として示されてもよい。バイセルまたは象限ダイオードの部分ダイオードとして配置された光センサを使用する場合、光学測定ファイバと光照射ファイバは、特に固定的に相互接続されてよい。光照射ファイバを使用する照射に加えて、またはその代わりに、物体は、任意の照射源から生成された光ビームによって照射されてよい。特に、物体の照射は、光ファイバと独立して実行されてよい。
【０１９８】
照射源と光センサは、ベースラインによって分離されてよい。特に、光照射ファイバは、少なくとも１つの送信機レンズを備えてよい。光学測定ファイバは、少なくとも１つの受信機レンズを備えてもよい。送信機レンズと受信機レンズの間のベースラインは小さくてよい。ベースラインは、０．０１ｍ未満、好ましくは０．００５ｍ未満、より好ましくは０．００２５ｍ未満であり得る。バイセルまたは象限ダイオードの部分ダイオードの分割線は、ベースラインに対して本質的に平行または本質的に直交するように配置され得る。
【０１９９】
本発明のさらなる態様では、少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器システムが開示されている。検出器システムは、上記で開示した１つ以上の実施形態、または以下でさらに詳細に開示する１つ以上の実施形態によるなど、本発明による少なくとも１つの検出器を含む。検出器システムは、少なくとも１つの光ビームを検出器に向けるように適合された少なくとも１つのビーコン装置をさらに備え、該ビーコン装置は、物体に取り付け可能、物体により保持可能、物体に統合可能の少なくとも１つである。ビーコン装置に関するさらなる詳細は、その潜在的に可能な実施形態を含めて、以下に与えられる。したがって、少なくとも１つのビーコン装置は、レーザ、ＬＥＤ、電球および類似物などの１つまたは複数の光源などの１つまたは複数の照射源を含む少なくとも１つの能動型ビーコン装置であってもよく、またはそれを含んでもよい。一例として、照射源によって放射される光は、３００〜１０００ｎｍ、特に５００〜１０００ｎｍの波長を有し得る。代替的に、上記で概説したように、７８０〜３．０μｍの範囲などの赤外線スペクトル範囲を使用することもできる。具体的には、シリコンフォトダイオードが特に適用可能な７００ｎｍから１０００ｎｍの範囲の近赤外領域を使用することができる。２つ以上の光ビームを区別するために、１つ以上のビーコン装置によって発せられた光は、上記で概説したように、変調されていなくても変調されていてもよい。追加的または代替的に、少なくとも１つのビーコン装置は、１つ以上の反射要素を備えることなどにより、１つ以上の光ビームを検出器に向かって反射するように適合されてよい。さらに、少なくとも１つのビーコン装置は、光ビームを散乱させるように適合された１つ以上の散乱要素であってもよく、またはそれを含んでもよい。その中で、弾性散乱または非弾性散乱が使用され得る。少なくとも１つのビーコン装置が検出器に向かって一次光ビームを反射および／または散乱するように適合される場合、ビーコン装置は、光ビームのスペクトル特性を影響を受けないままにするように適合されるか、あるいは、光ビームの波長を変更するなど、光ビームのスペクトル特性を変えるように適合されてよい。
【０２００】
本発明のさらなる態様では、ユーザとマシンとの間で少なくとも１つの情報項目を交換するためのヒューマンマシンインターフェースが開示されている。ヒューマンマシンインターフェースは、上記で開示した実施形態および／または以下でさらに詳細に開示する実施形態の１つ以上による少なくとも１つの検出器システムを有している。ここで、少なくとも１つのビーコン装置は、ユーザに直接または間接的に取り付けられるか、ユーザによって保持されるかの少なくとも１つに適合される。ヒューマンマシンインターフェースは、検出器システムによってユーザの少なくとも１つの位置を決定するように設計されており、ヒューマンマシンインターフェースは、該位置に少なくとも１つの情報項目を割り当てるように設計されている。
【０２０１】
本発明のさらなる態様では、少なくとも１つの娯楽機能を実行する娯楽装置が開示されている。該娯楽装置は、上記で開示された実施形態および／または以下でさらに詳細に開示された実施形態の１つ以上による少なくとも１つのヒューマンマシンインターフェースを備えている。娯楽装置は、ヒューマンマシンインターフェースを用いてプレーヤが情報の少なくとも１つの項目を入力できるように構成されている。娯楽装置はさらに、該情報に従って娯楽機能を変えるように構成されている。
【０２０２】
本発明のさらなる態様では、可動な物体の少なくとも１つの位置を追跡する追跡システムが開示されている。追跡システムは、上記および／または以下でさらに詳細に開示される検出器システムに言及する１つ以上の実施形態による少なくとも１つの検出器システムを備えている。追跡システムは、少なくとも１つの追跡コントローラをさらに備える。追跡コントローラは、特定の時点で物体の一連の位置を追跡するように適合されている。
【０２０３】
本発明のさらなる態様では、少なくとも１つの物体を撮像するカメラが開示されている。カメラは、上記で開示された、または以下でさらに詳細に開示される検出器に言及する実施形態のいずれか１つによる少なくとも１つの検出器を備えている。
【０２０４】
本発明のさらなる態様では、光学記憶媒体用の読出し装置が提案されている。読出し装置は、検出器に言及する前述の実施形態のいずれか１つによる少なくとも１つの検出器を含む。そこで使用されるとき、光学記憶媒体用の読出し装置は、一般に、光学記憶媒体、例えばＣＣＤ，ＤＶＤまたはブルーレイディスクのような光学記憶媒体に格納された情報を光学的に検索することができる装置を指す。したがって、本発明による検出器の上述の測定原理は、光記憶ディスクなどの光記憶媒体内のデータモジュールを検出するために使用することができる。例として、反射するデータモジュールが存在し、照射光ビームを反射する場合、検出器は上記の測定原理に従って反射光ビームを検出するだけでなく、検出器と反射するデータモジュールの間の距離、すなわち、光学記憶媒体内の反射するデータモジュールの深さも検出する。したがって、一例として、検出器は、光学記憶媒体内の情報モジュールまたはデータモジュールの異なる層を検出するために使用され得る。それにより、一例として、２層ディスクまたは３層ディスク、または３層よりも多い層を有するディスクさえも生成され、読み出され得る。
【０２０５】
本発明のさらなる態様では、少なくとも１つの物体の少なくとも１つの位置を決定することも意味する、場景の深度プロファイルを決定するための走査システムが提供されている。走査システムは、上記の実施形態の１つ以上に開示された、および／または以下の実施形態の１つ以上に開示された少なくとも１つの検出器など、本発明による少なくとも１つの検出器を備える。走査システムは、照射光ビームまたは走査光ビームとも呼ばれ得る少なくとも１つの光ビームで場景を走査するように適合された少なくとも１つの照射源をさらに備える。本明細書で使用される「場景」という用語は、一般に、検出器によって見える２次元または３次元の範囲、例えば少なくとも１つの幾何学的または空間的特性が検出器によって評価できる２次元または３次元の範囲を指す。本明細書でさらに使用される「走査」という用語は、一般に、異なる領域での連続した測定を指す。したがって、走査は、具体的には、照射光ビームが第１の様式で方向付けられまたは指向された少なくとも１つの第１の測定と、照射光ビームが第２の様式で方向付けられまたは指向された少なくとも１つの第２の測定を含むことができる。走査は連続走査でも段階的走査もよい。したがって、照射光ビームは、連続的または段階的な方法で、場景の異なる領域に向けられることができ、検出器は各領域の少なくとも１つの情報項目、例えば少なくとも１つの縦方向座標などを生成するように検出される。一例として、物体を走査するために、１つ以上の照射光ビームが、連続的にまたは段階的に、物体の表面に光スポットを生成することができ、該光スポットに対して縦方向座標が生成される。ただし、代わりに、光パターンが走査に使用され得る。走査は、ポイント走査またはライン走査、あるいはさらに複雑な光パターンを用いた走査であってよい。走査システムの照射源は、検出器の任意の照射源とは異なる場合がある。しかしながら、代替として、走査システムの照射源はまた、検出器の少なくとも１つの任意の照射源と完全にまたは部分的に同一であるか、またはその中に一体化されてもよい。
【０２０６】
したがって、走査システムは、少なくとも１つの物体の少なくとも１つの表面に配置された少なくとも１つのドットを照射するように構成されている少なくとも１つの光ビームを放射するように適合される少なくとも１つの照射源を含み得る。本明細書で使用されるとき、用語「ドット」は、照射源によって照射されるように、例えば走査システムのユーザによって選択され得る物体の表面の一部上のエリア、具体的には小さいエリアを指す。好ましくは、ドットは、一方では、走査システムが走査システムに含まれる照射源と、可能な限り正確に配置され得る物体の表面の部分の距離の値を決定することを可能にするように、可能な限り小さいサイズを示してよく、他方では、走査システムのユーザまたは走査システム自体が、特に自動手順によって、物体の表面の関連部分上のドットの存在を検出することを可能にするように、可能な限り大きいサイズを示してよい。
【０２０７】
この目的のために、照射源は、人工照射源、特に少なくとも１つのレーザ源および／または少なくとも１つの白熱灯および／または少なくとも１つの半導体光源、例えば、少なくとも１つの発光ダイオード、特に有機発光ダイオードおよび／または無機発光ダイオードを含み得る。一例として、照射源によって放射された光は、３００から１０００ｎｍ、特に５００から１０００ｎｍの波長を有することができる。追加的にまたは代替的に、７８０ｎｍから３．０μｍの範囲内などの赤外線スペクトル範囲内の光を使用することができる。具体的には、シリコンフォトダイオードが特に適用可能な７００ｎｍから１０００ｎｍの範囲の近赤外領域を使用することができる。それらの一般的に定義されたビームプロファイルおよび他の取り扱い性の特性のために、照射源として少なくとも１つのレーザ源の使用が特に好ましい。本明細書では、単一のレーザ源の使用が好ましい場合があり、特に、ユーザによって容易に保管および移動可能であるコンパクトな走査システムを提供することが重要である場合である。したがって、照射源は、好ましくは検出器の構成部分であり得、したがって、特に検出器のハウジングなどの検出器内へ一体化され得る。好ましい実施形態では、特に走査システムのハウジングは、距離に関する情報をユーザに、読みやすい方法などで、提供するように構成された少なくとも１つのディスプレイを含むことができる。さらなる好ましい実施形態では、特に走査システムのハウジングは、さらに、走査システムに関連する少なくとも１つの機能を動作させるように、１つ以上の動作モードを設定するなどのように構成される少なくとも１つのボタンを含むことができる。さらなる好ましい実施形態では、特に走査システムのハウジングは、特にユーザによる走査システムの距離測定および／または操作性の精度を向上させるために、磁性材料を含むベースプレートまたはホルダ等のような、例えば、ゴム足、ベースプレートまたは壁ホルダなど、走査システムをさらなる表面に固定するように構成された少なくとも１つの固定ユニットをさらに含むことができる。
【０２０８】
したがって、特に、走査システムの照射源は、単一のレーザビームを放射することができ、物体の表面に配置された単一のドットを照射するように構成され得る。本発明による少なくとも１つの検出器を使用することによって、少なくとも１つのドットと走査システムとの間の距離に関する少なくとも１つの情報項目を生成することができる。これにより、好ましくは、走査システムに含まれるような照射システムと、照射源によって生成されるような単一のドットとの間の距離が、例えば少なくとも１つの検出器に含まれる評価装置を使用することによって決定され得る。しかしながら、走査システムは、さらに、特にこの目的に適合させることができる追加の評価システムを含むことができる。代替的にまたは追加的に、走査システムのサイズ、特に走査システムのハウジングのサイズは考慮されることができ、したがって、走査システムのハウジング上の特定の点間の距離、例えばハウジングの前エッジや後エッジと単一のドットの間の距離が代わりとして決定され得る。照射源は、点群を生成および／または投影するように構成されることができ、例えば、照射源は、少なくとも１つのデジタル光処理プロジェクタ、少なくとも１つのＬＣｏＳプロジェクタ、少なくとも１つの空間光変調器；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの発光ダイオードアレイ；少なくとも１つのレーザ光源アレイ、のうちの１つ以上を備えることができる。
【０２０９】
代替的に、走査システムの照射源は、２つの個別のレーザビームを放射してもよく、該レーザビームは、ビームの放射方向の間の直角などの対応する角度を提供するように構成されることができ、それにより、同じ物体の表面に位置する個別のドットまたは２つの別々の物体の２つの異なる表面が照射され得る。しかしながら、２つの個別のレーザビーム間の対応する角度の他の値もまた実現可能である。この特徴は、特に、走査システムとドットの間に１つ以上の障害が存在しまたはその以外のことにより届くのが困難であるなど、直接的にアクセスできない間接的な距離の導出のための間接測定機能に採用されることができる。例として、したがって、２つの個別の距離を測定し、ピタゴラスの公式を使用することによって高さを導出することによって、物体の高さの値を決定することが実現可能であり得る。特に物体に対して所定の高さを維持することができるようにするために、走査システムはさらに、少なくとも１つの水平ユニット、特にユーザによって所定の高さを維持するために使用される一体型バブルバイアルを備えてもよい。
【０２１０】
さらなる代替として、走査システムの照射源は、複数の個別のレーザビーム、例えば互いに対してそれぞれのピッチ、特に規則的なピッチを示し得るレーザビームのアレイを放射することができ、該レーザビームのアレイは少なくとも１つの物体の少なくとも１つの表面上に配置されたドットアレイを生成するようなやり方で構成されてよい。この目的のために、ビーム分割装置およびミラーのような特別に適合された光学要素が設けられてよく、該光学要素は記載されたレーザビームのアレイの生成を可能にすることができる。特に、照射源は、１つ以上の可動ミラーを使用して周期的または非周期的に光ビームを指向することによって、領域または空間を走査するように指向されてもよい。
【０２１１】
したがって、走査システムは、１つ以上の物体の１つ以上の表面上に配置された１つ以上のドットの静的配置を提供することができる。あるいは、走査システムの照射源、特に、上述したレーザビームアレイなどの１つ以上のレーザビームは、経時的に変化する強度を示すことができ、および／または、特に上述したマイクロミラーのアレイ内に含まれるマイクロミラーのような１つ以上のミラーを移動させることによって時間の経過中に放出方向を変えることができる１つ以上の光ビームを提供するように構成されてもよい。結果として、照射源は、走査装置の少なくとも１つの照射源によって生成される変化する特徴を有する１つ以上の光ビームを使用することにより、少なくとも１つの物体の少なくとも１つの表面の一部を画像として走査するように構成され得る。特に、走査システムは、したがって、１つ以上の物体の１つ以上の表面を順次または同時に走査するように、少なくとも１つのロー走査および／またはライン走査を使用することができる。したがって、走査システムは、３つ以上のドットを測定することによって角度を測定するように適合されることがで、または走査システムは、従来の測定スティックを使用してアクセスできないコーナーまたは屋根の切妻のような狭い領域を測定するように適合されることができる。非限定的な例として、走査システムは、例えば生産環境における安全レーザスキャナ、および／または３Ｄ印刷に関連してなどの物体の形状を決定に使用される３Ｄ走査装置、身体走査、品質管理、レンジメータなどのような建設用途、小包のサイズまたは体積を決定するための物流用途、ロボット真空掃除機や芝刈機などにおける家庭用途、または走査ステップを含む他の種類の用途、に使用され得る。非限定的な例として、走査システムは産業用安全カーテン用途に使用されてもよい。非限定的な例として、走査システムは、拭き掃除、真空吸引、モップがけ、またはワックスがけ機能、または草刈りまたは掻き取りなどのヤードまたは庭の手入れ機能を実行するのに使用することができる。非限定的な例として、走査システムは、コリメート光学系を有するＬＥＤ照照射源を使用してよく、また、より正確な結果を得るために照射源の周波数を異なる周波数にシフトさせ、および／または他の光を伝達しながら特定の光を減衰させるためにフィルタを使用してもよい。非限定的な例として、走査システムおよび／または照射源は、全体として回転させ、または動作中に専用のモータを使用してミラーやビームスプリッタなどの特定の光学パッケージのみを回転させることができ、走査システムは、全３６０度視野を有し得るか、または走査領域をさらに増大させるために平面外に移動および／または回転さえされ得る。さらに、照射源は所定の方向に能動的に向けられてもよい。さらに、有線の電気システムの回転を可能にするために、スリップリング、光データ伝送、または誘導結合を使用することができる。
【０２１２】
非限定的な例として、走査システムは三脚に取り付けられ、いくつかの角部および表面を有する物体または領域を向くように向けることができる。１つ以上の柔軟に移動可能なレーザ源が走査システムに取り付けられている。１つ以上のレーザ源は、それらが関心のある点を照射するように動かされる。走査システム上の指定されたボタンを押すと、照射された点の走査システムに関する位置が測定され、位置情報が無線インターフェースを介して携帯電話に送信される。位置情報は携帯電話アプリケーションに保存される。レーザ源は、位置が測定され携帯電話アプリケーションに送信されるさらなる関心のある点を照射するように移動される。携帯電話アプリケーションは、隣接する点を平面で接続することによって、一組の点を３次元モデルに変換することができる。３次元モデルはさらに記憶され処理されることができる。測定された点または表面間の距離および／または角度は、走査システムに取り付けられたディスプレイに、または位置情報が送信される携帯電話に直接表示されてよい。
【０２１３】
非限定的な例として、走査システムは、点を投影するための２つ以上のよりフレキシブルな可動レーザ源と、線を投影する１つのさらなる可動レーザ源とを含み得る。線は、２つ以上のレーザスポットを線に沿って配置するように使用されてもよく、走査装置のディスプレイは、線に沿って配置された２つ以上のレーザスポット間の距離を等距離などで距離を表示してよい。２つのレーザスポットの場合、単一のレーザ源を使用することができるが、投影点の距離は、１つ以上のビームスプリッタまたはプリズムを使用して修正され、ビームスプリッタまたはプリズムは、投影されたレーザスポットが互いに離れたり近づいたりするように移動することができる。さらに、走査システムは、直角、円、正方形、三角形などのさらなるパターンを投影するように適合されてもよく、該パターンに沿ってレーザスポットを投影し、それらの位置を測定することによって測定を行うことができる。
【０２１４】
検出器は、物体から生じる少なくとも１つの光ビームを第１の光センサに提供するように適合された少なくとも１つの第１光学測定ファイバと、物体からの光ビームを第２光センサに提供するように適合された少なくとも１つの第２光学測定ファイバとを含む少なくとも１つの測定ヘッドを含む。測定ヘッドおよび光学測定ファイバの説明および実施形態に関しては、上記の説明または以下のさらなる詳細を参照することができる。
【０２１５】
具体的には、各光学測定ファイバは、少なくとも２つの端部、すなわち出口端としても示される遠位端、および受信端としても示される少なくとも１つの近位端を有してよい。近位端は、測定ヘッド内に配置され、および／または測定ヘッドに取り付けられてもよい。対応の近位端は、物体から生じる光ビームをそれぞれの光学測定ファイバに結合するように適合されてもよい。遠位端は、光センサの近くに配置することができ、近位端から遠位端へ光学測定ファイバを通って進む光ビームが遠位端で光学測定ファイバを離れ、それぞれの光センサを照らすように配置することができる。
【０２１６】
測定ヘッドは、少なくとも１つの転送装置をさらに備えてよい。転送装置は、光学測定ファイバの前に配置されることができる。転送装置は、物体から発する光ビームを近位端に集束させるように適合されてよい。例えば、転送装置は、少なくとも１つの凹レンズ；少なくとも１つの凸レンズ；少なくとも１つの球面レンズ；少なくとも１つのＧＲＩＮレンズ；少なくとも１つの尖端形状レンズ；少なくとも１つのプリズム形状レンズ、特に非回転対称レンズ、からなる群から選択される少なくとも１つの転送要素を備えてよい。さらに、測定ヘッドは、転送装置を光学測定ファイバに取り付けるように適合された少なくとも１つのスペーサ要素を備えてよい。第１の測定ファイバおよび第２の測定ファイバの光路は、内部反射を回避するために、完全または部分的に不透明な機械的壁またはクラッディングなどの機械的手段によって完全または部分的に光学的に分離され得る。機械的手段によるこの光学的分離は、スペーサ要素の一部であり得る。
【０２１７】
検出器は、少なくとも１つの光学照射ファイバを備えてよい。照射源は、光照射ファイバを通して物体を照射するように適合されてよい。光照射ファイバは、少なくとも１つの光ビームを受け取るように適合された少なくとも１つの第１端部と、少なくとも１つの光ビームが物体を照射するために光照射ファイバを出る少なくとも１つの第２端部とを備え得る。少なくとも光照射ファイバの第２端部は、測定ヘッド内に配置されてもよく、および／または測定ヘッドに取り付けられてもよい。
【０２１８】
走査システムは、測定ヘッドを動かして関心ある領域を走査するように構成された少なくとも１つのアクチュエータを備えることができる。本明細書で使用されるとき、「移動させる」という用語は、測定ヘッドを駆動すること、および／または測定ヘッドを振動させることを指す。本明細書で使用される「アクチュエータ」という用語は、測定ヘッドを移動させる力を生成するように適合された任意のデバイスを指す。具体的には、アクチュエータは、光学測定ファイバに取り付けおよび／または結合および／または接続されてもよく、光学測定ファイバを移動させる、特に振動させる力を生成するように適合されてもよい。アクチュエータは、光照射ファイバに取り付けおよび／または結合および／または接続されてもよく、光照射ファイバを移動させる力を生成するように適合されてもよい。アクチュエータは、光学測定ファイバおよび／または光照射ファイバの固有共振周波数の高調波に対応する力を生成するように適合されてよい。アクチュエータは、少なくとも１つの電気機械アクチュエータおよび／または少なくとも１つのピアゾアクチュエータを備えてもよい。ピアゾアクチュエータは、少なくとも１つのピアゾセラミックアクチュエータ；少なくとも１つの圧電アクチュエータ、からなる群から選択される少なくとも１つのアクチュエータを備えてよい。アクチュエータは、測定ヘッド、具体的には光照射ファイバおよび／または光学測定ファイバを振動させるように構成されてよい。アクチュエータは、測定ヘッドを線形走査および／または放射状走査および／または螺旋状走査で移動させるように適合されてよい。例えば、アクチュエータは、測定ヘッドが上下に移動するように測定ヘッドに力を生成するように適合されてもよい。例えば、アクチュエータは、測定ヘッドが所定の半径の軌道で移動するように、測定ヘッドに力を生成するように構成されてもよい。該半径は調整可能である。例えば、アクチュエータは、測定ヘッドが、交替的に減少または増加する半径などで螺旋状に動くように力を生成するように適合されてもよい。
【０２１９】
非限定的な例として、走査システムは、のこぎり、穴あけ機などの木材または金属の加工工具のような、工具を用いた作業を支援するように適合され得る。したがって、走査システムは、２つの反対方向の距離を測定し、そして２つの測定された距離または距離の合計をディスプレイに表示するように適合され得る。さらに、走査システムは、表面上に走査システムが配置されたときに、レーザポイントが自動的に表面に沿って走査システムから離れ、距離測定が表面の角またはエッジによる突然の変化を見せるまで移動するように、表面の縁までの距離を測定するように適合されてよい。これにより、走査装置が板の上にその端から離れて置かれている時に、木板の端までの距離を測定することが可能になる。さらに、走査システムは、一方向における厚板の端部の距離を測定し、反対方向に指定された距離で線または円または点を投影することができる。走査システムは、所定の合計距離に応じてなど、反対方向で測定された距離に応じて所定の距離に線または円または点を投影するように構成されてよい。これにより、走査システムを工具から安全な距離に配置しながら、のこぎりや穴あけ機などの工具を投影位置で使用して作業し、同時に板の端部まで所定の距離で工具を使用して処理を実行することができる。さらに、走査システムは、２つの反対方向に所定の距離に点または線などを投影するように構成されてもよい。距離の合計が変更されると、投影距離のうちの１つのみが変更される。
【０２２０】
非限定的な例として、走査システムは、切断、鋸引き、穴あけなどの作業が行われる表面などの表面上に配置され、走査装置上のボタンなどを用いて調節できる所定の距離の表面上に線を投影するように適合され得る。
【０２２１】
非限定的な例として、走査システムは、例えば生産環境における安全レーザスキャナ、および／または３Ｄ印刷に関連してなどの物体の形状を決定に使用される３Ｄ走査装置、身体走査、品質管理、例えばレンジメータのような建設用途、小包のサイズまたは体積を決定するための物流用途、例えばロボット真空掃除機や芝刈機における家庭用途、または走査ステップを含む他の種類の用途、に使用され得る。
【０２２２】
転送装置は、上記で説明したように、物体から検出器に伝播する光を光センサへ、好ましくは連続的に供給するように設計することができる。上記で説明したように、この供給は任意選択的に画像形成によって、あるいは転送装置の非画像形成特性によって行うことができる。特に、転送装置は、後者が光センサに供給される前に電磁放射を収集するように設計することもできる。転送装置はまた、例えばガウスビーム、特に知られたビームプロファイルを有する少なくとも１つ光ビームの少なくとも１つの線形結合のように、例えば、定義されたまたは正確に知られたビームプロファイルのように、例えば、定義された光学特性を有する光ビームを供給するように設計された照射源により、全体的にまたは部分的に少なくとも１つの任意選択的な照射源の構成部分であることができる。
