CN105637320A - 光学检测器 - Google Patents
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Abstract
公开了一种光学检测器(110)，光学检测器(110)包含：-至少一个适于以空间分辨的方式调节光束(136)的至少一种性质的空间光调制器(114)，其具有像素(134)的矩阵(132)，其中各像素(134)可控以单独调节通过像素(134)的光束(136)部分的至少一种光学性质；-至少一个适于检测通过空间光调制器(114)的像素(134)的矩阵(132)之后的光束(136)且产生至少一个传感器信号的光学传感器(116)；-至少一个适于以不同调制频率周期性控制至少两个像素(134)的调制器装置(118)；和-至少一个适于实施频率分析以确定用于调制频率的传感器信号的信号分量的评价装置(120)。
Description
发明领域
本发明基于如下在先美国临时专利申请：2013年8月19日的61/867,180、2013年11月20日的61/906,430和2013年12月11的61/914,402，且基于2014年3月6日的德国专利申请102014006279.1。这些在先申请的全部内容在此通过引入并入。
本发明涉及一种尤其是用于确定至少一种物体的位置的光学检测器、一种检测器系统和一种光学检测方法。本发明进一步涉及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、一种娱乐装置、一种跟踪系统、一种照相机以及所述光学检测器的各种用途。本发明的装置、系统、方法和用途尤其可用于例如日常生活的各个领域、游戏、交通技术、生产技术、保密技术、摄影如数码摄影或用于艺术的视频摄影、记录或技术目的、医疗技术或科学中。额外或者替代地，本申请可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，其他应用也是可能的。
现有技术
大量光学检测器、光学传感器和光伏器件是现有技术所已知的。尽管光伏器件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种类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器件，和包含该类光电转换器件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。依赖于相应的应用目的，该类检测器可呈现为各种方式。该类检测器的实例为成像装置如照相机和/或显微镜。高分辨率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样品。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。
US2007/0080925A1公开了一种低功率消耗的显示设备。其中，使用响应于电能以允许显示设备显示信息且响应于入射辐射而产生电能的光活性层。单一显示设备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。
EP1667246A1公开了一种能传感同一空间位置上的超过一个的电磁辐射谱带的传感器。所述元件由各自能传感不同电池辐射谱带的子元件的堆栈组成。所述子元件各自包含非硅半导体，其中各子元件中的非硅半导体对不同电磁辐射谱带敏感和/或经敏化以使其对不同电磁辐射谱带敏感。
WO2012/110924A1(其内容在此通过引用并入)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用来以依赖于传感器区域照射的方式产生至少一个传感器信号。在给定的相同总照射功率下，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横截面。此外，所述检测器具有至少一个评价装置。所述评价装置设计用来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。
2012年12月19日提交的美国临时申请61/739,173、2013年1月8日提交的61/749,964和2013年8月19日提交的61/867,169以及2013年12月18日提交且以WO2014/097181A1公开的国际专利申请PCT/IB2013/061095(所有这些的全部内容在此通过引用并入)公开了一种通过使用至少一个横向光学传感器和至少一个光学传感器确定至少一种物体的位置的方法和检测器。特别地，公开了使用传感器堆栈，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设置的光学传感器。所述光敏层设置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以使得在第一电极带和第二电极带的交点处形成像素矩阵的方式相交。所述光学检测器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切换装置。
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方向的检测器装置，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情形的信标装置，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。所述检测器设备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坐标。所述评价装置进一步适于通过使用信标装置的纵坐标来确定物体在检测器坐标系中的方向。
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射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射的像素数量N而确定所述物体的至少一个纵坐标。
尽管上述装置和检测器，特别是WO2012/110924A1、US61/739,173、US61/749,964、EP13171898.3、EP13171900.7和EP13171901.5中所公开的检测器给出了优点，然而仍存在若干技术挑战。因此，通常需要用于检测物体在空间中的位置、可靠且可以以低成本生产的检测器。特别地，强烈需要具有高分辨率，从而产生关于物体位置的图像和/或信息的检测器，所述检测器可以大量且低成本地实现，且仍提供高分辨率和图像质量。
所要解决的问题
因此，本发明的目的是提供面对上文所述的已知装置和方法的技术挑战的装置和方法。特别地，本发明的目的是提供可可靠地确定物体在空间中的位置，优选以低技术努力和就技术资源和成本而言的低要求确定物体在空间中的位置的装置和方法。
发明概述
该问题通过一种光学检测器、一种检测器系统、一种光学检测方法、一种人-机接口、一种娱乐装置、一种跟踪系统、一种照相机和所述光学检测器的各种用途解决，其具有独立权利要求的特征。可以以独立方式或者任意组合的方式实现的优选实施方案列在从属权利要求中。
下文所用的术语“具有”、“包含”或“包括”或其任意语法变体以非排他的方式使用。因此，这些术语可指代其中除这些术语所引入的特征之外，在该上下文中所述的实体中不存在其他特征的情况，以及其中存在一个或多个其他特征的情况。作为实例，措辞“A具有B”、“A包含B”和“A包括B”可指代其中除B之外，A中不存在其他要素的情况(即，其中A唯一且仅由B组成的情况)，以及其中除B之外，实体A中存在一个或多个其他要素，例如要素C、要素C和D或者甚至其他要素的情况二者。
此外，下文所用的术语“优选”、“更优选”、“特别地”、“更特别地”、“尤其”、“更尤其地”或类似术语与任选特征联用，而非限制替代的可能性。因此，由这些术语引入的特征是任选特征，且并非是意图以任何方式限制权利要求的范围。正如本领域技术人员将认识到的那样，本发明可通过使用替代特征实施。类似地，由“在本发明的实施方案中”或者类似措辞引入的特征旨在为任选特征，而决非限制本发明的替代实施方案、绝非限制本发明的范围且绝非限制以此方式引入的特征与本发明的其他任选或非任选特征组合的可能性。
在本发明的第一方面中，公开了一种光学检测器。所述光学检测器包含：
-至少一个适于以空间分辨的方式调节至少一种光束性质的空间光调制器，其具有像素矩阵，各像素可控以单独调节一部分通过该像素的光束的至少一种光学性质；
-至少一个适于检测通过空间光调制器的像素矩阵之后的光束且产生至少一个传感器信号的光学传感器；
-至少一个适于以不同调制频率周期性控制至少两个像素的调制器装置；
-至少一个适于实施频率分析以确定用于调制频率的传感器信号的信号分量的评价装置。
本文所用的“光学检测器”(或者在下文中简称为“检测器”)通常是指能响应于一个或多个光源的照射和/或响应于检测器周围的光学性质而产生至少一个检测器信号和/或至少一个图像的装置。因此，所述检测器可为适于实施至少一种光学测量和成像方法的任意装置。
特别地，正如下文进一步详细描述的那样，所述光学检测器可为用于确定至少一种物体的位置的检测器。本文所用的术语“位置”通常是指至少一个关于物体和/或物体的至少一部分在空间中的场所和/或方向的信息项。因此，所述至少一个信息项可意指物体的至少一个点与所述至少一个检测器之间的至少一个距离。正如下文进一步详细描述的那样，所述距离可为纵坐标或者可有助于确定物体的点的纵坐标。额外或者替代地，可确定一个或多个关于物体和/或物体的至少一部分的场所和/或方向的其他信息项。作为实例，可确定物体和/或物体的至少一部分的至少一个横坐标。因此，物体的位置可意指物体和/或物体的至少一部分的至少一个纵坐标。额外或者替代地，物体的位置可意指物体和/或物体的至少一部分的至少一个横坐标。额外或者替代地，物体的位置可意指指示物体在空间中的方向的物体的至少一个方向信息。
本文所用的“光束”通常是指或多或少沿相同方向传输的光的量。因此，光束优选可指代本领域技术人员已知的高斯光束。然而，其他光束如非高斯光束是可能的。正如下文进一步详细描述的那样，光束可由物体发出和/或反射。此外，光束可由至少一个信标装置反射和/或发出，所述信标装置可优选为连接或集成至物体中的一种或多种。
本文进一步使用的“空间光调制器”还指代SLM，其通常为适于以空间分辨的方式，尤其是在至少一个垂直于光束传播方向的方向上调节光束的至少一种性质，尤其是至少一种光学性质的装置。因此，作为实例，空间光调制器可适于以受控方式调节垂直于光束局部传播方向的平面内的至少一种光学性质。因此，空间光调制器可为能对光束，优选在至少一个垂直于光束传播方向的方向上产生某种形式的空间变化调制的任意装置。所述至少一种性质的空间变化可以以受控方式调节，从而使得在垂直于传播方向的平面内的各可控场所处，空间光调制器可呈至少两个可以以不同方式调节光束的相应性质的状态。
空间光调制器是本领域，例如全息照相术领域中和/或投影仪装置领域中所公知的。本领域公知的空间光调制器的简单实例为液晶空间调制器。透射型和反射型液晶空间光调制器是已知的且可用于本发明中。此外，已知基于可单独控制的微镜面积的微机械空间光调制器。因此，可使用基于技术的反射型空间光调制器(由TexasInstruments获得)，其具有单色或多色或者甚至全色微镜。可在本发明中用作空间光调制器的微镜阵列由V.Viereck等，PhotonikInternational2(2009)，48-49和/或US7,677,742B2(Hillmer等)公开。此处显示了能在相对于光轴平行和垂直的位置之间切换微镜的微镜阵列。这些微镜阵列通常可用作透明空间光调制器，其类似于液晶技术上的透明空间光调制器空间。然而，该类空间光调制器的透明度通常高于常规液晶空间光调制器的透明度。此外，空间光调制器可基于其他光学效应，例如声光效应和/或电光效应如所谓的Pockels效应和/或所谓的Kerr效应。此外，可提供一个或多个基于使用干涉式调制或IMOD技术的空间光调制器。该技术基于各像素内可切换的干涉效应。作为实例，后者可由以商品名“MirasolTM”获得。
此外，额外或者替代地，本文所用的所述至少一个空间光调制器可为或者可包含至少一个可调节的光学元件阵列，例如一个或多个可调焦透镜的阵列、自适应液晶微透镜的面积、透明微棱镜的阵列。可使用所述可调节光学元件阵列的任何组合。作为实例，所述阵列的光学元件的调节可以以电和/或光学方式进行。作为实例，可调节光学元件的一个或多个阵列可置于第一图像平面内，例如置于其他空间光调制器如DLP、LCD、LCOS或其他SLM中。可调制光学元件如微透镜的焦点和/或光学元件如微棱镜的反射。此时，该调制可通过实施频率分析，例如解调借助所述至少一个光学传感器监测且通过所述至少一个评价装置评价。
可调节光学元件如可调焦透镜提供了能校正不同距离处的物体具有不同焦点这一事实的额外优点。作为实例，可调焦透镜阵列公开在US2014/0132724A1中。其中所公开的可调焦透镜阵列还可用于本发明光学检测器的SLM中。然而，其他实施方案是可行的。此外，液晶微透镜阵列的潜在实例参见C.U.Murade等，OpticsExpress，第20卷第16期，18180-18187(2012)。此外，其他实施方案是可行的。此外，微棱镜阵列的潜在实例，例如阵列化的电润湿性微棱镜可参见J.Heikenfeld等，Optics&PhotonicsNews，2009年1月，20-26。再次，可使用微棱镜的其他实施方案。
因此，作为实例，可使用一个或多个选自如下组的空间光调制器：空间光调制器或反射型空间光调制器。此外，作为实例，可使用一个或多个选自如下组的空间光调制器：基于液晶技术的空间光调制器，例如一个或多个液晶空间光调制器；基于微机械系统的空间光调制器，例如基于微镜系统，尤其是微镜阵列的空间光调制器；基于干涉式调制的空间光调制器；基于声光效应的空间光调制器；基于电光效应，尤其是基于Pockels效应和/或Kerr效应的空间光调制器；包含至少一个可调节光学元件阵列，例如一个或多个可调焦透镜阵列、自适应液晶微透镜面积、透明微棱镜阵列的空间光调制器。本领域已知的典型空间光调制器适于调制光束强度的空间分布，例如在垂直于光束传播方向的平面中。然而，正如下文将进一步详细描述的那样，额外或者替代地，可调节光束的其他光学性质，例如光束的相位和/或光束的颜色。下文将更详细地解释其他潜在的空间光调制器。
一般而言，空间光调制器可为计算机可控的，从而使得可通过计算机调节光束的至少一种性质的状态变化。空间光调制器可为可电寻址的空间光调制器、可光寻址的空间光调制器或者任何其他类型的空间光调制器。
如上文所述，空间光调制器包含像素矩阵，其中各像素可控，从而单独调节一部分通过该像素的光束的至少一种光学性质，即由于通过像素而与像素相互作用、被像素反射或者其他相互作用方式。因此，本文所用的“像素”通常是指适于调节一部分通过像素的光束的至少一种光学性质的单一空间光调制器元件。因此，像素可为适于调节一部分通过像素的光束的至少一种光学性质的空间光调制器的最小单元。作为实例，各像素可为液晶单元和/或微镜。各像素可单独控制。
本文所用的术语“控制”通常是指如下事实：像素调节至少一种光学性质的方式可调，从而具有至少两种不同的状态。该调节可通过任意形式的控制，优选通过电调节进行。因此，优选各像素可单独地电寻址，从而调节相应像素的状态，例如通过对该像素施加特定的电压和/或特定的电流。
本文进一步所用的术语“单独”通常是指如下事实：矩阵的一个像素可至少基本上独立于其他像素寻址地寻址，从而使得该像素的状态以及因此相应像素影响相应光束部分的方式可独立于一个或多个或者甚至所有其他像素的实际状态而调节。
本文进一步所用的术语“调节光束的至少一种性质”通常是指如下事实：像素能在某种程度上调节一部分通过该像素的光束的至少一种光束性质。优选地，性质的调节程度可调，从而具有至少两个不同的值，包括所述至少两个不同的值暗含着该光束部分未发生变化地通过这一可能性。至少一种光束性质的调节可以以任何可行的方式通过像素与光束的任何可行的相互作用进行，包括吸收、透射、反射、相位变化或其他类型的光学相互作用中的一种或多种。因此，作为实例，各像素可呈至少两种不同的状态，其中像素的实际状态可以以受控方式调节，其中各像素的所述至少两种状态就相应像素与通过相应像素的光束部分的相互作用而言不同，例如就吸收、透射、反射、相位变化或像素与光束部分的其他类型相互作用中的一种或多种而言不同。
因此，“像素”通常可指代适于以受控方式调节一部分光束的至少一种性质的空间光调制器的最小均一单元。作为实例，各像素可具有1-5000000μm2，优选100-4000000μm2，优选1000-1000000μm2，更优选2500-50000μm2的与光束相互作用的面积，也称为像素面积。
措辞“矩阵”通常是指多个像素在空间中的排列，其可为线型排列或面型排列。因此，一般而言，矩阵可优选选自一维矩阵和二维矩阵。矩阵的像素可排列以形成规整图案，其可为矩形图案、多边形图案、六边形图案、圆形图案或其他类型图案中的至少一种。因此，作为实例，矩阵的像素可在笛卡尔坐标系和/或极坐标系的各维度中独立地等距离排列。作为实例，矩阵可包含100-100000000个像素，优选1000-1000000个像素，更优选10000-500000个像素。最优选地，矩阵为矩形矩阵，其具有排列成行和列的像素。
正如下文将进一步详细描述的那样，矩阵的像素可相同或可变化。因此，作为实例，矩阵的所有像素可具有相同的光谱性质和/或可具有相同的状态。作为实例，各像素可具有开状态和关状态，其中在开状态下，光可通过像素或者可被像素沿通过方向或光学传感器的方向反射；且其中在关状态下，光被像素阻挡或者衰减或者反射至阻挡方向，例如反射至背离光学传感器的束流收集器(beamdump)。此外，像素可具有不同的性质，例如不同的状态。作为下文将进一步详细描述的实例，像素可为着色的像素，包括不同的光谱性质，例如就光的透射波长和/或反射波长而言不同的滤波性质。因此，作为实例，矩阵可为具有红、绿和蓝色像素或者具有不同颜色的其他类型像素的矩阵。作为实例，SLM可为全色SLM，例如全色液晶装置和/或具有光谱性质不同的镜子的微镜装置。
本文进一步使用的术语“光学传感器”通常是指用于检测光束和/或其一部分，例如检测光束照射和/或产生的光斑的光敏装置。正如下文进一步详细描述的那样，光学传感器连同评价装置可适于确定物体和/或物体的至少一部分，例如至少一束光束从其朝检测器传输的物体的至少一部分的至少一个纵坐标。
所述光学检测器可包含一个或多个光学传感器。在包含多个光学传感器的情况下，所述光学传感器可相同或者可不同，从而使得可包含至少两种不同类型的光学传感器。正如下文进一步详细描述的那样，所述至少一个光学传感器可包含无机光学传感器和有机光学传感器中的至少一种。本文所用的有机光学传感器通常是指其中含有至少一种有机材料，优选至少一种有机光敏材料的光学传感器。此外，可使用包含无机和有机材料二者的混杂光学传感器。
所述至少一个光学传感器尤其可为或者可包含至少一个纵向光学传感器和/或至少一个横向光学传感器。作为实例，术语“纵向光学传感器”和“横向光学传感器”的潜在定义以及这些传感器的潜在实施方案可参考WO2014/097181A1中所示的至少一个纵向光学传感器和/或至少一个横向光学传感器。其他设置是可行的。
所述至少一个光学传感器适于检测通过空间光调制器的像素矩阵后的光束，即被空间光调制器透射和/或被空间光调制器反射后的光束。本文所用的术语“检测”通常是指如下事实：所述光学传感器适于依赖于沿光学传感器方向的光束的至少一种性质，优选依赖于光束强度而产生至少一个传感器信号。然而，正如下文将进一步详细描述的那样，传感器信号可额外或者替代地依赖于光束的其他性质，例如光束的宽度。传感器信号可优选为电信号，例如电流和/或电压。传感器信号可为连续或非连续信号。此外，传感器信号可为模拟信号或数字信号。此外，光学传感器自身和/或连同其他光学检测器组件可适于处理或者预处理检测器信号，例如通过滤波和/或平均化，从而提供经处理的检测器信号。因此，作为实例，可使用通带滤波器以仅透射特定频率范围的检测器信号。其他类型的预处理是可行的。在下文中，当指代检测器信号时，不区分其中使用原始检测器信号的情况和其中使用经预处理的检测器信号来进一步评价的情况。
本发明所用的“调制器装置”通常是指适于控制两个或更多个或者甚至全部矩阵像素以调节相应像素，从而使得各像素具有至少两种不同状态之一的装置，其中各状态具有像素与通过相应像素的光束部分的特定类型的相互作用。因此，作为实例，所述调制器装置可适于对由该调制器装置控制的各像素选择性地施加两种不同类型的电压和/或至少两种不同类型的电流。
所述至少一个调制器装置适于以不同调制频率周期性控制矩阵的至少两个像素，优选更多像素或者甚至全部像素。本文所用的术语“调制频率”通常是指控制像素的调制频率f和调制相位之一或二者。因此，频率和/或相位之一或二者的周期性控制或调节可用来编码和/或解码光学信息，这将下文将进一步详细讨论。
本文所用的术语“周期性控制”通常是指如下事实：所述调制器装置适于在相应像素的至少两种不同状态之间周期性切换，其中相应像素的所述至少两种不同状态就其与通过该像素的光束的相互作用方式而言不同，因此就其通过该像素的光束部分的调节程度或方式而言不同。调制频率通常选自在相应像素的至少两种状态之间周期性切换的频率和/或相位。切换通常可为逐步切换或者数字切换或者可为连续切换，其中相应像素的状态在第一状态和第二状态之间连续变化。作为最常见的实例，像素可在相应调制频率，即在特定的频率f和/或特定的相应下周期性地开启或闭合。
本文进一步所用的术语“评价装置”通常是指适于实施所述操作的任意装置。评价装置可包含一个或多个子装置，例如一个或多个测量装置，频率分析仪，优选相敏频率分析仪，傅立叶分析仪和解调装置。因此，作为实例，评价装置可包含至少一个适于将特定调制频率与检测器信号混合的混频装置。以此方式获得的混合信号可通过使用低通滤波器而过滤，从而获得解调信号。通过使用频率组，可由评价装置产生用于各种频率的解调信号，由此提供频率分析。频率分析可为在频率或相位范围内的全频率分析，或者可为一个、两个或更多个预定或可调频率和/或相位的选择性频率分析仪。
本文所用的术语“频率分析”通常是指如下事实：评价装置适于以频率选择的方式评价检测器信号，因此在至少两个不同的频率和/或相位下(即，根据其频率f和/或根据其相位)分离传感器信号的信号分量。因此，信号分量可根据其频率f和/或相位分离，后者即使在这些信号分量可具有相同频率f的情况下也可实施。因此，频率分析通常可适于根据一个或多个频率和相位分离信号分量。因此，对各调制频率而言，可通过频率分析确定一个或多个信号分量。因此，频率分析通常可以以相敏方式或非相敏方式进行。
频率分析可在一个、两个或更多个不同的频率下进行，因此在这些一个、两个或更多个不同的频率下获得传感器信号的信号分量。所述两个或更多个不同的频率可为离散频率或者可为连续频率范围，例如频率间隔中的连续频率范围。频率分析仪通常是高频电子学领域所已知的。
优选地，评价装置适于实施调制频率的频率分析。因此，优选地，评价装置至少适于确定用于调制器装置所用的不同调制频率的传感器信号的频率分量。事实上，调制器装置可甚至完全或部分为评价装置的一部分，或者反之亦然。因此，作为实例，可提供一个或多个信号发生器，其提供调制器装置所用的调制频率和用于频率分析的频率二者。作为实例，所产生的至少一个信号可用于提供调制频率集以周期性控制所述至少两个像素，优选更多个或者甚至全部像素，以及用于提供同一个调制频率集以用于频率分析。因此，可为相应的像素提供调制频率集的各调制频率。此外，可为评价装置的解调装置提供调制频率集的各调制频率，从而用相应的调制频率解调传感器信号，由此获得相应调制频率的信号分量。因此，评价装置可产生信号分量集，其中该信号分量集的各信号分量对应于调制频率集的相应调制频率，且因此对应于矩阵的相应像素。因此，优选地，评价装置可适于在各信号分量和空间光调制器的像素矩阵的像素之间建立明确的相关性。换言之，评价装置可适于将所述至少一个光学传感器提供的传感器信号分离成由通过相应像素的光部分产生的信号分量和/或将信号分量指定给矩阵的特定像素。
在提供多个光学传感器的情况下，评价装置可适于对各光学传感器单独或一起实施上述频率分析，或者可适于对仅一个或多个光学传感器实施上述频率分析。
正如下文将进一步详细描述的那样，评价装置可包含至少一个数据处理装置，例如至少一个微控制器或处理器。因此，作为实例，所述至少一个评价装置可包含至少一个数据处理装置，其具有储存在其上且包含大量计算机命令的软件代码。额外或者替代地，评价装置可包含一个或多个电子组件，例如一个或多个混频装置和/或一个或多个滤波器，例如一个或多个带通滤波器和/或一个或多个低通滤波器。因此，作为实例，评价装置可包含至少一个傅立叶分析仪和/或至少一个锁相放大器，或者优选一组锁相放大器以实施频率分析。因此，作为实例，在提供调制频率集的情况下，评价装置可包含用于调制频率集的各调制频率的单独锁相放大器，或者可包含一个或多个适于对两个或更多个调制频率实施频率分析(例如顺序或同时)的锁相放大器。该类锁相放大器通常是本领域所已知的。
评价装置可与至少一个其他数据处理装置相连或可包含至少一个其他数据处理装置，所述数据处理装置可用于信息(例如由光学传感器和/或评价装置获得的信息)的显示、可视化、分析、分配、通信或进一步处理中的一种或多种。作为实例，数据处理装置可与至少一个如下装置相连或者包含它们：显示器、投影仪、监视器、LCD、TFT、LED图案，或其他可视化设备。其可进一步与至少一个如下装置相连或者包含它们：通信装置或通信接口、连接器或端口，其能使用电子邮件、文本消息、电话、蓝牙、Wi-Fi、红外或因特网接口、端口或连接中的一种或多种传送加密或未加密信息。作为实例，数据处理装置可使用协议族或簇的通信协议以与评价装置或其他装置交换信息，其中通信协议尤其可为如下中的一种或多种：TCP、IP、UDP、FTP、HTTP、IMAP、POP3、ICMP、IIOP、RMI、DCOM、SOAP、DDE、NNTP、PPP、TLS、E6、NTP、SSL、SFTP、HTTPs、Telnet、SMTP、RTPS、ACL、SCO、L2CAP、RIP或其他协议。协议组或簇尤其可为如下中的一种或多种：TCP/IP、IPX/SPX、X.25、AX.25、OSI、AppleTalk或其他协议组或簇。数据处理装置可进一步与至少一个如下装置相连或者包含它们：处理器、图形处理器、CPU、开放式多媒体应用平台(OMAPTM)、集成电路、芯片上的系统如获自AppleA系列或SamsungS3C2系列的产品、微控制器或微处理器、一个或多个存储块如ROM、RAM、EEPROM或闪存，定时源如振荡器或锁相环、计数器-计时器、实时计时器或通电复位发生器、电压调节器、电源管理电路或DMA控制器。各单元可进一步通过总线如AMBA总线连接。
评价装置和/或数据处理装置可通过其他外部接口或端口连接或者可具有其他外部接口或端口，例如一个或多个串行或并行接口或端口、USB、并行端口、FireWire、HDMI、以太网、蓝牙、RFID、Wi-Fi、USART或SPI，或模拟接口或端口如一个或多个ADC或DAC，或标准化接口或端口，从而与其他装置连接，例如使用RGB接口，例如照相机连接线与2D照相机装置连接。评价装置和/或数据处理装置可进一步通过一个或多个处理器间接口或端口、FPGA-FPGA接口，或串行或并行接口或端口连接。评价装置和数据处理装置可进一步与一个或多个光盘驱动器、CD-RW驱动器、DVD+RW驱动器、闪存驱动器、存储卡、磁盘驱动器、硬盘驱动器、固态盘或固态硬盘连接。
评价装置和/或数据处理装置可通过一个或多个其他外部连接器连接或者可具有一个或多个外部连接器，例如一个或多个电话连接器、RCA连接器、VGA连接器、公母连接器、USB连接器、HDMI连接器、8P8C连接器、BCN连接器、IEC60320C14连接器、光纤连接器、D-超小型连接器、RF连接器、共轴连接器、SCART连接器、XLR连接器，和/或可包含至少一个适用于一个或多个这些连接器的套接头。
包含一个或多个本发明光学检测器、评价装置或数据处理装置，例如包含一个或多个光学传感器、光学系统、评价装置、通信装置、数据处理装置、接口、芯片上的系统、显示装置或其他电子装置的单一装置的可能实施方案为：移动电话、个人计算机、平板PC、电视机、游戏控制台或其他娱乐装置。在另一实施方案中，可将下文将进一步详细描述的3D照相机功能集成到具有常规2D数码照相机的装置中，而不导致该装置的外壳或外观发生显著差异，其中对用户而言，显著差异可能仅为获取或处理3D信息的功能。
特别地，包含光学检测器和/或其一部分如评价装置和/或数据处理装置的实施方案可为：包含显示装置、数据处理装置、光学传感器、任选的传感器光学器件和评价装置以实现3D照相机功能的移动电话。本发明的光学检测器可尤其适于集成至娱乐装置和/或通信装置如移动电话中。
本发明的另一实施方案可为将光学检测器或其一部分如评价装置和/或数据处理装置引入用于汽车、用于自动驾驶或用于小汽车安全系统如戴姆勒智能驾驶系统中的装置中，其中作为实例，包含一个或多个光学传感器、任选的一个或多个光学系统、评价装置、任选的通信装置、任选的数据处理装置、任选的一个或多个接口、任选的芯片上的系统、任选的一个或多个显示装置或任选的其他电子装置的装置可为车辆、小汽车、卡车、火车、自行车、飞机、船舶、摩托车的一部分。在汽车应用中，将所述装置在汽车设计中的集成可能必须将光学传感器、任选的光学器件或装置以从外部或内部的最低可见性集成。光学检测器或其一部分如评价装置和/或数据处理装置可尤其适于在汽车设计中的该类集成。
本发明基本上可使用频率分析来为空间光调制器的特定像素指定频率分量。一般而言，具有高分辨率和/或高质量的尖端显示技术和合适的尖端空间光调制器以低成本广泛获得，而光学传感器的空间分辨率通常具有技术挑战性。因此，在不使用像素化的光学传感器下，本发明提供了如下优点：可使用大面积光学传感器或者具有低分辨率的光学传感器，结合像素化的空间光调制器，连同经由频率分析为相应的像素化空间光调制器的相应像素指定传感器信号的信号分量。因此，可使用低成本的光学传感器，或者可使用在非分辨率的其他参数如透明性、低噪音和高信号质量或颜色方面可优化的光学传感器。空间分辨率以及由此带来的技术挑战可由光学传感器转移给空间光调制器。
所述至少一个空间光调制器可进一步适于和/或控制，从而提供一个或多个光图案。因此，所述至少一个空间光调制器可以以一个或多个光图案被反射和/或透射以朝向该至少一个光学传感器，例如朝向所述至少一个纵向光学传感器的方式控制。所述至少一个光图案通常可为或者可包含至少一个一般光图案和/或可为或者可包含至少一个依赖于由光学检测器捕捉的空间或场景和/或可依赖于由光学检测器捕捉的场景的特定分析的光图案。一般图案的实例为：基于条纹的图案(参见例如T.Peng：“Algorithmsandmodelsfor3-Dshapemeasurementusingdigitalfringeprojections”，学位论文，UniversityofMaryland(CollegePark，Md.)，2007年1月16日—由http://drum.lib.umd.edu//handle/1903/6654在线获得)和/或基于格雷码的图案(参见例如http://en.wikipedia.org/wiki/Gray_code)。这些类型的图案通常用于基于3D识别或条纹投影的结构化光照射(参见例如http://en.wikipedia.org/wiki/Structured-light_3D_scanner)。
空间光调制器和光学传感器可空间隔离，例如通过将这些组件作为光学检测器的独立组件建立。作为实例，沿光学检测器的光轴，空间光调制器可与所述至少一个光学传感器隔开至少0.5mm，优选至少1mm，更优选至少2mm。然而，其他实施方案是可行的，例如通过完全或部分将空间光调制器集成至光学传感器中。
各实施方案可进一步开发根据本发明的该基本原理的光学检测器，其可隔离或者以任何可行的组合使用。
因此，如上文所述，评价装置可进一步适于根据其调制频率将各信号分量指定给相应的像素。进一步的细节可参考上文所给的实施方案。因此，作为实例，可使用调制频率集，其中各调制频率被指定给矩阵的特定像素，其中评价装置可适于至少对调制频率集的调制频率实施传感器信号的频率分析，由此至少对这些调制频率推导信号分量。如上文所述，可对调制器装置和频率分析二者使用相同的信号发生器。优选地，调制器装置适于使得各像素以独特的调制频率控制。因此，通过使用独特的调制频率，可建立调制频率与相应像素之间的非常确定关系，从而使得可经由调制频率将各信号分量指定给相应的像素。此外，其他实施方案是可行的，例如通过将光学传感器和/或空间光调制器细分成两个或更多个区域。其中，空间光调制器连同光学传感器和/或其部分的各区域可适于实施上述指定。因此，作为实例，可为空间光调制器的第一区域和空间光调制器的至少一个第二区域提供调制频率集。由第一区域产生的传感器信号与由第二区域产生的传感器信号之间的传感器信号的信号分量模糊性可通过其他方式解析，例如通过使用其他调制。
因此，一般而言，调制器装置可适于各自以正好一个调制频率或者各自以两个或更多个调制频率控制矩阵的至少两个像素，优选多个像素或者甚至所有像素。因此，单一像素可用一个调制频率、两个调制频率或者甚至更多个调制频率调制。这些类型的多频率调制通常是高频电子学领域所已知的。
如上文所述，调制器装置可适于以不同调制频率周期性地调制至少两个像素。更优选地，如上文所述，调制器装置可提供或者可使用调制频率集，其中调制频率集的各调制频率被指定给特定的像素。作为实例，调制频率集可包含至少2个调制频率，更优选至少5个调制频率，最优选至少10个调制频率、至少50个调制频率、至少100个调制频率、至少500个调制频率或者至少100个调制频率。其他实施方案是可行的。
如上文进一步描述的那样，评价装置优选可适于通过以不同调制频率解调传感器信号而实施频率分析。为此，评价装置可包含一个或多个解调装置如一个或多个混频装置，一个或多个频域滤波器如一个或多个低通滤波器或一个或多个锁相放大器和/或傅立叶分析仪。评价装置优选可适于在预定和/或可调的频率范围内实施离散或连续傅立叶分析。
如上文所述，评价装置优选可适于使用同样为调制器装置所用的相同调制频率集，从而使得由调制器装置实施的空间光调制器调制和由评价装置实施的传感器信号解调优选使用相同的调制频率集进行。
其他优选的实施方案涉及以空间分辨的方式由空间光调制器调节的光束的至少一种性质，优选至少一种光学性质。因此，优选地，由空间光调制器以空间分辨的方式调节的光束的所述至少一种性质选自如下组：光束部分的强度；光束部分的相位；光束部分的光谱性质，优选颜色；光束部分的极化；光束部分的传播方向。作为实例，如上文所述，对各像素而言，空间光调制器可适于开启或关闭通过相应像素的光部分，即适于在其中光部分可朝光学传感器前进的第一状态和其中防止光部分朝光学传感器前进的第二状态之间切换。再次，其他选项是可行的，例如在具有第一像素透射率的第一状态和具有不同于第一透射率的第二像素透射率的第二状态之间调节强度。其他选项是可行的。
