JP2016536594A - 少なくとも１つの対象物の位置を求めるための検出器 - Google Patents

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Abstract

少なくとも１つの対象物の位置を求めるための検出器が開示され、この検出器は、少なくとも１つの縦方向光学センサと、少なくとも１つの照明源と、少なくとも１つの評価装置と、を含んでおり、縦方向光学センサは、少なくとも１つのセンサ領域を有しており、且つ、少なくとも部分的に透過性であり、且つ、対象物から検出器へと伝播する少なくとも１つの光ビームによるセンサ領域の照明に依存して少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計されており、縦方向センサ信号は、照明の総出力が等しい場合、センサ領域における光ビームのビーム横断面に依存しており、照明源は、縦方向光学センサを通過した照明光でもって対象物を照明するように構成されており、評価装置は、縦方向センサ信号を評価することによって、対象物の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するように設計されている。

Description

本発明は、少なくとも１つの対象物の位置を求めるための検出器、ヒューマンマシンインタフェース、トラッキングシステム、カメラ、少なくとも１つの対象物の位置を求めるための方法及び検出器の種々の使用に関する。そのような装置及びそのような方法を、例えば、日常生活、交通技術、生産技術、セキュリティ技術、医療技術、エンターテイメント技術の種々の分野において、又は自然科学において使用することができる。付加的又は択一的に、この用途を、空間のマッピングの分野において、例えば１つ以上の部屋のマップ、１棟以上の建物のマップ又は１本以上の道路のマップを作製するために適用することができる。更に、検出器は、少なくとも１つの対象物を撮像するためのカメラを形成しても良いし、そのようなカメラの一部であっても良い。しかしながら、原理的にはその他の用途も考えられる。
従来技術より、対象物の位置を求めるように構成されている多数の検出器が公知である。対象物の位置を求めるためのそのような検出器は、光学センサ及び光起電装置を基礎としていることが公知である。
光起電力装置は一般的に、電磁放射を、例えば紫外線光、可視光又は赤外線光を、電気信号又は電気エネルギに変換するために使用されるが、それに対し光学検出器は、一般的に、画像情報を取得するため、及び／又は、少なくとも１つの光学パラメータ、例えば輝度を検出するために使用される。一般的に光学センサは、無機センサ材料及び／又は有機センサ材料の使用を基礎とすることができる。そのようなセンサの例は、米国特許出願公開第２００７／０１７６１６５号明細書、米国特許第６，９９５，４４５号明細書、独国特許出願公開第２５０１１２４号、独国特許出願公開第３２２５３７２号明細書、又はその他の多数の従来技術に関する文献に開示されている。特に、コスト上の理由から、また処理が広範囲に及ぶという理由から、少なくとも１種の有機センサ材料を含んでいるセンサがますます使用されるようになってきており、例えば米国特許出願公開第２００７／０１７６１６５号明細書に開示されている。とりわけ、いわゆる色素太陽電池の重要度が一層高まってきており、その概要は例えば国際公開第２００９／０１３２８２号に開示されている。
少なくとも１つの対象物の位置を求めるためのそのような光学センサを基礎とする検出器を、各用途に応じて、種々のやり方で実現することができる。そのような検出器の例は、撮像装置、例えばカメラ及び／又は顕微鏡である。高分解能の共焦点顕微鏡が公知である。例えば、そのような高分解能の共焦点顕微鏡を、特に医療技術の分野及び生物学の分野において、生体サンプルを高分解能で検査するために使用することができる。対象物を光学的に検出するための検出器の別の例は、距離測定を実行するために用いられる三角測量システムである。
少なくとも１つの対象物を光学的に検出するための検出器の別の例は、例えば、対応する光学信号の、例えばレーザパルスの伝播時間法を基礎とする距離測定装置である。一般的にそれらの検出器は、照明源、例えばランプ又はレーザ及び光検出装置を含むことができる。照明源は光を放射することができ、特に１つ以上の光ビームを放射することができ、それらの光ビームがレンズ及び／又はレンズシステムによって焦点合わせされる。放射された光を対象物によって反射させることができる。反射された光を光検出装置によって検出することができる。一般的にそれらの検出器は、対象物の位置を求めるために、例えば飛行時間（Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ）を分析する技術、構造化された光を分析する技術、又は、例えば三角測量法を実行するための複数の検出器を使用することができる。同様に、その他の方法も複雑なパルスシーケンス、例えばレーザパルスを用いる距離測定を基礎としている。
当該技術分野においては種々の位置検出器が公知である。つまり、特開平８−１５９７１４号公報には、距離測定装置が開示されている。この距離測定装置においては、検出器及び影形成エレメントを使用することによって、対象物の影形成は距離に依存するという事実に基づき、対象物と検出器との間の距離が求められる。米国特許出願公開第２００８／０２５９３１０号明細書には、光学位置検出器が開示されている。伝送系の位置は種々の既知の距離及び測定された角度を使用することによって求められる。米国特許出願公開第２００５／０１８４３０１号明細書には、距離測定装置が開示されている。この距離測定装置は、相互に異なる波長を有している複数の発光ダイオードを使用している。中国特許出願公開第１０１６５０１７３号明細書には、幾何学的原理の使用を基礎とする位置検出器が開示されている。更に、特開平１０−２２１０６４号公報には、ホログラフィにおいて使用される光学構造に類似する、複雑な光学構造が開示されている。
米国特許出願第４，７６７，２１１号には、光学的な測定及び撮像を行うための装置及び方法が開示されている。そこでは、光軸に沿って伝播する、反射された光と、光軸から外れて伝播する、反射された光の比率が、種々の光検出器及び分割器を使用することによって求められる。この原理を使用することによって、試料における陥凹部を検出することができる。
米国特許出願第４，６４７，１９３号には、目標対象物の範囲が、複数のコンポーネントを有している検出器を使用することによって求められる。検出器は、レンズの焦平面から離れた位置に設けられている。対象物からの光の光点の大きさは、対象物の範囲と共に変化し、従って対象物の範囲に依存する。種々の光検出器を使用して、それらの光検出器によって生成された信号を比較することによって、光点の大きさを、従って対象物の範囲を求めることができる。
米国特許出願第６，９９５，４４５号及び米国特許出願公開第２００７／０１７６１６５号明細書には、位置感応式の有機検出器が開示されている。そこでは、抵抗性の下部電極が使用されており、この下部電極は少なくとも２つの電極コンタクトを使用することによって電気的に接触接続されている。複数の電極コンタクトに由来する電流の電流比を形成することによって、有機検出器上の光点の位置を検出することができる。
国際公開第２０１０／０８８０３２号及び米国特許出願公開第２０１１／００５５８４６号明細書には、１つ以上のターゲットの深度画像を取得するように構成されているキャプチャ装置が提案されている。キャプチャ装置は、深度カメラ、ビデオカメラ、ステレオカメラ及び／又はその他の適切なキャプチャ装置を含むことができる。キャプチャ装置は、ＩＲ光コンポーネントを有することができるイメージカメラコンポーネント、３次元（３−Ｄ）カメラ及び／又はＲＧＢカメラを含むことができる。国際公開第２０１０／０８８０３２号においては、いずれかの適切な技術（例えば飛行時間、構造化された光、ステレオ画像等）によって、深度情報を有するビデオを記録するように、キャプチャ装置を構成することができる。国際公開第２０１０／０８８０３２号において使用されている技術の他に、米国特許出願公開第２０１１／００５５８４６号においては、放出される光波の位相を入射する光波の位相と比較して位相シフトを求めることができ、この位相シフトは対象物の物理的な距離を求めるために使用される。
一般的に、従来技術から公知であるその種の検出器の使用中に２つの問題が発生する可能性がある。
第１に、使用されるコンポーネントの不透明性に起因して、視差の問題が生じる可能性があり、これによって一般的には、照明源、位置検出器、レンズ及び／又はレンズシステム及びイメージカメラを同一の光軸上に配置することができなくなる。通常の場合、照明源、位置検出器及びイメージカメラのうちの１つ以上が光軸から変位されると考えられる。この変位によって、一方では設計が制限され、他方では距離測定が不正確になる虞があり、例えば位置検出器の情報とイメージカメラの情報とが組み合わされる場合には、イメージカメラによって撮影された画像が位置検出器の画像から変位する虞がある。例えば、この視差の問題は、「ＫＩＮＥＣＴ ＤＥＰＴＨ ＳＥＮＳＯＲ ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮ ＦＯＲ ＣＯＭＰＵＴＥＲ ＶＩＳＩＯＮ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ」Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ＥＣＥ−ＴＲ−６，Ａａｒｈｕｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙの第２７〜３０頁、図４．２１に示されている。そこでは、深度画像とＲＧＢ画像が位置合わせされていないことが示されている。この視差の問題を修正することができるが、しかしながらこの修正は付加的な計算能力を必要とする。
第２に、影、即ち検出器の視界に入るが照明源によって照明されない領域が検出器の画像内に生じる可能性がある。「ＫＩＮＥＣＴ ＤＥＰＴＨ ＳＥＮＳＯＲ ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮ ＦＯＲ ＣＯＭＰＵＴＥＲ ＶＩＳＩＯＮ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ」Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ＥＣＥ−ＴＲ−６，Ａａｒｈｕｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙの第２７〜３０頁、図４．２３には、照明器とＩＲカメラとの間の距離に起因して、照明された対象物が影を生じさせる虞があることが示されている。
一般的に、透過型又は少なくとも部分的に透過型の位置検出器は従来技術から公知である。国際公開第２０１２／１１０９２４号においては、少なくとも１つの対象物を光学的に検出するための検出器が開示されており、この刊行物の開示内容は参照により本願に含まれるものとする。検出器は少なくとも１つの光学センサを含んでいる。光学センサは、少なくとも１つのセンサ領域を有している。光学センサは、センサ領域の照明にある程度依存して、少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計されている。照明の総出力が等しければ、センサ信号は照明の幾何学形状に依存しており、特にセンサエリアにおける照明のビーム横断面に依存している。更に、検出器は、少なくとも１つの評価装置を有している。評価装置は、センサ信号から幾何学情報の少なくとも１つの項目を生成するように、特に、照明及び／又は対象物に関する幾何学情報の少なくとも１つの項目を生成するように設計されている。
２０１２年１２月１９日に出願された米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号、２０１３年１月８日に出願された米国仮出願特許第６１／７４９，９６４号、２０１３年８月１９日に出願された米国仮出願特許第６１／８６７，１６９号及び２０１３年１２月１８日に国際公開第２０１４／０９７１８１号として出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０６１０９５号には、少なくとも１つの横方向光学センサ及び少なくとも１つの光学センサを使用することによって、少なくとも１つの対象物の位置を求めるための方法及び検出器が開示されており、それらの刊行物の全開示内容は参照により本願に含まれるものとする。特に、多義性が生じることなく高精度で対象物の縦方向位置を求めるために、センサスタックを使用することが開示されている。
２０１３年１月１３日に出願された欧州特許出願第１３１７１８９８．３号には、基板と、その基板の上に設けられている少なくとも１つの感光層構造と、を有している光学センサを含んでいる光学検出器が開示されており、その刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。感光層構造は、少なくとも１つの第１の電極、少なくとも１つの第２の電極、並びに、第１の電極と第２の電極との間に挟まれている、少なくとも１種の光起電材料を有している。光起電材料は、少なくとも１種の有機材料を含んでいる。第１の電極は、複数の第１の電極ストリップを含んでおり、第２の電極は、複数の第２の電極ストリップを含んでおり、第１の電極ストリップと第２の電極ストリップの交差部においてピクセルのマトリクスが形成されるように、第１の電極ストリップと第２の電極ストリップは交差している。光学検出器は、更に、少なくとも１つの読み出し装置を含んでおり、この読み出し装置は、第２の電極ストリップに接続されている複数の電気測定装置と、その電気測定装置に第１の電極ストリップを順次接続するためのスイッチング装置と、を含んでいる。
やはり２０１３年１月１３日に出願された欧州特許出願第１３１７１９００．７号には、少なくとも１つの対象物の向きを求めるための検出装置が開示されており、この刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。この検出装置は、対象物に取り付けられる及び／又は対象物によって保持される及び／又は対象物に組み込まれるように適合されている少なくとも２つのビーコン装置を含んでおり、各ビーコン装置は、光ビームを検出器に向けるように適合されており、且つ、対象物の座標系において所定の座標を有している。検出装置は、更に、ビーコン装置から検出器に向かって伝播する光ビームを検出するように適合されている少なくとも１つの検出器と、検出器の座標系において各ビーコン装置の縦方向座標を求めるように適合されている少なくとも１つの評価装置と、を含んでいる。評価装置は、更に、ビーコン装置の縦方向座標を使用することによって、検出器の座標系において対象物の向きを求めるように適合されている。
２０１３年１月１３日に出願された欧州特許出願第１３１７１９０１．５号には、少なくとも１つの対象物の位置を求めるための検出器が開示されており、その刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。検出器は、対象物から検出器に向かって伝播する光ビームを検出するように適合されており、且つ、複数のピクセルから成る少なくとも１つのマトリクスを有している少なくとも１つの光学センサを含んでいる。検出器は、更に、光学センサにおいて光ビームによって照明されているピクセルの数Ｎを求めるように適合されている少なくとも１つの評価装置を含んでいる。評価装置は、更に、光ビームによって照明されているピクセルの数Ｎを使用することによって、対象物の少なくとも１つの縦方向座標を求めるように適合されている。
しかしながら、視差及び付影に起因する問題を克服すること、並びに、小型の検出器を対象物の位置を求めるように構成できるようにすることは未だなお必要とされている。
従って本発明によって解決されるべき課題は、少なくとも１つの対象物の位置を求めるための公知の装置及び方法の欠点を少なくとも実質的に回避するように、その種の装置及び方法を構成することである。特に、提案される装置及び方法は、視差及び付影の問題が生じることなく、少なくとも１つの対象物の位置を求めることができるようにすることが意図されている。
この課題は、独立請求項の特徴部分に記載の構成を備えている、検出器、ヒューマンマシンインタフェース、トラッキングシステム及び方法によって解決される。独立した形で、又は、任意の組み合わせにおいて実現することができる有利な実施の形態は、従属請求項に記載されている。
下記において使用するように、「有している」、「含んでいる」及び「備えている」という語句、またそれらの表現の文法上の任意のヴァリエーションは、排他的に使用されているものではない。従ってそれらの語句は、それらの語句を用いて紹介される特徴以外に、このコンテキストにおいて記載されているエンティティには別の更なる特徴は存在しない状況も、１つ以上の更に別の特徴が存在している状況も表すと考えられる。一例として、「ＡはＢを有している」、「ＡはＢを含んでいる」及び「ＡはＢを備えている」という表現は、Ｂ以外にＡには別の構成要素は存在しない（即ち、Ａは専らＢだけから構成されている）状況も、エンティティＡにはＢ以外にも１つ以上の別の構成要素が存在する状況、即ち、構成要素Ｃ、構成要素Ｃ及びＤ、又は、更に別の構成要素が存在する状況も表すと考えられる。
更には、下記において使用するように、「有利には」、「更に有利には」、「より有利には」、「特に」、「とりわけ」、「厳密には」、「より厳密には」又は同様の語句は、選択的な特徴と組み合わせて用いられており、代替的な可能性を制限するものではない。従って、それらの語句を用いて紹介される特徴は、オプションとしての特徴であって、特許請求の範囲を制限することは何ら意図していない。当業者であれば分かるように、代替的な特徴を使用して本発明を実施しても良い。同様に、「本発明の１つの実施の形態において」という表現又は同様の表現によって紹介される特徴も選択的な特徴を意図したものであって、本発明の代替的な実施の形態及び本発明の範囲に関して何ら制限を課すものではなく、また、そのようにして紹介される特徴と、本発明のその他の選択的な特徴又は非選択的な特徴との考えられる組み合わせに関して何ら制限を課すものではない。
本発明の第１の態様においては、少なくとも１つの対象物の位置を求めるための検出器が提案される。この検出器は、
−少なくとも１つの縦方向光学センサと、
−少なくとも１つの照明源と、
−少なくとも１つの評価装置と、を含んでおり、
縦方向光学センサは、少なくとも１つのセンサ領域を有しており、且つ、少なくとも部分的に透過性であり、且つ、対象物から検出器へと伝播する少なくとも１つの光ビームによるセンサ領域の照明に依存して少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計されており、縦方向センサ信号は、照明の総出力が等しい場合、センサ領域における光ビームのビーム横断面に依存しており、
照明源は、縦方向光学センサを通過した照明光でもって対象物を照明するように適合されており、
評価装置は、縦方向センサ信号を評価することによって、対象物の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するように設計されている。
本明細書において使用されているように、検出器は、一般的に、１つ以上の照明源による照明に反応して、及び／又は、検出器の周囲の光学特性に反応して、少なくとも１つの検出器信号及び／又は少なくとも１つの画像を生成することができる装置を表している。従って、検出器は、光学測定及び撮像プロセスのうちの少なくとも一方を実行するように適合されている任意の装置であって良い。
特に、検出器は少なくとも１つの対象物の位置を求めるように適合されている。本明細書において使用されているように、位置という用語は、一般的に、空間内の対象物のロケーション及び／又は向き及び／又は対象物の少なくとも一部に関する情報の少なくとも１つの項目を表す。情報の少なくとも１つの項目は、対象物の少なくとも１点と、少なくとも１つの検出器との間の少なくとも１つの距離を含んでいても良い。以下の詳細な説明において概要を述べるように、この距離は、縦方向座標であっても良いし、対象物の上述の点の縦方向座標を求めることに寄与するものであっても良い。付加的又は択一的に、対象物のロケーション及び／又は向き及び／又は対象物の少なくとも一部に関する情報の１つ以上の項目を求めても良い。一例として、対象物の少なくとも１つの横方向座標及び／又は対象物の少なくとも一部を求めても良い。従って、対象物の位置が、対象物の少なくとも１つの縦方向座標及び／又は対象物の少なくとも一部を示すものであっても良い。付加的又は択一的に、対象物の位置が、対象物の少なくとも１つの横方向座標及び／又は対象物の少なくとも一部を示すものであっても良い。付加的又は択一的に、対象物の位置が、空間内の対象物の向きを表す対象物の少なくとも１つの向き情報を示しても良い。位置を対象物全体に関連付けても良いし、一部にのみ、例えば対象物の一点、一区間又は一領域にのみ関連付けても良い。この部分は対象物の表面上に配置されていても良いし、少なくとも部分的に対象物の内部に配置されていても良い。
このために、一例として、１つ以上の座標系を使用することができ、また対象物の位置を１つ、２つ、３つ又はそれ以上の数の座標を使用して求めることができる。一例として、１つ以上のデカルト座標系及び／又はその他のタイプの座標系を使用することができる。１つの例においては、座標系は検出器の座標系であって良く、その座標系において検出器は所定の位置及び／又は向きを有している。以下の詳細な説明において概要を述べるように、検出器は光軸を有することができ、この光軸は検出器の視野の主方向を表していると考えられる。光軸は座標系の軸を、例えばｚ軸を形成することができる。更に、１つ以上の付加的な軸を設けることができ、有利にはｚ軸に直交する軸を設けることができる。
つまり一例として、検出器はその検出器の光軸によってｚ軸が形成されている座標系を形成することができ、また付加的に、その座標系において、ｚ軸に直交し、且つ、相互に直交しているｘ軸及びｙ軸を設けることができる。一例として、検出器及び／又は検出器の一部を、この座標系における特定の点に、例えばこの座標系の原点に位置決めすることができる。この座標系においては、ｚ軸に平行又は逆平行の方向を縦方向とみなすことができ、またｚ軸に沿った座標を縦方向座標とみなすことができる。縦方向に直交する任意の方向を横方向とみなすことができ、またｘ座標及び／又はｙ座標を横方向座標とみなすことができる。
択一的に、その他のタイプの座標系を使用しても良い。従って一例として、光軸がｚ軸を形成している極座標系を使用することができ、また、ｚ軸からの距離及び極角を付加的な座標として使用しても良い。ここでもまた、ｚ軸に平行又は逆平行の方向を縦方向とみなすことができ、またｚ軸に沿った座標を縦方向座標とみなすことができる。ｚ軸に直交する任意の方向を横方向とみなすことができ、また極座標及び／又は曲角を横方向座標とみなすことができる。
一般的に、対象物は任意の物体であって良い。１つの実施の形態においては、対象物を硬質の物体とすることができる。その他の実施の形態も考えられ、例えば、対象物が非硬質の物体であるか、又は、その形状が変化する場合もある物体である実施の形態も考えられる。検出器によって対象物を完全に又は部分的に検出することができる。一般的に、対象物は生物及び非生物から選択された任意の物体であって良い。つまり一例として、少なくとも１つの対象物は１つ以上の物品及び／又は１つ以上の物品の一部を含むことができる。付加的又は択一的に、対象物は複数の生物及び／又は生物の複数の部位を含むことができ、例えば人間、例えばユーザ及び／又は動物の身体の複数の部位を含むことができる。
以下の詳細な説明において概要を述べるように、本発明を特に、人間の位置及び／又は動きを追跡するために、例えばマシンの制御、スポーツのシミュレーション又はゲーミングを目的として使用することができる。この実施の形態において、又はその他の実施の形態において、特に対象物を、スポーツ用品、有利には、ラケット、クラブ、バットから成る群から選択されたスポーツ用品；衣類；帽子；靴から成る群から選択することができる。
検出器は少なくとも１つの縦方向光学センサを含んでいる。本明細書において使用されているように、縦方向光学センサは一般的に、対象物から検出器へと伝播する少なくとも１つの光ビームによるセンサ領域の照明にある程度依存して、少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計されている。照明の総出力が等しければ、縦方向センサ信号は、センサ領域における光ビームのビーム横断面に依存している。
少なくとも１つの縦方向光学センサは、複数の縦方向光学センサから成るスタックを含むことができる。センサスタックは、縦方向光学センサのセンサ領域が実質的に検出器の光軸に直交して方向付けられるように配置されている、複数の縦方向光学センサから構成することができる。
縦方向光学センサが複数含まれている場合、例えば複数の縦方向光学センサから成るスタックが含まれている場合、それらの光学センサは同一であっても良いし、異なっていても良く、例えば、少なくとも２つの異なるタイプの光学センサが含まれていても良い。以下の詳細な説明において概要を述べるように、少なくとも１つの縦方向光学センサは、無機光学センサ及び有機光学センサのうちの少なくとも１つを含むことができる。本明細書において使用されているように、有機光学センサは、一般的に、少なくとも１種の有機材料を、有利には少なくとも１種の有機感光性材料を有している光学センサを表す。更に、無機材料も有機材料も含んでいるハイブリッド光学センサを使用しても良い。
縦方向光学センサの考えられる実施の形態については、国際公開第２０１２／１１０９２４号に開示されているような光学センサを参照されたい。しかしながら有利には、以下の詳細な説明において概要を述べるように、本発明による検出器は複数の光学センサを、例えば国際公開第２０１２／１１０９２４号に開示されているような複数の光学センサを、有利にはセンサスタックとして含むことができる。従って一例として、本発明による検出器は、国際公開第２０１２／１１０９２４号に開示されているような複数の光学センサから成るスタックを含むことができる。
検出器が、少なくとも２つの縦方向光学センサを含んでいる光学センサの少なくとも１つのスタックを有している場合、スタックをオプションとして、部分的に又は完全にオイル及び／又は液体に浸漬させ、界面における反射を回避／低減することができる。従って、スタックにおける複数の光学センサのうちの少なくとも１つを、完全に又は部分的に、オイル及び／又は液体に浸漬させることができる。
以下において更に概要を述べるように、有利には縦方向光学センサは、１つ以上の光検出器、有利には１つ以上の有機光検出器、最も有利には１つ以上の色素増感有機太陽電池（ＤＳＣ、色素太陽電池とも称する）、例えば１つ以上の固体色素増感有機太陽電池（ｓ−ＤＳＣ）を含むことができる。従って有利には、検出器は、少なくとも１つの縦方向光学センサとして機能する１つ以上のＤＳＣ（例えば１つ以上のｓＤＳＣ）及び少なくとも１つの縦方向光学センサとして機能する１つ以上のＤＳＣ（例えば１つ以上のｓＤＳＣ）、有利には少なくとも１つの縦方向光学センサとして機能する複数のＤＳＣから成るスタック（有利には複数のｓＤＳＣから成るスタック）を含むことができる。
縦方向光学センサは少なくとも１つのセンサ領域を有している。有利には、縦方向光学センサのセンサ領域を１つの連続的なセンサ領域によって形成することができ、例えば装置毎に１つの連続的なセンサエリア又はセンサ表面によって形成することができる。従って有利には、縦方向光学センサのセンサ領域を、又は複数の縦方向光学センサ（例えば複数の縦方向光学センサから成るスタック）が設けられている場合には縦方向光学センサの各領域を、厳密に１つの連続的なセンサ領域によって形成することができる。
少なくとも１つの縦方向光学センサは、少なくとも１ｍｍ２、有利には少なくとも５ｍｍ２、例えば５ｍｍ２〜１，０００ｃｍ２、有利には７ｍｍ２〜１００ｃｍ２、より有利には１ｃｍ２の大きさの、センサエリアとも称される感応領域を提供するセンサ領域を有することができる。センサエリアは有利には矩形の幾何学形状を、例えば正方形の幾何学形状を有している。しかしながら、その他の幾何学形状及び／又はセンサエリアも考えられる。
有利には縦方向光学センサは、電極及び光起電材料を含んでいる複数の層から成る層構造を有している薄膜装置であって良い。層構造は有利には１ｍｍ以下、より有利には最大で１００μｍ、最大で５μｍ又はそれ以下の厚さを有している。従って、縦方向光学センサのセンサ領域は有利には、対象物に面している各装置の表面によって形成することができるセンサエリアであっても良いし、そのようなセンサエリアを含んでいても良い。
縦方向光学センサは少なくとも部分的に透過性である。従って一般的に、縦方向光学センサは、少なくとも部分的に透過性の少なくとも１つの光学センサを含むことができ、それによって、光ビームは少なくとも部分的に縦方向光学センサを通過することができる。本明細書において使用されているように、「少なくとも部分的に透過性」という語句は、縦方向光学センサ全体が透過性であるか、又は、縦方向光学センサの一部（例えば感応領域）が透過性であるというオプション、及び／又は、縦方向光学センサ又は縦方向光学センサの少なくとも１つの透過性の部分は光ビームを減衰させながら又は減衰させずに透過させるというオプションを表していると考えられる。従って一例として、透過性の縦方向光学センサは少なくとも１０％、有利には少なくとも２０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％又は少なくとも７０％の透明度を有することができる。一般的に、センサによる作用をもたらすためには、縦方向光学センサには通常、光ビームと縦方向光学センサとの間での何らかの相互作用が与えられなければならず、この相互作用によって通常は透明性が低下する。縦方向光学センサの透明性を光ビームの波長に依存させることができ、その場合、縦方向光学センサの感度、吸収率又は透明度のスペクトルプロフィールが生じる。複数の縦方向光学センサが設けられている場合、例えば複数の縦方向光学センサから成るスタックが設けられている場合、有利には、複数ある縦方向光学センサの全ての縦方向光学センサ及び／又はスタックが透過性である。
上記において概要を述べたように、複数の縦方向光学センサが設けられている場合、光学センサのスペクトル特性は同一である必要はない。従って、複数ある縦方向光学センサのうちの１つには、赤色のスペクトル範囲に対する高い吸収率（例えば、吸収ピーク）を設定し、複数ある縦方向光学センサのうちの別の１つには、緑色スペクトル範囲に対する高い吸収率を設定し、また、複数ある縦方向光学センサのうちの更に別の１つには、青色のスペクトル範囲に対する高い吸収率を設定することができる。その他の実施の形態も考えられる。本明細書において使用されているように、「光」という用語は、一般的に、可視スペクトル範囲、紫外線スペクトル範囲及び赤外線スペクトル範囲のうちの１つ以上のスペクトル範囲にある電磁放射を表す。ここで、可視スペクトル範囲という用語は、一般的に３８０ｎｍ〜７８０ｎｍまでのスペクトル範囲を表す。赤外線スペクトル範囲という用語は、一般的に７８０ｎｍ〜１ｍｍまでの範囲、有利には７８０ｎｍ〜３．０μｍまでの範囲にある電磁放射を表す。紫外線スペクトル範囲という用語は、一般的に１ｎｍ〜３８０ｎｍまでの範囲、有利には１００ｎｍ〜３８０ｎｍまでの範囲にある電磁放射を表す。更に、６００ｎｍ〜７８０ｎｍまでのスペクトル範囲を赤色スペクトル範囲として、４９０ｎｍ〜６００ｎｍまでの範囲を緑色スペクトル範囲として、また、３８０ｎｍ〜４９０ｎｍまでの範囲を青色スペクトル範囲としてそれぞれ規定することができる。
