JP2018511793A - 少なくとも１つの対象物の光学的検出のための検出器 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの対象物（１１２）の光学的検出のための検出器（１１０）が提案されている。検出器（１１０）は、−少なくとも１つの変調装置（１３６）。ここで、変調装置（１３６）は、対象物（１１２）から検出器（１１０）まで伝搬する少なくとも１つの変調された光ビーム（１３４）を生成することができる。−少なくとも１つの縦方向光センサ（１１４）。ここで、縦方向光センサ（１１４）は、少なくとも１つのセンサ領域（１３０）を有し、縦方向光センサ（１１４）は、変調された光ビーム（１３４）によるセンサ領域（１３０）の照明に依存する方法で少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計されたものであり、縦方向センサ信号は、照明の全パワーが同じである場合、センサ領域（１３０）の変調された光ビーム（１３４）のビーム断面に及び照明の変調の変調周波数（１３８）に依存し、縦方向センサ信号は、第１の成分及び第２の成分を有し、第１の成分は、変調された光ビーム（１３４）の変調の変化に対する縦方向光センサ（１１４）の応答に依存し、第２の成分は、照明の全パワーに依存する。−少なくとも１つの評価装置（１５０）。ここで、評価装置（１５０）は、縦方向センサ信号から第１の成分と第２の成分を引き出すことにより対象物（１１２）の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するように設計されたものであり、対象物（１１２）の縦方向位置に関する情報の項目は、第１の成分と第２の成分に依存する。を有し、これにより、空間における少なくとも１つの対象物の位置を正確に決定するための簡単で効率的な検出器が提供される。特に、単一の大面積縦方向光センサ又は単一のピクセル化された光センサをそれぞれ有する検出器を使用することが可能であり、また曖昧さを伴うことなく対象物の縦方向位置を決定することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１つの対象物の光学的検出のための、具体的には少なくとも１つの対象物の深さ又は深さと幅の両方に関して、特に少なくとも１つの対象物の位置を決定するための検出器に関する。更に、本発明は、ヒューマンマシンインタフェース、娯楽装置、追跡システム及びカメラに関する。更に、本発明は、少なくとも１つの対象物の光学的検出のための方法及び検出器の様々な用途に関する。そのような装置、方法及び使用は、例えば日常生活、ゲーム、交通技術、空間のマッピング、製造技術、セキュリティ技術、医療技術、又は科学における様々な分野で使用することができる。しかしながら、更なる応用が可能である。

光センサに基づいて、少なくとも１つの対象物を光学的に検出するための様々な検出器が知られている。

特許文献１は、少なくとも１つの光センサを備えた検出器を開示し、光センサは少なくとも１つのセンサ領域を示す。ここで、光センサは、センサ領域の照明に依存して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計されている。いわゆる“ＦｉＰ効果”によれば、照明の全パワーが同じである場合に生成されるセンサ信号は、照明の形状、特にセンサ領域の照明のビーム断面に依存する。更に、検出器は、センサ信号から少なくとも１つの幾何学的情報、特に照明及び／又は対象物に関する幾何学的情報の少なくとも１つの項目を生成するように指定された少なくとも１つの評価装置を有する。一例として、光センサは、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）であっても良い、又はそれらを含んでいても良い。

更に、特許文献２は、少なくとも１つの横方向光センサと少なくとも１つの縦方向光センサとを使用することによって、少なくとも１つの対象物の位置を決定するための方法及び検出器が開示されている。好ましくは、積み重ねた縦方向光センサが使用され、特に、曖昧さを伴うことなく高い精度で、対象物の長手方向の位置を決定する。一般に、少なくとも２つの個別の“ＦｉＰセンサ”すなわち、ＦｉＰ効果に基づく光センサが、対象物の縦方向の位置を、曖昧さを伴うことなく決定するために必要とされ、少なくとも１つのＦｉＰセンサが、照明パワーの可能な変化を考慮に入れた縦方向センサ信号を正規化するために使用される。更に、特許文献２は、少なくとも１つの対象物の位置を決定するための少なくとも１つのそのような検出器をそれぞれが備えるヒューマンマシンインタフェース、娯楽装置、追跡システム及びカメラを開示している。

更に、特許文献３及び特許文献４の両方の完全な内容は、好ましくは、参照により本明細書に組み込まれており、光導電性材料を有する光センサを開示している。光導電性材料は、無機光導電性材料、好ましくはセレン、金属酸化物、ＩＶ族元素又は化合物、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩ族化合物及びカルコゲナイドから成る群から選択される。若しくは有機光導電性材料であっても良い。

空間的に分解された形で光ビームの光学特性を変更するように適合された空間光変調器（ＳＬＭ）を有する代替的な光学検出器が、特許文献５に開示されている。ここで、ＳＬＭは画素のマトリックスを有し、各画素は、画素を通過する光ビームの一部の光学特性を個別に変更するように制御可能である。更に、変調装置は、変調周波数の異なる少なくとも２つの画素を周期的に制御する。 ＳＬＭの画素のマトリックスを通過した後、ＦｉＰセンサが光ビームを検出してセンサ信号を生成する一方、評価装置は、変調周波数に対するセンサ信号の信号成分を決定するために周波数解析を実行する。

上述の装置及び検出器、具体的に特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４に開示されている検出器により暗示されている利点にもかかわらず、単純でコスト効率が良く、また信頼性が高い空間検出器に関する改良が必要である。特に、単一のＦｉＰセンサで対象物の縦方向の位置を、曖昧さを伴うことなく決定することが可能である少数のＦｉＰセンサを使用することが望ましい。

WO 2012/110924 A1 WO 2014/097181 A1 欧州特許出願 No. 15 153 215.7 出願日２０１５年１月３０日 ＰＣＴ特許出願 PCT/EP2016/051817 出願日２０１６年１月２８日 WO/2015/024871

したがって、本発明が解決しようとする課題は、この種の既知の装置及び方法の欠点を少なくとも実質的に回避する少なくとも１つの対象物を光学的に検出するための装置及び方法を特定することである。特に、空間における対象物の位置を決定するための改善された単純でコスト効率が良く、また信頼できる空間的検出器が望ましい。より詳細には、本発明の課題は、対象物の縦方向の位置を、曖昧さを伴うことなく決定することを可能にする単一のＦｉＰセンサのような少数のＦｉＰセンサを備えた検出器を提供することである。

この問題は、本発明の特許請求の範囲の独立項の特徴によって解決される。個々に又は組み合わせて実現することができる本発明の有利な発展の形態は、従属請求項及び／又は以下の明細書及び詳細な実施の形態に示されている。

本明細書で使用される表現“持つ”、“有する”、及び“含む”並びにそれらの文法的変形は、非排他的な方法で使用される。したがって、表現“ＡはＢを持つ”並びに表現“ＡはＢを有する”又は“ＡはＢを含む”は、Ｂの他にＡが１つ又は複数の更なる成分及び／又は構成要素を含む事実、及びＢの他にＡには他の成分、構成要素又は要素が存在しない事実の両方を指すことができる。

本発明の第１の態様では、特に、少なくとも1つの対象物の位置を、具体的には少なくとも１つの対象物の深さ又は深さと幅の両方に関して決定するために、“光検出器”とも呼ばれる光学的検出のための検出器が開示される。

“対象物”は、一般に、生きている対象物及び生きていない対象物から選択される任意の対象物であり得る。したがって、一例として、少なくとも1つの対象物は、1つ以上の物品及び／又は物品の1つ以上の物品の部分を含むことができる。追加的または代替的に、対象物は、１つ以上の生物及び／又はそれらの１つ以上の部分であっても良く、又は含んでも良い。それらは、例えば人間の、すなわちユーザ及び／又は動物の１つ以上の身体部分等である。

本明細書で使用されるように、”位置“は、一般に、空間における対象物の位置及び／又は方位に関する任意の情報項目を指す。この目的のために、一例として、１つ以上の座標系が使用されても良く、対象物の位置は、１つ、２つ、３つ又はそれ以上の座標を使用して決定されても良い。例として、１つ以上のデカルト座標系及び／又は他のタイプの座標系を使用することができる。一例では、座標系は、検出器が所定の位置及び／又は方位を有する検出器の座標系であっても良い。以下で更に詳細に概説するように、検出器は、検出器の主な視野方向を構成する光軸を有することができる。光軸は、z軸のような座標系の軸を形成することができる。更に、１つ以上の追加の軸が、好ましくはz軸に垂直に設けられても良い。

したがって、一例として、検出器は、光軸がz軸を形成し、更に、z軸に垂直で互いに垂直なx軸及びy軸が提供される座標系を構成しても良い。一例として、検出器及び／又は検出器の一部は、この座標系の原点など、この座標系の特定の点に置かれても良い。この座標系では、z軸に平行又は反平行な方向を縦方向とみなし、z軸に沿った座標を縦座標とみなしても良い。縦方向に垂直な任意の方向は横方向と考えられ、x及び／又はy座標は、横方向座標と見なすことができる。

代替的に、他のタイプの座標系を使用することができる。したがって、一例として、光軸がz軸を形成し、z軸からの距離及び極角が追加の座標として使用される極座標系を使用することができる。再び、z軸に平行又は反平行な方向は縦方向と考えることができ、z軸に沿った座標は縦方向座標とみなすことができる。 z軸に垂直な任意の方向は、横方向と考えられ、極座標及び／又は極角は、横座標と見なされ得る。

本明細書で使用されるように、光学的検出のための検出器は、一般に、少なくとも１つの対象物の位置に関する少なくとも１つの情報項目を提供するように適合された装置である。検出器は、固定装置又は移動装置であっても良い。更に、検出器は、独立型装置であっても良く、又はコンピュータ、車両、又は他の装置等の別の装置の一部を形成しても良い。更に、検出器は手持ち式装置であっても良い。検出器の他の実施の形態も実現可能である。

検出器は、少なくとも１つの対象物の位置に関する少なくとも１つの情報項目を任意の実現可能な方法で提供するように適合されても良い。したがって、情報は、例えば、電気的に、視覚的に、音響的に、又はそれらの任意の組み合わせで提供することができる。情報は、検出器又は別の装置のデータ記憶装置に更に格納されても良く、及び／又は無線インタフェース及び／又は有線インターフェース等のの少なくとも１つのインタフェースを介して提供されても良い。

本発明による少なくとも１つの対象物の光学的検出のための検出器は、
−少なくとも１つの変調装置、ここで、変調装置は、対象物から検出器まで伝搬する少なくとも１つの変調された光ビームを生成することができる；
−少なくとも１つの縦方向光センサ、ここで、縦方向光センサは、少なくとも１つのセンサ領域を有し、縦方向光センサは、変調された光ビームによるセンサ領域の照明に応じて少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計されている、ここで、縦方向センサ信号は、
−照明の全パワーが同じである場合、センサ領域内の変調された光ビームのビーム断面に依存し、
−照明の全パワーが同じである場合、照明の変調の変調周波数に依存し、
−第１の成分及び第２の成分を有し、ここで、第１の成分は、変調された光ビームの変調の変化に対する縦方向光センサの応答に依存し、第２の成分は照明の全パワーに依存する、及び、
−少なくとも１つの評価装置、ここで、評価装置は、縦方向センサ信号から第１の成分及び第２の成分を導出することによって対象物の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するように設計されており、ここで、対象物の縦方向の位置に関する情報の項目は、第１の成分及び第２の成分に依存する。

ここで、上に列挙した成分は、別々の成分であっても良い。代替的に、上に列挙した２つ以上の成分を１つの成分に統合することができる。更に、少なくとも１つの評価装置は、転送装置及び縦方向光センサとは独立した別個の評価装置として形成することができるが、縦方向センサ信号を受信するために縦方向光センサに接続することが好ましい。或いは、少なくとも１つの評価装置は、縦方向光センサに完全に又は部分的に一体化されても良い。