【０２２３】
オプションの照射源の潜在的な実施形態については、ＷＯ  ２０１２／１１０９２４  Ａ１を参照することができる。それでも、他の実施形態も実行可能である。物体から出てくる光は物体自体から発することができるが、任意で異なる原点を有し、この原点から物体に伝播し、続いて横方向および／または縦方向の光センサに向かって伝播することもできる。後者の場合は、たとえば、少なくとも１つの照射源を使用することで実現できる。この照射源は、例えば、周囲照射源であるか、それを含むことができ、および／または人工照射源であるか、または含むことができる。例として、検出器自体が、少なくとも１つの照射源、例えば少なくとも１つのレーザおよび／または少なくとも１つの白熱灯および／または少なくとも１つの半導体照射源、例えば少なくとも１つの発光ダイオード、特に有機および／または無機発光ダイオードを含むことができる。それらの一般的に定義されたビームプロファイルおよび取り扱い性の他の特性のために、照射源またはその一部として１つ以上のレーザを使用することが特に好ましい。照射源自体は、検出器の構成部分であっても、検出器とは独立して形成されてもよい。照射源は、特に検出器、例えば検出器のハウジングに組み込むことができる。代替的または追加的に、少なくとも１つの照射源が、少なくとも１つのビーコン装置または１つ以上のビーコン装置および／または物体に統合されるか、物体に接続または空間的に結合され得る。
【０２２４】
したがって、１つ以上の任意のビーコン装置から出る光は、代替的にまたは追加的に、光が対応のビーコン装置自体に由来するオプションから、照射源から発し、および／または照射源によって励起され得る。例として、ビーコン装置から出る電磁光は、ビーコン装置自体によって放出され、および／またはビーコン装置によって反射され、および／または検出器に送られる前にビーコン装置によって散乱され得る。この場合、電磁放射の放射および／または散乱は、電磁放射のスペクトルに影響を与えずに行うことがで、またはそのような影響を与えて行うことができる。したがって、例として、例えばストークスまたはラマンにより、散乱中に波長シフトも起こり得る。さらに、発光は、例えば第一の照射源、例えば発光特にリン光および／または蛍光を生成するように励起された物体または物体の部分領域によって励起され得る。原則として、他の放射プロセスも可能である。反射が生じる場合、物体は、例えば少なくとも１つの反射領域、特に少なくとも１つの反射面を有することができる。前記反射面は、物体自体の一部であり得るが、例えば、物体に接続または空間的に結合された反射体、例えば、物体に接続された反射板であってもよい。少なくとも１つの反射器が使用される場合、それはまた、例えば検出器の他の構成部分とは独立して、物体に接続された検出器の一部とみなすこともできる。
【０２２５】
ビーコン装置および／または少なくとも１つの任意の照射源は、一般的に、紫外線スペクトル範囲、好ましくは、２００ｎｍから３８０ｎｍの範囲；可視光スペクトル範囲（３８０ｎｍから７８０ｎｍ）；赤外線スペクトル範囲、好ましくは、７８０ｎｍから３．０マイクロメートル、より好ましくは、シリコンフォトダイオードが適用可能である近赤外領域の部分において、特に７００ｎｍから１０００ｎｍの範囲、のうちの少なくとも１つの範囲内の光を放出することが可能である。熱画像形成用途の場合、ターゲットは、遠赤外線スペクトルの範囲、好ましくは、３．０マイクロメートルから２０マイクロメートルの範囲の中の光を放出することが可能である。例えば少なくとも１つの照射源は、可視光スペクトル範囲、好ましくは、５００ｎｍから７８０ｎｍの範囲、最も好ましくは、６５０ｎｍから７５０ｎｍ、または、６９０ｎｍから７００ｎｍの範囲内にある光を放出するように適合されている。例えば、少なくとも１つの照射源は、赤外線スペクトル範囲の光を放射するように適合されている。しかしながら、他の選択肢も可能である。
【０２２６】
センサ要素への光ビームの供給は、特に、例えば、円形、楕円形または異なる構成の断面を有する光スポットが光センサの任意のセンサエリア上に生成されるように成立され得る。一例として、検出器は、視覚範囲、特に立体角範囲および／または空間範囲を有することができ、その範囲内で物体を検出することができる。好ましくは、転送装置は、例えば検出器の視覚範囲内に配置された物体の場合には、光スポットが完全にセンサ領域上および／または光センサのセンサエリア上に配置されるように設計される。一例として、センサエリアは、この状態を確実にするために対応するサイズを有するように選択され得る。
【０２２７】
さらなる態様において、本発明は、本発明による検出器のような、例えば、上で開示されたような、または以下でさらに詳細に開示されるような検出器を参照する１つまたは複数の実施形態による、検出器を使用することによって少なくとも１つの物体の位置を決定するための方法を開示する。それでも、他の種類の検出器を使用することができる。方法は、以下の方法ステップを含み、方法ステップは所与の順序で実行されてもよく、または異なる順序で実行されてもよい。さらに、列挙されていない１つまたは複数の追加の方法ステップが存在してもよい。さらに、方法ステップのうちの１つ、１つより多く、またはすべてさえも、繰り返し実行され得る。
【０２２８】
方法ステップは以下の通りであり得る。
−  少なくとも１つの角度依存光学要素を提供し、入射角に応じて少なくとも１つのビームプロファイルを有する少なくとも１つの光ビームを生成するステップ；
−  少なくとも２つの光センサを提供し、各光センサは感光エリアを有し、各感光エリアは幾何学中心を有し、光センサの幾何学中心は検出器の光軸から異なる距離で離間し、各光センサは、光ビームによるそれぞれの感光エリアの照射に応答してセンサ信号を生成するように構成されているステップ；
−  検出器の少なくとも２つの光センサの少なくとも２つの感光エリアを、物体から検出器に伝播する光ビームによって照射し、それによって少なくとも２つのセンサ信号を生成するステップ；および
−  前記センサ信号を評価し、それによって物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するステップであって、該評価はセンサ信号の結合信号Ｑを導出することを含むステップ。
【０２２９】
具体的には、第１および第２のセンサ信号の評価は、第１および第２のセンサ信号を割り算すること、第１および第２のセンサ信号の倍数を割り算すること、または、第１および第２のセンサ信号の線形結合を割り算することによって結合信号Ｑを導出することを含み得る。さらに、縦方向座標の決定は、結合信号Ｑを評価することを含み得る。
【０２３０】
また上述したように、第２の光センサは、具体的には少なくとも２つの感光性要素を有することができる。上記方法は、感光性要素のセンサ信号を評価することにより、物体の少なくとも１つの横座標ｘ，ｙを決定することをさらに含むことができる。
【０２３１】
この方法は、以下のステップをさらに含み得る：
−  １つの光学測定ファイバと少なくとも１つの転送装置を備えた少なくとも１つの測定ヘッドを提供するステップ；
−  光学測定ファイバから発生する少なくとも１つの光ビームを生成するステップ；
−  少なくとも２つの光センサを提供するステップであって、各光センサは、光学測定ファイバから発する少なくとも１つの光ビームによるそれぞれの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設計されるステップ；
−  少なくとも２つの光センサの各感光エリアを光ビームで照射、それにより、各感光エリアが少なくとも１つのセンサ信号を生成するステップ；および
−  センサ信号を評価し、それにより、物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定するステップであって、評価はセンサ信号の結合信号Ｑを導出することを含むステップ。
【０２３２】
詳細、選択肢および定義については、上記の検出器を参照することができる。したがって、具体的には、上記で概説したように、方法は、上記または以下でさらに詳細に示す実施形態の１つ以上など、本発明による検出器を使用することを含み得る。
【０２３３】
本発明のさらなる態様において、本発明による検出器の使用、例えば、上記で与えられた、または以下でさらに詳細に与えられる１つまたは複数の実施形態による検出器の使用は、交通技術における位置測定；娯楽用途；光データ記憶用途；セキュリティ用途；監視用途；安全用途；ヒューマンマシンインターフェース用途；追跡用途；写真撮影用途；撮像またはカメラ用途；少なくとも１つの空間のマップを発生させるためのマッピングの用途；車両用のホーミングまたは追跡ビーコン検出器；マシンビジョン用途；ロボット用途；品質管理用途、製造用途、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。
【０２３４】
物体は、一般的に、生物であってもよく、または、非生物であってもよい。また、検出器または検出器システムは、少なくとも１つの物体を含むことが可能であり、それによって、物体は、検出器システムの一部を形成している。しかしながら、好ましくは、物体は少なくとも１つの空間的次元において、検出器から独立して移動することが可能である。物体は、一般的に、任意の物体であり得る。一実施形態では、物体は剛体物体であり得る。他の実施形態も可能であり、例えば、物体が非剛体物体である実施形態、または、その形状を変化させ得る物体など、他の実施形態も実行可能である。
【０２３５】
さらに詳細に下記に概説されることになるように、本発明は、具体的には、人の位置および／または人の動きを追跡するために使用され得、例えば、マシンの制御、ゲーミング、または、スポーツのシミュレーションなどの目的のために使用され得る。この実施形態または他の実施形態では、具体的には、物体は、スポーツ用品、好ましくは、ラケット、クラブ、バットからなる群から選択される物品；衣料品；帽子；靴からなる群から選択され得る。
【０２３６】
したがって、一般的に、本発明による装置、例えば検出器は、様々な分野で適用され得る。具体的には交通技術における位置測定；娯楽用途；セキュリティ用途；ヒューマンマシンインターフェース用途；追跡用途；写真撮影用途；少なくとも１つの空間のマップを発生させるためのマッピングの用途、例えば、部屋、建物、および街路からなる群から選択される少なくとも１つの空間のマップを発生させるためのマッピング用途；モバイルの用途；ウェブカム；オーディオデバイス；ドルビーサラウンドオーディオシステム；コンピュータ周辺デバイス；ゲーミングの用途；カメラまたはビデオの用途；セキュリティ用途；監視用途；自動車用途；輸送用途；医療用途；スポーツ用途；マシンビジョン用途；車両用途；飛行機用途；船舶用途；宇宙船用途；建物用途；建築用途；地図製作用途；製造用途、からなる群から選択される使用目的が適用され得る。追加的にまたは代替的に、ローカルポジショニングシステムおよび／またはグローバルポジショニングシステムにおける用途も挙げることが可能であり、特に、ランドマークを基礎とする位置決めおよび／またはインドアナビゲーションおよび／またはアウトドアナビゲーション、具体的には、車または他の車両（例えば、列車、オートバイ、自転車、貨物輸送のためのトラックなど）、ロボットにおける使用のための、または、歩行者による使用のためのものも挙げることが可能である。さらに、インドアポジショニングシステムは、例えば、家庭内アプリケーションに関して、および／または、製造技術、輸送、監視またはメンテナンス技術において使用されるロボットに関して、考えられる用途として挙げられ得る。
【０２３７】
本発明による装置は、モバイルフォン、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、スマートパネル、または、他の据置型コンピュータ，モバイルコンピュータ、または通信の用途において使用され得る。したがって、本発明による装置は、性能を向上させるために、少なくとも１つの能動型光源と組み合わせられ得、例えば、可視光範囲または赤外線スペクトル範囲の光を放出する光源などと組み合わせられ得る。したがって、一例として、本発明による装置は、カメラおよび／またはセンサとして使用され得、例えば、環境、物体、および生物を走査および／または検出するためのモバイルソフトウェアと組み合わせて使用され得る。本発明による装置は、画像効果を高めるために、２Ｄカメラ、例えば従来のカメラと組み合わせられ得る。本発明による装置は、さらに、監視のために、および／もしくは、記録目的のために使用され得、または、モバイル装置を制御するための入力装置として、特に、声および／もしくはジェスチャ認識と組み合わせて使用され得る。したがって、具体的には、ヒューマンマシンインターフェースとして作用する本発明による装置は、入力装置とも称され、モバイル用途、例えば、モバイルフォンなどのようなモバイル装置を介して、他の電子装置またはコンポーネントを制御するためなどのために使用され得る。例として、本発明による少なくとも１つの装置を含むモバイルの用途は、テレビジョンセット、ゲームコンソール、音楽プレーヤもしくは音楽デバイス、または、他の娯楽装置を制御するために使用され得る。
【０２３８】
さらに、本発明による装置、ウェブカム、または、コンピューティング用途のための他の周辺装置において使用され得る。したがって、一例として、本発明による装置は、画像、記録、監視、走査、または運動検出に関するソフトウェアと組み合わせて使用され得る。ヒューマンマシンインターフェースおよび／または娯楽装置の関係において概説されているように、本発明による装置は、顔表現および／または身体表現によってコマンドを与えることに関して、特に有用である。本発明による装置は、他の入力発生デバイス、例えば、マウス、キーボード、タッチパッド、マイクロフォンなどと組み合わせられ得る。さらに、本発明による装置は、例えば、ウェブカムを使用することなどによるゲーミングに関する用途において使用され得る。さらに、本発明による装置は、バーチャルトレーニングの用途および／またはビデオ会議において使用され得る。さらに、本発明による装置は、特に、ヘッドマウントディスプレイを装着しているときに、バーチャルリアリティまたはオーグメンテッドリアリティの用途において使用される手、腕、または物体を認識または追跡するために使用され得る。例えば、装置は、仮想または拡張現実アプリケーションで目と眼鏡の間の距離および／または目および／または眼鏡の位置を決定するために、例えば投影の焦点および／または位置を決定するために使用され得る。
【０２３９】
さらに、本発明による装置は、部分的に上記に説明されているように、モバイルオーディオ装置、テレビジョン装置、およびゲーミング装置において使用され得る。具体的には、本発明による装置は、電子装置または娯楽装置などのための制御または制御装置として使用され得る。さらに、本発明による装置は、視線検出またはアイトラッキングに関して使用され得、例えば、２Ｄディスプレイ技法および３Ｄディスプレイ技法において、特に、オーグメンテッドリアリティの用途のために、および／または、ディスプレイが見られているかどうかを認識するために、および／または、どの視点からディスプレイが見られているかを認識するために、透明なディスプレイとともに使用され得る。さらに、本発明による装置は、特に、ヘッドマウントディスプレイを装着しているときに、バーチャルリアリティまたはオーグメンテッドリアリティの用途に関連して、部屋、境界線、障害物を探索するために使用され得る。
【０２４０】
さらに、本発明による装置は、ＤＳＣカメラなどのようなデジタルカメラの中で使用され得、または、デジタルカメラとして使用され得、および／または、ＳＬＲカメラなどのようなレフレックスカメラの中で使用され得、または、レフレックスカメラとして使用され得る。これらの用途に関して、上記に開示されているように、モバイルフォンなどのようなモバイルの用途における、本発明による装置の使用が参照され得る。
【０２４１】
さらに、本発明による装置は、セキュリティおよび監視の用途のために使用され得る。したがって、一例として、本発明による少なくとも１つの装置は、１つまたは複数のデジタル電子機器および／またはアナログ電子機器と組み合わせられ得、１つまたは複数のデジタル電子機器および／またはアナログ電子機器は、（例えば、銀行または博物館における監視の用途に関して）対象が所定のエリアの中または外側にある場合に、信号を与えることになる。本発明による少なくとも１つの装置を使用することによる検出は、波長を補完する他の検出装置、例えばＩＲ、Ｘ線、ＵＶ−ＶＩＳ、レーダーまたは超音波検出器と組み合わせられ得る。本発明による装置は、さらに、能動型赤外線光源と組み合わせられ得、低い光の周囲の中での検出を可能にする。本発明による装置は、一般的に、能動型検出器システムと比較して有利であり、それは特に本発明による装置は、例えば、レーダー用途、超音波用途、ＬＩＤＡＲまたは同様の能動型検出器装置の場合のように、第三者によって検出される可能性がある信号を能動的に送信することを回避するためである。したがって、一般的に、本発明による装置は、移動している物体を認識されずかつ検出不可能な追跡のために使用され得る。追加的に、本発明による装置は、一般的に、従来のデバイスと比較して、不正操作されにくく、また過敏になりにくい。
【０２４２】
さらに、本発明による装置を使用することによる３Ｄ検出の容易さおよび精度を考えると、本発明による装置は、一般的に、顔、身体、および人の認識および識別のために使用され得る。その中で、本発明による装置は、識別または個人化の目的のために他の検出手段、例えば、パスワード、指紋、虹彩検出、音声認識、または他の手段と組み合わせられ得る。したがって、一般的に、本発明による装置は、セキュリティ装置および他の個人化された用途において使用され得る。
【０２４３】
さらに、本発明による装置は、製品の識別のための３Ｄバーコードリーダーとして使用され得る。
【０２４４】
上述のセキュリティおよび監視の用途に加えて、本発明による装置は、一般的に、空間およびエリアの監視およびモニタリングのために使用され得る。したがって、本発明による装置は、空間およびエリアを監視およびモニタリングするために使用され得、例として、禁止エリアが侵入された場合に警報をトリガまたは実行するために使用され得る。したがって、一般的に、本発明による装置は、建物監視または博物館における監視目的のために使用され得、任意に、他のタイプのセンサと組み合わせて使用され得、例えば、モーションセンサまたは熱センサと組み合わせて、画像増強装置または画像強調装置および／または光電子増倍管と組み合わせて使用され得る。さらに、本発明による装置は、公共空間または混雑した空間において使用され、潜在的に危険な活動、例えば、駐車場における盗難などのような犯罪行為、または、空港における持ち主不明のバゲージなどのような、持ち主不明の物体の検出が可能である。
【０２４５】
さらに、本発明による装置は、ビデオおよびカムコーダ用途などのカメラ用途において有利に適用され得る。したがって、本発明による装置は、モーションキャプチャおよび３Ｄムービーの記録のために使用され得る。その中で、本発明による装置は、一般的に、従来の光学装置を上回る多くの利点を提供する。したがって、本発明による装置は、一般的に、光学コンポーネントに関して、より低い複雑さを必要とする。したがって、一例として、レンズの数は、例えば、１つのレンズだけを有する本発明による装置を提供することなどによって、従来の光学的な装置と比較して低減され得る。複雑さを低減しているため、例えば、モバイルの用途などの非常にコンパクトな装置が可能である。高品質の２つ以上のレンズを有する従来の光学システムは、体積の大きいビームスプリッタの一般的な必要性に起因して、一般的に体積が大きい。さらに、本発明による装置は、一般的に、オートフォーカスカメラなどのような、フォーカス／オートフォーカス装置のために使用され得る。さらに、本発明による装置は、また、光学顕微鏡において、特に、共焦点顕微鏡において使用され得る。本発明の１つ以上の装置は、レンズからサンプルまでの距離またはサンプルの向きなど、顕微鏡検査における距離を決定するために使用されてよい。
【０２４６】
さらに、本発明による装置は一般的に、自動車技術および輸送技術の技術分野においても適用可能である。このように、一例として、本発明による装置は例えば適応型クルーズコントロール、非常用ブレーキアシスト、車線離脱警告、サラウンドビュー、死角検出、交通標識検出、交通標識認識、車線認識、後部横断通行警告、接近する交通量または前方に走行する車両に応じてヘッドライトの強度と範囲を調整するための光源認識、適応型フロントライトシステム、ハイビームヘッドライトの自動制御、フロントライトシステムの適応型カットオフライト、防眩フロントライトシステム、ヘッドライト照射による動物または障害物などのマーキング、後部横断通行警告、高度運転者支援システムなどおよび他の運転者支援システムまたは他の自動車および交通用途などのための距離センサおよび監視センサとして使用され得る。さらに、本発明による装置は、特に衝突回避のために運転者の操縦を事前に予測するように適合され得る運転者支援システムに使用され得る。さらに、本発明による装置は、本発明による検出器を使用することによって得られる位置情報の第１および第２の時間微分を分析することなどによって、速度および／または加速度の測定にも使用され得る。この特徴は一般的に、自動車技術、輸送技術または全般的交通技術に適用可能である。他の分野の技術への応用も実現可能である。車室内測位システムにおける具体的用途として、輸送における乗客の位置の検出、より具体的にはエアバッグなど安全システムの使用の電子制御が挙げられる。エアバッグの使用によって深刻な怪我を引き起こすような乗客の車両内での位置の場合には、エアバッグの使用を防止することができる。さらに、乗り物、例えば自動車、電車、航空機など、特に自律走行車において、本発明による装置は、運転者が交通に注意を配っているか、または気が散っているか、眠気があるか、または疲労があるか、またはアルコールなどの消費が原因で運転ができない状態かどうかの判定に使用することができる。
【０２４７】
これらの用途または他の用途では、一般的に、本発明による装置は、独立型装置としてあるいは他のセンサ装置と組み合わせて、例えば、レーダーおよび／または超音波デバイスと組み合わせて使用され得る。具体的には、本発明による装置は、自動運転および安全性問題に関して使用され得る。さらに、これらの用途では、本発明による装置は、赤外線センサ、音波センサであるレーダーセンサ、２次元カメラ、または、他のタイプのセンサと組み合わせて使用され得る。これらの用途では、本発明による装置の一般的に受動的な性質は有利である。このように、本発明による装置は一般的に信号を放出する必要がないため、能動的センサ信号が他の信号源と干渉するリスクを回避することができる。本発明による装置は特に標準的な画像認識ソフトウェアなどの認識ソフトウェアと組み合わせて使用され得る。このように、本発明による装置によって提供される信号およびデータは典型的に、容易に処理可能であり、したがって一般的に、計算能力に対する要求は、確立された３Ｄ測定システムよりも低い。低い空間需要を考えると、カメラのような本発明による装置は、例えば、窓スクリーンの上または後ろ、フロントフード上、バンパー上、ライト上、ミラー上、または他の場所など、車両内の事実上あらゆる場所に配置することができる。本発明による様々な検出器、例えば本発明の範囲内に開示された効果に基づく１つまたは複数の検出器は、自律的な運転を可能にするため、または能動的な安全コンセプトの性能を向上させるために組み合わせることができる。したがって、本発明による様々な装置は、本発明による１つまたは複数の他の装置および／または従来のセンサ、例えば後部窓、側部窓または前部窓のような窓の中、バンパー上またはライト上などにおいて組み合わせることができる。
【０２４８】
本発明による少なくとも１つの検出器のような本発明による少なくとも１つの装置と、１つまたは複数の雨検出センサとの組み合わせも可能である。これは、本発明による装置が一般にレーダーのような従来のセンサ技術より、特に大雨の間に有利であるという事実による。本発明による少なくとも１つの装置とレーダーなどの少なくとも１つの従来の感知技術との組み合わせは、ソフトウェアが気象条件に応じて信号の適切な組み合わせを選択させることができる。
【０２４９】
さらに、本発明による装置は一般的に、ブレーキアシストおよび／またはパーキングアシストおよび／または速度測定のためにも使用され得る。速度測定は、交通管制における他の自動車の速度を測定するためなど、車両と一体化することができ、または車両の外部において使用されることができる。さらに、本発明による装置は、駐車場で空き駐車スペースを検出するためにも使用され得る。さらに、本発明による装置は、自動駐車場などの牽引ロボットに使用することができる。
【０２５０】
さらに、本発明による装置は、位置センサ；傾斜センサ；加速度センサ；振動センサ；ジャイロセンサ、からなる群から選択される１つ以上のセンサなどの１つ以上のモーションセンサを備えてよい。他のタイプのモーションセンサが使用されてもよい。本明細書で使用されるとき、モーションセンサは一般に、センサまたはセンサが接合されおよび／または組み込まれた物体の少なくとも１つの位置、速度、加速度、傾きまたは方向を決定するように適合されたセンサを一般に指す。光軸に沿った線形測定距離測定において、モーションセンサとの組み合わせは、光軸以外の方向の測定を可能にする。例として、光軸に沿った第１物体の第１距離の測定と、ジャイロスコープなどのモーションセンサによる測定ヘッドの回転角度の測定と、回転した光軸に沿った第２物体への第２距離の測定は、標準三角法を使用することにより、第１と第２の物体間の距離を決定することを可能にする。
【０２５１】
