CN107003785B - 光学检测器 - Google Patents
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Abstract
公开了一种控制至少一个空间光调制器(114)的像素(134)的方法。空间光调制器(114)具有像素矩阵(132)。每个像素(134)可以单独控制。该方法包括以下步骤：接收(342)至少一个图像(331)；b)限定(344)在图像(331)内的至少一个图像段(333)；c)将至少一个灰阶值分配(348)给每个图像段(333)；d)将像素矩阵(132)的至少一个分配(350)给每个图像段(333)；e)将独特调制频率分配(352)给被分配给至少一个像素(134)的每个灰阶值；f)以被分配给各自的图像段(333)的独特调制频率(333)来控制(354)被分配给至少一个图像段(333)的像素矩阵(132)的至少一个像素(134)。
Description
技术领域
本发明基于如例如在在WO 2012/110924 A1、US 2012/0206336 A1、WO 2014/097181 A1、US 2014/0291480 A1或迄今为止未公开的2013年8月19日的美国临时申请号61/867,180、2013年11月20日的61/906,430和2013年12月11日的61/914,402以及2014年3月6日的未公开的德国专利申请号10 2014 006 279.1、2014年6月10日的欧洲专利申请号14171759.5、2014年8月15日的国际专利申请号PCT/EP2014/067466、2014年8月15日的美国专利申请号14/460,540中所提出的光学检测器的一般想法，所有这些的全部内容通过引用包含在本文中。
本发明涉及一种控制至少一个空间光调制器的像素的方法、一种特别是用于确定至少一个对象的位置的光学检测方法、一种调制器装置、一种调制器组件、一种光学检测器和检测器系统。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进行距离测量。
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 1 667 246 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中(其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。给定照射的相同总功率，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。
2012年12月19日提交的美国临时申请61/739,173、2013年1月8日提交的61/749,964和2013年8月19日提交的61/867,169以及2013年12月18日提交的国际专利申请PCT/IB2013/061095(其公开为WO2014/097181A1)的全部内容全部内容通过引用并入本文，其公开了一种通过使用至少一个横向光学传感器和至少一个光学传感器来确定至少一个对象的位置的方法和检测器。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。
2013年6月13日提交的欧洲专利申请号为EP 13171898.3(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。
同样于2013年6月13日提交的欧洲专利申请号EP 13171900.7(其全部内容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。
于2013年6月13日提交的欧洲专利申请号EP 13171901.5(所有其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。
在本发明所引用的2014年8月15日提交的PCT/EP2014/067466中(其全部内容通过引用包含在本文中)，提出了一种光学检测器。光学检测器包括至少一个空间光调制器，其适用于以空间分辨的方式修改光束的至少一个性质。空间光调制器具有像素矩阵，每个像素是可控制的以分别修改通过像素的光束的一部分的至少一个光学性质。光学检测器包括至少一个光学传感器，该光学传感器适用于在通过空间光调制器的像素矩阵之后检测光束并且产生至少一个传感器信号。光学检测器包括至少一个调制器装置，该调制器装置适用于周期性地控制具有不同调制频率的至少两个像素。光学检测器包括至少一个评估装置，适用于进行频率分析，以便确定用于调制频率的传感器信号的信号分量。
尽管具有上述装置和检测器所暗指的优点，特别是由PCT/EP2014/067466、WO2012/110924 A1、US 61/739,173、US 61/749,964、EP 13171898.3、EP 13171900.7和EP13171901.5中公开的检测器具体表现出上述装置和检测器所暗示的优点，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，其可以以高体积和低成本实现，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靠地可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。
该问题通过控制至少一个空间光调制器的像素的方法、光学检测的方法、用于控制至少一个空间光调制器的像素的调制器装置、用于空间光调制的调制器组件、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、检测系统、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”或“包含”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，公开了一种控制至少一个空间光调制器的像素的方法。空间光调制器具有像素矩阵，每个像素可单独控制。该方法包括以下步骤，其可以按照给定的顺序或以不同的顺序进行。此外，两个或多个或甚至全部方法步骤可以同时进行和/或在时间上重叠而进行。此外，可以重复进行一个、两个或更多个或甚至所有的方法步骤。该方法还可以包括额外的方法步骤。该方法包括以下步骤：
a)接收至少一个图像；
b)限定在图像内的至少一个图像段；
c)至少一个灰阶值分配给每个图像段；
d)将像素矩阵的至少一个像素分配给每个图像段；
e)将独特调制频率分配给被分配给至少一个图像段的每个灰阶值；
f)以被分配给各自的图像段的独特调制频率来控制被分配给所述至少一个图像段的像素矩阵的所述至少一个像素。
如本文进一步使用的，也称为SLM的“空间光调制器”通常是适用于以空间分辨的方式修改光束的至少一个性质(具体地至少一种光学性质)的装置，具体地，在与光束的传播方向成一角度的至少一个方向，其通常可以是由调制装置的类型确定的任意或合适的角度。该角度可以是90°或不同于90°，后者具体可能优选用于移动应用。例如，空间光调制器可以在垂直于光束的传播方向的至少一个方向上以空间分辨的方式修改光束的至少一个性质，具体地，至少一个光学性质。空间光调制器可以垂直于光束而安装。例如，空间光调制器可以由侧向的光束照射。因此，作为示例，空间光调制器可以适用于以受控的方式在垂直于光束的局部传播方向的平面中修改至少一个光学性质。因此，空间光调制器可以是能够对光束施加某种形式的空间变化调制的任意装置，优选地在垂直于光束的传播方向的至少一个方向上。可以以受控的方式修改至少一个性质的空间变化，使得在与传播方向垂直的平面中的每个可控位置处，空间光调制器可以采取至少两个状态，这些状态可以以不同的方式修改光束。
空间光调制器在本领域中是众所周知的，例如在全息技术领域和/或投影仪装置领域。本领域通常已知的空间光调制器的简单实例是液晶空间调制器。透射和反射液晶空间光调制器都是已知的，并且可以在本发明中使用。此外，微机械空间光调制器基于可以单独控制的微镜的区域是已知的。因此，可以使用基于德州仪器公司提供的具有单色或多色甚至全色微镜的DLP技术的反射空间光调制器。此外，由V.Viereck等人(PhotonikInternational 2(2009)，48-49)和/或US 7,677,742B2(Hillmer等人)公开的空间光调制器的微镜阵列可以用于本发明中。这里示出了能够在相对于光轴的平行和垂直位置之间切换微镜的微镜阵列。这些微镜阵列通常可以用作透明空间光调制器，类似于液晶技术上的透明空间光调制器空间。然而，这种类型的空间光调制器的透明度通常高于普通液晶空间光调制器的透明度。此外，空间光调制器可以基于诸如声光效应和/或诸如所谓的普克尔斯(Pockels)效应和/或所谓的克尔(Kerr)效应之类的电光效应的其它光学效应。此外，可以提供基于使用干涉式调制或IMOD技术的一个或多个空间光调制器。该技术基于每个像素内的可切换干扰效应。作为一个例子，后者由
以商品名“MirasolTM”提供。
此外，附加地或替代地，本文使用的至少一个空间光调制器可以是或可以包括可调谐光学元件的至少一个阵列，诸如下列的一个或多个：可调焦透镜阵列、自适应液体微透镜的区(area)、透明微棱镜阵列。可以使用可调谐光学元件的命名(named)阵列的任何组合。作为示例，阵列的光学元件的调谐可以电学地和/或光学地进行。作为示例，一个或多个可调谐光学元件阵列可以被放置在第一图像平面中，例如在诸如DLP、LCD、LCOS或其它SLM的其它空间光调制器中。可以调制诸如微透镜的光学元件的聚焦和/或诸如微棱镜的光学元件的折射。然后可以由至少一个光学传感器监视该调制并由至少一个评估装置进行评估(通过进行诸如解调的频率分析)。
可调谐光学元件(例如聚焦可调透镜)提供了能够校正不同距离的对象具有不同焦点的事实的附加优点。作为示例的聚焦可调透镜阵列在US 2014/0132724A1中公开。其中公开的聚焦可调透镜阵列也可以用于根据本发明的光学检测器的SLM中。然而，其他实施例是可行的。此外，对于液体微透镜阵列的潜在示例，可以参考C.U.Murade等人的公开(Optics Express，Vol。20，No.16,18180-18187(2012))。再次，其他实施例是可行的。此外，对于诸如排列的电润湿微棱镜的微棱镜阵列的潜在示例，可以参考J.Heikenfeld等人的公开(Optics&Photonics News，2009年1月，20-26)。再次，可以使用微棱镜的其它实施例。
因此，作为示例，可以使用从由空间光调制器或反射空间光调制器组成的组中选择的一个或多个空间光调制器。此外，作为示例，可以使用从由以下各项组成的组中选择的一个或多个空间光调制器：基于液晶技术的空间光调制器，诸如一个或多个液晶空间光调制器；基于微机械系统的空间光调制器，例如基于微镜系统的空间光调制器，特别是微镜阵列；基于干涉调制的空间光调制器；基于声光效应的空间光调制器；基于电光效应的空间光调制器，具体地基于普克尔斯(Pockels)效应和/或克尔(Kerr)效应；包括可调谐光学元件的至少一个阵列的空间光调制器，诸如下列的一个或多个：可调焦透镜阵列、自适应液体微透镜的区、透明微棱镜阵列。本领域已知的典型的空间光调制器适用于调制光束强度的空间分布，例如在垂直于光束传播方向的平面中。然而，如下面将进一步详细描述的，另外或替代地，光束的其它光学性质可以是变化的，例如光束的相位和/或光束的颜色。下面将更详细地解释其他潜在的空间光调制器。
通常，空间光调制器可以是计算机可控的，使得光束的至少一个性质的变化状态可以由计算机调节。空间光调制器可以是电寻址空间光调制器、光寻址空间光调制器或任何其他类型的空间光调制器。
如上所述，空间光调制器包括像素矩阵，每个像素可被控制以单独修改通过像素的光束的一部分的至少一个光学性质，即通过穿过像素与像素相互作用，由像素反映或其他交互方式。如本文所使用的，“像素”因此通常是指适用于修改通过像素的光束的部分的至少一个光学性质的空间光调制器的整体元件。因此，像素可以是空间光调制器的最小单位，其适用于修改通过像素的光束的该部分的至少一个光学性质。作为示例，每个像素可以是液晶单元和/或微镜。每个像素可以单独控制。例如，每个像素可以包括至少一个微镜。
如本文所使用的，术语“控制”通常是指像素修改至少一个光学性质的方式可被调整为呈现至少两个不同的状态。调整可以通过任何类型的控制进行，优选通过电调节。因此，优选地，每个像素可以单独地电寻址，以便例如通过向像素施加特定电压和/或特定电流来调整各个像素的状态。
如本文进一步使用的，术语“单独”通常是指矩阵的一个像素可以至少基本上独立于寻址其他像素来寻址，使得像素的状态以及从而各自的像素影响光束的各自部分的方式，可以独立于一个或多个或甚至所有其他像素的实际状态来调整。
如本文所使用的，“接收至少一个图像”通常是指至少一个图像是下列的至少一个的事实：被提供、被记录、被接受、被读入和被获得。因此，例如，可以从数据存储器和/或成像装置等提供至少一个图像，例如，可以由CMOS和/或CCD和/或其他像素化图像传感器提供至少一个图像。至少一个图像可以是场景和/或至少一个对象的至少一个规则的二维图像。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，或者可以包括图像的序列(sequence)。
如本文所使用的，“至少一个图像段”是指图像的至少一部分和/或至少一个区和/或至少一个部。具体地，至少一个图像段可以对应于场景和/或至少一个对象或其部分。例如，至少一个图像可以包括对应于至少一个场景和/或至少一个对象或其部分的的至少一个区。至少一个图像可以包括两个或更多个图像段。如本文所使用的，“限定至少一个图像段”是指挑选和/或选择和/或识别图像内的至少一部分和/或至少一个区和/或至少一个部。
如本文所使用的，术语“至少一个灰阶值”是指灰阶值或灰度级(这些术语通常和以下同义地使用)，即一种或多种颜色的不同亮度级别。然而，原则上，在这种情况下，术语灰度级或灰阶值应被广泛地解释，，例如，还包括不同的亮度级别。灰阶值可以在黑色(在色彩颜色“黑色”的情况下应相应地被理解为意味着最黑暗的水平)和白色(在色彩颜色“白色”的情况下应相应地被理解为是最轻的水平)之间。灰阶值可以是颜色值和/或灰阶值。
如本文所使用的，“分配至少一个灰度值”是指对于每个图像段选择和/或确定灰阶值。特别地，至少一个图像可以被编码为灰阶图像。灰度值可以在这些黑色和白色限制值之间的以离散阶梯分配。例如，灰度值可以以灰度级别阶梯分配，其具有从黑色到白色的恒定的预限定的间隔。可预先限定可能的灰阶值的离散数量。因此，例如，在图像包括两个图像段的情况下，对于两个图像段中的每一个，可以分配与另一图像段的灰度值不同的至少一个灰度值。
如本文所使用的，“将至少一个像素分配给每个图像段”是指将空间光调制器的至少一个像素与至少一个图像段进行匹配。每个像素可以单独地匹配于图像段和/或一组像素，例如，至少两个像素可以一起匹配到图像段。因此，可选地，图像和/或图像段被映射到像素矩阵上。优选地，至少一个图像被像素化，使得图像与像素矩阵完全匹配，从而产生像素化图像。
如本文所使用的，“分配独特调制频率”是指将至少一个频率与至少一个灰阶值进行匹配。如本文所使用的，术语“独特调制频率”通常是指调制的频率f和像素的控制的调制的相位
中的一个或两个。因此，周期性控制或调制的频率和/或相位中的一个或两个可以用于对光学信息进行编码和/或解码，如下面将进一步详细讨论的。可以基于灰阶值与独特调制频率之间的预定关系来将独特调制频率分配给至少一个灰阶值。特别地，可以使用查找表。查找表可以包括灰阶值列表和对应的独特调制频率。
术语“控制”包括选择每个单独的像素和/或一组像素并改变所选择的像素和/或一组像素的状态。控制可以是周期性的，特别是单独的。可以周期性地进行各个像素的至少两个不同状态之间的切换，其中就其与通过像素的光束的部分相互作用的方式而言，各自的像素的至少两个不同状态不相同，从而，就其改变通过像素的光束的部分的程度或方式而言，不相同。独特调制频率通常从由各自的像素的至少两个状态之间的周期性切换的相位和/或频率组成的组中选择。切换通常可以是逐步切换或数字切换，或者可以是其中各个像素的状态在第一状态和第二状态之间连续地改变的连续切换。作为最常见的示例，像素可以在各个调制频率，即在特定频率f和/或特定相位
周期性地开启或断开。
步骤f)可以包括以下子步骤：
f1.向独特调制频率分配计数器阈值；
f2.以预定的最大频率逐步增加计数器变量，直到达到或超过阈值为止；
f3.改变像素的状态。
子步骤可以以给定的顺序或以不同的顺序进行。此外，两个或更多个或甚至全部子步骤可以同时进行和/或在时间上重叠。此外，可以重复进行一个、两个或更多个或甚至全部子步骤。步骤f)还可以包括额外的方法步骤。
如本文所使用的，术语“计数器变量”是指可以逐步增加的整数。如本文所使用的，术语“计数器阈值”是指计数器变量的指定和/或预定阈值。在计数器变量超过计数器阈值的情况下，可以改变像素的状态。预定的最大频率可以是用于改变像素的状态的最大频率f0，其导致由像素调制的光束的区的最大光频率f0/2。例如，对于像素的亮暗变化，可能需要像素的两个变化，首先是亮的，其次是暗的。可以相对于扫描时间TA＝1/f0增加计数器。扫描时间可以是在一个图像缓冲内处理一个图像所需的时间，特别是用于进行方法步骤a)至f)以及可调延迟时间，例如，调整所需的时间。例如，可以以扫描时间的间隔和/或以多个扫描时间的间隔来增加计数器变量。低阈值可能导致改变像素的状态的高频率，并且因此导致短的时间间隔。高阈值可能导致改变像素状态的低频率，并因此导致长时间间隔，而可以通过选择f0来设置实际持续时间。最低阈值可以指扫描时间的单个间隔。
用于改变像素状态的可行独特调制频率fn可以由fn＝f0/2n确定，其中n是非零整数。例如，f0可以是24kHz。因此，可以以12kHz的最大频率改变像素状态。灰阶值的总数可以取决于可行独特频率的总数。可行频率可能高于最低频率。最小频率可以是高于该频率的两个相邻可行频率是可区分和/或可分辨的频率。可能的频率可能必须具有等于最小距离或超过最小距离的相邻可行频率。
空间光调制器的每个像素可以具有至少两个状态。在步骤f)中，像素可以从第一状态切换到第二状态，反之亦然。像素的实际状态可以以受控的方式可调节，其中对于每个像素，该至少两个状态就其相对于通过各自的像素的光束的部分与各自像素的的相互作用而言是不同的，例如就下面的一者或多者而言是不同的：光束的该部分与像素的吸收、透射、反射、相变或任何其它类型的相互作用而言是不同的。例如，像素的第一状态可以是关闭状态，并且像素的第二状态可以是开启状态。在像素处于关闭状态的情况下，防止光的部分向着例如将在下面详细描述的光学传感器的方向移动。在开启状态下，由像素反射的光可以朝着光学检测器进行。
如上所述，由空间光调制器给出的最大频率可以限制可行独特频率的数量。作为示例，可以通过使用一个、两个、三个或更多个沃尔什函数，特别是沃尔什系统，来确定用于改变像素的状态的可行的独特调制频率。如本文所使用的，并且在https://en.wikipedia.org/wiki/Walsh_function下更详细地描述，术语“沃尔什函数”通常是指单位区间的三角函数的连续模拟系统的离散数字对应物间隔。与三角函数不同，沃尔什函数通常只是分段连续的，实际上是分段常数。函数通常在二进制分数限定的子时间间隔内取值-1和+1。沃尔什函数通常形成一个完整的正交函数集合，在单位区间单位区间上的平方积分函数的希尔伯特空间L2[0,1]中的正交基。两者通常都是有界函数的系统。这三角系统(system)和沃尔什系统二者周期性地承认从单位区间的到实线(real line)的自然延伸(natural extension)。此外，对于单位区间(傅里叶级数)和实线(傅里叶变换)的傅里叶分析通常都通过沃尔什系统限定的数字对应物、类似于傅里叶级数的沃尔什级数和类似于傅立叶变换的哈达玛变换。沃尔什函数、级数和变换在物理和工程领域(特别是数字信号处理)可以寻找到各种应用。
与如上所述的使用整数除法相比，使用沃尔什函数可以获得更多数量的用于改变像素的状态的可行独特调制频率，其具有由空间光调制器给出的相同最大频率。因此，可能使用具有较低的最大频率的空间光调制器，例如，最大频率为2kHz的空间光调制器。
在步骤e)中，对于每个灰阶值，一个沃尔什函数可被分配给至少一个图像段。在步骤b)中限定多个段的情况下，可以选择适当的沃尔什函数集合。可以考虑所使用的函数的总数量和使用的沃尔什函数之间的噪声来选择沃尔什函数，其中所需的函数的总数可以对应于所限定的段的数量。优选地，相邻沃尔什函数可以具有尽可能少的噪声。此外，沃尔什变换可以使用整个谱范围，使得与傅里叶变换相比，可以在频率之间发生较少的噪声。为了对抗扰动是可靠的，沃尔什函数可以被选择为具有长的平台(plateau)，因此几乎不过零。
在步骤f)中，可以使用沃尔什函数作为独特的调制频率来控制至少一个像素。如上所述，像素可以具有两个状态。在如上所述使用整数除法的情况下，可以将像素的状态从第一状态切换到第二状态，反之亦然，例如从开启状态切换到关闭状态，或从关闭状态切换到开启状态。在使用沃尔什函数的情况下，像素的状态不仅可以在开启或关闭状态之间变化，而且可以根据由某个沃尔什函数给出的模式(pattern)来切换像素的状态。例如，在一段时间内，例如，允许像素状态的五个改变的一定时间间隔，像素的状态可以根据off、off、on、on、on而变化。其他模式当然可行。
如上所述，灰阶值可以是颜色值和/或灰度值。
步骤a)可以包括提供图像的序列。如本文所使用的，“图像的序列”是指在步骤a)中接收至少两个图像的事实。可以对图像序列的每个图像重复步骤b)-f)。图像序列可以包括视频。
步骤a)可以包括将至少一个图像提供给调制器装置，其中步骤b)-f)可以由调制器装置进行。关于调制器装置，可以参考以下给出的调制器装置的描述。
步骤a)可以包括在调制器装置的至少一个图像缓冲器中缓冲至少一个图像。如本文所使用的，术语“图像缓冲器”是指适用于接收至少一个图像的数据存储装置。图像缓冲器可以适用于在一定时间内存储至少一个图像。图像缓冲器可以适用于将至少一个图像提供给调制器装置的其他装置，特别是用于进行方法步骤b)至f)。在步骤a)中，可以使用至少两个图像缓冲器。图像缓冲器可以包括第一图像缓冲器和第二图像缓冲器，其中第一图像缓冲器和第二图像缓冲器可以从由有源(active)图像缓冲器和非有源图像缓冲器组成的组中选择。至少一个图像可以被缓存在非有源图像缓冲器和有源图像缓冲器中的一个或两个中。可以选择非有源图像缓冲器以进一步评估在有源图像缓冲器内缓冲的至少一个图像，其中至少第二图像可以被接收并且可以被缓冲在有源图像缓冲器中，同时评估在有源图像缓冲区内的至少一个图像。因此，通过使用至少两个图像缓冲器，可以在同一时间或短时间内接收多个图像。因此，可以高速地读取多个图像。在多个图像中读取的帧速率可以在20和250Hz之间，优选在50和200Hz之间，更优选在80和120Hz之间，例如100Hz。通常，帧速率可能受到图像缓冲器的存储带宽和/或其他技术因素的限制和/或依赖于图像缓冲器的存储带宽和/或其他技术因素，其他技术因素例如为FPGA的门运行时间等。然而，通过使用具有较高复杂度的硬件，例如专用集成电路(ASIC)和/或VLSI-IC。例如，帧速率可以对应于和/或可以是成像装置(例如摄像机)的图像输出的倍数，从成像装置接收图像。
如上所述，每个像素可以包括至少一个微镜。
在本发明的另一方面，公开了一种光学检测方法，特别是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，其可以按照给定的顺序或以不同的顺序进行。此外，两个或多个或甚至全部方法步骤可以同时进行和/或在时间上重叠。此外，可以重复进行一个、两个或更多个或甚至所有的方法步骤。该方法还可以包括额外的方法步骤。该方法包括以下方法步骤：
-通过使用至少一个空间光调制器以空间分辨的方式修改光束的至少一个性质，所述空间光调制器具有像素矩阵，每个像素可控制以单独地修改通过像素的光束的部分的至少一个光学性质，其中，使用了如上所述的控制像素的方法；
-通过使用至少一个光学传感器检测通过空间光调制器的像素矩阵的光束并且用于生成至少一个传感器信号；
-通过使用至少一个调制器装置以不同频率周期性地控制至少两个像素；和
-通过使用至少一个评估装置进行频率分析和确定控制频率的传感器信号的信号分量。
该方法优选地可以通过使用根据本发明的光学检测器来进行，例如在以下给出的一个或多个实施例中所公开的。因此，关于该方法的限定和潜在实施例，可以参考光学检测器。仍然，其他实施例是可行的。此外，使用了根据本发明的控制像素的方法。因此，关于光学检测方法的限定和潜在实施例，可以参考下面给出的方法。仍然，其他实施例是可行的。
在本发明的另一方面，公开了一种用于控制至少一个空间光调制器的像素的调制器装置。空间光调制器具有像素矩阵，每个像素可单独控制。调制器装置包括：
a)适用于接收至少一个图像的至少一个接收装置；
b)至少一个图像段限定装置，其适用于限定在所述图像内的至少一个图像段；
c)至少一个灰阶值分配装置，其适用于将至少一个灰阶值分配给每个图像段(灰阶值；
d)至少一个像素分配装置，其适用于将所述像素矩阵的至少一个像素分配给每个图像段；
e)至少一个频率分配装置，其适用于将独特调制频率分配给被分配给所述至少一个图像段的每个灰阶值；
f)至少一个控制装置，其适用于以被分配给各自的图像段的所述独特调制频率来控制被分配给所述至少一个图像段的像素矩阵的所述至少一个像素段。
调制器装置可以适用于进行根据本发明的控制像素的方法。此外，调制器装置可以用于根据本发明的光学检测方法中。关于定义和实施例，可以参考上面给出的用于控制像素和光学检测方法的方法的定义和实施例，以及下面给出的装置的定义和实施例。
如在本发明中所使用的，“调制器装置”通常是指适用于控制矩阵的两个或更多个或甚至全部像素的装置，以便调整相应的像素以将对于每个像素的不同状态的至少两个状态中的一个呈现，每个状态具有与通过各自的像素的光束的部分与像素相互作用的特定类型。因此，作为示例，调制器装置可以适用于选择性地将两种不同类型的电压和/或至少两种不同类型的电流施加到由调制器装置控制的每个像素。
至少一个调制器装置适用于周期性地控制至少两个像素，优选具有不同调制频率的矩阵中的更多像素或甚至所有像素。
如本文所使用的，“至少一个接收装置”通常是适用于接收至少一个图像的装置。特别地，至少一个接收装置适用于进行如上所述的方法步骤a)。如上面关于控制像素的方法所概述的，术语“接收至少一个图像”通常是指至少一个图像是被提供的、记录的、接受的和获得的至少一个图像的事实。用于接收至少一个图像的频率可以在60和120Hz之间。接收装置可以包括用于接收或传送图像的端口，例如，LCD端口。
至少一个接收装置可以被连接或并入至少一个包括至少一个图像的数据存储装置。附加地或替代地，调制器装置可以连接或并入成像装置等，例如，CMOS，其适用于提供至少一个图像。
接收装置可以包括至少一个图像缓冲器。优选地，接收装置可以包括至少两个图像缓冲器。图像缓冲器可以包括第一图像缓冲器和第二图像缓冲器，其中第一图像缓冲器和第二图像缓冲器可以从由有源图像缓冲器和非有源图像缓冲器组成的组中选择。接收装置可以适用于缓冲非有源图像缓冲器和有源图像缓冲器中的一个或两个中的至少一个图像。接收装置可以适用于选择非有源图像缓冲器以进一步评估在有源图像缓冲器内缓冲的至少一个图像，其中接收装置可以适用于接收和缓冲有源图像缓冲器中的至少第二图像，同时评估在有源图像缓冲器内缓冲的至少一个图像。
接收装置可以适用于接收一图像的序列。可以在第一图像缓冲器内缓冲图像序列的第一图像。可以进一步处理第一图像，特别是通过进行如上所述的控制像素的方法的方法步骤b)至f)，和/或可以将其转移到调制装置的另一个装置。在处理第一图像的同时，可以在第二图像缓冲器内缓冲第二图像。调制装置可以包括用于缓冲多个图像的附加缓冲器。可以在第一图像被处理之前或之后进行第二图像的处理。用于接收至少一个图像的频率在60和120Hz之间。接收装置、图像段限定装置、灰阶值分配装置、像素分配装置和频率分配装置中的一个或多个可以完全或部分地由以下中的一个或多个包括：存储器装置、处理器、如FPGA、DLPC、CPLD、定制VLSI-IC和/或ASIC的可编程逻辑。
如本文所使用的，“至少一个图像段限定装置”通常是适用于在图像内限定至少一个图像段的装置。特别地，至少一个接收装置适用于进行如上所述的方法步骤b)。图像段限定装置可以适用于选择和/或挑选和/或标识图像内的至少一个图像段。
如本文所使用的，“至少一个灰阶值分配装置”通常是适用于向每个图像段分配至少一个灰阶值的装置。特别地，至少一个接收装置适用于进行如上所述的方法步骤c)。灰阶值分配装置可以适用于将至少一个灰阶值分配给每个限定的段。灰阶值分配装置可以适用于将图像传送和/或编码成灰阶图像。
如上所述，术语“灰阶值”是指也诸如是一种颜色的亮度水平。因此，在一个实施例中，可以使用多个调制器装置。多个调制器装置中的每个调制器装置可以适用于以至少一种特定颜色编码所提供的图像。像素分配装置、频率分配装置和控制装置中的一个或多个可以适用于确定和/或识别灰阶图像属于哪个调制器装置。因此，可以控制多个调制器装置，例如，该调制器装置具有像素分配装置、频率分配装置和控制装置中的一个或多个。
如本文所使用的，“至少一个像素分配装置”通常是适用于将像素矩阵的至少一个像素分配给每个图像段的装置。特别地，至少一个接收装置适用于进行如上所述的方法步骤d)。至少一个像素分配装置可以适用于进行空间光调制器和至少一个图像的像素的匹配。
如本文所使用的，“至少一个频率分配装置”通常是适用于为被分配给至少一个图像段的每个灰阶值分配独特调制频率的装置。特别地，至少一个接收装置适用于进行如上所述的方法步骤e)。频率分配装置可以适用于基于灰阶值和独特调制频率之间的预定关系来分配独特调制频率。
将独特调制频率分配给至少一个灰阶值可以基于灰阶值与独特调制频率之间的预定关系。特别地，可以使用查找表。查找表可以包括灰阶值列表和对应的独特调制频率。
控制装置可以包括至少一个振荡器。术语振荡器通常是指适用于相对于独特调制频率控制每个像素的定时源。
调制器装置可以适用于使得每个像素被控制在独特的调制频率。控制装置可以连接到空间光调制器。例如，控制装置和空间光调制器可以电连接，例如以有线方式和/或无线连接。然而，其他连接可能是可行的。具体地，控制装置可以连接到空间光调制器的像素，使得像素由控制装置控制。
空间光调制器可能需要特定数据格式，例如数据串，例如，64位或128位字符串。控制装置可以适用于产生可以由空间光调制器进一步读取和/或处理的所需特定数据格式的至少一个信号(例如，数据串)。所需的数据串可能不足以允许控制空间光调制器的所有像素。因此，可以以类似于阴极射线管(CRT)屏幕的较短的串中读出控制装置的信号，例如，该串为可以通过数字微镜装置的像素矩阵的类型来确定线和/或块大小的线或列块(blockwise)。
控制装置可以适用于为独特调制频率分配计数器阈值，其中控制装置还可以适用于以预定的最大频率f0逐步地增加计数器变量，直到达到或超过阈值，并且改变像素的状态。预定的最大频率可以是用于改变产生f0/2的光频率的像素的状态的最大频率f0。用于改变像素状态的可行独特调制频率fn由fn＝f0/2n确定，其中n是非零整数。
空间光调制器可以是基于微镜或微腔技术的空间光调制器，例如德州仪器公司提供的微镜
技术。基于微镜或微腔技术的SLM可能具有单色或多色甚至全色微镜或微型腔。微镜或微腔可以切换成两个不同的位置或状态，使得微镜可以描绘黑白图像。用于改变像素状态的最大频率可以是f0＝24kHz，导致f0/2＝12kHz的光频率。灰阶值分配装置可分配的灰阶值的总数可以取决于可行独特频率的总数。在该实施例中，数字微镜或微腔装置的像素可以由DLP控制器控制，DLP控制器可以是与包括DLP固件和/或VLSI-IC的存储器件组合的FPGA，其可以与第二个FPGA、CPLD、ASIC或VLSI-IC结合用于数据格式化。
调制器装置可以适用于以不同独特调制频率来周期性地调制至少两个像素。在一个实施例中，空间光调制器可以是双极空间光调制器，其中每个像素具有至少两个状态。控制装置可以适用于将像素从第一状态切换到第二状态，反之亦然。特别地，控制装置可以适用于以独特调制频率周期性地将像素从第一状态切换到第二状态。
调制装置可以连接到至少一个评估装置，特别是连接到以下进一步详细描述的评估装置。因此，评估装置可以适用于与调制器装置接收和/或与调制器交换数据，例如关于一组独特调制频率的信息和/或关于由调制器装置接收的至少一个图像的信息等。此外，调制装置可以连接到至少一个光学传感器，例如，包括CMOS芯片的光学传感器和/或空间光调制器和/或一个或多个输出装置。
在另一方面，公开了一种用于空间光调制的调制器组件。调制器组件包括至少一个空间光调制器和至少一个如上公开和详细描述的调制器装置。关于限定和实施例，可以参考上面给出的方法和装置的限定和实施例，以及下面给出的装置的进一步的限定和实施例。
至少一个空间光调制器可以适用于以空间分辨的方式修改光束的至少一个性质。空间光调制器可以具有像素矩阵，每个像素可被控制以分别修改通过像素的光束的一部分的至少一个光学性质。该至少一个调制器装置可以适用于以不同调制频率周期性地控制至少两个像素。
如本文所使用的，“光束”通常是沿或多或少相同方向行进的光量。因此，优选地，光束可以指技术人员已知的高斯光束。然而，其他光束，例如非高斯光束也是可能的。如下面进一步详细描述的，光束可以被对象发射和/或反射。此外，光束可以被至少一个信标装置反射和/或发射，优选地可以是附接到或集成到对象中的一个或多个信标装置。
如本文进一步使用的，术语“修改光束的至少一个性质”通常是指像素至少在一定程度上能够改变通过像素的光束的部分的光束的至少一个性质的事实。优选地，可以调整性质的变化程度以呈现至少两个不同的值，包括至少两个不同值中的一个意味着光束的该部分的不变的通过的可能性。光束的至少一个性质的修改可以以通过像素与光束的任何可行的相互作用的任何可行的方式来进行，包括吸收、透射、反射、相位变化或其它类型的光学相互作用中的一种或多种。因此，作为示例，每个像素可以采取至少两个不同的状态，其中像素的实际状态可以以受控的方式可调整，其中对于每个像素，就各自的像素与通过各自像素的光束的部分的相互作用而已，该至少两个状态是不同的，，例如就下列的一个或多个而言是不同的：吸收、透射、反射、相位变化或像素与光束的部分的任何其它类型的相互作用。
