JP2018507389A - 光学検出器 - Google Patents

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Abstract

光学検出器(110)が開示されており、− 光ビーム(120)を検出するように、および、少なくとも1個のセンサ信号を発生させるように適合されている、少なくとも1個の光学センサ(122)であって、少なくとも1個のセンサ領域(124)を有しており、光学センサ(122)のセンサ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビーム(120)によるセンサ領域(124)の照射に対して非線形の依存性を示している、少なくとも1個の光学センサ(122)と、− 少なくとも1個のイメージセンサ(128)であって、イメージピクセル(176)のピクセルマトリックス(174)を含むピクセル化されたセンサであり、イメージピクセル(176)は、光ビーム(120)を検出するように、および、少なくとも1個のイメージ信号を発生させるように適合されており、イメージ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビーム(120)によるイメージピクセル(176)の照射に対して線形の依存性を示している、少なくとも1個のイメージセンサ(128)と、− センサ信号およびイメージ信号を評価するように適合されている、少なくとも1個の評価デバイス(132)と、を含む。とりわけ好適な実施形態では、光学センサ(122)の照射の合計パワーに対するセンサ信号の非線形の依存性は、線形部分および非線形部分を含む非線形関数によって表現可能であり、評価デバイスは、センサ信号およびイメージ信号の両方を評価することによって、非線形関数の線形部分および/または非線形部分を決定するように適合されている。その場合に、好ましくは、評価デバイスは、処理回路(136)を含み、処理回路(136)は、非線形関数の非線形部分を決定するために、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供するように適合されている。

Description

本発明は、例えば、WO2012/110924A1、US2012/0206336A1、WO2014/097181A1、US2014/0291480A1、またはWO2015/024871A1に記述されているような光学検出器に関する一般的な概念に基づいており、その内容全体は、参照により本明細書に含まれる。
本発明は、具体的には、少なくとも1個の対象物の位置を決定するための、光学検出器、検出器システム、および、光学的な検出の方法に関する。本発明は、さらに、ユーザとマシンとの間で少なくとも1つの情報を交換するためのヒューマンマシンインターフェース、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム、カメラ、および、光学検出器のさまざまな使用に関する。本発明によるデバイス、システム、方法、および使用は、具体的には、例えば、日常生活、ゲーミング、交通技術、生産技術、セキュリティ技術、写真撮影、例えば、芸術作品、ドキュメンテーション、もしくは技術的な目的のためのデジタル写真撮影もしくはビデオ写真撮影など、医療技術、または、科学のさまざまなエリアにおいて、用いられ得る。追加的にまたは代替的に、本願は、例えば、1個もしくは複数の部屋、1個もしくは複数の建物、または、1個もしくは複数の街路のマップを発生させるために、空間のマッピングの分野において適用され得る。しかし、他の用途も可能である。
多数の光学検出器、光学センサ、および光起電デバイスが、先行技術から公知である。光起電デバイスは、一般的に、電磁放射を、例えば、紫外線光、可視光、または赤外線光を、電気信号または電気エネルギーに変換するために使用されるが、光学検出器は、一般的に、イメージ情報をピックアップするために使用され、および/または、少なくとも1個の光学パラメータ、例えば、輝度を検出するために使用される。
一般的に無機センサ材料および/または有機センサ材料の使用に基づくことができる多数の光学センサが、先行技術から公知である。そのようなセンサの例は、US2007/0176165A1、US6,995,445B2、DE2501124A1、DE3225372A1に開示されており、または、多数の他の先行技術文献に開示されている。US2007/0176165A1に説明されているように、とりわけ、コスト上の理由のために、および、処理が大面積に及ぶという理由のために、少なくとも1個の有機センサ材料を含むセンサがますます使用されるようになってきている。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、それは、一般的に、例えばWO2009/013282A1に説明されている。
さらなる例として、WO2013/144177A1は、フッ素化カウンタアニオンを有するキノリニウム色素と、フッ素化カウンタアニオンを有するこれらの種類のキノリニウム色素によって感光性にされた酸化物半導体微粒子から作製された多孔性のフィルムを含む電極層と、そのような種類の電極層を含む光電変換デバイスと、そのような光電変換デバイスを含む色素増感太陽電池とを開示している。
少なくとも1個の対象物を検出するための多数の検出器が、そのような光学センサに基づいて公知である。そのような検出器は、それぞれの使用の目的に応じて、種々の方式で具現化され得る。そのような検出器の例は、イメージングデバイス、例えば、カメラおよび/または顕微鏡である。高分解能の共焦点顕微鏡が公知であり、例えば、それは、とりわけ、医療技術および生物学の分野において、高い光学的な分解能によって生物学的なサンプルを検査するために使用され得る。少なくとも1個の対象物を光学的に検出するための検出器のさらなる例は、例えばレーザーパルスなどの、対応する光信号の伝播時間方法に基づく距離測定デバイスである。対象物を光学的に検出するための検出器のさらなる例は、三角測量システムであり、それによって、距離測定が同様に実施され得る。
US2007/0080925A1には、低電力消費のディスプレイデバイスが開示されている。そのデバイスでは、光活性層が利用されており、それは、電気エネルギーに反応し、ディスプレイデバイスが情報を表示することを可能にするとともに、入射放射に応答して電気エネルギーを発生させる。単一のディスプレイデバイスのディスプレイピクセルは、表示用ピクセルと発電用ピクセルに分割され得る。表示用ピクセルは、情報を表示することが可能であり、発電用ピクセルは、電気エネルギーを発生させることが可能である。発生された電気エネルギーは、イメージを駆動するための電力を提供するために使用され得る。
EP1667246A1には、同じ空間的な場所を用いて電磁放射の2個以上のスペクトルバンドを感知することができるセンサエレメントが開示されている。そのエレメントは、電磁放射の異なるスペクトルバンドをそれぞれ感知することができるサブエレメントのスタックから構成されている。サブエレメントは、非シリコン半導体をそれぞれ含有しており、ここで、それぞれのサブエレメントの中の非シリコン半導体は、電磁放射の異なるスペクトルバンドに対して敏感であり、および/または、電磁放射の異なるスペクトルバンドに対して敏感となるように感光性にされている。
WO2012/110924A1およびUS2012/0206336A1において、少なくとも1個の対象物を光学的に検出するための検出器が提案されており、その内容全体は、参照により本明細書に含まれる。検出器は、少なくとも1個の光学センサを含む。光学センサは、少なくとも1個のセンサ領域を有する。光学センサは、センサ領域の照射に依存するように、少なくとも1個のセンサ信号を発生させるように設計されている。センサ信号は、照射の合計パワーが同じであることを所与として、照射の幾何学形状に依存しており、とりわけ、センサエリアの上の照射のビーム断面に依存する。そのうえ、検出器は、少なくとも1個の評価デバイスを有する。評価デバイスは、センサ信号から幾何学的な少なくとも1つの情報を発生させるように設計されており、とりわけ、照射および/または対象物についての幾何学的な少なくとも1つの情報を発生させるように設計されている。
US2014/0291480A1およびWO2014/097181A1は、少なくとも1個の縦方向光学センサおよび少なくとも1個の横方向光学センサを使用することによって、少なくとも1個の対象物の位置を決定するための方法および検出器を開示しており、その内容全体は、参照により本明細書に含まれる。具体的には、曖昧性を生じることなく高い精度で対象物の縦方向位置を決定するために、センサスタックの使用が開示されている。
WO2014/198625A1は、基板と、その基板の上に配設されている少なくとも1個の感光層セットアップとを有する光学センサを含む光学検出器を開示しており、その内容全体は、参照により本明細書に含まれる。感光層セットアップは、少なくとも1個の第1の電極と、少なくとも1個の第2の電極と、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個の光起電材料とを有する。光起電材料は、少なくとも1個の有機材料を含む。第1の電極は、複数の第1の電極ストリップを含み、第2の電極は、複数の第2の電極ストリップを含み、第1の電極ストリップおよび第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ックスが形成されるように、第1の電極ストリップおよび第2の電極ストリップは交差している。光学検出器は、少なくとも1個の読み出しデバイスをさらに含み、読み出しデバイスは、第2の電極ストリップに接続されている複数の電気的な測定デバイスと、第1の電極ストリップを電気的な測定デバイスに連続的に接続するためのスイッチングデバイスとを含む。
WO2014/198625A1は、少なくとも1個の対象物の配向を決定するための検出器デバイスを開示しており、その内容全体も、参照により本明細書に含まれる。この検出器デバイスは、少なくとも2個のビーコンデバイスを含み、少なくとも2個のビーコンデバイスは、対象物に取り付けられている、対象物によって保持されている、および、対象物に一体化されている、うちの少なくとも1個となるように適合されており、ビーコンデバイスは、それぞれ、光ビームを検出器に向けて方向付けするように適合されており、ビーコンデバイスは、対象物の座標系において、所定の座標を有する。検出器デバイスは、ビーコンデバイスから検出器に向けて進行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個の検出器と、少なくとも1個の評価デバイスとをさらに含み、評価デバイスは、検出器の座標系において、ビーコンデバイスのそれぞれの縦方向座標を決定するように適合されている。評価デバイスは、さらに、ビーコンデバイス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配向を決定するように適合されている。
WO2014/198629A1は、少なくとも1個の対象物の位置を決定するための検出器を開示しており、その内容全体は、参照により本明細書に含まれる。検出器は、対象物から検出器に向けて進行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個の光学センサを含み、光学センサは、ピクセルの少なくとも1個のマトリックスを有する。検出器は、少なくとも1個の評価デバイスをさらに含み、評価デバイスは、光ビームによって照射されている光学センサのピクセルの数Nを決定するように適合されている。評価デバイスは、さらに、光ビームによって照射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個の縦方向座標を決定するように適合されている。
上述のデバイスおよび検出器によって、具体的には、WO2012/110924A1、WO2014/198625A1、WO2014/198626A1、およびWO2014/198629A1に開示されている検出器によって暗示されている利点にかかわらず、いくつかの技術的な課題が残っている。したがって、一般的に、信頼性が高く、かつ、低コストで製造され得る、空間内の対象物の位置を検出するための検出器に対する必要性が存在している。具体的には、対象物の位置に関するイメージおよび/または情報を発生させるために、大量に低コストで実現化され得、かつ、高い分解能およびイメージ品質を依然として提供する、高い分解能を有する検出器に対する強力な必要性が存在している。
US2007/0176165A1 US6,995,445B2 DE2501124A1 DE3225372A1 WO2009/013282A1 WO2013/144177A1 US2007/0080925A1 EP1667246A1 WO2012/110924A1 US2012/0206336A1 US2014/0291480A1 WO2014/097181A1 WO2014/198625A1 WO2014/198629A1 WO2014/198626A1
したがって、本発明の目的は、公知のデバイスおよび方法の上述の技術的な課題を解決する、デバイスおよび方法を提供することである。具体的には、本発明の目的は、好ましくは、技術的な労力が低く、また、技術的な資源およびコストの観点からの要求が低いにもかかわらず、空間内の対象物の位置を信頼性高く決定することができるデバイスおよび方法を提供することである。より具体的には、本発明のさらなる目的は、入射光ビームによるセンサ領域の照射に対するセンサ信号の依存を決定することを改善することができる、デバイスおよび方法を提供することである。
この問題は、独立請求項の特徴を備えている、光学検出器、検出器システム、光学的な検出の方法、ヒューマンマシンインターフェース、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム、カメラ、および、光学検出器のさまざまな使用によって解決される。隔離された方式で、または、任意の組み合わせで実現化され得る好適な実施形態は、従属請求項に列挙されている。
以下において使用されているように、「有する」、「含む(comprise)」、もしくは「含む(include)」という用語、または、それらの文法上の任意の変形例は、非排他的に使用されている。したがって、これらの用語は、これらの用語によって導入される特徴以外に、この文脈において説明されているエンティティの中にはさらなる特徴が存在していないという状況、および、1個または複数のさらなる特徴が存在しているという状況の両方を表している可能性がある。例として、「AはBを有する」、「AはBを含む(A comprises B)」、および「AはBを含む(A includes B)」という表現は、B以外に他のエレメントがAの中に存在しないという状況(すなわち、Aは専らおよび排他的にBだけから構成されているという状況)、および、B以外に、エレメントC、エレメントCおよびD、または、さらに別のエレメントなどのような、1個または複数のさらにエレメントが、エンティティAの中に存在しているという状況の両方を表している可能性がある。
さらに、以下において使用されているように、「好ましくは」、「より好ましくは」、「とりわけ」、「さらに具体的には」、「具体的には」、「より具体的には」という用語、または、同様の用語は、代替的な可能性を制限することなく、任意の特徴を伴って使用されている。したがって、これらの用語によって導入される特徴は、任意の特徴であり、決して、特許請求の範囲を制限することは意図していない。当業者は認識することになるように、本発明は、代替的な特徴を使用して実施され得る。同様に、「本発明の実施形態では」または同様の表現によって導入される特徴は、任意の特徴であることが意図されており、本発明の代替的な実施形態に関していかなる制限を課すものではなく、本発明の範囲に関していかなる制限を課すものではなく、また、そのようにして導入される特徴と本発明の他の任意の特徴または非任意の特徴を組み合わせることの可能性に関していかなる制限を課すものではない。
本発明の第1の態様では、光学検出器が開示されている。光学検出器は、
− 光ビームを検出するように、および、少なくとも1個のセンサ信号を発生させるように適合されている、少なくとも1個の光学センサであって、少なくとも1個のセンサ領域を有しており、光学センサのセンサ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるセンサ領域の照射に対して非線形の依存性を示している、少なくとも1個の光学センサと、
− 少なくとも1個のイメージセンサであって、イメージピクセルのピクセルマトリックスを含むピクセル化されたセンサであり、イメージピクセルは、光ビームを検出するように、および、少なくとも1個のイメージ信号を発生させるように適合されており、イメージ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるイメージピクセルの照射に対して線形の依存性を示している、少なくとも1個のイメージセンサと、
− センサ信号およびイメージ信号を評価するように適合されている、少なくとも1個の評価デバイスと
を含む。
本明細書で使用されているように、「光学検出器」(または、以下では、単に「検出器」と称される)は、一般的に、1個または複数の光源による照射に応答して、および/または、検出器の周囲の光学的な特性に応答して、少なくとも1個の検出器信号および/または少なくとも1個のイメージを発生させることができるデバイスを表している。したがって、検出器は、光学的な測定およびイメージングプロセスのうちの少なくとも1個を実施するように適合されている任意のデバイスであることが可能である。
具体的には、さらに詳細に下記に概説されることになるように、光学検出器は、少なくとも1個の対象物の位置を決定するための検出器であることが可能である。本明細書で使用されているように、「位置」という用語は、一般的に、空間内の対象物および/または対象物の少なくとも1個の部分の場所および/または配向に関する少なくとも1つの情報を表している。したがって、少なくとも1つの情報は、対象物の少なくとも1個のポイントと少なくとも1個の検出器との間の少なくとも1個の距離を暗示することが可能である。さらに詳細に下記に概説されることになるように、距離は、縦方向座標であることが可能であり、または、対象物のポイントの縦方向座標を決定することに寄与することが可能である。追加的にまたは代替的に、対象物および/または対象物の少なくとも1個の部分の場所および/または配向に関する1つまたは複数の他の情報が決定され得る。例として、対象物および/または対象物の少なくとも1個の部分の少なくとも1個の横方向座標が決定され得る。したがって、対象物の位置は、対象物および/または対象物の少なくとも1個の部分の少なくとも1個の縦方向座標を暗示することが可能である。追加的にまたは代替的に、対象物の位置は、対象物および/または対象物の少なくとも1個の部分の少なくとも1個の横方向座標を暗示することが可能である。追加的にまたは代替的に、対象物の位置は、空間内の対象物の配向を示す、対象物の少なくとも1個の配向情報を暗示することが可能である。
本明細書で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じ方向に進行するある量の光である。具体的には、光ビームは、光線の束および/もしくは光の共通の波面であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。したがって、好ましくは、光ビームは、当業者に知られているようなガウシアン光ビームを表すことが可能である。しかし、非ガウシアン光ビームなどのような他の光ビームも可能である。さらに詳細に下記に概説されているように、光ビームは、対象物によって、放出および/または反射され得る。さらに、光ビームは、少なくとも1個のビーコンデバイスによって反射および/または放出され得、少なくとも1個のビーコンデバイスは、好ましくは、対象物に取り付けられるか、または、対象物に一体化されるかのうちの1個または複数であることが可能である。
さらに、本発明が、「光ビームを検出する」、「進行する光ビームを検出する」、または、同様の表現を参照するときはいつでも、これらの用語は、一般的に、光学検出器、光学検出器の一部、または、任意の他の一部によって、光ビームの任意の相互作用を検出するプロセスを表している。したがって、例として、光学検出器および/または光学センサは、光学センサのセンサ領域の中のものなどのような、任意の表面の上の光ビームによって発生される光スポットを検出するように適合され得る。
本明細書でさらに使用されているように、「光学センサ」という用語は、一般的に、例えば、光ビームによって発生される照射および/または光スポットを検出するなど、光ビームおよび/またはその一部分を検出するための感光性デバイスを表している。さらに詳細に下記に概説されているように、評価デバイスを伴う光学センサは、対象物および/または対象物の少なくとも1個の部分の少なくとも1個の縦方向座標を決定するように適合され得、対象物の少なくとも1個の部分は、例えば、少なくとも1個の光ビームがそこから検出器に向けて進行する、対象物の少なくとも1個の部分などである。
したがって、さらに詳細に下記に述べられている少なくとも1個の任意の横方向光学センサとは対照的に、一般的に、光学検出器の一部である、上述のような少なくとも1個の光学センサは、少なくとも1個の「縦方向光学センサ」とも称され得る。その理由は、光学センサは、一般的に、対象物および/または対象物の少なくとも1個の部分の少なくとも1個の縦方向座標を決定するように適合され得るからである。さらに、1個または複数の横方向光学センサが設けられている場合には、少なくとも1個の任意の横方向光学センサは、少なくとも1個の縦方向光学センサに完全にもしくは部分的に一体化され得、または、別々の横方向光学センサとして完全にもしくは部分的に具現化され得る。
光学検出器は、1個または複数の光学センサを含むことが可能である。複数の光学センサが含まれる場合には、光学センサは、同一であってもよく、または、少なくとも2個の異なるタイプの光学センサが含まれ得るように、異なっていてもよい。さらに詳細に下記に概説されているように、少なくとも1個の光学センサは、無機光学センサおよび有機光学センサのうちの少なくとも1個を含むことが可能である。本明細書で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個の有機材料、好ましくは、少なくとも1個の有機の感光性材料がその中に含まれる光学センサを表している。さらに、無機材料および有機材料の両方を含む光学センサも使用され得る。
少なくとも1個の光学センサは、具体的には、少なくとも1個の縦方向光学センサであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。追加的に、上記に概説されているように、および、さらに詳細に下記に概説されているように、1個または複数の横方向光学センサは、光学検出器の一部であることが可能である。「縦方向光学センサ」および「横方向光学センサ」という用語の考えられる定義に関して、ならびに、これらのセンサの考えられる実施形態に関して、例として、WO2014/097181A1に示されているような少なくとも1個の縦方向光学センサおよび/または少なくとも1個の横方向光学センサが参照され得る。他のセットアップも実行可能である。
好ましくは、少なくとも1個の光学センサは、少なくとも1個の縦方向光学センサを含有しており、すなわち、対象物の少なくとも1個のz座標などのような、少なくとも1個の対象物の縦方向位置を決定するように適合されている光学センサを含有する。
好ましくは、光学センサは、または、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサの少なくとも1個は、WO2012/110924A1もしくはUS2012/0206336A1に開示されているような、および/または、WO2014/097181A1もしくはUS2014/0291480A1に開示されている少なくとも1個の縦方向光学センサの文脈において開示されているような、セットアップを有することが可能であり、および/または、光学センサの機能を提供することが可能である。
少なくとも1個の光学センサは、および/または、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサの1個または複数は、少なくとも1個のセンサ領域を有しており、光学センサのセンサ信号は、光ビームによるセンサ領域の照射に依存しており、センサ信号は、照射の合計パワーが同じであることを所与として、センサ領域の中の光ビームの幾何学形状に依存し、具体的には、センサ領域の中の光ビームの幅に依存する。照射の合計パワーpが同じであることを所与として、センサ信号iは、光子束Fに依存し、すなわち、単位面積当たりの光子の数に依存するので、以下では、この効果は、一般的に、FiP効果と称されることになる。評価デバイスは、センサ信号を評価するように適合されており、好ましくは、センサ信号を評価することによって幅を決定するように適合されている。
追加的に、1個または複数の他のタイプの縦方向光学センサも使用され得る。したがって、以下において、FiPセンサが参照される場合には、一般的に、その代わりに、他のタイプの縦方向光学センサも使用され得ることが留意されるべきである。それにもかかわらず、FiPセンサの優れた特性に起因して、および、FiPセンサの利点に起因して、少なくとも1個のFiPセンサを使用することが好適である。
FiP効果は、WO2012/110924A1、US2012/0206336A1、WO2014/097181A1、またはUS2014/0291480A1のうちの1個または複数にさらに開示されており、FiP効果は、具体的には、光ビームがそこから検出器に向けて進行または伝播する対象物の縦方向位置を決定するために使用され得る。したがって、好ましくは非ピクセル化されたセンサ領域であり得るセンサ領域の上の光ビームを備えるビームは、光ビームの直径または半径などのような、光ビームの幅に依存しており、さらに、光ビームは、検出器と対象物との間の距離に依存するので、センサ信号は、対象物の縦方向座標を決定するために使用され得る。したがって、例として、評価デバイスは、縦方向座標を決定するために、対象物の縦方向座標とセンサ信号との間の所定の関係を使用するように適合され得る。所定の関係は、経験的な較正測定を使用することによって、および/または、ガウシアンビーム伝播特性などのような、公知のビーム伝播特性を使用することによって、導出され得る。さらなる詳細に関して、WO2012/110924A1もしくはUS2012/0206336A1のうちの1個または複数が参照され得、または、WO2014/097181A1もしくはUS2014/0291480A1に開示されているような縦方向光学センサが参照され得る。具体的には、簡単な較正方法が実施され得、光学検出器に向けて光ビームを放出および/または反射する対象物が、z軸に沿って異なる縦方向位置にシーケンシャルに設置され、それによって、光学検出器と対象物との間に異なる空間的な分離を提供し、また、光学センサのセンサ信号は、それぞれの測定に関して登録され、それによって、センサ信号と対象物またはその一部の縦方向位置との間の一義的な関係を決定する。
好ましくは、光学センサのスタックなどのような、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサの少なくとも2個は、FiP効果を提供するように適合され得る。具体的には、FiP効果を示す1個または複数の光学センサが設けられ得、好ましくは、FiP効果を示す光学センサは、ピクセル化された光学センサであるというよりも、均一なセンサ表面を有する大面積光学センサである。
したがって、光ビームによって連続的に照射される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光学センサからの信号を評価することによって、および、上述のFiP効果を使用することによって、具体的には、WO2014/097181A1またはUS2014/0291480A1に開示されているように、ビームプロファイルの曖昧性が解消され得る。したがって、ガウシアン光ビームは、焦点ポイントの前および後の距離zにおいて、同じビーム幅を提供することが可能である。少なくとも2個の位置に沿ってビーム幅を測定することによって、光ビームが依然として細くなり続けているかまたは太くなり続けているかを決定することによって、この曖昧性が解消され得る。したがって、FiP効果を有する2個以上の光学センサを提供することによって、より高い精度が提供され得る。評価デバイスは、少なくとも2個の光学センサのセンサ領域の中の光ビームの幅を決定するように適合され得、また、評価デバイスは、幅を評価することによって、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する対象物の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報を発生させるようにさらに適合され得る。
具体的には、このFiP効果は、太陽電池などのような光検出器の中で、より好ましくは、有機半導体検出器などのような有機光検出器の中で観察され得る。したがって、少なくとも1個の光学センサ、または、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサの1個または複数は、好ましくは、少なくとも1個の有機半導体検出器および/もしくは少なくとも1個の無機半導体検出器であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。したがって、一般的に、光学検出器は、少なくとも1個の半導体検出器を含むことが可能である。最も好ましくは、半導体検出器、または、半導体検出器の少なくとも1個は、少なくとも1個の有機材料を含む有機半導体検出器であることが可能である。したがって、本明細書で使用されているように、有機半導体検出器は、有機色素および/または有機半導体材料などのような、少なくとも1個の有機材料を含む光学検出器である。少なくとも1個の有機材料の他に、有機材料または無機材料から選択され得る、1個または複数のさらなる材料が含まれ得る。したがって、有機半導体検出器は、有機材料だけを含む全有機半導体検出器として、または、1個または複数の有機材料および1個または複数の無機材料を含むハイブリッド検出器として、設計され得る。さらに、他の実施形態も実行可能である。したがって、1個または複数の有機半導体検出器および/または1個または複数の無機半導体検出器の組み合わせも実行可能である。
例として、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なる群から選択され得る。例として、具体的には、光学センサの1個または複数が上述のFiP効果を提供する場合には、少なくとも1個の光学センサは、または、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサの1個または複数は、色素増感太陽電池(DSC)、好ましくは、固体色素増感太陽電池(sDSC)であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。本明細書で使用されているように、DSCは、一般的に、少なくとも2個の電極を有するセットアップを表しており、電極の少なくとも1個は、少なくとも部分的に透明であり、少なくとも1個のn型半導体金属酸化物、少なくとも1個の色素および少なくとも1個の電解質、またはp型半導体材料が、電極同士の間に埋め込まれている。sDSCでは、電解質またはp型半導体材料は、固体材料である。一般的に、また本発明の中の光学センサの1個または複数に関して使用され得るsDSCの考えられるセットアップに関して、WO2012/110924A1、US2012/0206336A1、WO2014/097181A1、またはUS2014/0291480A1のうちの1個または複数が参照され得る。上述のFiP効果は、例えば、WO2012/110924A1において実証されているように、具体的には、sDSCの中に存在することが可能である。さらに、他の実施形態も実行可能である。
したがって、一般的に、少なくとも1個の光学センサは、少なくとも1個の第1の電極、少なくとも1個のn型半導体金属酸化物、少なくとも1個の色素、少なくとも1個のp型半導体有機材料、好ましくは、固体p型半導体有機材料、および少なくとも1個の第2の電極を含む層セットアップを有する少なくとも1個の光学センサを含むことが可能である。上記に概説されているように、第1の電極および第2の電極のうちの少なくとも1個は、透明であることが可能である。最も好ましくは、具体的には、透過型光学センサが設けられるべき場合には、第1の電極および第2の電極の両方が透明であることが可能である。
すでに上述されているように、少なくとも1個の光学センサは、大面積光学センサであることが可能であり、大面積光学センサは、均一なセンサ表面を示すことが可能であり、したがって、対応する光学センサのセンサ領域を構成することが可能である。しかし、好適な代替的な実施形態では、少なくとも1個の光学センサは、ピクセル化された光学センサであることが可能である。本明細書では、ピクセル化された光学センサは、完全にまたは少なくとも部分的にピクセルアレイによって確立され得、ピクセルアレイは、複数の個々のセンサピクセルを含むことが可能であり、それは、このように、センサ領域を構成することが可能である。より詳細に後に実証されることになるように、ピクセル化された光学センサは、それぞれの目的に関して適切でありまたは必要とされ得る任意の数のセンサピクセルを含むことが可能である。この点に関して、ピクセル化された光学センサの中のセンサピクセルは、ピクセル化された光学センサの周辺部における周辺部に位置し得る周辺部のセンサピクセルのうちの1個であることが可能であり、または、ピクセルアレイが少なくとも3x3もしくはそれ以上のセンサピクセルを含むケースでは、ピクセルアレイの周辺部から離れて位置する非周辺部のセンサピクセルのうちの1個であることが可能であることを述べることが可能である。
さらなる実施形態では、少なくとも2個の個々のピクセル化された光学センサが、同時に用いられ得、ピクセル化された光学センサのそれぞれは、複数の個々のセンサピクセルを含むピクセルアレイによって、完全にまたは少なくとも部分的に確立され得る。好ましくは、少なくとも2個の個々のピクセル化された光学センサのそれぞれは、同じ種類のピクセルアレイを含むことが可能であり、ピクセルアレイは、したがって、同じ数のセンサピクセルを示すことが可能である。しかし、他の実施形態も実行可能であり得、例えば、個々のピクセル化された光学センサが、複数のセンサピクセルを含むことが可能であり、それは、少なくとも2個の別々のピクセル化された光学センサのうちの別のものによって含まれるようなセンサピクセルの数の倍数になっているという配置なども実行可能であり得る。
この点に関して、特定の実施形態では、少なくとも1個の電子エレメントが、それぞれのセンサピクセルと同じ表面の上に、センサピクセルの付近に、とりわけ、センサピクセルのそれぞれの付近に設置され得る。本明細書では、電子エレメントは、対応するセンサピクセルによって提供されるような信号の評価に寄与するように適合され得、したがって、コネクタ、キャパシティ、ダイオード、トランジスタのうちの1個または複数を含むことが可能である。この種類の配置は、例えば、個々のセンサピクセルから光学センサの周辺部への1個または複数の直接的な電気接続を提供する機会を開くことなどによって、個々のセンサピクセルによって提供されるような信号のより高速の読み出しを可能にすることができるので、とりわけ有利である可能性がある。
しかし、上述の電子エレメントは、入射光ビームによって引き起こされるような照射に対して敏感ではないので、それらは、ピクセル化されたセンサのセンサ信号に寄与しない。したがって、結果的に、それぞれのピクセル化されたセンサの表面の上のエリアだけが、部分的な程度にまで、センサ信号に寄与することが可能であり、したがって、関心の光学センサの中のセンサ領域の広がりを減少させる。そのうえ、2個の隣接している個々のセンサピクセルは、さらに、分離ストリップによって互いから分離され得、ストリップは、フォトレジストなどのような非導電性材料を含むことが可能であり、それは、とりわけ、2個の隣接するセンサピクセルの間のクロストークを回避するように適合され得る。したがって、結果として、関心の光学センサの上のセンサ領域の広がりは、追加的に縮小され得る。
しかし、この特定の問題に対する解決策は、少なくとも2個の個々のピクセル化された光学センサによって提供され得、少なくとも2個の個々のピクセル化された光学センサは、少なくとも2個のピクセル化された光学センサが、とりわけ、互いの上に直接的に設置されているように、光学検出器の光学軸に対して垂直の平面の中に配置され得る。さらに、少なくとも2個のピクセル化された光学センサのそれぞれの場所は、さらに、好ましくは、上述の平面の中でx方向およびy方向の両方に、互いに対して所定の程度だけシフトされ得る。本明細書では、少なくとも2個のピクセル化された光学センサが互いに対してシフトされている程度は、好ましくは、関係するピクセル化された光学センサの側縁部のそれぞれの長さよりも小さい値を示すことが可能である。したがって、少なくとも2個のピクセル化された光学センサのうちの一方(それは、好ましくは、透過性であることが可能である)が、上記に説明されているような電子エレメントを含むことができる少なくとも2個のピクセル化された光学センサのうちの少なくとも1個の他方の上のエリアをカバーすることができる態様で、少なくとも2個のピクセル化された光学センサは互いに対してシフトされ得る。結果として、衝突する光ビームの視線から考慮されるように、光学センサの中のセンサ領域は、したがって、単一のピクセル化された光学センサだけを含むことができる光学センサの中のセンサ領域と比較して増加され得る。例として、2個のピクセル化された光学センサのそれぞれがN個のピクセルを含むことが可能であるケースでは、光学センサが、したがって、2Nセンサピクセルに等しくなり得る分解能を示すことができるセンサ領域を提供することが可能である。3個以上の個々の透過性のピクセル化された光学センサが同様に互いの上に配置されており、それによって、それぞれの光学センサのセンサ信号に寄与することができない光学センサの表面の上のそれらの領域をカバーするというケースでは、この2という係数は、さらに高くなる可能性がある。
本発明による光学検出器は、少なくとも1個のイメージセンサ、とりわけ、少なくとも1個のピクセル化されたイメージセンサ、好ましくは、少なくとも1個のピクセル化された無機イメージセンサ、とりわけ、少なくとも1個の電荷結合デバイス(CCD)、および/または、相補性金属酸化物半導体(CMOS)技術に基づく少なくとも1個のイメージングデバイスをさらに含む。
両方の技術は、一般的に、カメラまたはカメラチップに適していることが知られ、線形アレイおよび2次元のアレイの両方に適していることが知られている。CCDデバイスおよびCMOSデバイスの両方は、ピクセルのマトリックスをそれぞれ含み、それは、とりわけ、他の場所で説明されているようなピクセル化された光学センサの中に含まれ得る「センサピクセル」とは対照的に、ここでは、「イメージピクセル」と命名される。イメージセンサでは、それぞれのイメージピクセルは、少なくとも1個の入射光ビームに対して敏感であり得、しかし、光学センサのセンサ信号とは対照的に、イメージセンサのセンサ信号は、一般的に、入射光ビームによるセンサ領域の照射に依存しておらず、とりわけ、センサ領域に衝突する光ビームの幅に依存していない。例として、CMOS技術を使用するカメラセンサは、いわゆる「アクティブピクセルセンサ」(APS)の1次元のマトリックスまたは2次元のマトリックスの適用に基づいていることが多い。アクティブピクセルセンサは、アクティブピクセルのマトリックスを含むイメージセンサであり、それぞれのピクセルは、少なくとも1個のフォトダイオードの他に、一体化された読み出し回路を含み、読み出し回路は、MOS−FETトランジスタなどのような、3個以上のトランジスタを含み、それは、ピクセルに一体化されている。アクティブピクセルは、それぞれのフォトダイオードの照射に応じて、フォトダイオードによって発生される信号の事前増幅を可能にし、増幅された信号は、CCD技術とは対照的に、電圧として直接的に読み出され得、CCD技術において、フォトダイオードの電荷は、ピクセルごとに、マトリックスを通して、外部増幅器へ伝送される。
本発明のとりわけ好適な実施形態では、光学センサおよびイメージセンサは、いわゆるハイブリッドセンサを構成することが可能であり、「ハイブリッドセンサ」という用語は、とりわけ、上記および/または下記に説明されているような1個または複数のFiPセンサ、とりわけ、本発明による1個または複数の光学センサ、好ましくは、1個または複数の有機光学センサと、1個または複数のピクセル化された光学検出器、とりわけ、イメージセンサ、好ましくは、1個または複数の無機イメージセンサ、とりわけ、上記に説明されているような1個もしくは複数のCCDデバイスまたは1個もしくは複数のCMOSデバイスとの組み合わせで、1個または複数の有機材料および/または無機材料を同時に含むことができるアッセンブリを表すことが可能である。結果的に、ハイブリッドセンサは、1個または複数の光学センサと1個または複数のイメージセンサとを含み、1個または複数の光学センサでは、センサ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるセンサ領域の照射に対して非線形の依存性を示しており、また、1個または複数のイメージセンサでは、イメージ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるイメージピクセルの照射に対して線形の依存性を示している。したがって、ハイブリッドセンサは、入射光ビームによって引き起こされるような照射の合計パワーに関して、線形関数および非線形関数の両方を検出することが可能であり得る。
この特徴は、従来のハイブリッドセンサとは対照的であり、従来のハイブリッドセンサは、一般的にそれらの製造の方法に関して相性の悪い異なる種類の材料を含む異なるタイプの無機イメージセンサが組み合わせられ得るアセンブリから知られている。したがって、従来のハイブリッドセンサは、異なる材料の用途に基づいてさまざまなタスクを実施することを可能にする複合センサを提供することを可能にする。同様に、本発明によるハイブリッドセンサは、したがって、無機イメージセンサの利点を有機光学センサの利点と組み合わせることが可能である。しかし、ハイブリッドセンサは、有機光学センサに関して使用されるような材料だけを含むことができる少なくとも1個のイメージセンサを含むことが可能である。とりわけ、アセンブリは、ハイブリッドセンサの空間的配置を表すことが可能であり、光学センサは、さらなる光学エレメントが光学センサとイメージセンサとの間に設置されることができないように、イメージセンサのすぐ近くに位置し得る。したがって、直接的に、または、ハイブリッドデバイスの構成要素の少なくとも2個の間のボンドを提供することのいずれかによって、2個の異なるタイプのセンサまたは少なくとも1個のその一部が互いに接触することができるようになっていることが可能である特定の空間的配置が提供され得る。
本明細書では、ピクセル化された光学センサのセンサピクセルのうちの少なくとも1個が、例えば、ワイヤボンディング、直接的なボンディング、ボールボンディング、または接着剤ボンディングなどのような、周知のボンディング技法を使用することなどによって、光学センサの付近のイメージセンサの中に含まれるようなイメージピクセルのうちの1個または複数によって提供されるような上部コンタクトに電気的に接続され得ることが、とりわけ好適である可能性がある。代替的にまたはそれに加えて、透明なコンタクトを用いることによって、直接的なコンタクトが使用され得、透明なコンタクトは、1個または複数のイメージピクセルと少なくとも1個の隣接しているセンサピクセルとの間に位置し得、繰り返しになるが、透明なコンタクトは、イメージセンサのイメージピクセルのコネクタにつながるビアとして作用することができる上部コンタクトに直接的に接触させられ得る。しかし、他の種類のボンディング技法も用いられ得る。この種類の空間的配置は、区分化された光学センサをイメージセンサの上部に直接的に設置するのにとりわけ有利である可能性がある。その理由は、それが、とりわけ、区分化された光学センサの非周辺部のセンサピクセルに、すなわち、区分化された光学センサの平易にアクセス可能な周辺部に位置しないそれらのセンサピクセルに、電気的接点を容易に提供することを可能にするからである。したがって、例として、電気的接点は、隣接しているイメージセンサの上部コンタクトのうちの1個または複数を使用することによって、光学センサの非周辺部のセンサピクセルのそれぞれに提供され得るが、一方、例えば電線などの形態の電気的接点が光学センサの周辺部のセンサピクセルのそれぞれに直接的に取り付けられ得る。しかし、電気的接点を提供する他の方式も実行可能であり得る。
この種類の配置または他の種類の配置に関して、1個または複数の光学センサおよび少なくとも1個のイメージセンサのアセンブリは、入射光ビームが、イメージセンサに達する前に、1個または複数の光学センサに最初に衝突することができるようになっていることが可能であり、光学センサおよびイメージセンサの両方は、検出器の光学軸に対して垂直にそれぞれ配置され得るセンサ領域を含むことが可能である。光学センサが完全にまたは少なくとも部分的に透過性であることが可能であり、一方、1個のイメージセンサ、とりわけ、入射光ビームの方向に関して最後のイメージセンサが不透過性であることが可能であるという実施形態では、この種類のアセンブリが、とりわけ有用である可能性がある。さらに、この種類のアセンブリは、以下の場合には、特に有用である可能性がある。その場合では、光学センサが、記録されたシーンの中の縦方向位置を決定するように適合されている縦方向光学検出器として用いられ得、一方、イメージセンサが、代替的にまたはそれに加えて、記録されたシーンの中の少なくとも1個の横方向位置を決定するように構成されている横方向光学センサとして用いられ得、横方向位置は、光学検出器の光学軸に対して垂直な少なくとも1次元の位置であり、横方向光学センサは、少なくとも1個の横方向センサ信号を発生させるように適合され得、それは、評価デバイスによって評価され得る。しかし、とりわけ、光学検出器の所望の目的に応じて、ハイブリッドセンサの中の2個のタイプのセンサの他の空間的配置も実行可能であり得る。本明細書では、2種類のセンサの上述の機能性は、ハイブリッドセンサの中の2種類のセンサの他の空間的配置が実現化され得る場合にも用いられ得る。
この点に関して、それぞれの種類のセンサは、特定のピクセル分解能を示すことが可能であり、「ピクセル分解能」という用語は、一般的に、特定の面積の中に、例えば、1mmまたは1cmのそれぞれのセンサの表面積の中に含まれ得る、対応するセンサのピクセルの数を表すことが可能である。したがって、イメージセンサは、そのセンサピクセルおよびセンサエリアに関して、第1のピクセル分解能を示すことが可能であり、一方、ピクセル化された光学センサは、そのイメージピクセルおよびセンサエリアに関して、第2のピクセル分解能を示すことが可能である。好適な実施形態では、イメージセンサに割り当てられている第1のピクセル分解能は、光学センサに割り当てられている第2のピクセル分解能に等しいか、または、それを超えていることが可能である。例として、FiPデバイスのピクセル分解能が関連のイメージセンサのピクセル分解能よりも低下され得るように、ハイブリッドセンサは設計され得る。したがって、例示的なアセンブリとして、光学センサのそれぞれのセンサピクセルに関して、4x4、16x16、32x32、64x64、128x128、256x256、1024x1024、または、それ以上のイメージピクセルなどのイメージピクセルのマトリックスが、対応するCCDデバイスまたはCMOSデバイスの中に含まれ得る。しかし、センサピクセルと比較して、他の数のイメージピクセルも実行可能であり得る。ハイブリッドデバイスをより容易に製造することを可能にすることの他に、1個の光学センサ当たりイメージピクセルの1個のマトリックスを使用するこの種類の配置が、横方向分解能および/または色分解能に関して有利である可能性がある。
本明細書でさらに使用されているように、「評価デバイス」という用語は、一般的に、センサ信号から少なくとも1つの情報を導出するために、センサ信号を評価するように適合されている任意のデバイスを表している。したがって、さらに、「評価する」という用語は、一般的に、センサ信号などのような入力から、少なくとも1つの情報を導出するプロセスを表している。評価デバイスは、ユニタリーの中央集中型の評価デバイスであることが可能であり、または、複数の協働デバイスから構成され得る。例として、少なくとも1個の評価デバイスは、少なくとも1個のプロセッサおよび/または少なくとも1個の集積回路、例えば、少なくとも1個の特定用途向け集積回路(ASIC)などを含むことが可能である。評価デバイスは、コンピュータプログラムをその上で走らせるプログラマブルデバイスであることが可能であり、それは、少なくとも1個の評価アルゴリズムを実施するように適合されている。追加的にまたは代替的に、非プログラマブルデバイスも使用され得る。評価デバイスは、少なくとも1個の光学センサから分離され得、または、少なくとも1個の光学センサに完全にもしくは部分的に一体化され得る。
評価デバイスは、具体的には、センサ信号を評価することによって、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する少なくとも1個の対象物の縦方向位置の少なくとも1つの情報を発生させるように適合され得る。「縦方向位置」という用語の定義、および、縦方向位置を決定する考えられる方式に関して、上述の文献WO2012/110924A1、US2012/0206336A1、WO2014/097181A1、またはUS2014/0291480A1のうちの1個または複数、および、その中に開示されているFiP効果の使用が参照され得る。したがって、センサ信号は、一般的に、センサ領域の中の光ビームによって発生される光スポットの幅に依存する。したがって、特定の時点における焦点調整可能なレンズの焦点距離、および、対象物から検出器に向けて伝播する光ビームの特性が知られているときはいつでも、センサ信号は、対象物の縦方向位置を、例えば、対象物と光学検出器との間の距離などを示している。したがって、一般的に、縦方向位置という用語は、一般的に、光学検出器の対称軸線などのような、光学検出器の光学軸に平行な軸線の上の、対象物またはその一部の位置を表すことが可能である。例として、対象物の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報は、単に、対象物と検出器との間の距離を表すことが可能であり、および/または、単に、対象物のいわゆるz座標を表すことが可能であり、z軸は、光学軸に対して平行に選ばれており、および/または、光学軸は、z軸として選ばれている。さらなる詳細に関して、上述の文献のうちの1件または複数が参照され得る。したがって、一般的に、例えば、焦点調整可能なレンズの焦点距離が修正される、センサ信号の中の最大の位置は、さらに例示的な実施形態において下記に説明されることになるように、対象物の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報を決定することを可能にする。
