【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光学检测至少一个对象的检测器
本专利技术涉及一种用于确定至少一个对象的位置的检测器、检测器系统和方法。本专利技术还涉及一种用于在用户和机器之间交换至少一项信息的人机接口、娱乐装置、跟踪系统、相机、扫描系统以及检测器装置的各种用途。根据本专利技术的装置、系统、方法和用途具体可以用于例如日常生活、游戏、交通技术、生产技术、安全技术、诸如用于艺术、文献记录或技术目的的数字摄影或视频摄影的摄影、医疗技术或科学中。此外，例如，在建筑、计量、考古、艺术、医学、工程或制造领域中，本专利技术具体可以用于扫描一个或多个对象和/或用于扫描景物，例如用于生成对象或景物的深度轮廓(profile)。然而，其他应用也是可能的。
技术介绍
从现有技术中已知大量光学传感器和光伏器件。虽然光伏器件通常用于将电磁辐射(例如，紫外、可见或红外光)转换成电信号或电能，但光学检测器通常用于拾取图像信息和/或用于检测至少一个光学参数，例如，亮度。从现有技术中已知大量光学传感器，其通常基于无机和/或有机传感器材料的使用。在US2007/0176165A1、US6,995,445B2、DE2501124A...
【技术保护点】
1.一种用于确定至少一个对象(112,1112)的位置的检测器(110,1110,2110)，所述检测器(110,1110,2110)包括：‑至少一个传送装置(128,1128,2128)，其中所述传送装置(128,1128,2128)响应于从所述对象(112,1112,2112)传播到所述检测器(110,1110,2110)的至少一个入射光束(116,1116)而具有至少一个焦距；‑至少两个光学传感器(113,1118,1120,2113)，其中每个光学传感器(113,1118,1120)具有至少一个光敏区域(121,1122,1124,2121)，其中每个光学传感器(1...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.17 EP 16199397.7;2016.11.17 EP 16199398.5;1.一种用于确定至少一个对象(112,1112)的位置的检测器(110,1110,2110)，所述检测器(110,1110,2110)包括：-至少一个传送装置(128,1128,2128)，其中所述传送装置(128,1128,2128)响应于从所述对象(112,1112,2112)传播到所述检测器(110,1110,2110)的至少一个入射光束(116,1116)而具有至少一个焦距；-至少两个光学传感器(113,1118,1120,2113)，其中每个光学传感器(113,1118,1120)具有至少一个光敏区域(121,1122,1124,2121)，其中每个光学传感器(113,1118,1120,2113)被设计为响应于所述光束(116,1116,2131)对其各自的光敏区域的照射而产生至少一个传感器信号，-至少一个评估装置(132,1132,2133)，被配置用于通过评估来自所述传感器信号的商信号Q来确定所述对象(112,1112,2112)的至少一个纵向坐标z；其中，所述检测器适于独立于对象平面中的对象尺寸在至少一个测量范围中确定所述对象的所述纵向坐标z。2.根据前述权利要求所述的检测器(110,1110,2110)，其中，通过调节选自下组的一个或多个参数来调节所述测量范围：从所述对象到所述传送装置的纵向距离z0；所述传送装置的所述焦距f；所述传送装置的出瞳直径Ex；从所述传送装置到所述光敏区域的纵向距离zs，从所述传送装置到所述对象的图像的距离zi；所述对象在所述对象平面中的所述对象尺寸Qsize。3.根据前述权利要求所述的检测器(110,1110,2110)，其中，如果从所述对象的至少一个点发射的至少一个光束的弥散圈大于所述对象的图像尺寸，则所述检测器适于独立于所述对象尺寸确定所述对象的所述纵向坐标z。4.根据前述权利要求所述的检测器(110,1110,2110)，其中，如果对于至少一个距离保持成立，则所述检测器适于独立于所述对象尺寸确定所述对象的所述纵向坐标z。5.根据前述权利要求所述的检测器(110,1110,2110)，其中，对象尺寸下限优选为0.5μm或更大，更优选为1μm或更大，最优选为10μm或更大。6.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述评估装置(132)被配置用于通过以下方式中的一个或多个来导出商信号Q：除所述传感器信号、除所述传感器信号的倍数、除所述传感器信号的线性组合。7.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述评估装置(132)被配置为使用所述商信号Q和所述纵向坐标之间的至少一个预定关系来确定所述纵向坐标。8.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中所述评估装置(132)被配置为通过下式导出商信号Q其中x和y是横向坐标，A1和A2是传感器位置处的光束轮廓的区域，并且E(x，y，zo)表示在对象距离zo处给出的光束轮廓。