縦方向センサ信号を有利には、電流（例えば光電流）及び電圧（例えば光電圧）から成る群から選択することができる。更に、例えば平均値形成及び／又はフィルタリングによって、生のセンサ信号から洗練されたセンサ信号を導出するために、縦方向センサ信号を前処理することができる。付加的又は択一的に、縦方向センサ信号は光ビームのその他の特性に、例えば光ビームの幅に依存しても良い。縦方向センサ信号は、有利には、電気信号、例えば電流及び／又は電圧であっても良い。縦方向センサ信号は、連続的な信号であっても良いし、不連続的な信号であっても良い。更に、縦方向センサ信号は、アナログ信号であっても良いし、ディジタル信号であっても良い。更に、縦方向光学センサ自体を、及び／又は、縦方向光学センサを縦方向光学検出器のその他の構成要素と組み合わせて、例えばフィルタリング及び／又は平均値形成によって、縦方向センサ信号を処理又は前処理して、処理された縦方向センサ信号を提供するように適合させることができる。従って一例として、特定の周波数範囲にある縦方向センサ信号のみを透過させるために、バンドパスフィルタを使用することができる。その他のタイプの前処理も考えられる。以下においては、縦方向センサ信号について言及する際、更なる評価のために、生の縦方向センサ信号が使用されるケースと、前処理された縦方向センサ信号が使用されるケースとを区別していない。
本明細書において使用されているように、「光ビーム」は、一般的に、程度の差こそあれ同一方向に伝播する所定量の光である。従って有利には、光ビームは、当業者には公知であるガウシアン光ビームであっても良い。しかしながら、その他の光ビーム、例えば非ガウシアン光ビームであっても良い。以下の詳細な説明において概要を述べるように、光ビームを対象物から放出することができる、及び／又は、対象物によって反射させることができる。更に、光ビームを反射させることができる、及び／又は、光ビームを放出することができる。
上記において概要を述べたように、光ビームによる照明の総出力が等しければ、少なくとも１つの縦方向センサ信号は、少なくとも１つの縦方向光学センサのセンサ領域における光ビームのビーム横断面に依存している。本明細書において使用されているように、「ビーム横断面」という用語は、一般的に、光ビームの横方向の広がり又は特定の位置において光ビームによって生成される光点を表す。円形の光点が生成される場合、半径、直径又はガウスビームウェスト、又はガウスビームウェストを２倍したものをビーム横断面の寸法として使用することができる。非円形の光点が生成される場合、横断面を考えられるその他の何らかのやり方で、例えば非円形の光点と同じ面積を有している円の横断面を求めることによって求めることができ、これは等価ビーム横断面とも称される。
従って、光ビームによるセンサ領域の照明の総出力が等しければ、第１のビーム直径又はビーム横断面を有している光ビームは第１の縦方向センサ信号を生成することができ、それに対し、第１のビーム直径又はビーム横断面とは異なる第２のビーム直径又はビーム横断面を有している光ビームは、第１の縦方向センサ信号とは異なる第２の縦方向センサ信号を生成する。つまり、それらの縦方向センサ信号を比較することによって、ビーム横断面に関する、特にビーム直径に関する情報又は情報の少なくとも１つの項目を生成することができる。この効果の詳細については、国際公開第２０１２／１１０９２４号を参照されたい。
照明の総出力ｐが等しければ、センサ信号ｉは光子束Ｆに、即ち、単位面積あたりの光子の数に依存するので、以下では、この効果を一般的にＦｉＰ効果とも称する。
この効果を、検出器に向かって伝播する光ビームの起点となる対象物の縦方向位置を求めるために使用することができる。この効果は、米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号及び米国仮出願特許６１／７４９，９６４号に更に開示されている。従って、縦方向光学センサのセンサ信号はセンサ領域における光ビームの幅に依存しており、例えば光ビームの直径又は半径に依存しており、またこの光ビームも検出器と対象物との間の距離に依存しているので、縦方向センサ信号を対象物の縦方向座標を求めるために使用することができる。センサ領域は有利には非画素化センサ領域であって良い。つまり一例として、縦方向座標を求めるために、対象物の縦方向座標とセンサ信号との間の所定の関係性を使用するように、評価装置を適合させることができる。この所定の関係性を、経験的な較正測定を用いることによって、及び／又は、既知のビーム伝播特性を用いることによって、例えばガウスビーム伝播特性を用いることによって導出することができる。更なる詳細については、国際公開第２０１２／１１０９２４号及び／又は米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号及び米国仮出願特許第６１／７４９，９６４号を参照されたい。
有利には、複数の縦方向光学センサが設けられている場合、例えば複数の縦方向光学センサから成るスタックが設けられている場合、複数ある縦方向光学センサのうちの少なくとも２つを、ＦｉＰ効果を提供するように適合させることができる。従って、光ビームによって連続的に照明される複数の縦方向光学センサからの信号を評価することによって、例えばセンサスタックの連続的な縦方向光学センサからの信号を評価することによって、ビームプロフィールにおける多義性を排除することができる。従って、ガウス光ビームは、距離ｚにおけるビーム幅と同じビーム幅を焦点の前後において提供することができる。少なくとも２つの位置に沿ってビーム幅を測定し、光ビームは細くなり続けているか、又は太くなり続けているかを求めることによって、この多義性を解消することができる。従って、ＦｉＰ効果を有している２つ以上の縦方向光学センサを設けることによって、より高い精度を提供することができる。少なくとも２つの光学センサのセンサ領域において光ビームの幅を求めるように評価装置を適合させることができ、更には、それらの幅を評価することによって、光学検出器に向かって伝播する光ビームの起点となる対象物の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するように、評価装置を適合させることができる。
このＦｉＰ効果の詳細については、国際公開第２０１２／１１０９２４号又は２０１２年１２月１９日に出願された米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号、２０１３年１月８日に出願された米国仮出願特許第６１／７４９，９６４号及び２０１３年８月１９日に出願された米国仮出願特許第６１／８６７，１６９号、及び、２０１３年１２月１８日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０６１０９５号のうちの１つ以上を参照されたい。特に対象物から検出器へと伝播する光ビームの１つ以上のビーム特性が既知である場合、対象物の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を、少なくとも１つの縦方向センサ信号と対象物の縦方向位置との間の既知の関係性から導出することができる。この既知の関係性をアルゴリズム及び／又は１つ以上の較正曲線として評価装置に記憶することができる。一例として、特にガウスビームに関して、ビーム直径又はビームウェストと対象物の位置との間の関係性を、ビームウェストと縦方向座標との間のガウス関係（Ｇａｕｓｓｉａｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）を使用して容易に導出することができる。
検出器は少なくとも１つの縦方向光学センサを含んでいる。従って、検出器は１つ以上の縦方向光学センサを含むことができる。２つ以上の縦方向光学センサが設けられている場合、縦方向光学センサを種々のやり方で配置することができ、例えば重ねられた２つ以上の縦方向光学センサを含んでいるセンサスタックを提供することによって配置することができる。
少なくとも１つの縦方向光学センサの他に、検出器はオプションとして、本明細書における定義に即した縦方向ではない光学センサである、１つ以上の付加的な光学センサを含むことができる。従って一例として、検出器は、複数の光学センサから成るスタックであって、その複数の光学センサのうちの少なくとも１つが縦方向光学センサであり、且つ、別の少なくとも１つが異なるタイプの光学センサ、例えば横方向光学センサ及び／又は撮像装置、例えば有機撮像センサ及び／又は向き撮像センサ、例えばＣＣＤチップ及び／又はＣＭＯＳチップである、スタックを含むことができる。
従って検出器は、対象物から検出器へと伝播する少なくとも１つの光ビームの横方向位置を求めるように適合されており、且つ、少なくとも１つの横方向センサ信号を生成するように適合されている、少なくとも１つの横方向光学センサを更に含むことができる。横方向位置は、検出器の光軸に直交する少なくとも１つの次元における位置である。横方向センサ信号を評価することによって、対象物の横方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するように、評価装置を設計することができる。
本明細書において使用されているように、横方向光学センサという用語は一般的に、対象物から検出器へと伝播する少なくとも１つの光ビームの横方向位置を求めるように適合されている装置を表す。横方向位置という用語に関しては上述の定義を参照されたい。従って有利には、横方向位置は検出器の光軸に直交する少なくとも１つの次元における少なくとも１つの座標であっても良いし、そのような座標を含んでいても良い。一例として、横方向位置は光軸に直交する平面、例えば横方向光学センサの感光性センサ表面において光ビームによって生成される光点の位置であって良い。一例として、平面におけるその位置をデカルト座標及び／又は極座標で表すことができる。その他の実施の形態も考えられる。
横方向光学センサの考えられる実施の形態については、米国特許第６，９９５，４４５号明細書及び米国特許出願公開第２００７／０１７６１６５号明細書に開示されているような位置感応式の有機検出器を参照されたい。しかしながら、その他の実施の形態も考えられ、またそのような実施の形態については以下の詳細な説明において概要を述べる。
少なくとも１つの横方向センサ信号は、一般的に、横方向位置を表す任意の信号であって良い。一例として、横方向センサ信号はディジタル信号及び／又はアナログ信号であっても良いし、ディジタル信号及び／又はアナログ信号を含んでいても良い。一例として、横方向センサ信号は電圧信号及び／又は電流信号であっても良いし、電圧信号及び／又は電流信号を含んでいても良い。付加的又は択一的に、横方向センサ信号はディジタルデータであっても良いし、ディジタルデータを含んでいても良い。横方向センサ信号は、単一の信号値及び／又は一連の信号値を含んでいても良い。横方向センサ信号は更に、以下の詳細な説明において概要を述べるように、個別の信号を２つ以上組み合わせることによって、例えば２つ以上の信号の平均値を形成することによって、及び／又は、２つ以上の信号の商を形成することによって導出される任意の信号を含んでいても良い。
従って一例として、本発明による検出器は、１つ以上の横方向光学センサとの組み合わせにおいて、国際公開第２０１２／１１０９２４号に開示されているような複数の光学センサから成るスタックを含むことができる。一例として、１つ以上の横方向光学センサを、対象物に対向している側における複数の縦方向光学センサから成るスタックの一側面に配置することができる。択一的又は付加的に、１つ以上の横方向光学センサを、対象物から離れた側における複数の縦方向光学センサから成るスタックの一側面に配置することができる。また択一的又は付加的に、１つ以上の横方向アーティクル光学センサを、スタックの縦方向光学センサの間に挿入することができる。
以下において更に概要を述べるように、有利には、少なくとも１つの横方向光学センサ、縦方向光学センサ及び少なくとも１つの縦方向光学センサのいずれも、１つ以上の光検出器、有利には１つ以上の有機光検出器、最も有利には１つ以上の色素増感有機太陽電池（ＤＳＣ、色素太陽電池とも称する）、例えば１つ以上の固体色素増感有機太陽電池（ｓ−ＤＳＣ）を含むことができる。従って有利には、検出器は、少なくとも１つの横方向光学センサとして機能する１つ以上のＤＳＣ（例えば１つ以上のｓＤＳＣ）及び少なくとも１つの縦方向光学センサとして機能する１つ以上のＤＳＣ（例えば１つ以上のｓＤＳＣ）、有利には少なくとも１つの縦方向光学センサとして機能する複数のＤＳＣから成るスタック（有利には複数のｓＤＳＣから成るスタック）を含むことができる。
少なくとも１つの横方向光学センサが設けられている場合、有利には、横方向光学センサは、少なくとも１つの第１の電極、少なくとも１つの第２の電極、並びに、第１の電極と第２の電極との間に挟まれている、少なくとも１種の光起電材料を有している光検出器である。本明細書において使用されているように、光起電材料は一般的に、光による光起電材料の照明に反応して電荷を生成するように適合されている材料、又はその種の材料が組み合わされたものである。
有利には、横方向光学センサの第２の電極を、少なくとも２つの部分電極を有している分割電極とすることができ、横方向光学センサはセンサエリアを有しており、また、少なくとも１つの横方向センサ信号は、センサエリアにおける光ビームの位置を表す。つまり上記において概要を述べたように、横方向光学センサは１つ以上の光検出器、有利には１つ以上の有機光検出器、より有利には１つ以上のＤＳＣ又はｓＤＳＣであっても良いし、１つ以上の光検出器、有利には１つ以上の有機光検出器、より有利には１つ以上のＤＳＣ又はｓＤＳＣを含んでいても良い。センサエリアは、対象物に対向している側における光検出器の表面であって良い。有利には、光軸に直交する方向にセンサエリアを方向付けることができる。従って、横方向センサ信号は、横方向光学センサのセンサエリアの平面において光ビームによって生成される光点の位置を示すことができる。
本明細書において使用されているように、部分電極という用語は一般的に、少なくとも１つの電流信号及び／又は電圧信号を、有利にはその他の部分電極から独立して測定するように適合されている、複数の電極以外の電極を表す。従って、複数の部分電極が設けられている場合、第２の電極は、相互に独立して測定及び／又は使用することができる複数の電位及び／又は電流及び／又は電圧を少なくとも２つの部分電極を介して提供するように適合されている。
第２の電極として２つ以上の部分電極を有している少なくとも１つの分割電極を備えている少なくとも１つの横方向光学センサが使用される場合、部分電極を流れる電流はセンサエリアにおける光ビームの位置に依存すると考えられる。このことは一般的に、光が部分電極に入射することから、電荷の発生箇所から延びる経路上でオーム損失又は抵抗性損失が生じるという事実に起因していると考えられる。つまり、部分電極の他に、第２の電極は部分電極に結合されている１種以上の付加的な電極材料を含むことができ、この１種上の付加的な電極材料によって電気抵抗がもたらされる。従って、電荷の発生箇所から部分電極へと延びる経路上での１種以上の付加的な電極材料によるオーム損失に起因して、部分電極を流れる電流は、電荷の発生箇所に依存し、従ってセンサエリアにおける光ビームの位置に依存する。センサエリアにおいて光ビームの位置を求めるこの原理の詳細については、以下に挙げる有利な実施の形態、及び／又は、米国特許第６，９９５，４４５号明細書及び／又は米国特許出願公開第２００７／０１７６１６５号明細書に開示されているような物理法則及び装置のオプションを参照されたい。
更に、部分電極を流れる電流に応じて横方向センサ信号を生成するように、横方向光学センサを適合させることができる。従って、２つの水平部分電極を流れる電流の比を形成し、それによってｘ座標を形成することができる、及び／又は、垂直部分電極を流れる電流の比を形成し、ｙ座標を生成することができる。部分電極を流れる電流の少なくとも１つの比から対象物の横方向位置に関する情報を導出するように、検出器を、有利には横方向光学センサ及び／又は評価装置を適合させることができる。部分電極を流れる電流を比較することによって位置座標を生成するその他のやり方も考えられる。
センサエリアにおける光ビームの位置を求めるために、一般的に部分電極を種々に規定することができる。従って、２つ以上の水平部分電極を提供し、水平座標又はｘ座標を求めることができ、また２つ以上の垂直部分電極を提供し、垂直座標又はｙ座標を求めることができる。つまり、部分電極をセンサエリアの縁部に設けることができ、その場合、センサエリアの内側領域には何も設けられておらず、その内部領域を１種以上の付加的な電極材料によって覆うことができる。以下の詳細な説明において概要を述べるように、付加的な電極材料は有利には透明な付加的な電極材料、例えば透明な金属及び／又は透明導電性酸化物であって良い、及び／又は、最も有利には透明導電性ポリマーであって良い。
更に有利な実施の形態は光起電材料を表すことができる。従って、横方向光学センサの光起電材料は、少なくとも１種の有機光起電材料を含むことができる。つまり一般的に、横方向光学センサを有機光検出器とすることができる。有利には、有機光検出器を色素増感太陽電池とすることができる。有利には、色素増感太陽電池を、第１の電極と第２の電極との間に設けられており、且つ、少なくとも１種のｎ型半導体金属酸化物、少なくとも１種の色素及び少なくとも１種の固体ｐ型半導体有機材料を含んでいる層構造を有している固体色素増感太陽電池とすることができる。色素増感太陽電池（ＤＳＣ）の更なる詳細及びオプションとしての実施の形態は以下において説明する。
横方向光学センサの少なくとも１つの第１の電極は有利には透明である。本発明において使用されているように、透明という用語は一般的に、透過性の対象物を通過した後の光の強度が、透過性の対象物を通過する前の光の強度の１０％以上、有利には４０％以上、より有利には６０％以上であることを表す。より有利には、横方向光学センサの少なくとも１つの第１の電極を、完全に又は部分的に、少なくとも１種の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）から形成することができる。一例として、インジウムドープ酸化スズ（ＩＴＯ）及び／又はフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）が挙げられる。更なる例は下記に挙げる。
更に、横方向光学センサの少なくとも１つの第２の電極を有利には、完全に又は部分的に透明とすることができる。従って、特に少なくとも１つの第２の電極は、２つ以上の部分電極と、それら２つ以上の部分電極と接触している少なくとも１種の付加的な電極材料と、を含むことができる。２つ以上の部分電極を不透明にすることができる。一例として、２つ以上の部分電極を、完全に又は部分的に金属から形成することができる。従って、２つ以上の部分電極は有利にはセンサエリアの縁部に設けられる。しかしながら、２つ以上の部分電極を、有利には透明である少なくとも１つの付加的な電極材料によって電気的に接続することができる。従って第２の電極は、２つ以上の部分電極を有している不透明な縁部と、少なくとも１種の透明な付加的な電極材料を有している透明な内部領域と、を含むことができる。より有利には、横方向光学センサの少なくとも１つの第２の電極を、例えば上述の少なくとも１種の付加的な電極材料を、完全に又は部分的に、少なくとも１種の導電性ポリマーから、有利には透明導電性ポリマーから形成することができる。一例として、少なくとも０．０１Ｓ／ｃｍ、有利には少なくとも０．１Ｓ／ｃｍ、より有利には少なくとも１Ｓ／ｃｍ、若しくはそれどころか少なくとも１０Ｓ／ｃｍ又は少なくとも１００Ｓ／ｃｍの導電率を有している導電性ポリマーを使用することができる。一例として、少なくとも１種の導電性ポリマーを、ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、有利には少なくとも１種の対イオンで電気的にドープされているＰＥＤＯＴ、より有利にはポリスチレンスルホン酸ナトリウムでドープされたＰＥＤＯＴ（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）；ポリアニリン（ＰＡＮＩ）；ポリチオフェンから成る群から選択することができる。
上記において概要を述べたように、導電性ポリマーは少なくとも２つの部分電極間の電気的な接続部を提供することができる。導電性ポリマーはオーム抵抗を提供することができ、これにより電荷の発生箇所を求めることができる。有利には、導電性ポリマーは部分電極間において０．１〜２０ｋΩの電気抵抗、有利には０．５〜５．０ｋΩの電気抵抗、より有利には１．０〜３．０ｋΩの電気抵抗をもたらす。
本明細書において使用されているように、導電性材料は一般的に、１０４Ωｍ未満、１０３Ωｍ未満、１０２Ωｍ未満又は１０Ωｍ未満の比電気抵抗を有している材料であって良い。導電性材料は有利には、１０−１Ωｍ未満、１０−２Ωｍ未満、１０−３Ωｍ未満、１０−５Ωｍ未満又は１０−６Ωｍ未満の比電気抵抗を有している。最も有利には、導電性材料の比電気抵抗は５×１０−７Ωｍ未満、又は１×１０−７Ωｍ未満であり、特にアルミニウムの比電気抵抗の範囲にある。
上記において概要を述べたように、有利には、横方向光学センサ及び縦方向光学センサのうちの少なくとも１つは透過型光学センサである。従って、少なくとも１つの横方向光学センサを透過型横方向光学センサとすることができる、及び／又は、少なくとも１つの横方向光学センサは少なくとも１つの透過型横方向光学センサを含むことができる。付加的又は択一的に、少なくとも１つの縦方向光学センサを透過型縦方向光学センサとすることができる、及び／又は、少なくとも１つの縦方向光学センサは少なくとも１つの透過型縦方向光学センサを含むことができる。複数の縦方向光学センサが設けられている場合、例えば複数の縦方向光学センサから成るスタックが設けられている場合、有利には、複数ある縦方向光学センサの全ての縦方向光学センサ及び／又はスタックの全ての縦方向光学センサは透過型である、若しくは、複数ある縦方向光学センサの全ての縦方向光学センサ及び／又はスタックの全ての縦方向光学センサは、１つの縦方向光学センサを除き透過型である。一例として、複数の縦方向光学センサから成るスタックが設けられており、それら複数の縦方向光学センサが検出器の光軸に沿って配置されている場合、有利には、対象物とは対向していない側にある最後の縦方向光学センサを除く残りの全ての縦方向光学センサを透過型縦方向光学センサとすることができる。最後の縦方向光学センサ、即ちスタックの対象物とは対向していない側における縦方向光学センサは透過型縦方向光学センサであっても良いし、非透過型縦方向光学線センサであって良い。実施例は下記に挙げる。
光ビームは、横方向光学センサ及び縦方向光学センサのうちの透過型でない光学センサに入射する前に、透過型光学センサを通過することができる。従って対象物からの光は、横方向光学センサに続いて縦方向光学センサに到達するか、又はそれとは反対に、縦方向光学センサに続いて横方向光学センサに到達する。
有利には、特に複数ある縦方向光学センサのうちの１つ以上が上述のＦｉＰ効果を提供する場合には、少なくとも１つの縦方向光学センサは、又は複数の光学センサが設けられている場合には、複数ある縦方向光学センサのうちの１つ以上の縦方向光学センサは、ＤＳＣ、有利にはｓＤＳＣであっても良いし、ＤＳＣ、有利にはｓＤＳＣを含んでいても良い。本明細書において使用されているように、ＤＳＣは一般的に、少なくとも２つ設けられている電極のうちの少なくとも１つが少なくとも部分的に透明であって、少なくとも１種のｎ型半導体金属酸化物、少なくとも１種の色素及び少なくとも１種の電解質又はｐ型半導体材料が電極間に設けられている構造を表す。ｓＤＳＣにおいては、電解質又はｐ型半導体材料は固体材料である。一般的に、本発明における光学センサのうちの１つ以上に対しても使用することができるｓＤＳＣの考えられる構造については、国際公開第２０１２／１１０９２４号、米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号、米国仮出願特許第６１／７４９，９６４号、欧州特許出願第１３１７１８９８．３号、欧州特許出願第１３１７１９００．７号又は欧州特許出願第１３１７１９０１．５号のうちの１つ以上を参照されたい。その他の実施の形態も考えられる。国際公開第２０１２／１１０９２４号に開示されているように、上述のＦｉＰ効果は、特に、ｓＤＳＣにおいて存在していると考えられる。
従って一般的に、少なくとも１つの縦方向光学センサは、層構造を有している少なくとも１つの縦方向光学センサを含むことができる。縦方向光学センサは、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１種のｎ型半導体金属酸化物と、少なくとも１種の色素と、少なくとも１種のｐ型半導体有機材料、有利には固体ｐ型半導体有機材料と、少なくとも１つの第２の電極と、を含むことができる。第１の電極及び第２の電極の両電極を透明とすることができる。
上記において概要を述べたように、少なくとも１つの縦方向光学センサを、又は複数の縦方向光学センサが設けられている場合には、複数ある縦方向光学センサのうちの少なくとも１つの光学センサを、少なくとも２つの電極と、それらの電極の間に埋め込まれている少なくとも１種の光起電材料と、を有している感光層構造を含んでいる有機光学センサとすることができる。以下では、感光層構造の有利な構造の例を、特に、感光層構造において使用することができる材料に関して説明する。感光層構造は、有利には太陽電池の感光層構造、より有利には有機太陽電池及び／又は色素増感太陽電池（ＤＳＣ）の感光層構造、更に有利には、固体色素増感太陽電池（ｓＤＳＣ）の感光層構造である。その他の実施の形態も考えられる。
有利には、感光層構造は少なくとも１種の光起電材料を含んでおり、例えば、第１の電極と第２の電極との間に挟まれている、少なくとも２つの層を有している少なくとも１つの光起電層構造を含んでいる。有利には、感光層構造及び光起電材料は、ｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１つの層、少なくとも１種の色素及び少なくとも１種のｐ型半導体有機材料を含んでいる。一例として、光起電材料は、ｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１つの緻密層、例えば二酸化チタンの少なくとも１つの緻密層、ｎ型半導体金属酸化物の緻密層と接触しているｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１つのナノ多孔性層、例えば二酸化チタンの少なくとも１つのナノ多孔性層、ｎ型半導体金属酸化物のナノ多孔性層に感光性を与える少なくとも１種の色素、有利には有機色素、及び、色素と接触している少なくとも１種のｐ型半導体有機材料の少なくとも１つの層及び／又はｎ型半導体金属酸化物のナノ多孔性層を有している層構造を含むことができる。
ｎ型半導体金属酸化物の緻密層は、以下の詳細な説明において述べるように、第１の電極と、ナノ多孔性のｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１つの層との間において少なくとも１つのバリア層を形成することができる。しかしながら、その他の実施の形態、例えばその他の種類のバッファ層を有している実施の形態も考えられることを言及しておく。
少なくとも２つの電極は、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つの第２の電極と、を含んでいる。第１の電極は、アノード又はカソードのうちの一方であって良く、有利にはアノードである。第２の電極は、アノード又はカソードのうちの他方であって良く、有利にはカソードである。第１の電極は、有利には、ｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１つの層と接触しており、また、第２の電極は、有利には、ｐ型半導体有機材料の少なくとも１つの層と接触している。第１の電極を、基板と接触している下部電極とすることができ、また、第２の電極を、基板から離れた位置にある上部電極とすることができる。択一的には、第２の電極を、基板と接触している下部電極とすることができ、また、第１の電極を、基板とは離れた位置にある上部電極とすることができる。有利には、第１の電極及び第２の電極の両電極が透明である。
以下では、第１の電極、第２の電極及び光起電材料に関する幾つかのオプション、有利には２種以上の光起電材料を含んでいる層構造に関する幾つかのオプションを説明する。しかしながら、その他の実施の形態も考えられることを言及しておく。
ａ）基板、第１の電極及びｎ型半導体金属酸化物
一般的に、第１の電極及びｎ型半導体金属酸化物の有利な実施の形態については、国際公開第２０１２／１１０９２４号、米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号又は米国仮出願特許第６１／７０８，０５８号を参照されたい。それらの刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。その他の実施の形態も考えられる。
以下では、第１の電極が、直接的又は間接的に基板と接触している下部電極であると仮定する。しかしながら、第１の電極が上部電極であるその他の構造も考えられることを言及しておく。
感光層構造において、例えば、ｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１つの密フィルム（固体フィルムとも称される）において、及び／又は、ｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１つのナノ多孔性フィルム（ナノ粒子フィルムとも称される）において使用することができるｎ型半導体金属酸化物は、単一の金属酸化物であっても良いし、異なる酸化物の混合物であっても良い。混合酸化物の使用も考えられる。特に、ｎ型半導体金属酸化物は多孔性であって良い、及び／又は、ｎ型半導体金属酸化物をナノ粒子酸化物の形で使用しても良い。このコンテキストにおいてナノ粒子とは、０．１μｍ未満の平均粒径を有している粒子を意味していると解される。ナノ粒子酸化物は、一般的に、焼結法によって、大きい表面積を有している薄い多孔性フィルムとして、導電性基板（即ち、第１の電極としての導電層を有している担体）に適用されている。
有利には、縦方向光学センサは、少なくとも１つの透明基板を使用する。基板は剛性であっても良いし、可撓性であっても良い。適切な基板（以下では担持体とも称する）として、金属箔だけでなく、特にプラスチックシート又はプラスチックフィルム、とりわけガラスシート又はガラスフィルムが挙げられる。とりわけ上述の有利な構造による第１の電極に関する、特に適切な電極材料として、導電性材料、例えば透明導電性酸化物（ＴＣＯ）、例えばフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）及び／又はインジウムドープ酸化スズ（ＩＴＯ）及び／又はアルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、カーボンナノチューブ又は金属フィルムが挙げられる。しかしながら、択一的又は付加的に、十分な透明性を有している薄い金属フィルムを使用することも可能である。
それらの導電性材料によって、基板を被覆又はコーティングすることができる。一般的に、提案される構造において基板は１つしか必要とされないので、フレキシブルセルを形成することも可能である。これによって種々の最終用途が実現される。そのような種々の最終用途を、例えば銀行カード、衣服等において使用される剛性の基板で達成しようとしても困難である。
付加的に、ｐ型半導体がＴＣＯ層と直接的に接触することを阻止するために、第１の電極を、特にＴＣＯ層を、（例えば１０〜２００ｎｍの厚さの）固体金属酸化物バッファ層又は緻密金属酸化物バッファ層で被覆又はコーティングすることができる（Ｐｅｎｇ等のＣｏｏｒｄ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２４８，１４７９（２００４）を参照されたい）。しかしながら、液状又はゲル状の電解質に比べて電解質と第１の電極の接触が大幅に低減されることになる固体ｐ型半導体電解質の使用により、多くの場合、このバッファ層が不要になる。例えば、多くの場合において、電流制限作用を有しており、またｎ型半導体金属酸化物と第１の電極との接触を悪化させる可能性もあるこの層を省略することが可能である。これによって、コンポーネントの効率が高まる。他方では、そのようなバッファ層自体を、制御された形で、色素太陽電池の電流成分を有機太陽電池の電流成分に調和させるために使用することができる。更に、バッファ層が省略されている電池では、特に固体電池では、電荷担体の不所望な再結合が生じるという問題が頻繁に起こる。この点において、バッファ層は多くの場合において、特に固体電池では有利である。