さらに、本発明による装置は、医療システムおよびスポーツの分野でも使用され得る。したがって、医療技術分野において例えば内視鏡で使用される手術用ロボットが挙げられるが、なぜなら上記で概説したように、本発明による装置は少ない容量しか必要とせず、他の装置に一体化することができるからである。具体的に、最大で１つのレンズを有する本発明による装置は、内視鏡など医療用装置において３Ｄ情報を取り込むために使用され得る。医療内視鏡のための本発明による装置の使用により、先端の電子機器および余分なケーブルを回避することが可能になる。これにより、例えば腹腔鏡検査で一般的に行われるように、消毒などのために電子機器と光学部品を分離することを可能にする。特に、本発明による装置は、病変サイズ測定、管腔容積（気道内腔）、器官位置、器官サイズ、基準位置、または診断および追跡のためのサイズ測定に有利に使用され、または病変、腫瘍などの局在化などの手術手順におけるより高い精度を可能にする。さらに、内視鏡検査のための焦点および／または自動焦点が可能となる。さらに、本発明による装置は、内視鏡検査画像のサイズ較正に有利に使用することができる。さらに、本発明による装置は、運動の追跡および分析を可能にするために、適切な監視ソフトウェアと組み合わされ得る。これにより、内視鏡や外科用メスなどの医療用装置の位置を磁気共鳴画像法、Ｘ線撮像、または超音波撮像から得られるような医療画像からの結果と即座に重ね合わせることができる。これらの用途は具体的に、例えば脳外科手術および遠隔診断および遠隔治療など、正確な位置情報が重要となる医療処置において有益である。
【０２５２】
さらに、本発明による装置は、３Ｄ身体走査にも使用され得る。上記で概説したように、走査システムは、測定ヘッドを動かして関心ある領域を走査するように構成された少なくとも１つのアクチュエータを備えることができる。可動測定ヘッドにより、関心ある領域の３Ｄ走査が可能になる。移動可能な測定ヘッドは、コンパクトなデバイスの製造を可能にし得る。具体的には、走査システムは、最小限の侵襲的医療処置、特に内視鏡検査に使用できる。具体的には、走査システムは、投影、測定、またはその両方のための拡張または仮想現実用グラスなどの拡張または仮想現実装置で使用することができる。ボディスキャンは医療分野において、歯科手術、整形手術、肥満手術または美容整形手術などに適用され得るか、あるいは筋膜疼痛症候群、癌、身体醜形傷害または他の疾患などの医療診断分野に適用され得る。身体走査はさらに、スポーツ用具の人間工学的な使用または適合性を評価する目的で、スポーツ分野でも適用され得る。さらに、本発明による装置は、外骨格または人工装具などのウェアラブルロボットに使用することができる。
【０２５３】
身体走査はさらに、衣類の関係において、例えば衣類の適切なサイズやフィット感の判定にも使用され得る。この技術はテーラーメードの衣類の分野おいて、あるいはインターネットから衣類または履物を注文する分野において、あるいはマイクロキオスク装置または顧客コンシェルジュ装置などのセルフサービスのショッピング装置において使用され得る。衣類の関係における身体走査は、しっかりと正装した顧客を走査するために特に重要である。
【０２５４】
さらに、本発明による装置は、人数計数システムの関係において、例えばエレベーター、列車、バス、乗用車、または航空機内の人数の計数、あるいは玄関、扉、通路、小売店舗、スタジアム、娯楽会場、博物館、図書館、公共の場所、映画館、劇場などを通過する人数を計数するために使用され得る。さらに、人数計数システムにおける３Ｄ機能は、計数される人々に関する詳細情報、例えば身長、体重、年齢、体力などの情報を取得または推定するために使用され得る。この情報は、ビジネスインテリジェンスメトリックのために、および／またはより魅力的で安全にするように人々が数えられる場所を最適化するために使用され得る。小売環境において、人数計数の関係における本発明による装置は、再来店顧客またはクロスショッパーの認識、買物行動の評価、購入する来訪者の割合の評価、スタッフのシフトの最適化、あるいはショッピングモールにおける来訪者１人当たりコストのモニタリングなどに使用され得る。さらに、人数計数システムは身体計測調査にも使用され得る。さらに、本発明による装置は公共輸送システムにおいて、輸送距離に応じた自動運賃課金にも使用され得る。さらに、本発明による装置は子どもの遊び場において、負傷した子どもまたは危険な活動に関わっている子どもを認識するために使用され得、遊び場の玩具とのさらなる相互作用を可能にし、遊び場の玩具などの安全な使用の確保等にも使用され得る。
【０２５５】
さらに、本発明による装置は建設用具、例えば物体または壁までの距離を判定し、表面が平面かどうかを評価し、物体を正しい順番で整列または配置するための距離計などの建設道具、あるいは建設環境などで使用するための検査用カメラにおいて使用され得る。
【０２５６】
さらに、本発明による装置は、トレーニング、遠隔指導または競技目的などのスポーツおよび運動の分野でも適用され得る。具体的に、本発明による装置は、ダンス、エアロビクス、フットボール、サッカー、バスケットボール、野球、クリケット、ホッケー、陸上競技、水泳、ポロ、ハンドボール、バレーボール、ラグビー、相撲、柔道、フェンシング、ボクシング、ゴルフ、カーレース、レーザタグ、戦場シミュレーションなどの分野でも適用され得る。本発明による装置は、スポーツとゲームの両方において、ボール、バット、剣、動きなどの位置を検出するために使用され得、例えば、試合の監視、審判の支援、または判断、特にスポーツにおける特定の状況の自動判断、例えばポイントまたはゴールが実際に行われたかどうかを判定するために、使用され得る。
【０２５７】
さらに、本発明による装置は自動車レースまたは自動車運転訓練または自動車の安全性の訓練などの分野において、自動車の位置または自動車の軌道、あるいは前の軌道または理想的な軌道からの逸脱などを判定するために使用され得る。
【０２５８】
本発明による装置はさらに、楽器の練習の補助、特に遠隔レッスンをサポートするために使用され得、例えばフィドル、バイオリン、ビオラ、チェリー、ベース、ハープ、ギター、バンジョー、またはウクレレなどの弦楽器のレッスン、ピアノ、オルガン、キーボード、ハープシコード、ハーモニウムまたはアコーディオンなどの鍵盤楽器のレッスン、および／または、ドラム、ティンパニ、マリンバ、木琴、ビブラフォン、ボンゴ、コンガ、ティンバー、ジャンベまたはタブラなどの打楽器のレッスンをサポートするためにさらに使用され得る。
【０２５９】
本発明による装置はさらに、リハビリテーションおよび理学療法においても、トレーニングを促進するために、および／または動きを調査して修正するために使用され得る。この場合、本発明による装置は遠隔診断にも適用され得る。
【０２６０】
さらに、本発明による装置はマシンビジョンの分野でも適用され得る。したがって、１つまたは複数の本発明による装置を、例えば自律運転および／またはロボットの作業用の受動的制御ユニットとして使用することができる。移動ロボットと組み合わせることにより、本発明による装置は、自律的な移動および／または部品の不具合の自律的な検出を可能にし得る。本発明による装置は、例えばロボットと製造部品と生物との間での事故、衝突を含むがそれに限定されない事故を回避するためなど、製造および安全性の監視にも使用され得る。ロボット工学では、ロボットが人間を認識しないと人間に深刻な傷を負わせるおそれがあることから、人間とロボットの安全で直接的な相互作用がしばしば問題となる。本発明による装置は、ロボットがより良くかつ迅速に物体や人間の位置を確認するのに役立ち、安全な相互作用を可能にし得る。本発明による装置の受動的性質を考えると、本発明による装置は能動的な装置よりも有利であり、および／または、レーダー、超音波、２Ｄカメラ、ＩＲ検出などの現存する解決法を補完するために使用することができる。本発明による装置における１つの特有の利点は、信号干渉の可能性が低いことである。したがって、信号干渉のリスクを伴わずに複数のセンサが同じ環境で同時に、作動し得る。このように、本発明による装置は、一般的に、例えば、それに限定されないが、自動車、採鉱、鉄鋼などのような、高度に自動化された生産環境において有用である可能性がある。本発明による装置は、また、生産における品質管理のために使用され得、例えば、品質管理または他の目的のために、例えば２Ｄ撮像、レーダー、超音波、ＩＲなど他のセンサと組み合せて使用され得る。さらに、本発明による装置は、マイクロメートル範囲からメートル範囲まで、製品の表面の均一性または規定寸法の順守調査のためなど、表面品質の評価に使用することができる。他の品質管理用途も実現可能である。製造環境において、本発明による装置は、大量の廃棄物を避けるために、食品または木材など複雑な三次元構造を有する天然物を加工するために特に有用である。さらに、本発明による装置は、タンクやサイロなどの充填レベルを監視するために使用され得る。さらに、本発明による装置は、欠落部品、不完全な部品、緩んでいる部品、または低品質部品の検査などの複雑な製品検査に使用され得、例えば自動光学検査で、例えばプリント回路基板に関連する検査、組立品または部分組立品の検査、工学的構成要素の検証、エンジン部品検査、木材品質検査、ラベル検査、医療機器検査、製品方向検査、包装検査、食品包装検査などに使用され得る。
【０２６１】
さらに、本発明による装置は車両、列車、航空機、船舶、宇宙船および他の交通用途にも使用され得る。したがって、交通用途の関係においては上述の用途に加え、航空機や車両などのための受動型追跡システムも挙げることができる。本発明による少なくとも１つの装置の使用、例えば移動中の物体の速度および／または方向を監視するために、本発明による少なくとも１つの検出器を使用することは実現可能である。具体的に、陸地、海および宇宙空間を含む空における高速移動中の物体の追跡が挙げられる。本発明による少なくとも１つの検出器などの本発明による少なくとも１つの装置は、具体的に、静止および／または移動する装置に取り付けることができる。本発明による少なくとも１つの装置の出力信号は、例えば他の物体の自律移動または誘導移動のための誘導機構と組み合わせることができる。したがって、衝突を回避するための用途、または、追跡物体と操作物体の間で衝突を可能にするための用途も実現可能である。本発明による装置は、要求される計算能力が低いことと、応答が速いことに起因し、および、例えばレーダーなど能動型システムと比較して検出および妨害がより困難な検出システムの受動的性質により、一般的に有用かつ有利である。本発明による装置は、例えば速度制御装置や航空交通制御装置に特に有用であるが、これらに限られるわけではない。さらに、本発明による装置は、道路課金の自動料金徴収システムで使用され得る。
【０２６２】
本発明による装置は、一般に受動的用途に使用することができる。受動的な用途としては、港や危険な場所にある船舶、および着陸時または発進時の航空機に対するガイダンスがある。ここで、精密な誘導のため、固定された既知の能動的標的が使用され得る。鉱山用車両など、危険であるが明白に定められているルートを走行する車両にも同じものを使用することができる。さらに、本発明による装置は、自動車、列車、飛行物体、動物など、急速に接近する物体の検出にも使用され得る。さらに、本発明による装置は、物体の速度または加速度を検出するため、あるいは、時間に応じて、その位置、速度、および／または加速度のうちの１つ以上を追跡することにより物体の動きを予測するために使用できる。
【０２６３】
さらに、上で概説したように、本発明による装置はゲーミングの分野で使用することができる。したがって、本発明による装置は、動きをその内容に組み込むソフトウェアと組み合わせた動き検出などのように、同じまたは異なるサイズ、色、形状などの複数のオブジェクトとの使用のために受動的であり得る。特に、アプリケーションは、グラフィック出力へ動きを実行するのに適している。さらに、例えば、ジェスチャ認識または顔認識のために本発明による装置のうちの１つまたは複数を使用することなどによって、コマンドを与えるための本発明による装置の用途も実現可能である。本発明による装置は、暗い場所や周囲の状況を改善する必要があるその他の状況の下で動作するために能動型システムと組み合わせることができる。追加的または代替的に、本発明による１つ以上の装置と１つ以上のＩＲまたはＶＩＳ光源との組み合わせが可能である。本発明による検出器と特別な装置との組み合わせもまた可能であり、該組み合わせは、システムおよびそのソフトウェアにより、限定されないが例えば、特別な色、形状、他の機器との相対位置、動きの速さ、光、装置の光源を変調するために使用される周波数、表面特性、使用材料、反射特性、透明度、吸収特性などにより容易に区別され得る。該装置は、他の可能性の中でも特に、スティック、ラケット、クラブ、銃、ナイフ、ホイール、指輪、ステアリングホイール、ボトル、ボール、グラス、花瓶、スプーン、フォーク、立方体、サイコロ、フィギュア、人形、テディ、ビーカー、ペダル、スイッチ、グローブ、宝石、楽器、または、ピック、ドラムスティックまたは類似物などの楽器を演奏するための補助装置、を擬似することが可能である。他の選択肢も可能である。
【０２６４】
さらに、本発明による装置は、例えば、高温またはさらなる発光プロセスなどにより、それ自体で発光する物体を検出および／または追跡するために使用することができる。発光部は、排気流などであってもよい。さらに、本発明による装置は、反射物体を追跡し、これらの物体の回転または向きを分析するために使用することができる。
【０２６５】
さらに、本発明による装置は、一般に、建築、建設および地図作成の分野で使用することができる。したがって、一般に、本発明による１つ以上の装置は、例えば田舎や建物の環境エリアを測定および／または監視するために使用することができる。その中で、本発明による１つまたは複数の装置は、他の方法および装置と組み合わせるか、あるいは単独で、建築プロジェクト、変化す物体、家などの進捗および正確さを監視するために使用されてよい。本発明による装置は、部屋、街路、家、コミュニティまたは風景の地図を構築するために、地上または空中から走査された環境の三次元モデルを生成するために使用され得る。潜在的に可能な適用分野は、建築、地図作成、不動産管理、土地調査などであり得る。一例として、本発明による装置はドローンやマルチコプターを使用し、建物、生産サイト、煙突、畑などの農業生産環境、生産プラントまたは風景を監視するために、救助活動を支援するために、危険な環境での仕事を支援するために、屋内または屋外の燃える場所で消防隊を支援するために、１人以上の人や動物などを見つけたり監視したりするために、あるいは、スキーやサイクリングなどのスポーツをしている１人または複数の人を、ドローンが追従して記録するなど（それはヘルメット、マーク、ビーコン装置などを追従することによって実現可能である）、娯楽目的のために使用することができる。本発明による装置は、障害物を認識すること、所定の経路を追従すること、エッジ、パイプ、建物などを追従すること、または環境のグローバルまたはローカルな地図を記録することに使用することができる。さらに、本発明による装置は、屋内または屋外でのドローンの位置特定および位置決めのため、気圧センサが十分に正確でない屋内でドローンの高さを安定させるため、またはいくつかのドローンの協調運動や空中での充電または燃料補給など複数のドローンの相互作用のために使用することができる。
【０２６６】
さらに、本発明による装置は、ＣＨＡＩＮ（Ｃｅｄｅｃ  Ｈｏｍｅ  Ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ  Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎｇ  Ｎｅｔｗｏｒｋ；セデック家電相互運用ネットワーク）などの家庭用電気製品の相互接続ネットワークの中で、例えば、エネルギーまたは負荷管理、遠隔診断、ペット関連用途、子供関連用途、子供監視、機器関連の監視、高齢者または病人に対するサポートもしくはサービス、ホームセキュリティおよび／または監視、機器動作の遠隔制御、および、自動的なメンテナンスサポートなど、家庭での基本的なアプライアンス関連のサービスを相互接続し、自動化し、および制御するために使用され得る。さらに、本発明による装置は、空調システムなどのような暖房または冷房システムにおいて使用され得、特に、１つまたは複数の人の場所に応じて、部屋のどの部分を特定の温度または湿度に特定するために使用され得る。さらに、本発明による装置は、家事に使用することができるサービスロボットまたは自律型ロボットなど、家庭用ロボットにおいても使用され得る。本発明による装置は、複数の異なる目的のために使用され得、例えば、衝突を回避するため、または、環境地図の作成に使用されるためだけでなく、ユーザを識別し、所与のユーザに関して、セキュリティ目的に関して、または、ジェスチャ認識もしくは顔の認識に関して、ロボットの性能をパーソナル化するために使用され得る。一例として、本発明による装置は、ロボット掃除機、床洗浄ロボット、乾拭きロボット、衣類のアイロン掛け用ロボット、犬や猫のトイレ砂ロボットなどの動物用トイレロボット、電気自動車用充電ロボット、侵入者を検出するセキュリティロボット、芝刈り機ロボット、自動化されたプールクリーナー、雨樋清掃ロボット、ロボットショッピングカート、荷物運搬ロボット、ライン追従ロボット、洗濯ロボット、アイロンロボット、窓掃除ロボット、おもちゃのロボット、患者監視ロボット、赤ちゃん監視ロボット、高齢者監視ロボット、子供監視ロボット、搬送ロボット、テレプレゼンスロボット、専門サービスロボット、プログラム可能なおもちゃのロボット、パスファインダーロボット、動くことの少ない人々に同伴を提供するソーシャルロボット、追従ロボット、スマートカード追従ロボット、心理療法のロボット、または、スピーチを手話に、または、手話をスピーチに変換するロボット、において使用され得る。高齢者などの動くことの少ない人々の状況において、本発明による装置を有する家庭用ロボットは、物体の拾上げ、物体の運搬、そして物体やユーザとの安全な方法での相互交流のために使用され得る。さらに、本発明による装置は、人型ロボットに使用することができ、特に、人型ロボットハンドを使用して、物体を拾い上げる、保持する、または配置する関係において、使用することができる。さらに、本発明による装置は、オーディオインターフェースと組み合わせて、特にオンラインまたはオフラインのコンピュータアプリケーションへのインターフェースを備えたデジタルアシスタントとして機能することができる家庭用ロボットと組み合わせて使用することができる。さらに、本発明による装置は、工業用および家庭用の目的でスイッチおよびボタンを制御するこ���ができるロボットに使用することができる。さらに、本発明による装置は、スマートホームロボット、例えばメイフィールドのＫｕｒｉなどに使用することができる。さらに、本発明による装置は、有害な材料もしくは物体とともに動作し、または、危険な環境において動作する、ロボットにおいて使用され得る。非限定的な例として、本発明による装置は、特に災害の後に、化学物質または放射性物質などの有害物質とともに動作し、または、地雷もしくは不発弾などのような、他の有害な物体、または、潜在的に有害な物体と共に動作し、あるいは、例えば燃焼中の物の近くや被災地の近く、あるいは空中、海中、地下などでの有人または無人の救助活動など、安全でない環境において動作し、安全でない環境を調査するロボットまたは無人の遠隔制御された車両において使用され得る。
【０２６７】
さらに、本発明による装置は、例えば崩壊、スラブ、収縮、非対称、局所的な欠陥などを認識するために、接着剤ビード、封止用ビードなどの検査に使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、例えば似たような色や形の果物が互いに直接接触している場合のような困難な状況で、コンベアベルト上のドライフルーツなどの物体を数えるために使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、ダイカストまたは射出成形部品の品質管理に使用することができ、例えば欠陥のない鋳造または成形を保証するため、表面の損傷、工具の磨耗などを認識するために使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、品質管理およびレーザの位置決めなどのレーザスクライビングに使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、例えば、物体の位置、回転、および形状を検出し、それを物体のデータベースと比較し、物体を分類することに使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、スタンピング部品検査、食品および医薬品の包装検査などの包装検査、フィラメント検査などに使用されてもよい。
【０２６８】
さらに、本発明による装置は、全地球測位システム（ＧＰＳ）が十分に信頼できないところにおけるナビゲーション目的に使用することができる。ＧＰＳ信号は一般的に、渓谷または樹木の下の森では、屋内または屋外での受信が遮断されているか受信が困難である電波を使用する。さらに、特に無人の自律走行車両では、システムの重量が重要になり得る。特に無人自律走行車は、信頼性の高いフィードバックとその制御システムの安定性のために高速位置データを必要とする。本発明による装置を使用することは、装置が重いため重量を増すことなく短時間の応答および位置決めを可能にし得る。
【０２６９】
さらに、本発明による装置は、家庭用機器、モバイル機器または娯楽装置、例えば冷蔵庫、電子レンジ、洗濯機、窓のブラインドまたはシャッター、家庭用警報器、、空気調節装置、暖房機器、テレビジョン、オーディオ機器、スマートウォッチ、携帯電話機、電話機、食器洗浄機、またはストーブなどにおいて、人の存在の検出、装置の内容または機能のモニタリング、あるいは人との相互交流および／または人に関する情報の別の家庭用機器、モバイル機器または娯楽装置と共有するためにも使用され得る。
【０２７０】
さらに、本発明による装置は、家事や仕事などにおいて、たとえば物を保持、運搬、または摘む装置などで、または環境内の障害物を示す光学または音響の信号を備えた安全システムなどで、高齢者または障害者または視力が限られているかまたは全くない人をサポートするために使用され得る。
【０２７１】
本発明による装置はさらに、農業において、例えば害虫、雑草および／または菌類や昆虫によって全体または部分的に感染するおそれのある作物プラントの感染状況の検出および選別にも使用され得る。さらに、作物を収穫する場合、本発明による装置を使用しなければ収穫用機器によって負傷する可能性のあるシカなどの動物の検出に、本発明による装置を使用することもできる。さらに、本発明による装置は、畑または温室での植物の成長を観察するため、特に畑または温室内の任意の領域に関して、さらには任意の植物に関して、水または肥料または作物保護製品の量を調整するために使用され得る。さらに、農業用バイオテクノロジーにおいて、本発明による装置は植物のサイズおよび形状のモニタリングにも使用され得る。
【０２７２】
さらに、本発明による装置は、ひげ剃り、調髪、または化粧品処置などの間にユーザを案内するために使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、バイオリンなどの楽器で演奏されたものを記録または監視するために使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、例えば、冷蔵庫の内容を監視し、内容に応じて通知を送信するようなスマート冷蔵庫などの、スマート家電製品に使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、人間、動物、または植物の個体群、例えば、森林中のシカの個体群または樹木の個体群などを監視または追跡するために使用されてもよい。さらに、本発明による装置は収穫機に使用することができ、例えばブドウ、トウモロコシ、ホップ、リンゴ、穀物、米、イチゴ、アスパラガス、チューリップ、バラ、大豆などの収穫など、作物、花または果物の収穫のために使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、例えば、育種、食料生産、農業、研究用途などにおいて、植物、動物、藻類、魚などの成長を監視するため、灌漑、施肥、湿度、温度、除草剤の使用、殺虫剤の使用、殺菌剤の使用、殺鼠剤の使用などを制御するために使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、ウシ、ブタ、ネコ、イヌ、鳥、魚などのような動物またはペット用の給餌機に使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、自動搾乳または精肉処理工程において、例えば、牛乳、卵、毛皮、肉などを収集するため、動物製品の製造工程になどに使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、例えば、トウモロコシ、ニンニク、木、サラダなどを植えるため、自動播種機、または播種機、または植栽機に使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、例えば、雲、霧などの気象現象を評価または監視するため、あるいは雪崩、津波、強風、地震、雷雨などの危険からの警告をするために使用することができる。さらに、本発明による装置は、地震のリスクを監視するためなど、作動、衝撃、震動などを測定するために使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、例えば危険な交差点を監視するため、交通量に応じて信号機を制御するため、公共スペースを監視するため、道路、体育館、競技場、スキー場、公共のイベントなどを監視するためなど、交通技術に使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、組織の監視または分析、医療または生物学的アッセイ、ほくろまたはメラノーマなどの組織の変化など、細菌、血球、細胞、藻類などをカウントし、網膜スキャン、呼吸または脈拍測定、胃内視鏡検査、患者監視など医療用途において使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、液滴、流れ、噴出などの形状、サイズ、または円周を監視するため、または、風洞などのプロファイルまたはガスまたは液体の流れを分析、評価、または監視する。プロファイルまたは気体または液体の流れを分析、評価、または監視するために使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、車や電車の運転手などの運転者に、彼らが病気になったり疲れたりしたときなどに、警告するために使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、材料試験において、ひずみ、張力、または亀裂などを認識するために使用されてもよい。さらに、本発明による装置は、航海において、自動的になど、航海位置を監視し、最適化するために使用されてもよい。
