用于至少一个对象的光学检测的检测器制造技术

提出了一种用于至少一个对象(112)的光学检测的检测器(110)。检测器(110)包括：‑至少一个调制装置(136)，其中调制装置(136)能够产生从对象(112)行进到检测器(110)的至少一个调制光束(134)；‑至少一个纵向光学传感器(114)，其中纵向光学传感器(114)具有至少一个传感器区域(130)，其中纵向光学传感器(114)被设计成以取决于由调制光束(134)对传感器区域(130)的照射的方式产生至少一个纵向传感器信号，其中给定照射的相同总功率，纵向传感器信号取决于传感器区域(130)中调制光束(134)的束横截面并且取决于照射的调制的调制频率(138)，其中纵向传感器信号包括第一分量和第二分量，其中第一分量取决于纵向光学传感器(114)对调制光束(134)的调制变化的响应，并且第二分量取决于照射的总功率；以及‑至少一个评估装置(150)，其中评估装置(150)被设计成通过从纵向传感器信号导出第一分量和第二分量来产生关于对象(112)的纵向位置的至少一个信息项，其中关于对象(112)的纵向位置的信息项取决于第一分量和第二分量。因此，提供了一种用于精确确定空间中的至少一个对象的位置的简单且仍然有效的检测器。因此，特别地，可以分别利用包括单个大面积纵向光学传感器或单个像素化光学传感器的检测器，并且仍然能够确定对象的纵向位置而没有模糊性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于至少一个对象的光学检测的检测器
本专利技术涉及一种用于至少一个对象的光学检测的检测器，特别是用于确定至少一个对象的位置，具体是关于至少一个对象的深度或深度和宽度二者。此外，本专利技术涉及人机接口、娱乐装置、跟踪系统以及相机。此外，本专利技术涉及一种用于至少一个对象的光学检测的方法，以及涉及检测器的各种用途。这些装置、方法和用途可以用于例如日常生活、游戏、交通技术、空间制图、生产技术、安全技术、医疗技术的各个领域中或科学方面。然而，进一步的应用是可能的。
技术介绍
用于光学检测至少一个对象的各种检测器基于光学传感器是已知的。WO2012/110924A1公开了一种包括至少一个光学传感器的检测器，其中光学传感器表现出至少一个传感器区域。在此，光学传感器被设计成以取决于传感器区域的照射的方式产生至少一个传感器信号。根据所谓的“FiP效应”，给定照射的相同总功率，传感器信号在此取决于照射的几何形状，特别是取决于传感器区域上的照射的束横截面。检测器另外具有被指定为从传感器信号产生至少一个几何信息项(特别是关于照射和/或对象的至少一个几何信息项)的至少一个评估装置。作为示例，光学传感器可以是或可以包括染料敏化太阳能电池(DSC)，优选固体染料敏化太阳能电池(sDSC)。此外，WO2014/097181A1公开了通过使用至少一个横向光学传感器和至少一个纵向光学传感器来确定至少一个对象的位置的方法和检测器。优选地，利用纵向光学传感器的堆叠，特别是以高精确度和无模糊性地确定对象的纵向位置。通常，需要至少两个个体的“FiP传感器”，即基于FiP效应的光学传感器，以便确定对象的纵向位置而无模糊性，其中FiP传感器中的至少一个用于归一化纵向传感器信号，用于考虑照射功率的可能变化。此外，WO2014/097181A1公开了一种人机接口、娱乐装置、跟踪系统和相机，每一个包括用于确定至少一个对象的位置的至少一个这种检测器。此外，2015年1月30日提交的欧洲专利申请No.15153215.7和2016年1月28日提交的PCT专利申请No.PCT/EP2016/051817公开了一种包括光导材料的光学传感器，两个申请的全部内容通过引用并入在此，该光电导材料可以是无机光导材料，优选选自由硒、金属氧化物、IV族元素或化合物、III-V族化合物、II-VI族化合物和硫族化物，或有机光导材料组成的组。在WO/2015/024871中公开了一种替代的光学检测器，其包括适于以空间分辨的方式修改光束的光学性质的空间光调制器(SLM)。在此，SLM具有像素矩阵，其中每一个像素是可控的，以单独地修改通过像素的光束的一部分的光学性质。此外，调制器装置以不同调制频率周期性地控制像素中的至少两个像素。在通过SLM的像素矩阵之后，FiP传感器检测光束并产生传感器信号，而评估装置执行频率分析以便确定针对调制频率的传感器信号的信号分量。尽管存在由上述装置和检测器所具有的优点，具体是由如在WO2012/110924A1、WO2014/097181A1、2015年1月30日提交的欧洲专利申请No.15153215.7和2016年1月28日提交的PCT专利申请No.PCT/EP2016/051817中公开的检测器所具有的优点，但是仍然需要关于简单的、成本经济和仍然可靠的空间检测器的改进。特别地，期望使用低数量的FiP传感器，诸如单个FiP传感器，并且仍然能够无模糊性地确定对象的纵向位置。
技术实现思路