公知のように、金属酸化物の薄い層又はフィルムは、一般的に廉価な固体半導体材料（ｎ型半導体）であるが、その吸収帯域は、バンドギャップが大きいことに起因して、一般的には電磁スペクトルの可視範囲内にはなく、通常は紫外線スペクトル範囲にある。従って、太陽電池における使用に関して、金属酸化物は一般的に、色素太陽電池において使用される場合のように、太陽光の波長範囲、即ち３００〜２０００ｎｍの波長領域の光を吸収し、且つ、電子励起状態においては、電子を半導体の伝導帯へと注入する光増感剤としての色素と組み合わせる必要がある。セルにおいて付加的に使用されている電解質（これ自体は対電極において減少している）としての固体ｐ型半導体を用いることによって、電子を増感剤にリサイクルすることができ、例えば増感剤が再生される。
有機太陽電池における使用に関してとりわけ関心の対象となるのは、酸化亜鉛、二酸化スズ、二酸化チタン又はそれらの金属酸化物の混合物のような半導体である。金属酸化物を、ナノ結晶多孔性層の形で使用することができる。それらの層は大きい表面積を有しており、増感剤としての色素でコーティングされており、それによって例えば太陽光の高い吸収性能が達成される。構造化されている金属酸化物層、例えばナノロッドは、比較的高い電子移動度又は色素による改善された細孔充填のような利点を提供する。
金属酸化物半導体を、単独で、又は混合物の形で使用することができる。金属酸化物を、１種以上のその他の金属酸化物でコーティングすることも可能である。更に、金属酸化物を、その他の半導体、例えばＧａＰ，ＺｎＰ又はＺｎＳに対するコーティングとして適用することもできる。
特に有利な半導体は、有利にはナノ結晶の形で使用される、アナターゼ型の二酸化チタン及び酸化亜鉛である。
更に、増感剤を有利には、典型的にはそれらの太陽電池において使用されるあらゆるｎ型半導体と組み合わせることができる。有利な例には、セラミックにおいて使用される金属酸化物が含まれ、例えば、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ（ＩＶ）、酸化タングステン（ＶＩ）、酸化タンタル（Ｖ）、酸化ニオブ（Ｖ）、酸化セシウム、チタン酸ストロンチウム、スズ酸亜鉛、ペロフスカイト型の複合酸化物、例えば、チタン酸バリウム、並びに、２価及び３価の酸化鉄が含まれ、これらはナノ結晶又はアモルファスの形態で存在していても良い。
従来の有機色素及びルテニウム、フタロシアニン及びポルフィリンが示す強い吸収に起因して、ｎ型半導体金属酸化物の薄い層又はフィルムでさえも、必要量の色素を吸収するには十分である。薄い金属酸化物フィルム自体は、不所望な再結合プロセスの確率が低下しており、且つ、色素サブセルの内部抵抗が低下しているという利点を有している。ｎ型半導体金属酸化物に対しては、有利には、１００ｎｍ〜２０μｍまでの層厚、より有利には５００ｎｍ〜約３μｍまでの間の範囲にある層厚を使用することが可能である。
ｂ）色素
本発明のコンテキストにおいて、特にＤＳＣに関しては一般的であるように、「色素」、「増感剤色素」及び「増感剤」という用語は実質的に同義のものとして使用されており、考えられる構成に関して何ら制限を課すものではない。本発明のコンテキストにおいて使用することができる色素は従来技術から多数公知である。また、考えられる材料の例については、色素太陽電池に関する上述の従来技術の説明を参照されたい。好適な例として、国際公開第２０１２／１１０９２４号、米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号又は米国仮出願特許第６１／７０８，０５８号において開示されている色素のうちの１種以上を使用することができる。それら全ての刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。付加的又は択一的に、国際公開第２００７／０５４４７０号及び／又は国際公開第２０１２／０８５８０３号において開示されているような色素のうちの１種以上を使用することができる。それらの刊行物の開示内容全体もやはり参照により本願に含まれるものとする。
半導体材料としての二酸化チタンを基礎とする色素増感太陽電池は、例えば、米国特許第４９２７７２１号、Ｎａｔｕｒｅ ３５３，ｐ．７３７〜７４０（１９９１）及び米国特許第５３５０６４４号、並びに、Ｎａｔｕｒｅ ３９５，ｐ．５８３〜５８５（１９９８）及び欧州特許第１１７６６４６号に記載されている。それらの文献に記載されている色素を、基本的には、本発明のコンテキストにおいて有利に使用することができる。それらの色素太陽電池は、有利には、遷移金属錯体の単分子フィルム、特に、ルテニウム錯体を含んでおり、それらは、増感剤としての酸基を介して二酸化チタン層に結合される。
提案されている多くの増感剤は無金属有機色素を含んでおり、それらもやはり本発明のコンテキストにおいて使用することができる。特に固体色素太陽電池における４％を上回る高効率を、例えば、インドリン色素でもって達成することができる（例えば、Ｓｃｈｍｉｄｔ−Ｍｅｎｄｅ等のＡｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００５，１７，８１３を参照されたい）。米国特許第６３５９２１１号には、二酸化チタン半導体に固定するためのアルキレンラジカルを介して結合されたカルボキシル基を有している、シアニン色素、オキサジン色素、チアジン色素及びアクリジン色素の使用が記載されており、従って、それらをやはり本発明のコンテキストにおいて使用することができる。
提案された色素太陽電池における特に好適な増感剤色素は、独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５号又は国際公開第２００７／０５４４７０号に記載されている、ペリレン誘導体、テリレン誘導体及びクアテリレン誘導体である。更に、上記において概要を述べたように、国際公開第２０１２／０８５８０３号に開示されているような色素のうちの１種以上を使用することができる。付加的又は択一的に、国際公開第２０１３／１４４１７７号に開示されているような色素のうちの１種以上を使用しても良い。国際公開第２０１３／１４４１７７号及び／又は欧州特許出願第１２１６２５２６．３号の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。特に、ＩＤ１３３８とも記す色素Ｄ−５及び／又は色素Ｒ−３を使用することができる：
Figure 2016536594
色素Ｄ−５の製造及び特性は、国際公開第２０１３／１４４１７７号に開示されている。
それらの色素の使用は、本発明のコンテキストにおいても可能であり、また、効率が高く、且つ、それと同時に安定性も高い光起電素子をもたらす。更に、付加的又は択一的に、国際公開第２０１３／１４４１７７号にも開示されている、ＩＤ１４５６とも記す以下の色素を使用することができる：
Figure 2016536594
更に、本発明による装置において、特に少なくとも１つの光学センサにおいて、以下のリレン色素のうちの一方又は両方を使用することができる：
ＩＤ１１８７：
Figure 2016536594
 ＩＤ１１６７：
Figure 2016536594
これらの色素ＩＤ１１８７及びＩＤ１１６７は、国際公開第２００７／０５４４７０号に開示されているようなリレン色素の範囲に含まれる。またこれらの色素ＩＤ１１８７及びＩＤ１１６７を、当業者であれば分かるように、この刊行物に開示されている一般的な合成経路を用いて合成することができる。
リレンは、太陽光の波長領域において強い吸収を示し、また、共役系の長さに応じて、約４００ｎｍ（独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５号に記載されているペリレン誘導体Ｉ）から約９００ｎｍ（独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５号に記載されているクアテリレン誘導体Ｉ）までの範囲をカバーすることができる。テリレンを基礎とするリレン誘導体Ｉは、その組成に従い、二酸化チタンに吸着された固体状態において、約４００〜８００ｎｍの範囲内で吸収を示す。可視領域から近赤外線領域にまで及ぶ入射太陽光の大部分を利用できるようにするために、種々のリレン誘導体Ｉの混合物を使用することが有利である。必要に応じて、種々のリレン同族体を使用することも望ましいと考えられる。
リレン誘導体Ｉを、ｎ型半導体金属酸化物フィルムに簡単且つ永続的に固定させることができる。この結合は、無水物官能基（ｘ１）又はｉｎ ｓｉｔｕで形成されたカルボキシル基−ＣＯＯＨ又は−ＣＯＯ−を介して、若しくは、イミド基又は縮合物（（ｘ２）又は（ｘ３））中に存在する酸基Ａを介してもたらされる。独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５号に記載されているリレン誘導体Ｉは、本発明のコンテキストにおける色素増感太陽電池への使用に非常に適している。
色素が、分子の一方の端部において、その色素をｎ型半導体フィルムに固定することができるアンカー基を有している場合には、特に有利である。分子の他方の端部において、色素は有利には、電子供与体Ｙを有しており、この電子供与体によって、ｎ型半導体への電子の解放後の色素の再生が容易になり、また半導体に既に解放された電子との再結合が阻止される。
適切な色素の考えられる選択肢に関する更なる詳細については、例えば、ここでもまた独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５号を参照することができる。例えば、特に、ルテニウム錯体、ポルフィリン、その他の有機増感剤、また有利にはリレンを使用することが考えられる。
色素を、ｎ型半導体金属酸化物フィルム、例えばナノ多孔性ｎ型半導体金属酸化物層の層上又は層内に単純なやり方で固定することができる。例えば、ｎ型半導体金属酸化物フィルムを、焼結されたばかりの状態（まだ暖かい状態）において、十分な期間（例えば約０．５〜２４時間）にわたり、適切な有機溶剤中の色素の溶液又は懸濁液と接触させることができる。このことは、例えば、金属酸化物でコーティングされた基板を色素の溶液に浸漬させることによって達成することができる。
異なる色素の組み合わせが使用されるべき場合、それらの色素を、例えば、１種以上の色素を含んでいる１つ以上の溶液又は懸濁液から連続的にもたらすことができる。例えばＣｕＳＣＮの層によって離隔されている２種の色素を使用することも可能である（これに関しては、例えば、Ｔｅｎｎａｋｏｎｅ，Ｋ．Ｊ．，Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ．２００３，１０７，１３７５８を参照されたい）。最も勝手の良い方式は、個々のケースにおいて比較的容易に求めることができる。
色素の選択及びｎ型半導体金属酸化物の酸化物粒子径の選択に際し、有機太陽電池は、最大量の光が吸収されるように構成されるべきである。酸化物層は、固体ｐ型半導体が効率的に細孔を充填できるように構成されるべきである。例えば、比較的小さい粒子は、比較的大きい表面積を有し、従って、比較的多くの量の色素を吸収することができる。他方では、比較的大きい粒子は、一般的に、比較的大きい孔を有しており、これによってｐ型半導体への浸入が良好になる。
ｃ）ｐ型半導体有機材料
上述のように、少なくとも１つの感光層構造は、例えばＤＳＣ又はｓＤＳＣの感光層構造は、特に、少なくとも１種のｐ型半導体有機材料を、有利には少なくとも１種の固体ｐ型半導体材料を含むことができ、この材料を以下では、ｐ型半導体又はｐ型導体とも称する。以下では、そのような有機ｐ型半導体の有利な一連の例を説明する。それらの有機ｐ型半導体を、単独で又はあらゆる所望の組み合わせで使用することができ、例えば、それぞれがｐ型半導体を有している複数の層の組み合わせで、及び／又は、１つの層における複数のｐ型半導体の組み合わせで使用することができる。
ｎ型半導体金属酸化物における電子と固体ｐ導体の再結合を阻止するために、ｎ型半導体金属酸化物とｐ型半導体との間において、パッシベーション材料を有している少なくとも１つのパッシベーション層を使用することができる。この層は非常に薄くあるべきであり、また、可能な限り、ｎ型半導体金属酸化物のまだ覆われていない側のみを覆うべきである。パッシベーション材料を、場合によっては、色素よりも前に金属酸化物にもたらしても良い。有利なパッシベーション材料は、特に、Ａｌ２Ｏ３；シラン、例えばＣＨ３ＳｉＣｌ３；Ａｌ３＋；４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン（ＴＢＰ）；ＭｇＯ；ＧＢＡ（４−グアニジノ酪酸）及び類似の誘導体；アルキル酸；ヘキサデシルマロン酸（ＨＤＭＡ）、のうちの１種以上の物質である。
上述のように、有利には１種以上の固体有機ｐ型半導体が、単独で使用されるか、又は、有機又は無機の性質を有している、１種以上の別のｐ型半導体と組み合わされて使用される。本発明のコンテキストにおいて、ｐ型半導体とは一般的に、正孔、即ち正の電荷担体を伝導させることができる材料、特に有機材料を意味していると解される。とりわけ、ｐ型半導体は、拡張π電子系を有している有機材料であっても良く、この有機材料を、例えばいわゆるフリーラジカルカチオンを形成するために、少なくとも１回安定して酸化させることができる。例えば、ｐ型半導体は、上述の特性を備えている少なくとも１種の有機マトリクス材料を含んでいても良い。更に、ｐ型半導体は、オプションとして、ｐ型半導体特性を強化する１種以上のドーパントを含むことができる。ｐ型半導体の選択に影響を及ぼす重大なパラメータは正孔移動度である。何故ならば、この正孔移動度によって、部分的に、正孔拡散距離が定まるからである（Ｋｕｍａｒａ，Ｇ．，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２００２，１８，１０４９３〜１０４９５を参照されたい）。例えば、Ｔ．Ｓａｒａｇｉ，Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒ．２００６，１６，９６６〜９７４においては、種々のスピロ化合物における電荷担体移動度の比較が行われている。
有利には、本発明のコンテキストにおいて、有機半導体（即ち、低分子量のオリゴマー半導体又はポリマー半導体、若しくは、そのような半導体の混合物のうちの１種以上）が使用される。特に有利には、液相から処理することができるｐ型半導体が使用される。ここでは、例として、ポリマーを基礎とするｐ型半導体、例えばポリチオフェン及びポリアリールアミンを基礎とするｐ型半導体、又は、アモルファスの、可逆的に酸化可能な非ポリマー有機化合物を基礎とするｐ型半導体、例えば上記において述べたようなスピロビフルオレンを基礎とするｐ型半導体が挙げられる（例えば、米国特許第２００６／００４９３９７号及びそこに開示されているｐ型半導体としてのスピロ化合物。それらもまた本発明のコンテキストにおいて使用することができる）。また有利には、低分子量の有機半導体を使用することができ、例えば国際公開第２０１２／１１０９２４号に開示されているような低分子量のｐ型半導体材料を、有利にはスピロＭｅＯＴＡＤを、及び／又は、Ｌｅｉｊｔｅｎｓ等のＡＣＳ Ｎａｎｏ，ＶＯＬ．６，ＮＯ．２，１４５５〜１４６２（２０１２）に開示されているｐ型半導体材料のうちの１種以上を使用することができる。付加的又は択一的に、国際公開第２０１０／０９４６３６号において開示されているようなｐ型半導体材料のうちの１種以上を使用しても良い。この刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。更に、上述した従来技術の説明のうちｐ型半導体材料及びドーパントに関する注記も参照されたい。
ｐ型半導体は、有利には、少なくとも１種のｐ導電性有機材料を少なくとも１つの担持体に適用することによって生産可能であるか又は生産される。このｐ導電性有機材料の適用は、例えば、少なくとも１種のｐ導電性有機材料を含んでいる液相からの堆積によって行われる。堆積は、このケースにおいてもやはり、原則として、あらゆる所望の堆積プロセスによって、例えば、スピンコーティング、ドクターブレード法、ナイフコーティング、印刷、又は、上述の堆積法及び／又はその他の堆積法の組み合わせによって実施することができる。
有機ｐ型半導体は、特に、少なくとも１種のスピロ化合物、例えばスピロＭｅＯＴＡＤ、及び／又は、構造式：
Figure 2016536594
 を有している、少なくとも１種の化合物を含むことができる。式中、
Ａ１，Ａ２，Ａ３は、それぞれ、独立して任意に置換されたアリール基又はヘテロアリール基であり、
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、それぞれ、置換基−Ｒ，−ＯＲ，−ＮＲ２，−Ａ４−ＯＲ及び−Ａ４−ＮＲ２から成る群から独立して選択されており、
Ｒは、アルキル、アリール及びヘテロアリールから成る群から選択されており、
且つ、
Ａ４は、アリール基又はヘテロアリール基であり、
式（Ｉ）中の各事例におけるｎは、独立して、０，１，２又は３のいずれかの値であり、
但し、個々のｎの値の和は、少なくとも２であり、且つ、ラジカルＲ１，Ｒ２及びＲ３のうちの少なくとも２つは、−ＯＲ及び／又は−ＮＲ２である。
有利には、Ａ２及びＡ３は同一であり、従って、式（Ｉ）の化合物は有利には以下の構造（Ｉａ）を有している：
Figure 2016536594
従って上述のように、とりわけｐ型半導体は、少なくとも１種の低分子量の有機ｐ型半導体を有することができる。低分子量の材料とは、一般的に、重合化又はオリゴマー化されていないモノマーの形で存在する材料を意味していると解される。本明細書のコンテキストにおいて使用されているような「低分子量」という用語は、有利には、ｐ型半導体が１００〜２５，０００ｇ／ｍｏｌの範囲の分子量を有していることを意味する。有利には、低分子量の物質は、５００〜２，０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有している。
一般的に、本発明のコンテキストにおいて、ｐ型半導体特性とは、正孔を形成し、且つ、それらの正孔を輸送する、及び／又は、それらの正孔を隣接する分子へと引き渡す材料の特性、特に有機分子の特性を意味していると解される。とりわけ、それらの分子の安定した酸化が実現されるべきである。更に、上述の低分子量の有機ｐ型半導体は、特に、拡張π電子系を有することができる。とりわけ、少なくとも１種の低分子量のｐ型半導体材料を溶液から処理することができる。低分子量のｐ型半導体は、特に、少なくとも１種のトリフェニルアミンを含むことができる。低分子量の有機ｐ型半導体が少なくとも１種のスピロ化合物を含んでいる場合には、特に有利である。スピロ化合物とは、スピロ原子とも称される１つの原子だけに結合した環を有している、多環式の有機化合物を意味していると解される。とりわけ、スピロ原子をｓｐ３混成することができ、例えばスピロ原子を介して相互に結合されているスピロ化合物の構成要素が、例えば、相互に異なる平面に配置される。
より有利には、スピロ化合物は、次式の構造を有している：
Figure 2016536594
 ここで、各ラジカルＡｒｙｌ１，Ａｒｙｌ２，Ａｒｙｌ３，Ａｒｙｌ４，Ａｒｙｌ５，Ａｒｙｌ６，Ａｒｙｌ７及びＡｒｙｌ８は、置換されたアリールラジカル及びヘテロアリールラジカルから、それぞれ独立して選択されており、特に、置換されたフェニルラジカルからそれぞれ独立して選択されている。アリールラジカル及びヘテロアリールラジカルは、有利にはフェニルラジカルは、それぞれ独立して置換されており、有利には、各ケースにおいて、−Ｏ−アルキル，−ＯＨ，−Ｆ，−Ｃｌ，−Ｂｒ及び−Ｉから成る群から選択された１種以上の置換基によって置換されている。但し、アルキルは有利にはメチル、エチル、プロピル又はイソプロピルである。より有利には、フェニルラジカルはそれぞれ独立して置換されており、各ケースにおいて、−Ｏ−Ｍｅ，−ＯＨ，−Ｆ，−Ｃｌ，−Ｂｒ及び−Ｉから成る群から選択された１種以上の置換基によって置換されている。
更に有利には、スピロ化合物は次式の化合物である：
Figure 2016536594
 ここで、Ｒｒ，Ｒｓ，Ｒｔ，Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗ，Ｒｘ及びＲｙは、−Ｏ−アルキル，−ＯＨ，−Ｆ，−Ｃｌ，−Ｂｒ及び−Ｉから成る群から、それぞれ独立して選択されている。但し、アルキルは、有利には、メチル、エチル、プロピル又はイソプロピルである。より有利には、Ｒｒ，Ｒｓ，Ｒｔ，Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗ，Ｒｘ及びＲｙは、−Ｏ−Ｍｅ，−ＯＨ，−Ｆ，−Ｃｌ，−Ｂｒ及び−Ｉから成る群から、それぞれ独立して選択されている。
とりわけ、ｐ型半導体は、Ｍｅｒｃｋ ＫＧａＡ社（ドイツ、ダルムシュタット）より販売されている以下の式の化合物であるスピロＭｅＯＴＡＤを含んでいても良いし、スピロＭｅＯＴＡＤから成るものであっても良い：
Figure 2016536594
択一的又は付加的に、その他のｐ型半導体化合物、特に低分子量の及び／又はオリゴマーの及び／又はポリマーのｐ型半導体化合物を使用することも可能である。
択一的な実施の形態においては、低分子量の有機ｐ型半導体は、上述の一般式（Ｉ）の１種以上の化合物を含んでいる。これについては、例えば、国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５１８２６を参照されたい。ｐ型半導体は、上述のスピロ化合物の他に又はその代わりに、上述の一般式（Ｉ）の少なくとも１種の化合物を含んでいても良い。
本発明のコンテキストにおいて使用されているような「アルキル」又は「アルキル基」又は「アルキルラジカル」という用語は、一般的に置換された又は置換されていないＣ１〜Ｃ２０−アルキルラジカルを意味していると解される。Ｃ１アルキルラジカル〜Ｃ１０アルキルラジカルが有利であり、またＣ１アルキルラジカル〜Ｃ８アルキルラジカルが特に有利である。アルキルラジカルは直鎖であっても良いし、分岐していても良い。更に、アルキルラジカルを、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシ、ハロゲン、有利にはＦ、及びＣ６〜Ｃ３０アリール（これ自体は置換されていても良いし、置換されていなくても良い）から成る群から選択された１種以上の置換基によって置換しても良い。適切なアルキル基の例として、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、へキシル、ヘプチル及びオクチルが挙げられ、またイソプロピル、イソブチル、イソペンチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ネオペンチル、３，３−ジメチルブチル、２−エチルへキシルも挙げられ、更に、Ｃ６〜Ｃ３０アリール、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシ及び／又はハロゲン、特にＦ、例えばＣＦ３によって置換された上述のアルキル基の誘導体も挙げられる。
本発明のコンテキストにおいて使用されているような「アリール」又は「アリール基」又は「アリールラジカル」という用語は、単環式、２環式、３環式又は多環式の芳香環から誘導された、任意に置換されたＣ６〜Ｃ３０−アリールラジカルを意味していると解される。但し、芳香環は環のヘテロ原子を含んでいない。アリールラジカルは、有利には、５員芳香環及び／又は６員芳香環を含んでいる。アリールが単環系でない場合、第２の環に関する用語「アリール」については、特定の形態が既知であり且つ安定していれば、飽和した形態（パーヒドロ形態）又は部分的に飽和していない形態（例えばジヒドロ形態又はテトラヒドロ形態）も考えられる。従って、本発明のコンテキストにおける用語「アリール」には、例えば、２つ又は３つ全てのラジカルが芳香族である二環基又は三環基、ただ１つの環だけが芳香族である二環基又は三環基も含まれ、また２つの環が芳香族である三環基も含まれる。アリールの例として、フェニル、ナフチル、インダニル、１，２−ジヒドロナフテニル、１，４−ジヒドロナフテニル、フルオレニル、インデニル、アントラセニル、フェナントレニル又は１，２，３，４−テトラヒドロナフチルが挙げられる。Ｃ６〜Ｃ１０−アリールラジカル、例えばフェニル又はナフチルが特に有利であり、Ｃ６−アリールラジカル、例えばフェニルが極めて有利である。更に、用語「アリール」には、単結合又は二重結合を介して相互に結合されている、少なくとも２つの単環式、２環式又は多環式の芳香環を有している環系も含まれる。１つの例として、ビフェニル基が挙げられる。
本発明のコンテキストにおいて使用されているような「ヘテロアリール」又は「ヘテロアリール基」又は「ヘテロアリールラジカル」という用語は、任意に置換された５員芳香環又は６員芳香環及び多環式の環、例えば少なくとも１つの環において少なくとも１つのヘテロ原子を有している２環式及び３環式の化合物を意味していると解される。本発明のコンテキストにおけるヘテロアリールは、有利には、５〜３０個の環原子を含んでいる。ヘテロアリールは、単環式、２環式又は３環式であって良く、また、アリールベースの骨格における少なくとも１つの炭素原子がヘテロ原子に置換されることによって、上述のアリールから導出できるものもある。有利なヘテロ原子はＮ，Ｏ及びＳである。ヘタリールラジカルは、より有利には、５〜１３個の環原子を有している。ヘテロアリールラジカルの基本骨格は、特に有利には、ピリジン及び５員ヘテロ芳香族、例えばチオフェン、ピロール、イミダゾール又はフランのような系から選択されている。オプションとして、これらの基本骨格を１つ又は２つの６員芳香族ラジカルと融合させても良い。更に、用語「ヘテロアリール」には、単結合又は二重結合を介して相互に結合されている、少なくとも２つの単環式、２環式又は多環式の芳香環を有している環系も含まれ、この場合、少なくとも１つの環はヘテロ原子を含んでいる。ヘテロアリールが単環系でない場合、少なくとも１つの環に関する用語「ヘテロアリール」については、特定の形態が既知であり且つ安定していれば、飽和した形態（パーヒドロ形態）又は部分的に飽和していない形態（例えばジヒドロ形態又はテトラヒドロ形態）も考えられる。従って、本発明のコンテキストにおける用語「ヘテロアリール」には、例えば、２つ又は３つ全てのラジカルが芳香族である二環基又は三環基、ただ１つの環だけが芳香族である二環基又は三環基も含まれ、また２つの環が芳香族である三環基も含まれ、この場合、環のうちの少なくとも１つは、即ち、少なくとも１つの芳香族環又は少なくとも１つの非芳香環はヘテロ原子を有している。適切に融合されたヘテロ芳香族としては、例えば、カルバゾリル、ベンジミダゾリル、ベンゾフリル、ジベンゾフリル又はジベンゾチオフェニルが挙げられる。基本骨格を、１つの置換可能な位置、２つ以上の置換可能な位置又は全ての置換可能な位置において置換しても良い。適切な置換基は、Ｃ６〜Ｃ３０−アリールを定義した際に既に説明したものと同一の置換基である。しかしながら、ヘタリールラジカルは有利には置換されていない。適切なヘタリールラジカルとして、例えば、ピリジン−２−イル、ピリジン−３−イル、ピリジン−４−イル、チオフェン−２−イル、チオフェン−３−イル、ピロール−２−イル、ピロール−３−イル、フラン−２−イル、フラン−３−イル及びイミダゾール−２−イル及び対応するベンゾ融合したラジカル、特に、カルバゾリル、ベンジミダゾリル、ベンゾフリル、ジベンゾフリル又はジベンゾチオフェニルが挙げられる。
本発明のコンテキストにおいて、「任意に置換された」という語句は、アルキル基、アリール基又はヘテロアリール基の少なくとも１つの水素ラジカルが置換基によって置換されているラジカルを表す。この置換基の種類に関しては、アルキルラジカル、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、へキシル、ヘプチル及びオクチルが有利であり、またイソプロピル、イソブチル、イソペンチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ネオペンチル、３，３−ジメチルブチル及び２−エチルへキシル、アリールラジカル、例えばＣ６〜Ｃ１０−アリールラジカル、特に、フェニル又はナフチル、最も有利にはＣ６−アリールラジカルであり、例えばフェニル、及びヘタリールラジカル、例えばピリジン−２−イル、ピリジン−３−イル、ピリジン−４−イル、チオフェン−２−イル、チオフェン−３−イル、ピロール−２−イル、ピロール−３−イル、フラン−２−イル、フラン−３−イル及びイミダゾール−２−イルも有利であり、更に、対応するベンゾ融合されたラジカル、特にカルバゾリル、ベンジミダゾリル、ベンゾフリル、ジベンゾフリル又はジベンゾチオフェニルも有利である。更なる置換基の例には、アルケニル、アルキニル、ハロゲン、ヒドロキシルが含まれる。
ここで、置換度は、一置換から考えられる置換基の最大数まで変化しても良い。
本発明に従い使用するための式（Ｉ）の有利な化合物は、ラジカルＲ１，Ｒ２及びＲ３のうちの少なくとも２つがパラ−ＯＲ及び／又はパラ−ＮＲ２置換基であるという点で注目に値する。ここで、少なくとも２つのラジカルは、−ＯＲラジカルだけであっても良いし、−ＮＲ２ラジカルだけであっても良いし、又は、少なくとも１つの−ＯＲラジカル及び少なくとも１つの−ＮＲ２ラジカルであっても良い。
本発明に従い使用するための式（Ｉ）の特に有利な化合物は、ラジカルＲ１，Ｒ２及びＲ３のうちの少なくとも４つがパラ−ＯＲ及び／又はパラ−ＮＲ２置換基であるという点で注目に値する。ここで、少なくとも４つのラジカルは、−ＯＲラジカルだけであっても良いし、−ＮＲ２ラジカルだけであっても良いし、又は、−ＯＲラジカルと−ＮＲ２ラジカルの混合物であっても良い。
本発明に従い使用するための式（Ｉ）の極めて有利な化合物は、ラジカルＲ１，Ｒ２及びＲ３の全てのラジカルがパラ−ＯＲ及び／又はパラ−ＮＲ２置換基であるという点で注目に値する。それらのラジカルは、−ＯＲラジカルだけであっても良いし、−ＮＲ２ラジカルだけであっても良いし、又は、−ＯＲラジカルと−ＮＲ２ラジカルの混合物であっても良い。
いずれのケースにおいても、−ＮＲ２ラジカル中の２つのＲは相互に異なっていても良いが、しかしながらそれら２つのＲは有利には同一である。
有利には、Ａ１，Ａ２及びＡ３は、
Figure 2016536594
 から成る群から、それぞれ独立して選択されている。
ここで、
ｍは１〜１８の整数であり、
Ｒ４は、アルキル、アリール又はヘテロアリールであり、有利にはアリールラジカル、より有利にはフェニルラジカルであり、
Ｒ５，Ｒ６は、それぞれ独立して、Ｈ、アルキル、アリール又はヘテロアリールであり、
上記に示した構造の芳香環及びヘテロ芳香環は、オプションとして、更に置換基を有していても良い。ここで、芳香環及びヘテロ芳香環の置換度は、一置換から考えられる置換基の最大数まで変化しても良い。
芳香環及びヘテロ芳香環の別の置換基の場合における有利な置換基には、１つ、２つ又は３つの任意に置換された芳香族基又はヘテロ芳香族基に関して上記において既に言及した置換基が含まれる。
有利には、上記に示した構造の芳香環及びヘテロ芳香環は別の置換基を有していない。
より有利には、Ａ１，Ａ２及びＡ３は、
それぞれ独立して、
Figure 2016536594
 であり、より有利には、
Figure 2016536594
 である。
より有利には、式（Ｉ）の少なくとも１種の化合物は、以下の構造、
Figure 2016536594
 のうちの一方を有している。
代替的な実施の形態においては、有機ｐ型半導体は、以下の構造、
Figure 2016536594
 を有しているＩＤ３２２型の化合物を含んでいる。
本発明に従い使用するための化合物を、当業者には公知である有機合成の慣例の方式によって準備することができる。また、関連する（特許）文献については、以下に示す合成例を参照されたい。
ｄ）第２の電極
第２の電極は、基板に対向している下部電極であっても良いし、基板から離れた位置にある上部電極であっても良い。上記において概要を述べたように、第２の電極は完全に又は部分的に透明であっても良い。本明細書において使用されているように、部分的に透明という語句は、第２の電極が透明な領域及び不透明な領域を含むことができるという事実を表している。
