CN110392844B - 用于光学检测至少一个对象的检测器 - Google Patents
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Abstract
提出了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器(110)。检测器(110)包括：‑至少一个角度相关光学元件(130)，其适于生成至少一个光束(131)，该至少一个光束(131)具有取决于从对象(112)朝向检测器(110)传播并照射角度相关光学元件(130)的入射光束(116)的入射角的至少一个光束轮廓，其中，该角度相关光学元件(130)包括选自如下的至少一个光学元件：至少一根光纤，特别是至少一根多分叉光纤，特别是至少一根双分叉光纤；至少一个衍射光学元件；至少一个角度相关反射元件，至少一个衍射光栅元件，特别是闪耀光栅元件；至少一个孔径光阑；至少一个棱镜；至少一个透镜；至少一个透镜阵列，特别是至少一个微透镜阵列；至少一个光学滤波器；至少一个偏振滤波器；至少一个带通滤波器；至少一个液晶滤波器，特别是液晶可调谐滤波器；至少一个短通滤波器；至少一个长通滤波器；至少一个陷波滤波器；至少一个干涉滤波器；至少一个透射光栅；至少一个非线性光学元件，特别是一个双折射光学元件；‑至少两个光学传感器(113)，其中，每个光学传感器(113)具有至少一个光敏区域(121)，其中，每个光学传感器(113)被设计成响应于由角度相关光学元件(130)生成的光束(131)对其相应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(133)，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(112)的至少一个纵向坐标z。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定至少一个对象的位置的检测器、检测器***和方法。本发明进一步涉及用于在用户和机器之间交换至少一个信息项的人机接口、娱乐装置、跟踪***、相机、扫描***以及检测器装置的各种用途。根据本发明的装置、***、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，摄影(诸如用于艺术、文档或技术目的的数字摄影或视频摄影)、医疗技术或科学的各种领域。此外，本发明具体可以用于扫描一个或多个对象和/或用于扫描场景，例如，在建筑、计量、考古、艺术、医学、工程或制造领域中，诸如用于生成对象或场景的深度轮廓(profile)。然而，其它应用也是可能的。
背景技术
从现有技术中已知大量光学传感器和光伏装置。虽然光伏装置通常用于将电磁辐射(例如，紫外光、可见光或红外光)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。这种传感器的示例在US 2007/0176165 A1、US 6,995,445 B2、DE 2501124 A1、DE3225372 A1或其它许多现有技术文献中公开。在越来越大的程度上，特别是出于成本原因和大面积处理的原因，正在使用包括至少一种有机传感器材料的传感器，例如在US 2007/0176165 A1中所描述的。特别地，所谓的染料太阳能电池在此变得越来越重要，其通常在例如WO 2009/013282 A1中描述。
基于这种光学传感器，已知有用于检测至少一个对象的大量检测器。取决于相应的使用目的，这种检测器可以以各种方式实施。这种检测器的示例包括成像装置，例如相机和/或显微镜。例如，已知高分辨率共聚焦显微镜，其可特别用于医学技术和生物学领域，以便以高光学分辨率检查生物样品。用于光学检测至少一个对象的检测器的另外示例是距离测量装置，其基于例如相应光学信号(例如激光脉冲)的传播时间方法。用于光学检测至少一个对象的检测器的另外示例是使用来自聚焦技术的深度的边缘检测检测器。然而，边缘检测可能仅在从对象到检测器的相对短的距离处是可能的。用于光学检测至少一个对象的检测器的另外示例是共焦检测器，借助于该共焦检测器可以执行距离测量。然而，这种检测器可能需要检测器部件的机械运动以确保对象处于检测器的光学***的焦点中。用于光学检测对象的检测器的另外示例是例如使用激光三角测量的三角测量***，借助于该三角测量***同样可以执行距离测量。Kurt Konolige等人2008年5月19日至23日在美国加利福尼亚州帕萨迪纳举行的2008年IEEE国际机器人与自动化大会上的《低成本激光距离传感器》，讨论了使用三角测量的平面激光距离传感器的竞争技术。结构化线装置使用光条纹激光器和偏移相机来确定一组点的范围。因为激光能量分布在一条线上，所以难以实现精确的范围，特别是在存在环境光或对象较暗的情况下。用于小对象的3D扫描的点扫描装置通常使用扫描镜来引导点激光束并将激光返回重定向到光学接收器。这种装置不能小型化，并且它们的成本和机械脆性将仍然很高。质心点模块通常使用位置敏感装置。这些装置测量撞击在其表面上的所有光的质心。虽然调制技术可用于抵消环境光的一些影响，但PSD不能很好地发挥作用，除非激光光斑具有非常强的反射，将其使用限制在一米或更小的范围内。基于像素的点模块以最大信号强度搜索像素以确定光斑在传感器上的位置。通常，CMOS线阵列用于检测。Konolige等人介绍了基于像素的点模块的低成本版本。
在WO 2012/110924 A1中，提出了用于光学检测至少一个对象的检测器，其内容通过引用包括在此。检测器包括至少一个光学传感器。光学传感器具有至少一个传感器区域。光学传感器被设计为以取决于传感器区域的照射的方式生成至少一个传感器信号。给定相同的照射总功率，传感器信号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光束横截面。检测器另外具有至少一个评估装置。评估装置被设计为从传感器信号生成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。
WO 2014/097181 A1公开了一种通过使用至少一个横向光学传感器和至少一个光学传感器来确定至少一个对象的位置的方法和检测器，其全部内容通过引用包括在此。具体地，公开了传感器堆叠的使用，以便以高精度和无模糊性确定对象的纵向位置。
WO 2015/024871 A1公开了一种光学检测器，其全部内容通过引用并入在此，该光学检测器包括：
-至少一个空间光调制器，其适于以空间分辨的方式修改光束的至少一个特性，具有像素矩阵，每个像素是可控的，以单独地修改通过像素的光束的一部分的至少一个光学特性；
-至少一个光学传感器，其适于在通过空间光调制器的像素矩阵之后检测光束，并生成至少一个传感器信号；
-至少一个调制器装置，其适于周期性地控制具有不同调制频率的至少两个像素；以及
-至少一个评估装置，其适于执行频率分析，以便确定用于调制频率的传感器信号的信号分量。
US 4,767,211公开了一种用于测量样品边界表面的设备和方法，其中来自在反射光的光轴附近行进的样品的反射光的一部分的光量与被引导到偏离光轴预定距离的位置的反射光的另一部分的光量的比率，用于精确测量样品的边界表面。由于通过使用上述比率来增加测量精度，因此能够穿过样品的光可以用作入射光。因此，可以非常精确地测量样品表面中的深孔和诸如生物样品中的空气泡的空隙，这是现有技术无法测量的。
WO 2014/198629 A1公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器，其全部内容通过引用并入在此，该检测器包括：
-至少一个光学传感器，该光学传感器适于检测从对象朝向检测器传播的光束，该光学传感器具有至少一个像素矩阵；以及
-至少一个评估装置，该评估装置适于确定由光束照射的光学传感器的N个像素，该评估装置进一步适于通过使用由光束照射的N个像素来确定该对象的至少一个纵向坐标。
此外，通常，对于各种其它检测器概念，可以参考WO 2014/198626 A1、WO 2014/198629 A1和WO 2014/198625 A1，其全部内容通过引用包含在此。此外，参考也可以在本发明的上下文中使用的潜在材料和光学传感器，可以参考2015年1月30日提交的欧洲专利申请EP 15 153 215.7、2015年3月3日提交的EP 15 157 363.1、2015年4月22日提交的EP 15164 653.6、2015年7月17日提交的EP 15177275.3、2015年8月10日提交的EP 15180354.1和EP 15180353.3二者，以及2015年9月14日提交的EP 15 185 005.4、2015年11月25日提交的EP 15 196 238.8和EP 15 196 239.6二者、2015年12月3日提交的EP 15 197 744.4，所有这些申请的全部内容也通过引用包含在此。
此外，可以参考检测器概念，比较至少两个不同源的信号以确定对象的位置。因此，作为示例，可以参考2016年2月16日提交的EP 16155834.1、EP 16155835.8或EP16155845.7，其全部公开内容通过引用包含在此。
尽管上述装置和检测器具有优势，但仍存在一些技术挑战。因此，一般来说，需要检测器来探测空间中对象的位置，该检测器既可靠且可以低成本制造。具体来说，需要三维感测概念。各种已知的概念至少部分基于使用所谓的FIP传感器，例如上述几个概念。其中，作为一个示例，可以使用大面积传感器，其中单个传感器像素明显大于光斑，并且固定到特定尺寸。然而，在许多情况下，在FIP测量原理的使用中，特别是在多个于一个的光斑同时被调查的情况下，大面积传感器内在地被限制。
使用FiP检测器的另一个挑战是检测器面积或有源面积。通常，对于距离测量，使用或甚至需要检测器的大的有源面积。然而，该面积可能会引起噪声问题，特别是当采用四边传导性概念来构建PSD时。由于大电容和检测器的串联电阻，这通常会导致较差的信噪比和较慢的检测器响应时间。使用FiP检测器的另一个挑战是制造成本。因此，在许多情况下，与例如传统的硅基光电二极管相比，典型的FiP传感器是昂贵的。此外，使用FiP传感器的测量结果的评估仍然是一个问题，特别是在光束的总功率未知的情况下。在使用位于沿光束传播轴的不同位置处的多个FiP传感器的情况下，测量范围通常限于传感器的两个位置之间的范围。此外，许多FiP检测器示出亮度相关性，这使得测量结果的评估更加困难，并且此外，在许多情况下，FiP测量取决于目标光斑尺寸。
参考比较由至少两个不同的源(诸如至少两个不同的光学传感器)生成的传感器信号的概念，一个技术挑战仍然是降低整个***，特别是光学传感器的成本。因此，在许多概念中，必须使用特殊的光学传感器，其具有专用的设计和设置，这通常需要建立昂贵的光电子半导体制造工艺和复杂的组装方案。
另一个技术挑战可能是测量至少一个对象通过光纤的距离。使用诸如飞行时间或三角测量方法的已知方法，通过光纤的距离的精确确定是非常苛刻的。特别是，对于三角测量基线，例如，光源和接收器透镜之间的距离是必要的。此外，特别是对于飞行时间测量，光通过光纤的行进时间可能不够准确。
US 4,653,905描述了使用具有不同数值孔径的一根或多根光纤来不同地发送来自对象的光。因此，光以对应于不同数值孔径之间的差的预定比率针对给定范围发送。该比率因范围的变化而变化。检测变化比率并响应于该检测的变化比率执行测距操作。
DE 32 03 613 A1描述了一种距离测量装置，其将光束投射到待检测对象上。从该对象反射的光被分束器细分为两个光分量。通过第一光强度检测器感测一个光分量的强度。另一个光分量经受与照射光和反射光之间形成的角度一致的强度调制，并且调制的光分量的强度由第二光强度检测器感测。两个检测器的输出被输入到计算机中，该计算机导出指示直到待检测对象的距离的信息。
US 2016/084650 A1描述了一种光学传感器，其包括至少两个光学传感像素和至少两个不同的光栅元件。这些光栅元件相应地设置在这些光学传感像素上方。
WO 2010/063521 A2描述了一种光学测量装置，其用于非接触式光学扫描和/或检测工件和/或工艺的表面和/或处理区域。光学测量装置包括至少一个入射角传感器，该入射角传感器定位于由测量点或发射源发射的电磁辐射的光束路径中。所述入射角传感器具有至少一个主体，该主体布置在由测量点或辐射发射源发射的电磁辐射的光束路径中，并且至少部分地可透过电磁辐射。光学入射角传感器包括至少一个出口点，该出口点用作将电磁辐射分成电磁辐射的衍射和反射部分的界面。
US 2011/248151 A1描述了一种***，其包括多个光检测器，该光检测器生成与入射光成比例的信号。该***进一步包括与表面相邻的光学屏障，并包括控制电路。光学屏障部分地阻挡反射光到达多个光检测器以产生空间相关的反射图案，该反射图案取决于对象相对于基板的位置。控制电路通过校准环境光条件，测量环境光和反射光，确定反射光并基于由多个光检测器中的至少两个光检测器接收的反射光的比率检测对象的位置，使用多个光检测器中的每一个光检测器在反射测量周期期间确定对象的位置。
US 6,118,119 A描述了一种用于同时确定入射光束的方向和波长的装置。该装置包括透明块和衍射光栅，该衍射光栅用于衍射入射光束以在透明块内产生许多衍射光束。该装置进一步包括检测器阵列，其生成指示衍射光束的交叉位置的输出。最后，该装置包括处理器，用于处理输出以确定入射光束的方向和波长。
EP 3 045 935 A1描述了一种用于检测对象的特性的***，包括：源，其生成脉冲辐射图案；检测器；处理器，当来自辐射源的辐射被对象反射时，其处理来自检测器的数据；同步装置，其在检测器和辐射源之间连接；其中：检测器与源同步，使得仅在脉冲期间检测辐射，处理器通过确定光斑关于参考位置的位移来确定对象的特性，源发出单色光并且检测器配备具有布置在圆顶上的相应滤波器，其中布置在所述滤波器和所述检测器之间的鱼眼光学器件引导已经穿过所述滤波器朝向所述检测器的光敏区域的光。
US 2008/130005 A1描述了一种使用光电设备检测对象的设备。由光源生成的光束被对象散射回和/或反射，并且由接收器装置根据三角测量原理检测。对象检测信号由评估单元输出，并且接收器装置中的光束经由光接收器***和包括光检测器的像素阵列上的微透镜阵列起作用。巨像素具有与每个微透镜相关联的多个子像素。评估单元包括用于确定子像素上的接收信号分布的单元。还提供了操作该设备的方法。
EP 2 781 931 A2描述了一种有限反射型光电传感器。有限反射型光电传感器包括具有激光二极管的光投射单元和具有光电二极管的光接收单元。在光投射单元和光接收单元中，设定投射光束的光轴和接收光束的光轴之间的交叉角，使得来自光投射单元的投射光束被引导到对象检测有限区域，并且来自存在于对象检测有限区域中的对象的反射光的接收光束被光接收单元接收。基于光电二极管的光接收水平确定对象的存在/不存在。在来自激光二极管的投射光束的光学路径中提供衍射光栅，该衍射光栅被配置成将光束投射为以多个方向取向的光束。
本发明解决的问题
因此，本发明的一个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，本发明的一个目的是提供可靠地确定对象在空间中的位置的装置和方法，优选地在技术资源和成本方面具有低技术努力和低要求。
发明内容
本发明采用独立权利要求的特征解决了该问题。在从属权利要求和/或以下说明书和详细实施例中给出了可以单独地或组合地实现的本发明的有利发展。
如下所述，术语“具有”、“包含”或“包括”或其任何语法变体以非排他的方式使用。因此，这些术语既指除这些术语引入的特征外，在本上下文中描述的实体中不存在其他特征的情况，也指存在一个或多个其他特征的情况。作为示例，表达“A具有B”、“A包含B”和“A包括B”都可以指的是除了B之外，A中不存在其它元素的情况(即，A单独且完全由B组成的情况)，并且除了B之外，在实体A中存在一个或多个另外元素的情况，诸如元素C、元素C和D或甚至另外元素。
此外，应当注意，术语“至少一个”、“一个或多个”或类似的表达，表示特征或元素可以一次或多于一次地存在，通常在引入相应特征或元素时仅使用一次。在以下的在大多数情况下，当提及相应的特征或元素时，表达“至少一个”或“一个或多个”将不再重复，不承认相应的特征或元素可以存在一次或不止一次的事实。
此外，如下所述，术语“优选地”、“更优选地”、“特别地”、“更具体地”、“具体地”、“更具体地”或类似术语与可选特征结合使用，没有限制其它可能性。因此，由这些术语引入的特征是可选特征，并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，本发明可以通过使用替代特征来执行。类似地，由“在本发明的实施例中”或类似表达引入的特征旨在是可选特征，对本发明的替代实施例没有任何限制，对本发明的范围没有任何限制，并且对于以这种方式引入的特征与本发明的其它可选或非可选特征相结合的可能性没有任何限制。
在本发明的第一方面，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。光束可以源自对象，诸如通过对象和/或集成或附接到发射光束的对象的至少一个照射源，或者可以源自不同的照射源，诸如直接或间接地照射对象的照射源，其中光束被对象反射或散射。如在此所使用的，术语“位置”指的是关于对象和/或对象的至少一部分在空间中的位置和/或取向的至少一个信息项。因此，至少一个信息项可以暗示对象的至少一个点与至少一个检测器之间的至少一个距离。如下面将进一步详细描述的，距离可以是纵向坐标，或者可以有助于确定对象的点的纵向坐标。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/或取向的一个或多个其它信息项。此外，作为示例，可以确定对象和/或对象的至少一部分的至少一个横向坐标。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向坐标。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向坐标。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，指示对象在空间中的取向。
一种检测器包括：
-至少一个角度相关光学元件，其适于生成至少一个光束，该至少一个光束具有取决于从对象朝向检测器传播并照射角度相关光学元件的入射光束的入射角的至少一个光束轮廓，其中，角度相关光学元件包括选自如下的至少一个光学元件：至少一根光纤，特别是至少一根多分叉光纤，特别是至少一根双分叉光纤；至少一个透镜阵列，其布置在垂直于检测器的光轴的至少一个平面中，特别是至少一个微透镜阵列；至少一个光学干涉滤波器；至少一个非线性光学元件，特别是一个双折射光学元件；
-至少两个光学传感器，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成响应于由角度相关光学元件生成的光束对其相应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向坐标z。
检测器包括至少一个传送装置。传送装置响应于从对象传播到检测器的至少一个入射光束而具有至少一个焦距。传送装置具体可以包括以下中的一个或多个：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；至少一个光束偏转元件，优选至少一个反射镜；至少一个分束元件，优选是分束立方体或分束镜中的至少一个；至少一个多透镜***。传送装置可包括至少一个梯度指标(index)(GRIN)透镜。
传送装置可以适于调节和/或改变光束的传播方向。传送装置可包括至少一个光轴。传送装置可以适于影响，例如转移从对象传播到检测器的光束。特别地，传送装置可以适于调节光束的传播方向。传送装置可以适于调节和/或生成相对于传送装置的光轴的传播角度。传播角度可以是传送装置的光轴与从对象传播到检测器的光束的传播方向之间的角度。在不使用传送装置的情况下，光束的传播角度可主要取决于对象的特性，诸如生成光束的表面特性和/或材料特性。传送装置可以适于调节和/或生成传播角度，使得其独立于对象的表面特性。传送装置可以适于加强和/或放大光束传播方向的角度相关。不希望受理论束缚，由对象生成的光束可以从对象传播到检测器，并且可以在从0°(即光轴)到任意角度X的角度范围内撞击到传送装置上，这可以通过对象上的散射的起点到传送装置的边缘来限定。由于传送装置可以包括聚焦特性，因此在通过传送装置之后的角度范围可以与原始角度范围显著不同。例如，平行于光轴撞击的光束可以聚焦在焦距点或焦点上。取决于传送装置的聚焦特性，撞击在传送装置上之前和通过传送装置之后可以反转角度相关。传送装置可以适于放大远场的角度相关，即，在对象布置在远距离的情况下，其中光束基本上平行于光轴传播。通常，在不使用传送装置的情况下，在近场区域中角度相关可能最大。在近场中，与远场信号相比，信号通常更强。因此，由于放大远场中的角度相关的传送装置引起的近场中的较小角度相关可以通过近场中通常更好的信号信噪比，和/或通过使用附加的近场特性(诸如由于非零基线引起的距离相关的斑点移动)来至少部分地补偿。
角度相关光学元件可以布置在从对象传播到传送装置后面的检测器的入射光束的传播方向中。角度相关光学元件和传送装置可以布置成使得从对象传播到检测器的光束在撞击在角度相关光学元件上之前通过传送装置。传送装置和角度相关光学元件可以在平行于光轴的方向中在空间上分开布置。传送装置和/或角度相关光学元件和/或检测器可以布置成在垂直于光轴的方向中移位。角度相关光学元件可以相对于光轴倾斜地布置，使得角度相关光学元件和光轴之间的至少一个角度低于90°。角度相关光学元件可以这样布置，使得从对象传播到检测器的光束撞击在传送装置和传送装置的焦点之间的角度相关光学元件上。例如，在传送装置和从对象传播到检测器的光束撞击在角度相关光学元件上的位置之间的平行于光轴的方向中的距离可以是焦距的至少20％，更优选地，焦距的至少50％，最优选地，焦距的至少80％。例如，在角度相关光学元件包括至少一根光纤的情况下，在接收从对象传播到检测器的光束的光纤端部与传送装置之间的平行于光轴的方向中的距离可以是焦距的至少20％，更优选地，焦距的至少50％，最优选地，焦距的至少80％。
如在此所使用的，“光学传感器”通常是指用于检测光束的光敏装置，诸如用于检测由至少一个光束生成的照射和/或光斑。如在此进一步使用的，“光敏区域”通常是指由至少一个光束在外部照射的光学传感器的区域，响应于该照射生成至少一个传感器信号。光敏区域可以具体地位于相应光学传感器的表面上。然而，其它实施例是可行的。如在此所使用的，术语“各自具有至少一个光敏区域的至少两个光学传感器”是指各自具有一个光敏区域的两个单个光学传感器的配置，以及带有具有至少两个光敏区域的一个组合光学传感器的配置。因此，术语“光学传感器”还指的是配置为生成一个输出信号的光敏装置，而在此，被配置为生成两个或更多个输出信号的光敏装置，例如至少一个CCD和/或CMOS装置，被称为两个或更多个光学传感器。如下面将进一步详细描述的，每个光学传感器可以被体现为使得一个光敏区域精确地存在于相应的光学传感器中，诸如通过精确地提供可以被照射的一个光敏区域，响应于该照射，为整个光学传感器精确地创建一个均匀的传感器信号。因此，每个光学传感器可以是单区域光学传感器。然而，使用单区域光学传感器使得检测器的设置特别简单和有效。因此，作为示例，可以在设置中使用商业上可获得的光传感器，诸如商业上可获得的硅光电二极管，每个光电二极管精确地具有一个敏感区域。然而，其它实施例是可行的。因此，作为示例，可以使用包括两个、三个、四个或多于四个的光敏区域的光学装置，其在本发明的背景下被视为两个、三个、四个或多于四个的光学传感器。作为示例，光学装置可包括光敏区域的矩阵。因此，作为示例，光学传感器可以是像素化光学装置的一部分或构成像素化光学装置。作为示例，光学传感器可以是具有像素矩阵的至少一个CCD和/或CMOS装置的一部分或构成具有像素矩阵的至少一个CCD和/或CMOS装置，每个像素形成光敏区域。
如在此进一步使用的，“传感器信号”通常是指由光学传感器响应于光束的照射而生成的信号。具体地，传感器信号可以是或可以包括至少一个电信号，诸如至少一个模拟电信号和/或至少一个数字电信号。更具体地，传感器信号可以是或可以包括至少一个电压信号和/或至少一个电流信号。更具体地，传感器信号可包括至少一个光电流。此外，可以使用原始传感器信号，或者检测器、光学传感器或任何其它元件可适于处理或预处理传感器信号，从而生成次级传感器信号，其也可以用作诸如通过滤波等进行预处理的传感器信号。
至少一个光敏区域可以朝向对象取向。如在此所使用的，术语“朝向对象取向”通常是指光敏区域的相应表面从对象完全或部分可见的情况。具体地，对象的至少一个点与相应光敏区域的至少一个点之间的至少一条互连线可以与光敏区域的表面元件形成不同于0°的角度，诸如，在20°至90°，优选为80°至90°范围内的角度，诸如90°。因此，当对象位于光轴上或靠近光轴时，从对象朝向检测器传播的光束可以基本上平行于光轴。如在此所使用的，术语“基本上垂直”是指垂直取向的条件，具有例如±20°或更小的公差，优选±10°或更小的公差，更优选±5°或更小的公差。类似地，术语“基本上平行”是指平行取向的条件，具有例如±20°或更小的公差，优选±10°或更小的公差，更优选±5°或更小的公差。另外或可替代地，至少一个光敏区域可以与朝向对象的取向不同地取向。例如，光学传感器中的至少一个光学传感器可以垂直于光轴取向或者与光轴成任意角度并且相对于对象取向。角度相关光学元件可以适于生成光束，使得光束撞击在光敏区域上。例如，在至少一个光敏区域相对于光轴以任意角度取向的情况下，角度相关光学元件可以适于将光束引导到光敏区域上。
入射光束可以从对象朝向检测器传播。如下面将进一步详细描述的，入射光束可以诸如通过对象和/或集成或附接到发射光束的对象的至少一个照射源而源自对象，或者可以源自不同的照射源，诸如源自直接或间接照射对象的照射源，其中光束被对象反射或散射，并且从而至少部分地指向检测器。作为示例，照射源可以是或可以包括外部照射源、集成到检测器中的照射源或集成到信标装置中的照射源中的一个或多个，该信标装置是附接到对象、集成到对象或由对象持有中的一个或多个。因此，检测器可以用在有源和/或无源照射场景中。例如，通过将光束指向反射光束的对象，例如照射源可以适于照射对象。另外或可替代地，对象可以适于生成和/或发射至少一个光束。光源可以是或可包括至少一个多光束光源。例如，光源可包括至少一个激光源和一个或多个衍射光学元件(DOE)。照射源可以适于通过至少一个角度相关光学元件照射对象。
如在此所使用的，术语“光线”通常是指垂直于光的波前的线，其指向能量流的方向。如在此所使用的，术语“光束”通常是指光线的集合。在下文中，术语“光线”和“光束”将用作同义词。如在此进一步使用的，术语“光束”通常是指光量，具体地是指基本上在相同方向中行进的光的量，包括光束具有扩散角或加宽角的可能性。光束可以具有空间延伸。具体地，光束可以具有非高斯光束轮廓。光束轮廓可以选自如下：梯形光束轮廓；三角形光束轮廓；锥形光束轮廓。梯形光束轮廓可以具有平台区域和至少一个边缘区域。如在此所使用的，术语“光束轮廓”通常是指光束的横向强度分布。光束轮廓可以是特别在垂直于光束传播的至少一个平面中的光束强度的空间分布。如下面将进一步详细描述的，光束具体可以是高斯光束或高斯光束的线性组合。然而，其它实施例是可行的。检测器可以包括至少一个传送装置，该传送装置被配置用于调节、限定和确定光束轮廓(特别是光束轮廓的形状)中的一个或多个。
如在此所使用的，术语光通常是指可见光谱范围、紫外光谱范围和红外光谱范围中的一个或多个范围中的电磁辐射。其中，术语可见光谱范围通常是指380nm至780nm的光谱范围。术语红外光谱范围通常是指780nm至1mm范围内，优选地在780nm至3.0微米范围内的电磁辐射。术语紫外光谱范围通常是指1nm至380nm范围内，优选地在100nm至380nm范围内的电磁辐射。优选地，本发明中使用的光是可见光，即可见光谱范围内的光。
术语光束通常可以指发射和/或反射到特定方向的光的量。因此，光束可以是在垂直于光束传播方向的方向中具有预定延伸的光线。优选地，光束可以是或可以包括一个或多个高斯光束，诸如高斯光束的线性组合，其可以由一个或多个高斯光束参数表征，诸如束腰、瑞利长度或适于表征光束直径的发展和/或光束在空间中传播的任何其它光束参数或光束参数的组合中的一个或多个。
光学传感器可以在紫外、可见或红外光谱范围中的一个或多个中敏感。具体地，光学传感器可以在500nm至780nm，最优选在650nm至750nm或在690nm至700nm的可见光谱范围内敏感。具体地，光学传感器在近红外区域可能是敏感的。具体地，光学传感器在近红外区域的部分中可能是敏感的，其中硅光电二极管特别适用于700nm至1000nm的范围。具体地，光学传感器可以在红外光谱范围内，具体地在780nm至3.0微米的范围内敏感。例如，光学传感器各自独立地可以是或可包括选自由光电二极管、光电池、光电导体、光电晶体管或其任何组合的至少一个元件。例如，光学传感器可以是或可包括选自由CCD传感器元件、CMOS传感器元件、光电二极管、光电池、光电导体、光电晶体管或其任何组合的至少一个元件。可以使用任何其它类型的光敏元件。如下面将进一步详细描述的，光敏元件通常可以完全或部分地由无机材料制成和/或可以完全或部分地由有机材料制成。最常见的是，如下面将进一步详细描述的，可以使用一个或多个光电二极管，诸如商业上可获得的光电二极管，例如无机半导体光电二极管。
如在此所使用的，术语“角度相关光学元件”是指适于生成至少一个光束的光学元件，该光束具有取决于从对象朝向检测器传播并照射角度相关光学元件的入射光束的入射角的至少一个光束轮廓。特别地，角度相关光学元件可以适于影响和/或改变和/或调节入射光束的光束轮廓。例如，角度相关光学元件可以具有角度相关透射特性、角度相关反射特性或角度相关吸收特性中的一个或多个。由角度相关光学元件生成的光束可包括至少一个透射光束和/或至少一个反射光束。可以相对于角度相关光学元件的光轴测量入射角。
撞击在角度相关光学元件的第一侧(例如表面和/或入口)上的电磁波可以部分地取决于角度相关光学元件的特性而被吸收和/或反射和/或透射。术语“吸收”是指由角度相关光学元件降低入射光束的功率和/或强度。例如，入射光束的功率和/或强度可以通过角度相关光学元件变换为热量或另一种类型的能量。如在此所使用的，术语“透射”是指电磁波的一部分，其在相对于光轴具有90°和更高的角度的半空间中可在角度相关光学元件外侧测量。例如，透射可以是撞击在角度相关光学元件的第一侧上、穿透角度相关光学元件并且在第二侧(例如相对侧和/或出口)处离开角度相关光学元件的电磁波的剩余部分。术语“反射”是指电磁波的一部分，其在相对于光轴具有低于90°的角度的半空间中可在角度相关光学元件外侧测量。例如，反射可能是由于与角度相关光学元件的相互作用引起的入射光束的波前方向中的变化。
撞击在角度相关光学元件上的电磁波的总功率可以由角度相关光学元件分布在至少三个分量中，即吸收分量、反射分量和透射分量。透射程度可以定义为通过撞击在角度相关光学元件上的电磁波的总功率归一化的透射分量的功率。吸收程度可以定义为通过撞击在角度相关光学元件上的电磁波的总功率归一化的吸收分量的功率。反射程度可以定义为通过撞击在角度相关光学元件上的电磁波的总功率归一化的反射分量的功率。
如在此所使用的，“角度相关透射”是指透射程度取决于从对象朝向检测器传播的入射光束撞击在角度相关光学元件上的入射角的事实。如上所述，可以相对于角度相关光学元件的光轴测量入射角。角度相关光学元件可以在传播方向中布置在至少一个传送装置后面。角度相关光学元件和传送装置可以布置成使得从对象传播到检测器的光束在撞击在角度相关光学元件上之前通过传送装置。角度相关光学元件可以这样布置，使得从对象传播到检测器的光束撞击在传送装置和传送装置的焦点之间的角度相关光学元件上。使用至少一个传送装置允许进一步增强纵向坐标测量的稳健性。传送装置可以例如包括至少一个准直透镜。与以较小角度撞击的光线相比，角度相关光学元件可以设计成弱化以较大角度撞击的光线。例如，对于平行于光轴(即0°)的光线，透射程度可以是最高的，并且对于更高的角度，透射程度可以减小。特别地，在至少一个截止角处，透射程度可能急剧下降到零。因此，可以截止具有大入射角的光线。
如在此所使用的，术语“角度相关吸收”是指吸收程度取决于从对象朝向检测器传播的入射光束撞击在角度相关光学元件上的入射角的事实。如在此所使用的，术语“角度相关吸收”是指吸收程度取决于从对象朝向检测器传播的入射光束撞击在角度相关光学元件上的入射角的事实。例如，可以取决于入射角减小从对象传播到检测器的光束的光子能量和/或强度。
如在此所使用的，术语“角度相关反射”是指反射程度取决于从对象朝向检测器传播的入射光束撞击在角度相关光学元件上的入射角的事实。
角度相关光学元件包括选自以下的至少一个光学元件：至少一根光纤，特别是至少一根多分叉光纤，特别是至少一根双分叉光纤；至少一个透镜阵列，其布置在垂直于检测器光轴的至少一个平面上，特别是至少一个微透镜阵列；至少一个光学干涉滤波器；至少一个非线性光学元件，特别是一个双折射光学元件。角度相关光学元件可包括选自如下的至少一个光学元件：至少一个衍射光学元件；至少一个角度相关反射元件，至少一个衍射光栅元件，特别是闪耀光栅元件；至少一个孔径光阑；至少一个棱镜；至少一个透镜；至少一个透射光栅。该至少一个光学干涉滤波器通常可以是基于干涉原理的至少一个任意滤波器。光学干涉滤波器可以是和/或可以包括至少一个偏振滤波器和/或至少一个带通滤波器和/或至少一个液晶滤波器，特别是液晶可调谐滤波器，和/或至少一个短通滤波器和/或至少一个长通滤波器和/或至少一个陷波滤波器。
例如，角度相关光学元件包括至少一根光纤。具体地，角度相关光学元件包括至少一个光学测量光纤。光纤可以设计成使得对于与光纤平行(即处于0°角)的入射光线的透射程度可以是最高的，忽略反射效应。光纤可以设计成使得对于更高的角度，例如从1°到10°的角度，透射程度可以平滑地减小到针对平行光线的透射程度的大约80％并且可以不断地保持在该水平直到光纤的接收角。如在此所使用的，术语“接收角”可以指如下角度，高于该角度，则光纤内的全反射是不可能的，使得光线被反射出光纤。光纤可以设计成在接收角处，透射程度可以急剧下降到零。可以截止具有大入射角的光线。
光纤可以适于在光纤的两端之间透射未被吸收和/或反射的至少部分入射光束。光纤可以具有一定长度并且可以适于允许在一定距离上透射。光纤可包括选自如下的至少一种材料：二氧化硅、铝硅酸盐玻璃、锗硅酸盐玻璃、氟锆酸盐、稀土掺杂玻璃、氟化物玻璃、硫属化物玻璃、蓝宝石、掺杂变体(特别是用于石英玻璃、磷酸盐玻璃)、PMMA、聚苯乙烯、诸如聚(全氟-丁烯基乙烯基醚)的含氟聚合物等。光纤可以是单模或多模光纤。光纤可以是阶跃折射率光纤、偏振光纤、偏振保持光纤、塑料光纤等。光纤可以包括至少一根光纤芯，该光纤芯由至少一根光纤包层包围，该光纤包层具有比光纤芯更低的折射率。光纤包层也可以是双层或多层包层。光纤包层可包括所谓的外护套。光纤包层可以涂覆有所谓的缓冲层，该缓冲层适于保护光纤免受损坏和潮湿。缓冲层可包含至少一种UV固化的氨基甲酸酯丙烯酸酯复合物和/或至少一种聚酰亚胺材料。在一个实施例中，光纤芯的折射率可以高于光纤包层材料的折射率，并且光纤可以适于通过低于接收角的全内反射来引导入射光束。在一个实施例中，光纤可包括至少一个中空芯光纤，也称为光子带隙光纤。中空芯光纤可以适于将入射光束基本上引导到所谓的中空区域内，其中光束的一小部分由于传播到光纤包层材料中而损失。
光纤可以在光纤的端部包括一个或多个光纤连接器。光纤可包括端盖，诸如无芯端盖。光纤可包括光纤耦合器、光纤布拉格光栅、光纤偏振器、光纤放大器、光纤耦合二极管激光器、光纤准直器、光纤接头、光纤拼接、光纤连接器、机械拼接、融合拼接等中的一种或多种。光纤可包括聚合物涂层。
光纤可包括至少两种或更多种光纤。光纤可以是至少一根多分叉光纤，特别是至少一根双分叉光纤。例如，双分叉光纤可包括两根光纤，特别是至少一根第一光纤和至少一根第二光纤。第一光纤和第二光纤可以在双分叉光纤的入射端处彼此靠近地布置，并且可以分成在双分叉光纤的出射端处隔开一段距离的两个腿部。第一和第二光纤可以设计为具有相同特性的光纤或可以是不同类型的光纤。第一光纤可以适于生成至少一个第一透射光束，并且第二光纤可以适于生成至少一个第二透射光束。双分叉光纤可以被布置成使得入射光束可以以第一入射角撞击到第一光纤中，并且以不同于第一角度的第二入射角撞击到第二光纤中，使得对于第一透射光束和第二透射光束，透射程度不同。光学传感器中的一个光学传感器可以布置在第一光纤的出射端处，并且另一个光学传感器可以布置在第二光纤的出射端处。光纤可包括两种以上的光纤，例如三种、四种或更多种光纤。例如，多分叉光纤可包括多根光纤，其中每根光纤可包括芯、包层、缓冲层、护套中的至少一种，并且一种或多种光纤可通过另外的护套(诸如聚合物软管)部分地或全部捆扎以确保光纤诸如在光纤的一端处彼此靠近。所有光纤可具有相同的数值孔径。所有光纤可以这样布置，使得从对象传播到检测器的光束撞击在传送装置和传送装置的焦点之间的所有光纤上。光纤可以这样布置，使得沿着从对象传播到检测器的光束照射在光纤上的光轴的位置对于所有光纤是相同的。其它布置可以是可能的。