上記に概説されているように、縦方向位置とセンサ信号との間の少なくとも1個の所定の関係または決定可能な関係を決定するために、分析的なアプローチ、または、経験的なアプローチ、または、さらには、半経験的なアプローチのいずれかが使用され得る。分析的に、光ビームのガウシアン伝播を仮定することによって、センサ信号は、センサ領域の上の光スポットの幅とセンサ信号との間の関係が知られているときに、光学検出器セットアップの光学的な特性から導出され得る。経験的に、上記に概説されているように、例えば、光学検出器から異なる距離に対象物を設置し、それぞれの距離に関してセンサ信号を記録することなどによって、光学検出器のセットアップを較正するために、簡単な実験が実施され得る。例として、それぞれの距離に関して、局所的最小および/または局所的最大の少なくとも1個の位相角度が、周期的なセンサ信号に関して決定され得、また、少なくとも1個の位相角度と対象物の距離との間の経験的な関係が決定され得る。他の経験的な較正測定も実行可能である。
さらに、評価デバイスは、センサ信号およびイメージ信号の両方を評価するように適合されている。上記に概説されているように、光学センサのセンサ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるセンサ領域の照射に対して非線形の依存性を示しており、一方、イメージ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるイメージピクセルの照射に対して線形の依存性を示している。本明細書で使用されているように、イメージ信号と対応するイメージピクセルの照射との間の「線形の依存性」は、イメージ信号の挙動を説明しており、それは、対応するイメージピクセルの照射が増加したのと同じようにイメージ信号が増加するという観察によって特徴付けられる。例として、イメージピクセルの照射の合計パワーの10%、50%、100%、または200%の増加は、したがって、電流または電圧を含むことが可能である、対応するイメージ信号の10%、50%、100%、または200%の増加につながることが可能である。一般的に知られているように、そのような線形の挙動は、通常、対応するデバイスの特定のセットアップに依存し得る特定の限界値内でのみ観察可能であり得、その限界値は、とりわけ、対応するイメージピクセルの照射の異常に高い合計パワーの下でのイメージ信号の飽和などのような、追加的な効果が明確に無視され得るように選択される。
この挙動とは対照的に、センサ信号と対応するセンサ領域の照射との間の「非線形の依存性」は、センサ信号が上記に説明されている線形のようには上昇しないという観察によって特徴付けられる。WO2012/110924A1およびUS2012/0206336A1においてすでに説明されているように、それぞれの光学センサによって発生されるようなセンサ信号は、照射の合計パワーが同じであることを所与として、照射の幾何学形状に依存しており、とりわけ、センサエリアの照射のビーム断面に依存する。結果として、センサ信号の増加は、照射の合計パワーの増加に依存するだけでなく、上述の非線形の挙動を結果として生じさせ得るさらなる技術的効果に依存することが可能である。本発明によれば、センサ信号は、したがって、照射の合計パワーに対する依存性を示すことが可能であり、また、上記に説明されているFiP効果の結果として、照射の幾何学形状に対する依存性を示すことが可能である。したがって、第1の観点では、センサ信号は、イメージセンサと同じように、照射のパワーに対して線形の依存性を示し、それは、しかし、第2の観点では、光学センサの照射の幾何学形状に対する追加的な非線形の依存性によって重ね合わせられ得る。
したがって、光学センサの照射の合計パワーに対するセンサ信号の非線形の依存性は、好適な例では、線形部分および非線形部分の両方を含む非線形関数によって表現可能であり得、両方の部分の総和は、上記に説明されている飽和などのようなさらなる効果は別として、センサ領域の照射に関して、センサ信号の非線形の挙動を極めて正確に説明する。この点に関して、線形部分および非線形部分の両方のそれぞれの総和は、とりわけ、特定の時点に関して導出され得る。さらに、イメージ信号は、光ビームによるイメージピクセルの照射に対して線形の依存性を示すので、イメージ信号は、同様に、非線形関数の線形部分のみによって表現され得る。
したがって、非線形関数の線形部分および/または非線形部分の両方を決定することができるようにするための設備を備えた評価デバイスを装備することが有利である可能性がある。この目的のために、評価デバイスは、上記に説明されているように、センサ信号およびイメージ信号の両方を評価することが可能であり、また、追加的に、上述のイメージ信号から非線形関数の線形部分を導出することが可能であり、一方、合計の非線形関数は、センサ信号から獲得され得る。したがって、好適な例では、評価デバイスは、処理回路を含むことが可能であり、処理回路は、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供するように適合され得る。本明細書では、「差を提供する」という用語は、2個の値の差として通常示される単一の値の形態で、とりわけ、特定の時点に関して、同じ物理量の2個の値の間の差違を獲得するように、例えば、2個の異なる電流値または2個の異なる電圧値の間の差違を獲得するように適合されている、プロセスおよび機器の両方を表すことが可能である。上記に説明されているように、センサ信号は、センサの照射の合計パワーに関して、非線形関数の線形部分および非線形部分の両方を含むことが可能であるが、イメージ信号は、この同じ非線形関数の非線形部分だけを提供することが可能であるので、この好適な例では、非線形関数の非線形部分を決定するために、とりわけ、1個または複数の特定の時点に関して、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供することが有利である可能性がある。
処理回路は、好ましくは、評価デバイスの一部であることが可能であり、処理回路は、1個または複数の演算増幅器を含むことが可能であり、1個または複数の演算増幅器は、公知の配置で、1個の時点または所望の時点における信号同士の間の差を提供するように適合され得る。この目的のために有用であり得るとりわけ好適な例が、より詳細に後に説明されることになり、それは、例えば、演算増幅器が、差動増幅器を提供するように構成されている回路の一部であることが可能である場合などである。しかし、上述の差を提供するための他の設備も用いられ得、例えば、他の電子デバイスなども用いられ得る。代替的にまたはそれに加えて、上述の差は、また、上述のタスクを実施するために適合されているソフトウェアを使用することによって決定され得、それは、しかし、評価デバイスの中または外側で実行可能であり得る。
したがって、結果として、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供することによって、電流または電圧などのような、対応する物理量の純粋に非線形の部分が獲得され得る。観察され得るように、FiPセンサのセンサ信号から導出されるような純粋に非線形の部分は、典型的に、入射光ビームの低い強度に関して、支配的になり得る強力な寄与を示すことが可能であり、しかし、一方、FiPセンサのセンサ信号の一部としての純粋に非線形の部分は、入射光ビームの強度を増加させるために、弱くなることが可能である。この点に関して、非線形関数の線形部分は、ある種の漸近的な背景(asymptotic background)として考えられ得、それは、好ましくは、所望の信号から減算され得、すなわち、上記に説明されているFiP効果に直接的に関連し得る純粋に非線形の部分から減算され得る。したがって、本発明の方法およびデバイスは、とりわけ、入射光ビームの中の一般的な低い強度において、FiP効果によって提供されるような非線形の寄与を決定するために特に有用である可能性がある。したがって、有利には、特に、低い強度のみが利用可能であり得るときに、センサ信号の信号品質をこのように増加させることが可能であり得る。
したがって、この点に関して、上記および/または下記に説明されているような少なくとも1個の光学センサおよび少なくとも1個のイメージセンサを含むハイブリッドセンサが用いられ得ることが、とりわけ好適である可能性がある。特に、さらなる光学エレメントが光学センサとイメージセンサとの間に設置されることができないように、2個の異なるタイプのセンサが互いに対してすぐ近くに位置決めされ得るという空間的配置を使用することによって、光学センサによって獲得されるような上述の非線形関数の線形部分、および、イメージセンサによって記録されるような線形関数が、本質的に同一であり得ることが確保され得る。したがって、とりわけ照射のパワーに関して、本質的に同じ条件がハイブリッドセンサの中の光学センサおよびイメージセンサのそれぞれの場所に存在し得ることを確実にするために、ハイブリッドセンサの中の光学センサとイメージセンサとの間の距離が、可能な限り低くなり得ることが、とりわけ好適である可能性がある。したがって、上記および/または下記に説明されているようなハイブリッドデバイスは、とりわけ好適であることが可能であり、より好ましくは、光学センサのセンサピクセルが、隣接するイメージセンサの上部コンタクトのうちの1個または複数を使用することによって電気的に接続され得るハイブリッドデバイスが好適であることが可能である。その理由は、この配置は、2種類のセンサの間のより低い距離を可能にすることができるからである。
そのうえ、この種類の配置は、好ましくは、光学センサがピクセル化された光学センサであるケースにおいて適用可能であることが可能であり、ピクセル化された光学センサの使用は、光学検出器の光学軸に対して垂直の平面の中の複数のセンサ信号を決定することを可能にすることができる。イメージセンサは、ピクセル化されたセンサの形態ですでに提供されているので、したがって、ピクセル単位でセンサ信号およびイメージ信号を比較することが可能であり得る。しかし、他の実施形態も可能であり、例えば、光学センサのそれぞれのセンサピクセルに関して、4x4、16x16、32x32、64x64、128x128、256x256、1024x1024、または、それ以上のイメージピクセルなどのような、イメージピクセルのマトリックスが、対応するイメージセンサの中に含まれ得るという、とりわけ好適な実施形態も可能である。この特定の実施形態では、上述のマトリックスの中のそれぞれのイメージピクセルのイメージ信号は平均化され得、それぞれのセンサピクセルに関する単一の値に関して、イメージ信号の単一の値を獲得するようになっており、とりわけ、イメージピクセルのマトリックスにわたって平均化されるようにそれぞれのセンサ信号とイメージ信号との間の差を提供することをより容易に可能にするようになっている。
上記に概説されているように、好ましくは、少なくとも1個のハイブリッドセンサおよび少なくとも1個の評価デバイスの中へ組み込まれ得る、少なくとも1個の縦方向光学センサおよび少なくとも1個のイメージセンサの他に、光学検出器は、1個または複数の追加的なエレメントを含むことが可能である。したがって、例として、光学検出器は、より詳細に下記に説明されることになる、少なくとも1個の変調デバイス、少なくとも1個の横方向光学センサ、少なくとも1個の焦点調整可能なレンズ、少なくとも1個の焦点変調デバイス、少なくとも1個のイメージングデバイス、および/または、少なくとも1個のビームスプリッティングデバイスをさらに含むことが可能である。
具体的には、少なくとも1個の光学センサ、または、光学センサの1個または複数が、上述のFiP効果を提供する場合には、光学センサのセンサ信号は、光ビームの変調周波数に依存することが可能である。例として、FiP効果は、0.1Hzから10kHzの変調周波数として機能することが可能である。したがって、さらに詳細に下記に概説されることになるように、光学検出器は、少なくとも1個の変調デバイスをさらに含むことが可能であり、少なくとも1個の変調デバイスは、光ビームの振幅変調のために、および/または、光ビームの少なくとも1個の光学的な特性の任意の他のタイプの変調のために適合されている。したがって、変調デバイスは、下記に述べられている焦点調整可能なレンズまたは焦点変調デバイスのうちの1個または複数と同一であることが可能である。追加的にまたは代替的に、チョッパ、変調された光源、または、光ビームの強度を変調させるように適合された他のタイプの変調デバイスなどのような、少なくとも1個の追加的な変調デバイスが設けられ得る。追加的にまたは代替的に、例えば、変調された方式で光ビームを放出するように適合されている1個または複数の照射源を使用することなどによって、追加的な変調が提供され得る。
例えば、変調デバイスによる第1の変調、および、焦点調整可能なレンズによる第2の変調、または、これらの2個の変調の任意の組み合わせなど、複数の変調が使用される場合には、変調は、同じ周波数範囲で、または、異なる周波数範囲で実施され得る。したがって、例として、焦点調整可能なレンズによる変調は、第1の周波数範囲の中に、例えば、0.1Hzから100Hzの範囲の中にあることが可能であり、一方、追加的に、光ビーム自身は、少なくとも1個の第2の変調周波数によって、例えば、100Hzから10kHzの第2の周波数範囲の中の周波数などによって、例えば、任意の追加的な少なくとも1個の変調デバイスなどによって、任意に追加的に変調され得る。さらに、1個または複数のビーコンデバイスに一体化された1個または複数の照射源などのような、1個または複数の変調された光源および/または照射源が使用される場合には、これらの照射源は、異なる照射源から生じる光を区別するために、異なる変調周波数で変調され得る。したがって、例えば、2個以上の変調が使用され得、そのときには、焦点調整可能なレンズによって発生される少なくとも1個の第1の変調が使用され、また、照射源による第2の変調が使用される。周波数分析を実施することによって、これらの異なる変調が分離され得る。
上記に概説されているように、FiP効果は、適当な変調によって有効化および/または強化され得る。最適な変調は、例えば、異なる変調周波数を有する光ビームを使用することなどによって、および、最適なセンサ信号などのような、容易に測定可能なセンサ信号を有する周波数を選ぶことなどによって、実験によって容易に識別され得る。変調の異なる目的のさらなる詳細に関して、WO2014/198625A1が参照され得る。
上述のFiP効果を示すさまざまなタイプの光学センサが選ばれ得る。光学センサが上述のFiP効果を示しているかどうかを決定するために、簡単な実験が実施され得、その実験において、光ビームは、光学センサの上に方向付けされ、それによって、光スポットを発生させ、そして、光スポットのサイズが変化させられ、光学センサによって発生されるセンサ信号を記録する。このセンサ信号は、例えば、変調器、変調デバイス、または変調用デバイスなどによる光ビームの変調、例えば、チョッパホイール、シャッタホイール、電気光学的な変調デバイス、および音響光学的な変調デバイスなどによる光ビームの変調に依存することが可能である。具体的には、センサ信号は、光ビームの変調周波数に依存することが可能である。照射の合計パワーが同じであることを所与として、センサ信号が、光スポットのサイズに依存し、すなわち、センサ領域の中の光ビームの幅に依存する場合には、光学センサは、FiP効果光学センサとして使用されるのに適している。
上記に概説されているように、光学検出器の少なくとも1個の光学センサは、少なくとも1個の縦方向光学センサであることが可能であり、または、少なくとも1個の縦方向光学センサを含むことが可能であり、または、少なくとも1個の縦方向光学センサとして機能することが可能であり、少なくとも1個の縦方向光学センサは、縦方向光学センサ信号を発生させるように適合されており、縦方向光学センサ信号から、評価デバイスは、光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報を導出することが可能である。しかし、追加的に、光学検出器は、さらに、対象物の横方向位置に関する少なくとも1つの情報を導出するように適合され得る。「横方向位置」という用語の考えられる定義に関して、および、この横方向位置を測定する考えられる方式に関して、WO2014/097181A1またはUS2014/0291480A1のうちの1個または複数が参照され得る。したがって、例として、横方向位置は、光学検出器の光学軸に対して平行な上述の軸線に対して垂直な平面の中の、および/または、検出器の光学軸自身に対して垂直な平面の中の、対象物またはその一部の位置であることが可能である。例として、この平面は、x−y平面と称され得る。換言すれば、デカルト座標系が使用され得、それは、z軸として光学軸を備え、または、z軸としての光学軸に対して平行な軸線を備え、z軸に対して垂直なx軸およびy軸を備えている。さらに、極座標系などのような、他の座標系も使用され得、それは、上述のz軸、ならびに、さらなる座標としての半径および極角度を備えており、半径および極角度は、横方向座標と称され得る。
したがって、一般的に、光学検出器は、少なくとも1個の横方向光学センサをさらに含むことが可能であり、横方向光学センサは、光ビームの横方向位置を決定するように適合されており、横方向位置は、検出器の光学軸に対して垂直な少なくとも1次元の位置であり、横方向光学センサは、少なくとも1個の横方向センサ信号を発生させるように適合されている。評価デバイスは、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少なくとも1つの情報を発生させるようにさらに適合され得る。
横方向センサ信号を発生させる多くの方式が実行可能である。例として、対象物の横方向位置を決定するために、上記および/または下記に説明されているような、イメージングデバイス、例えば、イメージセンサを含むイメージングデバイスなど、好ましくは、CCDデバイスもしくはCMOSデバイス、または、この種類の追加的なイメージングデバイスが使用され得、横方向位置は、イメージングデバイスまたは追加的なイメージングデバイスによって発生されるようなイメージを評価することによって、簡単に決定され得る。しかし、追加的にまたは代替的に、他のタイプの横方向光学センサも使用され得、それは、例として、センサ信号を直接的に発生させるように適合され得、センサ信号から、対象物の横方向位置が導出され得る。
少なくとも1個の任意の横方向光学センサの考えられる例示的な実施形態に関して、および、この少なくとも1個の任意の横方向光学センサによって発生される1個または複数の横方向光学センサ信号の評価に関して、繰り返しになるが、WO2014/097181A1またはUS2014/0291480A1のうちの1個または複数が参照され得る。また、その中に開示されている横方向光学センサのセットアップが、本発明による光学検出器の中で使用され得る。
したがって、WO2014/097181A1またはUS2014/0291480A1のうちの1個または複数に開示されているように、少なくとも1個の横方向光学センサは、少なくとも1個の第1の電極、少なくとも1個の第2の電極、および少なくとも1個の光起電材料を有する光検出器であることが可能であり、光起電材料は、第1の電極と第2の電極との間に埋め込まれており、光起電材料は、光による光起電材料の照射に応答して、電荷を発生させるように適合されており、第2の電極は、少なくとも2個の部分的な電極を有するスプリット電極であり、横方向光学センサは、センサ領域を有しており、少なくとも1個の横方向センサ信号は、センサ領域の中の光ビームの位置を示している。そこでは、部分的な電極を通る電流は、センサ領域の中の光ビームの位置に依存することが可能であり、横方向光学センサは、部分的な電極を通る電流に従って横方向センサ信号を発生させるように適合されている。検出器は、具体的には、評価デバイスは、部分的な電極を通る電流の少なくとも1個の比率から、対象物の横方向位置に関する情報を導出するように適合され得る。このタイプのセンサ信号の評価のさらなる詳細および例示的な実施形態に関して、WO2014/097181A1またはUS2014/0291480A1が参照され得る。
具体的には、少なくとも1個の横方向光学センサは、WO2014/097181A1またはUS2014/0291480A1にも開示されているように、少なくとも1個の色素増感太陽電池であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。第1の電極は、少なくとも部分的に、少なくとも1個の透明な導電性酸化物から作製され得、第2の電極は、少なくとも部分的に、導電性ポリマー、好ましくは、透明な導電性ポリマーから作製され得る。さらに、他の実施形態も実行可能である。
上記に概説されているように、光学検出器は、1個または複数の光学センサを含むことが可能であり、好ましくは、光学センサの少なくとも1個は、縦方向光学センサの上述の目的を充足し、センサ信号を発生させ、少なくとも1個の評価デバイスは、センサ信号から、光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報を導出することが可能である。追加的に、1個または複数の横方向光学センサが設けられ得る。少なくとも1個の任意の横方向光学センサは、少なくとも1個の縦方向光学センサから分離され得、または、少なくとも1個の縦方向光学センサに完全にもしくは部分的に一体化され得る。さまざまなセットアップが実行可能である。
複数の光学センサが使用されているケースでは、光学センサは、さまざまな方式で設置され得る。例として、光学センサは、光ビームの1個の同じビーム経路の中に設置され得る。追加的にまたは代替的に、2個以上の光学センサは、セットアップの異なる分岐の中に設置され得、それによって、例えば、ビームスプリッティングエレメントを使用することなどによって、異なる部分的なビーム経路の中に設置されている。
具体的には、複数の光学センサが使用されているケースでは、光学センサの2個以上が、光学センサのスタックとして配置され得る。したがって、一般的に、少なくとも1個の光学センサは、例えば、WO2014/097181A1またはUS2014/0291480A1に開示されているように、少なくとも2個の光学センサのスタックを含むことが可能である。スタックの光学センサのうちの少なくとも1個は、少なくとも部分的に透過性の光学センサであることが可能である。
上記に概説されているように、光学検出器は、光ビームの少なくとも1個のビーム経路の中に位置する少なくとも1個の焦点調整可能なレンズをさらに含むことが可能である。好ましくは、少なくとも1個の焦点調整可能なレンズは、フレキシブルレンズとして命名され得、少なくとも1個の焦点調整可能なレンズは、少なくとも1個の光学センサの前の、または、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサの少なくとも1個の前の、ビーム経路の中に位置することが可能であり、光ビームが、少なくとも1個の光学センサに達する前に、少なくとも1個の焦点調整可能なレンズを、または、複数の焦点調整可能なレンズが設けられている場合には、焦点調整可能なレンズの少なくとも1個を、通過するようになっている。
本明細書で使用されているように、「焦点調整可能なレンズ」という用語は、一般的に、制御された方式で焦点調整可能なレンズを通過する光ビームの焦点位置を修正するように適合されている光学エレメントを表している。焦点調整可能なレンズは、1個もしくは複数のレンズおよび/または1個もしくは複数の湾曲したミラーなどのような、調節可能なまたは調整可能な焦点距離を備える1個または複数のレンズエレメントであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。1個または複数のレンズは、例として、両凸形レンズ、両凹形レンズ、平凸形レンズ、平凹形レンズ、凸凹形レンズ、または凹凸形レンズのうちの1個または複数を含むことが可能である。1個もしくは複数の湾曲したミラーは、凹形ミラー、凸形ミラー、または、1個もしくは複数の湾曲した反射表面を有する任意の他のタイプのミラーのうちの1個もしくは複数であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。当業者が認識することになるように、それらの任意の組み合わせが、一般的に実行可能である。ここでは、「焦点位置」は、一般的に、光ビームが最も狭い幅を有する位置を表している。さらに、光学的な設計点の当業者には明らかであるように、「焦点位置」という用語は、一般的に、広がりまたはレイリー長などのような、他のビームパラメータを表すことが可能であり、したがって、例として、焦点調整可能なレンズは、少なくとも1個のレンズであることが可能であり、または、それを含むことが可能であり、少なくとも1個のレンズの焦点距離は、例えば、外部影響光、制御信号、電圧、または電流などによって、制御された方式で変化または修正され得る。また、焦点位置の変化は、切り替え可能な屈折率を含む光学エレメントによって実現され得、それは、それだけでフォーカシングデバイスではない可能性があるが、光ビームの中へ設置されるときに、固定焦点レンズの焦点ポイントを依然として変化させることが可能である。この文脈においてさらに使用されるように、「制御された方式で」という用語は、一般的に、焦点調整可能なレンズの上に及ぼされ得る影響に起因して修正が起こるという事実を表しており、焦点調整可能なレンズに外部影響を及ぼすことによって、例えば、デジタル制御信号、アナログ制御信号、制御電圧、または制御電流のうちの1個または複数などのような、制御信号を、焦点調整可能なレンズに適用することなどによって、焦点調整可能なレンズを通過する光ビームの実際の焦点位置、および/または、焦点調整可能なレンズの焦点距離が、1個または複数の所望の値に調節され得るようになっている。具体的には、焦点調整可能なレンズは、レンズまたは湾曲したミラーなどのような、レンズエレメントであることが可能であり、または、それを含むことが可能であり、その焦点距離は、電気的な制御信号などのような、適当な制御信号を適用することによって調節され得る。
焦点調整可能なレンズの例は、文献の中で幅広く知られており、また、市販されている。例として、Optotune AG、CH−8953 Dietikon、Switzerlandによって入手可能であるような、調整可能なレンズ、好ましくは、電気的に調整可能なレンズが参照され得、それは、本発明の文脈において用いられ得る。さらに、Varioptic、69007 Lyon、Franceから市販されているような、焦点調整可能なレンズも使用され得る。さらに、N. Nguyen, Micro−optofluidic Lenses: A review, Biomicrofluidics, 4, p. 031501, 2010、または、Uriel LevyおよびRomi Shamai, Tunable optofluidic devices, Microfluid Nanofluid, 4, p. 97, 2008が参照され得る。
焦点調整可能なレンズのさまざまな原理が、当技術分野で知られており、本発明の中で使用され得る。したがって、第1に、焦点調整可能なレンズは、少なくとも1個の透明な成形可能材料を、好ましくは、その形状を変化させることができる成形可能材料を含むことが可能であり、したがって、機械的な影響および/または電気的な影響などのような、外部影響に起因して、その光学的な特性および/または光学的な境界面を変化させることが可能である。影響を及ぼすアクチュエータは、具体的には、焦点調整可能なレンズの一部であることが可能である。追加的にまたは代替的に、焦点調整可能なレンズは、少なくとも1個の制御信号を焦点調整可能なレンズに提供するための1個または複数のポートを、例えば、1個または複数の電気的なポートなどを有することが可能である。成形可能材料は、具体的には、透明な液体および透明な有機材料、好ましくは、ポリマー、より好ましくは、電気活性ポリマーからなる群から選択され得る。さらに、組み合わせも可能である。したがって、例として、成形可能材料は、親水性の液体および親油性の液体などのような、2個の異なるタイプの液体を含むことが可能である。他のタイプの材料も実行可能である。
焦点調整可能なレンズは、成形可能材料の少なくとも1個の境界面を成形するための少なくとも1個のアクチュエータをさらに含むことが可能である。アクチュエータは、具体的には、焦点調整可能なレンズのレンズゾーンの中の液体の量を制御するための液体アクチュエータ、または、成形可能材料の境界面の形状を電気的に変化させるように適合された電気アクチュエータからなる群から選択され得る。
焦点調整可能なレンズの1個の実施形態は、静電的な焦点調整可能なレンズである。したがって、焦点調整可能なレンズは、少なくとも1個の液体および少なくとも2個の電極を含むことが可能であり、液体の少なくとも1個の境界面の形状は、好ましくはエレクトロウェッティングによって、電圧または電流の一方または両方を電極に印加することによって変化可能である。追加的にまたは代替的に、焦点調整可能なレンズは、1個または複数の電気活性ポリマーの使用に基づくことが可能であり、その形状は、電圧および/または電界を印加することによって変化させられ得る。
さらに詳細に下記に概説されることになるように、1個の焦点調整可能なレンズまたは複数の焦点調整可能なレンズが使用され得る。したがって、焦点調整可能なレンズは、単一レンズエレメントまたは複数の単一レンズエレメントであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。追加的にまたは代替的に、例えば1個または複数のモジュールの中などで相互接続される複数のレンズエレメントが使用され得、それぞれのモジュールは、複数の焦点調整可能なレンズを有する。したがって、さらに詳細に下記に概説されることになるように、少なくとも1個の焦点調整可能なレンズは、例えば、C.U. Muradeら, Optics Express, Vol. 20, No. 16, 18180−18187 (2012)に開示されているような、マイクロレンズアレイなどのような少なくとも1個のレンズアレイであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。他の実施形態も実行可能である。
少なくとも1個の焦点変調信号を焦点調整可能なレンズに提供し、それによって、焦点位置を変調させるように適合されている、少なくとも1個の焦点変調デバイスを適用することによって、焦点調整可能なレンズの調整が達成され得る。本明細書で使用されているように、「焦点変調デバイス」という用語は、一般的に、少なくとも1個の焦点変調信号を焦点調整可能なレンズに提供するように適合された任意のデバイスを表すことが可能である。具体的には、焦点変調デバイスは、少なくとも1個の制御信号を、例えば、少なくとも1個の電気的な制御信号などを、例えば、デジタル制御信号および/またはアナログ制御信号などを、例えば、電圧および/または電流などを、焦点調整可能なレンズに提供するように適合され得、焦点調整可能なレンズは、光ビームの焦点位置を修正するように適合されており、および/または、制御信号に従ってその焦点距離を適合させるように適合されている。したがって、例として、焦点変調デバイスは、制御信号を提供するように適合された少なくとも1個の信号発生器を含むことが可能である。例として、焦点変調デバイスは、電子信号、より好ましくは、周期的な電子信号、例えば、正弦波の信号、方形波の信号、または三角波の信号、より好ましくは、正弦波の電圧もしくは三角波の電圧および/または正弦波の電流もしくは三角波の電流を発生させるように適合された信号発生器および/または発振器であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。したがって、例として、焦点変調デバイスは、電子信号発生器であることが可能であり、もしくは、それを含むことが可能であり、および/または、電子回路が、少なくとも1個の電子信号を提供するように適合されている。信号は、さらに、正弦関数の線形の組み合わせ、例えば、2乗正弦関数またはsin(t)関数などであることが可能である。追加的にまたは代替的に、焦点変調デバイスは、周期的な制御信号などのような少なくとも1個の制御信号を提供するように適合されている、少なくとも1個の処理デバイス、例えば、少なくとも1個のプロセッサおよび/または少なくとも1個の集積回路などであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。
結果的に、「焦点変調信号」という用語は、本明細書で使用されているように、一般的に、焦点調整可能なレンズによって読み取られるように適合されている制御信号を表しており、焦点調整可能なレンズは、焦点変調信号に従って、光ビームの少なくとも1個の焦点位置および/または少なくとも1個の焦点距離を調節するように適合されている。焦点変調信号の考えられる実施形態に関して、制御信号は焦点変調信号と称され得るので、制御信号の上述の実施形態が参照され得る。
焦点変調デバイスは、少なくとも1個の焦点調整可能なレンズから分離された別々のデバイスとして、完全にまたは部分的に具現化され得る。また、追加的にまたは代替的に、焦点変調デバイスは、例えば、少なくとも1個の焦点変調デバイスを少なくとも1個の焦点調整可能なレンズに完全にまたは部分的に一体化させることなどによって、少なくとも1個の焦点調整可能なレンズの一部として完全にまたは部分的に具現化され得る。
焦点変調デバイスは、追加的にまたは代替的に、例えば、それらのエレメントを1個の同じコンピュータおよび/またはプロセッサに一体化させることなどによって、さらに詳細に下記に説明されている少なくとも1個の評価デバイスに完全にまたは部分的に一体化され得る。追加的にまたは代替的に、少なくとも1個の焦点変調デバイスは、同様に、例えば、少なくとも1個の無線接続または有線結合接続を使用することなどによって、少なくとも1個の評価デバイスに接続され得る。繰り返しになるが、代替的に、焦点変調デバイスと少なくとも1個の評価デバイスとの間に、物理的な接続は存在していなくてもよい。
上記に概説されているように、光学検出器は、光学検出器によってキャプチャされるようなイメージを記録するように適合され得る、少なくとも1個のイメージングデバイスをさらに含むことが可能である。本明細書では、「イメージング」という用語は、空間分解されたように、すなわち、シーンまたはその一部に関して定義され得る、少なくとも1個の空間座標に関して、好ましくは、2個の空間座標または3個の空間座標に関して、シーンまたはその一部の中の光量の値、とりわけ、照射、波長、例えば、色など;偏光;ルミネッセンス、例えば、蛍光など;または、伝送を獲得することを表すことが可能である。したがって、イメージは、全シーンまたはシーンの一部の1次元の、2次元の、または3次元のイメージを含むことが可能であり、「シーン」は、例として、1個または複数の対象物を含む、光学検出器の任意の周囲を表すことが可能であり、シーンのイメージが撮像され得る。本明細書では、シーンは、建物もしくは部屋またはその一部の内側のシーンであることが可能であり、または、建物または部屋の外側のシーンであることが可能である。さらに、少なくとも1個のイメージは、単一のイメージ、または、ビデオもしくはビデオクリップなどのような、イメージの進行性のシーケンスを含むことが可能である。
したがって、少なくとも1個のイメージングデバイスは、一般的に、少なくとも1個の感光性エレメントを含む任意のデバイスを表すことが可能であり、少なくとも1個の感光性エレメントは、空間的に分解可能であり得、したがって、空間的に分解された光学的情報を、1次元で、2次元で、または3次元で記録するように適合されている。同様に、空間内の少なくとも1個の感光性エレメントの空間移動と時間移動との間の関係が知られている場合には、少なくとも1個の感光性エレメントは、等しく時間分解可能であり、および、したがって、依然として、空間的に分解された光学的情報を、1次元で、2次元で、または3次元で記録するように適合され得る。
第1の実施形態では、上記におよび/または下記に説明されているような光学センサは、とりわけ、光学センサが実際にイメージングデバイスを構成するように、すなわち、イメージングデバイスが光学センサと同一であるように、使用され得る。したがって、有利には、単一のセンサは、空間的に分解された光学的情報を依然として記録するために十分であり得る。
第2の実施形態では、上述の光学センサに関して同一の特性または同様の特性を示し得る、少なくとも1個の追加的な縦方向光学センサが、少なくとも1個のイメージングデバイスとして用いられ得る。両方の実施形態では、少なくとも1個の光学センサは、とりわけ、大面積光学センサとして、上記に説明されているFiP効果を示すことが可能であり、大面積光学センサは、一般的に複数の別々のセンサピクセルを含む、ピクセル化された光学センサであるというよりも、センサ領域を構成する均一なセンサ表面を有する。結果として、これらの特定の実施形態におけるイメージングデバイスは、シーンの深度に関してのみイメージを提供することが可能であり得る。
しかし、そのような制限を克服するために、イメージングデバイスは、さらなる実施形態として、代替的にまたはそれに加えて、上記および/または下記に述べられているような任意の横方向光学センサのうちの少なくとも1個を追加的に含むことが可能であり、それは、イメージに関して少なくとも1個の横方向座標を記録するように適合されている。本明細書では、横方向光学センサは、好ましくは、センサ領域を構成する均一なセンサ表面および少なくとも1対の電極を有する大面積光検出器であることが可能であり、電極の少なくとも1個は、少なくとも2個の部分的な電極を有するスプリット電極であることが可能である。したがって、対応する横方向センサ信号は、したがって、部分的な電極を通る電流に従って発生され得、横方向位置に関する情報は、好ましくは、部分的な電極を通るそれぞれの電流の少なくとも1個の比率から導出され得る。したがって、この特定の実施形態では、少なくとも1個の横方向光学センサを含むイメージングデバイスは、2次元の平面的なイメージを提供することが可能であり、または、少なくとも1個の含まれたまたは追加的な縦方向光学センサと組み合わせて、記録されたシーンまたは記録されたその一部に関して、3次元空間的イメージを提供することが可能である。
さらなるとりわけ好適な実施形態では、少なくとも1個のイメージングデバイスは、他方では、感光性エレメントの1個または複数のマトリックスまたはアレイを含むことが可能であり、感光性エレメントはここでは、「ピクセル」(ピクチャエレメント)と命名され得る。この点に関して、ピクセルの長方形の1次元の配置または2次元の配置、好ましくは、例えば、4x4、16x16、32x32、64x64、128x128、256x256、1024x1024、または、それ以上のピクセルを含む2次元の正方形配置などが、特に、好適であることが可能である。しかし、異なる数のピクセルを備える他の配置も用いられ得る。したがって、この実施形態に関して、光学検出器は、1個または複数のイメージングデバイスを含むことが可能であり、それぞれのイメージングデバイスは、複数の感光性ピクセルを有することが可能である。
この点に関して、本発明による光学センサは、好ましくは、いわゆる「センサピクセル」のアレイを有する、ピクセル化された光学センサの形態で提供され得、それぞれのセンサピクセルは、FiP効果を示すことが可能である。さらなる詳細に関して、ここで、WO2014/198629A1が参照され得、それは、数Nのセンサピクセルを備えた光学センサを説明している。
本発明によれば、複数のイメージピクセルをすでに含むイメージセンサが、イメージングデバイスとして使用され得る。とりわけ、少なくとも1個の光学センサおよび少なくとも1個のイメージセンサを含むハイブリッドセンサが、また、イメージングデバイスとして用いられ得る。代替的にまたはそれに加えて、ハイブリッドデバイスの中のイメージセンサは別として、さらなるイメージセンサが、また、この目的のために使用され得る。
具体的には、少なくとも1個の評価デバイスは、センサ信号の中の局所的最大または局所的最小のうちの一方または両方を検出するように適合され得る。したがって、具体的には、例えば、少なくとも1個の焦点調整可能なレンズの焦点距離を周期的に変調されることなどによって、焦点調整可能なレンズの周期的な変調が、焦点変調デバイスによって起こるケースでは、センサ信号は、周期的なセンサ信号であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。評価デバイスは、センサ信号の中の局所的最大および/または局所的最小の振幅、位相、または位置のうちの1個または複数を決定するように適合され得る。さらに詳細に下記に概説されることになるように、具体的には、センサ信号の中の最大の位置、FiPセンサによって発生される信号の中の最大の位置は、センサ信号を発生させる光学センサが焦点の合った状態になっており、その最小ビーム直径を有しており、したがって、光ビームは、光学センサのセンサ領域の位置において、その最も高い光子密度を有することを示すことが可能である。この点において、WO2012/110924A1、US2012/0206336A1、WO2014/097181A1、またはUS2014/0291480A1のうちの1個または複数の開示が参照され得る。
したがって、評価デバイスは、少なくとも1個のセンサ信号の中の局所的最小または局所的最大のうちの一方または両方を検出するように適合され得、また、例えば、位相角度などのような位相、または、局所的最大および/もしくは局所的最小が起こる時間のうちの1個または複数を決定することによって、これらの局所的最小および/または局所的最大の位置を決定するように適合され得る。追加的にまたは代替的に、評価デバイスは、局所的最大または局所的最小を、内部クロック信号などのようなクロック信号と比較するように適合され得る。したがって、一般的に、評価デバイスは、局所的最大および/または局所的最小の位相および/または周波数を評価することが可能である。追加的にまたは代替的に、評価デバイスは、局所的最大および/または局所的最小の間の位相シフト差を検出するように適合され得る。当業者は認識することになるように、位置、周波数、位相、もしくは、センサ信号の他の属性、ならびに/または、局所的最小および/または局所的最大のうちの一方または両方を評価するさまざまな他の方式が可能である。
焦点調整可能なレンズの変調の位相などのような、焦点調整可能なレンズの変調は、一般的に、センサ信号の中の局所的最小および/または局所的最大の位置から知られるので、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する対象物の位置に関する少なくとも1つの情報、例えば、対象物の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報が、決定され得る。繰り返しになるが、この対象物の位置に関する少なくとも1つの情報を決定することは、センサ信号の中の局所的最小および/もしくは局所的最大の位置、例えば、位相角度など、または、これらの局所的最小および/もしくは局所的最大が起こる時間と、対象物の位置に関する情報、例えば、対象物の縦方向位置に関する情報などとの間の、少なくとも1個の所定の関係または決定可能な関係を使用することによって、実施され得る。上述の文献WO2012/110924A1、US2012/0206336A1、WO2014/097181A1、またはUS2014/0291480A1のうちの1個または複数に開示されているように、その関係は、例えば、対象物から検出器へ伝播するときの光ビームのガウシアン特性を仮定することなどによって、経験的に決定され得る。繰り返しになるが、追加的にまたは代替的に、その関係は、例えば、簡単な実験などによって、経験的に決定され得、その簡単な実験では、対象物が異なる位置に連続的に設置され、毎回、センサ信号が測定され、センサ信号の中の局所的最小および/または局所的最大が決定され、それによって、例えば、ルックアップテーブル、曲線、等式、または、一方では、局所的最小および/もしくは局所的最大の位置と、他方では、対象物の位置に関する少なくとも1つの情報、例えば、対象物の縦方向位置に関する少なくとも1個の情報との間の関連を示す、任意の他の経験的な関係などのような関係を発生させる。したがって、例として、局所的最小および/または局所的最大の位置から導出される少なくとも1個の入力変数が使用され得、また、対象物の位置に関する少なくとも1つの情報を含有する出力変数が、例えば、アルゴリズム、等式、ルックアップテーブル、曲線、またはグラフなどのうちの1個または複数を使用することなどによって、それから発生され得る。繰り返しになるが、関係は、分析的に、経験的に、または半経験的に発生され得る。
したがって、一般的に、評価デバイスは、局所的最大または局所的最小のうちの一方または両方を評価することによって、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する少なくとも1個の対象物の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報を導出するように適合され得る。この目的のために、繰り返しになるが、評価デバイスは、例として、この工程を実施するのに適合されている1個もしくは複数のプロセッサ、および/または、1個もしくは複数の集積回路を含むことが可能である。例として、1個または複数のコンピュータプログラムが、工程を実施するために使用され得、コンピュータプログラムは、プロセッサの上で走らせられるときに、上述の工程を実行するためのプログラム工程を含む。
上記に概説されているように、評価デバイスは、具体的には、センサ信号の位相感応評価を実施するように適合され得る。本明細書で使用されているように、位相感応評価は、一般的に、位相軸または時間軸の上の信号のシフティングに対して敏感な信号の評価を表しており、時間における信号のシフト、例えば、遅れた信号および/または加速された信号が、登録され得るようになっている。具体的には、評価は、位相角度および/もしくは時間、ならびに/または、周期信号を評価するときの位相シフトを示す任意の他の変数を登録することを暗示することが可能である。したがって、例として、周期信号の位相感応評価は、一般的に、周期信号の中の特定の特徴の1個または複数の位相角度および/または時間、例えば、最小および/または最大の位相角度などを登録することを暗示することが可能である。位相感応評価は、具体的には、センサ信号の中の局所的最大または局所的最小のうちの一方または両方の位置を決定すること、または、ロックイン検出のうちの一方または両方を含むことが可能である。ロックイン検出方法は、一般的に、当業者に知られている。したがって、例として、周期信号であり得る焦点変調信号、および、センサ信号は、両方とも、ロックイン増幅器の中へ給送され得る。レンズを制御する変調信号、および、ロックイン検出方法で使用される変調信号は、信号対ノイズ比がとりわけ最適な方式で増加され得るように、適合され得る。さらに、変調信号は、信号対ノイズ比を改善するために、評価デバイスと変調デバイスとの間のフィードバックループを使用して調節され得る。さらに、例えば、センサ信号の中の任意の他のタイプの特徴を評価することによって、および/または、センサ信号と1個もしくは複数の他の信号を比較することなどによって、センサ信号を評価する他の方式が実行可能である。
上記に概説されているように、光学検出器は、少なくとも1個の光学センサを含み、好ましくは、少なくとも1個の光学センサは、または、複数の光学センサが設けられている場合には、これらの光学センサの少なくとも1個は、縦方向光学センサとして機能し、縦方向光学センサ信号を発生させることが可能であり、縦方向光学センサ信号から、評価デバイスは、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する対象物の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報を導出することが可能である。少なくとも1個の任意の縦方向光学センサの考えられるセットアップに関して、例えば、WO2012/110924A1またはUS2012/0206336A1に開示されているセンサセットアップが参照され得る。その理由は、その中に開示されている光学センサは、距離センサなどのような縦方向光学センサとして機能することが可能であるからである。少なくとも1個の焦点調整可能なレンズの焦点距離を周期的に変調させることによって、光学検出器からの対象物の距離などのような、縦方向位置が導出され得る。少なくとも1個の縦方向光学センサのさらなる考えられるセットアップに関して、WO2014/097181A1またはUS2014/0291480A1のうちの一方または両方に開示されている縦方向光学センサが参照され得る。繰り返しになるが、少なくとも1個の焦点調整可能なレンズの焦点距離を周期的に変調させることによって、光学検出器からの対象物の距離などのような、縦方向位置が導出され得る。しかし、少なくとも1個の縦方向光学センサの他のセットアップも実行可能であることが留意されるべきである。
一般的に、少なくとも1個の光学センサは、具体的には、少なくとも1個の縦方向光学センサは、少なくとも1個の半導体検出器を含むことが可能である。光学センサは、少なくとも2個の電極と、少なくとも2個の電極の間に埋め込まれている少なくとも1個の光起電材料とを含むことが可能である。光学センサは、少なくとも1個の有機半導体検出器を含むことが可能であり、少なくとも1個の有機半導体検出器は、少なくとも1個の有機材料、好ましくは、有機太陽電池、および、とりわけ、好ましくは、色素太陽電池または色素増感太陽電池、とりわけ、固体色素太陽電池または固体色素増感太陽電池を有する。光学センサ、具体的には、縦方向光学センサは、少なくとも1個の第1の電極、少なくとも1個のn型半導体金属酸化物、少なくとも1個の色素、少なくとも1個のp型半導体有機材料、好ましくは、固体p型半導体有機材料、および、少なくとも1個の第2の電極を含むことが可能である。その場合には、第1の電極または第2の電極のうちの少なくとも1個は、透明であることが可能である。透過型光学センサを生成するために、第1の電極および第2の電極の両方が透明であることも可能である。さらなる詳細に関して、WO2012/110924A1、US2012/0206336A1、WO2014/097181A1、またはUS2014/0291480A1のうちの1個または複数が参照され得る。しかし、その中に開示されている実施形態が、具体的には、本発明の目的のために有用であるとしても、少なくとも1個の光学センサの他の実施形態も実行可能であることが留意されるべきである。
さらに詳細に下記に概説されることになるように、光学検出器は、上記に開示されているエレメントの他に、1個または複数の追加的なエレメントを含むことが可能である。したがって、例として、光学検出器は、1個または複数のハウジングを含むことが可能であり、1個または複数のハウジングは、上述のコンポーネントの1個もしくは複数、または、さらに詳細に下記に開示されているコンポーネントの1個もしくは複数を入れている。
さらに、光学検出器は、少なくとも1個の伝送デバイスを含むことが可能であり、伝送デバイスは、対象物から横方向光学センサおよび縦方向光学センサへ放出する光を給送するように設計されている。本明細書で使用されているように、結果的に、「伝送デバイス」という用語は、一般的に、好ましくは、レンズまたは湾曲したミラーが行うような明確に規定された方式で、ビーム形状、ビーム幅、または、光ビームの拡幅角度のうちの1個または複数に影響を与えることによって、光ビームを光学検出器および/または少なくとも1個の光学センサの上または中へガイドおよび/または給送するように適合された、任意のデバイス、または、デバイスの組み合わせを表している。結果的に、伝送デバイスは、レンズ、フォーカシングミラー、デフォーカシングミラー、リフレクタ、プリズム、光学フィルタ、ダイヤフラムのうちの1個または複数であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。他の実施形態も実行可能である。考えられる伝送デバイスのさらなる例示的な実施形態が、詳細に下記に開示されることになる。
少なくとも1個の焦点調整可能なレンズは、少なくとも1個の伝送デバイスから分離され得、または、好ましくは、少なくとも1個の伝送デバイスに完全にもしくは部分的に一体化され得、または、少なくとも1個の伝送デバイスの一部であることが可能である。
