KR20210033528A - 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 결정하기 위한 검출기 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110)가 개시된다. 검출기(110)는 다음의 것을 포함한다: - 적어도 하나의 이색성 필터(130); - 적어도 하나의 광학 센서(114) - 광학 센서(114)는 적어도 하나의 감광 영역(116)을 가지되, 광학 센서(114)는 이색성 필터(130)를 통과한 광 빔(120)에 의한 자신의 감광 영역(116)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계됨 - ; - 적어도 하나의 제1 파장을 갖는 광 빔(120)에 의한 조명에 응답하여 생성되는 제1 센서 신호 및 적어도 하나의 제2 파장을 갖는 광 빔(120)에 의한 조명에 응답하여 생성되는 제2 센서 신호를 결정하도록 구성되는 적어도 하나의 평가 디바이스(134) - 평가 디바이스(134)는 제1 및 제2 센서 신호로부터의 결합된 신호(∧)를 평가하는 것에 의해 오브젝트의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성됨 - .

Description

적어도 하나의 오브젝트의 위치를 결정하기 위한 검출기

본 발명은 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 결정하기 위한 검출기 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 사용자와 머신, 엔터테인먼트 디바이스, 추적 시스템, 카메라, 스캐닝 시스템 및 검출기 디바이스의 다양한 용도 사이에서 정보의 적어도 하나의 아이템을 교환하기 위한 인간 대 머신 인터페이스에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디바이스, 시스템, 방법 및 용도는, 예를 들면, 일상 생활, 게이밍, 교통 기술, 생산 기술, 보안 기술, 예술을 위한 디지털 사진 촬영 또는 비디오 사진 촬영과 같은 사진 촬영, 문서화 또는 기술 목적, 의료 기술 또는 과학의 다양한 분야에서 구체적으로 활용될 수 있다. 게다가, 본 발명은 구체적으로 하나 이상의 오브젝트를 스캐닝하기 위해 및/또는 풍경(scenery)을 스캐닝하기 위해, 예컨대, 예를 들면, 건축, 계측, 고고학, 예술, 의학, 공학 또는 제조의 분야에서, 오브젝트의 또는 풍경의 깊이 프로파일을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 다른 애플리케이션도 또한 가능하다.

적어도 하나의 오브젝트의 위치를 검출하기 위한 많은 수의 검출기가 공지되어 있는데, 예를 들면, 초점 기반의 깊이 추정 기술(depth from focus technology)을 사용하는 검출기, 삼각 측량 방법을 사용하는 검출기가 공지되어 있다. 광자 비율(photon ratio)에 의한 거리 측정 거리의 새로운 개념은 WO 2018/091649 A1, WO 2018/091638 A1 및 WO 2018/091640 A1에서 설명되는데, 이들의 내용은 참조에 의해 포함된다.

GB 2 077 421 A는 기준 평면으로부터의 타겟 표면의 변위를 감지하는 센서 시스템을 설명한다. 그것은 광 방출기 광섬유(light-emitter fiber) 및 광 수신기 광섬유(light-receiver fiber)를 포함하며, 램프로부터의 백색 광을 표면 상으로 투영하고 그것으로부터 반사되는 광을 그 출력이 변위의 함수인 광 검출기 수단으로 안내하기 위한 렌즈와 함께 사용되는 분기 광섬유(bifurcated fiber-optic)를 포함한다. 상이한 타겟 반사율이 사용되며 변위의 감지를 결정하기 위해 두 개의 센서 채널이 사용되는데, 각각은 상당한 스펙트럼 분리를 갖는 상이한 파장 또는 파장 대역에서 광을 감지한다. 렌즈는 표면 상의 광섬유의 끝 표면을 이미지화하고 타겟으로부터 반사되는 광을 사용하여 이 끝 표면 상에서 이차(secondary) 이미지를 형성하는데, 기준 평면은 두 파장에 대한 평균 일차(primary) 이미지 평면이다. 한 포토다이오드는 적색 광을 감지하고 한 포토다이오드는 청색 광을 감지하는데, 빔 스플리터 및 필터는 광섬유로부터의 광의 적색 및 청색 광 성분을 분리하기 위해 사용되는 필터를 감지하기 위해 사용된다. 출력은 차동 또는 비례 증폭기 중 어느 하나에서 결합되어, 그 크기가 두 채널의 광속(light flux)의 상대적 크기에 의존하는 시스템 출력 신호를 생성하고, 그러므로, 또한, 기준 평면(I)으로부터의 타겟 변위의 함수이다.

EP 2 720 013 A2는, 평면의 측정된 오브젝트의 측정 영역에 대해 기울어진 방향으로 상이한 복수 파장을 갖는 광을 적용하도록 구성되는 광원 유닛, 측정 영역에 의해 반사되는 광의 스펙트럼 분포를 측정하도록 구성되는 분광기, 스펙트럼 분포의 특징량(feature amount)을 추출하도록 구성되는 특징량 추출 모듈, 및 이전에 획득된 특징량과 변위 사이의 관계 및 추출된 특징량에 기초하여 측정 영역의 변위를 계산하도록 구성되는 변위 계산 모듈을 포함하는 변위 센서를 설명한다.

상기 언급된 디바이스 및 검출기에 의해 암시되는 이점에도 불구하고, 몇몇 기술적 도전 과제가 남아 있다. 일반적으로, 공간에서 오브젝트의 위치를 검출하도록 구성되는, 저비용으로 제조될 수 있는 소형의 검출기에 대한 요구가 있다. 특히, 예컨대 스마트폰 또는 다른 모바일 디바이스에서의 사용을 위한 모바일 애플리케이션의 경우, 최소의 컴퓨팅 성능을 사용한 빠르고 정확하며 신뢰 가능한 위치의 검출이 요구되며 기술적 도전 과제이다. 예를 들면, 사분면 다이오드(quadrant diode)를 사용하는 것에 의해 WO 2018/091649 A1, WO 2018/091638 A1 및 WO 2018/091640 A1에서 개시되는 바와 같이 광자로부터의 깊이 비율 기술(depth from photon ratio technology)로부터 깊이를 사용하여 거리를 결정하는 것은 빠른 거리 결정을 허용할 수 있지만, 그러나, 광원의 위치 및 조명과 관련하여 제약을 가질 수 있는데, 예를 들면, 축상 조명 및 광원의 고정된 위치가 필요로 될 수 있고, 그 결과, 모바일 애플리케이션에 대한 구현은 어려울 수 있다. 축외 조명은 CMOS 센서를 사용하여 가능할 수 있지만, 그러나, 센서 신호의 생성 및 평가는 훨씬 더 느리고 더 많은 컴퓨팅 파워가 필요로 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 공지된 디바이스 및 방법의 상기 언급된 기술적 도전 과제에 직면하는 디바이스 및 방법을 제공하는 것이다. 구체적으로, 본 발명의 목적은, 공간에서 오브젝트의 위치를, 바람직하게는 낮은 기술적 노력을 통해 그리고 기술적 리소스 및 비용의 관점에서 낮은 요건을 가지고, 신뢰성 있게 결정할 수 있는 디바이스 및 방법을 제공하는 것이다.

이 문제는 독립 특허 청구항의 피쳐를 갖는 본 발명에 의해 해결된다. 개별적으로 또는 결합하여 실현될 수 있는 본 발명의 유리한 개발은, 종속항에서 및/또는 하기의 명세서 및 상세한 실시형태에서 제시된다.

다음에서 사용되는 바와 같이, "구비한다(have)", "포함한다(comprise)" 또는 "포함한다(include)" 또는 이들의 임의의 문법적 변형어는 비배타적인 방식으로 사용된다. 따라서, 이들 용어는, 이들 용어에 의해 도입되는 피쳐 외에는 이 맥락에서 설명되는 엔티티에 어떤 추가적인 피쳐도 존재하지 않는 상황 및 하나 이상의 추가적인 피쳐가 존재하는 상황 둘 모두를 가리킬 수 있다. 한 예로서, 표현 "A는 B를 구비한다(has)", "A는 B를 포함한다(comprise)" 및 "A는 B를 포함한다(include)"는, B 외에는 어떠한 다른 엘리먼트도 A에 존재하지 않는 상황(즉, A가 전적으로 그리고 배타적으로 B로만 구성되는 상황) 및 B 외에, 하나 이상의 추가적인 엘리먼트, 예컨대 엘리먼트 C, 엘리먼트 C 및 D 또는 심지어 또 다른 엘리먼트가 엔티티 A에 존재하는 상황 둘 모두를 가리킬 수 있다.

게다가, 피쳐 또는 엘리먼트가 한 번 또는 한 번보다 더 많이 존재할 수 있다는 것을 나타내는 용어 "적어도 하나", "하나 이상의" 또는 유사한 표현은, 각각의 피쳐 또는 엘리먼트를 소개할 때 단지 한 번만 사용될 것이다는 것을 유의해야 할 것이다. 이하에서, 대부분의 경우에서, 각각의 피쳐 또는 엘리먼트를 언급할 때, 표현 "적어도 하나" 또는 "하나 이상의"는, 각각의 피쳐 또는 엘리먼트가 한 번 또는 한 번보다 더 많이 존재할 수 있다는 사실에도 불구하고, 반복되지 않을 것이다.

게다가, 이하에서 사용될 때, 용어 "바람직하게는(preferably)", "더욱 바람직하게는(more preferably)", "특히(particularly)", "더욱 특별하게는(more particularly)", "구체적으로(specifically)", "더 구체적으로(more specifically)" 또는 유사한 용어는, 대안적인 가능성을 제한하지 않으면서, 옵션 사항의(optional) 피쳐와 연계하여 사용된다. 따라서, 이들 용어에 의해 도입되는 피쳐는 옵션 사항의 피쳐이며 청구범위의 범위를 어떤 식으로든 제한하도록 의도되지는 않는다. 본 발명은, 숙련된 자가 인식하는 바와 같이, 대안적인 피쳐를 사용하는 것에 의해 수행될 수 있다. 마찬가지로, "본 발명의 한 실시형태" 또는 유사한 표현에 의해 도입되는 피쳐는, 본 발명의 대안적인 실시형태에 관한 어떠한 제약도 없이, 본 발명의 범위에 관한 어떠한 제약도 없이 그리고 본 발명의 다른 옵션 사항의 또는 비 옵션 사항의 피쳐를 갖는 방식으로 소개되는 피쳐를 조합하는 가능성에 관한 어떠한 제약도 없이, 옵션 사항의 피쳐인 것으로 의도된다.

본 발명의 제1 양태에서, 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 결정하기 위한 검출기가 개시된다. 본원에서 사용될 때, 용어 "오브젝트"는 적어도 하나의 광 빔을 방출하는 포인트 또는 영역을 지칭한다. 광 빔은 오브젝트로부터, 예컨대 오브젝트 및/또는 광 빔을 방출하는 오브젝트에 통합되는 또는 부착되는 적어도 하나의 조명 소스에 의해 발생될 수 있거나, 또는 상이한 조명 소스로부터, 예컨대 조명 소스로부터 직접적으로 또는 간접적으로 오브젝트를 조명하는 것으로부터 발생될 수 있는데, 여기서 광 빔은 오브젝트에 의해 반사되거나 또는 산란된다. 본원에서 사용될 때, 용어 "위치"는, 공간에서의 오브젝트 및/또는 오브젝트의 적어도 하나의 부분의 위치 및/또는 방위에 관한 정보의 적어도 하나의 아이템을 지칭한다. 따라서, 정보의 적어도 하나의 아이템은 오브젝트의 적어도 하나의 포인트와 적어도 하나의 검출기 사이의 적어도 하나의 거리를 암시할 수 있다. 하기에서 더욱 상세하게 개설되는 바와 같이, 거리는 종방향 좌표(longitudinal coordinate)일 수 있거나 또는 오브젝트의 포인트의 종방향 좌표를 결정하는 데 기여할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 오브젝트 및/또는 오브젝트의 적어도 하나의 부분의 위치 및/또는 방위에 관한 정보의 하나 이상의 다른 아이템이 결정될 수 있다. 한 예로서, 추가적으로, 오브젝트 및/또는 오브젝트의 적어도 하나의 부분의 적어도 하나의 횡방향 좌표(transversal coordinate)가 결정될 수 있다. 따라서, 오브젝트의 위치는 오브젝트 및/또는 오브젝트의 적어도 하나의 부분의 적어도 하나의 종방향 좌표를 암시할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 오브젝트의 위치는, 오브젝트 및/또는 오브젝트의 적어도 하나의 부분의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 암시할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 오브젝트의 위치는, 공간에서의 오브젝트의 방위를 나타내는, 오브젝트의 적어도 하나의 방위 정보를 암시할 수 있다.

검출기는 다음을 포함한다:

- 적어도 하나의 이색성 필터(dichroic filter);

- 적어도 하나의 광학 센서, 여기서 광학 센서는 적어도 하나의 감광 영역(light-sensitive area)을 가지되, 광학 센서는 이색성 필터를 통과한 광 빔에 의한 자신의 감광 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계됨 - ;

- 적어도 하나의 제1 파장을 갖는 광 빔에 의한 조명에 응답하여 생성되는 제1 센서 신호 및 적어도 하나의 제2 파장을 갖는 광 빔에 의한 조명에 응답하여 생성되는 제2 센서 신호를 결정하도록 구성되는 적어도 하나의 평가 디바이스, 여기서 평가 디바이스는 제1 및 제2 센서 신호로부터의 결합된 신호(∧)를 평가하는 것에 의해 오브젝트의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성됨.

본원에서 사용될 때, 용어 광은 가시 스펙트럼 범위, 자외선 스펙트럼 범위 및 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상에서의 전자기 방사선을 일반적으로 지칭한다. 거기에서, 용어 가시 스펙트럼 범위는 380 nm 내지 780 nm의 스펙트럼 범위를 일반적으로 지칭한다. 용어 적외선 스펙트럼 범위는 780 nm 내지 1 mm 범위의 내의, 바람직하게는 780 nm 내지 3.0 마이크로미터의 범위 내의 전자기 방사선을 일반적으로 지칭한다. 용어 자외선 스펙트럼 범위는 1 nm 내지 380 nm의 범위 내의, 바람직하게는 100 nm 내지 380 nm의 범위 내의 전자기 방사선을 일반적으로 지칭한다. 바람직하게는, 본 발명 내에서 사용되는 광은 가시 광, 즉 가시 스펙트럼 범위 내의 또는 근적외선 범위 내의, 예를 들면, 780 nm 내지 1000 nm의 범위 내의 광이다.

용어 광 빔은 일반적으로 특정한 방향으로 방출되는 및/또는 반사되는 광의 양을 지칭할 수 있다. 따라서, 광 빔은 광 빔의 전파 방향에 수직인 방향에서 미리 결정된 확장을 갖는 광선의 묶음일 수 있다. 바람직하게는, 광 빔은, 하나 이상의 가우스(Gaussian) 빔 파라미터, 예컨대 빔 웨이스트(beam waist), 레일레이(Rayleigh) 길이 또는 임의의 다른 빔 파라미터 또는 공간에서의 빔 전파 및/또는 빔 직경의 전개를 특성 묘사하기에 적합한 빔 파라미터의 조합 중 하나 이상에 의해 특성 묘사될 수 있는 하나 이상의 가우스 광 빔 예컨대 가우스 광 빔의 선형 조합일 수 있거나 또는 그들을 포함할 수 있다.

본원에서 사용될 때, 용어 "광선(ray)"은, 에너지 흐름의 방향을 가리키는 광의 파면에 수직인 라인을 일반적으로 지칭한다. 본원에서 사용될 때, 용어 "빔"은 광선의 집합체(collection)를 일반적으로 지칭한다. 하기에서, 용어 "광선" 및 "빔"은 동의어로서 사용될 것이다. 또한 본원에서 사용될 때, 용어 "광 빔"은 광의 양을, 구체적으로, 확산 각도 또는 확장 각도를 갖는 광 빔의 가능성을 비롯하여, 본질적으로 동일한 방향에서 이동하는 광의 양을 일반적으로 지칭한다. 광 빔은 공간 확장을 가질 수 있다. 구체적으로, 광 빔은 비 가우스 빔 프로파일을 가질 수 있다. 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일; 삼각형 빔 프로파일; 원추형 빔 프로파일로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 사다리꼴 빔 프로파일은 고원(plateau) 영역 및 적어도 하나의 에지 영역을 가질 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "빔 프로파일"은 광 빔의 횡단 강도 프로파일(transverse intensity profile)을 일반적으로 지칭한다. 빔 프로파일은, 특히 광 빔의 전파에 수직인 적어도 하나의 평면에서, 광 빔의 강도의 공간 분포일 수 있다. 광 빔은, 하기에서 더욱 상세하게 개설될 바와 같이, 구체적으로, 가우스 광 빔 또는 가우스 광 빔의 선형 조합일 수 있다. 그러나, 다른 실시형태도 실현 가능하다. 전달 디바이스는 빔 프로파일, 특히 빔 프로파일의 형상을 조정, 정의 및 결정하는 것 중 하나 이상을 위해 구성될 수 있다. 또한 본원에서 사용될 때, 광 스팟은 광 빔에 의한 물품, 영역 또는 오브젝트의 가시적인 또는 검출 가능한 원형 또는 비원형 조명을 일반적으로 지칭한다.

입사 광 빔은 오브젝트로부터 검출기를 향해 전파될 수 있다. 광 빔은 오브젝트로부터, 예컨대 오브젝트 및/또는 광 빔을 방출하는 오브젝트에 통합되는 또는 부착되는 적어도 하나의 조명 소스에 의해 발생될 수 있거나, 또는 상이한 조명 소스로부터, 예컨대 조명 소스로부터 직접적으로 또는 간접적으로 오브젝트를 조명하는 것으로부터 발생될 수 있는데, 여기서 광 빔은 오브젝트에 의해 반사되거나 또는 산란되고, 그에 의해, 적어도 부분적으로 검출기를 향해 지향된다. 한 예로서, 조명 소스는 외부 조명 소스, 검출기에 통합되는 조명 소스 또는 오브젝트에 부착되는 것, 오브젝트에 통합되는 것 또는 오브젝트에 의해 유지되는(held) 것 중 하나 이상인 비콘 디바이스에 통합되는 조명 소스 중 하나 이상일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 따라서, 검출기는 능동 및/또는 수동 조명 시나리오에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 조명 소스는, 예를 들면, 광 빔을 반사하는 오브젝트를 향해 광 빔을 지향시키는 것에 의해, 오브젝트를 조명하도록 적응될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 오브젝트는 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 및/또는 방출하도록 적응될 수 있다. 광원은 적어도 하나의 다중 빔 광원일 수 있거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 광원은 적어도 하나의 레이저 소스 및 하나 이상의 회절 광학 엘리먼트(diffractive optical element; DOE)를 포함할 수 있다. 조명 소스는 이색성 필터를 통해 오브젝트를 조명하도록 적응될 수 있다.

검출기는 오브젝트를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명 소스를 포함할 수 있다. 한 예로서, 조명 소스는 오브젝트를 조명하기 위한 조명 광 빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 검출기는, 조명 광 빔이 검출기의 광학 축을 따라 검출기로부터 오브젝트를 향해 전파되도록 구성될 수 있다. 이 목적을 위해, 검출기는 조명 광 빔을 광학 축 상으로 편향시키기 위한 적어도 하나의 반사 엘리먼트, 바람직하게는 적어도 하나의 프리즘을 포함할 수 있다.

구체적으로, 조명 소스는 적어도 하나의 레이저 및/또는 레이저 소스를 포함할 수 있다. 반도체 레이저와 같은 다양한 타입의 레이저가 활용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, LED 및/또는 전구와 같은 비 레이저(non-laser) 광원이 사용될 수 있다. 조명 소스는, 포인트의 클라우드를 생성하도록 및/또는 투영하도록 적응될 수 있는데, 예를 들면, 조명 소스는 적어도 하나의 디지털 광 프로세싱 프로젝터, 적어도 하나의 LCoS 프로젝터, 적어도 하나의 공간 광 변조기 중 하나 이상; 적어도 하나의 회절 광학 엘리먼트; 발광 다이오드의 적어도 하나의 어레이; 레이저 광원의 적어도 하나의 어레이를 포함할 수 있다. 조명 소스는 인공 조명 소스, 특히 적어도 하나의 레이저 소스 및/또는 적어도 하나의 백열 램프 및/또는 적어도 하나의 반도체 광원, 예를 들면, 적어도 하나의 발광 다이오드, 특히 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들면, 조명 소스에 의해 방출되는 광은 300 내지1000 nm, 특히 500 내지 1000 nm의 파장을 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적외선 스펙트럼 범위 내의 광은, 예컨대 780 nm 내지 3.0 ㎛의 범위 내에서 사용될 수 있다. 구체적으로, 실리콘 포토다이오드가 적용 가능한 근적외선 영역의 부분 내의, 구체적으로는 700 nm 내지 1000 nm의 범위 내의 광이 사용될 수 있다. 그들의 일반적으로 정의된 빔 프로파일 및 핸들링 가능성(handleability)의 다른 속성(property) 때문에, 조명 소스로서의 적어도 하나의 레이저 소스의 사용은 특히 바람직하다. 조명 소스는 검출기의 하우징에 통합될 수 있다.

조명 광 빔은 일반적으로 광학 축에 평행하거나 또는, 예를 들면, 광학 축과의 어떤 각도를 비롯하여, 광학 축에 대해 기울어질 수 있다. 한 예로서, 레이저 광 빔과 같은 조명 광 빔, 및 광학 축은 10° 미만, 바람직하게는 5° 미만 또는 심지어 2° 미만의 각도를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시형태도 실현 가능하다. 게다가, 조명 광 빔은 광학 축 상에 있을 수 있거나 또는 광학 축에서 벗어날 수 있다. 한 예로서, 조명 광 빔은 광학 축에 대해 10 mm 미만, 바람직하게는 광학 축에 대해 5 mm 미만, 또는 심지어 광학 축에 대해 1 mm 미만의 거리를 갖는 광학 축에 평행할 수 있거나 또는 심지어 광학 축과 일치할 수 있다.

본원에서 사용될 때, 표현 "광 빔은 적어도 하나의 파장을 갖는다"는 각각의 파장을 갖는 단색(monochromatic) 광 빔 및/또는 복수의 파장을 포함하는 광 빔을 지칭하는데, 여기서 적어도 하나의 부분은 각각의 파장을 갖는다. 검출기는 적어도 두 개의 상이한 파장을 갖는 적어도 하나의 광 빔을 사용하여 오브젝트를 조명하도록 구성되는 적어도 하나의 조명 소스를 포함할 수 있다. 예를 들면, 조명 소스는 적어도 두 개의 광원을 포함할 수 있는데, 여기서 제1 광원은 제1 파장을 갖는 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 구성될 수 있고, 제2 광원은 제1 파장과는 상이한 제2 파장을 갖는 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 조명 소스는 적어도 하나의 다중 파장 광원을 포함할 수 있다. 조명 소스는 상이한 파장을 갖는 광 빔을 선택적으로 생성하도록 구성되는 적어도 하나의 필터 엘리먼트를 포함할 수 있다. 조명 소스는 제1 파장을 갖는 광 빔 및 제2 파장을 갖는 광 빔을 상이한 주파수로 펄스화하도록(pulse) 구성될 수 있다.

광 빔의 제1 및 제2 파장은 상이할 수 있다. 구체적으로, 파장 사이의 차이, 특히 피크 대 피크 차이는 적어도 1 nm, 바람직하게는 적어도 10 nm, 더욱 바람직하게는 적어도 50 nm일 수 있다.

게다가, 조명 소스는 변조된 또는 변조되지 않은 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 복수의 조명 소스가 사용되는 경우, 상이한 조명 소스는, 광 빔을 구별하기 위해 사용될 수 있는 상이한 변조 주파수를 가질 수 있다. 조명 소스는 컬러 및/또는 변조 주파수와 같은 상이한 속성을 갖는 광을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 검출기는 적어도 하나의 변조 디바이스를 포함할 수 있다. 변조 디바이스는 두 개의 상이한 주파수에서 조명 소스에 의해 생성되는 적어도 하나의 광 빔을 변조하도록 구성될 수 있다. 변조 디바이스는 적어도 하나의 광원에 통합될 수 있고 및/또는 광원과는 독립적일 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 광원은, 그 자체로, 광 빔의 상기 언급된 변조를 생성하도록 적응될 수 있고, 및/또는 적어도 하나의 초퍼(chopper) 및/또는 변조된 투과도를 갖는 적어도 하나의 디바이스, 예컨대 적어도 하나의 전기 광학 디바이스 및/또는 적어도 하나의 음향 광학 디바이스와 같은 적어도 하나의 독립적인 변조 디바이스가 존재할 수 있다. 변조 디바이스는 LED의 드라이버 회로와 같은 조명 소스에 통합될 수 있다.

조명 소스는 이동 가능한 광원, 특히 자유롭게 이동 가능한 광원일 수 있다. 예를 들면, 조명 소스는 이동 가능한 레이저를 포함할 수 있는데, 여기서 레이저는, 구체적으로는, 광학 센서와 또는 검출기의 또 다른 광학 엘리먼트와 고정적으로 연결되지 않으며, 특히, 기계적으로 연결되지 않는다. 검출된 레이저 스팟은 레이저를 이동시키는 것에 의해 자동적으로 또는 수동적으로 제어될 수 있다. 예를 들면, 조명 소스는 비콘 디바이스일 수 있다. 비콘 디바이스는 수동으로 이동될 수 있고 광학 센서는 광원의 위치를 검출하도록 구성될 수 있다. 이동의 범위는 검출기 광학기기(detector optics)의 시야에 의해 횡방향(transversal direction)으로 제한될 수 있다. 종방향에서, 이동의 범위는 검출기의 측정 범위에 의존할 수 있다.

검출기는 적어도 하나의 전달 디바이스를 포함할 수 있다. "전달 시스템"으로도 또한 지칭되는 용어 "전달 디바이스"는, 예컨대, 광 빔의 빔 파라미터, 광 빔의 폭 또는 광 빔의 방향 중 하나 이상을 수정하는 것에 의해, 광 빔을 수정하도록 적응되는 하나 이상의 광학 엘리먼트를 일반적으로 지칭할 수 있다. 전달 디바이스는 광 빔을 광학 센서 상으로 유도하도록 적응될 수 있다. 전달 디바이스는 구체적으로 다음의 것 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 적어도 하나의 렌즈, 예를 들면, 적어도 하나의 초점 조정 가능 렌즈, 적어도 하나의 비구면 렌즈, 적어도 하나의 구면 렌즈, 적어도 하나의 프레넬(Fresnel) 렌즈로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 렌즈; 적어도 하나의 회절 광학 엘리먼트; 적어도 하나의 오목 미러; 적어도 하나의 빔 편향 엘리먼트, 바람직하게는 적어도 하나의 미러; 적어도 하나의 빔 분할 엘리먼트, 바람직하게는 빔 분할 큐브 또는 빔 분할 미러 중 적어도 하나; 적어도 하나의 다중 렌즈 시스템. 전달 디바이스는 독일 07745 Jena,

1 소재의 Grintech GmbH로부터 이용 가능한 GRIN 렌즈와 같은 적어도 하나의 그래디언트 인덱스(gradient index; GRIN) 렌즈를 포함할 수 있다. GRIN 렌즈는 연속적인 굴절 그래디언트, 예를 들면, 축 방향(axial) 및/또는 반경 방향(radial) 및/또는 구면(spherical) 굴절 그래디언트를 가질 수 있다. GRIN 렌즈의 f 수(f-number)는 렌즈 길이에 의존할 수 있다. GRIN 렌즈를 사용하는 것은, 특히 매우 얇은 광학을 사용하여 광학기기를 소형화하는 것을 허용할 수 있다. 예를 들면, 0.2 mm의 두께 또는 직경을 갖는 매우 얇은 광학기기가 가능할 수 있다. 전달 디바이스는, 예를 들면, 토러스 형태를 갖는 적어도 하나의 환형의 축 방향 렌즈(annular axial lens)를 포함할 수 있다. 환형의 축 방향 렌즈는 평면 볼록 형태, 예를 들면, 축 방향 및/또는 반경 방향 및/또는 구면 곡률을 가질 수 있다.

전달 디바이스는 오브젝트로부터 검출기로 전파되는 적어도 하나의 입사 광 빔에 응답하여 적어도 하나의 초점 거리를 갖는다. 본원에서 사용될 때, 용어 전달 디바이스의 "초점 거리(focal length)"는, 전달 디바이스에 충돌할 수 있는 입사 시준 광선(incident collimated ray)이, "초점 포인트(focal point)"으로 또한 표시될 수 있는 "초점(focus)"으로 이동되는 거리를 지칭한다. 따라서, 초점 거리는, 충돌하는 광 빔을 수렴시키는 전달 디바이스의 능력의 척도를 구성한다. 따라서, 전달 디바이스는, 수렴 렌즈의 효과를 가질 수 있는 하나 이상의 이미징 엘리먼트를 포함할 수 있다. 한 예로서, 전달 디바이스는 하나 이상의 렌즈, 특히 하나 이상의 굴절 렌즈, 및/또는 하나 이상의 볼록 미러를 가질 수 있다. 이 예에서, 초점 거리는, 얇은 굴절 렌즈의 중심으로부터 얇은 렌즈의 주 초점 포인트까지의 거리로서 정의될 수 있다. 볼록 렌즈 또는 양면 볼록의 얇은 렌즈와 같은 수렴성의 얇은 굴절 렌즈의 경우, 초점 거리는 양의 값인 것으로 간주될 수 있고, 전달 디바이스로서의 얇은 렌즈에 충돌하는 시준된 광의 빔이 단일의 스팟으로 포커싱될 수 있는 거리를 제공할 수 있다. 추가적으로, 전달 디바이스는 적어도 하나의 파장 선택 엘리먼트, 예를 들면, 적어도 하나의 광학 필터를 포함할 수 있다. 추가적으로, 전달 디바이스는, 예를 들면, 센서 영역(sensor region) 및 특히 센서 영역(sensor area)의 위치에서 전자기 방사선에 대한 미리 정의된 빔 프로파일에 영향을 주도록 설계될 수 있다. 전달 디바이스의 상기 언급된 옵션 사항의 실시형태는, 원칙적으로, 개별적으로 또는 임의의 소망되는 조합으로 실현될 수 있다.

전달 디바이스, 특히 초점 거리 및 개구수(numerical aperture; NA)는 측정 애플리케이션에 따라 선택될 수 있다. 이것은 더 짧은 측정 간격에서 더 높은 다이나믹 레인지를 또는 더 큰 측정 간격에서 더 낮은 다이나믹 레인지를 달성하는 것을 허용할 수 있다. 전달 디바이스는 0.1과 1.0 사이, 바람직하게는 0.2와 0.9 사이, 더욱 바람직하게는 0.3과 0.8 사이의 개구수를 가질 수 있다.

전달 디바이스는 광 빔의 전파의 방향을 조정하도록 및/또는 변경하도록 적응될 수 있다. 전달 디바이스는 적어도 하나의 광학 축을 포함할 수 있다. 전달 디바이스는 오브젝트로부터 검출기로 전파되는 광 빔에 영향을 끼치도록, 예를 들면, 방향을 전환하도록 적응될 수 있다. 특히, 전달 디바이스는 광 빔의 전파의 방향을 조정하도록 적응될 수 있다. 전달 디바이스는 전달 디바이스의 광학 축과 관련하여 전파의 각도를 조정하도록 및/또는 생성하도록 적응될 수 있다. 전파의 각도는 전달 디바이스의 광학 축과 오브젝트로부터 검출기로 전파되는 광 빔의 전파의 방향 사이의 각도일 수 있다. 전달 디바이스를 사용하지 않으면, 광 빔의 전파의 각도는, 광 빔이 생성되었던 오브젝트의 속성, 예컨대 표면 속성 및/또는 재료 속성에 주로 의존할 수 있다. 전달 디바이스는, 전파의 각도가 오브젝트의 표면 속성과는 독립적이도록 전파의 각도를 조정하도록 및/또는 생성하도록 적응될 수 있다. 전달 디바이스는 광 빔의 전파의 방향의 각도 의존성을 보강하도록 및/또는 증폭하도록 적응될 수 있다. 이론에 구속되기를 원치 않으면서, 오브젝트에 의해 생성되는 광 빔은 오브젝트로부터 검출기로 전파될 수 있으며 0°, 즉 광학 축으로부터, 오브젝트 상의 산란의 원점 대 전달 디바이스의 에지에 의해 정의될 수 있는 임의의 각도(X)까지의 각도 범위 하에서 전달 디바이스에 충돌할 수 있다. 전달 디바이스가 포커싱 속성을 포함할 수 있기 때문에, 전달 디바이스를 통과한 이후의 각도 범위는 원래의 각도 범위와는 크게 상이할 수 있다. 예를 들면, 광학 축에 평행하게 충돌하는 광 빔은 초점 포인트 또는 초점에 포커싱될 수 있다. 전달 디바이스의 초점 속성에 따라, 전달 디바이스에 충돌하기 이전에 및 전달 디바이스를 통과한 이후의 각도 의존성은 반전될 수 있다. 전달 디바이스는 파 필드(far field)의 경우, 즉, 오브젝트가 원거리에 배열되는 경우, 각도 의존성을 증폭하도록 적응될 수 있는데, 여기서 광 빔은 본질적으로 광학 축에 평행하게 전파되고 있다. 일반적으로, 전달 디바이스를 사용하지 않으면, 각도 의존성은 니어 필드 영역(near field region)에서 가장 클 수 있다. 니어 필드에서, 신호는 일반적으로 파 필드 신호와 비교하여 더 강할 수 있다. 따라서, 파 필드에서 각도 의존성을 증폭시키는 전달 디바이스에 기인하는 니어 필드에서의 더 작은 각도 의존성은, 니어 필드에서의 일반적으로 더 나은 신호 대 노이즈 비율에 의해, 및/또는 넌제로 베이스라인에 기인하는 거리 의존적 스팟 이동과 같은 추가적인 니어 필드 속성을 사용하는 것에 의해, 적어도 부분적으로 보상될 수 있다.

전달 디바이스는 광학 축을 가질 수 있다. 특히, 검출기 및 전달 디바이스는 공통 광학 축을 갖는다. 본원에서 사용될 때, 용어 "전달 디바이스의 광학 축"은 렌즈 또는 렌즈 시스템의 미러 대칭 또는 회전 대칭의 축을 일반적으로 지칭한다. 검출기의 광학 축은 검출기의 광학적 셋업의 대칭의 라인일 수 있다. 검출기는 적어도 하나의 전달 디바이스, 바람직하게는 적어도 하나의 렌즈를 갖는 적어도 하나의 전달 시스템을 포함한다. 전달 시스템은, 한 예로서, 적어도 하나의 빔 경로를 포함할 수 있는데, 빔 경로에 있는 전달 시스템의 엘리먼트는 회전 방식으로 배열되어 위치되거나 또는 심지어 광학 축에 대해 대칭 양식으로 위치된다. 여전히, 하기에서 더욱 상세하게 또한 개설될 바와 같이, 빔 경로 내에 위치되는 하나 이상의 광학 엘리먼트는 또한 광학 축에 대해 중심에서 벗어날 수 있거나 또는 기울어질 수 있다. 그러나, 이 경우, 광학 축은, 예컨대 빔 경로에서 광학 엘리먼트의 중심을 상호 연결하는(interconnecting) 것에 의해, 예를 들면, 렌즈의 중심을 상호 연결하는 것에 의해 순차적으로서 정의될 수 있는데, 여기서, 이러한 맥락에서, 광학 센서는 광학 엘리먼트로서 간주되지 않는다. 광학 축은 일반적으로 빔 경로를 나타낼 수 있다. 거기에서, 검출기는 광 빔이 오브젝트로부터 광학 센서로 이동할 수 있는 단일의 빔 경로를 가질 수 있거나, 또는 복수의 빔 경로를 가질 수 있다. 한 예로서, 단일의 빔 경로가 제공될 수 있거나 또는 빔 경로가 두 개 이상의 부분 빔 경로로 분할될 수 있다. 후자의 경우, 각각의 부분 빔 경로는 자기 자신의 광학 축을 가질 수 있다. 전달 디바이스는 상당한 질량의 C, Si 또는 Ca, 바람직하게는 적어도 20 질량 %의 C, Si 또는 Ca, 더욱 바람직하게는 적어도 27 %의 C, Si 또는 Ca를 포함할 수 있다.

