CN104969029B - 用于光学检测至少一种物体的检测器 - Google Patents

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Abstract

提出了一种用于确定至少一种物体(112)的位置的检测器(110)。检测器(110)包含：‑至少一个横向光学传感器(130)，横向光学传感器(130)适于确定由物体(112)传输至检测器(110)的至少一束光束(138)的横向位置，所述横向位置为在垂直于检测器(110)的光轴(116)的至少一个维度中的位置，横向光学传感器(130)适于产生至少一个横向传感器信号；‑至少一个纵向光学传感器(132)，其中纵向光学传感器(132)具有至少一个传感器区域(136)，其中纵向光学传感器(132)设计为以依赖于光束(138)对传感器区域(136)的照射的方式产生至少一个纵向传感器信号，其中在给定的相同总照射功率下，纵向传感器信号依赖于传感器区域(136)中的光束(138)的束横截面；‑至少一个评价装置(142)，其中评价装置(142)设计为通过评价横向传感器信号而产生至少一个关于物体(112)的横向位置的信息项和通过评价纵向传感器信号而产生至少一个关于物体(112)的纵向位置的信息项。

Description

用于光学检测至少一种物体的检测器
发明领域
本发明涉及一种用于确定至少一种物体的位置的检测器。此外，本发明涉及一种人-机接口、一种娱乐装置、一种跟踪系统和照相机。此外，本发明涉及一种光学检测至少一种物体的位置的方法和所述检测器的各种用途。该类装置、方法和用途例如可用于日常生活的各个领域、游戏、交通技术、生产技术、安全技术、医疗技术或科学中。额外或者替代地，所述应用可为用于空间地图绘制领域中，例如用于产生一个或多个房间、一栋或多栋建筑物或一条或多条街道的地图。然而，其他应用原则上也是可能的。
现有技术
大量光学传感器和光伏装置是现有技术所已知的。尽管光伏装置通常用于将电磁辐射如紫外、可见或红外光转化为电信号或电能，光学检测器通常用于采集图像信息和/或检测至少一种光学参数，例如亮度。
大量通常可基于使用无机和/或有机传感器材料的光学传感器是现有技术所已知的。该类传感器的实例公开于US2007/0176165A1、US6,995,445B2、DE2501124A1、DE3225372A1或许多其他现有技术文献中。特别是出于成本原因和出于大面积加工原因，包含至少一种有机传感器材料的传感器正以日益提高的程度使用，例如如US2007/0176165A1所述。此处，特别是所谓染料太阳能电池的重要性日益提高，其例如泛泛描述于WO2009/013282A1中。
作为另一实例，WO2013/144177A1公开了具有氟化抗衡阴离子的喹啉染料、包含由用具有氟化抗衡阴离子的这些类型的喹啉染料敏化的氧化物半导体细颗粒制成的多孔膜的电极层、包含该类电极层的光电转换装置，和包含该类光电转换装置的染料敏化太阳能电池。
已知大量用于检测至少一种物体的检测器是基于该类光学传感器的。依赖于相应的使用目的，该类检测器可以各种方式体现。该类检测器的实例为成像装置如照相机和/或显微镜。高分辨共焦显微镜是已知的，例如其可特别地用于医疗技术和生物学领域中以在高光学分辨率下检测生物试样。用于光学检测至少一种物体的检测器的其他实例为距离测量装置，其例如基于相应光信号如激光脉冲的传播时间方法。用于光学检测物体的检测器的其他实例为三角测量系统，借此同样可进行距离测量。
从用于光学检测物体的该类已知检测器和方法出发，可确定的是在许多情况下必须投入相当多的技术花费以在足够精度下实施该物体检测。
例如，在显微镜中就设备而言需要相当多的花费以获得光束的准确聚焦和/或获得关于待成像试样的深度信息。
用于记录深度检测的另一实例是主动传感器，其通常通过发射信号并测量由至少一个物体导致的信号反射而工作。主动传感器应用范围很宽，特别是在涉及计算机视觉的应用中。M.R.Andersen、T.Jensen、P.Lisouski、A.K.Mortensen、M.K.Hansen、T.Gregersen和P.Ahrendt，Kinect Depth Sensor Evaluation for Computer Vision Applications，Technical report ECE-TR-6，2012，Dept.of Engineering，丹麦Aarhus University描述了一种深度传感器，其将红外(IR)点图投射至至少一种物体上，并使用IR照相机测量其反射图案。根据他们的研究，作者们可观察到该深度传感器在从装置启动直至获得可靠深度信号需要约30秒的调整时间，尤其是由于实施该类程序需要大量计算能力。同样地，当深度传感器旋转且快速指向不同场景时，可观察到类似的调整时间。
当使用超过一个主动传感器来获取深度信息时，特别是扩展测量范围时，发生另一问题。一旦来自一个或多个不同或相同主动传感器的信号重叠，则信号源变得不可识别，从而使得对信号重叠区域不能记录到深度信息。当两个或更多个主动传感器彼此指向对方时，会发生类似的问题。特别地，由于光学传感器的测量体积可描述为近似圆锥形的，大的测量体积只能用大量主动传感器覆盖，然而这会导致重叠体积且因此未被覆盖的区域。
相反，距离测量在许多情况下基于技术上不适当的假设，例如在图像评价中假设物体的具体尺寸。其他方法又基于复杂的脉冲序列，例如借助激光脉冲测量距离。其他方法基于使用多个检测器，例如三角测量方法。
WO2005/106965A1公开了一种有机太阳能电池装置。响应于入射光，产生光电流。此外，公开了一种制备有机太阳能电池的方法。其中提及了如下事实：缺陷或阱可降低有机太阳能电池的效率。
本领域已知各种位置检测器。因此，JP8-159714A公开了一种距离测量装置。其中通过使用检测器和阴影形成元件，基于物体阴影的形成取决于距离这一事实确定物体和检测器之间的距离。US2008/0259310A1公开了一种光学位置检测器。传输系统的位置通过使用各种已知的距离和测量角度确定。US 2005/0184301A1公开了一种距离测量装置。所述测量装置使用多种具有不同波长的发光二极管。CN101650173A公开了一种基于使用几何原理的位置传感器。此外，JP10-221064A公开了一种复杂的光学装置，其类似于全息照相中所用的光学装置。
US4,767,211公开了一种用于光学测量和成像的装置和方法。其中，通过使用不同光检测器和分压器确定沿光轴传输的反射光与离轴传输的反射光之比。通过使用该原理，可检测样品中的凹陷。
在US 4,647,193中，通过使用具有多个组件的检测器确定一系列目标物体。所述检测器远离透镜焦平面设置。来自物体的光的光斑尺寸随物体的范围变化，且因此依赖于物体的范围。通过使用不同的光检测器，可通过比较光检测器产生的信号而确定光斑的尺寸且因此确定物体的范围。
US6,995,445和US2007/0176165A1公开了一种位置敏感的有机检测器。其中使用电阻型底电极，所述电极通过使用至少两个电触头而电接触。通过形成电触头电流的电流比，可检测有机检测上的光斑位置。
US2007/0080925A1公开了一种低功率消耗显示装置。其中，使用响应于电能以允许显示装置显示信息且响应于入射辐射而产生电能的光活性层。单一显示装置的显示像素可分成显示像素和产生像素。显示像素可显示信息，而产生像素可产生电能。产生的电能可用于提供功率以驱动图像。
2012年12月19日提交的美国临时申请61/739,173和2013年1月8日提交的美国临时申请61/749,964(其全部内容通过引用并入本文)公开了一种用于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确定至少一种物体的位置的方法和检测器。具体公开了使用传感器叠堆，从而以高精度且不模糊地确定物体的纵向位置。
2013年6月13日提交的欧洲专利申请号EP13171898.3(其全部内容通过引用并入本文)公开了一种光学检测器，其包含具有基材和至少一个置于其上的光敏层结构的光学传感器。所述光敏层结构具有至少一个第一电极、至少一个第二电极和至少一种夹在第一电极和第二电极之间的光伏材料。所述光伏材料包含至少一种有机材料。第一电极包含多个第一电极带，且第二电极包含多个第二电极带，其中第一电极带和第二电极带相交，从而在第一电极带和第二电极带的交点形成像素矩阵。所述光学装置进一步包含至少一个读取装置，所述读取装置包含多个与第二电极带连接的电测量装置和用于随后将第一电极带与所述电测量装置连接的转换装置。
也于2013年6月13日提交的欧洲专利申请号EP13171900.7(其全部内容通过引用并入本文)公开了一种用于确定至少一种物体的定向的检测器装置，其包含至少两个适于与所述物体连接、由所述物体持有和集成至所述物体中至少一种的信标装置，所述信标装置各自适于将光束导向检测器，且所述信标装置在所述物体的坐标系中具有预定的坐标。所述检测器装置进一步包含至少一个适于检测由信标装置朝检测器传输的光束的检测器和至少一个评价装置，所述评价装置适于确定各信标装置在检测器坐标系中的纵向坐标。所述评价装置进一步适于通过使用信标装置的纵向坐标而确定物体在检测器坐标系中的定向。
于2013年6月13日提交的欧洲专利申请号EP13171901.5(其全部内容通过引用并入本文)公开了一种用于确定至少一种物体的位置的检测器。所述检测器包含至少一个适于检测由所述物体朝检测器传输的光束的光学传感器，所述光学传感器具有至少一个像素矩阵。所述检测器进一步包含至少一个评价装置，所述评价装置适于确定由光束照亮的光学传感器像素数量N。所述评价装置进一步适于通过使用由光束照亮的像素数量N而确定所述物体的至少一个纵坐标。
WO2012/110924A1(本发明基于该专利且其内容通过引用并入本文)提出了一种用于光学检测至少一种物体的检测器。所述检测器包含至少一个光学传感器。所述光学传感器具有至少一个传感器区域。所述光学传感器设计为以依赖于传感器区域的照射的方式产生至少一个传感器信号。在给定的相同照射总功率下，传感器信号依赖于照射几何学，特别是依赖于传感器面积上的照射束截面。此外，所述检测器具有至少一个评价装置。所述评价装置设计为由传感器信号产生至少一个几何学信息项，特别是关于照射和/或物体的至少一个几何学信息项。
尽管上述装置和检测器，特别是WO2012/110924A1中所公开的检测器给出了优点，然而仍需要一种简单、具有成本效益且仍可靠的空间检测器。因此，改进的物体空间分辨率以及跟踪空间中的物体的可能性是所需的。
本发明所要解决的问题
因此，本发明所要解决的问题在于指定用于光学检测至少一种物体的装置和方法，其至少基本上避免了已知的该类装置和方法的缺点。特别地，用于确定物体在空间中的位置和优选用于可靠跟踪空间中的物体的检测器是所需的。
发明简述
该问题由具有本专利独立权利要求特征的发明解决。可单独或组合实现的本发明有利方案示于从属权利要求和/或下文描述和详细的实施方案中。
本文所用的措辞“具有”、“包含”和“包括”及其各种语法变体以非排他性的方式使用。因此，措辞“A具有B”以及措辞“A包括B”或“A包含B”可指代除B之外，A包含一种或多种其他组分和/或成分这一实施，以及除B之外，A中不存在其他组分、成分或要素的情况。
在本发明的第一方面中，公开了一种用于确定至少一种物体的位置的检测器。
一般而言，所述物体可为选自有生命物体和无生命物体的任意物体。因此，作为一个实例，所述至少一种物体可包括一种或多种物品和/或一种或多种物品部分。额外或者替代地，所述物体可为或者可包括一种或多种生物和/或其一个或多个部分，例如人类如用户和/或动物的一个或多个身体部分。
一般而言，本文所用的“位置”是指关于物体在空间中的位置和/或定向的任意信息项。为此，作为一个实例，可使用一个或多个坐标系，且物体的位置可通过使用1个、2个、3个或更多坐标确定。作为一个实例，可使用一个或多个笛卡尔坐标系和/或其他类型的坐标系。在一个实例中，坐标系可为检测器的坐标系，其中检测器具有预定位置和/或定向。正如下文将进一步详细描述的那样，所述检测器可具有光轴，这可构成检测器的主要观察方向。所述光轴可形成坐标系的轴，如z轴。此外，可提供一个或多个其他轴，优选与z轴垂直。
因此，作为一个实例，所述检测器可构成坐标系，其中光轴形成z轴，且其中可额外提供与z轴垂直且彼此垂直的x轴和y轴。作为一个实例，所述检测器和/或检测器的一部分可位于该坐标系中的特定点，例如该坐标系的原点。在该坐标系中，与z轴平行或逆平行的方向可视为纵向，且沿z轴的坐标可视为纵向坐标。与纵向垂直的任意方向可视为横向，且x和/或y坐标可视为横向坐标。
或者，可使用其他类型的坐标系。因此，作为一个实例，可使用极坐标系，其中光轴形成z轴且其中与z的距离和极角可用作其他坐标。再次，与z轴平行或逆平行的方向可视为纵向，且沿z轴的坐标可视为纵向坐标。与z轴垂直的任意方向可视为横向，且极坐标和/或极角可视为横向坐标。
本文所用的用于确定至少一种物体位置的检测器通常为适于提供一个关于至少一种物体的位置的信息项的装置。所述检测器可为固定装置或移动装置。此外，所述检测器可为独立装置或者可形成另一装置，例如计算机、交通工具或者任何其他装置的一部分。此外，所述检测器可为手持装置。所述检测器的其他实施方案是可能的。
所述检测器可适于以任何可行的方式提供至少一个关于至少一种物体位置的信息项。因此，所述信息可例如以电、视觉、声或其任意组合的方式提供。所述信息可进一步存储在所述检测器的数据存储器或单独装置中，和/或经由至少一个接口，例如无线接口和/或有线接口提供。
所述检测器包含：
-至少一个横向光学传感器，所述横向光学传感器适于确定至少一束由所述物体朝检测器传输的光束的横向位置，所述横向位置为与检测器光轴垂直的至少一个维度中的位置，所述横向光学传感器适于产生至少一个横向传感器信号；
-至少一个纵向光学传感器，其中所述纵向光学传感器具有至少一个传感器区域，其中所述纵向光学传感器设计为以依赖于传感器区域的光束照射的方式产生至少一个纵向传感器信号，其中在给定的相同总照射功率下，所述纵向传感器信号依赖于传感器区域中的光束束横截面；
-至少一个评价装置，其中所述评价装置设计为通过评价横向传感器信号而产生至少一个关于物体横向位置的信息项和通过评价纵向传感器信号而产生至少一个关于物体纵向位置的信息项。
正如下文将进一步详细描述的那样，上文所列的组件可为独立的组件。或者，上文所列的两个或更多个组件可集成在一个组件中。因此，所述至少一个横向光学传感器和所述至少一个纵向光学传感器可至少部分集成在一个光学传感器中。或者，可提供至少一个独立于至少一个横向光学传感器的纵向光学传感器。此外，所述至少一个评价装置可作为独立的评价装置不依赖于所述至少一个横向光学传感器和所述至少一个纵向光学传感器地形成，但可优选与所述至少一个横向光学传感器和所述至少一个纵向光学传感器连接以接受横向传感器信号和纵向传感器信号。或者，所述至少一个评价装置可全部或部分集成在所述至少一个横向光学传感器和/或所述至少一个纵向光学传感器中。
本文所用的术语“横向光学传感器”通常是指适于确定由物体传输至检测器的至少一束光束的横向位置的装置。就术语“横向位置”而言，可参考上文所给的定义。因此，横向位置优选可为或可包括至少一个处于至少一个与检测器的光轴垂直的维度中的坐标。作为一个实例，横向位置可为由光束在垂直于光轴的平面中，例如在横向光学传感器的光敏传感器表面上产生的光斑的位置。作为一个实例，平面中的位置可以以笛卡尔坐标和/或极坐标给出。其他实施方案是可能的。
对横向光学传感器的潜在实施方案而言，可参考US6,995,445和US2007/0176165A1中所公开的位置敏感有机检测器。然而，其他实施方案是可能的且将在下文进一步详细描述。
所述至少一个横向传感器信号通常可为表示横向位置的任意信号。作为一个实例，横向传感器信号可为或者可包含数字和/或模拟信号。作为一个实例，横向传感器信号可为或者可包含电压信号和/或电流信号。额外或者替代地，横向传感器信号可为或者可包含数字数据。横向传感器信号可包含单一信号值和/或一系列信号值。横向传感器信号可进一步包含由两个或更多个单独信号组合而导出的任意信号，例如通过将两个或更多个信号平均和/或通过形成两个或更多个信号的商，这将在下文进一步详细描述。
本文所用的纵向光学传感器通常为设计为以依赖于传感器区域的光束照射的方式产生至少一个纵向传感器信号的装置，其中在给定的相同总照射功率下，所述纵向传感器信号依赖于传感器区域中的光束束横截面。对所述纵向光学传感器的潜在实施方案而言，可参考WO2012/110924A1中所公开的光学传感器。然而，如下文进一步详细描述的那样，优选本发明的检测器包含多个光学传感器，例如多个WO2012/110924A1中所公开的光学传感器，优选作为传感器叠堆。
因此，作为一个实例，本发明的检测器可包含WO2012/110924A1中所公开的光学传感器的叠堆，其与一个或多个横向光学传感器组合。作为一个实例，一个或多个横向光学传感器可位于纵向光学传感器叠堆面向物体的一侧上。替代或者额外地，一个或多个横向光学传感器可位于纵向光学传感器叠堆背对物体的一侧上。再次，额外或者替代地，一个或多个横向物品传感器可位于叠堆的纵向光学传感器之间。
正如下文将进一步描述的那样，优选地，所述至少一个横向光学传感器和所述至少一个纵向光学传感器二者均可包含一个或多个光检测器，优选一个或多个有机光检测器，最优选一个或多个染料敏化有机太阳能电池(DSC，也称为染料太阳能电池)，例如一个或多个固体染料敏化有机太阳能电池(s-DSC)。因此，所述检测器可优选包含一个或多个起至少一个横向光学传感器作用的DSC(例如一个或多个sDSC)，和一个或多个起至少一个纵向光学传感器作用的DSC(例如一个或多个sDSC)，优选起至少一个纵向光学传感器作用的多个DSC叠堆(优选多个sDSC的叠堆)。
本文所用的术语“评价装置”通常是指设计为产生至少一个关于物体的横向位置和物体的纵向位置的信息项的任意装置。作为一个实例，所述评价装置可为或者可包含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，例如一台或多台计算机，优选一台或多台微型计算机和/或微控制器。可包含其他组件，例如一个或多个预处理装置和/或数据采集装置，例如一个或多个用于接收和/或预处理横向传感器信号和/或纵向传感器信号的装置，例如一个或多个AD转换器和/或一个或多个滤波器。此外，所述评价装置可包含一个或多个数据存储装置。此外，如上所述，所述评价装置可包含一个或多个接口，例如一个或多个无线接口和一个或多个有线接口。
所述至少一个评价装置可适于执行至少一个计算机程序，例如至少一个实施或辅助产生至少一个关于横向位置的信息项的步骤和/或产生至少一个关于纵向位置的信息项的步骤的计算机程序。作为一个实例，可执行一种或多种算法，该算法可通过使用横向传感器信号和/或纵向传感器信号作为输入变量执行以预定转换成物体的横向位置和/或纵向位置。
如上所述，所述横向光学传感器优选为具有至少一个第一电极、至少一个第二电极和至少一种光伏材料的光检测器，其中所述光伏材料包埋在第一电极和第二电极之间。本文所用的光伏材料通常为适于响应于光在该光伏材料上的照射而产生电荷的材料或材料组合。
本文所用的术语“光”通常是指处于一个或多个可见光谱、紫外光谱和红外光谱范围内的光。其中，术语“可见光谱范围”通常是指380-780nm的光谱范围。术语“红外(IR)光谱范围”通常是指780nm至1000μm，优选780nm至3.0μm范围的电磁辐射。术语“紫外光谱范围”通常是指1-380nm，优选100-380nm范围的电磁辐射。优选地，本发明所用的光是可见光，即可见光谱范围内的光。
术语“光束”通常是指在特定方向上发射的光量。因此，光束可为在垂直于光束传播方向的方向上具有预定延度的光线束。优选地，光束可为或者可包含一束或多束高斯光束，其可由一个或多个高斯束参数表征，例如一个或多个束腰、Rayleigh长度或任何其他适于表征空间中的束直径发展和/或束传播的束参数或束参数的组合。
优选地，所述横向光学传感器的第二电极可为具有至少两个分电极的分割电极，其中所述横向光学传感器具有传感器面积，其中至少一个横向传感器信号指示光束在该传感器面积中的位置。因此，如上所述，所述横向光学传感器可为或者可包含一个或多个光检测器，优选一个或多个有机光检测器，更优选一个或多个DSC或sDSC。传感器面积可为所述光检测器面向物体的表面。传感器面积可优选垂直于光轴取向。因此，横向传感器信号可指示光束在横向光学传感器的传感器面积平面内产生的光斑位置。
本文所用的术语“分电极”通常是指多个电极中的电极，其适于测量至少一个电流和/或电压信号(优选独立于其他分电极)。因此，在提供多个分电极的情况下，第二电极适于经由两个分电极(其可独立地测量和/或使用)提供多个电位和/或电流和/或电压。
当使用至少一个具有至少一个含两个或更多个分电极的分割电极作为第二电极的横向光学传感器时，通过分电极的电流可依赖于传感器面积中的光束位置。通常，这可归因于如下事实：在因分电极上的光照射而产生电荷的位置的途中可能发生欧姆损耗或电阻损耗。因此，除分电极之外，第二电极可包含一种或多种与该分电极连接的额外电极材料，其中所述一种或多种额外电极材料提供了电阻。因此，由于在从产生电荷的位置经过所述一种或多种额外电极材料达到分电极的途中的欧姆损耗，通过分电极的电流依赖于产生电荷的位置，且因此依赖于传感器面积中的光束位置。就该确定传感器面积中光束位置的原理的细节而言，可参考下文的优选实施方案和/或参考例如US6,995,445和/或US2007/0176165A1中所公开的物理原理和装置选项。
所述横向光学传感器可进一步适于根据通过分电极的电流产生横向传感器信号。因此，可形成通过两个水平分电极的电流比，由此产生x坐标，和/或可形成通过垂直分电极的电流比，由此产生y坐标。所述检测器，优选所述横向光学传感器和/或评价装置可适于由至少一个通过分电极的电流比推导关于物体横向位置的信息。通过比较通过分电极的电流而产生位置坐标的其他方式是可能的。
所述分电极通常可以以各种方式限定，从而确定传感器面积中的光束位置。因此，可提供两个或更多个水平分电极以确定水平坐标或x坐标，且可提供给两个或更多个垂直分电极以确定垂直坐标或y坐标。因此，可在传感器面积的边缘处提供分电极，其中传感器面积的内部空间保持自由且可被一种或多个额外电极材料覆盖。如下文将进一步详细描述的那样，所述额外电极材料可优选为透明的额外电极材料，例如透明金属和/或透明导电氧化物，和/或最优选为透明导电聚合物。
其他优选实施方案可参考光伏材料。因此，所述横向光学传感器的光伏材料可包含至少一种有机光伏材料。因此，所述横向光学传感器通常可为有机光检测器。优选地，所述有机光检测器可为染料敏化太阳能电池。所述染料敏化太阳能电池可优选为固体染料敏化太阳能电池，其包含包埋于第一电极和第二电极之间的层结构，所述层结构包含至少一种n型半导电金属氧化物、至少一种染料和至少一种固体p型半导电有机材料。下文将公开染料敏化太阳能电池(DSC)的其他细节和任选实施方案。
所述横向光学传感器的至少一个第一电极优选为透明的。本发明所用的术语“透明的”通常是指如下事实：在传输通过透明物体之后的光强度等于或超过传输通过该透明物体之前的光强度的10％，优选40％，更优选60％。更优选地，所述横向光学传感器的至少一个第一电极可完全或部分由至少一种透明导电氧化物(TCO)制成。作为一个实例，可提及铟掺杂的氧化锡(ITO)和/或氟掺杂的氧化锡(FTO)。其他实例将在下文给出。
此外，所述横向光学传感器的至少一个第二电极可优选为完全或部分透明的。因此，具体地，所述至少一个第二电极可包含两个或更多个分电极和至少一种与所述两个或更多个分电极接触的额外电极材料。所述两个或更多个分电极可为不透明的。作为一个实例，所述两个或更多个分电极可完全或部分由金属制成。因此，所述两个或更多个分电极优选位于传感器面积的边缘。然而，所述两个或更多个分电极可通过所述至少一种额外电极材料电连接，所述额外电极材料优选为透明的。因此，第二电极可包含具有所述两个或更多个分电极的不透明边缘和具有至少一种额外透明电极材料的透明内部面积。更优选地，所述横向光学传感器的至少一个第二电极，如上文所述的至少一种额外电极材料可完全或部分由导电聚合物，优选透明导电聚合物制成。作为一个实例，可使用具有至少0.01S/cm，优选至少0.1S/cm，或者更优选至少1S/cm，或者甚至至少10S/cm或至少100S/cm的电导率的导电聚合物。作为一个实例，所述至少一种导电聚合物可选自如下组：聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)，优选电掺杂有至少一种抗衡离子的PEDOT，更优选掺杂有聚苯乙烯磺酸钠的PEDOT(PEDOT:PSS)；聚苯胺(PANI)；聚噻吩。
如上所述，所述导电聚合物可在至少两个分电极之间提供电接触。所述导电聚合物可提供欧姆电阻率，从而允许确定产生电荷的位置。优选地，所述导电聚合物在分电极之间提供了0.1-20kΩ的电阻率，优选0.5-5.0kΩ的电阻率，更优选1.0-3.0kΩ的电阻率。
一般而言，本文所用的导电聚合物可为具有小于104Ωm，小于103Ωm，小于102Ωm或小于10Ωm的比电阻的材料。优选地，所述导电材料具有小于10-1Ωm，小于10-2Ωm，小于10-3Ωm，小于10-5Ωm或小于10-6Ωm的比电阻。最优选地，所述导电材料的比电阻小于5×10-7Ωm或小于1×10-7Ωm，特别地处于铝的比电阻范围内。
如上所述，优选至少一个横向光学传感器和纵向光学传感器为透明光学传感器。因此，所述至少一个横向光学传感器可为透明横向光学传感器和/或可包含至少一个透明横向光学传感器。额外或者替代地，所述至少一个纵向光学传感器可为透明纵向光学传感器和/或可包含至少一个透明纵向光学传感器。在提供多个纵向光学传感器，例如纵向光学传感器叠堆的情况下，所述多个的所有纵向光学传感器和/或所述叠堆，或除一个纵向光学传感器之外的所述多个的所有纵向光学传感器和/或所述叠堆的所有纵向光学传感器为透明的。作为一个实例，在提供纵向光学传感器叠堆且其中纵向光学传感器沿检测器光轴排列的情况下，优选除最后一个背对物体的纵向光学传感器之外，所有纵向光学传感器可为透明纵向光学传感器。最后一个纵向光学传感器，即背对所述物体的叠堆一侧上的纵向光学传感器可为透明纵向光学传感器，或者不透明纵向光学传感器。示例性实施方案将在下文给出。
在一个横向光学传感器和纵向光学传感器为透明光学传感器或者包含至少一个透明光学传感器的情况下，光束可通过该透明光学传感器，然后照射到另一个横向光学传感器和纵向光学传感器上。因此，来自物体的光束可先后到达横向光学传感器和纵向光学传感器，或者相反。
其他实施方案涉及横向光学传感器和纵向光学传感器之间的关系。因此，横向光学传感器和纵向光学传感器原则上可至少部分相同(如上文所述)。然而，优选横向光学传感器和纵向光学传感器可至少部分为独立的光学传感器，例如独立的光检测器，更优选为独立的DSC或sDSC。
如上所述，横向光学传感器和纵向光学传感器可优选沿光轴叠堆。因此，沿光轴传输的光束可照射在横向光学传感器和纵向光学传感器(优选先后)上。因此，所述光束可先后通过横向光学传感器和纵向光学传感器，或者相反。
本发明的其他实施方案涉及由所述物体传播至检测器的光束性质。所述光束可为物体本身所具有的，即可来自物体。额外或者替代地，光束的其他来源是可能的。因此，如下文将进一步详细描述的那样，可提供一个或多个照射所述物体的照射源，例如通过使用一种或多种一次光线或光束，例如一种或多种具有预定特性的一次光线或光束。在后一情况下，由物体传播至检测器的光束可为由该物体和/或与该物体相连的反射装置所反射的光束。
如上所述，在给定相同的光束总照射功率下，所述至少一个纵向传感器信号依赖于所述至少一个纵向光学传感器的传感器区域中的光束束横截面。本文所用的术语“束横截面”通常是指由光束在特定位置产生的光束或光斑的横向延度。在产生圆形光斑的情况下，半径、直径或高斯束腰或二倍高斯束腰可作为束横截面的度量。在产生非圆形光斑的情况下，所述横截面可以以任何其他可能的方式确定，例如通过确定面积与该非圆形光斑相同的圆的横截面，这也称为等效束横截面。
因此，在给定相同的传感器区域的总光束照射功率下，具有第一束直径或束横截面的光束可产生第一纵向传感器信号，而具有不用于第一束直径或光束横截面的第二束直径或束横截面的光束产生不同于第一纵向传感器信号的第二纵向传感器信号。因此，通过比较纵向传感器信号，可产生关于束横截面，尤其是关于束直径的信息或至少一个信息项。该效应的细节可参考WO2012/110924A1。特别地，在由物体传播至检测器的光束的一种或多种束性质是已知的情况下，可因此由至少一个纵向传感器信号与物体纵向位置之间的已知关系推导出所述至少一个关于物体纵向位置的信息项。该已知关系可作为算法和/或一条或多条校准曲线存储在所述评价装置中。作为一个实例，具体就高斯光束而言，束直径或束腰与物体位置之间的关系可通过使用束腰和纵向坐标之间的高斯关系式容易地推导出。
上述效应(也称为FiP效应，其是指束横截面φ影响纵向光学传感器产生的电功率P的效应)可依赖于或者可通过合适调制光束而加强，如WO2012/110924A1所公开的那样。因此，所述检测器可优选进一步具有至少一个调制装置以调制照射。所述检测器可设计为在不同调制情况下检测至少两个纵向传感器信号，特别地在分别不同的调制频率下检测至少两个传感器信号。在这种情况下，所述评价装置可设计为通过评价所述至少两个纵向传感器信号而产生至少一个关于物体纵向位置的信息项。
一般而言，所述纵向光学传感器可以以使得在给定的相同总照射功率下，至少一个纵向传感器信号依赖于照射调制的调制频率的方式设计。下文将给出其他细节和示例性实施方案。该频率依赖性质尤其在DSC中，更优选在sDSC中提供。然而，其他类型的光学传感器，优选光检测器，更优选有机光检测器可显示出该效应。
优选地，横向光学传感器和纵向光学传感器二者均为具有包含电极和光伏材料的层结构的薄膜装置，所述层结构具有优选不大于1mm，更优选至多500μm或或者甚至更小的厚度。因此，优选横向光学传感器的传感器区域和/或纵向光学传感器的传感器区域各自可为或者可包含可由相应装置表面形成的传感器面积，其中所述表面可面向物体或者可背对物体。由此进一步可行的是至少一个横向光学传感器和至少一个纵向光学传感器以传感器区域所含的一些表面可面向物体的方式排列，其中其他表面可背对物体。出于任何原因或目的，相应装置的该类排列(其可有助于优化通过叠堆的光程和/或减少光程中的反射)可以以交替方式实施，例如其中传感器区域可面向物体的1个、2个、3个或更多个装置与其中传感器区域可背对物体的1个、2个、3个或更多个其他装置交替排列。
优选地，所述横向光学传感器的传感器区域和/或所述纵向光学传感器的传感器区域可由一个连续的传感器区域形成，例如一个连续的传感器面积或传感器面积/每个装置。因此，优选地，所述纵向光学传感器的传感器区域，或者在提供多个纵向光学传感器(例如纵向光学传感器叠堆)的情况下，所述纵向光学传感器的各传感器区域可由正好一个连续传感器区域形成。对纵向光学传感器的整个传感器区域而言，纵向传感器信号优选为均一的传感器信号，或者在提供多个纵向光学传感器的情况下，对各纵向光学传感器的各传感器区域而言为均一的传感器信号。