焦点調整可能なレンズなどのような調整可能な光学エレメントは、異なる距離にある対象物が異なる焦点ポイントを有するという事実を補正することができるという追加的な利点を提供する。焦点調整可能なレンズアレイは、例として、US2014/0132724A1に開示されている。しかし、他の実施形態も実行可能である。さらに、液体マイクロレンズアレイの考えられる例に関して、C.U.MuradeらのOptics Express,Vol.20,No16,18180−18187(2012)が参照され得る。繰り返しになるが、他の実施形態も実行可能である。さらに、アレイ化されたエレクトロウェッティングマイクロプリズムなどのような、マイクロプリズムアレイの考えられる例に関して、J.HeikenfeldらのOptics&Photonics News,2009年1月,20−26が参照され得る。繰り返しになるが、マイクロプリズムの他の実施形態も使用され得る。
上記に概説されているように、または、さらに詳細に下記に概説されることになるように、少なくとも1個の光学センサのセンサ信号は、照射の合計パワーが同じであることを所与として、センサ領域の中の光ビームの幅に依存する。したがって、少なくとも1個の光学センサは、上記に説明されているFiP効果を有する少なくとも1個のセンサを含む。しかし、少なくとも1個のFiPセンサに加えて、他のタイプの光学センサも使用され得ることが留意されるべきである。
センサ信号は、好ましくは、電流および/または電圧などのような、電気信号であることが可能である。センサ信号は、連続的な信号または不連続的な信号であることが可能である。さらに、センサ信号は、アナログ信号またはデジタル信号であることが可能である。さらに、光学センサは、それ自身で、および/または、光学検出器の他のコンポーネントとともに、例えば、処理された検出器信号を提供するために、フィルタリングおよび/または平均化することなどによって、検出器信号を処理または事前処理するように適合され得る。したがって、例として、特定の周波数範囲の検出器信号だけを伝送するために、バンドパスフィルタが使用され得る。他のタイプの事前処理も実行可能である。以下では、検出器信号を参照するときに、さらなる評価のために、生の検出器信号が使用されているケースと、事前処理された検出器信号が使用されているケースとの間で区別はされないことになる。
さらに詳細に下記に概説されることになるように、評価デバイスは、少なくとも1個のマイクロコントローラまたはプロセッサなどのような、少なくとも1個のデータ処理デバイスを含むことが可能である。したがって、例として、少なくとも1個の評価デバイスは、複数のコンピュータコマンドを含むソフトウェアコードがその上に記憶されている少なくとも1個のデータ処理デバイスを含むことが可能である。追加的にまたは代替的に、評価デバイスは、1個または複数の電子コンポーネントを含むことが可能であり、例えば、1個もしくは複数の周波数混合デバイスおよび/または1個もしくは複数のフィルタなど、例えば、1個もしくは複数のバンドパスフィルタおよび/または1個もしくは複数のローパスフィルタを含むことが可能である。したがって、例として、評価デバイスは、周波数分析を実施するために、少なくとも1個のフーリエアナライザおよび/または少なくとも1個のロックイン増幅器、または、好ましくは、ロックイン増幅器のセットを含むことが可能である。したがって、例として、変調周波数のセットが設けられている場合には、評価デバイスは、変調周波数のセットのそれぞれの変調周波数に関して別々のロックイン増幅器を含むことが可能であり、または、例えば、シーケンシャルにもしくは同時に、変調周波数の2個以上の周波数分析を実施するように適合されている1個または複数のロックイン増幅器を含むことが可能である。このタイプのロックイン増幅器は、一般的に、当技術分野で知られている。
評価デバイスは、少なくとも1個のさらなるデータ処理デバイスに接続され得、または、それを含むことが可能であり、少なくとも1個のさらなるデータ処理デバイスは、光学センサおよび/または評価デバイスによって得られる情報などのような、情報を表示すること、可視化すること、分析すること、配布すること、通信すること、または、さらに処理することのうちの1個または複数のために使用され得る。例として、データ処理デバイスは、ディスプレイ、プロジェクタ、モニタ、LCD、TFT、LEDパターン、または、さらなる可視化デバイスのうちの少なくとも1個に接続され得、または、それらを組み込むことが可能である。それは、通信デバイスまたは通信インターフェース、オーディオデバイス、スピーカ、コネクタまたはポートのうちの少なくとも1個にさらに接続され得、または、それを組み込むことが可能であり、それは、Eメール、テキストメッセージ、電話、bluetooth(登録商標)、Wi−Fi、赤外線またはインターネットインターフェース、ポートまたは接続部のうちの1個または複数を使用して、暗号化された情報または暗号化されていない情報を送ることができる。データ処理デバイスは、例として、プロトコルファミリまたはスイートの通信プロトコルを使用し、評価デバイスまたはさらなるデバイスと情報を交換することが可能であり、通信プロトコルは、具体的には、TCP、IP、UDP、FTP、HTTP、IMAP、POP3、ICMP、IIOP、RMI、DCOM、SOAP、DDE、NNTP、PPP、TLS、E6、NTP、SSL、SFTP、HTTPs、Telnet、SMTP、RTPS、ACL、SCO、L2CAP、RIP、または、さらなるプロトコルのうちの1個以上であることが可能である。プロトコルファミリまたはスイートは、具体的には、TCP/IP、IPX/SPX、X.25、AX.25、OSI、AppleTalk、または、さらなるプロトコルファミリまたはスイートのうちの1個または複数であることが可能である。データ処理デバイスは、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、Apple AシリーズまたはSamsung S3C2シリーズの製品、マイクロコントローラ、またはマイクロプロセッサなどのようなシステム−オン−チップ、1個または複数のメモリブロック、例えば、ROM、RAM、EEPROM、またはフラッシュメモリなど、タイミング供給源、例えば、発振器もしくは位相同期ループ、カウンタタイマ、リアルタイムタイマ、またはパワーオン−リセット−ジェネレーターなど、電圧調整器、電力管理回路、またはDMAコントローラのうちの少なくとも1個にさらに接続され得、または、それを組み込むことが可能である。個々のユニットは、AMBAバスなどのようなバスによって、さらに接続され得る。
評価デバイスおよび/またはデータ処理デバイスは、例えば、シリアルインターフェースもしくはシリアルポート、または、パラレルインターフェースもしくはパラレルポート、USB、Centronics Port、FireWire、HDMI(登録商標)、イーサネット(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、RFID、Wi−Fi、USART、もしくはSPIのうちの1個または複数など、または、アナログインターフェースまたはアナログポート、例えば、ADCもしくはDAC、または、標準化されたインターフェースもしくは標準化されたポートのうちの1個または複数などによって、CameraLinkなどのようなRGBインターフェースを使用する2Dカメラデバイスなどのようなさらなるデバイスに接続され、またはさらなる外部インターフェースまたは外部ポートを有し得、または、それらを有することが可能である。さらに、評価デバイスおよび/またはデータ処理デバイスは、プロセッサ間インターフェースもしくはプロセッサ間ポート、FPGA−FPGA−インターフェース、または、シリアルインターフェースポートもしくはパラレルインターフェースポートのうちの1個または複数によって接続され得る。さらに、評価デバイスおよびデータ処理デバイスは、光学ディスクドライブ、CD−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、またはソリッドステートハードディスクのうちの1個または複数に接続され得る。
評価デバイスおよび/またはデータ処理デバイスは、1個または複数のさらなる外部コネクタ、例えば、フォンコネクタ、RCAコネクタ、VGAコネクタ、雌雄同体コネクタ、USBコネクタ、HDMI(登録商標)コネクタ、8P8Cコネクタ、BCNコネクタ、IEC60320 C14コネクタ、光ファイバコネクタ、Dサブミニチュアコネクタ、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個または複数などによって接続され得、または、それらを有することが可能であり、および/または、これらのコネクタのうちの1個または複数のための少なくとも1個の適切なソケットを組み込むことが可能である。
上記に概説されているように、変調器デバイスは、異なる変調周波数によって、少なくとも2個のピクセルを周期的に変調させるように適合され得る。評価デバイスは、具体的には、異なる変調周波数によってセンサ信号を復調させることによって、周波数分析を実施するように適合され得る。
上記に概説されているように、本発明による光学検出器では、評価デバイスは、FiPセンサである少なくとも1個の光学センサの少なくとも1個のセンサ信号から、対象物の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報を分割するように適合され得る。その理由は、少なくとも1個の光学センサのセンサ信号は、光学センサのセンサ領域の中の光ビームによって発生される光スポットの幅に依存するからである。したがって、一般的に、評価デバイスは、光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の縦方向座標と、光ビームによって照射される光学センサの位置における光ビームの幅のうちの一方または両方との間の公知の関係または決定可能な関係を使用して、対象物の縦方向座標を決定するように適合され得、および/または、対象物の縦方向位置に関する少なくとも1個のさらなる情報を決定するように適合され得る。繰り返しになるが、所定の関係または決定可能な関係は、さまざまな方式で決定され得、例えば、ガウシアン光ビームであるという仮定を使用するアプローチなどのような、分析的なアプローチを使用することによって、または、簡単な経験的な較正アプローチを使用することなどによって、例えば、光学検出器からさまざまな距離に対象物を設置することによって、光ビームによって照射される光学センサのピクセルの数、または、光学センサの位置において光ビームによって発生される光ビームもしくは光スポットの幅のうちの一方もしくは両方を決定することなどによって、決定され得る。
少なくとも1個の光学センサは、複数のピクセルを通過する光ビームの複数の部分を検出するように適合されている少なくとも1個の大面積光学センサを含むことが可能である。
光学検出器は、単一のビーム経路を含有することが可能であり、または、上記に概説されているように、複数の少なくとも2個の異なる部分的なビーム経路を含有することが可能である。後者のケースでは、光学検出器は、具体的には、光ビームのビーム経路を少なくとも2個の部分的なビーム経路へと分割するように適合された少なくとも1個のビームスプリッティングエレメントを含むことが可能である。複数の部分的なビーム経路が設けられている場合には、少なくとも1個の光学センサが、部分的なビーム経路の1個または複数の中に位置し得る。
評価デバイスは、信号成分を評価することによって、イメージピクセルに関する深度情報を決定するようにさらに適合され得る。したがって、特定のイメージピクセル、または、イメージのイメージピクセルのグループに関して、光ビームまたは部分的な光ビームがそこから検出器に向けて伝播してそれぞれのイメージピクセルに到達する対象物の縦方向位置に関する情報が、例えば、FiP効果を使用することなどによって、少なくとも1個の光学センサのセンサ信号を評価する上述の手段を使用することなどによって、発生され得る。したがって、すべてのピクセルに関して、または、ピクセルのうちのいくつかに関して、深度情報が発生され得る。イメージングデバイスによってキャプチャされる2次元のイメージ、および、イメージピクセルのいくつかまたはさらにはすべてに関して発生される追加的な深度情報は、3次元のイメージ情報にまとまることが可能であるので、評価デバイスは、少なくとも1個の3次元のイメージを発生させるために、イメージピクセルの深度情報をイメージと組み合わせるように適合され得る。
本発明による1個または複数の光学検出器、評価デバイス、またはデータ処理デバイスを組み込む単一のデバイス、例えば、光学センサ、光学システム、評価デバイス、通信デバイス、データ処理デバイス、インターフェース、システム−オン−チップ、ディスプレイデバイス、またはさらなる電子デバイスのうちの1個または複数などを組み込む単一のデバイスの考えられる実施形態は、モバイルフォン、パーソナルコンピュータ、タブレットPC、テレビジョン、ゲームコンソール、または、さらなるエンターテイメントデバイスである。さらなる実施形態では、さらに詳細に下記に概説されることになる3Dカメラ機能性は、デバイスのハウジングまたは外見における顕著な相違なしに、従来の2Dデジタルカメラとともに利用可能なデバイスの中に一体化され得、ユーザにとっての顕著な相違は、3D情報を取得および/または処理することの機能性だけであることが可能である。
具体的には、光学検出器および/またはその一部、例えば、評価デバイスおよび/またはデータ処理デバイスなどを組み込む実施形態は、3Dカメラの機能性に関して、ディスプレイデバイス、データ処理デバイス、光学センサ、任意のセンサオプティクス、および、評価デバイスを組み込む、モバイルフォンであることが可能である。本発明による光学検出器は、具体的には、エンターテイメントデバイスおよび/または通信デバイスの中に、例えば、モバイルフォンなどの中に一体化するのに適切であることが可能である。
本発明のさらなる実施形態は、光学検出器またはその一部、例えば、自動車において使用するための、自動運転において使用するための、または、Daimler社のIntelligent Driveシステムなどのようなカーセーフティシステムにおいて使用するための、デバイスの中の評価デバイスおよび/またはデータ処理デバイスの組み込みであることが可能であり、例として、光学センサ、任意の1個または複数の光学システム、評価デバイス、任意の通信デバイス、任意のデータ処理デバイス、任意の1個もしくは複数のインターフェース、任意のシステム−オン−チップ、任意の1個もしくは複数のディスプレイデバイス、または、任意のさらなる電子デバイスのうちの1個または複数を組み込むデバイスは、車両、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ることが可能である。自動車の用途において、自動車設計へのデバイスの一体化は、外部または内部からの最小の可視性で、光学センサ、任意のオプティクス、またはデバイスを一体化することを必要とする可能性がある。光学検出器またはその一部、例えば、評価デバイスおよび/またはデータ処理デバイスなどは、自動車設計の中へのそのような一体化のために特に適切であることが可能である。
少なくとも1個の焦点調整可能なレンズを使用する上述の概念は、具体的には、例えば、周波数変調などに関して、光ビームまたはその一部を変調させるためにフレキシブルの焦点距離を有する振動レンズは、複数の利点を提供する。したがって、一般的に、周波数変調に関して、振動するフレキシブルの焦点距離を組み合わせて使用することは、典型的に、FiPセンサのセンサ信号の信号強度をおおよそ50%だけ増加させる。
少なくとも1個の焦点調整可能なレンズは、単一のレンズであることが可能であり、もしくは、それを含むことが可能であり、または、焦点調整可能なレンズアレイなどのような、複数の焦点調整可能なレンズを含むことが可能である。これらの焦点調整可能なレンズの焦点距離は、全体のアレイに関して、または、アレイの選択されたエリアに関して、周期的に振動することが可能であり、例えば、最小焦点距離から最大焦点距離へ、また、また、その反対に、変化させられるようになっている。焦点の振幅およびオフセットを変化させることによって、異なる焦点レベルが分析され得る。例えば、前方にある対象物は、マイクロレンズの対応するエリアの短焦点を使用して詳細に分析され得、一方、後方にある対象物が、同時に分析され得る。異なる焦点レベルを区別するために、マイクロレンズは、異なる周波数で振動することが可能であり、それは、例えば、高速フーリエ変換(FFT)または周波数選択の他の手段を使用することなどによって、これらの周波数による分離を可能にする。焦点が振動している間に、FiPセンサの信号は、対象物がそれぞれの光学センサの中で焦点の合った状態になっているときに、局所的最小または局所的最大を示すことが可能である。
したがって、本発明の概念は、光学検出器、および/または、光学検出器を含むカメラのセットアップを簡単化するために使用され得る。とりわけ、少なくとも1個のFiPセンサは、対象物が焦点の合った状態になっているかまたは焦点がはずれた状態になっているかを本質的に決定することが可能である。焦点調整可能なレンズの焦点位置および/または焦点距離を変化させるときに、FiPセンサは、光ビームがそこから出てくる対象物が焦点の合った状態になっているときに、FiP電流などのようなセンサ信号の中の局所的最大および/または局所的最小を示すことが可能である。すべての対象物を焦点の合った状態で示し、好ましくは、同時に、深度を決定することができる、光学検出器および/またはカメラを構築するために、この概念は使用され得る。
本発明に従って、CCDデバイスおよび/またはCMOSデバイスなどのような、イメージングデバイスが使用され得るので、FiPピクセルの下に配置され得るイメージングデバイスのピクセル、例えば、CMOSピクセルなどは、焦点距離にあるピクチャを記録することが可能であり、焦点距離では、FiP曲線が、局所的最小または局所的最大を示している。したがって、すべての対象物が焦点の合った状態になっているイメージを記録するために、簡単なスキームが取得され得る。
FiPピクセルが対象物を焦点の合った状態で検出する焦点距離が、対応する対象物の相対的なまたは絶対的な深度を計算するために使用され得る。イメージ分析および/またはフィルタと関連して、3Dイメージが計算され得る。
本発明のこの基本原理による光学検出器が、隔離されて、または、任意の実行可能な組み合わせで使用され得るさまざまな実施形態によって、さらに開発され得る。
さらに詳細に上記に概説されているように、評価デバイスは、好ましくは、異なる変調周波数でセンサ信号を復調させることによって、周波数分析を実施するように適合され得る。この目的のために、評価デバイスは、1個または複数の復調デバイスを含有することが可能であり、例えば、1個または複数の周波数混合デバイス、1個または複数の周波数フィルタ、例えば、1個または複数のローパスフィルタもしくは1個または複数のロックイン増幅器など、および/またはフーリエアナライザなどを含有することが可能である。好ましくは、評価デバイスは、周波数の所定の範囲および/または調節可能な範囲にわたって離散フーリエ分析または連続フーリエ分析を実施するように適合され得る。
上記に概説されているように、評価デバイスは、好ましくは、信号成分のそれぞれをマトリックスの1個または複数のピクセルを割り当てるように適合されている。評価デバイスは、信号成分を評価することによって、マトリックスのどのピクセルが光ビームによって照射されているかを決定するようにさらに適合され得る。したがって、それぞれの信号成分は、一義的な相関関係を介して、特定のピクセルに対応することが可能であるので、スペクトルの成分の評価は、ピクセルの照射の評価につながることが可能である。例として、評価デバイスは、照射されているピクセルを決定するために、信号成分を少なくとも1個の閾値と比較するように適合され得る。少なくとも1個の閾値は、固定された閾値もしくは所定の閾値であることが可能であり、または、可変のもしくは調節可能な閾値であることが可能である。例として、信号成分の典型的なノイズを上回る所定の閾値が選ばれ得、また、それぞれのピクセルの信号成分が閾値を超える場合に、ピクセルの照射が決定され得る。少なくとも1個の閾値は、すべての信号成分に関して均一な閾値であることが可能であり、または、それぞれの信号成分に関して個々の閾値であることが可能である。したがって、異なる信号成分が異なる程度のノイズを示す傾向にある場合には、これらの個々のノイズを考慮に入れるために、個々の閾値が選ばれ得る。
評価デバイスは、光ビームによって照射されているマトリックスのピクセルの横方向位置を識別することによって、光ビームの少なくとも1個の横方向位置、および/または、光ビームの配向、例えば、検出器の光学軸に関する配向などを識別するようにさらに適合され得る。したがって、例として、信号成分を評価することによって最も高い照射を有する少なくとも1個のピクセルを識別することによって、ピクセルのマトリックスの上の光ビームの中心が識別され得る。最も高い照射を有する少なくとも1個のピクセルは、マトリックスの特定の位置に位置し得、それは、繰り返しになるが、次いで、光ビームの横方向位置として識別され得る。この点において、他のオプションも実行可能ではあるが、一般的に、WO2014/198629A1に開示されているような、光ビームの横方向位置を決定する原理が参照され得る。
一般的に、以下で使用されることになるように、検出器のいくつかの方向が定義され得る。したがって、対象物の位置および/または配向は、座標系において定義され得、それは、好ましくは、検出器の座標系であることが可能である。したがって、検出器は、座標系を構成することが可能であり、その座標系において、検出器の光学軸は、z軸を形成しており、また、その座標系において、追加的に、x軸およびy軸も設けられ得、x軸およびy軸は、z軸に対して垂直になっており、また、互いに対して垂直になっている。例として、検出器、および/または、検出器の一部は、この座標系の中の特定の点に存在することが可能であり、例えば、この座標系の原点などに存在することが可能である。この座標系において、z軸に対して平行または逆平行の方向は、縦方向とみなされ得、また、z軸に沿った座標は、縦方向座標と考えられ得る。縦方向に対して垂直の任意の方向は、横方向と考えられ得、また、x座標および/またはy座標は、横方向座標と考えられ得る。
代替的に、他のタイプの座標系も使用され得る。したがって、例として、極座標系も使用され得、極座標系において、光学軸は、z軸を形成しており、また、極座標系において、z軸からの距離および極角度は、追加的な座標として使用され得る。繰り返しになるが、z軸に対して平行または逆平行の方向は、縦方向と考えられ得、また、z軸に沿った座標は、縦方向座標と考えられ得る。z軸に対して垂直の任意の方向は、横方向と考えられ得、極座標および/または極角度は、横方向座標と考えられ得る。
ピクセルのマトリックスの上の光ビームの中心は、ピクセルのマトリックスの上の光ビーム中心スポットまたは中心エリアであることが可能であり、それは、さまざまな方式で使用され得る。したがって、光ビームの中心に関する少なくとも1個の横方向座標が決定され得、それは、以下では、光ビームの中心のxy座標とも称されることになる。
さらに、光ビームの中心の位置は、横方向位置に関する情報、および/または、光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の相対的な方向を獲得することを可能にすることができる。したがって、光ビームによって照射されているマトリックスのピクセルの横方向位置は、光ビームによる最も高い照射を有する1個または複数のピクセルを決定することによって決定される。この目的のために、検出器の既知のイメージング特性が使用され得る。例として、対象物から検出器へと伝播する光ビームは、特定のエリアに直接的に衝突することが可能であり、また、このエリアの場所から、または、具体的には、光ビームの中心の位置から、対象物の横方向位置および/または方向が導出され得る。任意に、検出器は、光学的な特性を有する少なくとも1個の伝送デバイスを含むことが可能であり、例えば、少なくとも1個のレンズまたはレンズシステムなどを含むことが可能である。典型的に、例えば、公知のイメージング等式、および/または、光線オプティクスもしくはマトリックスオプティクスから知られている幾何学的な関係を使用することなどによって、伝送デバイスの光学的な特性が知られているので、1個または複数の伝送デバイスが使用される場合に、対象物の横方向位置に関する情報を導出するために、ピクセルのマトリックスの上の光ビームの中心の位置も使用され得る。したがって、一般的に、評価デバイスは、光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の横方向位置、および、光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の相対的な方向の1個または複数を、光ビームの横方向位置および光ビームの配向のうちの少なくとも1個を評価することによって識別するように適合され得る。この点において、例として、WO2014/097181A1およびWO2014/198629A1のうちの1個または複数に開示されているような、横方向光学センサの1個または複数も参照され得る。さらに、他のオプションも実行可能である。
評価デバイスは、スペクトル分析の結果をさらに評価することによって、具体的には、信号成分を評価することによって、光ビームに関する情報、および/または、光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の位置に関する1つまたは複数の他の情報を導出するようにさらに適合され得る。したがって、例として、デバイスを評価することは、光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の位置;光ビームの横方向位置;光ビームの幅;光ビームの色、および/または、光ビームのスペクトル特性;光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の縦方向座標からなる群から選択される1つまたは複数の情報を導出するように適合され得る。これらの情報の例、および、これらの情報を導出することの例が、さらに詳細に下記に与えられることになる。
したがって、例として、評価デバイスは、信号成分を評価することによって、光ビームの幅を決定するように適合され得る。一般的に、本明細書で使用されているように、「光ビームの幅」という用語は、ピクセルのマトリックスの上において、具体的には、上述のz軸などのような、光ビームの伝播の局所的な方向に対して垂直な平面において、光ビームによって発生される照射のスポットの横方向の広がりの任意の測定値を表している。したがって、例として、光ビームの幅は、光スポットの面積、光スポットの直径、光スポットの等価直径、光スポットの半径、または、光スポットの等価半径のうちの1個または複数を提供することによって特定され得る。例として、さらに詳細に下記に概説されることになるように、光学センサの位置における光ビームの幅を決定するために、いわゆるビームウエストが特定され得る。具体的には、評価デバイスは、光ビームによって照射されているピクセルに割り当てられている信号成分を識別するように適合され得、また、ピクセルの配置の既知の幾何学的特性から、光学センサの位置における光ビームの幅を決定するように適合され得る。したがって、具体的には、マトリックスのピクセルがマトリックスの既知の位置に位置する場合には(それは、典型的に事実である)、周波数分析によって導出されるようなそれぞれのピクセルの信号成分は、光ビームによる光学センサの照射の空間分布に変換され得、それによって、光学センサの位置における光ビームの幅に関する少なくとも1つの情報を導出することができる。
光ビームの幅が既知である場合には、幅は、光ビームがそこから検出器に向けて進行する対象物の位置に関する1つまたは複数の情報を導出するために使用され得る。したがって、評価デバイス、光ビームの幅と光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の間の距離との間の公知の関係または決定可能な関係を使用して、対象物の縦方向座標を決定するように適合され得る。光ビームの幅を評価することによって、対象物の縦方向座標を導出する一般的原理に関して、WO2012/110924A1、WO2014/198629A1、およびWO2014/097181A1のうちの1個または複数が参照され得る。
したがって、例として、ピクセルが照射されているピクセルであるかどうかを決定するために、評価デバイスは、ピクセルのそれぞれに関して、それぞれのピクセルの信号成分を少なくとも1個の閾値と比較するように適合され得る。この少なくとも1個の閾値は、ピクセルのそれぞれに関する個々の閾値であることが可能であり、または、マトリックス全体にわたって均一な閾値になっている、閾値であることが可能である。上記に概説されることになるように、閾値は、所定の閾値および/または固定された閾値であることが可能である。代替的に、少なくとも1個の閾値は、可変であることが可能である。したがって、少なくとも1個の閾値は、それぞれの測定に関して、または、測定のグループに関して、個別に決定され得る。したがって、閾値を決定するように適合された少なくとも1個のアルゴリズムが設けられ得る。
一般的に、評価デバイスは、ピクセルの信号を比較することによって、ピクセルの中から最も高い照射を有する少なくとも1個のピクセルを決定するように適合され得る。したがって、検出器は、一般的に、光ビームによる照射の最も高い強度を有する、1個または複数のピクセル、および/または、マトリックスのエリアもしくは領域を決定するように適合され得る。例として、このように、光ビームによる照射の中心が決定され得る。
最も高い照射、および/または、最も高い照射の少なくとも1個のエリアまたは領域についての情報が、さまざまな方式で使用され得る。したがって、上記に概説されているように、少なくとも1個の上述の閾値は、可変の閾値であることが可能である。例として、評価デバイスは、最も高い照射を有する少なくとも1個のピクセルの信号の何分の1かとして、上述の少なくとも1個の閾値を選ぶように適合され得る。したがって、評価デバイスは、最も高い照射を有する少なくとも1個のピクセルの信号に係数1/eを掛けることによって、閾値を選ぶように適合され得る。さらに詳細に下記に概説されることになるように、このオプションは、少なくとも1個の光ビームに関してガウシアン伝播特性が仮定される場合に、とりわけ好適である。その理由は、閾値1/eは、一般的に、光学センサの上のガウシアン光ビームによって発生されるビーム半径またはビームウエストwを有する光スポットの境界線を決定するからである。
評価デバイスは、光ビームの幅、または、これと等価である、光ビームによって照射されているピクセルの数Nと、対象物の縦方向座標との間の所定の関係を使用することによって、対象物の縦方向座標を決定するように適合され得る。したがって、一般的に、光ビームの直径は、当業者に一般的に知られている伝播特性に起因して、伝播とともに変化し、例えば、伝播の縦方向座標などとともに変化する。照射されているピクセルの数と対象物の縦方向座標との間の関係は、経験的に決定された関係であることが可能であり、および/または、分析的に決定され得る。
したがって、例として、較正プロセスは、光ビームの幅および/または照射されているピクセルの数と縦方向座標との間の関係を決定するために使用され得る。追加的にまたは代替的に、上述のように、所定の関係は、光ビームがガウシアン光ビームであるという仮定に基づくことが可能である。光ビームは、正確に1個の波長λを有する単色光ビームであることが可能であり、または、複数の波長もしくは波長スペクトルを有する光ビームであることが可能であり、例として、スペクトルの中心波長、および/または、スペクトルの特性ピークの波長は、光ビームの波長λとして選ばれ得る。
分析的に決定される関係の例として、光ビームのガウシアン特性を仮定することによって導出され得る所定の関係は、次式であることが可能である。
Figure 2018507389
ここで、zは、縦方向座標であり、
は、空間内を伝播するときの光ビームの最小ビーム半径であり、
は、光ビームのレイリー長であり、z=πw /λであり、λは、光ビームの波長である。
この関係は、一般的に、座標系のz軸に沿って進行するガウシアン光ビームの強度Iの一般式から導出され得、rは、z軸に対して垂直の座標であり、Eは、光ビームの電界である。
Figure 2018507389
ガウシアン曲線を一般的に表すガウシアン光ビームの横断方向プロファイルのビーム半径wが、特定のz値に関して、z軸からの特定の距離として定義され、その距離において、振幅Eは、1/eの値(おおよそ36%)に降下し、また、強度Iは、1/eに降下する。最小ビーム半径は、上記で与えられているガウシアン式において、座標z=0において起こり(それは、例えば、z座標変換を実施するときなどに、他のz値においても起こり得る)、それは、wによって示されている。z座標に応じて、ビーム半径は、光ビームがz軸に沿って伝播するときに、一般的に、以下の式に従う。
Figure 2018507389
照射されているピクセルの数Nが、光学センサの照射されている面積Aに比例しており、
N〜A (4)
または、複数の光学センサi=1、...、nが使用される場合に、それぞれの光学センサに関して照射されているピクセルの数Nが、それぞれの光学センサの照射されている面積Aに比例しており、
〜A (4’)
かつ、半径wを有する円形の一般的な面積は次式であるとき、
A=π・w (5)
照射されているピクセルの数とz座標との間の以下の関係が、次式でそれぞれ導出され得、
Figure 2018507389
または
Figure 2018507389
ここで、上述のように、z=πw /λである。したがって、NまたはNは、それぞれ、I≧I/eの強度で照射されている円形の中のピクセルの数であり、例として、NまたはNは、ピクセルを単純に数えることによって、および/または、他の方法によって、例えば、ヒストグラム分析などによって、決定され得る。換言すれば、z座標と照射されているピクセルの数NまたはNとの間の明確に規定された関係は、それぞれ、対象物の縦方向座標z、および/または、対象物の少なくとも1個のポイントの縦方向座標を決定するために使用され得、例えば、対象物に一体化されているおよび/または対象物に取り付けられているうちの一方である、少なくとも1個のビーコンデバイスの少なくとも1個の縦方向座標などを決定するために使用され得る。
式(1)などのような、上記に与えられている式では、光ビームが位置z=0において焦点を有することが仮定されている。しかし、例えば、特定の値を加算および/または減算することなどによって、z座標の座標変換が可能であることが留意されるべきである。したがって、例として、焦点の位置は、典型的に、検出器からの対象物の距離、および/または、光ビームの他の特性に依存する。したがって、焦点および/または焦点の位置を決定することによって、対象物の位置が、具体的には、対象物の縦方向座標が、例えば、焦点の位置と対象物および/またはビーコンデバイスの縦方向座標との間の経験的な関係および/または分析的な関係を使用することなどによって決定され得る。
さらに、少なくとも1個の任意のレンズなどのような、少なくとも1個の任意の伝送デバイスのイメージング特性が考慮に入れられ得る。したがって、例として、対象物から検出器に向けて方向付けされている光ビームのビーム特性が既知である場合には、例えば、ビーコンデバイスの中に含有されている照射デバイスの放出特性が既知である場合などには、対象物から伝送デバイスへの伝播を表す適当なガウシアン伝達行列、伝送デバイスのイメージングを表す適当なガウシアン伝達行列、および、伝送デバイスから少なくとも1個の光学センサへのビーム伝播を表す適当なガウシアン伝達行列を使用することによって、ビームウエストと対象物および/またはビーコンデバイスの位置との間の相関関係が、分析的に容易に決定され得る。追加的にまたは代替的に、相関関係は、適当な較正測定によって、経験的に決定され得る。
上記に概説されているように、ピクセルのマトリックスは、好ましくは、2次元のマトリックスであることが可能である。しかし、1次元のマトリックスなどのような、他の実施形態も実行可能である。より好ましくは、上記に概説されているように、ピクセルのマトリックスは、長方形マトリックスであり、とりわけ、正方形マトリックスである。
上記に概説されているように、周波数分析によって導出される情報は、対象物および/または光ビームに関する他のタイプの情報を導出するためにさらに使用され得る。横方向位置および/または縦方向位置の情報に対して追加的にまたは代替的に導出され得る情報のさらなる例として、対象物および/または光ビームの色および/またはスペクトル特性を挙げることが可能である。
上記に概説されているように、本発明の利点のうちの1個は、光学センサの緻密なピクセル化が回避され得るという事実に存在する。その代わりに、ピクセル化されたイメージングデバイスが使用され得、それによって、事実上、ピクセル化を実際の光学センサからイメージングデバイスへ移行させる。具体的には、少なくとも1個の光学センサは、複数のピクセルを通過する光ビームの複数の部分を検出するように適合されている少なくとも1個の大面積光学センサであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。したがって、少なくとも1個の光学センサは、ユニタリーのセンサ信号を提供するように適合されている、単一のセグメント化されていないユニタリーのセンサ領域を提供することが可能であり、センサ領域は、少なくとも、検出器に進入して光学軸に対して平行に通過する光ビームに関して、イメージングデバイスを通過する光ビームのすべての部分を検出するように適合されている。例として、ユニタリーのセンサ領域は、少なくとも25mmの感応エリア、好ましくは、少なくとも100mmの感応エリア、より好ましくは、少なくとも400mmの感応エリアを有することが可能である。さらに、2個以上のセンサ領域を有する実施形態などのような、他の実施形態も実行可能である。さらに、2個以上の光学センサが使用されている場合には、光学センサは、必ずしも同一になっている必要があるわけではない。したがって、1個または複数の大面積光学センサは、さらに詳細に下記に概説されることになるように、1個または複数のピクセル化された光学センサと組み合わせられ得、例えば、1個または複数のカメラチップと、例えば、1個もしくは複数のCCDチップまたはCMOSチップなどと組み合わせられ得る。
少なくとも1個の光学センサは、または、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサの少なくとも1個は、好ましくは、完全にまたは部分的に透過性であることが可能である。したがって、一般的に、少なくとも1個の光学センサは、少なくとも1個の少なくとも部分的に透過性の光学センサを含むことが可能であり、光ビームが、少なくとも部分的に、透過型光学センサを通過することができるようになっている。本明細書で使用されているように、「少なくとも部分的に透過性である」という用語は、光学センサ全体が透過性であるか、または、光学センサの一部(例えば、感応領域など)が透過性であるというオプション、および/または、光学センサが、または、少なくとも光学センサの透過性の部分が、減衰される方式で、または、減衰されない方式で、光ビームを伝送することができるオプションの両方を表すことが可能である。したがって、例として、透過型光学センサは、少なくとも10%、好ましくは、少なくとも20%、少なくとも40%、少なくとも50%、または、少なくとも70%の透明度を有することが可能である。透明度は、光ビームの波長に依存することが可能であり、所与の透明度は、赤外線スペクトル範囲、可視光スペクトル範囲、および紫外線スペクトル範囲のうちの少なくとも1個の中の少なくとも1個の波長に関して有効であることが可能である。一般的に、本明細書で使用されているように、赤外線スペクトル範囲は、780nmから1mmまでの範囲、好ましくは、780nmから50μmまでの範囲、より好ましくは、780nmから3.0μmまでの範囲を表している。可視光スペクトル範囲は、380nmから780nmまでの範囲を表している。その場合に、紫色のスペクトル範囲を含む、青色のスペクトル範囲は、380nmから490nmとして定義され得、純粋な青色のスペクトル範囲は、430nmから490nmとして定義され得る。黄色のスペクトル範囲を含む、緑色のスペクトル範囲は、490nmから600nmとして定義され得、純粋な緑色のスペクトル範囲は、490nmから470nmとして定義され得る。オレンジ色のスペクトル範囲を含む、赤色のスペクトル範囲は、600nmから780nmとして定義され得、純粋な赤色のスペクトル範囲は、640nmから780nmとして定義され得る。紫外線スペクトル範囲は、1nmから380nm、好ましくは、50nmから、380nm、より好ましくは、200nmから380nmとして定義され得る。
一般的に、センサの効果を提供するために、光学センサは、典型的に、光ビームと光学センサとの間の何らかの相互作用を提供しなければならず、それは、典型的に、透明度の喪失を結果として生じさせる。光学センサの透明度は、光ビームの波長に依存することが可能であり、光学センサの感度、吸収、または透明度のスペクトルプロファイルを結果として生じさせる。上記に概説されているように、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサのスペクトル特性は、必ずしも同一になっていなければならないわけではない。したがって、光学センサのうちの1個は、赤色のスペクトルの領域において強力な吸収(例えば、吸光度ピーク、吸光係数ピーク、または吸収ピークのうちの1個または複数など)を提供することが可能であり、光学センサのうちの別の1個は、緑色のスペクトルの領域において強力な吸収を提供することが可能であり、別の1個は、青色のスペクトルの領域において強力な吸収を提供することが可能である。他の実施形態も実行可能である。
上記に概説されているように、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサは、スタックを形成することが可能である。したがって、少なくとも1個の光学センサは、少なくとも2個の光学センサのスタックを含む。スタックの光学センサのうちの少なくとも1個は、少なくとも部分的に透過性の光学センサであることが可能である。したがって、好ましくは、光学センサのスタックは、少なくとも1個の少なくとも部分的に透過性の光学センサと、透過性であっても不透過性であってもよい、少なくとも1個のさらなる光学センサを含むことが可能である。好ましくは、少なくとも2個の透過型光学センサが設けられる。また、具体的には、焦点調整可能なレンズから最も遠くに離れている側の光学センサは、不透過性のセンサなどのような、不透過型光学センサであることが可能であり、有機光学センサまたは無機光学センサが使用され得、例えば、CCDチップまたはCMOSチップのような無機半導体センサなどが使用され得る。
上記に概説されているように、少なくとも1個の光学センサは、必ずしも、ピクセル化された光学センサでなければならないわけではない。したがって、周波数分析を実施する一般的な概念を使用することによって、ピクセル化は省略され得る。さらに、具体的には、複数の光学センサが設けられている場合には、1個または複数のピクセル化された光学センサが使用され得る。したがって、具体的には、光学センサのスタックが使用される場合には、スタックの光学センサのうちの少なくとも1個は、複数の感光性ピクセルを有する、ピクセル化された光学センサであることが可能である。例として、ピクセル化された光学センサは、ピクセル化された有機光学センサおよび/または無機光学センサであることが可能である。最も好ましくは、具体的には、それらが市販のものであることに起因して、ピクセル化された光学センサは、無機のピクセル化された光学センサ、好ましくは、CCDチップまたはCMOSチップであることが可能である。したがって、例として、スタックは、1個または複数の透過性の大面積の非ピクセル化された光学センサ、例えば、1個または複数のDSC、および、より好ましくは、(さらに詳細に下記に概説されることになるような)sDSCなどを含むことが可能であり、また、少なくとも1個の無機のピクセル化された光学センサ、例えば、CCDチップまたはCMOSチップなどを含むことが可能である。例として、少なくとも1個の無機のピクセル化された光学センサは、焦点調整可能なレンズから最も遠くに離れているスタックの側に位置し得る。具体的には、ピクセル化された光学センサは、カメラチップであり、より好ましくは、フルカラーカメラチップであることが可能である。一般的に、ピクセル化された光学センサは、感色性であることが可能であり、すなわち、例えば、異なる色感度を有する、少なくとも2個の異なるタイプのピクセルを設けることによって、より好ましくは、少なくとも3個の異なるタイプのピクセルを設けることによって、光ビームの色成分同士の間を区別するように適合されているピクセル化された光学センサであることが可能である。したがって、例として、ピクセル化された光学センサは、フルカラーイメージングデバイスであることが可能である。
上記にさらに概説されているように、光学検出器は、1個または複数のさらにデバイスを含有することが可能であり、具体的には、1個または複数のさらなる光学的なデバイス、例えば、1個もしくは複数の追加的なレンズおよび/または1個もしくは複数の反射デバイスを含有することが可能である。したがって、最も好ましくは、光学検出器は、チューブ状の方式で配置されているセットアップなどのような、セットアップを含むことが可能であり、セットアップは、少なくとも1個の焦点調整可能なレンズおよび少なくとも1個の光学センサ、ならびに、任意に、少なくとも1個のイメージングデバイスを有する。上記に概説されているように、少なくとも1個の光学センサは、好ましくは、少なくとも2個の光学センサのスタックを含むことが可能であり、それは、焦点調整可能なレンズの後ろに位置しており、焦点調整可能なレンズを通過した光ビームが、1個または複数の光学センサを連続的に通過するようになっている。好ましくは、焦点調整可能なレンズを通過する前に、光ビームは、1個または複数のレンズなどのような1個または複数の光学的なデバイスを通過することが可能であり、好ましくは、明確に規定された方式で、ビーム形状および/またはビームの拡幅化もしくは狭小化に影響を与えるように適合されている、1個または複数の光学的なデバイスを通過することが可能である。追加的にまたは代替的に、1個または複数のレンズなどのような1個または複数の光学的なデバイスは、焦点調整可能なレンズと少なくとも1個の光学センサとの間に設置され得る。
1個または複数の光学的なデバイスは、一般的に、伝送デバイスと称され得る。その理由は、伝送デバイスの目的のうちの1個は、光学検出器の中への光ビームの明確に規定された伝送に存在し得るからである。本明細書で使用されているように、結果的に、一般的に、「伝送デバイス」という用語は、好ましくは、レンズまたは湾曲したミラーが行うような明確に規定された方式で、ビーム形状、ビーム幅、または、光ビームの拡幅角度のうちの1個または複数に影響を与えることによって、光学検出器および/または少なくとも1個の光学センサの上に光ビームを案内および/または給送するように適合された、任意のデバイス、または、デバイスの組み合わせを表すことが可能である。上記に概説されているように、少なくとも1個の焦点調整可能なレンズは、または、複数の焦点調整可能なレンズが設けられている場合には、焦点調整可能なレンズのうちの1個または複数は、少なくとも1個の伝送デバイスの一部であることが可能である。
したがって、一般的に、光学検出器は、光学検出器の中へ光を給送するように適合されている少なくとも1個の伝送デバイスをさらに含むことが可能である。伝送デバイスは、光学センサの上に光の焦点を合わせおよび/またはコリメートするように適合され得る。伝送デバイスは、具体的には、レンズ、フォーカシングミラー、デフォーカシングミラー、リフレクタ、プリズム、光学フィルタ、ダイヤフラムからなる群から選択される1個または複数のデバイスを含むことが可能である。他の実施形態も実行可能である。
本発明のさらなる態様は、イメージ認識、パターン認識、および、光学検出器によってキャプチャされるイメージの異なる領域のz座標を個別に決定することのオプションを表すことが可能である。したがって、一般的に、上記に概説されているように、光学検出器は、2Dイメージなどのような、少なくとも1個のイメージをキャプチャするように適合され得る。この目的のために、上記に概説されているように、光学検出器は、少なくとも1個のピクセル化された光学センサなどのような、少なくとも1個のイメージングデバイスを含むことが可能である。例として、少なくとも1個のピクセル化された光学センサは、少なくとも1個のCCDセンサおよび/または少なくとも1個のCMOSセンサを含むことが可能である。この少なくとも1個のイメージングデバイスを使用することによって、光学検出器は、シーンおよび/または少なくとも1個の対象物の少なくとも1個の通常の2次元のイメージをキャプチャするように適合され得る。少なくとも1個のイメージは、少なくとも1個のモノクロイメージおよび/または少なくとも1個のマルチカラーイメージおよび/または少なくとも1個のフルカラーイメージであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。さらに、少なくとも1個のイメージは、単一のイメージであることが可能であり、または、それを含むことが可能であり、または、一連のイメージを含むことが可能である。
さらに、上記に概説されているように、光学検出器は、z座標とも称される、光学検出器からの少なくとも1個の対象物の距離を決定するように適合されている、少なくとも1個の距離センサを含むことが可能である。したがって、具体的には、上述のFiP効果が使用され得る。通常の2Dイメージをキャプチャすることと、z座標を決定することが可能であることとの組み合わせを使用することによって、3Dイメージングが実行可能である。
少なくとも1個のイメージの中にキャプチャされたシーンの中に含有されている1個または複数の対象物および/またはコンポーネントを個別に評価するために、少なくとも1個のイメージは、2個以上の領域へと細分化され得、2個以上の領域、または、2個以上の領域のうちの少なくとも1個が、個別に評価され得る。この目的のために、少なくとも2個の領域に対応する信号の周波数選択的な分離が実施され得る。
したがって、一般的に、上記に概説されているように、光学検出器は、好ましくは、少なくとも1個の評価デバイスは、領域のそれぞれに関して、または、領域のうちの少なくとも1個に関して、例えば、対象物のイメージなどのような部分的なイメージとして認識されたイメージの中の領域などに関して、z座標を個別に決定するように適合され得る。少なくとも1個のz座標を決定するために、FiP効果に言及する上述の先行技術文献のうちの1件または複数に概説されているように、FiP効果が使用され得る。したがって、光学検出器は、少なくとも1個のFiPセンサを含むことが可能であり、すなわち、少なくとも1個のセンサ領域を有する少なくとも1個の光学センサを含むことが可能であり、光学センサのセンサ信号は、光ビームによるセンサ領域の照射に依存しており、センサ信号は、照射の合計パワーが同じであることを所与として、センサ領域の中の光ビームの幅に依存する。個々のFiPセンサが使用され得、または、好ましくは、FiPセンサのスタック、すなわち、上述の特性を有する光学センサのスタックが使用され得る。光学検出器の評価デバイスは、周波数選択的な方式でセンサ信号を個別に評価することによって、領域のうちの少なくとも1個に関して、または、領域のそれぞれに関して、z座標を決定するように適合され得る。
