(57)【要約】  本発明は、流体中の２０μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満のサイズの粒子（１０）の粒子密度を測定する方法に関し、本方法は、  レーザービーム（１１２）をミラー（１６０）に放射するステップと、  所定の周期的な動きのミラー（１６０）によりレーザービーム（１１２）を動的に方向転換するステップと、  光学撮像デバイス（１７１）によりレーザービーム（１１２）を検出体積に画像化するステップと、  自己混合干渉信号が少なくとも１つの粒子（１０）により反射されたレーザービーム（１１２）のレーザー光により発生する場合にレーザーのレーザーキャビティ内の光波の自己混合干渉信号の測定を可能にするステップと、  自己混合干渉信号がレーザービーム（１１２）の光路中の外乱に起因する場合に偽自己混合干渉信号を抑制するステップとを含む。  本発明はさらに、レーザーセンサーモジュール（１００）、粒子検出器（２００）、およびこのようなレーザーセンサーモジュール（１００）を備えるデバイス（１９０）に関する。  本発明は最後に、対応するコンピュータプログラム製品に関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中の２０μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満のサイズの粒子（１０）の粒子密度を測定する方法であって、
レーザービーム（１１２）をミラー（１６０）に放射するステップと、
所定の周期的な動きの前記ミラー（１６０）により前記レーザービーム（１１２）を方向転換するステップと、
光学撮像デバイス（１７１）により前記レーザービーム（１１２）を検出体積に集束させるステップと、
自己混合干渉信号が、少なくとも１つの粒子（１０）により反射された前記レーザービーム（１１２）のレーザー光により発生する場合に、前記レーザーのレーザーキャビティ内の光波の自己混合干渉信号を測定するステップと、
前記自己混合干渉信号が前記レーザービーム（１１２）の光路中の外乱に起因する場合に、粒子検出のための偽の自己混合干渉信号を抑制するステップであって、前記光路中の外乱に起因する前記偽の自己混合干渉信号が、周期的な動きの間に前記ミラー（１６０）の定義された角度範囲内で抑制されるステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記偽の自己混合干渉信号の前記抑制が、前記ミラー（１６０）の前記周期的な動きに基づいている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
粒子（１０）により反射された前記レーザービーム（１１２）のレーザー光により発生した前記自己混合干渉信号の第１の周波数範囲に基づいて、前記光路中の前記外乱に起因する前記偽の自己混合干渉信号を抑制するステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ミラー（１６０）の前記周期的な動きの間に測定された前記自己混合干渉信号の特性に基づいて、定義された角度範囲を測定するステップを含む、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記自己混合干渉信号の特性が周波数特性により示される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記自己混合干渉信号の経時的な前記周波数特性が、前記自己混合干渉信号の初めに高周波低振幅信号、続いて低周波高振幅、前記自己混合干渉信号の終わりに低振幅信号であり、前記定義された角度範囲が、前記自己混合干渉信号の初めと終わりにより決定される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記自己混合干渉信号が定義された持続時間閾値を超える場合に前記光路中の前記外乱に起因する前記偽の自己混合干渉信号を抑制するステップを含む、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
粒子（１０）により反射された前記レーザービーム（１１２）のレーザー光により発生した前記自己混合干渉信号の信号強度に基づいて、前記光路中の前記外乱に起因する前記偽の自己混合干渉信号を抑制するステップを含む、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記ミラー（１６０）の前記周期的な動きの１周期内の離散数の時間セグメントのバックグラウンドノイズを測定し、前記それぞれの時間セグメントについての前記それぞれの時間セグメントの前記バックグラウンドノイズに基づいて検出閾値を適応させることにより、前記光路中の前記外乱に起因する前記偽の自己混合干渉信号を抑制するステップを含む、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記それぞれの時間周期についての前記検出閾値が、それぞれの周波数範囲を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記光路中の前記外乱が、前記光学撮像デバイス（１７１）の素子での前記レーザー光の一部の反射に起因し、前記方法が、