所述至少一个横向光学传感器和/或所述至少一个纵向光学传感可各自独立地具有提供1mm2，优选至少5mm2敏感面积(也称为传感器面积)，例如5-1000cm2传感器面积，优选7-100cm2传感器面积，更优选1cm2传感器面积的传感器区域。所述传感器面积优选具有矩形几何形状，例如正方形几何形状。然而，其他几何形状和/或传感器面积是可能的。
所述纵向传感器信号优选可选自如下组：电流(例如光电流)和电压(例如光电压)。类似地，所述横向传感器信号优选可选自如下组：电流(例如光电流)和电压(例如光电压)或者任何其推导的信号，例如电流和/或电压的商。此外，可对纵向传感器信号和/或横向传感器信号进行预处理以由原始传感器信号推导出精修传感器信号，例如通过平均化和/或滤波。
所述纵向光学传感器通常可包含至少一个半导体检测器，尤其是包含至少一种有机材料的有机半导体检测器，优选有机太阳能电池，特别优选染料太阳能电池或染料敏化太阳能电池，特别是固体染料太阳能电池或固体染料敏化太阳能电池。优选地，所述纵向光学传感器为或者包含DSC或sDSC。因此，所述纵向光学传感器优选包含至少一个第一电极、至少一种n型半导电金属氧化物、至少一种染料、至少一种p型半导电有机材料(优选固体p型半导电有机材料)和至少一个第二电极。在优选实施方案中，所述纵向光学传感器包含至少一个DSC，或者更优选至少一个sDSC。如上所述，所述至少一个纵向光学传感器为透明纵向光学传感器，或者包含至少一个透明纵向光学传感器。因此，优选第一电极和第二电极都是透明的，或者在提供多个纵向光学传感器的情况下，至少一个纵向光学传感器以使得第一电极和第二电极都是透明的方式设计。
如上所述，在提供纵向光学传感器叠堆的情况下，优选所述叠堆的一些或者甚至除该叠堆的最后纵向光学传感器之外的所有纵向光学传感器都是透明的。该叠堆的最后纵向光学传感器(即，离物体最远的堆叠的纵向光学传感器)可为透明的或者不透明的。除所述至少一个横向光学传感器和所述至少一个纵向光学传感器之外，所述叠堆包含一个或多个可起一个或多个横向光学传感器、纵向光学传感器(也称为成像装置)和成像传感器作用的其他光学传感器。
因此，可以以直至照射在成像装置上之前，光束传输通过透明纵向光学传感器叠堆的方式将成像装置置于该光束的光程中。
因此，所述检测器通常可进一步包含至少一个成像装置，即能采集至少一个图像的装置。所述成像装置可以以各种方式体现。因此，所述成像装置可例如为检测器壳体中的检测器的一部分。然而，替代或者额外地，所述成像装置也可设置在检测器壳体的外部，例如作为单独的成像装置。替代或者额外地，所述成像装置也可与检测器相连，或者甚至为检测器的一部分。在一种优选的设置中，所述透明纵向光学传感器的叠堆和成像装置沿光束传输的共用光轴对准。然而，其他设置是可能的。
此外，所述检测器可包含至少一个传递装置，例如光学透镜，这将在后文更详细地描述，其可进一步沿共用光轴设置。例如，在这种情况下，由物体产生的光束可首先传输通过所述至少一个传递装置，随后通过所述透明纵向光学传感器叠堆，直至最终照射在成像装置上。
本文所用的成像装置通常应理解为可产生物体或其部分的一维、二维或三维图像的装置。特别地，所述具有或不具有至少一个任选成像装置的检测器可完全或部分用作照相机，例如IR照相机或RGB照相机，即设计为获得三原色(是指三种独立联系的红色、绿色和蓝色)的照相机。因此，作为一个实例，所述至少一个成像装置可为或者可包含至少一个选自如下组的成像装置：像素化有机照相机元件，优选像素化有机照相机芯片；像素化无机照相机元件，优选像素化无机照相机芯片，更优选CCD或CMOS芯片；单色照相机元件，优选单色照相机芯片；多色照相机元件，优选多色照相机芯片；全色照相机元件，优选全色照相机芯片。所述成像装置可为或者可包含至少一个选自如下组的装置：单色成像装置、多色成像装置和至少一个全色成像装置。多色成像装置和/或全色成像装置可通过使用本领域技术人员所知晓的滤波技术和/或通过使用本征颜色敏感度或其他技术产生。成像装置的其他实施方案也是可能的。
所述成像装置可设计为依次和/或同时对物体的多个部分区域成像。例如，物体的部分区域可为由所述成像装置的分辨率极限划分且由此发出电磁辐射的物体的一维、二维或三维区域。就此而言，成像应理解为意指从物体的相应部分区域发出的电磁辐射被送入成像装置中，例如借助所述至少一个任选的检测器传递装置。电磁射线可由物体自身产生，例如以发光辐射的形式。替代或者额外地，所述至少一个检测器可包含至少一个用于照射物体的照射源。
特别地，所述成像装置可设计用来依次成像，例如借助扫描方法，特别是对多个部分区域依次使用至少一种行扫描和/或线扫描。然而，其他实施方案也是可能的，例如同时对多个部分区域成像的实施方案。所述成像装置设计为在物体部分区域的该成像期间产生与该部分区域相关的信号，优选电子信号。所述信号可为模拟信号和/或数字信号。例如，电子信号可与各部分区域相关。因此，电子信号可同时产生或者以时间上错开的方式产生。例如，在行扫描或线扫描期间，可产生对应于物体部分区域的电子信号序列，其例如串接成线。此外，所述成像装置可包含一个或多个信号处理装置，例如一个或多个滤波器和/或模拟-数字转换器以处理和/或预处理所述电子信号。
如上所述，所述至少一个纵向光学传感器可为透明的或不透明的，或者可包含至少一个透明纵向光学传感器。至少一个透明和至少一个不透明的纵向光学传感器的组合是可能的。
在另一优选实施方案中，最后的纵向光学传感器可为不透明的。为此，最后纵向光学传感器的至少那些被从物体传输且可照射在该最后纵向光学传感器上的光束照射的部分可包含显示出不透明光学性质的光学传感器材料，优选无机光学传感器材料，和/或有机光学传感器材料，和/或有机-无机杂化光学传感器材料。不透明性也可通过使用至少一个不透明电极实现。在该实施方案中，最后纵向光学传感器可以以使得其面向物体的电极可为不透明的，而其背对物体的电极可为不透明的，或者相反的方式设计。额外或者替代地，可包含在最后纵向光学传感器中的显示出不透明光学性质的相应材料可选自至少一种n型半导电金属氧化物、至少一种染料和/或至少一种p型半导电有机材料。
如上所述，所述检测器可包含至少一个成像装置。所述成像装置可完全或部分体现为独立于所述至少一个横向光学传感器和所述至少一个纵向光学传感器的独立成像装置。额外或者替代地，所述至少一个任选的成像装置可完全或部分集成在所述至少一个横向光学传感器和所述至少一个纵向光学传感器之一或者二者中。因此，作为一个实例，所述成像装置可用于确定光斑的横向位置，因此可用作横向光学传感器或者其一部分。
如上所述，所述检测器可包含至少两个光学传感器的叠堆，其中所述至少两个光学传感器包含至少一个横向光学传感器和至少一个纵向光学传感器，以及任选的至少一个成像装置。因此，作为一个实例，所述叠堆可包含至少一个横向光学传感器、至少一个纵向光学传感器(优选至少一个透明纵向光学传感器)和任选的处于离物体最远的位置处的至少一个成像装置，优选至少一个不透明成像装置，如CCD或CMOS芯片。
至少两个光学传感器的叠堆可任选部分或完全浸没在油、液体和/或固体材料中以避免和/或减少界面处的反射。因此，所述油、液体和/或固体材料可优选至少在一部分紫外、可见和/或红外光谱范围内为透明的，优选高度透明的。在优选实施方案中，所述固体材料可通过将至少一种可固化物质插入至少两个光学传感器之间的区域中，并用处理措施处理所述可固化物质而产生，所述处理措施例如为入射光，特别优选紫外范围内的光，和/或施加高于或低于室温的温度，借助该处理可将所述可固化物质固化，优选将所述可固化物质硬化成固体材料。或者，可将至少两种不同的可固化物质插入至少两个光学传感器之间的区域中，其中所述两种不同的可固化物质以使得其在存在或不存在上述处理措施下固化成固体材料的方式选择。然而，提供透明固体材料的其他处理和/或其他程序是可能的。因此，所述叠堆的至少一个光学传感器可完全或部分浸没在油和/或液体中和/或被固体材料覆盖。
替代或者额外地，所述至少两个光学传感器之间的区域可部分或完全填充有物质，例如油、液体和/或固体材料。因此，所述物质可优选显示出具有可不同于在所述区域的一侧或两侧与所述物质相邻的光学传感器的值的折射率。然而，在所述区域中插入额外物质可能需要堆叠中的光学传感器之间具有最低间距。
在使用至少两个光学传感器的叠堆的情况下，所述叠堆的最后光学传感器可为透明的或不透明的。因此，在离物体最远的位置中可使用不透明的无机光学传感器。作为一个实例，所述叠堆的最后光学传感器可为或者可包含至少一个任选的成像装置，例如至少一个CCD或CMOS芯片，优选全色CCD或CMOS芯片。
因此，所述不透明的最后光学传感器可用作成像装置，其中所述成像装置在光束事先传输通过透明光学传感器的叠堆之后且直至其照射成像装置而被所述光束照射。特别地，所述成像装置可完全或部分用作照相机，例如上文所述的IR照相机或RGB照相机。因此，所述不透明的最后光学传感器可以以各种方式体现为成像装置。因此，所述不透明的最后光学传感器可例如为处于检测器壳体中的检测器的一部分。然而，替代或者额外地，所述不透明的最后光学传感器也可设置在检测器壳体的外部，例如作为单独的成像装置。
包含所述一个横向光学传感器、所述至少一个纵向光学传感器和任选的所述至少一个成像装置的叠堆可以以使得所述叠堆的元件沿检测器的光轴设置的方式设计。所述叠堆的最后元件可为不透明的光学传感器，其优选选自如下组：不透明的横向光学传感器、不透明的纵向光学传感器和不透明的成像装置如不透明的CCD或CMOS芯片。
在优选设置中，包含所述一个横向光学传感器、所述至少一个纵向光学传感器和任选的所述至少一个成像装置的叠堆可沿检测器的光束传输共用光轴设置。在所述叠堆包含多个光学传感器的情况下，所述光学传感器包含所述至少一个横向光学传感器、所述至少一个纵向光学传感器和任选的所述至少一个成像装置，其中至少一个光学传感器为透明光学传感器，且其中至少一个光学传感器为不透明光学传感器，所述透明光学传感器和不透明光学传感器(后者优选定位于离物体最远处)可沿检测器的光轴设置。然而，其他设置是可能的。
在另一优选实施方案中，所述不透明的最后光学传感器具有至少一个像素矩阵，其中“矩阵”通常是指多个像素在空间中的排列，其可为线排列或面排列。因此，所述矩阵通常可优选选自如下组：一维矩阵和二维矩阵。作为一个实例，所述矩阵可包含100-100 000000个像素，优选1 000-1 000 000个像素，更优选10 000-500 000个像素。所述矩阵最优选为具有排列成行和列的像素的矩形矩阵。
本文进一步使用的“像素”通常是指光学传感器的光敏元件，例如光学传感器的适于产生光信号的最小均一单元。作为一个实例，各像素可具有1-5 000 000μm2，优选100-4000 000μm2，优选1 000-1 000 000μm2，更优选2 500-50 000μm2的光敏面积。仍而，其他实施方案是可能的。所述不透明的最后光学传感器可适于产生至少一个指示各像素照射强度的信号。因此，作为一个实例，所述不透明的最后光学传感器可适于对各像素产生至少一个电子信号，其中各信号指示相应像素的照射强度。所述信号可为模拟和/或数字信号。此外，所述检测器可包含一个或多个信号处理装置，例如一个或多个滤波器和/或模拟-数字转换器以处理和/或预处理所述至少一个信号。
所述具有像素矩阵的不透明最后光学传感器可选自如下组：无机半导体传感器装置，如CCD芯片和/或CMOS芯片；有机半导体传感器装置。在后一情况下，作为一个实例，所述光学传感器可例如包含至少一个具有像素矩阵的有机光伏装置。本文所用的“有机光伏装置”通常是指具有至少一个有机光敏元件和/或至少一个有机层。此处，通常可使用任何类型的有机光伏装置，例如有机太阳能电池和/或任意具有至少一个有机光敏层的装置。作为一个实例，可包括有机太阳能电池和/或染料敏化有机太阳能电池。此外，可使用杂化装置，例如无机-有机光伏装置。
其他优选实施方案涉及评价装置。因此，所述评价装置可设计为由照射几何学和物体相对于检测器的相对位置之间的至少一种预定关系产生至少一个关于物体纵向位置的信息项，优选考虑已知的照射功率且任选考虑用来调制照射的调制频率。
在另一优选实施方案中，所述检测器此外可包含至少一个传递装置，其中所述传递装置设计为将来自物体的光供入横向光学传感器和纵向光学传感器，优选先后。细节和优选实施方案将在下文给出。
如上所述，从物体传播至检测器的光束可来自物体或者可来自任何其他源。因此，物体自身可发射光束。额外或者替代地，物体可通过使用产生一次光的照射源而照亮，其中物体弹性或非弹性地反射一次光，由此产生传播至检测器的光束。所述照射源自身可为检测器的一部分。因此，所述检测器可包含至少一个照射源。所述照射源通常可选自：至少部分与所述物体连接和/或至少部分与所述物体相同的照射源；设计为以一次辐射，优选一次光至少部分照射物体的照射源，其中光束优选通过反射物体上的一次辐射而产生和/或通过物体自身发光而产生、被一次辐射激发而产生。
如上所述，所述检测器优选具有多个纵向光学传感器。更优选地，所述多个纵向光学传感器是堆叠的，例如沿检测器的光轴堆叠。因此，所述纵向光学传感器可形成纵向光学传感器叠堆。所述纵向光学传感器叠堆可优选以如下方式定向：纵向光学传感器的传感器区域垂直于光轴定向。因此，作为一个实例，单一纵向光学传感器的传感器面积或传感器表面可平行定向，其中可容许小的角度公差，例如不超过10°，优选不超过5°的角度公差。
在提供的堆叠的纵向光学传感器的情况下，所述至少一个横向光学传感器优选完全或部分位于堆叠的纵向光学传感器面向物体的一侧上。然而，其他实施方案是可能的。因此，存在其中所述至少一个横向光学传感器完全或部分位于横向光学传感器叠堆面向物体的一侧上的实施方案。再次，额外或者替代地，其中所述至少一个横向光学传感器完全或部分位于纵向光学传感器叠堆之间的实施方案是可能的。
所述纵向光学传感器优选以使得来自物体的光束照射所有纵向光学传感器(优选先后)的方式设置。具体地，在这种情况下，优选由各纵向光学传感器产生至少一个纵向传感器信号。该实施方案是特别优选的，因为纵向光学传感器的叠堆结构能容易且有效地归一化信号，即使光束的总功率或强度未知。因此，可已知的是由同一束光束产生单一纵向传感器信号。因此，所述评价装置可适于归一化纵向传感器信号并在不依赖光束强度下产生关于物体纵向位置的信息。为此，可利用的事实是在由一束且同一束光束产生单一纵向传感器信号的情况下，单一纵向传感器信号的差异仅仅是由于光束在所述单一纵向光学传感器的相应传感器区域的位置处的横截面差异所致。因此，通过比较该单一纵向传感器信号，即使光束的总功率未知，也可产生关于束横截面的信息。由所述束横截面，可获得关于物体纵向位置的信息，特别是通过使用光束横截面和物体纵向位置之间的已知关系。
此外，所述评价装置可使用上述纵向光学传感器的堆叠以及由这些堆叠的纵向光学传感器产生的多个纵向传感器信号，从而解决光束的束横截面与物体纵向位置之间的已知关系中的模糊性。因此，即使完全或部分已知从物体传播至检测器的束性质，也能知晓在许多光束中，束横截面在到达焦点之前变窄，且随后再次变宽。因此，在光束具有最窄束横截面的焦点之前且通常是在焦点处，存在光束具有相同横截面的沿光束传播轴的位置。因此，作为一个实例，在焦点前后距离z0处，光束的横截面是相同的。因此，在仅使用一个纵向光学传感器的情况下，当光束的总功率或强度已知时，可确定光束的特定横截面。通过使用该信息，可确定相应纵向光学传感器的离焦点的距离z0。然而，为了确定相应纵向光学传感器是位于焦点之前还是之后，需要额外信息，例如物体和/或检测器的运动历史和/或关于检测器是位于焦点之前还是之后的信息。在典型情况下，可能无法提供该额外信息。因此，通过使用多个纵向光学传感器，可获得额外信息以解决上述模糊性。因此，在评价装置通过评价纵向传感器信号识别出光束在第一纵向光学传感器上的束横截面大于光束在第二纵向光学传感器上的束横截面(其中第二纵向光学传感器位于第一纵向光学传感器之后)的情况下，所述评价装置可确定光束仍在变窄，且第一纵向光学传感器的位置位于光束的焦点之前。相反，在光束在第一纵向光学传感器上的束横截面小于光束在第二纵向光学传感器上的束横截面的情况下，所述评价装置可确定光束正在变宽，且第二纵向光学传感器的位置位于焦点之后。因此，所述评价装置通常可适于通过比较不同纵向光学传感器的纵向传感器信号而识别光束是变宽还是变窄。
除物体的至少一个纵坐标之外，可确定物体的至少一个横坐标。因此，所述评价装置通常可进一步适于通过确定光束在所述至少一个横向光学传感器上的位置而确定至少一个横坐标，所述横向光学传感器可为像素化的、分段的或者大面积横向光学传感器，这将在下文进一步详细描述。
因此，在使用像素化的横向光学传感器的情况下和/或在所述至少一个横向光学传感器包含至少一个具有像素矩阵的像素化光学传感器的情况下，所述评价装置可适于确定至少一个矩阵的光束照射中心，其中通过评价照射中心的至少一个坐标而确定物体的至少一个横坐标。因此，照射中心的坐标可为照射中心的像素坐标。作为一个实例，所述矩阵可包含像素行和列，其中光束的行数和/或矩阵中的光束中心可提供x坐标，且其中光束的列数和/或矩阵中的光束中心可提供y坐标。
如上所述，所述检测器可包含至少一个光学传感器叠堆，所述光学传感器包含至少一个横向光学传感器、至少一个纵向光学传感器和任选的至少一个成像装置。所述光学传感器叠堆可包含至少一个纵向光学传感器叠堆，其为具有至少两个呈堆叠形式的纵向光学传感器的纵向光学传感器叠堆。所述纵向光学传感器叠堆可优选包含至少3个纵向光学传感器，更优选至少4个纵向光学传感器，甚至更优选至少5个纵向光学传感器，或者甚至至少6个纵向光学传感器。通过跟踪纵向光学传感器的纵向传感器信号，甚至可评价光束的束轮廓。
在使用多个纵向光学传感器且其中所述多个光学传感器可以以堆叠形式设置和/或以其他设置形式设置的情况下，所述纵向光学传感器可具有相同的光谱敏感性或者可提供不同的光谱敏感性。因此，作为一个实例，至少两个纵向光学传感器可具有不同的光谱敏感性。本文所用的术语“光谱敏感性”通常是指如下事实：对相同的光束功率而言，光学传感器的传感器信号可随光束的波长变化。因此，就其光谱性质而言，至少两个光学传感器通常可不同。该实施方案通常可通过在光学传感器中使用不同类型的吸光性材料而实现，例如不同类型的染料或其他吸光性材料。
优选地，所述至少一个横向光学传感器使用至少一个透明基材。类似地，所述至少一个纵向光学传感器优选使用至少一个透明基材。在使用多个纵向光学传感器，例如纵向光学传感器叠堆的情况下，这些纵向光学传感器中的至少一个使用透明基材。此处，用于所述多个光学传感器的基材可显示出相同的性质或者可彼此不同，特别是就基材相关的几何量和/或材料量而言，例如各基材的厚度、形状和/或折射率。因此，对叠堆中的多个光学传感器而言，可使用相同的平面玻璃板。另一方面，对一些光学传感器而言或者对多个光学传感器中的各光学传感器而言，可使用不同的基材，特别是出于优化叠堆中的光程的目的，尤其是出于将光程沿光轴上的区域引导的目的，这可特别适于利用本申请其他部分所述的FiP效应。就此而言，一些基材或者各基材的厚度(其可由传输通过相应基材的光束所横穿的光程定义)可因此变化，从而特别地降低或提高或者甚至最大化光束的反射。
额外或者替代地，用于多个光学传感器的基材可通过显示出可选自如下组的不同形状而不同：平面、平面-凸面、平面-凹面、双凸面、双凹面或者任何其他可用于光学目的的形式，例如透镜或棱镜。此处，所述基材可为刚性或者挠性的。合适的基材除金属箔之外，特别为塑料片或膜，尤其是玻璃片或玻璃膜。变形性材料，例如变形性聚合物构成了可优先用作挠性基材的材料实例。此外，基材可被覆盖或者涂覆，尤其是出于降低/或改变入射光束的反射的目的。作为一个实例，基材可以以使得其可显示出镜面效果的方式成型，例如分色镜，这可尤其用于其中出于任何目的可能需要分割基材后的光轴的结构中。
额外或者替代地，光学传感器的不同光谱性质可通过在该光学传感器和/或检测器中采用其他方式产生，例如通过在光学传感器之前使用一个或多个波长选择性元件，例如一个或多个滤光器(如滤色器)，和/或通过使用一个或多个棱镜和/或通过使用一个或多个分色镜和/或通过使用一个或多个颜色转换元件。因此，在提供多个纵向光学传感器的情况下，至少一个纵向光学传感器可包含具有特定传输或反射特性的波长选择性元件，如滤色器，由此产生光学传感器的不同光谱性质。此外，纵向光学传感器可全部为有机光学传感器、可全部为无机光学传感器、可全部为杂化有机-无机光学传感器或者可包含至少两个选自如下组的光学传感器的任意组合：有机光学传感器、无机光学传感器和杂化有机-无机光学传感器。
在使用多个纵向光学传感器且其中至少两个纵向光学传感器就其相应的光谱敏感性而言不同的情况下，所述评价装置通常可适于通过比较所述具有不同光谱敏感性的纵向光学传感器的传感器信号而确定光束的颜色。本文所用的措辞“确定颜色”通常是指产生至少一个关于光束的光谱信息项的步骤。所述至少一个光谱信息项可选自如下组：波长，尤其是峰值波长；色坐标，例如CIE坐标。本文进一步所用的光束“颜色”通常是指光束的光谱组成。具体地，光束的颜色可在任意色坐标系和/或光谱单元中给出，例如给出光的主要光谱峰波长。其他实施方案是可能的。在光束为窄谱光束如激光束和/或由半导体装置如发光二极管产生的光束的情况下，可给出光束的峰值波长以表征光束的颜色。光束颜色的确定可以以各种方式实施，这是本领域技术人员所公知的。因此，纵向光学传感器的光谱敏感性可横跨色空间中的坐标系，且由所述光学传感器提供的信号可提供在该色空间中的坐标，如本领域技术人员例如由确定CIE坐标的方式已知的那样。作为一个实例，所述检测器可包含2个，3个或更多个呈堆叠的纵向光学传感器。其至少2个，优选至少3个光学传感器可具有不同的光谱敏感性，其中通常优选三个不同的在如下光谱范围内具有最大吸收波长的纵向光学传感器：600-780nm(红色)、490-600nm(绿色)和380-490nm(蓝色)。此外，所述评价装置可适于通过评价所述具有不同光谱敏感性的纵向光学传感器的信号而产生至少一个光束的颜色信息项。
所述评价装置可适于产生至少2个色坐标，优选至少3个色坐标，其中各色坐标通过将一个光谱敏感光学传感器的信号除以归一化值而确定。作为一个实例，所述归一化值可包含所有光谱敏感光学传感器的信号之和。额外或者替代地，所述归一化值可包含白色检测器的检测器信号。所述至少一个颜色信息项可包含色坐标。作为一个实例，所述至少一个颜色信息项可包含CIE坐标。
此外，除所述优选的至少2个，更优选至少3个光谱敏感纵向光学传感器(其中所述光学传感器中的至少2个就其相应的光谱敏感性而言不同，特别是其中所述至少2个纵向光学传感器的光谱敏感性可横跨色空间中的色坐系)之外，所述叠堆可包含最后的纵向光学传感器，其中所述最后的纵向光学传感器可为不透明的。最后纵向光学传感器的不透明性可通过选择选自如下组的光学不透明材料而实现：有机光学传感器材料、无机光学传感器材料和杂化有机-无机光学传感器材料。
在优选实施方案中，所述不透明的最后纵向光学传感器可设置成显示出在所述至少2个不同光学传感器的光谱范围内完全不变化或者仅以较小程度变化的吸收光谱。而所述至少2个不同光学传感器各自显示出特定光谱敏感性，该敏感性可如上文所述在其光谱范围内显著变化，从而允许其对特定颜色敏感；因此，所述不透明的最后纵向光学传感器可基本上吸收所述至少2个具有不同光谱敏感性的纵向光学传感器光谱范围的全部颜色。借助该性质，所述最后纵向光学传感器可描述为白色检测器，其中所述白色检测器可适于吸收覆盖可见光谱范围的吸收范围内的光。该设置具有如下优点：与特定颜色无关，借助至少2个不同的光学传感器，即借助作为第一纵向光学传感器的对所述颜色敏感的至少2个不同光学传感器中的至少一个和借助作为第二纵向光学传感器的所述不透明最后纵向光学传感器记录传播通过所述至少2个不同光学传感器且直至照射在所述不透明最后纵向光学传感器上的各光束。如上所述，通过借助第一纵向光学传感器和第二纵向光学传感器二者记录至少一种物体，可解决光束的束横截面和至少一种物体的纵向位置的已知关系中的模糊性，其中模糊性的解决可针对可记录的各颜色分别进行。此外，可有利地与由最后或第二纵向光学传感器记录的第二信号相关地设定由第一纵向光学传感器记录的第一信号，例如通过计算商或者其他相关关系。通过产生该关系而获得的结果可特别有助于通过该设置识别特定颜色。
如上所述，所述不透明的最后纵向光学传感器可为具有单一敏感面积的大面积传感器或者可包含至少一个像素矩阵，即可为像素化的光学传感器或者成像传感器。在另一优选实施方案中，像素自身可具有不同的光谱敏感性，这可使得它们对特定颜色敏感。由此，所述特定颜色可以以任何方式，例如以随机方式分布在所述最后纵向光学传感器的面积上。然而，优选如下设置：其中具有对特定颜色敏感性的像素以交替方式置于所述不透明的最后纵向光学传感器的面积上。例如，2个、3个或4个具有不同敏感性的像素，例如3个具有对红色、绿色和蓝色的特定敏感性的像素以一维方式，或者优选以二维方式在所述最后纵向光学传感器的面积上彼此交替。该设置可进一步由白色像素中断，即在大光谱范围内，例如在可见光谱范围内，或者在可包括红外或紫外份额的光谱范围内显示出光谱敏感性的像素。
在另一优选实施方案中，可改变所述检测器，例如通过使用至少一个光敏元件。本文进一步所用的“光敏元件”可认为是以相对于其他光束值，特定光学性质值或者特定光学性质值范围是优选的方式可对可照射在所述光敏元件上的光束的特定光学性质值敏感或者对特定光学性质值范围敏感的任意光学元件。此处所用的光学性质可选自如下指代光束的组：波长、相位和偏振。因此，所述光敏元件可分别设计为波长敏感元件、相位敏感元件和/或偏振敏感元件。波长敏感元件的实例可包含一个或多个棱镜、光栅、分色镜、色轮或色鼓(color drum)。
通过使用光敏元件，在光束和光敏元件相互作用紧之前、相互作用期间和/或相互作用紧之后，光束可受到与至少一种光学性质相关的光学效应的影响。因此，措辞如“通过光敏元件”可指代光束可与相应元件相互作用的时间。一般而言，光敏元件可诱导照射在该光敏元件上的光束的光学效应，例如通过改变照射光束的传输或反射。
在该具体实施方案中，对顺序检测不同光学性质，例如不同颜色、不同相位和/或不同偏振的检测器信号而言，所述至少一个光敏元件可适于顺序影响光束。作为该顺序方法的一个实例，可使用具有不同滤光段或不同传输性质的旋转滤光器转盘以周期性地影响光束。因此，所述滤光器转盘的每个旋转循环可分成时间段，其中各段可对应于不同的光学性质，例如不同的颜色、不同的相位和/或不同的偏振。就其中各段对应于不同偏振的滤光器转盘而言，所述滤光器转盘可优选显示出椭圆偏振，尤其是圆形偏振，这可沿滤光器转盘的周长变化，例如以离散或连续方式。然而，其他实施方案，例如可在不同段中使用不同线性偏振取向的滤光器转盘是可能的。
一般而言，至少一个光学传感器可置于滤光器转盘之后以产生至少一个组合检测器信号。通过以时间解析的方式评价所述至少一个组合检测器信号，例如通过使用相位敏感检测，所述组合检测器信号可分成对应于不同时间段且因此对应于不同光束颜色的分检测器信号。由此，可产生各颜色、各相位和/或各偏振的检测器信号，这可对应于照射在检测器上的光束。由宽范围吸光性光学传感器叠堆采集不同光学性质，即不同颜色或相位或偏振的数据，可导致整个分布的采集。因此，滤光器转盘的使用可允许通过使用本发明的检测器同时确定相应的光学性质，例如颜色、相位或偏振，以及强度和深度，由此避免先前使用显示出不同吸收光谱的太阳能电池的必要性。
如上所述，所述评价装置通常可适于通过由至少一个纵向传感器信号确定光束直径而产生至少一个关于物体纵向位置的信息项。此处所用且下文所用的光束直径，或者相当的光束的束腰可用于表征光束在特定位置处的束横截面。如上所述，可使用物体纵向位置与束横截面之间的已知关系，从而通过评价所述至少一个纵向传感器信号而确定物体的纵向位置。作为一个实例，如上所述，可使用高斯关系式，其中假定光束至少以近似高斯方式传播。为此，所述光束可适当地成形，例如通过使用产生具有已知传播性质，例如已知高斯轮廓的光束的照射源。为此，照射源自身可产生具有已知性质的光束，例如在许多类型的激光情况下那样，这是本领域技术人员所已知的。额外或者替代地，所述照射源和/或检测器可具有一个或多个束成形元件，例如一个或多个透镜和/或一个或多个光阑，从而提供具有已知性质的光束，正如本领域技术人员所认识到的那样。因此，作为一个实例，可提供一个或多个传递元件，例如一个或多个具有已知束成形性质的传递元件。额外或者替代地，所述照射源和/或检测器，例如所述至少一个任选的传递元件可具有一个或多个波长选择性元件，例如一个或多个滤光元件，例如一个或多个用于过滤掉超出所述至少一个横向光学传感器和/或所述至少一个纵向光学传感器的激发最大值的波长的滤光元件。
因此，所述评价装置通常可适于将光束的束横截面和/或直径与光束的已知束性质比较，从而优选由光束的束直径对光束传播方向中的至少一个传播坐标的已知依赖性和/或由光束的已知高斯轮廓确定至少一个关于物体纵向位置的信息项。
在具体实施方案中，所述评价装置适于确定被光束照射的检测器，例如最后纵向光学传感器的至少一个像素化光学传感器的像素数量N，所述评价装置进一步适于通过使用被光束照射的像素数量N确定物体的至少一个纵坐标。因此，对各像素而言，所述评价装置可适于将信号与至少一个阈值比较，从而确定该像素是否为被照射的像素。对各像素而言，该至少一个阈值可为单独的阈值，或者对整个矩阵而言，可为作为均一阈值的阈值。在提供多个光学传感器的情况下，可对每个光学传感器和/或对包含至少2个光学传感器的组提供至少一个阈值，其中对2个光学传感器而言，其相应的阈值可相同或不同。因此，对每个光学传感器而言，可提供单独的阈值。所述阈值可为预定的和/或固定的。或者，所述至少一个阈值可为变量。因此，对各测量或测量组而言，所述至少一个阈值可单独确定。因此，可提供至少一种算法以适于确定阈值。
所述评价装置通常可适于通过比较像素的信号而确定像素中具有最高照射的至少一个像素。因此，所述检测器通常可适于确定具有最高光束照射强度的像素和/或面积或矩阵区域。作为一个实例，以此方式可确定光束的照射中心。所述最高照射和/或关于至少一个具有最高照射的面积或区域可以以各种方式使用。因此，如上所述，至少一个上述阈值可为可变阈值。作为一个实例，所述评价装置可适于将上述至少一个阈值选为所述至少一个具有最高照射的像素信号的分量。因此，所述评价装置可适于通过将所述至少一个具有最高照射的像素的信号乘以系数1/e2而选择阈值。在至少一束光束具有高斯传播性质的情况下，该选择是特别优选的，因为阈值1/e2通常确定了具有由所述光学传感器上的高斯光束产生的光束半径或束腰的光斑边界。
本发明的另一方面使用了至少2个本发明的检测器，其中各检测器可选为上文所公开或者下文将进一步详细公开的一个或多个实施方案的至少一个检测器。因此，对所述方法的任选实施方案而言，可参考所述检测器的相应实施方案。
在优选实施方案中，所述至少一种物体可通过使用至少一个产生一次光的照射源而照射，其中所述至少一种物体弹性或非弹性地反射所述一次光，由此产生多束传播至所述至少两个检测器中一个的光束。所述至少一个照射源可形成或可不形成所述至少两个检测器各自的构成部分。因此，所述至少一个照射源可独立于所述至少两个检测器形成，因此可特别地位于至少一个与所述至少两个检测器隔离的位置上。例如，所述至少一个照射源自身可为或者可包含周围光源和/或可为或可包含人工照射源。该实施方案优选适于如下应用：其中使用至少两个检测器，优先两个相同检测器来采集深度信息，特别是出于提供测量体积的目的，该测量体积超出单一检测器的固有测量体积。