所述至少一个空间光调制器优选可包含至少一个选自如下组的空间光调制器：基于液晶技术的空间光调制器，例如一个或多个液晶空间光调制器；基于微机械系统的空间光调制器，例如基于微镜系统，尤其是微镜阵列的空间光调制器；基于干涉式调制的空间光调制器；基于声光效应的空间光调制器；基于电光效应，尤其是基于Pockels效应和/或Kerr效应的空间光调制器；透射型空间光调制器，其中光束通过像素矩阵且其中像素适于以单独可控的方式调节通过相应像素的各光束部分的光学性质；反射型空间光调制器，其中像素具有单独可控的反射性质且适于单独改变被相应像素反射的各光束部分的传播方向；透射型空间光调制器，其中像素具有单独可控的反射性质且适于通过控制指定给相应像素的微镜的位置而单独改变各像素的透射；基于干涉式调制的空间光调制器，其中光束通过像素矩阵且其中像素适于通过调节像素的干涉效应而对通过相应像素的各光束部分调节光学性质；电致变色空间光调制器，其中像素具有通过施加至相应像素上的电压而单独可控的可控光谱性质；声光空间光调制器，其中像素的双折射可通过声波控制；电光空间光调制器，其中像素的双折射可通过电场控制，优选基于Pockels效应和/或Kerr效应的空间光调制器；包含至少一个可调节光学元件阵列，例如一个或多个可调焦透镜阵列、自适应液晶微透镜面积、透明微棱镜阵列的空间光调制器。这些类型的空间光调制器通常是本领域技术人员所已知的，且至少部分可商购获得。因此，作为实例，所述至少一个空间光调制器可包含至少一个选自如下组的空间光调制器：液晶装置，优选有源矩阵液晶装置，其中像素为单独可控的液晶装置的单元；微镜装置，其中像素为就其反射表面的方向而言单独可控的微镜装置的微镜；电致变色装置，其中像素为具有通过施加相应单元上的电压而单独可控的光谱性质的电致变色装置的单元；声光装置，其中像素为具有通过施加至单元的声波而单独可控的双折射的声光装置的单元；电光装置，其中像素为具有通过施加至单元的电场而单独可控的双折射的电光装置的单元。两种或更多种所述技术的组合是可行的。微镜装置通常可商购获得，例如实施所谓的技术的微镜装置。
如上文所述，像素调节所述至少一种光束性质的能力在像素矩阵上可能是均匀的。或者，像素调节所述至少一种性质的能力可能在像素之间不同，例如像素矩阵的至少一个第一像素具有调节所述性质的第一能力，且像素矩阵的至少第一个第二像素具有调节所述性质的第二能力。此外，可通过像素调节光束的超过一种性质。再次，像素可能调节光束的相同性质或者光束的不同类型的性质。因此，作为实例，至少一个第一像素可适于调节光束的第一性质，且至少一个第二像素可适于调节不同于第一光束性质的第二光束性质。此外，像素调节通过相应像素的光束部分的所述至少一种光学性质的能力可依赖于光束的光谱性质，尤其是光束的颜色。因此，作为实例，像素调节光束的至少一种性质的能力可依赖于光束的波长和/或光束的颜色，其中术语“颜色”通常是指光束强度的光谱分布。再次，像素可具有均一的性质或不同的性质。因此，作为实例，至少一个第一像素或至少一个第一组像素可具有在蓝色光谱范围内具有高透射率的滤光性质，第二组像素可具有在红色光谱范围内具有高透射率的滤光性质，且第三组像素可具有在绿色光谱范围内具有高透射率的滤光性质。一般而言，可存在至少两组对光束具有不同透射范围的滤光性质的像素，其中各组中的像素可额外在至少一个低透射状态和至少一个高透射状态之间切换。其他实施方案是可行的。
如上文所述，空间光调制器可为透明空间光调制器或者不透明空间光调制器或非透明空间光调制器。在后一情况下，优选空间光调制器为反射型空间光调制器，例如具有多个微镜的微镜装置，其中各微镜形成微镜装置的像素，其中各微镜可独立地在至少两种方向之间切换。因此，作为实例，各微镜的第一方向可为其中通过微镜(即，照射在微镜上)的光束部分被导向光学传感器的方向，且第二方向可为其中通过微镜(即，照射在微镜上)的光束部分被导向另一方向且不到达光学传感器(例如被导至束流收集器中)的方向。
额外或者替代地，空间光调制器可为透射型空间光调制器，优选其中像素的透射率可切换，优选可单独切换的透射型空间光调制器。因此，作为实例，空间光调制器可包含至少一个透明液晶装置，例如广泛用于投影目的的液晶装置，例如用于放映目的的beamer。液晶装置可为具有相同光谱性质的像素的单色液晶装置，或者可为具有不同光谱性质的像素，例如红色、绿色和蓝色像素的多色或者甚至全色液晶装置。
如上文所述，评价装置优选适于为矩阵的像素指定各信号分量。评价装置可进一步适于通过评价信号分量而确定哪些矩阵像素被光束照射。因此，由于各信号分量可经由独特的相关性而对应于特定的像素，光谱分量的评价可导致像素照射的评价。作为实例，评价装置可适于将信号分量与至少一个阈值比较，从而确定照射的像素。所述至少一个阈值可为固定阈值或者预定阈值，或者可为可变或可调阈值。作为实例，可选择高于信号分量的典型噪音的预定阈值，且在相应像素的信号分量超过该阈值的情况下，可确定像素的照射。所述至少一个阈值可为对所有信号分量都是均匀的阈值，或者可为对各信号分量是单独的阈值。因此，在不同信号分量倾向于显示出不同程度的噪音的情况下，可选择单独的阈值以考虑这些单独的噪音。
评价装置可进一步适于通过识别被光束照射的矩阵像素的横向位置而识别光束的横向位置和/或光束的方向中的至少一种，例如相对于检测器光轴的方向。因此，作为实例，像素矩阵上的光束中心可通过评价信号分量以识别具有至少一个最高照度的像素而识别。所述至少一个具有最高照度的像素可位于矩阵的特定位置处，该位置然后可再次作为光束的横向位置识别。就此而言，通常可参考欧洲专利申请号EP13171901.5中所公开的确定光束横向位置的原理，然而其他选项是可行的。
一般而言，正如下文所用的那样，可定义数个检测器方向。因此，可在坐标系中定义物体的位置和/或方向，所述坐标系可优选为检测器的坐标系。因此，检测器可构成坐标系，其中检测器的光轴形成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。作为实例，检测器和/或检测器的一部分可位于该坐标系中的特定点处，例如位于该坐标系的原点处。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坐标可视为横坐标。
或者，可使用其他类型的坐标系。因此，作为实例，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/或极角可视为横坐标。
像素矩阵上的光束中心(其可为像素矩阵上的光束的中心斑点或中心面)可以以各种方式使用。因此，可确定光束中心的至少一个横坐标，在下文中，这也称为光束中心的xy坐标。
此外，光束中心的位置可允许获得关于光束由其朝检测器传播的物体的横向位置和/或相对方向的信息。因此，被光束照射的矩阵像素的横向位置通过确定一个或多个具有最高光束照度的像素而确定。为此，可使用检测器的已知成像性质。作为实例，由物体朝检测器传播的光束可直接照射在特定面积上，且由该面积的位置或者尤其是由光束中心的位置可推导出物体的横向位置和/或方向。任选地，检测器可包含至少一个传输(transfer)装置，例如至少一个具有光学性质的透镜或透镜系统。由于传输装置的光学性质通常是已知的(例如通过使用已知的成像方程和/或由光线光学或矩阵光学已知的几何关系)，在使用一个或多个传输装置的情况下，像素矩阵上的光束中心位置也可用于推导关于物体横向位置的信息。因此，评价装置通常可适于通过评价光束的横向位置和光束的方向中的至少一种而识别光束由其传播朝检测器传播的物体的一个或多个横向位置以及光束由其朝检测器传播的物体的相对方向。就此而言，作为实例，也可参考欧洲专利申请号EP13171901.5、美国临时专利申请号61/739,173或美国临时专利申请号61/749,964中一篇或多篇中所公开的一个或多个横向光学传感器。
评价装置可进一步适于通过进一步评价光谱分析的结果，尤其是通过评价信号分量而推导关于光束和/或关于光束由其朝检测器传播的物体的位置的一个或多个其他信息项。因此，作为实例，评价装置可适于推导一个或多个选自如下组的信息项：光束由其朝检测器传播的物体的位置；光束在空间光调制器的像素矩阵上的横向位置；光束在空间光调制器的像素矩阵位置处的宽度；光束的颜色和/或光束的光谱性质；光束由其朝检测器传播的物体的纵坐标。这些信息项以及这些信息项的推导的实例将在下文进一步详细地给出。
因此，作为实例，评价装置可适于通过评价信号分量而确定光束的宽度。一般而言，本文所用的术语“光束的宽度”是指由光束在像素矩阵上产生的照射光斑的横向延度的度量，尤其是在垂直于光束局部传播方向的平面中，例如上文所述的z轴。因此，作为实例，光束的宽度可通过提供光斑面积、光斑直径、光斑的等效直径、光斑的半径或光斑的等效半径中的一种或多种而规定。作为实例，可规定所谓的束腰，从而确定空间光调制器位置处的光束宽度，这将在下文进一步详细描述。特别地，评价装置可适于识别指定给被光束照射的像素的信号分量，且适于由像素排列的已知几何性质确定空间光调制器位置处的光束宽度。因此，特别是在矩阵像素位于矩阵的已知位置处的情况(这是通常的情况)下，通过频率分析推导出的相应像素的信号分量可换算成空间光调制器的光束照度的空间分布，由此能推导至少一个与空间光调制器位置处的光束宽度有关的信息项。
在已知光束宽度的情况下，该宽度可用于推导关于光束由其朝检测器传输的物体的位置的一个或多个信息项。因此，通过使用光束宽度和光束由其朝检测器传播的物体间距离之间的已知或可确定的关系，评价装置可适于确定物体的纵坐标。就通过评价光束宽度而推导物体纵向位置的一般原理而言，可参考WO2012/110924A1、EP13171901.5、美国临时申请号61/739,173或美国临时申请号61/749,964中的一篇或多篇。
因此，作为实例，对各像素而言，评价装置可适于将相应像素的信号分离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。如上文所述，所述阈值可为预先确定的和/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，可提供至少一种适于确定阈值的算法。
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度的至少一个像素。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。作为实例，以此方式可确定光束的照射中心。
所述最高照度和/或关于具有最高照度的至少一个面积或区域可以以各种方式使用。因此，如上文所述，至少一个上述阈值可为可变阈值。作为实例，评价装置可适于将上述至少一个阈值选作所述至少一个具有最高照射的像素信号的分量。因此，评价装置可适于通过将所述至少一个具有最高照度的像素的信号乘以系数1/e2而选择阈值。正如下文将进一步详细描述的那样，在至少一束光束具有高斯传播性质的情况下，该选项是特别优选的，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束半径或束腰w的光斑边界。
评价装置可适于通过使用光束宽度(或者这等于由光束照亮的像素数量N)与物体纵坐标之间的预先确定的关系而确定物体的纵坐标。因此，一般而言，由于本领域技术人员公知的传播性质，光束的直径随传播(例如随传播的纵坐标)而变化。被照射的像素的数量与物体纵坐标之间的关系可为经验确定的关系和/或可分析确定。
因此，作为实例，可使用校正方法来确定光束宽度和/或被照射像素数量与纵坐标之间的关系。额外或者替代地，如上文所述，所述预先确定的关系可基于光束为高斯光速这一假设。光束可为具有正好一种波长λ的单色光束或者可为具有多种波长或者波长谱的光束，其中作为实例，可将光谱的中心波长和/或光谱的特征峰波长选作光束的波长λ。
作为分析确定的关系的实例，可通过假设光束的高斯性质推导的预先确定的关系可为：
其中z为纵坐标，
其中w0为当在空间中传播时，光束的最小束半径，
其中z0为光束的Rayleigh长度，其中z0＝π·w0 2/λ，λ为光束的波长。
该关系通常可由沿坐标系的z轴传输的高斯光束强度I的一般方程推导，其中r为垂直于z轴的坐标且E为光束的电场：
对特定的z值而言，通常表征高斯曲线的高斯光束横向轮廓的束半径w定义为从振幅E降至1/e(约36％)值的z轴和强度I降至1/e2时的z轴的特定距离。上文所给高斯方程中的在坐标z＝0时给出的最小束半径(其也可在其他z值下给出，例如当进行z坐标变换时)表示为w0。取决于z坐标，当光束沿z轴传播时，束半径通常遵循如下方程：
其中被照射像素的数量N与光学传感器的照射面积成正比：
N～A(4)
或者，在使用多个空间光调制器i＝1，…，n的情况下，各空间光调制器的被照射像素的数量Ni与相应光学传感器的照射面积Ai成正比：
Ni～Ai(4')
和具有半径w的圆形总面积：
A＝π·w2(5)
可分别推导出如下照射像素数量与z纵坐标的关系：
或
其中如上文所述，z0＝π·w0 2/λ。因此，当N或Ni分别为以强度oI≥I0/e2照射的圆中的像素数量时，作为实例，N或Ni可通过对像素简单计数和/或其他方法，例如直方图分析而确定。换言之，z坐标与被照射像素数量(分别为N或Ni)之间的非常确定的关系可用于确定物体和/或物体的至少一个点的纵坐标z，例如为集成至物体和/或与物体相连中的至少一种的信标装置的至少一个纵坐标。
在上文所给的方程中，例如在方程(1)中，假设光束具有位于z＝0位置处的焦点。然而，应指出的是，z坐标的坐标变换是可能的，例如通过加上和/或减去特定的值。因此，作为实例，焦点位置通常依赖于物体与检测器的距离和/或依赖于光束的其他性质。因此，通过确定焦点和/或焦点的位置，可确定物体的位置，尤其是物体的纵坐标，例如通过使用焦点位置与物体和/或信标装置纵坐标之间的经验和/或分析关系。此外，可考虑所述至少一个任选传输装置，例如所述至少一个任选透镜的成像性质。因此，作为实例，在已知由物体导向检测器的光束的束性质的情况下，例如在已知信标装置中所含的照射装置的发射性质的情况下，通过使用表示从物体至传输装置的传播、表示传输装置的成像和表示从传输装置至所述至少一个光学传感器的束传播的合适高斯变换矩阵，可容易地通过分析确定束腰与物体和/或信标装置的位置之间的相互关系。额外或者替代地，可通过适当的校准测量经验性地确定相关性。
如上文所述，像素矩阵可优选为二维矩阵。然而，其他实施方案是可行的，例如一维矩阵。如上文所述，更优选像素矩阵为矩形矩阵。
如上文所述，通过频率分析推导出的信息可进一步用于推导关于物体和/或光束的其他类型的信息。作为可额外或者替代横向和/或纵向位置信息推导的信息的另一实例，可提及物体和/或光束的颜色和/或光谱性质。
因此，像素调节通过相应像素的光束部分的至少一种光学性质的能力可依赖于光束的光谱性质，尤其是光束的颜色。评价装置可尤其适于为具有不同光谱性质的光束的分量指定信号分量。因此，作为实例，可将一个或多个第一信号分量指定给适于透射或反射处于第一光谱范围内的部分光束的一个或多个像素，可将一个或多个第二信号分量指定给适于透射或反射处于第二光谱范围内的部分光束的一个或多个像素，和可将一个或多个第三信号分量指定给适于透射或反射处于第三光谱范围内的部分光束的一个或多个像素。因此，像素矩阵可具有至少两个具有不同光谱性质的组的像素，且评价装置可适于区分这些组的信号分量，由此允许对光束进行完全或部分光谱分析。作为实例，矩阵可具有红色、绿色和蓝色像素，且各自可单独控制，且评价装置可适于为一个组指定信号分量。例如，全色液晶SLM可用于该目的。
因此，一般而言，评价装置可适于通过比较指定给具有不同光谱性质的光束分量的信号分量，尤其是指定给具有不同波长的光束分量的信号分量而确定光束的颜色。像素矩阵可包含具有不同光谱性质，优选具有不同颜色的像素，其中评价装置可适于为具有不同光谱性质的相应像素指定信号分量。调制器装置可适于以不同于具有第二颜色的像素的方式控制具有第一颜色的像素。
如上文所述，本发明的一个优点在于如下事实：可避免光学传感器的精细像素化。相反，可使用像素化的SLM，由此实际上将实际光学传感器的像素化转移给SLM。特别地，所述至少一个光学传感器可为或者可包含至少一个适于检测多个通过多个像素的光束部分的大面积光学传感器。因此，所述至少一个光学传感器可提供适于提供整体传感器信号的单一、非分段式整体传感器区域，其中至少对进入检测器和平行于光轴传输的光束而言，所述传感器区域适于检测通过SLM的所有光束部分。作为实例，所述整体式传感器区域可具有至少25mm2，优选至少100mm2，更优选至少400mm2的敏感面积。此外，其他实施方案是可行的，例如具有两个或更多个传感器区域的实施方案。此外，在使用两个或更多个光学传感器的情况下，所述光学传感器并非必须相同。因此，正如下文将进一步详细描述的那样，一个或多个大面积光学传感器可与一个或多个像素化的光学传感器组合，例如与一个或多个照相机芯片，例如一个或多个CCD或CMOS芯片组合。
所述至少一个光学传感器，或者在提供多个光学传感器的情况下，所述光学传感器中的至少一个可优选为完全或部分透明的。因此，一般而言，所述至少一个光学传感器可包含至少一个至少部分透明的光学传感器，从而使得光束可至少部分通过该透明的光学传感器。本文所用的术语“至少部分透明的”可指代如下二者：整个光学传感器是透明的或者该光学传感器的一部分(例如敏感区域)是透明的这一选项，和/或光学传感器或该光学传感器的至少透明部分可以以衰减或非衰减的方式透射光束。因此，作为实例，透明光学传感器可具有至少10％，优选至少20％、至少40％、至少50％或至少70％的透明度。透明度可依赖于光束的波长，且给定的透明度可对红外光谱范围、可见光谱范围和紫外光谱范围至少一个中的至少一种波长成立。一般而言，本文所用的红外光谱范围是指780nm至1mm的范围，优选80nm至50μm的范围，更优选780nm至3.0μm的范围。可见光谱范围是指380-780nm的范围。其中，蓝色光谱范围(包括紫外光谱范围)可定义为380-490nm，其中纯蓝色光谱范围可定义为430-490nm。绿色光谱范围(包括黄色光谱范围)可定义为490-600nm，其中纯绿色光谱范围可定义为490-470nm。红色光谱范围(包括橙色光谱范围)可定义为600-780nm，其中纯红色光谱范围可定义为640-780nm。紫外光谱范围可定义为1-380nm，优选50-380nm，更优选200-380nm。
一般而言，为了提供传感器效应，光学传感器通常必须提供光束和光学传感器之间的某种相互作用，这通常导致透明度的损失。光学传感器的透明度可依赖于光束的波长，从而导致光学传感器的敏感性、吸收或透明度的光谱分布。如上文所述，在提供多个光学传感器的情况下，光学传感器的光谱性质并非必须相同。因此，一个光学传感器可提供在红色光谱区域内的强吸收(例如一个或多个吸光度峰、吸光系数峰或吸收峰)，另一个光学传感器可提供在绿色光谱区域内的强吸收，且另一个可提供在蓝色光谱区域内的强吸收。其他实施方案是可行的。
如上文所述，在提供多个光学传感器的情况下，所述光学传感器可形成堆栈。因此，所述至少一个光学传感器包含至少两个光学传感器的堆栈。所述堆栈的至少一个光学传感器可为至少部分透明的光学传感器。因此，优选地，光学传感器的堆栈可包含至少一个至少部分透明的光学传感器和至少一个可为透明或不透明的其他光学传感器。优选提供至少两个透明光学传感器。特别地，位于离空间光调制器最远侧上的光学传感器也可为不透明的光学传感器，例如不透光的传感器，其中可使用有机或无机光学传感器，例如无机半导体传感器如CCD或CMOS芯片。
堆栈可部分或完全浸在油和/或液体中以避免和/或降低界面处的反射。因此，堆栈的至少一个光学传感器可完全或部分浸在油和/或液体中。
如上文所述，所述至少一个光学传感器必须为像素化的光学传感器。因此，通过使用实施频率分析的一般理念，可省略像素化。此外，尤其是在提供多个光学传感器的情况下，可使用一个或多个像素化的光学传感器。因此，尤其是在使用光学传感器堆栈的情况下，该堆栈的至少一个光学传感器可为具有多个光敏像素的像素化光学传感器。作为实例，所述像素化的光学传感器可为像素化的有机和/或无机光学传感器。最优选地，尤其是由于其商业可得性，像素化的光学传感器可为无机像素化的光学传感器，优选CCD芯片或CMOS芯片。因此，作为实例，堆栈可包含一个或多个透明的大面积非像素化光学传感器，例如一个或多个DSC，更优选sDSC(将在下文进一步详细描述)，和至少一个无机像素化光学传感器，例如CCD芯片或CMOS芯片。作为实例，所述至少一个无机像素化光学传感器可位于离空间光调制器最远的堆栈一侧上。特别地，像素化光学传感器可为照相机芯片，更优选为全色照相机芯片。一般而言，像素化光学传感器可为颜色敏感的，即可为适于区分光束的颜色分量的像素化光学传感器，例如通过提供至少两种不同类型的具有不同颜色敏感性的像素，更优选至少三种不同类型的具有不同颜色敏感性的像素。因此，作为实例，像素化光学传感器可为全色成像传感器。
优选地，所述至少一个光学传感器包含至少一个纵向光学传感器，即适于确定至少一种物体的纵向位置，例如物体的至少一个z坐标的光学传感器。优选地，所述光学传感器，或者在提供多个光学传感器的情况下，所述光学传感器中的至少一个可具有WO2012/110924A1中所公开的光学传感器的设置和/或提供其功能。因此，优选地，所述至少一个光学传感器和/或所述光学传感器中的一个或多个可具有至少一个传感器区域，其中光学传感器的传感器信号依赖于传感器区域的光束照射，其中在相同的总照射功率下，传感器信号依赖于传感器区域中的光束几何学，尤其是宽度，其中评价装置适于通过评价该传感器信号而确定该宽度。在下文中，该效应通常称为FiP效应，这是因为在相同的总照射功率p下，传感器信号i依赖于光子的通量F，即单位面积的光子数。然而，应指出的是，基于FiP效应的检测器简单地为纵向光学传感器的优选实施方案。额外或者替代地，可使用一个或多个其他类型的纵向光学传感器。因此，在下文中，在指代FiP传感器的情况下，应指出的是，通常可替代地使用其他类型的纵向光学传感器。此外，由于FiP传感器的优异性能且由于FiP传感器的优点，优选使用至少一个FiP传感器。
FiP效应(进一步公开在美国临时申请61/739,173和61/749,964中)可用于确定光束由其朝检测器传输的物体的纵向位置。因此，由于传感器区域(其可优选为非像素化的传感器区域)上的光束的束依赖于光束的宽度，例如直径或半径，而该宽度又依赖于检测器和物体之间的距离，因此传感器信号可用于确定物体的纵坐标。因此，作为实例，评价装置可用于利用物体纵坐标和传感器信号之间的预先确定的关系来确定纵坐标。该预先确定的关系可通过使用经验校准测量和/或通过使用已知的束传播性质，例如高斯束传播性质而导出。其他细节可参考WO2012/110924A1和/或美国临时申请61/739,173和61/749,964。
优选地，在提供多个光学传感器，例如光学传感器堆栈的情况下，所述光学传感器中的至少两个可适于提供FiP效应。特别地，可提供一个或多个显示出FiP效应的光学传感器，其中所述显示出FiP效应的光学传感器优选为具有均一传感器表面的大面积光学传感器，而非像素化的光学传感器。
因此，通过评价来自随后被光束照射的光学传感器的信号，例如传感器堆栈的后续光学传感器，且通过利用上述FiP效应，可分辨束轮廓中的模糊性。因此，在焦点前后距离z处，高斯光束可提供相同的束宽度。通过测量沿至少两个位置的束宽度，可通过确定光束是仍在变窄还是变宽而分辨该模糊性。因此，通过提供两个或更多个具有FiP效应的光学传感器，可提供更高的精度。评价装置可适于确定至少两个光学传感器的传感器区域中的光束宽度，且评价装置可进一步适于通过评价所述宽度而产生至少一个关于光束由其朝光学检测器传播的物体的纵向位置的信息项。
特别地，在所述至少一个光学传感器或所述光学传感器中的一个或多个提供上述FiP效应的情况下，光学传感器的传感器信号可依赖于光束的调制频率。作为实例，FiP效应可以以0.1Hz至10kHz调制频率的起作用。
因此，一般而言，光束可通过一个或多个调制装置调制。用于增强FiP效应和/或能使FiP效应起作用的调制可为与控制空间光调制器像素的调制器装置所用相同的调制，和/或可为不同的调制。因此，空间光调制器可提供能使FiP效应起作用和/或增强FiP效应的调制。额外或者替代地，可提供额外的调制，例如通过使用一个或多个适于以调制方式发射光束的照射源。因此，作为实例，调制器装置和空间光调制器像素所用的调节可处于第一频率范围内，例如处于1-100Hz的范围内，然而额外地，光束自身可任选额外通过至少一个第二调制频率，例如处于100Hz至10kHz第二频率范围内的频率调节。因此，例如可使用超过一种调制，其中由空间光调制器和调制器装置产生至少一种第一调制可用于为空间光调制器的一个或多个特定像素指定信号分量，且其中出于一个或多个不同的目的，例如用于增强FiP效应和/或能使FiP效应起作用和/或用于识别一个或多个在特定调制频率下发射的照射源，可使用至少一种其他调制。后一目的可用于识别两个或更多个不同类型的以不同调制频率发出调节光束的信标装置。其他细节可参考2013年6月13日提交的EP13171900.7。
如上文所述，所述至少一个光学传感器，或者在提供多个光学传感器的情况下，所述光学传感器中的一个或多个优选可为或者可包含至少一个有机半导体检测器和/或至少一个无机半导体检测器。因此，一般而言，光学检测器可包含至少一个半导体检测器。最优选地，所述半导体检测器或者至少一个半导体检测器可为包含至少一种有机材料的有机半导体检测器。因此，本文所用的有机半导体检测器为包含至少一种有机材料，例如有机染料和/或有机半导体材料的光学检测器。除所述至少一种有机材料之外，可包含一种或多种其他材料，其可选自有机材料或无机材料。因此，有机半导体检测器可设计为仅包含有机材料的所有有机半导体检测器，或者设计为包含一种或多种有机材料和一种或多种无机材料的杂化检测器。此外，其他实施方案是可行的。因此，两个或更多个有机半导体检测器和/或一个或多个无机半导体检测器的组合是可行的。
优选地，半导体检测器可选自有机太阳能电池、染料太阳能电池、染料敏化太阳能电池、固体染料太阳能电池、固体染料敏化太阳能电池。
优选地，特别是在一个或多个光学传感器提供上述FiP效应的情况下，至少一个光学传感器，或者在提供多个光学传感器的情况下，所述光学传感器中的一个或多个可为或者可包含染料敏化太阳能电池(DSC)，优选固体染料敏化太阳能电池(sDSC)。本文所用的DSC通常是指具有至少两个电极的装置，其中至少一个电极是至少部分透明的，其中至少一种n-半导电金属氧化物、至少一种染料和至少一种电解质或p-半导电材料包埋在电极之间。在sDSC中，电解质或p-半导电材料为固体材料。一般而言，对还可用于本发明中的一个或多个光学传感器的潜在sDSC装置而言，可参考WO2012/110924A1、美国临时申请61/739,173和61/749,964、EP13171898.3、EP13171900.7或EP13171901.5中的一篇或多篇。其他实施方案是可行的。如WO2012/110924A1所示，上述FiP效应尤其可存在于sDSC中。
因此，一般而言，所述至少一个光学传感器可包含至少一个具有层设置的光学传感器，所述层设置包含至少一个第一电极、至少一种n-半导电金属氧化物、至少一种染料、至少一种p-半导电有机材料，优选固体p-半导电有机材料，和至少一个第二电极。如上文所述，第一电极和第二电极中的至少一个可为透明的。最优选地，尤其是在提供透明光学传感器的情况下，第一电极和第二电极均可为透明的。
如上文所述，光学检测器可包含一个或多个其他装置，尤其是一个或多个其他光学装置，例如一个或多个透镜和/或一个或多个反射装置。因此，最优选地，光学检测器可包含装置，例如以管形式排列的装置，所述装置具有至少一个空间光调制器和至少一个光学传感器，优选至少两个光学传感器的堆栈，其位于空间光调制器之后，从而使得通过空间光调制器的光束随后通过该一个或多个光学传感器。优选地，在通过空间光调制器之前，光束可通过一个或多个光学装置，例如一个或多个透镜，优选一个或多个适于以非常确定的方式影响束形状和/或束变宽或变窄的光学装置。额外或者替代地，一个或多个光学装置如一个或多个透镜可置于所述空间光调制器和所述至少一个光学传感器之间。
所述一个或多个光学装置通常可称为传输装置，因为该传输装置的一个目的可为将光束非常确定地传输至光学检测器中。因此，本文所用的术语“传输装置”通常是指适于将光束引导和/或馈至一个或多个空间光调制器或光学传感器上的任意装置或装置组合，优选以非常确定的方式影响光束的束形状、束宽度或变宽角度中的一种的多种，例如如透镜或曲面镜那样。
因此，一般而言，光学检测器可进一步包含至少一个适于将光馈入光学检测器中的传输装置。传输装置可适于将光聚焦和/或对准至一个或多个空间光调制器和光学传感器上。传输装置可尤其包含一个或多个选自如下组的装置：透镜、聚焦镜、离焦镜、反射器、棱镜、滤光片、光阑。其他实施方案是可行的。
本发明的另一方面可涉及图像识别、图案识别和单独确定由光学检测器捕捉的图像的不同区域的z坐标。因此，一般而言，如上文所述，光学检测器可适于捕捉至少一个图像，例如2D图像。为此，如上文所述，光学检测器可包含至少一个成像装置，例如至少一个像素化的光学传感器。作为实例，所述至少一个像素化的光学传感器可包含至少一个CCD传感器和/或至少一个CMOS传感器。通过使用该至少一个成像装置，所述光学检测器可适于捕捉场景和/或至少一种物体的至少一个规整二维图像。所述至少一个图像可为或者可包含至少一个单色图像和/或至少一个多色图像和/或至少一个全色图像。此外，所述至少一个图像可为或者可包含单一图像或可包含一系列图像。
此外，如上文所述，光学检测器可包含至少一个适于确定至少一种物体与光学检测器的距离(也称为z坐标)的距离传感器。因此，可尤其利用上文所述且例如在WO2012/110924A1中和/或在一篇或多篇美国临时申请61/739,173和61/749,964中公开的FiP效应。因此，所述至少一个光学传感器，或者在包含多个光学传感器的情况下，所述光学传感器中的至少一个可呈现为所谓的FiP传感器，即具有至少一个传感器区域的传感器，其中FiP传感器的传感器信号依赖于光束对传感器区域的照射，其中在相同的总照射功率下，传感器信号依赖于传感器区域中的光束宽度。因此，一般而言，在FiP传感器中，传感器信号和光束由其朝光学检测器传输的物体的z坐标之间的已知关系可用来确定物体和/或其部分的z坐标。光学检测器通常可包含一个或多个FiP传感器，优选FiP传感器的堆栈。
通过利用规整2D图像捕捉和确定z坐标的可能性的组合，3D成像是可行的。
为了单独评价至少一个图像中所捕捉的场景中所含的一种或多种物体和/或组成部分，可将所述至少一个图像细分成两个或更多区域，其中可单独评价所述两个或更多个区域或所述两个或更多区域中的至少一个。为此，可对对应于所述至少两个区域的信号进行频率选择性分离。
因此，光学检测器通常可适于捕捉至少一个图像，优选2D图像。此外，所述光学检测器，优选所述至少一个评价装置可适于定义图像中的至少两个区域，且将空间光调制器像素矩阵的相应超像素指定给至少一个区域，优选指定给各个区域。本文所用的“区域”通常可为图像面积或者成像装置所捕捉的对应于该面积的图像的像素组，其中在该面积中，可存在相同或类似的强度或颜色。因此，一般而言，区域可为至少一种物体的图像，其中该至少一种物体的图像形成由光学检测器捕捉的图像的一部分图像。因此，光学检测器可获取场景的图像，其中在该场景中存在至少一种物体，其中该物体成像至一部分图像上。
因此，可识别图像中的至少两个区域，例如通过使用下文将进一步详细描述的合适算法。由于光学检测器的成像性质通常是已知的(例如通过使用已知的成像方程和/或矩阵光学)，可将图像区域指定给空间光调制器的相应像素。因此，通过通过空间光调制器像素矩阵的特定像素的至少一束光束的分量随后可照在成像装置的相应像素上。因此，通过将图像细分成两个或更多个区域，空间光调制器的像素矩阵可细分成两个或更多个超像素，其中各超像素对应于图像的相应区域。
如上文所述，可使用一种或多种图像识别算法来确定所述至少两个区域。因此，一般而言，所述光学检测器，优选所述至少一个评价装置可适于通过使用至少一种图像识别算法而定义图像中的所述至少两个区域。图像识别的方式和算法通常是本领域技术人员所已知的。因此，作为实例，所述至少一种图像识别算法可通过识别至少一种对比度、颜色或强度的边界而定义所述至少两个区域。本文所用的“边界”通常是当穿越该线时，至少一个参数发生显著变化的线。因此，作为实例，可确定一个或多个参数的梯度，且作为实例，可将该梯度与一个或多个阈值比较。特别地，所述至少一种图像识别算法可选自如下组：基于有效图(efficientgraph)的Felzenszwalb分割；Quickshift图像分割；基于SLIC-K-Means的图像分割；能量驱动取样；边缘检测算法，如Canny算法；均值漂移算法，例如Cam漂移算法(Cam：连续自适应均值漂移)；轮廓抽取算法。额外或者替代地，可使用其他算法，例如一种或多种如下算法：用于边缘、脊、角落、团迹或特征检测的算法；用于维数约减的算法；用于纹理分类的算法；用于纹理分割的算法。这些算法是本领域技术人员所公知的。就本发明而言，这些算法可称为图像识别算法，和图像分割算法或超像素算法。如上文所述，所述至少一种图像识别算法适于识别图像中的一种或多种物体。因此，作为实例，可确定一种或多种感兴趣的物体和/或一个或多个感兴趣的区域以用于进一步分析，例如用于确定相应的z坐标。
如上文所述，可以以使得超像素及其相应的区域被光束的同一分量照射的方式选择超像素。因此，所述光学检测器，优选所述至少一个评价装置可适于将空间光调制器像素矩阵的超像素指定给至少一个区域，优选指定给各个区域，从而使得通过像素矩阵的特定像素(其中各特定像素属于特定的超像素)的各光束分量随后照在所述至少两个区域的该特定区域上，其中该特定区域对应于该特定超像素。
如上文所述，超像素的指定可用于简化调制。因此，通过将超像素指定给图像的相应区域，可减少调制频率的数量，由此允许使用比对各像素使用单一调制频率的方法更少数量的调制频率。因此，作为实例，所述光学检测器，优选所述至少一个评价装置可适于将至少一个第一调制频率指定给超像素的至少第一超像素，并将至少一个第二调制频率指定给超像素的至少第二超像素，其中第一调制频率不同于第二调制频率，且其中所述至少一个调制器装置适于以至少一个第一调制频率周期性控制第一超像素的像素且适于以至少一个第二调制频率周期性控制第二超像素的像素。由此，特定超像素的像素可通过使用指定给特定超像素的均一调制频率调制。此外，任选地，超像素可细分成子像素和/或可额外在该超像素内使用调制。通过例如对对应于图像中的识别物体使用均一的调制频率，这极大地简化了评价，这是因为作为实例，物体z坐标的确定可通过以频率选择性的方式评价至少一个传感器信号(例如光学检测器的至少一个FiP传感器或FiP传感器堆栈的至少一个传感器信号)，通过选择性评价具有指定给物体超像素的相应调制频率的传感器信号而实施。由此，在光学检测器捕捉的场景中，可识别图像中的物体，可将至少一个超像素指定给物体，且通过使用至少一个适于确定z坐标的光学传感器且通过以频率选择性的方式评价所述光学传感器的至少一个传感器信号，可确定物体的z坐标。
因此，一般而言，如上文所述，所述光学检测器，优选所述至少一个评价装置可适于单独确定各区域或至少一个区域，例如作为一部分图像，例如物体图像识别的图像中的区域的z坐标。为了确定所述至少一个z坐标，可利用FiP效应，正如在上述涉及FiP效应的一篇或多篇现有技术文献中所述的那样。因此，光学检测器可包含至少一个FiP传感器，即至少一个具有至少一个传感器区域的光学传感器，其中光学传感器的传感器信号依赖于传感器区域的光束照射，其中在相同的总照射功率下，传感器信号依赖于传感器区域中的光束宽度。可使用单独的FiP传感器，或者优选使用FiP传感器堆栈，即具有所述性质的光学传感器的堆栈。光学检测器的评价装置可适于通过以频率选择性的方式单独评价传感器信号而确定至少一个区域或各个区域的z坐标。
为了利用光学检测器中的至少一个FiP传感器，可使用各种设置来组合空间光调制器、所述至少一个FiP传感器和所述至少一个成像装置，例如所述至少一个像素化传感器，优选所述至少一个CCD或CMOS传感器。因此，一般而言，所述元件可排列在光学检测器的一个且同一个束路径中，或者可分布在两个或更多个分束路径中。如上文所述，任选地，光学检测器可包含至少一个适于将光束的束路径分割成至少两个分束路径的分束元件。由此，所述至少一个用于捕捉2D图像的成像装置和所述至少一个FiP传感器可排列在不同的分束路径中。因此，所述具有至少一个传感器区域的至少一个光学传感器(其中所述光学传感器的传感器信号依赖于传感器区域的光束照射，其中在相同的总照射功率下，传感器信号依赖于传感器区域中的光束宽度)(即所述至少一个FiP传感器)可排列在束路径的第一分束路径中，且至少一个用于捕捉至少一个图像的像素化光学传感器(即，所述至少一个成像装置)，优选所述至少一个无机像素化光学传感器，更优选所述至少一个CCD传感器和/或CMOS传感器可排列在束路径的第二分束路径中。
