用于确定至少一个对象的位置的检测器制造技术

提出了一种用于确定至少一个对象(114)的位置的检测器(112)。检测器(112)包括：至少一个传递装置(130)，其中，传递装置(130)具有响应于从对象(114)传播到检测器(112)的至少一个入射光束的至少一个焦距，其中，传递装置(130)具有至少一个光轴(142)；至少一个照射源(144)，其适于生成用于照射对象(114)的至少一个光束(146)，其中，照射源(144)的出射光瞳与光轴(142)偏离距离BL；至少一个第一光接收光纤(120、126)和至少一个第二光接收光纤(120、124)，其中，每个光接收光纤(120、126、128)包括至少一个包层(136)和至少一个纤芯(134)，其中，第一光接收光纤(120、122)具有纤芯直径d

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定至少一个对象的位置的检测器
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和方法。本专利技术还涉及检测器装置的各种用途。具体地，根据本专利技术的装置、方法和用途可以例如在日常生活、游戏、交通技术、生产技术、安全技术、摄影(诸如用于艺术、文献或技术目的的数字摄影或视频摄影)、医学技术或科学中的各个领域中使用。然而，其它应用也是可能的。
技术介绍
通常根据现有技术已知光纤距离传感器。然而，传统的距离测量技术不能通过光纤容易地实现。例如，由于多模光纤的物理特征，基于光子飞行时间的测量可能无法提供可靠的结果。三角测量通常需要空间上分辨率(resoled)良好的阵列系统，以识别传感器上的入射角，这是计算距离所需的。此外，即使两种类型的目标与检测器的距离相同，基于光强度的距离测量也可能为明目标和暗目标提供不同的结果，因为反射强度取决于目标的反射率。光纤传感器通常被用作挡光板，因为它们只能测量被照射目标所反射的强度。WO2018/091640A1描述了一种新的距离测量技术，该技术使用了光子比率的距离(distancebyphotonratio)(DPR)。使用DPR技术允许独立于目标反射率的测量。在2018年3月15日提交的PCT/EP2018/056545中描述了使用光子比率的距离技术进行距离测量的光纤检测器，其全部内容通过引用包含于此。基于DPR的光纤传感器可以测量测量头与给定目标之间的绝对距离。然而，当任务是设计具有给定分辨率和给定测量范围的系统时，DPR的灵活性可能会受到限制。US2018/084981A1描述了一种用于光谱编码的内窥镜的装置、方法和系统，该内窥镜包括被光导部件和隔离物包围的聚焦透镜。聚焦透镜在形状上基本上为球形或半圆形，并且聚焦透镜的折射率大于隔离物的折射率。
技术实现思路
本专利技术解决的问题因此，本专利技术的目的是提供面对已知装置和方法的上述技术挑战的装置和方法。具体地，本专利技术的目的是提供可以可靠地确定对象在空间中的位置的装置和方法，该装置和方法优选地独立于目标反射率并且优选地具有增强的测量范围和分辨率。
技术实现思路
具有独立权利要求的特征的本专利技术解决了该问题。在从属权利要求和/或以下说明书和详细实施例中提出了可以单独或组合实现的本专利技术的有利发展。如下面所使用的，术语“具有”、“包含”或“包括”或其任意语法变化形式以非排他性方式使用。因此，这些术语既可以指一种情况，其中除了由这些术语引入的特征之外，在该上下文中描述的实体中不存在其它特征，并且还可以指存在一个或多个其它特征的情况。作为示例，表达“A具有B”、“A包含B”和“A包括B”可以指一种情况：除B之外，A中不存在其它元素(即，其中仅A并且唯一地由B组成的情况)，并且指这样的情况：除B之外，实体A中还存在一个或多个其它元素，诸如元素C、元素C和D或甚至其它元素。此外，应注意，指示特征或元素可存在一次或多于一次的术语“至少一个”、“一个或多个”或类似表达通常在引入相应特征或元素时仅使用一次。在下面，在大多数情况下，当提及相应的特征或元素时，尽管相应的特征或元素可能只存在一次或多于一次，但不会重复“至少一个”或“一个或多个”的表达。此外，如下面所使用的，术语“优选地”、“更优选地”、“具体地”、“更特别地”、“具体地”、“更具体地”或类似的术语与可选特征结合使用，而没有限制替代可能性。因此，由这些术语引入的特征是可选特征，并且不旨在以任何方式限制权利要求的范围。如本领域技术人员将认识到的，本专利技术可以通过使用替代特征来执行。