因此，由本专利技术所解决的问题在于指定一种用于光学检测至少一个对象的装置和方法，其至少基本上避免了这种类型的已知装置和方法的缺点。特别地，期望一种用于确定对象在空间中的位置的改进的简单、成本经济和仍然可靠的空间检测器。更具体地，由本专利技术所解决的问题在于提供一种包括较少数量的FiP传感器(诸如单个FiP传感器)的检测器，其仍然允许无模糊性地确定对象的纵向位置。本专利技术通过独立权利要求的特征来解决该问题。可以在从属权利要求和/或以下说明书和详细实施例中呈现可以单独地或组合地实现本专利技术的有利发展。如在此所使用的，术语“具有”、“包括”和“包含”以及其语法变体以非排他的方式使用。因此，表述“A具有B”以及表述“A包括B”或“A包含B”可以指如下事实，即除了B之外，A包含一种或多种进一步组件和/或构件，以及其中除了B之外，在A中没有其它组件、构件或元件存在的情况。在本专利技术的第一方面，公开了一种用于光学检测的检测器，其也可以称为“光学检测器”，特别是用于确定至少一个对象的位置，具体是关于至少一个对象的深度、或深度和宽度二者。“对象”通常可以是从活体对象和非活体对象中选出的任意对象。因此，作为示例，至少一个对象可以包括一个或多个物品和/或物品的一个或多个部分。另外或可替代地，对象可以是或可以包括一个或多个生物和/或其一个或多个部分，诸如人类(例如，用户)和/或动物的一个或多个身体部分。如在此所使用的，“位置”通常是指关于对象在空间中的位置和/或取向的任意信息项。为此，作为示例，可以使用一个或多个坐标系，并且可以通过使用一个、两个、三个或更多个坐标来确定对象的位置。作为示例，可以使用一个或多个笛卡尔坐标系和/或其它类型的坐标系。在一个示例中，坐标系可以是检测器的坐标系，其中检测器具有预定位置和/或取向。如下面将进一步详细描述的，检测器可以具有可以构成检测器的主观察方向的光轴。光轴可以形成坐标系的轴，诸如z轴。此外，可以提供一个或多个附加的轴，优选地垂直于z轴。因此，作为示例，检测器可以构成如下坐标系，其中光轴形成z轴，并且其中另外可以提供垂直于z轴并且彼此垂直的x轴和y轴。作为示例，检测器和/或检测器的一部分可以停留在该坐标系中的特定点处，诸如在该坐标系的原点处。在该坐标系中，与z轴平行或反平行的方向可以被认为是纵向方向，并且沿z轴的坐标可以被认为是纵向坐标。垂直于纵向方向的任意方向可以被认为是横向方向，并且x和/或y坐标可以被认为是横向坐标。可替代地，可以使用其它类型的坐标系。因此，作为示例，可以使用极坐标系，在该极坐标系中，光轴形成z轴，并且距z轴距离和极角用作附加坐标。再次，与z轴平行或反平行的方向可以被认为是纵向方向，并且沿z轴的坐标可以被认为是纵向坐标。垂直于z轴的任何方向可以被认为是横向方向，并且极坐标和/或极角可以被认为是横向坐标。如在此所使用的，用于光学检测的检测器通常是适于提供关于至少一个对象的位置的至少一个信息项的装置。检测器可以是固定装置或可移动装置。此外，检测器可以是独立装置，或者可以形成另一装置(诸如计算机、车辆或任何其它装置)的一部分。此外，检测器可以是手持式装置。检测器的其它实施例是可行的。检测器可以适于以任何可行的方式提供关于至少一个对象的位置的至少一个信息项。因此，信息可以例如以电子、视觉、声或其任意组合的方式提供。信息可以进一步存储在检测器的数据存储器中或独立装置中和/或可以经由诸如无线接口和/或有线接口的至少一个接口来提供。根据本专利技术的用于至少一个对象的光学检测的检测器包括：-至少一个调制装置，其中调制装置能够产生从对象到检测器行进的至少一个调制光束；-至少一个纵向光学传感器，其中纵向光学传感器具有至少一个传感器区域，其中纵向光学传感器被设计成以取决于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于至少一个对象(112)的光学检测的检测器(110)，包括：‑至少一个调制装置(136)，其中所述调制装置(136)能够产生从所述对象(112)行进到所述检测器(110)的至少一个调制光束(134)；‑至少一个纵向光学传感器(114)，其中所述纵向光学传感器(114)具有至少一个传感器区域(130)，其中所述纵向光学传感器(114)被设计成以取决于由所述调制光束(134)对所述传感器区域(130)的照射的方式产生至少一个纵向传感器信号，其中给定所述照射的相同总功率，所述纵向传感器信号取决于所述传感器区域(130)中所述调制光束(134)的束横截面并取决于所述照射的调制的所述调制频率(138)，其中所述纵向传感器信号包括第一分量和第二分量，其中所述第一分量取决于所述纵向光学传感器(114)对所述调制光束(134)的调制变化的响应，并且所述第二分量取决于所述照射的总功率；以及‑至少一个评估装置(150)，其中所述评估装置(150)被设计成通过从所述纵向传感器信号导出所述第一分量和所述第二分量来产生关于所述对象(112)的纵向位置的至少一个信息项，其中关于所述对象(112)的所述纵向位置的所述信息项取决于所述第一分量和所述第二分量。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.05 EP 15157831.71.