したがって、本発明による検出器は、対象物から検出器まで伝搬する少なくとも１つの変調光ビームを生成することができる少なくとも１つの変調装置を備え、したがって対象物の照明を変調し、及び／又は少なくとも１つの縦方向センサの少なくとも１つのセンサ領域等の検出器の少なくとも１つのセンサ領域を有する。好ましくは、変調装置は、周期的ビーム遮断装置を使用すること等により、周期的変調を生成するために使用される。一例として、検出器は、対象物の照明及び／又は検出器の少なくとも１つのセンサ領域の変調を引き起こすように設計され得る。例えば、少なくとも１つの縦方向の光センサの少なくとも１つのセンサ領域を、０．０５Ｈｚから１ＭＨｚ、例えば、０．１Ｈｚ から１０ｋＨｚの周波数で変調を引き起こすように設計され得る。この点に関して、照明の変調は、照明の全パワーが、好ましくは周期的に、特に単一の変調周波数で、又は同時に及び／又は連続的に、複数の変調周波数で変化するプロセスを意味すると理解される。特に、照明の全パワーの最大値と最小値との間で周期的な変調を行うことができる。ここで、最小値は０であっても良いが、>０であっても良く、例えば完全な変調が行われる必要はない。特に好ましい態様では、少なくとも１つの変調は、影響を受ける光ビームの正弦波変調、方形変調、又は三角変調等の周期的変調であっても良く、又はそれを含んでも良い。更に、変調は、二乗正弦関数又はｓｉｎ（ｔ^２）関数のような２つ以上の正弦関数の線形結合であっても良く、ここでｔは時間を示す。本発明の特定の効果、利点及び実現可能性を実証するために、二乗変調は、一般に変調の例示として明細書で採用されている。しかしながら、その表現は、本発明の範囲を、変調のこの特定の形状に限定することを意図するものではない。この例のおかげで、当業者は、変調の異なる形状を使用する場合に、関連するパラメータ及び条件をどのように適合させるかをむしろ容易に認識することができる。

変調は、対象物と光センサとの間のビーム経路において、例えば、少なくとも１つの変調装置が前記ビーム経路内に配置されることによって行うことができる。しかし、代替的に又は付加的に、変調は、例えば、少なくとも１つの変調装置が前記ビーム経路内に配置されることによって、対象物と対象物を照らすための後述するような任意の照明源との間のビーム経路内において行うこともできる。これらの可能性の組み合わせもまた考えられる。この目的のために、少なくとも１つの変調装置は、例えば、ビームチョッパ又は他のタイプの周期的にビームを遮断する装置を含むことができる。例えば、好ましくは一定の速度で回転し、照明を周期的に中断する少なくとも１つのインタラプタブレード又はインタラプタホイールを含む。しかしながら、代替的に又は付加的に、１つ又は複数の異なるタイプの変調装置、例えば、電気光学効果及び／又は音響光学効果に基づく変調装置を使用することも可能である。再び、代替的に又は付加的に、少なくとも１つの任意の照明源自体は、変調された照明を生成するように設計され得る。例えば、照明装置自体が、周期的に変調された全パワー等の変調された強度及び／又は全ワーを有すること、及び／又は前記照明装置が例えば、パルスレーザ等のようなパルス照明源として実施されるこによってである。したがって、一例として、少なくとも１つの変調装置は、照明源に全体的に又は部分的に一体化することもできる。更に、代替的に又は付加的に、検出器は、少なくとも１つの光学転送装置を有しても良い。例えば、少なくとも１つの縦方向光センサに入射する前にそれを横切るために少なくとも１つの転送装置に入射する入射光ビームの全強度及び／又は前パワーを変調、特に周期的に変調することによって、照明を変調するように設計されたチューナブルレンズ等である。様々な可能性が存在する。

更に、本発明による検出器は、少なくとも１つの縦方向光センサ、好ましくは、単一の縦方向光センサを有する。ここで、縦方向の光センサは、少なくとも１つのセンサ領域、すなわち、入射光ビームによる照明に対して敏感である縦方向光センサ内に領域を有する。本明細書で使用されるように、“縦方向光センサ”は、一般に、光ビームによるセンサ領域の照明に依存する態様で少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計された装置であり、ここで縦方向センサ信号は、照明の全パワーが同じである場合、センサ領域内の光ビームのビーム断面におけるいわゆる“ＦｉＰ効果”に依存している。したがって、縦方向センサ信号は、一般に、深さとして示され得る縦方向位置を示す任意の信号であり得る。一例として、縦方向センサ信号は、デジタル信号及び／又はアナログ信号であっても良いし、又はそれらを含んでいても良い。一例として、縦方向センサ信号は、電圧信号及び／又は電流信号であっても良いし、又はそれらを含んでいても良い。付加的に又は代替的に、縦方向センサ信号は、デジタルデータであっても良いし、又はそれらを含んでいても良い。縦方向センサ信号は、単一の信号値及び／又は一連の信号値を含むことができる。縦方向センサ信号は、２つ以上の信号を平均化することによって及び／又は２つ以上の信号の商を形成することによって等、２つ以上の個別信号を組み合わせることによって導出される任意の信号を更に含むことができる。

ここで、少なくとも１つのＦｉＰセンサは、大面積光センサであっても良く、大面積光センサは、対応する光センサのセンサ領域を構成することができる均一なセンサ表面を示しても良い。しかし、好ましい代替の実施の形態では、少なくとも１つの光センサは、ピクセル化された光センサであっても良い。ここで、ピクセル化光センサは、このようにしてセンサ領域を構成することができる多数の個々のセンサ画素を含むことができる画素アレイによって完全に又は少なくとも部分的に確立することができる。したがって、ピクセル化された光センサは、ピクセルアレイが少なくとも４×４、１６×１６又は６４×６４以上のセンサ画素を含む場合等、それぞれの目的に適しているか、又は必要とされる任意の数のセンサ画素を含むことができる。しかしながら、正方形配列ではない他の配列も実現可能であり得る。

更に、照明の全パワーが同じである場合、縦方向センサ信号は、照明の変調の変調周波数に依存する。縦方向光センサ及び縦方向センサ信号の潜在的な実施の形態に関して、センサ領域内の光ビームのビーム断面及び変調周波数に対する依存性を含み、特許文献１と特許文献２に開示されている光センサを参照することができる。この点において、検出器は、異なる変調の場合に、特に、異なる変調周波数の場合に、少なくとも２つの縦方向のセンサ信号を検出するように設計することができる。評価装置は、少なくとも２つの縦方向センサ信号から幾何学的情報を生成するように設計することができる。特許文献１及び特許文献２に記載されているように、曖昧さを解決することが可能であり、及び／又は例えば照明の全パワーが一般に未知であるという事実を考慮することが可能である。

具体的には、ＦｉＰ効果は、太陽電池等の光検出器、より好ましくは有機半導体検出器のような有機光検出器において観察され得る。したがって、少なくとも１つの縦方向光センサは、少なくとも１つの有機半導体検出器及び／又は少なくとも１つの無機半導体検出器を含むことができる。したがって、一般に、光検出器は少なくとも１つの半導体検出器を含むことができる。最も好ましくは、少なくとも１つの半導体検出器は、少なくとも１つの有機材料を含む有機半導体検出器であっても良い。したがって、本明細書で使用するように、有機半導体検出器は、有機色素及び／又は有機半導体材料等の少なくとも１つの有機材料を有する光学検出器である。少なくとも１つの有機材料に加えて、有機材料又は無機材料から選択され得る１つまたは複数の更なる材料が含まれ得る。したがって、有機半導体検出器は、有機材料のみを含む全有機半導体検出器として、または１つ以上の有機材料と１つ以上の無機材料とを含むハイブリッド検出器として設計されても良い。更に、他の実施の形態も実現可能である。したがって、１つ以上の有機半導体検出器及び／又は１つ以上の無機半導体検出器の組合せが実現可能である。

第１の実施の形態では、半導体検出器は、有機太陽電池、色素太陽電池、色素増感太陽電池、固体色素太陽電池、固体色素増感太陽電池から成る群から選択することができる。一例として、具体的に、少なくとも１つの縦方向光センサが上述のＦｉＰ効果を提供する場合、少なくとも１つの光センサは、又は複数の光センサが提供される場合、1つまたは複数の光センサは、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）であっても良いし、又はそれらを含んでいても良い。本明細書で使用するように、ＤＳＣは、一般に、少なくとも２つの電極を有する装置を指し、電極の少なくとも１つは、少なくとも部分的に透明であり、少なくとも１つのｎ型半導体金属酸化物、少なくとも１つの色素、電解質又はｐ型半導体材料が、電極の間に埋め込まれる。ｓＤＳＣでは、電解質又はｐ型半導体材料は固体材料である。一般に、本発明内の１つ以上の光センサにも使用できるｓＤＳＣの可能性のある装置に関して、特許文献１、US 2012/0206336 A1、特許文献２又はUS 2014/0291480 A1を参照することができる。

特許文献３及び特許文献４に開示されている様な更なる実施の形態では、本発明の縦方向光センサは、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも1つの第２の電極と、特に、第１の電極と第２の電極の間に埋め込まれた光導電性材料の層とを含む。ここで、光導電性材料は、無機光導電性材料、好ましくはセレン、テルル、セレン-テルル合金、金属酸化物、ＩＶ族元素又は化合物、ＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＩＩ−ＶＩI族化合物、プニコゲニド、カルコゲナイド（１３６）、及びそれらの固溶体及び／又はドープされた変形体から成る群から選択される。ここで、カルコゲナイドは、好ましくは、硫化カルコゲナイド、セレン化カルコゲナイド、テルル化カルコゲナイド、三元カルコゲナイド、四元カルコゲナイド、高級カルコゲナイド、及びこれらの固溶体及び／又はそれらのドープされた変形体から成る群から選択されても良い。特に、カルコゲナイドは、硫化鉛（ＰｂＳ）、硫化銅インジウム（ＣＩＳ）、セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）、硫化銅亜鉛錫（ＣＺＴＳ）、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）、セレン化銅亜鉛錫（ＣＺＴＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化水銀カドミウム（ＨｇＣｄＴｅ）、テルル化水銀亜鉛（ＨｇＺｎＴｅ）、スルホセレン化鉛（ＰｂＳＳｅ）、銅 - 亜鉛 - 錫硫黄 - セレンカルコゲナイド（ＣＺＴＳＳｅ）、及びそれらの固溶体及び／又はドープされた変形体から成る群から選択されても良い。代替的に又は付加的に、プニコゲニドは、窒化物プニコゲニド、ホスフィドプニコゲニド、ヒ素ピニコゲニド、アンチモニドプニコゲニド、三元プニコゲニド、四元及び高級プニコゲニドから成る群から選択することができる。特に、プルコゲニドは、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、インジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）、インジウム砒素（ＩｎＡｓ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、アンチモン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＳｂ）、リン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＰ）、リン化ガリウム砒素（ＧａＡｓＰ）、及びリン化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＰ）から成る群から選択されても良い。代替的に又は付加的に、光導電性材料は、好ましくは少なくとも１つの共役芳香族分子、特に染料又は顔料、及び／又は電子供与体材料と電子受容体材料を有する混合物を含む有機光導電性材料であっても良い。特に、有機光導電性材料は、フタロシアニン、ナフタロシアニン、サブフタロシアニン、ペリレン、アントラセン、ピレン、オリゴ及びポリチオフェン、フラーレン、インジゴイド色素、ビスアゾ顔料、スクアリリウム色素、 チアピリウム色素、アズレニウム色素、ジチオケトピロロピロール、キナクリドン、ジブロモアントアントロン、ポリビニルカルバゾール、それらの誘導体及び組合せから成る群から選択しても良い。代替的に又は付加的に、光導電性材料は、量子ドットを含むコロイド状フィルムとして提供されても良い。 しかしながら、上記のＦｉＰ効果を発揮し得る他の材料もまた、実現可能であり得る。

更に、本発明によれば、縦方向センサ信号は、第１の成分と第２の成分とを有する。本明細書で使用されるように、電気信号等の信号、好ましくは電圧信号又は電流信号、特に縦方向センサ信号に関する“成分”という用語は、それぞれの信号は、一般的に互いに独立した少なくとも２つの個々の特徴を示すという観察を指す。この種の独立性は、少なくとも２つの特定の外部影響が存在し得るということを明らかにする調査によって通常証明され得る。特定の外部影響の１つに対応する単一のパラメータの変化が、一般に、独特な方法によって個々の特徴に影響を及ぼし得る。例えば、特に特定の範囲内において第１の個々の特徴の線形応答を生成することにより、及び、少なくとも特定の範囲内で第２の個々特徴を変更しないままにすることによってである。それらの相互の独立性は、一般に、信号の値が、少なくとも大部分が互いに影響を及ぼさない少なくとも２つの異なる外部原因に依存し得るという事実に起因する可能性がある。本明細書では、“外部”という用語は、縦方向の光センサに関して解釈することができ、変調装置又は照明装置等の光検出器の更なる任意の構成要素が、縦方向の光センサに対して特定の外部の影響を依然として及ぼすことができる。

この解釈に基づいて、縦方向センサ信号の第１の成分は、光ビームの変調の変化に対する縦方向光センサの応答に依存し、一方、縦方向センサ信号の第２の成分は、照明の全出力に依存する。特に好ましい実施の形態では、縦方向センサ信号の第１の成分は、縦方向センサに入射する光ビームの変調の変化に縦方向センサの対応する範囲内で、縦方向センサ信号の少なくとも１つの時間変化に関連しても良い。したがって、変調の周波数及び／又は振幅のような変調のパラメータを変化させることは、縦方向の光センサに入射する光ビームに影響を及ぼし、経時的な縦方向のセンサ信号の変動を引き起こす可能性がある。したがって、縦方向センサ信号上の特定の外部影響“光ビームの変調”は、縦方向センサ信号の第１の成分とみなされ得る個々の特徴“縦方向センサ信号の時間的変化”をもたらし得る。