因此，“像素”通常可以指适用于以受控的方式修改光束的部分的至少一个性质的空间光调制器的最小统一单位。作为示例，每个像素可以具有与光束相互作用的面积(也称为像素面积)为1μm2至5000 000μm2，优选为100μm2至4 000 000μm2，优选为1000μm2至1 000000μm2，更优选为2500μm2至50000μm2。仍然，其他实施例是可行的。
表达“矩阵”通常是指空间中的多个像素的排列，其可以是线性排列或面积排列。因此，通常，矩阵优选地可以选自包括一维矩阵和二维矩阵的组。矩阵的像素可以被布置成形成规则图案，其可以是矩形图案、多边形图案、六边形图案、圆形图案或另一种类型的图案中的至少一者。因此，作为示例，矩阵的像素可以在笛卡尔坐标系的每一个维度和/或极坐标系中等距地排列。作为示例，矩阵可以包括100到100000000个像素，优选地为1000到1000000个像素，更优选为10000到500000个像素。最优选地，矩阵是具有排列成行和列的像素的矩形矩阵。
如下面进一步详细描述的，矩阵的像素可以相同或可以变化。因此，作为示例，矩阵的所有像素可以具有相同的光谱特性和/或可以具有相同的状态。作为示例，每一个像素可以具有导通状态和截止状态，其中处于导通状态的光可以穿过像素，或者可以由像素反射到经过的方向或光学传感器的方向，并且其中，在截止状态中，光由像素阻挡或衰减，或被反射到阻挡方向中，诸如远离光学传感器的束收集器(beam dump)。此外，像素可以具有不同的特性，诸如不同的状态。作为将在下面进一步详细描述的示例，像素可以是包括不同光谱特性(诸如关于光的透射波长和/或反射波长的不同过滤特性)的彩色像素。因此，作为示例，矩阵可以是具有红色、绿色和蓝色像素或具有不同颜色的其它类型的像素的矩阵。作为示例，SLM可以是全色SLM，诸如全色液晶装置和/或具有不同光谱特性的反射镜的微镜装置。
在本发明的另一方面，公开了一种光检测器。光学检测器包括：
-根据上述调制器组件的至少一个调制器组件；
-至少一个光学传感器，其适用于检测通过所述空间光调制器的所述像素矩阵后的所述光束，并且适用于产生至少一个传感器信号；
-适用于周期性地控制具有不同调制频率的至少两个像素的至少一个调制器装置；
-至少一个评估装置，其适用于进行频率分析，以便确定用于独特调制频率的所述传感器信号的信号分量。
调制器组件包括根据本发明的调制器装置。关于限定和实施例，可以参考上面给出的方法和装置的限定和实施例，以及下面给出的装置的限定和实施例。
如本文所使用的，“光学检测器”或在下文中简称为“检测器”通常是指能够产生至少一个检测器信号和/或至少一个图像的装置，其响应于一个或多个光源的照射和/或响应于检测器周围的光学性质。因此，检测器可以是适用于进行光学测量和成像处理中的至少一个的任意装置。
具体地，如下面将进一步详细描述的那样，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。如本文所使用的，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位置和/或取向的至少一个信息项。因此，至少一个信息项可以暗示对象的至少一个点与至少一个检测器之间的至少一个距离。如将在下面进一步详细描述的那样，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。另外或替代地，可以确定关于对象和/或对象的至少一个部分的位置和/或取向的一个或多个其他信息项。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向坐标。因此，对象的位置可以暗示对象和/或对象的至少一部分的至少一个纵坐标。附加地或替代地，对象的位置可以暗示对象和/或对象的至少一部分的至少一个横向坐标。附加地或替代地，对象的位置可以暗示对象的指示对象在空间中的取向的至少一个取向信息。
如本文进一步使用的，术语“光学传感器”通常是指用于检测光束和/或其部分的诸如用于检测由光束产生的照射和/或光斑的光敏装置。结合评估装置的光学传感器可以如下面进一步详细描述的那样适应于确定对象和/或对象的至少一个部分(例如，这样的至少一个部分：至少一个光束从该至少一个部分朝向检测器传播)的至少一个纵坐标。
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，光学传感器可以相同或可以不同(使得可以包括至少两种不同类型的光学传感器)。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个。如本文所用，有机光学传感器通常是指具有其中包含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二者的混合光学传感器。
该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和/或至少一个横向光学传感器。对于术语“纵向光学传感器”和“横向光学传感器”的潜在限定以及这些传感器的潜在实施例，可以作为示例，参考如WO2014/097181A1所示的至少一个纵向光学传感器和/或至少一个横向光学传感器。其他设置是可行的。
至少一个光学传感器适用于在光束通过空间光调制器的像素矩阵之后，即在由空间光调制器传输和/或由空间光调制器反射之后检测光束。如本文所使用的，术语“检测”通常是指光学传感器适用于根据光束在光学传感器引导中的光束的至少一个性质产生至少一个传感器信号，优选地取决于光束的强度。然而，如下面将进一步详细描述的那样，传感器信号可以附加地或替代地取决于光束的其他性质，例如光束的宽度。传感器信号优选地可以是电信号，例如电流和/或电压。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于诸如通过滤波和/或平均来处理或预处理检测器信号，以便提供处理后的检测器信号。因此，作为示例，可以使用带通滤波器，以便仅发送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，当引用检测器信号时，在使用原始检测器信号的情况与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。
如本文进一步使用的，术语“评估装置”通常指适用于进行命名操作的任意装置。评估装置可以包含一个或多个子装置，诸如测量装置、频率分析器(优选相敏频率分析器)、傅里叶分析器、以及解调装置中的一者或多者。因此，作为示例，评估装置可以包括适于将特定调制频率与检测器信号相混合的至少一个频率混合装置。可以通过使用低通滤波器对以这种方式获得的混合信号进行滤波，以便获得解调后的信号。通过使用一组频率，可以由评估装置生成各种频率的解调信号，从而提供频率分析。频率分析可以是在频率或相位范围内的全频率分析，或者可以是用于一个、两个或更多个预定或可调频率和/或相位的选择性频率分析器。
如在此所使用的，术语“频率分析”通常是指评估装置可以适于以频率选择的方式评估检测器信号，从而将传感器信号的信号分量分离成至少两个不同的频率和/或相位(即根据它们的频率f和/或根据它们的相位
)的事实。因此，信号分量可以根据它们的频率f和/或相位
分离，后者即使在这些信号分量可以具有相同的频率f的情况下也可以分离。因此，频率分析通常可以适于根据频率和相位中的一者或多者来分离信号分量。因此，对于每一个调制频率，可以通过频率分析来确定一个或多个信号分量。因此，通常，可以以相敏的方式或非相敏感的方式执行频率分析。
频率分析可以在一个、两个或更多个不同的频率处进行，从而在这些一个、两个或更多个不同的频率处获得传感器信号的信号分量。两个或更多个不同的频率可以是离散频率，或者可以是连续的频率范围，诸如频率间隔中的连续频率范围。频率分析仪通常在高频电子学领域中是已知的。
优选地，评估装置适用于对独特调制频率进行频率分析。因此，优选地，评估装置至少适于确定传感器信号的针对调制器装置所使用的不同独特调制频率的频率分量。事实上，调制器装置甚至可以完全地或部分地是评估装置的一部分，反之亦然。因此，作为示例，可以提供一个或多个信号发生器，其提供调制器装置所使用的独特调制频率和用于频率分析的频率。作为示例，所生成的至少一个信号可以用于提供一组独特调制频率，以便周期性地控制至少两个像素，优选更多或甚至所有像素，并且为频率分析提供一组相同的独特调制频率。因此，可以将该组独特调制频率的每一个独特调制频率提供给相应的像素。此外，可以将该组独特调制频率的每一个独特调制频率提供给评估装置的解调装置，以便用相应的独特调制频率解调传感器信号，从而获得相应独特调制频率的信号分量。因此，可以由评估装置生成一组信号分量，该组信号分量的每一个信号分量对应于该组独特调制频率的相应独特调制频率，并且因此对应于矩阵的相应像素。因此，优选地，评估装置可以适于在信号分量中的每一个信号分量和空间光调制器的像素矩阵的像素之间建立明确的相关性。换言之，评估装置可以适于将由至少一个光学传感器提供的传感器信号分离成由经过相应像素的光部分生成的信号分量和/或将信号分量分配给矩阵的特定像素。
在提供多个光学传感器的情况下，评估装置可以适于单独或共同地对光学传感器中的每一个光学传感器执行上述频率分析，或者可以适于仅对一个或多个光学传感器执行上述频率分析。
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。另外或备选地，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独特调制频率的单独的锁相放大器，或者可以包括适于诸如顺序地或同时地对于独特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。
作为示例，评估装置可以包括适用于进行沃尔什分析的至少一个沃尔什分析器。因此，如本文所使用的，术语“沃尔什分析器”通常是指适用于或被配置为进行沃尔什分析的任意装置。作为示例，沃尔什分析器可以完全或部分地在软件和/或硬件中实现。此外，沃尔什分析器可以完全或部分地集成到或可以包括至少一个数据处理装置(诸如至少一个处理器和/或至少一个专用集成电路(ASIC))。沃尔什分析器可以完全或部分地集成到评估装置中和/或完全或部分地被实现到至少一个单独的装置中。
鉴于信号处理和信号处理装置，除傅里叶变换之外或者替代傅立叶变换，而使用沃尔什变换是特别有利的。沃尔什变换可以仅使用加法和减法处理来实现，而使用傅里叶变换，数字信号处理器可能需要以适用于处理浮点数。因此，当使用沃尔什变换时，可以使用与进行傅里叶变换所需的数字信号处理器相比较简单的数字信号处理器。因此，使用沃尔什函数和变换具体可能会带来成本效益。
频率分析的性能可能受噪声影响，使得噪声的存在可能导致重建误差，并且噪声可能会限制重建的质量。使用沃尔什变换，与使用傅里叶变换相比，可能会发生较低的重构误差。
在进行频率分析之前，可以通过滤波处理来修改信号。因此，评估装置和/或沃尔什分析器可以包括至少一个滤波装置，该滤波装置适用于在进行频率分析之前对信号进行滤波。在信号(特别是由沃尔什函数组成的信号)在频率分析之前被滤波的情况下，沃尔什函数的系数可能受到影响。沃尔什函数可以分布在频域上，使得每个沃尔什函数的效果可能不同。对沃尔什系数的这种影响可以通过校准每个沃尔什系数，特别是通过振幅校准来考虑。校准过程可以在测量之前和/或期间进行。在对于每个沃尔什函数的第一校准步骤中，可以模拟具有和不应用滤波处理的重建，并且可以与原始沃尔什函数进行比较。在进一步的校准步骤中，可以调整沃尔什系数。可以重复进行校准过程，例如以提高重建质量。
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者或多者。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图案或另外的可视化装置中的至少一者。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、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另一装置交换信息，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、HTTPs、Telnet、SMTP、RTPS、ACL、SCO、L2CAP、RIP或另一协议。协议族或栈具体可以是TCP/IP、IPX/SPX、X.25、AX.25、OSI、AppleTalk或另一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、片上系统(诸如来自Apple A序列或三星S3C2序列的产品)、微控制器或微处理器、一个或多个存储器块(诸如ROM、RAM、EEPROM或闪存)、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控制器中的至少一者。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另一外部接口或端口(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中的一者或多者的模拟接口或端口，或标准化接口或端口中的一者或多者)连接至诸如使用诸如CameraLink的RGB接口的2D相机装置的另一装置，或具有另一外部接口或端口。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者或多者来连接。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者或多者。
评估装置和/或数据处理装置可以由一个或多个另一外部连接器(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、IEC 60320 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连接器中的一者或多者)连接或具有一个或多个另一外部连接器，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。
评估装置可以通过与调制装置的至少一个接口连接。因此，评估装置可以适用于接收和/或与调制器装置数据，该数据诸如为关于一组独特调制频率的信息和/或关于由调制器装置接收的至少一个图像的信息等。此外，评估装置可以连接到至少一个光学传感器(例如，包括CMOS芯片的光学传感器)和/或空间光调制器和/或一个或多个输出装置。
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、片上系统、显示装置或另一电子装置中的一个或多个)的可能实施例是：移动电话、个人计算机、平板电脑、电视机、游戏机或另一娱乐装置。在另一实施例中，将在下面进一步详细描述的3D相机功能可集成在用传统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，并入光学检测器和/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：并入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于集成在娱乐装置和/或诸如移动电话的通信装置中。
本发明的另一实施例可以是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驾驶系统(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、可选地片上系统、可选地一个或多个显示装置、或可选地另一电子装置中的一者或多者的装置可以是车辆、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看的最小可视性将光学传感器，可选的光学器件或装置集成。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。
本发明基本上可以使用用于将频率分量分配给空间光调制器的特定像素的频率分析。通常，复杂的显示技术和具有高分辨率和/或高质量的合适的复杂空间光调制器以低成本广泛获得，而光学传感器的空间分辨率通常在技术上是具有挑战性的。因此，代替使用像素化光学传感器，本发明提供了可能使用大面积光学传感器或光学传感器的优点，该大面积光学传感器或光学传感器具有低分辨率，与像素化空间光调制器组合，结合经由频率分析分配传感器信号的信号分量给像素化空间光调制器的相应像素。因此，可以使用低成本的光学传感器，或者可以使用可以关于其它参数而不是诸如透明度、低噪声和高信号质量或颜色的分辨率来优化的光学传感器。由此施加的空间分辨率和技术挑战可以从光学传感器转移到空间光调制器。
至少一个空间光调制器可进一步适于和/或被控制以提供一个或多个光图案。因此，至少一个空间光调制器可以被控制成使得一个或多个光图案朝向至少一个光学传感器(诸如朝向至少一个纵向光学传感器)反射和/或传输。至少一个光图案通常可以是或可以包括至少一个通用光图案和/或可以是或可以包括至少一个光图案，该至少一个光图案取决于由光学检测器捕获的空间或场景和/或可以取决于由光学检测器捕获的场景的特定分析。通用图案的示例是：基于条纹的图案(参见例如T.Peng：“用于使用数字边缘投影的三维形状测量的算法和模型”，马里兰大学(College Park，Md.)，2007年1月16日-可在http://drum.lib.umd.edu//handle/1903/6654处获得)和/或基于灰度码的图案(参见例如http://en.wikipedia.org/wiki/Gray_code)。这些类型的图案通常用于基于结构化光照射的3D识别(参见例如http://en.wikipedia.org/wiki/Structured-light_3D_scanner)或边缘投影)。
空间光调制器和光学传感器可以在空间上分离，诸如通过将这些部件建立为光学检测器的单独部件。作为示例，沿着光学检测器的光轴，空间光调制器可以与至少一个光学传感器分离至少0.5mm，优选地至少1mm，并且更优选地至少2mm。然而，其它实施例是可行的，诸如通过将空间光调制器完全或部分地集成到光学传感器中。
根据本发明的该基本原理的光学检测器可以通过可以单独或以任何可行的组合使用的各种实施例来进一步开发。
因此，如上所述，评估装置可以进一步适于根据信号分量的独特调制频率将每一个信号分量分配给相应的像素。对于进一步的细节，可以参考上面给出的实施例。因此，作为示例，可以使用一组独特调制频率，每一个独特调制频率被分配给矩阵的特定像素，其中评估装置可以适于至少针对独特调制频率组的独特调制频率执行传感器信号的频率分析，从而至少针对这些独特调制频率导出信号分量。如上所述，相同的信号发生器可以用于调制器装置和用于频率分析二者。优选地，调制器装置可以适于使得像素中的每一个像素以独特调制频率来控制。因此，通过使用独特调制频率，可以建立调制频率和相应像素之间明确定义的关系，以使得每一个信号分量可以经由独特调制频率分配给相应的像素。其它实施例仍是可行的，诸如通过将光学传感器和/或空间光调制器细分成两个或更多个区域。其中，空间光调制器的每一个区域与光学传感器和/或其一部分相结合可以适于执行上述分配。因此，作为示例，可以将该组调制频率提供给空间光调制器的第一区域和空间光调制器的至少一个第二区域。从第一区域生成的传感器信号和从第二区域生成的传感器信号之间的传感器信号的信号分量中的不确定性可以通过其它手段(诸如通过使用附加调制)来解决。
因此，通常，调制器装置可以适于控制至少两个像素，优选更多的像素，甚至是矩阵的所有像素，每一个像素具有精确的一个独特调制频率或者每一个像素具有两个或更多个独特调制频率。因此，可以用一个独特调制频率、两个独特调制频率或更多的独特调制频率来调制单个像素。这些类型的多频调制通常在高频电子学领域中是已知的。
如上所述，调制器装置可适于以不同独特调制频率周期性地调制至少两个像素。更优选地，如上所讨论，调制器装置可以提供或可以利用一组独特调制频率，该组独特调制频率的每一个独特调制频率被分配给特定像素。作为示例，该组独特调制频率可以包括至少两个独特调制频率，更优选至少五个独特调制频率，最优选至少10个独特调制频率，至少50个独特调制频率，至少100个独特调制频率，至少500个独特调制频率或至少1000个独特调制频率。其它实施例是可行的。
如上面更详细所述的，评估装置优选地可以适于通过用不同的独特调制频率解调传感器信号来执行频率分析。为此，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/或傅里叶分析器。评估装置优选地可以适于在预定和/或可调节的频率范围上执行离散或连续的傅里叶分析。此外，评估装置优选地可以包括适用于进行沃尔什分析的至少一个沃尔什分析器。
如上所讨论，评估装置优选地可以适于使用同样由调制器装置使用的相同的一组独特调制频率，以使得调制器装置对空间光调制器的调制和评估装置对传感器信号的解调优选地以一组相同的独特调制频率发生。
进一步的优选实施例涉及由空间光调制器以空间分辨的方式修改的光束的至少一个特性，优选至少一个光学特性。因此，优选地，由空间光调制器以空间分辨的方式修改的光束的至少一个特性是选自以下组的至少一个特性：光束部分的强度；光束部分的相位；光束部分的光谱特性，优选为颜色；光束部分的极化；光束部分的传播方向。作为示例，如上所述，对于每一个像素，空间光调制器可以适于导通或截止经过该相应像素的光部分，即适于在第一状态和第二状态之间切换，在第一状态中光的一部分可以朝向光学传感器行进，并且在第二状态中防止光的该部分朝向光学传感器行进。其它选项仍是可行的，诸如在具有像素的第一透射的第一状态和具有不同于第一透射的像素的第二透射的第二状态之间的强度调制。其它选项是可行的。
优选地，至少一个空间光调制器可以包括选自以下组的至少一个空间光调制器：基于液晶技术的空间光调制器，诸如一个或多个液晶空间光调制器；基于微机械系统的空间光调制器，诸如基于微镜系统(具体是微镜阵列)的空间光调制器；基于干涉调制的空间光调制器；基于声光效应的空间光调制器；基于电光效应的空间光调制器，具体地基于普克尔效应和/或克尔效应；透射空间光调制器，其中光束穿过像素矩阵，并且其中像素适于以单独可控的方式修改穿过相应像素的光束的每一个部分的光学特性；反射空间光调制器，其中像素具有独立可控的反射特性，并且适于单独地改变由相应像素反射的光束的每一个部分的传播方向；透射空间光调制器，其中像素具有单独可控的反射特性，并且适于通过控制分配给相应像素的微镜的位置来单独地改变每一个像素的透射；基于干涉式调制的空间光调制器，其中光束穿过像素矩阵，并且其中像素适于通过修改像素的干涉效应来修改穿过相应像素的光束的每一个部分的光学特性；电致变色空间光调制器，其中像素具有由施加到相应像素的电压可单独控制的可控光谱特性；声光空间光调制器，其中像素的双折射可由声波控制；电光空间光调制器，其中像素的双折射可由电场控制，优选地基于普克尔效应和/或克尔效应的空间光调制器；包括可调光学元件的至少一个阵列(诸如可调焦透镜阵列、自适应液体微透镜的区域、透明微棱镜阵列中的一者或多者)的空间光调制器。这些类型的空间光调制器通常是本领域技术人员已知的，并且至少部分地是可商购的。因此，作为示例，至少一个空间光调制器可以包括选自以下组的至少一个空间光调制器：液晶装置，优选有源矩阵液晶器件，其中像素是单独可控的液晶装置单元；微镜装置，其中像素是微镜装置的微镜，其可关于微镜反射表面的取向单独可控；电致变色装置，其中像素是电致变色装置的单元，其具有通过施加到相应单元的电压单独控制的光谱特性；声光装置，其中像素是声光装置的单元，其具有通过施加到单元的声波可单独控制的双折射；电光装置，其中像素是电光装置的单元，其具有通过施加到单元的电场可单独控制的双折射。两种或多种命名技术的组合是可行的。微镜装置通常可商购，诸如实现所谓的
技术的微镜装置。
如上所述，像素修改光束的至少一个特性的能力在像素矩阵上可以是均匀的。备选地，像素修改至少一个特性的能力可以在像素之间不同，以使得像素矩阵的至少一个第一像素具有修改特性的第一能力，以及像素矩阵的至少一个第二像素具有修改特性的第二能力。此外，可以通过像素修改光束的多于一个的特性。再次，像素可以能够修改光束的相同特性或光束的不同类型的特性。因此，作为示例，至少一个第一像素可以适于修改光束的第一特性，并且至少一个第二像素可以适于修改不同于光束的第一特性的光束的第二特性。此外，像素修改通过相应像素的光束的一部分的至少一个光学特性的能力可以取决于光束的光谱特性，具体是光束的颜色。因此，作为示例，像素修改光束的至少一个特性的能力可以取决于光束的波长和/或光束的颜色，其中术语“颜色”通常指光束强度的光谱分布。再次，像素可以具有均匀的特性或不同的特性。因此，作为示例，至少一个第一像素或至少一个第一像素组可以具有在蓝色光谱范围中具有高透射率的滤光特性，第二组像素可具有在红色光谱范围中具有高透射率的滤光特性，并且第三组像素可以具有在绿色光谱范围中具有高透射率的滤光特性。通常，可以存在针对具有不同透射范围的光束的滤波特性的至少两组像素，其中每一组内的像素另外可以在至少一个低透射状态和至少一个高透射状态之间切换。其它实施例是可行的。
如上所述，空间光调制器可以是透明的空间光调制器或非透明的空间光调制器。在后者情况下，优选地，空间光调制器是诸如具有多个微镜的微镜装置的反射空间光调制器，每一个微镜形成微镜装置的像素，其中每一个微镜可以在至少两个取向之间单独切换。因此，作为示例，每一个微镜的第一取向可以是其中通过微镜的光束部分(即入射在微镜上)被导向光学传感器的取向，并且第二取向可以是其中通过微镜的光束部分(即入射在微镜上)的取向被导向另一方向并且不到达光学传感器(例如通过被引导到一个束收集器)的取向。
另外或备选地，空间光调制器可以是透射空间光调制器，优选地是其中像素的透射率可以切换(优选地，单独切换)的透射空间光调制器。因此，作为示例，空间光调制器可以包括至少一个透明液晶装置，诸如广泛用于投影目的的液晶装置，例如，用于演示目的的投影机。液晶装置可以是具有相同光谱特性的像素的单色液晶装置，或者可以是具有不同光谱特性像素(诸如红绿色和蓝色像素)的多色或甚至全色液晶装置。
如上所述，评估装置优选地适于将信号分量中的每一个信号分量分配给矩阵的像素。评估装置可以进一步适于通过评估信号分量来确定由光束照射矩阵的哪些像素。因此，由于每一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，评估装置可以适于将信号分量与至少一个阈值进行比较，以便确定被照射像素。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，或者可以是相应信号分量的个体阈值。因此，在不同的信号分量倾向于示出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于通过识别由光束照明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明的至少一个像素，来识别像素矩阵上的光束的中心。具有最高照明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，可以参考欧洲专利申请号EP 13171901.5中公开的确定光束的横向位置的原理，尽管其它选项是可行的。
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。
备选地，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与朝向检测器传播的光束所源自的对象的横向位置和/或相对方向有关的信息。因此，由光束照明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明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，同样可以参考一个或多个横向光学传感器，如欧洲专利申请号EP13171901.5、美国临时申请号61/739,173或美国临时申请号61/749964中的一个或多个所公开的。然而，其它选项是可行的。
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于导出与光束有关和/或与光束从其朝向检测器传播的对象的位置有关的一项或多项其它信息。因此，作为示例，评估装置可以适于导出选自以下组的一项或多项信息：光束从其朝向检测器传播的对象的位置；光束在空间光调制器的像素矩阵上的横向位置；光束在空间光调制器的像素矩阵的位置处的宽度；光束的颜色和/或光束的光谱特性；光束从其朝向检测器传播的对象的纵坐标。以下将更详细地给出这些信息项的示例和导出这些信息项。
因此，作为示例，评估装置可以适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明光斑的(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，以便确定光束在空间光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，评估装置可以适于识别分配给由光束照明的像素的信号分量，并从像素布置的已知几何特性确定在空间光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空间光传感器的照明的空间分布，从而能够导出关于在空间光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光束从其朝向检测器行进的对象的位置的一项或多项信息。因此，使用光束的宽度与光束从其朝向检测器传播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WO 2012/110924A1、EP 13171901.5、US临时申请号61/739,173或美国临时申请号61/749964中的一个或多个。
因此，作为示例，评估装置可以适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明像素。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。备选地，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每一组测量单独确定至少一个阈值。因此，可以提供适于确定阈值的至少一个算法。
评估装置通常可以适于通过比较像素的信号来确定像素中具有最高照明的至少一个像素。因此，检测器通常可以适于确定具有由光束的最高照明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，可以确定由光束照明的中心。
可以以各种方式使用最高照明和/或关于最高照明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，评估装置可以适于选择上述至少一个阈值作为具有最高照明的至少一个像素的信号的分数。因此，评估装置可以适于通过将具有最高照明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。
评估装置可以适于通过使用光束的宽度或者与其相当的由光束照明的像素的数量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。照明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/或可以分析地确定。
因此，作为示例，校准处理可用于确定光束的宽度和/或照明像素的数量与纵坐标之间的关系。另外或备选地，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wu是当在空间中传播时光束的最小光束半径，
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已经降至为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)
或者在使用多个空间光调制器i＝1，...，n的情况下，对于每一个光学传感器，被照射像素的数量Ni与相应空间光调制器的被照射面积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，为
如上所述。因此，N或Ni分别是以强度o I＝I0/e2照射的圆内的像素数，作为示例，N或Ni可以通过对像素的简单计数和/或诸如直方图分析的其它方法来确定。换言之，z坐标和被照明像素的数量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明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。作为可以另外或备选地导出到横向和/或纵向位置信息的信息的另一示例，可以命名对象和/或光束的颜色和/或光谱特性。
因此，像素修改通过相应像素的光束部分的至少一个光学特性的能力可以取决于光束的光谱性质，具体地取决于光束的颜色。评估装置具体可以适于将信号分量分配给具有不同光谱特性的光束的分量。因此，作为示例，可以将一个或多个第一信号分量分配给适于在第一光谱范围中发射或反射光束部分的一个或多个像素，一个或多个第二信号分量可分配给适于在第二光谱范围中发射或反射光束部分的一个或多个像素，以及一个或多个第三信号分量可分配给适于在第三光谱范围中发射或反射光束部分的一个或多个像素。因此，像素矩阵可以具有至少两个的具有不同光谱特性的不同的像素组，并且评估装置可以适于区分这些组的信号分量，从而允许光束的完整或部分光谱分析。作为示例，矩阵可以具有红色、绿色和蓝色像素，其每一个可以被个体地控制，并且评估装置可以适于将信号分量分配给所述组中的一个。例如，全色液晶SLM可用于该目的。