检测器可包括多根光纤，诸如多根单光纤或多根多分叉光纤。例如，光纤可以布置为一束光纤。例如，检测器可包括多根单光纤，例如具有相同特性的光纤。光纤，即单光纤或多分叉光纤，可以布置成使得入射光束可以以不同的入射角撞击到光纤中的每根光纤中，使得对于光纤中的每根光纤，透射程度不同。在每根光纤的出射端处，可以布置至少一个光学传感器。可替代地，至少两根或更多根光纤可以使用相同的光学传感器。光纤端部的光学传感器可以布置成使得离开光纤朝向光学传感器的光束的亮度功率的至少80％，优选至少90％，更优选至少99％撞击在至少一个光学传感器上。在角度相关光学元件是光纤的情况下，用于优化组合信号Q的角度相关光学元件和/或光学传感器相对于传送装置的相关位置可以通过从对象行进到检测器的光束撞击在角度相关光学元件上的位置给出。特别地，可以优化其中从对象行进到检测器的光束撞击在光纤上的相对于传送装置的位置，以获得具有高动态范围的组合信号Q。此外，关于光学装置的优化，在角度相关光学元件是光纤的情况下，从对象行进到检测器的光束撞击在光纤上的位置对应于在角度相关光学元件不是光纤(诸如干涉滤波器)的情况下，从对象行进到检测器的光束撞击在光学传感器上的位置。
检测器可进一步包括用于照射对象的照射源。作为示例，照射源可以被配置用于生成用于照射对象的照射光束。检测器可以被配置为使得照射光束沿着检测器的光轴从检测器朝向对象传播。为该目的，检测器可包括至少一个反射元件，优选至少一个棱镜，用于将照射光束偏转到光轴上。
具体地，照射源可以包括至少一个激光器和/或激光源。可以采用各种类型的激光器，诸如半导体激光器。另外或可替代地，可以使用非激光光源，诸如LED和/或灯泡。照射源可以适于生成和/或投射点云，例如照射源可以包括如下中的一个或多个：至少一个数字光处理投影仪、至少一个LCoS投影仪、至少一个空间光调制器；至少一个衍射光学元件；至少一个发光二极管阵列；至少一个激光光源阵列。照射源可包括人造照射源，特别是至少一个激光源和/或至少一个白炽灯和/或至少一个半导体光源，例如至少一个发光二极管，特别是有机发光二极管和/或无机发光二极管。作为示例，由照射源发射的光可以具有300至1000nm，特别是500至1000nm的波长。另外或可替代地，可以使用诸如在780nm至3.0μm的范围内红外光谱范围内的光。具体地，可以使用硅光电二极管的特别适用于700nm至1000nm范围的近红外区域的部分中的光。由于它们通常定义的光束轮廓和其它可操作特性，因此特别优选使用至少一个激光源作为照射源。照射源可以集成到检测器的壳体中。
此外，照射源可以被配置用于发射调制或非调制光。在使用多个照射源的情况下，不同的照射源可以具有不同的调制频率，如下面进一步详细描述的，稍后可以使用这些调制频率来区分光束。
照射光束通常可以平行于光轴或相对于光轴(例如，包括与光轴的角度)倾斜。作为示例，诸如激光束的照射光束和光轴可以包括小于10°，优选小于5°或者甚至小于2°的角度。然而，其它实施例是可行的。此外，照射光束可以在光轴上或者在偏离光轴。作为示例，照射光束可以平行于光轴，相对于光轴的距离小于10mm，优选地相对于光轴小于5mm或者相对于光轴小于1mm，或者甚至可以与光轴一致。
照射源可以适于通过角度相关光学元件照射对象。光纤可以包括至少一个照射光纤，其适于发送由照射源生成的至少一个入射光束，使得它照射对象。照射源可以适于将由照射源生成的至少一个光束耦合到照射光纤中。检测器可以包括至少一个耦合元件，例如至少一个内耦合元件和/或至少一个外耦合元件，其可以布置在光纤的前面和/或后面。耦合元件可以是或可包括至少一个传送装置。
检测器可以包括另外的耦合元件，特别是另外的内耦合元件，其适于将从对象行进到检测器的光束耦合到照射光纤中。另外的耦合元件可以布置在从对象行进到光纤前面的检测器的光束的传播的方向中。另外的耦合元件可以是或可以包括至少一个传送装置。
在检测器包括多根光纤的情况下，检测器可包括一个照射源或多个相同的照射源和/或多个不同的照射源。例如，多个照射源可以包括至少两个照射源，其生成具有不同特性(诸如颜色或调制频率)的光。在一个实施例中，可以使用相同的照射源和/或两个相同的照射源照射多根光纤中的至少两根光纤。在由同一照射源和/或两个相同照射源照射的每根光纤的出射端处，可以布置至少一个光学传感器。可替代地，由同一照射源照射的至少两根或更多根光纤可以使用相同的光学传感器。对于多根光纤使用同一照射源和同一光学传感器的这种检测器可以用作接近传感器。在一个实施例中，可以通过使用至少两个不同的照射源来照射多根光纤中的至少两根光纤。在每根光纤的出射端处，可以布置至少一个光学传感器。可替代地，至少两根或更多根光纤可以使用同一光学传感器。
检测器可包括小基线。特别地，基线可以是检测器的至少一个照射通道和至少一个接收器通道之间的距离。具体地，至少一个照射通道和至少一个接收器通道之间的距离(例如，在xy平面中)可以尽可能小。如在此所使用的，术语“照射通道”是指至少一个光学通道，其包括至少一个照射源和/或至少一个发光元件，诸如适于生成用于照射至少一个对象的至少一个照射光束的至少一个光学照射光纤。照射通道可包括至少一个发射器-光学器件，诸如至少一个照射源和至少一个透镜元件。如在此所使用的，术语“接收器通道”是指至少一个光学通道，其包括至少一个光学元件，该光学元件适于接收从对象传播到检测器的光束。接收器通道可包括至少一个接收器光学器件，诸如至少一个传送装置和至少一个角度相关光学元件和光学传感器。基线，即照射通道和接收器通道之间的距离，可以是最小距离。最小距离可以仅取决于发射器-光学器件和接收器-光学器件的部件的大小。最小距离可以为零。特别地，在光源和光学传感器之间垂直于检测器的光轴的距离可以很小。在照射源和光学传感器之间垂直于检测器的光轴的距离可小于0.1m，优选小于0.05m，更优选小于0.025。特别地，在光源和光学传感器之间垂直于检测器的光轴的距离可以小于0.01m，优选小于0.005m，更优选小于0.0025m。特别地，检测器和照射源之间的距离可以小于传送装置的直径的150％，优选小于传送装置的直径的110％，更优选小于传送装置的直径的100％。其中基线为零的实施例是可能的。照射源和光轴可以通过小基线分开。如在此所使用的，术语“基线”(也表示为基础线)进一步指在至少一个发射器-光学器件和至少一个接收器-光学器件之间的距离(例如在xy平面中)。例如，基线可以是光轴和照射源之间的距离，特别是光轴和照射光束的z分量之间的距离。检测器可以包括附加的光学元件，例如至少一个反射镜，其可以另外增强距照射源的距离。例如，在角度相关光学元件包括至少一根光纤的情况下，基线可以是发射器-透镜和接收器-透镜之间的距离。发射器-透镜可以在照射光束的传播方向中布置在光学照射光纤的后面。接收器-透镜可以在从对象传播到检测器的光束的传播方向中布置在光纤的前面。传送装置可包括接收器-透镜。具体地，在角度相关光学元件包括至少一根光纤(也称为接收光纤)的情况下，术语“基线”是指从对象传播到检测器的光束撞击在角度相关光学元件上的位置(特别是至少一个接收光纤的至少一个入射面)和照射源和/或至少一个光学照射光纤的至少一个出射面之间的距离。如在此所使用的，术语“光学照射光纤的入射面”是指光学照射光纤的适于接收由照射源生成的光束的至少一端。术语“光学照射光纤的出射面”是指光纤的通过光学照射光纤传播的光束从其中离开光学照射光纤的至少一端。如在此所使用的，术语“光纤的入射面”是指光纤的适于接收从对象传播到检测器的光束的至少一端。术语“光纤的出射面”是指光纤的通过光纤传播的光束从其中离开光纤的至少一端。角度相关元件可包括两根接收光纤，第一接收光纤向第一光学传感器提供光，并且第二接收光纤向第二光学传感器提供光。接收光纤中的每根接收光纤可包括出射端和入射端。例如，角度相关光学元件可以包括至少两根光纤，每根光纤具有至少一个入射面，其中入射面特别在测量头内同心或彼此叠置或彼此平行或者并排布置。在照射源和/或光学照射光纤的出射端与一个或两个入射面之间垂直于检测器的光轴的距离可小于0.01m，优选小于0.005m，更优选小于0.0025m。
照射源和/或照射光纤的出射面可以与光轴间隔开最小距离。距光轴的最小距离可以由另外的检测器元件限定，诸如光学传感器和至少一个传送装置的大小和位置，这将在下面详细描述。基线可小于0.1m，优选小于0.05m，更优选小于0.025m。基线可小于0.01m，优选小于0.005m，更优选小于0.0025m。例如，基线可能是2mm。特别地，照射源和/或照射光纤的出射面与角度相关光学元件之间的距离很小。在角度相关光学元件是或包括至少一根光纤的情况下，照射源和/或照射光纤的出射面与到光纤的入口之间的距离很小。特别是在角度相关光学元件是光纤的情况下，基线甚至可以小于传送装置的半径。例如，角度相关光学元件可以是光纤。照射源可以被引导通过光纤，其中照射光束可以在小于传送装置半径的基线内离开传送装置后面的光纤。基线可以为零。照射源可以适于生成至少一个照射光束，其中引导照射光束的光纤可以诸如通过聚合物或胶水等附接到传送装置，以减少折射率差异较大的界面处的反射。例如，检测器可以是不具有另外的光学元件的紧凑型装置，其中照射源可以尽可能靠近传送装置的边缘放置。因此，基线可以接近传送装置的直径一半，特别是透镜直径和透镜和光源的壳体。例如，检测器可以是更紧凑的装置，其中反射镜，特别是小反射镜可以定位在传送装置的前面，特别是在中心(例如几何形状的中心)中，或接近传送装置的中心，以便将照射光束耦合到光束路径中。因此，基线可小于传送装置直径的一半。照射源可以布置成使得基线尽可能小。通过对照射源和/或照射光纤的出射面进行布置，使得照射光束的传播方向基本上平行于光轴，并且照射源和/或照射光纤的出射面以及光轴由小基线分开，非常紧凑的装置是可能的。例如，从传送装置的中心到照射源和/或照射光纤的出射面的距离(特别是沿着从传送装置的中心到照射源和/或照射光纤的出射面的连接线)可以优选地小于从传送装置的中心到传送装置的边缘的距离的2.5倍，更优选地小于传送装置的中心到边缘的距离的1.5倍，并且最优选地小于传送装置的中心到边缘的距离的1倍。传送装置可以具有任意形状，特别是非圆形形状是可能的。在小距离处，照射源的孔径可以很小并且基线可以很小。在远距离处，照射源的孔径可以很大并且基线可以很小。这与三角测量方法相反，其中在大距离处需要大的基线。此外，由于基线的必要空间延伸，基于三角测量的***具有显著大于零(例如诸如距检测器***20cm)的最小检测范围。这种大的基线可能导致从对象散射的被照射的光可能不会到达传送装置后面的光学传感器的光敏区域。此外，在基于三角测量的***中，使用小基线会降低最小检测范围，但同时会降低最大检测范围。此外，基于三角测量的***需要多个光敏区域和传感器信号，例如至少一个检测器行的传感器信号。根据本发明，可以采用减少数量的传感器信号确定纵向坐标z，特别是采用小于20，优选小于10，更优选小于5的传感器信号。照射源和角度相关光学元件可以布置在从对象行进到传送装置后面的检测器的光束的传播方向中，这将在下面详细描述。在照射源和/或照射光纤的出射面与光学传感器之间垂直于检测器的光轴的距离可以小于传送装置的半径。
照射源和/或照射光纤的出射面以及光学传感器中的一个或二者可以布置成与检测器的光轴具有相对空间偏移。特别地，照射源和/或照射光纤的出射面以及光学传感器中的一个或二者可以布置成与光轴具有不同的空间偏移。照射源和/或照射光纤的出射面和角度相关光学元件可以布置成与检测器的光轴具有相对空间偏移。特别地，照射源和/或照射光纤的出射面和角度相关光学元件可以布置成与光轴具有不同空间偏移。光学传感器可以布置成与检测器的光轴具有相对空间偏移。特别地，光学传感器中的每个光学传感器可以布置成与检测器的光轴具有不同空间偏移。照射源和光学传感器和/或照射源以及角度相关光学元件和/或光学传感器可以布置成具有与检测器的光轴具有相对空间偏移。这种布置可以允许增强商(quotient)的趋势，并因此增加距离测量的准确性。特别地，随着空间偏移的增加，Q对距离图中的斜率增加，并且因此允许更准确地区分相似距离。例如，照射源和光学传感器中的一个可以布置在光轴上，而另一个可以布置成与光轴间隔开。例如，照射源和光学传感器二者可以布置成与光轴间隔开至少一个不同的距离，特别是垂直于光轴。例如，多分叉光纤的至少两根光纤可以布置在距光轴不同的距离处。与照射源和光学传感器之间垂直于光轴的实际距离相比，角度相关光学元件可以适于模拟更大的距离，而不移动照射源和/或光学传感器。
此外，检测器包括至少一个传送装置。术语“传送装置”，也称为“传送***”，通常可以指适于修改光束的一个或多个光学元件，诸如通过修改光束的光束参数、光束的宽度或光束的方向中的一个或多个。传送装置可以适于将光束引导到光学传感器上。传送装置具体可以包括以下中的一个或多个：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；至少一个光束偏转元件，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***。传送装置可包括至少一个梯度折射率(GRIN)透镜。GRIN透镜可具有连续的折射梯度，例如，轴向和/或径向和/或球面折射梯度。GRIN透镜的f值可取决于透镜长度。使用GRIN透镜可以允许光学器件的小型化，特别是使用非常薄的光学器件。例如，厚度或直径为0.2mm的非常薄的光学器件是可能的。传送装置可包括至少一个环形轴向透镜，例如圆环形。环形轴向透镜可以具有平凸形状，例如轴向和/或径向和/或球形曲率。
如在此所使用的，传送装置的术语“焦距”是指可以撞击传送装置的入射准直光线进入“焦点”的距离，该焦点也可以表示为“焦距点”。因此，焦距构成传送装置会聚入射光束的能力的量度。因此，传送装置可包括可具有会聚透镜的效应的一个或多个成像元件。举例来说，传送装置可具有一个或多个透镜，特别是一个或多个折射透镜，和/或一个或多个凸面镜。在该示例中，焦距可以被定义为从薄折射透镜的中心到薄透镜的主焦点的距离。对于会聚的薄折射透镜，诸如凸透镜或双凸透镜，可以认为焦距是正的并且可以提供如下距离，在该距离处照射作为传送装置的薄透镜的准直光束可以聚焦成单光斑。另外，传送装置可包括至少一个波长选择元件，例如至少一个滤光器。另外，传送装置可以设计为在电磁辐射上(例如，在传感器区域的位置处，并且特别是传感器区域中)施加预定义的束轮廓。原则上，传送装置的上述可选实施例可以单独或以任何期望的组合实现。
传送装置可以具有光轴。特别地，检测器和传送装置具有共同的光轴。如在此所使用的，术语“传送装置的光轴”通常是指透镜或透镜***的镜像对称轴或旋转对称轴。检测器的光轴可以是检测器的光学设置的对称线。检测器包括至少一个传送装置，优选具有至少一个透镜的至少一个传送***。作为示例，传送***可以包括至少一个光束路径，光束路径中的传送***的元件相对于光轴以旋转布置或甚至对称的方式定位。仍然，如下面还将进一步详细描述的，位于光束路径内的一个或多个光学元件也可以相对于光轴偏心或倾斜。然而，在该情况下，诸如通过互连光束路径中的光学元件的中心，例如通过互连透镜的中心，光轴可以顺序地定义，其中，在该上下文中，光学传感器不计为光学元件。光轴通常可以表示光束路径。其中，检测器可以具有单个光束路径，光束可以沿着该光束路径从对象行进到光学传感器，或者可以具有多个光束路径。作为示例，可以给出单个光束路径，或者可以将光束路径分成两个或更多个部分光束路径。在后一种情况下，每个部分光束路径可以具有其自己的光轴。光学传感器可以位于同一光束路径或部分光束路径中。然而，可替代地，光学传感器也可以位于不同的部分光束路径中。
传送装置可以构成坐标系，其中纵向坐标l是沿光轴的坐标，并且其中d是距光轴的空间偏移。坐标系可以是极坐标系，其中传送装置的光轴形成z轴，并且其中距z轴的距离和极角可以用作附加坐标。平行于或反平行于z轴的方向可以被认为是纵向方向，并且沿着z轴的坐标可以被认为是纵向坐标l。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。
光学传感器和/或至少一个接收光纤的入射面可以位于焦点外。如在此所使用的，术语“焦点”通常是指混淆圆的最小延伸，特别是由传送装置引起的从对象的一个点发射的至少一个光束的最小延伸，或传送装置的焦距中的一个或二者。如在此所使用的，术语“混淆圆”是指由传送装置聚焦的光束的光锥引起的光斑。混淆圆可取决于传送装置的焦距f、从对象到传送装置的纵向距离、传送装置的出射光瞳的直径、从传送装置到光敏区域的纵向距离、从传送装置到对象图像的距离。例如，对于高斯光束，混淆圆的直径可以是高斯光束的宽度。特别地，对于位于或放置在距检测器无限远距离的对象的点，传送装置可以适于将来自对象的光束聚焦到传送装置的焦距处的焦点。对于位于或放置在距检测器无限远的非点状对象，传送装置可以适于将来自对象的至少一个点的光束聚焦到传送装置的焦距处的聚焦平面中。对于没有位于或放置在距检测器无限远距离的点状对象，混淆圆可以至少在一个纵向坐标处具有最小延伸。对于不位于或放置在距检测器无限远的非点状对象，来自对象的至少一个点的光束的混淆圆可以至少在一个纵向坐标处具有最小延伸。如在此所使用的，术语“定位离焦”通常是指除了由传送装置引起的光束混淆圆的最小延伸或传送装置的焦距之外的位置。特别地，混淆圆的焦点或最小延伸可以在纵向坐标lfocus处，而光学传感器中每个光学传感器和/或至少一个接收光纤的入射面的位置可以具有与lfocus不同的纵向坐标lsensor。例如，纵向坐标lsensor可以在纵向方向中比纵向坐标lfocus布置更靠近传送装置的位置，或者可以比纵向坐标lfocus布置更远离传送装置的位置。因此，纵向坐标lsensor和纵向坐标lfocus可以位于距传送装置不同的距离处。例如，光学传感器和/或至少一个接收光纤的入射面可以在纵向方向中与混淆圆的最小延伸间隔开焦距的±2％，优选为焦距的±10％，最优选为焦距的±20％。例如，在传送装置的焦距处可以是20mm并且纵向坐标lsensor可以是19.5mm，即，传感器和/或至少一个接收光纤的入射面可以定位在97.5％焦距处，使得lsensor与焦点间隔开焦距的2.5％。
如上所述，光学传感器和/或至少一个接收光纤的入射面可以离焦地布置。光学传感器和/或至少一个接收光纤的入射面可以布置成使得组合信号的距离相关性的变化最大，这相当于组合信号Q中的最大动态范围。不希望受该理论的束缚，用于最大化动态范围的实际近似是最大化距离相关性的混淆圆变化。在小对象距离和大对象距离下的混淆半径圆的商是对小对象距离和大对象距离处的组合信号商的实际近似。特别地，光学传感器和/或至少一个接收光纤的入射面可以定位成使得在大对象距离处的组合信号Qfar和在小对象距离处的组合信号Qclose具有最大变化
其中，是小对象距离处的混淆圆的半径，并且/>是大对象距离处的混淆圆的半径，其中，zo是光学传感器和/或至少一个接收光纤的入射面与对象之间可检测的距离范围，并且zs是传送装置和光学传感器和/或至少一个接收光纤的入射面之间的距离，并且zi是传送装置后面的聚焦图像的位置，这取决于对象zo的位置。光学传感器的最优位置和/或角度相关光学元件的最优位置，特别是其中从对象行进到检测器的光束撞击在光纤上的光纤端部的位置，可以使用以下步骤调节：i)将光学传感器和/或至少一个接收光纤的入射面定位在最远对象距离的焦点处；ii)特别是沿光轴或靠着(against)光轴，将光学传感器和/或至少一个接收光纤的入射面移出焦点，使得距焦点的距离Δ给出最优的混淆圆变化和最大范围，其中，/>其中，Osize是光学传感器和/或至少一个接收光纤的入射面上的光斑大小，f是传送装置的焦距，F#是传送装置的F数，/>是最远的对象距离。
光学传感器和/或至少一个接收光纤的入射面可以布置成使得光学传感器和/或至少一个接收光纤的入射面的光敏区域在以下至少一个中不同：它们的纵向坐标、它们的空间偏移或它们的表面区域。
每个光敏区域可以具有几何中心。如在此所使用的，术语区域的“几何中心”通常可以指该区域的重心。例如，如果选择区域内侧或外侧的任意点，并且如果在将该任意点与区域的每个点互连的向量上形成积分，则积分是任意点的位置的函数。当任意点位于区域的几何中心时，积分的绝对值的积分被最小化。因此，换句话说，几何中心可以是区域内侧或外侧的点，其具有距该区域的所有点的最小总体距离或总距离。
例如，每个光敏区域的每个几何中心可以布置在纵向坐标lcenter,i处，其中i表示相应光学传感器的数量。在检测器包括恰好两个光学传感器的情况下并且在检测器包括多于两个的光学传感器的情况下，光学传感器可以包括：至少一个第一光学传感器，其中第一光学传感器，特别是几何中心，布置在第一纵向坐标lcenter,1处；以及至少一个第二光学传感器，其中第二光学传感器，特别是几何中心，布置在第二纵向坐标lcenter,2处，其中第一纵向坐标和第二纵向坐标不同。例如，第一光学传感器和第二光学传感器可以位于在光轴方向中偏移的不同平面中。第一光学传感器可以布置在第二光学传感器的前面。因此，作为示例，第一光学传感器可以简单地放置在第二光学传感器的表面上。另外或可替代地，第一光学传感器可以与第二光学传感器间隔开例如不超过第一光敏区域的表面区域的平方根的五倍。另外或可替代地，第一光学传感器可以布置在第二光学传感器的前面，并且可以与第二光学传感器间隔开不超过50mm，优选地不超过15mm。第一光学传感器和第二光学传感器的相对距离可以取决于例如焦距或对象距离。
只要满足上述条件之一，光学传感器的纵向坐标也可以是相同的。例如，光学传感器的纵向坐标可以是相同的，但是光敏区域可以与光轴间隔开和/或表面区域不同。
每个光敏区域的每个几何中心可以与传送装置的光轴间隔开，诸如光束路径或相应光学传感器所在的相应光束路径的光轴。几何中心和光轴之间的距离，特别是横向方向中的距离，由术语“空间偏移”表示。在检测器包括恰好两个光学传感器的情况下并且在检测器包括多于两个的光学传感器的情况下，光学传感器可以包括与光轴间隔开第一空间偏移的至少一个第一光学传感器，以及与光轴间隔开第二空间偏移的至少一个第二光学传感器，其中第一空间偏移和第二空间偏移不同。作为示例，第一和第二空间偏移可以相差至少1.2倍，更优选至少1.5倍，更优选至少2倍。只要满足上述条件之一，空间偏移也可以是零或者可以假设负值。
如在此所使用的，术语“表面区域”通常是指至少一个光敏区域的形状和所含之物。在检测器包括恰好两个光学传感器的情况下并且在检测器包括多于两个的光学传感器的情况下，光学传感器可以包括具有第一表面区域的至少一个第一光学传感器和具有第二表区域的至少一个第二光学传感器。在检测器包括多于两个的光学传感器的情况下，例如，包括光学传感器矩阵的传感器元件、第一组光学传感器或矩阵的光学传感器中的至少一个光学传感器可以形成第一表面区域，其中第二组光学传感器或矩阵的至少一个其它光学传感器可以形成第二表面区域。第一表面区域和第二表面区域可以不同。特别地，第一表面区域和第二表面区域不全等。因此，第一光学传感器和第二光学传感器的表面区域可以在形状或所含之物中的一个或多个方面不同。例如，第一表面区域可以小于第二表面区域。作为示例，第一表面区域和第二表面区域二者都可以具有正方形或矩形的形状，其中第一表面区域的正方形或矩形的边长小于第二表面区域的正方形或矩形的对应边长。可替代地，作为示例，第一表面区域和第二表面区域二者都可以具有圆形形状，其中第一表面区域的直径小于第二表面区域的直径。此外，可替代地，作为示例，第一表面区域可以具有第一等效直径，并且第二表面区域可以具有第二等效直径，其中第一等效直径小于第二等效直径。只要满足上述条件之一，表面区域可以是全等的。
光学传感器，特别是光敏区域可以重叠或可以布置成使得光学传感器之间不重叠。
例如，检测器可以包括至少两根光纤，特别是至少两根接收光纤，其中第一接收光纤适于将从对象传播到检测器的光束的至少一部分提供给第一光学传感器，并且其中第二接收光纤适于将从对象传播到检测器的光束的至少一部分提供给第二光学传感器。检测器，特别是角度相关光学元件，可以包括多根光纤，其中光纤中的每根光纤适于将从对象传播到检测器的光束的至少一部分提供给光学传感器中的一个光学传感器。接收光纤的相应入射面的每个几何中心可以布置在纵向坐标lcenter,i处，其中i表示相应接收光纤的数量。检测器可以包括恰好两个光学传感器和/或恰好两根接收光纤，每根光纤包括入射面。检测器可包括多于两个的光学传感器和/或多于两根的接收光纤。接收光纤可包括具有至少一个第一入射面的至少一个第一接收光纤和具有至少一个第二入射面的至少一个第二接收光纤。第一入射面，特别是几何中心，可以布置在第一纵向坐标lcenter,1处，并且第二入射面，特别是几何中心，可以布置在第二纵向坐标lcenter,2处，其中第一纵向坐标和第二纵向坐标不同。例如，第一入射端和第二入射端可以位于在光轴方向中偏移的不同平面中。第一入射端可以布置在第二入射端的前面。第一入射端和第二入射端的相对距离可以取决于例如焦距或对象距离。只要满足上述条件之一，接收光纤的入射面的纵向坐标也可以是相同的。具体地，接收光纤的入射面的纵向坐标可以是相同的，但是接收光纤的入射面可以与光轴间隔开不同的空间偏移。第一光纤和第二光纤可以布置成具有共同的中心轴。第一光纤和第二光纤可以同心布置。第一光纤可以包围第二光纤。例如，第一入射面和第二入射面可以具有圆形形状，其中第一入射面可以是具有第一半径的圆，并且第二入射面可以是具有与第一半径不同的第二半径的圆。另外或可替代地，第一入射面可以与第二入射面间隔开。第一入射面可以布置在第二入射面的前面，并且可以与第二入射面间隔开不超过50mm，优选地不超过15mm。第一光学传感器和第二光学传感器的相对距离可以取决于例如焦距或对象距离。
角度相关光学元件可包括至少两根光纤，每根光纤具有至少一个入射面。角度相关光学元件可包括多根光纤。入射面相对于彼此同心地和/或彼此叠置和/或彼此平行和/或并排布置。
接收光纤的每个入射面的每个几何中心可以与传送装置的光轴间隔开，诸如光束路径或接收光纤的相应入射面所在的相应光束路径的光轴。在检测器包括恰好两根接收光纤(每根接收光纤包括一个入射面)的情况下以及在检测器包括多于两根接收光纤的情况下，接收光纤可以包括：至少一个第一接收光纤，其包括与光轴间隔开第一空间偏移的至少一个第一入射面；以及至少一个第二接收光纤，其包括与光轴间隔开第二空间偏移的至少一个第一入射面，其中第一空间偏移和第二空间偏移可以不同。作为示例，第一和第二空间偏移可以相差至少1.2倍，更优选至少1.5倍，更优选至少2倍。只要满足上述条件之一，空间偏移也可以是零或可以假设负值。
在检测器包括恰好两根接收光纤的情况下并且在检测器包括多于两根接收光纤的情况下，接收光纤可以包括具有第一横截面的至少一个第一接收光纤和具有第二横截面的至少一个第二接收光纤。术语“横截面”是指垂直于接收光纤的延伸方向的区域。在检测器包括多于两根接收光纤的情况下，第一组光纤或光纤中的至少一根光纤可以形成第一横截面，其中第二组光纤或至少一根其它光纤可以形成第二横截面。第一横截面和第二横截面可以不同。特别地，第一横截面和第二横截面不全等。因此，第一接收光纤和第二接收光纤的横截面可以在形状或所含之物中的一个或多个方面不同。例如，第一横截面可以小于第二横截面。作为示例，第一横截面和第二横截面二者都可以具有圆形状。第一入射面的第一圆的半径可以小于第二入射面的第二圆的对应半径。具体地，第一横截面的直径可以小于第二横截面的直径。此外，可替代地，作为示例，第一横截面可以具有第一等效直径，并且第二横截面可以具有第二等效直径，其中第一等效直径小于第二等效直径。只要满足上述条件之一，横截面可以是全等的。
如在此进一步使用的，术语“评估装置”通常是指适于执行所述操作的任意装置，优选地通过使用至少一个数据处理装置，并且更优选地，通过使用至少一个处理器和/或至少一个专用集成电路。因此，作为示例，至少一个评估装置可以包括至少一个数据处理装置，该数据处理装置具有存储在其上的软件代码，该软件代码包括多个计算机命令。评估装置可以提供用于执行一个或多个所述操作的一个或多个硬件元件，和/或可以向一个或多个处理器提供在其上运行的软件，用于执行一个或多个命名操作。
评估装置被配置为通过评估传感器信号的组合信号Q来确定对象的至少一个纵向坐标z。如在此所使用的，术语“组合信号Q”是指通过组合传感器信号，特别是通过除(dividing)传感器信号、除传感器信号的倍数或者除传感器信号的线性组合中的一个或多个而生成的信号。特别地，组合信号可以是商信号。可以通过使用各种部件来确定组合信号Q。作为示例，用于导出组合信号的软件部件、用于导出组合信号的硬件部件或二者可以使用，并且可以在评估装置中实现。因此，作为示例，评估装置可以包括至少一个除法器，其中除法器被配置用于导出商信号。除法器可以完全或部分地体现为软件除法器或硬件除法器中的一个或二者。
评估装置可以被配置用于通过除传感器信号、除传感器信号的倍数、除传感器信号的线性组合中的一个或多个来导出组合信号Q。评估装置可以被配置为使用组合信号Q和纵向坐标之间的至少一个预定关系来确定纵向坐标。例如，评估装置被配置用于通过如下方式导出组合信号Q：
其中x和y是横向坐标，A1和A2是由传感器位置处的角度相关光学元件生成的光束的光束轮廓的区域，并且E(x，y，zo)表示在对象距离zo处给出的光束轮廓。区域A1和区域A2可能不同。特别地，A1和A2不全等。因此，A1和A2可以在形状或所含之物中的一个或多个方面不同。光束轮廓可以是光束的横截面。光束轮廓可以选自如下：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。通常，光束轮廓取决于亮度L(zo)和光束形状S(x，y；zo)，E(x，y；zo)＝L·S。因此，通过导出组合信号，可以允许确定与亮度无关的纵向坐标。另外，使用组合信号允许确定与对象大小无关的距离z0。因此，诸如通过制造精度、透镜上的热量、水、污垢、损坏等，组合信号允许确定与对象的材料特性和/或反射特性和/或散射特性无关以及与光源的改变无关的距离z0。
传感器信号中的每个传感器信号可以包括由角度相关光学元件生成的光束的光束轮廓的至少一个区域的至少一个信息。如在此所使用的，术语“光束轮廓的区域”通常是指用于确定组合信号Q的传感器位置处的光束轮廓的任意区域。光敏区域可以被布置成使得第一传感器信号包括光束轮廓的第一区域的信息，并且第二传感器信号包括光束轮廓的第二区域的信息。光束轮廓的第一区域和光束轮廓的第二区域可以是相邻或重叠区域中的一个或二者。光束轮廓的第一区域和光束轮廓的第二区域可以在区域上不全等。
评估装置可以被配置为确定和/或选择光束轮廓的第一区域和光束轮廓的第二区域。光束轮廓的第一区域可以基本上包括光束轮廓的边缘信息，并且光束轮廓的第二区域可以基本上包括光束轮廓的中心信息。光束轮廓可以具有中心，即光束轮廓的最大值和/或光束轮廓的平台的中心点和/或光斑的几何中心，以及从中心延伸的下降边缘。第二区域可包括横截面的内部区域，并且第一区域可包括横截面的外部区域。如在此所使用的，术语“基本上中心信息”通常是指与中心信息的比例(即与中心对应的强度分布的比例)相比，低比例(即与边缘对应的强度分布的比例)的边缘信息。优选地，中心信息具有小于10％，更优选地小于5％的边缘信息的比例，最优选地，中心信息不包括边缘内容。如在此所使用的，术语“基本上边缘信息”通常是指与边缘信息的比例相比的低比例的中心信息。边缘信息可以包括整个光束轮廓的信息，特别是来自中心和边缘区域的信息。边缘信息可以具有小于10％，优选地小于5％的中心信息的比例，更优选地，边缘信息不包括中心内容。如果光束轮廓的至少一个区域靠近或围绕中心并且基本上包括中心信息，则可以确定和/或选择该光束轮廓的至少一个区域作为光束轮廓的第二区域。如果光束轮廓的至少一个区域包括横截面的下降边缘的至少部分，则可以确定和/或选择光束轮廓的至少一个区域作为光束轮廓的第一区域。例如，横截面的整个区域可以被确定为第一区域。光束轮廓的第一区域可以是区域A2，并且光束轮廓的第二区域可以是区域A1。
边缘信息可以包括与光束轮廓的第一区域中的多个光子有关的信息，并且中心信息可以包括与光束轮廓的第二区域中的多个光子有关的信息。评估装置可以适于确定光束轮廓的面积积分。评估装置可以适于通过对第一区域进行积分和/或求和来确定边缘信息。评估装置可以适于通过对第二区域进行积分和/或求和来确定中心信息。例如，光束轮廓可以是梯形光束轮廓，并且评估装置可以适于确定梯形的积分。此外，当可以假设梯形光束轮廓时，边缘和中心信号的确定可以用等效评估代替，该等效评估利用梯形光束轮廓的特性，诸如确定边缘的斜率和位置以及中心平台的高度，并通过几何考虑导出边缘和中心信号。
另外或可替代地，评估装置可以适于从光斑的至少一个切片或切口确定中心信息或边缘信息中的一个或二者。例如，这可以通过沿着切片或切口用线积分替换组合信号Q中的面积积分来实现。为了提高精度，可以使用并平均通过光斑的若干切片或切口。在椭圆光斑轮廓的情况下，对若干切片或切口进行平均可以导致改进的距离信息。
评估装置可以被配置为通过除边缘信息和中心信息，除边缘信息和中心信息的倍数，除边缘信息和中心信息的线性组合中的一个或多个来导出组合信号Q。因此，基本上，光子比率可以用作该方法的物理基础。
在本发明的一个实施例中，检测器可以包括：
-具有第一光敏区域的至少一个第一光学传感器，其中第一光学传感器可以被配置为响应于由角度相关光学元件生成的光束对第一光敏区域的照射而生成至少一个第一传感器信号；
-具有第二光敏区域的至少一个第二光学传感器，其中第二光学传感器可以被配置为响应于由角度相关光学元件生成的光束对第二光敏区域的照射而生成至少一个第二传感器信号。
评估装置可以被配置用于通过评估第一和第二传感器信号来确定对象的至少一个纵向坐标z。
第一光敏区域可以小于第二光敏区域。在该实施例中，光学传感器可以布置成使得光学传感器的光敏区域在纵向坐标和/或它们的表面区域(area)中不同。
由角度相关光学元件生成的光束具体可以完全照射第一光敏区域，使得第一光敏区域完全位于光束内，光束的宽度大于第一光学传感器的光敏区域。相反，优选地，由角度相关光学元件生成的光束具体地可以在第二光敏区域上产生小于第二光敏区域的光斑，使得光斑完全位于第二光敏区域内。在第二光敏区域上的光斑内，可以定位由第一光学传感器产生的阴影。因此，通常，具有较小的第一光敏区域的第一光学传感器可以位于第二光学传感器的前面，如从对象看到的，第一光敏区域完全位于光束内并且光束在第二光敏区域上生成小于第二光敏区域的光斑，并且在光斑内由第一光学传感器产生进一步的阴影。通过选择一个或多个适当的透镜或对光束具有聚焦或散焦效果的元件，诸如通过使用如下面将进一步详细描述的适当的传送装置，可以由光学领域的技术人员容易地调节该情况。如在此进一步使用的，光斑通常是指通过光束对物品、区域或对象进行的可见或可检测的圆形或非圆形照射。
如上所述，第一光敏区域小于第二光敏区域。如其中所使用的，术语“小于”是指第一光敏区域的表面区域小于第二光敏区域的表面区域，诸如至少0.9倍，例如至少0.7倍或甚至至少0.5倍。作为示例，第一光敏区域和第二光敏区域二者都可以具有正方形或矩形的形状，其中第一光敏区域的正方形或矩形的边长小于第二光敏区域的正方形或矩形的对应边长。可替代地，作为示例，第一光敏区域和第二光敏区域二者都可以具有圆形形状，其中第一光敏区域的直径小于第二光敏区域的直径。此外，可替代地，作为示例，第一光敏区域可以具有第一等效直径，并且第二光敏区域可以具有第二等效直径，其中第一等效直径小于第二等效直径。
如上所述，第二光敏区域大于第一光敏区域。因此，作为示例，第二光敏区域可以为第一光敏区域的至少两倍，更优选至少三倍，并且最优选地至少五倍。
第一光敏区域具体可以是小的光敏区域，使得优选地，光束完全照射该光敏区域。因此，作为可应用于典型光学配置的示例，第一光敏区域可以具有1mm2至150mm2的表面面积，更优选的是10mm2至100mm2的表面面积。
第二光敏区域具体可以是大区域。因此，优选地，在检测器的测量范围内，由角度相关光学元件生成的光束所生成的光斑可以完全位于第二光敏区域内，使得光斑完全位于第二光敏区域的边界内。作为例如在典型的光学设置中适用的示例，第二光敏区域可以具有160mm2至1000mm2的表面面积，更优选的是200mm2至600mm2的表面面积。