所述至少两个区域的上述任选定义和/或所述至少两个超像素的定义可实施一次或超过一次。因此，特别地，所述至少一个区域和/或至少一个超像素的定义可以以重复方式实施。所述光学检测器，优选所述至少一个评价装置可适于精修图像中的所述至少两个区域或者图像中的所述至少两个区域中的至少一个，且因此精确所述至少一个相应的超像素。作为实例，通过该重复程序，被指定给检测器捕捉的场景中的至少一种物体的至少一个特定超像素可通过识别两个或更多个子像素，例如对应于具有不同z坐标的至少一种物体的不同部分的子像素而精修。因此，通过该重复程序，可产生至少一种物体的精修3D图像，这是因为物体通常包含多个在空间中具有不同方向和/或位置的部分。
适于定义两个或更多个超像素的光学传感器的上述实施方案提供了许多优点。因此，特别是在典型设置中，可使用有限数量的调制频率。因此，所述光学检测器可仅分辨有限数量的像素和/或调制频率，且该有限数量的像素和/或调制频率可用于距离传感。此外，在典型的应用中，高对比度的边界区域是精确距离传感所必需的。通过定义两个或更多个超像素且因此通过将空间光调制器的像素矩阵分割(也称为分割(tessellation))成超像素，所述成像方法可适于记录场景。
空间光调制器尤其可具有矩形像素矩阵。可或不可直接相邻且可形成连接面积的若干像素可形成超像素。可对像素化传感器，如CMOS和/或CCD记录的图像进行分析，例如借助在评价装置上运行的合适软件，如图像识别软件，因此图像可分割成两个或更多个区域。空间光调制器的分割可根据该将图像细分成两个或更多个区域而进行。作为实例，大或极大的超像素可对应于所记录场景中的特定物体，例如墙壁、建筑物、天空等。此外，可使用许多像素或超像素来分割脸部等。在提供足量的超像素的情况下，较大的超像素可进一步分割成子像素。所述至少两个超像素通常可在属于相应超像素的空间光调制器像素数量方面不同。因此，两个不同的超像素并非必须包含相同数量的像素。
一般而言，区域或超像素的边界可通过图像处理和图像识别领域通常已知的任意方式进行。因此，作为实例，边界可通过对比度、颜色或强度边缘选择。
所述两个或更多个区域和/或所述两个或更多个超像素的定义随后还可用于进一步的图像分析，例如姿势分析，身体识别或物体识别。示例性的分割算法为基于Felzenszwalb有效图的分割、Quickshift图像分割、基于SLIC-K-Means的图像分割，借助能量驱动取样提取的超像素，借助一种或多种边缘检测算法如Canny算法提取的超像素，借助均值漂移算法如Cam漂移算法提取的超像素，借助轮廓抽取算法提取的超像素，借助边缘脊、角落、团迹或特征检测提取的超像素，借助维数约减提取的超像素，通过纹理分类获得的超像素和通过使用纹理分割获得的超像素。所述技术和/或其他技术的组合是可能的。
在图像记录期间，超像素化也可发生变化。因此，可选择粗像素化成超像素，从而实施快速距离传感。然后，可选择较精细的网格或超像素化来更详细地分析和/或识别两个相邻超像素之间的高距离梯度的情况和/或注意到两个相邻像素之间具有对比度、颜色或强度等中一种或多种的高梯度的情况。因此，可以以重复方法记录高分辨率3D图像，其中第一图像具有粗分辨率，下一图像具有精细分辨率等。
确定一个或多个区域和为这些区域指定一个或多个超像素的上述选项可进一步用于眼睛跟踪。因此，在许多应用如安全应用和/或娱乐应用中，确定用户、其他人或其他生物的眼睛的位置和/或方向可能起着重要作用。作为实例，在娱乐应用中，观察者的视角发挥作用。例如在3D视觉应用中，观察者的视角可调节图像的设置。因此，可能显著感兴趣的是知晓和/或跟踪观察者的观察位置。在安全应用如汽车安全应用中，为了避免碰撞，动物的检测是重要的。
一个、两个或更多个超像素的上述定义可进一步用于改善或者甚至优化光条件。因此，一般而言，当使用较高的调制频率如较高的SLM，尤其是DLP调制频率时，光学传感器的频率响应通常导致较弱的传感器信号。因此，图像和/或场景中具有高光强度的面积可用高频率调制，而具有低光强度的区域可用低频率调制。
为了利用该效应，光学检测器可适于检测图像中的至少一个第一面积，其中该第一面积具有第一照度，例如第一平均照度；且光学检测器可进一步适于检测图像中的至少一个第二面积，其中该第二面积具有第二照度，例如第二平均照度，其中第二照度低于第一照度。第一面积可指定给至少一个第一超像素，且第二面积可指定给至少一个第二超像素。换言之，光学检测器可适于根据该光学检测器捕捉的场景或场景的图像的照度选择至少两个超像素。
光学检测器可进一步适于根据其照度调制所述至少两个超像素的像素。因此，具有较高照度的超像素可在较高频率下调制，而具有较低照度的超像素可在较低调制频率下调制。换言之，光学检测器可进一步适于用至少一个第一调制频率调制第一超像素的像素，且光学检测器可进一步适于用至少一个第二调制频率调制第二超像素的像素，其中第一调制频率高于第二调制频率。其他实施方案是可行的。
因此，本发明的光学检测器可适于检测至少一只眼睛，优选适于跟踪至少一只眼睛或多只眼睛的位置和/或方向。
观察者观察位置和动物位置的检测的简单解决方案是利用经调制的眼睛反射。许多哺乳动物具有位于视网膜后的反射层，即所谓的脉络膜层(TapetumLucidum)。不同动物的脉络膜层反射具有稍微不同的颜色外观，但大多数在绿色可见光范围内反射良好。脉络膜层反射通常使得动物在黑暗中在远距离上通过利用简单的漫射光源而可见。
人类通常不具有脉络膜层。然而，图片中经常记录到由摄影闪光灯所引发的所谓血红素发光(heme-emission)，也称为“红眼效应”。即使人眼不是直接可见的，该效应也可用于人类的眼睛检测，因为人类眼睛在超过700nm的光谱范围具有低敏感度。红眼效应尤其可由经调制的红色照射引发且可被光学检测器的至少一个光学传感器如至少一个FiP传感器传感，其中所述至少一个光学传感器在血红素发光波长下是敏感的。
因此，本发明的光学检测器可包含至少一个照射源，也称为至少一个光源，其可适于完全或部分照射由光学检测器捕捉的场景，其中所述光源适于引发哺乳动物中，例如哺乳动物脉络膜层中的反射，和/或适于引发人类眼中的上述红眼效应。特别地，可使用红外光谱范围、红色光谱范围、黄色光谱范围、绿色光谱范围、蓝色光谱范围内的光或简单的白光。此外，可额外或替代地使用其他光谱范围和/或宽带光源。
额外或者替代地，眼睛检测也可在不存在专用照射源的情况下进行。作为实例，可利用周围的光或来自诸如灯笼、街灯或小汽车或其他车辆的前灯的光源的其他光，且可被眼睛反射。
在使用至少一个照射源的情况下，所述至少一个照射源可连续发光或者可为经调制的光源。因此，可特别地使用至少一个经调制的主动光源。
特别地，可利用反射来远距离的检测动物和/或人类，例如通过使用经调制的主动光源。所述至少一个光学传感器，尤其是所述至少一个FiP传感器可用于测量眼睛的至少一个纵坐标，例如通过评价眼睛反射的上述FiP效应。该效应可尤其用于小汽车安全应用中，例如用于避免与人类或动物碰撞。另一种可能的应用是用于娱乐装置的观察者定位，尤其是当使用3D视觉时，尤其是当3D视觉依赖于观察者的观察角度时。
如上文所述或者如下文进一步详细描述的那样，本发明的装置如光学检测器可适于识别和/或跟踪由该光学检测器捕捉的图像和/或场景中的一种或多种物体，尤其是通过将一个或多个超像素指定给所述至少一种物体。此外，可识别一种或多种物体部分，且通过确定和/或跟踪图像中的这些部分的纵向和/或横向位置，例如相对纵向和/或横向位置，可确定和/或跟踪物体的至少一个方向。因此，作为实例，通过确定图像中车辆的两个或更多个车轮且通过确定和/或跟踪这些车轮的位置，尤其是相对位置，可确定(例如计算)和/或跟踪车辆的方向和/或车辆方向的变化。例如，在小汽车中，车轮之间的距离通常是已知的或者已知车轮之间的距离不会发生变化。此外，通常已知的是车辆以矩形对准。因此，车轮位置的检测允许计算车辆如小汽车、飞机等的方向。
在另一实例中，如上文所述，可确定和/或跟踪眼睛的位置。因此，眼睛或其部分如瞳孔之间的距离和/或位置和/或其他脸部特征可用于跟踪眼睛或者用于确定脸部朝向哪个方向。
如上文所述，所述至少一束光束可完全或部分来源于物体本身和/或来源于至少一个其他照射源，例如人工照射源和/或天然照射源。因此，物体可被至少一束一次光束照射，且朝光学检测器传播的实际光束可为或可包含由一次光束在物体处反射(例如弹性和/或非弹性反射)和/或散射产生的二次光束。可通过反射检测的物体的非限制性实例为阳光、人工光在眼睛中的反射、在表面上的反射等。由物体本身完全或部分产生至少一束光束的物体的非限制性实例为小汽车或飞机中的发动机废气。如上文所述，眼睛反射可尤其用于眼睛跟踪器。
此外，如上文所述，光学检测器包含至少一个调制器装置，例如SLM。然而，光学检测器可额外或者替代地利用光束的给定调制。因此，在许多情况下，光束已具有给定的调制。作为实例，调制可来源于物体的运动，例如周期性调制，和/或来源于产生光束的光源或照射源的调制。因此，作为适于产生经调制的光(例如通过反射和/或散射)的运动物体的非限制性实例为本身被调制的物体，例如风力发电机或飞机的转子。适于产生经调制光的照射源的非限制性实例为荧光灯或荧光灯的反射。
光学检测器可适于检测至少一束光束的给定调制。作为实例，光学检测器可适于确定由发出或反射经调制光(例如自身具有至少一个调制频率且无SLM影响的光)的光学检测器所捕捉的图像或场景中的至少一种物体或至少一个物体部分。如果情况如此，则光学检测器可适于利用该给定的调制，而不额外调制已经调制的光。作为实例，光学检测器可适于确定由光学检测器捕捉的图像或场景中的至少一种物体是发射还是反射经调制的光。光学检测器，尤其是评价装置可进一步适于为所述物体指定至少一个超像素，其中超像素的像素可尤其未经调制，从而避免来源于所述物体或被其反射的光的进一步调制。光学检测器，尤其是评价装置可进一步适于通过使用调制频率而确定和/或跟踪所述物体的位置和/或方向。因此，作为实例，检测器可适于避免对物体的调制，例如通过将调制装置切换至“开启”位置。然后，评价装置可跟踪灯的频率。
空间光调制器可用于由图像检测器捕捉的至少一个图像的简化图像分析和/或用于由光学检测器捕捉的场景的分析。因此，一般而言，可使用至少一个空间光调制器和至少一个纵向光学传感器的组合，例如至少一个FiP传感器和至少一个空间光调制器如DLP的组合。分析可通过使用重复方案进行。如果导致FiP信号的焦点是纵向光学传感器上的较大区域的一部分，则可检测FiP信号。空间光调制器可将由光学检测器捕捉的图像或场景分成两个或更多个区域。如果测量至少一个区域中的FiP效应，则该区域可进一步细分。可继续该细分，直至达到可被空间光调制器的最大可用调制频率数量限制的最大可能区域数量。更复杂的模式也是可能的。
如上文所述，光学检测器通常可包含至少一个成像装置和/或可适于捕捉至少一个图像，例如光学检测器视场内的场景的至少一个图像。通过使用一种或多种图像评价算法，例如本领域技术人员通常已知的图案检测算法和/或软件图像评价方式，光学检测器可适于检测所述至少一个图像中的至少一种物体。因此，作为实例，在交通技术中，所述检测器，更特别地，所述评价装置可适于搜寻图像中的特定预定图案，例如下述中的一种或多种：小汽车的轮廓；其他车辆的轮廓；行人的轮廓；街道名牌；信号；用于导航的地标。检测器还可与全球或区域定位系统联用。类似地，对生物特征识别的目的，例如对识别和/或跟踪人的目的而言，所述检测器，更特别地，所述评价装置可适于搜寻脸部、眼睛、耳垂、嘴唇、鼻子或其外形的轮廓。其他实施方案是可行的。
在检测一种或多种物体的情况下，光学检测器可适于跟踪一系列图像，例如场景的持续电影或影片中的物体。因此，一般而言，所述光学检测器，特别是所述评价装置可适于跟踪和/或跟随一系列图像，如一系列顺序图像中的至少一种物体。
对物体跟随的目的而言，如上文所述，光学检测器可适于将所述至少一种物体指定给图像或一系列图像中的区域。如前文所述，所述光学检测器，优选所述至少一个评价装置可适于为对应于所述至少一种物体的所述至少一个区域指定空间光调制器像素矩阵的至少一个超像素。通过以特定方式，例如通过使用特定的调制频率而调制超像素的像素，可跟踪物体，且可通过使用至少一个任选的纵向传感器，例如至少一个FiP检测器且根据该特定的调制频率解调或分离该纵向传感器，例如所述至少一个FiP检测器的相应信号而跟随所述至少一种物体的至少一个z坐标。光学检测器可适于调节一系列图像中的图像的至少一个超像素的指定。因此，作为实例，成像装置可连续获取场景的图像，且对各图像而言，可识别至少一种物体。随后，可为该物体指定至少一个超像素，且可通过使用至少一个纵向光学传感器，尤其是至少一个FiP传感器而确定物体的z坐标，随后转向下一图像。因此，可跟随空间中的至少一种物体。
该实施方案允许极大地简化光学检测器的设置。光学检测器可适于对由成像装置如标准2D-CCD照相机捕捉的场景进行分析。场景的图片分析可用于识别主动和/或被动物体的位置。光学检测器可被训练来识别特别物体，例如预定图案或类似的图案。在识别一种或多种物体的情况下，空间光调制器可适于仅调制其中具有一种或多种的物体的区域和/或以特定方式调制这些区域。剩余区域可保持未被调制和/或可以以不同方式调制，这可能通常为纵向传感器和/或评价装置所已知。
通过利用该效应，空间光调制器所用的调制频率数量可大大减少。典型地，仅提供有限数量的调制频率来分析整个场景。如果仅跟随重要的或已识别的物体，则需要极少数量的频率。
此时，纵向光学传感器或距离传感器可用作未像素化的大面积传感器或大面积传感器，其仅具有少量对应于至少一种物体的超像素，例如至少一个超像素，且剩余超像素对应于周围面积，其中后者可保持未被调制。因此，与本发明的基础SLM检测器相比，调制频率的数量且因此传感器信号的数据分析的复杂度可大大降低。
如上文所述，该实施方案可尤其用于交通技术中和/或用于生物特征识别的目的，例如用于识别人和/或用于眼睛跟踪的目的。其他应用是可行的。
本发明的光学检测器可进一步呈现为获取三维图像。因此，特别地，可实施同时获取垂直于光轴的不同平面中的图像，即获取不同焦平面中的图像。因此，特别地，光学检测器可呈现为适于获取(例如同时)多个焦平面中的图像的光场照相机。本文所用的术语“光场”通常是指光在照相机内的空间光传播。相反地，在市售全光(plenoptic)或光场照相机中，微透镜可设置在光学检测器顶上。这些微透镜能记录光束的方向，因此能记录其中焦点可后验地变化的图片。然而，与常规照相机相比，具有微透镜的照相机的分辨率通常降低约十倍。需要对图像进行后处理，从而计算在不同距离上对焦的图片。目前光场照相机的另一缺点是需要使用大量微透镜，而这些微透镜通常必须在成像芯片如CMOS芯片上生产。
通过使用本发明的光学检测器，可制得极大简化的光场照相机，而不需要使用微透镜。特别地，可使用单一透镜或透镜系统。评价装置可适于对在不同水平上或者甚至在所有水平上对焦的图片进行本征深度计算和本征生成。
这些优点可通过使用多个光学传感器实现。因此，如上文所述，光学检测器可包含至少一个光学传感器堆栈。所述堆栈的光学传感器或所述堆栈的至少数个光学传感器优选为至少部分透明的。因此，作为实例，在堆栈中可使用像素化光学传感器或大面积光学传感器。作为光学传感器潜在实施方案的实例，可参考上文所公开或者下文进一步详细公开的有机光学传感器，特别是有机太阳能电池，更特别地参考DSC光学传感器或DSC光学传感器。因此，作为实例，堆栈可包含多个例如WO2012/110924A1或上文所述的任何其他涉及FiP的文献中所公开的FiP传感器，即多个具有光子密度依赖性光电流的光学传感器以进行深度检测。因此，特别地，堆栈可为透明染料敏化有机太阳能电池的堆栈。作为实例，堆栈可包含至少2个，优选至少3个，更优选至少4个、至少5个、至少6个或甚至更多个光学传感器，例如2-30个光学传感器，优选4-20个光学传感器。其他实施方案是可行的。通过使用光学传感器堆栈，所述光学传感器，特别是所述至少一个评价装置可适于获取该光学检测器视场内的三维图像，例如通过获得不同焦深处的图像，优选同时获取，其中不同焦深通常可由堆栈的光学传感器沿光学检测器光轴的位置定义。尽管通常可存在光学传感器的像素化，然而，由于如上文所述的使用所述至少一个空间光调制器允许虚拟像素化这一事实，因此像素化通常并非是必需的。因此，作为实例，可使用有机太阳能电池的堆栈如sDSC的堆栈，而无需将该有机太阳能电池细分成像素。
因此，特别是对作为光场照相机和/或用于获取三维图像的用途而言，光学检测器可包含至少一个光学传感器堆栈和至少一个空间光调制器，其中如上文所述，后者可为或者可包含至少一个透明空间光调制器和/或至少一个反射型空间光调制器。此外，光学检测器可包含至少一个传输装置，尤其是至少一个透镜或透镜系统。因此，作为实例，光学检测器可包含至少一个照相机透镜，尤其是至少一个照相机透镜以对场景进行成像，正如摄影领域所已知的那样。
上文所公开的光学检测器的设置尤其可如下排列和排序(以朝向待检测物体或场景的方向列出)：
(1)至少一个光学传感器堆栈，例如透明或半透明光学传感器的堆栈，更特别地太阳能电池，例如有机太阳能电池如sDSC的堆栈，其优选不含具有用于深度检测的光子密度依赖性光电流的像素；
(2)至少一个空间光调制器，其优选具有高分辨率像素和高像素切换频率，例如透明或反射型空间光调制器；
(3)至少一个传输装置，例如至少一个透镜或透镜系统，更优选至少一个合适的照相机透镜系统。
可包含额外的装置，例如一个或多个分束器。此外，如上文所述，在该实施方案或其他实施方案中，光学检测器可包含一个或多个呈现为成像装置的光学传感器，其中可使用单色、多色或全色成像装置。因此，作为实例，光学检测器可进一步包含至少一个成像装置，例如至少一个CCD芯片和/或至少一个CMOS芯片。如上文所述，所述至少一个成像装置尤其可用于获取二维图像和/或用于识别由光学检测器捕捉的场景中的物体。
如上文进一步详细描述的那样，可对空间光调制器的像素进行调制。其中，所述像素可在不同频率下调制和/或所述像素可分组成至少两个对应于场景的像素组，例如出于形成超像素的目的。就此而言，可参考上文所公开的可能性。像素的信息可通过使用不同调制频率获得。细节可参见上文所述的可能性。
一般而言，可通过使用由光学传感器堆栈产生的信号且额外通过使用至少一个任选的成像装置记录二维图像而记录深度地图。可在距传输装置，例如距透镜的不同距离处记录多个二维图像。因此，可由太阳能电池堆栈，例如有机太阳能电池堆栈记录深度地图，且通过使用诸如至少一个任选CCD芯片和/或CMOS芯片的成像装置而进一步记录二维图像。然后，可将所述二维图像与堆栈的信号匹配，从而获得三维图像。然而，额外或者替代地，三维图像的记录也可在不使用诸如CCD芯片和/或CMOS芯片的成像装置下进行。因此，各光学传感器或者光学传感器堆栈的两个或更多个光学传感器可用于通过使用上述涉及空间光调制器的方法而各自记录二维图像。这是可能的，因为借助SLM调制可已知关于像素位置、尺寸和亮度的信息。通过评价光学传感器的传感器信号，例如如上文所述通过解调传感器信号和/或通过实施频率分析，可由各光学传感器信号推导二维图片。因此，可重新构建各光学传感器的二维图像。因此，光学传感器堆栈如透明太阳能电池堆栈的使用允许记录在沿光学检测器光轴的不同位置处，例如在不同焦点位置处获取的二维图像。该多个二维光学图像的获取可同时和/或瞬时进行。因此，通过将光学传感器堆栈与空间光调制器联用，可同时获取光学状况的“层析成像”。因此，可实现无微透镜的光场照相机。
光学检测器甚至允许对通过使用空间光调制器和空间光调制器堆栈获取的信息进一步进行后处理。然而，与其他用于获得场景三维图像的传感器相比，可需要少量后处理或者甚至不需要后处理。此外，可获得完全对焦的图片。
此外，可利用如下可能性：光学传感器堆栈的一个、超过一个或者甚至所有光学传感器可为FiP传感器，即具有光子密度依赖性传感器信号的光学传感器，即提供依赖于传感器区域的光束照射的传感器信号的光学传感器，其中在相同的总照射功率下，传感器信号依赖于传感器区域中的光束宽度。当改变照射传感器区域的光束的焦点时，设计为FiP传感器的相应光学传感器的传感器信号如光电流达到对照射斑最小直径(即光束聚焦在该传感器区域中)而言的最大值。因此，光学传感器堆栈的光学传感器的传感器信号可指示光束的焦点位置，这是因为一般而言，具有最大传感器信号的光学传感器可指示光束的焦平面。在光束由被光学检测器捕捉的场景中的物体发出的情况下，所述光束任选通过所述至少一个任选传输装置，例如所述至少一个透镜或透镜系统成像，且最终可聚焦在光学传感器堆栈内的位置上。通过评价和对比传感器信号，例如通过检测最大传感器信号，可确定焦点位置。一般而言，如果由具有最大传感器信号(对应于FIP曲线的最大值)的像素信息构建图片，则重新构建的图片可在所有图像平面中对焦。
此外，本发明的光学检测器可避免或者至少部分规避图像误差(如透镜误差)校正的典型问题。因此，在许多光学装置如显微镜或望远镜中，透镜误差可导致显著的问题。作为实例，在显微镜中，通常的透镜误差是球面像差这一公知的误差，这导致光线的折射可依赖于与光轴的距离这一现象。此外，可发生温度效应，例如望远镜中焦点位置的温度依赖性。静态误差通常可通过一次确定误差且使用SLM-像素/太阳能电池组合的固定装置而校正，从而构建对焦的图像。在许多情况下，当光学系统保持相同时，软件调整可能是足够的。此外，尤其是在误差随时间变化的情况下，这些常规校正可能不再足够。在这种情况下，通过使用具有至少一个空间光调制器和至少一个光学传感器堆栈的本发明光学检测器，可固有地用于通过获取正确焦平面中的图像而校正误差，尤其是自动校正。
上述在不同z位置处具有光学传感器堆栈的光学检测器的理念提供了相对于目前光场照相机的其他优点。因此，典型的光场照相机是基于图片的或者基于像素的，其中重新构建距透镜的特定距离处的图片。待储存的信息通常线性依赖于像素的数量和图片的数量。相反地，尤其具有与至少一个空间光调制器组合的光学传感器堆栈的本发明光学检测器可具有直接记录光学检测器或照相机中的光场的能力，例如在透镜后面。因此，光学检测器通常可适于记录进入该光学检测器中的一束或多束光束的一个或多个束参数。作为实例，对各光束而言，可记录一个或多个束参数如高斯束参数，例如焦点、方向和扩展函数(spread-function)宽度。其中，焦点可为光束汇聚的点或坐标，且方向可提供与光束扩散或传播有关的信息。替代或者额外地，可使用其他束参数。扩展函数宽度可为描述其焦点外的光束的函数的宽度。在简单情况下，扩展函数可为高斯函数，且宽度参数可为高斯函数的指数或指数的一部分。
因此，一般而言，本发明的光学检测器可允许直接记录至少一束光束的一个或多个束参数，例如光束的至少一个焦点、其传播方向及其扩展参数。这些束参数可由分析光学传感器堆栈的光学传感器的一个或多个传感器信号，例如由分析FiP信号而推导出。因此，可尤其设计为照相机的光学检测器可记录光场的矢量表达，其可压缩和放大，且因此可包含与二维图片和深度地图相比更多的信息。
因此，焦点堆栈照相机和/或焦点扫描照相机可在光场不同割平面处记录图片。可将信息储存为图片数量乘以像素数量而储存。相反地，本发明光学检测器，特别是包含光学传感器堆栈和至少一个空间光调制器，更特别是FiP传感器堆栈和空间光调制器的光学检测器可适于将信息储存为各光束的束参数例如上文所述的至少一个扩展参数、焦点和传播方向的数量。因此，一般而言，光学传感器之间的图片可由矢量表达计算。因此，通常可避免插值或外推。与例如基于像素表达的已知光场照相机所需的存储空间相比，矢量表达通常具有很低的数据储存空间需求。此外，矢量表达可与本领域技术人员已知的图像压缩方法组合。与图像压缩方法的该组合可进一步降低所记录的光场的存储要求。压缩方法可为如下中的一种或多种：色空间变换、下采样、链码、傅立叶相关的变换、块分割、离散余弦变换、分形压缩、色度抽样、量化、紧缩、DPCM、LZW、熵编码、小波变换、jpeg压缩或其他无失真或失真压缩方法。
因此，包含所述至少一个空间光调制器和光学传感器堆栈的光学检测器可适于确定至少一个，优选至少两个或更多个至少一束光束，优选两束或超过两束光束的束参数，且可适于存储这些束参数以用于进一步的应用。此外，光学检测器，尤其是评价装置可适于通过使用这些束参数，例如通过使用上述矢量表达而计算由光学检测器捕捉的场景的图像或部分图像。由于该矢量表达，设计为光场照相机的光学检测器也可检测和/或计算由光学传感器定义的图片平面之间的场。
此外，可在考虑观察者的位置和/或光学检测器自身的位置下对光学检测器，尤其是评价装置进行设计。这是因为通过传输装置，例如通过至少一个透镜进入检测器的所有信息或者几乎所有信息可被光学检测器，例如光场照相机检测到这一事实。类似于洞察物体背后的空间部分的全息图，由或可由具有光学传感器堆栈和所述至少一个空间光调制器的光学检测器检测的光场可包含额外的信息，例如与观察者相对于固定照相机透镜的运动位置有关的信息，尤其是在给定上述束参数或矢量表达下。因此，由于已知光场的性质，穿过光场的横截面可运动和/或倾斜。额外或者替代地，甚至可产生穿过光场的非平面横截面。后者对矫正透镜误差可能尤其有利。当观察者的位置，例如观察者在光学检测器坐标系中的位置发生运动时，一种或多种物体的可视性可发生变化，例如在第一物体后面的第二物体变得可见的情况下。
如上文所述，光学检测器可为单色、多色或者甚至全色光学检测器。因此，如上文所述，可通过使用至少一个多色或全色空间光调制器而产生颜色敏感性。额外或者替代地，在包含两个或更多个光学传感器的情况下，所述两个或更多个光学传感器可提供不同的光谱敏感性。特别地，在使用光学传感器堆栈，尤其是一个或多个选自太阳能电池、有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池、固体染料敏化太阳能电池或一般FiP传感器的光学传感器的堆栈的情况下，颜色敏感性可通过使用具有不同光谱敏感性的光学传感器产生。特别是在使用包含两个或更多个光学传感器的光学传感器堆栈的情况下，所述光学传感器可具有不同的光谱敏感性，例如不同的吸收光谱。
因此，一般而言，光学检测器可包含光学传感器堆栈，其中所述堆栈的光学传感器具有不同的光谱性质。特别地，所述堆栈可包含至少一个具有第一光谱敏感性的第一光学传感器和至少一个具有第二光谱敏感性的第二光学传感器，其中第一光谱敏感性和第二光谱敏感性不同。作为实例，所述堆栈可包含呈交替顺序的具有不同光谱性质的光学传感器。所述光学传感器可适于通过评价具有不同光谱性质的光学传感器的传感器信号而获取多色三维图像，优选全色三维图像。
该颜色分辨率的选项提供了相对于已知颜色敏感照射机装置的许多优点。因此，通过使用呈堆栈的光学传感器(其中所述光学传感器具有不同的光谱敏感性)，与像素化全色照相机如全色CCD或CMOS芯片相比，可利用各传感器的整个传感器面积来检测。因此，可显著提高图像的分辨率，这是因为典型的像素化全色照相机芯片由于必须在相邻设置中提供着色像素这一事实而仅可使用三分之一或四分之一或者甚至更少的芯片表面来成像。
所述至少两个具有不同光谱敏感性的光学传感器可包含不同类型的染料，特别是当使用有机太阳能电池，更特别地sDSC时。其中，可使用包含两种或更多种类型的光学传感器的堆栈，其中各种类型具有均一的光谱敏感性。因此，所述堆栈可包含至少一个具有第一光谱敏感性的第一类型光学传感器，和至少一个具有第二光谱敏感性的第二类型光学传感器。此外，所述堆栈可任选分别包含第三类型，和任选甚至第四类型的分别具有第三和第四光谱敏感性的光学传感器。所述堆栈可包含呈交替方式的第一和第二类型的光学传感器，呈交替方式的第一、第二和第三类型的光学传感器，或者甚至呈交替方式的第一、第二、第三和第四类型的传感器。
最终发现，在仅使用第一类型和第二类型的光学传感器(例如以交替方式)下，可检测颜色或者甚至获取全色图像。因此，作为实例，所述堆栈可包含具有第一吸收性染料的第一类型有机太阳能电池，尤其是sDSC，和具有第二吸收性染料的第二类型有机太阳能电池，尤其是sDSC。第一和第二类型的有机太阳能电池可以以交替方式排列在堆栈中。所述染料尤其可为宽吸收性的，例如通过提供具有至少一个吸收峰和涵盖至少30nm，优选至少100nm、至少200nm或者至少300nm范围的宽吸收的吸收光谱，例如具有30-200nm的宽度和/或60-300nm的宽度和/或100-400nm的宽度。
因此，两种宽吸收性染料可能足以进行颜色检测。通过在透明或半透明太阳能电池中使用具有不同吸收谱的两种宽吸收性染料，由于光子至电流的效率(PCE)的复合波长依赖性，不同的波长会导致不同的传感器信号如不同的电流。颜色可通过比较两个具有不同染料的太阳能电池的电流而确定。
因此，一般而言，包含具有至少两个具有不同光谱敏感性的光学传感器的光学传感器堆栈的光学检测器可适于通过比较所述至少两个具有不同光谱敏感性的光学传感器的传感器信号而确定至少一种颜色和/或至少一个颜色信息项。作为实例，可使用算法由传感器信号确定颜色信息的颜色。额外或者替代地，可使用其他传感器信号评价方式，例如查找表。作为实例，可产生其中对各对传感器信号，例如对各对电流列出均一颜色的查找表。额外或者替代地，可使用其他评价方案，例如通过形成光学传感器信号的商且推导其颜色、颜色信息或颜色坐标。
通过使用具有不同光谱敏感性的光学传感器堆栈，例如具有两种不同光谱敏感性的光学传感器成对的堆栈，可实施各种测量。因此，作为实例，通过使用堆栈，三维多色或者甚至全色图像的记录是可行的，和/或若干焦平面中的图像的记录是可行的。此外，可使用深度离焦算法计算深度图像。
通过使用两种具有不同光谱敏感性的光学传感器，可外推周围色点之间的遗失颜色信息。考虑的周围点越多，则可获得越光滑的函数。这也可用于减少测量误差，然而后处理的计算成本会上升。
因此，一般而言，本发明的光学检测器可设计为多色或全色或颜色检测性光场照相机。可使用交替的着色光学传感器如透明或半透明太阳能电池，特别是有机太阳能电池，更特别是DSC的堆栈。这些光学检测器与至少一个空间光调制器联用，例如用于提供虚拟像素化的目的。因此，所述光学检测器可为未像素化的大面积光学检测器，其中像素化由空间光调制器虚拟产生，并对该光学传感器的传感器信号进行评价，尤其是频率分析。
面内的颜色信息可由堆栈的两个相邻光学传感器的传感器信号获得，其中相邻光学传感器具有不同的光谱敏感性，例如不同的颜色，更特别地具有不同类型的染料。如上文所述，颜色信息可借助评价算法评价具有不同波长敏感性的光学传感器的传感器信号，例如通过使用一个或多个查找表而产生。此外，可通过比较相邻面积的颜色而对颜色信息实施光滑化，例如在后处理步骤中。
z方向(即，沿光轴)中的颜色信息也可通过比较相邻光学传感器和堆栈，例如堆栈中的相邻太阳能电池而获得。颜色信息的光滑化可通过使用获自若干光学传感器的颜色信息而进行。
包含至少一个空间光调制器和至少一个光学传感器的本发明光学检测器可进一步与一个或多个其他类型的传感器或检测器组合。因此，所述光学传感器可进一步包含至少一个额外检测器。所述至少一个额外检测器可适于检测至少一个参数，例如至少一个如下参数：周围环境的参数，例如周围环境的温度和/或亮度；与检测器的位置和/或方向有关的参数；描述被检测物体状态的参数，例如物体的位置，例如物体的绝对位置和/或物体在空间中的方向。因此，一般而言，本发明的原理可与其他测量原理组合，从而获得额外信息和/或确认测量结果或者降低测量误差或噪音。
特别地，本发明的光学检测器可进一步包含至少一个适于通过实施至少一种飞行时间测量而检测至少一种物体和光学检测器之间的至少一个距离的飞行时间(ToF)检测器。本文所用的飞行时间测量通常是指基于时间的测量，其需要在两个物体之间传播或者由一个物体传播至第二物体并返回的信号。在本发明的情况下，所述信号可特别地为一个或多个声信号或电磁信号如光信号。因此，飞行时间检测器是指适于实施飞行时间测量的检测器。飞行时间测量是各技术领域(例如在市售的距离测量装置中或者在市售的流量计如超声流量计中)所公知的。飞行时间检测器甚至可呈现为飞行时间照相机。这些类型的照相机作为范围成像照相机系统市售，其能基于已知的光速解析物体之间的距离。
目前可得的ToF检测器通常基于使用脉冲信号，任选与一个或多个光传感器如CMOS传感器组合。可将由光传感器产生的传感器信号积分。该积分可在两个不同的时间点处开始。距离可由两个积分结果之间的相对信号强度计算。
此外，如上文所述，ToF照相机是已知的且通常也可用于本发明的上下文中。这些ToF照相机可包含像素化的光传感器。然而，由于各像素通常必须允许实施两个积分，像素构造通常更为复杂且市售ToF照相机的分辨率相当低(通常为200×200像素)。小于～40cm和大于数米的距离通常难以或者不能检测。此外，脉冲的周期性会导致模糊距离，因为仅测量一个周期内的脉冲相对位移。
作为独立装置，ToF检测器通常具有各种缺点和技术挑战。因此，ToF检测器，更特别地ToF照相机通常受到光路中的雨水和其他透明物体的困扰，因为脉冲可能被过早反射，雨滴后方的物体被隐藏，或者在部分反射下，积分会导致错误的结果。此外，为了避免测量误差以及为了能清楚区分脉冲，对ToF测量而言，低光条件是优选的。明亮的光如明亮的阳光可使得ToF测量变得不可能。此外，典型ToF照相机的能耗相当高，因为脉冲必须足够亮以至于被反射回且仍可被所述照相机检测到。然而，脉冲的亮度可能对眼睛或其他传感器有害，或者当两个或更多个ToF测量彼此干扰时，可导致测量误差。总之，目前的ToF检测器，特别地目前的ToF照相机具有若干缺点，例如低分辨率、距离测量中的模糊性、有限的使用范围、有限的光条件、对光路中的透明物体敏感、对气候条件敏感和高能耗。这些技术挑战通常降低了目前ToF照相机对日常应用，例如在小汽车中的安全应用的适应性，照相机对日常应用或人-机接口，特别是用于游戏应用中的适应性。
通过结合提供有至少一个空间光调制器和至少一个光学传感器的本发明光学检测器以及上文所述的通过频率分析评价传感器信号的原理，可以以富有成效的方式组合两个系统的优点和能力。因此，SLM检测器(即至少一个空间光调制器与至少一个光学传感器，特别是至少一个光学传感器堆栈的组合)可在明亮光条件下提供优点，而ToF检测器通常在低光条件下提供更好的结果。因此，组合装置，即进一步包含至少一个ToF检测器的本发明光学检测器提供了与这两个单独系统相比对光条件的提高的容忍度。这对安全应用，例如在小汽车或其他车辆中的应用是特别重要的。
特别地，所述光学传感器可设计成使用至少一种ToF测量来校正通过使用SLM检测器实施的至少一种测量，反之亦然。此外，ToF测量的模糊性可通过使用SLM检测器分辨。只要当ToF测量的分析导致模糊可能性时，就可特别地实施SLM测量。额外或者替代地，可连续实施SLM测量，从而将ToF检测器的工作范围扩展至通常由于ToF测量的模糊性而排除的区域。额外或者替代地，SLM检测器可覆盖更宽或者额外的范围，从而允许更宽的距离测量区域。SLM检测器，特别是SLM照相机可进一步用于确定一个或多个重要测量区域，从而降低能耗或者保护眼睛。因此，如上文所述，SLM检测器可适于检测一个或多个感兴趣的区域。额外或者替代地，SLM检测器可用于确定一种或多种物体在由所述光学检测器捕捉的场景中的粗略深度地图，其中所述粗略深度地图可在重要区域中借助一种或多种ToF测量而精修。此外，SLM检测器可用于调节ToF检测器，例如ToF照相机，从而获取距离区域。由此，可预先设定ToF测量的脉冲长度和/或频率，例如用于消除或者降低ToF测量中的模糊可能性。因此，一般而言，SLM检测器通常可用于提供ToF检测器，例如ToF照相机的自动对焦。
如上文所述，可借助SLM检测器如SLM照相机记录粗略深度地图。此外，包含与由光学检测器捕捉的场景中的一种或多种物体有关的深度信息或者z信息的粗略深度地图可通过使用一种或多种ToF测量而精修。ToF测量可特别地仅在重要区域中实施。额外或者替代地，粗略深度地图可用于调节ToF检测器，特别是ToF照相机。