9.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中所述光学传感器(113)定位在焦点外。10.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述传送装置(128)具有光轴(129)，其中所述传送装置(128)构成坐标系，其中纵向坐标l是沿所述光轴(129)的坐标，其中d是与所述光轴(129)的空间偏移，其中所述光学传感器(113)被布置成使得所述光学传感器(113)的所述光敏区域(121)在以下至少一个方面不同：它们的纵向坐标、它们的空间偏移或它们的表面区域。11.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述传感器信号中的每个包括所述光束的至少一个光束轮廓的光束轮廓的至少一个区域的至少一个信息。12.根据前述权利要求所述的检测器(110,1110,2110)，其中所述光束轮廓选自梯形光束轮廓；三角形光束轮廓；锥形光束轮廓和高斯光束轮廓的线性组合。13.根据前述两项权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述光敏区域被布置成使得第一传感器信号包括所述光束轮廓的第一区域的信息以及第二传感器信号包括所述光束轮廓的第二区域的信息，其中所述光束轮廓的所述第一区域和所述光束轮廓的所述第二区域是相邻区域或重叠区域中的一种或两种。14.根据前述权利要求所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述评估装置(132)被配置为确定所述光束轮廓的所述第一区域和所述光束轮廓的所述第二区域。15.根据前述四项权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述光束轮廓的所述第一区域基本上包括所述光束轮廓的边缘信息，并且所述光束轮廓的所述第二区域基本上包括所述光束轮廓的中心信息。16.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述边缘信息包括与所述光束轮廓的所述第一区域中的多个光子有关的信息，并且所述中心信息包括与所述光束轮廓的所述第二区域中的多个光子有关的信息。17.根据前述两项权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述评估装置(132)被配置为通过下列方式中的一个或多个来导出所述商信号Q：除所述边缘信息和所述中心信息、除所述边缘信息和所述中心信息的倍数、除所述边缘信息和所述中心信息的线性组合。18.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述光学传感器(113)包括具有第一光敏区域(122)的第一光学传感器(118)和具有第二光敏区域(124)的第二光学传感器(120)，其中所述第一和第二光敏区域被布置成满足以下条件：其中a是入射垂直于所述光轴(129)的且在等于所述传送装置的焦距的一半的距离处与所述光轴(129)相交的平面的内部区域和所述第一光敏区域(122)二者的光子的比率，b是入射所述平面的所述内部区域和所述第二光敏区域(124)二者的光子的比率，c是入射所述平面的外部区域和所述第一光敏区域(122)二者的光子的比率，d是入射所述平面的所述外部区域和所述第二光敏区域(124)二者的光子的比率。19.根据前述权利要求所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述第一光敏区域(118)和所述第二光敏区域(122)被布置成使得所述内部区域具有具有在所述光轴上(129)的几何中心点和延伸的区域，使得光子的一半在所述内部区域内入射所述平面并且光子的另一半在所述内部区域以外入射所述平面。20.根据前述权利要求所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述第一光敏区域(118)和所述第二光敏区域(122)被布置成使得所述内部区域被设计为具有在所述光轴上的中心点和半径r的圆，该半径r被选择为使得光子的一半在所述圆内入射所述平面以及光子的另一半在所述圆外入射所述平面。21.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述光学传感器(113)包括具有第一光敏区域(122)的第一光学传感器(118)和具有第二光敏区域(124)的第二光学传感器(120)，-其中，所述第一光学传感器(118)被配置为响应于从所述对象(112)传播到所述检测器(110,1110,2110)的所述光束(116)对所述第一光敏区域(122)的照射而产生至少一个第一传感器信号；-其中，第二光学传感器(120)被配置为响应于所述光束(116)对所述第二光敏区域(124)的照射而产生至少一个第二传感器信号，其中所述第一光敏区域(122)小于所述第二光敏区域(124)。