以下に挙げる材料の群のうちの１種以上の材料を使用することができる：少なくとも１種の金属材料、有利には、アルミニウム、銀、白金、金から成る群から選択された金属材料；少なくとも１種の非金属無機材料、有利にはＬｉＦ；少なくとも１種の有機の導電性又は半導電性の材料、有利には、少なくとも１種の導電性ポリマー、より有利には、少なくとも１種の透明導電性ポリマー。
第２の電極は、少なくとも１つの金属電極を含むことができ、純金属の形態又は混合物／合金としての１種以上の金属を、例えば特にアルミニウム又は銀を使用することができる。
付加的又は択一的に、非金属材料を、例えば無機材料及び／又は有機材料を、単独で使用しても良いし、金属電極と組み合わせて使用しても良い。一例として、無機／有機の混合電極又は多層電極、例えばＬｉＦ／Ａｌ電極を使用することも可能である。付加的又は択一的に、導電性ポリマーを使用しても良い。従って、光学センサの第２の電極は、有利には、１種以上の導電性ポリマーを含むことができる。
つまり、一例として、第２の電極は、金属の１つ以上の層との組み合わせにおいて、１種以上の導電性ポリマーを含むことができる。有利には、少なくとも１種の導電性ポリマーは、透明導電性ポリマーである。この組み合わせは、非常に薄く、従って透明な金属層を提供することができ、更には十分な導電性を提供することができ、これによって、第２の電極を透明且つ高導電性にすることができる。従って、一例として、１つ以上の金属層において、各層又は層の組み合わせが、５０ｎｍ未満、有利には４０ｎｍ未満、又は、それどころか３０ｎｍ未満の厚さを有することができる。
一例として、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）及び／又はその化学的類似物；ポリチオフェン及び／又はその化学的類似物、例えばポリ（３−へキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）及び／又はＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルホン酸））から成る群から選択された、１種以上の導電性ポリマーを使用することができる。付加的又は択一的に、欧州特許出願公開第２５０７２８６号明細書、欧州特許出願公開第２２０５６５７号明細書又は欧州特許出願公開第２２２０１４１号明細書に開示されているような導電性ポリマーのうちの１種以上を使用しても良い。更なる実施例については、米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号又は米国仮出願特許第６１／７０８，０５８号を参照されたい。それら全ての刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。
付加的又は択一的に、無機の導電性材料を使用しても良く、例えば無機の導電性カーボン材料、例えばグラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤから成る群から選択されたカーボン材料を使用することができる。
更に、適切な反射によって、光子が吸収層を少なくとも２回通過することが強いられることによって、物質の量子効率が高められている電極設計を使用することも可能である。そのような層構造は「コンセントレータ」とも称され、また例えば国際公開第０２／１０１８３８号（特に第２３〜２４頁）にも記載されている。
上記において概要を述べたように、検出器は、縦方向光学センサを通過した照明光でもって対象物を照明するための少なくとも１つの照明源を含んでいる。照明源を種々のやり方で実現することができる。従って、照明源を例えば検出器ケーシング内の検出器の一部とすることができる。しかしながら択一的又は付加的に、少なくとも１つの照明源を検出器ケーシングの外側において、例えば別個の光源として配置することもできる。照明源を対象物から別個に配置し、所定の距離から対象物を照明しても良い。
照明光は有利には赤外線スペクトル範囲にある波長を有することができる。照明源は、特に以下の照明源のうちの１つ以上を含むことができる。即ち、照明源は、レーザ、特にレーザダイオード、例えば電磁スペクトルの赤外線部分にある出力波長を有しているＩＲレーザダイオード（しかしながら原理的には、択一的又は付加的に、その他のタイプのレーザも使用することができる）；発光ダイオード；白熱灯；有機光源、特に有機発光ダイオードのうちの１つ以上を含むことができる。電磁スペクトルの赤外線部分は、有利には７８０ｎｍから１ｍｍまでのスペクトル範囲を表し、より有利には７８０ｎｍから３．０μｍまでのスペクトル範囲を表す。択一的又は付加的に、その他の照明源を使用しても良い。例えば多くのレーザにおいて少なくとも大分部がそうであるように、ガウスビームプロフィールを有している１つ以上の光ビームを生成するように照明源が設計されている場合には、特に有利である。しかしながら、原理的にはその他の実施の形態も考えられる。
本明細書において使用されているように、評価装置という用語は一般的に、縦方向センサ信号を評価することによって、対象物の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するように設計されている任意の装置を表す。一例として評価装置は、１つ以上の集積回路、例えば１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及び／又は１つ以上のデータ処理装置、例えば１つ以上のコンピュータ、有利には１つ以上のマイクロコンピュータ及び／又はマイクロコントローラであっても良いし、そのような集積回路を１つ以上含んでいても良い。付加的なコンポーネント、例えば１つ以上の前処理装置及び／又はデータ取得装置、例えば横方向センサ信号及び／又は縦方向センサ信号を受信及び／又は前処理するための１つ以上の装置、例えば１つ以上のＡＤ変換器及び／又は１つ以上のフィルタを含ませることができる。更に評価装置は、１つ以上のデータ記憶装置を含むことができる。また上記において概要を述べたように、評価装置は１つ以上のインタフェース、例えば１つ以上のワイヤレスインタフェース及び／又はワイヤボンディング式インタフェースを含むこともできる。
更に少なくとも１つの評価装置を、少なくとも１つの縦方向光学センサから独立した別個の評価装置として形成することができるが、しかしながら、縦方向センサ信号を受信するために、少なくとも１つの縦方向光学センシング部と接続することができる。択一的に、少なくとも１つの評価装置を完全に又は部分的に、少なくとも１つの縦方向光学センサに組み込んでも良い。
少なくとも１つのコンピュータプログラムを実行するように、例えば縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目の生成を実行又はサポートするように適合されている少なくとも１つのコンピュータプログラムを実行するように、少なくとも１つの評価装置を適合させることができる。一例として、入力変量としての縦方向センサ信号を使用することによって対象物の縦方向位置への所定の変換を行うことができる、１つ以上のアルゴリズムを実行することができる。評価装置は、少なくとも１つのデータ処理装置を、例えば少なくとも１つのマイクロコントローラ又はプロセッサを含むことができる。従って一例として、少なくとも１つの評価装置は、複数のコンピュータ命令を含んでいるソフトウェアコードが記憶されている少なくとも１つのデータ処理装置を含むことができる。
評価装置は、情報の、例えば光学センサ及び／又は評価装置によって取得された情報の表示、視覚化、分析、配布、通信又は別の処理のうちの１つ以上を目的として使用することができる、少なくとも１つの別のデータ処理装置に接続されていても良いし、そのような別のデータ処理装置を含んでいても良い。一例として、データ処理装置を、ディスプレイ、プロジェクタ、モニタ、ＬＣＤ、ＴＦＴ、スピーカ、マルチチャネルサウンドシステム、ＬＥＤパターンプロジェクタ又は別の視覚化装置のうちの少なくとも１つに接続することができるか、それらに組み込むことができる。更にデータ処理装置を、Ｅメール、テキストメッセージ、電話、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、無線通信、Ｗｉ−Ｆｉ、赤外線インタフェース又はインターネットインタフェース、ポート又はコネクタのうちの１つ以上を使用して、暗号化された情報又は暗号化されていない情報を送信することができる、通信装置又は通信インタフェース、データリンク、タイメックスデータリンク、コネクタ又はポートのうちの１つ以上に接続しても良いし、それらに組み込んでも良い。更に、データ処理装置を、Ａｐｐｌｅ社のＡシリーズ又はＳａｍｓｕｎｇ社のＳ３Ｃ２シリーズの製品、マイクロコントローラ又はマイクロプロセッサ等のチップ上のプロセッサ、グラフィックプロセッサ、ＣＰＵ、Ｏｐｅｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｌａｔｆｏｒｍ（ＯＭＡＰＴＭ）、集積回路、システム、１つ以上のメモリブロック、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ、タイミングソース、例えば発振器又は位相ロックループ、カウンタタイマ、リアルタイムタイマ、又は、パワーオン・リセットジェネレータ、電圧レギュレータ、電力管理回路、又は、ＤＭＡコントローラのうちの少なくとも１つに接続しても良いし、それらに組み込んでも良い。バスによって、例えばＡＭＢＡバスによって、個々のユニットを更に接続しても良い、及び／又は、１つ以上の送信機及び／又は受信機を含んでいても良い。
評価装置及び／又はデータ処理装置を、別の装置、例えばＲＧＢインタフェース、例えばＣａｍｅｒａＬｉｎｋを使用する２Ｄカメラ装置に、別の外部インタフェース又は外部ポート、例えば、シリアルインタフェース又はシリアルポート又はパラレルインタフェース又はパラレルポート、ＵＳＢ、セントロニクスポート、ＦｉｒｅＷｉｒｅ、ＨＤＭＩ、イーサネット、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＲＦＩＤ、無線通信、データリンク、Ｗｉ−Ｆｉ、ＵＳＡＲＴ又はＳＰＩ、若しくは、アナログインタフェース又はアナログポート、例えば、ＡＤＣ又はＤＡＣのうちの１つ以上を介して、若しくは、規格化されたインタフェース又はポートを介して接続しても良いし、評価装置及び／又はデータ処理装置がそれらを有していても良い。更に、評価装置及び／又はデータ処理装置を、プロセッサ間インタフェース又はプロセッサ間ポート、ＦＰＧＡ−ＦＰＧＡインタフェース、若しくは、シリアルインタフェース又はパラレルインタフェース又はシリアルポート又はパラレルポートのうちの１つ以上を介して接続しても良い。評価装置及びデータ処理装置を、更に、光学ディスクドライブ、ＣＲ−ＲＷドライブ、ＤＶＤ＋ＲＷドライブ、フラッシュドライブ、メモリカード、ディスクドライブ、ハードディスクドライブ、ソリッドステートディスク、ソリッドステートハードディスクのうちの１つ以上に接続しても良い。
評価装置及び／又はデータ処理装置を、１つ以上の別の外部コネクタ、例えば、フォンコネクタ、ＲＣＡコネクタ、ＶＧＡコネクタ、オスメスコネクタ、ＵＳＢコネクタ、ＨＤＭＩコネクタ、８Ｐ８Ｃコネクタ、ＢＣＮコネクタ、ＩＥＣ ６０３２０ Ｃ１４コネクタ、光ファイバコネクタ、Ｄサブミニチュア（Ｄ−ｓｕｂ）コネクタ、ＲＦコネクタ、同軸コネクタ、ＳＣＡＲＴコネクタ、ＸＬＲコネクタのうちの１つ又は複数のコネクタによって接続しても良いし、評価装置及び／又はデータ処理装置がそれらのコネクタを有していても良い、及び／又は、評価装置及び／又はデータ処理装置を、それらのコネクタのうちの１つ以上のための少なくとも１つの適切なソケットに組み込んでも良い。
本発明による検出器、評価装置又はデータ処理装置のうちの１つ以上が組み込まれている単一の装置、例えば光学センサ、光学システム、評価装置、通信装置、データ処理装置、インタフェース、チップ上のシステム、表示装置又は別の電子装置が組み込まれている単一の装置のような装置の考えられる実施の形態は、携帯電話、パーソナルコンピュータ、タブレットＰＣ、テレビ、ゲームコンソール、又は、別のエンターテイメントデバイスである。１つの別の実施の形態においては、以下の詳細な説明において概要を述べる３Ｄカメラ機能を、装置のケーシング又は外見における顕著な相異は存在しない、慣例の２Ｄディジタルカメラを利用できる装置に組み込んでも良い。ユーザにとっての顕著な相異は、３Ｄ情報を取得及び／又は処理する機能にのみ存在すると考えられる。
特に、検出器及び／又は検出器の一部、例えば評価装置及び／又はデータ処理装置が組み込まれている実施の形態は、３Ｄカメラの機能のための、表示装置、データ処理装置、光学センサ、オプションとしてのセンサ光学系及び評価装置が組み込まれている携帯電話であって良い。本発明による検出器は、特に、エンターテイメントデバイス及び／又は通信装置、例えば携帯電話に組み込むことに適していると考えられる。
本発明の１つの別の実施の形態として、自動車において使用するため、自動走行において使用するため、又は、カーセーフティーシステム、例えばダイムラー社のインテリジェントドライブシステムにおいて使用するための装置への、検出器又は検出器の一部、例えば評価装置及び／又はデータ処理装置の統合が考えられる。一例として、光学センサ、オプションとしての１つ以上の光学システム、評価装置、オプションとしての通信装置、オプションとしてのデータ処理装置、オプションとしての１つ以上のインタフェース、オプションとしてのチップ上のシステム、オプションとしての１つ以上の表示装置、又は、オプションとしての別の電子装置は、乗り物、自動車、トラック、列車、自転車、飛行機、船舶、オートバイの一部であっても良い。自動車の用途においては、装置の自動車設計への統合は、光学センサ、オプションとしての光学系の統合、若しくは、外部又は内部からの装置の最小限の可視性が必要になると考えられる。検出器又は検出器の一部、例えば評価装置及び／又はデータ処理装置は、特に、そのような自動車設計への統合に適していると考えられる。
上記において概要を述べたように、少なくとも１つの照明源は、照明光によって少なくとも１つの対象物を照明するように適合されている。縦方向光学センサを通過した照明光によって少なくとも１つの対象物を照明する以外に、付加的又は択一的に、少なくとも１つの対象物をその他のやり方で、例えば少なくとも１つの縦方向光学センサを通過していない照明光によって照明するように、少なくとも１つの照明源を更に適合させても良い。従って、少なくとも１つの対象物を軸外で照明するために、少なくとも１つの照明源を検出器のビーム路外に配置することができる。
縦方向光学センサを介した照明が行われる場合、及び／又は、異なるタイプの照明が使用される場合、オプションとして、照明光は一般的に、少なくとも１つの対象物を照明する前に少なくとも１回反射されていても良い。従って一般的に、検出器は更に、対象物を照明する前に照明光を反射させるように適合されている少なくとも１つの反射素子を含むことができる。少なくとも１つの反射素子の使用は一般的に種々の利点を含んでいる。つまり一般的に、少なくとも１つの反射素子を使用し、その少なくとも１つの反射素子を調整することによって、照明光、例えば照明光ビームの向きを調整することができる。更に、以下の詳細な説明において概要を述べるように、少なくとも１つの反射素子は、波長に依存する波長特性を有している波長選択反射素子であって良い。従って一般的に、波長選択反射素子は、少なくとも１つの赤外線反射素子であっても良いし、少なくとも１つの赤外線反射素子を含んでいても良い。赤外線反射素子は、赤外線スペクトル範囲において反射特性を示すが、その他のスペクトル範囲においては、例えば可視スペクトル範囲においては反射特性を示さないか、又は、赤外線スペクトル範囲に比べて著しく低い反射特性しか示さない。つまり一般的に、少なくとも１つの照明源は、少なくとも１つの対象物を赤外線照明光によって照明するための少なくとも１つの赤外線照明源を含むことができ、また少なくとも１つの反射素子は、赤外線スペクトル範囲において反射特性を示す少なくとも１つの反射素子、いわゆる「ホットミラー」を含むことができる。
少なくとも１つの縦方向光学センサを介する照明であれ、及び／又は、それとは異なるやり方での照明であれ、照明光によって少なくとも１つの対象物が照明される場合、少なくとも１つの照明光の方向及び／又は空間を固定することができる、及び／又は、照明光の方向及び／又は空間は調整可能又は移動可能である。従って、反射素子は一例として、照明光が異なる方向へと反射される少なくとも２つの異なる位置に調整されるように適合されている少なくとも１つの可動の反射素子であっても良いし、そのような反射素子を含んでいても良い。本明細書において使用されているように、「位置」という用語は一般的に、可動のミラーのあらゆる種類の絶対位置及び／又はあらゆる種類の向きを表していると考えられる。従って、可動のミラーの少なくとも１回の縦方向並進移動、及び／又は、少なくとも１つの可動のミラーの少なくとも１回の回転移動が考えられる。
従って一例として、少なくとも１つの可動の反射素子は、その向きを少なくとも１つの第１の向きと、その少なくとも１つの第１の向きとは異なる少なくとも１つの第２の向きとに調整することができる反射素子であって良い。この調整を段階的又は連続的に行うことができる。
少なくとも１つの反射素子が少なくとも１つの可動の反射素子を含んでいる場合、可動の反射素子は単一の可動の反射素子であっても良いし、複数の可動の反射素子を含んでいても良い。従って、少なくとも１つの反射素子は複数の可動の反射素子を含むことができ、例えば複数の可動のミラーを、有利には複数のマイクロミラーを含むことができる。つまり一例として、少なくとも１つの可動の反射素子は複数のマイクロミラーを含むことができ、特に複数のマイクロミラーから成る１つの領域、例えばピエゾ技術を基礎とする複数のマイクロミラーから成る１つの領域を含むことができる。一例として、プロジェクション技術において使用されるマイクロミラーを使用することができ、例えばＢｅａｍｅｒ又はその他のタイプのプロジェクタのために利用することができるマイクロミラーを使用することができる。一例として、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（ＤＬＰ（Ｒ））技術、例えばＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓより入手可能な光処理技術を使用することができる。より有利には、少なくとも１つのＤＬＰ（Ｒ）チップを使用することができる。より一般的には、反射型空間光変調器を使用することができる、及び／又は、少なくとも１つの可動の反射素子は少なくとも１つの反射型空間光変調器を含むことができる。
複数の可動の反射素子を使用することによって、照明光を複数の照明光ビームに細分化することができ、有利には、細分化された複数の照明光ビームの位置／向きを複数の可動の反射素子によって個別に制御することができる。それによって、一例として、種々のパターンの投影、及び／又は、照明光ビームの点及び／又はパターンの変調が可能となる。複数の可動の反射素子が使用される場合、それらの可動の反射素子を個別に制御することができ、例えば個別の制御を異なる制御周波数で行うことができる。それによって、複数の照明光ビーム及び／又は照明光ビームのパターンによる、異なる周波数での少なくとも１つの対象物の照明が可能となる。従って、例えば可動の反射素子を異なる変調周波数で周期的に制御することによって、照明を変調式に行うことができる。続いて、検出器を用いて、例えば検出器に含まれている１つ以上のＦｉＰセンサを用いて、例えば検出器信号のうちの１つ以上を復調することによって、及び／又は、周波数解析によって、照明を分解することができる。
複数の可動の反射性素子を、特に複数の可動の反射性素子から成るアレイを使用することによって、特に、複数のミラーから成るアレイ及び／又は反射型空間光変調器を、とりわけＤＬＰ（Ｒ）アレイを使用することによって、例えば一般的なパターン及び／又は特殊パターンを検出器の視野に投影して、例えば検出器の完全な又は部分的な測定空間をカバーするために、照明光パターンの投影を実行することができる。
更に、複数の可動の反射素子を使用することによって、とりわけ複数の可動の反射素子から成るアレイを使用することによって、例えば複数のミラーから成るアレイ、反射型空間光変調器及び／又はＤＬＰ（Ｒ）アレイを使用することによって、照明光の複数の点及び／又はパターンを空間に、特に検出器の視野に、例えばカメラの像に投影して、特に空間内の１つ以上の特定の対象物を追跡するために、例えば手足、玩具又はその他の対象物若しくはそれらの一部を追跡するために、複数の可動の反射素子を使用することができる。
パターン及び／又は可動の反射素子のアレイが使用される場合、例えば１つ以上のＤＬＰ（Ｒ）チップが使用される場合、パターン自体は一般的なパターンであっても良いし、検出器にとって専用のパターン、例えばＲＧＢカメラピクチャに依存するパターンであっても良い。
少なくとも１つの反射素子が少なくとも１つの可動の反射素子である場合、又は少なくとも１つの反射素子が少なくとも１つの可動の反射素子を含んでいる場合、空間内の少なくとも１つの走査領域にわたり照明光による走査を実行するように少なくとも１つの可動の反射素子を適合させることができる。また、走査プロセスを連続的に又は段階的に実行することができる。従って一例として、少なくとも１つの可動の反射素子は少なくとも１つの可動のミラーを含むことができ、例えばガルボスキャナ又はその他の任意の種類の可動のミラーを含んでおり、その位置及び／又は向きを調整することができる。
少なくとも１つの可動の反射素子が使用される場合、少なくとも１つの可動の反射素子の調整を手動で及び／又は自動的に実行することができる。従って一例として、少なくとも１つの検出器は、少なくとも１つの可動のミラーの位置を調整するように適合されている少なくとも１つのアクチュエータを含むことができる。一例として、少なくとも１つのアクチュエータは、少なくとも１つの調整ねじ及び／又は少なくとも１つのその他のタイプのアクチュエータ、例えば少なくとも１つのピエゾアクチュエータであっても良いし、少なくとも１つの調整ねじ及び／又は少なくとも１つのその他のタイプのアクチュエータ、例えば少なくとも１つのピエゾアクチュエータを含んでいても良い。
上記において概要を述べたように、一般的に、また特に、可視スペクトル範囲、赤外線スペクトル範囲及び紫外線スペクトル範囲のうちの１つ以上のスペクトル範囲にある照明光を放射するように照明源を適合させることができる。特に、照明光を赤外線スペクトル範囲にある照明光とすることができる。従って上記において概要を述べたように、赤外線スペクトル範囲にある光を反射させるように反射素子を適合させることができ、その際、可視スペクトル範囲にある光は透過される。相互に異なるスペクトル範囲にある複数の反射特性のその他の組み合わせも考えられる。特に、少なくとも１つの反射素子は、赤外線スペクトル範囲において反射特性を有している少なくとも１つの可動の反射素子を含むことができ、例えば可動の赤外線ミラーを、特に可動の「ホットミラー」を含むことができる。
少なくとも１つの反射素子は一般的に、完全に又は部分的に空間内の照明光を反射又は方向転換させるように適合されている任意の素子であって良い。当業者であれば分かるように、種々のタイプの反射素子が一般的に公知であり、またそれらの種々のタイプの反射素子を本発明において使用することができる。特に、反射素子を、ミラー；半透鏡；特定のスペクトル範囲だけを反射させるミラー又は半透鏡、例えば赤外線スペクトル範囲にある光を反射させるミラー又は半透鏡；プリズム；ダイクロイックミラー；ビームスプリッタキューブから成る群から選択することができる。それらの素子及び／又はその他のタイプの反射素子の組み合わせも考えられる。特に、以下の詳細な説明において概要を述べるように、少なくとも１つの反射素子はビーム分割特性を示すことができ、従って、少なくとも１つの反射素子は、固定の反射素子であろうと可動の反射素子であろうと、完全に又は部分的に、検出器内に設けることができる少なくとも１つのビーム分割装置と同一であって良い。
少なくとも１つの反射素子の使用は、特に少なくとも１つの可動の反射素子の使用は、とりわけ赤外線スペクトル範囲において反射特性を有している少なくとも１つの可動の反射素子の使用は、その一部を上記において概要を述べたように、多数の利点を提供する。従って一例として、例えばゲーミングの分野において市販されているような、電流距離センサは、一般的に、点パターンを解析すべき空間に投影することができる。点パターンを少なくとも１つのカメラを使用して監視することができ、また適切な測定アルゴリズムを適用することができる。このプロセスは著しく高い計算能力を必要とする。それに対し、本発明による検出器は、検出プロセスを単純化する簡単なやり方を提供する。照明光、例えば赤外線照明光、とりわけ単一の赤外線光ビームを、可動の反射素子を使用することによって、例えば可動の赤外線ミラーを使用することによって、解析すべき空間にわたり移動させることができる。この構造においては、必要とされる計算リソースを、従来の検出器に比べて大幅に低減することができる。
従って、上記において概要を述べたように、走査プロセスを適用することができる。可動のミラーによって、例えば線状のパターン、四角形のパターン又はその他のパターンを読み出すことができる。従って検出器は、特に１つ以上の縦方向光学センサを含んでいる検出器は、とりわけ１つ以上の有機太陽電池及び／又はＤＳＣ及び／又はｓＤＳＣを含んでいる検出器は、縦方向情報を、例えば距離情報を直接的且つ高速に提供することができる。一般的に、対象物の位置に応じて少なくとも１つの可動の反射素子の少なくとも１つの位置を調整することによって、少なくとも１つの対象物を追跡するように、可動の反射素子を、例えば可動のミラーを適合させることができる。これによって、特定の対象物を、例えば人間、顔、手足又はその他の可動の対象物又は可動の対象物の組み合わせを追跡及び／又は解析するように検出器を適合させることができる。
少なくとも１つの対象物は、ターゲットデバイスとも称される少なくとも１つのビーコン装置を含んでいても良いし、少なくとも１つの対象物を少なくとも１つのビーコン装置と組み合わせても良い。ビーコン装置を、少なくとも１つの光ビームを放射するように、及び／又は少なくとも１つの光ビームを検出器に向かって伝送させるように適合させることができる。少なくとも１つのビーコン装置の考えられる実施の形態については、例えば国際公開第２０１２／１１０９２４号を参照されたい。その他の実施の形態も考えられる。従って一般的に、少なくとも１つのビーコン装置は、照明光のような光を反射させるように適合されている少なくとも１つの受動的なビーコン装置であっても良いし、そのような受動的なビーコン装置を含んでいても良い、及び／又は、少なくとも１つのビーコン装置は、光を放射するように適合されている少なくとも１つの能動的なビーコン装置であっても良いし、そのような能動的なビーコン装置を含んでいても良い。つまり一般的に、能動的に放射を行う１つ以上のターゲットデバイス及び／又は反射を行うターゲットデバイスを、特に可動の反射装置との組み合わせにおいて使用することができる。この構造においては、一例として可動の赤外線光ビームを照明光として及び／又は照明光の一部として使用することができ、また、空間内のパターン及び／又は特定の領域を測定するように、及び／又は、特定の対象物を追跡するように、検出器を適合させることができる。
以下の詳細な説明において概要を述べるように、検出器は更に、少なくとも１つの撮像装置、例えば少なくとも１つのカメラ、とりわけフルカラーカメラ、例えばＲＧＢカメラを含むことができる。この構造においては、可動の赤外線照明光を、例えば可動の赤外線光ビームを使用して、特に重要と思われる対象物、例えば移動する及び／又は変化する対象物が現れるＲＧＢピクチャにおける領域を解析することができる。この特徴を単純なピクチャ解析アルゴリズムによって達成することができる。これによって、顔、手足又はその他の可動の対象物を高速且つ単純に追跡することが可能となる。
以下の詳細な説明において概要を述べるようにゲーミングのコンテキストにおいては、例えばゲームコンソール及び／又は拡張現実の用途のコンテキストにおいては、本発明による検出器は、特に少なくとも１つの可動の反射素子を有している検出器は付加的な利点を提供する。つまり、電流センサは一般的に空間内の対象物を解析することはできない。従って、それらのタイプのセンサは一般的に拡張現実の情報の解釈に限定されている。つまり一般的に、市販のセンサ及び検出器は深度情報を解析することはできない。それらのセンサ又は検出器によって２Ｄ位置は検出することができる。しかしながら、対象物、例えば手、足又は身体のその他の部位の深度情報は入手できないので、拡張現実は一般的に２Ｄ画像にのみ左右される。それに対し、本発明のコンテキストにおいては、空間内の対象物の追跡が可能となり、特にマシンコントロール、ゲーミング又は拡張現実のコンテキストにおいて空間内の対象物の追跡が可能となる。更に上記において概要を述べたように、本発明を標準的な計算リソースを使用して、又は、一般的には低い計算リソースを使用して実施することができる。
更に、検出器は少なくとも１つの撮像装置を含むことができる。対象物から検出器へと伝播する光ビームが、撮像装置に入射する前に縦方向光学センサを通過するように、撮像装置を適合させることができる。
本明細書において使用されているように、撮像装置は一般的に、対象物又は対象物の一部の１次元、２次元又は３次元の画像を生成することができる装置と解される。特に、撮像装置を完全に又は部分的にカメラとして使用することができる。例えば、撮像装置は、ＲＧＢカメラ、即ち３つの別個のコネクションにおいて赤、緑及び青で表される基本３原色を供給するように設計されているカメラ；ＩＲカメラ、即ち赤外線スペクトル範囲にある光ビームの一部を記録するように設計されているカメラから成る群から選択されたカメラであっても良い。但し原理的には、択一的又は付加的に、その他のタイプのカメラも使用することができる。撮像装置のその他の実施の形態も考えられる。
対象物の複数の部分領域を連続的及び／又は同時に撮像するように撮像装置を設計することができる。例えば、対象物の部分領域を、例えば撮像装置の解像度の限界によって範囲が定められており、且つ、電磁放射を放射する対象物の１次元、２次元又は３次元の領域とすることができる。
このコンテキストにおいて撮像とは、対象物の各部分領域から放射される電磁放射が、例えば検出器の少なくとも１つのオプションとしての伝送装置によって撮像装置へと供給されることを意味すると解される。
特に、例えば走査方式によって、とりわけ少なくとも１回の列スキャン及び／又はラインスキャンを利用する走査方式によって、複数の部分領域を連続的に撮像するように、撮像装置を設計することができる。しかしながら、その他の実施の形態も考えられ、例えば複数の部分領域が同時に撮像される実施の形態も考えられる。撮像装置は、対象物の複数の部分領域をそのようにして撮像している間に、それらの部分領域に関連する複数の信号、有利には電子信号を生成するように設計されている。センサ信号は、アナログ信号及び／又はディジタル信号であって良い。例えば、電子信号を各部分領域に関連付けることができる。従って電子信号を同時に生成することができるか、又は、時間的にずらして生成することができる。例えば、列スキャン又はラインスキャンを行っている間に、例えば試料においてまとまって一列に配置されている複数の部分領域に対応する一連の電子信号を生成することも可能である。更に、撮像装置は電子信号を処理及び／又は前処理するための１つ以上の信号処理装置、例えば１つ以上のフィルタ及び／又はアナログ・ディジタル変換器を含むことができる。
撮像装置はカメラチップを、例えばＣＣＤチップ及び／又はＣＭＯＳチップを含むことができる。有利には、撮像装置は無機撮像装置を含むことができる。撮像装置は複数のピクセルから成るマトリクスを含むことができる。本明細書において使用されているように、ピクセルは一般的に撮像装置の感光素子を表す。本明細書において使用されているように、「マトリクス」という用語は一般的に、空間内の複数のピクセルの配置構成を表し、この配置構成は直線的（１次元的）な配置構成であっても良いし、領域的（２次元的）な配置構成であっても良い。従って一般的に、マトリクスを有利には、１次元のマトリクス；２次元のマトリクスから成る群から選択することができる。最も有利には、マトリクスは行列の形で配置されている複数のピクセルを有している矩形のマトリクスである。撮像装置は、ＣＭＯＳチップ及びＣＣＤチップから成る群から選択されたチップを含むことができる。更に、色を分解するように撮像装置を適合させることができる。撮像装置をフルカラーのＣＣＤチップとすることができる。１つの有利な実施の形態においては、撮像装置をＲＧＢカメラ及び／又はＩＲカメラとすることができる。