此外，SLM检测器与至少一个ToF检测器的联用可解决上文所述的ToF检测器对检测物体特性的敏感性或者对处于该检测器和检测物体之间的光路中的障碍或者介质的敏感性，例如对雨水或气候条件的敏感性这一问题。组合的SLM/ToF测量可用于从ToF信号中提取重要信息，或者测量具有数个透明或半透明层的复杂物体。因此，可观察由玻璃制成的物体、晶体、液体结构、相变、液体运动等。此外，SLM检测器与至少一个ToF检测器的组合在下雨气候中仍可工作，且整个光学检测器对气候条件的依赖性通常较小。作为实例，由SLM检测器提供的测量结果可用于消除由雨水导致的ToF测量结果的误差，这特别地使得该组合可用于安全应用，例如在小汽车或者其他车辆中。
可以以各种方式将至少一个ToF检测器植入本发明的光学检测器中。因此，所述至少一个SLM检测器和所述至少一个ToF检测器可顺序排列在同一光路中。作为实例，可将至少一个透明SLM检测器置于至少一个ToF检测器前方。额外或者替代地，可对SLM检测器和ToF检测器使用独立光路或者分割光路。其中，作为实例，光路可被一个或多个分束元件分割，例如一个或多个上文列出或者下文进一步详细列出的分束元件。作为实例，可借助波长选择性元件实施束路径的分割。因此，例如，所述ToF检测器可利用红外光，而所述SLM检测器可利用不同波长的光。在该实例中，可通过使用波长选择性分束元件如热镜分割用于ToF检测器的红外光。额外或者替代地，用于SLM测量的光束和用于ToF测量的光束可被一个或多个分束元件，例如一个或多个半透明镜子、立方分束器、极化分束器或其组合分割。此外，所述至少一个SLM检测器和所述至少一个ToF检测器可彼此相邻地置于使用不同光路的同一装置中。各种其他设置是可行的。
如上文所述，本发明所提出的本发明光学检测器以及一个或多个其他装置可与一个或多个其他类型的测量装置组合物。因此，包含至少一个空间光调制器和至少一个光学传感器的本发明光学检测器可与一个或多个其他类型的传感器或检测器，例如上文所述的ToF检测器组合。当本发明光学检测器与一个或多个其他类型的传感器或检测器组合时，所述光学检测器以及所述至少一个其他传感器或检测器可设计成独立装置，其中所述光学检测器的所述至少一个光学传感器和空间光调制器与所述至少一个其他传感器或检测器隔开。替代地，一个或多个这些组件也可完全或部分用于其他传感器或检测器，或者所述光学传感器以及空间光调制器和所述至少一个其他传感器或检测器可完全或部分以其他方式组合。
因此，作为非限制性实例，除所述至少一个任选的ToF检测器之外或者替代该至少一个任选的ToF检测器，光学检测器可例如进一步包含至少一个不同于上述ToF检测器的距离传感器。距离传感器可例如基于上述FiP效应。因此，光学检测器可进一步包含至少一个有源距离传感器。本文所用的“有源距离传感器”是具有至少一个有源光学传感器和至少一个主动照射源的传感器，其中有源距离传感器适于确定物体与该有源距离传感器之间的距离。有源距离传感器包含至少一个适于在被由物体传播至该有源光学传感器的光束照射时产生传感器信号的有源光学传感器，其中在相同的总照射功率下，该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横截面。有源距离传感器进一步包含至少一个用于照射物体的主动照射源。因此，主动照射源可照射物体，且由该照射源产生的照射光和一次光束可被物体或其部分反射或散射，由此产生朝有源距离传感器的光学传感器传播的光束。
有源距离传感器的所述至少一个有源光学传感器的可能设置可参考WO2012/110924A1或WO2014/097181A1中的一篇或多篇，其全部内容通过引用并入本文。这些文献的一篇或两篇中所公开的至少一个纵向光学传感器还可用于可包括在本发明光学检测器中的任选有源距离传感器。因此，可使用单一的光学传感器或多个光学传感器的组合，例如传感器堆栈。
如上文所述，有源距离传感器和光学检测器的剩余组件可为独立的组件，或者可交替组合，完全或部分集成。因此，有源距离传感器的所述至少一个有源光学传感器可完全或部分与所述至少一个光学传感器隔离，或者可完全或部分与光学检测器的所述至少一个光学传感器相同。类似地，所述至少一个主动照射源可完全或部分与光学检测器的照射源隔离，或者可完全或部分相同。
所述至少一个有源距离传感器可进一步包含至少一个有源评价装置，且可与光学检测器的评价装置完全或部分相同，或者可为独立的装置。所述至少一个有源评价装置可适于评价所述至少一个有源光学传感器的至少一个传感器信号且确定物体和该有源距离传感器之间的距离。对该评价而言，可利用所述至少一个传感器信号和距离之间的预定或可确定关系，例如通过经验测量确定的预定关系和/或完全或部分基于传感器信号对距离的理论依赖性的预定关系。该评价的潜在实施方案可参考WO2012/110924A1或WO2014/097181A1中的一篇或多篇，其全部内容通过引用并入本文。
所述至少一个主动照射源可为经调制的照射源或者连续照射源。对该主动照射源的潜在实施方案而言，可参考上文就照射源所公开的选项。特别地，所述至少一个有源光学传感器可适于使得由该至少一个有源光学传感器产生的传感器信号依赖于光束的调制频率。
所述至少一个主动照射源可以以在轴方式照射至少一种物体，从而使得该照射源在光学检测器和/或有源距离传感器的光轴上朝物体传播。额外或者替代地，所述至少一个照射源可适于以离轴方式照射至少一种物体，从而使得朝物体传播的照射光和由物体传播至有源距离传感器的光束以非平行的方式取向。
主动照射源可为均一的照射源，或者可为图案化或结构化的照射源。因此，作为实例，所述至少一个主动照射源可适于以连续光和/或图案化的光照射由光学检测器捕捉的场景或一部分场景。因此，作为实例，可将一个或多个光图案投射至场景和/或一部分场景中，由此可提高至少一种物体的检测对比度。作为实例，可将线图案或点图案如矩形线图案和/或光点的矩形矩阵投射至场景或一部分场景中。为了产生光图案，所述至少一个主动照射源自身可适于产生图案化的光和/或可使用一个或多个光图案化装置，例如滤光片、光栅、镜子或者其他类型的光图案化装置。此外，额外或者替代地，可使用一个或多个具有空间光调制器的光图案化装置。有源距离传感器的空间光调制器可与上述空间光调制器隔开且不同，或者可完全或部分相同。因此，为了产生图案化的光，可使用微镜，例如上文所述的DLP。额外或者替代地，可使用其他类型的图案化装置。
具有光学传感器和空间光调制器的光学检测器与所述至少一个任选有源距离传感器的组合提供了多种优点。因此，与结构化有源距离传感器如具有至少一个图案化或结构化主动照射源的有源距离传感器的组合可使得整个系统更可靠。作为实例，当使用光学传感器、空间光调制器和像素调制的光学检测器的上述原理不能正常工作时(例如由于光学检测器捕捉的场景的低对比度)，可使用有源距离传感器。相反地，当有源距离传感器不能正常工作时(例如由于至少一个主动照射源因雾或雨而在透明物体上反射)，使用空间光调制器和像素调制的光学检测器的基本原理仍可以以合适的对比度分辨物体。因此，对飞行时间检测器而言，有源距离传感器可改善可靠性和由光学检测器产生的测量稳定性。
如上文所述，光学检测器可包含一个或多个适于将光学检测器的束路径分割成两个或更多个分束路径的分束元件。可使用各种类型的分束元件，如棱镜、光栅、半透明镜子、立方分束器、反射型空间光调制器或其组合。其他可能性是可行的。
分束元件可适于将光束分割成至少两个具有相同强度或具有不同强度的部分。在后一情况下，分光束及其强度可适于其相应的目的。因此，在各分束路径中，可设置有一个或多个光学元件，例如一个或多个光学传感器。通过使用至少一个适于将光束分割成至少两个具有不同强度的部分的分束元件，分光束的强度可适于所述至少两个光学传感器的特定要求。
分束元件可特别地适于将光束分割成沿第一分束路径传输的第一部分和沿至少一个第二分束路径传输的至少一个第二部分，其中第一部分具有比第二部分更低的强度。光学检测器可包含至少一个成像装置，优选无机成像装置，更优选CCD芯片和/或CMOS芯片。由于与其他光学传感器相比，例如与至少一个纵向光学传感器如至少一个FiP传感器相比，成像装置通常要求更低的强度，因此所述至少一个成像装置可特别地位于第一分束路径中。作为实例，第一部分可具有低于第二部分强度的一半的强度。其他实施方案是可行的。
所述至少两个部分的强度可以以各种方式调节，例如通过调节分束元件的透射率和/或反射率、通过调节分束元件的表面积或者通过其他方式。分束元件通常可为或者可包含就光束的潜在极化而言无关紧要的分束元件。然而，所述至少一个分束元件也可为或者可包含至少一个极化选择性分束元件。各种类型的极化选择性分束元件是本领域所公知的。因此，作为实例，极化选择性分束元件可为或者可包含极化分束立方体。极化选择性分束元件通常是有利的，因为分光束的强度之比可通过调节进入该极化选择性分束元件的光束的极化而调节。
光学检测器可适于将沿分束路径传输的一个或多个分光束至少部分背反射朝以朝向分束元件。因此，作为实例，光学检测器可包含一个或多个适于将分光束至少部分背反射以朝向分束元件的反射元件。所述至少一个反射元件可为或可包含至少一个镜子。额外或者替代地，可使用其他类型的反射元件，例如反射棱镜和/或所述至少一个空间光调制器，其可特别地为反射型空间光调制器且可设置成将分光束至少部分背反射以朝向分束元件。分束元件可适于将背反射的分光束至少部分重组，从而形成至少一个共光束。光学检测器可适于将重组的共光束馈入至少一个光学传感器中，优选馈入至少一个纵向光学传感器，特别是至少一个FiP传感器中，更优选馈入光学传感器堆栈如FiP传感器的堆栈中。
光学检测器可包含一个或多个空间光调制器。在包含多个空间光调制器，例如两个或更多个空间光调制器的情况下，所述至少两个空间光调制器可设置在同一束路径中或者可设置在不同的分束路径中。在空间光调制器设置在不同束路径中的情况下，光学检测器，尤其是所述至少一个分束元件可适于将通过空间光调制器的分光束重组以形成共光束。
在本发明的另一方面中，公开了一种用于确定至少一种物体的位置的检测器系统。所述检测器系统包含至少一个本发明的光学检测器，例如如上文所公开或如下文进一步详细公开的一个或多个实施方案的光学检测器。所述检测器系统进一步包含至少一个适于将至少一束光束导向光学检测器的信标装置，其中所述信标装置为可与物体连接、可由物体持有和可集成至物体中的至少一种情形。
本文所用的“检测器系统”通常是指相互作用以提供至少一种检测器功能，优选至少一种光学检测器功能，例如至少一种光学测量功能和/或至少一种成像照相机功能的装置或装置排列。如上文所述，所述检测器系统可包含至少一个光学检测器，且可进一步包含一个或多个额外装置。所述检测器系统可集成至一个整体式装置中，或者可呈现为相互作用以提供检测器功能的多个装置的排列。
如上文所述，所述检测器系统包含至少一个适于将至少一束光束导向检测器的信标装置。如本文所用且将在下文进一步详细公开的那样，“信标装置”通常是指适于将至少一束光束导向检测器的任意装置。信标装置可完全或部分呈现为有源信标装置，其包含至少一个用于产生光束的照射源。额外或者替代地，信标装置可完全或部分呈现为无源信标装置，其包含至少一个适于将由信标装置独立地产生的一次光束朝光学检测器反射的反射元件。
信标装置为可与物体连接的、可由物体持有的和可集成至物体中的至少一种情形。因此，信标装置可通过任意连接方式，例如一个或多个连接元件与物体连接。额外或者替代地，物体可适于持有信标装置，例如借助一种或多种合适的持有方式。再次，额外或者替代地，信标装置可完全或部分集成至物体中，因此可形成物体的一部分或者甚至可形成物体。
一般而言，就信标装置的潜在实施方案而言，可参考如下中的一篇或多篇：美国临时申请，2012年12月19日提交的61/739,173和2013年1月8日提交的61/749,964和/或欧洲专利申请号EP13171901.5。此外，其他实施方案是可行的。
如上文所述，信标装置可完全或部分呈现为有源信标装置，且可包含至少一个照射源。因此，作为实例，信标装置通常可包含任意照射源，例如选自如下组的照射源：发光二极管(LED)、灯泡、白炽灯和荧光灯。其他实施方案是可行的。
额外或者替代地，如上文所述，信标装置可完全或部分呈现为无源信标装置，且可包含至少一个适于将由独立于物体的照射源产生的一次光束反射的反射装置。因此，额外或者替代产生光束，信标装置可适于将一次光束朝检测器反射。
在光学检测器使用额外照射源的情况下，所述至少一个照射源可为光学检测器的一部分。额外或者替代地，可使用其他类型的照射源。照射源可适于完全或部分照射场景。此外，照射源可适于提供被所述至少一个信标装置完全或部分反射的一束或多束一次光束。此外，照射源可适于提供一束或多束固定在空间中的一次光束和/或提供一束或多束可移动的一次光束，例如一束或多束可扫描通过空间中的特定区域的一次光束。因此，作为实例，可提供一个或多个照射源，其可移动和/或包含一个或多个可移动的镜子以调节或改变所述至少一束一次光束在空间中的位置和/或方向，例如通过使所述至少一束一次光束扫描通过由光学检测器捕捉的特定场景。在使用一个或多个可移动镜子的情况下，所述可移动的镜子还可包含一个或多个空间光调制器，例如一个或多个微镜，尤其是一个或多个上文所公开的基于技术的微镜。因此，作为实例，场景可通过使用至少一个第一空间光调制器而照射，且借助光学检测器的实际测量可通过使用至少一个第二空间光调制器实施。
所述检测器系统可包含1个、2个、3个或者更多个信标装置。因此，一般而言，在物体为刚性固体(其至少在显微镜尺度内不改变其形状)的情况下，可优选使用至少两个信标装置。在物体完全或部分为挠性的或者适于完全或部分改变其形状的情况下，可优选使用3个或更多个信标装置。一般而言，信标装置的数量可适应物体的挠性程度。优选地，所述检测器系统包含至少3个信标装置。
物体本身可为检测器系统的一部分，或者可独立于检测器系统。因此，一般而言，所述检测器系统可进一步包含至少一种物体。可使用一种或多种物体。物体可为刚性物体和/或挠性物体。
物体通常可为有生命或无生命物体。所述检测器系统甚至可包含至少一种物体，所述物体由此形成该检测器系统的一部分。然而，在至少一个空间维度上，优选物体可独立于检测器运动。
物体通常可为任意物体。在一个实施方案中，物体可为刚性物体。其他实施方案是可行的，例如其中物体为非刚性物体或者可改变其形状的物体的实施方案。
正如下文将进一步详细描述的那样，本发明可特别地用于跟踪人的位置和/或运动，例如用于控制机器、游戏或模拟运动的目的。在这个或其他实施方案中，物体可特别地选自如下组：运动装备的物品，优选选自球拍、球棍、球棒的物品；衣服物品；帽子；鞋子。
如上文所述，所述任选的传输装置可设计成将由物体传播的光馈入光学检测器中。如上文所述，该馈入可任选借助传输装置的成像性质或者非成像性质进行。特别地，传输装置也可设计成在电磁辐射被馈入空间光调制器和/或光学传感器之前收集电磁辐射。所述任选的传输装置也可整体或部分地为至少一个任选照射源的构成部分，所述照射源例如设计成提供具有确定的光学性质，例如具有确定或精确已知的束轮廓，例如至少一束高斯束，特别是至少一束具有已知束轮廓的激光束。
对任选照射源的潜在实施方案而言，可参见WO2012/110924A1。此外，其他实施方案是可行的。来自物体的光可在该物体本身中产生，但也可任选具有不同的来源且由该来源传播至物体且随后朝空间光调制器和/或光学传感器传播。后一情况可例如借助至少一个所用的照射源进行。该照射源可例如为或者包含环境照射源和/或可为或可包含人工照射源。例如，检测器自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/或至少一个半导体照射源，例如至少一个发光二极管，特别是有机和/或无机发光二极管。由于其通常所定义的束轮廓和其他操作性质，特别优选使用一个或多个激光器作为照射源或作为其一部分。照射源本身可为检测器的构成部分或者可独立于光学检测器形成。照射源可特别地集成至光学检测器，例如检测器的外罩中。替代或者额外地，至少一个照射源也可集成至至少一个信标装置或一个或多个信标装置和/或物体中，或者可与物体连接或空间结合。
因此，额外或者替代在相应信标装置本身中产生所述光的选项，来自一个或多个信标装置的光可从照射源发出和/或被照射源激发。例如，在馈入检测器之前，来自信标装置的电磁光可由信标装置自身发出和/或被信标装置反射和/或被信标装置散射。在这种情况下，电磁辐射的发射和/或散射可在不影响电磁辐射的光谱下或者在该影响下进行。因此，例如，在散射期间还可发生波长偏移，例如根据Stokes或Raman。此外，光的发射可例如被一次照射源激发，例如被经激发以发光，特别是发磷光和/或发荧光的物体或物体的一部分区域激发。原则上，其他发射方法也是可行的。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，但也可为例如与物体相连或空间结合的反射器，例如与物体相连的反射板。如果使用至少一个反射器，则其又可视为与物体相连的检测器的一部分，例如独立于光学检测器的其他构成部分。
信标装置和/或至少一个任选的照射源彼此独立地且通常可发射如下中至少一种的光：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射处于可见光谱范围，优选500-780nm，最优选650-750nm或690-700nm的光。
光束在光学传感器中的馈入可特别地以使得在光学传感器的任选传感器面积上产生光斑(例如具有圆形、椭圆形或不同构造的横截面)的方式进行。例如，检测器可具有视距，特别是立体角视距和/或空间视距，由此可检测其中的物体。优选地，所述任选的传输装置以使得光斑(例如在物体设置在检测器视距内的情况下)完全排列在光学传感器的传感器区域和/或传感器面积上的方式设计。例如，可选择具有相应尺寸的传感器面积以确保该条件。
特别地，评价装置可包含至少一个数据处理装置，特别是电子数据处理装置，其可设计用来产生至少一个关于物体位置的信息项。因此，评价装置可设计成使用如下中的一种或多种：空间光调制器的照射像素数量；一个或多个光学传感器上，特别是具有上述FiP效应的一个或多个光学传感器上的光束的宽度；像素化光学传感器如CCD或CMOS芯片的照射像素数量。评价装置可设计成使用一种或多种这些类型的信息以作为一个或多个输入变量，且通过处理这些输入变量而产生至少一个关于物体位置的信息项。处理可并行、顺序或者甚至以组合方式进行。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/或使用至少一种储存和/或已知的关系。所述关系可为预先确定的分析关系或者可经验、分析或半经验地确定或者可确定。特别优选地，所述关系包括至少一条校准曲线、至少一个校准曲线集合、至少一个函数或所述可能性的组合。一条或多条校准曲线可例如以值的集合及其相关函数值的形式储存在例如数据存储装置和/或表中。然而，替代或者额外地，所述至少一条校准曲线也可例如以参数化形式和/或作为函数方程储存。
例如，评价装置可经设计用来就编程而言确定信息项的目的。特别地，评价装置可包含至少一台计算机，例如至少一台微型计算机。此外，评价装置可包含一个或多个易失性或非易失性数据储存器。作为数据处理装置，特别是至少一台计算机的替代或者除此之外，评价装置可包含一个或多个设计用于确定信息项的电子组件，例如电子表格和特别地至少一个查找表和/或至少一个专用集成电路(ASIC)。
在本发明的另一方面中，公开了一种用于在用户和机器之间交换至少一个信息项的人-机接口。所述人-机接口包含至少一个本发明的检测器系统，例如根据一个或多个上文所公开或下文进一步详细公开的实施方案。检测器系统的所述至少一个信标装置适于为直接或间接与用户连接和由用户持有中的至少一种情形。所述人-机接口设计用于借助所述检测器系统确定用户的至少一个位置，且为所述位置指定至少一个信息项。
本文所用的术语“人-机接口”通常是指适于在用户和机器如具有至少一个数据处理装置的机器之间交换至少一个信息项的任意装置或装置组合。该信息交换可以以单向方式和/或以双向方式进行。特别地，所述人-机接口可适于允许用户以机器可读的方式为机器提供一个或多个命令。
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。所述娱乐装置包含至少一个本发明的人-机接口，例如在上文所公开的或者在下文进一步详细公开的一个或多个实施方案中所公开的人-机接口。所述娱乐装置设计成能由玩家借助所述人-机接口输入至少一个信息项，其中所述娱乐装置设计成根据所述信息改变娱乐功能。
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，例如用于锻炼、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，例如根据上文所公开的一个或多个实施方案和/或下文所公开的一个或多个实施方案的人-机接口。所述娱乐装置设计成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，作为实例，所述至少一个信息项可包括关于玩家和/或玩家的一个或多个身体部分的至少一个方向的至少一个信息项，由此允许玩家模拟游戏所需的特定位置和/或方向和/或动作。作为实例，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、挥动球棍、将一个物体指向另一个物体，例如将玩具枪指向靶子。
作为一部分或者作为整体，所述娱乐装置，优选所述娱乐装置的控制器和/或计算机设计成根据所述信息改变娱乐功能。因此，如上文所述，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离和/或可完全或部分与所述至少一个评价装置相同或者可甚至包含所述至少一个评价装置。优选地，所述至少一个控制器可包含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。
在本发明的另一方面中，公开了一种用于跟踪至少一种可移动物体的位置的跟踪系统。所述跟踪系统包含至少一个本发明的检测器系统，例如上文给出的或下文进一步详细描述中给出的一个或多个实施方案中所公开的检测器系统。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在特定时间点的一系列位置。
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个预测的将来位置和/或方向的信息。所述跟踪系统可具有至少一个跟踪控制器，其可完全或部分呈现为电子装置，优选呈现为至少一个数据处理装置，更优选呈现为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完全或部分包含所述至少一个评价装置和/或可为所述至少一个评价装置的一部分和/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的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。所述跟踪控制器适于跟踪物体在特定时间点的一系列位置，例如通过记录数据组或数据对，其中各数据组或数据对包含至少一个位置信息和至少一个时间信息。
所述跟踪系统可进一步包含至少一个本发明的检测器系统。因此，除所述至少一个检测器和所述至少一个评价装置和任选的至少一个信标装置之外，所述跟踪系统可进一步包含物体本身或物体的一部分，例如至少一个包含信标装置的控制元件或至少一个信标装置，其中所述控制元件可与被跟踪物体直接或间接连接或者可集成至其中。
所述跟踪系统可适于引发该跟踪系统自身和/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，所述跟踪系统，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/或第二物体可移动。再次，潜在的实例可见于工业应用中，例如在机器人中和/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，例如用于通过将照射源连续指向物体(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中，从而例如通过将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光学检测器，例如上文给出或下文进一步详细中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，尤其用于数码3D摄影。因此，所述检测器可形成数码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。本文进一步使用的术语“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，例如图像序列。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，一般而言，本发明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。如上文所述，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光学检测器。如上文所述，所述照相机可适于获取单一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。
在具有所述至少一个光学传感器，尤其是上述FiP传感器下，所述光学检测器或者包含该光学检测器的照相机可进一步与一个或多个额外传感器组合。因此，具有所述至少一个光学传感器，尤其是至少一个上述FiP传感器的至少一个照相机可与至少一个其他照相机(其可为常规照相机和/或例如立体照相机)组合。此外，具有所述至少一个光学传感器，尤其是所述至少一个上述FiP传感器的1个、2个或更多个照相机可与1个、2个或更多个数码照相机组合。作为实例，1个、2个或更多个二维数码照相机可用于由本发明光学检测器获得的立体信息和深度信息计算深度。
特别是在汽车技术领域中，在照相机失效的情况下，本发明的光学检测器仍可用于测量物体的纵坐标，例如用于测量视场中的物体的距离。因此，通过将本发明的光学检测器用于汽车技术领域中，可实现失效防护功能。特别是对汽车应用而言，本发明的光学检测器提供了数据精简的优势。因此，与常规数码照相机的照相机数据相比，通过使用本发明光学检测器(即具有至少一个光学传感器，尤其是所述至少一个FiP传感器的光学检测器)获得的数据可提供具有显著更低体积的数据。特别是在汽车技术领域中，减少数据量是有利的，因为就数据传输速率而言，汽车数据网络通常提供了较低的容量。
本发明的光学检测器可进一步包含一个或多个光源。因此，所述光学检测器可包含一个或多个光源以照射至少一种物体，从而使得例如照射光被物体反射。光源可为连续光源或者可为非连续发射的光源，例如脉冲光源。光源可为均一光源或者可为非均一光源或者图案化的光源。因此，作为实例，为了使得光学检测器测量至少一个纵坐标，例如测量至少一种物体的深度，照射中的对比度或由光学检测器捕捉的场景中的对比度是有利的。在天然照射所提供的无对比度的情况下，光学检测器可适于借助至少一个任选光源而完全或部分照射场景和/或场景中的至少一种物体，优选使用图案化的光。因此，作为实例，光源可将图案透射至场景中、墙壁上或者至少一种物体上，从而在光学检测器捕捉的图像中产生提高的对比度。
所述至少一个任选的光源通常可发射处于可见光谱范围、红外光谱范围或紫外光谱范围的一个或多个中的光。优选地，所述至少一个光源至少发射处于红外光谱范围内的光。
所述光学检测器还可适于自动照射场景。因此，所述光学检测器，例如所述评价装置可适于自动控制光学检测器捕捉的场景或其部分的照射。因此，作为实例，所述光学检测器可适于识别大面积具有低对比度，由此使得难以测量这些面积中的纵坐标如深度的情况。在这些情况下，作为实例，所述光学检测器可适于用图案化的光自动照射这些面积，例如通过将一个或多个图案投射至这些面积中。
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方向的信息项。因此，位置可尤其在检测器坐标系中，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。
如上文所述，光学检测器的所述至少一个空间光调制器尤其可为或者可包含至少一个反射型空间光调制器如DLP。在使用一个或多个反射型空间光调制器的情况下，所述光学检测器可进一步适于使用该至少一个反射型空间光调制器以用于不同于上文所述的目的。因此，所述光学检测器可尤其适于额外使用所述至少一个空间光调制器，尤其是所述至少一个反射型空间光调制器来将光投射至空间中，例如投射至场景中和/或屏幕上。因此，所述检测器可尤其适于额外提供至少一种投影仪功能。
因此，作为实例，主要开发DLP技术以用于投影仪，例如通信装置如移动电话中的投影仪。因此，可在宽范围的装置中植入集成的投影仪。在本发明中，空间光调制器可尤其用于距离传感和/或用于确定物体的至少一个纵坐标。然而，这两种功能可组合。因此，可在一个装置中实现投影仪和距离传感器的组合。
这是由于如下事实所致：与评价装置组合的空间光调制器，尤其是反射型空间光调制器可实现距离传感或确定物体的至少一个纵坐标这一任务和投影仪这一任务，例如用于将至少一个图像投射至空间中、场景中或屏幕上。实现这两种任务的所述至少一个空间光调制器尤其可间歇调制，例如通过使用调制周期来进行距离传感和使用调制周期来进行间歇投影。因此，反射型空间光调制器如DLP通常能在高于1kHz的调制频率下调制。因此，可对投影实现实时视频，且同时用单一空间光调制器如DLP实现距离测量。这允许例如使用移动电话来记录3D场景并同时将其投射。
在本发明的另一方面中，公开了一种光学检测的方法，尤其是确定至少一种物体的位置的方法。所述方法包括可以以给定顺序或者不同顺序实施的如下步骤。此外，两个或更多个或者甚至全部方法步骤可同时实施和/或在时间上重叠。此外，1个、2个或更多个或者甚至全部方法步骤可反复实施。所述方法可进一步包括额外的方法步骤。所述方法包括如下方法步骤：
-通过使用至少一个空间光调制器以空间分辨的方式调节至少一种光束性质，其中所述空间光调制器具有像素矩阵，各像素可控以单独调节一部分通过该像素的光束的至少一种光学性质；
-通过使用至少一个光学传感器检测通过所述空间光调制器的像素矩阵之后的光束并产生至少一个传感器信号；
-通过使用至少一个调制器装置以不同频率周期性控制至少两个像素；和
-通过使用至少一个评价装置实施频率分析并确定用于控制频率的传感器信号的信号分量。
优选地，所述方法可通过使用本发明的光学检测器，例如上文给出或下文进一步详细描述中给出的一个或多个实施方案中所公开的光学检测器实施。因此，就所述方法的定义和潜在实施方案而言，可参考光学检测器。此外，其他实施方案是可行的。
在本发明的另一方面中，公开了本发明光学检测器，例如上述一个或多个上文所述实施方案中公开的和/或下文进一步详细描述中给出的一个或多个实施方案中公开的光学检测器的用途，其用于选自如下组的应用目的：交通技术中的位置测量；娱乐应用；保密应用；人-机接口应用；跟踪应用；摄影应用；用于产生至少一个空间，例如至少一个选自房间、建筑物和街道的空间的地图的地图绘制应用；移动应用；网络摄像机；计算机外围设备；游戏应用；照相机或者视频应用；保密应用；监视应用；汽车应用；运输应用；医疗应用；运动应用；机器视觉应用；车辆应用；飞机应用；船舶应用；空间飞行器应用；建筑物应用；建筑应用；制图学应用；生产应用；与至少一种飞行时间检测器组合应用。额外或者替代地，可提及在区域和/或全球定位系统中的应用，尤其是基于地标的定位和/或室内和/或室外导航，特别是用于小汽车或其他车辆(例如火车、摩托车、自行车、用于货物运输的卡车)、机器人或被行人利用。此外，作为潜在的应用，可提及室内定位系统，例如用于家庭应用和/或用于生产技术中所用的机器人。此外，本发明的光学检测器可用于汽车开门器中，例如用于所谓的智能滑门，例如Jie-CiYang等，Sensors2013，13(5)，5923-5936；doi:10.3390/s130505923中所公开的职能滑门中。当人或物体接近门时，至少一个本发明光学检测器可用来检测，且门自动打开。
如上文所述，其他应用可为全球定位系统、区域定位系统、室内导航系统等。因此，本发明的装置，即一个或多个光学检测器、检测器系统、人-机接口、娱乐装置、跟踪系统或照相机可尤其为区域或全球定位系统的一部分。额外或者替代地，所述装置可为可见光通信系统的一部分。其他用途是可行的。
此外，本发明的装置，即一个或多个光学检测器、检测器系统、人-机接口、娱乐装置、跟踪系统或照相机可尤其与区域或全球定位系统组合使用，例如用于室内或室外导航。作为实例，一个或多个本发明的装置可与软件/数据库包如Google或GoogleStreet组合。本发明的装置可进一步用于分析环境中的物体距离，其位置可在数据库中找到。由与已知物体位置之间的距离，可计算用户的区域或全球位置。
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—不将本发明限于FiP效应的潜在应用—“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、智能平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，例如发射可见光范围或红外范围的光的光源组合，从而提高性能。因此，作为实例，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)可用于移动应用中，例如用于借助移动装置，例如移动电话来控制其他电子装置或组件。作为实例，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脸部表情和/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，尤其是使用用于增强现实应用的透明显示器。
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应用。
此外，FiP装置可用于保密和监视应用。因此，作为实例，一般的FiP传感器和特别地本发明SLM基光学检测器可与一个或多个当物体处于预定面积之内或之外时给出信号的数字和/或模拟电子器件组合(例如用于银行或博物馆中的监视应用)。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，例如与IR、X射线、UV-VIS、雷达或超声检测器组合。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。与有源检测器系统相比，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可能被第三方检测到的信号，正如例如在雷达应用、超声应用、LIDAR或类似的有源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3D检测的容易性和精度，FiP装置通常可用于脸部、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装置通常可用于保密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。