より詳細には、縦方向センサ信号の第１の成分は、縦方向光センサに入射する光ビームの変調の変化に縦方光センサが応答する範囲内で、縦方向センサ信号の立ち上がり時間及び立ち下がり時間の少なくとも１つに関連しても良い。本明細書で使用される“立ち上がり時間”という用語は、特定の外部影響がステップ関数を有する事象において、すなわち特定の外部影響が特定の低い値から特定の高い値に瞬間的に変化する関数を含む場合、ステップ高さを定義し、縦方向のセンサ信号のような個々の特徴が、瞬時の変化に応答するために追加の時間を必要とするという観測を指す。したがって、立ち上がり時間は、この種の応答がその最終値の第１のパーセンテージから第２のパーセンテージに立ち上がるの必要な時間と定義できる。一般的に実用上の理由から、ステップ高さの５％又は１０％等の値に対応する値を第１のパーセンテージに使用し、９０％又は９５％等の値に対応する値を第２のパーセンテージにそれぞれ使用することができる。しかし、他の定義も実現可能である。同様に、“立ち下り時間”という用語は、特定の外部影響の特定の高い値から特定の低い値への瞬間的な変化に対する縦方向センサ信号の応答に必要な時間として定義することができる。

したがって、この特定の実施の形態では、周期的２乗変調のような複数の瞬間的変化を含む変調の時間的変化のための特定の形状を、直接的又は間接的な種類の測定を介して十分な方法で縦方向センサ信号の上述の立ち上がり時間及び／又は立ち下がり時間を観察することができる特定の外部影響として。使用することが特に有益であり得る。したがって、２つの後続の事象間で多くの遅延を生じることなく、縦方向センサ信号のその後の完全な立ち上がり事象及び／又は立ち下り事象を観察することを可能にする変調の周波数を選択することが有利であり得る。しかし、十分な精度で変調の時間的変動の他の形状から立ち上がり時間及び／又は立ち下がり時間を導出するために、適切な手段を用いることも当業者には経験されている。変調のために選択された形状とは無関係に、縦方向センサ信号は、一般に、変調周波数に関して短い時間スケール内に現れるように調整することができる第１の種類の時間変動を含むことができる。以下でより詳細に説明するように、縦方向光センサ内の第１の成分のこの特定の選択は、特に、それぞれの信号の高速変動を証明するのに適した適切な検出手段を用いることによって第１の成分の検出を容易にする。

同様に、好ましくは、第２の成分は、時間間隔に亘る縦方向センサ信号の積分に関連しても良く、したがって、センサ領域の照明の全パワーの変化に応答する縦方向センサ信号の一部分をカバーする。本明細書で使用されるように、用語“積分”は、時間を第１の軸として、信号振幅を第２の軸として有する仮想平面内の領域を指し、領域の対応する境界は、第１の軸、すなわち信号振幅の時間的変動、及び上記時間間隔の終点値における第１の軸に垂直な線によって定義される。結果として、センサ領域の照明の全パワーのパラメータ、特に全照明パワーの振幅又は強度を変化させることは、経時的な縦方向センサ信号の変動を引き起こす可能性がある。したがって、縦方向センサ信号上の特定の外部影響“センサ領域の照明の全パワー”は、個々の特徴“縦方向センサ信号の時間間隔に亘る積分の変化”をもたらすことがあり、これは、縦方向のセンサ信号の第２の成分と考えられ得る。加えて、第２の成分のこの選択は、縦方向センサ信号が、一般に、第２の種類の時間的変動を有することがあり、これは、縦方向のセンサ信号変調の周波数に関して長い時間スケール内で起こり得るという観測をもたらす。以下でより詳細に説明されるように、縦方向光センサ内の第２の成分のこの特定の選択は、適切な検出手段を用いることによって第２の成分の検出を容易にすることができる。第２の成分の検出は、第１の成分の検出とは対照的に、特に、それぞれの信号のゆっくりした変化を証明するのに特に適している。

驚くべきことに、以下でより詳細に提示される実験的観測は、縦方向光センサが合焦位置にある第1の場合の縦方向センサ信号が、縦方向光センサがデフォーカス位置にある第２の場合の縦方向センサ信号から、デフォーカス状態に関連する第２の場合の立ち上がり時間が、合焦状態に関連する第１の場合の立ち上がり時間を越えるという方法で明らかに逸脱することを明らかにした。結果として、好ましくは、縦方向光センサが合焦状態にあるか否かを判定するために、立ち上がり時間に関して導かれる値が採用されても良い。更に、立ち下がり時間に関して類似の考察を行うことができる。縦方向の光センサがデフォーカス位置にあるため、縦方向の光センサは、より低い強度のためにゆっくりと動作するように見えるが、観察によって、ＦｉＰセンサの効率が低下することは確認できなかった。

一方、同じ実験観察は、第１の場合の縦方向センサ信号下での積分は、第２の場合の縦方向センサ信号下での積分と、両方の場合の縦方向センサ信号が縦方向光センサのセンサ領域での照射の全パワーが同じに記録されている限り、実質的に等しいことを更に明らかにした。更に、両方の場合の縦方向センサ信号が同じ変調条件の下で記録されているという仮定の下では、縦方向センサ信号は、光ビームのビーム断面にのみ依存し、この物理量を容易に決定することができる。更に、変調が変更されない限り、縦方向センサ信号下の積分値の変化は、同様に、縦方向光センサのセンサ領域の照明の全パワーの変化を決定するために使用されても良い。結果として、センサ領域の照明の全パワーは、一方では決定され、他方では、上記で決定された縦方向センサ信号を正規化するために使用され得る。この観察によれば、ここで選択される縦方向センサ信号の第２の成分は、上記で選択された縦方向センサ信号の第１の成分とは独立して挙動し、したがって、本発明による方法のこれら２つの成分の実現可能性を示している。したがって、単一の大面積縦方向光センサ又は単一ピクセル化された光センサのような単一のＦｉＰセンサは、光学検出器内に存在し、それぞれの縦方向の光センサのセンサ領域内に縦方向のセンサ信号を生じさせる光ビームを放出又は反射する対象物の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報の項目を決定するのに十分であり得る。

特に好ましい実施の形態では、変調装置は、上述のように、入射光ビームの反復二乗変調を提供すること等により、センサ領域に入射する入射光ビームの強度又は振幅を周期的に変調するように適合されても良い。これにより、入射光ビームの強度又は振幅に対する繰り返し周期が生成される。したがって、この特定の実施の形態では、第１の成分は、変調の反復周期の少なくとも１つの周期内の縦方向センサ信号の立ち上がり時間及び立ち下がり時間の少なくとも１つに関連することがあり、第２の成分は、上述の時間間隔として機能し得る変調の反復周期の少なくとも１つの周期内で縦方向センサ信号の積分値に関連しても良い。

変調波形及び周波数は、２つの成分間のコントラストを最適化するように適合させることができる。これは、例えば、遅い成分がもはや顕著に存在せず、速い成分のみが信号の振幅を決定するのに十分に速い周波数を使用することによって達成することができる。最適な波形は、１つの信号サンプリング周期内で異なる時間スケールのための遅く及び長い成分を取得するために、非周期的（擬似ランダム等）でも良い。方法を改善する別の方法は、例えば、最適なサンプリング周波数を識別するために周波数を好ましくは１０Ｈｚから１００Ｈｚに増加させることによって、パルス列をチャープすることである。

したがって、縦方向センサ信号は、第１の成分と第２の成分とを相互に独立したものとすることができ、本発明による光検出器に含まれる少なくとも１つの評価装置に送信することができる。本明細書で使用する“評価装置”という用語は、一般に、情報項目、すなわち対象物の位置に関する少なくとも１つの情報項目を生成するように設計された任意の装置を指す。一例として、評価装置は、1つ又は複数の集積回路であっても又は有していても良い。例えば、１つ又は複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）、及び／又は１つ又は複数のコンピュータ等の1つ又は複数のデータ処理装置、好ましくは、 1つ又は複数のマイクロコンピュータ及び／又はマイクロコントローラである。付加的な構成要素が含まれても良い。例えば、１つ又は複数の前処理装置及び／又は１つ又は複数の受信装置等のデータ取得装置、及び／又は１つ又は複数のＡＤ変換器等のセンサ信号の前処理装置、及び／又は１つ又は複数のフィルタである。本明細書で使用されるように、センサ信号は、一般に、縦方向センサ信号、及び適用可能であれば横方向センサ信号の内の１つを指すことができる。更に、評価装置は、１つ又は複数のデータ記憶装置を備えることができる。更に、上述したように、評価装置は、１つ以上の無線インタフェース及び/又は1つ以上の有線インタフェース等の１つ以上のインタフェースを有することができる。

少なくとも１つの評価装置は、情報項目を生成するステップを実行又はサポートする少なくとも１つのコンピュータプログラムのような、少なくとも１つのコンピュータプログラムを実行するように適合されても良い。 一例として、センサ信号を入力変数として使用することによって、対象物の位置への所定の変換を実行することができる１つ以上のアルゴリズムを実装することができる。

評価装置は、センサ信号を評価することによって情報項目を生成するように設計された少なくとも１つのデータ処理装置、特に電子データ処理装置を特に備えることができる。したがって、評価装置は、センサ信号を入力変数として使用し、これらの入力変数を処理することによって対象物の横方向位置及び縦方向位置に関する情報を生成するように設計される。処理は、並行して、続いて、又は組み合わされて実行されても良い。評価装置は、計算及び／又は少なくとも１つの記憶された関係及び／又は既知の関係を使用する等して、これらの情報項目を生成するための任意のプロセスを使用することができる。センサ信号の他に、1つ又は複数の更なるパラメータ及び／又は情報項目が、例えば変調周波数に関する情報の少なくとも1つの情報項目等、前記関係に影響を与えることができる。この関係は、経験的に、分析的に、又は半経験的に決定又は決定可能とすることができる。特に好ましくは、関係は、少なくとも１つの較正曲線、少なくとも１つの較正曲線のセット、少なくとも１つの機能又は上述した可能性の組み合わせを含む。 １つ又は複数の較正曲線は、例えばデータ記憶装置及び／又はテーブル等の、値のセット及びその関連する関数値の形式で格納することができる。しかしながら、代替的に又は付加的に、少なくとも１つの較正曲線は、例えば、パラメータ化された形式で、及び／又は関数式として格納することもできる。センサ信号を情報項目に処理するための別個の関係を使用することが可能である。或いは、センサ信号を処理するための少なくとも１つの結合された関係が実現可能である。種々の可能性が考えられ、組み合わせることもできる。

一例として、評価装置は、情報項目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することができる。評価装置は、特に少なくとも１つのコンピュータ、例えば少なくとも１つのマイクロコンピュータを含むことができる。更に、評価装置は、１つ又は複数の揮発性又は不揮発性データメモリを備えることができる。データ処理装置、特に少なくとも１つのコンピュータに代替的に又は付加的に、評価装置は、１つ又は複数の更なる電子構成要素を有することができる。それは、例えば、電子テーブル、特に少なくとも１つのルックアップテーブル及び／又は少なくとも１つの特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の情報項目を決定するように設計されている。

検出器は、上述したように、少なくとも１つの評価装置を有する。特に、少なくとも１つの評価装置は、例えば少なくとも1つの照明源を制御するように及び／又は検出器の少なくとも１の変調装置を制御するように設計された評価装置によって、検出器を完全に又は部分的に制御又はまたは駆動するように設計することもできる。評価装置は、特に、少なくとも１つの測定サイクルを実行するように設計することができる。そのサイクル中で、１つ又は複数のセンサ信号、例えば多数のセンサ信号がピックアップされる。例えば、照明の異なる変調周波数で連続する複数のセンサ信号をピックアップする。