单一检测器的固有测量体积在许多情况下可描述为近似半锥形，其中位于该固有测量体积中的第一物体可由该单一检测器检测，而位于该固有测量体积之外的第二物体原则上不能由该单一检测器检出。所述近似半锥形的锥形表面可视为由所述至少一个光学传感器发射的虚拟逆向光束形成。因此，所述虚拟逆向光束由所述至少一个光学传感器的表面发出，然而所述光学传感器不构成点光源，而是扩展的面积。由简单的几何学考虑可导出由所述至少一个光学传感器以此方式发射的虚拟逆向光束不能到达围绕该至少一个光学传感器的体积中的所有方向上的所有位置。然而，可被所述虚拟逆向光束虚拟照射的位置形成了近似的半锥形，这可描述为单一检测器的固有测量体积。
因此，为了能覆盖超出单一检测器固有测量体积的大测量体积，可使用至少两个检测器，其中所述至少两个检测器可相同或就其他部分所述的至少一个特定技术性质而言可彼此不同。一般而言，大测量体积包含重叠体积，这表示空间中的可相干或不相干的区域，其中可发生两次或者甚至多次检测，即特定物体可同时或非同时地被两个或更多个检测器独立地检测。即使在使用两个或更多个检测器，特别是两个或更多个相同检测器的情况下，特定物体的两次或多次检测也不会破坏该重叠体积中的特定物体的深度信号的可靠采集。由于所述至少一个照射源可独立于所述至少两个检测器形成，因此通常在特定照射源和特定检测器之间不存在联系。因此，当至少两个检测器彼此指向对方时，深度信息的可靠采集也是可能的。由于特定照射源和特定检测器之间联系的断开，当该特定物体位于重叠体积中时，特定物体深度信息的记录不会受到破坏。相反，重叠体积中的涉及特定物体的深度信息可独立地由多于一个检测器同时采集，因此可用于改进特定物体深度测量的精度。例如，该改进可通过比较由至少两个分开的单一检测器对同一物体同时或依次记录的相应深度值而实现。
在本发明的另一方面中，提出了一种用于在用户和机器之间交换至少一个信息项的人-机借口。所提出的人-机接口可利用如下事实：上文所述或者下文进一步详述的一个或多个实施方案的上述检测器可由一个或多个用户使用以为机器提供信息和/或命令。因此，优选地，人-机接口可用于输入控制命令。
人-机接口包含至少一个本发明的检测器，例如上文所公开的一个或多个实施方案的检测器和/或下文进一步详述中所公开的一个或多个实施方案的检测器，其中所述人-机接口设计为借助所述检测器产生用户的至少一个几何学信息项，其中所述人-机接口设计用于为所述几何信息分配至少一个信息项，尤其是至少一个控制命令。
一般而言，本文所用的用户的至少一个几何学信息项可意指一个或多个关于用户和/或用户的一个或多个身体部分的横向位置和/或纵向位置的信息项。因此，用户的几何学信息优选可意指一个或多个由所述检测器的评价装置提供的关于横向位置和/或纵向位置的信息项。用户、用户的一个身体部分或用户的多个身体部分可视为可被所述至少一个检测器检测的一种或多种物体。此处，可正好提供一个检测器，或者可提供多个检测器的组合。作为一个实例，可提供多个检测器以确定用户的多个身体部分的位置和/或确定用户的至少一个身体部分的定向。所述人-机接口可包含一个或多个检测器，其中在提供多个检测器的情况下，所述检测器可相同或者可不同。此处，在使用多个检测器的情况下，所述多个检测器，特别是多个相同的检测器仍然允许可靠地采集重叠体积中的至少一种物体的深度信息，如上文所述，这可由多个检测器记录。
因此，优选用户的至少一个几何学信息项选自如下组：用户身体的位置、用户的至少一个身体部分的位置、用户身体的定向、用户的至少一个身体部分的定向。
所述人-机接口可进一步包含至少一个可与用户相连的信标装置。本文所用的信标装置通常为任意可被所述至少一个检测器检测的装置和/或有助于被所述至少一个检测器检测的装置。因此，正如下文进一步详细描述的那样，所述信标装置可为适于产生至少一束被所述检测器检测的光束的主动信标装置，例如通过具有一个或多个照射源以产生所述至少一束光束。额外或者替代地，所述信标装置可完全或部分设计为被动信标装置，例如通过提供一个或多个适于反射由独立的照射源产生的光束的反射元件。所述至少一个信标装置可永久或临时性地与用户连接。该连接可通过使用一个或多个连接装置和/或由用户自己进行，例如通过用户手持所述至少一个信标装置和/或通过用户穿戴所述信标装置。
所述人-机接口可适于使得所述检测器可产生关于所述至少一个信标装置的位置的信息。具体地，在所述至少一个信标装置与用户的连接方式是已知的情况下，可由所述至少一个关于所述至少一个信标装置的位置的信息项获得至少一个关于用户或用户的一个或多个身体部分的位置和/或定向的信息项。
所述信标装置优选为可与用户身体或身体部分连接的信标装置和可由用户持有的信标装置之一。如上所述，所述信标装置可完全或部分设计为主动信标装置。因此，所述信标装置可包含至少一个适于产生至少一束传输至所述检测器的光束，优选至少一束具有已知束性质的照射源。额外或者替代地，所述信标装置可包含至少一个适于反射由照射源产生的光，由此产生传输至所述检测器的反射光束的反射器。
所述信标装置可优选包含如下中的至少一种：用户穿戴的服装，优选选自手套、夹克、帽子、鞋、裤子和套装的服装；可手持的棒；球棒；棍；球拍；手杖；玩具，如玩具枪。
在本发明的另一方面中，公开了一种用于实施至少一种娱乐功能的娱乐装置。本文所用的娱乐装置是可用于一个或多个用户(在下文中也称为一个或多个玩家)的休闲和/或娱乐目的的装置。作为一个实例，所述娱乐装置可用于游戏，优选计算机游戏的目的。额外或者替代地，所述娱乐装置也可用于其他目的，例如锻炼、运动、物理治疗或一般意义上的运动跟踪。因此，所述娱乐装置可在计算机、计算机网络或计算机系统中执行，或者可包含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系统。
所述娱乐装置包含至少一个本发明的人-机接口，例如上文所公开的一个或多个实施方案的人-机接口和/或下文所公开的一个或多个实施方案的人-机接口。所述娱乐装置设计为能使得由玩家借助所述人-机接口输入至少一个信息项。所述至少一个信息项可被传输至所述娱乐装置的控制器和/或计算机和/或可被其使用。
所述至少一个信息项可优选包含至少一个适于影响游戏进程的命令。因此，作为一个实例，所述至少一个信息项可包括至少一个关于玩家和/或玩家的一个或多个身体部分的运动、定向和位置中的至少一个的信息项，由此允许玩家模拟游戏所需的特定位置和/或动作。作为一个实例，可模拟一个或多个如下运动并与所述娱乐装置的控制器和/或计算机通信：跳舞、跑步、跳跃、挥动球拍、挥动球棒、挥动棍、将一个物体指向另一个物体，例如将玩具枪指向靶子。
所述娱乐装置，优选所述娱乐装置的控制器和/或计算机设计为根据所述信息改变娱乐功能。因此，如上所述，可根据所述至少一个信息项影响游戏进程。因此，所述娱乐装置可包括一个或多个控制器，所述控制器可与所述至少一个检测器的评价装置隔开和/或可完全或部分与所述至少一个评价装置相同和/或可甚至包括所述至少一个评价装置。优选地，所述至少一个控制器可包括一个或多个数据处理装置，例如一台或多台计算机和/或微控制器。
在本发明的另一实施方案中，所述娱乐装置可为设备的一部分，其中所述设备为移动件，或者特别地为固定件，其中所述设备可至少部分引入娱乐装置中。所述设备可包括位于一个位置(固定位置或至少间歇变动的位置)处的单一独立部件，但所述设备也可包含至少2个部件，优选2-10个部件、例如3、4、5或6个部件，其中所述至少2个部件可分布在至少两个所处区域(例如房间或其部分)彼此不同的位置上。由此，所述娱乐装置可为所述设备的一部分，其中优选所述设备的一些或每个部件可为所述娱乐装置的一部分，例如以使得所述设备的一些或每个部件包含至少一个本发明检测器或其部分，例如传感器的方式。本文所用的“固定设备”可尤其包括设计为消费电子产品的固定电子产品，其中“消费电子产品”包括优先用于日常应用，主要用于娱乐、通信和办公事务中的电子产品，例如无线电接收机、监视器、电视机、音频播放器、视频播放器、个人计算机和/或电话。固定设备的一个具体实例可为环绕系统，其可例如由数量为2个、3个、4个、5个、6个或更多个独立设备部件(例如单独的监视器或音频播放器，包括扩音器)形成，其可优先以特定方式分布在区域上，例如形成围绕房间或其部分的弧形装置。
额外或者替代地，所述娱乐装置或其部分，例如一个、一些或各设备部件可进一步装备有一个或多个如下装置：摄影装置，例如照相机，尤其是2D照相机；图片分析软件，尤其是2D图片分析软件；和参比物体，尤其是几何学对称的参比物体，例如书本或专门成型的玩具。因此，所述参比物体也可为所述固定设备的一部分且实现上文和/或下文所述的娱乐装置的其他功能，其中所述参比物体可进一步包含检测器、2D照相机或其他摄影装置。优选地，所述照相装置、图片分析软件和特别的对称参比物体的建设性相互作用可有助于使由摄影装置记录的所述物体的2D图片与由至少一个检测器确定的同一物体的3D位置匹配。
在本发明的另一实施方案中，可构成包含在所述娱乐装置的至少一个人-机接中的至少一个检测器目标的物体可为包含在移动设备中的控制器的一部分，其中所述移动设备可设置成控制另一移动设备或固定设备。因此，本文所用的“移动设备”可包括移动电子产品，尤其是设计为消费电子产品的电子产品，例如移动电话、无线电接收机、录像机、音频播放器、数码照相机、摄录机、移动计算机、视频游戏控制台和/或适于遥控的其他装置。特别地，该实施方案可允许用任何类型的移动设备，优选用数量更少的设备控制固定设备。因此，作为非限制性实例，可通过使用移动电话同时控制例如游戏控制台和电视机二者。
额外或者替代地，可构成检测器的目标的物体可进一步装备有其他特别设置用于确定相对于所述物体的物理和/或化学量的传感器(除包含在所述检测器内的传感器之外)，例如用于测量物体惯性运动的惯性传感器，或者用于确定物体加速度的加速度传感器。然而，除这些优选的实例之外，可使用适于采集与所述物体有关的其他参数的其他类型的传感器，例如用于确定物体振动的振动传感器、用于记录物体温度的温度传感器，或者用于记录物体湿度的湿度传感器。所述其他传感器在物体中的应用可允许改善物体位置的检测质量和/或范围。作为一个非限制性实例，所述其他惯性传感器和/或加速度传感器可特别设置成记录物体的其他运动，例如物体的旋转，这可特别用于提高物体检测的精度。此外，所述其他惯性传感器和/或加速度传感器还可优先用于如下情况中：其中装备有至少一个这些传感器的物体可离开包含在所述娱乐装置的人-机接口中的检测器的视觉范围。然而，在这种情况下，在该物体可能离开检测器的视觉范围之后，仍能记录由至少一个这些传感器发出信号并通过考虑其实际惯性和加速度值和由此计算位置而使用这些信号以确定物体位置，从而跟踪所述物体。
额外或者替代地，可构成所述检测器目标的物体可进一步装备有允许模拟和/或模拟运动的其他装置，例如通过模拟物体的动作，其中所述物体可为虚拟或现实的且其中所述物体可由控制剂控制，和/或通过相应地使用控制器模拟物体的动作。该特征可特别地用于为用户提供更现实的娱乐体验。作为一个示意性实例，娱乐装置中所用的方向盘可振动，其中振动幅度可依赖于虚拟汽车可行驶的地面性质。作为另一个实施方案，所述物体的动作可通过使用陀螺仪激励，其可例如用于稳定飞行交通工具，如在地址en.wikipedia.org/wiki/gyroscope下所述的那样。
在本发明的另一实施方案中，可构成所述至少一个检测器的目标的物体可装备有至少一个调制装置以调制照射，尤其是周期性调制。优选地，所述物体可包含至少一个照射源，所述照射源可为物体的一部分，或者替代或额外地，由所述物体持有或连于其上，且可以以本申请其他部分所述的方式作为信标。所述照射可适于产生至少一束传输至所述检测器的光束，其中所述照射源包含用于调制照射的调制装置，和/或所述调制装置可为设置用于控制照射源的发光的单独装置。根据该实施方案，除照射源的基础调制之外，所述调制装置可产生其他调制频率(也称为“泛频”)，这可用于将任何其他信息或数据项由所述物体传输至所述检测器。该实施方案(其也可称为“调制后向反射器”)可开辟了使用装备有设置用于产生基础和额外调制频率以作为遥控的调制装置的物体的道路。此外，可用装备有所述调制装置的物体代替已有的遥控。与该背景技术相反，该类物体和设置用于遥控的部件可互换地用于具有本发明检测器的装置中。
在本发明的另一实施方案中，所述娱乐装置可进一步装备有额外物品，例如通常用于该环境的物品。具体实例可为设置用于在玩家头脑中产生3D景象的眼镜或其他装置。
在本发明的另一实施方案中，所述娱乐装置可进一步装备有增强现实应用装置。本文进一步使用的“增强现实”可描述现实的生动感知，包括可由计算机产生的主要涉及物理现象，如声音、图像等的数据调节的要素。一个实例可为特别适于增强现实应用的视觉眼镜。另一实例可包括含至少2个检测器，优选多个检测器的装置，其中所述检测器可特别设置以覆盖房间内的区域或者优选其大部分，摄影装置，例如照相机，尤其是2D照相机，和增强现实应用装置，其中所述装置可用于将实际区域转换成游戏场(也可称为娱乐场)。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于跟踪至少一种可运动物体的位置的跟踪系统。本文所用的跟踪系统为适于采集关于至少一种物体或物体的至少一个部分的一系列过去位置的信息的装置。此外，所述跟踪系统可适于提供关于至少一种物体或物体的至少一个部分的至少一种预测的将来位置的信息。所述跟踪系统可具有至少一个跟踪控制器，其可完全或部分体现为电子装置，优选至少一个数据处理装置，更优选至少一台计算机或微控制器。再次，所述至少一个跟踪控制器可包含至少一个评价装置和/或可为至少一个评价装置的部分和/或可完全或部分与所述至少一个评价装置相同。
所述跟踪系统包含至少一个本发明的检测器，例如至少一个上文所列一个或多个实施方案中所公开的检测器和/或下文一个或多个实施方案中所公开的检测器。所述跟踪系统进一步包含至少一个跟踪控制器。所述跟踪系统可包含1、2或更多个检测器，特别是2个或更多个相同的检测器，这允许可靠采集关于所述两个或更多个检测器之间的重叠体积中的至少一种物体的深度信息。所述跟踪控制器适于跟踪物体的一系列位置，其中各位置包含至少一个关于所述物体在特定时间点的横向位置的信息项和至少一个关于所述物体在特定时间点的纵向位置的信息项。
所述跟踪系统可进一步包含至少一个可与所述物体连接的信标装置。信标装置的潜在定义可参考上文公开内容。所述跟踪系统优选适于使得所述检测器可产生关于至少一个信标装置的物体位置的信息。信标装置的潜在实施方案可参考上文公开内容。因此，所述信标装置可再次完全或部分体现为主动信标装置和/或被动信标装置。作为一个实例，所述信标装置可包含至少一个适于产生至少一束传输至检测器的光束的照射源。额外或者替代地，所述信标装置可包含至少一个适于反射由照射源产生的光，由此产生传输至检测器的反射光束的反射器。
所述跟踪系统可适于引发跟踪系统自身和/或一个或多个独立装置的一个或多个动作。就后一目的而言，跟踪系统，优选跟踪控制器可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以引发至少一个动作。优选地，所述至少一个跟踪控制器可适于根据物体的至少一个实际位置引发至少一个动作。作为一个实例，所述动作可选自如下组：预测物体的将来位置、将至少一个装置指向物体、将至少一个装置指向检测器、照射物体、照射检测器。
作为跟踪系统应用的一个实例，所述跟踪系统可用于连续将至少一个第一物体指向至少一个第二物体，尽管第一物体和/或第二物体可运动。再次，潜在的实例可见于工业应用中，例如机器人中和/或尽管物品正在运动，仍连续在所述物品上工作，例如在生产线或组装线中生产期间。额外或者替代地，所述跟踪系统可用于照射目的，用于通过使照射源指向物体(尽管该物体可能正在运动)而连续照射该物体。其他应用可见于通信系统，从而例如通过使发送机指向运动物体而向该运动物体连续传送信息。
在本发明的另一方面中，公开了一种用于成像至少一种物体的照相机。所述照相机包含至少一个本发明的检测器，例如在上文中给出或在下文中进一步详细给出的一个或多个实施方案中所公开的检测器。
因此，本申请尤其可用于摄影领域。因此，所述检测器可为摄影装置的一部分，尤其是数码照相机的一部分。所述检测器尤其可用于3D摄影，尤其是用于数码3D摄影。因此，所述检测器可构成数码3D照相机或者可为数码3D照相机的一部分。本文所用的术语“摄影”通常是指获取至少一种物体的图像信息的技术。本文进一步所用的“照相机”通常为适于实施摄影的装置。本文进一步所用的术语“数码摄影”通常是指通过使用多个适于产生表示照射强度和/或颜色的电信号，优选数字电信号的光敏元件而获取至少一种物体的图像信息的技术。本文进一步所用的术语“3D摄影”通常是指以三个空间维度获取至少一种物体的图像信息的技术。因此，3D照相机为适于实施3D摄影的装置。所述照相机通常可适于获取单一的图像，例如单一的3D图像，或者可适于获取多个图像，例如一系列图像。因此，所述照相机也可为适于视频应用的摄像机，例如适于获取数字视频序列。
因此，本发明通常进一步涉及一种用于成像至少一种物体的照相机，特别是数码照相机，更特别地3D照相机或数码3D照相机。如上所述，本文所用的术语“成像”通常是指获取至少一种物体的图像信息。所述照相机包含至少一个本发明的检测器。如上所述，所述照相机可适于获取单一的图像或获取多个图像，例如图像序列，优选适于获取数字视频序列。因此，作为一个实例，所述照相机可为或者可包含摄像机。在后一情况下，所述照相机优选包含用于储存图像序列的数据存储器。
本发明所用的措辞“位置”通常是指至少一个关于物体的一个或多个点的一个或多个绝对位置和定向的信息项。因此，位置可尤其在所述检测器的坐标系中，例如在笛卡尔坐标系中确定。然而，额外或者替代地，可使用其他类型的坐标系，例如极坐标系和/或球坐标系。
在本发明的另一方面中，公开了一种确定至少一种物体的位置的方法。所述方法可优选使用至少一个本发明的检测器，例如至少一个上文所公开的或下文进一步详细公开的一个或多个实施方案的检测器。因此，本发明的任选实施方案可参考所述检测器的实施方案。
所述方法包括如下步骤，其可以以所给顺序或不同顺序实施。此外，可提供并未列出的其他方法步骤。此外，两个或更多个或者甚至全部方法步骤可至少部分同时实施。此外，两个或更多个或者甚至全部方法步骤可重复实施两次或者甚至多于两次。
在第一方法步骤中(其也可称为确定至少一个横向位置的步骤)，使用至少一个横向光学传感器。所述横向光学传感器确定由物体传输至所述检测器的至少一束光束的横向位置，其中所述横向位置为与检测器的光轴垂直的至少一个维度中的位置。所述横向光学传感器产生至少一个横向传感器信号。
在另一方法步骤(其也可称为确定至少一个纵向位置的步骤)中，使用至少一个纵向光学传感器。所述纵向光学传感器具有至少一个传感器区域。所述纵向光学传感器以依赖于传感器区域的光束照射的方式产生至少一个纵向传感器信号。在给定的相同总照射功率下，所述纵向传感器信号依赖于传感器区域中光束的束横截面。
在另一方法步骤(其也可称为评价步骤)中，使用至少一个评价装置。所述评价装置通过评价横向传感器信号而产生至少一个关于物体横向位置的信息项，且其中所述评价装置进一步通过评价纵向传感器信号而产生至少一个关于物体纵向位置的信息项。
在本发明的另一方面中，公开了本发明检测器的用途。其中提出了用于选自如下组的应用目的的检测器用途：距离测量，尤其是在交通技术中；位置测量，尤其是交通技术中；娱乐应用；安全应用；人-机接口应用；跟踪应用；摄影应用；成像应用或照相机应用；用于产生至少一个空间的地图的地图绘制应用。
下文给出了关于本发明检测器、人-机接口、跟踪系统和方法的潜在实施方案的一些额外评述。如上所述，所述至少一种横向光学检测器和至少一种纵向光学检测器的设置的潜在细节可优选参考WO2012/110924A1，尤其是就潜在的电极材料、有机材料、无机材料、层结构和其他细节而言。
所述物体通常可为有生命或无生命物体。可借助检测器完全或部分检测的物体的实例在下文甚至更详细地描述。
此外，就任选传递装置的潜在实施方案而言，可参考WO2012/110924A1。因此，该任选的光学传递装置可包含例如至少一个光路。所述传递装置可例如包含一个或多个镜子和/或分束器和/或光束偏转元件，以影响电磁辐射的方向。替代或者额外地，所述传递装置可包含一个或多个成像元件，其可具有会聚透镜和/或发散透镜的作用。例如，所述任选的传递装置可具有一个或多个透镜和/或一个或多个凸面镜和/或凹面镜。再次替代或者额外地，所述传递装置可具有至少一个波长选择元件，例如至少一个滤光器。再次替代或者额外地，所述传递装置可设计为在电磁辐射上施加预定的束轮廓，例如在传感器区域(特别是传感器面积)的位置处。所述任选传递装置的上述任选实施方案原则上可单独或以任意所需的组合实现。
此外，通常应指出的是就本发明而言，光学传感器可指代设计为将至少一个光信号转换为不同的信号形式，优选转换为至少一个电信号如电压信号和/或电流信号的元件。特别地，所述光学传感器可包含至少一个光-电转换器元件，优选至少一个光电二极管和/或至少一个太阳能电池。如下文甚至更详细解释的那样，就本发明而言，特别优选使用至少一种有机光学传感器，即包含至少一种有机材料如至少一种有机半导体材料的光学传感器。
就本发明而言，传感器区域应理解为意指二维或三维区域，其优选但并非必需为连续的且可形成连续区域，其中传感器区域设计为以依赖于照射的方式改变至少一种可测量的性质。例如，所述至少一种性质可包含电性质，例如通过将传感器区域设计为单独地或与光学传感器其他元件相互作用地产生光电压和/或光电流和/或某些其他类型信号。特别地，传感器区域可以以依赖于传感器区域照射的方式产生均一(优选单一)信号的方式体现。因此，传感器区域可为光学传感器的最小单元，对其产生均一信号如电信号，其优选不可再细分为部分信号，例如对于传感器区域的部分区域。所述横向光学传感器和/或纵向纵向光学传感器可各自具有一个或多个该类传感器区域，后一情况例如通过将多个该类传感器区域设置在二维和/或三维矩阵排列中而实现。
所述至少一个传感器区域可例如包含至少一个传感器面积，即其横向延度显著超过传感器区域厚度的传感器区域，例如至少10倍，优选至少100倍，特别优选至少1000倍。该类传感器面积的实例可见于有机或无机光伏元件，例如根据上述现有技术，或根据在下文甚至更详细描述的示例性实施方案。所述检测器可具有一个或多个该类光学传感器和/或传感器区域。例如，多个光学传感器可以空间分开的方式线性地设置或以二维排列或以三维排列设置，例如通过使用光伏元件(优选有机光伏元件)的叠堆，优选其中光伏元件的传感器面积彼此平行设置的叠堆。其他实施方案也是可能的。
如上所述，所述任选的传递装置可设计为将由物体传播至检测器的光传输给所述横向光学传感器和/或纵向光学传感器，优选相继地。如上所述，该输给可任选借助传递装置的成像或非成像性能进行。特别地，所述传递装置也可设计为收集电磁辐射，然后将后者输给横向和/或纵向光学传感器。如下文甚至更详细解释的那样，所述任选的传递装置也可完全或部分地为至少一个任选照射源的组成部分，例如通过将照射源设计为提供具有限定光学性质，例如具有限定或精确确已知的束轮廓的光束，例如至少一束高斯束，特别是具有已知束轮廓的至少一束激光束。
所述任选照射源的潜在实施方案可参考WO2012/110924A1。此外，其他实施方案是可能的。由物体产生的光可来自于物体本身，但也可任选具有不同的起源并由该起源传播至物体，随后向横向和/或纵向光学传感器传播。后一情况可例如通过使用至少一个照射源进行。该照射源可例如为或者包含环境光源和/或可为或可包含人工照射源。例如，所述检测器本身可包含至少一个照射源，例如至少一个激光器和/或至少一个白炽灯和/或至少一个半导体光源如至少一个发光二极管，特别是有机和/或无机发光二极管。由于其通常限定的束轮廓和其他操作性能，特别优选使用一个或多个激光器作为照射源或其一部分。照射源本身可为检测器的组成部分或可不依赖于检测器而形成。所述照射源可特别地集成至检测器，例如检测器壳体中。替代或者额外地，至少一个照射源也可集成至物体中或者连接或空间耦合至物体。
因此，替代或者除在物体本身中产生所述光的选项之外，自物体发出的光可由照射源产生和/或由照射源激发。例如，在将其输给光学传感器之前，自物体发出的电磁光可由物体本身产生和/或由物体反射和/或由物体散射。在该情况下，电磁辐射的发射和/或散射可在不对电磁辐射产生光谱影响下或在该影响存在下进行。因此，例如，在散射过程中也可发生波长位移，例如根据斯托克斯或拉曼。此外，光的发射可例如由一次光源，例如由物体或被激发以进行发光(特别是磷光和/或荧光)物体的局部区域激发。其他发射方法原则上也是可能的。如果发生反射，则物体可具有例如至少一个反射区域，特别是至少一个反射表面。所述反射表面可为物体本身的一部分，但也可例如为连接或空间耦合至物体的反射器，例如连接至物体的反射器板。如果使用至少一个反射器，则其也可被视为连接至物体的检测器的一部分，例如不依赖于检测器其他组成部件。
所述检测器的至少一个照射源可通常适应物体的发射和/或反射性质，例如就其波长而言。各种实施方案是可能的。
所述至少一个任选的照射源通常可发出至少一种如下的光：紫外光谱范围，优选200-380nm；可见光谱范围(380-780nm)；红外光谱范围，优选780nm至3.0微米。最优选地，所述至少一个照射源适于发出可见光谱范围，优选500-780nm，最优选650-750nm或690-700nm的光。
将光输给横向和/或纵向光学传感器可特别地以在横向和/或纵向光学传感器的任选传感器面积上产生光斑(例如具有圆形、椭圆形或不同结构的横截面)的方式进行。例如，所述检测器可具有视觉范围，特别是立体角范围和/或空间范围，可在所述范围内检测物体。优选地，所述任选的传递装置以光斑(例如在设置在检测器视觉范围内的物体的情况下)完全设置在传感器区域(特别是传感器面积)上的方式设计。例如，为了确保该条件，可选择传感器面积以具有相应的尺寸。
如上所述，所述至少一个纵向光学传感器可例如以在给定相同的照射功率下(即例如在给定传感器面积上的照射强度的相同积分下)，所述纵向传感器信号依赖于照射几何学，即例如依赖于传感器光斑的直径和/或等效直径的方式设计。例如，纵向光学传感器可以以当在给定相同总功率下束截面倍增时信号改变至少3倍，优选至少4倍，特别是5倍或甚至10倍的方式设计。该条件可例如适用于特定聚焦范围，例如至少一个特定束截面。因此，例如，纵向传感器信号可在至少一个最佳聚焦(在所述聚焦处信号可具有例如至少一个总体或局部最大值)和所述至少一个最佳聚焦之外的聚焦之间具有至少3倍，优选至少4倍，特别是5倍或甚至10倍的信号差。特别地，纵向传感器信号可具有作为照射几何学(例如光斑直径或等效直径)函数的至少一个显著最大值，例如提高至少3倍，特别优选至少4倍，特别优选至少10倍。因此，纵向光学传感器可基于上述FiP效应(其非常详细地公开于WO2012/110924A1中)。因此，特别是在sDSC中，光束的聚焦可起决定性作用，即其上入射有特定数量光子(nph)的横截面或横截面区域。光束聚焦越紧，则其横截面就越小，光电流可能就越大。术语“FiP”表示入射束横截面φ(Fi)和太阳能电池功率(P)之间的关系。
将所述至少一个纵向光学传感器与至少一个横向光学传感器组合，从而优选提供物体的合适位置信息。
就得到本发明的研究(特别是在有机光伏组件的情况下，即光伏组件如太阳能电池，其包含至少一种有机材料，例如至少一种有机p型半导体材料和/或至少一种有机染料)而言，观察到所述至少一个纵向传感器信号对束几何学(优选至少一束光束的束横截面)的依赖关系的该类效应。例如，如下文通过实例甚至更详细地解释的那样，在染料太阳能电池情况下观察到该效应，即具有至少一个第一电极、至少一种n型半导电金属氧化物、至少一种染料、至少一种p型半导电有机材料(优选固体有机p型半导体)和至少一个第二电极的组件。该类染料太阳能电池，优选固体染料太阳能电池(固体染料敏化太阳能电池，sDSC)原则上以许多变型由文献已知。然而，迄今为止尚未描述传感器信号对传感器面积上照射几何学的依赖关系的所述效应和该效应的用途。
特别地，所述至少一个纵向光学传感器可以以使得传感器信号在给定的相同照射总功率下基本上不依赖于传感器区域尺寸(特别是传感器面积的尺寸)的方式设计，特别是只要照射的光斑完全位于传感器区域(特别是传感器面积)内。因此，纵向传感器信号可仅依赖于传感器面积上的电磁射线的聚焦。特别地，传感器信号可以以每传感器面积的光电流和/或光电压在给定相同的照射下具有相同值(例如在给定相同的光斑尺寸下具有相同值)的方式体现。
所述评价装置可特别地包含至少一个数据处理装置，特别是电子数据处理装置，其可设置为通过评价至少一个横向传感器信号而产生至少一个关于物体横向位置的信息项和通过评价至少一个纵向传感器信号而产生至少一个关于物体纵向位置的信息项。因此，所述评价装置设计为使用至少一个横向传感器信号和至少一个纵向传感器信号作为输入变量并通过处理这些输入变量而产生关于物体横向位置和纵向位置的信息项。所述处理可平行、顺序或者甚至以组合方式进行。所述评价装置可使用任意方法来产生这些信息项，例如通过计算和/或使用至少一种存储和/或已知的关系。除了至少一个横向传感器信号和纵向传感器信号之外，一个或多个其他参数和/或信息项可影响所述关系，例如关于调制频率的至少一个信息项。所述关系能够或可以通过经验、分析或半经验确定。特别优选地，所述关系包含至少一个校准曲线，至少一组校准曲线，至少一个函数或所述可能性的组合。一个或多个校准曲线可例如以一组值及其相关函数值的形式存储，例如存储在数据存储装置和/或图表中。然而，替代或者额外地，所述至少一个校准曲线也可例如以参数化形式和/或作为函数方程存储。可使用用于将所述至少一个横向传感器信号处理成至少一个关于横向位置的信息项和用于将所述至少一个纵向传感器信号处理成至少一个关于纵向位置的信息项的独立关系。或者，用于处理传感器信号的至少一个组合关系是可能的。可设想各种可能性且也可组合。
例如，所述评价装置可以程序设计的方式设计以用于确定信息项。所述评价装置可特别地包含至少一台计算机，例如至少一台微型计算机。此外，所述评价装置可包含一个或多个易失性或非易失性数据存储器。作为数据处理装置(特别是至少一台计算机)的替代或除此之外，所述评价装置可包含一个或多个其他电子组件，其设计用于确定信息项，例如电子图表，特别是至少一个查表和/或至少一个专用集成电路(ASIC)。
所述至少一个关于横向位置的信息项和所述至少一个关于纵向位置的信息项的组合允许多种检测器的可能应用，这将在下文借助实例描述。如WO2012/110924A1所详细描述的那样，在所述至少一个纵向光学传感器的传感器区域上产生光斑特定直径或等效直径的光束横截面可依赖于物体与检测器和/或检测器的任选传递装置(例如至少一个检测器透镜)之间的距离。例如，物体与任选传递装置的透镜之间距离的改变可导致传感器区域上照射的散焦，同时伴随照射几何学的变化，例如光斑变宽，这可导致相应改变的纵向传感器信号或者在使用多个纵向光学传感器的情况下，导致改变的纵向传感器信号倍增。例如，甚至在不存在传递装置下，由来自传感器信号的已知束轮廓和/或其变型，例如借助已知束轮廓和/或已知的光束传播，可推导出散焦和/或几何学信息。例如，在给定已知的总照射功率下，由此可由纵向光学传感器的纵向传感器信号推导出照射几何学以及由此又推导出几何学信息，特别是物体的至少一个位置信息项。