前記ミラー（１６０）の前記周期的な動きのサブ周期内の前記偽の自己混合干渉信号を抑制するステップであって、前記サブ周期が、前記光学撮像デバイス（１７１）の前記素子で反射された前記レーザー光の一部が前記レーザーの前記レーザーキャビティ内に反射して戻ることを特徴とするステップ
を含む、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
流体中の２０μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満のサイズの粒子（１０）の粒子密度を測定するためのレーザーセンサーモジュール（１００）であって、前記レーザーセンサーモジュール（１００）が、レーザービーム（１１２）をミラー（１６０）に放射するように構成されたレーザーを備え、前記ミラーが、前記レーザービーム（１１２）を方向転換するために周期的に動くように構成され、前記レーザーセンサーモジュール（１００）が、前記レーザービーム（１１２）を検出体積に集束させるように構成される光学撮像デバイス（１７１）をさらに備え、前記レーザーセンサーモジュール（１００）が、自己混合干渉信号が少なくとも１つの前記粒子（１０）により反射された前記レーザービーム（１１２）のレーザー光により発生する場合に、前記レーザーのレーザーキャビティ内の光波の自己混合干渉信号を測定するように構成され、前記レーザーセンサーモジュール（１００）がさらに、前記自己混合干渉信号が前記レーザービーム（１１２）の光路中の外乱に起因する場合に、粒子検出のための偽の自己混合干渉信号を抑制するように構成されることを特徴とし、前記偽の自己混合信号が、周期的な動きの間に前記ミラー（１６０）の定義された角度範囲内で抑制される、レーザーセンサーモジュール（１００）。
【請求項１３】
請求項１２に記載のレーザーセンサーモジュール（１００）を備えるデバイス（３００）。
【請求項１４】
請求項１２に記載のレーザーセンサーモジュール（１００）に含まれる少なくとも１つのメモリデバイス、または前記レーザーセンサーモジュール（１００）を備えるデバイスの少なくとも１つのメモリデバイス上に保存できるコード手段を含むコンピュータプログラム製品であって、前記コード手段は、請求項１から１１のいずれかに記載の方法が、前記レーザーセンサーモジュール（１００）に含まれる少なくとも１つの処理デバイスにより、または前記レーザーセンサーモジュール（１００）を備えるデバイスの少なくとも１つの処理デバイスにより実行できるように構成される、製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーセンサーモジュール、このようなレーザーセンサーモジュールを備える粒子検出器およびデバイス、特にこのようなレーザーセンサーモジュールまたは粒子検出器を備えるモバイル通信デバイスに関する。本発明はさらに、小粒子の粒子密度を測定する方法に関する。本発明は最後に、対応するコンピュータプログラム製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
独国特許出願公開第１０２０１５２０７２８９号明細書は、少なくとも１つの粒子がその中に存在する可能性がある体積が少なくとも部分的に照明可能であるように光放射を放出するように構成される光放射デバイス、少なくとも１つの粒子で散乱した光放射の少なくとも一部が当たる少なくとも１つの検出面、表示可能な少なくとも１つの検出面に衝突する光放射の強度および／または強度分布に関する少なくとも１つの情報信号を有する光検出デバイス、および粒子の有無、粒子の数、粒子密度および／または少なくとも１つの粒子の特性に関する情報が識別可能および表示可能である評価デバイスを有する粒子センサー装置であって、放出された光放射が体積内の集束領域上に集束可能になるように配置される少なくとも１つのレンズ素子も含む粒子センサー装置を開示している。
【０００３】
国際公開第２０１７／０１６８８８号は、自己混合干渉測定に基づく粒子密度検出用のレーザーセンサーモジュールを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１５２０７２８９号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１７／０１６８８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、改善された検出精度および／または改善された感度を有するレーザーセンサーモジュールを提供することである。本発明は、独立請求項により定義される。従属請求項は、有利な実施形態を定義している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様によれば、流体中の２０μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満のサイズの粒子の粒子密度を測定する方法が提供される。本方法は、
レーザービームをミラーに放射するステップと、
所定の周期的な動きのミラーによりレーザービームを動的に方向転換するステップと、
光学撮像デバイスによりレーザービームを検出体積に結像するステップと、
自己混合干渉信号が少なくとも１つの粒子により反射されたレーザービームのレーザー光により発生する場合にレーザーのレーザーキャビティ内の光波の自己混合干渉信号の測定を可能にするステップと、
自己混合干渉信号がレーザービームの光路中の外乱に起因する場合に粒子検出のための偽の自己混合干渉信号を抑制するステップと