22.根据前述权利要求所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述评估装置(132)被配置用于通过除所述第一和第二传感器信号、通过除所述第一和第二传感器的倍数、或通过除所述第一和第二传感器信号的线性组合来导出所述商信号Q，其中所述评估装置(132)被配置用于通过评估所述商信号Q来确定所述纵向坐标。23.根据前述两项权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述第一和第二光学传感器(118,120)线性地布置在所述检测器(110,1110,2110)的同一光束路径中。24.根据前述权利要求所述的检测器(110,1110,2110)，其中所述第一和第二光学传感器(118,120)相对于所述检测器(110,1110,2110)的光轴(126)同心地布置。25.根据前述四项权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中所述第一和第二光学传感器(118,120)均为半导体传感器，优选为无机半导体传感器，更优选为光电二极管，最优选为硅光电二极管。26.根据前述五项权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述第一和第二光学传感器(118,120)均为均匀传感器，每个均匀传感器具有单个光敏区域。27.根据前述六项权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述检测器(110,1110,2110)还包括用于照射所述对象(112)的照射源(136)。28.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述检测器(110,1110,2110)具有：-至少一个传感器元件(115)，其具有光学传感器(113)的矩阵(117)，所述光学传感器(113)各自具有光敏区域(121)，其中每个光学传感器(113)被配置为响应于通过从所述对象(112)传播到所述检测器(110,1110,2110)的至少一个光束(116)对所述光敏区域(121)的照射而产生至少一个传感器信号；-至少一个评估装置(132)，被配置为通过下列步骤评估所述传感器信号a)确定具有最高传感器信号的至少一个光学传感器(113)并形成至少一个中心信号；b)评估所述矩阵(117)的所述光学传感器(113)的所述传感器信号并形成至少一个和信号；c)通过组合所述中心信号和所述和信号确定至少一个组合信号；以及d)通过评估所述组合信号确定斯潘塞对象(112)的至少一个纵向坐标z。29.根据前述权利要求所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述中心信号选自：最高传感器信号；在距所述最高传感器信号的预定公差范围内的一组传感器信号的平均值；来自包含具有所述最高传感器信号的所述光学传感器(113)的一组光学传感器(113)和预定组的相邻光学传感器(113)的传感器信号的平均值；来自包含具有所述最高传感器信号的所述光学传感器(113)的一组光学传感器(113)和预定组的相邻光学传感器(113)的传感器信号的和；在距所述最高传感器信号的预定公差范围内的一组传感器信号的和；高于预定阈值的一组传感器信号的平均值；高于预定阈值的一组传感器信号的和；来自包含具有所述最高传感器信号的所述光学传感器(113)的一组光学传感器和预定组的相邻光学传感器的传感器信号的积分；在距所述最高传感器信号的预定公差范围内的一组传感器信号的积分；高于预定阈值的一组传感器信号的积分。30.根据前述两项权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述和信号选自：所述矩阵(117)的所有传感器信号的平均值；所述矩阵(117)的所有传感器信号的和；所述矩阵(117)的所有传感器信号的积分；除了来自那些对所述中心信号有贡献的光学传感器(113)的传感器信号之外，所述矩阵(117)的所有传感器信号的平均值；除了来自那些对所述中心信号有贡献的光学传感器(113)的传感器信号之外，所述矩阵(117)的所有传感器信号的和；除了来自那些对所述中心信号有贡献的光学传感器(113)的传感器信号之外，所述矩阵(117)的所有传感器信号的积分；在距离具有最高传感器信号的光学传感器(113)的预定范围内的光学传感器的传感器信号之和；在距离具有最高传感器信号的光学传感器(113)的预定范围内的光学传感器(113)的传感器信号的积分；高于位于距具有最高传感器信号的所述光学传感器(113)的预定范围内的光学传感器(113)的特定阈值的传感器信号的和；高于位于距具有最高传感器信号的所述光学传感器(113)的预定范围内的光学传感器的特定阈值的传感器信号的积分。31.