CN108292175A - 用于光学检测至少一个对象的检测器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于确定至少一个对象(162)的位置的检测器(110)。该检测器(110)包括：至少一个纵向光学传感器(155)，其用于确定从对象(162)传播到检测器(110)的至少一个光束(174)的纵向位置；至少一个横向光学传感器(112)，其用于确定从对象(162)传播到检测器(110)的至少一个光束(174)的至少一个横向位置，该横向光学传感器(112)包括：至少一个荧光波导片(114)，其包含至少一种荧光材料(122)，该荧光材料(122)适于响应于光束(174)的照射而产生荧光，至少两个光敏元件(124、126、128、130)，其位于荧光波导片(114)的至少两个边缘(132、134、136、138)处，能够产生横向传感器信号；以及至少一个评估装置(140)，其被配置为确定对象(162)的至少一个纵向坐标和至少一个横向坐标。此外，还公开了包括检测器(110)的相机(156)、检测器系统(158)、人机接口(164)、娱乐装置(166)、跟踪系统(168)和扫描系统(170)。

Description

用于光学检测至少一个对象的检测器
技术领域
本发明涉及一种用于确定至少一个对象的位置的检测器、检测器系统和方法。本发明进一步涉及用于在用户与机器、娱乐装置、跟踪系统、相机、扫描系统以及检测器装置的各种用途之间交换至少一项信息的人机接口。根据本发明的装置、系统、方法和用途具体地可以被用于例如日常生活、游戏、交通技术、生产技术、安全技术、诸如艺术数码摄影或视频拍摄之类的摄影、文件编制或技术目的、医疗技术的各个领域，或者用于各种科学。但是，其它应用也是可能的。
背景技术
现有技术中已知大量的光学传感器和光伏器件。光伏器件一般用于将电磁辐射(例如紫外、可见或红外光)变换为电信号或电能，而光学检测器一般用于拾取图像信息和/或用于检测至少一个光学参数(例如，亮度)。
现有技术中已知通常可以基于无机和/或有机传感器材料的使用的大量光学传感器。在US 2007/0176165 A1、US 6,995,445 B2、DE 2501124 A1、DE 3225372 A1或者许多其它现有技术文献中公开了这种传感器的例子。特别是出于成本原因和大面积处理的原因，越来越多地使用包括至少一种有机传感器材料的传感器，如在例如US 2007/0176165 A1中所述。特别地，所谓的染料太阳能电池在这里越来越重要，其通常例如在WO2009/013282 A1中进行了描述。然而，本发明不限于有机器件的用途。因此，具体地，也可以使用诸如CCD传感器和/或CMOS传感器之类的无机器件，特别是像素化传感器。
基于此类光学传感器，已知用于检测至少一个对象的大量检测器。根据各自的使用目的，这些传感器可以以各种方式体现。这些检测器的例子是成像装置，例如相机和/或显微镜。已知例如高分辨率共焦显微镜，其可以特别地用于医疗技术和生物学领域，以便以高光学分辨率检查生物样本。用于光学检测至少一个对象的检测器的另外的例子是例如基于相应光学信号(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另外的例子是三角测量系统，借助于该三角测量系统同样可以执行距离测量。
在其内容通过引用而被包括在本文中的WO 2012/110924 A1中，提出了一种用于光学检测至少一个对象的检测器。该检测器包括至少一个纵向光学传感器。该纵向光学传感器具有至少一个传感器区域。该纵向光学传感器被设计为以依赖于传感器区域的照射的方式产生至少一个纵向传感器信号。在给定相同照射总功率的情况下，纵向传感器信号依赖于照射的几何形状，特别是依赖于纵向感测区域上照射的光束横截面。该检测器还具有至少一个评估装置。评估装置被设计为从纵向传感器信号产生至少一项几何信息，特别地，至少一项关于照射和/或对象的几何信息。
其全部内容通过引用而被包括在本文中的WO 2014/097181 A1公开了一种用于通过使用至少一个纵向光学传感器和至少一个横向光学传感器确定至少一个对象的位置的方法和检测器。具体而言，公开了传感器堆叠的使用，以便以高精确度且不含糊地确定对象的纵向位置和至少一个横向位置。
其全部内容通过引用而被包括在本文中的WO 2015/024871 A1公开了一种光学检测器，其包括：
-至少一个空间光调制器，其适于以空间分辨的方式调节光束的至少一种特性，具有像素的矩阵，其中各像素可控以单独调节通过像素的光束部分的至少一种光学特性；
-至少一个光学传感器，其适于检测通过空间光调制器的像素的矩阵之后的光束且产生至少一个传感器信号；
-至少一个调制器装置，其适于以不同调制频率周期性控制像素中的至少两个；以及
-至少一个评估装置，其适于进行频率分析以确定用于调制频率的传感器信号的信号分量。
其全部内容通过引用而被包括在本文中的WO 2014/198629A1公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器，包括：
-至少一个光学传感器，所述光学传感器适于检测从对象朝向检测器传播的光束，所述光学传感器具有像素的至少一个矩阵(152)；
以及
-至少一个评估装置，所述评估装置适于确定光学传感器的由光束照射的像素的数量N，所述评估装置进一步适于通过使用由光束照射的像素的数量N确定对象的至少一个纵向坐标。
此外，通常，对于各种其它检测器构思，可以参考WO 2014/198626 A1、WO 2014/198629 A1和WO 2014/198625 A1，这些文献的全部内容通过引用而被包括在本文中。另外，关于在本发明的上下文中也可以使用的可能的材料和光学传感器，可参考2015年1月30日提交的欧洲专利申请EP 15 153 215.7，2015年3月3日提交的EP 15 157 363.1，2015年4月22日提交的EP 15 164 653.6，2015年7月17日提交的EP 15177275.3，2015年8月10日提交的EP 15180354.1和EP 15180353.3以及2015年9月14日提交的EP 15 185 005.4，这些文献的全部内容通过引用也被包括在本文中。
尽管上述装置和检测器隐含优点，但仍存在若干技术挑战。因此，通常，需要既可靠又可以低成本制造的用于检测对象在空间中的位置的检测器。具体而言，需要3D感测构思。各种已知的构思至少部分地基于使用所谓的FiP传感器，诸如上述几种构思。其中，作为例子，可以使用大面积传感器，在这些传感器中，各个传感器像素明显大于光斑并且被固定为特定尺寸。尽管如此，大面积传感器在许多情况下固有地受限于FiP测量原理的使用，特别是在同时研究多于一个光斑的情况下。
此外，使用FiP传感器进行跟踪的3D感测构思通常需要组合一个或多个FiP传感器以及可选的位置敏感检测器(PSD或PIF)。FiP传感器和PSD器件通常或者电气组合(例如在染料敏化太阳能电池中)，或者分为FiP检测器和PSD。对于光学系统，通常希望以半透明方式设计至少一个检测器。然而，半透明性限制了FiP检测器和PSD检测器材料的选择。因此，FiP和/或PSD检测器的透明性仍然是一项技术挑战。使用FiP或PSD检测器的另一挑战是检测器面积或有效面积(active area)。通常，对于距离测量，使用或甚至需要检测器的大有效面积。然而该面积可能引起噪声问题，特别是当采用四边形电导率构思来构建PSD时。这经常导致较差的信噪比和较慢的检测器响应时间，这归因于与检测器的串联电阻相结合的大电容。
或者，可以使用像素化光学传感器，例如在WO 2014/198629 A1中公开的像素计数构思中。尽管这些构思允许有效确定3D坐标，且尽管这些构思明显优于诸如三角测量之类的已知3D感测构思，仍然存在一些挑战，特别是关于计算功率和资源以及提高效率的需求。一般而言，也可能需要采用常用的横向光学传感器(例如CCD和/或CMOS传感器)和/或光电二极管(例如无机光电二极管或有机光电二极管)。
此外，P.Bartu、R.Koeppe、N.Arnold、A.Neulinger、L.Fallon和S.Bauer的“Conformable large-area position-sensitive photodetectors based onluminescence collecting silicone waveguides”，J.Appl.Phys.107,123101(2010)描述了一种适合大面积并且位于曲面上的位置敏感检测器(PSD)。这种PSD器件基于具有与小型硅光电二极管结合使用的嵌入式荧光染料的平面硅酮(silicone)波导，所述光电二极管可以以规则图案布置，例如位于器件边缘或分布在器件上。入射的激光可以被PSD器件中的染料吸收并且作为更大波长的荧光重新发射。由于来自荧光染料分子的支配性各向同性发射，重新发射的光可以至少部分地耦合到平面硅酮波导内并且被导向至硅光电二极管，其中可以经由硅光电二极管检测到光信号。通过使用从全球定位系统(GPS)获知的算法，可以确定光斑的位置。要获取进一步的细节和关于这种PSD器件的后续开发的信息，可以参考WO2009/105801 A1、WO 2010/118409 A2、WO 2010/118450 A1、WO 2013/090960 A1、WO 2013/116883 A1和WO 2015/081362 A1。然而，这种PSD器件不适合3D感测，因此需要进一步开发以提供非常适合于此目的的光学检测器。
上面对诸如上述现有技术文献中的若干个的构思的已知构思的讨论清晰地表明仍然存在某些技术挑战。具体而言，在用于距离测量、二维感测、或甚至三维感测的位置检测器的准确度提高方面，存在进一步的改进空间。此外，光学系统的复杂性仍是一个待解决的问题。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供面对已知装置和方法的上述技术挑战的装置和方法。具体而言，本发明的一个目的是提供能够可靠地确定对象在空间中的位置，优选地技术成本低且对技术资源和成本的要求低的装置和方法。
该问题由具有独立专利权利要求的特征的本发明来解决。在从属权利要求和/或在以下说明书和详细的实施例中呈现本发明的可单独地或组合地实现的有利发展。
如下文所使用的，术语“具有”、“包括”或“包含”或其任何语法变体以非排他性的方式使用。因此，这些术语可以指除了由这些术语引入的特征之外，本文描述的实体中不存在其它特征的情形，也可以指存在一个或多个其它特征的情形。作为例子，表述“A具有B”、“A包括B”和“A包含B”可以指A中除了B之外不存在其它要素(即，A仅仅且排他地由B组成)的情形，也可以指实体A中除了B之外还存在一个或多个其它要素(例如要素C、要素C和D、或甚至其它要素)的情形。
此外，应注意，术语“至少一个”、“一个或多个”或者指示特征或要素可以存在一次或多于一次的类似表述通常将仅在引入相应的特征或要素时使用一次。在下文中，在多数情况下，当提及相应的特征或要素时，不会重复表述“至少一个”或“一个或多个”，但是承认相应的特征或要素可以存在一次或多于一次的事实。
此外，如下文所使用的，术语“优选地”、“更优选地”、“特别地”、“更特别地”、“具体地”、“更具体地”或类似的术语可以与可选特征结合使用，而不限制其它可能性。因此，由这些术语引入的特征是可选的特征，并不意图以任何方式限制权利要求的范围。如本领域的技术人员将认识到的，本发明可以通过使用替代特征来执行。类似地，由“在本发明的实施例中”或类似表述引入的特征旨在为可选的特征，而对本发明的替代实施例没有任何限制，对本发明的范围没有任何限制，并且对组合以此方式引入的特征与本发明的其它可选的或非可选的特征的可能性没有任何限制。
在本发明的第一方面中，公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器。如本文中所使用的，术语“位置”是指关于对象和/或对象的至少一部分在空间中的位置和/或取向的至少一项信息。因此，该至少一项信息可暗示该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。如下文更详细地描述的，该距离可以是纵向坐标，或者可以有助于确定对象的该点的纵向坐标。附加地或替代地，可以确定关于该对象和/或该对象的至少一部分的位置和/或取向的一项或多项其它信息。作为例子，可以确定该对象和/或该对象的至少一部分的至少一个横向坐标。因此，该对象的位置可以暗示该对象和/或该对象的至少一部分的至少一个纵向坐标。附加地或替代地，该对象的位置可以暗示该对象和/或该对象的至少一部分的至少一个横向坐标。附加地或替代地，该对象的位置可以暗示该对象的至少一个取向信息，该取向信息指示该对象在空间中的取向。
所述检测器包括：
-至少一个纵向光学传感器，其用于确定从所述对象传播到所述检测器的至少一个光束的纵向位置，其中所述纵向光学传感器具有形成纵向敏感区域的至少一个纵向传感器区域，其中所述纵向光学传感器被设计为以依赖于所述光束对所述纵向敏感区域的照射的方式产生至少一个纵向传感器信号，其中在给定相同照射总功率的情况下，所述纵向传感器信号依赖于所述光束在所述纵向敏感区域中的光束横截面；
-至少一个横向光学传感器，其用于确定从所述对象传播到所述检测器的所述至少一个光束的至少一个横向位置，其包括：
○至少一个荧光波导片，其形成横向敏感区域，其中所述荧光波导片朝向所述对象取向，使得从所述对象朝向所述检测器传播的所述至少一个光束在所述横向敏感区域中产生至少一个光斑，其中所述荧光波导片包含至少一种荧光材料，其中所述荧光材料适于响应于所述光束的所述照射而产生荧光，
○至少两个光敏元件，其位于所述荧光波导片的至少两个边缘处，能够检测由所述荧光波导片从所述光斑导向所述光敏元件的荧光，并且能够产生横向传感器信号；以及
-至少一个评估装置，所述评估装置被配置为通过评估所述纵向传感器信号确定所述对象的至少一个纵向坐标，并且其中所述评估装置进一步被配置为通过评估所述光敏元件的所述横向传感器信号确定所述对象的至少一个横向坐标。
除非明确指出，否则如本文中所使用的术语“光学传感器”或其任何部分(例如敏感区域)或与其相关的任何特征(例如传感器信号)可以指纵向光学传感器和横向光学传感器中的一者或两者。根据本发明，纵向光学传感器用于确定从对象传播到检测器的至少一个光束的纵向位置，并且通过使用评估装置确定对象的至少一个纵向坐标z，而横向光学传感器用于确定从对象传播到检测器的至少一个光束的横向位置，并且通过使用用于评估光敏元件的横向传感器信号的评估装置，确定对象的横向坐标x、y中的至少一者。在此，横向光学传感器可以优选地被配置为通过能够(特别地，同时)提供对象的空间位置的两个横向分量而充当“位置敏感检测器”(PSD)。结果，通过将对象的至少一个纵向坐标与对象的至少一个横向坐标进行组合，如上限定的对象的三维位置由此可以通过使用评估装置来确定。
如本文中所使用的，光学传感器通常是指用于检测光束(例如用于检测由光束产生的照射和/或光斑)的光敏器件。如下文更详细描述的，光学传感器可以适于确定对象和/或对象的至少一个部分(例如至少一个光束从其朝向检测器传播的对象的至少一个部分)的至少一个纵向坐标。
如本文进一步使用的，荧光波导片通常是指同时具有波导特性和荧光特性的元件。其中，波导通常是指通过内反射，特别是通过全内反射，来引导紫外、可见或红外光谱范围中的一者或多者的光的特性或多个元件。术语“荧光”通常是指元件或材料响应于电磁辐射(也被称为一次辐射或激发辐射，诸如一次光或激发光)的激发而发射紫外、可见或红外光谱范围中的一者或多者的二次光(也被称为荧光)的特性。在多数情况下，发射光、荧光或二次光具有比一次辐射更长的波长和更低的能量。一次辐射通常在荧光材料内引起激发态(例如所谓的激子)的存在。通常，具有从紫外到近红外的能量的光子发射的激发态衰减时间在0.5到20纳秒的范围内。然而，在本发明中，如下文更详细描述的，电磁辐射优选地主要在400nm到900nm的波长范围内被吸收，其中吸收最大值优选地出现在500nm到850nm的波长范围内，同时，发射光优选地具有较长的波长，即，优选地在可见光谱范围或红外光谱范围内，更优选地在红外光谱范围内，特别地在780nm到3.0微米的范围内。类似地，如本文中所使用的，术语“荧光材料”通常是指具有荧光特性的材料。术语“荧光”通常是指在上述荧光过程中产生的二次光。
如将在下文更详细描述的，荧光波导片具体可以是元件，或者可以包括具有片形状或者为片的元件。如本文中所使用的，“片”通常是指这样的元件：其具有显著超过元件厚度的横向延伸(例如直径或等效直径)，例如超过至少5倍，更优选地超过至少10倍，或甚至更优选地超过至少20倍、50倍或甚至100倍。具体而言，片可以是柔性的、可变形的或刚性的。
如下文更详细描述的，具体而言，荧光波导片可以是或者可以包括透明材料，特别是透明片。透明度可以是可见光谱范围或其一部分内(例如500nm到700nm的范围内)的至少50％到70％的透明度。其它实施例也是可行的。
如本文进一步使用的，术语“敏感区域”通常是指对外部影响敏感并且例如响应于外部刺激而产生至少一种反应的元件的二维或三维区域。在当前情况下，特别是在横向光学传感器的荧光波导片的情况下，横向敏感区域可以对光学激发敏感。具体而言，横向敏感区域可以是荧光波导片的表面或体积的一部分，例如荧光波导片的整个表面或其一部分。
通常，荧光材料或荧光波导片具有非线性特性，即呈现出荧光特性，其中荧光是光束(即激发光)的照射强度的功率的非线性函数。非线性荧光特性在荧光材料领域广为人知。荧光中的非线性特性通常由于各种物理过程而发生。因此，不希望受理论束缚，非线性荧光可以由于饱和效应而发生，所述饱和效应具体可以由激子-激子猝灭或激子-激子复合引起。其它猝灭过程是公知的，并且在荧光文献中进行了描述。最常见的是，朝向光束或激发光的更高强度，荧光的总功率按亚比例(sub-proportionally)跟随光束的强度。通常会观察到饱和效应。在本发明的上下文中，这些非线性荧光特性可用于确定对象的横向坐标。
此外，在当前情况下，纵向敏感区域可以对照射的几何形状敏感，特别是对于纵向敏感区域上的照射的光束横截面。为此，纵向光学传感器可以包括一个或多个光电检测器，优选地一个或多个染料敏化有机太阳能电池(DSC)，诸如一个或多个固体染料敏化有机太阳能电池(SDSC)。因此，纵向敏感区域可以由嵌入在光电检测器的第一电极与第二电极之间的至少一种光伏材料形成，其中光伏材料可以对光照射敏感，由此适于响应于光照射而产生电荷。关于更多细节，可以参考WO 2012/110924 A1和WO 2014/097181 A1。
替代地，纵向敏感区域可以由至少一种光电导材料形成，其中光电导材料可以对光照射敏感，由此交替光电导材料的导电性。作为特定例子，纵向敏感区域因此可以由至少一个以光电导模式驱动的光电二极管形成。关于合适的光电导材料，可以参考2015年1月30日提交的上述欧洲专利申请EP 15 153 215.7，2015年3月3日提交的EP 15 157 363.1，2015年4月22日提交的EP 15 164 653.6，2015年7月17日提交的EP 15177275.3，2015年8月10日提交的EP 15180354.1和EP 15180353.3，以及2015年9月14日提交的EP 15 185005.4。
本发明的上下文中提出的纵向光学传感器和方法具体地可以被视为实现所谓的“FiP”效应，该效应在WO 2012/110924 A1和/或WO 2014/097181 A1中给出了进一步详细的解释。其中“FiP”意味着可以产生信号i的效应，在给定相同照射总功率P的情况下，该信号i依赖于光子密度、光子通量，并且因此依赖于入射光束的截面φ(F)。因此，确定纵向坐标可以意味着直接确定纵向坐标z，可以意味着确定定义光斑大小的一个或多个参数，或者可以同时或以逐步的方式意味着这两者。
此外，如WO 2012/110924 A1中所公开的，FiP效应可依赖于光束的适当调制或可通过光束的适当调制来加强。因此，优选地，检测器可以进一步具有用于调制照射的至少一个调制装置。因此，检测器可以被设计为在不同调制情况下检测至少两个纵向传感器信号，特别地，包括不同的调制频率的至少两个纵向传感器信号。在这种情况下，评估装置可以被配置为通过评估至少两个调制的纵向传感器信号来确定对象的至少一个纵向坐标。因此，纵向光学传感器可以被设计为使得在给定相同照射总功率的情况下，至少一个纵向传感器信号可以依赖于照射的调制的调制频率。
此外，检测器可以替代地，或优选地，附加地被设计为在不同调制情况下检测至少两个横向传感器信号，特别地，包括不同的调制频率的至少两个横向传感器信号。在这种情况下，评估装置可以进一步被配置为通过评估至少两个调制的横向传感器信号来确定对象的至少一个横向坐标。因此，横向光学传感器可以被设计为使得至少一个横向传感器信号可以还依赖于照射的调制的调制频率。
如本文进一步使用的，术语“朝向对象取向”通常是指荧光波导片的表面或该表面的一部分(具体地，敏感区域)可以从对象完全或部分地可见的情况。具体而言，对象的至少一个点与敏感区域的至少一个点之间的至少一条互连线可以与敏感区域或荧光波导片的表面元件形成不同于0°的角度，诸如20°-90°的范围内的角度。但是，其它实施例也是可行的。
然而，最优选地，所述至少一个荧光波导片、横向敏感区或其一部分与横向光学传感器和/或检测器的光轴基本上垂直地取向。优选地，纵向敏感区域或其一部分基本上以相同的方式取向，特别地，相对于横向敏感区域平行布置。因此，特别有可能使在对象的纵向坐标和横向坐标二者的确定中的任何偏差最小化。因此，当对象位于光轴上或靠近光轴时，从对象朝向检测器传播的光束可以基本上平行于光轴。如本文中所使用的，术语“基本上垂直”是指垂直取向的状况，其具有例如±20°或更小的容差，优选地具有±10°或更小的容差，更优选地具有±5°或更小的容差。类似地，术语“基本上平行”是指平行取向的状况，其具有例如±20°或更小的容差，优选地具有±10°或更小的容差，更优选地具有±5°或更小的容差。
由于根据本发明使用至少两个光学传感器，即横向光学传感器和至少一个纵向光学传感器，因此光学传感器可以位于同一光束路径中，具体地，在其中光学传感器中的一个或多个是透明的或半透明的优选情况下。特别地，包括形成横向敏感区域的至少一个荧光波导片的横向光学传感器可以优选地呈现出透明或半透明特性。因此，根据本发明，可以以使得入射光可以在照射到其中一个纵向光学传感器之前，首先照射到横向光学传感器的方式，使横向光学传感器位于至少一个纵向光学传感器的前方且位于与所述至少一个纵向光学传感器相同的光束路径内。在这种情况下，除最后一个纵向光学传感器之外的所有其它纵向光学传感器可以同样地呈现出透明或半透明特性。在此方面，可以强调的是，使横向光学传感器位于至少一个纵向光学传感器前方且位于同一光束路径内的可能性构成了该布置的特定优点，因为该特征一般不能通过常用的横向光学传感器实现，特别地，不能通过通常基于不透明无机材料的位置敏感器件(例如，已知的CCD传感器和/或CMOS传感器)实现。
替代地或附加地，光学传感器中的至少两个可以被置于检测器的不同部分光束路径中。因此，诸如通过使用一个或多个分束元件(beam splitting element)，特别地，一个或多个半透明镜和/或分束立方体，可以将检测器的光束路径分为两个或更多个部分光束路径。其它实施例也是可行的。
如本文进一步使用的，光斑通常是指光束对对象的可见或可检测的圆形或非圆形照射。在光斑中，光可能完全或部分地被散射，或可能仅被透射。
光束从对象朝向检测器传播。如下文更详细描述的，光束可以源自对象，例如通过对象和/或集成或附接到对象的至少一个照射源发射光束，或者可以源自不同的照射源，例如源自直接或间接地照射对象的照射源，其中光束被对象反射或散射，并由此至少部分地被导向检测器。在此，所述至少一个照射源可以优选地发射位于涵盖400nm到900nm的范围，更优选550nm到850nm的范围，特别地，600nm到800nm的范围的波长范围内的光，在该范围内，如在下文更详细描述的，荧光材料(例如，荧光着色剂(colorant)，特别地，染料)，可以呈现出吸收最大值。
如本文进一步使用的，术语“光束”通常是指光量，具体地，基本上沿同一方向传播的光的量，包括光束具有扩展角或扩大角的可能性。如下文更详细描述的，光束具体地可以是高斯光束。然而，其它实施例也是可行的。
如本文进一步使用的，术语“光敏元件”通常是指对紫外、可见或红外光谱范围中的一者或多者内的照射敏感的元件。具体地说，光敏元件可以是或可以包括从光电二极管、光电池、光电导体、光电晶体管或其任何组合构成的组中选择的至少一种元件。可以使用任何其它类型的光敏元件。如在下文将更详细描述的，光敏元件通常可以完全或部分地由无机材料制成和/或可以完全或部分地由有机材料制成。最常见的是，如在下文更详细描述的，可以使用一个或多个光电二极管，例如市场上可买到的光电二极管，例如无机半导体光电二极管。
如本文进一步使用的，术语“边缘”通常是指所述至少一个荧光波导片的边界，例如荧光波导片的侧边界或侧边缘或正面或背面。因此，如技术人员将认识到的，术语“边缘”通常可以指荧光波导片与周围气氛(例如空气)之间的界面或边界。具体而言，边缘可以是由荧光波导片形成的光敏区域的边界。术语“位于”通常是指光敏元件直接位于边缘上或紧邻边缘的事实。作为例子，从边缘向光敏元件方向出射的光的至少50％被相应的光敏元件收集，不会因散射、光束变宽或其它损耗而丢失。作为例子，光敏元件可以位于与边缘间隔不超过10mm，更优选地不超过5mm的位置处。然而，应注意，其它实施例对于连接荧光灯而言也是可行的。最优选地，所有光敏元件以相同的方式相对于荧光波导片的其相应边缘定位，以便向所有光敏元件提供类似的测量条件。
作为例子，位于荧光波导片的至少两个边缘处的光敏元件可以完全或部分地与荧光波导片位于同一平面中和/或可以完全或部分地位于不同的平面中。在后一种情况下，如下文更详细描述的，作为例子，可以通过使用至少一个光学耦合元件来实现荧光波导片的相应边缘与相应光敏元件之间的光学耦合。此外，光敏元件中的至少一个可以与荧光波导片位于同一平面中，并且光敏元件中的至少一个可以位于荧光波导片的平面之外。此外，至少一个或甚至全部光敏元件的观察方向可以平行于荧光波导片的平面，或者可以以其它方式(例如垂直于该平面)取向。其中，当提及荧光波导片的“平面”时，该术语不一定意味着荧光波导片是完全平面的。因此，作为例子，荧光波导片也可以是曲面的或弯曲的，而且相应光敏元件的位置处的荧光波导片的平面可以是局部切面。
如本文中所使用的，术语“边缘”可以指荧光波导片的直线或直线边界区域，在下文中也被称为“直边缘”，或者还可以指荧光波导片的非直线或非直线边界区域，例如荧光波导片的拐角。因此，光敏元件中的至少一个、多个光敏元件、或甚至所有光敏元件也可以位于荧光波导片的至少一个拐角处，例如位于由荧光波导片形成的第二光敏区域的至少一个拐角处。因此，具体而言，边缘可以包括荧光波导片的边沿(rim)或边沿的一部分，例如拐角和/或直边沿部分。然而，附加地或替代地，边缘还可以包括荧光波导片的平坦表面，例如正面或背面。
如上所述，为了改善从光斑朝向至少一个光敏元件引导进入至少一个相应光敏元件中的馈送荧光，可以通过在荧光波导片与相应的光敏元件之间中使用至少一个光学元件耦合元件来实现至少一个光学耦合。因此，光敏元件中的至少一个、多个光敏元件、或甚至所有光敏元件可以通过至少一个光学耦合元件而被光学耦合到荧光波导片，所述至少一个光学耦合元件被配置为至少部分地耦合由荧光波导片引导出荧光波导片并优选地至少部分地进入光敏元件的荧光。如本文中所使用的，术语“光学耦合元件”通常是指被配置用于干扰、减少或中断荧光波导片内的全内反射(该全内反射在荧光波导内的波导期间发生)中的一者或多者的任意元件。因此，作为例子，光学耦合元件可以是具有介于荧光波导片与光敏元件和/或周围气氛(例如空气)的折射率之间的折射率的任意透明元件。因此，作为例子，在荧光波导片的折射率由n1表示且光敏元件的折射率由n2表示的情况下，光学耦合元件的折射率可以是n1＜n3＜n2或者n1＞n3＞n2。
光学耦合元件可以与荧光波导片直接接触，例如与荧光波导片的至少一个表面(例如面向对象的表面和/或背向对象的表面)直接接触。此外，该光学耦合元件也可以与相应的光敏元件直接接触。此外，对于每个光敏元件，可以设置独立的光学耦合元件，或者替代地，多个光敏元件可以共享公共的光学耦合元件，或者替代地，多个光学耦合元件可以被耦合到一个光敏元件。
光耦合的各种方式对于本领域的技术人员来说是公知的，并且还可用于将来自荧光波导片的荧光耦合到相应的光敏元件中。因此，作为例子，所述至少一个光学耦合元件可以包括从由以下项组成的组中选择的至少一个元件：将光敏元件附接到荧光波导片的透明粘合剂的一部分；荧光波导片内的被蚀刻部分，例如荧光波导片的表面(例如面向对象的表面和/或背向对象的表面)内的被蚀刻部分；荧光波导片中的划痕(scratch)，例如荧光波导片表面(例如面向对象的表面和/或背向对象的表面)中的划痕；棱镜。附加地或替代地，其它光学耦合元件是公知的并且也可用于本发明。在最简单的情况下，所述至少一个光敏元件可以简单地粘附或胶合(例如通过至少一种透明的胶或粘合剂，例如透明环氧树脂)到荧光波导片的表面上。其它光耦合方式也是可行的。
关于所述至少两个光敏元件的放置，存在多种可能性。因此，作为例子，该至少两个光敏元件可位于以下一者或多者处：荧光波导片的至少两个直边(例如至少两个相对边缘，例如相对的直边沿部分)处；荧光波导片的至少两个拐角(例如至少两个相对的拐角)处；荧光波导片的至少一个拐角处以及荧光波导片的至少一个直边(例如直边沿部分)处。通常会给出其它可能性。