を含む。
【０００７】
レーザービームがカバーガラスまたは光学撮像デバイスを介してスキャンされると、レーザーに戻る反射が偽陽性信号を引き起こす可能性がある。この偽陽性信号は、粒子検出について偽陽性につながる。光学撮像デバイスは、例えば、保護目的のためのカバーガラスと１以上の追加の光学素子（レンズなど）を備える場合がある。例えば、レンズの丸い形状により、レンズの傾きを適用した後、レンズの光がレーザーキャビティに反射して戻る場合がある。さらに、光路内の光学素子の表面の小さな不規則性および（例えばカバーガラス上の）汚れ粒子は、このような偽陽性信号を引き起こす可能性がある。
【０００８】
レーザービームの光路中の外乱は、レーザーにより放射されたレーザー光の、光学撮像デバイスの素子とのすべての相互作用、または、レーザーキャビティに戻ったレーザー光の直接反射を引き起こす、このような素子の表面の１つでの外乱を含む。この点で、直接反射とは、レーザー光が光学撮像デバイス（光学撮像デバイスの外面を含む）を離れることなくレーザーキャビティに反射して戻ることを意味する。外乱に起因する粒子検出のための偽の自己混合干渉信号の抑制とは、このような偽のまたは外乱自己混合干渉信号の発生を回避すること、および、偽または外乱自己混合干渉信号を測定するが粒子密度の測定のためのこの偽または外乱自己混合干渉信号を破棄することを意味する。
【０００９】
以下より詳細に説明するが、特定の技術手段は、第１種の外乱に起因する偽のまたは外乱自己混合干渉信号の測定を抑制するのに適しているが、第２種の異なる外乱に起因する偽のまたは外乱自己混合干渉信号の測定を抑制するのに適していない可能性がある。
【００１０】
偽の自己混合干渉信号の抑制は、例えば、ミラーの周期的な動きに基づいてもよい。
【００１１】
外乱自己混合干渉信号の形状、持続時間、または一般に特性またはその存在さえ、ミラーの周期的な動きに関連する場合がある。このような外乱自己混合干渉信号をフィルタリングするためのフィルタ特性はこの周期的な動きに従って適応されるため、このような外乱自己混合干渉信号の抑制は、それゆえ、ミラーの周期的な動きに基づいてもよい。
【００１２】
外乱自己混合干渉信号は、例えば、ミラーの周期的な動きの間の、定義された時間周期内の光学撮像デバイスの光学素子の相互作用に起因する可能性がある。ミラーは、例えば、４００Ｈｚの周波数で振動する。相互作用に起因する意図しない反射は、それぞれの光学素子の配置、それぞれの光学素子の意図しない局所的な不規則性または局所的な汚染（例えばカバーガラス上の指紋）に関連している可能性がある。この場合、ミラーの周期的な動きの全期間中に反射が２回発生する。例えば、マスタークロックは、検出された自己混合干渉信号の周期的な動きと評価を決めるのに使用される。したがって、周期的な動きの定義された時間周期の間に自己混合干渉信号を測定できないことがあり、または例えば、このような時間周期の間に検出されたすべての自己混合干渉信号は破棄され得る。定義された時間周期は、固定（例えば工場でまたは較正手順により決められる）される場合があり、および／または検出された自己混合干渉信号の分析に応じて適応されうる（例えばほぼ確実にタイムリーな表面の汚染である場合）。
【００１３】
外乱周期的自己混合干渉信号は、代替的または追加的に、適応線スペクトル強調器またはＡＬＥと呼ばれる構成の適応フィルタを使用することにより検出および補償することができる。ＡＬＥは、信号内の周期的成分と確率的成分を分離する性能を有する。フィルタは、自己調整型であり、光学素子（レンズなど）上の内部反射に起因する反復ダウンアップチャープ自己混合干渉信号などの周期的自己混合干渉信号にゆっくりと適応するように構成される。チャープ状自己混合干渉信号は、粒子自己混合干渉信号からＡＬＥによりほぼキャンセルされ、クリーンな粒子信号が残る。正しく調整されていれば、ゆっくりとした温度変化による位相シフトも補償できる。欠点は、このような構成は、長いフィルタを必要とすることである。サンプルレートがｆｓ＝４０ＭＨｚ、ミラー周波数がｆｍ＝４００Ｈｚの場合、ＡＬＥフィルタの長さはミラーの１周期の長さと等しくなければならないため、１０００００サンプルのＦＩＲフィルタ長が必要である。これは処理集約型であり、実際の実施については、分割周波数領域適応フィルタ（ＰＦＤＡＦ）構造を使用して実現することのみが可能である。ＰＦＤＡＦは、周波数領域の粒子処理ユニットと組み合わせると簡素化できる。代替的または追加的に、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用して、外乱自己混合干渉信号の確実な抑制を可能に、または支援することができる。
【００１４】
本方法は、粒子により反射されたレーザービームのレーザー光により発生した自己混合干渉信号の第１の周波数範囲に基づいて、光路中の外乱に起因する偽の自己混合信号を抑制するステップをさらに含んでもよい。
【００１５】
粒子の反射に起因する自己混合干渉信号は、粒子の特性に応じて特定の周波数範囲により特徴付けられる場合がある。したがって、検出され、これらの周波数範囲外にある自己混合干渉信号は、破棄されうる。これらの周波数範囲外の自己混合干渉信号に基づいて粒子数を抑制する目的で、あらゆる種類のデジタルフィルタまたはアナログフィルタが使用できる。
【００１６】