因此，通常，评估装置可以适于通过比较分配给具有不同光谱特性的光束的分量(具体地分配给具有不同波长的光束的分量)的信号分量来确定光束的颜色。像素矩阵可以包括具有不同光谱特性(优选地具有不同的颜色)的像素，其中评估装置可以适于将信号分量分配给具有不同光谱特性的相应像素。调制器装置可以适于以与具有第二颜色的像素不同的方式来控制具有第一颜色的像素。
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SLM，从而实际上将像素化从实际光学传感器转移到SLM。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，其中至少对于进入检测器并通过平行于光轴的SLM或光学传感器中的一个或两个的光束，传感器区域适于检测通穿成像装置的光束的所有部分。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(例如一个或多个CCD或CMOS芯片)组合，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非透明的至少一个另一光学传感器。优选地，提供至少两个透明光学传感器。具体地，距离空间光调制器最远的一侧的光学传感器同样可以是非透明的光学传感器，诸如非透明传感器，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。
堆叠可以部分地或完全地浸入油和/或液体中以避免和/或减少接口处的反射。因此，堆叠的至少一个光学传感器可以完全或部分地浸入油和/或液体中。
如上所述，至少一个光学传感器须是像素化的光学传感器。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的光学传感器。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空间光调制器最远的一侧上。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，即可以是适于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，来区分光束的颜色分量的像素化光学传感器。因此，作为示例，像素化光学传感器可以是全色成像传感器。
优选地，至少一个光学传感器包含至少一个纵向光学传感器，即适用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，可以具有如WO 2012/110924 A1中所公开的光学传感器的设置和/或功能。因此，优选地，至少一个光学传感器和/或一个或多个光学传感器可以具有至少一个传感器区域(region)，其中光学传感器的传感器信号取决于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)，其中评估装置适用于通过评估传感器信号来确定宽度。在下文中，这种效果通常被称为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。然而，应当注意，基于FiP效应的检测器仅仅是纵向光学传感器的优选实施例。附加地或替代地，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，应注意，通常可以使用其他类型的纵向光学传感器。然而，由于FiP传感器的优异的性能和由于其优点，优选使用至少一个FiP传感器。
在美国临时申请61/739173和61/749964中进一步公开的FiP效应可用于确定光束从其朝向检测器行进的对象的纵向位置。因此，由于其在传感器区域(优选地可以是非像素化的传感器区域)上的光束取决于光束的宽度(例如直径或半径，其也取决于检测器和对象之间的距离)，传感器信号可以用于确定对象的纵坐标。因此，作为示例，评估装置可以适用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/或通过使用已知的波束传播性质(例如高斯波束传播性质)来导出预定关系。详情可参考WO 2012/110924 A1和/或美国临时申请61/739,173和61/749,964。
优选地，在提供多个光学传感器的情况下，例如光学传感器的堆叠，至少两个光学传感器可以适用于提供FiP效应。具体地说，可以提供呈现出FiP效应的一个或多个光学传感器，其中优选地，呈现FiP效应的光学传感器是具有均匀的传感器表面的大面积的光学传感器而不是像素化的光学传感器。
因此，通过评估随后被光束照射的光学传感器的信号，例如传感器堆叠的后续光学传感器，并且通过使用上述FiP效应，可以解决光束轮廓中的模糊性。因此，高斯光束可以在焦点之前和之后的距离z处提供相同的光束宽度。通过沿着至少两个位置测量波束宽度，可以通过确定光束是否变窄或变宽来解决该模糊性。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。评估装置可以适用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，并且评估装置还可以适用于通过评估宽度在对象的纵向位置上产生至少一个信息项，光束从该对象而向光学检测器传播。
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，通常，光束可以由一个或多个调制装置调制。用于增强和/或实现FiP效应的调制可以是与控制空间光调制器的像素的调制器装置使用的调制相同的调制和/或可以是不同的调制。因此，空间光调制器可以提供使得能够和/或增强FiP效应的调制。附加地或替代地，可以提供附加的调制，例如通过使用一个或多个适用于以调制的方式发射光束的照射源。因此，作为示例，调制器装置使用的调制和空间光调制器的像素可以处于第一频率范围，例如在1Hz至100Hz的范围内，而另外，光束本身可以可选地另外由至少一个第二调制频率调制，例如在100Hz至10kHz的第二频率范围内的频率。第一频率范围的其他示例可以是100至500Hz或100至1000Hz。第二频率范围的其它示例可以是500Hz至10kHz或1000Hz至10kHz。低于100Hz的滤波可能有利于从诸如荧光灯的光源去除噪声。因此，例如，可以使用多于一个的调制，其中由空间光调制器和调制器装置产生的至少一个第一调制可用于将信号分量分配给空间光调制器的一个或多个特定像素，并且其中至少一个进一步的调制可以用于一个或多个不同的目的，例如用于增强和/或实现FiP效应和/或用于识别以特定调制频率发射的一个或多个照射源。后一目的可用于区分发射不同调制频率的调制光束的两种或多种不同类型的信标装置。有关更多详情，请参阅2013年6月13日提交的EP 13171900.7。
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的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，半导体检测器或至少一个半导体检测器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(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，可以包含一种或多种其它材料，材料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，或者被设计为包含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，其他实施例是可行的。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。
优选地，半导体检测器可以选自有机太阳能电池、染料太阳能电池、染料敏化太阳能电池、固体染料太阳能电池、固体染料敏化太阳能电池所组成的组。
优选地，特别是在一个或多个光学传感器提供上述FiP效应的情况下，至少一个光学传感器或者在提供多个光学传感器的情况下的一个或多个光学传感器可以是或可以包含染料敏化太阳能电池(DSC)(优选固体染料敏化太阳能电池(sDSC))。如本文所用，DSC通常是指具有至少两个电极的装置，其中至少一个电极至少部分透明，其中至少一个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，对于也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，可以参考下列中的中一者或多者：WO 2012/110924 A1、美国临时申请61/739,173和61/749,964、EP 13171898.3、EP 13171900.7或EP 13171901.5。其他实施例是可行的。如WO 2012/110924 A1中所示，上述FiP效应具体可以存在于sDSC中。
因此，通常，至少一个光学传感器可以包括至少一个具有这样的层设置的光学传感器：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)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，特别是在设置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。
如上所述，光学检测器可以包含一个或多个另一装置，特别是一个或多个另一光学装置，诸如一个或多个透镜和/或一个或多个反射装置。因此，最优选地，光学检测器可以包括诸如以管状方式布置的设置的设置，该设置具有至少一个空间光调制器和至少一个光学传感器，优选地位于空间光调制器后面的至少两个光学传感器的堆叠，以使得已经通过空间光调制器的光束随后经过一个或多个光学传感器。优选地，在经过空间光调制器之前，光束可以经过一个或多个光学装置，诸如一个或多个透镜，优选地一个或多个光学装置，其适于以明确定义的方式影响束形状和/或束扩大或束变窄。另外或备选地，一个或多个光学装置(诸如一个或多个透镜)可以放置在空间光调制器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”通常是指适于将光束引导和/或馈送到空间调制器和光学传感器中的一个或多个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，诸如透镜或曲面镜所进行的。
因此，通常，光学检测器可以进一步包括适于将光馈送到光学检测器中的至少一个传送装置。传送装置可以适于将光聚焦和/或准直到空间光调制器和光学传感器中的一个或多个上。传送装置具体可以包括选自以下组的一个或多个装置：透镜、聚焦镜、散焦镜、反射器、棱镜、滤光器、光圈。其它实施例是可行的。
本发明的另一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，或者可以包括一图像的序列。
此外，如上所述，光学检测器可以包括适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，可以使用所谓的FiP效应，如在WO 2012/110924 A1和/或美国临时申请61/739,173和61/749,964中的一个或多个中所述和所公开的。因此，至少一个光学传感器或者在包括多个光学传感器的情况下的至少一个光学传感器可以被实施为所谓的FiP传感器，即具有至少一个传感器区域的传感器，其中FiP传感器的传感器信号取决于光束对传感器区域的照射，其中给定相同的照射总功率，所述传感器信号取决于传感器区域中的光束的宽度。因此，通常，在FiP传感器中，可以使用传感器信号和光束从其朝向光学检测器行进的对象的z坐标之间的已知关系来确定对象和/或其一部分的z坐标。光学检测器通常可以包括一个或多个FiP传感器，优选地是FiP传感器的堆叠。
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，光学检测器通常可以适于捕获至少一个图像，优选地捕获2D图像。此外，光学检测器(优选地至少一个评估装置)可以适于在图像中限定至少两个区域，并且将空间光调制器的像素矩阵的相应超像素分配给至少一个区域，优选地分配给区域中的每一个区域。如在此所使用的，区域通常可以是成像装置的图像或像素组的区域，成像装置捕获与该区域对应的图像，其中在该区域内可以存在相同或相似的强度或颜色。因此，通常，区域可以是至少一个对象的图像，至少一个对象的图像形成由光学检测器捕获的图像的部分图像。因此，光学检测器可以获取场景的图像，其中在场景内存在至少一个对象，其中对象被成像到部分图像上。
因此，在图像内，诸如通过使用适当的算法可以识别至少两个区域，如将在下面进一步详细描述的。因为通常，光学检测器的成像特性是已知的，诸如通过使用已知的成像方程和/或矩阵光学器件，图像的区域可被分配给空间光调制器的相应像素。因此，经过空间光调制器的像素矩阵的特定像素的至少一个光束的分量随后可以入射到成像装置的相应像素。因此，通过将图像细分为两个或更多个区域，空间光调制器的像素矩阵可以被细分为两个或更多个超像素，每一个超像素对应于图像的相应区域。
如上所述，可以使用一个或多个图像识别算法来确定至少两个区域。因此，通常，光学检测器(优选地至少一个评估装置)可以适于通过使用至少一个图像识别算法来限定图像中的至少两个区域。用于图像识别的手段和算法通常是本领域技术人员已知的。因此，作为示例，至少一个图像识别算法可以适于通过识别以下至少一者的边界来限定至少两个区域：对比度、颜色或强度。如本文所使用的，边界通常是如下的线：当跨越该线时沿其发生至少一个参数的显著变化。因此，作为示例，可以确定一个或多个参数的梯度，并且作为示例可以所述梯度与一个或多个阈值进行比较。具体地，可以从包括以下项的组中选择至少一个图像识别算法：基于Felzenszwalb的有效图的分割；快速图像分割；基于SLIC-K-Means的图像分割；能量驱动采样；边缘检测算法，诸如Canny算法；平均移位算法，诸如Cam移位算法(Cam：连续自适应均值移位算法)；轮廓提取算法。另外或备选地，可以使用其它算法，诸如以下项中的一个或多个：用于边缘、脊、角、斑点或特征检测的算法；降维算法；纹理分类算法；纹理分割算法。这些算法通常是本领域技术人员已知的。在本发明的上下文中，这些算法可以被称为图像识别算法、图像分区算法或超像素算法。如上所述，至少一个图像识别算法适于识别图像中的一个或多个对象。因此，作为示例，可以确定感兴趣的一个或多个对象和/或感兴趣的一个或多个区域，以进一步分析，诸如以便确定相应的z坐标。
如上所述，可以选择超像素，以使得超像素及其对应的区域被光束的相同分量照射。因此，光学检测器(优选地至少一个评估装置)可以适于将空间光调制器的像素矩阵的超像素分配给至少一个区域，优选地分配给区域中的每一个区域，以使得经过像素矩阵的特定像素(该特定像素属于特定超像素)的光束的每一个分量随后入射到至少两个区域的特定区域(该特定区域对应于特定超像素)。
如上所述，超像素的分配可用于简化调制。因此，通过将超像素分配给图像的相应区域，可以减少调制频率的数量，从而与个体调制频率用于像素中的每一个像素的过程相比，允许使用较少数量的调制频率。因此，作为示例，光学检测器(优选地至少一个评估装置)可以适于将至少一个第一调制频率分配给超像素中的至少第一超像素，并且将至少一个第二调制频率分配给超像素中的至少第二超像素，其中第一调制频率与第二调制频率不同，并且其中至少一个调制器装置适于以至少一个第一调制频率周期性地控制第一超像素的像素，并且适于以至少一个第二调制频率周期性地控制第二超像素的像素。由此，可以通过使用分配给特定超像素的均匀调制频率来调制特定超像素的像素。此外，可选地，超像素可被细分为子像素和/或另外的调制可以施加在超像素内。例如对于与图像内的识别对象对应的超像素，使用均匀的调制频率显著简化了评估，因为作为示例，通过选择性地评估具有分配给对象的超像素的相应调制频率的传感器信号，可以通过以频率选择的方式评估至少一个传感器信号(诸如光学检测器的至少一个FiP传感器或FiP传感器的堆叠的至少一个传感器信号)来执行对象的z坐标的确定。由此，在由光学检测器捕获的场景内，可以在图像内识别对象，可以将至少一个超像素分配给对象，并且通过使用适于确定z坐标的至少一个光学传感器，并且通过以频率选择的方式评估所述光学传感器的至少一个传感器信号，可确定对象的z坐标。
因此，通常，如上所述，光学检测器(优选地至少一个评估装置)可以适于个体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，如参考FiP效应的上述现有技术文献中的一个或多个所概述的。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光束对传感器区域的照射，其中给定相同的总照射功率，传感器信号取决于光束在传感器区域中的宽度。可以使用单独的FiP传感器，或者优选地，FiP传感器的堆叠，即具有命名特性的光学传感器的堆叠。光学检测器的评估装置可以适于通过以频率选择的方式分别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空间光调制器、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，命名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(即，至少一个FiP传感器)可以布置在光束路径的第一部分光束路径中，光学传感器的传感器信号取决于光束对传感器区域的照射，给定相同的总照射功率，传感器信号取决于传感器区域中的光束的宽度，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)可以布置在光束的第二部分束路径中。
至少两个区域的上述可选限定和/或至少两个超像素的限定可以被执行一次或多次。因此，具体地，可以以迭代的方式来执行区域中的至少一个区域和/或超像素中的至少一个超像素的限定。光学检测器(优选地至少一个评估装置)可以适于迭代地细化图像中的至少两个区域或图像内的至少两个区域中的至少一个区域，并且因此细化至少一个相应的超像素。通过该迭代过程，作为示例，可以通过识别两个或更多个子像素(诸如与具有不同的z坐标的至少一个对象的不同部分对应的子像素)来细化分配给由检测器捕获的场景内的至少一个对象的至少一个特定超像素。由此，通过该迭代过程，可以生成至少一个对象的细化后的3D图像，因为通常，对象包括具有空间中不同取向和/或位置的多个部分。
适于限定两个或更多个超像素的光学传感器的上述实施例提供了许多优点。因此，具体地，在典型的设置中，有限数量的调制频率是可用的。因此，只有有限数量的像素和/或调制频率可以由光学检测器解析并且可用于距离感测。此外，在典型应用中，高对比度的边界区域对于精确的距离感测是必需的。通过定义两个或更多个超像素，并且因此通过将空间光调制器的像素矩阵划分(同样称为细分)成超像素，成像处理可适于待记录的场景。
空间光调制器具体可以具有矩形的像素矩阵。可以或可以不直接相邻并且可以形成连接区域的几个像素可以形成超像素。诸如CMOS和/或CCD的像素化传感器记录的2D图像可以诸如通过适当的软件(诸如在评估装置上运行的图像识别软件)被分析，并且因此图像可以被分为两个或更多个区域。空间光调制器的曲面细分(tessellation)可以根据将图像划分成两个或更多个区域进行。作为示例，大的或非常大的超像素可以对应于所记录的场景内的特定对象，诸如墙壁、建筑物、天空等。此外，许多小像素或超像素可用于划分脸部等。在足够量的超像素可用的情况下，可以将较大的超像素进一步划分为子像素。至少两个超像素通常可以在属于相应超像素的空间光调制器的像素数量方面不同。因此，两个不同的超像素不一定必须包括相同数量的像素。
通常，区域或超像素的边界可以通过图像处理和图像识别领域中通常已知的任意方式来设定。因此，作为示例，可以通过对比度、颜色或强度边缘来选择边界。
两个或更多个区域和/或两个或更多个超像素的定义可以稍后同样用于进一步的图像分析，诸如手势分析、身体识别或对象识别。用于分割的示例性算法是基于Felzenszwalb的有效图的分割、快速图像分割，基于SLIC-K-Means的图像分割、经由能量驱动采样提取的超像素、经由一个或多个边缘检测算法(诸如Canny算法)提取的超像素、经由诸如Cam移位算法的平均移位算法提取的超像素、经由轮廓提取算法提取的超像素、经由边缘、脊、角、斑点或特征检测提取的超像素、经由降维提取的超像素、通过纹理分类获得的超像素、以及通过使用纹理分割获得的超像素。命名技术和/或其它技术的组合是可能的。
在图像记录期间，超像素化同样可以改变。因此，可以选择进入超像素的粗略像素化用于快速距离感测。然后对于更详细的分析和/或在两个相邻超像素之间识别高距离梯度的情况下和/或在两个相邻的超像素之间注意到对比度、颜色、强度等中的一个或多个的高梯度的情况下，可以选择更精细的网格或超像素化。因此，可以以迭代方法记录高分辨率3D图像，其中第一图像具有粗略分辨率，下一图像具有精细分辨率等。
确定一个或多个区域并将一个或多个超像素分配给这些区域的上述选项可以进一步用于眼部跟踪。因此，在诸如安全应用和/或娱乐应用的许多应用中，确定用户的眼睛的位置和/或取向、另一个人或另一生物可能起重要作用。作为示例，在娱乐应用中，观看者的角度发挥重要作用。例如，3D视觉应用，观看者的角度可以改变图像的设置。因此，了解和/或跟踪观看者的观看位置可能是重要的兴趣。在诸如汽车安全应用的安全应用中，动物的检测是重要的，以便避免碰撞。
一个、两个或更多个超像素的上述定义可以进一步用于改善或甚至优化光条件。因此，通常，当使用较高的调制频率(诸如SLM(特别是DLP)的较高的调制频率)时，光学传感器的频率响应通常导致较弱的传感器信号。因此，在图像和/或场景内具有高光强度的区域可以用高频来调制，而具有低光强度的区域可以用低频来调制。
为了利用该效应，光学检测器可以适于检测图像内的至少一个第一区域，第一区域具有第一照度，诸如第一平均照度，并且光学检测器可以进一步适于检测图像内的至少一个第二区域，第二区域具有第二照度，诸如第二平均照度，其中第二照度低于第一照度。第一区域可以被分配给至少一个第一超像素，并且第二区域可以被分配给至少一个第二超像素。换言之，光学检测器可以适于根据场景的照度或由光学检测器捕获的场景的图像来选择至少两个超像素。
光学检测器可以进一步适于根据至少两个超像素的像素的照度调制所述像素。因此，可以在较高的调制频率下调制具有较高照度的超像素，并且可以以较低的调制频率调制具有较低照度的超像素。换言之，光学检测器可以进一步适于用至少一个第一调制频率来调制第一超像素的像素，并且光学检测器可以进一步适于用至少一个第二调制频率来调制第二超像素的像素，其中第一调制频率高于第二调制频率。其它实施例是可行的。
因此，根据本发明的光学检测器可以适于检测至少一只眼睛并且优选地跟踪至少一只眼睛或多只眼睛的位置和/或取向。
检测观察者的观看位置或动物的位置的简单解决方案是利用调制后的眼睛反射。大量的哺乳动物在视网膜后面具有反射层，即所谓的脉络膜层(tapetum lucidum)。脉络膜层反射对于不同的动物来说具有略微不同的颜色外观，但大多数在绿色可见光范围内反射良好。脉络膜层反射通常允许使用简单的漫射光源使动物在远处的黑暗中可见。
人类通常不具有脉络膜层。然而，在照片中，经常记录由摄影闪光引起的所谓的血红素发射，同样称为“红眼效应”。该效应同样可以用于人的眼睛检测，尽管由于人眼在超过700nm的光谱范围中的低灵敏度，它不是直接对人眼可见。红眼效应可以具体地由调制的红色照射引起并由光学检测器的至少一个光学传感器(诸如至少一个FiP传感器)感测，其中至少一个光学传感器在血红素发射波长处是敏感的。
因此，根据本发明的光学检测器可以包括至少一个照射源(同样称为至少一个光源)，其可以适于完全或部分地照射由光学检测器捕获的场景，其中光源适于唤起哺乳动物(诸如哺乳动物的脉络膜层)中的反射，和/或适于在人眼中引起上述红眼效应。具体地，可以使用红外光谱范围、红光谱范围、黄光谱范围、绿光谱范围、蓝光谱范围中的光或纯白光。然而，可以另外地或备选地使用其它光谱范围和/或宽带光源。
另外或备选地，眼部检测同样可以在没有专用照射源的情况下进行。作为示例，环境光或来自光源(诸如灯具、路灯或汽车或其它车辆的前灯)的其它光可以被使用并且可以由眼睛反射。
在使用至少一个照射源的情况下，至少一个照射源可以连续地发光或者可以是调制光源。因此，具体地，可以使用至少一个调制后的有源光源。
可以具体地使用反射以便诸如通过使用调制后的有源光源，在较大距离上检测哺乳动物和/或人。至少一个光学传感器(特别是至少一个FiP传感器)可以用于诸如通过评估眼睛反射的上述FiP效应来测量眼睛的至少一个纵坐标。该效应具体可用于汽车安全应用中，诸如以便避免与人或哺乳动物碰撞。另一可能的应用是娱乐装置的观察者的定位，特别是如果使用3D视觉，特别是如果3D视觉取决于观察者的视角。
如上所述或如以下更详细地概述的，根据本发明的诸如光学检测器的装置可以适于具体地通过将一个或多个超像素分配给至少一个对象，来识别和/或跟踪图像内和/或由光学检测器捕获的场景内的一个或多个对象。此外，可以识别对象的两个或更多个部分，并且通过确定和/或跟踪图像内的这些部分的纵向和/或横向位置(诸如相对纵向和/或横向位置)，可以确定和/或跟踪对象的至少一个取向。因此，作为示例，通过确定图像内的车辆的两个或更多个车轮，并且通过确定和/或跟踪这些车轮的位置(具体地，相对位置)，车辆的取向和/或车辆取向的改变可被确定(诸如被计算和/或跟踪)。例如，在汽车中，车轮之间的距离通常是已知的，或者已知车轮之间的距离不变。此外，通常已知车轮在矩形上对齐。因此，检测车轮的位置允许计算诸如汽车、飞机等的交通工具的取向。
在另一示例中，如上所述，可以确定和/或跟踪眼睛的位置。因此，眼睛或其部分(诸如瞳孔)和/或其它面部特征的距离和/或位置可以用于眼动仪或用于确定面部取向为哪个方向。
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明源，诸如人造照明源和/或天然照明源。因此，对象可以用至少一个初级光束照明，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。至少一个光束从其中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明源的调制。因此，用于适于(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。适于生成调制光的照明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，光学检测器可以适于通过它本身且在没有SLM的任何影响的情况下确定由发射或反射调制光(诸如具有至少一个调制频率的光)的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个部分。如果是这种情况，则光学检测器可以适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后的光。光学检测器(特别是评估装置)可以进一步适于向所述对象分配至少一个超像素，其中超像素的像素具体可以不被调制，以便避免源自所述对象或由所述对象反射的光的进一步调制。光学检测器(特别是评估装置)可以进一步适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，检测器可以适于避免对对象的调制。评估装置可以跟踪灯的频率。
空间光调制器可以用于由图像检测器捕获的至少一个图像的简化图像分析和/或用于由光学检测器捕获的场景的分析。因此，通常可以使用至少一个空间光调制器和至少一个纵向光学传感器的组合，诸如至少一个FiP传感器和诸如DLP的至少一个空间光调制器的组合。可以通过使用迭代方案来执行分析。如果引起FiP信号的焦点是纵向光学传感器上较大区域的一部分，则可以检测到FiP信号。空间光调制器可以将由光学检测器捕获的图像或场景分离成两个或更多个区域。如果在至少一个区域中测量FiP效应，则可以进一步细分该区域。可以继续该细分，直到达到最大数量的可能的区域，其可能受到空间光调制器的可用调制频率的最大数量的限制。更复杂的图案同样是可能的。
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，评估装置可以适于搜索面部轮廓、眼睛、耳垂、嘴唇、鼻子或其轮廓。其它实施例是可行的。
在检测到一个或多个对象的情况下，光学检测器可以适于在系列图像的(诸如正在进行的电影或场景的影片)中跟踪对象。因此，通常，光学检测器(特别是评估装置)可以适于跟踪和/或跟随一系列图像(诸如一系列后续图像)内的至少一个对象。
为了对象跟随的目的，光学检测器可以适于将至少一个对象分配给图像或一系列图像内的区域，如上所述。如前所讨论，光学检测器(优选地至少一个评估装置)可以适于将空间光调制器的像素矩阵的至少一个超像素分配给与至少一个对象对应的至少一个区域。通过诸如通过使用特定调制频率以特定方式调制超像素的像素，可以跟踪对象，并且通过使用诸如至少一个FiP检测器的至少一个可选的纵向传感器，以及根据该特定调制频率解调或隔离诸如至少一个FiP检测器的纵向传感器的相应信号，可以跟随至少一个对象的至少一个z坐标。光学检测器可以适于调节用于该系列图像的图像的至少一个超像素的分配。因此，作为示例，成像装置可以连续地获取场景的图像，并且对于每个图像，可以识别至少一个对象。随后，可以将至少一个超像素分配给该对象，并且可以在转向下一图像之前通过使用至少一个纵向光学传感器(具体地至少一个FiP传感器)来确定该对象的z坐标。因此，可以在空间中跟随至少一个对象。
该实施例允许光学检测器的显著简化的设置。光学检测器可以适于对诸如标准2D-CCD相机的成像装置捕获的场景进行分析。场景的图片分析可用于识别有源和/或无源对象的位置。可以对光学检测器进行训练以识别诸如预定图案或类似图案的特定对象。在识别到一个或多个对象的情况下，空间光调制器可以适于仅调制一个或多个对象所在的区域和/或以特定方式调制这些区域。剩余区域可以保持未调制和/或可以以不同的方式被调制，这通常可以为纵向传感器和/或评估装置所知。
通过使用该效应，空间光调制器使用的调制频率的数量可以显著降低。通常，只有有限数量的调制频率可用于分析整个场景。如果仅跟随重要或被识别的对象，则需要非常少的频率。
然后，纵向光学传感器或距离传感器可以用作非像素化大面积传感器，或者作为仅具有少量像素(诸如与该至少一个对象对应的至少一个超像素和与周围区域对应的剩余超像素)的大面积传感器，其中后者可以保持未调制。因此，与本发明的基本SLM检测器相比，调制频率的数量和因此传感器信号的数据分析的复杂度可以显著降低。
如上所述，该实施例具体可用于交通技术和/或生物测定目的，诸如身份识别和/或人员和/或用于眼睛追踪的目的。其它应用是可行的。
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于在多个焦平面中诸如同时获取图像的光场相机。如在此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。这些微透镜允许记录光束的方向，并且因此用于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。目前的光场相机的另一个缺点是需要使用大量的微透镜，通常必须在诸如CMOS芯片的成像芯片的顶部制造这些微透镜。
通过使用根据本发明的光学检测器，可以产生显著简化的光场相机，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，以及在多个级别上或甚至在所有级别上对焦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至少一个光学传感器堆叠。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相关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)可以适于诸如通过优选地同时获取不同的焦点深度处的图像，获取光学检测器的视场内的场景的三维图像，其中不同的焦点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。尽管光学传感器的像素化通常可能存在，但是由于如上所述使用至少一个空间光调制器允许虚拟像素化的事实，因此通常不需要像素化。因此，作为示例，可以使用诸如sDSC的堆叠的有机太阳能电池的堆叠，而不需要将有机太阳能电池细分成像素。
因此，专门用作光场相机和/或用于获取三维图像，光学检测器可以包括至少一个光学传感器堆叠和至少一个空间光调制器，后者可以是或者可以包括如上所述的至少一个透明空间光调制器和/或至少一个反射空间光调制器。此外，光学检测器可以包括至少一个传送装置，特别是至少一个透镜或透镜系统。因此，作为示例，如在摄影领域中已知的，光学检测器可以包括至少一个相机镜头，具体是用于对场景成像的至少一个相机镜头。
如上面具体公开的光学检测器的设置可以如下(在朝向要检测的对象或场景的方向中列出)布置和排序：
(1)至少一个光学传感器堆叠，诸如透明或半透明光学传感器的堆叠，更具体地，太阳能电池的堆叠，诸如像sDSC的有机太阳能电池，优选地不具有用于深度检测的光子密度相关光电流的像素；
(2)至少一个空间光调制器，优选具有高分辨率像素和用于切换像素的高频，诸如透明或反射空间光调制器；
(3)至少一个传送装置，诸如至少一个透镜或透镜系统，更优选至少一个合适的相机透镜系统。
可以包括附加的装置，诸如一个或多个分束器。此外，如上所述，在本实施例或其它实施例中，光学检测器可以包括体现为成像装置的一个或多个光学传感器，其中可以使用单色、多色或全色成像装置。因此，作为示例，光学检测器可以进一步包括至少一个成像装置，诸如至少一个CCD芯片和/或至少一个CMOS芯片。如上所述，至少一个成像装置具体可用于获取二维图像和/或用于识别由光学检测器捕获的场景内的对象。
如上面更详细地概述的，空间光调制器的像素可以被调制。其中，可以以不同的频率调制像素，和/或将像素分组成与场景对应的至少两组像素，诸如用于形成超像素的目的。在该方面，可以参考上面公开的可能性。可以通过使用不同的调制频率来获得像素的信息。对于细节，可参考上述讨论的可能性。