如本文中所使用的，传感器信号通常是指任意可存储和可传输的信号，该信号是由至少一个光学传感器(特别地，同时由纵向敏感区域和光敏元件)响应于照射而产生的。因此，作为例子，传感器信号可以是或可以包括至少一个电子信号，该至少一个电子信号可以是或可以包括数字电子信号和/或模拟电子信号。传感器信号可以是或者可以包括至少一个电压信号和/或至少一个电流信号。此外，可以使用原始传感器信号，或者检测器、光学传感器或任何其它元件可以适于处理或预处理传感器信号，由此产生也可用作传感器信号的二次传感器信号，例如通过过滤等的预处理。
如本文进一步使用的，术语“评估装置”通常是指适于执行所述操作的任意装置，优选地通过使用至少一个数据处理装置，更优选地通过使用至少一个处理器和/或至少一个专用集成电路来执行所述操作。因此，作为例子，该至少一个评估装置可以包括其上存储有包括多个计算机命令的软件代码的至少一个数据处理装置。
具体而言，如下文更详细描述的，评估装置可以被配置为通过使用纵向传感器信号的幅度与对象的纵向坐标之间的至少一种已知的、可确定的或预定的关系来确定对象的至少一个纵向坐标z。此外，评估装置可以附加地被配置为通过使用至少两个光敏元件的横向传感器信号的相对幅度与对象的横向坐标之间的至少一种已知的、可确定的或预定的关系来确定对象的横向坐标x、y中的至少一个。
由此，评估装置可以可选地被配置为考虑调制照射所使用的调制频率。因此，如WO2012/110924 A1中更详细描述的，多个纵向传感器信号可以由同一纵向传感器通过使用对象的照射的不同调制频率而被检测到。因此，至少两个纵向传感器信号可以在照射的不同调制频率处被获取，其中，例如通过与相应的校准曲线比较，从该至少两个传感器信号，可以推导出照射的总功率和/或几何形状，和/或从其中直接或间接地推导出对象的至少一个纵向坐标，和/或在可由具有不同调制频率的光所照射的两个不同对象或其部分之间进行区分。
替代地或优选附加地，多个横向传感器信号也可以由同一横向光学传感器通过使用对象的照射的不同调制频率而被检测到。因此，至少两个横向传感器信号可以在照射的不同调制频率处被获取，其中，例如通过与相应的校准曲线比较，从该至少两个传感器信号，可以推导出照射的总功率和/或几何形状，和/或再次在可由具有不同调制频率的光所照射的两个不同对象或其部分之间进行区分。
此外，由此可以通过将在不同调制频率处获取的至少两个纵向传感器信号与在相同调制频率处获取的至少两个横向传感器信号、优选地同时与纵向传感器信号进行组合，来提供两个不同对象或其部分之间的空间区别。换句话说，根据本发明的检测器可以呈现出特别的优点，即，其可以容易地允许在两个单独的对象之间和/或在单个对象的两个单独部分之间进行区分，甚至可以区分位于同一观察方向内的对象。另外，使用用于通过两种不同类型的光学传感器检测不同对象或其部分的类似方法可以允许简化评估装置内的相应确定过程。
包括确定对象的至少一个纵向坐标和至少一个横向坐标的上述操作由所述至少一个评估装置执行。因此，作为例子，上述关系中的一种或多种可以在软件和/或硬件中实现，例如通过实现一个或多个查找表来实现。因此，作为例子，评估装置可以包括一个或多个可编程装置，例如一个或多个计算机、专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)，这些装置被配置为执行上述评估，以便一方面通过评估非线性纵向传感器信号来确定对象的至少一个纵向坐标，另一方面通过评估和组合横向传感器信号来确定对象的至少一个横向坐标。然而，附加地或替代地，评估装置也可以完全或部分地由硬件体现。
进一步应注意，包括光学传感器和评估装置的两个或更多个上述装置可以完全或部分地集成到一个或多个装置中。通常，评估装置可以完全或部分地集成到至少一个光学传感器中。附加地或替代地，评估装置可以完全或部分地集成到执行这两种功能的公共装置中，并且作为例子，该公共装置可以包括一个或多个硬件组件(例如一个或多个ASIC和/或一个或多个FPGA)。附加地或替代地，评估装置也可以完全或部分地通过使用一个或多个软件组件来实现。集成程度也可能影响评估速度和最高频率。因此，如上所述，检测器也可以完全或部分地体现为相机和/或可用于适合获取静止图像或适合获取视频短片的相机。
根据一个或多个上述实施例的检测器可以以各种方式被修改、改进或甚至优化，这将在下文中进行简要讨论并且也可以以技术人员将认识到的各种任意组合来实现。
检测器可以包括单个纵向光学传感器或多个纵向光学传感器。因此，如在通过引用而被包括在本文中的各个上述申请中所讨论的，具体地在WO 2014/097181 A1中所讨论的，在焦点之前和之后的相等距离处的光斑的大小存在模糊性(ambiguity)。因此，具体地为了解决这种模糊性，可以使用多于一个的纵向光学传感器，其中纵向光学传感器被定位在沿光束的一个或多个光束路径的不同位置处。因此，通过比较纵向传感器信号和/或由两个或更多个纵向光学传感器检索到的结果，可以确定焦点是位于纵向光学传感器之前(光束通常变宽)、位于纵向光学传感器之后(光束通常变窄)还是介于两者之间，其中后一种情况通常需要使用三个或更多个纵向光学传感器。因此，具体而言，评估装置可以被配置为通过评估至少两个纵向光学传感器的纵向传感器信号来确定对象的至少一个纵向坐标z。至少两个纵向光学传感器可以沿光束的至少一个光束路径定位在不同位置处，使得对象与至少两个纵向光学传感器之间的光学路径长度不相同。评估装置具体地可以被配置为使用至少两个纵向光学传感器的纵向传感器信号来解决在纵向传感器信号与纵向坐标z之间的关系中的模糊性。
此外，检测器可以包括用于调制(特别地，周期性调制)照射的至少一个调制装置，该调制装置特别地是周期性光束遮断装置。照射的调制应该被理解为表示这样的过程：其中，照射总功率可以被改变，优选地周期性改变，特别地，具有一个或多个调制频率，例如具有0.05Hz到1MHz的频率，例如0.1Hz到10kHz的频率。特别地，周期性调制可以在照射总功率的最大值与最小值之间进行。最小值可以是0，但也可以超过0，从而例如不必执行完整调制。该调制例如可以由布置在对象与光学传感器之间的光束路径中的至少一个调制装置例如在所述光束路径中实现。然而，替代地或附加地，该调制也可以例如由布置在下面更详细描述的用于照射对象的可选照射源与对象之间的光束路径中的至少一个调制装置在所述光束路径中实现。还可以想到这些可能性的组合。
该至少一个调制装置可以包括例如光束斩波器或某种其它类型的周期性光束遮断装置，例如包括至少一个遮断叶片或遮断轮，其优选地以恒定速度旋转并且因此可以周期性地中断照射。然而，替代地或附加地，也可以使用一个或多个不同类型的调制装置，例如基于电光效应和/或声光效应的调制装置。再次替代地或附加地，至少一个可选的照射源本身也可以被设计为例如由本身具有调制的强度和/或总功率(例如周期性调制的总功率)的所述照射源和/或由被体现为脉冲照射源的所述照射源(例如作为脉冲激光器)来产生调制的照射。因此，举例来说，该至少一个调制装置也可以完全或部分地集成到照射源中。各种其它可能性也是可行的。
如上所述，检测器因此可以被设计为在不同的调制情况下同时和/或连续地检测至少两个传感器信号，特别地，分别不同的调制频率下的至少两个传感器信号。此外，评估装置可以被设计为从所述至少两个传感器信号产生几何坐标。通过这种方式，例如，可以解决模糊性和/或可以考虑例如照射总体功率通常可能是未知的这一事实。此外，由具有不同调制频率的单独光束产生的至少两个不同光斑因此可以相互区分。
检测器可以进一步包括一个或多个额外的光学元件。作为例子，检测器和/或光学传感器可以包括一个或多个透镜和/或一个或多个平坦或弯曲的反射元件，如下文在传输装置的上下文中进一步详细描述的。然而，具体而言，光学传感器和/或检测器可以进一步包括至少一个波长选择元件，其也被称为滤波器元件的至少一个光学滤波器。作为例子，所述至少一个光学滤波器可以包括至少一个透射滤波器或吸收滤波器、至少一个光栅、至少一个二色镜或其任何组合。可以使用其它类型的波长选择元件。优选地，该至少一个光学传感器包括具有至少一个光学短通滤波器的至少一个光学滤波器元件。作为例子，光学短通滤波器可以位于所述至少一个荧光波导片后面的光束路径中，使得光束首先通过所述至少一个荧光波导片，优选随后(其次)通过所述至少一个短通滤波器。在该至少一个短通滤波器后面的光束路径中，优选地可以放置至少一个另外的元件，例如至少一个参考光敏元件。
因此，一般而言，如上所述，横向光学传感器可以进一步包括至少一个参考光敏元件，其也被称为参考光电传感器、参考检测器或光敏参考元件。该参考光敏元件通常可以是任意的光敏元件，其被配置和/或布置为在光束通过所述至少一个荧光波导片之前或之后检测光束或该光束的一部分。如上所述，该至少一个光敏元件具体可用于校准和/或标准化目的，例如以便使上述装置和方法或多或少独立于光束的总功率。该至少一个参考光敏元件通常可以以类似于至少一个光敏元件的方式进行设计，作为例子，其可以包括光电二极管、光电池、光电导体、光电晶体管或其组合中的一者或多者。该至少一个参考光敏元件具体地可以从由有机光敏元件和无机光敏元件组成的组中选择。参考光敏元件具体地可以是或可以包括大面积光敏元件，作为例子，该大面积光敏元件覆盖荧光波导片和/或其敏感区域的面积的至少10％，例如10％到100％。该至少一个参考光敏元件具体地可以被设计为在光束通过荧光波导片之后检测光束的光并且产生至少一个参考传感器信号。如上所述，该至少一个参考传感器信号具体地可用于标准化光敏元件的横向传感器信号。如下文更详细描述的，评估装置具体地可以适于考虑该参考传感器信号用于确定对象的位置(优选地用于确定对象的至少一个横向坐标x、y)。
如上所述，检测器能够确定对象的至少一个纵向坐标，其中包括确定整个对象或其一个或多个部分的纵向坐标的选项。然而，另外，对象的其它坐标(包括一个或多个横向坐标和/或旋转坐标)将由检测器确定，具体地由评估装置确定。因此，作为例子，例如可以通过确定横向敏感区域内的光斑中心的坐标和/或光斑的最大强度的坐标，来评估由光束产生的光斑的横向位置。由于检测器的光学设置的特性通常是已知的(例如通过了解位于检测器的一个或多个光束路径中的一个或多个透镜或其它折射元件的位置和/或特性)，因此，对象的至少一个横向坐标可以由评估装置确定。因此，一般而言，评估装置适于通过确定至少一个荧光波导片的横向敏感区域上的光束的位置来确定对象的至少一个横向坐标x、y。
因此，一般而言，评估装置被配置为通过评估光敏元件的传感器信号来确定对象的至少一个横向坐标x、y。为了确定一个或多个方向上的至少一个横向坐标，可以比较光敏元件的横向传感器信号。因此，如技术人员所知，相应的光敏元件的传感器信号(其表示由荧光波导片从光斑导向光敏元件的荧光，因此来自荧光的产生位置)依赖于光斑与相应光敏元件之间的距离。通常，随着光斑与光敏元件之间的距离的增加，相应光敏元件的传感器信号将减弱，例如这是因为波导期间的损耗和/或因为荧光的扩散。通过比较位于不同的已知位置处的光敏元件的传感器信号，荧光波导片上的光斑的侧向或横向位置可以被确定，并由此通过使用例如光斑的横向位置与对象的横向坐标之间的已知的或可确定的关系，可以确定对象的横向坐标。再次，可以使用经验关系和/或半经验关系和/或分析关系，例如技术人员公知的透镜方程。
作为例子，可以产生至少两个光敏元件的至少两个横向传感器信号之间的至少一个差异信号，用于比较这些传感器信号并由此确定横向坐标。因此，评估装置可以包括至少一个减法装置，该减法装置被配置为在由至少两个光敏元件产生的至少两个横向传感器信号之间形成至少一个差异信号D。横向传感器信号可以包括至少一个第一传感器信号s1和至少一个第二传感器信号s2，其中至少一个差异信号D具体地可以与a·s1-b·s2成正比，其中a、b是实数系数，优选地a＝1且b＝1。在该简单的例子中，具体地可以根据以下公式推导出至少一个差异信号D。
D＝(a·s1-b·s2)/(a·s1+b·s2) (1)
该减法装置具体地可以被配置为形成至少一个第一差异信号Dx，从该至少一个第一差异信号Dx可以推导出对象的至少一个第一横向坐标x。该减法装置可以进一步被配置为形成至少一个第二差异信号Dy，从该至少一个第二差异信号Dy可以推导出对象的至少一个第二横向坐标y。因此，作为例子，可以推导出对象的笛卡尔坐标。然而应注意，可以使用其它坐标系(例如极坐标系)，这取决于例如整体设置的几何形状。
第一差异信号Dx具体地可以根据位于波导片在第一维度中的相对边缘处的至少两个光敏元件的至少两个横向传感器信号sx1、sx2产生，该第一维度也可以被称为x方向或x维度。类似地，第二差异信号Dy可以根据位于波导片在第二维度中的相对边缘处的至少两个光敏元件的至少两个横向传感器信号sy1、sy2产生，该第二维度也可以被称为y方向或y维度。这样，可以定义坐标系，其中检测器的光轴是z轴，并且两个轴x和y位于荧光波导片的平面内(例如，在垂直于z轴的平面内)。然而，其它坐标系也是可行的。
至少一个第一差异信号Dx具体地可以根据以下公式产生。
Dx＝(a·sx1-b·sx2)/(a·sx1+b·sx2) (2)
相应地，至少一个第二差异信号Dy可以根据以下公式推导出。
Dy＝(c·sy1-d·sy2)/(c·sy1+d·sy2) (3)
其中a、b、c、d是实数系数，优选地a＝1，b＝1，c＝1且d＝1。然而，其它例子也是可行的。
检测器的其它可选的细节可以涉及光敏元件，并且可选地涉及至少一个参考光敏元件。因此，光敏元件可以包括位于荧光波导片的相对边缘(例如，相对的直边沿部分)处的至少两个光敏元件。作为例子，荧光波导片可以是或可以包括至少一个矩形荧光波导片，并且至少两个光敏元件可以位于该矩形荧光波导片的相对的平行边缘(例如，相对的直边沿部分)处。作为例子，两个平行的边缘(例如，两个平行的边沿部分)可以在x方向上以相对的方式定位，每个边缘具有至少一个光敏元件，并且/或者两个平行的边缘(例如，两个平行的边沿部分)可以在y方向上以相对的方式定位，每个边缘具有至少一个光敏元件。因此，一般而言，该矩形荧光波导片的边缘或边沿部分可以垂直于x-y坐标系的轴取向。然而应注意，其它几何形状和/或其它坐标系也是可行的。然而从技术角度来看，所描述的笛卡尔坐标系相当容易实现，并且例如通过使用一个或多个上述公式对传感器信号的评估相当简单。
光敏元件具体地可以包括位于荧光波导片的在坐标系的第一维度(例如x维度)上的相对边缘处的至少一个第一光敏元件对，并且这些光敏元件进一步包括位于荧光波导片的在坐标系的第二维度(例如y维度)上的其它相对边缘处的至少一个第二光敏元件对。
进一步可选的细节可以涉及至少一个荧光波导片和/或横向敏感区域。因此，作为例子，横向敏感区域可以具体地为同质(homogeneous)敏感区域。因此，横向敏感区域可以不被在物理上细分为诸如像素之类的部分区域。相反地，横向敏感区域可以是形成均匀荧光的一个同质区域。优选地，纵向敏感区域或其一部分可以以基本上以相同的方式实现，因此也包括同质敏感区域。
敏感区域具体地可以是大敏感区域。因此，作为例子，敏感区域可以具有至少5mm2，优选地至少10mm2，更优选地至少100mm2，进一步优选地至少400mm2的表面。作为例子，敏感区域可以具有5mm2到10,000mm2，例如100mm2到2500mm2的表面。敏感区域的大面积设计在许多方面都是有利的。因此，具体而言，通过增大敏感区域的表面，可以增加横向坐标的确定的分辨率。此外，检测器的视场(例如，视角)可以通过使用大敏感区域来扩宽。
此外，因此例如可以通过针对敏感区域的扩展使用相同量值来调整横向光学传感器和至少一个纵向光学传感器的同质敏感区域，也就是说，可以通过位于彼此附近的横向光学传感器和至少一个纵向光学传感器二者，优选地以连续的方式，记录同一入射光束。如本文中所使用的，“相同量值”是指纵向敏感区域和横向敏感区域二者的横向尺寸在0.1与10之间，优选地在0.3与3之间，更优选地在0.9与1.1之间的因子内相同的观察。就此而言，可以提及的是，这样的实施例不能通过使用包括像素化敏感区域的常用的PSD器件(例如CCD传感器和/或CMOS传感器)来实现，因此，其与本发明中采用的、因而与FiP技术兼容的PSD器件形成鲜明对比，FiP技术一般采用高达10,000mm2或更大的大同质敏感区域。
替代地，包括大面积二极管(特别地，诸如硅、锗或CdTe传感器之类的无机半导体传感器，或透明太阳能电池)的其它常用PSD器件通常具有电阻夹层，该夹层适于接收用于不同电极的不同横向传感器信号。然而，一般来说，大面积二极管包括较高容量C，因此乘积R·C(也被称为“时间常数”)的值较高，其中R表示二极管的相应电阻。由于常用的PSD器件的时间常数值较大，因此其频率响应在低频处相当有限。为了避免该缺点，因此可以使用小型二极管(例如点状光电二极管或细长光电二极管)作为位于根据本发明的荧光波导片的至少两个边缘处的光敏元件，这是因为(特别地由于它们的延伸幅度小)它们通常包括小的时间常数。因此，相应的横向传感器信号的较高读出频率以及较高的照射调制频率也是可行的。然而，关于本发明，较高的读出频率和/或调制频率可以是特别有利的，这是因为未被照射或照射不足的FiP传感器通常呈现小的时间常数值。因此，通过评估包括光敏元件的所包括的小型二极管的横向传感器信号来获知对象相对于横向坐标x、y的移动，可以容易地校正时间常数值。因此，总体可以以这种方式获得更快的检测器。
荧光波导片具体地可以包括至少一个平面片。然而其中仍可以容忍轻微的曲率。然而，在其它实施例中，荧光波导片也可以体现为弯曲的荧光波导片，例如以便引起某些应用可能需要的特定光学效应。因此，本发明的检测器的优点之一在于荧光波导片具体地可以是弯曲的、柔性的或具有特定几何形状的事实。
荧光波导片具有10μm到3mm的厚度，优选地100μm到1mm的厚度，例如50μm到2mm的厚度。波导片的厚度具体地可以是波导片沿检测器的光轴的尺寸。该厚度可以被调整以改善和优化荧光的波导特性。
如上所述，荧光波导片可以完全或部分地是刚性的，或者可以完全或部分地体现为柔性的或可变形的。
荧光波导片可以包含至少一种基质材料。如本文中所使用的，术语“基质材料”通常是指形成荧光波导片的主要部分并限定荧光波导片主体的材料。作为例子，基质材料可以是这样的材料：该材料能够诸如通过混合、化学键合、分散或溶解来接收其中的一种或多种添加的材料。因此，该至少一种荧光材料优选地被嵌入基质内，即荧光材料可以是被混合到基质材料中、被分散到基质材料中、被化学键合到基质材料、或被溶解在基质材料中的一种或多种。
基质材料具体地可以是或可以包括至少一种塑料材料。该塑料材料具体地可以是或可以包括至少一种聚合物材料。作为例子，该塑料材料可以是或可以包括选自如下的至少一种材料：
-包括从以下项中选择的至少一种共聚单体的均聚物和共聚物：C2-C10-单烯烃、1,3-丁二烯、2-氯-1,3-丁二烯、乙烯醇及其C2-C10烷基酯、氯乙烯、偏二氯乙烯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、C1-C10醇的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、乙烯基芳族化合物、(甲基)丙烯腈、马来酸酐和烯属不饱和一元羧酸和二元羧酸，
-乙烯醇缩醛的均聚物和共聚物，
-聚乙烯基酯，
-聚氯乙烯
-聚碳酸酯，
-聚酯，
-聚醚，
-聚醚酮，
-热塑性聚氨酯，
-聚硫化物，
-聚砜，
-聚醚砜，
-纤维素烷基酯，
-聚丙烯，
-聚对苯二甲酸乙二酯，
及上述项的两种或更多种的混合物。
作为例子，可以举出聚丙烯酸酯，其具有与由C4-C8醇(特别是丁醇、己醇、辛醇和2-乙基己醇)构成的组相同或不同的醇结构部分、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸丁酯共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯共聚物(EPDM)、聚苯乙烯(PS)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯(ASA)、苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(SBMMA)、苯乙烯-马来酸酐共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸共聚物(SMA)、聚甲醛(POM)、聚乙烯醇(PVAL)、聚乙酸乙烯酯(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚己内酯(PCL)、聚羟基丁酸(PHB)、聚羟基戊酸(PHV)、聚乳酸(PLA)、乙基纤维素(EC)、醋酸纤维素(CA)、丙酸纤维素(CP)和醋酸/丁酸纤维素(CAB)。
优选地，塑料材料可以是或可以包括从由以下项构成的组中选择的至少一种材料：聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、聚氨酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯。但其它材料也是可行的。特别优选地是聚碳酸酯或聚(甲基丙烯酸甲酯)。
基质材料可以进一步包括合适的稳定剂以稳定聚合物。此类稳定剂是技术人员已知的，并且包括抗氧化剂、UV吸收剂、光稳定剂、受阻胺光稳定剂、防臭氧剂等，特别是受阻胺光稳定剂。术语“受阻胺光稳定剂”是指通常由2,2,6,6-四烷基哌啶表示的那类化合物空间位阻胺。
在基质材料包括稳定剂的情况下，基于所有基质材料的总重量，基质材料优选包括量为0.001重量％到10重量％的稳定剂。
根据一个优选实施例，基质材料由聚合物材料构成。
荧光材料通常可以包含任意荧光团。具体而言，所述至少一种荧光材料可以包括至少一种荧光着色剂，优选地为至少一种荧光染料。具体而言，所述至少一种荧光材料是荧光着色剂，优选地为荧光染料。
多种荧光着色剂(优选染料)是技术人员所公知的。如上所述，其中这些荧光染料中的大多数显示出上述饱和效应，由此使荧光成为激发的非线性函数。作为例子，荧光染料能够达到光束饱和，使得由荧光染料产生的荧光总功率为光束强度的非线性函数。具体而言，荧光总功率可以与光束强度进一步成亚比例。
荧光染料具体地可以包括至少一种有机荧光染料。然而，可以附加地或替代地使用无机染料。
根据一个优选实施例，荧光着色剂(优选荧光染料)从由以下项构成的组中选择：茋、苯并噁唑、方酸菁(squaraine)、双二苯基乙烯、香豆素、部花青、苯并吡喃、萘二甲酰亚胺、萘嵌苯、酞菁、萘酞菁(naphthalocyanine)、花菁、呫吨、噁嗪、噁二唑、方酸菁、噁二醇(oxadiols)、蒽醌(anthrachinones)、吖啶、芳基甲烷、硼-二吡咯亚甲基、氮杂-硼-二吡咯亚甲基、蒽酮紫(violanthrones)、异蒽酮紫(isoviolanthrones)和二酮吡咯并吡咯。更优选地，荧光着色剂从由以下项构成的组中选择：萘嵌苯、酞菁、萘酞菁、花菁、呫吨、噁嗪、硼-二吡咯亚甲基、氮杂-硼-二吡咯亚甲基和二酮吡咯并吡咯，甚至更优选地从由以下项构成的组中选择：萘嵌苯、呫吨和酞菁。
根据进一步优选的实施例，荧光染料具体地可以从由以下项构成的组中选择：呫吨衍生物、优选地为荧光素、罗丹明、俄勒冈绿、曙红、德克萨斯红中的一种或多种，或其任何组分的衍生物；花菁衍生物、优选地为花菁、吲哚羰花青、氧杂羰花青、硫杂羰花青、部花青中的一种或多种，或其任何组分的衍生物；方酸菁衍生物或环取代的方酸菁，优选地为Seta、SeTau和Square染料中的一种或多种，或其任何组分的衍生物；萘衍生物，优选地为丹酰或Prodan衍生物中的一种或多种；香豆素衍生物；噁二唑衍生物，优选地为吡啶基噁唑、硝基苯并噁二唑、苯并噁二唑中的一种或多种，或其任何组分的衍生物；蒽衍生物，优选地为蒽醌、DRAQ5、DRAQ7、CyTRAK橙中的一种或多种，或其任何组分的衍生物；芘衍生物，优选地为级联蓝；噁嗪衍生物，优选地为尼罗红、尼罗蓝、甲酚紫、噁嗪170中的一种或多种，或其任何组分的衍生物；吖啶衍生物，优选地为原黄素、吖啶橙、吖啶黄中的一种或多种，或其任何组分的衍生物；芳基次甲基衍生物，优选地为槐黄、结晶紫、孔雀石绿中的一种或多种，或其任何组分的衍生物；四吡咯衍生物，优选地为卟吩、酞菁、胆红素中的一种或多种；萘嵌苯染料或其任何衍生物，例如二萘嵌苯染料；萘亚胺或二萘嵌苯酰亚胺；例如在WO 2012/168395 A1中公开的naphthoilene苯并咪唑染料；或所列物质的任何组分的衍生物。然而，应注意，可以附加地或替代地使用其它染料。
根据本发明的优选实施例，荧光材料包含至少一种荧光着色剂，优选地包含至少一种荧光染料，其在400nm到900nm的波长范围内，具有出现在500nm到850nm的波长范围内的吸收最大值。
如通常使用的，术语“吸收”是指诸如荧光着色剂之类的物质的光学特性，该特性涉及接收和保持一部分入射辐射，特别地，入射到物质的一部分光束，而非反射或透射这部分入射辐射。不考虑反射，入射的辐射因此可能不能完全透射过物质，这导致入射光束的衰减。然而，通常，物质对入射辐射的吸收取决于入射光束的波长，由此，物质的吸收可能随着波长的增加或减小而变化。在此方面，术语“吸收最大值”因此可以指一个或多个特定波长或波长范围，在所述波长或波长范围内，在关于相应波长的吸收值的过程中物质对入射辐射的吸收呈现比相邻波长或波长范围更高的值。
在特别优选的实施例中，在预定波长范围内，特别地在400nm到900nm的整个上述波长范围内，吸收最大值可以为绝对最大值。因此，术语“绝对最大值”描述了物质在预定波长范围内呈现最高值的吸收(因此超过了该物质在该预定波长范围内所有其它波长处的吸收)的类型。然而，“相对最大值”也是可行的，即可以不要求吸收最大值呈现着色剂的最高值，只要该特定波长处的吸收超过相邻波长范围处的吸收即可。
关于本发明的该优选实施例，考虑400nm到900nm的波长范围，荧光着色剂(优选地，荧光染料)具有呈现在500nm到850nm的波长范围内出现吸收最大值的吸收特性。然而，该特征应被理解为荧光着色剂可以呈现可能在400nm以下的波长范围内出现的另一最大吸收最大值。如上所述，优选地，在500nm到850nm的波长范围内出现的吸收最大值是在400nm到900nm的波长范围内的绝对最大值。更优选地，在500nm到850nm的波长范围内出现的吸收最大值是在350到900nm的范围内的绝对最大值，即，在400nm以下的波长范围内可选地出现的任何可能的额外的最大值优选地为相对最大值。
优选地，荧光着色剂(特别地，染料)可以在400nm到900nm的范围内呈现出在550nm到850nm的波长范围内，更优选地在600nm到800nm的波长范围内的吸收最大值，该吸收最大值优选地通过嵌入到基质材料内的着色剂测量。原则上，可以使用本领域的技术人员已知的任何荧光着色剂(优选地，荧光染料)，只要根据该优选实施例，这些着色剂显示出上述定义的期望的吸收最大值即可。使用可以在近红外光谱范围内呈现出荧光的荧光着色剂的特别优点可以是：荧光因此可能出现在人眼不敏感的波长区域中。
通常，荧光着色剂在预定波长范围内吸收的过程可以仅通过使用荧光着色剂来测量。然而，在优选实施例中，荧光着色剂在预定波长范围内的吸收过程可以通过使用嵌入在基质材料内的荧光着色剂来测量，因此将其中内置有荧光着色剂的基质材料的吸收特性考虑进去。
优选地，荧光着色剂因此是这样的荧光着色剂(特别地，染料)：其在400nm到900nm的波长范围内具有出现在500nm到850nm的波长范围内的吸收最大值，并且从由以下项构成的组中选择：茋、苯并噁唑、方酸菁、双二苯基乙烯、香豆素、部花青、苯并吡喃、萘二甲酰亚胺、萘嵌苯、酞菁、萘酞菁、花菁、呫吨、噁嗪、噁二唑、方酸菁、噁二醇、蒽醌、吖啶、芳基甲烷、硼-二吡咯亚甲基、氮杂-硼-二吡咯亚甲基、蒽酮紫、异蒽酮紫和二酮吡咯并吡咯，更优选地从由以下项构成的组中选择：萘嵌苯、酞菁、萘酞菁、花菁、呫吨、噁嗪、硼-二吡咯亚甲基、氮杂-硼-二吡咯亚甲基和二酮吡咯并吡喃，更优选地从由以下项构成的组中选择：萘嵌苯、呫吨和酞菁。
萘嵌苯着色剂
如本文所用的，术语“萘嵌苯着色剂”是指包括在迫位连接的萘单元的萘嵌苯架构的着色剂。此类萘嵌苯架构包括但不限于二萘嵌苯、三萘嵌二苯(terrylene)和四萘嵌三苯(quarterrylene)。因此，根据本发明的萘嵌苯着色剂包括基于萘嵌苯架构的核心结构，具体是指二萘嵌苯、三萘嵌二苯或四萘嵌三苯核心结构。
如在本发明的上下文中使用的，术语“包括核心结构”意指所示结构可以适当地被取代。
优选地，萘嵌苯着色剂包含多环基团Pr，其中多环基团包含萘嵌苯架构，具体是指被至少一个基团(残基)Rr取代的二萘嵌苯、三萘嵌二苯或四萘嵌三苯核心结构，其中Rr从由以下项构成的组中选择：烷基、杂烷基、环烷基、芳基、杂芳基、环杂烷基、-O-烷基、-O-芳基、-O-杂芳基、-O-环烷基和-O-杂环烷基。应该理解，每个残基Rr可以彼此相同或不同。如果存在多于一个基团Rr，则优选地，所有基团Rr均相同。
在本发明的含义内，术语“烷基”涉及未支化烷基残基和支化烷基。该术语还包括被一个或多个合适的取代基进一步取代的烷基。在本发明的上下文中使用的术语“取代的烷基”优选地是指在任意位置被一个或多个取代基，优选地被1、2、3、4、5或6个取代基，更优选地被1、2或3个取代基取代的烷基。如果存在两个或更多个取代基，则每个取代基可以与至少一个其它取代基相同或不同。关于取代基一般没有限制。取代基例如可以从由以下项构成的组中选择：芳基、杂芳基、环烷基、杂环烷基、烯基、炔基、卤素、羟基、烷基羰氧基、芳基羰氧基、烷氧基羰氧基、芳氧基羰氧基、羧酸酯、烷基羰基、芳基羰基、烷氧基羰基、氨基羰基、烷基氨基羰基、二烷基氨基羰基、烷基硫代羰基、烷氧基、磷酸酯、膦酸酯、次膦酸酯、氨基、酰氨基，包括烷基羰基氨基、芳基羰基氨基、氨基甲酰基、脲基、脒基、硝基、亚氨基、巯基、烷硫基、芳硫基、硫代羧酸酯、硫酸酯、烷基亚磺酰基、磺酸酯、氨磺酰基、亚磺酰氨基、三氟甲基、氰基和叠氮基。此类有机残基的优选取代基例如是卤素，诸如氟、氯、溴或碘、氨基、羟基、羰基、巯基和羧基。