光路中の外乱に起因する偽の自己混合信号の測定は、周期的な動きの間のミラーの定義された角度範囲内で抑制される場合がある。ミラーの定義された角度範囲は、例えば、ミラーの振動と同期したクロックにより測定されてもよい。代替的または追加的に、定義された角度範囲内でミラーが検出される場合、自己混合干渉信号を測定したり考慮したりすることはできない。
【００１７】
定義された角度範囲は、ミラーの周期的な動きの間に測定された自己混合干渉信号の特性に基づいて測定されてもよい。例えば、周波数（上記説明参照）、振幅などのような自己混合干渉信号の特性を監視することで、外乱自己混合干渉信号の適応抑制を可能にすることができる。
【００１８】
自己混合干渉信号の特性は、例えば、周波数特性により示されてもよい。
【００１９】
自己混合干渉信号の周波数特性は、例えば、初めに高周波低振幅信号、続いて中間で低周波高振幅、終わりに高周波低振幅信号であり得、定義された角度範囲は、自己混合干渉信号の初めと終わりにより決定される。周波数の初めと終わりのミラーの時間または位置が、定義された角度範囲を決定する。
【００２０】
実験は、このような周波数特性が、光学撮像デバイスの表面でのレーザービームのレーザー光の意図しない反射の場合に観測できることを示した。
【００２１】
自己混合干渉信号が定義された持続時間閾値を超える場合、光路中の外乱に起因する偽の自己混合信号の測定が抑制される場合がある。
【００２２】
粒子の反射により発生する自己混合干渉信号の持続時間は、粒子サイズ、ビーム速度、ミラーと粒子との間の距離に依存する。したがって、粒子密度の測定のために検出されることを目的とする粒子サイズの上限は、自己混合干渉信号の持続時間の上限を規定する可能性がある。したがって、定義された持続時間閾値よりも長い持続時間を有する自己混合干渉信号は破棄されてもよい。定義された持続時間閾値は、事前に定義するか、自己学習プロセス中に測定することができる（例えば基準粒子サイズまたは粒子密度により）。
【００２３】
代替的または追加的に、光路中の外乱に起因する偽の自己混合信号は、粒子により反射されたレーザービームのレーザー光により発生した自己混合干渉信号の信号強度に基づいて抑制され得る。粒子の反射に起因する自己混合干渉信号の信号強度または信号振幅は、粒子サイズと粒子表面の特性に依存する場合がある。したがって、粒子の反射に起因する信号強度または信号振幅には上限がある可能性がある。したがって、この上限を超える信号強度または信号振幅を有する自己混合干渉信号は破棄されうる。
【００２４】
ミラーの周期的な動きの１周期内で時間セグメントの離散数についてのバックグラウンドノイズを測定し、それぞれの時間セグメントのバックグラウンドノイズに基づいて検出閾値をそれぞれの時間セグメントに適応させることにより、代替的または追加的に光路中の外乱に起因する偽の自己混合信号を抑制することができる。
【００２５】
粒子検出アルゴリズムは、短期フーリエ変換（ＳＴＦＴ）に基づく場合がある。信号は、それからパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が測定される、小さな（オプションで半分が重複する）ブロックに分割される。単一フレームのＰＳＤ内の１以上の周波数ビンの振幅が特定の検出閾値を超えると、粒子が検出される。この検出アルゴリズムは、自己混合干渉信号がクリーンであり内部の例えばレンズ反射による信号がない限りうまく機能する。
【００２６】
サンプルレートがｆｓ＝４０ＭＨｚ、ミラー周波数がｆｍ＝４００Ｈｚの場合、反射信号は１００，０００サンプルの周期をカバーする。ＳＴＦＴの重複しないフレームサイズがＢ＝１６であると、１ミラー周期内に６２５０フレームがある。このミラー周期の間に、反射信号は高周波数から低周波数にチャープされ、そして元に戻る。１ミラー周期内の特定のフレームごとに、反射信号は、この場合、特定の「目印」を合計で６２５０生成する。
【００２７】
１ミラー周期内の各フレームの特定の目印を推定するために、次のサブサンプリング方法を使用できる：Ｎ個のミラー周期があると、各周期が、ｋの単一フレームを示すＫ個のフレーム（この例ではＫ＝６２５０）を含む場合、「目印」は、Ｎ個の周期にわたってｋ番目のフレームを平均することにより測定できる。目印を使用して、フレームをさらに処理できる。これは、フレームごとに、さらに特定のフレーム内の周波数ごとに検出閾値を単に調整するために使用できる。代替的に、平均は、複素領域で実行されてもよい。この場合、平均は、フレームからバックグラウンドを減算するのに使用されてもよい。
【００２８】
バックグラウンドノイズは、本方法を実行するように適応されたレーザーセンサーモジュールの組み立て後に測定されてもよい（以下参照）。光学撮像デバイスでの反射に起因する信号を抑制できる。
【００２９】
代替的に、較正ランを実行してバックグラウンドノイズを測定してもよい。較正ランは、バックグラウンドノイズを測定するために、時間セグメントごとに測定結果の選択が実行されうるように、ミラーの動きのいくつかの周期を含んでもよい（このそれぞれの時間セグメント中での、粒子検出に起因し得る強い信号は考慮されていない）。
【００３０】
それぞれの時間周期のための検出閾値は、それぞれの周波数範囲を含んでもよい。
【００３１】