전달 디바이스는 좌표 시스템을 구성할 수 있는데, 여기서 종방향 좌표(l)는 광학 축을 따르는 좌표이고, d는 광학 축으로부터의 공간 오프셋이다. 좌표 시스템은, 전달 디바이스의 광학 축이 z 축을 형성하고 z 축으로부터의 거리 및 극각(polar angle)이 추가적인 좌표로서 사용될 수 있는 극 좌표 시스템(polar coordinate system)일 수 있다. z 축에 평행한 또는 반평행한 방향은 종방향으로 간주될 수 있고, z 축을 따르는 좌표는 종방향 좌표로 간주될 수 있다. z 축에 수직인 임의의 방향은 횡방향으로 간주될 수 있고, 극 좌표 및/또는 극각은 횡방향 좌표로 간주될 수 있다.

본원에서 사용될 때, 용어 "이색성 필터"는 광학 컬러 필터, 특히 간섭 컬러 필터를 지칭한다. 이색성 필터는 파장 의존 및 각도 의존 투과 스펙트럼을 가질 수 있다. 제1 면, 예를 들면, 이색성 필터의 표면에 충돌하는 전자기파는, 이색성 필터의 속성에 따라, 부분적으로 흡수 및/또는 반사 및/또는 투과될 수 있다. 이색성 필터에 충돌하는 전자기파의 총 전력은 적어도 세 개의 성분, 즉, 흡수 성분, 반사 성분 및 투과 성분으로 이색성 필터에 의해 분배될 수 있다. 투과의 정도는 이색성 필터에 충돌하는 전자기파의 총 전력에 의해 정규화되는 투과 성분의 전력으로서 정의될 수 있다. 흡수의 정도는 이색성 필터에 충돌하는 전자기파의 총 전력에 의해 정규화되는 흡수 성분의 전력으로서 정의될 수 있다. 반사의 정도는 이색성 필터에 충돌하는 전자기파의 총 전력에 의해 정규화되는 반사 성분의 전력으로서 정의될 수 있다. 용어 "흡수"는 이색성 필터에 의한 입사 광 빔의 전력 및/또는 강도의 감소를 지칭한다. 본원에서 사용될 때, 용어 "투과"는 광학 축과 관련하여 90° 이상으로부터의 각도를 가지고 절반 공간에서 이색성 필터 외부에서 측정 가능한 전자기파의 부분을 지칭한다. 예를 들면, 투과는 이색성 필터의 제1 면에 충돌하고, 이색성 필터를 관통하고 제2 면, 예를 들면, 반대쪽 면에서 이색성 필터를 떠나는 전자기파의 나머지 부분일 수 있다. 용어 "반사"는 광학 축과 관련하여 90° 미만의 각도를 가지고 절반 공간에서 이색성 필터 외부에서 측정 가능한 전자기파의 부분을 지칭한다. 예를 들면, 반사는 이색성 필터와의 상호 작용에 기인하는 입사 광 빔의 파면의 방향에서의 변화일 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "투과"는 또한, 복사 에너지, 특히 이색성 필터를 통해 투과되는 입사 광 빔의 입사 전자기 전력의 일부를 투과시킴에 있어서의 이색성 필터의 유효성을 지칭한다. 본원에서 사용될 때, 용어 "투과 스펙트럼"은 파장의 함수로서의 투과를 지칭한다. 본원에서 사용될 때, 용어 "파장 의존 투과 스펙트럼"은 상이한 파장의 광을 선택적으로 필터링하는 이색성 필터의 속성을 지칭한다. 이색성 필터는, 제1 파장을 갖는 광이 이색성 필터를 통과하게 하도록 그리고 제2 파장을 갖는 광을 필터링하도록 구성될 수 있다. 비투과 파장은 대부분 필터링될 수 있다.

이색성 필터는 높은 각도 의존성을 갖는 간섭 필터(interference filter)일 수 있다. 각도 의존성은 컷 온/컷 오프 파장, 특히 필터의 컷 온 또는 컷 오프 파장과 관련하여 정의될 수 있는데, 여기서 필터의 투과는 투명에서 불투명으로 전환된다. 컷 온/컷 오프 파장은, 투과 곡선이 평균 불투명 및 평균 투명 투과 계수의 평균 값에 있는 파장으로서 정의될 수 있다. 각도 의존성은, 광학 축에 직교하는 축을 중심으로 광학 축에 직교하는 평면 밖으로 필터를 30°만큼 회전시킬 때 컷 온/또는 컷 오프 파장의 시프트로서 정의될 수 있다. 이색성 필터는 5 nm/30°에서부터 최대 100 nm/30°까지의, 바람직하게는 7 nm/30°에서부터 최대 80 nm/30°까지의, 더욱 바람직하게는 9 nm/30°에서부터 50 nm/30°까지의 각도 의존성을 가질 수 있다. 대조적으로, 광학기기 애플리케이션에서 통상적으로, 낮은 각도 의존성을 갖는, 바람직하게는, 각도 의존성이 없는 간섭 필터가 사용되고 요구된다.

이색성 필터는, 직교 입사각을 위해 특별히 설계되는 평면 기판, 예를 들면, 유리 상의 간섭 필터일 수 있다. 다양한 입사각은 다양한 투과 속성으로 이어질 수 있다. 각도 의존성은 광학 축을 중심으로 방사상 대칭일 수 있다. 대조적으로, 이색성 미러(dichroic mirror)를 비롯한 빔 스플리터는, 대부분의 경우 45°인 비 직교 입사각을 위해 설계된다. 설계 각도 이외의 입사각은 스펙트럼 특성의 변화뿐만 아니라, 또한 반사 및 투과 각도에서의 변화를 초래한다. 게다가, 각도 의존 투과는 광학 축과 관련하여 방사상 대칭이 아니다. 일반적으로, 이색성 미러는 상이한 파장에 대한 빔 스플리터이다. 그들은 특정한 파장 영역을 반사하고 다른 영역을 투과시킨다. 대조적으로, 본 발명은 측정을 위해 적어도 두 개의 파장을 사용하고 단일의 검출기와 함께 작동할 수 있다. 빔 분할은 파장 둘 모두를 캡쳐하기 위해 하나보다 더 많은 검출기를 필요로 하며, 다수의 검출기와 관련되는 부피가 큰 구성 및 추가적인 비용, 등등을 고려하면, 특히 불리하다. 또한, 본 발명은 선택된 파장에 대한 변화하는 입사각에 따라 간섭 필터의 다양한 투과 피쳐를 사용한다. 다양한 입사각을 갖는 이색성 미러에서의 다양한 반사 및 투과 각도는 비대칭 효과로 이어질 것이다. 따라서, 방사 대칭이 필수적인 측정, 예를 들면, 3 차원 좌표 시스템에서 활성 타겟의 추적에 대해 이색성 미러가 활용될 수 없다.

이색성 필터는 롱 패스(long-pass), 숏 패스(short-pass), 대역 통과(band-pass) 또는 노치 필터 중 하나로서 활용될 수 있다. 유리하게는, 생산 기술에 기인하여, 높은 각도 의존성을 갖는 간섭 필터가 고온 안정성을 가지고 생산될 수 있다. 이색성 필터는, 컷 온 및/또는 컷 오프 슬로프의 가파르기, 및 각도 의존성을 변경하는 것에 의해 애플리케이션을 추적하는 데 최적화될 수 있다. 이색성 필터는, 예를 들면, 대역 통과 또는 노치 필터의 컷 온 및 컷 오프 파장을 적절히 선택하는 것에 의해, 입사각의 함수로서 파장 둘 모두에 대해 필터의 투과 속성이 변경되도록 설계될 수 있다. 이색성 필터는, 예를 들면, 에지 필터의 컷 파장(cut-wavelength)을 적절하게 선택하는 것에 의해, 하나의 파장의 투과 속성이 다양한 입사각에 따라 변하고, 한편 다른 파장에 대한 투과 속성이 동일하게 유지되도록 설계될 수 있다. 이색성 필터는, 증가하는 거리에 대응하여, 증가하는 입사각에 따라 제1 파장에 대한 필터의 투과가 증가하고, 한편 제2 파장에 대한 투과가 높게 그리고 동일하게 유지되도록 설계될 수 있다. 따라서, 광 강도가 작은 더 먼 거리에서, 파장 둘 모두에 대해 최대 투과가 달성될 수 있다. 이색성 필터는 광학 축에 직교하도록 또는 본질적으로 직교하도록 배열될 수 있다. 이색성 필터는 전달 디바이스에 평행하게 또는 본질적으로 평행하게 배열될 수 있다.

이색성 필터는 각도 의존 투과 스펙트럼을 가질 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "각도 의존 투과 스펙트럼"은, 입사 광 빔이 이색성 필터에 충돌하는 입사각에 이색성 필터의 투과가 의존한다는 사실을 지칭한다. 예를 들면, 투과의 정도는, 오브젝트로부터 검출기를 향해 전파되는 입사 광 빔이 이색성 필터에 충돌하는 입사각에 의존할 수 있다. 입사각은 이색성 필터의 광학 축과 관련하여 측정될 수 있다. 이색성 필터는 전달 디바이스 후방에서 전파의 방향으로 배열될 수 있다. 이색성 필터 및 전달 디바이스는 오브젝트로부터 검출기로 전파되는 광 빔이 이색성 필터에 충돌하기 이전에 전달 디바이스를 통과하도록 배열될 수 있다. 이색성 필터는, 오브젝트로부터 검출기로 전파되는 광 빔이 전달 디바이스와 전달 디바이스의 초점 포인트 사이에서 이색성 필터에 충돌하도록 그렇게 배열될 수 있다. 적어도 하나의 전달 디바이스의 사용은 종방향 좌표 측정의 견고성을 더욱 향상시키는 것을 허용한다. 전달 디바이스는, 예를 들면, 적어도 하나의 시준 렌즈(collimating lens)를 포함할 수 있다. 이색성 필터는, 더 작은 각도를 가지고 충돌하는 광선과 비교하여 더 큰 각도를 가지고 충돌하는 광선을 약화시키도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 투과의 정도는 광학 축에 평행한, 즉 0°의 광선에 대해 가장 높을 수 있고, 더 높은 각도에 대해 감소할 수 있다. 특히, 적어도 하나의 컷 오프 각도에서 투과의 정도는 급격히 제로로 떨어질 수 있다. 따라서, 큰 입사각을 갖는 광선은 컷 오프될 수 있다.

예를 들면, 이색성 필터는, 투과의 각도 또는 투과 파장 범위 하에서 광 빔이 이색성 필터에 충돌하면 광 빔이 통과할 수 있도록 하는 그리고 이탈(deviating) 입사각 또는 파장 범위 하에서 광 빔이 충돌하면 광 빔이 필터링되도록 하는 투과 스펙트럼을 가질 수 있다. 예를 들면, 광 빔이 이색성 필터의 광학 축에 본질적으로 평행하게 충돌하는 경우, 광 빔은 이색성 필터를 통과할 수 있고, 이탈 입사각 하에서 광 빔이 충돌하는 경우, 광 빔은 필터링될 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "이색성 필터의 광학 축에 본질적으로 평행한"은, 예를 들면, ±5° 이하의 공차, 바람직하게는 ±3° 이하의 공차, 더욱 바람직하게는 ±1° 이하의 공차를 갖는 평행한 방위의 조건을 지칭한다. 0°의 입사각은 광학 축에 평행한 것을 지칭한다.

상기에서 개설되는 바와 같이, 이색성 필터의 투과 스펙트럼은 파장 의존적일 수 있고 각도 의존적일 수 있다. 예를 들면, 투과 스펙트럼은, 광 빔이 이색성 필터의 광학 축에 본질적으로 평행하게 충돌하는 경우 제1 파장을 갖는 광 빔이 통과할 수 있도록, 한편 광 빔이 더 큰 각도 하에서, 예를 들면, 30° 하에서 충돌하는 경우 제2 파장을 갖는 광 빔이 이색성 필터를 통과할 수 있도록 선택될 수 있다. 전달 디바이스 및 이색성 필터는, 오브젝트로부터 검출기로 전파되는 광 빔이 이색성 필터에 충돌하기 이전에 전달 디바이스를 통해 전파되도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 니어필드로 또한 지칭되는 전달 디바이스의 초점 포인트에 가까운 오브젝트의 경우, 전달 디바이스 뒤의 광 빔은 대부분 광학 축에 평행하고 제1 투과 스펙트럼이 이색성 필터에서 광 빔에 적용될 수 있다, 예를 들면, 제1 파장은 통과할 수 있고 반면 제2 파장은 대부분 필터링될 수 있다. 예를 들면, 파필드로 또한 지칭되는 원거리 오브젝트의 경우, 광 빔은 전달 디바이스의 광학 축에 본질적으로 평행하게 전달 디바이스에 도달할 것이고 전달 디바이스 뒤의 초점 포인트를 향해 포커싱될 것이다. 따라서, 이들 광 빔은 이색성 필터의 광학 축에 대해 더 큰 각도를 가질 수 있고, 상이한 투과 스펙트럼이 이색성 필터에서 광 빔에 적용될 수 있다, 예를 들면, 제2 파장은 통과할 수 있고, 반면 제1 파장은 대부분 필터링될 수 있다.

이색성 필터는, 오브젝트로부터 검출기로 전파되는 입사 광 빔의 전파의 방향에서 전달 디바이스 뒤에 배열될 수 있다. 이색성 필터 및 전달 디바이스는 오브젝트로부터 검출기로 전파되는 광 빔이 이색성 필터에 충돌하기 이전에 전달 디바이스를 통과하도록 배열될 수 있다. 전달 디바이스 및 이색성 필터는 공간적으로 분리되어 배열될 수 있다, 예를 들면, 광학 축에 수직인 방향으로 변위될 수 있다. 이색성 필터는, 오브젝트로부터 검출기로 전파되는 광 빔이 전달 디바이스와 전달 디바이스의 초점 포인트 사이에서 이색성 필터에 충돌하도록 그렇게 배열될 수 있다. 예를 들면, 전달 디바이스와 오브젝트로부터 검출기로 전파되는 광 빔이 이색성 필터에 충돌하는 위치 사이의 거리는, 초점 거리의 적어도 20 %, 더욱 바람직하게는 초점 거리의 적어도 50 %, 가장 바람직하게는, 초점 거리의 적어도 80 %일 수 있다.

본원에서 사용되는 바와 같이, "광학 센서"는, 광 빔을 검출하기 위한, 예컨대 적어도 하나의 광 빔에 의해 생성되는 조명 및/또는 광 스팟을 검출하기 위한 감광 디바이스를 일반적으로 지칭한다. 본원에서 또한 사용되는 바와 같이, "감광 영역"은, 적어도 하나의 광 빔에 의해 외부에서 조명될 수 있고, 그 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호가 생성되는 광학 센서의 영역을 일반적으로 지칭한다. 감광 영역은, 구체적으로, 광학 센서의 표면 상에 위치될 수 있다. 그러나, 다른 실시형태도 실현 가능하다. 따라서, 용어 "광학 센서"는, 더구나, 하나의 출력 신호를 생성하도록 구성되는 감광 디바이스를 지칭하고, 반면, 본원에서, 두 개 이상의 출력 신호를 생성하도록 구성되는 감광 디바이스, 예를 들면, 적어도 하나의 CCD 및/또는 CMOS 디바이스는 두 개 이상의 광학 센서로 지칭된다.

본원에서 또한 사용되는 바와 같이, "센서 신호"는 광 빔에 의한 조명에 응답하여 광학 센서에 의해 생성되는 신호를 일반적으로 지칭한다. 구체적으로, 센서 신호는 적어도 하나의 아날로그 전기 신호 및/또는 적어도 하나의 디지털 전기 신호와 같은 적어도 하나의 전기 신호일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 센서 신호는 적어도 하나의 전압 신호 및/또는 적어도 하나의 전류 신호일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 센서 신호는 적어도 하나의 광전류(photocurrent)를 포함할 수 있다. 게다가, 원시(raw) 센서 신호가 사용될 수 있거나, 또는 검출기, 광학 센서 또는 임의의 다른 엘리먼트가 센서 신호를, 필터링 또는 등등에 의한 사전 프로세싱과 같이, 프로세싱 또는 사전 프로세싱하도록 적응될 수 있고, 그에 의해, 센서 신호로서 또한 사용될 수 있는 이차 센서 신호를 생성할 수 있다.

감광 영역은 오브젝트를 배향될 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "오브젝트를 향해 배향된다"는, 감광 영역의 각각의 표면이 오브젝트로부터 완전히 또는 부분적으로 보이는 상황을 일반적으로 지칭한다. 구체적으로, 오브젝트의 적어도 하나의 포인트와 감광 영역의 적어도 하나의 포인트 사이의 적어도 하나의 상호 연결 라인은, 감광 영역의 표면 엘리먼트와, 0°와는 상이한 각도, 예컨대 20° 내지 90°, 바람직하게는 80 내지 90°의 범위 내의 각도 예컨대 90°를 형성할 수 있다. 따라서, 오브젝트가 광학 축 상에 또는 광학 축에 가깝게 위치되는 경우, 오브젝트로부터 검출기를 향해 전파되는 광 빔은 본질적으로 광학 축에 평행할 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "본질적으로 수직인"은, 예를 들면, ±20°이하의 공차, 바람직하게는 ±10°이하의 공차, 더욱 바람직하게는 ±5°이하의 공차를 갖는 수직 방위의 조건을 지칭한다. 유사하게, 용어 "본질적으로 평행한"은, 예를 들면, ±20° 이하의 공차, 바람직하게는 ±10° 이하의 공차, 더욱 바람직하게는 ±5° 이하의 공차를 갖는 평행한 방위의 조건을 지칭한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 감광 영역 중 적어도 하나는 오브젝트를 향하는 방위와는 상이하게 배향될 수 있다. 예를 들면, 광학 센서는 광학 축에 대해 그리고 오브젝트와 관련하여 수직으로 또는 임의의 각도 하에서 배향될 수 있다. 이색성 필터는, 광 빔이 감광 영역에 충돌하게끔 광 빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 감광 영역이 광학 축과 관련하여 임의의 각도 하에서 배향되는 경우, 검출기는 광 빔을 감광 영역 상으로 안내하도록 구성되는 적어도 하나의 광학 엘리먼트를 포함할 수 있다. 이색성 필터는 본질적으로 감광 영역에 평행하게 배열될 수 있다.

광학 센서는 자외선, 가시광선 또는 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상에서 감응할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 500 nm에서부터 780 nm까지의, 가장 바람직하게는 650 nm 내지 750 nm까지의, 또는 690 nm 내지 700 nm까지의 가시 스펙트럼 범위에서 감응할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 근적외선 영역에서 감응할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 근적외선 영역의 부분에서 감응할 수 있는데, 여기서 실리콘 포토다이오드는, 구체적으로, 700 nm 내지 1000 nm까지의 범위에서 적용 가능하다. 광학 센서는, 구체적으로, 적외선 스펙트럼 범위에서, 구체적으로, 780 nm 내지 3.0 마이크로미터까지의 범위에서 감응할 수 있다. 예를 들면, 광학 센서는, 포토다이오드, 포토셀, 포토컨덕터, 포토트랜지스터 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 엘리먼트일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 임의의 다른 타입의 감광성 엘리먼트가 사용될 수 있다. 하기에서 더욱 상세하게 개설되는 바와 같이, 감광성 엘리먼트는, 일반적으로, 전체적으로 또는 부분적으로 무기 재료로 제조될 수 있고 및/또는 전체적으로 또는 부분적으로 유기 재료로 제조될 수 있다. 가장 일반적으로, 하기에서 더욱 상세하게 개설될 바와 같이, 하나 이상의 포토다이오드, 예컨대, 상업적으로 이용 가능한 포토다이오드, 예를 들면, 무기 반도체 포토다이오드가 사용될 수 있다.

광학 센서는, 구체적으로, 반도체 센서, 바람직하게는 무기 반도체 센서, 더욱 바람직하게는 포토다이오드, 그리고 가장 바람직하게는 실리콘 포토다이오드일 수 있다. 따라서, 본 발명은 상업적으로 이용 가능한 무기 포토다이오드, 즉 하나의 소형 포토다이오드와 하나의 대면적 포토다이오드를 사용하는 것에 의해 간단하게 실현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 셋업은 저렴하고 값싼 양식으로 실현될 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는, 적외선 스펙트럼 범위, 바람직하게는 780 nm 내지 3.0 마이크로미터 범위에서 감응하고, 및/또는 가시 스펙트럼 범위, 바람직하게는 380 nm 내지 780 nm의 범위에서 감응하는 무기 포토다이오드일 수 있거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 근적외선 영역의 부분에서 감응할 수 있는데, 여기서 실리콘 포토다이오드는, 구체적으로, 700 nm 내지 1000 nm까지의 범위에서 적용 가능하다. 광학 센서에 대해 사용될 수 있는 적외선 광학 센서는, 독일 D-67056 Ludwigshafen am Rhein 소재의 trinamiX GmbH로부터의 브랜드명 Hertzstueck™ 하에서 상업적으로 이용 가능한 적외선 광학 센서와 같은, 상업적으로 이용 가능한 적외선 광학 센서일 수 있다. 따라서, 한 예로서, 광학 센서는, 내인성 광기전 타입(intrinsic photovoltaic type)의 적어도 하나의 광학 센서, 더 바람직하게는, Ge 포토다이오드, InGaAs 포토다이오드, 확장된 InGaAs 포토다이오드, 및 InAs 포토다이오드, InSb 포토다이오드, HgCdTe 포토다이오드:로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 반도체 포토다이오드를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 광학 센서는, 외인성 광기전 타입(extrinsic photovoltaic type)의 적어도 하나의 광학 센서, 더욱 바람직하게는 다음의 것으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 반도체 포토다이오드를 포함할 수 있다: Ge:Au 포토다이오드, Ge:Hg 포토다이오드, Ge:Cu 포토다이오드, Ge:Zn 포토다이오드, Si:Ga 포토다이오드, Si:As 포토다이오드. 추가적으로 또는 대안적으로, 광학 센서는, PbS 또는 PbSe 센서, 볼로미터(bolometer), 바람직하게는 VO 볼로미터 및 비정질 Si 볼로미터로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 볼로미터와 같은 적어도 하나의 광전도성 센서를 포함할 수 있다. 광학 센서는 불투명하거나, 투명하거나 또는 반투명할 수 있다. 그러나, 간략화를 위해, 이들 불투명 센서가 일반적으로 널리 상업적으로 이용 가능하기 때문에, 광 빔에 대해 투명하지 않은 불투명 센서가 사용될 수 있다. 광학 센서는 구체적으로 단일의 감광 영역을 갖는 균일한 센서일 수 있다. 따라서, 광학 센서는 구체적으로 픽셀화되지 않은(non-pixelated) 광학 센서일 수 있다.

또한 본원에서 사용될 때, 용어 "평가 디바이스"는, 바람직하게는 적어도 하나의 데이터 프로세싱 디바이스를 사용하는 것에 의해, 더 바람직하게는, 적어도 하나의 프로세서 및/또는 적어도 하나의 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit)를 사용하는 것에 의해, 지정된 동작을 수행하도록 구성되는 임의의 디바이스를 일반적으로 지칭한다. 따라서, 한 예로서, 적어도 하나의 평가 디바이스는 다수의 컴퓨터 커맨드를 포함하는 소프트웨어 코드를 저장한 적어도 하나의 데이터 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있다. 평가 디바이스는 지정된 동작 중 하나 이상을 수행하기 위한 하나 이상의 하드웨어 엘리먼트를 제공할 수 있고 및/또는 지정된 동작 중 하나 이상을 수행하기 위해 소프트웨어가 실행되는 하나 이상의 프로세서를 제공할 수 있다.

평가 디바이스는, 적어도 하나의 제1 파장을 갖는 광 빔에 의한 조명에 응답하여 생성되는 제1 센서 신호 및 적어도 하나의 제2 파장을 갖는 광 빔에 의한 조명에 응답하여 생성되는 제2 센서 신호를 결정하도록 구성된다. 상기에서 개설되는 바와 같이, 제1 파장 및 제2 파장을 갖는 광 빔은 상이한 주파수를 가지고 생성되거나 또는 펄스화될 수 있고 및/또는 후속하여 생성될 수 있고 및/또는 상이한 변조 주파수를 가지고 변조될 수 있다. 평가 디바이스는 제1 및 제2 센서 신호로부터의 결합된 신호(∧)를 평가하는 것에 의해 오브젝트의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성된다. 본원에서 사용될 때, 용어 "결합된 신호(∧)"는 제1 및 제2 센서 신호를 결합하는 것에 의해, 특히 제1 및 제2 센서 신호를 분할하는 것, 제1 및 제2 센서 신호의 배수를 분할하는 것 또는 제1 및 제2 센서 신호의 선형 조합을 분할하는 것 중 하나 이상에 의해 생성되는 신호를 지칭한다. 특히, 결합된 신호(∧)는 몫 신호일 수 있다. 결합된 신호(∧)는 다양한 수단을 사용하는 것에 의해 결정될 수 있다. 예로서, 결합된 신호를 유도하기 위한 소프트웨어 수단, 결합된 신호를 유도하기 위한 하드웨어 수단, 또는 둘 모두가 사용될 수 있고 평가 디바이스에서 구현될 수 있다. 따라서, 평가 디바이스는, 한 예로서, 적어도 하나의 분할기(divider)를 포함할 수 있는데, 여기서 분할기는 몫 신호를 유도하도록 구성된다. 분할기는 소프트웨어 분할기 또는 하드웨어 분할기 중 하나 또는 둘 모두로서 완전히 또는 부분적으로 구체화될 수 있다. 평가 디바이스는 제1 및 제2 센서 신호를 분할하는 것, 제1 및 제2 센서 신호의 배수를 분할하는 것, 제1 및 제2 센서 신호의 선형 조합을 분할하는 것 중 하나 이상에 의해 결합된 신호(∧)를 유도하도록 구성될 수 있다. 평가 디바이스는 제1 센서 신호의 제1 방사 강도(radiant intensity) 및 제2 센서 신호의 제2 방사 강도를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 디바이스는 결합된 신호(∧)를 유도하기 위해 제1 방사 강도 및 제2 방사 강도의 비율을 결정하도록 구성될 수 있다. 정규화된 방사 강도의 비율과 같은 다른 결합된 또는 몫 신호가 실현 가능하다. 따라서, 이색성 필터를 통과한 적어도 두 개의 파장 사이의 관계는 오브젝트와 광학 센서 사이의 거리에 의존한다. 단일의 광학 센서만이 필요로 된다. 검출기는, 이중 셀(bi-cell), 분할 전극 PSD 또는 사분면 다이오드의 부분 다이오드, 및/또는 CMOS 센서와 같은 복수의 광학 센서를 포함할 수 있다. 이 경우, 결합된 신호(∧)를 결정하기 위해, 평가 디바이스는, 광학 센서의 신호의 합 신호와 같은 완전한 광 스팟을 광학 센서 상에서 결정할 수 있다. 대안적으로, 결합된 신호(∧)를 결정하기 위해, 평가 디바이스는 제1 및 제2 센서 신호에 대해 동일한 센서 영역에 의해 생성되는 신호를 사용될 수 있다.

오브젝트의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하는 것을 비롯한 상기 언급된 동작은 적어도 하나의 평가 디바이스에 의해 수행된다. 따라서, 한 예로서, 상기 언급된 관계 중 하나 이상은, 예컨대 하나 이상의 룩업 테이블을 구현하는 것에 의해, 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 따라서, 한 예로서, 평가 디바이스는, 오브젝트의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하기 위해, 상기 언급된 평가를 수행하도록 구성되는 하나 이상의 프로그래머블 디바이스, 예컨대 하나 이상의 컴퓨터, 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit; ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array; FPGA), 또는 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP)를 포함할 수 있다. 그러나, 추가적으로 또는 대안적으로, 평가 디바이스는 또한 하드웨어에 의해 완전히 또는 부분적으로 구체화될 수 있다.

검출기는 하나 이상의 추가적인 광학 엘리먼트와 같은 하나 이상의 추가적인 엘리먼트를 더 포함할 수 있다. 게다가, 검출기는 적어도 하나의 하우징에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다.

결합된 신호(∧)를 사용한 종방향 좌표(z)의 결정은 추가적인 거리 측정 기술과, 예컨대 광자로부터의 깊이 비율, 비행 시간, 삼각 측량 및 디포커스로부터의 깊이(depth from defocus)에 기초한 하나 이상의 기술과 결합될 수 있다. 구체적으로, 결합된 신호(∧)를 사용한 종방향 좌표(z)의 결정은 비 파장 의존 거리 측정 기술(non-wavelength dependent distance measurement technique)과 결합될 수 있다.

예를 들면, 결합된 신호(∧)를 사용한 종방향 좌표(z)의 결정은, 예를 들면, 참조에 의해 그 내용이 포함되는 WO 2018/091649 A1, WO 2018/091638 A1 및 WO 2018/091640 A1에서 설명되는 바와 같은 광자로부터의 깊이 비율(depth from photon ratio; DPR) 기술을 사용하는 거리 측정과 결합될 수 있다. 검출기는 적어도 두 개의 광학 센서를 포함할 수 있다. 광학 센서 각각은 적어도 하나의 감광 영역을 가질 수 있다. 광학 센서의 각각은, 이색성 필터를 통과한 광 빔에 의한 그 각각의 감광 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계될 수 있다. 광학 센서 중 적어도 하나는 제1 DPR 센서 신호(DPR-sensor signal)를 생성하도록 구성될 수 있고, 광학 센서 중 적어도 하나는 제2 DPR 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 용어 "DPR 센서 신호"는, 광자로부터의 깊이 비율 기술을 사용한 거리 결정을 위해 사용되는 센서 신호를 지칭한다. 구체적으로, 제1 DPR 센서 신호 및 제2 DPR 센서 신호는 빔 프로파일의 일부 또는 컷에 대응하는 신호일 수 있다. 평가 디바이스는, 제1 및 제2 DPR 센서 신호로부터 결합된 DPR 신호(combined DPR-signal; Q)를 평가하는 것에 의해 오브젝트의 종방향 좌표(z_DPR)를 결정하도록 구성될 수 있다.

본원에서 사용될 때, 용어 "결합된 DPR 신호(Q)"는 제1 및 제2 DPR 센서 신호를 결합하는 것에 의해, 특히 제1 및 제2 DPR 센서 신호를 분할하는 것, 제1 및 제2 DPR 센서 신호의 배수를 분할하는 것 또는 제1 및 제2 DPR 센서 신호의 선형 조합을 분할하는 것 중 하나 이상에 의해 생성되는 신호를 지칭한다. 특히, 결합된 DPR 신호는 몫 신호일 수 있다. 결합된 DPR 신호(Q)는 다양한 수단을 사용하여 결정될 수 있다. 예로서, 결합된 신호를 유도하기 위한 소프트웨어 수단, 결합된 DPR 신호를 유도하기 위한 하드웨어 수단, 또는 둘 모두가 사용될 수 있고 평가 디바이스에서 구현될 수 있다. 따라서, 평가 디바이스는, 한 예로서, 적어도 하나의 분할기를 포함할 수 있는데, 여기서 분할기는 결합된 DPR 신호를 유도하도록 구성된다. 분할기는 소프트웨어 분할기 또는 하드웨어 분할기 중 하나 또는 둘 모두로서 완전히 또는 부분적으로 구체화될 수 있다.

평가 디바이스는, 제1 및 제2 DPR 센서 신호를 분할하는 것, 제1 및 제2 DPR 센서 신호의 배수를 분할하는 것, 제1 및 제2 DPR 센서 신호의 선형 조합을 분할하는 것 중 하나 이상에 의해 결합된 DPR 신호(Q)를 유도하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 센서 신호의 각각은 이색성 필터를 통과한 광 빔의 빔 프로파일의 적어도 하나의 영역의 적어도 하나의 정보를 포함할 수 있다. 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일; 삼각형 빔 프로파일; 원뿔형 빔 프로파일 및 가우스 빔 프로파일의 선형 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 예를 들면, 평가 디바이스는 결합된 DPR 신호(Q)를 다음에 의해 유도하도록 구성되는데

여기서 x 및 y는 횡방향 좌표이고, A1은 광학 센서의 센서 위치에서 이색성 필터를 통과한 광 빔의 빔 프로파일의 제1 영역이고, A2는 광학 센서의 센서 위치에서 이색성 필터를 통과한 광 빔의 빔 프로파일의 제2 영역이고, E(x, y, z_o)는 오브젝트 거리(z_o)에서 주어지는 빔 프로파일을 나타낸다. 제1 DPR 센서 신호 및 제2 DPR 센서 신호 중 적어도 하나는 빔 프로파일의 제1 영역의 정보를 포함할 수 있고, 다른 하나는 빔 프로파일의 제2 영역의 정보를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 DPR 센서 신호는 빔 프로파일의 제1 영역의 정보를 포함할 수 있고, 제2 DPR 센서 신호는 빔 프로파일의 제2 영역의 정보를 포함할 수 있다. 빔 프로파일의 제1 영역 및 빔 프로파일의 제2 영역은 인접하는 또는 중첩되는 영역 중 하나 또는 둘 모두일 수 있다. 영역(A1) 및 영역(A2)은 상이할 수 있다. 특히, A1 및 A2는 합동이 아니다. 따라서, A1 및 A2는 형상 또는 콘텐츠 중 하나 이상에서 상이할 수 있다. 빔 프로파일은 광 빔의 단면일 수 있다. 일반적으로, 빔 프로파일은 휘도(L(z_o)) 및 빔 형상(S(x, y; z_o))에 의존하는데,

이다. 따라서, 결합된 DPR 신호를 유도하는 것에 의해, 그것은 휘도와는 독립적인 종방향 좌표를 결정하는 것을 허용할 수 있다. 또한, 결합된 신호를 사용하는 것은, 오브젝트 사이즈와는 독립적인 거리(z0)의 결정을 허용한다. 따라서, 결합된 신호는, 오브젝트의 재료 속성 및/또는 반사 속성 및/또는 산란 속성과는 독립적인 그리고 예컨대 제조 정밀도, 열, 물, 먼지, 렌즈에 대한 손상, 또는 등등에 의한 광원의 변경과는 독립적인 거리(z0)의 결정을 허용한다. 본원에서 사용될 때, 용어 "빔 프로파일의 영역"은, 결합된 DPR 신호(Q)를 결정하기 위해 사용되는 센서 위치에서의 빔 프로파일의 임의의 영역을 일반적으로 지칭한다.

제1 영역 및 제2 영역 중 하나는 본질적으로 빔 프로파일의 에지 정보를 포함할 수 있고, 빔 프로파일의 제1 영역 및 제2 영역 중 다른 하나는 본질적으로 빔 프로파일의 중심 정보를 포함할 수 있다. 예를 들면, 빔 프로파일의 제1 영역은 본질적으로 빔 프로파일의 에지 정보를 포함할 수 있고 빔 프로파일의 제2 영역은 본질적으로 빔 프로파일의 중심 정보를 포함할 수 있다. 빔 프로파일은 중심, 즉 빔 프로파일의 최대 값 및/또는 빔 프로파일의 고원의 중심 포인트 및/또는 광 스팟의 기하학적 중심, 및 중심으로부터 연장되는 하강 에지를 구비할 수 있다. 제2 영역은 단면의 내부 영역을 포함할 수 있고 제1 영역은 단면의 외부 영역을 포함할 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "본질적으로 중심 정보"는, 중심 정보의 비율, 즉 중심에 대응하는 강도 분포의 비율과 비교하여, 에지 정보의 낮은 비율, 즉 에지에 대응하는 강도 분포의 비율을 일반적으로 지칭한다. 바람직하게는 중심 정보는 10 % 미만, 더 바람직하게는 5 % 미만의 에지 정보의 비율을 가지며, 가장 바람직하게는 중심 정보는 에지 콘텐츠를 포함하지 않는다. 본원에서 사용될 때, 용어 "본질적으로 에지 정보"는, 에지 정보의 비율과 비교하여, 중심 정보의 낮은 비율을 일반적으로 지칭한다. 에지 정보는, 특히 중심 및 에지 영역으로부터의 전체 빔 프로파일의 정보를 포함할 수 있다. 에지 정보는 10 % 미만, 바람직하게는 5 % 미만의 중심 정보의 비율을 가질 수 있으며, 더 바람직하게는 에지 정보는 중심 콘텐츠를 포함하지 않는다. 빔 프로파일의 적어도 하나의 영역은, 그것이 중심 주위에 있거나 또는 가깝고 본질적으로 중심 정보를 포함하는 경우, 빔 프로파일의 제2 영역으로서 결정 및/또는 선택될 수 있다. 빔 프로파일의 적어도 하나의 영역은, 그것이 단면의 하강 에지의 적어도 일부를 포함하는 경우, 빔 프로파일의 제1 영역으로서 결정 및/또는 선택될 수 있다. 예를 들면, 단면의 전체 영역이 제1 영역으로 결정될 수 있다. 빔 프로파일의 제1 영역은 영역(A2)일 수 있고, 빔 프로파일의 제2 영역은 영역(A1)일 수 있다.