さらに、本発明による装置は燃料レベルゲージに使用されてもよい。
【０２７３】
さらに、本発明による装置は、化学物質または汚染物質を検出するセンサ、電子嗅覚チップ、バクテリアまたはウイルスなどを検出する微生物センサチップ、ガイガーカウンタ、触覚センサ、熱センサなどと組み合わせることもできる。これは例えば危険または困難な作業を取り扱うよう構成されるスマートロボットの構築に使用され、例えば感染性の高い患者の治療、きわめて危険な物質の取扱いまたは除去、高放射能区域または化学物質漏出など高度汚染区域の浄化、または農業での害虫駆除のために使用され得る。
【０２７４】
本発明による１つ以上の装置は、３Ｄ印刷におけるプロセス自動化、および、例えば、ノズルから表面までの距離、および／またはノズルの位置、および／またはノズルと印刷物との間の距離のような距離測定に有利であり得る。さらに、本発明による装置は、印刷された物体の寸法および／または形状を３Ｄプリンタの入力データと比較することにより、３Ｄ印刷における品質保証のために使用され得る。さらに、本発明による装置は、印刷を再開する位置を決定するために、および／または、印刷プロセスにエラー、一時停止、または中止が発生した後、印刷プロセスを再開すべき位置を決定するために、異なる角度から印刷を続ける際に印刷構造を再配置する場合に使用され得る。本発明による１つまたは複数の装置はさらに、物体のスキャンのために、例えばＣＡＤまたは同様のソフトウェアと組み合わせて、例えば積層造形および／または３Ｄプリンティング向けにも使用され得る。その中で、本発明による装置の高い寸法精度は、例えばｘ方向、ｙ方向またはｚ方向において、またはこれらの方向の任意の組み合わせで、例えば同時に利用され得る。さらに、本発明による装置は、パイプライン検査ゲージなどの検査および保守に使用することができる。さらに、生産環境において、本発明による装置は、悪い所定の形状の物体、例えば自然に育った物体、例えば形状またはサイズによって分類された野菜または他の自然物、例えば加工工程に必要とされる精度よりも低い精度で製造された肉または物体などの切断製品を扱うために使用され得る。
【０２７５】
さらに、本発明による装置は、ローカルナビゲーションシステムにおいて使用され得、屋内空間または屋外空間を通して、車両またはマルチコプターなどを自律的にまたは部分的に自律的に移動させることを可能にする。非限定的な例は、物体を拾い上げてそれらを異なる場所に設置するための自動倉庫を通って移動する車両を含み得る。屋内ナビゲーションは、ショッピングモール、小売店、博物館、空港、または列車の駅においてさらに使用され得、モバイル商品、モバイル装置、手荷物、顧客または従業員の場所を追跡し、または場所特有の情報、例えば、地図上の現在位置、または、販売された商品に関する情報を、ユーザに供給するに使用され得る。
【０２７６】
さらに、本発明による装置は、自動二輪車の安全運転を確実にするために使用され得、例えば速度、傾斜、接近中の障害物、道路の凹凸、またはカーブのモニタリングなどによって自動二輪車の運転支援のために使用され得る。さらに、本発明による装置は、列車または路面電車の衝突回避にも使用され得る。
【０２７７】
さらに、本発明による装置は、物流プロセスを最適化するための、例えば包装物または小包をスキャンするためのような携帯型装置に使用され得る。さらに、本発明による装置はさらなる携帯型装置、例えば個人用買物装置、ＲＦＩＤリーダ、病院または医療環境における使用、あるいは患者または患者の健康に関連する情報の入手、交換または記録するため、あるいは小売環境または医療環境向けのスマートバッジなどに使用され得る。
【０２７８】
上記に概説されているように、本発明による装置は、製造用途、品質制御用途、または識別用途においてさらに使用され得、例えば、製品識別またはサイズ識別などにおいて使用され得る（例えば、最適な場所または包装を見つけるために、また、廃棄物を低減させるために使用され得る）。さらに、本発明による装置は物流用途に使用され得る。したがって、本発明による装置は、積載または包装容器または車両の最適化に使用され得る。さらに、本発明による装置は、製造分野における表面損傷のモニタリングまたは制御、レンタル車両などレンタル物品のモニタリングまたは制御、および／または損害保険額の査定など保険用途にも使用され得る。さらに、本発明による装置は、最適な材料の取扱いなど、特にロボットとの組合せにおける、材料、物体または道具のサイズの識別に使用され得る。さらに、本発明による装置は、タンクの充填レベル観察など、生産の工程管理に使用され得る。さらに、本発明による装置は、タンク、パイプ、反応器、器具など、限定されるものではないが、生産用資産の保守にも使用され得る。さらに、本発明による装置は３Ｄ品質マークの分析にも使用され得る。さらに、本発明による装置は、歯のインレー、歯列矯正具、補綴物、衣類などのテーラーメード商品の製造にも使用され得る。本発明による装置は、１つまたは複数の３Ｄプリンタと組み合わせて、３Ｄラピッドプロトタイピング、３Ｄコピーなどにも使用され得る。さらに、本発明による装置は、例えば海賊品対策や偽造防止目的に、１つまたは複数の物品の形状を検出するために使用され得る。
【０２７９】
したがって、具体的には、本出願は、写真撮影の分野に適用され得る。したがって、検出器は、写真撮影装置の一部、具体的には、デジタルカメラの一部であってもよい。特に、検出器は３Ｄ写真撮影、具体的にはデジタル３Ｄ写真撮影に使用され得る。このように、検出器はデジタル３Ｄカメラを形成し、またはデジタル３Ｄカメラの一部であってもよい。本明細書で使用されるとき、「写真撮影」という用語は一般的に、少なくとも１つの物体の画像情報を取得する技術を指す。本明細書でさらに使用されるとき、「カメラ」は一般に写真撮影を行うのに適合した装置である。本明細書でさらに使用されるとき、「デジタル写真撮影」という用語は一般に、照射の強度を示す電気信号、好ましくは、デジタル電気信号を生成するように適合された複数の感光要素の使用によって、少なくとも１つの物体の画像情報を取得する技術を指す。本明細書でさらに使用されるとき、「３Ｄ写真撮影」という用語は一般的に、三次元空間における少なくとも１つの物体の画像情報を取得する技術を指す。したがって、３Ｄカメラは３Ｄ写真撮影を実行するように適合した装置である。カメラは一般的に、単一の画像、例えば単一の３Ｄ画像を取得するように適合されてもよく、または複数の画像、例えば一連の画像を取得するように適合されてもよい。このように、カメラは、例えばデジタルビデオシーケンスの取得など、ビデオ用途に適合したビデオカメラでもあり得る。
【０２８０】
したがって、一般的に、本発明は、少なくとも１つの物体を撮像するためのカメラ、具体的には、デジタルカメラ、より具体的には、３Ｄカメラまたはデジタル３Ｄカメラに言及する。上記で概説したように、「撮像」という用語は、本明細書で使用されるとき、一般的に、少なくとも１つの物体の画像情報の取得を指す。カメラは本発明による少なくとも１つの検出器を含む。カメラは、上記にて概説のとおり、単一の画像を取得するように適合され得、または例えば画像シーケンスなど複数の画像の取得するように適合され得、好ましくはデジタルビデオシーケンスを取得するように適合され得る。したがって、例として、カメラは、ビデオカメラであるか、または、それを含み得る。後者の場合、カメラは好ましくは画像シーケンスを保存するためのデータメモリを含む。
【０２８１】
本発明で使用されるとき、「位置」という表現は一般的に、物体の１つまたは複数の絶対位置および物体の１つまたは複数の点の方向付けに関する少なくとも１つの情報項目を指す。したがって、具体的には、位置は検出器の座標系、例えばデカルト座標系において決定され得る。ただし付加的または代替的に、他の種類の座標系、例えば極座標系および／または球座標系も使用され得る。しかし、追加的にまたは代替的に、極座標系および／または球面座標系など他のタイプの座標系が使用されてもよい。
【０２８２】
上記に概説されているように、および、さらに詳細に下記に概説されるとおり、本発明は好ましくはヒューマンマシンインターフェース分野、スポーツ分野および／またはコンピュータゲーム分野に適用され得る。このように、好ましくは、物体はスポーツ用品、好ましくはラケット、クラブ、バット、衣類、帽子、靴からなる用品群から選択され得る。他の実施形態も実現可能である。
【０２８３】
本明細書で使用されるとき、物体は一般的に、生物物体および無生物物体から選択される１つの任意の物体であってもよい。したがって、例として、少なくとも１つの物体は１つまたは複数の物品および／または１つの物品を構成する１つまたは複数の部分を含み得る。付加的または代替的に、物体は、１つまたは複数の生物および／またはその１つまたは複数の部分、例えばユーザなど人間および／または動物の１つまたは複数の身体の部分であってもよく、または、それを含んでもよい。
【０２８４】
物体の位置を決定するための、検出器の座標系であってもよい座標系に関して、検出器は、検出器の光軸がｚ軸を構成し、また付加的にｚ軸に対して垂直でかつ互いに垂直であるｘ軸とｙ軸が提供され得る座標系を構成し得る。一例として、検出器および／または検出器の一部は、この座標系の原点など、この座標系における特定の点に所在し得る。この座標系において、ｚ軸に平行または逆平行な方向を縦方向と見なすことができ、ｚ軸に沿った座標を、縦方向座標と見なすことができる。縦方向に対して垂直な任意の方向を横方向と考えられ、ｘ座標および／またはｙ座標を横方向座標と考えられ得る。
【０２８５】
代替的に、他のタイプの座標系も使用され得る。したがって、一例として、光軸がｚ軸を形成する極座標系を使用することができ、またｚ軸からの距離および極角を付加的な座標として使用することができる。また、ｚ軸に平行または逆平行な方向を縦方向と見なすことができ、またｚ軸に沿った座標を縦方向座標と見なすことができる。ｚ軸に対して垂直な任意の方向を横方向と見なすことができ、また極座標および／または極角を横方向座標と見なすことができる。
【０２８６】
検出器は、少なくとも１つの物体および／またはその一部の位置に関する少なくとも１つの情報を提供するように構成された装置であってもよい。このように、位置は物体または物体の一部の位置、好ましくは検出器の座標系内での位置を完全に記述する情報項目を指すか、または位置の部分的にのみ記述する部分的を指し得る。検出器は一般的に、ビーコン装置から検出器へと伝播する光ビームのような、光ビームを検出するように適合された装置であり得る。
【０２８７】
評価装置および検出器は、単一の装置に完全にまたは部分的に一体化してもよい。したがって、一般的に、評価装置も検出器の一部を形成し得る。代替的に、評価装置および検出器は、別々の装置として完全にまたは部分的に具現化してもよい。検出器はさらなる構成要素を含んでもよい。
【０２８８】
検出器は、固定式装置であるか、または移動式装置であってもよい。さらに、検出器は独立型装置であるか、あるいはコンピュータ、車両または他の装置のような別の装置の一部を形成し得る。さらに、検出器は携帯型装置であってもよい。検出器の他の実施形態も実現可能である。
【０２８９】
検出器は、具体的には、プレノプティックカメラまたはライトフィールドカメラに匹敵する検出器のレンズまたはレンズ系の後方のライトフィールドの記録に使用され得る。このように、具体的には、検出器は複数の焦点面内の画像を例えば同時に取得するように適合されるライトフィールドカメラとして具現化され得る。本明細書で使用されるとき、「ライトフィールド」という用語は一般的に、内蔵カメラのような検出器の内部の光の空間的伝播を指す。本発明に係る、具体的には複数の光センサから成るスタックを有する検出器は、検出器またはカメラの内部、例えばレンズの後方のライトフィールドを直接記録する能力を有し得る。複数のセンサが、レンズからの距離が異なる複数の画像を記録し得る。例えば、「デプス−フローム−フォーカス」または「デプス−フローム−デフォーカス」のような、例えばコンボリューションベースのアルゴリズムを使用して、レンズの後方の光の伝播方向、焦点および拡散をモデル化することができる。レンズの後方の光の伝播モデルを基に、レンズまでの距離が異なる複数の画像を抽出することができ、フィールド深度を最適化することができ、様々な距離での合焦画像を抽出することができ、または物体の距離を計算することができる。さらなる情報も抽出することができる。
【０２９０】
いくつかの光センサの使用は、画像を記録した後の画像処理工程において、レンズ誤差補正をさらに可能にする。光学機器はレンズ誤差の補正が必要となると高価で製造に困難を伴うことが多い。これらは特に、顕微鏡や望遠鏡で問題となる。顕微鏡では、典型的なレンズ誤差は、光軸までの距離が変化する光線の歪み具合が異なる状態を指す（球面収差）。望遠鏡では、大気中の温度変化から焦点変動が発生し得る。球面収差または製造に起因するさらなる誤差といった静的誤差は、較正工程で誤差を決定し、次いで固定されたピクセルおよびセンサの固定されたセットのような固定画像処理を使用して、または光伝播情報を使用するより入り組んだ処理技法を使用して補正することができる。レンズ誤差が強く時間依存である、すなわち望遠鏡において気象条件に左右される場合、レンズ誤差はレンズ後方の光伝播の使用、視野画像の拡張深度の計算、焦点からの距離を使用する技法などによって補正することができる。
【０２９１】
本発明による検出器はさらに、色検出を可能にし得る。色検出のために、異なるスペクトル特性を有する複数の光センサを使用してもよく、これらの光センサのセンサ信号を比較してもよい。
【０２９２】
さらに、本発明による装置はジェスチャ認識の関係で使用され得る。この関係で、ジェスチャ認識と本発明による装置の組み合わせは、特に、身体、身体部位または物体の動きを介して情報をマシンに伝送するためのヒューマンマシンインターフェースとして使用され得る。本発明では、情報は、好ましくは、例えば特に指のように、物体を指さすことによって、例えば聴覚障害者のために手話に利用すること、手を振って数字、承認、不承認などのサインをすることなど、手を振ることによって、誰かに近づくように、離れるように、または、誰かに挨拶したり、物を押したり、物を取ったりするよう頼む場合、あるいはスポーツや音楽の分野では、例えばウォームアップのような手または指の運動など手または手の部分の動きを介して送信され得る。さらに、情報は、腕または脚の動き、例えば腕や足や両腕や両足や腕と足の組合せによる回転、蹴り、掴み、ねじり、回転、スクロール、ブラウジング、押し、曲げ、パンチ、揺すりによって伝達され、娯楽や運動や機械の訓練機能などスポーツや音楽などの目的のために伝達される。さらに、情報は全身または身体の主要部位の動作、例えばジャンプ、回転、あるいは例えば空港または交通警察によって情報を伝送するために使用される手話など、例えば「右折」、「左折」、「進め」、「徐行」、「停車」、「エンジン停止」などの情報を伝送するための複雑なサインを作ることによって、あるいは泳ぐ真似、飛び込む真似、走る真似、射るする真似などによって、あるいはヨガ、ピラティス、柔道、空手、ダンス、またはバレエなどにおける複雑な動きまたは身体位置によって伝送され得る。さらに、情報は、例えば、コンピュータプログラムで仮想ギターの機能を制御するためにモックアップギターを使用すること、コンピュータプログラムで仮想ギター機能を制御するために本物のギターを使用すること、電子書籍を読んだり、仮想ドキュメントにおいてページを移動したり、閲覧したりするために実際の書籍またはモックアップ書籍を使用すること、コンピュータプログラムで描画するために本物のペンまたはモックアップペンを使用することなど、モックアップ装置に対応する仮想装置を制御するために、本物の装置またはモックアップ装置を使用して情報を送信することができる。さらに、情報の伝送は例えば音、振動または動きなど、ユーザへのフィードバックに連動され得る。
【０２９３】
音楽および／または楽器の関係では、ジェスチャ認識と組み合わせた本発明による装置は、練習目的、楽器の制御、楽器の録音、モックアップ楽器の使用による音楽の演奏または録音のために、または例えば、ノイズを回避するため、または録音を行うため、または練習、運動、記録、または娯楽目的などで、仮想オーケストラ、アンサンブル、バンド、ビッグバンド、聖歌隊などを行うために、エアギターを演奏するなど単に楽器の存在を装うことによって使用することができる。
【０２９４】
さらに、安全性および監視の関係において、ジェスチャ認識と組み合わせた本発明による装置は、例えば歩行または身体の動きによる人の認識など、人の動作プロファイルを認識するために使用され、または、本人確認のサインや本人確認の動きなどアクセスまたは認証制御としての手のサインまたは動き、または、身体部分または全身のサインまたは動きの認識に使用され得る。
【０２９５】
さらに、スマートホーム用途またはモノのインターネットの関係で、ジェスチャ認識と組み合わせた本発明による装置は、家電製品および／または家庭用装置を相互に接続するネットワークの一部である家庭用装置、例えば冷蔵庫、セントラルヒーティング、空調、電子レンジ、製氷機または湯沸かし器など、あるいは娯楽装置、例えばテレビジョンセット、スマートフォン、ゲームコンソール、ビデオレコーダー、ＤＶＤプレーヤ、パーソナルコンピュータ、ラップトップ、タブレット、またはこれらの組み合わせ、または家庭用装置と娯楽装置の組み合わせ、の中央制御または非中央制御用に使用されことができる。
【０２９６】
さらに、仮想現実または拡張現実の関係において、ジェスチャ認識と組み合わせた本発明による装置は、仮想現実アプリケーションまたは拡張現実アプリケーションの動きの制御または機能の制御、例えばサイン、ジェスチャ、身体の動きまたは身体部位の動きなどを使用するゲーム、仮想世界の中で移動するゲーム、仮想物体を操作するゲーム、スポーツ、芸術、工芸、音楽を練習するまたは演じるゲーム、または、ボール、チェス駒、碁石、楽器、道具、ブラシなどの仮想物体を使用するゲームにおけるプレイおよび制御などに使用され得る。
【０２９７】
さらに、医療の関係において、ジェスチャ認識と組み合わせた本発明による装置は、リハビリテーション訓練、遠隔診断のサポート、または手術もしくは治療をモニタリングまたは調査し、医療画像を医療装置の位置に重ねて表示すること、例えば、磁気共鳴断層撮影法またはＸ線撮影などからの予め記録された医用画像を、外科手術または治療中に記録された内視鏡または超音波などからの画像と重ねて表示することに使用され得る。
【０２９８】
さらに、製造および工程自動化の関係において、ジェスチャ認識と組み合わせた本発明による装置は、プログラミング、制御、製造、操作、補修または教示など、ロボット、ドローン、無人自律車両、サービスロボット移動可能物体などを制御、教示、またはプログラム、あるいは安全上の理由、または保守目的のためなどの物体またはエリアの遠隔操作に使用され得る。
【０２９９】
さらに、ビジネスインテリジェンスメトリクスの関係において、ジェスチャ認識と組み合わせた本発明による装置は、人数計数、顧客の動向調査、顧客が時間を費やすエリア、オブジェクト、顧客テスト、売上高、プローブ調査などに使用することができる。
【０３００】
さらに、本発明による装置は日曜大工またはプロ用の道具の関係において、特に電動式またはモータ駆動式または動力工具、例えばドリル機械、鋸、のみ、ハンマー、レンチ、ステープルガン、ディスクカッター、金属鋏および金属ニブラー、アングルグラインダー、ダイグラインダー、ドリル、ハンマードリル、ヒートガン、レンチ、サンダース、彫刻機、釘打機、糸鋸、ビスケットジョイナー、木材ルーター、かんな、ポリッシャー、タイルカッター、ワッシャ、ローラー、ウォールチェイサー、旋盤、イパクトドライバー、ジョインター、塗装用ローラー、スプレーガン、モーティマー、または溶接機などに、特に製造時の精度補助、最低または最大距離の維持、または安全対策のために目的に使用され得る。
【０３０１】
さらに、本発明による装置は視覚障害者を補助するために使用され得る。さらに、本発明による装置は、小売環境、医療用途、生産環境などで使用される可能性がある衛生上の理由などで直接環境を回避するためにタッチスクリーンで使用することができる。さらに、本発明による装置は農業生産環境において、例えば安定洗浄ロボット、採卵機、搾乳機、収穫機、農機具、刈り取り機、フォワーダ、コンバイン収穫機、トラクター、耕運機、鋤、石抜き機、馬鋤、ストリップティル、ばらまき機、ジャガイモ種蒔き機などの種蒔き機、肥料拡散機、噴霧器、スプリンクラーシステム、スワサー、ベイラ−、ローダー、フォークリフト、芝刈り機などに使用され得る。
【０３０２】
さらに、本発明による装置は、子供または障害者など、コミュニケーション能力または可能性が限られている人または動物のための、衣類、靴、眼鏡、帽子、人工補綴物、歯列矯正具を選択および／または適合に使用できる。さらに、本発明による装置は倉庫、物流、流通、輸送、荷物の積み降ろし、スマート製造、インダストリー４．０などの関係で使用され得る。さらに、製造の関係では、本発明による装置は加工、分注、曲げ加工、材料処理などの状況で使用され得る。
【０３０３】
評価装置は、１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）など１つまたは複数の集積回路、および／または１つまたは複数のデータ処理装置、例えば１つまたは複数のコンピュータ、好ましくは１つまたは複数のマイクロコンピュータおよび／もしくはマイクロコントローラ、フィールドコンパイラアレイ、またはデジタルシグナルプロセッサであるか、またはこれらを含んでいてもよい。付加的な構成要素、例えば、１つまたは複数のＡＤ変換器および／または１つまたは複数のフィルタなど、複数のセンサ信号を受信および／または前処理するための１つまたは複数の装置のような１つまたは複数の前処理装置および／またはデータ取得装置などが含まれてもよい。さらに、評価装置は、電流および／または電圧を測定するための１つまたは複数の測定装置など、１つまたは複数の測定装置を備えてもよい。さらに、評価装置は１つまたは複数のデータ保存装置を含んでもよい。さらに、評価装置は、１つまたは複数のインターフェース、例えば１つもしくは複数の無線インターフェースおよび／または１つもしくは複数の有線インターフェースを含んでもよい。
【０３０４】
少なくとも１つの評価装置は、本発明による方法における１つまたは複数またはさらにすべての方法ステップを実行または補助するように適合される少なくとも１つのコンピュータプログラムなど、少なくとも１つのコンピュータプログラムを実行するように適合され得る。一例として、１つまたは複数のアルゴリズムは、センサ信号を入力変数として使用することによって物体の位置を決定するよう実装され得る。
【０３０５】
評価装置は、少なくとも１つのさらなるデータ処理装置に接続され得、または、それを含むことが可能であり、少なくとも１つのさらなるデータ処理装置は、光センサおよび／または評価装置によって得られる情報などのような、情報を表示すること、可視化すること、分析すること、配布すること、通信すること、または、さらに処理することのうちの１つまたは複数のために使用され得る。データ処理装置は、例として、ディスプレイ、プロジェクタ、モニタ、ＬＣＤ、ＴＦＴ、ラウドスピーカ、マルチチャネルサウンドシステム、ＬＥＤパターン、または、さらなる可視化装置うちの少なくとも１つに接続され得、または、それを組み込むことが可能である。それは、通信装置または通信インターフェース、コネクタまたはポートのうちの少なくとも１つにさらに接続され得、または、それを組み込むことが可能であり、それは、Ｅメール、テキストメッセージ、電話、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、赤外線またはインターネットインターフェース、ポートまたは接続部のうちの１つまたは複数を使用して、暗号化された情報または暗号化されていない情報を送ることができる。それは、プロセッサ、グラフィックプロセッサ、ＣＰＵ、Ｏｐｅｎ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｐｌａｔｆｏｒｍ（ＯＭＡＰ（商標））、集積回路、Ａｐｐｌｅ  ＡシリーズまたはＳａｍｓｕｎｇ  Ｓ３Ｃ２シリーズの製品、マイクロコントローラ、またはマイクロプロセッサなどのようなシステム−オン−チップ、１つまたは複数のメモリブロック、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、またはフラッシュメモリなど、タイミングソース、例えば、発振器もしくは位相同期ループ、カウンタタイマ、リアルタイムタイマ、またはパワーオン−リセット−ジェネレーターなど、電圧調整器、電力管理回路、またはＤＭＡコントローラのうちの少なくとも１つにさらに接続され得、または、それを組み込むことが可能である。個々のユニットは、ＡＭＢＡバスなどのようなバスによって、さらに接続され得るか、モノのインターネットまたはインダストリー４．０タイプのネットワークに統合され得る。
【０３０６】
評価装置および／またはデータ処理装置は、例えば、シリアルインターフェースもしくはシリアルポート、または、パラレルインターフェースもしくはパラレルポート、ＵＳＢ、Ｃｅｎｔｒｏｎｉｃｓ  Ｐｏｒｔ、ＦｉｒｅＷｉｒｅ（登録商標）、ＨＤＭＩ（登録商標）、イーサネット（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＲＦＩＤ、Ｗｉ−Ｆｉ、ＵＳＡＲＴ、もしくはＳＰＩのうちの１つまたは複数など、または、アナログインターフェースまたはアナログポート、例えば、ＡＤＣもしくはＤＡＣ、または、標準化されたインターフェースもしくは標準化されたポートのうちの１つまたは複数などによって、ＣａｍｅｒａＬｉｎｋなどのようなＲＧＢインターフェースを使用する２Ｄカメラデバイスなどのようなさらなる装置に接続され、またはさらなる外部インターフェースまたは外部ポートを有し得、または、それらを有することが可能である。さらに、評価装置および／またはデータ処理装置は、プロセッサ間インターフェースもしくはプロセッサ間ポート、ＦＰＧＡ−ＦＰＧＡ−インターフェース、または、シリアルインターフェースポートもしくはパラレルインターフェースポートのうちの１個または複数によって接続され得る。さらに、評価装置およびデータ処理装置は、光学ディスクドライブ、ＣＤ−ＲＷドライブ、ＤＶＤ＋ＲＷドライブ、フラッシュドライブ、メモリカード、ディスクドライブ、ハードディスクドライブ、ソリッドステートディスク、またはソリッドステートハードディスクのうちの１つまたは複数に接続され得る。