検出器は更に少なくとも１つのビーム分割装置を含むことができる。照明源によって放射された照明光が、縦方向光学センサを通過する前に、縦方向光学センサを通過した後の、対象物から検出器へと伝播する光ビームから分離されるように、ビーム分割装置を適合させることができる。本明細書において使用されているように、ビーム分割装置は、照明装置によって放射された光ビームを２つ以上の光ビームに分割させ、光ビームを光軸の方向に、特に光軸の方向に平行な方向に偏向させるように適合されている装置である。ビーム分割装置を、半透鏡；特定のスペクトル範囲だけを反射させるミラー又は半透鏡、例えば赤外線スペクトル範囲にある光を反射させるミラー又は半透鏡；プリズム；ダイクロイックミラー；ビームスプリッタキューブから成る群から選択することができる。
上記において概要を述べたように、少なくとも１つのオプションとしてのビーム分割装置は、完全に又は部分的に、少なくとも１つのオプションとしての反射素子と同一であって良い。従って上記において概要を述べたように、ビーム分割装置は、照明光が異なる方向へと反射される少なくとも２つの異なる位置に調整されるように適合されている少なくとも１つの可動の反射素子であっても良いし、そのような反射素子を含んでいても良い。特に、少なくとも１つのビーム分割装置は、少なくとも１つの赤外線反射素子、とりわけ少なくとも１つの可動の赤外線反射素子であっても良いし、少なくとも１つの赤外線反射素子、とりわけ少なくとも１つの可動の赤外線反射素子を含んでいても良い。
少なくとも１つの反射素子を通過した場合、特に少なくとも１つの可動の反射素子を通過した場合、縦方向光学センサを通過した後の、対象物から検出器へと伝播する少なくとも１つの光ビームの位置及び／又は向きを、少なくとも実質的に変化させずに維持することができる。従って特に、可動の反射素子が移動されると、照明光の位置及び／又は向きがその可動の反射素子の移動によって変更されるが、それに対し、光ビームの位置及び／又は向きを可動の反射素子の移動から独立して少なくとも実質的に維持することができるように、少なくとも１つの可動の反射素子を適合させることができる。
縦方向センサ信号を更に光ビームの変調周波数に依存させることができる。特に、国際公開第２０１２／１１０９２４号に開示されているように、ＦｉＰ効果を光ビームの適切な変調に依存させても良いし、光ビームの適切な変調によって高めても良い。特に、少なくとも１つの縦方向光学センサが上述のＦｉＰ効果を提供する場合、縦方向光学センサのセンサ信号を、光ビームの変調周波数に依存させることができる。一例として、ＦＩＰ効果を、０．１Ｈｚ〜１０ｋＨｚまでの変調周波数に依存させることができる。
照明光の少なくとも１つの光学特性を周期的に変調させるように、照明源を適合させることができる。従って、光ビームを変調させて放射するように照明源を適合させることができる、及び／又は、照明光の少なくとも１つの光学特性を周期的に変調させるように適合させることができる付加的な変調装置を使用することができる。例えば、少なくとも１つの光学特性を照明光の振幅及び位相から成る群から選択することができる。変調を１つ以上の異なる目的のために、例えばＦｉＰ効果を高める及び／又は実現するために、及び／又は、特定の変調周波数で放射を行う１つ以上の照明源を識別するために使用することができる。後者の目的は、異なる変調周波数で変調された２つ以上の異なる光ビームを区別するために使用することができる。更なる詳細については、２０１３年６月１３日に出願された、欧州特許出願第１３１７１９００．７号を参照されたい。
異なる光学特性を有している少なくとも２つの光ビームを送出するように照明源は適合されている。例えば、少なくとも２つの光ビームは異なるスペクトル特性を有することができる。例えば、光ビームのスペクトル特性は、光ビームの一部の色及び／又は偏光であって良い。有利には、少なくとも２つの光ビームは異なる変調周波数で変調される。
有利には、異なる変調周波数で縦方向センサ信号を復調することによって、周波数解析を実行するように評価装置を適合させることができる。照明源によって送出された光ビームの変調及び評価装置による縦方向センサ信号の復調を、有利には変調周波数の同一のセットで実行することができる。このために、評価装置は１つ以上の復調装置を含むことができ、例えば１つ以上の周波数混合装置、１つ以上の周波数フィルタ、例えば１つ以上のローパスフィルタ又は１つ以上のロックインアンプ及び／又はフーリエアナライザを含むことができる。有利には、周波数の所定の範囲及び／又は調整可能な範囲にわたる離散フーリエ解析又は連続フーリエ解析を実行するように、評価装置を適合させることができる。
評価装置は１つ以上の電子コンポーネントを含むことができ、例えば１つ以上の周波数混合装置及び／又は１つ以上のフィルタ、例えば１つ以上のバンドパスフィルタ及び／又は１つ以上のローパスフィルタを含むことができる。従って一例として、評価装置は周波数解析を実行するために、少なくとも１つのロックインアンプ、又は有利には、ロックインアンプのセットを含むことができる。つまり一例として、変調周波数のセットが設けられている場合、評価装置は、それらの変調周波数のセットの各変調周波数に対して別個のロックインアンプを含んでいても良いし、２つ以上の変調周波数に関して、例えば連続的に又は同時に、周波数解析を実行するように適合されている１つ以上のロックインアンプを含んでいても良い。このタイプのロックインアンプは、当該技術分野においては公知である。
光ビームによるセンサ領域の照明の幾何学と、検出器に関する対象物の相対的な位置決めとの間の少なくとも１つの所定の関係性から、対象物の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するように、評価装置を設計することができる。光ビームによるセンサ領域の照明の幾何学と、検出器に関する対象物の相対的な位置決めとの間の所定の関係性は、照明の既知の出力を考慮することができる。既知の関係性を、アルゴリズム及び／又は１つ以上の較正曲線として評価装置に記憶することができる。一例として、特にガウスビームに関して、ビーム直径又はビームウェストと対象物の位置との間の関係性を、ビームウェストと縦方向座標との間のガウス関係（Ｇａｕｓｓｉａｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）を使用して容易に導出することができる。光ビームによるセンサ領域の照明の幾何学と、検出器に関する対象物の相対的な位置決めとの間の所定の関係性は、照明を変調させる際に用いられる変調周波数を考慮することができる。
検出器は少なくとも１つの光学装置を含むことができ、光学装置は照明光及び光ビームのうちの少なくとも一方にフォーカシング効果又はデフォーカシング効果のうちの一方又は両方を及ぼす少なくとも１つの素子を含んでいる。光学装置は伝送装置とも称される。少なくとも１つの光学装置を、以下の位置、即ち、
・照明源と、縦方向光学センサと、の間のビーム路内；
・縦方向光学センサと、対象物と、の間のビーム路内；
・対象物から検出器へと伝播する光ビームが、光学装置を通過する前且つ撮像装置に入射する前に縦方向光学センサを通過するように適合されている、撮像装置と、縦方向光学センサと、の間のビーム路内；
のうちの１つ以上の位置に完全に又は部分的に配置することができる。本明細書において使用されているように、「ビーム路」という用語は光ビームが伝播する経路を表す。光学装置は、フォーカシングレンズ；デフォーカシングレンズ；カメラレンズ；曲面鏡；絞りから成る群から選択された少なくとも１つの素子を含むことができる。
照明光を、少なくとも部分的に、検出器の光軸に実質的に平行に伝播させることができる。本明細書において使用されているように、「実質的に平行」という語句は、光軸から最大で±２０°、有利には最大で±１０°、より有利には最大で±５°しか偏差しないビーム軸を表す。縦方向光学センサ、照明源、及び、オプションとしての撮像装置は、検出器の光軸に関して同軸に配置されている。
従来技術から公知の検出器においては、照明源、縦方向光学センサ、及び、オプションとしての撮像装置から成る群から選択されたコンポーネントのうちの１つ以上は、装置の不透明性に起因して、縦方向光学センサの光軸によって規定される光軸からずらされなければならない。縦方向光学センサ、照明源、及び、オプションとしての撮像装置の提案される位置合わせは、検出器をより小型にすることができ、従って従来技術から公知の検出器に比べて廉価にすることができることから有利である。
更に、照明源、撮像装置及び縦方向光学センサから成る群から選択されたコンポーネントのずれによって、対象物は縦方向光学センサによって規定される光軸とは異なる光軸に沿って伝播する照明源からの光によって照明されるため、従って視差の問題が生じると考えられる。また縦方向センサ及びオプションとしての撮像検出器によって、異なる視線に沿って対象物が観測されると考えられる。それとは異なり、縦方向光学検出器の透明性に起因して、縦方向光学センサの光軸によって規定される１つの共通の光軸上での、照明源、縦方向光学センサ、及び、オプションとしての撮像装置の提案される置合わせが可能となる。照明源から伝播する光は少なくとも１つの対象物を照明することができ、また共通の光軸上で縦方向光学センサ及び撮像装置に入射することができる。従って、対象物は１つの視線上で観測されるので、視差の問題は発生しない。
更に、従来技術から公知の装置においては、縦方向光学センサの光軸によって規定される光軸からの照明源のずれに起因して、影、即ち照明源によって照明はされないが、縦方向光学センサによって検出可能な領域が生じる可能性がある。照明源及び縦方向光学センサ、またオプションとしての撮像装置の共通の光軸上での提案される位置合わせによって、特に照明源によって照明される領域と縦方向光学センサによって検出可能な領域とがほぼ一致し、とりわけ厳密に一致するので、影の発生を阻止することができる。
縦方向光学センサは少なくとも１つの半導体検出器を含むことができる。複数の縦方向光学センサが設けられている場合、複数ある縦方向光学センサのうちの１つ以上の縦方向光学センサは、有利には、少なくとも１つの有機半導体検出器及び／又は少なくとも１つの無機半導体検出器であっても良いし、少なくとも１つの有機半導体検出器及び／又は少なくとも１つの無機半導体検出器を含んでいても良い。最も有利には、半導体検出器を少なくとも１種の有機材料を含んでいる有機半導体検出器とすることができる。更に、その他の実施の形態も考えられる。従って、１つ以上の有機半導体検出器及び／又は１つ以上の無機半導体検出器の組み合わせが考えられる。有利には、半導体検出器を、有機太陽電池、色素太陽電池、色素増感太陽電池、固体色素太陽電池、固体色素増感太陽電池から成る群から選択することができる。
１つの有利な実施の形態においては、照明源、１つのレンズ及び／又はレンズシステム及び縦方向光学センサ及び／又は複数の縦方向光学センサから成るスタックを１つの軸上に配置することができる。この位置合わせによって、検出器を小型且つ廉価にすることができる。照明源から対象物へと伝播する光は縦方向光学センサに入射し、且つその縦方向学センサを通過することができる。縦方向光学センサは縦方向センサ信号を生成することができる。続いて、光を対象物によって反射させることができ、その後、光は縦方向光学センサに再び入射する。縦方向光センサ信号は、対象物から縦方向光学センサへと伝播する入射光に起因して変化すると考えられる。縦方向センサ信号におけるこの変化によって、少なくとも１つの対象物の位置を求めることができる。
１つの別の有利な実施の形態においては、少なくとも１つの対象物の位置を求めることと、画像を記録すること、例えばカラービデオを記録すること、とを同時に行うために、縦方向光学センサを撮像装置の手前に、例えばＲＧＢカメラの手前に配置することができる。この実施の形態においては、撮像装置及び照明源が不透明であることから、照明源を、例えば焦点合わせされたＩＲランプを、共通の光軸からずらして配置されると考えられる。照明光をミラーによって共通の光軸へと伝送させることができ、この共通の光軸を、電磁スペクトルの赤外線範囲にある光を反射させるように構成することができ、またこの共通の光軸は、電磁スペクトルの可視範囲にある光に対して透光性である。電磁スペクトルの赤外線部分は、一般的に７８０ｎｍ〜１ｍｍまでのスペクトル範囲を表し、有利には７８０ｎｍ〜３．０μｍまでのスペクトル範囲を表す。電磁スペクトルの可視範囲は、一般的に３８０ｎｍ〜７８０ｎｍまでのスペクトル範囲を表し、有利には３８０ｎｍ〜６４０ｎｍまでのスペクトル範囲を表す。
１つの別の実施の形態においては、１つ以上の対象物の２つ以上の位置を求めるために検出器を使用することができる。それぞれが異なる変調周波数で変調されている種々の集光ビームを放射するように照明源を構成することができる。求められた縦方向センサ信号をフーリエ変換によって評価することができる。従って、同一の縦方向光学センサを用いて、フーリエ変換を使用することによって、対象物の照明されている各点及び／又は各領域の寄与率を求めることが可能である。
更に検出器を、特に縦方向光学センサにおいては、対象物のｘ座標及び／又はｙ座標を求めるように構成することができる。従って、上記において概要を述べたように、検出器は１つ以上の横方向光学センサを含むことができる。
本発明の別の態様においては、ユーザとマシンとの間で情報の少なくとも１つの項目を交換するためのヒューマンマシンインタフェースが明らかになる。ヒューマンマシンインタフェースシステムは、本発明による検出器を少なくとも１つ含んでおり、例えば、上述の実施の形態のうちの１つ以上又は以下の詳細な説明において開示する実施の形態のうちの１つ以上による検出器を少なくとも１つ含んでいる。ヒューマンマシンインタフェースは、検出器システムによってユーザの少なくとも１つの位置を求めるように設計されており、且つ、情報の少なくとも１つの項目を位置に割り当てるように設計されている。
本明細書において使用されているように、「ヒューマンマシンインタフェース」という用語は、一般的に、少なくとも１つのデータ処理装置を有しているマシンとユーザとの間で、情報の少なくとも１つの項目を、特に電子情報の少なくとも１つの項目を交換するように適合されている任意の装置又は装置の組み合わせを表す。情報の項目を、ユーザの身体の姿勢及び／又は移動によって生成することができる。情報の交換を、単方向及び／又は双方向で行うことができる。特に、ユーザが１つ以上のコマンドを機械読み取り可能な形式でマシンに供給するように、ヒューマンマシンインタフェースを適合させることができる。
本発明の別の態様においては、少なくとも１つのエンターテイメント機能を実行するためのエンターテイメントデバイスが明らかになる。エンターテイメントデバイスは、本発明によるヒューマンマシンインタフェースを少なくとも１つ含んでおり、例えば、上述の実施の形態のうちの１つ以上又は以下の詳細な説明において開示する実施の形態のうちの１つ以上によるヒューマンマシンインタフェースを少なくとも１つ含んでいる。エンターテイメントデバイスは、ヒューマンマシンインタフェースを用いたプレーヤによる、即ち娯楽を目的としてエンターテイメントデバイスを使用するユーザによる情報の少なくとも１つの項目の入力を可能にするように設計されており、エンターテイメントデバイスは、その情報に応じてエンターテイメント機能を変更するように設計されている。
本明細書において使用されているように、「エンターテイメントデバイス」は、一人以上のユーザ（以下では一人以上のプレーヤとも称する）のレクレーション及び／又は娯楽を目的として使用することができる装置である。一例として、エンターテイメントデバイスを、ゲーミングのために、有利にはコンピュータゲーミングのために使用することができる。付加的又は択一的に、エンターテイメントデバイスをその他の目的のためにも使用することができ、例えば、一般的にはエクササイズ、スポーツ、物理療法又はモーショントラッキングのためにも使用することができる。従って、エンターテイメントデバイスは、１つ以上のゲーミングソフトウェアプログラムを実行する、コンピュータ、コンピュータネットワーク又はコンピュータシステムに組み込まれていても良いし、コンピュータ、コンピュータネットワーク又はコンピュータシステムを含んでいても良い。
エンターテイメントデバイスは、本発明によるヒューマンマシンインタフェースを少なくとも１つ含んでおり、例えば、上述の実施の形態のうちの１つ以上及び／又は以下において開示する実施の形態のうちの１つ以上によるヒューマンマシンインタフェースを少なくとも１つ含んでいる。エンターテイメントデバイスは、ヒューマンマシンインタフェースを用いた、プレーヤによる情報の少なくとも１つの項目の入力を可能にするように設計されている。情報の少なくとも１つの項目を、エンターテイメントデバイスのコントローラ及び／又はコンピュータに伝送することができる、及び／又は、エンターテイメントデバイスのコントローラ及び／又はコンピュータは情報の少なくとも１つの項目を使用することができる。
情報の少なくとも１つの項目は、有利には、ゲームの進行に影響を及ぼすように適合されている少なくとも１つのコマンドを含んでいても良い。従って一例として、情報の少なくとも１つの項目は、プレーヤ及び／又はプレーヤの身体の１つ以上の部位の少なくとも１つの向きに関する情報の少なくとも１つの項目を含むことができ、それによって、プレーヤはゲーミングのために要求される特定のアクション及び／又は向き及び／又は位置をシミュレートすることができる。一例として、ダンス；ランニング；ジャンプ；ラケットのスイング；バットのスイング；クラブのスイング；対象物のその他の対象物に対する位置決め、例えばモデルガンのターゲットへの位置決め；を含む運動のうちの１つ以上をシミュレートすることができ、また、エンターテイメントデバイスのコントローラ及び／又はコンピュータに伝達させることができる。
一部又は全体としてのエンターテイメントデバイスは、有利にはコントローラ及び／又はエンターテイメントデバイスのコンピュータは、上記の情報に応じてエンターテイメント機能を変更するように設計されている。従って、上記において概要を述べたように、情報の少なくとも１つの項目に応じて、ゲームの進行に影響を及ぼすことができる。つまり、エンターテイメントデバイスは１つ以上のコントローラを含むことができ、このコントローラは、少なくとも１つの検出器の評価装置から独立していても良い、及び／又は、完全に又は部分的に少なくとも１つの評価装置と同一であっても良い、又はそれどころか少なくとも１つの評価装置を含んでいても良い。有利には、少なくとも１つのコントローラは、１つ以上のデータ処理装置を含むことができ、例えば１つ以上のコンピュータ及び／又はマイクロコントローラを含むことができる。
本発明の別の態様においては、可動の少なくとも１つの対象物の位置を追跡するためのトラッキングシステムが明らかになる。トラッキングシステムは、本発明による検出器を少なくとも１つ含んでおり、例えば、上述の実施の形態のうちの１つ以上又は以下の詳細な説明において開示する実施の形態のうちの１つ以上による検出器を少なくとも１つ含んでいる。トラッキングシステムは、更に、少なくとも１つのトラックコントローラを含んでいる。トラックコントローラは、特定の複数の時点において対象物の一連の位置を追跡するように適合されている。例えば、対象物の一連の位置を、データグループ又はデータペアを記録することによって追跡することができ、各データグループ又はデータペアは少なくとも１つの位置情報及び少なくとも１つの時間情報を含んでいる。一連の位置から対象物の移動を求めるように、トラックコントローラを適合させることができる。
本明細書において使用されているように、「トラッキングシステム」は、少なくとも１つの対象物及び／又は対象物の少なくとも一部の過去の一連の位置に関する情報を収集するように適合されている装置である。付加的に、少なくとも１つの対象物又は対象物の少なくとも一部の、予測される少なくとも１つの未来の位置及び／又は向きに関する情報を提供するように、トラッキングシステムを適合させることができる。トラッキングシステムは、少なくとも１つのトラックコントローラを有することができ、このトラックコントローラを、部分的又は完全に、電子デバイスとして、有利には少なくとも１つのデータ処理装置として、より有利には少なくとも１つのコンピュータ又はマイクロコントローラとして形成することができる。また、少なくとも１つのトラックコントローラは、完全に又は部分的に、少なくとも１つの評価装置を含んでいても良い、及び／又は、少なくとも１つの評価装置の一部であっても良い、及び／又は、完全に又は部分的に少なくとも１つの評価装置と同一であっても良い。
トラッキングシステムを、そのトラッキングシステム自体及び／又は１つ以上の別個の装置の１つ以上の動作を開始させるように適合させることができる。後者の目的に関して、トラッキングシステムは、有利にはトラックコントローラは、少なくとも１つの動作を開始させるための、１つ以上の無線式及び／又は有線式のインタフェース及び／又はその他のタイプの制御コネクションを有することができる。有利には、対象物の少なくとも１つの実際の位置に応じて少なくとも１つの動作を開始させるように、少なくとも１つのトラックコントローラを適合させることができる。一例として、対象物の未来の位置の予測；少なくとも１つの装置の対象物への位置決め；少なくとも１つの装置の検出器への位置決め；対象物の照明；検出器の照明；から成る群から動作を選択することができる。
トラッキングシステムの用途の一例として、第１の対象物及び／又は第２の対象物が移動するものであったとしても、少なくとも１つの第１の対象物を、少なくとも１つの第２の対象物に対して連続的に位置決めするために、トラッキングシステムを使用することができる。また考えられる幾つかの例を、工業的な用途に見出すことができ、例えば生産ライン又は組み立てラインでの生産時の、例えばロボティクスにおける用途に見出すことができる、及び／又は、たとえ物品が移動するものであったとしても、物品に対して連続的な作業を行うための用途に見出すことができる。付加的又は択一的に、トラッキングシステムを、照明の目的に使用することができ、例えば、対象物が移動するものであったとしても、照明源を対象物に対して連続的に位置決めすることによって、対象物を連続的に照明するために使用することができる。更なる用途を、通信システムに見出すことができ、例えばトランスミッタを移動する対象物に対して位置決めすることによって移動する対象物についての情報を連続的に伝送するための通信システムに見出すことができる。
本発明の別の態様においては、少なくとも１つの対象物を撮像するためのカメラが明らかになる。カメラは、本発明による検出器を少なくとも１つ含んでおり、例えば、上述の実施の形態のうちの１つ以上又は以下の詳細な説明において開示する実施の形態のうちの１つ以上による検出器を少なくとも１つ含んでいる。
従って、特に本発明による用途を写真撮影の分野に適用することができる。つまり、検出器を撮影装置の一部とすることができ、特にディジタルカメラの一部とすることができる。特に、検出器を３Ｄ写真撮影のために、特にディジタル３Ｄ写真撮影のために使用することができる。従って、検出器がディジタル３Ｄカメラを形成しても良いし、ディジタル３Ｄカメラの一部であっても良い。本明細書において使用されているように、「写真撮影」という用語は、一般的に、少なくとも１つの対象物の画像情報を取得する技術を表す。更に本明細書において使用されているように、「カメラ」とは、一般的に、写真撮影を実施するように適合されている装置を表す。更に本明細書において使用されているように、「ディジタル写真撮影」という用語は、一般的に、照明の強度及び／又は色を表す電気信号を、有利にはディジタル電気信号を生成するように適合されている複数の感光素子を使用することによって、少なくとも１つの対象物の画像情報を取得する技術を表す。更に本明細書において使用されているように、「３Ｄ写真撮影」という用語は、一般的に、３つの空間次元において少なくとも１つの対象物の画像情報を取得する技術を表す。従って、３Ｄカメラは３Ｄ写真撮影を実施するように適合されている装置を表す。カメラを、一般的に、単一の画像を取得するように、例えば単一の３Ｄ画像を取得するように適合させても良いし、複数の画像を取得するように、例えば一連の画像を取得するように適合させても良い。従ってカメラは、ビデオの用途に適合されている、例えばディジタルビデオシーケンスを取得するように適合されているビデオカメラであっても良い。
従って一般的に、本発明は更に、少なくとも１つの対象物を撮像するためのカメラを表し、特にディジタルカメラを、とりわけ３Ｄカメラ又はディジタル３Ｄカメラを表す。上記において概要を述べたように、「撮像」という用語は、本明細書において使用されているように、一般的に少なくとも１つの対象物の画像情報の取得を表す。カメラは、本発明による検出器を少なくとも１つ含んでいる。上記において概要を述べたように、カメラを、単一の画像を取得するように適合させても良いし、複数の画像を、例えば画像シーケンスを、有利にはディジタルビデオシーケンスを取得するように適合させても良い。従って一例として、カメラはビデオカメラであっても良いし、ビデオカメラを含んでいても良い。後者の場合には、カメラは有利には画像シーケンスを記憶するためのデータメモリを含んでいる。
本発明において使用されているように、「位置」という表現は、一般的に、対象物の１つ以上の点の絶対位置及び配向のうちの１つ以上に関する情報の少なくとも１つの項目を表す。従って、特に位置を検出器の座標系において、例えばデカルト座標系において求めることができる。しかしながら、付加的又は択一的に、その他のタイプの座標系、例えば極座標系及び／又は球面座標系を使用しても良い。
本発明の別の態様においては、少なくとも１つの対象物の位置を求めるための方法が明らかになり、特に少なくとも１つの対象物の位置を求めるための方法が明らかになる。本方法は、記載の順序で、又はそれとは異なる順序で実行することができる以下の複数の方法ステップを備えている。更に、本方法のステップのうちの２つ又はそれ以上の数のステップを、若しくはそれどころか全てのステップを同時に実行することができる、及び／又は、時間的に重畳するように実行することができる。更に、方法ステップのうちの１つ、２つ又はそれ以上の数のステップを、若しくはそれどころか全てのステップを繰り返し実行することもできる。更に本方法は、付加的な方法ステップを備えていても良い。本方法は、以下の複数のステップを備えている：
・少なくとも１つのセンサ領域を有しており、且つ、少なくとも部分的に透過性であり、且つ、照明の総出力が等しい場合にはセンサ領域における光ビームのビーム横断面に依存する少なくとも１つの縦方向センサ信号を、対象物から検出器へと伝播する少なくとも１つの光ビームによるセンサ領域の照明に依存して生成する、検出器の少なくとも１つの縦方向光学センサを使用するステップ；
・少なくとも１つの照明源を使用して、縦方向光学センサを通過した照明光によって対象物を照明するステップ；
・少なくとも１つの評価装置を使用して縦方向センサ信号を評価することによって、対象物の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するステップ。
本方法を有利には、本発明による検出器を使用して、例えば、上述の実施の形態のうちの１つ以上又は以下の詳細な説明において開示する実施の形態のうちの１つ以上による検出器を使用して実施することができる。従って、本方法の定義及び考えられる実施の形態については、上記の検出器を参照されたい。更に、その他の実施の形態も考えられる。
上記の生成ステップにおいては、縦方向位置に関する情報の項目を、照明源の入力信号を考慮することによって生成することができる。照明光を照明源から対象物へと伝播させることができ、またその経路上で、照明源に対向している縦方向光学検出器の一方の側に入射させることができる。縦方向検出器は、照明源の入力信号を表す入射照明光の出力に依存する縦方向センサ信号を生成することができる。照明光は縦方向光学センサを通過することができ、また少なくとも１つの対象物を照明することができる。対象物は照明光を反射させることができる。反射された光を、縦方向光学センサへと戻るように伝播させることができ、またその経路上で、対象物に対向している縦方向光学検出器の他方の側に入射させることができる。縦方向検出器は、入射する反射光の出力に依存する縦方向センサ信号を生成することができる。対象物の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を縦方向センサ信号から生成することができる。これに関して、照明源の入力信号を、縦方向センサ信号から減じることができる。
本発明の１つの別の態様においては、本発明による検出器、例えば上記の実施の形態のうちの１つ以上及び／又は以下の詳細な説明において開示される実施の形態の１つ以上による検出器の使用が明らかになり、この使用は、以下の用途から成る群から選択された使用を目的としている。つまり、交通技術における位置測定；エンターテイメントの用途；セキュリティに関連する用途；ヒューマンマシンインタフェースの用途；トラッキングの用途；写真撮影の用途；少なくとも１つ空間のマップ、例えば、部屋、建物及び道路から成る群から選択された少なくとも１つの空間のマップを作製するためのマッピングの用途；少なくとも１回の飛行時間測定との組み合わせにおける使用から成る群から選択された使用を目的としている。
従って一般的に、本発明による検出器を種々の使用分野に適用することができる。特に、検出器を以下の用途から成る群から選択された使用を目的として適用することができる。つまり、交通技術における位置測定；エンターテイメントの用途；セキュリティに関連する用途；ヒューマンマシンインタフェースの用途；トラッキングの用途；写真撮影の用途；少なくとも１つ空間のマップ、例えば、部屋、建物及び道路から成る群から選択された少なくとも１つの空間のマップを作製するためのマッピングの用途；モバイルの用途；光学ヘッドマウントディスプレイ；ウェブカム；オーティオデバイス；ドルビーサラウンドオーディオシステム；コンピュータ周辺装置；ゲーミングの用途；カメラ又はビデオの用途；安全性に関連する用途；監視の用途；自動車の用途；輸送の用途；医療の用途；スポーツの用途；マシンビジョンの用途；自動車の用途；飛行機の用途；船舶の用途：宇宙船の用途；建物の用途；建築の用途；地図作製の用途；製造の用途；少なくとも１つの飛行時間検出器との組み合わせにおける使用から成る群から選択された使用を目的として、検出器を適用することができる。付加的又は択一的に、ローカルポジショニングシステム及び／又はグローバルポジショニングシステムにおける用途も挙げることができ、特に、ランドマークを基礎とする位置決め及び／又はインドアナビゲーション及び／又はアウトドアナビゲーション、特に、自動車又はその他の乗り物（例えば、列車、オートバイ、自転車、貨物輸送のトラック）、ロボット又は歩行者による使用のための、ランドマークを基礎とする位置決め及び／又はインドアナビゲーション及び／又はアウトドアナビゲーションを挙げることができる。更に、考えられる用途として、例えば家庭内の用途及び／又は製造技術において使用されるロボットのための用途として、屋内測位システムが挙げられる。
更に、本発明による検出器を、自動ドア開閉装置、いわゆるスマートスライディングドア（ｓｍａｒｔ ｓｌｉｄｉｎｇ ｄｏｏｒ）に使用することができる。そのようなスマートスライディングドアは、Ｊｉｅ−Ｃｉ Ｙａｎｇ等のＳｅｎｓｏｒｓ ２０１３，１３（５），５９２３〜５９３６；ｄｏｉ：１０．３３９０／ｓ１３０５０５９２３に開示されている。人間又は物体がドアに接近した際に、少なくとも１つの本発明による検出器をその検出に使用して、ドアを自動的に開放させることができる。
上記において概要を述べたように、更なる用途として、グローバルポジショニングシステム、ローカルポジショニングシステム、インドナビゲーションシステム等が考えられる。従って本発明による装置を、即ち、検出器、ヒューマンマシンインタフェース、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム又はカメラのうちの１つ以上を、特にローカルポジショニングシステム又はグローバルポジショニングシステムの一部とすることができる。付加的又は択一的に、装置は可視光通信システムの一部であっても良い。その他の使用も考えられる。