에지 정보는 빔 프로파일의 제1 영역에서의 광자의 수에 관한 정보를 포함할 수 있고, 중심 정보는 빔 프로파일의 제2 영역에서의 광자의 수에 관한 정보를 포함할 수 있다. 평가 디바이스는 빔 프로파일의 면적 적분(area integral)을 결정하도록 적응될 수 있다. 평가 디바이스는 제1 영역의 통합(integrating) 및/또는 합산(summing)에 의해 에지 정보를 결정하도록 적응될 수 있다. 평가 디바이스는 제2 영역의 통합 및/또는 합산에 의해 중심 정보를 결정하도록 적응될 수 있다. 예를 들면, 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일일 수 있고 평가 디바이스는 사다리꼴의 적분을 결정하도록 적응될 수 있다. 게다가, 사다리꼴 빔 프로파일을 가정될 수 있는 경우, 에지 및 중심 신호의 결정은, 에지의 기울기 및 위치의 그리고 중심 고원의 높이의 결정과 같은 사다리꼴 빔 프로파일의 속성을 사용하는 그리고 기하학적 형상의 고려에 의해 에지 및 중심 신호를 유도하는 등가의 식에 의해 대체될 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 평가 디바이스는 광 스팟의 적어도 하나의 슬라이스 또는 컷으로부터 중심 정보 또는 에지 정보 중 하나 또는 둘 모두를 결정하도록 적응될 수 있다. 이것은, 예를 들면, 결합된 DPR 신호(Q)의 면적 적분을, 슬라이스 또는 컷을 따르는 선적분에 의해 대체하는 것에 의해 실현될 수 있다. 향상된 정확도를 위해, 광 스팟을 통과하는 여러 가지 슬라이스 또는 컷이 사용 및 평균될 수 있다. 타원형 스팟 프로파일의 경우, 여러 가지 슬라이스 또는 컷에 걸쳐 평균을 구하는 것은 향상된 거리 정보로 나타날 수 있다.

평가 디바이스는, 에지 정보 및 중심 정보를 분할하는 것, 에지 정보 및 중심 정보의 배수를 분할하는 것, 에지 정보 및 중심 정보의 선형 조합을 분할하는 것 중 하나 이상에 의해 결합되는 결합된 DPR 신호(Q)를 유도하도록 구성될 수 있다. 따라서, 본질적으로, 광자 비율은 광자로부터의 깊이 비율 방법의 물리적 기초로서 사용될 수 있다.

평가 디바이스는 결합된 DPR 신호(Q)를 유도하기 위한 제1 DPR 센서 신호(I₁) 및 제2 DPR 센서 신호(I₂)의 비율을 결정하도록 구성될 수 있다. 한 예로서, Q는 다음과 같이 간단히 결정될 수 있다

Q = I₁/I₂

또는

Q = I₂/I₁.

추가적으로 또는 대안적으로, Q는 다음과 같이 결정될 수 있는데

Q = a·I₁/b·I₂

또는

Q = b·I₂/a·I₁,

여기서 a 및 b는, 한 예로서, 미리 결정될 수 있는 또는 결정될 수 있는 실수이다. 추가적으로 또는 대안적으로, Q는 다음과 같이 결정될 수 있는데

Q = (a·I₁ + b·I₂)/(c·I₁ + d·I₂),

여기서 a, b, c 및 d는, 한 예로서, 미리 결정될 수 있는 또는 결정될 수 있는 실수이다. 후자에 대한 간단한 예로서, Q는 다음과 같이 결정될 수 있다

Q = I₁/(I₁ + I₂).

통상적으로, 상기에서 설명되는 셋업에서, Q는 오브젝트의 종방향 좌표 및/또는 광 스팟의 직경 또는 등가 직경과 같은 광 스팟 사이즈의 단조 함수이다. 따라서, 한 예로서, 구체적으로 선형 광학 센서가 사용되는 경우, 몫(Q)은 광 스팟의 사이즈의 단조 감소 함수이다. 이 이론에 얽매이기를 원하는 것은 아니지만, 이것은, 상기에서 설명되는 셋업에서, 광원까지의 거리가 증가함에 따라 검출기에 도달하는 광의 양이 감소하기 때문에, I₁ 및 I₂ 둘 모두는 제곱 함수로 감소한다는 사실에 기인한다고 여겨진다. 거기에서, 그러나, 제1 DPR 센서 신호(I₁)는 제2 DPR 센서 신호(I₂)보다 더 급격하게 감소하는데, 실험에서 사용되는 광학적 셋업에서, 이미지 평면에서의 광 스팟이 성장하고, 따라서, 큰 영역에 걸쳐 확산되기 때문이다. 따라서, 몫은 광 빔의 직경이 증가하거나 또는 감광 영역 상에서의 광 스팟의 직경이 증가함에 따라 지속적으로 감소한다. 게다가, 몫은 광 빔의 총 전력이 제1 센서 신호 및 제2 센서 신호 둘 모두에서 인자를 형성하기 때문에, 광 빔의 총 전력과는 대체로 독립적이다. 결과적으로, 몫(Q)은 광 빔의 사이즈 또는 직경과 제1 및 제2 센서 신호 사이에서 고유하고 명확한 관계를 제공하는 이차 신호(secondary signal)를 형성할 수 있다. 반면에, 광 빔의 사이즈 또는 직경이, 입사 광 빔이 검출기를 향해 전파되는 오브젝트와 검출기 그 자체 사이의 거리에 의존하기 때문에, 즉 오브젝트의 종방향 좌표에 의존하기 때문에, 제1 및 제2 센서 신호와 종방향 좌표 사이에 고유하고 명확한 관계가 존재할 수 있다. 평가 디바이스는 종방향 좌표를 결정하기 위해 결합된 DPR 신호(Q)와 종방향 좌표 사이의 적어도 하나의 미리 결정된 관계를 사용하도록 구성될 수 있다. 후자의 경우, 예를 들면, WO 2014/097181 A1과 같은 상기 언급된 종래 기술 문서 중 하나 이상에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 미리 결정된 관계는 분석적 고려에 의해, 예컨대 가우스 광 빔의 선형 조합을 가정하는 것에 의해, 경험적 측정, 예컨대 제1 및 제2 센서 신호 또는 그들의 유도되는 이차 신호를 오브젝트의 종방향 좌표의 함수로서 측정하는 측정에 의해, 또는 둘 모두에 의해 결정될 수 있다.

상기에서 설명되는 바와 같이, 검출기가 복수의 광학 센서를 포함하는 경우, 파장 의존적 결합된 신호(∧)에 추가하여 결합된 DPR 신호를 결정하는 것이 가능하다. 파장 의존적 결합된 신호(∧)를 결정하기 위해, 상기에서 개설되는 바와 같이, 파장 의존적 제1 센서 신호 및 파장 의존적 제2 센서 신호의 몫이 결정된다. 예를 들면, 적색 파장에 대한 제1 센서 신호, 및 예를 들면, 청색 파장에 대한 제2 센서 신호는, 예를 들면, 몫이 red_S1/blue_S1일 수 있도록 동일한 센서 영역(S1)에 의해 생성될 수 있다. 예를 들면, 적색 파장에 대한 제1 센서 신호, 및 청색 파장에 대한 제2 센서 신호는, 예를 들면, 몫이 Σred/Σblue일 수 있도록 광학 센서의 모든 센서 영역의 합에 의해 결정된다. 또한, 결합된 DPR 신호를 결정하기 위해, 상기에서 설명되는 바와 같이, 두 개의 상이한 센서 영역, 예를 들면, S1 및 S2에 의해 생성되는 신호의 몫이 결정될 수 있다. 결합된 DPR 신호에 대한 센서 신호 중 하나 또는 둘 모두는, 결합된 DPR 신호가 red_S1/red_S2 또는 blue_S1/blue_S2 또는 (red_S1 + blue_S1)/(red_S2 + blue_S2), 또는 이들의 조합에 의해 결정될 수 있도록, 두 개의 파장 의존 신호의 합일 수 있다.

파장 의존적 결합된 신호(∧)에 추가하여 결합된 DPR 신호를 결정하는 것은 상이한 측정 기술을 사용한 두 개의 종방향 좌표의 독립적 결정을 허용한다. 파장 의존적 결합된 신호(∧) 및 DPR 기술을 결정하는 것의 조합은, 측정 둘 모두에 대해 동일한 검출기 셋업이 사용될 수 있기 때문에 특히 유리하다. 평가 디바이스는 종방향 좌표(z) 및 z_DPR을 비교하도록 구성될 수 있다. 평가 디바이스는 종방향 좌표(z)와 z_DPR 사이의 차이를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 디바이스는, 종방향 좌표(z) 및 z_DPR이 미리 정의된 임계치보다 더 많이 상이할 경우 경고를 생성하여 발행하도록 및/또는 측정을 거부하도록 적응될 수 있다. 평가 디바이스는 종방향 좌표(z) 및 z_DPR의 평균 값을 결정하도록 적응될 수 있다. 검출기는 측정 범위에 따라 종방향 좌표(z) 및/또는 종방향 좌표(z_DPR)를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 검출기는 제1 측정 범위에서 종방향 좌표(z)를 결정하도록 그리고 제2 측정 범위에서 종방향 좌표(z_DPR)를 결정하도록 구성될 수 있다. 이것은 거리 결정의 신뢰성을 향상시키는 것 및 측정 범위를 확장하는 것을 허용할 수 있다. 또한, 종방향 좌표(z)를 결정하기 위해, 예를 들면, 두 개의 조명 소스가 사용될 수 있는데, 여기서 제1 조명 소스는 제1 파장을 갖는 광 빔을 생성하도록 구성되고, 제2 조명 소스는 제1 파장과는 상이한 제2 파장을 갖는 광 빔을 생성하도록 구성된다. 종방향 좌표(z_DPR)의 결정은, 조명 소스 중 하나의 결함 또는 고장을 검출하는 것을 허용할 수 있고, 동시에, 조명 소스 중 하나가 결함이 있더라도 거리를 결정하는 것을 허용할 수 있다.

검출기는 작은 베이스라인을 포함할 수 있다. 특히, 베이스라인은 적어도 하나의 조명 채널과 검출기의 적어도 하나의 수신기 채널 사이의 거리일 수 있다. 구체적으로, 예를 들면, xy 평면에서, 적어도 하나의 조명 채널과 적어도 하나의 수신기 채널 사이의 거리는 가능한 한 작을 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "조명 채널"은 적어도 하나의 조명 소스 및/또는 적어도 하나의 오브젝트를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명 광 빔을 생성하도록 적응되는 적어도 하나의 광학 조명 섬유(optical illumination fiber)와 같은 적어도 하나의 발광 엘리먼트를 포함하는 적어도 하나의 광학 채널을 지칭한다. 조명 채널은 적어도 하나의 송신기 광학기기(transmitter-optics), 예컨대 적어도 하나의 조명 소스 및 적어도 하나의 렌즈 엘리먼트를 포함할 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "수신기 채널"은, 오브젝트로부터 검출기로 전파되는 광 빔을 수신하도록 적응되는 적어도 하나의 광학 엘리먼트를 포함하는 적어도 하나의 광학 채널을 지칭한다. 수신기 채널은 적어도 하나의 수신기 광학기기(receiver-optics), 예컨대 적어도 하나의 전달 디바이스 및 적어도 하나의 이색성 필터 및 광학 센서를 포함할 수 있다. 베이스라인, 즉, 조명 채널과 수신기 채널 사이의 거리는 최소 거리일 수 있다. 최소 거리는 송신기 광학기기 및 수신기 광학기기의 컴포넌트의 사이즈에만 의존할 수 있다. 최소 거리는 제로일 수 있다. 특히, 조명 소스와 광학 센서 사이의 검출기의 광학 축에 수직인 거리는 작을 수 있다. 조명 소스와 광학 센서 사이의 검출기의 광학 축에 수직인 거리는 0.1 m 미만, 바람직하게는 0.05 m 미만, 더욱 바람직하게는 0.025 미만일 수 있다. 특히, 조명 소스와 광학 센서 사이의 검출기의 광학 축에 수직인 거리는 0.01 m 미만, 바람직하게는 0.005 m 미만, 더욱 바람직하게는 0.0025 m 미만일 수 있다. 특히, 검출기와 조명 소스 사이의 거리는 전달 디바이스 직경의 150 % 미만, 바람직하게는 전달 디바이스 직경의 110 % 미만, 더욱 바람직하게는 전달 디바이스의 직경의 100 % 미만일 수 있다. 베이스라인이 0인 실시형태가 가능하다. 조명 소스와 광학 축은 작은 베이스라인에 의해 분리될 수 있다. 본원에서 사용될 때, 기저 라인(basis line)으로도 또한 지칭되는 용어 "베이스라인"은 또한, 예를 들면, xy 평면에서, 적어도 하나의 송신기 광학기기와 적어도 하나의 수신기 광학기기 사이의 거리를 지칭한다. 예를 들면, 베이스라인은 광학 축과 조명 소스 사이의 거리, 특히 광학 축과 조명 광 빔의 z 성분 사이의 거리일 수 있다. 검출기는, 조명 소스까지의 거리를 추가적으로 향상시킬 수 있는 추가적인 광학 엘리먼트, 예를 들면, 적어도 하나의 미러를 포함할 수 있다.

광학 센서, 또는 복수의 광학 센서의 경우, 광학 센서들은 초점을 벗어나 배치될 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "초점"은, 전달 디바이스 또는 전달 디바이스의 초점 거리에 의해 야기되는, 광 빔의, 특히 오브젝트의 하나의 포인트로부터 방출되는 적어도 하나의 광 빔의 착란원(circle of confusion)의 최소 범위(minimum extend) 중 하나 또는 둘 모두를 일반적으로 지칭한다. 본원에서 사용될 때, 용어 "착란원"은 전달 디바이스에 의해 포커싱되는 광 빔의 광선의 원뿔에 의해 야기되는 광 스팟을 지칭한다. 착란원은 전달 디바이스의 초점 거리(f), 오브젝트로부터 전달 디바이스까지의 종방향 거리, 전달 디바이스의 출사 동공(exit pupil)의 직경, 전달 디바이스로부터 감광 영역까지의 종방향 거리, 전달 디바이스로부터 오브젝트의 이미지까지의 거리에 의존할 수 있다. 예를 들면, 가우스 빔의 경우, 착란원의 직경은 가우스 빔의 폭일 수 있다. 특히, 검출기로부터 무한 거리에 위치되는 또는 배치되는 포인트형 오브젝트의 경우, 전달 디바이스는 오브젝트로부터의 광 빔을 전달 디바이스의 초점 거리에 있는 초점 포인트로 포커싱하도록 적응될 수 있다. 검출기로부터 무한 거리에 위치되는 또는 배치되는 비 포인트형 오브젝트의 경우, 전달 디바이스는 오브젝트의 적어도 하나의 포인트로부터의 광 빔을 전달 디바이스의 초점 거리에 있는 초점 평면으로 포커싱하도록 적응될 수 있다. 검출기에서 무한 거리에 위치되지 않는 또는 배치되지 않는 포인트형 오브젝트의 경우, 착란원은 적어도 하나의 종방향 좌표에서 최소 범위를 가질 수 있다. 검출기로부터 무한 거리에 위치되지 않는 또는 배치되지 않는 비 포인트형 오브젝트의 경우, 오브젝트의 적어도 하나의 포인트로부터의 광 빔의 착란원은 적어도 하나의 종방향 좌표에서 최소 범위를 가질 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "초점에서 벗어나 배치되는"은, 전달 디바이스 또는 전달 디바이스의 초점 거리에 의해 야기되는 광 빔의 착란원의 최소 범위 이외의 위치를 일반적으로 지칭한다. 특히, 착란원의 최소 범위 또는 초점 포인트는 종방향 좌표(l_focus)에 있을 수 있고, 반면, 광학 센서의 위치는 l_focus와는 상이한 종방향 좌표(l_sensor)를 가질 수 있다. 예를 들면, 종방향 좌표(l_sensor)는, 종방향에서, 종방향 좌표(l_focus)보다 전달 디바이스의 위치에 더 가깝게 배열될 수 있거나 또는 종방향 좌표(l_focus)보다 전달 디바이스의 위치로부터 더 멀리 배열될 수 있다. 따라서, 종방향 좌표(l_sensor) 및 종방향 좌표(l_focus)는 전달 디바이스로부터 상이한 거리에 위치될 수 있다. 예를 들면, 광학 센서는 초점 거리의 ±2 %만큼, 바람직하게는 초점 거리의 ±10 %만큼, 가장 바람직하게는 초점 거리의 ±20 %만큼 종방향에서 착란원의 최소 범위로부터 떨어져 이격될 수 있다. 예를 들면, 전달 디바이스의 초점 거리가 20 mm일 수 있고 종방향 좌표(l_sensor)가 19.5 mm일 수 있다, 즉, 센서는 97.5 % 초점 거리에서 배치될 수 있고, 그 결과, l_sensor는 초점 거리의 2.5 %만큼 초점으로부터 떨어져 이격된다.

상기에서 개설되는 바와 같이, 광학 센서는 초점을 벗어나 배열될 수 있다. 광학 센서는, 결합된 DPR 신호의 거리 의존성에 대한 분산(variance)이 최대가 되도록 배열될 수 있는데, 이것은 결합된 DPR 신호(Q)의 최대 다이나믹 레인지와 동등하다. 이 이론에 얽매이기를 원하는 것은 아니지만, 다이나믹 레인지를 최대화하기 위한 실용적인 근사는 거리 의존성에 대한 착란원 분산을 최대화하는 것이다. 작은 오브젝트 거리 및 큰 오브젝트 거리에서의 착란원 반경의 몫은, 작은 오브젝트 거리 및 큰 오브젝트 거리에서의 결합된 신호의 몫에 대한 실용적인 근사치이다. 특히, 광학 센서는 큰 오브젝트 거리에서의 결합된 DPR 신호(Q_far) 및 작은 오브젝트 거리에서의 결합된 DPR 신호(Q_close)가 최대 변동을 가지도록 배치될 수 있는데

여기서

는 작은 오브젝트 거리에서의 착란원의 반경이고,

는 큰 오브젝트 거리에서의 착란원의 반경이고, 여기서 z_o는 광학 센서와 오브젝트 사이의 검출 가능한 거리 범위이고, z_s는 전달 디바이스와 광학 센서 사이의 거리이고 z_i는 전달 디바이스 뒤의 포커싱된 이미지의 위치이며, 이 위치는 오브젝트의 위치(z_o)에 의존한다. 광학 센서의 최적의 위치 및/또는 이색성 필터의 최적의 위치는 다음의 단계를 사용하여 조정될 수 있다: i) 광학 센서를 가장 먼 오브젝트 거리의 초점 포인트에 배치함; ii) 초점 포인트로부터의 거리(Δ)가 최상의 착란원 변동 및 가장 큰 범위를 제공하도록, 초점 포인트 밖의 광학 센서를, 특히 광학 축을 따라 또는 광학 축에 대해 이동시킴, 여기서

이고, 여기서 O_size는 광학 센서 상의 스팟 사이즈이고, f는 전달 디바이스의 초점 거리이고, F_#은 전달 디바이스의 F 수이고,

는 가장 먼 오브젝트 거리임.

상기에서 개설되는 바와 같이, 제1 및 제2 센서 신호를 평가하는 것에 의해, 검출기는, 전체 오브젝트의 또는 그들의 하나 이상의 부분의 종방향 좌표를 결정하는 옵션을 비롯하여, 오브젝트의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하도록 될 수 있다. 또한, 그러나, 하나 이상의 횡방향 좌표 및/또는 회전 좌표를 비롯한, 오브젝트의 다른 좌표는 검출기에 의해, 특히 평가 디바이스에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 한 예로서, 하나 이상의 횡방향 센서(transversal sensor)가 오브젝트의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 단일의 사분면 다이오드 또는 단일의 저항성 측면 PSD와 같은 단일의 횡방향 센서가 오브젝트의 위치 (X, Y, Z)를 결정하는 것을 허용하기에 충분할 수 있다. 결합된 신호 또는 종방향 좌표(z)는 이들 센서의 신호의 합을 사용하는 것으로부터 결정될 수 있고, 이들 센서는 횡방향 좌표 (X, Y)를 결정하도록 구성된다. WO 2014/097181 A1에서 개시되는 횡방향 센서 및/또는 다른 위치 감지 디바이스(position-sensitive device; PSD), 예컨대 사분면 다이오드, CCD 또는 CMOS 칩, 분할 전극 PSD, 예를 들면, OSI Optoelectronics로부터 입수 가능한 4 측면(tetra-lateral) PSD, 또는 등등과 같은 다양한 횡방향 센서가 기술 분야에서 일반적으로 공지되어 있다. 이들 디바이스는 일반적으로 또한 본 발명에 따른 검출기로 구현될 수 있다. 한 예로서, 광 빔의 일부는, 적어도 하나의 빔 분할 엘리먼트에 의해 검출기 내에서 분할될 수 있다. 분할 부분은, 한 예로서, CCD 또는 CMOS 칩 또는 카메라 센서와 같은 횡방향 센서를 향해 안내될 수 있고, 횡방향 센서 상에서 분할 부분에 의해 생성되는 광 스팟의 횡방향 위치가 결정될 수 있고, 그에 의해, 오브젝트의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정할 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 검출기는 간단한 거리 측정 디바이스와 같은 일차원 검출기일 수 있거나, 또는 이차원 검출기로서 또는 심지어 삼차원 검출기로서 구현될 수 있다. 게다가, 상기에서 개설되는 바와 같이 또는 하기에서 더욱 상세하게 개설되는 바와 같이, 풍경 또는 환경을 일차원 양식으로 스캐닝하는 것에 의해, 삼차원 이미지가 또한 생성될 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 검출기는 구체적으로 일차원 검출기, 이차원 검출기 또는 삼차원 검출기 중 하나일 수 있다. 평가 디바이스는 또한, 오브젝트의 적어도 하나의 횡방향 좌표(x, y)를 결정하도록 구성될 수 있다.

검출기는 적어도 두 개의 광학 센서, 바람직하게는 복수의 광학 센서를 포함할 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "적어도 하나의 감광 영역을 각각 구비하는 적어도 두 개의 광학 센서"는, 하나의 감광 영역을 각각 구비하는 두 개의 단일의 광학 센서를 갖는 구성을 그리고 적어도 두 개의 감광 영역을 갖는 하나의 결합된 광학 센서를 갖는 구성을 지칭한다. 따라서, 용어 "광학 센서"는, 더구나, 하나의 출력 신호를 생성하도록 구성되는 감광 디바이스를 지칭하고, 반면, 본원에서, 두 개 이상의 출력 신호를 생성하도록 구성되는 감광 디바이스, 예를 들면, 적어도 하나의 CCD 및/또는 CMOS 디바이스는 두 개 이상의 광학 센서로 지칭된다. 하기에서 더욱 상세하게 개설될 바와 같이, 각각의 광학 센서는, 예컨대 조명될 수 있는 정확하게 하나의 감광 영역을 제공하는 것에 의해, 각각의 광학 센서에서 정확하게 하나의 감광 영역이 존재하도록 구체화될 수 있는데, 그 조명에 응답하여, 정확하게 하나의 균일한 센서 신호가 전체 광학 센서에 대해 생성된다. 따라서, 각각의 광학 센서는 단일 영역 광학 센서일 수 있다. 그러나, 단일 영역 광학 센서의 사용은, 검출기의 셋업을 특히 간단하고 효율적이게 만든다. 따라서, 한 예로서, 정확하게 하나의 감응 영역을 각각 구비하는 상업적으로 이용 가능한 광학 센서, 예컨대 상업적으로 이용 가능한 실리콘 포토다이오드가 셋업에서 사용될 수 있다. 그러나, 다른 실시형태도 실현 가능하다. 따라서, 한 예로서, 본 발명의 맥락에서 두 개, 세 개, 네 개 또는 네 개보다 더 많은 광학 센서로서 간주되는 두 개, 세 개, 네 개 또는 네 개보다 더 많은 감광 영역을 포함하는 광학 디바이스가 사용될 수 있다. 한 예로서, 광학 디바이스는 감광 영역의 매트릭스를 포함할 수 있다. 따라서, 한 예로서, 광학 센서는 픽셀화된 광학 디바이스의 일부일 수 있거나 또는 이것을 구성할 수 있다. 한 예로서, 광학 센서는 픽셀의 매트릭스를 구비하는 적어도 하나의 CCD 및/또는 CMOS 디바이스의 일부일 수 있거나 또는 이들을 구성할 수 있는데, 각각의 픽셀은 감광 영역을 형성한다. 예를 들면, 광학 센서는 이중 셀, 분할 전극 PSD(위치 감지 디바이스), 또는 사분면 다이오드의 부분 다이오드일 수 있다. 예를 들면, 광학 센서는, CCD 센서 엘리먼트, CMOS 센서 엘리먼트, 포토다이오드, 포토셀, 포토컨덕터, 포토트랜지스터, 또는 이들의 임의의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 엘리먼트일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다.

광학 센서는 이중 셀, 분할 전극 PSD, 또는 사분면 다이오드의 부분 다이오드일 수 있고 및/또는 적어도 하나의 CMOS 센서를 포함할 수 있다. 예를 들면, 광학 센서는 적어도 하나의 CMOS 센서를 포함할 수 있다. 이색성 필터를 통과한 광 빔은 파장 및 이색성 필터에 대한 입사각에 의존하여 CMOS 센서 상의 상이한 위치 또는 영역에 충돌할 수 있다. 결합된 신호(∧)를 결정하기 위해, 평가 디바이스는 CMOS 센서의 모든 신호의 합 또는 합 신호를 결정하도록 그리고 파장에 의존하는 제1 및 제2 센서 신호를 생성하도록 적응될 수 있다. 평가 디바이스는 제1 및 제2 센서 신호를 결합하는 것에 의해 결합된 신호(∧)를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 디바이스는 결합된 신호(∧)를 평가하는 것에 의해 오브젝트의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성될 수 있다.

또한, 결합된 DPR 신호(Q)를 결정하기 위해, 평가 디바이스는 CMOS 센서의 센서 영역을 적어도 두 개의 하위 영역으로 분할하도록 적응될 수 있다. 구체적으로, 평가 디바이스는 CMOS 센서의 센서 영역을 적어도 하나의 좌측 부분 및 적어도 하나의 우측 부분 및/또는 적어도 하나의 상부 부분 및 적어도 하나의 하부 부분 및/또는 적어도 하나의 내부 부분 및 적어도 하나의 외부 부분으로 분할하도록 적응될 수 있다. 평가 디바이스는 하위 영역의 센서 신호 중 하나를 제1 DPR 센서 신호로서 선택하도록 그리고 다른 하위 영역의 센서 신호를 제2 DPR 센서 신호로서 선택하도록 구성될 수 있다. 평가 디바이스는 적어도 두 개의 하위 영역의 센서 신호로부터의 결합된 DPR 신호(Q)를 평가하는 것에 의해 오브젝트의 적어도 하나의 종방향 좌표(z_DPR)를 결정하도록 구성될 수 있다.

예를 들면, 광학 센서는 분할된 다이오드의 부분 다이오드일 수 있는데, 분할된 다이오드의 중심은 검출기의 광학 축으로부터 중심에서 벗어나 있다. 이색성 필터를 통과한 광 빔은 파장 및 이색성 필터에 대한 입사각에 의존하여 다이오드 상의 세그먼트 또는 사분면에서 충돌할 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "부분 다이오드"는 직렬 또는 병렬로 연결되는 여러 다이오드를 포함할 수 있다. 이 예는 다소 간단하고 비용 효율적으로 실현 가능하다. 따라서, 한 예로서, 이중 셀 다이오드 또는 사분면 다이오드는 저가로 상업적으로 이용 가능하고, 이들 이중 셀 다이오드 또는 사분면 다이오드에 대한 구동 스킴(scheme)은 일반적으로 공지되어 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "이중 셀 다이오드"는 하나의 패키징에 두 개의 부분 다이오드를 갖는 다이오드를 일반적으로 지칭한다. 이중 셀 및 사분면 다이오드는 두 개 또는 네 개의 별개의 감광 영역, 특히 두 개 또는 네 개의 활성 영역을 가질 수 있다. 한 예로서, 이중 셀 다이오드 각각은 다이오드의 전체 기능성(functionality)을 갖는 독립 다이오드를 형성할 수 있다. 한 예로서, 이중 셀 다이오드의 각각은 정사각형 또는 직사각형 형상을 가질 수 있으며, 두 개의 다이오드는, 두 개의 부분 다이오드가, 전체적으로, 직사각형 형상을 갖는 1×2 또는 2×1 매트릭스를 형성하도록 하나의 평면에서 배치될 수 있다. 그러나, 본 발명에서는, 하기에서 더욱 상세하게 개설될 바와 같이, 이중 셀 다이오드 및 사분면 다이오드의 센서 신호를 평가하기 위한 새로운 스킴이 제안된다. 그러나, 일반적으로, 광학 센서는 구체적으로 사분면 다이오드의 부분 다이오드일 수 있는데, 사분면 다이오드의 중심은 검출기의 광학 축으로부터 중심이 벗어나 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "사분면 다이오드"는 하나의 패키징에서 네 개의 부분 다이오드를 갖는 다이오드를 일반적으로 지칭한다. 한 예로서, 네 개의 부분 다이오드 각각은 다이오드의 전체 기능성을 갖는 독립 다이오드를 형성할 수 있다. 예를 들면, 네 개의 부분 다이오드 각각은 정사각형 또는 직사각형 형상을 가질 수 있고, 네 개의 부분 다이오드는, 네 개의 부분 다이오드가, 전체적으로, 직사각형 또는 정사각형 형상의 2×2 매트릭스를 형성하도록 하나의 평면에 배치될 수 있다. 또 다른 예에서, 네 개의 부분 다이오드는, 전체적으로, 원형 또는 타원형 형상을 갖는 2×2 매트릭스를 형성할 수 있다. 부분 다이오드는, 한 예로서, 서로 최소 간격을 가지고 인접할 수 있다.

부분 다이오드의 2×2 매트릭스를 갖는 사분면 다이오드가 사용되는 경우, 사분면 다이오드의 중심은 구체적으로 중심에서 벗어날 수 있거나 또는 광학 축에서 오프셋될 수 있다. 따라서, 한 예로서, 사분면 다이오드의 광학 센서의 기하학적 중심의 교차점일 수 있는 사분면 다이오드의 중심은 광학 축으로부터 적어도 0.2 mm만큼, 더욱 바람직하게는 적어도 0.5 mm만큼, 더욱 바람직하게는 적어도 1.0 mm 또는 심지어 2.0 mm만큼 중심에서 벗어날 수 있다. 유사하게, 복수의 광학 센서를 갖는 다른 타입의 광학 센서 셋업을 사용하는 경우, 광학 센서의 전체 중심이 광학 축으로부터 동일한 거리만큼 오프셋될 수 있다.

일반적으로, 광학 센서의 감광 영역은 임의의 표면적 또는 사이즈를 가질 수 있다. 바람직하게는, 그러나, 구체적으로 센서 신호의 단순화된 평가의 관점에서, 광학 센서의 감광 영역은, 예컨대 10 % 미만, 바람직하게는 5 % 미만, 또는 심지어 1 %미만의 공차 내에서, 실질적으로 동일하다. 이것은, 구체적으로, 통상적인 상업적으로 이용 가능한 사분면 다이오드의 경우이다.

통상적인 셋업에서, 사분면 포토다이오드와 같은 상업적으로 이용 가능한 사분면 다이오드는, 사분면 포토다이오드의 평면에서 광 스팟의 횡방향 좌표를 위치 결정하기 위해, 즉, 조정 및/또는 측정하기 위해 사용된다. 따라서, 한 예로서, 사분면 포토다이오드를 사용하는 것에 의한 레이저 빔 위치 결정은 널리 공지되어 있다. 그러나, 통상적인 편견에 따르면, 사분면 포토다이오드는 xy 위치 결정을 위해서만 사용된다. 이 가정에 따르면, 사분면 포토다이오드는 거리 측정에 대해서는 적합하지 않다. 결합된 신호(∧)를 결정하기 위해, 평가 디바이스는 사분면 다이오드의 모든 신호의 합 또는 합 신호를 결정하도록 그리고 파장에 의존하는 제1 및 제2 센서 신호를 생성하도록 적응될 수 있다. 평가 디바이스는 제1 및 제2 센서 신호를 결합하는 것에 의해 결합된 신호(∧)를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 디바이스는 결합된 신호(∧)를 평가하는 것에 의해 오브젝트의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성될 수 있다.

또한, 결합된 DPR 신호(Q)를 결정하기 위해, 사분면 다이오드를 축 밖으로 약간, 예컨대 상기에서 언급된 오프셋만큼 시프트하는 것에 의해 스팟의 비대칭성이 측정될 수 있다. 그에 의해, 예컨대 사분면 포토다이오드의 두 개 이상의 부분 포토다이오드, 즉 사분면의 센서 신호 중 두 개 이상의 결합된 DPR 신호(Q)를 형성하는 것에 의해, 단조적 z 의존 함수(monotonously z-dependent function)가 생성될 수 있다. 거기에서, 원칙적으로, 두 개의 포토다이오드만이 거리 측정을 위해 사용될 수 있다. 다른 두 개의 다이오드는 노이즈 소거를 위해 또는 더욱 정확한 측정을 획득위해 사용될 수 있다.

사분면 다이오드 또는 사분면 포토다이오드를 사용하는 것에 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 타입의 광학 센서가 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들면, 엇갈려 배치된(staggered) 광학 센서가 사용될 수 있다.

사분면 다이오드의 사용은 공지된 광학 검출기에 비해 많은 수의 이점을 제공한다. 따라서, 사분면 다이오드는, LED 또는 활성 타겟과 조합하여 많은 수의 애플리케이션에서 사용되며, 매우 낮은 가격에서, 스펙트럼 감도와 같은 다양한 광학적 속성을 가지고 그리고 다양한 사이즈에서, 매우 저렴한 가격에서 널리 상업적으로 이용 가능하다. 상업적으로 이용 가능한 제품이 본 발명에 따른 검출기로 구현될 수 있기 때문에, 어떠한 특정한 제조 프로세스도 확립될 필요가 없다.

상기에서 개설되는 바와 같이, 구체적으로, 사분면 포토다이오드가 사용될 수 있다. 한 예로서, 네 개의 광학 센서를 제공하기 위해, 독일, D-82211 Herrsching am Ammersee 소재의, Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH로부터 입수 가능한 하나 이상의 사분면 포토다이오드, 예컨대 UV 스펙트럼 범위 내지 근IR 스펙트럼 범위에서 감응하는 타입 S4349의 사분면 Si PIN 포토다이오드와 같은 상업적으로 이용 가능한 사분면 포토다이오드가 통합될 수 있다. 광학 센서 어레이가 사용되는 경우, 어레이는 네이키드 칩(naked chip)일 수 있거나 또는, 예컨대 TO-5 금속 패키지에 캡슐화되는 캡슐화된 어레이일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 영국, GU21 6EB, West Street Woking Surrey, St Andrews House, Fourth Floor 소재의 TT Electronics plc로부터 입수 가능한 TT Electronics OPR5911과 같은 표면 실장 디바이스가 사용될 수 있다. 다른 광학 센서도 또한 사용될 수 있다는 것을 유의해야 할 것이다.

게다가, 정확히 하나의 사분면 포토다이오드를 사용하는 옵션 외에도, 두 개 이상의 사분면 포토다이오드가 또한 사용될 수 있다는 것을 유의해야 할 것이다. 따라서, 한 예로서, 제1 사분면 포토다이오드는, 상기에서 설명되는 바와 같이, 거리 측정을 위해 사용될 수 있어서, 하나 이상의 광학 센서를 제공한다. 횡방향 위치 측정을 위해, 예컨대 적어도 하나의 횡방향 좌표(x 및/또는 y)를 사용하기 위해, 예를 들면, 제1 사분면 포토다이오드의 빔 경로로부터 분할되는 제2 부분 빔 경로에서 다른 사분면 포토다이오드가 사용될 수 있다. 제2 사분면 포토다이오드는, 한 예로서, 광학 축과 관련하여 축 상에 위치될 수 있다.