【０３０７】
評価装置および／またはデータ処理装置は、１つまたは複数のさらなる外部コネクタ、例えば、フォンコネクタ、ＲＣＡコネクタ、ＶＧＡコネクタ、雄雌同体コネクタ、ＵＳＢコネクタ、ＨＤＭＩ（登録商標）コネクタ、８Ｐ８Ｃコネクタ、ＢＣＮコネクタ、ＩＥＣ６０３２０  Ｃ１４コネクタ、光ファイバコネクタ、Ｄサブミニチュアコネクタ、ＲＦコネクタ、同軸コネクタ、ＳＣＡＲＴコネクタ、ＸＬＲコネクタのうちの１つまたは複数などによって接続され得、または、それらを有することが可能であり、および／または、これらのコネクタのうちの１つまたは複数のための少なくとも１つの適切なソケットを組み込むことが可能である。
【０３０８】
本発明による１つまたは複数の検出器を組み込む単一の装置の可能な実施形態は、例えば、光センサ、光学システム、評価装置、通信装置、データ処理装置、インターフェース、システム−オン−チップ、ディスプレイ装置、またはさらなる電子装置のうちの１つまたは複数などを組み込む、評価装置またはデータ処理装置は、モバイルフォン、パーソナルコンピュータ、タブレットＰＣ、テレビジョン、ゲームコンソール、または、さらなる娯楽装置である。さらなる実施形態では、さらに詳細に下記に概説されることになる３Ｄカメラ機能性は、デバイスのハウジングまたは外見における顕著な相違なしに、従来の２Ｄデジタルカメラとともに利用可能なデバイスの中に一体化され得、ユーザにとっての顕著な相違は、３Ｄ情報を取得および／または処理することの機能性だけであることが可能である。さらに本発明による装置は、３６０度デジタルカメラまたはサラウンドビューカメラに使用することができる。
【０３０９】
具体的には、検出器および／またはその一部、例えば、評価装置および／またはデータ処理装置などを組み込む実施形態は、３Ｄカメラの機能性に関して、ディスプレイ装置、データ処理装置、光センサ、任意のセンサ光学系、および、評価装置を組み込む、モバイルフォンであることが可能である。本発明による検出器は、具体的には、娯楽装置および／または通信装置の中に、例えば、モバイルフォンなどの中に一体化するのに適切であり得る。
【０３１０】
本発明のさらなる実施形態は、検出器またはその一部、例えば、自動車において使用するための、自動運転において使用するための、または、例えばＤａｉｍｌｅｒ社のＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｄｒｉｖｅシステムなどのような車両の安全システムにおいて使用するための、装置の中の評価装置および／またはデータ処理装置の組み込みであることが可能であり、例として、光センサ、任意の１つまたは複数の光学システム、評価装置、任意の通信装置、任意のデータ処理装置、任意の１つまたは複数のインターフェース、任意のシステム−オン−チップ、任意の１つもしくは複数のディスプレイ装置、または、任意のさらなる電子装置のうちの１つまたは複数を組み込む装置は、車両、車、トラック、列車、自転車、飛行機、船舶、オートバイの一部であることが可能である。
【０３１１】
本発明による検出器は、１つまたは複数の他のタイプのセンサまたは検出器とさらに組み合わせられ得る。したがって、検出器は、少なくとも１つの追加的な検出器をさらに含むことが可能である。少なくとも１つの追加的な検出器は、少なくとも１つのパラメータを検出するように適合され、例えば、周囲環境のパラメータ、例えば、周囲環境の温度および／または輝度など；検出器の位置および／または方向付けに関するパラメータ；物体の位置など、検出される物体の状態を特定するパラメータ、例えば、空間内の物体の絶対的位置および／または物体方向付けなど、のうちの少なくとも１つを検出するように適合され得る。したがって、一般的に、本発明の原理は、追加情報を得るために、および／または、測定結果を検証するために、または、測定誤差もしくはノイズを低減させるために、他の測定原理と組み合わせられ得る。
【０３１２】
上記で概説したように、ヒューマンマシンインターフェースは、直接的または間接的に、ユーザに取り付けられ、およびユーザにより保持されることのうちの少なくとも１つに適合される複数のビーコン装置を含むことができる。したがって、ビーコン装置はそれぞれ、任意の適切な手段によって、例えば適切な固定型装置によって、独立してユーザに取り付けることができる。追加的に代替的に、ユーザは、少なくとも１つのビーコン装置、または、１つまたは複数のビーコン装置を自分の手に持って、および／または、少なくとも１つのビーコン装置を身につけることによって、および／または、ビーコン装置を格納する衣類を身体部分に着用することによって、保持、および／または、携帯することができる。
【０３１３】
ビーコン装置は一般に、少なくとも１つの検出器によって検出され得る任意の装置、および／または、少なくとも１つの検出器によって検出を容易にする任意の装置であり得る。したがって、上記で概説したように、または以下でさらに概説するように、ビーコン装置は、例えば、少なくとも１つの光ビームを生成するための１つまたは複数の照射源を有することによって、検出器によって検出される少なくとも１つの光ビームを生成するように適合されるアクティブビーコン装置であり得る。追加的に代替的に、ビーコン装置は、例えば、別個の照射源によって生成された光ビームを反射するように適合された１つまたは複数の反射要素を備えることによって、完全にまたは部分的にパッシブビーコン装置として設計されてもよい。少なくとも１つのビーコン装置は、直接的または間接的な方法で恒久的または一時的にユーザに取り付けてもよく、および／またはユーザによって携帯または保持されてもよい。取り付けは、例えば、１つまたは複数の取り付け手段を使用することによって、および／またはユーザ自身により、例えばユーザが少なくとも１つのビーコン装置を手で保持することにより、および／またはユーザがビーコン装置を着用することによって行われてよい。
【０３１４】
追加的にまたは代替的に、ビーコン装置は、物体に取り付けられ、およびユーザによって保持されている物体に一体化されたものの少なくとも１つであり、これは、本発明の意味において、ビーコン装置を保持しているユーザのオプションという意味に含まれるべきである。したがって、以下にさらに詳細に概説されるように、ビーコン装置は、ヒューマンマシンインターフェースの一部であり得、およびユーザによって保持または携帯され得、その方向付けは検出器装置によって認識され得る制御要素に取り付けられても、または一体化されてもよい。したがって、一般に、本発明は、また本発明による少なくとも１つの検出器装置を含み、さらに少なくとも１つの物体を含み得る検出器システムに言及し、ビーコン装置は、物体に取り付け可能である、物体によって保持可能である、および、物体に一体化可能であるうちの少なくとも１つである。一例として、物体は好ましくは制御要素を形成してもよく、その方向付けはユーザによって認識され得る。したがって、検出器システムは、上で概説したように、または以下でさらに詳細に概説するように、ヒューマンマシンインターフェースの一部であってよい。一例として、ユーザは、１つまたは複数の情報をマシンに伝送するため、例えば、１つまたは複数のコマンドをマシンに伝送するために特定の方法で制御要素を処理することができる。
【０３１５】
代替的に、検出器システムは、他の方法で使用され得る。したがって、例として、検出器システムの物体は、ユーザ、または、ユーザの身体の一部とは異なってもよく、また、例として、ユーザから独立して動く物体であってもよい。例えば、検出器システムは、製造工程および／またはロボット工学工程など、装置を制御するためにおよび／または工業工程を制御するために使用されてもよい。したがって、例えば、物体は、マシンおよび／またはロボットアームなどのマシン部品であり、その方向付けは検出器システムを使用することによって検出され得る。
【０３１６】
ヒューマンマシンインターフェースは、検出器装置が、ユーザの位置、または、ユーザの少なくとも１つの身体部分の位置に関する少なくとも１つの情報項目を生成させるように適合され得る。具体的には、少なくとも１つのビーコン装置をユーザへの取り付け方法が知られている場合、少なくとも１つのビーコン装置の位置を評価することによって、ユーザまたはユーザの身体部分の位置および／または方向付けに関する少なくとも１つの情報項目を取得することができる。
【０３１７】
ビーコン装置は、好ましくは、ユーザの身体またはユーザの身体部分に取り付け可能なビーコン装置、およびユーザが保持し得るビーコン装置の１つである。上記に概説されているように、ビーコン装置は、完全にまたは部分的にアクティブビーコン装置として設計され得る。ししたがって、ビーコン装置は、検出器へと伝送されることになる少なくとも１つの光ビーム、好ましくはビーム特性が既知である少なくとも１つの光ビームを生成するように適合された少なくとも１つの照射源を含み得る。追加的にまたは代替的に、ビーコン装置は、照射源によって発生される光を反射するように適合された少なくとも１個のリフレクタを含むことが可能であり、それによって、検出器に伝送されることになる反射光ビームを発生させる。付加的または代替的に、ビーコン装置は、照射源により生成される光を反射するように適合された少なくとも１つの反射体を含むことにより、検出器へと伝送されることになる反射光ビームを生成し得る。
【０３１８】
物体は、検出器システムの一部を形成してもよく、一般的に任意の形状を有し得る。好ましくは、上記に概説されているように、検出器システムの一部である物体は、例えば手動などでユーザによって取り扱われ得る制御要素であってもよい。一例として制御要素は、手袋、ジャケット、帽子、靴、ズボンおよびスーツ、手で保持できる杖、バット、クラブ、ラケット、鞭、トイガンのような玩具から成る群から選択される少なくとも１つの要素であるか、またはそれを含み得る。したがって、例として、検出器システムは、ヒューマンマシンインターフェースおよび／または娯楽装置の一部であってもよい。
【０３１９】
本明細書で使用されるとき、娯楽装置は、以下では１人または複数のプレーヤともいう、１人または複数のユーザのレジャーおよび／または娯楽の目的を果たすことができる装置である。一例として、娯楽装置はゲーミングの目的、好ましくはコンピュータゲーミングの目的に役立ち得る。したがって、娯楽装置は、コンピュータ、コンピュータネットワーク、またはコンピュータシステムの中へ実装され、または、１つまたは複数のゲーミングソフトウェアプログラムを実行するコンピュータ、コンピュータネットワークまたはコンピュータシステムを含み得る。
【０３２０】
娯楽装置は、例えば上記にて開示されている１つまたは複数の実施形態および／または以下にて開示される１つまたは複数の実施形態によるなど、本発明による少なくとも１つのヒューマンマシンインターフェースを含む。娯楽装置は、ヒューマンマシンインターフェースを用いてプレーヤによって少なくとも１つの情報項目が入力されることを可能にするように設計されている。少なくとも１つの情報項目は、娯楽装置のコントローラおよび／もしくはコンピュータに伝送され、および／または、娯楽装置のコントローラおよび／もしくはコンピュータによって使用され得る。少なくとも１つの情報項目は、好ましくは、ゲームの進行に影響を与えるように適合された少なくとも１つのコマンドを含み得る。したがって、例として、少なくとも１つの情報項目は、プレーヤおよび／またはプレーヤの１部または複数の身体部分の少なくとも１部の方向付けに関する少なくとも１項目の情報を含むことが可能であり、それによって、プレーヤがゲーミングのために必要とされる特定の位置および／または方向付けおよび／または行動をシミュレートすることを可能にする。例として、以下の動き、すなわち、ダンス；ランニング；ジャンプ；ラケットのスイング；バットのスイング；クラブのスイング；ある物体から別の物体へ向けること、例えば、トイガンを標的に向けることなどのうちの１つまたは複数が、シミュレートされ、また、娯楽装置のコントローラおよび／またはコンピュータに伝達され得る。
【０３２１】
一部としてまたは全体としての娯楽装置は、好ましくは、娯楽装置のコントローラおよび／またはコンピュータは、情報にしたがって娯楽機能を変更させるように設計されている。したがって、上記に概説されているように、ゲームの進行は、少なくとも１つの情報項目にしたがって影響を受ける可能性がある。したがって、娯楽装置は、１つまたは複数のコントローラを含み、該１つまたは複数のコントローラは、少なくとも１つの検出器の評価装置とは分離されていてもよく、および／または、少なくとも１つの評価装置と完全にまたは部分的に同一であり得るか、少なくとも１つの評価装置を含んでいてもよい。好ましくは、少なくとも１つのコントローラは、１つまたは複数のコンピュータおよび／またはマイクロコントローラなどのような、１つまたは複数のデータ処理装置を含むことが可能である。
【０３２２】
さらに本明細書で使用されているように、追跡システムは、少なくとも１つの物体および／または物体の少なくとも一部における、一連の過去の位置に関する情報を収集するように適合される装置である。付加的に、追跡システムは、少なくとも１つの物体または物体の少なくとも一部について予測される少なくとも１つの将来の位置および／または方向付けに関する情報を提供するように適合され得る。
【０３２３】
追跡システムは少なくとも１つの追跡コントローラを有し、該少なくとも１つの追跡コントローラは、電子装置として、好ましくは少なくとも１つのデータ処理装置、より好ましくは少なくとも１つのコンピュータまたはマイクロコントローラとして完全にまたは部分的に具現化され得る。繰り返しになるが、少なくとも１つの追跡コントローラは少なくとも１つの評価装置を完全にまたは部分的に含み得、および／または少なくとも１つの評価装置の一部であってもよく、および／または完全にまたは部分的に少なくとも１つの評価装置と同一であってもよい。
【０３２４】
追跡システムは、本発明による少なくとも１つの検出器、例えば上記に挙げた１つまたは複数の実施形態において開示されているような、および／または下記の１つまたは複数の実施形態において開示されているような、少なくとも１つの検出器を含む。追跡システムはさらに、少なくとも１つの追跡コントローラを含む。追跡コントローラは、例えば、データ群またはデータ対を記録することなどによって、特定の時点における物体一連の位置を追跡するように適合されており、それぞれのデータ群またはデータ対、少なくとも１つの位置情報および少なくとも１つの時間情報を含む。
【０３２５】
追跡システムはさらに、本発明による少なくとも１つの検出器システムを含んでもよい。したがって、少なくとも１つの検出器および少なくとも１つの評価装置、および、任意の少なくとも１つのビーコン装置に加え、追跡システムは、物体自体またはその一部、例えば、ビーコン装置、または少なくとも１つのビーコン装置を含む少なくとも１つの制御要素などを含むことが可能であり、制御要素は、追跡される物体に直接または間接的に取り付け可能または一体化可能である。
【０３２６】
追跡システムは、追跡システム自体における１つまたは複数の動作、および／または１つもしくは複数の別個の装置における１つまたは複数の動作を開始するように適合され得る。後者の目的に関して、追跡システム、好ましくは、追跡コントローラは、１つまたは複数の無線インターフェースおよび／もしくは有線結合インターフェース、ならびに／または、少なくとも１つの動作を開始させるための他のタイプ制御接続を有し得る。好ましくは、少なくとも１つの追跡コントローラは、物体の少なくとも１つの実際の位置にしたがって少なくとも１つの動作を開始するように適合され得る。一例として、動作は、物体の将来の位置の予測；少なくとも１つの装置を物体に向けること；少なくとも１つの装置を検出器に向けること；物体の照射；検出器の照射、からなる群から選択され得る。
【０３２７】
追跡システムの用途の一例として、追跡システムは、少なくとも１つの第１の物体および／または第２の物体が動けるものであっても、少なくとも１つの第１の物体を少なくとも１つの第２の物体に連続的に向けるために使用され得る。潜在的な例は、繰り返しになるが、ロボット工学におけるような産業への用途、および／または製造ラインもしくは組み立てラインにおける製造途中のような、たとえ物品が移動中であっても物品に対して連続的に作業を行うための用途において見出すことができる。追加的にまたは代替的に、追跡システムは、照射目的に使用され得、たとえ物体が移動中であっても物体に対して照射源を連続的に向けることによって、物体を連続的に照射するなどのために使用され得る。さらなる用途は、通信システムにおいて見出され得、例えば、移動中の物体に対して送信機を向けることによって、移動中の物体についての情報を連続的に伝送するための通信システムにおいて見出すことができるかもしれない。
【０３２８】
提案された装置および方法は、この種の既知の検出器よりも多くの利点を提供する。したがって、検出器は一般に、上記で開示された既知の先行技術システムの欠点を回避し得る。具体的には、検出器は、ＦｉＰセンサの使用を回避し、それにより、例えば簡単で安価な市販のシリコンフォトダイオードなどの半導体センサを使用し得る。これらのフォトダイオードは一般には輝度依存性を示さず、および、上記で開示された方法は一般に、風景の明るさおよび／または光ビーム上の光スポットの明るさから独立している。その結果、検出器に入射する光ビームの輝度または総出力に関する測定範囲は、上記で開示された多くの装置と比較して、本発明では一般に大きい。さらに、本発明による検出器を使用することによる測定は、一般に、標的スポットサイズ、すなわち、物体のサイズ、物体に投影される光スポットのサイズ、または物体に取り付けているか物体に一体化しているかまたは物体によって保持されているかのうちの１つ以上であるビーコン装置のサイズ、から独立している。
【０３２９】
本発明による検出器は、距離測定またはｚ座標の測定の機能と、１つ以上の横方向座標を測定する追加オプションとを組み合わせ、それによりＰＳＤの機能を統合する単純な装置として実現され得る。
【０３３０】
検出器は、特に２つ以上の線形シリコンフォトダイオードを使用し得る。１つのフォトダイオードは、転送装置のレンズの背後のスポットよりも大きく、１つは小さい。フォトダイオードは、互いの上に配置するか、レンズの背後の異なる位置、好ましくは検出器の光軸に沿った異なる位置に配置することができる。ビームスプリッタの使用はオプションだが、一般に必要ではないため、簡単な光学セットアップを使用できる。
【０３３１】
上記で概説したように、一実施形態では、第２の光センサは、単一の感光要素または１つ以上のフォトダイオードなどの複数の感光要素を備えてもよい。たとえばストレートリム部分の真っ直ぐなエッジ、および／または角の非常に近くに感光要素を配置することにより、たとえばストレートリム部分の真っ直ぐなエッジなどの蛍光導波シートのエッジ、および／または、蛍光導波シートの角に感光要素を配置することができる。さらに、蛍光導波シートは、一般に、完全にまたは部分的に透明な様式で設計されてもよい。それにより、少なくとも１つの第２の光センサは、完全にまたは部分的に透明なＰＳＤとして生成され得る。検出器内でＰＳＤを追加する必要はない。
【０３３２】
上記で概説したように、蛍光導波シートからの蛍光のアウトカップリングは、接着剤のドロップ、エッチング、スクラッチなどを使用して非常に簡単な方法で行うことができる。アウトカップリングは、例えば蛍光導波シートのリム部分、および／または角など、特に真っ直ぐなエッジの近くで行われ得る。
【０３３３】
１つまたは複数の感光要素を参照すると、これらの感光要素は、一例として、非常に小さく、またはスポット状にさえすることができる。一般に、電子技術の分野では、一般に電気容量が低いため、フォトダイオードのサイズが小さいとフォトダイオードが非常に高速になる。しかしながら、追加的または代替的に、ストリップ形状のフォトダイオードなど、他のタイプの感光要素を使用してもよい。
【０３３４】
測定の結果、すなわち、少なくとも１つの縦方向座標などの検出器によって決定された位置は、風景の明るさおよび／または物体の明るさ、少なくとも１つのビーコン装置の明るさ、少なくとも１つの照射源の明るさ、または物体から検出器に伝播する光ビームの総出力から広く独立している。さらに、この独立性と明るさの観点からの幅広い測定により、反射物体または非反射物体を使用することができる。
【０３３５】
測定範囲について言及すると、測定範囲は両方とも、例えば光ビームの総出力の範囲など、本発明による検出器と共に使用することができる明るさの範囲を指す場合もあれば、または、検出器と測定され得る物体との間の距離の範囲を指す場合もある。上記の文書の１つまたは複数によると、従来の検出器は通常、両方の測定範囲で制限される。上記のように、商信号の使用は、逆に、商信号から縦方向座標を決定するために使用し得る連続的かつ単調に減少または増加する関数の広い範囲を提供する。その結果、物体と検出器との間の距離に関して非常に広い範囲の測定値が与えられる。同様に、商信号は光ビームの総出力から一般的に独立しているため、少なくとも光センサの一方または両方が飽和状態にならない限り、また、明るさの観点から、すなわち光ビームの総出力の観点から非常に広い範囲の測定を提供する。
【０３３６】
検出器内の光ビームは、一般に、検出器の光軸に沿って伝播し得る。第１および第２の光センサは光軸上に配置されてもよい。しかしながら、光ビームはまた、光軸に沿った以外の方法で伝播してもよい。一例として、光軸に沿って伝播、または光軸に平行に、または光軸に対して０°とは異なる角度、例えば１°から２０°の角度で伝播する、照射光ビームを生成することができる。他の実施形態も実行可能である。
【０３３７】
全体として、本発明の関係において、以下の実施形態が特に好ましいと見なされる。
【０３３８】
実施形態１：少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器であって、該検出器は、
−  少なくとも１つの角度依存光学要素であって、物体から前記検出器に向かって伝播し、前記角度依存光学要素を照射する入射光ビームの入射角に応じて、少なくとも１つのビームプロファイルを有する少なくとも１つの伝送光ビームを生成するように適合され、前記角度依存光学要素は、少なくとも１つの光ファイバ、特に少なくとも１つの多分岐光ファイバ、特に少なくとも１つの分岐光ファイバと；少なくとも１つの回折光学要素と；少なくとも１つの角度依存反射要素、少なくとも１つ回折格子要素、特に１つのブレーズ格子要素と；少なくとも１つの開口絞りと；少なくとも１つのプリズムと；少なくとも１つのレンズと；少なくとも１つのレンズアレイ、特に少なくとも１つのマイクロレンズアレイと；少なくとも１つの光フィルタと；少なくとも１つの偏光フィルタと；少なくとも１つのバンドパスフィルタと；少なくとも１つの液晶フィルタ、特に１つの液晶調整可能フィルタと；少なくとも１つのショートパスフィルタと；少なくとも１つのロングパスフィルタと；少なくとも１つのノッチフィルタと；少なくとも１つの干渉フィルタと；少なくとも１つの伝送格子と；少なくとも１つの非線形光学要素、特に１つの複屈折光学要素と；からなる群から選択される少なくとも１つの光学要素を含む角度依存光学要素と、
−  少なくとも２つの光センサであって、各光センサは少なくとも１つの感光エリアを有し、前記角度依存光学要素によって生成された光ビームによるその対応する感光エリアの照射に応じて少なくとも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と、
−  少なくとも１つの評価装置であって、前記センサ信号の結合信号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を決定するように構成された評価装置と、
を有する。
【０３３９】
実施形態２：前記検出器は少なくとも１つの転送装置を有し、該転送装置は前記物体から前記検出器へ伝播する少なくとも１つの入射光ビームに応じて少なくとも１つの焦点距離を有する、実施形態１による検出器。
【０３４０】
実施形態３：前記検出器はさらに前記物体を照射するための照射源を有する、実施形態１または２による検出器。
【０３４１】
実施形態４：前記照射源は、前記角度依存光学要素を通して前記物体を照射するように適合されている、実施形態３による検出器。
【０３４２】
実施形態５：前記照射源と前記角度依存光学要素は、前記物体から前記転送装置の背後の前記検出器へ進む光ビームの伝播方向に配置される、実施形態３または４による検出器。
【０３４３】
実施形態６：前記照射源と前記光センサの間の前記検出器の光軸に垂直な距離が小さい、実施形態３〜５のいずれか１つによる検出器。
【０３４４】
実施形態７：前記照射源と前記光センサの間の前記検出器の光軸に垂直な距離が０．０１ｍ未満、好ましくは０．００５ｍ未満、より好ましくは０．００２５ｍ未満である、実施形態６による検出器。
【０３４５】
実施形態８：前記角度依存光学要素は少なくとも１つの入射面を有する少なくとも１つの光ファイバを有し、前記照射源と前記光ファイバの前記入射面の間の前記検出器の光軸に垂直な距離が小さく、前記照射源と前記光ファイバの前記入射面の間の前記検出器の光軸に垂直な距離が０．０１ｍ未満、好ましくは０．００５ｍ未満、より好ましくは０．００２５ｍ未満である、実施形態３〜７のいずれか１つによる検出器。
【０３４６】
実施形態９：前記角度依存光学要素は、それぞれが少なくとも１つの入射面を有する少なくとも２つの光ファイバを有し、前記入射面は同心、または互いの上に、または互いに平行に、または並行に配置されている、実施形態２〜８のいずれか１つによる検出器。
【０３４７】
実施形態１０：前記照射源と前記入射面のいずれかまたは双方の間の前記検出器の光軸に垂直な距離が０．０１ｍ未満、好ましくは０．００５ｍ未満、より好ましくは０．００２５ｍ未満である、実施形態９による検出器。
【０３４８】
実施形態１１：前記角度依存光学要素は光ファイバであり、前記照射源は前記光ファイバを通って案内され、前記照射源は少なくとも１つの照射ビームを生成するように適合され、前記照射ビームは前記転送装置の半径より小さいベースライン内で前記転送装置の背後において前記光ファイバから出て、前記照射ビームを案内する前記光ファイバは大きな屈折率差を有するインターフェースにおける反射を軽減するように前記転送装置に取り付けられ得る、実施形態７〜１０のいずれか１つによる検出器。