更に本発明による装置を、即ち、検出器、ヒューマンマシンインタフェース、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム又はカメラのうちの１つ以上を、特にローカルポジショニングシステム又はグローバルポジショニングシステムと組み合わせて、例えばインドナビゲーションシステム又はアウトドアナビゲーションのためのローカルポジショニングシステム又はグローバルポジショニングシステムと組み合わせて使用することができる。一例として、１つ以上の本発明による装置を、ソフトウェアとデータベースが組み合わされたもの、例えばＧｏｏｇｌｅ Ｍａｐｓ（Ｒ）又はＧｏｏｇｌｅ Ｓｔｒｅｅｔ Ｖｉｅｗ（Ｒ）と組み合わせても良い。更に、周囲に存在しており、且つその位置をデータベースにおいて発見することができる対象物までの距離を解析するために、本発明による装置を使用することができる。既知の対象物の位置までの距離から、ユーザの局所的な位置又は大域的な位置を計算することができる。
従って、国際公開第２０１２／１１０９２４号又は２０１２年１２月１９日に出願された米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号、２０１３年１月８日に出願された米国仮出願特許第６１／７４９，９６４号、２０１３年８月１９日に出願された米国仮出願特許第６１／８６７，１６９号、及び、２０１３年１２月１８日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０６１０９５に開示されている光学検出器及び装置に関して、本発明による検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインタフェース、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム又はカメラ（以下では単に「本発明による装置」と記す）を、複数の用途を目的として、例えば以下の詳細な説明において開示する用途のうちの１つ以上の用途を目的として使用することができる。
従って、先ず、本発明による装置を、携帯電話、タブレットコンピュータ、ウェアラブルコンピュータ、ラップトップ、スマートパネル又はその他の据え置きコンピュータ又はモバイルコンピュータ、若しくは、通信の用途に使用することができる。従って、本発明による装置を性能向上のために、少なくとも１つの能動的な光源、例えば可視スペクトル範囲又は赤外線スペクトル範囲にある光を放射する光源と組み合わせることができる。つまり一例として、本発明による装置を、例えば周囲環境、物体及び生体をスキャンするためのモバイルソフトウェアと組み合わせて、カメラ及び／又はセンサとして使用することができる。それどころか、撮像効果を高めるために、本発明による装置を２Ｄカメラと、例えば慣例のカメラと組み合わせることができる。更に、本発明による装置を、監視及び／又は記録を目的として、又は、モバイル装置を制御するための入力装置として、特に、音声及び／又はジェスチャ認識及び／又は視線認識と組み合わせて使用することができる。従って、特に入力装置とも称されるヒューマンマシンインタフェースとして機能する本発明による装置を、モバイルの用途において、例えば、モバイル装置を介して、例えば携帯電話を介してその他の電子装置又は電子コンポーネントを制御するために使用することができる。一例として、本発明による装置を少なくとも１つ含んでいるモバイルの用途を、テレビ受像機、ゲームコンソール、音楽プレーヤ又は音楽装置又はその他のエンターテイメントデバイスを制御するために使用することができる。
更に、本発明による装置を、ウェブカム又はコンピューティング用途のためのその他の周辺装置において使用することができる。従って一例として、本発明による装置を、撮像、記録、監視、スキャン又はモーション検出のためのソフトウェアと組み合わせて使用することができる。ヒューマンマシンインタフェース及び／又はエンターテイメントデバイスのコンテキストにおいて概要を述べたように、本発明による装置は、特に、顔を用いた表現及び／又は身体を用いた表現によるコマンド入力に対して有用である。本発明による装置を、その他の入力生成装置、例えばマウス、キーボード、タッチパッド、マイクロフォン、アイトラッカ等と組み合わせることができる。更に、本発明による装置を、ヴァーチャルトレーニングの用途及び／又はビデオカンファレンスの用途において使用することができる。
更に、上記において一部説明したような、携帯型のオーディオデバイス、テレビ及びゲーミング装置において本発明による装置を使用することができる。特に、電子装置、エンターテイメントデバイス等のためのコントローラ又は制御装置として本発明による装置を使用することができる。更に、本発明による装置を、視線検出器又はアイトラッカ、例えば２Ｄ表示技術及び３Ｄ表示技術に使用することができ、特に透明のディスプレイを用いた、仮想現実及び／又は拡張現実の用途のために、及び／又は、ディスプレイを見ているか否か、及び／又は、どこからディスプレイを見ているかの識別のために使用することができる。
更に、本発明による装置を、例えばＤＳＣカメラのようなディジタルカメラにおいて使用しても良いし、ディジタルカメラとして使用しても良い、及び／又は、ＳＬＲカメラのようなレフレックスカメラにおいて使用しても良いし、レフレックスカメラとして使用しても良い。それらの用途については、上記において説明したようなモバイルの用途、例えば携帯電話及び／又はスマートフォンにおける本発明による装置の使用を参照されたい。
更に、本発明による装置を、セキュリティの用途又は監視の用途に使用することができる。従って一例として、少なくとも１つの本発明による装置を、（例えば銀行又は博物館における監視の用途に関して）物体が所定の領域内に入ると、又は物体が所定の領域から出ると信号を出力する、１つ以上のディジタル式及び／又はアナログ式の電気機器と組み合わせることができる。特に、本発明による装置を光学的な暗号化のために使用することができる。少なくとも１つの本発明による装置を使用する検出を、例えばＩＲ、Ｘ線、ＵＶ−ＶＩＳのような波長を補完するその他の検出装置、レーダ又は超音波検出器と組み合わせることができる。更に、本発明による装置を少なくとも１つの能動的な赤外線光源及び／又は少なくとも１つの能動的な構造化光源と組み合わせて、低照度の周辺環境での検出を実現することができる。
更に、本発明による検出器の使用により３Ｄ検出が容易且つ正確になっているので、一般的に、顔、身体及び人間の認識及び識別のために本発明による装置を使用することができる。その際、本発明による装置を、パスワード、指紋、虹彩検出、音声認識又はその他の手段のような識別又はパーソナライゼーションを目的としたその他の検出手段と組み合わせても良い。従って、一般的に、本発明による装置を、セキュリティ装置及びその他のパーソナライズされた用途に使用することができる。
更に、本発明による装置を、製品の識別のための３Ｄバーコードリーダとして使用することができる。
上述のようなセキュリティの用途及び監視の用途以外に、一般的に、空間及び領域の監視及びモニタリングに本発明による装置を使用することができる。従って、本発明による装置を、空間及び領域の監視及びモニタリングのために使用することができ、また一例として、禁止区域への侵入が確認された際の警告の発信又は実行のために使用することができる。つまり一般的に、本発明による装置を、建物又は博物館における管理を目的として使用することができ、オプションとして、その他のタイプのセンサと組み合わせて使用することができ、例えば、モーションセンサ又は熱センサと組み合わせて、また、イメージインテンシファイア又はイメージエンハンスメント装置及び／又は光電子増倍管と組み合わせて使用することができる。
更に、本発明による装置を有利には、カメラの用途、例えばビデオ及びカムコーダの用途に適用することができる。従って、本発明による装置をモーションキャプチャ及び３Ｄ映画撮影に使用することができる。その最、本発明による装置は一般的に従来の光学検出器を上回る多数の利点を提供する。従って本発明による装置では、一般的に光学コンポーネントに関して必要とされる複雑性は低くて済む。つまり一例として、例えばレンズを１つだけしか有していない本発明による装置が提供されることによって、レンズの数を従来の光学装置に比べて低減することができる。複雑性が低いことに基づき、例えばモバイルの用途のための、非常に小型の装置が実現される。高品質のレンズを２つ以上有している従来の光学システムの体積は、一般的に、例えば体積の大きいビームスプリッタが一般的に必要とされることから大きい。モーションキャプチャのための本発明による装置の考えられる用途における更なる利点として、絶対的な３Ｄ情報を取得できることから、種々のカメラを単純に組み合わせて１つのシーンをカバーすることが挙げられる。これによって、２つ以上の３Ｄカメラを用いて記録された複数のシーンを単純に統合することができる。更に、本発明による装置を一般的にフォーカス／オートフォーカス装置に、例えばオートフォーカスカメラに使用することができる。更に、本発明による装置を光学顕微鏡において、特に共焦顕微鏡において使用することができる。
更に、本発明による装置を一般的に自動車技術及び輸送技術の技術分野において適用することができる。従って一例として、本発明による装置を距離センサ及び監視センサとして、例えばアダプティブクルーズコントロール、非常ブレーキアシスト、車線逸脱監視装置、サラウンドビュー、死角検出、後退時支援及びその他の自動車交通の用途に使用することができる。更に、本発明による装置を、例えば本発明による検出器を使用することによって取得された位置情報の一次時間微分及び二次時間微分を解析することによって、速度測定及び／又は加速度測定に使用することもできる。この特徴を、一般的に、自動車技術、輸送技術又は一般的な交通技術に適用することができる。その他の技術分野における用途も考えられる。屋内測位システムにおける特定の用途として、交通機関における乗客の位置検出が考えられ、特には、エアバッグのようなセーフティシステムの使用を電子的に制御するための、交通機関における乗客の位置検出が考えられる。その使用によって重大な損傷を引き起こすであろう位置に乗客がいる場合、エアバッグの使用を阻止することができる。その他の技術分野における用途も考えられる。自動車システムにおける用途に関して、本発明による装置を、車両の１つ以上の電子制御ユニットに接続することができ、また本発明による装置は、コントローラエリアネットワーク等を介する更なるコネクションを実現することができる。自動車又はその他の複雑な用途における検査を目的として、特に、別のセンサ及び／又はアクチュエータとの組み合わせにおける使用に関して、ハードウェアインザループシミュレーションシステムにおける統合が考えられる。
それらの用途又はその他の用途においては、一般的に本発明による装置を、独立型の装置として使用しても良いし、その他のセンサ装置と組み合わせて、例えば、レーダ装置及び／又は超音波装置と組み合わせて使用しても良い。特に、本発明による装置を自動運転及び安全性に関連する問題に関して使用することができる。更に、それらの用途においては、音波センサであるレーダセンサ、赤外線センサ、２次元カメラ又はその他のタイプのセンサと組み合わせて本発明による装置を使用することができる。本発明による装置を、特に、認識ソフトウェアと組み合わせて、例えば標準的な画像認識ソフトウェアと組み合わせて使用することができる。つまり、本発明による装置によって提供されるような信号及びデータは、一般的に容易に処理することができるので、従って一般的に、計算能力に対する要求は、確立された立体視システム、例えばＬＩＤＡＲよりも低い。空間に関する要求が低いことから、本発明による装置を、例えばカメラを、乗り物における実質的に任意の場所に、例えば窓、フロントボンネット、バンパ、ライト、ミラー又はその他の場所等に設けることができる。例えば乗り物の自動操縦を実現するために、又は、アクティブセーフティコンセプトの性能を向上させるために、本発明による種々の検出器を、例えば本明細書において開示した効果を基礎とする１つ以上の検出器を組み合わせても良い。従って、本発明による種々の装置を、本発明による１つ以上のその他の装置及び／又は従来のセンサと、例えばリアウィンドウ、サイドウィンド又はフロントウィンドウ等のガラスにおいて、若しくは、バンパ又はライトにおいて、組み合わせることができる。
本発明による少なくとも１つの装置、例えば本発明による少なくとも１つの検出器を、１つ以上の雨滴検出センサと組み合わせることも可能である。このことは、本発明による装置が一般的に、とりわけ豪雨の間は、従来のセンサ技術よりも、例えばレーダよりも有利であるという事実による。本発明による少なくとも１つの装置と、少なくとも１つの従来のセンシング技術との組み合わせ、例えばレーダとの組み合わせによって、天候条件に応じた複数の信号の正しい組み合わせを選択するソフトウェアを実現することができる。
更に、本発明による装置を一般的にブレーキアシスト及び／又はパーキングアシスト及び／又は速度測定に使用することができる。速度測定を乗り物に組み込んでも良いし、乗り物の外部において、例えば交通制御においてその他の車両の速度を測定するために使用しても良い。更に、本発明による装置を、駐車場において空駐車スペースを発見するために使用することができる。
更に、本発明による装置を医療システム及びスポーツの分野において使用することができる。つまり、上記において概要を述べたように、本発明による装置は小容量しか必要とせず、また、その他の装置に組み込むことができるので、医療技術の分野においては、医療用ロボットを、例えば内視鏡において使用するための医療用ロボットを用途として挙げることができる。特に、レンズを１つだけ有している本発明による装置を、医療用装置において、例えば内視鏡において３Ｄ情報を取得するために使用することができる。更に、動きを追跡及び解析できるようにするために、本発明による装置を、適切なモニタリングソフトウェアと組み合わせることができる。それらの用途は特に、例えば治療及び長距離診断及び遠隔医療において価値がある。更には、トモグラフィ又は放射線療法において患者の身体を位置決めするための用途、又は、疾患を発見するために手術前の患者の身体の形状を測定するための用途等も考えられる。
更に、本発明による装置を、例えばトレーニング、遠隔指示又は競争を目的として、スポーツ及び運動の分野に適用することができる。特に、本発明による装置を、ダンス、エアロビクス、フットボール、サッカー、バスケットボール、野球、クリケット、ホッケー、陸上競技、水泳、ポロ、ハンドボール、バレーボール、ラグビー、相撲、柔道、フェンシング、ボクシング等に適用することができる。本発明による装置を、スポーツ及び試合において、ボール、バット又は剣の位置及び運動等を検出するため、例えば、試合を監視するため、審判をサポートするため、又は、スポーツにおける特定の状況において判定を行うため、とりわけ自動的な判定を行うため、例えば、実際に得点又はゴールがあったか否の判定を行うために使用することができる。
更には、本発明による装置を、トレーニングを促すために、及び／又は、動きを検査及び修正するために、リハビリテーション及び理学療法に使用することができる。その際、本発明による装置を距離診断に適用することもできる。
更には、本発明による装置をマシンビジョンの分野に適用することができる。従って、１つ以上の本発明による装置を、例えば自動運転及び／又はロボットの作業のためのコントロールユニットとして使用することができる。移動するロボットと組み合わせることによって、本発明による装置は、自律的な移動及び／又は部品の欠陥の自律的な検出を実現することができる。例えばロボットと生産部品と生体との間での衝突のような事故を回避するために、本発明による装置を製造及び安全性の監視に使用することもできる。上記の事故は一例に過ぎず、従って、事故は衝突に限定されるものではない。ロボット工学においては、ロボットが人間を認識しなければ、人間に深刻な怪我を負わせる虞があることから、人間とロボットとの間での安全で直接的なインタラクションがしばしば問題になる。本発明による装置は、対象物及び人間の位置をより良好且つより高速に特定し、また安全なインタラクションを実現するために、ロボットを支援することができる。本発明による装置の１つの特別な利点として、信号干渉が発生する確率が低いことが挙げられる。従って、信号が干渉する危険が生じることなく、複数のセンサが同じ環境で同時に動作することができる。つまり、本発明による装置は一般的に、高度に自動化された生産環境においては、例えば、自動車産業、採鉱、鉄鋼産業等においては有用であると考えられる。上記の生産環境は一例に過ぎず、従って、生産環境はこれらに限定されるものではない。生産における品質管理に本発明による装置を使用することもでき、例えば、２Ｄ撮像センサ、レーダ、超音波センサ、ＩＲセンサ等のその他のセンサとの組み合わせにおいて、例えば品質制御又はその他の目的のために本発明による装置を使用することもできる。更に、表面品質の評価に本発明による装置を使用することができ、例えば、製品の表面平坦性を検査するため、又は、数マイクロメートルの範囲から数メートルの範囲までの特定の寸法の遵守を検査するために本発明による装置を使用することができる。その他の品質制御に関する用途も考えられる。製造環境においては、本発明による装置は特に、大量の廃棄物を回避するために、複雑な３次元構造を有している天然物、例えば食品又は木材の処理にとって有用である。更に、本発明による装置をタンク、サイロ等の充填レベルを監視するために使用することができる。
更に、本発明による装置を、投票、飛行機、船舶、宇宙船及びその他の交通の用途において使用することができる。従って、交通の用途のコンテキストにおいては、上述の用途以外にも、航空機、乗り物等のためのトラッキングシステムを用途として挙げることができる。少なくとも１つの本発明による装置を、例えば少なくとも１つの本発明による検出器を、移動する対象物の速度及び／又は方向を監視するために使用することも考えられる。とりわけ、陸、海、また宇宙空間も含めた空における、高速に移動する対象物のトラッキングも用途として挙げることができる。本発明による少なくとも１つの装置を、例えば本発明による少なくとも１つの検出器を、特に、据置の装置及び／又は可動の装置に取り付けることができる。少なくとも１つの本発明による装置の出力信号を、例えば、その他の対象物の自律移動又は誘導移動のためのガイドメカニズムと組み合わせることができる。従って、衝突を回避するための用途又は追跡している対象物と操縦している対象物とを衝突させるための用途も考えられる。本発明による装置は一般的に、必要とされる計算能力が低いことに基づき、また検出システムの即時的な応答に基づき、有用且つ有利である。本発明による装置は、例えば速度制御装置及び航空交通制御装置にとって特に有利であるが、本発明による装置はこれらの例に限定されるものではない。
本発明による装置を一般的に、港湾又は危険区域における船舶の誘導、また、離着陸時の航空機の誘導を含む種々の用途において使用することができる。その際、固定されている既知の能動的及び／又は受動的なターゲットを正確な誘導のために使用しても良い。そのような固定されている既知のアクティブなターゲットを、危険ではあるが明確に定義されたルートにおける車両の運転に、例えば採掘車両の運転に使用することができる。
更に、上記において概要を述べたように、本発明による装置を、ゲーミングの分野において使用することができる。従って、本発明による装置は、サイズ、色、形状等が同じであるか又は異なっている複数の対象物と共に使用することができ、例えば、移動をコンテンツに組み込むソフトウェアとの組み合わせにおいて移動検出のために使用することができる。特に、移動をグラフィック出力として実現する用途が考えられる。更には、例えばジェスチャ認識又は顔認識のために本発明による装置を１つ以上使用することによって、コマンドを入力するために本発明による装置を適用することが考えられる。本発明による装置を、例えば低照度での作業又は周囲条件の改善が必要とされるその他の状況下での作業のために、能動的なシステムと組み合わせることができる。付加的又は択一的に、１つ以上の本発明による装置と、１つ以上のＩＲ光源又はＶＩＳ光源との組み合わせも考えられる。特色、形状、その他の装置に対する相対位置、移動速度、光、装置における光源の変調に使用される周波数、表面特性、使用される材料、反射特性、透明度、吸収特性等をシステム及びそのソフトウェアによって容易に識別することができる特殊装置と、本発明による検出器を組み合わせることも可能である。上記の識別の対象は一例に過ぎず、従って、識別の対象はこれらに限定されるものではない。装置は、数ある可能性の中でも、スティック、ラケット、クラブ、銃、ナイフ、ホイール、リング、ハンドル、ボトル、ボール、グラス、花瓶、スプーン、フォーク、キューブ、ダイス、フィギュア、人形、テディ、ビーカ、ペダル、眼鏡、ヘルメット、スイッチ、グローブ、宝飾品、楽器又は楽器を演奏するための補助器具、例えば、ピック、ドラムスティック等に類似するものであって良い。その他のオプションも考えられる。
更に、本発明による装置を一般的に建築、建設及び地図作製の分野において使用することができる。従って一般的に、１つ以上の本発明による装置を周囲地域、例えば一地方又は建築物を測定及び／又は監視するために使用することができる。その際、１つ以上の本発明による装置を、その他の方法及び装置と組み合わせることができるか、又は、単に建設プロジェクトの進捗状況及び精度、変化する対象物、家屋等を監視するために使用することができる。本発明による装置を、スキャンされた周囲の３次元モデルの生成に使用して、地上又は空から見た、部屋、道路、家屋、コミュニティ又は風景のマップを作製することができる。考えられる適用分野として、建築、地図作製、不動産管理及び土地測量等が考えられる。
更に、１つ以上の本発明による装置を、対象物のスキャンに使用することができ、例えば、ＣＡＤ又は同様のソフトウェアと組み合わせて、例えば、付加製造（ＡＭ）及び／又は３Ｄプリンティングに使用することができる。その際、例えばｘ方向、ｙ方向又はｚ方向において、若しくは、それらの方向のいずれかの任意の組み合わせにおいて、例えば同時に、本発明による装置の高寸法精度を使用することができる。更に、本発明による装置を例えばパイプライン検査ゲージとして、検査及び保守に使用することができる。
上記において概要を述べたように、本発明による装置を更に、製造、品質制御又は識別の用途において使用することができ、例えば、製品識別又はサイズ識別（例えば、最適な場所又はパッケージを発見するため、廃棄量を削減するため等）に使用することができる。更に、本発明による装置をロジスティックスの用途に使用することができる。従って、コンテナ又は乗り物への最適な積荷又は荷詰めを行うために本発明による装置を使用することができる。更に、製造の分野において表面の損傷を監視又は制御するために、及び／又は、レンタルの対象物、例えばレンタルの車両を監視又は制御するために、及び／又は、保険の用途において例えば損傷を査定するために、本発明による装置を使用することができる。更に、材料、対象物又はツールのサイズを識別するために、例えば、特にロボットとの組み合わせにおいて最適な材料処理を行うために、及び／又は、製造プロセスにおける品質又は精度を保証するために、例えば、製品サイズ又は製品容積の精度若しくは製造されたレンズの光学的な精度を保証するために、本発明による装置を使用することができる。更に、生産におけるプロセス制御に、例えばタンクの充填レベルの観察に本発明による装置を使用することができる。更に、製品資産、例えばタンク、パイプ、反応器、ツール等の管理に本発明による装置を使用することができる。これらの製品資産は一例に過ぎず、従って、製品資産はこれらに限定されるものではない。更に、３Ｄ品質マークの解析に本発明による装置を使用することができる。更に、特注品、例えば歯のインレー、歯列矯正具、義肢、衣類等の製作に本発明による装置を使用することができる。本発明による装置を、ラピッドプロトタイピング、３Ｄコピー等のために、１つ以上の３Ｄプリンタと組み合わせることもできる。更に、１つ以上の物品の形状を検出するために本発明による装置を使用することができ、例えば、海賊品及び模造品を防止するために本発明による装置を使用することができる。
少なくとも１つの縦方向光学センサを含んでいる本発明による検出器、少なくとも１つの照明源及び少なくとも１つの評価装置を、更に、１つ以上のその他のタイプのセンサ又は検出器と組み合わせることができる。以下では、光ビームの格子密度に依存するセンサ信号を有している少なくとも１つの縦方向光学センサを含んでいる検出器をＦｉＰ検出器とも称する。従ってＦｉＰ検出器は、更に少なくとも１つの付加的な検出器を含むことができる。少なくとも１つのパラメータ、例えば周囲環境のパラメータ、例えば周囲環境の温度及び／又は輝度；検出器の位置及び／又は向きに関するパラメータ；検出すべき対象物の状態を規定するパラメータ、例えば対象物の位置、例えば空間内の対象物の絶対位置及び／又は対象物の向き、のうちの少なくとも１つのパラメータを検出するように、少なくとも１つの付加的な検出器を適合させることができる。従って一般的に、付加的な情報を取得するために、及び／又は、測定結果を検証するために、若しくは、測定エラー又は測定ノイズを低減するために、本発明の原理をその他の測定原理と組み合わせることができる。
特に、本発明によるＦｉＰ検出器は、更に、少なくとも１回の飛行時間測定を実行することによって、少なくとも１つの対象物と検出器との間の少なくとも１つの距離を検出するように適合されている、少なくとも１つの飛行時間（ＴｏＦ：ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ）検出器を含むことができる。本明細書において使用されているように、飛行時間測定は、一般的に、信号が２つの対象物間を伝播するために必要とする時間、又は、信号が２つの対象物間を往復するために必要とする時間を基礎とする測定を表す。このケースにおいて、信号は特に、音響信号又は電磁信号、例えば光信号のうちの１つ以上であって良い。従って、ＴｏＦ検出器は、飛行時間測定を実行するように適合されている検出器を表す。飛行測定時間は、種々の技術分野において、例えば市販の距離測定装置又は市販の流量計、例えば超音波流量計において広く知られている。またＴｏＦ検出器をＴｏＦカメラとして形成することができる。それらのタイプのカメラは、レンジ撮像カメラシステムとして市販されており、既知の光速に基づいて対象物間の距離を分解することができる。
現在入手可能なＴｏＦ検出器は、一般的に、パルス信号の使用を基礎としており、またオプションとして、１つ以上の光センサと、例えばＣＭＯＳセンサと組み合わされる。光センサによって生成されたセンサ信号を積分しても良い。積分を２つの異なる時点において開始することができる。２つの積分結果間の相対的な信号強度から距離を計算することができる。
更に、上記において概要を述べたように、ＴｏＦカメラは公知であり、またＴｏＦカメラを一般的に本発明のコンテキストにおいても使用することができる。それらのＴｏＦカメラは、複数の画素化光センサを含むことができる。しかしながら、各ピクセルは一般的に２回の積分を実施する必要があるので、ピクセル構造は一般的により複雑になり、また市販のＴｏＦカメラの解像度はむしろ低い（一般的には２００×２００ピクセル）。４０ｃｍを下回る距離及び数メートルを超える距離では一般的に検出を行うことが困難であるか、それどころか不可能となる。更には、１周期内の複数のパルスの相対的なシフトしか測定されないので、パルスの周期性によって距離は不明確になる。
一般的に、独立型の装置としてのＴｏＦ検出器は種々の短所及び技術的な問題に直面している。従って一般的に、パルスが過度に早く反射されるか、雨滴の後方の対象物が隠れるか、又は、部分反射では積分が誤った結果に繋がることから、ＴｏＦ検出器は、とりわけＴｏＦカメラは、光路内の雨及び他の透明な対象物の影響を受ける。更に、測定におけるエラーを回避するために、また、複数のパルスを明確に区別できるようにするために、ＴｏＦ測定に関しては低照度条件が有利である。明るい光、例えば明るい太陽光ではＴｏＦ測定が不可能になる場合がある。更には、反射されて戻ってきたパルスを、カメラが依然として検出できるようにするためにパルスは十分に明るくなくてはならないので、典型的なＴｏＦカメラのエネルギ消費量はむしろ高い。しかしながら、パルスの輝度は目又はその他のセンサにとって有害となり得るか、又は、２回以上のＴｏＦ測定が相互に干渉する場合には、そのパルスの輝度によって測定エラーが引き起こされる可能性がある。要約すると、現行のＴｏＦ検出器は、また特に現行のＴｏＦカメラは、例えば低解像度、距離測定における多義性、限定的な使用範囲、限定的な照度条件、光路における透明な対象物に対する感度、天候条件に対する感度及び高いエネルギ消費量等の種々の欠点を有している。それらの技術的な課題は、一般的に、日常の用途、例えば自動車における安全性に関連する用途、日常の使用のためのカメラ、又は、特にゲーミングの用途において使用するためのヒューマンマシンインタフェースに対する適性を低くする。
ＦｉＰ検出器との組み合わせにおいて、２つのシステムの利点及び性能を有益に組み合わせることができる。従って、ＦｉＰ検出器は、高照度条件において種々の利点を提供することができ、その一方でＴｏＦ検出器は一般的に、低照度条件においてより良好な結果を提供する。従って、組み合わされた装置は、即ちＦｉＰ検出を含んでおり、更には少なくとも１つのＴｏＦ検出器も含んでいる検出器は、２つのシステムを単独で用いる場合に比べて、照度条件に関して、より高い許容度を提供する。このことは特に、例えば自動車又はその他の乗り物における安全性に関連する用途にとって重要である。
特に、ＦｉＰ検出器を使用することによって実行された少なくとも１回の測定を補正するために、少なくとも１回のＴｏＦ測定を実行するように検出器を設計することができ、またそれとは反対に、少なくとも１回のＴｏＦ測定を補正するために、ＦｉＰ検出器を使用することによって少なくとも１回の測定を実行するように検出器を設計することができる。更に、ＴｏＦ測定の不明確性を、ＦｉＰ検出器の使用によって解消することができる。特に、ＴｏＦ測定を分析した結果、不正確である可能性が高い場合には、ＦｉＰ検出器を使用する測定をいつでも実行することができる。付加的又は択一的に、ＴｏＦ検出器の動作範囲を、ＴｏＦ測定の不正確性に起因して一般的には除外される領域にまで拡張するために、ＦｉＰ検出器を使用する測定を連続的に実行しても良い。付加的又は択一的に、より広範囲の距離測定領域を実現するために、ＦｉＰ検出器がより広い領域又は付加的な領域をカバーしても良い。更には、エネルギ消費量を抑えるために、又は目を保護するために、測定にとって重要な１つ以上の領域を求めるために、ＦｉＰ検出器を使用することができる。従って、１つ以上の関心領域を検出するようにＦｉＰ検出器を適合させることができる。付加的又は択一的に、検出器によって捕捉されたシーン内の１つ以上の対象物の粗い深度マップを求めるためにＦｉＰ検出器を使用しても良く、この場合、この粗い深度マップを、１回以上のＴｏＦ測定によって重要な領域に洗練することができる。更に、ＴｏＦ検出器を、例えばＴｏＦカメラを要求される距離領域に調整するために、ＦｉＰ検出器を使用することができる。これによって、例えばＴｏＦ測定において不明確性が発生する可能性を排除又は低減するために、ＴｏＦ測定の頻度及び／又はパルス長を事前に設定することができる。従って一般的に、ＴｏＦ検出器に関する、例えばＴｏＦカメラに関するオートフォーカスを提供するために、ＦｉＰ検出器を使用することができる。
上記において概要を述べたように、粗い深度マップをＦｉＰ検出器によって記録することができる。更に、検出器によって捕捉されたシーン内の１つ以上の対象物に関する深度情報又はｚ情報を含んでいる粗い深度マップを、１回以上のＴｏＦ測定によって洗練することができる。特に、重要な領域においてのみＴｏＦ測定を実施しても良い。付加的又は択一的に、ＴｏＦ検出器を調整するために、特にＴｏＦカメラを調整するために、粗い深度マップを使用しても良い。