게다가, 하나 이상의 사분면 포토다이오드를 사용하는 옵션 외에도, 하나 이상의 사분면 포토다이오드 또는 추가적인 포토다이오드 어레이는 또한, 바람직하게는, 직사각형 매트릭스, 예컨대 2×2 매트릭스와 같은 대칭 형상으로 서로 가깝게 배열되는 또는 조립되는(assembled) 분리된 포토다이오드에 의해 대체될 수 있거나 또는 모방될 수 있다는 것을 유의해야 할 것이다. 그러나, 또 다른 배열도 실현 가능하다. 그러한 배열 또는 어셈블리에서, 포토다이오드는 하우징 또는 마운트에서 배열되거나 또는 조립될 수 있는데, 예컨대 모든 포토다이오드가 단일의 하우징 또는 마운트에서 배열되거나 또는 조립될 수 있거나 또는 포토다이오드의 그룹이 하나의 하우징 또는 마운트에서 배열되거나 또는 조립될 수 있거나, 또는 포토다이오드의 각각이 별개의 하우징 또는 마운트에서 배열되거나 또는 조립될 수 있다. 게다가, 포토다이오드는 또한 회로 기판 상에서 직접적으로 조립될 수 있다. 그러한 배열 또는 어셈블리에서, 포토다이오드는, 포토다이오드의 활성 영역 사이의 분리가 1 센티미터 미만, 바람직하게는 1 밀리미터 미만, 더욱 바람직하게는 가능한 한 작은 별개의 값을 가지도록 배열될 수 있다. 게다가, 측정을 저하시킬 수 있는 광학적 반사, 왜곡, 또는 등등을 방지하기 위해, 활성 영역 사이의 공간은 비어 있을 수 있거나 또는 재료로, 바람직하게는 블랙 폴리머, 예컨대 블랙 실리콘, 블랙 폴리옥시메틸렌, 또는 등등과 같은 광 흡수 재료로, 더욱 바람직하게는 광학적으로 흡수하고 전기적으로 절연성인 재료, 예컨대 블랙 세라믹 또는 절연성 블랙 폴리머 예컨대 블랙 실리콘, 또는 등등으로 충전될 수 있다. 게다가, 포토다이오드 분리의 별개의 값은 포토다이오드 사이에 플라스틱 분리기와 같은 별개의 빌딩 블록을 추가하는 것에 의해 또한 실현될 수 있다. 또 다른 실시형태가 실현 가능하다. 활성 영역 사이에서 최소의 거리를 가지며 유사한 셋업에서 예컨대 2×2 직사각형 매트릭스에서 배열되는 단일의 다이오드에 의한 사분면 포토다이오드의 대체는, 광학 검출기에 대한 비용을 추가로 최소화할 수 있다. 게다가, 사분면 다이오드의 두 개 이상의 다이오드는 병렬로 또는 직렬로 연결되어 단일의 감광 영역을 형성할 수 있다.

사분면 다이오드가 사용되는 경우, 사분면 다이오드는 추가적인 목적을 위해 또한 사용될 수 있다. 따라서, 사분면 다이오드는, 광전자 및 레이저 물리학의 분야에서 일반적으로 공지되어 있는 바와 같이, 광 스팟의 종래의 xy 측정을 위해 또한 사용될 수 있다. 따라서, 한 예로서, 거리 측정을 위해 스팟의 위치를 최적화하기 위해 사분면 다이오드의 종래의 xy 위치 정보를 사용하여 렌즈 또는 검출기 위치가 조정될 수 있다. 실용적인 예로서, 광 스팟은, 초기에, 사분면 다이오드의 바로 중앙에 위치될 수 있는데, 이것은 결합된 DPR 신호(Q)를 사용한 상기 언급된 거리 측정을 통상적으로 허용하지 않는다. 따라서, 먼저, 예를 들면, 사분면 다이오드 상의 광 스팟 위치를 중심에서 벗어나게 하기 위해 종래의 사분면 포토다이오드 기술이 사용될 수 있고, 그 결과, 예를 들면, 사분면 포토다이오드 상의 스팟의 위치는 측정을 위해 최적이 된다. 따라서, 한 예로서, 검출기의 광학 센서의 상이한 편심(off-centering)이, 단순히, 광 스팟이 광학 축과 관련하여 그리고 광학 센서의 어레이의 기하학적 중심과 관련하여 중심에서 벗어나도록 하는 광학 축에 대한 광학 센서의 이동을 위한 시작 포인트일 수 있다. 따라서, 일반적으로, 검출기의 광학 센서는 센서 어레이를 형성할 수 있거나 또는 상기 언급된 사분면 다이오드와 같은 센서 어레이의 일부일 수 있다. 따라서, 한 예로서, 검출기는, m 개의 행과 n 개의 열을 갖는 직사각형 어레이와 같은 광학 센서의 어레이를 포함할 수 있는데, m, n은, 독립적으로, 양의 정수이다. 바람직하게는, 하나보다 더 많은 열과 하나보다 더 많은 행이 제공된다, 즉, n > 1, m > 1이다. 따라서, 한 예로서, n은 2 내지 16 이상일 수 있고 m은 2 내지 16 이상일 수 있다. 바람직하게는, 행의 수와 열의 수의 비율은 1에 가깝다. 한 예로서, n 및 m은, 예컨대 m/n = 1:1, 4:3, 16:9 또는 유사한 것을 선택하는 것에 의해, 0.3 ≤ m/n ≤ 3이 되도록, 선택될 수 있다. 한 예로서, 어레이는, 예컨대 m = 2, n = 2 또는 m = 3, n = 3 또는 등등을 선택하는 것에 의해, 동일한 수의 행과 열을 갖는 정사각형 어레이일 수 있다. m = 2, n = 2의 경우는 사분면 다이오드 또는 사분면 광학 센서의 경우인데, 이것은, 사분면 포토다이오드가 널리 이용 가능하기 때문에, 실용적인 이유 때문에, 선호되는 경우 중 하나이다. 시작 포인트로서, 어레이 내의 광학 센서의 기하학적 중심은 광학 축으로부터, 예컨대 상기 언급된 오프셋만큼 중심에서 벗어날 수 있다. 센서 어레이는, 구체적으로, 예컨대, 센서 어레이를, 예를 들면, 광학 축에 수직인 평면에서 이동시키는 것에 의해, 및/또는 광학 축 그 자체를 이동시키는 것, 예를 들면, 광학 축을 평행 시프트에서 시프트하는 것 및/또는 광학 축을 기울이는 것에 의해, 광학 축에 대해, 예를 들면, 그래디언트를 따라, 바람직하게는 자동적으로 이동 가능할 수 있다. 따라서, 센서 어레이는, 센서 어레이의 평면에서 광 빔에 의해 생성되는 광 스팟의 위치를 조정하기 위해 시프트될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 광학 축은, 적절한 엘리먼트를 사용하는 것에 의해, 예컨대 하나 이상의 편향 엘리먼트 및/또는 하나 이상의 렌즈를 사용하는 것에 의해 시프트될 수 있고 및/또는 기울어질 수 있다. 이동은, 한 예로서, 광학 축을 이동시키기 위해, 예컨대 광학 축을 병렬 시프트하기 위해 및/또는 광학 축을 기울어지게 하기 위해, 예를 들면, 어레이를 이동시키는 및/또는 시프트하는 및/또는 빔 경로 내의 하나 이상의 광학 엘리먼트를 이동시키는 및/또는 시프트하는 및/또는 기울어지게 하는 하나 이상의 적절한 액추에이터, 예컨대 하나 이상의 피에조 액추에이터 및/또는 하나 이상의 전자기 액추에이터 및/또는 하나 이상의 공압 또는 기계식 액추에이터를 사용하는 것에 의해 발생할 수 있다. 평가 디바이스는, 구체적으로, 예를 들면, 광학 축에 수직인 평면에서 광학 축에 대한 센서 어레이의 상대적 위치를 제어하도록 조정될 수 있다. 조정 프로시져는, 평가 디바이스가, 먼저, 센서 신호를 사용하는 것에 의해 센서 어레이 상에서 광 빔에 의해 생성되는 광 스팟의 적어도 하나의 횡방향 위치를 결정하도록, 그리고, 둘째로, 예컨대, 어레이 및/또는 광학 축을 이동시키는 것에 의해, 예를 들면, 광 스팟이 중심에서 벗어날 때까지 평면의 어레이를 광학 축으로 이동시키는 것에 의해 및/또는 광 스팟이 중심에서 벗어날 때까지 렌즈를 기울이는 것에 의해, 어레이를 광학 축에 대해 이동시키도록 구성된다는 점에서 발생할 수 있다. 거기에서 사용되는 바와 같이, 횡방향 위치는, xy 평면으로 또한 지칭될 수 있는 광학 축에 수직인 평면에서의 위치일 수 있다. 횡방향 좌표의 측정을 위해, 한 예로서, 광학 센서의 센서 신호가 비교될 수 있다. 한 예로서, 센서 신호가 동일한 것으로 확인되는 경우, 따라서, 광 스팟이, 예컨대 사분면 다이오드의 중심에서, 광학 센서와 관련하여 대칭적으로 위치된다는 것이 결정되는 경우, 어레이에서 광 스팟을 중심에서 벗어나게 하기 위해, 어레이의 시프팅 및/또는 렌즈의 틸팅이 발생할 수 있다. 따라서, 광 스팟이 광학 축 상에 위치되는, 따라서, 중심에 위치되는 통상적인 상황을 방지하기 위해서는, 상기에서 개설되는 바와 같이, 단순히, 예컨대 사분면 포토다이오드의 중심을 광학 축으로부터 중심에서 벗어나게 하는 것에 의한 광학 축으로부터의 어레이의 편심이 시작 포인트일 수 있다. 따라서, 광학 축에 대해 어레이를 중심에서 벗어나게 하는 것에 의해, 광 스팟은 중심에서 벗어나야 한다. 이것이 사실이 아닌 것으로 확인되고, 그 결과, 광 스팟이, 우연히, 어레이의 중심에 위치되고 모든 광학 센서를 동일하게 조명하는 경우, 어레이 상의 광 스팟을 중심에서 벗어나게 하기 위해, 광학 축에 대한 어레이의 상기 언급된 시프팅이, 바람직하게는 자동적으로, 발생할 수 있다. 그에 의해, 신뢰 가능한 거리 측정이 발생할 수 있다.

게다가, 이동 가능한 광원을 갖는 스캐닝 시스템에서, 사분면 다이오드 상의 광 스팟 위치는 고정되지 않을 수 있다. 이것은 여전히 가능하지만, 그러나, 다이오드에서의 스팟의 xy 위치에 의존하여, 상이한 교정(calibration)이 사용되는 것을 필요로 할 수 있다.

게다가, 상기 언급된 결합된 DPR 신호(Q)의 사용은 거리 측정을 위한 매우 신뢰 가능한 방법이다. 통상적으로, Q는 오브젝트의 종방향 좌표 및/또는 광 스팟의 직경 또는 등가 직경과 같은 광 스팟의 사이즈의 단조 함수이다. 따라서, 한 예로서, 구체적으로 선형 광학 센서가 사용되는 경우, 몫(Q)은 광 스팟의 사이즈의 단조 감소 함수이다. 이 이론에 얽매이기를 원하는 것은 아니지만, 이것은, 상기에서 설명되는 바람직한 셋업에서, 상기 언급된 제1 센서 신호 및 상기 언급된 제2 센서 신호와 같은 센서 신호가, 광원까지의 거리가 증가함에 따라, 검출기에 도달하는 광의 양이 감소하기 때문에, 제곱 함수로서 감소한다는 사실에 기인하는 것으로 믿어진다. 거기에서, 그러나, 편심에 기인하여, 센서 신호 중 하나는 다른 것보다 더 급격하게 감소하는데, 실험에서 사용되는 바와 같은 광학적 셋업에서, 이미지 평면에서의 광 스팟이 성장하고, 따라서, 더 큰 영역에 걸쳐 확산되기 때문이다. 그러나, 광 스팟을 확산시키는 것에 의해, 광 스팟의 중심 밖에 있는 하나 이상의 광학 센서를 조명하는 광의 부분은, 매우 작은 광 스팟의 상황과 비교하여, 증가한다. 따라서, 센서 신호의 몫은, 광 빔의 직경 또는 광 스팟의 직경이 증가함에 따라, 지속적으로 변한다, 즉, 증가하거나 또는 감소한다. 게다가, 몫은 또한, 광 빔의 총 전력이 모든 센서 신호에서 인자를 형성하기 때문에, 광 빔의 총 전력과는 대체로 독립적으로 렌더링될 수 있다. 결과적으로, 몫(Q)은 광 빔의 사이즈 또는 직경과 센서 신호 사이에서 고유하고 명확한 관계를 제공하는 이차 신호를 형성할 수 있다.

반면에, 광 빔의 사이즈 또는 직경이, 광 빔이 검출기를 향해 전파되는 오브젝트와 검출기 그 자체 사이의 거리에 의존하기 때문에, 즉 오브젝트의 종방향 좌표에 의존하기 때문에, 제1 및 제2 센서 신호와 종방향 좌표 사이에 고유하고 명확한 관계가 존재할 수 있다. 후자의 경우, 예를 들면, WO 2014/097181 A1과 같은 상기 언급된 종래 기술 문서 중 하나 이상에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 미리 결정된 관계는 분석적 고려에 의해, 예컨대 가우스 광 빔의 선형 조합을 가정하는 것에 의해, 경험적 측정, 예컨대 제1 및 제2 센서 신호 또는 그들의 유도되는 이차 신호를 오브젝트의 종방향 좌표의 함수로서 측정하는 측정에 의해, 또는 둘 모두에 의해 결정될 수 있다.

두 개의 광학 센서의 각각의 감광 영역은 기하학적 중심을 가질 수 있는데, 광학 센서의 기하학적 중심은 상이한 공간 오프셋만큼 검출기의 광학 축으로부터 떨어져 이격되어 있다. 본원에서 사용될 때, 영역의 "기하학적 중심"이라는 용어는 영역의 무게 중심을 일반적으로 지칭할 수 있다. 한 예로서, 영역 내부 또는 외부의 임의의 포인트가 선택되면, 그리고, 이 임의의 포인트를 영역의 각각의 그리고 모든 포인트와 상호 연결하는 벡터에 걸쳐 적분이 형성되면, 적분은 임의의 포인트의 위치의 함수이다. 임의의 포인트이 영역의 기하학적 중심에 위치되는 경우, 적분의 절대 값의 적분이 최소화된다. 따라서, 다시 말하면, 기하학적 중심은 영역의 모든 포인트로부터 최소 전체 또는 합 거리를 갖는 영역 내부의 또는 외부의 포인트일 수 있다. 예를 들면, 각각의 감광 영역의 각각의 기하학적 중심은 종방향 좌표(l_center,i)에서 배열될 수 있는데, 여기서 i는 각각의 광학 센서의 수를 나타낸다. 정확하게 두 개의 광학 센서를 포함하는 검출기의 경우 그리고 두 개보다 더 많은 광학 센서를 포함하는 검출기의 경우, 광학 센서는 적어도 하나의 제1 광학 센서 - 제1 광학 센서, 특히 기하학적 중심은 제1 종방향 좌표(l_center,1)에 배열됨 - , 및 적어도 하나의 제2 광학 센서 - 제2 광학 센서, 특히 기하학적 중심은 제2 종방향 좌표(l_center,2)에 있음 - 를 포함할 수 있는데, 제1 종방향 좌표 및 제2 종방향 좌표는 상이하다. 예를 들면, 제1 광학 센서 및 제2 광학 센서는, 광학 축 방향에서 오프셋되는 상이한 평면에서 위치될 수 있다. 제1 광학 센서는 제2 광학 센서의 전방에 배열될 수 있다. 따라서, 한 예로서, 제1 광학 센서는 간단히 제2 광학 센서의 표면 상에 배치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제1 광학 센서는 제2 광학 센서로부터, 예를 들면, 제1 감광 영역, 즉, 제1 광학 센서의 감광 영역의 표면적의 제곱근의 5 배 이하만큼 떨어져 이격될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제1 광학 센서는 제2 광학 센서의 전방에 배열될 수 있고, 제2 광학 센서로부터 50 mm 이하만큼, 바람직하게는 15 mm 이하만큼 떨어져 이격될 수 있다. 제1 광학 센서 및 제2 광학 센서의 상대 거리는, 예를 들면, 초점 거리 또는 오브젝트 거리에 의존할 수 있다.

각각의 감광 영역의 각각의 기하학적 중심은, 각각의 광학 센서가 위치되는 각각의 빔 경로 또는 빔 경로의 광학 축과 같은, 전달 디바이스의 광학 축으로부터 떨어져 이격될 수 있다. 특히 횡방향에서의 기하학적 중심과 광학 축 사이의 거리는 용어 "공간 오프셋"에 의해 나타내어진다. 정확하게 두 개의 광학 센서를 포함하는 검출기의 경우에 그리고 두 개보다 더 많은 광학 센서를 포함하는 검출기의 경우에, 광학 센서는, 제1 공간 오프셋만큼 광학 축으로부터 떨어져 이격되는 적어도 하나의 제1 광학 센서 및 제2 공간 오프셋만큼 광학 축으로부터 떨어져 이격되는 적어도 하나의 제2 광학 센서를 포함할 수 있는데, 여기서 제1 공간 오프셋 및 제2 공간 오프셋은 상이하다. 제1 및 제2 공간 오프셋은, 한 예로서, 적어도 1.2 배, 더욱 바람직하게는 적어도 1.5 배, 더욱 바람직하게는 적어도 2 배만큼 상이할 수 있다.

정확하게 두 개의 광학 센서를 포함하는 검출기의 경우에 그리고 두 개보다 더 많은 광학 센서를 포함하는 검출기의 경우에, 광학 센서는 제1 표면 영역을 갖는 적어도 하나의 제1 광학 센서 및 제2 표면 영역 갖는 적어도 하나의 제2 광학 센서를 포함할 수 있다. 두 개보다 더 많은 광학 센서를 포함하는 검출기, 예를 들면, 광학 센서의 매트릭스를 포함하는 센서 엘리먼트의 경우, 매트릭스의 광학 센서 중 적어도 하나 또는 광학 센서의 제1 그룹은 제1 표면 영역을 형성할 수 있는데, 여기서 매트릭스의 적어도 하나의 다른 광학 센서 또는 광학 센서의 제2 그룹은 제2 표면 영역을 형성할 수 있다. 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역은 상이할 수 있다. 특히, 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역은 합동이 아니다. 본원에서 사용될 때, 용어 "표면 영역"은 적어도 하나의 감광 영역의 형상 및 콘텐츠 둘 모두를 일반적으로 지칭한다. 따라서, 제1 광학 센서 및 제2 광학 센서의 표면 영역은 형상 또는 콘텐츠 중 하나 이상에서 상이할 수 있다. 예를 들면, 제1 표면 영역은 제2 표면 영역보다 더 작을 수 있다. 한 예로서, 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역 둘 모두는 정사각형의 또는 직사각형의 형상을 가질 수 있는데, 여기서 제1 표면 영역의 정사각형 또는 직사각형의 변 길이는 제2 표면 영역의 정사각형 또는 직사각형의 대응하는 변 길이 보다 더 작다. 대안적으로, 한 예로서, 제1 표면 영역 및 제2 표면 영역 둘 모두는 원의 형상을 가질 수 있는데, 여기서 제1 표면 영역의 직경은 제2 표면 영역의 직경보다 더 작다. 다시, 대안적으로, 한 예로서, 제1 표면 영역은 제1 등가 직경을 가질 수 있고, 제2 표면 영역은 제2 등가 직경을 가질 수 있는데, 여기서 제1 등가 직경은 제2 등가 직경보다 더 작다. 광학 센서, 특히 감광 영역은 중첩될 수 있거나 또는 광학 센서 사이에 어떠한 중첩도 주어지지 않도록 배열될 수 있다.

제1 감광 영역은 제2 감광 영역, 즉 제2 광학 센서의 감광 영역보다 더 작을 수 있다. 거기에서 사용될 때, 용어 "보다 더 작다"는, 제1 감광 영역의 표면적이 제2 감광 영역의 표면적보다, 예컨대 적어도 0.9 배만큼, 예를 들면, 적어도 0.7 배만큼, 또는 심지어 적어도 0.5 배만큼 더 작다는 사실을 가리킨다. 한 예로서, 제1 감광 영역 및 제2 감광 영역 둘 모두는 정사각형의 또는 직사각형의 형상을 가질 수 있는데, 여기서 제1 감광 영역의 정사각형 또는 직사각형의 변 길이는 제2 감광 영역의 정사각형 또는 직사각형의 대응하는 변 길이 보다 더 작다. 대안적으로, 한 예로서, 제1 감광 영역 및 제2 감광 영역 둘 모두는 원의 형상을 가질 수 있는데, 여기서 제1 감광 영역의 직경은 제2 감광 영역의 직경보다 더 작다. 다시, 대안적으로, 한 예로서, 제1 감광 영역은 제1 등가 직경을 가질 수 있고, 제2 감광 영역은 제2 등가 직경을 가질 수 있는데, 여기서 제1 등가 직경은 제2 등가 직경보다 더 작다.

제2 감광 영역은 제1 감광 영역보다 더 클 수 있다. 따라서, 한 예로서, 제2 감광 영역은 적어도 두 배만큼, 더욱 바람직하게는 적어도 세 배만큼, 가장 바람직하게는 적어도 다섯 배만큼 제1 감광 영역보다 더 클 수 있다.

제1 감광 영역은 구체적으로 작은 감광 영역일 수 있고, 그 결과, 바람직하게는, 광 빔은 이 감광 영역을 완전히 조명한다. 따라서, 통상적인 광학 구성에 적용될 수 있는 한 예로서, 제1 감광 영역은 1 mm² 내지 150 mm²의 표면적을, 더욱 바람직하게는 10 mm² 내지 100 mm²의 표면적을 가질 수 있다. 제2 감광 영역은 구체적으로 큰 영역일 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 검출기의 측정 범위 내에서, 이색성 필터를 통과한 광 빔에 의해 생성되는 광 스팟은 제2 감광 영역 내에 완전히 위치될 수 있고, 그 결과, 광 스팟은 제2 감광 영역의 경계 내에 완전히 위치될 수 있다. 예를 들면, 통상적인 광학 셋업에서 적용 가능한 한 예로서, 제2 감광 영역은 160 mm² 내지 1000 mm²의 표면적, 더욱 바람직하게는 200 mm² 내지 600 mm²의 표면적을 가질 수 있다.

광학 센서는, 광학 센서의 감광 영역이 그들의 공간 오프셋 및/또는 그들의 표면적에서 상이하도록 배열될 수 있다. 광학 센서의 감광 영역은, 오브젝트에서 보이는 대로, 중첩될 수 있거나, 또는, 중첩되지 않을 수 있다, 즉, 중첩 없이 서로의 옆에 배치될 수 있다. 감광 영역은 서로 떨어져 이격될 수 있거나 또는 바로 인접할 수 있다. 제1 감광 영역은 구체적으로 광 빔의 전파의 방향에서 제2 감광 영역과 중첩될 수 있다. 이색성 필터를 통과한 광 빔은 제1 감광 영역 및, 완전히 또는 부분적으로, 제2 감광 영역 둘 모두를 조명할 수 있다. 따라서, 한 예로서, 검출기의 광학 축 상에 위치되는 오브젝트에서 볼 때, 제1 감광 영역은 제2 감광 영역의 전방에 위치될 수 있고, 그 결과, 제1 감광 영역은, 오브젝트로부터 봤을 때, 제2 감광 영역 내에 완전히 위치된다. 이 오브젝트로부터의 광 빔이 제1 및 제2 감광 영역을 향해 전파되는 경우, 상기에서 개설되는 바와 같이, 이색성 필터를 통과한 광 빔은 제1 감광 영역을 완전히 조명할 수 있고 제2 감광 영역 상에 광 스팟을 생성할 수 있는데, 제1 광학 센서에 의해 생성되는 그림자가 광 스팟 내에 위치된다. 그러나, 다른 실시형태도 실현 가능하다는 것을 유의해야 할 것이다.

제1 및 제2 광학 센서는, 구체적으로, 검출기의 하나의 그리고 동일한 빔 경로에서 선형적으로 배열될 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "선형적으로"는, 센서가 하나의 축을 따라 배열된다는 것을 일반적으로 지칭한다. 따라서, 한 예로서, 제1 및 제2 광학 센서 둘 모두는 검출기의 광학 축 상에 위치될 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 광학 센서는 검출기의 광학 축과 관련하여 동심으로(concentrically) 배열될 수 있다.

제1 광학 센서는 제2 광학 센서의 전방에 배열될 수 있다. 따라서, 한 예로서, 제1 광학 센서는 간단히 제2 광학 센서의 표면 상에 배치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제1 광학 센서는 제1 감광 영역의 표면적 제곱근의 5 배 이하만큼 제2 광학 센서로부터 떨어져 이격될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제1 광학 센서는 제2 광학 센서의 전방에 배열될 수 있고, 제2 광학 센서로부터 50 mm 이하만큼, 바람직하게는 15 mm 이하만큼 떨어져 이격될 수 있다. 두 개의 광학 센서의 선형 배열에 대해 대안적으로, 광학 센서는 검출기의 상이한 빔 경로에서 배열될 수 있다.

광학 센서 각각은, 구체적으로, 반도체 센서, 바람직하게는 무기 반도체 센서, 더욱 바람직하게는 포토다이오드, 그리고 가장 바람직하게는 실리콘 포토다이오드일 수 있다. 따라서, 본 발명은 상업적으로 이용 가능한 무기 포토다이오드, 즉 하나의 소형 포토다이오드와 하나의 대면적 포토다이오드를 사용하는 것에 의해 간단하게 실현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 셋업은 저렴하고 값싼 양식으로 실현될 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 광학 센서는, 각각 독립적으로, 적외선 스펙트럼 범위, 바람직하게는 780 nm 내지 3.0 마이크로미터 범위에서 감응하고, 및/또는 가시 스펙트럼 범위, 바람직하게는 380 nm 내지 780 nm의 범위에서 감응하는 무기 포토다이오드일 수 있거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 근적외선 영역의 부분에서 감응할 수 있는데, 여기서 실리콘 포토다이오드는, 구체적으로, 700 nm 내지 1000 nm 범위에서 적용 가능하다. 광학 센서에 대해 사용될 수 있는 적외선 광학 센서는, 독일 D-67056 Ludwigshafen am Rhein 소재의 trinamiX GmbH로부터의 브랜드명 Hertzstueck™ 하에서 상업적으로 이용 가능한 적외선 광학 센서와 같은, 상업적으로 이용 가능한 적외선 광학 센서일 수 있다. 따라서, 한 예로서, 광학 센서 중 하나 또는 광학 센서 둘 모두는, 내인성 광기전 타입의 적어도 하나의 광학 센서, 더 바람직하게는 다음의 것으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 반도체 포토다이오드를 포함할 수 있다: Ge 포토다이오드, InGaAs 포토다이오드, 확장된 InGaAs 포토다이오드, 및 InAs 포토다이오드, InSb 포토다이오드, HgCdTe 포토다이오드. 추가적으로 또는 대안적으로, 광학 센서 중 하나 또는 광학 센서 중 둘 모두는 외인성 광기전 타입의 적어도 하나의 광학 센서, 더욱 바람직하게는 다음의 것으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 반도체 포토다이오드를 포함할 수 있다: Ge:Au 포토다이오드, Ge:Hg 포토다이오드, Ge:Cu 포토다이오드, Ge:Zn 포토다이오드, Si:Ga 포토다이오드, Si:As 포토다이오드. 추가적으로 또는 대안적으로, 광학 센서 중 하나 또는 광학 센서 둘 모두는 PbS 또는 PbSe 센서, 볼로미터, 바람직하게는 VO 볼로미터 및 비정질 Si 볼로미터로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 볼로미터와 같은 적어도 하나의 광전도성 센서를 포함할 수 있다.

검출기는 광학 센서의 매트릭스를 갖는 적어도 하나의 센서 엘리먼트를 가질 수 있다. 광학 센서 각각은 감광 영역을 가질 수 있다. 각각의 광학 센서는 이색성 필터를 통과한 광 빔에 의한 그 각각의 감광 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.

본원에서 사용될 때, 용어 "센서 엘리먼트"는 적어도 하나의 파라미터를 감지하도록 구성되는 디바이스 또는 복수의 디바이스의 조합을 일반적으로 지칭한다. 본 경우에, 파라미터는, 구체적으로, 광학 파라미터일 수 있고, 센서 엘리먼트는, 구체적으로, 광학 센서 엘리먼트일 수 있다. 센서 엘리먼트는 일원식의(unitary) 단일 디바이스로서 또는 여러 가지 디바이스의 조합으로서 형성될 수 있다. 본원에서 사용될 때 또한, 용어 "매트릭스"는 미리 결정된 기하학적 순서의 복수의 엘리먼트의 배열을 일반적으로 지칭한다. 매트릭스는, 하기에서 더욱 상세하게 개설될 바와 같이, 구체적으로, 하나 이상의 행 및 하나 이상의 열을 갖는 직사각형 매트릭스일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 행 및 열은, 구체적으로, 직사각형 양식으로 배열될 수 있다. 그러나, 비직사각형 배열과 같은 다른 배열도 실현 가능하다는 점이 개설되어야 한다. 한 예로서, 원형 배열도 또한 실현 가능한데, 이 경우, 엘리먼트는 중심 포인트를 중심으로 동심원 또는 타원으로 배열된다. 예를 들면, 매트릭스는 픽셀의 단일의 행일 수 있다. 다른 배열도 실현 가능하다.

매트릭스의 광학 센서는, 구체적으로, 사이즈, 감도 및 다른 광학적, 전기적 및 기계적 속성 중 하나 이상에서 동일할 수 있다. 매트릭스의 모든 광학 센서의 감광 영역은 구체적으로 공통 평면 - 공통 평면은 바람직하게는 오브젝트를 향함 - 에 위치될 수 있고, 그 결과 이색성 필터를 통과한 광 빔은 공통 평면 상에서 광 스팟을 생성할 수 있다.

결합된 신호(∧)를 결정하기 위해, 평가 디바이스는 매트릭스의 광학 센서의 모든 신호의 합 또는 합 신호를 결정하도록 그리고 파장에 의존하는 제1 및 제2 센서 신호를 생성하도록 적응될 수 있다. 용어 "합 신호"는 광학 센서의 모든 센서 신호로 구성되는 신호를 일반적으로 지칭한다. 구체적으로, 합 신호는 조명된 광학 센서의 모든 센서 신호를 가산하는 것에 의해 결정될 수 있다. 평가 디바이스는 제1 및 제2 센서 신호를 결합하는 것에 의해 결합된 신호(∧)를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 디바이스는 결합된 신호(∧)를 평가하는 것에 의해 오브젝트의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성될 수 있다.

또한, 결합된 DPR 신호(Q)를 결정하기 위해, 평가 디바이스는 다음의 것을 하는 것에 의해 센서 신호를 평가하도록 구성될 수 있다

a) 가장 높은 센서 신호를 갖는 적어도 하나의 광학 센서를 결정하고 적어도 하나의 중심 신호를 형성하는 것;

b) 매트릭스의 광학 센서의 센서 신호를 평가하고 적어도 하나의 합 신호를 형성하는 것;

c) 중심 신호 및 합 신호를 결합하는 것에 의해 결합된 DPR 신호를 결정하는 것; 및

d) 결합된 신호를 평가하는 것에 의해 오브젝트의 종방향 좌표(z_DPR)를 결정하는 것.

상기 언급된 종래 기술 문서 중 하나 이상에서, 예를 들면, WO 2012/110924 A1 또는 WO 2014/097181 A1에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 통상적으로, 광 스팟의 직경, 빔 웨이스트(beam waist) 또는 등가적 직경과 같은 광 스팟의 사이즈와, 광 빔이 검출기를 향해 전파되는 오브젝트의 종방향 좌표 사이에는 미리 결정된 또는 결정 가능한 관계가 존재한다. 이 이론에 얽매이기를 원하는 것은 아니지만, 광 스팟은 두 가지 측정 변수에 의해 특성 묘사될 수 있다: 광 스팟의 중심 내의 또는 중심에 가까운 작은 측정 패치에서 측정되는, 중심 신호로도 또한 지칭되는 측정 신호, 및 중심 신호의 유무에 관계없이, 광 스팟에 걸쳐 통합되는 적분 또는 합 신호. 빔이 넓어지거나 또는 포커싱될 때 변하지 않는 소정의 총 전력을 갖는 광 빔의 경우, 합 신호는 광 스팟의 스팟 사이즈와는 독립적이어야 하며, 따라서, 적어도, 그들의 각각의 측정 범위 내의 선형 광학 센서가 사용되는 경우, 오브젝트와 검출기 사이의 거리와는 독립적이어야 한다. 그러나, 중심 신호는 스팟 사이즈에 의존한다. 따라서, 중심 신호는, 통상적으로, 광 빔이 포커싱될 때 증가하고, 광 빔이 디포커싱될 때 감소한다. 따라서, 중심 신호 및 합 신호를 비교하는 것에 의해, 광 빔에 의해 생성되는 광 스팟의 사이즈에 대한, 따라서 오브젝트의 종방향 좌표(z_DPR)에 대한 정보의 아이템이 생성될 수 있다. 중심 신호 및 합 신호의 비교는, 한 예로서, 중심 신호 및 합 신호로부터 결합된 DPR 신호(Q)를 형성하는 것에 의해 그리고 종방향 좌표(z_DPR)와 종방향 좌표(z_DPR)를 유도하기 위한 결합된 DPR 신호 사이의 미리 결정된 또는 결정 가능한 관계를 사용하는 것에 의해 행해질 수 있다.

결과적으로, 본 발명에 따르면, 용어 "중심 신호"는 빔 프로파일의 중심 정보를 본질적으로 포함하는 적어도 하나의 센서 신호를 일반적으로 지칭한다. 본원에서 사용될 때, 용어 "가장 높은 센서 신호"는 주목 영역에서의 최대치 또는 국소적 최대치 중 하나 또는 둘 모두를 지칭한다. 예를 들면, 중심 신호는 전체 매트릭스의 또는 매트릭스 내의 주목 영역의 광학 센서에 의해 생성되는 복수의 센서 신호 중 가장 높은 센서 신호를 갖는 적어도 하나의 광학 센서의 신호일 수 있는데, 주목 영역은 매트릭스의 광학 센서에 의해 생성되는 이미지 내에서 결정 가능하거나 또는 미리 결정될 수 있다. 중심 신호는 단일의 광학 센서로부터, 또는, 하기에서 더욱 상세하게 개설될 바와 같이, 광학 센서의 그룹으로부터 발생할 수 있는데, 후자의 경우, 한 예로서, 광학 센서의 그룹의 센서 신호는, 중심 신호를 결정하기 위해, 합산, 통합 또는 평균될 수 있다. 중심 신호가 발생하는 광학 센서의 그룹은 가장 높은 센서 신호를 갖는 실제 광학 센서로부터 미리 결정된 거리 미만의 거리를 갖는 광학 센서와 같은 이웃하는 광학 센서의 그룹일 수 있거나, 또는 가장 높은 센서 신호로부터 미리 결정된 범위 내에 있는 센서 신호를 생성하는 광학 센서의 그룹일 수 있다. 중심 신호가 발생하는 광학 센서의 그룹은 최대 다이나믹 레인지를 허용하기 위해 가능한 한 크게 선택될 수 있다. 평가 디바이스는 복수의 센서 신호, 예를 들면, 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 주변의 복수의 광학 센서의 통합에 의해 중심 신호를 결정하도록 적응될 수 있다. 예를 들면, 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일일 수 있고, 평가 디바이스는 사다리꼴의, 특히 사다리꼴의 고원의 적분을 결정하도록 적응될 수 있다.