評価装置は、上述のように、少なくとも１つのセンサ信号を評価することによって対象物の位置に関する少なくとも１つの情報項目を生成するように設計される。対象物の位置は静的であっても良く、又は対象物の少なくとも１つの動き、例えば検出器又はその部分と対象物又はその部分との間の相対的な動きを含んでいても良い。この場合、相対的な運動は、一般に、少なくとも１つの直線運動及び／又は少なくとも１つの回転運動を含むことができる。移動情報の項目は、例えば、異なる時間に収集された少なくとも２つの情報項目を比較することによって得ることができる。例えば、少なくとも１つの位置情報は、少なくとも１つの速度情報項目及び／又は少なくとも１つの加速度情報項目を含むことを可能にして、対象物又はその一部と検出器又はその一部との間の少なくとも１つの相対速度に関する情報の少なくとも1つの項目を得ることができる。特に、位置情報の少なくとも１つの項目は、一般に以下の項目から選択することができる。対象物又はその一部と検出器又はその一部との間の距離、特に光路長に関する情報項目、対象物又はその一部と任意の転送装置又はその一部との間の距離又は光学的距離に関する情報項目、検出器又はその一部に対する対象物又はその一部の位置付けに関する情報項目、検出器又はその一部に対する対象物及び／又はその一部の方向に関する情報項目、対象物又はその一部と検出器又はその一部との間の相対運動に関する情報項目、対象物又はその一部の２次元又は３次元の空間的構成、特に対象物の幾何学的形状又は形状に関する情報項目。したがって一般に、位置情報の少なくとも１つの項目は、以下の項目から成る群から選択することができる。対象物又はその少なくとも一部の少なくとも１つの位置に関する情報項目、対象物又はその一部の少なくとも一つの方向に関する情報項目、対象物又はその一部の幾何又は形状に関する情報項目、対象物又はその一部の速度に関する情報項目、対象物又はその一部の加速度に関する情報項目、対象物又はその一部の検出器の視覚範囲内での存在又は不存在に関する情報項目。

位置情報の少なくとも１つの項目は、例えば、少なくとも１つの座標系、例えば、検出器又はその一部が静止する座標系で特定することができる。 代替的又は付加的に、位置情報は、例えば、検出器又はその一部と対象物又はその一部との間の距離を単純に含むこともできる。 言及された可能性の組み合わせも考えられる。

本発明によれば、評価装置は、縦方向センサ信号から上述した第１の成分及び第２の成分を引き出すことにより、縦方向光センサの縦方向センサ信号を評価するように、及び第１の成分用及び第２の成分を考慮することから対象物の縦方向位置に関する情報項目を決定するように適合されている。上述のように、両方の成分は、縦方向センサ信号の評価の中で特定の役割を果たすことができる。特に好ましい実施の形態では、第１の成分のような２つの成分のうちの1つは、特定の外部影響の変化に対する、好ましくは縦方向光センサのセンサ領域に入射する光ビームの変調の変化に対する縦方向センサ信号の応答内で、縦方向センサ信号の少なくとも１つの時間変化に関連する個々の特徴に依存する。更に、この特定の実施の形態では、縦方向センサ信号の他の成分、例えば第２の成分は、それぞれの縦方向光センサのセンサ領域の照明の全パワーに依存することができる。言い換えれば、この特定の実施の形態では、縦方向センサ信号の第１の成分は、実際に所望される信号に関連する物理量を提供し、縦方向センサ信号の第２の成分は、対応するバックグラウンドを考慮して物理量の値を正規化するために使用されるバックグラウンンド量の値を提供する。したがって、好ましくは、同一の縦方向センサから受信した同じ縦方向センサ信号又は２つの同様の縦方向センサ信号は、所望の信号及びそれぞれのバックグラウンド信号の両方を引き出すために使用される。したがって、曖昧さを伴うことなく対象物の縦方向位置に関連した正規化された信号を決定することができる。この特徴は、特に、バックグラウンドに関連する基準信号を決定することを可能にし、したがって、実際の信号の正しい解釈を容易にすることができる。したがって、この特徴は、ＦｉＰセンサの動作点をシフトさせる可能性のある大きなバックグラウンド信号を考慮するためのプロセスを提供する等により、かなり高い全照明を示すシーンの観察において有利であり得る。

好ましい実施の形態では、評価装置又は適切な別個の装置は、縦方向センサ信号の第１の成分及び第２の成分の両方を更に処理するための手段を有しても良い。この目的のために、上記のように、縦方向光信号の周波数スペクトルに対して信号解析を行うように構成された信号処理ユニット等、縦方向光信号の速い変化と遅い変化とを区別すように特に適合された適切な検出手段を採用することにより、第１の成分と第２の成分の両方の検出を容易にすることが適切であり得る。

代替的に又は付加的に、評価装置は、縦方向センサ信号の第１の成分を、第２の成分から分離することによって、対象物の縦方向位置に関する所望の情報項目を決定するように適合され得ることは特に有利であり得る。本明細書で使用されるように、２つの成分を“分離する”という用語は、同じ縦方向センサ信号から、または同一の縦方向光センサからそれぞれ受信される２つの同様の縦方向センサ信号から、互いに独立して両方の成分を決定することを指す。したがって、好ましい実施の形態では、評価装置は、縦方向センサ信号を、評価装置内で、又は互いに独立して別個の装置内で、更に処理することができる少なくとも２つの別々の信号に分割するための少なくとも１つの信号スプリッタを備えることができる。一例として、信号スプリッタは、縦方向センサ信号を２つの同一の部分信号に分割するように構成することができ、第１の部分信号は、第１の成分を決定するために使用し、第２の部分信号は、第２の成分を決定するために使用することができうる。しかし、縦方向センサ信号を２つ以上の部分信号に分割する等の他の手順も実行可能であり、生成された部分信号は同一の振幅を含んでも良いし、含まなくても良い。また、分割は、代替的に又は付加的に、連続的な方法で実行されても良い。

この目的のために、評価装置又は適切な別個の装置は、少なくとも２つの別々の信号を互いに独立して更に処理する手段を備えていても良い。結果的に、縦方向光信号のゆっくりした変化とは別個に縦方向光信号の高速変化を処理するのに特に適した適切な検出手段をここに設けることが有利であり得る。ここで、“速い変化”は、速い変化が、変調周波数の逆数値によって定義される基準時間間隔の５０％、好ましくは１０％、より好ましくは１％以下の第１の時間間隔内で起こるように変調の周波数に関連しても良い。同様に、“遅い変化”は、遅い変化が、そのように定義された基準時間間隔の２倍、好ましくは５倍、より好ましくは１０倍以上の第２の時間間隔内で起こるように変調の周波数に関連しても良い。特に好ましい実施の形態として、評価装置は、変調周波数に関する縦方向センサ信号の速い変化に関連し得る第１の成分を導出するように適合された少なくとも１つのハイパスフィルタ、及び／又は変調周波数に関するセンサ領域の照明の全パワーの遅い変化に関連し得る縦方向センサ信号の第２の成分を導出するための少なくとも１つのローパスフィルタとを有しても良い。

更に、評価装置又は別個の装置は、縦方向センサ信号又はその一部、すなわち、少なくとも１つの信号スプリッタによって生成されるような少なくとも２つの部分信号のうちの1つ又は複数を、特に、1つ以上のハイパスフィルタ及び／又はローパスフィルタを使用すること等により、それらの更なる処理の前及び／又は後に、増幅するように適合された１つ又は複数の増幅器を有しても良い。

既に上述したように、評価装置は、１つ又は複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩｃｓ）等の１つ又は複数の集積回路、及び／又は１つ又は複数のコンピュータ等の１つ又は複数のデータ処理装置、好ましくは１つ以上のマイクロコンピュータ及び／又はマイクロコントローラを含んでも良い。このような実施の形態は、特に、少なくとも1つの増幅器、信号スプリッタ、ハイパスフィルタ及びローパスフィルタ等の本明細書で述べた付加的な信号処理ユニットに起因するものであっても良い。したがって、少なくとも１つの増幅器、信号スプリッタ、ハイパスフィルタ及び／又はローパスフィルタのような付加的な信号処理ユニットの機能は、少なくとも１つのコンピュータプログラム、特に、情報項目を生成するステップを実行又はサポートするように構成された少なくとも１つのコンピュータプログラムの一部として実装されても良い。したがって、一例として、１つ又は複数のアルゴリズムを実装することができる。これにより、入力変数としてのセンサ信号が、付加的な信号処理ユニット、特に信号スプリッタ、ハイパスフィルタ及び／又はローパスフィルタのそれらの上述した機能の実装を含む対象物の位置への所定の変換を実行することができる、

上述したように、本発明による検出器は、単一の個々の縦方向光センサを含むことが好ましい。しかし、特定の実施の形態では、異なる縦方向光センサが入射光ビームに対して異なる分光感度を示す場合等、検出器は少なくとも２つの縦方向光センサを含むことができ、各縦方向光センサは、少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように適合されても良い。一例として、縦方向光センサのセンサ領域又はセンサ面は、平行に向けられている。ここで、１０°以下、好ましくは５°以下の角度許容誤差等のわずかな角度許容誤差が許容される。ここで、好ましくは、検出器の光軸に沿って積み重ねられた形態で配置され得る検出器の光センサのすべてが透明であり得る。したがって、光ビームは、好ましく続いて、他の縦方向の光センサに入射する前に第１の透明な縦方向の光センサを通過することができる。したがって、対象物からの光ビームは、その後、光検出器内に存在するすべての縦方向光センサに到達することができる。

この点について、本発明による検出器は、特許文献２に開示されているような光センサの積み重ねを有しても良い。特に、1つ以上の縦方向光センサと1つ以上の横方向光センサとの組み合わせを含むことができる。一例として、１つ以上の横方向光センサを、対象物に面している少なくとも1つの縦方向学センサの側面に配置することができる。代替的又は付加的に、1つ又は複数の横方向光センサを、対象物から離れた方向を向いている少なくとも1つの縦方向光センサの側面に配置することができる。また、付加的又は代替的に、１つ以上の横方向光センサを、スタック内に配置された少なくとも２つの縦方向光センサの間に介在させることができる。しかしながら、本発明によれば、光センサのスタックは、単一の個々の縦方向の光センサと、単一の個別の横方向の光センサとの組み合わせとすることができることは利点であり得る。しかし、対象物の深さのみを決定することが所望されている場合等では、単一の個々の縦方向光センサを備え、横方向光センサを備えていない実施の形態も依然として有利であり得る。

本明細書で使用される“横方向光センサ”という用語は、一般に、対象物から検出器まで伝搬する少なくとも1つの光ビームの横方向位置を決定するように適合された装置を指す。用語の位置に関して、上記の定義を参照することができる。したがって、好ましくは、横方向位置は、検出器の光軸に垂直な少なくとも1つの次元において少なくとも1つの座標であっても良いし、含んでいても良い。一例として、横方向の位置は、光軸に垂直な平面内で、例えば、横方向光センサの感光センサ面上で、光ビームによって生成される光スポットの位置であっても良い。一例として、平面内の位置はデカルト座標及び／又は極座標で与えられても良い。他の実施の形態も実現可能である。横方向光センサの潜在的な実施の形態については、特許文献２を参照することができる。しかし、他の実施の形態も実行可能であり、以下に更に詳細に概説する。

横方向光センサは、少なくとも１つの横方向センサ信号を提供することができる。ここで、横方向センサ信号は、一般に、横方向の位置を示す任意の信号であっても良い。一例として、横方向センサ信号は、デジタル信号及び／又はアナログ信号であっても良いし、又はそれらを含んでも良い。一例として、横方向センサ信号は、電圧信号及び／又は電流信号であっても良いし、又はこれらを含んでも良い付加的に又は代替的に、横方向センサ信号は、デジタルデータであっても良いし、又はそれを含んでも良い。横方向センサ信号は、単一の信号値及び／又は一連の信号値を含むことができる。横方向センサ信号は、２つ以上の信号を平均化することによって及び／又は２つ以上の信号の商を形成することによって等、２つ以上の個別信号を組み合わせることによって導き出され得る任意の信号を更に含むことができる。

特許文献１及び／又は特許文献２に開示されているものと同様の第１実施の形態では、横方向光センサは、少なくとも１つの第1の電極と、少なくとも1つの第２の電極と、及び少なくとも１つの光起電力材料を有することができる。ここで、光起電力材料は、第１の電極と第２の電極との間に埋め込むことができる。したがって、横方向光センサは、1つ以上の有機光検出器、最も好ましくは１つ以上の色素増感有機太陽電池（ＤＳＣｓ、色素太陽電池とも呼ばれる）、１つ以上の固体色素増感太陽電池（ｓ−ＤＳＣｓ）等の1つ以上の光検出器であっても良いし、又はそれらを含んでも良い。したがって、検出器は、少なくとも１つの横方向光センサとして作用する１つ以上のＤＳＣｓ（１つ以上のｓＤＳＣｓ）及び少なくとも１つの縦方向光センサとして作用する１以上のＤＳＣｓ（１つ以上のｓＤＳＣｓ）を備えることができる。

特許文献３及び特許文献４、両方の内容共、参照により本明細書に組み込まれているが、これらに開示されているように、更なる実施の形態では、本発明による横方向光センサは、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも1つの第２の電極と、特に、第１の電極と第２の電極との間に埋め込まれた光伝導性材料の層とを備えることができる。このように、横方向光センサは、本明細書の他の箇所に記載された光導電性材料の1つ、特にカルコゲナイド、好ましくは硫化鉛（ＰｂＳ）又は鉛セレン化物（ＰｂＳｅ）を含むことができる。再び、光導電性材料の層は、均質、結晶、多結晶、ナノ結晶及び／又はアモルファス相から選択される組成物を含むことができる。好ましくは、光伝導性材料の層は、好ましくはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）又はフッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）を含む透明導電性酸化物の２つの層の間に埋め込まれても良く、第１の電極及び第２の電極として機能する。しかし、特に、光学スペクトル内の所望の透明範囲に応じて、他の材料が実現可能であり得る。

