CN106716059A - 用于光学确定至少一个对象的位置的检测器 - Google Patents
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Abstract
一种用于光学地确定至少一个对象(112)的位置的检测器(110)和方法。该检测器(110)包括：用于确定至少一个光束(134)的位置的至少一个光学传感器(114)和用于产生关于对象(112)的横向位置的至少一项信息以及关于对象(112)的纵向位置的至少一项信息的至少一个评估装置(164)。该传感器(114)具有至少第一电极(126)和第二电极(128)。第一电极(126)或第二电极(128)是具有至少3个部分电极(140、142、144、146)的分离电极(136)。该检测器和该方法可以以快速且有效的方式确定对象的三维坐标。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于光学地确定至少一个对象的位置的检测器。此外，本发明涉及适于提供立体视觉的检测器。此外，本发明涉及人机接口、娱乐装置、跟踪系统、扫描装置和相机。此外，本发明涉及一种用于光学地检测至少一个对象的位置的方法和该检测器的各种用途。这样的装置、方法和用途可以用于例如日常生活、游戏、交通技术、生产技术、安全技术、医疗技术或科学的各个领域。然而，其他应用原则上也是可能的。
背景技术
从现有技术中已知各种光学传感器和光伏器件。虽然光伏器件通常用于将电磁辐射，特别是紫外线、可见光或红外光转换成电信号或电能，但是光学检测器通常用于拾取图像信息和/或用于检测至少一个光学参数，例如，亮度。
通常可以基于无机和/或有机传感器材料的使用的各种光学传感器从现有技术中是已知的。在越来越大的程度上，特别是为了改进大面积加工，正在使用包括至少一种有机传感器材料的传感器，例如在US 2007/0176165 A1中所描述的。特别地，所谓的染料太阳能电池越来越重要，其通常在例如WO 2009/013282 A1中描述。
在这种光学传感器的基础上已知用于光学地检测至少一个对象的各种检测器。WO2012/110924 A1公开了一种包括至少一个光学传感器的检测器，其中光学传感器具有至少一个传感器区域(sensor region)。在此，光学传感器被设计为以取决于传感器区域的照明的方式产生至少一个传感器信号。在给定照明的相同总功率的情况下，传感器信号据此取决于照明的几何形状，特别是取决于传感器区(sensor area)上的照明的束横截面，其可以被称为“FiP效应”。因此，这种使用FiP效应的光学传感器也可以被称为“FiP传感器”。检测器还具有至少一个评估装置，其被指定用于从传感器信号产生至少一项几何信息，特别是关于照明和/或对象的至少一项几何信息。
WO 2014/097181 A1公开了一种用于通过使用至少一个横向光学传感器和至少一个纵向光学传感器来确定至少一个对象的位置的方法和检测器。优选地，采用纵向光学传感器的堆叠，特别地以高精度并且无不确定性地确定对象的纵向位置。在此，堆叠还可以包括至少一个横向光学传感器和可选地至少一个成像装置，其可以沿着光束沿着其传播的检测器的公共光轴布置，特别是与纵向光学传感器一起布置。为此目的，在特定光束路径内的除了最后一个光学传感器之外所有光学传感器可以优选地是透明的。此外，该至少一个横向光学传感器和该至少一个纵向光学传感器还可以至少部分地集成到组合的光学传感器中。为此目的，该至少一个纵向光学传感器的第二电极可以可选地被细分为可以单独接触的部分电极，其中第二电极可以被设计成提供单个传感器信号，并且因此可以仅提供单个电极接触。因此，除了纵向信号之外，可以利用纵向光学传感器产生横向传感器信号。此外，WO 2014/097181 A1公开了一种人机接口、娱乐装置、跟踪系统和相机，每个包括用于确定至少一个对象的位置的至少一个检测器。
于2014年12月9日提交的欧洲专利申请号14 196 942.8(其全部内容通过引用并入本文)公开了两个或多个光学传感器以及可选地至少一个成像装置，其可以放置在设置的不同分支中，特别是在单独的部分束路径中，其中一个或多个束分离元件可以用于分隔入射光束。作为示例，适于确定深度信息的FiP传感器和适于捕获二维图像的成像装置可以布置在检测器的单独的部分束路径中。特别地，这种布置可以允许在检测器中使用多于一个的不透明光学传感器或者(如果适用的话)成像装置。此外，光学传感器和图像传感器可以构成“混合传感器”，即可以同时包括一种或多种有机和/或无机材料的组件，特别是至少一个FiP传感器和至少一个像素化光学检测器(特别是无机图像传感器，如CCD器件或CMOS器件)的组合。
2015年6月16日提交的国际专利申请号PCT/IB2015/054536(其全部内容通过引用并入本文)公开了一种检测器，该检测器包括发射至少一个光束的至少一个照明源，该至少一个光束包括平行于至少一个光学传感器的图像平面的分量，其中所述光学传感器适于以光从所述光束的分量散射的方式确定接近所述光学传感器的所述对象的位置的横向分量，其中所述光学传感器进一步设计成产生取决于通过从所述光束的分量散射的光对所述传感器的照明的至少一个纵向传感器信号；以及用于通过评估横向传感器信号来产生关于所述对象的位置的横向分量的至少一项信息和通过评估纵向传感器信号来产生关于对象的位置的纵向分量的至少一项信息的评估装置。该检测器可以特别地用作接近传感器，用于检测至少一个对象(例如手指、手或与其相关的另一对象)的位置，该对象特别地在近距离处穿过检测器，从而使得人能够与显示器或人机接口相互作用，而不被迫实际触摸它。
发明内容
尽管由上述装置和检测器，特别是如在WO 2012/110924A1，WO 2014/097181 A1或国际专利申请号PCT/IB2015/054536中公开的检测器所暗示的优点，仍然需要简单、成本效益和可靠的空间检测器。因此，本发明解决的问题是指定用于光学地检测至少一个对象的装置和方法，其至少基本上避免了这种类型的已知装置和方法的缺点。
具体地，期望提供一种改进的光学传感器和相关方法，用于以高分辨率快速并同时地感测对象的位置的横向和纵向分量，然而，其不需要对相应装置的复杂制造，在执行相应方法时也不需要复杂的评估处理。
此外，期望提供一种检测器和包括至少一个检测器的立体系统，该该立体系统可以特别适于提供立体视觉，其中优选地，关于对象的位置的至少一项信息可以用与从现有技术已知的相当类型的系统相比减少了的工作量来产生。
该问题通过具有独立权利要求的特征的本发明来解决。在从属权利要求和/或下面的说明书和详细的实施例中给出了可以单独地或组合地实现的本发明的有利的改进方案。
如本文所使用的，表达“具有”，“包括(comprise)”和“含有(contain)”以及其语法变体以非排他的方式使用。因此，表述“A具有B”以及表述“A包含B”或“A含有B”都可以指这样的事实，即，除了B之外，A含有一种或多种其它组分和/或成分，以及除了B之外，在A中不存在其它组分、成分或元素的情况。
在本发明的第一方面中，公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器。
如本文所使用的，“对象”通常可以是从活的对象和非活的对象中选择的任意对象。因此，作为示例，至少一个对象可以包括一个或多个物品和/或物品的一个或多个部分。附加地或替代地，对象可以是或可以包括一个或多个生物和/或其一个或多个部分(诸如人的一个或多个身体部位)，例如用户和/或动物。
如本文所使用的，“位置”通常是指关于空间中的对象的位置和/或取向的任意信息项。为此目的，作为示例，可以使用一个或多个坐标系，并且可以通过使用一个、两个、三个或更多个坐标来确定对象的位置。作为示例，可以使用一个或多个笛卡尔坐标系和/或其他类型的坐标系。在一个示例中，坐标系可以是检测器的坐标系，其中检测器具有预定的位置和/或取向。如下面将进一步详细概述的，检测器可以具有光轴，其可以构成检测器的主视方向。光轴可以形成坐标系的轴，诸如z轴。此外，可以提供一个或多个附加轴，优选地垂直于z轴。
因此，作为示例，检测器可以构成坐标系，其中光轴形成z轴，并且另外，可以提供垂直于z轴并且彼此垂直的x轴和y轴。作为示例，检测器和/或检测器的一部分可以停留在该坐标系中的特定点处，例如在该坐标系的原点处。在该坐标系中，与z轴平行或反平行的方向可以被认为是纵向方向，并且沿着z轴的坐标可以被认为是纵向坐标。垂直于纵向方向的任意方向可以被认为是横向方向，并且x坐标和/或y坐标可以被认为是横向坐标。
可替代地，可以使用其他类型的坐标系。因此，作为示例，可以使用极坐标系，其中光轴形成z轴并且其中与z轴的距离和极角可以用作附加坐标。再次，与z轴平行或反平行的方向可以被认为是纵向方向，并且沿着z轴的坐标可以被认为是纵向坐标。垂直于z轴的任何方向可以被认为是横向方向，并且极坐标和/或极角可以被认为是横向坐标。
如本文所使用的，用于确定至少一个对象的位置的“检测器”通常是适于提供关于至少一个对象的位置的至少一项信息的装置。检测器可以是固定装置或移动装置。此外，检测器可以是独立装置或可以形成另一装置的一部分，诸如计算机、车辆或任何其他装置。此外，检测器可以是手持装置。检测器的其它实施例是可行的。
检测器可以适于以任何可行的方式提供关于至少一个对象的位置的至少一项信息。因此，该信息可以例如以电子、视觉、声学或其任何任意组合提供。该信息还可以存储在检测器的数据存储器或单独的装置中和/或可以经由至少一个接口(例如无线接口和/或有线接口)提供。
根据本发明，检测器包括：
-至少一个光学传感器，用于确定从所述对象行进到所述检测器的至少一个光束的位置，其中所述光学传感器具有至少第一电极和第二电极，其中至少一种光伏材料嵌入在所述第一电极和所述第二电极之间，其中所述光伏材料适于响应于用光对所述光伏材料的照明而产生电荷，其中所述第一电极或所述第二电极是具有至少三个部分电极的分离电极，其中每个部分电极适于产生至少一个传感器信号，其中所述传感器信号取决于所述光束在所述光学传感器的传感器区域中的束横截面；和
-至少一个评估装置，其中所述评估装置被设计为通过评估所述部分电极的对的传感器信号来产生关于所述对象的横向位置的至少一项信息，所述横向位置是在垂直于所述检测器的光轴的至少一个平面中的位置，其中所述评估装置被设计为通过评估所有部分电极的所述传感器信号的和来产生关于所述对象的纵向位置的至少一项信息。
如下面将进一步详细概述的，上面列出的组件可以是单独的组件。可替代地，上面列出的两种或更多种组件可以集成到一种组件中。因此，至少一个评估装置可以形成为独立于至少一个光学传感器的单独的评估装置，但是优选地可以连接到至少一个光学传感器，以便接收传感器信号。可替代地，所述至少一个评估装置可以完全或部分地集成到所述至少一个光学传感器中。
关于术语“横向位置”，可以参考上面给出的定义。因此，优选地，横向位置可以是或可以包括在垂直于检测器的光轴的至少一个维度上的至少一个坐标。作为示例，横向位置可以是由光束在垂直于光轴的平面中(诸如在光学传感器的光敏传感器表面上)产生的光斑的位置。作为示例，在该平面中的位置可以在笛卡尔坐标和/或极坐标中给出。其他实施例是可行的。
所述至少一个传感器信号通常可以是指示横向位置的任意信号。作为示例，传感器信号可以是或可以包括数字和/或模拟信号。作为示例，传感器信号可以是或可以包括电压信号和/或电流信号。附加地或替代地，传感器信号可以是或可以包括数字数据。传感器信号可以包括单个信号值和/或一系列信号值。传感器信号可以进一步包括通过组合两个或更多个单独信号而得到的任意信号，诸如通过对两个或更多个信号求平均值和/或通过形成两个或更多个信号的商值，如下面进一步详细概述的。
如下文将进一步概述的，优选地，至少一个“光学传感器”可以包括一个或多个光电检测器，优选一个或多个有机光电检测器，最优选一个或多个染料敏化有机太阳能电池(DSC，也称作染料太阳能电池)，诸如一种或多种固体染料敏化有机太阳能电池(s-DSC)。因此，光学传感器是具有至少一个第一电极、至少一个第二电极和至少一种光伏材料的光电检测器，其中光伏材料嵌入在第一电极和第二电极之间。如本文所使用的，“光伏材料”通常是适于响应于用光对光伏材料的照明而产生电荷的材料或材料的组合。
如本文所使用的，术语“评估装置”通常是指被设计为产生关于对象的位置的至少一项信息的任意装置。作为示例，评估装置可以是或可以包括一个或多个集成电路，诸如一个或多个专用集成电路(ASIC)；和/或一个或多个数据处理装置，诸如一个或多个计算机，优选地一个或多个微计算机和/或微控制器。可以包括附加部件，诸如一个或多个预处理装置和/或数据采集装置，诸如用于接收和/或预处理传感器信号的一个或多个装置，诸如一个或多个AD转换器和/或一个或多个滤波器。此外，评估装置可以包括一个或多个数据存储装置。此外，如上所述，评估装置可以包括一个或多个接口，诸如一个或多个无线接口和/或一个或多个有线接口。
至少一个评估装置可以适于执行至少一个计算机程序，诸如执行或支持产生关于横向位置的至少一项信息的步骤和/或产生关于纵向位置的至少一项信息的步骤的至少一个计算机程序。作为示例，可以实施一个或多个算法，其通过使用传感器信号作为输入变量，可以执行到对象的横向位置和/或纵向位置的预定变换。
根据本发明，光学传感器的第一电极或第二电极是具有至少三个部分电极的分离电极，其中光学传感器具有传感器区，其中该至少一个传感器信号指示光束在传感器区中的位置。因此，如上所述，光学传感器可以是或可以包括一个或多个光电检测器，优选一个或多个有机光电检测器，更优选一个或多个DSC或sDSC。传感器区可以是面向对象的光电检测器的表面。传感器区优选地可以垂直于光轴取向。因此，传感器信号可以指示由光束在光学传感器的传感器区的平面中产生的光斑的位置。
在本发明的特定实施例中，检测器可以被设计为检测至少两个传感器信号，特别是在检测器可以被至少两个不同波长入射的情况下，优选地通过采用至少两个单独的光电检测器。这里，作为示例，第一光电检测器对于光谱的第一部分可以是透明的，并且吸收光谱的其他部分，而相对于入射光束的方向放置在该光电检测器之后的至少一个第二光电检测器对于光谱的第二部分可以是透明的，并且特别地，吸收对于第一光电检测器可以是透明的光谱的第一部分。
通常，如本文所使用的，术语“分离电极”是指多个电极中的适于测量至少一个电流和/或电压信号、优选地独立于其它部分电极的电极。因此，在提供多个部分电极的情况下，第一电极或第二电极适于经由至少三个部分电极提供多个电势和/或电流和/或电压，其可以被独立地测量和/或使用。