유사하게, 용어 "합 신호"는 또한, 빔 프로파일의 에지 정보를 본질적으로 포함하는 신호를 지칭한다. 예를 들면, 합 신호는 센서 신호를 합산하는 것, 센서 신호에 걸쳐 통합하는 것, 또는 전체 매트릭스의 또는 매트릭스 내의 주목 영역의 센서 신호를 평균하는 것에 의해 유도될 수 있는데, 여기서 주목 영역은 매트릭스의 광학 센서에 의해 생성되는 이미지 내에서 결정 가능하거나 또는 미리 결정될 수 있다. 센서 신호를 합산, 통합 또는 평균할 때, 센서 신호가 생성되는 실제 광학 센서는 합산, 통합 또는 평균에서 제외될 수 있거나, 대안적으로, 합산, 통합 또는 평균에 포함될 수 있다. 평가 디바이스는 전체 매트릭스의 또는 매트릭스 내의 주목 영역의 신호를 통합하는 것에 의해 합 신호를 결정하도록 적응될 수 있다. 예를 들면, 빔 프로파일은 사다리꼴 빔 프로파일일 수 있고 평가 디바이스는 전체 사다리꼴의 적분을 결정하도록 적응될 수 있다. 게다가, 사다리꼴 빔 프로파일을 가정될 수 있는 경우, 에지 및 중심 신호의 결정은, 에지의 기울기 및 위치의 그리고 중심 고원의 높이의 결정과 같은 사다리꼴 빔 프로파일의 속성을 사용하는 그리고 기하학적 형상의 고려에 의해 에지 및 중심 신호를 유도하는 등가의 식에 의해 대체될 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 평가 디바이스는 광 스팟의 적어도 하나의 슬라이스 또는 컷으로부터 중심 정보 또는 에지 정보 중 하나 또는 둘 모두를 결정하도록 적응될 수 있다. 이것은, 예를 들면, 결합된 DPR 신호(Q)의 면적 적분을, 슬라이스 또는 컷을 따르는 선적분에 의해 대체하는 것에 의해 실현될 수 있다. 향상된 정확도를 위해, 광 스팟을 통과하는 여러 가지 슬라이스 또는 컷이 사용 및 평균될 수 있다. 타원형 스팟 프로파일의 경우, 여러 가지 슬라이스 또는 컷에 걸쳐 평균을 구하는 것은 향상된 거리 정보로 나타날 수 있다.

결합된 DPR 신호(Q)는 다음 것 중 하나 이상에 의해 결정될 수 있다: 중심 신호 및 합 신호의 몫 또는 그 반대의 것을 형성하는 것; 중심 신호의 배수 및 합 신호의 배수의 몫 또는 그 반대의 것을 형성하는 것; 중심 신호의 선형 조합 및 합 신호의 선형 조합의 몫 또는 그 반대의 것을 형성하는 것. 추가적으로 또는 대안적으로, 결합된 DPR 신호는, 중심 신호와 합 신호 사이의 비교에 대한 정보의 적어도 하나의 아이템을 포함하는 임의의 신호 또는 신호 조합을 포함할 수 있다.

이색성 필터를 통과한 광 빔은, 중심 신호가 생성되는 적어도 하나의 광학 센서를 완전히 조명할 수 있고, 그 결과, 중심 신호가 발생하는 적어도 하나의 광학 센서는 광 빔 내에 완전히 위치될 수 있는데, 광 빔의 폭은 센서 신호가 발생하는 적어도 하나의 광학 센서의 감광 영역보다 더 크다. 반대로, 바람직하게는, 이색성 필터를 통과한 광 빔은 매트릭스보다 더 작은 광 스팟을 전체 매트릭스 상에서 생성할 수 있고, 그 결과, 광 스팟은 매트릭스 내에 완전히 위치된다. 이 상황은, 광 빔에 대한 포커싱 또는 디포커싱 효과를 갖는 하나 이상의 적절한 렌즈 또는 엘리먼트를 선택하는 것에 의해, 예컨대 적절한 전달 디바이스를 사용하는 것에 의해, 광학기기의 기술 분야의 숙련된 자에 의해 쉽게 조정될 수 있다.

상기에서 개설되는 바와 같이, 중심 신호는 일반적으로 광 스팟의 중심에 있는 광학 센서로부터의 센서 신호와 같은 단일의 센서 신호일 수 있거나, 또는 복수의 센서 신호의 조합, 예컨대 광 스팟의 중심에 있는 광학 센서로부터 발생하는 센서 신호의 조합, 또는 전술한 가능성 중 하나 이상에 의해 유도되는 센서 신호를 프로세싱하는 것에 의해 유도되는 이차 센서 신호일 수 있다. 중심 신호의 결정은, 센서 신호의 비교가 종래의 전자기기에 의해 상당히 간단하게 구현되기 때문에 전자적으로 수행될 수 있거나, 또는 소프트웨어에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 중심 신호는 다음의 것으로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다: 가장 높은 센서 신호; 가장 높은 센서 신호로부터 미리 결정된 범위의 공차 내에 있는 센서 신호의 그룹의 평균; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 및 이웃하는 광학 센서의 미리 결정된 그룹을 포함하는 광학 센서의 그룹으로부터의 센서 신호의 평균; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 및 이웃하는 광학 센서의 미리 결정된 그룹을 포함하는 광학 센서의 그룹으로부터의 센서 신호의 합; 가장 높은 센서 신호로부터 미리 결정된 범위의 공차 내에 있는 센서 신호의 그룹의 합; 미리 결정된 임계치를 초과하는 센서 신호의 그룹의 평균; 미리 결정된 임계치를 초과하는 센서 신호의 그룹의 합; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서 및 이웃하는 광학 센서의 미리 결정된 그룹을 포함하는 광학 센서의 그룹으로부터의 센서 신호의 적분; 가장 높은 센서 신호로부터 미리 결정된 범위의 공차 내에 있는 센서 신호의 그룹의 적분; 미리 결정된 임계치를 초과하는 센서 신호의 그룹의 적분.

상기에서 개설되는 바와 같이, 광학 센서의 원시 센서 신호는 평가 또는 그로부터 유도되는 보조 센서 신호를 위해 사용될 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "이차 센서 신호"는, 전자 신호, 더욱 바람직하게는 아날로그 및/또는 디지털 신호와 같은 신호를 일반적으로 지칭하며, 이것은 필터링, 평균, 복조 또는 등등과 같은, 하나 이상의 원시 신호를 프로세싱하는 것에 의해 획득된다. 따라서, 이미지 프로세싱 알고리즘은 매트릭스의 전체 센서 신호로부터 또는 매트릭스 내의 주목 영역으로부터 이차 센서 신호를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, 평가 디바이스와 같은 검출기는 광학 센서의 센서 신호를 변환하도록, 그에 의해, 이차 광학 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있는데, 평가 디바이스는 이차 광학 센서 신호를 사용하는 것에 의해 단계 a) 내지 d)를 수행하도록 구성된다. 센서 신호의 변환은 구체적으로 다음으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 변환을 포함할 수 있다: 필터링; 적어도 하나의 주목 영역의 선택; 센서 신호에 의해 생성되는 이미지와 적어도 하나의 오프셋 사이에 차이 이미지의 형성; 센서 신호에 의해 생성되는 이미지를 반전시키는 것에 의한 센서 신호의 반전; 상이한 시간에 센서 신호에 의해 생성되는 이미지 사이의 차이 이미지의 형성; 배경 보정; 컬러 채널로의 분해; 색조(hue); 포화; 및 휘도 채널로의 분해; 주파수 분해; 특이 값 분해(singular value decomposition); Canny(캐니) 에지 검출기를 적용하는 것; 가우시안의 라플라시안 필터(Laplacian of Gaussian filter)를 적용하는 것; 가우시안 차분 필터를 적용하는 것; Sobel(소벨) 연산자를 적용하는 것; Laplace(라플라스) 연산자를 적용하는 것; Scharr(샤르) 연산자를 적용하는 것; Prewitt(프리윗) 연산자를 적용하는 것; Roberts(로버츠) 연산자를 적용하는 것; Kirsch(키르시) 연산자를 적용하는 것; 고역 통과 필터를 적용하는 것; 저역 통과 필터를 적용하는 것; 푸리에 변환을 적용하는 것; Radon(라돈) 변환을 적용하는 것; Hough(허프) 변환을 적용하는 것; 웨이블릿 변환을 적용하는 것; 임계치화; 이진 이미지를 생성하는 것. 주목 영역은 사용자에 의해 수동으로 결정될 수 있거나 또는, 예컨대 광학 센서에 의해 생성되는 이미지 내의 오브젝트를 인식하는 것에 의해, 자동적으로 결정될 수 있다. 한 예로서, 이미지 내에서, 즉 광학 센서에 의해 생성되는 센서 신호의 전체 내에서, 차량, 사람 또는 다른 타입의 미리 결정된 오브젝트가 자동 이미지 인식에 의해 결정될 수 있으며, 주목 영역은, 오브젝트가 주목 영역 내에 위치되도록 선택될 수 있다. 이 경우, 종방향 좌표의 결정과 같은 평가는 주목 영역에 대해서만 수행될 수 있다. 그러나, 다른 구현예도 실현 가능하다.

상기에서 개설되는 바와 같이, 광 스팟의 중심의 검출, 즉 중심 신호의 및/또는 중심 신호가 발생하는 적어도 하나의 광학 센서의 검출은, 전자적으로 완전히 또는 부분적으로 또는 하나 이상의 소프트웨어 알고리즘을 사용하는 것에 의해 완전히 또는 부분적으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 평가 디바이스는 적어도 하나의 가장 높은 센서 신호를 검출하기 위한 및/또는 중심 신호를 형성하기 위한 적어도 하나의 중심 검출기를 포함할 수 있다. 중심 검출기는, 구체적으로, 소프트웨어로 완전히 또는 부분적으로 구체화될 수 있고 및/또는 하드웨어로 완전히 또는 부분적으로 구체화될 수 있다. 중심 검출기는 적어도 하나의 센서 엘리먼트에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있고 및/또는 센서 엘리먼트와는 독립적으로 완전히 또는 부분적으로 구체화될 수 있다.

상기에서 개설되는 바와 같이, 합 신호는 매트릭스의 모든 센서 신호로부터, 주목 영역 내의 센서 신호로부터 또는 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터 발생하는 센서 신호가 배제된 상태에서 이들 가능성 중 하나로부터 유도될 수 있다. 모든 경우에, 종방향 좌표를 결정하기 위해, 중심 신호와 신뢰성 있게 비교될 수 있는 신뢰 가능한 합 신호가 생성될 수 있다. 일반적으로, 합 신호는 다음으로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다: 매트릭스의 모든 센서 신호에 걸친 평균; 매트릭스의 모든 센서 신호의 합; 매트릭스의 모든 센서 신호의 적분; 중앙 신호에 기여하는 광학 센서로부터의 센서 신호를 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호에 걸친 평균; 중심 신호에 기여하는 광학 센서로부터의 센서 신호를 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호의 합; 중심 신호에 기여하는 광학 센서의 센서 신호를 제외한 매트릭스의 모든 센서 신호의 적분; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터 미리 결정된 범위 내의 광학 센서의 센서 신호의 합; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터 미리 결정된 범위 내의 광학 센서의 센서 신호의 적분; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터 미리 결정된 범위 내에 위치되는 광학 센서의 소정의 임계치를 초과하는 센서 신호의 합; 가장 높은 센서 신호를 갖는 광학 센서로부터 미리 결정된 범위 내에 위치되는 광학 센서의 소정의 임계치를 초과하는 센서 신호의 적분. 그러나, 다른 옵션이 존재한다.

합산은 소프트웨어로 완전히 또는 부분적으로 수행될 수 있고 및/또는 하드웨어로 완전히 또는 부분적으로 수행될 수 있다. 합산은, 통상적으로, 예를 들면, 검출기로 쉽게 구현될 수 있는 순수 전자적 수단에 의해 일반적으로 가능하다. 따라서, 전자기기의 분야에서는, 아날로그 신호 및 디지털 신호 둘 모두인, 두 개 이상의 전기 신호를 합산하기 위한 합산 디바이스가 일반적으로 공지되어 있다. 따라서, 평가 디바이스는 합 신호를 형성하기 위한 적어도 하나의 합산 디바이스를 포함할 수 있다. 합산 디바이스는 센서 엘리먼트에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있거나 또는 센서 엘리먼트와는 독립적으로 완전히 또는 부분적으로 구체화될 수 있다. 합산 디바이스는 하드웨어 또는 소프트웨어 중 하나 또는 둘 모두에서 완전히 또는 부분적으로 구체화될 수 있다.

상기에서 개설되는 바와 같이, 종방향 좌표(z_DPR)를 결정하기 위, 중심 신호와 합 신호 사이의 비교는, 구체적으로, 하나 이상의 몫 신호를 형성하는 것에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 결합된 신호는 다음의 것 중 하나 이상에 의해 유도되는 몫 신호일 수 있다: 중심 신호 및 합 신호의 몫 또는 그 반대의 것을 형성하는 것; 중심 신호의 배수 및 합 신호의 배수의 몫 또는 그 반대의 것을 형성하는 것; 중심 신호의 선형 조합 및 합 신호의 선형 조합의 몫 또는 그 반대의 것을 형성하는 것; 중심 신호 및 합 신호와 중심 신호의 선형 조합의 몫 또는 그 반대의 것을 형성하는 것; 합 신호 및 합 신호와 중심 신호의 선형 조합의 몫 또는 그 반대의 것을 형성하는 것; 중심 신호의 지수 및 합 신호의 지수의 몫 또는 그 반대의 것을 형성하는 것. 그러나, 다른 옵션이 존재한다. 평가 디바이스는 하나 이상의 몫 신호를 형성하도록 구성될 수 있다.

평가 디바이스는, 구체적으로, 적어도 하나의 종방향 좌표(z_DPR)를 결정하기 위해, 결합된 DPR 신호(Q)와 종방향 좌표(z_DPR) 사이의 적어도 하나의 미리 결정된 관계를 사용하도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기에서 개시되는 이유에 기인하여 그리고 종방향 좌표에 대한 광 스팟의 속성의 의존성에 기인하여, 결합된 DPR 신호(Q)는, 통상적으로, 오브젝트의 종방향 좌표의 및/또는 광 스팟의 사이즈 예컨대 광 스팟의 직경 또는 등가적 직경의 단조 함수이다. 따라서, 한 예로서, 구체적으로, 선형 광학 센서가 사용되는 경우, 센서 신호(s_center) 및 합 신호(s_sum)의 간단한 몫(Q = s_center/s_sum)은 거리의 단조 감소 함수일 수 있다. 이 이론에 얽매이기를 원하는 것은 아니지만, 이것은, 상기에서 설명되는 선호된 셋업에서, 중심 신호(s_center) 및 합 신호(s_sum) 둘 모두가, 광원까지의 거리가 증가함에 따라, 검출기에 도달하는 광의 양이 감소하기 때문에, 제곱 함수로서 감소한다는 사실에 기인하는 것으로 믿어진다. 그러나, 그 점에서, 실험에서 사용되는 바와 같은 광학적 셋업에서, 이미지 평면에서의 광 스팟은 커지고, 따라서, 더 넓은 영역에 걸쳐 퍼지기 때문에, 중심 신호(s_center)의 중심은 합 신호(s_sum)보다 더 빠르게 감소한다. 따라서, 중심 신호 및 합 신호의 몫은, 매트릭스의 광학 센서의 감광 영역 상에서 광 빔의 직경 또는 광 스팟의 직경이 증가함에 따라 지속적으로 감소한다. 게다가, 몫은, 통상적으로, 광 빔의 총 전력이 중심 신호 및 총 센서 신호 둘 모두에서 인자를 형성하기 때문에, 광 빔의 총 전력과는 독립적이다. 결과적으로, 몫(Q)은 광 빔의 사이즈 또는 직경 및 중심 신호와 합 신호 사이의 고유하고 명확한 관계를 제공하는 이차 신호를 형성할 수 있다. 다른 한편으로, 광 빔의 사이즈 또는 직경이, 광 빔이 검출기를 향해 전파되는 오브젝트와 검출기 그 자체 사이의 거리에 의존하기 때문에, 즉, 오브젝트의 종방향 좌표에 의존하기 때문에, 중심 신호와 한편으로는 합 신호 사이의 그리고 다른 한편으로는 종방향 좌표 사이의 고유하고 명확한 관계가 존재할 수 있다. 후자의 경우, 예를 들면, WO 2014/097181 A1과 같은 상기 언급된 종래 기술 문서 중 하나 이상에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 미리 결정된 관계는 분석적 고려에 의해, 예컨대 가우스 광 빔의 선형 조합을 가정하는 것에 의해, 경험적 측정, 예컨대 결합된 신호 및/또는 중심 신호 및 합 신호 또는 이들로부터 유도되는 이차 신호를 물체의 종방향 좌표의 함수로서 측정하는 측정에 의해, 또는 둘 모두에 의해 결정될 수 있다.

따라서, 일반적으로, 평가 디바이스는 몫 신호와 같은 결합된 DPR 신호(Q)를 평가하는 것에 의해 종방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 이 결정은, 예컨대 중심 신호와 합 신호를 직접적으로 결합하는 것 및 그 종방향 좌표를 유도하는 것에 의한 일 단계 프로세스일 수 있거나, 또는 예컨대, 먼저, 중심 신호 및 합 신호로부터 결합된 DPR 신호를 유도하는 것에 의한, 둘째로, 결합된 DPR 신호로부터 종방향 좌표를 유도하는 것에 의한, 다단계 프로세스일 수 있다. 옵션 둘 모두, 즉, 단계 c) 및 d)가 분리되고 독립적인 단계인 옵션 및 단계 c) 및 d)가 전체적으로 또는 부분적으로 결합되는 옵션은 본 발명에 포함되어야 할 것이다.

상기에서 개설되는 바와 같이, 광학 센서는, 구체적으로, 광검출기, 바람직하게는 무기 광검출기(inorganic photodetector), 더 바람직하게는 무기 반도체 광검출기, 가장 바람직하게는 실리콘 광검출기일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 광학 센서는 적외선 스펙트럼 범위에서 감응할 수 있다. 매트릭스의 모든 광학 센서 또는 매트릭스의 광학 센서의 적어도 한 그룹은 구체적으로 동일할 수 있다. 매트릭스의 동일한 광학 센서의 그룹은, 구체적으로, 상이한 스펙트럼 범위에 대해 제공될 수 있거나, 또는 모든 광학 센서가 스펙트럼 감도의 관점에서 동일할 수 있다. 게다가, 광학 센서는 사이즈에서 및/또는 그들의 전자적 또는 광전자적 속성과 관련하여 동일할 수 있다.

매트릭스는 독립적인 광학 센서로 구성될 수 있다. 따라서, 무기 포토다이오드의 매트릭스가 구성될 수 있다. 그러나, 대안적으로, CCD 검출기, 예컨대 CCD 검출기 칩, 및/또는 CMOS 검출기, 예컨대 CMOS 검출기 칩 중 하나 이상과 같은 상업적으로 이용 가능한 매트릭스가 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 검출기의 광학 센서는 센서 어레이를 형성할 수 있거나 또는 상기 언급된 매트릭스와 같은 센서 어레이의 일부일 수 있다. 따라서, 한 예로서, 검출기는, m 개의 행과 n 개의 열을 갖는 직사각형 어레이와 같은 광학 센서의 어레이를 포함할 수 있는데, m, n은, 독립적으로, 양의 정수이다. 바람직하게는, 하나보다 더 많은 열과 하나보다 더 많은 행이 제공된다, 즉, n > 1, m > 1이다. 따라서, 한 예로서, n은 2 내지 16 이상일 수 있고 m은 2 내지 16 이상일 수 있다. 바람직하게는, 행의 수와 열의 수의 비율은 1에 가깝다. 한 예로서, n 및 m은, 예컨대 m/n = 1:1, 4:3, 16:9 또는 유사한 것을 선택하는 것에 의해, 0.3 ≤ m/n ≤ 3이 되도록, 선택될 수 있다. 한 예로서, 어레이는, 예컨대 m = 2, n = 2 또는 m = 3, n = 3 또는 등등을 선택하는 것에 의해, 동일한 수의 행과 열을 갖는 정사각형 어레이일 수 있다.

상기에서 또한 개설되는 바와 같이, 매트릭스는, 구체적으로, 적어도 하나의 행, 바람직하게는 복수의 행, 및 복수의 열을 갖는 직사각형 매트릭스일 수 있다. 한 예로서, 행 및 열은 본질적으로 수직으로 배향될 수 있는데, 여기서 용어 "본질적으로 수직인"과 관련하여, 상기에서 주어지는 정의에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 따라서, 한 예로서, 20° 미만, 특히 10° 미만 또는 심지어 5° 미만의 공차가 허용 가능할 수 있다. 더 넓은 범위의 시야를 제공하기 위해, 매트릭스는, 구체적으로, 적어도 100 개의 행, 바람직하게는 적어도 500 개의 행, 더 바람직하게는 적어도 1000 개의 행을 구비할 수 있다. 유사하게, 매트릭스는 적어도 100 개의 열, 바람직하게는 적어도 500 개의 열, 더 바람직하게는 적어도 1000 개의 열을 구비할 수 있다. 매트릭스는 적어도 5000 개의 광학 센서, 바람직하게는 적어도 100000 개의 광학 센서, 더 바람직하게는 적어도 5000000 개의 광학 센서를 포함할 수 있다. 매트릭스는 수 메가 픽셀 범위 내의 픽셀의 수를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시형태도 실현 가능하다. 따라서, 상기에서 개설되는 바와 같이, 축 회전 대칭이 예상될 셋업에서, 픽셀로 또한 지칭될 수 있는 매트릭스의 광학 센서의 원형 배열 또는 동심 배열이 선호될 수 있다.

상기에서 또한 개설되는 바와 같이, 바람직하게는, 센서 엘리먼트는 검출기의 광학 축에 본질적으로 수직으로 배향될 수 있다. 다시, 용어 "본질적으로 수직인"과 관련하여, 상기에서 주어지는 정의 및 공차에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 광학 축은 직선의 광학 축일 수 있거나, 또는, 예컨대, 하나 이상의 편향 엘리먼트를 사용하는 것에 의해 및/또는 하나 이상의 빔 스플리터를 사용하는 것에 의해 굴곡되거나 또는 심지어 분할될 수 있는데, 여기서 본질적으로 수직인 방위는, 후자의 경우, 광학 셋업의 각각의 분기 또는 빔 경로에서의 로컬 광학 축을 가리킬 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 센서 엘리먼트는 오브젝트를 향하는 방위와는 상이하게 배향될 수 있다. 특히 검출기가 두 개의 센서 엘리먼트를 포함하는 경우, 센서 엘리먼트 중 적어도 하나는 오브젝트를 향하는 방위와는 상이하게 배향될 수 있다. 예를 들면, 센서 엘리먼트 중 적어도 하나는 광학 축에 대해 그리고 오브젝트와 관련하여 수직으로 또는 임의의 각도 하에서 배향될 수 있다.

상기에서 개설되는 바와 같이, 중심 신호 및 합 신호를 평가하는 것에 의해, 검출기는, 전체 오브젝트의 또는 그들의 하나 이상의 부분의 종방향 좌표를 결정하는 옵션을 비롯하여, 오브젝트의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하도록 될 수 있다. 또한, 그러나, 하나 이상의 횡방향 좌표 및/또는 회전 좌표를 비롯한, 오브젝트의 다른 좌표는 검출기에 의해, 특히 평가 디바이스에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 한 예로서, 하나 이상의 횡방향 센서가 오브젝트의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 상기에서 개설되는 바와 같이, 중심 신호가 발생하는 적어도 하나의 광학 센서의 위치는 오브젝트의 적어도 하나의 횡방향 좌표에 대한 정보를 제공할 수 있는데, 한 예로서, 광학 변환을 위해 그리고 횡방향 좌표를 유도하기 위해, 간단한 렌즈 방정식(lens equation)이 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 추가적인 횡방향 센서가 사용될 수 있고 검출기에 의해 포함될 수 있다. WO 2014/097181 A1에서 개시되는 횡방향 센서 및/또는 사분면 다이오드, CCD 또는 CMOS 칩 또는 등등과 같은 다른 위치 감응 디바이스(position-sensitive device; PSD)와 같은 다양한 횡방향 센서가 기술 분야에서 일반적으로 공지되어 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 한 예로서, 본 발명에 따른 검출기는 [R. A. Street: Technology and Applications of Amorphous Silicon, Springer-Verlag Heidelberg, 2010, pp. 346-349]에서 개시되는 하나 이상의 PSD를 포함할 수 있다. 다른 실시형태가 실현 가능하다. 이들 디바이스는 일반적으로 또한 본 발명에 따른 검출기로 구현될 수 있다. 한 예로서, 광 빔의 일부는, 적어도 하나의 빔 분할 엘리먼트에 의해 검출기 내에서 분할될 수 있다. 분할 부분은, 한 예로서, CCD 또는 CMOS 칩 또는 카메라 센서와 같은 횡방향 센서를 향해 안내될 수 있고, 횡방향 센서 상에서 분할 부분에 의해 생성되는 광 스팟의 횡방향 위치가 결정될 수 있고, 그에 의해, 오브젝트의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정할 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 검출기는 간단한 거리 측정 디바이스와 같은 일차원 검출기일 수 있거나, 또는 이차원 검출기로서 또는 심지어 삼차원 검출기로서 구현될 수 있다. 게다가, 상기에서 개설되는 바와 같이 또는 하기에서 더욱 상세하게 개설되는 바와 같이, 풍경 또는 환경을 일차원 양식으로 스캐닝하는 것에 의해, 삼차원 이미지가 또한 생성될 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 검출기는 구체적으로 일차원 검출기, 이차원 검출기 또는 삼차원 검출기 중 하나일 수 있다. 평가 디바이스는 또한, 오브젝트의 적어도 하나의 횡방향 좌표(x, y)를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 디바이스는 종방향 좌표와 횡방향 좌표의 정보를 결합하도록 그리고 공간에서 오브젝트의 위치를 결정하도록 적응될 수 있다.

조명 소스는, 복수의 조명된 영역이 광학 센서, 예를 들면, CMOS 검출기의 매트릭스 상에서 생성되도록, 포인트의 클라우드를 생성하도록 및/또는 투영하도록 적응될 수 있다. 추가적으로, 반점 및/또는 외부 광 및/또는 다중 반사에 기인하는 교란(disturbance)과 같은 교란이 광학 센서의 매트릭스 상에서 존재할 수 있다. 평가 디바이스는 적어도 하나의 주목 영역, 예를 들면, 오브젝트의 종방향 좌표의 결정을 위해 사용되는 광 빔에 의해 조명되는 하나 이상의 픽셀을 결정하도록 적응될 수 있다. 예를 들면, 평가 디바이스는 필터링 방법, 예를 들면, 블롭 분석 및/또는 오브젝트 인식 방법을 수행하도록 적응될 수 있다.

상기에서 개설되는 바와 같이, 조명 소스는 적어도 두 개의 상이한 파장을 갖는 적어도 하나의 광 빔을 사용하여 오브젝트를 조명하도록 구성될 수 있다. 조명 소스는 제1 파장을 갖는 제1 광 빔 및 제2 파장을 갖는 제2 광 빔을 생성하도록 적응될 수 있다. 제1 광 빔 및 제2 광 빔은 두 개의 상이한 변조 주파수를 가지고 생성될 수 있다. 예를 들면, 조명 소스는 두 개의 상이한 변조 주파수에서 LED와 같은 광원을 펄스화하도록 구성된다. 검출기는 파장 의존적 결합된 신호(∧)에 추가하여 결합된 DPR 신호를 결정하는 것이 가능하도록 적어도 두 개의 광학 센서를 포함할 수 있다. 구체적으로, 두 개 이상의 광학 센서가 사용되는 경우, 단지 하나의 측정으로부터 몇몇 상이한 거리 의존적 몫을 결정하는 것이 가능하다. 예를 들면, 정확하게 두 개의 광학 센서가 사용되는 경우, 다음의 몫이 가능하다. 결합된 신호(∧)는, 예를 들면, 적색에 대한 제1 파장을 갖는 광 빔에 의해 생성되는 광학 센서의 모든 센서 신호의 합을, 예를 들면, 청색에 대한 제2 파장을 갖는 광 빔에 의해 생성되는 광학 센서의 모든 센서 신호의 합으로 나누는 것에 의해 결정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 결합된 신호(∧)는, 제1 파장을 갖는 광 빔에 의해 생성되는 제1 광학 센서의 센서 신호를, 제2 파장을 갖는 광 빔에 의해 생성되는 제1 광학 센서의 센서 신호로 나누는 것에 의해 결정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 결합된 신호(∧)는, 제1 파장을 갖는 광 빔에 의해 생성되는 제2 광학 센서의 센서 신호를, 제2 파장을 갖는 광 빔에 의해 생성되는 제2 광학 센서의 센서 신호로 나누는 것에 의해 결정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 결합된 DPR 신호는, 예컨대 제1 파장을 갖는 광 빔에 의해 생성되는 제2 광학 센서 및 제1 광학 센서의 센서 신호를 나누는 것에 의해, 제1 파장을 갖는 광 빔에 대해 결정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 결합된 DPR 신호는, 예컨대 제2 파장을 갖는 광 빔에 의해 생성되는 제2 광학 센서 및 제1 광학 센서의 센서 신호를 나누는 것에 의해, 제2 파장을 갖는 광 빔에 대해 결정될 수 있다. 이들 몫의 각각은 거리 정보를 제공할 수 있다. 평가 디바이스는, 예를 들면, 신호 대 노이즈 비율의 관점에서, 거리 정보의 품질을 검증하거나 또는 체크하도록 적응될 수 있다. 평가 디바이스는, 예컨대 평균 값을 결정하는 것에 의해, 상이한 거리 정보로부터 결합된 거리 정보를 결정하도록 적응될 수 있다. 예를 들면, 검출기는 제1 측정 범위에서 종방향 좌표(z)를 결정하도록 그리고 제2 측정 범위에서 종방향 좌표(z_DPR)를 결정하도록 구성될 수 있다. 이것은 거리 결정의 신뢰성을 향상시키는 것 및 측정 범위를 확장하는 것을 허용할 수 있다. 결합된 신호(∧) 및 결합된 DPR 신호는 서로 독립적으로 결정될 수 있다. 결합된 신호(∧)는 본질적으로 검출기 위치와는 독립적일 수 있지만 그러나 전달 디바이스의 그리고 이색성 필터의 속성에만 의존할 수 있다. 따라서, 상이한 몫은, 상이한 몫이 서로를 검증할 수 있고 측정의 신뢰성을 증가시킬 수 있도록, 또는 상이한 몫이 상이한 측정 범위를 커버하고 따라서 시스템의 전체 측정 범위를 증가시킬 수 있도록 선택될 수 있다. 평가 디바이스는, 구체적으로, 온도 변화 또는 기계적 스트레스에 기인하는 기계적 드리프트를 인식하기 위해 결합된 신호(∧)와 결합된 DPR 신호를 비교하도록 구성될 수 있고, 결합된 신호(∧) 및 결합된 DPR 신호(Q)에 의존하는 결합된 종방향 신호(combined longitudinal signal)를 출력하기 위해 또는 시스템을 다시 교정하기(recalibrate) 위해 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 검출기를 사용하는 것에 의한 거리 측정은, 검출기에 하나 이상의 추가적인 거리 측정 수단을 검출기 안으로 구현하는 것에 의해 및/또는 검출기를 다른 타입의 거리 측정 수단과 결합하는 것에 의해 향상될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템이 개시된다. 검출기 시스템은 본 발명에 따른, 예컨대 상기에서 개시되는 실시형태 중 하나 이상에 따른 또는 하기에서 더욱 상세하게 개시되는 실시형태 중 하나 이상에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 검출기 시스템은 적어도 하나의 광 빔을 검출기쪽으로 지향시키도록 적응되는 적어도 하나의 비콘 디바이스를 더 포함하는데, 비콘 디바이스는 오브젝트에 부착 가능한 것, 오브젝트에 의해 유지 가능한 것 및 오브젝트에 통합 가능한 것 중 적어도 하나이다. 비콘 디바이스에 관한 추가적인 세부 사항은, 그 잠재적인 실시형태를 비롯하여, 하기에서 주어질 것이다. 따라서, 적어도 하나의 비콘 디바이스는, 하나 이상의 조명 소스, 예컨대 레이저, LED, 전구 또는 등등과 같은 하나 이상의 광원을 포함하는 적어도 하나의 능동 비콘 디바이스일 수 있거나 또는 그들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 조명 소스에 의해 방출되는 광은 300 내지1000 nm, 특히 500 내지 1000 nm의 파장을 가질 수 있다. 대안적으로, 상기에서 개설되는 바와 같이, 적외선 스펙트럼 범위는, 예컨대 780 nm 내지 3.0 ㎛의 범위 내에서 사용될 수 있다. 구체적으로, 실리콘 포토다이오드가 구체적으로는 700 nm 내지 1000 nm의 범위 내에서 적용 가능한 근적외선 영역이 사용될 수 있다. 하나 이상의 비콘 디바이스에 의해 방출되는 광은, 두 개 이상의 광 빔을 구별하기 위해, 상기에서 개설되는 바와 같이, 변조되지 않을 수 있거나 또는 변조될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 비콘 디바이스는, 예컨대 하나 이상의 반사 엘리먼트를 포함하는 것에 의해, 하나 이상의 광 빔을 검출기쪽으로 반사하도록 적응될 수 있다. 게다가, 적어도 하나의 비콘 디바이스는, 광 빔을 산란시키도록 적응되는 하나 이상의 산란 엘리먼트일 수 있거나 또는 그들을 포함할 수 있다. 거기에서, 탄성 또는 비탄성 산란이 사용될 수 있다. 적어도 하나의 비콘 디바이스가 일차 광 빔을 검출기를 향해 반사 및/또는 산란시키도록 적응되는 경우, 비콘 디바이스는 광 빔의 스펙트럼 속성을 영향을 받지 않는 상태로 남겨 두도록 적응될 수 있거나, 또는, 대안적으로, 예컨대 광 빔의 파장을 수정하는 것에 의해, 광 빔의 스펙트럼 속성을 변경하도록 적응될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 사용자와 머신 사이에서 정보의 적어도 하나의 아이템을 교환하기 위한 인간 대 머신 인터페이스(human-machine interface)가 개시된다. 인간 대 머신 인터페이스는 상기에서 개시되는 실시형태에 따른 및/또는 하기에서 더욱 상세하게 개시되는 실시형태 중 하나 이상에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함한다. 거기에서, 적어도 하나의 비콘 디바이스는 사용자에게 직접적으로 또는 간접적으로 부착되는 것 또는 사용자에 의해 유지되는 것 중 적어도 하나가 되도록 적응된다. 인간 대 머신 인터페이스는 검출기 시스템에 의해 사용자의 적어도 하나의 위치를 결정하도록 설계되는데, 인간 대 머신 인터페이스는 정보의 적어도 하나의 아이템을 그 위치에 할당하도록 설계된다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 실행하기 위한 엔터테인먼트 디바이스가 개시된다. 엔터테인먼트 디바이스는 상기에서 개시되는 실시형태에 따른 및/또는 하기에서 더욱 상세하게 개시되는 실시형태 중 하나 이상에 따른 적어도 하나의 인간 대 머신 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 디바이스는 정보의 적어도 하나의 아이템이 인간 대 머신 인터페이스를 통해 플레이어에 의해 입력되는 것을 가능하게 하도록 구성된다. 엔터테인먼트 디바이스는 또한 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변경하도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 적어도 하나의 이동 가능한 오브젝트의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템이 제공된다. 추적 시스템은, 상기에서 개시되는 바와 같은 및/또는 하기에서 더욱 상세하게 개시되는 바와 같은 검출기 시스템을 언급하는 실시형태 중 하나 이상에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함한다. 추적 시스템은 적어도 하나의 추적 컨트롤러를 더 포함한다. 추적 컨트롤러는 특정한 시점에서 오브젝트의 일련의 위치를 추적하도록 적응된다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 적어도 하나의 오브젝트를 이미지화하기 위한 카메라가 개시된다. 카메라는 상기에서 개시되는 바와 같은 또는 하기에서 더욱 상세하게 개시되는 바와 같은 검출기를 언급하는 실시형태 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 풍경의 깊이 프로파일을 결정하기 위한 - 이것은 적어도 하나의 오브젝트의 적어도 하나의 위치를 결정하는 것을 또한 암시할 수 있음 - 스캐닝 시스템이 제공된다. 스캐닝 시스템은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기, 예컨대 상기에서 열거되는 실시형태 중 하나 이상에서 개시되는 바와 같은 및/또는 하기의 실시형태 중 하나 이상에서 개시되는 바와 같은 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 스캐닝 시스템은, 조명 광 빔 또는 스캐닝 광 빔으로도 또한 지칭될 수 있는 적어도 하나의 광 빔을 사용하여 풍경을 스캔하도록 적응되는 적어도 하나의 조명 소스를 더 포함한다. 본원에서 사용될 때, 용어 "풍경"은 검출기에 의해 보이는 이차원 또는 삼차원 범위를 일반적으로 지칭하며, 그 결과, 이차원 또는 삼차원 범위의 적어도 하나의 기하학적 또는 공간적 속성은 검출기를 사용하여 평가될 수 있다. 또한 본원에서 사용될 때, 용어 "스캔"은 상이한 영역에서의 연속 측정을 일반적으로 지칭한다. 따라서, 스캐닝은 구체적으로 조명 광 빔이 제1 양식으로 배향되는 또는 지향되는 적어도 하나의 제1 측정, 및 조명 광 빔이 제1 양식과는 상이한 제2 양식으로 배향되는 또는 지향되는 적어도 하나의 제2 측정을 암시할 수 있다. 스캐닝은 연속 스캐닝 또는 단계적 스캐닝(stepwise scanning)일 수 있다. 따라서, 연속적 또는 단계적 양식에서, 조명 광 빔은 풍경의 상이한 영역으로 지향될 수 있고, 검출기는 각각의 영역에 대한 정보의 적어도 하나의 아이템, 예컨대 적어도 하나의 종방향 좌표를 생성하도록 검출될 수 있다. 한 예로서, 오브젝트를 스캐닝하기 위해, 하나 이상의 조명 광 빔이, 연속적으로 또는 단계적 양식으로, 오브젝트의 표면 상에서 광 스팟을 생성할 수 있는데, 여기서 광 스팟에 대한 종방향 좌표가 생성된다. 대안적으로, 그러나, 광 패턴이 스캐닝을 위해 사용될 수 있다. 스캐닝은 포인트 스캐닝 또는 라인 스캐닝 또는 심지어 더 복잡한 광 패턴을 갖는 스캐닝일 수 있다. 스캐닝 시스템의 조명 소스는 검출기의 조명 소스와는 별개일 수 있다. 대안적으로, 그러나, 스캐닝 시스템의 조명 소스는 또한, 완전히 또는 부분적으로, 검출기의 적어도 하나의 조명 소스와 동일할 수 있거나 또는 그 안으로 통합될 수 있다.