光学検出器の中で少なくとも1個のFiPセンサを使用するために、さまざまなセットアップが、少なくとも1個のFiPセンサおよび少なくとも1個のイメージングデバイス、例えば、少なくとも1個のピクセル化されたセンサなど、好ましくは、少なくとも1個のCCDまたはCMOSセンサを組み合わせるために使用され得る。したがって、一般的に、上述のエレメントは、光学検出器の1個の同じビーム経路の中に配置され得、または、2個以上の部分的なビーム経路にわたって分配され得る。上記に概説されているように、任意に、光学検出器は、光ビームのビーム経路を少なくとも2個の部分的なビーム経路に分割するように適合されている少なくとも1個のビームスプリッティングエレメントを含有することが可能である。それによって、2Dイメージをキャプチャするための少なくとも1個のイメージングデバイス、および、少なくとも1個のFiPセンサが、異なる部分的なビーム経路の中に配置され得る。したがって、少なくとも1個のセンサ領域を有する少なくとも1個の光学センサであって、光学センサのセンサ信号は、光ビームによるセンサ領域の照射に依存しており、センサ信号は、照射の合計パワーが同じであることを所与として、センサ領域の中の光ビームの幅に依存する、少なくとも1個の光学センサ(すなわち、少なくとも1個のFiPセンサ)が、ビーム経路のうちの第1の部分的なビーム経路の中に配置され得、また、少なくとも1個のイメージをキャプチャするための少なくとも1個のピクセル化された光学センサ(すなわち、少なくとも1個のイメージングデバイス)、好ましくは、少なくとも1個の無機のピクセル化された光学センサ、より好ましくは、CCDセンサおよび/またはCMOSセンサのうちの少なくとも1個が、ビーム経路のうちの第2の部分的なビーム経路の中に配置され得る。
上記に概説されているように、少なくとも1個の光ビームは、対象物自身から、および/または、人工的な照射源および/または自然の照射源などのような、少なくとも1個の追加的な照射源から、完全にまたは部分的に生じることが可能である。したがって、対象物は、少なくとも1個の一次的な光ビームによって照射され得、また、光学検出器に向けて伝播する実際の光ビームは、二次的な光ビームであることが可能であり、または、それを含むことが可能であり、二次的な光ビームは、弾性的な反射および/または非弾性的な反射などのような、対象物における一次的な光ビームの反射によって発生され、および/または、散乱によって発生される。反射によって検出可能な対象物の非限定的な例は、太陽光の反射、目の中での人工光の反射、表面の上での反射などである。少なくとも1個の光ビームが対象物自身から完全にまたは部分的に生じる、対象物の非限定的な例は、車または飛行機におけるエンジン排気である。上記に概説されているように、目の反射は、アイトラッカーにとって特に有用である可能性がある。
さらに、上記に概説されているように、光学検出器は、少なくとも1個の変調器デバイスを含む。しかし、光学検出器、追加的にまたは代替的に、光ビームの所与の変調を使用することが可能である。したがって、多くの場合では、光ビームは、すでに、所与の変調を示している。例として、変調は、周期的な変調などのような、対象物の移動から生じることが可能であり、および/または、光ビームを発生させる光源または照射源の変調から生じることが可能である。したがって、例えば反射および/または散乱などによって、変調された光を発生させるように適合されている、対象物を移動させるための非限定的な例は、それ自身によって変調される対象物であり、例えば、風力タービンまたは飛行機のローターなどである。変調された光を発生させるように適合されている照射源の非限定的な例は、蛍光ランプ、または、蛍光ランプの反射である。
光学検出器は、少なくとも1個の光ビームの所与の変調を検出するように適合され得る。例として、光学検出器は、少なくとも1個の変調周波数を有する光などのような、変調された光を放出または反射する、光学検出器によってキャプチャされるイメージまたはシーンの中の少なくとも1個の対象物、または、対象物の少なくとも1個の部分を決定するように適合され得る。この場合には、光学検出器は、すでに変調された光を追加的に変調させることなく、この所与の変調を使用するように適合され得る。例として、光学検出器は、光学検出器によってキャプチャされるイメージまたはシーンの中の少なくとも1個の対象物が、変調された光を放出または反射するかどうかを決定するように適合され得る。光学検出器は、具体的には、評価デバイスは、変調周波数を使用することによって、前記対象物の位置および/または配向を決定および/またはトラッキングするようにさらに適合され得る。したがって、例として、検出器は、例えば、変調デバイスを「開放」位置に切り替えることなどによって、対象物に関する変調を回避するように適合され得る。次いで、評価デバイスは、ランプの周波数をトラッキングすることが可能である。
上記に概説されているように、光学検出器は、一般的に、少なくとも1個のイメージングデバイスを含むことが可能であり、および/または、光学検出器の視野内のシーンの少なくとも1個のイメージなどのような、少なくとも1個のイメージをキャプチャするように適合され得る。例えば、一般的に公知のパターン検出アルゴリズム、および/または、当業者には一般的に公知のソフトウェアイメージ評価手段などの、1個または複数のイメージ評価アルゴリズムを使用することによって、光学検出器は、少なくとも1個のイメージの中の少なくとも1個の対象物を検出するように適合され得る。したがって、例として、交通技術においては、検出器は、より具体的には、評価デバイスは、イメージの中の特定の所定のパターンを探索するように適合され得、例えば、車の輪郭;別の車両の輪郭;歩行者の輪郭;道路標識;信号;ナビゲーションのためのランドマークのうちの1個または複数などを探索するように適合され得る。また、検出器は、グローバルポジショニングシステムまたはローカルポジショニングシステムと組み合わせて使用され得る。同様に、生物測定の目的のために、例えば、人の認識および/またはトラッキングの目的のために、検出器は、より具体的には、評価デバイスは、顔の輪郭、目、耳たぶ、唇、鼻、指、手、指先、または、それらのプロファイルを探索するように適合され得る。他の実施形態も実行可能である。
1個または複数の対象物が検出される場合には、光学検出器は、シーンの進行中のムービーまたはフィルムなどのような、一連のイメージの中の対象物をトラッキングするように適合され得る。したがって、一般的に、光学検出器は、具体的には、評価デバイスは、例えば、一連の連続的なイメージなど、一連のイメージの中の少なくとも1個の対象物をトラッキングおよび/または追従するように適合され得る。
本発明による光学検出器は、3次元のイメージを獲得するようにさらに具現化され得る。したがって、具体的には、光学軸に対して垂直の異なる平面において、イメージの同時の獲得が実施され得、すなわち、異なる焦点面におけるイメージの獲得が実施され得る。したがって、具体的には、光学検出器は、例えば同時に、複数の焦点面においてイメージを獲得するように適合されているライトフィールドカメラとして具現化され得る。ライトフィールドという用語は、本明細書で使用されているように、一般的に、カメラの内側の光の空間光伝播を表している。これに反して、市販のプレノティックカメラまたはライトフィールドカメラにおいて、マイクロレンズは、光学検出器の上部に設置され得る。これらのマイクロレンズは、光ビームの方向を記録することを可能にし、したがって、焦点が後天的に変更され得るピクチャを記録することを可能にする。しかし、マイクロレンズを備えたカメラの分解能は、一般的に、従来のカメラと比較して、おおよそ10倍だけ低減されている。さまざまな距離に焦点が合わせられているピクチャを計算するために、イメージの後処理が必要とされる。現在のライトフィールドカメラの別の不利益は、典型的に、CMOSチップなどのようなイメージングチップの上部に製造されなければならない、多数のマイクロレンズを使用する必要性があることである。
本発明による光学検出器を使用することによって、マイクロレンズを使用する必要性なしに、非常に簡単化されたライトフィールドカメラが作製され得る。具体的には、単一のレンズまたはレンズシステムが使用され得る。評価デバイスは、固有の深度計算のために適合され得、また、複数のレベルで、または、さらにすべてのレベルで焦点を合わせられているピクチャの簡単で固有の生成のために適合され得る。
これらの利点は、複数の光学センサを使用することによって実現され得る。したがって、上記に概説されているように、光学検出器は、光学センサの少なくとも1個のスタックを含むことが可能である。スタックの光学センサ、または、スタックの光学センサのうちの少なくともいくつかは、好ましくは、少なくとも部分的に透過性である。したがって、例として、ピクセル化された光学センサまたは大面積光学センサが、スタックの中で使用され得る。光学センサの考えられる実施形態に関する例として、有機光学センサが参照され得、具体的には、有機太陽電池が参照され得、より具体的には、上記に開示されているような、または、さらに詳細に下記に開示されているような、DSC光学センサまたはsDSC光学センサが参照され得る。したがって、例として、スタックは、例えば、WO2012/110924A1、US2012/0206336A1、WO2014/097181A1、もしくはUS2014/0291480A1に開示されているような、または、上記に議論されている任意の他のFiP関連の文献に開示されているような、複数のFiPセンサを含むことが可能であり、すなわち、深度検出に関して光子密度依存性の光電流を有する複数の光学センサを含むことが可能である。したがって、具体的には、スタックは、透過型の色素増感有機太陽電池のスタックであることが可能である。例として、スタックは、少なくとも2個の、好ましくは、少なくとも3個の、より好ましくは、少なくとも4個の、少なくとも5個の、少なくとも6個の、または、さらにそれ以上の光学センサを含むことが可能であり、例えば、2〜30個の光学センサ、好ましくは、4〜20個の光学センサを含むことが可能である。他の実施形態も実行可能である。光学センサのスタックを使用することによって、光学検出器は、具体的には、少なくとも1個の評価デバイスは、例えば、異なる焦点深度において、好ましくは同時にイメージを獲得することなどによって、光学検出器の視野の中のシーンの3次元のイメージを獲得するように適合され得、異なる焦点深度は、一般的に、光学検出器の光学軸に沿ったスタックの光学センサの位置によって定義され得る。光学センサのピクセル化が一般的に存在し得るとしても、ピクセル化は、しかし、一般的には必要とされない。したがって、例として、sDSCのスタックなどのような、有機太陽電池のスタックが、有機太陽電池をピクセルへと細分化する必要性なしに使用され得る。
一般的に、光学センサのスタックによって作り出される信号を使用することによって、および、追加的に、少なくとも1個の任意のイメージングデバイスを使用することによって2次元のイメージを記録することによって、深度マップが記録され得る。伝送デバイスからの、例えば、レンズなどからの異なる距離において、複数の2次元のイメージが記録され得る。したがって、有機太陽電池のスタックなどのような、太陽電池のスタックによって、深度マップが記録され得るり、また、少なくとも1個の任意のCCDチップおよび/またはCMOSチップなどのようなイメージングデバイスを使用することによって2次元のイメージをさらに記録することによって、深度マップが記録され得る。次いで、3次元のイメージを取得するために、2次元のイメージが、スタックの信号とマッチングされ得る。光学センサのセンサ信号を評価することによって、例えば、センサ信号を復調させることによって、および/または、上記に議論されているように周波数分析を実施することなどによって、2次元のピクチャが、それぞれの光学センサ信号から導出され得る。それによって、光学センサのそれぞれに関する2次元のイメージが、再構築され得る。したがって、透過型の太陽電池のスタックなどのような、光学センサのスタックを使用することは、光学検出器の光学軸に沿った異なる位置において、例えば、異なる焦点位置などにおいて獲得された2次元のイメージを記録することを可能にする。複数の2次元の光学的なイメージの獲得は、同時におよび/または瞬時に実施され得る。
結果的に、少なくとも1個の焦点調整可能なレンズおよび少なくとも1個の光学センサを含む光学検出器は、例えば、光学センサのスタックなどは、少なくとも1個の光ビームに関する、好ましくは、2個のビームまたは3個以上の光ビームに関する、少なくとも1個のビームパラメータ、好ましくは、少なくとも2個以上のビームパラメータを決定するように適合され得、また、さらなる使用のために、これらのビームパラメータを記憶するように適合され得る。さらに、光学検出器は、具体的には、評価デバイスは、これらのビームパラメータを使用することによって、例えば、上述のベクトル表現を使用することなどによって、光学検出器によってキャプチャされるシーンのイメージまたは部分的なイメージを計算するように適合され得る。
したがって、一般的に、光学検出器は、光学センサのスタックを含むことが可能であり、スタックの光学センサは、異なるスペクトル特性を有する。具体的には、スタックは、第1のスペクトル感度を有する少なくとも1個の第1の光学センサと、第2のスペクトル感度を有する少なくとも1個の第2の光学センサとを含むことが可能であり、第1のスペクトル感度および第2のスペクトル感度は異なっている。例として、スタックは、異なるスペクトル特性を交互のシーケンスで有する光学センサを含むことが可能である。光学検出器は、異なるスペクトル特性を有する光学センサのセンサ信号を評価することによって、マルチカラー3次元イメージを、好ましくは、フルカラー3次元イメージを獲得するように適合され得る。
色分解能のこのオプションは、公知の感色性のカメラセットアップを上回る多数の利点を提供する。したがって、光学センサが異なるスペクトル感度を有する、スタックの中の光学センサを使用することによって、フルカラーCCDまたはCMOSチップなどのような、ピクセル化されたフルカラーカメラと比較して、それぞれのセンサの全センサエリアが検出のために使用され得る。それによって、イメージの分解能は、著しく増加され得る。その理由は、色付きのピクセルは隣接する配置で設けられなければならないという事実に起因して、典型的なピクセル化されたフルカラーカメラチップが、イメージングのためにチップ表面の3分の1もしくは4分の1、または、さらにそれよりも小さい面積しか使用することができないからである。
異なるスペクトル感度を有する少なくとも2個の任意の光学センサは、具体的には、有機太陽電池を使用するときに、より具体的には、sDSCを使用するときに、異なるタイプの色素を含有することが可能である。その場合には、それぞれのタイプが均一なスペクトル感度を有する、2個以上のタイプの光学センサを含有するスタックが使用され得る。したがって、スタックは、第1のスペクトル感度を有する第1のタイプの少なくとも1個の光学センサと、第2のスペクトル感度を有する第2のタイプの少なくとも1個の光学センサとを含有することが可能である。さらに、スタックは、任意に、第3のおよび第4のスペクトル感度をそれぞれ有する、第3のタイプの光学センサ、および、任意に、さらに第4のタイプの光学センサを含有することが可能である。スタックは、第1のタイプおよび第2のタイプの光学センサを交互の方式で含有することが可能であり、第1のタイプ、第2のタイプ、および第3のタイプの光学センサを交互の方式で含有することが可能であり、または、さらには、第1のタイプ、第2のタイプ、第3のタイプ、および第4のタイプのセンサを交互の方式で含有することが可能である。
したがって、色検出、または、さらには、フルカラーイメージの獲得は、例えば、交互の方式などで、第1のタイプおよび第2のタイプの光学センサだけを用いて可能であり得る。したがって、例として、スタックは、第1の吸収色素を有する第1のタイプの有機太陽電池、具体的には、sDSCと、第2の吸収色素を有する第2のタイプの有機太陽電池、具体的には、sDSCとを含有することが可能である。第1および第2のタイプの有機太陽電池は、交互の方式でスタックの中に配置され得る。例えば、少なくとも1個の吸収ピークと、少なくとも30nmの範囲、好ましくは、少なくとも100nmの範囲、少なくとも200nmの範囲、または、少なくとも300nmの範囲をカバーする広範な吸収とを有する、吸収スペクトルを提供することなどによって、色素は、具体的には、広範に吸収することが可能であり、それは、例えば、30〜200nmの幅、および/または、60〜300nmの幅、および/または、100〜400nmの幅などを有するようになっている。
したがって、広範に吸収する2個の色素は、色検出に関して十分であることが可能である。透過型のまたは半透過型の太陽電池の中で、異なる吸収プロファイルを有する2個の広範に吸収する色素を使用して、異なる波長は、光電効率(PCE)の複雑な波長依存性に起因して、異なる電流などのような異なるセンサ信号を引き起こすことになる。2個の太陽電池の電流を異なる色素と比較することによって、色が決定され得る。
したがって、一般的に、異なるスペクトル感度を有する少なくとも2個の光学センサを備える光学センサのスタックなどのような、複数の光学センサを有する光学検出器は、異なるスペクトル感度を有する少なくとも2個の光学センサのセンサ信号を比較することによって、少なくとも1個の色、および/または、色少なくとも1つの情報を決定するように適合され得る。例として、アルゴリズムは、センサ信号から色情報の色を決定するために使用され得る。追加的にまたは代替的に、ルックアップテーブルなどのような、センサ信号を評価する他の方式も使用され得る。例として、センサ信号のそれぞれのペアに関して、例えば、電流のそれぞれのペアなどに関して、一義的な色が列挙されている、ルックアップテーブルが生成され得る。追加的にまたは代替的に、例えば、光学センサ信号の商(quotient)を形成すること、および、その色、色情報、または色座標を導出することなどによって、他の評価スキームも使用され得る。
異なるスペクトル感度を有する光学センサのスタックを使用することによって、例えば、2個の異なるスペクトル感度を有する光学センサのペアのスタックなどを使用することによって、さまざまな測定が行われ得る。したがって、例として、スタックを使用することによって、3次元のマルチカラー、または、さらにはフルカラーイメージを記録することが実行可能であり、および/または、いくつかの焦点面においてイメージを記録することが実行可能である。さらに、デプス−フロム−デフォーカス(depth−from−defocus)アルゴリズムを使用して、深度イメージが計算され得る。
異なるスペクトル感度を有する2個のタイプの光学センサを使用することによって、失われている色情報が、周囲の色ポイント同士の間で外挿され得る。周囲ポイントを考慮に入れるだけで、より滑らかな関数が取得され得る。また、これは、測定エラーを低減させるために使用され得るが、後処理のための計算コストは増加する。
平面内の色情報は、スタックの2個の隣接する光学センサのセンサ信号から取得され得、隣接する光学センサは、異なるスペクトル感度、例えば、異なる色など、より具体的には、異なるタイプの色素を有する。上記に概説されているように、異なる波長感度を有する光学センサのセンサ信号を評価する評価アルゴリズムによって、例えば、1個または複数のルックアップテーブルを使用することなどによって、色情報が発生され得る。さらに、例えば、後処理工程などにおいて、隣接するエリアの色を比較することによって、色情報のスムージングが実施され得る。また、隣接する光学センサおよびスタック、例えば、スタックの中の隣接する太陽電池などを比較することによって、z方向における色情報、すなわち、光学軸に沿った色情報が取得され得る。色情報のスムージングは、いくつかの光学センサからの色情報をして行われ得る。
少なくとも1個の焦点調整可能なレンズ、光学センサ、および、少なくとも1個のイメージングデバイスを含む、本発明による光学検出器は、1個または複数の他のタイプのセンサまたは検出器とさらに組み合わせられ得る。したがって、光学検出器は、少なくとも1個の追加的な検出器をさらに含むことが可能である。少なくとも1個の追加的な検出器は、少なくとも1個のパラメータを検出するように適合され得、例えば、周囲環境のパラメータ、例えば、周囲環境の温度および/または輝度など;検出器の位置および/または配向に関するパラメータ;検出されることになる対象物の状態を特定するパラメータ、例えば、対象物の位置など、例えば、空間内の対象物の絶対的な位置および/または対象物の配向、のうちの少なくとも1個を検出するように適合され得る。したがって、一般的に、追加情報を得るために、および/または、測定結果を検証するために、または、測定エラーもしくはノイズを低減させるために、本発明の原理は、他の測定原理と組み合わせられ得る。
具体的には、本発明による光学検出器は、少なくとも1個の飛行時間(ToF)検出器をさらに含むことが可能であり、少なくとも1個の飛行時間(ToF)検出器は、少なくとも1個の飛行時間測定を実施することによって、少なくとも1個の対象物と光学検出器との間の少なくとも1個の距離を検出するように適合されている。本明細書で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個の対象物の間を伝播するのに必要とする時間に基づく測定、または、一方の対象物から第2の対象物へ、そして、その逆へ、信号が伝播するのに必要とする時間に基づく測定を表している。本ケースにおいて、信号は、具体的には、音響信号または電磁信号のうちの1個または複数であることが可能であり、例えば、光信号であることが可能である。飛行時間検出器は、結果的に、飛行時間測定を実施するように適合されている検出器を表している。飛行時間測定は、さまざまな技術分野において周知であり、例えば、市販の距離測定デバイスにおいて、または、超音波流量計などのような市販の流量計において周知である。飛行時間検出器は、さらに、飛行時間カメラとして具現化され得る。これらのタイプのカメラは、レンジイメージングカメラシステムとして市販されており、それは、既知の光の速度に基づいて対象物同士の間の距離を分解することができる。
現在利用可能なToF検出器は、一般的に、パルス信号の使用に基づいていており、任意に、CMOSセンサなどのような1個または複数の光センサと組み合わせられる。光センサによって作り出されるセンサ信号は積分され得る。積分は、2個の異なる時点において開始することが可能である。距離は、2個の積分結果の間の相対的な信号強度から計算され得る。
さらに、上記に概説されているように、ToFカメラは、公知であり、また、一般的に、本発明の文脈においても使用され得る。これらのToFカメラは、ピクセル化された光センサを含有することが可能である。しかし、それぞれのピクセルは、一般的に、2個の積分を実施することを可能にしなければならないので、ピクセル構築は、一般的により複雑になり、市販のToFカメラの分解能は、かなり低い(典型的に、200x200ピクセル)。40cmを下回る距離、および、数メートルを上回る距離は、典型的に、検出することが困難であり、または、検出することが不可能である。そのうえ、1周期の中のパルスの相対的なシフトしか測定されないので、パルスの周期性は、不明確な距離につながる。
ToF検出器は、スタンドアロンのデバイスとして、典型的に、さまざまな短所および技術的な課題に直面している。したがって、一般的に、ToF検出器は、より具体的には、ToFカメラは、光路の中の雨および他の透明な対象物の影響を受ける。その理由は、パルスが過度に速く反射され得、雨滴の後ろの対象物が隠され、または、部分的な反射では、積分が誤った結果につながることになるからである。さらに、測定におけるエラーを回避するために、および、パルスを明確に区別することを可能にするために、ToF測定に関して、低い光条件が好適である。明るい太陽光などのような、明るい光は、ToF測定を不可能にする可能性がある。さらに、パルスは、反射されて戻されるように、および、依然としてカメラによって検出可能であるように、十分に明るくなければならないので、典型的なToFカメラのエネルギー消費はむしろ高い。しかし、パルスの輝度は、目もしくは他のセンサにとって有害となり得るか、または、2個以上のToF測定が互いに干渉するときに、測定エラーを引き起こす可能性がある。要約すると、現在のToF検出器は、具体的には、現在のToFカメラは、低分解能、距離測定における曖昧性、限定的な使用範囲、限定的な光条件、光路の中の透明な対象物に対する感度、天候条件に対する感度、および、高いエネルギー消費などのような、いくつかの不利益に悩まされている。これらの技術的な課題は、一般的に、日常の用途に関して、例えば、車における安全用途、日常の使用のためのカメラ、または、ヒューマンマシンインターフェースなどに関して、具体的には、ゲーミングの用途における使用に関して、現在のToFカメラの適性を低下させている。
少なくとも1個の焦点調整可能なレンズ、少なくとも1個の光学センサ、および、少なくとも1個のイメージングデバイス、ならびに、例えば周波数分析などによって、センサ信号を評価する上述の原理を提供する、本発明による検出器と組み合わせて、両方のシステムの利点および能力が、有益な方式で組み合わせられ得る。したがって、光学検出器は、すなわち、少なくとも1個の焦点調整可能なレンズ、少なくとも1個の光学センサ、および、少なくとも1個のイメージングデバイスの組み合わせは、明るい光条件において利点を提供することが可能であるが、ToF検出器は、一般的に、低い光条件においてより良好な結果を提供する。したがって、組み合わせられたデバイスは、すなわち、少なくとも1個のToF検出器をさらに含む本発明による光学検出器は、両方の単一のシステムと比較して、光条件に関して、より高い許容度を提供する。これは、例えば、車または他の車両などにおいて、安全用途に関して特に重要である。
具体的には、光学検出器は、本発明の光学検出器を使用することによって実施された少なくとも1個の測定を補正するために、少なくとも1個のToF測定を使用するように設計され得、またその逆も同様である。さらに、ToF測定の曖昧性は、本発明による光学検出器を使用することによって解消され得る。FiP測定は、具体的には、ToF測定の分析の結果として曖昧性の可能性が高い場合にはいつも実施され得る。追加的にまたは代替的に、ToF測定の曖昧性に起因して通常除外される領域まで、ToF検出器の動作範囲を拡張させるために、FiP測定が連続的に実施され得る。追加的にまたは代替的に、FiP検出器は、より広範な距離測定領域を可能にするために、より広範なまたは追加的な範囲をカバーすることが可能である。FiP検出器は、具体的には、FiPカメラは、エネルギー消費を低減させるために、または、目を保護するために、測定に関する1個または複数の重要な領域を決定するためにさらに使用され得る。追加的にまたは代替的に、FiP検出器は、光学検出器によってキャプチャされるシーンの中の1個または複数の対象物の粗い深度マップを決定するために使用され得、粗い深度マップは、1個または複数のToF測定によって重要な領域において洗練され得る。さらに、FiP検出器は、ToFカメラなどのようなToF検出器を、要求される距離領域に調節するために使用され得る。それによって、ToF測定のパルス長さおよび/または周波数は、例えば、ToF測定における曖昧性の可能性を除去または低減させるために、事前設定され得る。したがって、一般的に、FiP検出器は、ToFカメラなどのようなToF検出器に関して、オートフォーカスを提供するために使用され得る。
上記に概説されているように、粗い深度マップは、FiPカメラなどのようなFiP検出器によって記録され得る。さらに、光学検出器によってキャプチャされるシーンの中の1個または複数の対象物に関する深度情報またはz情報を含有する、粗い深度マップは、1個または複数のToF測定を使用することによって洗練され得る。具体的には、ToF測定は、重要な領域においてのみ実施され得る。追加的にまたは代替的に、粗い深度マップは、ToF検出器を調節するために、具体的には、ToFカメラを調節するために使用され得る。
さらに、少なくとも1個のToF検出器と組み合わせてFiP検出器を使用することは、検出されることになる対象物の性質に対するToF検出器の感度、または、検出器と検出されることになる対象物との間の光路の中の障害物または媒体に対するToF検出器の感度、例えば、雨または天候条件に対する感度などの、上述の問題を解決することが可能である。ToF信号から重要な情報を抽出するために、または、いくつかの透明な層または半透明な層を備える複雑な対象物を測定するために、FiP/ToF測定の組み合わせが使用され得る。したがって、ガラス、水晶、液体構造体、相転移、液体運動などから作製された対象物が観察され得る。さらに、FiP検出器および少なくとも1個のToF検出器の組み合わせは、雨の天候においても依然として機能することになり、また、全体的な光学検出器は、一般的に、天候条件への依存性は低くなることになる。例として、FiP検出器によって提供される測定結果は、雨によって誘発されるエラーをToF測定結果から除去するために使用され得、それは、具体的には、この組み合わせを、例えば、車または他の車両などにおける安全用途にとって有用なものにする。
本発明による光学検出器の中への少なくとも1個のToF検出器の実装は、さまざまな方式で実現化され得る。したがって、少なくとも1個のFiP検出器および少なくとも1個のToF検出器は、同じ光路の中に連続的に配置され得る。追加的にまたは代替的に、FiP検出器およびToF検出器に関して、別々の光路またはスプリットされた光路が使用され得る。その場合には、例として、光路は、1個または複数のビームスプリッティングエレメントによって、例えば、上記に列挙されているビームスプリッティングエレメント、および、さらに詳細に下記に列挙されているビームスプリッティングエレメントのうちの1個または複数などによって、分離され得る。例として、波長選択的なエレメントによるビーム経路の分離が実施され得る。したがって、例えば、ToF検出器は、赤外線光を使用することが可能であり、一方、FiP検出器は、異なる波長の光を使用することが可能である。この例では、ToF検出器に関する赤外線光は、ホットミラーなどのような波長選択的なビームスプリッティングエレメントを使用することによって分離され得る。追加的にまたは代替的に、FiP測定に関して使用される光ビーム、および、ToF測定に関して使用される光ビームは、1個または複数のビームスプリッティングエレメントによって、例えば、1個または複数の半透明のミラー、ビームスプリッタキューブ、偏光ビームスプリッタ、または、それらの組み合わせなどによって、分離され得る。さらに、少なくとも1個のFiP検出器および少なくとも1個のToF検出器は、別個の光路を使用して、同じデバイスの中で互いに隣に設置され得る。さまざまな他のセットアップも実行可能である。
上記に概説されているように、本発明による光学検出器、および、本発明によって提案されているような他のデバイスの1個または複数は、1個または複数の他のタイプの測定デバイスと組み合わせられ得る。したがって、非限定的な例として、光学検出器は、例として、少なくとも1個の任意のToF検出器に加えて、または、少なくとも1個の任意のToF検出器の代替として、上述のToF検出器以外の少なくとも1個の距離センサをさらに含むことが可能である。距離センサは、例えば、上述のFiP効果に基づくことが可能である。結果的に、光学検出器は、少なくとも1個のアクティブ距離センサをさらに含むことが可能である。本明細書で使用されているように、「アクティブ距離センサ」は、少なくとも1個のアクティブ光学センサおよび少なくとも1個のアクティブ照射源を有するセンサであり、アクティブ距離センサは、対象物とアクティブ距離センサとの間の距離を決定するように適合されている。アクティブ距離センサは、少なくとも1個のアクティブ光学センサを含み、少なくとも1個のアクティブ光学センサは、対象物からアクティブ光学センサへ伝播する光ビームによって照射されるときに、センサ信号を発生させるように適合されており、センサ信号は、照射の合計パワーが同じであることを所与として、照射の幾何学形状に依存しており、とりわけ、センサエリアの上の照射のビーム断面に依存する。アクティブ距離センサは、対象物を照射するための少なくとも1個のアクティブ照射源をさらに含む。したがって、アクティブ照射源は、対象物を照射することが可能であり、照射源によって発生される照射光または一次的な光ビームは、対象物またはその一部によって反射または散乱され、それによって、アクティブ距離センサの光学センサに向けて伝播する光ビームを発生させることが可能である。
アクティブ距離センサの少なくとも1個のアクティブ光学センサの考えられるセットアップに関して、WO2012/110924A1またはWO2014/097181A1のうちの1個または複数が参照され得、その内容全体は、参照により本明細書に含まれる。また、これらの文献のうちの一方または両方に開示されている少なくとも1個の縦方向光学センサは、本発明による光学検出器の中へ含まれ得る任意のアクティブ距離センサに関して使用され得る。
上記に概説されているように、アクティブ距離センサ、および、光学検出器の残りのコンポーネントは、別々のコンポーネントであることが可能であり、または、代替的に、完全にもしくは部分的に一体化されるようにすることが可能である。結果的に、アクティブ距離センサの少なくとも1個のアクティブ光学センサは、少なくとも1個の光学センサから完全にもしくは部分的に別々になっていることが可能であり、または、光学検出器の少なくとも1個の光学センサと完全にもしくは部分的に同一になっていることが可能である。同様に、少なくとも1個のアクティブ照射源は、光学検出器の照射源から完全にもしくは部分的に別々になっていることが可能であり、または、完全にもしくは部分的に同一になっていることが可能である。
少なくとも1個のアクティブ距離センサは、少なくとも1個のアクティブ評価デバイスをさらに含むことが可能であり、少なくとも1個のアクティブ評価デバイスは、光学検出器の評価デバイスに完全にもしくは部分的に同一になっていることが可能であり、または、少なくとも1個のアクティブ評価デバイスは、別々のデバイスであることが可能である。少なくとも1個のアクティブ評価デバイスは、少なくとも1個のアクティブ光学センサの少なくとも1個のセンサ信号を評価するように適合され得、また、対象物とアクティブ距離センサとの間の距離を決定するように適合され得る。この評価に関して、少なくとも1個のセンサ信号と距離との間の所定の関係または決定可能な関係が使用され得、例えば、経験的な測定によって決定される所定の関係、および/または、距離に対するセンサ信号の理論的な依存性に完全にまたは部分的に基づく所定の関係が使用され得る。この評価の考えられる実施形態に関して、WO2012/110924A1またはWO2014/097181A1のうちの1個または複数が参照され得、その内容全体は、参照により本明細書に含まれる。
少なくとも1個のアクティブ照射源は、変調された照射源または連続的な照射源であることが可能である。このアクティブ照射源の考えられる実施形態に関して、照射源の文脈において上記に開示されているオプションが参照され得る。具体的には、少なくとも1個のアクティブ光学センサは、この少なくとも1個のアクティブ光学センサによって発生されるセンサ信号が光ビームの変調周波数に依存するように、適合され得る。
少なくとも1個のアクティブ照射源は、軸上の方式で少なくとも1個の対象物を照射することが可能であり、照射光が、光学検出器のおよび/またはアクティブ距離センサの光学軸の上を対象物に向けて伝播するようになっている。追加的にまたは代替的に、少なくとも1個の照射源は、軸外の方式で少なくとも1個の対象物を照射するように適合され得、対象物に向けて伝播する照射光、および、対象物からアクティブ距離センサへ伝播する光ビームが、非平行の方式で配向されるようになっている。
アクティブ照射源は、均質な照射源であることが可能であり、または、パターン化または構造化された照射源であることが可能である。したがって、例として、少なくとも1個のアクティブ照射源は、均質な光および/またはパターン化された光を用いて光学検出器によってキャプチャされたシーンまたはシーンの一部を照射するように適合され得る。したがって、例として、1個または複数の光パターンは、シーンの中へ、および/または、シーンの一部の中へ、投影され得、それによって、少なくとも1個の対象物の検出のコントラストが増加され得る。例として、ラインパターンまたはポイントパターン、例えば、光ポイントの長方形のラインパターンおよび/または長方形マトリックスなどが、シーンの中へ、または、シーンの一部の中へ、投影され得る。光パターンを発生させるために、少なくとも1個のアクティブ照射源自身は、パターン化された光を発生させるように適合され得、および/または、フィルタ、グレーティング、ミラー、または、他のタイプの光パターニングデバイスなどのような、1個もしくは複数の光パターニングデバイスが使用され得る。追加的にまたは代替的に、他のタイプのパターニングデバイスも使用され得る。
少なくとも1個の焦点調整可能なレンズおよび少なくとも1個の光学的なFiPセンサ、ならびに、任意に、少なくとも1個のイメージングデバイスを有する、FiP検出器とも称される本発明による光学検出器と、少なくとも1個の任意のアクティブ距離センサの組み合わせは、複数の利点を提供する。したがって、構造化されたアクティブ距離センサ、例えば、少なくとも1個のパターン化または構造化されたアクティブ照射源を有するアクティブ距離センサなどとの組み合わせは、全体的なシステムをより信頼性の高いものにすることが可能である。例として、例えば、光学検出器によってキャプチャされるシーンのコントラストが低いことなどに起因して、光学センサ、ピクセルの変調を使用する光学検出器の上述の原理が、適正に機能することができないときに、アクティブ距離センサが使用され得る。これに反して、例えば、霧または雨に起因する、透明な対象物の上の少なくとも1個のアクティブ照射源の反射などに起因して、アクティブ距離センサが適正に機能することができないときに、ピクセルの変調を使用する光学検出器の基本原理は、依然として、適正なコントラストによって対象物を分解することが可能である。結果的に、飛行時間検出器に関しては、アクティブ距離センサは、光学検出器によって発生される測定の信頼性および安定性を改善することが可能である。
上記に概説されているように、光学検出器は、光学検出器のビーム経路を2個以上の部分的なビーム経路へスプリットするように適合されている1個または複数のビームスプリッティングエレメントを含むことが可能である。さまざまなタイプのビームスプリッティングエレメントが使用され得、例えば、プリズム、グレーティング、半透明なミラー、ビームスプリッタキューブ、反射型空間光変調器、または、それらの組み合わせなどが使用され得る。他の可能性も実行可能である。
ビームスプリッティングエレメントは、同一の強度または異なる強度を有する少なくとも2個の部分へ光ビームを分割するように適合され得る。後者のケースでは、部分的な光ビームおよびそれらの強度は、それらのそれぞれの目的に適合され得る。したがって、部分的なビーム経路のそれぞれにおいて、1個または複数の光学センサなどのような、1個または複数の光学エレメントが位置し得る。同一の強度または異なる強度を有する少なくとも2個の部分へ光ビームを分割するように適合されている少なくとも1個のビームスプリッティングエレメントを使用することによって、部分的な光ビームの強度は、少なくとも2個の光学センサの特定の要求に適合され得る。
ビームスプリッティングエレメントは、具体的には、第1の部分的なビーム経路に沿って進行する第1の部分と、少なくとも1個の第2の部分的なビーム経路に沿って進行する少なくとも1個の第2の部分とに、光ビームを分割するように適合され得、第1の部分は、第2の部分よりも低い強度を有する。光学検出器は、少なくとも1個のイメージングデバイス、好ましくは、無機のイメージングデバイス、より好ましくは、CCDチップおよび/またはCMOSチップを含有することが可能である。典型的に、イメージングデバイスは、他の光学センサと比較して、例えば、少なくとも1個のFiPセンサなどのような、少なくとも1個の縦方向光学センサと比較して、より低い強度を必要とするので、少なくとも1個のイメージングデバイスは、具体的には、第1の部分的なビーム経路の中に位置し得る。例として、第1の部分は、第2の部分の強度の2分の1よりも低い強度を有することが可能である。他の実施形態も実行可能である。
少なくとも2個の部分の強度は、さまざまな方式で調節され得、例えば、ビームスプリッティングエレメントの透過率および/もしくは反射率を調節することによって、ビームスプリッティングエレメントの表面積を調節することによって、または、他の方式などによって、調節され得る。ビームスプリッティングエレメントは、一般的に、光ビームの起こり得る偏光に関して重要でないビームスプリッティングエレメントであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。しかし、さらに、少なくとも1個のビームスプリッティングエレメントは、また、少なくとも1個の偏光選択的なビームスプリッティングエレメントであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。さまざまなタイプの偏光選択的なビームスプリッティングエレメントが、一般的に、当技術分野で知られている。したがって、例として、偏光選択的なビームスプリッティングエレメントは、偏光ビームスプリッタキューブであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。部分的な光ビームの強度の比率が、偏光選択的なビームスプリッティングエレメントに進入する光ビームの偏光を調節することによって調節され得るという点において、偏光選択的なビームスプリッティングエレメントは、一般的に好適である。
光学検出器は、部分的なビーム経路に沿ってビームスプリッティングエレメントに向けて進行する1個または複数の部分的な光ビームを少なくとも部分的に後方反射させるように適合され得る。したがって、例として、光学検出器は、ビームスプリッティングエレメントに向けて部分的な光ビームを少なくとも部分的に後方反射させるように適合されている1個または複数の反射エレメントを含むことが可能である。少なくとも1個の反射エレメントは、少なくとも1個のミラーであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。追加的にまたは代替的に、他のタイプの反射エレメントも使用され得、例えば、反射プリズムおよび/または少なくとも1個の空間光変調器などが使用され得、少なくとも1個の空間光変調器は、具体的には、反射型空間光変調器であることが可能であり、また、ビームスプリッティングエレメントに向けて部分的な光ビームを少なくとも部分的に後方反射させるように配置され得る。ビームスプリッティングエレメントは、少なくとも1個の共通の光ビームを形成するために、後方反射された部分的な光ビームを少なくとも部分的に再結合させるように適合され得る。光学検出器は、再結合された共通の光ビームを、少なくとも1個の光学センサの中へ、好ましくは、少なくとも1個の縦方向光学センサの中へ、具体的には、少なくとも1個のFiPセンサの中へ、より好ましくは、FiPセンサのスタックなどのような、光学センサのスタックの中へ給送するように適合され得る。
本発明のさらなる態様では、少なくとも1個の対象物の位置を決定するための検出器システムが開示されている。検出器システムは、本発明による少なくとも1個の光学検出器を含み、例えば、上記に開示されている実施形態またはさらに詳細に下記に開示されている実施形態のうちの1個または複数による少なくとも1個の光学検出器を含む。検出器システムは、少なくとも1個の光ビームを光学検出器に向けて方向付けするように適合されている少なくとも1個のビーコンデバイスをさらに含み、ビーコンデバイスは、対象物に取り付け可能である、対象物によって保持可能である、および、対象物に一体化可能であるうちの少なくとも1個である。
本明細書で使用されているように、「検出器システム」は、一般的に、少なくとも1個の検出器機能、好ましくは、少なくとも1個の光学検出器機能、例えば、少なくとも1個の光学的な測定機能および/または少なくとも1個のイメージングオフカメラ機能などを提供するように相互作用するデバイスまたはデバイスの配置を表している。上記に概説されているように、検出器システムは、少なくとも1個の光学検出器を含むことが可能であり、また、1個または複数の追加的なデバイスをさらに含むことが可能である。検出器システムは、単一のユニタリーのデバイスに一体化され得、または、検出器機能を提供するために相互作用する複数のデバイスの配置として具現化され得る。
検出器システムは、少なくとも1個の光ビームを検出器に向けて方向付けするように適合されている少なくとも1個のビーコンデバイスをさらに含む。本明細書で使用されているように、および、さらに詳細に下記に開示されることになるように、「ビーコンデバイス」は、一般的に、少なくとも1個の光ビームを検出器に向けて方向付けするように適合されている任意のデバイスを表している。ビーコンデバイスは、アクティブビーコンデバイスとして完全にまたは部分的に具現化され得、光ビームを発生させるための少なくとも1個の照射源を含む。追加的にまたは代替的に、ビーコンデバイスは、独立して発生される一次的な光ビームをビーコンデバイスから検出器に向けて反射するように適合されている少なくとも1個の反射エレメントを含むパッシブビーコンデバイスとして、完全にまたは部分的に具現化され得る。
ビーコンデバイスは、対象物に取り付け可能である、対象物によって保持可能である、および、対象物に一体化可能である、のうちの少なくとも1個である。したがって、ビーコンデバイスは、1個または複数の接続エレメントなどのような、任意の取り付け手段によって、対象物に取り付けられ得る。追加的にまたは代替的に、対象物は、例えば、1個または複数の適当な保持手段などによって、ビーコンデバイスを保持するように適合され得る。追加的にまたは代替的に、繰り返しになるが、ビーコンデバイスは、対象物に完全にまたは部分的に一体化され得、および、したがって、対象物の一部を形成することが可能であり、または、さらには、対象物を形成することが可能である。
一般的に、ビーコンデバイスの考えられる実施形態に関して、WO2014/0978181A1が参照され得る。さらに、他の実施形態も実行可能である。
上記に概説されているように、ビーコンデバイスは、アクティブビーコンデバイスとして完全にまたは部分的に具現化され得、また、少なくとも1個の照射源を含むことが可能である。したがって、例として、ビーコンデバイスは、一般的に、任意の照射源を含むことが可能であり、例えば、発光ダイオード(LED)、電球、白熱ランプ、および蛍光ランプからなる群から選択される照射源などを含むことが可能である。他の実施形態も実行可能である。
追加的にまたは代替的に、上記に概説されているように、ビーコンデバイスは、パッシブビーコンデバイスとして完全にまたは部分的に具現化され得、また、対象物から独立した照射源によって発生される一次的な光ビームを反射させるように適合されている少なくとも1個の反射デバイスを含むことが可能である。したがって、光ビームを発生させること加えて、または、その代替として、ビーコンデバイスは、一次的な光ビームを検出器に向けて反射するように適合され得る。
追加的な照射源が光学検出器によって使用される場合には、少なくとも1個の照射源は、光学検出器の一部であることが可能である。追加的にまたは代替的に、他のタイプの照射源が使用され得る。照射源は、シーンを完全にまたは部分的に照射するように適合され得る。さらに、照射源は、少なくとも1個のビーコンデバイスによって完全にまたは部分的に反射される1個または複数の一次的な光ビームを提供するように適合され得る。さらに、照射源は、空間内で固定されている1個または複数の一次的な光ビームを提供するように適合され得、および/または、空間内の特定の領域を通ってスキャンする1個または複数の一次的な光ビームなどのような、移動可能な1個または複数の一次的な光ビームを提供するように適合され得る。したがって、例として、移動可能である1個または複数の照射源が設けられ得、および/または、例えば、光学検出器によってキャプチャされる特定のシーンを通して少なくとも1個の一次的な光ビームをスキャンすることなどによって、空間内の少なくとも1個の一次的な光ビームの位置および/または配向を調節または修正するための1個または複数の移動可能なミラーを含む1個または複数の照射源が設けられ得る。1個または複数の移動可能なミラーが使用される場合には、移動可能なミラーは、また、1個または複数のマイクロミラーなどのような、1個または複数の空間光変調器を含むことが可能である。
検出器システムは、1個、2個、3個、または、それ以上のビーコンデバイスを含むことが可能である。したがって、一般的に、対象物が、少なくとも顕微鏡スケールではその形状を変化させないリジッドの対象物である場合には、好ましくは、少なくとも2個のビーコンデバイスが使用され得る。対象物が完全にまたは部分的に可撓性であるか、または、完全にまたは部分的にその形状を変化させるように適合されている場合には、好ましくは、3個以上のビーコンデバイスが使用され得る。一般的に、ビーコンデバイスの数は、対象物の可撓性の程度に適合され得る。好ましくは、検出器システムは、少なくとも3個のビーコンデバイスを含む。
対象物自身は、検出器システムの一部であることが可能であり、または、検出器システムから独立していることが可能である。したがって、一般的に、検出器システムは、少なくとも1個の対象物をさらに含むことが可能である。1個または複数の対象物が使用され得る。対象物は、リジッドの対象物および/または可撓性の対象物であることが可能である。
対象物は、一般的に、生物であってもよく、または、非生物であってもよい。さらには、検出器システムは、少なくとも1個の対象物を含むことが可能であり、それによって、対象物は、検出器システムの一部を形成している。好ましくは、しかし、対象物は、少なくとも1個の空間的次元において、検出器から独立して移動することが可能である。
対象物は、一般的に、任意の対象物であることが可能である。1個の実施形態では、対象物は、リジッドの対象物であることが可能である。例えば、対象物が非リジッドの対象物である実施形態、または、その形状を変化させ得る対象物などの、他の実施形態も実行可能である。
さらに詳細に下記に概説されることになるように、本発明は、具体的には、人の位置および/または運動をトラッキングするために使用され得、例えば、マシンの制御、ゲーミング、または、スポーツのシミュレーションなどの目的のために使用され得る。この実施形態または他の実施形態では、具体的には、対象物は、スポーツ用品、好ましくは、ラケット、クラブ、バットからなる群から選択される物品;衣類;帽子;靴からなる群から選択され得る。
任意の伝送デバイスは、上記に説明されているように、対象物から光学検出器へ伝播する光を給送するように設計され得る。上記に説明されているように、この給送は、任意に、伝送デバイスのイメージングによって、または、非イメージング特性によって、達成され得る。とりわけ、また、伝送デバイスは、電磁放射が光学センサに給送される前に、電磁放射を収集するように設計され得る。また、例えば、照射源が所定の光学的な特性を有する光ビームを提供するように設計されることによって、例えば、照射源が、所定のビームプロファイルまたは正確に既知のビームプロファイル、例えば、少なくとも1個のガウシアンビーム、とりわけ、公知のビームプロファイルを有する少なくとも1個のレーザービームを提供するように設計されることによって、任意の伝送デバイスは、完全にまたは部分的に、少なくとも1個の任意の照射源の構成要素部であることが可能である。