根据前述三项权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述组合信号是所述商信号Q，其由以下方式中的一者或多者得出：形成所述中心信号与所述和信号的商，反之亦然；形成所述中心信号的倍数与所述和信号的倍数的商，反之亦然；形成所述中心信号的线性组合与所述和信号的线性组合的商，反之亦然；形成所述中心信号和所述和信号的第一线性组合与所述中心信号和所述和信号的第二线性组合的商。32.根据前述权利要求所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述评估装置(132)被配置为使用所述商信号Q和所述纵向坐标之间的至少一个预定关系来确定所述纵向坐标。33.根据前述两项权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述评估装置(132)包括至少一个除法器(142)，其中，所述除法器(142)被配置用于导出所述商信号。34.根据前述六项权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述评估装置(132)还被配置为通过评估具有所述最高传感器信号的所述至少一个光学传感器(113)的横向位置来确定所述对象(112)的至少一个横向坐标。35.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中每个光敏区域(122,124)具有几何中心(182,184)，其中所述光学传感器(118,120,176)的所述几何中心(182,184)通过不同的空间偏移与所述检测器(110,1110,2110)的光轴(126)间隔开，其中每个光学传感器(118,120,176)被配置为响应于从所述对象(112)传播到所述检测器(110,1110,2110)的光束(116)对其相应的光敏区域(122,124)的照射而产生传感器信号。36.根据前述权利要求所述的检测器(110,1110,2110)，其中所述光学传感器(118,120,176)是传感器阵列(174)的一部分，其中所述传感器阵列(174)的几何中心(180)偏离所述光轴(126)。37.根据前述权利要求所述的检测器(110,1110,2110)，其中所述传感器阵列(174)相对于所述光轴(126)是可移动的。38.根据前述权利要求所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述评估装置(132)被配置为用于首先通过使用所述传感器信号确定由所述光束(116)在所述传感器阵列(174)上产生的光斑(186)的横向位置，以及然后相对于所述光轴(126)移动所述传感器阵列(174)，直到所述光斑(186)偏离中心。39.根据前述四项权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，其中，所述光学传感器(118,120,176)是象限二极管(178)的部分二极管，其中所述象限二极管(178)的几何中心(180)与所述检测器(110,1110,2110)的所述光轴(126)偏心。40.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110,1110,2110)，所述检测器(110,1110,2110)具有：-至少一个第一光学传感器(1118)，其具有第一光敏区域(1122)，其中所述第一光学传感器(1118)被配置为响应于从所述对象(1112)传播到所述检测器(1110)的光束(1116)对所述第一光敏区域(122)的照射而产生至少一个第一传感器信号；-至少一个第二光学传感器(1120)，具有：至少一个荧光波导片(1174)，其形成第二光敏区域(1124)，其中所述荧光波导片(1174)朝向所述对象(1112)取向，使得从所述对象(1112)朝向所述检测器(1110)传播的至少一个光束(1116)在所述第二光敏区域(1124)中产生至少一个光斑(1202,1204)，其中所述荧光波导片(1174)包含至少一种荧光材料(1180)，其中所述荧光材料(1180)适于响应所述光束(1116)的照射产生荧光；以及至少一个光敏元件(1182,1184,1186,1188,1212)，位于所述荧光波导片(1174)的至少一个边缘(1190,1192,1194,1196)处，能够检测通过所述荧光波导片(1174)从所述光斑(1202,1204)朝向所述光敏元件(1182,1184,1186,1188,1...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·伦纳茨，C·D·席尔德克内希特，C·朗根施密德，C·哈恩，I·布鲁德，M·埃伯斯帕奇，C·M·奥古恩，P·辛德勒，P·费耶斯，P·席伦，R·森德，S·瓦鲁施，S·亨根，T·奥默，W·赫尔梅斯，
申请(专利权)人：特里纳米克斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE
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