따라서, 스캐닝 시스템은, 적어도 하나의 오브젝트의 적어도 하나의 표면에 위치되는 적어도 하나의 도트의 조명을 위해 구성되는 적어도 하나의 광 빔을 방출하도록 적응되는 적어도 하나의 조명 소스를 포함할 수 있다. 본원에서 사용될 때, 용어 "도트"는, 조명 소스에 의해 조명되도록, 예를 들면, 스캐닝 시스템의 사용자에 의해 선택될 수 있는 오브젝트의 표면의 일부 상의 한 영역, 구체적으로는 작은 영역을 가리킨다. 바람직하게는, 도트는, 한편으로는, 스캐닝 시스템이, 스캐닝 시스템에 의해 포함되는 조명 소스와 도트가 위치될 수 있는 오브젝트의 표면의 일부 사이의 거리에 대한 값을 가능한 한 정확하게 결정하는 것을 허용하기 위해 가능한 한 작을 수 있는, 그리고, 다른 한편으로는, 스캐닝 시스템의 사용자 또는 스캐닝 시스템 그 자체가, 특히 자동 프로시져에 의해, 오브젝트의 표면 상의 관련된 일부 상의 도트의 존재를 검출하는 것을 허용하기 위해 가능한 한 클 수 있는 사이즈를 나타낼 수 있다.

이 목적을 위해, 조명 소스는 인공 조명 소스, 특히 적어도 하나의 레이저 소스 및/또는 적어도 하나의 백열 램프 및/또는 적어도 하나의 반도체 광원, 예를 들면, 적어도 하나의 발광 다이오드, 특히 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들면, 조명 소스에 의해 방출되는 광은 300-1000 nm, 특히 500-1000 nm의 파장을 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적외선 스펙트럼 범위 내의 광은, 예컨대 780 nm 내지 3.0 ㎛의 범위 내에서 사용될 수 있다. 구체적으로, 실리콘 포토다이오드가 적용 가능한 근적외선 영역의 부분 내의, 구체적으로는 700 nm 내지 1000 nm의 범위 내의 광이 사용될 수 있다. 그들의 일반적으로 정의된 빔 프로파일 및 핸들링 가능성의 다른 속성 때문에, 조명 소스로서의 적어도 하나의 레이저 소스의 사용은 특히 바람직하다. 본원에서, 단일의 레이저 소스의 사용은, 특히 사용자에 의해 쉽게 저장 가능하고 및 이송 가능할 수 있을 소형 스캐닝 시스템을 제공하는 것이 중요할 수 있는 경우에 바람직할 수 있다. 따라서, 조명 소스는, 바람직하게는, 검출기의 구성 부품일 수 있고, 따라서, 특히 검출기 안으로, 예컨대 검출기의 하우징 안으로 통합될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 특히 스캐닝 시스템의 하우징은, 거리 관련 정보를, 예컨대 판독하기 쉬운 방식으로 사용자에게 제공하도록 구성되는 적어도 하나의 디스플레이를 포함할 수 있다. 또 다른 바람직한 실시형태에서, 특히 스캐닝 시스템의 하우징은, 스캐닝 시스템에 관련되는 적어도 하나의 기능을 동작시키도록, 예컨대 하나 이상의 동작 모드를 설정하도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 버튼을, 추가적으로, 포함할 수 있다. 또 다른 바람직한 실시형태에서, 특히 스캐닝 시스템의 하우징은, 스캐닝 시스템을, 특히 사용자에 의한 스캐닝 시스템의 핸들링 가능성 및/또는 거리 측정의 정확도를 증가시기 위해, 또 다른 표면, 예컨대 고무 발(rubber foot), 베이스 플레이트 또는 벽 홀더, 예컨대 자성 재료를 포함하는 베이스 플레이트 또는 홀더에 체결하도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 체결 유닛(fastening unit)을, 추가적으로, 포함할 수 있다.

특히, 스캐닝 시스템의 조명 소스는, 따라서, 오브젝트의 표면에 위치되는 단일의 도트의 조명을 위해 구성될 수 있는 단일의 레이저 빔을 방출할 수 있다. 본 발명에 따른 검출기 중 적어도 하나를 사용하는 것에 의해, 따라서, 적어도 하나의 도트와 스캐닝 시스템 사이의 거리에 관한 정보의 적어도 하나의 아이템이 생성될 수 있다. 이로서, 바람직하게는, 스캐닝 시스템에 의해 포함되는 것과 같은 조명 시스템과 조명 소스에 의해 생성되는 것과 같은 단일의 도트 사이의 거리가, 예컨대 적어도 하나의 검출기에 의해 포함되는 것과 같은 평가 디바이스를 활용하는 것에 의해 결정될 수 있다. 그러나, 스캐닝 시스템은, 특히 이 목적을 위해 적응될 수 있는 추가적인 평가 시스템을 더 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 스캐닝 시스템의, 특히 스캐닝 시스템의 하우징의 사이즈가 고려될 수 있고, 따라서 스캐닝 시스템의 하우징 상의 특정한 포인트, 예컨대 하우징의 전방 에지 또는 후방 에지와 단일의 도트 사이의 거리가, 대안적으로, 결정될 수 있다. 조명 소스는, 포인트의 클라우드를 생성하도록 및/또는 투영하도록 적응될 수 있는데, 예를 들면, 조명 소스는 적어도 하나의 디지털 광 프로세싱 프로젝터, 적어도 하나의 LCoS 프로젝터, 적어도 하나의 공간 광 변조기 중 하나 이상; 적어도 하나의 회절 광학 엘리먼트; 발광 다이오드의 적어도 하나의 어레이; 레이저 광원의 적어도 하나의 어레이를 포함할 수 있다.

대안적으로, 스캐닝 시스템의 조명 소스는, 빔의 방출 방향 사이에서 직각과 같은 각각의 각도를 제공하도록 구성될 수 있는 두 개의 개개의 레이저 빔을 방출할 수 있고, 그에 의해 동일한 오브젝트의 표면에 또는 두 개의 별개의 오브젝트에서의 두 개의 상이한 표면에 위치되는 두 개의 각각의 도트가 조명될 수 있다. 그러나, 두 개의 개개의 레이저 빔 사이의 각각의 각도에 대한 다른 값도 또한 실현 가능할 수 있다. 이 피쳐는, 특히, 간접적인 측정 기능을 위해, 예컨대 스캐닝 시스템과 도트 사이의 하나 이상의 장애물의 존재로 인해, 예컨대 직접적으로 액세스될 수 없을 수 있는 또는 다르게는 도달하기 어려울 수 있는 간접 거리를 유도하기 위해 활용될 수 있다. 예로서, 따라서, 두 개의 개개의 거리를 측정하는 것 및 피타고라스(Pythagoras) 식을 사용하는 것에 의해 높이를 유도하는 것에 의해 오브젝트 높이에 대한 값을 결정하는 것이 실현 가능할 수 있다. 특히, 오브젝트와 관련하여 미리 정의된 레벨을 유지할 수 있기 위해서, 스캐닝 시스템은, 사용자에 의해 미리 정의된 레벨을 유지하기 위해 사용될 수 있는 적어도 하나의 레벨링 유닛, 특히 통합된 기포 수준기(bubble vial)를 더 포함할 수 있다.

또 다른 대안으로서, 스캐닝 시스템의 조명 소스는, 서로에 대해 각각의 피치, 특히 규칙적인 피치를 나타낼 수 있는 그리고 적어도 하나의 오브젝트의 적어도 하나의 표면 상에 위치되는 도트의 어레이를 생성하기 위한 방식으로 배열될 수 있는 레이저 빔의 어레이와 같은 복수의 개개의 레이저 빔을 방출할 수 있다. 이 목적을 위해, 레이저 빔의 설명된 어레이의 생성을 허용할 수 있는, 빔 분할 디바이스 및 미러와 같은 특별히 적응된 광학 엘리먼트가 제공될 수 있다. 특히, 조명 소스는 주기적 또는 비 주기적 양식으로 광 빔을 재지향시키기 위해 하나 이상의 이동 가능한 미러를 사용하는 것에 의해 영역 또는 볼륨을 스캔하도록 지시받을 수 있다.

따라서, 스캐닝 시스템은 하나 이상의 오브젝트의 하나 이상의 표면 상에 배치되는 하나 이상의 도트의 정적 배열을 제공할 수 있다. 대안적으로, 스캐닝 시스템의 조명 소스, 특히 하나 이상의 레이저 빔, 예컨대 상기에서 설명된 레이저 빔의 어레이는, 특히 하나 이상의 미러, 예컨대 마이크로 미러의 언급된 어레이 내에 포함되는 마이크로 미러를 이동시키는 것에 의해, 시간 경과에 따라 변화하는 강도를 나타낼 수 있는 및/또는 시간의 경과에서 교대하는 방출의 방향에 지배를 받을 수 있는 하나 이상의 광 빔을 제공하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 조명 소스는, 스캐닝 디바이스의 적어도 하나의 조명 소스에 의해 생성되는 바와 같은 교대하는 피쳐를 갖는 하나 이상의 광 빔을 사용하는 것에 의해 이미지로서 적어도 하나의 오브젝트의 적어도 하나의 표면의 일부를 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 특히, 스캐닝 시스템은, 따라서, 예컨대 하나 이상의 오브젝트의 하나 이상의 표면을 순차적으로 또는 동시에 스캔하기 위해, 적어도 하나의 행 스캔 및/또는 라인 스캔을 사용할 수 있다. 따라서, 스캐닝 시스템은 세 개 이상의 도트를 측정하는 것에 의해 각도를 측정하도록 적응될 수 있거나, 또는 스캐닝 시스템은, 종래의 측정 스틱을 사용하여 거의 액세스할 수 없을 수 있는 지붕의 박공과 같은 좁은 영역 또는 코너를 측정하도록 적응될 수 있다. 비제한적인 한 예로서, 스캐닝 시스템은, 안전 레이저 스캐너에서, 예를 들면, 생산 환경에서, 및/또는 예컨대 3D 인쇄, 신체 스캐닝, 품질 제어와 관련하여 오브젝트의 형상을 결정하기 위해 사용되는 바와 같은 3D 스캐닝 디바이스에서, 건설 애플리케이션에서, 예를 들면, 거리계로서, 예를 들면, 소포의 사이즈 또는 볼륨을 결정하기 위한 물류 애플리케이션에서, 가정용 애플리케이션에서, 예를 들면, 진공 청소기 또는 잔디 깎는 머신에서, 또는 스캐닝 단계를 포함할 수 있는 다른 종류의 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 산업 안전 커튼 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 청소, 진공 청소, 걸레질, 또는 왁싱 기능, 또는 잔디 깎기 또는 갈퀴질(raking)과 같은 마당 또는 정원 관리 기능을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 시준된 광학기기를 갖는 LED 조명 소스를 활용할 수 있고, 더욱 정확한 결과를 획득하기 위해 조명 소스의 주파수를 상이한 주파수로 시프트하도록 및/또는 다른 것을 투과시키는 동안 소정의 주파수를 감쇠시키기 위해 필터를 활용하도록 적응될 수 있다. 비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템 및/또는 조명 소스는 전체적으로 회전될 수 있거나 또는, 동작 중에, 스캐닝 시스템이 전체 360도 뷰를 가질 수 있도록 또는 심지어 스캔된 영역을 추가로 증가시키기 위해 평면 밖으로 이동될 수 있도록 및 또는 회전될 수 있도록 전용 모터를 사용하여, 미러, 빔 스플리터 또는 등등과 같은 특정한 광학기기 패키지만을 회전시킬 수 있다. 게다가, 조명 소스는 미리 결정된 방향으로 능동적으로 조준될 수 있다. 게다가, 유선 전기 시스템의 회전을 허용하기 위해, 슬립 링, 광학 데이터 송신, 또는 유도 커플링이 활용될 수 있다.

비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 삼각대에 부착되어 여러 코너 및 표면을 갖는 오브젝트 또는 영역을 가리킬 수 있다. 하나 이상의 유연하게 이동 가능한 레이저 소스가 스캐닝 시스템에 부착된다. 하나 이상의 레이저 소스는, 그들이 주목하는 포인트를 조명하도록 이동된다. 스캐닝 시스템과 관련한 조명된 포인트의 위치는, 스캐닝 시스템 상의 지정된 버튼을 누를 때 측정되며 위치 정보는 무선 인터페이스를 통해 이동 전화로 송신된다. 위치 정보는 이동 전화 애플리케이션에 저장된다. 레이저 소스는, 그 위치가 측정되어 이동 전화 애플리케이션으로 송신되는 추가적인 주목 포인트를 조명하기 위해 이동된다. 이동 전화 애플리케이션은 인접한 포인트를 평면 표면과 연결하는 것에 의해 포인트의 세트를 3d 모델로 변환할 수 있다. 3d 모델은 저장될 수 있고 추가로 프로세싱될 수 있다. 측정된 포인트 또는 표면 사이의 거리 및 또는 각도는 스캐닝 시스템에 부착되는 디스플레이 상에서 또는 위치 정보가 송신되는 이동 전화 상에서 직접적으로 디스플레이될 수 있다.

비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 포인트를 투영하기 위한 두 개 이상의 가요성의 이동 가능한 레이저 소스 및 라인을 투영하는 추가적인 하나의 이동 가능한 레이저 소스를 포함할 수 있다. 라인은 라인을 따라 두 개 이상의 레이저 스팟을 배열하기 위해 사용될 수 있고, 스캐닝 디바이스의 디스플레이는, 예컨대 동일한 거리에서 라인을 따라 배열될 수 있는 두 개 이상의 레이저 스팟 사이의 거리를 디스플레이할 수 있다. 두 개의 레이저 스팟의 경우에, 단일의 레이저 소스가 사용할 수 있고, 반면 투영된 포인트의 거리는 하나 이상의 빔 스플리터 또는 프리즘을 사용하여 수정되는데, 여기서 빔 스플리터 또는 프리즘은, 투영된 레이저 스팟이 서로 떨어지게 또는 더 가깝게 이동하도록 이동될 수 있다. 게다가, 스캐닝 시스템은, 직각, 원, 정사각형, 삼각형, 또는 등등과 같은 추가적인 패턴을 투영하도록 적응될 수 있는데, 레이저 스팟을 투영하고 그들의 위치를 측정하는 것에 의해 그 추가적인 패턴을 따라 측정이 이루어질 수 있다.

비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 톱, 드릴기(driller), 또는 등등과 같은 목재 또는 금속 가공 도구와 같은 도구를 사용한 작업을 지원하도록 적응될 수 있다. 따라서, 스캐닝 시스템은 두 개의 반대 방향에서 거리를 측정하도록 그리고 두 개의 측정된 거리 또는 거리의 합을 디스플레이에서 디스플레이하도록 적응될 수 있다. 게다가, 스캐닝 시스템은, 스캐닝 시스템이 표면에 배치될 때, 표면의 코너 또는 에지에 기인하여 거리 측정치가 갑작스러운 변화를 나타낼 때까지, 레이저 포인트가 표면을 따라 스캐닝 시스템으로부터 자동적으로 멀어지게 이동되도록 하여 표면의 에지까지의 거리를 측정하도록 적응될 수 있다. 이것은, 스캐닝 디바이스가 판자 위에 배치되지만 그러나 그 끝으로부터 멀리 떨어져 있는 동안, 나무 판자의 끝의 거리를 측정하는 것을 가능하게 만든다. 게다가, 스캐닝 시스템은 하나의 방향에서 판자의 끝의 거리를 측정할 수 있고 반대 방향에서 지정된 거리에서 라인 또는 원 또는 포인트를 투영할 수 있다. 스캐닝 시스템은, 반대 방향에서 측정되는 거리에 의존하는 예컨대 미리 결정된 합 거리에 의존하는 거리에서 라인 또는 원 또는 포인트를 투영하도록 적응될 수 있다. 이것은, 도구로부터 안전한 거리에 스캐닝 시스템을 배치하는 동안 투영된 위치에서 톱 또는 드릴기와 같은 도구를 사용한 작업 및 동시에 판자의 가장자리까지의 미리 결정된 거리에서 도구를 사용하여 프로세스를 수행하는 것을 허용한다. 게다가, 스캐닝 시스템은 미리 결정된 거리에서 두 개의 반대 방향으로 포인트 또는 라인, 또는 등등을 투영하도록 적응될 수 있다. 거리의 합이 변경되면, 투영된 거리 중 단지 하나만이 변경된다.

비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 표면, 예컨대, 절단, 톱질, 드릴링, 또는 등등과 같은 작업이 수행되는 표면 상으로 배치되도록, 그리고 예컨대 스캐닝 디바이스 상의 버튼을 사용하여 조정될 수 있는 미리 결정된 거리에서 표면 상으로 라인을 투영하도록 적응될 수 있다.

비제한적인 한 예로서, 스캐닝 시스템은, 안전 레이저 스캐너에서, 예를 들면, 생산 환경에서, 및/또는 예컨대 3D 인쇄, 신체 스캐닝, 품질 제어와 관련하여 오브젝트의 형상을 결정하기 위해 사용되는 바와 같은 3D 스캐닝 디바이스에서, 건설 애플리케이션에서, 예를 들면, 거리계로서, 예를 들면, 소포의 사이즈 또는 볼륨을 결정하기 위한 물류 애플리케이션에서, 가정용 애플리케이션에서, 예를 들면, 진공 청소기 또는 잔디 깎는 머신에서, 또는 스캐닝 단계를 포함할 수 있는 다른 종류의 애플리케이션에서 사용될 수 있다.

전달 디바이스는, 상기에서 설명되는 바와 같이, 오브젝트로부터 검출기로 전파되는 광을, 바람직하게는 연속적으로, 광학 센서로 공급하도록 설계될 수 있다. 상기에서 설명되는 바와 같이, 이러한 공급은, 옵션 사항으로(optionally), 이미징에 의해 또는 그렇지 않으면 전달 디바이스의 비 이미징 속성에 의해 달성될 수 있다. 특히, 전달 디바이스는 또한, 전자기 방사선이 광학 센서로 공급되기 이전에 전자기 방사선을 수집하도록 설계될 수 있다. 전달 디바이스는 또한, 예를 들면, 정의된 광학적 속성을 갖는, 예를 들면 정의된 또는 정확하게 공지된 빔 프로파일을 갖는 광 빔, 예를 들면, 가우스 빔의 적어도 하나의 선형 조합, 특히, 공지된 빔 프로파일을 갖는 적어도 하나의 레이저 빔을 제공하도록 조명 소스가 설계되는 것에 의해, 전체적으로 또는 부분적으로, 적어도 하나의 옵션 사항인 조명 소스의 구성 부품일 수 있다.

옵션 사항인 조명 소스의 또 다른 잠재적인 실시형태에 대해서는, WO 2012/110924 A1에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 여전히, 다른 실시형태도 실현 가능하다. 오브젝트로부터 방출되는 광은 오브젝트 그 자체에서 유래할 수 있지만, 그러나, 옵션 사항으로, 상이한 원천을 또한 가질 수 있고 이 원천으로부터 오브젝트로 그리고 후속하여 횡방향 및/또는 종방향 광학 센서를 향해 전파될 수 있다. 후자의 경우는, 예를 들면, 사용되고 있는 적어도 하나의 조명 소스에 의해 영향을 받을 수 있다. 이 조명 소스는, 예를 들면, 주변 조명 소스일 수 있거나 또는 그것을 포함할 수 있고 및/또는 인공 조명 소스일 수 있거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 예로서, 검출기 그 자체는 적어도 하나의 조명 소스, 예를 들면, 적어도 하나의 레이저 및/또는 적어도 하나의 백열 램프 및/또는 적어도 하나의 반도체 조명 소스, 예를 들면, 적어도 하나의 발광 다이오드, 특히 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 그들의 일반적으로 정의된 빔 프로파일 및 핸들링 가능성의 다른 속성 때문에, 조명 소스로서의 또는 그 일부로서의 하나의 또는 복수의 레이저의 사용은 특히 바람직하다. 조명 소스 그 자체는 검출기의 구성 부품일 수 있거나 또는 그렇지 않으면 검출기와는 독립적으로 형성될 수 있다. 조명 소스는, 특히, 검출기, 예를 들면, 검출기의 하우징 안으로 통합될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 조명 소스는 또한, 적어도 하나의 비콘 디바이스 안으로 또는 비콘 디바이스 중 하나 이상 안으로 및/또는 오브젝트 안으로 통합될 수 있거나 또는 오브젝트에 연결되거나 또는 공간적으로 커플링될 수 있다.

따라서, 하나 이상의 비콘 디바이스로부터 방출되는 광은, 상기 광이 각각의 비콘 디바이스 그 자체에서 발생한다는 옵션으로부터 대안적으로 또는 추가적으로, 조명 소스로부터 방출될 수 있고 및/또는 조명 소스에 의해 여기될 수 있다. 한 예로서, 비콘 디바이스로부터 방출되는 전자기 광은 비콘 디바이스 그 자체에 의해 방출될 수 있고 및/또는 비콘 디바이스에 의해 반사될 수 있고 및/또는 전자기 광이 검출기로 공급되기 이전에 비콘 디바이스에 의해 산란될 수 있다. 이 경우, 전자기 방사선의 방출 및/또는 산란은, 전자기 방사선의 스펙트럼 영향 없이 또는 그러한 영향을 통해, 영향을 받을 수 있다. 따라서, 예로서, 파장 시프트가 산란 동안, 예를 들면, 스톡스(Stokes) 또는 라만(Raman)에 따라, 또한 발생할 수 있다. 더구나, 예를 들면, 일차 조명 소스에 의해, 예를 들면, 오브젝트 또는 오브젝트 영역의 일부분이 여기되어 발광, 특히 인광 및/또는 형광을 발생시키는 것에 의해, 광의 방출이 여기될 수 있다. 원칙적으로는, 다른 방출 프로세스도 또한 가능하다. 반사가 발생하면, 그러면, 오브젝트는, 예를 들면, 적어도 하나의 반사 영역, 특히 적어도 하나의 반사 표면을 가질 수 있다. 상기 반사 표면은 오브젝트 그 자체의 일부일 수 있지만, 그러나 또한, 예를 들면, 오브젝트에 연결되는 또는 공간적으로 커플링되는 반사기, 예를 들면, 오브젝트에 연결되는 반사기 플라크(reflector plaque)일 수 있다. 적어도 하나의 반사기가 사용되면, 그것은 결국에는 또한, 예를 들면, 검출기의 다른 구성 부품과는 독립적으로, 오브젝트에 연결되는 검출기의 일부로서 또한 간주될 수 있다.

비콘 디바이스 및/또는 적어도 하나의 옵션 사항인 조명 소스는 일반적으로 다음의 것 중 적어도 하나에서 광을 방출될 수 있다: 바람직하게는 200 nm 내지 380 nm의 범위 내의 자외선 스펙트럼 범위; 가시광선 스펙트럼 범위(380 nm 내지 780 nm); 바람직하게는 780 nm 내지 3.0 마이크로미터의 범위 내의, 더욱 바람직하게는 실리콘 포토다이오드가 구체적으로 700 nm 내지 1000 nm의 범위 내에서 적용 가능한 근적외선 영역의 부분 내의 적외선 스펙트럼 범위. 열 이미징 애플리케이션의 경우, 타겟은, 원적외선 스펙트럼 범위에서, 바람직하게는 3.0 마이크로미터 내지 20 마이크로미터의 범위 내에서 광을 방출할 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 조명 소스는, 가시광선 스펙트럼 범위 내에서, 바람직하게는 500 nm 내지 780 nm 내에서, 가장 바람직하게는 650 nm 내지 750 nm에서 또는 690 nm 내지 700 nm의 범위에서 광을 방출하도록 적응된다. 예를 들면, 적어도 하나의 조명 소스는 적외선 스펙트럼 범위에서 광을 방출하도록 적응된다. 그러나, 다른 옵션도 실현 가능하다.

광학 센서로의 광 빔의 공급은, 특히, 예를 들면, 원형, 타원형 또는 다르게 구성된 단면을 갖는 광 스팟이 광학 센서의 옵션 사항인 센서 영역 상에서 생성되는 그러한 방식으로 영향을 받을 수 있다. 예로서, 검출기는, 오브젝트가 검출될 수 있는 시각적 범위, 특히 입체각(solid angle) 범위 및/또는 공간 범위를 가질 수 있다. 바람직하게는, 전달 디바이스는, 예를 들면, 검출기의 시각적 범위 내에 배열되는 오브젝트의 경우, 광 스팟이 광학 센서의 센서 영역(sensor area) 상에서 및/또는 센서 영역(sensor region) 상에서 완전히 배열되도록 하는 그러한 방식으로 설계될 수 있다. 예를 들면, 센서 영역은 이 조건을 보장하기 위해 대응하는 사이즈를 가지도록 선택될 수 있다.

또 다른 양태에서, 본 발명은, 특히 검출기, 예컨대 본 발명에 따른, 예컨대 상기에서 개시되는 바와 같은 또는 하기에서 더욱 상세하게 개시되는 바와 같은 검출기를 언급하는 실시형태 중 하나 이상에 따른 검출기를 사용하는 것에 의해, 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 결정하기 위한 방법을 개시한다. 여전히, 다른 타입의 검출기가 사용될 수 있다. 방법은 다음의 방법 단계를 포함하는데, 그 방법 단계는 주어진 순서로 수행될 수 있거나 또는 상이한 순서로 수행될 수 있다. 게다가, 나열되지 않은 하나 이상의 추가적인 방법 단계가 존재할 수 있다. 게다가, 방법 단계 중 하나, 하나보다 더 많은 것 또는 심지어 모두가 반복적으로 수행될 수 있다.

방법은 다음의 단계를 포함한다:

- 파장 의존 및 각도 의존 투과 스펙트럼을 갖는 적어도 하나의 이색성 필터를 제공하는 단계;

- 적어도 하나의 광학 센서 - 광학 센서는 적어도 하나의 감광 영역을 가지되, 광학 센서는 이색성 필터를 통과한 광 빔에 의한 자신의 감광 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계됨 - 를 제공하는 단계;

- 이색성 필터를 통과한 광 빔을 사용하여 광학 센서의 감광 영역을 조명하는 단계 - 그에 의해 감광 영역은 적어도 하나의 센서 신호를 생성함 - ; 및

- 적어도 하나의 제1 파장을 갖는 광 빔에 의한 조명에 응답하여 생성되는 제1 센서 신호 및 적어도 하나의 제2 파장을 갖는 광 빔에 의한 조명에 응답하여 생성되는 제2 센서 신호를 결정하는 단계;

- 신호 성분을 평가하고 - 평가는 제1 및 제2 센서 신호의 결합된 신호(∧)를 유도하는 것을 포함함 - , 그에 의해, 오브젝트의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하는 단계.

세부 사항, 옵션 및 정의에 대해서는, 상기에서 논의되는 바와 같은 검출기에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 따라서, 구체적으로는, 상기에서 개설되는 바와 같이, 그 방법은, 본 발명에 따른, 예컨대 상기에서 주어지는 또는 하기에서 더 상세하게 주어지는 실시형태 중 하나 이상에 따른 검출기를 사용하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에서, 다음의 것으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 사용의 목적을 위한, 본 발명에 따른, 예컨대 상기에서 주어지는 또는 하기에서 더 상세하게 주어지는 실시형태 중 하나 이상에 따른 검출기의 사용이 제안된다: 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 애플리케이션; 광학 데이터 저장 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 감시 애플리케이션; 안전 애플리케이션; 인간 대 머신 인터페이스 애플리케이션; 추적 애플리케이션; 사진 애플리케이션; 이미징 애플리케이션 또는 카메라 애플리케이션; 적어도 하나의 공간의 맵을 생성하기 위한 매핑 애플리케이션; 차량용 자동 유도(homing) 또는 추적 비콘 검출기; 머신 비전 애플리케이션; 로봇 애플리케이션; 품질 제어 애플리케이션; 제조 애플리케이션.

오브젝트는 일반적으로 생명체 또는 무생물일 수 있다. 검출기 또는 검출기 시스템은 심지어 적어도 하나의 오브젝트를 포함할 수 있는데, 그에 의해, 오브젝트는 검출기 시스템의 일부를 형성한다. 그러나, 바람직하게는, 오브젝트는 적어도 하나의 공간 차원에서 검출기와는 독립적으로 이동할 수 있다. 오브젝트는 일반적으로 임의의 오브젝트일 수 있다. 하나의 실시형태에서, 오브젝트는 강체의 오브젝트(rigid object)일 수 있다. 다른 실시형태, 예컨대 오브젝트가 비강체 오브젝트 또는 그 형상을 변경할 수 있는 오브젝트인 실시형태가 실현 가능하다.

하기에서 더 상세하게 개설될 바와 같이, 본 발명은, 구체적으로는, 예컨대 머신 제어, 게이밍 또는 스포츠의 시뮬레이션의 목적을 위해, 사람의 위치 및/또는 모션을 추적하기 위해 사용될 수 있다. 이 또는 다른 실시형태에서, 구체적으로, 오브젝트는 다음의 것으로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다: 스포츠 장비 물품, 바람직하게는 라켓, 클럽, 배트로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 물품; 의류 물품; 모자; 신발.

따라서, 일반적으로, 검출기와 같은 본 발명에 따른 디바이스는, 다양한 사용 분야에서 적용될 수 있다. 구체적으로, 검출기는 다음의 것으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 사용의 목적을 위해 적용될 수 있다: 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 인간 대 머신 인터페이스 애플리케이션; 추적 애플리케이션; 사진 애플리케이션; 방, 건물 및 거리의 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 공간과 같은 적어도 하나의 공간의 맵을 생성하기 위한 매핑 애플리케이션; 모바일 애플리케이션; 웹캠; 오디오 디바이스; 돌비 서라운드 오디오 시스템; 컴퓨터 주변장치 디바이스; 게이밍 애플리케이션; 카메라 또는 비디오 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 감시 애플리케이션; 자동차 애플리케이션; 운송 애플리케이션; 의료 애플리케이션; 스포츠 애플리케이션; 머신 비전 애플리케이션; 차량 애플리케이션; 비행기 애플리케이션; 선박 애플리케이션; 우주선 애플리케이션; 건물 애플리케이션; 건설 신청; 지도 제작법 애플리케이션; 제조 애플리케이션. 추가적으로 또는 대안적으로, 구체적으로 자동차 또는 다른 차량(예컨대, 기차, 오토바이, 자전거, 화물 운송용 트럭), 로봇에서 사용하기 위한 또는 보행자에 의한 사용을 위한, 로컬 및/또는 글로벌 위치 결정 시스템의 애플리케이션, 특히 랜드마크 기반의 위치 결정 및/또는 내비게이션이 거명될 수 있다. 게다가, 예컨대 가정용 애플리케이션에 대해 및/또는 제조, 물류, 감시, 또는 유지 보수 기술에서 사용되는 로봇에 대해, 잠재적인 애플리케이션으로서 실내 위치 결정 시스템이 거명될 수 있다.

본 발명에 따른 디바이스는, 이동 전화, 태블릿 컴퓨터, 랩탑, 스마트 패널 또는 다른 고정식 또는 이동식 또는 착용식 컴퓨터 또는 통신 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스는, 성능을 향상시키기 위해, 가시광선 범위 또는 적외선 스펙트럼 범위에서 광을 방출하는 광원과 같은 적어도 하나의 활성 광원과 결합될 수 있다. 따라서, 한 예로서, 본 발명에 따른 디바이스는, 예컨대, 환경, 오브젝트 및 생명체를 스캐닝 및/또는 검출하기 위한 모바일 소프트웨어와 결합하여, 카메라 및/또는 센서로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스는, 이미징 효과를 증가시키기 위해, 심지어, 종래의 카메라와 같은 2D 카메라와 결합될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스는 또한, 특히 음성 및/또는 제스쳐 인식과 조합하여, 감시를 위해 및/또는 기록 목적을 위해, 또는 모바일 디바이스를 제어하기 위한 입력 디바이스로서 사용될 수 있다. 따라서, 구체적으로, 입력 디바이스로도 또한 칭해지는, 인간 대 머신 인터페이스로서 작용하는 본 발명에 따른 디바이스는, 예컨대 모바일 디바이스, 예컨대 이동 전화를 통해 다른 전자 디바이스 또는 컴포넌트를 제어하기 위해, 모바일 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 한 예로서, 본 발명에 따른 적어도 하나의 디바이스를 포함하는 모바일 애플리케이션은, 텔레비전 세트, 게임 콘솔, 뮤직 플레이어 또는 뮤직 디바이스 또는 다른 엔터테인먼트 디바이스를 제어하기 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 추가적인 적용 및 사용을 위해, 참조에 의해 그 내용이 포함되는 WO 2018/091649 A1, WO 2018/091638 A1 및 WO 2018/091640 A1에 대한 참조가 이루어질 수 있다.

평가 디바이스는, 하나 이상의 집적 회로, 예컨대 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASIC), 및/또는 하나 이상의 데이터 프로세싱 디바이스, 예컨대 하나 이상의 컴퓨터, 바람직하게는 하나 이상의 마이크로 컴퓨터 및/또는 마이크로컨트롤러, 필드 프로그래머블 어레이, 또는 디지털 신호 프로세서일 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 사전 프로세싱(preprocessing) 디바이스 및/또는 데이터 획득 디바이스, 예컨대 센서 신호의 수신 및/또는 사전 프로세싱을 위한 하나 이상의 디바이스, 예컨대 하나 이상의 AD 컨버터 및/또는 하나 이상의 필터와 같은 추가적인 컴포넌트가 포함될 수 있다. 게다가, 평가 디바이스는 하나 이상의 측정 디바이스, 예컨대 전류 및/또는 전압을 측정하기 위한 하나 이상의 측정 디바이스를 포함할 수 있다. 게다가, 평가 디바이스는 하나 이상의 데이터 스토리지 디바이스를 포함할 수 있다. 게다가, 평가 디바이스는 하나 이상의 인터페이스, 예컨대 하나 이상의 무선 인터페이스 및/또는 하나 이상의 유선 인터페이스를 포함할 수 있다.

적어도 하나의 평가 디바이스는 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램, 예컨대 본 발명에 따른 방법의 방법 단계 중 하나 이상 또는 심지어 모두를 수행하도록 또는 지원하도록 적응되는 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램을 수행하도록 적응될 수 있다. 한 예로서, 센서 신호를 입력 변수로 사용하는 것에 의해, 오브젝트의 위치를 결정할 수 있는 하나 이상의 알고리즘이 구현될 수 있다.