更に、横方向光信号を記録するために少なくとも２つの電極が存在しても良い。好ましくは、少なくとも２つの電極は、実際には少なくとも２つの物理的電極の形態で配置されても良く、各物理的電極は、導電性材料、好ましくは金属性導電性材料、より好ましくは銅、銀、金又はこれらの材料を含む合金又は組成物等の高度な金属製導電材料を含む。ここで、少なくとも２つの物理的電極の各々は、好ましくは、光センサのそれぞれの電極と光導電層との間の直接的な電気的接触が、特に、可能な限り少ない損失を達成して縦方向信号を得るように配列することができる。この損失は、例えば、光センサと評価装置との間の搬送経路における付加的な抵抗によるもの等である。

好ましくは、横方向光センサの少なくとも１つの電極は、少なくとも２つの部分電極を有する分割電極であり得る。ここで、横方向光センサはセンサ領域を有し、少なくとも１つの横方向センサ信号は、 センサ領域内の入射光ビームのｘ位置及び／又はｙ位置を示す。センサ領域は、光検出器の対象物に面する表面であっても良い。センサ領域は、好ましくは光軸に対して垂直に配向されていても良い。したがって、横方向センサ信号は、横方向光センサのセンサ領域の平面内で光ビームによって生成された光スポットの位置を示すことができる。一般に、本明細書で使用する“部分電極”という用語は、好ましくは他の部分電極から独立した少なくとも１つの電流及び／又は電圧信号を測定するように適合された複数の電極のうちの電極を指す。したがって、複数の部分電極が設けられている場合、それぞれの電極は、少なくとも２つの部分電極を介して、独立に測定及び／又は使用され得る複数の電位及び／又は電流及び／又は電圧を提供するように適合される。

横方向光センサは、部分電極を通る電流に応じて横方向センサ信号を生成するように更に適合されても良い。したがって、２つの水平部分電極を通る電流の比を取得してｘ座標を生成し、及び／又は垂直部分電極への電流の比を生成してｙ座標を生成することができる。検出器、好ましくは横方向光センサ及び／又は評価装置は、部分電極を通る電流の少なくとも１つの比から対象物の横方向位置に関する情報を導出するように適合されても良い。部分電極を介して電流を比較することによって位置座標を生成する他の方法も実現可能である。

部分電極は、一般に、センサ領域内の光ビームの位置を決定するために、様々な方法で定義することができる。したがって、水平座標又はｘ座標を決定するために２つ以上の水平部分電極を設け、垂直座標又はｙ座標を決定するために２つ以上の垂直部分電極を設けても良い。したがって、部分領域は、センサ領域の縁に設けられても良く、センサ領域の内部空間は空いたままであり、１つ以上の追加の電極材料によって覆われても良い。以下で更に詳細に説明するように、付加的な電極材料は、好ましくは、透明金属及び／又は透明導電性酸化物及び／又は最も好ましくは透明導電性ポリマー等の透明付加電極材料であっても良い。

電極の１つが３つ以上の部分電極を有する分割電極である横方向光センサを使用することにより、部分電極を通る電流は、センサ領域内の光ビームの位置に依存しても良い。これは、一般に、部分電極への光の入射による電荷の発生場所から途中で、オーム損失又は抵抗損失が生じ得る事実による。したがって、部分電極の他に、分割電極は部分電極に接続された1つ以上の追加電極材料を含むことができる。ここで、１つ以上の追加電極材料は電気抵抗を提供する。したがって、1つ又は複数の追加の電極材料による電荷の発生位置から部分電極までのオーミック損失のために、部分電極を通る電流は、電荷の発生位置に依存する。したがって、センサ領域内の光ビームの位置に依存する。センサ領域における光ビームの位置を決定するこの原理の詳細については、以下の好ましい実施の形態、及び／又は特許文献２及びその中のそれぞれの参考文献に開示されているような物理的原理及び装置オプションを参照することができる。

したがって、横方向光センサは、好ましくは、対象物から検出器まで伝搬する光ビームに対して透明であり得るセンサ領域を備えることができる。したがって、横方向光センサは、ｘ方向及び／又はｙ方向等、１つ又は複数の横方向内に光ビームの横方向位置を決定するように適合されても良い。この目的のために、少なくとも1つの横方向の光センサは、少なくとも１つの横方向センサ信号を生成するように更に適合されても良い。したがって、評価装置は、縦方向光センサの横方向センサ信号を評価することによって、対象物の横方向位置に関する情報の少なくとも1つの項目を生成するように設計されても良い。

本発明の更なる実施の形態は、対象物から検出器に伝搬する光ビーム線の性質を指している。本明細書で使用する“光”という用語は、一般に、可視スペクトル範囲、紫外スペクトル範囲及び赤外スペクトル範囲の１つ又は複数における電磁放射線を指す。ここで、可視スペクトル範囲という用語は、一般に、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍのスペクトル範囲を指す。赤外（ＩＲ）スペクトル範囲という用語は、一般に、７８０ｎｍ〜１０００μmの範囲の電磁放射線を指し、７８０ｎｍ〜１．４μmの範囲は、通常、近赤外線（ＮＩＲ）スペクトル範囲と呼ばれ、１５μm〜１０００μmの範囲は遠赤外線（ＦＩＲ）スペクトル範囲と呼ばれる。紫外スペクトル範囲という用語は、一般に、１ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲、好ましくは１００ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲の電磁放射線を指す。好ましくは、本発明で使用される光は、可視光、すなわち可視スペクトル範囲の光である。

用語“光ビーム”は、一般に、特定の方向に放出される光の量を指す。したがって、光ビームは、光ビームの伝搬方向に垂直な方向に所定の広がりを有する光ビームの束であっても良い。好ましくは、光ビームは、空間におけるビーム径及び／又はビーム伝搬の展開を特徴付けるのに適した１つ又は複数のビームウエスト、レイリー長又は他のビームパラメータ又はビームパラメータの組み合わせ等の１つ又は複数のガウシアンビームパラメータによって特徴付けられる１つ又は複数のガウシアン光ビームであっても良いし、又はそれらを含んでも良い。

光ビームは、対象物自体によって認められても良い。すなわち対象物から発生しても良い。付加的に又は代替的に、光ビームの別の起点が実現可能である。したがって、以下で更に詳細に概説するように、例えば、1つ又は複数の１次光線又はビーム等を使用することによって対象物を照明する、１つ又は複数の所定の特性を有する１次光線又はビーム等の照明源を設けることができる。後者の場合、対象物から検出器に伝搬する光線は、対象物及び／又は対象物に接続された反射素子により反射される光ビ−ムであっても良い。

上述したように、少なくとも１つの縦方向のセンサ信号は、光ビームによる照明の全パワーが同じである場合、ＦｉＰ効果によれば、少なくとも１つの縦方向光センサのセンサ領域内の光ビームのビーム断面に依存する。本明細書で使用されるように、ビーム断面という用語は、一般的に、光ビームの横方向の広がり、又は特定の位置で光ビームによって生成される光スポットを指す。円形の光スポットが生成される場合、半径、直径、又はガウシアンビームウェスト又はガウシアンビームウェストの２倍が、ビーム断面の尺度として機能することができる。非円形の光スポットが生成される場合、断面は、非円形の光スポットと同じ面積を有する円の断面を決定する等、他の実行可能な方法で決定されても良く、等価ビーム断面と呼ばれる。この点に関して、縦方向センサ信号の極値、すなわち最大値又は最小値の観測を用いることができる。特に、光起電力材料のような対応する材料が、光学レンズの影響を受けて焦点又はその近傍に配置される場合など、可能な限り最小の断面を有する光ビームによって入射される条件化でのグローバルな極値の観測を使用しても良い。極値が最大値である場合、この観測は正のＦｉＰ効果と名付けられ、極値が最小値である場合には、この観測は負のＦｉＰ効果と名付けられる。

したがって、センサ領域に実際に含まれる材料にかかわらず、光ビームによりセンサ領域の同じ照射の全パワーが与えられると、第１のビーム径又はビーム断面を有する光ビームは、第１の縦方向センサ信号を生成する一方、第１のビーム径又はビーム断面とは異なる第２のビーム径又はビーム断面を有する光ビームは、第１の縦方向センサ信号とは異なる第２の縦方向センサ信号を生成する。特許文献１に記載されているように、縦方向センサ信号を比較することによって、ビーム断面に関する情報の少なくとも1つの項目、特にビーム径に関する情報を生成することができる。したがって、縦方向光センサによって生成された縦方向センサ信号は、光ビームの全パワー及び／又は強度に関する情報を取得するために、及び／又は縦方向センサ信号を正規化するために、及び／又は少なくとも対象物の縦方向の位置に関する情報の少なくとも１つの項目を得るために、光ビームの全パワー及び／又は全強度に関して比較され得る。したがって、一例として、縦方向光センサ信号の最大値が検出され、全ての縦方向センサ信号がこの最大値によって除算されて、正規化された縦方向光センサ信号が生成され、次いで、対象物の縦方向情報の少なくとも1つの項目に上記の既知の関係を適用して変換され得る。縦方向センサ信号の平均値を使用する、及び全ての縦方向センサ信号を平均値で除算する等の正規化の他の方法が実現可能である。他のオプションも可能である。

しかし、本発明によれば、情報を光ビームの全パワー及び／又は強度から独立させるために、正規化の異なる方法を用いることができる。上述したように、縦方向センサ信号は第１の成分と第２の成分とを有し、第１の成分は、特定の外部影響の変動、好ましくは縦方向センサのセンサ領域に入射する光ビームの変調の変動に対する縦方向センサ信号の応答内で縦方向センサ信号の少なくとも１つの時間的変動に関する個々の特徴に依存する。一方、第２の成分は、個々の縦方向センサのセンサ領域の照射全パワーに依存する。したがって、評価装置を使用することにより、物理的量を実際に所望される信号に関連付けることができる第１の成分から、物理量の値を正規化するために使用されるバックグラウンド量の値を提供できる第２の成分を考慮することにより、対象物の縦方向位置に関する情報の項目を決定することが可能である。したがって、好ましくは、同一の縦方向の光センサから受信した同一の縦方向のセンサ信号又は２つの類似の縦方向のセンサ信号は、所望の信号及びそれぞれのバックグラウンド信号の両方を導出するために使用することができ、これは上述のように、対象物の縦方向の位置に関連した正規化した信号を決定することを可能にする。更に、入射光ビームの全パワー及び／又は強度に関する情報も生成され得る。

この実施の形態は、特に、光ビームのビーム断面と対象物の縦方向位置との間の既知の関係における曖昧さを解決するために、評価装置によって使用されても良い。したがって、対象物から検出器に伝搬する光ビームのビーム特性が完全に又は部分的に分かっていても、多くのビームにおいて、ビーム断面が焦点に達する前に狭くなり、その後再び広がることが知られている。したがって、光ビームが最も狭いビーム断面を有する焦点の前後で、光ビームの伝搬軸に沿った位置が生じ、光ビームは同じ断面を有する。したがって、一例として、焦点の前後の距離ｚ０において、光ビームの断面は同一である。したがって、光検出器が単一の縦方向光センサのみを備える場合、光ビームの全体的なパワー又は強度が分かっている場合には、光ビームの特定の断面が決定され得る。この情報を使用することにより、それぞれの縦方向光センサの焦点からの距離ｚ０を決定することができる。しかし、それぞれの縦方向光センサが焦点の前後に位置するかどうかを判定するためには、付加的な情報が必要である。例えば、対象物及び／又は検出器の移動の履歴及び／又は検出器が焦点の前後に位置するかどうかの情報等である。特許文献１又は特許文献２に記載されているように、この追加情報は、全ての状況下で提供されるとは限らない。しかし、本発明は、特に、上述の曖昧さを解消するのに十分なこの付加的情報を提供するために使用されても良い。本発明による評価装置は、縦方向センサ信号を評価することにより、縦方向光信号の第１の成分から対象物の位置に関する情報の項目を決定するための実際の信号と、縦方向光信号の第２の成分からの照明の全パワー及び／又は強度に関する付加的な情報の両方を決定する立場にあるので、対象物の縦方向位置に関する正規化された信号を、単一の縦方向光センサを採用することで曖昧さを伴うことなく既に取得することが可能である。しかし、様々な理由から、検出器に２つ以上の縦方向光センサを使用することはなお可能である。一例として、赤、緑、及び青と称することができる３つの基本色の間のような異なるスペクトル範囲を区別するために、異なるスペクトル感度を示すことができる２つ以上の縦方向光センサを使用することが可能であり、上述のスペクトル範囲のそれぞれについて正規化された信号を別個に決定することができる。