具体地，第一光敏区域可以在由角度相关光学元件生成的光束的传播方向中与第二光敏区域重叠。由角度相关光学元件生成的光束可以照射第一光敏区域以及完全或部分地照射第二光敏区域。因此，作为示例，从位于检测器的光轴上的对象看，第一光敏区域可以位于第二光敏区域的前面，使得如从对象看，第一光敏区域完全位于第二光敏区域内。当来自该对象的光束朝向第一和第二光敏区域传播时，如上所述，由角度相关光学元件生成的光束可以完全照射第一光敏区域并且可以在第二光敏区域上产生光斑，其中由第一光学传感器产生的阴影位于光斑内。然而，应该注意，其它实施例是可行的。
具体地，第一和第二光学传感器可以线性地布置在检测器的同一光束路径中。如在此所使用的，术语“线性地”通常是指传感器沿一个轴布置。因此，作为示例，第一和第二光学传感器二者都可以位于检测器的光轴上。具体地，第一和第二光学传感器可以相对于检测器的光轴同心地布置。
第一光学传感器可以布置在第二光学传感器的前面。因此，作为示例，第一光学传感器可以简单地放置在第二光学传感器的表面上。另外或可替代地，第一光学传感器可以与第二光学传感器间隔开不超过第一光敏区域的表面面积的平方根的五倍。另外或可替代地，第一光学传感器可以布置在第二光学传感器的前面，并且可以与第二光学传感器间隔开不超过50mm，优选地不超过15mm。
检测器可包括：
-具有第一横截面的至少一根第一接收光纤，其中第一接收光纤可以适于将从对象传播到检测器的光束的至少一部分提供给光学传感器的至少一个光学传感器；
-具有第二横截面的至少一根第二接收光纤，其中第二接收光纤可以适于将从对象传播到检测器的光束的至少一部分提供给光学传感器的至少一个其它光学传感器。
第一横截面可以小于第二横截面。接收光纤的入射面可以布置成使得接收光纤的横截面在其纵向坐标和/或它们的表面区域中不同。
从对象传播到检测器的光束具体可以完全照射第一横截面和/或第二横截面，使得第一横截面和/或第二横截面完全位于光束内，光束的宽度大于第一接收光纤的第一横截面和/或第二接收光纤的第二横截面。相反，优选地，从对象传播到检测器的光束具体地可以部分地照射第一横截面和/或第二横截面。至少一个或多个适当的透镜或对光束具有聚焦或散焦效果的元件可以在从对象传播到检测器(例如适当的传送装置)的光束的传播方向中布置在接收光纤的入射面的前面。
如上所述，第一横截面可以小于第二横截面。如其中所使用的，术语“小于”是指第一横截面小于第二横截面的事实，诸如至少0.9倍，例如至少0.7倍或甚至至少0.5倍。作为示例，第一横截面和第二横截面二者都可以具有圆形形状，其中第一横截面的直径小于第二横截面的直径。如上所述，第二横截面可以大于第一横截面。因此，作为示例，第二横截面可以为第一横截面的至少两倍，更优选地至少三倍，最优选地至少五倍。
第一横截面具体可以在从对象传播到检测器的光束的传播方向中与第二横截面重叠。从对象传播到检测器的光束可以照射第一横截面以及完全或部分地照射第二横截面。因此，作为示例，从位于检测器的光轴上的对象看，第一横截面可以位于第二横截面的中心，使得第一横截面和第二横截面是同心的。然而，应该注意，其它实施例是可行的。
具体地，第一和第二接收光纤的入射面可以布置在相同的纵向坐标处，或者可以布置在不同的纵向坐标处。因此，作为示例，第一和第二入射面二者都可以位于检测器的光轴上。具体地，第一和第二入射面可以相对于检测器的光轴同心地布置。例如，第一入射面可以布置在第二入射面的前面。例如，第一入射面可以与第二入射面间隔开不超过第一入射面的横截面的平方根的五倍。另外或可替代地，第一入射面可以布置在第二入射面的前面，并且可以与第二入射面间隔开不超过50mm，优选地不超过15mm。
作为两个光学传感器的线性布置的替代，光学传感器可以布置在检测器的不同光束路径中。角度相关光学元件可以适于生成第一光束和第二光束。可以以不同的透射程度生成第一光束和第二光束。第一光学传感器可以被配置为响应于由角度相关光学元件生成的第一光束对第一光敏区域的照射而生成第一传感器信号。第二光学传感器可以被配置为响应于由角度相关光学元件生成的第二光束对第二光敏区域的照射而生成第二传感器信号。例如，如上所述，角度相关光学元件可以包括至少一个多分叉光纤，该多分叉光纤可以布置成使得入射光束可以以第一入射角撞击到第一光纤中并且以与第一角度不同的第二入射角撞击到第二光纤中，使得对于第一光束(在这种情况下是第一透射光束)和第二光束(在这种情况下是第二透射光束)，透射程度不同。第一和第二光学传感器中的一个光学传感器可以布置在第一光纤的出射端处，而另一个光学传感器可以布置在第二光纤的出射端处。
评估装置具体可以被配置用于通过除第一和第二传感器信号，通过除第一和第二传感器信号的倍数，或者通过除第一和第二传感器信号的线性组合来导出组合信号Q。作为示例，Q可以简单地确定为
Q＝s1/s2
或
Q＝s2/s1，
s1表示第一传感器信号，并且s2表示第二传感器信号。另外或可替代地，Q可以被确定为
Q＝a·s1/b·s2
或
Q＝b·s2/a·s1，
其中a和b是实数，例如，它们可以是预定的或可确定的。另外或可替代地，Q可以被确定为
Q＝(a·s1+b·s2)/(c·s1+d·s2)，
其中a，b，c和d是实数，例如，它们可以是预定的或可确定的。作为后者的简单示例，Q可以被确定为
Q＝s1/(s1+s2)。
其它组合或商信号是可行的。
通常，在上述设置中，Q是对象的纵向坐标和/或光斑大小(诸如光斑的直径或等效直径)的单调函数。因此，作为示例，特别是在使用线性光学传感器的情况下，商Q＝s1/s2是光斑大小的单调递减函数。不希望受该理论的束缚，据信这是由于以下事实：在上面描述的设置中，第一信号s1和第二信号s2随着与光源的距离增加而作为平方函数减小，因为到达检测器的光量减少。然而，其中，第一信号s1比第二信号s2更快地减小，因为在实验中使用的光学设置中，图像平面中的光斑增长，并且因此在更大的区域上扩展。因此，第一和第二传感器信号的商随着光束直径或第一和第二光敏区域上的光斑直径的增加而连续减小。此外，该商主要独立于光束的总功率，因为光束的总功率在第一传感器信号和第二传感器信号二者中都形成因子。因此，商Q可以形成次级信号，其在第一和第二传感器信号与光束的大小或直径之间提供独特且明确的关系。另一方面，由于光束的大小或直径取决于对象(入射光束从其朝向检测器传播)与检测器本身之间的距离，即取决于对象的纵向坐标，可存在第一和第二传感器信号与纵向坐标之间的独特且明确的关系。对于后者，例如可以参考一个或多个上述现有技术文献，诸如WO 2014/097181 A1。预定关系可以通过分析考虑来确定，诸如通过假设高斯光束的线性组合，通过经验测量，诸如测量作为对象的纵向坐标的函数的第一和第二传感器信号或从其导出的次级信号或二者的测量。
鉴于上述现有技术文献中涉及的技术挑战，特别是鉴于生成FiP效应所需的技术努力，必须注意，本发明具体可以通过使用非FiP光学传感器来实现。事实上，由于具有FiP特性的光学传感器通常在焦点处的相应传感器信号中表现出强峰，因此使用FiP传感器作为光学传感器的根据本发明的检测器的测量范围可以限制于在两个位置之间的范围，并且第一和第二光学传感器在光束的焦点中。然而，当使用线性光学传感器，即不表现FiP效应的光学传感器时，通常可以避免在本发明的设置下的该问题。因此，第一和第二光学传感器可以各自至少在测量范围内具有线性信号特性，使得相应的第一和第二传感器信号可以取决于相应光学传感器的总照射功率，并且可以独立于照射光斑的直径。然而，应该注意，其它实施例也是可行的。
第一和第二光学传感器每个具体可以是半导体传感器，优选为无机半导体传感器，更优选为光电二极管，并且最优选为硅光电二极管。因此，与复杂且昂贵的FiP传感器相对，本发明可以简单地通过使用商业上可获得的无机光电二极管，即一个小光电二极管和一个大面积光电二极管来实现。因此，可以以便宜且廉价的方式实现本发明的设置。
具体地，第一和第二光学传感器各自独立地可以是或可以包括无机光电二极管，该无机光电二极管在红外光谱范围内(优选在780nm至3.0微米的范围内)敏感，和/或在可见光谱范围内(优选地，在380nm至780nm的范围内)敏感。具体地，第一和第二光学传感器可以在近红外区域的部分中是敏感的，其中硅光电二极管特别适用于700nm至1000nm的范围。可用于第一光学传感器、用于第二光学传感器或用于第一和第二光学传感器二者的红外光学传感器可以是商业上可获得的红外光学传感器，诸如可从Hamamatsu PhotonicsDeutschland GmbH D-82211 Herrsching am ammersee，Germany商业可获得的红外光学传感器。因此，作为示例，第一光学传感器、第二光学传感器或第一和第二光学传感器二者可包括本征光伏类型的至少一个光学传感器，更优选地，选自如下的至少一个半导体光电二极管：Ge光电二极管、InGaAs光电二极管、扩展InGaAs光电二极管、InAs光电二极管、InSb光电二极管、HgCdTe光电二极管。另外或可替代地，第一光学传感器，第二光学传感器或第一和第二光学传感器两者可包括至少一个非本征光伏类型的光学传感器，更优选至少一个选自下组的半导体光电二极管：Ge：Au光电二极管，Ge：Hg光电二极管，Ge：Cu光电二极管，Ge：Zn光电二极管，Si：Ga光电二极管，Si：As光电二极管。另外或可替代地，第一光学传感器、第二光学传感器或第一和第二光学传感器二者可包括至少一个测辐射热计，优选地选自由VO测辐射热计和非晶Si测辐射热计组成的测辐射热计。
第一和第二光学传感器各自独立地可以是不透明的、透明的或半透明的。然而，为了简单起见，可以使用对光束不透明的不透明传感器，因为这些不透明传感器通常广泛在商业上可获得。
第一和第二光学传感器每个具体地可以是均匀传感器，每个传感器具有单个光敏区域。因此，第一和第二光学传感器具体可以是非像素化光学传感器。
包括确定对象的至少一个纵向坐标的上述操作由至少一个评估装置执行。因此，作为示例，上述关系中的一个或多个可以用软件和/或硬件实现，诸如通过实现一个或多个查找表。因此，作为示例，评估装置可以包括一个或多个可编程装置，诸如一个或多个计算机、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或数字信号处理器(DSP)，其被配置为执行上述评估，以便确定对象的至少一个纵向坐标。然而，另外或可替代地，评估装置也可以完全或部分地由硬件体现。
如上所述，通过评估第一和第二传感器信号，可以启用检测器以确定对象的至少一个纵向坐标，包括确定整个对象或其一个或多个部分的纵向坐标的选项。然而，另外，对象的其它坐标(包括一个或多个横向坐标和/或旋转坐标)可以由检测器确定，具体地由评估装置确定。因此，作为示例，一个或多个附加横向传感器可用于确定对象的至少一个横向坐标。各种横向传感器在本领域中通常是已知的，诸如WO 2014/097181 A1中公开的横向传感器和/或其它位置敏感装置(PSD)，诸如象限二极管、CCD或CMOS芯片等。这些装置通常也可以实施在根据本发明的检测器中。作为示例，光束的一部分可以通过至少一个分束元件在检测器内分离。作为示例，分离部分可以被引导朝向横向传感器，诸如CCD或CMOS芯片或相机传感器，并且可以确定由横向传感器上的分离部分生成的光斑的横向位置，从而确定对象的至少一个横向坐标。因此，根据本发明的检测器可以是一维检测器，诸如简单的距离测量装置，或者可以体现为二维检测器或甚至体现为三维检测器。此外，如上所述或如下面进一步详细描述的，通过以一维方式扫描景物或环境，还可以创建三维图像。因此，根据本发明的检测器具体可以是一维检测器、二维检测器或三维检测器中的一种检测器。评估装置可以进一步被配置为确定对象的至少一个横向坐标x，y。
如上所述，检测器可进一步包括一个或多个附加元件，诸如一个或多个附加光学元件。此外，检测器可以完全或部分地集成到至少一个壳体中。
在本发明的另一实施例中，检测器可包括：
-具有光学传感器矩阵的至少一个传感器元件，光学传感器每个具有光敏区域，其中每个光学传感器可以被配置为响应于由角度相关光学元件生成的光束对光敏区域的照射而生成至少一个传感器信号。
例如，检测器可以包括两个传感器元件，特别是布置在检测器的不同光束路径中的至少一个第一传感器元件和至少一个第二传感器元件。角度相关光学元件可以适于生成第一光束和第二光束。可以以不同的透射程度生成第一光束和第二光束。第一传感器元件可以被配置为响应于由角度相关光学元件生成的第一光束的照射而生成第一传感器信号。第二传感器元件可以被配置为响应于由角度相关光学元件生成的第二光束的照射而生成第二传感器信号。例如，如上所述，角度相关光学元件可以包括至少一根多分叉光纤，该光纤布置成使得入射光束可以以第一入射角撞击到第一光纤中并且以与第一角度不同的第二入射角撞击到第二光纤中，使得对于第一透射光束和第二透射光束的透射程度不同。第一和第二传感器元件中的一个传感器元件可以布置在第一光纤的出射端处，而另一个传感器元件可以布置在第二光纤的出射端处。
评估装置可以被配置用于通过如下方式评估传感器信号：
a)确定具有最高传感器信号的至少一个光学传感器并形成至少一个中心信号；
b)评估矩阵的光学传感器的传感器信号并形成至少一个总和信号；
c)通过组合中心信号和总和信号确定至少一个组合信号；以及
d)通过评估组合信号确定对象的至少一个纵向坐标z。
在该实施例中，光学传感器可以布置成使得光学传感器的光敏区域在空间偏移和/或表面区域中不同。
如在此所使用的，术语“传感器元件”通常是指被配置用于感测至少一个参数的装置或多个装置的组合。在当前情况下，参数具体可以是光学参数，并且传感器元件具体可以是光学传感器元件。传感器元件可以形成为整体的单个装置或几个装置的组合。如在此进一步使用的，术语“矩阵”通常是指以预定几何顺序的多个元件的布置。如下面将进一步详细描述的，矩阵具体可以是或可以包括具有一个或多个行和一个或多个列的矩形矩阵。具体地，行和列可以以矩形方式布置。然而，应概述，其它布置是可行的，诸如非矩形布置。作为示例，圆形布置也是可行的，其中元件围绕中心点以同心圆或椭圆布置。例如，矩阵可以是单行像素。其它布置是可行的。
矩阵的光学传感器具体地可以在大小、灵敏度和其它光学、电学和机械特性中的一个或多个中相同。矩阵的所有光学传感器的光敏区域具体可以位于公共平面中，公共平面优选地面向对象，使得由角度相关光学元件生成的光束可以在公共平面上生成光斑。
如在一个或多个上述现有技术文献中更详细解释的，例如，在WO 2012/110924 A1或WO 2014/097181 A1中，通常，在光斑的大小(诸如光斑的直径、束腰或等效直径)与光束从其中朝向检测器传播的对象的纵向坐标之间存在预定的或可确定的关系。不希望受该理论束缚，光斑可以由两个测量变量表征：在光斑中心或靠近光斑中心的小测量块(patch)中测量的测量信号，也称为中心信号；以及在光斑上积分的积分或总和信号，具有或不具有中心信号。对于具有当光束被加宽或聚焦时不会改变的一定总功率的光束，总和信号应该与光斑的光斑大小无关，并且因此至少当使用其相应测量范围内的线性光学传感器时，总和信号应该与对象和检测器之间的距离无关。然而，中心信号取决于光斑大小。因此，中心信号通常在光束聚焦时增加，并且在光束散焦时减小。因此，通过比较中心信号和总和信号，可以生成关于由光束生成的光斑的大小以及因此关于对象的纵向坐标的信息项。作为示例，中心信号和总和信号的比较可以通过在中心信号和总和信号中形成组合信号Q并且通过使用纵向坐标和组合信号之间的预定或可确定的关系以导出纵向坐标来完成。
光学传感器矩阵的使用提供了多种优点和益处。因此，由光束在传感器元件上(诸如在传感器元件的矩阵的光学传感器的光敏区域的公共平面上)生成的光斑的中心，可以随对象的横向位置变化。通过使用光学传感器矩阵，根据本发明的检测器可以适于条件的这些变化，并且因此可以简单地通过比较传感器信号来确定光斑的中心。因此，根据本发明的检测器本身可以选择中心信号并确定总和信号，并且根据这两个信号，导出包含关于对象的纵向坐标的信息的组合信号。通过评估组合信号，因此可以确定对象的纵向坐标。因此，光学传感器矩阵的使用在对象的位置方面，特别是在对象的横向位置方面，提供了显著的灵活性。
光斑在光学传感器矩阵上的横向位置，诸如生成传感器信号的至少一个光学传感器的横向位置，甚至可以用作附加信息项，从中可以导出关于对象的横向位置的至少一项信息，如在WO 2014/198629 A1中公开的。另外或可替代地，如下面将进一步详细描述的，根据本发明的检测器可以包含至少一个附加的横向检测器，用于除了至少一个纵向坐标之外，还检测对象的至少一个横向坐标。
因此，根据本发明，术语“中心信号”通常是指至少一个传感器信号，其基本上包括光束轮廓的中心信息。如在此所使用的，术语“最高传感器信号”是指感兴趣区域中的局部最大值或最大值中的一个或二者。例如，中心信号可以是至少一个光学传感器的信号，该光学传感器由整个矩阵或矩阵内的感兴趣区域的光学传感器生成的多个传感器信号中的具有最高传感器信号，其中感兴趣区域可以在由矩阵的光学传感器生成的图像内预定或可确定。中心信号可以来自单个光学传感器，或者如下面将进一步详细描述的，来自一组光学传感器，其中，在后一种情况下，作为示例，该组光学传感器的传感器信号可以加起来、积分或平均，以便确定中心信号。产生中心信号的该组光学传感器可以是一组相邻的光学传感器，诸如距离具有最高传感器信号的实际光学传感器小于预定距离的光学传感器，或者可以是这样的一组光学传感器，其产生的传感器信号在距最高传感器信号的预定范围内。产生中心信号的光学传感器组可以选择得尽可能大，以便允许最大动态范围。评估装置可以适于通过多个传感器信号的整合(integration)来确定中心信号，例如围绕具有最高传感器信号的光学传感器的多个光学传感器。例如，光束轮廓可以是梯形光束轮廓，并且评估装置可以适于确定梯形的积分，特别是梯形的平台的积分。
类似地，术语“总和信号”通常是指基本上包括光束轮廓的边缘信息的信号。例如，可以通过对整个矩阵或矩阵内的感兴趣区域的传感器信号进行相加、积分或者求平均来导出总和信号，其中感兴趣区域可以在由矩阵的光学传感器生成的图像内预先确定或可确定的。当对传感器信号进行相加、积分或平均时，生成传感器信号的实际光学传感器可能会被排除在相加、积分或平均之外，或者可替代地可能包括在相加、积分或平均中。评估装置可以适于通过对整个矩阵或矩阵内的感兴趣区域的信号积分来确定总和信号。例如，光束轮廓可以是梯形光束轮廓，并且评估装置可以适于确定整个梯形的积分。此外，当可以假设梯形光束轮廓时，边缘和中心信号的确定可以用等效评估代替，该等效评估利用梯形光束轮廓的特性，诸如确定边缘的斜率和位置以及中心平台的高度，并通过几何考虑导出边缘和中心信号。
另外或可替代地，评估装置可以适于从光斑的至少一个切片或切口确定中心信息或边缘信息中的一个或二者。例如，这可以通过沿着切片或切口用线积分替换组合信号Q中的面积积分来实现。为了提高精度，可以使用并平均通过光斑的若干切片或切口。在椭圆光斑轮廓的情况下，对若干切片或切口进行平均可以导致改进的距离信息。
类似地，如在此使用的术语“组合信号”通常是指通过组合中心信号和总和信号而生成的信号。具体地，该组合可以包括以下中的一个或多个：形成中心信号和总和信号的商，反之亦然；形成中心信号的倍数和总和信号的倍数的商，反之亦然；形成中心信号的线性组合和总和信号的线性组合的商，反之亦然。另外或可替代地，组合信号可以包括任意信号或信号组合，其包含关于中心信号和总和信号之间的比较的至少一个信息项。
由角度相关光学元件生成的光束具体地可以完全照射生成中心信号的至少一个光学传感器，使得产生中心信号的至少一个光学传感器完全位于光束内，光束的宽度大于产生传感器信号的至少一个光学传感器的光敏区域。相反，优选地，由角度相关光学元件生成的光束具体地可以在整个矩阵上产生小于矩阵的光斑，使得光斑完全位于矩阵内。通过选择一个或多个适当的透镜或对光束具有聚焦或散焦效果的元件，诸如通过使用如下面将进一步详细描述的适当传送装置，可以由光学领域的技术人员容易地调节该情况。如在此进一步使用的，“光斑”通常是指通过光束对物品、区域或对象的可见或可检测的圆形或非圆形照射。
如上所述，中心信号通常可以是单个传感器信号，诸如来自光斑中心的光学传感器的传感器信号，或者可以是多个传感器信号的组合，诸如从光斑中心的光学传感器产生的传感器信号的组合，或通过处理由一种或多种上述可能性导出的传感器信号导出的二级传感器信号。中心信号的确定可以电子地执行，因为传感器信号的比较相当简单地由传统电子装置实现，或者可以完全或部分地由软件执行。具体地，中心信号可以从由如下组成的组中选择：最高传感器信号；在距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；来自包含具有最高传感器信号的光学传感器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平均值；来自包含具有最高传感器信号的光学传感器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总和；在距最高传感器信号的预定公差范围内的一组传感器信号总和；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总和；来自包含具有最高传感器信号的光学传感器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。
如上所述，光学传感器的原始传感器信号可用于评估或使用从其导出的次级传感器信号。如在此所使用的，术语“次级传感器信号”通常是指信号，诸如电子信号，更优选地是模拟和/或数字信号，其通过处理(诸如通过滤波、平均化、解调等)一个或多个原始信号获得。因此，图像处理算法可用于从矩阵或从矩阵内的感兴趣区域的整个传感器信号生成次级传感器信号。具体地，可以配置诸如评估装置的检测器，用于变换光学传感器的传感器信号，从而生成次级光学传感器信号，其中评估装置被配置为通过使用次级光学传感器信号来执行步骤a)-d)。传感器信号的变换具体可以包括从由如下组成的组中选择的至少一个变换：滤波；选择至少一个感兴趣区域；在由传感器信号产生的图像与至少一个偏移之间形成差异图像；通过反转由传感器信号产生的图像来反转传感器信号；在不同时间由传感器信号产生的图像之间形成差异图像；背景校正；分解成颜色通道；分解成色调；饱和；以及亮度通道；频率分解；奇异值分解；应用Canny边缘检测器；应用高斯滤波器的拉普拉斯算子；应用高斯滤波器的差；应用Sobel算子；应用拉普拉斯算子；应用Scharr算子；应用Prewitt算子；应用Roberts算子；应用Kirsch算子；应用高通滤波器；应用低通滤波器；应用傅里叶变换；应用Radon变换；应用Hough变换；应用小波变换；阈值化；创建二进制图像。感兴趣区域可以由用户手动确定或者可以自动确定，诸如通过识别由光学传感器生成的图像内的对象。作为示例，车辆、人或另一类型的预定对象可以通过图像内(即，在由光学传感器生成的传感器信号的总体内)的自动图像识别来确定，并且感兴趣区域可以被选择使得对象位于感兴趣区域内。在这种情况下，可以仅针对感兴趣区域执行诸如确定纵向坐标的评估。然而，其它实施方式是可行的。
如上所述，光斑中心的检测，即中心信号和/或中心信号从中产生的至少一个光学传感器的检测，可以完全或部分电子地或完全或者部分地通过使用一个或多个软件算法来执行。具体地，评估装置可以包括至少一个中心检测器，用于检测至少一个最高传感器信号和/或用于形成中心信号。中心检测器具体可以完全或部分地以软件实现和/或可以完全或部分地以硬件实现。中心检测器可以完全或部分地集成到至少一个传感器元件中和/或可以独立于传感器元件完全或部分地实现。
如上所述，总和信号可以从矩阵的所有传感器信号，从感兴趣区域内的传感器信号或者从这些可能性中的一个可能性导出，其中来自对中心信号有贡献的光学传感器的传感器信号被排除。在每种情况下，可以生成可靠的总和信号，其可以可靠地与中心信号进行比较，以便确定纵向坐标。通常，总和信号可以选自如下：矩阵的所有传感器信号的平均值；矩阵的所有传感器信号总和；矩阵的所有传感器信号的积分；除了来自对中心信号有贡献的光学传感器的传感器信号之外，矩阵的所有传感器信号的平均值；除了来自那些对中心信号有贡献的光学传感器的传感器信号之外，矩阵的所有传感器信号总和；除了来自那些对中心信号有贡献的光学传感器的传感器信号之外，矩阵的所有传感器信号的积分；在距具有最高传感器信号的光学传感器的预定范围内的光学传感器的传感器信号总和；在距具有最高传感器信号的光学传感器的预定范围内的光学传感器的传感器信号的积分；高于位于距具有最高传感器信号的光学传感器预定范围内的光学传感器的一定阈值的传感器信号总和；高于位于距具有最高传感器信号的光学传感器预定范围内的光学传感器的一定阈值的传感器信号的积分。然而，其它选项存在。
求和可以完全或部分地以软件执行和/或可以完全或部分地以硬件执行。通常可以通过纯电子部件进行求和，这通常可以容易地将其实施到检测器中。因此，在电子领域中，通常已知用于求和两个或更多个电信号(模拟信号和数字信号二者)的求和装置。因此，评估装置可以包括用于形成总和信号的至少一个求和装置。求和装置可以完全或部分地集成到传感器元件中，或者可以独立于传感器元件完全或部分地实现。求和装置可以完全或部分地体现在硬件或软件中的一个或二者中。
如上所述，具体地，可以通过形成一个或多个商信号来执行中心信号和总和信号之间的比较。因此，通常，组合信号可以是商信号，其由以下中的一个或多个导出：形成中心信号和总和信号的商，反之亦然；形成中心信号的倍数和总和信号的倍数的商，反之亦然；形成中心信号的线性组合和总和信号的线性组合的商，反之亦然；形成中心信号与总和信号和中心信号的线性组合的商，反之亦然；形成总和信号与总和信号和中心信号的线性组合的商，反之亦然；形成中心信号的取幂和总和信号的取幂的商，反之亦然。然而，其它选项存在。评估装置可以被配置用于形成一个或多个商信号。评估装置可以进一步被配置为通过评估至少一个商信号来确定至少一个纵向坐标。
评估装置具体可以被配置为使用组合信号Q和纵向坐标之间的至少一个预定关系，以便确定至少一个纵向坐标。因此，由于上面公开的原因并且由于纵向坐标上光斑的特性的相关性，组合信号Q通常是对象的纵向坐标和/或光斑的大小(诸如光斑的直径或等效直径)的单调函数。因此，作为示例，特别是在使用线性光学传感器的情况下，传感器信号scenter和总和信号ssum的简单商Q＝scenter/ssum可以是距离的单调递减函数。不希望受该理论的束缚，据信这是由于以下事实：在上述优选设置中，中心信号scenter和总和信号ssum二者随着与光源距离的增加而作为平方函数减小，因为到达检测器的光量减少。然而，其中，中心信号scenter比总和信号ssum更快地减小，因为在实验中使用的光学设置中，图像平面中的光斑增长，并且因此，分布在更大的区域上。因此，中心信号和总和信号的商随着光束直径或矩阵的光学传感器的光敏区域上的光斑直径的增加而连续减小。此外，商通常与光束的总功率无关，因为光束的总功率在中心信号和总和传感器信号二者中都形成因子。因此，商Q可以形成次级信号，其在中心信号和总和信号与光束的大小或直径之间提供唯一且明确的关系。另一方面，由于光束的大小或直径取决于光束从其中朝向检测器传播的对象与检测器本身之间的距离，即取决于对象的纵向坐标，因此可能存在一方面中心信号和总和信号与另一方面纵向坐标之间的唯一且明确的关系。对于后者，可以例如参考一个或多个上述现有技术文献，诸如WO 2014/097181 A1。预定关系可以通过分析考虑来确定，诸如通过假设高斯光束的线性组合，通过经验测量，例如测量作为对象的纵向坐标的函数的组合信号和/或中心信号和和信号或从其导出的次级信号或二者的测量。
因此，通常，评估装置可以被配置用于通过评估诸如商信号的组合信号Q来确定纵向坐标。该确定可以是一步过程，诸如通过直接组合中心信号和总和信号并从其导出纵向坐标，或者可以是多步骤过程，诸如通过首先从中心信号和总和信号导出组合信号，并且其次，通过从组合信号中导出纵向坐标。两种选项，即作为分开和独立的步骤的步骤c)和d)的选项以及完全或部分组合的步骤c)和d)的选项应由本发明包括。
评估装置可以被配置为使用组合信号和纵向坐标之间的至少一个预定关系。预定关系可以是经验关系、半经验关系和分析导出关系中的一个或多个。评估装置可以包括用于存储预定关系的至少一个数据存储装置，诸如查找列表或查找表。
如上所述，光学传感器具体可以是或可以包括光电检测器，优选无机光电检测器，更优选无机半导体光电检测器，最优选硅光电检测器。具体地，光学传感器可以在红外光谱范围内敏感。矩阵的所有光学传感器或矩阵的至少一组光学传感器具体可以是相同的。具体地，可以为不同的光谱范围提供矩阵的相同光学传感器组，或者在光谱灵敏度方面，所有光学传感器可以是相同的。此外，光学传感器在大小和/或其电子或光电特性上可以相同。
矩阵可以由独立的光学传感器组成。因此，可以组成无机光电二极管的矩阵。然而，可选地，可以使用商业上可获得的矩阵，诸如CCD检测器(诸如CCD检测器芯片)和/或CMOS检测器(诸如CMOS检测器芯片)中的一个或多个。
因此，通常，检测器的光学传感器可以形成传感器阵列或者可以是传感器阵列的一部分，诸如上述矩阵。因此，作为示例，检测器可以包括具有m行和n列的光学传感器阵列，诸如矩形阵列，其中m，n独立地是正整数。优选地，给出多于一列和多于一行，即n>1，m>1。因此，作为示例，n可以是2至16或更高，并且m可以是2至16或更高。优选地，行数和列数的比率接近1。作为示例，可以选择n和m使得0.3≤m/n≤3，诸如通过选择m/n＝1:1、4:3、16:9等。作为示例，阵列可以是正方形阵列，具有相同数量的行和列，诸如通过选择m＝2，n＝2或m＝3，n＝3等。
如上面进一步概述的，矩阵具体可以是具有至少一行，优选多行和多列的矩形矩阵。作为示例，行和列可以基本上垂直地取向，其中，关于术语“基本上垂直”，可以参考上面给出的定义。因此，作为示例，可以接受小于20°，具体小于10°或甚至小于5°的公差。为了提供宽范围的视图，矩阵具体地可以具有至少10行，优选至少50行，更优选至少100行。类似地，矩阵可具有至少10列，优选至少50列，更优选至少100列。矩阵可包括至少50个光学传感器，优选至少100个光学传感器，更优选至少500个光学传感器。矩阵可以包括多兆像素范围内的多个像素。然而，其它实施例是可行的。因此，如上所述，在预期轴向旋转对称的设置中，矩阵的光学传感器的圆形布置或同心布置(也可称为像素)可能是优选的。
如上面进一步概述的，优选地，传感器元件可以基本上垂直于检测器的光轴取向。同样，关于术语“基本上垂直”，可以参考上面给出的定义和公差。光轴可以是直的光轴，或者可以是弯曲的或甚至是分开的，诸如通过使用一个或多个偏转元件和/或通过使用一个或多个分束器，其中在后一种情况下，基本上垂直的取向可以指光学设置的相应分支或光束路径中的局部光轴。另外或可替代地，传感器元件可以取向为不同于朝向对象的取向。特别是在检测器包括两个传感器元件的情况下，传感器元件中的至少一个传感器元件可以取向为不同于朝向对象的取向。例如，传感器元件中的至少一个传感器元件可以与光轴垂直或相对于光轴成任意角度并且相对于对象取向。角度相关光学元件可以适于生成光束，使得光束撞击在传感器元件上。例如，在传感器元件中的至少一个传感器元件相对于光轴在任意下取向的情况下，角度取向光学元件可以适于将光束引导到传感器元件的光敏区域中。
包括确定对象的至少一个纵向坐标的上述操作由至少一个评估装置执行。因此，作为示例，上述关系中的一个或多个可以用软件和/或硬件实现，诸如通过实施一个或多个查找表。因此，作为示例，评估装置可以包括一个或多个可编程装置，诸如一个或多个计算机、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)或现场可编程门阵列(FPGA)，其被配置为执行上述评估，以便确定对象的至少一个纵向坐标。然而，另外或可替代地，评估装置也可以完全或部分地由硬件实现。
如上所述，通过评估中心信号和和信号，可以使检测器能够确定对象的至少一个纵向坐标，包括确定整个对象或其一个或多个部分的纵向坐标的选项。然而，另外，对象的其他坐标，包括一个或多个横向坐标和/或旋转坐标，可以由检测器确定，特别是由评估装置确定。因此，作为示例，一个或多个横向传感器可用于确定对象的至少一个横向坐标。如上所述，产生中心信号的至少一个光学传感器的位置可以提供关于对象的至少一个横向坐标的信息，其中，作为示例，简单的透镜方程可以用于光学变换和用于导出横向坐标。附加地或替代地，可以使用一个或多个附加的横向传感器，并且可以由检测器包括。各种横向传感器在本领域中通常是已知的，例如WO2014/097181A1中公开的横向传感器和/或其他位置敏感器件(PSD)，例如象限二极管、CCD或CMOS芯片等。附加地或替代地，作为示例，根据本发明的检测器可以包括R.A.Street：Technology and Applications of Amorphous Silicon(非晶硅的技术和应用)，Springer-Verlag Heidelberg，2010，第346-349页,中公开的一个或多个PSD。其他实施例是可行的。这些装置通常也可以实施在根据本发明的检测器中。作为示例，光束的一部分可以通过至少一个光束分离元件在检测器内分离。作为示例，分离部分可以被引导向横向传感器，例如CCD或CMOS芯片或相机传感器，并且由分离部分在横向传感器上产生的光斑的横向位置可以被确定，从而确定对象的至少一个横向坐标。因此，根据本发明的检测器可以是一维检测器，例如简单的距离测量装置，或者可以实施为二维检测器或甚至实施为三维检测器。此外，如上所述或如下面进一步详细描述的，通过以一维方式扫描景物或环境，还可以创建三维图像。因此，根据本发明的检测器具体可以是一维检测器、二维检测器或三维检测器之一。评估装置还可以被配置为确定对象的至少一个横向坐标x，y。评估装置可以适于组合纵向坐标和横向坐标的信息，并确定对象在空间中的位置。
检测器可以配置用于评估单个光束或多个光束。在多个光束从对象传播到检测器的情况下，可以提供用于区分光束的装置。因此，光束可以具有不同的光谱特性，并且检测器可以包括一个或多个波长选择元件用于区分不同的光束。然后可以独立地评估每个光束。作为示例，波长选择元件可以是或可以包括一个或多个滤光器、一个或多个棱镜、一个或多个光栅、一个或多个二向色镜或其任意组合。此外，附加地或替代地，为了区分两个或更多个光束，可以以特定方式调制光束。因此，作为示例，可以对光束进行频率调制，并且可以解调传感器信号，以便根据它们的解调频率部分地区分源自不同光束的传感器信号。这些技术通常是高频电子领域的技术人员已知的。通常，评估装置可以被配置用于区分具有不同调制的不同光束。
照射源可以适于产生和/或投射点云，使得在光学传感器的矩阵上产生多个照射区域，例如CMOS检测器。另外，光学传感器的矩阵上可能存在干扰，例如由于斑点和/或外来光和/或多次反射引起的干扰。评估装置可以适于确定至少一个感兴趣区域，例如由光束照射的一个或多个像素，其用于确定对象的纵向坐标。例如，评估装置可以适于执行过滤方法，例如，斑点分析和/或对象识别方法。
在另一实施例中，检测器可包括至少两个光学传感器，每个光学传感器具有光敏区域，其中每个光敏区域具有几何中心，其中光学传感器的几何中心与检测器的光轴间隔开不同的空间偏移，其中每个光学传感器被配置为响应于由角度相关光学元件生成的光束对其相应光敏区域的照射而生成传感器信号。
评估装置可以被配置用于通过组合至少两个传感器信号来确定对象的至少一个纵向坐标z。在该进一步的实施例中，光学传感器可以布置成使得光学传感器的光敏区域在空间偏移和/或它们的表面区域中不同。
光学传感器的光敏区域可以从对象可见重叠，或者可以不重叠，即可以彼此相邻放置而不重叠。光敏区域可以彼此间隔开或者可以直接相邻。
检测器可以具有单个光束路径，光束可以沿着该光束路径从对象行进到光学传感器，或者可以具有多个光束路径。例如，在角度相关光学元件包括至少一个多分叉光纤的情况下，多分叉光纤的每根光纤可以构成独立的光束路径。作为示例，可以给出单个光束路径，或者可以将光束路径分成两个或更多个部分光束路径。在后一种情况下，每个部分光束路径可以具有其自己的光轴，并且上述条件通常可以独立地指代每个光束路径。光学传感器可以位于同一光束路径或部分光束路径中。然而，可替代地，光学传感器也可以位于不同的部分光束路径中。在光学传感器分布在不同的部分光束路径上的情况下，可以描述上述条件，使得至少一个第一光学传感器位于至少一个第一部分光束路径中，与第一部分光束路径的光轴偏移第一空间偏移，并且至少一个第二光学传感器位于至少一个第二部分光束路径中，与第二部分光束路径的光轴偏移至少一个第二空间偏移，其中第一空间偏移和第二空间偏移是不同的。