평가 디바이스는, 정보, 예컨대 광학 센서에 의해 및/또는 평가 디바이스에 의해 획득되는 정보의 디스플레이, 시각화, 분석, 분배, 통신 또는 추가적인 프로세싱 중 하나 이상을 위해 사용될 수 있는 적어도 하나의 추가적인 데이터 프로세싱 디바이스에 연결될 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 데이터 프로세싱 디바이스는, 예를 들면, 디스플레이, 프로젝터, 모니터, LCD, TFT, 라우드스피커, 다중채널 사운드 시스템, LED 패턴, 또는 추가적인 시각화 디바이스 중 적어도 하나에 연결될 수 있거나 또는 이들을 통합할 수 있다. 그것은 또한, 전자 메일, 문자 메시지, 전화, 블루투스(Bluetooth), Wi-Fi(와이파이), 적외선 또는 인터넷 인터페이스, 포트 또는 연결부 중 하나 이상을 사용하여 암호화된 또는 암호화되지 않은 정보를 전송할 수 있는 통신 디바이스 또는 통신 인터페이스, 커넥터 또는 포트 중 적어도 하나에 연결될 수 있거나 또는 이들을 통합할 수 있다. 그것은 또한, 프로세서, 그래픽 프로세서, CPU, 개방형 멀티미디어 애플리케이션 플랫폼(Open Multimedia Applications Platform; OMAP™), 집적 회로, Apple(애플) A 시리즈 또는 삼성 S3C2 시리즈로부터의 제품과 같은 시스템 온 칩, 마이크로컨트롤러 또는 마이크로프로세서, ROM, RAM, EEPROM 또는 플래시 메모리와 같은 하나 이상의 메모리 블록, 발진기 또는 위상 동기 루프(phase-locked loop)와 같은 타이밍 소스, 카운터 타이머, 실시간 타이머, 또는 파워 온 리셋 생성기(power-on reset generator), 전압 조절기, 전력 관리 회로, 또는 DMA 컨트롤러 중 적어도 하나에 연결될 수 있거나 또는 이들을 통합할 수 있다. 개개의 유닛은 또한, AMBA 버스와 같은 버스에 의해 연결될 수 있거나 또는 사물 인터넷(Internet of Things) 또는 인더스트리(Industry) 4.0 타입 네트워크에서 통합될 수 있다.

평가 디바이스 및/또는 데이터 프로세싱 디바이스는, 직렬 또는 병렬 인터페이스 또는 포트, USB, Centronics Port(센트로닉스 포트), FireWire(파이어와이어), HDMI, 이더넷, Bluetooth, RFID, Wi-Fi, USART 또는 SPI 중 하나 이상과 같은 추가적인 외부 인터페이스 또는 포트, 또는 ADC 또는 DAC 중 하나 이상과 같은 아날로그 인터페이스 또는 포트, 또는 CameraLink와 같은 RGB 인터페이스를 사용하는 2D 카메라 디바이스와 같은 추가적인 디바이스에 대한 표준화된 인터페이스 또는 포트에 의해 연결될 수 있거나 또는 이들을 구비할 수 있다. 평가 디바이스 및/또는 데이터 프로세싱 디바이스는 또한, 프로세서간(interprocessor) 인터페이스 또는 포트, FPGA 대 FPGA 인터페이스(FPGA-FPGA-interface), 또는 직렬 또는 병렬 인터페이스 포트 중 하나 이상에 의해 연결될 수 있다. 평가 디바이스 및 데이터 프로세싱 디바이스는 또한, 광학 디스크 드라이브, CD-RW 드라이브, DVD+RW 드라이브, 플래시 드라이브, 메모리 카드, 디스크 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 솔리드 스테이트 디스크 또는 솔리드 스테이트 하드 디스크 중 하나 이상에 추가로 연결될 수 있다.

평가 디바이스 및/또는 데이터 프로세싱 디바이스는, 전화 커넥터, RCA 커넥터, VGA 커넥터, 헤르마프로디테 커넥터(hermaphrodite connector), USB 커넥터, HDMI 커넥터, 8P8C 커넥터, BCN 커넥터, IEC 60320 C14 커넥터, 광섬유 커넥터, D 서브 단자 커넥터(D-subminiature connector), RF 커넥터, 동축 커넥터, SCART 커넥터, XLR 커넥터 중 하나 이상과 같은 하나 이상의 추가적인 외부 커넥터에 의해 연결될 수 있거나 또는 이들을 구비할 수 있고, 및/또는 이들 커넥터 중 하나 이상에 대한 적어도 하나의 적절한 소켓을 통합할 수 있다.

본 발명에 따른 검출기, 평가 디바이스 또는 데이터 프로세싱 디바이스 중 하나 이상을 통합하는, 예컨대, 광학 센서, 광학 시스템, 평가 디바이스, 통신 디바이스, 데이터 프로세싱 디바이스, 인터페이스, 시스템 온 칩, 디스플레이 디바이스, 또는 또 다른 전자 디바이스 중 하나 이상을 통합하는 단일의 디바이스의 가능한 실시형태는 다음의 것이다: 이동 전화, 개인용 컴퓨터, 태블릿 PC, 텔레비전, 게임 콘솔 또는 또 다른 엔터테인먼트 디바이스. 추가적인 실시형태에서, 하기에서 더욱 상세하게 개설될 3D 카메라 기능성은, 디바이스의 하우징 또는 외관에서 눈에 띄는 차이 없이, 종래의 2D 디지털 카메라와 함께 이용 가능한 디바이스에서 통합될 수 있는데, 여기서 사용자에 대한 눈에 띄는 차이는, 오로지, 3D 정보를 획득하고 및 또는 프로세싱하는 기능성성일 수 있다. 게다가, 본 발명에 따른 디바이스는 360° 디지털 카메라 또는 서라운드 뷰 카메라에서 사용될 수 있다.

구체적으로, 평가 디바이스 및/또는 데이터 프로세싱 디바이스와 같은 검출기 및/또는 그 일부를 통합하는 실시형태는 다음의 것일 수 있다: 3D 카메라의 기능성을 위한, 디스플레이 디바이스, 데이터 프로세싱 디바이스, 광학 센서, 옵션 사항으로 센서 광학기기, 및 평가 디바이스를 통합하는 이동 전화. 본 발명에 따른 검출기는, 구체적으로, 엔터테인먼트 디바이스 및/또는 통신 디바이스 예컨대 이동 전화에서의 통합에 적합할 수 있다.

상기에서 개설되는 바와 같이, 인간 대 머신 인터페이스는, 사용자에게 직접적으로 또는 간접적으로 부착되며 사용자에 의해 유지되는 것 중 적어도 하나가 되도록 적응되는 복수의 비콘 디바이스를 포함할 수 있다. 따라서, 비콘 디바이스 각각은, 임의의 적절한 수단에 의해, 예컨대 적절한 고정 디바이스에 의해, 사용자에게 독립적으로 부착될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 사용자는 적어도 하나의 비콘 디바이스 또는 비콘 디바이스 중 하나 이상을 그의 또는 그녀의 손에서 및/또는 적어도 하나의 비콘 디바이스 및/또는 비콘 디바이스를 포함하는 의복을 신체 부위 상에 착용하는 것에 의해 유지할 수 있고 및/또는 휴대할 수 있다.

비콘 디바이스는 일반적으로, 적어도 하나의 검출기에 의해 검출될 수 있는 및/또는 적어도 하나의 검출기에 의한 검출을 용이하게 하는 임의의 디바이스일 수 있다. 따라서, 상기에서 개설되는 바와 같이 또는 하기에서 더욱 상세하게 개설될 바와 같이, 비콘 디바이스는, 예컨대 적어도 하나의 광 빔을 생성하기 위한 하나 이상의 조명 소스를 갖는 것에 의해, 검출기에 의해 검출될 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 적응되는 능동 비콘 디바이스일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 비콘 디바이스는, 예컨대 별개의 조명 소스에 의해 생성되는 광 빔을 반사하도록 적응되는 하나 이상의 반사 엘리먼트를 제공하는 것에 의해, 완전히 또는 부분적으로 수동 비콘 디바이스로서 설계될 수 있다. 적어도 하나의 비콘 디바이스는 직접적인 또는 간접적인 방식으로 사용자에게 영구적으로 또는 일시적으로 부착될 수 있고 및/또는 사용자에 의해 휴대되거나 또는 유지될 수 있다. 부착은 하나 이상의 부착 수단을 사용하는 것에 의해 및/또는 사용자 그 자신 또는 그녀 자신에 의해, 예컨대, 사용자가 손으로 적어도 하나의 비콘 디바이스를 유지하는 것에 의해 및/또는 사용자가 비콘 디바이스를 착용하는 것에 의해, 발생할 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 비콘 디바이스는 오브젝트에 부착되는 것 및 사용자에 의해 유지되는 오브젝트에 통합되는 것 중 적어도 하나일 수 있는데, 사용자에 의해 유지되는 오브젝트에 통합되는 것은, 본 발명의 의미에서, 사용자가 비콘 디바이스를 유지하는 옵션의 의미에 포함되어야 할 것이다. 따라서, 하기에서 더욱 상세하게 설명될 바와 같이, 비콘 디바이스는, 인간 대 머신 인터페이스의 일부일 수 있는 그리고 사용자에 의해 유지될 수 있거나 또는 휴대될 수 있는, 그리고 그 방위가 검출기 디바이스에 의해 인식될 수 있는 제어 엘리먼트에 부착될 수 있거나 또는 그것에 통합될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명은 또한, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 디바이스를 포함하는 검출기 시스템을 지칭하며, 또한, 검출기 시스템은 적어도 하나의 오브젝트를 포함할 수 있는데, 비콘 디바이스는 오브젝트에 부착되는 것, 오브젝트에 의해 유지되는 것 및 오브젝트에 통합되는 것 중 하나로 된다. 한 예로서, 오브젝트는 바람직하게는 사용자에 의해 그 방위가 인식될 수 있는 제어 엘리먼트를 형성할 수 있다. 따라서, 검출기 시스템은 상기에서 개설되는 바와 같이 또는 하기에서 더욱 상세하게 개설되는 바와 같이 인간 대 머신 인터페이스의 일부일 수 있다. 한 예로서, 사용자는, 정보의 하나 이상의 아이템을 머신으로 송신하기 위해, 예컨대 하나 이상의 커맨드를 머신으로 송신하기 위해 특정한 방식으로 제어 엘리먼트를 핸들링할 수 있다.

대안적으로, 검출기 시스템은 다른 방식으로 사용될 수 있다. 따라서, 한 예로서, 검출기 시스템의 오브젝트는 사용자 또는 사용자의 신체 부위와는 상이할 수 있으며, 한 예로서, 사용자와는 독립적으로 움직이는 오브젝트일 수 있다. 한 예로서, 검출기 시스템은 장치 및/또는 산업 프로세스, 예컨대 제조 프로세스 및/또는 로봇 프로세스를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 한 예로서, 오브젝트는 머신 및/또는 머신 부품, 예컨대 로봇 팔일 수 있는데, 그 방위는 검출기 시스템을 사용하는 것에 의해 검출될 수 있다.

인간 대 머신 인터페이스는, 검출기 디바이스가 사용자의 또는 사용자의 적어도 하나의 신체 부위의 위치에 대한 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하는 그러한 방식으로 적응될 수 있다. 구체적으로, 사용자에 대한 적어도 하나의 비콘 디바이스의 부착의 방식이 공지되어 있는 경우, 적어도 하나의 비콘 디바이스의 위치를 평가하는 것에 의해, 사용자의 및/또는 사용자의 신체 부위의 위치 및/또는 방위에 대한 정보의 적어도 하나의 아이템이 획득될 수 있다.

비콘 디바이스는 바람직하게는 사용자의 신체 또는 신체 부위에 부착 가능한 비콘 디바이스 및 사용자에 의해 유지될 수 있는 비콘 디바이스 중 하나이다. 상기에서 개설되는 바와 같이, 비콘 디바이스는 활성 비콘 디바이스로서 완전히 또는 부분적으로 설계될 수 있다. 따라서, 비콘 디바이스는, 검출기로 송신될 적어도 하나의 광 빔, 바람직하게는 공지된 빔 속성을 갖는 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 적응되는 적어도 하나의 조명 소스를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 비콘 디바이스는 조명 소스에 의해 생성되는 광을 반사시키도록 적응되는 적어도 하나의 반사기를 포함할 수 있고, 그에 의해 검출기로 송신될 반사된 광 빔을 생성할 수 있다.

검출기 시스템의 일부를 형성할 수 있는 오브젝트는 일반적으로 임의의 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 검출기 시스템의 일부인 오브젝트는 사용자에 의해, 예컨대 수동으로 핸들링될 수 있는 제어 엘리먼트일 수 있다. 한 예로서, 제어 엘리먼트는 다음의 것으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 엘리먼트일 수 있거나 또는 그 적어도 하나의 엘리먼트를 포함할 수 있다: 장갑, 재킷, 모자, 신발, 바지 및 수트, 손으로 유지될 수 있는 스틱, 배트, 클럽, 라켓, 지팡이, 장난감, 예컨대 장난감 총. 따라서, 한 예로서, 검출기 시스템은 인간 대 머신 인터페이스 및/또는 엔터테인먼트 디바이스의 일부일 수 있다.

본원에서 사용될 때, "엔터테인먼트 디바이스"는, 이하에서 한 명 이상의 플레이어로도 또한 칭해질 수 있는 한 명 이상의 사용자의 여가 및/또는 엔터테인먼트의 목적을 서비스할 수 있는 디바이스이다. 한 예로서, 엔터테인먼트 디바이스는 게이밍, 바람직하게는 컴퓨터 게이밍의 목적을 서비스할 수 있다. 따라서, 엔터테인먼트 디바이스는, 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 시스템으로 구현될 수 있거나, 또는 하나 이상의 게이밍 소프트웨어 프로그램을 실행하는 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다.

엔터테인먼트 디바이스는 본 발명에 따른, 예컨대 상기에서 개시되는 실시형태 중 하나 이상에 따른 및/또는 하기에서 개시되는 실시형태 중 하나 이상에 따른 적어도 하나의 인간 대 머신 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 디바이스는 정보의 적어도 하나의 아이템이 인간 대 머신 인터페이스를 통해 플레이어에 의해 입력되는 것을 가능하게 하도록 설계된다. 정보의 적어도 하나의 아이템은 엔터테인먼트 디바이스의 컨트롤러 및/또는 컴퓨터로 송신될 수 있고 및/또는 그들에 의해 사용될 수 있다. 정보의 적어도 하나의 아이템은 바람직하게는 게임의 과정에 영향을 끼치도록 적응되는 적어도 하나의 커맨드를 포함할 수 있다. 따라서, 한 예로서, 정보의 적어도 하나의 아이템은 플레이어의 및/또는 플레이어의 하나 이상의 신체 부위의 적어도 하나의 방위에 대한 정보의 적어도 하나의 아이템을 포함할 수 있고, 그에 의해, 플레이어가 게이밍에 필요한 특정한 위치 및/또는 방위 및/또는 액션을 시뮬레이팅하는 것을 허용할 수 있다. 한 예로서, 다음의 움직임 중 하나 이상이 시뮬레이팅되고 엔터테인먼트 디바이스의 컨트롤러 및/또는 컴퓨터로 전달될 수 있다: 춤추기; 달리기; 점프하기; 라켓의 스윙; 배트의 스윙; 클럽의 스윙; 다른 오브젝트를 향하는 한 오브젝트의 포인팅, 예컨대 타겟을 향하는 장난감 총의 포인팅.

바람직하게는, 엔터테인먼트 디바이스의 컨트롤러 및/또는 컴퓨터인 엔터테인먼트 디바이스는, 일부로서 또는 전체로서, 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변경시키도록 설계된다. 따라서, 상기에서 개설되는 바와 같이, 게임의 과정은 정보의 적어도 하나의 아이템에 따라 영향을 받을 수 있다. 따라서, 엔터테인먼트 디바이스는, 적어도 하나의 검출기의 평가 디바이스로부터 분리될 수 있는 및/또는 적어도 하나의 평가 디바이스와 완전히 또는 부분적으로 동일할 수 있는 또는 심지어 적어도 하나의 평가 디바이스를 포함할 수 있는 하나 이상의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 컨트롤러는 하나 이상의 데이터 프로세싱 디바이스, 예컨대 하나 이상의 컴퓨터 및/또는 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다.

또한 본원에서 사용될 때, 추적 시스템은, 적어도 하나의 오브젝트 및/또는 오브젝트의 적어도 하나의 부분의 일련의 과거 위치에 대한 정보를 수집하도록 적응되는 디바이스이다. 추가적으로, 추적 시스템은, 적어도 하나의 오브젝트 또는 오브젝트의 적어도 하나의 부분의 적어도 하나의 예측된 미래의 위치 및/또는 방위에 대한 정보를 제공하도록 적응될 수 있다. 추적 시스템은, 전자 디바이스로서, 바람직하게는 적어도 하나의 데이터 프로세싱 디바이스로서, 더욱 바람직하게는 적어도 하나의 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러로서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있는 적어도 하나의 추적 컨트롤러를 구비할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 추적 컨트롤러는 적어도 하나의 평가 디바이스를 완전히 또는 부분적으로 포함할 수 있고 및/또는 적어도 하나의 평가 디바이스의 일부일 수 있고 및/또는 적어도 하나의 평가 디바이스와 완전히 또는 부분적으로 동일할 수 있을 것이다.

추적 시스템은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기, 예컨대 상기에서 열거되는 실시형태 중 하나 이상에서 개시되는 바와 같은 및/또는 하기의 실시형태 중 하나 이상에서 개시되는 바와 같은 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 추적 시스템은 적어도 하나의 추적 컨트롤러를 더 포함한다. 추적 컨트롤러는, 예컨대 데이터 쌍 또는 데이터의 그룹을 기록하는 것에 의해, 특정한 시점에서 오브젝트의 일련의 위치를 추적하도록 적응되는데, 데이터 쌍 또는 데이터의 각각의 그룹은 적어도 하나의 위치 정보 및 적어도 하나의 시간 정보를 포함한다.

추적 시스템은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 더 포함할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 검출기 및 적어도 하나의 평가 디바이스 및 옵션 사항인 적어도 하나의 비콘 디바이스 외에, 추적 시스템은 오브젝트 그 자체 또는 오브젝트의 일부, 예컨대 비콘 디바이스 또는 적어도 하나의 비콘 디바이스를 포함하는 적어도 하나의 제어 엘리먼트를 더 포함할 수 있는데, 제어 엘리먼트는 추적될 오브젝트에 직접적으로 또는 간접적으로 부착 가능하거나 또는 그 오브젝트 안으로 통합 가능하다.

추적 시스템은 추적 시스템 그 자체의 및/또는 하나 이상의 별개의 디바이스의 하나 이상의 액션을 개시하도록 적응될 수 있다. 후자의 목적을 위해, 추적 시스템, 바람직하게 추적 컨트롤러는 하나 이상의 무선 및/또는 유선 인터페이스 및/또는 적어도 하나의 액션을 개시하기 위한 다른 타입의 제어 연결부를 구비할 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 추적 컨트롤러는, 오브젝트의 적어도 하나의 실제 위치에 따라 적어도 하나의 액션을 개시하도록 적응될 수 있다. 한 예로서, 액션은 다음으로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다: 오브젝트의 미래의 위치의 예측; 적어도 하나의 디바이스를 오브젝트쪽으로 향하게 하는 것; 적어도 하나의 디바이스를 검출기쪽으로 향하게 하는 것; 오브젝트를 조명하는 것; 검출기를 조명하는 것.

추적 시스템의 애플리케이션의 한 예로서, 추적 시스템은, 심지어 제1 오브젝트 및/또는 제2 오브젝트가 이동할 수 있더라도, 적어도 하나의 제1 오브젝트를 적어도 하나의 제2 오브젝트에 연속적으로 지향시키도록 사용될 수 있다. 잠재적인 예는, 산업 애플리케이션에서, 예컨대 로봇 공학에서 및/또는, 예컨대, 생산 라인 또는 조립 라인에서의 제조 동안, 심지어 물품이 움직이고 있더라도, 물품에 대해 연속적으로 작업하기 위한 산업 애플리케이션에서 또 다시 발견될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 추적 시스템은 조명 목적을 위해, 예컨대, 비록 오브젝트가 움직이고 있을 수 있을지라도 조명 소스를 오브젝트로 연속적으로 지향시키는 것에 의해 오브젝트를 연속적으로 조명하도록 사용될 수 있을 것이다. 예컨대 움직이고 있는 오브젝트를 향해 송신기를 지향시키는 것에 의해 움직이고 있는 오브젝트에 정보를 연속적으로 송신하기 위한 추가적인 애플리케이션이 통신 시스템에서 발견될 수 있을 것이다.

제안된 디바이스 및 방법은 이러한 종류의 공지된 검출기에 비해 많은 수의 이점을 제공한다. 따라서, 검출기는 일반적으로 상기에서 개시되는 공지된 종래 기술 시스템의 단점을 방지할 수 있다. 구체적으로, 디바이스 및 방법은 실리콘 포토다이오드와 같은 간단하고 저렴하며 상업적으로 이용 가능한 반도체 센서를 사용하는 것을 허용한다.

전반적으로, 본 발명의 맥락에서, 다음의 실시형태가 바람직한 것으로 간주된다:

실시형태 1: 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 결정하기 위한 검출기로서, 검출기는 다음의 것을 포함한다:

- 적어도 하나의 이색성 필터;

- 적어도 하나의 광학 센서, 여기서 광학 센서는 적어도 하나의 감광 영역(light-sensitive area)을 가지되, 광학 센서는 이색성 필터를 통과한 광 빔에 의한 자신의 감광 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계됨 - ;

- 적어도 하나의 제1 파장을 갖는 광 빔에 의한 조명에 응답하여 생성되는 제1 센서 신호 및 적어도 하나의 제2 파장을 갖는 광 빔에 의한 조명에 응답하여 생성되는 제2 센서 신호를 결정하도록 구성되는 적어도 하나의 평가 디바이스, 여기서 평가 디바이스는 제1 및 제2 센서 신호로부터의 결합된 신호(∧)를 평가하는 것에 의해 오브젝트의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성됨.

실시형태 2: 바로 이전 실시형태에 따른 검출기로서, 이색성 필터는 파장 의존 및 각도 의존 투과 스펙트럼을 가지되, 이색성 필터는 5 nm/30°에서부터 최대 100 nm/30°까지의, 바람직하게는 7 nm/30°에서부터 최대 80 nm/30°까지의, 더욱 바람직하게는 9 nm/30°에서부터 최대 50 nm/30°까지의 각도 의존성을 갖는다.

실시형태 3: 이전 실시형태 중 임의의 하나에 따른 검출기로서, 검출기는 적어도 두 개의 상이한 파장을 갖는 적어도 하나의 광 빔을 사용하여 오브젝트를 조명하도록 구성되는 조명 소스를 더 포함한다.

실시형태 4: 이전 실시형태 중 임의의 하나에 따른 검출기로서, 검출기는 오브젝트로부터 검출기로 전파되는 적어도 하나의 입사 광 빔에 응답하여 적어도 하나의 초점 거리를 갖는 적어도 하나의 전달 디바이스를 포함한다.

실시형태 5: 이전 실시형태 중 임의의 하나에 따른 검출기로서, 평가 디바이스는 종방향 좌표를 결정하기 위해 결합된 신호(∧)와 종방향 좌표 사이의 적어도 하나의 미리 결정된 관계를 사용하도록 구성된다.

실시형태 6: 이전 실시형태 중 임의의 하나에 따른 검출기로서, 평가 디바이스는, 제1 및 제2 센서 신호를 분할하는 것, 제1 및 제2 센서 신호의 배수를 분할하는 것, 제1 및 제2 센서 신호의 선형 조합을 분할하는 것 중 하나 이상에 의해 결합된 신호(∧)를 유도하도록 구성된다.

실시형태 7: 이전 실시형태 중 임의의 하나에 따른 검출기로서, 평가 디바이스는 제1 센서 신호의 제1 방사 강도 및 제2 센서 신호의 제2 방사 강도를 결정하도록 구성되되, 평가 디바이스는 결합된 신호(∧)를 유도하기 위한 제1 방사 강도 및 제2 방사 강도의 비율을 결정하도록 구성된다.

실시형태 8: 이전 실시형태 중 임의의 하나에 따른 검출기로서, 검출기는 적어도 두 개의 광학 센서를 포함하되, 광학 센서는 이중 셀, 분할 전극 PSD 또는 사분면 다이오드의 부분 다이오드이다.

실시형태 9: 이전 실시형태 중 임의의 하나에 따른 검출기로서, 검출기는 적어도 두 개의 광학 센서를 포함하되, 광학 센서는 적어도 하나의 CMOS 센서를 포함한다.

실시형태 10: 이전 실시형태 중 임의의 하나에 따른 검출기로서, 검출기는 적어도 두 개의 광학 센서를 포함하되, 광학 센서의 각각은 적어도 하나의 감광 영역을 가지며, 광학 센서의 각각은 이색성 필터를 통과한 광 빔에 의한 자신의 각각의 감광 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 광학 센서 중 적어도 하나는 제1 DPR 센서 신호를 생성하도록 구성되고 광학 센서 중 적어도 하나는 제2 DPR 센서 신호를 생성하도록 구성되고, 평가 디바이스는 제1 및 제2 DPR 센서 신호로부터의 결합된 DPR 신호(Q)를 평가하는 것에 의해 오브젝트의 종방향 좌표(z_DPR)를 결정하도록 구성된다.

실시형태 11: 세 개의 바로 이전 실시형태 중 임의의 하나에 따른 검출기로서, 평가 디바이스는

에 의해 결합된 DPR 신호(Q)를 유도하도록 구성되되, 여기서 x 및 y는 횡방향 좌표이고, A1은 광학 센서의 센서 위치에서 이색성 필터를 통과한 광 빔의 빔 프로파일의 제1 영역이고, A2는 광학 센서의 센서 위치에서 이색성 필터를 통과한 광 빔의 빔 프로파일의 제2 영역이고, E(x, y, z_o)는 오브젝트 거리(z_o)에서 주어지는 빔 프로파일을 나타낸다.

실시형태 12: 바로 이전 실시형태에 따른 검출기로서, 제1 DPR 센서 신호는 빔 프로파일의 제1 영역의 정보를 포함하고 제2 DPR 센서 신호는 빔 프로파일의 제2 영역의 정보를 포함하되, 빔 프로파일의 제1 영역 및 빔 프로파일의 제2 영역은 인접하는 또는 중첩하는 영역 중 하나 또는 둘 모두이다.

실시형태 13: 두 개의 바로 이전 실시형태 중 임의의 하나에 따른 검출기로서, 제1 영역 및 제2 영역 중 하나는 본질적으로 빔 프로파일의 에지 정보를 포함하고 빔 프로파일의 제1 영역 및 제2 영역 중 다른 하나는 본질적으로 빔 프로파일의 중심 정보를 포함하되, 평가 디바이스는, 에지 정보 및 중심 정보를 분할하는 것, 에지 정보 및 중심 정보의 배수를 분할하는 것, 에지 정보 및 중심 정보의 선형 조합을 분할하는 것 중 하나 이상에 의해 결합된 DPR 신호(Q)를 유도하도록 구성된다.

실시형태 14: 두 개의 바로 이전 실시형태 중 임의의 하나에 따른 검출기로서, 광 빔의 제1 파장 및 제2 파장은 상이하되, 파장 사이의 차이, 특히 피크 대 피크 차이는 적어도 1 nm, 바람직하게는 적어도 10 nm, 더욱 바람직하게는 적어도 50 nm이다.

실시형태 15: 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템으로서, 검출기 시스템은 이전 실시형태 중 임의의 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 검출기 시스템은 적어도 하나의 광 빔을 검출기를 향해 지향시키도록 적응되는 적어도 하나의 비콘 디바이스를 더 포함하고, 비콘 디바이스는 오브젝트에 부착 가능한 것, 오브젝트에 의해 유지 가능한 것 및 오브젝트 안으로 통합 가능한 것 중 적어도 하나이다.

실시형태 16: 사용자와 머신 사이의 정보의 적어도 하나의 아이템을 교환하기 위한 인간 대 머신 인터페이스로서, 인간 대 머신 인터페이스는 바로 이전 실시형태에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함하고, 적어도 하나의 비콘 디바이스는 직접적으로 또는 간접적으로 사용자에게 부착되는 것 및 사용자에 의해 유지되는 것 중 적어도 하나가 되도록 적응되고, 인간 대 머신 인터페이스는 검출기 시스템에 의해 사용자의 적어도 하나의 위치를 결정하도록 설계되고, 인간 대 머신 인터페이스는 정보의 적어도 하나의 아이템을 그 위치에 할당하도록 설계된다.

실시형태 17: 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 실행하기 위한 엔터테인먼트 디바이스로서, 엔터테인먼트 디바이스는, 바로 이전 실시형태에 따른 적어도 하나의 인간 대 머신 인터페이스를 포함하되, 엔터테인먼트 디바이스는, 인간 대 머신 인터페이스를 통해 정보의 적어도 하나의 아이템이 플레이어에 의해 입력되는 것을 가능하게 하도록 설계되고, 엔터테인먼트 디바이스는 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변경시키도록 설계된다.

실시형태 18: 적어도 하나의 이동 가능한 오브젝트의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템으로서, 추적 시스템은 검출기 시스템을 언급하는 이전 실시형태 중 임의의 하나에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함하되, 추적 시스템은 적어도 하나의 추적 컨트롤러를 더 포함하고, 추적 컨트롤러는 특정한 시점에서 오브젝트의 일련의 위치를 추적하도록 적응된다.

실시형태 19: 풍경의 깊이 프로파일을 결정하기 위한 스캐닝 시스템으로서, 스캐닝 시스템은 검출기를 언급하는 이전 실시형태 중 임의의 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하되, 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 광 빔을 사용하여 풍경을 스캔하도록 적응되는 적어도 하나의 조명 소스를 더 포함한다.

실시형태 20: 적어도 하나의 오브젝트를 이미지화하기 위한 카메라로서, 카메라는 검출기를 언급하는 이전 실시형태 중 임의의 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다.

실시형태 21: 광학 저장 매체를 위한 판독 디바이스로서, 판독 디바이스는 검출기를 언급하는 이전 실시형태 중 임의의 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다.

실시형태 22: 적어도 하나의 오브젝트의 위치를 결정하기 위한 방법으로서, 방법은 다음의 단계를 포함한다:

- 적어도 하나의 이색성 필터를 제공하는 단계;

- 적어도 하나의 광학 센서 - 광학 센서는 적어도 하나의 감광 영역을 가지되, 광학 센서는 이색성 필터를 통과한 광 빔에 의한 자신의 감광 영역의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계됨 - 를 제공하는 단계;

- 이색성 필터를 통과한 광 빔을 사용하여 광학 센서의 감광 영역을 조명하는 단계 - 그에 의해 감광 영역은 적어도 하나의 센서 신호를 생성함 - ; 및

- 적어도 하나의 제1 파장을 갖는 광 빔에 의한 조명에 응답하여 생성되는 제1 센서 신호 및 적어도 하나의 제2 파장을 갖는 광 빔에 의한 조명에 응답하여 생성되는 제2 센서 신호를 결정하는 단계;

- 제1 센서 신호 및 제2 신호를 평가하고 - 평가는 제1 및 제2 신호의 결합된 신호(∧)를 유도하는 것을 포함함 - , 그에 의해, 오브젝트의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하는 단계.

실시형태 23: 다음의 것으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 사용의 목적을 위한, 검출기를 언급하는 이전 실시형태 중 임의의 하나에 따른 검출기의 사용: 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 애플리케이션; 광학 데이터 저장 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 감시 애플리케이션; 안전 애플리케이션; 인간 대 머신 인터페이스 애플리케이션; 물류 애플리케이션; 내시경 애플리케이션; 의료 애플리케이션; 추적 애플리케이션; 사진 애플리케이션; 머신 비전 애플리케이션; 로봇 애플리케이션; 품질 제어 애플리케이션; 3D 프린팅 애플리케이션; 증강 현실 애플리케이션; 제조 애플리케이션; 광학 데이터 저장 및 판독과 조합한 사용.

본 발명의 또 다른 옵션 사항인 세부 사항 및 피쳐는, 종속항과 연계하여 후속하는 바람직한 예시적인 실시형태의 설명으로부터 명백하다. 이러한 맥락에서, 특정한 피쳐는 격리된 양식으로 또는 다른 피쳐와 조합여 구현될 수 있다. 본 발명은 예시적인 실시형태로 제한되지는 않는다. 예시적인 실시형태가 도면에서 개략적으로 도시된다. 개개의 도면에서의 동일한 참조 번호는 동일한 엘리먼트 또는 동일한 기능을 갖는 엘리먼트, 또는 그들 기능과 관련하여 서로 대응하는 엘리먼트를 가리킨다.
구체적으로, 도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 검출기의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 2는 본 발명에 따른 이색성 필터의 투과 스펙트럼을 도시한다;
도 3은 상이한 거리 및 LED 전압에 대한 정규화된 신호 비율의 실험 결과를 도시한다;
도 4는 측정된 거리 대 실제 거리의 실험 결과를 도시한다; 그리고
도 5는 본 발명에 따른 검출기, 검출기 시스템, 인간 대 머신 인터페이스, 엔터테인먼트 디바이스, 추적 시스템, 스캐닝 시스템 및 카메라의 예시적인 실시형태를 도시한다.

도 1에서, 적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110)의 예시적인 실시형태의 개략도가 묘사된다. 도 1에서, 오브젝트(112)는 두 개의 상이한 오브젝트 거리에 대해 묘사된다. 검출기(110)는 적어도 하나의 감광 영역(116)을 갖는 적어도 하나의 광학 센서(114)를 포함한다. 오브젝트(112)는 적어도 하나의 비콘 디바이스(118)를 포함할 수 있는데, 그로부터, 입사 광 빔으로도 또한 나타내어지는 광 빔(120)이 검출기(110)를 향해 전파된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 검출기는 여기에서는 묘사되지 않는, 오브젝트(112)를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명 소스(122)를 포함할 수 있다. 한 예로서, 조명 소스(120)는 오브젝트(112)를 조명하기 위한 조명 광 빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 조명 소스(120)는 적어도 하나의 레이저 및/또는 레이저 소스를 포함할 수 있다. 반도체 레이저와 같은 다양한 타입의 레이저가 활용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, LED 및/또는 전구와 같은 비 레이저(non-laser) 광원이 사용될 수 있다. 조명 소스(120)는 인공 조명 소스, 특히 적어도 하나의 레이저 소스 및/또는 적어도 하나의 백열 램프 및/또는 적어도 하나의 반도체 광원, 예를 들면, 적어도 하나의 발광 다이오드, 특히 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 예를 들면, 조명 소스(120)에 의해 방출되는 광은 300 내지 1000 nm, 특히 500 내지 1000 nm의 파장을 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적외선 스펙트럼 범위 내의 광은, 예컨대 780 nm 내지 3.0 ㎛의 범위 내에서 사용될 수 있다. 구체적으로, 실리콘 포토다이오드가 적용 가능한 근적외선 영역의 부분 내의, 구체적으로는 700 nm 내지 1000 nm의 범위 내의 광이 사용될 수 있다. 게다가, 조명 소스(120)는 변조된 또는 변조되지 않은 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 복수의 조명 소스(120)가 사용되는 경우, 상이한 조명 소스는, 광 빔을 구별하기 위해 나중에 사용될 수 있는 상이한 변조 주파수를 가질 수 있다.

조명 소스(120)는 적어도 두 개의 상이한 파장을 갖는 적어도 하나의 광 빔을 사용하여 오브젝트를 조명하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 조명 소스(120)는 적어도 두 개의 광원을 포함할 수 있는데, 여기서 제1 광원은 제1 파장을 갖는 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 구성될 수 있고, 제2 광원은 제1 파장과는 상이한 제2 파장을 갖는 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 조명 소스(120)는 적어도 하나의 다중 파장 광원을 포함할 수 있다. 조명 소스(120)는 상이한 파장을 갖는 광 빔을 선택적으로 생성하도록 구성되는 적어도 하나의 필터 엘리먼트를 포함할 수 있다. 조명 소스(120)는 제1 파장을 갖는 광 빔 및 제2 파장을 갖는 광 빔을 상이한 주파수로 펄스화하도록 구성될 수 있다.