更に、対象物から検出器に伝搬する光ビームの1つ以上のビーム特性が既知である場合、対象物の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報項目は、対象物の少なくとも１つのセンサ信号と対象物の縦方向位置との間にある既知の関係から引き出すことができる。既知の関係は、アルゴリズムとして、及び／又は１つ又は複数の較正曲線として、評価装置に格納されても良い。一例として、特にガウシアンビームの場合、ビームウエストと縦方向座標との間のガウス関係を使用することによって、ビーム径又はビームウエストと対象物の位置との間の関係を容易に導き出すことができる。したがって、特許文献２に記載されているように、本発明によれば、評価装置は、好ましく光ビームの伝搬方向の少なくとも１つの伝搬座標での光ビームのビーム径の既知の依存性から、及び／又は光ビームの既知のガウス分布から、対象物の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を決定するために、光ビームのビーム断面及び／又は直径を、光ビームの既知のビーム特性と比較するのに適合されても良い。

対象物の少なくとも1つの縦方向座標に加えて、対象物の少なくとも1つの横方向座標が決定されても良い。したがって、一般的に評価装置は、少なくとも１つの横方向光センサ上の光ビームの位置を決定することによって、対象物の少なくとも１つの横座標を決定するように更に適合されても良く、これは、特許文献２に概説されているようにピクセル化された、セグメント化された又は大面積横方向光センサである。

更に、検出器は、光学レンズ、特に1つ又は複数の屈折レンズ、特に凸面又は両凸面の薄いレンズ等の収束する薄い屈折レンズ、及び／又は共通の光学軸に沿って更に配列され得る１つ又は複数の凸面鏡等の少なくとも１つの転送装置を有しても良い。最も好ましくは、対象物から出る光ビームは、この場合、少なくとも１つの転送装置を通過した後、最終的に撮像装置に入射するまで、単一の透明な縦方向の光センサ又は透明な縦方向の光センサのスタックを通過する。本明細書で使用される“転送装置”という用語は、対象物から出る少なくとも１つの光ビームを検出器内の光センサ、すなわち少なくとも２つの縦方向光センサ及び少なくとも１つの任意の横方向光センサに転送するように構成され得る光学素子を指す。このように、転送装置は、対象物から検出器に伝搬する光を光センサに供給するように設計することができ、この供給は、任意に、画像形成手段によって、又は転送装置の非画像形成特性によって行うことができる。特に、転送装置は、電磁放射が横方向及び／又は縦方向の光センサに供給される前に、電磁放射を収集するように設計することもできる。

加えて、転送装置は、例えば、変調転送装置を使用することによって光ビームを変調するために使用されても良い。ここで、変調転送装置は、光ビームが縦方向光センサに入射する前に、入射光ビームの周波数及び／又は強度を変調するように適合されても良い。ここで、変調伝達装置は、光ビームを変調するための手段を含むことができ、及び／又は変調装置によって制御されても良く、及び／又は評価装置の構成部分であっても良く、及び／又は少なくとも部分的に別個のユニットとして実施されても良い。

更に、少なくとも1つの転送装置は画像形成特性を有することができる。結果として、転送装置は、少なくとも１つの撮像素子、例えば少なくとも1つのレンズ及び／又は少なくとも1つの湾曲ミラーを含む。そのような撮像素子の場合、例えば、センサ領域上の照明の幾何学的形状は、転送装置と対象物との間の相対的な位置、例えば距離に依存する。本明細書で使用されるように、転送装置は、特に対象物が検出器の視覚範囲内に配置される場合、対象物から出る電磁放射がセンサ領域に完全に伝達されるように設計されても良い。

一般に、検出器は、少なくとも1つの撮像装置、すなわち、少なくとも1つの画像を取得することができる装置を更に備えることができる。撮像装置は、様々な方法で具体化することができる。したがって、撮像装置は、例えば検出器ハウジング内の検出器の一部とすることができる。しかしながら、代替的に又は付加的に、撮像装置は、例えば別個の撮像装置として、検出器ハウジングの外側に配置することもできる。代替的又は追加的に、撮像装置は、検出器に接続されていても良く、又は検出器の一部であっても良い。好ましい構成では、透明縦方向光センサのスタック及び撮像装置は、光ビームが伝搬する共通光軸に沿って整列される。このように、光ビームが透明縦方向光センサのスタックを通って撮像装置に当たるまで、光ビームの光路内に撮像装置を配置することが可能である。しかしながら、他の配置も可能である。

本明細書で使用される“撮像装置”は、一般に、対象物又はその一部の１次元、２次元、又は３次元画像を生成することができる装置として理解される。特に、少なくとも１つの任意の撮像装置を備えた又は有さない検出器は、ＩＲカメラ又はＲＧＢカメラ、すなわ赤、緑、青として指定された３つの基本色を３つの別々の接続で配達するように設計されたカメラ等のカメラとして完全に又は部分的に使用することができる。したがって、一例として、少なくとも１つの撮像装置は、ピクセル化された有機カメラ要素、好ましくはピクセル化された有機カメラチップ、ピクセル化された無機カメラ素子、好ましくはピクセル化された無機カメラチップ、より好ましくはＣＣＤ又はＣＭＯＳチップ、モノクロカメラ要素、好ましくはモノクロカメラチップ、多色カメラ要素、好ましくは多色カメラチップ、フルカラーカメラ要素、好ましくはフルカラーカメラチップから成る群から選択される少なくとも１つの撮像装置であっても良く、又は含んでも良い。撮像装置は、モノクロ撮像装置、マルチクロム撮像装置、及ぶ少なくとも１つのフルカラー撮像装置から成る群から選択される少なくとも１つの装置であっても良く、又は含んでも良い。当業者が認識するように、マルチクロム撮像装置及び／又はフルカラー撮像装置は、フィルタ技術を使用して、及び／又は固有の色感度又は他の技術を使用することによって生成することができる。撮像装置の他の実施の形態も可能である。

撮像装置は、対象物の複数の部分領域を連続的に及び／又は同時に撮像するように設計されても良い。一例として、対象物の部分領域は、対象物の１次元、２次元又は３次元領域であっても良く、例えば、撮像装置の解像度限界によって画定され、そこから電磁波が放射する。この文脈において、撮像は、対象物のそれぞれの部分領域から放射される電磁波が、例えば検出器の少なくとも１つの任意の転送装置によって撮像装置に供給されることを意味すると理解されるべきである。電磁波は、例えば、ルミネセンス放射の形態で、対象物自体によって生成することができる。代替的に又は付加的に、少なくとも１つの検出器は、対象物を照明するための少なくとも１つの照明源を有しても良い。

特に、撮像装置は、例えば走査方法を用いて、特に、少なくとも１つの行走査及び／又はライン走査を用いて、順次に複数の部分領域を順次画像化するように設計することができる。しかしながら、他の実施の形態、例えば、複数の部分領域が同時に撮像される実施の形態も可能である。撮像装置は、対象物の部分領域のこの撮像中に、部分領域に関連する電子信号を好ましく生成するように設計される。信号は、アナログ信号及び／又はデジタル信号であっても良い。一例として、電子信号を各部分領域に関連付けることができる。したがって、電子信号は、同時に、又は時間的にずらして生成することができる。一例として、行走査又はライン走査の間に、例えば、ラインで一緒につながれた対象物の部分領域に対応する一連の電子信号を生成することが可能である。更に、撮像装置は、電子信号を処理及び／又は前処理するための１つ又は複数のフィルタ及び／又はアナログ-デジタル変換器等の１つ又は複数の信号処理装置を備えることができる。

対象物から出てくる光は、対象物自体から発生することができるが、任意に異なる起点を有し、この起点から対象物に、続いて光センサに向かって伝搬することもできる。後者の場合は、例えば少なくとも１つの照明源を使用することによって行うことができる。照明源は、様々な方法で具体化することができる。したがって、照明源は、例えば、検出器ハウジング内の検出器の一部とすることができる。しかしながら、または代替的又は付加的に、少なくとも１つの照明源は、例えば別個の光源として、検出器ハウジングの外側に配置することもできる。照明源は、対象物とは別個に配置され、遠くから対象物を照らすことができる。代替的又は付加的に、照明源を対象物に接続することもできるし、対象物の一部とすることもでき、一例として、対象物から放射される電磁波を照明源によって直接生成することができる。一例として、少なくとも１つの照明源を対象物の上及び／又は内部に配置することができ、センサ領域が照射される電磁波を直接生成することができる。この照明源は、例えば、周囲光源であっても良いし、それを含んでいても良く、及び／又は人工照明源であっても良いし、又は含んでいても良い。一例として、少なくとも１つの赤外線エミッタ及び／又は可視光用の少なくとも１つのエミッタ及び／又は紫外線用の少なくとも1つのエミッタを対象物上に配置することができる。一例として、少なくとも１つの発光ダイオード及び／又は少なくとも１つのレーザダイオードを対象物の上及び／又は内部に配置することができる。照明源は、特に１つ又は複数の次の照明源を含むことができる。レーザ、特にレーザダイオード、原理的に、代替的又は付加的に、他のタイプのレーザも使用することができる。発光ダイオード、白熱灯、ネオンライト、火炎源、有機光源、特に有機発光ダイオード、構造化光源。代替的又は付加的に、他の照明源を使用することもできる。少なくとも多くのレーザの場合のように、ガウスビームプロファイルを有する１つ以上の光ビームを生成するように照明源を設計することが特に好ましい。任意の照明源の更なる潜在的な実施の形態については、特許文献１及び特許文献２のうちの１つを参照することができる。更に、他の実施の形態も実現可能である。

少なくとも１つの任意の照明源は、紫外スペクトル範囲、好ましくは２００ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲、可視スペクトル範囲（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）、赤外線スペクトル範囲、好ましくは７８０ｎｍ〜３．０μｍの範囲の少なくとも１つで光を発しても良い。最も好ましくは、少なくとも１つの照明源は、可視スペクトル範囲、好ましくは５００ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲、最も好ましくは６５０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲、又は６９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の光を放射するように適合される。本明細書では、照明源は、縦方向センサのスペクトル感度に関連し得るスペクトル範囲を示す場合に、特に、それぞれの照明源によって照射され得る縦方向センサが、高い強度を有するセンサ信号を提供し、それによって十分な信号対雑音比で高分解能の評価を可能にすることができることを保証することが特に好ましい。

本発明の更なる態様では、先の実施の形態の何れかによる少なくとも２つの検出器を含む構成が提案される。ここで、少なくとも２つの検出器は、同一の光学特性を有することが好ましいが、お互いに異なっていても良い。更に、装置は、少なくとも１つの照明源を更に備えることができる。ここで、少なくとも１つの対象物は、１次光を生成する少なくとも１つの照明源を使用することによって照明されても良い。ここで、少なくとも１つの対象物は、１次光を弾性的又は非弾性的に反射し、少なくとも２つの検出器の１つに伝搬する多数の光ビームを生成する。少なくとも１つの照明源は、少なくとも２つの検出器のそれぞれの構成部分を形成してもしなくても良い。一例として、少なくとも１つの照明源自体は、周囲光源であっても良いし、又はそれを含んでいても良く、及び／又は人工照明源であっても良く、又はそれを含んでいても良い。この実施の形態は、少なくとも２つの検出器、優先的に２つの同一の検出器は、深さ情報を取得するために、特に単一の検出器の固有の測定量を拡張する測定量を提供する目的で採用される応用に好ましく適している。

本発明の更なる態様では、ユーザと機械との間で少なくとも１つの情報項目を交換するためのヒューマンマシンインタフェースが提案される。提案されたヒューマンマシンインタフェースは、上述の１つ以上の実施の形態における上述の検出器、又は以下で更に詳細に述べるような上記の検出器を、１つ又は複数のユーザにより情報及び／又はコマンドを機械に提供するために使用することができるという事実を利用することができる。したがって、好ましくは、ヒューマンマシンインタフェースは、制御コマンドの入力に使用することができる。

ヒューマンマシンインタフェースは、上述した実施の形態の１つ以上による、及び／又は以下で更に詳細に開示される1つ以上の実施の形態による等、本発明による少なくとも１つの検出器を備える。ここで、ヒューマンマシンインタフェースは、検出器によってユーザの幾何学的情報の少なくとも１つの項目を生成するように設計され、ヒューマンマシンインタフェースは、少なくとも１つの情報項目、特に少なくとも１つの制御コマンドに、幾何学情報を割り当てるように設計される。