检测器可包括多于两个的光学传感器。在任何情况下，即在检测器包括恰好两个光学传感器的情况下并且在检测器包括多于两个的光学传感器的情况下，光学传感器可以包括与光轴间隔开第一空间偏移的至少一个第一光学传感器，以及与光轴间隔开第二空间偏移的至少一个第二光学传感器，其中第一空间偏移和第二空间偏移不同。在提供另外的光学传感器的情况下，除了第一和第二光学传感器之外，这些附加的光学传感器也可以满足条件，或者可替代地可以与光轴隔开第一空间偏移、第二空间偏移或不同的空间偏移。作为示例，第一和第二空间偏移可以相差至少1.2倍，更优选至少1.5倍，更优选至少2倍。只要满足上述条件，空间偏移也可以是零或者可以假设负值。
如上所述，每个光敏区域具有几何中心。每个光敏区域的每个几何中心可以与检测器的光轴(诸如光束路径或其中相应光学传感器所在的相应光束路径的光轴)间隔开。
如上所述，光学传感器和/或接收光纤的入射面可以特定地位于同一平面中，该平面优选地是垂直于光轴的平面。然而，其它配置也是可能的。因此，光学传感器和/或接收光纤的入射面中的两个或更多个也可以在平行于光轴的方向中间隔开。
例如，光学传感器可以是分段二极管的部分二极管，其中分段二极管的中心偏离检测器的光轴。光学传感器可以是双单元或象限二极管的部分二极管和/或包括至少一个CMOS传感器。如在此所使用的，术语“部分二极管”可以包括串联或并联连接的若干二极管。该示例相当简单且具有成本效益。因此，作为示例，双单元二极管或象限二极管以低成本广泛地商业可获得，并且这些双单元二极管或象限二极管的驱动方案通常是已知的。如在此所使用的，术语“双单元二极管”通常是指在一个封装中具有两个部分二极管的二极管。双单元和象限二极管可以具有两个或四个单独的光敏区域，特别是两个或四个有源区域。作为示例，双单元二极管可以各自形成具有二极管的全部功能的独立二极管。作为示例，双单元二极管中的每个双单元二极管可以具有正方形或矩形形状，并且两个二极管可以放置在一个平面中，使得两个部分二极管总共形成具有矩形形状的1×2或2×1矩阵。然而，在本发明中，如下面将进一步详细描述的，提出了一种用于评估双单元二极管和象限二极管的传感器信号的新方案。然而，通常，光学传感器具体可以是象限二极管的部分二极管，其中象限二极管的中心偏离检测器的光轴。如在此所使用的，术语“象限二极管”通常是指在一个封装中具有四个部分二极管的二极管。作为示例，四个部分二极管可以各自形成具有二极管的全部功能的独立二极管。作为示例，四个部分二极管可以各自具有正方形或矩形形状，并且四个部分二极管可以放置在一个平面中，使得四个部分二极管总共形成具有矩形或正方形形状的2×2矩阵。在另一示例中，四个部分二极管总共可以形成具有圆形或椭圆形形状的2×2矩阵。作为示例，部分二极管可以是相邻的，彼此之间的间隔最小。
在使用具有2×2矩阵的部分二极管的象限二极管的情况下，象限二极管的中心具体可以偏离中心或偏离光轴。因此，作为示例，象限二极管的中心(其可以是象限二极管的光学传感器的几何中心的交叉(intersection))可以与光轴偏离中心至少0.2mm，更优选至少0.5mm，更优选至少1.0mm或甚至2.0mm。类似地，当使用具有多个光学传感器的其它类型的光学传感器设置时，光学传感器的整体中心可以与光轴偏移相同的距离。
通常，光学传感器的光敏区域可以具有任意的表面区域或大小。然而，优选地，特别是考虑到传感器信号的简化评估，光学传感器的光敏区域基本上相等，诸如在小于10％，优选小于5％或甚至小于1％的公差内。具体地，这是典型的商业上可获得的象限二极管的情况。
具体地，如下面将进一步详细描述的，评估装置可以被配置为通过使用传感器信号和/或由其导出的任何次级信号和纵向坐标之间的至少一个已知的可确定的或预定的关系来确定对象的至少一个纵向坐标z。因此，评估装置可以被配置用于确定至少两个传感器信号(即至少一个第一光学传感器的至少一个传感器信号和至少一个第二光学传感器的至少一个传感器信号)中的至少一个组合传感器信号。
如在此通常使用的，术语“组合”通常可以指任意操作，其中诸如信号的两个或更多个分量是数学上合并的一个或多个，以便形成至少一个合并的组合信号，和/或进行比较以便形成至少一个比较信号或比较结果。如下面将进一步详细描述的，组合的传感器信号或次级信号可以是或可以包括至少一个商信号。
作为示例，Q可以简单地确定为
Q＝s1/s2
或
Q＝s2/s1，
s1表示传感器信号中的第一传感器信号，并且s2表示传感器信号中的第二传感器信号。另外或可替代地，Q可以被确定为
Q＝j·s1/k·s2
或
Q＝k·s2/j·s1。
j和k是实数，作为示例，它可以是预定的或可确定的。另外或可替代地，Q可以被确定为
Q＝(j·s1+k·s2)/(p·s1+q·s2)，
j、k、p和q是实数，作为示例，它可以是预定的或可确定的。作为后者的简单示例，Q可以被确定为
Q＝s1/(s1+s2)，
或者，作为另一个示例，Q可以被确定为
Q＝(s1-s2)/(s1+s2)。
其它商信号是可行的。因此，作为示例，在提供多于两个的光学传感器的情况下，上述商形成可以在由这些光学传感器生成的两个传感器信号之间发生，或者可以在多于两个的传感器信号之间发生。因此，代替在上面给出的公式中使用传感器信号中的第一传感器信号和传感器信号中的第二传感器信号，组合的传感器信号可以用于商形成。
组合信号Q通常是不对称参数的示例，其表示由光束在光敏区域上生成的光斑的不对称或不对称分布。两个或更多个光学传感器(诸如两个或更多个光电二极管)的商可以提供组合信号，该组合信号通常单调地取决于检测器与光束从中朝向检测器行进的对象之间的距离，如将通过下面的实验数据所示。除了商信号之外或作为商信号的替代，可以使用在本发明的设置中实现两个或更多个传感器的传感器信号的其它类型的组合功能，其也可以示出对象和检测器之间的距离的相关性。作为示例，光斑的不对称性或不对称性参数可以是光束宽度的指示。如果该不对称参数仅取决于距离，则可以使用测量来确定距离。
在典型的设置中，商业上可获得的象限二极管(诸如象限光电二极管)用于定位，即用于调节和/或测量象限光电二极管平面中光斑的横向坐标。因此，作为示例，通过使用象限光电二极管的激光束定位是众所周知的。然而，根据典型的偏见，象限光电二极管仅用于xy定位。根据该假设，象限光电二极管不适合测量距离。然而，上述发现使用关于检测器的光轴的偏心象限光电二极管以其它方式示出，如下面的进一步测量中所示。因此，如上所述，在象限光电二极管中，可以通过将象限二极管略微离轴偏移诸如上述偏移来测量光斑的不对称性。因此，诸如通过形成象限光电二极管的两个或更多个部分光电二极管(即象限)的两个或更多个传感器信号的组合信号Q，可以生成单调z相关的函数。其中，原则上，测量仅需要两个光电二极管。其它两个二极管可用于噪声消除或获得更精确的测量。
除了使用象限二极管或象限光电二极管之外或作为其替代，可以使用其它类型的光学传感器。因此，如下面将进一步详细示出的，可以使用交错(stagger)的光学传感器。
象限二极管的使用提供了优于已知光学检测器的许多优点。因此，象限二极管在LED或有源目标的组合中用于大量应用中，并且以非常低的价格广泛地商业上可获得，具有各种光学特性，诸如光谱灵敏度和各种大小。不必建立特定的制造工艺，因为可以将商业上可获得的产品实施到根据本发明的检测器中。
根据本发明的检测器具体可以用于多层光学存储盘，诸如2015年3月26日提交的国际专利申请号PCT/IB2015/052233所公开的。通过使用根据本发明的检测器执行的测量具体地可用于优化光学存储盘中的焦点位置。
如下面将进一步详细描述的，通过实施一个或多个附加距离测量部件到检测器中和/或通过将检测器与其它类型的距离测量部件组合，可以增强通过使用根据本发明的检测器的距离测量。因此，作为示例，检测器可以包括或可以与至少一个三角测量距离测量装置组合。因此，通过利用上述测量原理和三角测量类型距离测量的组合，可以增强距离测量。此外，可以提供用于测量一个或多个其它坐标(诸如x和/或y坐标)的部件。
在使用象限二极管的情况下，象限二极管也可以用于附加目的。因此，如光电子学和激光物理学领域中所公知的，象限二极管也可以用于光斑的传统x-y测量。因此，作为示例，可以使用象限二极管的传统x-y位置信息来调节透镜或检测器位置，以优化用于距离测量的光斑的位置。作为实际示例，光斑最初可能位于象限二极管的正中心，这通常不允许使用商函数Q进行上述距离测量。因此，首先，传统的象限光电二极管技术可用于使象限光电二极管上的光斑的位置偏心，使得例如象限二极管上的光斑位置对于测量是最优的。因此，作为示例，检测器的光学传感器的不同偏心可以简单地是光学传感器相对于光轴的移动的起点，使得光斑相对于光轴并且相对于光学传感器阵列的几何中心偏心。
因此，通常，检测器的光学传感器可以形成传感器阵列或者可以是传感器阵列的一部分，诸如上述象限二极管。因此，作为示例，检测器可以包括具有m行和n列的光学传感器阵列，诸如矩形阵列，其中m，n独立地是正整数。优选地，给出多于一列和多于一行，即n>1，m>1。因此，作为示例，n可以是2至16或更高，并且m可以是2至16或更高。优选地，行数和列数的比率接近1。作为示例，可以选择n和m使得诸如通过选择m/n＝1:1,4:3,16:9等，0.3≤m/n≤3。作为示例，例如通过选择m＝2，n＝2或m＝3，n＝3等，阵列可以是正方形阵列，具有相同数量的行和列。情况m＝2，n＝2是象限二极管或象限光学传感器的情况，由于实际原因，这是优选情况之一，因为象限光电二极管可广泛使用。
作为起点，阵列内的光学传感器的几何中心可以与光轴偏心，诸如通过上述偏移。传感器阵列具体地可以相对于光轴移动，例如沿着梯度移动，优选自动移动，诸如例如在垂直于光轴的平面中移动传感器阵列，和/或通过移动光轴本身，例如使光轴平行移动和/或倾斜光轴。因此，可以移位传感器阵列以便调节由光束在传感器阵列的平面中生成的光斑的位置。另外或可替代地，可以通过使用适当的元件，诸如通过使用一个或多个偏转元件和/或一个或多个透镜来移位和/或倾斜光轴。作为示例，该移动可以通过使用一个或多个适当的致动器来进行，诸如一个或多个压电致动器和/或一个或多个电磁致动器和/或一个或多个气动或机械致动器，其例如移动和/或移位阵列和/或移动和/或移位和/或整理(tillage)光束路径中的一个或多个光学元件，以便移动光轴，诸如平行移位光轴和/或倾斜光轴。具体地，可以调节评估装置以例如在垂直于光轴的平面中控制传感器阵列对光轴的相对位置。可以进行调节过程，其中评估装置被配置用于首先通过使用传感器信号确定由光束在传感器阵列上生成的光斑的至少一个横向位置，并且其次，相对于光轴移动阵列，诸如通过移动阵列和/或光轴，例如通过将平面中的阵列移动到光轴直到光斑偏心和/或通过倾斜透镜直到光斑偏心。如其中所使用的，横向位置可以是垂直于光轴的平面(其也可以被称为x-y平面)中的位置。对于横向坐标的测量，作为示例，可以比较光学传感器的传感器信号。作为示例，在发现传感器信号相等的情况下，并且因此，在确定光斑相对于光学传感器对称地定位的情况下，诸如在象限二极管的中心，可以进行阵列的移位和/或透镜的倾斜，以便使阵列中的光斑偏心。因此，如上所述，阵列偏离光轴的偏心，诸如通过使象限光电二极管的中心偏离光轴，可以简单地作为起点，以便避免典型的情况，其中光斑位于光轴上并且因此居中。因此，通过使阵列相对于光轴偏心，光斑应该偏心。如果发现这不是真的，使得光斑顺便地位于阵列的中心并且同样地照射所有光学传感器，则优选地，自动地可以发生上述阵列相对于光轴的移位，以便使阵列上的光斑偏心。因此，可以进行可靠的距离测量。
此外，在具有可移动光源的扫描***中，象限二极管上的光斑的位置可能不固定。这仍然是可能的，但可能需要使用不同的校准，这取决于二极管中光斑的xy位置。
此外，使用上述组合信号Q是用于距离测量的非常可靠的方法。通常，Q是对象的纵向坐标和/或光斑大小(诸如光斑的直径或等效直径)的单调函数。因此，作为示例，特别是在使用线性光学传感器的情况下，商Q＝s1/s2是光斑大小的单调递减函数。不希望受该理论的束缚，据信这是由于如下事实，在上述优选设置中，传感器信号，诸如上述第一传感器信号s1和上述第二传感器信号s2，随着距光源的距离增加而作为平方函数减小，因为到达检测器的光量减少。然而，其中，由于偏心，传感器信号中的一个传感器信号比另一个传感器信号更快地减小，因为在实验中使用的光学设置中，图像平面中的光斑增长，并且因此在更大的区域上散布(spread)。然而，通过散布光斑，与非常小的光斑的情况相比，照射光斑中心外的一个或多个光学传感器的光的部分增加。因此，随着光束直径或光斑直径增加，传感器信号的商连续变化，即增大或减小。此外，商可以进一步主要独立于光束的总功率，因为光束的总功率在所有传感器信号中形成因子。因此，商Q可以形成次级信号，该次级信号在传感器信号和光束的大小或直径之间提供独特且明确的关系。
另一方面，由于光束的大小或直径取决于光束从中朝向检测器传播的对象与检测器本身之间的距离，即取决于对象的纵向坐标，可存在第一和第二传感器信号与纵向坐标之间的唯一且明确的关系。对于后者，可以参考例如一个或多个上述现有技术文献，诸如WO2014/097181 A1。预定关系可以通过分析考虑来确定，诸如通过假设高斯光束的线性组合，通过经验测量，诸如测量作为对象的纵向坐标的函数的第一和第二传感器信号或从其导出的次级信号或二者的测量。
如上所述，具体地，可以使用象限光电二极管。作为示例，可以集成商业上可获得的象限光电二极管，以便提供四个光学传感器，诸如可从Hamamatsu PhotonicsDeutschland GmbH，D-82211 Herrsching am Ammersee，Germany获得的一个或多个象限光电二极管，诸如S4349型的象限Si PIN光电二极管，其在UV光谱范围内对近红外光谱范围敏感。在使用光学传感器阵列的情况下，阵列可以是裸芯片或可以是诸如包封在TO-5金属封装中的包封阵列。另外或可替代地，可以使用表面安装的装置，诸如可从TT Electronicsplc，Fourth Floor，St Floors House，West Street Woking Surrey，GU21 6EB，England获得的TT Electronics OPR5911。应注意，也可使用其它光学传感器。
此外，应注意，除了使用恰好一个象限光电二极管的选择之外，还可以使用两个或更多个象限光电二极管。因此，作为示例，如上所述，第一象限光电二极管可以用于距离测量，提供两个或更多个光学传感器。例如，在从第一象限光电二极管的光束路径分离的第二部分光束路径中，可以使用另一象限光电二极管，用于横向位置测量，诸如用于使用至少一个横向坐标x和/或y。作为示例，第二象限光电二极管可以相对于光轴位于同轴。
此外，应当注意，除了使用一个或多个象限光电二极管的选项之外，一个或多个象限光电二极管或另外的光电二极管阵列也可以由优选地以对称形状(诸如矩形矩阵，诸如2×2矩阵)彼此靠近布置或组装的分离的光电二极管替换或模仿。然而，进一步的布置是可行的。在这种布置或组件中，光电二极管可以被布置或组装在壳体或安装件中，诸如单个壳体或安装件中的所有光电二极管或一个壳体或安装件中的光电二极管组，或者单独的壳体或安装件中的光电二极管中的每一个光电二极管。此外，光电二极管也可以直接组装在电路板上。在这种布置或组件中，光电二极管可以布置成使得光电二极管的有源区域之间的间隔具有小于1厘米，优选地小于1毫米，更优选地尽可能小的相异值。此外，为了避免可能使测量劣化的光学反射、畸变等，有源区域之间的空间可以是空的或者用材料填充，优选地用诸如黑色硅、黑色聚甲醛等的黑色聚合物的光吸收材料填充，或更优选地用诸如黑色陶瓷或绝缘黑色聚合物(诸如黑色硅等)的光学吸收且电绝缘材料填充。此外，光电二极管分离的相异值也可以通过在光电二极管之间添加不同的构建块(诸如塑料隔板)来实现。其它实施例是可行的。通过在类似设置中(诸如在有源区域之间具有最小距离的2×2矩形矩阵中)布置的单个二极管替换象限光电二极管，可以进一步最小化光学检测器的成本。此外，来自象限二极管的两个或更多个二极管可以并联或串联连接以形成单个光敏区域。
另外或可替代地，光学传感器可以包括本征光伏类型的至少一个光学传感器，更优选地，选自如下的至少一个半导体光电二极管：Ge光电二极管、InGaAs光电二极管、扩展的InGaAs光电二极管、InAs光电二极管、InSb光电二极管、HgCdTe光电二极管。另外或可替代地，光学传感器可以包括非本征光伏类型的至少一个光学传感器，更优选地，选自如下的至少一个半导体光电二极管：Ge：Au光电二极管、Ge:Hg光电二极管、Ge:Cu光电二极管、Ge:Zn光电二极管、Si:Ga光电二极管、Si:As光电二极管。另外或可替代地，光学传感器可包括至少一个测辐射热计，优选地选自由VO测辐射热计和非晶硅测辐射热计组成的组的测辐射热计。
光学传感器每个独立地可以是不透明的、透明的或半透明的。然而，为了简单起见，可以使用对光束不透明的不透明传感器，因为这些不透明传感器通常广泛地在商业上可获得。
光学传感器每个具体地可以是均匀的传感器，每个传感器具有单个光敏区域。因此，光学传感器具体可以是非像素化光学传感器。
如上所述，通过评估传感器信号，可以使检测器能够确定对象的至少一个纵向坐标，包括确定整个对象或其一个或多个部分的纵向坐标的选项。然而，另外，对象的其它坐标(包括一个或多个横向坐标和/或旋转坐标)可以由检测器确定，具体地由评估装置确定。因此，作为示例，一个或多个附加横向传感器可用于确定对象的至少一个横向坐标。各种横向传感器在本领域中通常是已知的，诸如WO 2014/097181 A1中公开的横向传感器和/或其它位置敏感装置(PSD)，诸如象限二极管、CCD或CMOS芯片等。这些装置通常也可以实施在根据本发明的检测器中。作为示例，光束的一部分可以通过至少一个分束元件在检测器内分离。作为示例，分离部分可以被引导朝向横向传感器，诸如CCD或CMOS芯片或相机传感器，并且可确定由横向传感器上的分离部分生成的光斑的横向位置，从而确定对象的至少一个横向坐标。因此，根据本发明的检测器可以是一维检测器，诸如简单的距离测量装置，或者可以实施为二维检测器或甚至实施为三维检测器。此外，如上所述或如下面进一步详细描述的，通过以一维方式扫描景物或环境，还可以创建三维图像。因此，根据本发明的检测器具体可以是一维检测器、二维检测器或三维检测器中的一种检测器。评估装置可以进一步被配置为确定对象的至少一个横向坐标x，y。评估装置可以适于组合纵向坐标和横向坐标的信息，并确定对象在空间中的位置。
在一个实施例中，检测器可包括：
-至少一个测量头，其包括一个光学测量光纤和至少一个传送装置；
-至少两个光学传感器，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成响应于源自光学测量光纤的至少一个光束对其相应光敏区域的照射来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向坐标z。
如在此所使用的，术语“测量头”是指适于从对象接收至少一个光束的至少一个测量部件。测量头可以是或可以包括至少一个光学测量光纤，并且可以进一步包括选自如下的至少一个元件：至少一个光学照射光纤；至少一个光学测量光纤；至少一个间隔元件；至少一个传送元件。特别是考虑到光学测量光纤和至少一个照射光纤的布置，测量头可以包括至少一个径向布置或甚至径向对称的设计。径向布置或径向对称设计可以允许增强测量的稳健性，特别是在对象的测量点中的强黑白对比度处的测量值或者用于凹表面或凸表面的测量。
如在此所使用的，术语“光学测量光纤”是指具有至少一根光纤的至少一个角度相关光学元件。测量头可以包括恰好一个光学测量光纤。为了仅允许使用一个光学测量光纤，组合信号Q由至少两个传感器信号确定，两个传感器信号来自布置在光学测量光纤的出射端处的至少两个光学传感器。光学测量光纤可包括两个端部。光学测量光纤可包括适于接收源自对象的至少一个光束的至少一个接收端。光学测量光纤可以包括至少一个出射端，源自对象的光束从该出射端离开光学测量光纤。光学测量光纤也可以表示为接收光纤。接收端也可以表示为至少一个接收光纤的至少一个入射面，其也可以表示为从对象行进到检测器的光束撞击在角度相关光学元件上(具体地是光纤上)的位置。不希望受该理论的束缚，据信保留光纤所接收的光束的入射角，使得入射角等于出射角，假设入射角等于或小于光纤的接收角。因此，在光束中编码的距离信息可以基本上保留，并且可以使用组合信号Q来评估。
光学传感器可以是双单元或象限二极管的部分二极管和/或包括至少一个CMOS传感器。例如，光学传感器可以包括CMOS传感器。评估装置可以适于将CMOS传感器的传感器区域划分成至少两个子区域。具体地，评估装置可以适于将CMOS传感器的传感器区域划分成至少一个左侧部分和至少一个右侧部分和/或至少一个上侧部分和至少一个下侧部分和/或至少一个内部部分和至少一个外部部分。评估装置可以被配置用于通过评估来自至少两个子区域的传感器信号的组合信号Q来确定对象的至少一个纵向坐标z。使用至少一个CMOS传感器可以允许照射源的移动以照射对象。特别地，至少一个光学照射光纤和光学测量光纤的独立移动可以是可能的。
测量头可包括至少一个传送装置，该传送装置包括至少一个准直透镜。传送装置的数值孔径可以小于光学测量光纤的数值孔径。
检测器可包括至少一个光学照射光纤。照射源可以适于通过光学照射光纤照射对象。如在此所使用的，术语“光学照射光纤”是指至少一根光纤，其适于提供至少一个光束以照射对象。光学照射光纤可以是或可以包括至少一个光导元件。光学照射光纤可以包括至少一个第一端，该第一端适于接收例如由照射源生成的至少一个照射光束。另外或可替代地，可以引导照射源通过光纤。光学照射光纤可以包括至少一个第二端，照射光束从该第二端离开光学照射光纤以照射对象。第二端也可以表示为至少一个光学照射光纤的出射面。在使用布置为双单元或象限二极管的部分二极管的光学传感器的情况下，光学测量光纤和光学照射光纤可以特别是固定地互连。除了使用光学照射光纤的照射之外或作为其替代，可以通过从任意照射源生成的光束照射对象。特别地，对象的照射可以独立于光纤执行。
照射源和光学传感器可以通过基线分开。特别地，光学照射光纤可以包括至少一个发射器-透镜。光学测量光纤可包括至少一个接收器-透镜。发射器-透镜和接收器-透镜之间的基线可以很小。基线可小于0.01m，优选小于0.005m，更优选小于0.0025m。双单元或象限二极管的部分二极管的分界线可以与基线基本上平行或基本上正交地布置。
在本发明的另一方面，公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器***。检测器***包括根据本发明的至少一个检测器，诸如根据上面公开的一个或多个实施例或根据下面进一步详细公开的一个或多个实施例。检测器***进一步包括至少一个信标装置，该信标装置适于将至少一个光束引导朝向检测器，其中信标装置是可附着到对象、可被对象保持并可整合到对象中的至少一个。下面将给出关于信标装置的进一步细节，包括其潜在实施例。因此，至少一个信标装置可以是或可以包括至少一个有源信标装置，该有源信标装置包括一个或多个照射源，诸如一个或多个光源，如激光器、LED、灯泡等。作为示例，由照射源发射的光可以具有300至1000nm，特别是500至1000nm的波长。可替代地，如上所述，可以使用诸如在780nm至3.0μm的范围内的红外光谱范围。具体地，可以使用硅光电二极管特别适用于700nm至1000nm范围的近红外区域。如上所述，由一个或多个信标装置发射的光可以是未调制的或可以是调制的，以便区分两个或更多个光束。另外或可替代地，该至少一个信标装置可以适于将一个或多个光束反射向检测器，诸如通过包括一个或多个反射元件。此外，该至少一个信标装置可以是或可以包括适于散射光束的一个或多个散射元件。其中，可以使用弹性或非弹性散射。在至少一个信标装置适于将主光束反射和/或散射向检测器的情况下，信标装置可以适于使光束的光谱特性不受影响，或者可替代地可以适于诸如通过改变光束的波长来改变光束的光谱特性。
在本发明的另一方面，公开了一种用于在用户和机器之间交换至少一个信息项的人机接口。人机接口包括根据上面公开的实施例和/或根据下面进一步详细公开的一个或多个实施例的至少一个检测器***。其中，该至少一个信标装置适于直接或间接地附接到用户或由用户持有中的至少一个。人机接口被设计成借助于检测器***确定用户的至少一个位置，其中人机接口被设计成将至少一个信息项分配给位置。
在本发明的另一方面，公开了一种用于执行至少一个娱乐功能的娱乐装置。娱乐装置包括根据上面公开的实施例和/或根据下面进一步详细公开的一个或多个实施例的至少一个人机接口。娱乐装置被配置为使得玩家能够借助于人机接口输入至少一个信息项。娱乐装置进一步被配置为根据该信息改变娱乐功能。
在本发明的另一方面，公开了一种用于跟踪至少一个可移动对象的位置的跟踪***。跟踪***包括根据一个或多个实施例的至少一个检测器***，其涉及如上所公开和/或下面进一步详细公开的检测器***。跟踪***进一步包括至少一个跟踪控制器。跟踪控制器适于在特定时间点跟踪对象的一系列位置。
在本发明的另一方面，公开了一种用于对至少一个对象成像的相机。该相机包括根据任何一个实施例的至少一个检测器，其涉及如上所公开或下面进一步详细公开的检测器。
在本发明的另一方面，提出了一种用于光学存储介质的读出装置。读出装置包括根据涉及检测器的前述实施例中的任何一个实施例的至少一个检测器。如其中所使用的，用于光学存储介质的读出装置通常是指能够光学地检索存储在光学存储介质(诸如光学存储盘，例如CCD、DVD或蓝光光盘)中的信息的装置。因此，根据本发明的检测器的上述测量原理可用于检测光学存储介质(诸如光学存储盘)内的数据模块。作为示例，在存在反射数据模块并反射照射光束的情况下，检测器不仅将根据上述测量原理检测反射光束，还将检测检测器与反射数据模块之间的距离，即光学存储介质内反射数据模块的深度。因此，作为示例，检测器可以用于检测光学存储介质内的信息模块或数据模块的不同层。因此，作为示例，可以生成并读出两层盘或三层盘或甚至具有多于三层的盘。
在本发明的另一方面，提供了一种用于确定景物的深度轮廓的扫描***，其还可以意味着确定至少一个对象的至少一个位置。扫描***包括根据本发明的至少一个检测器，诸如在上面列出的一个或多个实施例中公开的和/或如下面的一个或多个实施例中公开的至少一个检测器。扫描***进一步包括至少一个照射源，其适于用至少一个光束扫描景物，该光束也可以称为照射光束或扫描光束。如在此所使用的，术语“景物”通常是指检测器可见的二维或三维范围，使得可以用检测器评估二维或三维范围的至少一个几何或空间特性。如在此进一步使用的，术语“扫描”通常是指不同区域中的连续测量。因此，扫描具体地可以暗示至少一个第一测量，其中照射光束以第一方式取向或定向，以及至少一个第二测量，其中照射光束以与第一方式不同的第二方式取向或定向。扫描可以是连续扫描或逐步扫描。因此，以连续或逐步的方式，照射光束可以被引导到景物的不同区域中，并且可以检测检测器以针对每个区域生成至少一个信息项，诸如至少一个纵向坐标。作为示例，为了扫描对象，一个或多个照射光束可以连续地或以逐步的方式在对象的表面上产生光斑，其中针对光斑生成纵向坐标。然而，可替代地，光图案可以用于扫描。扫描可以是点扫描或线扫描，或者甚至是具有更复杂光图案的扫描。扫描***的照射源可以与检测器的可选照射源不同。然而，可替代地，扫描***的照射源也可以与检测器的至少一个可选照射源完全或部分相同或集成在一起。
因此，扫描***可以包括至少一个照射源，该照射源适于发射至少一个光束，该光束被配置用于照射位于至少一个对象的至少一个表面上的至少一个点。如在此所使用的，术语“点”指的是在对象表面的一部分上的区域，特别是小区域，其可以例如由扫描***的用户选择，以由照射源照射。优选地，点可以呈现如下大小，一方面该大小可以尽可能小，以便允许扫描***尽可能精确地确定如扫描***所包含的照射源与点可能位于其上的对象表面的一部分之间的距离的值，并且另一方面，该大小可以尽可能大，以便允许扫描***的用户或扫描***本身(特别通过自动程序)，检测对象表面的相关部分上的点的存在。
为该目的，照射源可以包括人造照射源，特别是至少一个激光源和/或至少一个白炽灯和/或至少一个半导体光源，例如至少一个发光二极管，特别是有机和/或无机发光二极管。作为示例，由照射源发射的光可以具有300-1000nm，特别是500至1000nm的波长。另外或可替代地，可以使用诸如在780nm至3.0μm的范围内红外光谱范围内的光。具体地，可以使用硅光电二极管特别适用于700nm至1000nm范围的近红外区域的部分中的光。由于它们通常定义的光束轮廓和其它可操作性的特性，因此特别优选使用至少一个激光源作为照射源。在此，特别是在提供可以由用户容易地存储和运输的紧凑扫描***是重要的情况下，可以优选使用单个激光源。因此，照射源可以优选地是检测器的组成部分，并且因此可以特别地集成到检测器中，诸如集成到检测器的壳体中。在优选实施例中，特别地，扫描***的壳体可以包括至少一个显示器，该显示器被配置用于诸如以易于阅读的方式向用户提供距离相关信息。在另一优选实施例中，特别地，扫描***的壳体可另外包括至少一个按钮，该按钮可被配置用于操作与扫描***相关的至少一个功能，诸如用于设置一个或多个操作模式。在另一优选实施例中，特别地，扫描***的壳体可另外包括至少一个紧固单元，该紧固单元可被配置用于将扫描***紧固到另一表面，诸如橡胶脚、底板或墙壁保持器，诸如包括磁性材料的底板或保持器，特别用于提高用户的距离测量精度和/或扫描***的可操作性。
特别地，扫描***的照射源因此可以发射单个激光束，该激光束可以被配置用于照射位于对象表面的单个点。通过使用根据本发明的至少一个检测器，因此可以生成关于至少一个点与扫描***之间的距离的至少一个信息项。因此，优选地，诸如通过利用如由至少一个检测器包括的评估装置，可以确定如由扫描***包括的照射***与如由照射源生成的单个点之间的距离。然而，扫描***可以进一步包括附加评估***，该附加评估***特别可以适用于该目的。可替代地或另外地，可以考虑扫描***(特别是扫描***的壳体)的大小，并且因此可替代地可以确定扫描***的壳体上的特定点(诸如壳体的前边缘或后边缘)与单个点之间的距离。照射源可以适于生成和/或投射点云，例如，照射源可以包括至少一个数字光处理投影仪，至少一个LCoS投影仪，至少一个空间光调制器；至少一个衍射光学元件；至少一个发光二极管阵列；至少一个激光光源阵列中的一个或多个。
可替代地，扫描***的照射源可以发射两个单独的激光束，该两个激光束可以被配置用于在光束发射方向之间提供相应的角度，诸如直角，由此可以照射位于相同对象的表面处或两个单独对象的两个不同表面处的两个相应点。然而，两个单独激光束之间的相应角度的其它值也是可行的。特别地，该特征可以用于间接测量功能，例如用于导出可能不能直接访问的间接距离，例如由于扫描***和点之间存在一个或多个障碍物或者否则很难达到。作为示例，通过测量两个单独的距离并通过使用毕达哥拉斯公式导出高度来确定对象高度的值是可行的。特别地，为了能够相对于对象保持预定水平，扫描***可以进一步包括至少一个调平(leveling)单元，特别是集成的气泡瓶，其可以用于保持用户的预定水平。
作为另一替代方案，扫描***的照射源可以发射多个单独的激光束，诸如激光束阵列，其可以相对于彼此呈现相应的间距(pitch)，特别是规则的间距，并且可以以为了生成位于至少一个对象的至少一个表面上的点阵列的方式来布置。为该目的，可以提供特殊适应的光学元件，诸如分束装置和反射镜，它们可以允许所描述的激光束阵列的生成。特别地，可以通过使用一个或多个可移动反射镜以周期性或非周期性方式重定向光束来导引照射源扫描区域或体积。
因此，扫描***可以提供放置在一个或多个对象的一个或多个表面上的一个或多个点的静态布置。可替代地，扫描***的照射源，特别是一个或多个激光束(诸如上述激光束阵列)可以被配置用于提供一个或多个光束，该光束可以随时间推移呈现变化的强度和/或可以在一段时间内经受交替的发射方向。特别是通过移动一个或多个反射镜，诸如包含在所提到的微镜阵列内的微镜。因此，照射源可以被配置为通过使用具有由扫描装置的至少一个照射源生成的交替特征的一个或多个光束来扫描至少一个对象的至少一个表面的一部分作为图像。特别地，扫描***因此可以使用至少一个行扫描和/或线扫描，诸如顺序地或同时地扫描一个或多个对象的一个或多个表面。因此，扫描***可以适于通过测量三个或更多个点来测量角度，或者扫描***可以适于测量角落或狭窄区域，诸如屋顶的山墙，其使用传统的测量棒几乎难以接近。作为非限制性示例，扫描***可以用于例如生产环境中的安全激光扫描仪中，和/或如诸如结合3D打印、身体扫描、质量控制而用于确定对象的形状的3D扫描装置中，例如作为测距仪的建筑应用中，例如用于确定包裹的大小或体积的物流应用中，例如在机器人真空吸尘器或割草机中的家庭应用中，或在可能包括扫描步骤的其它类型的应用中。作为非限制性示例，扫描***可以用于工业安全幕帘应用中。作为非限制性示例，扫描***可用于执行清扫、抽真空、拖地或打蜡功能，或庭院或花园护理功能，诸如割草或耙扫。作为非限制性示例，扫描***可以采用具有准直光学器件的LED照射源，并且可以适于将照射源的频率移位到不同的频率以获得更准确的结果和/或采用滤波器来衰减某些频率，同时发送其它频率。作为非限制性示例，扫描***和/或照射源可以作为整体旋转或仅使用专用电动机旋转特定光学组件(诸如反射镜、分束器等)，使得在操作中，扫描***可以具有完整的360度视图，或甚至可以移动和/或旋转出平面以进一步增加扫描区域。此外，照射源可以主动地瞄准预定方向。此外，为了允许有线电气***的旋转，可以采用滑环、光学数据传输或电感耦合。
作为非限制性示例，扫描***可以附接到三脚架并指向具有多个拐角和表面的对象或区域。一个或多个可灵活移动的激光源附接到扫描***。移动一个或多个激光源，使得它们照射感兴趣点。当按下扫描***上的指定按钮时，测量照射点相对于扫描***的位置，并且经由无线接口将位置信息发送到移动电话。位置信息可以存储在移动电话应用中。移动激光源以照射其位置被测量并发送到移动电话应用的另外感兴趣点。移动电话应用可以通过将相邻点与平面表面连接来将该组点变换为3d模型。可以进一步存储和处理3d模型。测量的点或表面之间的距离和/或角度可以直接显示在附接到扫描***的显示器上或者位置信息被发送到的移动电话上。
作为非限制性示例，扫描***可包括用于投射点的两个或更多个灵活可移动激光源，以及用于投射线的另一个可移动激光源。该线可以用于沿着线布置两个或更多个激光斑，并且扫描装置的显示器可以显示可以沿着线(诸如相等的距离)布置的两个或更多个激光斑之间的距离。在两个激光斑的情况下，可以使用单个激光源，而使用一个或多个分束器或棱镜来修改投影点的距离，其中可以移动分束器或棱镜，使得投射的激光斑分开或靠近在一起。此外，扫描***可以适于投射另外的图案，诸如直角、圆形、正方形、三角形等，沿着该图案可以通过投射激光斑并测量它们的位置来进行测量。
该检测器包括至少一个测量头，该测量头包括：至少一个第一光学测量光纤，其适于将源自对象的至少一个光束提供给第一光学传感器；以及至少一个第二光学测量光纤，其适于将源自对象的光束提供给第二光学传感器。关于测量头和光学测量光纤的描述和实施例，参考上面或者如下面进一步详细给出的检测器的描述。
具体地，光学测量光纤中的每一个光学测量光纤可具有至少两个端部，远端端部(也表示为出射端)和至少一个近端端部(也称为接收端)。近端端部可以布置在测量头内和/或附接到测量头。相应的近端端部可以适于将源自对象的光束耦合到相应的光学测量光纤中。远端端部可以布置得更靠近光学传感器，并且可以布置成使得通过光学测量光纤从近端端部行进到远端端部的光束在远端端部处离开光学测量光纤并照射相应的光学传感器。
测量头进一步可包括至少一个传送装置。传送装置可以布置在光学测量光纤的前面。传送装置可以适于将源自对象的光束聚焦在近端端部上。例如，传送装置可包括选自如下的至少一个传送元件：至少一个凹透镜；至少一个凸透镜；至少一个球面透镜；至少一个GRIN透镜；至少一个尖端形状的透镜；至少一个棱镜形透镜，特别是非旋转对称透镜。此外，测量头可包括至少一个间隔元件，其适于将传送装置附接到光学测量光纤。第一测量光纤和第二测量光纤的光学路径可以通过机械部件(诸如完全或部分不透明的机械壁或包层等)完全或部分地光学分离，以避免内反射。通过机械部件的该光学分离可以是间隔元件的一部分。
检测器可包括至少一个光学照射光纤。照射源可以适于通过光学照射光纤照射对象。光学照射光纤可包括：至少一个第一端，其适于接收至少一个光束；以及至少一个第二端，至少一个光束从该第二端离开光学照射光纤以照射对象。光学照射光纤的至少第二端可以布置在测量头内和/或可以附接到测量头。