类似地，所述至少一个横向光学传感器允许容易地检测物体的横向位置。为此，可利用如下事实：物体横向位置的变化通常导致所述至少一个横向光学传感器的传感器区域中的光束横向位置的变化。因此，例如通过检测由照射在横向光学传感器的传感器区域，例如传感器面积上的光束产生的光斑的横向位置，可产生物体的横向位置或至少一个关于物体横向位置的信息项。因此，光斑的位置可通过比较所述横向光学传感器的分电极的电流和/或电压信号而确定，例如通过形成流经至少2个不同分电极的至少两股电流的至少一个比值。作为一个实例，该测量原理可参考US6,995,445和/或US2007/0176165A1。所述至少一个横向传感器信号和所述至少一个关于物体横向位置的信息项之间的上述至少一种关系可包括横向光学传感器的传感器区域上的光斑横向位置和物体横向位置之间的已知关系。为此，可利用检测器的已知成像性质，尤其是检测器的至少一个传递装置的已知成像性质。因此，作为一个实例，所述传递装置可包括至少一个透镜，且所述已知的成像性质可利用所述透镜的已知透镜方程，由此如本领域技术人员所知晓的那样，允许将光斑的至少一个横坐标转换成物体的至少一个横坐标。此处，所述已知的关系也可利用其他信息，例如所述至少一个纵向传感器信号和/或所述至少一个关于物体纵向位置的信息项。因此，作为一个实例，通过使用所述至少一个纵向传感器信号，所述评价装置可首先确定至少一个关于物体横向位置的信息项，例如物体与检测器，尤其是传递装置，更优选传递装置的至少一个透镜之间的至少一个距离。然后，可将该关于物体纵向位置的信息项用于透镜方程中以将所述至少一个横向传感器信号转换成至少一个关于物体横向位置的信息项，例如通过将所述至少一个横向光学传感器的传感器区域中的光斑的至少一个横坐标转换成物体的至少一个横坐标。其他算法是可能的。
如上所述，光束的总强度或总功率通常是未知的，因为例如该总功率可依赖于物体的性质如反射性质，和/或可依赖于照射源的总功率和/或可依赖于大量环境条件。由于所述至少一个纵向光学传感器信号和所述至少一个纵向光学传感器的至少一个传感器区域区域中的光束束横截面之间的上述已知关系，因此所述至少一个纵向光学传感器信号和所述至少一个关于物体纵向位置的信息项之间的已知关系可依赖于光束总功率或总强度，克服该不确定性的各种方式是可能的。因此，如WO2012/110924A1详细描述的那样，可借助相同的纵向光学传感器检测多个纵向传感器信号，例如通过使用物体照射的不同调制频率。因此，可在不同的照射调制频率下获得至少2个纵向传感器信号，其中可由所述至少2个信号传感器推导照射的总功率和/或几何学(例如通过与相应的校准曲线比较)，和/或由此直接或间接推导至少一个关于物体纵向位置的信息项。
然而，额外或者替代地，如上所述，所述检测器可包含多个纵向光学传感器，其中各纵向光学传感器适于产生至少一个纵向传感器信号。可比较由纵向光学传感器产生的纵向传感器信号，以获得关于光束总功率和/或强度的信息，和/或以对光束总功率和/或强度归一化纵向传感器信号和/或至少一个关于物体纵向位置的信息项。因此，作为一个实例，可检测纵向光学传感器信号的最大值，且可将所有纵向传感器信号除以该最大值，由此产生归一化的纵向光学传感器信号，然后可通过使用上文所述的已知关系将该归一化的信号转换成至少一个关于物体的纵向信息项。归一化的其他方式是可能的，例如使用纵向传感器信号的平均值并将所有纵向传感器信号除以该平均值的归一化。其他选择是可能的。这些选择各自适于提供不依赖于光束总功率和/或强度的转换。此外，可产生关于光束总功率和/或强度的信息。
所述检测器可有利地以各种方式开发。因此，所述检测器可额外具有至少一个用于调制照射(特别是用于周期性调制)的调制装置，特别是周期性光束中断装置。照射调制应理解为意指一种其中照射总功率改变，优选周期性(特别是在一个或多个调制频率下)改变的方法。特别地，周期性调制可在照射总功率的最大值和最小值之间进行。最小值可为0，但也可为>0，使得例如无需进行完全调制。调制可例如在物体和光学传感器之间的光路中进行，例如通过在所述光路中设置至少一个调制装置。然而，替代或者额外地，调制也可在用于照射物体的任选照射源(在下文甚至更详细地描述)与物体之间的光路中进行，例如通过在所述光路中设置至少一个调制装置。也可设想这些可能性的组合。所述至少一个调制装置可例如包含断束器或某些其他类型的周期性光束中断装置，例如包含至少一个断续器刀片或断续器轮，其优选以恒定速度旋转且可由此周期性地中断照射。然而，替代或者额外地，还可使用一个或多个不同类型的调制装置，例如基于电光效应和/或声光效应的调制装置。再次替代或者额外地，所述至少一个任选照射源本身也可设计为产生调制照射，例如通过所述照射源本身具有调制强度和/或总功率(例如周期性地调制的总功率)，和/或通过所述照射源体现为脉冲照射源(例如脉冲激光器)。因此，例如，所述至少一个调制装置也可完全或部分集成在照射源中。可设想各种可能性。
所述检测器可特别地设计为在不同调制情况下检测至少两个传感器信号，特别是在分别不同的调制频率下的至少两个传感器信号。所述评价装置可设计为由所述至少两个传感器信号产生几何学信息。如上所述，以此方式，例如可以分辨模糊度和/或可以考虑例如照射总功率通常未知这一事实。
所述检测器的其他可能实施方案涉及至少一个任选传递装置的实施方案。如上所述，所述至少一个传递装置可具有成像性质或者可体现为纯非成像传递装置，其对照射聚焦没有影响。然而，特别优选所述传递装置具有至少一个成像元件，例如至少一个透镜和/或至少一个曲面镜，这是因为在该类成像元件的情况下，例如传感器区域上的照射几何学可依赖于相对定位，例如传递装置与物体之间的距离。通常而言，特别优选所述传递装置以自物体产生的电磁辐射完全传递至传感器区域(例如完全聚焦在传感器区域，特别是传感器面积上)的方式设计，特别是物体设置在检测器的视觉范围内。
如上所述，所述光学传感器可进一步以传感器信号在给定的相同照射总功率下依赖于照射调制的调制频率的方式设计。如上所述，所述检测器可特别地以采集不同调制频率下的传感器信号的方式体现，例如以产生关于物体的一个或多个其他信息项。如上所述，例如，可在每种情况下采集至少两个不同调制频率下的传感器信号，其中例如以此方式可补充关于照射总功率的信息缺乏。例如，通过比较在不同调制频率下采集的至少两个传感器信号与一个或多个校准曲线(其可例如存储在检测器的数据存储装置中)，即使在未知的照射总功率情况下，也可推导出照射几何学，例如传感器面积上光斑的直径或等效直径。为此，例如可以使用上述至少一个评价装置，例如至少一个数据处理装置，其可设计为在不同频率下控制传感器信号的该采集且可设计为比较所述传感器信号与至少一个校准曲线，以由此产生几何学信息，例如关于照射几何学的信息，例如关于光学传感器的传感器面积上照射光斑的直径或等效直径的信息。此外，如下文甚至更详细解释的那样，所述评价装置可替代或者额外地设计为产生至少一个关于物体的几何学信息项，例如至少一个位置信息项。如上所述，该产生至少一个几何学信息项可例如考虑物体相对于检测器和/或传递装置或其一部分的定位与光斑尺寸之间的至少一种已知关系而进行，例如使用相应的成像方程式通过经验、半经验或分析而进行。
与其中物体的空间分辨率和/或成像也通常依赖于使用最小可能传感器面积(例如在CCD芯片情况下最小可能像素)这一事实的已知传感器相反，所提出检测器的传感器区域原则上可以以非常大的方式实现，因为例如关于物体的几何学信息(特别是至少一个位置信息项)可由例如照射几何学与传感器信号之间的已知关系产生。因此，传感器区域可具有例如传感器面积，例如至少0.001mm2，特别是至少0.01mm2，优选至少0.1mm2，更优选至少1mm2，更优选至少5mm2，更优选至少10mm2，特别是至少100mm2或至少1000mm2或甚至至少10000mm2的光学传感器面积。特别地，可使用100cm2或更大的传感器面积。传感器面积通常可适合应用。特别地，传感器面积应以如下方式选择：至少如果物体位于检测器的视觉范围内，优选位于预定视角和/或距检测器的预定距离内，则光斑总是设置在传感器面积内。以此方式，可确保传光斑不因传感器区域的限制(结果是可能发生信号不纯)而调整。
如上所述，传感器区域可特别地为连续的传感器区域，特别是连续的传感器面积，其可优选产生均一(特别是单一)的传感器信号。因此，传感器信号对于整个传感器区域可特别地为均一传感器信号，即传感器区域的每个局部区域所贡献(例如累积地)的传感器信号。如上所述，传感器信号可通常特别地选自光电流和光电压。
所述光学传感器可特别地包含至少一个半导体检测器和/或为至少一个半导体检测器。特别地，所述光学传感器可包含至少一个有机半导体检测器或为至少一个有机半导体检测器，即包含至少一种有机半导电材料和/或至少一种有机传感器材料(例如至少一种有机染料)的半导体检测器。优选地，所述有机半导体检测器可包含至少一个有机太阳能电池，特别优选染料太阳能电池，特别是固体染料太阳能电池。该类优选固体染料太阳能电池的示例性实施方案在下文甚至更详细地解释。
特别地，所述光学传感器可包含至少一个第一电极、至少一种n型半导电性金属氧化物、至少一种染料、至少一种p型半导电有机材料(优选至少一种固体p型半导电有机材料)和至少一个第二电极。然而，通常而言，需要指出的是其中传感器信号在给定的恒定总功率下依赖于传感器区域的照射几何学的所述效应非常可能地不限于有机太阳能电池，特别是不限于染料太阳能电池。不欲通过该理论限制本发明保护范围，且不使本发明束缚于该理论的正确性，假定通常而言光伏元件适合作为其中使用具有阱状态的至少一种半导电材料的光学传感器。因此，所述光学传感器可包含至少一种n型半导电材料和/或至少一种p型半导电材料，其可具有例如导带和价带，其中在有机材料的情况下，导带和价带应相应地被LUMO(最低未占分子轨道)和HOMO(最高占据分子轨道)替代。阱状态应理解为意指位于导带(或LUMO)和价带(或HOMO)之间且可被载流子占据的能量上可能的状态。例如，可提供位于高于价带(或HOMO)至少一个距离ΔEh处的阱状态以传导空穴和/或位于低于导带(或LUMO)至少一个距离ΔEe处的阱状态以传导电子。该类阱可例如通过杂质和/或缺陷实现，其也可任选地以目标方式引入或可固有存在。例如，在低强度的情况下，即例如在具有大直径光斑的情况下，仅低电流可流动，这是因为阱状态在导带中的空穴或价带中的电子对光电流作出贡献之前首先被占据。只有从较高强度开始，即例如从传感器区域中光斑的更强聚焦开始，此时显著的光电流才可流动。所述频率依赖性可例如通过如下事实解释：载流子在停留持续时间τ之后离开阱，从而使得所述效应仅在高调制频率下调制照射的情况下才发生。
例如，所述检测器可设计为导致用0.05Hz至1MHz，例如0.1Hz至10kHz的频率调制物体和/或所述检测器的至少一个传感器区域，例如所述至少一个纵向光学传感器的至少一个传感器区域的照射。为此，如上所述，所述检测器可包含至少一个调制装置，其可集成至所述至少一个任选的照射源中和/或可独立于所述照射源。因此，至少一个照射源自身可适于产生上述照射调制，和/或可存在一个独立的调制装置，例如至少一个断续器和/或至少一个具有调制传递性的装置，例如至少一个电-光装置和/或至少一个声-光装置。
上述阱状态可例如相对于n型半导电材料和/或p型半导电材料和/或染料以10-5至10-1的密度存在。就导带而言和就价带而言的能量差ΔE可特别地为0.05-0.3eV。
如上所述，所述检测器具有至少一个评价装置。特别地，所述至少一个评价装置也可设计为完全或部分地控制或驱动检测器，例如通过将评价装置设计为控制所述检测器的一个或多个调制装置和/或控制所述检测器的至少一个照射源。所述评价装置可特别地设计为实施至少一个测量循环，其中一个或多个传感器信号(例如多个纵向传感器信号)被采集，例如多个纵向传感器信号在不同的照射调制频率下依次被采集。
然而，不同于其中例如入射光的吸收可在p型导体中进行的常规半导体装置，本发明检测器中的入射光的吸收可与染料敏化太阳能电池(DSC)中的载流子运动在空间上隔离，其中入射光可导致光吸收性有机染料切换至激发态，例如Frenkel激子，即激发的强结合电子-空穴对。只要p型导体和n型导体二者的能级与激发的光吸收性有机染料的能级良好匹配，则激子可分离且因此电子和空穴可分别传输通过所述n型和p型导体，从而到达合适的接触电极。由此，运动的载流子可为主要的载流子，即在n型导体中电子传输，在p型导体中空穴传输。由于光吸收性有机染料自身为非导电物质，有效的电荷传输可依赖于所述光吸收性有机染料分子与p型导体和n型导体二者的密切接触程度。DSC的潜在细节可参考例如U.Bach，M.D.Lupo，P.Comte，J.E.Moser，F.J.Salbeck和H.Spreitzer，“Solid-state dye-sensitized mesoporous TiO2solar cells with highproton-to-electron conversion efficiencies”，Nature，第395卷第6702期，第583-585页，1998年。
如上所述，当光照在电池上时，其可被所述光吸收性有机染料吸收且可产生激子。如果吸收光子的能量高于所述光吸收性有机染料的最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占分子轨道(LUMO)之间的禁带宽度，则HOMO的电子可升入光激发染料的LUMO中，且可在染料和半导体(其为纳米多孔二氧化钛)之间的边界处发生电荷分离。从此处出发，电子可在飞秒至皮秒内进一步传输至纳米多孔二氧化钛的导带中。优选地，激发态的能级与二氧化钛导带的下限匹配，从而使得电子跃迁期间的能量损耗最小化，且LUMO能级应充分延伸以超出二氧化钛导电的下限。所述空穴导体的氧化电位应超出所述染料的HOMO能级，从而允许其将激发染料的空穴传输走。如果外部电路中连有负荷，则电流可流过二氧化钛和阴极。经还原的染料可通过由有机p型导体将电子供给染料而再生，这可防止来自二氧化钛导带的电子与经氧化的染料重组。所述p型导体又可通过对电极再生，这可确保将能量由入射光恒定地转化成电能而无需永久化学变化。
如上所述，所述评价装置设计为通过评价横向传感器信号而产生至少一个关于物体横向位置的信息项和通过评价纵向传感器信号而产生至少一个关于物体纵向位置的信息项。所述物体位置可为静态的，或者甚至可包含至少一种物体运动，例如检测器或其部分和物体或其部分之间的相对运动。在这种情况下，相对移动可通常包含至少一种线性运动和/或至少一种旋转运动。运动信息项也可例如通过将在不同时间采集的至少两个信息项比较而获得，使得例如至少一个位置信息项也可包含至少一个速度信息项和/或至少一个加速度信息项，例如关于物体或其部分与检测器或其部分之间的至少一个相对速度的至少一个信息项。特别地，所述至少一个位置信息项通常可选自：关于物体或其部分与检测器或其部分之间的距离(特别是光路长度)的信息项；关于物体或其部分与任选传递装置或其部分之间的距离或光程的信息项；关于物体或其部分相对于检测器或其部分的定位的信息项；关于物体和/或其部分相对于检测器或其部分的定向的信息项；关于物体或其部分与检测器或其部分之间的相对运动的信息项；关于物体或其部分的二维或三维空间构造(特别是物体的几何学或形式)的信息项。因此，所述至少一个位置信息项通常可例如选自：关于物体或其至少一部分的至少一个位置的信息项；关于物体或其一部分的至少一个定向的信息项；关于物体或其部分的几何学或形式的信息项；关于物体或其部分的速度的信息项；关于物体或其部分的加速度的信息项；关于在检测器视觉范围内存在或不存在物体或其部分的信息项。
所述至少一个位置信息项例如可在至少一个坐标系(例如其中存在检测器或其部分的坐标系)中说明。替代或者额外地，位置信息也可简单地包含例如检测器或其部分与物体或其部分之间的距离。还可设想所述可能性的组合。
如上所述，所述检测器可包含至少一个照射源。照射源可以以各种方式体现。因此，照射源可例如为检测器壳体中的检测器的一部分。然而，替代或者额外地，所述至少一个照射源也可设置在检测器壳体外，例如作为单独光源。照射源可与物体分开地设置且以一定距离照射物体。替代或者额外地，照射源也可与物体连接或甚至为物体的一部分，使得例如自物体产生的电磁辐射也可直接通过照射源产生。例如，至少一个照射源可设置在物体上和/或物体中且直接产生电磁辐射，借此照射传感器区域。例如，至少一个红外发射器和/或至少一个可见光发射器和/或至少一个紫外光发射器可设置在物体上。例如，至少一个发光二极管和/或至少一个激光二极管可设置在物体上和/或物体中。照射源可特别地包含一个或多个如下照射源：激光器，特别是激光二极管，但原则上也可替代或者额外地使用其他类型激光器；发光二极管；白炽灯；有机光源，特别是有机发光二极管。替代或者额外地，也可使用其他照射源。特别优选照射源设计为产生具有高斯束轮廓的一束或多束光束，如至少大致为例如在许多激光器中的情况那样。然而，其他实施方案原则上也是可能的。
如上所述，本发明的另一方面提出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-机接口应通常理解为意指一种可借助其来交换该信息的装置。所述机器可特别地包含数据处理装置。所述至少一个信息项可通常包含例如数据和/或控制命令。因此，所述人-机接口可特别地设计用于由用户输入控制命令。
所述人-机接口具有根据一个或多个上述实施方案的至少一个检测器。所述人-机接口设计为借助所述检测器产生用户的至少一个几何学信息项，其中所述人-机接口设计为给几何学信息指定至少一个信息项，特别是至少一个控制命令。例如，所述至少一个几何学信息项可为或可包含场所信息项和/或关于用户身体和/或至少一个身体部分的位置信息项和/或定向信息项，例如关于用户手姿势和/或某些其他身体部分姿势的场所信息项。
在该情况下，术语用户应作广义解释并且例如也可包括受用户直接影响的一个或多个物品。因此，用户例如也可穿戴一个或多个手套和/或其他服装，其中几何学信息为该至少一件服装的至少一个几何学信息项。例如，该类服装可体现为对自至少一个照射源产生的一次辐射的反射，例如通过使用一个或多个反射器。再次替代或者额外地，用户可例如空间移动其几何学信息可被检测的一个或多个物品，这同样也意欲可归入产生用户的至少一个几何学信息项下。例如，用户可移动至少一个反射棒和/或某些其他类型物品，例如借助所述用户的手。
所述至少一个几何学信息项可为静态的，即可例如再次包含快照，但也可例如再次包含一系列连续的几何学信息项和/或至少一种运动。例如，可将在不同时间采集的至少两个几何学信息项比较，使得例如所述至少一个几何学信息项也可包含至少一个关于运动速度和/或加速度的信息项。因此，所述至少一个几何学信息项可例如包含至少一个关于用户的至少一个身体姿势和/或至少一个运动的信息项。
所述人-机接口设计为给几何学信息指定至少一个信息项，特别是至少一个控制命令。如上所述，术语“信息”在该情况下应作广义解释且可包含例如数据和/或控制命令。例如，所述人-机接口可设计为给至少一个几何学信息项指定至少一个信息项，例如借助相应的指定算法和/或存储的指定说明。例如，一组几何学信息项与相应的信息项之间的独特指定可被存储。以此方式，例如借助用户的相应身体姿势和/或运动，可进行至少一个信息项的输入。
该类人-机接口可通常用于机器控制中或例如用于虚拟现实中。例如，借助具有一个或多个检测器的人-机接口，使得工业控制器、生产控制器、通用机器控制器、机器人控制器、交通工具控制器或类似控制器成为可能。然而，特别优选该人-机接口在消费者电子产品中的用途。
因此，如上所述，本发明的另一方面提出了一种用于实施至少一种娱乐功能(特别是游戏)的娱乐装置。娱乐功能可特别地包含至少一种游戏功能。例如，可存储一个或多个可受用户影响的游戏，用户就此而言在下文也称为玩家。例如，所述娱乐装置可包含至少一个显示装置，例如至少一个屏幕和/或至少一个放映机和/或至少一组显示眼镜。
所述娱乐装置进一步包含根据一个或多个上述实施方案的至少一个人-机接口。所述娱乐装置设计为能够借助人-机接口输入玩家的至少一个信息项。例如，如上所述，玩家可采用或改变一个或多个身体姿势以用于该目的。这包括玩家例如使用用于该目的的相应物品(例如服装，例如手套，例如配备有用于反射检测器的电磁辐射的一个或多个反射器的服装)的可能性。如上所述，所述至少一个信息项可包含例如一个或多个控制命令。例如，以此方式，可进行方向改变，可确认输入，可由菜单作出选择，可开始具体游戏选项，可影响虚拟空间中的运动或可影响或改变娱乐功能的类似情况。
上文所述的检测器、方法、人-机接口、娱乐装置以及所提出的用途具有优于现有技术的显著优点。因此，一般而言，可提供一种用于检测空间中的至少一种物体位置的简单且仍有效的检测器。其中，作为一个实例，可以以快速和有效的方式确定物体或物体部分的三维坐标。特别地，所述至少一个横向光学传感器和所述至少一个纵向光学传感器(各自可以以成本效益的方式设计)的组合可获得紧凑的、具有成本效益的仍非常精确的装置。所述至少一个横向光学传感器和所述至少一个纵向光学传感器二者优选可完全或部分设计为有机光伏装置，例如通过对这些光学传感器中每一个使用染料敏化太阳能电池，优选sDSC。
与基于复杂三角测量方法的本领域已知的装置相比，所提出的检测器提供了高简化程度，尤其是就所述检测器的光学设置而言。因此，原则上，一个、两个或更多个sDSC的简单组合(优选与配套的传递装置，特别是配套的透镜组合，且连同合适的评价装置)可足以进行高精度位置检测。
该高简化程度(连同高精度测量可能性)特别适于机器控制，例如在人-机接口中，更优选在游戏中。因此，可提供具有成本效益的可用于大量游戏目的的娱乐装置。
因此，相对于WO2012/110924A1或于2012年12月19日提交的美国临时申请61/739,173和于2013年1月8日提交的61/749,964所公开的光学检测器和装置而言，本发明的光学检测器、检测器系统、人-机接口、娱乐装置、跟踪系统或照相机(在下文中简称为“本发明的装置”或“FiP装置”)可用于多种应用目的，例如下文进一步详细公开的一个或多个目的。
因此，FiP装置首先可用于移动电话、平板计算机、笔记本电脑、小面板或其他固定或移动计算机或通信应用中。因此，FiP装置可与至少一个主动光源，例如发射可见波段或红外波段的光的光源组合，从而提高性能。因此，作为一个实例，FiP装置可用作照相机和/或传感器，例如与用于扫描环境、物体和生物的手机软件组合。FiP装置甚至可与2D照相机，例如常规照相机组合，从而提高成像效果。FiP装置可进一步用于监视和/或用于记录目的或者用作输入装置以控制移动装置，尤其是与姿势识别组合。因此，起人-机接口作用的FiP装置(也称为FiP输入装置)可用于移动引用中，例如用于借助移动装置，例如移动电话控制其他电子装置或组件。作为一个实例，包括至少一个FiP装置的移动应用可用于控制电视机、游戏控制台、音乐播放器或音乐装置或其他娱乐装置。
此外，FiP装置可用于网络摄像机或其他外围装置中以用于计算应用。因此，作为一个实例，FiP装置可用于与软件组合以成像、记录、监视、扫描或运动检测。如就人-机接口和/或娱乐装置所述的那样，FiP装置特别可用于通过面部表情和/或身体表情给出命令。FiP装置可与其他输入产生装置，如鼠标、键盘、触摸输入板等组合。此外，FiP装置可用于游戏的应用中，例如通过使用网络摄像机。此外，FiP装置可用于虚拟训练应用和/或视频会议中。
此外，FiP装置可用于移动音频装置、电视装置和游戏装置中，如上文所部分解释的那样。特别地，FiP装置可用作电子装置、娱乐装置等的控制或控制装置。此外，FiP装置可用于眼睛检测或眼睛跟踪，例如在2D和3D显示技术中，尤其是用于增强现实应用的透明显示。
此外，FiP装置可用于或用作数码照相机如DSC照相机，和/或用于或用作反光式照相机，如SLR照相机。对这些应用而言，可参考上文所公开的FiP装置在移动应用如移动电话中的用途。
此外，FiP装置可用于安全和监视应用。特别地，FiP装置可用于光学加密。FiP基检测可与其他检测装置组合以补足波长，例如使用IR、X射线、UV-VIS、雷达或超声检测器。FiP装置可进一步与主动红外光源组合以允许检测低光环境。与主动检测器系统相比，FiP装置如FIP基传感器通常是有利的，特别是因为FiP装置避免了主动发送信号，该信号可能被第三方检测到，正如例如在雷达应用、超声应用、LIDAR或类似的主动检测器装置情况下那样。因此，FiP装置通常可用于运动物体的不可被识别和检测的跟踪。此外，与常规装置相比，FiP装置通常不易被操纵和使人恼火。
此外，由于使用FiP装置所导致的容易和精确的3D检测，FiP装置通常可用于面部、身体和人员识别和鉴别。其中，FiP装置可与其他用于鉴别和个人化目的的检测方式，如密码、指纹、虹膜检测、声音识别或其他方式组合。因此，FiP装置通常可用于安全装置或其他个人化应用中。
此外，FiP装置可用作3D条形码读取器以用于产品识别。
除上文所述的安全和监视应用而言，FiP装置通常可用于监视和监测空间和区域。因此，FiP装置可用于监视和监控空间和区域，作为一个实例，用于在禁止区域被侵犯的情况下引发或实施警报。因此，FiP装置通常可用于在建筑物监视或博物馆中的监视目的，任选与其他类型的传感器组合，例如与运动或热传感器组合、与图像强化器或图像增强装置和/或光电倍增器组合。
此外，FiP装置可有利地用于照相机应用中，例如视频和摄录机应用。因此，FiP装置可用于运动捕捉和3D电影记录。其中，FiP装置通常提供了与常规光学装置相比的大量优点。因此，就光学组件而言，FiP装置通常要求较低的复杂度。因此，作为一个实例，与常规光学装置相比，可减少透镜数量，例如通过提供仅具有一个透镜的FiP装置。由于降低的复杂度，非常紧凑的装置是可能的，例如用于移动应用。具有两个或更多个高质量透镜的常规光学系统通常具有大体积，例如由于通常需要大体积分束器。此外，FiP装置通常可用于对焦/自动对焦装置，例如自动对焦照相机。此外，FiP装置也可用于光学显微镜中，尤其用于共焦显微镜中。
此外，FiP装置通常可用于汽车技术和运输技术的技术领域中。因此，作为一个实例，FiP装置可用作距离和监视传感器，例如用于自适应巡航控制、紧急刹车辅助、车道偏离警报、环景视角、盲点侦测、车后横越交通警报和其他汽车和交通应用。其中，FiP装置装置可用作独立装置或者与其他传感器装置组合，例如与雷达和/或超声装置组合。特别地，FiP装置可用于自动驾驶和安全问题。此外，在这些应用中，FiP装置可与红外传感器、雷达传感器(其为声音传感器)、二维照相机或其他类型的传感器组合使用。有利地，在这些应用中，典型FiP装置的被动特性通常是有利的。因此，由于FiP装置通常不需要发射信号，可避免主动传感器信号被其他信号源干扰的风险。FiP装置尤其可与识别软件，例如标准图像识别软件组合使用。因此，由FiP装置提供的信号和数据通常可易于处理，且因此通常需要比广泛使用的立体视角系统如LIDAR更低的计算能力。由于具有低空间要求，利用FiP效应的FiP装置如照相机可置于交通工具内的几乎任何位置，例如风窗密封条上、前罩上、保险杠上、灯上、镜子上或其他位置等。基于FiP效应的各种检测器可组合，例如以允许自动驾驶交通工具或者以提高主动安全装置的性能。因此，各种FiP基传感器可与其他FiP基传感器和/或常规传感器组合，例如在窗户如后窗、侧窗或前窗中，在保险杠上或者在灯上。
FiP传感器与一种或多种雨水检测传感器的组合也是可能的。这是由于如下事实所致：FiP装置通常优于常规传感器技术如雷达，尤其是大雨中。至少一个FiP装置与至少一种常规传感技术如雷达的组合可允许软件根据气候条件采集正确的信号组合。
此外，FiP装置通常可用作刹车辅助和/或停车辅助和/或用于速度测量。速度测量可集成至交通工具中或者交通工具外部，从而例如在交通控制中测量其他汽车的速度。此外，FiP装置可用于检测停车场中的空闲停车空间。
此外，FiP装置可用于医疗系统和运动的领域中。因此，在医疗技术领域中，可提及外科手术机器人(例如用于内诊镜中)，这是因为如上所述，FiP装置可仅需要小体积且可集成至其他装置中。特别地，具有至多一个透镜的FiP装置可在医疗装置如内诊镜中用于捕集3D信息。此外，FiP装置可与合适的检测软件组合，从而能跟踪和分析运动。这些应用例如在医疗治疗和长距离诊断和远程医疗中是特别有价值的。
此外，FiP装置可用于运动和锻炼领域中，例如用于训练、远程指导或竞赛目的。特别地，FiP装置可用于跳舞、有氧运动、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、拳击等的领域中。FiP装置可用于在运动和游戏中检测球、球棒、剑、动作等的位置，例如监控游戏、辅助裁判员或用于体育中的特定情况的判断，尤其是自动判断，例如用于判断是否实际得分或得球。
FiP装置可进一步用于辅助乐器的练习，尤其是远程授课，例如弦乐器的授课，例如提琴、小提琴、中提琴、大提琴、贝司、竖琴、吉他、班卓琴或四弦琴；键盘乐器的授课，例如钢琴、管风琴、键琴、大键琴、小风琴或手风琴；和/或打击乐器的授课，例如鼓、定音鼓、马林巴、木琴、电颤琴、bongo、conga、timbale、djembe或tabla。
FiP装置可进一步用于康复和物理疗法中以鼓励训练和/或以监视和校正运动。其中，FiP装置也可用于距离诊断中。
此外，FiP装置可用于机器视觉领域中。因此，一个或多个FiP装置可用作例如自动驾驶和/或机器人工作的被动控制单元中。在与运动机器人组合下，FiP装置可允许自动运动和/或自动检测零件的失效。FiP装置也可用于生产和安全监视，从而例如避免事故，包括但不限于机器人、生产零件和生物之间的碰撞。由于FiP装置的被动特性，FiP装置可相对于主动装置有利和/或可用于补充现有解决方案，例如雷达、超声、2D照相机、IR检测等。FiP装置的一个具体优点是低信号干扰可能性。因此，多个传感器可在相同环境下同时工作，而不存在信号干扰的风险。因此，FiP装置通常可用于高度自动化的生产环境中，例如但不限于汽车、采矿、钢铁等。FiP装置也可用于生产中的质量控制，例如与其他传感器如2D成像、雷达、超声、IR等组合，例如用于质量控制或其他目的。此外，FiP装置可用于评价表面质量，例如用于检查产品的表面平整度或符合规定尺度(从微米范围至米范围)。其他质量控制应用是可能的。
此外，FiP装置可用于轮询、飞机、船舶、宇宙飞船或其他交通应用中。因此，除上文就交通应用所述的应用之外，可提及用于飞机、车辆等的被动跟踪系统。基于FiP效应的用于监测运动物体的速度和/或方向的检测装置是可能的。特别地，可提及跟踪陆地、海洋和空中(包括太空)的快速运动物体。可在静止和/或运动装置上安装至少一个FiP检测器。所述至少一个FiP装置的输出信号可例如与另一物体的自动或导航运动的导航机制组合。因此，用于避免跟踪和驾驶物体之间的碰撞或能使之碰撞的应用是可能的。由于需要低计算能力、即时相应且由于与主动系统如雷达相比通常更难以检测和干扰的所述检测系统的被动特性，FiP装置通常是有用的和有利的。FiP装置特别可用于(但不限于)例如速度控制和空中交通控制装置。
FiP装置通常可用于被动应用中。被动应用包括船舶在港口或危险区域中的导航，和飞机在着陆或起飞时的导航。其中，可使用固定的已知主动目标进行精确导航。这同样可用于车辆，例如采矿车在危险但非常确定的路线上的驾驶。