第２の態様によれば、流体中の２０μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満のサイズの粒子の粒子密度を測定するためのレーザーセンサーモジュールが提供される。レーザーセンサーモジュールは、レーザービームをミラーに放射するように構成されたレーザーを備える。ミラーは、レーザービームを動的に方向転換するために周期的に動くように構成される。レーザーセンサーモジュールは、レーザービームを検出体積に結像するように構成される光学撮像デバイスをさらに備える。レーザーセンサーモジュールは、自己混合干渉信号が少なくとも１つの粒子により反射されたレーザービームのレーザー光により発生する場合に、レーザーのレーザーキャビティ内の光波の自己混合干渉信号の測定を可能にするように構成される。レーザーセンサーモジュールはさらに、自己混合干渉信号がレーザービームの光路中の外乱に起因する場合に粒子検出のための偽の自己混合干渉信号を抑制するように構成される。
【００３２】
レーザーセンサーモジュールは、例えば、外乱自己混合干渉信号を抑制するための周波数フィルタを備えてもよい。代替的または追加的に、レーザーセンサーモジュールは、上記の本方法ステップを実行するように構成される評価器を備えてもよい。
【００３３】
さらなる態様によれば、粒子検出器が提供される。粒子検出器は、上記の実施形態のいずれかによるレーザーセンサーモジュールを備える。粒子検出器は評価器を備えてもよい。粒子検出器は、測定された粒子密度を示すためのインターフェース（例えば光学的または音響的）をさらに備えてもよい。
【００３４】
空気清浄機のようなデバイス、排気フード、車、センサーボックス、またはモバイル通信デバイスのような装着型デバイスなどは、例えば、上記の任意の実施形態によるレーザーセンサーモジュールまたは粒子検出器を備えてもよい。
【００３５】
さらなる態様によれば、コンピュータプログラム製品が提供される。コンピュータプログラム製品は、上記のレーザーセンサーモジュールの少なくとも１つのメモリデバイスまたは上記のレーザーセンサーモジュールを備えるデバイスの少なくとも１つのメモリデバイスに保存できるコード手段を含む。コード手段は、上記の本方法が上記のレーザーセンサーモジュールの少なくとも１つの処理デバイスにより、または上記のレーザーセンサーモジュールを備えるデバイスの少なくとも１つの処理デバイスにより実行できるように構成される。
【００３６】
メモリデバイスまたは処理デバイスは、粒子検出器（例えば電気ドライバー、評価器など）または粒子検出器を備えるデバイスに含まれてもよい。粒子検出器を備えるデバイスの第１のメモリデバイスおよび／または第１の処理デバイスは、粒子検出器またはレーザーセンサーモジュールに含まれる第２のメモリデバイスおよび／または第２の処理デバイスと相互作用することができる。
【００３７】
一つの又は複数のメモリデバイスは、情報、特にデジタル情報を保存するように構成される任意の物理デバイスであってもよい。メモリデバイスは、固体メモリまたは光メモリの群から特に選択されてもよい。
【００３８】
一つの又は複数の処理デバイスは、データ処理、特にデジタルデータの処理を実行するように構成される任意の物理デバイスであってもよい。処理デバイスは、プロセッサ、マイクロプロセッサ、または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の群から特に選択されてもよい。
【００３９】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法および請求項１２のレーザーセンサーモジュールは、特に、従属請求項で定義されるように、類似および／または同一の実施形態を有することを理解されたい。
【００４０】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項とそれぞれの独立請求項との任意の組合せでもあり得ることを理解されたい。
【００４１】
さらなる有利な実施形態を以下に定義する。
【００４２】
本発明のこれらの態様および他の態様は、以下に記載される実施形態を参照して明らかになり、説明されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、レーザーセンサーモジュールの第１の実施形態の概略図である。
【図２】図２は、レーザーセンサーモジュールの第２の実施形態の概略図である。
【図３】図３は、外乱自己混合干渉信号の特性を示す図である。
【図４】図４は、外乱周波数信号の測定された特性を示す図である。
【図５】図５は、図４に示す外乱周波数信号のシミュレートされた特性を示す図である。
【図６】図６は、粒子検出器の概略図である。
【図７】図７は、粒子検出器を備えるモバイル通信デバイスの概略図である。
【図８】図８は、粒子検出方法の概略図である。
【００４４】
図において、全体を通して同じ番号は同じ対象を指す。図中の対象は、必ずしも正寸ではない。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
ここで、本発明の種々の実施形態を図面により説明する。
【００４６】