更に、ＦｉＰ検出器を少なくとも１つのＴｏＦ検出器と組み合わせて使用することによって、検出されるべき対象物の性質に対するＴｏＦ検出器の感度、又は、検出器と検出されるべき対象物との間の光路内に存在する障害物又は媒体に対するＴｏＦ検出器の感度、例えば雨又は天候条件に対するＴｏＦ検出器の感度に関する上述の問題を解決することができる。ＴｏＦ信号から重要な情報を抽出するために、若しくは、透明又は半透明の種々の層を有する複雑な対象物を測定するために、組み合わされた測定を使用することができる。従って、ガラス、水晶、液体構造から成る対象物、相転移、液体運動等から成る対象物を観測することができる。更に、ＦｉＰ検出器と少なくとも１つのＴｏＦ検出器の組み合わせは、雨天においても依然として機能し、また検出器全体の天候条件への依存性は一般的に低くなる。一例として、ＦｉＰ検出器によって提供される測定結果を、雨によって誘発されるエラーをＴｏＦ測定結果から取り除くために使用することができる。このことは特に、上記の組み合わせを、例えば自動車又はその他の乗り物における安全性に関連する用途にとって有用なものとする。
少なくとも１つのＴｏＦ検出器の、本発明による検出器への導入を種々のやり方で実現することができる。従って、少なくとも１つのＦｉＰ検出器及び少なくとも１つのＴｏＦ検出器を、同一の光路内に連続的に配置しても良い。一例として、少なくとも１つの透過性の縦方向光学センサを、少なくとも１つのＴｏＦ検出器の手前に配置しても良い。付加的又は択一的に、ＦｉＰ検出器及びＴｏＦ検出器に対して、別個の光路又は分割された光路を使用しても良い。一例として、１つ以上のビーム分割素子によって、例えば上述のビーム分割素子又は以下の詳細な説明において列記するビーム分割素子のうちの１つ以上によって、光路を分割しても良い。一例として、波長選択素子によってビーム路を分割しても良い。従って、例えば、ＴｏＦ検出器は赤外線光を使用することができ、これに対し、ＦｉＰ検出器はそれとは異なる波長の光を使用することができる。この例では、波長選択ビーム分割素子を使用することによって、例えばホットミラーを使用することによって、ＴｏＦ検出器に対する赤外線光を分離させることができる。付加的又は択一的に、ＦｉＰ検出器による測定のために使用される光ビーム及びＴｏＦ測定のために使用される光ビームを、１つ以上のビーム分割素子によって、例えば１つ以上の半透鏡、ビームスプリッタキューブ、偏光ビームスプリッタ又はそれらの組み合わせによって分離させても良い。更に、別個の光路を使用して、少なくとも１つのＦｉＰ検出器及び少なくとも１つのＴｏＦ検出器を同一のデバイス内で相互に隣接させて配置しても良い。その他の種々の構造も考えられる。
基本的には、少なくとも１つのオプションとしてのＴｏＦ検出器を、本発明による光学検出器のいずれの実施の形態とも組み合わせることができる。特に、単一のＴｏＦ検出器又はＴｏＦカメラであって良い少なくとも１つのＴｏＦ検出器を、単一の光学センサ又は複数の光学センサ、例えばセンサスタックと組み合わせることができる。更に検出器は、１つ以上の撮像装置を含むこともでき、例えばＣＣＤチップ及び／又はＣＭＯＳチップのような１つ以上の無機撮像装置を、有利には１つ以上のフルカラーＣＣＤチップ又はフルカラーＣＭＯＳチップも含むことができる。付加的又は択一的に、検出器は更に１つ以上のサーモグラフィカメラを含むことができる。
上記において概要を述べたように、本発明による検出器並びに本発明において提案されているようなその他の装置の１つ以上の装置を、１つ以上のその他のタイプの測定装置と組み合わせることができる。従って、本発明による検出器を、１つ以上のその他のタイプのセンサ又は検出器と、例えば上述のＴｏＦ検出器と組み合わせることができる。本発明による光学検出器が１つ以上のその他のタイプのセンサ又は検出器と組み合わされる場合、本発明の少なくとも１つの検出器及び少なくとも１つの別のセンサ又は検出器は独立した装置として設計されていても良く、その場合、少なくとも１つの検出器は、少なくとも１つの別のセンサ又は検出器とは離隔されている。択一的に、検出器及び別のセンサ又は検出器を、完全に又は部分的に、単一の装置として統合しても良いし、単一の装置として設計しても良い。
従って、非制限的な例として、検出器は更にステレオカメラを含むことができる。本明細書において使用されているように、ステレオカメラは、少なくとも２つの異なる視点からシーン又は対象物の像を取得するように設計されているカメラである。従って検出器は、少なくとも１つの縦方向光学センサ、少なくとも１つの照明源及び少なくとも１つの評価装置を含むことができ、また更に、少なくとも１つのステレオカメラを含むことができる。少なくとも１つの縦方向光学センサ、少なくとも１つの照明源及び少なくとも１つの評価装置は組み合わされることによって１つの能動的な距離センサを形成することができ、この能動的な距離センサには、考えられる複数の実施の形態並びに上記において説明したようなオプションとしてのコンポーネント及び機能が含まれる。従って、本発明による検出器は少なくとも１つの能動的な距離センサ及び少なくとも１つのステレオカメラを含むことができる。
ステレオカメラは一般的に当業者には公知であるので、ステレオカメラの機能は当該技術分野において一般的に公知である。本発明による能動的な距離との組み合わせは付加的な距離情報を提供することができる。従って、ステレオカメラの情報の他に、ステレオカメラによって捕捉されるシーン内の少なくとも１つの対象物の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を提供するように、検出器を適合させることができる。ステレオカメラによって提供される情報を、例えばステレオカメラを使用して実行される三角測量の評価によって取得される距離情報を、能動的な距離センサを使用することによって較正及び／又は検証することができる。従って一例として、例えば三角測量を使用することによって、少なくとも１つの対象物の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの第１の項目を提供するためにステレオカメラを使用することができ、また少なくとも１つの対象物の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの第２の項目を提供するために能動的な距離センサを使用することができる。情報の第１の項目及び情報の第２の項目を使用して測定の精度を改善することができる。つまり情報の第１の項目を使用して情報の第２の項目を較正ことができるか、又は情報の第２の項目を使用して情報の第１の項目を較正することができる。従って、検出器は一例として、ステレオカメラ及び能動的な距離センサを有しているステレオカメラシステムを形成することができ、このステレオカメラシステムは、能動的な距離センサによって提供される情報を使用して、ステレオカメラによって提供される情報を較正するように適合されている。
従って、付加的又は択一的に、ステレオカメラによって提供された情報の第１の項目を修正するために、能動的な距離センサによって提供された情報の第２の項目を使用するように検出器を適合させても良い。付加的又は択一的に、ステレオカメラの光学的な歪みを修正するために、能動的な距離センサによって提供された情報の第２の項目を使用するように検出器を適合させても良い。更に、ステレオカメラによって提供されたステレオ情報を計算するように検出器を適合させても良く、また能動的な距離センサによって提供された情報の第２の項目を、ステレオ情報の計算速度を上げるために使用しても良い。
一例として、検出器によって捕捉されるシーン内の少なくとも１つの仮想の又は実際の対象物を、ステレオカメラを較正するために使用するように検出器を適合させることができる。一例として、１つ以上の対象物及び／又は領域及び／又は点を較正に使用することができる。一例として、能動的な距離センサを使用して少なくとも１つの対象物又は点の距離を求めることができ、また能動的な距離センサを使用して求められるこの距離を使用することによって、ステレオカメラによって提供される距離情報を較正することができる。例えば、能動的な距離センサの少なくとも１つの能動的な光点をステレオカメラのための較正点として使用することができる。一例として、能動的な光点をピクチャ内で自由に移動させることができる。
能動的な距離センサによって提供される情報を使用することによって、ステレオカメラを連続的又は非連続的に較正するように検出器を適合させても良い。従って一例として、較正を規則的な間隔で行うことができるか、連続的に行うことができるか、又は断続的に行うことができる。
更に、一般的なステレオカメラは対象物の距離に依存する測定エラー又は不確実性を示す。この測定エラーを、能動的な距離センサによって提供される情報と組み合わせることによって低減することができる。
ステレオカメラとその他のタイプの距離センサとの組み合わせは当該技術分野においては一般的に公知である。例えば、Ｄ．Ｓｃａｒａｍｕｚｚａ等のＩＥＥＥ／ＲＳＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｒｏｂｏｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００７年、ＩＲＯＳ ２００７、第４１６４〜４１６９頁には、自然の風景からの３Ｄレーザ測距器及びカメラの外因性の自己較正が開示されている。同様に、Ｄ．Ｋｌｉｍｅｎｔｊｅｗ等の２０１０ ＩＥＥＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｕｌｔｉｓｅｎｓｏｒ Ｆｕｓｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＭＦＩ）、第２３６〜２４１頁には、対象物を認識するための３Ｄレーザ測距器とカメラの多重センサ融合が開示されている。当業者であれば分かるように、当該技術分野においては公知であるこの構造におけるレーザ測距器を、それらの先行技術文献によって開示されている利点及び方法を変更することなく、本発明による少なくとも１つの能動的な距離センサによって単純に置換又は補完することができる。ステレオカメラの考えられる構造については、それらの従来技術の刊行物を参照されたい。更に、少なくとも１つのオプションとしてのステレオカメラのその他の構造及び実施の形態も考えられる。
上記の発明を要約すると、本発明においては以下の実施の形態が有利である。
実施の形態１：少なくとも１つの対象物の位置を求めるための検出器は、
・少なくとも１つの縦方向光学センサと、
・少なくとも１つの照明源と、
・少なくとも１つの評価装置と、を含んでおり、
縦方向光学センサは、少なくとも１つのセンサ領域を有しており、且つ、少なくとも部分的に透過性であり、且つ、対象物から検出器へと伝播する少なくとも１つの光ビームによるセンサ領域の照明に依存して少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計されており、縦方向センサ信号は、照明の総出力が等しい場合、センサ領域における光ビームのビーム横断面に依存しており、
照明源は、縦方向光学センサを通過した照明光でもって対象物を照明するように適合されており、
評価装置は、縦方向センサ信号を評価することによって、対象物の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するように設計されている。
実施の形態２：検出器は更に少なくとも１つの反射素子を含んでおり、反射素子は対象物の照明の前に照明光を反射させるように適合されている、実施の形態１に記載の検出器。
実施の形態３：反射素子は、照明光が異なる方向へと反射される少なくとも２つの異なる位置に調整されるように適合されている少なくとも１つの可動の反射素子を含んでいる、実施の形態２に記載の検出器。
実施の形態４：少なくとも１つの可動の反射素子は、空間内の少なくとも１つの走査領域にわたり照明光による走査を実行するように適合されている、実施の形態３に記載の検出器。
実施の形態５：少なくとも１つの可動の反射素子は少なくとも１つの可動のミラーを含んでいる、実施の形態３又は４に記載の検出器。
実施の形態６：少なくとも１つの可動の反射素子は、複数の可動のミラーから成る少なくとも１つのアレイ、特に複数のマイクロミラーから成る少なくとも１つのアレイ、とりわけＤＬＰ（Ｒ）を含んでいる、実施の形態３から５のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態７：反射素子は、赤外線スペクトル範囲にある光を反射させるように適合されており、可視スペクトル範囲にある光は透過される、実施の形態２から６のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態８：反射素子は、ミラー；半透鏡；特定のスペクトル範囲だけを反射させるミラー又は半透鏡、例えば赤外線スペクトル範囲にある光を反射させるミラー又は半透鏡；プリズム；ダイクロイックミラー；ビームスプリッタキューブから成る群から選択されている、実施の形態２から７のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態９：検出器は更に少なくとも１つの撮像装置を含んでおり、撮像装置は、対象物から検出器へと伝播する光ビームが、撮像装置に入射する前に縦方向光学センサを通過するように適合されている、実施の形態１から８のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態１０：撮像装置はカメラチップを含んでいる、実施の形態９に記載の検出器。
実施の形態１１：撮像装置は無機撮像装置を含んでいる、実施の形態９又は１０に記載の検出器。
実施の形態１２：撮像装置は複数のピクセルから成るマトリクスを含んでいる、実施の形態９から１１のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態１３：撮像装置は、ＣＭＯＳチップ及びＣＣＤチップから成る群から選択されたチップを含んでいる、実施の形態９から１２のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態１４：撮像装置は色を分解するように適合されている、実施の形態９から１３のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態１５：撮像装置はフルカラーのＣＣＤチップ又はＣＭＯＳチップである、実施の形態１４に記載の検出器。
実施の形態１６：検出器は更に少なくとも１つのビーム分割装置を含んでおり、ビーム分割装置は、照明源によって放射された照明光が、縦方向光学センサを通過する前に、縦方向光学センサを通過した後の、対象物から検出器へと伝播する光ビームから分離されるように適合されている、実施の形態９から１５のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態１７：ビーム分割装置は、半透鏡；特定のスペクトル範囲だけを反射させるミラー又は半透鏡、例えば赤外線スペクトル範囲にある光を反射させるミラー又は半透鏡；プリズム；ダイクロイックミラー；ビームスプリッタキューブから成る群から選択されている、実施の形態１６に記載の検出器。
実施の形態１８：ビーム分割装置は、照明光が異なる方向へと反射される少なくとも２つの異なる位置に調整されるように適合されている可動の反射素子である、実施の形態１６又は１７に記載の検出器。
実施の形態１９：縦方向センサ信号は、更に、光ビームの変調周波数に依存している、実施の形態１から１８のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態２０：照明源は、照明光の少なくとも１つの光学特性を周期的に変調させるように適合されている、実施の形態１から１９のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態２１：少なくとも１つの光学特性は、照明光の振幅及び位相から成る群から選択されている、実施の形態２０に記載の検出器。
実施の形態２２：検出器は少なくとも１つの光学装置を含んでおり、光学装置は、照明光及び光ビームのうちの少なくとも一方にフォーカシング効果又はデフォーカシング効果のうちの一方又は両方を及ぼす少なくとも１つの素子を含んでいる、実施の形態１から２１のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態２３：少なくとも１つの光学装置は、以下の位置、即ち、
・照明源と、縦方向光学センサと、の間のビーム路内；
・縦方向光学センサと、対象物と、の間のビーム路内；
・対象物から検出器へと伝播する光ビームが、光学装置を通過する前且つ撮像装置に入射する前に縦方向光学センサを通過するように適合されている、撮像装置と、縦方向光学センサと、の間のビーム路内；
のうちの１つ以上の位置に完全に又は部分的に配置されている、実施の形態２２に記載の検出器。
実施の形態２４：光学装置は、フォーカシングレンズ；デフォーカシングレンズ；カメラレンズ；曲面鏡；絞りから成る群から選択された少なくとも１つの素子を含んでいる、実施の形態２２又は２３に記載の検出器。
実施の形態２５：少なくとも１つの縦方向光学センサは、少なくとも２つの縦方向光学センサから成るセンサスタックを含んでいる、実施の形態１から２４のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態２６：センサスタックは、縦方向光学センサのセンサ領域が実質的に検出器の光軸に直交して方向付けられるように配置されている、複数の縦方向光学センサから構成されている、実施の形態２５に記載の検出器。
実施の形態２７：照明光は赤外線スペクトル範囲にある波長を有している、実施の形態１から２６のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態２８：照明光は少なくとも部分的に、検出器の光軸に実質的に平行に伝播する、実施の形態１から２７のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態２９：縦方向光学センサ、照明源、及び、オプションとしての撮像装置は、検出器の光軸に関して同軸に配置されている、実施の形態１から２８のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態３０：縦方向光学センサは少なくとも１つの半導体検出器を含んでいる、実施の形態１から２９のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態３１：半導体検出器は、少なくとも１種の有機材料を含んでいる有機半導体検出器である、実施の形態３０に記載の検出器。
実施の形態３２：半導体検出器は、有機太陽電池、色素太陽電池、色素増感太陽電池、固体色素太陽電池、固体色素増感太陽電池から成る群から選択されている、実施の形態３０又は３１に記載の検出器。
実施の形態３３：縦方向光学センサは、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１種のｎ型半導体金属酸化物と、少なくとも１種の色素と、少なくとも１種のｐ型半導体有機材料、有利には固体ｐ型半導体有機材料と、少なくとも１つの第２の電極と、を含んでいる、実施の形態１から３２のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態３４：第１の電極及び第２の電極の両電極は透明である、実施の形態３３に記載の検出器。
実施の形態３５：評価装置は、光ビームによるセンサ領域の照明の幾何学と、検出器に関する対象物の相対的な位置決めとの間の少なくとも１つの所定の関係性から、対象物の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するように設計されている、実施の形態１から３４のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態３６：光ビームによるセンサ領域の照明の幾何学と、検出器に関する対象物の相対的な位置決めとの間の所定の関係性は、照明の既知の出力を考慮している、実施の形態３５に記載の検出器。
実施の形態３７：光ビームによるセンサ領域の照明の幾何学と、検出器に関する対象物の相対的な位置決めとの間の所定の関係性は、照明光を変調させる際に用いられる変調周波数を考慮している、実施の形態３５又は３６に記載の検出器。
実施の形態３８：照明源は、異なる光学特性を有している少なくとも２つの光ビームを送出するように適合されている、実施の形態３５から３８のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態３９：少なくとも２つの光ビームは異なるスペクトル特性を有している、実施の形態３８に記載の検出器。
実施の形態４０：少なくとも２つの光ビームは異なる変調周波数で変調される、実施の形態３８又は３９に記載の検出器。
実施の形態４１：検出器は、更に、少なくとも１回の飛行時間測定を実行することによって、少なくとも１つの対象物と検出器との間の少なくとも１つの距離を検出するように適合されている少なくとも１つの飛行時間検出器を含んでいる、実施の形態１から４０のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態４２：検出器は更に少なくとも１つのステレオカメラを含んでいる、実施の形態１から４１のいずれか１つに記載の検出器。
実施の形態４３：ユーザとマシンとの間で情報の少なくとも１つの項目を交換するためのヒューマンマシンインタフェースであって、ヒューマンマシンインタフェースは、実施の形態１から４２のいずれか１つに記載の検出器を少なくとも１つ含んでおり、且つ、検出器によってユーザの幾何学情報の少なくとも１つの項目を生成するように設計されており、且つ、幾何学情報に情報の少なくとも１つの項目を、特に少なくとも１つの制御コマンドを割り当てるように設計されている。
実施の形態４４：ユーザの身体の姿勢及び／又は移動によって、情報の項目を生成する、実施の形態４３に記載のヒューマンマシンインタフェース。
実施の形態４５：少なくとも１つのエンターテイメント機能を実行するためのエンターテイメントデバイスであって、エンターテイメントデバイスは、実施の形態４３又は４４に記載のヒューマンマシンインタフェースを少なくとも１つ含んでおり、且つ、ヒューマンマシンインタフェースを用いたプレーヤによる情報の少なくとも１つの項目の入力を可能にするように設計されており、且つ、情報に応じてエンターテイメント機能を変更するように設計されている。
実施の形態４６：少なくとも１つの可動の対象物の位置を追跡するためのトラッキングシステムであって、トラッキングシステムは、検出器に関する上記の実施の形態のうちのいずれか１つに記載の検出器を含んでおり、更に、少なくとも１つのトラックコントローラを含んでおり、トラックコントローラは、特定の複数の時点において対象物の一連の位置を追跡するように適合されている。
実施の形態４７：トラックコントローラは、一連の位置から対象物の移動を求めるように適合されている、実施の形態４６に記載のトラッキングシステム。
実施の形態４８：少なくとも１つの対象物を撮像するためのカメラであって、カメラは、検出器に関する上記の実施の形態のうちのいずれか１つに記載の検出器を少なくとも１つ含んでいる。
実施の形態４９：特に検出器に関する上記の実施の形態のうちのいずれか１つに記載の検出器を使用して、少なくとも１つの対象物の位置を求めるための方法であって、以下のステップを備えている：
・少なくとも１つのセンサ領域を有しており、且つ、少なくとも部分的に透過性であり、且つ、照明の総出力が等しい場合にはセンサ領域における光ビームのビーム横断面に依存する少なくとも１つの縦方向センサ信号を、対象物から検出器へと伝播する少なくとも１つの光ビームによるセンサ領域の照明に依存して生成する、検出器の少なくとも１つの縦方向光学センサを使用するステップ；
・少なくとも１つの照明源を使用して、縦方向光学センサを通過した照明光によって対象物を照明するステップ；
・少なくとも１つの評価装置を使用して縦方向センサ信号を評価することによって、対象物の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するステップ。
実施の形態５０：上記の生成ステップにおいて、縦方向位置に関する情報の項目を、照明源の入力信号を考慮して生成する、実施の形態５０に記載の方法。
実施の形態５１：照明源の入力信号を縦方向センサ信号から減じる、実施の形態５０に記載の方法。
実施の形態５２：交通技術における位置測定；エンターテイメントの用途；セキュリティに関連する用途；ヒューマンマシンインタフェースの用途；トラッキングの用途；写真撮影の用途；撮像の用途又はカメラの用途；少なくとも１つ空間のマップを作製するためのマッピングの用途；少なくとも１回の飛行時間測定との組み合わせにおける使用；ローカルポジショニングシステムにおける用途；グローバルポジショニングシステムにおける用途；ランドマークを基礎とする測位システムにおける用途；インドアナビゲーションシステムにおける用途；アウトドアナビゲーションシステムにおける用途；家庭内アプリケーションにおける用途；ロボットの用途；自動ドア開閉装置における用途；光通信システムにおける用途、特に可視光通信システムにおける用途、即ち可視光の使用を基礎とする通信システムにおける用途；ステレオカメラとの組み合わせにおける用途、から成る群から選択された使用を目的とした、検出器に関する上記の実施の形態のうちのいずれか１つに記載の検出器の使用。
本発明の更なるオプションの詳細及び特徴は、従属請求項に関連して下記に記載する有利な実施例の説明から明らかになる。このコンテキストにおいて、特定の特徴を単独で実現しても良いし、種々に組み合わせて実現しても良い。本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。実施例は図面において概略的に描かれている。個々の図面における同一の参照番号は、同一の構成要素又は同一の機能を有する構成要素、又は、機能面に関して相互に対応している構成要素を表す。図面においては以下のことが記載されている。
少なくとも１つの対象物の位置を求める際の影の発生を示す。 本発明による検出器の一実施例を示す。 本発明による検出器の別の一実施例を示す。 ヒューマンマシンインタフェース、エンターテイメントデバイス及びトラッキングシステムにおいて使用される検出器の一実施例を示す。 可動の反射素子を有している、図２の実施の形態の変形形態を示す。 ビーム分割素子が可動の反射素子として形成されている、図３の実施の形態の変形形態を示す。 付加的な照明源及び可動の反射素子を有している、図２の検出器の変形形態を示す。 光学検出器内への飛行時間検出器の統合の例示的な配置構成を示す。
図１には、照明源１１４及び撮像装置１１６を使用して、少なくとも１つの対象物１１２の位置を求める際に影１１０が発生することが示されている。撮像装置１１６は、照明源１１４の光軸からずらされて配置されている。照明源１１４から放出される光ビームは、対象物１１２の１点及び／又は１領域を照明することができる。しかしながら、照明源１１４と撮像装置１１６とのずれによって影１１０が生じると考えられる。影１１０は、基本的には撮像装置１１６の視界に入れることができるが、しかしながら照明源１１４によって照明されない領域であると考えられる。更に、影１１０の位置は照明源１１４と撮像装置１１６との相対的な配置に依存していると考えられる。
図２には、少なくとも１つの対象物１１２の位置を求めるための、本発明による検出器１１８の実施の形態が示されている。この実施の形態又は本発明のその他の実施の形態における検出器１１８は、独立型の検出器であっても良いし、この検出器１１８を１つ以上のその他の検出器と組み合わせても良い。一例として、検出器１１８はカメラ１１９を形成することもできるし、カメラ１１９の一部であっても良い。付加的又は択一的に、以下の詳細な説明において概要を述べるように、検出器１１８はヒューマンマシンインタフェース１４８、エンターテイメントデバイス１５４又はトラッキングシステム１５６の一部であって良い。その他の用途も考えられる。
検出器１１８は少なくとも１つの照明源１１４、例えばレーザ、特にＩＲレーザダイオード、発光ダイオード、白熱灯、有機光源、とりわけ有機発光ダイオードを含んでいる。照明源１１４は照明光１１５を放射することができ、この照明光１１５によって対象物１１２を照明することができる。異なる光学特性を有している少なくとも２つの光ビームを送出するように照明源１１４を構成することができ、例えば、少なくとも２つの光ビームを異なる変調周波数で変調させることができる。
更に、検出器１１８は、少なくとも１つの光学センサ１２０を含んでいる。検出器１１８は、１つ以上の縦方向光学センサ１２０を含むことができる。縦方向光学センサ１２０は、少なくとも１つのセンサ領域１２４を有している。この実施の形態においては、検出器１１８は複数の縦方向光学センサ１２０を含むことができ、それら複数の縦方向光学センサ１２０はセンサスタック１２２内に配置されている。縦方向光学センサ１２０は、少なくとも部分的に透過性である。照明源１１４は、縦方向光学センサ１２０を通過した照明光１１５でもって対象物１１２を照明するように構成されている。照明光１１５を、照明源１１４から縦方向光学センサ１２０を介して伝播させることができ、また対象物１１２に入射させることができる。対象物１１２は入射光を反射させることができる。つまり、少なくとも１つ光ビーム１２６は、対象物１１２から検出器１１８へと伝播することができる。縦方向光学センサ１２０は、対象物１１２から検出器１１８へと伝播する少なくとも１つの光ビーム１２６によるセンサ領域１２４の照明にある程度依存して、少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計されている。複数ある縦方向光学センサ１２０のうちの少なくとも１つ以上の縦方向光学センサ１２０を、上述したように、また例えば国際公開第２０１２／１１０９２４号に更に詳細に開示されているようなＦｉＰセンサとすることができる。つまり、照明の総出力が等しければ、縦方向センサ信号は、光ビーム１２６のビーム横断面及び／又はセンサ領域１２４における照明光１１５のビーム横断面に依存している。
縦方向光学センサ１２０の表面に直交する軸は光軸１２８を規定することができる。光軸１２８は、縦軸又はｚ軸を規定しており、その場合、光軸１２８に直交する平面はｘ−ｙ平面を規定している。従って図２においては座標系１３０が示されており、この座標系１３０は検出器１１８の座標系であると考えられ、またこの座標系１３０において、完全に又は部分的に、対象物１１２の位置に関する情報の少なくとも１つの項目を求めることができる。照明光１１５は、有利にはｚ軸に平行な伝播方向１３２において伝播することができる。
照明源１１４及び縦方向センサ１２０を、光軸１２８に関して同軸に配置することができる。従って、照明源１１４及び縦方向光学センサ１２０から成る群から選択されたコンポーネントは、共通の光軸１２８からずれておらず、その結果、影１１０及び／又は上記において概要を述べたような視差の問題は生じない。
この実施の形態においては、検出器１１８は更に、１つ以上の光学装置１３４を含むことができる。光学装置１３４は、照明光１１５及び光ビーム１２６のうちの少なくとも一方にフォーカシング作用又はデフォーカシング作用を及ぼすことができる。光学装置１３４を、フォーカシングレンズ；デフォーカシングレンズ；カメラレンズ；曲面鏡；絞りのうちの１つ以上として実現することができる。光学装置１３４を共通の光軸１２８上に配置することができる。
更に、検出器１１８は評価装置１３６を含んでいる。評価装置１３６は、縦方向センサ信号を評価することによって、対象物１１２の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するように設計されている。評価装置１３６は、１つ以上のデータ処理装置１３８及び／又は１つ以上のデータメモリ１４０を含むこともできる。縦方向センサ信号の周波数解析、特にフーリエ解析を実行できるように評価装置を構成することができる。従って、照明源１１４が照明光１１５の２つ以上の光ビームを送出でき、各光ビームが異なる変調周波数で変調されている場合、各光ビームの縦方向センサ信号の信号成分を求めるように、評価装置１３６を構成することができる。
評価装置１３６を、１つ以上のコネクタ１４２を介して、縦方向光学センサ１２０及び照明源１１４に接続することができる。更に、コネクタ１４２は、センサ信号を生成するための１つ以上の測定装置及び／又は１つ以上のドライバを含むことができる。