【０３４９】
実施形態１２：前記光ファイバは、ポリマー、接着剤、または他の取り付け手段のうちの１つ以上によって前記転送装置に取り付けられる、実施形態１１による検出器。
【０３５０】
実施形態１３：前記照射源と前記光センサとの間の前記検出器の前記光軸に垂直な距離は、前記転送装置の半径よりも小さい、実施形態７〜１２のいずれか１つによる検出器。
【０３５１】
実施形態１４：前記角度依存光学要素は、少なくとも１つの入射面を有する少なくとも１つの光ファイバを含み、前記照射源と前記入射面との間の前記検出器の前記光軸に垂直な距離は、前記転送装置の半径よりも小さい、実施形態７〜１３のいずれか１つによる検出器。
【０３５２】
実施形態１５：前記評価装置は、前記センサ信号を割算すること、前記センサ信号の倍数を割算すること、前記センサ信号の線形結合を割算することうちの１つ以上によって前記結合信号Ｑを導出するように構成される、実施形態１〜１４のいずれか１つによる検出器。
【０３５３】
実施形態１６：前記評価装置は、前記縦方向座標を決定するために、前記結合信号Ｑと前記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ように構成されている、実施形態１５による検出器。
【０３５４】
実施形態１７：前記評価装置は、前記結合信号Ｑを次の数式６によって導出するように構成されている、実施形態１〜１６のいずれか１つによる検出器。
【０３５５】
【数７】
2020510820.tif 000009
【０３５６】
ここで、ｘとｙは横方向座標、Ａ１とＡ２は前記光センサのセンサ位置におけるビームプロファイルの面積、Ｅ（ｘ，ｙ；ｚ０）は物体距離ｚ０において与えられたビームプロファイルを表す。
【０３５７】
実施形態１８：前記評価装置は、少なくとも１つのデバイダを備え、前記デバイダは、前記結合信号を導出するように構成されている、実施形態１〜１７のいずれか１つによる検出器。
【０３５８】
実施形態１９：前記光センサが焦点からずれて配置されている、実施形態１〜１８のいずれか１つによる検出器。
【０３５９】
実施形態２０：前記角度依存光学要素は、入射面を有する少なくとも１つの光ファイバを有し、前記入射面は焦点からずれて配置されている、実施形態１〜１９のいずれか１つによる検出器。
【０３６０】
実施形態２１：前記センサ信号のそれぞれが、前記角度依存光学要素によって生成される前記光ビームの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つの情報を含む、実施形態１〜１９のいずれか１つによる検出器。
【０３６１】
実施形態２２：前記ビームプロファイルは、台形ビームプロファイル；三角形のビームプロファイル；円錐ビームプロファイルおよ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される、実施形態２１による検出器。
【０３６２】
実施形態２３：前記感光エリアは、第１のセンサ信号が前記ビームプロファイルの第１エリアの情報を含み、第２のセンサ信号が前記ビームプロファイルの第２エリアの情報を含むように構成され、前記ビームプロファイルの前記第１エリアと前記ビームプロファイルの前記第２エリアが隣接または重複の一方または両方の領域である、実施形態２１または２２による検出器。
【０３６３】
実施形態２４：前記角度依存光学要素は、それぞれが入射面を有する少なくとも２つの光ファイバを含み、前記入射面は、第１のセンサ信号が前記ビームプロファイルの第１エリアの情報を有し、第２のセンサ信号が前記ビームプロファイルの第２エリアの情報を含むように構成され、前記ビームプロファイルの前記第１エリアと前記ビームプロファイルの前記第２エリアは隣接または重複の一方または両方の領域である、実施形態２１〜２３のいずれか１つによる検出器。
【０３６４】
実施形態２５：前記評価装置は、前記ビームプロファイルの前記第１エリアおよび前記ビームプロファイルの前記第２エリアを決定するように構成されている、実施形態２３または２４による検出器。
【０３６５】
実施形態２６：前記ビームプロファイルの前記第１エリアは本質的に前記ビームプロファイルのエッジ情報を含み、前記ビームプロファイルの前記第２エリアは本質的に前記ビームプロファイルの中心情報を含む、実施形態２１〜２５のいずれか１つによる検出器。
【０３６６】
実施形態２７：前記エッジ情報は前記ビームプロファイルの前記第１エリア内の光子数に関する情報を含み、前記中心情報は前記ビームプロファイルの前記第２エリア内の光子数に関する情報を含む、実施形態１〜２６のいずれか１つによる検出器。
【０３６７】
実施形態２８：前記評価装置は、前記エッジ情報と前記中心情報を割算すること、前記エッジ情報と前記中心情報の倍数を割算すること、前記エッジ情報と前記中心情報の線形結合を割算することの１つ以上によって結合信号Ｑを導出するように構成されている、実施形態２６または２７による検出器。
【０３６８】
実施形態２９：前記検出器は、前記光センサのマトリックスを有する少なくとも１つのセンサ要素を有し、前記光センサはそれぞれ感光エリアを有し、各光センサは前記角度依存光学要素によって生成される光ビームによる前記感光エリアの照射に応じて少なくとも１つのセンサ信号を生成するように構成される、実施形態１〜２８のいずれか１つによる検出器。
【０３６９】
実施形態３０：前記評価装置が、
ａ）最高のセンサ信号を有し少なくとも１つの中心信号を形成する少なくとも１つの光センサを決定し、
ｂ）前記マトリックスの前記光センサの前記センサ信号を評価し、少なくとも１つの和信号を形成し、
ｃ）前記中心信号と前記和信号を結合して、少なくとも１つの結合信号を決定し、そして、
ｄ）前記結合信号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を決定する
ことにより、前記センサ信号を評価するように構成されている、実施形態２９による検出器。
【０３７０】
実施形態３１：前記中心信号が、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グループの平均；前記最高のセンサ信号を有する光センサおよび隣接する光センサの所定のグループを含む光センサのグループ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と隣接する光センサの所定のグループを含む光センサのグループからのセンサ信号の合計；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グループの合計；所定のしきい値を超えるセンサ信号のグループの平均；最高のセンサ信号を有する光センサと隣接する光センサの所定のグループを含む光センサのグループからのセンサ信号の積分；前記最高のセンサ信号から所定の許容範囲内のセンサ信号のグループの積分；所定のしきい値を超えるセンサ信号のグループの積分、からなる群から選択される、実施形態３０による検出器。
【０３７１】
実施形態３２：前記和信号は、前記マトリックスのすべてのセンサ信号の平均；前記マトリックスのすべてのセンサ信号の和；前記マトリックスのすべてのセンサ信号の積分；前記中心信号に寄与する光センサからのセンサ信号を除く前記マトリックスのすべてのセンサ信号の平均；前記中心信号に寄与する光センサからのセンサ信号を除く前記マトリックスのすべてのセンサ信号の和；前記中心信号に寄与する光センサからのセンサ信号を除く前記マトリックスのすべてのセンサ信号の積分；前記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；前記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；前記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；前記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、実施形態３０または３１による検出器。
【０３７２】
実施形態３３：前記結合信号は、前記中心信号と前記和信号の商またはその逆の商の形成；前記中心信号の倍数と前記和信号の倍数の商またはその逆の商の形成；前記中心信号の線形結合と前記和信号の線形結合の商またはその逆の商の形成、のうちの１つ以上によって導出される結合信号Ｑである、実施形態３０〜３２のいずれか一つによる検出器。
【０３７３】
実施形態３４：各前記感光エリアは幾何学中心を有し、前記光センサの幾何学中心は異なる空間オフセットによって前記検出器の光軸から離間し、各前記光センサは前記角度依存光学要素によって生成された前記光ビームによるそれぞれの感光エリアの照射に応じてセンサ信号を生成するように構成されている、実施形態１〜３３のいずれか一つによる検出器。
【０３７４】
実施形態３５：前記光センサはセンサアレイの一部であり、前記センサアレイの幾何学中心は前記光軸からオフセットされている、実施形態３４による検出器。
【０３７５】
実施形態３６：前記センサアレイが前記光軸に対して移動可能である、実施形態３５による検出器。
【０３７６】
実施形態３７：前記評価装置は、まず、前記センサ信号を使用することにより、前記センサアレイ上の前記光ビームによって生成される光スポットの横方向位置を決定し、次に、前記光スポットが中心から外れるまで、前記センサアレイを前記光軸に対して移動するように構成されている、実施形態３６による検出器。
【０３７７】
実施形態３８：前記光センサがバイセルまたは象限ダイオードの部分ダイオードであり、前記象限ダイオードの幾何学中心が前記検出器の光軸から偏心している、実施形態３４〜３７のいずれか１つによる検出器。
【０３７８】
実施形態３９：前記検出器が、
−  光学測定ファイバと少なくとも１つの前記転送装置を有する少なくとも１つの測定ヘッドと；
−  少なくとも２つの光センサであって、各光センサは少なくとも１つの感光エリアを有し、各光センサは前記光学測定ファイバからの少なくとも１つの光ビームによるその感光エリアの照射に応じて少なくとも１つセンサ信号を生成するように設計される、少なくとも２つの光センサと；
−  前記センサ信号からの結合信号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を決定するように構成されている少なくとも１つの評価装置と、
を含む、実施形態１〜３８のいずれか１つによる検出器。
【０３７９】
実施形態４０：前記転送装置の開口数が前記光学測定ファイバの開口数よりも小さい、実施形態３９による検出器。
【０３８０】
実施形態４１：前記転送装置が少なくとも１つのコリメートレンズを含む、実施形態３９または４０による検出器。
【０３８１】
実施形態４２：前記検出器が少なくとも１つの光照射ファイバを有し、前記照射源が前記光照射ファイバを通して前記物体を照射するように適合されている、実施形態３９〜４１のいずれか１つによる検出器。
【０３８２】
実施形態４３：前記検出器が小さなベースラインを含む、実施形態１〜４２のいずれか１つによる検出器。
【０３８３】
実施形態４４：前記ベースラインが固定ベースラインまたは可変ベースラインである、実施形態４３による検出器。
【０３８４】
実施形態４５：前記バイセルまたは前記象限ダイオードの部分ダイオードの分割線は、ベースラインに対して本質的に平行または本質的に直交するように構成されている、実施形態４３または４４による検出器。
【０３８５】
実施形態４６：前記ベースラインが０．０１ｍ未満、好ましくは０．００５ｍ未満、より好ましくは０．００２５ｍ未満である、実施形態４３〜４５のいずれか１つによる検出器。
【０３８６】
実施形態４７：前記光センサがＣＭＯＳセンサを含み、前記評価装置がＣＭＯＳセンサのセンサ領域を少なくとも２つのサブ領域に分割するように適合されており、前記評価装置は、前記少なくとも２つのサブ領域のセンサ信号からの結合信号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を決定するように構成されている、実施形態３９〜４６のいずれかによる検出器。
【０３８７】
実施形態４８：前記評価装置は、前記ＣＭＯＳセンサのセンサ領域を、少なくとも１つの左側部分と少なくとも１つの右側部分、および／または少なくとも１つの上側部分と少なくとも１つの下側部分、および／または少なくとも１つの内側部分と少なくとも１つの外側部分に分割するように適合されている、実施形態４７による検出器。
【０３８８】
実施形態４９：少なくとも１つの物体の位置を決定するための検出器システムであって、実施形態１〜４８のいずれか１つによる少なくとも１つの検出器を有し、さらに、少なくとも１つの光ビームを前記検出器に向けるように適合された少なくとも１つのビーコン装置を有し、前記ビーコン装置は、前記物体に取り付け可能、前記物体によって保持可能、および前記物体に一体化可能のうちの少なくとも１つである、検出器システム。
【０３８９】
実施形態５０：ユーザとマシンとの間で少なくとも１つの情報項目を交換するためのヒューマンマシンインターフェースであって、前記ヒューマンマシンインターフェースは、実施形態４９による少なくとも１つの検出器システムを有し、前記少なくとも１つのビーコン装置は、ユーザに直接または間接的に取り付けられて該ユーザに保持され、前記ヒューマンマシンインターフェースは前記検出器システムによって前記ユーザの少なくとも１つの位置を決定し、前記位置に少なくとも１つの情報項目を割り当てるように設定されている、ヒューマンマシンインターフェース。
【０３９０】
実施形態５１：少なくとも１つの娯楽機能を実行するための娯楽装置であって、実施形態５０による少なくとも１つのヒューマンマシンインターフェースを有し、前記ヒューマンマシンインターフェースによって少なくとも１つの情報項目がプレーヤによって入力されるようにし、前記情報によって前記娯楽機能を変化させるように設定されている、娯楽装置。
【０３９１】
実施形態５２：少なくとも１つの可動物体の位置を追跡するための追跡システムであって、検出器システムを参照する実施形態１〜５１のいずれか１つによる少なくとも１つの検出器システムを含み、さらに、少なくとも１つの追跡コントローラを有し、前記追跡コントローラは特定の時点における前記物体の一連の位置を追跡するように適合されている、追跡システム。
【０３９２】
実施形態５３：場景の深度プロファイルを決定するための走査システムであって、検出器を参照する実施形態１〜５２のいずれかによる少なくとも１つの検出器を有し、さらに、前記場景を少なくとも１つの光ビームでスキャンするように適合された少なくとも１つの照射源を有している、走査システム。
【０３９３】
実施形態５４：場景の深度プロファイルを決定するための走査システムであって、前記走査システムは、検出器を参照する実施形態１〜５３のいずれかによる少なくとも１つの検出器を有し、さらに、前記場景を少なくとも１つの光ビームでスキャンするように適合された少なくとも１つの照射源を有し、前記検出器は、前記物体から第１の光センサへ少なくとも１つの光ビームを提供するように適合された少なくとも１つの第１光学測定ファイバと、前記物体から第２の光センサへ前記光ビームを提供するように適合された第２光学測定ファイバとを有している、走査システム。
【０３９４】
実施形態５５：前記検出器は少なくとも１つの光照射ファイバを有し、前記照射源は前記光照射ファイバを通して前記物体を照射するように適合され、前記光照射ファイバは少なくとも１つの前記光ビームを受けるように適合された第１の端部を含み、前記光照射ファイバは少なくとも１つの光ビームが前記物体を照射するために前記光照射ファイバを離れる少なくとも１つの第２の端部を含み、前記光照射ファイバの少なくとも前記第２の端部は前記測定ヘッド内に配置され、および／または前記測定ヘッドに接合している、実施形態５４による走査システム。
【０３９５】
実施形態５６：走査システムを参照する実施形態１〜５５のいずれか１つによる走査システムであって、関心領域をスキャンするように前記測定ヘッドを移動させるように構成された少なくとも１つのアクチュエータを有している、走査システム。
【０３９６】
実施形態５７：前記アクチュエータは、少なくとも１つの電気機械アクチュエータおよび／または少なくとも１つのピエゾアクチュエータを備え、前記ピエゾアクチュエータは、少なくとも１つのピエゾセラミックアクチュエータ；少なくとも１つの圧電アクチュエータからなる群から選択される少なくとも１つのアクチュエータを有している、実施形態５６による走査システム。
【０３９７】
実施形態５８：前記アクチュエータは、前記光照射ファイバおよび／または前記測定ヘッドを移動させるように構成されている、実施形態５６または５７による走査システム。
【０３９８】
実施形態５９：前記アクチュエータは、線形走査および／または放射状走査および／または螺旋状走査において、前記光照射ファイバおよび／または前記測定ヘッドの１つまたは両方を動かすように適合されている、実施形態５６〜５８のいずれか１つによる走査システム。
【０３９９】
実施形態６０：少なくとも１つの物体を撮像するためのカメラであって、検出器を参照する実施形態１〜５９のいずれか１つによる少なくとも１つの検出器を有している、カメラ。
【０４００】
実施形態６１：光記憶媒体用の読出し装置デバイスであって、検出器を参照する実施形態１〜６０のいずれか１つによる少なくとも１つの検出器を有している、読出し装置。
【０４０１】
実施形態６２：少なくとも１つの検出器を使用することにより少なくとも１つの物体の位置を決定する方法であって、
−  少なくとも１つの角度依存光学要素を提供し、入射角に応じて少なくとも１つのビームプロファイルを有する少なくとも１つの光ビームを生成し；
−  少なくとも２つの光センサを提供し、各光センサは少なくとも１つの感光エリアを有し、各光センサは前記角度依存光学要素によって生成された光ビームによるそれぞれの感光エリアの照射に応じて少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計され；
−  前記角度依存光学要素によって生成された前記光ビームで前記検出器の少なくとも２つの光センサの各感光領域を照射し、それにより、各前記感光エリアは少なくとも１つのセンサ信号を生成し；そして
−  前記センサ信号を評価し、それにより、前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定し、前記評価は、前記センサ信号の結合信号Ｑを導出することを含む、
ステップを有する方法。
【０４０２】
実施形態６３：前記結合信号Ｑの導出は、前記センサ信号を割算すること、前記センサ信号の倍数を割算すること、前記センサ信号の線形結合を割算することのうちの１つ以上を含む、実施形態６２による方法。
【０４０３】
実施形態６４：実施形態６２または６３のいずれか１つによる方法であって、
−  １つの光学測定ファイバと少なくとも１つの転送装置を有する少なくとも１つの測定ヘッドを提供し；
−  前記光学測定ファイバから発する少なくとも１つの光ビームを生成し；
−  少なくとも２つの光センサを提供し、各光センサは前記光学測定ファイバからの少なくとも１つの光ビームによるそれぞれの感光エリアの照射に応じて少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計され；
−  前記光ビームによって少なくとも２つの光センサの各感光エリアを照射し、それにより、各感光エリアは少なくとも１つのセンサ信号を生成し；そして
−  前記センサ信号を評価し、それにより、前記物体の少なくとも１つの縦方向座標ｚを決定し、前記評価は、前記センサ信号の結合信号Ｑを導出することを含む、
ステップをさらに含む方法。
【０４０４】
実施形態６５：検出器に関する実施形態１〜６４のいずれか１つによる検出器の使用であって、使用目的が：交通技術における位置測定；娯楽アプリケーション；光データストレージアプリケーション；セキュリティアプリケーション；監視アプリケーション；安全アプリケーション；ヒューマンマシンインターフェイスアプリケーション；物流アプリケーション；内視鏡検査アプリケーション；医療アプリケーション；追跡アプリケーション；写真アプリケーション；マシンビジョンアプリケーション；ロボット工学アプリケーション；品質管理アプリケーション；３Ｄ印刷アプリケーション；拡張現実アプリケーション；製造アプリケーション；光データの保存および読み出しと組み合わせにおける使用、からなる群から選択される検出器の使用。
【図面の簡単な説明】
【０４０５】
本発明のさらなる任意の詳細および特徴は、従属請求項と併せ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。これに関連して、特定の機能は、独立したやり方で、または他の機能と組み合わせて実施することができる。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、図面に概略的に示されている。個々の図における同一の参照番号は、同一の要素または同一の機能を有する要素、またはそれらの機能に関して互いに対応する要素を指す。
【０４０６】
具体的には、図中では：
【図１】本発明による検出器の例示的な実施形態を示す図である。
【図２Ａ−２Ｂ】多分岐光ファイバを有する実施形態を示す図である。
【図３】図２Ａの光ファイバを切断して示した図である。
【図４】角度依存光学要素の角度依存伝送を視覚化した図である。
【図５】一定の照射出力での光ファイバの角度依存の伝送出力を示した図である
【図６Ａ−６Ｂ】距離測定の実験結果を示す図である。
【図７】本発明による検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインターフェース、娯楽装置、追跡システム、走査システム、およびカメラの例示的な実施形態を示す図である。
【図８Ａ−８Ｂ】検出器のさらなる例示的な実施形態を示す図である。
【図９】検出器のさらなる例示的な実施形態を示す図である。
【図１０】検出器のさらなる例示的な実施形態を示す図である。
【図１１】ＣＭＯＳピクセル数の関数としての光スポットの正規化された径強度プロファイルを示す図である。
【図１２】ミリメートル（ｍｍ）単位の物体距離ｚの関数としての正規化された結合センサ信号Ｑを示す図である。
【図１３Ａ−１３Ｉ】測定ヘッドの実施形態の上面図である。
【図１３Ｊ−１３Ｒ】測定ヘッドの実施形態の上面図である。
【図１３Ｓ−１３ＡＡ】測定ヘッドの実施形態の上面図である。
【図１３ＢＢ−１３ＭＭ】測定ヘッドの実施形態の上面図である。
【図１４Ａ−１４Ｎ】測定ヘッド内のレンズ配置の実施形態の上面図である。
【図１４Ｏ−１４ＤＤ】測定ヘッド内のレンズ配置の実施形態の上面図である。
【図１４ＥＥ−１４ＭＭ】測定ヘッド内のレンズ配置の実施形態の上面図である。
【図１５Ａ−１５Ｄ】測定ヘッド内のファイバおよびレンズ配置の実施形態の側面図である。
【図１６Ａ−１６Ｆ】ファイバ端部におけるレンズ配置を示す図である。
【図１７】測定ヘッドのさらなる実施形態を示す図である。
【図１８】走査システムのさらなる実施形態を示す図である。
【図１９】走査システムのさらなる実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０４０７】
図１には、少なくとも１つの物体１１２の位置を決定するための検出器１１０の例示的な実施形態の概略図が示されている。図１において、物体１１２は、２つの異なる物体距離について示されている。検出器１１０は、少なくとも１つの感光エリア１２１をそれぞれ有する少なくとも２つの光センサ１１３、例えば第１の光センサ１１８および第２光センサ１２０を有している。物体１１２は少なくとも１つのビーコン装置１１４を備えることができ、該ビーコン装置１１４から入射光ビームとしても示される光ビーム１１６が検出器１１０に向かって伝播する。追加的にまたは代替的に、検出器は、物体１１２を照射するための少なくとも１つの照射源１１５を備えてもよい。一例として、照射源１１５は、物体１１２を照射する照射光ビームを生成するように構成され得る。特に、照射源１１５は少なくとも１つのレーザおよび／またはレーザ源を含むことができる。さまざまなタイプのレーザ、例えば半導体レーザなどを使用することができる。追加的にまたは代替的に、非レーザ光源、例えばＬＥＤおよび／または電球などを使用してもよい。照射源１１５は、人工照射源、特に少なくとも１つのレーザ源および／または少なくとも１つの白熱灯および／または少なくとも１つの半導体光源、例えば少なくとも１つの発光ダイオード、特に有機および／または無機発光ダイオードを含むことができる。一例として、照射源１１５によって放出される光は、３００から１０００ｎｍ、特に５００から１０００ｎｍの波長を有し得る。追加的または代替的に、赤外スペクトル範囲、例えば７８０ｎｍから３．０μｍの範囲など光を使用することができる。特に、シリコンフォトダイオードが適用可能な７００ｎｍから１０００ｎｍの範囲の近赤外領域の部分の光を使用することができる。さらに、照射源１１５は、変調光または非変調光を放出するように構成されてもよい。複数の照射源１１５が使用される場合、異なる照射源は、異なる変調周波数を有することができ、該異なる変調周波数は後に下記にさらに説明されるように光ビームを区別するために使用されることができる。
【０４０８】
第１の光センサ１１８は第１感光エリア１２２を備えることができ、第２の光センサ１２０は第２感光エリア１２４を備えることができる。前記光ビーム１１６は、一例として検出器１１０の光軸１２６に沿って伝播してもよい。しかしながら、他の実施形態も実行可能である。第１の感光エリア１２２および第２の感光エリアは、物体１１２に向かって指向されてもよい。光検出器１１０は、さらに、少なくとも１つの転送装置１２８、例えば特に特にビーム成形用の少なくとも１つのレンズまたはレンズシステムなどを有してよい。転送装置１２８は、物体１１２から検出器１１０へ伝搬する入射光ビーム１１６に対応する少なくとも１つの焦点距離を有し得る。
【０４０９】