扫描***可包括至少一个致动器，该致动器被配置成移动测量头以扫描感兴趣区域。如在此所使用的，术语“移动”是指驱动测量头和/或使测量头振荡。如在此所使用的，术语“致动器”是指适于生成使测量头移动的力的任意装置。具体地，致动器可以附接和/或耦合和/或连接到光学测量光纤，并且可以适于生成使光学测量光纤移动，特别是振荡的力。致动器可以附接和/或耦合和/或连接到光学照射光纤，并且可以适于生成使光学照射光纤移动的力。致动器可以适于生成与光学测量光纤和/或光学照射光纤的固有共振频率的谐波对应的力。致动器可包括至少一个机电致动器和/或至少一个压电致动器。压电致动器可包括选自如下的至少一个致动器：至少一个压电陶瓷致动器；至少一个压电致动器。致动器可以被配置成使测量头，特别是光学照射光纤和/或光学测量光纤振荡。致动器可以适于以线性扫描和/或径向扫描和/或螺旋扫描移动测量头。例如，致动器可以适于在测量头上生成力，使得测量头向上和向下移动。例如，致动器可以被配置为在测量头上生成力，使得测量头在具有预定半径的轨道中移动。半径可以调节。例如，致动器可以适于生成力，使得测量头以诸如具有交替减小或增加的半径的螺旋形式移动。
作为非限制性示例，扫描***可以适于用工具支撑工作，诸如木材或金属加工工具，诸如锯、钻探工具等。因此，扫描***可以适于测量两个相反方向中的距离，并在显示器中显示两个测量距离或距离之和。此外，扫描***可以适于测量距表面边缘的距离，使得当扫描***放置在表面上时，激光点沿着表面自动移动远离扫描***，直到距离测量示出由于拐角或表面边缘引起的突然变化为止。这使得可以在扫描装置放置在木板上但远离其端部时测量木板的端部的距离。此外，扫描***可以测量木板在一个方向中的端部的距离，并且在相反方向中以指定距离投射线或圆或点。扫描***可以适于取决于在相反方向中测量的距离(诸如取决于预定的总和距离)将线或圆或点投射到一定距离。这允许在投影位置处采用诸如锯或钻探工具的工具工作，同时将扫描***放置在距工具的安全距离处，并且同时使用工具在距木板边缘预定距离中执行处理。此外，扫描***可以适于以预定距离在两个相反方向中投射点或线等。当距离之和改变时，仅投影距离中的一个投影距离改变。
作为非限制性示例，扫描***可以适于放置在表面上，诸如执行任务(诸如切割、锯切、钻孔等)的表面，并且将线以预定距离投射到表面上，该预定距离例如用扫描装置上的按钮可以调节。
作为非限制性示例，扫描***可以用于例如生产环境中的安全激光扫描仪，和/或用于诸如与3D打印、身体扫描、质量控制结合确定对象形状的3D扫描装置中，例如作为测距仪的建筑应用中，例如用于确定包裹的大小或体积的物流应用中，例如在机器人真空吸尘器或割草机中的家庭应用中，或在可能包括扫描步骤的其它类型的应用中。
如上所述，传送装置可以设计成优选地连续地将从对象传播到检测器的光馈送到光学传感器。如上所述，该馈送可任选地借助于成像或另外借助于传送装置的非成像特性实现。特别地，传送装置还可以设计成在电磁辐射被馈送到光学传感器之前收集电磁辐射。传送装置也可以全部或部分是至少一个可选照射源的组成部分，例如通过照射源被设计成提供具有限定光学特性的光束，例如具有限定的或精确已知的光束轮廓，例如至少一个高斯光束的线性组合，特别是具有已知光束轮廓的至少一个激光束。
对于可选照射源的潜在实施例，可以参考WO 2012/110924 A1。而且，其它实施例也是可行的。从对象出射的光可以源自对象本身，但也可以可选地具有不同的原点并且从该原点传播到对象并且随后朝向横向和/或纵向光学传感器传播。后一种情况可以例如通过使用至少一个照射源来实现。该照射源可以例如是或包括环境照射源和/或可以是或可以包括人造照射源。举例来说，检测器本身可包括至少一个照射源，例如至少一个激光器和/或至少一个白炽灯和/或至少一个半导体照射源，例如至少一个发光二极管，特别是有机和/或无机发光二极管。由于它们通常限定的光束轮廓和其它可操作特性，因此特别优选使用一个或多个激光器作为照射源或作为其一部分。照射源本身可以是检测器的组成部分，或者也可以与检测器无关地形成。照射源特别可以集成到检测器中，例如检测器的壳体中。可替代地或另外地，至少一个照射源也可以集成到至少一个信标装置中或集成到一个或多个信标装置中和/或集成到对象中或者连接或空间耦合到对象。
从一个或多个可选信标装置出射的光可以相应地、可替代地或附加地从这样的选项获得，光源自相应的信标装置本身、从照射源发出和/或由照射源激发。举例来说，从信标装置发出的电磁光可以由信标装置本身发射和/或由信标装置反射和/或在信标装置被馈送到检测器之前由信标装置散射。在这种情况下，可以在没有电磁辐射的光谱影响或具有这种影响的情况下实现电磁辐射的发射和/或散射。因此，举例来说，在散射期间也可以发生波长偏移，例如根据斯托克斯或拉曼。此外，光的发射可以例如通过主照射源激发，例如通过被激发的对象或对象的部分区域，以产生发光，特别是磷光和/或荧光。原则上，其它发射过程也是可能的。如果发生反射，则对象可以具有例如至少一个反射区域，特别是至少一个反射表面。该反射表面可以是对象本身的一部分，但也可以是例如与对象连接或空间耦合的反射器，例如连接到对象的反射器板。如果使用至少一个反射器，则它进而可以被视为连接到对象的检测器的一部分，例如，与检测器的其它组成部分无关。
信标装置和/或至少一个可选的照射源通常可以在以下至少一个中发光：紫外光谱范围，优选地在200nm至380nm的范围内；可见光谱范围(380nm至780nm)；红外光谱范围，优选在780nm至3.0微米的范围内，更优选在近红外区域的部分中，其中硅光电二极管特别适用于700nm至1000nm的范围。对于热成像应用，目标可以发射远红外光谱范围内的光，优选地在3.0微米至20微米的范围内。例如，至少一个照射源适于发射可见光谱范围内的光，优选地在500nm至780nm的范围内，最优选地在650nm至750nm或在690nm至700nm的范围内。例如，至少一个照射源适于发射红外光谱范围内的光。然而，其它选择也是可行的。
将光束馈送到光学传感器特别可以这样的方式实现，在光学传感器的可选传感器区域上产生例如具有圆形、椭圆形或不同配置的横截面的光斑。举例来说，检测器可以具有可视范围，特别是立体角范围和/或空间范围，在该范围内可以检测对象。优选地，传送装置可以以这样的方式设计，使得例如在对象布置在检测器的可视范围内的情况下，光斑完全布置在光学传感器的传感器区域(region)和/或传感器区域(area)上。举例来说，可以选择传感器区域以具有相应的大小以便确保这种情况。
在另一方面，本发明公开了一种通过使用诸如根据本发明(诸如根据涉及如以上公开的或如下面进一步详细公开的检测器的一个或多个实施例)的检测器来确定至少一个对象的位置的方法。仍然可以使用其它类型的检测器。该方法包括以下方法步骤，其中方法步骤可以以给定顺序执行或者可以以不同顺序执行。此外，可以存在未列出的一个或多个附加方法步骤。此外，可以重复执行一个、多于一个或甚至所有方法步骤。
该方法包括以下步骤：
-提供至少一个角度相关光学元件并生成具有取决于入射角的具有至少一个光束轮廓的至少一个光束；
-提供至少两个光学传感器，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成响应于由角度相关光学元件生成的光束对其相应光敏区域的照射而生成至少一个传感器信号；
-采用由角度相关光学元件生成的光束照射检测器的至少两个光学传感器的光敏区域中的每一个光敏区域，其中，由此，光敏区域中的每一个光敏区域生成至少一个传感器信号；以及
-评估传感器信号，从而确定对象的至少一个纵向坐标z，其中，评估包括导出传感器信号的组合信号Q。
具体地，评估第一和第二传感器信号可以包括通过除第一和第二传感器信号，通过除第一和第二传感器信号的倍数或者通过除第一和第二传感器信号的线性组合来导出组合信号Q。此外，确定纵向坐标可以包括评估组合信号Q。
如上所述，第二光学传感器具体可包括至少两个光敏元件。该方法可以进一步包括通过评估光敏元件的传感器信号来确定对象的至少一个横向坐标x，y。
该方法可以进一步包括以下步骤：
-提供至少一个测量头，该测量头包括一个光学测量光纤和至少一个传送装置；
-生成源自光学测量光纤的至少一个光束；
-提供至少两个光学传感器，其中，每个光学传感器被设计成响应于由源自光学测量光纤的至少一个光束对其相应光敏区域的照射而生成至少一个传感器信号；
-采用光束照射至少两个光学传感器的光敏区域中的每一个光敏区域，其中，由此，光敏区域中的每一个光敏区域生成至少一个传感器信号；以及
-评估传感器信号，从而确定对象的至少一个纵向坐标z，其中，评估包括导出传感器信号的组合信号Q。
对于细节、选项和定义，可以参考如上所述的检测器。因此，具体地，如上所述，该方法可以包括使用根据本发明的检测器，诸如根据上面给出或者在下面进一步详细给出的一个或多个实施例的检测器。
在本发明的另一方面，为了用途目的，提出了根据本发明(诸如根据上面给出或者在下面进一步详细给出的一个或多个实施例)的检测器的用途，该用途选自以下：交通技术中的位置测量；娱乐应用；光学数据存储应用；安保应用；监督应用；安全应用；人机接口应用；跟踪应用；摄影应用；成像应用或相机应用；用于生成至少一个空间的地图的地图绘制应用；用于车辆的归航或跟踪信标检测器；机器视觉应用；机器人应用；质量控制应用；制造业应用。
该对象通常可以是生物或非生物。检测器或检测器***甚至可以包括至少一个对象，该对象由此形成检测器***的一部分。然而，优选地，对象可以在至少一个空间维度中独立于检测器移动。该对象通常可以是任意对象。在一个实施例中，对象可以是刚性对象。其它实施例是可行的，诸如其中对象是非刚性对象或可以改变其形状的对象的实施例。
如下面将进一步详细描述的，本发明可以具体地用于跟踪人的位置和/或运动，诸如用于控制机器、游戏或运动模拟的目的。在该实施方式或其它实施方式中，具体地，该对象可以选自如下：运动器材制品，优选选自由球拍、球杆、球棒组成的组的制品；衣服制品；帽子；鞋。
因此，通常，根据本发明的装置，诸如检测器，可以应用于各种用途领域。具体地，检测器可以应用于用途目的，该用途选自如下：交通技术中的位置测量；娱乐应用；安保应用；人机接口应用；跟踪应用；摄影应用；用于生成至少一个空间(诸如从房间、建筑物和街道的组中选择的至少一个空间)的地图的地图绘制应用；移动应用；网络摄像头；音频装置；杜比环绕音响***；计算机***装置；游戏应用；相机或视频应用；安保应用；监督应用；汽车应用；运输应用；医疗应用；体育应用；机器视觉应用；车辆应用；飞机应用；船舶申请；航天器应用；建筑应用；施工应用；制图应用；制造应用。另外或可替代地，可以命名本地和/或全球定位***中的应用，特别是基于地标的定位和/或导航，特别是用于汽车或其它车辆(诸如火车、摩托车、自行车、货物运输卡车)、机器人或供行人使用。此外，室内定位***可被称为潜在应用，诸如用于家庭应用和/或用于制造、物流、监督或维护技术中的机器人。
根据本发明的装置可以用于移动电话、平板计算机、膝上型计算机、智能面板或其它固定或移动或可穿戴计算机或通信应用中。因此，根据本发明的装置可以与至少一个有源光源(诸如在可见光范围或红外光谱范围中发射光的光源)组合，以便提高性能。因此，作为示例，根据本发明的装置可以用作相机和/或传感器，诸如与用于扫描和/或检测环境、对象和生物的移动软件组合。根据本发明的装置甚至可以与诸如传统相机的2D相机组合，以便增加成像效果。根据本发明的装置可以进一步用于监视和/或记录目的，或者作为输入装置来控制移动装置，特别是与语音和/或手势识别相结合。因此，具体地，根据本发明的用作人机接口的装置(同样称为输入装置)可以用于移动应用中，诸如用于经由诸如移动电话的移动装置控制其它电子装置或组件。作为示例，根据本发明的包括至少一个装置的移动应用可以用于控制电视机、游戏控制台、音乐播放器或音乐装置或其它娱乐装置。
此外，根据本发明的装置可以用于网络摄像头或用于计算应用的其它***装置。因此，作为示例，根据本发明的装置可以与用于成像、记录、监视、扫描或运动检测的软件组合使用。如在人机接口和/或娱乐装置的上下文中所概述的，根据本发明的装置对于通过面部表情和/或身体表达来给出命令特别有用。根据本发明的装置可以与其它输入生成装置组合，例如鼠标、键盘、触摸板、麦克风等。此外，根据本发明的装置可以诸如通过使用网络摄像头而用于游戏应用中。此外，根据本发明的装置可以用于虚拟训练应用和/或视频会议。此外，根据本发明的装置可用于识别或跟踪在虚拟或增强现实应用中使用的手、臂或对象，尤其是戴头戴式显示器时。例如，该装置可用于确定眼睛和眼镜之间的距离和/或虚拟或增强现实应用中眼睛和/或眼镜的位置，诸如以确定投影的焦点和/或位置。
此外，根据本发明的装置可以用于移动音频装置、电视装置和游戏装置中，如上面部分地所述。具体地，根据本发明的装置可以用作电子装置、娱乐装置等的控制器或控制装置。此外，根据本发明的装置可以用于眼睛检测或眼睛跟踪，诸如在2D和3D显示技术中，特别是采用用于增强现实应用的透明显示器，和/或用于识别是否正在观看显示器和/或从哪个角度观看显示器。此外，特别是当佩戴头戴式显示器时，根据本发明的装置可以用于探索与虚拟或增强现实应用相关联的房间、边界、障碍物。
此外，根据本发明的装置可以用在诸如DSC相机的数码相机和/或诸如SLR相机的反射相机中。对于这些应用，可以参考根据本发明的装置在如上所公开的诸如移动电话的移动应用中的用途。
此外，根据本发明的装置可以用于安全或监督应用。因此，作为示例，根据本发明的至少一个装置通常可以与一个或多个数字和/或模拟电子装置组合，如果对象在预定区域内部或外部(例如用于银行或博物馆中的监督应用)则给出信号。具体地，根据本发明的装置可以用于光学加密。通过使用根据本发明的至少一个装置的检测可以与其它检测装置组合以补充诸如IR、X射线、UV-VIS、雷达或超声波检测器的波长。根据本发明的装置可以进一步与主动红外光源组合以允许在低光环境中进行检测。与主动检测器***相比，根据本发明的装置通常是有利的，具体地，因为根据本发明的装置可以避免主动发送可能由第三方检测到的信号，如在例如在雷达应用、超声波应用、LIDAR或类似的主动检测器装置的情况下。因此，通常，根据本发明的装置可以用于移动对象的无法识别和不可检测的跟踪。另外，根据本发明的装置与传统装置相比通常不太易于操纵和刺激。
此外，考虑到通过使用根据本发明的装置的3D检测的容易性和准确性，根据本发明的装置通常可以用于面部、身体和人的识别和标识。其中，根据本发明的装置可以与用于识别或个人化目的的其它检测装置组合，诸如密码、指纹、虹膜检测、语音识别或其它手段。因此，通常，根据本发明的装置可以用于安全装置和其它个性化应用中。
此外，根据本发明的装置可以用作用于产品标识的3D条形码读取器。
除了上述的安全和监督应用之外，根据本发明的装置通常可以用于对空间和区域进行监督和监视。因此，根据本发明的装置可以用于监督和监视空间和区域，并且作为示例，用于在违反禁止区域的情况下触发或执行警报。因此，通常，根据本发明的装置可以用于建筑物监督或博物馆中的监督目的，可选地与其它类型的传感器组合，诸如与运动或热传感器组合，与图像增强器或图像增强装置和/或光电倍增管组合。此外，根据本发明的装置可以在公共空间或拥挤的空间中使用以检测潜在的危险活动，诸如在停车场中的盗窃或无人值守的对象(诸如机场中的无人值守的行李)的犯罪行为。
此外，根据本发明的装置可以有利地应用于诸如视频和便携式摄像机应用的相机应用中。因此，根据本发明的装置可以用于运动捕捉和3D电影记录。其中，根据本发明的装置通常提供了优于传统光学装置的大量优点。因此，根据本发明的装置通常需要相对于光学组件的较低复杂性。因此，作为示例，与传统光学装置相比，诸如通过仅提供具有一个透镜的根据本发明的装置，可以减少透镜的数量。由于复杂性降低，非常紧凑的装置是可能的，诸如用于移动使用。诸如由于通常需要大量的分束器，具有两个或更多个具有高质量的透镜的传统光学***通常是庞大的。此外，根据本发明的装置通常可以用于聚焦/自动聚焦装置，诸如自动聚焦相机。此外，根据本发明的装置同样可以用于光学显微镜，特别是用于共焦显微镜。本发明的一个或多个装置可用于确定显微镜中的距离，诸如从透镜到样品或样品取向的距离。
此外，根据本发明的装置通常可应用于汽车技术和运输技术的技术领域。因此，作为示例，根据本发明的装置可以用作距离和监视传感器，诸如用于自适应巡航控制、紧急制动辅助、车道偏离警告、环绕视图、盲点检测、交通标志检测、交通标志识别、车道识别、后方交叉路口警报、取决于迫近的交通或前方行驶的车辆调整前照灯强度和范围的光源识别、自适应前照灯***、远光前照灯自动控制、前照灯自适应切断灯***、无眩光远光前照灯***、通过前照灯照射标记动物、障碍物等、后方交叉路口警报以及其它驾驶员辅助***(诸如高级驾驶员辅助***)，或其它汽车和交通应用。此外，根据本发明的装置可以用在驾驶员辅助***中，该驾驶员辅助***预先考虑驾驶员的操纵以避免碰撞等。此外，根据本发明的装置还可以用于速度和/或加速度测量，例如通过分析通过使用根据本发明的检测器获得的位置信息的第一和第二时间导数。该特征通常可适用于汽车技术、运输技术或一般交通技术。在其他技术领域中的应用是可行的。室内定位***中的特定应用可以是检测乘客在运输中的定位，更具体地是电子控制安全***(例如安全气囊)的使用。在乘客定位为使用安全气囊会导致严重伤害的情况下可以防止使用安全气囊。此外，在诸如汽车、火车、飞机等的车辆中，尤其是在自动驾驶车辆中，根据本发明的装置可用于确定驾驶员是注意交通还是分心、睡着或疲劳或者由于消耗酒精等而无法驾驶。
在这些或其他应用中，通常，根据本发明的装置可以用作独立装置或与其他传感器装置组合使用，例如与雷达和/或超声装置组合。具体地，根据本发明的装置可用于自动驾驶和安全问题。此外，在这些应用中，根据本发明的装置可以与红外传感器、作为声波传感器的雷达传感器、二维相机或其他类型的传感器结合使用。在这些应用中，根据本发明的装置的一般无源特性是有利的。因此，由于根据本发明的装置通常不需要发射信号，因此可以避免有源传感器信号与其他信号源干扰的风险。具体地，根据本发明的装置可以与识别软件结合使用，例如标准图像识别软件。因此，由根据本发明的装置提供的信号和数据通常易于处理，因此通常需要比已建立的3D测量***更低的计算能力。考虑到空间需求低，根据本发明的装置，例如相机，可以放置在车辆的几乎任何地方，例如窗户屏幕上或后面、前罩、保险杠上、灯上、反射镜上或其他地方等等。根据本发明的各种检测器，例如基于本发明公开的效果的一个或多个检测器，可以组合，例如以便允许自动驾驶车辆或者为了提高主动安全概念的性能。因此，根据本发明的各种装置可以与根据本发明的一个或多个其他装置和/或传统传感器组合，例如在后窗、手柄、侧窗或前窗等窗户中，在保险杠上或在灯上。
根据本发明的至少一个装置的组合，例如根据本发明的至少一个检测器，具有一个或多个雨水检测传感器也是可能的。这是因为根据本发明的装置通常优于传统的传感器技术，例如雷达，特别是在大雨期间。根据本发明的至少一个装置与至少一种传统的传感技术(例如雷达)的组合可以允许软件根据天气条件选择正确的信号组合。
此外，根据本发明的装置通常可以用作制动辅助和/或停车辅助和/或用于速度测量。速度测量可以集成在车辆中，或者可以在车辆外部使用，诸如以便测量在交通控制中其它车辆的速度。此外，根据本发明的装置可以用于检测停车场中的免费停车位。此外，根据本发明的装置可用于诸如自动停车场中的牵引机器人。
此外，根据本发明的装置可以包括一个或多个运动传感器，诸如选自如下的一个或多个传感器：位置传感器；倾斜传感器；加速度传感器；振动传感器；陀螺仪传感器。可以使用其它类型的运动传感器。如在此所使用的，运动传感器通常是指如下传感器，其适于确定传感器和/或传感器可以附接到的和/或传感器可以集成到其中的对象的位置、速度、加速度和倾斜度或取向中的至少一个。在沿光轴的线性测量距离测量中，与运动传感器的组合可允许在除光轴之外的方向中进行测量。作为示例，测量第一对象沿光轴的第一距离，通过诸如陀螺仪的运动传感器测量测量头的旋转角度，并沿旋转的光轴测量距第二对象的第二距离可以允许通过使用三角学的标准定律来确定第一和第二对象之间的距离。
此外，根据本发明的装置可用于医疗***和运动领域。因此，在医疗技术领域中，可以命名例如用于内窥镜的手术机器人，因为，如上所述，根据本发明的装置可能仅需要低容量并且可以集成到其它装置中。具体地，根据本发明的具有至多一个透镜的装置可以用于在诸如内窥镜的医疗装置中采集3D信息。将根据本发明的装置用于医疗内窥镜检查允许避免尖端和额外电缆中的电子器件。这可以允许分离电子器件和光机械部件，诸如用于消毒，如通常例如在腹腔镜检查中所做的那样。特别地，根据本发明的装置可以有利地用于病变大小测量、管腔容积(气道腔)、器官位置、器官大小、参考位置或用于诊断和随访的大小测量或允许在诸如病变、肿瘤等的定位的操作过程中的更高精度。此外，用于内窥镜检查的聚焦和/或自动聚焦是可能的。此外，根据本发明的装置可有利地用于内窥镜检查图像中的大小校准。此外，根据本发明的装置可以与适当的监视软件组合，以便能够跟踪和分析运动。这可以允许医疗装置(诸如内窥镜或手术刀)的位置与来自医学成像(诸如从磁共振成像、x射线成像或超声成像获得)的结果的即时覆盖。这些应用例如在医疗治疗中特别有价值，其中诸如在脑外科手术和远程诊断和远程医疗中精确的位置信息很重要。
此外，根据本发明的装置可以用于3D身体扫描。如上所述，扫描***可包括至少一个致动器，该致动器被配置用于移动测量头以扫描感兴趣区域。可移动测量头可以允许对感兴趣区域进行3D扫描。可移动测量头可以允许制造紧凑的装置。具体地，扫描***可以用于微创医疗过程，特别是内窥镜检查。具体地，扫描***可以用于增强或虚拟现实装置，诸如用于投影、测量或两者的增强或虚拟现实眼镜。身体扫描可以应用于医学领域，诸如牙科手术、整形手术、减肥手术或美容整形手术，或者它可以应用于医学诊断领域，诸如肌筋膜疼痛综合征、癌症、身体变形障碍或其它疾病的诊断。身体扫描可以进一步应用于运动领域，以评估运动器材的人体工程学使用或适配。此外，根据本发明的装置可以用于可穿戴机器人，诸如外骨骼或假肢等。
身体扫描可以进一步用于服装的上下文中，诸如确定合适的大小和衣服的适配。该技术可以用于定制衣服的上下文中，或者在从互联网或者诸如微型售货亭装置或客户礼宾装置的自助购物装置订购衣服或鞋子的上下文中。在服装上下文中的身体扫描对扫描充分穿戴的客户特别重要。
此外，根据本发明的装置可以在人员计数***的上下文中使用，诸如对电梯、火车、公共汽车、小汽车或飞机中的人数计数，或者对通过走廊、门、通道、零售店、体育馆、娱乐场所、博物馆、图书馆、公共场所、电影院、剧院等的人数计数。此外，人员计数***中的3D功能可以用于获得或估计关于被计数的人的进一步信息，诸如高度、体重、年龄、身体健康等。该信息可用于商业智能度量，和/或用于进一步优化人们可能被计数的地区以使其更具吸引力或安全性。在零售环境中，在人员计数的上下文中，根据本发明的装置可以用于识别返回的客户或跨界顾客，评估购物行为，评估进行购买的访客的百分比，优化员工班次，或者监视每个访客购物商场的成本。此外，人员计数***可用于人体测量。此外，根据本发明的装置可以用于公共交通***中，用于取决于运输长度对乘客自动收费。此外，根据本发明的装置可以用于儿童游乐场，识别受伤的儿童或从事危险活动的儿童，允许与操场玩具的额外互动，确保游乐场玩具的安全使用等。
此外，根据本发明的装置可以用于建筑工具，诸如确定到对象或墙壁的距离的测距仪，以评估表面是否是平面的，将对象对准或将对象以排序的方式放置，或用于建筑环境的检查相机等。
此外，根据本发明的装置可以应用于运动和锻炼领域，诸如用于训练、远程指示或竞赛目的。具体地，根据本发明的装置可以应用于跳舞、有氧运动、美式足球、英式足球、篮球、棒球、板球、曲棍球、田径、游泳、马球、手球、排球、橄榄球、相扑、柔道、击剑、拳击、高尔夫、赛车、激光标签、战场模拟等。根据本发明的装置可用于检测运动中和比赛中的球、球拍、剑、运动等的位置，诸如监视比赛，支持裁判或判断，具体是自动判断运动中的具体情况，例如用于判断是否实际得分或进球。
此外，根据本发明的装置可以用于汽车比赛或汽车驾驶员培训或汽车安全培训等领域，以确定汽车的位置或汽车的轨道，或者与先前的轨道或理想的轨道的偏差等。
根据本发明的装置可以进一步用于支持乐器的练习，特别是远程课程，例如如下课程，诸如提琴、小提琴、中提琴，大提琴、低音提琴、竖琴、吉他、班诺或四弦琴的弦乐器，诸如钢琴、风琴、键盘乐器、大键琴、和弦或手风琴的键盘式乐器，和/或诸如鼓、定音鼓、马林巴琴、木琴、电子琴、小鼓、康加鼓、廷巴鼓、非洲鼓或手鼓的打击乐器。
根据本发明的装置可以进一步用于康复和物理治疗，以便鼓励训练和/或以便调查和校正运动。其中，根据本发明的装置同样可以应用于距离诊断。
此外，根据本发明的装置可以应用于机器视觉领域。因此，根据本发明的一个或多个装置可以用作例如机器人的自主驾驶和/或工作的无源控制单元。结合移动机器人，根据本发明的装置可以允许自主运动和/或自主检测部件中故障。根据本发明的装置同样可以用于制造和安全监视，诸如以便避免事故，包括但不限于机器人、生产部件和生物之间的碰撞。在机器人技术中，人和机器人的安全和直接互动通常是一个问题，因为机器人在不被识别的情况下可能严重伤害人类。根据本发明的装置可以帮助机器人更好更快地定位对象和人，并允许安全的交互。鉴于根据本发明的装置的无源特性，根据本发明的装置可能比有源装置更有利，和/或可用于与例如雷达、超声波、2D相机、IR检测等现有解决方案相互补充。根据本发明的装置的特定优点是信号干扰的可能性低。因此，多个传感器可以在同一环境中同时工作，而没有信号干扰的风险。因此，根据本发明的装置通常可用于高度自动化的生产环境，例如但不限于汽车、采矿、钢铁等。根据本发明的装置同样可以用于生产中的质量控制，例如，与其它传感器(如2D成像、雷达、超声波、IR等)结合使用，诸如用于质量控制或其它目的。此外，根据本发明的装置可以用于评估表面质量，诸如用于测量从微米范围到米范围的产品的表面均匀度或对特定尺寸的粘附性(adherence)。其它质量控制应用是可行的。在制造环境中，根据本发明的装置对于加工具有复杂的三维结构的天然产物(诸如食品或木材)特别有用，以避免大量的废料。此外，根据本发明的装置可以用于监视罐、筒仓等的填充水平。此外，根据本发明的装置可以用于检查复杂产品的缺失部件、不完整部件、松散部件、低质量部件等，诸如在诸如印刷电路板的自动光学检查、组件或子组件的检查、工程组件的检查、发动机部件检查、木材质量检查、标签检查、医疗装置检查、产品取向检查、包装检查、食品包检查等中。
此外，根据本发明的装置可以用于车辆、火车、飞机、船舶、航天器和其它交通应用中。因此，除了在交通应用的上下文中提到的应用之外，还可以命名用于飞机、车辆等的无源跟踪***。使用根据本发明的至少一个装置，诸如根据本发明的至少一个检测器，用于监视移动对象的速度和/或方向是可行的。具体地，可以命名跟踪在陆地、海洋和包括空间的空中快速移动对象。根据本发明的至少一个装置，诸如根据本发明的至少一个检测器，具体地可以安装在静止和/或移动装置上。根据本发明的至少一个装置的输出信号可以例如与用于另一对象的自主或引导运动的引导机构组合。因此，用于在跟踪和***纵对象之间避免碰撞或用于实现碰撞的应用是可行的。由于所需的计算功率低、即时响应以及由于与有源***(如例如雷达)相比更难以检测和干扰的检测***的无源性质，根据本发明的装置通常是有用的和有利的。根据本发明的装置是特别有用的，但不限于例如速度控制和空中交通控制装置。此外，根据本发明的装置可以用于道路收费的自动收费***中。
通常，根据本发明的装置可以在无源应用中使用。无源应用包括对港口或危险地区的船舶以及着陆或起飞时的飞机的引导。其中，固定的已知的有源目标可用于精确引导。同样的方式也可用于在危险但是定义明确的路线上行驶的车辆，诸如采矿车辆。此外，根据本发明的装置可以用于检测快速接近的对象，诸如汽车、火车、飞行对象、动物等。此外，根据本发明的装置可以用于检测对象的速度或加速度，或者通过跟踪取决于时间的其位置、速度和/或加速度中的一个或多个来预测对象的移动。
此外，如上所述，根据本发明的装置可以用于游戏领域。因此，根据本发明的装置可以是无源的，用于与相同或不同尺寸、颜色、形状等的多个对象一起使用，诸如与用于将移动结合到其内容中的软件结合的移动检测。特别地，应用在将运动实现为图形输出时是可行的。此外，根据本发明的用于给出命令的装置的应用是可行的，诸如通过使用根据本发明进行手势或面部识别的一个或多个装置。根据本发明的装置可以与有源***组合，以便在例如在低光条件下或需要增强周围环境的其它情况下工作。另外或可替代地，根据本发明的一个或多个装置与一个或多个IR或VIS光源的组合是可能的。根据本发明的检测器与特定装置的组合同样是可能的，这可以通过***及其软件区分，例如并不限于特殊的颜色、形状、对其它装置的相对位置、移动速度、光、用于调制装置上的光源的频率、表面特性、使用的材料、反射特性、透明度、吸收特性等。除了其它可能性之外，该装置可以类似于棒、球拍、球棍、枪、刀、轮、环、方向盘、瓶、球、玻璃、花瓶、勺子、叉子、立方体、骰子、人物、木偶、玩具、烧杯、踏板、开关、手套、珠宝、乐器或用于演奏乐器(诸如琴弦、鼓槌等)的辅助装置。其它选项是可行的。
此外，根据本发明的装置可以用于检测和/或跟踪其自身发光的对象，诸如由于高温或进一步的发光过程。发光部分可以是排气流等。此外，根据本发明的装置可以用于跟踪反射对象并分析这些对象的旋转或取向。
此外，根据本发明的装置通常可以用于建筑、施工和制图领域。因此，通常，可以使用根据本发明的一个或多个装置以便测量和/或监视环境区域，例如农村或建筑物。其中，根据本发明的一个或多个装置可以与其它方法和装置组合，或者可以单独使用以便监视建筑物项目的进展和准确性、改变的对象、房屋等。根据本发明的装置可以用于生成扫描环境的三维模型，以便从地面或空中构建房间、街道、房屋、社区或景观的地图。潜在的应用领域可能是施工、制图、房地产管理、土地测量等。作为示例，根据本发明的装置可以用在无人机或多旋翼机中以监视建筑物、生产地点、烟囱、农业生产环境(诸如田地、生产工厂或景物)，以支持救援行动，以支持在危险的环境中工作，在室内或室外燃烧的地方支持消防队，或者寻找或监视一个或多个人或动物等，或用于娱乐目的，例如无人机跟踪和记录一个或多个人做的诸如滑雪或骑自行车等的运动，这可以通过跟随头盔、标记、信标装置等来实现。根据本发明的装置可用于识别障碍物、遵循预定路线、跟随边缘、管道、建筑物等，或记录环境的全局或局部地图。此外，根据本发明的装置可用于无人机的室内或室外定域和定位，用于稳定其中气压传感器不够精确的室内的无人机的高度，或用于多个无人机的相互作用，例如几个无人机的协调运动或在空中充电或加油等。
此外，根据本发明的装置可以在诸如CHAIN(Cedec家用电器互操作网络)的家用电器的互连网络中使用，以互连、自动化和控制家庭中的与基本电器相关的服务，例如能源或负荷管理、远程诊断、宠物相关电器、儿童相关电器、儿童监控、与电器相关的监控、对老年人或病人的支持或服务、家庭安全和/或监控、装置操作的远程控制以及自动维护支持。此外，根据本发明的装置可以用于加热或冷却***，例如空调***，以定位房间的哪个部分应该被带到一定的温度或湿度，特别是取决于一个或多个或更多的人的位置。此外，根据本发明的装置可以用于家用机器人，例如可以用于家务的服务或自主机器人。出于安全目的，根据本发明的装置可以用于许多不同的目的，例如为了避免碰撞或绘制环境，还用于识别用户，为给定用户个性化机器人的性能，或者用于手势或面部识别。例如，根据本发明的装置可用于机器人真空吸尘器、地板清洗机器人、干扫机器人、用于熨烫衣物的熨烫机器人、动物垃圾机器人(例如狗或猫砂机器人)、用于电车辆的充电机器人、检测入侵者的安全机器人、机器人割草机、自动泳池清洁器、雨水槽清洁机器人、机器人购物车、行李搬运机器人、线路跟踪机器人、洗衣机器人、熨衣机器人、擦窗机器人、玩具机器人、病人监测机器人、婴儿监测机器人、老年监测机器人、儿童监测机器人、运输机器人、远程临场机器人、专业服务机器人、可编程玩具机器人、探路者机器人、为行动不便的人提供陪伴的社交机器人、跟随机器人、智能卡跟随机器人、心理治疗机器人或机器人翻译和讲话到手语或手语到讲话。在诸如老年人之类的移动性较差的人的情况下，具有根据本发明的装置的家用机器人可以用于拾取对象、运输对象以及以安全的方式与对象和用户交互。此外，根据本发明的装置可用于类人机器人中，特别是在使用类人手拾起、握住或放置物体的情况下。此外，根据本发明的装置可与音频接口结合使用，特别是与家用机器人结合使用，家用机器人可作为数字助理，具有上线或离线计算机应用的接口。此外，本发明装置可用于可控制工业和家用开关和按钮的机器人中。此外，根据本发明的装置可用于诸如Mayfield's Kuri等的智能家用机器人。此外，根据本发明的装置可用于与危险材料或对象一起操作或危险环境中的机器人。作为非限制性示例，根据本发明的装置可以用在机器人或无人遥控车辆中以使用诸如化学品或放射性材料之类的危险材料，尤其是在灾害之后，或者与诸如其他危险或潜在危险的对象(地雷、未***的武器等)一起操作，或在不安全的环境中操作或调查不安全的环境，例如邻近燃烧的对象或灾后地区，或用于空中、海上、地下等的有人或无人救援行动。
此外，根据本发明的装置可用于检查粘合剂珠、密封珠等，以识别破坏、糙粒、收缩、不对称、局部缺陷等。此外，根据本发明的装置可以用于计算诸如传送带上的干果之类的对象，例如在困难的情况下，例如当相似颜色和形状的果实彼此直接接触时。此外，根据本发明的装置可用于压铸或注射模制部件的质量控制，以确保无瑕疵的铸造或模制，识别表面损坏、磨损的工具等。此外，根据本发明的装置可以用于激光划线，例如用于激光的质量控制和定位。此外，根据本发明的装置可以用于分拣***，例如检测对象的位置、旋转和形状，将其与对象数据库进行比较，并对对象进行分类。此外，根据本发明的装置可用于冲压件检查、包装检查，例如食品和药品包装检查、长丝检查等。
此外，根据本发明的装置可以用于全球定位***不够可靠情况下的导航目的。GPS信号通常使用无线电波，这些无线电波可能在室内或室外的山谷或树线下方的森林中被阻挡或难以接收。此外，特别是在无人驾驶自动驾驶车辆中，***的重量可能是关键的。特别是无人驾驶自动驾驶车辆需要高速位置数据以获得可靠的反馈和其控制***的稳定性。使用根据本发明的装置可以允许短时间响应和定位，而不会由于重型装置而增加重量。
此外，根据本发明的装置可用于家用、移动或娱乐装置，例如冰箱、微波炉、洗衣机、窗帘或百叶窗、家用警报器、空调装置、加热装置、电视、音频装置、智能手表、移动电话、电话、洗碗机、炉子等，用于检测人的存在、监视装置的内容物或功能、或与人进行交互、和/或与其他家庭、移动或娱乐装置共享有关该人的信息。
此外，根据本发明的装置可以用于支持老年人或残疾人或视力有限或没有视力的人，例如家务劳动或工作中，例如用于握持、携带或拣选对象的装置中、或者用于其中光学或声学信号指示环境中的障碍物的安全***中。
根据本发明的装置可以进一步用于农业，例如完全或部分地检测和分类害虫、杂草和/或受感染的作物植物，其中作物植物可以被真菌或昆虫感染。此外，为了收获作物，根据本发明的装置可以用于检测动物，例如鹿，否则收获装置会伤害它们。此外，根据本发明的装置可用于监测田地或温室中植物的生长，特别是对于田地或温室中给定区域，甚至对于给定的植物，调节水或肥料或作物保护产品的量。此外，在农业生物技术中，根据本发明的装置可用于监测植物的尺寸和形状。
此外，根据本发明的装置可用于在剃须、剪发或化妆过程等中引导使用者。此外，根据本发明的设备可用于记录或监视在诸如小提琴的乐器上演奏的内容。此外，根据本发明的装置可以用在诸如智能冰箱的智能家用电器中，诸如监视冰箱的内容并根据内容发送通知。此外，根据本发明的装置可用于监测或跟踪人类、动物或植物的群体，例如森林中的鹿或树木种群。此外，根据本发明的装置可用于收割机，例如用于收割庄稼、花卉或水果，例如葡萄、玉米、啤酒花、苹果、谷物、大米、草莓、芦笋、郁金香、玫瑰、大豆等等。此外，根据本发明的装置可用于监测植物、动物、藻类、鱼类等的生长，例如在育种、食品生产、农业或研究应用中，以控制灌溉、施肥、湿度、温度、除草剂、杀虫剂、杀真菌剂，杀鼠剂等的使用。此外，根据本发明的装置可以用于动物或宠物的喂食机器，例如用于牛、猪、猫、狗、鸟、鱼等。此外，根据本发明的装置可用于动物产品生产过程，例如用于收集奶、蛋、毛皮、肉等，例如在自动挤奶或屠宰过程中。此外，根据本发明的装置可用于自动播种机或撒种机或种植机，例如用于种植玉米、蒜、树木、菜(salad)等。此外，根据本发明的装置可用于评估或监测天气现象，例如云、雾等，或用于警告雪崩、海啸、大风、地震、雷暴等危险。此外，根据本发明的装置可用于测量运动、冲击、震荡等，以便监测地震风险。此外，根据本发明的装置可用于交通技术中以监视危险的交叉口，根据交通控制交通灯，监视公共空间，监视道路、健身房、体育场馆、滑雪场、公共事件等。此外，根据本发明的装置可用于医学应用，例如监测或分析组织、医学或生物学测定、组织中的变化，例如痣或黑素瘤等，以计数细菌、血细胞、细胞、藻类等，用于视网膜扫描，呼吸或脉搏测量、胃镜检查、患者监视等。此外，根据本发明的装置可用于监测液滴、流、喷射等的形状、尺寸或周长，用于分析、评估或监测诸如风道中的分布或气体或液体流等。此外，根据本发明的装置可用于在诸如汽车或火车驾驶员生病或疲倦等时警告驾驶员。此外，根据本发明的装置可用于材料测试以识别应变或拉伸或裂缝等。此外，根据本发明的装置可用于航行以例如自动地监视和优化航行位置。此外，根据本发明的装置可用于燃料液位计。