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，可以通过诸如有机太阳能电池的堆叠的太阳能电池的堆叠，并且通过使用诸如至少一个可选的CCD芯片和/或CMOS芯片的成像装置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。然而，另外或备选地，三维图像的记录同样可以在不使用诸如CCD芯片和/或CMOS芯片的成像装置的情况下进行。因此，通过使用指示空间光调制器的上述处理，每个光学传感器或光学传感器堆叠的两个或更多个光学传感器可用于记录二维图像。这是可能的，因为通过SLM调制，可以知道关于像素位置、大小和亮度的信息。通过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来评估光学传感器的传感器信号，可以从每一个光学传感器信号导出二维图片。由此，可以重构光学传感器中的每一个光学传感器的二维图像。使用诸如透明太阳能电池的堆叠的光学传感器的堆叠，因此允许记录沿着光学检测器的光轴在诸如不同焦点位置处的不同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，通过使用与空间光调制器组合的光学传感器的堆叠，可以获得光学情况的同时“断层摄影”。由此，可以实现没有微透镜的光场相机。
光学检测器甚至允许对通过使用空间光调制器和光学传感器的堆叠获取的信息的进一步后处理。然而，与其它传感器相比，为了获得场景的三维图像，可能需要很少的后处理或甚至不需要后处理。仍然能够获得完全聚焦的图片。
此外，可以使用下列的可能性：光学传感器堆叠中的一个、多于一个或甚至全部的光学传感器可以是FiP传感器，即具有光子密度依赖传感器信号的光学传感器，即，提供取决于光束对传感器区域的照射的传感器信号的光学传感器，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宽度。当改变照射传感器区域的光束的焦点时，被设计为FiP传感器的相应光学传感器的传感器信号(例如光电流)对于照射光斑的最小直径达到最大值，即，一旦光束聚焦在传感器区域中。因此，光学传感器堆叠的光学传感器的传感器信号可以指示光束的焦点位置，因为通常具有最大传感器信号的光学传感器可以指示用于光束的焦平面。在由光学检测器捕获的场景内的由对象发射光束的情况下，光束可选地将由诸如至少一个透镜或透镜系统的至少一个可选传输装置成像，并且最终可以被聚焦到在光学传感器堆叠内的位置。通过评估和比较传感器信号，例如通过检测最大传感器信号，可以确定焦点位置。通常，如果根据传感器信号中具有最大值(对应于FIP曲线的最大值)的像素信息构成图像，可以将所重构的图像聚焦在所有图像平面中。
此外，根据本发明的光学检测器可以避免或至少部分地规避校正诸如镜头误差的成像误差的典型问题。因此，在诸如显微镜或望远镜的许多光学装置中，透镜误差可能引起显著的问题。作为示例，在显微镜中，常见透镜误差是众所周知的球面像差误差，这导致光线的折射可能取决于距光轴的距离的现象。此外，可能发生温度效应，诸如望远镜中焦点位置的温度依赖性。通常可以通过确定误差一次并使用一组固定的SLM像素/太阳能电池组合构建聚焦图像来校正静态误差。在光学系统保持相同的情况下，在许多情况下，软件调节可能是足够的。然而，特别是在误差随时间变化的情况下，这些常规校正可能不再是足够的。在该情况下，通过使用具有至少一个空间光调制器的本发明的光学检测器，至少一个光学传感器堆叠可用于本质上校正误差(具体地，通过在正确焦平面中获取图像来自动校正)。
在不同z位置具有光学传感器堆叠的光学检测器的上述概念提供了优于目前的光场相机的进一步优点。因此，典型的光场相机是基于图片或基于像素的，因为在距透镜的一定距离处重建图像。要存储的信息通常线性地取决于像素的数量和图片的数量。相反，根据本发明的具有与至少一个空间光调制器组合的光学传感器的堆叠的光学检测器可以具有直接在光学检测器或相机内(诸如在透镜后面)记录光场的能力。因此，光学检测器通常可以适于记录一个或多个束参数，所述参数用于进入光学检测器的一个或多个光束。作为示例，对于每个光束，可以记录一个或多个束参数，诸如高斯束参数，诸如焦点、方向和扩展函数宽度。其中，焦点可以是束被聚焦于的点或坐标，并且该方向可以提供关于光束的扩展或传播的信息。可以备选地或另外使用其它束参数。扩展函数宽度可以是描述在其焦点之外的束的函数的宽度。扩展函数在简单情况下可以是高斯函数，并且宽度参数可以是高斯函数的指数或指数的一部分。
因此，通常，根据本发明的光学检测器可以允许直接记录至少一个光束的一个或多个束参数，诸如光束的至少一个焦点、它们的传播方向及其扩展参数。这些束参数可以直接从对光学传感器堆叠的光学传感器的一个或多个传感器信号的分析(诸如从FiP信号的分析)导出。具体可以被设计为相机的光学检测器因此可以记录光场的矢量表示，其可以是紧凑的和可缩放的，并且因此可以包括与二维图像和深度图相比更多的信息。
因此，焦点堆叠相机和/或焦点扫描相机可以记录光场的不同剖面处的图片。该信息可以被存储为图片数乘以像素数。相反，根据本发明的光学检测器(具体地，包括光学传感器的堆叠和至少一个空间光调制器的光学检测器，更具体地，FiP传感器的堆叠和空间光调制器)可以适于将所述信息存储为每个光束的多个束参数，诸如上述至少一个扩展参数、焦点、以及传播方向。因此，通常，可以从矢量表示来计算光学传感器之间的图片。因此，通常可以避免内插或外推。与例如基于像素表示的已知光场相机所需的存储空间相比，矢量表示通常对数据存储空间的需求非常低。此外，矢量表示可以与本领域技术人员已知的图像压缩方法组合。与图像压缩方法的这种组合可以进一步降低记录光场的存储要求。压缩方法可以是颜色空间变换、下采样、链码、傅里叶相关变换、块分割、离散余弦变换、分形压缩、色度子采样、量化、紧缩、DPCM、LZW、熵编码、小波变换、jpeg压缩或其他无损或有损压缩方法中的一者或多者。
因此，包括至少一个空间光调制器和光学传感器的堆叠的光学检测器可以适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。由于矢量表示，设计为光场相机的光学检测器同样可以检测和/或计算由光学传感器限定的图片平面之间的场。
此外，光学检测器(具体地，评估装置)可以被设计成考虑观察者的位置和/或光学检测器本身的位置。这是由于通过传送装置(诸如通过至少一个透镜)进入检测器的所有信息或几乎所有信息可以由诸如光场相机的光学检测器检测的事实。类似于全息图(其提供对对象后面的空间的一部分的洞察)，具体给出上述束参数或矢量表示，由具有光学传感器的堆叠和至少一个空间光调制器的光学检测器检测或可检测到的光场可以包含附加信息，诸如关于观察者相对于固定相机透镜移动的情况的信息。因此，由于光场的已知特性，通过光场的横截面可以移动和/或倾斜。另外或备选地，可以生成通过光场的甚至非平面的横截面。后者具体地可以有利于校正透镜误差。当观察者的位置(诸如观察者在光学检测器的坐标系中的位置)移动时，诸如在第二对象在第一对象后面变得可见的情况下，一个或多个对象的可见性可改变。
如上所述，光学检测器可以是单色、多色或甚至全色光学检测器。因此，如上所述，可以通过使用至少一个多色或全色空间光调制器来生成颜色灵敏度。另外或备选地，在包括两个或更多个光学传感器的情况下，两个或更多个光学传感器可以提供不同的光谱灵敏度。具体地，在使用光学传感器堆叠的情况下(具体地，选自包括太阳能电池、有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池、固体染料敏化太阳能电池或通常为FiP传感器的组的一个或多个光学传感器的堆叠)，可以通过使用具有不同光谱灵敏度的光学传感器来生成颜色灵敏度。具体地，在使用包括两个或更多个光学传感器的光学传感器堆叠的情况下，光学传感器可具有不同的光谱灵敏度，诸如不同的吸收光谱。
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。
颜色分辨率的该选择提供了优于已知的彩色感光相机设置的大量优点。因此，通过在堆叠中使用光学传感器(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，每一个传感器的全传感器区域可以用于检测。因此，图像的分辨率可显著增加，因为典型的像素化全彩色相机芯片可能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(由于必须在邻近布置中提供彩色像素的事实)。
具有不同光谱灵敏度的至少两个光学传感器可以包含不同类型的染料，具体是当使用有机太阳能电池时，更具体地是sDSC。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。堆叠可以包含交替方式的第一和第二类型的光学传感器，交替方式的第一、第二和第三类型的光学传感器，或者甚至交替方式的第一、第二、第三和第四类型的传感器。
结果，诸如以交替方式，仅第一类型和第二类型的光学传感器的彩色检测或甚至全彩色图像的采集可以是可能的。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足以进行颜色检测。可以在透明或半透明太阳能电池中使用具有不同吸收曲线的两种宽吸收染料，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，算法可用于确定来自传感器信号的颜色信息的颜色。另外或备选地，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。另外或备选地，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，可以使用其它评估方案。
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。考虑到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。
通常，根据本发明的光学检测器可以因此被设计为多色或全色或彩色检测光场相机。可以使用交替着色的光学传感器(诸如透明或半透明太阳能电池，具体是有机太阳能电池，且更具体地是sDSC)的堆叠。这些光学检测器与至少一个空间光调制器组合使用，诸如用于提供虚拟像素化。因此，光学检测器可以是不具有像素化的大面积光学检测器，其中由空间光调制器实际产生像素化，并且对光学传感器的传感器信号进行评估，具体是频率分析。
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化。
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。可以使用来自数个光学传感器的颜色信息来平滑颜色信息。
包括至少一个空间光调制器和至少一个光学传感器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相组合。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于检测至少一个参数，诸如以下至少一个：周围环境的参数，诸如周围环境的温度和/或亮度中；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相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。如本文所使用的，飞行时间测量通常是指基于信号在两个对象之间传播或从一个对象传播到第二个对象并返回所需的时间的测量。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者或多者。因此，飞行时间检测器是指适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(诸如在可商购的距离测量装置或可商购的流量计(诸如超声波流量计)中)是众所周知的。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范围成像相机系统商购，能够基于已知的光速来解析对象之间的距离。
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。积分可以从两个不同的时间点开始。可以从两个积分结果之间的相对信号强度计算所述距离。
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相机可包含像素化光传感器。然而，由于每一个像素通常必须允许执行两次积分，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40厘米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移位。
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的问题，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进行回反射并且仍可被相机检测到。然而，脉冲的亮度可能对眼睛或其它传感器有害，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相机有诸如低分辨率、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条件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(诸如用于汽车安全应用)的现有ToF相机、用于日常使用(具体用于游戏应用)或人机接口的相机的能力。
结合根据本发明的检测器，提供至少一个空间光调制器和至少一个光学传感器，以及诸如通过频率分析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，SLM检测器(即至少一个空间光调制器和至少一个光学传感器，特别地至少一个光学传感器的堆叠)可以在明亮的光条件下提供优点，而ToF检测器通常在低光条件下提供更好的结果。组合装置(即，进一步包括至少一个ToF检测器的根据本发明的光学检测器)因此与两个单个系统相比，提供了关于光条件的增加的宽容度。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SLM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SLM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SLM测量。另外或备选地，可以连续执行SLM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。另外或备选地，SLM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。SLM检测器(具体地SLM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。因此，如上所述，SLM检测器可以适于检测一个或多个感兴趣的区域。另外或备选地，SLM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，SLM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，以便诸如去除或降低ToF测量中不确定性的可能性。因此，通常，SLM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SLM检测器(诸如SLM相机)记录粗略深度图。此外，可以通过使用一个或多个ToF测量来细化包含与由光学检测器捕获的场景内的一个或多个对象有关的深度信息或z信息的粗略深度图。ToF测量具体地可以仅在重要区域执行。另外或备选地，粗略深度图可以用于调节ToF检测器(具体地，ToF相机)。
此外，SLM检测器与至少一个ToF检测器组合的使用可以解决ToF检测器对要检测对象的性质或对在检测器和要检测对象之间光路内的障碍物或介质的灵敏度(诸如对雨或天气条件的灵敏度)的上述问题。组合后的SLM/ToF测量可用于从ToF信号中提取重要信息，或者测量具有几个透明或半透明层的复杂对象。因此，可以观察由玻璃制成的对象、水晶、液体结构、相变、液体运动等。此外，SLM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SLM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，这具体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。
至少一个ToF检测器在根据本发明的至少一个光学检测器中的实施方式可以以各种方式实现。因此，至少一个SLM检测器和至少一个ToF检测器可以在同一光路内顺序排列。作为示例，至少一个透明SLM检测器可以放置在至少一个ToF检测器的前面。另外或备选地，可以使用用于SLM检测器和ToF检测器的分离的光路或分割的光路。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SLM检测器可以利用不同波长的光。在该示例中，ToF检测器的红外光可以通过使用诸如热镜的波长选择性分束元件来分离。另外或备选地，用于SLM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(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)分离。此外，使用不同的光学路径，至少一个SLM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相组合。因此，根据本发明的包括至少一个空间光调制器和至少一个光学传感器的光学检测器可以与诸如上述ToF检测器的一个或多个其它类型的传感器或检测器相组合。当将根据本发明的光学检测器与一个或多个其它类型的传感器或检测器相组合时，光学检测器和至少一个另外的传感器或检测器可以被设计为独立装置，其中至少一个光学传感器和光学检测器的空间光调制器与所述至少一个另外的传感器或检测器分离。备选地，这些部件中的一个或多个也可以完全或部分地用于另外的传感器或检测器，或者光学传感器以及空间光调制器和至少一个另外的传感器或检测器可以完全或部分地以另一种方式组合。
因此，作为非限制性示例，除了至少一个可选ToF检测器之外或作为至少一个可选ToF检测器的替代，作为示例的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。如在此所使用的，“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，其中给定相同的总照射功率，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主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中的一者或多者，它们的全部内容通过引用包含在本文中。在这些文献的一个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。因此，可以使用单个光学传感器或多个光学传感器的组合，诸如传感器堆叠。
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，或备选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适于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，使得照射源在光学检测器和/或有源距离传感器的光轴上朝向对象传播。另外或备选地，至少一个照射源可以适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，可以将诸如矩形线图案和/或光点的矩形矩阵的线图案或点图案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。此外，另外或备选地，可以使用具有空间光调制器的一个或多个光图案形成装置。有源距离传感器的空间光调制器可以与上述空间光调制器分离并且不同，或者可以完全或部分地相同。因此，为了生成图案化光，可以使用微镜，诸如上述DLP。另外或备选地，可以使用其它类型的图案化装置。
根据本发明的具有光学传感器和空间光调制器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。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、空间光调制器和像素的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(诸如因为由于雾或雨而导致的透明对象上的至少一个有源照射源的反射)，使用空间光调制器和像素调制的光学检测器的基本原理仍然可以用正确的对比度解析对象。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，在部分束路径中的每一个束路径中，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。通过使用适于将光束分成具有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于至少两个光学传感器的具体要求。
分束元件具体可以适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。由于与其它光学传感器相比，例如与诸如至少一个FiP传感器的至少一个纵向光学传感器相比，通常，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。
光学检测器可以包括一个或多个空间光调制器。在包括诸如两个或更多个空间光调制器的多个空间光调制器的情况下，至少两个空间光调制器可以被布置在同一束路径中或者可以被布置在不同的部分束路径中。在空间光调制器被布置在不同的束路径中的情况下，光学检测器(具体地至少一个分束元件)可以适于重新组合经过空间光调制器的部分光束以形成公共光束。
在本发明的另一方面，公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器系统。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。
如上所述，检测器系统进一步包括适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2012年12月19日提交的美国临时申请61/739,173、2013年1月8日提交的61/749,964和/或欧洲专利申请号EP 13171901.5中的一个或多个。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，信标装置可以包括大致任意的照射源，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。
另外或备选地，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。照射源可以适于完全或部分地照射场景。此外，照射源可以适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，具体地，一个或多个基于
技术的微反射镜，如上所述。因此，作为示例，可以通过使用至少一个第一空间光调制器照射场景，并且经由光学检测器的实际测量可以通过使用至少一个第二空间光调制器来执行。
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空间光调制器和/或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明源的组成部分，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空间光调制器和/或光学传感器传播。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：空间光调制器的照射像素的数量；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，备选地或另外，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。
作为示例，评估装置可以根据编程来设计，以便确定信息项。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另外的电子部件，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)。
在本发明的另一方面，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检测器系统。检测器系统的至少一个信标装置可以适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。
如在此所使用的，术语“人机接口”通常是指适于在用户和机器(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。
在本发明的另一方面，公开了一种用于跟踪至少一个可移动对象的位置的跟踪系统。跟踪系统包括根据本发明的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。
跟踪系统还可以进一步包括根据本发明的至少一个检测器系统。因此，除了至少一个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。另外或备选地，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。
在本发明的另一方面，提供了一种用于确定至少一个对象的至少一个位置的扫描系统。如本文所使用的，扫描系统是适用于发射至少一个光束的装置，该光束被配置为用于照射位于至少一个对象的至少一个表面上的至少一个点，并且用于产生关于至少一个点与扫描系统之间的距离的至少一个信息项。为了产生关于至少一个点和扫描系统之间的距离的至少一个信息项，扫描系统包括根据本发明的检测器中的至少一个，该检测器诸如如上述一个或多个实施例中所公开的和/或如以下一个或多个实施例中所公开的至少一个检测器。
因此，扫描系统包括至少一个照射源，其适用于发射被配置用于照射位于至少一个对象的至少一个表面上的至少一个点的至少一个光束。如本文所使用的，术语“点”是指可以例如由扫描系统的用户选择的被照射源照射的对象表面的一部分上的区(area)，特别是小区。优选地，点可以表现出一方面可以尽可能小的尺寸，以便允许扫描系统确定扫描系统所包括的照射源与点可以尽可能精确地位于其上的对象的表面部分之间的距离的值，另一方面可以尽可能大，以便允许扫描系统的用户或扫描系统本身，特别是通过自动程序来使用检测对象表面相关部分上点的存在。
为此，照射源可以包括人造照射源，特别是至少一个激光源和/或至少一个白炽灯和/或至少一个半导体光源，该半导体光源例如为至少一个发光二极管(特别是有机和/或无机发光二极管)。由于其通常限定的光束轮廓和可处理性的其它性质，特别优选使用至少一个激光源作为照射源。这里，单个激光源的使用可能是优选的，特别是在提供可由用户容易地存储和运输的紧凑扫描系统可能是重要的情况下。因此，照射源可以优选地是检测器的组成部分，因此可以特别地集成到检测器中，例如集成到检测器的壳中。在优选实施例中，特别地，扫描系统的壳可以包括被配置为用于向用户提供距离相关信息的至少一个显示器，诸如以易于阅读的方式。在另一优选实施例中，特别地，扫描系统的壳还可以包括至少一个按钮，其可被配置为用于操作与扫描系统相关的至少一个功能，例如用于设置一个或多个操作模式。在另一个优选实施例中，特别地，扫描系统的壳还可以包括至少一个紧固单元，该紧固单元可构造成用于将扫描系统紧固到诸如橡胶脚、基板或壁的另一表面，特别是用于增加距离测量的精度和/或用户对扫描系统的可操作性的磁性材料。
在特别优选的实施例中，扫描系统的照射源可以由此发射单个激光束，该激光束可被配置用于照射位于对象表面的单个点。通过使用根据本发明的至少一个检测器，可以生成关于至少一个点与扫描系统之间的距离的至少一个信息项。因此，优选地，可以例如通过使用由至少一个检测器包括的评估装置来确定由扫描系统包括的照射系统和由照射源产生的单点之间的距离。然而，扫描系统还可以包括附加的评估系统，其可以特别地适用于此目的。备选地或附加地，可以考虑扫描系统的尺寸，特别是扫描系统的壳的尺寸，并且因此备选地，可以确定扫描系统的壳上的特定点(例如前缘或壳的后边缘)和单个点之间的距离。
备选地，扫描系统的照射源可以发射两个单独的激光束，其可以被配置为在光束的发射方向之间提供相应的角度，例如直角，由此位于相同的对象的两个各自的点或在两个不同的对象处的两个不同的表面的的两个各自的点可以被照射。然而，两个单独的激光束之间的相应角度的其它值也是可行的。特别地，该特征可以用于间接测量功能，例如用于导出可能不可直接访问(例如由于扫描系统和点之间存在一个或多个障碍物)的或者很难达到的间接距离，。作为示例，因此可以测量两个单独的距离并通过使用毕达哥拉斯公式(Pythagoras formula)导出高度来确定对象的高度的值。特别是为了能够保持相对于对象的预限定水平，扫描系统还可以包括至少一个调平单元，特别是集成的气泡小瓶，其可以用于保持用户的预限定水平。
作为另一替代方案，扫描系统的照射源可以发射多个单独的激光束，例如可以相对于彼此表现相应间距(pitch)(特别是规则间距)的激光束阵列，其可以是以这样一种方式布置：以便产生位于至少一个对象的至少一个表面上的点阵列。为此，可以提供特别适用的光学元件(例如分束装置和镜)，其可以允许产生所描述的激光束阵列。特别地，可以通过使用一个或多个可移动镜来定向照射源来扫描区域或体积，以以周期性或非周期性方式重新定向光束。可以使用微镜阵列进一步重新定向照射源，以便以这种方式提供结构化光源。结构化光源可用于投影光学特征，例如点或边缘。
因此，扫描系统可以提供放置在一个或多个对象的一个或多个表面上的一个或多个点的静态布置。或者，扫描系统的照射源，特别是一个或多个激光束(例如上述激光束阵列)，可以被配置用于提供一个或多个光束，该光束可随时间呈现出变化的强度和/或者可以在一段时间内经受交替的发射方向，特别是通过移动一个或多个镜，例如包含在所述微镜阵列内的微反射镜。结果，照射源可以被配置为通过使用由扫描装置的至少一个照射源产生的具有交替特征的一个或多个光束来扫描至少一个对象的至少一个表面的一部分作为图像。特别地，扫描系统因此可以使用至少一行行扫描和/或行扫描，以例如顺序地或同时地扫描一个或多个对象的一个或多个表面。作为非限制性示例，扫描系统可以用于安全激光扫描仪(例如，在生产环境中)，和/或在用于确定对象的形状的3D扫描装置中，例如结合3D印刷、身体扫描、质量控制、在施工应用中的应用(作为范围仪表)、在物流应用中(例如用于确定包裹的尺寸或体积)、在家用应用中(例如，机器人真空吸尘器或割草机)或其他可能包括扫描步骤的应用。
在本发明的另一方面，公开了一种用于对至少一个对象成像的相机。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明的强度和/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相机是适于执行3D摄影的装置。相机通常可以适于获取单个图像，诸如单个3D图像，或者可以适于获取多个图像，诸如图像序列。因此，相机同样可以是适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，相机可以适于获取单个图像或用于获取多个图像，诸如图像序列，优选地用于获取数字视频序列。因此，作为示例，相机可以是或可以包括摄像机。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另外的相机组合，该另外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声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显著降低的数据量。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于自动照射场景。因此，光学检测器(诸如评估装置)可以适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测量纵坐标(诸如深度)的情况下，光学检测器可以适于在这些区中进行识别。在这些情况下，作为示例，光学检测器可以适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，另外或备选地，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。
如上所述，光学检测器的至少一个空间光调制器具体地可以是或可以包括至少一个反射空间光调制器，诸如DLP。在使用一个或多个反射空间光调制器的情况下，光学检测器可以进一步适于使用超出上述目的的该至少一个反射空间光调制器。因此，特别地，光学检测器可以适于另外使用至少一个空间光调制器(具体地，至少一个反射空间光调制器)以便将光投射到空间中，诸如透射到场景中和/或到屏幕上。因此，检测器具体可以适于另外提供至少一个投影仪功能。
因此，作为示例，DLP技术主要针对投影仪(诸如像移动电话的通信装置中的投影仪)开发。因此，可以将集成投影仪实现为各种各样的装置。在本发明中，空间光调制器具体可用于距离感测和/或用于确定对象的至少一个纵坐标。然而，这两个功能可以组合。因此，可以实现一个装置中的投影仪和距离传感器的组合。