此外，如上所述，FiP装置可用于游戏领域中。因此，FiP装置可被动地用于相同或不同尺寸、颜色、形状等的多个物体，例如与将运动引入其内容中的软件组合以检测运动。特别地，执行运动以输出图像的应用是可能的。此外，使用FiP装置以给出命令是可能的，例如通过使用一个或多个FiP装置以进行姿势或面部识别。FiP装置可与主动系统组合以例如在低光条件下或者在需要增强环境条件的其他情况下工作。额外或者替代地，一个或多个FiP装置与一个或多个IR或VIS光源的组合是可能的，例如与基于FiP效应的检测装置组合。FiP基检测器与特殊装置的组合也是可能的，其可容易地由系统及其软件区分，例如且不限于特殊颜色、形状、与其他装置的相对位置、运动速度、光、用于调制所述装置上的光源的频率、表面性质、所用的材料、反射性质、透明度、吸收特性等。相对于其他可能性，所述装置可类似于棒、球拍、棍、枪、刀、轮、环、方向盘、瓶、球、玻璃、花瓶、勺子、叉子、立方体、骰子、图片、木偶、玩具熊、烧杯、踏板、开关、手套、珠宝、乐器或用于演奏乐器的辅助装置，例如拨子、鼓槌等。其他选项是可能的。
此外，FiP装置通常可用于建筑物、建造和制图学领域中。因此，通常可使用FiP基装置以测量和/或监测环境区域，例如国家边界或建筑物。其中，一个或多个FiP装置可与其他方法和装置组合或者可单独使用，从而监测建筑项目的进度和精度、改变物体、房屋等。FiP装置可用于产生扫描环境的三维模型，从而构建房间、街道、房屋、社区或景观的地图(从地面或从空中)。潜在的应用领域可为建筑、制图学、不动产管理、土地测绘等。
FiP装置可用于家用电器的互联网络，例如CHAIN(Cedec Home AppliancesInteroperating Network)中，从而互连、自动化和控制家庭中基础电器相关的服务，例如能量或负载管控、远程诊断，宠物相关的电器、孩子相关的电器、孩子监视、电器相关的监视、老人或病人的辅助或服务、家庭安全和/或监视、电器操作的遥控和汽车维修辅助。
FiP装置可进一步用于农业中，例如检测和拣选害虫、杂草和/或完全或部分侵染的作物，其中作物可被真菌或昆虫侵染。此外，对作物收获可使用FiP检测器以检测动物，例如鹿，其否则的话可被收获装置伤害。
FiP基装置可进一步用于扫描物体，例如与CAD或类似软件组合，例如用于增材生产和/或3D打印。其中，可使用高尺寸精度的FiP装置，例如在x、y或z方向上，或者在这些方向的任意组合中，例如同时。此外，FiP装置可用于检查和维修，例如管道检查量规。
如上所述，FiP装置可进一步用于生产、质量控制或识别应用中，例如用于产品识别或尺寸识别(例如用于寻找最佳场所或包装，用于减少废弃物等)。此外，FiP装置可用于后勤应用中。因此，FiP装置可用于最佳负载或填充容器或车辆。此外，FiP装置可用于监测或控制生产领域中的表面损伤、用于监测或控制出租物品如出租车辆，和/或用于保险应用，例如用于评估损失。此外，FiP装置可用于识别材料、物体或玩具的尺寸，例如用于最佳材料处理，尤其是与机器人组合。此外，FiP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，FiP装置可用于生产资产的维护，例如但不限于罐、管、反应器、工具等。此外，FiP装置可用于分析3D质量标志。此外，FiP装置可用于生产量身定做的商品，例如牙齿嵌体、牙齿矫形支体、假体、衣物等。FiP装置还可与一台或多台3D打印机组合以快速成型、3D复印等。此外，FiP装置可用于检测一个或多个物品的形状，用于防止产品盗版和用于防伪造目的。
如上所述，优选述至少一个横向光学传感器和/或所述至少一个纵向光学传感器二者均可包含至少一个半导体检测器，特别优选至少一个染料太阳能电池，DSC或sDSC。特别地，所述横向光学传感器和/或纵向光学传感器可包含至少一个第一电极、至少一种n型半导电金属氧化物、至少一种染料、至少一种p型半导电有机材料和至少一个第二电极，优选以所述顺序。所述元件例如可作为层存在于层状结构中。所述层状构造例如可施加至基材，优选透明基材如玻璃基材。
优选光学传感器的上述元件的优选实施方案在下文以示例方式描述，其中这些实施方案可以以任意所需的组合使用。然而，许多其他构造原则上也是可能的，其中例如可参考上文引用的WO2012/110924A1、US2007/0176165A1、US6,995,445B2、DE2501124A1、DE3225372A1和WO2009/013282A1。
如上所述，所述至少一个横向光学传感器可设计为染料敏化太阳能电池(DSC)，优选固体染料敏化太阳能电池(sDSC)。类似地，所述至少一个纵向光学传感器可设计为至少一个染料敏化太阳能电池(DSC)或者可包含至少一个染料敏化太阳能电池(DSC)，优选固体染料敏化太阳能电池(sDSC)。更优选地，所述至少一个纵向光学传感器包含DSC的叠堆，优选sDSC的叠堆。DSC或sDSC的优选组分将在下文公开。然而，应理解的是其他实施方案是可能的。
第一电极和n型半导电金属氧化物
一般而言，就可用于所述横向光学传感器和/或纵向光学传感器的层结构中的第一电极和n型半导电金属氧化物的优选实施方案而言，可参考WO2012/110924A1。用于所述横向光学传感器和/或纵向光学传感器的染料太阳能电池中的n型半导电金属氧化物可以为单一金属氧化物或不同氧化物的混合物。也可使用混合氧化物。所述n型半导电金属氧化物可尤其为多孔的和/或以纳米颗粒状氧化物的形式使用，纳米颗粒就此而言应理解为意指平均粒度小于0.1微米的颗粒。纳米颗粒状氧化物通常通过烧结方法作为具有大表面积的多孔薄膜施加于导电基材上(即具有作为第一电极的导电层的载体)。
优选地，所述至少一个横向光学传感器使用至少一个透明基材。类似地，所述至少一个纵向光学传感器优选使用至少一个透明基材。在使用多个纵向光学传感器，例如纵向光学传感器叠堆的情况下，优选至少一个这些纵向光学传感器使用透明基材。因此，作为一个实例，除背对物体的最后纵向光学传感器之外的所有纵向光学传感器可各自使用透明基材。所述最后纵向光学传感器可使用透明或不透明基材。
类似地，所述至少一个横向光学传感器使用至少一个透明第一电极。此外，所述至少一个纵向光学传感器可使用至少一个透明第一电极。在使用多个纵向光学传感器，例如纵向光学传感器叠堆的情况下，优选至少一个这些纵向光学传感器使用透明第一电极。因此，作为一个实例，除背对物体的最后纵向光学传感器之外的所有纵向光学传感器可各自使用透明第一电极。所述最后纵向光学传感器可使用透明或不透明第一电极。
所述基材可以为刚性或挠性的。除金属箔外，合适的基材(下文中也称为载体)特别为塑料片或膜，尤其为玻璃片或玻璃膜。特别合适的电极材料，尤其是用于根据上述优选结构的第一电极的电极材料为导电材料，例如透明导电性氧化物(TCO)，例如氟和/或铟掺杂的氧化锡(FTO或ITO)和/或铝掺杂的氧化锌(AZO)、碳纳米管或金属膜。然而，替代或者额外地，还可使用仍具有足够透明度的金属薄膜。在需要且使用不透明的第一电极的情况下，可使用厚金属膜。
所述基材可覆盖或涂覆有这些导电材料。由于所提出的结构中通常仅需要单一基材，挠性电池的形成也是可能的。这能赋予如果有的话，用刚性基材仅可以困难地实现的大量最终用途，例如用于银行卡、服装等中。
第一电极，尤其是TCO层，可额外覆盖或涂覆有固体金属氧化物缓冲层(厚度例如为10-200nm)，以防止p型半导体与TCO层直接接触(参见Peng等，Coord.Chem.Rev.248，1479(2004))。然而，本发明使用固体p型半导电电解质(在这种情况下电解质与第一电极的接触与液体或凝胶形式电解质相比极大地降低)，使得该缓冲层在许多情况下不是必需的，使得在许多情况下可省略该层，这也具有限流效果并还可使n型半导电金属氧化物与第一电极的接触劣化。这提高了组件的效率。另一方面，该缓冲层又可以以受控方式使用以使染料太阳能电池的电流分量与有机太阳能电池的电流分量匹配。此外，在其中省略缓冲层的电池的情况下，尤其是在固体电池中，常常发生不想要的载流子重组问题。就此而言，缓冲层在许多情况下，特别是在固体电池中是有利的。
众所周知，金属氧化物薄层或膜通常是廉价的固体半导体材料(n型半导体)，但由于大的带隙，其吸收通常不在电磁波谱的可见区内，而是通常在紫外线光谱区中。为了用于太阳能电池中，其金属氧化物因此通常如染料太阳能电池中的情况那样，必须与作为光敏剂的染料组合，所述染料在日光波长范围，即300-2000nm内吸收，且在电子激发态下将电子注入半导体的导带中。借助在电池中额外用作电解质的固体p型半导体，其又在对电极处还原，电子可再循环至敏化剂，使得其再生。
对于在有机太阳能电池中的应用特别重要的是半导体氧化锌、二氧化锡、二氧化钛或这些金属氧化物的混合物。所述金属氧化物可以以纳米晶体多孔层的形式使用。这些层具有涂有作为敏化剂的染料的大表面积，使得实现高日光吸收。构造为例如纳米棒的金属氧化物层具有优点，例如较高的电子迁移率或染料对孔的改进填充。
所述金属氧化物半导体可以单独或以混合物的形式使用。也可将金属氧化物用一种或多种其他金属氧化物涂覆。此外，所述金属氧化物也可作为涂层施加于其他半导体如GaP、ZnP或ZnS上。
特别优选的半导体为氧化锌和锐钛矿多晶型的二氧化钛，其优选以纳米晶体的形式使用。
此外，所述敏化剂可以有利地与通常用于这些太阳能电池中的所有n型半导体组合。优选的实例包括陶瓷中所用金属氧化物，例如二氧化钛、氧化锌、氧化锡(IV)、氧化钨(VI)、氧化钽(V)、氧化铌(V)、氧化铈、钛酸锶、锡酸锌、钙钛矿型复合氧化物如钛酸钡，以及二元和三元铁氧化物，其也可以以纳米晶体或无定形形式存在。
由于常规有机染料和酞菁以及卟啉类具有的强吸收，即使n型半导电金属氧化物的薄层或膜就足以吸收所需量的染料。金属氧化物薄膜又具有不想要的重组方法的可能性降低和染料子电池的内电阻降低的优点。对于n型半导电金属氧化物，可优选使用100nm至20微米，更优选500nm至约3微米的层厚度。
染料
就本发明而言，特别是常用于DSC的术语“染料”、“敏化剂染料”和“敏化剂”基本同义地使用而不具有可能构型的任何限制。就本发明而言可使用的大量染料由现有技术已知，因此，对于可能的材料实例，也可参考上文就染料太阳能电池的现有技术描述。作为一个优选实例，可使用WO2012/110924A1中所公开的一种或多种染料。
额外或者替代地，本发明的检测器中可使用一种或多种具有氟化抗衡阴离子的喹啉染料，例如WO2013/144177A1中所公开的一种或多种染料。特别地，可将下文所公开的一种或多种染料用于所述至少一个纵向光学传感器和/或所述至少一个横向光学传感器中。这些染料的细节和这些未公开申请的公开内容将在下文给出。特别地，可使用下文更详细描述的染料D-5。然而，额外或者替代地，可使用一种或多种其他染料。
所列和所请求的所有染料原则上也可作为颜料存在。基于二氧化钛作为半导体材料的染料敏化太阳能电池例如描述于US4927721A，Nature353，第737-740页(1991)和US5350644A，以及Nature 395，第583-585页(1998)以及EP1176646A1中。就本发明而言，原则上也可有利地使用这些文献中所述的染料。这些染料太阳能电池优选包含借助酸基团作为敏化剂结合于二氧化钛层上的过渡金属配合物，尤其是钌配合物的单分子膜。
可包含钌配合物的用于染料敏化太阳能电池中的染料迄今为止仅引起学术上关注，特别是因为钌的高成本。然而，可用于本发明检测器中的染料敏化太阳能电池仅需要如此少量的钌，以至于成本争议可被其在本发明的确定至少一种物体的位置的方法中的诱人特征推翻，特别是在自物体传输的至少一束光束可涉及如下光谱范围的情况下：所述光谱范围可至少部分包含一部分红外(IR)区，即750nm至1000μm的电磁波谱部分，优选通常称为近红外(NIR)区的其一部分(其通常被视为从约750nm至1.5μm)。可适于用于本发明检测器中的已知钌配合物的实例为：
其他实例可参见T.Kinoshita，J.T.Dy，S.Uchida，T.Kubo和H.Segawa，Widebanddye-sensitized solar cells employing a phosphine-coordinated rutheniumsensitizer，Nature Photonics，7，535-539(2013)，其中描述了膦配位的钌配合物，其在NIR中，特别是在750-950nm范围内显示出强吸收，因此可得到具有有希望效率的染料敏化太阳能电池：
由于大多数已知染料在IR区(包括NIR区)中的弱吸收性质，包括钌配合物的染料因此能将本发明检测器的范围拓宽至IR区，尤其是NIR区，例如用作主动深度传感器，特别是用于与其中IR光起重要作用的计算机视觉(如本申请其余部分所述)相关的应用中。
提出的许多敏化剂包括不含金属的有机染料，其就本发明而言同样也可使用。尤其是在固体染料太阳能电池中，例如用二氢吲哚染料可实现大于4％的高效率(例如参见Schmidt-Mende等，Adv.Mater.2005，17，813)。US-A-6359211描述了花青、嗪、噻嗪和吖啶类染料就本发明而言的也可实施的用途，其具有借助亚烷基键合的羧基以固定在二氧化钛半导体上。
有机染料现在在液体电池中获得了几乎12.1％的效率(例如参见P.Wang等，ACS.Nano 2010)。还报道了含吡啶染料，就本发明而言可以使用并显示出有希望的效率。
所提出的染料太阳能电池中特别优选的敏化剂染料为DE 102005053995A1或WO2007/054470A1中所述的苝衍生物、三萘嵌苯(terrylene)衍生物和四萘嵌苯(quaterrylene)衍生物。就本发明而言，使用这些染料也是可能的，这导致具有高效率以及同时高稳定性的光伏元件。
萘嵌苯类(rylenes)显示出在日光波长范围内的强吸收，并且依赖于共轭体系的长度可涵盖从约400nm(DE102005053995A1的苝衍生物I)至约900nm(DE102005053995A1的四萘嵌苯衍生物I)的范围。基于三萘嵌苯的萘嵌苯衍生物I在吸附于二氧化钛上的固态下根据其组成在约400-800nm的范围内吸收。为实现入射日光从可见区至近红外区的非常充分的利用，有利地使用不同萘嵌苯衍生物I的混合物。偶尔也可行的是还使用不同的萘嵌苯同系物。
萘嵌苯衍生物I可以容易地且以永久方式固定在n型半导电金属氧化物膜上。该结合借助酐官能团(x1)或原位形成的羧基-COOH或-COO-，或借助酰亚胺中存在的酸基团A或缩合基团((x2)或(x3))进行。DE102005053995A1所述萘嵌苯衍生物I就本发明而言在染料敏化太阳能电池中的使用而言具有良好适合性。
特别优选染料在分子的一端具有能够使其固定在n型半导体膜上的锚基团。在分子的另一端，所述染料优选包含促进染料在电子释放到n型半导体上以后再生以及防止与已释放到半导体上的电子重组的电子给体Y。
关于合适染料的可能选择的其他细节，可例如再次参考DE102005053995A1。例如，尤其可使用钌配合物、卟啉类、其他有机敏化剂以及优选萘嵌苯。
染料可以以简单方式固定在n型半导电金属氧化物膜之上或之内。例如，n型半导电金属氧化物膜可以以新烧结(仍温热)状态与染料在合适有机溶剂中的溶液或悬浮液接触足够的时间(例如约0.5-24小时)。这可例如通过将金属氧化物涂覆的基材浸入染料溶液中而实现。
如果使用不同染料的组合，则它们可例如由一种或多种包含一种或多种染料的溶液或悬浮液依次施加。也可使用被例如CuSCN层分开的两种染料(关于该主题，例如参见Tennakone，K.J.，Phys.Chem.B.2003，107，13758)。在各种情况下，可相对容易地确定最方便的方法。
在染料和n型半导电金属氧化物的氧化物颗粒的粒度的选择中，应以吸收最大量的光的方式构造有机太阳能电池。氧化物层应以使得固体p型半导体可有效填充孔的方式构造。例如，较小的颗粒具有较大的表面积，因此能吸收更大量的染料。另一方面，较大的颗粒通常具有较大的孔，其能够更好地渗透通过p型导体。
p型半导电有机材料
如上所述，述至少一个横向光学传感器和/或所述至少一个纵向光学传感器的至少一个DSC或sDSC可特别包含至少一种p型半导电有机材料，优选至少一种固体p型半导电材料，其在下文也称为p型半导体或p型导体。下文给出了该类有机p型半导体的一系列优选实例，其可单独或以任意所需组合使用，例如以具有相应p型半导体的多层的组合和/或以一层中多种p型半导体的组合使用。
为防止n型半导电金属氧化物中的电子与固体p型导体重组，可在n型半导电金属氧化物与p型半导体之间使用至少一个具有钝化材料的钝化层。该层应非常薄且应尽可能仅覆盖n型半导电金属氧化物的目前未转化点。在一些情况下，钝化材料也可在染料以前施加于金属氧化物上。优选的钝化材料尤其是一种或多种如下物质：Al2O3；硅烷，例如CH3SiCl3；Al3+；4-叔丁基吡啶(TBP)；MgO；GBA(4-胍基丁酸)和类似衍生物；烷基酸；十六烷基丙二酸(HDMA)。
如上所述，就有机太阳能电池而言，优选一种或多种固体有机p型半导体单独或与一种或多种特性上为有机或无机的其他p型半导体组合使用。就本发明而言，p型半导体通常应理解为意指能传导空穴，即正载流子的材料，尤其是有机材料。更特别地，其可为具有广延π-电子体系的有机材料，其可稳定地氧化至少一次，例如以形成所谓的自由基阳离子。例如，p型半导体可包含至少一种具有所述性质的有机基体材料。此外，p型半导体可任选包含一种或多种强化p半导电性质的掺杂剂。影响p型半导体选择的显著参数为空穴迁移率，因为这部分地决定了空穴扩散长度(参见Kumara，G.，Langmuir，2002，18，10493-10495)。不同螺环化合物中载流子迁移率的对比可例如参见T.Saragi，Adv.Funct.Mater.2006，16，966-974。
优选地，就本发明而言，使用有机半导体(即低分子量、低聚或聚合半导体或该类半导体的混合物)。特别优选可由液相加工的p型半导体。此处实例为基于聚合物如聚噻吩和聚芳基胺，或基于无定形、可可逆氧化的非聚合有机化合物如开头提到的螺二芴的p型半导体(例如参见US2006/0049397和其中作为p型半导体公开的螺环化合物，其就本发明而言也可使用)。优选使用低分子量有机半导体，例如WO2012/110924A1中公开的低分子量p型半导电材料，优选螺-MeOTAD和/或Leijtens等ACS Nano，第6卷第2期，1455-1462(2012)中公开的一种或多种p型半导电材料。额外或者替代地，可使用WO2010/094636A1中公开的一种或多种p型半导电材料，其全部内容通过引用并入。此外，也可参考关于来自现有技术的上文说明的p半导电性材料和掺杂剂的评论。
p型半导体优选可通过或通过施加至少一种p型导电性有机材料于至少一种载体元件而生产，其中施加例如通过由包含至少一种p型导电性有机材料的液相沉积而进行。在该情况下再次地，沉积原则上可通过任意所需沉积方法如通过旋涂、刮涂、印刷或所述和/或其他沉积方法的组合而进行。
有机p型半导体可尤其包含至少一种螺环化合物和/或尤其选自：螺环化合物，尤其是螺-MeOTAD；具有如下结构式的化合物：
其中：
A1、A2、A3各自独立地为任选取代的芳基或杂芳基，
R1、R2、R3各自独立地选自取代基-R、-OR、-NR2、-A4-OR和-A4-NR2，其中R选自烷基、芳基和杂芳基，和
其中A4为芳基或杂芳基，以及
其中在式I中在每种情况下n独立地为0、1、2或3的值，
条件是各n值之和至少为2且基团R1、R2和R3中至少两个为-OR和/或-NR2。
优选地，A2和A3相同；因此式(I)化合物优选具有如下结构(Ia)：
更特别地，如上所述，p型半导体由此可具有至少一种低分子量有机p型半导体。低分子量物质通常应理解为意指以单体、非聚合或非低聚形式存在的物质。本发明所用术语“低分子量”意指p型半导体具有100-25000g/mol的分子量。优选地，所述低分子量物质具有500-2000g/mol的分子量。
通常，就本发明而言，p型半导电性质应理解为意指材料，尤其是有机分子形成空穴并传输这些空穴和/或输送它们至相邻分子的性质。更特别地，这些分子的稳定氧化应是可能的。此外，所述低分子量有机p型半导体尤其可具有广延的π-电子体系。更特别地，所述至少一种低分子量p型半导体可由溶液加工。低分子量p型半导体尤其可包含至少一种三苯胺。特别优选所述低分子量有机p型半导体包含至少一种螺环化合物。螺环化合物应理解为意指其环仅在一个原子处连接的多环有机化合物，所述原子也称为螺原子。更特别地，螺原子可以为sp3-杂化的，使得经由螺原子彼此连接的螺环化合物的组分例如排列在相对于彼此不同的平面中。
更优选地，螺环化合物具有下式的结构：
其中基团ary1、ary2、ary3、ary4、ary5、ary6、ary7和ary8各自独立地选自取代芳基和杂芳基，尤其是选自取代苯基，其中所述芳基和杂芳基，优选苯基各自独立地被取代，优选在每种情况下被一个或多个选自-O-烷基、-OH、-F、-Cl、-Br和-I的取代基取代，其中烷基优选为甲基、乙基、丙基或异丙基。更优选地，苯基各自独立地被取代，在每种情况下被一个或多个选自-O-Me、-OH、-F、-Cl、-Br和-I的取代基取代。
进一步优选地，螺环化合物为下式化合物：
其中Rr、Rs、Rt、Ru、Rv、Rw、Rx和Ry各自独立地选自-O-烷基、-OH、-F、-Cl、-Br和-I，其中烷基优选为甲基、乙基、丙基或异丙基。更优选地，Rr、Rs、Rt、Ru、Rv、Rw、Rx和Ry各自独立地选自-O-Me、-OH、-F、-Cl、-Br和-I。
更特别地，p-型半导体可包含螺-MeOTAD或由螺-MeOTAD构成，即例如由德国达姆施塔特Merck KGaA市购的下式化合物：
替代或者额外地，也可使用其他p型半导电化合物，尤其是低分子量和/或低聚和/或聚合p型半导电化合物。
在另一实施方案中，所述低分子量有机p型半导体包含一种或多种上述通式I的化合物，为此可参考例如在本申请的优先权日之后公布的PCT申请号PCT/EP2010/051826。就上述螺环化合物而言额外或者替代地，所述p型半导体可包含至少一种上述通式I的化合物。
就本发明而言，所用术语“烷基”或“烷基基团”或“烷基残基”应理解为通常意指取代或未被取代的C1-C20烷基。优选C1-C10烷基，特别优选C1-C8烷基。烷基可以为直链或支化的。此外，烷基可被一个或多个选自如下的取代基取代：C1-C20烷氧基，卤素，优选F，和C6-C30芳基，其又可被取代或未被取代。合适烷基的实例为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基和辛基，以及异丙基、异丁基、异戊基、仲丁基、叔丁基、新戊基、3,3-二甲基丁基、2-乙基己基，以及被C6-C30芳基、C1-C20烷氧基和/或卤素，尤其是F取代的所述烷基的衍生物，例如CF3。
就本发明而言，所用术语“芳基”或“芳基基团”或“芳基残基”应理解为意指任选取代的衍生自单环、双环、三环或多环芳族环的C6-C30芳基，其中所述芳族环不包含任何环杂原子。芳基优选包含5和/或6元芳族环。当芳基不是单环体系时，在术语“芳基”的情况下，对于第二环，饱和形式(全氢化形式)或部分不饱和形式(例如二氢化形式或四氢化形式)也是可能的，条件是具体形式是已知且稳定的。就本发明而言，术语“芳基”因此还包括例如其中全部两个或三个基团为芳族的双环或三环基团，以及其中仅一个环为芳族的双环或三环基团，还有其中两个环为芳族的三环基团。芳基的实例为：苯基、萘基、茚满基、1,2-二氢萘基、1,4-二氢萘基、芴基、茚基、蒽基、菲基或1,2,3,4-四氢萘基。特别优选C6-C10芳基，例如苯基或萘基，非常特别优选C6芳基，例如苯基。此外，术语“芳基”还包括包含经由单键或双键彼此连接的至少两个单环、双环或多环芳族环的环体系。一个实例是具有联苯基的那些。
就本发明而言，所用术语“杂芳基”或“杂芳基基团”或“杂芳基残基”应理解为意指任选取代的5和/或6元芳族环和多环，例如在至少一个环中具有至少一个杂原子的双环和三环化合物。就本发明而言，杂芳基优选包含5-30个环原子。它们可以为单环、双环或三环的，且一些可通过将芳基基础骨架中的至少一个碳原子用杂原子替换而衍生自上述芳基。优选的杂原子为N、O和S。杂芳基更优选具有5-13个环原子。杂芳基的基础骨架尤其优选选自体系如吡啶，和5元杂芳族化合物如噻吩、吡咯、咪唑或呋喃。这些基础骨架可任选与1或2个6元芳族基团稠合。此外，术语“杂芳基”还包括包含经由单键或双键彼此连接的至少两个单环、双环或多环芳族环的环体系，其中至少一个环包含杂原子。在对于至少一个环的术语“杂芳基”情况下，当杂芳基不为单环体系时，饱和形式(全氢化形式)或部分不饱和形式(例如二氢化形式或四氢化形式)也是可能的，只要具体形式是已知和稳定的。就本发明而言，术语“杂芳基”因此例如也包括其中全部两个或三个基团为芳族的双环或三环基团，以及其中仅一个环为芳族的双环或三环基团，还有其中两个环为芳族的且其中至少一个环，即一个芳族环或一个非芳族环具有杂原子的三环基团。合适的稠合杂芳族基团例如为咔唑基、苯并咪唑基、苯并呋喃基、二苯并呋喃基或二苯并噻吩基。基础骨架可在1个、多于一个或所有可取代位置上被取代，合适的取代基与已描述于C6-C30芳基的定义下的相同。然而，杂芳基优选为未被取代的。合适的杂芳基例如为吡啶-2-基、吡啶-3-基、吡啶-4-基、噻吩-2-基、噻吩-3-基、吡咯-2-基、吡咯-3-基、呋喃-2-基、呋喃-3-基和咪唑-2-基，和相应的苯并稠合基团，尤其是咔唑基、苯并咪唑基、苯并呋喃基、二苯并呋喃基或二苯并噻吩基。
就本发明而言，术语“任选取代的”是指其中烷基、芳基或杂芳基的至少一个氢原子被取代基代替的基团。就该取代基的类型而言，优选烷基，例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基和辛基，以及异丙基、异丁基、异戊基、仲丁基、叔丁基、新戊基、3,3-二甲基丁基和2-乙基己基，芳基如C6-C10芳基，尤其是苯基或萘基，最优选C6芳基，例如苯基，和杂芳基，例如吡啶-2-基、吡啶-3-基、吡啶-4-基、噻吩-2-基、噻吩-3-基、吡咯-2-基、吡咯-3-基、呋喃-2-基、呋喃-3-基和咪唑-2-基，以及相应的苯并稠合基团，尤其是咔唑基、苯并咪唑基、苯并呋喃基、二苯并呋喃基或二苯并噻吩基。其他实例包括如下取代基：链烯基、炔基、卤素、羟基。
此处取代度可从单取代至可能取代基的最大数变化。
根据本发明使用的优选式I化合物的特征在于基团R1、R2和R3中的至少两个为对-OR和/或-NR2取代基。此处所述至少两个基团可为仅-OR基团，仅-NR2基团，或至少一个-OR基团和至少一个-NR2基团。
根据本发明所用的特别优选式I化合物的特征在于基团R1、R2和R3中的至少4个为对-OR和/或-NR2取代基。此处所述至少四个基团可为仅-OR基团，仅-NR2基团，或-OR和-NR2基团的混合物。
根据本发明所用的非常特别优选的式I化合物的特征在于所有基团R1、R2和R3为对-OR和/或-NR2取代基。它们可为仅-OR基团，仅-NR2基团，或-OR和-NR2基团的混合物。
在所有情况下，-NR2基团中的两个R可以彼此不同，但它们优选为相同的。
优选地，A1、A2和A3各自独立地选自：
其中：
m为1-18的整数，
R4为烷基、芳基或杂芳基，其中R4优选为芳基，更优选为苯基，
R5、R6各自独立地为H、烷基、芳基或杂芳基，
其中所示结构的芳族和杂芳族环可任选具有其他取代。此处芳族和杂芳族环的取代度可从单取代至可能取代基的最大数变化。
在芳族和杂芳族环的其他取代的情况下，优选的取代基包括上文关于1、2或3个任选取代的芳族或杂芳族基团已提到的取代基。
优选地，所示结构的芳族和杂芳族环不具有其他取代。
更优选地，A1、A2和A3各自独立地为：
更优选为：
更优选地，至少一种式(I)化合物具有如下结构之一：
在另一实施方案中，有机p型半导体包含ID322类化合物，其具有如下结构：
本发明所用的化合物可通过本领域技术人员已知的常规有机合成方法制备。相关(专利)文献的参考另外可在以下引证的合成实施例中找到。
第二电极
a)一般评述
第二电极可为面向基材的底电极或背对基材的顶电极。如上所述，第二电极可完全或部分透明的，或者可为不透明的。本文所用的术语“部分透明的”是指第二电极可包含透明区域和不透明区域这一事实。
在第二电极完全或部分透明时，第二电极可包含至少一种透明导电电极材料，其可选自如下组：无机透明导电材料、有机透明导电材料。作为无机透明导电材料的一个实例，可使用金属氧化物，例如ITO和/或FTO。作为有机透明导电材料的一个实例，可使用一种或多种导电聚合物材料。本文所用的术语“透明”是指第二电极的实际层或层结构。因此，透明性可通过使用薄层，例如具有小于100nm，更优选小于50nm厚度的层而产生。
可使用下述材料组中的一种或多种材料：至少一种金属材料，优选选自铝、银、铂、金的金属材料；至少一种非金属无机材料，优选LiF；至少一种有机导电材料，优选至少一种导电聚合物，更优选至少一种透明导电聚合物。
第二电极可包含一种或多种呈纯净形式的金属和/或可包含一种或多种金属合金。第二电极可进一步包含单一层和/或可包含两个或更多个层的层结构，其中优选至少一个层为包含一种或多种金属或金属合金的金属层。作为一个实例，第二电极可包含至少一种选自前段所列组的呈纯净形式的金属和/或作为合金组分。作为一个实例，第二电极可包含至少一种选自如下组的合金：钼合金、铌合金、钕合金、铝合金。最优选地，第二电极可包含至少一种选自如下组的合金：MoNb、AlNd、MoNb。作为一个实例，可使用包含两种或更多种所提及合金的两个或更多个层，例如包含如下层的层结构：MoNb/AlNd/MoNb。作为一个实例，可使用如下层厚度：MoNb30nm/AlNd 100nm/MoNb 30nm。然而，额外或者替代地，可使用其他层结构和/或其他层厚度。
第二电极可包含至少一个金属电极，其中可使用呈纯净形式或作为混合物/合金的一种或多种金属，例如尤其可使用铝或银。
额外或者替代地，可使用非金属材料，例如无机材料和/或有机材料，二者均单独且与金属电极组合。作为一个实例，可使用无机/有机混合电极或多层电极，例如使用LiF/Al电极。额外或者替代地，可使用导电聚合物。因此，所述至少一个横向光学传感器的第二电极和/或所述至少一个纵向光学传感器的第二电极可优选包含一种或多种导电聚合物。
作为一个实例，可使用一种或多种选自如下组的导电聚合物：聚苯胺(PANI)和/或其化学相关物；聚噻吩和/或其化学相关物，例如聚(3-己基噻吩)(P3HT)和/或PEDOT:PSS(聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐))。额外或者替代地，使用公开于EP2507286A2、EP2205657A1或EP2220141A1中的一种或多种导电聚合物。
额外或者替代地，可使用无机导电材料，例如无机导电碳材料，例如选自如下组的碳材料：石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纳米线。
此外，还可使用其中组分的量子效率由于光子借助合适的反射被迫至少两次通过吸收层而提高的电极设计。该层结构也称为“集中器”且同样例如描述于WO02/101838(尤其是第23-24页)中。
对所述至少一个横向光学传感器和所述至少一个纵向光学传感器而言，第二电极可相同。仍可对横向光学传感器和纵向光学传感器使用不同的第二电极结构。
b)横向传感器装置的第二电极