通过使用至少一个光学传感器，其中第一电极或第二电极是具有三个或多个部分电极的分离电极，通过部分电极的电流可取决于光束在传感器区中的位置。这通常可能是由于以下事实：欧姆损耗或电阻损耗可能发生在从由于光入射到部分电极上而产生电荷的位置的途中。因此，除了部分电极之外，分离电极可以包括连接到部分电极的一种或多种附加电极材料，其中一个或多个附加电极材料提供电阻。因此，由于通过一种或多种附加电极材料从电荷产生的位置到部分电极的路径上的欧姆损耗，通过部分电极的电流取决于电荷产生的位置并且因此取决于光束在传感器区中的位置。对于确定光束在传感器区中的位置的这种原理的细节，可以参考下面的优选实施例和/或例如在US 6,995,445和/或US 2007/0176165 A1中公开的物理原理和装置选项。
光学传感器还可以适于根据通过部分电极的电流产生传感器信号。因此，可以形成通过两个水平相邻的部分电极的电流比，从而产生x坐标，和/或可以形成通过垂直相邻的部分电极的电流比，从而产生y坐标。检测器，优选地光学传感器和/或评估装置可以适于从通过部分电极的电流的至少一个比率导出关于对象的横向位置的信息。然而，通过比较通过部分电极的电流来产生位置坐标的其它方式是可行的。
在特别优选的实施例中，分离电极可以包括两对两个部分电极，其中每个部分电极的两侧可以以以下方式与另一部分电极的一侧邻接，使得四个部分电极的表面可以在光学传感器上共同占据矩形区，诸如正方形区。然而，其他布置也是可能的，诸如具有三对两个或三个部分电极仍然占据光学传感器上的矩形区例如正方形区的布置，或具有六个部分电极的六边形布置，每个部分电极具有三角形的形式，使得六个部分电极的表面可以共同占据光学传感器上的六边形区。
在这方面，特别有利的是，以这样的方式布置部分电极：使得由特定布置产生的表面可以覆盖特定区域，在相邻部分电极之间具有尽可能最小的死区，特别是为了从各个部分电极获得尽可能大的电流。特别地，两个相邻的部分电极可以以这样的方式布置在光学传感器中：使得在它们之间没有或只有很小的间隙。替代地，两个相邻的部分电极甚至可以以可产生重叠区的方式部分地彼此重叠，其中重叠区可以占据每个重叠的部分电极的面积的1％或更小。
如上所述，优选地，至少一个光学传感器可以是透明光学传感器。因此，光学传感器的至少一个第一电极优选是透明的。如在本发明中所使用的，术语“透明”通常是指透过透明对象之后的光强度等于或超过透过透明对象之前的光强度的10％的事实，优选40％，更优选60％。更优选地，光学传感器的至少一个第一电极可以完全或部分地由至少一种透明导电氧化物(TCO)制成。作为示例，可以指定铟掺杂的氧化锡(ITO)和/或氟掺杂的氧化锡(FTO)。下面将给出进一步的实施例。此外，光学传感器的至少一个第二电极优选地可以完全或部分是透明的。
因此，具体地，分离电极可以包括三个或更多个部分电极和与三个或更多个部分电极接触的至少一种附加电极材料。根据本发明，光学传感器的至少一个分离电极可以完全由至少一种导电聚合物，优选透明导电聚合物制成。作为示例，可以使用具有至少0.01S/cm，优选至少0.1S/cm或更优选至少1S/cm或甚至至少10S/cm或至少100S/cm的导电率的导电聚合物。作为示例，至少一种导电聚合物可以选自：聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)，优选地PEDOT被电掺杂有至少一种抗衡离子，更优选地PEDOT掺杂有聚苯乙烯磺酸钠(PEDOT：PSS)；聚苯胺(PANI)；聚噻吩。
如上所述，导电聚合物可以在至少三个部分电极之间提供电连接。导电聚合物可以提供欧姆电阻率，从而允许确定电荷产生的位置。优选地，导电聚合物在部分电极之间提供0.1-20kΩ的电阻率，优选为0.5-5.0kΩ的电阻率，更优选为1.0-3.0kΩ的电阻率。如本文所使用的，“导电材料”通常可以是具有小于104，小于103，小于102或小于10Ωm的比电阻(specific electrical resistance)的材料。优选地，导电材料具有小于10-1，小于10-2，小于10-3，小于10-5或小于10-6Ωm的比电阻。最优选地，导电材料的比电阻小于5×10-7Ωm或小于1×10-7Ωm，特别是在铝的比电阻的范围内。
本发明的另外的实施例涉及从对象传播到检测器的光束的性质。光束可以由对象本身承纳，即可以源自对象。附加地或替代地，光束的另一个源是可行的。因此，可以提供一个或多个照明源，其可以诸如通过使用一个或多个初级(primary)光线或光束，诸如具有预定特性的一个或多个初级光线或光束来照明对象。在后一种情况下，从对象传播到检测器的光束可以是被对象反射和/或被连接到对象的反射装置反射的光束。因此，可以通过使用产生初级光的照明源来照明对象，其中对象弹性地或非弹性地反射初级光，从而产生传播到检测器的光束。照明源本身可以是检测器的一部分。因此，检测器可以包括至少一个照明源。这里，照明源通常可以选自：至少部分地连接到对象和/或至少部分地与对象相同的照明源；被设计成用初级辐射，优选地初级光至少部分地照明该对象的照明源，其中该光束优选地通过初级辐射在对象上的反射和/或受初级辐射刺激由对象本身发射的光而产生。此外，照明源可以是结构化光源，其能够以将限定的图案投影到至少一个光学传感器上的方式修改入射光束。
如本文所使用的，术语“光”通常是指在可见光谱范围、紫外光谱范围和红外光谱范围中的一个或多个中的电磁辐射。其中，术语可见光谱范围通常指380nm至780nm的光谱范围。术语红外(IR)光谱范围通常是指在780nm至1000μm范围内、优选在780nm至3.0μm范围内的电磁辐射。术语紫外光谱范围通常是指在1nm至380nm范围内、优选在100nm至380nm范围内的电磁辐射。优选地，在本发明中使用的光是可见光，即可见光谱范围内的光。
术语光束通常是指发射到特定方向的光的量。因此，光束可以是在垂直于光束的传播方向的方向上具有预定延伸的光束。优选地，光束可以是或可以包括一个或多个高斯光束，该高斯光束的特征在于一个或多个高斯束参数，诸如束腰、瑞利长度或任何其它束参数或适于表征空间中的束直径和/或束传播的发展的一个或多个束参数的组合。
如上所述，给定由光束照明的相同总功率，至少一个传感器信号取决于光束在至少一个光学传感器的传感器区域中的束横截面。如本文所使用的，术语“束横截面”通常是指光束的横向延伸或由光束在特定位置处产生的光斑。在产生圆形光斑的情况下，半径、直径或高斯束腰或两倍的高斯束腰可用作束横截面的量度。在产生非圆形光斑的情况下，可以以任何其他可行的方式确定横截面，诸如通过确定具有与非圆形光斑相同的面积的圆的横截面，其也被称为等效束横截面。
因此，给定由光束照明传感器区域的相同总功率，具有第一束直径或束横截面的光束可产生第一传感器信号，而具有不同于第一束直径或束横截面的第二束直径或束横截面产生可以不同于第一传感器信号的第二传感器信号。因此，通过比较传感器信号，可以产生关于束横截面，特别是关于束直径的至少一项信息。关于这种效果的细节，可以参考WO2012/110924A1。
具体地，在已知从对象传播到检测器的光束的一个或多个束特性的情况下，关于对象的纵向位置的至少一项信息因此可以从至少一个传感器信号和对象的位置之间的已知关系导出。该已知关系可以作为算法和/或作为一个或多个校准曲线存储在评估装置中。作为示例，具体地，对于高斯束，通过使用束腰和纵向坐标之间的高斯关系，可以容易地导出束直径或束腰和对象的位置之间的关系。如WO 2012/110924 A1中所公开的，该效应也被称为“FiP效应”，并且可以取决于光束的适当调制或者可以通过光束的适当调制来强调。因此，优选地，检测器还可以具有用于调制照明的至少一个调制装置。检测器可以被设计为在不同调制的情况下检测至少两个传感器信号，特别是在分别不同的调制频率下的至少两个传感器信号。在这种情况下，评估装置可以被设计为通过评估至少两个传感器信号来产生关于对象的纵向位置的至少一项信息。通常，光学传感器可以被设计为使得：给定照明的相同总功率，至少一个传感器信号取决于照明调制的调制频率。这种频率相关性具体地在DSC中提供，并且更优选地在sDSC中提供。然而，其它类型的光学传感器，优选光电检测器，更优选地有机光电检测器也可以表现出这种效应。
优选地，至少一个光学传感器是薄膜器件，其具有包括电极和光伏材料的层的层设置，所述层设置具有优选不大于1mm、更优选至多500μm或甚至更小的厚度。因此，光学传感器的传感器区域优选地可以是或可以包括传感器区，其可以由相应器件的表面形成，其中该表面可面向对象或可背离对象。因此，还可以以这样的方式布置所述至少一个光学传感器：使得包括传感器区域的一些表面可面向对象，其中其它表面可远离对象。各个器件的这种类型的布置(其可有助于优化光束通过堆叠的路径和/或减少光路内的反射)可出于任何原因或目的以交替方式实施，诸如采用传感器区域可以面向对象的一个、两个、三个或更多个器件与传感器区域可以背向对象的一个、两个、三个或更多个其他器件交替。
优选地，光学传感器的传感器区域可以由一个连续的传感器区域形成，例如每个装置一个连续的传感器区或传感器表面。因此，优选地，光学传感器的传感器区域可以由恰好一个连续的传感器区域形成。传感器信号优选地是对于光学传感器的整个传感器区域的均匀的传感器信号。因此，至少一个光学传感器可以具有提供至少1mm2，优选至少5mm2的敏感区(也称为传感器区)的传感器区域，诸如5mm2至1000cm2的传感器区、优选7mm2至100cm2的传感器区、更优选1cm2的传感器区。传感器区优选地具有矩形几何形状，诸如正方形几何形状。至少一个传感器区域可以包括例如至少一个传感器区，也就是说其横向延伸显著超过传感器区域的厚度例如至少10倍、优选至少100倍、特别优选至少1000倍的传感器区域。然而，其它几何形状和/或传感器区是可行的。
传感器信号优选地可以选自电流(诸如光电流)和电压(诸如光电压)或者由其导出的任何信号，诸如电流和/或电压的商。此外，传感器信号可以被预处理，以便诸如通过平均和/或滤波从原始传感器信号导出精确的传感器信号。传感器区域因此可以是光学传感器的最小单元，对于该最小单元产生均匀的信号，例如电信号，其优选地不再为例如传感器区域的部分区域细分为部分信号。传感器可以具有一个或多个这样的传感器区域，后一种情况例如是通过以二维和/或三维矩阵布置来布置的多个这样的传感器区域。
通常，光学传感器可以包括至少一个半导体检测器，特别是有机半导体检测器，该有机半导体检测器包含至少一种有机材料，优选地有机太阳能电池，并且特别优选地染料太阳能电池或染料敏化太阳能电池，特别是固体染料太阳能电池或固体染料敏化太阳能电池。优选地，光学传感器是DSC或sDSC或包括DSC或sDSC。因此，优选地，光学传感器包括至少一个第一电极、至少一种n-半导体金属氧化物、至少一种染料、至少一种p-半导体有机材料(优选固体p-半导体有机材料)和至少一个第二电极。在优选实施例中，光学传感器包括至少一个DSC，或更优选地，至少一个sDSC。如上所述，优选地，至少一个光学传感器是透明光学传感器或包括至少一个透明光学传感器。因此，优选地，第一电极和第二电极都是透明的。
光学传感器可以呈现可以从包括平面、平面凸面、平面凹面、双凸面、双凹面或可以用于光学目的的任何其它形式的组中选择的形状，例如透镜或棱镜。这里，基底可以是刚性的或柔性的。合适的基底特别地是塑料片或膜，以及尤其是玻璃片或玻璃膜，也可以是金属箔。形状改变材料，例如形状改变聚合物，构成可优选用作柔性基底的材料的示例。此外，基底可以被覆盖或涂覆，特别是为了减少和/或修改入射光束的反射的目的。作为示例，基底可以以可能表现出镜面效应的方式成形，例如二向色镜的形状，其可能特别地在为了任何目的而可能需要基底后面的光轴分裂的设置中是有用的。
即使完全或部分地知道从对象传播到检测器的光束的束特性，已知的是，在许多光束中，束横截面在到达焦点之前变窄，并且随后再次变宽。因此，在光束具有最窄束横截面的焦点之前并且通常作为其焦点，出现沿着光束的传播轴的位置，其中光束具有相同的横截面。因此，作为示例，在焦点之前和之后的距离z0处，光束的横截面是相同的。因此，WO2014/097181A1提出了多个单独的纵向光学传感器的堆叠，其可以产生多个纵向传感器信号，所述多个纵向传感器信号将由评估装置使用，以便解决光束的束横截面和对象的纵向位置之间的已知关系中的不确定性。然而，由于多个光学传感器的堆叠在各种情况下可能不合适，所以可以仅使用一个光学传感器来确定对象的纵向位置。这里，在光束的总功率或强度已知的情况下，可以确定光束的特定横截面。通过使用该信息，仍然可以确定相应的光学传感器距焦点的距离z0。然而，为了确定相应的光学传感器是位于焦点之前还是之后，可能需要附加信息，诸如对象和/或检测器的运动历史和/或关于检测器是否被定位在焦点之前或之后的信息。因此，通常，评估装置可以适于通过考虑这个附加信息来识别光束是否变宽或变窄。除了对象的至少一个纵向坐标之外，可以确定对象的至少一个横向坐标。因此，一般地，评估装置还可以适于通过确定光束在至少一个光学传感器上的位置来确定对象的至少一个横向坐标。
其他优选实施例涉及评估装置。因此，评估装置可以被设计为从照明的几何形状和对象相对于检测器的相对定位之间的至少一个预定关系产生关于对象的纵向位置的至少一项信息，优选地考虑照明的已知功率并且可选地考虑照明被调制的调制频率。通常，如上所述，评估装置可以适于通过根据至少一个传感器信号确定光束的直径来产生关于对象的纵向位置的至少一项信息。如在此所使用的以及如下文所使用的，光束的直径或者等效地光束的束腰可以用于表征特定位置处的光束的束横截面。如上所述，可以在对象的纵向位置和束横截面之间使用已知的关系，以便通过评估至少一个传感器信号来确定对象的纵向位置。作为示例，可以使用高斯关系，假设光束至少近似地以高斯方式传播。为此，光束可以适当地成形，诸如通过使用产生具有已知传播特性的光束的照明源，诸如已知的高斯分布。为此，照明源本身可以产生具有已知特性的光束，例如，如本领域技术人员所知，对于许多类型的激光器来说是这种情况。附加地或替代地，照明源和/或检测器可以具有一个或多个束成形元件，例如一个或多个透镜和/或一个或多个光阑，以便提供具有已知特性的光束，如本领域的人将会认识的。因此，作为示例，可以提供一个或多个传送元件，诸如具有已知的束成形特性的一个或多个传送元件。附加地或替代地，照明源和/或检测器，诸如至少一个可选的传送元件，可以具有一个或多个波长选择元件，诸如一个或多个滤波器，诸如用于过滤掉在至少一个光学传感器的激发最大值之外的波长的一个或多个滤波器元件。因此，通常，评估装置可以适于将光束的束横截面和/或直径与光束的已知束特性进行比较，以便确定关于对象的纵向位置的至少一项信息，优选地根据光束的束直径对在光束的传播方向上的至少一个传播坐标的已知依赖性和/或根据光束的已知高斯分布来确定。
在上面更详细地描述的本发明的特定实施例中，其中检测器可以被设计为检测至少两个传感器信号，特别是在检测器可以被至少两个不同波长入射的情况下，优选地通过采用至少两个单独的光电检测器，评估装置可以被设计为通过评估源自至少两个光电检测器的至少两个传感器信号来产生关于对象的纵向位置的两项或更多项信息。
通常，检测器还可以包括至少一个成像装置，即能够获取至少一个图像的装置。成像装置可以以各种方式实施。因此，成像装置可以例如是检测器壳体中的检测器的一部分。然而，替代地或附加地，成像装置也可以布置在检测器壳体外部，例如作为独立于至少一个光学传感器的单独的成像装置。附加地或替代地，至少一个可选的成像装置可以完全或部分地集成到光学传感器中，诸如连接到检测器或甚至是检测器的一部分。然而，其他布置是可能的。
如本文所使用的，“成像装置”通常被理解为可以产生对象或其一部分的一维、二维或三维图像的装置。特别地，具有或不具有至少一个可选的成像装置的检测器可以完全或部分地用作相机，诸如IR相机或RGB相机，即被设计成在三个单独的连接上递送三种基本颜色的相机，该三种基本颜色被指定为红色、绿色和蓝色。因此，作为示例，至少一个成像装置可以是或可以包括从由以下组成的组中选择的至少一个成像装置：像素化有机相机元件，优选像素化有机相机芯片；像素化无机相机元件，优选像素化无机相机芯片，更优选CCD或CMOS芯片；单色相机元件，优选单色相机芯片；多色相机元件，优选多色相机芯片；全色相机元件，优选全色相机芯片。成像装置可以是或可以包括从由以下组成的组中选择的至少一个装置：单色成像装置、多色成像装置和至少一个全色成像装置。如技术人员将认识到的，可以通过使用滤波技术和/或通过使用固有的色彩灵敏度或其他技术来产生多色成像装置和/或全色成像装置。成像装置的其它实施例也是可能的。
成像装置可以被设计成连续地和/或同时地对对象的多个部分区域成像。通过示例的方式，对象的部分区域可以是对象的一维、二维或三维区域，其例如通过成像装置的分辨率极限来限定，并且电磁辐射从该一维、二维或三维区域出射。在此上下文中，成像应当被理解为意指从对象的相应部分区域出射的电磁辐射例如借助于检测器的至少一个可选的传送装置(transfer device)被馈送到成像装置中。电磁射线可以由对象本身产生，例如以发光辐射的形式。可替换地或另外地，至少一个检测器可以包括用于照明对象的至少一个照明源。
特别地，成像装置可以被设计为例如通过扫描方法，特别是使用至少一个行扫描和/或线扫描顺序地对多个部分区域进行成像。然而，其他实施例也是可能的，例如同时成像多个部分区域的实施例。成像装置被设计成在对象的部分区域的这个成像期间产生与部分区域相关联的信号，优选地电子信号。该信号可以是模拟和/或数字信号。通过示例的方式，电子信号可以与每个部分区域相关联。因此，电子信号可以同时或者以时间交错的方式产生。通过示例的方式，在行扫描或线扫描期间，可以产生对应于对象的部分区域的电子信号序列，例如其串联在一起。此外，成像装置可以包括一个或多个信号处理装置，诸如用于处理和/或预处理电子信号的一个或多个滤波器和/或模数转换器。
此外，检测器可以包括至少一个传送装置，例如光学透镜，特别是焦点可调透镜，其将在后面更详细地描述，并且其还可以沿公共光轴布置。通过示例的方式，在这种情况下，从对象出射的光束首先穿过至少一个传送装置，然后穿过光学传感器，直到其最终入射在成像装置上。光到光学传感器的馈送可以特别地以这样的方式实现：使得在光学传感器的可选传感器区上产生例如具有圆形/椭圆形或不同配置的横截面的光斑。通过示例的方式，检测器可以具有视觉范围，特别是立体角范围和/或空间范围，在该视觉范围内可以检测对象。优选地，可选的传送装置被设计为使得例如在对象布置在检测器的视觉范围内的情况下光斑完全布置在传感器区域，特别是传感器区上。通过示例的方式，传感器区可以被选择为具有相应的尺寸，以便确保该状态。
在优选实施例中，可以通过使用产生初级光的至少一个照明源照明至少一个对象，其中至少一个对象弹性地或非弹性地反射初级光，从而产生传播到至少两个检测器中的一个的多个光束。至少一个照明源可以形成或可以不形成至少两个检测器中的每一个的组成部分。因此，至少一个照明源可以独立于至少两个检测器形成，并且因此可以特别地位于与至少两个检测器分离的至少一个位置。通过示例的方式，至少一个照明源本身可以是或可以包括环境光源和/或可以是或可以包括人工照明源。该实施例优选地适合于采用至少两个检测器优选两个相同的检测器来采集深度信息的应用，特别是为了提供扩展单个检测器的固有测量体积的测量体积。
如上所述，优选地，对于至少一个光学检测器的设置的潜在细节，可以参考WO2012/110924 A1和/或WO 2014/097181 A1，具体地关于潜在的电极材料、有机材料、无机材料、层设置、可选的转移装置、可选的照明源和进一步的细节。然而，其他实施例也是可行的。
在另外的优选实施例中，根据本发明的检测器可以包括至少两个单独的光学传感器，优选地两个或三个单独的光学传感器，其可以放置在两个不同的位置。在这方面，单独的光学传感器可以优选地与检测器包括的其他单独的光学传感器间隔开，以便允许获取可以不同于由其他单独的光学传感器拍摄的图像的单独图像。特别地，各个光学传感器可以以准直的布置被布置在单独的光束路径中，以便产生单个圆形的三维图像。因此，各个光学传感器可以以它们被定位为平行于光轴的方式对准，并且此外可以在垂直于检测器的光轴的取向中呈现单独的位移。这里，可以通过适当的措施来实现对准，诸如通过调整单独的光学传感器和/或相应的传送元件的位置和取向。因此，优选地，两个单独的光学传感器可以以这样的方式间隔开，即，使得它们能够产生或增加深度信息的感知，特别是以如下方式：深度信息可以通过组合源于具有重叠视场的两个单独的光学传感器的视觉信息而获得，诸如通过双目视觉获得的视觉信息。为此目的，各个光学传感器可以优选地彼此间隔开从1cm到100cm的距离，优选地从10cm到25cm，如在垂直于光轴的方向上测定的。如本文所使用的，本实施例中提供的检测器特别地可以是下面将更详细描述的“立体系统”的一部分。除了允许立体视觉之外，主要基于使用多于一个光学传感器的立体系统的另外的特别优点可以特别地包括总强度的增加和/或较低的检测阈值。
特别地，为了产生关于对象的纵向位置的至少一项信息，如上所述的各个光学传感器每个可以是或包括FiP传感器，其也可以被称为“纵向光学传感器”，特别是如WO 2012/110924 A1或WO 2014/097181 A1中所公开的FiP传感器。在这方面，FiP传感器可以优选地以调制模式操作，其中每个FiP传感器可以对单独的调制频率敏感，从而允许简单地区分由不同的FiP传感器产生的传感器信号。作为结果，因此可以通过使用具有离散调制并且以以下方式间隔开来的两个单独的FiP传感器通过应用光谱视觉来确定对象的纵向位置，即，可以通过简单地组合由两个单独的光学传感器记录的视觉信息来获得深度信息的方式，由于它们的布置，该两个单独的光学传感器呈现重叠的视场。
为了进一步产生关于对象的横向位置的至少一项信息，优选地可以采用能够提供横向传感器信号的第三单独光学传感器。如本文所使用的，这种传感器也可以被称为“横向光学传感器”。这里，横向光学传感器可以是单独的光学传感器，其可以优选地放置在两个纵向光学传感器之一的相同束路径中。替代地，第三单独光学传感器可以是或者包括可以放置在单独的第三束路径中的所提到的纵向光学传感器之一，其中第三束路径可以平行于其他两个单独光学传感器的优选平行的束路径，但表现出垂直于所提到的束路径的单独位移。
不管横向光学传感器的布置如何，横向光学传感器可以是位置敏感装置，其适于确定关于对象在横向于检测器的光轴的方向上的一维或二维位置的信息项。这里，位置敏感装置可以是模拟位置敏感装置或离散位置敏感装置中的一个。模拟位置敏感装置通常包括适于被入射光束照明的传感器区，其中传感器区域可以由一个连续的传感器区形成，其优选地在至少1mm2至1000cm2的整个传感器区、优选10mm2至100cm2的传感器区、更优选1cm2的传感器区上呈现均匀电阻。优选地，传感器区可以呈现矩形几何形状，诸如正方形几何形状。因此，传感器区可以具有显著超过传感器区的厚度例如至少10倍、优选100倍、特别优选1000倍的横向延伸。然而，其他类型的传感器区是可行的。优选地，传感器信号可以选自由如下组成的组：电流，特别是光电流；和电压，特别是光电压；或者由其导出的任何信号，例如电流和/或电压的商。此外，传感器信号可以被预处理，以便诸如通过平均和/或滤波从原始传感器信号获取导出的传感器信号。通过比较传感器信号对，可以导出由入射束产生的传感器区域上的光斑的位置。
有利地，模拟位置敏感装置可允许利用高达100kHz或更高的速率的测量速率连续地确定光斑的位置，从而基本上与光斑的尺寸无关。然而，由于模拟位置敏感装置的传感器信号可能对位置呈现非线性依赖性，并且还可能取决于光斑的形式，因此离散位置敏感装置，特别是已知的CMOS芯片或已知的CCD芯片(其包括单独传感器像素的矩阵)可以是优选的。这里，可以将单独传感器像素或优选地单独传感器像素的列或行的信号与阈值进行比较，从而允许确定离散位置敏感装置上的光斑的位置。
在另一替代方案中，横向光学传感器和至少一个纵向光学传感器优选地可以至少部分地集成到组合光学传感器中，例如在WO 2014/097181A1或在欧洲专利申请号14 196942.8中公开的组合光学传感器。
此外，检测器优选地可以包括单个评估装置，该单个评估装置被设计成通过评估可能从检测器所包括的任何或所有光学传感器接收的任何或所有传感器信号来产生关于对象的位置的信息项。然而，特别地，取决于光学传感器的布置和它们各自的目的，检测器可以替代地包括分配给由检测器包括的光学传感器中的一些或每个的单独评估装置。此外，在包括至少两个常规位置敏感装置的常规立体系统中，在各个图像中的对应像素必须通过施加相当大的计算量来确定，而在根据本发明的包括至少两个FiP传感器的立体系统中，通过使用FiP传感器记录的各个图像中的对应像素可以显然相对于彼此被分配，其中每个FiP传感器可以以不同的调制频率操作。因此，可以强调的是，通过使用一个或多个FiP传感器，可以以减少的努力产生关于对象的纵向位置的至少一项信息。
本发明的另一方面利用根据本发明的至少两个检测器，其中每个这样的检测器可以从根据上面公开或下面进一步详细公开的一个或多个实施例的至少一个检测器来选择。因此，对于可选实施例，可以参考检测器的相应实施例。
在本发明的另一方面，提出了一种用于在用户和机器之间交换至少一项信息的人机接口。所提出的人机接口可以利用以下事实：在上述实施例的一个或多个中的或下面进一步详细提及的上述检测器可以被一个或多个用户使用，用于向机器提供信息和/或命令。因此，优选地，人机接口可以用于输入控制命令。人机接口包括根据本发明的至少一个检测器，诸如根据上面公开的一个或多个实施例和/或根据下面进一步详细公开的一个或多个实施例，其中，人机接口被设计成借助于检测器产生用户的至少一项几何信息，其中人机接口被设计为向几何信息分配至少一项信息，特别是至少一项控制命令。
通常，如本文所使用的，用户的至少一项几何信息项可以暗示关于用户和/或用户的一个或多个身体部位的横向位置和/或纵向位置的一项或多项信息。因此，优选地，用户的几何信息可以暗示由检测器的评估装置提供的关于横向位置和/或纵向位置的一项或多项信息。用户、用户的身体部位或用户的多个身体部位可以被认为是可以由至少一个检测器检测的一个或多个对象。其中，可以恰好提供一个检测器，或者可以提供多个检测器的组合。作为示例，可以提供多个检测器，用于确定用户的多个身体部位的位置和/或用于确定用户的至少一个身体部位的取向。人机接口可以包括一个或多个检测器，其中，在提供多个检测器的情况下，检测器可以是相同的或者可以不同。在这里，在使用多个检测器的情况下，多个检测器，特别是多个相同的检测器，仍然允许可靠地获取可以如上所述由多个检测器记录的关于至少一个对象在重叠体积中的深度信息。因此，优选地，用户的至少一项几何信息从包括以下项的组中选择：用户的身体的位置；用户的至少一个身体部位的位置；用户的身体的取向；用户的至少一个身体部位的取向。
在本发明的另一方面，公开了一种用于执行至少一个娱乐功能的娱乐装置。如本文所使用的，娱乐装置是可以用于一个或多个用户(在下文中也被称为一个或多个玩家)的休闲和/或娱乐的目的的装置。作为示例，娱乐装置可以用作游戏，优选地是计算机游戏的目的。另外或替代地，娱乐装置还可用于其它目的，诸如用于一般的锻炼、运动、物理治疗或运动跟踪。因此，娱乐装置可以被实现在计算机、计算机网络或计算机系统中，或者可以包括运行一个或多个游戏软件程序的计算机、计算机网络或计算机系统。
娱乐装置包括根据本发明(诸如根据上面公开的一个或多个实施例和/或根据下面公开的一个或多个实施例)的至少一个人机接口。娱乐装置被设计为使得至少一项信息能够由玩家借助人机接口输入。至少一项信息可以被发送到娱乐装置的控制器和/或计算机和/或由其使用。至少一项信息优选地可以包括适于影响游戏进程的至少一个命令。因此，作为示例，至少一项信息可以包括关于玩家和/或玩家的一个或多个身体部位的运动、取向和位置中的至少一个的至少一项信息，从而允许玩家模拟游戏所需的特定位置和/或动作。作为示例，以下移动中的一个或多个可以被模拟并传送到娱乐装置的控制器和/或计算机：跳舞；跑步；跳跃；摆动球拍；摆动球棒；摆动棍棒；将对象指向另一对象，例如玩具枪朝向目标的指向。
娱乐装置，优选地娱乐装置的控制器和/或计算机，被设计为根据信息改变娱乐功能。因此，如上所概述的，可以根据至少一项信息影响游戏的过程。因此，娱乐装置可以包括一个或多个控制器，其可以与至少一个检测器的评估装置分离和/或可以与至少一个评估装置完全或部分相同，或者甚至可以包括至少一个评估装置。优选地，至少一个控制器可以包括一个或多个数据处理装置，例如一个或多个计算机和/或微控制器。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于跟踪至少一个可移动对象的位置的跟踪系统。如本文所使用的，跟踪系统是适于收集关于至少一个对象或对象的至少一部分的一系列过去位置的信息的装置。另外，跟踪系统可以适于提供关于至少一个对象或对象的至少一部分的至少一个预测的未来位置的信息。跟踪系统可以具有至少一个跟踪控制器，其可以完全或部分地实现为电子装置，优选地实现为至少一个数据处理装置，更优选地实现为至少一个计算机或微控制器。再次，至少一个跟踪控制器可以包括至少一个评估装置和/或可以是至少一个评估装置的一部分和/或可以完全或部分地与至少一个评估装置相同。
跟踪系统包括根据本发明的至少一个检测器，诸如在上面列出的一个或多个实施例中公开的和/或在下面的一个或多个实施例中公开的至少一个检测器。跟踪系统还包括至少一个跟踪控制器。跟踪系统可以包括一个、两个或更多个检测器，特别是两个或更多个相同的检测器，其允许在两个或更多个检测器之间的重叠体积中可靠地获取关于至少一个对象的深度信息。跟踪控制器适于跟踪对象的一系列位置，每个位置包括关于对象在特定时间点的横向位置的至少一项信息以及关于对象在特定时间点的纵向位置的至少一项信息。跟踪系统可以适于启动跟踪系统本身和/或一个或多个单独装置的一个或多个动作。为了后一目的，跟踪系统，优选地跟踪控制器可以具有一个或多个无线和/或有线接口和/或其他类型的控制连接，用于启动至少一个动作。优选地，至少一个跟踪控制器可以适于根据对象的至少一个实际位置启动至少一个动作。作为示例，动作可以从包括以下的组中选择：对象的未来位置的预测；将至少一个装置指向对象；将至少一个装置指向检测器；照明对象；照明检测器。
作为跟踪系统的应用的示例，跟踪系统可以用于连续地将至少一个第一对象指向至少一个第二对象，即使第一对象和/或第二对象可能移动。再次，潜在的示例可以在工业应用中发现，诸如在机器人中和/或用于对物品连续加工，即使诸如在制造线或装配线中的制造期间物品移动。附加地或替代地，跟踪系统可以用于照明目的，诸如用于通过连续地将照明源指向对象来连续照明对象，即使对象可能正在移动。可以在通信系统中找到进一步的应用，诸如以便通过将发射器指向移动对象来连续地向移动对象发送信息。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于确定至少一个对象的至少一个位置的扫描系统。如本文所使用的，扫描系统是适于发射至少一个光束的装置，该至少一个光束被配置用于照明位于至少一个对象的至少一个表面处的至少一个点，并且用于产生关于至少一个点和扫描系统之间的距离的至少一项信息。为了产生关于至少一个点和扫描系统之间的距离的至少一项信息，扫描系统包括根据本发明的检测器中的至少一个，诸如在上面列出的一个或多个实施例中公开的和/或如在下面的一个或多个实施例中公开的至少一个检测器。
因此，扫描系统包括至少一个照明源，其适于发射被配置用于照明位于至少一个对象的至少一个表面处的至少一个点的至少一个光束。如本文所使用的，术语“点”是指对象的表面的一部分上的小区域，其可以例如由扫描系统的用户选择以被照明源照明。优选地，点可以具有这样的尺寸，其一方面可以尽可能小，以便允许扫描系统确定由扫描系统所包括的照明源与对象的表面的该部分之间的距离的值，在对象的表面的该部分上点可以尽可能精确地定位，并且另一方面可以尽可能大，以便允许扫描系统的用户或扫描系统本身特别地通过自动过程检测对象的表面的相关部分上的点的存在。
为此目的，照明源可以包括人工照明源，特别是至少一个激光源和/或至少一个白炽灯和/或至少一个半导体光源，例如至少一个发光二极管，特别是有机和/或无机发光二极管。由于它们的通常限定的光束轮廓和其他可操作性质，使用至少一个激光源作为照明源是特别优选的。这里，使用单个激光源可能是优选的，特别是在提供可以容易地由用户存储和运输的紧凑扫描系统可能是重要的情况下。照明源因此可以优选地是检测器的组成部分，并且因此可以特别地集成到检测器中，诸如集成到检测器的壳体中。在优选实施例中，特别地，扫描系统的壳体可以包括至少一个显示器，其被配置为诸如以易于读取的方式向用户提供距离相关的信息。在另一优选实施例中，特别地，扫描系统的壳体还可以包括至少一个按钮，其可以被配置用于操作与扫描系统相关的至少一个功能，诸如用于设置一个或多个操作模式。在另一优选实施例中，特别地，扫描系统的壳体还可以包括至少一个紧固单元，该紧固单元可以被配置为将扫描系统紧固到另一表面，诸如橡胶脚、基板或壁保持件，其诸如包括磁性材料，特别是用于提高距离测量的精确度和/或用户对扫描系统的可操作性。
在特别优选的实施例中，扫描系统的照明源因此可以发射单个激光束，该单个激光束可以被配置用于照明位于对象表面处的单个点。通过使用根据本发明的检测器中的至少一个，因此可以产生关于该至少一个点和扫描系统之间的距离的至少一项信息。因此，优选地，可以确定由扫描系统包括的照明源和由照明源产生的该单个点之间的距离，诸如通过采用由至少一个检测器包括的评估装置。然而，扫描系统还可以包括附加的评估系统，该附加的评估系统可以特别地适于该目的。可选地或另外地，可以考虑扫描系统的尺寸，特别是扫描系统的壳体的尺寸，并且因此可选地可以确定扫描系统的壳体上的特定点(诸如壳体的前边缘或后边缘)和该单个点之间的距离。
可替代地，扫描系统的照明源可以发射两个单独的激光束，其可以被配置用于在光束的发射方向之间提供相应的角度，例如直角，由此可以照明位于相同对象的表面处或位于两个单独的对象处的两个不同表面处的两个相应的点。然而，两个单独激光束之间的相应角度的其它值也是可行的。该特征可以特别地用于间接测量功能，例如用于导出不能直接访问的间接距离，诸如由于在扫描系统和点之间存在一个或多个障碍物，或者可能以其它方式难以到达。通过示例的方式，因此可以通过测量两个单独距离并通过使用毕达哥拉斯(Pythagoras)公式导出高度来确定对象的高度的值。特别地，为了能够保持相对于对象的预定水平，扫描系统还可以包括至少一个调平单元，特别是集成的气泡瓶，其可以用于由用户保持预定水平。
作为另一个替代，扫描系统的照明源可以发射多个单独的激光束，诸如激光束阵列，其可以相对于彼此呈现各自的间距(pitch)，特别是规则的间距，并且可以是以一种方式布置以便产生位于至少一个对象的至少一个表面上的点阵列。为此目的，可以提供特别适配的光学元件，例如束分离装置和反射镜，其可以允许产生所描述的激光束阵列。
因此，扫描系统可以提供放置在一个或多个对象的一个或多个表面上的一个或多个点的静态布置。可替代地，扫描系统的照明源，特别是一个或多个激光束，诸如上述激光束阵列，可以被配置为提供一个或多个光束，这些光束可以表现出随时间变化的强度和/或可以在一段时间内经历发射的交替方向。因此，照明源可以被配置为通过使用具有由扫描装置的至少一个照明源产生的交替特征的一个或多个光束，将至少一个对象的至少一个表面的一部分扫描为图像。特别地，扫描系统可以使用至少一个行扫描和/或线扫描，诸如以便顺序地或同时地扫描一个或多个对象的一个或多个表面。
由于根据本发明的扫描系统不基于飞行时间测量，特别是发送调制光信号和接收反射信号之间的时间差的测量，根据本发明的扫描装置可以使用独立于扫描系统的照明源，例如即使在测量期间也可独立于扫描系统的其余部分而移动。此外，根据本发明的扫描系统可以在高反射环境中使用，诸如具有金属表面例如钢、不锈钢、铝、铬或其它反射或部分反射表面的环境，诸如生产环境。在这种高度反射的环境中，飞行时间测量是困难的，因为由飞行时间相机的照明源发出的信号可能被直接和间接地反射回相机，导致错误的信号。根据本发明的扫描系统确定照明源的散射光在哪里聚焦，因此当存在光反射时不容易出现误差。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于产生至少一个对象的至少一个单个圆形三维图像的立体系统。如本文所使用的，如上面和/或下面所公开的立体系统可以包括作为光学传感器的至少两个FiP传感器，其中第一FiP传感器可以包括在跟踪系统中，特别是在根据本发明的跟踪系统中，而第二FiP传感器可以包括在扫描系统中，特别是在根据本发明的扫描系统中。这里，FiP传感器可以优选地以准直布置被布置在分离的束路径中，诸如通过将FiP传感器平行于光轴对准并且垂直于立体系统的光轴单独移位。因此，FiP传感器能够产生或增加深度信息的感知，尤其是通过从具有重叠视场并且优选地对单独的调制频率敏感的各个FiP传感器导出的视觉信息的组合获得深度信息。为此目的，各个FiP传感器可优选地彼此间隔开如在垂直于光轴的方向上确定的1cm到100cm的距离，优选地10cm到25cm的距离。在该优选实施例中，跟踪系统因此可用于确定调制的有源目标的位置，而适于将一个或多个点投射到一个或多个对象的一个或多个表面上的扫描系统可以是用于产生关于至少一个点和扫描系统之间的距离的至少一项信息。另外，立体系统还可以包括单独的位置敏感装置，其适于在图像内产生关于图像中的至少一个对象的横向位置的信息项，如本申请中别处所描述的。
除了允许立体视觉之外，主要基于使用多于一个光学传感器的立体系统的另外的特别优点可以特别地包括总强度的增加和/或较低的检测阈值。此外，在包括至少两个常规位置敏感装置的常规立体系统中，必须通过施加相当大的计算量来确定相应图像中的对应像素，而在包括至少两个FiP传感器的根据本发明的立体系统中，通过使用FiP传感器记录相应图像中的对应像素，其中每个FiP传感器可以以不同的调制频率操作，显然可以相对于彼此分配。因此，可以强调的是，根据本发明的立体系统可以允许以减少的努力产生关于对象的纵向位置以及对象的横向位置的至少一项信息。
对于立体系统的进一步细节，可分别参考对跟踪系统和扫描系统的描述。
在本发明的另一方面中，公开了一种用于对至少一个对象成像的相机。该相机包括根据本发明的至少一个检测器，诸如在上面给出或在下面进一步详细给出的一个或多个实施例中公开的。因此，具体地，本申请可以应用于摄影领域。因此，检测器可以是照相装置特别是数码相机的一部分。具体地，检测器可以用于3D摄影，特别是用于数字3D摄影。因此，检测器可以形成数字3D相机或者可以是数字3D相机的一部分。如本文所使用的，术语“摄影”通常是指获取至少一个对象的图像信息的技术。如本文进一步使用的，“相机”通常是适于执行摄影的装置。如本文进一步使用的，术语“数字摄影”通常是指通过使用适于产生指示照明的强度和/或颜色的电信号优选地数字电信号的多个光敏元件来获取至少一个对象的图像信息的技术。如本文进一步使用的，术语“3D摄影”通常指的是在三个空间维度上获取至少一个对象的图像信息的技术。因此，3D相机是适于执行3D摄影的装置。相机通常可以适于获取单个图像，诸如单个3D图像，或者可以适于获取多个图像，诸如图像序列。因此，相机还可以是适于视频应用的视频相机，诸如用于获取数字视频序列。
因此，一般来说，本发明还涉及用于对至少一个对象成像的相机，具体地是数字相机，更具体地是3D相机或数字3D相机。如上所概述的，如本文所使用的术语成像通常是指获取至少一个对象的图像信息。相机包括根据本发明的至少一个检测器。如上所概述的，相机可以适于获取单个图像或用于获取多个图像，诸如图像序列，优选地用于获取数字视频序列。因此，作为示例，相机可以是或可以包括视频相机。在后一种情况下，相机优选地包括用于存储图像序列的数据存储器。
对于关于人机接口、娱乐装置、跟踪系统和相机的进一步信息可以参考WO 2014/097181A1，其各自的内容通过引用被包括在此。
在本发明的另一方面中，公开了一种用于确定至少一个对象的位置的方法。优选地，该方法可以使用根据本发明的至少一个检测器，诸如根据上面和/或下面更详细公开的一个或多个实施例的至少一个检测器。因此，对于该方法的可选实施例，可以参考检测器的实施例。该方法包括以下步骤，其可以以给定的顺序或以不同的顺序执行。此外，可以提供未列出的附加方法步骤。此外，可以至少部分地同时执行两个或更多个或甚至所有的方法步骤。此外，方法步骤可以重复执行两次或甚至多于两次。
根据第一方法步骤，使用检测器的至少一个光学传感器，其中光学传感器确定从对象行进到检测器的至少一个光束的位置。在本文中，光学传感器至少具有第一电极和第二电极，其中至少一种光伏材料嵌入在第一电极和第二电极之间，其中光伏材料适于响应于用光对光电材料的照明来产生电荷。根据本发明，第一电极或第二电极是具有至少三个部分电极的分离电极，其中每个部分电极适于产生至少一个传感器信号，其中传感器信号取决于光束在光学传感器的传感器区域中的束横截面。
根据第二方法步骤，使用至少一个评估装置，其中评估装置优选通过连续地评估部分电极对的传感器信号来产生关于对象的横向位置的至少一项信息，横向位置是在垂直于检测器的光轴的至少一个平面中的位置。此外，评估装置通过评估所有部分电极的传感器信号的总和产生关于对象的纵向位置的至少一项信息。
在本发明的另一方面，公开了根据本发明的检测器的用途。其中，提出了用于使用目的的检测器的用途，其选自包括以下的组：距离测量，特别是交通技术中；位置测量，特别是在交通技术中；娱乐应用；安全应用；人机接口应用；跟踪应用；扫描应用；跟踪应用；立体视觉应用；摄影应用；成像应用或相机应用；映射应用(mapping application)，用于产生至少一个空间的映像(map)。此外，根据本发明的光学检测器和装置、检测器系统、人机接口、娱乐装置、跟踪系统或相机的进一步用途可以在WO 2012/110924 A1和/或在WO 2014/097181 A1中找到，其目的通过引用并入本文。
如上所概述的，至少一个光学传感器例如可以以这样的方式设计：使得在给定照明的相同功率的情况下，也就是说例如在给定对传感器区上的照明强度的相同积分的情况下，传感器信号取决于照明的几何形状，也就是说例如取决于传感器光斑的直径和/或等效直径。通过示例的方式，光学传感器可以以这样的方式设计：使得在给定相同的总功率的情况下使束横截面加倍时，信号变化发生至少3倍，优选至少4倍，特别是5倍或甚至10倍。该条件例如对于特定的聚焦范围(例如对于至少一个特定的束横截面)可以成立。因此，通过示例的方式，传感器信号可以在至少一个最佳聚焦(在该最佳聚焦处信号可具有例如至少一个全局或局部最大值)和在所述至少一个最佳聚焦外部的聚焦之间具有至少3倍、优选至少4倍、特别是5倍或甚至10倍的信号差。特别地，传感器信号可以具有作为照明的几何形状(例如直径或等效直径)的函数的至少一个显著的最大值，例如具有至少3倍的增强，特别优选至少4倍，特别优选至少10倍。因此，光学传感器可以基于在WO2012/110924A1中非常详细地公开的上述FiP效应。因此，具体地在sDSC中，光束的聚焦可以起决定性作用，即一定数量的光子(nph)入射到其上的横截面或横截面面积。光束越紧密聚焦，即其横截面越小，光电流可能越高。术语“FiP”表示入射束的横截面φ(Fi)与太阳能电池的功率(P)之间的关系。特别地，至少一个光学传感器可以以这样的方式设计：使得在给定照明的相同总功率的情况下，传感器信号基本上独立于传感器区域的尺寸，特别是传感器区的尺寸，特别是只要照明的光斑完全位于传感器区域内，特别是传感器区内。因此，传感器信号可以仅依赖于电磁射线在传感器区上的聚焦。特别地，传感器信号可以以这样的方式实施：使得每传感器面积的光电流和/或光电压在给定相同照明的情况下具有相同的值，例如在给定相同尺寸的光斑的情况下具有相同的值。
评估装置尤其可以包括至少一个数据处理装置，尤其是电子数据处理装置，该数据处理装置可以被设计为通过评估至少一个传感器信号来产生关于横向位置的至少一项信息并产生关于对象的纵向位置的至少一项信息。因此，评估装置被设计为使用至少一个传感器信号作为输入变量，并且通过处理这些输入变量产生关于对象的横向位置和纵向位置的信息项。该处理可以并行、顺序或甚至以组合的方式进行。评估装置可以使用用于产生这些信息项的任意处理，诸如通过计算和/或使用至少一个存储的和/或已知的关系。除了至少一个传感器信号之外，一个或多个另外的参数和/或信息项可以影响所述关系，例如关于调制频率的至少一项信息。该关系可以凭经验、分析或半经验来确定或者可确定。特别优选地，该关系包括至少一个校准曲线、至少一组校准曲线、至少一个函数或所述可能性的组合。一个或多个校准曲线可以例如以一组值的形式及与其相关联的函数值存储在例如数据存储装置和/或表格中。然而，可选地或附加地，至少一个校准曲线也可以例如以参数化形式和/或作为函数方程式存储。可以使用用于将至少一个传感器信号处理成关于横向位置的至少一项信息和关于纵向位置的至少一项信息的分离关系。可替代地，用于处理传感器信号的至少一个组合关系是可行的。可以想到各种可能性并且也可以组合。
如在WO 2012/110924A1和WO 2014/097181 A1中更详细地描述的，导致在至少一个光学传感器的传感器区域上的光斑的特定直径或等效直径的光束横截面可以取决于对象和检测器和/或检测器的可选的传送装置(例如至少一个检测器透镜)之间的距离。通过示例的方式，对象和可选的传送装置的透镜之间的距离的变化可以导致在传感器区域上的照明的散焦，伴随着照明的几何形状的改变，例如，光斑变宽，其可导致相应改变的传感器信号。通过示例的方式，即使没有传送装置，从根据传感器信号和/或其变化的已知束轮廓，例如借助于已知的束轮廓和/或光束的已知的传播，可推导出散焦和/或几何信息。通过示例的方式，给定照明的已知总功率，因此可以从光学传感器的传感器信号推导出照明的几何形状，并且进而从中推导出几何信息，特别是对象的至少一项位置信息。
类似地，至少一个光学传感器允许容易地检测对象的横向位置。为此目的，可以使用以下事实：对象的横向位置的改变通常将导致光束在至少一个光学传感器的传感器区域中的横向位置的改变。因此，例如通过检测由入射在光学传感器的传感器区域(例如传感器区)上的光束产生的光斑的横向位置，可以产生对象的横向位置或至少一项关于横向位置的信息。因此，可以通过比较横向光学传感器的部分电极的电流和/或电压信号来确定光斑的位置，诸如通过形成通过至少三个不同部分电极的至少两个电流的至少一个比率。对于该测量原理，作为示例，可以参考US 6,995,445和/或US 2007/0176165A1。
因此，评估装置被设计为产生关于对象的横向位置的至少一项信息，其中横向位置是在垂直于检测器的光轴的至少一个平面中的位置。根据本发明，评估装置被设计为通过评估部分电极对的传感器信号来产生关于对象的横向位置的至少一项信息。这里，部分电极可以如上和/或如下所述布置在光学传感器上。特别关于本发明，评估装置可以最优选地被设计为通过采用以下过程产生关于对象的横向位置的信息项：
-首先，通过形成可以位于垂直于平面内的选定方向的相邻部分电极对的传感器信号的和，
-第二，通过形成在所选定的方向内的相邻部分电极对的传感器信号的和之间的至少一个差，
-第三，通过将该差除以所有部分电极的传感器信号的和。
此外，评估装置被设计为通过评估所有部分电极的传感器信号的和来产生关于对象的纵向位置的至少一项信息。优选地，这种评估可以通过同等地采用所提及的过程的第三步骤来执行，这尤其可以允许节省单独的评估步骤，从而节省工作量和时间。
因此，为了实际执行所提及的过程，评估装置可以配备有适当的电子装置，诸如AC转换器、滤波器、(前置)放大器、加法器、减法器、乘法器、除法器、分离器和/或能够根据需要处理传入的传感器信号的其他电子装置。为此目的，评估装置可以采用分立电子器件和/或可以是或可以包括一个或多个集成电路，诸如一个或多个专用集成电路(ASIC)。可选地或另外地，评估装置可以包括一个或多个数据处理装置，诸如一个或多个计算机，优选一个或多个微型计算机和/或微控制器，其能够执行上述过程中的一个或多个操作。此外，评估装置可以包括一个或多个易失性或非易失性数据存储器，其中例如可以包括电子表格，特别是至少一个查找表。
可以有利地以各种方式开发所描述的检测器。因此，检测器还可以具有至少一个调制装置，用于调制照明，特别是用于周期性调制，特别是周期性束中断装置。照明的调制应当理解为这样的过程，其中照明的总功率优选地周期性地改变，特别是随着一个或多个调制频率。特别地，可以在照明的总功率的最大值和最小值之间实现周期性调制。最小值可以是0，但也可以是>0，使得例如不必实现完全调制。通过示例的方式，检测器可以被设计为引起对象和/或检测器的至少一个传感器区域(诸如至少一个光学传感器的至少一个传感器区域)的照明的调制，其中频率为0.05Hz至1MHz，诸如0.1Hz至10kHz。如上所概述的，为此目的，检测器可以包括至少一个调制装置，其可以集成到至少一个可选的照明源中和/或可以独立于照明源。因此，至少一个照明源本身可以适于产生照明的上述调制，和/或可以存在至少一个独立的调制装置，诸如至少一个斩波器和/或具有调制的传递性至少一个装置，诸如至少一个电光装置和/或至少一个声光装置。
调制可以例如在对象和光学传感器之间的束路径中实现，例如通过布置在所述束路径中的至少一个调制装置。然而，可替代地或附加地，调制也可以在下面更详细描述的用于照明对象的可选照明源和对象之间的束路径中实现，例如通过布置在所述束路径中的至少一个调制装置。也可以想到这些可能性的组合。至少一个调制装置例如可以包括束斩波器或其它类型的周期性束中断装置，例如包括至少一个中断叶片(interrupter blade)或中断轮(interrupter wheel)，其优选以恒定速度旋转并且因此可以周期性地中断照明。然而，可选地或附加地，还可以使用一种或多种不同类型的调制装置，例如基于电光效应和/或声光效应的调制装置。再次替代地或附加地，至少一个可选的照明源本身也可以被设计为产生调制的照明，例如通过所述照明源本身具有调制的强度和/或总功率(例如周期性调制的总功率)来，和/或通过所述照明源实施为脉冲照明源，例如脉冲激光器。因此，通过示例的方式，至少一个调制装置也可以全部或部分地集成到照明源中。可以想到各种可能性。
如上所概述的，检测器可以包括至少一个照明源。照明源可以以各种方式实施。因此，照明源可以例如是检测器壳体中的检测器的一部分。然而，可选地或附加地，至少一个照明源也可以布置在检测器壳体外部，例如作为单独的光源。照明源可以与对象分开布置并且从远处照明对象。替代地或附加地，照明源也可以连接到对象或者甚至是对象的一部分，使得通过示例的方式从对象发出的电磁辐射也可以直接由照明源产生。通过示例的方式，至少一个照明源可以布置在对象上和/或对象中，并且直接产生电磁辐射，通过该电磁辐射照明传感器区域。通过示例的方式，可以在对象上布置至少一个红外发射器和/或用于可见光的至少一个发射器和/或用于紫外光的至少一个发射器。通过示例的方式，至少一个发光二极管和/或至少一个激光二极管可以布置在对象上和/或对象中。照明源可以特别地包括以下照明源中的一个或多个：激光器，特别是激光二极管，尽管原则上也可替代地或附加地使用其他类型的激光器；发光二极管；白炽灯；有机光源，特别是有机发光二极管。可替代地或附加地，也可以使用其它照明源。特别优选的是，照明源被设计为产生具有高斯束分布的一个或多个光束，如至少大致在例如许多激光器中的情况。然而，原则上其他实施例也是可能的。
检测器的其它可能的实施例涉及至少一个可选的传送装置的实施例。如上所述，所述至少一个传送装置可以具有成像特性，或者可以被实施为纯的非成像传送装置，其对照明的聚焦没有影响。然而，特别优选的是，传送装置具有至少一个成像元件，例如至少一个透镜和/或至少一个曲面镜，因为在这种成像元件的情况下，例如，传感器区域上的照明的几何形状可以取决于传送装置和对象之间的相对定位，例如距离。通常，特别优选的是，传送装置被设计为使得从对象出射的电磁辐射完全传输到传感器区域，例如完全聚焦到传感器区域，特别是传感器区上，特别是如果对象布置在检测器的可视范围内。
诸如焦点可调透镜的可调光学元件可以通过能够校正不同距离处的对象呈现不同焦点的事实而提供额外的优点。作为示例，在US 2014/0132724A1中公开了焦点可调透镜或焦点可调透镜阵列。此外，对于焦点可调的液体微透镜阵列的潜在实例，可参考光学快报第20卷C.U.Murade等人的No.16,18180-18187(2012)(C.U.Murade et al.,OpticsExpress,Vol.20,No.16,18180-18187(2012))。同样，其他实施例是可行的。具体地，本传感器中的传送元件可以包括微棱镜阵列，优选地为电润湿装置，特别是阵列化的电润湿微棱镜。如本文所使用的，“电润湿装置”是指可以包括具有至少两种不同液体的一个或多个光学元件的电光装置，其中每个光学元件的焦点可以通过将电压施加到相应光学元件来调节。有关更多细节，可参考J.Heikenfeld等人、Optics&Photonics News、2009年1月、20-26(J.Heikenfeld et al.,Optics&Photonics News,January 2009,20-26)。同样，可以使用焦点可调光学元件的其他实施例。
如上所述，检测器具有至少一个评估装置。特别地，所述至少一个评估装置也可以设计为完全或部分地控制或驱动检测器，例如通过评估装置被设计为控制检测器的一个或多个调制装置和/或控制检测器的至少一个焦点可调传送装置和/或控制检测器的至少一个照明源。因此，评估装置特别地可以被设计为执行至少一个测量周期，在该测量周期中拾取一个或多个传感器信号，例如在照明的连续不同的调制频率处和/或在由所述至少一个焦点可调传送装置实现的连续不同的焦点处的多个传感器信号。
如上所述，评估装置被设计为通过评估传感器信号来产生关于横向位置的至少一项信息以及关于对象的纵向位置的至少一项信息。对象的所述位置可以是静态的，或者甚至可以包括对象的至少一个运动，例如检测器或其部分与对象或其部分之间的相对运动。在这种情况下，相对运动通常可以包括至少一个线性运动和/或至少一个旋转运动。移动信息项例如还可以通过比较在不同时间拾取的至少两个信息项来获得，使得例如至少一项位置信息还可以包括至少一项速度信息和/或至少一项加速度信息，例如关于对象或其部分与检测器或其部分之间的至少一个相对速度的至少一项信息。具体地，至少一项位置信息通常可以选自：关于对象或其部分与检测器或其部分之间的距离的信息项，特别是光路长度；关于对象或其部分与可选的传送装置或其部分之间的距离或光学距离的信息项；关于对象或其部分相对于检测器或其部分的定位的信息项；关于对象和/或其部分相对于检测器或其部分的取向的信息项；关于对象或其部分与检测器或其部分之间的相对运动的信息项；关于对象或其部分的二维或三维空间构造的信息项，特别是对象的几何形状或形式。通常，至少一项位置信息因此可以例如从由以下组成的组中选择：关于对象或其至少一部分的至少一个位置的信息项；关于对象或其部分的至少一个取向的信息；关于对象或其部分的几何形状或形式的信息项；关于对象或其部分的速度的信息项；关于对象或其部分的加速度的信息项；关于在检测器的视觉范围中对象或其部分的存在或不存在的信息项。至少一项位置信息例如可以在至少一个坐标系中指定，例如检测器或其部分所处的坐标系。可替代地或附加地，位置信息还可以简单地包括例如检测器或其部分与对象或其部分之间的距离。所述可能性的组合也是可以想到的。
上述检测器、方法、人机接口和娱乐装置以及所提出的用途具有优于现有技术的显著优点。因此，通常，可以提供用于确定至少一个对象在空间中的位置的简单且仍然有效的检测器。其中，作为示例，可以以快速和有效的方式确定对象或对象的一部分的三维坐标。具体地，光学传感器可以以成本有效的方式设计，可以导致紧凑、成本有效且仍然高度精确的装置，特别是通过完全或部分被设计为有机光伏器件，诸如通过使用用于这些光学传感器中的每一个的染料敏化太阳能电池，优选sDSC。
与现有技术中已知的基于复杂的三角测量方法的装置相比，所提出的检测器提供高度简单性，特别是关于检测器的光学设置。因此，原则上，一个、两个或更多个sDSC的简单组合，优选与适合的传送装置特别是适合的透镜结合，并且与适当的评估装置结合，对于高精度位置检测是足够的。这种高度简单性与高精度测量的可能性结合，特别适合于机器控制，例如在人机接口中，更优选地，在游戏、扫描、跟踪和立体视觉中。因此，可以提供可以用于大量游戏、扫描、跟踪、立体视觉目的的成本有效的娱乐装置。
总的来说，在本发明的上下文中，认为以下实施例是特别优选的：
实施例1：一种用于光学地确定至少一个对象的位置的检测器，包括：
-至少一个光学传感器，用于确定从所述对象行进到所述检测器的至少一个光束的位置，其中所述光学传感器至少具有第一电极和第二电极，其中至少一种光伏材料嵌入在所述第一电极和所述第二电极之间，其中所述光伏材料适于响应于用光对所述光伏材料的照明而产生电荷，其中所述第一电极或所述第二电极是具有至少三个部分电极的分离电极，其中每个部分电极适于产生至少一个传感器信号，其中所述传感器信号取决于所述光学传感器的传感器区域中的光束的束横截面；
-至少一个评估装置，其中所述评估装置被设计为通过评估所述部分电极的对的传感器信号来产生关于所述对象的横向位置的至少一项信息，所述横向位置是在垂直于所述检测器的光轴的至少一个平面中的位置，并且其中所述评估装置被设计为通过评估所有部分电极的传感器信号的和来产生关于所述对象(112)的纵向位置的至少一项信息。
实施例2：根据前述实施例的检测器，其中所述光学传感器包括至少一个染料敏化太阳能电池。
实施例3：根据前述实施例的检测器，其中所述染料敏化太阳能电池是固体染料敏化太阳能电池，其包括嵌入在所述第一电极和所述第二电极之间的层设置，所述层设置包括至少一种n-半导体金属氧化物、至少一种染料和至少一种固体p-半导体有机材料。
实施例4：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中所述光学传感器至少包括所述第一电极、至少一种n-半导体金属氧化物、至少一种染料、至少一种p-半导体有机材料、以及至少所述第二电极。
实施例5：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中所述第一电极至少部分地由至少一种透明导电氧化物制成，其中所述第二电极至少部分地由导电聚合物制成，优选透明导电聚合物。
实施例6：根据前述实施例所述的检测器，其中所述导电聚合物选自由如下组成的组：聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)，优选PEDOT被电掺杂有至少一个抗衡离子，更优选PEDOT掺杂有聚苯乙烯磺酸钠(PEDOT：PSS)；聚苯胺(PANI)；聚噻吩。
实施例7：根据前述两个实施方案中任一个所述的检测器，其中导电聚合物在部分电极之间提供0.1-20kΩ的电阻率，优选0.5-5.0kΩ的电阻率，更优选1.0-3.0kΩ的电阻率。
实施例8：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中所述第一电极是分离电极，其中所述n-半导体金属氧化物、所述染料、所述p-半导体有机材料和所述第二电极是透明的。
实施例9：根据前述实施例的检测器，其中分离电极具有两对两个部分电极，其中每个部分电极的两个侧面邻接另一部分电极的一个侧面。
实施例10：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中在两个相邻的部分电极之间没有间隙。
实施例11：根据前述实施例所述的检测器，其中所述两个相邻部分电极部分地彼此重叠，其中产生重叠区，其中所述重叠区为所述重叠的部分电极中的每一个的面积的1％或更小。
实施例12：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中通过所述部分电极的电流取决于光束在传感器区域中的位置。
实施例13：根据前述实施例所述的检测器，其中光学传感器适于根据通过所述部分电极的电流产生横向传感器信号。
实施例14：根据前两个实施例中任一个所述的检测器，其中所述检测器，优选地所述光学传感器和/或所述评估装置适于从通过所述部分电极的电流的至少一个比率导出关于所述对象的所述横向位置的信息。
实施例15：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中所述评估装置被设计为通过以下方法产生关于所述对象的所述横向位置的信息项：首先通过形成位于垂直于所述平面内的选定方向的相邻部分电极的对的传感器信号的和，其次，通过形成在所述选定方向内的所述相邻部分电极的对的传感器信号的所述和之间的至少一个差，以及第三，通过将所述差除以所有部分电极的所述传感器信号的和。
实施例16：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中提供至少四个部分电极。
实施例17：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中所述光学传感器呈现从包括平面、平面凸面、平面凹面、双凸面或双凹面形式的组中选择的形状。
实施例18：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中所述检测器还包括至少一个传送装置。
实施例19：根据前述实施例所述的检测器，其中，所述传送装置包括至少一个焦点可调传送装置。
实施例20：根据前述实施例所述的检测器，其中焦点可调谐传送装置包括焦点可调谐透镜或电润湿装置。
实施例21：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中所述检测器还包括至少一个成像装置。
实施例22：根据前述实施例所述的检测器，其中所述成像装置包括相机。
实施例23：根据前述两个实施例中任一个所述的检测器，其中所述成像装置包括以下中的至少一个：无机相机、单色相机；多色相机；全色相机；像素化无机芯片；像素化有机相机；CCD芯片，优选多色CCD芯片或全色CCD芯片；CMOS芯片；IR相机；RGB相机。
实施例24：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中所述检测器还具有用于调制照明的至少一个调制装置。
实施例25：根据前述实施例所述的检测器，其中所述检测器被设计为在不同调制的情况下检测至少两个传感器信号，特别是分别在不同调制频率下的至少两个传感器信号，其中所述评估装置被设计为通过评估所述至少两个传感器信号产生关于所述对象的所述纵向位置的所述至少一个信息。
实施例26：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中所述检测器被设计为检测至少两个传感器信号。
实施例27：根据前述实施例所述的检测器，其中所述检测器包括至少两个单独的光学传感器。
实施例28：根据前述实施例所述的检测器，其中所述至少两个单独的光学传感器以入射光束连续入射所述至少两个单独的光学传感器的方式定位。
实施例29：根据前述两个实施例中任一个所述的检测器，其中所述至少两个光学传感器中的一个对于光谱的第一部分是透明的，并且吸收光谱的其他部分。
实施例30：根据前述实施例所述的检测器，其中所述至少两个光学传感器中的另一个对于光谱的第二部分是透明的，并且吸收光谱的其他部分，其中光谱的所述第一部分和光谱的所述第二部分彼此分开。
实施例31：根据前述五个实施例中任一个所述的检测器，其中所述评估装置被设计为通过评估所述至少两个传感器信号来产生关于所述对象的纵向位置的至少两项信息。
实施例32：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中所述检测器包括至少两个光学传感器，所述至少两个光学传感器以这样的方式位于准直布置中：使得它们在平行于所述检测器的所述光轴的取向中对准，在垂直于所述检测器的所述光轴的取向中表现单独的位移。
实施例33：根据前述实施例所述的检测器，其中至少两个光学传感器是纵向光学传感器，其中组合纵向光学传感器的传感器信号以确定关于所述对象的纵向位置的信息项。
实施例34：根据前述两个实施例中任一个所述的检测器，其中所述光学传感器中的至少一个是横向光学传感器，其中横向光学传感器的传感器信号用于确定关于所述对象的横向位置的信息项。
实施例35：根据前述实施例所述的检测器，其中通过组合关于所述对象的所述纵向位置的信息项和关于所述对象的所述横向位置的信息项来获得对象的立体视图。
实施例36：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中所述光学传感器还被设计成使得在给定照明的相同总功率的情况下传感器信号取决于所述照明的调制的调制频率。
实施例37：根据前述实施例所述的检测器，其中通过评估所述传感器信号的频率依赖性，将关于所述对象的所述横向位置的信息项与关于所述对象的所述纵向位置的信息项分离。
实施例38：根据前述实施例中任一项所述的检测器，其中所述评估装置被设计为根据所述照明的几何形状和所述对象相对于所述检测器的相对定位之间的至少一个预定义关系产生关于所述对象的所述纵向位置的至少一项信息，优选地考虑照明的已知功率并且可选地考虑照明被调制所采用的调制频率。
实施例39：根据前述实施例中任一项所述的检测器，还包括至少一个照明源。
实施例40：根据前述实施例所述的检测器，其中照明源选自：至少部分地连接到对象和/或至少部分地与对象相同的照明源；被设计为利用初级辐射至少部分地照明所述对象的照明源，其中所述光束优选地通过所述初级辐射在所述对象上的反射和/或通过所述初级辐射的刺激由所述对象自身的光发射而产生。
实施例41：根据前述实施例所述的检测器，其中评估装置适于将所述光束的直径与所述光束的已知束特性进行比较，以便确定关于所述对象的纵向位置的至少一项信息，优选地根据所述光束的束直径对在所述光束的传播方向上的至少一个传播坐标的已知依赖性和/或根据所述光束的已知高斯分布来确定。
实施例42：根据前述两个实施例中任一个所述的检测器，其中所述照明源是结构化的光源。
实施例43：一种包括根据前述实施例中任一项所述的至少两个检测器的布置。
实施例44：根据前述实施例的所述布置，其中所述布置还包括至少一个照明源。
实施例45：一种用于在用户和机器之间交换至少一项信息，特别是用于输入控制命令的人机接口，其中，所述人机接口包括根据前述实施例中任一项所述的至少一个检测器，其中所述人机接口被设计成借助于所述检测器产生所述用户的至少一项几何信息，其中所述人机接口被设计成向所述几何信息分配至少一项信息，特别是至少一个控制命令。
实施例46：根据前述实施例所述的人机接口，其中所述用户的所述至少一项几何信息从包括以下各项的组中选择：所述用户的身体位置；所述用户的至少一个身体部位的位置；所述用户的身体的取向；所述用户的至少一个身体部位的取向。
实施例47：一种用于执行至少一个娱乐功能，特别是游戏的娱乐装置，其中所述娱乐装置包括根据涉及人机接口的前述实施例中的任一个所述的至少一个人机接口，其中娱乐装置被设计为使得能够借助于人机接口由玩家输入至少一项信息，其中娱乐装置被设计为根据所述信息改变娱乐功能。
实施例48：一种用于跟踪至少一个可移动对象的位置的跟踪系统，所述跟踪系统包括根据涉及检测器的前述实施例中任一个所述的至少一个检测器，所述跟踪系统还包括至少一个跟踪控制器，其中跟踪控制器适于跟踪所述对象的一系列位置，每个位置包括关于所述对象在特定时间点的横向位置的至少一项信息以及关于所述对象在特定时间点的纵向位置的至少一项信息。
实施例49：根据涉及跟踪系统的前述实施例中任一项所述的跟踪系统，其中所述跟踪控制器适于根据对象的实际位置启动至少一个动作。
实施例50：根据前述实施例所述的跟踪系统，其中，所述动作选自由以下各项构成的组：所述对象的未来位置的预测；将至少一个装置指向所述对象；将至少一个装置指向所述检测器；照明所述对象；照明所述检测器。
实施例51：一种用于确定至少一个对象的至少一个位置的扫描系统，所述扫描系统包括根据与检测器有关的前述实施例中任一项所述的至少一个检测器，所述扫描系统还包括至少一个照明源，其发射被配置用于照明位于所述至少一个对象的至少一个表面处的至少一个点的至少一个光束，其中所述扫描系统被设计为通过使用所述至少一个检测器产生关于所述至少一个点和所述扫描系统之间的距离的至少一项信息。
实施例52：根据前述实施例所述的扫描系统，其中照明源包括至少一个人工照明源，特别是至少一个激光源和/或至少一个白炽灯和/或至少一个半导体光源。
实施例53：根据前述两个实施例中任一个所述的扫描系统，其中照明源发射多个单独的光束，特别是呈现各自间距特别是规则间距的光束阵列。
实施例54：根据前述三个实施例中任一项所述的扫描系统，其中所述扫描系统包括至少一个壳体。
实施例55：根据前述实施例所述的扫描系统，其中，在所述至少一个点和所述扫描系统的壳体(特别是壳体的前边缘或后边缘)上的特定点之间确定关于所述至少一个点和所述扫描系统距离之间的距离的至少一项信息。
实施例56：根据前述两个实施例中任一项所述的扫描系统，其中所述壳体包括显示器、按钮、紧固单元、调平单元中的至少一个。
实施例57：一种立体系统，其包括根据涉及跟踪系统的任一实施例所述的至少一个跟踪系统和根据涉及扫描系统的任一实施例的所述至少一个扫描系统，其中所述跟踪系统和所述扫描系统每一个包括至少一个光学传感器，所述至少一个光学传感器以这样的方式放置在准直布置中：使得它们在平行于立体系统的光轴的取向中对准，并且同时呈现相对于垂直于立体系统的光轴的取向的单独位移。
实施例58：根据前述实施例所述的立体系统，其中所述跟踪系统和所述扫描系统每一个包括至少一个纵向光学传感器，其中所述纵向光学传感器的传感器信号被组合用于确定关于所述对象的所述纵向位置的信息项。
实施例59：根据前述实施例所述的立体系统，其中所述纵向光学传感器的传感器信号通过施加不同的调制频率相对于彼此可区分。
实施例60：根据前述实施例所述的立体系统，其中所述立体系统还包括至少一个横向光学传感器，其中所述横向光学传感器的传感器信号用于确定关于所述对象的所述横向位置的信息项。
实施例61：根据前述实施例所述的立体系统，其中通过组合关于所述对象的所述纵向位置的信息项和关于所述对象的所述横向位置的信息项来获得所述对象的立体视图。
实施例62：一种用于对至少一个对象成像的相机，所述相机包括根据涉及检测器的前述实施例中的任一个所述的至少一个检测器。
实施例63：一种用于确定至少一个对象的位置的方法，特别是使用根据涉及检测器的任一前述实施例所述的检测器，
-其中使用检测器的至少一个光学传感器，其中所述光学传感器确定从所述对象行进到所述检测器的至少一个光束的位置，其中所述光学传感器具有至少第一电极和第二电极，其中至少一种光伏材料嵌入在所述第一电极和所述第二电极之间，其中所述光伏材料适于响应于用光对所述光伏材料的照明而产生电荷，其中所述第一电极或所述第二电极是具有至少三个部分电极的分离电极，其中每个部分电极适于产生至少一个传感器信号，其中所述传感器信号取决于所述光学传感器的传感器区域中的光束的束横截面；
-其中使用至少一个评估装置，其中所述评估装置通过评估所述部分电极对的传感器信号来产生关于所述对象的横向位置的至少一项信息，所述横向位置是在垂直于所述检测器的光轴的至少一个平面中的位置，并且其中所述评估装置还通过评估所有部分电极的传感器信号的总和产生关于所述对象的纵向位置的至少一项信息。
实施例64：根据涉及检测器的前述实施例中任一项所述的检测器的用途，出于使用的目的，选自以下组成的组：距离测量，特别是在交通技术中；位置测量，特别是在交通技术中；跟踪应用，特别是在交通技术中；娱乐应用；相机，特别是在安全应用中；人机接口应用；映射应用，特别是用于产生至少一个空间的映像；在选自包括以下的组的自动化机器过程中：距离测量；位置测量；跟踪应用；扫描应用；在立体视觉中；在高精度计量中，特别是在分析中；在制造零件的建模中；在医疗操作中，特别是在内窥镜方法中。
附图说明
从下面结合从属权利要求对优选示例性实施例的描述中，本发明的其它可选细节和特征是显而易见的。在本上下文中，特定特征可以单独实现或与几个其他特征组合实现。本发明不限于示例性实施例。在附图中示意性地示出了示例性实施例。在各个附图中相同的附图标记表示相同的元件或具有相同功能的元件，或者关于其功能彼此对应的元件。
具体地，在图中：
图1示出了根据本发明的检测器的示例性实施例；
图2示出了根据本发明的检测器的另一实施例，其进一步包括传送装置，特别是电润湿装置；
图3示出了根据本发明的检测器的另一实施例，除了如图2所示的传送装置之外，该检测器还包括调制装置；和
图4示出了根据本发明的立体系统的实施例。
具体实施方式