这是由于空间光调制器(具体是反射空间光调制器)与评估装置组合可以实现距离感测或确定对象的至少一个纵坐标的任务和诸如用于将至少一个图像投影到空间中、场景中或屏幕上的投影仪的任务二者的事实。实现两个任务的至少一个空间光调制器可以被间歇地调制，诸如通过使用用于距离感测的调制周期和用于间歇地投影的调制周期。因此，诸如DLP的反射空间光调制器通常能够在大于1kHz的调制频率下被调制。因此，可以与诸如DLP的单个空间光调制器同时达到投影和距离测量的实时视频频率。这允许例如使用移动电话来记录3D场景并且同时投影该3D场景。
在本发明的另一方面中，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，其用于选自以下的使用目的：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；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；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；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-Ci Yang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，并且门何时可以自动打开。
如上所述，其它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，对于WO 2012/110924 A1或在在2012年12月19日提交的美国临时申请61/739,173以及2013年1月8日提交的美国临时申请61/749,964中公开的光学检测器和装置，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装置甚至可以与诸如传统相机的2D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装置可以用于虚拟训练应用和/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相机中。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(具体地，当前基于SLM的光学传感器)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)，则其将给出信号。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、雷达或超声波检测器)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，给定通过使用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3D条形码读取器，用于产品识别。
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，可以减少透镜的数量，诸如通过仅提供具有一个透镜的FiP装置。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，通常，FiP装置能够应用于汽车技术和运输技术领域中。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，通常，FiP传感器(更具体地，当前基于SLM的光学传感器)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第一和第二时间导数。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，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)可几乎放置在车辆的任何地方，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选择正确的信号组合。
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，可提出例如用于内窥镜的手术机器人，因为如上所述，FiP装置可仅需要较小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运动。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/或为了调查和纠正移动。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实现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而且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、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，可以诸如同时地使用例如在x-、y-或z-方向中或在这些方向的任意组合中FiP装置的高尺寸精度。此外，诸如管道检测仪的FiP装置可用于检查和维护。
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，诸如产品识别或尺寸识别(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光学传感器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。
在下面，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、美国临时申请号61/739,173或美国临时申请号61/708,058，它们的全部内容在此引入作为参考。其它实施例是可行的。
在下面，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，使用一个或多个非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。在期望并使用非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。作为优选实例，可以使用WO 2012/110924 A1、美国临时申请号61/739,173或美国临时申请号61/708,058中公开的一种或多种染料，其全部内容通过引用包括在此。另外地或备选地，可以使用如在WO 2007/054470 A1和/或WO 2013/144177 A1和/或WO 2012/085803 A1中公开的一种或多种染料，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-6 359 211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，另外或备选地，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：
ID：1187
ID：1167
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型半导体的一序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。
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。
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：
备选地或另外，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。
在一个备选实施例中，低分子量的有机p型半导体包括上述通式I中的一种或多种化合物，其例如可参考PCT申请号PCT/EP2010/051826。对于上述的螺环化合物附加或可替代地，p型半导体可以包括上述通式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：
在一个备选实施例中，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，或另外可以是非透明的。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非透明区域。
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。
另外或备选地，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。对于另外的示例性实施例，可以参考美国临时申请号61/739,173或美国临时申请号61/708,058，其全部内容通过引用包括在此。
另外或备选地，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非透明的。具体地，两个或更多部分电极可以是非透明的。特别优选的是使最终的电极非透明，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，非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。
因此，通常，通过将一个或多个空间光调制器与一个或多个光学传感器相组合，结合通过频率分析使用调制频率用于分离信号分量的一般思想，可以提供一种光学检测器，其以技术上简单的方式并且在不需要使用像素化光学传感器的情况下，可以提供高分辨率成像(优选高分辨率3D成像)的可能性、确定对象的横向和/或纵坐标的可能性、以简化方式分离颜色的可能性、以及许多其它的可能性。
因此，目前的相机(具体是3D相机)的设置通常需要复杂的测量设置和复杂的测量算法。在本发明中，可以作为整体使用大面积的光学传感器，诸如太阳能电池，更优选地为DSC或sDSC，而不需要将这些光学传感器细分成像素。对于空间光调制器，作为示例，在显示器和/或投影装置中通常使用的液晶屏可以放置在一个或多个太阳能电池(诸如太阳能电池堆叠，更优选地DSC的堆叠)的上方。DSC可以具有相同的光学特性和/或不同的光学特性。因此，可以使用具有不同吸收特性的至少两个DSC，诸如在红色光谱区域具有吸收的至少一个DSC，在绿色光谱区域中具有吸收的一个DSC，以及在蓝色光谱区域中具有吸收的一个DSC。其它设置是可行的。DSC可以与一个或多个无机传感器(诸如一个或多个CCD芯片，具体地具有高分辨率的一个或多个非透明的CCD芯片，诸如在标准数码相机中使用的)相组合。因此，可以使用堆叠设置，其在最远离空间光调制器的位置处具有CCD芯片，具有一个、两个或更多个至少部分透明的DSC或sDSC的堆叠，优选地不具有像素，具体地用于通过使用FiP效应确定对象的纵坐标的目的。该堆叠之后可以是一个或多个空间光调制器，诸如一个或多个透明或半透明LCD和/或使用所谓的DLP技术的一个或多个装置，如例如在www.dlp.com/de/technology/how-dlp-works中公开的。该堆叠可以与一个或多个传送装置(诸如一个或多个相机镜头系统)相组合。
可以通过使用标准的傅里叶变换算法来执行频率分析。
可以以高分辨率使用可选的非透明CCD芯片，以便获得如在常规相机系统中的x-、y-和颜色信息。SLM和一个或多个大面积光学传感器的组合可用于获得纵向信息(z信息)。SLM的像素中的每一个像素可以诸如通过以高频打开和关闭而振荡，并且像素中的每一个像素可以以明确定义的唯一频率振荡。
光子密度相关的透明DSC可用于确定深度信息，这被称为上述FiP效应。因此，经过汇聚透镜和两个透明DSC的光束将覆盖DSC的敏感区域的不同表面区域。这可以导致不同的光电流，从中可以推导出深度信息。经过太阳能电池的束可以由诸如LCD和/或微镜装置的SLM的振荡像素进行脉冲化。从DSC获得的电流-电压信息可以通过频率分析来处理，诸如通过傅里叶变换来处理，以便获得每个像素后面的电流-电压信息。频率可唯一地识别每个像素，并因此识别其横向位置(x-y位置)。可以使用每个像素的光电流，以便获得相应的深度信息，如上所讨论的。
此外，如上所讨论，光学检测器可以实现为适于识别和/或确定至少一个光束的颜色的多色或全色检测器。因此，通常，光学检测器可以是可以用于照相机中的多色和/或全色光学检测器。因此，可以实现简单的设置，并且可以以技术上简单的方式实现用于成像和/或确定至少一个对象的横向和/或纵向位置的多色检测器。因此，可以使用具有不同颜色的至少两个，优选至少三个不同类型的像素的空间光调制器。
作为示例，可以使用诸如薄膜晶体管光谱调制器的液晶空间光调制器，其优选具有至少两个，优选至少三个不同颜色的像素。这些类型的空间光调制器可以用商业上可用的红色、绿色和蓝色通道，其中每一个(优选逐个像素)可以被打开(透明)和闭合(黑色)。另外或备选地，可以使用反射型SLM，诸如通过使用德州仪器公司提供的具有单色或多色或甚至全色微镜的上述DLP技术。再次地，另外地或备选地，可以使用基于声光效应和/或基于电光效应的SLM，诸如例如http://www.leysop.com/integrated_pockels_cell.htm中描述的。因此，作为示例，在液晶技术或微镜中，可以使用滤色器，诸如直接在像素顶部上的滤色器。因此，每个像素可以打开或关闭其中光可以经过SLM并且朝向至少一个光学传感器行进的通道。诸如至少一个DSC或sDSC的至少一个光学传感器可以完全或部分地吸收经过SLM的光束。作为示例，在仅蓝色通道打开的情况下，只有蓝色光可以由光学传感器吸收。当红色、绿色和蓝色光以异相脉冲和/或以不同频率脉冲化时，频率分析可以允许同时检测三种颜色。因此，通常，至少一个光学传感器可以是适于在多色或全色SLM的光谱区域中吸收的宽带光学传感器。因此，可以使用在红色、绿色和蓝色光谱区域中吸收的宽带光学传感器。另外或备选地，不同的光学传感器可以用于不同的光谱区域。通常，上述频率分析可以适于根据信号分量的调制频率和/或相位来识别信号分量。因此，通过识别信号分量的频率和/或相位，可以将信号分量分配给光束的特定颜色分量。因此，评估装置可以适于将光束分离成不同的颜色。
当两个或更多个通道在不同的调制频率，即在不同的频率和/或不同的相位被脉冲化时，可以存在每个通道可能是单独打开的、所有通道都打开以及两个不同的通道同时打开的时间。这允许同时检测更多数量的不同颜色，且几乎没有额外的后处理。为了检测多通道信号，当后处理中可以比较单通道和多通道信号时，可以提高精度或颜色选择性。
如上所述，空间光调制器可以以各种方式实现。因此，作为示例，空间光调制器可以使用液晶技术，优选结合薄膜晶体管(TFT)技术。另外或备选地，可以使用微机械装置，诸如反射微机械装置，诸如根据德州仪器公司提供的
技术的微镜装置。另外或备选地，电致变色和/或二色性过滤器可以用作空间光调制器。另外或备选地，可以使用电致变色空间光调制器、声光空间光调制器或电光空间光调制器中的一者或多者。通常，空间光调制器可以适于以各种方式(诸如通过在透明状态和非透明状态、透明状态和更透明状态、或透明状态和彩色状态之间切换像素)调制光束的至少一个光学特性。
另一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。备选地，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(诸如非透明的光学传感器，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，至少一个空间光调制器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。备选地，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空间光调制器本身。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。另外或备选地，可以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。
上述可能性可以以各种方式实现。因此，通常，如上所述的空间光调制器可以是反射空间光调制器。因此，如上所述，诸如通过使用上述
技术，反射空间光调制器可以是或可以包括微镜系统。因此，空间光调制器可以用于偏转或用于反射光束和/或其一部分，诸如用于将光束反射到其原始方向中。因此，光学检测器的至少一个光学传感器可以包括一个透明光学传感器。可以设置光学检测器，以使得光束在到达空间光调制器之前穿过透明光学传感器。空间光调制器可以适于至少部分地将光束反射回光学传感器。在该实施例中，光束可以经过透明光学传感器两次。因此，首先，光束可以以未调制的方式首次穿过透明光学传感器，从而到达空间光调制器。如上所述，空间光调制器可以适于调制光束并且同时地将光束反射回透明光学传感器，以使得光束第二次(此时以调制方式)经过透明光学传感器，以便由光学传感器检测到。
如上所述，另外或备选地，光学检测器可以包含适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，分束元件可以包括选自以下的至少一个元件：空间光调制器、分束棱镜、光栅、半透明镜、二向色镜。命名元素和/或其它元素的组合是可行的。因此，通常，至少一个分束元件可以包括至少一个空间光调制器。在该实施例中，具体地，诸如通过使用上述微镜技术，具体地上述的
技术，空间光调制器可以是反射空间光调制器。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方。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，并且更优选地，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个部分束路径中。另外或备选地，至少一个非透明的光学传感器可以位于部分束路径中的至少一个部分束路径中，诸如在部分束路径中的至少第二个部分束路径中。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，所述至少一个无机光学传感器诸如无机半导体光学传感器，诸如成像传感器和/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(诸如通过使用成像传感器，具体是相机芯片)。
如上所述，空间光调制器可以是分束元件的一部分。另外地或备选地，至少一个空间光调制器和/或多个空间光调制器中的至少一个本身可以位于一个或多个部分束路径中。因此，作为示例，空间光调制器可以位于部分束路径中的第一部分束路径中，即在具有光学传感器堆叠(诸如具有上述FiP效应的光学传感器堆叠)的部分束路径中。因此，光学传感器堆叠可以包括至少一个大面积光学传感器，诸如具有FiP效应的至少一个大面积光学传感器。
在使用一个或多个非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，非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非透明光学传感器的组合是可行的。
通过使用光学传感器和/或光学检测器的更复杂的设置的上述可能性，具体地，可以在空间光调制器的透明度、反射特性或其它特性方面利用空间光调制器的高灵活性。因此，如上所述，空间光调制器本身可以用于反射或偏转光束或部分光束。其中，光学检测器的线性或非线性设置是可行的。因此，如上所述，W形设置、Z形设置或其它设置是可行的。在使用反射空间光调制器的情况下，可以利用以下事实：特别是在微镜系统中，空间光调制器通常适于将光束反射或偏转到多于一个方向中。因此，可以在空间光调制器的偏转或反射的第一方向中建立第一部分束路径，并且可以在空间光调制器的偏转或反射的至少一个第二方向中建立至少一个第二部分束路径。因此，空间光调制器可以形成适于将入射光束分成至少一个第一方向和至少一个第二方向的分束元件。因此，作为示例，空间光调制器的微镜可以被定位成将光束和/或其各部分朝向至少一个第一部分束路径反射或偏转，诸如朝向具有光学传感器的堆叠(诸如FiP传感器的堆叠)的第一部分束路径反射或偏转，或朝向至少一个第二部分束路径(诸如朝向具有非透明的光学传感器(诸如成像传感器，具体是至少一个CCD芯片和/或至少一个CMOS芯片)的至少一个第二部分束路径)反射或偏转。由此，可以增加照射各束路径中的元件的总体光量。此外，该构造可以允许在两个或更多个部分束路径中(诸如在光学传感器和成像传感器的堆叠上，诸如全色CCD或CMOS传感器)获得相同的图片，诸如具有相同焦点的图片。
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，在通过至少一个成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，因为如在同一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反射空间光调制器和光学传感器堆叠(和/或诸如成像传感器的非透明光学传感器)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，一个或多个成像传感器，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成像传感器之间。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/或成像传感器的前面。因此，用于两种类型的传感器的最优光强度可以是可行的。
另外或备选地，一个或多个透镜可以布置在一个或多个部分束路径内。因此，一个或多个透镜可以位于空间光调制器(具体是反射空间光调制器)和光学传感器堆叠之间和/或空间光调制器和诸如成像传感器的透明光学传感器之间。因此，作为示例，通过在一个或多个或全部部分束路径中使用一个或多个透镜，可以针对包括至少一个透镜的相应一个部分束路径或多个部分束路径进行光束整形。因此，成像传感器(具体是CCD或CMOS传感器)可以适于拍摄2D图片，而诸如光学传感器堆叠的至少一个光学传感器可以适于测量对象的z坐标或深度。这些部分束路径中的聚焦或光束整形(通常可以由这些部分束路径的相应透镜确定)不一定必须相同。因此，可以诸如针对成像、xy检测或z检测而个体地优化沿着部分束路径传播的部分光束的光束特性。
另一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WO 2012/110924 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，另外或备选地，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非透明光学传感器。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设备。然而，在这种情况下，生成透明电子设备的问题通常仍然没有解决。
如在本发明的上下文中所表明的，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。在另一实施例中，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2x M+2xN像素的设置。其他实施例是可行的。
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。备选地，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的光学传感器，即大面积的光学传感器。
在使用光学传感器(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)的上述设置的情况下，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(诸如FiP装置)中，特别对于如在此公开的基于SLM的相机，2xN阵列的传感器像素非常适合。因此，通常，将至少一个第一透明电极和至少一个第二电极(一个或多个层夹在其间)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，或者可以备选地也被构图。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空间光调制器的每个像素，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)的信号通常会减少，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或SLM的超像素的加倍和/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1：一种控制至少一个空间光调制器的像素的方法，所述空间光调制器具有像素矩阵，每个像素是能够被单独控制的，所述方法包括以下步骤：
a)接收至少一张图像；
b)限定在所述图像内的至少一个图像段；
c)向每个图像段分配至少一个灰阶值(gray scale value)；
d)将所述像素矩阵的至少一个像素分配给每个图像段；
e)向被分配给所述至少一个图像段的每个灰阶值分配独特调制频率；
f)以被分配给各自的图像段的所述独特调制频率来控制被分配给所述至少一个图像段的所述像素矩阵的所述至少一个像素。
实施例2：根据前述实施例的方法，其中至少部分地通过使用沃尔什函数来确定用于改变所述像素的状态的可行独特调制频率。
实施例3：根据前述实施例的方法，其中在步骤e)中，对于每个灰阶值，一个沃尔什函数被分配给所述至少一个图像段。
实施例4：根据前述实施例的方法，其中在步骤b)中限定多个段，考虑所需使用的函数的总数和所使用的沃尔什函数之间的噪声来选择一组沃尔什函数，其中所需的函数总数对应于限定的图像段的数目。
实施例5：根据前述实施例中任一项所述的方法，其中在步骤f)中，以沃尔什函数作为独特调制频率来控制所述至少一个像素。
实施例6：根据前述实施例的方法，其中根据由所述沃尔什函数给出的模式来切换所述像素的状态。
实施例7：根据前述实施例的方法，其中步骤f)包括以下子步骤：
f1.向所述独特调制频率分配计数器阈值；
f2.以预定的最大频率逐步增加计数器变量，直到达到或超过所述阈值为止；
f3.改变所述像素的状态。
实施例8：根据前述实施例的方法，其中所述预定的最大频率是用于改变所述像素的所述状态的最大频率f0/2。
实施例9：根据前述实施例的方法，其中用于改变所述像素的所述状态的可行独特调制频率fn由fn＝f0/2n确定，其中n是非零整数。
实施例10：根据前述实施例中任一项的方法，其中灰阶值的总数取决于所述可行独特频率的总数。
实施例11：根据前述实施例中任一项所述的方法，其中所述空间光调制器的每个像素具有至少两个状态。
实施例12：根据前述实施例的方法，其中在步骤f)中，像素从第一状态切换到第二状态，反之亦然。
实施例13：根据前述实施例中任一项的方法，其中灰阶值是颜色值和/或灰阶值。
实施例14：根据前述实施例中任一项所述的方法，其中步骤a)包括提供图像的序列。
实施例15：根据前述实施例的方法，其中重复步骤b)-f)用于所述图像序列的每个图像。
实施例16：根据前述两个实施例中任一项所述的方法，其中所述图像的序列包括视频。
实施例17：根据前述实施例中任一项所述的方法，其中步骤a)包括将所述至少一个图像提供给调制器装置，其中步骤b)-f)由所述调制器装置进行。
实施例18：根据前述实施例中任一项所述的方法，其中步骤a)包括缓冲在所述调制器装置的至少一个图像缓冲器中的所述至少一个图像。
实施例19：根据前述实施例的方法，其中使用至少两个图像缓冲器。
实施例20：根据前述实施例的方法，其中所述图像缓冲器包括第一图像缓冲器和第二图像缓冲器，其中所述第一图像缓冲器和所述第二图像缓冲器选自包括有源图像缓冲器和非有源图像缓冲器图像缓冲区的组。
实施例21：根据前述实施例的方法，其中所述至少一个图像被缓冲在所述非有源图像缓冲器和所述有源图像缓冲器中的一个或两个中。
实施例22：根据前述实施例的方法，其中选择所述非有源图像缓冲器以进一步评估在所述有源图像缓冲器内缓冲的所述至少一个图像，其中至少第二图像被接收并缓冲在所述有源图像缓冲器中，而评估在所述有源图像缓冲器内缓冲的所述至少一个图像。
实施例23：根据前述实施例中任一项所述的方法，其中所述像素中的每一个包括至少一个微镜。
实施例24：一种特别用于确定至少一个对象的位置的光学检测方法，该方法包括以下步骤：
-通过使用至少一个空间光调制器以空间分辨的方式修改光束的至少一个性质，所述空间光调制器具有像素矩阵，每个像素可被控制以单独地修改通过所述像素的所述光束的至少一个光学性质，其中使用根据前述实施例中任一项所述的控制像素的方法；
-通过使用至少一个光学传感器检测通过所述空间光调制器的所述像素矩阵的所述光束并且用于生成至少一个传感器信号；
-通过使用至少一个调制器装置以不同频率来周期性地控制具所述像素中的至少两个；以及
-通过使用至少一个评估装置进行频率分析和确定用于所述控制频率的所述传感器信号的信号分量。
实施例25：一种用于控制至少一个空间光调制器的像素的调制器装置，所述空间光调制器具有像素矩阵，每个像素是能够被单独控制的，所述调制器装置包括：
a)至少一个接收装置，其适用于接收至少一个图像；
b)至少一个图像段限定装置，其适用于限定在所述图像内的至少一个图像段；
c)至少一个灰阶值分配装置，其适用于将至少一个灰阶值分配给每个图像段；
d)至少一个像素分配装置，其适用于将所述像素矩阵的至少一个像素分配给每个图像段；
e)至少一个频率分配装置，其适用于将独特调制频率分配给被分配给所述至少一个图像段的每个灰阶值；
f)至少一个控制装置，其适用于以被分配给各自的图像段的所述独特调制频率来控制被分配给所述至少一个图像段的所述像素矩阵的所述至少一个像素。
实施例26：根据前述实施例的调制器装置，其中所述调制器装置适用于进行根据前述实施例中涉及控制像素的方法的任一项的方法。
实施例27：根据前述实施例中涉及调制器装置的任一项的调制器装置，其中所述接收装置包括至少一个缓冲器。
实施例28：根据前述实施例中涉及调制器装置的任一项的调制器装置，其中所述接收装置包括至少两个图像缓冲器。
实施例29：根据前述实施例的调制器装置，其中所述图像缓冲器包括第一图像缓冲器和第二图像缓冲器，其中所述第一图像缓冲器和所述第二图像缓冲器选自包括有源图像缓冲器和非有源图像缓冲器的组。
实施例30：根据前述实施例的调制器装置，其中所述接收装置适用于缓冲所述非有源图像缓冲器和所述有源图像缓冲器中的一个或两个中的所述至少一个图像。
实施例31：根据前述实施例的调制器装置，其中所述接收装置适用于选择所述非有源图像缓冲器以进一步评估被缓冲在所述有效图像缓冲器内的所述至少一个图像，其中所述接收装置适用于至少接收和缓冲在有源图像缓冲器中的第二图像，同时评估被缓冲在所述有源图像缓冲器内的所述至少一个图像。
实施例32：根据前述实施例中涉及调制器装置的任一项的调制器装置，其中用于接收所述至少一个图像的频率在60和120Hz之间。
实施例33：根据前述实施例中涉及调制器装置的任一项的调制器装置，其中接收装置、图像段限定装置、灰阶值分配装置、像素分配装置和频率分配中的一个或多个完全或部分地包括以下中的一个或多个：存储器装置，处理器，诸如FPGADLPCCPLDASIC或VLSI-IC的可编程逻辑。
实施例34：根据前述实施例中涉及调制器装置的任一项的调制器装置，其中所述控制装置包括至少一个振荡器。
实施例35：根据前述实施例中涉及调制器装置的任一项所述的调制器装置，，其中所述调制装置适用于使每个像素被控制在独特的频率。
实施例36：根据前述实施例中涉及调制器装置的任一项的调制器装置，其中该调制器装置适用于以不同独特调制频率来周期地调制该至少两个像素。
实施例37：根据前述实施例中涉及调制器装置的任一个实施例的调制器装置，其中所述控制装置适用于向所述独特调制频率分配计数器阈值，其中所述控制装置还适用于以预定的最大频率逐步地增加计数器变量，直到达到或超过所述阈值，且适用于改变所述像素的状态。
实施例38：根据前述实施例的调制器装置，其中预定的最大频率是导致对于光束中的像素区的f0/2的用于改变所述像素的状态的最大频率f0。
实施例39：根据前述实施例的调制器装置，其中用于改变所述像素的状态的可行独特调制频率fn由fn＝f0/2n确定，其中n是非零整数。
实施例40：根据前述实施例中涉及调制器装置的任一项的调制器装置，其中所述空间光调制器是双极空间光调制器，其中每个像素具有至少两个状态。
实施例41：根据前述实施例的调制器装置，其中控制装置适用于将像素从第一状态切换到第二状态，反之亦然。
实施例42：根据前述实施例中涉及调制器装置的任一项的调制器装置，其中接收装置适用于接收图像的序列。
实施例43：一种用于空间光调制的调制器组件，所述调制器组件包括至少一个空间光调制器和根据前述实施例中涉及调制器装置的任一个实施例的至少一个调制器装置。
实施例44：根据前述实施例的调制器组件，其中所述至少一个空间光调制器适用于以空间分辨的方式修改光束的至少一个性质，所述空间光调制器具有像素矩阵，每个像素可被控制以单独地修改通过像素的光束的部分的至少一个光学性质，其中所述至少一个调制器装置适用于以不同独特调制频率周期性地控制所述像素中的至少两个。
实施例45：一种光检测器，包括：
-根据前述实施例中涉及调制器组件的任一项的至少一个调制器组件；
-至少一个光学传感器，其适用于检测通过所述空间光调制器的所述像素矩阵后的所述光束并且产生至少一个传感器信号；和
-适用于进行频率分析的至少一个评估装置，以便确定用于独特调制频率的传感器信号的信号分量。
实施例46：根据前述实施例的光学检测器，其中所述评估装置还适用于根据其调制频率来将每个信号分量分配给各自的像素。
实施例47：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，其中所述调制器装置适用于使每个像素被控制在独特的调制频率。