优选地，所述至少一个横向传感器装置的第二电极为至少部分透明的。作为一个实例，横向传感器装置的第二电极可包含至少一个覆盖横向光学传感器的传感器区域，优选传感器面积的透明电极层。如上所述，所述至少一个透明电极层可优选包含至少一个导电聚合物层，优选透明导电聚合物层。
此外，横向传感器装置的第二电极可包含两个或更多个分电极，其可优选由一种或多种金属，例如一种或多种上文所列的金属和/或金属合金制成。作为一个实例，所述两个或更多个分电极可形成围绕横向光学传感器的传感器区域，优选传感器面积的框架。该框架可具有多边形形状，例如矩形或正方形，优选正方形。优选地，该多边形(优选矩形或正方形)的每条边上提供有一个分电极，例如作为完全或部分沿边延伸的条形成的分电极。
所述至少一种导电聚合物可具有比分电极材料的电导率低至少一个数量级，优选低至少两个数量级的电导率。所述至少一种导电聚合物可与分电极电连接。因此，如上所述，所述分电极可形成围绕横向光学传感器的传感器区域，优选传感器面积的框架。所述至少一个导电聚合物层可形成完全或部分覆盖传感器区域且与分电极电接触的透明导电层。作为一个实例，所述分电极可包含沿矩形边的金属带或金属条，其中矩形的内部区域形成传感器区域，其中所述至少一个导电聚合物层形成一个或多个完全或部分覆盖该矩形内部区域且与所述金属带或条电接触的透明电极层。
在使用优选通过至少一个导电聚合物层电互连的两个或更多个分电极的情况下，各分电极可单独接触，例如通过一条或多条电引线或接触垫。因此，通过电接触分电极，可单独测量通过各分电极的电流，例如通过使用单独的电流测量装置和/或通过使用顺序测量方案以单独检测通过分电极的电流。为了测量通过分电极的电流，所述检测器可提供包含一个或多个电流测量装置的合适测量设置。
c)纵向传感器装置的第二电极
一般而言，就所述至少一个纵向传感器装置的至少一个第二电极而言，可在作出必要的变更后适用上文就横向传感器装置所述的细节。再次，所述至少一个纵向传感器装置的第二电极优选为透明的。在提供多个纵向传感器装置，例如叠堆的情况下，优选除背对物体的最后纵向传感器装置的第二电极之外，该纵向传感器装置的所有第二电极都是透明的。最后纵向传感器装置的第二电极可为透明或不透明的。
就可用于纵向传感器装置的第二电极的材料而言，可参考上述材料，其可选自金属材料、非金属无机材料和导电性有机材料。
再次，纵向光学传感器的第二电极，或者在提供多个纵向光学传感器的情况下，至少一个纵向光学传感器的第二电极可任选细分成可单独接触的分电极。然而，由于所述至少一个纵向光学传感器通常仅需一个单独的纵向传感器信号/纵向光学传感器这一目的，所述至少一个纵向光学传感器的第二电极也可设计为提供单一的传感器信号，因此可仅提供单一的电极接触。
再次，纵向光学传感器的第二电极可优选包含一个或多个导电聚合物层，例如一种或多种上述聚合物的层。所述至少一个导电聚合物层(优选为透明的)可完全或部分覆盖纵向光学传感器的传感器区域，优选传感器面积。此外，可提供一个或多个与所述至少一个导电聚合物层电连接的接触垫。用于纵向光学传感器的第二电极的该至少一个接触垫优选可由至少一种金属制成，例如至少一种上述方法，和/或可完全或部分由至少一种无机导电材料制成，例如一种或多种透明导电氧化物，例如上文就第一电极所述的一种或多种导电氧化物制成。
封装
所述至少一个横向光学传感器和/或所述至少一个纵向光学传感器可进一步封装和/或包装，以提供保护以免环境影响，例如氧气和/或湿度的影响。由此可提供提高的长期稳定性。
此处，各个光学传感器可单独封装。因此，可对各光学传感器提供单独的封装，例如对横向光学传感器或各个横向光学传感器提供封装，和对纵向光学传感器或各个纵向光学传感器提供单独的封装。额外或者替代地，多个光学传感器可作为一组封装。因此，可提供封装超过一个光学传感器，例如多个横向光学传感器、多个纵向光学传感器或至少一个横向光学传感器和至少一个纵向光学传感器的封装。
就封装而言，可使用各种技术。因此，所述检测器可包含保护光学传感器的气密性壳体。额外或者替代地，特别是在使用有机光检测器，更优选DSC或sDSC的情况下，可使用通过一个或多个与光学传感器的基材相互作用的盖进行封装。因此，可将由金属、陶瓷材料或玻璃材料制成的盖胶接至光学传感器的基材上，其中层结构位于盖的内部空间中。可提供两条或更多条接触引线以接触所述至少一个第一电极和所述至少一个第二电极，这可从盖的外部接触。
替代或者额外地，可使用各种其他封装技术。因此，可提供借助一个或多个封装层的封装。所述至少一个封装层可位于所述装置的层结构顶部。因此，可使用一种或多种有机和/或无机封装材料，例如一种或多种阻隔材料。
合成实例：
可用于本发明染料太阳能电池中，特别是作为p型半导体的各种化合物的合成例如列于WO2012/110924A1中，其内容由此通过引用并入。
总体上，就本发明而言，下文实施方案被视为特别优选的：
实施方案1：一种用于确定至少一种物体的位置的检测器，其包含：
-至少一个横向光学传感器，所述横向光学传感器适于确定由物体传输至检测器的至少一束光束的横向位置，所述横向位置为与检测器光轴垂直的至少一个维度中的位置，所述横向光学传感器适于产生至少一个横向传感器信号；
-至少一个纵向光学传感器，其中所述纵向光学传感器具有至少一个传感器区域，其中所述纵向光学传感器设计为以依赖于传感器区域的光束照射的方式产生至少一个纵向传感器信号，其中在给定的相同总照射功率下，所述纵向传感器信号依赖于传感器区域中光束的束横截面；
-至少一个评价装置，其中所述评价装置设计为通过评价横向传感器信号而产生至少一个关于物体横向位置的信息项和通过评价纵向传感器信号而产生至少一个关于物体纵向位置的信息项。
实施方案2：根据前一实施方案的检测器，其中所述横向光学传感器为具有至少一个第一电极、至少一个第二电极和至少一种光伏材料的光检测器，其中所述光伏材料包埋在第一电极和第二电极之间，其中所述光伏材料适于响应于光对该光伏材料的照射而产生电荷，其中第二电极为具有至少两个分电极的分割电极，其中所述横向光学传感器具有传感器区域，其中所述至少一个横向传感器信号表示光束在传感器区域，优选传感器面积中的位置。
实施方案3：根据前一实施方案的检测器，其中通过分电极的电流依赖于光束在传感器区域中的位置。
实施方案4：根据前一实施方案的检测器，其中所述横向光学传感器适于根据通过分电极的电流产生横向传感器信号。
实施方案5：根据前述两个实施方案中任一个的检测器，其中所述检测器，优选所述横向光学传感器和/或评价装置适于由通过分电极的电流的至少一种比值推导关于物体横向位置的信息。
实施方案6：根据前述四个实施方案中任一个的检测器，其中提供至少4个分电极。
实施方案7：根据前述五个实施方案中任一个的检测器，其中所述光伏材料包含至少一种有机光伏材料，且其中所述横向光学传感器为有机光检测器。
实施方案8：根据前述六个实施方案中任一个的检测器，其中所述有机光检测器为染料敏化太阳能电池。
实施方案9：根据前一实施方案的检测器，其中所述染料敏化太阳能电池为固体染料敏化太阳能电池，其包含包埋于第一电极和第二电极之间的层结构，所述层结构包含至少一种n型半导电金属氧化物、至少一种染料和至少一种固体p型半导电有机材料。
实施方案10：根据前述八个实施方案中任一个的检测器，其中第一电极至少部分由至少一种透明导电氧化物制成，其中第二电极至少部分由导电聚合物，优选透明导电聚合物制成。
实施方案11：根据前一实施方案的检测器，其中所述导电聚合物选自如下组：聚-3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)，优选电掺杂有至少一种抗衡离子的PEDOT，更优选掺杂有聚苯乙烯磺酸钠的PEDOT(PEDOT:PSS)；聚苯胺(PANI)；聚噻吩。
实施方案12：根据前述两个实施方案中任一个的检测器，其中所述导电聚合物在分电极之间提供了0.1-20kΩ的电阻率，优选0.5-5.0kΩ的电阻率，更优选1.0-3.0kΩ的电阻率。
实施方案13：根据前述实施方案中任一个的检测器，其中所述横向光学传感器和纵向光学传感器中的至少一个为透明光学传感器。
实施方案14：根据前一实施方案的检测器，其中光束在照射至另一个横向光学传感器和纵向光学传感器之前通过所述透明光学传感器。
实施方案15：根据前述实施方案中任一个的检测器，其中所述检测器进一步包含至少一个成像装置。
实施方案16：根据前一权利要求的检测器，其中所述检测器包含光学传感器的叠堆，所述光学传感器包含所述至少一个横向光学传感器和所述至少一个纵向光学传感器，所述叠堆进一步包含成像装置。
实施方案17：根据前一权利要求的检测器，其中所述成像装置位于离物体最远的叠堆位置处。
实施方案18：根据前述三个实施方案中任一个的检测器，其中光束在照射所述成像装置之前通过所述至少一个纵向光学传感器。
实施方案19：根据前述四个实施方案中任一个的检测器，其中所述成像装置包括照相机。
实施方案20：根据前述五个实施方案中任一个的检测器，其中所述成像装置包括如下中的至少一个：无机照相机；单色照相机；多色照相机；全色照相机；像素化无机芯片；像素化有机照相机；CCD芯片，优选多色CCD芯片或全色CCD芯片；CMOS芯片；IR照相机；RGB照相机。
实施方案21：根据前述实施方案中任一个的检测器，其中所述横向光学传感器和纵向光学传感器至少部分相同。
实施方案22：根据前述实施方案中任一个的检测器，其中所述横向光学传感器和纵向光学传感器至少部分为独立的光学传感器。
实施方案23：根据前述实施方案中任一个的检测器，所述横向光学传感器和纵向光学传感器沿光轴叠堆，从而使得沿光轴传输的光束照射在所述横向光学传感器和纵向光学传感器二者上。
实施方案24：根据前一实施方案的检测器，其中所述光束先后通过所述横向光学传感器和纵向光学传感器，或者相反。
实施方案25：根据前述实施方案中任一个的检测器，其中所述检测器进一步具有至少一个用于调制照射的调制装置。
实施方案26：根据前一实施方案的检测器，其中所述检测器设计为检测不同调制情况下的至少两个纵向传感器信号，尤其是至少两个分别处于不同调制频率下的传感器信号，其中所述评价装置设计为通过评价所述至少两个纵向传感器信号而产生至少一个关于物体纵向位置的信息项。
实施方案27：根据前述实施方案中任一个的检测器，其中所述纵向光学传感器进一步以如下方式设计：在给定的相同总照射功率下，纵向传感器信号独立于照射调制的调制频率。
实施方案28：根据前述实施方案中任一个的检测器，其中所述纵向光学传感器的传感器区域正好为一个连续的传感器区域，其中对整个传感器区域而言，所述纵向传感器信号为均一的传感器信号。
实施方案29：根据前述实施方案中任一个的检测器，其中所述横向光学传感器的传感器区域和/或所述纵向光学传感器的传感器区域为或包含传感器面积，所述传感器面积通过相应装置的表面形成，其中所述表面面向物体或者背对物体。
实施方案30：根据前述实施方案中任一个的检测器，其中所述纵向传感器信号选自电流和电压。
实施方案31：根据前述实施方案中任一个的检测器，其中所述横向传感器信号选自电流和电压或者由其衍生的任何信号。
实施方案32：根据前述实施方案中任一个的检测器，其中所述纵向光学传感器包含至少一个半导体检测器，特别是包含至少一种有机材料的有机半导体检测器，优选有机太阳能电池，特别优选染料太阳能电池或染料敏化太阳能电池，特别是固体染料太阳能电池或固体染料敏化太阳能电池。
实施方案33：根据前一实施方案的检测器，其中所述纵向光学传感器包含至少一个第一电极、至少一种n型半导电金属氧化物、至少一种染料、至少一种p型半导电有机材料，优选固体p型半导电有机材料，和至少一个第二电极。
实施方案34：根据前一实施方案的检测器，其中第一电极和第二电极为透明的。
实施方案35：根据前述实施方案中任一个的检测器，其中所述评价装置设计为由照射几何学与物体相对于检测器的相对位置之间的至少一种预定关系产生至少一个关于物体纵向位置的信息项，优选考虑已知的照射功率和任选考虑借此调制照射的调制频率。
实施方案36：根据前述实施方案中任一个的检测器，进一步包含至少一个传递装置，其中所述传递装置设计为将物体产生的光输给所述横向光学传感器和纵向光学传感器。
实施方案37：根据前述实施方案中任一个的检测器，进一步包含至少一个照射源。
实施方案38：根据前一实施方案的检测器，其中所述照射源选自：至少部分与物体连接和/或至少部分与物体相同的照射源；设计为用一次辐射至少部分照射物体的照射源，其中光束优选通过在物体上反射一次辐射而产生和/或通过由物体本身发光、由一次辐射激发而产生。
实施方案39：根据前述实施方案中任一个的检测器，其中所述检测器具有多个纵向光学传感器，其中所述纵向光学传感器为叠堆的。
实施方案40：根据前一实施方案的检测器，其中所述纵向光学传感器沿光轴叠堆。
实施方案41：根据前述两个实施方案中任一个的检测器，其中所述纵向光学传感器形成纵向光学传感器叠堆，其中所述纵向光学传感器的传感器区域垂直于光轴取向。
实施方案42：根据前述三个实施方案中任一个的检测器，其中所述横向光学传感器位于所述叠堆的纵向光学传感器面向物体的一侧上。
实施方案43：根据前述四个实施方案中任一个的检测器，其中所述纵向光学传感器以如下方式设置：来自物体的光束照射所有纵向光学传感器，优选依次照射，其中由各纵向光学传感器产生至少一个纵向传感器信号。
实施方案44：根据前述五个实施方案中任一个的检测器，其中最后的纵向光学传感器以如下方式设置：光束首先照射除最后的纵向光学传感器之外的所有其他纵向光学传感器，直至光束最终照射该最后的纵向光学传感器。
实施方案45：根据前一实施方案的检测器，其中最后的纵向光学传感器对光束为不透明的。
实施方案46：根据前述七个实施方案中任一个的检测器，其中至少两个纵向光学传感器具有不同的光谱敏感性。
实施方案47：根据前一实施方案的检测器，其中所述不同的光谱敏感性沿光谱范围分布，从而允许所述至少两个纵向光学传感器各自对特定颜色敏感。
实施方案48：根据前一实施方案的检测器，其中所述纵向光学传感器包含至少一个在第一光谱范围内吸收光的第一纵向光学传感器，其中所述纵向光学传感器进一步包含至少一个在不同于第一光谱范围的第二光谱范围内吸收光的第二纵向光学传感器，其中所述纵向光学传感器进一步包含至少一个在包括第一光谱范围和第二光谱范围的第三光谱范围内吸收光的第三纵向光学传感器。
实施方案49：根据前述六个实施方案中任一个的检测器，其中所述评价装置适于将纵向传感器信号归一化并独立于光束强度产生关于物体纵向位置的信息。
实施方案50：根据前述七个实施方案中任一个的检测器，其中所述评价装置适于通过比较不同纵向传感器的纵向传感器信号而识别光束是变宽还是变窄。
实施方案51：根据前述实施方案中任一个的检测器，其中所述至少两个光学传感器的叠堆部分或完全浸于油、液体和/或固体材料中。
实施方案52：根据前一实施方案的检测器，其中所述油、液体和/或固体材料至少在紫外、可见和/或红外光谱范围的一部分内是透明的。
实施方案53：根据前述两个实施方案中任一个的检测器，其中所述固体材料可通过使用至少一种可固化物质并借助处理措施而处理该可固化物质而产生，其中所述可固化物质借助该处理措施固化成固体材料。
实施方案54：根据前述三个实施方案中任一个的检测器，其中所述至少两个光学传感器之间的区域部分或完全填充有物质。
实施方案55：根据前一实施方案的检测器，其中所述物质显示出不同于在该区域的一侧或两侧与该物质相邻的光学传感器不同的折射率。
实施方案56：根据前述实施方案中任一个的检测器，其中所述至少一个横向光学传感器和/或所述至少一个纵向光学传感器使用至少两个透明基材。
实施方案57：根据前一实施方案的检测器，其中所述基材显示出相同的性质。
实施方案58：根据前述两个实施方案中任一个的检测器，其中就几何学量和/或与基材有关的材料而言，所述基材彼此不同。
实施方案59：根据前一实施方案的检测器，其中所述基材的厚度彼此不同。
实施方案60：根据前述两个实施方案中任一个的检测器，其中所述基材的形状彼此不同。
实施方案61：根据前一实施方案的检测器，其中所述形状选自如下组：平面、平面-凸面、平面-凹面、双凸面、双凹面或任何其他用于光学目的的形式。
实施方案62：根据前述六个实施方案中任一个的检测器，其中所述基材为刚性的或挠性的。
实施方案63：根据前述七个实施方案中任一个的检测器，其中所述基材被覆盖或涂覆。
实施方案63：根据前述八个实施方案中任一个的检测器，其中所述基材以使得其显示出镜面效果的方式成型。
实施方案64：根据前一实施方案的检测器，其中所述基材以使得其显示出分色镜效果的方式成型。
实施方案65：根据前述实施方案中任一个的检测器，其中所述评价装置适于通过由所述至少一个纵向传感器信号确定光束直径而产生至少一个关于物体纵向位置的信息项。
实施方案66：根据前一实施方案的检测器，其中所述评价装置适于将光束直径与光束的已知束性质比较，从而优选由光束的束直径对光束传播方向上的至少一个传播坐标的已知依赖性，和/或由光束的已知高斯轮廓确定至少一个关于物体纵向位置的信息项。
实施方案67：根据前述实施方案中任一个的检测器，其中所述检测器包含光敏元件。
实施方案68：根据前一实施方案的检测器，其中所述光敏元件位于传递装置和光学传感器之间。
实施方案69：根据前述两个实施方案中任一个的检测器，其中所述光敏元件包括波长敏感性元件、相位敏感性元件和/或偏振敏感性元件。
实施方案70：根据前一实施方案的检测器，其中所述波长敏感性元件包含一个或多个棱镜、光栅、分色镜、色轮或色鼓。
实施方案71：根据前一实施方案的检测器，其中色轮包含顺序颜色获取轮。
实施方案72：根据前述两个实施方案中任一个的检测器，其中色轮或色鼓包含至少一种红色、绿色、蓝色、白色、青色、黄色或洋红色段中的两个或更多个。
实施方案73：根据实施方案54的检测器，其中所述偏振敏感性元件包括使用椭圆偏振滤光器的滤光器转盘。
实施方案74：根据前一实施方案的检测器，其中所述偏振敏感性元件包括使用圆形偏振滤光器的滤光器转盘。
实施方案75：根据前述两个实施方案中任一个的检测器，其中所述光敏元件包含至少两个轮，至少一个第一轮和至少一个第二轮，其中第一轮构成色轮，且其中第二轮构成椭圆偏振滤光器。
实施方案76：一种装置，其包含至少两个根据前述实施方案中任一个的检测器。
实施方案77：根据前一实施方案的装置，其中所述至少两个检测器具有相同的光学性能。
实施方案78：根据前述两个实施方案中任一个的装置，其中所述装置进一步包含至少一个照射源。
实施方案79：一种用于在用户和机器之间交换至少一个信息项，特别是用于输入控制命令的人-机接口，其中所述人-机接口包含至少一个根据前述与检测器有关的实施方案中任一个的检测器，其中，所述人-机接口设计为借助所述检测器产生至少一个关于用户的几何学信息项，其中所述人-机接口设计为给几何学信息指定至少一个信息项，特别是至少一个控制命令。
实施方案80：根据前一实施方案的人-机接口，其中所述至少一个关于用户的几何学信息项选自如下组：用户的身体位置、用户的至少一个身体部分的位置、用户身体的定向、用户的至少一个身体部分的定向。
实施方案81：根据前述两个实施方案中任一项的人-机接口，其中所述人-机接口进一步包含至少一个可与用户连接的信标装置，其中所述人-机接口适于使得所述检测器可产生关于所述至少一个信标装置的位置的信息。
实施方案82：根据前一实施方案的人-机接口，其中所述信标装置为可与用户身体或身体部分连接的信标装置和可由用户持有的信标装置之一。
实施方案83：根据前一实施方案的人-机接口，其中所述信标装置包含至少一个适于产生至少一束传输至所述检测器的光束的照射源。
实施方案84：根据前述两个实施方案中任一项的人-机接口，其中所述信标装置包含至少一个适于反射由照射源产生的光，由此产生待传输至所述检测器的反射光束的反射器。
实施方案85：根据前述三个实施方案中任一项的人-机接口，其中所述信标装置包含如下中的至少一种：由用户穿戴的服装，优选选自手套、夹克、帽子、鞋、裤子和套装的服装；可手持的棒；球棒；棍；球拍；手杖；玩具，如玩具枪。
实施方案86：一种用于实施至少一种娱乐功能，特别是游戏的娱乐装置，其中所述娱乐装置包含至少一个根据前述涉及人-机接口的实施方案中任一项的人-机接口，其中所述娱乐装置设计为能由玩家借助该人-机接口输入至少一个信息项，其中所述娱乐装置设计为根据所述信息改变娱乐功能。
实施方案87：一种用于跟踪至少一种可运动物体的位置的跟踪系统，所述跟踪系统包含至少一个根据前述涉及检测器的实施方案中任一项的检测器，所述跟踪系统进一步包含至少一个跟踪控制器，其中所述跟踪控制器适于跟踪物体的一系列位置，各位置包含至少一个关于物体在特定时间点的横向位置的信息项和至少一个关于物体在特定时间点的纵向位置的信息项。
实施方案88：根据前一实施方案的跟踪系统，其中所述跟踪系统进一步包含至少一个可与物体连接的信标装置，其中所述跟踪系统适于使得所述检测器可产生关于至少一个信标装置的物体位置的信息。
实施方案89：根据前一实施方案的跟踪系统，其中所述信标装置包含至少一个适于产生至少一束待传输至所述检测器的光束的照射源。
实施方案90：根据前述两个实施方案中任一项的跟踪系统，其中所述信标装置包含至少一个适于反射由照射源产生的光，由此产生待传输至所述检测器的反射光束的反射器。
实施方案91：根据前述涉及跟踪系统的实施方案中任一项的跟踪系统，其中所述跟踪控制器适于根据物体的实际位置引发至少一个动作。
实施方案92：根据前一实施方案的跟踪系统，其中所述动作选自如下组：预测物体的未来位置、将至少一个装置指向物体、将至少一个装置指向检测器、照射物体、照射检测器。
实施方案93：一种用于成像至少一种物体的照相机，所述照相机包含至少一个根据前述涉及检测器的实施方案中任一项的检测器。
实施方案94：一种确定至少一种物体的位置的方法，特别是使用前述涉及检测器的实施方案中任一项的检测器，
-其中使用检测器的至少一个横向光学传感器，其中所述横向光学传感器确定至少一束由物体传输至所述检测器的光束的横向位置，所述横向位置为与所述检测器的光轴垂直的至少一个维度中的位置，其中所述横向光学传感器产生至少一个横向传感器信号；
-其中使用所述检测器的至少一个纵向光学传感器，其中所述纵向光学传感器具有至少一个传感器区域，其中所述纵向光学传感器以依赖于传感器区域的光束照射的方式产生至少一个纵向传感器信号，其中在给定的相同总照射功率下，所述纵向传感器信号依赖于传感器区域中光束的束横截面；
-其中使用至少一个评价装置，其中所述评价装置通过评价所述横向传感器信号而产生至少一个关于物体横向位置的信息项，且其中所述评价装置进一步通过评价所述纵向传感器信号而产生至少一个关于物体纵向位置的信息项。
实施方案95：根据前述涉及检测器的实施方案中任一项的检测器的用途，其用于选自如下组的应用目的：测量距离，特别是在交通技术中；测量位置，特别是在交通技术中；娱乐应用；安全应用；人-机接口应用；跟踪应用；摄影应用；成像应用或照相机应用；地图绘制应用以产生至少一个空间的地图。
附图简介
本发明的其他任选细节和特征由以下优选示例性实施方案的描述连同从属权利要求一起获悉。就此而言，具体特征可单独或与几个组合地实施。本发明不限于所述示例性实施方案。所述示例性实施方案示意性地显示于图中。各图中相同的附图标记指代相同的元件或具有相同功能的元件或在其功能方面彼此对应的元件。
具体而言，在附图中：
图1A显示了本发明检测器的一个示例性实施方案；
图1B显示了本发明检测器的另一示例性实施方案；
图1C显示了本发明检测器的又一示例性实施方案；
图2A和2B显示了可用于本发明检测器中的横向检测器的实施方案的不同视图；
图3A至3D显示了产生横向传感器信号和推导物体横向位置的信息的原理；
图4A至4C显示了可用于本发明检测器中的纵向光学传感器的实施方案的不同视图；
图5A至5E显示了产生纵向传感器信号和推导物体纵向位置的信息的原理；和
图6显示了本发明的人-机接口和娱乐装置的示意性实施方案。
示例性实施方案
检测器
图1A以高度示意性显示的形式显示了用于确定至少一种物体112的位置的本发明检测器110的示例性实施方案。检测器110可优选形成照相机111或可为照相机111的一部分。其他实施方案是可能的。
检测器110包含多个光学传感器114，其在具体实施方案中全部沿检测器110的光轴116堆叠。特别地，光轴116可为光学传感器114结构的对称轴和/或旋转轴。光学传感器114可位于检测器110的壳体118内。此外，可包含至少一个传递装置120，例如一个或多个光学系统，优选包含一个或多个透镜122。优选相对于光轴116中心设置的壳体118的开口124优选定义了检测器110的观察方向126。可定义坐标系128，其中与光轴116平行或逆平行的方向定义为纵向，而与光轴116垂直的方向可定义为横向。在象征性地描绘于图1A中坐标系128中，纵向标记为z，而横向分别标记为x和y。坐标系128的其他类型是可能的。
光学传感器114包含至少一个横向光学传感器130，且在该实施方案中包含多个纵向光学传感器132。纵向光学传感器132形成纵向光学传感器叠堆134。在图1A所示的实施方案中，描绘了5个纵向传感器132。然而，应指出的是具有不同数量的纵向传感器132的实施方案是可能的。
横向光学传感器132包含传感器区域136，其优选对从物体112传输至检测器110的光束138是透明的。横向光学传感器130适于确定光束138在一个或多个横向，例如在x方向和/或y方向中的横向位置。此处，如下实施方案是可能的：其中确定仅一个横向中的横向位置的实施方案，其中通过一个且同一个横向光学传感器130确定超过一个横向中的横向位置的实施方案，其中通过第一横向光学传感器确定第一横向中的横向位置且其中通过至少一个其他横向光学传感器确定至少一个其他横向中的至少一个其他横向位置的实施方案。
所述至少一个横向光学传感器130适于产生至少一个横向传感器信号。该横向传感器信号可通过一条或多条横向信号引线140传输至检测器110的至少一个评价装置142，这将在下文进一步详细解释。
纵向光学传感器132也各自包含至少一个传感器区域136。优选地，一个、多个或者全部纵向光学传感器132是透明的，除纵向光学传感器叠堆134的最后纵向光学传感器144(即，位于背对物体112的叠堆134一侧上的纵向光学传感器132)之外。该最后纵向传感器144可完全或部分为不透明的。
纵向光学传感器132各自设计为以依赖于光束138对相应传感器区域136的照射的方式产生至少一个纵向传感器信号。在给定的相同总照射功率下，纵向传感器信号依赖于相应传感器区域136中的光束138的束横截面，这将在下文进一步详细描述。纵向传感器信号可经由一条或多条纵向信号引线146传输至评价装置142。正如将在下文进一步详细描述的那样，所述评价装置可设计为通过评价所述至少一个横向传感器信号而产生至少一个关于物体112的至少一个横向位置的信息项和通过评价纵向传感器信号而产生至少一个关于物体112的至少一个纵向位置的信息项。为此，评价装置142可包含一个或多个电子装置和/或一个或多个软件组件，以评价传感器信号，这由横向评价单元148(标记为“xy”)和纵向评价单元150(标记为“z”)象征性地表示。通过将来自这些评价单元148，150的结果组合，可产生位置信息152，优选三维位置信息(标记为“x，y，z”)。
评价装置142可为数据处理装置154的一部分和/或可包含一个或多个数据处理装置154。评价装置142可完全或部分集成至壳体118中和/或可完全或部分体现为以无线或有线方式与光学传感器114连接的独立装置。评价装置142可进一步包含一个或多个其他组件，例如一个或多个电子硬件组件和/或一个或多个软件组件，例如一个或多个测量单元(在图1A中未示出)和/或一个或多个转换单元156。在图1A中，象征性地绘出了一个任选的转换单元156，其可适于将至少两个横向传感器信号转换成普通信号或普通信息。
下文公开了横向光学传感器130和所述至少一个纵向光学传感器132的实施方案。然而，应指出的是其他实施方案是可能的。因此，在下文所公开的实施方案中，光学传感器114全部设计为固体染料敏化太阳能电池(sDSC)。然而，应指出的是其他实施方案是可能的。
图1B以高度示意性显示的形式显示了用于确定至少一种物体112的位置的本发明检测器110的另一个示例性实施方案。在该具体实施方案中，检测器110可包含一个或多个照射源192，其可包括周围光源和/或人工光源，和/或可包含一个或多个反射元件，所述反射元件可例如与物体112连接以反射一束或多束一次光束206，如图1B所示。额外或者替代地，由物体112发出的光束138可完全或部分由物体112本身产生，例如以照射辐射的形式。
光学传感器114包含至少一个横向光学传感器130，且在该实施方案中包含多个纵向光学传感器132。纵向光学传感器132形成纵向光学传感器叠堆134。在图1B所示的实施方案中，描绘了5个纵向光学传感器132，其中最后的纵向光学传感器144包含从纵向光学传感器叠堆134的多个纵向光学传感器132中选出的背对物体112的单一纵向光学传感器132。在该实施方案中，特别优选最后纵向光学传感器144以光束138首先传输通过纵向光学传感器叠堆134中的多个纵向光学传感器132，直至照射在最后纵向光学传感器144上的方式设置在纵向光学传感器叠堆134中。
最后纵向光学传感器144可以以各种方式设置。因此，最后纵向光学传感器144可例如为检测器壳体118中的检测器110的一部分。或者，最后纵向光学传感器144可设置在检测器壳体118的外部。应强调的是，在纵向光学传感器叠堆134中具有不同数量的纵向光学传感器132的实施方案是可能的。
而除最后纵向光学传感器144之外，纵向光学传感器叠堆134中的多个纵向光学传感器132优选为至少部分透明的，特别是能在这些纵向光学传感器132各自处具有高相对强度，最后纵向光学传感器144可为透明的或不透明的。在最后纵向光学传感器144为透明的情况下，可能的是在纵向光学传感器叠堆134之后以光束138首先传输通过多个纵向光学传感器132(包括最后纵向光学传感器144)，直至照射在成像装置157上的方式进一步放置其他光学传感器，例如单独的成像装置157。
成像装置157可以以各种方式设置。因此，成像装置157可例如为检测器壳体118中的检测器110的一部分。或者，成像装置157可独立地位于检测器壳体118的外部。成像装置157可为完全或部分透明或不透明的。成像装置157可为或者可包含有机成像装置或无机成像装置。优选地，成像装置157可包含至少一个像素矩阵，其中像素矩阵特别地选自如下组：无机半导体传感器装置，例如CCD芯片和/或CMOS芯片；有机半导体传感器装置。成像装置信号可通过一条或多条成像装置信号引线159传递至检测器110的至少一个评价装置142，这将在下文进一步详细解释。
在另一优选实施方案中，至少两个纵向光学传感器132显示出不同的光谱敏感性。优选地，最后纵向光学传感器144(其优选为不透明的)设置为在所述至少两个具有不同光谱敏感性的纵向光学传感器的所有光谱范围内吸收。例如，至少两个纵向光学传感器132的不同光谱敏感性以所述至少两个纵向光学传感器132对特定颜色敏感，而不透明的最后纵向光学传感器144适于对可见光谱范围内的所有颜色敏感的方式在光谱范围变化。在具体实施方案中，除最后纵向光学传感器144之外的纵向光学传感器132在具有很小重叠下各自对特定颜色敏感。特别地，该特征允许可靠获取有色物体112的深度信息而与物体112的具体颜色无关，如上所述，对该信息而言，需要至少两个纵向光学传感器132。该特征通过如下事实实现：对各颜色而言，光束118的吸收总是在至少两个纵向光学传感器132中发生，即在一个对物体112的具体颜色敏感的纵向光学传感器132中以及在对所有颜色敏感的最后纵向光学传感器144中发生。