除上文所述的保密和监视应用而言，FiP装置通常可用于监视和监控空间和区域。因此，FiP装置可用于监视和监控空间和区域，作为实例，用于在禁止区域被侵犯的情况下触发或实施警报。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，例如视频和摄录机应用中。因此，FiP装置可用于运动捕捉和3D电影记录。其中，FiP装置通常提供了相对于常规光学装置的大量优点。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，例如由于大体积分束器这一一般性要求。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、车后横越交通警报以及其他汽车和交通应用。此外，一般的FiP传感器，更特别地本发明的SLM基光学检测器也可用于速度和/或加速度测量，例如通过分析通过使用FiP传感器获得的位置信息的一阶和二阶时间导数。该特征通常可用于汽车技术、运输技术或一般交通技术中。在其他技术领域中的应用是可行的。
在这些或其他应用中，FiP装置通常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方面。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。在这些应用中，FiP装置的无源特性通常是有利的。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车辆内的几乎任何位置，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车辆或者提高主动安全概念的性能。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。速度测量可集成至车辆中或者可用在车辆外部，从而例如在交通控制中测量其他小汽车的速度。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)，这是因为如上文所述，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捉3D信息。此外，FiP装置可与合适的监控软件组合，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，例如用于监控游戏、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/或机器人工作的无源控制单元。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装置的无源特性，FiP装置可相对于有源装置有利和/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寸(从微米范围至米范围)。其他质量控制应用是可行的。
此外，FiP装置可用于轮询(poll)、飞机、船舶、空间飞行器或其他交通应用中。因此，除上文就交通应用所述的应用之外，可提及用于飞行器、车辆等的无源跟踪系统。基于FiP效应的用于监控运动物体的速度和/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。所述至少一个FiP检测器尤其可安装在静止和/或运动装置上。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，用于避免被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、即时响应且由于与有源系统如雷达相比，所述检测系统的无源特性通常更难以检测和干扰，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装置通常可用于无源应用中。无源应用包括船舶在港口或危险区域中的导航，和飞行器在着陆或起飞时的导航。其中，可使用固定的已知有源目标进行精确导航。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行驶。
此外，如上文所述，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，将运动植入图像输出中的应用是可能的。此外，FiP装置用于给出命令的应用是可行的，例如通过使用一个或多个FiP装置来进行姿势或脸部识别。FiP装置可与有源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、球棍、枪、刀、车轮、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。其他选项是可行的。
此外，FiP装置通常可用于建筑物、建筑和制图学领域中。因此，通常可使用FiP基装置来测量和/或监控环境区域，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，从而监控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。
如上文所述，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装置可用于监控或控制生产领域中的表面损伤、用于监控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、物体或工具的尺寸，例如用于最佳材料处理，尤其是与机器人组合。此外，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打印机组合以用于快速成型、3D复印等。此外，FiP装置可用于检测一种或多种物品的形状，用于防止产品盗版和用于防伪造目的。
如上文所述，所述至少一个光学传感器，或者在提供多个光学传感器的情况下，所述光学传感器中的至少一个可为有机光学传感器，其包含具有至少两个电极和至少一种包埋在这些电极之间的光伏材料的光敏层设置。下文给出了光敏层优选设置的实例，特别是就可用于该光敏层设置中的材料而言。光敏层设置优选为太阳能电池的光敏层设置，更优选为机太阳能电池和/或染料敏化太阳能电池(DSC)的光敏层设置，更优选为固体染料敏化太阳能电池(sDSC)的光敏层设置。然而，其他实施方案是可行的。
优选地，光敏层设置优选包含夹在第一电极和第二电极之间的至少一种光伏材料，例如至少一种包含至少两个层的光伏层设置。优选地，所述光敏层设置和光伏材料包含至少一个n-半导电金属氧化物、至少一种染料和至少一种p-半导电有机材料的层。作为实例，所述光伏材料可包含具有如下的层设置：至少一个致密n-半导电金属氧化物如二氧化钛的层；至少一个与所述致密n-半导电金属氧化物的层接触的纳米多孔n-半导电金属氧化物层，例如至少一个纳米多孔二氧化钛层；至少一个染料(优选有机染料)敏化的纳米多孔n-半导电金属氧化物层；和至少一个与所述染料和/或纳米多孔n-半导电金属氧化物层接触的至少一种p-半导电有机材料的层。
如下文进一步详细解释的那样，所述致密n-半导电金属氧化物层可形成介于第一电极和所述至少一个纳米多孔n-半导电金属氧化物层之间的至少一个阻隔层。然而，应指出的是，其他实施方案，例如具有其他类型的缓冲层的实施方案是可行的。
所述至少两个电极包含至少一个第一电极和至少一个第二电极。第一电极可为阳极或阴极之一，优选为阳极。第二电极可为阳极或阴极中的另一个，优选为阴极。第一电极优选与至少一个n-半导电金属氧化物层接触，第二电极优选与至少一个p-半导电有机材料层接触。第一电极可为与基材接触的底电极，第二电极可为背对基材的顶电极。或者，第二电极可为与基材接触的底电极，第一电极可为背对基材的顶电极。优选地，第一电极和第二电极之一或二者是透明的。
下文公开了就第一电极、第二电极和光伏材料，优选包含两种或更多种光伏材料的层设置而言的一些选项。然而，应指出的是，其他实施方案是可行的。
a)基材、第一电极和n-半导电金属氧化物
一般而言，就第一电极和n-半导电金属氧化物的优选实施方案而言，可参考WO2012/110924A1、美国临时申请61/739,173或美国临时申请61/708,058，所有这些的全部内容在此通过引用并入。其他实施方案是可行的。
在下文中，应假定第一电极为与基材直接或间接接触的底电极。然而，应指出的是，其中第一电极为顶电极的其他组合是可行的。
可用于所述光敏层设置中，例如用于至少一个n-半导电金属氧化物的致密膜(也称为密实膜)和/或至少一个n-半导电金属氧化物的纳米多孔膜(也称为纳米颗粒膜)中的n-半导电金属氧化物可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，所述光学传感器使用至少一个透明的基材。然而，使用一个或多个不透明基材的设置是可行的。
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。在希望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，也可形成挠性电池。这能赋予如果有的话，用刚性基材仅可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密实或致密的金属氧化物缓冲层(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，固体p-半导电电解质的使用(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，从而使得在许多情况下可省略该层(其也具有限流效果且还可使n-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，常常发生不希望的载流子重组问题。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，其吸收通常不处于电磁波谱的可见区域内，而是通常处于紫外光谱区域内。为了用于太阳能电池中，金属氧化物因此通常如在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，从而使得其再生。
对于在有机太阳能电池中的应用特别感兴趣的是半导体氧化锌、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微晶或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，从而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、染料对孔的改进填充、染料对表面敏化的改进或提高的表面积。
所述金属氧化物半导体可单独或以混合物的形式使用。所述金属氧化物也可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至其他半导体如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的金属氧化物，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)、氧化铯、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钌、酞菁类以及卟啉类具有的强吸收，即使n-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希望的重组过程的可能性降低和染料子电池的内电阻降低的优点。对n-半导电金属氧化物而言，可优选使用100nm至20微米，更优选500nm至约3微米的层厚度。
b)染料
就本发明而言，特别是通常用于DSC的术语“染料”、“敏化剂染料”和“敏化剂”基本同义地使用而不对可能构型具有任何限制。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。作为优选实例，可使用WO2012/110924A1、美国临时申请号61/739,173或美国临时申请号61/708,058(所有这些的全部内容在此通过引用并入)中所公开的一种或多种染料。额外或者替代地，可使用WO2007/054470A1和/或WO2013/144177A1和/或WO2012/085803A1中公开的一种或多种染料，其全部内容也通过引用并入。
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Nature395，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作为敏化剂的借助酸基团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。
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。
所提出的染料太阳能电池中的优选敏化剂染料为DE102005053995A1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。此外，如上文所述，可使用WO2012/085803A1中所公开的一种或多种染料。额外或者替代地，可使用WO2013/144177A1中所公开的一种或多种染料。WO2013/144177A1和EP12162526.3的全部内容由此通过引用并入。特别地，可使用染料D-5和/或染料R-3，其也称为ID1338：
染料D-5和染料R-3的制备和性质公开于WO2013/144177A1中。
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。
此外，额外或者替代地，可使用下列染料，这也公开在WO2013/144177A1中，称为ID1456：
此外，可在本发明的装置，尤其是至少一个光学传感器中使用一种或全部两种下列萘嵌苯类(rylene)染料：
ID1187：
ID1167：
这些染料ID1187和ID1167落入WO2007/054470A1中所公开的萘嵌苯类染料的范围之内，且可使用其中所公开的一般合成途径合成，这是本领域技术人员所已知的。
萘嵌苯类在日光波长范围内显示出强吸收，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。为了实现入射日光从可见光区域至近红外区域的非常充分的利用，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-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-，或借助存在于酰亚胺中的酸基团A或缩合基团((x2)或(x3))进行。就本发明而言，DE102005053995A1所述的萘嵌苯衍生物I对在染料敏化太阳能电池中的使用具有良好适合性。
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-型半导体以后再生且还防止与已释放到半导体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的萘嵌苯类。
染料可以以简单方式固定在n-半导电金属氧化物膜(例如纳米多孔n-半导电金属氧化物层)之上或之内。例如，n-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-半导电金属氧化物的氧化物颗粒尺寸的选择中，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p-导体。
c)p-半导电有机材料
如上文所述，所述至少一个光敏层设置，例如DSC或sDSC的光敏层设置可特别包含至少一种p-半导电有机材料，优选至少一种固体p-半导电材料，其在下文中也称为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的组合使用，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-型半导体的组合形式使用。
为了防止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尚未未覆盖的位置。在一些情况下，钝化材料也可在染料之前施加至金属氧化物上。优选的钝化材料尤其为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)。
如上文所述，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)。不同螺环化合物中的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(即一种或多种低分子量、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)。还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ACSNano，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中所公开的一种或多种p-型半导电材料，其全部内容通过引用并入本文。此外，也可参考关于来自现有技术的上文说明的p-半导电材料和掺杂剂的评论。
p-型半导体优选可通过或通过将至少一种p-型导电有机材料施加于至少一种载体元件上而生产，其中施加例如通过由包含至少一种p-型导电有机材料的液相沉积而进行。在该情况下，沉积原则上可再次通过任意所需的沉积方法如通过旋涂、刮涂、刀涂、印刷或所述和/或其他沉积方法的组合进行。
有机p-型半导体可尤其包含至少一种螺环化合物如螺-MeOTAD和/或至少一种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，如上文所述，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。本发明上下文中所用的术语“低分子量”优选意指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/或将它们输送至相邻分子的性质。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。所述低分子量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，螺原子可为sp3-杂化的，从而使得经由螺原子彼此连接的螺环化合物的构成部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MerckKGaA市购的下式化合物：
替代或者额外地，也可使用其他p-半导电化合物，尤其是低分子量和/或低聚和/或聚合p-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PCT申请号PCT/EP2010/051826。额外或者替代上述螺环化合物，所述p-型半导体可包含至少一种上述通式I的化合物。
本发明所用的术语“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。
本发明所用的术语“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全部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，所用的术语“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全部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变化至可能取代基的最大数。
本发明所用的优选式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。
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。
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各自独立地选自如下组：
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变化至可能取代基的最大数。
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对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，所述至少一种式(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。
d)第二电极
第二电极可为面向基材的底电极或背对基材的顶电极。如上文所述，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。
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。
因此，作为实例，第二电极可包含一种或多种导电聚合物，其与一个或多个金属层组合。优选地，所述至少一种导电聚合物为透明的导电聚合物。该组合允许提供极薄且因此透明，但仍提供足够导电性的金属层，从而赋予第二电极以透明性和高导电性。因此，作为实例，所述一个或多个金属层各自或组合地可具有小于50nm，优选小于40nm或者甚至小于30nm的厚度。
作为实例，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。对于其他示例性实施方案，可参考美国临时申请号61/739,173或美国临时申请号61/708,058，所有这些的全部内容通过引用并入本文。
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通过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。
所述光学传感器的所述至少一个第二电极可为单一电极或者可包括多个分电极。因此，可使用单一的第二电极或更复杂的设置，例如分割电极。
此外，尤其可为或可包含少一个纵向光学传感器和/或至少一个横向光学传感器的所述至少一个光学传感器的所述至少一个第二电极可优选完全或部分为透明的。因此，特别地，所述至少一个第二电极可包含一个、两个或更多个电极，例如一个电极或两个或更多个分电极，和任选的至少一种与所述电极或所述两个或更多个分电极接触的电极材料。
此外，第二电极可完全或部分为不透明的。特别地，所述两个或更多个分电极可为不透明的。可尤其优选使得最后的电极，例如背对物体的电极和/或光学传感器堆栈的最后电极是不透明的。因此，该最后的电极可然后经优化以将所有剩余的光转化成传感器信号。此处，“最后的”电极可为背对物体的至少一个光学传感器的电极。一般而言，不透明电极比透明电极更有效。
因此，通常有益的是将透明传感器的数量和/或透明电极的数量降至最低。就此而言，作为实例，可参考WO2014/097181A1中所示的至少一个纵向光学传感器和/或至少一个横向光学传感器的潜在设置。然而，其他设置是可行的
所述光学检测器、检测器系统、方法、人-机接口、娱乐装置、跟踪系统、照相机和光学检测器的用途提供了相对于已知的该类装置、方法和用途的大量优点。
因此，一般而言，通过将一个或多个空间光调制器与一个或多个光学传感器组合且连同使用调制频率来通过频率分析分离信号分量的一般理念，可提供光学检测器，所述光学检测器可以以技术上简单的方式且在无需使用像素化光学传感器下提供高分辨率成像，优选高分辨率3D成像的可能性，确定物体的横和/或纵坐标的可能性，以简化方式分离颜色的可能性和许多其他可能性。
因此，照相机，尤其是3D照相机的目前设置通常需要复杂的测量设置和复杂的测量算法。在本发明中，可整体上使用大面积光学传感器，例如太阳能电池，更优选DSC或sDSC，而无需将这些光学传感器细分成像素。作为实例，对空间光调制器而言，通常用于显示和/或投影装置中的液晶屏可置于一个或多个太阳能电池，例如太阳能电池堆栈，更优选DSC堆栈上。DSC可具有相同的光学性质和/或不同的光学性质。因此，可使用至少两个具有不同吸收性质的DSC，例如至少一个在红色光谱区域内具有吸收的DSC、一个在绿色光谱区域内具有吸收的DSC，和一个在蓝色光谱区域内具有吸收的DSC。其他设置是可行的。DSC可与一个或多个无机传感器，例如一个或多个CCD芯片，尤其是一个或多个具有高分辨率的不透明CCD芯片(例如如标准数码照相机中所用的)组合。因此，可使用在离空间光调制器最远的位置处具有CCD芯片的堆栈设置，一个、两个或更多个至少部分透明的DSC或sDSC(其优选不具有像素)的堆栈，其尤其用于通过利用FiP效应而确定物体的纵坐标。该堆栈之后可为一个或多个空间光调制器，例如一个或多个透明或半透明的LCD和/或一个或多个使用所谓的DLP技术的装置，例如如www.dlp.com/de/technology/how-dlp-works所公开的那样。该堆栈可与一个或多个传输装置，例如一个或多个照相机透镜系统组合。
频率分析可通过使用标准傅立叶变换算法进行。
可使用具有高分辨率的任选不透明CCD芯片以获得x、y和颜色信息，如在常规照相机系统中那样。可使用SLM与一个或多个大面积光学传感器的组合来获得纵向信息(z-信息)。SLM的各像素可振荡，例如通过以高频率开启和闭合，且各像素可以以非常确定的均一频率振荡。
可使用光子密度依赖性透明DSC来确定深度信息，这称为上述FiP效应。因此，通过汇聚透镜和两个透明DSC的光束覆盖该DSC的敏感区域的不同的表面积。这可导致不同的光电流，由此可推导深度信息。通过太阳能电池的光束可被SLM如LCD和/或微镜装置的振荡像素脉冲化。由DSC获得的电流-电压信息可通过频率分析处理，例如通过傅立叶变换处理，从而获得各像素后面的电流-电压信息。频率可独特地识别各像素以及因此其横向位置(x-y位置)。如上文所述，可使用各像素的光电流来获得相应的深度信息。
此外，如上文所述，所述光学检测器可呈现为多色或全色检测器，其适于识别和/或确定至少一束光束的颜色。因此，一般而言，所述光学检测器可为可用于照相机中的多色和/或全色光学检测器。因此，可实现简单的设置，且可以以技术上简单的方式实现用于成像和/或确定至少一种物体的横向和/或纵向位置的多色检测器。因此，可使用具有至少两种，优选至少三种不同类型的不同颜色像素的空间光调制器。
作为实例，可使用液晶空间光调制器，例如薄膜晶体管光谱光调制器，其优选具有至少两种，优选至少三种不同颜色的像素。这些类型的空间光调制器以红、绿和蓝色通道商购获得，其各自可开启(透明的)和闭合(黑色的)，优选逐像素地。额外或者替代地，可使用反射型SLM，例如通过使用上述技术，其可由TexasInstruments获得且具有单色或多色或者甚至全色微镜。再次，额外或者替代地，可使用基于声光效应和/或基于电光效应的SLM，例如如http://www.leysop.com/integrated_pockels_cell.htm所述。因此，作为实例，在液晶技术或微镜中，可使用滤色片，例如直接位于像素上的滤色片。因此，各像素可开启或闭合其中光可通过SLM且朝至少一个光学传感器前进的通道。所述至少一个光学传感器，例如至少一个DSC或sDSC可完全或部分吸收通过SLM的光束。作为实例，在仅开启蓝色通道的情况下，仅蓝光可被光学传感器吸收。当红、绿和蓝光以反相位和/或不同频率脉冲时，频率分析可允许同时检测所述三种颜色。因此，一般而言，所述至少一个光学传感器可为宽波段光学传感器，其适于在多色或全色SLM的光谱区域内吸收。因此，可使用在红色、绿色和蓝色光谱区域内吸收的宽波段光学传感器。额外或者替代地，可对不同光谱区域使用不同光学传感器。一般而言，上述频率分析可适于根据其调制频率和/或相位而识别信号分量。因此，通过识别信号分量的频率和/或相位，可将该信号分量指定给光束的特定颜色分量。因此，所述评价装置可适于将光束分成不同的颜色。
当两个或更多个通道以不同调制频率脉冲时，即以不同频率和/或不同相位脉冲时，可存在其中各通道被单独开启、所有通道开启和两种不同的通道同时开启的时刻。这允许以很少的额外后处理同时检测大量不同的颜色。由于检测多通道信号，当可在后处理中将单通道和多通道信号比较时，可提高精度或颜色选择性。
如上文所述，空间光调制器可以以各种方式呈现。因此，作为实例，空间光调制器可使用液晶技术，优选连同薄膜晶体管(TFT)技术。额外或者替代地，可使用微机械装置，例如反射型微机械装置，例如可由TexasInstruments获得的根据技术的微镜装置。额外或者替代地，可使用电致变色和/或二色性滤光片作为空间光调制器。额外或者替代地，可使用一个或多个电致变色空间光调制器、声光空间光调制器或电光空间光调制器。一般而言，空间光调制器可适于以各种方式调制光束的至少一种光学性质，例如通过在透明状态和不透明状态之间、透明状态和更透明状态之间或透明装置和颜色状态之间切换像素。
其他实施方案涉及光学检测器中的光束或其部分的束路径。此处所用和下文所用的“束路径”通常为光束或其部分可沿其传播的通路。因此，一般而言，光学检测器中的光束可沿单一束路径传输。所述单一束路径可为直的单一束路径或者可为具有一个或多个偏折的束路径，例如折叠束路径、分支束路径、直角束路径或Z形束路径。或者，在光学检测器中可存在两个或更多个束路径。因此，进入光学检测器的光束可分成两束或更多束分光束，其中各分光束沿一个或多个分束路径。如上文所述，各分束路径可独立地为直的分束路径、具有一个或多个偏折的分束路径，例如折叠分束路径、直角分束路径或Z形分束路径。一般而言，正如本领域技术人员所知晓的那样，各种类型的束路径的任何类型的组合是可行的。因此，可存在至少两个分束路径，其总体上形成W形设置。
通过将束路径分成两个或更多个分束路径，所述光学检测器的元件可分布在所述两个或更多个分束路径上。因此，至少一个光学传感器，例如至少一个大面积光学传感器和/或至少一个大面积光学传感器，如具有上述FiP效应的一个或多个光学传感器的堆栈可位于第一分束路径中。至少一个额外的光学传感器，例如不透明光学传感器，例如图像传感器如CCD传感器和/或CMOS传感器可位于第二分束路径中。此外，所述至少一个空间光调制器可位于一个或多个分束路径中和/或在将同一束路径分成两个或更多个分束路径之前，可位于该同一束路径中。各种设置是可行的。此外，光束和/或分光束可沿束路径或分束路径以单向方式传输，例如仅一次或者以单一传输方式。或者，光束或分光束可沿束路径或分束路径重复传输，例如以环形设置和/或以双向方式，例如其中光束或分光束被一个或多个反射元件反射从而沿相同的束路径或分束路径传输回的设置。所述至少一个反射器元件可为或者可包含空间光调制器本身。类似地，为了将束路径分割成两个或更多个分束路径，可使用空间光调制器本身。额外或者替代地，可使用其他类型的反射元件。
通过在光学检测器中使用两个或更多个分束路径和/或通过使光束或分光束沿束路径或分束路径重复或者以双向方式传输，光学检测器的各种设置是可行的，这使得光学检测器的设置具有高度灵活性。因此，光学检测器的功能可分割和/或分布在不同分束路径上。因此，第一分束路径可专用于物体的z-检测，例如通过使用一个或多个具有上述FiP效应的光学传感器，且第二束路径可用于成像，例如通过提供一个或多个图像传感器如一个或多个CCD芯片或CMOS芯片以用于成像。因此，在一个、超过一个或所有分束路径中，可定义独立或依赖性的坐标系，其中可确定物体在这些坐标系中的一个或多个坐标。由于光学检测器的一般设置是已知的，坐标系可校正，且可使用简单的坐标变换来将坐标组合在光学检测器的共同坐标系中。
上述可能性可以以各种方式呈现。因此，如上文所述，空间光调制器通常可为反射型空间光调制器。因此，如上文所述，所述反射型空间光调制器可为或者包含微镜系统，例如通过使用上述技术。因此，所述空间光调制器可用于偏折或反射光束和/或其部分，例如用于将光束反射至其初始方向中。因此，光学检测器的所述至少一个光学传感器可包含一个透明光学传感器。所述光学检测器可具有如下设置：使得光束在达到空间光调制器之前通过所述透明光学传感器。所述空间光调制器可适于至少部分将光束朝光学传感器反射回。在该实施方案中，光束可通过两次透明光学传感器。因此，光束可首先以未调制的方式第一次通过透明光学传感器，到达空间光调制器。如上文所述，空间光调制器可适于调制光束且同时将该光束反射回以朝向透明光学传感器，从而使得光束第二次通过所述透明光学传感器(这次是以调制方式进行的)，从而被光学传感器检测到。
额外或者替代地，如上文所述，所述光学检测器可包含至少一个适于将光束的束路径分割成至少两个分束路径的分束元件。所述分束元件可以以各种方式呈现和/或使用分束元件的组合。因此，作为实例，所述分束元件可包含至少一个选自如下组的元件：空间光调制器、分束棱镜、光栅、半透明镜子、二色镜。所述元件和/或其他元件的组合是可行的。因此，一般而言，所述至少一个分束元件可包含所述至少一个空间光调制器。在该实施方案中，空间光调制器可特别地为反射型空间光调制器，例如通过使用上述微镜技术，尤其是上述技术。如上文所述，所述光学检测器的元件可分布在束路径上，在束路径分割之前和/或之后。因此，作为实例，至少一个光学传感器可位于各分束路径中。因此例如至少一个光学传感器堆栈如至少一个大面积光学传感器的堆栈，更优选至少一个具有上述FiP效应的光学传感器堆栈可位于至少一个分束路径中，例如位于第一分束路径中。额外或者替代地，至少一个不透明光学传感器可位于至少一个分束路径中，例如位于至少一个第二分束路径中。因此，作为实例，至少一个无机光学传感器，例如无机半导体光学传感器如成像传感器和/或照相机芯片，更优选CCD芯片和/或CMOS芯片可位于第二分束路径中，其中可使用单色芯片和/或多色或全色芯片。因此，如上文所述，通过使用光学传感器堆栈，第一分束路径可用于检测物体的z坐标，且第二分束路径可用于成像，例如通过使用成像传感器，尤其是照相机芯片。
如上文所述，所述空间光调制器可为分束元件的一部分。额外或者替代地，所述至少一个空间光调制器和/或多个空间光调制器中的至少一个自身可位于一个或多个分束路径中。因此，作为实例，所述空间光调制器可位于第一分束路径，即具有光学传感器堆栈如具有上述FiP效应的光学传感器堆栈的分束路径中。因此，所述光学传感器堆栈可包含至少一个大面积光学传感器，例如至少一个具有FiP效应的大面积光学传感器。
在使用一个或多个不透明光学传感器的情况下，例如在一个或多个分束路径中，例如在第二分束路径中，所述不透明光学传感器优选可为或者可包含像素化光学传感器，优选无机像素化光学传感器，更优选照相机芯片，最优选至少一个CCD芯片和CMOS芯片。然而，其他实施方案是可行的，且处于一个或多个光分束路径中的像素化和非像素化不透明光学传感器的组合是可行的。
通过使用光学传感器和/或光学检测器的更为复杂设置的上述可能性，可以以高灵活性使用空间光调制器(就其透明性、反射性质或其他性质而言)。因此，如上文所述，空间光调制器自身可用于反射或偏折光束或分光束。其中，光学检测器的线性或非线性设置可能是可行的。因此，如上文所述，W形设置、Z形设置或其他设置是可行的。在使用反射型空间光调制器的情况下，可利用如下事实：尤其是在微镜系统中，所述空间光调制器通常适于将光束反射或偏折至超过一个方向中。因此，第一分束路径可设置在空间光调制器的第一偏折或反射方向中，且至少一个第二分束路径可设置在空间光调制器的至少一个第二偏折或反射方向中。因此，空间光调制器可形成适于将入射光束分割至至少一个第一方向和至少一个第二方向中的分束元件。因此，作为实例，空间光调制器的微镜可位于如下位置：将光束和/或其部分反射或偏折以朝向至少一个第一分束路径，例如朝向具有光学传感器堆栈如FiP传感器堆栈的第一分束路径，或者朝向至少一个第二分束路径，例如朝向至少一个具有不透明光学传感器如成像传感器，尤其是至少一个CCD芯片和/或至少一个CMOS芯片的第二分束路径。因此，可提高在各个束路径中的元件的照射光总量。此外，该结构可允许在两个或更多个分束路径中，例如在光学传感器堆栈和成像传感器如全色CCD或CMOS传感器上获得相同的图片，例如具有相同焦点的图片。