实施例48：根据前述实施例中涉及光检测器的任一项所述的光检测器，其中所述评估装置适用于以通过用不同调制频率解调所述传感器信号来进行所述频率分析。
实施例49：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项的光学检测器，其中由空间光调制器以空间分辨的方式修改的光束的至少一个性质是下列的至少一种：所述光束的所述部分的强度；所述光束的所述部分的相位；所述光束的所述部分的光谱性质，优选为颜色；所述光束的所述部分的偏振；所述光束的所述部分的传播方向。
实施例50：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项的光学检测器，其中所述至少一个空间光调制器包括选自以下组的至少一个空间光调制器：透射空间光调制器，其中，所述光束通过所述像素矩阵，并且其中所述像素适用于以单独可控的方式修改通过各自的像素的所述光束的每个部分的光学性质；反射空间光调制器，其中所述像素具有单独可控的反射性质，并且适用于单独地改变被各自的像素反射的所述光束的每个部分的传播方向；电致变色空间光调制器，其中所述像素具有由施加到各自的像素的电压能够分别控制的可控光谱性质；声光空间光调制器，其中像素的双折射能够由声波控制；电光空间光调制器，其中所述像素的双折射能够由电场控制。
实施例51：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项所述的光学检测器，其中所述至少一个空间光调制器包括选自以下的空间光调制器的至少一个空间光调制器：液晶装置，优选有源矩阵液晶装置，其中所述像素是所述液晶装置的单独可控单元；微镜装置，其中所述像素是所述微镜装置的相对于其反射表面的取向能够单独控制的微镜；电致变色装置，其中所述像素是所述电致变色装置的具有通过施加到各自的单元的电压而能够单独控制的光谱性质的单元；声光装置，其中所述像素是所述声光装置的具有能够由施加到单元的声波而单独控制的双折射的单元；电光装置，其中所述像素是所述电光装置的具有通过施加到单元的电场而能够单独控制的双折射的单元。
实施例52：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项所述的光学检测器，其中所述评估装置适用于将每个所述信号分量分配给所述矩阵的像素。
实施例53：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，其中所述评估装置适用于将每个所述信号分量分配给所述矩阵的像素。
实施例54：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，其中所述评估装置适用于通过评估所述信号分量来确定所述矩阵的哪些像素被所述光束照射。
实施例55：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项所述的光学检测器，其中所述评估装置适用于通过识别由所述光束照射的所述矩阵的像素的横向位置，来识别所述光束的横向位置和所述光束的取向的至少一个。
实施例56：根据前述实施例的光学检测器，其中所述评估装置适用通过评估所述光束的所述横向位置和所述光束的所述取向中的至少一个，来识别对象的横向位置和对象的相对方向中的一者或多个，所述光束从所述对象传播朝向所述检测器。
实施例57：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项所述的光学检测器，其中所述评估装置适用于识别被分配给由所述光束照射的像素的所述信号分量，并且根据在从所述像素排列的已知几何性质来确定所述空间光调制器的位置处的所述光束的宽度。
实施例58：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项所述的光学检测器，其中所述评估装置适用于，使用在对象(所述光束从其朝向所述检测器传播)的纵坐标和由所述光束照射的所述光调制器的像素的数目或在所述空间光调制器的所述位置处的所述光束的宽度中的一者或两者之间的已知或能够确定的关系，来确定所述对象的纵坐标。
实施例59：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项所述的光学检测器，其中像素修改通过各自像素的所述光束的所述部分的所述至少一个光学性质的能力取决于所述光束的光谱性质，特别是光束的颜色。
实施例60：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项所述的光学检测器，其中所述至少一个光学传感器包括至少一个至少部分透明的光学传感器，使得所述光束至少部分地可以穿过所述透明光学传感器。
实施例61：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项所述的光学检测器，其中所述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62：根据前述实施例的光学检测器，其中所述堆叠的所述光学传感器中的至少一个是至少部分透明的光学传感器。
实施例63：根据前述两个实施例中任一项所述的光学检测器，其中所述堆叠的所述光学传感器中的至少一个是具有多个光敏像素的像素化光学传感器。
实施例64：根据前述实施例的光学检测器，其中像素化光学传感器是无机像素化光学传感器，优选为CCD芯片或CMOS芯片。
实施例65：根据前述两个实施例中任一项所述的光学检测器，其中所述像素化光学传感器是相机芯片，优选为全色相机芯片。
实施例66：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项所述的光学检测器，其中所述至少一个光学传感器具有至少一个传感器区域，其中所述光学传感器的所述传感器信号取决于所述光束对所述传感器区域的照射，其中给定相同的照射总功率，所述传感器信号取决于在所述传感器区域中的所述光束的宽度，其中所述评估装置优选地适用于通过评估所述传感器信号来确定宽度。
实施例67：根据前述实施例的光学检测器，其中所述至少一个光学传感器包含至少两个光学传感器，其中所述评估装置适用于确定所述至少两个光学传感器的传感器区域中的所述光束的宽度，其中所述评估装置还适用于通过评估所述宽度，来生成关于所述对象(所光束从其向所述光学检测器传播)的纵向位置的至少一个信息项。
实施例68：根据前述两个实施例中任一项所述的光学检测器，其中所述光学传感器的传感器信号还取决于所述光束的调制频率。
实施例69：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项的光学检测器，其中空间光调制器包括不同颜色的像素，其中所述评估装置适用于将所述信号分量分配给不同的颜色。
实施例70：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项所述的光学检测器，其中所述空间光调制器是反射空间光调制器，其中所述光学传感器包括至少一个透明光学传感器，其中所述光学检测器被设置为使得光束在到达空间光调制器之前穿过所述透明光学传感器，其中所述空间光调制器适用于至少部分地将所述光束反射回所述光学传感器。
实施例71：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项的光学检测器，其中所述光学检测器包含至少一个分束元件，其适用于将所述光束的光束路径分成至少两个部分光束路径。
实施例72：根据前述实施例的光学检测器，其中所述分束元件包括从由以下组成的组中选择的至少一个元件：空间光调制器、分束棱镜、光栅、半透明反射镜、二向色镜。
实施例73：根据前述两个实施例中任一项所述的光检测器，其中所述分束元件包括所述空间光调制器。
实施例74：根据前述实施例的光学检测器，其中空间光调制器是反射空间光调制器。
实施例75：根据前述四个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位于每个所述部分光束路径中。
实施例76：根据前述实施例的光学检测器，其中光学传感器中的至少一个堆叠位于部分光束路径的至少一个中。
实施例77：根据前述两个实施例中任一项的光学检测器，其中至少一个非透明的光学传感器位于部分光束路径的至少一个中。
实施例78：根据前述两个实施例的光学检测器，其中所述光学传感器的堆叠位于所述部分光束路径中的第一个中，并且其中所述非透明光学传感器位于所述部分光束路径中的第二个中。
实施例79：根据前述实施例的光学检测器，其中所述空间光调制器位于所述部分光束路径的第一个中。
实施例80：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项所述的光学检测器，其中所述光学检测器包括光学传感器的至少一个堆叠，其中所述光学检测器适用于获取所述光学检测器的视场中的场景的三维图像。
实施例81：根据前述实施例的光学检测器，其中堆叠的光学传感器具有不同的光谱性质。
实施例82：根据前述实施例的光学检测器，其中所述堆叠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，其中所述第一光谱灵敏度和所述第二光谱灵敏度是不同的。
实施例83：根据前述两个实施例中任一项所述的光学检测器，其中所述堆叠包括交以替顺序的具有不同光谱性质的光学传感器。
实施例84：根据前述三个实施例中任一项所述的光学检测器，其中所述光学检测器适用于通过评估具有不同的光谱性质的所述光学传感器的传感器信号，来来获取多色三维图像，优选全色三维图像。
实施例85：根据前述实施例中任一项所述的光学检测器，其中所述光学检测器还包括至少一个飞行时间检测器，其适用于通过进行至少一次飞行时间测量来检测所述至少一个对象和所述光学检测器之间的至少一个距离。
实施例86：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项所述的光学检测器，其中所述光学检测器还包括至少一个有源距离传感器，所述至少一个有源距离传感器具有至少一个有源光学传感器，其适用于当由从对象传播到有源光学传感器的光束的照射时生成传感器信号，其中给定相同的照射总功率，所述传感器信号取决于照射的几何形状，有源距离传感器还包括用于照射所述对象的至少一个有源照射源。
实施例87：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项所述的光学检测器，其中所述空间光调制器包括至少一个反射空间光调制器，其中所述光学检测器还适用于另外使用所述反射空间光调制器作为投影机。
实施例88：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项所述的光学检测器，其中所述光学检测器适用于检测(并优选地跟踪)由所述检测器捕获的场景内的生物的至少一只眼睛。
实施例89：根据前述实施例的光学检测器，其中所述光学检测器适用于确定所述至少一只眼睛的至少一个纵坐标。
实施例90：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项的光学检测器，其中所述至少一个光学传感器包括至少一个传感器像素阵列，优选地是包含2×N个传感器像素的阵列，其中N是整数。
实施例91：根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项所述的光学检测器，其中所述光学检测器，优选地所述评估装置，包括适用于进行沃尔什分析的至少一个沃尔什分析器。
实施例92：一种用于确定至少一个对象的位置的检测器系统，所述检测器系统包括根据前述实施例中涉及光学检测器的任一项的至少一个光学检测器，所述检测器系统还包括适用于以将至少一个光束引导到所述光学检测器的至少一个信标装置，其中所述信标装置是下列中的至少一个：可附接到所述对象，可被所述对象保持和可整合到所述对象中。
实施例93：根据前述实施例的检测器系统，其中所述信标装置包括至少一个照射源。
实施例94：根据前述两个实施例中任一项所述的检测器系统，其中所述信标装置包括适用于反射独立于所述对象的照射源产生的主光束的至少一个反射装置。
实施例95：根据前述三个实施例中任一项所述的检测器系统，其中所述检测器系统包括至少两个信标装置，优选地至少三个信标装置。
实施例96：根据前述四个实施例中任一项所述的检测器系统，其中所述检测器系统还包括所述至少一个对象。
实施例97：根据前述实施例的检测器系统，其中所述对象是刚性对象。
实施例98：根据前述两个实施例中任一项所述的检测器系统，其中所述对象选自：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。
实施例99：一种用于在用户和机器之间交换至少一个信息项的人机接口，其中所述人机接口包括根据前述实施例中涉及检测器系统的任一个的至少一个检测器系统，其中，所述至少一个信标装置适用于下列的至少一个：直接或间接附接到用户和由用户保持，其中所述人机接口被设计为以通过检测器系统的方式来确定用户的至少一个位置，其中所述人机接口被设计为将所述至少一个信息项分配给所述位置。
实施例99：一种用于进行至少一种娱乐功能的娱乐装置，其中所述娱乐装置包括根据前述实施例的至少一个人机接口，其中所述娱乐装置被设计为使得能够以玩家通过人机接口的方式来输入至少一个信息项，其中娱乐装置被设计为根据所述信息改变娱乐功能。
实施例100一种用于跟踪至少一个可移动对象的位置的跟踪系统，所述跟踪系统包括根据前述实施例中涉及检测器系统的任一项所述的至少一个检测器系统，所述跟踪系统还包括至少一个轨迹控制器，其中轨迹控制器适用于在特定时间点跟踪对象的一系列位置。
实施例101：一种用于确定至少一个对象的至少一个位置的扫描系统，所述扫描系统包括根据前述实施例中任一项涉及检测器的所述的至少一个检测器，所述扫描系统还包括至少一个照射源，所述至少一个照射源适用于发射被配置为用于位于所述至少一个对象的至少一个表面上的至少一个点的照射的至少一个光束，其中所述扫描系统被设计成通过使用至少一个检测器生成关于所述至少一个点和所述扫描系统之间的距离的至少一个信息项。
实施例102：一种用于对至少一个对象进行成像的相机，所述相机包括前述实施例中涉及检测器的任一个的至少一个光学检测器。
实施例103：根据前述实施例中涉及光学检测器任一项所述的光学检测器的使用，出于使用目的，所述光学检测器选自由以下各项组成的组：交通技术中的位置测量；娱乐应用；安全应用程序；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，特别是移动通信应用；网络摄像机；计算机外围装置；游戏应用；相机或视频应用程序；安全应用；监控应用；汽车应用；运输应用；医疗应用；体育运动应用；机器视觉应用；交通工具应用；飞机应用；船舶应用；航天器应用；建筑应用；施工应用；制图应用；制造应用；与至少一个飞行时间检测器组合的用途；在局部定位系统中的应用；全球定位系统中的应用；在基于地标的定位系统中的应用；物流应用；在室内导航系统中的应用；在户外导航系统中的应用；在家庭中的应用；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中，本发明的进一步的可选细节和特征是显而易见的。在这种情况下，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。各个附图中相同的附图标记表示具有相同功能的相同元件或元件，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示例性实施例；
图2示出了解调器的示例性实施例，其可以是适用于频率分析以便确定信号分量的评估装置的一部分；
图3和图4示出了具有透明空间光调制器(图3)和反射空间光调制器(图4)的光学检测器的替代设置；
图5示出适用于3D成像的光学检测器的示例性实施例；
图6示出了用于颜色识别的光学检测器的示例性实施例；
图7示出了图6的设置中的颜色信号的相位分离的示例性实施例；
图8示出了用于人机接口、检测器系统、娱乐装置和跟踪系统中的光学检测器的示例性实施例；
图9-11显示了光学检测器的替代设置；
图12示出了光学检测器在车辆中的潜在应用位置；
图13示出了适用于限定超像素的光学检测器的实施例的设置；
图14示出了通过使用图13的光学检测器来检测对象的方法的流程图；
图15和16示出了对象跟随的实施例；
图17示出了具有分束器的光学检测器的十字形设置的实施例；
图18示出了光学检测器的W形设置的替代实施例；
图19示出了用作光场相机的光学检测器的布置；
图20示出了用于图19的设置中的彩色光学传感器的堆叠的示例性布置；
图21示出了飞行时间(time-of-flight)检测器在光学检测器中的实现的示例性布置；
图22和23示出了图18的光学检测器的W形设置的替代实施例；
图24示出了包括2×4传感器像素的阵列的光学传感器的实施例；
图25示出了包括至少一个调制器组件的光学检测器的实施例的设置；
图26A示出了至少一个图像的实施例；
图26B示出了由空间光调制器产生的闪烁模式的实施例；
图27示出了控制至少一个空间光调制器的像素的方法的示例性实施例；
图28A和B示出了频率发生的示例性实施例；
图28C示出了计数器变量的时间依赖性的实施例；
图29A至H显示所选的沃尔什(Walsh)函数；
图30A显示了使用沃尔什变换的重建质量；
图30B示出了沃尔什变换和傅里叶变换的重建质量的比较；和
图31显示了滤波过程对信号重建的影响。
具体实施方式
在图1中，公开了光学检测器110和检测器系统112的示例性实施例。光学检测器110包括至少一个空间光调制器114、至少一个光学传感器116、至少一个调制器装置118和至少一个评估装置120。除了至少光学检测器110之外，检测器系统112包括至少一个信标(beacon device)装置122，该信标装置是下列情况的至少一种：可附接到对象124上、可由对象124保持和可整合到对象124中。在该实施例中，光学检测器110还可包括一个或多个传送装置126，例如一个或更多的透镜，优选地一个或多个相机透镜。在图1所示的示例性实施例中，空间光调制器114、光传感器116和传送装置126以堆叠的方式沿光轴128而布置。光轴128限定纵轴或z轴，其中垂直于光轴128的平面限定x-y平面。因此，在图1中，示出了坐标系130，其可以是光学检测器110的坐标系，并且其中完全或部分地至少一个关于对象124的位置和/或取向的信息项可以确定。
图1所示的示例性实施例中的空间光调制器114可以是透明空间光调制器，如图所示，或者可以是非透明的，例如反射型空间光调制器114。为了进一步的细节，可以参考以上讨论的潜在实施例。空间光调制器包括像素134的矩阵132，其优选地可单独地控制以单独地修改通过相应像素134的光束136的一部分的至少一个光学性质。在图1所示的示例性和示意性实施例中，光束由附图标记136表示，并且可以由一个或多个信标装置122发射和/或反射。作为示例，像素134可以在透明状态或非透明状态之间切换和/或像素的透射可以在两个或多个透明状态之间切换。在使用反射和/或任何其它类型的空间光调制器114的情况下，可以切换其它类型的光学性质。在图1所示的实施例中，四个像素被照射，使得光束136被分成四个部分，每个部分穿过不同的像素134。因此，光束的部分的光学性质可以是通过控制各个像素的状态来单独控制。
调制器装置118适用于独立地控制矩阵132的像素134，优选地全部像素134。因此，如图1的示例性实施例所示，可以以不同的独特独特(unique)调制频率来控制像素134，为了简单起见，其由矩阵132中的相应像素134的位置表示。因此，提供独特的调制频率f11至fmn用于m×n矩阵132。如上所述，术语“独特调制频率”可指可以控制独特调制的相位和实际频率和中的一个或多个的事实。
已经经过空间光调制器114，现在受空间光调制器114影响的光束136到达一个或多个光学传感器116。优选地，至少一个光学传感器116可以是或可以包括具有单个且均匀的传感器区域138的大面积光传感器。由于光束传播性质，当光束136沿着光轴128传播时，光束宽度w将变化。
至少一个光学传感器116产生至少一个传感器信号S，其在图1所示的实施例中由S1和S2表示。传感器信号中的至少一个(在图1所示的实施例中为传感器信号S1)被提供给评估装置120，并且在其中被提供给解调装置140。作为示例，解调装置140可以包含一个或多个频率混频器和/或一个或多个频率滤波器(例如低通滤波器)，其可适用于进行频率分析。作为示例，解调装置118可以包含锁定装置和/或傅立叶分析器。调制器装置118和/或公共频率发生器还可以向解调装置140提供独特的调制频率。结果，可以提供包含用于独特调制频率的至少一个传感器信号的信号分量的频率分析。在图1中，频率分析的结果符号地由参考标号142表示。作为示例，频率分析142的结果可以包含两维或更多维的指示对于每个独特调制频率(即对于每个调制的相位和/或频率)的信号分量的直方图。
可以包括一个或多个数据处理装置144和/或一个或多个数据存储器146的评估装置120还可以适用于将频率分析的结果142的信号分量分配给它们各自的像素134，诸如通过相应的独特调制频率和像素134之间的独特关系。因此，对于每个信号分量，可以确定各个像素134，并且可以导出通过相应像素134的光束136的部分。
因此，尽管可以使用大面积光学传感器116，但是可以使用像素134的调制和信号分量之间的优选的独特关系，从频率分析中导出各种类型的信息。
因此，作为第一示例，可以确定空间光调制器114上的照射区域或光斑148的横向位置的信息(x-y位置)。因此，如图1所示，对于独特的调制频率f23，f14，f13和f24产生显著的信号分量。该示例性实施例允许确定照射像素的位置和照射度。在该实施例中，像素13,14,23和24被照射。由于矩阵132中的像素134的位置通常是已知的，因此可以推导出照射中心位于这些像素之间的某处，主要在像素13内。可以进行对照射的更彻底的分析，具体地，如果(通常是这种情况)，较大数量的像素134被照射。因此，通过识别具有最高幅度的信号分量，可以确定光斑148的光斑尺寸或光斑形状和/或照射的中心和/或照射的半径。确定横向坐标的选择通常由图1中的x，y表示。确定空间光调制器114上的光斑148的宽度的选择由w0表示。
通过使用传送装置126的已知成像性质来确定空间光调制器114上的光斑148的横向或横向位置，可以确定对象124和/或至少一个信标装置122的横向坐标。因此，可以生成关于对象124的横向位置的至少一个信息项。
此外，由于光束宽度w0通常至少如果光束136的光束性质是已知的或者可以被确定(例如通过使用发射具有良好限定的传播性质的光束136的一个或多个信标装置122)，则光束宽度w0可以单独使用或与通过使用光学传感器116确定的束腰w1和/或w2一起使用，以便确定对象124的纵坐标(z坐标)和/或至少一个信标装置122，例如公开的在WO 2012/110924A1中。
对于确定至少一个横向坐标x，y的一个或两个和/或确定至少一个纵坐标z的选择，另外地或替代地，通过频率分析导出的信息可以进一步用于导出颜色信息。因此，如下面将进一步详细描述的那样，像素134可以具有不同的光谱性质，特别是不同的颜色。因此，作为示例，空间光调制器114可以是多色或甚至全色空间光调制器114。因此，作为示例，可以提供至少两种(优选至少三种)不同类型的像素134，其中每种类型的像素134具有特定的滤波器性质，具有高传输(例如在红色，绿色或蓝色光谱范围内)。如本文所用，术语红色光谱范围是指600至780nm的光谱范围，绿色光谱范围指的是490至600nm的范围，蓝色光谱范围是指380nm至490nm的范围。其他实施例，例如使用不同光谱范围的实施例是可行的。
通过识别各个像素134并将每个信号分量分配给特定像素134，可以确定光束136的颜色分量。因此，具体地，通过分析具有不同透射光谱的相邻像素134的信号分量，假设这些相邻像素上的光束136的强度或多或少相同，则可以确定光束136的颜色分量。因此，通常，在该实施例或其他实施例中，评估装置120可以适用于导出关于光束136的颜色信息至少一项，例如通过通过提供光束136的的颜色坐标(例如CIE坐标)和/或提供至少一个波长。
如上所述，为了确定对象124和/或至少一个信标装置122的至少一个纵坐标，可以使用光束的宽度w和纵坐标之间的关系，例如如上述式(3)所公开的高斯光束的关系。该公式假定光束136在位置z＝0处的焦点。从焦点的移动，即沿着z轴的坐标变换，可以导出对象128的纵向位置。
除在空间光调制器114的位置处使用波束宽度w0之外或者替代地，在至少一个光学传感器116的位置处的波束宽度w可被导出和/或用于确定信标装置122和/或对象124的纵向位置。因此，如上面更详细地概述的，至少一个光学传感器116中的一个或多个可以是像素化光学传感器116，其允许像素计数，并且因此与前述等式类似，以允许确定多个照射像素，并因此导出其光束宽度。附加地或替代地，一个或多个光学传感器116中的至少一个可以是FiP传感器，如上所述所公开的和在如WO 2012/110924 A1中更详细地讨论的那样。因此，给定相同的照射总功率，信号S可以取决于光学传感器116上的相应光斑148的光束宽度w。这种效果可以通过由空间光调制器114和/或任何其它调制装置来调制光束136而显现。调制可以是由调制器装置118提供的相同的调制和/或可以是不同的调制(例如在较高频率的调制)。因此，作为示例，至少一个信标装置122的至少一个光束136的发射和/或反射可以以调制的方式进行。因此，作为示例，至少一个信标装置122可以包括可以单独调制的至少一个照射源。
由于FiP效应，信号S1和/或S2可以分别取决于波束宽度w1或w2。因此，例如，通过使用上述等式(3)，可以导出光束136的光束参数，诸如z0和/或z轴(z＝0)的原点。根据这些参数，如图1所示，可以导出对象124和/或一个或多个信标装置122的纵坐标z。
在图2中，符号地，以符号方式公开了调制器装置118和解调装置140的设置，该设置允许将m×n矩阵132的像素134的信号分量(由S11至Smn表示)分离。因此，调制器装置118可以适用于为整个矩阵132和/或其一部分产生一组独特的调制频率f11至fmn。如上所述，独特调制频率f11至fmn中的每一个可以包括由索引i，j指示的像素134的相应频率和/或相应的相位，其中i＝1...m且j＝1...n。频率f11至fmn的组都被提供给空间光调制器114，用于调制像素134且被提供到解调装置140。在解调装置140中，同时或随后将独特的调制频率f11至fmn与要分析的相应信号S(例如通过使用一个或多个混频器150)混合。混合信号随后可以被一个或多个频率滤波器(例如一个或多个低通滤波器152，优选地具有明确的截止频率)来滤波。包括一个或多个混频器150和一个或多个低通滤波器152的设置通常用于锁相分析器，并且是本领域技术人员所熟知的。
通过使用解调装置140，可以导出信号分量S11至Smn，其中根据其索引将每个信号分量分配给特定像素134。然而，应当注意，可以使用其他类型的频率分析器，例如可以组合傅里叶分析器和/或图2中所示的一个或多个组件，例如通过随后使用一个和相同的频率混频器150和/或用于不同通道的同一低通滤波器152。
如上所述，光检测器110的各种设置是可能的。因此，作为示例，如图1所示的光学检测器110可以包括一个或多个光学传感器116。这些光学传感器116可以相同或不同。因此，作为示例，可以使用一个或多个提供单个敏感区域138的大面积光学传感器116。另外或替代地，可以使用一个或多个像素化光学传感器116。此外，在提供多个光学传感器116的情况下，光学传感器116可以提供相同或不同的光谱性质，例如相同或不同的吸收光谱。此外，在设置有多个光学传感器116的情况下，一个或多个光学传感器116可以是有机的、和/或一个或多个光学传感器116可以是无机的。可以使用有机和无机光学传感器116的组合。
因此，作为示例，在图3中，给出了类似于图1所示的设置的光学检测器110和检测器系统112的示意性设置。虽然图1以简化的透视图示出了设置，但是图3示出了检测器110的横截面视图的设置。对于检测器110的大部分细节，可以参考上面讨论的潜在实施例。光学检测器110的部件可以完全地或部分地被体现在一个或多个壳154中。因此，传送装置126、空间光调制器114、至少一个光学传感器116和评估装置120可以被完全或部分地封装在相同的壳154内和/或可以完全或部分地封装在分离的壳154内。
在图3所示的设置中，空间光调制器114也可以是透明空间光调制器114，其可以位于传送装置126(例如透镜)后面。此外，光学检测器110可以包括体现为大面积光学传感器156的一个或多个光学传感器116。此外，至少一个光学传感器116可以完全地或部分地被实现为透明光学传感器158。此外，至少一个光学传感器116可以完全或部分地被实现为有机光学传感器160，优选为DSC或sDSC。另外或替代地，可以提供至少一个无机光学传感器162，优选地是像素化的无机光学传感器，更优选地，是CCD芯片和/或CMOS芯片。此外，可以提供至少一个非透明的光学传感器164。
因此，在设置多个光学传感器116的情况下，光学传感器116可以形成光学传感器116的堆叠166，其中至少一个光学传感器116完全或部分地实现为至少部分透明的光学传感器158并且其中至少一个光学传感器116完全或部分地实现为非透明的光学传感器164。在图3所示的堆叠166的设置中，作为示例，在堆叠166的离光调制器114和/或对象124空间最远的一侧，定位有透明的光学传感器164，而在透明光学传感器164和空间光调制器114之间，定位有一个或多个透明光学传感器158。通过使用一个或多个有机光学传感器160作为透明光学传感器158，例如通过使用一个或多个大面积透明DSC或sDSC，并且通过使用无机相机芯片作为透明光学传感器164(优选CCD和/或CMOS芯片，优选全色相机芯片)可以容易地实现堆叠166的这种设置。因此，如图3所示的光学检测器110的设置可以是照相机168的实施例，其可以用于通过)在堆叠166的远端处的像素化光学传感器116(优选无机的像素化相机芯片拍摄2D图像堆叠，并且另外通过评估信号分量和/或光束宽度来提供纵向信息(z信息)，如上面关于图1所讨论的。由此，可以实现3D照相机168、全彩3D相机。
在图4中，示出了检测器110、检测器系统112和相机168的替代设置。因此，如上所述，空间光调制器114可以是透明或非透明的空间光调制器。因此，作为示例，基于液晶技术的空间光调制器114可以用作透明空间光调制器114。或者，如图4所示，微镜装置可以用作反射空间光调制器114，从而使光轴128和/或光路偏转。作为示例，图14所示的反射空间光调制器114可以具有形状为微镜的像素矩阵，其适用于将光束136的相应部分朝向光学传感器116的堆叠166传播和/或阻挡各个部分，例如通过将这些部分引导到图4所示的束流收集器(beam dump)170。除了这些修改之外，图4的检测器110和相机168的设置(包括其可选的变化)可以与图3公开的设置相同。
在图5至图7中，重复了可以隔离或任意组合实现的图1至图4的设置的各种功能。因此，图5示出了例如在图3中给出的光学检测器110的设置，其显示了堆叠166中的透明光学传感器164与多个透明光学传感器158的组合。因此，透明光学传感器164可以用于成像、生成对象124(未示出)的高分辨率图像。可以使用堆叠166的透明光学传感器158，如上所述，用于产生附加纵向位置信息(z-信息)。
在图6所示的设置中，结合图7所示的脉冲方案，更详细地公开了颜色识别。因此，可以使用实施为全色空间光调制器172的空间光调制器114，例如具有像素的透明RGB TFT显示器。此外，可以使用一个或多个透明、半透明或非透明的光学传感器116，优选地可以是能够提供信号分量的大面积光学传感器156。评估装置120(未示出)可以适用于通过它们的独特调制频率，即它们的频率和/或其相位，将信号分量分配给具有不同颜色的像素134。相位分离的选择在图7中象征性地示出。如其中可以看出的，信号分量S可以根据它们的相位被在不同的时间t发射的红色、绿色和蓝色(r，g，b)(即具有不同的相位
和
)像素分离。因此，通过评估信号分量，可以识别光束136的颜色分量。
如上所述，光学检测器110，检测器系统112和相机168可用于各种其它装置和系统中。因此，相机168可以用于成像，特别是用于3D成像，并且可以用于获取静止图像和/或诸如数字视频剪辑的图像序列。作为示例性实施例的图8示出了检测器系统112，其包括至少一个光学检测器110，例如如图1至图6所示的一个或多个实施例中所公开的光学检测器110。在这方面，具体地，关于潜在的实施例，可以参考上面给出的公开。图8还示出了包括至少一个检测器系统112的人机接口(interface)174的示例性实施例，并且图8还示出了包括人机接口174的娱乐装置装置176的示例性实施例。该图还示出了包括检测器系统112的跟踪系统178的实施例，其适用于跟踪至少一个对象124的位置。
该图进一步示出了用于确定至少一个对象124的至少一个位置的扫描系统177的示例性实施例。扫描系统177包括至少一个光学检测器110，并且还包括适用于发射至少一个光束136的光源179，该光束136被配置为用于照射位于至少一个对象124的至少一个表面上的至少一个点(例如，位于信标装置122的一个或多个位置上的点)。扫描系统177被设计成通过使用至少一个光学检测器来产生关于至少一个点与扫描系统(特别是检测器110)之间的距离的信息的信息项。
关于光学检测器110和检测器系统112，可以参考上面给出的公开。
评估装置120可以通过一个或多个连接器180和/或一个或多个接口而连接到光学传感器116和调制器装置118和/或空间光调制器112。此外，连接器180可以包括用于产生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120可以完全或部分地被集成到光学传感器116和/或壳154和/或空间光调制器114中。另外地或替代地，评估装置120可以完全地或部分地被设计为独立装置。