术语“杂烷基”是指包括一个或多个杂原子或官能团例如-O-、-S-、-NH-、-NH-C(＝O)-、-C(＝O)NH-等的烷基。
术语“环烷基”是指形成环的烷基，诸如5元、6元或7元环，例如环戊基或环己基。
术语“杂环烷基”是指包括一个或多个杂原子或官能团如-O-、-S-、-NH-、-NH-C(＝O)-、-C(＝O)-NH-等的环烷基，如吗啉基、哌嗪基或哌啶基、烷基芳基、芳基烷基和杂芳基。
在本发明的含义内，术语“芳基”是指但不限于任选地适当取代的5元和6元单环芳族基团以及任选地适当取代的多环基团，例如双环或三环芳基。因此，术语“芳基”例如包括任选地取代的苯基或者任选地适当取代的萘基。芳基还可以与非芳族的脂环或杂环烷基环稠合或桥连以形成多环，例如苯并二氧杂环戊烯基或四氢化萘。
在本发明的含义内使用的术语“杂芳基”包括任选地适当取代的5元和6元单环芳基以及取代或未取代的多环芳基，例如三环或双环芳基，其包括一个或多个，优选地从1到4，诸如1、2、3或4个杂原子，其中在芳基包含多于1个杂原子的情况下，杂原子可以相同或不同。此类包括1到4个杂原子的杂芳基例如是苯并二氧杂环戊烯基、吡咯基、呋喃基、噻吩基、噻唑基、异噻唑基、咪唑基、三唑基、四唑基、吡唑基、噁唑基、异噁唑基、吡啶基、吡嗪基、哒嗪基、苯并噁唑基、苯并二噁唑基、苯并噻唑基、苯并噻吩基、亚甲基二氧苯基、萘啶基、喹啉基、异喹啉基、吲哚基、苯并呋喃基、嘌呤基、脱氮嘌呤基或中氮茚基。
在本发明的上下文中使用的术语“任选地取代的芳基”和术语“任选地取代的杂芳基”描述了具有替代了芳基或杂芳基结构部分的一个或多个原子(例如，C或N)上的氢的取代基的结构部分。同样，关于取代基通常没有任何限制。取代基例如可以从由以下项构成的组中选择：烷基、烯基、炔基、卤素、羟基、烷基羰基氧基、芳基羰基氧基、烷氧基羰基氧基、芳氧基羰基氧基、羧酸酯、烷基羰基、芳基羰基、烷氧基羰基、氨基羰基、烷基氨基羰基、二烷基氨基羰基、烷基硫代羰基、烷氧基、磷酸酯、膦酰酯、次膦酰酯、氨基、酰氨基，包括烷基羰基氨基、芳基羰基氨基、氨基甲酰基和脲基、脒基、硝基、亚氨基、巯基、烷硫基、芳硫基、硫代羧酸酯、硫酸酯、烷基亚磺酰基、磺酸酯、氨磺酰基、亚磺酰氨基、三氟甲基、氰基、叠氮基、环烷基，例如环戊基或环己基、杂环烷基，例如吗啉基、哌嗪基或哌啶基、烷基芳基、芳基烷基和杂芳基。此类有机残基的优选取代基例如是卤素，诸如氟、氯、溴或碘、氨基、羟基、羰基、巯基和羧基。
优选地，至少一个基团Rr为-O-芳基或-O-杂芳基，更优选地为-O-烷基，最优选地，该基团具有以下结构：
其中Rr1、Rr2、和Rr3优选地、彼此独立地从由以下项构成的组中选择：H、烷基、杂烷基、芳基、杂芳基、-O-烷基、O-芳基和O-杂芳基，更优选地，其中Rr1、Rr2、和Rr3彼此独立，从H和烷基中选择，更优选地从H和C1-C8烷基中选择。
优选地，Rr1、Rr2、和Rr3优选地、彼此独立地从由以下项构成的组中选择：H、异丙基和-C(CH3)2-CH2-C(CH3)3。最优选地，Rr从以下基团选择：
多环基团Pr优选地包括以下核心结构中的一种
更优选地包括以下核心结构中的一种
其中Rr4和Rr5彼此独立地为烷基或芳基，优选地为芳基，更优选地为烷基取代的芳基，更优选地为烷基取代的苯基，更优选地为C1-C6烷基取代的苯基，甚至更优选地在邻位和间位被C1-C6烷基取代的苯基，最优选地，Rr4和Rr5中的至少一个为，优选二者均为
并且其中核心结构优选地被至少一个残基Rr取代，其中Rr如上所述，优选地Rr从以下残基中选择
或其中核心结构不包含额外的取代基。
更优选地，核结构被从以下自由基选择的至少一个残基Rr取代
将理解，在着色剂包括如下核心结构的情况下
着色剂可以进一步包括相应的异构核心结构
类似地，在着色剂包括如下核心结构的情况下
着色剂可以进一步包括相应的异构核心结构
因此，着色剂可以是两种异构体的混合物。或者，着色剂可以是纯异构体。
甚至更优选地，萘嵌苯着色剂具有以下结构之一：
特别优选地，根据本发明的萘嵌苯荧光着色剂从以下结构构成的组中选择：
其中Rr为
(4-叔辛基苯氧基)。
因此，优选地，根据本发明的萘嵌苯荧光着色剂从表1的化合物1、表1的化合物2、表1的化合物3和表1的化合物4构成的组中选择。
更优选地，萘嵌苯荧光着色剂，甚至更优选地，荧光着色剂为
其中Rr为
(4-叔辛基苯氧基)
其中特别优选的是
其中Rr为
(4-叔辛基苯氧基)
(2,13-双[2,6-双(1-甲基乙基)苯基]-5,10,16,21-四[4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯氧基]蒽并[9”,1”,2”:6,5,10；10”,5”,6”:6',5',10']二蒽并[2,1,9-def:2',1',9'-d'e'f']二异喹啉-1,3,12,14(2H,13H)-四酮)。
根据替代的优选实施例，萘嵌苯荧光着色剂(甚至更优选地荧光着色剂)从表1的化合物15、表1的化合物16和表1的化合物17构成的组中选择。
因此，根据本发明的优选萘嵌苯着色剂是表1的化合物1、表1的化合物2、表1的化合物3、表1的化合物4、表1的化合物15、表1的化合物16和表1的化合物17。但是更优选地，如上所述，根据本发明的萘嵌苯荧光着色剂从表1的化合物1、表1的化合物2、表1的化合物3和表1的化合物4构成的组中选择，最优选地的为化合物4。
上述萘嵌苯着色剂以及其它合适的萘嵌苯着色剂的制备是本领域的技术人员已知的。例如，在EP 1373272 B1、US2006/0075585、WO 2016/083914和WO 2007/006717中描述了这样的制备，这些文献各自的内容通过引用被并入本文中。2,13双[2,6-双(1-甲基乙基)苯基]-5,10,16,21[4-(1,1,3,3-四甲基丁基)-苯氧基]蒽并[9”,1”,2”:6,5,10；10”,5”,6”:6',5',10']二蒽并[2,1,9-def:2',1',9'-d'e'f']二异喹啉-1,3,12,14(2H,13H)-四酮)(请参见表1，化合物4)例如可以根据WO2016/083914的例子4制备，该文献的内容通过引用被并入本文中，并且2,11-双[2,6-双(1-甲基乙基)苯基]-5,8,14,17-四[2,6-双(1-甲基乙基)苯氧基]苯并[13,14]五吩并[3,4,5-def：10,9,8-双']二异喹啉-1,3,10,12(2H,11H)-四酮(请参见表1，化合物3)例如可以根据WO2007/006717的例子2制备，该文献的内容通过引用被并入本文中。
萘二甲酰亚胺着色剂
本文使用的术语“萘二甲酰亚胺着色剂”是指包括萘二甲酰亚胺核心结构的着色剂
其中Rni1从烷基、杂烷基、芳基、杂芳基、环烷基和环杂烷基构成的组中选择。
优选地，根据本发明的萘二甲酰亚胺着色剂具有根据如下化学式的结构：
其中Rni2、Rni3、Rni4、Rni5、Rni6和Rni7彼此独立地从H、烷基、芳基、杂烷基、杂芳基、烷氧基、环烷基、杂环烷基、烷基氨基(烷基-NH-)(芳基-NH-)、烷基芳基氨基(芳基-烷基-NH-)、杂芳基胺(杂芳基-NH-)和杂烷基芳基胺(杂芳基-烷基-NH-)构成的组中选择，并且其中优选地，Rni2、Rni3、Rni4、Rni5、Rni6和Rni7中的至少一个从烷基氨(烷基-NH-)、芳基胺(芳基-NH-)、烷基芳基胺(芳基-烷基-NH-)、杂芳基胺(杂芳基-NH-)、杂烷基芳基胺和(杂芳基-烷基-NH-)构成的组中选择。
此类萘二甲酰亚胺着色剂例如在FIBRES&TEXTILES in Eastern Europe 2009年，第17卷，No.2(73)，91-95页中进行了描述，该文献的内容通过引用被并入本文中。其它合适的萘二甲酰亚胺着色剂及其制备是本领域的技术人员已知的。
酞菁着色剂
本文使用的术语“酞菁着色剂”是指不含金属以及含金属的酞菁，因此是指包含以下结构之一的着色剂，该结构优选地被适当地取代。
其中M是从M1、M2(Rp1)、M3(Rp2)(Rp3)和M4(＝Rp7)构成的组中选择的金属或金属组分，其中M1从Zn、Fe、Co、Ni、Pd、Pt和Mn构成的组中选择，M2从Al、In、La和镧系元素构成的组中选择，M3从Ge、Si、Ti和V构成的组中选择，M4是Ti或V，其中Rp1从卤素、OH、烷基、-O-烷基、-O-芳基、-S-烷基、烷基、-OSi(烷基)3、-O-烷氧基(例如优选地为-O-(烷基-O)1-5-烷基2和O-Bp1-O-L，其中Bp1为C1-C12亚烷基，被一个或多个氧原子间隔的C1-C12亚烷基或被至少一个OH基团取代的C1-C12亚烷基，L是另一酞菁着色剂基团)构成的组中选择，Rp2和Rp3彼此独立地从卤素、OH、-O-烷基、-O-芳基、-O-烷氧基(例如优选地为-O-(烷基-O)1-5-烷基2)和-M5(Rp5)(Rp6)(Rp7)构成的组中选择，其中Rp5、Rp6和Rp7彼此独立地从烷基、烯基、烯基、环烷基、芳基、芳基烷基、三烷基甲硅烷氧基、-CO2H、-SO3H、-O-(烷基-O)1-5-烷基2和三烷基铵取代的烷基构成的组中选择，并且其中M5从Ge、Si、Ti和V构成的组中选择，以及Rp4为O或S，优选地为O，以及M5和M3优选地相同。
在M为M2(Rp1)，Rp1为O-Bp1-O-L的情况下，着色剂优选地具有结构
其中，芳环可以被适当地取代。
在酞菁为含金属酞菁的情况下，M优选地为Si(Rp2)(Rp3)或Ge(Rp2)(Rp3)，更优选地，M为Si(Rp2)(Rp3)，其中Rp1为-O-烷基或-O-烷氧基，更优选地为O-(烷基-O)1-5-烷基2，其中烷基2优选地为甲基或乙基，更优选地，Rp1为O-(CH2CH2O)3-CH3，并且Rp2和Rp3彼此独立地从卤素、OH、-O-烷基、-O-芳基、-O-烷氧基(例如优选地为-O-(烷基-O)1-5-烷基2)和-M5(Rp5)(Rp6)(Rp7)构成的组中选择，其中Rp5、Rp6和Rp7彼此独立地从烷基、烯基、烯基、环烷基、芳基、芳基烷基、三烷基甲硅烷氧基、-CO2H、-SO3H、-O-(烷基-O)1-5-烷基2和三烷基铵取代的烷基构成的组中选择。
优选地，酞菁着色剂是不含金属的着色剂。
上文和下文中描述的酞菁着色剂以及其它合适的酞菁着色剂及其各自的制备例如在WO 2008/122531以及Dyes and Pigments 99(2013)613-619中进行了描述，这些文献各自的内容通过引用被并入本文中。另外，适当的制备方法由Hairong Li、Ngan Nguyen、Frank R.Fronczek、M.
H.Vicente描述于Tetrahedron 65(2009年)3357-3363中。
如上所述，如下结构
优选地被适当地取代。优选地，根据本发明的酞菁着色剂具有以下结构之一：
其中ZP1、ZP2、ZP3和ZP4相同或不同，且彼此独立地从卤素、硝基、-OH、-CN、氨基、烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、-O-芳基、-O-杂芳基、-O-环烷基、-O-杂环烷基、-O-烷基、-S-烷基、-S-芳基、-S-杂芳基、-S-环烷基和-S-杂环烷基构成的组中选择，YP1、YP2、YP3和YP4相同或不同，且彼此独立地从H、卤素、硝基、-OH、-CN、氨基、烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、-O-芳基、-O-杂芳基、-O-环烷基、-O-杂环烷基、-O-烷基、-S-烷基、-S-芳基、-S-杂芳基、-S-环烷基和-S-杂环烷基构成的组中选择。
优选地，根据本发明的酞菁着色剂具有以下结构之一：
更优选地，具有以下结构之一
特别是具有以下结构：
优选地，ZP1、ZP2、ZP3和ZP4彼此独立地从-O-芳基、-O-杂芳基、-S-芳基和-S-杂芳基构成的组中选择，更优选地，ZP1、ZP2、ZP3和ZP4彼此独立地从以下残基构成的组中选择
Xpz为O或S，优选地为O。
优选地，ZP1、ZP2、ZP3和ZP4全部相同。
优选地，YP1、YP2、YP3和YP4彼此独立地从H、-O-芳基、-O-杂芳基、-S-芳基和-S-杂芳基构成的组中选择，更优选地，YP1、YP2、YP3和YP4彼此独立地从由以下项构成的组中选择
Ypz为O或S，优选地为O。
更优选地，YP1、YP2、YP3和YP4彼此独立地为H或
优选地，YP1、YP2、YP3和YP4全部相同。
更优选地，YP1、YP2、YP3和YP4为H。
特别地，酞菁着色剂(更优选地，荧光着色剂)从表1的化合物5、表1的化合物6、表1的化合物7、表1的化合物8、表1的化合物9、表1的化合物10和表1的化合物14构成的组中选择，更优选地，酞菁着色剂是表1的化合物14或表1的化合物10，最优选地，酞菁着色剂是表1的化合物14。
用于制备此类化合物的合适制备方法是本领域的技术人员已知的，例如由Hairong Li、Ngan Nguyen、Frank R.Fronczek、M. H.Vicente等人描述于Tetrahedron 65(2009)3357-3363中。
萘酞菁着色剂
本文使用的术语“萘酞菁着色剂”是指不含金属以及含金属的萘酞菁，因此是指包括以下核心结构之一的着色剂，其中该结构可适当地被取代。
其中Mn是从Mn1、Mn2(Rn1)、Mn3(Rn2)(Rn3)和Mn4(＝Rn7)构成的组中选择的金属或金属组分，其中Mn1从Zn、Fe、Co、Ni、Pd、Pt和Mn构成的组中选择，Mn2从Al、In、La和镧系元素构成的组中选择，Mn3从Ge、Si、Ti和V构成的组中选择，Mn4是Ti或V，其中Rn1从卤素、OH、烷基、-O-烷基、-O-芳基、-S-烷基、烷基、-OSi(烷基)3、-O-烷氧基(例如优选地为-O-(烷基-O)1-5-烷基2和O-Bp1-O-L，其中Bn1为C1-C12亚烷基，被一个或多个氧原子间隔的C1-C12亚烷基或被至少一个OH基团取代的C1-C12亚烷基，L是另一萘酞菁着色剂基团)构成的组中选择，Rn2和Rn3彼此独立地从卤素、OH、-O-烷基、-O-芳基、-O-烷氧基(例如优选地为-O-(烷基-O)1-5-烷基2)和-Mn5(Rn5)(Rn6)(Rn7)构成的组中选择，其中Rn5、Rn6和Rn7彼此独立地从烷基、烯基、烯基、环烷基、芳基、芳基烷基、三烷基甲硅烷氧基、-CO2H、-SO3H、-O-(烷基-O)1-5-烷基2和三烷基铵取代的烷基构成的组中选择，并且其中Mn5从Ge、Si、Ti和V构成的组中选择，Rp4为O或S，优选地为O，其中M n5和M n3优选地相同。
上文和下文中描述的萘酞菁着色剂以及其它合适的萘酞菁着色剂及其各自的制备是本领域的技术人员已知的。
如上所述，如下结构
可以适当地被取代。根据本发明的萘酞菁着色剂因此可具有以下结构之一：
其中Zn1、Zn2、Zn3和Zn4相同或不同，且彼此独立地从H、卤素、硝基、-OH、-CN、氨基、烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、-O-芳基、-O-杂芳基、-O-环烷基、-O-杂环烷基、-O-烷基、-S-烷基、-S-芳基、-S-杂芳基、-S-环烷基和-S-杂环烷基构成的组中选择，其中ZP1、ZP2、ZP3和ZP4优选地全部相同。更优选地，Zn1、Zn2、Zn3和Zn4为H。
Yn1、Yn2、Yn3和Yn4相同或不同，且彼此独立地从H、卤素、硝基、-OH、-CN、氨基、烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、-O-芳基、-O-杂芳基、-O-环烷基、-O-杂环烷基、-O-烷基、-S-烷基、-S-芳基、-S-杂芳基、-S-环烷基和-S-杂环烷基构成的组中选择。优选地，Yn1、Yn2、Yn3和Yn4全部相同，更优选地，YP1、YP2、YP3和YP4为H。
花菁着色剂
本文使用的术语“花菁着色剂”是指包括聚次甲基的着色剂，因此包括至少三个通过交替的单键和双键结合在一起的次甲基(CH)。此类花菁着色剂包括例如吲哚羰花青、氧杂羰花青、硫杂羰花青、部花青，或任一上述化合物的衍生物。
优选地，根据本发明的花菁着色剂具有结构(Ic)或(IIc)，
其中Rc2和Rc4彼此独立地从烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基构成的组中选择，并且其中Rc1从烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基构成的组中选择，或者与Rc6一起形成任选地取代的环，诸如环烷基、杂环烷基、芳基或杂芳基环，并且其中Rc3从烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基构成的组，或者与Rc4一起形成任选地取代的环，诸如环烷基、杂环烷基、芳基或杂芳基环，并且其中Rc6从H、烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基构成的组中选择，或者与Rc1一起形成任选地取代的环，诸如环烷基、杂环烷基、芳基或杂芳基环，并且其中Rc5从H、烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基构成的组中选择，或者与Rc5一起形成任选地取代的环，诸如环烷基、杂环烷基、芳基或杂芳基环，并且其中Rc2和Rc4彼此独立地从H、烷基和环烷基构成的组中选择，或者彼此形成环，其中n为1到10，优选地1到10，更优选地1到5的范围内的整数，最优选地n为2。
此类着色剂是本领域中已知的，例如可以以商品名Cy3、Cy5、Cy7、Cy3.5、Cy5.5、Cy7.5、S 0315(3-丁基-2-[5-(3-丁基-1,3-二氢-1,1-二甲基-2H-苯并[e]吲哚-2-亚基)-五-1,3-二烯基]-1,1-二甲基-1H-苯并[e]吲哚鎓高氯酸盐)和S 0944(1,3,3-三甲基-2-[5-(1,3,3-三甲基-1,3-二氢-吲哚-2-亚基)-戊-1,3-二烯基]-3H吲哚鎓氯化物)购得。S0315和S 0944例如可从FEW Chemicals GmbH Deutschland购买到。
其它合适的化合物及其制备例如在Ullmann's Encyclopedia of IndustrialChemistry，第23卷(2012)，章节“Methine Dyes and Pigments”中进行了描述。
更优选地，根据本发明的花菁着色剂具有结构(Ic)，其中Rc2和Rc4彼此独立地是任选地取代的烷基，其中该烷基可以不同或相同，优选地为C1-C10烷基，更优选地从任选地取代的甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基构成的组中选择，更优选地，其中烷基为甲基、丁基或戊基，其中甲基、丁基或戊基可被诸如羧基-COOH适当地取代，并且其中Rc1与Rc6一起形成任选地取代的环，并且其中Rc3与Rc4一起形成任选地取代的环，其中n优选地为1到10，更优选地1到5的整数，最优选地n为2。
更优选地，根据本发明的花菁着色剂具有根据化学式(Ica)或(IIcb)，更优选地根据(Ica)的结构。
其中Rc2和Rc4彼此独立地是任选地取代的烷基，其中该烷基可以不同或相同，优选地为C1-C10烷基，更优选地从任选地取代的甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基构成的组中选择，更优选地，其中烷基为甲基、丁基或戊基，其中甲基、丁基或戊基可被诸如羧基-COOH适当地取代，更优选地，Rc4为甲基或丁基，并且其中Rc2为丁基或-C5H10-COOH，更优选地，Rc2和Rc4均为丁基，其中n优选地为1到5的整数，更优选地n为2。
最优选地，花菁着色剂为S 0315(表1的化合物12；3-丁基-2-[5-(3-丁基-1,3-二氢-1,1-二甲基-2H-苯并[e]吲哚-2-亚基)-戊-1,3-二烯基]-1,1-二甲基-1H-苯并[e]吲哚鎓高氯酸盐)或S 0944(表1的化合物13；1,3,3-三甲基-2-[5-(1,3,3-三甲基-1,3-二氢吲哚-2-亚基)-戊-1,3-二烯基]-3H-吲哚鎓氯化物)，更优选地为S 0315。
呫吨着色剂：
本文使用的术语“呫吨着色剂”是指呫吨的衍生物，因此着色剂包括以下适当地取代的核心结构。
此类着色剂包括但不限于罗丹明着色剂，诸如6-[2-(丁氧羰基)苯基]-1,11-二乙基-1,2,10,11-四氢-2,2,4,8,10,10-六甲基-吡喃并[3,2-g:5,6-g']二喹啉-13-鎓高氯酸盐、罗丹明B、罗丹明6G、罗丹明123、曙红、德克萨斯红、磺胺罗丹明着色剂，或其任何组分的衍生物。
此外，合适的化合物在WO 2003098617 A2以及Appl.Mater.Interfaces 2016，8，22953-62中进行了描述，这些文献各自的内容通过引用被并入本文中。
此类化合物可购买到，或者它们的合成是本领域的技术人员已知的。制备此类化合物的合适方法例如在E.Noelting、K.Dziewonski、Berichte der等人所著的Berichteder deutschen chemischen Gesellschaft.Band 38，1905，S.3516-3527以及T.Nedelcev、D.Racko、I.Krupa所著的Dyes and Pigments.Band 76，2008，S.550-556中进行了描述。
优选地，根据本发明的呫吨着色剂为6-[2-(丁氧基羰基)苯基]-1,11-二乙基-1,2,10,11-四氢-2,2,4,8,10,10-六甲基-吡喃并[3,2-g:5,6-g']二喹啉-13-鎓高氯酸盐，其具有以下结构(表1的化合物11)：
噁嗪着色剂
术语“噁嗪着色剂”是指包括噁嗪环的任何着色剂。此类着色剂包括但不限于尼罗红(7-二乙氨基-3,4-苯并吩噁嗪-2-酮)、尼罗蓝[9-(二乙胺基)苯并[a]吩噁嗪-5-亚基]铵；硫酸盐)、噁嗪170(乙基-[9-(乙氨基)-10-甲基苯并[a]吩噁嗪-5-亚基]铵；高氯酸盐)，或其任何组分的衍生物。此类化合物可购买到，或者它们的合成是本领域的技术人员已知的。
硼-二吡咯亚甲基着色剂和氮杂-硼-二吡咯亚甲基着色剂
术语“硼-二吡咯亚甲基着色剂”是指包括与双取代的硼原子(例如BF2单元)络合的二吡咯亚甲基的着色剂。优选地，该着色剂包括BODIPY核，即4,4-二氟-4-硼杂-3a,4a-二氮杂-s-引达省核(Indacene)结构，该结构优选被适当地取代。
术语“氮杂-硼-二吡咯亚甲基着色剂”是指包括二氟-硼杂-1,3,5,7-四苯基-氮杂-二吡咯亚甲基核心结构的着色剂，该结构优选地被适当地取代。
各种硼-二吡咯亚甲基着色剂和氮杂-硼-二吡咯亚甲基着色剂是本领域的技术人员已知的，在Loudet等人所著的Chem.Rev'.2007，107，4891-4932中进行了描述，该文献的内容通过引用被并入本文中。
举例来说，可提及下面合适的硼-二吡咯亚甲基着色剂和氮杂-硼-二吡咯亚甲基着色剂
此类化合物及其制备例如在WO 2008/145172 A1和W.Zhao等人所著的Angew.Chem.Int.Ed.2005，44，1677-79中进行了描述，这些文献的内容通过引用被并入本文中。
二酮吡咯并吡咯着色剂
术语“二酮吡咯并吡咯着色剂(DPP着色剂)”是指基于双环杂环化合物二酮吡咯并吡咯的着色剂，即基于2,5-二氢吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮，或基于任何衍生物。此类着色剂及其制备方法是本领域的技术人员已知的。
将理解，术语“二酮吡咯并吡咯着色剂”还包括基于二酮吡咯并吡咯的杂环衍生物的着色剂，例如以下举例提到的着色剂：
其中X从H、BF2和BPH2构成的组中选择。此类着色剂例如描述在E Daltrozzo、A.Zumbusch等人的Angew.Chem.Int.Ed.2007，46，3750-3753中，该文献的内容通过引用被并入本文中。
其它合适的着色剂
如上所述，除了上面详细讨论的着色剂之外，作为根据本发明优选着色剂，还应包括茋、苯并噁唑、香豆素和苯并吡喃、方酸菁、噁二醇、蒽醌、吖啶、芳基甲烷、蒽酮紫和异蒽酮紫、和噁嗪。
作为优选的茋，可以使用在400nm到900nm的波长范围内，具有出现在500nm到850nm的波长范围内的吸收最大值的任何茋类着色剂。在该上下文中，例如包括二乙烯基茋、三嗪茋，茋三唑和茋苯并噁唑。
在400nm到900nm的波长范围内的优选苯并噁唑具有出现在500nm到850nm的波长范围内的吸收最大值，例如包括萘苯并噁唑、双苯并噁唑、苯并噁唑噻吩等。
优选的芳基甲烷例如包括结晶紫((4-(4,4'-双(二甲基氨基苯基)亚甲基)环己-2,5-二烯-1-亚基)二甲基铵氯化物)、孔雀石绿(4-{[4-(二甲基氨基)苯基](苯基)亚甲基}-N,N-二甲基环己-2,5-二烯-1-铵氯化物)，或上述着色剂的衍生物。
作为部花青、香豆素和苯并吡喃着色剂，可以使用在400nm到900nm的波长范围内的任何部花青、香豆素或苯并吡喃，特别是使用具有出现在500nm到850nm的波长范围内的吸收最大值的任何部花青、香豆素或苯并吡喃。举例来说，包括以下优选的着色剂：
作为方酸菁着色剂，可以使用在400nm到900nm的波长范围内的任何方酸菁，优选地使用具有出现在500nm到850nm的波长范围内的吸收最大值的任何方酸菁。这包括方酸菁衍生物或环取代的方酸菁，例如，
此类方酸菁着色剂及其制备方法是技术人员已知的，例如在Angew.Chem.Int.Ed.2012，51，2020-2068中进行了描述，该文献的内容通过引用被并入本文中。
作为合适的蒽醌着色剂，例如可以提及分散蓝60(4,11-二氨基-2-(3-甲氧基丙基)萘并[2,3-f]异吲哚-1,3,5,10-四酮)
但是，也可以构想其它蒽醌着色剂。
作为吖啶，例如可以提及吖啶橙(N,N,N',N'-四甲基吖啶-3,6-二胺，CAS 65-61-2)、中性红(3-氨基-7-二甲基氨基-2-甲基吩嗪盐酸盐，CAS 553-24-2)和番红O(3,7-二氨基-2,8-二甲基-5-苯基-吩嗪鎓氯化物，CAS 477-73-6)。然而，也可以构想其它吖啶着色剂。
作为合适的噁嗪着色剂，例如可以提及具有以下结构的达罗红(CAS 15391-59-0)
然而，也可以构想其它噁嗪着色剂。
除上述着色剂之外，蒽酮紫和异蒽酮紫着色剂也是特别优选的。这些着色剂包括以下核心结构或其混合物之一，该核心结构被适当地取代。
作为优选的蒽酮紫着色剂，提及具有以下结构的着色剂：
其中Xv为
作为优选的异蒽酮紫着色剂，提及具有以下结构的着色剂：
其中Xv为
此类着色剂例如在Dyes and Pigments 11(1989)303-317(特别是在第309-311页)中进行了描述，该文献的内容通过引用被并入本文中。然而将理解，可以构想其它蒽酮紫着色剂和异蒽酮紫着色剂，特别是在400nm到900nm的波长范围内，具有出现在500nm到850nm的波长范围内的吸收最大值的蒽酮紫着色剂和异蒽酮紫着色剂。
从该组合可以得出，大量不同的荧光染料可用于根据本发明的横向光学传感器。就此而言，可以根据对材料成本和可用性的考虑来选择用于荧光波导片的荧光材料，但是也要考虑材料性能和材料特性，诸如特定波长范围的荧光增益。另外，在为PSD器件和FiP传感器二者都使用有机材料时，可以为可相对于彼此调节的上述传感器和/或器件的相应组件选择材料。这些考虑因素和/或特性具体可以特别地允许在合理的制造成本下制造适合于实现具有可调感测性能的3D感测构思的检测器。
检测器的更多可选细节涉及光敏元件。如上所述，相同的选择通常也可以指可选的至少一个参考光敏元件。因此，作为例子，光敏元件可以包括至少一个光电二极管，优选地至少一个无机光电二极管。光敏元件可以分别包括位于波导片的边缘的一边处或拐角处的点状光敏元件。替代地或附加地，光敏元件可以优选地包括沿波导片边缘的至少一段延伸的至少一个细长的光敏元件。该实施例可用于允许在特别低的照射功率下更精确地确定光斑位置。
不管用于根据本发明的横向光学传感器的光敏元件的具体实施例如何，仅位于横向敏感区域边缘处的光敏元件因此可以体现为小型的且因此快速的电子元件，与通常包括像素化敏感区域和/或电阻夹层的阵列的常用PSD器件相比，该电子元件只需较短的时间便可提供所期望的横向传感器信号。作为协同效应，横向光学传感器的该优点可以被用于使得横向光学传感器和用于确定纵向位置的相应的评估装置分区的可用时间更多。因此，与已知的现有技术相比，这里使用的PSD器件与一个或多个所提及的FiP传感器的组合允许以更快的方式和/或提高的准确度来确定对象或其一部分的3D位置。
如上所述，荧光波导片具体地可以是矩形荧光波导片，优选地为正方形波导片。在设置中，作为例子，光敏元件可以位于波导片的四个边缘中的每个边缘处，例如，位于四个边沿部分中的每个边沿部分处，和/或拐角处。其它实施例也是可行的。