自己混合干渉は、対象の動きと距離を検出するために使用される。自己混合干渉についての背景情報は、参照により組み込まれる「センシング用途用レーザーダイオード自己混合技術」、Ｇｉｕｌｉａｎｉ、Ｇ．Ｎｏｒｇｉａ、Ｍ．Ｄｏｎａｔｉ、Ｓ．およびＢｏｓｃｈ、Ｔ．、センシング用途用レーザーダイオード自己混合技術、Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ａ：Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ、２００２年、４巻、Ｓ．２８３頁−Ｓ．２９４頁に記載されている。光入力デバイス内のセンサーに対する指先の動きの検出は、参照により組み込まれる国際公開第０２／３７４１０号に詳細に記載されている。自己混合干渉の原理は、国際公開第０２／３７４１０号に提供された例に基づいて説明されている。レーザーを放射し、またはビームを測定するためのレーザーキャビティを有するダイオードレーザーが、提供される。デバイスは、その上面に、対象、例えば人間の指が横切って動く透明窓が設けられる。レンズは、ダイオードレーザーと窓の間に配置される。このレンズは、透明窓の上面またはその近くにレーザービームを集束させる。この位置に対象が存在する場合、それは測定ビームを散乱させる。測定ビームの放射線の一部は照明ビームの方向に散乱され、この部分はレンズによりレーザーダイオードの放射面上に集束され、このレーザーのキャビティに再入射する。ダイオードレーザーのキャビティに再入射する放射線は、レーザーのゲインの変動、ひいてはレーザーにより放出される放射線の強度の変動を誘導し、この現象がダイオードレーザー内の自己混合効果と呼ばれる。
【００４７】
レーザーにより放出される放射線またはレーザーキャビティ内の光波の強度の変化は、フォトダイオードまたはレーザーキャビティ全体のインピーダンス変動を測定するように構成された検出器により検出できる。ダイオードまたはインピーダンス検出器は、放射線変動を電気信号に変換し、この電気信号を処理するために電子回路が提供される。
【００４８】
自己混合干渉信号は、粒子検出の場合、例えば、短い信号バーストまたは複数の信号バーストにより、特徴付けられうる。これらの信号で観測されるドップラー周波数は、光軸に沿った粒子速度の尺度である。したがって、信号検出と信号分析を簡素化するために、ＤＣ駆動電流を使用することが好ましい場合がある。大きな粒子または外乱物でのレーザー光の反射により発生されうる自己混合干渉信号を用いて、例えば、粒子の位置または速度を測定するために、変調駆動電流を使用してもよい。距離（およびオプションで速度）は、１つの測定またはそれに続く測定のステップで測定できる。したがって、ビーム内の偽物を判断するために、第２の時間周期内で、意図した粒子数、速度、および変調駆動電流に関連する測定信号を発生させるために、第１の周期内のＤＣ駆動電流を使用することが可能であり、または有益でさえあり得る。測定信号の持続時間と強度をオプションで使用して粒子サイズを測定してもよい。
【００４９】
図１は、レーザーセンサーモジュール１００の第１の実施形態を示す。レーザーセンサーモジュール１００は、この実施形態では集積フォトダイオードである検出器１２１を有するレーザー１１１を備える。レーザーセンサーモジュール１００は、回転軸１６２の周りを動くように構成されるミラー１６０をさらに備える。回転軸１６２の周りのミラー１６０の動きは、インターフェース（図示せず）を介して提供され得る、駆動装置（例えば図示しない電気モーター）を制御する制御信号により、制御されうる。レーザー１１１は、レーザービーム１１２がミラー１６０に当たるようにレーザービーム１１２を放射する。レーザービーム１１２は、ミラーの偏向角に応じてミラー１６０により方向転換される。方向転換されたレーザービームは、光学撮像デバイス１７１により検出体積に結像される。この場合、光学撮像デバイス１７１は、方向転換されたレーザービームを、粒子１０を有する検出体積に集束させるように構成されたレンズである。方向転換されたレーザー光の一部はレンズの表面により意図せずに反射され、これにより光学撮像デバイス１７１により反射された外乱レーザー光１１３が、ミラー１６０によりレーザー１１１の方向に反射して戻る。この場合、ミラー１６０の回転角または方向転換角は、外乱レーザー光１１３がレーザー１１１に当たる値である。ミラー１６０および回転軸１６２は、レーザー１１１および光学撮像デバイス１７１に対するミラー１６０の相対位置と同様に、レンズの表面の１つにより反射されたレーザー光が、レーザー１１１に原則的に当たらないように配置することもできる。レンズの表面の１つでの反射に起因する外乱レーザー光１１３の一部は、例えば、図１の平面（レンズの光軸は図１の平面と平行ではない）に対するレンズの傾きにより、図１の平面（紙面）から方向転換することができる。レーザーセンサーモジュール１００は、例えば、意図しない二次反射を回避するために、レーザー１１１に当たらない外乱レーザー光１１３を吸収するように配置される光吸収体（図示せず）を備えてもよい。結像されたレーザービームは、検出体積内の粒子１０に当たり、レーザー光の一部は、光学撮像デバイス１７１およびミラー１６０を介して反射され、レーザー１１１のレーザーキャビティに戻る。レーザーキャビティ内の自己混合干渉は、レーザーキャビティ内の光波の変動を引き起こす。レーザーキャビティ内の自己混合干渉に対応する測定信号は、集積フォトダイオードにより検出され、インターフェースにより外部デバイスと取り交わされる。インターフェースは、オプションで、レーザーセンサーモジュール１００に電力を供給するために使用されてもよい。代替的に、電力を供給するための別のインターフェースが提供されてもよい。さらに、単一のインターフェースの代わりに、ミラー１６０のための制御信号を取り交わし、検出された自己混合干渉信号に関連する測定信号を転送するために、別のインターフェースがあってもよい。偽のまたは外乱自己混合干渉信号は、検出器１２１内の周波数フィルタにより抑制される。