在图8所示的该示例性实施例中，要检测的对象124可被设计为运动器材的物品和/或或可形成控制元件182，其位置和/或取向可由用户184操纵作为示例，对象124可以是或可以包括球棒、球拍、球杆或任何其他运动器材和/或假体育器材的物品。其他类型的对象124是可能的。此外，用户184自己可以被认为是对象124，其位置将被检测。作为示例，用户184可以携带直接或间接附接到他或她的身体的一个或多个信标装置122。
如上面关于图1的潜在选项所讨论的，光学检测器110可以适用于确定信标装置122中的一个或多个和/或对象124中的横向位置和纵向位置中的一个或多个。附加地或替代地，光学检测器110可以适用于识别颜色和/或用于成像对象124。壳154内的开口186优选地相对于检测器110的光轴128同心地定位，优选地限定光学检测器110的视向188。
检测器110可以适用于确定至少一个对象124的位置。另外，光学检测器110可以适用于获取对象124的图像，优选地是3D图像。
如上所述，通过使用检测器110和/或检测器系统112来确定对象118和/或其一部分的位置可以用于提供人机接口174，以便提供至少一个信息项目到机器190。在图8中示意性描绘的实施例中，机器190可以是计算机和/或可以包括计算机。其他实施例是可行的。评估装置120可以完全或部分地实现为单独的装置和/或可以完全或部分地集成到机器180中(诸如计算机)。跟踪系统178的轨迹控制器192也可以这样做，其可以完全地或部分地形成评估装置120和/或机器190的一部分。
类似地，如上所述，人机接口174可以形成娱乐装置176的一部分。机器190(具体地，计算机)也可以形成娱乐装置装置176的一部分。因此，通过用户184作为对象118和/或用户184处理用作对象124的控制元件182的方式，用户184可以将诸如至少一个控制命令的至少一项信息输入到计算机中，从而改变娱乐功能，如控制电脑游戏的过程。
如上所述，光学检测器110可以具有直线光束路径(例如，在图3的设置中)，或者可以是倾斜的、成角度的、被分流的、偏转的或分裂的(例如在图4所示的矩形设置中)。此外，光束136可以沿着每个光束路径或部分光束路径行进一次或重复单向地或双向地。因此，空间光调制器114可以完全或部分地位于至少一个光学传感器116的前面和/或在至少一个光学传感器116的后面。
在图9中，示出了光学检测器110的替代设置，其通常可以用于图3的设置。调制器装置118和评估装置120以及对象124和信标装置122在设置中未被示出并且可以被体现为例如如图3所示的那样。
在图9的设置中，入射光束136从左侧进入光学检测器110，向右通过，穿过至少一个可选的传送装置126(例如至少一个喷枪(lance))，并且以未调制的方式第一次通过透明的光学传感器158的堆叠166。随后，光束136撞击空间光调制器114，如上所述，其由空间光调制器114调制。在该设置中，空间光调制器114是适用于将光束136反射回堆叠166的的反射空间光调制器。因此，在图9中向左行进的反射光束136第二次击中堆叠堆叠166，从而允许对象124的和/或信标装置122的上述z检测。
此外，如上所述，光学检测器110可以具有被分裂成多个部分光束路径的光束路径。分裂光束路径设置的第一示例性实施例在图10中示出。再次示出了光学检测器110而没有调制器装置118和评估装置120，并且没有对象124和信标装置122(其可被实施为如图3所示)。
再次，光束136通过至少一个可选的传送装置126来从左边进入光学检测器110。随后，光束136撞击空间光调制器114，空间光调制器114又被体现为反射空间光调制器，并且在这种情况下，其适用于将光束136偏转到第一部分光束路径194的方向中并且到第二部分光束路径196的方向中。因此，作为示例，如上所述，反射空间光调制器114可以包括具有微反射镜的像素矩阵，其中每个微反射镜可以适用于将入射光束136偏转到第一部分光束路径194的方向中或者到第二部分光束路径194的方向中。由此，光束136可以被分裂成沿着第一光束路径194行进的第一部分光束198和沿着第二部分光束路径196行进的第二部分光束200。
部分光束路径194、196中的每一个可以限定其自己的坐标系130，其中，由于光学检测器的设置是已知的，所以部分光束路径194、196的这些坐标系130可以彼此相关和/或可以与光学检测器110的公共坐标系130相关。
在至少两个部分光束路径194、196的每一个中，可以定位一个或多个光学元件。因此，在图10所示的设置中，其可被称为光束路径164、196的W形设置，光学传感器116的堆叠196位于第一部分光束路径194中。因此，第一部分光束路径194可以专用于对象124的z检测。第二部分光束路径196可以专用于成像，并且因此可以包含一个或多个无机光学传感器162和/或非透明的光学传感器164，诸如一个或更多的相机芯片。因此，作为示例，第二部分光束路径可以包含至少一个像素化成像传感器，特别是在成像传感器芯片中，诸如至少一个CCD和/或CMOS芯片，优选地至少一个全色或RGB CCD-或CMOS芯片。
此外，可选地，一个或多个附加光学元件202、204可以位于第一部分光束路径194内和/或第二部分光束路径196内。因此，作为示例，附加光学元件202、204可以被适用于单独控制部分光束198、200的强度和/或焦点和/或其他光学性质。因此，作为示例，一个或多个快门和/或一个或多个衰减器(诸如一个或多个光圈)可以是用于单独控制例如部分光束198、200的强度。此外，一个或多个透镜可以存在于附加光学元件202、204内。
在图10的设置中，空间光调制器114本身用作分束元件206。附加地或替代地，其他分束元件可以用于将光束路径208分成至少一个第一部分光束路径194和至少一个第二光学路径196。因此，在图11中，示出了具有与空间光调制器114独立的分束元件206的光学检测器的设置。同样，对于图9和10，调制器装置118、评估装置120、对象124和信标装置122未示出，其可以被实现为例如如图3和/或4所示。
再次，在图11中，光束136通过至少一个传送装置126、沿着光轴和/或光束路径208传播而从左侧进入光学检测器110。随后，通过一个或多个光束分裂元件206(例如，一个或多个棱镜、一个或多个半透明反射镜或一个或多个二向色镜)，光束136被分裂成沿着第一部分光束路径194行进的第一部分光束198和沿着第二部分光束路径196传播的第二部分光束200。在该实施例中，空间光调制器被描绘为反射空间光调制器，其使第一部分光束198朝向光学传感器116的堆叠而偏转。然而，可选地，如图3的设置，可以使用透明空间光调制器114，从而使第一部分光束路径194呈直线。或者，再次，如图9所示的设置可以用于第一部分光束路径194。
如在图10的设置中，在第二部分光束路径196中，可以定位至少一个非透明的光学传感器164，该光学传感器诸如为成像传感器，更优选为CCD和/或CMOS芯片，更优选地，为全色或RGB CCD或CMOS芯片。因此，如在图10的设置中，第二部分光束路径196可以专用于成像和/或确定x和/或y坐标，而第一部分光束路径194可专用于确定z坐标，其中，在本实施例或其它实施例中，仍然可以在第一部分光束路径194中存在x-y-检测器。同样，如在图10的设置中，单独的附加光学元件202、204可以存在于部分光束路径，194、196中。
在图12中，示出了根据本发明的光学检测器110和/或检测器系统112在汽车系统中的潜在应用位置。对于潜在的应用，可以参考上面给出的公开内容。
因此，在图12中，作为汽车系统中的潜在用途的示例性实施例，以简化的透视图示出了汽车210。其中，示出了光学检测器110和/或检测器系统112的各种潜在位置，其可以单独使用或以任意组合使用。
因此，一个或多个光学检测器110可以用在汽车210的挡风玻璃212的区域中，诸如围绕挡风玻璃212和/或甚至在挡风玻璃212内的各种位置，例如用作雨水传感器。
此外，可以存在在汽车210的前部214的区域中的一个或多个光学检测器110。这些光学检测器110可以用作头灯216和/或保险杠218中的传感器。类似地，虽未示出，一个或多个光学检测器110可以存在于后部保险杠和/或背光中的传感器中。因此，一个或多个光学检测器110可以用作距离传感器和/或用于其他辅助应用，例如上面列出的一个或多个应用。因此，作为示例，车道偏离警告可以被命名为一个或多个光学检测器110的潜在应用。
此外，一个或多个光学检测器110可以存在于车210的侧部区域220中。因此，一个或多个光学检测器可以存在于乘客门222处或附近，例如为了避免门与结实对象的碰撞。
此外，一个或多个光学检测器110可以存在于车210的顶部224上和/或后部226。因此，类似于前部214中的传感器，后部部分226的一个或多个光学检测器110可以用作距离传感器，例如用于停车辅助。
在图13和14中，示出了本发明的又一个实施例，其利用将空间光调制器114的像素134的矩阵132细分成超像素。其中，图13示出了光学检测器110的设置，而图14示出了使用光学检测器110的方法和光学检测方法的流程。以下将对这两图进行说明。
在该示例性实施例中，就硬件而言，光学检测器110通常被设置为如在图10所示的示例性实施例。因此，关于设置的细节，可以参考上述图10的描述。因此，在设置(特别是W形设置)中使用分裂光束路径。然而，应当注意，其他设置是可行的，诸如图11所示的分裂光束路径设置或在图3,4或9的实施例中示出的非分裂光束路径设置。
如上所述，光学检测器110包括光学传感器116的堆叠166，其单独地或共同地用作用于z检测的至少一个FiP传感器228，即用于确定至少一个对象124的至少一个z坐标。在该实施例中，堆叠166被布置在第一部分光束路径194中。此外，光学检测器110例如在第二光束路径196中包括图像传感器230，其可以是像素化光学传感器116且其也可以被称为图像检测器或成像装置。作为示例并如上所述，图像传感器230可以是或可以包括一个或多个CCD和/或CMOS传感器，例如单色CCD和/或CMOS传感器、多色CCD和/或CMOS传感器或全色CCD和/或CMOS传感器。因此，通过使用至少一个FiP传感器228，可以确定由光学检测器110检测到的至少一个对象124的至少一个纵坐标或z坐标是可能的，而通过使用至少一个图像传感器228，至少一个对象124的2D成像是可能的。
在图13所示的示例性设置中，包括由O1和O2表示的两个对象的场景被光学检测器110捕获。从图14可以看到，在第一方法步骤232中，通过使用至少一个图像传感器228捕获了2D图像234。在随后的方法步骤中(被称为图14中的方法步骤236)，在2D图像234中检测到两个或更多个区域。因此，对应于图13中的对象O1和O2，可以在2D图像234中限限定两个或更多个区域，其由R1和R2表示。此外，可选地，可以限定由R0表示的背景区域。如图13中的x1，y1，x2，y2或图14的步骤236中的x，y所示，可以通过确定它们在2D图像234中各自的横向坐标或坐标范围来限定区域。因此，图像传感器230可以用作横向光学传感器。对于限定区域的潜在技术，可以参考上述算法。作为示例，可以通过检测强度或颜色的梯度来检测区域R1和R2的边界。如图13所示，区域的检测可以发生在至少一个评估装置120内，评估装置120可提供具有用于图像识别和/或图像分析的适当的软件的至少一个数据处理装置。
在另一步骤中，由图14中的附图标记238表示，将超像素分配给区域。为此，空间光调制器114的像素134被限定为与2D图像234中的区域R0、R1和R2相对应。因此，由于已知的传输性质，光束136或部分光束200的哪些分量在撞击图像传感器230的对应像素之前通过哪个像素134通常已知的或通常可以确定的。因此，可以使用已知或可确定的关系，例如，可以是空间光调制器114和图像传感器230的像素之间的计算分析关系或经验或半经验关系。
通过限定在图13中称为S0、S1和S2的超像素，可以将如图13中的f0，f1和f2所示的独特的调制频率分配给相应的超像素。向超像素分配独特调制频率的步骤由图14中的附图标记240表示。随后(图14中的步骤242)，以其对应的独特调制频率来调制超像素。因此，利用分配给各个超像素的对应的独特调制频率来调制超像素的每个像素134。此外，子调制，(即每个超像素的细分，并向细分分配附加调制，是可能的。
此外，在图14的步骤244中，发生一个或多于一个或甚至所有超像素的z检测。为此，使用用作FiP传感器228的至少一个光学传感器116，因为通过使用该光学传感器确定纵坐标，其也可以被称为纵向光学传感器。因此，作为示例并且如图13所示，可以使用堆叠166。通过使用f0、f1和f2作为解调频率，并且通过分别评估与这些解调频率相对应的信号分量，以频率选择的方式解调堆叠166的至少一个信号，以便确定z坐标。因此，例如，可以为对象O1和O2确定z坐标z1和z2。由此(图14中的步骤246)，可以通过组合在步骤236中生成的横向坐标与在步骤244中确定的纵向坐标，来生成由光学检测器110捕获的场景的3D图像或该场景的一部分(诸如其中包括的一个或多个对象124的一部分)。因此，作为示例，对于每个对象124或对于包括在场景内的对象124中的一个或多个，横向坐标或坐标范围x1、y1、x2、y2可以是与对应的z坐标z1和z2组合，从而生成对象O1和O2的3D坐标(x1，y1，z1)和(x2，y2，z2)。再次，步骤244和/或246可以由至少一个评估装置120进行。
如本领域技术人员显而易见的，图13和图14所示的设置和方案简单地表示3D成像的简化方式。更复杂的场景可以被光学检测器110捕获。此外，可以使用如图13中示意性描绘的更复杂的对象124，诸如本身包括多个部件或组件的对象124。这些部件本身是至少一个对象112的组件，可以被认为是对象112，因此它们的2D图像可以被限定为2D图像234中的分离区域。因此，可以向这些对象部分分配单独的超像素。
此外，如图14中的附图标记248所示，图14所示的过程，整个或部分地，可以迭代地进行该过程。因此，作为示例，可以发生区域和/或超像素的精细化，例如在步骤244中在一个超级像素内检测到大范围的z坐标的情况下。因此，检测一个区域和/或超级像素的大范围的z坐标可以指示相应的对象124具有沿着z轴的深度。因此，对应的区域和/或超级像素可以被细化或细分为多个区域和/或超像素。作为示例，对应于球形对象O2的区域R2可以被细分成两个或更多个同心环形区域，以便完全识别该球形对象的深度。这种细化(refining)248可以发生用于包含在场景中的组件或一个或多个对象或者用于整个场景。因此，检测过程可以以简化的设置和简化的办法开始，例如使用少数区域和/或超像素，随后进行一次或多次迭代以细化发现并获得用于包含在场景中的一个、多于一个或甚至所有对象的更详细的信息。
在图15和图16中，与根据本发明的光学检测器110一起说明对象跟随原理。因此，通过使用例如如参照图13所述的设置中的图像传感器230，来拍摄图像234。在图15所示的示例性实施例中，图像可以是人的头部或脸部的图像。在图16所示的实施例中，图像可以是交通中的场景，例如在高速公路上的车辆中的前置摄像机的视场中。
在图像234内，通过使用适当的图像识别算法和/或通过使用特定训练，可以识别一个或多个对象。作为示例，可以识别由图15中的O1和O2标记的眼睛。类似地，可以识别在图15中由O3标记的脸部区域。在图16的交通场景中，可以识别各种车辆O4-O6。另外或替代地，可以识别道路标志O7、O8，例如指示速度限制的道路标志和/或指示到道路上各个城市的距离的道路标志。这些对象O1-O8各自可以在图像234中分配至相应的区域R1-R8，其中，这些区域可以是图像234内的各种形状的简化的几何模式，诸如框、矩形或正方形。
如上面参考图13所解释的，这些区域R1-R8中的每一个可被分配给空间光调制器114的对应的超像素。因此，代替分析整个图像234，图像分析可以被减少到跟随或追踪对象O1-O8。为此，可以通过检索用于分配给至少一个区域(或者，仅在本实施例中，区域R1-R8)的至少一个频率的z坐标，来追踪与区域R1-R8相对应的超像素。对于每个对象，可以确定距离。在诸如正在拍摄场景的摄像机电影的一序列图像中，在一序列图像中的多个图像或每个图像中，可以检测一个或多个感兴趣的对象，随后将一个或多个超像素分配给这些对象并确定仅对这些对象的z-坐标和/或距离，通过使用纵向光学传感器，特别是FiP传感器228。
在图17和18中，示出了光学检测器110和/或相机168的替代设置。同样，对于图11中的设置，入射光束136被分成多个部分光束。在图17的实施例中，示出了光学检测器110，其也可以用作相机168的示例性实施例。沿着光学检测器110的光轴128行进的入射光束136撞击第一光束分裂元件250，该第一光束分裂元件适用于将第一部分光束252从主光束254分离。第一部分光束252可以具有与主光束254相比显著更低的强度，因为第一部分光束252用于通过诸如CCD和/或CMOS芯片的成像装置256来观察对象的目的，其中，光束136源于该对象，如图11的实施例所示。作为示例，第一部分光束252可以具有小于主光束254的一半的强度。作为示例，第一分束元件250可以按照10比90的比率来分开入射光束136。为此，第一分束元件250的透明度和/或积第一分束元件的整个表面积可以被调整。
第一部分光束252可以被各种光学元件修改。作为示例，在第一分光束路径258中，在第一分束元件250和成像装置256之间，可以定位至少一个光圈260和/或至少一个传送装置126(诸如至少一个透镜系统262)。其他实施例是可行的。
主光束254沿着光轴128继续行进并与第二分束元件264相遇。作为示例，第二分束元件264可以是或可以包括分束器立方体(beam-splitter cube)，优选地是偏振分束器立方体。第二分束元件264将主光束254分成沿着第二部分光束路径268行进的第二部分光束266和沿着第三部分光束路径272行进的第三部分光束270。第二部分光束266击中图17中称为SLM 1或DLP 1的第一空间光调制器114。类似地，第三部分光束270击中图17中称为SLM 2或DLP 2的第二空间调制器114。在本具体实施例中，第一和第二空间光调制器具体地可以是反射空间光调制器，特别是基于DLP技术的反射空间光调制器。其他类型的空间光调制器是可行的。通过第一和第二空间光调制器，第二和第三部分光束266和270分别沿着第二和第三部分光束路径268和272背向反射，以形成背向反射的部分光束274和276。第二分束元件264、后反射的部分光束274、276被重新联合以形成沿着第四部分光束路径280向着光学传感器116的堆叠166行进的公共光束278，该光学传感器可以作为用于确定光束136朝向光学检测器110行进的对象的z坐标的纵向光学传感器。
在重新组合以形成公共光束278之前，部分光束266、270可以进行各种操作。因此，通常，部分光束266可以具有垂直于图17的平面的偏振。通过使用第一半波片282，部分光束266的偏振可以转变为图17的视图平面。SLM 1的背向反射可以再次转动该部分光束266的偏振方向，使得背背向反射的部分光束274可以再次具有垂直于图17中的视图的平面的偏振。然而，第一半波片282再次将偏振转变成图17的视图平面，从而允许背向反射的部分光束274朝向堆叠堆叠166传输。
类似地，第三部分光束270在通过偏振分束器立方体264之后具有平行于图17的平面的偏振。在通过第二半波片284之后，在SLM 2处的背向反射之后，再次通过第二半波片284，背向反射的第三部分光束276具有垂直于图17中的平面视图的偏振，并且因此被第二分束元件264偏转朝向堆叠166。因此，背向反射的部分光束274、276都朝向堆叠堆叠166偏转并且可以形成公共光束278。
此外，如图17所示，各种类型的传送装置126可以位于第二和第三部分光束路径268和272内，例如一个或多个透镜。其他实施例是可行的。
第一和第二空间光调制器SLM 1、SLM 2可以适用于以相同的方式或以不同的方式调制部分光束266、270。因此，通常，在使用多个空间光调制器114的情况下，例如，在图17的实施例中，可以以同步的方式驱动多个空间光调制器114。然而，其他操作模式是可行的。
如图17所示的设置意味着各种优点。因此，该设置通常利用以下事实：通常，与使用FiP传感器来检测z坐标相比，对于成像装置256，通常需要较少的光。因此，为了成像装置256的目的，通过使用第一分束元件250，入射光束136的10％或类似的能量或强度可以被分离出来。90％或类似的较大量的入射光束136可以朝向诸如FiP的纵向光学传感器继续。
通常，光束136朝向光学检测器110行进的对象的照片应该与空间光调制器SLM 1、SLM 2对准。然而，反射空间光调制器的大多数商业版本，例如DLP芯片，通常不是设计用于直背向反射，而是用于在一定角度下的背向反射。因此，可能需要使用允许在不垂直于光轴的每个空间光调制器SLM 1、SLM 2上进行对焦图像的不对称透镜系统。在提及“背反射”时，应包括这些选项。
应当注意，图17的实施例中所示的各种想法可以以任意方式组合。因此，通常，为了通过至少一个成像装置256进行成像的目的，分裂入射光束136的少要部分的想法可以独立于使用多个空间光调制器114的想法和/或可以独立于主光束254的进一步处理而使用。类似地，可以使用可以完全或部分为透射或反射空间光调制器114的多个空间光调制器114的想法可以独立于通过使用至少一个成像装置262来成像的想法和/或独立于通过空间光调制器SLM 1、SLM 2重新结合部分光束266、270的想法来使用。此外，应当注意，各种附加光学元件可以存在于图17的设置，诸如一个或多个附加的传送装置126。因此，如图17所示，附加传送装置126(例如附加透镜系统)可以位于堆叠166的前面此外。再者，图17所示的光学元件可以完全或部分地具有非反射性质，例如使用一个或多个抗反射涂层。因此，作为示例，半波片282、284每个可以具有适当的防反射涂层，传输装置126也如此。
此外，可以使用涉及成像装置的图17的设置的修改以及诸如图10和11所示的设置的使用一个或多个更多成像装置的其它设置。因此，通常，图10、11和17中所示的CCD/CMOS器件通常可以由其他类型的成像装置替代，例如红外相机，例如红外相机、热成像相机。因此，除了作为附图所示的成像装置的替代方案之外，还可以使用红外相机来记录热辐射和/或为了将深度图像与红外或热信息组合。热像摄影机通常可以通过使用依赖于波长的光束分离元件而被集成到光学系统中。因此，作为示例，通过使用波长选择性分束元件(例如红外分束器或热板)将红外线部分光束与入射光束136分离，可以将红外相机或热成像照相机集成到光学检测器110中。光学检测器110的这种设置通常可用于跟踪诸如游戏应用的生物。关于图10、11和17所讨论的相同的修改也可以应用于本发明的其他设置，诸如如图18所示的光学检测器110的设置，这将在下面讨论。
在图18中，示出了图10的光学检测器的设置的修改。因此，通常可以参考上述图10的公开内容。因此，基于图10的W形设置，图18的设置包含位于第一和第二部分光束路径194、196内的额外的反射元件286、288。因此，第一和第二部分光束198、200可以被这些反射元件286、288偏转，反射元件286、288可以是或可以包括一个或多个反射镜。因此，在光学检测器110的光学设置中，包含在诸如202、204的可选的附加光学元件内的透镜系统通常需要一些相当大的空间。然而，在大多数商业反射空间光调制器114中，反射角度是有限的并且相当小。因此，将入射光束的透镜系统放置在靠近透镜系统的位置可以位于堆叠166的前面和/或在成像装置256的前方，并且这在图10的设置中可能不可行。通过使用附加的反射元件286、288，可以获得额外的空间，用于将附加光学元件202、204特别地放置在诸如FiP传感器的纵向光学传感器的前面和/或在前面的成像装置256。
具体地，至少一个反射元件286、288可以包括至少一个反射镜。至少一个反射镜可以是少一面平面镜或可以包括至少一面平面镜。另外或替代地，至少一个反射元件286、288也可以包括诸如一个或多个凸面和/或凹面镜的一个或多个弯曲反射镜。因此，一个或多个透镜可以被一个或多个弯曲镜替代。因此，光学检测器110甚至可以通过曲面镜来代替一个或多个透镜，为了节省额外的空间，每个反射元件286、288可以具有聚焦性质，以便将部分光束198、200分别聚焦到纵向光学传感器堆叠166和/或成像装置256上。
在图19中，示出了要用作光场照相机的光学检测器110的示意性设置。基本上，图19所示的设置可以对应于图3或图4所示的一个或多个实施例或本文所示的任何其它实施例。光学检测器110包括至少一个光学检测器的堆叠166和110的空间光调制器114，其优选地是大面积光学传感器156，更优选地是透明光学传感器158。作为示例，可以使用有机光学传感器160(例如有机太阳能电池，特别是sDSC)。此外，光学检测器110可以包括适用于成像对象124的至少一个传送装置126(诸如至少一个透镜或透镜系统)。适用于另外，光学检测器110可以包括至少一个成像装置256，例如CCD和/或CMOS成像装置。
如上所述，本文所示实施例中的光学检测器110适合用作光场照相机。因此，从图19中用A、B和C符号表示的各种对象124传播的光束136被传送装置126聚焦成图19中用A'、B'和C'表示的相应图像。通过使用光学传感器116的堆叠，结合空间光调制器114的上述动作，可以捕获三维图像。因此，具体地，在光学传感器116是FiP传感器的情况下，即传感器信号取决于光子密度的传感器，可以通过评估相邻光学传感器的传感器信号来确定每个光束136的焦点。因此，通过评估堆叠166的传感器信号，可以确定各种光束136的光束参数，例如，焦点位置，扩展参数或其他参数。因此，作为示例，每个光束136和/或一个或多个感兴趣的光束可以根据其光束参数而被确定，并且可以由参数表示和/或矢量表示来表示。因此，由于传送装置126的光学性质和性质是已知的，所以一旦通过使用堆叠166来确定光束136的光束参数，则包含对象124的由光学检测器110捕获的场景可以是由一组简化的光束参数表示。对于图19所示的光场照相机的更多细节，可以参考上面给出的各种可能性的描述。
此外，如上所述，光学传感器的堆叠166的光学传感器116可以具有不同的波长灵敏度。因此，除了可选的成像装置256之外，堆叠166可以包括两种类型的光学传感器116。这种可能性在图20中示意性地示出。其中，光学传感器116的第一类型290和第二类型292被提供在堆叠166中。如图20所示，第一类型290和第二类型292的光学传感器116具体可以沿着光轴128以交替方式布置。第一类型290的光学传感器116可以具有诸如第一吸收光谱的第一光谱灵敏度。例如，诸如由第一染料限定的第一吸收光谱，而第二类型292的光学传感器116的光谱灵敏度可具有不同于第一光谱灵敏度的诸如第二吸收光谱的第二光谱灵敏度，例如由第二染料限定的第二吸收光谱。通过评估这两种类型的光学传感器116的传感器信号，可以获得颜色信息。因此，除了可以导出的波束参数之外，如上参考图19所解释的，两种或更多种类型的光学传感器116允许导出附加的颜色信息，例如用于导出全色三维图像。因此，作为示例，可以通过将不同颜色的光学传感器116的传感器信号与存储在查找表中的值进行比较来导出颜色信息。因此，通过实现如图20所示的颜色识别，图19的设置可以被实现为全色或多色光场照相机。
如上所述，光学检测器110还可以包括一个或多个飞行时间检测器。这种可能性如图21所示。光学检测器110首先包括至少一个SLM检测器294，其包括SLM 114和光学传感器116的堆叠166，可选地包括成像装置256。关于SLM检测器294的可能的设置的细节，可以参考例如在图3或图4中所示的实施例或光学检测器110的其他实施例。基本上，如上所述的光学检测器110的任何设置也可以在图21所示的实施例的上下文中使用。
此外，光学检测器110包括至少一个飞行时间(ToF)检测器296。如图21所示，ToF检测器296可以连接到光学检测器110的评估装置120，或者可以设置有单独的评估装置。如上所述，ToF检测器296可以通过如图21所示的发射和接收脉冲298来适用于确定光学检测器110与对象124之间的距离(或者换句话说，沿光轴128的z坐标)。
至少一个可选的ToF检测器296可以以各种方式与至少一个SLM检测器294组合。因此，作为示例并且如图21所示，至少一个SLM检测器294可以位于第一部分光束路径300中，并且ToF检测器296可以位于第二部分光束路径302中。部分光束路径300、302可以由至少一个分束元件304分离和/或组合。作为示例，分束元件304可以是波长中立的分束元件304，例如半透明镜。另外或可选地，可以提供波长依赖性，从而允许分离不同的波长。作为备选，或者除了图21所示的设置之外，还可以使用ToF检测器296的其他设置。因此，SLM检测器294和ToF检测器296可以排列成一行，例如通过将ToF检测器296布置在SLM检测器294之后。在这种情况下，优选地，在SLM检测器294中不设置透明的光学传感器164。再次，作为替代或另外，ToF检测器296还可以独立于SLM检测器294布置，并且可以使用不同的光路，而不组合光路。各种设置是可行的。
如上所述，ToF检测器296和SLM检测器294可以以有益的方式组合，用于各种目的，例如用于解决歧义，用于增加其中可以使用光学检测器110的天气条件的范围，或者为延伸对象124和光学检测器110之间的距离范围。为了进一步的细节可以参考上面的描述。
在图22中，示出了图18的光学检测器110和相机168的实施例的修改。该设置广泛地对应于图18的设置，因此对于大多数部件，可以参考图18的描述。光束136可以经由可以形成传送装置126的一部分的第一透镜306进入检测器110。作为示例，在该实施例中以及其他实施例中的检测器110可以包括罩壳308，并且第一透镜306可以形成入射透镜。
经过第一透镜306，可选地，如图17的设置中，成像部分光束310可以由分束元件206分离，分束元件206在这种情况下可以形成第一分束元件250。成像部分光束310可以由至少一个成像装置256分析，如图17所示，具有或不具有附加透镜。在这方面，可以参考上面图17的描述。
如图18所示，由第一分光元件250传输的剩余主光束136被反射空间光调制器114分成第一和第二部分光束198、200，第一和第二部分光束198、200分别沿着第一和第二部分光束路径194、196传播。
与图18的设置相比，图22所示的实施例中的第一和第二部分光束路径194、196的光学设置略微修改。因此，首先，两个部分光束路径194、196可以包含配置为FiP传感器的光学传感器116(即具有上述FiP效应的传感器)，。如上所述，可以通过分裂成像部分光束310并且通过使用成像装置256来分析现场来进行成像功能。因此，可选地，大面积光学传感器116可以是用在部分光束路径194、196。
通常，透明光学传感器158比透明光学传感器164更不敏感。图22所示的检测器110的设置允许例如通过仅使用一个透明光学传感器158来减少透明光学传感器158的数量。因此，在图22所示的示例性实施例中，在第二部分光束路径196的末端，放置有诸如非透明的FiP传感器的非透明的光学传感器164。在第一部分光束路径194的端部，可以放置光学传感器116的组合，其具有一个透明光学传感器158，后面是非透明的光学传感器164。透明光学传感器158和非透明光学传感器164可以是体现为FiP传感器。因此，图22的设置可以仅包含一个透明光学传感器158。
通常，最优选地，诸如DLP的反射空间光调制器114和光学传感器116两者被定向为在其各自的位置垂直于入射光束136，即被定向为垂直于局部光轴和/或被定向为垂直于入射光的主要方向。这通常是由于仅一个焦平面的图像应该被空间光调制器114反射和/或应由至少一个光学传感器116检测。然而，这种优选的设置通常受空间光调制器140的偏转角通常相当小的技术挑战的阻碍。因此，作为示例，DLP相对于光轴128的偏转(例如图22中的角度α或β)通常为10°至20°的范围。然而，该约束通常不允许将空间光调制器114和光学传感器160两者垂直于局部(local)光轴放置。
为了克服技术挑战，一般地，在本实施例或其他实施例中，具体来说具有W形波束路径的实施例中，可以使用适用于提供适当的偏转和/或光束成形的附加的光学元件202、204。具体地，如图22所示，非对称透镜312可以用在第一和第二局部光束路径194、196中。这些不对称透镜312相对于局部光轴是不对称的，因此朝向入射光束倾斜，从而偏转光。因此，不对称透镜312的在平面和部分光束路径194、196的端部处的光学传感器116的平面不一定是平行的。因此，通常，在图22所示的实施例以及本发明的其它实施例中，可以使用垂直于局部光轴的一个或多个对称透镜和/或向局部光轴倾斜的一个或多个非对称透镜轴。
因此，图22所示的设置提供了几个优点。因此，首先，通过使用非对称透镜312，可以克服由典型DLP的小偏转角引起的上述设计约束。此外，由于考虑了两个方向上的偏转，该设置减少了透明光学传感器158的数量并且改善了由空间光调制器114反射的光的使用。额外的镜的使用和垂直于光轴128的反射空间光调制器114的定位允许使用各种各样的光学元件和传送装置126，例如透镜系统、物镜或其他光学元件，具体地，用于成形入射光束136。
如图18或22所示的光学检测器110和照相机168的设置可进一步以各种方式进行修改，其中一些将参照图23进行说明。在该图中，描绘了广泛地对应于图22的光学检测器110和相机168的设置。而且，该实施例包括几个可选的修改。
因此，首先，部分光束路径194、196中的传送装置126和/或附加光学元件202、204可以包含附加的和/或替代的光学元件。因此，作为示例，场透镜314可以被放置在空间光调制器114的前面，例如，其在DLP的前面。通过使用该场透镜314，空间光调制器114上的图像可以被修改，和/或可以修改或校正空间光调制器114上的图像的大小和/或光斑的大小。
作为设置的附加或替代修改，可以修改反射元件286、288。因此，个可以具体地被实施为镜的这些反射元件286、288中的一个或两个可以是平坦和平面的反射元件。备选地，这些反射元件286、288中的一个或两个可以是非平面的或弯曲的。因此，这些反射元件286、288中的一个或两个可以包括一个或多个弯曲镜316。由此，可以修改部分光束198、200的光束性质，例如通过聚焦和/或散焦这些部分光束198、200。