本発明の更なる態様では、少なくとも１つの娯楽機能を実行する娯楽装置が開示される。本明細書で使用される娯楽装置は、１人以上のユーザの余暇及び／又は娯楽の目的に役立つ装置であり、以下では１人以上のプレイヤーとも呼ばれる。一例として、娯楽装置は、ゲーム、好ましくはコンピュータゲームの目的を果たすことが可能である。付加的に又は代替的に、娯楽装置は、運動、スポーツ、理学療法又は運動追跡のような他の目的のために一般に使用されても良い。したがって、娯楽装置は、コンピュータ、コンピュータネットワーク又はコンピュータシステムに実装されても良く、又はコンピュータ、コンピュータネットワーク、又は１つまたは複数のゲームソフトウェアプログラムを実行するコンピュータシステムを備えても良い。

娯楽装置は、上述した実施の形態の1つ又は複数に従って、及び／又は以下に開示される１つ又は複数の実施の形態に従って、本発明による少なくとも１つのヒューマンマシンインタフェースを備える。娯楽装置は、少なくとも１つの情報項目がヒューマンマシンインタフェースを介してプレイヤー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いる。少なくとも１つの情報項目は、娯楽装置のコントローラ及び／又はコンピュータに送信されても良く、及び／又は使用されても良い。

本発明の更なる態様では、少なくとも１つの移動可能な対象物の位置を追跡するための追跡システムが提供される。本明細書で使用されるように、追跡システムは、少なくとも１つの対象物又は対象物の少なくとも一部の一連の過去の位置に関する情報を収集するように適合された装置である。更に、追跡システムは、少なくとも1つの対象物又は対象物の少なくとも一部の少なくとも１つの予測された未来の位置に関する情報を提供するように適合されても良い。追跡システムは、電子装置、好ましくは少なくとも1つのデータ処理装置、より好ましくは少なくとも1つのコンピュータ又はマイクロコントローラとして、完全に又は部分的に具現化された少なくとも1つのトラックコントローラを有することができる。ここでも、少なくとも1つのトラックコントローラは、少なくとも1つの評価装置を備えても良く、及び／又は少なくとも１つの評価装置の一部であっても良く、及び／又は完全に又は部分的に少なくとも１つの評価装置と同一であっても良い。

追跡システムは、上述した実施の形態のうちの1つ以上に開示、及び／又は以下の実施の形態の1つ以上に開示されるような、少なくとも１つの検出器等の本発明による少なくとも１つの検出器を備える。本明細書では、追跡システムは、少なくとも１つの大面積縦方向光センサ又は好ましくは少なくとも１つのピクセル化された光センサを有する１つ以上の検出器を備えることができる。ピクセル化された光センサを有する実施の形態は、ピクセル化された光センサの1つのピクセルによって１つ又は少数の対象物のみが追跡される場合に特に有用であり得る。上述したように、本明細書に記載のピクセル化光センサは、特に、背景に関連する基準信号を決定することを可能にし、したがって、対象物に関連する特徴が容易に追跡されるように実際の信号の正しい解釈を容易にする。この特徴は、かなり高い全照明強度を示す場面の観察において特に有利であり得る。

追跡システムは、更に少なくとも１つのトラックコントローラを備える。追跡システムは、1つ以上の検出器、特に２つ以上の同一の検出器を備え、２つ以上の検出器の間の重なり合う体積における少なくとも１つの対象物に関する深度情報の信頼できる取得を可能にする。トラックコントローラは、対象物の一連の位置を追跡するように構成され、各位置は、特定の時点における対象物の位置に関する少なくとも1つの情報項目を含む。

追跡システムは、対象物に接続可能な少なくとも１つのビーコン装置を更に備えても良い。ビーコン装置の潜在的な定義については、特許文献２を参照することができる。追跡システムは、検出器が少なくとも１つのビーコン装置の対象物の位置に関する情報を生成するように、特に、特定のスペクトル感度を示す特定のビーコン装置を有する対象物の位置に関する情報を生成するように好ましく適合されている。したがって、異なるスペクトル感度を示す複数のビーコンは、本発明の検出器によって、好ましくは同時に追跡されても良い。ここで、ビーコン装置は、完全に又は部分的に、能動ビーコン装置及び／又は受動ビーコン装置として具現化されても良い。一例として、ビーコン装置は、検出器に伝送される少なくとも１つの光ビームを生成するように適合された少なくとも１つの照明源を備えることができる。付加的に又は代替的に、ビーコン装置は、照明源によって生成された光を反射し、それによって検出器に伝送される反射光ビームを生成するように構成された少なくとも１つの反射器を備えることができる。

本発明の更なる態様では、少なくとも１つの対象物を撮像するためのカメラが開示される。カメラは、上述した実施の形態の1つ以上に開示されるか、又は以下で更に詳細に説明されるように、本発明による少なくとも１つの検出器を備える。したがって、検出器は、写真装置、具体的にデジタルカメラの一部であっても良い。具体的には、検出器は、３Ｄ写真撮影、特にデジタル３Ｄ写真撮影に使用することができる。したがって、検出器はデジタル３Ｄカメラを形成しても良く、又はデジタル３Ｄカメラの一部であっても良い。本明細書で使用される用語“写真撮影”は、一般に、少なくとも１つの対象物の画像情報を取得する技術を指す。本明細書で更に使用される“カメラ”は、一般に写真撮影を行うように適合された装置である。本明細書で更に使用される用語“デジタル写真”は、一般に、照明強度、好ましくはデジタル電気信号を示す電気信号を生成するように適合された複数の感光素子を使用することによって少なくとも１つの物体の画像情報を取得する技術を指す。本明細書で更に使用される用語“３Ｄ写真撮影”は、一般に、３つの空間次元で少なくとも1つの対象物の画像情報を取得する技術を指す。したがって、３Ｄカメラは、３Ｄ写真撮影を行うのに適した装置である。カメラは、一般に、単一の３Ｄ画像等の単一の画像を取得するように構成されても良く、又は一連の画像等の複数の画像を取得するように構成されても良い。したがって、カメラは、デジタルビデオシーケンスを取得するため等、ビデオアプリケーションに適合したビデオカメラであっても良い。

したがって、一般に、本発明は更に、少なくとも１つの対象物を撮像するためのカメラ、具体的にはデジタルカメラ、より具体的には３Ｄカメラ又はデジタル３Ｄカメラを指す。上で概説したように、本明細書で使用される用語、イメージングは、一般に、少なくとも１つの対象物の画像情報を取得することを指す。カメラは、本発明による少なくとも１つの検出器を有する。上述のように、カメラは、単一の画像を取得するため、又は好ましくはデジタルビデオシーケンスを取得するための画像シーケンスのような複数の画像を取得するように適合されても良い。したがって、一例として、カメラはビデオカメラであっても良いし、ビデオカメラを備えていても良い。後者の場合、カメラは、画像シーケンスを記憶するためのデータメモリを有することが好ましい。

本発明の更なる態様では、少なくとも１つの対象物の位置を決定する方法が開示される。この方法は、上で開示された、又は以下で更に詳細に開示される１つ以上の実施の形態による少なくとも１つの検出器等の、本発明による少なくとも１つの検出器を好ましく利用することができる。したがって、本方法の任意の実施の形態について、検出器の様々な実施の形態の記載を参照することができる。

この方法は、以下のステップを有し、これらのステップは、所定の順序で、又は異なる順序で実行されても良い。更に、列挙されていない付加的な方法ステップが提供されても良い。更に、方法ステップの２つ以上又は更に全ては、同時に、少なくとも部分的に実行されても良い。更に、方法ステップの２つ以上、又は全てを、２回又は２回以上繰り返して実行することができる。

本発明による方法は、以下の工程を含む。

−少なくとも１つの縦方向光センサを使用することによって、少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成する工程。ここで、縦方向センサ信号は、変調された光ビームによる縦方向光センサのセンサ領域の照明に依存し、縦方向センサ信号は、照明の全パワーが同じである場合、センサ領域内の変調された光ビームのビーム横断面及び照明の変調の変調周波数に依存し、縦方向センサ信号は、第１の成分及び第２の成分を有し、第１の成分は、変調された光ビームの変調の変化に対する縦方向光センサの応答に依存し、第２の成分は、照明の全パワーに依存し、及び、
−縦方向センサ信号から第１の成分及び第２の成分を導出することによって、縦方向光センサの縦方向センサ信号を評価する鋼手。ここで、対象物の縦方向位置に関する情報の項目は、第１の成分及び第２の成分を用いて決定される。

ここで、対象物の縦方向位置に関する情報項目は、特に、第２の成分を用いて第１の成分を正規化することにより決定することができる。本発明による方法に関する更なる詳細については、上記及び／又は以下に提供される光検出器の記載を参照することができる。

本発明の更なる態様では、本発明による検出器の使用が開示される。ここでは、対象物の位置、特に深さを決定する目的で検出器を使用することが提案されており、特には、以下に示すもので成る群から選択される使用の目的のためである。距離測定、特に交通技術における距離測定、位置測定、特に交通技術における位置測定、エンターテイメントアプリケーション、セキュリティアプリケーション、ヒューマンマシンインタフェースアプリケーション、追跡アプリケーション、写真アプリケーション、撮像アプリケーション又はカメラアプリケーション、少なくとも1つの空間のマップを生成するマッピングアプリケーション。

光検出器、方法、ヒューマンマシンインタフェース、娯楽装置、追跡システム、カメラ及び検出器の様々な用途の更なる潜在的な詳細に関して、特に、転送装置、縦方向光センサ、評価装置、及び適用可能であれば、横方向光センサ、変調装置、照明源及び撮像装置に関して、具体的には潜在的な材料、設定及び更なる詳細に関して、 特許文献１、US2002/206336 A1、特許文献２及びUS2014/291480 A1を参照することが可能であり、これらの全ての内容は、参照により本明細書に含まれている。

上述の検出器、方法、ヒューマンマシンインタフェース及び娯楽装置並びに提案された用途は、従来技術に対してかなりの利点を有する。したがって、一般に、空間における少なくとも１つの対象物の位置を正確に決定するための簡単で効率的な検出器を提供することができる。ここでは、一例として、対象物又はその一部の３次元座標を、曖昧さを伴うことなく、迅速かつ効率的な方法で決定することができる。

当該技術分野で知られている装置と比較して、提案された検出器は、特に検出器の光学的セットアップに関して高度の単純化を提供する。したがって、原理的には、実際の信号に関連する第１の成分とセンサ領域の照明の全パワーに関係する第２の成分とを含む縦方向センサ信号を受信するように適合された適切な評価装置と共に、縦方向光センサのセンサ領域に入射する変調された光ビームを生成する変調装置を使用すること、及びそれから第１の成分と第２の成分を決定することは、曖昧さを伴うことなく信頼できる高精度位置検出には十分である。特に単一の縦方向光センサ又は単一のピクセル化された光センサ、及び単一の横方向光センサ等の単一のＦｉＰセンサのみの使用の可能性ゆえに、高精度測定の可能性と組み合わされて、この高度の単純さは、ヒューマンマシンインタフェース、より好ましくは、ゲーム及び追跡等の機械制御に特に適している。したがって、多数のゲーム及び追跡目的のために使用され得るコスト効率の良い娯楽装置が提供され得る。

要約すると、本発明の文脈において、以下の実施の形態が特に好ましいとみなされる。

実施の形態１：少なくとも１つの対象物の光学的検出のために検出器であって、以下を有する検出器。

−少なくとも１つの変調装置。ここで、変調装置は、対象物から検出器まで伝搬する少なくとも１つの変調された光ビームを生成することができる。

−少なくとも一つの縦方向光センサ。ここで、縦方向光センサは、少なくとも１つのセンサ領域を有し、縦方向光センサは、変調された光ビームによるセンサ領域の照明に依存する態様で少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計されており、縦方向光センサ信号は、照明の全パワーが同じ場合、センサ領域内の変調された光ビームのビーム断面と照明の変調の変調周波数に依存し、長手方向センサ信号は、第１の成分と第２の成分を有し、第１の成分は、変調された光ビームの変調の変化に対する縦方向光センサの応答に依存し、第２の成分は、照明の全パワーに依存する。そして、
−少なくとも１つの評価装置。ここで、評価装置は、縦方向センサ信号から第１の成分及び第２の成分を導出することによって対象物の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するように設計されており、対象物の縦方向の位置に関する情報の項目は、第１の成分及び第２の成分に依存する。

実施の形態２：先の実施の形態による検出器。ここで、対象物の縦方向位置に関する情報の項目は、第２の成分を使用することにより第１の成分を正規化することを含む。

実施の形態３：先の実施の形態の何れか１つによる検出器。ここで、検出器は、単一の大面積縦方向光センサ又は単一のピクセル化光センサを有する。

実施の形態４：先の実施の形態による検出器。ただし、評価装置は、縦方向センサ信号の第２の成分を使用することにより、第１の成分を正規化することによって、変調された光ビームの直径を決定するように適合されている。