类似地，由“在本专利技术的实施例中”引入的特征或类似表达旨在是可选特征，而对本专利技术的替代实施例没有任何限制，对本专利技术的范围没有任何限制，并且对关于以这种方式引入的特征与本专利技术的其它可选或非可选特征相结合的可能性没有任何限制。在本专利技术的第一方面，公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器。如在此所使用的，术语“对象”是指发射至少一个光束的点或区域。如在此所使用的，术语“位置”是指关于对象和/或对象的至少一部分在空间中的位置和/或取向的至少一项信息。因此，该至少一项信息可以暗示在该对象的至少一个点与该至少一个检测器之间的至少一个距离。如将在下面进一步详细概述的，该距离可以是纵坐标，或者可以有助于确定对象的点的纵坐标。另外地或可替代地，可以确定关于对象和/或对象的至少一部分的位置和/或取向的一项或多项其它信息。作为示例，另外，可以确定对象和/或对象的至少一部分的至少一个横坐标。因此，对象的位置可以暗示对象和/或对象的至少一部分的至少一个纵坐标。另外地或可替代地，对象的位置可以暗示对象和/或对象的至少一部分的至少一个横坐标。另外地或可替代地，对象的位置可以暗示对象的至少一个取向信息，其指示对象在空间中的取向。该检测器包括：-至少一个传递(transfer)装置，其中，传递装置具有响应于从对象传播到检测器的至少一个入射光束的至少一个焦距，其中，传递装置具有至少一个光轴；-至少一个照射源，其适于生成用于照射对象的至少一个光束，其中，照射源的出射光瞳与光轴偏离距离BL；-至少一个第一光接收(opticalreceive)光纤和至少一个第二光接收光纤，其中，每个光接收光纤包括至少一个包层和至少一个纤芯，其中，第一光接收光纤具有d1的纤芯直径，其中，第二光接收光纤具有d2的纤芯直径，其中，比率d1/BL在范围0.000047≤d1/BL≤313内，和/或其中，比率d2/BL在范围0.000047≤d2/BL≤313内；-至少两个光学传感器，其中，至少一个第一光学传感器被布置在第一光接收光纤的出射端处，并且至少一个第二光学传感器被布置在第二光接收光纤的出射端处，其中，每个光学传感器具有至少一个光敏区域，其中，每个光学传感器被设计为响应于由穿过相应的光接收光纤的光束对光学传感器的相应的光敏区域的照射而生成至少一个传感器信号；-至少一个评估装置，其被配置用于通过评估来自传感器信号的组合信号Q来确定对象的至少一个纵坐标z。术语“传递装置”(也称为“传递系统”)通常可以指一个或多个光学元件，其适于诸如通过修改光束的束参数、光束的宽度或光束的方向中的一个或多个来修改光束。传递装置可以适于将光束引导到光接收光纤上。传递装置具体地可以包括以下一种或多种：至少一个透镜，例如选自由至少一个聚焦可调透镜、至少一个非球面透镜、至少一个球面透镜、至少一个菲涅耳透镜组成的组中的至少一个透镜；至少一个衍射光学元件；至少一个凹面镜；至少一个束偏转元件，优选至少一个反射镜；至少一个分束元件，优选分束立方体或分束镜中的至少一个；至少一个多透镜系统。传递装置可包括至少一个梯度折射率(GRIN)透镜，诸如可从GrintechGmbH,Schillerstraβe1,07745Jena,Germany得到的GRIN透镜。GRIN透镜可以具有连续的折射梯度，例如轴向和/或径向和/或球形的折射梯度。GRIN透镜的光圈数(f-number)可取决于透镜长度。使用GRIN透镜可以允许光学器件小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定至少一个对象(114)的位置的检测器(112)，所述检测器(112)包括：/n-至少一个传递装置(130)，其中，所述传递装置(130)具有响应于从所述对象(114)传播到所述检测器(112)的至少一个入射光束的至少一个焦距，其中，所述传递装置(130)具有至少一个光轴(142)；/n-至少一个照射源(144)，其适于生成用于照射所述对象(114)的至少一个光束(146)，其中，所述照射源(144)的出射光瞳与所述光轴(142)偏离距离BL；/n-至少一个第一光接收光纤(120，126)和至少一个第二光接收光纤(120，124)，其中，每个所述光接收光纤(120，126，128)包括至少一个包层(136)和至少一个纤芯(134)，其中，所述第一光接收光纤(120，122)具有纤芯直径d