与线性设置相反，非线性设置，例如具有两个或更多个分束路径的设置，例如分支设置和/或W设置可允许单独优化分束路径的设置。因此，在借助至少一个成像传感器的成像功能和z-检测功能被分隔在独立的分束路径中的情况下，这些分束路以及置于其中的元件的独立优化是可行的。因此，作为实例，可在适于z-检测的分束路径中使用不同类型的光学传感器，例如透明太阳能电池，这是因为透明度不如在必须将同一光束用于成像检测器的成像的情况下那样重要。因此，各种类型照相机的组合是可行的。作为实例，可使用较厚的光学检测器堆栈，从而允许获得更精确的z信息。因此，即使在光学传感器堆栈超出焦点的情况下，物体z位置的检测也是可行的。
此外，一个或多个额外元件可位于一个或多个分束路径中。作为实例，一个或多个光学快门可置于一个或多个分束路径中。因此，一个或多个快门可位于反射型空间光调制器与光学传感器堆栈和/或不透明光学传感器如成像传感器之间。分束路径的快门可独立地使用和/或驱动。因此，作为实例，一个或多个成像传感器，尤其是一个或多个成像芯片如CCD芯片和/或CMOS芯片，以及大面积光学传感器和/或大面积光学传感器堆栈通常可显示出不同类型的最佳光响应。在线性设置中，可仅存在一个额外的快门，例如介于大面积光学传感器或大面积光学传感器堆栈与成像传感器之间。在具有两个或更多个分束路径的分割设置中，例如在上述W设置中，可将一个或多个快门置于光学传感器堆栈前方和/或成像传感器前方。因此，这两种传感器的最佳光强度可能是可行的。
额外或者替代地，一个或多个透镜可置于一个或多个分束路径中。因此，一个或多个透镜可位于空间光调制器，尤其是反射型空间光调制器和光学传感器堆栈之间和/或位于空间光调制器和不透明光学传感器如成像传感器之间。因此，作为实例，通过在一个或多个或所有分束路径中使用一个或多个透镜，相应分束路径或者包含至少一个透镜的分束路径可发生束成形。因此，成像传感器，尤其是CCD或CMOS传感器可适于获取2D图片，而所述至少一个光学传感器如光学传感器堆栈可适于测量物体的z坐标或深度。这些分束路径中的焦点或束成形(这通常可借助这些分束路径的相应透镜确定)并非必须相同。因此，沿分束路径传播的分光束的束性质可单独优化，例如用于成像、xy检测或z检测。
其他实施方案通常涉及所述至少一个光学传感器。一般而言，如上文所述，对所述至少一个光学传感器的潜在实施方案而言，可参考上文所列现有技术文献中的一篇或多篇，例如参考WO2012/110924A1和/或WO2014/097181A1。因此，如上文所述，所述至少一个光学传感器可包含至少一个纵向光学传感器和/或至少一个横向光学传感器，例如如WO2014/097181A1所述。特别地，所述至少一个光学传感器可为或者可包含至少一个有机光检测器，例如至少一个有机太阳能电池，更优选染料敏化太阳能电池，进一步优选固体染料敏化太阳能电池，其具有包含至少一个第一电极、至少一种n-半导电金属氧化物、至少一种染料、至少一种p-半导电有机材料，优选固体p-半导电有机材料，和至少一个第二电极的层设置。对该层设置的潜在实施方案而言，可参考上述现有技术文献中的一篇或多篇。
所述至少一个光学传感器可为或者可包含至少一个具有单一光敏传感器面积的大面积光学传感器。此外，额外或者替代地，所述至少一个光学传感器还可为或者可包含至少一个具有两个或更多个光敏传感器面积，即两个或更多个传感器像素的像素化光学传感器。因此，所述至少一个光学传感器可包含具有两个或更多个传感器像素的传感器矩阵。
如上文所述，所述至少一个光学传感器可为或者可包含至少一个不透明光学传感器。额外或者替代地，所述至少一个光学传感器可为或者可包含至少一个透明或半透明光学传感器。然而，一般而言，在使用一个或多个像素化透明光学传感器的情况下，在现有技术已知的许多装置中，透明度和像素化的组合构成了一些技术挑战。因此，一般而言，现有技术所已知的光学传感器均包含敏感面积和合适的驱动电子器件。就此而言，产生透明电子器件的问题通常仍未解决。
正如本发明上下文所显示的那样，可优选将所述至少一个光学传感器的活性面积分割成2×N个传感器像素的阵列，其中N为整数，其中优选地N≥1，例如N＝1、N＝2、N＝3、N＝4或>4的整数。因此，一般而言，所述至少一个光学传感器可包含具有2×N个传感器像素的传感器像素矩阵，其中N为整数。作为实例，所述矩阵可形成两行传感器像素，其中作为实例，第一行传感器像素与光学传感器的第一侧电接触，且其中第二行传感器像素与光学传感器的与第一侧相对的第二侧电接触。在另一实施方案中，所述两行N个像素的第一个和最后的像素可进一步分割成与传感器的第三和第四侧电接触的像素。作为实例，这导致2×M+2×N个像素的设置。其他实施方案是可行的。
在光学检测器包含两个或更多个光学传感器的情况下，一个、两个或更多个光学传感器可包含上述传感器像素阵列。因此，在提供多个光学传感器的情况下，一个光学传感器、超过一个光学传感器或者甚至全部光学传感器可为像素化的光学传感器。或者，一个光学传感器、超过一个光学传感器或者甚至全部光学传感器可为非像素化的光学传感器，即大面积光学传感器。
在使用包含至少一个光学传感器(其中所述光学传感器具有含至少一个第一电极、至少一种n-半导电金属氧化物、至少一种染料、至少一种p-半导电有机材料，优选固体p-半导电有机材料和至少一个第二电极的层设置)的上述设置的情况下，特别有利的是使用传感器像素的矩阵。如上文所述，这些类型的装置可尤其显示出FiP效应。
在这些装置，如FiP装置，尤其是本文所公开的SLM基照相机中，传感器像素的2×N阵列是非常合适的。因此，一般而言，至少一个第一透明电极和至少一个第二电极(其间夹有一个或多个层)像素化成两个或更多个传感器像素可尤其通过将第一电极和第二电极之一或二者分割成电极阵列而实现。作为实例，对优选置于透明基材上的透明电极如包含氟化氧化锡和/或其他透明导电氧化物的透明电极而言，像素化可通过合适的图案化技术容易地实现，例如通过使用光刻和/或激光图案化而图案化。因此，电极可容易地分割成分电极面积，其中各分电极形成传感器像素阵列的传感器像素的像素电极。剩余的层以及任选的第二电极可保持未图案化，或者也可图案化。在使用分割透明导电氧化物如氟化氧化锡的情况下，连同未图案化的其他层在内，剩余层中的横向电导率通常可忽略，至少对染料敏化太阳能电池如此。因此，一般而言，传感器像素之间的干扰可忽略。各传感器像素可包含一个对电极，如一个银电极。
通过使用至少一个具有传感器像素阵列，尤其是2×N阵列的光学传感器，这提供了本发明(即在本发明所公开的一个或多个装置中)的若干优点。因此，首先，使用阵列可改善信号质量。光学检测器的调制器装置可调制空间光调制器的各像素，例如使用不同的调制频率，由此例如以不同频率调制各深度面积。然而，在高频率下，所述至少一个光学传感器，例如所述至少一个FiP传感器的信号通常降低，由此导致低信号强度。因此，一般而言，仅有限数量的调制频率可用于调制器装置中。然而，如果光学传感器被分割成传感器像素，则可被检测的可能深度点数量可乘以像素数量。因此，作为实例，两个像素可导致可被检测的调制频率的数量翻倍，因此可导致SLM的可被调制的像素或超像素数量翻倍，和/或可导致深度点数量翻倍。
此外，与常规照相机相反，像素的形状对图片的外观而言无关紧要。因此，一般而言，传感器像素的形状和/或尺寸可毫无限制或者很少限制地选择，由此允许选择传感器像素阵列的合适设计。
此外，传感器像素通常可选择为相当小量。通常可被传感器像素检测的频率范围通常由于传感器像素尺寸减小而增大。当使用较小的传感器或传感器像素时，频率范围通常改善。与大的传感器像素相比，在小传感器像素中，可检测更多的频率。因此，与使用大像素相比，通过使用更小的传感器像素，可检测更多数量的深度点。
总结上述发现，在本发明中优选下列实施方案：
实施方案1：一种光学检测器，其包含：
-至少一个适于以空间分辨的方式调节至少一种光束性质的空间光调制器，其具有像素矩阵，其中各像素可控地单独调节一部分通过该像素的光束的至少一种光学性质；
-至少一个适于检测通过空间光调制器的像素矩阵之后的光束且产生至少一个传感器信号的光学传感器；
-至少一个适于以不同调制频率周期性控制至少两个像素的调制器装置；和
-至少一个适于实施频率分析以确定用于调制频率的传感器信号的信号分量的评价装置。
实施方案2：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述评价装置进一步适于根据其调制频率将各信号分量指定给相应的像素。
实施方案3：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述调制器装置适于使得在独特的调制频率下控制各像素。
实施方案4：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述调制器装置适于周期性地用不同调制频率调制所述至少两个像素。
实施方案5：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述评价装置适于通过用不同调制频率解调传感器信号而实施频率分析。
实施方案6：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中由空间光调制器以空间分辨的方式调节的光束的所述至少一种性质为至少一种选自如下组的性质：所述光束部分的强度；所述光束部分的相位；所述光束部分的光谱性质，优选颜色；所述光束部分的极化；所述光束部分的传播方向。
实施方案7：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中对各像素而言，所述空间光调制器适于开启或关闭通过该相应像素的部分光。
实施方案8：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述至少一个空间光调制器包含至少一个选自如下组的空间光调制器:透射型空间光调制器，其中光束通过像素矩阵且其中像素适于以独立可控的方式调节通过该相应像素的各光束部分的光学性质；反射型空间光调制器，其中像素具有独立可控的反射性质且适于单独改变被该相应像素反射的各光束部分的传播方向；电致变色空间光调制器，其中像素具有可由施加至该相应像素的电压单独控制的可控光谱性质；声光空间光调制器，其中像素的双折射可通过声波控制；电光空间光调制器，其中像素的双折射可通过电场控制，优选基于Pockels效应和/或Kerr效应的空间光调制器；包含至少一个可调节光学元件阵列，例如可调焦透镜阵列、自适应液晶微透镜面积、透明微棱镜阵列中的一种或多种的空间光调制器。
实施方案9：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述至少一个空间光调制器包含至少一个选自如下组的空间光调制器：液晶装置，优选有源矩阵液晶装置，其中像素为可单独控制的液晶装置的单元；微镜装置，其中像素为就其反射表面的方向而言可单独控制的微镜装置的微镜；电致变色装置，其中像素为具有可通过施加至相应单元的电压单独控制的光谱性质的电致变色装置的单元；声光装置，其中像素为具有可通过施加至单元的声波单独控制的双折射的声光装置的单元；电光装置，其中像素为具有可通过施加至单元的电场单独控制的双折射的电光装置的单元。
实施方案10：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中像素调节通过相应像素的光束部分的至少一种性质的能力依赖于光束的光谱性质，尤其是光束的颜色。
实施方案11：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述空间光调制器为透明空间光调制器。
实施方案12：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中像素的透射率可切换。
实施方案13：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述空间光调制器包含透明液晶显示器。
实施方案14：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述评价装置适于将各信号分量指定给矩阵的像素。
实施方案15：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述评价装置适于通过评价信号分量而确定哪些矩阵像素被光束照射。
实施方案16：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述评价装置适于将所述信号分量与至少一个阈值比较，从而确定被照射的像素。
实施方案17：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述评价装置适于通过识别被光束照射的矩阵像素的横向位置而识别至少一个光束横向位置和光束方向。
实施方案18：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述评价装置适于通过评价至少一个光束横向位置和光束方向而识别光束由其朝检测器传播的物体的一个或多个横向位置和光束由其朝检测器传播的物体的相对方向。
实施方案19：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中被光束照射的矩阵像素的横向位置通过确定具有最高光束照度的一个或多个像素而确定。
实施方案20：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述评价装置适于通过评价信号分量而确定光束的宽度。
实施方案21：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述评价装置适于识别指定给被光束照射的像素的信号分量且由像素排列的已知几何性质确定空间光调制器位置处的光束宽度。
实施方案22：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中通过使用光束由其朝检测器传播的物体的纵坐标与空间光调制器位置处的光束宽度或被光束照射的空间光调制器的像素数量之一或二者之间的已知或可确定的关系，所述评价装置适于确定物体的纵坐标。
实施方案23：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中像素调节通过相应像素的光束部分的至少一种光学性质的能力依赖于光束的光谱性质，尤其是光束的颜色。
实施方案24：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述评价装置适于将信号分量指定给具有不同光谱性质的光束分量。
实施方案25：根据前述两个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述评价装置适于通过比较指定给具有不同光谱性质的光束分量，尤其是指定给具有不同波长的光束分量的信号分量而确定光束的颜色。
实施方案26：根据前述三个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述像素矩阵包含具有不同光谱性质，优选具有不同颜色的像素，其中所述评价装置适于将信号分量指定给具有不同光谱性质的相应像素。
实施方案27：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述调制器装置适于以不同于具有第二颜色的像素的方式控制具有第一颜色的像素。
实施方案28：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述至少一个光学传感器包含至少一个适于检测通过多个像素的多个光束部分的大面积光学传感器。
实施方案29：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述大面积光学传感器具有传感器区域，其中对传感器区域的所有部分而言，传感器信号为均一的传感器信号。
实施方案30：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述传感器区域具有至少25mm2，优选至少100mm2，更优选至少400mm2的敏感面积。
实施方案31：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述至少一个光学传感器包含至少一个至少部分透明光学传感器，从而使得光束可至少部分通过该透明光学传感器。
实施方案32：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述至少一个光学传感器包含至少两个光学传感器的堆栈。
实施方案33：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述堆栈的至少一个光学传感器为至少部分透明的光学传感器。
实施方案34：根据前述两个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述堆栈的至少一个光学传感器为具有多个光敏像素的像素化光学传感器。
实施方案35：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述像素化光学传感器为无机像素化光学传感器，优选CCD芯片或CMOS芯片。
实施方案36：根据前述两个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述像素化光学传感器为照相机芯片，优选为全色照相机芯片。
实施方案37：根据前述三个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述像素化光学传感器位于距离空间光调制器最远的堆栈位置处。
实施方案38：根据前述四个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述像素化光学传感器是颜色敏感的。
实施方案39：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述像素化光学传感器为全色成像传感器。
实施方案40：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述至少一个光学传感器具有至少一个传感器区域，其中所述光学传感器的传感器信号依赖于传感器区域的光束照射，其中在相同的总照射功率下，所述传感器信号依赖于该传感器区域中的光束宽度，其中所述评价装置优选适于通过评价所述传感器信号而确定所述宽度。
实施方案41：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述至少一个光学传感器包含至少两个光学传感器，其中所述评价装置适于确定该至少两个光学传感器的传感器区域中的光束宽度，其中所述评价装置进一步适于通过评价所述宽度而产生至少一个关于光束由其朝光学检测器传播的物体的纵向位置的信息项。
实施方案42：根据前述两个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学传感器的传感器信号进一步依赖于光束的调制频率。
实施方案43：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述至少一个光学传感器包含至少一个半导体检测器。
实施方案44：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述半导体检测器为包含至少一种有机材料的有机半导体检测器。
实施方案45：根据前述两个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述半导体检测器选自如下组：有机太阳能电池、染料太阳能电池、染料敏化太阳能电池、固体染料太阳能电池、固体染料敏化太阳能电池。
实施方案46：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述至少一个光学传感器包含至少一个具有层设置的光学传感器，其中所述层设置包含至少一个第一电极、至少一种n-半导电金属氧化物、至少一种染料、至少一种p-半导电有机材料，优选固体p-半导电有机材料，和至少一个第二电极。
实施方案47：根据前一实施方案的光学检测器，其中第一电极和第二电极二者均是透明的。
实施方案48：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学检测器进一步包含至少一个适于将光馈入该光学检测器中的传输装置。
实施方案49：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述传输装置适于将光聚焦和/或平行校准至一个或多个空间光调制器和光学传感器上。
实施方案50：根据前述两个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述传输装置包含一个或多个选自如下组的装置：透镜、聚焦镜、离焦镜、反射器、棱镜、滤光片、光阑。
实施方案51：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述空间光调制器包含不同颜色的像素，其中所述评价装置适于将所述信号分量指定给不同颜色。
实施方案52：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述空间光调制器为反射型空间光调制器，其中所述光学传感器包含至少一个透明光学传感器，其中所述光学检测器以使得光束在到达所述空间光调制器之前通过所述透明光学传感器的方式设置，其中所述空间光调制器适于将光束至少部分反射回以朝向所述光学传感器。
实施方案53：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学检测器包含至少一个适于将光束的束路径分割成至少两个分束路径的分束元件。
实施方案54：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述分束元件包含至少一个选自如下组的元件：所述空间光调制器、分束棱镜、光栅、半透明镜子、二色镜。
实施方案55：根据前述两个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述分束元件包含所述空间光调制器。
实施方案56：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述空间光调制器为反射型空间光调制器。
实施方案57：根据前述四个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述至少一个光学传感器位于各分束路径中。
实施方案58：根据前一实施方案的光学检测器，其中至少一个光学传感器堆栈位于至少一个分束路径中。
实施方案59：根据前述两个实施方案中任一个的光学检测器，其中至少一个不透明光学传感器位于至少一个分束路径中。
实施方案60：根据前述两个实施方案的光学检测器，其中所述光学传感器堆栈位于第一分束路径中，且其中不透明光学传感器位于第二分束路径中。
实施方案61：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述空间光调制器位于第一分束路径中。
实施方案62：根据前述两个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学传感器堆栈包含至少一个大面积光学传感器。
实施方案63：根据前述三个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述不透明光学传感器为像素化光学传感器，优选无机像素化光学传感器，更优选照相机芯片，最优选至少一个CCD芯片和CMOS芯片。
实施方案64：根据前述11个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述分束元件适于将光束分割成至少两个具有不同强度的部分。
实施方案65：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述分束元件适于将光束分割成沿第一分束路径传输的第一部分和至少一个沿至少一个第二分束路径传输的第二部分，其中第一部分具有比第二部分更低的强度。
实施方案66：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述光学检测器包含至少一个成像装置，优选无机成像装置，更优选CCD芯片和/或CMOS芯片，其中所述至少一个成像装置位于第一分束路径中。
实施方案67：根据前述两个实施方案中任一个的光学检测器，其中第一部分具有比第二部分强度的一半更低的强度。
实施方案68：根据前述15个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述分束元件为极化选择性分束元件，优选极化分束立方体。
实施方案69：根据前述16个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学检测器适于将沿分束路径传输的分光束背反射以朝向所述分束元件，其中所述分束元件适于将所述分光束重组以形成共光束。
实施方案70：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述光学检测器适于将所述共光束馈入至少一个光学传感器中，优选馈入至少一个FiP传感器中，更优选馈入光学传感器堆栈中。
实施方案71：根据前述18个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学检测器包含至少两个空间光调制器，其中所述至少两个空间光调制器排列在不同的分束路径中。
实施方案72：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述光学检测器适于将通过所述空间光调制器的分光束重组以形成共光束。
实施方案73：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学检测器适于捕捉至少一个图像，优选2D图像，其中所述光学检测器，优选所述至少一个评价装置适于定义图像中的至少两个区域且将空间光调制器像素矩阵的相应超像素指定给至少一个所述区域，优选指定给各个区域。
实施方案74：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述光学检测器包含至少一个用于捕捉所述至少一个图像的像素化光学传感器，优选至少一个无机像素化光学传感器，更优选至少一个CCD传感器和CMOS传感器。
实施方案75：根据前述两个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学检测器，优选所述至少一个评价装置适于通过使用至少一种图像识别算法而定义图像中的所述至少两个区域。
实施方案76：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述至少一种图像识别算法适于通过识别对比度、颜色或强度中的至少一种的边界而定义所述至少两个区域。
实施方案77：根据前述两个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述至少一种图像识别算法选自如下组：基于Felzenszwalb有效图的分割；Quickshift图像分割；基于SLIC-K-Means的图像分割；能量驱动取样；边缘检测算法，如Canny算法；均值漂移算法，例如Cam漂移算法；轮廓抽取算法；边缘、脊、角落、团迹或特征检测；维数约减；纹理分类；纹理分割。
实施方案78：根据前述三个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述至少一种图像识别算法适于识别图像中的物体。
实施方案79：根据前述六个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学检测器，优选所述至少一个评价装置适于将空间光调制器像素矩阵的超像素指定给至少一个区域或者甚至各个区域，从而使得通过像素矩阵的特定像素(其中该特定像素属于特定超像素)的各光束分量随后照射在所述至少两个区域的特定区域上，其中所述特定区域对应于该特定超像素。
实施方案80：根据前述七个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学检测器，优选所述至少一个评价装置适于将至少一个第一调制频率指定给超像素的至少第一超像素，并将至少一个第二调制频率指定给超像素的至少第二超像素，其中第一调制频率不同于第二调制频率，且其中所述至少一个调制器装置适于以所述至少一个第一调制频率周期性控制第一超像素的像素，且适于以所述至少一个第二调制频率周期性控制第二超像素的像素。
实施方案81：根据前述八个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学检测器，优选所述至少一个评价装置适于单独确定对至少一个区域，优选对各区域而言的z坐标。
实施方案82：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述光学检测器的至少一个光学传感器具有至少一个传感器区域，其中光学传感器的传感器信号依赖于传感器区域的光束照射，其中在相同的总照射功率下，传感器信号依赖于传感器区域中的光束宽度，其中所述评价装置适于通过以频率选择性方式评价传感器信号而确定对至少一个区域，优选对各区域而言而的z坐标。
实施方案83：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述至少一个光学传感器包含至少两个设置成堆栈的光学传感器。
实施方案84：根据前述两个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学检测器包含至少一个适于将光束的束路径分割成至少两个分束路径的分束元件，其中具有至少一个传感器区域的所述至少一个光学传感器设置在束路径的第一分束路径中，所述光学传感器的传感器信号依赖于传感器区域的光束照射，在相同的总照射功率下，传感器信号依赖于传感器区域中的光束宽度；且其中用于捕捉所述至少一个图像的至少一个像素化光学传感器，优选所述至少一个无机像素化光学传感器，更优选所述至少一个CCD传感器和/或CMOS传感器设置在束路径的第二分束路径中。
实施方案85：根据前述十二个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学检测器，优选所述至少一个评价装置适于反复修正图像中的所述至少两个区域。
实施方案86：根据前述十三个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学检测器适于检测所述至少一个图像中的至少一种物体，且其中所述光学检测器适于跟踪和/或跟随一系列图像中的物体。
实施方案87：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述光学检测器适于为所述至少一种物体指定图像中的区域。
实施方案88：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述光学检测器，优选所述至少一个评价装置适于将空间光调制器像素矩阵的至少一个超像素指定给对应于所述至少一种物体的所述至少一个区域。
实施方案89：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述光学检测器适于对一系列图像的图像调节所述至少一个超像素的指定。
实施方案90：根据前述十七个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学检测器适于检测图像中的至少一个第一面积，其中第一面积具有第一照度，例如第一平均照度；其中所述光学检测器进一步适于检测图像中的至少一个第二面积，其中第二面积具有第二照度，例如第二平均照度；其中第二照度低于第一照度；其中为第一面积指定至少一个第一超像素；其中为第二面积指定至少一个第二超像素；其中所述光学检测器进一步适于以至少一个第一调制频率调制第一超像素的像素；其中所述光学检测器进一步适于以至少一个第二调制频率调制第二超像素的像素；其中第一调制频率高于第二调制频率。
实施方案91：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学检测器包含至少一个光学传感器堆栈，其中所述光学检测器适于获取该光学检测器视场内的场景的三维图像。
实施方案92：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述堆栈的光学传感器具有不同的光谱性质。
实施方案93：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述堆包含至少一个具有第一光谱敏感性的第一光学传感器和至少一个具有第二光谱敏感性的第二光学传感器，其中第一光谱敏感性和第二光谱敏感性不同。
实施方案94：根据前述两个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述堆栈以交替顺序包含具有不同光谱性质的光学传感器。
实施方案95：根据前述三个实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学检测器适于通过评价具有不同光谱性质的光学传感器的传感器信号而获取多色三维图像，优选全色三维图像。
实施方案96：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学检测器进一步包含至少一个适于通过实施至少一种飞行时间测量而检测所述至少一种物体和所述光学检测器之间的至少一种距离的飞行时间检测器。
实施方案97：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学检测器进一步包含至少一个有源距离传感器，其具有至少一个适于在被从物体传播至该有源光学传感器的光束照射时产生传感器信号的有源光学传感器，其中在相同的总照射功率下，所述传感器信号依赖于照射几何学，所述有源距离传感器进一步包含至少一个用于照射物体的主动照射源。
实施方案98：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述空间光调制器包含至少一个反射型空间光调制器，其中所述光学检测器进一步适于额外使用该反射型空间光调制器以作为投影仪。
实施方案99：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述光学检测器适于检测，优选跟踪由检测器捕捉的场景中的生物的至少一只眼睛。
实施方案100：根据前一实施方案的光学检测器，其中所述光学检测器适于确定所述至少一只眼睛的至少一个纵坐标。
101：根据前述实施方案中任一个的光学检测器，其中所述至少一个光学传感器包含至少一个传感器像素阵列，优选包含2×N个传感器像素的阵列，其中N为整数。
实施方案102：一种用于确定至少一种物体的位置的检测器系统，所述检测器系统包含至少一个根据前述实施方案中任一个的光学检测器，所述检测器系统进一步包含至少一个适于将至少一束光束导向所述光学检测器的信标装置，其中所述信标装置为可与所述物体连接、可由所述物体持有和集成至所述物体中的至少一种情形。
实施方案103：根据前一实施方案的检测器系统，其中所述信标装置包含至少一个照射源。
实施方案104：根据前述两个实施方案中任一个的检测器系统，其中所述信标装置包含至少一个适于反射由独立于所述物体的照射源产生的一次光束的反射装置。