転送装置１２８は、光軸１２９を有してもよく、該転送装置１２８および光検出器は、好ましくは共通の光軸を有してよい。転送装置１２８は、座標系を構成してもよい。光軸１２６，１２９に平行または逆平行な方向は縦方向として定義され、光軸１２６，１２９に垂直な方向は横方向として定義され、縦方向座標ｚは光学軸１２６，１２９に沿う座標であり、ｄは光軸１２６，１２９からの空間オフセットである。したがって、光ビーム１１６は、１つまたは複数の焦点などで集束され、光ビーム１１６のビーム幅は、物体１１２の縦方向座標ｚ、例えば検出器１１０とビーコン装置１１４および／または物体１１２の間の距離などに依存し得る。光センサ１１８，１２０は、焦点が外れて配置されてもよい。縦方向座標へのこのビーム幅の依存性の詳細については、上記の先行技術文献、例えばＷＯ２０１２／１１０９２４および／またはＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１のうちの１つ以上を参照することができる。
【０４１０】
検出器は、物体１１２から検出器１１０に向かって伝播し角度依存光学要素１３０を照射する入射光ビームの入射角に応じて、少なくとも１つのビームプロファイルを有する少なくとも１つの光ビーム１３１を生成するように適合された少なくとも１つの角度依存光学素子１３０を有している。角度依存性光学要素１３０は、例えば角度依存光学要素１３０の第１側面１３２、例えば表面および／または入射部などに衝突する電磁波が部分的に角度依存光学要素の特性に依存して吸収され、および／または反射され、および／または伝送されるような角度異存伝送特性を有し得る。伝送度は、電磁波の伝送出力の商、すなわち角度依存光学要素１３０の後の出力と、電磁波の入射出力、すなわち角度依存光学要素１３０に衝突する前の出力の商として定義することができる。角度依存光学要素１３０は、伝送度が、物体から検出器１１０に向かって伝播する入射光ビームが角度依存光学要素１３０に入射する入射角に依存するように設計することができる。入射角は、角度依存光学要素１３０の光軸に対して測定されてよい。角度依存光学要素１３０は、転送装置１２８の後の伝播方向に配置されてもよい。転送装置は、例えば、少なくとも１つのコリメートレンズを備えてよい。角度依存光学要素１３０は、より小さい角度で入射する光線と比較して、より大きい角度で入射する光線を弱めるように設計され得る。例えば、伝送度は、光軸に平行な光線、すなわち０°で最も高く、より大きい角度では減少するようにすることができる。特に、少なくとも１つのカットオフ角度では、伝送度が急激にゼロに落ちるようにすることができる。したがって、大きな入射角を有する光線が遮断され得る。
【０４１１】
角度依存光学要素１３０は、少なくとも１つの光ファイバ、特に少なくとも１つの多分岐光ファイバ、特に少なくとも１つの分岐光ファイバ；少なくとも１つの回折光学要素；少なくとも１つの角度依存反射要素、少なくとも１つの回折格子要素、特にブレーズ格子要素；少なくとも１つの開口絞り；少なくとも１つのプリズム；少なくとも１つのレンズ；少なくとも１つのレンズアレイ、特に少なくとも１つのマイクロレンズアレイ；少なくとも１つの光フィルタ；少なくとも１つの偏光フィルタ；少なくとも１つのバンドパスフィルタ；少なくとも１つの液晶フィルタ、特に液晶調整可能フィルタ；少なくとも１つのショートパスフィルタ；少なくとも１つのロングパスフィルタ；少なくとも１つのノッチフィルタ；少なくとも１つの干渉フィルタ；少なくとも１つの伝送格子；少なくとも１つの非線形光学要素、特に１つの複屈折光学要素、からなる群から選択される少なくとも１つの光学要素を含む。
【０４１２】
第１光センサ１１８は、光ビーム１３１による照射に応じて、第１センサ信号ｓ１を生成し、第２光センサ１２０は、第２センサ信号ｓ２を生成することができる。好ましくは、光センサ１１８，１２０は線形光センサであり、すなわち、センサ信号ｓ１およびｓ２はそれぞれ、光ビーム１３１または各感光エリア１２２，１２４を照射する光ビーム１３１部分の総出力のみに依存し、しかし、これらのセンサ信号ｓ１およびｓ２は、照射の光スポットの実際のサイズから独立である。
【０４１３】
センサ信号ｓ１およびｓ２は、検出器１１０の評価装置１３３に提供される。評価装置１３３は、上記で説明したように、結合信号Ｑを導出するように具現化される。センサ信号ｓ１およびｓ２またはそれらの倍数または線形結合を割算することにより導出される結合信号Ｑは、光ビーム１１６がそこから検出器１１０に向かって伝播する物体１１２および／またはビーコン装置１１４の縦方向座標ｚに関する情報の少なくとも１つの項目を導出するために使用されてよい。評価装置１３３は、結合信号Ｑを形成するための少なくとも１つのデバイダ１３４と、一例として結合信号Ｑから少なくとも１つの縦方向座標ｚを導出するための少なくとも１つの位置評価装置１３６を有することができる。評価装置１３３は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアで完全にまたは部分的に具体化され得ることに留意されたい。したがって、一例として、構成１３４，１３６のうちの１つ以上は、適切なソフトウェアコンポーネントによって具現化され得る。
【０４１４】
図１に示されるように、検出器１１０は小さなベースラインを備えてよい。図１の実施形態では、ベースラインは、照射源１１５と転送装置１２８との間の距離とすることができる。具体的には、ベースラインは、ゼロであってもよく、および／または、例えばハウジングの寸法など照射源１１５の寸法と、転送装置１２８の直径などの寸法によって定義されてもよい。
【０４１５】
図２Ａおよび２Ｂでは、図１の実施形態の変形が示され、それは代替の検出器１１０を形成している。検出器１１０の代替の実施形態は、図１に示される実施形態に広く対応している。図２Ａでは、角度依存光学要素１３０は、少なくとも１つの光ファイバ１３８を備えてよい。光ファイバ１３８は、光ファイバ１３８の２つの端部の間で吸収および／または反射されない入射光ビーム１１６の少なくとも一部を伝送するように適合され得る。光ファイバ１３８は、長さを有してもよく、ある距離にわたる伝送を可能にするように適合され得る。光ファイバ１３８は、ファイバコアとしてより低い屈折率を有する、少なくとも１つのファイバクラッドによって囲まれた少なくとも１つのファイバコアを備えてよい。許容角度より下では、光ファイバ１３８は、全反射により入射光ビームを導くように適合され得る。
【０４１６】
光ファイバ１３８は、光ファイバに対して平行な、すなわち０°の角度の入射光線に対して、反射効果を無視して、伝送度が最高になるように設計され得る。光ファイバ１３８は、より高い角度、例えば１°から１０°の角度に対して、伝送度が平行光線の伝送度の約８０％まで滑らかに減少し、光ファイバ１３８の許容角度まで常にこのレベルに留まるように設計されてよい。。光ファイバ１３８は、許容角度を超えると光ファイバ１３８内の全反射が不可能になるように、例えば光線が光ファイバ１３８から反射されて出るように設計されてよい。光ファイバ１３８は、許容角度において、伝送度が急激にゼロに低下するように設計されることができる。入射角が大きい光線はカットされ得る。
【０４１７】
図２Ａに示されるように、照射源１１５は、角度依存光学要素１３０を通して物体１１２を照射するように適合され得る。光ファイバ１３８は、照射源１１５によって生成された光ビーム１４２を、物体１１２を照射するように伝送するように適合された少なくとも１つの照射ファイバ１４０を含むことができる。照射源１１５は、照射源１１５によって生成された少なくとも１つの光ビーム１４２を照射ファイバ１４０に結合するように適合され得る。光ビーム１４２は、光照射ファイバ１４０の出口面で光照射ファイバ１４０を出てようにすることができる。
【０４１８】
光ファイバ１３８は、少なくとも２つ以上のファイバを含むことができる。光ファイバ１３８は、少なくとも１つの多分岐光ファイバ、特に少なくとも１つの分岐光ファイバであり得る。図２Ａの実施形態では、図３の切断面に示されるように、光ファイバ１３８は４本のファイバを含むことができる。特に、光ファイバは、照射ファイバ１３８と、それぞれが第１ファイバ１４４および第２ファイバ１４６として示される、少なくとも１つの光ビーム１３１を生成する少なくとも２つのファイバと、を含み得る。図３に示されるように、第１ファイバ１４４および第２ファイバ１４６は、光ファイバ１３８の入口端１４８で互いに近接して配置され、光ファイバ１３８の出口端１５０である距離で分離された脚に分割され得る。第１ファイバ１４４および第２ファイバ１４６は、同一の特性を有するファイバとして設計されてもよく、または異なるタイプのファイバであってもよい。第１ファイバ１４４は、少なくとも１つの第１光ビーム１５２を生成するように適合されるができ、第２ファイバ１４６は、少なくとも１つの第２光ビーム１５４を生成するように適合されることができる。光ファイバ１３８は、入射光ビーム１１６が第１ファイバ１４４へ第１入射角で入射し、第１の角度とは異なる第２入射角で第２ファイバ１４６へ入射するように、伝送度が第１光ビーム１５２と第２光ビーム１５４で異なるように、構成され得る。入射光ビーム１１６は、光ファイバ１３８の入射面に衝突するようにすることができる。光センサ１１３の１つは、第１ファイバ１４４の出口端に配置されてもよく、他の光センサ１１３は、第２ファイバ１４６の出口端に配置されてよい。光ファイバは、３つ以上のファイバ、例えば図３に示すような４つのファイバを含むことができ、第４のファイバはさらなる第１ファイバ１４４またはさらなる第２ファイバ１４６であるようにすることができ、このファイバは図３において一般的に参照番号１３０，１３８で示されている。
図２Ａに示されるように、検出器１１０は小さなベースラインを備えてもよい。図２Ａの実施形態では、ベースラインは、光照射ファイバ１４０の出口面と光ファイバ１３８の入射面との間の距離であってよい。具体的には、ベースラインがゼロとすることができる。
【０４１９】
図２Ｂには、図２Ａと同様の実施形態が示されている。図２Ｂは、物体１１２から検出器１１０に伝播する光ビーム１１６に対する転送装置１２８の影響を視覚化している。図２Ａのように、物体１１２は、異なる物体距離、第１物体距離２０６および第２物体距離２０８で示されている。第１物体距離２０６で生成された光ビーム１１６は、第２物体距離２０８で生成された光ビーム１１６とは異なる角度で転送装置１２８に伝播することができる。特に、光軸１２９上の第１物体距離２０６で生成された光ビーム１１６は、光軸１２９上の第２物体距離２０８で生成された光ビーム１１６とは異なる角度で転送装置１２８の縁部に伝播することができる。転送装置１２８は、物体１１２から検出器１１０に伝播する光ビーム１１６に影響を与え、例えば逸らすように適合され得る。特に、転送装置１２８は、光ビーム１１６の伝播方向を調整するように、特に光ビーム１１６が転送装置１２８に衝突する入射角に依存するように適合され得る。転送装置１２８は、光軸１２９に対する伝播角度を調整および／または生成するように適合され得る。伝播角度は、光軸１２９と、物体１１２から検出器１１０へ伝播する光ビーム１１６の伝播方向との間の角度であってもよい。転送装置を使用しない場合、光ビームの伝播角度は、主に物体の特性、例えば光ビームが生成された、表面特性および／または材料特性および／または表面の向きおよび／または表面の形状などに依存することができる。したがって、転送装置を使用せずに、伝搬角度に依存する結合信号の距離依存性は、結合信号の表面依存性に混合されか、抑制されるかすることがある。転送装置１２８は、物体１１２の表面特性から独立するように、伝播角度を調整および／または生成するように適合され得る。特に、転送装置は、光ビームが角度依存光学要素に入射する前に転送装置を通過しない場合に比して、光ビームが角度依存光学要素に入射する前に転送装置を通過する場合に角度依存光学要素に入射する光ビームの２つの異なる伝播角度がより大きくなるようにして、伝播角度への依存性を高めることができる。角度依存性の向上は、表面特性の影響が、強い距離依存の角度依存性によって、より非顕著であり、または抑制されるようなものであり得る。転送装置１２８は、光ビーム１１６の伝播方向の角度依存性を強化および／または増幅するように適合され得る。
【０４２０】
さらに、図１および図２に示す実施形態は、物体１１２の縦方向座標ｚを決定するための実施形態を単に提供することに留意されたい。しかし、図１および図２の構成を修正して、物体１１２および／またはその部分の横方向座標に関する追加の情報を提供することも実行可能である。一例として、転送装置１２８と光センサ１１８，１２０との間で、光ビーム１１６の１つ以上の部分が分岐し、１つ以上の位置感知装置、例えばＣＣＤおよび／またはＣＭＯＳピクセル化センサおよび／または象限検知器および／または他の位置検出装置などに導くことができ、それらの上に生成された光スポットの横方向位置から、物体１１２および／またはその部分の横方向座標を導き出すことができる。横方向座標は、距離情報を検証および／またはその品質を向上させるのに使用され得る。さらなる詳細については、一例として、横方向センサの潜在的に可能な解決策を提供する上記の先行技術文献の１つ以上を参照することができる。
【０４２１】
図４は、角度依存光学要素１３０の角度依存伝送を視覚化している。角度依存光学要素１３０は、伝送度が、物体から検出器１１０に向かって伝播する入射光ビームが角度依存光学要素１３０に入射する入射角に依存するように、設計され得る。角度依存光学要素１３０は、より小さい角度で衝突する光線と比較して、より大きい角度で衝突する光線を弱めるように設計され得る。特に、カットオフ角度においては、伝送度が急激にゼロに低下し、大きな入射角を持つ光線が遮断されるようにすることができる。図４に示されるように、入射光ビーム１１６の領域は、生成された光ビーム１３１内の角度依存光学要素１３０によって遮断され得る。
【０４２２】
図５は、一定の照射出力での光ファイバの伝送出力Ｐ（ワットＷ）の依存性を、入射角Ａ（度）の関数として示している。許容角度は垂直線で示されている。伝送度は、反射効果を無視して、光ファイバに平行な、つまり０°の角度の入射光線に対して最も高くなり得る。より高い角度、たとえば１°から１０°の角度の場合、伝送度は、平行光線の伝送度の約８０％まで滑らかに減少することができ、光ファイバ１３８の許容角度までこのレベルを一定に維持することができる。許容角度では、伝送度が急激にゼロになり得る。より大きい入射角を有する光線は遮断され得る。
【０４２３】
図６Ａおよび６Ｂは、距離測定の実験結果を示している。決定されたｍｍ単位の距離ｚｍｅａｓは、ｍｍ単位の物体距離ｚｏｂｊの関数として示されている。照射源１１５として、Ｆｌｅｘｐｏｉｎｔ（登録商標）レーザコンポーネントモジュールとして利用可能な９８０ｎｍの波長および２．４ｍＷの平均出力を有するレーザが使用された。２つのＳｉフォト検出器が光センサ１１３として使用された。ソースラブスの利用可能なフィックスト・フォーカス・コリメイション・パッケージＦ２２０ＳＭＡ−９８０が光ファイバ１３８と転送装置１２８として使用された。図６Ａでは、実線はｚｍｅａｓ＝ｚｏｂｊの場所を示している。測定のために、物体距離は変化し、２つの異なる種類の物体、特に黒い紙の物体（カーブ１５６（点線））と、白い紙の物体（カーブ１５８（破線））が使用された。決定された物体距離は、中距離から中距離では２％以内、遠距離では１０％以内で実際の距離と一致している。図６Ｂでは、ｍｍ単位の距離ｚｏｂｊの関数として２つのフォト検出器の信号を割算することによって決定された結合信号Ｑが、黒い紙の物体（点線）と白い紙の物体（破線）について示されている。両方の物体タイプの決定された商は、近距離および中距離では２％以内、遠距離では１０％以内で一致している。
【０４２４】
図７は、非常に概略的な図で、例えば図１または２に示される実施形態による検出器１１０の例示的な実施形態を示す。検出器１１０は、具体的にはカメラ１５６として具体化されてもよく、および／またはカメラ１５６の一部であってもよい。カメラ１５６は、撮像用、特に３Ｄ撮像用に作られてもよく、静止画像および／またはデジタルビデオクリップなどの画像シーケンスを取得するために作られてもよい。他の実施形態も実行可能である。
【０４２５】
図７は、検出器システム１５８の実施形態をさらに示し、該検出器システム１５８は前記少なくとも１つの検出器１１０の他に１つ以上のビーコン装置１１４を有し、該ビーコン装置１１４は物体１１２に取り付けおよび／または一体化されることができ、該物体１１２の位置は前記検出器１１０を使用することにより検出される。図７は、少なくとも１つの検出器システム１５８を含むヒューマンマシンインターフェース１６０と、さらに、ヒューマンマシンインターフェース１６０を含む娯楽装置１６２を有する例示的な実施形態をさらに示している。この図は、物体１１２の位置を追跡するための追跡システム１６４の実施形態をさらに示しており、該追跡システム１６４はさらに検出システム１５８を含む。装置およびシステムの構成部分については、以下でさらに詳しく説明する。
【０４２６】
図７は、少なくとも１つの物体１１２を走査し、および／または少なくとも１つの物体１１２の少なくとも１つの位置を決定するなどのように、物体１１２を含む場景を走査するための走査システム１６６の例示的な実施形態をさらに示す。走査システム１６６は、少なくとも１つの検出器１１０と、さらに、任意に、少なくとも１つの照射源１１５と、任意に、少なくとも１つのさらなる照射源１１５と、を備える。照射源１１５は、一般に少なくとも１つのドット、例えば、ビーコン装置１１４の１つ以上の位置および／または物体１１２の表面に位置するドットの照射のために、少なくとも１つの照射光ビーム１４２を放出するように構成される。走査システム１６６は、物体１１２を含む場景のプロファイルおよび／または物体１１２のプロファイルを生成するように設計されてよく、および／または少なくとも１つのドットと走査システム１６６、特に検出器の間の距離に関して、少なくとも１つの検出器１１０を使用することにより、少なくとも１つの情報の項目を生成するように設計されてよい。
【０４２７】
上記で概説したように、図７の構成で使用できる検出器１１０の例示的な実施形態が図１および２に示されている。したがって、検出器１１０は、光センサ１１８，１２０に加えて、少なくとも１つの評価装置１３３を備えており、該評価装置１３３は、例えば、図７に象徴的に示すように、少なくとも１つのデバイダ１３４および／または少なくとも１つの位置評価装置１３６を有している。評価装置１３３の構成要素は、別個の装置に完全にまたは部分的に統合されてもよく、および／または検出器１１０の他の構成要素に完全にまたは部分的に統合されてもよい。２つ以上の構成要素を完全または部分的に組み合わせる可能性に加えて、１つ以上の光センサ１１８，１２０および１つ以上の評価装置１３３の構成要素は、図７に象徴的に示すように、１つ以上のコネクタ１６８および／または１つ以上のインターフェースによって相互接続されてもよい。さらに、１つ以上のコネクタ１６８は、センサ信号を修正または前処理するための１つ以上のドライバおよび／または１つ以上の装置を備えることができる。さらに、少なくとも１つの任意のコネクタ１６８を使用する代わりに、評価装置１３３は、光センサ１１８，１２０の一方または両方および／または検出器１１０のハウジング１７０に完全にまたは部分的に統合されてもよい。追加的にまたは代替的に、評価装置１３３は、完全にまたは部分的に別個の装置として設計されてもよい。
【０４２８】
この例示的な実施形態では、位置が検出され得る物体１１２はスポーツ用品として設計されることができ、および／または、位置がユーザ１７４によって操作され得るコントロール要素またはコントロール装置１７２を形成することができる。一例として、物品１１２は、バット、ラケット、クラブ、またはその他のスポーツ用品および／または擬似のスポーツ用具であってもよく、またはそれらを含んでもよい。他の種類の物品１１２が可能である。さらに、ユーザ１７４自身が物品１１２とみなされてよく、その位置が検出されるようにする。
【０４２９】
上記で概説したように、検出器１１０は少なくとも光センサ１１８，１２０を含む。光センサ１１８，１２０は、検出器１１０のハウジング１７０内に配置されてよい。さらに、少なくとも１つの転送装置１２８は、好ましくは１つ以上のレンズを含む１つ以上の光学システムなどで構成される。
【０４３０】
好ましくは検出器１１０の光軸１２６と同心状に配置されるハウジング１７０内部の開口部１７６は、好ましくは検出器１１０の視野方向１７８を規定する。座標系１８０を定義することができ、該座標系１８０では光軸１２６に平行または逆平行な方向は縦方向として定義され、一方、光軸１２６に垂直な方向は横方向として定義される。図７に象徴的に示されている座標系１８０では、縦方向はｚで示され、横方向はそれぞれｘおよびｙで示されている。非デカルト座標系など、他のタイプの座標系１８０が実現可能である。
【０４３１】
検出器１１０は、光センサ１１８，１２０、ならびに任意にさらなる光センサを備えることができる。光センサ１１８，１２０は、第１光センサ１１８が第２光センサ１２０の一部を覆うように、同一のビーム経路、例えば一方が他方の後ろに配置され得る。しかしながら、代替的に、例えば多分岐光ファイバを使用して、分岐ビーム経路が可能であり得る。分岐ビーム経路は、例えば物体１１２および／またはその一部の横方向座標を決定するための少なくとも１つの横方向検出器または横方向センサのためにビーム経路を分岐するなど、１つ以上の追加のビーム経路に追加の光センサを有してよい。しかしながら、代わりに、光センサ１１８，１２０は同じ縦方向座標に配置されてよい。
【０４３２】
１つ以上の光ビーム１１６は、物体１１２および／または１つ以上のビーコン装置１１４から検出器１１０に向かって伝播している。検出器１１０は、少なくとも１つの物体１１２の位置を決定するように構成される。この目的のために、図１から図６に関連して上記で説明したように、評価装置１３３は、光センサ１１８，１２０によって提供されるセンサ信号を評価するように構成される。検出器１１０は、物体１１２の位置を決定するように適合されており、光センサ１１８，１２０は、光ビーム１３１を検出するように適合されている。照射源１１５が使用されない場合、ビーコン装置１１４および／またはこれらのビーコン装置１１４の少なくとも１つは、発光ダイオードなどの統合照射源を備えた能動型ビーコン装置であってもよく、またはそれを備えてもよい。照射源１１５が使用される場合、ビーコン装置１１４は必ずしも能動型ビーコン装置である必要はない。反対に、例えばミラー、再帰反射器、反射フィルムまたは類似物などの少なくとも１つの反射面を有する統合反射ビーコン装置１１４など、物体１１２の反射面を使用することができる。光ビーム１１６は、直接的におよび／または転送装置１２８によって修正された後に、例えば１つ以上のレンズによって集束された後に、光センサ１１８，１２０の感光エリア１２２，１２４を照射する少なくとも１つの光ビームを生成する角度依存光学要素１３０に衝突する。評価の詳細については、上記の図１〜６を参照することができる。
【０４３３】
上記で概説したように、検出器１１０の使用による物体１１２および／またはその一部の位置の決定は、少なくとも１つの情報項目をマシン１８２に提供するために、ヒューマンマシンインターフェース１６０を提供するために使用され得る。図７に概略的に示された実施形態では、マシン１８２はコンピュータであってもよく、および／またはコンピュータを備えてもよい。他の実施形態も実行可能である。評価装置１３３は、コンピュータなどのマシン１８２に完全にさえまたは部分的に、統合され得る。
【０４３４】
上記で概説したように、図７はまた、少なくとも１つの物体１１２および／またはその部分の位置を追跡するように構成された追跡システム１６４の例を示している。追跡システム１６４は、検出器１１０および少なくとも１つの追跡コントローラ１８４を含む。追跡コントローラ１８４は、特定の時点で物体１１２の一連の位置を追跡するように適合され得る。追跡コントローラ１８４は、独立した装置であってもよく、および／または図７に示されるようにマシン１８２、特にコンピュータおよび／または評価装置１３３に完全または部分的に統合されてよい。
【０４３５】
同様に、上記で概説したように、ヒューマンマシンインターフェース１６０は、娯楽装置１６２の一部を形成してもよい。マシン１８２、具体的にはコンピュータも娯楽装置１６２の一部を形成することができる。したがって、物体１１２として機能するユーザ１７４により、および／または物体１１２として機能するコントロール装置１７２を取り扱うユーザ１７４により、ユーザ１７４は、少なくとも１つの情報項目、例えば少なくとも１つの制御コマンドなどをコンピュータに入力し、それにより、コンピュータゲームのコースを制御するなど、娯楽機能を変えることができる。
【０４３６】
図８Ａおよび図８Ｂは、非常に概略的な図で検出器１１０のさらなる例示的な実施形態を示している。この実施形態では、検出器１１０は、１つの光学測定ファイバ１８８と少なくとも１つの転送装置１２８を含む少なくとも１つの測定ヘッド１８６を有することができる。さらに、検出器１１０は、少なくとも２つの光センサ１１３を備えてもよい。各光センサ１１３は、光学測定ファイバ１８８から発する少なくとも１つの光ビーム１９０によるそれぞれの感光エリア１２１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設計されてよい。少なくとも１つの評価装置１３３は、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。測定ヘッド１８６は、正確に１つの光学測定ファイバ１８８を備えてよい。１つの光学測定ファイバ１８８のみの使用を可能にするために、結合信号Ｑは、光学測定ファイバの端部に配置された少なくとも２つの光センサ１１３からの少なくとも２つのセンサ信号から決定される。光学測定ファイバ１８８は、２つの端部を備えてよい。光学測定ファイバ１８８は、物体１１２から発する少なくとも１つの光ビームを受信するように適合された少なくとも１つの受信端１９２を含むことができる。光学測定ファイバ１８８は、物体１１２から発した光ビーム１１６が光学測定ファイバ１８８を出る少なくとも１つの出口端１９４を含むことができる。光センサ１１３は、光学測定ファイバ１８８の出口端１９４に配置されてもよい。この理論に拘束されることを望むものではないが、入射角が光ファイバの許容角度以下の入射角であると仮定すると、入射角が出射角に等しくなるように、光学測定ファイバ１８８によって受けられた光ビームの入射角は保存されると考えられている。したがって、光ビーム１１６にコード化された距離情報は本質的に保存され、結合信号Ｑを使用して評価され得る。図８Ａおよび８Ｂは、物体から発する光ビーム１１６の異なる入射角を有する２つの実施形態における角度保存を示す。
【０４３７】