就图1B以示例性方式给出的其他特征而言，参考上文图1A的描述。
图1C以高度示意性的方式显示了本发明检测器110的另一示例性实施方案。在该具体实施方案中，检测器110可包含一个或多个光敏元件161，其可特别地沿检测器110的光轴116设置。如其中所示，光敏元件161可优选位于传递装置120(其在此处包含一个透镜122)和光学传感器114(其在该实施方案中包含至少一个横向光学传感器130和多个形成纵向光学传感器叠堆134的纵向光学传感器132)之间。光敏元件161可以以许多种方式设置，例如波长敏感元件、相位敏感元件或偏振敏感元件。
作为非限制性实例，此处可使用包含色轮163的波长敏感元件作为光敏元件161。替代的波长敏感元件可包含一个或多个棱镜、光栅和/或分色镜。色轮163可尤其包含圆环，围绕其设置有至少2个，优选2-8个独立的段，所述段可由于其对照射光束138的光学效果，特别是传输等级而彼此不同。此处，所述独立的段可各自起滤光器的作用，其可允许确定红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的颜色贡献，也称为“RGB色轮”。或者，可使用通常称为“RGB-W色轮”且额外包含白色(W)段的色轮163。作为另一替代方案，色轮163可包含可用于提高照射效率的澄清或透明的段。此外，替代或者额外地，色轮163可包含青色、黄色和洋红色中的一种或多种颜色。另一替代方案可包含所谓的“色鼓”，其中段分布在鼓的内表面，其中入射光束可直接通过从而照射光学传感器。
此外，可由以阿基米德螺旋线图案设置的RGB二向色涂层产生顺序颜色获取轮(SCR轮)。此处，阿基米德螺旋线可显示出如下性质：两段之间的边界可以以恒定速度在半径方向上运动。此外，此处还可包括白色或透明段。旋转色轮的其他实例(例如称为视频定向(video beamer)装置和色鼓)可在地址www.hcinema.de/farbrad.htm下找到。
就图1C中以示例性方式给出的其他特征而言，参考上文关于图1A和/图1B的描述。
图2A和2B描绘了横向光学传感器130的潜在实施方案的不同视图。其中，图2A显示了横向光学传感器130的层结构的顶视图，而图2B以示意性结构显示了所述层结构的部分横截面视图。对所述层结构的替代实施方案而言，可参考上文公开内容。
横向光学传感器130包含透明基材158，例如由玻璃和/或透明塑料材料制成的基材。所述结构进一步包含第一电极160、光学阻挡层162、至少一种用至少一种染料166敏化的n型半导电金属氧化物164、至少一种p型半导电有机材料168和至少一个第二电极170。这些元件绘于图2B中。所述结构可进一步包含至少一个封装172，其未示于图2B中且象征性地绘于图2A的顶视图中，其可覆盖横向光学传感器130的传感器区域136。
作为一个示例性实施方案，基材158可由玻璃制成，第一电极160可完全或部分由氟掺杂的氧化锡(FTO)制成，阻挡层162可由致密二氧化钛(TiO2)制成，n型半导电金属氧化物164可由非多孔二氧化钛制成，p型半导电有机材料168可由螺-MiOTAD制成，第二电极170可包含PEDOT:PSS。此外，可使用染料ID504，其例如公开于WO2012/110924A1中。其他实施方案是可能的。
如图2A和2B所示，第一电极160可为大面积电极，其可通过单一电极触点174连接。如图2A的顶视图所示，第一电极160的电极触点174可位于横向光学传感器130的角落中。通过提供超过一个电极触点174，可产生冗余度，且可消除第一电极160上的电阻损耗，由此对第一电极160产生普通信号。
相反地，第二电极170包含至少两个分电极176。正如可从图2A的顶视图中看出的那样，第二电极170可对x方向包含至少两个分电极178，和对y方向包含至少两个经由接触引线182的分电极180，这些分电极176可通过封装172电接触。
在该具体实施方案中，分电极176形成围绕传感器区域136的框架。作为一个实例，可形成矩形，更优选正方形框。通过使用合适的电流测量装置，可单独测定通过分电极176的电极电流，例如通过在评价装置142中执行的电流测量装置。通过比较例如通过两个单独的x-分电极178的电极电流，和通过比较通过单独的y-分电极180的电极电流，可确定由光束138在传感器区域136中产生的光斑184的x和y坐标，如下文就图3A-3D所述的那样。
在图3A-3D中，描述了物体112定位的两种不同情况。因此，图3A和图3B显示了其中物体112位于检测器110光轴116上的情况。其中，图3A显示了侧视图，图3B显示了横向光学传感器130的传感器区域136上的顶视图。未示出该结构中的纵向光学传感器132。
在图3C和3D中，以类似的视图描述了图3A和3B的装置，其中物体112在横向上偏移至偏离轴的位置。
应指出的是，在图3A和3C中，物体112被描述为一束或多束光束138的光源。如下文进一步详细描述的那样，特别是就图6中的实施方案而言，检测器110也可包含一个或多个照射源，其可与物体112连接且因此可发射出光束138，和/或其可适于照射物体112，且通过物体112反射一次光束而经由反射和/或漫射产生光束138。
根据公知的成像方程，物体112在横向光学传感器130的传感器区域136上成像，由此在传感器区域136上产生物体112的图像186，其在下文中被视为一个光斑184和/或多个光斑184。
正如可从3B和3D的部分图像中看出的那样，传感器区域136上的光斑184会通过在sDSC的层结构中产生电荷而产生电极电流，所述电极电流在每种情况下记为i1至i4。其中，电极电流i1，i2表示通过y方向的分电极180的电极电流，且电极电流i3，i4表示通过x方向的分电极178的电极电流。这些电极电流可通过一个或多个合适的电极测量装置同时或顺序测量。通过评价这些电极电流，可确定x和y坐标。因此，可使用下述方程：
和
其中，f可为任意已知的函数，例如电流商与已知展开因子的简单乘法和/或偏移量的加法。因此，电极电流i1-i4通常可形成由横向光学传感器130产生的横向传感器信号，而评价装置142可适于通过使用预定或可确定的换算算法和/或已知的关系式换算横向传感器信号而产生关于横向位置的信息，例如至少一个x坐标和/或至少一个y坐标。
在图4A-4C中，显示了纵向光学传感器132的各种视图。其中，图4A显示了潜在层结构的横截面视图，图4B和4C显示了潜在纵向光学传感器132的两个实施方案的顶视图。其中，图4C显示了最后的纵向光学传感器144的潜在实施方案，其中图4B显示了纵向光学传感器叠堆134的其余纵向光学传感器132的潜在实施方案。因此，图4B中的实施方案可形成透明纵向光学传感器132，而图4C中的实施方案可为不透明纵向光学传感器132。其他实施方案是可能的。因此，最后的纵向光学传感器144或者也可体现为透明纵向光学传感器132。
正如可从图4A的示意性横截面视图看出的那样，纵向光学传感器132再次可体现为有机光检测器，优选sDSC。因此，类似于图2B的装置，可使用用基材158、第一电极160、阻挡层162、用染料166敏化的n型半导电金属氧化物164、p型半导电有机材料168和第二电极170的层结构。此外，可提供封装172。对所述层的潜在材料而言，可参考上文的图2B。额外或者替代地，可使用其他类型的材料。
应指出的是，在图2B中，示意性地显示了从顶部的照射，即由光束138从第二电极170的一侧照射。或者，可使用从底部的照射，即从基材158的一侧照射且通过基材158。这同样适用于图4A的结构。
然而，如图4A所示，在纵向光学传感器132的优选定向中，光束138的照射优选从顶部进行，即通过透明基材158。这是由于如下事实所致：第一电极160可容易地体现为透明电极，例如通过使用透明导电氧化物，例如FTO。下文将进一步描述的第二电极170可为透明的，或者特别地，对最后的纵向光学传感器144而言，为不透明的。
在4B和图4C中，描述了第二电极170不同结构。其中，在对应于图4A的横截面视图的图4B中，第一电极160可通过一个或多个电极触点174接触，作为一个实例，所述电极触点可包含一个或多个金属垫(类似于图2B中的结构)。这些电极触点174可位于基材158的角落中。其他实施方案是可能的。
然而，图4B设置中的第二电极170可包含一个或多个透明导电聚合物188的层。作为一个实例，类似于图2A和2B的结构，可使用PEDOT:PSS。此外，可提供一个或多个可由金属材料，例如铝和/或银制成的顶触点190。通过使用一条或多条引导通过封装172的接触引线182，该顶触点190可电接触。
在图4B所示的示例性实施方案中，顶触点190形成围绕传感器区域136的闭合敞口框架。因此，与图2A和2B中的分电极176相反，仅需要一个顶触点190。然而，纵向光学传感器132和横向光学传感器130可组合在一个单一的装置中，例如通过在4A-4C的结构中提供分电极。因此，除下文将进一步描述的FiP效应之外，可用纵向光学传感器132产生横向传感器信号。由此，可提供组合的横向和纵向光学传感器。
透明导电聚合物188的使用允许如下纵向光学传感器132的实施方案：其中第一电极160和第二电极170均为至少部分透明的。优选地，这同样适用于横向光学传感器130。然而，在图4C中，公开了一种纵向光学传感器132的结构，其使用不透明的第二电极170。因此，作为一个实例，代替或者除所述至少一种导电聚合物188之外，可通过使用一个或多个金属层，例如铝和/或银而体现第二电极170。因此，作为一个实例，导电聚合物188可被一个或多个优选可覆盖整个传感器区域136的金属层代替或者增强。
在图5A-5E中，阐述了上文所述的FiP效应。其中，图5A显示了一部分检测器110的侧视图，其与光轴116面平行且类似于图1、3A和3C中的结构。仅描绘了检测器110的纵向光学传感器132和传递装置120。未示出至少一个横向光学传感器130。该横向光学传感器130可体现为独立的光学传感器114和/或可与一个或多个纵向光学传感器132组合。
再次，测量起始于至少一种物体112的一束或多束光束138的发射和/或反射。物体112可包含照射源192，其可视为检测器110的一部分。额外或者替代地，可使用独立的照射源192。
由于光束138本身的特性和/或由于传递装置120(优选至少一个透镜122)的光束成型特性，光束138在纵向光学传感器132区域中的束性质至少部分是已知的。因此，如图5A所示，可产生一个或多个焦点194。在焦点194中，光束138的束腰或横截面可具有最小的值。
在图5B中，以图5A中的纵向光学传感器132的传感器区域136上的顶视图描绘了由照射在传感器区域136上的光束138产生的光斑184的发展。正如可看出的那样，在焦点194附近，光斑184的横截面具有最小值。
在图5C中，对图5B中的光斑184的5个横截面给出了纵向光学传感器132的光电流I，此时使用具有上述FiP效应的纵向光学传感器132。因此，作为一个示例性实施方案，对典型DSC装置，优选sDSC装置显示了图5B中所示的光斑横截面的5种不同的光电流I。光电流I作为光斑184的面积A(其为光斑184的横截面的衡量指标)的函数显示。
正如可从图5C看出的那样，即使所有纵向光学传感器132都以相同的总照射功率的照射，光电流I也依赖于光束138的横截面，例如通过提供对光斑184的横截面面积A和/或束腰的强依赖性。因此，光电流是光束138功率和光束138横截面二者的函数。
I＝f(n,a)
其中，I表示由各纵向光学传感器132提供的光电流，例如以任意单位作为至少一个测量电阻器上的电压和/或安培而测得的光电流。n表示照射在传感器区域136上的光子总数和/或传感器区域136中的光束总功率。a表示光束138的束横截面，其以任意单位作为束腰、作为束半径的束直径或者作为光斑134的面积提供。作为一个实例，束横截面可通过光斑184的1/e2直径计算，即与具有与光斑184的最大强度相比具有1/e2强度的最大强度的第一侧上的第一点到另一侧上具有相同强度的最大值的点之间的距离。定量化束横截面的其他选择是可能的。
图5C中的结构显示了可用于本发明的检测器110中的本发明纵向光学传感器132的光电流，其显示出上文所述的FiP效应。相反，对应于图5C的示意图的图5D以示意图的方式显示了具有与图5A所示相同结构的常规光学传感器的光电流。作为一个实例，对该测量可使用硅光检测器。正如可看出的那样，在这些常规测量中，检测器的光电流或光信号不依赖于束横截面A。
因此，通过评价检测器110的纵向光学传感器132的光电流和/或其他类型的纵向传感器信号，可表征光束138。由于光束138的光特性依赖于物体112与检测器110的距离，通过评价这些纵向传感器信号，可确定物体112沿光轴116的位置，即z位置。为此，例如通过使用光电流I与物体112之间的一种或多种已知关系，可将纵向光学传感器132的光电流换算成至少一个关于物体112纵向位置的信息项，即z位置。因此，作为一个实例，可通过评价传感器信号而确定焦点194的位置，且可使用焦点194与物体112在z方向上的位置之间的相关性来产生上述信息。额外或者替代地，可通过比较纵向传感器132的传感器信号而评价光束138的变宽和/或变窄。作为一个实例，可采用已知的束性质，例如根据高斯定律的光束138的束传播，其中使用一个或多个高斯束参数。
此外，与使用单一纵向光学传感器132相反，多个纵向光学传感器132的使用提供了额外的优点。因此，如上所述，光束138的总功率通常可能是未知的。通过归一化纵向传感器信号(例如相对于最大值)，可不依赖于光束138的总功率提供纵向传感器信号，且可通过使用不依赖于光束138总功率的归一化光电流和/或归一化纵向传感器信号而使用如下关系式：
In＝g(A)
此外，通过使用多个纵向光学传感器132，可解决纵向传感器信号的模糊性。因此，正如可通过比较图5B中的第一和最后图像和/或通过比较图5B中的第二和第四图像和/或通过比较图5C中的相应光电流而看出的那样，位于焦点194之前或之后特定距离处的纵向光学传感器132可导致相同的纵向传感器信号。在光束138在沿光轴116传播期间变弱的情况下，可产生类似的模糊性，这通常可经验校正和/或通过计算校正。为了解决z位置的该模糊性，多个纵向传感器信号清楚显示了焦点和最大值的位置。因此，通过例如比较一个或多个相邻的纵向传感器信号，可确定特定纵向光学传感器132在纵轴上是位于焦点之前还是之后。
在图5E中，描绘了sDSC典型实例的纵向传感器信号以证明纵向传感器信号和上述FiP效应依赖于调制频率的可能性。在该图中，作为垂直轴上的纵向传感器信号对各种调制频率f给出了任意单位的短路电流Isc。在水平轴上描绘了纵坐标z。对以微米给出的纵坐标z加以选择，以使得z轴上的光束焦点位置表示为位置0，使得水平轴上的所有纵坐标z以与光束焦点的距离给出。因此，由于光束的束横截面依赖于与焦点的距离，图5E中的纵坐标表示任意单位的束横截面。作为一个实例，可采用具有已知或可确定的束参数的高斯光束以将纵坐标换算成特定的束腰或束横截面。
在该实验中，对各种光束调制频率0Hz(无调制)、7Hz、377Hz和777Hz提供纵向传感器信号。正如可从图中看出的那样，对调制频率0Hz而言，可检测出无FiP效应或者仅极小的FiP效应，这可能无法容易地从纵向传感器信号噪音中识别出。对更高的调制频率，可观察到纵向传感器信号对光束横截面的显著依赖性。典型地，对本发明的检测器可使用0.1Hz至10kHz的调制频率，例如0.3Hz的调制频率。
人-机接口、娱乐装置和跟踪系统：
在图6中描绘了本发明人-机接口196的示例性实施方案，其同时还可体现为本发明娱乐装置198的示例性实施方案或者可为该娱乐装置198的构成部分。此外，人-机接口196和/或娱乐装置198也可形成适于跟踪用户200和/或用户200的一个或多个身体部分的跟踪系统199的示例性实施方案。因此，可跟踪用户200的一个或多个身体部分的动作。
例如，根据本发明，可再次提供至少一个检测器110，例如根据一个或多个上述实施方案的检测器110，其具有至少一个光学传感器114，光学传感器114可包含一个或多个横向光学传感器130和一个或多个纵向光学传感器132。可提供未示于图6中的检测器110的其他元件，例如任选传递装置120的元件。对潜在的实施方案而言，可参考图1A和/或B。此外，可提供一个或多个照射源192。一般而言，就检测器110的这些可能的实施方案而言，可参考例如上文描述。
人-机接口196可设计为能在用户200和机器202之间交换至少一个信息项，这仅示于图6中。例如，通过使用人-机接口196，可交换控制命令和/或信息。机器202原则上可包含任何具有至少一种可以以某种方式控制和/或影响的功能的所需装置。如图6所示，至少一个检测器110的至少一个评价装置142和/或其部分可全部或部分集成至所述机器201中，但是原则上也可完全或部分与机器202分开形成。
人-机接口196可设计为例如借助检测器110产生至少一个用户200的几何学信息项且可至少为几何信息指定一个信息项，特别是至少一个控制命令。为此，例如借助检测器110可识别用户200的运动和/或姿势变化。例如，如图6所示，可识别用户200的手运动和/或特定手势。额外或者替代地，可通过一个或多个检测器110检测用户200的其他类型的几何信息。为此，可通过至少一个检测器110识别关于用户200和/或用户200的一个或多个身体部分的一个或多个位置和/或一个或多个位置信息。然后可识别出(例如通过比较相应的命令列表)用户200意欲实施的特定输入，例如意欲给予机器202控制命令。替代或者除关于实际用户200的直接直径信息之外，也可例如产生至少一个关于至少一个与用户200连接的信标装置204的几何学信息项，例如至少一个关于用户200的服装和/或手套和/或由用户200移动的物品，例如棒、球棒、棍、球拍、手杖、玩具如玩具枪的几何学信息项。可使用一个或多个信标装置204。信标装置204可体现为主动信标装置和/或被动信标装置。因此，信标装置204可包含一个或多个照射源192和/或可包含一个或多个用于反射一束或多束一次光束206的反射元件，如图6所示。
此外，机器202可包含一个或多个并非必然根据本发明(例如如图6所示)体现的其他人-机接口、至少一个显示器208和/或至少一个键盘210。额外或者替代地，可提供其他类型的人-机接口。机器202原则上可为任何所需类型的机器或机器的组合，例如个人计算机。
所述至少一个评价装置142和/或其部分可进一步起跟踪系统199的跟踪控制器201的作用。额外或者替代地，可提供一个或多个额外的跟踪控制器201，例如一个或多个额外的数据评价装置。跟踪控制器201可为或者可包含一个或多个数据存储器，例如一个或多个易失性和/或非易失性存储器。在该至少一个数据存储器中，可存储一种或多种物体或物体部分的多个先后位置和/或定向，从而允许存储过往轨道。额外或者替代地，可预测物体和/或其部分的未来轨道，例如通过计算、外推或任何其他合适的算法。作为一个实例，物体或其部分的过往轨道可外推至未来值，从而预测物体或其部分的至少一个未来位置、未来定向和未来轨道。
就娱乐装置198而言，所述机器202可设计为例如实施至少一种娱乐功能，例如至少一种游戏，特别是使用显示器208上的至少一个图像显示和任选的相应音频输出。用户200可输入至少一个信息项，例如经由人-机接口196和/或一个或多个其他接口，其中娱乐装置198设计为根据所述信息改变娱乐功能。例如，可借助用户200和/或用户200的一个或多个身体部分的相应运动(其又可通过检测器110识别)来控制特定运动或一个或多个虚拟物品，例如游戏中的虚拟人物和/或游戏中的虚拟交通工具的运动。借助至少一个检测器110由用户200控制的至少一种娱乐功能的其他类型也是可能的。
呈3D传感器形式的sDSC的FiP效应的实际实施以及在x,y和z方向上良好空间分辨率的获得通常可能需要电池具有约1cm×1cm的活性面积且满足某些要求。因此，下文中给出了对一个横向光学传感器和/或至少一个纵向光学传感器的各电池的优选要求。然而，应指出的是，其他实施方案是可能的。
至少一个横向光学传感器和/或至少一个纵向光学传感器的光学性质：
正如可从图5A-5C中看出的那样，一个特定的电流信号可能意味着两个不同的空间点(焦点前后)。因此，为了在z轴上获得清晰的深度信息，优选至少两个电池必须前后排列。然后，由所述两个电池的电流信号之间的比值推导出清晰信息。为了获得精确的z信息，该传感器应具有六个彼此叠堆的电池。这要求电池是透明的，即通常由在其整个面积上气相沉积的银组成的背面电极必须被透明导电材料替代。
为了确保在最后一个电池上获得足够的照射且提供有用的电流信号，前5个电池可在激发波长下仅具有低吸收。用于激发的波长应为约700nm。
横向光学传感器的穿过电阻(Cross-resistance)：
为了获得精确的x,y分辨率，在该正方形电池的各对相对边之间必须具有足够的电势差。图2A显示了可获得x,y分辨率的该类透明电池。
即使在无银背面电极的情况下，也必须确保在电池的整个表面上具有从p型导体到氧化染料的足够好的电子传输，从而使得染料可通过提供电子而快速再生。由于p型导体自身具有极低的电导率(10-5S/cm)，必须在p型导体上涂覆导电层。由于该额外的层，在该正方形电池的相对边之间获得确定的穿过电阻R。
横向光学传感器的透明度：
由于其良好的电导性，常规太阳能电池具有由银制成的背面电极(第二电极)。然而，此处开发的电池必须是透明的，这是为什么通常要求透明背面电极具有1cm2电池面积的原因。优选用于该目的的材料为呈含水分散体形式的导电聚合物聚(3,4-乙撑二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)。该共轭聚合物PEDOT:PSS是高度透明的；其仅在相当的层厚下在蓝-绿区域(450-550nm)中吸收，且在红色光谱范围仅最小量地吸收。
额外的PEDOT层可使得在p型导体中具有良好的电子传输。为了改善该层的电导率并提供接触，在正方形电池周围气相沉积4个长度为1cm的银电极。银电极的排列示于图3.3a中。图3.3b显示了具有透明PEDOT背面电极的电池。
至少一个横向光学传感器和/或至少一个纵向光学传感器的电池的消光：
并非背面电极必须是透明的，而是整个电池都必须是透明的。为了确保仍有足量的光到达叠堆中的最后电池，前5个电池的消光应尽可能低。这首先由染料的吸收决定。太阳能电池的消光，即染料的光吸收对电池的输出电流具有决定性的影响。波长依赖性吸收光谱通常具有最大值—最大吸收波长是所用的特定染料的特征。np TiO2层中的吸附的染料越多，则电池吸收就越高。吸附的染料分子越多，则通过光激发而可达到TiO2cb的电子就越多，且电流就越大。因此，较高消光电池具有比低消光电池更高的输出电流。
此时，获得了如下目的：由整个电池装置获得了最大总电流，在理想情况下这相等地分布在所有电池中。由于光强因电池中的吸收而减弱，位于叠堆中后方的电池接受的光越来越少。然而，为了由所有6个电池获得类似的输出电流，有意义的是前面电池具有比后面电池更低的消光。因此，它们会截留较少的到达后面电池的光，后面电池又吸收较大比例的已变弱的光。通过叠堆中电池位置处的消光的最佳调节，理论上以此方式可对所有电池获得相同的电流。太阳能电池的消光可通过染料染色和通过控制np TiO2层的厚度而调节。
优化纵向光学传感器叠堆的电池的消光和输出电流：
叠堆中的最后电池优选应吸收几乎所有入射光。为此，该电池应具有最大的消光。从在最后电池的最大消光下获得的电流出发，前面电池的吸光必须以使得所有电池一起提供最大总电流的方式调节，该电流在所有电池中尽可能均匀地分布。
叠堆输出电流的优化如下实施：
●染料的选择
●最后电池的最大消光/最大输出电流
●用于染色最后电池的染料浓度
●最后电池的染色时间
●最后电池np TiO2层的最佳厚度
●整个堆叠的最大输出电流
●前5个电池的np TiO2层的最佳厚度
消光使用Zeiss分光光度计MCS 501UV-NIR且使用Zeiss灯MCS 500测量。结果用Aspect Plus软件程序评价。
染料的选择：
首先，应寻找在约700nm激发波长下充分吸收的染料。太阳能电池的理想染料通常具有宽吸收光谱且应完全吸收波长小于约920nm的入射光。实际上，大多数染料在450-600nm的波长范围内具有最大吸收；在大于650nm时，它们通常弱吸收或者完全不吸收。
用于实施第一个实验的染料为ID504，其例如公开于WO2012/110924A1中。然而，该染料在700nm下仅具有低吸收。因此，对叠堆而言，使用染料D-5(也称为ID 1338)：
染料D-5的制备和性质公开于WO2013/144177A1中。
然而，额外或者替代地，可使用其他染料。发现染色时间(即用相应染料染色TiO2层的时间)对吸收性质具有影响。用具有1.3微米厚度的np TiO2层的电池进行测试。D-5的最大吸收为约550-560nm，其在该最大值下的消光ε≈59000。
在该实验系列中，染料浓度为0.3mM，提高染色时间直至为10-30分钟。观察到在较长的染色时间下，消光显著增大，因此最后对D-5使用30分钟的染色时间。
即使在优化染色时间后，测得的吸收仍相当低。因此，通常必须通过提高染料浓度、染色时间和np TiO2层的厚度而使吸收最大化。
纵向光学传感器叠堆中的最后电池的染料浓度和染色时间
就染色时间和染料浓度实施了数个实验。对1-2微米TiO2层的层厚度而言，染料溶液的标准浓度为0.5mM。在这些浓度下，染料应已过量存在。此时，将染料浓度提高至0.7mM。为了防止电池面积的非均一性，在将电池置于染料溶液中之前，通过使用0.2微米针头过滤器移除未溶解的染料颗粒和其他杂质而清洁染料溶液。
如果染料过量存在，则在1小时的染色时间后，应在np TiO2层表面上吸附单层染料，这导致所用染料的最大吸收。此处，测试的最大染色时间为75分钟，这最后用于电池。
最后，使用具有1.3微米层厚的TiO2层的电池、0.7mM染料浓度和75分钟的染色时间。发现电池消光在700nm下为0.4。
纵向光学传感器叠堆的最后电池的np TiO2层厚度：
最后，纳米多孔(np)层的厚度以及因此的染料吸附可用的TiO2表面积可为影响吸收行为且因此影响电池输出电流的重要因素。迄今为止，在具有1.3微米厚度的np TiO2层的电池中实现了消光的最大化。由于在更厚的np TiO2层中可吸附更多的染料，因此逐步将TiO2层的厚度提高至3微米，测定发生最大输出电流时的厚度。
通过旋涂施加纳米多孔TiO2层。旋涂适于施加溶于高挥发性溶剂(此处：萜品醇)中的低挥发性物质。作为起始产品，使用由Dyesol(DSL 18NR-T)制备的TiO2糊。将该糊与萜品醇混合，这降低了糊的粘度。取决于糊:萜品醇混合物的组成比，且在4500 1/分钟的恒定旋涂速率下，获得了不同厚度的np TiO2层。萜品醇的比例越高，稀释糊的粘度越低且电池越薄。
也使用1.2微米针头过滤器对稀释的TiO2糊进行清洁以移除较大的颗粒，随后在次日通过旋涂将所述糊施加至涂覆有阻挡层的电池上。
应指出的是，当改变np TiO2层厚时，必须调节溶于氯苯中的p型导体的浓度。较厚的np层具有较大的必须由p型导体填充的孔隙体积。因此，在较厚的np层的情况下，np层上的p型导体的上清液的量较小。为了确保在旋涂后残留在np TiO2层上的固体p型导体层具有恒定的厚度(在旋涂期间溶剂蒸发)，厚np TiO2层需要比薄层更高的p型导体浓度。此处，对所有测试TiO2层厚而言，最佳p型导体浓度是未知的。因此，对未知层厚度而言，改变p型导体浓度，且比较相等的层厚度但不同p型导体浓度的输出电流。
对np TiO2层而言，层厚度变化的所选起始值为1.3微米。1.3微米对应于5g:5g的TiO2糊:萜品醇的质量组成。使用np TiO2层厚度大于1.3微米的电池的测试系列显示了在何种层厚下由叠堆中的最后电池获得了最大输出电流。
用上述参数(D-5；c＝0.7mM；染色时间：75分钟)对这些电池进行染色以获得最大消光。发现这些电池的消光在700nm下为约0.6。
由于最后电池通常不必为透明的，将背面电极以1cm2总面积直接气相沉积至p型导体上(无PEDOT)。
测量结果表明，如所预期的那样，具有全面积背面电极(第二电极)的电池的输出电流要高得多。用5:3的TiO2糊:萜品醇质量比获得了最高输出电流。这对应于2-3微米的TiO2层厚度。
因此，在随后的实验中，对叠堆中的最后电池使用5:3的TiO2糊:萜品醇组合物。将背面电极气相沉积在整个1cm2电池面积上。
纵向光学传感器叠堆的前面电池的np TiO2层厚度：
由最后电池获得的最大输出电流出发，对前面电池的np TiO2层厚度进行调节以使得叠堆中的每个电池产生可能最大的输出电流。这要求前面电池具有低消光值。
在实验期间，实际上发现很难通过染料浓度和染色时间参数获得可再现的低消光。因此，为了制得具有低的可再现消光的电池，有理由用薄np TiO2层制造电池且将其保持在染料溶液中达确保染料饱和该np TiO2表面所需的时间。以逐步方式提高TiO2层中的萜品醇比例。所有电池均在相同的条件下染色。由于意欲显著降低其消光，此时染料浓度为0.5mM，染色时间为60分钟。
令人惊讶地，在该系列中，发现电池输出电压开始于输出电流的增大，同时伴随着np TiO2层厚度的减小。发现测试TiO2糊稀释的最佳结果是5:6。在更高的稀释率且因此在更薄的np TiO2层下，输出电流倾向于降低。在5:9稀释下发生该趋势的例外，其原因可能是对该层厚度的最佳p型导体浓度调节为100mg/ml。
然而，如果考虑消光相对于输出电流降低，有理由接受较低的输出电流以确保后面电池接受比5:6稀释情况下高得多的光。对具有5:4.1、5:6和5:10的TiO2:萜品醇混合物的电池照相，这显示了该效果。观察到非均一性效果。为了在1cm2电池中获得均一的层，提高后面电池的TiO2面积以使得在旋涂期间堆积TiO2的区域位于银电极外部且因此位于电池外部。
就电池中的TiO2层厚度及其在叠堆中的定位而言，电池叠堆的构建通过测试具有各种厚度的np TiO2层的电池的各种排列而进行。
用染料D-5制备的染料敏化太阳能电池(DSC)的制备和性质
使用FTO(氟掺杂的氧化锡)玻璃基材(<12欧姆/sq，A11DU80，由AGC FabritechCo.，Ltd.提供)作为基础材料，依次用玻璃清洁剂Semico Clean(Furuuchi ChemicalCorporation)、完全去离子水和丙酮处理，在每种情况下在超声浴中5分钟，然后在异丙醇中烘烤10分钟，并在氮气流中干燥。
使用喷雾热解法制备固体TiO2缓冲层。通过丝网印刷法将氧化钛糊(PST-18NR，由Catalysts&Chemicals Ind.Co.，Ltd.提供)施加至FTO玻璃基材上。在120℃下干燥5分钟后，通过在空气中于450℃下热处理30分钟和在500℃下热处理30分钟而获得具有1.6μm厚度的工作电极层。然后用TiCl4处理获得的工作电极，如M.等所述，例如在M.等，Adv.Mater.2006，18，1202中。在烧结后，将试样冷却至60-80℃。然后，用WO2012/001628A1中公开的添加剂处理该试样。制备5mM处于乙醇中的添加剂，并将中间体浸渍17小时，在纯乙醇浴中洗涤，在氮气流中短暂干燥，随后在0.5mM染料D-5于混合物溶剂乙腈+叔丁醇(1:1)中的溶液中浸渍2小时以吸附染料。在从溶液中取出后，随后将样品在乙腈中洗涤并在氮气流中干燥。