此外，根据本发明的装置可以与传感器组合以检测化学品或污染物，传感器为电子鼻芯片、用以检测细菌或病毒等微生物传感器芯片、盖格计数器、触觉传感器、热传感器等。例如，这可以用于构造智能机器人，其被配置用于处理危险或困难的任务，例如治疗高度感染的患者，处理或去除高度危险的物质，清洁高度污染的区域，例如高放射性区域或化学品泄漏，或者用于农业害虫防治。
可以使用根据本发明的一个或多个装置并且有利于3D打印中的过程自动化和距离测量，例如喷嘴到表面距离和/或喷嘴位置和/或喷嘴和打印对象之间的距离。此外，通过将打印对象尺寸和/或形状与3D打印机的输入数据进行比较，可以将根据本发明的装置用于3D打印中的质量保证。此外，当在从不同角度继续打印时重新定位打印结构以确定重新开始打印的位置和/或确定在已经发生了打印过程的错误、暂停或中止之后应该重新开始打印过程的位置时，可以使用根据本发明的装置。根据本发明的一个或多个装置可以进一步用于扫描对象，例如与CAD或类似软件的组合，例如用于增材制造和/或3D打印。其中，可以使用根据本发明的装置的高尺寸精度，例如，在x、y或z方向或这些方向的任意组合中，例如同时。此外，根据本发明的装置可用于检查和维护，例如管道检测仪表。此外，在生产环境中，根据本发明的装置可用于处理形状不明确的对象，例如天然生长的对象，例如按形状或尺寸分类蔬菜或其他天然产品或切割诸如肉类的产品或者制造的精度低于加工步骤所需的精度的对象。
此外，根据本发明的装置可以用在本地导航***中，以允许自动或部分自动地移动车辆或多旋翼等通过室内或室外空间。非限制性示例可以包括移动通过自动存储器的车辆，用于拾取对象并将它们放置在不同的位置。室内导航还可以用于商场、零售商店、博物馆、机场或火车站，以跟踪移动商品、移动装置、行李、顾客或雇员的位置，或者向用户提供位置特定信息，例如作为地图上的当前位置、或销售商品的信息等。
此外，根据本发明的装置可用于通过监测速度、倾斜度，即将到来的障碍物、道路的不平坦性或转弯等来确保摩托车的安全驾驶，例如摩托车的驾驶辅助。此外，根据本发明的装置可以用在火车或有轨电车中以避免碰撞。
此外，根据本发明的装置可以用在手持装置中，例如用于扫描包装或包裹以优化物流过程。此外，根据本发明的装置可以用于其他手持装置，例如个人购物装置、RFID读取器、用于医院或健康环境中的手持装置，例如，用于医疗用途或用于获取、交换或记录患者或患者的健康相关信息、用于零售或健康环境的智能徽章等。
如上所述，根据本发明的装置还可以用于制造、质量控制或识别应用，例如产品识别或尺寸识别(例如用于寻找最佳位置或包装，以减少浪费等)。此外，根据本发明的装置可用于物流应用中。因此，根据本发明的装置可用于优化装载或封装容器或车辆。此外，根据本发明的装置可用于监视或控制制造领域中的表面损坏，用于监视或控制诸如租赁车辆的租赁物品，和/或用于保险应用，例如用于评估损害。此外，根据本发明的装置可用于识别材料、对象或工具的尺寸，例如用于最佳材料处理，尤其是与机器人组合。此外，根据本发明的装置可用于生产中的过程控制，例如，用于观察罐的填充水平。此外，根据本发明的装置可用于维护生产资产，例如但不限于罐、管道、反应器、工具等。此外，根据本发明的装置可用于分析3D质量标记。此外，根据本发明的装置可用于制造定制产品，例如牙齿镶嵌物、牙齿矫正器、假体、衣服等。根据本发明的装置还可以与一个或多个3D打印机组合，用于快速原型制作、3D复制等。此外，根据本发明的装置可用于检测一个或多个物品的形状，例如用于反产品盗版和用于防伪目的。
因此，具体地，本申请可以应用于摄影领域。因此，检测器可以是照相装置的一部分，特别是数码相机。具体地，检测器可以用于3D摄影，特别是用于数字3D摄影。因此，检测器可以形成数字3D相机或者可以是数字3D相机的一部分。如这里所使用的，术语摄影通常是指获取至少一个对象的图像信息的技术。如本文进一步使用的，相机通常是适于执行拍摄的装置。如本文进一步使用的，术语数字摄影通常是指通过使用适于产生指示照射的强度和/或颜色的电信号(优选地是数字电子信号)的多个光敏元件来获取至少一个对象的图像信息的技术。如本文进一步使用的，术语3D摄影通常是指在三个空间维度上获取至少一个对象的图像信息的技术。因此，3D相机是适于执行3D拍摄的装置。相机通常可以适于获取单个图像，例如单个3D图像，或者可以适于获取多个图像，例如图像序列。因此，相机也可以是适用于视频应用的视频相机，例如用于获取数字视频序列。
因此，通常，本发明还涉及用于对至少一个对象成像的相机，特别是数码相机，更具体地是3D相机或数字3D相机。如上所述，如本文所使用的术语成像通常是指获取至少一个对象的图像信息。相机包括至少一个根据本发明的检测器。如上所述，相机可以适于获取单个图像或者用于获取多个图像，例如图像序列，优选地用于获取数字视频序列。因此，作为示例，相机可以是或可以包括视频相机。在后一种情况下，相机优选地包括用于存储图像序列的数据存储器。
如在本发明中使用的，表达“位置”通常是指关于对象的一个或多个点的绝对位置和方向中的一个或多个的至少一项信息。因此，具体地，可以在检测器的坐标系中确定位置，例如在笛卡尔坐标系中。然而，附加地或替代地，可以使用其他类型的坐标系，例如极坐标系和/或球坐标系。
如上所述并且如下面将进一步详细描述的，本发明优选地可以应用于人机接口领域、体育领域和/或计算机游戏领域。因此，优选地，对象可以选自运动器材制品，优选选自球拍、球杆、球棒、衣物、帽子、鞋子的物品。其他实施例是可行的。
如这里所使用的，对象通常可以是从生物和非生物中选择的任意对象。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。附加地或替代地，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，人，例如用户，和/或动物的一个或多个身体部位。
关于用于确定对象位置的坐标系，其可以是检测器的坐标系，检测器可以构成坐标系，其中检测器的光轴形成z轴，并且其中，可以提供x轴和y轴，其垂直于z轴并且彼此垂直。作为示例，检测器和/或检测器的一部分可以位于在该坐标系中的特定点处，例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，并且沿着z轴的坐标可以被认为是纵向坐标。垂直于纵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。
或者，可以使用其他类型的坐标系。因此，作为示例，可以使用极坐标系，其中光轴形成z轴，并且其中距z轴的距离和极角可以用作附加坐标。同样，与z轴平行或反平行的方向可以被认为是纵向，并且沿着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。
检测器可以是配置用于提供关于至少一个对象的位置和/或其一部分的至少一项信息的装置。因此，该位置可以指完全描述对象或其一部分的位置的信息项，优选地在检测器的坐标系中，或者可以指代仅部分地描述位置的部分信息。检测器通常可以是适于检测光束的装置，例如从信标装置向检测器传播的光束。
评估装置和检测器可以完全或部分地集成到单个装置中。因此，通常，评估装置也可以形成检测器的一部分。或者，评估装置和检测器可以完全或部分地实施为单独的装置。检测器可包括其他部件。
检测器可以是固定装置或移动装置。此外，检测器可以是独立装置或可以形成另一装置，例如计算机、车辆或任何其他装置，的一部分。此外，检测器可以是手持装置。检测器的其他实施例是可行的。
检测器特别可用于记录检测器的透镜或透镜***后面的光场，与全光或光场相机相当。因此，具体地，检测器可以体现为适于在多个焦平面中(例如同时)获取图像的光场相机。这里使用的术语光场通常是指光在检测器内部的空间光传播，例如在相机内部。根据本发明的检测器，具体地具有光学传感器的叠层，可以具有在检测器或相机(例如在镜头后面)内直接记录光场的能力。多个传感器可以记录距镜头不同距离的图像。使用例如基于卷积的算法，例如“焦距深度”或“散焦深度”，可以建模透镜后面的光的传播方向、焦点和扩散。从透镜后面的光的建模传播，可以提取到透镜的各种距离的图像，可以优化景深，可以提取在不同距离处聚焦的图像，或者可以计算对象的距离。可以提取进一步的信息。
使用多个光学传感器还允许在记录图像之后的图像处理步骤中校正的镜头误差。当需要校正镜头误差时，光学仪器通常变得昂贵且在构造上具有挑战性。这些在显微镜和望远镜中尤其成问题。在显微镜中，典型的透镜误差是与光轴的距离变化的光线被不同地变形(球面像差)。在望远镜中，可以根据大气中的不同温度改变焦点。可以通过确定校准步骤中的误差然后使用诸如固定像素和传感器的固定图像处理，或者使用光传播信息的更多涉及的处理技术，来校正诸如光学像差或来自生产的进一步误差之类的静态误差。在透镜误差强烈依赖于时间的情况下，即取决于望远镜中的天气条件，可以通过使用透镜后面的光传播，计算扩展的景深图像，使用焦距深度技术等来校正透镜误差。
根据本发明的检测器可以进一步允许颜色检测。对于颜色检测，可以使用具有不同光谱特性的多个光学传感器，并且可以比较这些光学传感器的传感器信号。
此外，根据本发明的装置可以用于手势识别的背景中。在这种背景下，结合根据本发明的装置的手势识别尤其可以用作人机接口，用于通过身体、身体部位或对象的运动向机器传输信息。在此，优选地，可以通过手或手部分(例如手指)的动作来传输信息，特别是通过指向对象、应用手语，例如对于聋人，制作数字标记、赞成、不赞成，等等，通过挥动手，例如当要求某人接近、离开或迎接某人、按压对象、拿走对象，或者在体育或音乐领域中，在手或手指运动中，如热身运动。此外，信息可以通过手臂或腿的运动传递，例如旋转、踢、抓、扭、旋转、滚动、浏览、推动、弯曲、打孔、摇动、手臂、腿、双臂或双腿，或者手臂和腿的组合，例如用于运动或音乐的目的，例如用于娱乐，锻炼或训练机器的功能。此外，信息可以通过整个身体或其主要部分的运动来传递，例如跳跃、旋转或做出复杂的手势，例如在机场或交警处使用的手语以便传输信息，例如“右转”、“左转”、“继续”、“减速”、“停止”、或“停止引擎”、或假装游泳、潜水、跑步、射击等，或做出复杂运动或身体姿势，如瑜伽、普拉提、柔道、空手道、舞蹈或芭蕾舞。此外，可以通过使用真实或模型装置来传输信息，该真实或模型装置用于控制与模型装置相对应的虚拟装置，例如使用模型吉他来控制计算机程序中的虚拟吉他功能，使用真正的吉他用于控制计算机程序中的虚拟吉他功能，使用真实或模型书籍用于阅读电子书或移动页面或浏览虚拟文档，使用真实或模型笔进行计算机程序中的绘图等。此外，信息的传输可以耦合到对用户的反馈，例如声音、振动或运动。
在音乐和/或乐器的背景下，根据本发明的装置结合手势识别可以用于锻炼目的、乐器控制、乐器记录、通过使用模型乐器演奏或录制音乐或只是假装有一种乐器，例如弹奏空气吉他，例如避免噪音或进行记录，或者用于进行组织管弦乐队、剧团(ensemble)、乐队、大乐队、合唱团(choir)等，以便练习、锻炼、录音或娱乐目的等。
此外，在安全和监视的背景下，根据本发明的装置结合手势识别可以用于识别人的运动轮廓，例如通过行走或移动身体来识别人，或者用于使用手势或手移动或身体部位或整个身体的姿势或移动作为访问或识别控制，例如个人识别姿势或个人识别移动。
此外，在智能家居应用或物联网的背景下，根据本发明的装置结合姿势识别可以用于家庭设备的中央或非中央控制，家庭设备可以是家用电器/或家用设备的互连网络的一部分，如冰箱、集中供热器、空调、微波炉、冰块制造机或水锅炉、或娱乐装置，如电视机、智能手机、游戏机、录像机、DVD播放器、个人电脑、笔记本电脑、平板电脑或其组合或家用设备和娱乐装置的组合。
此外，在虚拟现实或增强现实的背景下，根据本发明的装置结合姿势识别可用于控制虚拟现实应用或增强现实应用的移动或功能，例如使用示意动作、姿势、身体移动或身体部位移动等播放或控制游戏，在虚拟世界中移动、操纵虚拟对象、练习、锻炼或使用虚拟对象，如球、国际象棋棋子、去石头、乐器、工具、刷子进行运动、艺术创造、手工艺、播放音乐或进行游戏。
此外，在医学的背景下，根据本发明的装置结合姿势识别可用于支持康复训练、远程诊断、或监视或调查手术或治疗，以覆盖和显示具有医疗装置位置的医学图像，或者，用手术或治疗期间中记录的来自内窥镜或超声波等的图像来叠加显示预先记录的医学图像，例如来自磁共振断层摄影术或X射线等的医学图像。
此外，在制造和过程自动化的背景下，根据本发明的装置结合姿势识别可用于控制、教导或编程机器人、无人机、无人驾驶自动车辆、服务机器人、可移动对象等，例如用于编程、控制、制造、操纵、修理或教学目的，或用于远程操纵对象或区域，例如出于安全原因或用于维护目的。
此外，在商业智能度量的北京中，根据本发明的装置结合姿势识别可以用于人数统计、调查客户移动、客户花费时间的区域、对象、客户测试、接受(take)、探测等。
此外，根据本发明的装置可以用于DIY或专业工具中，尤其是电动或马达驱动的工具或动力工具，例如钻孔机、锯、凿子、锤子、扳手、钉枪、圆盘切割机、金属剪刀和下料机(nibble)、角磨机、磨床、钻机、锤钻、热风枪、扳手、打磨机、雕刻机、钉枪、线锯、接合机、刨槽机、刨床、抛光机、瓷砖切割机、清洗机、碾轧机、墙铣沟机、车床、冲击驱动器，连接机、涂料滚筒、喷枪、榫卯机(morticer)或焊机，尤其是为了支持制造精度，保持最小或最大距离，或用于安全措施。
此外，根据本发明的装置可用于帮助视障人士。此外，根据本发明的装置可以用在触摸屏中，以例如出于卫生原因避免直接接触，可以在零售环境、医疗应用、生产环境等中使用。此外，根据本发明的装置可用于农业生产环境，例如稳定清洁机器人、蛋收集机、挤奶机、收割机器、农业机械、收获机、传送机、联合收割机、拖拉机、耕耘机、犁、去石机、耙机、条状犁作机、撒播机、种植机如马铃薯种植机、肥料撒布机、喷雾器、喷洒器、割晒机、打包机、装载机、叉车、割草机等。
此外，根据本发明的装置可用于选择和/或调整衣服、鞋子、眼镜、帽子、假肢、牙齿矫正器，用于具有有限沟通技巧或可能性的人或动物，例如儿童或残疾人等。此外，根据本发明的装置可以用于仓库、物流、配送、运输、装载、卸载、智能制造、工业4.0等的背景下。此外，在制造背景中，根据本发明的装置可以用于加工、分配、弯曲，材料处理等的背景中。
评估装置可以是或可以包括一个或多个集成电路，例如一个或多个专用集成电路(ASIC)、和/或一个或多个数据处理装置，例如一个或多个计算机，优选地一个或多个更多的微型计算机和/或微控制器。可以包括附加部件，例如一个或多个预处理装置和/或数据获取装置，例如用于接收和/或预处理传感器信号的一个或多个装置，例如一个或多个AD转换器和/或一个或多个更多过滤器。此外，评估装置可包括一个或多个测量装置，例如用于测量电流和/或电压的一个或多个测量装置。此外，评估装置可以包括一个或多个数据存储装置。此外，评估装置可以包括一个或多个接口，例如一个或多个无线接口和/或一个或多个有线接口。
至少一个评估装置可以适于执行至少一个计算机程序，例如适于执行或支持根据本发明的方法的一个或多个或甚至所有方法步骤的至少一个计算机程序。作为示例，可以实现一个或多个算法，其通过使用传感器信号作为输入变量，可以确定对象的位置。
评估装置可以连接到或可以包括至少一个另外的数据处理装置，其可以用于显示、可视化、分析、分配、通信或进一步处理信息中的一个或多个，该信息为例如通过光学传感器和/或评估装置获得的信息。作为示例，数据处理装置可以连接或结合显示器、投影仪、监视器、LCD、TFT、扬声器、多声道声音***、LED图案或另外的可视化装置中的至少一个。它还可以连接或包含通信装置或通信接口、连接器或端口中的至少一个，能够使用电子邮件、文本消息、电话、蓝牙、Wi-Fi、红外线或互联网接口、端口或连接中的一个或多个来发送加密或未加密的信息。它还可以连接或包含处理器、图形处理器、CPU、开放式多媒体应用平台(OMAPTM)、集成电路、片上***(例如Apple A系列或三星S3C2系列的产品)、微控制器或微处理器、一个或多个存储器模块(如ROM、RAM、EEPROM或闪存)、定时源(如振荡器或锁相环)、计数器、实时定时器或上电复位发电机、电压调节器、电源管理电路或DMA控制器。各个单元可以通过诸如AMBA总线的总线进一步连接，或者可以集成在物联网或工业4.0类型的网络中。
评估装置和/或数据处理装置可以通过或具有其他外部接口或端口连接，例如串行或并行接口或端口、USB、Centronics端口、FireWire、HDMI、以太网、蓝牙、RFID、Wi-Fi、USART或SPI中的一个或多个、或模拟接口或端口，如ADC或DAC中的一个或多个，或到又一装置的标准化接口或端口，如使用RGB接口(如CameraLink)的2D摄像机装置。评估装置和/或数据处理装置还可以通过处理器间接口或端口、FPGA-FPGA接口、或串行或并行接口端口中的一个或多个来连接。评估装置和数据处理装置还可以连接到光盘驱动器、CD-RW驱动器、DVD+RW驱动器、闪存驱动器、存储卡、磁盘驱动器、硬盘驱动器、固态硬盘或固态硬盘中的一个或多个。
评估装置和/或数据处理装置可以通过或具有一个或多个另外的外部连接器连接，例如电话连接器、RCA连接器、VGA连接器、雌雄(hermaphrodite)连接器、USB连接器、HDMI连接器、8P8C连接器、BCN连接器、IEC 60320C14连接器、光纤连接器、D-超小型连接器、RF连接器、同轴连接器、SCART连接器、XLR连接器中的一个或多个，和/或可以包括用于这些连接器中的一个或多个的至少一个合适的插座。
结合一个或多个根据本发明的检测器、评估装置或数据处理装置(例如结合光学传感器、光学***、评估装置、通信装置、数据处理装置、接口、片上***、显示装置、或其他电子装置)的单个装置的可能实施例，是：移动电话、个人计算机、平板电脑、电视、游戏控制台或其他娱乐装置。在另一实施例中，将在下面进一步详细描述的3D相机功能可以集成在通过传统2D数字相机可得的装置中，而在装置的外壳或外观上没有明显差异，其中显着差异对于用户而言，可能仅是获取和/或处理3D信息的功能。此外，根据本发明的设备可以用在360°数码相机或环视相机中。
具体地，结合检测器和/或其一部分(例如评估装置和/或数据处理装置)的实施例可以是：包含显示装置、数据处理装置、光学传感器，可选地传感器光学部件和评估装置的用于3D相机的功能的移动电话。根据本发明的检测器特别适合于集成在娱乐装置和/或诸如移动电话的通信装置中。
本发明的另一实施例可以是将检测器或其一部分(例如评估装置和/或数据处理装置)结合到用于汽车的装置中，用于自动驾驶或用于汽车安全***、例如戴姆勒的智能驾驶***，其中，作为示例，包括一个或多个光学传感器、可选地一个或多个光学***、评估装置、可选地通信装置、可选地数据处理装置、可选地一个或多个接口、可选地片上***、可选地一个或多个显示装置、或可选地其他电子装置的装置可以是车辆、汽车、卡车、火车、自行车、飞机、船、摩托车的一部分。在汽车应用中，将装置集成到汽车设计中可能需要在外部或内部以最小可见度集成光学传感器、可选地光学部件或装置。检测器或其一部分(例如评估装置和/或数据处理装置)可以特别适合于这种到汽车设计中的集成。
根据本发明的检测器还可以与一种或多种其他类型的传感器或检测器组合。因此，检测器还可包括至少一个另外的检测器。该至少一个附加检测器可以适于检测至少一个参数，例如以下中的至少一个：周围环境的参数，例如周围环境的温度和/或亮度；关于检测器的位置和/或取向的参数；指定要检测的对象的状态的参数，例如对象的位置，例如在空间中的对象的绝对位置和/或对象的取向。因此，通常，本发明的原理可以与其他测量原理组合，以便获得附加信息和/或为了验证测量结果或减少测量误差或噪声。
如上所述，人机接口可以包括多个信标装置，这些信标装置适于直接或间接地附着到用户并由用户持有中的至少一个。因此，每个信标装置可以通过任何合适的方式独立地连接到用户，例如通过适当的固定装置。附加地或替代地，用户可以在他或她的手中和/或通过在身体部位上佩戴至少一个信标装置和/或包含信标的服装来保持和/或携带至少一个信标装置或一个或多个信标装置。
信标装置通常可以是任意装置，其可以由至少一个检测器检测和/或便于由至少一个检测器检测。因此，如上所述或将在下面进一步详细描述的，信标装置可以是有源信标装置，其适于产生要由检测器检测的至少一个光束，例如通过具有一个或多个用于产生至少一个光束的照射源。附加地或替代地，信标装置可以完全或部分地设计为无源信标装置，例如通过提供适于反射由单独的照射源产生的光束的一个或多个反射元件。至少一个信标装置可以以直接或间接的方式永久地或临时地附接到用户和/或可以由用户携带或保持。附接可以通过使用一个或多个附接装置和/或由用户自己来进行，例如通过用户用手保持至少一个信标装置和/或佩戴信标装置。
附加地或替代地，信标装置可以是附着到对象并且集成到用户所持有的对象中的至少一个，在本发明的意义上，这被包括在用户保持信标装置的选项的含义中。因此，如下面将进一步详细描述的，信标装置可以附接到或集成到控制元件中，该控制元件可以是人机接口的一部分并且可以由用户握持或携带，并且其取向可以由检测器装置识别。因此，通常，本发明还涉及一种检测器***，该检测器***包括至少一个根据本发明的检测器装置，并且该检测器***还可以包括至少一个对象，其中信标装置是连接到对象上、由对象保持和集成到对象中的一种。作为示例，对象优选地可以形成控制元件，其取向可以由用户识别。因此，检测器***可以是如上所述或者如下面进一步详细描述的那样的人机接口的一部分。作为示例，用户可以以特定方式处理控制元件，以便将一个或多个信息项发送到机器，例如以便将一个或多个命令发送到机器。
或者，检测器***可以以其他方式使用。因此，作为示例，检测器***的对象可以与用户或用户的身体部分不同，并且作为示例，可以是独立于用户移动的对象。作为示例，检测器***可以用于控制装置和/或工业过程，例如制造过程和/或机器人过程。因此，作为示例，对象可以是机器和/或机器部件，例如机器人臂，其取向可以通过使用检测器***来检测。
可以以这样的方式调整人机接口，使得检测器装置生成关于用户或用户的至少一个身体部位的位置的至少一项信息。具体地，在已知将至少一个信标装置附接到用户的方式的情况下，通过评估至少一个信标装置的位置，可以获得至少一个关于用户或用户的身体的部分的位置和/或取向的信息项。
信标装置优选地是可附接到用户的身体或身体部分的信标装置和可由用户保持的信标装置之一。如上所述，信标装置可以完全或部分地设计为有源信标装置。因此，信标装置可以包括至少一个照射源，其适于产生至少一个要传输到检测器的光束，优选地，至少一个光束具有已知的光束特性。附加地或替代地，信标装置可包括至少一个反射器，其适于反射由照射源产生的光，从而产生要传输到检测器的反射光束。
可以形成检测器***的一部分的对象通常可以具有任意形状。优选地，如上所述，作为检测器***的一部分的对象可以是可由用户(例如手动)处理的控制元件。作为示例，控制元件可以是或可以包括选自以下的至少一个元件：手套、夹克、帽子、鞋子、裤子和衣服、可以用手握住的棒、拍、杆、球拍、手杖、玩具例如玩具枪等。因此，作为示例，检测器***可以是人机接口和/或娱乐装置的一部分。
如这里所使用的，娱乐装置是可以用于一个或多个用户的休闲和/或娱乐目的的装置，在下文中也称为一个或多个玩家。作为示例，娱乐装置可以用于游戏，优选地计算机游戏。因此，娱乐装置可以实现为计算机、计算机网络或计算机***，或者可以包括运行一个或多个游戏软件程序的计算机、计算机网络或计算机***。
娱乐装置包括根据本发明的至少一个人机接口，例如根据上面公开的一个或多个实施例和/或根据下面公开的一个或多个实施例的人机接口。娱乐装置被设计成能够通过人机接口使玩家输入至少一项信息。该至少一项信息可以被发送到娱乐装置的控制器和/或计算机和/或可以由娱乐装置的控制器和/或计算机使用。该至少一项信息优选地可以包括适于影响游戏进程的至少一个命令。因此，作为示例，至少一个信息项可以包括关于玩家和/或玩家的一个或多个身体部位的至少一个取向的至少一项信息，从而允许玩家模拟游戏所需的特定位置和/或取向和/或动作。作为示例，可以模拟以下一个或多个运动并将其传送到娱乐装置的控制器和/或计算机：跳舞、跑动、跳跃、挥动球拍、摇摆球拍、摆动杆、将对象指向另一对象，例如将玩具枪指向目标。
娱乐装置作为一部分或整体，优选地是娱乐装置的控制器和/或计算机，被设计为根据该信息改变娱乐功能。因此，如上所述，可以根据至少一个信息项来影响游戏的进程。因此，娱乐装置可以包括一个或多个控制器，其可以与至少一个检测器的评估装置分离和/或可以与至少一个评估装置完全或部分相同，或者甚至可以包括至少一个一个评估装置。优选地，至少一个控制器可以包括一个或多个数据处理装置，例如一个或多个计算机和/或微控制器。
如本文进一步使用的，跟踪***是适于收集关于至少一个对象或对象的至少一部分的一系列过去位置的信息的装置。另外，跟踪***可以适于提供关于至少一个对象或对象的至少一部分的至少一个预测的未来的位置和/或取向的信息。跟踪***可以具有至少一个跟踪控制器，其可以完全或部分地体现为电子装置，优选地作为至少一个数据处理装置，更优选地作为至少一个计算机或微控制器。同样，至少一个跟踪控制器可以完全或部分地包括至少一个评估装置和/或可以是至少一个评估装置的一部分和/或可以与至少一个评估装置完全或部分相同。
跟踪***包括至少一个根据本发明的检测器，例如在上面列出的一个或多个实施例中公开的和/或如下面的一个或多个实施例中公开的至少一个检测器。跟踪***还包括至少一个根据控制器。跟踪控制器适于在特定时间点跟踪对象的一系列位置，例如通过记录数据组或数据对，每组数据或数据对包括至少一个位置信息和至少一个时间信息。
跟踪***还可以包括根据本发明的至少一个检测器***。因此，除了至少一个检测器和至少一个评估装置以及可选的至少一个信标装置之外，跟踪***还可以包括对象本身或对象的一部分，例如包括信标装置或至少一个信标装置的至少一个控制元件，其中控制元件直接或间接地附接到或可集成到待跟踪的对象中。
跟踪***可以适于启动跟踪***本身和/或一个或多个单独装置的一个或多个动作。对于后一目的，跟踪***，优选地跟踪控制器，可以具有一个或多个无线和/或有线接口和/或其他类型的控制连接，用于启动至少一个动作。优选地，至少一个跟踪控制器可以适于根据对象的至少一个实际位置启动至少一个动作。作为示例，可以从由以下各项组成的组中选择动作：预测对象的未来位置；将至少一个装置指向对象；将至少一个装置指向检测器；照射对象；照射检测器。
作为跟踪***的应用的示例，即使第一对象和/或第二对象可能移动，跟踪***也可用于将至少一个第一对象连续地指向至少一个第二对象。再次，可以在工业应用中找到潜在的示例，例如在机器人中和/或即使物品在移动时也在物品上连续工作，例如在生产线或装配线的制造期间。附加地或替代地，跟踪***可以用于照射目的，例如通过将照射源连续地指向对象来连续照射对象，即使对象可能正在移动。可以在通信***中找到其他应用，例如通过将发射器指向移动对象来连续地将信息发送到移动对象。
所提出的装置和方法提供了优于这种已知检测器的许多优点。因此，检测器通常可以避免上面公开的已知现有技术***的缺点。具体地，检测器可以避免使用FiP传感器，从而允许例如使用简单且廉价且商业上可获得的半导体传感器，诸如硅光电二极管。这些光电二极管通常不示出亮度相关性，并且上面公开的方法通常独立于景物的亮度和/或光束上的光斑的亮度。因此，与上面公开的许多装置相比，在本发明中，进入检测器的光束的亮度或总功率方面的测量范围通常更大。此外，通过使用根据本发明的检测器的测量通常与目标光斑大小无关，即与对象的大小、投射到对象上的光斑的大小或者信标装置的大小无关，其中信标装置为附接到对象、集成到对象中或由对象握持中的一个或多个。
根据本发明的检测器可以实现为将距离测量或z坐标测量的功能与测量一个或多个横向坐标的附加选项组合的简单装置，从而集成PSD的功能。
检测器具体可以使用两个或更多个线性硅光电二极管。一个光电二极管可以比传送装置的透镜后面的光斑更大，并且一个光电二极管可以更小。光电二极管可以放置在彼此的顶部，或者可以位于透镜后面的不同位置处，优选地沿着检测器的光轴在不同的位置处。分束器的使用是可选的，但通常不是必需的，这允许使用简单的光学设置。
如上所述，在一个实施例中，第二光学传感器可包括单个光敏元件或多个光敏元件，诸如一个或多个光电二极管。诸如通过将这些光敏元件放置得非常靠近直边缘(例如，直边沿部分)和/或拐角，光敏元件可以位于荧光波导片的边缘处，诸如直边缘(例如，直边沿部分)和/或拐角。此外，荧光波导片通常可以以完全或部分透明的方式设计。因此，可以将至少一个第二光学传感器生成为完全或部分透明的PSD。检测器内不需要进一步的PSD。
如上所述，荧光光从荧光波导片外耦合可以以非常简单的方式进行，诸如通过使用一滴胶水、蚀刻、划痕等。外耦合可以特别靠近荧光波导片的直边缘(例如，边沿部分)和/或拐角发生。
参考一个或多个光敏元件，作为示例，这些光敏元件可以变得非常小或甚至是点状的。通常，在电子领域中，小尺寸的光电二极管通常由于较低的电容而使光电二极管非常快。然而，另外或可替代地，可以使用其它类型的光敏元件，诸如条形光电二极管。
测量的结果，即由检测器确定的位置，诸如至少一个纵向坐标，可以广泛地独立于景物的亮度和/或对象的亮度、至少一个信标装置的亮度、至少一个照明源的亮度或从对象传播到检测器的光束的总功率呈现。此外，由于这种独立性和在亮度方面的宽范围测量，可以使用反射对象或非反射对象。
当提及测量范围时，测量范围可以指可以与根据本发明的检测器一起使用的亮度范围，诸如光束的总功率范围，或者可以指检测器和待测量的对象之间的距离。传统检测器，诸如根据上面列出的一个或多个文件，通常在两个测量范围内都受到限制。相反，如上所述，使用商信号提供了宽范围的连续且单调递减或递增的函数，该函数可用于根据商信号中确定纵向坐标。因此，给出了在对象和检测器之间的距离方面的非常宽范围的测量。类似地，由于商信号与光束总功率的一般独立性，至少只要没有达到一个或两个光学传感器的饱和度，在亮度方面(即，光束的总功率方面)也提供了非常广泛的测量范围。
检测器内的光束通常可以沿检测器的光轴传播。第一和第二光学传感器可以放置在光轴上。然而，光束也可以以不同于沿着光轴的其它方式传播。作为示例，可以生成照射光束，其沿着光轴传播或者平行于光轴或者以与光轴成一角度传播，该角度不同于0°，例如1°至20°的角度。其它实施例是可行的。
总之，在本发明的上下文中，以下实施例被认为是优选的：
实施例1：一种用于确定至少一个对象的位置的检测器，该检测器包括：
-至少一个角度相关光学元件，其适于生成至少一个透射光束，该至少一个透射光束具有取决于从对象朝向检测器传播并照射角度相关光学元件的入射光束的入射角的至少一个光束轮廓，其中，该角度相关光学元件包括选自如下的至少一个光学元件：至少一根光纤，特别是至少一根多分叉光纤，特别是至少一根双分叉光纤；至少一个衍射光学元件；至少一个角度相关反射元件，至少一个衍射光栅元件，特别是闪耀光栅元件；至少一个孔径光阑；至少一个棱镜；至少一个透镜；至少一个透镜阵列，特别是至少一个微透镜阵列；至少一个光学滤波器；至少一个偏振滤波器；至少一个带通滤波器；至少一个液晶滤波器，特别是液晶可调谐滤波器；至少一个短通滤波器；至少一个长通滤波器；至少一个陷波滤波器；至少一个干涉滤波器；至少一个透射光栅；至少一个非线性光学元件，特别是一个双折射光学元件；
-至少两个光学传感器，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成响应于由角度相关光学元件生成的光束对其相应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向坐标z。
实施例2：根据前一实施例的检测器，其中，检测器包括至少一个传送装置，其中，传送装置响应于从对象传播到检测器的至少一个入射光束而具有至少一个焦距。
实施例3：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，检测器进一步包括用于照射对象的照射源。
实施例4：根据前一实施例所述的检测器，其中，照射源适于通过角度相关光学元件照射对象。
实施例5：根据前述两个实施例中任一项所述的检测器，其中，照射源和角度相关光学元件布置在从对象行进到传送装置后面的检测器的光束的传播方向中。
实施例6：根据前述三个实施例中任一项所述的检测器，其中，在照射源和光学传感器之间垂直于检测器的光轴的距离很小。
实施例7：根据前一实施例所述的检测器，其中，在照射源和光学传感器之间垂直于检测器的光轴的距离小于0.01m，优选小于0.005m，更优选小于0.0025m。
实施例8：根据前述五个实施例中任一项所述的检测器，其中，角度相关光学元件包括具有至少一个入射面的至少一根光纤，其中，在照射源和光纤的入射面之间垂直于检测器的光轴的距离很小，其中，在照射源和光纤的入射面之间垂直于检测器的光轴的距离小于0.01m，优选小于0.005m，更优选小于0.0025m。
实施例9：根据前述七个实施例中任一项所述的检测器，其中，角度相关光学元件包括至少两根光纤，每根光纤具有至少一个入射面，其中，入射面同心或彼此叠置或彼此平行或并排布置。
实施例10：根据前一实施例所述的检测器，其中，在照射源与一个或两个入射面之间垂直于检测器的光轴的距离小于0.01m，优选小于0.005m，更优选小于0.0025m。
实施例11：根据前述四个实施例中任一项所述的检测器，其中，角度相关光学元件是光纤，其中，照射源被引导通过光纤，其中，照射源适于生成至少一个照射光束，其中，照射光束在小于传送装置的半径的基线内离开传送装置后面的光纤，其中，引导照射光束的光纤可以附接到传送装置，以减少折射率差异较大的界面处的反射。
实施例12：根据前一实施例所述的检测器，其中，光纤通过聚合物、胶水或用于附接的其它部件中的一种或多种附接到传送装置。
实施例13：根据前述六个实施例中任一项所述的检测器，其中，在照射源和光学传感器之间垂直于检测器的光轴的距离小于传送装置的半径。
实施例14：根据前述七个实施例中任一项所述的检测器，其中，角度相关光学元件包括至少一根光纤，该光纤包括至少一个入射面，其中，在照射源和入射面之间垂直于检测器的光轴的距离小于传送装置的半径。
实施例15：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，评估装置被配置用于通过除传感器信号，除传感器信号的倍数，除传感器信号的线性组合中的一个或多个来导出组合信号Q。
实施例16：根据前一实施例所述的检测器，其中，评估装置被配置为使用组合信号Q和纵向坐标之间的至少一个预定关系来确定纵向坐标。
实施例17：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，评估装置被配置用于通过以下方式导出组合信号Q：
其中，x和y是横向坐标，A1和A2是光学传感器的传感器位置处的光束轮廓的面积，并且E(x，y，zo)表示在对象距离zo处给出的光束轮廓。
实施例18：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，评估装置包括至少一个除法器，其中，除法器被配置用于导出组合信号。
实施例19：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，光学传感器定位在焦点外。
实施例20：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，角度相关光学元件包括具有入射面的至少一个光纤，其中，入射面定位在焦点外。
实施例21：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，传感器信号中的每个传感器信号包括由角度相关光学元件生成的光束的光束轮廓的光束轮廓的至少一个区域的至少一个信息。
实施例22：根据前一实施例所述的检测器，其中，光束轮廓选自由梯形光束轮廓；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。