図８Ａおよび図８Ｂでは、光センサ１１３はＣＭＯＳセンサを備えてもよい。評価装置１３３は、ＣＭＯＳセンサのセンサ領域を少なくとも２つのサブ領域に分割するように適合され得る。具体的には、評価装置は、ＣＭＯＳセンサのセンサ領域を少なくとも１つの左側部分と少なくとも１つの右側部分および／または少なくとも１つの上側部分と少なくとも１つの下側部分に分割するように適合され得る。評価装置１３３は、少なくとも２つのサブ領域の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。少なくとも１つのＣＭＯＳセンサを使用することにより、物体１１２を照射するための照射源１１５の移動を可能にすることができる。特に、少なくとも１つの光照射ファイバ１９６および光学測定ファイバ１８８の独立した動きを可能にすることができる。
【０４３８】
測定ヘッド１８６は、少なくとも１つのコリメートレンズを含む少なくとも１つの転送装置１２８を含むことができる。転送装置１２８の開口数は、光学測定ファイバ１８８の開口数より小さくてよい。
【０４３９】
照射源１１５および光センサ１１３は、ベースライン分分離されてよい。ベースラインは、０．０１ｍ未満、好ましくは０．００５ｍ未満、より好ましくは０．００２５ｍ未満であり得る。バイセルまたは象限ダイオードの部分ダイオードの分割線は、ベースラインに本質的に平行または本質的に直交して配置されてよい。
【０４４０】
複数の測定ヘッド１８６が１つの検出器内で使用されてよい。一例として、複数の照射源１１５が、複数の光照射ファイバ１９６を介して少なくとも１つの物体１１２を照射するために使用されてよい。複数の照射源１１５は、異なる変調周波数で変調されてよい。複数の光学測定ファイバ１８８が、光ビームを光センサ１１３へガイドするために使用されてよい。複数の光学測定ファイバ１８８が少なくとも２つの光センサ１１３の少なくとも１つに組み合わされる場合、複数の照射源１１５の寄与は、異なる変調周波数の寄与を生じる復調手順で分離され得る。さらなる例では、複数の光学測定ファイバ１８８は、少なくとも１つのＣＭＯＳセンサに組み合わされてよい。複数の測定ファイバの寄与は、ＣＭＯＳ上の光スポットの位置を使用して分離され得る。ＣＭＯＳ上の光スポットの位置を使用して複数の測定ファイバの寄与を区別する場合、単一の照射源１１５が、少なくとも１つの光照射ファイバ１９６を通して少なくとも１つの物体１１２を照射するように使用され得る。
【０４４１】
図９は、検出器１１０のさらなる例示的な実施形態を非常に概略的な図で示している。この実施形態の検出器１１０は、図８Ａおよび８Ｂに示される検出器１１０の実施形態のように設計されてよい。図９の実施形態では、検出器１１０は、少なくとも１つの光照射ファイバ１９６を備えてよい。照射源１１５は、光照射ファイバ１９６を通して物体１１２を照射するように適合されてよい。光照射ファイバ１９６は、少なくとも１つの光ガイド要素であってもよく、またはそれを含んでもよい。光照射ファイバ１９６は、少なくとも１つの照射光ビーム、例えば照射源１１５によって生成される光ビームを受けるように適合された少なくとも１つの第１端部を含むことができる。追加的または代替的に、照射源１１５は、光ファイバを通して案内されてよい。光照射ファイバ１９６は、物体の照射のために照射光ビームが光照射ファイバ１９６から出る少なくとも１つの第２端部を含むことができる。少なくとも１つのレンズ、具体的には少なくとも１つのコリメートレンズが、第２端部に配置されてよい。図９に示される実施形態では、光センサ１１３は、バイセルの部分ダイオードとして配置されてよい。光学測定ファイバ１８８と光照射ファイバ１９６は、特に固定的に相互接続され得る。
【０４４２】
光照射ファイバ１９６を使用した照射に加えて、またはその代わりに、物体１１２は、任意の照射源１１５から生成された光ビームによって照射されてよい。特に、物体１１２の照射は、光ファイバから独立して実行され得る。
【０４４３】
図１０は、検出器１１０の別の実施形態を非常に概略的な図で示している。検出器１１０の説明に関しては、図８Ａから９の説明を参照する。この実施形態では、光センサ１１３はＣＭＯＳセンサとして具体化される。少なくとも１つのＣＭＯＳセンサを使用することにより、物体１１２を照射するための照射源１１５の移動が可能になり得る。特に、少なくとも１つの光照射ファイバ１９６および光学測定ファイバ１８８の独立した動きが可能になり得る。光照射ファイバ１９６および光センサ１１３は、ベースラインによって分離されてよい。ベースラインは、０．０１ｍ未満、好ましくは０．００５ｍ未満、より好ましくは０．００２５ｍ未満であり得る。
【０４４４】
図１１および１２は、ＯＳＲＡＭから入手可能な６２５ｍｍ−ＬＥＤ、Ｂａｓｌｅｒ  ｄａＡ２５０００−１４μｍ，２５９２ｐｘ  ｘ  １９４４ｐｘにより入手可能なＣＭＯＳチップ、ＳＩＣＫ  ＬＬ３シリーズから入手可能な光ファイバ、ＴｈｏｒｌａｂｓからＣ３４０ＴＭＤ−Ａで入手可能な、開口数０．６４、焦点距離４．０３ｍｍを有するレンズを使用した測定構成の測定結果を示している。図１１には、ＣＭＯＳピクセル数Ｎの関数として、１０〜１００ｍｍの異なる物体距離を有する光スポットの正規化された放射強度プロファイル
【数８】
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が示されている。特に、破線は２０ｍｍの物体距離、点線は４０ｍｍの物体距離、密な破線は６０ｍｍの物体距離、一点鎖線は８０ｍｍの物体距離、二点鎖線は１００ｍｍの物体距離を示している。スポットプロファイルは、物体距離に応じて違いを示している。上記で概説したように、評価装置１３３は、ＣＭＯＳセンサのセンサ領域を、例えば少なくとも１つの左側部分と少なくとも１つの右側部分および／または少なくとも１つの上側部分と少なくとも１つの下側部分および／または少なくとも１つの内側部分と少なくとも１つの外側部分に分割するように適合され得る。評価装置１３３は、少なくとも２つのサブ領域の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。図１２は、ｍｍ単位の物体距離ｚの関数として、ＣＭＯＳセンサの内側部分と外側部分のセンサ信号を割算することによって決定される正規化された結合センサ信号Ｑを示している。図１２では、結合されたセンサ信号の距離依存性が観察される。
【０４４５】
図１３Ａから図１３ＭＭは、測定ヘッド１８６の実施形態の上面図を示している。測定ヘッド１８６は、少なくとも１つのハウジング、例えば少なくとも１つの金属ハウジングおよび／またはプラスチックハウジングを備えてよい。測定ヘッド１８６のそれぞれは、複数のファイバ、具体的には複数の少なくとも１つの光照射ファイバ１９６および／または少なくとも１つの光学測定ファイバ１８８を含むことができる。特に、図１３Ａ，Ｂ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｌ，Ｒ，Ｍ，Ｎ，Ｒ，Ｓ，Ｘは、１つの光照射ファイバ１９６および２つの光学測定ファイバ１８８、特に物体１１２から発した光ビームを第１光センサ１１３に提供するように適合された第１光学測定ファイバ１９８と、物体１１２から発した光ビームを第２光センサ１１３に提供するように適合された第２光学測定ファイバ２００を有する測定ヘッド１８６の実施形態を示している。測定ヘッド１８６は、少なくとも１つの放射状に配置された、または放射状に対称な設計を備えてよい。例えば、第１光学測定ファイバ１９８；第２光学測定ファイバ２００；または、光照射ファイバ１９６からなる群から選択された少なくとも２つの要素が、同心状に配置され、共通の中心軸を有し、および／または共有するようにしてもよい。例えば、図１３Ｂ，ＨおよびＮに示されるように、第１光学測定ファイバ１９８、第２光学測定ファイバ２００および光照射ファイバ１９６は、同心に配置され、共通の中心軸を有しおよび／または共有するようにしてもよい。放射状に配置された、または放射状に対称な設計の他の実施形態も可能である。例えば、図１３ＧＧ，ＫＫ，およびＬＬに示されるように、第１光学測定ファイバ１９８；第２光学測定ファイバ２００；または、光照射ファイバ１９６からなる群から選択される複数の少なくとも１つの要素が、第１光学測定ファイバ１９８；第２光学測定ファイバ２００；または光照射ファイバ１９６からなる群から選択される少なくとも１つの他の要素の周りに放射状に配置されてもよい。放射状に配置または放射状に対称な設計は、特に物体の測定点の強い白黒コントラストについて、または凹面または凸面の測定に対して、測定値の堅牢性を高めることができる。図１３Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｔ，Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｙ，ＺおよびＡＡからＭＭは、測定ヘッド１８６内における異なる数の光照射ファイバ１９６、第１光学測定ファイバ１９８および第２光学測定ファイバ２００のさらなる可能な配置を示す。測定ヘッド１８６内のファイバの他の配置が考えられる。
【０４４６】
測定ヘッド１８６は、１つ以上の転送装置１２８、特にコリメートレンズを備えてよい。図１４Ａから図１４Ｍは、測定ヘッド１８６内のレンズ配置の実施形態を上面図で示している。図１４Ａ〜ＭＭの測定ヘッド１８６内のファイバ配置は、図１３Ａ〜ＭＭに示す配置に対応し、図１４ＡおよびＡ１，Ｃ１およびＣ２では、図１３ＡおよびＣのファイバ配置の２つの実施形態がそれぞれ示されている。明確にするために、図１３Ａから図１３ＭＭを参照するように、それぞれのファイバの参照番号は省略された。図１４Ａ，ＡＡ，ＢＢ，Ｃ２，Ｅ，ＥＥ，Ｈ，ＨＨ，ＪＪ，Ｋ，Ｍ，ＭＭ，Ｏ，Ｒ，Ｖ，Ｙ，Ｚに示される測定ヘッド１８６は、すべてのファイバの前に配置された１つの転送装置１２８を有している。図１４Ａ１，Ｃ１，ＤＤ，Ｆ，ＦＦ，Ｇ，Ｉ，ＫＫ，Ｌ，Ｐ，Ｕ，Ｘは、ファイバの前に２つ以上の転送装置１２８を含む測定ヘッド１８６を示している。図１４Ｂ，Ｄ，ＣＣ，ＧＧ，ＩＩ，Ｊ，Ｎ，ＬＬ，Ｓ，Ｔ，Ｗ，Ｑは、同じ機能を有するファイバ用の少なくとも１つの別個のレンズ１２８を含む測定ヘッド１８６を示している。例えば、図１４Ｂ，ＣＣ，Ｄ，ＩＩ，Ｊ，ＬＬ，ＴおよびＱでは、測定ヘッド１８６は、すべてのファイバをカバーする転送装置１２８と、追加的に光照射ファイバ１９６のみをカバーする別個のレンズ１２８とを備えている。例えば、図１４ＧＧでは、測定ヘッド１８６は２つの転送装置１２８を備えている。第１の転送装置１２８は、第１光照射ファイバ１９６と、第１光照射ファイバ１９６の周りに放射状に配置された複数の第１光学測定ファイバ１９８とをカバーすることができ、第２の転送装置１２８は、第２光照射ファイバ１９６と、第２光照射ファイバ１９６の周りに放射状に配置された複数の第２光学測定ファイバ２００とをカバーすることができる。さらに、図１４ＧＧでは、第１および第２の照射ファイバ１９６のみを追加的にカバーする２つの分離された転送装置１２８が示されている。例えば、図１４Ｎは、第１の転送装置１２８がすべての光ファイバをカバーし、第２の別個の転送装置１２８が第１光学測定ファイバ１９８および第２の光学測定ファイバ２００をカバーし、および第３の別個の転送装置１２８が第１光学測定ファイバ１９８のみをカバーすることができる実施形態を示している。例えば、図１４Ｓは、３つの転送装置１２８：第２光学測定ファイバ２００のみをカバーする第１転送装置１２８、第１光学測定ファイバ１９８および光照射ファイバ１９６の両方をカバーする第２転送装置１２８、第１の光学測定ファイバ１９８のみをカバーする第３の転送装置１２８、を有する実施形態を示している。例えば、図１４Ｗは、２つの転送装置；すべてのファイバをカバーする第１の転送装置１２８と、第１光学測定ファイバ１９８および第２の光学測定ファイバ２００をカバーする少なくとも１つの別個のレンズ１２８、を含む測定ヘッド１８６を示している。第１測定ファイバおよび／または第２測定ファイバおよび／または照射ファイバの光路および／または２つ以上の転送装置の光路は、内部反射を避けるために、完全または部分的に不透明な機械的な壁またはクラッディングまたはその類似物などの機械的手段によって光学的に完全または部分的に分離され得る。
【０４４７】
図１５Ａから図１５Ｄは、測定ヘッド１８６内のファイバおよびレンズ配置の実施形態の側面図を示している。図１５Ａは、図１３ＦＦおよび１４ＦＦに示されているファイバとレンズの配置に対応している。測定ヘッド１８６は、光照射ファイバ１９６および受信光ファイバ、すなわち少なくとも１つの第１光学測定ファイバ１９８および少なくとも１つの第２光学測定ファイバ２００のための別個の転送装置を備えてよい。測定ヘッド１８６は、１つの光照射ファイバ１９６を備えてよい。測定ヘッド１８６は、特に光照射ファイバ１９６から変位した一つの第２光学測定ファイバ２００であって、該第２光学測定ファイバ２００の周りに放射状に配置された６つの第１光学測定ファイバ１９８に囲まれた一つの第２光学測定ファイバ２００を含む。測定ヘッド１８６は、光照射ファイバ１９６の前に配置され得る第１転送装置１２８と、第１光学測定ファイバ１９８および第２光学測定ファイバ２００をカバーする第２転送装置１２８とを備え得る。
【０４４８】
図１５ＢからＤは、１つの光照射ファイバ１９６、６つの第１光学測定ファイバ１９８、および６つの第２光学測定ファイバ２００を含む測定ヘッド１８６の実施形態を示している。図１５Ｂでは、光照射ファイバ１９６が、６つの第１光学測定ファイバ１９８によって半径方向に囲まれた中心に配置される配置が示されている。第１光学測定ファイバ１９８は、６つの第２光学測定ファイバ２００によって半径方向に囲まれていてもよい。測定ヘッド１８６は、光照射ファイバ１９６および受信ファイバ用の１つの転送装置１２８を備えてよい。内部反射が転送装置で発生することがあり、受信ファイバへのオフセット信号が生成される場合がある。図１５Ｂは、ベースラインがない放射状配置の実施形態を示している。図１５Ｃでは、同様のファイバ配置が示されているが、測定ヘッド１８６は、光照射ファイバ１９６および受信ファイバ用の別個の転送装置１２８を備えてよい。この実施形態では、内部反射が防止されるように、光照射ファイバ１９６が転送装置１２８まで案内され得る。この実施形態は、ベースラインのない放射状配置を示している。図１５Ｄは、光照射ファイバ１９６が配置の中心からずれて配置されているファイバ配置を示している。この実施形態では、内部反射が防止されるように、光照射ファイバ１９６が転送装置１２８まで案内され得る。
【０４４９】
図１６Ａ〜Ｆは、ファイバ端における異なるレンズ配置を示している。上述のように、少なくとも１つの転送装置１２８が光ファイバの端部に配置されてよい。転送装置１２８は、１本の光ファイバに直接取り付けられてもよく、光ファイバの束に取り付けられてもよい。代替的に、転送装置１２８は、少なくとも１つのスペーサ要素２０２を使用して、光ファイバまたは光ファイバの束に取り付けることができる。図１６Ａは、光ファイバまたは光ファイバの束を示している。図１６Ｂは、少なくとも１つの凹レンズが取り付けられた光ファイバまたは光ファイバの束を示している。図１６Ｃは、少なくとも１つの凸レンズが取り付けられた光ファイバまたは光ファイバの束を示している。図１６Ｄは、少なくとも１つの球面レンズが取り付けられた光ファイバまたは光ファイバの束を示している。図１６Ｅは、少なくとも１つの円錐レンズまたは少なくとも１つの尖端形状のレンズが取り付けられた光ファイバまたは光ファイバの束を示している。図１６Ｆは、少なくとも１つのプリズム形状のレンズ、特に非回転対称レンズが取り付けられた光ファイバまたは光ファイバの束を示している。図１７は、測定ヘッド１８６のさらなる実施形態を示している。図１７のレンズとファイバ配置は、図１５Ａに示すレンズとファイバ配置に対応している。図１７では、さらに、測定ヘッド１８６は、転送装置１２８を光ファイバに取り付けるように適合されたスペーサ要素２０２を含む。第１測定ファイバおよび／または第２測定ファイバおよび／または照射ファイバの光路、および／または２つ以上の転送装置の光路は、完全または部分的に透明な機械的な壁やクラッディングまたはその類似物などの機械的手段によって、内部反射を避けるために完全または部分的に光学的に分離されてよい。機械的手段によるこの光学的分離は、スペーサ要素２０２の一部であり得る。
【０４５０】
図１８は、場景の深度プロファイルを決定するための走査システム１６６のさらなる実施形態を示している。走査システム１６６は、少なくとも１つの検出器１１０を含む。走査システムは、照射光ビームまたは走査光ビームとも呼ばれ得る少なくとも１つの光ビームによって場景を走査するように適合された、ここには示されていない少なくとも１つの照射源１１５をさらに備える。走査システムは、二次元または三次元の範囲、特に検出器１１０によって見える関心領域を、前記二次元または三次元の範囲の少なくとも１つの幾何学的または空間的特性が検出器１１０によって評価できるように、走査するように適合されてよい。
【０４５１】
検出器１１０は、物体１１２から発して第１光センサ１１３（図示せず）に向かう少なくとも１つの光ビームを提供するように適合された少なくとも１つの第１光学測定ファイバ１９８と、物体１１２から発して第２光センサ１１３（図示せず）に向かう光ビームを提供するように適合された少なくとも１つの第２光学測定ファイバ２００とを有する少なくとも１つの測定ヘッド１８６を有している。図１８には、検出器が１つの第２光学測定ファイバ２００と、該第２光学測定ファイバ２００の周りに配置された６つの第１光学測定ファイバ１９８とを含む実施形態が示されている。具体的には、光学測定ファイバ１８８のそれぞれは、少なくとも２つの端部、すなわち、出口端としても示される遠位端、および受信端としても示される少なくとも１つの近位端を有してよい。近位端は、測定ヘッド内に配置され、および／または測定ヘッドに取り付けられてよい。それぞれの近位端は、物体１１２から生じる光ビームをそれぞれの光学測定ファイバ１８８に結合するように適合され得る。遠位端は、光センサ１１３の近くに配置することができ、近位端から遠位端に光学測定ファイバ１８８を通って進む光ビームが遠位端で光学測定ファイバ１８８を離れ、それぞれの光センサ１１３を照射するように配置され得る。
【０４５２】
測定ヘッド１８６はさらに、少なくとも１つの転送装置１２８を備えることができる。転送装置１２８は、光学測定ファイバ１８８の前に配置されてよい。転送装置１２８は、物体１１２から生じる光ビームを近位端に集束させるように適合され得る。例えば、転送装置１２８は、少なくとも１つの凹レンズ；少なくとも１つの凸レンズ；少なくとも１つの球面レンズ；少なくとも１つの尖端形状のレンズ；少なくとも１つのプリズム形状のレンズ、特に非回転対称レンズ、からなる群から選択される少なくとも１つの転送要素を備えてよい。さらに、測定ヘッドは、転送装置１２８を光学測定ファイバ１８８に取り付けるように適合された少なくとも１つのスペーサ要素２０２を備えてよい。第１測定ファイバ１９８および第２測定ファイバ２００の光路は、内部反射を回避するために、完全にまたは部分的に不透明な機械的壁またはクラッディングまたはその類似物などの機械的手段によって完全または部分的に光学的に分離され得る。機械的手段によるこの光学的分離は、スペーサ要素２０２の一部であり得る。
【０４５３】
検出器１１０は、少なくとも１つの光照射ファイバ１９６を備えてよい。照射源１１５は、光照射ファイバ１９６を通して物体１１２を照射するように適合され得る。光照射ファイバは、少なくとも１つの光ビームを受けるように適合された少なくとも１つの第１端部と、前記少なくとも１つの光ビームが物体１１２を照射するために光照射ファイバをそこから離れる少なくとも１つの第２端部とを有してよい。光照射ファイバ１９６の少なくとも第２端部は、測定ヘッド１８６内に配置されてもよく、および／または測定ヘッド１８６に取り付けられてもよい。光照射ファイバ１９６は、光学測定ファイバ１８８の延び方向に平行に、例えば、光学測定ファイバ１８８との束に配置されてもよい。検出器は、光照射ファイバ１９６の前に配置され得る少なくとも１つのさらなる転送装置１２８を備え得る。
【０４５４】
走査システム１６６は、測定ヘッド１８６を動かして関心領域を走査するように構成された少なくとも１つのアクチュエータ２０４を含むことができる。具体的には、アクチュエータは、光学測定ファイバ１８８および／または光照射ファイバ１９６に取り付けおよび／または結合および／または接続されてよく、光学測定ファイバ１８８および／または光照射ファイバ１９６を移動させる、特に往復振動させる力を生成するように適合されてよい。このように、光学測定ファイバ１８８および／または光照射ファイバ１９６を駆動することにより、測定ヘッド１８６が移動する。アクチュエータ２０４は、光学測定ファイバ１８８および／または光照射ファイバ１９６の固有共振周波数の高調波に対応する力を生成するように適合され得る。アクチュエータ２０４は、少なくとも１つの電気機械アクチュエータおよび／または少なくとも１つのピアゾアクチュエータを備えてもよい。ピアゾアクチュエータは、少なくとも１つの圧電セラミックアクチュエータ；少なくとも１つの圧電アクチュエータ、からなる群から選択される少なくとも１つのアクチュエータを備えてよい。アクチュエータ２０４は、測定ヘッド１８６、具体的には光照射ファイバ１９６および／または光学測定ファイバ１８８を往復振動させるように構成されてよい。アクチュエータ２０４は、測定ヘッド１８６を線形走査および／または放射状走査および／または螺旋状走査で移動させるように適合させることができる。図１８では、測定ヘッド１８６の例示的な動きが示されている。例えば、アクチュエータ２０４は、測定ヘッド１８６が上下に移動するように、光ファイバ１８８，１９６に力を生成するように適合され得る。例えば、アクチュエータ２０４は、測定ヘッド１８６が所定の半径を有する軌道で動くように、光ファイバ１８８，１９６に力を生成するように構成されてもよい。半径は調整可能である。例えば、アクチュエータ２０４は、測定ヘッド１８６が交替的に減少または増加する半径のような螺旋状に動くように力を生成するように適合されてよい。
【０４５５】
図１９は、走査システム１６６のさらなる実施形態を示している。図１９は、測定ヘッド１８６の正面図を示している。この実施形態では、測定ヘッド１８６は、光照射ファイバ１９６の周りに放射状に配置された、複数の第１測定ファイバ１９８と複数の複数の第２測定ファイバ２００を含むことができる。光照射ファイバ１９６は、アクチュエータ２０４によって移動可能であってよい。光照射ファイバ１９６は、第１測定ファイバ１９８および第２測定ファイバ２００に関して螺旋運動および／または円形運動を実行するように適合され得、これにより、螺旋状走査または円状走査を可能にする。評価装置１３３は、光照射ファイバ１９６の位置を較正し、光照射ファイバ１９６の位置に応じて結合信号Ｑからの距離を評価するように適合され得る。検出器１１０は、光ファイバ１３８の前に配置され得る少なくとも１つのさらなる転送装置１２８を備え得る。
【符号の説明】
【０４５６】
１１０  検出器
１１２  物体
１１３  光センサ
１１４  ビーコン装置
１１５  照射源
１１６  光ビーム
１１８  第１光センサ
１２０  第２光センサ
１２１  感光エリア
１２２  第１感光エリア
１２４  第２感光エリア
１２６  検出器の光軸
１２８  転送装置
１２９  転送装置の光軸
１３０  角度依存光学要素
１３１  光ビーム
１３２  第１側面
１３３  評価装置
１３４  デバイダ
１３６  位置評価装置
１３８  光ファイバ
１４０  照射ファイバ
１４２  光ビーム
１４４  第１ファイバ
１４６  第２ファイバ
１４８  入口端
１５０  出口端
１５２  第１光ビーム
１５４  第２光ビーム
１５６  カメラ
１５８  検出器システム
１６０  ヒューマンマシンインターフェース
１６２  娯楽装置
１６４  追跡システム
１６６  走査システム
１６８  コネクタ
１７０  ハウジング
１７２  コントロール装置
１７４  ユーザ
１７６  開口部
１７８  視野方向
１８０  座標系
１８２  マシン
１８４  追跡コントローラ
１８６  測定ヘッド
１８８  光学測定ファイバ
１９０  光ビーム
１９２  受信端
１９４  出口端
１９６  光照射ファイバ
１９８  第１光学測定ファイバ
２００  第２光学測定ファイバ
２０２  スペーサ要素
２０４  アクチュエータ
２０６  第１物体距離
２０８  第２物体距離
２１０  第２光ビーム
【図１】
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【図２Ａ−２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ−６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ−８Ｂ】
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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１３Ａ−１３Ｉ】
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【図１３Ｊ−１３Ｒ】
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【図１３Ｓ−１３ＡＡ】
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【図１３ＢＢ−１３ＭＭ】
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【図１４Ａ−１４Ｎ】
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【図１４Ｏ−１４ＤＤ】
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【図１４ＥＥ−１４ＭＭ】
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【図１５Ａ−１５Ｄ】
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【図１６Ａ−１６Ｆ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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