随后旋涂p型半导体溶液。为此，使用处于氯苯中的0.165M 2,2',7,7'-四(N,N-二对甲氧基苯基胺)-9,9'-螺双芴(螺-MeOTAD)和20mM LiN(SO2CF3)2(Wako Pure ChemicalIndustries，Ltd.)溶液。将20μll/cm2的该溶液施加至样品上并允许作用60秒。然后，在2000转/分钟下30秒以旋走上清液。将基材在环境条件下储存过夜。因此，HTM氧化且因此电导率增大。
作为金属背面电极，通过在真空下以0.5nm/s的速率在1×10-5毫巴压力下热金属蒸发而蒸发Ag，从而获得约100nm厚的Ag层。
为了确定上述光电转换装置的光-电功率转化效率η，使用Source Meter Model2400(Keithley Instruments Inc.)在由太阳模拟器(Peccell Technologies，Inc)产生的人工阳光(AM 1.5，100mW/cm2强度)照射下获得相应的电流/电压特性，如短路电流密度Jsc、开路电压Voc和填充因子FF。因此，用染料D-5制得的DSC显示出如下参数：
Jsc[mA/cm2] Voc[mV] FF[％] η[％]
10.5 721 59 4.5
纵向光学传感器叠堆的优化输出电流结果：
当纵向光学传感器级的全部5个透明电池均具有厚度为0.45微米的np TiO2层(即5:10的TiO2糊稀释)时，获得就电池叠堆的输出电流而言的最佳结果。将这些具有0.45微米np TiO2层的电池在0.5mM染料溶液中染色60分钟。仅最后的电池具有正好在3微米下的npTiO2层，且染色75分钟(0.7mM)。由于最后电池不必为透明的，该最后电池的背面电极(第二电极)为在整个1cm2面积上的气相沉积的银层，从而能采集可能最大的电流。以从该叠堆的第一电池到最后电池的顺序由该叠堆观察到如下光电流：
电流[μA]：37 9.7 7.6 4.0 1.6 1.9
前5个电池以相同方式制备。最后电池具有更厚的np TiO2层和气相沉积在整个电池面积上的银背面电极。可以看出，第二电池的电流已降至第一电池电流的1/4。甚至在这5个高度透明的电池中，最后电池的电流也仅为第一电池中电流的一部分。用直接面向电池面积中心的红色激光(690nm，1mW)激发所述电池。
用具有5:9.5:8或5:7TiO2:萜品醇稀释(即较厚的电池)的电池获得电流比5:10稀释的TiO2糊的电池电流大至多10微安。然而，这些电池显示出显著更高的消光，因此后面电池的输出电流显著降低。
具有5:6TiO2稀释的电池(其中，与5:9、5:8和5:7的TiO2稀释相比)获得了显著更高的电流，然而其吸收如此多的光以至于无更多的光达到叠堆的最后电池。甚至当将这些电池中的正好一个置于位置5中且前4个为450nm薄电池时，最后电池的输出电流显著降低，从而使得最后电池实际上基本上不再提供电流。
需要提及的是，所述测试叠堆中的这些电池各自用额外的玻璃板密封以进行保护而免于周围环境的影响。然而，这产生了许多额外的界面，在该界面处可反射和散射690nm激光(1mW)的光束，因此该密封电池的消光更高。在后一装置中，电池叠堆保持在氮气中，这是为什么密封变得不必要的原因，且电池彼此直接叠堆。由于在覆盖玻璃处不再发生散射所导致的损失，这减少了叠堆的消光。
横向光学传感器的穿过电阻：
正方形电池相对边之间的确定的穿过电阻使得精确的x,y分辨率成为可能。x,y分辨率的原理示意于图3A-3D中。电池面积上的穿过电阻由p型导体和电池交界处的银电极之间的PEDOT层决定。在未掺杂状态下，PEDOT为半导体。借助在整个分子中延伸的共轭双键体系结合用带负电荷的抗衡离子掺杂，导电性成为可能。用于本实验的所用PEDOT全部掺杂有带负电荷的聚合物聚苯乙烯磺酸盐(PSS)。在宽范围的涉及电导率、固含量、电离势(IP)、粘度和pH的实施方案中使用PEDOT:PSS。
影响穿过电阻的因素：
还通过旋涂将PEDOT施加至电池上。在旋涂工艺期间，溶剂乙醇和异丙醇蒸发，而低挥发性的PEDOT以膜形式保留在基材上。该层的电阻依赖于所用PEDOT的电导率和该层的厚度：
其中ρ为电阻率，l为测量电阻的距离，A为载流子流经的横截面面积(A为PEDOT层厚度的函数)。
根据已知的旋涂原理，当涂覆非牛顿流体时，待表示的层厚d可由下式确定：
其中xs为混合稀释溶液中的PEDOT百分比，υk为运动粘度，e为溶剂的蒸发速率，ω为旋涂期间的角速度。蒸发速率与ω1/2成比例。
因此，PEDOT层的厚度可受到各种参数的影响：角速度、PEDOT溶液的粘度和溶液中的PEDOT比例。角速度可直接改变。溶液中的粘度和PEDOT比例仅可间接地被影响，即通过PEDOT与甲醇和异丙醇混合的比例影响。
因此，可使用下列参数以调节穿过电阻，且在适当时候可对它们进行优化：
●PEDOT的选择
●PEDOT的层厚度
●PEDOT/溶剂比
●PEDOT旋涂期间的旋涂速度
●PEDOT层的数量
●PEDOT施加和旋涂之间的时间间隔Δt
穿过电阻的优化：
将PEDOT溶液与乙醇和异丙醇以1:1:1的标准体积比混合，并使用0.45微米针头过滤器除去较大的颗粒。用该稀释的PEDOT溶液覆盖整个电池(需要约900微升/基材)并以2000 1/s的速率旋涂。在该速率下，发现30秒就足以移除和蒸发溶剂乙醇和异丙醇。
然后系统性地改变上述参数，其目的是在正方形电池的相对电极之间获得约2kΩ的穿过电阻。
PEDOT的选择：
发现对PEDOT层穿过电阻的最大影响来自于所用PEDOT溶液的电导率。为了获得通过1cm的该PEDOT层的电阻数量级的第一印象，测试了三种具有极其不同电导率的PEDOT产品：
●CleviosTMPVP Al 4083，获自Heraeus
●CleviosTMPH 1000，获自Heraeus
●OrgaconTMN-1005，获自Sigma Aldrich
动态粘度ηd、电离势IP和电阻率ρ的相关参数汇总在表1中。IP为选择PEDOT的重要标准。PEDOT的IP通常应小于5eV以确保电池的良好功能。
表1：各种PEDOT的相关参数
对这些首次测试而言，将1.3微米np TiO2层涂覆至无FTO的玻璃基材上。在该第一实验系列中，仅将300微升这三种制得的PEDOT溶液各自直接涂覆至np TiO2层上—不存在染色或p型导体涂覆步骤。对各PEDOT溶液而言，制备具有1、2和3个PEDOT层的三种基材。通过以1cm间距在各基材上的数个位置处施加导电银漆层而测量电阻。
预期以此方式制备的基材的电阻将小于在光滑p型导体层上施加PEDOT而获得的电阻。
正如所预期的那样，所述实验表明，随着层数量的增加以及因此PEDOT总厚度的增大，穿过电阻降低。即使在三个层下，Al 4083的穿过电阻也为MΩ范围内，因此其不用于进一步的测试中。具有两个施加层的PH 1000处于所需的范围内。N 1005的穿过电阻也处于kΩ范围内，且可通过优化而降低。然而，由于可假设当将PEDOT施加至光滑p型导体表面上时，电阻将高于当将其直接施加在np TiO2层上(如在该测试系列中)的电阻，因此进一步的优化集中在PH 1000上。
施加数个PEDOT层：
提高PEDOT层总厚度的另一选择是连续施加数个PEDOT层。用1和2个施加的PEDOT层进行测试。将PH 1000与乙醇和异丙醇以1:1:1的体积比混合。用900微升PEDOT溶液完全覆盖电池，并通过在2000 1/分钟RPM下旋涂而移除过量的溶液。
不同于第一实验系列，这些测试在“完整的”电池上进行，即用p型导体涂覆的染色电池。测量两个分开约2mm的圆形气相沉积的电极之间的穿过电阻以排除PEDOT/导电银漆和PEDOT/气相沉积银的不同接触电阻所导致的误差。此外，可用该电极装置自动测量电池效率。这些测试电池的制备比正方形透明电池要简单和快得多，但它们足以满足这些测试的要求(首先，此处测量通过确定部分的PEDOT层的穿过电阻；其次，测试电池的功能，即p型导体和PEDOT之间是否具有良好的接触和PEDOT的IP是否与p型导体的能级匹配)。使用方程3.1通过乘以系数5计算通过1cm的穿过电阻—假设层厚相等且因此面积A相等(溶液的电阻率是恒定的)。
表2显示了两个圆形气相沉积背面电极之间的电阻测量值和对1和2个PEDOT层计算的穿过1cm的穿过电阻。最后一栏显示了电池的效率。在每种情况下示出了在数次测试中获得的最小和最大测量值。
表2：1个或2个PEDOT层的电阻测量结果
可清楚地看出1个和2个施加的PEDOT层之间的穿过电阻的差异。对1个PEDOT层而言，显著高于所需的2kΩ；对2个层而言，要低得多。然而，还明显的是具有2个施加的PEDOT层的电池的效率要小得多，这意味着两个PEDOT层之间的接触不良。应指出的是，此处测得的效率是针对圆形电池的，即针对在整个表面上气相沉积的背面电极的电池。因此，正方形透明电极的效率要小得多，这是为什么要抛弃连续施加数个PEDOT层的想法的原因。将尝试其他实验以使仅一个PEDOT层的穿过电阻最小化。
值得注意的是，具有两个施加的PEDOT层的电阻小于其中将PEDOT直接施加至npTiO2层上的第一实验系列的电阻。据推测，该差异的原因是在第一实验中，层彼此接连地立即施加，尽管第一PEDOT层尚未完全干透。在本实验中，在施加两个层之间将电池置于60℃的热板上。
正如所预期的那样，在该实验系列中—其中将PEDOT施加至p型导体上—仅具有一个施加的PEDOT层的穿过电阻高于将PEDOT施加至np TiO2的粗糙表面上时的穿过电阻。
提高溶液的PEDOT浓度：
正如上文所述的那样，通常将PEDOT溶液与乙醇和异丙醇以1:1:1的体积比混合以降低溶液的粘度和通过旋涂获得均一的层。当提高所述混合物中的PEDOT比例时，溶液粘度上升。由于较高的粘度，预期在旋涂后保留在电池上的PEDOT层的厚度增大(出于对比目的：ηd，乙醇，20℃＝1.19mPas；ηd，异丙醇，20℃＝2.43mPas；ηd，PEDOT＝5-50mPas)。
为了研究PEDOT溶液粘度及其所含的物质的量对层厚度且因此对穿过电阻的实际影响，一开始稍微提高PEDOT的比例，随后显著提高。此处，测试的乙醇:异丙醇:PEDOT的体积混合比如下：
1:1:1
1:1:2
1:1:5
1:1:10
2:2:1
由于初步实验表明PEDOT浓度的小波动不会导致所关注的电阻的显著不同，因此显著提高混合溶液中的PEDOT比例。这是第一实验系列的情况，其中电池的构建和电极的排列对应于实际正方形电池的那些。
电池np TiO2层的厚度为1.3微米。每次施加具有不同PH 1000比例的PEDOT层。将PEDOT溶液在2000或1500 1/分钟下旋涂90秒钟。然后，用热风鼓风机将PEDOT层干燥约1分钟，然后气相沉积银电极(约2微米厚)。
表3：各种混合比和PEDOT旋涂速率的穿过电阻
从表3中可看出，穿过电阻不像预期的那样随施加溶液中的PEDOT比例提高而降低。在2000和1500 1/分钟的角速度下，穿过电阻随溶液中的PEDOT浓度提高而增大。然而，还值得注意的是，对相同的PEDOT比例而言，电阻倾向于随RPM的降低而降低，但仍为10-15数量级，仍过高。
调节PEDOT施加和旋涂之间的时间间隔(Δt)且使旋涂期间的RPM最小化：
提高旋涂期间的层厚度的经典方法是降低角速度。以此方式，可容易地提高层厚度且降低穿过电阻。在迄今为止的实验系列中，这是导致可察觉结果的唯一波动。然而，旋涂期间的角速度不能降至任意值，因为在过低的RPM下，溶剂不再足够快地蒸发，从而导致不均一的PEDOT层。
然而，测试表明将PEDOT溶液施加至基材上与开始旋涂(因此，从基材上移除过多的溶液)之间的时间间隔Δt对穿过电阻具有显著的影响。因此，随后通过反复优化两个参数Δt和旋涂期间的角速度而使穿过电阻最小化。
因此，在数个测试系列中，将施加PEDOT溶液施加至电池上和开始旋涂之间的时间间隔Δt由30秒钟逐步提高至2分钟，随后结合1-3分钟和最后3.5-5分钟的RPM优化。这包括将RPM由2000 1/分钟降至350 1/分钟。当将RPM降至1000 1/分钟以下时，发现30秒钟不再足以完全蒸发溶剂。因此，在每种情况下将该时间延长至2分钟。随后，用热风鼓风机将电池干燥约1分钟，然后气相沉积电极。
RPM[1/分钟]2000 1000 750 600 500 450 400 350
优化结果汇总在表4-7中。
在最后优化的第一实验系列(表4)中，其中在1000 1/分钟RPM下将PEDOT溶液施加至电池和以恒定角速度旋涂之间的时间间隔Δt提高，最佳值为Δt＝60秒钟(4.1-4.2kΩ)。对该时间间隔且进一步降低RPM而言，在6001/分钟下获得了新的最小值(2.6-2.7kΩ)。
表4：通过优化时间间隔Δt和PEDOT溶液旋涂期间的角速度而优化穿过电阻—实验系列1
表5：通过优化时间间隔Δt和PEDOT溶液旋涂期间的角速度而优化穿过电阻—实验系列2
表6：通过优化时间间隔Δt和PEDOT溶液旋涂期间的角速度而优化穿过电阻—实验系列3
表7：通过优化时间间隔Δt和PEDOT溶液旋涂期间的角速度而优化穿过电阻—实验系列4
然而，由于所述结果在600 1/分钟和500 1/分钟之间基本上并无不同，因此在随后的实验系列中，对这两个RPM值进一步逐步提高时间间隔Δt。结果示于表5中。
进一步降低RPM和提高Δt未显示出进一步的改善。实际上，在RPM<450 1/分钟下穿过电阻甚至再次增大(参见表6)。
由于500 1/分钟和450 1/分钟的值非常接近，最后实施了对比测试(参见表7)。
其表明，450 1/分钟RPM下的穿过电阻稍小于500 1/分钟下的穿过电阻。然而，由于借此不能获得显著的改善且由于在过低RPM下涂覆的PEDOT层不再是均一的，选择500 1/分钟作为最佳RPM。此时，时间间隔Δt为180秒。
一般而言，值得注意的是，最后一组实验系列中的电阻(其中在将PEDOT溶液施加至电池上和开始旋涂之间存在时间间隔)的波动不如以前恒定参数下的一个系列中那么大。在最后的实验系列(表7)中，在4个电池各自上测量两个穿过电阻(由左至右和由上至下)，且结果仅变化约1kΩ。在一些情况下，对相同实验参数而言，不同系列的结果显著变化这一事实可能是由于PEDOT溶液的制备所致，因为各实验系列在自身中提供了一致的结果。
在这些实验中，时间间隔Δt期间的旋涂机的开盖可能是一个重要的干扰因素。在一个实验系列中，并非在将PEDOT溶液施加至电池之后立即关闭盖，而是仅在旋涂之前才关闭盖。在该实验系列中测得的穿过电阻要高得多，且在基材(然而并非在任一基材上)之间其值显著波动。无法精确确定为什么穿过电阻如此强烈地受到PEDOT溶液旋涂之前的时间间隔Δt的影响。在该时间内，可能一些PEDOT溶液干燥且粘附在电池上，从而导致更厚的PEDOT层。
优化参数的结果：
以此方式获得的最小穿过电阻为1-3kΩ。此处，获得该最小穿过电阻的参数如下：
●PEDOT：Clevios PH1000，获自Heraeus
●层数：1
●PEDOT:乙醇:异丙醇之比＝1:1:1
●PEDOT施加和旋涂之间的时间间隔：Δt＝180秒
●PEDOT旋涂期间的RPM：n＝500 1/分钟(t＝120秒)
实验中所用的最终电池：
在迄今为止的优化方法期间所用的电池在2.5mm TEC 8的厚玻璃载体上制备，其中在制造方法期间已施加有FTO层。它们具有非常均一的FTO层，其上可施加均一的np TiO2层。这可制备对人类肉眼是均一的电池。
然而，为了在技术上实现传感器叠堆，在1mm的由石英玻璃制成的特种薄玻璃载体上制备电池，随后用FTO涂覆。其中，使用有斜边的损耗载体。斜边用作电池触点的基础。将银触点气相沉积至斜面的边缘。这可使得叠堆中的彼此直接相邻的电池单独与管脚接触。
随后在这些特种载体上施加的FTO层由于制造工艺而显示出部分非均一性。发现在这些载体上制造均一电池是非常困难的，如产生最后电池的电流图所示。甚至在叠堆的第一个电池中(在其整个面积上提供均一的电流信号)，也发现4个位置由于非均一性而提供较低的电流。通过用波长为690nm的激光激发电池而获得电流图。激光以1mm间距扫描电池。电池以其最终排列作为叠堆扫描，即用位于最后电池前面的5个“薄”电池记录最后电池的电流图。
在690nm的激发波长下，开发的电池具有0.13的消光。在最大值下(在约550nm处)，这些电池的消光为约0.4。尽管电池的该低吸收和背面电极由不良导电(不同于银)透明层构成这一事实，该电池的效率仍为～0.3％(AM1.5*)，最后电池的效率为～2％。
图2A、4B和4C显示了1mm特种玻璃载体上的最后电池。作为横向光学传感器的叠堆中的第一电池要求特殊电极排列以获得x,y分辨率。对形成纵向光学传感器叠堆的电池2-5，仅需要总电流来获得z分辨率，这是为什么此处将接触银电极组合至围绕该电池的电极中的原因。然而，前5个电池或者以相同方式制备。
纵向光学传感器叠堆的最后电池的目的是吸收剩余的光，优选完全吸收，这是为什么将其选为具有显著高于前面电池的消光的原因。此外，其具有覆盖其整个面积的背面电极以提供最大输出电流。
在该实验中，图2A中所示的形成横向光学传感器的电池仅使用一次以在叠堆的位置1处获得x,y分辨率。图4B中的电池在光学传感器的整个叠堆中使用了四次，即对整个堆叠的位置2-5。图4C中所示的最后电池在光学传感器的整个叠堆的位置6处使用。因此，一般而言，使用作为横向光学传感器的第一光学传感器(图2A)、随后4个透明纵向光学传感器(图4B)和具有图4C顶结构的最后纵向光学传感器形成光学传感器叠堆。
当用红色激光(690nm，1mW)照射这些单一透明最后电池之一时，该电池提供30-40微安的电流。最后纵向光学传感器提供约70μA的电流。发现这些特种玻璃载体上的第一电池中的任意两个相对电极之间的穿过电阻为0.1和0.3kΩ。
由于在特种玻璃载体上制造透明电池因不良FTO涂覆而是成问题的，因此必须大量制造这些电池。对电池进行筛选，且仅将所选的电池用于形成原型3D传感器的最终检测器装置。对该筛选程序而言，尤其是对横向光学传感器而言，用激光束(690nm，1mW)在电池的中心处激发电池。如果电池是均一的，则全部4个触点处的电流是相等的(I1＝I2＝I3＝I4)。通过比较电流，选择特定电池以用于该原型中。
发现用顶结构检测器获得的x,y分辨率在3m距离下为约1mm。发现该检测装置的z分辨率为约1cm。
附图标记列表
110 检测器
111 照相机
112 物体
114 光学传感器
116 光轴
118 壳体
120 传递装置
122 透镜
124 开口
126 观察方向
128 坐标系
130 横向光学传感器
132 纵向光学传感器
134 纵向光学传感器叠堆
136 传感器区域
138 光束
140 横向信号引线
142 评价装置
144 最后纵向光学传感器
146 纵向信号引线
148 横向评价单元
150 纵向评价单元
152 位置信息
154 数据处理装置
156 转换单元
157 成像装置
158 基材
159 成像装置信号引线
160 第一电极
161 光敏元件
162 阻挡层
163 色轮
164 n型半导电金属氧化物
166 染料
168 p型半导电有机材料
170 第二电极
172 封装
174 电极触点
176 分电极
178 分电极，x
180 分电极，y
182 接触引线
184 光斑
186 图像
188 导电聚合物
190 顶触点
192 照射源
194 焦点
196 人-机接口
198 娱乐装置
199 跟踪系统
200 用户
201 跟踪控制器
202 机器
204 信标装置
206 一次光束
208 显示器
210 键盘

Claims (43)

1.一种用于确定至少一种物体(112)的位置的检测器(110)，包含：
-至少一个横向光学传感器(130)，横向光学传感器(130)适于确定由物体(112)传输至检测器(110)的至少一束光束(138)的横向位置，所述横向位置为在垂直于检测器(110)的光轴(116)的至少一个维度中的位置，横向光学传感器(130)适于产生至少一个横向传感器信号；
-至少一个纵向光学传感器(132)，其中纵向光学传感器(132)具有至少一个传感器区域(136)，其中纵向光学传感器(132)设计为以依赖于光束(138)对传感器区域(136)的照射的方式产生至少一个纵向传感器信号，其中在给定的相同总照射功率下，纵向传感器信号依赖于传感器区域(136)中的光束(138)的束横截面；
-至少一个评价装置(142)，其中评价装置(142)设计为通过评价横向传感器信号而产生至少一个关于物体(112)的横向位置的信息项和通过评价纵向传感器信号而产生至少一个关于物体(112)的纵向位置的信息项；
其中横向光学传感器(130)为具有至少一个第一电极(160)、至少一个第二电极(170)和至少一种光伏材料(164，166，168)的光检测器，其中光伏材料(164，166，168)包埋于第一电极(160)和第二电极(170)之间，其中光伏材料(164，166，168)适于响应于光对光伏材料(164，166，168)的照射而产生电荷，其中第二电极(170)为具有至少两个分电极(176)的分割电极，其中横向光学传感器(130)具有传感器区域(136)，其中至少一个横向传感器信号表示光束(138)在传感器区域(136)中的位置；
其中通过分电极(176)的电流依赖于横向光学传感器(130)的传感器区域(136)中的光束(138)位置，其中横向光学传感器(130)适于根据通过分电极(176)的电流产生横向传感器信号；
其中检测器(110)适于由通过分电极(176)的电流的至少一个比值推导物体(112)的横向位置信息。
2.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中光检测器包括染料敏化太阳能电池。
3.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中第一电极(160)至少部分由至少一种透明导电氧化物制成，其中第二电极(170)至少部分由导电聚合物(188)制成。
4.根据权利要求3所述的检测器(110)，其中导电聚合物(188)为透明导电聚合物(188)。
5.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中横向光学传感器(130)和纵向光学传感器(132)中至少一个为透明光学传感器。
6.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中横向光学传感器(130)和纵向光学传感器(132)沿光轴(116)堆叠，从而使得沿光轴(116)传输的光束(138)照射在横向光学传感器(130)和纵向光学传感器(132)二者上。
7.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中纵向光学传感器(132)包含至少一个染料敏化太阳能电池。
8.根据权利要求7所述的检测器(110)，其中纵向光学传感器(132)包含至少一个第一电极(160)、至少一种n型半导电金属氧化物(164)、至少一种染料(166)、至少一种p型半导电有机材料(168)和至少一个第二电极(170)。
9.根据权利要求8所述的检测器(110)，其中至少一种p型半导电有机材料(168)为固体p型半导电有机材料(168)。
10.根据权利要求8所述的检测器(110)，其中横向光学传感器(130)和纵向光学传感器(132)的第一电极(160)和第二电极(170)均为透明的。
11.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中评价装置(142)设计为由照射几何学和物体(112)相对于检测器(110)的相对位置之间的至少一种预定关系产生至少一个关于物体(112)纵向位置的信息项。
12.根据权利要求1所述的检测器(110)，进一步包含至少一个照射源(192)。
13.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中检测器(110)具有多个纵向光学传感器(132)，其中纵向光学传感器(132)是堆叠的。
14.根据权利要求13所述的检测器(110)，其中纵向光学传感器(132)以使得来自物体(112)的光束(138)照射全部纵向光学传感器(132)的方式排列，其中由各纵向光学传感器(132)产生至少一个纵向传感器信号，其中评价装置(142)适于归一化纵向传感器信号且独立于光束(138)强度地产生关于物体(112)纵向位置的信息。
15.根据权利要求13所述的检测器(110)，其中最后纵向光学传感器(144)以使得直至光束(138)照射在最后纵向光学传感器(144)上之前，光束(138)照射除最后纵向光学传感器(144)之外的所有其他纵向光学传感器(132)的方式排列，其中最后纵向光学传感器(144)对光束(138)是不透明的。
16.根据权利要求13所述的检测器(110)，其中至少两个纵向光学传感器的叠堆部分或完全浸在至少一种选自如下组的材料中：液体或固体材料。
17.根据权利要求16所述的检测器(110)，其中至少两个纵向光学传感器的叠堆部分或完全浸在至少一种选自油的材料中。
18.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中至少一个选自所述至少一个横向光学传感器和/或所述至少一个纵向光学传感器的传感器使用至少两种不同的透明基材。
19.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中检测器(110)进一步包含至少一个成像装置(157)。
20.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中检测器(110)进一步包含至少一个光敏元件(161)。
21.根据权利要求20所述的检测器(110)，其中光敏元件(161)包括至少一种选自如下组的元件：色轮(163)、色鼓或使用椭圆偏振滤光器的滤光器转盘。
22.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中评价装置(142)适于通过由至少一个纵向传感器信号确定光束(138)的直径而产生至少一个关于物体(112)纵向位置的信息项。
23.根据权利要求22所述的检测器(110)，其中评价装置(142)适于将光束(138)的直径与光束(138)的已知束性质比较，从而确定至少一个关于物体(112)纵向位置的信息项。
24.根据权利要求1所述的检测器(110)，其中纵向光学传感器(132)进一步以使得在给定的相同总照射功率下，纵向传感器信号独立于照射调制的调制频率的方式设计。
25.一种用于在用户(200)和机器之间交换至少一个信息项的人-机接口(196)，其中人-机接口(196)包含至少一个根据权利要求1所述的检测器(110)，其中人-机接口(196)设计为借助检测器(110)产生用户(200)的至少一个几何学信息项，其中人-机接口(196)设计为给几何信息指定至少一个信息项。
26.一种用于执行一种娱乐功能的娱乐装置(198)，其中娱乐装置(198)包含至少一个根据权利要求25所述的人-机接口(196)，其中娱乐装置(198)设计为能由玩家借助人-机接口(196)输入至少一个信息项，其中娱乐装置(198)设计为根据所述信息改变娱乐功能。
27.一种用于跟踪至少一种可运动物体(112)的位置的跟踪系统(199)，跟踪系统(199)包含至少一个根据权利要求1所述的检测器(110)，跟踪系统(199)进一步包含至少一个跟踪控制器(201)，其中跟踪控制器(201)适于跟踪物体(112)的一系列位置，各位置包含至少一个关于物体(112)在特定时间点的横向位置的信息项和关于物体(112)在特定时间点的纵向位置的信息项。
28.一种用于成像至少一种物体(112)的照相机(111)，照相机(111)包含至少一个根据权利要求1所述的检测器(110)。
29.一种确定至少一种物体(112)的位置的方法，
-其中使用检测器(110)的至少一个横向光学传感器(130)，其中横向光学传感器(130)确定由物体(112)传输至检测器(110)的至少一束光束(138)的横向位置，所述横向位置为在垂直于检测器(110)的光轴(116)的至少一个维度中的位置，其中横向光学传感器(130)产生至少一个横向传感器信号；
-其中使用检测器(110)的至少一个纵向光学传感器(132)，其中纵向光学传感器(132)具有至少一个传感器区域(136)，其中纵向光学传感器(132)以依赖于光束(138)对传感器区域(136)的照射的方式产生至少一个纵向传感器信号，其中在给定的相同总照射功率下，所述纵向传感器信号依赖于光束(138)在传感器区域(136)中的束横截面；
-其中使用至少一个评价装置(142)，其中评价装置(142)通过评价横向传感器信号而产生至少一个关于物体(112)的横向位置的信息项，且其中评价装置(142)进一步通过评价纵向传感器信号而产生至少一个关于物体(112)的纵向位置的信息项；
其中横向光学传感器(130)为具有至少一个第一电极(160)、至少一个第二电极(170)和至少一种光伏材料(164，166，168)的光检测器，其中光伏材料(164，166，168)包埋于第一电极(160)和第二电极(170)之间，其中光伏材料(164，166，168)适于响应于光对光伏材料(164，166，168)的照射而产生电荷，其中第二电极(170)为具有至少两个分电极(176)的分割电极，其中横向光学传感器(130)具有传感器区域(136)，其中至少一个横向传感器信号表示光束(138)在传感器区域(136)中的位置；
其中通过分电极(176)的电流依赖于横向光学传感器(130)的传感器区域(136)中的光束(138)位置，其中横向光学传感器(130)适于根据通过分电极(176)的电流产生横向传感器信号；
其中检测器(110)适于由通过分电极(176)的电流的至少一个比值推导物体(112)的横向位置信息。
30.根据权利要求1所述的检测器(110)的用途，用于选自如下组的应用目的：距离测量；测量位置；跟踪应用。
31.根据权利要求1所述的检测器(110)的用途，用作娱乐应用的目的。
32.根据权利要求1所述的检测器(110)的用途，用作照相机(111)的目的。
33.根据权利要求1所述的检测器(110)的用途，用作人-机接口(196)应用的目的。
34.根据权利要求1所述的检测器(110)的用途，用作地图绘制应用的目的。
35.根据权利要求1所述的检测器(110)的用途，用于选自如下组的自动机器处理的目的：距离测量、位置测量、跟踪应用。
36.根据权利要求1所述的检测器(110)的用途，用于高精度计量中的目的。
37.根据权利要求1所述的检测器(110)的用途，用于生产零件的模拟中的目的。
38.根据权利要求1所述的检测器(110)的用途，用于医疗操作中的目的。
39.根据权利要求30所述的用途，用于交通技术中。
40.根据权利要求32所述的用途，用于安全应用中。
41.根据权利要求34所述的用途，用于产生至少一个空间的地图。
42.根据权利要求36所述的用途，用于分析中。
43.根据权利要求38所述的用途，用于内窥镜方法中。
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