实施例23：根据前述两个实施例中任一项所述的检测器，其中，光敏区域被布置成使得第一传感器信号包括光束轮廓的第一区域的信息，并且第二传感器信号包括光束轮廓的第二区域的信息，其中，光束轮廓的第一区域和光束轮廓的第二区域是相邻或重叠区域中的一个或二者。
实施例24：根据前述三个实施例中任一项所述的检测器，其中，角度相关光学元件包括至少两根光纤，每根光纤具有入射面，其中，入射面被布置成使得第一传感器信号包括光束轮廓的第一区域的信息，并且第二传感器信号包括光束轮廓的第二区域的信息，其中，光束轮廓的第一区域和光束轮廓的第二区域是相邻或重叠区域中的一个或二者。
实施例25：根据前述两个实施例中任一项所述的检测器，其中，评估装置被配置成确定光束轮廓的第一区域和光束轮廓的第二区域。
实施例26：根据前述五个实施例中任一项所述的检测器，其中，光束轮廓的第一区域基本上包括光束轮廓的边缘信息，并且光束轮廓的第二区域基本上包括光束轮廓的中心信息。
实施例27：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，边缘信息包括与光束轮廓的第一区域中的多个光子有关的信息，并且中心信息包括与光束轮廓的第二区域中的多个光子有关的信息
实施例28：根据前述两个实施例中任一项所述的检测器，其中，评估装置被配置为通过除边缘信息和中心信息，除边缘信息和中心信息的倍数，除边缘信息和中心信息的线性组合中的一个或多个来导出组合信号Q。
实施例29：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，检测器具有至少一个传感器元件，该至少一个传感器元件具有光学传感器矩阵，光学传感器各自具有光敏区域，其中，每个光学传感器被配置成响应于由角度相关光学元件生成的光束对光敏区域的照射而生成至少一个传感器信号。
实施例30：根据前一实施例所述的检测器，其中，评估装置被配置用于通过如下方式评估传感器信号：
a)确定具有最高传感器信号的至少一个光学传感器并形成至少一个中心信号；
b)评估矩阵的光学传感器的传感器信号并形成至少一个总和信号；
c)通过组合中心信号和总和信号确定至少一个组合信号；以及
d)通过评估组合信号确定对象的至少一个纵向坐标z。
实施例31：根据前一实施例所述的检测器，其中，中心信号选自如下：最高传感器信号；在距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；来自包含具有最高传感器信号的光学传感器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平均值；来自包含具有最高传感器信号的光学传感器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总和；在距最高传感器信号的预定公差范围内的一组传感器信号总和；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总和；来自包含具有最高传感器信号的光学传感器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。
实施例32：根据前述两个实施例中任一项所述的检测器，其中，总和信号选自如下：矩阵的所有传感器信号的平均值；矩阵的所有传感器信号总和；矩阵的所有传感器信号的积分；除了来自有助于中心信号的那些光学传感器的传感器信号之外，矩阵的所有传感器信号的平均值；除了来自有助于中心信号的那些光学传感器的传感器信号之外，矩阵的所有传感器信号总和；除了来自有助于中心信号的那些光学传感器的传感器信号之外，矩阵的所有传感器信号的积分；在距具有最高传感器信号的光学传感器的预定范围内的光学传感器的传感器信号总和；在距具有最高传感器信号的光学传感器的预定范围内的光学传感器的传感器信号的积分；高于位于距具有最高传感器信号的光学传感器预定范围内的光学传感器的一定阈值的传感器信号总和；高于位于距具有最高传感器信号的光学传感器预定范围内的光学传感器的一定阈值的传感器信号的积分。
实施例33：根据前述三个实施例中任一项所述的检测器，其中，组合信号是由以下中的一个或多个导出的组合信号Q：形成中心信号和总和信号的商，反之亦然；形成中心信号的倍数和总和信号的倍数的商，反之亦然；形成中心信号的线性组合和总和信号的线性组合的商，反之亦然。
实施例34：根据前述实施例中任一项的检测器，其中，每个光敏区域具有几何中心，其中，光学传感器的几何中心与检测器的光轴间隔开不同的空间偏移，其中，每个光学传感器被配置成响应于由角度相关光学元件生成的光束对其相应的光敏区域的照射而生成传感器信号。
实施例35：根据前一实施例所述的检测器，其中，光学传感器是传感器阵列的一部分，其中传感器阵列的几何中心偏离光轴。
实施例36：根据前一实施例所述的检测器，其中，传感器阵列可相对于光轴移动。
实施例37：根据前一实施例所述的检测器，其中，评估装置被配置用于首先通过使用传感器信号确定由光束在传感器阵列上生成的光斑的横向位置，并且其次，相对于光轴移动传感器阵列，直到光斑偏心。
实施例38：根据前述四个实施例中任一项所述的检测器，其中，光学传感器是双单元或象限二极管的部分二极管，象限二极管的几何中心与检测器的光轴偏心。
实施例39：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，检测器包括：
-至少一个测量头，其包括至少一个光学测量光纤和至少一个传送装置；
-至少两个光学传感器，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成响应于源自光学测量光纤的至少一个光束对其相应光敏区域的照射来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向坐标z。
实施例40：根据前一实施例所述的检测器，其中，传送装置的数值孔径小于光学测量光纤的数值孔径。
实施例41：根据前述两个实施例中任一项所述的检测器，其中，传送装置包括至少一个准直透镜。
实施例42：根据前述三个实施例中任一项所述的检测器，其中，检测器包括至少一个光学照射光纤，其中，照射源适于通过光学照射光纤照射对象。
实施例43：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中，检测器包括小基线。
实施例44：根据前一实施例所述的检测器，其中，基线是固定基线或可变基线。
实施例45：根据前述两个实施例中任一项所述的检测器，其中，双单元或象限二极管的部分二极管的分界线基本上平行于或基本上垂直于基线布置。
实施例46：根据前述三个实施例中任一项所述的检测器，其中，基线小于0.01m，优选小于0.005m，更优选小于0.0025m。
实施例47：根据前述八个实施例中任一项所述的检测器，其中，光学传感器包括CMOS传感器，其中，评估装置适于将CMOS传感器的传感器区域划分成至少两个子区域，其中，评估装置被配置用于通过评估来自至少两个子区域的传感器信号的组合信号Q来确定对象的至少一个纵向坐标z。
实施例48：根据前一实施例所述的检测器，其中，评估装置适于将CMOS传感器的传感器区域划分成至少一个左侧部分和至少一个右侧部分和/或至少一个上侧部分和至少一个下侧部分和/或至少一个内部部分和至少一个外部部分。
实施例49：一种用于确定至少一个对象的位置的检测器***，该检测器***包括根据前述实施例中任一项所述的至少一个检测器，该检测器***进一步包括适于将至少一个光束引导朝向检测器的至少一个信标装置，其中，信标装置是可附接到对象、可由对象握持以及可集成到对象中的至少一种。
实施例50：一种用于在用户和机器之间交换至少一个信息项的人机接口，其中，人机接口包括根据前述实施例的至少一个检测器***，其中，该至少一个信标装置适于是直接或间接附接到用户和由用户握持的至少一种，其中，人机接口被设计成借助于检测器***确定用户的至少一个位置，其中，人机接口被设计为分配至少一个信息项给位置。
实施例51：一种用于执行至少一个娱乐功能的娱乐装置，其中，娱乐装置包括根据前述实施例所述的至少一个人机接口，其中，娱乐装置被设计为能够使玩家借助于人机接口输入至少一个信息项，其中，娱乐装置被设计成根据信息改变娱乐功能。
实施例52：一种用于跟踪至少一个可移动对象的位置的跟踪***，该跟踪***包括根据涉及检测器***的前述任一实施例所述的至少一个检测器***，该跟踪***进一步包括至少一个跟踪控制器，其中，跟踪控制器适于在特定时间点跟踪对象的一系列位置。
实施例53：一种用于确定景物的深度轮廓的扫描***，该扫描***包括根据涉及检测器的前述任一实施例所述的至少一个检测器，该扫描***进一步包括适于用至少一个光束扫描景物的至少一个照射源。
实施例54：一种用于确定景物的深度轮廓的扫描***，该扫描***包括根据涉及检测器的前述任一实施例所述的至少一个检测器，该扫描***进一步包括适于用至少一个光束扫描景物的至少一个照射源，其中，该检测器包括至少一个测量头，该测量头包括至少一个第一光学测量光纤，该第一光学测量光纤适于将源自对象的至少一个光束提供给第一光学传感器，并且该至少一个第二光学测量光纤适于将源自对象的光束提供给第二光学传感器。
实施例55：根据前一实施例所述的扫描***，其中，检测器包括至少一个光学照射光纤，其中，照射源适于通过光学照射光纤照射对象，其中，光学照射光纤包括适于接收至少一个光束的至少一个第一端，其中，光学照射光纤包括至少一个第二端，该至少一个光束从该第二端离开光学照射光纤以照射对象，其中光学照射光纤的至少第二端布置在测量头内和/或附接到测量头。
实施例56：根据涉及扫描***的前述实施例中任一项所述的扫描***，其中，扫描***包括至少一个致动器，该致动器被配置成移动测量头以扫描感兴趣区域。
实施例57：根据前一实施例所述的扫描***，其中，致动器包括至少一个机电致动器和/或至少一个压电致动器，其中，压电致动器包括选自以下的至少一个致动器：至少一个压电陶瓷致动器；至少一个压电致动器。
实施例58：根据前述两个实施例中任一项所述的扫描***，其中，致动器被配置成移动光学照射光纤和/或测量头。
实施例59：根据前述三个实施例中任一项所述的扫描***，其中，致动器适于以线性扫描和/或径向扫描和/或螺旋扫描移动光学照射光纤和/或测量头中的一个或二者。
实施例60：一种用于对至少一个对象成像的相机，该相机包括根据涉及检测器的前述实施例中任一项所述的至少一个检测器。
实施例61：一种用于光学存储介质的读出装置，该读出装置包括根据涉及检测器的前述实施例中任一项所述的至少一个检测器。
实施例62：一种通过使用至少一个检测器确定至少一个对象的位置的方法，该方法包括以下步骤：
-提供至少一个角度相关光学元件并生成具有取决于入射角的至少一个光束轮廓的至少一个光束；
-提供至少两个光学传感器，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成响应于由角度相关光学元件生成的光束对其相应光敏区域的照射而生成至少一个传感器信号；
-采用由角度相关光学元件生成的光束照射检测器的至少两个光学传感器的光敏区域中的每一个光敏区域，其中由此，光敏区域中的每一个光敏区域生成至少一个传感器信号；以及
-评估传感器信号，从而确定对象的至少一个纵向坐标z，其中，评估包括导出传感器信号的组合信号Q。
实施例63：根据前一实施例所述的方法，其中组合信号Q的导出包括除传感器信号，除传感器信号的倍数，除传感器信号的线性组合中的一个或多个。
实施例64：根据前述两个实施例中任一项所述的方法，该方法进一步包括以下步骤：
-提供至少一个测量头，该测量头包括一个光学测量光纤和至少一个传送装置；
-生成源自光学测量光纤的至少一个光束；
-提供至少两个光学传感器，其中，每个光学传感器被设计成响应于由源自光学测量光纤的至少一个光束对其相应光敏区域的照射而生成至少一个传感器信号；
-采用光束照射至少两个光学传感器的光敏区域中的每一个光敏区域，其中由此，光敏区域中的每一个光敏区域生成至少一个传感器信号；以及
-评估传感器信号，从而确定对象的至少一个纵向坐标z，其中，评估包括导出传感器信号的组合信号Q。
实施例65：根据涉及用于用途目的的检测器的前述实施例中任一项所述的检测器的用途，该用途选自如下：交通技术中的位置测量；娱乐应用；光学数据存储应用；安保(security)应用；监督应用；安全(safety)应用；人机接口应用；物流应用；内窥镜检查应用；医疗应用；跟踪应用；摄影应用；机器视觉应用；机器人应用；质量控制应用；3D打印应用；增强现实应用；制造应用；与光学数据存储和读出结合的用途。
附图说明
从以下结合从属权利要求的优选示例性实施例的描述中，本发明的其它可选细节和特征是显而易见的。在该上下文中，特定特征可以以隔离的方式实现或与其它特征组合实现。本发明不限于示例性实施例。在附图中示意性地示出了示例性实施例。在各个附图中相同的附图标记表示相同的元件或具有相同功能的元件，或者在功能方面彼此对应的元件。
具体地，在图中：
图1示出了根据本发明的检测器的示例性实施例；
图2A和2B示出了具有多分叉光纤的实施例；
图3示出了图2A的光纤的切口；
图4显示了角度相关光学元件的角度相关透射；
图5示出了在恒定辐射功率下光纤的角度相关透射功率；
图6A和6B示出了距离测量的实验结果；
图7示出了根据本发明的检测器、检测器***、人机接口、娱乐装置、跟踪***、扫描***和相机的示例性实施例；
图8A和8B示出了检测器的另一示例性实施例；
图9示出了检测器的另一示例性实施例；
图10示出了检测器的另一示例性实施例；
图11示出作为CMOS像素数的函数的光斑的归一化径向强度分布；
图12示出作为以mm为单位的对象距离z的函数的归一化的组合传感器信号Q；
图13A至图13MM以顶视图示出了测量头的实施例；
图15A-图15D示出了测量头中的光纤和透镜布置的实施例的侧视图；
图16A-图16F示出了光纤端部处的透镜布置；
图17示出了测量头的另一实施例；
图18示出了扫描***的另一实施例；以及
图19示出了扫描***的另一实施例。
具体实施方式
在图1中，描绘了用于确定至少一个对象112的位置的检测器110的示例性实施例的示意图。在图1中，针对两个不同的对象距离描绘了对象112。检测器110包括至少两个光学传感器113，例如第一光学传感器118和第二光学传感器120，每个光学传感器具有至少一个光敏区域121。对象112可包括至少一个信标装置114，光束116(也称为入射光束)从该信标装置114朝向检测器110传播。另外或可替代地，检测器可以包括至少一个用于照射对象112的照射源115。作为示例，照射源115可以被配置用于生成用于照射对象112的照射光束。具体地，照射源115可以包括至少一个激光器和/或激光源。可以采用各种类型的激光器，诸如半导体激光器。另外或可替代地，可以使用非激光光源，诸如LED和/或灯泡。照射源115可包括人造照射源，特别是至少一个激光源和/或至少一个白炽灯和/或至少一个半导体光源，例如至少一个发光二极管，特别是有机发光二极管和/或无机发光二极管。作为示例，由照射源115发射的光可以具有300至1000nm，特别是500至1000nm的波长。另外或可替代地，可以使用诸如在780nm至3.0μm的范围内的红外光谱范围内的光。具体地，可以使用硅光电二极管特别适用于700nm至1000nm范围的近红外区域的部分中的光。此外，照射源115可以被配置用于发射调制或非调制光。在使用多个照射源115的情况下，不同的照射源可以具有不同的调制频率，如下面进一步详细描述的，稍后可以使用该调制频率来区分光束。
第一光学传感器118可以包括第一光敏区域122，并且第二光学传感器120可以包括第二光敏区域124。作为示例，光束116可以沿着检测器110的光轴126传播。然而，其它实施例也是可行的。第一光敏区域122和第二光敏区域可以朝向对象112取向。光学检测器110可以进一步包括至少一个传送装置128，诸如至少一个透镜或透镜***，特别用于光束整形。传送装置128可以响应于从对象112传播到检测器110的入射光束116而具有至少一个焦距。传送装置128可以具有光轴129，其中传送装置128和光学检测器优选地可以具有共同的光轴。传送装置128可以构成坐标系。与光轴126、129平行或反平行的方向可以定义为纵向方向，而垂直于光轴126、129的方向可以定义为横向方向，其中纵向坐标z是沿光轴126、129的坐标，并且其中d是与光轴126、129的空间偏移。因此，光束116被聚焦诸如在一个或多个焦点中，并且光束116的光束宽度可以取决于对象112的纵向坐标z，诸如取决于在检测器110与信标装置114和/或对象112之间的距离。光学传感器118、120可以定位在焦点外。对于取决于纵向坐标的该光束宽度的细节，可以参考一个或多个上述现有技术文献，诸如WO2012/110924 A1和/或WO 2014/097181 A1中的一个或多个。
检测器包括至少一个角度相关光学元件130，其适于生成至少一个光束131，该光束131具有取决于从对象112朝向检测器110传播并照射角度相关光学元件130的入射光束的入射角的至少一个光束轮廓。角度相关光学元件130可以具有角度相关透射特性，使得撞击在角度相关光学元件130的第一侧132(例如，表面和/或入口)上的电磁波可以部分地取决于角度相关光学元件的特性而被吸收和/或反射和/或透射。透射程度可以被定义为电磁波的透射功率(即，角度相关光学元件130后面的功率)与电磁波的入射功率(即，撞击在角度相关光学元件130上之前的功率)的商。角度相关光学元件130可以设计成使得透射程度取决于从对象朝向检测器110传播的入射光束撞击在角度相关光学元件130上的入射角。入射角可以相对于角度相关光学元件130的光轴测量。角度相关光学元件130可以布置在传送装置128后面的传播方向中。传送装置可以例如包括至少一个准直透镜。角度相关光学元件130可以设计成与以较小角度撞击的光线相比，削弱以较大角度撞击的光线。例如，对于平行于光轴(即0°)的光线，透射程度可以是最高的，并且对于更高的角度，透射程度可以减小。特别地，在至少一个截止角处，透射程度可能急剧下降到零。因此，可以截止具有大入射角的光线。
角度相关光学元件130包括至少一个光学元件，该光学元件选自如下：至少一根光纤，特别是至少一根多分叉光纤，特别是至少一根双分叉光纤；至少一个衍射光学元件；至少一个角度相关反射元件，至少一个衍射光栅元件，特别是闪耀光栅元件；至少一个孔径光阑；至少一个棱镜；至少一个透镜；至少一个透镜阵列，特别是至少一个微透镜阵列；至少一个光学滤波器；至少一个偏振滤波器；至少一个带通滤波器；至少一个液晶滤波器，特别是液晶可调谐滤波器；至少一个短通滤波器；至少一个长通滤波器；至少一个陷波滤波器；至少一个干涉滤波器；至少一个透射光栅；至少一个非线性光学元件，特别是一个双折射光学元件
响应于光束131的照射，第一光学传感器118可以生成第一传感器信号s1，而第二光学传感器120可以生成第二传感器信号s2。优选地，光学传感器118、120是线性光学传感器，即传感器信号s1和s2各自仅取决于光束131或光束131照射其相应光敏区域122、124的部分的总功率，而这些传感器信号s1和s2与照射光斑的实际大小无关。
传感器信号s1和s2被提供给检测器110的评估装置133。如上所述，评估装置133被实施为导出组合信号Q。通过除传感器信号s1和s2或其倍数或其线性组合导出的组合信号Q可以用于导出关于对象112和/或信标装置114的纵向坐标z的至少一个信息项，光束116从该对象112和/或信标装置114朝向检测器110传播。评估装置133可以具有用于形成组合信号Q的至少一个除法器134，以及作为示例，用于从组合信号Q导出至少一个纵向坐标z的至少一个位置评估装置136。应当注意，评估装置133可以完全或部分地以硬件和/或软件体现。因此，作为示例，组件134、136中的一个或多个可以由适当的软件组件来体现。
如图1中所示，检测器110可包括小基线。在图1的实施例中，基线可以是照射源115和传送装置128之间的距离。具体地，基线可以是零和/或可以由照射源115的尺寸(诸如壳体的尺寸)和传送装置128的尺寸(诸如直径)限定。
在图2A和图2B中，示出了图1的实施例的修改，其形成了替代的检测器110。检测器110的替代实施例广泛地对应于图1中所示的实施例。在图2A中，角度相关光学元件130可以包括至少一根光纤138。光纤138可以适于在光纤138的两端之间传输入射光束116未被吸收和/或反射的至少部分。光纤138可以具有长度并且可以适于允许在一定距离上传输。光纤138可以包括至少一根光纤芯，该光纤芯被至少一根光纤包层包围，该光纤包层具有比光纤芯更低的折射率。在接收角以下，光纤138可以适于通过全内反射来引导入射光束。
光纤138可以设计成使得对于与光纤平行(即以0°的角度)的入射光线，透射程度可以最高，忽略反射效应。光纤138可以设计成使得对于更大的角度，例如从1°到10°的角度，透射程度可以平滑地减小到平行光线的透射程度的大约80％并且可以不断地保持在该水平直到光纤138的接收角。光纤138可以设计成使得在接收角之上光纤138内的全反射是不可能的，使得光线被反射出光纤138。光纤138可以设计成在接收角处，透射程度可以急剧下降到零。可以截止具有大入射角的光线。
如图2A中所示，照射源115可以适于通过角度相关光学元件130照射对象112。光纤138可以包括至少一个照射光纤140，其适于传输由照射源115生成的光束142，使得照射对象112。照射源115可以适于将由照射源115生成的至少一个光束142耦合到照射光纤140中。光束142可以在光学照射光纤140的出射面处离开光学照射光纤140。
光纤138可包括至少两个或更多个光纤。光纤138可以是至少一根多分叉光纤，特别是至少一根双分叉光纤。在图2A的实施例中，并且如图3中的切口所示，光纤138可包括四根光纤。特别地，光纤可以包括照射光纤138和至少两根光纤(表示为第一光纤144和第二光纤146)，每根光纤用于生成至少一个光束131。如图3中所示，第一光纤144和第二光纤146可以在光纤138的入射端148处彼此靠近地布置，并且可以在光纤138的出射端150处分成隔开一段距离的腿。第一光纤144和第二光纤146可以设计为具有相同特性的光纤或可以是不同类型的光纤。第一光纤144可以适于生成至少一个第一光束152，并且第二光纤146可以适于生成至少一个第二光束154。光纤138可以布置成使得入射光束116可以以第一入射角撞击在第一光纤144中，并且以与第一角度不同的第二入射角撞击到第二光纤146中，使得对于第一光束152和第二光束154，透射程度不同。入射光束116可以撞击在光纤138上的入射面处。光学传感器113中的一个光学传感器113可以布置在第一光纤144的出射端处，而另一个光学传感器113可以布置在第二光纤146的出射端处。光纤可以包括多于三根的光纤，例如如图3中所示的四根光纤，其中第四根光纤可以是另外的第一光纤144或另外的第二光纤146，使得该光纤在图3中通常用附图标记130、138表示。
如图2A中所示，检测器110可包括小基线。在图2A的实施例中，基线可以是光学照射光纤140的出射面与光纤138的入射面之间的距离。特别地，基线可以是零。
在图2B中，示出了与图2A中类似的实施例。图2B显示了传送装置128对从对象112传播到检测器110的光束116的影响。如图2A中所示，对象112被描绘为不同的对象距离，第一对象距离206和第二对象距离208。在第一对象距离206处生成的光束116可以在与第二对象距离208处生成的光束116不同的角度下传播到传送装置128。具体地，光轴129上的第一对象距离206处生成的光束116可以与光轴129上的第二对象距离208处生成的光束116相比以不同的角度传播到传送装置128的边缘。传送装置128可以适于影响，例如转移(divert)，从对象112传播到检测器110的光束116。特别地，传送装置128可以适于调节光束116的传播方向，特别地取决于光束116撞击在传送装置128上的入射角。传送装置128可以适于调节和/或生成相对于光轴129的传播角度。传播角度可以是光轴129与从对象112传播到检测器110的光束116的传播方向之间的角度。在不使用传送装置的情况下，光束的传播角度可主要取决于对象的特性，诸如表面特性和/或材料特性和/或表面的取向和/或表面的形状，光束从中生成。因此，在不使用传送装置的情况下，可以通过组合信号的表面相关性来混合或甚至抑制取决于传播角度的组合信号的距离相关性。传送装置128可以适于调节和/或生成传播角度，使得它与对象112的表面特性无关。具体地，传送装置可以以这种方式增强对传播角度的相关性，即在撞击到角度相关光学元件上之前光束已经通过传送装置的情况下，比在撞击到角度相关光学元件上之前光束还未通过传送装置的情况下，撞击到角度相关光学元件上的光束的两个不同的传播角度相差更多。角度相关的增强可以如此，使得表面特性的影响可能不太明显或甚至被强距离相关角度相关性抑制。传送装置128可以适于加强和/或放大光束116的传播方向的角度相关性。
进一步应注意，图1和图2中所示的实施例仅提供用于确定对象112的纵向坐标z的实施例。然而，修改图1和图2的设置以提供关于对象112和/或其部分的横向坐标的附加信息也是可行的。作为示例，例如在传送装置128和光学传感器118、120之间，光束116的一个或多个部分可以分支，并且可以引导到位置敏感装置，诸如一个或多个CCD和/或CMOS像素化传感器和/或象限检测器和/或其它位置敏感装置，从其上生成的光斑的横向位置，可以导出对象112和/或其部分的横向坐标。横向坐标可用于验证和/或增强距离信息的质量。作为进一步的细节，作为示例，可以参考提供横向传感器的潜在解决方案的一个或多个上述现有技术文献。
图4示出了角度相关光学元件130的角度相关透射。角度相关光学元件130可以设计成使得透射程度取决于从对象朝向检测器110传播的入射光束撞击在角度相关光学元件130上的入射角。角度相关光学元件130可以设计成与以较小角度撞击的光线相比，削弱以较大角度撞击的光线。特别地，在截止角处，透射程度可以急剧下降到零，并且可以截止具有大入射角的光线。如图4中所示，入射光束116的区域在生成的光束131中被角度相关光学元件130截止。
图5示出了作为入射角A(以度为单位)的函数的恒定照射功率下光纤的传输功率P(以W为单位)的相关性。接收角示为垂直线。对于与光纤平行(即以0°的角度)的入射光线，透射程度可能最高，忽略了反射效应。对于更大的角度，例如从1°到10°的角度，透射程度可以平滑地减小到平行光线的透射程度的大约80％，并且可以不断地保持在该水平直到光纤138的接收角。在接收角下，透射程度可能急剧下降到零。可以截止具有大入射角的光线。
图6A和图6B示出了距离测量的实验结果。确定的距离zmeas(以mm为单位)示为对象距离zobj(以mm为单位)的函数。作为照射源115，使用激光器，其具有980nm的波长，并且在激光器组件模块下可获得2.4mW的平均功率。两个Si光电检测器用作光学传感器113。使用在Thorlabs固定焦点准直组件F220SMA-980下可用的光纤138和传送装置128。在图6A中，实线指示其中zmeas＝zobj。对于测量，改变对象距离并使用两种不同类型的对象，特别是黑纸对象，曲线156(点线)，以及白纸对象，曲线158(虚线)。针对中小距离，确定的对象距离与2％之内的实际距离一致，并且针对大距离，在10％之内一致。在图6B中，对于黑纸对象(点线)和白纸对象(虚线)示出了作为距离zobj(以mm为单位)的函数的通过除双光电检测器的信号而确定的组合信号Q。对于中小距离，所确定的两种对象类型的商在2％内一致，并且对于大距离，在10％内一致。
图7以高度示意图示出了例如根据图1或图2中所示的实施例的检测器110的示例性实施例。检测器110具体可以体现为相机156和/或可以是相机156的一部分。相机156可以被制成用于成像，特别是用于3D成像，并且可以被制成用于获取静止图像和/或图像序列，诸如数字视频剪辑。其它实施例是可行的。
图7进一步示出了检测器***158的实施例，除了至少一个检测器110之外，该检测器***158包括一个或多个信标装置114，在该示例中，该信标装置114可以附接和/或集成到对象112中，通过使用检测器110检测对象112的位置。图7进一步示出了人机接口160的示例性实施例，该人机接口160包括至少一个检测器***158，并且进一步包括娱乐装置162，该娱乐装置162包括人机接口160。该图进一步示出了用于跟踪对象112的位置的跟踪***164的实施例，该跟踪***164包括检测器***158。装置和***的组件将在下面进一步详细说明。
图7进一步示出了用于扫描包括对象112的景物的扫描***166的示例性实施例，诸如用于扫描对象112和/或用于确定至少一个对象112的至少一个位置。扫描***166包括至少一个检测器110，并且可选地，进一步包括至少一个照射源115以及可选地至少一个另外的照射源115。照射源115通常被配置为发射至少一个照射光束142，诸如用于照射至少一个点，例如位于信标装置114的一个或多个位置上和/或对象112的表面上的点。扫描***166可以被设计为生成包括对象112的景物的轮廓和/或对象112的轮廓，和/或可以被设计为通过使用至少一个检测器110生成关于至少一个点与扫描***166(特别是检测器110)之间的距离的至少一个信息项。
如上所述，可以在图7的设置中使用的检测器110的示例性实施例在图1和图2中示出。因此，除了光学传感器118、120之外，检测器110包括至少一个评估装置133，该评估装置133具有例如至少一个除法器134和/或至少一个位置评估装置136，如图7中符号所示。评估装置133的组件可以完全或部分地集成到不同的装置中和/或可以完全或部分地集成到检测器110的其它组件中。除了完全或部分地组合两个或更多个组件的可能性之外，光学传感器118、120中的一个或多个以及评估装置133的一个或多个组件可以通过一个或多个连接器168和/或通过一个或多个接口互连，如图7中符号化所示。此外，一个或多个连接器168可包括一个或多个驱动器和/或用于修改或预处理传感器信号的一个或多个装置。此外，代替使用至少一个可选连接器168，评估装置133可以完全或部分地集成到光学传感器118、120中的一个或二者中和/或集成到检测器110的壳体170中。另外或可替代地，评估装置133可以完全或部分地设计为单独的装置。
在该示例性实施例中，可以检测其位置的对象112可以被设计为运动器材的物品和/或可以形成控制元件或控制装置172，其位置可以由用户174操纵。作为示例，对象112可以是或可以包括球板、球拍、球杆或运动器材和/或假运动器材的任何其它物品。其它类型的对象112也是可能的。此外，用户174他或她自己可以被认为是对象112，其位置将被检测到。
如上所述，检测器110至少包括光学传感器118、120。光学传感器118、120可以位于检测器110的壳体170内。此外，包括至少一个传送装置128，诸如一个或多个光学***，优选地包括一个或多个透镜。
壳体170内部的开口176，优选地关于检测器110的光轴126同心定位，优选地限定检测器110的视图方向178。可以限定坐标系180，其中与光轴126平行或反平行的方向可以定义为纵向方向，而垂直于光轴126的方向可以定义为横向方向。在图7中象征性地描绘的坐标系180中，纵向方向由z表示，并且横向方向分别由x和y表示。其它类型的坐标系180是可行的，诸如非笛卡尔坐标系。
检测器110可以包括光学传感器118、120以及可选地包括另外的光学传感器。光学传感器118、120可以位于同一个光束路径中，例如一个在另一个之后，使得第一光学传感器118覆盖第二光学传感器120的一部分。然而，可替代地，分支光束路径也是可能的，例如使用多分叉光纤。分支光束路径可以包括在一个或多个附加光束路径中的附加光学传感器，诸如通过分支用于至少一个横向检测器或横向传感器的光束路径来确定对象112和/或其部分的横向坐标。然而，可替代地，光学传感器118、120可以位于相同的纵向坐标处。
一个或多个光束116从对象112和/或从一个或多个信标装置114朝向检测器110传播。检测器110被配置用于确定至少一个对象112的位置。为此目的，如上面在图1至6的上下文中所解释的，评估装置133被配置为评估由光学传感器118、120提供的传感器信号。检测器110适于确定对象112的位置，并且光学传感器118、120适于检测光束131。在没有使用照射源115的情况下，信标装置114和/或这些信标装置114中的至少一个信标装置114可以是或可以包括具有集成照射源(诸如发光二极管)的有源信标装置。在使用照射源115的情况下，信标装置114不一定必须是有源信标装置。相反，可以使用对象112的反射表面，诸如具有至少一个反射表面(诸如反射镜、逆反射器、反射膜等)的集成反射信标装置114。诸如由一个或多个透镜聚焦的直接地和/或在被传送装置128修改之后的光束116撞击在角度相关元件130上，该角度相关元件130生成照射光学传感器118、120的光敏区域122、124的至少一个光束。关于评估的细节，可以参考上面的图1至图6。
如上所述，通过使用检测器110确定对象112和/或其一部分的位置可以用于提供人机接口160，以便向机器182提供至少一个信息项。在图7中示意性描绘的实施例中，机器182可以是计算机和/或可以包括计算机。其它实施例是可行的。评估装置133甚至可以完全或部分地集成到机器182中，诸如集成到计算机中。
如上所述，图7还描绘了跟踪***164的示例，该跟踪***164被配置用于跟踪至少一个对象112和/或其部分的位置。跟踪***164包括检测器110和至少一个跟踪控制器184。跟踪控制器184可以适于在特定时间点跟踪对象112的一系列位置。跟踪控制器184可以是独立的装置和/或可以完全或部分地集成到机器182(具体是计算机，如图7中所示)和/或评估装置133中。
类似地，如上所述，人机接口160可以形成娱乐装置162的一部分。机器182，特别是计算机，也可以形成娱乐装置162的一部分。因此，借助于用户174充当对象112和/或借助于处理控制装置172的用户174充当对象112，用户174可以将至少一个信息项(诸如至少一个控制命令)输入到计算机中，因此改变娱乐功能，诸如控制计算机游戏的进程。
图8A和8B以高度示意图示出了检测器110的另一示例性实施例。在该实施例中，检测器110可包括至少一个测量头186，该测量头186包括一个光学测量光纤188和至少一个传送装置128。此外，检测器110可以包括至少两个光学传感器113。每个光学传感器113可以被设计成响应于由源自光学测量光纤188的至少一个光束190对其相应光敏区域121的照射而生成至少一个传感器信号。至少一个评估装置133可以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112的至少一个纵向坐标z。测量头186可以包括恰好一个光学测量光纤188。为了仅允许使用一个光学测量光纤188，组合信号Q由来自布置在光学测量光纤一端部处的至少两个光学传感器113的至少两个传感器信号确定。光学测量光纤188可包括两个端部。光学测量光纤188可包括至少一个接收端192，该接收端192适于接收源自对象112的至少一个光束。光学测量光纤188可包括至少一个出射端194，源自对象112的光束116从该出射端194离开光学测量光纤188。光学传感器113可以布置在光学测量光纤188的出射端194处。不希望受该理论的束缚，据信保持由光学测量光纤188接收的光束的入射角，使得入射角等于出射角，假设入射角等于或小于光纤的接收角。因此，在光束116中编码的距离信息可以基本上保持，并且可以使用组合信号Q来评估。图8A和8B示出了具有源自对象的光束116的不同入射角的两个实施例中的角度保持。
在图8A和8B中，光学传感器113可以包括CMOS传感器。评估装置133可以适于将CMOS传感器的传感器区域划分成至少两个子区域。具体地，评估装置可以适于将CMOS传感器的传感器区域划分成至少一个左侧部分和至少一个右侧部分和/或至少一个上侧部分和至少一个下侧部分。评估装置133可以被配置用于通过评估来自至少两个子区域的传感器信号的组合信号Q来确定对象112的至少一个纵向坐标z。使用至少一个CMOS传感器可以允许照射源115的移动以照射对象112。特别地，至少一个光学照射光纤196和光学测量光纤188的独立移动可以是可能的。
测量头186可包括至少一个传送装置128，该传送装置128包括至少一个准直透镜。传送装置128的数值孔径可以小于光学测量光纤188的数值孔径。