検出器１１８のコンポーネントを、完全に又は部分的に、１つ以上のケーシング１４４内に形成することができる。従って、縦方向光学センサ１２０、光学装置１３４及び照明源１１４を、完全に又は部分的に同一のケーシング１４４内に含めることができる、及び／又は、完全に又は部分的に別個の複数のケーシング内に含めることができる。更に、評価装置１３６を、完全に又は部分的に、縦方向光学センサ１２０及び／又はケーシング１４４に組み込むことができる。付加的又は択一的に、評価装置１３６を完全に又は部分的に別個の独立した装置として設計することができる。
図３には、図２に関連させて上記において説明した実施の形態に加えて、少なくとも１つの対象物１１２の位置を求めるための検出器１１８の別の実施の形態が示されている。この有利な実施の形態においては、検出器１１８は撮像装置１１６を含むことができる。撮像装置１１６を、縦方向光学センサ１２０によって規定される光軸１２８上に配置することができる。対象物１１２から検出器１１８へと伝播する光ビーム１２６が、撮像装置１１６に入射する前に縦方向光学センサ１２０を通過するように、撮像装置１１６を構成することができる。撮像装置１１６は、ＣＭＯＳチップ及びＣＣＤチップから成る群から選択することができるカメラチップを含むことができる。有利には、色を分解するように撮像装置１１６を構成することができ、従って、撮像装置１１６をフルカラーＣＣＤチップとすることができる。撮像装置１１６は無機撮像装置を含むことができる。更に、撮像装置は複数のピクセルから成るマトリクスを含むことができる。撮像装置１１６はケーシング１４４の一部であって良い。図３において検出器１１８は、照明光１１５及び／又は光ビーム１２６をフォーカシング又はデフォーカシングするように構成されている、３つの光学装置１３４を含むことができる。
撮像装置１１６及び照明源１１４のうちの１つ以上を光に対して非透過性とすることができるので、照明源１１４を光軸１２８からずらすことができる。影１１０の発生及び視差の問題の発生を阻止するために、少なくとも１つのビーム分割装置１４６によって、照明光１１５を光軸１２８へと偏向させることができる。縦方向光学センサ１２０を通過する前の照明光１１５が、縦方向光学センサ１２０を通過した後の、対象物１１２から検出器１１８へと伝播する光ビーム１２６から分離されるように、ビーム分割装置１４６を構成することができる。ビーム分割装置１４６を、半透鏡；プリズム；ダイクロイックミラー；ビームスプリッタキューブから成る群から選択することができる。
図４には、ヒューマンマシンインタフェース１４８において使用される検出器１１８の実施例が示されている。ヒューマンマシンインタフェース１４８は少なくとも１つの検出器１１８を含んでいる。検出器１１８を用いてユーザ１５０に関する幾何学情報の少なくとも１つの項目を生成するように、ヒューマンマシンインタフェースを設計することができる。その幾何学情報に、情報の少なくとも１つの項目を、特に少なくとも１つの制御コマンドを割り当て、情報の少なくとも１つの項目をマシン１５２に供給するために、ヒューマンマシンインタフェース１４８を使用することができる。図４に概略的に示されている実施の形態において、マシン１５２はコンピュータであって良い、及び／又は、コンピュータを含むことができる。その他の実施の形態も考えられる。評価装置１３６を、完全に又は部分的に、マシン１５２に、例えばコンピュータに組み込むことができる。
ヒューマンマシンインタフェース１４８はエンターテイメントデバイス１５４の一部を形成することができる。またマシン１５２も、特にコンピュータもエンターテイメントデバイス１５４の一部を形成することができる。従って、対象物１１２として機能するユーザ１５０によって、ユーザ１５０は情報の少なくとも１つの項目を、例えば少なくとも１つの制御コマンドをコンピュータに入力することができ、それによって、エンターテイメント機能を変更することができ、例えばコンピュータゲームの進行を制御することができる。
更に、少なくとも１つの可動の対象物１１２の位置を追跡するためのトラッキングシステム１５６が示されている。トラッキングシステム１５６は検出器１１８を含んでおり、また更に、少なくとも１つのトラックコントローラ１５８を含んでいる。トラックコントローラ１５８は、完全に又は部分的に、マシン１５２のコンピュータの一部を形成することができる。トラックコントローラ１５８は、特定の複数の時点において対象物１１２の一連の位置から対象物１１２の移動を追跡するように構成されている。
図５には、図２の検出器１１８の構造の代替的な実施の形態が示されている。従って、図５における実施の形態の大部分のコンポーネントについては、上記の図２の説明を参照されたい。なおこの実施の形態においては、検出器１１８が少なくとも１つの反射素子１６０を更に含んでいる。反射素子１６０は照明光１１５を反射させるように、特に反射光を偏向させるように、従って照明光１１５の伝播方向を変更するように構成されている。
有利には、反射素子１６０は可動の反射素子１６２であり、図５に示唆されているように、少なくとも１つの位置、有利には少なくとも１つの向き１６４を変更することができる。反射素子１６０の位置を、例えば評価装置１３６又はその他のいずれかの装置によって制御することができる。
可動の反射素子１６２の位置を調整又は変更することによって、空間内の照明光１１５の伝播方向を変更することができ、例えば図５における方向の変化１６６によって示唆されているように、伝播方向を変更することができる。つまり、図２における検出器１１８の構造と同じ利点を提供することによって、図５の実施の形態は空間内の走査領域にわたる照明光１１５の走査を行うことができる。
有利には、反射素子１６０をミラーとすることができる。従って、可動の反射素子１６２を可動のミラーとすることができ、その位置を、特にその向きを当業者には公知であるような任意のいずれかのアクチュエータによって、例えば１つ以上のピエゾアクチュエータ及び／又は１つ以上のガルバノアクチュエータによって制御することができる。
照明源１１４は特に、少なくとも１つの赤外線照明源であっても良いし、少なくとも１つの照明源を含んでいても良い。その際、反射素子１６０を特に赤外線反射素子、例えばいわゆる「ホットミラー」とすることができる。
１つ以上の反射素子１６０を使用するコンセプトを本発明のその他の実施の形態においても実現することができる。例えば図６には、図３の検出器１１８の構造に変更を加えたものが示されている。従って、検出器１１８の詳細の大部分についてはやはり上記の図３の説明を参照されたい。なお図６に示されている実施の形態においては、図５に示した実施の形態と同様に、反射素子１６０が、特に可動の反射素子１６２が設けられている。図示されているように、反射素子１６０をビーム分割装置１４６と組み合わせることができる。従って、ビーム分割装置１４６は、その位置を変更することができ、特にその向き１６４を変更することができ、それによって、空間内の照明光１１５の方向の変化１６６が生じ、空間内の視野を走査することができる。
上記において概要を述べたように、ビーム分割装置１４６は波長選択素子を含むことができ、例えば波長選択型のミラー又は波長選択型のビームスプリッタを含むことができる。従って、撮像装置１１６に向かって伝播する光ビーム１２６は、反射素子１６０によって反射されない波長又は空間成分を有することができる。これに対し、照明光１１５は反射される。この実施の形態においても、例えば評価装置１３６又はその他の装置によって、ビーム分割装置１４６の位置を制御することができる。
図３の構造を変更することによる可動の反射素子１６２のその他の実施の形態も考えられることを言及しておく。つまり、反射素子１６０はビーム分割装置１４６と組み合わされていなくても良い。それに反して、反射素子１６０を照明光１１５のビーム路内の種々の位置に設けることができる。更に、図６の構造によって、反射素子１６０を検出器１１８に簡単且つ効率的に組み込むことができる。
更に、図５及び図６のコンセプトを、検出器１１８の複数の照明源１１４以外の複数の照明源１１４のうちの１つ以上にも適用できることを言及しておく。つまり図７には、図２の構造に変更が加えられたものが示されており、この構造においては、少なくとも１つの照明源１１４が、軸から外れて配置されている、即ち光軸１２８及び／又は光ビーム１２６のビーム路から外れて配置されている付加的な照明源１６８を有している。それどころか、付加的な照明源をケーシング１４４外に設けることができ、例えば別個のケーシング内に設けることができる。
また図５の構造と同様に、付加的な照明源１６８から放出された照明光１１５を１つ以上の反射素子１６０によって、より有利には１つ以上の可動の反射素子１６２によって、例えば１つ以上の可動のミラーによって偏向させることができる。つまり、例えば走査を目的として、可動の反射素子１６２の向き１６４を変更することによって、照明光１１５の方向の変更１６６も惹起することができる。
上記において概要を述べたように、検出器１１８は更に、１つ以上の飛行時間検出器を含むことができる。この可能性は図８に示されている。検出器１１８は、第一に、１つ以上の縦方向光学センサ１２０を有している少なくとも一つのコンポーネント、例えばセンサスタック１２２を含んでいる。図８に示されている実施の形態においては、縦方向光学センサ１２０を含んでいる少なくとも１つのユニットはカメラ１１９として表されており、またこのユニットをＦｉＰ検出器と称することもできる。しかしながら、その他の実施の形態も考えられることを言及しておく。カメラ１１９の考えられる構造の詳細については、上述の構造、例えば図２から図６に示した実施の形態、又は検出器１１８のその他の実施の形態を参照されたい。基本的には、上述のような検出器１１８のあらゆる構造を、図８に示した実施の形態のコンテキストにおいても使用することができる。
更に、検出器１１８は、少なくとも１つの飛行時間（ＴｏＦ：ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ）検出器１７０を含んでいる。図８に示されているように、ＴｏＦ検出器１７０を検出器１１８の評価装置１３６に接続しても良いし、ＴｏＦ検出器１７０に別個の評価装置を設けても良い。上記において概要を述べたように、図８においてシンボリックに示されているように、パルス１７２を送受信することによって、検出器１１８と対象物１１２との間の距離を求めるように、換言すれば、光軸１２８に沿ったｚ座標を求めるように、ＴｏＦ検出器１７０を構成することができる。
少なくとも１つの光学ＴｏＦ検出器１７０を、縦方向光学センサ１２０、例えばカメラ１１９を有している少なくとも１つのＦｉＰ検出器と種々に組み合わせることができる。従って一例として、また図８に示されているように、少なくとも１つのカメラ１１９を第１の部分ビーム路１７４内に設けることができ、またＴｏＦ検出器１７０を第２の部分ビーム路１７６内に設けることができる。部分ビーム路１７４，１７６を、少なくとも１つのビーム分割装置又はビーム分割素子１７８によって分離させることができる、及び／又は、結合させることができる。一例として、ビーム分割素子１７８は、波長の影響を受けないビーム分割素子２０６、例えば半透鏡であってよい。付加的又は択一的に、波長依存性を与えても良く、それによって、異なる波長の分離を実現することができる。図８に示した構造に代わる構造として、又は図８に示した構造に追加する構造として、ＴｏＦ検出器１７０のその他の構造も使用することができる。従って、例えばＴｏＦ検出器１７０をカメラ１１９の後方に配置することによって、カメラ１１９とＴｏＦ検出器１７０を直線上に配置することができる。この場合、有利には、非透過型光学センサはカメラ１１９内に設けられておらず、また全ての縦方向光学センサ１２０は少なくとも部分的に透過性である。またこれに代わる構造として、又はこれに追加する構造として、ＴｏＦ検出器１７０をカメラ１１９から独立して配置することができ、また、複数の光路を組み合わせることなく、異なる光路を使用することができる。種々の構造が考えられる。
上記において概要を述べたように、例えば、多義性を解消するため、ＦｉＰ検出器を使用することができる天候条件の範囲を拡大するため、又は、対象物１１２と検出器１１８との間の距離を延長するため等の種々の目的に応じて、ＴｏＦ検出器１７０及びＦｉＰ検出器、特にカメラ１１９を、効果的なやり方で組み合わせることができる。更なる詳細については、上記の説明を参照されたい。
１１０ 影
１１２ 対象物
１１４ 照明源
１１５ 照明光
１１６ 撮像装置
１１８ 検出器
１１９ カメラ
１２０ 縦方向光学センサ
１２２ センサスタック
１２４ センサ領域
１２６ 光ビーム
１２８ 光軸
１３０ 座標系
１３２ 伝播方向
１３４ 光学装置
１３６ 評価装置
１３８ データ処理装置
１４０ データメモリ
１４２ コネクタ
１４４ ケーシング
１４６ ビーム分割装置
１４８ ヒューマンマシンインタフェース
１５０ ユーザ
１５２ マシン
１５４ エンターテイメントデバイス
１５６ トラッキングシステム
１５８ トラックコントローラ
１６０ 反射素子
１６２ 可動の反射素子
１６４ 向き
１６６ 方向の変化
１６８ 付加的な照明源
１７０ 飛行時間検出器
１７２ パルス
１７４ 第１の部分ビーム路
１７６ 第２の部分ビーム路
１７８ ビーム分割素子

Claims (50)

  1. 少なくとも１つの対象物（１１２）の位置を求めるための検出器（１１８）において、
    ・少なくとも１つの縦方向光学センサ（１２０）と、
    ・少なくとも１つの照明源（１１４）と、
    ・少なくとも１つの評価装置（１３６）と、
    を含んでおり、
    前記縦方向光学センサ（１２０）は、少なくとも１つのセンサ領域（１２４）を有しており、且つ、少なくとも部分的に透過性であり、且つ、前記対象物（１１２）から前記検出器（１１８）へと伝播する少なくとも１つの光ビーム（１２６）による前記センサ領域（１２４）の照明に依存して少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計されており、前記縦方向センサ信号は、前記照明の総出力が等しい場合、前記センサ領域（１２４）における前記光ビーム（１２６）のビーム横断面に依存しており、
    前記照明源（１１４）は、前記縦方向光学センサ（１２０）を通過した照明光（１１５）でもって前記対象物（１１２）を照明するように構成されており、
    前記評価装置（１３６）は、前記縦方向センサ信号を評価することによって、前記対象物（１１２）の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するように設計されている、
    ことを特徴とする検出器（１１８）。
  2. 前記検出器（１１８）は、更に少なくとも１つの反射素子（１６０）を含んでおり、該反射素子（１６０）は、前記対象物（１１２）の照明の前に前記照明光（１１５）を反射させるように構成されている、１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  3. 前記反射素子（１６０）は、前記照明光（１１５）が異なる方向へと反射される少なくとも２つの異なる位置に調整されるように構成されている可動の反射素子（１６２）である、１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  4. 前記可動の反射素子（１６２）は、空間内の少なくとも１つの走査領域にわたり前記照明光（１１５）による走査を実行するように構成されている、１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  5. 前記可動の反射素子（１６２）は、少なくとも１つの可動のミラーを含んでいる、２つ前の請求項又は１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  6. 前記反射素子（１６２）は、赤外線スペクトル範囲にある光を反射させるように構成されており、可視スペクトル範囲にある光は、透過される、４つ前の請求項から１つ前の請求項までのいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  7. 前記反射素子（１６０）は、ミラー；半透鏡；特定のスペクトル範囲だけを反射させるミラー又は半透鏡、例えば赤外線スペクトル範囲にある光を反射させるミラー又は半透鏡；プリズム；ダイクロイックミラー；ビームスプリッタキューブから成る群から選択されている、５つ前の請求項から１つ前の請求項までのいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  8. 前記検出器（１１８）は、更に少なくとも１つの撮像装置（１１６）を含んでおり、該撮像装置（１１６）は、前記対象物（１１２）から前記検出器（１１８）へと伝播する前記光ビーム（１２６）が、前記撮像装置（１１６）に入射する前に前記縦方向光学センサ（１２０）を通過するように構成されている、前記の請求項のいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  9. 前記撮像装置（１１６）は、カメラチップを含んでいる、１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  10. 前記撮像装置（１１６）は、無機撮像装置を含んでいる、２つ前の請求項又は１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  11. 前記撮像装置（１１６）は、複数のピクセルから成るマトリクスを含んでいる、３つ前の請求項から１つ前の請求項までのいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  12. 前記撮像装置（１１６）は、ＣＭＯＳチップ及びＣＣＤチップから成る群から選択されたチップを含んでいる、４つ前の請求項から１つ前の請求項までのいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  13. 前記撮像装置（１１６）は、色を分解するように構成されている、５つ前の請求項から１つ前の請求項までのいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  14. 前記撮像装置（１１６）は、フルカラーのＣＣＤチップ又はＣＭＯＳチップである、１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  15. 前記検出器（１１８）は、更に少なくとも１つのビーム分割装置（１４６）を含んでおり、該ビーム分割装置（１４６）は、前記照明源（１１４）によって放射された前記照明光（１１５）が、前記縦方向光学センサ（１２０）を通過する前に、前記縦方向光学センサ（１２０）を通過した後の、前記対象物（１１２）から前記検出器（１１８）へと伝播する前記光ビーム（１２６）から分離されるように構成されている、７つ前の請求項から１つ前の請求項までのいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  16. 前記ビーム分割装置（１４６）は、半透鏡；特定のスペクトル範囲だけを反射させるミラー又は半透鏡、例えば赤外線スペクトル範囲にある光を反射させるミラー又は半透鏡；プリズム；ダイクロイックミラー；ビームスプリッタキューブから成る群から選択されている、１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  17. 前記ビーム分割装置（１４６）は、前記照明光（１１５）が異なる方向へと反射される少なくとも２つの異なる位置に調整されるように構成されている可動の反射素子（１６２）である、２つ前の請求項又は１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  18. 前記縦方向センサ信号は、更に、前記光ビーム（１２６）の変調周波数に依存している、前記の請求項のいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  19. 前記照明源（１１４）は、前記照明光（１１５）の少なくとも１つの光学特性を周期的に変調させるように構成されている、前記の請求項のいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  20. 前記少なくとも１つの光学特性は、前記照明光（１１５）の振幅及び位相から成る群から選択されている、１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  21. 前記検出器（１１８）は、少なくとも１つの光学装置（１３４）を含んでおり、該光学装置（１３４）は、前記照明光（１１５）及び前記光ビーム（１２６）のうちの少なくとも一方にフォーカシング効果又はデフォーカシング効果のうちの一方又は両方を及ぼす少なくとも１つの素子を含んでいる、前記の請求項のいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  22. 前記少なくとも１つの光学装置（１３４）は、以下の位置、即ち、
    ・前記照明源（１１４）と、前記縦方向光学センサ（１２０）と、の間のビーム路内、
    ・前記縦方向光学センサ（１２０）と、前記対象物（１１２）と、の間のビーム路内、
    ・前記対象物（１１２）から前記検出器（１１８）へと伝播する前記光ビーム（１２６）が、前記光学装置（１３４）を通過する前且つ前記撮像装置（１１６）に入射する前に前記縦方向光学センサ（１２０）を通過するように構成されている、前記撮像装置（１１６）と、前記縦方向光学センサ（１２０）と、の間のビーム路内、
    のうちの１つ以上の位置に完全に又は部分的に配置されている、１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  23. 前記光学装置（１３４）は、フォーカシングレンズ、デフォーカシングレンズ、カメラレンズ、曲面鏡、絞りから成る群から選択された少なくとも１つの素子を含んでいる、２つ前の請求項又は１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  24. 前記少なくとも１つの縦方向光学センサ（１２０）は、少なくとも２つの縦方向光学センサ（１２０）から成るセンサスタック（１２２）を含んでいる、前記の請求項のいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  25. 前記センサスタック（１２２）は、前記縦方向光学センサ（１２０）の前記センサ領域（１２４）が実質的に前記検出器（１１８）の光軸（１２８）に直交して方向付けられるように配置されている、複数の縦方向光学センサ（１２０）から構成されている、１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  26. 前記照明光（１１５）は、赤外線スペクトル範囲にある波長を有している、前記の請求項のいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  27. 前記照明光（１１５）は、少なくとも部分的に、前記検出器（１１８）の光軸（１２８）に実質的に平行に伝播する、前記の請求項のいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  28. 前記縦方向光学センサ（１２０）、前記照明源（１１４）、及び、オプションとしての前記撮像装置（１１６）は、前記検出器（１１８）の光軸（１２８）に関して同軸に配置されている、前記の請求項のいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  29. 前記縦方向光学センサ（１２０）は、少なくとも１つの半導体検出器を含んでいる、前記の請求項のいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  30. 前記半導体検出器は、少なくとも１種の有機材料を含んでいる有機半導体検出器である、１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  31. 前記半導体検出器は、有機太陽電池、色素太陽電池、色素増感太陽電池、固体色素太陽電池、固体色素増感太陽電池から成る群から選択されている、２つ前の請求項又は１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  32. 前記縦方向光学センサ（１２０）は、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１種のｎ型半導体金属酸化物と、少なくとも１種の色素と、少なくとも１種のｐ型半導体有機材料、有利には固体ｐ型半導体有機材料と、少なくとも１つの第２の電極と、を含んでいる、前記の請求項のいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  33. 前記第１の電極及び前記第２の電極の両電極は、透明である、１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  34. 前記評価装置（１３６）は、前記光ビーム（１２６）による前記センサ領域（１２４）の照明の幾何学と、前記検出器（１１８）に関する前記対象物（１１２）の相対的な位置決めと、の間の少なくとも１つの所定の関係性から、前記対象物（１１２）の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するように設計されている、前記の請求項のいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  35. 前記光ビーム（１２６）による前記センサ領域（１２４）の照明の幾何学と、前記検出器（１１８）に関する前記対象物（１１２）の相対的な位置決めと、の間の所定の関係性は、照明の既知の出力を考慮している、１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  36. 前記光ビーム（１２６）による前記センサ領域（１２４）の照明の幾何学と、前記検出器（１１８）に関する前記対象物（１１２）の相対的な位置決めと、の間の所定の関係性は、前記照明光（１１５）を変調させる際に用いられる変調周波数を考慮している、２つ前の請求項又は１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  37. 前記照明源（１１４）は、異なる光学特性を有している少なくとも２つの光ビームを送出するように構成されている、３つ前の請求項から１つ前の請求項までのいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  38. 前記少なくとも２つの光ビームは、異なるスペクトル特性を有している、１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  39. 前記少なくとも２つの光ビームは、異なる変調周波数で変調される、２つ前の請求項又は１つ前の請求項に記載の検出器（１１８）。
  40. 前記検出器（１１８）は、更に少なくとも１つのステレオカメラを含んでいる、前記の請求項のいずれか１項に記載の検出器（１１８）。
  41. ユーザ（１５０）とマシン（１５２）との間で情報の少なくとも１つの項目を交換するためのヒューマンマシンインタフェース（１４８）において、
    前記ヒューマンマシンインタフェース（１４８）は、前記の請求項のいずれか１項に記載の検出器（１１８）を少なくとも１つ含んでおり、且つ、前記検出器（１１８）によって前記ユーザ（１５０）の幾何学情報の少なくとも１つの項目を生成するように設計されており、且つ、前記幾何学情報に情報の少なくとも１つの項目を、特に少なくとも１つの制御コマンドを割り当てるように設計されていることを特徴とする、
    ヒューマンマシンインタフェース（１４８）。
  42. ユーザ（１５０）の身体の姿勢及び／又は移動によって、前記情報の項目を生成する、１つ前の請求項に記載のヒューマンマシンインタフェース（１４８）。
  43. 少なくとも１つのエンターテイメント機能を実行するためのエンターテイメントデバイス（１５４）において、
    前記エンターテイメントデバイス（１５４）は、１つ前の請求項に記載のヒューマンマシンインタフェース（１４８）を少なくとも１つ含んでおり、且つ、前記ヒューマンマシンインタフェース（１４８）を用いたプレーヤによる情報の少なくとも１つの項目の入力を可能にするように設計されており、且つ、前記情報に応じて前記エンターテイメント機能を変更するように設計されていることを特徴とする、
    エンターテイメントデバイス（１５４）。
  44. 少なくとも１つの可動の対象物（１１２）の位置を追跡するためのトラッキングシステム（１５６）において、
    前記トラッキングシステム（１５６）は、検出器（１１８）に関する前記の請求項のいずれか１項に記載の検出器（１１８）を含んでおり、更に、少なくとも１つのトラックコントローラ（１５８）を含んでおり、該トラックコントローラ（１５８）は、特定の複数の時点において前記対象物（１１２）の一連の位置を追跡するように構成されていることを特徴とする、
    トラッキングシステム（１５６）。
  45. 前記トラックコントローラ（１５８）は、前記一連の位置から前記対象物（１１２）の移動を求めるように構成されている、１つ前の請求項に記載のトラッキングシステム（１５６）。
  46. 少なくとも１つの対象物（１１２）を撮像するためのカメラ（１１９）において、
    前記カメラ（１１９）は、検出器（１１８）に関する前記の請求項のいずれか１項に記載の検出器（１１８）を少なくとも１つ含んでいることを特徴とする、
    カメラ（１１９）。
  47. 特に検出器（１１８）に関する前記の請求項のいずれか１項に記載の検出器（１１８）を使用して、少なくとも１つの対象物（１１２）の位置を求めるための方法において、
    該方法は、
    ・少なくとも１つのセンサ領域（１２４）を有しており、且つ、少なくとも部分的に透過性であり、且つ、照明の総出力が等しい場合には前記センサ領域（１２４）における光ビーム（１２６）のビーム横断面に依存する少なくとも１つの縦方向センサ信号を、前記対象物（１１２）から検出器（１１８）へと伝播する少なくとも１つの光ビーム（１２６）による前記センサ領域（１２４）の照明に依存して生成する、前記検出器（１１８）の少なくとも１つの縦方向光学センサ（１２０）を使用するステップと、
    ・少なくとも１つの照明源（１１４）を使用して、前記縦方向光学センサ（１２０）を通過した照明光（１１５）によって前記対象物（１１２）を照明するステップと、
    ・少なくとも１つの評価装置（１３６）を使用して前記縦方向センサ信号を評価することによって、前記対象物（１１２）の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するステップと、
    を備えていることを特徴とする、
    方法。
  48. 前記生成ステップにおいて、前記縦方向位置に関する前記情報の項目を、前記照明源（１１４）の入力信号を考慮して生成する、１つ前の請求項に記載の方法。
  49. 前記照明源（１１４）の前記入力信号を前記縦方向センサ信号から減じる、１つ前の請求項に記載の方法。
  50. 交通技術における位置測定；エンターテイメントの用途；セキュリティに関連する用途；ヒューマンマシンインタフェースの用途；トラッキングの用途；写真撮影の用途；撮像の用途又はカメラの用途；少なくとも１つ空間のマップを作製するためのマッピングの用途；少なくとも１回の飛行時間測定との組み合わせにおける使用；ローカルポジショニングシステムにおける用途；グローバルポジショニングシステムにおける用途；ランドマークを基礎とする測位システムにおける用途；インドアナビゲーションシステムにおける用途；アウトドアナビゲーションシステムにおける用途；家庭内アプリケーションにおける用途；ロボットの用途；自動ドア開閉装置における用途；光通信システムにおける用途；ステレオカメラとの組み合わせにおける用途、から成る群から選択された使用を目的とした、検出器（１１８）に関する前記の請求項のいずれか１項に記載の検出器（１１８）の使用。
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