如上所述，检测器可以进一步包括一个或多个附加元件，例如一个或多个附加光学元件。此外，检测器可以完全或部分地集成到至少一个壳体中。检测器具体地可以包括至少一个传送装置，该传送装置适于将光束导向到至少两个光学传感器上。该传送装置可以包括以下一者或多者：至少一个透镜，优选地至少一个可调焦透镜；至少一个光束偏转元件，优选地至少一个反射镜；至少一个分束元件，优选地为分束立方体或分束镜中的至少一者；至少一个多透镜系统。
如上所述，检测器可以进一步包括一个或多个光学元件，例如一个或多个透镜和/或一个或多个折射元件、一个或多个反射镜、一个或多个隔膜等。这些适于例如通过修改光束的光束参数、光束的宽度或光束的方向中的一者或多者来修改光束的光学元件在上文和下文中也被称为“传送元件”。因此，检测器可以进一步包括至少一个传送装置，其中该传送装置可以适于例如通过偏转、聚焦或散焦中的一者或多者来将光束导向到至少两个光学传感器上。具体而言，传送装置可以包括一个或多个透镜和/或一个或多个曲面镜和/或一个或多个其它类型的折射元件。
在检测器包括一个或多个传送装置的情况下，至少一个传送装置具体地可具有至少一个焦距。其中，焦距可以是固定的或可变的。在后一种情况下，具体而言，一个或多个可调焦透镜可以被包括在至少一个传送装置中。关于这一点，作为例子，可以参考2014年12月9日提交的申请号为14 196 944.4的欧洲专利申请，该文献的全部内容通过引用被并入本文中。其中公开的可调焦透镜也可用于根据本发明的检测器的至少一个可选的传送装置。
如本文中所使用的，术语“可调焦透镜”通常是指适于以受控的方式修改通过可调焦透镜的光束的焦点位置的光学元件。可调焦透镜可以是或者可以包括一个或多个透镜元件，例如具有可调整或可调节焦距的一个或多个透镜和/或一个或多个曲面镜。作为例子，所述一个或多个透镜可以包括双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜、凸凹透镜或凹凸透镜中的一者或多者。所述一个或多个曲面镜可以是或者可以包括凹面镜、凸面镜或者具有一个或多个弯曲反射表面的任何其它类型的镜中的一者或多者。本领域的技术人员将认识到，它们的任何任意组合通常是可行的。其中，“焦点位置”通常是指光束具有最窄宽度的位置。尽管如此，术语“焦点位置”通常可以指其它光束参数，例如发散度、瑞利长度等，这对于光学设计领域的技术人员来说是显而易见的。因此，作为例子，可调焦透镜可以是或可以包括至少一个透镜，其焦距可以以受控的方式改变或修改，例如通过外部影响光、控制信号、电压或电流。焦点位置的变化也可以通过具有可变换折射率的光学元件来实现，该光学元件本身可以不是聚焦装置，但是当被置于光束中时，可以改变定焦透镜的焦点。如本文进一步使用的，术语“以受控的方式”通常是指这样的事实：即，因为可被施加到可调焦透镜上的影响而发生修改，使得通过可调焦透镜的光束的实际焦点位置和/或可调焦透镜的焦距可以通过对可调焦透镜施加外部影响(例如，通过将诸如数字控制信号、模拟控制信号、控制电压或控制电流中的一者或多者的控制信号施加到可调焦透镜)而被调节到一个或多个期望值。具体地说，可调焦透镜可以是或可以包括诸如透镜或曲面镜之类的透镜元件，其焦距可以通过施加适当的控制信号(例如电控制信号)来调节。可调焦透镜的例子在文献中是已知的并且可以购买到。作为例子，可以参考可从瑞士CH-8953Dietikon的Optotune AG购买的可调透镜，优选地电可调透镜，该透镜可以在本发明的上下文中使用。此外，可以使用可从法国69007里昂的Varioptic购买的可调焦透镜。关于针对具体基于流体效应的可调焦透镜的综述，可以参考例如N.Nguyen的“Micro-optofluidic Lenses:A review”，Biomicrofluidics，4，031501(2010)和/或Uriel Levy、Romi Shamai的“Tunableoptofluidic devices”，Microfluid Nanofluid，4，97(2008)。但是，应注意，附加地或替代地，可以使用可调焦透镜的其它原理。
可调焦透镜的各种原理在本领域中是已知的，并且可以在本发明中使用。因此，首先，可调焦透镜可以包含至少一种透明可整形(shapeable)材料，该可整形材料优选地为可以因为外部影响(例如机械影响和/或电气影响)而改变其形状，从而可以改变其光学特性和/或光学界面的可整形材料。施加影响的致动器具体地可以是可调焦透镜的一部分。附加地或替代地，可调焦透镜可以具有用于向可调焦透镜提供至少一个控制信号的一个或多个端口，例如一个或多个电端口。可整形材料可以具体地从由透明液体和透明有机材料(优选地聚合物，更优选地电活性聚合物)构成的组中选择。但可以进行各种组合。因此，作为例子，可整形材料可以包含两种不同类型的液体，例如亲水性液体和亲脂性液体。其它类型的材料也是可行的。可调焦透镜可以进一步包括用于对可整形材料的至少一个界面进行整形的至少一个致动器。该致动器具体地可以从用于控制可调焦透镜的透镜区域的液体量的液体致动器或适于电气改变可整形材料的界面形状的电致动器构成的组中选择。可调焦透镜的一个实施例是静电可调焦透镜。因此，可调焦透镜可以包括至少一种液体和至少两个电极，其中液体的至少一个界面的形状能够通过向电极施加电压或电流中的一者或全部两者而改变，优选地通过电浸润而改变。附加地或替代地，可调焦透镜可以基于一种或多种电活性聚合物的使用，该电活性聚合物的形状可以通过施加电压和/或电场来改变。
可以使用单个可调焦透镜或多个可调焦透镜。因此，可调焦透镜可以是或可以包括单透镜元件或多个单透镜元件。附加地或替代地，可以使用互连的多个透镜元件，例如在一个或多个模块中互连的多个透镜元件，其中每个模块具有多个可调焦透镜。因此，作为例子，所述至少一个可调焦透镜可以是或可以包括至少一个透镜阵列，例如微透镜阵列，例如在C.U.Murade等人的Optics Express,Vol.20,No.16,18180-18187(2012)中所公开的。其它实施例也是可行的，例如单可调焦透镜。
该至少一个可调焦透镜可以以各种方式使用。因此，具体而言，通过在所述至少一个可选的传送装置中使用至少一个可调焦透镜，可以解决z坐标确定中的模糊性。因此，如在例如WO 2014/097181 A1中解释的，光束(具体地，高斯光线)的束腰或光束直径在焦点之前和之后是对称的，因此在仅一个纵向位置中确定光斑尺寸的情况下存在模糊性。因此，如WO 2014/097181 A1中所提出的，可以确定光斑在不同位置中的大小(这在本发明的上下文中也是可能的)，以便解决模糊性并以非模棱两可的方式确定对象的至少一个z坐标。为此，作为例子，可以使用两个或多于两个的纵向光学传感器，所述光学传感器优选地位于沿光束路径的不同位置处和/或位于不同的部分光束路径中，如下面将更详细地描述的。然而，附加地或替代地，可以使用至少一个可选的可调焦透镜，并且根据本发明的评估可以通过至少两个不同的调节(即，至少一个可调焦透镜的至少两个不同焦点位置处的调节)进行。通过移动焦点位置，可以解决上述模糊性问题，这是因为当焦点位置改变时，在焦点位置之前的恒定距离处测量的光斑的大小(一种情况)和在焦点之后的恒定距离处测量的光斑的大小(第二种情况)将会有不同表现。因此，在一种情况下，光斑的大小将增加，在另一情况下，光斑的大小会减小，反之亦然，如本领域技术人员观察例如WO 2014/097181 A1的图5A或5B时容易地推导出的。
因此，通过使用至少一个可调焦透镜，可以避免分束器将光束路径分裂成两个或更多个分束路径。但是仍可以使用一个或多个不透明的光学传感器。可以使用至少一个可调焦透镜来记录连续的(in a row)两个或更多个图像，作为例子，这些图像可用作评估装置的输入信号。因此，例如可以通过以至少一个可调焦透镜的不同透镜焦点记录连续的两个或更多个图像，来实现具有仅一个光束路径的检测器或相机。图像可用作至少一个评估装置的输入。
其次，所述至少一个可调焦透镜可用于在不同的对象平面中记录图像。因此，通过改变至少一个可调焦透镜的焦距，可以发生3D成像。
因此，一般而言，至少一个可选的传送装置可以包括至少一个可调焦透镜。检测器，具体地，评估装置，可以被配置为随后在不同的对象平面中记录图像。附加地或替代地，检测器，具体地，评估装置，可以被配置为通过评估在至少一个可调焦透镜的至少两个不同调节处获取的至少两个不同的纵向传感器信号，来确定具有不同纵向坐标z的对象的至少两个不同部分的纵向坐标。检测器，具体地，评估装置，可以被配置为通过比较在至少一个可调焦透镜的至少两个不同调节处获得的结果来解决在至少一个纵向坐标z的确定中的模糊性。
此外，附加地或替代地，所述至少一个传送装置可以包括至少一个多透镜系统，例如至少一个透镜阵列，具体地，至少一个微透镜阵列。如本文中所使用的，“多透镜”系统通常是指多个透镜，“透镜阵列”是指以图案——例如以矩形、圆形、六边形或星形图案——布置的多个透镜，具体地，在垂直于检测器光轴的平面中布置。“微透镜阵列”是指具有亚毫米范围内的直径或等效直径的透镜的阵列，例如具有小于1mm，具体地500μm或更小，更具体地300μm或更小的直径或等效直径的透镜的阵列。通过使用至少一个多透镜系统，具体地至少一个透镜阵列，更具体地至少一个微透镜阵列，可选地与至少一个另外的透镜(例如至少一个主透镜)结合，检测器可以体现为光场相机和/或全光相机中的一者或全部两者。如本文中所使用的，“光场检测器”通常是指这样的光学检测器：其被配置为优选地同时记录来自至少两个不同对象平面的信息。进一步地，如本文中所使用的，“光场相机”通常是指这样的相机：其被配置为优选地同时记录来自至少两个不同对象平面的图像。如本文进一步使用的，“全光检测器”通常是指包括具有不同焦点的多个透镜和/或多个曲面镜(例如位于与检测器的光轴垂直的平面中的多个透镜和/或多个曲面镜)的检测器。类似地，如本文中所使用的，“全光相机”通常是指包括具有不同焦点的多个透镜和/或多个曲面镜(例如位于与相机的光轴垂直的平面中的多个透镜和/或多个曲面镜)的相机。光场检测器和/或光场相机的光学器件具体地可以包括至少一个主透镜或主透镜系统，并且附加地包括至少一个多透镜系统，具体地至少一个透镜阵列，更具体地至少一个微透镜阵列。光场检测器和/或光场相机进一步包括至少一个光学传感器，例如至少一个CCD和/或CMOS传感器，其中光学传感器具体地可以是图像传感器。在记录图像的同时，第一对象平面中的对象可以被聚焦，使得图像平面可以与多透镜系统的平面的透镜，具体地至少一个透镜阵列，更具体地至少一个微透镜阵列重合。聚焦在该对象平面上的图像可以通过对每个透镜下方(例如每个微透镜下方)的非线性传感器信号或强度求和来获得该对象平面上的图像。
如上所述，检测器包括至少一个纵向光学传感器和至少一个横向光学传感器。通常，光学传感器可以是透明的、半透明的或不透明的。因此，作为例子，光学传感器可以是透明的并且适于透射光束功率的超过50％，优选地至少90％，更优选地至少99％；或者可以是半透明的并且适于透射光束功率的至少1％，优选地至少10％，更优选地至少25％，最高50％。
在多个光学传感器以堆叠方式设置的情况下，优选地，其中至少一个光学传感器是半透明的，或者优选地是透明的。在特定实施例中，光学传感器中的至少一个因此可以在一个或多个预定波长范围内是透明或半透明的。举例来说，首先被入射光束照射的第一光学传感器可以在第一波长范围内是透明或半透明的，而之后被入射光束照射的第二光学传感器可以在第一波长范围内特别敏感。作为另一个例子，第二光学传感器可以在其中第一光学传感器特别透明的第一波长范围内特别不敏感，以便仍允许第二光学传感器在第一波长范围内获得相对较高的信号。但是，其它布置也是可行的。而且，本发明的主要优点之一在于传统相机的芯片可用作光学传感器，这些传感器通常是不透明的。在这种情况下，为了避免使用透明的光学传感器，在使用多个光学传感器的情况下光束路径的分割通常是优选的。
在设置多个相同种类的光学传感器(即，可以以堆叠方式和/或以另一布置方式布置的多个纵向光学传感器或多个横向光学传感器)的情况下，相应种类的光学传感器可以具有相同的光谱敏感度，或者可以提供不同的光谱敏感度。因此，作为例子，这种光学传感器中的至少两个可以具有不同的光谱敏感度。如本文中所使用的，术语“光谱敏感度”通常是指对于相同的光束功率，相应光学传感器的相应传感器信号可以随着光束波长而变化的事实。因此，一般而言，相同种类的光学传感器中的至少两个的光谱特性可以不同。该实施例通常可以通过针对各个光学传感器使用不同种类的光学滤波器和/或不同种类的吸收材料(例如不同种类的染料或其它吸收材料)来实现。附加地或替代地，可以通过在光学传感器中和/或检测器中实现的其它装置，例如通过在光学传感器前面使用一个或多个波长选择元件(例如一个或多个滤波器(例如滤色器))，和/或通过使用一个或多个棱镜，和/或通过使用一个或多个二色镜，产生光学传感器的不同光谱特性。因此，在设置多个一种光学传感器的情况下，光学传感器中的至少一个可以包括具有特定透射或反射特性的波长选择元件(例如滤色器)，从而产生光学传感器的不同光谱特性。
在使用多个相同种类的光学传感器的情况下(其中光学传感器中的至少两个的各自的光谱敏感度不同)，评估装置通常可以适于通过比较具有不同光学敏感度的光学传感器的传感器信号来确定光束的颜色。如本文中所使用的，表达“确定颜色”通常是指产生关于光束的至少一项光谱信息的步骤。该至少一项光谱信息可以从波长(具体地，峰值波长)、颜色坐标(例如CIE坐标)构成的组中选择。
光束颜色的确定可以以本领域的技术人员公知的各种方式来执行。因此，光学传感器的光谱敏感度可以跨色彩空间中的坐标系，并且由光学传感器提供的信号可提供该色彩空间中的坐标，技术人员例如根据确定CIE坐标的方式来获知这一点。
作为例子，检测器可以在堆叠中包含两个、三个或更多个相同种类的光学传感器。因此，光学传感器中的至少两个、优选地至少三个可以具有不同的光谱敏感度。此外，评估装置可以适于通过评估具有不同光谱敏感度的光学传感器的信号来产生光束的至少一项颜色信息。
作为例子，在堆叠中可以包含作为光谱敏感的光学传感器的至少三个相同种类的光学传感器。因此，例如，所述光谱敏感的光学传感器可以包括至少一个红色敏感光学传感器，该红色敏感光学传感器具有的最大吸收波长λr在600nm<λr<780nm的光谱范围内，其中光谱敏感的光学传感器还包括至少一个绿色敏感光学传感器，该绿色敏感光学传感器具有的最大吸收波长λg在490nm<λg<600nm的光谱范围内，其中光谱敏感的光学传感器可以还包括至少一个蓝色敏感光学传感器，该蓝色光敏传感器具有的最大吸收波长λb在380nm<λb<490nm光谱范围内。作为例子，红色敏感光学传感器、绿色敏感光学传感器和蓝色敏感光学传感器按照上述顺序或者其它顺序排列，可以是面向对象的光学传感器堆叠中的第一光学传感器。
评估装置可以适于产生至少两个颜色坐标，优选地至少三个颜色坐标，其中通过用光谱敏感的光学传感器之一的信号除以标准化值来确定每个颜色坐标。作为例子，该标准化值可以包含所有光谱敏感的光学传感器的信号的总和。附加地或替代地，标准化值可以包含白色检测器的检测器信号。
该至少一项颜色信息可以包含颜色坐标。作为例子，该至少一项颜色信息可以包含CIE坐标。
除了优选的至少两个、更优选的至少三个光谱敏感的光学传感器之外，检测器可以进一步包括至少一个白色光学传感器，其中该白色检测器可以适于吸收所有光谱敏感的检测器的吸收范围内的光。因此，作为例子，白色光学传感器可以具有在整个可见光谱范围内吸收光的吸收光谱。
此外，在设置多个光学传感器的情况下，所述多个光学传感器可以在装置设置方面和/或用于光学传感器的材料方面不同。具体而言，光学传感器可以在其有机或无机性质方面不同。因此，该多个光学传感器可以包括一个或多个有机光学传感器、一个或多个无机光学传感器、一个或多个混合型有机-无机光学传感器，或这些光学传感器中的至少两种的任意组合。因此，作为例子，检测器可以仅由有机光学传感器组成，可以仅由无机光学传感器组成、或者可以仅由混合型有机-无机光学传感器组成。附加地或替代地，检测器可以包括至少一个有机光学传感器和至少一个无机光学传感器，或者可以包括至少一个有机光学传感器和至少一个混合型有机-无机光学传感器，或者可以包括至少一个无机光学传感器和至少一个混合型有机-无机光学传感器。
在本发明的另一方面中，公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器系统。所述检测器系统包括至少一个根据本发明(例如根据以上公开的实施例中的一个或多个或根据下面进一步详细公开的实施例中的一个或多个)的检测器。所述检测器系统进一步包括至少一个信标(beacon)装置，其适于将至少一个光束导向所述检测器，其中所述信标装置为能够附接到所述对象、能够由所述对象保持、以及能够集成到所述对象中的至少一种。关于信标装置的更多细节将在下面给出，其中包括其可能的实施例。因此，所述至少一个信标装置可以是或可以包括至少一个有源信标装置，该有源信标装置包括一个或多个照射源，例如一个或多个光源，如激光器、LED、灯泡等。作为例子，由照射源发射的光可以具有300-500nm的波长。附加地或替代地，所述至少一个信标装置可以适于例如通过包括一个或多个反射元件而朝向所述检测器反射一个或多个光束。此外，所述至少一个信标装置可以是或可以包括适于散射光束的一个或多个散射元件。其中，可以使用弹性或非弹性散射。在所述至少一个信标装置适于朝向所述检测器反射和/或散射主光束的情况下，所述信标装置可以适于保持光束的光谱特性不受影响，或者可以适于例如通过修改光束的波长来改变光束的光谱特性。
在本发明的另一方面中，公开了一种用于在用户与机器之间交换至少一项信息的人机接口。所述人机接口包括至少一个根据上面公开的实施例和/或下面进一步详细公开的一个或多个实施例的检测器系统。其中，所述至少一个信标装置适于为直接或间接地附接到所述用户、或者由所述用户保持中的至少一种。所述人机接口被设计为借助所述检测器系统确定所述用户的至少一个位置，其中所述人机接口被设计为向所述位置分配至少一项信息。
在本发明的另一方面中，公开了一种用于执行至少一种娱乐功能的娱乐装置。所述娱乐装置包括至少一个根据上面公开的实施例和/或根据下面进一步详细公开的一个或多个实施例的人机接口。所述娱乐装置被设计为使得能够由玩家借助所述人机接口输入至少一项信息。所述娱乐装置进一步配置为根据所述信息改变所述娱乐功能。
在本发明的另一方面中，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。所述跟踪系统包括至少一个根据涉及上面公开的和/或在下面进一步详细公开的检测器系统的一个或多个实施例的检测器系统。所述跟踪系统进一步包括至少一个跟踪控制器。所述跟踪控制器适于在特定时间点跟踪所述对象的一系列位置。
在本发明的另一方面中，公开了一种用于对至少一个对象成像的相机。所述相机包括至少一个根据涉及上面公开的和/或在下面进一步详细公开的检测器的任一实施例的检测器。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于确定至少一个对象的至少一个位置的扫描系统。如本文中所使用的，所述扫描系统是适于发射至少一个光束的装置，所述至少一个光束被配置为用于照射位于所述至少一个对象的至少一个表面处的至少一个点，并且用于产生关于所述至少一个点与所述扫描系统之间的距离的至少一项信息。为了产生关于所述至少一个点与所述扫描系统之间的距离的所述至少一项信息，所述扫描系统包括至少一个根据本发明的检测器，例如至少一个在上面列出的一个或多个实施例中公开的和/或在下面的一个或多个实施例中公开的检测器。
因此，所述扫描系统包括至少一个照射源，所述照射源适于发射至少一个光束，所述至少一个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。如本文中所使用的，术语“点”是指对象表面的一部分上的区域，具体地，小区域，其例如可以由扫描系统的用户选择为被照射源照射。优选地，该点可以呈现出一方面可以尽可能小的尺寸，以便允许扫描系统尽可能精确地确定扫描系统中所包括的照射源与该点所在的对象表面部分之间的距离值，另一方面可以呈现出尽可能大的尺寸，以允许扫描系统的用户或扫描系统本身(特别地，通过自动程序)检测对象表面的相关部分上该点的存在。
为此，照射源可以包括人工照射源，具体地，至少一个激光源和/或至少一个白炽灯和/或至少一个半导体光源，例如至少一个发光二极管，特别地，有机和/或无机发光二极管。作为例子，由照射源发射的光可以具有300-500nm的波长。由于其通常限定的光束轮廓和可处理性的其它特性，特别优选地使用至少一个激光源作为照射源。在此，可以优选地使用单个激光源，特别是在提供用户可能容易存储和运输的紧凑型扫描系统很重要的情况下。因此，照射源可以优选地为检测器的组成部分，因此，可以特别地集成到检测器中，例如集成到检测器的壳体中。在优选实施例中，特别地，扫描系统的壳体可以包括至少一个显示器，其被配置为例如以易于阅读的方式向用户提供关于距离的信息。在另一优选的实施例中，特别地，扫描系统的壳体可以另外包括至少一个按钮，该按钮可以被配置为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。在另一优选的实施例中，特别地，扫描系统的壳体可以另外包括至少一个紧固单元，该紧固单元可以被配置为将扫描系统紧固到另一表面，例如橡胶脚垫、底座板或墙上支架，例如包含磁性材料的底座板或支架，特别地用于提高用户测量距离的准确性和/或用户对扫描系统的可操作性。
特别地，扫描系统的照射源因此可以发射单个激光束，该激光束可以被配置为照射位于对象表面上的单个点。因此，通过使用至少一个根据本发明的检测器，可以产生关于至少一个点与扫描系统之间的距离的至少一项信息。由此，优选地，例如通过采用在至少一个检测器中包括的评估装置，可以确定包括扫描系统中所包括的照射系统与由照射源产生的单个点之间的距离。然而，扫描系统可以进一步包括额外的评估系统，该额外的评估系统可以特别适于该目的。替代地或附加地，可以考虑扫描系统的尺寸，特别是扫描系统的壳体的尺寸，因此可以替代地确定扫描系统的壳体上的特定点(例如壳体的前边缘或后边缘)与该单个点之间的距离。
或者，扫描系统的照射源可以发射两个单独的激光束，这些激光束可以被配置为提供光束的发射方向之间的相应角度，例如直角，由此可以照射位于同一对象的表面上或两个分离的对象的两个不同表面上的两个相应的点。然而，两个单独激光束之间的相应角的其它值也是可行的。该特征可以特别地用于间接测量功能，例如用于推导不能直接得到(例如由于在扫描系统与点之间存在一个或多个障碍物，或者因为其它原因难以到达)的间接距离。举例来说，因此可以通过测量两个单独的距离并使用毕达哥拉斯公式推导高度来确定对象的高度值。特别地，为了能够与对象相关的预定水平，扫描系统可以进一步包括至少一个调平(leveling unit)单元，特别地，集成的气泡瓶，用户可以使用该调平单元来保持由用户预定义的水平。
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，例如可以呈现出相对于彼此的相应间距(特别地，规则间距)的激光束阵列，这些激光束阵列可以以一方式布置，以便产生位于至少一个对象的至少一个表面上的点的阵列。为此，可以提供专门适配的光学元件，例如分束装置和反射镜，这些光学元件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反射镜以周期性或非周期性方式使光束重新定向来引导照射源扫描一区域或一体积。可以进一步使用微反射镜(micro-mirror)阵列使照射源重新定向，以便以此方式提供结构化光源。结构化光源可用于投射诸如点或条纹之类的光学特征。
因此，该扫描系统可以提供置于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，该扫描系统的照射源，特别地，一个或多个激光束，例如上述激光束阵列，可以被配置为提供一个或多个光束，特别地通过移动一个或多个反射镜，例如被包括在所述微反射镜阵列内的微反射镜，所述光束可呈现随时间变换强度和/或随着时间的推移交替变换发射方向。结果，照射源可以被配置为通过使用具有由扫描装置的至少一个照射源产生的交替特征的一个或多个光束，来扫描作为图像的至少一个对象的至少一个表面的一部分。特别地，该扫描系统因此可以使用至少一个行扫描和/或列扫描来例如依次或同时扫描一个或多个对象的一个或多个表面。作为非限制性的例子，扫描系统可用于：安全激光扫描仪(例如，在生产环境中)；和/或用于确定对象形状的3D扫描装置，例如与3D打印、身体扫描、质量控制相结合；用于建筑应用，例如作为测距仪；用于物流应用，例如确定包裹的大小或体积；用于家用电器，例如用于机器人真空吸尘器或割草机；或用于可能包括扫描步骤的其它类型的应用中。
如上所述，可选的传送装置可以被设计为将从对象传播到检测器的光馈送到至少两个光学传感器，优选地相继馈送。如上所述，该馈送可以可选地借助成像或借助传送装置的非成像特性来实现。特别地，传送装置也可以被设计为在电磁辐射被馈送到一个或多个光学传感器之前收集电磁辐射。如下面更详细解释的，可选的传送装置也可以完全或部分地作为至少一个可选的照射源的组成部分，例如通过将照射源设计为提供具有限定的光学特性的光束，例如具有限定的或精确已知的光束轮廓，例如至少一个高斯光束，特别是具有已知光束轮廓的至少一个激光束。
关于可选的照射源的可能的实施例，可以参考WO 2012/110924 A1。而且，其它实施例也是可行的。从对象出射的光线可以源于对象本身，但也可以可选地具有不同的来源并从该来源传播到对象，并且随后朝向横向和/或纵向光学传感器传播。后一种情况可以例如通过使用至少一个照射源来实现。该照射源例如可以是或可以包括环境照射源，和/或可以是或可以包括人工照射源。举例而言，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。由于其通常限定的光束轮廓和其它可操作特性，特别优选使用一个或多个激光器作为照射源或作为照射源的一部分。照射源本身可以是检测器的组成部分，或者可以独立于检测器形成。照射源特别地可以被集成到检测器中，例如集成到检测器的壳体中。替代地或附加地，至少一个照射源也可以集成到至少一个信标装置中或者集成到一个或多个信标装置中和/或集成到对象中，或者连接到或空间地耦合到对象。
相应地，从信标装置出射的光可以替代地或附加地根据所述光源自相应的信标装置自身的选项，从照射源出射和/或由照射源激发。举例来说，从信标装置出射的电磁光可以在被馈送到检测器之前由信标装置本身发射和/或由信标装置反射和/或由信标装置散射。在这种情况下，电磁辐射的发射和/或散射可以在不对电磁辐射有光谱影响或者具有这种影响的情况下实现。因此，举例来说，例如根据斯托克斯或拉曼，在散射期间也可发生波长偏移。此外，例如通过主照射源，例如通过被激发而产生发光(特别地磷光和/或荧光)的对象或对象的部分区域，可以激发光的发射。原则上，其它发射过程也是可行的。如果发生反射，则对象例如可以具有至少一个反射区域，特别地至少一个反射表面。所述反射表面可以是对象本身的一部分，但也可以例如是与对象连接或空间耦合的反射器，例如连接到对象的反射板。如果使用至少一个反射器，则又可以将其视为连接到对象的检测器的一部分，例如独立于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通常可以在以下至少一个光谱范围内发光：紫外光谱范围，优选地在200nm到380nm的范围内；可见光谱范围(380nm到780nm)；红外光谱范围，优选地在780nm到3.0微米的范围内。对于热成像应用，目标可以发射在远红外光谱范围内的光，优选地在3.0微米到20微米的范围内的光。最优选地，至少一个照射源适于发射可见光谱范围内的光，优选地在500nm到780nm的范围内，最优选地在650nm到750nm或690nm到700nm的范围内的光。
特别地可以以在光学传感器的敏感区域上产生例如具有圆形、椭圆形或不同地构造的横截面的光斑的方式来实现光束到光学传感器的馈送。举例而言，检测器可以具有能够检测到对象的可视范围，特别是立体角范围和/或空间范围。优选地，可选的传送装置以这样的方式被设计：例如在对象被置于检测器的可视范围内的情况下，光斑被完全被布置在光学传感器的敏感区域上。举例来说，敏感区域可以被选择为具有相应尺寸以确保满足该条件。
此外，本发明公开了一种用于通过使用诸如根据本发明(例如根据涉及上面公开的或在下面进一步详细公开的检测器的一个或多个实施例)的检测器之类的检测器来确定至少一个对象的位置的方法。但是，也可以使用其它类型的检测器。
所述方法包括以下方法步骤，其中所述方法步骤可以以给定的顺序执行，也可以以不同顺序执行。此外，可能存在一个或多个未列出的附加方法步骤。此外，可以重复地执行一个、多于一个、甚至全部的方法步骤。
这些方法步骤如下：
-以这样的方式照射至少一个纵向光学传感器的至少一个纵向传感器区域中的至少一个纵向敏感区域：该方式使得产生依赖于光束对所述纵向敏感区域的照射的至少一个纵向传感器信号，其中在给定相同的照射总功率的情况下，所述纵向传感器信号依赖于所述光束在所述纵向敏感区域中的光束横截面；
-利用从所述对象朝向所述检测器传播的所述至少一个光束照射所述检测器的至少一个横向光学传感器的至少一个荧光波导片的至少一个横向敏感区域，其中所述光束在所述横向敏感区域中产生至少一个光斑，其中所述荧光波导片包含至少一种荧光材料；
-响应于所述光束的所述照射，所述荧光波导片产生荧光；
-将所述荧光从所述光斑导向位于所述荧光波导片的至少两个边缘处的至少两个光敏元件；
-通过使用所述光敏元件检测所述荧光并产生横向传感器信号；
-通过使用至少一个评估装置评估所述纵向传感器信号，并且确定所述对象的至少一个纵向坐标；以及