照射源115和光学传感器113可以通过基线分开。基线可小于0.01m，优选小于0.005m，更优选小于0.0025m。双单元或象限二极管的部分二极管的分界线可以与基线基本上平行或基本上正交地布置。
在一个检测器内可以使用若干测量头186。作为示例，可以使用多于一个的照射源115来通过多个光学照射光纤196照射至少一个对象112。可以以不同的调制频率调制多个照射源115。多个光学测量光纤188可用于将光束引导朝向光学传感器113。在多个光学测量光纤188组合在至少两个光学传感器113中的至少一个光学传感器上的情况下，多个照射源115的贡献可以在解调过程中分离，产生不同调制频率的贡献。在另一示例中，多个光学测量光纤188可以组合在至少一个CMOS传感器上。然后可以使用CMOS上的光斑的位置来分离多个测量光纤的贡献。在CMOS上的光斑的位置可以用于区分多个测量光纤的贡献的情况下，单个照射源115可以用于通过至少一个光学照射光纤196照射至少一个对象112。
图9以高度示意图示出了检测器110的另一示例性实施例。该实施例中的检测器110可以如图8A和8B所示的检测器110的实施例中那样设计。在图9的实施例中，检测器110可以包括至少一个光学照射光纤196。照射源115可以适于通过光学照射光纤196照射对象112。光学照射光纤196可以是或可以包括至少一个光导元件。光学照射光纤196可以包括至少一个第一端，该第一端适于接收例如由照射源115生成的至少一个照射光束。另外或可替代地，可以引导照射源115通过光纤。光学照射光纤196可以包括至少一个第二端，照射光束从该第二端离开光学照射光纤196以照射对象。至少一个透镜，特别是至少一个准直透镜，可以放置在第二端处。在图9中所示的实施例中，光学传感器113可以布置为双单元的部分二极管。光学测量光纤188和光学照射光纤196可以特别固定地互连。
除了使用光学照射光纤196的照射之外或作为另外替代，对象112可以由从任意照射源115生成的光束照射。具体地，对象112的照射可以独立于光纤执行。
图10以高度示意图示出了检测器110的另一实施例。关于检测器110的描述，参考图8A至图9的描述。在该实施例中，光学传感器113实施为CMOS传感器。使用至少一个CMOS传感器可以允许照射源115的移动以照射对象112。特别地，至少一个光学照射光纤196和光学测量光纤188的独立移动可以是可能的。光学照射光纤196和光学传感器113可以通过基线分开。基线可小于0.01m，优选小于0.005m，更优选小于0.0025m。
图11和图12示出了使用如下的测量设置的测量结果：从OSRAM可获得的625nm-LED；以Basler daA2500-14μm、2592px×1944px可获得的CMOS芯片；以DB01从SICK LL3系列可获得的光纤；以C340TMD-A从Thorlabs可获得的透镜，具有0.64的数值孔径和4.03mm的聚焦长度。在图11中，示出了具有作为CMOS像素数N的函数的10到100mm的不同对象距离的光斑的归一化的径向强度分布特别地，虚线表示20mm的对象距离，点线表示40mm的对象距离，密集虚线表示60mm的对象距离，虚线点线表示80mm的对象距离，并且具有虚线-点-点的线表示100mm的对象距离。光斑轮廓示出取决于对象距离的差异。如上所述，评估装置133可以适于将CMOS传感器的传感器区域划分成例如至少一个左侧部分和至少一个右侧部分和/或至少一个上部部分和至少一个下部部分和/或至少一个内部部分和至少一个外部部分。评估装置133可以被配置用于通过评估来自至少两个子区域的传感器信号的组合信号Q来确定对象112的至少一个纵向坐标z。图12示出了从除CMOS传感器的内部和外部部分的传感器信号确定的归一化的组合传感器信号Q作为对象距离z(以mm为单位)的函数。在图12中，观察到组合的传感器信号的距离相关性。
图13A至图13MM以顶视图示出了测量头186的实施例。测量头186可包括至少一个壳体，例如至少一个金属壳体和/或塑料壳体。测量头186中的每一个测量头可包括多根光纤，具体地，多根至少一个光学照射光纤196和/或至少一个光学测量光纤188。特别地，图13A、图13B、图13F、图13G、图13H、图13L、图13R、图13M、图13N、图13R、图13S、图13X示出了具有一个光学照射光纤196和两个光学测量光纤188的测量头186的实施例，具体地是适于将源自对象112的光束提供给第一光学传感器113的第一光学测量光纤198和适于将源自对象112的光束提供给第二光学传感器113的第二光学测量光纤200。测量头186可包括至少一个径向布置或径向对称的设计。例如，选自以下的至少两个元件可以同心布置并且具有和/或共享共同的中心轴：第一光学测量光纤198；第二光学测量光纤200；或者光学照射光纤196。例如，如图13B、图13H和图13N中所示，第一光学测量光纤198、第二光学测量光纤200和光学照射光纤196可以同心布置并且具有和/或共享共同的中心轴。径向布置或径向对称设计的其它实施例是可能的。例如，如图13GG、图13KK和图13LL中所示，选自如下(第一光学测量光纤198；第二光学测量光纤200；或者光学照射光纤196)的多个至少一个元件可以径向布置在选自如下(第一光学测量光纤198；第二光学测量光纤200；或者光学照射光纤196)的至少一个其它元件周围。径向布置或径向对称设计可以允许增强测量值的稳健性，特别是在对象的测量点处的强黑白对比度处或者用于凹表面或凸表面的测量。图13C、图13D、图13E、图13I、图13J、图13K、图13O、图13P、图13Q、图13T、图13U、图13V、图13W、图13Y、图13Z和图13AA至图13MM示出了测量头186内不同数量的光学照射光纤196、第一光学测量光纤198和第二光学测量光纤200的进一步可能的布置。测量头186内的光纤的其它布置是可以想到的。
测量头186可包括一个或多个传送装置128，特别是准直透镜。图14A至图14MM以顶视图示出了测量头186中的透镜布置的实施例。图A至图MM的测量头186中的光纤布置与图13A至图13MM中所示的布置相对应，其中，图14A和图14A1、图14C1和图14C2分别示出了图13A和图13C的光纤布置的两个实施例。为清楚起见，省略了相应光纤的参考标号，使得参考图13A至图13MM。图14A、图14AA、图14BB、图14C2、图14E、图14EE、图14H、图14HH、图14JJ、图14K、图14M、图14MM、图14O、图14R、图14V、图14Y、图14Z中所示的测量头186包括布置在所有光纤前面的一个传送装置128。图14A1、图14C1、图14DD、图14F、图14FF、图14G、图14I、图14KK、图14L、图14P、图14U、图14X示出了测量头186，该测量头186包括在光纤前面的两个或更多个传送装置128。图14B、图14D、图14CC、图14GG、图14II、图14J、图14N、图14LL、图14S、图14T、图14W、图14Q示出了测量头186，其包括用于具有相同功能的光纤的至少一个单独透镜128。例如，在图14B、图14CC、图14D、图14II、图14J、图14LL、图14T和图14Q中，测量头186包括覆盖所有光纤的传送装置128和仅另外覆盖光学照射光纤196的分离透镜128。例如，在图14GG中，测量头186包括两个传送装置128。第一传送装置128可以覆盖第一光学照射光纤196和多个第一光学测量光纤198，它们围绕第一光学照射光纤196径向布置，并且第二传送装置128可以覆盖第二光学照射光纤196和多个第二光学测量光纤200，它们围绕一个第二光学照射光纤196径向布置。此外，在图14GG中，示出了两个单独的传送装置128，其仅另外覆盖第一和第二照射光纤196。例如，图14N示出了实施例，其中第一传送装置128可以覆盖所有光纤，第二单独传送装置128可以覆盖第一光学测量光纤198和第二光学测量光纤200，并且第三单独传送装置128可以仅覆盖第一光学测量光纤198。例如，图14S示出了具有三个传送装置128的实施例：仅覆盖第二光学测量光纤200的第一传送装置128，覆盖第一光学测量光纤198和光学照射光纤196二者的第二传送装置128，以及仅覆盖第一光学测量光纤198的第三传送装置128。例如，图14W示出了包括两个传送装置的测量头186；覆盖所有光纤的第一传送装置128，以及覆盖第一光学测量光纤198和第二光学测量光纤200的至少一个单独的透镜128。第一测量光纤和/或第二测量光纤和/或照射光纤的光学路径和/或两个或更多个传送装置的光学路径可以通过机械部件(诸如完全或部分不透明的机械壁或包层等)完全或部分地光学分离，以避免内反射。
图15a至图15D示出了测量头186中的光纤和透镜布置的实施例的侧视图。图15A对应于图13FF和14FF中所示的光纤和透镜布置。测量头186可包括用于光学照射光纤196和接收光纤(即，至少一个第一光学测量光纤198和至少一个第二光学测量光纤200)的单独传送装置。测量头186可包括一个光学照射光纤196。测量头186可以包括，特别是从光学照射光纤196移位，一个第二光学测量光纤200，该第二光学测量光纤200由六个第一光学测量光纤198围绕，该六个第一光学测量光纤198围绕第二光学测量光纤200径向布置。测量头186可以包括第一传送装置128和第二传送装置128，该第一传送装置128可以布置在光学照射光纤196的前面，并且该第二传送装置128可以覆盖第一光学测量光纤198和第二光学测量光纤200。
图15B至15D示出了测量头186的实施例，该测量头186包括一个光学照射光纤198、六个第一光学测量光纤198和六个第二光学测量光纤200。在图15B中示出了一种布置，其中光学照射光纤196布置在由六个第一光学测量光纤198径向包围的中心。第一光学测量光纤198可以由六个第二光学测量光纤200径向包围。测量头186可以包括用于光学照射光纤196和接收光纤的一个传送装置128。可以在传送装置处生成内反射，其可以生成到接收光纤的信号偏移。图15B示出了不具有基线的径向布置的实施例。在图15C中，示出了类似的光纤布置，但是测量头186可以包括用于光学照射光纤196和接收光纤的单独的传送装置128。在该实施例中，光学照射光纤196可以被向上引导到传送装置128，使得可以防止内反射。该实施例示出了不具有基线的径向布置。图15D示出了光纤布置，其中光学照射光纤196布置成从该布置的中心移位。在该实施例中，光学照射光纤196可以被向上引导到传送装置128，使得可以防止内反射。
图16A至16F示出了光纤端部处的不同透镜布置。如上所述，至少一个传送装置128可以布置在光纤的一端部处。传送装置128可以直接附接到一根光纤或者可以附接到光纤束。可替代地，传送装置128可以使用至少一个间隔元件202附接到光纤或光纤束。图16A示出光纤或光纤束。图16B示出了已经附接至少一个凹透镜的光纤或光纤束。图16C示出了已经附接至少一个凸透镜的光纤或光纤束。图16D示出了已经附接至少一个球面透镜的光纤或光纤束。图16E示出了已经附接至少一个锥形透镜或至少一个尖端形状的透镜的光纤或光纤束。图16F示出了已经附接至少一个棱镜形透镜(特别是非旋转对称透镜)的光纤或光纤束。图17示出了测量头186的另一实施例。图17中的透镜和光纤布置对应于图15A中所示的透镜和光纤布置。在图17中，另外，测量头186包括间隔元件202，该间隔元件202适于将传送装置128附接到光纤。第一测量光纤和/或第二测量光纤和/或照射光纤的光学路径和/或两个或更多个传送装置的光学路径可以通过机械部件(诸如完全或部分不透明的机械壁或包层等)完全或部分地光学分离，以避免内反射。通过机械部件的这种光学分离可以是间隔元件202的一部分。
图18示出了用于确定景物的深度轮廓的扫描***166的另一实施例。扫描***166包括至少一个检测器110。扫描***进一步包括至少一个照射源115(在此未示出)，其适于用至少一个光束扫描景物，该光束也可以被称为照射光束或扫描光束。扫描***可以适于扫描二维或三维范围，特别是感兴趣区域，其由检测器110可见，使得可以用检测器110评估二维或三维范围的至少一个几何或空间特性。
检测器110包括至少一个测量头186，该测量头186包括：至少一个第一光学测量光纤198，其适于将源自对象112的至少一个光束提供给第一光学传感器113(未示出)；以及至少一个第二光学测量光纤100，其适于将源自对象112的光束提供给第二光学传感器113(未示出)。在图18中，示出了实施例，其中检测器包括一个第二光学测量光纤200和六个第一光学测量光纤198，它们围绕第二光学测量光纤200布置。具体地，光学测量光纤188中的每个光学测量光纤188可以具有至少两个端部、远端端部(也表示为出射端)以及至少一个近端端部(也表示为接收端)。近端端部可以布置在测量头内和/或附接到测量头。相应的近端端部可以适于将源自对象112的光束耦合到相应的光学测量光纤188中。远端端部可以布置得更靠近光学传感器113并且可以布置成使得通过光学测量光纤188从近端端部行进到远端端部的光束在远端端部离开光学测量光纤188并照射相应的光学传感器113。
测量头186进一步可包括至少一个传送装置128。传送装置128可布置在光学测量光纤188的前面。传送装置128可适于将源自对象112的光束聚焦在近端端部上。例如，传送装置128可包括选自如下的至少一个传送元件：至少一个凹透镜；至少一个凸透镜；至少一个球面透镜；至少一个尖端形状的透镜；至少一个棱镜形透镜，特别是非旋转对称透镜。此外，测量头可以包括至少一个间隔元件202，其适于将传送装置128附接到光学测量光纤188。第一测量光纤198和第二测量光纤200的光学路径可以通过机械部件(诸如完全或部分不透明的机械壁或包层等)完全或部分地光学分离，以避免内反射。通过机械部件的这种光学分离可以是间隔元件202的一部分。
检测器110可以包括至少一个光学照射光纤196。照射源115可以适于通过光学照射光纤196照射对象112。光学照射光纤可以包括：至少一个第一端，其适于接收至少一个光束；以及至少一个第二端，其中至少一个光束从该第二端离开光学照射光纤196以照射对象112。光学照射光纤196的至少第二端可以布置在测量头186内，和/或可以附接到测量头186。光学照射光纤196可以平行于光学测量光纤188的扩展方向布置，例如与光学测量光纤188成束。检测器可以包括至少一个另外的传送装置128，该另外的传送装置128可以布置在光学照射光纤196的前面。
扫描***166可包括至少一个致动器204，该致动器204被配置成移动测量头186以扫描感兴趣区域。具体地，致动器可以附接和/或耦合和/或连接到光学测量光纤188和/或光学照射光纤196，并且可以适于生成引起光学测量光纤188和/或光学照射光纤196移动(特别是振荡)的力。因此，通过驱动光学测量光纤188和/或光学照射光纤196，测量头186移动。致动器204可以适于生成与光学测量光纤188和/或光学照射光纤196的固有共振频率的谐波对应的力。致动器204可以包括至少一个机电致动器和/或至少一个压电致动器。压电致动器可包括选自如下的至少一个致动器：至少一个压电陶瓷致动器；至少一个压电致动器。致动器204可以被配置成使测量头186，特别是光学照射光纤196和/或光学测量光纤188振荡。致动器204可以适于以线性扫描和/或径向扫描和/或螺旋扫描移动测量头186。在图18中，示出了测量头186的示例性移动。例如，致动器204可以适于在光纤188、196上生成力，使得测量头186向上和向下移动。例如，致动器204可以被配置成在光纤188、196上生成力，使得测量头186在具有预定半径的轨道中移动。半径可以是可调节的。例如，致动器204可以适于生成力，使得测量头186以诸如具有交替减小或增大的半径的螺旋形移动。
图19示出了扫描***166的另一实施例。图19示出了测量头186的前视图。在该实施例中，测量头186可包括径向布置在光学照射光纤196周围的多个第一测量光纤198和多个第二测量光纤200。光学照射光纤198可以通过致动器204移动。光学照射光纤198可以适于相对于第一测量光纤198和第二测量光纤200执行螺旋运动和/或圆周运动，并且因此允许螺旋或圆形扫描。评估装置133可以适于校准光学照射光纤196的位置并取决于光学照射光纤196的位置评估距组合信号Q的距离。检测器110可以包括至少一个另外的传送装置128，该另外的传送装置128可以布置在光纤138的前面。
参考编号列表
110 检测器
112 对象
113 光学传感器
114 信标装置
115 照射源
116 光束
118 第一光学传感器
120 第二光学传感器
121 光敏区域
122 第一光敏区域
124 第二光敏区域
126 检测器的光轴
128 传送装置
129 传送装置的光轴
130 角度相关光学元件
131 光束
132 第一侧
133 评估装置
134 除法器
136 位置评估装置
138 光纤
140 照射光纤
142 光束
144 第一光纤
146 第二光纤
148 入射端
150 出射端
152 第一光束
154 第二光束
156 相机
158 检测器***
160 人机接口
162 娱乐装置
164 跟踪***
166 扫描***
168 连接器
170 壳体
172 控制装置
174 用户
176 开口
178 视图方向
180 坐标系
182 机器
184 跟踪控制器
186 测量头
188 光学测量光纤
190 光束
192 接收端
194 出射端
196 光学照射光纤
198 第一光学测量光纤
200 第二光学测量光纤
202 间隔元件
204 致动器
206 第一对象距离
208 第二对象距离
210 第二光束
Claims (48)
1.一种用于确定至少一个对象(112)的位置的检测器(110)，所述检测器(110)包括：
-至少一个角度相关光学元件(130)，其适于生成至少一个光束(131)，所述至少一个光束(131)具有取决于入射光束(116)的入射角的至少一个光束轮廓，所述入射光束(116)从所述对象(112)朝向所述检测器(110)传播并照射所述角度相关光学元件(130)，其中，所述角度相关光学元件(130)包括选自包括以下的至少一个光学元件：至少一根光纤；至少一个透镜阵列，其布置在垂直于所述检测器的光轴的至少一个平面中；至少一个光学干涉滤波器；至少一个非线性光学元件；
-至少一个传送装置(128)，其中，所述传送装置(128)响应于从所述对象(112)传播到所述检测器(110)的至少一个入射光束(116)而具有至少一个焦距；
-至少两个光学传感器(113)，其中，每个光学传感器(113)具有至少一个光敏区域(121)，其中，每个光学传感器(113)被设计成响应于由所述角度相关光学元件(130)生成的所述光束(131)对其相应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(133)，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(112)的至少一个纵向坐标z，
-其中，所述光敏区域(121)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，并且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个或二者。
2.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中，所述检测器(110)还包括用于照射所述对象(112)的照射源(115)。
3.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中，所述照射源(115)适于通过所述角度相关光学元件(130)照射所述对象(112)。
4.根据权利要求2至3中任一项所述的检测器(110)，其中，在所述照射源(115)和所述光学传感器(113)之间垂直于所述检测器(110)的光轴(126)的距离很小，其中，在所述照射源(115)和所述光学传感器(113)之间垂直于所述检测器(110)的所述光轴(126)的所述距离小于0.01m。
5.根据权利要求4所述的检测器(110)，其中，所述角度相关光学元件(130)包括具有至少一个入射面的至少一根光纤，其中，在所述照射源(115)和所述光纤的所述入射面之间垂直于所述检测器(110)的光轴(126)的距离很小，其中，在所述照射源(115)和所述光纤的所述入射面之间垂直于所述检测器(110)的所述光轴(126)的所述距离小于0.01m。
6.根据权利要求5所述的检测器(110)，其中，所述角度相关光学元件(130)包括至少两根光纤，每根光纤具有至少一个入射面，其中，所述入射面同心或彼此叠置或彼此平行或并排布置，其中，在一个或两个入射面与所述照射源(115)之间垂直于所述检测器(110)的光轴(126)的距离小于0.01m。
7.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中，所述评估装置(133)被配置用于通过除所述传感器信号，除所述传感器信号的倍数，除所述传感器信号的线性组合中的一个或多个来导出所述组合信号Q。
8.根据权利要求7所述的检测器(110)，其中，所述评估装置(133)被配置用于使用所述组合信号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。
9.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中，所述评估装置(133)被配置用于通过下式导出所述组合信号Q：
其中，x和y是横向坐标，A1和A2是所述光学传感器(113)的传感器位置处的所述光束轮廓的区域，以及E(x，y，z0)表示在对象距离z0处给出的所述光束轮廓。
10.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中，所述光学传感器(113)定位在焦点外。
11.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中，所述角度相关光学元件包括具有至少一个入射面的至少一根光纤，其中，所述入射面定位在焦点外。
12.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中，所述传感器信号中的每一个传感器信号包括由所述角度相关光学元件(130)生成的所述光束(131)的所述光束轮廓的至少一个区域的至少一个信息，其中，所述光束轮廓选自：梯形光束轮廓；三角形光束轮廓；锥形光束轮廓以及高斯光束轮廓的线性组合。
13.根据权利要求12所述的检测器(110)，其中，所述评估装置(133)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，其中，所述光束轮廓的所述第一区域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包括所述光束轮廓的中心信息，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，其中，所述评估装置(133)被配置为通过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中的一个或多个来导出所述组合信号Q。
14.根据权利要求13所述的检测器(110)，其中，所述角度相关光学元件包括两根光纤，每根光纤具有入射面，其中，所述入射面被布置成使得第一传感器信号包括所述光束轮廓的所述第一区域的信息，以及第二传感器信号包括所述光束轮廓的所述第二区域的信息，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个或二者，其中，所述评估装置(133)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，其中，所述光束轮廓的所述第一区域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包括所述光束轮廓的中心信息，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，其中，所述评估装置(133)被配置为通过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中的一个或多个来导出所述组合信号Q。
15.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中，所述检测器(110)具有至少一个传感器元件，所述传感器元件具有光学传感器(113)的矩阵，所述光学传感器(113)每个具有光敏区域，其中，每个光学传感器(113)被配置为响应于由所述角度相关光学元件(130)生成的所述光束(131)对所述光敏区域的照射而生成至少一个传感器信号，其中，所述评估装置(133)被配置用于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)评估所述矩阵的所述光学传感器(113)的所述传感器信号并形成至少一个总和信号；
c)通过组合所述中心信号和所述总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所述对象(112)的至少一个纵向坐标z。
16.根据权利要求15所述的检测器(110)，其中，所述中心信号选自：所述最高传感器信号；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总和；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总和；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总和；来自包含具有所述最高传感器信号的所述光学传感器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。
17.根据权利要求15至16中任一项所述的检测器(110)，其中，所述总和信号选自：所述矩阵的所有传感器信号的平均值；所述矩阵的所有传感器信号总和；所述矩阵的所有传感器信号的积分；除了来自有助于所述中心信号的那些光学传感器的传感器信号之外，所述矩阵的所有传感器信号的平均值；除了来自有助于所述中心信号的那些光学传感器的传感器信号之外，所述矩阵的所有传感器信号总和；除了来自有助于所述中心信号的那些光学传感器的传感器信号之外，所述矩阵的所有传感器信号的积分；在距具有所述最高传感器信号的所述光学传感器的预定范围内的光学传感器的传感器信号总和；在距具有所述最高传感器信号的所述光学传感器的预定范围内的光学传感器的传感器信号的积分；高于位于距具有所述最高传感器信号的所述光学传感器预定范围内的光学传感器的一定阈值的传感器信号总和；高于位于距具有所述最高传感器信号的所述光学传感器预定范围内的光学传感器的一定阈值的传感器信号的积分，其中，所述组合信号是由以下中的一个或多个导出的所述组合信号Q：形成所述中心信号和所述总和信号的商，反之亦然；形成所述中心信号的倍数和所述总和信号的倍数的商，反之亦然；形成所述中心信号的线性组合和所述总和信号的线性组合的商，反之亦然。
18.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中，所述光学传感器(113)是双单元或象限二极管的部分二极管和/或包括至少一个CMOS传感器。
19.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中，所述检测器(110)包括：
-至少一个测量头(186)，其包括至少一个光学测量光纤(188)和所述至少一个传送装置(128)；
-所述至少两个光学传感器(113)，其中，每个光学传感器(113)具有所述至少一个光敏区域(121)，其中，每个光学传感器(113)被设计成响应于源自所述光学测量光纤(188)的至少一个光束对其相应光敏区域的照射来生成所述至少一个传感器信号；
-所述至少一个评估装置(133)，其被配置用于通过评估来自所述传感器信号的所述组合信号Q来确定所述对象(112)的所述至少一个纵向坐标z。
20.根据权利要求19所述的检测器(110)，其中，所述传送装置(128)的数值孔径小于所述光学测量光纤的数值孔径。
21.根据权利要求20所述的检测器(110)，其中，所述传送装置(128)包括至少一个准直透镜。
22.根据权利要求19至21中的任一项所述的检测器(110)，其中，所述检测器(110)包括至少一个光学照射光纤(196)，其中，所述照射源(115)适于通过所述光学照射光纤(196)照射所述对象(112)。
23.根据权利要求18所述的检测器(110)，其中，所述检测器(110)包括小基线。
24.根据权利要求23所述的检测器(110)，其中，所述双单元或所述象限二极管的所述部分二极管的分界线与所述基线平行或正交地布置。
25.根据权利要求23至24中任一项所述的检测器(110)，其中，所述基线小于0.01m。
26.根权利要求19所述的检测器(110)，其中，所述光学传感器(113)包括CMOS传感器，其中，所述评估装置(133)适于将所述CMOS传感器的所述传感器区域划分成至少两个子区域，其中，所述评估装置(133)被配置用于通过评估来自所述至少两个子区域的所述传感器信号的所述组合信号Q来确定所述对象(112)的所述至少一个纵向坐标z。
27.根据权利要求26所述的检测器(110)，其中，所述评估装置(133)适于将所述CMOS传感器的所述传感器区域划分成至少一个左侧部分和至少一个右侧部分和/或至少一个上侧部分和至少一个下侧部分和/或至少一个内部部分和至少一个外部部分。
28.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中，所述至少一根光纤是至少一根多分叉光纤。
29.根据权利要求28所述的检测器(110)，其中，所述至少一根多分叉光纤是至少一根双分叉光纤。
30.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中，所述至少一个透镜阵列是至少一个微透镜阵列。
31.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中，所述至少一个非线性光学元件是一个双折射光学元件。
32.根据权利要求4所述的检测器(110)，其中，在所述照射源(115)和所述光学传感器(113)之间垂直于所述检测器(110)的所述光轴(126)的所述距离小于0.005m。
33.根据权利要求32所述的检测器(110)，其中，在所述照射源(115)和所述光学传感器(113)之间垂直于所述检测器(110)的所述光轴(126)的所述距离小于0.0025m。
34.根据权利要求5所述的检测器(110)，其中，在所述照射源(115)和所述光纤的所述入射面之间垂直于所述检测器(110)的所述光轴(126)的所述距离小于0.005m。
35.根据权利要求34所述的检测器(110)，其中，在所述照射源(115)和所述光纤的所述入射面之间垂直于所述检测器(110)的所述光轴(126)的所述距离小于0.0025m。
36.根据权利要求6所述的检测器(110)，其中，在一个或两个入射面与所述照射源(115)之间垂直于所述检测器(110)的光轴(126)的距离小于0.005m。
37.根据权利要求36所述的检测器(110)，其中，在一个或两个入射面与所述照射源(115)之间垂直于所述检测器(110)的光轴(126)的距离小于0.0025m。
38.根据权利要求25所述的检测器(110)，其中，所述基线小于0.005m。
39.根据权利要求38所述的检测器(110)，其中，所述基线小于0.0025m。
40.一种用于确定景物的深度轮廓的扫描***(166)，所述扫描***包括根据涉及检测器的权利要求1至39中任一项所述的至少一个检测器(110)，所述扫描***(166)还包括适于采用至少一个光束扫描所述景物的至少一个照射源(115)，其中，所述检测器包括至少一个测量头(186)，所述测量头(186)包括适于将源自所述对象(112)的至少一个光束提供给第一光学传感器(113)的至少一个第一光学测量光纤(198)，以及适于将源自所述对象(112)的所述光束提供给第二光学传感器(113)的至少一个第二光学测量光纤(200)。
41.根据权利要求40所述的扫描***(166)，其中，所述检测器(110)包括至少一个光学照射光纤(196)，其中，所述照射源(115)适于通过所述光学照射光纤(196)照射所述对象(112)，其中，所述光学照射光纤(196)包括适于接收所述至少一个光束的至少一个第一端，其中，所述光学照射光纤(196)包括至少一个第二端，其中所述至少一个光束从所述第二端离开所述光学照射光纤(196)以照射所述对象(112)，其中，所述光学照射光纤(196)的至少所述第二端布置在所述测量头(186)内和/或附接到所述测量头(186)。
42.根据涉及扫描***(166)的权利要求41所述的扫描***(166)，其中，所述扫描***(166)包括至少一个致动器，所述致动器被配置为移动所述测量头(186)以扫描感兴趣区域。
43.根据权利要求42所述的扫描***(166)，其中，所述致动器包括至少一个机电致动器和/或至少一个压电致动器，其中，所述压电致动器包括选自如下的至少一个致动器：至少一个压电陶瓷致动器；至少一个压电致动器。
44.根据权利要求42至43中任一项所述的扫描***(166)，其中，所述致动器被配置为移动所述光学照射光纤(196)和/或所述测量头(186)。
45.根据权利要求42所述的扫描***(166)，其中，所述致动器适于以线性扫描和/或径向扫描和/或螺旋扫描来移动所述光学照射光纤(196)和/或所述测量头(186)中的一个或二者。
46.一种通过使用至少一个检测器(110)确定至少一个对象(112)的位置的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供至少一个角度相关光学元件(130)，并生成具有取决于入射角的至少一个光束轮廓的至少一个光束(131)；
-提供至少两个光学传感器(113)，其中，每个光学传感器(113)具有至少一个光敏区域(121)，其中，每个光学传感器(113)被设计成响应于由所述角度相关光学元件(130)生成的所述光束(131)对其相应光敏区域(121)的照射而生成至少一个传感器信号；
-采用由所述角度相关光学元件(130)生成的所述光束(131)照射所述检测器(110)的所述至少两个光学传感器(113)的所述光敏区域(121)中的每一个光敏区域(121)，其中，从而所述光敏区域(121)中的每一个光敏区域(121)生成至少一个传感器信号；以及
-评估所述传感器信号，从而确定所述对象(112)的至少一个纵向坐标z，其中，所述评估包括导出所述传感器信号的组合信号Q，
-其中，所述光敏区域(121)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，并且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个或二者。
47.根据权利要求46所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
-提供至少一个测量头，所述测量头包括一个光学测量光纤和至少一个传送装置(128)；
-生成源自所述光学测量光纤的至少一个光束；
-提供所述至少两个光学传感器(113)，其中，每个光学传感器(113)被设计成响应于由源自所述光学测量光纤的所述至少一个光束对其相应光敏区域(121)的照射而生成所述至少一个传感器信号；
-采用所述光束照射所述至少两个光学传感器(113)的所述光敏区域(121)中的每一个光敏区域(121)，其中，由此，所述光敏区域(121)中的每一个光敏区域(121)生成至少一个传感器信号；以及
-评估所述传感器信号，从而确定所述对象(112)的所述至少一个纵向坐标z，其中，所述评估包括导出所述传感器信号的组合信号Q。
48.根据涉及用于用途目的的检测器的前述权利要求1至39中任一项所述的检测器的用途，所述用途选自：交通技术中的位置测量；娱乐应用；光学数据存储应用；安保应用；监督应用；安全应用；人机接口应用；物流应用；内窥镜检查应用；医疗应用；跟踪应用；摄影应用；机器视觉应用；机器人应用；质量控制应用；3D打印应用；增强现实应用；制造应用；与光学数据存储和读出结合的用途。
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