【００５０】
図２は、レーザーセンサーモジュール１００の第２の実施形態の概略図を示す。レーザーセンサーモジュール１００は、レーザービーム１１２の折り畳み光路を提供するように構成される。レーザー１１１は、回転軸１６２の周りに可動なミラー１６０に向けてレーザービーム１１２を放射する。レーザービーム１１２は、可動ミラー１６２により反射器１７２およびレンズ１７３を備える光学撮像デバイスの方向に反射される。レーザービーム１１２は、反射器１７２により、粒子１０を検出するためにレーザービーム１７３を集束領域（検出体積）に集束させるように配置されたレンズ１７３に向けて、反射される。レーザービーム１１２のレーザー光の一部は、レーザー１７３の片面または両面で反射することができ、これにより、光学撮像デバイスにより反射されたレーザー光１１３が、検出器１２１により検出される外乱自己混合干渉信号がレーザー１１１のレーザーキャビティ内に発生するように、反射器１７２およびミラー１６０を介して、レーザー１１１に反射して返される。このような折り畳み構成では、低い筐体高さを有するレーザーセンサーモジュール１００が、レーザーキャビティまで到達してしまう、光学撮像デバイスの表面での意図しない反射を回避できるようにすることはほぼ不可能である。カバーの表面（窓）が汚れていると（例えば汚れ粒子、指紋など）、状況はさらに悪くなる。この実施形態では、カバー表面は、粒子１０の方向のレンズの外面である。この場合、レーザーセンサーモジュール１００は、レーザー光の意図しない反射により発生した自己混合干渉信号を抑制するための評価器（図示せず）を備える。
【００５１】
図３は、外乱自己混合干渉信号６５の特性を示す。横軸は、時間５１をマイクロ秒で示す。縦軸は、任意の単位での自己混合干渉信号の振幅５２を示す。外乱自己混合干渉信号６５は、初めに（左側）高周波および低振幅を特徴とし、続いて中央で高振幅および低周波数を、終わりに（右側）再び高周波および低振幅を特徴とする。このような周波数特性は、例えば、カバーガラス上で鏡面反射したレーザー光に起因する。位相は、ミラー１６０によるレーザービーム１１２のスキャン中に変化し、その結果、周波数が変化する自己混合干渉信号の正弦波変化が生じる。外乱自己混合干渉信号６５の特性は、上記のような信号の抑制（例えばフィルタリング）に使用される。
【００５２】
図４は、別の外乱周波数信号５７の特性を示す。横軸は、時間５３をミリ秒で示す。縦軸は、自己混合干渉信号の周波数５４をヘルツで示す。周期的な外乱が、２．５ｍｓのミラー周期に対応する、明るいアーチ状の信号により示されている。外乱自己混合干渉信号は、光学撮像デバイス１７１の光学素子の１つの不完全性に起因する可能性が最も高く、それは、レーザー１１１に戻ってくる迷光の要因となる。不完全性は、例えば、1つの表面上の汚れ粒子に起因する場合がある。この周期的外乱自己混合干渉信号の特性は、上記のように、それに応じて適応された評価器（以下参照）により検出され、抑制（例えばフィルタリング）されうる。
【００５３】
図５は、図４で示されて図４について議論された外乱周波数信号５７の１周期のシミュレートされた特性を示す。横軸は、ミラー振動５５の１周期をミリ秒で示す。縦軸は、再び自己混合干渉信号の周波数５４をヘルツで示す。
【００５４】
図６は、粒子検出器２００の実施形態を示す。粒子検出器２００は、図１に関して議論したレーザーセンサーモジュール１００と同様のレーザーセンサーモジュール１００を備える。粒子検出器２００は、レーザー１１１を駆動するための電気ドライバー１３０および制御信号をミラー１６０に提供するように構成されるコントローラ１５０を備える。コントローラ１５０は、上記のように、検出器１２１により検出された粒子１０に起因する、レーザー１１１のレーザーキャビティ内の自己混合干渉信号に基づいて検出された測定信号を受信するように、さらに構成される。コントローラ１５０は、自己混合干渉信号が、少なくとも１つの粒子により反射されたレーザービーム１１２のレーザー光により発生する場合に、レーザー１１１のレーザーキャビティ内の光波の自己混合干渉信号の測定を可能にするように構成された評価器を、さらに備える。評価器は、自己混合干渉信号がレーザービーム１１２の光路中の外乱に起因する場合に、偽の自己混合干渉信号の測定を抑制するように、さらに構成される。評価器は、この実施形態では、図１から４に関して説明したように、光学撮像デバイス１７１の素子によりレーザー１１１のレーザーキャビティに反射して戻るレーザー光１１３に起因する自己混合干渉信号をフィルタリングするように構成される適応フィルタを、備える。評価器は、ミラー１６０の振動周波数を決めるクロック（図示せず）に追加的に結合されてもよい。この場合、外乱自己混合干渉信号は、表１に示すように、ミラー１６０の位置により変化しうる。
【００５５】
【表１】
2020519905.tif 000003
【００５６】