实施方案105：根据前述三个实施方案中任一个的检测器系统，其中所述检测器系统包含至少两个信标装置，优选至少三个信标装置。
实施方案106：根据前述四个实施方案中任一个的检测器系统，其中所述检测器系统进一步包含所述至少一种物体。
实施方案107：根据前一实施方案的检测器系统，其中所述物体为刚性物体。
实施方案108：根据前述两个实施方案中任一个的检测器系统，其中所述物体选自如下组：运动装备的物品，优选选自球拍、球棍、球棒的物品；衣服物品；帽子；鞋子。
实施方案109：一种用于在用户和机器之间交换至少一个信息项的人-机接口，其中所述人-机接口包含至少一个根据前述涉及检测器系统的实施方案中任一个的检测器系统，其中所述至少一个信标装置适于为直接或间接与用户连接和由用户持有中的至少一种情形，其中所述人-机接口设计为借助所述检测器系统确定用户的至少一个位置，其中所述人-机接口设计为给所述位置指定至少一个信息项。
实施方案110：一种用于实施至少一种娱乐功能的娱乐装置，其中所述娱乐装置包含至少一个根据前一实施方案的人-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111：一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系统的实施方案中任一个的检测器系统，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在特定时间点的一系列位置。
实施方案112：一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个的光学检测器。
实施方案113：一种光检测方法，尤其是确定至少一种物体的位置的方法，所述方法包括如下步骤：
-通过使用至少一个空间光调制器以空间分辨的方式调节至少一种光束性质，其中所述空间光调制器具有像素矩阵，其中各像素可控从而单独调节一部分通过该像素的光束的至少一种光学性质；
-通过使用至少一个光学传感器检测通过空间光调制器的像素矩阵之后的光束且产生至少一个传感器信号；
-通过使用至少一个调制器装置以不同频率周期性控制至少两个像素；和
-通过使用至少一个评价装置实施频率分析并确定用于控制频率的传感器信号的信号分量。
实施方案114：根据前一实施方案的方法，其中使用前述涉及光学检测器的实施方案中任一个的光学检测器。
实施方案115：根据前述涉及光学检测器的实施方案中任一个的光学检测器的用途，用于选自如下组的应用目的：交通技术中的位置测量；娱乐应用；保密应用；人-机接口应用；跟踪应用；摄影应用；用于产生至少一个空间的地图的地图绘制应用；移动应用；网络摄像机；计算机外围设备；游戏应用；照相机或视频应用；保密应用；监视应用；汽车应用；运输应用；医疗应用；运动应用；机器视觉应用；车辆应用；飞机应用；船舶应用；空间飞行器应用；建筑物应用；建筑应用；制图学应用；生产应用；与至少一种飞行时间检测器组合应用；在区域定位系统中的应用；在全球定位系统中的应用；在基于地标的定位系统中的应用；在室内导航系统中的应用；在室外导航系统中的应用；在家用电器中的应用；机器人应用；在自动开门器中的应用；在光通信系统中的应用，尤其是在可见光通信系统(即基于使用可见光的通信系统)中的应用。
附图简介
本发明的其他任选细节和特征由下文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以任何合理组合的方式实施。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在附图中。在各图中，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就其功能而言彼此对应的元件。
在附图中：
图1显示了本发明光学检测器的示例性实施方案；
图2显示了可作为适于频率分析以确定信号分量的评价装置的一部分的解调器；
图3和4显示了具有透明空间光调制器(图3)和反射型空间光调制器(图4)的光学检测器的其他设置；
图5显示了适于3D成像的光学检测器的示例性实施方案；
图6显示了适于颜色识别的光学检测器的示例性实施方案；
图7显示了在图6设置中对颜色信号进行相位分离的示例性实施方案；
图8显示了用于人-机接口、检测器系统、娱乐装置和跟踪系统中的光学检测器的示例性实施方案；
图9-11显示了光学检测器的其他设置；
图12显示了光学检测器在车辆中的潜在应用位置；
图13显示了适于定义超像素的光学检测器的实施方案设置；
图14显示了通过使用图13的光学检测器检测物体的方法的流程图；
图15和16显示了物体跟随的实施方案；
图17显示了具有分束器的光学检测器的十字形设置的实施方案；
图18显示了光学检测器的W形设置的其他实施方案；
图19显示了用作光场照相机的光学检测器的排列；
图20显示了用于图19设置中的彩色光学传感器堆栈的示例性设置；
图21显示了将飞行时间检测器植入光学检测器中的示例性设置；
图22和23显示了图18光学检测器的W形设置的其他实施方案；和
图24显示了包含2×4个传感器像素的阵列的光学传感器的实施方案。
示例性实施方案
图1公开了光学检测器110和检测器系统112的示例性实施方案。光学检测器110包含至少一个空间光调制器114、至少一个光学传感器116、至少一个调制器装置118和至少一个评价装置120。除所述至少一个光学检测器110之外，检测器系统112包含至少一个信标装置122，其为可与物体124连接、可由物体124持有和可集成至物体124中的任一种情形。此外，在该实施方案中，光学检测器110可包含一个或多个传输装置126，例如一个或多个透镜，优选一个或多个照相机透镜。在图1所示的示例性实施方案中，空间光调制器114、光学传感器116和传输装置126以堆栈方式沿光轴128排列。光轴128定义了纵轴或z轴，其中垂直于光轴128的平面定义了x-y平面。因此，图1显示了坐标系130，其可为光学检测器110的坐标系，且其中可完全或部分确定至少一个关于物体124位置和/或方向的信息项。
正如所示的那样，图1所示示例性实施方案中的空间光调制器114可为透明空间光调制器，或者可为不透明的，例如反射型空间光调制器114。进一步的细节可参考上文所述的潜在实施方案。所述空间光调制器包含像素134的矩阵132，其优选单独可控从而单独调节通过相应像素134的一部分光束136的至少一种光学性质。在图1所示的示例性和示意性实施方案中，所述光束表示为附图标记136，其可由一个或多个信标装置122发射和/或反射。作为实例，像素134可在透明状态或不透明状态之间切换，和/或像素的透射可在两个或更多个透明状态之间切换。在使用反射型和/或任何其他类型的空间光调制器114的情况下，可切换其他类型的光学性质。在图1所示的实施方案中，4个像素被照射，从而使得光束136被分割成4个部分，其中各部分通过不同的像素134。因此，所述光束部分的光学性质可通过控制相应像素的状态而单独控制。
调制器装置118适于单独控制矩阵132的像素134，优选全部像素134。因此，如图1的示例性实施方案所示，可在不同调制频率下控制像素134，出于简化的原因，其被称为相应像素134在矩阵132中的位置。因此，对m×n个矩阵132提供调制频率f11至fmn。如上文所述，术语“调制频率”可指代可控制调制的实际频率和相位中的一种或多种这一事实。
在通过空间光调制器114之后且现在受到空间光调制器114影响的光束136到达一个或多个光学传感器116。优选地，所述至少一个光学传感器116可为或者可包含具有单一和均一传感器区域138的大面积光学传感器。当光束136沿光轴128传播时，由于光束传播性质，束宽度w发生变化。
所述至少一个光学传感器116产生至少一个传感器信号S，其在图1所示的实施方案中表示为S1和S2。为评价装置120以及其中的解调装置140提供至少一个传感器信号(在图1所示的实施方案中，传感器信号S1)。作为实例，解调装置140可包含一个或多个混频器和/或一个或多个频域滤波器，例如低通滤波器，其可适于实施频率分析。作为实例，解调装置118可包含锁定装置和/或傅立叶分析仪。调制器装置118和/或共频率发生器可进一步为解调装置140提供调制频率。因此，可提供频率分析，其包含所述至少一个传感器信号的信号分量以用于调制频率。在图1中，频率分析的结果象征性地表示为附图标记142。作为实例，频率分析142的结果可包含两个或更多个维度的直方图，其表示各调制频率(即各调制频率和/或调制信号)的信号分量。
可包含一个或多个数据处理装置144和/或一个或多个数据储存器146的评价装置120可进一步适于将频率分析结果142的信号分量指定给其相应的像素134，例如借助相应频率和像素134之间的独特关系。因此，对各信号分量而言，可确定相应的像素134，且可推导通过相应像素134的光束136的部分。
因此，尽管可使用大面积光学传感器116，然而可通过使用像素134的调制和信号分量之间的优选独特关系而由频率分析推导各种类型的信息。
因此，作为第一实例，可确定关于空间光调制器114上的照射面积或光斑148的横向位置(x-y位置)的信息。因此，如图1所象征性显示的那样，对调制频率f23、f14、f13和f24产生显著的信号分量。该示例性实施方案允许确定被照射像素的位置和照射程度。在该实施方案中，像素13、14、23和24被照射。由于像素134在矩阵132中的位置通常是已知的，因此可推断出照射中心位于这些像素之间的某处，主要是位于像素13中。可实施更充分的照射分析，尤其是当更大数量的像素134被照射时(通常存在该情况)。因此，通过识别具有最高振幅的信号分量，可确定光斑148的照射中心和/或照射半径和/或光斑尺寸或光斑形状。该确定横坐标的选项通常在图1中表示为x，y。该确定光斑148在空间光调制器114上的宽度的方法象征性地表示为w0。
通过确定光斑148在空间光调制器114上的横向或侧向位置，在使用传输装置126的已知成像性质下，可确定物体124和/或至少一个信标装置122的横坐标。因此，可产生至少一个关于物体124的横向位置的信息项。
此外，由于至少在光束136的束性质已知或者可确定(例如通过使用一个或多个发射具有确定传播性质的光束136的信标装置122)时束宽度w0通常已知，因此可进一步单独使用束宽度w0或者与通过使用光学传感器116确定的束腰w1和/或w2联用，从而确定物体124和/或至少一个信标装置122的纵坐标(z坐标)，例如如WO2012/110924A1中所公开的那样。
额外或者替代所述确定至少一个横坐标x，y中的一个或两个和/或确定至少一个纵坐标z的选项，可进一步使用通过频率分析推导的信息来推导颜色信息。因此，正如下文进一步详细描述的那样，像素134可具有不同的光谱性质，尤其是不同的颜色。因此，作为实例，空间光调制器114可为多色或者甚至全色空间光调制器114。因此，作为实例，可提供至少2种，优选至少3种不同类型的像素134，其中各种像素134具有特定的滤光特性，在例如红色、绿色或蓝色光谱范围内具有高透射率。本文所用的术语“红色光谱范围”是指600-780nm的光谱范围，“绿色光谱范围”是指490-600nm的范围，“蓝色光谱范围”是指380-490nm的范围。其他实施方案，例如使用不同光谱范围的实施方案可能是可行的。
通过识别相应的像素134且将各信号分量指定给特定像素134，可确定光束136的颜色分量。因此，特别是通过分析具有不同透射光谱的相邻像素134的信号分量，且假设光束136在这些相邻像素上的强度或多或少相同，可确定光束136的颜色分量。因此，一般而言，在该实施方案或其他实施方案中，评价装置120可适于推导关于光束136的至少一个颜色信息项，例如通过提供光束136的至少一个波长和/或通过提供色坐标，例如CIE坐标。
如上文所述，为了确定物体124和/或所述至少一个信标装置122的至少一个纵坐标，可使用束宽度w和纵坐标之间的关系，例如上式(3)中公开的高斯光束关系式。该式假设光束136的焦点位于位置z＝0处。由焦点变换，即由沿z轴的坐标变换，可推导出物体的纵向位置128。
额外或者替代使用空间光调制器114位置处的束宽度w0，可推导出所述至少一个光学传感器116位置处的束宽度w和/或可使用该束宽度w来确定物体124和/或信标装置122的纵向位置。因此，如上文进一步详细描述中所述的那样，所述至少一个光学传感器116中的一个或多个可为像素化光学传感器116，从而允许对像素计数，且因此类似于上文所给的方程，允许确定确定被照射像素的数量，并因此推导其束宽度。额外或者替代地，所述一个或多个光学传感器116中的至少一个可为FiP传感器，正如上文所述且例如在WO2012/110924A1中进一步详细讨论的那样。因此，在给定的相同总照射功率下，信号S可依赖于光学传感器116上的相应光斑148的束宽度w。该效果可通过借助空间光调制器114和/或任何调制装置调制光束136而变得显著。所述调制可为与调制器装置118所提供的相同调制，和/或可为不同调制，例如在更高频率下调制。因此，作为实例，所述至少一个信标装置122可以以调制方式发射和/或反射所述至少一束光束136。因此，作为实例，所述至少一个信标装置122可包含至少一个可单独调制的照射源。
由于FiP效应，信号S1和/或S2可分别依赖于束宽度w1或w2。因此，例如通过使用上文所给的方程(3)，可推导光束136的束参数，例如z0和/或z坐标的原点(z＝0)。如图1所象征性地描绘的那样，可由这些参数推导物体124和/或一个或多个信标装置122的纵坐标z。
图2象征性地以象征方式公开了调制器装置118和解调装置140的设置，其允许对m×n矩阵132的像素134进行信号分量分离(表示为S11至Smn)。因此，调制器装置118可适于对整个矩阵132和/或其部分产生调制频率集f11至fmn。如上文所述，各调制频率f11至fmn可包含像素134的相应频率和/或相应相位，以指数i，j表示，其中i＝1…m且j＝1…n。将频率集f11至fmn提供给空间光调制器114以调制像素134，且提供给解调装置140。在解调装置140中，同时或者顺序将调制频率f11至fmn与待分析的相应信号S混合，例如通过使用一个或多个混频器150。随后，混合的信号可通过一个或多个频域滤波器，例如一个或多个低通滤波器152过滤，其优选具有确定的截止频率。包含一个或多个混频器150和一个或多个低通滤波器152的设置通常用于锁定分析仪中且是本领域技术人员所已知的。
通过使用解调装置140，可推导信号分量S11至Smn，其中根据其指数将各信号分量指定给特定像素134。然而，应指出的是，可使用其他类型的频率分析仪，例如傅立叶分析仪和/或可组合图2中所示的一个或多个组件，例如通过随后对不同通道使用一个且同一个混频器150和/或一个且同一个低通滤波器152。
如上文所述，光学检测器110的各种设置是可能的。因此，作为实例，图1中所示的光学检测器110可包含一个或多个光学传感器116。这些光学传感器116可相同或不同。因此，作为实例，可使用一个或多个大面积光学传感器116，从而提供单一的敏感面积138。额外或者替代地，可使用一个或多个像素化光学传感器116。此外，在提供多个光学传感器116的情况，光学传感器116可提供相同或不同的光谱性质，例如相同或不同的吸收光谱。此外，在提供多个光学传感器116的情况下，一个或多个光学传感器116可为有机的和/或一个或多个光学传感器116可为无机的。可使用有机和无机光学传感器116的组合。
因此，作为实例，图3给出了与图1所示设置相似的光学检测器110和检测器系统112的示意性设置。图1以简化的透视图显示了所述设置，而图3显示了检测器110的横截面视图的设置。对检测器110的大多数细节而言，可参考上文就图1所述的潜在实施方案。光学检测器110的组件可完全或部分呈现在一个或多个外罩154中。因此，传输装置126、空间光调制器114、所述至少一个光学传感器116和评价装置120可完全或部分包封在相同的外罩154中和/或可完全或部分包封在单独的外罩154中。
在图3所示的设置中，空间光调制器114可再次为透明空间光调制器114，其可位于传输装置126如透镜之后。此外，光学检测器110可包含一个或多个呈现为大面积光学传感器156的光学传感器116。此外，所述至少一个光学传感器116可完全或部分呈现为透明光学传感器158。此外，所述至少一个光学传感器116可完全或部分呈现为有机光学传感器160，优选DSC或sDSC。额外或者替代地，可提供至少一个无机光学传感器162，优选像素化的无机光学传感器，更优选CCD芯片和/或CMOS芯片。此外，可提供至少一个不透明光学传感器164。
因此，在提供多个光学传感器116的情况下，光学传感器116可形成光学传感器116的堆栈166，其中至少一个光学传感器116完全或部分呈现为至少部分透明的光学传感器158，且其中至少一个光学传感器116完全或部分呈现为不透明的光学传感器164。作为实例，在图3所示的堆栈166设置中，不透明光学传感器164位于离空间光调制器114和/或物体124最远的堆栈166的一侧上，而一个或多个透明光学传感器158位于不透明光学传感器164和空间光调制器114之间。堆栈166的该设置可通过使用一个或多个有机光学传感器160作为透明光学传感器158，例如通过使用一个或多个大面积透明DSC或sDSC，和通过使用无机照相机芯片作为不透明光学传感器164，优选CCD和/或CMOS芯片，优选全色照相机芯片而呈现。因此，图3所示的光学检测器110的设置可为照相机168的实施方案，照相机168可用于借助位于堆栈166远端的像素化光学传感器116，优选借助无机像素化照相机芯片而获取2D图像，且如上文就图1所述那样，额外通过评价信号分量和/或束宽度而提供纵向信息(z信息)。因此，可实现3D照相机168，优选全色3D照相机。
图4显示了检测器110、检测器系统112和照相机168的另一设置。因此，如上文所述，空间光调制器114可为透明或不透明的空间光调制器。因此，作为实例，可使用基于液晶技术的空间光调制器114作为透明空间光调制器114。或者，如图4所示，可使用微镜装置作为反射型空间光调制器114，由此偏折光轴128和/或光路。作为实例，图14中所示的反射型空间光调制器114可具有微镜形状的像素矩阵，其适于将光束136的相应部分朝光学传感器116的堆栈166传输和/或阻挡该相应部分，例如通过将这些部分导向图4中所示的束流收集器170。除这些调制之外，图4的检测器110和照相机168的设置(包括其任选的变型)可与图3所公开的设置相同。
图5-7重复了图1-4的设置，其可以以独立或任意组合的方式实现。因此，图5显示了例如图3中所给光学检测器110的设置，其表示将堆栈166中的不透明光学传感器164与多个透明光学传感器158组合。因此，不透明光学传感器164可用于成像，产生物体124的高分辨率图像(未示出)。如上文所述，可使用堆栈166的透明光学传感器158来产生额外的纵向位置信息(z-信息)。
图6所示的设置连同图7所示的脉冲方案一起进一步详细公开了颜色识别。因此，可使用呈现为全色空间光调制器172的空间光调制器114，例如具有像素的透明RGBTFT显示器。此外，可使用一个或多个能提供信号分量的透明、半透明或不透明的光学传感器116，优选大面积光学传感器156。评价装置120(未示出)可适于借助其调制频率，即借助其频率和/或其相位将所述信号分量指定给具有不同颜色的像素134。相位分离的选项象征性地显示在图7中。正如可从其中看出的那样，信号分量S可根据其相位通过在不同时间t发光(即具有不同的相位和)的红色、绿色和蓝色(r，g，b)像素而分离。因此，通过评价所述信号分量，可识别光束136的颜色分量。
如上文所述，光学检测器110、检测器系统112和照相机168可用于各种其他装置和系统中。因此，照相机168可用于成像，尤其是用于3D成像，且可用于获取静止图像和/或图像序列，例如数字视频芯片。作为一个示例性的实施方案，图8显示了检测器系统112，其包含至少一个光学检测器110，例如图1-6所示的一个或多个实施方案中所公开的光学检测器110。就此而言，尤其是就潜在的实施方案而言，可参考上文所给的公开内容。图8进一步显示了人-机接口174的示例性实施方案，其包含所述至少一个检测器系统112；此外显示了包含人-机接口174的娱乐装置176的示例性实施方案。该图进一步显示了适于跟踪至少一种物体124的位置的跟踪系统178的实施方案，其包含检测器系统112。
就光学检测器110和检测器系统112而言，可参考上文所给的公开内容。
评价装置120可通过一个或多个连接器180和/或一个或多个接口与光学传感器116和调制器装置118和/或空间光调制器112相连。此外，连接器180可包含一个或多个驱动器和/或一个或多个测量装置以产生传感器信号。此外，评价装置120可完全或部分集成至光学传感器116和/或外罩154和/或空间光调制器114中。额外或者替代地，评价装置120可完全或部分设计为单独的独立装置。
在图8所示的该示例性实施方案中，待检测的物体124可设计为运动装备的物品和/或可形成控制元件182，其位置和/或方向可由用户184控制。作为实例，物体124可为或者可包含球棒、球拍、球棍或运动装备和/或伪运动装备的任何其他物品。其他类型的物体124是可能的。此外，用户184自身可视为物体124，其位置可被检测。作为实例，用户184可携带一个或多个与其身体直接或间接相连的信标装置122。
如上文就图1的潜在选项所述的那样，光学检测器110可适于确定一个或多个信标装置122和/或物体124的一个或多个横向位置和纵向位置。额外或者替代地，光学检测器110可适于识别颜色和/或对物体124成像。优选相对于检测器110的光轴128中心设置的外罩154内的开口186优选定义了光学检测器110的观察方向188。
检测器110可适于确定至少一种物体124的位置。此外，光学检测器110可适于获取物体124的图像，优选3D图像。
如上文所述，通过使用检测器110和/或检测器系统112来确定物体和/或其部分的位置118可用来提供人-机接口174，从而为机器190提供至少一个信息项。在图8象征性描绘的实施方案中，机器190可为计算机和/或可包含计算机。其他实施方案是可行的。评价装置120可完全或部分呈现为单独的装置和/或可完全或部分集成至机器180中，例如集成至计算机中。这同样适用于跟踪系统178的跟踪控制器192，其可完全或部分形成评价装置120和/或机器190的一部分。
类似地，如上文所述，人-机接口174可形成娱乐装置176的一部分。机器190，尤其是计算可也可形成娱乐装置176的一部分。因此，借助起物体118作用的用户184和/或借助操作控制元件182且起物体124作用的用户184，用户184可将至少一个信息项，例如至少一个控制命令输入计算机中，由此改变娱乐功能，例如控制计算机游戏的进程。
如上文所述，光学检测器110可具有直束路径，例如如图3设置中那样，或者可为斜的、带角的、分支的、偏折的或分割的，例如如图4所示的矩形设置。此外，光束136可沿各束路径或分束路径单向或双向传输一次或反复传输。因此，空间光调制器114可完全或部分位于至少一个光学传感器116前方和/或位于至少一个光学传感器116后方。
图9显示了光学检测器110的另一设置，其通常可用于图3的设置中。调制器装置118和评价装置120以及物体124和信标装置122并未在所述设置中示出且可例如如图3那样呈现。
在图9的设置中，入射光束136从左侧进入光学检测器110，朝右侧传输，通过至少一个任选的传输装置126例如至少一个透镜，且以未调制的模式第一次通过透明光学传感器158的堆栈166。随后，光束136照射在空间光调制器114上，且如上文所述，被空间光调制器114调制。在该设置中，空间光调制器114为适于将光束136反射回以朝向堆栈166的反射型空间光调制器。因此，在图9中朝左侧传输的反射光束136第二次照射在堆栈166上，由此允许上文所述的对物体124和/或信标装置122的z-检测。
此外，如上文所述，光学检测器110可具有分割成多个分束路径的束路径。图10显示了分割束路径设置的第一示例性实施方案。再次显示了光学检测器110，其不具有调制器装置118和评价装置120且不具有物体124和信标装置122，它们可例如如图3中那样呈现。
再次，光束136从左侧通过至少一个任选的传输装置126进入光学检测器110。随后，光束136照射在空间光调制器114上，空间光调制器114再次呈现为反射型空间光调制器，在这种情况下，其适于将光束136偏折至第一分束路径194的方向和第二分束路径196的方向中。因此，作为实例，反射型空间光调制器114可如上文所述包含具有微镜的像素矩阵，其中各微镜可适于将入射光束136偏折至第一分束路径194的方向或第二分束路径196的方向中。因此，光束136可分割成沿第一束路径194传输的第一分光束198，和沿第二分束路径196传输的第二分光束200。
分束路径194，196中的每一个可定义其自身的坐标系130，其中由于光学检测器的设置是已知的，因此分束路径194，196的这些坐标系130可彼此相关和/或可与光学检测器110的共同坐标系130相关。
一个或多个光学元件可位于所述至少两个分束路径194，196中的每一个中。因此，在图10所示的设置(其可称为束路径194，196的W形设置)中，光学传感器116的堆栈196位于第一分束路径194中。因此，第一分束路径194可专用于物体124的z-检测。第二分束路径196可专用于成像，因此可包含一个或多个无机光学传感器162和/或不透明光学传感器164，例如一个或多个照相机芯片。因此，作为实例，第二分束路径可包含至少一个像素化成像传感器，尤其是成像传感器芯片，例如至少一个CCD和/或CMOS芯片，优选至少一个全色或RGBCCD或CMOS-芯片。
此外，任选地，一个或多个额外光学元件202，204可位于第一分束路径194和/或第二分束路径196中。因此，作为实例，所述额外光学元件202，204可适于单独控制分光束198，200的强度和/或焦点和/或其他光学性质。因此，作为实例，可存在一个或多个快门和/或一个或多个衰减器如一个或多个光阑以单独控制例如分光束198，200的强度。此外，一个或多个透镜可存在于额外的光学元件202，204中。
在图10的设置中，空间光调制器114自身可起分束元件206的作用。额外或者替代地，可使用其他分束元件来将束路径208分割成至少一个第一分束路径194和至少一个第二束路径196。因此，图11显示了光学检测器的设置，其具有独立于空间光调制器114的分束元件206。再次，对图9和10而言，未示出调制器装置118、评价装置120、物体124和信标装置122，其可例如如图3和/或4所示呈现。
再次，在图11中，光束136从左侧进入光学检测器110，通过至少一个传输装置126，沿光轴和/或束路径208传播。随后，借助一个或多个分束元件206如一个或多个棱镜、一个或多个半透明镜子或一个或多个二色镜将光束136分割成沿第一分束路径传输的第一分光束198，和沿第二分束路径196传播的第二分光束200。在该实施方案中，空间光调制器被描绘成反射型空间光调制器，其将第一分光束198偏折以朝向光学传感器堆栈116。然而，替代地，可如图3设置那样，使用透明空间光调制器114，由此使得第一分束路径194是直的。再次，替代地，可将图9所示的设置用于第一分束路径194。
如在图10的设置中那样，至少一个不透明光学传感器164，例如成像传感器，更优选CCD和/或CMOS芯片，更优选全色或RGBCCD或CMOS芯片可位于第二分束路径196中。因此，如在图10的设置中那样，第二分束路径169可专用于成像和/或确定z和/或y坐标，而第一分束路径194可专用于确定z坐标，其中此外，在该实施方案或其他实施方案中，x-y检测器可存在于第一分束路径194中。再次，如在图10的设置中那样，单独的额外光学元件202，204可存在于分束路径194，196中。
图12显示了本发明光学检测器110和/或检测器系统112在汽车系统中的潜在应用位置。对潜在的应用而言，可参考上文所给的公开内容。
因此，作为在汽车系统中的潜在应用的示例性实施方案，图12以简化的透视图显示了小汽车210。其中显示了光学检测器110和/或检测器系统112的各种潜在位置，它们可单独或者以任意组合的方式使用。
因此，一个或多个光学检测器110可用于小汽车210的挡风玻璃212区域中，例如围绕挡风玻璃212的各个位置和/或甚至位于挡风玻璃212中，例如用作雨水传感器。
此外，一个或多个光学检测器110可存在于小汽车210的前部214区域中。这些光学检测器110可用作前灯216和/或保险杠218中的传感器。类似地，一个或多个光学检测器110可存在于后保险杠中和/或作为尾灯中的传感器(未示出)。因此，一个或多个光学检测器110可用作距离传感器和/或用于其他辅助应用，例如上文所列的一种或多种应用。因此，作为实例，可提及车道偏离报警以作为一个或多个光学检测器110的潜在应用。
此外，一个或多个光学检测器110可存在于小汽车210的侧面区域220中。因此，一个或多个光学检测器可存在于后乘客门222处或附近，例如用于避免车门与固体物体碰撞。
此外，一个或多个光学检测器110可存在于小汽车210的车顶224上和/或后部226处。因此，类似于前部214中的传感器，后部226中的一个或多个光学检测器110可用作距离传感器，例如用于停车辅助。
图13和14显示了本发明的另一实施方案，其利用了将空间光调制器114的像素134的矩阵132细分成超像素。其中，图13显示了光学检测器110的设置，而图14显示了使用光学检测器110的方法和光学检测方法的流程。下文将解释这两个图。
在该示例性的实施方案中，光学检测器110就硬件而言通常如图10所示的示例性实施方案设置。因此，该设置的细节可参考上文关于图10的描述。因此，在该设置中使用分束路径，尤其是W形设置。此外，应指出的是，其他设置是可行的，例如图11中所示的分束路径设置或者图3、4或9的实施方案中所示的非分束路径设置。
如上文所述，光学检测器110包含光学传感器116的堆栈166，其单独或者共同起至少一个FiP传感器228的作用以用于z检测，即用于确定至少一种物体124的至少一个z坐标。在该实施方案中，堆栈166设置在第一分束路径194中。此外，光学检测器110包含(例如在第二束路径196中)图像传感器230，其可为像素化光学传感器116且还可称为图像检测器或成像装置。作为实例且如上文所述，图像传感器230可为或者可包含一个或多个CCD和/或CMOS传感器，例如单色CCD和/或CMOS传感器、多色CCD和/或CMOS传感器或全色CCD和/或CMOS传感器。因此，通过使用至少一个FiP传感器228，可借助光学检测器110确定至少一种物体124的至少一个纵坐标或z坐标，而通过使用至少一个图像传感器228，可对至少一种物体124进行2D成像。
在图13所示的示例性设置中，光学检测器110捕捉包含表示为O1和O2的两个物体的场景。正如可从图14看出的那样，在第一方法步骤232中，通过使用至少一个图像传感器228捕捉场景的2D图像234。在随后的方法步骤(在图14中称为方法步骤236)中检测2D图像234中的两个或更多个区域。因此，对应于图13中的物体O1和O2，可定义2D图像234中的两个或更多个区域(表示为R1和R2)。此外，任选地，可定义背景区域(表示为R0)。所述区域可通过其在2D图像234中的相应横坐标或坐标范围而定义(象征性地表示为图13中的x1，y1，x2，y2，图14步骤236中的x，y)。因此，图像传感器230可起横向光学传感器的作用。对定义区域的潜在技术而言，可参考上文所述的算法。作为实例，可通过检测强度或颜色梯度而检测区域R1和R2的边界。如图13所示，区域的检测可在所述至少一个评价装置120中进行，其可提供至少一个具有用于图像识别和/或图像分析的合适软件的数据处理装置。
在另一步骤(在图14中表示为附图标记238)中，将超像素指定给所述区域。为此，定义对应于2D图像234中的区域R0，R1和R2的空间光调制器114的像素134。因此，由于已知的透射性质，通常已知或者通常可确定光束136或分光束200的哪一个分量通过哪一个像素134，然后照射到图像传感器230的相应像素上。因此，可使用空间光调制器114的像素和图像传感器230之间的已知或可确定的关系，所述关系可例如为经计算的分析关系或者为经验或半经验关系。
通过定义超像素(在图13中称为S0，S1和S2)，可为相应的超像素指定调制频率(在图13中称为f0，f1和f2)。为超像素指定调制频率的步骤在图14中表示为附图标记240。随后(图14中的步骤242)，用其相应的调制频率调制超像素。因此，用指定给各超像素的相应调制频率调制超像素的各像素134。此外，可实施子调制，即将各像素细分且为该细分的超像素指定额外的调制。
此外，在图14的步骤244中，对一个或超过一个或者甚至全部超像素进行z检测。为此，使用起FiP传感器228作用的至少一个光学传感器116，其也可称为纵向光学传感器，因为可通过使用该光学传感器确定纵坐标。因此，作为实例且如图13所示，可使用堆栈166。通过使用f0、f1和f2作为解调频率且通过单独评价对应于这些解调频率的信号分量，将堆栈166的所述至少一个信号以频率选择性的方式解调，从而确定z坐标。因此，例如可确定物体O1和O2的z坐标z1和z2。因此，可通过将在步骤236中产生的横坐标与在步骤244中确定的纵坐标组合而产生由光学检测器110捕捉的场景或者该场景的一部分，例如其中所含的一种或多种物体124的3D图像(图14中的步骤246)。因此，作为实例，对场景中所含的各物体124或者一种或多种物体124而言，可将横坐标或坐标范围x1，y1，x2，y2与相应的z坐标z1和z2组合，由此产生物体O1和O2的3D坐标(x1，y1，z1)和(x2，y2，z2)。再次，步骤244和/或246可由所述至少一个评价装置120实施。
正如本领域技术人员所知悉的那样，图13和14中所示的设置和方案简单地表示了3D成像的简化方式。可由光学检测器110捕捉更复杂的场景。此外，可使用比图13象征性描绘的更复杂的物体124，例如自身包含多个零件或组件的物体124。所述至少一种物体112自身的这些零件或组件可视为物体112，因此其2D图像可作为2D图像234中的单独区域定义。因此，可对这些物体零件指定单独的超像素。
此外，如图14中的附图标记248所象征性描绘的那样，图14中所示的程序可整体或部分反复实施。因此，作为实例，可对区域和/或超像素进行精修，例如在步骤244中检测一个超像素中的大范围z坐标的情况下。因此，一个区域和/或超像素的大范围z坐标检测可表示相应物体124具有沿z轴的深度。因此，可将相应区域和/或超像素精修或细分成多个区域和/或超像素。作为实例，对应于球状物体O2的区域R2可细分成两个或更多个同心圆形区域，从而完全识别该球状物体的深度。可对场景中所含的一种或多种物体或组件或者对整个场景实施该精修248。因此，所述检测程序可以以简化的设置和简化的方法开始，例如使用少量区域和/或超像素，随后重复一次或多次以精修所见且获得对场景中所含的一个、超过一个或者甚至所有物体的更详细的信息。
图15和16解释了可用本发明光学检测器110实施物体跟随的原理。因此，通过在例如参照图13所述的设置中使用图像传感器230，获取图像234。在图15所示的示例性实施方案中，图像可为人类头部或脸部的图像。在图16所示的实施方案中，图像可为交通中的场景，例如高速公路上的车辆中的前照相机的视场中的图像。
在图像234中，通过使用合适的图像识别算法和/或通过使用特定的训练，可识别一种或多种物体。作为实例，可识别眼睛(在图15中表示为O1和O2)。类似地，可识别脸部区域(在图15中表示为O3)。在图16的交通场景中，可识别各种车辆O4-O6。额外或者替代地，可识别道路标识O7，O8，例如表示速度限制和/或表示沿道路与各场所距离的道路标识。可为这些物体O1-O8各自指定图像234中的相应区域R1-R8，其中所述区域可为图像234中的各种形状的简化几何图案，例如盒、矩形或正方形。