一种用于至少一个对象(112)的光学检测的检测器(110)，包括：-至少一个调制装置(136)，其中所述调制装置(136)能够产生从所述对象(112)行进到所述检测器(110)的至少一个调制光束(134)；-至少一个纵向光学传感器(114)，其中所述纵向光学传感器(114)具有至少一个传感器区域(130)，其中所述纵向光学传感器(114)被设计成以取决于由所述调制光束(134)对所述传感器区域(130)的照射的方式产生至少一个纵向传感器信号，其中给定所述照射的相同总功率，所述纵向传感器信号取决于所述传感器区域(130)中所述调制光束(134)的束横截面并取决于所述照射的调制的所述调制频率(138)，其中所述纵向传感器信号包括第一分量和第二分量，其中所述第一分量取决于所述纵向光学传感器(114)对所述调制光束(134)的调制变化的响应，并且所述第二分量取决于所述照射的总功率；以及-至少一个评估装置(150)，其中所述评估装置(150)被设计成通过从所述纵向传感器信号导出所述第一分量和所述第二分量来产生关于所述对象(112)的纵向位置的至少一个信息项，其中关于所述对象(112)的所述纵向位置的所述信息项取决于所述第一分量和所述第二分量。2.根据前述权利要求所述的检测器(110)，其中确定关于所述对象(112)的所述纵向位置的所述信息项包括通过使用所述第二分量来归一化所述第一分量。3.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述检测器(110)包括单个大面积纵向光学传感器(114)或单个像素化光学传感器。4.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述评估装置(150)适于通过使用所述纵向传感器信号的所述第二分量归一化所述第一分量来确定所述调制光束(134)的直径。5.根据前述权利要求所述的检测器(110)，其中所述评估装置进一步适于将从所述第一分量导出的所述调制光束(134)的所述直径与从所述第二分量导出的所述调制光束(134)的已知束特性比较。6.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述第一分量与在对所述调制变化的所述响应内的所述纵向传感器信号的至少一个时间变化相关。7.根据前述权利要求所述的检测器(110)，其中所述第一分量与在对所述调制变化的所述响应内的所述纵向传感器信号的上升时间和下降时间中的至少一个相关。8.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述第二分量与在覆盖对所述照射的总功率变化的响应的至少一部分的时间间隔内所述纵向传感器信号的积分相关。9.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述调制装置适于周期性地调制所述调制光束(134)的强度，由此产生关于所述调制光束(134)的所述强度的重复周期。10.根据前述权利要求所述的检测器(110)，其中所述第一分量与所述调制的所述重复周期中的至少一个重复周期内的所述纵向传感器信号的所述上升时间和所述下降时间中的至少一个相关。11.根据前述权利要求所述的检测器(110)，其中所述第二分量与在所述调制的所述重复周期中的至少一个重复周期内所述纵向传感器信号的积分相关。12.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述评估装置(150)适于通过将所述第一分量与所述纵向传感器信号的所述第二分量分离来确定关于所述对象(112)的所述纵向位置的所述信息项。13.根据前述权利要求所述的检测器(110)，其中所述评估装置(150)进一步包括用于将所述纵向传感器信号分成至少两个单独信号的至少一个信号分离器(158)。14.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述评估装置(150)包括用于导出所述第一分量的至少一个第一处理单元(160)和用于导出所述纵向传感器信号的所述第二分量的至少一个第二处理单元(162)。15.根据前述权利要求所述的检测器(110)，其中所述第一处理单元(160)包括用于导出所述第一分量的至少一个高通滤波器(192)，并且所述第二处理单元(162)包括用于导出所述纵向传感器信号的所述第二分量的至少一个低通滤波器(194)。16.根据前述三个权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述评估装置(150)进一步包括适于放大所述纵向传感器信号或其一部分的至少一个放大器(164)。17.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述检测器(110)进一步包括横向光学传感器(210)，所述横向光学传感器(210)适于确定从所述对象(112)到所述检测器(110)行进的所述调制光束(134)的横向位置，所述横向位置是在垂直于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·森德，I·布鲁德，S·瓦鲁施，S·伊尔勒，E·蒂尔，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE