CN107003121A - 光学检测器 - Google Patents
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Abstract
公开了一种光学检测器(110)，包括：至少一个光学传感器(122)，其适配于检测光束(120)并且生成至少一个传感器信号，其中光学传感器(122)具有至少一个传感器区域(124)，其中光学传感器(122)的传感器信号就照射的总功率而言表现出对由光束(120)对传感器区域(124)的照射的非线性依赖性；至少一个图像传感器(128)，其是包括图像像素(176)的像素矩阵(174)的像素化传感器，其中图像像素(176)适配于检测光束(120)并且生成至少一个图像信号，其中图像信号就照射的总功率而言表现出对由光束(116)对图像像素(176)的照射的线性依赖性；以及至少一个评估装置(132)，评估装置(132)适配于评估传感器信号和图像信号。在特别优选的实施例中，传感器信号对光学传感器(122)的照射的总功率的非线性依赖性可由包括线性部分和非线性部分的非线性函数来表达，其中评估装置适配于通过评估传感器信号和图像信号来确定非线性函数的线性部分和/或非线性部分。在此，评估装置优选地包括处理电路(136)，该处理电路(136)适配于提供传感器信号和图像信号之间的差，用于确定非线性函数的非线性部分。
Description
技术领域
本发明基于关于如例如在WO 2012/110924 A1、US 2012/0206336 A1、WO 2014/097181 A1、US 2014/0291480 A1或WO 2015/024871 A1中所提出的光学检测器的一般思想，所有这些的全部内容通过引用包含在本文中。
本发明涉及光学检测器、检测器系统和光学检测方法，具体地用于确定至少一个对象的位置。本发明进一步涉及用于在用户和机器之间交换至少一项信息的人机接口、娱乐装置、跟踪系统、相机以及光学检测器的各种用途。根据本发明的装置、系统、方法和用途具体可以用于例如日常生活、游戏、交通技术、生产技术、安全技术、诸如数字摄影或艺术视频摄影的摄影、文件或技术目的、医疗技术或科学的各种领域。另外或可替代地，应用可以应用于空间测图领域中，诸如用于生成一个或多个房间、一个或多个建筑物或一个或多个街道的地图。然而，其它应用同样是可能的。
背景技术
从现有技术中已知大量光学检测器、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(例如紫外光、可见光或红外光)转换为电信号或电能，但光学检测器通常用于拾取图像信息和/或用于检测例如亮度的至少一个光学参数。
通常可以基于使用无机和/或有机传感器材料的大量光学传感器从现有技术中已知。这种传感器的示例在US 2007/0176165 A1、US 6,995,445B2、DE 2501124 A1、DE3225372 A1中公开，或者在许多其它现有技术文献中公开。特别是出于成本原因以及出于大面积加工的原因，越来越多地，正在使用包括至少一种有机传感器材料的传感器，如例如在US 2007/0176165 A1中所描述的。具体地，所谓的染料太阳能电池在这里越来越重要，这通常在例如WO 2009/013282 A1中描述。
作为进一步的示例，WO 2013/144177 A1公开了具有氟化抗衡阴离子的喹啉染料、包含由通过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微粒制成的多孔膜的电极层、包括这种电极层的光电转换装置，以及包括这种光电转换装置的染料敏化太阳能电池。
基于这种光学传感器，已知用于检测至少一个对象的大量检测器。这种检测器可以以不同的方式体现，这取决于相应的使用目的。这种检测器的示例是成像装置，例如相机和/或显微镜。例如，高分辨率共焦显微镜是已知的，其可以特别用于医学技术和生物学领域中，以便检查具有高光学分辨率的生物样品。用于光学检测至少一个对象的检测器的进一步示例是基于例如对应的光学信号(例如激光脉冲)的传播时间方法的距离测量装置。用于光学检测对象的检测器的进一步示例是三角测量系统，借助于该三角测量系统同样可以执行距离测量。
在US 2007/0080925 A1中，公开了一种低功耗显示装置。其中，利用光活性层，其响应于电能以允许显示装置显示信息并且响应于入射辐射而生成电能。单个显示装置的显示像素可以被划分为显示像素和生成像素。显示像素可以显示信息，并且生成像素可以生成电能。生成的电能可用于提供驱动图像的电力。
在EP 1 667246 A1中，公开了能够感测具有相同空间位置的多于一个光谱带的电磁辐射的传感器元件。该元件由子元件堆叠组成，每一个子元件能够感测电磁辐射的不同光谱带。子元件每一个包含非硅半导体，其中每一个子元件中的非硅半导体对于电磁辐射的不同光谱带敏感和/或已被敏化为对电磁辐射的不同光谱带敏感。
在WO 2012/110924 A1和US 2012/0206336 A1中(其全部内容通过引用包括在本文中)提出了一种用于光学检测至少一个对象的检测器。检测器包括至少一个光学传感器。光学传感器具有至少一个传感器区域。光学传感器被设计成以取决于传感器区域的照射的方式来生成至少一个传感器信号。给定相同的照射总功率，传感器信号取决于照射的几何形状，特别是取决于传感器区域上的照射的束横截面。此外，检测器具有至少一个评估装置。评估装置被设计成从传感器信号生成至少一项几何信息，特别是关于照射和/或对象的至少一项几何信息。
US 2014/0291480 A1和WO 2014/097181 A1中(所有这些全部内容通过引用包含在本文中)公开了一种通过使用至少一个纵向光学传感器和至少一个横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。具体地，公开了传感器堆叠的使用，以便以高精确度和无不确定性地确定对象的纵向位置。
WO 2014/198625 A1(其全部内容通过引用包含在本文中)公开了一种光学检测器，其包括具有基板和设置在其上的至少一个光敏层设置的光学传感器。光敏层设置具有至少一个第一电极、至少一个第二电极和夹在第一电极和第二电极之间的至少一种光伏材料。光伏材料包括至少一种有机材料。第一电极包括多个第一电极条，并且第二电极包括多个第二电极条，其中第一电极条和第二电极条以这种方式相交，即像素矩阵形成在第一电极条和第二电极条的交叉点处。光学检测器进一步包括至少一个读出装置，该读出装置包括连接到第二电极条的多个电测量装置和用于随后将第一电极条连接到电测量装置的开关装置。
WO 2014/198625 A1(其全部内容同样通过引用包括在本文中)公开了一种用于确定至少一个对象的取向的检测器装置，包括至少两个信标装置，该至少两个信标装置适配于为附接到对象、由对象保持并且集成到对象中的至少一个，该信标装置每一个适配于将光束引向检测器，并且信标装置在对象的坐标系中具有预定的坐标。检测器装置进一步包括适配于检测从信标装置朝向检测器行进的光束的至少一个检测器以及至少一个评估装置，评估装置适配于确定在检测器的坐标系中的信标装置中的每一个信标装置的纵坐标。评估装置进一步适配于通过使用信标装置的纵坐标来确定检测器的坐标系中对象的取向。
WO 2014/198629 A1(所有这些全部内容通过引用包含在本文中)公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器。检测器包括至少一个光学传感器，其适配于检测从对象朝向检测器行进的光束，光学传感器具有至少一个像素矩阵。检测器进一步包括至少一个评估装置，评估装置适配于确定由光束照射的光学传感器的像素的数量N。评估装置进一步适配于通过使用由光束照射的像素的数量N来确定对象的至少一个纵坐标。
尽管具有上述装置和检测器所暗指的优点，特别是由WO 2012/110924 A1、WO2014/198625 A1、WO 2014/198626 A1和WO 2014/198629 A1中公开的检测器所暗指的优点，但是仍然存在若干技术挑战。因此，通常存在对于可靠的并且可以以低成本制造的用于检测对象在空间中的位置的检测器的需要。具体地，对于具有高分辨率的检测器存在强大的需求，以便生成关于对象的位置的图像和/或信息，其可以以高容量和低成本实现，并且仍提供高的分辨率和图像质量。
发明内容
因此，本发明的目的是提供面向已知装置和方法的上述技术挑战的装置和方法。具体地，本发明的目的是提供可以可靠地确定空间中对象的位置的装置和方法，优选地以低技术努力和在技术资源和成本方面的低要求。更具体地，本发明的进一步的目的是提供可以改善传感器信号对由入射光束对传感器区域的照射的依赖性的确定的装置和方法。
该问题通过光学检测器、检测器系统、光学检测方法、人机接口、娱乐装置、跟踪系统、相机以及光学检测器的各种用途采用独立权利要求的特征来解决。在从属权利要求中列出了可能以孤立的方式或以任何任意组合实现的优选实施例。
如在下面使用的，术语“具有”、“包括(comprise)”或“包含(contain)”或其任何的任意语法变体以非排它方式使用。因此，这些术语可指除了由这些术语引入的特征之外，没有其它特征存在在该上下文中描述的实体中的情况，以及是指存在一个或多个其它特征的情况。作为示例，表述“A具有B”、“A包括B”以及“A包含B”可以都指：即除了B之外，没有其它元件存在于A中的情况(即，A单独和排它地由B组成的情况)；以及除了B之外，一个或多个其它元件，诸如元件C、元件C和D，或甚至其它元件，存在于实体A中的情况。
此外，如在下面使用的，术语“优选地”、“更优选地”、“特别地”、“更特别地”、“具体地”、“更具体地”或类似术语可结合可选特征使用，并不限制可替代的可能性。因此，由这些术语中引入的特征是可选的特征，并且不旨在以任何方式限制权利要求的范围。如本领域技术人员将认识的，本发明可以通过使用替代的特征来实施。同样地，由“在本发明的实施例中”或类似表述引入的特征旨在是可选特征，而没有关于本发明替代实施例的任何限制，没有关于本发明的范围的任何限制，并且没有关于将以这种方式引入的特征与本发明的其它可选或非可选特征组合的可能性的任何限制。
在本发明的第一方面中，公开了一种光学检测器。光学检测器包括：
-至少一个光学传感器，其适配于检测光束并且生成至少一个传感器信号，其中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就照射的总功率而言表现出对由光束对传感器区域的照射的非线性依赖性；
-至少一个图像传感器，其是包括图像像素的像素矩阵的像素化传感器，其中图像像素适配于检测光束并且生成至少一个图像信号，其中图像信号就照射的总功率而言表现出对由光束对图像像素的照射的线性依赖性；以及
-至少一个评估装置，评估装置适配于评估传感器信号和图像信号。
如在本文中所使用的，“光学检测器”或在下文中简称为的“检测器”通常是指响应于由一个或多个光源的照射和/或响应于检测器的周围的光学特性能够生成至少一个检测器信号和/或至少一个图像的装置。因此，检测器可以是适配于执行光学测量和成像处理中的至少一种的任意装置。
具体地，如下面将进一步详细描述的，光学检测器可以是用于确定至少一个对象的位置的检测器。如在本文中所使用的，术语“位置”通常是指关于对象和/或空间中对象的至少一部分的定位和/或取向的至少一项信息。因此，至少一项信息可以意味对象的至少一个点与至少一个检测器之间的至少一个距离。如将在下面进一步详细描述的，距离可以是纵坐标，或者可以有助于确定对象的点的纵坐标。另外或可替代地，可以确定关于对象和/或对象的至少一个部分的定位和/或取向的一项或多项其它信息。作为示例，可以确定对象和/或对象的至少一个部分的至少一个横坐标。因此，对象的位置可以意味对象和/或对象的至少一个部分的至少一个纵坐标。另外或可替代地，对象的位置可以意味对象和/或对象的至少一个部分的至少一个横坐标。另外或可替代地，对象的位置可以意味对象的至少一个取向信息，指示空间中对象的取向。
如在本文所使用的，“光束”通常是在几乎相同方向中行进的光量。具体地，光束可以是或可以包括光线束和/或光的公共波前。因此，优选地，光束可以指如技术人员已知的高斯光束。然而，其它光束，诸如非高斯光束是可能的。如下面进一步详细描述的，光束可以由对象发射和/或反射。此外，光束可以由至少一个信标装置反射和/或发射，该至少一个信标装置优选地可以是附接或集成到对象中的一种或多种。
此外，每当本发明涉及“检测光束”、“检测行进的光束”或类似表达时，这些术语通常是指检测光束与光学检测器、光学检测器的一部分或任何其它部分的任意相互作用的过程。因此，作为示例，光学检测器和/或光学传感器可以适配于检测由光束在诸如光学传感器的传感器区域中的任意表面上生成的光斑。
如在本文进一步使用的，术语“光学传感器”通常是指用于检测光束和/或其一部分的光敏装置，诸如用于检测照射和/或由光束生成的光斑。结合评估装置，光学传感器可以如下面进一步详细描述的适配于确定对象和/或对象的至少一个部分(诸如朝向检测器行进至少一个光束所源自的对象的至少一个部分)的至少一个纵坐标。
因此，通常，作为光学检测器的一部分的上述的至少一个光学传感器同样可以被称为至少一个“纵向光学传感器”，与下面进一步详细提及的至少一个可选横向光学传感器相反，因为该光学传感器通常可以适配于确定对象和/或对象的至少一个部分的至少一个纵坐标。仍然，在提供一个或多个横向光学传感器的情况下，至少一个可选的横向光学传感器可以完全或部分地集成到至少一个纵向光学传感器中，或者可以完全地或部分地实现为单独的横向光学传感器。
光学检测器可以包括一个或多个光学传感器。在包括多个光学传感器的情况下，光学传感器可以是相同的或以可以包括至少两种不同类型的光学传感器的方式可以是不同的。如下面进一步详细描述的，至少一个光学传感器可以包括无机光学传感器和有机光学传感器中的至少一种。如在本文所使用的，有机光学传感器通常是指具有包含在其中的至少一种有机材料的光学传感器，优选至少一种有机光敏材料。此外，可以使用包括无机和有机材料的光学传感器。
至少一个光学传感器具体可以是或可以包括至少一个纵向光学传感器。另外，如上所述并如下面更详细描述的，一个或多个横向光学传感器可以是光学检测器的一部分。对于术语“纵向光学传感器”和“横向光学传感器”的潜在定义以及对于这些传感器的潜在实施例，作为示例，可以参考如WO 2014/097181 A1中示出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。其它设置是可行的。
至少一个光学传感器优选地包含至少一个纵向光学传感器，即，适配于确定至少一个对象的纵向位置(诸如对象的至少一个z坐标)的光学传感器。
优选地，光学传感器或者(在提供多个光学传感器的情况下)至少一个光学传感器可以具有设置和/或可以提供如在WO 2012/110924 A1或US 2012/0206336 A1中所公开的和/或如在WO 2014/097181 A1或US 2014/0291480 A1中公开的至少一个纵向光学传感器的上下文中所公开的光学传感器的功能。
至少一个光学传感器和/或(在提供多个光学传感器的情况下)一个或多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取决于由光束对传感器区域的照射，其中给定相同的照射总功率，传感器信号取决于传感器区域中的光束的几何形状，特别是宽度。在下面，这种效应通常被称为FiP效应，因为给定相同的照射总功率p，传感器信号i取决于光子的通量F，即每单位面积的光子数。评估装置适配于评估传感器信号，优选地通过评估传感器信号来确定宽度。
另外，可以使用一种或多种其它类型的纵向光学传感器。因此，在下文中，在参考FiP传感器的情况下，应当注意，通常可以使用其他类型的纵向光学传感器替代。仍然，由于优异的性能和由于FiP传感器的优点，优选使用至少一个FiP传感器。
在WO 2012/110924 A1、US 2012/0206336 A1、WO 2014/097181 A1或US 2014/0291480 A1中的一个或多个中进一步公开的FiP效应具体地可以用于确定对象的纵向位置，光束从该对象朝向检测器行进或传播。因此，由于光束在优选地可以是非像素化的传感器区域的传感器区域上的束取决于光束的宽度，诸如直径或半径，该光束的宽度再次取决于检测器和对象之间的距离，因此传感器信号可以用于确定对象的纵坐标。因此，作为示例，评估装置可以适配于使用对象的纵坐标和传感器信号之间的预定关系，以便确定纵坐标。可以通过使用经验校准测量和/或通过使用已知的束传播特性(诸如高斯束传播特性)来导出预定关系。对于更多的细节，可参考WO 2012/110924 A1或US 2012/0206336 A1中的一个或多个，或如在WO 2014/097181 A1或US 2014/0291480 A1中公开的纵向光学传感器。具体地，可以执行简单的校准方法，其中朝向光学检测器发射和/或反射光束的对象顺序地放置在沿z轴的不同纵向位置中，从而在光学检测器和对象之间提供不同的空间间隔，并且光学传感器的传感器信号被登记用于每个测量，从而确定传感器信号与对象或其一部分的纵向位置之间的唯一关系。
优选地，在提供多个光学传感器的情况下，诸如光学传感器的堆叠，光学传感器中的至少两个可以适配于提供FiP效应。具体地，可以提供表现出FiP效应的一个或多个光学传感器，其中优选地，表现出FiP效应的光学传感器是具有均匀的传感器表面的大面积光学传感器而不是像素化光学传感器。
因此，通过评估随后由光束照射的光学传感器(诸如传感器堆叠的后续光学传感器)的信号，并且通过使用上述FiP效应，可以解决束轮廓中的不确定性，如在WO 2014/097181 A1或US 2014/0291480 A1中具体公开的。因此，高斯光束可以在焦点之前和之后的距离z处提供相同的束宽度。通过沿着至少两个位置测量束宽度，可以通过确定光束是否仍然变窄或变宽来解决该不确定性。因此，通过提供具有FiP效应的两个或更多个光学传感器，可以提供更高的精度。评估装置可以适配于确定至少两个光学传感器的传感器区域中的光束的宽度，并且评估装置可以通过评估该宽度进一步适配于生成关于对象的纵向位置的至少一项信息，光束从该对象朝向光学检测器传播。
具体地，该FiP效应可以在诸如太阳能电池的光检测器中观察到，更优选在诸如有机半导体检测器的有机光检测器中观察到。因此，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)一个或多个光学传感器优选地可以是或可以包括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，通常，光学检测器可以包括至少一个半导体检测器。最优选地，该半导体检测器或半导体检测器中的至少一个可以是包括至少一种有机材料的有机半导体检测器。因此，如在本文所使用的，有机半导体检测器是包括至少一种有机材料(诸如有机染料和/或有机半导体材料)的光学检测器。除了至少一种有机材料之外，还可以包括一种或多种其它材料，其可以选自有机材料或无机材料。因此，有机半导体检测器可以被设计为仅包括有机材料的全有机半导体检测器，或者被设计为包括一种或多种有机材料和一种或多种无机材料的混合检测器。仍然，其它实施例是可行的。因此，一个或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。
作为示例，半导体检测器可以选自由有机太阳能电池、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组成的组。作为示例，具体地，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)一个或多个光学传感器可以是或可以包括染料敏化太阳能电池(DSC)，优选固体染料敏化太阳能电池(sDSC)。如在本文所使用的，DSC通常是指具有至少两个电极的设置，其中电极中的至少一个至少部分透明，其中至少一种n半导体金属氧化物、至少一种染料和至少一种电解质或p半导体材料嵌入在电极之间。在sDSC中，电解质或p半导体材料是固体材料。通常，对于同样可以用于本发明中的一个或多个光学传感器的sDSC的潜在设置，可以参考WO 2012/110924 A1、US 2012/0206336 A1、WO 2014/097181 A1或US2014/0291480 A1中的一个或多个。如在例如WO 2012/110924 A1中说明的上述FiP效应具体可以存在于sDSC中。其它实施例仍是可行的。
因此，通常，至少一个光学传感器可以包括具有层设置的至少一个光学传感器，该层设置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。如上所述，第一电极和第二电极中的至少一个可以是透明的。最优选地，具体地在提供透明光学传感器的情况下，第一电极和第二电极都可以是透明的。
如上面已经提到的，至少一个光学传感器可以是大面积光学传感器，其中大面积光学传感器可以表现出均匀的传感器表面，该传感器表面可以由此构成对应的光学传感器的传感器区域。然而，在优选的可替代实施例中，至少一个光学传感器可以是像素化光学传感器。在此，像素化光学传感器可以完全或至少部分地由像素阵列建立，该像素阵列可以包括以该方式构成传感器区域的多个个体传感器像素。如稍后将更详细地说明的，像素化光学传感器可以包括可以适用于或要求用于相应目的的任何数量的传感器像素。在这方面，可以提及的是，像素化光学传感器内的传感器像素可以是可以位于像素化光学传感器的外围处的边缘传感器像素中的一个，或者在像素阵列包括至少3×3个或更多个传感器像素的情况下，是位于远离像素阵列的外围的非边缘传感器像素中的一个。
在进一步的实施例中，可以同时使用至少两个个体的像素化光学传感器，其中像素化光学传感器中的每一个像素化光学传感器可以完全或至少部分地由包括多个个体传感器像素的像素阵列建立。优选地，至少两个个体像素化光学传感器中的每一个像素化光学传感器可以包括相同种类的像素阵列，该相同种类的像素阵列因此可以表现出相同数量的传感器像素。然而，其它实施例可以是可行的，诸如，单个像素化光学传感器可以包括以下数量的传感器像素的布置，该传感器像素的数量可以是由至少两个单独的像素化光学传感器中的另一个包括的多个传感器像素的数量的倍数。
在这方面，在具体实施例中，至少一个电子元件可以放置在与相应的传感器像素相同的表面上的传感器像素的附近，特别是每一个传感器像素的附近。在此，电子元件可以适配于有助于由对应的传感器像素提供的信号的评估，并且因此可以包括以下中的一个或多个：连接器、电容、二极管、晶体管。特别地，这种布置可以是有利的，因为它可以允许由个体传感器像素提供的信号的更快的读出，诸如通过打开提供从个体传感器像素到光学传感器外围的一个或多个直接电连接的机会。
然而，由于所提到的电子元件对于由入射光束引起的照射不敏感，所以它们对像素化传感器的传感器信号没有贡献。因此，相应的像素化传感器的表面上的区域由此仅能够在部分程度上对传感器信号贡献，因而减少相关光学传感器内的传感器区域的扩展。此外，两个相邻的个体传感器像素可以进一步通过分离条带彼此分离，其中该条带可以包括非导电材料，诸如光致抗蚀剂，其可以特别地适配于避免在两个相邻的传感器像素之间的串扰。作为结果，相关光学传感器上的传感器区域的扩展可因此另外减小。
然而，可以通过至少两个个体像素化光学传感器提供对该特定问题的解决方案，该至少两个个体像素化光学传感器可以以至少两个像素化光学传感器特别地直接放置在彼此顶部的方式布置在垂直于光学检测器的光轴的平面内。此外，至少两个像素化光学传感器的相应位置可以进一步优选地在所提到的平面内的x和y方向上相对彼此偏移一定程度。在此，至少两个像素化光学传感器相对彼此偏移的程度优选地可以表现出比所涉及的像素化光学传感器的侧边缘的相应长度更小的值。因此，至少两个像素化光学传感器可以以如下方式相对彼此偏移，即至少两个像素化光学传感器中的一个(其优选可以是透明的)可以覆盖至少两个像素化光学传感器的至少一个另一个(其可以包括如上所述的电子元件)上的所述区域。作为结果，从入射光束的视角考虑，光学传感器中的传感器区域与仅可包括单个像素化光学传感器的光学传感器中的传感器区域相比因此可以增加。作为示例，在两个像素化光学传感器中的每一个可以包括N个像素的情况下，光学传感器因此可以提供可以表现出等于2N个传感器像素的分辨率的传感器区域。在两个以上的个体透明像素化光学传感器可以以类似方式布置在彼此顶部的情况下，从而覆盖可能对相应光学传感器的传感器信号无贡献的光学传感器的表面上的那些区域，该因子2甚至可以更高。
根据本发明的光学检测器进一步包括至少一个图像传感器，特别是至少一个像素化图像传感器，优选至少一个像素化无机图像传感器，特别是至少一个电荷耦合装置(CCD)和/或基于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的至少一个成像装置。这两种技术通常被已知为适用于线性阵列以及二维阵列的相机或相机芯片。CCD器件和CMOS器件每一个包括这里被称为“图像像素”的像素矩阵，特别是与其它地方描述的像素化光学传感器内所包括的“传感器像素”相对比。在图像传感器中，每个图像像素可对至少一个入射光束敏感，然而，其中与光学传感器的传感器信号相反，图像传感器的传感器信号通常不取决于由入射光束对传感器区域的照射，特别是不取决于入射到传感器区域上的光束的宽度。通过示例的方式，使用CMOS技术的相机传感器通常基于所谓的“有源像素传感器”(APS)的一维或二维矩阵的应用。有源像素传感器是包括有源像素矩阵的图像传感器，其中除了至少一个光电二极管之外，每一个像素还包括集成的读出电路，该集成的读出电路包括集成在像素中的三个或更多个晶体管，诸如MOS-FET晶体管。取决于相应光电二极管的照射，有源像素允许由光电二极管生成的信号的预放大，其中与CCD技术相反，放大的信号可以直接读出为电压，其中光电二极管的电荷通过矩阵逐像素传送到外部放大器。
在本发明的特别优选的实施例中，光学传感器和图像传感器可以构成所谓的混合传感器，其中术语“混合传感器”可以指可以同时包括一个或多个有机和/或无机材料的组装件(assembly)，特别是如上和/或如下所描述的一个或多个FiP传感器和一个或多个像素化光学检测器的组合，该一个或多个FiP传感器特别地是根据本发明的一个或多个光学传感器，优选地一个或多个有机光学传感器；该一个或多个像素化光学检测器特别是图像传感器，优选一个或多个无机图像传感器，特别是如上所述的一个或多个CCD器件或一个或多个CMOS器件。因此，混合传感器包括一个或多个光学传感器，其中传感器信号就照射的总功率而言表现出对由光束对传感器区域的照射的非线性依赖性；以及一个或多个图像传感器，其中图像信号就照射的总功率而言表现出对由光束对图像像素的照射的线性依赖性。因此，混合传感器能够检测就由入射光束引起的照射的总功率而言的线性和非线性函数。
该特征与从可以组合不同类型的无机图像传感器的组装件中已知的传统混合传感器相反，该不同类型的无机图像传感器包括通常在它们的制造方法方面不兼容的不同种类的材料。因此，传统的混合传感器允许提供可以基于不同材料的应用来执行各种任务的复合传感器。因此，以类似的方式，根据本发明的混合传感器可以将无机图像传感器的优点与有机光学传感器的优点相结合。然而，混合传感器可以包括至少一个图像传感器，该图像传感器可以仅包括用于有机光学传感器的材料。特别地，该组装件可以指混合传感器的空间布置，其中光学传感器可以以在光学传感器和图像传感器之间不再放置进一步的光学元件的方式位于图像传感器的直接附近。因此，可以提供特定的空间布置，其可以使得两种不同类型的传感器或其至少一部分可以直接地或者通过在混合装置的至少两个构件之间提供接合来彼此接触。
在此，特别优选的是，像素化光学传感器的传感器像素中的至少一个可以诸如通过使用公知的接合技术(诸如引线接合、直接接合、球接合或粘合剂接合)电连接到顶接触，该顶接触如由包括在光学传感器附近的图像传感器内的一个或多个图像像素提供。可替代地或另外，可以通过利用位于一个或多个图像像素与至少一个相邻传感器像素之间的透明接触来使用直接接触，其中透明接触可以再次直接接触顶接触，该顶接触可以用作通向图像传感器的图像像素的连接器的过孔。然而，可以利用其它种类的接合技术。这种空间布置可以特别有利于将分隔的光学传感器直接放置在图像传感器的顶部上，因为它可以容易地允许提供特别地到分隔的光学传感器的非边缘传感器像素(即，没有位于分隔的光学传感器的容易接近的外围的那些传感器像素)的电接触。通过示例的方式，通过使用相邻的图像传感器的一个或多个顶接触，可因此提供到光学传感器的每一个非边缘传感器像素的电接触，而诸如以电线形式的电接触可以直接附接到光学传感器的每一个边缘传感器像素。然而，提供电接触的其它方式是可行的。
关于这种或其它种类的布置，一个或多个光学传感器和至少一个图像传感器的组装件可以使得入射光束可以在到达图像传感器之前首先入射到一个或多个光学传感器上，其中光学传感器和图像传感器都可以包括每一个可以垂直于检测器的光轴布置的传感器区域。这种组装件可以特别地对这种实施例是有用的，其中，光学传感器可以是完全或至少部分透明的而一个图像传感器、特别是相对于入射光束方向的最后一个图像传感器可以是不透明的。此外，这种组装可以特别地在以下情况下是有用的，在该情况中，光学传感器可以用作适配于确定记录的场景内的纵向位置的纵向光学检测器，而图像传感器可以可替代地或另外地用作被配置为确定在记录的场景内的至少一个横向位置的横向光学传感器，横向位置是垂直于光学检测器的光轴的至少一个维度中的位置，其中横向光学传感器可以适配于生成同样可以由评估装置评估的至少一个横向传感器信号。然而，特别地，取决于光学检测器的期望目的，混合传感器内的两种类型的传感器的其它空间布置是可行的。在此，在混合传感器内的两种传感器的其它空间布置可以实现的情况下，同样可以利用两种传感器的上述功能。
在这方面，每种传感器可以表现出特定的像素分辨率，其中术语“像素分辨率”通常可以指可以包括在指定区内(诸如在1mm2或1cm2的相应传感器的表面面积内)的相应传感器的像素数。因此，图像传感器就其传感器像素和传感器区而言可以表现出第一像素分辨率，而像素化光学传感器就其图像像素和传感器区而言可以表现出第二像素分辨率。在优选实施例中，分配给图像传感器的第一像素分辨率可以等于或超过分配给光学传感器的第二像素分辨率。通过示例的方式，混合传感器可以以FiP装置的像素分辨率可以低于相关图像传感器的像素分辨率的方式来设计。因此，作为示例性的组装件，对于光学传感器的每个传感器像素，诸如4×4、16×16、32×32、64×64、128×128、256×256、1024×1024个或更多个图像像素的图像像素矩阵可以包括在相应的CCD或CMOS装置内。然而，与传感器像素相比，其它数量的图像像素是可行的。除了允许更容易地制造混合装置之外，使用每个光学传感器一个图像像素矩阵的这种布置在横向分辨率和/或颜色分辨率方面是有利的。
如在本文进一步使用的，术语“评估装置”通常是指适配于评估传感器信号以便从传感器信号导出至少一项信息的任意装置。因此，此外，术语“评估”通常是指从输入(诸如传感器信号)导出至少一项信息的过程。评估装置可以是一体的集中评估装置，或者可以由多个协作装置组成。作为示例，至少一个评估装置可以包括至少一个处理器和/或至少一个集成电路，诸如至少一个专用集成电路(ASIC)。评估装置可以是具有在其上运行的计算机程序的可编程装置，其适配于执行至少一个评估算法。另外或可替代地，可以使用非可编程装置。评估装置可以与至少一个光学传感器分离，或者可以完全地或部分地集成到至少一个光学传感器中。
评估装置具体可以适配于通过评估传感器信号来生成关于至少一个对象的纵向位置的至少一项信息，光束从该至少一个对象朝向光学检测器传播。对于术语“纵向位置”的定义和确定纵向位置的潜在方式，可以参考上述文献WO 2012/110924 A1、US 2012/0206336 A1、WO 2014/097181 A1或US 2014/0291480 A1中的一个或多个以及其中公开的FiP效应的用途。因此，传感器信号通常取决于由光束在传感器区域中生成的光斑的宽度。因此，每当可调焦透镜在特定时间点的焦距以及从对象朝向检测器传播的光束的特性是已知的时，则传感器信号指示对象的纵向位置，诸如对象与光学检测器之间的距离。因此，通常，术语纵向位置通常可以指对象或其一部分在平行于光学检测器的光轴的轴(诸如光学检测器的对称轴)上的位置。作为示例，关于对象的纵向位置的至少一项信息可以简单地指对象和检测器之间的距离，和/或可以简单地指对象的所谓z坐标，其中z轴被选择为平行于光轴和/或其中光轴被选择作z轴。对于进一步的细节，可以参考上述文献中的一个或多个。因此，通常，例如，可调焦透镜的焦距被改变的传感器信号中极大值的位置允许确定关于对象的纵向位置的至少一项信息，如下面的进一步的示例性实施例中所解释的。
如上所述，为了确定纵向位置和传感器信号之间的至少一个预定或可确定的关系，可以使用分析方法或经验方法或甚至半经验方法。分析地，通过假设光束的高斯传播，当传感器区域上的光斑的宽度与传感器信号之间的关系已知时，传感器信号可以从光学检测器设置的光学特性导出。经验地，如上所述，可以执行简单的实验来校准光学检测器的设置，诸如通过将对象放置在距光学检测器不同的距离处，并且对于每个距离，记录传感器信号。作为示例，对于每个距离，可以针对周期性传感器信号确定局部极小值和/或局部极大值的至少一个相位角，并且可以确定至少一个相位角和对象的距离之间的经验关系。其它经验校准测量是可行的。
此外，评估装置适配于评估传感器信号和图像信号。如上所述，光学传感器的传感器信号就照射的总功率而言表现出对由光束对传感器区域的照射的非线性依赖性，而图像信号就照射的总功率而言表现出对由光束对图像像素的照射的线性依赖性。如在本文所使用的，图像信号和对应图像像素的照射之间的“线性依赖性”描述了图像信号的行为，其通过观察到图像信号以与对应图像像素的照射的增加相同的方式增加来表征。通过示例的方式，图像像素的照射总功率的10％、50％、100％或200％的增加因此可以导致对应的图像信号的10％、50％、100％或200％的增加，对应的图像信号可以包括电流或电压。如通常已知的，这种线性行为通常只能在某些限制内可观察到，这些限制可取决于对应装置的具体设置，其中该限制特别地以如下方式选择，即诸如在对应图像像素的照射的非常高的总功率下的图像信号的饱和度的附加效应可以明确地忽略。
与该行为相反，传感器信号与对应传感器区域的照射之间的“非线性依赖性”的通过观察到传感器信号不以上述线性方式上升来表征。如在WO 2012/110924 A1和US 2012/0206336 A1中已经解释的，给定相同的照射总功率，由相应的光学传感器生成的传感器信号取决于照射的几何形状，特别取决于传感器区上的照射的束横截面。作为结果，传感器信号的增加不仅取决于照射的总功率的增加，而且还取决于可导致所描述的非线性行为的进一步的技术效果。根据本发明，因此，传感器信号可以表现出对照射的总功率的依赖性，并且作为上述FiP效应的结果，对照射的几何形状表现出依赖性。因此，在第一方面，传感器信号以与图像传感器相同的方式表现出对照射的功率的线性依赖性，然而，在第二方面，其可以被对光学传感器的照射的几何形状的附加的非线性依赖性叠加。
因此，在优选示例中，传感器信号对光学传感器的照射的总功率的非线性依赖性可以由包括线性部分和非线性部分的非线性函数表示，其中除了进一步的效果，诸如上述饱和度之外，两部分之和可以非常准确地描述传感器信号就传感器区域的照射而言的非线性行为。在这方面，线性部分和非线性部分的每一个总和特别地可以在特定时间点导出。此外，由于图像信号表现出对由光束对图像像素的照射的线性依赖性，所以图像信号可以以类似的方式仅由非线性函数的线性部分表示。
因此，将评估装置装配成能够确定非线性函数的线性部分和/或非线性部分的设置可以是有利的。为此目的，如上所述，评估装置可以评估传感器信号和图像信号，并且另外从所提到的图像信号导出非线性函数的线性部分，而总非线性函数可以从传感器信号获取。因此，在优选示例中，评估装置可以包括可适配于提供传感器信号和图像信号之间的差的处理电路。在此，术语“提供差”可以指可适配于特别地针对特定时间点以单个值的形式获取相同物理量的两个值之间(诸如两个不同的电流值或两个不同的电压值之间)的差别的过程和设备，该单个值通常表示为两个值之间的差。如上所述，由于传感器信号可以包括就传感器的照射总功率而言的非线性函数的线性部分和非线性部分，而图像信号可以仅提供该相同的非线性函数的非线性部分，所以在该优选示例中，有利的是，确定非线性函数的非线性部分以特别地对于一个或多个具体的时间点来提供传感器信号和图像信号之间的差。
可以优选地是评估装置的一部分的处理电路可以包括一个或多个运算放大器，其在已知的布置中可以适配于在一个或所需时间点提供信号之间的差。将在后面更详细地描述对于这个目的有用的特别优选的示例，其中运算放大器可以是配置用于提供差分放大器的电路的一部分。然而，同样可以采用用于提供所提到的差的其它设置，诸如其它电子装置。可替代地或另外，所提到的差同样可以通过使用适配于执行所提到的任务的一款软件来确定，然而所提到的任务可以在评估装置内部或外部可执行该软件。
作为结果，通过提供传感器信号和图像信号之间的差，可以因此获得诸如电流或电压的对应物理量的纯非线性部分。如可以观察到的，对于入射光束的低强度，从FiP传感器的传感器信号导出的纯非线性部分通常可以表现出可能是主导的有力贡献，然而，对于入射光束的增加的强度，作为FiP传感器的传感器信号的一部分的纯非线性部分可能变弱。在这方面，非线性函数的线性部分可以被认为是一种渐近背景，其可以优选地从期望的信号中减去，即，可以与上述FiP效应直接相关的纯非线性部分。因此，本发明的方法和装置特别可以用于确定由FiP效应提供的非线性贡献，特别是在入射光束内的普遍低的强度下。因此，有利的是，特别是当仅低强度可用时，可以以这种方式增加传感器信号的信号质量。
因此，在这方面，特别优选的是，可以利用包括如上和/或如下所述的至少一个光学传感器和至少一个图像传感器的混合传感器。特别是通过使用两种不同类型的传感器被定位为以在光学传感器和图像传感器之间不再放置进一步的光学元件的方式相对于彼此直接相邻的空间布置，可以确保由光学传感器获取的所提到的非线性函数的线性部分和由图像传感器记录的线性函数可以基本上相同。因此，可能特别优选的是，混合传感器内的光学传感器和图像传感器之间的距离可以尽可能低，以便确保在混合传感器内的光学传感器和图像传感器的相应位置处存在基本上相同的条件，特别相对于照射功率。因此，如上和/或如下所述的混合装置可以是特别优选的，更优选地是可以通过使用相邻图像传感器的顶接触中的一个或多个来电连接光学传感器的传感器像素的混合装置，因为这种布置可以允许两种传感器之间的较小距离。
此外，这种布置可以优选地适用于光学传感器是像素化光学传感器的情况，其中像素化光学传感器的使用可以允许确定在垂直于光学检测器的光轴的平面内的多个传感器信号。由于图像传感器已经以像素化传感器的形式提供，因此可以逐像素地比较传感器信号和图像信号。然而，其它实施例是可能的，诸如特别优选的实施例，其中，对于光学传感器的每个传感器像素，诸如4×4、16×16、32×32、64×64、128×128、256×256、1024×1024或更多个图像像素的图像像素矩阵可以包括在对应的图像传感器内。在该特定实施例中，可以对提到的矩阵内的每个图像像素的图像信号进行平均，以便获取相对于每个传感器像素的单个值的图像信号的单个值，特别是以便更容易地允许提供在相应传感器信号和图像像素矩阵上平均的图像信号之间的差异。
如上所述，除了可以优选组合到至少一个混合传感器中的至少一个纵向光学传感器和至少一个图像传感器之外，光学检测器以及至少一个评估装置可以包括一个或多个附加元件。因此，作为示例，光学检测器可以进一步包括至少一个调制装置、至少一个横向光学传感器、至少一个可调焦透镜、至少一个焦点调制装置、至少一个成像装置和/或至少一个分束装置，这将在下面更详细地描述。
具体地，在至少一个光学传感器或一个或多个光学传感器提供上述FiP效应的情况下，光学传感器的传感器信号可以取决于光束的调制频率。作为示例，FiP效应可以用作0.1Hz至10kHz的调制频率。因此，如下面将进一步详细描述的，光学检测器可以进一步包括适配于光束的幅度调制和/或适配于光束的至少一个光学特性的任何其它类型的调制的至少一个调制装置。因此，调制装置可以与下面提到的可调焦透镜或焦点调制装置中的一个或多个相同。另外或可替代地，可以提供至少一个附加调制装置，诸如斩波器、调制光源或适配于调制光束强度的其它类型的调制装置。另外或可替代地，可以提供附加的调制，诸如通过使用适配于以调制的方式发射光束的一个或多个照射源。
在使用多个调制的情况下，诸如通过调制装置的第一调制和通过可调焦透镜的第二调制，或这两种调制的任何任意组合，调制可以在相同的频率范围或不同的频率范围中执行。因此，作为示例，通过可调焦透镜的调制可以处于第一频率范围内，诸如在0.1Hz至100Hz的范围内，而另外，光束本身可以任选地另外由至少一个第二调制频率调制，诸如在100Hz至10kHz的第二频率范围内的频率，诸如通过可选的另外的至少一个调制装置来调制。此外，在使用一个或多个调制光源和/或照射源(诸如集成到一个或多个信标装置中的一个或多个照射源)的情况下，这些照射源可以以不同的调制频率调制，以便区分源自不同照射源的光。因此，例如，可以使用多于一个的调制，其中使用由可调焦透镜生成的至少一个第一调制，以及由照射源进行的第二调制。通过执行频率分析，可以分离这些不同的调制。
如上所述，可以通过适当的调制来启用和/或增强FiP效应。可以通过实验容易地识别最佳调制，诸如通过使用具有不同调制频率的光束和通过选择具有易于测量的传感器信号(诸如最优传感器信号)的频率。对于不同调制目的的进一步细节，可以参考WO 2014/198625 A1。
可以选择表现出上述FiP效应的各种类型的光学传感器。为了确定光学传感器是否表现出上述FiP效应，可以进行简单的实验，其中光束被引导到光学传感器上，从而生成光斑，并且其中光斑的尺寸被改变，记录由光学传感器生成的传感器信号。该传感器信号可以取决于光束的调制，诸如通过调制器、调制装置(modulation device)或调制装置(modulating device)，例如通过斩波器轮、遮光轮、电光调制装置和声光调制装置等。具体地，传感器信号可以取决于光束的调制频率。在给定相同的照射总功率，传感器信号取决于光斑的尺寸，即取决于传感器区域中光束的宽度的情况下，光学传感器适合用作FiP效应光学传感器。
如上所述，光学检测器的至少一个光学传感器可以是或可以包括或可以用作至少一个纵向光学传感器，该纵向光学传感器适配于生成纵向光学传感器信号，评估装置可从该纵向光学传感器信号导出关于朝向检测器传播的光束所源自的对象的纵向位置的至少一项信息。然而，另外，光学检测器可以进一步适配于导出关于对象的横向位置的至少一项信息。对于术语“横向位置”的潜在定义以及测量该横向位置的潜在方式，可以参考WO2014/097181 A1或US 2014/0291480 A1中的一个或多个。因此，作为示例，横向位置可以是对象或其一部分在垂直于与光学检测器的光轴平行的上述轴的平面和/或垂直于检测器的光轴本身的平面中的位置。作为示例，该平面可以被称为x-y平面。换句话说，可以使用笛卡尔坐标系，其中光轴作为z轴或者平行于光轴的轴作为z轴，并且x轴和y轴垂直于z轴。仍然可以使用其它坐标系，诸如，具有上述z轴和作为另外的坐标的半径和极角的极坐标系，其中半径和极角可以被称为横坐标。
因此，通常，光学检测器可以进一步包括至少一个横向光学传感器，横向光学传感器适配于确定光束的横向位置，横向位置是垂直于检测器的光轴的至少一个维度中的位置，横向光学传感器适配于生成至少一个横向传感器信号。评估装置可以进一步适配于通过评估横向传感器信号来生成关于对象的横向位置的至少一项信息。
生成横向传感器信号的许多方法是可行的。作为示例，为了确定对象的横向位置，可以使用成像装置，诸如包括图像传感器的成像装置，优选地如上所述和/或如下所述的CCD器件或CMOS器件，或此类附加成像装置，并且通过评估由成像装置或附加成像装置生成的图像来简单地确定横向位置。然而，另外或可替代地，可以使用其它类型的横向光学传感器，作为示例，其可以适配于直接生成可以导出对象的横向位置的传感器信号。
对于至少一个可选横向光学传感器以及由该至少一个可选横向光学传感器生成的一个或多个横向光学传感器信号的评估的潜在示例性实施例，可以再次参考WO 2014/097181 A1或US 2014/0291480 A1中的一个或多个。其中公开的横向光学传感器的设置同样可以用在根据本发明的光学检测器中。
因此，如在WO 2014/097181 A1或US 2014/0291480 A1中的一个或多个中所公开的，至少一个横向光学传感器可以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检测器，其中光伏材料嵌入在第一电极和第二电极之间，其中光伏材料适配于响应于用光对光伏材料的照射而生成电荷，其中第二电极是具有至少两个部分电极的分割电极，其中横向光学传感器具有传感器区域，其中至少一个横向传感器信号指示光束在传感器区域中的位置。其中，通过部分电极的电流可以取决于光束在传感器区域中的位置，其中横向光学传感器适配于根据通过部分电极的电流生成横向传感器信号。检测器，具体地评估装置可以适配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。对于传感器信号的该类型的评估的进一步细节和示例性实施例，可以参考WO2014/097181 A1或US 2014/0291480 A1。
具体地，如同样在WO 2014/097181 A1或US 2014/0291480 A1中公开的，至少一个横向光学传感器可以是或可以包括至少一种染料敏化太阳能电池。第一电极至少部分地可以由至少一种透明导电氧化物制成，其中第二电极至少部分地由导电聚合物制成，优选由透明导电聚合物制成。其它实施例仍是可行的。
如上所述，光学检测器可以包括一个或多个光学传感器，其中优选地，光学传感器中的至少一个满足纵向光学传感器的上述目的，生成传感器信号，至少一个评估装置可以从该传感器信号导出关于朝向检测器传播的光束所源自的对象的纵向位置的至少一项信息。另外，可以提供一个或多个横向光学传感器。至少一个可选横向光学传感器可以与至少一个纵向光学传感器分离，或者可以完全地或部分地集成到至少一个纵向光学传感器中。各种设置是可行的。
在使用多个光学传感器的情况下，可以以各种方式放置光学传感器。作为示例，这些光学传感器可以被放置在光束的同一束路径中。另外或可替代地，两个或更多个光学传感器可以被放置在设置的不同分支中，从而诸如通过使用分束元件被放置在不同的部分束路径中。
具体地，在使用多个光学传感器的情况下，可以将光学传感器中的两个或更多个布置为光学传感器的堆叠。因此，通常，至少一个光学传感器可以包括至少两个光学传感器的堆叠，如例如在WO 2014/097181 A1或US 2014/0291480 A1中公开的。堆叠的光学传感器中的至少一个可以是至少部分透明的光学传感器。
如上所述，光学检测器可以进一步包括位于光束的至少一个束路径中的至少一个可调焦透镜。优选地，同样可以称为柔性透镜的至少一个可调焦透镜可以位于至少一个光学传感器之前的束路径中，或者在提供多个光学传感器的情况下，位于光学传感器中的至少一个之前的束路径中，以使得光束在到达至少一个光学传感器之前通过至少一个可调焦透镜，或者在提供多个可调焦透镜的情况下，通过可调焦透镜中的至少一个。
如在此所使用的，术语“可调焦透镜”通常是指适配于以受控方式修改穿过可调焦透镜的光束的焦点位置的光学元件。可调焦透镜可以是或可以包括一个或多个透镜元件，诸如具有可调节或可调焦距的一个或多个透镜和/或一个或多个曲面镜。作为示例，一个或多个透镜可以包括双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜、凸凹透镜或凹凸透镜中的一个或多个。一个或多个曲面镜可以是或可以包括凹面镜、凸面镜或具有一个或多个弯曲反射表面的任何其它类型的反射镜中的一个或多个。如技术人员将会认识到的，其任意组合通常是可行的。其中，“焦点位置”通常是指光束具有最窄宽度的位置。仍然，术语“焦点位置”通常可以指其它光束参数，诸如发散度、瑞利长度等，这对于光学设计点的技术人员将是显而易见的，因此，作为示例，可调焦透镜可以是或可以包括至少一个透镜，其焦距可以诸如通过外部影响光、控制信号、电压或电流以受控的方式改变或修改。焦点位置的改变同样可以通过包括可切换折射率的光学元件来实现，该光学元件本身可以不是聚焦装置，但是当放置在光束中时仍可以改变固定聚焦透镜的焦点。如在本上下文中进一步使用的，术语“以受控的方式”通常是指如下事实，即由于可被施加到可调焦透镜上的影响而进行修改，以使得通过可调焦透镜的光束的实际焦点位置和/或可调焦透镜的焦距可通过施加外部影响到可调焦透镜上而被调节为一个或多个期望值，诸如通过向可调焦透镜施加控制信号，诸如数字控制信号、模拟控制信号、控制电压或控制电流中的一个或多个。具体地，可调焦透镜可以是或可以包括诸如透镜或曲面镜的透镜元件，其焦距可以通过施加诸如电控制信号的适当控制信号来调节。
可调焦透镜的示例在文献中是众所周知的，并且是可商购的。作为示例，可以参考可调透镜，优选电可调透镜，如可从瑞士的Digikon(CH-8953)的Optotune AG公司(Optotune AG,CH-8953Dietikon,Switzerland)获得，其可在本发明的上下文中使用。此外，可以使用从法国里昂(69007)的Variopti(Varioptic,69007Lyon,France)商购的可调焦透镜。进一步参考N.Nguyen的2010年第4期第031501页的“Micro-optofluidic Lenses”的评论杂志(N.Nguyen，Micro-optofluidic Lenses：A review，Biomicrofluidics，4，p.031501，2010)，或Uriel Levy和Romi Shamai等人2008年第4期第97页的微流体纳米流体的可调光流体装置(Uriel Levy,and Romi Shamai,Tunable optofluidic devices,Microfluid Nanofluid,4,p.97,2008)。
可调焦透镜的各种原理在本领域中是已知的，并且可以在本发明中使用。因此，首先，可调焦透镜可以包括至少一种透明的可成形材料，优选可以改变其形状并且因此可由于诸如机械影响和/或电气影响的外部影响改变其光学特性和/或光学界面的可成形材料。施加影响的致动器可以具体地是可调焦透镜的一部分。另外或可替代地，可调焦透镜可以具有用于向可调焦透镜提供至少一个控制信号的一个或多个端口，诸如一个或多个电端口。可成形材料可以具体选自由透明液体和透明有机材料(优选聚合物，更优选电活性聚合物)组成的组。组合仍是可能的。因此，作为示例，可成形材料可以包括两种不同类型的液体，诸如亲水性液体和亲脂性液体。其它类型的材料是可行的。
可调焦透镜可以进一步包括用于成形可成形材料的至少一个界面的至少一个致动器。致动器具体可以选自由用于控制可调焦透镜的透镜区域中的液体量的液体致动器或适配于电改变可成形材料的界面的形状的电致动器组成的组。
可调焦透镜的一个实施例是静电可调焦透镜。因此，可调焦透镜可以包括至少一种液体和至少两个电极，其中液体的至少一个界面的形状可以通过将电压或电流中的一者或二者施加到电极而改变，优选地通过电润湿。另外或可替代地，可调焦透镜可以基于一种或多种电活性聚合物的使用，电活性聚合物的形状可以通过施加电压和/或电场来改变。
如下面将进一步详细描述的，可以使用一个可调焦透镜或多个可调焦透镜。因此，可调焦透镜可以是或可以包括单个透镜元件或多个单个透镜元件。另外或可替代地，可以使用诸如在一个或多个模块中互连的多个透镜元件，每个模块具有多个可调焦透镜。因此，如下面将进一步详细描述的，至少一个可调焦透镜可以是或可以包括至少一个透镜阵列，诸如微透镜阵列，诸如在C.U.Murade等人光学快报第20卷第16期18180-18187(2012)(C.U.Murade et al.,Optics Express,Vol.20,No.16,18180-18187(2012))中公开的。其它实施例是可行的。
可调焦透镜的调节可以通过应用至少一个焦点调制装置来实现，所述至少一个焦点调制装置适配于向可调焦透镜提供至少一个焦点调制信号，从而调制焦点位置。如在本文所使用的，术语“焦点调制装置”通常可以指适配于向可调焦透镜提供至少一个焦点调制信号的任意装置。具体地，焦点调制装置可以适配于向可调焦透镜提供至少一个控制信号，诸如至少一个电控制信号，诸如数字控制信号和/或模拟控制信号，诸如电压和/或电流，其中可调焦透镜适配于根据控制信号修改光束的焦点位置和/或调整其焦距。因此，作为示例，焦点调制装置可以包括适配于提供控制信号的至少一个信号发生器。作为示例，焦点调制装置可以是或可以包括信号发生器和/或振荡器，该信号发生器和/或振荡器适配于生成电子信号，更优选地，周期性电子信号，诸如正弦信号、方形信号或三角信号，更优选地，正弦或三角电压和/或正弦或三角电流。因此，作为示例，焦点调制装置可以是或可以包括电子信号发生器和/或电子电路，其适配于提供至少一个电子信号。该信号可以进一步是正弦函数的线性组合，诸如平方正弦函数，或sin(t2)函数。另外或可替代地，焦点调制装置可以是或可以包括至少一个处理装置，诸如至少一个处理器和/或至少一个集成电路，其适配于提供至少一个控制信号，诸如周期性控制信号。
因此，如在本文所使用的，术语“焦点调制信号”通常是指适配于由可调焦透镜读取的控制信号，并且其中可调焦透镜适配于根据焦点调制信号调节光束的至少一个焦点位置和/或至少一个焦距。对于焦点调制信号的潜在实施例，可以参考控制信号的上述实施例，因为控制信号同样可以被称为焦点调制信号。
焦点调制装置可以完全或部分地被体现为与至少一个可调焦透镜分开的单独装置。另外或可替代地，焦点调制装置同样可以完全或部分地被体现为至少一个可调焦透镜的一部分，诸如通过将至少一个焦点调制装置完全或部分地集成到至少一个可调焦透镜。
另外或可替代地，焦点调制装置可以完全或部分地集成到下面进一步详细描述的至少一个评估装置中，诸如通过将这些元件集成到同一计算机和/或处理器中。另外或可替代地，至少一个焦点调制装置也可以诸如通过使用至少一个无线或有线连接来连接到至少一个评估装置。此外，可替代地，焦点调制装置和至少一个评估装置之间不存在物理连接。
如上所述，光学检测器可以进一步包括至少一个成像装置，其可以适配于记录由光学检测器捕获的图像。在此，术语“成像”可以指以空间分辨的方式(即关于可以相对于场景或其一部分定义的至少一个空间坐标，优选地两个或三个空间坐标)获取场景或其一部分的光学量的值，特别是照射、波长，诸如颜色；极化；发光，诸如荧光；或传输。因此，图像可以包括整个场景或场景的一部分的一维、二维或三维图像，其中“场景”可以指光学检测器的任意周围，作为示例，包括一个或多个对象，其中可以捕获场景的图像。在此，场景可以是建筑物或房间或其一部分内的场景，或者可以是建筑物或房间外的场景。此外，至少一个图像可以包括单个图像或图像的渐进序列，诸如视频或视频剪辑。
因此，至少一个成像装置通常可以指包括至少一个光敏元件的任意装置，所述至少一个光敏元件可以是空间分辨的，并且因此适配于在一维、二维或三维中记录空间分辨的光学信息。类似地，在空间与空间内的至少一个光敏元件的时间移动之间的关系是已知的情况下，至少一个光敏元件可以同样地是时间分辨的，并且因此仍适配于在一维、二维或三维中记录空间分辨的光学信息。
在第一实施例中，如以上和/或以下描述的光学传感器可以特别以光学传感器实际构成成像装置的方式使用，即成像装置与光学传感器相同。有利地，单个传感器因此仍然足以能够记录空间分辨的光学信息。
在第二实施例中，可以关于所提及的光学传感器表现出相同或相似的性质的至少一个附加的纵向光学传感器可用作至少一个成像装置。在两个实施例中，至少一个光学传感器可以特别地表现出作为大面积光学传感器的上述FiP效应，其中大面积光学传感器具有构成传感器区域的均匀传感器表面，而不是通常包括多个单独的传感器像素的像素化光学传感器。作为结果，这些特定实施例中的成像装置可能只能够提供关于场景深度的图像。
然而，为了克服这种限制，作为进一步的实施例，可替代地或另外，成像装置可以包括如上和/或如下提及的可选横向光学传感器中的至少一个，其适配于记录关于图像的至少一个横坐标。在此，横向光学传感器可以优选地是具有构成传感器区域的均匀传感器表面和至少一对电极的大面积光检测器，其中电极中的至少一个可以是具有至少两个部分电极的分割电极。因此，对应的横向传感器信号因而可以根据通过部分电极的电流来生成，其中关于横向位置的信息优选地可以从通过部分电极的相应电流的至少一个比率导出。因此，包括至少一个横向光学传感器的该特定实施例中的成像装置可以提供二维平面图像，或者与至少一个包含的或附加的纵向光学传感器组合提供关于记录的场景或其记录的一部分的三维空间图像。
在进一步特别优选的实施例中，另一方面，至少一个成像装置可以包括光敏元件的一个或多个矩阵或阵列，其中光敏元件这里可以被称为“像素”(图像元件)。在这方面，像素的矩形一维或二维布置可以是特别优选的，诸如二维正方形布置，其优选包括4×4、16×16、32×32、64×64、128×128、256×256、1024×1024或更多个像素。然而，可以利用具有不同数量的像素的其它布置。因此，关于该实施例，光学检测器可以包括一个或多个成像装置，其中每个成像装置可以具有多个光敏像素。
在这方面，根据本发明的光学传感器可以优选地以具有所谓的“传感器像素”阵列的像素化光学传感器的形式提供，其中每个传感器像素可以表现出FiP效应。对于进一步的细节，可以参考WO 2014/198629 A1，其描述了具有N个传感器像素的光学传感器。
根据本发明，已经包括多个图像像素的图像传感器可用作成像装置。特别地，包括至少一个光学传感器和至少一个图像传感器的混合传感器同样可用作成像装置。可替代地或另外，除了混合装置内的图像传感器之外的另外图像传感器同样可用于该目的。
具体地，至少一个评估装置可以适配于检测传感器信号中的局部极大值或局部极小值中的一者或二者。因此，具体地，在焦点调制装置进行可调焦透镜的周期性调制的情况下，诸如通过周期性地调制至少一个可调焦透镜的焦距，传感器信号可以是或可以包括周期性传感器信号。评估装置可以适配于确定传感器信号中的局部极大值和/或局部极小值的幅度、相位或位置中的一个或多个。如下面将进一步详细描述的，在由FiP传感器生成的信号中的传感器信号中极大值的位置可以指示生成传感器信号的光学传感器处于合焦(infocus)，具有极小值束直径，并且因此光束在光学传感器的传感器区域的该位置中具有最高光子密度。在这方面，可以参考WO 2012/110924 A1、US 2012/0206336 A1、WO 2014/097181 A1或US 2014/0291480 A1中的一个或多个的公开。
因此，评估装置可以适配于检测至少一个传感器信号中的局部极小值或局部极大值中的一者或二者，并且可以适配于确定这些局部极小值和/或局部极大值的位置，诸如通过确定相位(诸如相位角)或出现局部极大值和/或局部极小值的时间中的一个或多个。另外或可替代地，评估装置可以适配于将局部极大值或局部极小值与诸如内部时钟信号的时钟信号比较。因此，通常，评估装置可以评估局部极大值和/或局部极小值的相位和/或频率。另外或可替代地，评估装置可以适配于检测局部极大值和/或局部极小值之间的相移差。如本领域技术人员将认识到的，评估传感器信号的位置、频率、相位或其它属性和/或局部极小值和/或局部极大值中的一者或两者的各种其它方式是可能的。
由于可调焦透镜的调制通常是已知的，诸如可调焦透镜的调制的相位，从传感器信号中的局部极小值和/或局部极大值的位置，可以确定关于对象位置的至少一项信息，诸如关于对象的纵向位置的至少一项信息，光束从该对象朝向光学检测器传播。此外，可以通过使用传感器信号中的局部极小值和/或极大值的位置(诸如这些局部极小值和/或极大值出现的相位角或时间)和关于对象位置的信息项(诸如关于对象的纵向位置的信息项)之间的至少一个预定或可确定的关系来执行关于对象位置的至少一项信息的该确定，。该关系可以凭经验确定，诸如通过假设当从对象传播到检测器时光束的高斯特性，如上述文献WO2012/110924 A1、US 2012/0206336 A1、WO 2014/097181 A1或US 2014/0291480 A1中的一个或多个所公开的。另外或可替代地，该关系可以再次凭经验确定，诸如通过简单的实验，其中对象依次被放置在不同位置处，并且其中每次测量传感器信号，并且确定传感器信号中的局部极小值和/或局部极大值，从而生成指示在一方面局部极小值和/或局部极大值的位置与另一方面关于对象位置的至少一项信息(诸如关于对象的纵向位置的至少一项信息)之间相关性的诸如查找表、曲线、方程的关系或任何其它经验关系。因此，作为示例，可以使用从局部极小值和/或局部极大值的位置导出的至少一个输入变量，并且诸如通过使用算法、方程、查找表、曲线、图形等中的一个或多个，可以生成包含关于对象的位置的至少一项信息的输出变量。再次，该关系可以分析地、经验地或半经验地生成。
因此，通常，评估装置可以适配于通过评估局部极大值或局部极小值中的一者或二者来导出关于至少一个对象的纵向位置的至少一项信息，光束从该至少一个对象朝向光学检测器传播。为此目的，再次，作为示例，评估装置可以包括适配于执行该步骤的一个或多个处理器和/或一个或多个集成电路。作为示例，当在处理器上运行时，一个或多个计算机程序可用于执行该步骤，计算机程序包括用于执行上述步骤的程序步骤。
如上所述，评估装置具体可以适配于执行传感器信号的相敏评估。如在本文所使用的，相敏评估通常是指对在相位轴或时间轴上信号的偏移敏感的信号的评估，以使得信号在时间上的偏移，例如延迟信号和/或加速信号可被登记。具体地，评估可以意味着当评估周期性信号时登记相位角和/或时间和/或指示相移的任何其它变量。因此，作为示例，周期性信号的相敏评估通常可以意味着登记周期信号中的某些特征的一个或多个相位角和/或时间，诸如极小值和/或极大值的相位角。相敏评估具体可以包括确定传感器信号中局部极大值或局部极小值中的一者或二者的位置或锁相检测中的一者或二者。锁相检测方法通常是本领域技术人员已知的。因此，作为示例，可以是周期性信号的焦点调制信号和传感器信号都可以馈送到锁相放大器。控制透镜的调制信号和在锁相检测方法中使用的调制信号可以以(特别是以最优方式)增加信噪比的方式来适配。此外，可以使用评估装置和调制装置之间的反馈回路来调节调制信号，以便提高信噪比。评估传感器信号的其它方法仍是可行的，诸如通过评估传感器信号中的任何其它类型的特征和/或通过将传感器信号与一个或多个其它信号比较。
如上所述，光学检测器包括至少一个光学传感器，其中，优选地，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)这些光学传感器中的至少一个可以用作纵向光学传感器，生成纵向光学传感器信号，评估装置可从该纵向光学传感器信号导出关于朝向光学检测器传播的光束所源自的对象的纵向位置的至少一项信息。对于至少一个可选纵向光学传感器的潜在设置，例如可以参考WO 2012/110924 A1或US 2012/0206336 A1中公开的传感器设置，因为其中公开的光学传感器可以用作纵向光学传感器，诸如距离传感器。通过周期性地调制至少一个可调焦透镜的焦距，可以导出诸如对象距光学检测器的距离的纵向位置。对于至少一个纵向光学传感器的进一步潜在设置，可以参考在WO 2014/097181A1或US 2014/0291480 A1中的一者或二者中公开的纵向光学传感器。再次，通过周期性地调制至少一个可调焦透镜的焦距，可以导出诸如对象距光学检测器的距离的纵向位置。然而，应当注意，至少一个纵向光学传感器的其它设置是可行的。
通常，至少一个光学传感器，具体地至少一个纵向光学传感器，可以包括至少一个半导体检测器。光学传感器可以包括至少两个电极和嵌入至少两个电极之间的至少一种光伏材料。光学传感器可以包括至少一个有机半导体检测器，其具有至少一种有机材料，优选有机太阳能电池，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。光学传感器，具体地纵向光学传感器，可以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，以及至少一个第二电极。其中，第一电极和第二电极中的至少一个电极可以是透明的。为了形成透明光学传感器，甚至第一电极和第二电极都可以是透明的。对于进一步的细节，可以参考WO 2012/110924 A1、US 2012/0206336 A1、WO 2014/097181 A1或US 2014/0291480 A1中的一个或多个。然而，应注意的是，至少一个光学传感器的其它实施例是可行的，即使本文公开的实施例对于本发明的目的是特别有用的。
如将在下面进一步详细描述的，光学检测器可以包括除以上公开的元件之外的一个或多个附加元件。因此，作为示例，光学检测器可以包括一个或多个壳体，其包围一个或多个上述部件或下面进一步详细公开的一个或多个部件。
此外，光学检测器可以包括至少一个传送装置，其中传送装置被设计成将从对象出射的光馈送到横向光学传感器和纵向光学传感器。因此，如在本文所使用的，术语“传送装置”通常是指适配于将光束引导和/或馈送到光学检测器和/或至少一个光学传感器上或中的任意装置或装置的组合，优选地通过以定义明确(well-defined)的方式影响光束的束形状、束宽度或加宽角中的一种或多种，诸如透镜或曲面镜所进行的。因此，传送装置可以是或可以包括以下中的一种或多种：透镜、聚焦镜、散焦镜、反射器、棱镜、光学滤波器、光阑。其它实施例是可行的。以下将详细公开潜在的传送装置的其它示例性实施例。
至少一个可调焦透镜可以与至少一个传送装置分开，或者优选地可以完全或部分地集成到至少一个传送装置中，或者可以是至少一个传送装置的一部分。
可调光学元件(诸如可调焦透镜)提供了能够校正不同距离处的对象具有不同焦点的事实的附加优点。作为示例，可调焦透镜阵列在US 2014/0132724 A1中公开。然而，其它实施例是可行的。此外，对于液体微透镜阵列的潜在示例，可以参考C.U.Murade等人光学快报第16期18180-18187(2012)(C.U.Murade et al.,Optics Express,Vol.20,No.16,18180-18187(2012))。再次，其它实施例是可行的。此外，对于诸如阵列化电润湿微棱镜的微棱镜阵列的潜在示例，可以参考J.Heikenfeld等人2009年1月第20-26页的光学与光子新闻(J.Heikenfeld et al.,Optics&Photonics News,January 2009,20-26)。再次，可以使用微棱镜的其它实施例。
如上所述或将在下面进一步详细描述的，给定相同的照射总功率，至少一个光学传感器的传感器信号取决于传感器区域中的光束的宽度。因此，至少一个光学传感器包括具有上述FiP效应的至少一个传感器。然而，应当注意，除了至少一个FiP传感器之外，可以使用其它类型的光学传感器。
传感器信号优选地可以是电信号，诸如电流和/或电压。传感器信号可以是连续的或不连续的信号。此外，传感器信号可以是模拟信号或数字信号。此外，光学传感器本身和/或结合光学检测器的其它部件可以适配于处理或预处理检测器信号，诸如通过滤波和/或平均，以便提供处理的检测器信号。因此，作为示例，可以使用带通滤波器，以便仅传输特定频率范围的检测器信号。其它类型的预处理是可行的。在下面，当涉及检测器信号时，在使用原始检测器信号的情况与使用预处理检测器信号用于进一步评估的情况之间将不会有差异。
如将在下面进一步详细描述的，评估装置可以包括至少一个数据处理装置，诸如至少一个微控制器或处理器。因此，作为示例，至少一个评估装置可以包括至少一个数据处理装置，至少一个数据处理装置具有存储在其上的包括多个计算机命令的软件代码。另外或可替代地，评估装置可以包括一个或多个电子部件，诸如一个或多个频率混合装置和/或一个或多个滤波器，诸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，作为示例，评估装置可以包括用于执行频率分析的至少一个傅立叶分析器和/或至少一个锁相放大器，或者优选地，一组锁相放大器。因此，作为示例，在提供一组调制频率的情况下，评估装置可以包括用于该组调制频率中的每个调制频率的单独的锁相放大器，或者可以包括适配于诸如顺序地或同时地对于调制频率中的两个或更多个执行频率分析的一个或多个锁相放大器。该种锁相放大器通常在本领域中是已知的。
评估装置可以连接到或可以包括至少一个另外的数据处理装置，其可以用于信息(诸如由光学传感器和/或由评估装置获得的信息)的显示、可视化、分析、分发、通信或进一步处理中的一个或多个。作为示例，数据处理装置可以连接或并入显示器、投影仪、监视器、LCD、TFT、LED图案或进一步的可视化装置中的至少一个。它可以进一步连接或并入能够使用电子邮件、文本消息、电话、蓝牙、Wi-Fi、红外线或互联网接口、端口或连接中的一个或多个发送加密或未加密信息的通信装置或通信接口、音频装置、扬声器、连接器或端口中的至少一个。作为示例，数据处理装置可以使用协议族或栈的通信协议来与评估装置或进一步的装置交换信息，其中通信协议具体可以是如下中的一个或多个：TCP、IP、UDP、FTP、HTTP、IMAP、POP3、ICMP、IIOP、RMI、DCOM、SOAP、DDE、NNTP、PPP、TLS、E6、NTP、SSL、SFTP、HTTP、Telnet、SMTP、RTPS、ACL、SCO、L2CAP、RIP或进一步的协议。协议族或栈具体可以是TCP/IP、IPX/SPX、X.25、AX.25、OSI、AppleTalk或进一步的协议族或栈中的一种或多种。数据处理装置可以进一步连接或并入处理器、图形处理器、CPU、开放多媒体应用平台(OMAPTM)、集成电路、芯片上系统诸如来自Apple A系列或三星S3C2系列的产品、微控制器或微处理器、一个或多个存储器块诸如ROM、RAM、EEPROM或闪速存储器、定时源诸如振荡器或锁相环、计数计时器、实时定时器或上电复位发生器、稳压器、电源管理电路或DMA控制器中的至少一个。各个单元可以进一步通过诸如AMBA总线的总线连接。
评估装置和/或数据处理装置可以通过进一步的外部接口或端口连接至诸如2D相机装置的进一步的装置或者具有进一步的外部接口或端口，该进一步的外部接口或端口诸如串行或并行接口或端口、USB、Centronics端口、FireWire、HDMI、以太网、蓝牙、RFID、Wi-Fi、USART或SPI、或诸如ADC或DAC中的一个或多个的模拟接口或端口、或标准化接口或端口中的一个或多个，2D相机装置使用诸如CameraLink的RGB接口。评估装置和/或数据处理装置可以进一步通过处理器间接口或端口、FPGA-FPGA接口、或串行或并行接口端口中的一个或多个来连接。评估装置和数据处理装置可以进一步连接到光盘驱动器、CD-RW驱动器、DVD+RW驱动器、闪存驱动器、存储卡、磁盘驱动器、硬盘驱动器、固态磁盘或固态硬盘中的一个或多个。
评估装置和/或数据处理装置可以由一个或多个进一步的外部连接器连接或具有一个或多个进一步的外部连接器，该一个或多个进一步的外部连接器诸如电话连接器、RCA连接器、VGA连接器、公母同体连接器、USB连接器、HDMI连接器、8P8C连接器、BCN连接器、IEC60320 C14连接器、光纤连接器、D超小型连接器、RF连接器、同轴连接器、SCART连接器、XLR连接器中的一个或多个，和/或可以为这些连接器中的一个或多个并入至少一个合适的插座。
如上所述，调制器装置可以适配于周期性地用不同的调制频率调制至少两个像素。评估装置具体可以适配于通过用不同调制频率解调传感器信号来执行频率分析。
如上所述，在根据本发明的光学检测器中，评估装置可以适配于从为FiP传感器的至少一个光学传感器的至少一个传感器信号导出关于对象的纵向位置的至少一项信息，因为至少一个光学传感器的传感器信号取决于由光束在光学传感器的传感器区域中生成的光斑的宽度。因此，通常，使用朝向检测器传播的光束所源自的对象的纵坐标与由光束照射的光学传感器的位置处的光束的宽度中的一者或二者之间的已知或可确定的关系，评估装置可以适配于确定对象的纵坐标和/或确定关于对象的纵向位置的至少一项进一步的信息。再次，可以以各种方式确定预定或可确定的关系，诸如通过使用分析方法，诸如使用假设高斯光束的方法，或者通过使用简单的经验校准方法，诸如通过将对象放置在距光学检测器的各种距离处，并确定由光束照射的光学传感器的像素数或由光束在光学传感器的位置处生成的光束或光斑的宽度中的一者或二者。
至少一个光学传感器可以包括至少一个大面积光学传感器，其适配于检测通过多个像素的光束的多个部分。
光学检测器可以包含单个束路径，或者如上所述可以包含多个至少两个不同的部分束路径。在后一种情况下，光学检测器具体可以包括至少一个分束元件，其适配于将光束的束路径分成至少两个部分束路径。在提供多个部分束路径的情况下，至少一个光学传感器可以位于部分束路径中的一个或多个中。
评估装置可以进一步适配于通过评估信号分量来确定图像像素的深度信息。因此，对于图像的特定图像像素或图像像素组，诸如通过使用评估至少一个光学传感器的传感器信号的上述方法，诸如通过使用FiP效应，可以生成关于对象的纵向位置的信息，其中，光束或部分光束从对象朝向检测器传播并到达相应图像像素。因此，对于所有像素或对于一些像素，可以生成深度信息。评估装置可以适配于将图像像素的深度信息与图像组合，以便生成至少一个三维图像，因为由成像装置捕获的二维图像和为一些或甚至所有的图像像素生成的附加深度信息可以合计为三维图像信息。
并入根据本发明的一个或多个光学检测器、评估装置或数据处理装置的单个装置，诸如并入光学传感器、光学系统、评估装置、通信装置、数据处理装置、接口、芯片上系统、显示装置或进一步的电子装置中的一个或多个，的潜在实施例是：移动电话、个人计算机、平板电脑、电视机、游戏机或进一步的娱乐装置。在进一步的实施例中，将在下面进一步详细描述的3D相机功能可集成在用传统2D数字相机可获得的装置中，而在装置的壳体或外观上没有明显的差异，其中对于用户的明显的差异可能只是获取和/或处理3D信息的功能。
具体地，包含光学检测器和/或其一部分(诸如评估装置和/或数据处理装置)的实施例可以是：包含显示装置的移动电话、数据处理装置、光学传感器，可选地传感器光学器件、以及评估装置，用于3D相机的功能。具体地，根据本发明的光学检测器可以适用于娱乐装置和/或诸如移动电话的通信装置的集成。
本发明的进一步实施例可以是光学检测器或其一部分(诸如评估装置和/或数据处理装置)在用于汽车、用于自主驾驶或用于诸如戴姆勒智能驱动系统(Daimler’sIntelligent Drive system)的汽车安全系统的装置中的并入，其中，作为示例，并入一个或多个光学传感器、可选地一个或多个光学系统、评估装置、可选地通信装置、可选地数据处理装置、可选地一个或多个接口、可选地芯片上系统、可选地一个或多个显示装置、或可选地进一步的电子装置的装置可以是车辆、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，将装置集成到汽车设计中可能需要以从外部或内部的最小可视性集成光学传感器，可选的光学器件或装置。光学检测器或其一部分，诸如评估装置和/或数据处理装置可以特别适用于到汽车设计中的这种集成。
使用至少一个可调焦透镜(具体地具有柔性焦距的振荡透镜)以便调制光束或其一部分(诸如用于频率调制)的上述概念提供了许多优点。因此，通常，结合使用用于频率调制的振荡柔性焦距通常将FiP传感器的传感器信号的信号强度增加约50％。
至少一个可调焦透镜可以是或可以包括单个透镜，或者可以包括多个可调焦透镜，诸如可调焦透镜阵列。对于整个阵列或阵列的选定区，这些可调焦透镜的焦距可以周期性地震荡，例如以使得焦点从最小变化到最大焦距以及返回。通过改变焦点的幅度和偏移，可以分析不同的聚焦水平。例如，使用微透镜的对应区域的短焦距可详细分析前面的对象，同时可以同步分析后面的对象。为了区分不同的聚焦水平，微透镜可以以不同的频率振荡，这使得根据这些频率进行分离是可能的，诸如通过使用快速傅立叶变换(FFT)或频率选择的其它方法。当焦点振荡时，当对象在相应的光学传感器内合焦时，FiP传感器的信号可以显示局部极小值或极大值。
因此，本发明的概念可以用于简化光学检测器和/或包括光学检测器的相机的设置。具体地，至少一个FiP传感器可以固有地确定对象是否合焦或离焦。当改变可调焦透镜的焦点位置和/或焦距时，在发射该光束的对象合焦时，FiP传感器可以显示的传感器信号中(诸如FiP电流中)的局部极大值和/或极小值。该概念可用于构建光学检测器和/或相机，其显示合焦的所有对象，并且可优选以同步方式确定深度。
根据本发明，由于可以使用诸如CCD器件和/或CMOS器件的成像装置，成像装置的像素(诸如可以布置在FiP像素下方的CMOS像素)可以记录焦距处的图像，其中FiP曲线显示局部极小值或局部极大值。因此，可以获得简单的方案，以便记录合焦的所有对象的图像。
可以使用焦距来计算对应对象的相对或绝对深度，其中FiP像素在该焦距处检测合焦的对象。结合图像分析和/或滤波器，可以计算3D图像。
根据本发明的该基本原理的光学检测器可以通过可以孤立地或以任何可行的组合使用的各种实施例来进一步开发。
如上面更详细描述的，评估装置优选地可以适配于通过解调具有不同调制频率的传感器信号来执行频率分析。为此目的，评估装置可以包含一个或多个解调装置，诸如一个或多个频率混合装置；一个或多个频率滤波器，诸如一个或多个低通滤波器或一个或多个锁相放大器和/或傅立叶分析器。评估装置优选地可以适配于在预定和/或可调节的频率范围内执行离散或连续的傅里叶分析。
如上所述，评估装置优选地适配于将信号分量中的每一个分配给矩阵的一个或多个像素。评估装置可以进一步适配于通过评估信号分量来确定矩阵的哪些像素由光束照射。因此，由于每个信号分量可以经由唯一的相关性对应于特定像素，所以光谱分量的评估可以导致对像素的照射的评估。作为示例，评估装置可以适配于将信号分量与至少一个阈值比较，以便确定被照射的像素。该至少一个阈值可以是固定阈值或预定阈值，或者可以是可变或可调阈值。作为示例，可以选择高于信号分量的典型噪声的预定阈值，并且在相应像素的信号分量超过该阈值的情况下，可以确定像素的照射。至少一个阈值可以是所有信号分量的统一阈值，或者可以是针对相应信号分量的个体阈值。因此，在不同的信号分量倾向于显示不同程度的噪声的情况下，可以选择个体阈值以便考虑这些个体噪声。
评估装置可以进一步适配于通过识别由光束照射的矩阵像素的横向位置来识别光束的至少一个横向位置和/或光束的取向，诸如相对于检测器的光轴的取向。因此，作为示例，可以通过评估信号分量识别具有最高照度的至少一个像素，来识别像素矩阵上的光束的中心。具有最高照度的至少一个像素可以位于矩阵的特定位置处，然后再次将该特定位置识别为光束的横向位置。在这方面，通常可以参考如在WO 2014/198629 A1中所公开的确定光束的横向位置的原理，即使其它选项是可行的。
通常，如以下将使用的，可以定义检测器的几个方向。因此，可以在坐标系中定义对象的位置和/或取向，该坐标系优选地可以是检测器的坐标系。因此，检测器可以构成如下坐标系，在该坐标系中检测器的光轴形成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，诸如在该坐标系的原点。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z轴的坐标可以被认为是纵坐标。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和/或y坐标可以被认为是横坐标。
可替代地，可以使用其它类型的坐标系。因此，作为示例，可以使用极坐标系，其中光轴形成z轴，并且其中距z轴的距离和极角可用作附加坐标。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z轴的坐标可以被认为是纵坐标。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坐标。
可以以各种方式使用像素矩阵上的光束的中心，其可以是光束在像素矩阵上的中心点或中心区。因此，可以确定用于光束中心的至少一个横坐标，其在下面同样将被称为光束中心的xy坐标。
此外，光束中心的位置可以允许获得关于朝向检测器传播的光束所源自的对象的横向位置和/或相对方向的信息。因此，由光束照射的矩阵的像素的横向位置通过确定具有通过光束的最高照度的一个或多个像素来确定。为此目的，可以使用检测器的已知成像特性。作为示例，从对象向检测器传播的光束可以直接入射在特定区域上，并且从该区域的位置或者特别地从光束的中心的位置，可以导出对象的横向位置和/或方向。可选地，检测器可以包括具有光学特性的至少一个传送装置，诸如至少一个透镜或透镜系统。通常，由于传送装置的光学特性是已知的，诸如通过使用已知的成像方程和/或从射线光学或矩阵光学已知的几何关系，因此在使用一个或多个传送装置的情况下光束在像素矩阵上的中心位置同样可以用于导出关于对象的横向位置的信息。因此，通常，通过评估光束的横向位置和光束的取向中的至少一个，评估装置可以适配于识别朝向检测器传播的光束所源自的对象的横向位置以及朝向检测器传播的光束所源自的对象的相对方向中的一个或多个。在这方面，作为示例，同样可以参考如在WO 2014/097181 A1和WO 2014/198629 A1中的一个或多个中公开的一个或多个横向光学传感器。其它选项仍是可行的。
通过进一步评估光谱分析的结果，具体地通过评估信号分量，评估装置可以进一步适配于导出与光束有关和/或与朝向检测器传播的光束所源自的对象的位置有关的一个或多个其它项信息。因此，作为示例，评估装置可以适配于导出从如下组成的组中选择的一项或多项信息：朝向检测器传播的光束所源自的对象的位置；光束的横向位置；光束的宽度；光束的颜色和/或光束的光谱特性；朝向检测器传播的光束所源自的对象的纵坐标。以下将更详细地给出这些信息项和导出这些信息项的示例。
因此，作为示例，评估装置可以适配于通过评估信号分量来确定光束的宽度。通常，如在本文所使用的，术语“光束的宽度”是指由光束在像素矩阵上生成的照射光斑的(具体地在垂直于光束的传播的局部方向(诸如上面提及的z轴)的平面中的)横向扩展的任意量度。因此，作为示例，光束的宽度可以通过提供光斑的面积、光斑直径、光斑的等效直径、光斑的半径或者光斑的等效半径中的一个或多个来指定。作为示例，可以指定所谓的束腰，以便确定光束在光学传感器的位置处的宽度，如下面将进一步详细描述的。具体地，评估装置可以适配于识别分配给由光束照射的像素的信号分量，并从像素布置的已知几何特性确定在光学传感器位置处的光束的宽度。因此，具体地，在矩阵的像素位于矩阵的已知位置的情况下，其通常是这种情况，通过频率分析导出的相应像素的信号分量可以变换为由光束对光学传感器的照射的空间分布，从而能够导出关于在光学传感器的位置处的光束的宽度的至少一项信息。
在已知光束的宽度的情况下，该宽度可以用于导出关于朝向检测器行进的光束所源自的对象的位置的一项或多项信息。因此，使用光束的宽度与朝向检测器传播的光束所源自的对象和检测器之间的距离之间的已知或可确定的关系，评估装置可以适配于确定对象的纵坐标。对于通过评估光束的宽度来导出对象的纵坐标的一般原理，可以参考WO2012/110924 A1、WO 2014/198629 A1和WO 2014/097181 A1中的一个或多个。
因此，作为示例，评估装置可以适配于对像素中的每一个将相应像素的信号分量与至少一个阈值比较，以便确定像素是否是被照射像素。该至少一个阈值可以是用于像素中的每一个的个体阈值，或者可以是用于整个矩阵的统一阈值的阈值。如上所述，阈值可以是预定的和/或固定的。可替代地，该至少一个阈值可以是可变的。因此，可以对于每一个测量或测量组单独确定至少一个阈值。因此，可以提供适配于确定阈值的至少一个算法。
评估装置通常可以适配于通过比较像素的信号来确定像素中具有最高照度的至少一个像素。因此，检测器通常可以适配于确定具有由光束的最高照射强度的一个或多个像素和/或矩阵的面积或区域。作为示例，以这种方式，可以确定由光束照射的中心。
可以以各种方式使用最高照度和/或关于最高照度的至少一个面积或区域的信息。因此，如上所述，至少一个上述阈值可以是可变阈值。作为示例，评估装置可以适配于选择上述至少一个阈值作为具有最高照度的至少一个像素的信号的分数。因此，评估装置可以适配于通过将具有最高照度的至少一个像素的信号乘以因子1/e2来选择阈值。如下面将进一步详细描述的，对于至少一个光束，假设高斯传播特性的情况是特别优选的，因为阈值1/e2通常确定在光学传感器上由高斯光束生成的具有束半径或束腰w的光斑的边界。
评估装置可以适配于通过使用光束的宽度或者与其相当的由光束照射的像素的数量N与对象的纵坐标之间的预定关系来确定对象的纵坐标。因此，通常，由于传播特性对本领域技术人员通常是已知的，光束的直径随着传播(诸如随着传播的纵坐标)而变化。被照射像素的数量与对象的纵坐标之间的关系可以是经验确定的关系和/或可以分析确定。
因此，作为示例，校准方法可用于确定光束的宽度和/或被照射像素的数量与纵坐标之间的关系。另外或可替代地，如上所述，该预定关系可以基于光束是高斯光束的假设。光束可以是具有精确的一个波长λ的单色光束，或者可以是具有多个波长或一个波长光谱的光束，其中，作为示例，光谱的中心波长和/或光谱的特征峰波长可以被选择为光束的波长λ。
作为分析地确定的关系的示例，可以通过假设光束的高斯特性导出的预定关系可以是：
其中z是纵坐标，
其中w0是当在空间中传播时光束的最小束半径，
其中z0是光束的瑞利长度，λ是光束的波长。
该关系通常可以从沿着坐标系的z轴行进的高斯光束的强度I的一般方程导出，其中r是垂直于z轴的坐标，并且E是光束的电场：
对于特定的z值，通常表示高斯曲线的高斯光束的横向轮廓的束半径w被定义为距z轴的特定距离，在该特定距离处，幅度E已经降至1/e(约36％)的值并且强度I已经降至1/e2。在上述给出的高斯方程中(同样可能出现在其它z值处，例如当执行z坐标变换时)在坐标z＝0处出现的最小束半径由w0表示。取决于z坐标，当光束沿着z轴传播时，束半径通常遵循以下方程：
被照射像素的数量N与光学传感器的被照射面积A成比例：
N～A (4)
或者在使用多个光学传感器i＝1，...，n的情况下，对于每个光学传感器，被照射像素的数量Ni与相应光学传感器的被照射面积Ai成比例
Ni～Ai (4’)
并且具有半径w的圆的一般面积：
A＝π·w2， (5)
可以导出被照射像素的数量和z坐标之间的以下关系：
或
相应地，如上所述。因此，N或Ni分别是在强度o I＝I0/e2处被照射的圆内的像素数，作为示例，N或Ni可以通过像素的简单计数和/或诸如直方图分析的其它方法来确定。换句话说，z坐标和被照射像素的数量N或Ni之间的定义明确的关系可以分别用于确定对象和/或对象的至少一个点的纵坐标z，诸如至少一个信标装置的至少一个纵坐标，该至少一个信标装置为集成到对象中和/或附接到对象中的一个。
在上面给出的方程中，诸如在方程(1)中，假设光束在位置z＝0处具有聚焦。然而，应当注意，z坐标的坐标变换是可能的，诸如通过加上和/或减去特定值。因此，作为示例，聚焦的位置通常取决于对象距检测器的距离和/或光束的其它特性。因此，通过确定聚焦和/或聚焦的位置，诸如通过使用聚焦的位置与对象和/或信标装置的纵坐标之间的经验和/或分析关系，可以确定对象的位置，具体是对象的纵坐标。
此外，可以考虑至少一个可选传送装置(诸如至少一个可选透镜)的成像特性。因此，作为示例，在从对象朝向检测器引导的光束的束特性已知的情况下，诸如在包含在信标装置中的照射装置的发射特性已知的情况下，通过使用表示从对象到传送装置的传播、表示传送装置的成像并且表示从传送装置到至少一个光学传感器的束传播的适当的高斯转换矩阵，束腰与对象和/或信标装置的位置之间的相关性可以很容易地分析确定。另外或可替代地，相关性可以通过适当的校准测量来凭经验地确定。
如上所述，像素矩阵优选地可以是二维矩阵。然而，其它实施例是可行的，诸如一维矩阵。更优选地，如上所述，像素矩阵是矩形矩阵，特别是方形矩阵。
如上所述，通过频率分析导出的信息可以进一步用于导出关于对象和/或光束的其它类型的信息。作为可以另外或可替代地导出到横向和/或纵向位置信息的信息的进一步示例，可以指定对象和/或光束的颜色和/或光谱特性。
如上所述，本发明的优点之一在于可以避免光学传感器的精细像素化的事实。相反，可以使用像素化成像装置，从而实际上将像素化从实际光学传感器转移到成像装置。具体地，至少一个光学传感器可以是或可以包括至少一个大面积光学传感器，其适配于检测穿过多个像素的光束的多个部分。因此，至少一个光学传感器可以提供适配于提供整体传感器信号的单个非分段整体传感器区域，其中，传感器区域适配于检测通穿成像装置的光束的所有部分，至少对于进入检测器并平行于光轴穿过的光束。作为示例，整体传感器区域可以具有至少25mm2，优选至少100mm2，以及更优选至少400mm2的敏感区。其它实施例仍是可行的，诸如具有两个或更多个传感器区域的实施例。此外，在使用两个或更多个光学传感器的情况下，光学传感器不一定必须相同。因此，一个或多个大面积光学传感器可以与一个或多个像素化光学传感器组合，诸如与一个或多个相机芯片组合，例如一个或多个CCD或CMOS芯片，如下面将进一步详细描述的。
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)光学传感器中的至少一个优选地可以是完全或部分透明的。因此，通常，至少一个光学传感器可以包括至少一个至少部分透明的光学传感器，以使光束至少部分地可以穿过母体光学传感器。如在本文所使用的，术语“至少部分透明”可以指整个光学传感器是透明的或光学传感器的一部分(诸如敏感区域)是透明的选项，和/或光学传感器或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的选项。因此，作为示例，透明光学传感器可以具有至少10％，优选至少20％，至少40％，至少50％或至少70％的透明度。透明度可以取决于光束的波长，并且给定的透明度可以对于在红外光谱范围、可见光谱范围和紫外光谱范围中的至少一个中的至少一个波长是有效的。通常，如在本文所使用的，红外光谱范围是指780nm至1mm的范围，优选为780nm至50μm的范围，更优选为780nm至3.0μm的范围。可见光谱范围是指380nm至780nm的范围。其中，包括紫色光谱范围的蓝色光谱范围可以被限定为380nm至490nm，其中纯蓝色光谱范围可以限定为430nm至490nm。包括黄色光谱范围的绿色光谱范围可以限定为490nm至600nm，其中纯绿色光谱范围可以限定为490nm至470nm。包括橙色光谱范围的红色光谱范围可以限定为600nm至780nm，其中纯红色光谱范围可以限定为640nm至780nm。紫外光谱范围可以限定为1nm至380nm，优选为50nm至380nm，更优选为200nm至380nm。
为了提供感觉效应，通常，光学传感器通常必须在光束和光学传感器之间提供一些种类的相互作用，这通常导致透明度的损失。光学传感器的透明度可以取决于光束的波长，导致光学传感器的灵敏度、吸收或透明度的光谱分布。如上所述，在提供多个光学传感器的情况下，光学传感器的光谱特性不一定必须相同。因此，光学传感器中的一个可以在红色光谱区域中提供强吸收(诸如吸光率峰、吸收率峰或吸收峰中的一个或多个)，光学传感器中的另一个可以在绿色光谱区域中提供强吸收，并且另一个可以在蓝色光谱区域中提供强吸收。其它实施例是可行的。
如上所述，在提供多个光学传感器的情况下，光学传感器可以形成堆叠。因此，至少一个光学传感器包括至少两个光学传感器的堆叠。堆叠的光学传感器中的至少一个可以是至少部分透明的光学传感器。因此，优选地，光学传感器的堆叠可以包括至少一个至少部分透明的光学传感器和可以是透明或不透明的至少一个进一步的光学传感器。优选地，提供至少两个透明光学传感器。具体地，在最远离可调焦透镜的一侧的光学传感器同样可以是不透明的光学传感器，诸如不透光传感器，其中可以使用有机或无机光学传感器，诸如像CCD或CMOS芯片的无机半导体传感器。
如上所述，至少一个光学传感器不一定必须是像素化光学传感器。因此，通过使用执行频率分析的一般思想，可以省略像素化。然而，具体地，在提供多个光学传感器的情况下，可以使用一个或多个像素化光学传感器。因此，具体地，在使用光学传感器的堆叠的情况下，堆叠的光学传感器中的至少一个可以是具有多个光敏像素的像素化光学传感器。作为示例，像素化光学传感器可以是像素化的有机和/或无机光学传感器。最优选地，特别是由于它们的商业可用性，像素化光学传感器可以是无机像素化光学传感器，优选CCD芯片或CMOS芯片。因此，作为示例，堆叠可以包括一个或多个透明的大面积非像素化光学传感器，诸如一个或多个DSC，且更优选地是sDSC(如将在下面进一步详细描述的)；以及至少一个无机像素化光学传感器，诸如CCD芯片或CMOS芯片。作为示例，至少一个无机像素化光学传感器可以位于堆叠的离可调焦透镜最远的一侧上。具体地，像素化光学传感器可以是相机芯片，且更优选地是全色相机芯片。通常，像素化光学传感器可以是颜色敏感的，即可以是适配于区分光束的颜色分量的像素化光学传感器，诸如通过提供具有不同的颜色灵敏度的至少两种不同类型的像素，更优选地至少三种不同类型的像素。因此，作为示例，像素化光学传感器可以是全色成像装置。
如以上进一步概述的，光学检测器可以包含一个或多个进一步的装置，具体是一个或多个进一步的光学装置，诸如一个或多个附加透镜和/或一个或多个反射装置。因此，最优选地，光学检测器可以包括一个设置，诸如以管状方式布置的设置，该设置具有至少一个可调焦透镜和至少一个光学传感器，以及可选地，至少一个成像装置。如上所述，至少一个光学传感器优选地可以包括位于可调焦透镜后面的至少两个光学传感器的堆叠，以使得已经穿过可调焦透镜的光束随后穿过一个或多个光学传感器。优选地，在穿过可调焦透镜之前，光束可以穿过一个或多个光学装置，诸如一个或多个透镜，优选地适配于以定义明确的方式影响束形状和/或束变宽或束变窄的一个或多个光学装置。另外或可替代地，一个或多个光学装置，诸如一个或多个透镜可以放置在可调焦透镜和至少一个光学传感器之间。
一个或多个光学装置通常可以被称为传送装置，因为传送装置的目的之一可以在于将光束定义明确地传送到光学检测器中。因此，如在本文所使用的，术语“传送装置”通常是指适配于将光束引导和/或馈送到光学检测器和/或至少一个光学传感器的任意装置或装置的组合，优选地通过以定义明确的方式影响束形状、束宽度或光束的加宽角中的一个或多个，诸如透镜或曲面镜进行的。如上所述，至少一个可调焦透镜或者(在提供多个可调焦透镜的情况下)可调焦透镜中的一个或多个可以是至少一个传送装置的一部分。
因此，通常，光学检测器可以进一步包括适配于将光馈送到光学检测器中的至少一个传送装置。传送装置可以适配于将光聚焦和/或准直到光学传感器上。传送装置具体可以包括从由如下组成的组中选择的一个或多个装置：透镜、聚焦镜、散焦镜、反射器、棱镜、光学滤波器、光阑。其它实施例是可行的。
本发明的进一步的方面可以涉及图像识别、图案识别和单个地确定由光学检测器捕获的图像的不同区域的z坐标的选项。因此，通常，如上所述，光学检测器可以适配于捕获至少一个图像，诸如2D图像。为此目的，如上所述，光学检测器可以包括至少一个成像装置，诸如至少一个像素化光学传感器。作为示例，至少一个像素化光学传感器可以包括至少一个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，光学检测器可以适配于捕获场景和/或至少一个对象的至少一个常规的二维图像。至少一个图像可以是或可以包括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，至少一个图像可以是或可以包括单个图像，或者可以包括一系列图像。
此外，如上所述，光学检测器可以包括适配于确定至少一个对象距光学检测器的距离(同样称为z坐标)的至少一个距离传感器。因此，具体地，可以使用上述的FiP效应。通过使用常规的2D图像的捕获和确定z坐标的可能性的组合，3D成像是可行的。
为了单个地评估包含在场景内的一个或多个对象和/或部件，其中该场景在至少一个图像内被捕获，至少一个图像可以被细分为两个或更多个区域，其中两个或更多个区域或两个或更多个区域中的至少一个可以单个地评估。为此目的，可以执行与至少两个区域对应的信号的频率选择性分离。
因此，通常，如上所述，光学检测器，优选地至少一个评估装置可以适配于单独地确定对于区域中的每一个区域或者对于区域中的至少一个区域(诸如对于识别为部分图像(诸如对象的图像)的图像内的区域)的z坐标。为了确定至少一个z坐标，可以使用FiP效应，如上述涉及FiP效应的现有技术文献中的一个或多个所描述的。因此，光学检测器可以包括至少一个FiP传感器，即具有至少一个传感器区域的至少一个光学传感器，其中光学传感器的传感器信号取决于由光束对传感器区域的照射，其中给定相同的照射总功率，传感器信号取决于传感器区域中光束的宽度。可以使用个体FiP传感器，或者优选地，FiP传感器的堆叠，即具有指定特性的光学传感器的堆叠。光学检测器的评估装置可以适配于通过以频率选择的方式单个地评估传感器信号来确定对于区域中的至少一个区域或对于区域中的每一个区域的z坐标。
为了利用光学检测器内的至少一个FiP传感器，各种设置可以用于组合至少一个FiP传感器和至少一个成像装置，诸如至少一个像素化传感器，优选地至少一个CCD或CMOS传感器。因此，通常，指定的元件可以布置在光学检测器的同一束路径中，或者可以分布在两个或更多个部分束路径上。如上所述，可选地，光学检测器可以包含适配于将光束的束路径划分成至少两个部分束路径的至少一个分束元件。因此，用于捕获2D图像的至少一个成像装置和至少一个FiP传感器可以被布置在不同的部分光束路径中。因此，具有至少一个传感器区域的至少一个光学传感器，光学传感器的传感器信号取决于由光束对传感器区域的照射，给定相同的照射总功率，传感器信号取决于传感器区域中的光束的宽度，(即，至少一个FiP传感器)可以布置在束路径的第一部分束路径中，并且用于捕获至少一个图像的至少一个像素化光学传感器(即，至少一个成像装置)，优选地至少一个无机像素化光学传感器，且更优选地CCD传感器和/或CMOS传感器中的至少一个，可以布置在束路径的第二部分束路径中。
如上所述，至少一个光束可以完全或部分地源自对象本身和/或源自至少一个附加的照射源，诸如人造照射源和/或天然照射源。因此，对象可以用至少一个初级光束照射，并且朝向光学检测器传播的实际光束可以是或可以包括通过初级光束在对象处的反射(诸如弹性和/或非弹性反射)和/或通过散射生成的次级光束。可通过反射检测的对象的非限制性示例是阳光、眼睛中的人造光、表面上的反射等。至少一个光束全部或部分源自对象本身的对象的非限制性示例是汽车或飞机中的发动机排气。如上所述，眼睛反射可能对眼睛跟踪特别有用。
此外，如上所述，光学检测器包括至少一个调制器装置。然而，另外或可替代地，光学检测器可以利用光束的给定调制。因此，在许多情况下，光束已经表现出给定的调制。作为示例，调制可以源自对象的移动，诸如周期性调制，和/或源自生成光束的光源或照射源的调制。因此，用于适配于(诸如通过反射和/或散射)生成调制光的移动对象的非限制性示例是由其自身调制的对象，诸如风力涡轮机或飞机的转子。适配于生成调制光的照射源的非限制性示例是荧光灯或荧光灯的反射。
光学检测器可以适配于检测至少一个光束的给定调制。作为示例，光学检测器可以适配于确定由光学检测器捕获的图像或场景内的至少一个对象或对象的至少一部分，其发射或反射调制光，诸如具有至少一个调制频率的光。如果是这种情况，则光学检测器可以适配于利用该给定的调制，而不需要额外调制已经调制的光。作为示例，光学检测器可以适配于确定由光学检测器捕获的图像或场景内的至少一个对象是否发射或反射调制的光。光学检测器，特别是评估装置，可以进一步适配于通过使用调制频率来确定和/或跟踪所述对象的位置和/或取向。因此，作为示例，诸如通过将调制装置切换到“打开”位置，检测器可以适配于避免对对象的调制。评估装置可以跟踪灯的频率。
如上所述，光学检测器通常可以包括至少一个成像装置和/或可以适配于捕获至少一个图像，诸如光学检测器的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估算法，诸如通常已知的图案检测算法和/或本领域技术人员通常已知的软件图像评估方法，光学检测器可以适配于检测至少一个图像中的至少一个对象。因此，作为示例，在交通技术中，检测器，且更具体地，评估装置可以适配于搜索图像内的特定预定义图案，诸如以下中的一个或多个：汽车的轮廓；另一车辆的轮廓；行人的轮廓；路标；信号；导航地标。检测器同样可以与全球或局部定位系统组合使用。类似地，为了生物学目的，诸如为了识别和/或跟踪人的目的，检测器，且更具体地，评估装置可以适配于搜索面部轮廓、眼睛、耳垂、嘴唇、鼻子、手指、手、指尖或它们的轮廓。其它实施例是可行的。
在检测一个或多个对象的情况下，光学检测器可以适配于在一系列图像中跟踪对象，诸如场景的正在进行的电影或影片。因此，通常，光学检测器，具体是评估装置可以适配于跟踪和/或跟随一系列图像(诸如一系列连续的图像)内的至少一个对象。
根据本发明的光学检测器可以进一步被体现为获取三维图像。因此，具体地，可以执行在垂直于光轴的不同平面中的图像的同时采集，即在不同焦平面中的图像采集。因此，具体地，光学检测器可以被体现为适配于在多个焦平面中诸如同时获取图像的光场相机。如在本文所使用的术语光场通常是指相机内的光的空间光传播。相反，在可商购的全光或光场相机中，微透镜可以放置在光学检测器的顶部上。这些微透镜允许记录光束的方向，并且因此允许记录其中可以后验改变焦点的图片。然而，与传统相机相比，具有微透镜的相机的分辨率通常减少约十倍。为了计算聚焦于各种距离上的图片，需要对图像进行后处理。目前的光场相机的进一步的缺点是需要使用大量的微透镜，通常必须制造在诸如CMOS芯片的成像芯片的顶上。
通过使用根据本发明的光学检测器，可以产生大大简化的光场相机，而不需要使用微透镜。具体地，可以使用单个透镜或透镜系统。评估装置可以适于内在深度计算以及集中在多个水平上或甚至在所有水平上的图片的简单和内在的创建。
这些优点可以通过使用多个光学传感器来实现。因此，如上所述，光学检测器可以包括光学传感器的至少一个堆叠。堆叠的光学传感器或堆叠的光学传感器中的至少几个优选地至少部分透明。因此，作为示例，可以在堆叠内使用像素化光学传感器或大面积光学传感器。作为光学传感器的潜在实施例的示例，可以参考有机光学传感器，具体参考有机太阳能电池，且更具体地，参考如上所公开或如下更详细公开的DSC光学传感器或sDSC光学传感器。因此，作为示例，堆叠可以包括多个FiP传感器，如例如在WO 2012/110924 A1、US 2012/0206336 A1、WO 2014/097181 A1或US 2014/0291480 A1中或在上面讨论的任何其它FiP相关的文献中所公开的，即具有用于深度检测的光子密度依赖性光电流的多个光学传感器。因此，具体地，堆叠可以是透明的染料敏化有机太阳能电池的堆叠。作为示例，堆叠可以包括至少两个，优选至少三个，更优选至少四个，至少五个，至少六个或甚至更多个光学传感器，诸如2-30个光学传感器，优选4-20个光学传感器。其它实施例是可行的。通过使用光学传感器的堆叠，光学检测器，具体地，至少一个评估装置可以适配于获取光学检测器的视场内的场景的三维图像，诸如通过优选地同时获取在不同的焦深度处的图像，其中不同的焦深度通常可以由堆叠的光学传感器沿着光学检测器的光轴的位置来限定。即使通常可能存在光学传感器的像素化，然而，通常不需要像素化。因此，作为示例，可以使用有机太阳能电池的堆叠，诸如sDSC的堆叠，而不需要将有机太阳能电池细分成像素。
通常，可以通过使用由光学传感器的堆叠产生的信号并且另外通过使用至少一个可选的成像装置记录二维图像来记录深度图。可以记录在距传送装置(诸如距透镜)不同距离处的多个二维图像。因此，可以通过太阳能电池的堆叠(诸如有机太阳能电池的堆叠)并且通过使用成像装置(诸如至少一个可选的CCD芯片和/或CMOS芯片)进一步记录二维图像来记录深度图。然后可以将二维图像与堆叠的信号匹配，以便获得三维图像。通过评估光学传感器的传感器信号，诸如通过解调传感器信号和/或通过执行如上所讨论的频率分析，可以从每个光学传感器信号导出二维图片。由此，可以重构对于光学传感器中的每一个的二维图像。使用光学传感器的堆叠，诸如透明太阳能电池的堆叠，因此允许记录在沿着光学检测器的光轴的不同位置处(诸如不同焦点位置处)获取的二维图像。可以同时和/或即时地执行对多个二维光学图像的采集。
因此，包括至少一个可调焦透镜和至少一个光学传感器(诸如光学传感器的堆叠)的光学检测器可以适配于确定用于至少一个光束、优选地用于两个光束或多于两个的光束的至少一个、优选至少两个或更多个束参数，并且可以适配于存储这些束参数以供进一步使用。此外，光学检测器，具体地，评估装置可以适配于通过使用这些束参数，诸如通过使用上述向量表示来计算由光学检测器捕获的场景的图像或部分图像。
因此，通常，光学检测器可以包括光学传感器的堆叠，其中堆叠的光学传感器具有不同的光谱特性。具体地，堆叠可以包括具有第一光谱灵敏度的至少一个第一光学传感器和具有第二光谱灵敏度的至少一个第二光学传感器，其中第一光谱灵敏度和第二光谱灵敏度是不同的。作为示例，堆叠可以包括以交替序列的具有不同光谱特性的光学传感器。光学检测器可以适配于通过评估具有不同光谱特性的光学传感器的传感器信号来获取多色三维图像，优选全色三维图像。
颜色分辨率的该选项提供了优于已知的彩色感光相机设置的大量优点。因此，通过使用在堆叠中的光学传感器，光学传感器具有不同的光谱灵敏度，与诸如全色CCD或CMOS芯片的像素化全色相机相比，每个传感器的全传感器区可以用于检测。因此，由于必须在邻近布置中提供彩色像素的事实，因为典型的像素化全彩色相机芯片可仅使用芯片表面的三分之一或四分之一或甚至更少用于成像，所以图像的分辨率可显著增加。
具体地，当使用有机太阳能电池时，更具体地是sDSC时，具有不同光谱灵敏度的至少两个可选的光学传感器可以包含不同类型的染料。其中，可以使用包含两种或更多种类型的光学传感器的堆叠，每一种类型具有均匀的光谱灵敏度。因此，堆叠可以包含具有第一光谱灵敏度的第一类型的至少一个光学传感器和具有第二光谱灵敏度的第二类型的至少一个光学传感器。此外，堆叠可以可选地包含分别具有第三和第四光谱灵敏度的第三类型和可选地甚至第四类型的光学传感器。堆叠可以包含以交替方式的第一和第二类型的光学传感器，以交替方式的第一、第二和第三类型的光学传感器，或者甚至以交替方式的第一、第二、第三和第四类型的传感器。
因此，仅采用诸如以交替方式的第一类型和第二类型的光学传感器，彩色检测或甚至全彩色图像的采集是可能的。因此，作为示例，堆叠可以包含具有第一吸收染料的第一类型的有机太阳能电池，具体地sDSC；以及具有第二吸收染料的第二类型的有机太阳能电池，具体地sDSC。第一和第二类型的有机太阳能电池可以以交替方式布置在堆叠内。具体地，染料可以是宽吸收的，诸如通过提供具有至少一个吸收峰和宽吸收的吸收光谱，该宽吸收覆盖至少30nm，优选至少100nm，至少200nm或至少300nm的范围，诸如具有30-200nm的宽度和/或60-300nm的宽度和/或100-400nm的宽度。
因此，两种宽吸收的染料可能足以进行颜色检测。在透明或半透明太阳能电池中使用具有不同吸收轮廓的两种宽吸收染料，由于光-电流效率(PCE)的复杂波长依赖性，不同波长将导致不同的传感器信号，诸如不同的电流。可以通过比较具有不同染料的两种太阳能电池的电流来确定颜色。
因此，通常，具有多个光学传感器(诸如具有不同光谱灵敏度的至少两个光学传感器的光学传感器的堆叠)的光学检测器可以适配于通过比较具有不同光谱灵敏度的至少两个光学传感器的传感器信号来确定至少一个颜色和/或至少一项颜色信息。作为示例，可以使用算法从自传感器信号确定的颜色信息的颜色。另外或可替代地，可以使用评估传感器信号的其它方式，诸如查找表。作为示例，可以创建查找表，其中对于每对传感器信号，诸如对于每对电流，列出唯一的颜色。另外或可替代地，可以使用其它评估方案，诸如通过形成光学传感器信号的商并且导出颜色、颜色信息或其颜色坐标。
通过使用具有不同光谱灵敏度的光学传感器的堆叠，诸如具有两个不同光谱灵敏度的一对光学传感器的堆叠，可以进行各种测量。因此，作为示例，通过使用堆叠，三维多色甚至全色图像的记录和/或在几个焦平面中的图像记录是可行的。此外，可以使用散焦深度(depth-from-defocus)算法计算深度图像。
通过使用具有不同光谱灵敏度的两种类型的光学传感器，可以在周围的色点之间外推缺失的颜色信息。通过考虑更多的周围点可以获得更平滑的函数。这同样可以用于减少测量误差，而后处理的计算成本增加。
平面内的颜色信息可以从堆叠的两个相邻光学传感器的传感器信号获得，相邻光学传感器具有不同的光谱灵敏度，诸如不同颜色，更具体地不同类型的染料。如上所述，通过评估具有不同波长灵敏度的光学传感器的传感器信号的评估算法，诸如通过使用一个或多个查找表，可以生成颜色信息。此外，通过比较相邻区域的颜色，诸如在后处理步骤中可执行颜色信息的平滑。z方向中(即沿着光轴)的颜色信息同样可以通过比较相邻的光学传感器和堆叠(诸如堆叠中的相邻太阳能电池)来获得。可以使用来自几个光学传感器的颜色信息来进行颜色信息的平滑。
包括至少一个可调焦透镜、光学传感器和至少一个成像装置的根据本发明的光学检测器可进一步与一种或多种其它类型的传感器或检测器组合。因此，光学检测器可以进一步包括至少一个附加检测器。至少一个附加检测器可以适配于检测至少一个参数，诸如如下中的至少一个：周围环境的参数，诸如周围环境的温度和/或亮度；关于检测器的位置和/或取向的参数；指定要检测的对象的状态的参数，诸如对象的位置，诸如对象的绝对位置和/或对象在空间中的取向。因此，通常，本发明的原理可以与其它测量原理组合以便获得附加信息和/或以便验证测量结果或减少测量误差或噪声。
具体地，根据本发明的光学检测器可以进一步包括至少一个飞行时间(ToF)检测器，其适配于通过执行至少一个飞行时间测量来检测至少一个对象和光学检测器之间的至少一个距离。如在本文所使用的，飞行时间测量通常是指基于信号需要在两个对象之间传播或从一个对象到第二个对象传播以及返回的时间的测量。在这种情况下，该信号具体可以是声信号或诸如光信号的电磁信号中的一个或多个。因此，飞行时间检测器是指适配于执行飞行时间测量的检测器。飞行时间测量在各种技术领域是众所周知的，诸如在商购的距离测量装置中或商售流量计、诸如超声波流量计中。飞行时间检测器甚至可以体现为飞行时间相机。这些类型的相机可作为距离成像相机系统商购，能够基于已知的光速来分辨对象之间的距离。
目前可用的ToF检测器通常基于脉冲信号的使用，可选地与一个或多个光传感器(诸如CMOS传感器)组合。由光传感器产生的传感器信号可以被积分。该积分可以从两个不同的时间点开始。该距离可以从两个积分结果之间的相对信号强度计算。
此外，如上所述，ToF相机是已知的，并且通常同样可以在本发明的上下文中使用。这些ToF相机可以包含像素化光传感器。然而，由于每个像素通常必须允许执行两个积分，所以像素结构通常更复杂，并且商购的ToF相机的分辨率相当低(通常为200×200像素)。低于约40cm和高于几米的距离通常很难或不可能检测到。此外，脉冲的周期性导致不确定的距离，因为仅测量一个周期内的脉冲的相对偏移。
作为独立装置的ToF检测器通常遭受各种缺点和技术挑战。因此，通常，ToF检测器，且更具体地，ToF相机在光路中遭受雨水和其它透明对象，因为脉冲可能太早地反射，雨滴后面的对象被隐藏，或者在部分反射中，积分将导致错误的结果。此外，为了避免测量中的误差并且为了允许对脉冲的清楚区分，对于ToF测量，低光条件是优选的。诸如明亮阳光的明亮光可以使ToF测量不可能。此外，典型的ToF相机的能量消耗相当高，因为脉冲必须足够亮以被反射回来并且仍然可以被相机检测到。然而，脉冲的亮度可能对眼睛或其它感官有害或者当两个或更多个ToF测量彼此干扰时可能导致测量误差。总之，目前的ToF检测器，且具体地，目前的ToF相机遭受诸如低分辨率、距离测量中的不确定性、有限的使用范围、有限的光条件、对光路中的透明对象的灵敏度、对天气条件的敏感度和高能耗的几个缺点。这些技术挑战通常降低用于日常应用(诸如用于汽车的安全应用)的现有ToF相机、用于日常使用或人机接口(具体用于游戏应用)的相机的能力。
结合根据本发明的检测器，提供至少一个可调焦透镜、至少一个光学传感器和至少一个成像装置，以及诸如通过频率分析来评估传感器信号的上述原理，两个系统的优点和功能可以以富有成效的方式组合。因此，光学检测器，即至少一个可调焦透镜、至少一个光学传感器以及至少一个成像装置的组合，可以提供在明亮的光条件下的优点，而ToF检测器通常提供在低光条件下的更好的结果。组合装置，即，根据本发明的进一步包括至少一个ToF检测器的光学检测器，因此与单个系统相比，提供了关于光条件的增加的公差。这对于诸如在汽车或其它车辆中的安全应用特别重要。
具体地，光学检测器可以被设计为使用至少一个ToF测量来校正通过使用本发明的光学检测器执行的至少一个测量，反之亦然。此外，可以通过使用根据本发明的光学检测器来解决ToF测量的不确定性。每当对ToF测量的分析导致不确定的可能性时，可以具体执行FiP测量。另外或可替代地，可以连续执行FiP测量，以便将ToF检测器的工作范围扩展到由于ToF测量的不确定性而通常被排除的区域。另外或可替代地，FiP检测器可以覆盖更宽或附加的范围以允许更宽的距离测量区域。FiP检测器，具体地FiP相机，可进一步用于确定用于测量的一个或多个重要区域，以减少能量消耗或保护眼睛。另外或可替代地，FiP检测器可以用于确定由光学检测器捕获的场景内的一个或多个对象的粗略深度图，其中粗略深度图可以通过一个或多个ToF测量在重要区域中被细化。此外，FiP检测器可以用于将ToF检测器(诸如ToF相机)调节到所需的距离区域。因此，可以预先设定ToF测量的脉冲长度和/或频率，诸如用于去除或降低ToF测量中不确定性的可能性。因此，通常，FiP检测器可用于对ToF检测器(诸如对ToF相机)提供自动对焦。
如上所述，可以由FiP检测器(诸如FiP相机)记录粗略的深度图。此外，可以通过使用一个或多个ToF测量来细化粗略深度图，该粗略深度图包含关于由光学检测器捕获的场景内的一个或多个对象的深度信息或z信息。ToF测量具体地可以仅在重要区域执行。另外或可替代地，粗略深度图可以用于调节ToF检测器，具体是ToF相机。
此外，FiP检测器与至少一个ToF检测器组合的使用可以解决ToF检测器对待检测对象的性质或对在检测器和待检测对象之间的光路内的障碍物或介质之间的灵敏度(诸如对雨或天气条件的灵敏度)的上述问题。组合的FiP/ToF测量可用于从ToF信号中提取重要信息，或者测量具有几个透明或半透明层复杂对象。因此，可以观察到由玻璃、水晶、液体结构、相变、液体运动等形成的对象。此外，FiP检测器和至少一个ToF检测器的组合在雨天仍将工作，并且整个光学检测器通常将不太依赖于天气条件。作为示例，由FiP检测器提供的测量结果可用于从ToF测量结果中消除由雨引起的误差，这特别地使得该组合对于诸如汽车或其它车辆中的安全应用是有用的。
根据本发明的至少一个ToF检测器的实施方式可以以各种方式实现。因此，至少一个FiP检测器和至少一个ToF检测器可以依次布置在同一光路内。另外或可替代地，可以使用用于FiP检测器和ToF检测器的单独光路或分割的光路。其中，作为示例，光路可以由一个或多个分束元件分离，诸如上面列出并在下面进一步详细列出的一个或多个分束元件。作为示例，可以执行波长选择元件对束路径的分离。因此，例如，ToF检测器可以利用红外光，而FiP检测器可以利用不同波长的光。在该示例中，用于ToF检测器的红外光可以通过使用诸如热镜的波长选择分束元件来分离。另外或可替代地，用于FiP测量的光束和用于ToF测量的光束可以由一个或多个分束元件分离，诸如一个或多个半透明镜、分束器立方体、偏振分束器或其组合。此外，使用不同的光学路径，至少一个FiP检测器和至少一个ToF检测器可以在相同装置中彼此相邻放置。各种其它设置是可行的。
如上所述，根据本发明的光学检测器以及本发明中提出的一种或多种其它装置可以与一种或多种其它类型的测量装置组合。因此，作为非限制性示例，作为示例，除了或作为至少一个可选ToF检测器的替代，光学检测器可以进一步包括除上述ToF检测器之外的至少一个距离传感器。例如，距离传感器可以基于上述FiP效应。因此，光学检测器可以进一步包括至少一个有源距离传感器。如在本文所使用的，“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有源照射源的传感器，其中有源距离传感器适配于确定对象与有源距离传感器之间的距离。有源距离传感器包括至少一个有源光学传感器，其适配于在由从对象传播到有源光学传感器的光束照射时生成传感器信号，其中给定相同的照射总功率，传感器信号取决于照射的几何形状，特别取决于在传感器区域上的照射的束横截面。有源距离传感器进一步包括用于照射对象的至少一个有源照射源。因此，有源照射源可以照射对象，并且由照射源生成的照射光或初级光束可由对象或其部分反射或散射，从而生成朝向有源距离传感器的光学传感器传播的光束。
对于有源距离传感器的至少一个有源光学传感器的可能设置，可以参考WO 2012/110924 A1或WO2014/097181 A1中的一个或多个，其全部内容通过引用包含在本文中。在这些文献的一者或二者中公开的至少一个纵向光学传感器同样可以用于可以包括在根据本发明的光学检测器中的可选的有源距离传感器。
如上所述，有源距离传感器和光学检测器的其余部件可以是单独的部件，或可替代地可以完全或部分地集成。因此，有源距离传感器的至少一个有源光学传感器可以完全或部分地与至少一个光学传感器分离，或者可以完全或部分地与光学检测器的至少一个光学传感器相同。类似地，至少一个有源照射源可以完全或部分地与光学检测器的照射源分离，或者可以完全或部分地相同。
至少一个有源距离传感器可以进一步包括至少一个有源评估装置，其可完全地或部分地与光学检测器的评估装置相同，或者可以是单独的装置。至少一个有源评估装置可以适配于评估至少一个有源光学传感器的至少一个传感器信号并且确定对象与有源距离传感器之间的距离。对于该评估，可以使用至少一个传感器信号和距离之间的预定或可确定的关系，诸如通过经验测量确定的预定关系和/或完全或部分地基于传感器信号对距离的理论依赖性的预定关系。对于该评估的潜在实施例，可以参考WO 2012/110924 A1或WO2014/097181 A1中的一个或多个，其全部内容通过引用包含在本文中。
至少一个有源照射源可以是调制照射源或连续照射源。对于该有源照射光源的潜在实施例，可以参考上面在照射源的上下文中公开的选项。具体地，至少一个有源光学传感器可以被适配为使得由该至少一个有源光学传感器生成的传感器信号取决于光束的调制频率。
至少一个有源照射源可以以轴上的方式照射至少一个对象，使得照射光在光学检测器和/或有源距离传感器的光轴上朝向对象传播。另外或可替代地，至少一个照射源可以适配于以离轴方式照射至少一个对象，以使得朝向对象传播的照射光和从对象传播到有源距离传感器的光束以非平行的方式取向。
有源照射源可以是均匀的照射源，或者可以是图案化或结构化的照射源。因此，作为示例，至少一个有源照射源可以适配于用均匀的光和/或用图案化的光来照射由光学检测器捕获的场景或场景的一部分。因此，作为示例，可以将一个或多个光图案投影到场景中和/或投影到场景的一部分中，从而可以增加至少一个对象的检测对比度。作为示例，可以将线图案或点图案(诸如矩形线图案和/或光点的矩形矩阵)投影到场景或场景的一部分中。为了生成光图案，至少一个有源照射源本身可以适配于生成图案化光，和/或可以使用一个或多个光图案化装置，诸如滤光器、光栅、反射镜或其它类型的光图案化装置。另外或可替代地，可以使用其它类型的图案化装置。
根据本发明的光学检测器与至少一个可选的有源距离传感器的组合提供了多个优点，该光学检测器也称为FiP检测器，其具有至少一个可调焦透镜和至少一个光学FiP传感器，以及可选地，至少一个成像装置。因此，与结构化的有源距离传感器(诸如具有至少一个图案化或结构化的有源照射源的有源距离传感器)的组合可使整个系统更可靠。作为示例，当使用光学传感器、像素调制的光学检测器的上述原理不能正常工作时，诸如由于由光学检测器捕获的场景的低对比度，可以使用有源距离传感器。相反，当有源距离传感器不能正常工作时，诸如因为至少一个有源照射源在由于雾或雨而导致的透明对象上的反射，使用像素调制的光学检测器的基本原理仍然可以用合适的对比度分辨对象。因此，对于飞行时间检测器，有源距离传感器可以提高由光学检测器生成的测量的可靠性和稳定性。
如上所述，光学检测器可以包括适配于将光学检测器的束路径分割成两个或更多个部分束路径的一个或多个分束元件。可以使用各种类型的分束元件，诸如棱镜、光栅、半透明镜、分束器立方体、反射空间光调制器或其组合。其它可能性是可行的。
分束元件可以适配于将光束分成具有相同强度或具有不同强度的至少两个部分。在后一种情况下，部分光束及其强度可以适应它们相应的目的。因此，在部分束路径的每一个束路径中，可以定位一个或多个光学元件，诸如一个或多个光学传感器。通过使用适配于将光束分成具有相同或不同强度的至少两个部分的至少一个分束元件，部分光束的强度可以适配于至少两个光学传感器的具体要求。
分束元件具体地可以适配于将光束分成沿着第一部分束路径行进的第一部分和沿着至少一个第二部分束路径行进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。光学检测器可以包含至少一个成像装置，优选地是无机成像装置，更优选地CCD芯片和/或CMOS芯片。通常，由于与其它光学传感器相比，例如与至少一个纵向光学传感器(诸如至少一个FiP传感器)相比，成像装置需要更低的光强度，所以至少一个成像装置具体可以位于第一部分束路径中。作为示例，第一部分可以具有低于第二部分的强度的一半的强度。其它实施例是可行的。
可以以各种方式调节至少两个部分的强度，诸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通过其它方式。分束元件通常可以是或可以包括关于光束的潜在偏振无关的分束元件。然而，至少一个分束元件仍然同样可以是或可以包括至少一个偏振选择分束元件。各种类型的偏振选择分束元件在本领域中是公知的。因此，作为示例，偏振选择分束元件可以是或可以包括偏振分束器立方体。偏振选择性分光元件通常是有利的，在于可以通过调节进入偏振选择分束元件的光束的偏振来调节部分光束的强度的比率。
光学检测器可以适配于至少部分地将沿着部分束路径行进的一个或多个部分光束朝向分束元件后向反射。因此，作为示例，光学检测器可以包括适配于至少部分地将部分光束朝向分束元件后向反射的一个或多个反射元件。至少一个反射元件可以是或可以包括至少一个反射镜。另外或可替代地，可以使用其它类型的反射元件，诸如反射棱镜和/或至少一个空间光调制器，其具体地可以是反射空间光调制器，并且可以被布置为至少部分地将部分光束朝向分束元件后向反射。分束元件可以适配于至少部分地重新组合后向反射的部分光束，以便形成至少一个共同的光束。光学检测器可以适配于将重新联合的公共光束馈送到至少一个光学传感器中，优选地馈送到至少一个纵向光学传感器中，具体地至少一个FiP传感器，更优选地馈送到光学传感器的堆叠中，诸如FiP传感器的堆叠中。
在本发明的进一步方面，公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器系统。检测器系统包括根据本发明(诸如根据以上公开的或下面进一步详细公开的一个或多个实施例)的至少一个光学检测器。检测器系统进一步包括适配于将至少一个光束朝向光学检测器引导的至少一个信标装置，其中信标装置是可附接到对象、可由对象保持和可集成到对象中的至少一种。
如在本文所使用的，“检测器系统”通常是指相互作用以提供至少一个检测器功能的装置或装置的布置，至少一个检测器功能优选地是至少一个光学检测器功能，诸如至少一个光学测量功能和/或至少一个镜头之外成像(imaging off-camera)功能。检测器系统可以包括如上所述的至少一个光学检测器，并且可以进一步包括一个或多个附加装置。检测器系统可以集成到单个整体装置中，或者可以体现为多个相互作用的装置的布置，以便提供检测器功能。
检测器系统进一步包括适配于将至少一个光束朝向检测器引导的至少一个信标装置。如在本文所使用的，并且将在下面进一步详细公开，“信标装置”通常是指适配于将至少一个光束朝向检测器引导的任意装置。信标装置可以完全或部分地体现为有源信标装置，包括用于生成光束的至少一个照射源。另外或可替代地，信标装置可以完全或部分地体现为包括至少一个反射元件的无源信标装置，所述至少一个反射元件适配于朝向检测器反射从信标装置独立地生成的初级光束。
信标装置是可附接到对象、可由对象保持并且可集成到对象中的至少一种。因此，信标装置可以通过诸如一个或多个连接元件的任意附接部件附接到对象。另外或可替代地，对象可以适配于诸如通过一个或多个适当的保持部件来保持信标装置。另外或可替代地，再次，信标装置可以完全或部分地集成到对象中，并且因此可以形成对象的一部分，或甚至可以形成对象。
通常，关于信标装置的潜在实施例，可以参考WO 2014/0978181 A1。其它实施例仍是可行的。
如上所述，信标装置可以完全或部分地体现为有源信标装置，并且可以包括至少一个照射源。因此，作为示例，信标装置可以包括一般任意的照射源，诸如从由发光二极管(LED)、灯泡、白炽灯和荧光灯组成的组中选择的照射源。其它实施例是可行的。
另外或可替代地，如上所述，信标装置可以完全或部分地体现为无源信标装置，并且可以包括适配于反射由独立于对象的照射源生成的初级光束的至少一个反射装置。因此，除了生成光束之外或可替代地，信标装置可以适配于将初级光束朝向检测器反射。
在光学检测器使用附加照射源的情况下，至少一个照射源可以是光学检测器的一部分。另外或可替代地，可以使用其它类型的照射源。照射源可以适配于完全或部分地照射场景。此外，照射源可以适配于提供由至少一个信标装置完全或部分反射的一个或多个初级光束。此外，照射源可以适配于提供在空间中固定的一个或多个初级光束和/或提供可移动的一个或多个初级光束，诸如扫描空间中特定区域的一个或多个初级光束。因此，作为示例，可以提供一个或多个照射源，其可移动和/或包括一个或多个可移动镜，以调节或修改空间中的至少一个初级光束的位置和/或取向，诸如通过扫描通过由光学检测器捕获的特定场景的至少一个初级光束。在使用一个或多个可移动镜的情况下，可反射镜同样可以包括一个或多个空间光调制器，诸如一个或多个微镜。
检测器系统可以包括一个、两个、三个或更多个信标装置。因此，通常，在对象是至少在显微镜尺度上不改变其形状的刚性对象的情况下，优选地，可以使用至少两个信标装置。在对象是完全或部分地柔性的或适配于完全或部分地改变其形状的情况下，优选地，可以使用三个或更多个信标装置。通常，信标装置的数量可以适应对象的灵活性程度。优选地，检测器系统包括至少三个信标装置。
对象本身可以是检测器系统的一部分，或者可以独立于检测器系统。因此，通常，检测器系统可以进一步包括至少一个对象。可以使用一个或多个对象。对象可以是刚性对象和/或柔性对象。
对象通常可以是有生命的或无生命的对象。检测器系统甚至可以包括至少一个对象，因此对象形成检测器系统的一部分。然而，优选地，对象可以在至少一个空间维度中独立于检测器移动。
该对象通常可以是任意对象。在一个实施例中，对象可以是刚性对象。其它实施例是可行的，诸如对象是非刚性对象或是可改变其形状的对象的实施例。
如下面将进一步详细描述的，本发明可以具体地用于跟踪人的位置和/或运动，诸如用于控制机器、游戏或模拟运动的目的。在这个或其它实施例中，具体地，该对象可以选自由如下组成的组：运动器材物品，优选选自由球拍、球杆、球棒组成的组的物品；衣服；帽子；鞋子。
如上所述，可选的传送装置可以被设计成将从对象传播的光馈送到光学检测器。如上所述，可以可选地借助于传送装置的成像或者非成像特性实现该馈送。特别地，传送装置同样可以设计成在电磁辐射被馈送到光学传感器之前收集电磁辐射。可选的传送装置同样可以全部或部分地是至少一个可选照射源的组成部分，例如通过将照射源设计成提供具有限定的光学特性(例如具有限定或精确已知的束轮廓，例如至少一个高斯束，特别是具有已知束轮廓的至少一个激光束)的光束。
对于可选照射源的潜在实施例，可以参考WO 2012/110924 A1。其它实施例仍是可行的。从对象出射的光可以源于对象本身，但是同样可以可选地具有不同的源并且从该源传播到对象并随后朝向光学传感器传播。后一种情况可以例如通过使用至少一个照射源来实现。例如，该照射源可以是或包括环境照射源，和/或可以是或可以包括人造照射源。通过示例的方式，检测器本身可以包括至少一个照射源，例如至少一个激光器和/或至少一个白炽灯和/或至少一个半导体照射源，例如至少一个发光二极管，特别是有机和/或无机发光二极管。由于它们的通常限定的束轮廓和可处理性的其它特性，使用一个或多个激光器作为照射源或其一部分是特别优选的。照射源本身可以是检测器的组成部分，或者独立于光学检测器形成。照射源可以特别地集成到光学检测器中，例如检测器的壳体中。可替代地或另外，至少一个照射源同样可以集成到至少一个信标装置中，或者集成到信标装置中的一个或多个中，和/或集成到对象中，或者连接或空间耦接到该对象。
从一个或多个信标装置(可替代地或另外地从所述光源于相应信标装置本身的选项)出射的光可以相应地从照射源出射和/或由照射源激发。通过示例的方式，从信标装置出射的电磁光可以由信标装置本身发射和/或在其被馈送到检测器之前由信标装置反射和/或由信标装置散射。在该情况下，电磁辐射的发射和/或散射可以在没有电磁辐射的光谱影响的情况下或者受到这种影响的情况下进行。因此，通过示例的方式，波长偏移同样可以例如在根据斯托克斯(Stokes)或拉曼(Raman)的散射期间发生。此外，光的发射可以例如通过初级照射源激发，例如通过对象或对象的部分区域被激发以生成发光，特别是磷光和/或荧光。其它发光过程在原则上同样是可能的。如果反射发生，则对象可以具有例如至少一个反射区域，特别是至少一个反射表面。所述反射表面可以是对象本身的一部分，但是同样可以是例如连接或空间耦接到对象的反射器，例如连接到对象的反射板。如果使用至少一个反射器，则其同样可以被认为是连接到对象的检测器的一部分，例如，独立于光学检测器的其它组成部分。
信标装置和/或至少一个可选的照射源可以彼此独立地体现，并且通常可以发射在以下范围内的光：紫外光谱范围，优选在200nm至380nm的范围内；可见光谱范围(380nm至780nm)；红外光谱范围，优选在780nm至3.0微米的范围内。最优选地，至少一个照射源适于发射可见光谱范围内的光，优选在500nm至780nm的范围内，最优选在650nm至750nm或在690nm至700nm。
光束到光学传感器的馈送可特别以如下方式实现，即例如具有圆形、椭圆形或不同配置的横截面的光斑在光学传感器的可选传感器区上产生。通过示例的方式，检测器可以具有可以检测到对象的视觉范围，特别是立体角范围和/或空间范围。优选地，可选的传送装置被设计成使得例如在对象布置在检测器的视觉范围内的情况下，光斑完全布置在光学传感器的传感器区域上和/或传感器区上。通过示例的方式，可以选择传感器区以具有相应的尺寸，以便确保该条件。
评估装置可以特别地包括至少一个数据处理装置，特别是电子数据处理装置，其可以被设计成生成关于对象的位置的至少一项信息。因此，评估装置可以被设计为使用以下中的一个或多个：光学传感器的被照射像素的数量；一个或多个光学传感器上(具体是在具有上述FiP效应的一个或多个光学传感器上)的光束的束宽度；诸如CCD或CMOS芯片的像素化光学传感器的多个被照射像素。评估装置可以被设计为使用这些类型的信息中的一个或多个作为一个或多个输入变量，并且通过处理这些输入变量来生成关于对象的位置的至少一项信息。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生成这些信息项的任意方法，诸如通过计算和/或使用至少一个存储和/或已知的关系。该关系可以是预定的分析关系，或者可以根据经验、分析或半经验来确定或是可确定的。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、至少一个函数或所提到的可能性的组合。一个或多个校准曲线可以例如以一组值的形式及其相关联的函数值的形式存储在例如数据存储装置和/或表中。然而，可替代地或另外，至少一个校准曲线同样可以例如以参数化形式和/或作为函数方程来存储。
通过示例的方式，评估装置可以根据编程以便确定信息项来设计。评估装置可特别地包括至少一个计算机，例如至少一个微型计算机。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。作为数据处理装置(特别是至少一个计算机)的替代或除了数据处理装置之外，评估装置可以包括一个或多个进一步的电子部件，其被设计用于确定信息项，例如电子表，且特别是至少一个查找表和/或至少一个专用集成电路(ASIC)。
在本发明的进一步方面，公开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。人机接口包括根据本发明、诸如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光学检测器和/或至少一个检测器系统。
在人机接口包括根据本发明的至少一个检测器系统的情况下，检测器系统的至少一个信标装置可以适配于直接或间接地附接到用户和由用户保持中的至少一种。人机接口可以被设计为借助于检测器系统来确定用户的至少一个位置，并且被设计为将至少一项信息分配给该位置。
如在本文所使用的，术语“人机接口”通常是指适配于在用户和机器(诸如具有至少一个数据处理装置的机器)之间交换至少一项信息，具体是至少一项电子信息的任意装置或装置的组合。可以以单向方式和/或以双向方式执行信息交换。具体地，人机接口可以适配于允许用户以机器可读的方式向机器提供一个或多个命令。
在本发明的另一方面，公开了一种用于执行至少一种娱乐功能的娱乐装置。娱乐装置包括根据本发明的至少一个人机接口，诸如在上面公开或下面进一步详细公开的一个或多个实施例中所公开的。该娱乐装置被设计成使得能够由玩家借助于人机接口输入至少一项信息，其中娱乐装置被设计为根据该信息改变娱乐功能。
如在本文所使用的，“娱乐装置”是可以用于一个或多个用户(在下面同样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，娱乐装置可以用于游戏的目的，优选地是计算机游戏。另外或可替代地，娱乐装置同样可以用于其它目的，诸如一般用于锻炼、运动、物理治疗或运动跟踪。因此，娱乐装置可以被实现到计算机、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。娱乐装置被设计成使得能够由玩家借助于人机接口来输入至少一项信息。该至少一项信息可以被发送到娱乐装置的控制器和/或计算机和/或可被娱乐装置的控制器和/或计算机使用。
该至少一项信息优选地可以包括适配于影响游戏过程的至少一个命令。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至少一个取向的至少一项信息，从而允许玩家模拟游戏所需的具体位置和/或取向和/或动作。作为示例，以下运动中的一个或多个可以被模拟并传输到娱乐装置的控制器和/或计算机：跳舞；跑步；跳跃；球拍的挥舞；球杆的挥舞；球棒的挥舞；将对象指向另一对象，诸如将玩具枪指向目标。
作为一部分或整体的娱乐装置，优选地娱乐装置的控制器和/或计算机被设计为根据该信息改变娱乐功能。因此，如上所述，根据至少一项信息可能会影响游戏进程。因此，娱乐装置可包括一个或多个控制器，该一个或多个控制器可与至少一个检测器的评估装置分离和/或可与至少一个评估装置完全或部分相同或者甚至可能包括至少一个评估装置。优选地，至少一个控制器可包括一个或多个数据处理装置，诸如一个或多个计算机和/或微控制器。
在本发明的进一步方面，公开了一种用于跟踪至少一个可移动对象的位置的跟踪系统。跟踪系统包括根据本发明的至少一个光学检测器和/或至少一个检测器系统，诸如在上面给出或下面进一步详细给出的一个或多个实施例中公开的。跟踪系统进一步包括至少一个轨迹控制器，其中轨迹控制器适配于跟踪特定时间点的对象的一系列位置。
如在本文所使用的，“跟踪系统”是适配于收集关于至少一个对象和/或对象的至少一个部分的一系列过去位置的信息的装置。另外，跟踪系统可以适配于提供关于至少一个对象或对象的至少一个部分的至少一个预测的未来位置和/或取向的信息。跟踪系统可以具有至少一个轨迹控制器，其可以完全地或部分地被体现为电子装置，优选地体现为至少一个数据处理装置，更优选地体现为至少一个计算机或微控制器。再次，至少一个轨迹控制器可以完全或部分地包括至少一个评估装置和/或可以是至少一个评估装置的一部分，和/或可以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光学检测器，诸如如上面列出的一个或多个实施例中所公开和/或如下面一个或多个实施例中所公开的至少一个检测器。跟踪系统进一步包括至少一个轨迹控制器。轨迹控制器适配于诸如通过记录数据组或数据对来跟踪特定时间点处对象的一系列位置，每组数据或数据对包括至少一个位置信息和至少一个时间信息。
除了至少一个光学检测器和至少一个评估装置和可选的至少一个信标装置之外，跟踪系统可以进一步包括对象本身或对象的一部分，诸如包括多个信标装置或至少一个信标装置的至少一个控制元件，其中控制元件直接或间接附接到或可集成到待跟踪的对象中。
跟踪系统可以适配于发起跟踪系统本身和/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，优选轨迹控制器可以具有用于发起至少一个动作的一个或多个无线和/或有线接口和/或其它类型的控制连接。优选地，至少一个轨迹控制器可以适配于根据对象的至少一个实际位置发起至少一个动作。作为示例，动作可以从如下组成的组中选择：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；照射对象；照射检测器。
作为跟踪系统的应用的示例，即使第一对象和/或第二对象可能移动，跟踪系统可以用于将至少一个第一对象连续地指向至少一个第二对象。潜在的示例可以再次在工业应用中找到，诸如机器人技术，和/或即使物品正在移动用于在物品上连续工作，诸如在生产线或装配线中的制造期间。另外或可替代地，跟踪系统可能用于照射目的，诸如用于通过将照射源连续地指向对象来连续地照射对象，即使对象可能在移动。进一步的应用可在通信系统中发现，诸如为了通过将发射机指向移动对象来连续地将信息发送到移动对象。
在本发明的进一步方面，公开了一种用于对至少一个对象成像的相机。相机包括根据本发明的至少一个光学检测器，诸如在上面给出或下面进一步详细地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，检测器可以是摄影装置的一部分，具体是数字相机。具体地，检测器可以用于3D摄影，具体是用于数字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。如在本文所使用的，术语“摄影”通常是指获取至少一个对象的图像信息的技术。如在本文进一步使用的，“相机”通常是适配于执行摄影的装置。如在本文进一步使用的，术语“数字摄影”通常是指通过使用多个光敏元件来获取至少一个对象的图像信息的技术，该多个光敏元件适配于生成指示照射的强度和/或颜色的电信号，优选地数字电信号。如在本文进一步使用的，术语“3D摄影”通常是指获取在三个空间维度中的至少一个对象的图像信息的技术。因此，3D相机是适配于执行3D摄影的装置。相机通常可以适配于获取单个图像，诸如单个3D图像，或者可以适配于获取多个图像，诸如图像序列。因此，相机同样可以是适配于诸如用于获取数字视频序列的视频应用的摄像机。
因此，通常，本发明进一步涉及用于对至少一个对象成像的相机，具体地数字相机，更具体地3D相机或数字3D相机。如上所述，如在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光学检测器。如上所述，相机可以被适用于配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摄像机。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。
光学检测器或包括具有至少一个光学传感器(具体是上述FiP传感器)的光学检测器的相机可以进一步与一个或多个附加传感器组合。因此，具有至少一个光学传感器，具体是至少一个上述FiP传感器的至少一个相机可以与至少一个进一步的相机组合，该进一步的相机可以是传统相机和/或例如立体相机。此外，具有至少一个光学传感器，具体是至少一个上述FiP传感器的一个、两个或更多个相机可以与一个、两个或更多个数字相机组合。作为示例，一个或两个或更多个二维数字相机可用于从立体信息和根据本发明的光学检测器获得的深度信息来计算深度。
具体地，在汽车技术领域中，在相机发生故障的情况下，根据本发明的光学检测器仍然可以存在用于测量对象的纵坐标，诸如用于测量在视场中的对象的距离。因此，通过在汽车技术领域中使用根据本发明的光学检测器，可以实现故障保护功能。具体地，对于汽车应用，根据本发明的光学检测器提供数据简化的优点。因此，与传统数字相机的相机数据相比，通过使用根据本发明的光学检测器(即具有至少一个光学传感器，具体是至少一个FiP传感器的光学检测器)获得的数据可以提供具有显著降低的体积的数据。具体地在汽车技术领域中，数据量的减少是有利的，因为汽车数据网络通常在数据传输速率方面提供较低的能力。
根据本发明的光学检测器可以进一步包括一个或多个光源。因此，光学检测器可以包括用于照射至少一个对象的一个或多个光源，以使照射光被对象反射。光源可以是连续的光源，或者可能是不连续地发射的光源，诸如脉冲光源。光源可以是均匀的光源，或者可以是不均匀的光源或图案化的光源。因此，作为示例，为了使光学检测器测量至少一个纵坐标，诸如测量至少一个对象的深度，在照射中或在由光学检测器捕获的场景中的对比度是有利的。在通过自然照射不存在对比度的情况下，光学检测器可以适配于经由至少一个可选光源(优选地采用图案化的光)完全或部分地照射场景和/或场景中的至少一个对象。因此，作为示例，光源可以将图案投影到场景中，到墙壁上或至少一个对象上，以便在由光学检测器捕获的图像内产生增加的对比度。
至少一个可选光源通常可以发射在可见光谱范围、红外光谱范围或紫外光谱范围中的一个或多个范围内的光。优选地，至少一个光源发射至少在红外光谱范围内的光。
光学检测器同样可以适配于自动照射场景。因此，光学检测器、诸如评估装置可以适配于自动控制由光学检测器或其一部分捕获的场景的照射。因此，作为示例，在大面积提供低对比度从而使得难以在这些区内测量纵坐标(诸如深度)的情况下，光学检测器可以适配于来识别。在这些情况下，作为示例，光学检测器可以适配于诸如通过将一个或多个图案投影到这些区中来采用图案化的光自动照射这些区。
如在本发明中所使用的，表述“位置”通常是指关于对象的一个或多个点的一个或多个绝对位置和取向的至少一项信息。因此，具体地，位置可以在检测器的坐标系中、诸如笛卡尔坐标系中确定。然而，另外或可替代地，可以使用其它类型的坐标系，诸如极坐标系和/或球面坐标系。
在本发明的进一步方面中，公开了一种光学检测的方法，具体地一种用于确定至少一个对象的位置的方法。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，两个或更多个或甚至全部方法步骤可以同时和/或在时间上重叠执行。此外，可以重复执行一个、两个或更多个或甚至所有的方法步骤。该方法可以进一步包括附加的方法步骤。该方法包括以下方法步骤：
-通过使用至少一个光学传感器和至少一个图像传感器来检测至少一个光束，其中光学传感器具有至少一个传感器区域，其中图像传感器是包括图像像素矩阵的像素化传感器；
-生成至少一个传感器信号和至少一个图像信号，其中光学传感器的传感器信号就照射的总功率而言表现出对由光束对传感器区域的照射的非线性依赖性，以及其中图像传感器的图像信号就照射的总功率而言表现出对由光束对图像像素的照射的线性依赖性；以及
-通过使用至少一个评估装置来评估传感器信号和图像信号。
该方法优选地可以通过使用根据本发明的光学检测器来执行，诸如在上面给出或下面进一步详细给出的一个或多个实施例中公开的。因此，关于该方法的定义和潜在实施例，可以参考光学检测器。其它实施例仍是可行的。
因此，具体地，提供焦点调制信号可以包括提供周期性焦点调制信号，优选地正弦信号。
此外，传感器信号对光学传感器的照射的总功率的非线性依赖性可以优选地由包括线性部分和非线性部分的非线性函数表达。在此，可以通过评估传感器信号和图像信号来确定非线性函数的线性部分和/或非线性部分。更优选地，可以确定传感器信号和图像信号之间的差，用于提供非线性函数的非线性部分。
具体地，评估传感器信号可以包括检测传感器信号中的局部极大值或局部极小值中的一者或二者。进一步地，评估传感器信号可以进一步包括通过评估局部极大值或局部极小值中的一者或两者来提供关于朝向光学检测器传播的光束所源自的至少一个对象的纵向位置的至少一项信息。
评估传感器信号可以进一步包括执行传感器信号的相敏评估。相敏评估可以包括以下中的一个或两个：确定传感器信号中的局部极大值或局部极小值中的一者或二者的位置或锁相检测。
评估传感器信号可以进一步包括通过评估传感器信号来生成关于至少一个对象的纵向位置的至少一项信息，其中光束从该至少一个对象朝向光学检测器传播。具体地，关于至少一个对象的纵向位置的至少一项信息的生成可以利用纵向位置和传感器信号之间的预定或可确定的关系。
该方法可以进一步包括通过使用至少一个可选的横向光学传感器来生成至少一个横向传感器信号，其中横向光学传感器可以适配于确定光束的横向位置、朝向光学检测器传播的光束所源自的对象的横向位置或由光束生成的光斑的横向位置中的一个或多个，横向位置是在垂直于检测器的光轴的至少一个维度中的位置。该方法可以进一步包括通过评估横向传感器信号来生成关于对象的横向位置的至少一项信息。
评估传感器信号可以进一步包括根据其调制频率将每个信号分量分配给相应的像素。传感器信号的评估可以包括通过用不同调制频率解调传感器信号来执行频率分析。传感器信号的评估可以进一步包括通过评估信号分量来确定矩阵的哪些像素由光束照射。传感器信号的评估可以包括通过识别由光束照射的矩阵的像素的横向位置来识别光束的横向位置、光斑的横向位置或光束的取向中的至少一个。传感器信号的评估可以进一步包括通过评估信号分量来确定光束的宽度。传感器信号的评估可以进一步包括识别分配给由光束照射的像素的信号分量，并根据像素布置的已知几何特性确定在光学传感器位置处光束的宽度。传感器信号的评估可以进一步包括通过使用朝向检测器传播的光束所源自的对象的纵坐标与光学传感器的位置处的光束宽度或由光束照射的光学传感器的像素数量中的一者或两者之间的已知或可确定的关系，来确定对象的纵坐标。
该方法进一步包括通过使用至少一个成像装置获取由光学检测器捕获的场景的至少一个图像。其中，该方法可以进一步包括将光学传感器的像素分配给图像。该方法可以进一步包括通过评估信号分量来确定用于图像像素的深度信息。
该方法可以进一步包括将图像像素的深度信息与图像组合，以便生成至少一个三维图像。
关于上述方法步骤的更多细节，可以参考根据上面列出或下面更详细地列出的实施例中的一个或多个的光学检测器的描述，因为光学检测器的功能可以对应于方法步骤。
在本发明的进一步方面中，公开了根据本发明的光学检测器的用途，诸如在上面讨论的一个或多个实施例中公开的和/或如下面进一步详细给出的一个或多个实施例所公开的，为了使用目的，其选自以下组成的组：交通技术中的位置测量；娱乐应用；安全应用；人机接口应用；跟踪应用；摄影应用；用于生成至少一个空间(诸如选自房间、建筑物和街道的至少一个空间)的地图的测图应用；移动应用；网络摄像头；计算机外围装置；游戏应用；音频应用；摄像或视频应用；安全应用；监视应用；汽车应用；运输应用；医疗应用；农业应用；与培育植物或动物相关的应用；作物保护应用；运动应用；机器视觉应用；车辆应用；飞机应用；船舶应用；航天器应用；建筑应用；工程应用；制图应用；制造应用；质量控制应用；与至少一个飞行时间检测器结合的用途。另外或可替代地，本地和/或全球定位系统中的应用可以被指定，特别是基于地标的定位和/或室内和/或室外导航，具体用于汽车或其它车辆(诸如火车、摩托车、自行车、用于货物运输的卡车)、机器人或用于行人。此外，室内定位系统可以被指定为潜在应用，诸如用于家庭应用和/或在制造技术中使用的机器人。此外，根据本发明的光学检测器可以用于自动开门器中，诸如所谓的智能滑动门，诸如在Jie-CiYang等人，传感器2013，13(5)5923-5936；DOI：10.3390/s130505923(Jie-Ci Yang et al.,Sensors 2013,13(5),5923-5936；doi:10.3390/s130505923)中公开的智能滑动门。根据本发明的至少一个光学检测器可用于检测人或对象何时接近门，并且门可以自动打开。
如上所述，进一步的应用可以是全球定位系统、本地定位系统、室内导航系统等。因此，根据本发明的装置，即光学检测器、检测器系统、人机接口、娱乐装置、跟踪系统或相机中的一个或多个，具体地可以是本地或全球定位系统的一部分。另外或可替代地，装置可以是可见光通信系统的一部分。其它用途是可行的。
根据本发明的装置，即光学检测器、检测器系统、人机接口、娱乐装置、跟踪系统或相机中的一个或多个，进一步具体地可以与诸如用于室内或室外导航的本地或全球定位系统结合使用。作为示例，根据本发明的一个或多个装置可以与诸如Google或Google Street的软件/数据库组合。根据本发明的装置可进一步用于分析距周围环境中的对象的距离，对象的位置可以在数据库中找到。从到已知对象的位置的距离，可以计算用户的本地或全球位置。
因此，根据本发明的光学检测器、检测器系统、人机接口、娱乐装置、跟踪系统或相机(以下简称为“根据本发明的装置”或不将本发明限制于对FiP效应-“FiP装置”的潜在用途)可以用于多个应用目的，诸如以下进一步详细公开的一个或多个目的。
因此，首先，FiP装置可以用于移动电话、平板计算机、膝上型计算机、智能面板或其它固定或移动计算机或通信应用中。因此，FiP装置可以与至少一个有源光源(诸如发射可见光范围或红外光谱范围内的光的光源)组合，以便提高性能。因此，作为示例，FiP装置可以用作相机和/或传感器，诸如与用于扫描环境、对象和生物的移动软件组合。FiP装置甚至可以与2D相机、诸如传统的相机组合，以便增加成像效果。FiP装置可以进一步用于监视和/或记录目的，或者作为输入装置来控制移动装置，特别是与手势识别相结合。因此，具体地，同样称为FiP输入装置的充当人机接口的FiP装置可以用于移动应用中，诸如用于经由移动装置(诸如移动电话)来控制其它电子装置或部件。作为示例，包括至少一个FiP装置的移动应用可以用于控制电视机、游戏机、音乐播放器或音乐装置或其它娱乐装置。
此外，FiP装置可以用于网络摄像机或用于计算应用的其它外围装置中。因此，作为示例，FiP装置可以与用于成像、记录、监视、扫描或运动检测的软件组合使用。如在人机接口和/或娱乐装置的上下文中所描述的，FiP装置对于通过面部表情和/或身体表达来给出命令特别有用。FiP装置可以与其它输入生成装置组合，像例如鼠标、键盘、触摸板等。此外，FiP装置可以用于游戏的应用中，诸如通过使用网络摄像头。此外，FiP装置可以用于虚拟培训应用和/或视频会议。
此外，如上面部分地解释的，FiP装置可以用于移动音频装置、电视装置和游戏装置中。具体地，FiP装置可以用作用于电子装置、娱乐装置等的控制器或控制装置。此外，FiP装置可以用于诸如2D和3D显示技术中的眼睛检测或眼睛跟踪，特别是具有用于增强现实应用的透明显示。
此外，FiP装置可以用于或用作数码相机，诸如DSC相机和/或用于或用作反射式相机，诸如SLR相机。对于这些应用，可以参考如上所讨论的FiP装置在诸如移动电话的移动应用中的用途。
此外，FiP装置可用于安全和监视应用。因此，作为示例，通常，FiP传感器可以与一个或多个数字和/或模拟电子装置组合，如果对象在预定区内部或外部(例如，用于银行或博物馆中的监视应用)，则数字和/或模拟电子装置将给出信号。具体地，FiP装置可以用于光学加密。基于FiP的检测可以与其它检测装置(诸如与IR、X射线、UV-VIS、雷达或超声检测器)组合以补充波长。FiP装置可以进一步与有源红外光源组合以允许在低光环境中的检测。与有源检测器系统相比，诸如基于FIP的传感器的FiP装置通常是有利的，具体地，因为FiP装置避免主动地发送可能被第三方检测到的信号，如例如在雷达应用、超声波应用、LIDAR或类似的有源检测器装置的情况。因此，通常，FiP装置可以用于移动对象的无法识别和不可检测的跟踪。此外，与传统装置相比，FiP装置通常不太容易受到操纵和刺激。
此外，考虑到通过使用FiP装置的3D检测的简单性和准确性，FiP装置通常可用于面部、身体和人的识别和标识。其中，FiP装置可以与用于识别或个人化目的的其它检测手段组合，诸如密码、指纹、虹膜检测、语音识别或其它手段。因此，通常，FiP装置可以用于安全装置和其它个性化应用中。
此外，FiP装置可以用作用于产品识别的3D条形码读取器。
除了上面提及的安全和监视应用之外，FiP装置通常可以用于监视和监控空间和区域。因此，FiP装置可用于测量和监控空间和区域，并且作为示例，用于在违禁区域被入侵的情况下触发或执行警报。因此，通常，FiP装置可用于建筑物监视或博物馆的监视目的，可选地与其它类型的传感器组合，诸如与运动或热传感器组合，与图像增强器或图像增强装置和/或光电倍增管组合。
此外，FiP装置可以有利地应用于诸如视频和摄像机应用的相机应用中。因此，FiP装置可以用于运动捕捉和3D电影记录。其中，FiP装置通常提供优于传统光学装置的大量优点。因此，FiP装置通常需要在光学部件方面的较低的复杂性。因此，作为示例，与传统光学装置相比，，诸如通过仅提供具有一个透镜的FiP装置，可以减少透镜的数量。由于复杂度降低，非常紧凑的装置是可能的，诸如用于移动用途。具有两个或更多个具有高质量的透镜的传统光学系统通常是庞大的，诸如由于普遍需要大量的分束器。此外，FiP装置通常可以用于聚焦/自动聚焦装置，诸如自动聚焦相机。此外，FiP装置同样可用于光学显微镜，特别是共聚焦显微镜。
此外，FiP装置应用于汽车技术和运输技术的技术领域中。因此，作为示例，FiP装置可以用作距离和监视传感器，诸如用于自适应巡航控制、紧急制动辅助、车道偏离警告、环绕视野、盲点检测、后交叉交通警报以及其它汽车和交通应用。此外，FiP传感器同样可用于速度和/或加速度测量，诸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。该特征通常可以应用于汽车技术、运输技术或一般交通技术中。在其它技术领域中的应用是可行的。
在这些或其它应用中，通常，FiP装置可以用作独立装置，或者与其它传感器装置组合使用，诸如与雷达和/或超声装置组合。具体地，FiP装置可用于自主驾驶和安全问题。此外，在这些应用中，FiP装置可以与红外传感器、为声波传感器的雷达传感器、二维相机或其它类型的传感器组合使用。在这些应用中，典型的FiP装置的普遍无源特性是有利的。因此，由于FiP装置通常不需要发射信号，所以可以避免有源传感器信号与其它信号源的干扰的风险。FiP装置具体地可以与识别软件(诸如标准图像识别软件)结合使用。因此，如由FiP装置提供的信号和数据通常易于处理，并且因此通常比建立的立体视觉系统(诸如LIDAR)要求更低的计算功率。鉴于空间需求较低，FiP装置(诸如使用FiP效应的相机)可放置在车辆的几乎任何地方，诸如在窗口屏幕上、在前引擎盖上、在保险杠上、在灯上、在镜子上或其它地方等。可以组合基于FiP效应的各种检测器，诸如以便允许自主驾驶车辆或以便增加主动安全概念的性能。因此，各种基于FiP的传感器可以与其它基于FiP的传感器和/或常规传感器组合，诸如在像后窗、侧窗或前窗的窗户中，在保险杠上或灯上。
FiP传感器与一个或多个雨水检测传感器的组合同样是可能的。这是因为FiP装置通常比诸如雷达的传统传感器技术更有利，特别是在大雨期间。至少一个FiP装置与诸如雷达的至少一种传统感测技术的组合可以允许软件根据天气条件拾取正确的信号组合。
此外，FiP装置通常可以用作中断辅助和/或停车辅助和/或用于速度测量。速度测量可以集成在车辆中，或者可以在车辆外部使用，诸如以便在交通控制中测量其它车辆的速度。此外，FiP装置可用于检测停车场中的免费停车空间。
此外，FiP装置可以用于医疗系统和运动的领域中。因此，在医疗技术领域中，可指定例如用于内窥镜的手术机器人，因为如上所述，FiP装置可仅需要较低的体积并且可以集成到其它装置中。具体地，具有最多一个透镜的FiP装置可以用于捕获在诸如内窥镜的医疗装置中的3D信息。此外，FiP装置可以与适当的监控软件组合，以便能够跟踪和分析移动。这些应用例如在医疗治疗和远距离诊断和远程医疗中是特别有价值的。
此外，FiP装置可以应用于运动和锻炼领域，诸如训练、远程命令或竞赛目的。具体地，FiP装置可能应用于舞蹈、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、拳击等领域中。FiP装置可用于检测运动和游戏中的球、球棒、剑、运动等的位置，诸如监视游戏、支持裁判或用于判断，具体是体育运动中的具体情况的自动判断，诸如用于判断点或目标是否实际出现。
FiP装置可进一步用于康复和物理治疗，以便鼓励训练和/或以便调查和纠正移动。其中，FiP装置同样可以应用于距离诊断。
此外，FiP装置可以应用于机器视觉领域。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。结合移动机器人，FiP装置可以允许用于自动移动和/或部件中的故障的自动检测。FiP装置同样可用于制造和安全监视，诸如以便避免包括但不限于机器人、生产部件和生物之间的碰撞的事故。给定FiP装置的无源特性，FiP装置可以比有源装置更有利，和/或可以用于与现有的解决方案(如雷达、超声波、2D相机、IR检测等)互补。FiP装置的一个特别优点是信号干扰的低可能性。因此，多个传感器可以在同一环境中同时工作，而不会产生信号干扰的风险。因此，FiP装置通常可能在高度自动化的生产环境中是有用的，例如，但不限于汽车、采矿、钢铁等。FiP装置同样可以用于生产中的质量控制，例如与其它传感器(如2D成像、雷达、超声波、IR等)结合使用，诸如用于质量控制或其它目的。此外，FiP装置可以用于表面质量的评估，诸如用于测量产品的表面平整度或从微米范围到米的范围的特定尺寸的粘附。其它质量控制应用是可行的。此外，FiP装置可用于民意调查、飞机、船舶、航天器和其它交通应用。因此，除了在交通应用的上下文中提及的应用之外，还可以指定用于飞机、车辆等的无源跟踪系统。基于用于监控移动对象的速度和/或方向的FiP效应的检测装置是可行的。具体地，可以指定陆上、海上和空中(包括太空)的快速移动对象的跟踪。至少一个FiP检测器具体地可以安装在静止的和/或移动的装置上。至少一个FiP装置的输出信号可以例如与用于另一对象的自主或引导运动的引导机构组合。因此，用于避免碰撞或用于使能跟踪和操纵的对象之间的碰撞的应用是可行的。由于所需的计算功率低、即时响应以及由于与有源系统(像例如雷达)相比通常更难以检测和干扰的检测系统的无源特性，所以FiP装置通常是有用和有利的。FiP装置特别有用于但不限于例如速度控制和空中交通管制装置。
FiP装置通常可用于无源应用。无源应用包括对港口或危险区域中的船舶以及对着陆或起飞时的飞机的指导，其中固定的已知的有源目标可以用于精确的指导。同样的情况可用于处于危险但是明确限定的路线上行驶的车辆，诸如采矿车辆。
此外，如上所述，FiP装置可以用于游戏领域中。因此，FiP装置可以是无源的，用于相同或不同尺寸、颜色、形状等的多个对象，诸如与用于将移动结合到其内容中的软件结合的移动检测。特别地，应用在将运动实现为图形输出中是可行的。此外，用于给出命令的FiP装置的应用是可行的，诸如通过使用一个或多个FiP装置来进行手势或面部识别。FiP装置可以与有源系统组合以便在例如低光条件下或在需要增强周围环境条件的其它情况下工作。另外或可替代地，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，诸如与基于FiP效应的检测装置组合。基于FiP的检测器与特殊装置的组合同样是可能的，这可以通过系统及其软件容易地区分，例如但不限于特殊的颜色、形状、距其它装置的相对位置、移动速度、光、用于调制装置上的光源的频率、表面特性、使用的材料、反射特性、透明度、吸收特性等。除了其它可能性之外，该装置可以类似于棒、球拍、球杆、枪、刀、轮、环、方向盘、瓶、球、玻璃、花瓶、汤匙、叉子、立方体、骰子、人物、木偶、玩具、烧杯、踏板、开关、手套、珠宝、乐器或用于演奏乐器的辅助装置，诸如琴拔、鼓槌等。其它选项是可行的。
此外，FiP装置通常可用于建筑、建造和绘图领域。因此，通常可以使用基于FiP的装置以便测量和/或监控环境区域，例如，农村或建筑物。其中，一个或多个FiP装置可以与其它方法和装置组合，或者可以单独使用，以便监控建筑项目、变化的对象、房屋等的进度和准确性。FiP装置可以用于生成扫描环境的三维模型，以便从地面或从空中构建房间、街道、房屋、社区或景观的地图。潜在的应用领域可以是建造、室内设计；室内家具布置；绘图、房地产管理、土地测量等。
基于FiP的装置可以进一步用于扫描对象，诸如与CAD或类似软件组合，诸如用于增材制造和/或3D打印。其中，可以使用FiP装置的高尺寸精度，诸如同时地例如在x-、y-或z-方向中或在这些方向的任意组合中。此外，FiP装置可用于检查和维护中，诸如管道检测仪。
如上所述，FiP装置可以进一步用于制造、质量控制或识别应用中，诸如在产品识别或尺寸识别中(诸如用于找到最优位置或包装，以减少浪费等)。此外，FiP装置可用于物流应用。因此，FiP装置可用于优化装载或包装容器或车辆。此外，FiP装置可用于制造领域中的表面损坏的监控或控制，用于监控或控制租赁对象(诸如租赁车辆)和/或用于保险应用，诸如用于损坏评估。此外，FiP装置可以用于识别材料、对象或工具的尺寸，诸如用于最优材料处理，特别是与机器人组合。此外，FiP装置可以用于生产中的过程控制，例如用于观察罐的填充液面。此外，FiP装置可用于维护生产资产，例如但不限于罐、管道、反应器、工具等。此外，FiP装置可用于分析3D质量标记。此外，FiP装置可以用于制造定制商品，诸如牙嵌、牙支架、假体、衣服等。FiP装置同样可以与用于快速原型设计、3D复制等的一个或多个3D打印机组合。此外，FiP装置可以用于检测一个或多个物品的形状，诸如用于防盗版和防伪的目的。
如上所述，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)光学传感器中的至少一个可以是有机光学传感器，其包括具有至少两个电极和嵌入在这些电极之间的至少一种光伏材料的光敏层设置。在下面，将给出光敏层设置的优选设置的示例，具体地关于可在该光敏层设置中使用的材料。光敏层的设置优选是太阳能电池、更优选有机太阳能电池和/或染料敏化太阳能电池(DSC)、更优选固体染料敏化太阳能电池(sDSC)的光敏层设置。然而，其它实施例是可行的。
优选地光敏层设置包括至少一种光伏材料，诸如包括夹在第一电极和第二电极之间的至少两层的至少一个光伏层设置。优选地，光敏层设置和光伏材料包括n半导体金属氧化物、至少一种染料和至少一种p半导体有机材料中的至少一个层。作为示例，光伏材料可包括这样的层设置，该层设置具有诸如二氧化钛的n半导体金属氧化物的至少一个致密层；与n半导体金属氧化物的致密层接触的n半导体金属氧化物的至少一个纳米多孔层，诸如二氧化钛的至少一个纳米多孔层；将n半导体金属氧化物的纳米多孔层敏化的至少一种染料，优选有机染料；以及至少一种p半导体有机材料的至少一个层，其与染料和/或n半导体金属氧化物的纳米多孔层接触。
如将在下面进一步详细解释的，n半导体金属氧化物的致密层可形成在第一电极与纳米多孔n半导体金属氧化物的至少一个层之间的至少一个阻挡层。然而，应注意其它实施例是可行的，诸如具有其它类型缓冲层的实施例。
至少两个电极包括至少一个第一电极和至少一个第二电极。第一电极可以是阳极或阴极中的一个，优选为阳极。第二电极可以是阳极或阴极中的另一个，优选为阴极。第一电极优选与n半导体金属氧化物的至少一个层接触，并且第二电极优选与p半导体有机材料的至少一个层接触。第一电极可以是与基板接触的底电极，而第二电极可以是远离基板面对的顶电极。可替代地，第二电极可以是与基板接触的底电极，而第一电极可以是远离基板面对的顶电极。优选地，第一电极和第二电极中的一者或两者是透明的。
在下文中，将公开关于第一电极、第二电极和光伏材料(优选包括两种或更多种光伏材料的层设置)的一些选项。然而，应当指出，其它实施例是可行的。
a)基板，第一电极和n半导体金属氧化物
通常，对于第一电极和n半导体金属氧化物的优选实施例，可以参考WO 2012/110924 A1、WO 2014/097181 A1或WO 2015/024871 A1，其全部内容通过引用包括在本文中。其它实施例是可行的。
在下文中，应当假设第一电极是与基板直接或间接地接触的底电极。然而，应当指出，其它设置是可行的，其中第一电极是顶电极。
n半导体金属氧化物可以是单一金属氧化物或不同的氧化物的混合物，该n半导体金属氧化物可用在光敏层设置中，诸如在n半导体金属氧化物的至少一个致密膜(也称为固体膜)中，和/或在n半导体金属氧化物的至少一个纳米多孔膜(也称为纳米颗粒膜)中。同样可以使用混合的氧化物。n半导体金属氧化物可以特别地是多孔的和/或以纳米颗粒氧化物的形式使用，在该上下文中纳米颗粒被理解为是指具有小于0.1微米的平均颗粒尺寸的颗粒。纳米颗粒氧化物通常通过烧结过程施加到导电基板(即，具有作为第一电极的导电层的载体)作为具有大的表面面积的薄多孔膜。
优选地，光学传感器使用至少一个透明基板。然而，使用一个或多个不透明基板的设置是可行的。
基板可以是刚性的或者柔性的。合适的基板(以下也称为载体)特别地是塑料片或薄膜，并且尤其是玻璃片或玻璃膜，也可以是金属箔。尤其用于根据以上描述的优选结构的第一电极的特别合适的电极材料是导电材料，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，可替代地或另外，同样可以使用仍具有足够透明度的薄金属膜。在期望并使用不透明的第一电极的情况下，可以使用厚的金属膜。
基板可以被覆盖或涂覆有这些导电材料。因为在提出的结构中一般仅需要单个基板，因此柔性单元的形成同样是可能的。这使得能够仅在具有难度的情况下可实现的大量最终用途，如果有的话，用刚性基板，例如用在银行卡、服装等中。
第一电极，特别是TCO层，可另外被覆盖或涂覆有固体或致密的金属氧化物缓冲层(例如10nm至200nm的厚度)，以便防止p型半导体与TCO层的直接接触(参见Peng et al.,Coord.Chem.Rev.248,1479(2004))。然而，固体p半导体电解质的使用，在与液体或凝胶形式的电解质相比电解质与第一电极的接触显著减少的情况下，使该缓冲层在许多情况下不是必需的，以使在许多情况下可以省掉该层，其同样具有电流限制效果并且同样可以恶化p半导体金属氧化物与第一电极的接触。这增强了部件的效率。另一方面，这种缓冲层可以转而以受控的方式利用，以便将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，在缓冲层已经在电池中(特别在固体电池中)省掉的情况下，随着电荷载流子的不期望的再结合而频繁出现问题。在这方面，缓冲层在许多情况下是有利的，特别是在固体单元中。
如众所周知的，金属氧化物的薄层或膜通常是便宜的固体半导体材料(n型半导体)，但由于大的带隙，其吸收通常不在电磁波谱的可见区域内，而是通常在紫外谱区域中。对于太阳能电池的使用，如在染料太阳能电池中的情况，金属氧化物因此通常必须与作为光敏剂的染料组合，该光敏剂在太阳光的波长范围(即在300nm至2000nm处)中吸收，并且在电激发态中，将电子注入半导体的导带。借助于在电池中附加地用作电解质的固体p型半导体，电解质转而在对电极处被还原，电子可以再循环到敏化剂，以使其再生。
用于有机太阳能电池的特别关注的是半导体氧化锌、二氧化锡、二氧化钛或这些金属氧化物的混合物。金属氧化物可以以微晶体或纳米晶体多孔层的形式使用。这些层具有涂覆有作为敏化剂的染料的大表面区，以使得实现太阳光的高吸收。结构化的金属氧化物层，例如纳米棒，给出如下优点，诸如更高的电子迁移率或通过染料填充的改善孔隙、通过染料的改进表面敏化或增加的表面面积。
金属氧化物半导体可以单独或以混合物的形式使用。同样可以采用一种或多种其它金属氧化物涂覆金属氧化物。此外，金属氧化物同样可以作为涂层施加到另一个半导体，例如GaP、ZnP或ZnS。
特别优选的半导体是在锐钛矿多晶型物中的氧化锌和二氧化钛，其优选以纳米晶体形式使用。
此外，敏化剂可以有利地与通常发现在这些太阳能电池中使用的所有n型半导体相结合。优选的示例包括：在陶瓷中使用的金属氧化物，诸如二氧化钛、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，例如钛酸钡；以及二元和三元铁氧化物，它们同样可以以纳米晶体或无定形形式存在。
由于惯常的有机染料和钌、酞菁和卟啉具有的强吸收，甚至n半导体金属氧化物的薄层或膜足以吸收所需量的染料。薄的金属氧化物膜转而具有如下优点，即不期望的再结合过程的可能性下降，以及染料子单元的内部电阻减小。对于n半导体金属氧化物，可以优先使用100nm至最多20微米，更优选在500nm和约3微米之间的范围中的层厚度。
b)染料
在本发明的上下文中，如一般特别地对于DSC，术语“染料”、“敏化剂染料”以及“敏化剂”基本上同义使用，而没有可能的配置的任何限制。在本发明的上下文中可用的许多染料从现有技术中是已知的，并且因此对于可能的材料示例，同样可以参考关于染料太阳能电池的现有技术的以上描述。作为优选的示例，可以使用在WO 2012/110924 A1、WO 2014/097181或WO 2015/024871 A1中公开的染料中的一种或多种，其全部内容通过引用包括在此。另外或可替代地，可以使用如在WO 2007/054470 A1和/或WO 2013/144177 A1和/或WO2012/085803 A1中公开的染料中的一种或多种，其全部内容也通过引用包括在此。
基于作为半导体材料的二氧化钛的染料敏化太阳能电池例如在“自然”杂志353期第737至740页(1991年)的US-A-4 927 721和同样是“自然”杂志395期第583至585页(1998年)的US-A-5 350 644，以及EP-A-1 176 646中描述。在这些文献中描述的染料原则上也可以有利地在本发明的上下文中使用。这些染料太阳能电池优选包括过渡金属配合物，特别是钌配合物的单分子膜，其经由酸基团键合到二氧化钛层作为敏化剂。
已经提出的许多敏化剂包括不含金属的有机染料，它们同样在本发明的上下文中是可用的。例如采用二氢吲哚染料(例如参见Schmidt-Mende等人的Adv.Mater.2005,17,813)可以实现超过4％的高效率，特别是在固体染料太阳能电池中。US-A-6359211描述了在本发明的上下文中同样可实施的花青、嗪、噻嗪和吖啶染料(具有经由由亚烷基键合的羧基基团，用于固定到二氧化钛半导体)的用途。
在所提出的染料太阳能电池中优选的敏化剂染料是在DE 10 2005 053 995 A1或WO 2007/054470 A1中描述的二萘嵌苯衍生物、三萘嵌二苯(terrylene)衍生物和四萘嵌三苯(quaterrylene)衍生物。另外或替代地，可以使用如在WO 2013/144177 A1中公开的一种或多种染料。WO 2013/144177 A1和EP 12162526.3的全部内容通过引用被包含到本文。具体地，可以使用染料D-5和/或染料R-3，其同样称为ID1338：
染料D-5和染料R-3的制备和性质在WO 2013/144177A1中公开。
在本发明的上下文中同样可能的这些染料的使用，导致光伏元件具有高效率和同时具有高稳定性。
此外，另外或替代地，可以使用以下染料，其同样在WO 2013/144177 A1中公开，其被称为ID1456：
此外，可以在根据本发明的装置中，特别是在至少一个光学传感器中使用以下萘嵌苯(rylene)染料中的一种或两种：
ID1187：
ID1167：
这些染料ID1187和ID1167落入WO 2007/054470 A1中公开的萘嵌苯染料的范围，并且可以使用如在其中公开的一般合成路线来合成，如本领域技术人员将认识到的。
萘嵌苯在太阳光的波长范围中表现出强吸收，并且取决于共轭系统的长度，可以覆盖从约400nm(来自DE 10 2005 053 995 A1的二萘嵌苯衍生物I)到高至约900nm(来自DE10 2005 053 995 A1的四萘嵌三苯衍生物衍生物I)的范围。基于三萘嵌二苯的萘嵌苯衍生物I根据其组成以吸附到二氧化钛的固态在从约400nm至800nm的范围内吸收。为了实现从可见光到近红外区域的入射太阳光的非常可观的利用率，有利的是使用不同萘嵌苯衍生物I的混合物。有时，同样使用不同萘嵌苯的同系物同样是可取的。
萘嵌苯衍生物I可以容易地并以永久的方式固定到n半导体金属氧化膜。经由酸酐官能团(×1)或在原位形成的羧基基团-COOH或-COO-，或经由在酰亚胺或缩合基团((×2)或(×3))中存在的酸基团A来实现键合。在DE 10 2005 053 995 A1中描述的萘嵌苯衍生物I具有在本发明上下文中的染料敏化太阳能电池中使用的良好适合性。
当染料在分子的一端具有使得能够将其固定到n型半导体膜的锚定基团时，是特别优选的。在分子的另一端，染料优选地包括电子供体Y，其在电子释放到n型半导体之后便于染料再生，并且还防止与已经释放到半导体的电子的再结合。
对于关于合适染料的可能选择的进一步细节，例如可以再次参考DE 10 2005 053995 A1。通过示例的方式，尤其可以使用钌配合物、卟啉、其它有机敏化剂，以及优选地萘嵌苯。
染料可以以简单的方式固定到n半导体金属氧化膜(诸如纳米多孔n半导体金属氧化物层)上或n半导体金属氧化膜中。例如，n半导体金属氧化物膜以新鲜烧结(仍温热)的状态经过足够的周期(例如约0.5小时至24小时)与在合适有机溶剂中的染料的溶液或悬浮液接触。这可以例如通过将金属氧化物涂覆基板浸渍到染料的溶液中来实现。
如果使用不同染料的组合，则它们例如可以由包括一种或多种染料的一种或多种溶液或悬浮液依次施加。也可以使用由例如CuSCN的层分离的两种染料(关于这个主题，例如参见Tennakone,K.J.,Phys.Chem.B.2003,107,13758)。在个别情况下，可以比较容易确定最方便的方法。
在染料的选择和n半导体金属氧化物的氧化物颗粒的尺寸的选择中，有机太阳能电池应当被配置为使得最大量的光被吸收。氧化物层应结构化为使得固体p型半导体可以有效地填充孔隙。例如，更小的颗粒具有较大的表面积，并且因此能够吸附更大量的染料。另一方面，更大的颗粒一般具有更大的孔隙，其使得能够通过p导体更好地渗透。
c)p半导体有机材料
如以上所述，诸如DSC或sDSC的光敏层设置的至少一个光敏层设置可以特别包括至少一种p半导体有机材料，优选至少一种固体p半导体材料，其在下文也被称为为p型半导体或p型导体。下文中，给定这种有机p型半导体的一系列优选实施例的描述，这种有机p型半导体可单独或以任何所需组合来使用，例如以与相应p型半导体的多个层的组合和/或以与在一个层中的多个p型半导体的组合。
为了防止在n半导体金属氧化物的电子与固体p导体的再结合，在n半导体金属氧化物和p型半导体之间可以使用具有钝化材料的至少一个钝化层。该层应当非常薄，并且应当尽可能仅覆盖迄今为止n半导体金属氧化物的尚未覆盖的位点。在某些情况下，钝化材料还可以在染料之前施加到金属氧化物。优选的钝化材料特别是以下物质中的一种或多种：Al2O3；硅烷，例如CH3SiCl3；Al3+；4-叔丁基吡啶(TBP)；MgO；GBA(4-胍基丁酸)以及类似的衍生物；烷基酸；十六烷基丙二酸(HDMA)。
如以上所述，优选地一种或多种固体有机p型半导体单独或者与在性质上是有机或无机的一种或多种另外的p型半导体结合使用。在本发明的上下文中，p型半导体一般理解为是指能够传导空穴，也就是说正电荷载流子的材料，特别是有机材料。更具体地，它可以是具有大π电子体系的有机材料，该大π电子体系可以被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型半导体可以包括具有所提特性的至少一种有机基体材料。此外，p型半导体可以可选地包括强化p半导体特性的一种或多种个掺杂剂。影响p型半导体的选择的显著参数是空穴迁移率，因为这部分地确定了空穴扩散长度(参见Kumara,G.,Langmuir,2002,18,10493-10495)。在不同的螺环化合物中的带电载流子迁移率的比较例如可以在T.Saragi,Adv.Funct.Mater.2006,16,966-974中找到。
优选地，在本发明的上下文中，使用有机半导体(即低分子量、低聚或聚合半导体中的一种或多种或这些半导体的混合物)。特别优选的是可由液相加工的p型半导体。在此的示例是p型半导体，其基于诸如聚噻吩和聚芳胺的聚合物或基于无定形的、能可逆氧化的、非聚合的有机化合物，诸如在开始时提到的螺二芴(例如参见US 2006/0049397和在其中公开为p型半导体的螺环化合物，其在本发明的上下文中同样可使用)。优选的是使用低分子量有机半导体，诸如在WO 2012/110924 A1中公开的低分子量的p型半导体材料，优选螺环-MeOTAD，和/或在Leijtens等人在ACS Nano,VOL.6,NO.2,1455-1462(2012)中公开的p型半导体材料的一种或多种。另外或替代地，可以使用如WO 2010/094636 A1(其全部内容通过引用包含在本文中)中公开的p型半导体材料的一种或多种。此外，也可以参考来自现有技术的上述描述中关于p半导体材料和掺杂剂的评论。
p型半导体优选是可生产的或通过将至少一种p导电有机材料施加到至少一个载体元件来产生，其中该施加例如通过从包括至少一种p导电有机材料的液相沉积来实现。在该情况下，原则上又可通过任何所期望的沉积工艺实现该沉积，例如通过旋涂、刮刀、刮涂、印刷或所述的和/或其它沉积方法的组合。
有机p型半导体可特别包括诸如螺环-MeOTAD的至少一个螺环化合物，和/或具有如下结构式的至少一种化合物：
其中
A1、A2、A3是每一个独立地可选地取代的芳基基团或杂芳基基团，
R1、R2、R3每一个独立地选自由取代基-R、-OR、-NR2、-A4-OR以及-A4-NR2组成的组，
其中，R选自由烷基、芳基和杂芳基组成的组，
以及
其中，A4为芳基基团或杂芳基基团，以及
其中，n在每一种情况下在式I中独立地为0、1、2或3的值，
其条件是单独的n值的总和至少为2，并且R1、R2和R3基团中的至少两个是-OR和/或-NR2。
优选地，A2和A3是相同的；相应地，式(I)的化合物优选具有以下结构(Ia)
更特别地，如以上所述，p型半导体因此可以具有至少一种低分子量的有机p型半导体。低分子量材料通常理解为是指以单体、非聚合或非低聚形式存在的材料。如在本发明上下文中使用的术语“低分子量”优选是指p型半导体具有在从100g/mol至25000g/mol范围中的分子量。优选地，低分子量物质具有500g/mol至2000g/mol的分子量。
一般地，在本发明的上下文中，p半导体特性被理解为是指材料的，特别是有机分子的形成空穴并运输这些空穴和/或将它们传递到相邻分子的特性。更具体地，这些分子的稳定氧化应当是可能的。此外，所提及的低分子量的有机p型半导体可以特别具有大π电子体系。更具体地，至少一种低分子量的p型半导体可以是从溶液加工的。低分子量的p型半导体可以特别包括至少一个三苯胺。当低分子量的有机p型半导体包括至少一种螺环化合物时是特别优选的。螺环化合物被理解为是指多环有机化合物，该多环有机化合物的环仅在也被称为螺原子的一个原子处结合。更具体地，螺原子可以是sp3-杂化的，使得经由螺原子彼此连接的螺环化合物的构成部分例如例如相对于彼此被布置在不同平面中。
更优选地，螺环化合物具有下式的结构：
其中aryl1、aryl2、aryl3、aryl4、aryl5、aryl6、aryl7以及aryl8基团每一个独立地选自取代的芳基和杂芳基，特别是选自被取代的苯基，其中芳基和杂芳基，优选是苯基，每一个独立地被取代，优选地在每种情况下被选自由-O-烷基、-OH、-F、-Cl、-Br以及-I组成的组中的一个或多个取代基取代，其中烷基优选是甲基、乙基、丙基或异丙基。更优选地，在每种情况下，苯基每一个由选自-O-Me、-OH、-F、-Cl、-Br和-I组成的组中的一个或多个取代基独立地取代。
进一步优选地，螺环化合物是下式的化合物：
其中Rr、Rs、Rt、Ru、Rv、Rw、Rx和Ry每一个独立地选自由-O-烷基、-OH、-F、-Cl、-Br和-I组成的组，其中烷基优选是甲基、乙基、丙基或异丙基。更优选地，Rr、Rs、Rt、Ru、Rv、Rw、Rx和Ry每一个独立地选自由-O-Me、-OH、-F、-Cl、-Br和-I组成的组，优选地如在US 2014/0066656A1中所公开的。
更特别地，p型半导体可以包括螺环-MeOTAD或由螺环-MeOTAD组成，即具有可德国的达姆施塔特市的Merck KGaA商业可得的下式的化合物：
可替代地或另外，同样可以使用其它p半导体化合物，特别是低分子量和/或低聚物和/或聚合的p半导体化合物。
在替代实施例中，低分子量有机p型半导体包括上述式I中的一种或多种化合物，其例如可参考WO/2010/094636 A1。附加或可替代地，对于上述的螺环化合物，p型半导体可以包括上述式I中的至少一种化合物。
如在本发明的上下文中使用的术语“烷基(alkyl)”或“烷基基团”或“烷基(alkylradical)”一般应理解为是指被取代的或未被取代的C1-C20-烷基。优选的是C1-至C10-烷基，特别优选的是C1-至C8-烷基。烷基可以是直链或支链的。此外，烷基可选自由C1-C20-烷氧基、卤素(优选地F)以及C6-C30-芳基(可进而被取代或未被取代)组成的组中的一个或多个取代基取代。合适的烷基基团的示例是甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基和辛基，以及同样也可以是异丙基、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，以及同样由C6-C30-芳基、C1-C20-烷氧基和/或卤素(特别是F)取代的上述烷基基团的衍生物，例如CF3。
如在本发明的上下文中使用的，术语“芳基(aryl)”或“芳基基团”或“芳基(arylradical)”应理解为是指源自单环、二环、三环或其它多环芳族环的可选被取代的C6-C30-芳基，其中芳族环不包括任何环杂原子。芳基优选包括五元和/或六元芳族环。当芳基不是单环体系时，在术语“芳基”对于第二环的情况下，假设特定形式是已知的和稳定的，饱和形式(全氢化形式)或部分不饱和形式(例如二氢形式或四氢形式)同样是可能的。在本发明的上下文中的术语“芳基”因此同样包括例如其中两个或所有三个基团是芳族的双环或三环基团；以及也包括其中仅一个环是芳族的双环或三环基团；以及也包括其中两个环都是芳族的三环基团。芳基的示例是：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。特别优选的是C6-C10-芳基，例如苯基或萘基，非常特别优选的是C6-芳基，例如苯基。此外，术语“芳基”同样包括含有经由单键或双键彼此结合的至少两个单环、双环或多环芳族环的环体系。一个示例是联苯基团。
如在本发明的上下文中使用的，术语“杂芳基(heteroaryl)”或“杂芳基基团”或“杂芳基(heteroaryl radical)”应理解为是指可选取代五元或六元芳族环和多环，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。在本发明的上下文中，杂芳基优选包括5至30个环原子。它们可以是单环、二环或三环，并且一些可以通过用杂原子取代在芳基基础骨架中的至少一个碳原子来从上述芳基得到。优选的杂原子为N、O和S。杂芳基更优选地具有5至13个环原子。杂芳基的基础骨架特别优选地选自诸如吡啶的体系和诸如噻吩、吡咯、咪唑或呋喃的五元杂芳族化合物。这些基础骨架可以可选地稠合到一个或两个六元芳族基团。此外，术语“杂芳基”同样包括含有经由单键或双键彼此结合的至少两个单环、双环或多环芳族环的环体系，其中至少一个环包括杂原子。当杂芳基不是单环体系时，在术语“杂芳基”对于至少一个环的情况下，假设特定形式是已知的和稳定的，饱和形式(全氢化形式)或部分不饱和形式(例如二氢形式或四氢形式)同样是可能的。在本发明的上下文中，术语“杂芳基”因此包括例如同样其中两个或所有的三个自由基是芳族的双环或三环基团；以及也包括其中仅一个环是芳族的双环或三环基团；以及也包括其中两个环都是芳族的三环基团，其中环中的至少一个环，即至少一个芳族或一个非芳香族环具有杂原子。合适的稠合杂芳族类为例如咔唑基、苯并咪唑基、苯并呋喃基、二苯并呋喃基或二苯并噻吩。基础骨架可以在一个、多于一个或所有可取代的位置处被取代，合适的取代基与已经在C6-C10-芳基的定义下指定的相同。然而，杂芳基优选是未取代的。合适的杂芳基是例如吡啶-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-基和对应的苯并稠合基团，特别是咔唑基、苯并咪唑基、苯并呋喃基、二苯并呋喃基或二苯并噻吩基。
在本发明的上下文中，术语“可选取代的”是指如下的基团，其中烷基基团、芳基基团或杂芳基基团中的至少一个氢基已被取代基取代。关于该取代基的类型，优选的是烷基，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，例如C6-C10-芳基，特别是苯基或萘基，最优选是C6-芳基，例如苯基；以及杂芳基，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，以及还有对应的苯并稠合基团，特别是咔唑基、苯并咪唑基、苯并呋喃基、二苯并呋喃基或二苯并噻吩基。进一步的示例包括以下取代基：链烯基、炔基、卤素、羟基。
在此取代的程度可从单取代基到高至最大数量的可能取代基而变化。
用于根据本发明使用的式I的优选化合物是值得注意的，在于R1、R2和R3基团中的至少两个是对位-OR和/或-NR2取代基。此处至少两个基团可以是仅-OR基团、仅-NR2基团，或至少一个-OR和至少一个-NR2基团。
用于根据本发明使用的式I的特别优选化合物是值得注意的，在于R1、R2和R3基团中的至少四个是对位-OR和/或-NR2取代基。此处该至少四个基团可以是仅-OR基团、仅-NR2基团、或-OR和-NR2基团的混合物。
用于根据本发明使用的式I的特别优选化合物是值得注意的，在于R1、R2和R3基团中的全部是对位-OR和/或-NR2取代基。它们可以是仅-OR基团、仅-NR2基团、或-OR和-NR2基团的混合物。
在所有情况下，在-NR2基团中的两个R可以彼此不同，但它们优选是相同的。
优选地，A1、A2和A3每个独立地选自如下组成的组：
其中
m是从1到18的整数，
R4是烷基、芳基或杂芳基，其中R4优选是芳基，更优选是苯基，
R5、R6每个独立地为H、烷基、芳基或杂芳基，
其中，所示出结构的芳族环和杂芳环可以可选地具有进一步的取代。在此芳族环和杂芳环的取代度可以从单取代基到高至最大数量的可能取代基而变化。
在芳族环和杂芳环的进一步取代的情况下，优选的取代基包括以上已经提到的用于一个、两个或三个可选的取代芳族基团或杂芳族基团的取代基。
优选地，所示出结构的芳族环和杂芳环没有进一步的取代。
更优选地，A1、A2和A3每一个独立地为，
更优选地
更优选地，式(I)的至少一种化合物具有以下结构中的一个：
在替代实施例中，有机p型半导体包括具有以下结构的类型ID322的化合物：
用于根据本发明使用的化合物可通过对本领域的技术人员已知的常规有机合成方法来制备。相关(专利)文献的引用可另外在下面引证的合成示例中找到。
d)第二电极
第二电极可以是面向基板的底电极或另外远离基板面对的顶电极。如以上所述，第二电极可以是完全或部分透明的，或另外可以是不透明的。如在本文所使用的，术语部分透明是指如下事实，即第二电极可以包括透明区域和不透明区域。
可以使用以下材料组中的一种或多种材料：至少一种金属材料，优选选自由铝、银、铂、金组成的组的金属材料；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，以及更优选地，至少一种透明导电聚合物。
第二电极可包括至少一个金属电极，其中可使用以纯的形式或作为混合物/合金的一种或多种金属，诸如特别是铝或银。
另外或可替代地，可以单独以及与金属电极组合来使用非金属材料，诸如无机材料和/或有机材料。作为示例，无机/有机混合电极或多层电极的使用是可能的，例如LiF/Al电极的使用。另外或可替代地，可以使用导电聚合物。因此，光学传感器的第二电极优选地可以包括一种或多种导电聚合物。
因此，作为示例，第二电极可包括与一个或多个金属层结合的一种或多种导电聚合物。优选地，至少一种导电聚合物是透明的导电聚合物。该组合允许通过仍提供足够的导电率来提供非常薄且因此透明的金属层，以便使第二电极呈现透明和高度导电。因此，作为示例，该一个或多个金属层(每一个或组合地)可具有小于50nm，优选小于40nm或甚至小于30nm的厚度。
作为示例，可以使用选自如下组成的组的一种或多种导电聚合物：聚苯胺(PANI)和/或它的化学相关物；聚噻吩和/或它的化学相关物，诸如聚(3-己基噻吩)(P3HT)和/或PEDOT：PSS(聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸))。另外或可替代地，如在EP2507286A2、EP2205657 A1或EP2220141 A1中公开的一种或多种导电聚合物。对于进一步的示例性实施例，可以参考WO 2014/097181 A1或WO 2015/024871 A1，其全部内容通过引用包含在本文中。
另外或可替代地，可以使用无机导电材料，诸如无机导电碳材料，诸如选自如下组成的组的碳材料：石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纳米线。
此外，同样可以使用这样的电极设计，其中部件的量子效率依靠光子借助于适当的反射受迫穿过吸收层至少两次来增加。这种层结构同样被称为“聚光器”，并同样例如在WO 02/101838(特别是23-24页)中描述。
光学传感器的至少一个第二电极可以是单个电极，或者可以包括多个部分电极。因此，可以使用单个第二电极或更复杂的设置，诸如分割电极。
此外，至少一个光学传感器的至少一个第二电极优选地可以是完全或部分透明的，至少一个光学传感器具体地可以是或可以包括至少一个纵向光学传感器和/或至少一个横向光学传感器。因此，具体地，至少一个第二电极可以包括一个、两个或更多个电极，诸如一个电极或两个或更多个部分电极，以及可选地与该电极或该两个或更多个部分电极接触的至少一种附加电极材料。
此外，第二电极可以完全或部分地是不透明的。具体地，两个或更多部分电极可以是不透明的。特别优选的是使最终的电极不透明，诸如电极远离对象的电极和/或光学传感器堆叠的最后电极。因此，可以进而优化该最后的电极以将所有剩余的光转换成传感器信号。在此，“最终”电极可以是远离对象的至少一个光学传感器的电极。通常，不透明电极比透明电极更有效。
因此，将透明传感器的数量和/或透明电极的数量减少到最小通常是有利的。在本上下文中，作为示例，可以参考如WO2014/097181 A1中所示的至少一个纵向光学传感器的潜在设置和/或至少一个横向光学传感器。然而，其它设置是可行的。
光学检测器、检测器系统、方法、人机接口、娱乐装置、跟踪系统、相机和光学检测器的用途提供了优于已知装置、方法和该类型用途的大量优点。
进一步的实施例涉及在光学检测器内的光束或其一部分的束路径。如在本文所使用的和如下所使用的，“束路径”通常是光束或其一部分可以沿其传播的路径。因此，通常，光学检测器内的光束可以沿着单个束路径行进。该单个束路径可以是单个直的束路径，或者可以是具有一个或多个偏转的束路径，诸如折叠束路径、分支束路径、矩形束路径或Z形束路径。可替代地，光学检测器内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以被分成两个或更多个部分光束，部分光束中的每一个遵循一个或多个部分束路径。部分束路径中的每一个可以独立地是直的部分束路径，或者如上所述，具有一个或多个偏转的部分束路径，诸如折叠的部分束路径、矩形部分束路径或Z形部分束路径。通常，如技术人员将会认识到的，各种类型的束路径的任何类型的组合是可行的。因此，可以存在至少两个部分束路径，总体上形成W形设置。
通过将束路径分成两个或更多个部分束路径，光学检测器的元件可以分布在两个或更多个部分束路径上方。因此，至少一个光学传感器，诸如至少一个大面积光学传感器和/或大面积光学传感器的至少一个堆叠，诸如具有上述FiP效应的一个或多个光学传感器，可以位于第一部分束路径中。至少一个附加光学传感器，诸如不透明的光学传感器，例如诸如CCD传感器和/或CMOS传感器的图像传感器可以位于第二部分束路径中。此外，至少一个可调焦透镜可以位于部分束路径的一个或多个中和/或可以在将公共束路径分成两个或更多个部分束路径之前位于公共束路径中。各种设置是可行的。此外，光束和/或部分光束可以以单向方式沿着束路径或部分束路径行进，诸如仅一次或以单次行进方式。可替代地，光束或部分光束可以沿着束路径或部分束路径重复地行进，诸如以环形设置，和/或以双向方式，诸如以光束或部分光束由一个或多个反射元件反射以便沿相同的束路径或部分束路径行进返回的设置。至少一个反射器元件可以是或可以包括可调焦透镜本身。类似地，为了将束路径分成两个或更多个部分束路径，可以使用空间光调制器本身或可替代地使用其它类型的反射元件。
通过使用在光学检测器内的两个或更多个部分束路径和/或通过使光束或部分光束重复地或以双向方式沿着束路径或部分束路径行进，光学检测器的各种设置是可行的，这允许光学检测器的设置的高灵活性。因此，光学检测器的功能可以在不同的部分束路径上方被分割和/或分布。因此，第一部分束路径可以用于对象的z检测，诸如通过使用具有上述FiP效应的一个或多个光学传感器，并且第二束路径可以用于成像，诸如通过提供一个或多个图像传感器，诸如用于成像的一个或多个CCD芯片或CMOS芯片。因此，在一个、多于一个或所有部分束路径中，可以定义独立或依赖的坐标系，其中可以在这些坐标系内确定对象的一个或多个坐标。由于光学检测器的一般设置是已知的，所以坐标系可以相关，并且可以使用简单的坐标变换来组合在光学检测器的公共坐标系中的坐标。
如上所述，另外或可替代地，光学检测器可以包含适配于将光束的束路径分成至少两个部分束路径的至少一个分束元件。分束元件可以以各种方式和/或通过使用分束元件的组合来体现。因此，作为示例，分束元件可以包括从由以下组成的组中选择的至少一个元件：分束棱镜、光栅、半透明镜、二向色镜、空间光调制器。指定的元件和/或其它元件的组合是可行的。如上所述，在分割束路径之前和/或之后，光学检测器的元件可以分布在束路径上。因此，作为示例，至少一个光学传感器可以位于部分束路径中的每一个中。因此，例如，光学传感器的至少一个堆叠，诸如大面积光学传感器的至少一个堆叠，和更优选地，具有上述FiP效应的光学传感器的至少一个堆叠可以位于部分束路径中的至少一个中，诸如在部分束路径中的第一部分束路径中。另外或可替代地，至少一个不透明的光学传感器可以位于部分束路径中的至少一个中，诸如在部分束路径中的至少第二部分束路径中。因此，作为示例，至少一个无机光学传感器可以位于第二部分束路径中，诸如无机半导体光学传感器，诸如图像传感器和/或相机芯片，更优选地CCD芯片和/或CMOS芯片，其中可以使用单色芯片和/或多色或全色芯片。因此，如上所述，通过使用光学传感器的堆叠，第一部分束路径可以用于检测对象的z坐标，并且第二部分束路径可以用于成像，诸如通过使用图像传感器，具体是相机芯片。
在使用一个或多个不透明的光学传感器的情况下，诸如在部分束路径中的一个或多个中，诸如在第二部分束路径中，不透明光学传感器优选地可以是或可以包括像素化光学传感器，优选无机像素化光学传感器，且更优选为相机芯片，且最优选为CCD芯片和CMOS芯片中的至少一种。然而，其它实施例是可行的，并且在一个或多个部分束路径中的像素化和非像素化的不透明光学传感器的组合是可行的。
其中，光学检测器的线性或非线性设置可以是可行的。因此，如上所述，W形设置、Z形设置或其它设置是可行的。与线性设置相反，诸如具有两个或更多个部分束路径的设置(诸如分支设置和/或W设置)的非线性设置可以允许个体地优化部分束路径的设置。因此，在通过至少一个图像传感器的成像功能和z检测的功能在单独的部分束路径中被分离的情况下，这些部分束路径和设置在其中的元件的独立优化是可行的。因此，作为示例，可以在适配于z检测的部分束路径中使用不同类型的光学传感器，诸如透明太阳能电池，因为如在相同的光束必须用于通过成像检测器成像的情况下，透明度不太重要。因此，与各种类型的相机的组合是可行的。作为示例，可以使用更厚的光学检测器堆叠，从而允许更准确的z信息。因此，即使在光学传感器的堆叠应该离焦的情况下，也可以检测对象的z位置。
此外，一个或多个附加元件可以位于部分束路径中的一个或多个中。作为示例，一个或多个光学快门可以设置在部分束路径的一个或多个内。因此，一个或多个快门可以位于可调焦透镜和光学传感器堆叠(和/或诸如图像传感器的不透明光学传感器)之间。部分束路径的快门可以独立地使用和/或致动。因此，作为示例，一个或多个图像传感器，具体地，一个或多个成像芯片(诸如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的堆叠通常可以表现出不同类型的最优光响应。在线性布置中，仅一个附加快门是可能的，诸如在大面积光学传感器或大面积光学传感器的堆叠与图像传感器之间。在具有两个或更多个部分束路径的分割设置中，诸如在上述W设置中，一个或多个快门可以放置在光学传感器的堆叠的前面和/或图像传感器的前面。因此，用于两种类型的传感器的最优光强度可以是可行的。
另外或可替代地，一个或多个透镜可以设置在部分束路径的一个或多个内。因此，一个或多个透镜可以位于可调焦透镜和光学传感器的堆叠之间。因此，作为示例，通过使用在一个或多个或全部部分束路径中的一个或多个透镜，可以对于包括至少一个透镜的相应的一个部分束路径或多个部分束路径进行束成形。因此，图像传感器，具体是CCD或CMOS传感器可以适配于拍摄2D图片，而至少一个光学传感器诸如光学传感器堆叠可以适配于测量对象的z坐标或深度。这些部分束路径中的聚焦或束成型(通常可以由这些部分束路径的相应透镜确定)并非必须相同。因此，可以单独优化沿着部分束路径传播的部分光束的束特性，诸如用于成像、xy检测或z检测。
进一步的实施例通常涉及至少一个光学传感器。通常，对于至少一个光学传感器的潜在实施例，如上所述，可以参考上面列出的一个或多个现有技术文献，诸如参考WO2012/110924 A1和/或WO 2014/097181 A1。因此，如上所述，至少一个光学传感器可以包括至少一个纵向光学传感器和/或至少一个横向光学传感器，如例如在WO 2014/097181 A1中所描述的。具体地，至少一个光学传感器可以是或可以包括至少一个有机光检测器，诸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，其具有如下的层设置，该层设置包括至少一个第一电极、至少一个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、以及至少一个第二电极。对于该层设置的潜在实施例，可以参考上面提及的现有技术文献中的一个或多个。
至少一个光学传感器可以是或可以包括具有单个可选的光敏传感器区的至少一个大面积光学传感器。仍然，另外或可替代地，至少一个光学传感器也可以是或可以包括具有两个或更多个敏感传感器区(即两个或更多个传感器像素)的至少一个像素化光学传感器。因此，至少一个光学传感器可以包括具有两个或更多个传感器像素的传感器矩阵。
如上所述，至少一个光学传感器可以是或可以包括至少一个不透明光学传感器。另外或可替代地，至少一个光学传感器可以是或可以包括至少一个透明或半透明光学传感器。然而，通常，在使用一个或多个像素化透明光学传感器的情况下，在本领域已知的许多装置中，透明度和像素化的组合造成了一些技术挑战。因此，通常，本领域已知的光学传感器包含敏感区和适当的驱动电子部件。然而，在这种情况下，生成透明电子部件的问题通常仍然没有解决。
如在本发明的上下文中所显示的，优选的是，可以将至少一个光学传感器的有源区分成2×N个传感器像素的阵列，其中N是整数，其中优选地，N≥1，诸如N＝1，N＝2，N＝3，N＝4或大于4的整数。因此，通常，至少一个光学传感器可以包括具有2×N个传感器像素的传感器像素矩阵，其中N为整数。作为示例，矩阵可以形成两行传感器像素，其中，作为示例，第一行的传感器像素从光学传感器的第一侧电接触，并且其中第二行的传感器像素从光学传感器的与第一侧相对的第二侧电接触。在进一步的实施例中，两行N个像素的第一个和最后一个像素可进一步被分成从传感器的第三和第四侧电接触的像素。作为示例，这将导致2xM+2x N像素的设置。进一步的实施例是可行的。
在光学检测器中包括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以包括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、多于一个的光学传感器或甚至所有的光学传感器可以是像素化光学传感器。可替代地，一个光学传感器、多于一个的光学传感器或甚至所有的光学传感器可以是非像素化光学传感器，即大面积的光学传感器。
在使用光学传感器的上述设置的情况下，包括具有层设置的至少一个光学传感器，该层设置包括至少一个第一电极、至少一个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、以及至少一个第二电极，使用传感器像素的矩阵是特别有利的。如上所述，这些类型的装置具体可以表现出FiP效应。
在这些装置中，诸如FiP装置，传感器像素的2xN阵列非常适合。因此，通常，将具有一个或多个层夹在其中间的至少一个第一透明电极和至少一个第二电极像素化成两个或多个传感器像素具体地可以通过将第一电极和第二电极中的一者或二者分割成电极阵列来实现。作为示例，对于优选地设置在透明基板上的透明电极，诸如包含氟化氧化锡和/或其它透明导电氧化物的透明电极，像素化可以通过适当的构图技术容易地实现，诸如通过使用光刻来构图和/或激光构图。由此，电极可以容易地分割成部分电极的区，其中每个部分电极形成传感器像素阵列的传感器像素的像素电极。剩余的层以及可选的第二电极可以保持未构图，或者可以可替代地也被构图。在使用分割透明导电氧化物诸如氟化氧化锡的情况下，结合未构图的进一步的层，至少对于染料敏化太阳能电池，通常可以忽略剩余层中的交叉电导率。因此，通常，可以忽略传感器像素之间的串扰。每个传感器像素可以包括单个对电极，诸如单个银电极。
使用具有传感器像素阵列、具体是2×N阵列的至少一个光学传感器在本发明内(即在本发明公开的一个或多个装置内)提供了一些优点。因此，首先，使用阵列可以提高信号质量。光学检测器的调制器装置可以调制光学传感器的每个像素，诸如以不同的调制频率进行调制，从而例如以不同的频率调制每个深度区。然而，在高频处，至少一个光学传感器(诸如至少一个FiP传感器)的信号通常会降低，从而导致低的信号强度。因此，通常，在调制器装置中仅使用有限数量的调制频率。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的数量可以与像素数相乘。因此，作为示例，两个像素可导致可以被检测到的调制频率的数量的加倍，并且因此可导致可被调制的像素数量的加倍和/或可导致深度点的数量的加倍。
此外，与传统相机相反，像素的形状与图片的外观无关。因此，通常，传感器像素的形状和/或大小可以没有或很少的约束来选择，从而允许选择传感器像素阵列的适当设计。
此外，传感器像素通常可以被选择得相当小。通常可以通过传感器像素检测的频率范围通过减小传感器像素的尺寸而增加。当使用较小的传感器或传感器像素时，频率范围通常得到提高。在小的传感器像素中，与大的传感器像素相比，可以检测更多的频率。因此，通过使用较小的传感器像素，与使用大像素相比，可以检测更多数量的深度点。
总结上述发现，下面的实施例在本发明中是优选的：
实施例1：一种光学检测器，包括：
-至少一个光学传感器，其适配于检测光束并且生成至少一个传感器信号，其中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就照射的总功率而言表现出对由光束对传感器区域的照射的非线性依赖性；
-至少一个图像传感器，其是包括图像像素的像素矩阵的像素化传感器，其中图像像素适配于检测光束并且生成至少一个图像信号，其中图像信号就照射的总功率而言表现出对由光束对图像像素的照射的线性依赖性；以及
-至少一个评估装置，该评估装置适配于评估传感器信号和图像信号。
实施例2：根据前述实施例所述的光学检测器，其中传感器信号对光学传感器的照射总功率的非线性依赖性可由包括线性部分和非线性的非线性函数表达，其中评估装置适配于通过评估传感器信号和图像信号来确定非线性函数的线性部分和/或非线性部分。
实施例3：根据前述实施例所述的光学检测器，其中评估装置包括处理电路，该处理电路适配于提供传感器信号和图像信号之间的差，用于确定非线性函数的非线性部分。
实施例4：根据前述实施例所述的光学检测器，其中处理电路包括至少一个运算放大器，其中运算放大器是被配置为用于提供差分放大器的电路的一部分。
实施例5：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，其中图像传感器包括无机图像传感器，优选地CCD器件或CMOS器件中的至少一个。
实施例6：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，其中光学检测器包括至少一个混合传感器，其中混合传感器包括光学传感器中的至少一个和图像传感器中的至少一个。
实施例7：根据前述实施例的光学检测器，其中混合传感器中的光学传感器和图像传感器相对彼此邻近布置。
实施例8：根据前述实施例所述的光学检测器，其中光学传感器或其一部分和图像传感器或其一部分彼此接触。
实施例9：根据前述三个实施例中任一项所述的光学检测器，其中混合传感器中的光学传感器和图像传感器以光束在入射到图像传感器之前首先入射到光学传感器上的方式来布置。
实施例10：根据前述四个实施例中任一项所述的光学检测器，其中混合传感器中的像素化光学传感器和图像传感器电连接。
实施例11：根据前述实施例所述的光学检测器，其中光学传感器和图像传感器通过使用接合技术电连接，特别是引线接合、直接接合、球接合或粘合接合中的一种或多种。
实施例12：根据前述两个实施例中任一项所述的光学检测器，其中像素化光学传感器的传感器像素电连接到由图像传感器的图像像素提供的顶接触。
实施例13：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，其中光学传感器是大面积光学传感器或像素化光学传感器。
实施例14：根据前述实施例所述的光学检测器，其中光学传感器是包括传感器像素的像素阵列的像素化光学传感器。
实施例15：根据前述实施例所述的光学检测器，其中至少一个电子元件放置在至少一个电子元件和传感器像素所在的表面上的传感器像素附近，其中至少一个电子元件可以适配于有助于由传感器像素提供的信号的评估。
实施例16：根据前述实施例所述的光学检测器，其中至少一个电子元件优选地包括以下中的一个或多个：连接器、电容、二极管、晶体管。
实施例17：根据前述三个实施例中任一项所述的光学检测器，其中至少两个像素化光学传感器被布置在彼此的顶部，其中至少两个像素化光学传感器的位置相对彼此偏移一个程度。
实施例18：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，其中光学传感器是包括传感器像素阵列的像素化光学传感器。
实施例19：根据前述实施例所述的光学检测器，其中图像传感器具有第一像素分辨率，其中像素化光学传感器具有第二像素分辨率，其中第一像素分辨率等于或超过第二像素分辨率。
实施例20：根据前述实施例所述的光学检测器，其中，对于传感器像素，包括至少4×4个图像像素、优选至少16×16个图像像素、更优选至少64×64个图像像素的像素矩阵。
实施例21：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，其中评估装置适配于通过评估传感器信号来生成关于至少一个对象的纵向位置的至少一项信息，光束从该对象朝向光学检测器传播。
实施例22：根据前述实施例所述的光学检测器，其中评估装置适配于使用纵向位置和传感器信号之间的至少一个预定或可确定的关系。
实施例23：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，其中光学检测器进一步包括至少一个横向光学传感器，该横向光学传感器适配于确定光束的横向位置、朝向光学检测器传播的光束所源自的对象的横向位置或由光束生成的光斑的横向位置中的一个或多个，横向位置是在垂直于光学检测器的光轴的至少一个维度中的位置，横向光学传感器适配于生成至少一个横向传感器信号。
实施例24：根据前述实施例所述的光学检测器，其中评估装置进一步适配于通过评估横向传感器信号来生成关于对象的横向位置的至少一项信息。
实施例25：根据前述两个实施例中任一项所述的光学检测器，其中横向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检测器，其中光伏材料被嵌入在第一电极和第二电极之间，其中光伏材料适配于响应于用光对光伏材料的照射而生成电荷，其中第二电极是具有至少两个部分电极的分割电极，其中横向光学传感器具有传感器区域，其中至少一个横向传感器信号指示光束在传感器区域中的位置。
实施例26：根据前述实施例所述的光学检测器，其中通过部分电极的电流取决于光束在传感器区域中的位置，其中横向光学传感器适配于根据通过部分电极的电流生成横向传感器信号。
实施例27：根据前述实施例所述的光学检测器，其中检测器适配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。
实施例28：根据前述三个实施例中任一项所述的光学检测器，其中光检测器是染料敏化太阳能电池。
实施例29：根据前述四个实施例中任一项所述的光学检测器，其中第一电极至少部分地由至少一种透明导电氧化物制成，其中第二电极至少部分地由导电聚合物、优选透明的导电聚合物制成。
实施例30：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，其中至少一个光学传感器包括至少两个光学传感器的堆叠。
实施例31：根据前述实施例所述的光学检测器，其中堆叠的光学传感器的至少一个是至少部分透明的光学传感器。
实施例32：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，进一步包括适配于记录图像的至少一个成像装置。
实施例33：根据前述实施例所述的光学检测器，其中成像装置包括多个光敏像素。
实施例34：根据前述两个实施例中任一项所述的光学检测器，其中混合传感器用作成像装置。
实施例35：根据前述三个实施例中任一项所述的光学检测器，其中图像传感器构成成像装置。
实施例36：根据前述四个实施例中任一项所述的光学检测器，其中图像传感器可以用作横向光学传感器，该横向光学传感器适配于确定光束的横向位置、朝向光学检测器传播的光束所源自的对象的横向位置或由光束生成的光斑的横向位置中的一个或多个，横向位置是在垂直于光学检测器的光轴的至少一个维度中的位置，横向光学传感器适配于生成至少一个横向传感器信号。
实施例37：根据前述五个实施例中任一项所述的光学检测器，其中评估装置进一步适配于通过评估横向传感器信号来生成关于对象的横向位置的至少一项信息。
实施例38：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，其中光学传感器包括至少两个电极和嵌入在至少两个电极之间的至少一种光伏材料。
实施例39：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，其中光学传感器包括至少一个有机半导体检测器，有机半导体检测器具有至少一种有机材料，优选有机太阳能电池，且特别优选染料太阳能电池或染料敏化太阳能电池，特别是固体染料太阳能电池或固体染料敏化太阳能电池。
实施例40：根据前述实施例所述的光学检测器，其中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、以及至少一个第二电极。
实施例41：根据前述实施例所述的光学检测器，其中第一电极和第二电极都是透明的。
实施例42：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，进一步包括至少一个传送装置，其中传送装置被设计成将从对象出射的光馈送到横向光学传感器和纵向光学传感器。
实施例43：根据前述实施例所述的光学检测器，其中至少一个可调焦透镜全部或部分地是传送装置的一部分。
实施例44：根据前述实施例所述的光学检测器，其中可调焦透镜包括至少一种透明可成形材料。
实施例45：根据前述实施例所述的光学检测器，其中可成形材料选自由以下组成的组：透明液体和透明有机材料，优选聚合物，更优选电活性聚合物。
实施例46：根据前述两个实施例中任一项所述的光学检测器，其中可调焦透镜进一步包括用于成形可成形材料的至少一个界面的至少一个致动器。
实施例47：根据前述实施例所述的光学检测器，其中致动器选自由以下组成的组：用于控制可调焦透镜的透镜区中的液体量的液体致动器或适配于电气改变可成形材料的界面的形状的电致动器。
实施例48：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，其中可调焦透镜包括至少一种液体和至少两个电极，其中液体的至少一个界面的形状可以通过向电极施加电压或电流中的一者或二者来改变，优选通过电润湿。
实施例49：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，其中光学传感器的传感器信号进一步取决于光束的调制频率。
实施例50：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，其中焦点调制装置适配于提供周期性焦点调制信号。
实施例51：根据前述实施例所述的光学检测器，其中周期性焦点调制信号是正弦信号、方波信号或三角信号。
实施例52：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，其中评估装置适配于检测传感器信号中的局部极大值或局部极小值中的一者或二者。
实施例53：根据前述实施例所述的光学检测器，其中评估装置适配于将局部极大值和/或局部极小值与内部时钟信号比较。
实施例54：根据前述两个实施方案中任一项所述的光学检测器，其中评估装置适配于检测局部极大值和/或局部极小值之间的相移差。
实施例55：根据前述三个实施例中任一项所述的光学检测器，其中评估装置适配于通过评估局部极大值或局部极小值中的一者或二者导出关于朝向光学检测器传播的光束所源自的至少一个对象的纵向位置的至少一项信息。
实施例56：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，其中评估装置适配于执行传感器信号的相敏评估。
实施例57：根据前述实施例所述的光学检测器，其中相敏评估包括确定以下中的一者或二者：传感器信号中的局部极大值或局部极小值中的一者或二者的位置或锁相检测。
实施例58：一种用于确定至少一个对象的位置的检测器系统，检测器系统包括根据前述实施例中任一项所述的至少一个光学检测器，检测器系统进一步包括适配于将至少一个光束朝向光学检测器引导的至少一个信标装置，其中信标装置是可附接到对象、可由对象保持和可集成到对象中的至少一种。
实施例59：一种用于在用户和机器之间交换至少一项信息的人机接口，人机接口包括根据前述涉及光学检测器的实施例中任一项所述的至少一个光学检测器。
实施例60：根据前述实施例所述的人机接口，其中人机接口包括根据前述涉及检测器系统的权利要求中任一项所述的至少一个检测器系统，其中至少一个信标装置适配于直接或间接地附接到用户和由用户保持中的至少一种，其中人机接口被设计成借助于检测器系统来确定用户的至少一个位置，其中人机接口被设计为向该位置分配至少一项信息。
实施例61：一种用于执行至少一种娱乐功能的娱乐装置，其中娱乐装置包括根据前述实施例的至少一个人机接口，其中娱乐装置被设计为使得能够由玩家借助于人机接口输入至少一项信息，其中娱乐装置被设计为根据该信息改变娱乐功能。
实施例62：一种用于跟踪至少一个可移动对象的位置的跟踪系统，该跟踪系统包括根据前述涉及光学检测器的实施例中任一项的至少一个光学检测器和/或根据前述涉及检测器系统的权利要求中任一项的至少一个检测器系统，跟踪系统进一步包括至少一个轨迹控制器，其中轨迹控制器适配于跟踪对象在特定时间点的一系列位置。
实施例63：一种用于对至少一个对象成像的相机，该相机包括根据前述涉及光学检测器的实施例中任一项的至少一个光学检测器。
实施例64：一种光学检测方法，具体用于确定至少一个对象的位置，该方法包括以下步骤：
-通过使用至少一个光学传感器和至少一个图像传感器来检测至少一个光束，其中光学传感器具有至少一个传感器区域，其中图像传感器是包括图像像素的像素矩阵的像素化传感器；
-生成至少一个传感器信号和至少一个图像信号，其中光学传感器的传感器信号就照射的总功率而言表现出对由光束对传感器区域的照射的非线性依赖性，以及其中图像传感器的图像信号就照射的总功率而言表现出对由光束对图像像素的照射的线性依赖性；以及
-通过使用至少一个评估装置来评估传感器信号和图像信号。
实施例65：根据前述实施例所述的方法，其中传感器信号对光学传感器的照射的总功率的非线性依赖性由包括线性部分和非线性部分的非线性函数表达，其中通过评估传感器信号和图像信号来确定非线性函数的线性部分和/或非线性部分。
实施例66：根据前述实施例所述的方法，其中确定传感器信号和图像信号之间的差，用于提供非线性函数的非线性部分。
实施例67：根据前述实施例所述的方法，其中使用适配于提供传感器信号和图像信号之间的差的处理电路。
实施例68：根据前述方法实施例中任一项所述的方法，其中评估传感器信号进一步包括：通过评估传感器信号生成关于朝向光学检测器传播的光束所源自的至少一个对象的纵向位置的至少一项信息。
实施例69：根据前述方法实施例所述的方法，其中生成关于至少一个对象的纵向位置的至少一项信息利用纵向位置和传感器信号之间的预定或可确定的关系。
实施例70：根据前述方法实施例中任一项所述的方法，其中该方法进一步包括通过使用至少一个横向光学传感器生成至少一个横向传感器信号，横向光学传感器适配于确定光束的横向位置，横向位置是在垂直于检测器的光轴的至少一个维度中的位置，其中该方法进一步包括通过评估横向传感器信号来生成关于对象的横向位置的至少一项信息。
实施例71：根据前述方法实施例中任一项所述的方法，其中该方法包括使用根据前述涉及光学检测器的实施例中任一项所述的光学检测器。
实施例72：一种根据前述涉及光学检测器的实施例中任一项所述的光学检测器的用途，出于使用目的，选自由以下组成的组：交通技术中的位置测量；娱乐应用；安全应用；人机接口应用；跟踪应用；摄影应用；成像应用或相机应用；用于生成至少一个空间的地图的测图应用；移动应用；网络摄像头；计算机外围装置；游戏应用；音频应用；相机或视频应用；安全应用；监视应用；汽车应用；运输应用；医疗应用；农业应用；与培育植物或动物相关的应用；作物保护应用；运动应用；机器视觉应用；车辆应用；飞机应用；船舶应用；航天器应用；建筑应用；工程应用；制图应用；制造应用；质量控制应用；与至少一个飞行时间检测器结合的用途；本地定位系统中的应用；全球定位系统中的应用；基于地标的定位系统中的应用；室内导航系统中的应用；户外导航系统中的应用；家庭应用中的应用；机器人应用；自动开门器中的应用；光通信系统中的应用。
附图说明
从与从属权利要求相结合的优选示例性实施例的描述，本发明的进一步的可选细节和特征是显而易见的。在该背景中，可以单独或以任何合理的组合来实现特定特征。本发明不限于示例性实施例。示例性实施例在附图中示意性地示出。各个附图中相同的参考标记涉及相同元件或具有相同功能的元件件，或者关于它们的功能彼此对应的元件。
在图中：
图1示出了根据本发明的光学检测器的第一实施例，其包括光学传感器、单独的图像传感器和特别适配的评估装置；
图2示出了根据本发明的光学检测器的进一步的实施例，其中光学传感器和图像传感器构成混合传感器；
图3示出了根据本发明的特定实施例，其中到光学传感器的传感器像素的电连接由图像传感器的图像像素的顶部接触提供；
图4示出了光学传感器的三个示例性实施例，即大面积光学传感器(图4A)、像素化光学传感器(图4B)和彼此相对偏移的两个像素化光学传感器的布置(图4C)；以及
图5示出了根据本发明的光学检测器、检测器系统、人机接口、娱乐装置、跟踪系统和相机的示例性实施例。
具体实施方式
在图1中，根据本发明的光学检测器110的第一示例性实施例在平行于光学检测器110的光轴112的平面中以高度示意性横截面图示出。光学检测器110可用于检测场景114或其一部分，其中场景114是指光学检测器110的周围116，其中可以拍摄场景114或其一部分的图像。场景114或其一部分的至少一个图像可以包括单个图像或图像的渐进序列，诸如视频或视频剪辑。在该特定示例中，场景简单地包括对象118。对象118可以适配于朝向光学检测器110发射和/或反射一个或多个光束120。
光学检测器110包括至少一个光学传感器122，其被体现为FiP传感器，即，因为光学传感器122具有可被光束120照射的传感器区域124，从而在传感器区域124中产生光斑126。FiP传感器122进一步适配于生成至少一个传感器信号，其中给定照射的相同总功率，传感器信号取决于光束120的宽度，诸如取决于传感器区域124中光斑126的直径或等效直径。因此，光学传感器122的传感器信号就相对于照射的总功率而言表现出对由光束120对传感器区域126的照射的非线性依赖性。
关于FiP传感器122的潜在设置的更多细节，可以参考例如WO 2012/110924 A1或US 2012/0206336 A1，例如参考图2中示出的实施例和相应描述，和/或参考WO 2014/097181 A1或US 2014/0291480 A1，例如图4A至4C中示出的纵向光学传感器和相应的描述。然而，应当注意，光学传感器122，具体地FiP传感器的其它实施例是可行的，诸如通过使用如上详细描述的一个或多个实施例。
光学检测器110进一步包括至少一个图像传感器128，该图像传感器128优选地可以位于光学传感器122同样可能位于的束路径130中。根据本发明，图像传感器128是无机像素化传感器，该无机像素化传感器包括其传感器区域124内的图像像素的像素矩阵，其将在例如图2中更详细地示出。为此目的，图像传感器128的传感器区域优选地可以包括如上所述的CCD器件或CMOS器件。然而，图像传感器128可以是包括其传感器区域124内的图像像素的像素矩阵的有机像素化传感器的实施例同样是可行的。在此，图像传感器128的传感器区域124中的图像像素适配于检测光束120并且生成至少一个图像信号。与由光学传感器12生成的传感器信号相反，图像信号就图像传感器128的传感器区域124的照射的总功率而言表现出对由光束120对图像像素的照射的线性依赖性。
光学检测器110进一步包括至少一个评估装置132。评估装置132可优选地通过至少一个连接器134连接到至少一个光学传感器122，以便从至少一个光学传感器122接收传感器信号。如上所述，如从光学传感器122接收的传感器信号包括纵向光学传感器信号，但是取决于光学传感器122的设置，进一步可以包括横向传感器信号。以类似的方式，评估装置132可以优选地进一步通过至少一个另外的连接器134连接到至少一个图像传感器128，以便从至少一个图像传感器128接收图像信号。在此，到评估装置132的信号传输可以以有线或甚至无线方式进行。作为示例，评估装置132可以包括一个或多个计算机，诸如一个或多个处理器，和/或一个或多个专用集成电路(ASIC)。
根据本发明，评估装置132适配于评估传感器信号和图像信号。如上所述，光学传感器122的传感器信号就照射的总功率而言表现出对由光束120对传感器区域124的照射的非线性依赖性，而图像信号就照射的总功率而言表现出由光束120对包括图像像素的传感器区域124的照射的线性依懒性。因此，传感器信号因此可以表现出对照射的总功率的依赖性，并且作为上述FiP效应的结果，表现出对照射的几何形状的依赖性。因此，在第一方面，由光学传感器122生成的传感器信号以与图像传感器128相同的方式表现出对照射的功率的线性依赖性，但是在第二方面，其可以由对光学传感器122的照射的几何形状的附加非线性依赖性叠加。
如在图1中所示出的示例中使用的，传感器信号对光学传感器的照射的总功率的非线性依赖性可以由包括线性部分和非线性的非线性函数来表达，其中除了进一步的效应之外，两部分的总和可以描述传感器信号就传感器区域124的照射而言的非线性行为。以类似的方式，图像信号可以仅由所提到的非线性函数的线性部分表达，因为图像信号表现出对由光束120对图像像素的照射的线性依赖性。
因此，评估装置132可以优选地包括处理电路136，其可以适配于在其输出138处提供传感器信号和图像信号之间的差。如上所述，对于入射光束120的低强度，如从FiP传感器的传感器信号导出的纯非线性部分通常可以表现出可能是主导的有力贡献，而对于入射光束120的增加的强度，作为光学传感器122的传感器信号的一部分的纯非线性部分可以减少。在这方面，非线性函数的线性部分可以被认为是一种渐近背景(asymptoticbackgrand)，其可以优选地从期望的信号减去，即，可以与上述FiP效应直接相关的纯非线性部分。为了能够在处理电路136的输出138处提供非线性函数的纯非线性部分，处理电路136的第一输入140可适配于通过从光学传感器122获取传感器信号来接收总非线性函数，而第二输入142可适配于通过从图像传感器128获取图像信号来接收非线性函数的线性部分。
如图1中示意性地描绘的，优选地可以是评估装置132的一部分的处理电路136因此可以包括一个或多个运算放大器144，其可以以已知的布置被配置为在其输出138处提供传感器信号和的图像信号之间的差。作为结果，通过提供传感器信号和图像信号之间的差，相应物理量(诸如传感器电流或传感器电压)的纯非线性部分因此可以在处理电路136的输出138处提供。因此，图1中所示的实施例可以因而可用于确定由FiP效应提供的非线性贡献，特别是在入射光束120的低强度下。有利地，因此，可以以这种方式，增加传感器信号的信号质量，诸如信噪比，特别是对于低强度。然而，同样可以采用用于提供所述差的其它装置，诸如其它电子装置(这里未示出)，或者可替代地或另外，通过使用可适配于执行相同任务的一款软件，其中软件可以在评估装置132内部或外部执行。
在该特定示例中，可以以不同的方式开发表现上述FiP效应的光学传感器122。在第一替代方案中，光学传感器122的传感器区域124可以优选地是均匀的传感器表面，使得光学传感器122也可以被称为大面积光学传感器。一般地，如例如在WO 2012/110924 A1、US2012/0206336 A1、WO 2014/097181 A1或US 2014/0291480 A1中的一个或多个中公开的，如图1中所示的设置，关于场景114或其一部分的纵向位置的至少一项信息可以被确定。通过评估至少一个光学传感器122的传感器信号，可以确定在坐标系146中示意性地示出的场景114的纵坐标，诸如z坐标。为此目的，可以使用至少一个传感器信号和z坐标之间的已知或可确定的关系。对于示例性实施例，可以参考上述现有技术文献。此外，通过使用以堆叠的形式的多于一个的光学传感器122，可以解决传感器信号的评估中的不确定性。
此外，光学检测器110可以进一步包括至少一个透镜148，其可以位于光束120的束路径130中，使得优选地光束120可以在到达至少一个光学传感器122之前穿过透镜128，并且优选地随后到达至少一个图像传感器128。这种布置在光学传感器122可以是至少部分透明的而图像传感器128可以是透明的或者可替代地不透明的实施例中可以是特别优选的。因此，后者可以允许使用从现有技术中已知的不透明图像传感器128。在此，透镜148可以优选地是可调焦透镜150，其可以适配于修改光束120的聚焦位置，特别是由于其可以适配于以受控的方式改变其自身的焦距。作为示例，因此可以使用至少一个商业可得的可调焦透镜，诸如至少一个电可调透镜。然而，应当注意，可以另外或可替代地使用其它类型的透镜。
此外，图像传感器128可以被使用成像装置152，其可以适配于记录由光学检测器110捕获的图像。通常，成像装置152可以指可以包括可以是时间和/或空间分辨的至少一个光敏元件的任意装置，并且该光敏元件因此适配于在一维、二维或三维中记录空间分辨的光学信息。
如在图1中示出的光学检测器110的设置可以以各种方式修改和/或改进。因此，光学检测器110的部件可以完全或部分地集成到图1中未示出的一个或多个壳体中。作为示例，至少一个光学传感器122和一个或多个图像传感器128可以集成到管状壳体中。此外，透镜148，特别是可调焦透镜150和/或评估装置132同样可以完全或部分地集成到相同或不同的壳体中。此外，如上所述，至少一个光学检测器110可以包括附加的光学部件和/或可以另外包括可以或可以不表现上述FiP效应的光学传感器。不偏离图1中示出的一般原理的各种其它修改是可行的。通过示例的方式，如图1中示出的光学检测器110可以体现为相机154或者可以是相机154的一部分。因此，相机154可以具体用于3D成像，并且可以用于获取静止图像和/或图像序列，诸如数字视频剪辑。
在图2中，示出了同样可以用作相机154的光学检测器110的进一步的实施例。在此，光学检测器110包括修改的设置，其包括相对于图1的实施例的多个修改，其可以以隔离的方式或组合地实现。因此，光学传感器122和图像传感器128构成混合传感器156，其中混合传感器156可以特别地表示可以同时包括一个或多个光学传感器122以及一个或多个图像传感器128的组件，该一个或多个光学传感器122特别地是如上所述的一个或多个FiP传感器，该一个或多个图像传感器128的组件优选地是一个或多个无机图像传感器128，特别是一个或多个CCD器件或一个或多个CMOS器件。因此，光学传感器122可以用于如上所述的目的，特别地以便确定对象118的深度，而图像传感器128可以用作成像装置152。
如图2中示意性地描绘的，混合器156可以包括空间布置，其中光学传感器122可位于图像传感器128的直接附近，即，没有另外的光学元件可以放置在体积(volume)158中，该体积158可出现在相对于彼此以距离160定位的光学传感器122和图像传感器128之间。为了清楚起见，如图2所示的光学传感器122和图像传感器128之间的距离160以及因此两种不同类型的传感器122、128之间的体积158以放大的方式描绘，而在实践中距离160以及因此体积158可能保持相当小，特别是为了保持用于提供在光学传感器122和图像传感器128之间的接触的低的努力和费用。此外，将光学传感器122和图像传感器128之间的距离160保持较低，可以有利地导致混合装置156的两个组成部分仍然可以位于相对于光束120的焦点的公差范围内的特征。因此，在特定时间间隔合焦的光学传感器122与在相同的时间间隔期间可略微离焦的图像传感器128之间的距离160相对于获取场景114中的对象118的可接受的清晰图像仍然是可被容许的。
如图2所示，混合传感器156中的光学传感器122和图像传感器以堆叠的方式布置。因此，入射光束120在它到达图像传感器128之前首先入射在光学传感器122上。在此，由光学传感器122和图像传感器128包括的传感器区域124以与光学检测器110的光轴112垂直的方式布置。为了在混合传感器156的该特定设置内的图像传感器128的传感器区域124中提供最大照射强度，光学传感器122可以是完全或至少部分透明的，因此允许通过光学传感器122的入射光束120的照射的最大透射。然而，关于照射的透射的这种限制可以不等同地施加在图像传感器128上。通过示例的方式，如在混合传感器156内使用的单个图像传感器128或如在混合传感器156内采用的图像传感器128的堆叠中的最后图像传感器128仍然可以是不透明的。该特征可以是有利的，因为它可以允许在相应图像传感器128内使用大范围的材料。
混合装置156中的有机光学传感器122仍然可以是具有均匀传感器表面的大面积光学传感器，该传感器表面包括以与图1中示出的示例性设置中的光学传感器122相同或类似方式的传感器区域124。然而，相当优选的是在混合传感器156中采用分隔或像素化的光学传感器162，其中像素化光学传感器162的传感器区域124可以完全或至少部分地由单独的传感器像素166的像素阵列164建立。如根据图2的简化光学检测器110中示意性地示出的，像素化光学传感器162的像素阵列164包括3×3个传感器像素166。如上已经描述的，光学传感器122可以包括可以适用于或需要用于相应目的任何任意数量的传感器像素166。在这方面，可以提及的是，像素化光学传感器162包括在像素化光学传感器162的外围170处的边缘传感器像素168，以及在像素阵列164可以包括至少3×3个传感器像素166的情况下，包括位于像素阵列164内远离外围170的至少一个非边缘传感器像素172。为了将至少一个非边缘传感器像素172与边缘传感器像素168区分开，非边缘传感器像素172在图2中以阴影线方式描绘。
另一方面，如在混合传感器156内进一步使用的图像传感器128可以是无机图像传感器128，并且因此包括至少一个CCD器件或至少一个CMOS器件。特别地，图像传感器128同样可以用作横向光学传感器，其可以适配于确定光学检测器110的环境116中的场景114内的至少一个对象118的一个或多个横向分量。在此，图像传感器128通常可以以单独的图像像素176的像素矩阵174的形式成形。与光学传感器122类似，图像传感器128可以包括任意数量的图像像素176，诸如可特别适合或需要用于预期目的的数量。此外，图像传感器128中的图像像素176的矩阵174通常可以包括与像素化光学传感器162中的传感器像素166的阵列174内的像素数量相比相同数量的像素，或者优选地如图2所示的更多数量的像素。通过示例的方式，对于光学传感器162中的每个传感器像素166，相邻图像传感器128的像素矩阵174表现出4×4个图像像素的矩阵178。然而，其它数量也是可能的，诸如16×16个像素，64×64个像素或更多。通过图像传感器128中的矩阵178的阴影线进一步说明该特征，其中矩阵178包括位于非边缘传感器像素172直接附近的那些图像像素176，其同样地在图2中以相同的阴影线方式绘制。为了比较的目的，第一像素分辨率因此可以归因于图像传感器128，而第二像素分辨率可以归因于像素化光学传感器162。如可以从图2中的示例性设置中导出的，第一像素分辨率相应地超过第二像素分辨率。
如上已经提到的，像素化光学传感器162包括位于像素化光学传感器122的外围170处的边缘传感器像素168和位于像素阵列164内远离外围170的非边缘传感器像素172。然而，由于可以优选地将像素化光学传感器162直接放置在图像传感器128的顶部上，其中术语“在顶部上”可以相对于坐标系统146中的z坐标来解释，所以可发生可能涉及向像素阵列164内的非边缘传感器像素172提供电接触的问题。尽管电接触可以直接附接到像素化光学传感器162的每个容易接近的边缘传感器像素168，但是根据本发明，通过使用可包括一个或多个顶接触(这里未示出)的图像传感器128，与至少一个非边缘传感器像素172(即，不位于像素化光学传感器162的容易接近的外围170处的传感器像素172)相关的问题可以解决。
因此，如图2所示，像素化光学传感器162的非边缘传感器像素172可以电连接到如由图像传感器128的矩阵178内的图像像素176中的至少一个提供的顶接触，其位于相应的光学传感器122的附近。在此，优选通过使用已知的接合技术(诸如引线接合、直接接合、球接合或粘合接合)来提供电连接。然而，可以采用其它种类的接合技术。因此，这里的接合技术生成如由包括在图像传感器128内的一个或多个图像像素176提供的相应顶接触与像素化光学传感器162内的相邻的非边缘传感器像素172之间的接合接触180。
如图2中示意性描绘的光学检测器110进一步包括如从图1中描绘的实施例中已知的至少一个评估装置132。在此，混合传感器156的至少两个组成部分，即像素化光学传感器162和图像传感器128可以由连接器134连接到评估装置132。在该特定示例中，评估装置132再次包括处理电路136，其适配于在输出138处提供传感器信号和图像信号之间的差作为的非线性函数的纯非线性部分。在此，处理电路136可能优选地是评估装置132的一部分，并且表现出与图1中示意性示出的相同的设置。然而，同样在这里，同样可以利用用于提供所述差的其它装置，诸如其它电子装置(这里未示出)，或者可替代地或另外通过使用可以适配于执行相同任务的一款软件，其中软件可以在评估装置132内部或外部执行。
此外，如由处理电路136生成的信息可以与如由评估装置132生成的其他信息组合，诸如从由像素化光学传感器162提供的传感器信号导出的深度信息或由图像传感器128从图像信号导出的并且随后在图像评估装置182中评估的图像信息，该图像评估装置182可以是评估装置132和/或图像传感器128的一部分。然而，其它布置是可行的。
光学检测器110可以进一步包括可以连接到至少一个可调焦透镜150的至少一个焦点调制装置184。因此，至少一个焦点调制装置184可适配于向可调焦透镜150提供至少一个焦点调制信号。在此，焦点调制装置184可以是与焦点调制透镜150分离的个体单元和/或可以完全或部分地集成到焦点调制透镜150中。如图2中所描绘的，评估装置132可以另外连接到完全或部分地集成到评估装置132中的至少一个焦点调制装置184。作为示例，焦点调制信号(其优选地可以是电信号)可以是周期信号，更优选地是正弦波、方形或三角形周期信号。到可调焦透镜150的信号传输可以以有线或无线方式进行。作为示例，焦点调制装置184可以是或可以包括信号发生器，诸如生成诸如周期信号的电子信号的电子振荡器。此外，可以存在一个或多个放大器以便放大焦点调制信号。
图3示出了特定实施例，其中像素化光学传感器162的传感器像素166可以电连接到如由图像传感器128的图像像素176中的一个图像像素提供的顶接触185，其中像素化光学传感器162和图像传感器128包括在混合装置156内。在这方面，优选的是，顶接触185可以提供非边缘传感器像素172中的一个与如包括在矩阵178内的图像像素176中的一个之间的电连接。然而，以相同的方式向像素化光学传感器162的边缘传感器像素168提供电连接同样是可行的。
如图3中示意性描绘的，在该特定实施例中，图像传感器128的示例性图示的图像像素176可以包括两个个体顶接触185、185'，顶接触185、185'每一个可分别位于图像像素176的一侧。透明接触186可以直接放置在相对于入射光束120的方向的图像像素176的顶部上。在该优选示例中，透明接触186可以构成像素化光学传感器162的示例性说明的传感器像素166的连接装置中的一个，而另一透明接触186'可以放置在传感器像素166的顶部上。通过示例的方式，如这里显示的两个透明接触186、186'可以每一个连接到传感器像素166的透明电极中的一个透明电极，透明电极优选地可以位于相应传感器像素166的顶部和底部。然而，在这方面的其它实施例可以是可行的。如在此示出的，透明接触186、186'中的每一个可以电连接到个体顶接触185、185'中的一个，其中接触185、185'可以被布置成提供到其它连接器的进一步引线，诸如到混合传感器156和评估装置132之间的连接器134。
图4示意性地示出了光学传感器122的三个不同实施例，该光学传感器122表现出FiP效应并且根据本发明因此可以被应用于如图1、2、3和5中呈现的光学检测器110中。
在第一实施例中，如图4A中示意性描绘的，至少一个光学传感器122可以是大面积光学传感器188。在此，大面积光学传感器188表现出均匀的传感器表面，其因此可以构成对应的光学传感器122的传感器区域124。
作为进一步的实施例，图4B再次示出了像素化光学传感器162，其中像素化光学传感器162可以至少部分地由像素阵列164建立，该像素阵列164包括因此构成传感器区域124的单独传感器像素166。如上已经描述的，像素化光学传感器162可以包括任何任意数量的传感器像素166，其可以适用于或需要用于相应目的。在这方面，可以提及的是，像素化光学传感器162内的传感器像素166可以是像素化光学传感器162的外围170处的边缘传感器像素168中的一个，或在像素阵列164包括至少3×3个传感器像素166的情况下，可以是位于远离像素阵列164的外围170的非边缘传感器像素172中的一个。
作为进一步的实施例，图4C示意性地示出了两个个体像素化光学传感器162、162'，其中像素化光学传感器162、162'中的每一个可以如图4B中描绘的至少部分地由像素阵列164建立，像素阵列164包括多个个体传感器像素166。在如图4C中描绘的特定实施例中，两个个体像素化光学传感器162、162'中的每一个包括表现出相同数量的传感器像素166的相同种类的像素阵列164。然而，其它实施例可能是可行的，诸如两个个体像素化光学传感器162中的一个包括以下数量的传感器像素166的布置，即，该传感器像素166的数量可以是如由两个单独的像素化光学传感器162'中的另一个包括的传感器像素166的数量的倍数。
然而，在具体实施例中，至少一个电子元件(这里未示出)可以放置在与传感器像素166相同的表面上的传感器像素166(特别是每个)的附近。在此，电子元件可以适配于对由对应的传感器像素166提供的信号的评估，并且因此可以包括以下中的一个或多个：连接器、电容、二极管、晶体管。然而，由于电子元件对入射光束的照射不敏感，在如上所述的意义上它们对像素化传感器162、162'的传感器信号没有贡献，因此相应像素化传感器162、162'的表面上的区域仅能够作为传感器区域124在部分程度上对传感器信号贡献。此外，两个相邻的传感器像素166可以通过分离条带彼此分离，其中该条带可以包括非导电材料，诸如光致抗蚀剂，其可以特别地适配于避免在两个相邻的传感器像素166之间的串扰，使得该条带同样不能对传感器信号作出贡献。
然而，如图4C中呈现的实施例可以提供对该特定问题的解决方案。因此，至少两个个体像素化光学传感器162、162'以两个像素化光学传感器162、162'特别地直接放置在彼此顶部上的方式布置在根据坐标系146的xy平面中。此外，两个像素化光学传感器162、162'的相应位置可以优选地在x方向和y方向上相对彼此偏移一个程度190。在此，两个像素化光学传感器162、162'相对彼此偏移的程度190优选地可以表现出比对应的像素化光学传感器162、162'的侧边缘的相应长度更小的值。因此，两个像素化光学传感器162、162'可以以两个像素化光学传感器中的一个162(其优选地是透明的并且可以由入射光束120首先入射)可以覆盖两个像素化光学传感器中的另一个162'(其包括如上所述的电子元件)上的区域的方式相对彼此偏移。作为结果，从入射光束120的视角考虑，根据图4C的光学传感器122中的传感器区域124与如在图4B中示出的单个像素化光学传感器162中的传感器区域124相比因此可以增加。
如上所述，光学检测器110和相机154可用于各种装置或系统中。作为进一步的示例，图5示出了检测器系统194，其包括至少一个光学检测器110，诸如图1或图2所示的一个或多个实施例中公开的光学检测器110。在这方面，具体地，关于潜在的实施例，可以参考上面进一步详细给出的本公开。作为示例性实施例，类似于图1所示的设置的检测器设置在图5中描绘。图5进一步示出了包括至少一个检测器110和/或至少一个检测器系统194的人机接口196的示例性实施例，以及另外包括人机接口196的娱乐装置198的示例性实施例。图5进一步示出了跟踪系统200的实施例，其适配于跟踪光学检测器110和/或检测器系统194的环境116中的场景114内的至少一个对象118的位置。
关于光学检测器110，可以参考上面给出或下面更详细给出的本公开。基本上，检测器110的所有潜在实施例同样可以在图1或图2所示的实施例中体现。评估装置132可以连接到至少一个混合传感器156，该混合传感器156可以包括：至少一个光学传感器122，具体是至少一个像素化传感器162，该像素化传感器162被定位成使得入射光束120的焦点位置可以以光学传感器122的位置可与焦点位置重合的方式由可调焦透镜150修改；以及至少一个图像传感器128，其可以用作至少一个成像装置152。此外，可以提供至少一个焦点调制装置184，其中可选地，至少一个焦点调制装置184可以适配于调制至少一个可调焦透镜150，并且因此可完全或部分地集成到评估装置132中，如图5所示。为了将上述装置(即至少一个像素化传感器162、至少一个图像传感器128、以及可选地至少一个可调焦透镜150)连接到至少一个评估装置132，作为示例，可以提供至少一个连接器134和/或一个或多个接口，该一个或多个接口可以是无线接口和/或有线接口。此外，连接器134可以包括用于生成传感器信号和/或用于修改传感器信号的一个或多个驱动器和/或一个或多个测量装置。此外，评估装置132可以完全或部分地集成到混合传感器156和/或光学检测器110的其它部件中。光学检测器110可以进一步包括至少一个壳体202，作为示例，该壳体202可以包围一个或多个部件122或128。评估装置132同样可以被封装在壳体202中和/或单独的壳体中。
在图5所示的示例性实施例中，作为示例，待检测的对象118可以被设计为运动器材的物品和/或可以形成控制元件204，其位置和/或取向可由用户206操控。因此，通常，在图5所示的实施例或检测器系统194的任何其它实施例中，人机接口196、娱乐装置198或跟踪系统200、对象118本身可以是指定装置的一部分，并且具体地，可以包括至少一个控制元件204，具体地具有一个或多个信标装置208、118的至少一个控制元件204，其中控制元件204的位置和/或取向优选地由用户206操控。作为示例，对象118可以是或可以包括球棒、球拍、球杆中的一种或多种或运动器材和/或假冒运动器材任何其它物品。其它类型的对象118是可能的。此外，用户206可以被认为是对象118，其位置应被检测。作为示例，用户206可以携带直接或间接附接到他或她的身体的信标装置208中的一个或多个。
光学检测器110可以适配于确定关于信标装置208中的一个或多个的纵向位置上的至少一个项目，以及可选地确定关于其横向位置的至少一项信息，和/或关于对象118的纵向位置的至少一项信息，以及可选地关于对象118的横向位置的至少一项信息。另外，光学检测器110可以适配于识别颜色和/或适配于将对象118成像。壳体202中的开口210优选地可以相对于检测器110的光轴112同心地定位，优选地限定光学检测器110的观察方向212。
光学检测器110可以适配于确定至少一个对象118的位置。另外，光学检测器110具体地具有包括相机154的实施例，可以适配于获取对象118的至少一个图像，优选地3D图像。如上所述，通过在场景114内使用光学检测器110和/或检测器系统194对对象118和/或其一部分的位置的确定可以用于提供人机接口196，以便向机器214提供至少一项信息。在图5中示意性描绘的实施例中，机器214可以是或可以包括至少一个计算机和/或计算机系统。其它实施例是可行的。评估装置132可以是计算机和/或可以包括计算机和/或可以完全或部分地体现为单独的装置和/或可以完全或部分地集成到机器214中，特别是计算机中。对于跟踪系统200的轨迹控制器216也是如此，其可以完全或部分地形成评估装置132和/或机器214的一部分。
类似地，如上所述，人机接口196可以形成娱乐装置198的一部分。因此，借助于用作对象118的用户206和/或借助于处理对象118的用户206和/或用作对象118的控制元件204，用户206可以将诸如至少一个控制命令的至少一项信息输入到机器214中，特别是计算机中，从而改变娱乐功能，诸如控制电脑游戏的进程。
如上所述，光学检测器110可以具有束路径130，其中束路径130可以是直线束路径或倾斜束路径、成角度束路径、分支束路径、偏转或分割束路径或其它束路径类型。此外，光束120可以沿着每个束路径130或部分束路径一次或重复地、单向地或双向地传播。因此，上面列出的部件或下面更详细地列出的可选的另外的部件可以完全或部分地位于至少一个混合传感器156的前面和/或至少一个混合传感器156的后面，如图2中所描绘的。
参考标号列表
110 光学检测器
112 光轴
114 场景
116 环境
118 对象
120 光束
122 光学传感器，FiP传感器
124 传感器区域
126 光斑
128 图像传感器
130 束路径
132 评估装置
134 连接器
136 处理电路
138 处理电路的输出
140 处理电路的第一输入
142 处理电路的第二输入
144 运算放大器
146 坐标系
148 透镜
150 可调焦透镜
152 成像装置
154 相机
156 混合传感器
158 体积
160 距离
162，162' 像素光学传感器
164 像素阵列
166 传感器像素
168 边缘传感器像素
170 外围
172 非边缘传感器像素
174 像素矩阵
176 图像像素
178 矩阵
180 接合接触
182 图像评估装置
184 调制装置
185、185' 顶部接触
186、186' 透明接触
188 大面积光学传感器
190 偏移程度
192 侧边缘长度
194 检测系统
196 人机装置
198 娱乐装置
200 跟踪系统
202 壳体
204 控制元件
206 用户
208 信标装置
210 开口
212 观察方向
214 机器
216 轨迹控制器
Claims (28)
1.一种光学检测器(110)，包括：
-至少一个光学传感器(122)，其适配于检测光束(120)并且生成至少一个传感器信号，其中所述光学传感器(122)具有至少一个传感器区域(124)，其中所述光学传感器(122)的所述传感器信号就照射的总功率而言表现出对由所述光束(120)对所述传感器区域(124)的照射的非线性依赖性；
-至少一个图像传感器(128)，其是包括图像像素(176)的像素矩阵(174)的像素化传感器，其中所述图像像素(176)适配于检测所述光束(120)并且生成至少一个图像信号，其中所述图像信号就所述照射的总功率而言表现出对由所述光束(120)对所述图像像素(176)的照射的线性依赖性；以及
-至少一个评估装置(132)，所述评估装置(132)适配于评估所述传感器信号和所述图像信号。
2.根据前述权利要求所述的光学检测器(110)，其中所述传感器信号对所述光学传感器(122)的所述照射的总功率的所述非线性依赖性可由包括线性部分和非线性部分的非线性函数表达，其中所述评估装置适配于通过评估所述传感器信号和所述图像信号来确定所述非线性函数的所述线性部分和/或所述非线性部分。
3.根据前述权利要求所述的光学检测器(110)，其中所述评估装置包括处理电路(136)，所述处理电路(136)适配于提供所述传感器信号和所述图像信号之间的差，用于确定所述非线性函数的所述非线性部分。
4.根据前述权利要求中任一项所述的光学检测器(110)，其中所述光学检测器(110)包括至少一个混合传感器(156)，其中所述混合传感器(156)包括所述光学传感器(122)中的至少一个和所述图像传感器(128)中的至少一个。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光学检测器(110)，其中所述光学传感器(122)位于所述图像传感器(128)的直接附近。
6.根据前述权利要求所述的光学检测器(110)，其中所述光学传感器(122)和所述图像传感器(128)至少部分地彼此接触。
7.根据前述权利要求中任一项所述的光学检测器(110)，其中所述光学传感器(122)和所述图像传感器(128)以所述光束(120)在入射到所述图像传感器(128)上之前首先入射到所述光学传感器(122)上的方式来布置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的光学检测器(110)，其中所述图像传感器(128)是无机图像传感器，其优选地包括CCD器件或CMOS器件。
9.根据前述权利要求中任一项所述的光学检测器(110)，其中所述光学传感器(122)是大面积光学传感器(187)或像素化光学传感器(162)。
10.根据前述权利要求所述的光学检测器(110)，其中所述光学传感器(122)是包括传感器像素(166)的像素阵列(164)的像素化光学传感器(162)。
11.根据前述权利要求所述的光学检测器(110)，其中至少一个电子元件放置在所述至少一个电子元件和所述传感器像素(166)所位于的表面上的所述传感器像素(166)附近，其中所述至少一个电子元件可以适配于有助于由所述传感器像素(166)提供的信号的评估，其中所述至少一个电子元件优选地包括以下中的一个或多个：连接器、电容、二极管、晶体管。
12.根据两个前述权利要求中任一项所述的光学检测器(110)，其中至少两个像素化光学传感器(162，162')被布置在彼此的顶部，其中所述至少两个像素化光学传感器(162，162')的位置相对彼此偏移一个程度(190)。
13.根据三个前述权利要求中任一项所述的光学检测器(110)，其中所述传感器像素(166)电连接到由所述图像传感器(128)的所述图像像素(176)提供的顶接触(185，185')。
14.根据四个前述权利要求中任一项所述的光学检测器(110)，其中所述图像传感器(128)具有第一像素分辨率，其中所述像素化光学传感器(162)具有第二像素分辨率，其中所述第一像素分辨率等于或超过所述第二像素分辨率。
15.根据前述权利要求所述的光学检测器(110)，其中对于所述传感器像素(166)，包括至少4×4个显示像素(176)、优选至少16×16个显示像素(176)、更优选至少64×64个显示像素(176)的像素阵列(174)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的光学检测器(110)，其中所述光学传感器(122)包括至少一个第一电极、至少一个第二电极和夹在所述第一电极和所述第二电极之间的至少一种光伏材料，其中所述第一电极或所述第二电极是像素化电极。
17.根据前述权利要求中任一项所述的光学检测器(110)，其中所述光学检测器(110)进一步包括至少一个横向光学传感器，所述横向光学传感器适配于确定所述光束(120)的横向位置、朝向所述光学检测器(110)传播的所述光束(120)所源自的对象(118)的横向位置或由所述光束(120)生成的光斑(126)的横向位置中的一个或多个，所述横向位置是在垂直于所述光学检测器(110)的光轴(112)的至少一个维度中的位置，所述横向光学传感器适配于生成至少一个横向传感器信号。
18.根据前述权利要求中任一项所述的光学检测器(110)，进一步包括适配于记录图像的至少一个成像装置(152)。
19.根据前述权利要求所述的光学检测器(110)，其中所述混合传感器(156)被用作所述成像装置(152)。
20.一种用于确定至少一个对象(118)的位置的检测器系统(194)，所述检测器系统(194)包括根据前述权利要求中任一项所述的至少一个光学检测器(110)，所述检测器系统(194)进一步包括适配于将至少一个光束(120)朝向所述光学检测器(110)引导的至少一个信标装置(208)，其中所述信标装置(208)是可附接到所述对象(118)、可由所述对象(118)保持以及可集成到所述对象(118)中的至少一种。
21.一种用于在用户(206)和机器(214)之间交换至少一项信息的人机接口(196)，所述人机接口(196)包括根据涉及光学检测器(110)的前述权利要求中任一项所述的至少一个光学检测器(110)。
22.一种用于执行至少一个娱乐功能的娱乐装置(198)，其中所述娱乐装置(198)包括根据前述权利要求所述的至少一个人机接口(196)，其中所述娱乐装置(198)被设计为使得能够由玩家借助于所述人机接口(196)输入至少一项信息，其中所述娱乐装置(198)被设计为根据所述信息改变所述娱乐功能。
23.一种用于跟踪至少一个可移动对象(118)的位置的跟踪系统(200)，所述跟踪系统(200)包括根据涉及光学检测器(110)的前述权利要求中任一项所述的至少一个光学检测器(110)和/或根据涉及检测器系统(194)的前述权利要求中任一项所述的至少一个检测器系统(194)，所述跟踪系统进一步包括至少一个轨迹控制器(216)，其中所述轨迹控制器(216)适配于跟踪所述对象(118)在特定时间点的一系列位置。
24.一种用于对至少一个对象(118)成像的相机(154)，所述相机(154)包括根据涉及光学检测器(110)的前述权利要求中任一项所述的至少一个光学检测器(110)。
25.一种光学检测方法，所述方法包括以下步骤：
-通过使用至少一个光学传感器(122)和至少一个图像传感器(128)来检测至少一个光束(120)，其中所述光学传感器(122)具有至少一个传感器区域(124)，其中所述图像传感器(128)是包括图像像素(176)的像素矩阵(174)的像素化传感器；
-生成至少一个传感器信号和至少一个图像信号，其中所述光学传感器(122)的所述传感器信号就照射的总功率而言表现出对由所述光束(120)对所述传感器区域(124)的照射的非线性依赖性，以及其中所述图像传感器(128)的所述图像信号就所述照射的总功率而言表现出对由所述光束(120)对所述图像像素的照射的线性依赖性；以及
-通过使用至少一个评估装置(132)来评估所述传感器信号和所述图像信号。
26.根据前述权利要求所述的方法，其中所述传感器信号对所述光学传感器(122)的所述照射的总功率的所述非线性依赖性由包括线性部分和非线性部分的非线性函数表达，其中通过评估所述传感器信号和所述图像信号来确定所述非线性函数的所述线性部分和/或所述非线性部分。
27.根据前述权利要求所述的方法，其中，特别地通过使用适配于提供所述传感器信号和所述图像信号之间的差的处理电路(136)，确定所述传感器信号和所述图像信号之间的差，用于提供所述非线性函数的所述非线性部分。
28.一种根据涉及光学检测器(110)的前述权利要求中任一项所述的光学检测器(110)的用途，出于使用的目的，选自由以下组成的组：交通技术中的位置测量；娱乐应用；安全应用；人机接口应用；跟踪应用；摄影应用；成像应用或相机应用；用于生成至少一个空间的地图的测图应用；移动应用；网络摄像头；计算机外围装置；游戏应用；音频应用；相机(154)或视频应用；安全应用；监视应用；汽车应用；运输应用；医疗应用；农业应用；与培育植物或动物相关的应用；作物保护应用；运动应用；机器视觉应用；车辆应用；飞机应用；船舶应用；航天器应用；建筑应用；工程应用；制图应用；制造应用；质量控制应用；与至少一个飞行时间检测器结合的用途；本地定位系统中的应用；全球定位系统中的应用；基于地标的定位系统中的应用；室内导航系统中的应用；户外导航系统中的应用；家庭应用中的应用；机器人应用；自动开门器中的应用；光通信系统中的应用。
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