图1以高度示意性的示图示出了根据本发明的用于确定至少一个对象112的位置的检测器110的示例性实施例。检测器110包括光学传感器114，在该具体实施例中，其沿着检测器110的光轴116布置。具体地，光轴116可以是光学传感器114的设置的对称轴和/或旋转轴。光学传感器114可以优选地位于检测器110的壳体118内。优选地相对于光轴116同心地定位的在壳体118中的开口120优选地限定检测器110的观察方向122。可以定义坐标系124，其中平行或反平行于光轴116的方向被定义为纵向方向，而垂直于光轴116的方向可被定义为横向方向。在坐标系124中，如在图1中象征性地描述的，纵向方向由坐标“z”表示，而横向方向由相应的坐标“x”和“y”表示。然而，其他类型的坐标系124也是可行的。
光学传感器114包括第一电极126和第二电极128，其中光伏材料130嵌入(“夹在”)在第一电极126和第二电极128之间，其中第一电极126可以位于单独的基底132上。在此，光伏材料130适于响应于借助于至少一个入射光束134对光伏材料130的照明而产生电荷，其中包含在光束134内的光可以源自对象112或者可以是由对象112朝向壳体118中的开口120反射的光并且因此可以入射到光学传感器114。在该示例中，包括在光束134内的光可以首先遇到第二电极128，直到在已经穿过光伏材料130之后，其可以入射到第一电极126，其中光的这种转变能够以这样的方式在光伏材料130内产生电荷：使得电荷可以导致通过电极126，128的取决于电荷产生的位置并且因此取决于光束134在光学传感器114的传感器区域138中的位置的电流。
根据如图1中示意性地示出的检测器110的示例性实施例，光学传感器114的第一电极126是分离电极136，其中在该特别优选的示例中，分离电极136包括四个部分电极140、142、144、146，其中每个部分电极140、142、144、146适于产生至少一个传感器信号。这里，光学传感器114包括传感器区域138，其优选地对于从对象112行进到检测器110的光束134是透明的。光学传感器114适于确定光束134在一个或多个横向方向上的横向位置，例如在方向x上和/或在方向y上。这里，确定仅在一个横向方向上的横向位置的实施例是可行的，或者由一个且相同的光学传感器114确定在多于一个横向方向上的横向位置的另外的实施例。为此目的，光学传感器114被设计成以取决于由光束134对相应传感器区域138的照明的方式产生至少一个传感器信号。给定照明的相同总功率的情况下，纵向传感器信号取决于光束134在相应传感器区域138中的束横截面。
尽管在如图1示意性示出的检测器110的该示例性实施例中，第一电极126是分离电极136，但是在另一实施例中，这里未示出，第二电极128也可以是分离电极136。虽然在图1所示的实施例中，第二电极128优选地表现出高透明度，以便在其可入射第一电极126的位置处实现光束134的高强度，但在第二电极128可以是分离电极136的其他情况下，第一电极126也可以是透明的，但是甚至是不透明的，特别是当第一电极126是由光学传感器114内的光束134入射的最后电极时。
此外，在如图1所示的该特别优选的示例中，分离电极136实际上包括四个部分电极140、142、144、146，每个部分电极140、142、144、146能够提供传感器信号，诸如电流或电压，其被进一步示意性地表示为A、B、C、D。这里，分离电极136包括两对部分电极148、150，其中每对148、150本身包括两个单独的部分电极，因此总计到所提到的四个部分电极140、142、144、146。此外，在该示例中，四个部分电极140、142、144、146中的每一个可以呈现正方形形状的表面，其中四个部分电极140、142、144、146可以以这样的方式布置：使得在每个部分电极(例如部分电极140)的两个侧面152、154可以邻接另一部分电极(例如部分电极142或144)的一个侧面156、158。优选地，该布置可以以四个部分电极140、142、144、146的表面共同占据光学传感器114上的矩形区(例如正方形区)的方式呈现。
然而，应当注意，根据本发明，呈现不同数量、不同形状和/或不同布置的部分电极的其它实施例也是可行的。作为示例，仍然可以布置六个部分电极，其可以包括三对部分电极，每对有两个部分电极，或者可以布置九个部分电极，其可以包括三对部分电极，每对有三个部分电极，以便占据光学传感器114上的矩形区。作为另一示例，可以以这样的方式提供六个部分电极：使得六个部分电极的表面共同占据光学传感器114上的六边形区，其中每个部分电极可以呈现三角形形式。
此外，特别有利的是，以这样的方式布置部分电极140、142、144、146：使得由其特定布置产生的表面可以覆盖在相邻的部分电极之间呈现尽可能最小的死区的特定区域，特别地，以实现来自各个部分电极的电流尽可能大。为此目的，两个相邻的部分电极(诸如部分电极140、142或部分电极140、144)可以以在它们之间没有或只有很小的间隙160的方式布置在光学传感器114中。替代地但是这里未示出，两个相邻的部分电极(诸如部分电极140、142或部分电极140、144)可以进一步以使得可以产生重叠区域的方式部分地重叠，然而，重叠区域仅覆盖每个所述重叠部分电极的面积的1％或更少。
因此，至少一个光学传感器114适于产生至少一个传感器信号，其中所产生的传感器信号A、B、C、D可以通过一个或多个信号引线162传输到检测器110的至少一个评估装置164。在这里，评估装置164被指定为通过评估成对的部分电极140、142、144、146的传感器信号A、B、C、D，在至少一个横向评估单元166(由“x”或“y”表示)中产生关于对象112的横向位置的至少一项信息，其中横向位置是在垂直于检测器110的光轴116的至少一个平面中的位置。进一步，评估装置164被指定为通过评估所有部分电极140、142、144、146的传感器信号A、B、C、D的和，在至少一个纵向评估单元168(由“z”表示)中产生关于对象112的纵向位置的至少一项信息，其中纵向位置是平行于检测器110的光轴116的位置。通过组合可以由评估单元166、168导出的结果，因此可以产生位置信息170，优选地，三维位置信息(由“x，y，z”表示)。
这里，评估装置164可以是数据处理装置的一部分和/或可以包括一个或多个数据处理装置。评估装置164可以实现为如图1所示的单独的装置，其可以以无线或有线方式电连接到光学传感器114，特别是通过信号引线162，但是可替代地(在图1中未示出)可以完全或部分地集成到壳体118中。评估装置164还可包括一个或多个附加组件，诸如一个或多个电子硬件组件和/或一个或多个软件组件，诸如一个或更多的测量单元(图1中未示出)。此外，如图1所示的分立电子元件可以替代地借助于另外的电子硬件组件和/或软件组件来实现。
如图1中进一步示意性示出的，在该示例性实施例中，评估装置164可以借助于四个单独的信号引线162接收由分离电极136的四个部分电极140、142、144、146提供的传感器信号A、B、C、D，每个信号引线162提供特定部分电极140、142、144、146和评估装置164之间的电连接。优选地，传感器信号A、B、C、D可以在被评估装置164接收之后首先在对应的前置放大器172中被放大，以便增强它们的幅度。在该特定示例中，由四个单独的信号引线162提供的传感器信号A、B、C、D(无论是否被预放大)用于在相应的加法器174内执行多个求和，其中优选地，可以获得由相邻部分电极提供的传感器信号的以下相应总和：
(A+C)；(C+D)；(B+D)；和(A+B)。
此后，可以通过使用相应的减法器176获得由相邻部分电极提供的传感器信号的和之间的以下相应差：
(B+D)-(A+C)；(A+B)-(C+D)。
并行地，可以使用另一加法器174来提供由相邻部分电极140、142、144、146提供的所有传感器信号的以下总和：
(A+B)+(C+D)＝(A+B+C+D)。
根据如图1所示的优选实施例，总和(A+B+C+D)可以用于两种不同的目的。首先，可以采用总和(A+B+C+D)来借助于至少一个除法器178归一化由相邻部分电极提供的传感器信号的和之间的上述差：
因此，第一项可以提供关于入射光束134的x位置的信息，而第二项可以提供关于入射光束134的y位置的信息。根据两项的信号可以优选地在附加的前置放大器172中进一步放大，直到它们作为关于对象112的横向位置的至少一项信息被提供给至少一个横向评估单元166(这里分别用“x”或“y”表示)。因此，光学传感器114可以用于提供关于对象112的横向位置的信息项，并且因此也可以被表示为“横向光学传感器”。
第二，总和(A+B+C+D)可以用于提供关于对象112的纵向位置的至少一项信息，并且因此可以被提供给至少一个纵向评估单元168由“z”表示)，其中关于对象112的纵向位置的至少一项信息可以诸如通过考虑关于该值的任何不确定性来导出。因此，光学传感器114也可以用于提供关于对象112的纵向位置的信息项，并且因此也可以被称为“纵向光学传感器”。
最后，可以优选地构成三维位置信息(由“x，y，z”表示)的完整位置信息170因此可以由检测器110的评估装置164产生。因此，光学传感器114可以用于提供关于对象112的纵向位置的信息项和关于对象112的横向位置的信息项，在这方面，也可以被称为“组合的纵向和横向光学传感器”。
图2在示意性示图中示出了根据本发明的检测器110的另一示例性实施例，用于确定至少一个对象112的位置。该特定实施例可以另外包括至少一个传送装置180，例如一个或更多的光学系统，优选地包括一个或多个焦点可调传送装置180，特别是电润湿装置182，其可以特别地沿着检测器110的光轴116放置，诸如在开口120中或在开口120的前方。如上所述，电润湿装置182可以包括具有至少两种不同液体的一个或多个光学元件，其中每个光学元件的焦点可以通过将电压施加到相应的光学元件而被调节。
为了清楚起见，图2没有描述可以在传送装置180(特别是电润湿装置182)和评估装置164之间提供连接的任何现有引线。该连接可以用于能够通过使用传送装置180(特别是电润湿装置182)将焦点定位在检测器110中，以及用于在借助于评估装置164确定传送装置180的纵向位置时，考虑传送装置180特别是电润湿装置182的效果。在这方面，焦点可调传送装置180可以特别有用的是，能够提供对于对象在不同距离处呈现不同焦点的事实的校正。
此外，可替换地或另外地，可以使用焦点可调传送装置180来有意地相对于光学传感器114的位置改变焦点，从而能够解决在光束的束横截面与对象的纵向坐标之间的已知关系中的任何不确定性，例如在WO2014/097181A1中更详细描述的。如从那里已知的，可以位于焦点194之前或之后的特定距离处的光学传感器114可以提供相同的传感器信号。在光束134沿着光轴116的传播期间光束134变弱的情况下可能出现类似的不确定性，这通常可以根据经验和/或通过计算来校正。为了解决z位置中的这种不确定性，可以分别通过聚焦的不同位置来记录的多个不同传感器信号可以允许确定焦点的位置。因此，通过比较两个或更多个传感器信号，可以确定光学传感器114是否位于沿着纵向轴线116定位的焦点之前或之外。
关于在图2中以示例性方式呈现的其它特征，参考图1的上述描述。
根据本发明的检测器110的另一示例性实施例在图3中以高度示意性的方式示出。在该特定实施例中，检测器110可以包括至少一个调制装置184，其可以特别地沿着检测器110的光轴116放置，优选地在对象112和开口120之间放置。如本文所示，调制装置184可以优选地位于传送装置100(其在这里包括一个电润湿装置182)与光学传感器114之间，光学传感器114在该实施例中包括第一电极126和第二电极128，其中光伏材料130被嵌入在第一电极126和第二电极128之间，其中第一电极126是实际上包括四个部分电极140、142、144、146的分离电极136。
在该示例中，可以为光束134的各种调制频率提供传感器信号，其中调制频率可以优选地由调制装置184提供。而对于0Hz的调制频率，没有FiP效应被检测或仅可以检测到非常小的FiP效应，其可能不容易与纵向传感器信号的噪声区分开。然而，对于更高的调制频率，可以观察到如上所述的确定的FiP效应，即纵向传感器信号对光束134的横截面的显著依赖性。通常，根据本发明的检测器可以使用0.1Hz至10kHz范围内的调制频率，例如0.3Hz的调制频率。
为了清楚起见，图3也未示出任何现有的引线，其一方面可以在传送装置180特别是电润湿装置182和评估装置164之间提供连接，另一方面，在调制装置184和评估装置164之间提供连接。在调制装置184和评估装置164之间的连接在第一方面可能有用于能够调节由调制装置184提供的调制频率，用于在入射光束134进入检测器110的壳体118之前调制入射光束134，并且在第二方面，有用于当根据在确定对象112的位置(特别是相对于对象112的纵向位置)的过程中进一步处理传感器信号的需要来执行由评估装置164接收的传感器信号的解调时，通过评估装置164考虑调制频率。这里，一旦传感器信号已经被评估装置164接收，解调优选可以作为第一步骤，在传感器信号的预放大之前或之后。然而，其他实施例也是可行的。
关于在图3中以示例性方式呈现的其它特征，参考上面关于图1和图2的描述。
图4示意性地示出了用于产生至少一个对象112的至少一个单个圆形、三维图像的立体系统186的实施例。为此目的，立体系统186包括至少两个、优选两个或三个光学传感器114，可以用于以组合的方式提供关于对象112的纵向位置以及对象112的横向位置的信息项。如图4所示，光学传感器114位于立体系统186的检测器110的外壳118内部。这里，如在立体系统186中采用的光学传感器114可以是如在图1至3中的一个或多个中描述的光学传感器114中的一个或多个。可替代地，如在WO 2012/110924 A1，WO 2014/097181 A1或国际专利申请号PCT/IB2015/054536中公开的光学传感器114中的一个或多个。
在如图4所示的特定实施例中，第一纵向光学传感器188被包括为跟踪系统190中特别是在根据本发明的跟踪系统190中的光学传感器114中的一个。此外，第二纵向光学传感器192被包括为扫描系统194中特别是在根据本发明的扫描系统194中的光学传感器114的另一个。此外，如这里所示的立体系统186还包括单独的位置敏感装置196，其构成尤其适于产生关于对象112的横向位置的信息项的光学传感器114中的一个附加光学传感器。
如这里进一步所示，立体系统186中的光学传感器114可以优选地以准直布置被布置在单独的束路径134中，其中光学传感器114平行于光轴114对准，由此垂直于立体系统186的光轴116被单独地移位。这里，准直布置可以特别地通过采用适当数量的传送装置180来实现，传送装置180放置在包括光学检测器114的壳体118的相应开口120处。