此外，附加地或替代地，如上所述，附加光学元件202、204可以包含一个或多个孔或光圈。这包括使用所谓的倒置孔(inverted aperture)的可能性。如本文所使用的，倒置的孔是包括除了简单的孔形开口之外的一个或多个开口的孔。具体地，如图23所示，可以在部分光束路径194、196中设置一个或多个倒置的孔318，其阻挡部分光束198、200的中心部分。具体地，部分光束198、200的该中心部分可能不被聚焦，因此可能不适用于给出深度信息，并且因此可能不会对获得关于纵坐标的信息有贡献。因此，部分光束198、200的这一部分可以通过使用一个或多个反向孔318而被阻挡。应当注意，可以使用其它类型的孔来阻挡光束136或源自光束136的一个或多个部分光束的不期望的部分。
如上所述，在一些实施例中，优选的是，至少一个光学传感器116包括2×N个传感器像素的阵列。因此，这些类型的像素化光学传感器116可以提供关于信号的制造和/或评估的优点。具有2×4传感器像素320的光学传感器116的实施例的示例在图24中示出。对于光学传感器116的一般设置，作为示例，可以参考WO 2012/110924 A1的例如对图2和相应的描述，和/或WO 2014/097181 A1的如对图4a和相应的描述。
在图24中，仅示出了光学传感器116的层设置的透明第一电极322，其作为示例由诸如氟化氧化锡的透明导电氧化物(TCO)制成。第一电极322被分成多个电极区域324，例如通过激光模式构图和/或通过使用光刻技术。电极区域324形成2行和4列的阵列，即在该示例中为2×4阵列。本领域技术人员将会认识到，可以使用不同数量的列，例如2、3、5、6、7或更多列。每个电极区域324可以通过电接触326接触，使得第一行和第二行从相对侧电接触，其中，电接触326位于光学传感器116的外边缘处。
第一电极322和电极接触326可以沉积在诸如玻璃基板的透明基板上。在第一电极322的顶部，光学传感器116的其余层可以例如通过使用上述文献WO 2012/110924 A1和/或WO 2014/097181 A1中的一个或两个中公开的方法和/或材料和/或本文公开的任何其它方法或材料来沉积。此外，如上述一个或两个所述文献中也公开的，光学传感器116也可以被封装。剩余层中的可忽略的交叉电开启常防止相邻传感器像素320之间的串扰。因此，光学传感器116的层设置可以包含共同的顶部电极或第二电极(未示出)，例如银电极，其全部接触传感器像素320。附加地或替代地，两个或更多个或甚至所有传感器像素320可以由单独的顶部电极或第二电极接触。
具有诸如2×N阵列的传感器像素320阵列的光学传感器116特别适用于本发明所公开的装置，诸如用于SLM相机的各种原因：
(1)SLM摄像机可以以不同的频率调制每个深度区域。在高频下，FiP信号变弱。因此，可以仅使用有限数量的频率，从而可以使用深度点。如果传感器被分成传感器像素，则可以检测到的可能深度点的数量与传感器像素的数量相乘。2个传感器像素导致深度点数量的两倍。
(2)与普通相机相反，传感器像素的形状通常与图片的外观无关。
(3)当使用较小的传感器(或传感器像素)时，频率范围得到改善。在小的传感器像素中，可以感测到比在大的传感器像素中更多的频率(深度点)。
在图25中，示出了包括至少一个调制器组件328的光学检测器110的实施例的设置。该设置广泛地对应于图11的设置，因此对于大多数部件，可以参考图11的描述。再次，在图25中，光束136通过至少一个传送装置126从左边进入光学检测器110，沿着光轴和/或光束路径208传播。随后，通过一个或多个分束元件206，例如，一个或多个棱镜，一个或多个半透明镜或一个或多个二向色镜，光束136被分裂成沿着第一部分光束路径194行进的第一部分光束198和沿着第二部分光束路径196传播的第二部分光束200。
第一部分光束198可以行进到调制器组件328。在该实施例中，空间光调制器114被描绘为反射空间光调制器，其将第一部分光束198朝向光学传感器116的堆叠来偏转。调制器组件328包括调制器装置118。调制器装置118可以适用于周期性地以不同的独特调制频率来控制空间光调制器114的至少两个像素134。光检测器110包括进行频率分析的评估装置120，以便确定用于独特调制频率的传感器信号的信号分量。
如在图11的设置中，在第二部分光束路径196中，至少一个非透明的光学传感器164可以被定位，其诸如成像传感器，更优选CCD和/或CMOS芯片，更优选地是全色或RGB CCD或CMOS芯片。因此，如在图11的设置中，第二部分光束路径196可以专用于成像和/或确定x和/或y坐标，而第一部分光束路径194可以专用于确定z坐标，其中，仍然在本实施例或其他实施例中，x-y检测器可以存在于第一部分光束路径194中。同样，如在图11的设置中，单独的附加光学元件202、204可以存在于部分光束路径194、196内。
调制器装置118包括适用于接收至少一个图像331的至少一个接收装置330。在图26A中，描绘了图像331的示例。图像331可以包括图像段333。调制器装置118包括适用于限定在图像331内的至少一个图像段333的至少一个图像段限定装置332、灰阶值适用于将至少一个灰阶值分配每个图像段333的灰阶值分配装置334、灰阶值适用于将像素矩阵132的至少一个像素134分配给每个图像段333的至少一个像素分配装置336、适用于将独特的调制分配给每个灰阶值(其被分配给至少一个图像段333)至少一个频率分配装置338以及至少一个控制装置340，该至少一个控制装置340适用于使用被分配给至少一个图像段333的独特调制来控制被分配给至少一个图像段333的像素132的矩阵的至少一个像素134控制装置。接收装置330、图像段限定装置332、灰阶值分配装置334、像素分配装置336和频率分配装置338中的一个或多个可以全部地或者部分地包括以下：存储器装置、处理器、如FPGA、DLPC、CPLD、ASIC或VLSI-IC的可编程逻辑。
调制器装置118适用于进行控制至少一个空间光调制器114的像素的方法。在图27中示出了控制至少一个空间光调制器114的像素的方法的示例性实施例。在被称为方法步骤342的方法步骤a)中，接收至少一个图像331。例如，图像331可以由透明的光学传感器164提供。调制器装置118可以包括适用于缓冲图像331的至少一个图像缓冲器346。方法步骤a)可以由接收装置330进行。
在被称为方法步骤344的方法步骤b)中，在图像内限定至少一个图像段333。方法步骤b)可以由图像段限定装置332进行。在被称为方法步骤348中的方法步骤c)中，至少一个灰阶值被分配给每个图像段333。可以通过灰度分配装置334来进行方法步骤c)。进行在被称为方法步骤350的方法步骤d)中，将像素矩阵132的至少一个像素134分配给每个图像段333。特别地，可以进行像素阵列132的像素134进行和每个图像段333的匹配。方法步骤d)可以由像素分配装置336进行。
在被称为方法步骤352的方法步骤e)中，将独特的调制频率分配给被分配给至少一个图像段333的每个灰阶值。频率分配装置装置338可以适用于基于灰阶值与独特调制频率之间的预定关系来分配独特的调制频率。灰阶值可以基于灰阶值与独特调制频率之间的预定关系来将独特的调制频率分配给至少一个灰阶值。特别地，可以使用查找表。查找表可以包括灰阶值和对应的独特调制频率的列表。
空间光调制器114可以是双极空间光调制器，其中每个像素134具有至少两个状态。控制装置340可以适用于将像素从第一状态切换到第二状态，反之亦然。特别地，控制装置340可以适用于以独特的调制频率周期性地将像素134从第一状态切换到第二状态。预定的最大频率可以是用于改变像素134的状态的最大频率f0/2。用于改变像素134的状态的可行的独特调制频率fn由fn＝f0/2n确定，其中n是非零整数。频率f0可以是像素更新频率。例如，f0可以是24kHz。因此，可以以12kHz的最大频率改变像素状态。在图28A和B中，描绘了频率产生。图28A和B示出了以扫描时间TA＝1/f0的间隔相对于时间的像素134的状态s之间的切换。例如，两个相邻状态之间的时间间隔可以对应于扫描时间TA＝1/f0。其中，像素134的第一状态具有s＝1，而第二状态具有s＝0。在图28A中示出了最快的可能的频率，其中在图28B中描绘了下一个较慢的可能频率。
在被称为方法步骤354的方法步骤f)中，以分配给各个图像段333的独特调制频率来控制至少一个图像段333的像素矩阵132的至少一个像素134。方法步骤f)可以由控制装置340进行。方法步骤f)可以包括以下子步骤：将计数器阈值分配给独特调制频率，以预定最大频率逐步增加计数器变量，直到达到或超过阈值，改变像素134的状态。
控制装置340可适用于将计数器阈值ci分配至独特调制频率，其中控制装置340还可适用于以预定的最大频率逐步增加计数器变量c，直到达到或超过阈值，并适用于改变像素134的状态。预定最大频率可以是用于改变像素134的状态的最大频率f0/2。图28C示出了计数器变量的时间依赖性的实施例。在图28C所示的实施例中，可以以扫描时间TA的间隔和/或以多个扫描时间的间隔来增加计数器变量c。低阈值c1可能导致改变像素134的状态的短频率。高阈值c2可能导致改变像素134的状态的长频率。最低阈值可以指扫描时间的单个间隔。
图26B示出了由空间光调制器114生成的闪烁模式356的实施例。在该实施例中，与图像331的段333对应的空间光调制器114的像素134可以在相对于被分配的独特的调制频率的状态之间切换。
如上所述，由空间光调制器114给出的最大频率可以限制可行独特频率的数量。在一个实施例中，可以通过使用沃尔什函数来确定用于改变像素134的状态的可行的独特调制频率。具有与空间光调制器114相同的最大频率，与使用如上所述的的整数除法相比，使用沃尔什函数可以获得用于改变像素134的状态的更多数量的可行的独特调制频率。因此，使用具有低最大频率的空间光调制器114，(例如，具有最大频率为2kHz的空间光调制器114)是可能的。
在步骤e)中，对于每个灰阶值，可以将一个沃尔什函数分配给至少一个图像段333。在步骤b)中限定多个段333的情况下，可以选择适当的沃尔什函数集合。可以考虑所需的函数的总数量和所使用的沃尔什函数之间的噪声来选择沃尔什函数，其中所需的函数函数的总数可以对应于所限定的段的数量。优选地，相邻沃尔什函数可以具有尽可能少的噪声。此外，沃尔什变换可以使用整个谱范围，使得与傅里叶变换相比，可以发生频率之间的较少的噪声。为了对抗扰动是可靠的，沃尔什函数可以被选择为具有长的平台，因此几乎不过零。图29A至H显示了一组选定的沃尔什函数。特别地，描绘了所选择的沃尔什的幅度A作为样本索引si的函数。
在步骤f)中，至少一个像素134可以用沃尔什函数作为独特调制频率来控制。如上所述，像素134可以具有两种状态。在使用沃尔什函数的情况下，像素134的状态不仅可以在开启或关闭状态之间变化，而且可以根据由特定沃尔什函数给出的模式(pattern)来切换像素134的状态。
在一个实施例中，评估装置120可以包括适用于进行沃尔什分析的至少一个沃尔什分析器358。鉴于信号处理和信号处理装置，使用沃尔什变换而不是傅里叶变换是更有利的。沃尔什变换可以仅使用加法和减法处理来实现，而使用傅里叶变换，可能会需要适用于处理浮点数的数字信号处理器适用于。因此，当使用沃尔什变换时，与进行傅里叶变换所需的数字信号处理器相比，可以使用例如固定点信号处理器的较简单的数字信号处理器。因此，使用沃尔什函数和变换可能导致成本效益。
频率分析的性能可能受噪声影响，使得噪声的存在可能导致重建误差，并且噪声可能会限制重建的质量。使用沃尔什变换而不是使用傅里叶变换，可能会发生较低的重建误差。在图30A中，示出了使用沃尔什变换的重建质量。具体地，描述了作为样本索引si的函数的[dB]中的信噪比SNR。在图30B中，示出了沃尔什变换的重建质量(参考号360)和傅里叶变换的重建质量(参考号362)的比较。描绘了作为样本索引si的函数的相对估计误差rs。另外，为了比较，对于每个曲线，示出了平均偏差。因此，使用沃尔什变换的重建质量可能比使用傅里叶变换显着更好。
在进行频率分析之前，可以通过滤波处理来调整信号。因此，评估装置120和/或沃尔什分析器358可以包括至少一个滤波装置364，其适用于在进行频率分析之前对信号进行滤波。在信号(特别是由沃尔什函数组成的信号)在频率分析之前被滤波的情况下，可以影响沃尔什函数的系数。沃尔什函数可以分布在频域上，使得每个沃尔什函数的影响可能不同。对沃尔什系数的这种影响可以通过校准每个沃尔什系数，特别是通过幅度校准，来考虑。因此，在用于每个沃尔什函数的第一校准步骤中，可以模拟应用和不应用滤波处理的重建，并且可以与原始沃尔什函数进行比较。在进一步的校准步骤中，可以调整沃尔什系数。可以重复进行校准过程，例如以提高重建质量。图31示出了滤波过程对信号重建的影响，而幅度A被示为样本索引si的函数。特别地，描绘了原始信号(参考号366)、滤波后的信号(附图标记368)和重构信号的比较。
参考符号列表
110 光学检测器
112 探测器系统
114 空间光调制器
116 光学传感器
118 调制器装置
120 评估装置
122 信标装置
124 对象
126 传输装置
128 光轴
130 坐标系
132 矩阵
134 像素
136 光束
138 传感器区域
140 解调装置
142 频率分析结果
144 数据处理装置
146 数据存储器
148 光斑
150 混频器
152 低通滤波器
154 壳
156 大面积光学传感器
158 透明光学传感器
160 有机光学传感器
162 无机光学传感器
164 透明光学传感器
166 堆叠
168 相机
170 束流收集器
172 全色空间光调制器
174 人机接口
176 娱乐装置
177 扫描系统
178 跟踪系统
179 照射源
180 连接器
182 控制元件
184 用户
186 开口
188 视向
190 机器
192 轨迹控制器
194 第一部分光束路径
196 第二部分光束路径
198 第一部分光束
200 第二部分光束
202 附加光学元件
204 附加光学元件
206 分束元件
208 光束路径
210 汽车
212 挡风玻璃
214 前部
216 头灯
218 保险杠
220 侧部区域
222 乘客门
224 顶部
226 后部
228 FIP-传感器
230 图像传感器
232 捕获2D图像
234 2D图像
236 检测区域
238 限定超像素
240 将调制频率分配给超像素
242 调制超像素
244 Z-检测
246 生成3D图像
248 改进区域和/或超像素
250 第一分束元件
252 第一部分光束
254 主光束
256 成像装置
258 第一部分光束路径
260 光圈
262 透镜系统
264 第二光束分离元件
266 第二部分光束
268 第二部分光束路径
270 第三部分光束
272 第三部分光束路径
274 背向反射的第二部分光束
276 背向反射的第三部分光束
278 公共光束
280 第四部分光束路径
282 第一半波片
284 第二半波片
286 反射元件
288 反射元件
290 第一类光学传感器
292 第二类光学传感器
294 SLM检测器
296 飞行时间(ToF)探测器
298 脉冲
300 第一部分光束路径
302 第二部分光束路径
304 分束元件
306 第一透镜
308 罩壳
310 成像部分光束
312 不对称透镜
314 场透镜
316 曲面镜
318 倒置的孔
320 传感器像素
322 第一电极
324 电极场
326 电接接触
328 调制器组件
330 接收装置
331 图像
332 图像段限定装置
333 图像段
334 灰度分配装置装置
336 像素分配装置
338 频率分配装置
340 控制装置
342 接收至少一个图像
344 限定至少一个图像段
346 图像缓冲器
348 分配至少一个灰阶值
350 分配至少一个像素
352 分配独特的调制频率
354 控制像素矩阵的至少一个像素
356 闪烁模式
358 沃尔什分析器
360 曲线，沃尔什变换
362 曲线，傅里叶变换
364 过滤装置
366 原始信号
368 信号过滤后
370 重建信号
Claims (59)
1.一种控制至少一个空间光调制器(114)的像素(134)的方法，所述空间光调制器(114)具有像素矩阵(132)，每个像素(134)是能够被单独控制的，所述方法包括以下步骤：
a)接收(342)至少一个图像(331)；
b)限定(344)所述图像(331)内的至少一个图像段(333)；
c)将至少一个灰阶值分配(348)给每个图像段(333)；
d)将所述像素矩阵(132)的至少一个像素(134)分配(350)给每个图像段(333)；
e)将独特调制频率分配(352)给被分配给至少一个图像段(333)的每个灰阶值；
f)以被分配给各自的图像段(333)的所述独特调制频率(333)来控制(354)被分配给所述至少一个图像段(333)的所述像素矩阵(132)的所述至少一个像素(134)。
2.根据前述权利要求所述的方法，其中，通过使用沃尔什函数来确定用于改变所述像素(134)的状态的可行独特调制频率。
3.根据前述权利要求2所述的方法，其中在步骤e)中，对于每个灰阶值，一个沃尔什函数被分配给所述至少一个图像段(333)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在步骤b)中限定多个段(333)，考虑到所需的函数的总数和所使用的沃尔什函数之间的噪声来选择一组沃尔什函数，其中所需的函数的总数对应于被限定的图像段的数目(333)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中在步骤f)中，所述至少一个像素(134)由作为独特调制频率的沃尔什函数来控制。
6.根据前述权利要求5所述的方法，其中根据由所述沃尔什函数给出的模式来切换所述像素(134)的状态。
7.根据前述权利要求1-4和6中任一项所述的方法，其中步骤f)包括以下子步骤：
f1.向所述独特调制频率分配计数器阈值；
f2.以预定的最大频率逐步增加计数器变量，直到达到或超过所述阈值为止；
f3.改变所述像素的状态。
8.根据前述权利要求7所述的方法，其中，所述预定的最大频率是用于改变所述像素(134)的所述状态的最大频率f0。
9.根据前述权利要求1-4、6和8中任一项所述的方法，其中灰阶值是颜色值和/或灰度值。
10.根据前述权利要求1-4、6和8中任一项所述的方法，其中步骤a)包括提供图像(331)的序列。
11.根据前述权利要求1-4、6和8中任一项所述的方法，其中步骤a)包括缓冲在调制器装置(118)的至少一个图像缓冲器(346)中的所述至少一个图像(331)。
12.根据前述权利要求11所述的方法，其中使用至少两个图像缓冲器(346)。
13.一种用于确定至少一个对象(124)的位置的光学检测方法，所述方法包括以下步骤：
-通过使用至少一个空间光调制器(114)以空间分辨的方式修改光束(136)的至少一个性质，所述空间光调制器(114)具有像素矩阵(132)，每个像素(134)能够被控制以单独地修改通过所述像素(134)的所述光束(136)的部分的至少一个光学性质，其中使用根据前述权利要求中任一项所述的控制像素(134)的方法；
-通过使用至少一个光学传感器(116)检测通过所述空间光调制器(114)的所述像素矩阵(132)的所述光束并且用于生成至少一个传感器信号；
-通过使用至少一个调制器装置(118)以不同频率来周期性地控制所述像素(132)中的至少两个；和
-通过使用至少一个评估装置(120)进行频率分析和确定用于控制频率的所述传感器信号的信号分量。
14.一种用于控制至少一个空间光调制器(114)的像素(134)的调制器装置(118)，所述空间光调制器(114)具有像素矩阵(132)，每个像素(134)是能够被单独控制的，所述调制器装置(118)包括：
a)至少一个接收装置(330)，其适用于接收至少一个图像(331)；
b)至少一个图像段限定装置(332)，其适用于限定在所述图像(331)内的至少一个图像段(333)；
c)至少一个灰阶值分配装置(334)，其适用于将至少一个灰阶值分配给每个图像段(333)；
d)至少一个像素分配装置(336)，其适用于将所述像素矩阵(132)的至少一个像素(134)分配给每个图像段(333)；
e)至少一个频率分配装置(338)，其适用于将独特调制频率分配给被分配给所述至少一个图像段(333)的每个灰阶值；
f)至少一个控制装置(340)，其适用于以被分配给各自的图像段(333)的所述独特调制频率来控制被分配给所述至少一个图像段(333)的所述像素矩阵(132)的所述至少一个像素(134)。
15.根据前述权利要求14所述的调制器装置(118)，其中所述调制器装置(118)适用于进行根据前述权利要求中涉及控制像素(134)的方法的任一项所述的方法。
16.根据前述权利要求中涉及调制器装置(118)的任一项所述的调制器装置(118)，其中所述接收装置(330)包括至少一个图像缓冲器(346)。
17.根据前述权利要求14或15所述的调制器装置(118)，其中所述接收装置(330)、所述图像段限定装置(332)、所述灰阶值分配装置(334)、所述像素分配装置(336)和所述频率分配装置(338)中的一个或多个部分地或者全部地包括下列的一种或多种：存储器装置，处理器，可编程逻辑。
18.根据权利要求17所述的调制器装置(118)，其中，所述编程逻辑包括下列的一种或多种：FPGA、DLPC、CPLD、VLSI-IC、混合信号VLSI-IC或ASIC。
19.根据前述权利要求14或15所述的调制器装置(118)，其中所述控制装置(340)包括至少一个振荡器。
20.根据前述权利要求14或15所述的调制器装置(118)，其中所述调制器装置(118)适用于使得每个所述像素(134)被控制在独特调制频率。
21.根据前述权利要求14或15所述的调制器装置(118)，其中所述调制器装置(118)适用于以不同的独特调制频率来周期性地调制至少两个像素(134)。
22.根据前述权利要求14或15所述的调制器装置(118)，其中所述控制装置(340)适用于将计数器阈值分配给所述独特调制频率，其中所述控制装置(340)还适用于以预定的最大频率逐步增加计数器变量直到达到或超过所述阈值，且适用于改变所述像素(134)的状态。
23.根据前述权利要求14或15所述的调制器装置(118)，其中所述空间光调制器(114)是双极空间光调制器，其中每个像素(134)具有至少两个状态。
24.根据前述权利要求23所述的调制器装置(118)，其中所述控制装置(340)适用于将所述像素(134)从第一状态切换到第二状态，反之亦然。
25.根据前述权利要求14、15、24中任一项所述的调制器装置(118)，其中所述接收装置(330)适用于接收图像(331)的序列。
26.一种用于空间光调制的调制器组件(328)，所述调制器组件(328)包括根据前述权利要求中涉及调制器装置(118)的任一项所述的至少一个空间光调制器(114)和至少一个调制器装置(118)。
27.根据前述权利要求26所述的调制器组件(328)，其中所述至少一个空间光调制器(114)适用于以空间分辨的方式修改光束的至少一个性质，所述空间光调制器(114)具有像素矩阵(132)，每个像素(134)能够被控制以单独地修改通过所述像素(134)的光束(136)的部分的至少一个光学性质，其中至少一个调制器装置(118)适用于以不同独特调制频率周期性地控制所述像素(134)中的至少两个。
28.一种光学检测器(110)，包括：
-根据前述权利要求27中涉及调制器组件(328)的任一项所述的至少一个调制器组件(328)；
-至少一个光学传感器(116)，其适用于检测通过所述空间光调制器(114)的所述像素矩阵(132)后的所述光束(136)，并且适用于产生至少一个传感器信号；以及
-至少一个评估装置(120)，其适用于进行频率分析，以便确定用于独特调制频率的所述传感器信号的信号分量。
29.根据前述权利要求28所述的光学检测器(110)，其中所述评估装置(120)还适用于根据其调制频率来将每个信号分量分配给各自的像素(134)。
30.根据前述权利要求中涉及光学检测器(110)的任一项所述的光学检测器(110)，其中所述评估装置(120)适用于通过以不同的调制频率解调所述传感器信号来进行所述频率分析。
31.根据前述权利要求28或29所述的光学检测器(110)，其中由空间光调制器(114)以空间分辨的方式修改的所述光束(136)的所述至少一个性质是下列的至少一种性质：所述光束(136)的所述部分的强度；所述光束(136)的所述部分的相位；所述光束(136)的所述部分的光谱性质；所述光束(136)的所述部分的偏振；所述光束(136)的所述部分的传播方向。
32.根据权利要求31所述的光学检测器(110)，其中所述光谱性质为颜色。
33.根据前述权利要求28或29所述的光学检测器(110)，其中所述至少一个空间光调制器(114)包括选自下列的组的至少一个空间光调制器(114)：透射空间光调制器(114)，其中所述光束(136)穿过所述像素矩阵(132)，并且其中所述像素(134)适用于以单独可控的方式修改穿过各自的像素(134)的所述光束(136)的每个部分的所述光学性质；反射空间光调制器(114)，其中所述像素(134)具有单独可控的反射性质，并且适用于单独地改变被各自的像素(134)反射的所述光束(136)的每个部分的传播方向；电致变色空间光调制器(114)，其中所述像素(134)具有由施加到各自的像素(134)的电压能够分别控制的可控光谱性质；声光空间光调制器(114)，其中所述像素(134)的双折射能够由声波控制；电光空间光调制器(114)，其中所述像素(134)的双折射能够由电场控制。
34.根据前述权利要求28或29所述的光学检测器(110)，其中所述至少一个空间光调制器(114)包括选自下列的组的至少一个空间光调制器(114)：液晶装置，其中所述像素(134)是所述液晶装置的单独可控单元；微镜装置，其中所述像素(134)是所述微镜装置的相对于其反射表面的取向能够单独控制的微镜；电致变色装置，其中所述像素(134)是所述电致变色装置的具有通过施加到各自的单元的电压而能够单独控制的光谱性质的单元；声光装置，其中所述像素(134)是所述声光装置的具有能够由施加到单元的声波而单独控制的双重折射的单元；电光装置，其中所述像素(134)是所述电光装置的具有通过施加到该单元的电场而能够单独控制的双折射的单元。
35.根据权利要求34所述的光学检测器(110)，其中液晶装置包括有源矩阵液晶装置。
36.根据前述权利要求28或29所述的光学检测器(110)，其中所述评估装置(120)适用于将每个所述信号分量分配给所述矩阵(132)的像素(134)。
37.根据前述权利要求28或29所述的光学检测器(110)，其中所述评估装置(120)适用于通过评估所述信号分量来确定所述矩阵(132)的哪些像素(134)被所述光束(136)照射。
38.根据前述权利要求28或29所述的光学检测器(110)，其中所述评估装置(120)适用于通过识别由所述光束(136)照射的所述矩阵(132)的像素(134)的横向位置，来识别所述光束(136)的横向位置和所述光束(136)的取向的至少一个。
39.根据前述权利要求28或29所述的光学检测器(110)，其中所述评估装置(120)适用于通过评估所述信号分量来确定所述光束(136)的宽度。
40.根据前述权利要求28或29所述的光学检测器(110)，其中所述评估装置(120)适用于识别被分配给由所述光束(136)照射的像素(134)的所述信号分量，并且根据所述像素(134)的布置的已知几何性质来确定在所述空间光调制器(114)的位置处的所述光束(136)的宽度。
41.根据前述权利要求28或29所述的光学检测器(110)，其中所述评估装置(120)适用于，使用在对象(124)的纵坐标和由所述光束(136)照射的所述光调制器(114)的像素(134)数目或在所述空间光调制器(114)的位置处的所述光束(136)的宽度中的一者或两者之间的已知或能够确定的关系，来确定所述对象(124)的纵坐标，其中，所述光束(136)从所述对象(124)朝向所述检测器(110)传播。
42.根据前述权利要求28或29所述的光学检测器(110)，其中所述空间光调制器(114)包括不同颜色的像素(134)，其中所述评估装置(120)适用于将所述信号分量分配给所述不同颜色。
43.根据前述权利要求28或29所述的光学检测器(110)，其中所述至少一个光学传感器(116)具有至少一个传感器区域(138)，其中所述光学传感器(116)的所述传感器信号取决于所述光束(136)对所述传感器区域(138)的照射，其中给定相同的所述照射的总功率，所述传感器信号取决于在所述传感器区域(138)中的所述光束(136)的宽度。
44.根据前述权利要求28或29所述的光学检测器(110)，其中所述至少一个光学传感器(116)包括如下的层设置的至少一个光学传感器(116)：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-半导体有机材料和至少一个第二电极。
45.根据权利要求44所述的光学检测器(110)，其中该p-半导体有机材料为固体p-半导体有机材料。
46.根据前述权利要求28或29所述的光学检测器(110)，其中所述空间光调制器(114)是反射空间光调制器(114)，其中所述光学传感器(116)包括至少一个透明光学传感器(158)，其中所述光学检测器(110)被设置成使得所述光束(136)在到达所述空间光调制器(114)之前穿过所述透明光学传感器(158)，其中空间光调制器(114)适用于将所述光束(136)至少部分地反射回所述光学传感器(116)。
47.根据前述权利要求28或29所述的光学检测器(110)，其中所述光学检测器(110)包含适用于将所述光束(136)的光束路径(208)分成至少两个部分光束路径(194，196)中的至少一个分束元件(206)。
48.根据前述权利要求47所述的光学检测器(110)，其中所述分束元件(206)包括所述空间光调制器(114)。
49.根据前述权利要求48所述的光学检测器(110)，其中所述传感器(116)的至少一个堆叠(166)位于所述部分光束路径(194，196)中的至少一个中。
50.根据前述权利要求48和49中任一项所述的光学检测器(110)，其中至少一个非透明的光学传感器(164)位于所述部分光束路径(194，196)中的至少一个中。
51.根据前述权利要求28、29、48和49中任一项所述的光学检测器(110)，其中所述光学检测器(110)包括至少一个沃尔什分析器(358)。
52.一种用于确定至少一个对象(124)的位置的检测器系统(112)，所述检测器系统(112)包括根据前述权利要求中涉及光学检测器(110)的任一项所述的至少一个光学检测器(110)，所述检测器系统(112)还包括适用于将至少一个光束(136)引导朝向所述光学检测器(110)的至少一个信标装置(122)，其中所述信标装置(122)是下列的至少一个：能够附着到所述对象(124)上、能够由所述对象(124)保持和能够整合到所述对象(124)中。
53.一种用于在用户(184)和机器(190)之间交换至少一个信息项的人机接口(174)，其中所述人机接口(174)包括根据上述权利要求中的涉及检测器系统(112)的任一项的至少一个检测器系统(112)，其中所述至少一个信标装置(122)适用于下列的至少一种：直接或间接地附接到用户(184)和被用户(184)保持，其中所述人机接口(174)被设计为以通过所述检测器系统(112)的方式来确定所述用户(184)的至少一个位置，其中所述人机接口(174)被设计为将至少一个信息项分配给所述位置。
54.一种用于进行至少一个娱乐功能的娱乐装置(176)，其中所述娱乐装置(176)包括根据前述权利要求的至少一个人机接口(174)，其中所述娱乐装置(176)被设计使得能够以玩家通过人机接口(174)的方式来输入至少一个信息项，其中所述娱乐装置(176)被设计为根据所述信息来改变所述娱乐功能。
55.一种用于跟踪至少一个可移动对象(124)的位置的跟踪系统(178)，所述跟踪系统(178)包括根据权利要求52所述的至少一个检测器系统(112)，所述跟踪系统(178)还包括至少一个轨迹控制器(192)，其中轨迹控制器(192)适用于在特定时间点跟踪对象(124)的一系列位置。
56.一种用于确定至少一个对象(124)的至少一个位置的扫描系统(177)，所述扫描系统(177)包括根据前述权利要求中涉及光学检测器(110)的任一项所述的至少一个光学检测器(110)，所述扫描系统(177)还包括至少一个照射源(179)，所述至少一个照射源(179)适用于发射至少一个光束(136)，所述至少一个光束被配置用于位于所述至少一个对象(124)的至少一个表面的至少一个点的照射，其中所述扫描系统(177)被设计成通过使用所述至少一个光学检测器(110)产生关于所述至少一个点和所述扫描系统(177)之间的距离的至少一个信息项。
57.一种用于对至少一个对象(124)成像的相机(168)，所述相机(168)包括根据前述权利要求中涉及光学检测器(110)的任一项所述的至少一个光学检测器(110)。
58.根据前述权利要求28-51中的任一项所述的光学检测器(110)的用途，出于使用目的，所述光学检测器(110)的所述用途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(174)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；网络摄像机；计算机外围装置；游戏应用；相机或视频应用；安全应用；监控应用；汽车应用；运输应用；医疗应用；体育运动应用；机器视觉应用；交通工具应用；飞机应用；船舶应用；航天器应用；建筑应用；施工应用；制图应用；制造应用；与至少一个飞行时间检测器(296)组合的用途；在局部定位系统中的应用；全球定位系统中的应用；在基于地标的定位系统中的应用；物流应用；在室内导航系统中的应用；在户外导航系统中的应用；在家庭中的应用；机器人应用；自动开门器中的应用；光通信系统中的应用。
59.根据权利要求58所述的光学检测器(110)的用途，其中所述移动应用包括移动通信应用。
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