任意の照射源の考えられる実施形態に関して、WO2012/110924A1が参照され得る。さらに、他の実施形態も実行可能である。対象物から出てくる光は、対象物自身の中から生じることが可能であるが、また、任意に、異なる起源を有することが可能であり、この起源から対象物へ、また、その後で光学センサに向けて伝播することが可能である。例えば、後者は、少なくとも1個の照射源が使用されることによって達成され得る。例えば、この照射源は、周囲の照射源であることが可能であり、もしくは、それを含むことが可能であり、および/または、人工的な照射源であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。例として、検出器自身は、少なくとも1個の照射源を含むことが可能であり、例えば少なくとも1個のレーザーおよび/または少なくとも1個の白熱ランプおよび/または少なくとも1個の半導体照射源、例えば、少なくとも1個の発光ダイオード、とりわけ、有機発光ダイオードおよび/または無機発光ダイオードを含むことが可能である。一般的に規定されているそのビームプロファイル、および、取り扱い性の他の特性の理由で、1個または複数のレーザーを照射源またはその一部として使用することは、とりわけ好適である。照射源自身は、検出器の構成要素部であることが可能であり、または、その他、光学検出器から独立して形成され得る。照射源は、とりわけ、光学検出器に、例えば、検出器のハウジングに一体化され得る。代替的にまたは追加的に、少なくとも1個の照射源は、また、少なくとも1個のビーコンデバイスに一体化され得、または、ビーコンデバイスのうちの1個または複数に一体化され得、および/または、対象物に一体化され得、または、対象物に接続され得、または、対象物に空間的に連結され得る。
したがって、前記光がそれぞれのビーコンデバイス自身の中において生じるオプションの代替として、または、追加的に、1個または複数のビーコンデバイスから出てくる光は、照射源から出てくることが可能であり、および/または、照射源によって励起され得る。例として、ビーコンデバイスから出てくる電磁光は、ビーコンデバイス自身によって放出され得、および/または、ビーコンデバイスによって反射され得、および/または、それが検出器に給送される前に、ビーコンデバイスによって散乱され得る。このケースでは、電磁放射の放出および/または散乱は、スペクトル的な影響なしに達成され得、または、そのような影響を伴って達成され得る。したがって、例として、波長シフトが、また、例えば、StokesまたはRamanに従って、散乱の間に起こる可能性がある。そのうえ、光の放出は、例えば、一次的な照射源によって励起され得、例えば、ルミネッセンス、とりわけ、燐光および/または蛍光を発生させるように励起されている対象物、または、対象物の部分的な領域によって励起され得る。また、原理的には、他の放出プロセスも可能である。反射が起こる場合には、対象物は、例えば、少なくとも1個の反射領域を有することが可能であり、とりわけ、少なくとも1個の反射表面を有することが可能である。前記反射表面は、対象物自身の一部であることが可能であるが、また、例えば、対象物に接続されているかまたは空間的に連結されているリフレクタであることが可能であり、例えば、対象物に接続されているリフレクタプラークであることが可能である。少なくとも1個のリフレクタが使用される場合には、それは、次に、例えば、光学検出器の他の構成要素部から独立して、対象物に接続されている検出器の一部ともみなされ得る。
ビーコンデバイスおよび/または少なくとも1個の任意の照射源は、互いに独立して具現化され得、また、一般的に、紫外線スペクトル範囲、好ましくは、200nmから380nmの範囲;可視光スペクトル範囲(380nmから780nm);赤外線スペクトル範囲、好ましくは、780nmから3.0マイクロメートルの範囲のうちの少なくとも1個の範囲内の光を放出することが可能である。最も好ましくは、少なくとも1個の照射源は、可視光スペクトル範囲、好ましくは、500nmから780nmの範囲、最も好ましくは、650nmから750nm、または、690nmから700nmの範囲内にある光を放出するように適合されている。
とりわけ、例えば、丸形、楕円形、または異なって構成された断面を有する光スポットが、光学センサの任意のセンサエリアの上に作り出されるように、光学センサへの光ビームの給送が達成され得る。例として、検出器は、対象物がその中で検出され得る視覚範囲、とりわけ、立体角範囲および/または空間的範囲を有することが可能である。好ましくは、例えば、対象物が検出器の視覚範囲の中に配置されている場合に、光スポットが、センサ領域の上におよび/または光学センサのセンサエリアの上に完全に配置されるように、任意の伝送デバイスは設計されている。例として、センサエリアは、この条件を確実にするために、対応するサイズを有するように選ばれ得る。
評価デバイスは、とりわけ少なくとも1個のデータ処理デバイス、とりわけ、電子的なデータ処理デバイスを含むことが可能であり、それは、対象物の位置に関する少なくとも1つの情報を発生させるように設計され得る。したがって、評価デバイスは、光学センサの照射されているピクセルの数;光学センサのうちの1個または複数の上の光ビームのビーム幅、具体的には、上述のFiP効果を有する光学センサの1個または複数の上の光ビームのビーム幅;CCDチップまたはCMOSチップなどのような、ピクセル化された光学センサの照射されているピクセルの数、のうちの1個または複数を使用するように設計され得る。評価デバイスは、1個または複数の入力変数として、これらのタイプの情報のうちの1個または複数を使用するように設計され得、また、これらの入力変数を処理することによって、対象物の位置に関する少なくとも1つの情報を発生させるように設計され得る。処理は、並行して、連続的に、または、さらには、組み合わせたように、行われ得る。評価デバイスは、例えば、計算によって、および/または、少なくとも1個の記憶されている関係および/または既知の関係を使用することなどによって、これらの情報を発生させるための任意のプロセスを使用することが可能である。関係は、所定の分析的な関係であることが可能であり、または、経験的に、分析的に、または、その他、半経験的に決定され得るかまたは決定可能である。とりわけ好ましくは、関係は、少なくとも1個の較正曲線、較正曲線の少なくとも1個のセット、少なくとも1個の関数、または、上述の可能性の組み合わせを含む。1個または複数の較正曲線は、例えば、値のセットの形態で、および、その関連の関数値の形態で、例えば、データストレージデバイスおよび/またはテーブルの中に記憶され得る。しかし、代替的にまたは追加的に、少なくとも1個の較正曲線は、例えば、パラメータ化された形態で、および/または、関数方程式として、記憶され得る。
例として、評価デバイスは、情報を決定する目的のためのプログラミングの観点から設計され得る。評価デバイスは、とりわけ、少なくとも1個のコンピュータ、例えば、少なくとも1個のマイクロコンピュータを含むことが可能である。そのうえ、評価デバイスは、1個または複数の揮発性のまたは不揮発性のデータメモリを含むことが可能である。データ処理デバイス、とりわけ、少なくとも1個のコンピュータの代替として、または、それに加えて、評価デバイスは、情報を決定するために設計されている1個または複数のさらなる電子コンポーネントを含むことが可能であり、例えば、電子的なテーブル、とりわけ、少なくとも1個のルックアップテーブルおよび/または少なくとも1個の特定用途向け集積回路(ASIC)を含むことが可能である。
本発明のさらなる態様では、ユーザとマシンとの間で少なくとも1つの情報を交換するためのヒューマンマシンインターフェースが開示されている。ヒューマンマシンインターフェースは、本発明による少なくとも1個の光学検出器および/または少なくとも1個の検出器システムを含み、例えば、上記に開示されている実施形態またはさらに詳細に下記に開示されている実施形態のうちの1個または複数による、少なくとも1個の光学検出器および/または少なくとも1個の検出器システムを含む。
ヒューマンマシンインターフェースが本発明による少なくとも1個の検出器システムを含む場合に、検出器システムの少なくとも1個のビーコンデバイスは、ユーザに直接的にまたは間接的に取り付けられること、および、ユーザによって直接的にまたは間接的に保持されること、のうちの少なくとも1個となるように適合され得る。ヒューマンマシンインターフェースは、検出器システムによってユーザの少なくとも1個の位置を決定するように設計され得、また、少なくとも1つの情報を位置に割り当てるように設計されている。
本明細書で使用されているように、「ヒューマンマシンインターフェース」という用語は、一般的に、少なくとも1個のデータ処理デバイスを有するマシンなどのようなマシンとユーザとの間で、少なくとも1つの情報、具体的には、電子的な少なくとも1つの情報を交換するように適合されている任意のデバイスまたはデバイスの組み合わせを表している。情報の交換は、単方向方式で、および/または、双方向方式で、実施され得る。具体的には、ヒューマンマシンインターフェースは、ユーザが機械可読の方式で1個または複数のコマンドをマシンに提供することを可能にするように適合され得る。
本発明のさらなる態様では、少なくとも1個のエンターテイメント機能を実施するためのエンターテイメントデバイスが開示されている。エンターテイメントデバイスは、本発明による少なくとも1個のヒューマンマシンインターフェースを含み、例えば、上記に開示されている実施形態、または、さらに詳細に下記に開示されている実施形態のうちの1個または複数に開示されているものなどを含む。エンターテイメントデバイスは、少なくとも1つの情報がヒューマンマシンインターフェースを用いてプレイヤによって入力されること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、情報に従ってエンターテイメント機能を変化させるように設計されている。
本明細書で使用されているように、「エンターテイメントデバイス」は、以下では1人または複数人のプレイヤとも称される、1人または複数人のユーザのレジャーおよび/またはエンターテイメントの目的を果たすことができるデバイスである。例として、エンターテイメントデバイスは、ゲーミングの目的、好ましくは、コンピュータゲーミングの目的を果たすことが可能である。また、追加的にまたは代替的に、エンターテイメントデバイスは、一般的に、エクササイズ、スポーツ、物理療法、またはモーショントラッキングなどのような、他の目的のために使用され得る。したがって、エンターテイメントデバイスは、コンピュータ、コンピュータネットワーク、またはコンピュータシステムの中へ実装され得、または、1個または複数のゲーミングソフトウェアプログラムを走らせる、コンピュータ、コンピュータネットワーク、またはコンピュータシステムを含むことが可能である。
エンターテイメントデバイスは、本発明による少なくとも1個のヒューマンマシンインターフェースを含み、例えば、上記に開示されている実施形態のうちの1個または複数によるヒューマンマシンインターフェース、および/または、下記に開示されている実施形態のうちの1個または複数によるヒューマンマシンインターフェースなどを含む。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ーフェースを用いてプレイヤによって少なくとも1つの情報が入力されることを可能にするように設計されている。少なくとも1つの情報は、エンターテイメントデバイスのコントローラおよび/もしくはコンピュータに伝送され得、ならびに/または、エンターテイメントデバイスのコントローラおよび/もしくはコンピュータによって使用され得る。
少なくとも1つの情報は、好ましくは、ゲームの進行に影響を与えるように適合された少なくとも1個のコマンドを含むことが可能である。したがって、例として、少なくとも1つの情報は、プレイヤおよび/またはプレイヤの1個または複数の身体部分の少なくとも1個の配向に関する少なくとも1つの情報を含むことが可能であり、それによって、プレイヤがゲーミングのために必要とされる特定の位置および/または配向および/またはアクションをシミュレートすることを可能にする。例として、以下の動き、すなわち、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;対象物を別の対象物に向けること、例えば、モデルガンをターゲットに向けることなどのうちの1個または複数が、シミュレートされ得、また、エンターテイメントデバイスのコントローラおよび/またはコンピュータに伝達され得る。
一部としてまたは全体としてのエンターテイメントデバイスは、好ましくは、エンターテイメントデバイスのコントローラおよび/またはコンピュータは、情報に従ってエンターテイメント機能を変化させるように設計されている。したがって、上記に概説されているように、ゲームの進行は、少なくとも1つの情報に従って影響を受ける可能性がある。したがって、エンターテイメントデバイスは、1個または複数のコントローラを含むことが可能であり、1個または複数のコントローラは、少なくとも1個の検出器の評価デバイスから分離されていてもよく、および/または、1個または複数のコントローラは、少なくとも1個の評価デバイスに完全にまたは部分的に同一になっていてもよく、または、さらには、1個または複数のコントローラは、少なくとも1個の評価デバイスを含んでいてもよい。好ましくは、少なくとも1個のコントローラは、1個または複数のコンピュータおよび/またはマイクロコントローラなどのような、1個または複数のデータ処理デバイスを含むことが可能である。
本発明のさらなる態様では、少なくとも1個の移動可能な対象物の位置をトラッキングするためのトラッキングシステムが開示されている。トラッキングシステムは、本発明による少なくとも1個の光学検出器および/または少なくとも1個の検出器システムを含み、例えば、上記に与えられている実施形態またはさらに詳細に下記に与えられている実施形態のうちの1個または複数の中に開示されているものなどを含む。トラッキングシステムは、少なくとも1個のトラックコントローラをさらに含み、トラックコントローラは、特定の時点における対象物の一連の位置をトラッキングするように適合されている。
本明細書で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個の対象物および/または対象物の少なくとも1個の部分の一連の過去の位置に関する情報を集めるように適合されているデバイスである。追加的に、トラッキングシステムは、少なくとも1個の対象物または対象物の少なくとも1個の部分の少なくとも1個の予測される未来の位置および/または配向に関する情報を提供するように適合され得る。トラッキングシステムは、少なくとも1個のトラックコントローラを有することが可能であり、少なくとも1個のトラックコントローラは、電子デバイスとして、好ましくは、少なくとも1個のデータ処理デバイスとして、より好ましくは、少なくとも1個のコンピュータまたはマイクロコントローラとして、完全にまたは部分的に具現化され得る。繰り返しになるが、少なくとも1個のトラックコントローラは、少なくとも1個の評価デバイスを完全にもしくは部分的に含むことが可能であり、および/または、少なくとも1個の評価デバイスの一部になっていてもよく、および/または、少なくとも1個の評価デバイスに完全にまたは部分的に同一になっていてもよい。
トラッキングシステムは、本発明による少なくとも1個の光学検出器を含み、例えば、上記に列挙されている実施形態のうちの1個または複数に開示されているような少なくとも1個の検出器、および/または、下記の実施形態のうちの1個または複数に開示されているような少なくとも1個の検出器などを含む。トラッキングシステムは、少なくとも1個のトラックコントローラをさらに含む。トラックコントローラは、例えば、データのグループまたはデータペアを記録することなどによって、特定の時点における対象物の一連の位置をトラッキングするように適合されており、それぞれのデータのグループまたはデータペアは、少なくとも1個の位置情報および少なくとも1個の時間情報を含む。
少なくとも1個の光学検出器、および、少なくとも1個の評価デバイス、および、任意の少なくとも1個のビーコンデバイスの他に、トラッキングシステムは、対象物自身または対象物の一部をさらに含むことが可能であり、例えば、ビーコンデバイスまたは少なくとも1個のビーコンデバイスを含む少なくとも1個のコントロールエレメントなどを含むことが可能であり、コントロールエレメントは、トラッキングされることになる対象物に直接的にまたは間接的に取り付け可能または一体化可能である。
トラッキングシステムは、トラッキングシステム自身の1個または複数、および/または、1個または複数の別々のデバイスの1個または複数のアクションを開始させるように適合され得る。後者の目的に関して、トラッキングシステムは、好ましくは、トラックコントローラは、1個または複数の無線インターフェースおよび/もしくは有線結合インターフェース、ならびに/または、少なくとも1個のアクションを開始させるための他のタイプ制御接続を有することが可能である。好ましくは、少なくとも1個のトラックコントローラは、対象物の少なくとも1個の実際の位置に従って少なくとも1個のアクションを開始させるように適合され得る。例として、アクションは、対象物の未来の位置の予測;少なくとも1個のデバイスを対象物に向けること;少なくとも1個のデバイスを検出器に向けること;対象物を照射すること;検出器を照射することからなる群から選択され得る。
トラッキングシステムの用途の例として、トラッキングシステムは、第1の対象物および/または第2の対象物が移動し得るものであったとしても、少なくとも1個の第1の対象物を少なくとも1個の第2の対象物に連続的に向けるために使用され得る。考えられる例は、繰り返しになるが、ロボティクスなどのような、産業用途において見出され得、および/または、例えば、製造ラインまたは組み立てラインにおいて製造している間などに、物品が移動しているとしても、物品に対して連続的に作業を行うための用途において見出され得る。追加的にまたは代替的に、トラッキングシステムは、照射目的のために使用され得、例えば、対象物が移動し得るとしても、照射源を対象物に連続的に向けることによって、対象物を連続的に照射することなどのために使用され得る。さらなる用途は、通信システムにおいて見出され得、例えば、トランスミッターを移動している対象物に向けることによって、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おいて見出され得る。
本発明のさらなる態様では、少なくとも1個の対象物のイメージングに関するカメラが開示されている。カメラは、本発明による少なくとも1個の光学検出器を含み、例えば、上記に与えられている実施形態またはさらに詳細に下記に与えられている実施形態のうちの1個または複数の中に開示されているものなどを含む。
したがって、具体的には、本出願は、写真撮影の分野に適用され得る。したがって、検出器は、写真撮影デバイスの一部であることが可能であり、具体的には、デジタルカメラの一部であることが可能である。具体的には、検出器は、3D写真撮影に関して使用され得、具体的には、デジタル3D写真撮影に関して使用され得る。したがって、検出器は、デジタル3Dカメラを形成することが可能であり、または、デジタル3Dカメラの一部であることが可能である。本明細書で使用されているように、「写真撮影」は、一般的に、少なくとも1個の対象物のイメージ情報を獲得する技術を表している。本明細書でさらに使用されているように、「カメラ」は、一般的に、写真撮影を実施するように適合されているデバイスである。本明細書でさらに使用されているように、「デジタル写真撮影」という用語は、一般的に、照射の強度および/または色を示す電気信号、好ましくは、デジタル電気信号を発生させるように適合されている複数の感光性エレメントを使用することによって、少なくとも1個の対象物のイメージ情報を獲得する技術を表している。本明細書でさらに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次元空間的な少なくとも1個の対象物のイメージ情報を獲得する技術を表している。したがって、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デバイスである。カメラは、一般的に、単一の3Dイメージなどのような、単一のイメージを獲得するために適合され得、または、一連のイメージなどのような、複数のイメージを獲得するように適合され得る。したがって、カメラは、ビデオカメラであることも可能であり、ビデオカメラは、ビデオの用途のために適合され得、例えば、デジタルビデオシーケンスを獲得するように適合され得る。
したがって、一般的に、本発明は、少なくとも1個の対象物をイメージングするためのカメラをさらに表しており、具体的には、デジタルカメラ、より具体的には、3Dカメラまたはデジタル3Dカメラを表している。上記に概説されているように、イメージングという用語は、本明細書で使用されているように、一般的に、少なくとも1個の対象物のイメージ情報を獲得することを表している。カメラは、本発明による少なくとも1個の光学検出器を含む。カメラは、上記に概説されているように、単一のイメージを獲得するように適合され得、または、イメージシーケンスなどのような、複数のイメージを獲得するように適合され得、好ましくは、デジタルビデオシーケンスを獲得するように適合され得る。したがって、例として、カメラは、ビデオカメラであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。後者のケースでは、カメラは、好ましくは、イメージシーケンスを記憶するためのデータメモリを含む。
少なくとも1個の光学センサを、具体的には、上述のFiPセンサを有する光学検出器、または、光学検出器を含むカメラは、1個または複数の追加的なセンサとさらに組み合わせられ得る。したがって、少なくとも1個の光学センサを、具体的には、少なくとも1個の上述のFiPセンサを有する少なくとも1個のカメラは、少なくとも1個のさらなるカメラと組み合わせられ得、少なくとも1個のさらなるカメラは、従来のカメラ、および/または、例えばステレオカメラであることが可能である。さらに、少なくとも1個の光学センサを、具体的には、少なくとも1個の上述のFiPセンサを有する1個、2個、または、それ以上のカメラは、1個、2個、または、それ以上のデジタルカメラと組み合わせられ得る。例として、1個、2個、または、それ以上の2次元のデジタルカメラは、本発明による光学検出器によって得られるステレオ情報および深度情報から、深度を計算するために使用され得る。
具体的には、自動車技術の分野において、カメラが機能しなくなった場合に、本発明による光学検出器が、依然として、対象物の縦方向座標を測定するために存在することが可能であり、例えば、視野の中の対象物の距離を測定するなどのために存在することが可能である。したがって、自動車技術の分野において本発明による光学検出器を使用することによって、フェイルセーフ機能が実装され得る。具体的には、自動車の用途に関して、本発明による光学検出器は、データ低減の利点を提供する。したがって、従来のデジタルカメラのカメラデータと比較して、本発明による光学検出器を使用することによって、すなわち、少なくとも1個の光学センサを、具体的には、少なくとも1個のFiPセンサを有する光学検出器を使用することによって取得されるデータは、著しく低い容量を有するデータを提供することが可能である。具体的には、自動車技術の分野において、自動車データネットワークは、一般的に、データ伝送レートの観点から、より低い能力を提供するので、データの量の低減が好ましい。
本発明による光学検出器は、1個または複数の光源をさらに含むことが可能である。したがって、光学検出器は、少なくとも1個の対象物を照射するための1個または複数の光源を含むことが可能であり、例えば、照射された光が、対象物によって反射されるようになっている。光源は、連続的な光源であることが可能であり、または、パルス式の光源などのような、不連続的に放出する光源であることが可能である。光源は、均一な光源であることが可能であり、または、不均一な光源もしくはパターン化された光源であることが可能である。したがって、例として、光学検出器が少なくとも1個の縦方向座標を測定するために、例えば、光学検出器が少なくとも1個の対象物の深度を測定するなどのために、照射の中のコントラストが有利であり、または、光学検出器によってキャプチャされるシーンの中のコントラストが有利である。自然の照射によってコントラストが存在しない場合には、光学検出器は、少なくとも1個の任意の光源を介して、好ましくは、パターン化された光を用いて、シーン、および/または、シーンの中の少なくとも1個の対象物を、完全にまたは部分的に照射するように適合され得る。したがって、例として、光学検出器によってキャプチャされるイメージの中にコントラストの増加を生成するために、光源は、シーンの中へ、壁の上に、または、少なくとも1個の対象物の上に、パターンを投影することが可能である。
少なくとも1個の任意の光源は、一般的に、可視光スペクトル範囲、赤外線スペクトル範囲、または紫外線スペクトル範囲のうちの1個または複数の中の光を放出することが可能である。好ましくは、少なくとも1個の光源は、少なくとも赤外線スペクトル範囲の中の光を放出する。
また、光学検出器は、シーンを自動的に照射するように適合され得る。したがって、光学検出器は、例えば、評価デバイスなどは、光学検出器またはその一部によってキャプチャされるシーンの照射を自動的に制御するように適合され得る。したがって、例として、光学検出器は、大面積が低いコントラストを提供するケースを認識するように適合され得、そのケースでは、それによって、これらのエリアの中の縦方向座標を、例えば、深度などを測定することを困難にする。これらのケースでは、例として、光学検出器は、例えば、1個または複数のパターンをこれらのエリアの中へ投影することなどによって、パターン化された光を用いてこれらのエリアを自動的に照射するように適合され得る。
本発明の中で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個または複数のポイントの絶対的な位置および配向のうちの1個または複数に関する少なくとも1つの情報を表している。したがって、具体的には、位置は、検出器の座標系において決定され得、例えば、デカルト座標系において決定され得る。しかし、追加的にまたは代替的に、極座標系および/または球面座標系などのような、他のタイプの座標系が使用され得る。
本発明のさらなる態様では、光学的な検出の方法が開示されており、具体的には、少なくとも1個の対象物の位置を決定するための方法が開示されている。本方法は、以下の工程を含み、以下の工程は、所与の順序で、または、異なる順序で実施され得る。さらに、本方法工程のうちの2個以上は、または、さらには本方法工程のすべては、同時に、および/または、時間的に重複するように、実施され得る。さらに、本方法工程のうちの1個、2個、もしくは、それ以上は、または、さらには本方法工程のすべては、繰り返して実施され得る。本方法は、追加的な方法工程をさらに含むことが可能である。本方法は、
− 少なくとも1個の光学センサおよび少なくとも1個のイメージセンサを使用することによって少なくとも1個の光ビームを検出する工程であって、光学センサは、少なくとも1個のセンサ領域を有しており、イメージセンサは、イメージピクセルのマトリックスを含むピクセル化されたセンサである、工程と、
− 少なくとも1個のセンサ信号および少なくとも1個のイメージ信号を発生させる工程であって、光学センサのセンサ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるセンサ領域の照射に対して非線形の依存性を示しており、イメージセンサのイメージ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるイメージピクセルの照射に対して線形の依存性を示している、工程と、
− 少なくとも1個の評価デバイスを使用することによって、センサ信号およびイメージ信号を評価する工程と
を含む。
本方法は、好ましくは、本発明による光学検出器を使用することによって実施され得、例えば、上記に与えられている実施形態またはさらに詳細に下記に与えられている実施形態のうちの1個または複数の中に開示されているものなどを使用することによって実施され得る。したがって、本方法の定義および考えられる実施形態に関して、光学検出器が参照され得る。さらに、他の実施形態も実行可能である。
したがって、焦点変調信号を提供することは、具体的には、周期的な焦点変調信号、好ましくは、正弦波の信号を提供することを含むことが可能である。
さらに、光学センサの照射の合計パワーに対するセンサ信号の非線形の依存性は、好ましくは、線形部分および非線形部分を含む非線形関数によって表現され得る。したがって、本明細書では、非線形関数の線形部分および/または非線形部分は、センサ信号およびイメージ信号の両方を評価することによって決定され得る。より好適には、センサ信号とイメージ信号との間の差は、非線形関数の非線形部分を提供するために決定され得る。
センサ信号を評価することは、具体的には、センサ信号の中の局所的最大または局所的最小のうちの一方または両方を検出することを含むことが可能である。さらに、センサ信号を評価することは、局所的最大または局所的最小のうちの一方または両方を評価することによって、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する少なくとも1個の対象物の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報を提供することをさらに含むことが可能である。
センサ信号を評価することは、センサ信号の位相感応評価を実施することをさらに含むことが可能である。位相感応評価は、センサ信号の中の局所的最大または局所的最小のうちの一方または両方の位置を決定すること、または、ロックイン検出のうちの一方または両方を含むことが可能である。
センサ信号を評価することは、センサ信号を評価することによって、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する少なくとも1個の対象物の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報を発生させることをさらに含むことが可能である。少なくとも1個の対象物の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報を発生させることは、具体的には、縦方向位置とセンサ信号との間の所定の関係または決定可能な関係を使用することが可能である。
本方法は、少なくとも1個の任意の横方向光学センサを使用することによって、少なくとも1個の横方向センサ信号を発生させることをさらに含むことが可能であり、横方向光学センサは、光ビームの横方向位置、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する対象物の横方向位置、または、光ビームによって発生される光スポットの横方向位置のうちの1個または複数を決定するように適合され得、横方向位置は、検出器の光学軸に対して垂直である少なくとも1次元の位置である。本方法は、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少なくとも1つの情報を発生させることをさらに含むことが可能である。
センサ信号を評価することは、その変調周波数に従って、それぞれの信号成分をそれぞれのピクセルに割り当てることをさらに含むことが可能である。センサ信号を評価することは、センサ信号を異なる変調周波数で復調させることによって、周波数分析を実施することを含むことが可能である。センサ信号を評価することは、信号成分を評価することによって、マトリックスのどのピクセルが光ビームによって照射されているかを決定することをさらに含むことが可能である。センサ信号を評価することは、光ビームによって照射されているマトリックスのピクセルの横方向位置を識別することによって、光ビームの横方向位置、光スポットの横方向位置、または、光ビームの配向のうちの少なくとも1個を識別することを含むことが可能である。センサ信号を評価することは、信号成分を評価することによって、光ビームの幅を決定することをさらに含むことが可能である。センサ信号を評価することは、光ビームによって照射されているピクセルに割り当てられている信号成分を識別すること、および、ピクセルの配置の既知の幾何学的特性から、光学センサの位置における光ビームの幅を決定することをさらに含むことが可能である。センサ信号を評価することは、光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の縦方向座標と、光学センサの位置における光ビームの幅、または、光ビームによって照射されている光学センサのピクセルの数のうちの一方または両方との間の既知の関係または決定可能な関係を使用することによって、対象物の縦方向座標を決定することをさらに含むことが可能である。
本方法は、少なくとも1個のイメージングデバイスを使用することによって、光学検出器によってキャプチャされるシーンの少なくとも1個のイメージを獲得することをさらに含む。その場合に、本方法は、光学センサのピクセルをイメージに割り当てることをさらに含むことが可能である。本方法は、信号成分を評価することによって、イメージピクセルに関する深度情報を決定することをさらに含むことが可能である。
本方法は、少なくとも1個の3次元のイメージを発生させるために、イメージピクセルの深度情報をイメージと組み合わせることをさらに含むことが可能である。
上述の方法工程のさらなる詳細に関して、光学検出器の機能は本方法工程に対応することが可能であるので、上記に列挙されている実施形態またはさらに詳細に下記に列挙されている実施形態のうちの1個または複数による光学検出器の説明が参照され得る。
本発明のさらなる態様では、本発明による光学検出器を使用すること、例えば、上記に議論されている実施形態の1個または複数の中に開示されているもの、および/または、さらに詳細に下記に与えられている実施形態の1個または複数の中に開示されているものなどを使用することが、以下のものからなる群から選択される使用の目的に関して開示されている。すなわち、それは、交通技術における位置測定;エンターテイメントの用途;セキュリティの用途;ヒューマンマシンインターフェースの用途;トラッキングの用途;写真撮影の用途;少なくとも1個の空間のマップを発生させるためのマッピングの用途、例えば、部屋、建物、および街路からなる群から選択される少なくとも1個の空間のマップを発生させるためのマッピングの用途など;モバイルの用途;ウェブカム;コンピュータ周辺デバイス;ゲーミングの用途;オーディオ用途;カメラまたはビデオの用途;セキュリティの用途;監視の用途;自動車の用途;輸送の用途;医療の用途;農業の用途;植物または動物の繁殖に関連する用途;作物保護の用途;スポーツの用途;マシンビジョンの用途;車両の用途;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;地図製作の用途;製造の用途;品質制御の用途;少なくとも1個の飛行時間検出器と組み合わせた使用である。追加的にまたは代替的に、ローカルポジショニングシステムおよび/また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可能であり、特に、ランドマークを基礎とする位置決めおよび/またはインドアナビゲーションおよび/またはアウトドアナビゲーション、具体的には、車または他の車両(例えば、列車、オートバイ、自転車、貨物輸送のためのトラックなど)、ロボットにおける使用のための、または、歩行者による使用のためのものも挙げることが可能である。さらに、インドアポジショニングシステムは、例えば、家庭内アプリケーションに関して、および/または、製造技術において使用されるロボットなどに関して、考えられる用途として挙げられ得る。さらに、本発明による光学検出器は、自動ドア開閉装置において使用され得、例えば、いわゆるスマートスライディングドア、例えば、Jie−CiYangら、Sensors2013、13(5)、5923−5936;doi:10.3390/s130505923に開示されているスマートスライディングドアなどにおいて使用され得る。本発明による少なくとも1個の光学検出器は、人または対象物がドアに接近するときを検出するために使用され得、ドアが自動的に開くことが可能である。
上記に概説されているように、さらなる用途は、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、またはインドアナビゲーションシステムなどであることが可能である。したがって、本発明によるデバイス、すなわち、光学検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインターフェース、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム、またはカメラのうちの1個または複数は、具体的には、ローカルポジショニングシステムまたはグローバルポジショニングシステムの一部であることが可能である。追加的にまたは代替的に、デバイスは、可視光通信システムの一部であることが可能である。他の使用も実行可能である。
本発明によるデバイス、すなわち、光学検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインターフェース、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム、またはカメラのうちの1個または複数は、さらに具体的には、例えば、インドアナビゲーションまたはアウトドアナビゲーションなどに関して、ローカルポジショニングシステムまた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され得る。例として、本発明による1個または複数のデバイスは、Google Maps(登録商標)またはGoogle Street View(登録商標)などのような、ソフトウェア/データベースの組み合わせと組み合わせられ得る。さらに、本発明によるデバイスは、周囲にある対象物までの距離を分析するために使用され得、その位置は、データベースの中に見出され得る。既知の対象物の位置までの距離から、ユーザのローカル位置またはグローバル位置が計算され得る。
したがって、本発明による光学検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインターフェース、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム、またはカメラ(以下では、単に、「本発明によるデバイス」、または、FiP効果の潜在的な使用に本発明を限定することなく、「FiPデバイス」と称される)は、複数の用途の目的に関して使用され得、例えば、さらに詳細に以下に開示されている目的のうちの1個または複数などに関して使用され得る。
したがって、第1に、FiPデバイスは、モバイルフォン、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、スマートパネル、または、他の据置型コンピュータもしくはモバイルコンピュータ、または通信の用途において使用され得る。したがって、FiPデバイスは、性能を向上させるために、少なくとも1個のアクティブ光源と組み合わせられ得、例えば、可視光範囲または赤外線スペクトル範囲にある光を放出する光源などと組み合わせられ得る。したがって、例として、FiPデバイスは、カメラおよび/またはセンサとして使用され得、例えば、環境、対象物、および生物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使用され得る。さらには、FiPデバイスは、イメージング効果を高めるために、従来のカメラなどのような、2Dカメラと組み合わせられ得る。FiPデバイスは、さらに、監視のために、および/もしくは、記録目的のために使用され得、または、モバイルデバイスを制御するための入力デバイスとして、特に、ジェスチャー認識と組み合わせて使用され得る。したがって、具体的には、ヒューマンマシンインターフェースとして作用するFiPデバイス(FiP入力デバイスとも称される)は、モバイルの用途において使用され得、例えば、モバイルフォンなどのようなモバイルデバイスを介して、他の電子デバイスまたはコンポーネントを制御するためなどのために使用され得る。例として、少なくとも1個のFiPデバイスを含むモバイルの用途は、テレビジョンセット、ゲームコンソール、音楽プレイヤもしくは音楽デバイス、または、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され得る。
さらに、FiPデバイスは、ウェブカム、または、コンピューティングの用途のための他の周辺デバイスにおいて使用され得る。したがって、例として、FiPデバイスは、イメージング、記録、監視、スキャニング、または運動検出に関するソフトウェアと組み合わせて使用され得る。ヒューマンマシンインターフェースおよび/またはエンターテイメントデバイスの文脈において概説されているように、FiPデバイスは、顔表現および/または身体表現によってコマンドを与えることに関して、とりわけ有用である。FiPデバイスは、例えば、マウス、キーボード、タッチパッドなどのような他の入力発生デバイスと組み合わせられ得る。さらに、FiPデバイスは、例えば、ウェブカムを使用することなどによって、ゲーミングに関する用途において使用され得る。さらに、FiPデバイスは、バーチャルトレーニングの用途および/またはビデオ会議において使用され得る。
さらに、FiPデバイスは、部分的に上記に説明されているように、モバイルオーディオデバイス、テレビジョンデバイス、およびゲーミングデバイスにおいて使用され得る。具体的には、FiPデバイスは、電子デバイスまたはエンターテイメントデバイスなどのためのコントロールまたは制御デバイスとして使用され得る。さらに、FiPデバイスは、例えば、2Dディスプレイ技法および3Dディスプレイ技法において、視線検出またはアイトラッキングに関して使用され得、特に、オーグメンテッドリアリティの用途のために、透明なディスプレイとともに使用され得る。
さらに、FiPデバイスは、DSCカメラなどのようなデジタルカメラの中で使用され得、または、デジタルカメラとして使用され得、および/または、SLRカメラなどのようなレフレックスカメラの中で使用され得、または、レフレックスカメラとして使用され得る。これらの用途に関して、上記に開示されているように、モバイルフォンなどのようなモバイルの用途における、FiPデバイスの使用が参照され得る。
さらに、FiPデバイスは、セキュリティおよび監視の用途のために使用され得る。したがって、例として、FiPセンサは、一般的に、1個または複数のデジタル電子機器および/またはアナログ電子機器と組み合わせられ得、1個または複数のデジタル電子機器および/またはアナログ電子機器は、(例えば、銀行または博物館における監視の用途に関して)対象物が所定のエリアの中または外側にある場合に、信号を与えることになる。具体的には、FiPデバイスは、光学的な暗号化のために使用され得る。FiPベースの検出は、IR、X線、UV−VIS、などのような波長を補完する他の検出デバイス、レーダー、または超音波検出器と組み合わせられ得る。FiPデバイスは、さらに、アクティブ赤外線光源と組み合わせられ得、低い光の周囲の中での検出を可能にする。FiPベースのセンサなどのような、FiPデバイスは、一般的に、アクティブ検出器システムと比較して有利である。その理由は、例えば、レーダーの用途、超音波の用途、LIDARまたは同様のアクティブ検出器デバイスにおいてそうであるように、具体的には、FiPデバイスは、第三者によって検出され得る信号をアクティブに送ることを回避するからである。したがって、一般的に、FiPデバイスは、移動している対象物を認識されずに検出不可能にトラッキングするために使用され得る。追加的に、FiPデバイスは、一般的に、従来のデバイスと比較して、不正操作されにくく、また過敏になりにくい。
さらに、FiPデバイスを使用することによる3D検出の容易さおよび精度を所与として、FiPデバイスは、一般的に、顔、身体、および人の認識および識別のために使用され得る。その場合に、FiPデバイスは、パスワード、指紋、虹彩検出、音声認識、または他の手段などのような、識別目的またはパーソナルライゼーション目的のための他の検出手段と組み合わせられ得る。したがって、一般的に、FiPデバイスは、セキュリティデバイスおよび他のパーソナライズされた用途において使用され得る。
さらに、FiPデバイスは、製品の識別のための3Dバーコードリーダーとして使用され得る。
上述のセキュリティおよび監視の用途に加えて、FiPデバイスは、一般的に、空間およびエリアの監視およびモニタリングのために使用され得る。したがって、FiPデバイスは、空間およびエリアを監視およびモニタリングするために使用され得、また、例として、禁止エリアが侵入された場合にアラームをトリガまたは実行するために使用され得る。したがって、一般的に、FiPデバイスは、建物監視または博物館における監視目的のために使用され得、任意に、他のタイプのセンサと組み合わせて使用され得、例えば、モーションセンサまたは熱センサと組み合わせて、イメージインテンシファイアーまたはイメージエンハンスメントデバイスおよび/または光電子増倍管と組み合わせて使用され得る。
さらに、FiPデバイスは、有利には、ビデオおよびカムコーダーの用途などのようなカメラの用途において適用され得る。したがって、FiPデバイスは、モーションキャプチャおよび3Dムービー記録のために使用され得る。その場合に、FiPデバイスは、一般的に、従来の光学的なデバイスを上回る多数の利点を提供する。したがって、FiPデバイスは、一般的に、光学コンポーネントに関して、より低い複雑さしか必要としない。したがって、例として、レンズの数は、例えば、1個のレンズだけを有するFiPデバイスを提供することなどによって、従来の光学的なデバイスと比較して低減され得る。低減された複雑さに起因して、例えば、モバイルの用途などに関して、非常にコンパクトなデバイスが可能である。高い品質を備える2個以上のレンズを有する従来の光学システムは、一般的に、例えば、体積の大きいビームスプリッタを一般的に必要とすることなどに起因して、体積が大きい。さらに、FiPデバイスは、一般的に、オートフォーカスカメラなどのような、フォーカス/オートフォーカスデバイスのために使用され得る。さらに、FiPデバイスは、また、光学顕微鏡において、特に、共焦点顕微鏡において使用され得る。
さらに、FiPデバイスは、自動車技術および輸送技術の技術分野において適用可能である。したがって、例として、FiPデバイスは、距離センサおよび監視センサとして使用され得、例えば、アダプティブクルーズコントロール、緊急ブレーキアシスト、車線逸脱警報、サラウンドビュー、ブラインドスポット検出、リヤクロストラフィックアラート、および、他の自動車および交通の用途などに関して使用され得る。さらに、FiPセンサは、また、例えば、FiPセンサを使用することによって得られる位置情報の1次時間微分および2次時間微分を分析することなどによって、速度測定および/または加速度測定のために使用され得る。この特徴は、一般的に、自動車技術、輸送技術、または、一般的な交通技術に適用可能であり得る。他の技術分野における用途も実行可能である。
これらの用途または他の用途では、一般的に、FiPデバイスは、スタンドアロンのデバイスとして使用され得、または、他のセンサデバイスと組み合わせて、例えば、レーダーおよび/または超音波デバイスと組み合わせて使用され得る。具体的には、FiPデバイスは、自動運転および安全性問題に関して使用され得る。さらに、これらの用途では、FiPデバイスは、赤外線センサ、音波センサであるレーダーセンサ、2次元カメラ、または、他のタイプのセンサと組み合わせて使用され得る。これらの用途では、一般的に、典型的なFiPデバイスのパッシブな性質が有利である。したがって、FiPデバイスは、一般的に、信号を放出することを必要としないので、アクティブセンサ信号と他の信号供給源との干渉のリスクが回避され得る。FiPデバイスは、具体的には、標準的なイメージ認識ソフトウェアなどのような、認識ソフトウェアと組み合わせて使用され得る。したがって、FiPデバイスによって提供されるような信号およびデータは、典型的に、平易に処理することが可能であり、したがって、一般的に、LIDARなどのような確立されたステレオビジョンシステムよりも低い計算しか必要としない。低い空間要求を所与として、FiP効果を使用するカメラなどのような、FiPデバイスは、車両の中の事実上任意の場所に設置され得、例えば、ウィンドウスクリーンの上、フロントフードの上、バンパーの上、ライトの上、ミラーの上、または、他の場所などに設置され得る。例えば、車両を自動的に運転することを可能にするために、または、アクティブセーフティコンセプトの性能を向上させるなどのために、FiP効果に基づくさまざまな検出器が組み合わせられ得る。したがって、さまざまなFiPベースのセンサは、他のFiPベースのセンサおよび/または従来のセンサと組み合わせられ得、例えば、リアウィンドウ、サイドウィンドウ、またはフロントウィンドウのようなウィンドウの中に、バンパーの上に、または、ライトの上などに組み合わせられ得る。
FiPセンサを、1個または複数の雨検出センサと組み合わせることも可能である。これは、FiPデバイスが、一般的に、具体的には、激しい雨の間に、レーダーなどのような従来のセンサ技法よりも有利であるという事実に起因している。少なくとも1個のFiPデバイスを、レーダーなどのような少なくとも1個の従来のセンシング技法と組み合わせることは、天候条件に従って正しい信号の組み合わせを選定するためのソフトウェアを可能にすることができる。
さらに、FiPデバイスは、一般的に、ブレーキアシストおよび/もしくはパーキングアシストとして使用され得、および/または、速度測定に関して使用され得る。速度測定は、例えば、交通制御において他の車の速度を測定するために、車両の中に一体化され得、または、車両の外側に使用され得る。さらに、FiPデバイスは、駐車場の中で空いている駐車スペースを検出するために使用され得る。
さらに、FiPデバイスは、医療システムおよびスポーツの分野において使用され得る。したがって、医療技術の分野において、手術用ロボティクス、例えば、内視鏡において使用するための手術用ロボティクスを挙げることが可能である。その理由は、上記に概説されているように、FiPデバイスは、低い体積しか必要とせず、他のデバイスに一体化され得るからである。具体的には、最大でも1個のレンズだけを有するFiPデバイスが、内視鏡などのような医療用デバイスにおいて、3D情報をキャプチャするために使用され得る。さらに、FiPデバイスは、動きのトラッキングおよび分析を可能にするために、適当なモニタリングソフトウェアと組み合わせられ得る。これらの用途は、具体的には、例えば、治療および長距離診断および遠隔医療において価値がある。
さらに、FiPデバイスは、例えば、トレーニング、遠隔インストラクション、または競争の目的などのために、スポーツおよびエクササイズの分野において適用され得る。具体的には、FiPデバイスは、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、ベースボール、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、ボクシングなどの分野において適用され得る。FiPデバイスは、スポーツおよびゲームの両方において、ボール、バット、剣、モーションなどの位置を検出するために使用され得、例えば、ゲームをモニタリングするために、審判をサポートするために、または、スポーツにおける特定の状況の判定のために、具体的には、自動的な判定のために使用され得、例えば、ポイントまたはゴールが実際に入ったかどうかを判定することなどのために使用され得る。
FiPデバイスは、トレーニングを促すために、および/または、動きを監視および補正するためにリハビリテーションおよび理学療法においてさらに使用され得る。その場合に、FiPデバイスは、また、距離診断に関して適用され得る。