-通过使用所述至少一个评估装置评估所述光敏元件的所述横向传感器信号，并且确定所述对象的至少一个横向坐标。
有关细节、选项和定义，可以参考上述检测器。因此，具体而言，如上所述，所述方法可以包括使用根据本发明的检测器，例如根据上面给出的或在下面进一步给出的一个或多个实施例的检测器。
在本发明的另一方面中，提出了一种根据本发明的检测器的用途，例如根据上面给出的或在下面进一步详细给出的一个或多个实施例的检测器的用途，用于从由以下项构成的组中选择的使用目的：交通技术中的位置测量；娱乐应用；安保应用；监视应用；安全应用；人机接口应用；跟踪应用；摄影应用；与至少一个飞行时间检测器相组合的用途；与结构化光源相组合的使用；与立体相机相组合的用途；机器视觉应用；机器人应用；质量控制应用；制造应用；与结构化照射源相组合的使用；与立体相机相组合的使用。
光学传感器可以包括一个或多个信号处理装置，例如用于处理和/或预处理至少一个信号的一个或多个滤波器和/或模数变换器。一个或多个信号处理装置可以完全或部分地被集成到光学传感器中，和/或可以完全或部分地体现为独立的软件和/或硬件组件。
所述对象通常可以是活的或非活的对象。检测器系统甚至可以包括至少一个对象，对象由此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上独立于检测器移动。
所述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。其它实施例也是可行的，例如其中对象是非刚性对象或可改变其形状的对象的实施例。
如下面将更详细描述的，本发明可以具体地用于跟踪人的位置和/或运动，例如用于控制机器、游戏或模拟运动的目的。在该实施例或其它实施例中，具体地，所述对象可以从由以下项构成的组中选择：运动器材制品、优选地为从由球拍、球杆、球棒构成的组中选择的制品；衣服制品；帽子；鞋。
在本发明的一方面中，如上所述，公开了用于在用户与机器之间交换至少一项信息的人机接口。所述人机接口包括至少一个根据本发明(例如根据上面公开的一个或多个实施例和/或下面进一步详细公开的一个或多个实施例)的检测器系统。所述信标装置适于为直接或间接地附接到用户上以及由用户保持中的至少一种。该人机接口被设计为借助所述检测器系统确定用户的至少一个位置。该人机接口进一步被设计为向该位置分配至少一项信息。
在本发明的一方面中，如上所述，公开了用于执行至少一种娱乐功能的娱乐装置。所述娱乐装置包括至少一个根据本发明的人机接口。所述娱乐装置进一步被设计为允许玩家借助人机接口输入至少一项信息。所述娱乐装置进一步被设计为根据所述信息改变所述娱乐功能。
如上所述，在本发明的另一方面中，公开了用于跟踪至少一个可移动对象的位置的跟踪系统。该跟踪系统包括至少一个根据本发明(例如根据上面公开的一个或多个实施例和/或根据下面进一步详细公开的一个或多个实施例)的检测器系统。所述跟踪系统进一步包括至少一个跟踪控制器，其中所述跟踪控制器适于在特定时间点跟踪对象的一系列位置。
因此，一般而言，根据本发明的装置(例如检测器)可以在各个领域的用途中应用。具体而言，检测器可以应用于从由以下项构成的组中选择的用途的目的：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；地图绘制应用，用于生成至少一个空间的地图，例如用于生成从房间、建筑物(building)和街道构成的组中选择的至少一个空间的地图；移动应用；网络摄像头；音频装置；杜比环绕音频系统；计算机外围装置；游戏应用；相机或视频应用；安全应用；监视应用；汽车应用；运输应用；医疗应用；体育应用；机器视觉应用；车辆应用；飞机应用；船舶应用；航天器应用；建筑物应用；建筑(construction)应用；制图应用；制造应用；与至少一个飞行时间检测器相组合的用途。附加地或替代地，可以提及本地和/或全球定位系统中的应用，尤其是基于地标的定位和/或导航，具体地用于汽车或其它车辆(例如火车、摩托车、自行车、用于货物运输的卡车)、机器人，或者供行人使用。此外，可以提及作为潜在的应用的室内定位系统，例如用于家庭应用和/或用于制造技术中使用的机器人。
因此，首先，根据本发明的装置可用于移动电话、平板计算机、膝上型计算机、智能面板或其它固定或移动或可穿戴的计算机或通信应用中。因此，根据本发明的装置可以与至少一个有源光源(例如发射可见光范围或红外光谱范围内的光的光源)组合，以提高性能。因此，作为例子，根据本发明的装置可以用作相机和/或传感器，例如与用于扫描环境、对象和生物的移动软件组合。为了增强成像效果，根据本发明的装置甚至可以与诸如传统相机的2D相机组合。根据本发明的装置可进一步用于监视和/或用于记录目的，或者用作控制移动装置的输入装置，尤其是与语音和/或手势识别相结合。因此，具体而言，根据本发明的充当人机接口的装置(也被称为输入装置)可用于移动应用，例如用于通过移动装置(例如移动电话)来控制其它电子装置或组件。作为例子，包括至少一个根据本发明的装置的移动应用可用于控制电视机、游戏机、音乐播放器或音乐装置或其它娱乐装置。
此外，根据本发明的装置可以在用于计算应用的网络摄像头或其它外围装置中使用。因此，作为例子，根据本发明的装置可以与用于成像、记录、监视、扫描或运动检测的软件相组合来使用。如在人机接口和/或娱乐装置的上下文中所述的，根据本发明的装置对于通过面部表情和/或身体表情提供命令特别有用。根据本发明的装置可以与其它输入生成装置(例如，鼠标、键盘、触摸板、麦克风等)组合。此外，根据本发明的装置可用于游戏应用，例如通过使用网络摄像头。此外，根据本发明的装置可用于虚拟训练应用和/或视频会议。此外，根据本发明的装置可用于识别或跟踪在虚拟现实或增强现实应用中使用的手、手臂或对象，尤其是当佩戴头戴式显示器时。
此外，如上面部分地解释的，根据本发明的装置可用于移动音频装置、电视装置和游戏装置。具体而言，根据本发明的装置可用作用于电子装置、娱乐装置等的控件或控制装置。此外，根据本发明的装置可用于眼睛检测或眼睛跟踪，例如在2D和3D显示技术中，尤其是在用于增强现实应用的透明显示器和/或用于识别是否在观看显示器和/或从哪个视角观看显示器。此外，根据本发明的装置可用于浏览与虚拟或增强现实应用有关的房间、边界、障碍物，尤其是当佩戴头戴式显示器时。
此外，根据本发明的装置可用于或用作数码相机(例如DSC相机)和/或用于或用作反射式相机(例如SLR相机)。对于这些应用，可以参考上面公开的根据本发明的装置在诸如移动电话的移动应用中的用途。
此外，根据本发明的装置可用于安全或监视应用。因此，作为例子，至少一个根据本发明的装置可以与一个或多个数字和/或模拟电子装置组合，所述数字和/或模拟电子装置可以在对象位于预定区域之内或之外时发出信号(例如，用于银行或博物馆中的监视应用)。具体地，根据本发明的装置可用于光学加密。通过使用至少一个根据本发明的装置的检测可以与其它检测装置组合以补充波长，例如利用IR、X射线、UV-VIS、雷达或超声波检测器。根据本发明的装置可以进一步与主动式红外光源组合以允许在弱光环境中进行检测。与有源检测器系统相比，根据本发明的装置通常是有利的，具体是因为根据本发明的装置避免了如例如在雷达应用、超声波应用、LIDAR或类似的有源检测器装置中的情况下主动发送可被第三方检测到的信号。因此，一般而言，根据本发明的装置可用于对移动对象进行不可识别和不可检测的跟踪。此外，与传统装置相比，根据本发明的装置通常不太容易被操纵和刺激。
此外，考虑到通过使用根据本发明的装置的3D感测的容易性和准确性，根据本发明的装置通常可用于面部、身体和人的识别与鉴别。其中，根据本发明的装置可以与用于识别或个性化目的的其它检测手段(例如密码、指纹、虹膜检测、语音识别或其它手段)结合。因此，一般而言，根据本发明的装置可用于安全装置和其它个性化应用中。
此外，根据本发明的装置可被用作用于产品识别的3D条形码读取器。
除了上面提到的安全和监视应用之外，根据本发明的装置通常还可用于监视和监控空间和区域。因此，根据本发明的装置可用于勘测和监控空间和区域，并且作为例子，用于在侵入禁区时触发或执行警报。因此，一般而言，根据本发明的装置可用于在建筑物监视或博物馆中的监视目的，可选地与其它类型的传感器组合，例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，根据本发明的装置可用于公共空间或拥挤空间中以检测潜在的危险活动，例如犯罪行为(如停车场中的盗窃)，或无人看管的对象，例如机场中无人看管的行李。
此外，根据本发明的装置可以有利地应用于例如视频和摄像机应用之类的相机应用。因此，根据本发明的装置可用于运动捕捉和3D电影记录。其中，根据本发明的装置通常提供大量优于传统光学装置的优点。因此，根据本发明的装置通常在光学组件方面要求较低的复杂度。因此，例如与传统光学装置相比，例如通过提供根据本发明的仅具有一个透镜的装置，可以减少透镜的数量。由于复杂性降低，可以实现非常紧凑的装置，例如用于移动使用。具有两个或更多个高质量透镜的传统光学系统例如因为一般需要大体积分束器，因此通常体积庞大。此外，根据本发明的装置通常可用于诸如自动对焦相机之类的聚焦/自动聚焦装置。此外，根据本发明的装置还可用于光学显微镜，尤其是共焦显微镜。
此外，根据本发明的装置通常适用于汽车技术和运输技术的技术领域。因此，作为例子，根据本发明的装置可以用作距离和监视传感器，例如用于自适应巡航控制、紧急制动辅助、车道偏离警告、环绕观察，盲点检测、后部交叉交通警报，以及其它汽车和交通应用。此外，根据本发明的装置还可用于速度和/或加速度测量，例如通过分析使用根据本发明的检测器获得的位置信息的第一和第二时间导数。该特征通常可适用于汽车技术、运输技术或一般交通技术。在其它技术领域中的应用是可行的。室内定位系统的一个具体应用是检测运输中的乘客的位置，更具体地是为了以电子方式控制安全系统(如安全气囊)的使用。如果对于乘客处于气囊的使用会造成严重伤害的位置，则可以防止安全气囊的使用。
在这些或其它应用中，一般而言，根据本发明的装置可用作独立装置，或与其它传感器装置组合使用，例如与雷达和/或超声波装置组合使用。具体而言，根据本发明的装置可用于自主驾驶和安全问题。此外，在这些应用中，根据本发明的装置可以与红外传感器、作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，根据本发明的装置的通常无源的性质是有利的。因此，由于根据本发明的装置一般不需要发射信号，因此可以避免有源传感器信号干扰其它信号源的风险。根据本发明的装置具体地可以与识别软件(例如标准图像识别软件)组合使用。因此，由根据本发明的装置提供的信号和数据通常易于处理，因此与已建立的立体视觉系统(例如LIDAR)相比，一般需要更低的计算能力。考虑到空间需求低，诸如相机之类的根据本发明的装置实际可被置于车辆的任何位置，例如在窗屏上、在前罩上、在保险杠上、在灯上、在反射镜上或其它位置等。可组合根据本发明的各种检测器，例如基于在本发明内公开的效果的一个或多个检测器，例如以便允许自主驾驶车辆或以便以增加主动安全概念的性能。因此，根据本发明的各种装置可与根据本发明的一个或多个其它装置和/或例如在诸如后窗、侧窗或前窗的窗中、在保险杠上或在灯上的常规传感器相组合。
根据本发明的至少一个装置(例如根据本发明的至少一个检测器)与一个或多个雨水检测传感器的组合也是可能的。这是由于如下事实：根据本发明的装置一般是优于传统传感器技术，例如雷达，特别是在暴雨期间。根据本发明的至少一个装置与至少一个传统感测技术(例如雷达)的组合可允许软件来拾取根据天气条件的信号的正确组合。
此外，根据本发明的装置一般可被用作中断辅助和/或停车辅助和/或用于速度测量。速度测量可被集成在车辆中或者可在车辆外面使用，例如以便在交通控制中测量其它汽车的速度。另外，根据本发明的装置可被用于检测在停车场中的空闲停车位。
此外，根据本发明的装置可被用于医疗系统和运动领域中。因此，在医疗技术的领域中，可提及例如用在内窥镜中的手术机器人，因为如上所概述，根据本发明的装置可仅要求小体积，并且可被集成到其它装置中。具体而言，根据本发明的至多具有一个透镜的装置可被用于捕获在医疗装置(例如内窥镜)中的3D信息。另外，根据本发明的装置可与适当的监视软件组合，以便能够进行对移动的跟踪和分析。这可以允许诸如内窥镜或解剖刀之类的医疗装置的位置与来自医学成像的(例如从磁共振成像、X射线成像或超声成像获得的)结果即时重叠。这些应用例如在精确位置信息很重要的医疗中(例如在脑外科手术、远程诊断以及远程医疗中)特别有价值。此外，根据本发明的装置可用于3D身体扫描。身体扫描可应用于医学领域中，例如应用于牙科手术、整形手术、减肥手术或美容整形手术中，或者其可以应用于医学诊断领域中，例如应用于肌筋膜疼痛综合征、癌症、身体畸形障碍或其它疾病的诊断中。身体扫描可进一步应用于运动领域以评估运动装备的人体工程学使用或适合性。
身体扫描可进一步用于服装领域，例如用于确定衣服的合适尺寸和适合性。这种技术可用于服装量身定做领域，或用于从互联网或自助购物装置(如微型售货亭装置或顾客管家装置)订购衣服和鞋的领域。服装领域的身体扫描对于扫描穿着整齐的顾客特别重要。
此外，根据本发明的装置可用于人数统计系统领域，例如统计电梯、火车、公交车、汽车或飞机中的人数，或者统计通过走廊、门、过道、零售商店、体育场、娱乐场所、博物馆、图书馆、公共场所、电影院、剧院等的人数。此外，人数统计系统中的3D功能可用于获得或估计关于被计数的人们的进一步信息，例如身高、体重、年龄、身体素质等。这些信息可用于商业智能度量，和/或用于进一步优化可能统计人数的地点以使其更具吸引力或更安全。在零售环境中，根据本发明的装置在人数统计情况下可用于识别回头客或交叉购物者，评估购物行为，评估进行购物的访客的百分比，优化员工轮班制度，或者监视每位访客的购物商场成本。此外，人数统计系统可用于人体测量学调查。此外，根据本发明的装置可用于公共交通系统中，以便根据运输长度而自动向乘客计费。此外，根据本发明的装置可用于儿童游乐场中，以识别受伤的儿童或进行危险活动的儿童，以允许与游乐场玩具的额外互动，以确保游乐场玩具等的安全使用。
此外，根据本发明的装置可用于建筑工具(例如确定到对象或到墙壁的距离的测距仪)中，以评估表面是否为平面，以将对象对准或以有序的方式放置对象，或者用于在建筑环境中使用的检查相机中。
此外，根据本发明的装置可应用于运动和锻炼领域中，例如用于训练、遥控指令或比赛的目的。具体而言，根据本发明的装置可应用于舞蹈、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、高尔夫、赛车、激光标签(laser tag)、战场模拟等的领域中。根据本发明的装置可用于检测运动和游戏中的球、球拍、剑、动作等的位置，例如以监视比赛、支持裁判或支持特定运动情形的判决，特别是自动判决，例如支持判定是否实际得分或投中。
此外，根据本发明的装置可用于赛车或汽车驾驶员培训或汽车安全培训等领域中，以确定汽车的位置或汽车的轨迹，或确定从先前的轨迹或理想的轨迹的偏离等。
根据本发明的装置可进一步用于支持音乐乐器的练习，特别是远程课程，例如以下乐器的课程：弦乐器，例如提琴、小提琴、中提琴、大提琴、贝司、竖琴、吉他、班卓琴或尤克里里；键盘乐器，例如钢琴、风琴、键盘、大键琴、小风琴、或手风琴；和/或鼓乐器，例如爵士鼓、定音鼓、马林巴琴、木琴、电颤琴、邦戈鼓、康加鼓、天巴鼓、非洲鼓或塔布拉鼓。
根据本发明的装置进一步可用于康复和物理治疗，以鼓励训练和/或调查和纠正运动。在此，根据本发明的装置也可应用于距离诊断。
此外，根据本发明的装置可应用于机器视觉的领域中。因此，根据本发明的装置中的一个或多个可被用作例如用于机器人的自主驾驶和/或工作的无源控制单元。与移动机器人组合，根据本发明的装置可允许自主移动和部件中的故障的自主检测。根据本发明的装置也可被用于制造和安全监视，例如以便避免包括但不限于在机器人、产品部件和活物之间的碰撞的事故。在机器人技术中，人和机器人的安全和直接交互常常是个问题，因为当人未被识别时机器人可能严重伤害人。根据本发明的装置可帮助机器人更好地和更快速地定位对象和人，并且允许安全的交互。考虑根据本发明的装置的无源性质，根据本发明的装置相对于有源装置是有利的，和/或可被用于像雷达、超声、2D照相机、红外检测等的现存的解决方案的补充。根据本发明的装置的一个特别的优点是信号干扰的低可能性。因此，多个传感器可在相同的环境中在相同的时间工作，而没有信号干扰的风险。因此，根据本发明的装置一般在高度自动化的生产环境(像例如但不限于汽车、采矿、钢铁等)中可以是有用的。根据本发明的装置也可被用于在生产中的质量控制，例如与其它传感器(像2D成像、雷达、超声、红外等)组合，例如用于质量控制或其它目的。另外，根据本发明的装置可被用于表面质量的评价，例如用于调查产品的表面均匀性或到特定尺寸(从微米的范围到米的范围)的粘附。其它质量控制应用是可行的。在制造环境中，根据本发明的装置对于处理具有复杂的3维结构的天然产品(例如食品或木材)尤其有用，以避免大量的浪费的材料。此外，根据本发明的装置可用于监测罐、桶等的填充水平。此外，根据本发明的装置可用于检查复杂产品的缺失部件、不完整部件、松散部件、低质量部件等，例如用于如印刷电路板的自动光学检查、用于组件或子组件的检查、工程部件的验证、发动机部件检查、木材质量检查、标签检查、医疗装置的检查、产品取向的检查、包装检查、食品包装检查等。
此外，根据本发明的装置可用于车辆、火车、飞机、船舶、航天器和其它交通应用中。因此，除了上面提及的在交通应用的领域中的应用以外，可提及用于飞行器、车辆等的无源跟踪系统。用于监视移动对象的速度和/或方向的根据本发明的至少一个装置(例如根据本发明的至少一个检测器)的用途是可行的。具体地，可提及在陆地、海上和在空中(包括太空中)的快速移动对象的跟踪。至少一个根据本发明的装置例如至少一个根据本发明的检测器具体地可被安装在静止的和/或移动的装置上。至少一个根据本发明的装置的输出信号可与例如用于另一个对象的自主的或被引导的移动的引导机构组合。因此，用于避免碰撞或用于使得在跟踪的与操控的对象之间能够碰撞的应用是可行的。由于所要求的计算能力低、瞬时响应并且由于检测系统的无源性质(与有源系统(像例如雷达)相比，该检测系统一般更难以检测和扰乱)，根据本发明的装置一般是有用的和有利的。根据本发明的装置尤其是有用的，但不限于例如速度控制和空中交通控制装置。此外，根据本发明的装置可用于道路收费的自动收费系统。
根据本发明的装置通常可用于无源应用中。无源应用包括用于在港口或在危险区中的船舶以及用于在着陆或起飞时的飞行器的引导。其中，固定的、已知的有源目标可被用于精确引导。其同样可用于在危险但明确限定的路线上行驶的车辆，例如采矿车辆。此外，根据本发明的装置可用于快速检测接近的对象，例如汽车、火车、飞行物、动物等。此外，根据本发明的装置可用于检测对象的速度或加速度，或者通过跟踪依赖于时间的对象位置、速度和/或加速度中的一者或多者来预测对象的移动。
此外，如上所述，根据本发明的装置可用于游戏领域中。因此，对于具有相同或不同的大小、颜色、形状等的多个对象的使用，例如对于与将移动包含到其内容中的软件相组合的移动检测，根据本发明的装置可以是无源的。特别地，在将移动实施成图形输出的方面的应用是可行的。此外，例如通过使用根据本发明的用于手势或面部识别的装置中的一个或多个，根据本发明的用于给出命令的装置的应用是可行的。根据本发明的装置可与有源系统组合，以便在例如弱光条件下或在需要增强周围条件的其它情形中工作。附加地或替代地，一个或多个根据本发明的装置与一个或多个IR或VIS光源的组合是可能的。根据本发明的检测器与特殊装置的组合也是可能的，该特殊装置可通过系统及其软件容易区分，例如但不限于，特殊颜色、形状，与其它装置的相对位置、移动速度、光、用于调制在装置上的光源的频率、表面特性，所使用的材料、反射特性、透明度、吸收特性等。除了其它可能性之外，该装置可类似于杆、球拍、球棒、枪、刀、轮、环、方向盘、瓶子、球、玻璃杯、花瓶、勺子、叉子、立方体、骰子、人物、木偶、玩具、烧杯、踏板、开关、手套、首饰、乐器或用于演奏乐器的辅助装置，如拨片，鼓槌等。其它选择是可行的。
此外，根据本发明的装置可用于检测和或跟踪自身发射光的对象，例如由于高温或另外的光发射过程。发光部分可以是排气流等。此外，根据本发明的装置可用于跟踪反射对象并分析这些对象的旋转或取向。
此外，根据本发明的装置通常可用于建筑、建造和制图领域。因此，一般而言，可以使用一个或多个根据本发明的装置以测量和/或监测环境区域，例如农村或建筑物。其中，一个或多个根据本发明的装置可以与其它方法和装置组合，或者可以单独地使用，以便监视建筑物项目、正变化的对象、房屋等的进度和准确度。根据本发明的装置可用于生成被扫描的环境的三维模型，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筑、制图、房地产管理、土地测量等。作为例子，根据本发明的装置可用于多功能机(multicopter)中，以监视建筑物、农业生产环境(例如田地、生产工厂或景观)，支持救援操作，或者发现或监测一个或多个人或动物等。
此外，根据本发明的装置可用于家用电器的互连网络(例如CHAIN(Cedec家用电器互操作网络))内，以在家庭中互连、自动执行和控制基本的家用电器相关服务，例如能源或负荷管理、远程诊断、宠物相关电器、儿童相关电器、儿童监视、与家用电器相关的监视、对老人或病人的支持或服务、家庭安全和/或监视、电器操作的远程控制以及自动维修支持。此外，根据本发明的装置可用于诸如空调系统之类的加热或冷却系统，以定位房间的哪个部分应达到特定的温度或湿度，特别是依赖于一个或多个人的位置。此外，根据本发明的装置可用于家庭机器人中，例如可用于家务劳动的服务或自主机器人。根据本发明的装置可用于许多不同的目的，例如用于避免碰撞或绘制环境地图，另外还用于识别用户，针对给定用户个性化机器人的性能，为了安全目的，或者为了手势或面部识别。作为例子，根据本发明的装置可用于机器人真空吸尘器、地板清洗机器人、干扫机器人、用于熨烫衣服的熨烫机器人、诸如猫砂机器人之类的动物垃圾机器人、检测入侵者的安保机器人、机器人割草机、自动泳池清洗器、雨槽清洁机器人、窗户清洗机器人、玩具机器人、远端临场机器人、为活动较少人员提供陪伴的社交机器人，或者将语音翻译为手语或将手语翻译为语音的机器人。在诸如老年人的活动较少人员的情况下，可以使用具有根据本发明的装置的家用机器人来拾取对象，运输对象以及以安全的方式与对象和用户进行交互。此外，根据本发明的装置可用于处理危险材料或对象的机器人或处于危险环境中的机器人。作为非限制性的例子，根据本发明的装置可用于机器人或无人遥控车辆中，以便处理危险材料(例如化学品或放射性材料)，特别是在灾害之后，或处理其它危险或潜在危险的对象，例如地雷、未爆炸的武器等，或者在不安全的环境中工作或调查不安全的环境，例如接近燃烧对象的环境或灾后地区。
此外，根据本发明的装置可用于家用装置、移动装置或娱乐装置，例如冰箱、微波炉、洗衣机、遮光帘或百叶窗、家用警报器、空调装置、加热装置、电视机、音频装置、智能手表、移动电话、电话、洗碗机、炉子等，以检测人的存在，监视装置的内容或功能，或者与人交互和/或与另外的家用装置、移动装置或娱乐装置共享有关人的信息。
根据本发明的装置可进一步用于农业中，例如以便完全或部分地检测和分选害虫、杂草和/或被感染的农作物，其中农作物可能被真菌或昆虫感染。此外，为了收获农作物，根据本发明的装置可用于检测诸如鹿之类的动物，以防这些动物被收割装置伤害。此外，根据本发明的装置可用于监视田地或温室中植物的生长，特别是用于针对田地或温室中的给定区域、或者甚至针对给定作物，调节水、肥料或作物保护产品的量。此外，在农业生物技术中，根据本发明的装置可用于监视植物的大小和形状。
此外，根据本发明的装置可以与用于检测化学物质或污染物的传感器、电子鼻芯片、用于检测细菌或病毒等的微生物传感器芯片、盖革计数器、触觉传感器、热传感器等组合。例如，这可用于构造用于处理危险或困难任务的智能机器人，例如用于治疗高度传染性的患者、处理或清除高度危险性的对象、清洁高度污染的区域(如高放射性区域或化学泄漏区域)，或农业害虫防治。
根据本发明的一个或多个装置可进一步用于扫描对象，例如与CAD或类似的软件相组合，例如用于附加的制造和/或3D打印。其中，可以使用根据本发明的装置的高维精度，例如沿x、y或z方向或沿这些方向的任意组合，例如同时地。此外，根据本发明的装置可用于检查和维护，例如管道检查仪。此外，在生产环境中，根据本发明的装置可用于处理例如外形不容易限定的对象(例如自然生长的对象)，例如按形状或尺寸对蔬菜或其它天然产物进行分选，或者切割诸如肉的产品或切割以低于处理步骤所需的精度制造的对象。
此外，根据本发明的装置可用于本地导航系统，以允许自主或部分自主地移动的车辆或多功能机等通过室内或室外空间。非限制性的例子可以包括移动通过自动存储库以选取对象并将其放在不同位置处的车辆。室内导航可进一步用于购物中心、零售商店、博物馆、机场或火车站、以跟踪移动货物、移动装置、行李、客户或员工的位置，或为用户提供位置特定信息(例如地图上的当前位置)，或关于所售商品的信息等。
此外，根据本发明的装置可用于通过监视速度、倾斜度、即将到来的障碍物、道路不平坦度或曲线等来确保摩托车的安全驾驶，例如摩托车驾驶辅助。此外，根据本发明的装置可用于火车或有轨电车中以避免碰撞。
此外，根据本发明的装置可用于手持装置，例如用于扫描包装或包裹以优化物流过程。此外，根据本发明的装置可用于其它手持装置，例如个人购物装置、RFID读取器、用于医院或健康环境的手持装置，例如用于医疗用途，或用于获得、交换或记录与患者或患者的健康有关的信息，用于零售或健康环境的智能徽章等。
如上所述，根据本发明的装置可进一步用于制造、质量控制或识别应用中，例如用于产品识别或尺寸识别(例如用于发现最佳位置或包装以减少浪费等)中。此外，根据本发明的装置可用于物流应用。因此，根据本发明的装置可用于优化的装载或包装容器或运输工具。此外，根据本发明的装置可用于在制造领域中监视或控制表面损坏，用于监视或控制诸如租赁车辆之类的租赁对象和/或用于保险应用(例如用于损害评估)。此外，根据本发明的装置可用于识别材料、对象或工具的尺寸，例如用于最佳材料处理，尤其是与机器人组合。此外，根据本发明的装置可用于生产中的处理控制，例如用于观察罐的填充水平。此外，根据本发明的装置可用于维护生产物资，例如但不限于罐、管、反应器、工具等。此外，根据本发明的装置可用于分析3D质量标志。此外，根据本发明的装置可用于制造定制的商品，例如牙嵌体、牙齿矫正器、假体、衣服等。根据本发明的装置还可以与一个或多个3D打印机组合以用于快速制成原型、3D复制等。此外，根据本发明的装置可用于检测一个或多个制品的形状，例如用于反产品盗版和用于防伪目的。
因此，具体地，本申请可以应用于摄影领域中。因此，检测器可以是摄影装置的一部分，特别是数码相机的一部分。具体而言，检测器可用于3D摄影，特别是数字3D摄影。因此，检测器可以形成数字3D相机，或者可以是数字3D相机的一部分。如本文中所使用的，术语“摄影”通常是指获取至少一个对象的图像信息的技术。如本文进一步使用的，相机通常是适合于执行摄影的装置。如本文进一步使用的，术语“数字摄影”通常是指通过使用适于生成指示照射的强度和/或颜色的电信号(优选地数字电信号)的多个光敏元件来获取至少一个对象的图像信息的技术。如本文进一步使用的，术语“3D摄影”通常是指在三个空间维度上获取至少一个对象的图像信息的技术。因此，3D相机是适于执行3D摄影的装置。该相机通常可以适于获取单个图像(例如单个3D图像)，或者可以适于获取多个图像(例如图像序列)。因此，该相机也可以是适于视频应用(例如用于获取数字视频序列)的视频相机。
因此，一般而言，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，如本文中所使用的，术语“成像”通常是指获取至少一个对象的图像信息。该相机包括至少一个根据本发明的检测器。如上所述，该相机可以适于获取单个图像或适于获取多个图像(例如图像序列)，优选地适于获取数字视频序列。因此，作为例子，该相机可以是或可以包括视频相机。在后一种情况下，该相机优选地包括用于存储图像序列的数据存储器。
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绝对位置和取向中的一者或多者的至少一项信息。因此，具体而言，该位置可以在检测器的坐标系中(例如在笛卡尔坐标系中)确定。然而，附加地或替代地，可以使用其它类型的坐标系，例如极坐标系和/或球坐标系。
如在上面所述以及在下面更详细描述的，本发明优选地可以应用于人机接口领域中、运动领域中和/或计算机游戏领域中。因此，优选地，对象可以从由以下项构成的组中选择：运动器材制品、优选地为选自球拍、球杆、球棒构成的组中选择的制品；衣服制品；帽子；鞋。其它实施例是可行的。
如本文中所使用的，对象通常可以是从活体对象和非活体对象中选择的任意对象。因此，作为例子，至少一个对象可以包括一个或多个制品和/或制品的一个或多个部分。附加地或替代地，对象可以是或可以包括一个或多个生物和/或其一个或多个部位，例如人类(例如，用户)和/或动物的一个或多个身体部位。
关于确定对象位置的坐标系(其可以是检测器的坐标系)，检测器可以构成这样的坐标系：在该坐标系中，检测器的光轴形成z轴，并且另外地，可以提供垂直于z轴并且彼此垂直的x轴和y轴。作为例子，检测器和/或检测器的一部分可以位于该坐标系中的特定点处，例如该坐标系的原点处。在该坐标系中，与z轴平行或反平行的方向可被认为是纵向方向，并且沿着z轴的坐标可被认为是纵向坐标。与纵向方向垂直的任意方向可被认为是横向方向，并且x坐标和/或y坐标可被认为是横向坐标。