如上文参照图13所解释的那样，可将这些区域R1-R8各自指定给空间光调制器114的相应超像素。因此，代替分析整个图像234，可将图像分析缩减为跟随或跟踪物体O1-O8。为此，可通过获取指定给至少一个区域，或者在该实施方案中，仅指定给区域R1-R8的至少一个频率的z坐标而跟踪对应于区域R1-R8的超像素。因此，对各物体而言，可确定距离。在一系列图像如照相机持续捕捉的场景电影中，可检测各图像或者多个图像中的一种或多种感兴趣的物体，随后为这些物体指定一个或多个超像素且通过使用纵向光学传感器，尤其是FiP传感器228而仅确定这些物体的z坐标和/或距离。
图17和18显示了光学检测器110和/或照相机168的其他设置。再次如图11中的设置那样，入射光束136被分割成多个分光束。图17的实施方案显示了光学检测器110，其也可作为照相机168的示例性实施方案。沿光学检测器110的光轴128传输的入射光束136照射在第一分束元件250上，其适于将第一分光束252与主光束254分开。第一分光束252可具有与主光束254相比显著更低的强度，因为第一分光束252用于借助成像装置256，例如CCD和/或CMOS芯片观察发出光束136的物体的目的，如图11实施方案中那样。作为实例，第一分光束252可具有比主光束254的一半更低的强度。作为实例，第一分束元件250可以以10:90的比例分割入射光束136。为此，可调节第一分束元件250的透明度和/或可调节第一分束元件的整个表面积。
第一分光束252可通过各种光学元件调节。作为实例，在第一分束路径258中，至少一个光阑260和/或至少一个传输装置126，例如至少一个透镜系统262可位于第一分束元件250和成像装置256之间。其他实施方案是可行的。
主光束254继续沿光轴128传输，且与第二分束元件264相遇。作为实例，第二分束元件264可为或者可包含立方分束器，优选极化立方分束器。第二分束元件264将主光束254分割成沿第二分束路径268传输的第二分光束266和沿第三分束路径272传输的第三分光束270。第二分光束266照射在第一空间光调制器114(在图17中称为SLM1或DLP1)上。类似地，第三分光束270照射在第二空间调制器114(在图17中称为SLM2或DLP2)上。在该具体实施方案中，所述第一和第二空间光调制器可尤其为反射型空间光调制器，尤其是基于技术的反射型空间光调制器。其他类型的空间光调制器是可行的。借助第一和第二空间光调制器，第二和第三分光束266和270被分别沿第二和第三分束路径268和272背反射，从而形成背反射的分光束274和276。在第二分束元件264中，背反射的分光束274，276重组，从而形成沿第四分束路径280朝光学传感器116的堆栈166传输的共光束278，所述光学传感器116可用作用于确定光束136由其朝光学检测器110传输的物体的z坐标的纵向光学传感器。
在重组以形成共光束278之前，分光束266，270可经历各种操作。因此，一般而言，分光束266可具有垂直于图17观察平面的极化。通过使用第一半波片282，可将分光束266的极化改变至图17的观察平面中。SLM1的背反射可再次改变该分光束266的极化方向，从而使得背反射的分光束274可再次具有垂直于图17观察平面的极化。然而，第一半波片282再次将极化改变至图17的观察平面中，由此允许背反射的分光束274透过以朝向堆栈166。
类似地，第三分光束270在通过极化立方分束器264后具有平行于图17观察平面的极化。在通过第二半波片284之后、在SLM2处背反射之后且在再次通过第二半波片284之后，背反射的第三分光束276具有垂直于图17观察平面的极化，因此被第二分束元件264偏折以朝向堆栈166。因此，背反射的分光束274，276均被偏折以朝向堆栈166，且可形成共光束278。
此外，各种类型的传输装置126，例如一个或多个透镜可位于第二和第三分束路径268和272中，如图17所示。其他实施方案是可行的。
第一和第二空间光调制器SLM1，SLM2可适于以相同的方式或不同的方式调制分光束266，270。因此，一般而言，在使用多个空间光调制器114的情况下，例如在图17的实施方案中，所述多个空间光调制器114可以以同步方式驱动。然而，其他操作模式是可行的。
图17所示的设置可具有各种优点。因此，所述设置通常利用如下事实：与例如通过使用FiP传感器检测z坐标相比，成像装置256通常需要更少的光。因此，通过使用第一分束元件250，可分离出入射光束136的10％或类似的能量或强度以用于成像装置256的目的。90％或类似的较大量入射光束136可继续朝纵向光学传感器如FiP前进。
光束136由其朝向光学检测器110传输的物体的图片通常应使用空间光调制器SLM1，SLM2对焦。然而，大多数市售版本的射型空间光调制器如芯片通常并非设计用来进行直的背反射，而是用于在特定角度下背反射。因此，可能需要使用非对称的透镜系统，从而允许在不垂直于光轴的空间光调制器SLM1，SLM2各自上获得对焦的图片。然而，当指代“背反射”时，应涵盖这些选项。
应指出的是，图17实施方案中所示的各种设想可以以任意方式组合。因此，一般而言，分割出较小部分的入射光束136以用于借助至少一个成像装置256实施成像目的这一设想可独立于使用多个空间光调制器114的设想，和/或可独立于主光束254的其他处理而使用。类似地，使用多个可完全或部分为透射或反射型空间光调制器114的空间光调制器114的设想可独立于使用至少一个成像装置262成像的设想而使用，和/或独立于借助空间光调制器SLM1，SLM2重组分光束266，270而使用。此外，应指出的是，在图17的设置中可存在各种额外的光学元件，例如一个或多个额外的传输装置126。因此，如图17所示，额外的传输装置126如额外的透镜系统可位于堆栈166的前方。此外，图17所示的光学元件可完全或部分具有非反射性质，例如使用一个或多个防反射涂层。因此，作为实例，半波片282，284以及传输装置126可各自具有合适的防反射涂层。此外，图17的设置以及使用一个或多个成像装置的其他设置如图10和11中所示的设置的调节涉及可用的成像装置类型。因此，一般而言，图10、11和17中所示的CCD/CMOS装置通常可被其他类型的成像装置，例如红外照相机，例如热敏成像照相机代替。因此，除所述附图中所示的成像装置之外或者作为其替代方案，可使用红外照相机，从而记录热辐射和/或将深度图片与红外或热信息组合。热敏成像照相机通常可通过使用波长依赖性分束元件而集成至所述光学系统中。因此，作为实例，红外照相机或热敏成像照相机可通过使用波长选择性分束元件，例如红外分束器或热板分离入射光束136的红外分光束而集成至光学检测器110中。光学检测器110的该设置通常可用于跟踪生物，例如用于游戏应用。就图10、11和17所述的相同变型也可适用于本发明的其他设置，例如图18所示的光学检测器110的设置，这将在下文讨论。
图18显示了图10光学检测器的设置。因此，一般而言，可参考上文关于图10的公开内容。因此，基于图10的W形设置，图18的设置包含位于第一和第二分束路径194，196中的额外反射元件286，288。因此，第一和第二分光束198，200可被这些反射元件286，288(其可为或者可包含一个或多个镜子)偏折。因此，在光学检测器110的光学设置中，例如任选的额外光学元件如202，204中所含的透镜系统通常需要显著的空间。此外，在大多数商品反射型空间光调制器114中，偏折角度受到限制且相当小。因此，透镜系统附近的入射光束透镜系统可位于堆栈166前方和/或位于成像装置256前方，且在图10的设置中可能是不可行的。通过使用额外的反射元件286，288，可获得额外的空间以用于设置额外的光学元件202，204的目的，尤其是置于纵向光学传感器如FiP传感器的前方和/或置于成像装置256前方。
特别地，所述至少一个反射元件286，288可包含至少一个镜子。所述至少一个镜子可为或者可包含至少一个平面镜。额外或者替代地，所述至少一个反射元件286，288还可包含一个或多个曲面镜，例如一个或多个凸面镜和/或凹面镜。因此，一个或多个透镜可被一个或多个曲面镜代替。因此，光学检测器110甚至可用曲面镜代替一个或多个透镜，从而节省额外的空间，反射元件286，288可各自具有聚焦性质，从而将分光束198，200分别聚焦至纵向光学传感器堆栈166和/或成像装置256上。
图19显示了用作光场照相机的光学检测器110的示意性设置。基本上，图19所示的设置可对应于图3或4所示的一个或多个实施方案或者其中所示的任何其他实施方案。光学检测器110包含至少一个空间光调制器114和光学检测器110，优选大面积光学传感器156，更优选透明光学传感器158的堆栈166。作为实例，可使用有机光学传感器160，例如有机太阳能电池，尤其是sDSC。此外，光学检测器110可包含至少一个适于成像物体124的传输装置126，例如至少一个透镜或透镜系统。此外，光学检测器110可包含至少一个成像装置256，例如CCD和/或CMOS成像装置。
如上文所述，此处所示实施方案中的光学检测器110适于作为光场照相机。因此，从各种物体124传播的光束136(在图19中象征性地表示为A、B和C)被传输装置126聚焦成相应的图像(在图19中表示为A’、B’和C’)。通过使用光学传感器116的堆栈且结合上文所述的空间光调制器114的作用，可捕捉三维图像。因此，特别是在光学传感器116为FiP传感器，即传感器信号依赖于光子密度的传感器的情况下，可通过评价相邻光学传感器的传感器信号而确定各光束136的焦点。因此，通过评价堆栈166的传感器信号，可确定各光束136的束参数，例如焦点、传播参数或其他参数。因此，作为实例，可就其束参数而言确定各光束136和/或感兴趣的一束或多束光束，且可由参数表达式和/或矢量表达式表达。因此，由于传输装置126的光学质量和性质是已知的，一旦通过使用堆栈166确定光束136的束参数，则光学检测器110捕捉的包含物体124的场景可由束参数的简化集合表示。对于图19中所示的光场照相机的进一步细节而言，可参考上文所给的各种可能性的描述。
此外，如上文所述，光学传感器堆栈166的光学传感器116可具有不同的波长敏感性。因此，除任选的成像装置256之外，堆栈166可包含两种光学传感器116。该可能性象征性地示于图20中。其中，在堆栈166中提供光学传感器116的第一种290和第二种292。第一种290和第二种292的光学传感器116尤其可以以交替方式沿光轴128排列，如图20所示。第一种290的光学传感器116可具有第一光谱敏感性，例如第一吸收光谱，例如由第一种染料限定的第一吸收光谱，且第二种292的光学传感器116可具有不同于第一光谱敏感性的第二光谱敏感性，例如第二吸收光谱，例如由第二种染料限定的第二吸收光谱。通过评价两种光学传感器116的传感器信号，可获得颜色信息。因此，如上文参照图19所解释的那样，除可推导的束参数之外，所述两种或更多种光学传感器116允许推导额外的颜色信息，例如推导全色三维图像。因此，作为实例，可通过将不同颜色的光学传感器116的传感器信号与查找表中储存的值比较而推导颜色信息。因此，通过执行图20所示的颜色识别，图19的设置可呈现为全色或多色光场照相机。
如上文所述，光学检测器110可进一步包含一个或多个飞行时间检测器。该可能性显示在图21中。首先，光学检测器110包含至少一个SLM检测器294(包括SLM114)，和光学传感器116的堆栈166，任选包括成像装置256。对SLM检测器294潜在设置的细节而言，可参考例如图3或4所示的实施方案或光学检测器110的其他实施方案。基本上，上文所公开的光学检测器110的任何设置也可用于图21所示的实施方案中。
此外，光学检测器110包含至少一个飞行时间(ToF)检测器296。如图21所示，ToF检测器296可与光学检测器110的评价装置120连接或者可提供有独立的评价装置。如上文所述，ToF检测器296可适于通过发射和接收脉冲298(如图21象征性描绘的那样)而确定光学检测器110和物体124之间的距离，或者换言之，沿光轴128的z坐标。
所述至少一个任选的ToF检测器296可以以任意方式与所述至少一个SLM检测器294组合。因此，作为实例且如图21所示，所述至少一个SLM检测器294可位于第一分束路径300中，且ToF检测器296可位于第二分束路径302中。分束路径300，302可被至少一个分束元件304分开和/或组合。作为实例，分束元件304可为波长中性的分束元件304，例如半透明镜子。额外或者替代地，可提供波长依赖性，由此允许分开不同的波长。作为图21所示设置的替代方案或者除此之外，可使用ToF检测器296的其他设置。因此，SLM检测器294和ToF检测器296可排列成直线，例如通过将ToF检测器296排列在SLM检测器294后方。在这种情况下，优选不在SLM检测器294中提供不透明光学传感器164。再次，作为替代或者额外地，ToF检测器296也可独立于SLM检测器294排列，且可使用不同的光路，而不合并光路。各种设置是可行的。
如上文所述，ToF检测器296和SLM检测器294可以以有利的方式组合以用于各种目的，例如用于分辨模糊度、用于增大可使用光学检测器110的气候条件范围，或者用于拓展物体124和光学检测器110之间的距离。进一步的细节可参考上文描述。
图22显示了图18的光学检测器110和照相机168实施方案的变型。所述设置广泛对应于图18的设置，因此大部分可参考图18的描述。光束136可经由可形成传输装置126的一部分的第一透镜306进入检测器110。作为实例，在该实施方案以及其他实施方案中，检测器110可包含外罩308，且第一透镜306可形成整个透镜。
任选地，如图17的设置中那样，在通过第一透镜306后，成像分光束310可被分束元件206分割，在这种情况下，分束元件206可形成第一分束元件250。如在图17中那样，可借助至少一个成像装置256来分析成像分光束310，其中具有或不具有额外的透镜。就此而言，可参考上文关于图17的描述。
如18所示，被第一分束元件250透射的剩余主光束136被反射型空间光调制器114分割成第一和第二分光束198，200，其中第一和第二分光束198，200分别沿第一和第二分束路径194，196传播。
与图18的设置相比，在图22所示的实施方案中，第一和第二分束路径194，196的光学设置被稍微改变。因此，首先分束路径194，196均可包含设置成FiP传感器，即显示出上述FiP效应的传感器的光学传感器116。如上文所述，可通过将成像分光束310分割并通过使用成像装置256分析场所而实施成像功能。因此，任选地，可使用分束路径194，196、大面积光学传感器116二者。
一般而言，透明光学传感器158的敏感性不如不透明光学传感器164。图22中所绘检测器110的设置允许减少透明光学传感器158的数量，例如使用仅一个透明光学传感器158。因此，在图22所示的示例性实施方案中，在第二分束路径196的末端放置不透明光学传感器164，例如不透明FiP传感器。在第一分束路径194的末端可放置具有一个透明光学传感器158，随后为不透明光学传感器164的光学传感器116的组合。透明光学传感器158和不透明光学传感器164二者可呈现为FiP传感器。因此，图22的设置可仅包含一个透明光学传感器158。
一般而言，最优选地，反射型空间光调制器114如DLP以及光学传感器116二者就其相应位置而言垂直于入射光束136取向，即垂直于局部光轴取向和/或垂直于入射光的主方向取向。这通常是由于如下事实所致：仅具有一个焦平面的图片应被空间光调制器114反射和/或被至少一个光学传感器116检测。此外，该优选设置通常被空间光调制器140的偏折角度通常相当小这一技术挑战所阻碍。因此，作为实例，相对于光轴128被DLP偏折的角度(例如图22中的角度α或β)通常为10-20°。然而，该限制通常使得不能将空间光调制器114和光学传感器160垂直于局部光轴放置。
为了克服所述技术挑战，在该实施方案或其他实施方案，尤其是具有W形束路径的实施方案中，通常可使用额外的光学元件202，204，其适于提供合适的偏折和/或束成形。特别地，如图22所示，可在第一和第二分束路径194，196中使用非对称透镜312。这些非对称透镜312相对于局部光轴是非对称的，因此朝入射光束倾斜，由此偏折所述光。因此，在分束路径194，196的末端，非对称透镜312的平面和光学传感器116的平面并非必须平行。因此，一般而言，在图22所示的实施方案以及本发明的其他实施方案中，可使用一个或多个垂直于局部光轴的对称透镜和/或一个或多个朝局部光轴倾斜的非对称透镜。
因此，图22所示的设置提供了若干优点。因此，首先，通过使用非对称透镜312，可克服上文所述的由典型DLP的小偏折角所导致的设计限制。此外，所述设置减少了透明光学传感器158的数量且提高了被空间光调制器114反射的光的利用率，这是因为考虑到了两个方向上的偏折。额外镜子的使用和反射型空间光调制器114垂直于光轴128的定位允许使用各种光学元件和传输装置126如透镜系统、物镜或其他光学元件，尤其是用于成形入射光束136。
图18或22所示的光学检测器110和照相机168的设置可进一步以各种方式改进，其中一些将参照图23解释。该图描述了广泛对应于图22设置的光学检测器110和照相机168的设置。此外，所述实施方案包含数种任选的改进。
因此，首先，分束路径194，196中的传输装置126和/或额外光学元件202，204可包含额外和/或替代的光学元件。因此，作为实例，可将物镜314置于空间光调制器114前方，例如置于DLP前方。通过使用该物镜314，可调节空间光调制器114上的图像，和/或可调节或校正空间光调制器114上的图像尺寸和/或光斑尺寸。
作为该设置的额外或者替代变型，可调节反射元件286，288。因此，尤其可呈现为镜子的这些反射元件286，288之一或二者可为扁平和平面状反射元件。或者，这些反射元件286，288之一或二者可呈现为非平面状的或者曲面状的。因此，这些反射元件286，288之一或二者可包含一个或多个曲面镜316。因此，可调节分光束198，200的束性质，例如通过将这些分光束198，200聚焦和/或离焦。
此外，额外或者替代地，如上文所述，所述额外的光学元件202，204可包含一个或多个光圈或光阑。这包括使用所谓的倒置光圈(invertedaperture)的可能性。本文所用的倒置光圈是包含一个或多个不同于简单孔形开孔的开孔的光圈。特别地，如图23所绘，可在分束路径194，196中提供一个或多个倒置光圈318，其阻挡了分光束198，200的中心部分。特别地，分光束198，200的该中心部分可不聚焦，因此可不适于给出深度信息，因此可不有助于获取关于纵坐标的信息。因此，分光束198，200的该部分可通过使用一个或多个倒置光圈318阻挡。应指出的是，可使用其他类型的光圈来阻挡光束136或来自其的一个或多个分光束的不希望部分。
如上文所述，在一些实施方案中，可能优选的是所述至少一个光学传感器116包含2×N个传感器像素的阵列。因此，这些类型的像素化光学传感器116可提供就生产和/或信号评价而言的优点。图24显示了具有2×4个传感器像素320的光学传感器116的实施方案实例。作为实例，光学传感器116的一般设置可参考WO2012/110924A1，例如参考图2和相应的描述，和/或参考WO2014/097181A1，例如参考图4a和相应的描述。
图24仅显示了光学传感器116的层设置的透明第一电极322，作为实例，其由透明导电氧化物(TCO)如氟化氧化锡制备。第一电极322被分割成多个电极场324，例如通过激光图案化和/或通过使用光刻技术。电极场324形成2行和4列的阵列，即在该实例中，形成2×4阵列。正如本领域技术人员所知晓的那样，可使用不同的列数，例如2、3、5、6、7或更多列。各电极场324可通过电触点326接触，例如第一行和第二行由相对侧电接触，其中电触点326位于光学传感器116的外边缘。
第一电极322和电极触点326可沉积在透明基材如玻璃基材上。可在第一电极322上沉积光学传感器116的其余层，例如通过使用上述文献WO2012/110924A1和/或WO2014/097181A1中一篇或两篇中所公开的方法和/或材料和/或本文所公开的任何其他方法或材料。此外，光学传感器116可包封，如还在所述文献中一篇或两篇中所公开的那样。其余层中的可忽略不计的横向电导率通常防止了相邻传感器像素320之间的串扰。因此，光学传感器116的层设置可包含与所有传感器像素320接触的共用顶电极或第二电极(未示出)，例如银电极。额外或者替代地，两个或更多个或者甚至所有传感器像素320可通过单独的顶电极或第二电极接触。
出于各种原因，具有传感器像素320阵列，例如2×N阵列的光学传感器116尤其适于本发明所公开的装置，例如SLM照相机：
(1)SLM照相机可用不同频率调制各深度区域。在高频率下，FiP信号变弱。因此，仅可使用有限数量的频率和因此有限数量的深度点。如果将传感器分割成传感器像素，则可检测的可能深度点的数量将乘以传感器像素的数量。2个传感器像素导致深度点数量翻倍。
(2)如常规照相机相反，传感器像素的形状通常与图片的外观无关。
(3)当使用较小的传感器(或传感器像素)时，频率范围改善。在小传感器像素中，可传感比大传感器像素更多的频率(深度点)。
附图标记列表
110光学检测器
112检测器系统
114空间光调制器
116光学传感器
118调制器装置
120评价装置
122信标装置
124物体
126传输装置
128光轴
130坐标系
132矩阵
134像素
136光束
138传感器区域
140解调装置
142频率分析结果
144数据处理装置
146数据存储器
148光斑
150混频器
152低通滤波器
154外罩
156大面积光学传感器
158透明光学传感器
160有机光学传感器
162无机光学传感器
164不透明光学传感器
166堆栈
168照相机
170束流收集器
172全色空间光调制器
174人-机接口
176娱乐装置
178跟踪系统
180连接器
182控制元件
184用户
186开孔
188观察方向
190机器
192跟踪控制器
194第一分束路径
196第二分束路径
198第一分光束
200第二分光束
202额外的光学元件
204额外的光学元件
206分束元件
208束路径
210小汽车
212挡风玻璃
214前部
216前灯
218保险杠
220侧面区域
222乘客门
224车顶
226后部
228FiP传感器
230图像传感器
232捕捉2D图像
2342D图像
236检测区域
238定义超像素
240为超像素指定调制频率
242调制超像素
244z检测
246产生3D图像
248精修区域和/或超像素
250第一分束元件
252第一分光束
254主光束
256成像装置
258第一分束路径
260光阑
262透镜系统
264第二分束元件
266第二分光束
268第二分束路径
270第三分光束
272第三分束路径
274背反射的第二分光束
276背反射的第三分光束
278共光束
280第四分束路径
282第一半波片
284第二半波片
286反射元件
288反射元件
290第一类型的光学传感器
292第二类型的光学传感器
294SLM检测器
296飞行时间(ToF)检测器
298脉冲
300第一分束路径
302第二分束路径
304分束元件
306第一透镜
308外罩
310成像分光束
312非对称透镜
314物镜
316曲面镜
318倒置光圈
320传感器像素
322第一电极
324电极场
326电触点
Claims (34)
1.一种光学检测器(110)，其包含：
-至少一个适于以空间分辨的方式调节光束(136)的至少一种性质的空间光调制器(114)，其具有像素(134)的矩阵(132)，其中各像素(134)可控以单独调节通过像素(134)的光束(136)部分的至少一种光学性质；
-至少一个适于检测通过空间光调制器(114)的像素(134)的矩阵(132)之后的光束(136)且产生至少一个传感器信号的光学传感器(116)；
-至少一个适于以不同调制频率周期性控制至少两个像素(134)的调制器装置(118)；和
-至少一个适于实施频率分析以确定用于调制频率的传感器信号的信号分量的评价装置(120)。
2.根据前一权利要求的光学检测器(110)，其中评价装置(120)进一步适于根据其调制频率将各信号分量指定给相应的像素(134)。
3.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中调制器装置(118)适于使得以独特的调制频率控制各像素(134)。
4.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中调制器装置(118)适于以不同的调制频率调制所述至少两个像素(134)。
5.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中评价装置(120)适于通过以不同的调制频率解调传感器信号而实施频率分析。
6.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中被空间光调制器(114)以空间分辨的方式调节的光束(136)的至少一种性质为选自如下组的至少一种性质：光束(136)部分的强度；光束(136)部分的相位；光束(136)部分的光谱性质，优选颜色；光束(136)部分的极化；光束(136)部分的传播方向。
7.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中所述至少一个空间光调制器(114)包含至少一个选自如下组的空间光调制器(114)：透射型空间光调制器(114)，其中光束(136)通过像素(134)的矩阵(132)且其中像素(134)适于以单独可控的方式调节通过相应像素(134)的各光束(136)部分的光学性质；反射型空间光调制器(114)，其中像素(134)具有单独可控的反射性质且适于单独改变被相应像素(134)反射的各光束(136)部分的传播方向；电致变色空间光调制器(114)，其中像素(134)具有可由施加至相应像素(134)上的电压单独控制的可控光谱性质；声光空间光调制器，其中像素(134)的双折射可通过声波控制；电光空间光调制器，其中像素(134)的双折射可通过电场控制。
8.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中所述至少一个空间光调制器(114)包含至少一个选自如下组的空间光调制器(114)：液晶装置，优选有源矩阵(132)液晶装置，其中像素(134)为可单独控制的液晶装置的单元；微镜装置，其中像素(134)为就其反射表面的方向而言可单独控制的微镜装置的微镜；电致变色装置，其中像素(134)为具有可通过施加至相应单元上的电压单独控制的光谱性质的电致变色装置的单元；声光装置，其中像素(134)为具有可通过施加至单元上的声波单独控制的双折射的声光装置的单元；电光装置，其中像素(134)为具有可通过施加至单元上的电场单独控制的双折射的电光装置的单元。
9.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中评价装置(120)适于将各信号分量指定给矩阵(132)的像素(134)。
10.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中评价装置(120)适于通过评价信号分量而确定矩阵(132)的哪些像素(134)被光束(136)照射。
11.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中评价装置(120)适于通过识别被光束(136)照射的矩阵(132)的像素(134)的横向位置而识别光束(136)的横向位置和光束(136)的方向中的至少一种。
12.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中评价装置(120)适于通过评价信号分量而确定光束(136)的宽度。
13.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中评价装置(120)适于识别指定给被光束(136)照射的像素(134)的信号分量且由像素(134)排列的已知几何性质确定空间光调制器(114)位置处的光束(136)的宽度。
14.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中通过使用光束(136)由其朝所述检测器传播的物体的纵坐标和空间光调制器(114)位置处的光束(136)的宽度或被光束(136)照射的空间光调制器(114)的像素(134)数量之一或二者之间的已知或可确定的关系，评价装置(120)适于确定物体的纵坐标。
15.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中空间光调制器(114)包含不同颜色的像素(134)，其中评价装置(120)适于将信号分量指定给所述不同颜色。
16.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中所述至少一个光学传感器(116)包含至少一个适于检测通过多个像素(134)的多个光束(136)部分的大面积光学传感器(116)。
17.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中所述至少一个光学传感器(116)包含至少两个光学传感器(116)的堆栈(166)。
18.根据前一权利要求的光学检测器(110)，其中堆栈(166)的至少一个光学传感器(116)为至少部分透明的光学传感器(158)。
19.根据前述两个权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中堆栈(166)的至少一个光学传感器(116)为具有多个光敏像素的像素化光学传感器。
20.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中所述至少一个光学传感器(116)具有至少一个传感器区域(138)，其中光学传感器(116)的传感器信号依赖于被光束(136)照射的传感器区域(138)的照射，其中在相同的总照射功率下，传感器信号依赖于传感器区域(138)中的光束(136)宽度。
21.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中所述至少一个光学传感器(116)包含至少一个具有层设置的光学传感器(116)，所述层设置包含至少一个第一电极、至少一种n-半导电金属氧化物、至少一种染料、至少一种p-半导电有机材料，优选固体p-半导电有机材料，和至少一个第二电极。
22.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中光学检测器(110)进一步包含至少一个适于将光馈入光学检测器(110)中的传输装置(126)。
23.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中空间光调制器(114)为反射型空间光调制器(114)，其中光学传感器(116)包含至少一个透明光学传感器(158)，其中光学检测器(110)以使得光束(136)在到达空间光调制器(114)之前通过透明光学传感器(158)的方式设置，其中空间光调制器(114)适于将光束(136)至少部分反射回以朝向光学传感器(116)。
24.根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中光学检测器(110)包含至少一个适于将光束(136)的束路径(208)分割成至少两个分束路径(194，196)的分束元件(206)。
25.根据前一权利要求的光学检测器(110)，其中分束元件(206)包含空间光调制器(114)。
26.根据前一权利要求的光学检测器(110)，其中光学传感器(116)的至少一个堆栈(166)位于至少一个分束路径(194，196)中。
27.根据前述两个权利要求中任一项的光学检测器(110)，其中至少一个不透明光学传感器(164)位于至少一个分束路径(194，196)中。
28.一种用于确定至少一种物体(124)的位置的检测器系统(112)，其中检测器系统(112)包含至少一个根据前述权利要求中任一项的光学检测器(110)，检测器系统(112)进一步包含至少一个适于将至少一束光束(136)导向光学检测器(110)的信标装置(122)，其中信标装置(122)为可与物体(124)连接、可由物体(124)持有和可集成至物体(124)中的至少一种情形。
29.一种用于在用户(184)和机器(190)之间交换至少一个信息项的人-机接口(174)，其中人-机接口(174)包含至少一个根据前述涉及检测器系统(112)的权利要求中任一项的检测器系统(112)，其中所述至少一个信标装置(122)适于与用户(184)直接或间接连接和由用户(184)持有中的至少一种情形，其中人-机接口(174)设计用来借助检测器系统(112)确定用户(184)的至少一个位置，其中人-机接口(174)设计用来为所述位置指定至少一个信息项。
30.一种用于实施至少一种娱乐功能的娱乐装置(176)，其中娱乐装置(176)包含至少一个根据前一权利要求的人-机接口(174)，其中娱乐装置(176)设计用来能由玩家借助人-机接口(174)输入至少一个信息项，其中娱乐装置(176)设计用来根据所述信息改变娱乐功能。
31.一种用于跟踪至少一种可移动物体(124)的位置的跟踪系统(178)，其中跟踪系统(178)包含至少一个根据前述涉及检测器系统(112)的实施方案中任一个的检测器系统(112)，跟踪系统(178)进一步包含至少一个跟踪控制器(192)，其中跟踪控制器(192)适于跟踪物体(124)在特定时间点的一系列位置。
32.一种用于成像至少一种物体(124)的照相机(168)，其中照相机(168)包含至少一个根据前述涉及光学检测器(110)的权利要求中任一项的光学检测器(110)。
33.一种光学检测方法，尤其是确定至少一种物体(124)的位置的方法，所述方法包括如下步骤：
-通过使用至少一个空间光调制器(114)以空间分辨的方式调节光束(136)的至少一种性质，其中空间光调制器(114)具有像素(134)的矩阵(132)，其中各像素(134)可控以单独调节通过像素(134)的光束(136)部分的至少一种光学性质；
-通过使用至少一个光学传感器(116)来检测通过空间光调制器(114)的像素(134)的矩阵(132)之后的光束(136)且产生至少一个传感器信号；
-通过使用至少一个调制器装置(118)来以不同频率周期性控制至少两个像素(134)；和
-通过使用至少一个评价装置(120)来实施频率分析且确定用于控制频率的传感器信号的信号分量。
34.根据前述涉及光学检测器(110)的权利要求中任一项的光学检测器(110)的用途，用于选自如下组的应用目的：交通技术中的位置测量；娱乐应用；保密应用；人-机接口(174)应用；跟踪应用；摄影应用；成像应用和照相机应用；用于产生至少一个空间的地图的地图绘制应用；移动应用；网络摄像机；计算机外围设备；游戏应用；照相机或者视频应用；保密应用；监视应用；汽车应用；运输应用；医疗应用；运动应用；机器视觉应用；车辆应用；飞机应用；船舶应用；空间飞行器应用；建筑物应用；建筑应用；制图学应用；生产应用；与至少一种飞行时间检测器(296)组合应用；在区域定位系统中的应用；在全球定位系统中的应用；在基于地标的定位系统中的应用；在室内导航系统中的应用；在室外导航系统中的应用；在家用电器中的应用；机器人应用；在自动开门器中的应用；在光通信系统中的应用。
Applications Claiming Priority (11)
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