さらに、FiPデバイスは、マシンビジョンの分野において適用され得る。したがって、FiPデバイスのうちの1個または複数は、例えば、自動運転および/またはロボットの作業に関するパッシブ制御ユニットとして使用され得る。移動しているロボットと組み合わせて、FiPデバイスは、自律的な移動、および/または、パーツの欠陥の自律的な検出を可能にすることができる。また、FiPデバイスは、製造および安全性の監視のために使用され得、例えば、それに限定されないが、ロボット、生産パーツ、および生物との間の衝突を含む、事故を回避するなどのために使用され得る。FiPデバイスのパッシブな性質を所与として、FiPデバイスは、アクティブデバイスよりも有利である可能性があり、および/または、レーダー、超音波、2Dカメラ、IR検出などのような既存の解決策に対して相補的に使用され得る。FiPデバイスの1個の特定の利点は、信号干渉の可能性が低いことである。したがって、複数のセンサが、信号干渉のリスクなしに、同じ環境で同時に動作することが可能である。したがって、FiPデバイスは、一般的に、例えば、それに限定されないが、自動車、採鉱、鉄鋼などのような、高度に自動化された生産環境において有用である可能性がある。また、FiPデバイスは、生産における品質制御のために使用され得、例えば、品質制御または他の目的のために、2Dイメージング、レーダー、超音波、IRなどのような他のセンサと組み合わせて使用され得る。さらに、FiPデバイスは、例えば、製品の表面平坦性を監視するために、または、マイクロメートルの範囲からメートルの範囲までの特定の寸法の遵守を監視するためなどに、表面品質の査定のために使用され得る。他の品質制御の用途も実行可能である。さらに、FiPデバイスは、投票、飛行機、船舶、宇宙船、および、他の交通の用途において使用され得る。したがって、交通の用途の文脈において、上述の用途の他にも、航空機および車両などのためのパッシブトラッキングシステムを挙げることが可能である。移動している対象物の速度および/または方向をモニタリングするための、FiP効果に基づく検出デバイスも実行可能である。具体的には、陸において、海において、および、宇宙空間を含む空において高速に移動している対象物のトラッキングを挙げることが可能である。少なくとも1個のFiP検出器は、具体的には、静置式デバイスの上に、および/または、可動式のデバイスの上に装着され得る。少なくとも1個のFiPデバイスの出力信号は、例えば、別の対象物の自律的な移動またはガイドされた移動のためのガイディングメカニズムと組み合わせられ得る。したがって、衝突を回避するための用途、または、トラッキングされている対象物と操縦されている対象物との間の衝突を可能にするための用途も実行可能である。FiPデバイスは、一般的に、低い計算パワーが必要とされ、応答が速いことに起因して、有用および有利であり、また、一般的に、例えばレーダーのようなアクティブシステムと比較して、検出および阻害することがより困難な検出システムのパッシブな性質に起因して、有用および有利である。FiPデバイスは、それに限定されないが、例えば、速度制御デバイスおよび航空交通制御デバイスにとりわけ有用である。
FiPデバイスは、一般的に、パッシブ用途において使用され得る。パッシブ用途は、港湾または危険エリアにおける船舶の誘導、および、着陸または出発時における航空機のための誘導を含み、固定された既知のアクティブなターゲットが、正確な誘導のために使用され得る。それは、危険ではあるが明確に規定されたルートにおける車両の運転に関して利用され得、例えば、採鉱車両などに関して使用され得る。
さらに、上記に概説されているように、FiPデバイスは、ゲーミングの分野において使用され得る。したがって、FiPデバイスは、同じまたは異なるサイズ、色、形状などの複数の対象物を用いる使用に関してパッシブであることが可能であり、例えば、移動をそのコンテンツに組み込むソフトウェアと組み合わせされた移動検出に関してパッシブであることが可能である。とりわけ、グラフィック出力の中へ移動を実装する際の用途が実行可能である。さらに、例えば、ジェスチャー認識または顔認識のためにFiPデバイスのうちの1個または複数を使用することなどによって、コマンドを与えるためのFiPデバイスの用途も実行可能である。FiPデバイスは、例えば、低い光条件の下で作業するために、または、周囲条件の改善が必要とされる他の状況における作業するために、アクティブシステムと組み合わせられ得る。追加的にまたは代替的に、FiPデバイスのうちの1個または複数と、1個または複数のIR光源またはVIS光源との組み合わせも可能であり、例えば、FiP効果に基づく検出デバイスとの組み合わせも可能である。また、FiPベースの検出器と特殊デバイスの組み合わせも可能であり、それは、特殊デバイスは、システムおよびそのソフトウェアによって、例えば、および、それに限定されないが、特別な色、形状、他のデバイスに対する相対位置、移動の速度、光、デバイスの上の光源を変調させるため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、吸収特質などによって、容易に区別され得る。デバイスは、他の可能性の中でも、スティック、ラケット、クラブ、銃、ナイフ、ホイール、リング、ステアリングホイール、ボトル、ボール、ガラス、花瓶、スプーン、フォーク、キューブ、ダイス、フィギュア、人形、テディー、ビーカー、ペダル、スイッチ、グローブ、宝飾品、楽器、または、楽器を演奏するための補助デバイス、例えば、ピックもしくはドラムスティックなどに似ていることが可能である。他のオプションも実行可能である。
さらに、FiPデバイスは、一般的に、建築、建設、および地図製作の分野において使用され得る。したがって、一般的に、FiPベースのデバイスは、例えば、田舎または建物などの、周囲環境エリアを測定および/またはモニタリングするために使用され得る。その場合に、1個または複数のFiPデバイスは、他の方法およびデバイスと組み合わせられ得、または、単に、建築プロジェクトの進捗および精度、変化する対象物、家屋などをモニタリングするために使用され得る。FiPデバイスは、スキャンされた環境の3次元モデルを発生させるために使用され得、地上または空の両方からから、部屋、街路、家屋、コミュニティ、または風景のマップを構築するようになっている。考えられる適用分野は、建設、内部アーキテクチャー;インドア家具設置;地図製作、不動産管理、または土地測量などであることが可能である。
FiPベースのデバイスは、例えば、CADまたは同様のソフトウェアなどと組み合わせて、対象物のスキャニングのためにさらに使用され得、例えば、アディティブマニュファクチャリングおよび/または3Dプリンティングなどのために使用され得る。その場合に、例えば、x方向、y方向、もしくはz方向において、または、これらの方向の任意の組み合わせにおいて、例えば同時に、FiPデバイスの高い寸法精度が使用され得る。さらに、FiPデバイスは、パイプライン検査ゲージなどのような、検査およびメンテナンスにおいて使用され得る。
上記に概説されているように、FiPデバイスは、製造用途、品質制御用途、または識別用途において、さらに使用され得、例えば、製品識別またはサイズ識別などにおいて使用され得る(例えば、最適な場所またはパッケージを見出すために、また、廃棄物を低減させるために使用され得る)。さらに、FiPデバイスは、ロジスティクスの用途において使用され得る。したがって、FiPデバイスは、コンテナまたは車両への最適化された積載またはパッキングのために使用され得る。さらに、FiPデバイスは、製造の分野において表面損傷をモニタリングまたは制御するために使用され得、レンタル車両などのような、レンタル対象物をモニタリングまたは制御するために使用され得、および/または、保険の用途のために、例えば、損傷の査定のために使用され得る。さらに、FiPデバイスは、材料、対象物、またはツールのサイズを識別するために使用され得、例えば、最適な材料の取り扱いのために、特に、ロボットと組み合わせて使用され得る。さらに、FiPデバイスは、生産におけるプロセス制御に関して使用され得、例えば、タンクの充填レベルを観察するために使用され得る。さらに、FiPデバイスは、それに限定されないが、タンク、パイプ、反応器、ツールなどのような、製品資産のメンテナンスのために使用され得る。さらに、FiPデバイスは、3D品質マークを分析するために使用され得る。さらに、FiPデバイスは、歯のインレー、歯列矯正具、プロテーゼ、または衣服などのような、オーダーメイドのグッズを製造する際に使用され得る。また、FiPデバイスは、ラピッドプロトタイピングまたは3Dコピーなどのために、1個または複数の3Dプリンタと組み合わせられ得る。さらに、FiPデバイスは、例えば、海賊品防止および模倣品防止の目的などのために、1個または複数の物品の形状を検出するために使用され得る。
上記に概説されているように、少なくとも1個の光学センサは、または、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサのうちの少なくとも1個は、少なくとも2個の電極と、これらの電極の間に埋め込まれている少なくとも1個の光起電材料とを有する感光層セットアップを含む有機光学センサであることが可能である。以下では、感光層セットアップの好適なセットアップの例が、具体的には、この感光層セットアップの中で使用され得る材料に関して与えられることになる。感光層セットアップは、好ましくは、太陽電池の感光層セットアップであり、より好ましくは、有機太陽電池および/または色素増感太陽電池(DSC)、より好ましくは、固体色素増感太陽電池(sDSC)の感光層セットアップである。しかし、他の実施形態も実行可能である。
好ましくは、感光層セットアップは、少なくとも1個の光起電材料を含み、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個の層を含む少なくとも1個の光起電層セットアップなどを含む。好ましくは、感光層セットアップおよび光起電材料は、n型半導体金属酸化物の少なくとも1個の層、少なくとも1個の色素、および、少なくとも1個のp型半導体有機材料を含む。例として、光起電材料は、二酸化チタンなどのようなn型半導体金属酸化物の少なくとも1個の緻密層、n型半導体金属酸化物の緻密層に接触しているn型半導体金属酸化物の少なくとも1個のナノ多孔性の層、例えば、二酸化チタンの少なくとも1個のナノ多孔性の層など、n型半導体金属酸化物のナノ多孔性の層を感光性にする少なくとも1個の色素、好ましくは、有機色素、および、色素に接触している少なくとも1個のp型半導体有機材料の少なくとも1個の層、および/または、n型半導体金属酸化物のナノ多孔性の層を有する層セットアップを含むことが可能である。
n型半導体金属酸化物の緻密層は、さらに詳細に下記に説明されることになるように、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個の層との間に、少なくとも1個のバリア層を形成することが可能である。しかし、例えば、他のタイプのバッファー層を有する実施形態などのような、他の実施形態も実行可能であることが留意されるべきである。
少なくとも2個の電極は、少なくとも1個の第1の電極および少なくとも1個の第2の電極を含む。第1の電極は、アノードまたはカソードのうちの1個であることが可能であり、好ましくは、アノードであることが可能である。第2の電極は、アノードまたはカソードのうちの他の1個であることが可能であり、好ましくは、カソードであることが可能である。第1の電極は、好ましくは、n型半導体金属酸化物の少なくとも1個の層に接触しており、第2の電極は、好ましくは、p型半導体有機材料の少なくとも1個の層を接触している。第1の電極は、基板に接触している下部電極であることが可能であり、第2の電極は、基板から離れる方を向く上部電極であることが可能である。代替的に、第2の電極は、基板に接触している下部電極であることが可能であり、第1の電極は、基板から離れる方を向く上部電極であることが可能である。好ましくは、第1の電極および第2の電極のうちの一方または両方が透明である。
以下では、第1の電極、第2の電極、および光起電材料に関するいくつかのオプション、好ましくは、2個以上の光起電材料を含む層セットアップが開示されることになる。しかし、他の実施形態も実行可能であることが留意されるべきである。
a)基板、第1の電極、およびn型半導体金属酸化物
一般的に、第1の電極およびn型半導体金属酸化物の好適な実施形態に関して、WO2012/110924A1、WO2014/097181A1、またはWO2015/024871A1が参照され得、そのすべての内容全体は、参照により本明細書に含まれ得る。他の実施形態も実行可能である。
以下では、第1の電極が、基板に直接的にまたは間接的に接触している下部電極であることが仮定されることになる。しかし、第1の電極が上部電極である、他のセットアップも実行可能であることが留意されるべきである。
感光層セットアップにおいて、例えば、n型半導体金属酸化物の少なくとも1個の緻密フィルム(固体フィルムとも称される)において、および/または、n型半導体金属酸化物の少なくとも1個のナノ多孔性のフィルム(ナノ粒子フィルムとも称される)などにおいて、使用され得るn型半導体金属酸化物は、単一の金属酸化物であることが可能であり、または、異なる酸化物の混合物であることが可能である。混合酸化物を使用することも可能である。n型半導体金属酸化物は、特に、多孔性であることが可能であり、および/または、ナノ粒子酸化物の形態で使用され得、この文脈において、ナノ粒子は、0.1マイクロメートル未満の平均粒子サイズを有する粒子を意味するものと理解される。ナノ粒子酸化物は、典型的に、焼結プロセスによって、大きい表面積を有する薄い多孔性のフィルムとして、導電性基板(すなわち、第1の電極として導電層を備えるキャリア)に適用されている。
好ましくは、光学センサは、少なくとも1個の透明である基板を使用する。しかし、1個または複数の不透明な基板を使用するセットアップも実行可能である。
基板は、リジッドであることが可能であり、または、その他に、可撓性であることが可能である。適切な基板(以降では、キャリアとも称される)は、金属箔だけでなく、とりわけ、プラスチックシートまたはフィルムであり、特に、ガラスシートまたはガラスフィルムである。特に、上記に説明されている好適な構造による第1の電極に関して、とりわけ適切な電極材料は、導電性材料であり、例えば、透明な導電性酸化物(TCO)、例えば、フッ素がドープされたスズ酸化物および/またはインジウムがドープされたスズ酸化物(FTOまたはITO)、および/または、アルミニウムがドープされた酸化亜鉛(AZO)、カーボンナノチューブ、または金属フィルムである。代替的にまたは追加的に、しかし、依然として十分な透明度を有する薄い金属フィルムを使用することも可能であることになる。不透明な第1の電極が望まれて使用される場合に、厚い金属フィルムが使用され得る。
基板は、これらの導電性材料でカバーまたはコーティングされ得る。一般的に、提案されている構造体の中に、単一の基板だけしか必要とされないので、フレキシブルセルの形成も可能である。これは、多数の最終使用を可能にし、それは、仮にあったとしても、リジッドの基板によって、例えば、銀行カード、衣料品などにおける使用によって、困難を伴ってのみ実現可能であることになる。
第1の電極は、特に、TCO層は、p型半導体がTCO層と直接的に接触することを防止するために、(例えば、厚さ10から200nmの)固体金属酸化物バッファー層または緻密金属酸化物バッファー層によって、追加的にカバーまたはコーティングされ得る(Pengら、Coord.Chem.Rev.248,1479(2004)を参照)。固体p型半導体電解質の使用のケースでは、電解質と第1の電極との接触が液体またはゲル形態の電解質と比較して非常に低減されるが、しかし、固体p型半導体電解質の使用は、多くのケースでは、このバッファー層を不必要なものとし、多くのケースでは、この層をなしで済ますことが可能であるようになっており、この層は、また、電流制限効果を有しており、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がある。これは、コンポーネントの効率を高める。そして、他方では、そのようなバッファー層は、色素太陽電池の電流成分を有機太陽電池の電流成分にマッチさせるために、制御されたように利用され得る。それに加えて、バッファー層がなしで済まされたセルのケースでは、特に、固体電池では、電荷キャリアの望まれない再結合を伴う問題が頻繁に起こる。この点において、バッファー層は、多くのケースでは、具体的には、固体電池において有利である。
よく知られているように、金属酸化物の薄い層またはフィルムは、一般的に、安価な固体半導体材料(n型半導体)であるが、その吸収は、バンドギャップが大きいことに起因して、典型的に、電磁スペクトルの可視領域の中にはなく、むしろ、通常は、紫外線スペクトルの領域の中にある。したがって、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そうであるように、光増感剤としての色素と組み合わせられなければならず、光増感剤は、太陽光の波長範囲において、すなわち、300から2000nmにおいて吸収し、また、電子的に励起された状態において、半導体の伝導バンドの中へ電子を注入する。セルの中で追加的に電解質(そして、それは、対電極において低減されている)として使用される固体p型半導体の支援によって、電子は、増感剤にリサイクルされ得、それが、再生されるようになっている。
有機太陽電池における使用に関して特に関心があることは、酸化亜鉛、二酸化スズ、二酸化チタン、または、これらの金属酸化物の混合物の半導体である。金属酸化物は、マイクロ結晶性またはナノ結晶性の多孔性の層の形態で使用され得る。これらの層は、増感剤としての色素でコーティングされている大きい表面積を有しており、太陽光の高い吸収が実現されるようになっている。構造化されている金属酸化物層、例えば、ナノロッドは、より高い電子移動度、色素による細孔充填の改善、色素による表面増感の改善、または、表面積の増加などのような、利点を与える。
金属酸化物半導体は、単独で、または、混合物の形態で使用され得る。また、1個または複数の他の金属酸化物で金属酸化物をコーディングすることも可能である。それに加えて、金属酸化物は、別の半導体、例えば、GaP、ZnPまたはZnSに対するコーティングとしても適用され得る。
とりわけ、好適な半導体は、アナターゼ型の多形体の酸化亜鉛および二酸化チタンであり、それは、好ましくは、ナノ結晶性の形態で使用される。
それに加えて、増感剤は、有利には、典型的にこれらの太陽電池の中で使用されるすべてのn型半導体と組み合わせられ得る。好適な例は、セラミックにおいて使用される金属酸化物を含み、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、ペロブスカイトタイプの複雑な酸化物、例えば、チタン酸バリウム、ならびに、2価および3価の酸化鉄などを含み、これらは、また、ナノ結晶性またはアモルファスの形態で存在することが可能である。
従来の有機色素、ならびに、ルテニウム、フタロシアニン、およびポルフィリンが有する強力な吸収に起因して、n型半導体金属酸化物の薄い層またはフィルムでさえも、必要とされる量の色素を吸収するのに十分である。そして、薄い金属酸化物フィルムは、望まれない再結合プロセスの確率が低下するという利点、および、色素サブセルの内部抵抗が低減されるという利点を有する。n型半導体金属酸化物に関して、好ましくは、100nmから最大20マイクロメートルまでの層厚さ、より好ましくは、500nmからおおよそ3マイクロメートルの間の範囲にある層厚さを使用することが可能である。
b)色素
本発明の状況において、特にDSCの場合に一般的であるように、「色素」、「増感剤色素」、および「増感剤」という用語は、本質的に同義に使用されており、可能な構成に何らかの制限を設けるものではない。本発明の状況において使用可能な色素が先行技術から多数知られているので、可能な材料の例について、色素太陽電池に関する先行技術の上述の説明も参照してもよい。好ましい例として、WO2012/110924A1、WO2014/097181A1、またはWO2015/024871A1に開示されている色素のうちの1種または複数が使用されてもよく、それらすべての内容全体は参照によって本明細書に含まれる。
追加的にまたは代替的に、WO2007/054470A1および/またはWO2013/144177A1および/またはWO2012/085803A1に開示されるような色素のうちの1種または複数が使用されてもよく、それらの内容全体も参照により含まれる。
半導体材料として二酸化チタンをベースとする色素増感太陽電池は、例えば、米国特許第4927721号、Nature 353、737〜740頁(1991年)、および米国特許第5350644号に記載されており、Nature 395、583〜585頁(1998年)、およびEP−A−1176646にも記載されている。これらの文献に記載されている色素も、本発明の状況において、原理上有利に使用することができる。これらの色素太陽電池は、好ましくは、増感剤として遷移金属錯体、とりわけルテニウム錯体の単分子薄膜を含み、それは酸基を介して二酸化チタン層に結合されている。
提示されてきた多くの増感剤は、無金属有機色素を含んでおり、それらも同様に本発明の状況において使用可能である。4%を上回る高効率を、とりわけ固体色素太陽電池において、例えばインドリン色素を用いて、達成することができる(例えば、Schmidt−Mendeら、Adv.Mater.2005年、17、813を参照されたい)。米国特許第6359211号は、二酸化チタン半導体に固定するために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する、シアニン、オキサジン、チアジン、およびアクリジン色素の使用を記載しており、それも本発明の状況において実施可能である。
提示された色素太陽電池における好ましい増感剤色素は、DE102005053995A1またはWO2007/054470A1に記載されている、ペリレン誘導体、テリレン誘導体、およびクアテリレン誘導体である。さらに、上で概説したように、WO2012/085803A1に開示されているような色素のうちの1種または複数が使用されてもよい。追加的にまたは代替的に、WO2013/144177A1に開示されているような色素のうちの1種または複数が使用されてもよい。WO2013/144177A1およびEP12162526.3の内容全体は、参照によって本明細書に含まれる。具体的には、色素D−5および/または色素R−3が使用されてもよく、それは、ID1338:
Figure 2018507389
とも呼ばれる。色素D−5および色素R−3の製造および性質は、WO2013/144177A1に開示されている。
これらの色素の使用は本発明の状況においても可能であり、それらを使用すると、高効率であると同時に高安定性の光起電力素子がもたらされる。
さらに、追加的にまたは代替的に、以下の色素が使用されてもよく、それは、WO2013/144177A1にも開示されており、ID1456:
Figure 2018507389
と呼ばれている。
さらに、以下のリレン色素のうちの一方または両方が、本発明によるデバイス、具体的には少なくとも1種の光学センサに使用されてもよい:
Figure 2018507389
これらの色素、ID1187およびID1167は、WO2007/054470A1に開示されているようなリレン色素の範囲内に含まれており、当業者であればわかるように、そこに開示されている一般的合成経路を使用して合成することができる。
リレン類は太陽光の波長帯で強い吸収を呈し、共役系の長さに応じて約400nm(DE102005053995A1からのペリレン誘導体I)から約900nm(DE102005053995A1からのクアテリレン誘導体I)までの範囲を網羅することができる。テリレンをベースとするリレン誘導体Iは、その組成に従い、二酸化チタン上に吸着した固体の状態で、約400〜800nmの範囲内で吸収する。入射太陽光の可視領域から近赤外領域内までの極めて大幅な利用を実現するために、さまざまなリレン誘導体Iの混合物を使用することが有利である。場合によっては、さまざまなリレン同族体も使用することも得策であり得る。
リレン誘導体Iは、n半導体金属酸化物薄膜に容易にかつ永久的に固定することができる。その結合は、無水物官能基(×1)またはその場で形成されるカルボキシル基−COOHもしくは−COO−を介して、あるいはイミドまたは縮合ラジカル((×2)または(×3))に存在する酸基Aを介して行われる。DE102005053995A1に記載されているリレン誘導体Iは、本発明の状況における色素増感太陽電池で使用するのに良く適している。
色素が、その分子の一端に、それをn型半導体薄膜に固定できるようにするアンカー基を有すると、特に好ましい。色素は、その分子の他端に電子供与体Yを有すると好ましく、それによって、電子をn型半導体に放出した後に色素が再生しやすくなり、またすでに半導体に放出した電子との再結合が防止される。
適切な色素の可能な選択に関するさらなる詳細については、例えば、やはりDE102005053995A1を参照することができる。例として、とりわけ、ルテニウム錯体、ポルフィリン、他の有機増感剤、好ましくはリレンを使用することができる。
色素は、ナノ多孔性n半導体金属酸化物層などのn半導体金属酸化物薄膜の上または中に、単純な方式で固定することができる。例えば、n半導体金属酸化物薄膜は、焼結したばかりの(まだ温かい)状態で、適切な有機溶媒中の色素の溶液または懸濁液に、十分な期間(例えば、約0.5〜24時間)接触させることができる。これは、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中に浸漬させることによって遂行することができる。
さまざまな色素の組み合わせを使用しようとするならば、それらは、例えば、色素のうちの1種または複数を含む1種または複数の溶液または懸濁液から連続的に施用されてもよい。ある層、例えば、CuSCNの層によって分離された2種の色素を使用することも可能である(この件に関しては、例えば、Tennakone、K.J.、Phys.Chem.B.2003年、107、13758を参照されたい)。最も好都合な方法は、個々の事例において比較的容易に決定することができる。
色素およびn半導体金属酸化物の酸化物粒子サイズの選択に際し、有機太陽電池は、最大量の光を吸収するように構成されるべきである。酸化物層は、固体p型半導体が細孔を効率的に充填することができるように構築されるべきである。例えば、粒子が小さくなると表面積が大きくなるので、吸着できる色素の量が多くなる。反対に、粒子が大きくなると一般に細孔が大きくなり、それによって、p導体への侵入を良くすることができる。
c)p半導体有機材料
上で述べたように、少なくとも1組の感光層構造、例えば、DSCまたはsDSCの感光層構造は、特に、少なくとも1種のp半導体有機材料、好ましくは少なくとも1種の固体p半導体材料を含むことができ、これは、以降p型半導体またはp型導体とも称される。以降、かかる有機p型半導体の一連の好ましい例について説明する。これらの有機p型半導体は、個々に、さもなければ任意の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型半導体を有する複数の層の組み合わせ、および/または1つの層に複数のp型半導体が含まれる組み合わせで使用することができる。
n半導体金属酸化物中の電子と固体p導体との再結合を防止するために、n半導体金属酸化物とp型半導体の間に、不活性化材料を有する少なくとも1層の不活性化層を使用することができる。この層は、極めて薄くあるべきであり、できる限り、n半導体金属酸化物のまだ覆われていない部位のみを覆うべきである。パッシベーション材料はまた、ある状況下では、色素の前に金属酸化物に施用されてもよい。好ましいパッシベーション材料は、とりわけ、次の物質:Al;シラン、例えば、CHSiCl;Al3+;4−tert−ブチルピリジン(TBP);MgO;GBA(4−グアニジノ酪酸)および類似の誘導体;アルキル酸;ヘキサデシルマロン酸(HDMA)のうちの1種または複数である。
上で述べたように、好ましくは、1種または複数の固体有機p型半導体は、単独で使用されるか、さもなければ有機または無機の1種または複数のさらなるp型半導体と組み合わせて使用される。本発明の状況において、p型半導体とは一般に、正孔、すなわち、正の電荷キャリアを伝導する能力のある材料、とりわけ有機材料を意味することが理解される。より詳細には、それは、広範なπ電子系を有する有機材料であって、少なくとも1回は安定に酸化されて、例えば、いわゆるフリーラジカルカチオンを形成することができる材料であり得る。例えば、p型半導体は、上述の性質を有する少なくとも1種の有機マトリックス材料を含んでもよい。さらに、p型半導体は、p半導体の性質を強化する1種または複数のドーパントを任意に含むことができる。p型半導体の選択に影響を及ぼす重要なパラメータは正孔移動度であり、その理由は、これによって正孔拡散距離がある程度決定されるからである(Kumara,G.、Langmuir、2002年、18、10493〜10495を参照されたい)。さまざまなスピロ化合物における電荷キャリア移動度の比較を、例えば、T.Saragi、Adv.Funct.Mater.2006年、16、966〜974に見出すことができる。
好ましくは、本発明の状況において、有機半導体が使用される(すなわち、低分子量のオリゴマーもしくはポリマー半導体、またはかかる半導体の混合物のうちの1種または複数)。特に好ましいのは、液相から加工することができるp型半導体である。ここでの例は、ポリマー、例えば、ポリチオフェンおよびポリアリールアミン、または非晶質で可逆的に酸化可能な非ポリマー有機化合物、例えば、先に述べられたスピロビフルオレン(例えば、米国特許出願公開第2006/0049397号、およびそこにp型半導体として開示されているスピロ化合物を参照されたい。それらもまた本発明の状況において使用可能である)をベースとするp型半導体である。低分子量の有機半導体、例えば、WO2012/110924A1に開示されているような低分子量のp型半導体材料、好ましくは、スピロ−MeOTAD、および/またはLeijtensら、ACS Nano、第16巻、第2号、1455〜1462(2012年)に開示されているp型半導体材料のうちの1種もしくは複数を使用することもまた好ましい。追加的にまたは代替的に、WO2010/094636A1に開示されているようなp型半導体材料のうちの1種または複数が使用されてもよく、その内容全体は参照により本明細書に含まれる。加えて、上述の先行技術の説明から、p半導体材料およびドーパントに関する注釈を参照してもよい。
p型半導体は、好ましくは、少なくとも1種のp導体有機材料を少なくとも1種のキャリア素子に施用することによって生成可能であるか、または生成され、ここで、その施用は、例えば、少なくとも1種のp導体有機材料を含む液相からの堆積によって行われる。堆積は、この場合においてもまた、原理上、任意の所望の堆積方法によって、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、もしくは述べた方法の組み合わせ、および/または他の堆積方法によって行うことができる。
有機p型半導体は、とりわけ、少なくとも1種のスピロ化合物、例えば、スピロ−MeOTAD、および/または以下の構造式を有する少なくとも1種の化合物を含んでもよい:
Figure 2018507389
(式中、
、A、Aは、それぞれ独立に、任意に置換されているアリール基またはヘテロアリール基であり、
、R、Rは、それぞれ独立に、置換基−R、−OR、−NR、−A−OR、および−A−NRからなる群から選択され、
この場合、Rは、アルキル、アリール、およびヘテロアリールからなる群から選択され、
は、アリール基またはヘテロアリール基であり、
nは、式Iにおけるそれぞれの場合、独立に、0、1、2、または3の値であり、
但し、個々のnの値の合計は少なくとも2であり、かつ、R、R、およびRラジカルのうちの少なくとも2個は、−ORおよび/または−NRである)。
好ましくは、AおよびAは同じであり、したがって、式(I)の化合物は、好ましくは以下の構造(Ia)を有する:
Figure 2018507389
より詳細には、上で説明したように、p型半導体は、そのように少なくとも1種の低分子量の有機p型半導体を有していてもよい。低分子量の材料とは、一般に、モノマーの形態であるか、重合されていない形態であるか、またはオリゴマー化されていない形態で存在することが理解される。「低分子量」という用語は、本発明の状況において使用される場合、好ましくは、p型半導体が100〜25000g/molの範囲内の分子量を有することを意味している。好ましくは、低分子量の物質は、500〜2000g/molの分子量を有する。
一般に、本発明の状況において、p半導体の性質とは、材料の、とりわけの有機分子の、正孔を形成する性質、およびこれらの正孔を輸送する性質、および/またはそれらを隣接する分子に引き渡す性質を意味することが理解される。より詳細には、これらの分子の安定な酸化が可能であるべきである。加えて、上述の低分子量の有機p型半導体は、とりわけ、広範なπ電子系を有していてもよい。より詳細には、少なくとも1種の低分子量のp型半導体は、溶液から加工可能であってもよい。低分子量のp型半導体は、とりわけ、少なくとも1種のトリフェニルアミンを含んでもよい。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と、特に好ましい。スピロ化合物とは、多環式有機化合物であって、その環が、スピロ原子とも呼ばれる1個の原子のみで結合されている有機化合物を意味することが理解される。より詳細には、スピロ原子を介して互いに連結されたスピロ化合物の構成要素が、例えば、互いに対して異なる平面に配置されるように、スピロ原子はsp混成されていてもよい。
より好ましくは、スピロ化合物は、以下の式の構造を有する:
Figure 2018507389
(式中、アリール、アリール、アリール、アリール、アリール、アリール、アリール、およびアリールラジカルは、それぞれ独立に、置換アリールラジカルおよびヘテロアリールラジカルから選択され、とりわけ置換フェニルラジカルから選択され、この場合、アリールラジカルおよびヘテロアリールラジカル、好ましくはフェニルラジカルは、それぞれ独立に置換されており、好ましくは、各場合において、−O−アルキル、−OH、−F、−Cl、−Br、および−Iからなる群から選択される1種または複数の置換基によって置換されており、この場合、アルキルは、好ましくは、メチル、エチル、プロピル、またはイソプロピルである。より好ましくは、フェニルラジカルは、それぞれ独立に置換されており、各場合において、−O−Me、−OH、−F、−Cl、−Br、および−Iからなる群から選択される1種または複数の置換基によって置換されている)。
さらに好ましくは、スピロ化合物は、以下の式の化合物である:
Figure 2018507389
(式中、R、R、R、R、R、R、R、およびRは、それぞれ独立に、−O−アルキル、−OH、−F、−Cl、−Br、および−Iからなる群から選択され、この場合、アルキルは、好ましくは、メチル、エチル、プロピル、またはイソプロピルである。より好ましくは、R、R、R、R、R、R、R、およびRは、それぞれ独立に、−O−Me、−OH、−F、−Cl、−Br、および−Iからなる群から選択され、好ましくは、米国特許出願公開第2014/0066656(A1)号に開示されているように選択される)。
より詳細には、p型半導体は、Merck KGaA(ダルムシュタット、ドイツ)から市販される下の式の化合物である、スピロ−MeOTADを含むか、またはスピロ−MeOTADから構成されていてもよい:
Figure 2018507389
代替的にまたは追加的に、他のp半導体化合物、とりわけ、低分子量のおよび/またはオリゴマーのおよび/またはポリマーのp半導体化合物を使用することも可能である。
代替実施形態では、低分子量の有機p型半導体は、上述の一般式Iのうちの1種または複数の化合物を含み、それに関して、例えば、WO/2010/094636A1を参照してもよい。p型半導体は、上述のスピロ化合物に追加的にまたは代替的に、少なくとも1種の上述の一般式Iの化合物を含んでもよい。
「アルキル」または「アルキル基」または「アルキルラジカル」という用語は、本発明の状況において使用される場合、概して、置換または非置換のC−C20アルキルラジカルを意味することが理解される。好ましいのはCからC10アルキルラジカルであり、特に好ましいのは、CからCアルキルラジカルである。アルキルラジカルは、直鎖であっても分岐していてもよい。加えて、アルキルラジカルは、C−C20アルコキシ、ハロゲン、好ましくはF、およびC−C30アリール(これらもまた置換されていても非置換であってもよい)からなる群から選択される1種または複数の置換基によって置換されていてもよい。適切なアルキル基の例は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、およびオクチル、およびまた、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−エチルヘキシルであり、ならびにまた、C−C30アリール、C−C20アルコキシ、および/またはハロゲン、とりわけFによって置換されている上述のアルキル基の誘導体、例えばCFである。
「アリール」または「アリール基」または「アリールラジカル」という用語は、本発明の状況において使用される場合、単環式、二環式、三環式、さもなければ多環式芳香族環から誘導された、任意に置換されているC−C30アリールラジカルであって、芳香族環が環ヘテロ原子を何も含んでいないものを意味することが理解される。アリールラジカルは、好ましくは5員および/または6員の芳香族環を含む。アリールが単環式系ではないとき、「アリール」という用語は、第2の環に関する場合、飽和した形態(パーヒドロ形態)または部分的に不飽和な形態(例えば、ジヒドロ形態またはテトラヒドロ形態)も、特定の形態が公知でありかつ安定していれば可能である。よって、「アリール」という用語は、本発明の状況において使用される場合、例えば、2個ともまたは3個すべてのラジカルが芳香族である二環式または三環式ラジカルも、1個の環だけが芳香族である二環式または三環式ラジカルも、2個の環が芳香族である三環式ラジカルも含む。アリールの例は、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、または1,2,3,4−テトラヒドロナフチルである。特に好ましいのは、C−C10アリールラジカル、例えば、フェニルまたはナフチルであり、極めて特に好ましいのは、Cアリールラジカル、例えばフェニルである。加えて、「アリール」という用語は、一重または二重結合を介して互いに結合された少なくとも2個の単環式、二環式、または多環式芳香族環を含む環系も含む。一例は、ビフェニル基の例である。
「ヘテロアリール」または「ヘテロアリール基」または「ヘテロアリールラジカル」という用語は、本発明の状況において使用される場合、少なくとも1個の環に少なくとも1個のヘテロ原子を有する、任意に置換されている5員または6員の芳香族環および多環式環、例えば、二環式および三環式の化合物を意味することが理解される。本発明の状況におけるヘテロアリールは、好ましくは5〜30個の環原子を含む。それらは、単環式、二環式、または三環式であってもよく、上述のアリールから、アリールの基本骨格中の少なくとも1個の炭素原子をヘテロ原子に置き換えることによって誘導されたものである場合もある。好ましいヘテロ原子は、N、O、およびSである。ヘタリールラジカルは、より好ましくは5〜13個の環原子を有する。ヘテロアリールラジカルの基本骨格は、とりわけ好ましくは、ピリジン、および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、またはフランなどの系から選択される。これらの基本骨格は、任意に、1個または2個の6員芳香族ラジカルと縮合されていてもよい。加えて、「ヘテロアリール」という用語は、一重または二重結合を介して互いに結合している少なくとも2個の単環式、二環式、または多環式芳香族環を含む環系も含み、この場合、少なくとも1個の環がヘテロ原子を含む。ヘテロアリールが単環式系ではないとき、「ヘテロアリール」という用語は、少なくとも1個の環に関する場合、飽和した形態(ペルヒドロ形態)または部分的に不飽和な形態(例えば、ジヒドロ形態またはテトラヒドロ形態)も、特定の形態が公知でありかつ安定していれば可能である。よって、「ヘテロアリール」という用語は、本発明の状況において使用される場合、例えば、2個ともまたは3個すべてのラジカルが芳香族である二環式または三環式ラジカルも、1個の環だけが芳香族である二環式または三環式ラジカルも、2個の環が芳香族である三環式ラジカルも含み、この場合、環のうちの少なくとも1個が、すなわち、少なくとも1個の芳香族環または少なくとも1個の非芳香族環がヘテロ原子を有する。適切な縮合ヘテロ芳香族は、例えば、カルバゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンゾフリル、ジベンゾフリル、またはジベンゾチオフェニルである。基本骨格は、1つの、複数の、またはすべての置換可能な位置で置換されていてもよく、適切な置換基は、C−C30アリールを定義した際にすでに指定したものと同じである。しかし、ヘタリールラジカルは、好ましくは非置換である。適切なヘタリールラジカルは、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、およびイミダゾール−2−イル、ならびに対応するベンゾ縮合ラジカル、とりわけ、カルバゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンゾフリル、ジベンゾフリル、またはジベンゾチオフェニルである。
本発明の状況において、「任意に置換されている」という用語は、アルキル基、アリール基、またはヘテロアリール基のうちの少なくとも1個の水素ラジカルが、置換基によって置き換えられているラジカルを指す。この置換基の種類について、好ましいのは、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、ヘキシル、ヘプチル、およびオクチル、ならびにまたイソプロピル、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、および2−エチルヘキシル)、アリールラジカル(例えばC−C10アリールラジカル、とりわけフェニルまたはナフチル)、最も好ましくはCアリールラジカル(例えばフェニル)、およ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、およびイミダゾール−2−イル)であり、対応するベンゾ縮合ラジカル、とりわけ、カルバゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンゾフリル、ジベンゾフリル、またはジベンゾチオフェニルも好ましい。さらなる例として、次の置換基、すなわち、アルケニル、アルキニル、ハロゲン、ヒドロキシルが挙げられる。
置換度は、ここでは一置換から可能な置換基の最大数まで変動してもよい。
本発明によって使用するための式Iの好ましい化合物は、R、R、およびRラジカルのうちの少なくとも2個がパラ−ORおよび/または−NR置換基であるという点で注目に値する。ここでは、少なくとも2個のラジカルは、−ORラジカルだけであっても、−NRラジカルだけであっても、または少なくとも1個の−ORおよび少なくとも1個の−NRラジカルであってもよい。
本発明によって使用するための式Iの特に好ましい化合物は、R、R、およびRラジカルのうちの少なくとも4個がパラ−ORおよび/または−NR置換基であるという点で注目に値する。ここでは、少なくとも4個のラジカルは、−ORラジカルだけであっても、−NRラジカルだけであっても、または−ORラジカルと−NRラジカルとの混合物であってもよい。
本発明によって使用するための式Iの極めて特に好ましい化合物は、R、R、およびRラジカルのうちのすべてがパラ−ORおよび/または−NR置換基であるという点で注目に値する。それらは、−ORラジカルだけであっても、−NRラジカルだけであっても、または−ORラジカルと−NRラジカルとの混合物であってもよい。
すべての場合において、−NRラジカルにおける2個のRは互いに異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
好ましくは、A、A、およびAは、それぞれ独立に、
Figure 2018507389
からなる群から選択され、式中、
mは、1〜18の整数であり、
は、アルキル、アリール、またはヘテロアリールであり、この場合、Rは、好ましくはアリールラジカルであり、より好ましくはフェニルラジカルであり、
、Rは、それぞれ独立に、H、アルキル、アリール、またはヘテロアリールであり、
この場合、示した構造の芳香族環およびヘテロ芳香族環は、任意にさらに置換されていてもよい。芳香族環およびヘテロ芳香族環の置換度は、ここでは一置換から可能な置換基の最大数まで変動してもよい。
芳香族環およびヘテロ芳香族環がさらに置換されている場合の好ましい置換基として、任意に1、2、または3置換されている芳香族環またはヘテロ芳香族基に関して上ですでに述べた置換基が挙げられる。
好ましくは、示した構造の芳香族環およびヘテロ芳香族環は、さらには置換されていない。
より好ましくは、A、A、およびAは、それぞれ独立に、
Figure 2018507389
であり、より好ましくは
Figure 2018507389
である。
より好ましくは、式(I)の少なくとも1種の化合物は、以下の構造のうちの一方である:
Figure 2018507389
代替実施形態では、有機p型半導体は、以下の構造を有するID322型の化合物を含む:
Figure 2018507389
本発明によって使用するための化合物は、当業者に公知の従来通りの有機合成法によって製造することができる。関連する(特許)文献への言及は、以降に示す合成例にさらに見出すことができる。
d)第2の電極
第2の電極は、基板の方を向く下部電極であることが可能であり、または、その他では、基板から離れる方を向く上部電極であることが可能である。上記に概説されているように、第2の電極は、完全にまたは部分的に透明であってもよく、または、その他では、不透明であってもよい。本明細書で使用されているように、部分的に透明であるという用語は、第2の電極が透明な領域および不透明な領域を含むことが可能であるという事実を表している。
以下の材料の群の1個または複数の材料が使用され得る:少なくとも1個の金属材料、好ましくは、アルミニウム、銀、プラチナ、金からなる群から選択される金属材料;少なくとも1個の非金属無機材料、好ましくは、LiF;少なくとも1個の有機導電性材料、好ましくは、少なくとも1個の導電性ポリマー、および、より好ましくは、少なくとも1個の透明な導電性ポリマー。
第2の電極は、少なくとも1個の金属電極を含むことが可能であり、純金属の形態の、または、混合物/合金としての、1個または複数の金属が使用され得、例えば、特にアルミニウムまたは銀などが使用され得る。
追加的にまたは代替的に、無機材料および/または有機材料などのような、非金属材料は、単独で、および、金属電極と組み合わせて使用され得る。例として、無機/有機の混合電極または多層電極の使用が可能であり、例えば、LiF/Al電極の使用が可能である。追加的にまたは代替的に、導電性ポリマーが使用され得る。したがって、光学センサの第2の電極は、好ましくは、1個または複数の導電性ポリマーを含むことが可能である。
したがって、例として、第2の電極は、金属の1個または複数の層と組み合わせて、1個または複数の導電性ポリマーを含むことが可能である。好ましくは、少なくとも1個の導電性ポリマーは、透明な導電性ポリマーである。この組み合わせは、非常に薄くて、したがって透明な金属層を提供することを可能にし、十分な電気伝導性を依然として提供することによって、第2の電極を透明かつ高い電気伝導性のものにするようになっている。したがって、例として、1個または複数の金属層は、それぞれ、または、組み合わせて、50nm未満の厚さ、好ましくは、40nm未満の厚さ、または、さらには、30nm未満の厚さを有することが可能である。
例として、ポリアニリン(PANI)および/またはその化学的類似物;ポリチオフェンおよび/またはその化学的類似物、例えば、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)(P3HT)および/またはPEDOT:PSS(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホネート))からなる群から選択される、1個または複数の導電性ポリマーが使用され得る。追加的にまたは代替的に、EP2507286A2、EP2205657A1、またはEP2220141A1に開示されているような導電性ポリマーのうちの1個または複数が使用され得る。さらなる例示的な実施形態に関して、WO2014/097181A1またはWO2015/024871A1が参照され得、そのすべての内容全体は、参照により本明細書に含まれる。
それに加えてまたは代替的に、無機導電性材料が使用され得、例えば、無機の導電性炭素材料などが使用され得、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なる群から選択される炭素材料などが使用され得る。
それに加えて、適当な反射によって、光子が吸収層を少なくとも2回通過されることによって、コンポーネントの量子効率が向上されている、電極設計を使用するも可能である。そのような層構造は、「コンセントレーター」とも称され、例えば、WO02/101838(特に、第23〜24頁)に同様に説明されている。
光学センサの少なくとも1個の第2の電極は、単一の電極であることが可能であり、または、複数の部分的な電極を含むことが可能である。したがって、単一の第2の電極が使用され得、または、より複雑なセットアップが使用され得、例えば、スプリット電極などが使用され得る。
さらに、少なくとも1個の光学センサの少なくとも1個の第2の電極は、具体的には、少なくとも1個の縦方向光学センサおよび/または少なくとも1個の横方向光学センサであることが可能であり、または、それを含むことが可能であり、好ましくは、完全にまたは部分的に透明であることが可能である。したがって、具体的には、少なくとも1個の第2の電極は、1個、2個、または、それ以上の電極を含むことが可能であり、例えば、1個の電極または2個以上の部分的な電極、および、任意に、電極または2個以上の部分的な電極に接触している少なくとも1個の追加的な電極材料を含むことが可能である。
さらに、第2の電極は、完全にまたは部分的に不透明であることが可能である。具体的には、2個以上の部分的な電極は、不透明であることが可能である。最後の電極を不透明にすることが特に好ましい可能性があり、例えば、対象物から離れる方を向く電極、および/または、光学センサのスタックの最後の電極などを不透明にすることが特に好ましい可能性がある。結果的に、この最後の電極は、次いで、すべての残りの光をセンサ信号に変換するように最適化され得る。本明細書で、「最後の」電極は、対象物から離れる方を向く少なくとも1個の光学センサの電極であることが可能である。一般的に、不透明な電極は、透明な電極よりも効率的である。
したがって、一般的に、透過型センサの数、および/または、透明な電極の数を最小にまで低減させることが有益である。この文脈において、例として、WO2014/097181A1に示されているような、少なくとも1個の縦方向光学センサおよび/または少なくとも1個の横方向光学センサの考えられるセットアップが参照され得る。しかし、他のセットアップも実行可能である。