광 빔(120)은, 한 예로서, 검출기(110)의 광학 축(124)을 따라 전파될 수 있다. 그러나, 다른 실시형태도 실현 가능하다. 감광 영역(116)은 오브젝트(112)를 배향될 수 있다. 광학 검출기(110)는, 구체적으로 빔 성형을 위한 적어도 하나의 전달 디바이스(126), 예컨대 적어도 하나의 렌즈 또는 렌즈 시스템을 포함할 수 있다. 전달 디바이스(126)는 오브젝트(112)로부터 검출기(110)로 전파되는 입사 광 빔(120)에 응답하여 적어도 하나의 초점 거리를 갖는다. 전달 디바이스(126)는 광학 축(128)을 가질 수 있는데, 전달 디바이스(126) 및 광학 센서(114)는 바람직하게는 공통 광학 축을 가질 수 있다. 전달 디바이스(126)는 좌표 시스템을 구성할 수 있다. 광학 축(124, 128)에 평행한 또는 반평행한 방향은 종방향으로서 정의될 수 있고, 반면, 광학 축(124, 128)에 수직인 방향은 횡방향으로서 정의될 수 있는데, 여기서 종방향 좌표(z)는 광학 축(124, 128)을 따르는 좌표이고 d는 광학 축(124, 128)으로부터의 공간 오프셋이다. 결과적으로, 광 빔(120)은, 예컨대 하나 이상의 초점 포인트에서 포커싱되고, 광 빔(120)의 빔 폭은 오브젝트(112)의 종방향 좌표(z)에, 예컨대 검출기(110)와 비콘 디바이스(118) 및/또는 오브젝트(112) 사이의 거리에 의존할 수 있다. 광학 센서(114)는 초점을 벗어나 배치될 수 있다.

검출기(110)는 적어도 하나의 이색성 필터(130)를 포함한다. 이색성 필터(130)는 높은 각도 의존성을 갖는 간섭 필터일 수 있다. 이색성 필터는 5 nm/30°에서부터 최대 100 nm/30°까지의, 바람직하게는 7 nm/30°에서부터 최대 80 nm/30°까지의, 더욱 바람직하게는 9 nm/30°에서부터 50 nm/30°까지의 각도 의존성을 가질 수 있다. 이색성 필터는 파장 의존 및 각도 의존 투과 스펙트럼을 가질 수 있다. 제1 면, 예를 들면, 이색성 필터(130)의 표면에 충돌하는 전자기파는, 이색성 필터의 속성에 따라, 부분적으로 흡수 및/또는 반사 및/또는 투과될 수 있다. 이색성 필터(130)는, 제2 파장을 갖는 광, 특히 광 빔(120) 광이 필터링되도록, 제1 파장을 갖는 광, 특히 광 빔(120)의 광이 이색성 필터(130)를 통과하게 하도록 그리고 제2 파장을 갖는 광이 반사하게 하도록 구성될 수 있다. 투과되지 않은 파장은 대부분 필터링될 수 있다.

이색성 필터(130)는 각도 의존 투과 스펙트럼을 가질 수 있다. 이색성 필터(130)의 투과는, 입사 광 빔(120)이 이색성 필터(130)에 충돌하는 입사각에 의존할 수 있다. 예를 들면, 투과의 정도는 오브젝트(112)로부터 검출기(110)를 향해 전파되는 입사 광 빔(120)이 이색성 필터(130)에 충돌하는 입사각에 의존할 수 있다. 입사각은 이색성 필터(130)의 광학 축(132)과 관련하여 측정될 수 있다. 이색성 필터(130)는 적어도 하나의 전달 디바이스(126) 후방에서 전파의 방향으로 배열될 수 있다. 전달 디바이스(126)는 거리 의존 각도 의존성을 증가시킬 수 있다. 이색성 필터(130) 및 전달 디바이스(126)는 오브젝트(112)로부터 검출기(110)로 전파되는 광 빔(120)이 이색성 필터(130)에 충돌하기 이전에 전달 디바이스(126)를 통과하도록 배열될 수 있다. 이색성 필터(130)는 오브젝트(112)로부터 검출기(110)로 전파되는 광 빔(120)이 전달 디바이스(126)와 전달 디바이스(126)의 초점 포인트 사이의 이색성 필터(130)에 충돌하도록 배열될 수 있다. 이색성 필터(130)는, 더 작은 각도를 가지고 충돌하는 광선과 비교하여 더 큰 각도를 가지고 충돌하는 광선을 약화시키도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 투과의 정도는 광학 축(132)에 평행한, 즉 0°의 광선에 대해 가장 높을 수 있고, 더 높은 각도에 대해 감소할 수 있다. 특히, 적어도 하나의 컷 오프 각도에서 투과의 정도는 급격히 제로로 떨어질 수 있다. 따라서, 큰 입사각을 갖는 광선은 컷 오프될 수 있다.

예를 들면, 이색성 필터(130)는, 광 빔(120)이 투과의 각도 또는 투과의 범위 하에서 이색성 필터(130)에 충돌하면 광 빔(120)이 통과할 수 있도록 그리고 광 빔(120)이 이탈 입사각 하에서 충돌하면 광 빔(120)이 필터링되도록 하는 투과 스펙트럼을 가질 수 있다. 예를 들면, 광 빔(120)이 이색성 필터(130)의 광학 축(132)에 본질적으로 평행하게 충돌하는 경우, 광 빔(120)은 이색성 필터(130)를 통과할 수 있고, 이탈 입사각 하에서 광 빔(230)이 충돌하는 경우, 광 빔(120)은 필터링될 수 있다.

이색성 필터(130)의 투과 스펙트럼은 파장 의존적이고 각도 의존적이다. 예를 들면, 투과 스펙트럼은, 광 빔이 이색성 필터(130)의 광학 축(132)에 본질적으로 평행하게 충돌하는 경우 제1 파장을 갖는 광 빔이 통과할 수 있도록, 한편 광 빔이 더 큰 각도 하에서, 예를 들면, 30° 하에서 충돌하는 경우 제2 파장을 갖는 광 빔이 이색성 필터(130)를 통과할 수 있도록 선택될 수 있다. 전달 디바이스(126) 및 이색성 필터(130)는, 오브젝트(112)로부터 검출기(110)로 전파되는 광 빔(120)이 이색성 필터(130)에 충돌하기 이전에 전달 디바이스(126)를 통해 전파되도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 니어필드로 또한 지칭되는 전달 디바이스의 초점 포인트에 가까운 오브젝트(112)의 경우, 전달 디바이스 뒤의 광 빔은 대부분 광학 축에 평행하고 제1 투과 스펙트럼이 이색성 필터(130)에서 광 빔에 적용될 수 있다, 예를 들면, 제1 파장은 통과할 수 있고 반면 제2 파장은 대부분 필터링될 수 있다. 예를 들면, 파필드로 또한 지칭되는 원거리 오브젝트(112)의 경우, 광 빔은 광학 축(128)에 본질적으로 평행하게 전달 디바이스(126)에 도달할 것이고 전달 디바이스(126) 뒤의 초점 포인트를 향해 포커싱될 것이다. 따라서, 이들 광 빔은 이색성 필터(130)의 광학 축(132)에 대해 더 큰 각도를 가질 수 있고 상이한 투과 스펙트럼이 이색성 필터에서 광 빔에 적용될 수 있다, 예를 들면, 제2 파장은 통과할 수 있고, 반면 제1 파장은 대부분 필터링될 수 있다. 도 1에서, 상기에서 개설되는 바와 같이, 오브젝트(112)는 두 개의 상이한 거리에서 도시되어 있다. 더구나, 오브젝트(112)의 조명에 응답하여 및/또는 비콘 디바이스(118)에 의해 생성되는 두 개의 광 빔(120)은, 상이한 각도 하에서 거리에 의존하여 전달 디바이스(126) 및 이색성 필터(130)에 도달하는 것으로 도시된다.

도 2는 예시적인 투과 스펙트럼, 특히 % 단위의 투과율(T)을, 이색성 필터(130)의 nm 단위의 파장(λ)의 함수로서 도시한다. 투과 스펙트럼은, 광 빔이 광학 축에 평행한 경우 제1 파장, 예를 들면, 적색이 통과하도록, 한편 제2 파장, 예를 들면, 청색이 30°와 같은 더 큰 각도에서 통과하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 니어필드로 또한 지칭되는 전달 디바이스(126)의 초점 포인트에 가까운 오브젝트(112)의 경우, 전달 디바이스(126) 뒤의 광 빔은 대부분 광학 축(128)에 평행하고, 제1 투과 스펙트럼, 특히 도 2에서 실선으로 도시되는 0° 투과가 이색성 필터(130)에서 광 빔(120)에 적용될 수 있다, 예를 들면, 제1 파장은 통과할 수 있고 반면 제2 파장은 대부분 필터링될 수 있다. 예를 들면, 파필드로 또한 지칭되는 원거리 오브젝트(112)의 경우, 광 빔은 전달 디바이스(126)의 광학 축(128)에 본질적으로 평행하게 전달 디바이스(126)에 도달할 것이고 전달 디바이스(126) 뒤의 초점 포인트를 향해 포커싱될 것이다. 따라서, 이들 광 빔(120)은 이색성 필터(130)의 광학 축(132)에 대해 더 큰 각도를 가질 수 있고 상이한 투과 스펙트럼, 특히 도 2에서 파선(dashed line)으로서 도시되는 30° 투과가 이색성 필터(130)에서 광 빔(120)에 적용될 수 있다, 예를 들면, 제2 파장은 통과할 수 있고, 반면 제1 파장은 대부분 필터링될 수 있다.

도 1에서 도시되는 바와 같이, 검출기(110)는, 적어도 하나의 제1 파장을 갖는 광 빔(120)에 의한 조명에 응답하여 생성되는 제1 센서 신호 및 적어도 하나의 제2 파장을 갖는 광 빔(120)에 의한 조명에 응답하여 생성되는 제2 센서 신호를 결정하도록 구성되는 적어도 하나의 평가 디바이스(134)를 포함한다. 평가 디바이스(134)는 제1 및 제2 센서 신호로부터의 결합된 신호(∧)를 평가하는 것에 의해 오브젝트(112)의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성된다. 제1 파장 및 제2 파장을 갖는 광 빔(120)은 상이한 주파수를 가지고 생성되거나 또는 펄스화될 수 있고 및/또는 후속하여 생성될 수 있고 및/또는 상이한 변조 주파수를 가지고 변조될 수 있다. "결합된 신호(∧)"는 제1 및 제2 센서 신호를 결합하는 것에 의해, 특히 제1 및 제2 센서 신호를 분할하는 것, 제1 및 제2 센서 신호의 배수를 분할하는 것 또는 제1 및 제2 센서 신호의 선형 조합을 분할하는 것 중 하나 이상에 의해 생성될 수 있다. 특히, 결합된 신호(∧)는 몫 신호일 수 있다. 결합된 신호(∧)는 다양한 수단을 사용하는 것에 의해 결정될 수 있다. 예로서, 결합된 신호를 유도하기 위한 소프트웨어 수단, 결합된 신호를 유도하기 위한 하드웨어 수단, 또는 둘 모두가 사용될 수 있고 평가 디바이스에서 구현될 수 있다. 따라서, 평가 디바이스(134)는, 한 예로서, 적어도 하나의 분할기를 포함할 수 있는데, 여기서 분할기는 몫 신호를 유도하도록 구성된다. 분할기는 소프트웨어 분할기 또는 하드웨어 분할기 중 하나 또는 둘 모두로서 완전히 또는 부분적으로 구체화될 수 있다. 평가 디바이스(134)는 제1 및 제2 센서 신호를 분할하는 것, 제1 및 제2 센서 신호의 배수를 분할하는 것, 제1 및 제2 센서 신호의 선형 조합을 분할하는 것 중 하나 이상에 의해 결합된 신호(∧)를 유도하도록 구성될 수 있다. 평가 디바이스(134)는 제1 센서 신호의 제1 방사 강도 및 제2 센서 신호의 제2 방사 강도를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 디바이스(134)는 결합된 신호(∧)를 유도하기 위해 제1 방사 강도 및 제2 방사 강도의 비율을 결정하도록 구성될 수 있다. 정규화된 방사 강도의 비율과 같은 다른 결합된 또는 몫 신호가 실현 가능하다. 따라서, 이색성 필터(132)를 통과한 적어도 두 개의 파장 사이의 관계는 오브젝트(112)와 광학 센서(114) 사이의 거리에 의존한다. 단일의 광학 센서(114)만이 필요로 된다. 검출기(110)는, 이중 셀, 분할 전극 PSD 또는 사분면 다이오드의 부분 다이오드, 및/또는 CMOS 센서와 같은 복수의 광학 센서를 포함할 수 있다. 이 경우, 결합된 신호(∧)를 결정하기 위해, 평가 디바이스(134)는, 광학 센서(114)의 신호의 합 신호와 같은 완전한 광 스팟을 광학 센서(114) 상에서 결정할 수 있다. 대안적으로, 결합된 신호(∧)를 결정하기 위해, 평가 디바이스(134)는 동일한 센서 영역에 의해 생성되는 제1 및 제2 센서 신호를 사용할 수 있다.

결합된 신호(∧)를 사용한 종방향 좌표(z)의 결정은 추가적인 거리 측정 기술과, 예컨대 광자로부터의 깊이 비율, 비행 시간, 삼각 측량 및 디포커스로부터의 깊이에 기초한 하나 이상의 기술과 결합될 수 있다. 구체적으로, 결합된 신호(∧)를 사용한 종방향 좌표(z)의 결정은 비 파장 의존 거리 측정 기술(non-wavelength dependent distance measurement technique)과 결합될 수 있다. 예를 들면, 결합된 신호(∧)를 사용한 종방향 좌표(z)의 결정은, 예를 들면, 참조에 의해 그 내용이 포함되는 WO 2018/091649 A1, WO 2018/091638 A1 및 WO 2018/091640 A1에서 설명되는 바와 같은 광자로부터의 깊이 비율(DPR) 기술을 사용하는 거리 측정과 결합될 수 있다.

평가 디바이스(134)는 제1 센서 신호의 제1 방사 강도 및 제2 센서 신호의 제2 방사 강도를 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 디바이스(134)는 결합된 신호(∧)를 유도하기 위해 제1 방사 강도 및 제2 방사 강도의 비율을 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 디바이스(134)는 결합된 신호(∧)를 유도하기 위해 제1 방사 강도(I_red) 및 제2 방사 강도(I_blue)의 비율을 결정하도록 구성될 수 있다. 도 3 및 도 4는 도 1에서 도시되는 바와 같이 검출기 셋업을 사용하여 획득되는 실험 결과를 도시한다. 조명 소스(122)로서, Vishay Semiconductors VLMRGB343 하에서 이용 가능한 LED, 및 광학 센서(114)로서 Thorlabs FDS1010 하에서 이용 가능한 Si 셀(Si-cell)이 활용된다. 사용된 LED는 625 nm, 525 nm, 470 nm 파장에서 동시에 방사할 수 있는 세 개의 반도체 칩으로 구성된다. 실험에서, 625 nm와 470 nm에서 두 개의 칩만이 전자 드라이버 회로에 의해 구동되었다. 전자 드라이버 회로는 칩 둘 모두를 각각 상이한 변조 주파수에서, 예컨대 3331 Hz 및 5557 Hz에서 구동하도록 적응될 수 있다. Si 셀의 두 개의 컬러 신호 강도는 레코딩 아날로그 프론트 엔드를 사용하는 것에 의해 구별될 수 있다. 전달 디바이스(126)로서, 도 2에서 도시되는 바와 같은 투과 스펙트럼을 갖는 Thorlabs로부터의 FD1M인 이색성 필터(130) 상에서 33°의 최대 입사각으로 나타나는, 0.543의 개구수 및 20 mm의 초점 거리를 갖는 Thorlabs로부터의 AL2520 하에서 이용 가능한 비구면 렌즈. 도 3은 청색 및 적색 방사선(I_red/I_blue)에 대한 Si 셀로부터의 신호 강도의 정규화된 비율을, LED의 상이한 동작 전압에 대한, 즉 4 V(실선), 4.5V(점선) 및 5 V(파선)에 대한 오브젝트(112)의 상이한 거리의 함수로서 도시한다. 동작 전압이 증가함에 따라, 구동 전류가 증가하고 결과적으로 LED의 방사 강도가 증가한다. 비율을 결정하는 것에 의해, 예컨대 변화하는 전력 공급부 변경, 먼지, 또는 감소하는 배터리 전력에 기인하는 방사 강도에 대한 의존성이 제거된다. 따라서, 상이한 전압에 대한 비율 곡선은 매우 양호한 일치를 나타낸다. 도 3에서 도시되는 바와 같은 비율 곡선을 다항식 함수와 맞추는 것에 의해, 측정 시스템은 교정될 수 있다. 도 4는 측정된 거리(z_meas)를 상이한 구동 전압 4 V(실선), 4.5 V(점선) 및 5 V(파선)에서의 실제 거리(z_real)의 함수로서 도시한다. 도 4는 설명된 검출기 셋업을 사용하여 신뢰 가능한 거리 측정이 가능하다는 것을 도시한다. 더 낮은 전압, 따라서, 더 낮은 방사 강도의 경우, 측정 범위의 끝에서 노이즈가 관찰될 수 있다.

도 5는, 예를 들면, 도 1에서 도시되는 실시형태에 따른 검출기(110)의 예시적인 실시형태를 고도로 개략적인 예시에서 도시한다. 검출기(110)는 구체적으로는 카메라(136)로서 구현될 수 있고 및/또는 카메라(136)의 일부일 수 있다. 카메라(136)는 이미징을 위해, 구체적으로는 3D 이미징을 위해 제조될 수 있고, 정지 이미지 및/또는 디지털 비디오 클립과 같은 이미지 시퀀스를 획득하도록 제조될 수 있다. 다른 실시형태가 실현 가능하다.

도 5는 또한, 적어도 하나의 검출기(110) 외에, 이 예에서, 오브젝트(112)에 부착 및/또는 통합될 수 있는 하나 이상의 비콘 디바이스(118)를 포함하는 검출기 시스템(138)의 실시형태를 도시하는데, 하나 이상의 비콘 디바이스(118)의 위치는 검출기(110)를 사용하는 것에 의해 검출될 것이다. 도 5는 또한, 적어도 하나의 검출기 시스템(138)을 포함하는 인간 대 머신 인터페이스(140), 및, 또한, 인간 대 머신 인터페이스(140)를 포함하는 엔터테인먼트 디바이스(142)의 예시적인 실시형태를 도시한다. 도면은 또한, 검출기 시스템(138)을 포함하는, 오브젝트(112)의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템(144)의 실시형태를 도시한다. 디바이스 및 시스템의 컴포넌트는 하기에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.

도 5는 오브젝트(112)를 포함하는 풍경을 스캐닝하기 위한, 예컨대 오브젝트(112)를 스캐닝하기 위한 및/또는 적어도 하나의 오브젝트(112)의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위한 스캐닝 시스템(146)의 예시적인 실시형태를 추가로 도시한다. 스캐닝 시스템(146)은 적어도 하나의 검출기(110), 및, 추가로, 옵션 사항으로, 적어도 하나의 조명 소스(122)뿐만 아니라, 옵션 사항으로, 적어도 하나의 추가적인 조명 소스(122)를 포함한다. 조명 소스(122)는, 일반적으로, 예컨대 적어도 하나의 도트, 예를 들면, 비콘 디바이스(118)의 위치 중 하나 이상 상에 및/또는 오브젝트(112)의 표면 상에 위치되는 도트의 조명을 위한 적어도 하나의 조명 광 빔을 방출하도록 구성된다. 스캐닝 시스템(146)은 오브젝트(112) 및/또는 오브젝트(112)의 프로파일을 포함하는 풍경의 프로파일을 생성하도록 설계될 수 있고 및/또는 적어도 하나의 검출기(110)를 사용하는 것에 의해, 적어도 하나의 도트와 스캐닝 시스템(146), 구체적으로는 검출기(110) 사이의 거리에 대한 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하도록 설계될 수 있다.

상기에서 개설되는 바와 같이, 도 5의 셋업에서 사용될 수 있는 검출기(110)의 예시적인 실시형태가 도 1에서 도시되어 있다. 따라서, 검출기(110)는, 광학 센서(114) 외에, 도 5에 상징적으로 묘사되는 바와 같이, 예를 들면, 적어도 하나의 분할기(148) 및/또는 적어도 하나의 위치 평가 디바이스(150)를 갖는 적어도 하나의 평가 디바이스(134)를 포함한다. 평가 디바이스(134)의 컴포넌트는 완전히 또는 부분적으로 별개의 디바이스에 통합될 수 있고 및/또는 검출기(110)의 다른 컴포넌트에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 두 개 이상의 컴포넌트를 완전히 또는 부분적으로 결합할 가능성 외에도, 광학 센서(114) 및 평가 디바이스(134)의 컴포넌트 중 하나 이상은, 도 5에서 상징적으로 묘사되는 바와 같이, 하나 이상의 커넥터(152)에 의해 및/또는 하나 이상의 인터페이스에 의해 인터커넥트될 수 있다. 게다가, 하나 이상의 커넥터(152)는 센서 신호를 수정하거나 또는 사전 프로세싱하기 위한 하나 이상의 드라이버 및/또는 하나 이상의 디바이스를 포함할 수 있다. 게다가, 적어도 하나의 옵션 사항의 커넥터(152)를 사용하는 대신, 평가 디바이스(134)는 광학 센서(114) 안으로 및/또는 검출기(110)의 하우징(154) 안으로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 평가 디바이스(134)는 완전히 또는 부분적으로 별개의 디바이스로서 설계될 수 있다.

이 예시적인 실시형태에서, 그 위치가 검출될 수 있는 오브젝트(112)는 스포츠 기기의 물품으로서 설계될 수 있고 및/또는 사용자(158)에 의해 그 위치가 조작될 수 있는 제어 엘리먼트 또는 제어 디바이스(156)를 형성할 수 있다. 한 예로서, 오브젝트(112)는 배트, 라켓, 클럽 또는 스포츠 기기 및/또는 가짜 스포츠 기기의 임의의 다른 물품일 수 있거나 또는 그들을 포함할 수 있다. 다른 타입의 오브젝트(112)도 가능하다. 또한, 사용자(158) 그 자신 또는 그녀 자신은, 그 위치가 검출될 오브젝트(112)로서 간주될 수 있다.

광학 센서(114)는 검출기(110)의 하우징(154) 내부에 위치될 수 있다. 게다가, 바람직하게는 하나 이상의 렌즈를 포함하는 하나 이상의 광학 시스템과 같은 적어도 하나의 전달 디바이스(126)가 포함된다. 바람직하게는 검출기(110)의 광학 축(124)과 관련하여 동심으로 위치되는 하우징(154) 내부의 개구(160)는 바람직하게 검출기(110)의 시야(162)의 방향을 정의한다. 광학 축(124)에 평행한 또는 반평행한 방향이 종방향으로 정의될 수 있고, 반면, 광학 축(124)에 수직인 방향이 횡방향으로서 정의될 수 있는 좌표 시스템(164)이 정의될 수 있다. 도 5에서 상징적으로 묘사되는 좌표 시스템(164)에서, 종방향은 z에 의해 표시되고, 횡방향은 각각 x 및 y에 의해 각각 표시된다. 비 데카르트(non-Cartesian) 좌표 시스템과 같은 다른 타입의 좌표 시스템(164)이 실현 가능하다.

검출기(110)는 광학 센서(114)뿐만 아니라, 옵션 사항으로, 추가적인 광학 센서를 포함할 수 있다. 광학 센서(114)는 하나의 동일한 빔 경로에서, 예를 들면, 앞뒤로 위치될 수 있다. 그러나, 대안적으로, 분기된 빔 경로가 가능할 수 있다. 분기된 빔 경로는, 예컨대, 오브젝트(112)의 및/또는 그 일부의 횡방향 좌표를 결정하기 위한 적어도 하나의 횡방향 검출기 또는 횡방향 센서에 대한 빔 경로를 분기하는 것에 의해, 하나 이상의 추가적인 빔 경로에서 추가적인 광학 센서를 포함할 수 있다. 그러나, 대안적으로, 광학 센서(114)는 동일한 종방향 좌표에서 위치될 수 있다.

하나 이상의 광 빔(120)은 오브젝트(112)로부터 및/또는 비콘 디바이스(118) 중 하나 이상으로부터 검출기(110)를 향해 전파된다. 검출기(110)는 적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하도록 구성된다. 이 목적을 위해, 도 의 맥락에서 상기에서 설명되는 바와 같이, 평가 디바이스(134)는 광학 센서(114)에 의해 제공되는 센서 신호를 평가하도록 구성된다. 검출기(110)는 오브젝트(112)의 위치를 결정하도록 적응되고, 광학 센서(114)는 광 빔(120)을 검출하도록 적응된다. 조명 소스(122)가 사용되지 않는 경우, 비콘 디바이스(118) 및/또는 이들 비콘 디바이스(118) 중 적어도 하나는 발광 다이오드와 같은 통합된 조명 소스를 갖는 능동 비콘 디바이스일 수 있거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 조명 소스(122)가 사용되는 경우, 비콘 디바이스(118)는 반드시 활성 비콘 디바이스일 필요는 없다. 반대로, 미러, 역 반사기, 반사 필름, 또는 등등과 같은 적어도 하나의 반사 표면을 갖는 통합 반사 비콘 디바이스(118)와 같은, 오브젝트(112)의 반사 표면이 사용될 수 있다. 광 빔(120)은 직접적으로 및/또는 전달 디바이스(126)에 의해 수정된 이후, 예컨대 하나 이상의 렌즈에 의해 포커싱된 이후, 이색성 필터(130)에 충돌하고 이색성 필터(130)를 통과하고 및/또는 이색성 필터(130)에 의해 필터링된다. 이색성 필터(130)를 통과한 광 빔은 광학 센서(114)의 감광 영역(121)을 조명한다. 평가의 상세에 대해서는, 상기의 도 1에 대한 참조가 이루어질 수 있다.

상기에서 개설되는 바와 같이, 검출기(110)를 사용하는 것에 의한 오브젝트(112) 및/또는 그 일부의 위치의 결정은, 정보의 적어도 하나의 아이템을 머신(166)으로 제공하기 위해, 인간 대 머신 인터페이스(140)를 제공하도록 사용될 수 있다. 도 5에서 개략적으로 묘사되는 실시형태에서, 머신(166)은 컴퓨터일 수 있고 및/또는 컴퓨터를 포함할 수 있다. 다른 실시형태가 실현 가능하다. 평가 디바이스(134)는 심지어, 머신(166) 안으로, 예컨대 컴퓨터 안으로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다.

상기에서 개설되는 바와 같이, 도 5는 또한 적어도 하나의 오브젝트(112)의 및/또는 그 일부의 위치를 추적하도록 구성되는 추적 시스템(144)의 한 예를 묘사한다. 추적 시스템(144)은 검출기(110) 및 적어도 하나의 추적 컨트롤러(168)를 포함한다. 추적 컨트롤러(168)는 특정한 시점에서 오브젝트(112)의 일련의 위치를 추적하도록 적응될 수 있다. 추적 컨트롤러(168)는 독립적인 디바이스일 수 있고 및/또는 머신(166), 구체적으로는, 도 5에서 나타내어지는 바와 같은, 컴퓨터 안으로 및/또는 평가 디바이스(134) 안으로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다.

유사하게, 상기에서 개설되는 바와 같이, 인간 대 머신 인터페이스(140)는 엔터테인먼트 디바이스(142)의 일부를 형성할 수 있다. 머신(166), 구체적으로 컴퓨터는 또한 엔터테인먼트 디바이스(142)의 일부를 형성할 수 있다. 따라서, 오브젝트(112)로서 기능하는 사용자(158)에 의해 및/또는 오브젝트(112)로서 기능하는 제어 디바이스(156)를 핸들링하는 사용자(158)에 의해, 사용자(158)는 정보의 적어도 하나의 아이템, 예컨대 적어도 하나의 제어 커맨드를 컴퓨터로 입력할 수 있고, 그에 의해, 컴퓨터 게임의 과정을 제어하는 것과 같은 엔터테인먼트 기능을 변경할 수 있다.

110 검출기
112 오브젝트
114 광학 센서
116 감광 영역
118 비콘 디바이스
120 광 빔
122 조명 소스
124 광학 축
126 전달 디바이스
128 광학 축
130 이색성 필터
132 광학 축
134 평가 디바이스
136 카메라
138 검출기 시스템
140 인간 대 머신 인터페이스
142 엔터테인먼트 디바이스
144 추적 시스템
146 스캐닝 시스템
148 분할기
150 위치 평가 디바이스
152 커넥터
154 하우징
156 제어 디바이스
158 사용자
160 개구
162 시야의 방향
164 좌표 시스템
166 머신
168 추적 컨트롤러

Claims (15)

1. 적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110)로서,
   - 적어도 하나의 이색성 필터(130);
   - 적어도 하나의 광학 센서(114) - 상기 광학 센서(114)는 적어도 하나의 감광 영역(light-sensitive area)(116)을 가지되, 상기 광학 센서(114)는 상기 이색성 필터(130)를 통과한 광 빔(120)에 의한 자신의 감광 영역(116)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계됨 - ;
   - 적어도 하나의 제1 파장을 갖는 상기 광 빔(120)에 의한 조명에 응답하여 생성되는 제1 센서 신호 및 적어도 하나의 제2 파장을 갖는 상기 광 빔(120)에 의한 조명에 응답하여 생성되는 제2 센서 신호를 결정하도록 구성되는 적어도 하나의 평가 디바이스(134) - 상기 평가 디바이스(134)는 상기 제1 및 제2 센서 신호로부터의 결합된 신호(∧)를 평가하는 것에 의해 상기 오브젝트의 적어도 하나의 종방향 좌표(longitudinal coordinate)(z)를 결정하도록 구성됨 - 를 포함하는, 적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110).
2. 제1항에 있어서,
   상기 이색성 필터(130)는 파장 의존 및 각도 의존 투과 스펙트럼을 가지되, 상기 이색성 필터(130)는 5 nm/30°에서부터 최대 100 nm/30°까지의, 바람직하게는 7 nm/30°에서부터 최대 80 nm/30°까지의, 더욱 바람직하게는 9 nm/30°에서부터 최대 50 nm/30°까지의 각도 의존성을 갖는, 적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 검출기(110)는 적어도 두 개의 상이한 파장을 갖는 적어도 하나의 광 빔을 사용하여 상기 오브젝트(112)를 조명하도록 구성되는 조명 소스(122)를 더 포함하는, 적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 검출기(110)는 상기 오브젝트(112)로부터 상기 검출기(110)로 전파되는 적어도 하나의 입사 광 빔(120)에 응답하여 적어도 하나의 초점 거리를 갖는 적어도 하나의 전달 디바이스(126)를 포함하는, 적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 평가 디바이스(134)는 상기 종방향 좌표를 결정하기 위해 상기 결합된 신호(∧)와 상기 종방향 좌표 사이의 적어도 하나의 미리 결정된 관계를 사용하도록 구성되는, 적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 평가 디바이스(134)는 상기 제1 및 제2 센서 신호를 분할하는 것, 상기 제1 및 제2 센서 신호의 배수를 분할하는 것, 상기 제1 및 제2 센서 신호의 선형 조합을 분할하는 것 중 하나 이상에 의해 상기 결합된 신호(∧)를 유도하도록 구성되는, 적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 평가 디바이스(134)는 상기 제1 센서 신호의 제1 방사 강도 및 상기 제2 센서 신호의 제2 방사 강도를 결정하도록 구성되되, 상기 평가 디바이스는 상기 결합된 신호(∧)를 유도하기 위한 상기 제1 방사 강도 및 상기 제2 방사 강도의 비율을 결정하도록 구성되는, 적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 검출기(110)는 적어도 두 개의 광학 센서(114)를 포함하되, 상기 광학 센서(114)는 이중 셀(bi-cell), 분할 전극 PSD 또는 사분면 다이오드(quadrant diode)의 부분 다이오드인, 적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110).
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 검출기(110)는 적어도 두 개의 광학 센서(114)를 포함하되, 상기 광학 센서(114)는 적어도 하나의 CMOS 센서를 포함하는, 적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110).
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기(110)는 적어도 두 개의 광학 센서(114)를 포함하되, 상기 광학 센서(114)의 각각은 적어도 하나의 감광 영역(116)을 가지며, 상기 광학 센서(114)의 각각은 상기 이색성 필터(130)를 통과한 상기 광 빔(120)에 의한 자신의 각각의 감광 영역(116)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 상기 광학 센서(114) 중 적어도 하나는 제1 광자로부터의 깊이 비율(depth-from-photon-ratio; DPR) 센서 신호를 생성하도록 구성되고 상기 광학 센서(114) 중 적어도 하나는 제2 DPR 센서 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 평가 디바이스(134)는 상기 제1 및 제2 DPR 센서 신호로부터의 결합된 DPR 신호(Q)를 평가하는 것에 의해 상기 오브젝트의 상기 종방향 좌표(z_DPR)를 결정하도록 구성되는, 적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110).
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스(134)는 상기 결합된 DPR 신호(Q)를
    

    

    
    에 의해 유도하도록 구성되되, x 및 y는 횡방향 좌표이고, A1은 상기 광학 센서(114)의 센서 위치에서 상기 이색성 필터(130)를 통과한 상기 광 빔(120)의 상기 빔 프로파일의 제1 영역이고, A2는 상기 광학 센서(114)의 상기 센서 위치에서 상기 이색성 필터(130)를 통과한 상기 광 빔(120)의 상기 빔 프로파일의 제2 영역이고, E(x, y, z_o)는 오브젝트 거리(z_o)에서 주어지는 상기 빔 프로파일을 나타내는, 적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110).
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 DPR 센서 신호는 상기 빔 프로파일의 상기 제1 영역의 정보를 포함하고 상기 제2 DPR 센서 신호는 상기 빔 프로파일의 상기 제2 영역의 정보를 포함하되, 상기 빔 프로파일의 상기 제1 영역 및 상기 빔 프로파일의 상기 제2 영역은 인접하는 또는 중첩하는 영역 중 하나 또는 둘 모두인, 적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110).
13. 제11항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중 하나는 본질적으로 상기 빔 프로파일의 에지 정보를 포함하고 상기 빔 프로파일의 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 중 다른 하나는 본질적으로 상기 빔 프로파일의 중심 정보를 포함하되, 상기 평가 디바이스는, 상기 에지 정보 및 상기 중심 정보를 분할하는 것, 상기 에지 정보 및 상기 중심 정보의 배수를 분할하는 것, 상기 에지 정보 및 상기 중심 정보의 선형 조합을 분할하는 것 중 하나 이상에 의해 상기 결합된 DPR 신호(Q)를 유도하도록 구성되는, 적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110).
14. 적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하기 위한 방법으로서,
    - 적어도 하나의 이색성 필터(130)를 제공하는 단계;
    - 적어도 하나의 광학 센서(114) - 상기 광학 센서(114)는 적어도 하나의 감광 영역(116)을 가지되, 상기 광학 센서(114)는 상기 이색성 필터(130)를 통과한 상기 광 빔(120)에 의한 자신의 감광 영역(116)의 조명에 응답하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계됨 - 를 제공하는 단계;
    - 상기 이색성 필터(130)를 통과한 상기 광 빔(120)을 사용하여 상기 광학 센서(114)의 상기 감광 영역(116)을 조명하는 단계 - 그에 의해 상기 감광 영역(116)은 적어도 하나의 센서 신호를 생성함 - ;
    - 적어도 하나의 제1 파장을 갖는 상기 광 빔(120)에 의한 조명에 응답하여 생성되는 제1 센서 신호 및 적어도 하나의 제2 파장을 갖는 상기 광 빔(120)에 의한 조명에 응답하여 생성되는 제2 센서 신호를 결정하는 단계; 및
    - 상기 제1 센서 신호 및 상기 제2 신호를 평가하고 - 상기 평가는 상기 제1 및 제2 신호의 결합된 신호(∧)를 유도하는 것을 포함함 - , 그에 의해, 상기 오브젝트의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하는 단계를 포함하는, 적어도 하나의 오브젝트(112)의 위치를 결정하기 위한 방법.
15. 검출기를 언급하는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 상기 검출기(110)의 사용으로서,
    사용의 목적은, 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 애플리케이션; 광학 데이터 저장 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 감시 애플리케이션; 안전 애플리케이션; 인간 대 머신 인터페이스 애플리케이션; 물류 애플리케이션; 내시경 애플리케이션; 의료 애플리케이션; 추적 애플리케이션; 사진 애플리케이션; 머신 비전 애플리케이션; 로봇 애플리케이션; 품질 제어 애플리케이션; 3D 프린팅 애플리케이션; 증강 현실 애플리케이션; 제조 애플리케이션; 광학 데이터 저장 및 판독과 조합한 사용:으로부터 선택되는, 검출기(110)의 사용.

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