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180824 EP 18190751.01.一种用于确定至少一个对象(114)的位置的检测器(112)，所述检测器(112)包括：
-至少一个传递装置(130)，其中，所述传递装置(130)具有响应于从所述对象(114)传播到所述检测器(112)的至少一个入射光束的至少一个焦距，其中，所述传递装置(130)具有至少一个光轴(142)；
-至少一个照射源(144)，其适于生成用于照射所述对象(114)的至少一个光束(146)，其中，所述照射源(144)的出射光瞳与所述光轴(142)偏离距离BL；
-至少一个第一光接收光纤(120，126)和至少一个第二光接收光纤(120，124)，其中，每个所述光接收光纤(120，126，128)包括至少一个包层(136)和至少一个纤芯(134)，其中，所述第一光接收光纤(120，122)具有纤芯直径d1，其中，所述第二光接收光纤(120，124)具有纤芯直径d2，其中，比率d1/BL在范围0.000047≤d1/BL≤313内，和/或其中，比率d2/BL在范围0.000047≤d2/BL≤313内；
-至少两个光学传感器(126，128)，其中，至少一个第一光学传感器(126)被布置在所述第一光接收光纤(120，122)的出射端处，并且至少一个第二光学传感器(128)被布置在所述第二光接收光纤(120，124)的出射端处，其中，每个光学传感器(126，128)具有至少一个光敏区域(147)，其中，每个光学传感器(126，128)被设计为响应于已穿过相应的光接收光纤(120，122，124)的光束对其相应的光敏区域(148)的照射而生成至少一个传感器信号；
-至少一个评估装置(150)，其被配置用于通过评估来自所述传感器信号的组合信号Q来确定所述对象(114)的至少一个纵坐标z。


2.根据前述权利要求所述的检测器(112)，其中，所述比率d1/BL在范围0.000114≤d1/BL≤30.37内，优选地在范围0.000318≤d1/BL≤6.83内，和/或其中，所述比率d2/BL在范围0.000114≤d2/BL≤30.37内，优选在范围0.000318≤d2/BL≤6.83内。


3.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(112)，其中，所述照射源(144)包括用于照射所述对象(114)的至少一个光发送器光纤(118)。


4.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(112)，其中，所述照射源(144)具有几何延伸G，所述几何延伸在范围1.5·10-7mm2·sr≤G≤314mm2·sr内，优选地在范围1·10-5mm2·sr≤G≤22mm2·sr内，更优选地在范围3·10-4mm2·sr≤G≤3.3mm2·sr内。


5.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(112)，其中，所述照射源(144)被配置为以关于所述光轴(142)成角度αillu来照射所述对象(114)，其中，所述角度在范围0°≤αillu≤40°内，优选地在范围1°≤αillu≤35°内，更优选地在范围2°≤αillu≤25°内。


6.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(112)，其中，至少一个所述光接收光纤(120，122，124)和/或所述传递装置(130)具有在范围0.362(m·K)/W≤εr/k≤1854(m·K)/W内的比率εr/k，其中，k是热导率，εr是相对介电常数，优选地，所述比率εr/k在范围0.743(m·K)/W≤εr/k≤194(m·K)/W内，更优选地，所述比率εr/k在范围1.133(m·K)/W≤εr/k≤88.7(m·K)/W内。


7.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(112)，其中，所述传递装置(130)具有在范围9.05≤νe/nD≤77.3内的比率νe/nD，其中，νe是阿贝数，nD是折射率，其中，所述阿贝数νe由给出，其中，ni是不同波长的折射率，其中，nC是656nm的折射率，nD是589nm的折射率，nF是486nm的折射率，其中，比率νe/nD优选地在范围3.9≤νe/nD≤44.7内，更优选地在范围15.8≤νe/nD≤40.1内。


8.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(112)，其中，在可见和近红外波长范围中的至少一个波长处，乘积αΔn在范围0.0004dB/km≤αΔn≤110dB/km内，其中，α是衰减系数，Δn是折射率对比度，其中Δn＝(n12-n22)/(2n12)，其中，n1是最大纤芯折射率，n2是包层折射率，其中，所述乘积αΔn优选地在范围0.002dB/km≤αΔn≤23dB/km内，更优选地在范围0.02dB/km≤αΔn≤11.26dB/km内。


9.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(112)，其中，所述传递装置(130)具有孔径面积D1，并且至少一个所述光接收光纤(120、122、124)具有横截面面积为D2的光纤纤芯(134)，其中，比率D1/D2在范围0.54≤D1/D2≤5087内，优选地在范围1.27≤D1/D2≤413内，更优选地在范围2.17≤D1/D2≤59.2内。


10.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(112)，其中，所述第一光接收光纤和所述第二光接收光纤(120，122，124)中的每一个包括被配置为接收从所述对象(114)传播到所述检测器(112)的已经穿过所述传递装置(130)的光束的至少一个入射面，其中，所述第一光接收光纤和所述第二光接收光纤(120，122，124)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·M·奥古恩，M·埃伯斯帕奇，R·森德，I·布鲁德，
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