光学検出器、検出器システム、方法、ヒューマンマシンインターフェース、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム、カメラ、および、光学検出器の使用は、公知のデバイス、方法、および、このタイプの使用を上回る多数の利点を提供する。
さらなる実施形態は、光学検出器の中の光ビームまたはその一部のビーム経路に関する。本明細書で使用されているように、および、以下において使用されているように、「ビーム経路」は、一般的に、光ビームまたはその一部がそれに沿って伝播することができる経路である。したがって、一般的に、光学検出器の中の光ビームは、単一のビーム経路に沿って進行することが可能である。単一のビーム経路は、直線的な単一のビーム経路であることが可能であり、または、折り畳まれたビーム経路、分岐したビーム経路、長方形ビーム経路、または、Z字形状のビーム経路などのような、1個または複数の偏向部を有するビーム経路であることが可能である。代替的に、2個以上のビーム経路が、光学検出器の中に存在することが可能である。したがって、光学検出器に進入する光ビームは、2個以上の部分的な光ビームにスプリットされ得、部分的な光ビームのそれぞれは、1個または複数の部分的なビーム経路を辿る。部分的なビーム経路のそれぞれは、独立して、直線的な部分的なビーム経路であることが可能であり、または、上記に概説されているように、折り畳まれた部分的なビーム経路、長方形部分的なビーム経路、または、Z字形状の部分的なビーム経路などのような、1個または複数の偏向部を有する部分的なビーム経路であることが可能である。当業者は認識することになるように、一般的に、さまざまなタイプのビーム経路の任意のタイプの組み合わせが実行可能である。したがって、少なくとも2個の部分的なビーム経路が存在し、全体として、W字形状のセットアップを形成することが可能である。
ビーム経路を2個以上の部分的なビーム経路にスプリットすることによって、光学検出器のエレメントは、2個以上の部分的なビーム経路にわたって分配され得る。したがって、少なくとも1個の光学センサ、例えば、少なくとも1個の大面積光学センサ、および/または、大面積光学センサの少なくとも1個のスタックなど、例えば、上述のFiP効果を有する1個または複数の光学センサなどは、第1の部分的なビーム経路の中に位置し得る。少なくとも1個の追加的な光学センサ、例えば、不透過型光学センサなど、例えば、CCDセンサおよび/またはCMOSセンサなどのようなイメージセンサは、第2の部分的なビーム経路の中に位置し得る。さらに、少なくとも1個の焦点調整可能なレンズは、部分的なビーム経路のうちの1個または複数の中に位置し得、および/または、共通のビーム経路を2個以上の部分的なビーム経路にスプリットする前の共通のビーム経路の中に位置し得る。さまざまなセットアップが実行可能である。さらに、光ビームおよび/または部分的な光ビームは、ビーム経路または部分的なビーム経路に沿って単方向の方式で進行することが可能であり、例えば、一回だけ、または、単一進行方式で、進行することが可能である。代替的に、光ビームまたは部分的な光ビームは、ビーム経路または部分的なビーム経路に沿って繰り返して進行することが可能であり、例えば、リング形状のセットアップにおいて、および/または、双方向の方式で進行することが可能であり、例えば、光ビームまたは部分的な光ビームが、同じビーム経路または部分的なビーム経路に沿って進行して戻るように、1個または複数の反射エレメントによって反射される、セットアップにおいて進行することが可能である。少なくとも1個のリフレクタエレメントは、焦点調整可能なレンズ自身であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。同様に、ビーム経路を2個以上の部分的なビーム経路にスプリットするために、空間光変調器自身が使用され得、または、代替的に、他のタイプの反射エレメントが使用され得る。
光学検出器の中に2個以上の部分的なビーム経路を使用することによって、および/または、ビーム経路または部分的なビーム経路に沿って繰り返してもしくは双方向の方式で進行する光ビームもしくは部分的な光ビームを有することによって、光学検出器のさまざまなセットアップが実行可能であり、それは、光学検出器のセットアップの高いフレキシビリティを可能にする。したがって、光学検出器の機能性は、異なる部分的なビーム経路にわたってスプリットおよび/または分配され得る。したがって、第1の部分的なビーム経路は、例えば、上述のFiP効果を有する1個または複数の光学センサを使用することなどによって、対象物のz検出に特化され得、第2のビーム経路は、例えば、イメージング用の1個もしくは複数のCCDチップまたはCMOSチップなどのような1個または複数のイメージセンサを提供することなどによって、イメージングのために使用され得る。したがって、部分的なビーム経路のうちの1個、2個、もしくは、それ以上、またはすべての中で、独立した座標系または依存した座標系が定義され得、対象物の1個または複数の座標が、これらの座標系の中で決定され得る。光学検出器の一般的なセットアップは既知であるので、座標系が相関付けられ得、また、光学検出器の共通の座標系において座標を組み合わせるために、簡単な座標変換が使用され得る。
上記に概説されているように、追加的にまたは代替的に、光学検出器は、光ビームのビーム経路を少なくとも2個の部分的なビーム経路に分割するように適合されている少なくとも1個のビームスプリッティングエレメントを含有することが可能である。ビームスプリッティングエレメントは、さまざまな方式で、および/または、ビームスプリッティングエレメントの組み合わせを使用することによって、具現化され得る。したがって、例として、ビームスプリッティングエレメントは、ビームスプリッティングプリズム、グレーティング、半透明なミラー、ダイクロイックミラー、空間光変調器からなる群から選択される少なくとも1個のエレメントを含むことが可能である。上述のエレメントおよび/または他のエレメントの組み合わせが実行可能である。上記に概説されているように、光学検出器のエレメントは、ビーム経路をスプリットする前および/または後に、ビーム経路にわたって分配され得る。したがって、例として、少なくとも1個の光学センサは、部分的なビーム経路のそれぞれの中に位置し得る。したがって、例えば、光学センサの少なくとも1個のスタック、例えば、大面積光学センサの少なくとも1個のスタックなど、および、より好ましくは、上述のFiP効果を有する光学センサの少なくとも1個のスタックは、部分的なビーム経路のうちの少なくとも1個の中に位置し得、例えば、部分的なビーム経路のうちの第1のものの中に位置し得る。追加的にまたは代替的に、少なくとも1個の不透過型光学センサは、部分的なビーム経路のうちの少なくとも1個の中に位置し得、例えば、部分的なビーム経路のうちの少なくとも第2のものの中に位置し得る。したがって、例として、少なくとも1個の無機光学センサ、例えば、無機半導体光学センサなど、例えば、イメージセンサおよび/またはカメラチップなど、より好ましくは、CCDチップおよび/またはCMOSチップは、第2の部分的なビーム経路の中に位置し得、モノクロチップおよび/またはマルチカラーチップもしくはフルカラーチップの両方が使用され得る。したがって、上記に概説されているように、第1の部分的なビーム経路は、光学センサのスタックを使用することによって、対象物のz座標を検出するために使用され得、第2の部分的なビーム経路は、例えば、イメージセンサ、具体的には、カメラチップを使用することなどによって、イメージングのために使用され得る。
例えば、部分的なビーム経路のうちの1個または複数の中に、例えば、第2の部分的なビーム経路の中に、1個または複数の不透過型光学センサが使用されている場合に、不透過型光学センサは、好ましくは、ピクセル化された光学センサ、好ましくは、無機のピクセル化された光学センサ、より好ましくは、カメラチップ、最も好ましくは、CCDチップおよびCMOSチップのうちの少なくとも1個であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。しかし、他の実施形態も実行可能であり、また、部分的な光学的なビーム経路のうちの1個または複数の中において、ピクセル化された不透過型光学センサと非ピクセル化された不透過型光学センサを組み合わせることも実行可能である。
その場合に、光学検出器の線形のセットアップまたは非線形のセットアップも実行可能である。したがって、上記に概説されているように、W字形状のセットアップ、Z字形状のセットアップ、または、他のセットアップも実行可能である。線形のセットアップとは対照的に、非線形のセットアップ、例えば、2個以上の部分的なビーム経路を有するセットアップなど、例えば、分岐したセットアップおよび/またはW字状のセットアップなどは、部分的なビーム経路のセットアップを個別に最適化することを可能にすることができる。したがって、少なくとも1個のイメージセンサによるイメージング機能、および、z検出の機能が、別々の部分的なビーム経路の中に分離されている場合に、これらの部分的なビーム経路およびその中に配設されているエレメントの独立した最適化が実行可能である。したがって、例として、透過型の太陽電池などのような、異なるタイプの光学センサが、z検出のために適合されている部分的なビーム経路の中で使用され得る。その理由は、透明度は、同じ光ビームがイメージング検出器によるイメージングのために使用されなければならないケースほど重要ではないからである。したがって、さまざまなタイプのカメラの組み合わせが実行可能である。例として、光学検出器のより厚いスタックが使用され得、より正確なz情報を可能にする。結果的に、光学センサのスタックの焦点がはずれている場合であっても、対象物のz位置の検出が実行可能である。
さらに、1個または複数の追加的なエレメントが、部分的なビーム経路のうちの1個または複数の中に位置し得る。例として、1個または複数の光学的なシャッタが、部分的なビーム経路のうちの1個または複数の中に配設され得る。したがって、1個または複数のシャッタが、焦点調整可能なレンズと、光学センサおよび/または不透過型光学センサのスタック、例えば、イメージセンサのスタックとの間に位置し得る。部分的なビーム経路のシャッタは、独立して使用され、および/または、作動され得る。したがって、例として、1個または複数のイメージセンサ、具体的には、1個または複数のイメージングチップ、例えば、CCDチップおよび/またはCMOSチップなど、ならびに、大面積光学センサ、および/または、大面積光学センサのスタックは、一般的に、異なるタイプの最適な光応答を示すことが可能である。線形の配置において、例えば、大面積光学センサまたは大面積光学センサのスタックとイメージセンサとの間に、1個だけの追加的なシャッタがあることも可能であり得る。2個以上の部分的なビーム経路を有するスプリットセットアップにおいて、例えば、上述のW字状のセットアップなどにおいて、1個または複数のシャッタが、光学センサのスタックの前に、および/または、イメージセンサの前に設置され得る。それによって、両方のタイプのセンサにとって最適な光強度が実行可能であり得る。
追加的にまたは代替的に、1個または複数のレンズは、部分的なビーム経路のうちの1個または複数の中に配設され得る。したがって、1個または複数のレンズが、焦点調整可能なレンズと光学センサのスタックとの間に位置し得る。したがって、例として、部分的なビーム経路の1個もしくは複数またはすべての中で1個または複数のレンズを使用することによって、少なくとも1個のレンズを含むそれぞれの部分的なビーム経路または複数の部分的なビーム経路に関して、ビーム成形が起こることが可能である。したがって、イメージセンサ、具体的には、CCDまたはCMOSセンサは、2Dピクチャを撮影するように適合され得、光学センサスタックなどのような少なくとも1個の光学センサは、対象物のz座標または深度を測定するように適合され得る。これらの部分的なビーム経路における焦点またはビーム成形は、一般的に、これらの部分的なビーム経路のそれぞれのレンズによって決定され得、必ずしも同一である必要はない。したがって、部分的なビーム経路に沿って伝播する部分的な光ビームのビーム特性は、例えば、イメージング、xy検出、またはz検出などのために、個別に最適化され得る。
さらなる実施形態は、一般的に、少なくとも1個の光学センサを表している。一般的に、少なくとも1個の光学センサの考えられる実施形態に関して、上記に概説されているように、WO2012/110924A1および/またはWO2014/097181A1などのような、上記に列挙されている先行技術文献の1個または複数が参照され得る。したがって、上記に概説されているように、少なくとも1個の光学センサは、例えば、WO2014/097181A1に説明されているような、少なくとも1個の縦方向光学センサおよび/または少なくとも1個の横方向光学センサを含むことが可能である。具体的には、少なくとも1個の光学センサは、少なくとも1個の有機光検出器、例えば、少なくとも1個の有機太陽電池など、より好ましくは、色素増感太陽電池、さらに好ましくは、固体色素増感太陽電池であることが可能であり、または、それを含むことが可能であり、それは、少なくとも1個の第1の電極と、少なくとも1個のn型半導体金属酸化物と、少なくとも1個の色素と、少なくとも1個のp型半導体有機材料、好ましくは、固体p型半導体有機材料と、少なくとも1個の第2の電極とを含む、層セットアップを有する。この層セットアップの考えられる実施形態に関して、上述の先行技術文献のうちの1件または複数が参照され得る。
少なくとも1個の光学センサは、単一の光学的に高感度のセンサ領域を有する、少なくとも1個の大面積光学センサであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。さらに、追加的にまたは代替的に、少なくとも1個の光学センサは、同様に、2個以上の高感度のセンサ領域、すなわち、2個以上のセンサピクセルを有する、少なくとも1個のピクセル化された光学センサであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。したがって、少なくとも1個の光学センサは、2個以上のセンサピクセルを有するセンサマトリックスを含むことが可能である。
上記に概説されているように、少なくとも1個の光学センサは、少なくとも1個の不透過型光学センサであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。追加的にまたは代替的に、少なくとも1個の光学センサは、少なくとも1個の透過型光学センサもしくは半透過型光学センサであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。しかし、一般的に、当技術分野で知られている多くのデバイスにおいて、1個または複数のピクセル化された透過型光学センサが使用される場合に、透明度とピクセル化との組み合わせは、技術的な課題を課す。したがって、一般的に、当技術分野で知られている光学センサは、感応エリアおよび適当な駆動電子機器の両方を含有する。さらに、この文脈において、透過型の電子機器を作製する問題は、一般的に、解決されていないままである。
本発明の文脈において判明しているように、少なくとも1個の光学センサのアクティブエリアを、2xN個のセンサピクセルのアレイにスプリットすることが好ましい可能性があり、ここで、Nは、整数であり、好ましくは、N≧1であり、例えば、N=1、N=2、N=3、N=4であるか、または、Nは4よりも大きい整数である。したがって、一般的に、少なくとも1個の光学センサは、2xN個のセンサピクセルを有するセンサピクセルのマトリックスを含むことが可能であり、ここで、Nは整数である。例として、マトリックスは、センサピクセルの2個の行を形成することが可能であり、例として、第1の行のセンサピクセルは、光学センサの第1の側部から電気的に接触しており、第2の行のセンサピクセルは、第1の側部に対向する光学センサの第2の側部から電気的に接触している。さらなる実施形態では、N個のピクセルの2個の行の第1のピクセルおよび最後のピクセルは、センサの第3の側部および第4の側部から電気的に接触されているピクセルにさらにスプリットされ得る。例として、これは、2xM+2xN個のピクセルのセットアップにつながることになる。さらなる実施形態も実行可能である。
2個以上の光学センサが光学検出器の中に含まれる場合に、1個、2個、または、それ以上の光学センサは、センサピクセルの上述のアレイを含むことが可能である。したがって、複数の光学センサが設けられている場合に、1個の光学センサ、2個以上の光学センサ、または、さらには、すべての光学センサが、ピクセル化された光学センサであることが可能である。代替的に、1個の光学センサ、2個以上の光学センサ、または、さらには、すべての光学センサは、非ピクセル化された光学センサ、すなわち、大面積光学センサであることが可能である。
少なくとも1個の第1の電極と、少なくとも1個のn型半導体金属酸化物と、少なくとも1個の色素と、少なくとも1個のp型半導体有機材料、好ましくは、固体p型半導体有機材料と、少なくとも1個の第2の電極とを含む層セットアップを有する少なくとも1個の光学センサを含む、光学センサの上述のセットアップが使用されている場合に、センサピクセルのマトリックスの使用が、具体的には有利である。上記に概説されているように、これらのタイプのデバイスは、具体的には、FiP効果を示すことが可能である。
FiPデバイスなどのような、これらのデバイスにおいて、センサピクセルの2xNアレイは、非常に良く適している。したがって、一般的に、1個または複数の層がそれらの間に挟まれている、少なくとも1個の第1の透明な電極および少なくとも1個の第2の電極、ならびに、2個以上のセンサピクセルへのピクセル化は、具体的には、第1の電極および第2の電極のうちの一方または両方を電極のアレイにスプリットすることによって実現され得る。例として、好ましくは、透明である基板の上に配設されている、フッ素化スズ酸化物および/または別の透明な導電性酸化物を含む透明な電極などのような、透明な電極に関して、ピクセル化は、適当なパターニング技法によって容易に実現され得、例えば、リソグラフィーおよび/またはレーザーパターニングを使用することによるパターニングなどによって、容易に実現され得る。それによって、電極は、部分的な電極のエリアに容易にスプリットされ得、それぞれの部分的な電極は、センサピクセルのアレイのセンサピクセルのピクセル電極を形成している。残りの層、および、任意に、第2の電極は、パターン化されていないままであることが可能であり、または、代替的に、同様にパターン化されていることも可能である。フッ素化スズ酸化物などのような、スプリットされた透明な導電性酸化物が、パターン化されていないさらなる層とともに使用されている場合に、残りの層におけるクロス伝導度は、一般的に、少なくとも、色素増感太陽電池に関して、無視され得る。したがって、一般的に、センサピクセル同士の間のクロストークは無視され得る。それぞれのセンサピクセルは、単一の銀電極などのような、単一の対電極を含むことが可能である。
センサピクセルのアレイ、具体的には、2xNアレイを有する、少なくとも1個の光学センサを使用することは、本発明の中に、すなわち、本発明によって開示されているデバイスのうちの1個または複数の中に、いくつかの利点を提供する。したがって、第1に、アレイを使用することは、信号品質を改善させることが可能である。光学検出器の変調器デバイスは、例えば、別個の変調周波数などによって、光学センサのそれぞれのピクセルを変調させることが可能であり、それによって、例えば、別個の周波数によって、それぞれの深度エリアを変調させる。しかし、高い周波数において、少なくとも1個のFiPセンサなどのような、少なくとも1個の光学センサの信号は、一般的に減少し、それによって、低い信号強度につながる。したがって、一般的に、限定された数の変調周波数だけが、変調器デバイスにおいて使用され得る。しかし、光学センサがセンサピクセルにスプリットされる場合には、検出され得る考えられる深度ポイントの数は、ピクセルの数と掛けられ得る。したがって、例として、2個のピクセルは、検出され得る変調周波数の数が2倍になることを結果として生じさせ得、したがって、変調され得るピクセルの数が2倍になることを結果として生じさせ得、および/または、深度ポイントの数が2倍になることを結果として生じさせ得る。
さらに、従来のカメラとは対照的に、ピクセルの形状は、ピクチャの外見とは関係がない。したがって、一般的に、センサピクセルの形状および/またはサイズは、制約なしに、または、ほとんど制約なしに選ばれ得、それによって、センサピクセルのアレイの適当な設計を選ぶことを可能にする。
さらに、センサピクセルは、一般的に、かなり小さく選ばれ得る。一般的にセンサピクセルによって検出され得る周波数範囲は、センサピクセルのサイズを減少させることによって、典型的に増加される。より小さいセンサまたはセンサピクセルが使用されるときに、周波数範囲は、典型的に改善する。小さいセンサピクセルにおいて、大きいセンサピクセルと比較して、より多くの周波数が検出され得る。結果的に、より小さいセンサピクセルを使用することによって、大きいピクセルを使用することと比較して、より大きい数の深度ポイントが検出され得る。
上述の発見を要約すると、本発明の中で以下の実施形態が好適である。
実施形態1:
− 光ビームを検出するように、および、少なくとも1個のセンサ信号を発生させるように適合されている、少なくとも1個の光学センサであって、少なくとも1個のセンサ領域を有しており、光学センサのセンサ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるセンサ領域の照射に対して非線形の依存性を示している、少なくとも1個の光学センサと、
− 少なくとも1個のイメージセンサであって、イメージピクセルのピクセルマトリックスを含むピクセル化されたセンサであり、イメージピクセルは、光ビームを検出するように、および、少なくとも1個のイメージ信号を発生させるように適合されており、イメージ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるイメージピクセルの照射に対して線形の依存性を示している、少なくとも1個のイメージセンサと、
− センサ信号およびイメージ信号を評価するように適合されている、少なくとも1個の評価デバイスと
を含む、光学検出器。
実施形態2:実施形態1に記載の光学検出器であって、光学センサの照射の合計パワーに対するセンサ信号の非線形の依存性は、線形部分および非線形部分を含む非線形関数によって表現可能であり、評価デバイスは、センサ信号およびイメージ信号の両方を評価することによって、非線形関数の線形部分および/または非線形部分を決定するように適合されている、光学検出器。
実施形態3:実施形態2に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、処理回路を含み、処理回路は、非線形関数の非線形部分を決定するために、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供するように適合されている、光学検出器。
実施形態4:実施形態3に記載の光学検出器であって、処理回路は、少なくとも1個の演算増幅器を含み、演算増幅器は、差動増幅器を提供するように構成されている回路の一部である、光学検出器。
実施形態5:実施形態1から4のいずれか1個に記載の光学検出器であって、イメージセンサは、無機イメージセンサ、好ましくは、CCDデバイスまたはCMOSデバイスのうちの少なくとも1個を含む、光学検出器。
実施形態6:実施形態1から5のいずれか1個に記載の光学検出器であって、少なくとも1個のハイブリッドセンサを含み、ハイブリッドセンサは、光学センサのうちの少なくとも1個、および、イメージセンサのうちの少なくとも1個を含む、光学検出器。
実施形態7:実施形態6に記載の光学検出器であって、ハイブリッドセンサの中の光学センサおよびイメージセンサは、互いの付近に配置されている、光学検出器。
実施形態8:実施形態7に記載の光学検出器であって、光学センサまたはその一部、および、イメージセンサまたはその一部が、互いに接触している、光学検出器。
実施形態9:実施形態6から8のいずれか1個に記載の光学検出器であって、ハイブリッドセンサの中の光学センサおよびイメージセンサは、光ビームがイメージセンサに衝突する前に最初に光学センサに衝突するように配置されている、光学検出器。
実施形態10:実施形態6から9のいずれか1個に記載の光学検出器であって、ハイブリッドセンサの中のピクセル化された光学センサおよびイメージセンサは、電気的に接続されている、光学検出器。
実施形態11:実施形態10に記載の光学検出器であって、光学センサおよびイメージセンサは、ボンディング技法を使用することによって、とりわけ、ワイヤボンディング、直接的なボンディング、ボールボンディング、または接着剤ボンディングのうちの1個または複数を使用することによって、電気的に接続されている、光学検出器。
実施形態12:実施形態10または11に記載の光学検出器であって、ピクセル化された光学センサのセンサピクセルは、イメージセンサのイメージピクセルによって提供される上部コンタクトに電気的に接続されている、光学検出器。
実施形態13:実施形態1から12のいずれか1個に記載の光学検出器であって、光学センサは、大面積光学センサまたはピクセル化された光学センサである、光学検出器。
実施形態14:実施形態13に記載の光学検出器であって、光学センサは、センサピクセルのピクセルアレイを含む、ピクセル化された光学センサである、光学検出器。
実施形態15:実施形態14に記載の光学検出器であって、少なくとも1個の電子エレメントは、表面の上のセンサピクセルの付近に設置されており、少なくとも1個の電子エレメントおよびセンサピクセルの両方が、表面の上に位置し、少なくとも1個の電子エレメントは、センサピクセルによって提供される信号の評価に寄与するように適合され得る、光学検出器。
実施形態16:実施形態15に記載の光学検出器であって、少なくとも1個の電子エレメントは、好ましくは、コネクタ、キャパシティ、ダイオード、トランジスタのうちの1個または複数を含む、光学検出器。
実施形態17:実施形態14から16のいずれか1個に記載の光学検出器であって、少なくとも2個のピクセル化された光学センサが、互いの上に配置されており、少なくとも2個のピクセル化された光学センサの場所は、互いに対して所定の程度だけシフトされている、光学検出器。
実施形態18:実施形態1から17のいずれか1個に記載の光学検出器であって、光学センサは、センサピクセルのアレイを含む、ピクセル化された光学センサである、光学検出器。
実施形態19:実施形態18に記載の光学検出器であって、イメージセンサは、第1のピクセル分解能を有しており、ピクセル化された光学センサは、第2のピクセル分解能を有しており、第1のピクセル分解能は、第2のピクセル分解能に等しいか、または、それを超えている、光学検出器。
実施形態20:実施形態19に記載の光学検出器であって、センサピクセルに関して、少なくとも4x4イメージピクセルのピクセルマトリックス、好ましくは、少なくとも16x16イメージピクセルのピクセルマトリックス、より好ましくは、少なくとも64x64イメージピクセルのピクセルマトリックスが含まれる、光学検出器。
実施形態21:実施形態1から20のいずれか1個に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、センサ信号を評価することによって、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する少なくとも1個の対象物の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報を発生させるように適合されている、光学検出器。
実施形態22:実施形態21に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、縦方向位置とセンサ信号との間の少なくとも1個の所定の関係または決定可能な関係を使用するように適合されている、光学検出器。
実施形態23:実施形態1から22のいずれか1個に記載の光学検出器であって、光学検出器は、少なくとも1個の横方向光学センサをさらに含み、横方向光学センサは、光ビームの横方向位置、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する対象物の横方向位置、または、光ビームによって発生される光スポットの横方向位置のうちの1個または複数を決定するように適合されており、横方向位置は、光学検出器の光学軸に対して垂直な少なくとも1個の寸法の中の位置であり、横方向光学センサは、少なくとも1個の横方向センサ信号を発生させるように適合されている、光学検出器。
実施形態24:実施形態23に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、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少なくとも1つの情報を発生させるようにさらに適合されている、光学検出器。
実施形態25:実施形態23または24に記載の光学検出器であって、横方向光学センサは、少なくとも1個の第1の電極と、少なくとも1個の第2の電極と、少なくとも1個の光起電材料とを有する光検出器であり、光起電材料は、第1の電極と第2の電極との間に埋め込まれており、光起電材料は、光による光起電材料の照射に応答して電荷を発生させるように適合されており、第2の電極は、少なくとも2個の部分的な電極を有するスプリット電極であり、横方向光学センサは、センサ領域を有しており、少なくとも1個の横方向センサ信号は、センサ領域の中の光ビームの位置を示している、光学検出器。
実施形態26:実施形態25に記載の光学検出器であって、部分的な電極を通る電流は、センサ領域の中の光ビームの位置に依存しており、横方向光学センサは、部分的な電極を通る電流に従って横方向センサ信号を発生させるように適合されている、光学検出器。
実施形態27:実施形態26に記載の光学検出器であって、部分的な電極を通る電流の少なくとも1個の比率から、対象物の横方向位置に関する情報を導出するように適合されている、光学検出器。
実施形態28:実施形態25から27のいずれか1個に記載の光学検出器であって、光検出器は、色素増感太陽電池である、光学検出器。
実施形態29:実施形態25から28のいずれか1個に記載の光学検出器であって、第1の電極は、少なくとも部分的に、少なくとも1個の透明な導電性酸化物から作製されており、第2の電極は、少なくとも部分的に、導電性ポリマー、好ましくは、透明な導電性ポリマーから作製されている、光学検出器。
実施形態30:実施形態1から29のいずれか1個に記載の光学検出器であって、少なくとも1個の光学センサは、少なくとも2個の光学センサのスタックを含む、光学検出器。
実施形態31:実施形態30に記載の光学検出器であって、スタックの光学センサのうちの少なくとも1個が、少なくとも部分的に透過型光学センサである、光学検出器。
実施形態32:実施形態1から31のいずれか1個に記載の光学検出器であって、イメージを記録するように適合されている少なくとも1個のイメージングデバイスをさらに含む、光学検出器。
実施形態33:実施形態32に記載の光学検出器であって、イメージングデバイスは、複数の感光性ピクセルを含む、光学検出器。
実施形態34:実施形態32または33に記載の光学検出器であって、ハイブリッドセンサが、イメージングデバイスとして使用されている、光学検出器。
実施形態35:実施形態32から34のいずれか1個に記載の光学検出器であって、イメージセンサは、イメージングデバイスを構成している、光学検出器。
実施形態36:実施形態32から35のいずれか1個に記載の光学検出器であって、イメージセンサは、横方向光学センサとして用いられ得、横方向光学センサは、光ビームの横方向位置、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する対象物の横方向位置、または、光ビームによって発生される光スポットの横方向位置のうちの1個または複数を決定するように適合されており、横方向位置は、光学検出器の光学軸に対して垂直である少なくとも1次元の位置であり、横方向光学センサは、少なくとも1個の横方向センサ信号を発生させるように適合されている、光学検出器。
実施形態37:実施形態32から36のいずれか1個に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、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少なくとも1つの情報を発生させるようにさらに適合されている、光学検出器。
実施形態38:実施形態1から37のいずれか1個に記載の光学検出器であって、光学センサは、少なくとも2個の電極と、少なくとも2個の電極の間に埋め込まれている少なくとも1個の光起電材料とを含む、光学検出器。
実施形態39:実施形態1から38のいずれか1個に記載の光学検出器であって、光学センサは、少なくとも1個の有機材料を有する少なくとも1個の有機半導体検出器を含み、好ましくは、有機太陽電池を含み、とりわけ好ましくは、色素太陽電池または色素増感太陽電池、とりわけ、固体色素太陽電池または固体色素増感太陽電池を含む、光学検出器。
実施形態40:実施形態39に記載の光学検出器であって、光学センサは、少なくとも1個の第1の電極と、少なくとも1個のn型半導体金属酸化物と、少なくとも1個の色素と、少なくとも1個のp型半導体有機材料、好ましくは、固体p型半導体有機材料と、少なくとも1個の第2の電極とを含む、光学検出器。
実施形態41:実施形態40に記載の光学検出器であって、第1の電極および第2の電極は透明である、光学検出器。
実施形態42:実施形態1から41のいずれか1個に記載の光学検出器であって、少なくとも1個の伝送デバイスをさらに含み、伝送デバイスは、対象物から横方向光学センサおよび縦方向光学センサへ放出する光を給送するように設計されている、光学検出器。
実施形態43:実施形態42に記載の光学検出器であって、少なくとも1個の焦点調整可能なレンズは、完全にまたは部分的に、伝送デバイスの一部である、光学検出器。
実施形態44:実施形態43に記載の光学検出器であって、焦点調整可能なレンズは、少なくとも1個の透明な成形可能材料を含む、光学検出器。
実施形態45:実施形態44に記載の光学検出器であって、成形可能材料は、透明な液体および透明な有機材料からなる群から選択され、好ましくは、ポリマーであり、より好ましくは、電気活性ポリマーである、光学検出器。
実施形態46:実施形態44または45に記載の光学検出器であって、焦点調整可能なレンズは、成形可能材料の少なくとも1個のインターフェースを成形するための少なくとも1個のアクチュエータをさらに含む、光学検出器。
実施形態47:実施形態46に記載の光学検出器であって、アクチュエータは、焦点調整可能なレンズのレンズゾーンの中の液体の量を制御するための液体アクチュエータ、または、成形可能材料のインターフェースの形状を電気的に変化させるように適合されている電気アクチュエータからなる群から選択される、光学検出器。
実施形態48:実施形態1から47のいずれか1個に記載の光学検出器であって、焦点調整可能なレンズは、少なくとも1個の液体および少なくとも2個の電極を含み、液体の少なくとも1個のインターフェースの形状は、好ましくは、エレクトロウェッティングによって、電圧または電流のうちの一方または両方を電極に印加することによって変化可能である、光学検出器。
実施形態49:実施形態1から48のいずれか1個に記載の光学検出器であって、光学センサのセンサ信号は、光ビームの変調周波数にさらに依存する、光学検出器。
実施形態50:実施形態1から49のいずれか1個に記載の光学検出器であって、焦点変調デバイスは、周期的な焦点変調信号を提供するように適合されている、光学検出器。
実施形態51:実施形態50に記載の光学検出器であって、周期的な焦点変調信号は、正弦波の信号、方形波の信号、または、三角波の信号である、光学検出器。
実施形態52:実施形態1から51のいずれか1個に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、センサ信号の中の局所的最大または局所的最小のうちの一方または両方を検出するように適合されている、光学検出器。
実施形態53:実施形態52に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、局所的最大および/または局所的最小を内部クロック信号と比較するように適合されている、光学検出器。
実施形態54:実施形態52または53に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、局所的最大および/または局所的最小の間の位相シフト差を検出するように適合されている、光学検出器。
実施形態55:実施形態52から54のいずれか1個に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、局所的最大または局所的最小の一方または両方を評価することによって、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する少なくとも1個の対象物の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報を導出するように適合されている、光学検出器。
実施形態56:実施形態1から55のいずれか1個に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、センサ信号の位相感応評価を実施するように適合されている、光学検出器。
実施形態57:実施形態56に記載の光学検出器であって、位相感応評価は、センサ信号の中の局所的最大または局所的最小のうちの一方または両方の位置を決定すること、または、ロックイン検出のうちの一方または両方を含む、光学検出器。
実施形態58:少なくとも1個の対象物の位置を決定するための検出器システムであって、実施形態1から57までのいずれか1個に記載の少なくとも1個の光学検出器を含み、少なくとも1個の光ビームを光学検出器に向けて方向付けするように適合されている少なくとも1個のビーコンデバイスをさらに含み、ビーコンデバイスは、対象物に取り付け可能であること、対象物によって保持可能であること、および、対象物の中へ一体化可能であることのうちの少なくとも1個になっている、検出器システム。
実施形態59:少なくとも1つの情報をユーザとマシンとの間で交換するためのヒューマンマシンインターフェースであって、光学検出器を参照する実施形態1から57のいずれか1個に記載の少なくとも1個の光学検出器を含む、ヒューマンマシンインターフェース。
実施形態60:実施形態59に記載のヒューマンマシンインターフェースであって、検出器システムを参照する実施形態58に記載の少なくとも1個の検出器システムを含み、少なくとも1個のビーコンデバイスは、ユーザに直接的にまたは間接的に取り付けられること、および、ユーザによって直接的にまたは間接的に保持されること、のうちの少なくとも1個となるように適合されており、検出器システムによってユーザの少なくとも1個の位置を決定するように設計されており、少なくとも1つの情報を位置に割り当てるように設計されている、ヒューマンマシンインターフェース。
実施形態61:少なくとも1個のエンターテイメント機能を実施するためのエンターテイメントデバイスであって、実施形態60に記載の少なくとも1個のヒューマンマシンインターフェースを含み、少なくとも1つの情報がヒューマンマシンインターフェースを介してプレイヤによって入力されることを可能にするように設計されており、情報に従ってエンターテイメント機能を変化させるように設計されている、エンターテイメントデバイス。
実施形態62:少なくとも1個の移動可能な対象物の位置をトラッキングするためのトラッキングシステムであって、光学検出器を参照する実施形態1から57のいずれか1個に記載の少なくとも1個の光学検出器、および/または、検出器システムを参照する実施形態58に記載の少なくとも1個の検出器システムを含み、少なくとも1個のトラックコントローラをさらに含み、トラックコントローラは、特定の時点における対象物の一連の位置をトラッキングするように適合されている、トラッキングシステム。
実施形態63:少なくとも1個の対象物をイメージングするためのカメラであって、光学検出器を参照する実施形態1から57のいずれか1個に記載の少なくとも1個の光学検出器を含む、カメラ。
実施形態64:具体的には、少なくとも1個の対象物の位置を決定するための、光学的な検出の方法であって、
− 少なくとも1個の光学センサおよび少なくとも1個のイメージセンサを使用することによって少なくとも1個の光ビームを検出する工程であって、光学センサは、少なくとも1個のセンサ領域を有しており、イメージセンサは、イメージピクセルのピクセルマトリックスを含むピクセル化されたセンサである、工程と、
− 少なくとも1個のセンサ信号および少なくとも1個のイメージ信号を発生させる工程であって、光学センサのセンサ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるセンサ領域の照射に対して非線形の依存性を示しており、イメージセンサのイメージ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるイメージピクセルの照射に対して線形の依存性を示している、工程と、
− 少なくとも1個の評価デバイスを使用することによって、センサ信号を評価する工程と
を含む、方法。
実施形態65:実施形態64に記載の方法であって、光学センサの照射の合計パワーに対するセンサ信号の非線形の依存性は、線形部分および非線形部分を含む非線形関数によって表現され得、非線形関数の線形部分および/または非線形部分は、センサ信号およびイメージ信号の両方を評価することによって決定される、方法。
実施形態66:実施形態65に記載の方法であって、センサ信号とイメージ信号との間の差は、非線形関数の非線形部分を提供するために決定される、方法。
実施形態67:実施形態66に記載の方法であって、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供するように適合されている処理回路が使用されている、方法。
実施形態68:方法の実施形態64から67のいずれか1個に記載の方法であって、センサ信号を評価する工程は、センサ信号を評価することによって、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する少なくとも1個の対象物の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報を発生させる工程をさらに含む、方法。
実施形態69:方法の実施形態68に記載の方法であって、少なくとも1個の対象物の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報を発生させる工程は、縦方向位置とセンサ信号との間の所定の関係または決定可能な関係を使用する、方法。
実施形態70:方法の実施形態64から69のいずれか1個に記載の方法であって、少なくとも1個の横方向光学センサを使用することによって、少なくとも1個の横方向センサ信号を発生させる工程をさらに含み、横方向光学センサは、光ビームの横方向位置を決定するように適合されており、横方向位置は、検出器の光学軸に対して垂直である少なくとも1次元の位置であり、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少なくとも1つの情報を発生させる工程をさらに含む、方法。
実施形態71:方法の実施形態64から70のいずれか1個に記載の方法であって、光学検出器を参照する実施形態1から55のいずれか1個に記載の光学検出器を使用する工程を含む、方法。
実施形態72:交通技術における位置測定;エンターテイメントの用途;セキュリティの用途;ヒューマンマシンインターフェースの用途;トラッキングの用途;写真撮影の用途;イメージングの用途またはカメラの用途;少なくとも1個の空間のマップを発生させるためのマッピングの用途;モバイルの用途;ウェブカム;コンピュータ周辺デバイス;ゲーミングの用途;オーディオ用途;カメラまたはビデオの用途;セキュリティの用途;監視の用途;自動車の用途;輸送の用途;医療の用途;農業の用途;植物または動物の繁殖に関連する用途;作物保護の用途;スポーツの用途;マシンビジョンの用途;車両の用途;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;地図製作の用途;製造の用途;品質制御の用途;少なくとも1個の飛行時間検出器との組み合わせによる使用;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ポジショニング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からなる群から選択された使用の目的のための、光学検出器に関する実施形態1から55のいずれか1個に記載の光学検出器の使用。
本発明のさらなる任意の詳細および特徴は、従属請求項に関連して下記に続く好適な例示的な実施形態の説明から明らかである。この文脈において、特定の特徴は、単独で、または、任意の合理的な組み合わせで実装され得る。本発明は、例示的な実施形態に限定されない。例示的な実施形態は、図の中に概略的に示されている。個々の図における同一の参照番号は、同一のエレメント、もしくは、同一の機能を備えるエレメント、または、それらの機能に関して互いに対応しているエレメントを表している。
本発明による光学検出器の第1の実施形態を示す図であり、それは、光学センサと、別々のイメージセンサと、具体的に適合された評価デバイスとを含むことを示す図である。 本発明による光学検出器のさらなる実施形態を示す図であり、光学センサおよびイメージセンサが、ハイブリッドセンサを構成することを示す図である。 本発明による特定の実施形態を示す図であり、光学センサのセンサピクセルへの電気的な接続が、イメージセンサのイメージピクセルの上部コンタクトによって提供されていることを示す図である。 光学センサの3個の例示的な実施形態、すなわち、大面積光学センサ(図4A)、ピクセル化された光学センサ(図4B)、および、互いに対してシフトされている2個のピクセル化された光学センサの配置(図4C)を示す図である。 本発明による、光学検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインターフェース、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム、およびカメラの例示的な実施形態を示す図である。
図1では、本発明による光学検出器110の第1の例示的な実施形態が、光学検出器110の光学軸112に平行な平面において、非常に概略的な断面図で示されている。光学検出器110は、シーン114またはその一部を検出するために使用され得、シーン114は、光学検出器110の周囲116を表しており、シーン114またはその一部のイメージが撮影され得る。シーン114またはその一部の少なくとも1個のイメージは、単一のイメージ、または、ビデオもしくはビデオクリップなどのような、進行性のシーケンスのイメージを含むことが可能である。この特定の例では、シーンは、単に、対象物118を含む。対象物118は、1個または複数の光ビーム120を光学検出器110に向けて放出および/または反射するように適合され得る。
光学検出器110は、少なくとも1個の光学センサ122を含み、それは、FiPセンサとして具現化されており、すなわち、光学センサ122は、センサ領域124を有しており、センサ領域124は、光ビーム120によって照射され得、それによって、センサ領域124の中に光スポット126を生成する。FiPセンサ122は、少なくとも1個のセンサ信号を発生させるようにさらに適合されており、センサ信号は、照射の合計パワーが同じであることを所与として、センサ領域124の中の光ビーム120の幅に依存しており、例えば、光スポット126の直径または等価直径などに依存する。したがって、光学センサ122のセンサ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビーム120によるセンサ領域126の照射に対して非線形の依存性を示す。
FiPセンサ122の考えられるセットアップに関するさらなる詳細に関して、例えば、WO2012/110924A1もしくはUS2012/0206336A1、例えば、図2に示されている実施形態および対応する説明が参照され得、および/または、WO2014/097181A1もしくはUS2014/0291480A1、例えば、図4Aから図4Cに示されている縦方向光学センサおよび対応する説明が参照され得る。しかし、例えば、上記に詳細に説明されている実施形態のうちの1個または複数を使用することなどによって、光学センサ122の他の実施形態、具体的には、FiPセンサが、実行可能であることが留意されるべきである。
光学検出器110は、少なくとも1個のイメージセンサ128をさらに含み、少なくとも1個のイメージセンサ128は、好ましくは、ビーム経路130の中に位置し得、ビーム経路130の中には、光学センサ122も位置し得る。本発明によれば、イメージセンサ128は、そのセンサ領域124の中にイメージピクセルのピクセルマトリックスを含む無機のピクセル化されたセンサであり、それは、例えば、図2により詳細に図示されることになる。この目的のために、イメージセンサ128のセンサ領域は、好ましくは、すでに上述されているようなCCDデバイスまたはCMOSデバイスを含むことが可能である。しかし、イメージセンサ128が、そのセンサ領域124の中のイメージピクセルのピクセルマトリックスを含む有機のピクセル化されたセンサであることが可能であるという実施形態も実行可能であり得る。本明細書では、イメージセンサ128のセンサ領域124の中のイメージピクセルは、光ビーム120を検出するように、および、少なくとも1個のイメージ信号を発生させるように適合されている。光学センサ12によって発生されるようなセンサ信号とは対照的に、イメージ信号は、イメージセンサ128のセンサ領域124の照射の合計パワーに関して、光ビーム120によるイメージピクセルの照射に対して線形の依存性を示す。
光学検出器110は、少なくとも1個の評価デバイス132をさらに含む。好ましくは、評価デバイス132は、少なくとも1個の光学センサ122からセンサ信号を受け取るために、少なくとも1個のコネクタ134によって、少なくとも1個の光学センサ122に接続され得る。上記に説明されているように、光学センサ122から受け取られるようなセンサ信号は、縦方向光学センサ信号を含むが、光学センサ122のセットアップに応じて、横方向センサ信号をさらに含むことが可能である。同様に、評価デバイス132は、好ましくは、少なくとも1個のイメージセンサ128からイメージ信号を受け取るために、少なくとも1個のさらにコネクタ134によって、少なくとも1個のイメージセンサ128にさらに接続され得る。本明細書では、評価デバイス132への信号伝送は、有線結合で、または、さらには、無線方式で起こることが可能である。例として、評価デバイス132は、1個もしくは複数のプロセッサ、および/または、1個もしくは複数の特定用途向け集積回路(ASIC)などのような、1個または複数のコンピュータを含むことが可能である。
本発明によれば、評価デバイス132は、センサ信号およびイメージ信号の両方を評価するように適合されている。上記に概説されているように、光学センサ122のセンサ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビーム120によるセンサ領域124の照射に対して非線形の依存性を示しており、一方、イメージ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビーム120によるイメージピクセルを含むセンサ領域124の照射に対して線形の依存性を示している。したがって、センサ信号は、照射の合計パワーに対する依存性を示すことが可能であり、また、上記に説明されているFiP効果の結果として、照射の幾何学形状に対する依存性を示すことが可能である。したがって、第1の観点では、光学センサ122によって発生されるようなセンサ信号は、イメージセンサ128と同じように、照射のパワーに対して線形の依存性を示し、それは、しかし、第2の観点では、光学センサ122の照射の幾何学形状に対する追加的な非線形の依存性によって重ね合わせられ得る。