替代地，可以使用其它类型的坐标系。因此，作为例子，可以使用这样的极坐标系：其中，光轴形成z轴，并且可以使用距z轴的距离和极角作为附加坐标。同样，与z轴平行或反平行的方向可被认为是纵向方向，沿着z轴的坐标可被认为是纵向坐标。与z轴垂直的任意方向可被认为是横向方向，并且极坐标和/或极角可被认为是横向坐标。
检测器可以是被配置为提供关于至少一个对象和/或其一部分的位置的至少一项信息的装置。因此，该位置可以指完整描述对象或其一部分的位置的信息项，优选地在检测器的坐标系统中，或者可以指仅部分地描述位置的部分信息。检测器通常可以是适于检测光束(例如从信标装置朝向检测器传播的光束)的装置。
评估装置和检测器可以完全或部分地集成到单个装置中。因此，一般而言，评估装置也可以形成检测器的一部分。替代地，评估装置和检测器可以完全或部分地体现为分开的装置。检测器可以包括另外的部件。
检测器可以是固定装置或可移动装置。此外，检测器可以是独立的装置，或可以形成另一装置(例如计算机、车辆或任何其它装置)的一部分。此外，检测器可以是手持装置。检测器的其它实施例也是可行的。
检测器具体地可用于记录检测器的透镜或透镜系统后面的光场，与全光相机或光场相机可比。因此，具体而言，检测器可以体现为适于例如同时在多个焦平面中获取图像的光场相机。如本文中所使用的，术语“光场”通常是指检测器内部(例如相机内部)的光的空间光传播。根据本发明的检测器，特别是具有光学传感器堆叠的检测器，可以具有直接记录检测器或相机内(例如在透镜后面)的光场的能力。多个传感器可以记录距透镜不同距离处的图像。使用例如基于卷积的算法(例如“聚焦深度法”或“散焦深度法”)，可以对透镜后面的光的传播方向、焦点和扩展模型化。从透镜后面的光的模型化的传播中，可以提取出距透镜的不同距离处的图像，可以优化景深，可以提取在不同距离处聚焦的图像，或者可以计算对象的距离。可以提取进一步的信息。
一旦检测器内部(例如在检测器的透镜后面)的光传播被模型化和/或被记录，光传播的该认识便提供了大量的优点。因此，可以根据由检测器捕获的场景的一个或多个光束的光束参数来记录光场。作为例子，对于所记录的每个光束，可以记录两个或更多个光束参数，例如一个或多个高斯光束参数，例如束腰、作为焦点的最小束腰、瑞利长度或其它光束参数。可以使用若干种光束表示，并且可以相应地选择光束参数。
作为例子，对于光传播的该认识允许使用图像处理技术在记录图像栈之后稍微修改观察者位置。在单个图像中，对象可能被隐藏在另一对象的后面并且不可见。然而，如果由被隐藏的对象散射的光到达透镜并通过透镜到达一个或多个传感器，则可以通过改变到透镜的距离和/或相对于光轴的图像平面，或者甚至使用非平面图像平面来使对象变得可见。观察者位置的改变可以与观察全息图相比较，其中改变观察者位置将稍微改变图像。
对检测器内部的光传播的认识，例如通过对透镜后面的光传播模型化，可以进一步允许以与存储由每个单独的光学传感器记录的每个图像的传统技术相比更紧凑的方式存储图像信息。光传播的存储需求随着模型化的光束数量乘以每个光束的参数的数量而变化。用于光束的典型模型函数可以是高斯函数、洛伦兹函数、贝塞尔函数(尤其是球形贝塞尔函数)、典型地用于描述物理中的衍射效应的其它函数、或者用于散焦深度技术中的典型的扩展函数，例如点扩展函数、线扩展函数或边缘扩展函数。
多个光学传感器的使用进一步允许在记录图像之后的图像处理步骤中校正透镜误差。当需要校正透镜误差时，光学仪器通常变得昂贵并且在构造上存在挑战。这些在显微镜和望远镜中尤其成问题。在显微镜中，典型的透镜误差是到光轴的距离可变的光线会被不同地畸变(球差)。在望远镜中，大气中不同的温度可能导致焦点变化。诸如球差之类的静态误差或来自生产的进一步误差可通过如下方式来校正：在校准步骤中确定误差，然后使用固定图像处理(例如固定的像素和传感器的集合)或使用光传播信息的更多所涉及的处理技术。在望远镜中透镜误差具有强时间依赖性(即，依赖于天气条件)的情况下，可以通过使用透镜后面的光传播、计算扩展的景深图像、使用聚焦深度技术以及其它技术来校正透镜误差。
如上所述，根据本发明的检测器可进一步允许颜色检测。对于在若干个光学传感器的堆叠中的颜色检测，单个堆叠可以包括具有与所谓的拜耳模式相同或相似的不同吸收特性的光学传感器，而且颜色信息可以通过内插技术来获得。另一方法是使用具有交替颜色的传感器，其中在堆叠中的不同传感器可以记录不同的颜色。在拜耳模式中，可将颜色内插在相同的颜色像素之间。在传感器的堆叠中，图像信息(例如颜色和亮度等)也可以通过内插技术获得。
评估装置可以是或可以包括一个或多个集成电路，例如一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或一个或多个数据处理装置，例如一个或多个计算机，优选地一个或多个微计算机和/或微控制器。可以包括附加的组件，例如一个或多个预处理装置和/或数据采集装置，例如用于接收和/或预处理传感器信号的一个或多个装置，例如一个或多个AD变换器和/或一个或多个滤波器和/或更多的相敏电子元件，特别是基于锁定测量技术。此外，评估装置可以包括一个或多个测量装置，例如用于测量电流和/或电压的一个或多个测量装置。此外，评估装置可以包括一个或多个数据存储装置。此外，评估装置可以包括一个或多个接口，例如一个或多个无线接口和/或一个或多个有线接口。
至少一个评估装置可适于执行至少一个计算机程序，例如适于执行或支持根据本发明的方法的方法步骤中的一个或多个或甚至全部的至少一个计算机程序。作为例子，可以实施一个或多个算法，这些算法通过使用传感器信号作为输入变量，可以确定对象的位置。
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，该数据处理装置可用于可被用于信息(例如通过光学传感器和/或通过评估装置获得的信息)的显示、可视化、分析、分配、通信或进一步的处理中的一者或多者。作为例子，该数据处理装置可以连接或包含以下至少一者：显示器、投影仪、监视器、LCD、TFT、扬声器、多声道声音系统、LED模式或另外的可视化装置。它可以进一步连接或包含以下至少一者：通信装置或通信接口、连接器或端口，其能够使用电子邮件、文本消息、电话、蓝牙、Wi-Fi、红外线或互联网接口、端口或连接中的一者或多者发送加密或未加密的信息。它可以进一步连接或包含以下至少一者：处理器、图形处理器、CPU、开放式多媒体应用平台(OMAPTM)、集成电路、片上系统(例如来自Apple A系列或三星S3C2系列的产品)、微控制器或微处理器、一个或多个存储块(例如ROM、RAM、EEPROM或闪存)、定时源(例如振荡器或锁相环)、计数定时器、实时定时器或上电复位发电机、稳压器、电源管理电路或DMA控制器。可以通过诸如AMBA总线之类的总线进一步连接各个单元。
评估装置和/或数据处理装置可通过另外的外部接口或端口连接，或者具有另外的外部接口或端口，这些外部接口或端口例如为如下项中的一者或多者：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、或模拟接口或端口(例如ADC或DAC中的一个或多个)、或标准化接口或端口，用于连接到另外的装置，例如使用诸如CameraLink之类的RGB接口的2D相机装置。评估装置和/或数据处理装置可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实现连接。评估装置和数据处理装置可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/或数据处理装置可通过一个或多个另外的外部连接器实现连接，或者具有一个或多个另外的外部连接器，所述一个或多个另外的外部连接器例如为电话连接器、RCA连接器、VGA连接器、雌雄同体连接器、USB连接器、HDMI连接器、8P8C连接器、BCN连接器、IEC 60320C14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，和/或可以包含用于这些连接器中的一者或多者的至少一个合适的插座。
包含一个或多个根据本发明的检测器、评估装置或数据处理装置(例如包含光学传感器、光学系统、评估装置、通信装置、数据处理装置、接口、片上系统、显示装置或另外的电子装置中的一者或多者)的单个装置的可能的实施例是：移动电话、个人计算机、平板PC、电视机、游戏机或另外的娱乐装置。在进一步的实施例中，将在下面更详细描述的3D相机功能可以被集成在可用于传统2D数字相机的装置中，而在该装置的壳体或外观上没有显著的差异，其中对于用户而言的显著差异可以仅是获得和/或处理3D信息的功能。
具体而言，包含检测器和/或其一部分(例如评估装置和/或数据处理装置)的实施例可以是：移动电话，其包含显示装置、数据处理装置、光学传感器、可选的传感器光学器件、以及评估装置，以用于3D相机的功能。根据本发明的检测器具体地可以适用于在娱乐装置和/或诸如移动电话的通信装置中集成。
本发明的另一实施例可以是检测器或其部分(例如评估装置和/或数据处理装置)在用于汽车、用于自主驾驶或用于轿车安全系统(例如戴姆勒的智能驱动系统)的装置中的合并，其中，作为例子，包含光学传感器、可选地一个或多个光学系统、评估装置、可选地通信装置、可选地数据处理装置、可选地一个或多个接口、可选地芯片上系统、可选地一个或多个显示器装置，或可选地另外的电子装置中的一者或多者的装置可以是车辆、轿车、卡车、火车、自行车、飞机、船舶、摩托车的一部分。在汽车应用中，将该装置集成到汽车设计中需要对光学传感器、可选地光学器件或处于从外部或内部的最小可见度的装置的集成。检测器或其一部分(例如评估装置和/或数据处理装置)可以尤其适合于到汽车设计中的这样的集成。
如本文中所使用的，术语“光”通常是指在可见光谱范围、紫外光谱范围和红外光谱范围中的一者或多者中的电磁辐射。其中，术语“可见光谱范围”通常是指380nm到780nm的光谱范围。术语“红外光谱范围”通常是指在780nm到1mm的范围内，优选地在780nm到3.0微米的范围内的电磁辐射。术语“紫外光谱范围”通常是指在1nm到380nm的范围内，优选地在100nm到380nm的范围内的电磁辐射。优选地，本发明中使用的光是可见光，即在可见光谱范围内的光。
术语“光束”通常是指被发射和/或反射到特定方向中的光的量。因此，光束可以是在垂直于光束传播方向的方向上具有预定扩展的光线束。优选地，光束可以是或可以包括可通过一个或多个高斯束参数来表征的一个或多个高斯光束，该一个或多个高斯束参数例如为束腰、瑞利长度、或任何其它光束参数、或适于表征光束直径和/或光束在空间中的传播的发展的光束参数的组合中的一者或多者。
如上所述，本发明进一步涉及用于在用户与机器之间交换至少一项信息的人机接口。所提出的人机接口可以利用以下事实：即，上面描述的或在下面详细描述的实施例中的一个或多个中的上述检测器可以由一个或多个用户使用，用于向机器提供信息和/或命令。因此，优选地，该人机接口可被用于输入控制命令。
通常，如本文中所使用的，用户的至少一个位置可以暗示与作为整体的用户和/或用户的一个或多个身体部位的位置有关的一项或多项信息。因此，优选地，用户的位置可以暗示由检测器的评估装置提供的关于用户的位置的一项或多项信息。用户、用户的一个身体部位或用户的多个身体部位可被视为其位置可由至少一个检测器装置检测到的一个或多个对象。其中，可以仅提供一个检测器，也可以提供多个检测器的组合。作为例子，可以提供多个检测器以确定用户的多个身体部位的位置和/或确定用户的至少一个身体部位的位置。
根据本发明的检测器可以进一步与一个或多个其它类型的传感器或检测器组合。因此，该检测器可以进一步包括至少一个附加的检测器。该至少一个附加的检测器可以适于检测至少一个参数，例如以下项中的至少一项：周围环境的参数，例如周围环境的温度和/或亮度；关于检测器的位置和/或取向的参数；指定待检测的对象的状态的参数，例如对象的位置，例如对象的绝对位置和/或对象在空间中的取向。因此，一般而言，本发明的原理可以与其它测量原理结合，以便获得附加的信息，和/或以便验证测量结果或减少测量误差或噪声。
具体而言，根据本发明的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在至少一个对象与检测器之间的至少一个距离。如本文中所使用的，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对象并返回传播所需的时间的测量。在本情况中，信号具体地可以是声信号或诸如光信号的电磁信号中的一者或多者。飞行时间检测器因此是指适于执行飞行时间测量的检测器。在各种技术领域中，例如在市售的距离测量装置中或在市售的流量计(例如超声流量计)中，飞行时间测量是公知的。飞行时间检测器甚至可以体现为飞行时间相机。这些类型的相机作为距离成像相机系统是市售的，其能够基于已知的光速分辨出对象之间的距离。
目前可用的ToF检测器通常是基于脉冲信号的使用，可选地与一个或多个光传感器(例如CMOS传感器)组合使用。可将由光传感器产生的传感器信号积分。积分可在两个不同的时间点处开始。可从在两个积分结果之间的相对信号强度来计算距离。
此外，如上所述，ToF相机是已知的，一般也可以在本发明的上下文下使用。这些ToF相机可以包含像素化的光传感器。然而，由于每个像素通常不得不允许执行两次积分，因此像素构造通常更复杂，并且市售的ToF相机的分辨率相当低(通常为200×200像素)。低于～40cm和高于若干米的距离一般很难或不可能检测到。此外，脉冲的周期性导致模糊的距离，因为仅一个周期内的脉冲的相对偏移被测量。
作为独立装置的ToF检测器通常遭受多种缺点和技术挑战。因此，一般而言，ToF检测器以及更具体地ToF相机遭受雨水和在光路中的其它透明对象的影响，这是因为脉冲可能太早被反射，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，为了避免测量误差以及为了允许脉冲的清楚区别，对于ToF测量，弱光条件是优选的。诸如明亮的阳光的明亮光可导致无法进行ToF测量。此外，典型ToF相机的能耗相当高，因为脉冲必须足够亮以便被反射回来并且仍然可以被相机检测到。然而，脉冲的亮度可能对眼睛或其它传感器有害，或者在两个或更多个ToF测量相互干扰时可能导致测量误差。总之，当前的ToF检测器，具体地，当前的ToF相机遭受若干缺点，例如分辨率低、距离测量中的模糊性、使用范围有限、光条件有限、对光路中的透明对象敏感、对天气条件敏感，以及能耗高。这些技术问题通常会降低目前的ToF相机在日常应用(例如用于在轿车、日常使用的相机、或人机接口中的安全应用，特别地用于游戏应用)中的实用性。
结合根据本发明的检测器，两种系统的优点和能力可以以富有成效的方式组合。因此，检测器可以在明亮的光照条件下提供优点，而ToF检测器通常在低光照条件下提供更好的结果。与两个单独的系统相比，组合的装置，即，进一步包括至少一个ToF检测器的根据本发明的检测器，因此提供了对光照条件的增加的容忍度。这对诸如轿车或其它车辆中的安全应用尤为重要。
具体而言，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根据本发明的检测器执行的至少一个测量，反之亦然。此外，可以通过使用检测器来解决ToF测量的模糊性。
至少一个可选的ToF检测器可以与根据本发明的检测器的基本上任何实施例组合。具体而言，至少一个ToF检测器(其可以是单个ToF检测器或ToF相机)可以与单个光学传感器或多个光学传感器(例如传感器堆叠)组合。此外，检测器也可以包括一个或多个成像装置，例如一个或多个无机成像装置，如CCD芯片和/或CMOS芯片，优选地一个或多个全色CCD芯片或全色CMOS芯片。附加地或替代地，检测器可以进一步包括一个或多个热成像相机。
如上所述，人机接口可以包括多个信标装置，这些信标装置适于为直接地或间接地附接到用户和由用户保持中的至少一种。因此，信标装置可以分别通过任何合适的手段(例如通过适当的固定装置)独立地附接到用户。附加地或替代地，用户可在他的或她的手中和/或通过在身体部位上穿戴至少一个信标装置和/或包含信标装置的衣服来保持和/或携带至少一个信标装置或信标装置中的一个或多个。
信标装置通常可以是可由至少一个检测器检测到和/或便于被至少一个检测器检测到的任意装置。因此，如上面描述或将在下面更详细描述的，信标装置可以是适于生成将由检测器检测的至少一个光束的有源信标装置，例如通过具有用于生成至少一个光束的一个或多个照射源。附加地或替代地，该信标装置可以完全或部分地被设计为无源信标装置，例如通过提供适于反射由单独的照射源生成的光束的一个或多个反射元件。所述至少一个信标装置可以以直接或间接的方式永久地或暂时地附接到用户和/或可以由用户携带或保持。可以通过使用一个或多个附接装置和/或由用户自己，例如通过用户手持所述至少一个信标装置和/或通过用户穿戴信标装置，来实现所述附接。
附加地或替代地，信标装置可以是附接到对象以及集成到用户保持的对象中的至少一种，就本发明而言，这应当被包括到用户保持信标装置的选项的含义中。因此，如下面更详细描述的，信标装置可以附接到或集成到控制元件中，该控制元件可以是人机接口的一部分，并且可以由用户保持或携带，其取向可以由检测器装置来识别。因此，一般而言，本发明还涉及一种检测器系统，其包括至少一个根据本发明的检测器装置，并且可以进一步包括至少一个对象，其中信标装置是附接到对象、由对象保持以及集成到对象中的一种。作为例子，该对象优选地可以形成控制元件，该控制元件的取向可以被用户识别。因此，如上面描述或在下面进一步描述的，检测器系统可以是人机接口的一部分。作为例子，用户可以以特定方式操作控制元件，以便将一项或多项信息发送到机器，例如以便将一个或多个命令发送到机器。
替代地，可以以其它方式使用检测器系统。因此，作为例子，检测器系统的对象可以不同于用户或用户的身体部位，并且作为例子，可以是独立于用户移动的对象。作为例子，检测器系统可用于控制设备和/或工业过程，诸如制造过程和/或机器人过程。因此，作为例子，对象可以是机器和/或机器部件，诸如机器人手臂，其取向可以通过使用检测器系统来检测。
人机接口可以适于使得检测器装置生成关于用户或用户的至少一个身体部位的位置的至少一项信息。具体而言，在已知至少一个信标装置到用户的附接的方式的情况下，通过评估至少一个信标装置的位置，可以获得关于用户或用户的身体部位的位置和/或取向的至少一项信息。
信标装置优选地为可附接到用户的身体或身体部位的信标装置和可由用户保持的信标装置中的一者。如上所述，信标装置可以完全或部分地被设计为有源信标装置。因此，信标装置可以包括至少一个照射源，其适于产生至少一个将被传输到检测器的光束，优选地为至少一个具有已知光束特性的光束。附加地或替代地，信标装置可以包括至少一个发射器，其适于反射由照射源产生的光，由此产生将被传输到检测器的反射光束。
可以形成检测器系统的一部分的对象通常可以具有任意的形状。优选地，如上所述，作为检测器系统的一部分的对象可以是可由用户(例如手动地)操作的控制元件。作为例子，控制元件可以是或可以包括从由以下项构成的组中选择的至少一个元件：手套、外套、帽子、鞋、裤子和套装、可用手握住的手杖、球棒、球杆、球拍、拐杖、玩具(例如玩具枪)。因此，作为例子，检测器系统可以是人机接口和/或娱乐装置的一部分。
如本文中所使用的，娱乐装置是可以用于一个或多个用户(在下文中也被称为一个或多个玩家)的休闲和/或娱乐目的的装置。作为例子，娱乐装置可以用于游戏的目的，优选地用于计算机游戏的目的。因此，娱乐装置可以被实现为计算机、计算机网络或计算机系统，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。
娱乐装置包括至少一个根据本发明(例如根据上面公开的实施例中的一个或多个和/或根据下面公开的实施例中的一个或多个)的人机接口。娱乐装置被设计为允许由玩家借助人机接口输入至少一项信息。该至少一项信息可以被传输到娱乐装置的控制器和/或计算机，和/或可以由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，作为例子，该至少一项信息可以包括与玩家和/或玩家的一个或多个身体部位的至少一个取向有关的至少一项信息，由此允许玩家模拟游戏所需的特定位置和/或取向和/或动作。作为例子，可以模拟以下移动中的一者或多者并且将其传达到娱乐装置的控制器和/或计算机：跳舞；跑步；跳跃；挥动球拍；挥动球棒；挥动球杆；将对象指向另一对象，例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，被设计为根据信息改变娱乐功能。因此，如上所述，可以根据至少一项信息而影响游戏过程。因此，娱乐装置可以包括一个或多个控制器，该一个或多个控制器可以从至少一个检测器的评估装置分开和/或可以与至少一个评估装置完全或部分地相同，或者甚至可以包括至少一个评估装置。优选地，至少一个控制器可以包括一个或多个数据处理装置，例如一个或多个计算机和/或微控制器。
如本文进一步使用的，跟踪系统是适于收集与至少一个对象和/或关于该对象的至少一部分的一系列过去的位置有关的信息的装置。另外，跟踪系统可以适于提供与至少一个对象或该对象的至少一个部分的至少一个预测的未来位置和/或取向有关的信息。跟踪系统可以具有至少一个跟踪控制器，该至少一个跟踪控制器可以完全或部分地体现为电子装置，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。此外，该至少一个跟踪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/或可以与至少一个评估装置完全或部分地相同。
跟踪系统包括至少一个根据本发明的检测器，例如至少一个在上面列出的一个或多个实施例中公开的和/或在下面的一个或多个实施例中公开的检测器。跟踪系统进一步包括至少一个跟踪控制器。该跟踪控制器适于跟踪特定时间点处的对象的一系列位置，例如通过记录多组数据或数据对，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。
跟踪系统可以进一步包括至少一个根据本发明的检测器系统。因此，除了至少一个检测器和至少一个评估装置以及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，例如至少一个控制元件，该至少一个控制元件包括信标装置或至少一个信标装置，其中控制元件直接或间接地附接到或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，优选地跟踪控制器，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，至少一个跟踪控制器可以适于根据对象的至少一个实际位置来发起至少一个动作。作为例子，该动作可以从由以下项构成的组中选择：对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例子，跟踪系统可以用于连续地将至少一个第一对象指向至少一个第二对象，即使第一对象和/或第二对象可能移动。另外，潜在的例子可以在工业应用中(例如在机器人技术中)找到，和/或用于连续地工作在物品上，即使该物品在移动，例如在制造线或装配线中的制造期间。附加地或替代地，跟踪系统可被用于照射目的，例如用于通过连续地将照射源指向对象而持续照射对象，即使对象可能正在移动。另外的应用可以在通信系统中找到，例如以便通过将发送器指向移动的对象来持续向移动的对象发送信息。
检测器、检测器系统、人机接口、娱乐装置或跟踪系统可以进一步包括至少一个照射源，或者可以与至少一个照射源结合使用。具体而言，所述至少一个照射源可以是或可以包括至少一个结构化或图案化的照射源。结构化照射源的使用可以提高对对象的位置检测的分辨率和/或可以提高对比度。
所提出的装置和方法提供了许多优于已知的此类检测器的优点。因此，检测器可以实现为简单装置，该装置将距离测量或z坐标测量的功能与测量横向坐标的附加选项组合在一起，从而集成了PSD器件的功能。检测器可以简单地在荧光片的边缘处采用荧光材料片和四个点状的或优选地条状的二极管。另外，可以设置一个或多个参考光敏元件。荧光片可以用作发光收集器，这意味着来自光斑位置的荧光可以在荧光材料片的波导模式下被引导。此构思对于在太阳能电池领域中(例如在聚光太阳能电池领域中)的技术人员而言是公知的。
为了测量至少一个横向坐标，例如光斑和/或对象的xy坐标，可以测量边缘处的点状或优选地条状的光敏元件的四个横向传感器信号。信号幅度之间的关系可以指示xy坐标。为了信号评估的目的，可以使用相敏电子元件，该相敏电子元件特别地使用基于锁定的技术。此外，与其它光敏元件相比，靠近光敏元件的光斑在该光敏元件处将产生更强的信号。这可能是波导衰减和光敏元件的照射的几何填充因子的组合效应，因为一般而言，靠近检测器的光斑看到更多的荧光，这是由于光以圆形发射，靠近光斑的检测器看到更大的角度。
如果光束中的功率量相同，则横向传感器信号(例如四个光电二极管信号)的总和一般会产生对于较小焦距(focus)尺寸较小，而对于较大尺寸较大的信号。如果光束的功率未知，则可以使用至少一个可选的参考光敏元件。因此，作为例子，可以使用荧光片后面的另一光电二极管来提供参考信号。通常，可使用一个或多个滤波器元件(例如一个或多个短通滤波器)来排除来自至少一个参考光敏元件的荧光。优选地，荧光波导片是透明的。由于荧光波导片的透明性，至少一个参考光敏元件可以简单地被置于荧光波导片的后面。具体而言，与在普通光电检测器(例如有机或无机光电二极管或太阳能电池)中实现透明度相比，荧光波导片的透明度实现起来简单得多。
光学传感器可以包括多个光电二极管。例如通过将光敏元件放置得非常靠近直边和/或拐角，这些光敏元件可位于荧光波导片的边缘(例如直边缘，例如边沿部分)处和/或拐角处和/或一个或多个其它表面处。此外，荧光波导片通常可以以完全或部分地透明的方式被设计。从而，至少一个光学传感器可以产生为完全或部分地透明的PSD。检测器内可以不需要另外的PSD。
如上所述，荧光从荧光波导片的出耦(outcoupling)可以以非常简单的方式进行，诸如通过使用胶滴、蚀刻、刮擦等等。出耦可以具体地靠近荧光波导片的直边和/或拐角发生。
关于光敏元件，作为例子，可以使得这些光敏元件非常小或甚至为斑点状。通常，在电子技术领域中，光电二极管的小尺寸使得光电二极管非常快速，这通常是因为较低的电容。然而，附加地或替代地，可以使用其它类型的光敏元件，例如条状光电二极管。
如上所述，在至少一个FiP传感器前面的相同光束路径内定位(半)透明PSD器件的可能性可以构成本发明的布置的特定优点，因为与上述常用的PSD器件相比，该特征可以通过包括根据本发明的透明荧光波导片的PSD来实现。此外，该组合可以适合同时对多于一个对象或其多于一个部分进行3D确定。结果，这种(半)透明PSD器件与FiP传感器的组合可以尤其适合于提供可实现3D感测构思的检测器，该检测器在小型化、鲁棒性(robustness)、确定时间、确定准确性和成本效益等的一个或多个方面呈现出改善的性能。
总体而言，在本发明的上下文中，以下实施例被认为是优选的：
实施例1：一种用于确定至少一个对象的位置的检测器，所述检测器包括：
-至少一个纵向光学传感器，其用于确定从所述对象传播到所述检测器的至少一个光束的纵向位置，其中所述纵向光学传感器具有形成纵向敏感区域的至少一个纵向传感器区域，其中所述纵向光学传感器被设计为以依赖于所述光束对所述纵向敏感区域的照射的方式产生至少一个纵向传感器信号，其中在给定相同照射总功率的情况下，所述纵向传感器信号依赖于所述光束在所述纵向敏感区域中的光束横截面；
-至少一个横向光学传感器，其用于确定从所述对象传播到所述检测器的所述至少一个光束的至少一个横向位置，其包括：
○至少一个荧光波导片，其形成横向敏感区域，其中所述荧光波导片朝向所述对象取向，使得从所述对象朝向所述检测器传播的所述至少一个光束在所述横向敏感区域中产生至少一个光斑，其中所述荧光波导片包含至少一种荧光材料，其中所述荧光材料适于响应于所述光束的所述照射而产生荧光，
○至少两个光敏元件，其位于所述荧光波导片的至少两个边缘处，能够检测由所述荧光波导片从所述光斑导向所述光敏元件的荧光，并且能够产生横向传感器信号；以及
-至少一个评估装置，所述评估装置被配置为通过评估所述纵向传感器信号确定所述对象的至少一个纵向坐标z，并且其中所述评估装置进一步被配置为通过评估所述光敏元件的所述横向传感器信号确定所述对象的至少一个横向坐标x、y。
实施例2：根据前述实施例所述的检测器，其中所述荧光的总功率非线性地依赖于所述光束的照射的强度。
实施例3：根据前述两个实施例中的任一者所述的检测器，其中所述评估装置被配置为通过使用所述纵向传感器信号与所述纵向坐标z之间的至少一个预定关系来确定所述对象的所述至少一个纵向坐标z。
实施例4：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述横向光学传感器进一步包括至少一个光学滤波器元件，优选地至少一个光学短通滤波器。
实施例5：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述横向光学传感器进一步包括至少一个参考光敏元件，其中所述参考光敏元件被布置为检测所述光束在通过所述荧光波导片之后的光，并且产生至少一个参考传感器信号。