如上所述，跟踪系统190适于通过使用第一纵向光学传感器188来跟踪一个或多个对象112的位置，特别是至少一个可移动对象112的位置。为此目的，跟踪系统190因此还包括跟踪控制器198，其中跟踪控制器198适于跟踪对象112的一系列位置。这里，跟踪控制器198可以完全地或部分地实施为电子装置，优选地作为至少一个数据处理装置，更优选地作为至少一个计算机或微控制器。跟踪系统186可以适于启动跟踪系统本身和/或一个或多个单独装置的一个或多个动作。为了后一目的，跟踪控制器198可以具有一个或多个无线和/或有线接口和/或其他类型的控制连接，用于根据对象的至少一个实际位置启动至少一个动作。作为结果，对象112的每个位置与关于对象112在特定时间点的纵向位置的至少一项信息相关。为了另外获取关于对象112的横向位置的至少一项信息，可以考虑由位置敏感装置196记录的传感器信号。可替代地，第一纵向光学传感器188可以是如本申请中别处所述的组合光学传感器的一部分。
如上面进一步描述的，扫描系统194适于确定一个或多个对象112的位置。为此目的，扫描系统194因此还包括至少一个照明源200，其适于发射至少一个光束202，该至少一个光束202被配置用于照明位于112的表面206处的至少一个点204。为了最小化光学传感器114之间的相互作用，照明源200可以位于包括光学传感器114的壳体118中或壳体外部118。通过示例的方式，照明源200可以是或可以包括环境光源和/或可以是或可以包括人工照明源，特别是激光源、白炽灯或半导体光源，诸如发光二极管。这里，优选使用单个激光源，特别地以提供易于由用户存储和运输的紧凑的立体系统188。因此，扫描系统194被设计成通过使用第二纵向光学传感器192产生关于点204和扫描系统194之间的距离的至少一项信息。
作为结果，通过将从具有重叠视场的第一纵向光学传感器188和第二纵向光学传感器192导出的视觉信息的组合应用到观察方向122中，立体系统198能够产生或增加对深度信息的感知。为此目的，第一纵向光学传感器188和第二纵向光学传感器192优选地在垂直于光轴116的方向上彼此间隔开1cm至100cm、特别是10cm至25cm的距离。此外，第一纵向光学传感器188和第二纵向光学传感器192可以优选地对由调制装置184提供的单独的调制频率敏感，从而允许通过使用评估装置164直接区分两个单独的光学传感器114的传感器信号。因此，可以采用立体系统186的评估装置164以通过应用立体视觉来产生对象112的一个或多个图像。此外，主要基于多于一个光学传感器114的使用的立体系统186也可以用于实现总强度的增加和/或用于获得较低的检测阈值。
对于立体系统186的进一步细节，可以参考对图1至图3中的检测器110的描述。
参考标号列表
110 检测器
112 对象
114 光学传感器
116 光轴
118 壳体
120 开口
122 观察方向
124 坐标系
126 第一电极
128 第二电极
130 光伏材料
132 基底
134 光束
136 分离电极
138 传感器区域
140 部分电极
142 部分电极
144 部分电极
146 部分电极
148 部分电极对
150 部分电极对
152 部分电极的侧面
154 部分电极的另一侧面
156 部分电极的侧面
158 部分电极的侧面
160 间隙
162 信号引线
164 评估装置
166 横向评估单元
168 纵向评估单元
170 评估单元
172 前置放大器
174 加法器
176 减法器
178 除法器
180 传送装置
182 电润湿装置
184 调制装置
186 立体系统
188 第一纵向光学传感器
190 跟踪系统
192 第二纵向光学传感器
194 扫描系统
196 位置敏感装置
198 跟踪控制器
200 照明源
202 发射光束
204 点
206 表面
Claims (27)
1.一种用于光学地确定至少一个对象(112)的位置的检测器(110)，包括：
-用于确定从所述对象(112)行进到所述检测器(110)的至少一个光束(134)的位置的至少一个光学传感器(114)，其中所述光学传感器(114)具有至少第一电极(126)和第二电极(128)，其中至少一种光伏材料(130)嵌入在所述第一电极(126)和所述第二电极(128)之间，其中所述光伏材料(130)适于响应于用光对所述光伏材料(130)的照明而产生电荷，其中所述第一电极(126)或所述第二电极(128)是具有至少三个部分电极(140、142、144、146)的分离电极(136)，其中每个部分电极(140、142、144、146)适于产生至少一个传感器信号，其中所述传感器信号取决于所述光束(134)在所述光学传感器(114)的传感器区域(138)中的束横截面；
-至少一个评估装置(164)，其中所述评估装置(164)被设计为通过评估所述部分电极(140、142、144、146)的对(148、150)的所述传感器信号产生关于所述对象(112)的横向位置的至少一项信息，所述横向位置是在垂直于所述检测器(110)的光轴(116)的至少一个平面内的位置，并且其中所述评估装置(164)被设计为通过评估所有部分电极(140、142、144、146)的所述传感器信号的和来产生关于所述对象(112)的纵向位置的至少一项信息。
2.根据前述权利要求所述的检测器(110)，其中所述光学传感器(114)包括至少一个染料敏化太阳能电池。
3.根据前述权利要求所述的检测器(110)，其中所述光学传感器(114)至少包括所述第一电极(126)、至少一种n-半导体金属氧化物、至少一种染料、至少一种p-半导体有机材料、以及至少所述第二电极(128)。
4.根据前述权利要求所述的检测器(110)，其中所述第一电极(126)是分离电极(136)，其中所述n-半导体金属氧化物、所述染料、所述p-半导体有机材料和所述第二电极(128)是透明的。
5.根据前述权利要求所述的检测器(110)，其中所述第一电极(126)至少部分地由至少一种导电氧化物制成，其中所述第二电极(128)至少部分地由透明导电聚合物制成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述分离电极(136)具有两对(148、150)两个部分电极，其中每个部分电极的两个侧面(152、154)邻接另一部分电极(156、158)的一个侧面。
7.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中在两个相邻的部分电极之间没有间隙(160)。
8.根据前述权利要求所述的检测器(110)，其中所述两个相邻的部分电极部分地彼此重叠，其中产生重叠区，其中所述重叠区为所述重叠的部分电极中的每一个的面积的1％或更小。
9.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中通过所述部分电极(140、142、144、146)的电流取决于所述光束(134)在所述传感器区域(138)中的位置，其中所述光学传感器(114)适于根据通过所述部分电极(140、142、144、146)的电流产生所述传感器信号。
10.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述评估装置(164)被设计为通过以下方法产生关于所述对象(112)的所述横向位置的信息项：首先，通过形成位于垂直于所述平面内的选定方向的相邻部分电极的对(148、150)的所述传感器信号的和，第二，通过形成在所述选定方向内的所述相邻部分电极的对(148、150)的所述传感器信号的和之间的至少一个差，以及第三，通过将所述差除以所有部分电极(140、142、144、146)的所述传感器信号的和。
11.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述评估装置(164)被设计为从所述照明的几何形状和所述对象(112)相对于所述检测器(110)的相对定位之间的至少一个预定义关系，产生关于所述对象(112)的所述纵向位置的所述至少一项信息。
12.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中为了确定关于所述对象(112)的所述纵向位置的所述至少一项信息，所述评估装置(164)适于将所述光束(134)的直径与所述光束(134)的已知束属性比较。
13.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述光学传感器(114)呈现从包括平面、平面凸面、平面凹面、双凸面或双凹面形式的组中选择的形状。
14.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述检测器(110)还包括至少一个传送装置(180)。
15.根据前述权利要求所述的检测器(110)，其中所述传送装置(180)包括至少一个焦点可调透镜和/或电润湿装置(182)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，还包括至少一个照明源。
17.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述光学传感器(114)还被以这样的方式设计：使得在给定所述照明的相同总功率的情况下，所述传感器信号取决于所述照明的调制的调制频率。
18.根据前述权利要求所述的检测器(110)，其中通过评估所述传感器信号的频率依懒性将所述对象(112)的所述横向位置的信息项与所述对象(112)的所述纵向位置的信息项分离。
19.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，包括至少两个所述光学传感器(114)，其中所述光学传感器(114)以这样的方式位于准直布置中：使得它们在平行于所述检测器(110)的所述光轴(116)的取向中对准，并且在垂直于所述检测器(110)的所述光轴(116)的取向中呈现单独的位移。
20.一种用于在用户和机器之间交换至少一项信息的人机接口，其中所述人机接口包括根据涉及检测器(110)的前述权利要求中任一项所述的至少一个检测器(110)，其中所述人机接口被设计为借助于所述检测器(110)产生所述用户的至少一项几何信息，其中所述人机接口被设计为向所述几何信息分配至少一项信息。
21.一种用于执行至少一个娱乐功能的娱乐装置，其中所述娱乐装置包括根据前述权利要求的至少一个人机接口，其中所述娱乐装置被设计为使得能够由玩家借助于所述人机接口输入至少一项信息，其中所述娱乐装置被设计为根据所述信息改变所述娱乐功能。
22.一种用于跟踪至少一个可移动对象(112)的位置的跟踪系统(190)，所述跟踪系统(190)包括根据涉及检测器(110)的前述权利要求中任一项所述的至少一个检测器(110)，所述跟踪系统(190)还包括至少一个跟踪控制器(198)，其中所述跟踪控制器(198)适于跟踪所述对象(112)的一系列位置，每个位置包括关于所述对象(112)在特定时间点的横向位置的至少一项信息以及关于所述对象(112)在特定时间点的纵向位置的至少一项信息。
23.一种用于确定至少一个对象(112)的至少一个位置的扫描系统(194)，所述扫描系统(194)包括根据涉及检测器(110)的前述权利要求中任一项所述的至少一个检测器(110)，所述扫描系统(194)还包括适于发射至少一个光束(202)的至少一个照明源(200)，所述至少一个光束(202)被配置用于照明位于所述至少一个对象(112)的至少一个表面(206)的至少一个点(204)，其中所述扫描系统(194)被设计成通过使用所述至少一个检测器(110)产生关于所述至少一个点(204)和所述扫描系统(194)之间的距离的至少一项信息。
24.一种包括根据前述权利要求的至少一个跟踪系统(190)和根据前述权利要求的至少一个扫描系统(194)的立体系统(186)，其中所述跟踪系统(190)和所述扫描系统(194)每个都包括至少一个光学传感器(114)，所述至少一个光学传感器(114)以这样的方式位于准直布置中：使得它们在平行于所述立体系统(186)的所述光轴(116)的取向中对准并且在垂直于所述立体系统(186)的所述光轴(116)的取向中呈现单独的位移。
25.一种用于对至少一个对象成像的相机，所述相机包括根据涉及检测器(110)的前述权利要求中任一项所述的至少一个检测器(110)。
26.一种用于光学地确定至少一个对象(112)的位置的方法，
-其中使用检测器(110)的至少一个光学传感器(114)，其中所述光学传感器(114)确定从所述对象(112)行进到所述检测器(110)的至少一个光束(134)的位置，其中所述光学传感器(114)具有至少第一电极(126)和第二电极(128)，其中至少一种光伏材料(130)嵌入在所述第一电极(126)和所述第二电极(128)之间，其中所述光伏材料(130)适于响应于用光对所述光伏材料的照明而产生电荷，其中所述第一电极(126)或所述第二电极(128)是具有至少三个部分电极(140、142、144、146)的分离电极(136)，其中每个部分电极(140、142、144、146)适于产生至少一个传感器信号，其中所述传感器信号取决于所述光束(134)在所述光学传感器(114)的传感器区域(138)中的束横截面；
-其中使用至少一个评估装置(164)，其中所述评估装置(164)通过评估所述部分电极(140、142、144、146)的对(148、150)的所述传感器信号来产生关于所述对象(112)的横向位置的至少一项信息，所述横向位置是在垂直于所述检测器的光轴(116)的至少一个平面内的位置，并且其中所述评估装置(164)还通过评估所有部分电极(140、142、144、146)的所述传感器信号的和来产生关于所述对象(112)的纵向位置的至少一项信息。
27.根据涉及检测器(110)的前述权利要求中任一项所述的检测器(110)的用途，出于使用的目的，其选自包括以下的组：距离测量，特别是在交通技术中；位置测量，特别是在交通技术中；跟踪应用，特别是在交通技术中；娱乐应用；相机，特别是在安全应用中；人机接口应用；映射应用，特别是用于产生至少一个空间的映像；在选自由以下组成的组的自动化机器过程中：距离测量；位置测量；跟踪应用；扫描应用；在立体视觉中；在高精度计量中，特别是在分析中；在制造零件的建模中；在医疗操作中，特别是在内窥镜方法中。
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