図1に示されているような例に使用されるように、光学センサの照射の合計パワーに対するセンサ信号の非線形の依存性は、線形部分および非線形部分の両方を含む非線形関数によって表現され得、両方の部分の総和は、さらなる効果は別として、センサ領域124の照射に関して、センサ信号の非線形の挙動を説明することが可能である。同様に、イメージ信号は、上述の非線形関数の線形部分のみによって表現され得る。その理由は、イメージ信号は、光ビーム120によるイメージピクセルの照射に対して線形の依存性を示すからである。
したがって、評価デバイス132は、好ましくは、処理回路136を含むことが可能であり、処理回路136は、その出力138において、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供するように適合され得る。上述のように、FiPセンサのセンサ信号から導出されるような純粋に非線形の部分は、典型的に、入射光ビーム120の低い強度に関して、支配的になり得る強力な寄与を示すことが可能であり、一方、光学センサ122のセンサ信号の一部としての純粋に非線形の部分は、入射光ビーム120の強度が増加するのに対して減少することが可能である。この点に関して、非線形関数の線形部分は、ある種の漸近的な背景として考えられ得、それは、好ましくは、所望の信号から減算され得、すなわち、上記に説明されているFiP効果に直接的に関連し得る純粋に非線形の部分から減算され得る。処理回路136の出力138において非線形関数の純粋に非線形の部分を提供することができるようにするために、処理回路136の第1の入力140は、光学センサ122からセンサ信号を獲得することによって、合計非線形関数を受け取るように適合され得、一方、第2の入力142は、イメージセンサ128からイメージ信号を獲得することによって、非線形関数の線形部分を受け取るように適合され得る。
図1に概略的に示されているように、処理回路136は、好ましくは、評価デバイス132の一部であり得、処理回路136は、したがって、1個または複数の演算増幅器144を含むことが可能であり、1個または複数の演算増幅器144は、公知の配置で、その出力138において、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供するように構成され得る。結果として、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供することによって、センサ電流またはセンサ電圧などのような、対応する物理量の純粋に非線形の部分が、したがって、処理回路136の出力138に提供され得る。したがって、図1に図示されているような実施形態は、したがって、とりわけ、入射光ビーム120の低い強度において、FiP効果によって提供される非線形の寄与を決定するために有用である可能性がある。したがって、有利には、このように、とりわけ、低い強度に関して、信号対ノイズ比などのような、センサ信号の信号品質を向上させることが可能であり得る。しかし、上述の差を提供するための他のデバイスも用いられ得、例えば、他の電子デバイス(ここでは図示せず)などが用いられ得、または、代替的にもしくはそれに加えて、同じタスクを実施するために適合され得るソフトウェアを使用することによってそれが行われ、ソフトウェアは、評価デバイス132の中または外側で実行可能であり得る。
この特定の例では、上記に説明されているFiP効果を示す光学センサ122は、異なるように開発され得る。第1の代替例では、光学センサ122のセンサ領域124は、好ましくは、均一なセンサ表面であることが可能であり、光学センサ122が大面積光学センサとも命名され得るようになっている。一般的に、例えば、WO2012/110924A1、US2012/0206336A1、WO2014/097181A1、またはUS2014/0291480A1のうちの1個または複数に開示されているように、図1に示されているようなセットアップにおいて、シーン114またはその一部の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報が決定され得る。少なくとも1個の光学センサ122のセンサ信号を評価することによって、座標系146に概略的に示されているz座標などのような、シーン114の縦方向座標が決定され得る。この目的のために、少なくとも1個のセンサ信号とz座標との間の公知の関係または決定可能な関係が使用され得る。例示的な実施形態に関して、上述の先行技術文献が参照され得る。さらに、スタックの形態の2個以上の光学センサ122を用いることによって、センサ信号の評価の中の曖昧性が解消され得る。
それに加えて、光学検出器110は、少なくとも1個のレンズ148をさらに含むことが可能であり、少なくとも1個のレンズ148は、光ビーム120のビーム経路130の中に位置し得、好ましくは、光ビーム120が、少なくとも1個の光学センサ122に到達する前に、および、好ましくは、その後で少なくとも1個のイメージセンサ128に到達する前に、レンズ148を通ることができるようになっている。この種類の配置は、ある実施形態では、とりわけ好適であり、その実施形態では、光学センサ122は、少なくとも部分的に透過性であることが可能であり、一方、イメージセンサ128は、透過性であるか、または、代替的に、不透過性であることが可能である。したがって、後者は、先行技術から公知であるような不透過型のイメージセンサ128を使用することを可能にすることができる。本明細書では、レンズ148は、好ましくは、焦点調整可能なレンズ150であることが可能であり、焦点調整可能なレンズ150は、光ビーム120の焦点位置を修正するように適合され得、その理由は、それが、とりわけ、制御された方式でその自身の焦点距離を変化させるように適合され得るからである。したがって、例として、少なくとも1個の市販の焦点調整可能なレンズが使用され得、例えば、少なくとも1個の電気的に調整可能なレンズなどが使用され得る。しかし、それに加えてまたは代替的に、他のタイプのレンズも使用され得ることが留意されるべきである。
さらに、イメージセンサ128は、イメージングデバイス152として使用され得、イメージングデバイス152は、光学検出器110によってキャプチャされるようなイメージを記録するように適合されている。一般的に、イメージングデバイス152は、少なくとも1個の感光性エレメントを含むことが可能である任意のデバイスに関連することが可能であり、少なくとも1個の感光性エレメントは、時間的におよび/または空間的に分解可能であり、したがって、空間的に分解された光学的情報を、1次元、2次元、または3次元で記録するように適合されている。
図1に示されている光学検出器110のセットアップは、さまざまな方式で、修正および/または改善され得る。したがって、光学検出器110のコンポーネントは、図1に示されていない1個または複数のハウジングに完全にまたは部分的に一体化され得る。例として、少なくとも1個の光学センサ122および1個または複数のイメージセンサ128は、チューブ状のハウジングに一体化され得る。さらに、レンズ148、とりわけ、焦点調整可能なレンズ150、および/または、評価デバイス132も、同じまたは異なるハウジングに完全にまたは部分的に一体化され得る。さらに、上記に概説されているように、少なくとも1個の光学検出器110は、追加的な光学コンポーネントを含むことが可能であり、および/または、追加的に、光学センサを含むことが可能であり、その光学センサは、上述のFiP効果を示してもよく、または、示さなくてもよい。図1に示されている一般的原理から逸脱しないさまざまな他の修正例が実行可能である。例として、図1に示されているような光学検出器110は、カメラ154として具現化され得、または、カメラ154の一部であることが可能である。したがって、カメラ154は、具体的には、3Dイメージングのために使用され得、また、静止イメージおよび/またはイメージシーケンス、例えば、デジタルビデオクリップなどを獲得するために作製され得る。
図2では、光学検出器110のさらなる実施形態が示されており、それは、カメラ154としても使用され得る。本明細書では、光学検出器110は、図1の実施形態に関して複数の修正例を含む修正されたセットアップを含み、それは、隔離された方式で、または、組み合わせて実現化され得る。したがって、光学センサ122およびイメージセンサ128は、ハイブリッドセンサ156を構成し、とりわけ、ハイブリッドセンサ156は、1個または複数の光学センサ122、とりわけ、上記に説明されているような1個または複数のFiPセンサと、1個または複数のイメージセンサ128、好ましくは、1個または複数の無機イメージセンサ128、とりわけ、1個もしくは複数のCCDデバイスまたは1個もしくは複数のCMOSデバイスとを同時に含むことができる、アッセンブリを表すことが可能である。したがって、光学センサ122は、上記に説明されているような目的に関して、とりわけ、対象物118の深度を決定するために、使用され得るが、一方、イメージセンサ128は、イメージングデバイス152として用いられ得る。
図2に概略的に示されているように、ハイブリッドセンサ156は、所定の空間的配置を含むことが可能であり、その空間的配置において、光学センサ122は、イメージセンサ128のすぐ近くに位置し得、すなわち、さらなる光学エレメントは、光学センサ122とイメージセンサ128との間に出現し得る体積158の中に設置されていないことが可能であり、光学センサ122およびイメージセンサ128は、互いに対して距離160の中に位置する。明確化の目的のために、図2に示されているように、光学センサ122とイメージセンサ128との間の距離160、ひいては、2個の異なるタイプのセンサ122、128の間の体積158は、誇張されたように示されているが、実際には、とりわけ、光学センサ122とイメージセンサ128との間の接触を提供するための労力および出費を低く維持するために、距離160、ひいては、体積158は、かなり小さく維持されている。さらに、光学センサ122とイメージセンサ128との間の距離160を低く維持することは、有利には、ハイブリッドデバイス156の両方の構成要素が光ビーム120の焦点に関して依然として許容差範囲内に位置し得るという特徴を、結果として生じさせることが可能である。結果的に、光学センサ122(それは、特定の時間間隔において、焦点の合った状態になっていることが可能である)とイメージセンサ156(それは、わずかに焦点がはずれている可能性がある)との間の距離160は、同じ時間間隔の間に、依然として、シーン114の中の対象物118の許容可能に鮮明なイメージを獲得することに関して許容され得る。
図2に示されているように、ハイブリッドセンサ156の中の光学センサ122およびイメージセンサは、スタックされたように配置されている。結果的に、入射光ビーム120は、それがイメージセンサ128に達する前に、最初に、光学センサ122に衝突する。本明細書では、光学センサ122およびイメージセンサ128の両方によって構成されるようなセンサ領域124が、光学検出器110の光学軸112に対して垂直に配置されている。ハイブリッドセンサ156のこの特定のセットアップの中のイメージセンサ128のセンサ領域124の中に最大照射強度を提供するために、光学センサ122は、完全にまたは少なくとも部分的に透過性であることが可能であり、したがって、光学センサ122を通る入射光ビーム120の照射の最大伝送を可能にする。しかし、照射の伝送に関するそのような制限は、イメージセンサ128に等しく課されない可能性がある。例として、ハイブリッドセンサ156の中で使用されるような単一のイメージセンサ128、または、ハイブリッドセンサ156の中で用いられるようなイメージセンサ128のスタックの中の最後のイメージセンサ128は、依然として、不透過性であることが可能である。この特徴は、それぞれのイメージセンサ128の中で広範囲の材料を使用することを可能にすることができるので、有利である可能性がある。
ハイブリッドデバイス156の中の有機光学センサ122は、依然として、図1に図示されているような例示的なセットアップの中の光学センサ122のように、同じまたは同様にセンサ領域124を含む均一なセンサ表面を有する大面積光学センサであることが可能である。しかし、それは、区分化されたまたはピクセル化された光学センサ162をハイブリッドセンサ156の中で用いるために、かなり好適である可能性があり、ピクセル化された光学センサ162のセンサ領域124は、別々のセンサピクセル166のピクセルアレイ164によって完全にまたは少なくとも部分的に確立され得る。図2による、簡単化された光学検出器110に概略的に示されているように、ピクセル化された光学センサ162のピクセルアレイ164は、3x3センサピクセル166を含む。すでに上記に説明されているように、光学センサ122は、それぞれの目的に関して適切でありまたは必要とされ得る、任意の数のセンサピクセル166を含むことが可能である。この点に関して、ピクセル化された光学センサ162は、ピクセル化された光学センサ162の周辺部170における周辺部のセンサピクセル168と、ピクセルアレイ164が少なくとも3x3センサピクセル166を含むことが可能である場合には、周辺部170から離れてピクセルアレイ164の中に位置する少なくとも1個の非周辺部のセンサピクセル172と、を含むことが述べられ得る。周辺部のセンサピクセル168から少なくとも1個の非周辺部のセンサピクセル172を区別するために、非周辺部のセンサピクセル172は、ハッチングされたように、図2に示されている。
他方では、ハイブリッドセンサ156の中でさらに使用されるようなイメージセンサ128は無機イメージセンサ128であり得、したがって、少なくとも1個のCCDデバイスまたは少なくとも1個のCMOSデバイスを含むことが可能である。また、とりわけ、イメージセンサ128は、横方向光学センサとして用いられ得、横方向光学センサは、光学検出器110の周囲116の中のシーン114の中の少なくとも1個の対象物118の1個または複数の横方向成分を決定するように適合され得る。本明細書では、イメージセンサ128は、一般的に、別々のイメージピクセル176のピクセルマトリックス174の形態で形状決めされ得る。光学センサ122と同様に、イメージセンサ128は、意図した目的に関して特に適切でありまたは必要とされ得る数などのような、任意の数のイメージピクセル176を含むことが可能である。さらに、イメージセンサ128の中のイメージピクセル176のマトリックス174は、一般的に、同じ数のピクセルを含むことが可能であり、または、好ましくは、図2に示されているように、ピクセル化された光学センサ162の中のセンサピクセル166のアレイ174の中のピクセルの数と比較したときに、より高い数のピクセルを含むことが可能である。例として、光学センサ162の中のそれぞれのセンサピクセル166に関して、隣接しているイメージセンサ128のピクセルマトリックス174は、4x4イメージピクセルのマトリックス178を示している。しかし、16x16イメージピクセル、64x64イメージピクセル、または、それ以上などのような、他の数も可能である。この特徴は、イメージセンサ128の中のマトリックス178のハッチングによって、さらに図示されており、マトリックス178は、図2の中で同じハッチングされたように等しく示されている、非周辺部のセンサピクセル172のすぐ近くに位置するそれらのイメージピクセル176を含む。比較の目的のために、第1のピクセル分解能は、したがって、イメージセンサ128に起因することが可能であり、一方、第2のピクセル分解能は、ピクセル化された光学センサ162に起因することが可能である。図2の例示的なセットアップから導出され得るように、第1のピクセル分解能は、したがって、第2のピクセル分解能を超えている。
すでに上述されているように、ピクセル化された光学センサ162は、ピクセル化された光学センサ122の周辺部170に位置する周辺部のセンサピクセル168と、周辺部170から離れてピクセルアレイ164の中に位置する非周辺部のセンサピクセル172と、を含む。しかし、ピクセル化された光学センサ162をイメージセンサ128の上に直接的に置くことが望ましい可能性があるので(ここで、「の上に」という用語は、座標系146の中のz座標に関して解釈され得る)、ピクセルアレイ164の中の非周辺部のセンサピクセル172への電気的接点を提供することに関する問題が起こる可能性がある。電気的接点は、ピクセル化された光学センサ162の容易にアクセス可能な周辺部のセンサピクセル168のそれぞれに直接的に取り付けられ得るのに対して、少なくとも1個の非周辺部のセンサピクセル172、すなわち、ピクセル化された光学センサ162の平易にアクセス可能な周辺部170に位置しないセンサピクセル172に関する問題は、本発明に従って、上部コンタクト(ここでは図示せず)のうちの1個または複数を含み得るイメージセンサ128を使用することによって、解決され得る。
したがって、図2に示されているように、ピクセル化された光学センサ162の非周辺部のセンサピクセル172は、イメージセンサ128のマトリックス178の中のイメージピクセル176のうちの少なくとも1個によって提供されるような上部コンタクトに電気的に接続され得、それは、それぞれの光学センサ122の付近に位置する。本明細書では、電気的な接続は、好ましくは、ワイヤボンディング、直接的なボンディング、ボールボンディング、または接着剤ボンディングなどのような、周知のボンディング技法を使用して提供される。しかし、他の種のボンディング技法も用いられ得る。したがって、ボンディング技法はここでは、イメージセンサ128の中に構成されているようなイメージピクセル176のうちの1個または複数によって提供されるようなそれぞれの上部コンタクトと、ピクセル化された光学センサ162の中の隣接している非周辺部のセンサピクセル172との間に、ボンド接触180を発生させる。
図2に概略的に示されているような光学検出器110は、1に示されているような実施形態からすでに知られているような少なくとも1個の評価デバイス132をさらに含む。本明細書では、ハイブリッドセンサ156の少なくとも2個の構成要素、すなわち、ピクセル化された光学センサ162およびイメージセンサ128は、コネクタ134によって評価デバイス132に接続され得る。この特定の例では、繰り返しになるが、評価デバイス132は、処理回路136を含み、処理回路136は、出力138において、非線形関数の純粋に非線形の部分として、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供するように適合されている。ここで、処理回路136は、好ましくは、評価デバイス132の一部であることが可能であり、また、図1に概略的に図示されているものと同じセットアップを示すことが可能である。しかし、ここでも、上述の差を提供するための他のデバイスも用いられ得、例えば、他の電子デバイス(ここでは図示せず)などが用いられ得、または、代替的にもしくはそれに加えて、同じタスクを実施するために適合され得るソフトウェアを使用することによってそれが行われ、ソフトウェアは、評価デバイス132の中または外側で実行可能であり得る。
さらに、処理回路136によって発生されるような情報は、例えば、ピクセル化された光学センサ162によって提供されるセンサ信号から導出される深度情報、または、イメージセンサ128によるイメージ信号から導出されるようなイメージ情報など、評価デバイス132によって発生されるような他の情報と組み合わせられ得、イメージ評価デバイス182の中で連続的に評価され得、イメージ評価デバイス182は、評価デバイス132の一部、および/または、イメージセンサ128の一部であることが可能である。しかし、他の配置も実行可能である。
光学検出器110は、少なくとも1個の焦点変調デバイス184をさらに含むことが可能であり、少なくとも1個の焦点変調デバイス184は、少なくとも1個の焦点調整可能なレンズ150に接続され得る。したがって、少なくとも1個の焦点変調デバイス184は、少なくとも1個の焦点変調信号を少なくとも1個の焦点調整可能なレンズ150に提供するように適合され得る。本明細書では、焦点変調デバイス184は、焦点調整可能なレンズ150から分離されている個々のユニットであることが可能であり、および/または、焦点調整可能なレンズ150に完全にもしくは部分的に一体化され得る。図2に示されているように、評価デバイス132は、追加的に、少なくとも1個の焦点変調デバイス184に接続され得、少なくとも1個の焦点変調デバイス184は、評価デバイス132の完全にまたは部分的に一体化され得る。例として、焦点変調信号は、好ましくは、電気信号であることが可能であり、焦点変調信号は、周期信号であることが可能であり、より好ましくは、正弦波、正方形、または三角形の周期信号であることが可能である。焦点調整可能なレンズ150への信号伝送は、有線結合で、または、無線方式で、起こることが可能である。例として、焦点変調デバイス184は、周期信号などのような電子信号を発生させる電子発振器などのような、信号発生器であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。それに加えて、焦点変調信号を増幅させるために、1個または複数の増幅器が存在することが可能である。
図3は、特定の実施形態を示しており、ピクセル化された光学センサ162のセンサピクセル166は、イメージセンサ128のイメージピクセル176のうちの1個によって提供されるような上部コンタクト185に電気的に接続され得、ピクセル化された光学センサ162およびイメージセンサ128は、ハイブリッドデバイス156の中に構成されている。この点に関して、上部コンタクト185は、非周辺部のセンサピクセル172のうちの1個と、マトリックス178の中に構成されているようなイメージピクセル176のうちの1個との間に、電気的な接続を提供することが可能であることが好適である可能性がある。しかし、ピクセル化された光学センサ162の周辺部のセンサピクセル168への電気的な接続を、同じように提供することが、等しく実行可能である可能性がある。
図3に概略的に示されているように、イメージセンサ128の例示的に図示されているイメージピクセル176は、この特定の実施形態では、2個の個々の上部コンタクト185、185’を含むことが可能であり、それらは、それぞれ、イメージピクセル176の側部にそれぞれ位置し得る。入射光ビーム120の方向に関して、イメージピクセル176のすぐ上部に、透明なコンタクト186が設置され得る。この好適な例では、透明なコンタクト186は、ピクセル化された光学センサ162の例示的に図示されているセンサピクセル166の接続手段のうちの1個を構成することが可能であるが、一方、別の透明なコンタクト186’が、センサピクセル166の上部に設置され得る。例として、ここで表示されているような2個の透明なコンタクト186、186’が、センサピクセル166の透明な電極のうちの1個にそれぞれ接続され得、それは、好ましくは、それぞれのセンサピクセル166の上部および下部に位置し得る。しかし、この点に関して、他の実施形態も実行可能であり得る。ここで示されているように、透明なコンタクト186、186’のそれぞれは、個々の上部コンタクト185、185’のうちの1個に電気的に接続され得、コンタクト185、185’は、ハイブリッドセンサ156と評価デバイス132との間のコネクタ134などのような、他のコネクタへのさらなるリードを提供するように配置され得る。
図4は、光学センサ122の3個の異なる実施形態を概略的に示しており、光学センサ122は、FiP効果を示し、したがって、光学センサ122は、本発明に従って、図1、図2、図3、および図5に提示されているような光学検出器110の中で用いられ得る。
第1の実施形態では、少なくとも1個の光学センサ122は、図4Aに概略的に示されているように、大面積光学センサ188であることが可能である。本明細書では、大面積光学センサ188は、均一なセンサ表面を示しており、均一なセンサ表面は、したがって、対応する光学センサ122のセンサ領域124を構成することが可能である。
さらなる実施形態として、図4Bは、繰り返しになるが、ピクセル化された光学センサ162を図示しており、ピクセル化された光学センサ162は、少なくとも部分的にピクセルアレイ164によって確立され得、ピクセルアレイ164は、別々のセンサピクセル166を含み、したがって、センサピクセル166は、センサ領域124を構成する。すでに上記に説明されているように、ピクセル化された光学センサ162は、それぞれの目的に関して適切でありまたは必要とされ得る任意の数のセンサピクセル166を含むことが可能である。この点に関して、ピクセル化された光学センサ162の中のセンサピクセル166は、ピクセル化された光学センサ162の周辺部170における周辺部のセンサピクセル168のうちの1個であることが可能であり、または、ピクセルアレイ164が少なくとも3x3センサピクセル166を含むケースでは、ピクセルアレイ164の周辺部170から離れて位置する非周辺部のセンサピクセル172のうちの1個であることが可能であることを述べることが可能である。
さらなる実施形態として、図4Cは、2個の個々のピクセル化された光学センサ162、162’を概略的に示しており、ピクセル化された光学センサ162、162’のそれぞれは、図4Bに示されているように、複数の個々のセンサピクセル166を含むピクセルアレイ164によって、少なくとも部分的に確立され得る。図4Cに示されているような特定の実施形態では、2個の個々のピクセル化された光学センサ162、162’のそれぞれは、同じ種類のピクセルアレイ164を含み、ピクセルアレイ164は、同じ数のセンサピクセル166を示している。しかし、他の実施形態も実行可能であり得、例えば、2個の個々のピクセル化された光学センサのうちの一方162は、複数のセンサピクセル166を含み、それは、2個の別々のピクセル化された光学センサのうちの他方162’によって含まれるようなセンサピクセル166の数の倍数になっているという配置なども実行可能であり得る。
しかし、特定の実施形態では、少なくとも1個の電子エレメント(ここでは図示せず)が、センサピクセル166と同じ表面の上に、センサピクセル166の付近に、とりわけ、センサピクセル166のそれぞれの付近に設置され得る。本明細書では、電子エレメントは、対応するセンサピクセル166によって提供されるような信号の評価に寄与するように適合され得、したがって、コネクタ、キャパシティ、ダイオード、トランジスタのうちの1個または複数を含むことが可能である。しかし、電子エレメントは、上記に説明されているように、それらが、ピクセル化されたセンサ162、162’のセンサ信号に寄与しないという意味で、入射光ビームによる照射に対して敏感ではないので、それぞれのピクセル化されたセンサ162、162’の表面の上のエリアだけが、センサ領域124として、部分的な程度にまで、センサ信号に寄与することが可能である。それに加えて、2個の隣接しているセンサピクセル166は、分離ストリップによって互いから分離され得、ストリップは、フォトレジストなどのような非導電性材料を含むことが可能であり、それは、とりわけ、2個の隣接するセンサピクセル166の間のクロストークを回避するように適合され得、ストリップが、センサ信号に寄与することもできないようになっている。
しかし、図4Cに提示されているような実施形態は、この特定の問題に対する解決策を提供することが可能である。したがって、少なくとも2個の個々のピクセル化された光学センサ162、162’は、2個のピクセル化された光学センサ162、162’が、とりわけ、互いの上に直接的に設置されているように、座標系146によるxy平面の中に配置されている。さらに、2個のピクセル化された光学センサ162、162’のそれぞれの場所は、好ましくは、x方向およびy方向の両方に、互いに対して所定の程度190だけシフトされ得る。本明細書では、2個のピクセル化された光学センサ162、162’が互いに対してシフトされている程度190は、好ましくは、対応するピクセル化された光学センサ162、162’の側縁部のそれぞれの長さよりも小さい値を示すことが可能である。したがって、2個のピクセル化された光学センサのうちの一方162(それは、好ましくは、透過性であることが可能であり、また、それは、最初に、入射光ビーム120によって衝突され得る)が、上記に説明されているような電子エレメントを含む2個のピクセル化された光学センサのうちの他方162’の上のエリアをカバーすることができる態様で、2個のピクセル化された光学センサ162、162’は互いに対してシフトされ得る。結果として、衝突する光ビーム120の視線から考慮されるように、図4Cによる光学センサ122の中のセンサ領域124は、したがって、図4Bに示されているような単一のピクセル化された光学センサ162の中のセンサ領域124と比較して増加され得る。
上記に概説されているように、光学検出器110およびカメラ154は、さまざまなデバイスまたはシステムの中で使用され得る。図5は、さらなる例として、検出器システム194を示しており、それは、例えば、図1または図2に示されている実施形態の1個または複数に開示されているような光学検出器110など、少なくとも1個の光学検出器110を含む。この点に関して、特に考えられる実施形態に関して、上記にさらに詳細に与えられている開示が参照され得る。例示的な実施形態では、図1に示されているセットアップと同様の検出器セットアップが、図5に示されている。図5は、ヒューマンマシンインターフェース196の例示的な実施形態をさらに示しており、それは、少なくとも1個の検出器110および/または少なくとも1個の検出器システム194を含み、また、ヒューマンマシンインターフェース196を含むエンターテイメントデバイス198の例示的な実施形態をさらに示している。図5は、光学検出器110および/または検出器システム194の周囲116の中のシーン114の中の少なくとも1個の対象物118の位置をトラッキングするように適合されたトラッキングシステム200の実施形態をさらに示している。
光学検出器110に関して、上記に与えられた開示、または、さらに詳細に下記に与えられる開示が参照され得る。基本的に、検出器110のすべての考えられる実施形態は、また、図1または図2に示されている実施形態の中で具現化され得る。評価デバイス132は、少なくとも1個のハイブリッドセンサ156に接続され得、少なくとも1個のハイブリッドセンサ156は、少なくとも1個の光学センサ122、具体的には、少なくとも1個のピクセル化されたセンサ162と、少なくとも1個のイメージセンサ128とを含み得、光学センサ122の位置が焦点位置と一致することができるように、入射光ビーム120の焦点位置が焦点調整可能なレンズ150によって修正され得るように、少なくとも1個の光学センサ122は位置しており、また、少なくとも1個のイメージセンサ128は、少なくとも1個のイメージングデバイス152として用いられ得る。さらに、少なくとも1個の焦点変調デバイス184が提供され得、任意に、少なくとも1個の焦点変調デバイス184は、図5に示されているように、少なくとも1個の焦点調整可能なレンズ150を変調させるように適合され得、したがって、評価デバイス132に完全にまたは部分的に一体化され得る。上述のデバイス、すなわち、少なくとも1個のピクセル化されたセンサ162、少なくとも1個のイメージセンサ128、および、任意に、少なくとも1個の焦点調整可能なレンズ150を、少なくとも1個の評価デバイス132に接続するために、例として、少なくとも1個のコネクタ134が提供され得、および/または、1個または複数のインターフェースが提供され得、1個または複数のインターフェースは、無線インターフェースおよび/または有線結合インターフェースであることが可能である。さらに、コネクタ134は、センサ信号を発生させるための、および/または、センサ信号を修正するための、1個もしくは複数のドライバーおよび/または1個もしくは複数の測定デバイスを含むことが可能である。さらに、評価デバイス132は、ハイブリッドセンサ156に、および/または、光学検出器110の他のコンポーネントに完全にまたは部分的に一体化され得る。光学検出器110は、少なくとも1個のハウジング202をさらに含むことが可能であり、少なくとも1個のハウジング202は、例として、コンポーネント122または128のうちの1個または複数を入れることが可能である。また、評価デバイス132は、ハウジング202および/または別々のハウジングの中へ入れられ得る。
図5に示されている例示的な実施形態では、検出されることになる対象物118は、例として、スポーツ用品として設計され得、および/または、コントロールエレメント204を形成することが可能であり、その位置および/または配向は、ユーザ206によって操作され得る。したがって、一般的に、図5に示されている実施形態では、または、検出器システム194、ヒューマンマシンインターフェース196、エンターテイメントデバイス198、もしくはトラッキングシステム200の任意の他の実施形態では、対象物118自身は、上述のデバイスの一部であることが可能であり、および、具体的には、少なくとも1個のコントロールエレメント204、具体的には、1個または複数のビーコンデバイス208 118を有する少なくとも1個のコントロールエレメント204を含むことが可能であり、コントロールエレメント204の位置および/または配向は、好ましくは、ユーザ206によって操作され得る。例として、対象物118は、バット、ラケット、クラブ、または、任意の他のスポーツ用品および/もしくは擬似スポーツ用品のうちの1個または複数であることが可能であり、または、それらを含むことが可能である。他のタイプの対象物118も可能である。さらに、ユーザ206は、対象物118として考えられ得、その位置は、検出されるべきである。例として、ユーザ206は、自身の身体に直接的にまたは間接的に取り付けられているビーコンデバイス208のうちの1個または複数を携行することが可能である。
光学検出器110は、ビーコンデバイス208の1個または複数の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報、および、任意に、その横方向位置に関する少なくとも1つの情報、および/または、対象物118の縦方向位置に関する少なくとも1個の他の情報、および、任意に、対象物118の横方向位置に関する少なくとも1つの情報を決定するように適合され得る。追加的に、光学検出器110は、色を識別するように、および/または、対象物118をイメージングするように適合され得る。ハウジング202の中の開口部210は、好ましくは、検出器110の光学軸112に関して同心円状に位置し得、それは、好ましくは、光学検出器110の視線の方向212を画定している。
光学検出器110は、少なくとも1個の対象物118の位置を決定するように適合され得る。追加的に、光学検出器110は、具体的には、カメラ154を含む実施形態を有しており、対象物118の少なくとも1個のイメージ、好ましくは、3Dイメージを獲得するように適合され得る。上記に概説されているように、シーン114の中で、光学検出器110および/または検出器システム194を使用することによる、対象物118および/またはその一部の位置の決定は、ヒューマンマシンインターフェース196を提供するために使用され得、マシン214への少なくとも1つの情報を提供するようになっている。図5に概略的に示されている実施形態では、マシン214は、少なくとも1個のコンピュータおよび/またはコンピュータシステムであることが可能であるか、または、それを含むことが可能である。他の実施形態も実行可能である。評価デバイス132は、コンピュータであることが可能であり、および/または、コンピュータを含むことが可能であり、および/または、別々のデバイスとして完全にもしくは部分的に具現化され得、および/または、マシン214、とりわけ、コンピュータに完全にもしくは部分的に一体化され得る。同じことが、トラッキングシステム200のトラックコントローラ216にも当てはまり、トラックコントローラ216は、評価デバイス132および/またはマシン214の一部を完全にまたは部分的に形成することが可能である。
同様に、上記に概説されているように、ヒューマンマシンインターフェース196は、エンターテイメントデバイス198の一部を形成することが可能である。したがって、ユーザ206が対象物118として機能することによって、および/または、ユーザ206が対象物118および/または対象物118として機能するコントロールエレメント204を取り扱うことによって、ユーザ206は、少なくとも1個の制御コマンドなどのような、少なくとも1つの情報を、マシン214、とりわけコンピュータの中へ入力し、それによって、エンターテイメント機能を変化させることが可能であり、例えば、コンピュータゲームの進行を制御することなどが可能である。
上記に概説されているように、光学検出器110は、ビーム経路130を有することが可能であり、ビーム経路130は、直線的なビーム経路もしくは傾斜を付けられたビーム経路、角度を付けられたビーム経路、分岐したビーム経路、偏向されたもしくはスプリットされたビーム経路、または、他のタイプのビーム経路であることが可能である。さらに、光ビーム120は、それぞれのビーム経路130または部分的なビーム経路に沿って、一回だけ単方向に伝播させるか、または、繰り返して双方向に伝播させることが可能である。それによって、上記に列挙されているコンポーネント、または、さらに詳細に下記に列挙されている任意のさらなるコンポーネントは、図2に示されているように、少なくとも1個のハイブリッドセンサ156の前方に、および/または、少なくとも1個のハイブリッドセンサ156の後方に、完全にまたは部分的に位置し得る。
110 光学検出器
112 光学軸
114 シーン
116 周囲
118 対象物
120 光ビーム
122 光学センサ、FiPセンサ
124 センサ領域
126 光スポット
128 イメージセンサ
130 ビーム経路
132 評価デバイス
134 コネクタ
136 処理回路
138 処理回路の出力
140 処理回路の第1の入力
142 処理回路の第2の入力
144 演算増幅器
146 座標系
148 レンズ
150 焦点調整可能なレンズ
152 イメージングデバイス
154 カメラ
156 ハイブリッドセンサ
158 体積
160 距離
162、162’ ピクセル化された光学センサ
164 ピクセルアレイ
166 センサピクセル
168 周辺部のセンサピクセル
170 周辺部
172 非周辺部のセンサピクセル
174 ピクセルマトリックス
176 イメージピクセル
178 マトリックス
180 ボンド接触
182 イメージ評価デバイス
184 変調デバイス
185、185’ 上部コンタクト
186、186’ 透明なコンタクト
188 大面積光学センサ
190 シフトの程度
192 側縁部の長さ
194 検出器システム
196 ヒューマンマシンデバイス
198 エンターテイメントデバイス
200 トラッキングシステム
202 ハウジング
204 コントロールエレメント
206 ユーザ
208 ビーコンデバイス
210 開口部
212 視線の方向
214 マシン
216 トラックコントローラ

Claims (28)

  1. 光ビーム(120)を検出するように、および、少なくとも1個のセンサ信号を発生させるように適合されている、少なくとも1個の光学センサ(122)であって、少なくとも1個のセンサ領域(124)を有しており、前記光学センサ(122)の前記センサ信号は、照射の合計パワーに関して、前記光ビーム(120)による前記センサ領域(124)の前記照射に対して非線形の依存性を示している、少なくとも1個の光学センサ(122)と、
    少なくとも1個のイメージセンサ(128)であって、イメージピクセル(176)のピクセルマトリックス(174)を含むピクセル化されたセンサであり、前記イメージピクセル(176)は、前記光ビーム(120)を検出するように、および、少なくとも1個のイメージ信号を発生させるように適合されており、前記イメージ信号は、前記照射の前記合計パワーに関して、前記光ビーム(120)による前記イメージピクセル(176)の前記照射に対して線形の依存性を示している、少なくとも1個のイメージセンサ(128)と、
    前記センサ信号および前記イメージ信号を評価するように適合されている、少なくとも1個の評価デバイス(132)と、
    を含む、光学検出器(110)。
  2. 前記光学センサ(122)の前記照射の前記合計パワーに対する前記センサ信号の前記非線形の依存性は、線形部分および非線形部分を含む非線形関数によって表現可能であり、前記評価デバイスは、前記センサ信号および前記イメージ信号の両方を評価することによって、前記非線形関数の前記線形部分および/または前記非線形部分を決定するように適合されている、請求項1に記載の光学検出器(110)。
  3. 前記評価デバイスは、処理回路(136)を含み、前記処理回路(136)は、前記非線形関数の前記非線形部分を決定するために、前記センサ信号と前記イメージ信号との間の差を提供するように適合されている、請求項2に記載の光学検出器(110)。
  4. 少なくとも1個のハイブリッドセンサ(156)を含み、前記ハイブリッドセンサ(156)は、前記光学センサ(122)のうちの少なくとも1個、および、前記イメージセンサ(128)のうちの少なくとも1個を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の光学検出器(110)。
  5. 前記光学センサ(122)は、前記イメージセンサ(128)のすぐ近くに位置する、請求項1から4のいずれか一項に記載の光学検出器(110)。
  6. 前記光学センサ(122)および前記イメージセンサ(128)は、少なくとも部分的に互いに接触している、請求項5に記載の光学検出器(110)。
  7. 前記光ビーム(120)が、前記イメージセンサ(128)に衝突する前に、最初に、前記光学センサ(122)に衝突するように、前記光学センサ(122)および前記イメージセンサ(128)が配置されている、請求項1から6のいずれか一項に記載の光学検出器(110)。
  8. 前記イメージセンサ(128)は、好ましくは、CCDデバイスまたはCMOSデバイスを含む、無機イメージセンサである、請求項1から7のいずれか一項に記載の光学検出器(110)。
  9. 前記光学センサ(122)は、大面積光学センサ(187)またはピクセル化された光学センサ(162)である、請求項1から8のいずれか一項に記載の光学検出器(110)。
  10. 前記光学センサ(122)は、センサピクセル(166)のピクセルアレイ(164)を含む、ピクセル化された光学センサ(162)である、請求項9に記載の光学検出器(110)。
  11. 少なくとも1個の電子エレメントは、表面の上の前記センサピクセル(166)の付近に設置されており、前記少なくとも1個の電子エレメントおよび前記センサピクセル(166)の両方が、前記表面の上に位置し、前記少なくとも1個の電子エレメントは、前記センサピクセル(166)によって提供される前記信号の評価に寄与するように適合され得、前記少なくとも1個の電子エレメントは、好ましくは、コネクタ、キャパシティ、ダイオード、トランジスタのうちの1個または複数を含む、請求項10に記載の光学検出器(110)。
  12. 少なくとも2個のピクセル化された光学センサ(162、162’)が、互いの上に配置されており、前記少なくとも2個のピクセル化された光学センサ(162、162’)の場所は、互いに対して所定の程度(190)だけシフトされている、請求項10または11に記載の光学検出器(110)。
  13. 前記センサピクセル(166)は、前記イメージセンサ(128)の前記イメージピクセル(176)によって提供される上部コンタクト(185、185’)に電気的に接続されている、請求項10から12のいずれか一項に記載の光学検出器(110)。
  14. 前記イメージセンサ(128)は、第1のピクセル分解能を有しており、前記ピクセル化された光学センサ(162)は、第2のピクセル分解能を有しており、前記第1のピクセル分解能は、前記第2のピクセル分解能に等しいか、または、それを超えている、請求項10から13のいずれか一項に記載の光学検出器(110)。
  15. 前記センサピクセル(166)に関して、少なくとも4x4ディスプレイピクセル(176)のピクセルアレイ(174)、好ましくは、少なくとも16x16ディスプレイピクセル(176)のピクセルアレイ(174)、より好ましくは、少なくとも64x64ディスプレイピクセル(176)のピクセルアレイ(174)が含まれる、請求項14に記載の光学検出器(110)。
  16. 前記光学センサ(122)は、少なくとも1個の第1の電極と、少なくとも1個の第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に挟まれている少なくとも1個の光起電材料とを含み、前記第1の電極または前記第2の電極のいずれかは、ピクセル化された電極である、請求項1から15のいずれか一項に記載の光学検出器(110)。
  17. 少なくとも1個の横方向光学センサをさらに含み、前記横方向光学センサは、前記光ビーム(120)の横方向位置、前記光ビーム(120)がそこから前記光学検出器(110)に向けて伝播する対象物(118)の横方向位置、または、前記光ビーム(120)によって発生される光スポット(126)の横方向位置のうちの1個または複数を決定するように適合されており、前記横方向位置は、前記光学検出器(110)の光学軸(112)に対して垂直な少なくとも1個の寸法の中の位置であり、前記横方向光学センサは、少なくとも1個の横方向センサ信号を発生させるように適合されている、請求項1から16のいずれか一項に記載の光学検出器(110)。
  18. イメージを記録するように適合されている少なくとも1個のイメージングデバイス(152)をさらに含む、請求項1から17のいずれか一項に記載の光学検出器(110)。
  19. 前記ハイブリッドセンサ(156)は、前記イメージングデバイス(152)として使用されている、請求項18に記載の光学検出器(110)。
  20. 少なくとも1個の対象物(118)の位置を決定するための検出器システム(194)であって、請求項1から19のいずれか一項に記載の少なくとも1個の光学検出器(110)を含み、少なくとも1個の光ビーム(120)を前記光学検出器(110)に向けて方向付けするように適合されている少なくとも1個のビーコンデバイス(208)をさらに含み、前記ビーコンデバイス(208)は、前記対象物(118)に取り付け可能であること、前記対象物(118)によって保持可能であること、および、前記対象物(118)の中へ一体化可能であることのうちの少なくとも1個になっている、検出器システム(194)。
  21. 少なくとも1つの情報をユーザ(206)とマシン(214)との間で交換するためのヒューマンマシンインターフェース(196)であって、光学検出器(110)を参照する請求項1から19のいずれか一項に記載の少なくとも1個の光学検出器(110)を含む、ヒューマンマシンインターフェース(196)。
  22. 少なくとも1個のエンターテイメント機能を実施するためのエンターテイメントデバイス(198)であって、請求項21に記載の少なくとも1個のヒューマンマシンインターフェース(196)を含み、少なくとも1つの情報が前記ヒューマンマシンインターフェース(196)を介してプレイヤによって入力されることを可能にするように設計されており、前記情報に従って前記エンターテイメント機能を変化させるように設計されている、エンターテイメントデバイス(198)。
  23. 少なくとも1個の移動可能な対象物(118)の位置をトラッキングするためのトラッキングシステム(200)であって、光学検出器(110)を参照する請求項1から19のいずれか一項に記載の少なくとも1個の光学検出器(110)、および/または、検出器システム(194)を参照する請求項20に記載の少なくとも1個の検出器システム(194)を含み、少なくとも1個のトラックコントローラ(216)をさらに含み、前記トラックコントローラ(216)は、特定の時点における前記対象物(118)の一連の位置をトラッキングするように適合されている、トラッキングシステム(200)。
  24. 少なくとも1個の対象物(118)をイメージングするためのカメラ(154)であって、光学検出器(110)を参照する請求項1から19のいずれか一項に記載の少なくとも1個の光学検出器(110)を含む、カメラ(154)。
  25. 光学的な検出の方法であって、
    少なくとも1個の光学センサ(122)および少なくとも1個のイメージセンサ(128)を使用することによって少なくとも1個の光ビーム(120)を検出する工程であって、前記光学センサ(122)は、少なくとも1個のセンサ領域(124)を有しており、前記イメージセンサ(128)は、イメージピクセル(176)のピクセルマトリックス(174)を含むピクセル化されたセンサである、工程と、
    少なくとも1個のセンサ信号および少なくとも1個のイメージ信号を発生させる工程であって、前記光学センサ(122)の前記センサ信号は、前記照射の合計パワーに関して、前記光ビーム(120)による前記センサ領域(124)の照射に対して非線形の依存性を示しており、前記イメージセンサ(128)の前記イメージ信号は、前記照射の前記合計パワーに関して、前記光ビーム(120)による前記イメージピクセルの前記照射に対して線形の依存性を示している、工程と、
    少なくとも1個の評価デバイス(132)を使用することによって、前記センサ信号および前記イメージ信号を評価する工程と
    を含む、方法。
  26. 前記光学センサ(122)の前記照射の前記合計パワーに対する前記センサ信号の前記非線形の依存性は、線形部分および非線形部分を含む非線形関数によって表現され得、前記非線形関数の前記線形部分および/または前記非線形部分は、前記センサ信号および前記イメージ信号の両方を評価することによって決定される、請求項25に記載の方法。
  27. 前記センサ信号と前記イメージ信号との間の差は、とりわけ、前記センサ信号と前記イメージ信号との間の差を提供するように適合されている処理回路(136)を使用することによって、前記非線形関数の前記非線形部分を提供するために決定される、請求項26に記載の方法。
  28. 交通技術における位置測定;エンターテイメントの用途;セキュリティの用途;ヒューマンマシンインターフェースの用途;トラッキングの用途;写真撮影の用途;イメージングの用途またはカメラの用途;少なくとも1個の空間のマップを発生させるためのマッピングの用途;モバイルの用途;ウェブカム;コンピュータ周辺デバイス;ゲーミングの用途;オーディオ用途;カメラ(154)またはビデオの用途;セキュリティの用途;監視の用途;自動車の用途;輸送の用途;医療の用途;農業の用途;植物または動物の繁殖に関連する用途;作物保護の用途;スポーツの用途;マシンビジョンの用途;車両の用途;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;地図製作の用途;製造の用途;品質制御の用途;少なくとも1個の飛行時間検出器との組み合わせによる使用;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ポジショニング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からなる群から選択された使用の目的のための、光学検出器(110)に関する請求項1から19のいずれか一項に記載の光学検出器(110)の使用。
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