实施例6：根据前一实施例所述的检测器，其中所述评估装置适于考虑所述参考传感器信号用于确定所述对象的所述横向位置(优选地用于确定所述对象的至少一个横向坐标x、y)。
实施例7：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述评估装置包括至少一个减法装置，所述至少一个减法装置被配置为在由所述光敏元件中的至少两个产生的所述横向传感器信号之间形成至少一个差异信号D。
实施例8：根据前一实施例所述的检测器，其中所述横向传感器信号包括至少一个第一传感器信号s1和至少一个第二传感器信号s2，其中所述至少一个差异信号D与a·s1-b·s2成比例，其中a、b是实数系数，优选地a＝1且b＝1。
实施例9：根据前一实施例所述的检测器，其中所述至少一个差异信号D根据公式D＝(a·s1-b·s2)/(a·s1+b·s2)推导出。
实施例10：根据前三个实施例中的任一者所述的检测器，其中所述减法装置被配置为形成从中推导出所述对象的至少一个第一横向坐标x的至少一个第一差异信号Dx，其中所述减法装置进一步被配置为形成从中推导出所述对象的至少一个第二横向坐标y的至少一个第二差异信号Dy。
实施例11：根据前一实施例所述的检测器，其中所述第一差异信号Dx从位于所述波导片的在第一维度上的相对边缘处的至少两个光敏元件的至少两个传感器信号sx1、sx2产生，并且其中所述第二差异信号Dy从位于所述波导片的在第二维度上的相对边缘处的至少两个光敏元件的至少两个传感器信号sy1、sy2产生。
实施例12：根据前一实施例所述的检测器，其中所述至少一个第一差异信号Dx根据公式Dx＝(a·sx1-b·sx2)/(a·sx1+b·sx2)推导出，并且其中所述至少一个第二差异信号Dy根据公式Dy＝(c·sy1-d·sy2)/(c·sy1+d·sy2)推导出，其中a、b、c、d是实数系数，优选地a＝1，b＝1，c＝1且d＝1。
实施例13：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述光敏元件包括位于所述荧光波导片的相对边缘处的至少两个光敏元件。
实施例14：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述光敏元件包括在坐标系的第一维度上位于所述荧光波导片的相对边缘处的至少一个第一光敏元件对，并且所述光敏元件进一步包括在所述坐标系的第二维度上位于所述荧光波导片的相对边缘处的至少一个第二光敏元件对。
实施例15：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述光敏元件包括位于所述荧光波导片的相对边缘处，优选地直边处，例如直边沿部分处的至少两个光敏元件。
实施例16.：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述光敏元件包括在坐标系的第一维度上位于所述荧光波导片的相对边缘处的至少一个第一光敏元件对，并且所述荧光元件进一步包括在所述坐标系的第二维度上位于所述荧光波导片的相对边缘处的至少一个第二光敏元件对。
实施例17：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述纵向敏感区域为同质敏感区域。
实施例18：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述纵向敏感区域具有至少5mm2，优选地至少10mm2，更优选地至少100mm2，再优选地至少400mm2的表面。
实施例19：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述横向敏感区域为同质敏感区域。
实施例20：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述横向敏感区域具有至少5mm2，优选地至少10mm2，更优选地至少100mm2，再优选地至少400mm2的表面。
实施例21：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述纵向光学传感器和所述横向光学传感器以所述纵向敏感区域和所述横向敏感区域的侧向尺寸在0.1与10之间的因子内相同的方式布置。
实施例22：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述纵向敏感区域相对于所述横向敏感区域以平行布置取向。
实施例23：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光波导片包括至少一个平面片。
实施例24：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光波导片具有10μm到3mm的厚度，优选地100μm到1mm的厚度，例如50μm到2mm的厚度。
实施例25：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光波导片是柔性的或可变形的。
实施例26：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光波导片包含至少一种基质材料，其中所述至少一种荧光材料为混入所述基质材料中、分散到所述基质材料中、化学键合到所述基质材料或溶解在所述基质材料中的一种或多种。
实施例27：根据前一实施例所述的检测器，其中所述基质材料包含至少一种塑料材料。
实施例28：根据前一实施例所述的检测器，其中所述塑料材料包含至少一种聚合物材料。
实施例29：根据前述两个实施例中的任一者所述的检测器，其中所述塑料材料包括从由以下项构成的组中选择的至少一种材料：聚碳酸酯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、聚氨酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯。
实施例30：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光材料包括至少一种荧光着色剂，优选地至少一种荧光染料，更优选地，其中所述荧光材料是荧光着色剂，优选地荧光染料。
实施例31：根据前一实施例所述的检测器，其中所述荧光染料能够被所述光束饱和，使得由所述荧光染料产生的荧光的总功率为所述光束的强度的非线性函数。
实施例32：根据前一实施例所述的检测器，其中所述荧光的总功率与所述光束的强度成亚比例(sub-proportional)。
实施例33.根据前述三个实施例中的任一者所述的检测器，其中所述荧光染料包括至少一种有机荧光染料。
实施例34：根据前述四个实施例中的任一者所述的检测器，其中所述荧光染料从由以下项构成的组中选择：呫吨衍生物、优选地为荧光素、罗丹明、俄勒冈绿、曙红、德克萨斯红中的一种或多种，或其任何组分的衍生物；花菁衍生物、优选地为花菁、吲哚羰花青、氧杂羰花青、硫杂羰花青、部花青中的一种或多种，或其任何组分的衍生物；方酸菁衍生物或环取代的方酸菁，优选地为Seta、SeTau和Square染料中的一种或多种，或其任何组分的衍生物；萘衍生物，优选地为丹酰或Prodan衍生物中的一种或多种；香豆素衍生物；噁二唑衍生物，优选地为吡啶基噁唑、硝基苯并噁二唑、苯并噁二唑中的一种或多种，或其任何组分的衍生物；蒽衍生物，优选地为蒽醌、DRAQ5、DRAQ7、CyTRAK橙中的一种或多种，或其任何组分的衍生物；芘衍生物，优选地为级联蓝；噁嗪衍生物，优选地为尼罗红、尼罗蓝、甲酚紫、噁嗪170中的一种或多种，或其任何组分的衍生物；吖啶衍生物，优选地为原黄素、吖啶橙、吖啶黄中的一种或多种，或其任何组分的衍生物；芳基次甲基衍生物，优选地为槐黄、结晶紫、孔雀石绿中的一种或多种，或其任何组分的衍生物；四吡咯衍生物，优选地为卟吩、酞菁、胆红素中的一种或多种；萘嵌苯染料或其任何衍生物，例如二萘嵌苯染料；萘亚胺或二萘嵌苯酰亚胺；例如在WO 2012/168395A1中公开的naphthoilene苯并咪唑染料；或所列物质的任何组分的衍生物。
实施例35：根据前一实施例所述的检测器，其中所述吸收最大值是通过嵌入所述基质材料内的所述着色剂测量的。
实施例36：根据前述两个实施例中的任一者所述的检测器，其中所述吸收最大值是400nm到900nm的范围内的绝对最大值。
实施例37：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光材料包括至少一种荧光着色剂，其中所述荧光着色剂在400nm到900nm的范围内具有在550nm到850nm的波长范围内的吸收最大值。
实施例38：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光材料包括至少一种荧光着色剂，其中所述荧光着色剂在400nm到900nm的范围内具有在600nm到800nm的波长范围内的吸收最大值。
实施例39：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光材料包括至少一种荧光着色剂，其中所述荧光着色剂从由以下项构成的组中选择：茋、苯并噁唑、方酸菁、双二苯基乙烯、部花青、香豆素、苯并吡喃、萘二甲酰亚胺、萘嵌苯、酞菁、萘酞菁、花菁、呫吨、噁嗪、噁二唑、方酸菁、噁二醇、蒽醌、吖啶、芳基甲烷、硼-二吡咯亚甲基、氮杂-硼-二吡咯亚甲基、蒽酮紫、异蒽酮紫和二酮吡咯并吡咯。
实施例40：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光材料包括至少一种荧光着色剂，其中所述荧光着色剂从由以下项构成的组中选择：萘嵌苯、酞菁、萘酞菁、花菁、呫吨、噁嗪、硼-二吡咯亚甲基、氮杂-硼-二吡咯亚甲基和二酮吡咯并吡咯。
实施例41：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光材料包括至少一种荧光着色剂，其中所述荧光着色剂为萘嵌苯着色剂，优选地其中所述着色剂从由表1的化合物1、表1的化合物2、表1的化合物3、表1的化合物15、表1的化合物16、表1的化合物17和表1的化合物4构成的组中选择。
实施例42：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光材料包括至少一种荧光着色剂，其中所述荧光着色剂从表1的化合物1、表1的化合物2、表1的化合物3、表1的化合物4构成的组中选择，优选地其中所述着色剂是表1的化合物3或表1的化合物4，其中化合物4(2,13-双[2,6-双(1-甲基乙基)苯基]-5,10,16,21-四[4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯氧基]蒽并[9”,1”,2”:6,5,10；10”,5”,6”:6',5',10']二蒽并[2,1,9-def:2',1',9'-d'e'f']二异喹啉-1,3,12,14(2H,13H)-四酮)是特别优选的。
实施例43：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光材料包括至少一种荧光着色剂，其中所述荧光着色剂为萘二甲酰亚胺着色剂，并且其中所述着色剂优选地具有根据以下化学式的结构
其中Rni2、Rni3、Rni4、Rni5、Rni6和Rni7彼此独立地从H、烷基、芳基、杂烷基、杂芳基、烷氧基、环烷基、杂环烷基、烷基氨基(烷基-NH-)、芳基胺(芳基-NH-)、烷基芳基氨基(芳基-烷基-NH-)、杂芳基胺(杂芳基-NH-)和杂烷基芳基胺(杂芳基-烷基-NH-)构成的组中选择，并且其中优选地，Rni2、Rni3、Rni4、Rni5、Rni6和Rni7中的至少一者从烷基氨(烷基-NH-)、芳基胺(芳基-NH-)、烷基芳基胺(芳基-烷基-NH-)、杂芳基胺(杂芳基-NH-)、杂烷基芳基胺和(杂芳基-烷基-NH-)构成的组中选择。
实施例44：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光材料包括至少一种荧光着色剂，其中所述荧光着色剂为酞菁着色剂，其优选地从表1的化合物5、化合物6、化合物7、化合物8、化合物9、化合物10和化合物14构成的组中选择，更优选地，所述酞菁着色剂是表1的化合物14或表1的化合物10，最优选地，所述酞菁着色剂是表1的化合物14。
实施例45：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光材料包括至少一种荧光着色剂，其中所述荧光着色剂为萘酞菁着色剂。
实施例46：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光材料包括至少一种荧光着色剂，其中所述荧光着色剂为具有结构(Ic)或(IIc)的花菁，
其中Rc2和Rc4彼此独立地从烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基构成的组中选择，并且其中Rc1从烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基构成的组中选择，或者与Rc6一起形成任选地取代的环，诸如环烷基、杂环烷基、芳基或杂芳基环，并且其中Rc3从烷基、杂环烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基构成的组，或者与Rc4一起形成任选地取代的环，诸如环烷基、杂环烷基、芳基或杂芳基环，并且其中Rc6从H、烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基构成的组中选择，或者与Rc1一起形成任选地取代的环，诸如环烷基、杂环烷基、芳基或杂芳基环，并且其中Rc5从H、烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基和杂芳基构成的组中选择，或者与Rc5一起形成任选地取代的环，诸如环烷基、杂环烷基、芳基或杂芳基环，并且其中Rc2和Rc4彼此独立地从H、烷基和环烷基构成的组中选择，或者彼此形成环，其中n为1到10，优选地1到10，更优选地1到5的范围内的整数，最优选地n为2，优选地，其中根据本发明的花菁着色剂具有根据化学式(Ica)或(IIcb)，更优选地根据(Ica)的结构。
其中Rc4为甲基或丁基，并且其中Rc2为丁基或-C5H10-COOH，更优选地，其中Rc2和Rc4为丁基，其中n优选地为1到5的整数，更优选地n为2，并且其中所述花菁着色剂更优选地为S0315(3-丁基-2-[5-(3-丁基-1,3-二氢-1,1-二甲基-2H-苯并[e]吲哚-2-亚基)-戊-1,3-二烯基]-1,1-二甲基-1H-苯并[e]吲哚鎓高氯酸盐)或S 0944(1,3,3-三甲基-2-[5-(1,3,3-三甲基-1,3-二氢吲哚-2-亚基)-戊-1,3-二烯基]-3H-吲哚鎓氯化物)，更优选地为S0315。
实施例47：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光材料包括至少一种荧光着色剂，其中所述荧光着色剂为呫吨着色剂，优选地为罗丹明着色剂，更优选地为具有以下结构的着色剂：
实施例48：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光材料包括至少一种荧光着色剂，其中所述荧光着色剂从表1的化合物1、表1的化合物2、表1的化合物3、表1的化合物4、表1的化合物5、表1的化合物6、表1的化合物7、表1的化合物8、表1的化合物9、表1的化合物10、表1的化合物11、表1的化合物12、表1的化合物13、表1的化合物14、表1的化合物15、表1的化合物16、表1的化合物17、表1的化合物18、表1的化合物19和表1的化合物20构成的组中选择，优选地，其中所述荧光着色剂从表1的化合物1、表1的化合物2、表1的化合物3、表1的化合物4、表1的化合物5、表1的化合物6、表1的化合物7、表1的化合物8、表1的化合物9、表1的化合物10、表1的化合物11、表1的化合物12、表1的化合物13和表1的化合物14构成的组中选择。
实施例49：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光材料包括至少一种荧光着色剂，其中所述荧光着色剂从由表1的化合物3、表1的化合物14、表1的化合物11和表1的化合物5构成的组中选择，其中表1的化合物4是特别优选的。
实施例50：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述光敏元件包括至少一个光电二极管，优选地至少一个无机光电二极管。
实施例51：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述光敏元件包括位于所述波导片的拐角处或沿着所述波导片的边缘的至少一个点状光敏元件。
实施例52：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述光敏元件包括沿着所述波导片边缘(例如，在边沿部分处)的至少一段延伸的至少一个细长的光敏元件。
实施例53：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述荧光波导片为矩形荧光波导片，优选地为正方形荧光导波片，其中所述光敏元件位于所述波导片的四个边缘中的每个边缘处。
实施例54：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述光束源自所述对象或源自所述至少一个照射源，其中所述照射源被集成到或附接到发射所述光束的所述对象，或者源自直接或间接地照射所述对象的不同照射源。
实施例55：根据前一实施例所述的检测器，其中所述照射源发射位于覆盖400nm到900nm的范围，更优选地550nm到850nm的范围，特别地600nm到800nm的范围的波长范围内的光，在该范围内，所述荧光材料呈现出吸收最大值。
实施例56：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述纵向光学传感器另外以所述纵向传感器信号和/或所述横向传感器信号依赖于所述照射的调制的调制频率的方式被设计。
实施例57：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述检测器被配置为分别在不同的调制频率下检测至少两个纵向传感器信号，其中所述评估装置被配置为通过评估所述至少两个纵向传感器信号来确定所述纵向坐标。
实施例58：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述检测器被配置为分别在不同的调制频率下检测至少两个横向传感器信号，其中所述评估装置被配置为通过评估所述至少两个横向传感器信号来确定所述横向坐标。
实施例59：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述光束为调制光束。
实施例60：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述检测器另外具有用于调制所述照射的至少一个调制装置。
实施例61：根据任一前述实施例所述的检测器，其中所述检测器进一步包括至少一个传送装置(transfer device)，所述传送装置适于将所述光束导向到所述光学传感器上。
实施例62：根据前一实施例所述的检测器，其中所述传送装置包括以下一者或多者：至少一个透镜，优选地至少一个可调焦透镜；至少一个光束偏转元件，优选地至少一个反射镜；至少一个分束元件，优选地分束立方体或分束镜中的至少一者；至少一个多透镜系统。
实施例63：一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至少一个根据任一前述实施例所述的检测器，所述检测器系统进一步包括至少一个信标装置，所述至少一个信标装置适于将至少一个光束导向所述检测器，其中所述信标装置为能够附接到所述对象、能够由所述对象保持、以及能够集成到所述对象中的至少一种。
实施例64：一种用于在用户与机器之间交换至少一项信息的人机接口，其中所述人机接口包括至少一个根据前一实施例所述的检测器系统，其中所述至少一个信标装置适于为直接或间接地附接到所述用户、以及由所述用户保持中的至少一种，其中所述人机接口被设计为借助所述检测器系统确定所述用户的至少一个位置，其中所述人机接口被设计为向所述位置分配至少一项信息。
实施例65：一种用于执行至少一种娱乐功能的娱乐装置，其中所述娱乐装置包括至少一个根据前一实施例所述的人机接口，其中所述娱乐装置被设计为使得能够由玩家借助所述人机接口输入至少一项信息，其中所述娱乐装置被设计为根据所述信息改变所述娱乐功能。
实施例66：一种用于跟踪至少一个可移动对象的位置的跟踪系统，所述跟踪系统包括至少一个根据涉及检测器系统的任一前述实施例所述的检测器系统，所述跟踪系统进一步包括至少一个跟踪控制器，其中所述跟踪控制器适于跟踪所述对象在特定时间点的一系列位置。
实施例67：一种用于确定至少一个对象的至少一个位置的扫描系统，所述扫描系统包括至少一个根据涉及检测器的任一前述实施例所述的检测器，其中所述扫描系统进一步包括适于发射至少一个光束的至少一个照射源，所述至少一个光束被配置为用于照射位于所述至少一个对象的至少一个表面处的至少一个点，其中所述扫描系统被设计为通过使用所述至少一个检测器产生关于所述至少一个点与所述扫描系统之间的距离的至少一项信息。
实施例68：一种用于对至少一个对象成像的相机，所述相机包括至少一个根据涉及检测器的任一前述实施例所述的检测器。
实施例69：一种用于通过使用至少一个检测器，具体地根据涉及检测器的任一前述实施例所述的检测器，确定至少一个对象的位置的方法，所述方法包括以下步骤：
-以这样的方式照射至少一个纵向光学传感器的至少一个纵向传感器区域中的至少一个纵向敏感区域：该方式使得产生依赖于光束对所述纵向敏感区域的照射的至少一个纵向传感器信号，其中在给定相同的照射总功率的情况下，所述纵向传感器信号依赖于所述光束在所述纵向敏感区域中的光束横截面；
-利用从所述对象朝向所述检测器传播的所述至少一个光束照射所述检测器的至少一个光学传感器的至少一个荧光波导片的至少一个横向敏感区域，其中所述光束在所述横向敏感区域中产生至少一个光斑，其中所述荧光波导片包含至少一种荧光材料；
-响应于所述光束的所述照射，所述荧光波导片产生荧光；
-将所述荧光从所述光斑导向位于所述荧光波导片的至少两个边缘处的至少两个光敏元件；
-通过使用所述光敏元件检测所述荧光并产生横向传感器信号；
-通过使用至少一个评估装置评估所述纵向传感器信号，并且确定所述对象的至少一个纵向坐标z；以及
-通过使用所述至少一个评估装置评估所述光敏元件的所述横向传感器信号，并且确定所述对象的至少一个横向坐标x、y。
实施例70：根据前一实施例所述的方法，其中所述方法进一步包括通过使用所述评估装置评估所述纵向传感器信号和/或所述横向传感器信号对调制频率的依赖性，在照射所述纵向敏感区域和/或所述横向敏感区域的至少两个单独的光束之间进行区分。
实施例71：一种根据涉及检测器的任一前述实施例所述的检测器的用途，其用于从由以下项构成的组中选择的使用目的：交通技术中的位置测量；娱乐应用；安保应用；监视应用；安全应用；人机接口应用；跟踪应用；摄影应用；与至少一个飞行时间检测器相组合的使用；与结构化光源相组合的使用；与立体相机相组合的使用；机器视觉应用；机器人应用；质量控制应用；制造应用；与结构化照射源相组合的使用；与立体相机相组合的使用。
附图说明
本发明的另外可选的细节和特征从与从属权利要求结合遵循的优选示例性实施例的描述中显而易见。在该上下文中，特定的特征可以单独或与几个组合地实现。本发明并不限于示例性实施例。示例性实施例在附图中示意性示出。在各个附图中相同的参考标记表示相同的元件或具有相同功能的元件，或者关于它们的功能彼此对应的元件。
具体地，在附图中：
图1A和1B以横向敏感区域上的顶视图(图1A)和横截面图(图1B)示出了根据本发明的检测器的横向分区的示例性实施例的不同视图；
图2示出了图1A的横向敏感区域上的顶视图，其中光斑由光束产生；
图3示出了评估装置的示意性设置示例；以及
图4示出了根据本发明的检测器、检测器系统、人机接口、娱乐装置和跟踪系统的示例性实施例。
图5：对编号为1.1、2.1-2.4的实验，即化合物1、2、3和4的情况下的吸收光谱的概览(参见例子I.1和I.2)。
图6：编号为1.1的实验的吸收光谱(参见例子I.1，化合物4)。
图7：编号为2.3的实验的吸收光谱(参见例子I.2，化合物3)。
图8：编号为2.1的实验的吸收光谱(参见例子I.2，化合物1)。
图9：编号为2.2的实验的吸收光谱(参见例子I.2，化合物2)。
图10：对具有表1的化合物1和化合物2的塑料膜测量的吸收和发射光谱(编号为2.1-2.2的实验)。
图11：对具有表1的化合物1和化合物2的塑料膜测量的吸收和发射光谱(编号为2.1-2.2的实验)。
图12：编号为1.2的实验的吸收光谱(参见例子I.1，化合物11)。
图13：编号为1.3-1.10的实验的吸收光谱概览(参见例子I.1)。
图14：编号为1.5的实验的吸收光谱(参见例子I.1)。
图15：编号为1.3的实验的吸收光谱(参见例子I.1)。
图16：编号为1.9的实验的吸收光谱(参见例子I.1)。
图17：编号为1.4的实验的吸收光谱(参见例子I.1)。
图18：编号为1.10的实验的吸收光谱(参见例子I.1)。
图19：编号为1.6的实验的吸收光谱(参见例子I.1)。
图20：编号为1.8的实验的吸收光谱(参见例子I.1)。
图21：编号为1.7的实验的吸收光谱(参见例子I.1)。
图22：具有0.02％Lumogen F的塑料片的吸收的确定(参见例子III)
图23-图30：根据例子IV的包含0.02％的各种荧光着色剂的塑料片的特性的评估。
表1：优选的荧光着色剂
具体实施方式
图1A和1B以高度示意性的图示示出了根据本发明的检测器110的横向分区(partition)111的示例性实施例。其中，图1A示出顶视图，图1B示出横截面图。
检测器110包括具有荧光波导片114的横向光学传感器112，其中荧光波导片114形成面向在该图中未示出的对象的横向敏感区域116。在该示例性实施例中，荧光波导片可以被设计为平坦的波导片，其中如箭头118示意性地示出的，可发生由内反射(具体地，全内反射)导致的波导，具体地在荧光波导片114内产生的荧光的波导。作为例子，荧光波导片114可具有至少25mm2，例如至少100mm2，更优选地至少400mm2的横向延伸。作为例子，可使用10mm×10mm的正方形片材、20mm×20mm的正方形片材、50mm×50mm的正方形片材或其它尺寸。然而，应注意，可以使用非正方形几何形状，或者甚至是非矩形几何形状，例如圆形或椭圆形几何形状。
作为例子，荧光波导片114可以包括基质材料120和至少一种设置在其中的荧光材料122，例如至少一种荧光团，例如荧光染料。关于示例性实施例，可以参考上述材料，例如在WO 2012/168395A1中列出的一种或多种材料。作为例子，可以使用以下荧光材料：
该荧光材料在WO 2012/168395 A1中被公开为物质34.2，其包括潜在的合成方法。该材料可被浸入在聚苯乙烯中，例如以0.001-0.5重量％的浓度浸入。荧光材料122被设计为响应于光束的照射而产生荧光。其中，荧光材料122被选择为非线性材料，即，对激发光具有非线性响应的荧光材料，使得响应于激发而产生的荧光的总功率是激发光(即，光束)的照射强度的非线性函数。作为例子，可使用饱和效应。除了作为材料特性之外，非线性特征还可能受基质材料120内的荧光材料122的浓度的影响。通常，作为例子，在该示例性实施例或本发明的其它实施例中，0.001-0.5重量％的浓度是优选的。因此，一般而言，涉及荧光材料122的非线性荧光特性的术语“被设计为”或“适于”二者都可以指荧光材料122本身的本征特性和/或荧光材料122在基质材料120中的浓度。
横向光学传感器112进一步具有位于荧光波导片114的相应边缘132、134、136、138处的多个光敏元件124、126、128、130，这些光敏元件在图1A和图1B中被称为PD1-PD4。在该示例性实施例中，荧光体波导片114可具有矩形形状，使得成对的边缘彼此相对，诸如边缘对132、134以及边缘对136、138。波导片114的矩形形状的各边可以定义笛卡尔坐标系，其中x维度由边缘132与134之间的互连定义，y维度由边缘136与138之间的互连定义。然而应注意，其它坐标系也是可行的。
作为例子，光敏元件124、126、128、130可以包括光电二极管。然而，一般而言，可以使用其它光敏元件。作为例子，光敏元件124、126、128、130可以是或可以包括条状光电二极管，其优选地覆盖相应边缘132、134、136、138的全长，或者优选地覆盖相应边缘132、134、136、138的长度的至少50％，或更优选地覆盖相应边缘132、134、136、138的长度的至少70％。然而，其它实施例也是可行的，例如其中多于一个的光敏元件位于相应边缘处的实施例。