表１は、ミラーの位置と外乱自己混合干渉信号の周波数との間に明確な関係があることを示す。評価器は、このような特性を測定し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行するように構成される。評価器はさらに、ＦＦＴの後に、外乱自己混合干渉信号に関連するビンを破棄するように構成される。他のすべてのビンでは、まだ粒子検出を実行できる。したがって、評価器は、粒子密度の検出を最適化するように構成される。さらに、カバーガラスまたはレンズに汚染が生じた場合、特定の周波数の寄与（図３および図４参照）が表れうるが、それらは、いったん検出されると、動的適応プロセス後に抑制可能である。
【００５７】
図７は、図９に関して説明した粒子検出器２００の少なくとも一部を備えるモバイル通信デバイス１９０の主な概略図を示す。粒子検出器２００は、レーザービーム１１２を放射するように適応される。モバイル通信デバイス１９０は、ユーザーインターフェース１９１、主処理デバイス１９２および主メモリデバイス１９３を備える。主処理デバイス１９２は、主メモリデバイス１９３および粒子検出器２００に接続される。主処理デバイス１９２は、上記のコントローラ１５０の機能の少なくとも一部を備える。主処理デバイス１９２は、粒子検出に関するデータを主メモリデバイス１９３に保存する。代替の実施形態では、主処理デバイス１９２および主メモリデバイス１９３は、この場合図６に関して説明した粒子検出器２００と同じでありうる粒子検出器２００により提供されるデータを準備または適応させるためにのみ使用されることも可能であり、この場合このデータは、ユーザーインターフェース１９１により、モバイル通信デバイス１９０のユーザーに提供されうる。粒子検出器２００は、モバイル通信デバイス１９０の電源により給電できる。モバイル通信デバイス１９０は、代替的に、上記のレーザーセンサーモジュール１００を備えてもよい。この場合、ほぼすべてのデータ処理および制御は、主処理デバイス１９２および主メモリデバイス１９３により実行され得る。レーザーセンサーモジュール１００は、代替的または追加的に、例えば、ある種の外乱自己混合干渉信号を抑制するためのアナログフィルタを備えてもよい。同じ原理が、粒子検出器２００またはレーザーセンサーモジュール１００を備える他のデバイスで使用されてもよい。
【００５８】
図８は、粒子密度検出法の実施形態を示す。レーザービームは、ステップ４１０で放射される。ステップ４２０で、レーザービームは動的に方向転換される。レーザービームは、ステップ４３０で集束領域に結像される。集束領域を横切る粒子に起因する自己混合干渉信号の測定は、ステップ４４０で可能になる。ステップ４５０では、レーザービームの光路中の外乱に起因する粒子検出のための偽または外乱自己混合干渉信号の測定が抑制される。
【００５９】
図面および前記説明において本発明を詳細に例示および説明してきたが、このような例示および説明は、限定的ではなく例示的または典型的であるとみなされるべきである。
【００６０】
本開示の読取りから、他の変更が当業者に明らかになるであろう。このような変更は、当該技術分野において既に知られており、本明細書で既に説明した特徴の代わりに、またはそれに加えて使用できる他の特徴を含む場合がある。
【００６１】
開示された実施形態の変形は、図面、開示および添付の特許請求の範囲の検討から、当業者により理解および実施され得る。請求項において、「含む（備える）」（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）という用語は、他の要素またはステップを除外せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数の要素またはステップを除外しない。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用できないことを示すものではない。
【００６２】
請求項中の如何なる参照符号も、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【符号の説明】
【００６３】
１０  粒子
５１  時間（マイクロ秒）
５２  振幅（任意の単位）
５３  時間（ミリ秒）
５４  周波数（ヘルツ）
５５  ミラー振動周期
５７  外乱周波数信号
６５  外乱自己混合干渉信号
１００  レーザーセンサーモジュール
１１１  レーザー
１１２  レーザービーム
１１３  光学撮像デバイスにより反射したレーザー光
１２１  検出器
１２５  測定信号
１３０  電気ドライバー
１３５  インターフェース
１５０  コントローラ
１６０  ミラー
１６２  回転軸
１７１  光学撮像デバイス
１７２  反射器
１７３  レンズ
１９０  モバイル通信デバイス
１９１  ユーザーインターフェース
１９２  主処理デバイス
１９３  主メモリデバイス
２００  粒子検出器
４１０  レーザービームを放射するステップ
４２０  レーザービームを動的に方向転換するステップ
４３０  レーザービームを画像化するステップ
４４０  粒子に起因する自己混合干渉信号の測定を可能にすること
４５０  外乱に起因する自己混合干渉信号の測定の抑制すること
【図１】
2020519905.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020519905.tif 000010
【図８】
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【国際調査報告】
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