光敏元件124、126、128、130响应于由这些光敏元件124、126、128、130检测到的光(具体地，荧光)而分别产生至少一个传感器信号。光敏元件124、126、128、130连接到检测器110的评估装置140，该评估装置140的功能将在下面更详细地解释。光敏元件124、126、128、130的传感器信号被提供给评估装置140。评估装置140被配置为通过评估传感器信号来确定对象的至少一个横向坐标x、y，所述对象未在这些图中示出且光束从该对象朝向检测器传播。此外，确定至少一个纵向坐标z，如下面将参考图3和图4进一步详细描述的。
横向光学传感器112进一步可以包括至少一个参考光敏元件142，其在图1B中也被称为PD5，可以位于横向光学传感器112的反面144(背离对象并且背离敏感区域116)上。而且，参考光敏元件142可以是或可以包括至少一个光电二极管，例如至少一个大面积光电二极管。作为例子，参考光敏元件142可以包括覆盖荧光波导片114的反面144(也可以被称为背面)的至少50％的大面积光电二极管。然而应注意，其它实施例也是可行的，例如包括多个参考光敏元件142的实施例。作为例子，多个参考光敏元件142可以位于反面144上，这些多个参考光敏元件总共覆盖整个反面144。作为进一步的例子，光敏元件矩阵142可以位于反面144上，例如图像传感器或图像芯片，例如一维或二维CCD或CMOS芯片。
横向光学传感器112进一步可以包括至少一个光学滤波器元件146。作为例子，如图1B的横截面图中所示，至少一个光学滤波器元件146可以例如在荧光波导片114与参考光敏元件142之间的光路中被置于参考光敏元件142的前面。作为例子，可以使用层设置。因此，在该实施例或本发明的其它实施例中，横向光学传感器112通常可以包括具有至少一个荧光波导片114、至少一个光学滤波器元件146和至少一个参考光敏元件142的堆叠和/或层设置，这些元件优选地按照该给定的顺序布置。作为例子，至少一个光学滤波器元件146可以被设计为防止荧光进入参考光敏元件142，或者至少可以使荧光衰减至少70％或优选地至少80％。然而，认可的(accreditation)光(例如来自光束的光)可以优选地通过光学滤波器元件146，例如其中衰减优选地不超过40％，更优选地不超过20％。因此，作为例子，在该示例性实施例或本发明的其它示例性实施例中，至少一个光学滤波器元件146具体地可以包括短通滤波器，例如阈值波长在400nm到600nm的范围内，例如在500到550nm的范围内的短通滤波器。短通滤波器可以确保至少一个参考光敏元件142通常提供对光束和/或激发光的总功率的测量，而非测量荧光。
然而，可以提到的是，尽管在图1A和1B中呈现，但是根据本发明的横向光学传感器112可以不需要参考光敏元件142。在这种情况下，和信号本身可以代替参考光敏元件142的功能，使得横向光学传感器112的该实施例可以提供全功能的、并且可选地透明的横向位置敏感检测器(PSD)。
横向光学传感器112的其它替代实施例(这里未示出)可以涉及光敏元件124、126、128、130的各种特性。
因此，除了位于相对边缘132、134、136、138处的光敏元件124、126、128、130之外，附加的光敏元件也可以位于荧光波导片114的拐角处，其中这些拐角也可以是荧光波导片114的边缘的一部分。因此，位于拐角处的附加的光敏元件可以提供额外的传感器信号，这些额外的传感器信号可以以与图3中示意性示出的类似方式被评估。它们能够提供对x和/或y坐标的确定的提高的准确性。因此，作为例子，这些附加的传感器信号可以被包括在诸如通过使用上面的公式(1)形成的和信号中。作为例子，可以形成位于相对拐角处的两个光敏元件之间的差异信号，和/或可以形成位于拐角处的一个光敏元件与位于直边缘处的一个光敏元件之间的差异信号。
此外，替代地或附加地，光敏元件124、126、128、130和/或附加的光敏元件可以呈现出它们的位置相对于荧光波导片114的变化。与其中光敏元件124、126、128、130位于荧光波导片114的平面内的图1A和1B相对比，任何或全部光敏元件124、126、128、130和/或附加的光敏元件可以替代地或附加地位于荧光波导片114的平面之外。具体而言，光敏元件124、126、128、130和/或附加的光敏元件可通过光学耦合元件而被光学耦合到荧光波导片114。为此，通过使用可以充当光学耦合元件的一种或多种透明粘合剂(例如环氧树脂粘合剂)，可以将光敏元件124、126、128、130和/或附加的光敏元件粘合到荧光波导片114上。然而，也可以采用其它种类的已知光学耦合元件。
此外，替代地或附加地，光敏元件124、126、128、130和/或附加的光敏元件的大小和/或形状可以变化。因此，光敏元件124、126、128、130和/或附加的光敏元件不一定必须是图1A和1B中示意性示出的条状光敏元件。作为例子，可以使用非常小的光电二极管，例如矩形光电二极管、点状光电二极管，或者甚至针点状光电二极管。如上所述，小尺寸的光电二极管通常可能涉及较低的电容，因此可以加快横向光学传感器112的响应。
在图2中，示出了由光束对荧光波导片114的横向敏感区域116的照射。其中示出了两种不同的情况，表示对象(光束从该对象朝向检测器110传播)与检测器110本身之间的不同距离，从而导致光束在荧光波导片114中产生两个不同斑点大小的光斑，首先是小光斑148，其次是大光斑150。在这两种情况下，光束的总功率在光斑148、150上保持相同。因此，小光斑148中的平均强度明显高于大光斑150中的平均强度。此外，在这两种情况下，光斑148、150的中心152的位置保持不变，无论光斑148、150的大小为何。该特征展示了此处所示例的横向光学传感器112的光敏元件124、126、128、130向评估装置140提供横向传感器信号的能力，其被配置为允许评估装置140毫不模糊地确定对象的至少一个横向坐标x、y。
光束的照射诱发荧光，如上面的图1B所示，该荧光通过波导被完全或部分地传送到光敏元件124、126、128、130。如上所述，这些光敏元件124、126、128、130产生相应的传感器信号，这些相应的传感器信号与由至少一个参考光敏元件142产生的至少一个参考传感器信号一起被提供给评估装置140。
如图3示意性地和符号化地示出的，评估装置140被设计为评估横向传感器信号，其中符号PD1-PD4表示光敏元件124、126、128、130的横向传感器信号，符号FIP表示纵向传感器信号。传感器信号可以由评估装置以各种方式进行评估，以便推导出关于对象的位置信息和/或几何信息。
因此，如上所述，可以推导出至少一个横向坐标x、y。这主要是由于光斑148、150的中心152与光敏元件124、126、128、130之间的距离不相等这一事实。因此，光斑148、150的中心152具有到光敏元件124的距离l1、到光敏元件126的距离l2、到光敏元件128的距离l3，以及到光敏元件130的距离l4。由于荧光的产生位置与检测荧光的光敏元件124、126、128、130之间的距离存在这些差异，横向传感器信号将不同。这是由各种效应引起的。首先，再次地，在波导过程中将发生内部损耗，因为每次全内反射意味着一定的损耗，使得依赖于路径的长度，荧光在途中发生衰减。传播距离越长，衰减越高，损耗越大。此外，将发生吸收效应。第三，必须考虑光的扩散。光斑148、150与相应的光敏元件124、126、128、130之间的距离越长，光子被导向除光敏元件124、126、128、130以外的方向的概率越高。因此，通过比较光敏元件124、126、128、130的传感器信号，产生横向位置信息。
传感器信号的比较可以以各种方式进行。因此，一般而言，评估装置140可以被设计为比较横向传感器信号，以便推导出对象或光斑的至少一个横向坐标。作为例子，评估装置140可以包括至少一个减法装置154和/或任何其它提供依赖于至少一个横向坐标(例如坐标x、y)的功能的装置。对于示例性实施例，减法装置154可以被设计为针对图2中的维度x、y中的一者或每一者产生至少一个差异信号，例如根据上面的公式(1)的信号。作为例子，PD1与PD2之间的简单差，例如(PD1-PD2)/(PD1+PD2)，可用作x坐标的量度，且PD3与PD4之间的差，例如(PD3-PD4)/(PD3+PD4)，可以用作y坐标的量度。作为例子，可以通过使用公知的透镜方程，实现敏感区域116的平面内的光斑148、150的横向坐标向对象(光束从该对象朝向检测器110传播)的横向坐标的变换。关于更多细节，作为例子，可以参考上述现有技术文献中的一个或多个，例如WO 2014/097181 A1。
如上所述，还可以推导出纵向坐标z，特别地，通过在WO 2012/110924 A1和/或WO2014/097181 A1中进一步详细解释的FiP效应的实现。为此，通过使用评估装置140并由此确定对象的至少一个纵向坐标z来评估由FIP传感器提供的至少一个纵向传感器信号。
然而应注意，用于由评估装置140处理传感器信号的其它变换或其它算法是可行的。因此，除了减法或与正或负系数的近似组合外，非线性变换通常也是可行的。作为例子，为了将传感器信号变换为z坐标和/或x、y坐标，可以使用一个或多个已知的或可确定的关系，作为例子，例如可以通过其中对象被置于距检测器110各种距离处的校准实验和/或通过其中对象被置于各种横向位置或三维位置处的校准实验，以及通过记录相应的传感器信号，根据经验推导出所述关系。
图4以高度示意性的图示示出了具有多个横向光学传感器112和多个纵向光学传感器155的检测器110的示例性实施例，其中纵向光学传感器155是根据上述FiP效应工作的FiP传感器。检测器110具体地可以被体现为相机156或可以是相机156的一部分。相机156可用于成像，具体地用于3D成像，并且可用于获取静止图像和/或图像序列(例如数字视频剪辑)。其它实施例也是可行的。
图4还示出了检测器系统158的实施例，除了至少一个检测器110之外，该检测器系统158还包括一个或多个信标装置160，在该示例性实施例中，所述一个或多个信标装置160被附接到和/或集成到对象162中，对象162的位置将通过使用检测器110来检测。图4还示出了人机接口164的示例性实施例，该人机接口包括至少一个检测器系统158，以及还示出了娱乐装置166，该娱乐装置包括人机接口164。该图还示出了用于跟踪对象162的位置的跟踪系统168的实施例，该跟踪系统包括检测器系统158。下面将更详细地解释这些装置和系统的组件。
图4还示出了用于确定至少一个对象162的至少一个位置的扫描系统170的示例性实施例。扫描系统170包括至少一个检测器110，以及进一步包括适于发射至少一个光束174的至少一个照射源172，光束174被配置为用于照射位于至少一个对象162的至少一个表面上的至少一个点(例如，位于信标装置160的一个或多个位置上的点)。扫描系统170被设计为通过使用至少一个检测器110来产生关于所述至少一个点与扫描系统170(具体地，检测器110)之间的距离的至少一项信息。
如上所述，图1-3所示的检测器110的横向分区111的示例性实施例可用于图4的设置中。因此，除了所述一个或多个横向光学传感器112之外，检测器110还包括一个或多个纵向光学传感器155、至少一个评估装置140，该评估装置例如可选地具有至少一个减法装置154和至少一个调制装置175，如图4中符号化地示出的。在此，调制装置175可用于调制照射，这样，纵向传感器信号和/或横向传感器信号依赖于照射的调制的调制频率。评估装置140的组件可以完全或部分地被集成到光学传感器112、155中的一者或全部、或甚至每一者中，或者可以完全或部分地体现为独立于光学传感器112、155的单独的组件。
除了上述完全或部分地组合两种或更多种组件的可能性之外，一个或多个光学传感器112、155以及评估装置140的一个或多个组件中的一者或多者可以通过一个或多个连接器176和/或一个或多个接口互连，如图4符号化地示出的。此外，可选的至少一个连接器176可以包括一个或多个驱动器和/或一个或多个用于修改或预处理传感器信号的装置。此外，代替使用至少一个可选的连接器176，评估装置140可以完全或部分地被集成到光学传感器112、155中和/或被集成到检测器110的壳体178中。附加地或替代地，评估装置140可以完全或部分地被设计为单独的装置。
在该示例性实施例中，其位置可被检测到的对象162可以被设计为运动器材制品和/或可以形成控制元件或控制装置180，控制元件或控制装置180的位置可以由用户182操纵。作为例子，对象162可以是或可以包括球棒、球拍、球杆或任何其它运动器材制品和/或伪运动器材。其它类型的对象162也是可行的。此外，用户182本人可以被视为其位置将被检测的对象182。
如上所述，检测器110包括一个或多个光学传感器112、155。光学传感器112、155可以位于检测器110的壳体178内。此外，可以包括至少一个传送装置184，例如一个或多个光学系统，优选地包括一个或多个透镜186。
优选地以与检测器110的光轴190同心的方式定位的壳体178内的开口188优选地限定检测器110的视线方向192。可以定义坐标系194，其中与光轴190平行或反平行的方向被定义为纵向方向，而垂直于光轴190的方向被定义为横向方向。在图4符号化地示出的坐标系194中，纵向方向由z表示，而横向方向分别由x和y表示。其它类型的坐标系194也是可行的。
检测器110可以包括光学传感器112、155中的一个或多个。优选地，如图4所示，包括多个光学传感器112、155，作为例子，多个光学传感器112、155可以位于可以被一个或多个分束装置198分开的不同的部分光束路径196中，如图4所示。如图4进一步所示，光学传感器112、155中的每一者可以优选地以这样的方式定位：该方式使得至少一个入射光束174可在入射到纵向光学传感器155之前首先入射到横向光学传感器112上。在这种情况下，横向光学传感器112可以特别地呈现出透明或至少半透明的特性，以便实际上允许入射光束174以足够的强度到达这两种光学传感器112、155。在此方面，可以提及，图1所示的横向光学传感器112包括特别适用于该目的的布置。然而应注意，其它选项也是可行的，例如两个或更多个横向光学传感器112或者两个或更多个纵向光学传感器155的堆叠配置。此外，具有不同数目的光学传感器112、155的实施例也是可行的。
一个或多个光束174从对象162和/或从信标装置160的一个或多个朝向检测器110传播。检测器110适于确定至少一个对象162的位置，为此，如上面在图1-3的上下文中解释的，评估装置140被配置为评估由一个或多个光学传感器112、155提供的传感器信号。检测器110适于确定对象162的位置，光学传感器112、155适于检测从对象162朝向检测器110传播的光束174，具体地从信标装置160中的一个或多个传播的光束。光束174直接地和/或在被传送装置184修改(例如被透镜186聚焦)之后，在横向光学传感器112或每个横向光学传感器112的横向敏感区域116上，以及在纵向光学传感器155或每个纵向光学传感器155的纵向敏感区域(未示出)上，形成光斑148、150。
如上所述，通过使用检测器110对对象162和/或其一部分的位置的确定可用于提供人机接口164，以便向机器200提供至少一项信息。在图4示意性地示出的实施例中，机器200可以是计算机和/或可以包括计算机。其它实施例也是可行的。评估装置140甚至可以完全或部分地被集成到机器200中，例如被集成到计算机中。
如上所述，图4还示出了被配置为跟踪至少一个对象162的位置的跟踪系统168的例子。跟踪系统168包括检测器110和至少一个跟踪控制器202。跟踪控制器202可以适于跟踪对象162在特定时间点的一系列位置。跟踪控制器202可以是独立的装置和/或可以完全或部分地形成机器200的计算机的一部分。
类似地，如上所述，人机接口164可以形成娱乐装置166的一部分。机器200(具体地，计算机)也可以形成娱乐装置166的一部分。因此，通过用户182充当对象162和/或通过用户182操作充当对象162的控制装置180，用户182可以将至少一项信息(例如至少一个控制命令)输入到计算机，从而改变娱乐功能，例如控制计算机游戏的过程。
工作实例：
I.彩色样品的生产
I.1PMMA作为基质
在最高90℃的温度下将1000.00g聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA 6N clear，从德国 GmbH可得)预干燥4小时，然后在Turbula Fuchs搅拌机中将其与0.02重量％的荧光着色剂X(参见表2)混合20分钟。在来自德国Collin的双螺杆25mm挤出机上，在六个加热区(冷、150℃、195℃、200℃、200℃、200℃、200℃)，在最高200℃的温度下挤出均匀的混合物。在造粒机(Scheer,Stuttgart)中对挤出物进行造粒。在90℃的最高温度下将颗粒干燥4小时，然后使用Boy Injection Molding Machine(来自Dr.Boy GmbH,Neustadt,Germany的Boy 30A)或 Ferromatik FM 40(来自德国)将其处理成有色样品(30mm×55mm×约1.2mm)。在干燥之后，使用真空包装机将得到的模制品封装在无氧塑料袋中。
表2
*(30mm×55mm×约1.2mm)
**200μm厚
I.2Macrolon(聚碳酸酯)作为基质
在最高120℃的温度下将1000.00g聚碳酸酯(MACROLON 2805,Bayer)预干燥4小时，然后在Turbula Fuchs搅拌机中将其与0.2g荧光着色剂X(参见表3)混合20分钟。在来自德国Collin的双螺杆25mm挤出机上，在六个加热区(冷、150℃、265℃、275℃、280℃、280℃、280℃)，在最高280℃的温度下挤出均匀的混合物。在造粒机(Scheer,Stuttgart)中对挤出物进行造粒。在120℃的最高温度下将颗粒干燥4小时，然后使用Boy Injection MoldingMachine(来自Dr.Boy GmbH,Neustadt,Germany的Boy 30A)或Ferromatik FM40(来自德国)将其处理成有色样品。在干燥之后，使用真空包装机将得到的模制品封装在无氧塑料袋中。
表3
实验编号 荧光着色剂X 几何结构
2.1 表1的化合物1 箔**
2.2 表1的化合物2 箔**
2.3 表1的化合物3 箔**
**200μm厚
II.具有0.02％荧光着色剂的塑料片的吸收的测量
测量根据工作实例I.1和I.2制备的塑料片的吸收特性。结果在图5到图21中示出。
III.具有0.02％Lumogen F violet 570的塑料片的吸收的测量
测量具有作为着色剂的0.02％Lumogen F Violet 570(BASF)的塑料片(2mm厚，PMMA 7N)的吸收特性。结果在图22中给出。
IV.包含0.02％的各种荧光着色剂的塑料片的特性的评估
评估包含0.02％的各种荧光着色剂样品的塑料片的性能。根据实例I.1和I.2，使用各种方法和基质聚合物制备膜。
将光电二极管胶粘到箔上，并以到入射光斑的不同距离记录光响应(405nm处的70mW光功率)。
近距离处的绝对响应大，当着色剂被强吸收时，荧光量子产率大，并且荧光的再吸收小。
因此，通过吸收对光响应进行加权被认为是评估的有意义的方式。这是通过将光响应除以箔在405nm处的光密度来实现的。众所周知，光密度可以通过测量在给定波长下通过样品的光的分率来确定。这里选择405nm的波长是因为所有研究的着色剂在该波长附近都显示出吸收带。
光响应随着荧光必须在塑料片内行进的距离的延长而衰减是样品波导特性的量度。较不优选的膜和表面质量会导致随距离的延长而快速下降，因此在下面的图表中产生大斜率。
结果在图23到30中给出。
光斑与光电二极管之间5mm距离处的最高加权光响应值(>2000)是使用萘嵌苯着色剂化合物3和化合物4，以及酞菁着色剂化合物14和罗丹明着色剂化合物11实现的。特别地，化合物4在405nm以及660nm处显示出高绝对光响应以及低吸收，其卓越性能令人惊喜。
参考标号列表
110 检测器
111 横向分区
112 横向光学传感器
114 荧光波导片
116 横向敏感区域
118 波导
120 基质材料
122 荧光材料
124 光敏元件
126 光敏元件
128 光敏元件
130 光敏元件
132 边缘
134 边缘
136 边缘
138 边缘
140 评估装置
142 参考光敏元件
144 反面
146 光学滤波器元件
148 (小)光斑
150 (大)光斑
152 光斑的中心
154 减法装置
155 纵向光学传感器
156 相机
158 检测器系统
160 信标装置
162 对象
164 人机接口
166 娱乐装置
168 跟踪系统
170 扫描系统
172 照射源
174 光束
175 调制装置
176 连接器
178 壳体
180 控制装置
182 用户
184 传送装置
186 透镜
188 开口
190 光轴
192 视线的方向
194 坐标系
196 部分光束路径
198 分束装置
200 机器
202 跟踪控制器

Claims (15)

1.一种用于确定至少一个对象(162)的位置的检测器(110)，所述检测器(110)包括：
-至少一个纵向光学传感器(155)，其用于确定从所述对象(162)传播到所述检测器(110)的至少一个光束(174)的纵向位置，其中所述纵向光学传感器(155)具有形成纵向敏感区域的至少一个纵向传感器区域，其中所述纵向光学传感器(155)被设计为以依赖于所述光束(174)对所述纵向敏感区域的照射的方式产生至少一个纵向传感器信号，其中在给定相同的照射总功率的情况下，所述纵向传感器信号依赖于所述光束(174)在所述纵向敏感区域中的光束横截面；
-至少一个横向光学传感器(112)，其用于确定从所述对象(162)传播到所述检测器(110)的所述至少一个光束(174)的至少一个横向位置，其包括：
○至少一个荧光波导片(114)，其形成横向敏感区域(116)，其中所述荧光波导片(114)朝向所述对象(162)取向，使得从所述对象(162)朝向所述检测器(110)传播的所述至少一个光束(174)在所述横向敏感区域(116)中产生至少一个光斑(148、150)，其中所述荧光波导片(114)包含至少一种荧光材料(122)，其中所述荧光材料(122)适于响应于所述光束(174)的所述照射而产生荧光，
○至少两个光敏元件(124、126、128、130)，其位于所述荧光波导片(114)的至少两个边缘(132、134、136、138)处，能够检测由所述荧光波导片(114)从所述光斑(148、150)导向所述光敏元件(124、126、128、130)的荧光，并且能够产生横向传感器信号；以及
-至少一个评估装置(140)，其中所述评估装置(140)被配置为通过评估所述纵向传感器信号确定所述对象(162)的至少一个纵向坐标，并且其中所述评估装置(140)进一步被配置为通过评估所述光敏元件(124、126、128、130)的所述横向传感器信号确定所述对象(162)的至少一个横向坐标。
2.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中所述评估装置(140)包括至少一个减法装置(154)，所述至少一个减法装置(154)被配置为在由所述光敏元件(124、126、128、130)中的至少两个产生的所述横向传感器信号之间形成至少一个差异信号D。
3.根据任一前述权利要求所述的检测器(110)，其中所述横向光学传感器(112)进一步包括至少一个参考光敏元件(142)，其中所述参考光敏元件(142)被布置为检测所述光束(174)在通过所述荧光波导片(114)之后的光，并且产生至少一个参考传感器信号，其中所述评估装置(140)适于考虑所述参考传感器信号用于确定所述对象(162)的所述横向位置。
4.根据任一前述权利要求所述的检测器(110)，其中所述荧光波导片(114)包含至少一种基质材料(120)，其中所述至少一种荧光材料(122)为混入所述基质材料(120)中、分散到所述基质材料(120)中、化学键合到所述基质材料(120)或溶解在所述基质材料(120)中的一种或多种。
5.根据任一前述权利要求所述的检测器(110)，其中所述检测器(110)进一步被设计为使得所述纵向传感器信号和/或所述横向传感器信号呈现出对所述照射的调制的调制频率的依赖性。
6.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中所述评估装置(140)进一步被设计为通过评估所述纵向传感器信号和/或所述横向传感器信号对所述调制频率的依赖性，在照射所述纵向敏感区域和/或所述横向敏感区域(116)的至少两个单独的光束(174)之间进行区分。
7.一种用于确定至少一个对象(162)的位置的检测器系统(158)，所述检测器系统(158)包括至少一个根据任一前述权利要求所述的检测器(110)，所述检测器系统(158)进一步包括适于将至少一个光束(174)导向所述检测器(110)的至少一个信标装置(160)，其中所述信标装置(160)为能够附接到所述对象(162)、能够由所述对象(162)保持、以及能够集成到所述对象(162)中的至少一种。
8.一种用于在用户(182)与机器之间交换至少一项信息的人机接口(164)，其中所述人机接口(164)包括至少一个根据前一权利要求所述的检测器系统(158)，其中所述至少一个信标装置(160)适于为直接或间接地附接到所述用户(182)、以及由所述用户(182)保持中的至少一种，其中所述人机接口(164)被设计为借助所述检测器系统(158)确定所述用户(182)的至少一个位置，其中所述人机接口(164)被设计为向所述位置分配至少一项信息。
9.一种用于执行至少一种娱乐功能的娱乐装置(166)，其中所述娱乐装置(166)包括至少一个根据前一权利要求所述的人机接口(164)，其中所述娱乐装置(166)被设计为使得能够由玩家借助所述人机接口(164)输入至少一项信息，其中所述娱乐装置(166)被设计为根据所述信息改变所述娱乐功能。
10.一种用于跟踪至少一个可移动对象(162)的位置的跟踪系统(168)，所述跟踪系统(168)包括至少一个根据涉及检测器系统(158)的任一前述权利要求所述的检测器系统(158)，所述跟踪系统(168)进一步包括至少一个跟踪控制器(202)，其中所述跟踪控制器(202)适于跟踪所述对象(162)在特定时间点的一系列位置。
11.一种用于确定至少一个对象(162)的至少一个位置的扫描系统(170)，所述扫描系统(170)包括至少一个根据涉及检测器(110)的任一前述权利要求所述的检测器(110)，所述扫描系统(170)进一步包括适于发射至少一个光束(174)的至少一个照射源(172)，所述至少一个光束(174)被配置为用于照射位于所述至少一个对象(162)的至少一个表面处的至少一个点，其中所述扫描系统(170)被设计为通过使用所述至少一个检测器(110)产生关于所述至少一个点与所述扫描系统(170)之间的距离的至少一项信息。
12.一种用于对至少一个对象(162)成像的相机(156)，所述相机(156)包括至少一个根据涉及检测器(110)的任一前述权利要求所述的检测器(110)。
13.一种用于通过使用至少一个检测器(110)确定至少一个对象(162)的位置的方法，所述方法包括以下步骤：
-以这样的方式照射至少一个纵向光学传感器(155)的至少一个纵向传感器区域中的至少一个纵向敏感区域：该方式使得产生依赖于光束(174)对所述纵向敏感区域的照射的至少一个纵向传感器信号，其中在给定相同的照射总功率的情况下，所述纵向传感器信号依赖于所述光束(174)在所述纵向敏感区域中的光束横截面；
-利用从所述对象(162)朝向所述检测器(110)传播的所述至少一个光束(174)照射所述检测器(110)的至少一个横向光学传感器(112)的至少一个荧光波导片(114)的至少一个横向敏感区域(116)，其中所述光束(174)在所述横向敏感区域(116)中产生至少一个光斑(148、150)，其中所述荧光波导片(114)包含至少一种荧光材料(122)；
-响应于所述光束(174)的所述照射，通过所述荧光波导片(114)产生荧光；
-将所述荧光从所述光斑(148、150)导向位于所述荧光波导片(114)的至少两个边缘(132、134、136、138)处的至少两个光敏元件(124、126、128、130)；
-通过使用所述光敏元件(124、126、128、130)检测所述荧光并产生横向传感器信号；
-通过使用至少一个评估装置(140)评估所述纵向传感器信号，并且确定所述对象(162)的至少一个纵向坐标；以及
-通过使用所述至少一个评估装置(140)评估所述光敏元件(124、126、128、130)的所述横向传感器信号，并且确定所述对象(162)的至少一个横向坐标。
14.根据前一权利要求所述的方法，其中所述方法进一步包括通过使用所述评估装置(140)评估所述纵向传感器信号和/或所述横向传感器信号对调制频率的依赖性，在照射所述纵向敏感区域和/或所述横向敏感区域(116)的至少两个单独的光束(174)之间进行区分。
15.一种根据涉及检测器(110)的任一前述权利要求所述的检测器(110)的用途，其用于从由以下项构成的组中选择的使用目的：交通技术中的位置测量；娱乐应用；安保应用；监视应用；安全应用；人机接口(164)应用；跟踪应用；摄影应用；与至少一个飞行时间检测器(110)相组合的使用；与结构化光源相组合的使用；与立体相机相组合的使用；机器视觉应用；机器人应用；质量控制应用；制造应用；与结构化照射源相组合的使用；与立体相机相组合的使用。
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