実施の形態５：先の実施の形態による検出器。ここで、評価装置は、第１の成分から、好ましくは、変調された光ビームの伝搬方向における少なくとも１つの伝搬座標上の変調された光ビームのビーム径の既知の依存性、及び／又は変調された光ビームの既知のガウス分布から導出された変調された光ビームの直径を、第２の成分から導出された変調された光ビームの既知のビーム特性と比較するように更に適合されている。

実施の形態６：先の実施の形態の何れか１つによる検出器。ここで、第１の成分は、変調の変化に対する応答内の縦方向センサ信号の少なくとも１つの時間的変化に関連している。

実施の形態７：先の実施の形態による検出器。ここで、第１の成分は、変調の変化に対する応答内の縦方向センサ信号の立ち上がり時間及び立ち下がり時間の少なくとも１つに関連している。

実施の形態８：先の２つの実施の形態の何れか１つによる検出器。ここで、第２の成分は、照明の全パワーの変動に対する応答の少なくとも一部をカバーする時間間隔に亘る縦方向センサ信号の積分に関連する。

実施の形態９：先の実施の形態の何れか１つによる検出器。ここで、変調装置は、変調された光ビームの強度を周期的に変調するように適合され、それにより、変調された光ビームの強度に対する繰り返し周期が生成される。

実施の形態１０：先の実施の形態による検出器。ここで、変調は、方形変調、三角変調、又は正弦変調である。

実施の形態１１：先の実施の形態の何れか１つによる検出器。ここで、第１の成分は、変調の反復周期の少なくとも1つの周期内の縦方向センサ信号の立ち上がり時間及び立ち下がり時間の少なくとも１つに関連する、

実施の形態１２：先の実施の形態による検出器。ここで、第２の成分は、変調の反復周期の少なくとも1つに亘る縦方向センサ信号の積分に関連する、

実施の態様１３：先の実施の形態の何れか１つによる検出器。ここで、評価装置は、縦方向センサ信号の第２の成分から第１の成分を分離することによって対象物の縦方向位置に関する情報の項目を決定するように適合されている、

実施の形態１４：先の実施の形態による検出器。ここで、評価装置は、縦方向センサ信号を少なくとも２つの別々の信号に分割するための少なくとも１つの信号スプリッタを更に備える。

実施の形態１５：先の実施の形態の何れか１つによる検出器。ここで、評価装置は、第１の成分を導出するための少なくとも１つの第１の処理ユニットと、縦方向センサ信号の第２の成分を導出するための少なくとも１つの第２の処理ユニットとを備える。

実施の形態１６：先の実施の形態による検出器。ここで、第１の処理ユニットは、第１の成分を導出するための少なくとも１つのハイパスフィルタを有し、第２の処理ユニットは、縦方向センサ信号の第２の成分を導出するための少なくとも１つのローパスフィルタを有する。

実施の形態１７：先の３つの実施の形態の何れか１つによる検出器。ここで、評価装置は、縦方向センサ信号又はその一部を増幅するように適合された少なくとも１つの増幅器を更に備える。

実施の形態１８：先の実施の形態の何れかによる検出器。ここで、少なくとも１つの縦方向光センサは透明光センサである。

実施の形態１９：先の実施の形態の何れかによる検出器。ここで、縦方向光センサのセンサ領域がちょうど１つの連続センサ領域であり、縦方向センサ信号がセンサ領域全体の均一センサ信号である。

実施の形態２０：先の実施の形態の何れかによる検出器。ここで、縦方向光センサのセンサ領域は、センサ領域であるか又はセンサ領域を含み、センサ領域は、それぞれの装置の表面によって形成され、表面が対象物を向いている又は対象物から離れた方向を向いている。

実施の形態２１：先の実施の形態の何れかによる検出器。ここで、縦方向光検出器は、センサ領域の少なくとも一部の電気抵抗又は導電率を測定することの１つ以上によって縦方向センサ信号を生成するように適合されている。

実施の形態２２：先の実施の形態による検出器。ここで、光検出器は、少なくとも1つの電流電圧測定及び／又は少なくとも1つの電圧電流測定を実施することによって縦方向センサ信号を生成するように適合されている。

実施の形態２３：先の実施の形態の何れかによる検出器。ここで、検出器は、少なくとも２つの縦方向光センサを有し、縦方向光センサは積み重ねられている。

実施の形態２４：先の実施の形態による検出器。ここで、縦方向光センサは、縦方向光センサスタックを形成し、縦方向光センサのセンサ領域が光軸に対して垂直に配向されている。

実施の形態２５：先の２つの実施の形態の何れかによる検出器。ここで、縦方向光センサは、対象物からの変調された光ビームが全ての縦方向光センサを好ましくは順次照射するように配置され、少なくとも1つの縦方向センサ信号は、各々の縦方向光センサにより生成される。

実施の形態２６：先の実施の形態の何れか1つによる検出器。ここで、検出器は、少なくとも１つの照明源を更に有する。

実施の形態２７：先の実施の形態による検出器。ここで、照明源は、対象物に少なくとも部分的に接続され、及び／又は対象物と少なくとも部分的に同一である照明源から選択され、照明源は、対象物を少なくとも部分的に一次放射線で照射するように設計されている。

実施の形態２８：先の実施の形態による検出器。ここで、変調された光ビームは、対象物上の一次放射線の反射及び／又は一次放射線により刺激された対象物自体による光放射によって生成される。

実施の形態２９：先の実施の形態による検出器。ここで、縦方向光センサのスペクトル感度は、照明源のスペクトル範囲によってカバーされている。

実施の形態３０：先の４つの実施の形態の何れかによる検出器。ここで、変調装置は、照明源を変調するように適合されている。

実施の形態３１：先の実施の形態の何れか１つによる検出器。ここで、検出器は、少なくとも１つの横方向光センサを更に備え、横方向光センサは、対象物から検出器まで伝搬する変調された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、検出器の光軸に垂直な少なくとも１つの次元内の位置であり、横方向光センサは、少なくとも1つの横方向センサ信号を生成するように適合され、評価装置は、横方向センサ信号を評価することにより対象物の横方向位置に関する情報の少なくとも１つ項目を生成するように更に設計されている。

実施の形態３２：先の実施の形態による検出器。ここで、横方向光センサは、少なくとも１つの第１の電極、少なくとも１つの第２の電極、及び透明導電性酸化物の２つの別々の層の間に埋め込まれた少なくとも1つの光導電性材料を有する光検出器であり、横方向光センサは、センサ領域を有し、第１の電極及び第２の電極は、透明導電性酸化物の層の1つの異なる位置に適用され、少なくとも１つの横方向センサ信号は、センサ領域内にある変調された光ビームの位置を示す。

実施の形態３３：先の２つの実施の形態の何れかによる検出器。ここで、少なくとも１つの横方向光センサは、透明な横方向光センサである。

実施の形態３４：先の３つの実施の形態の何れかによる検出器。ここで、横方向光センサのセンサ領域は、横方向光センサの表面によって形成され、表面は、対象物の方を向いているか、又は対象物から離れた方向を向いている。

実施の形態３５：先の4つの実施の形態の何れかによる検出器。ここで、第１の電極及び／又は第２の電極は、少なくとも２つの部分電極を有する分割電極である。

実施の形態３６：先の実施の形態による検出器。ここで、検出器は、少なくとも４つの部分電極が提供される。

実施の形態３７：先の２つの実施の形態の何れか１つによる検出器。ここで、部分電極を通る電流は、センサ領域内の変調された光ビームの位置に依存する。

実施の形態３８：先の実施の形態による検出器。ここで、横方向光センサは、部分電極を通る電流に従って横方向センサ信号を生成するように適合されている。

実施の形態３９：先の２つの実施の形態の何れかによる検出器。ここで、検出器、好ましくは横方向光センサ及び／又は評価装置は、対象物の横方向位置に関する情報を、部分電極を流れる電流の少なくとも１つの比から導出するように適合されている。

実施の形態４０：先の９つの実施の形態の何れかによる検出器。ここで、少なくとも１つの横方向光センサは透明光センサである。

実施の形態４１：先の１０つの実施の形態の何れかによる検出器。ここで、横方向光センサ及び縦方向光センサは、光軸に沿って積み重ねられ、光軸に沿って進む変調された光ビームは、横方向光センサ及び少なくとも２つの縦方向光センサの両方に入射する。

実施の形態４２：先の実施の形態による検出器。ここで、変調された光ビームは、続いて横方向光センサ及び少なくとも１つの縦方向光センサを通過するか、又はまたはその逆である。

実施の形態４３：先の実施の形態による検出器。ここで、変調された光ビームは、少なくとも１つの縦方向光センサに入射する前に、少なくとも１つの横方向光センサを通過する。

実施の形態４４：先の１３の実施の形態の何れかによる検出器。ここで、横方向センサ信号は、電流及び電圧又はそれらの導出された任意の信号から成る群から選択される。

実施の形態４５：先の実施の形態の何れかによる検出器。ここで、検出器は、少なくとも１つの転送装置を更に有する。

実施の形態４６：先の実施の形態による検出器。ここで、変調装置は、転送装置を変調するように適合されている。

実施の形態４７：先の実施の形態の何れか１つによる検出器。ここで、検出器は、少なくとも１つの撮像装置を更に有する。

実施の形態４８：先の実施の形態による検出器。ここで、撮像装置は、対象物から最も離れた位置に配置される。

実施の形態４９：先の２つの実施の形態の何れかによる検出器。ここで、変調された光ビームは、撮像装置を照射する前に少なくとも１つの縦方向光センサを通過する。

実施の形態５０：先の３つの実施の形態の何れかによる検出器。ここで、撮像装置はカメラを有する。

実施の形態５１：先の４つの実施の形態の何れか１による検出器。ここで、撮像装置は、無機カメラ、モノクロームカメラ、多色カメラ、フルカラーカメラ、ピクセル化された無機チップ、ピクセル化された有機カメラ、ＣＣＤチップ、好ましくは多色ＣＣＤチップ又はフルカラーＣＣＤチップ、ＣＭＯＳチップ、ＩＲカメラ、ＲＧＢカメラの少なくとも１つを有する。

実施の形態５２：先の実施の形態の何れかによる少なくとも２つの検出器を有する配置。

実施の形態５３：先の２つの実施の形態の何れかによる配置。ここで、配置は、少なくとも１つの照明源を更に備える。

実施の形態５４：ユーザと機械との間の情報の少なくとも１つの項目を交換するための、特に制御コマンドを入力するためのヒューマンマシンインタフェース。ここで、ヒューマンマシンインタフェースは、検出器に関する先の実施の形態の何れかによる少なくとも１つの検出器を有し、ヒューマンマシンインタフェースは、検出器によってユーザの幾何学情報の少なくとも1つの項目を生成するように設計され、ヒューマンマシンインタフェースは、少なくとも１つの情報の項目、特に少なくとも1つの制御コマンドを幾何学的情報に割り当てるように設計されている。

実施の形態５５：先の実施の形態によるヒューマンマシンインタフェース。ここで、ユーザの幾何学情報の少なくとも１つの項目は、ユーザの身体の位置、ユーザの身体部分の少なくとも１つの位置、ユーザの身体の方位、ユーザの身体部分の少なくとも１つの方位から成る群から選択される。

実施の形態５６：先の２つの実施の形態によるヒューマンマシンインタフェース。ここで、ヒューマンマシンインタフェースは、ユーザに接続可能な少なくとも１つのビーコン装置を更に備え、ヒューマンマシンインタフェースは、検出器が、少なくとも１つのビーコン装置の位置に関する情報を生成することができる。

実施の形態５７：先の実施の形態によるヒューマンマシンインタフェース。ここで、ビーコン装置は、検出器に伝送される少なくとも１つの変調された光ビームを生成するように適合された少なくとも１つの照射源を有する。

実施の形態５８：先の実施の形態によるヒューマンマシンインタフェース。ここで、ビーコン装置内の少なくとも１つの照明源は、変調された照明源を有する。

実施の形態５９：少なくとも１つの娯楽機能、特にゲームを実行する娯楽装置。ここで、娯楽装置は、ヒューマンマシンインタフェースに言及する先の実施の形態の何れかによる少なくとも１つのヒューマンマシンインタフェースを有し、娯楽装置は、少なくとも１つの情報の項目がヒューマンマシンインタフェースによりプレイヤーによって入力されることを可能にするように設計され、娯楽装置は、情報に従って娯楽機能を変更するように設計される。

実施の形態６０：少なくとも１つの移動可能な対象物の位置を追跡するための追跡システム。ここで、追跡システムは、検出器に言及する先の実施の形態の何れかによる少なくとも１つの検出器を有し、追跡システムは、少なくとも１つのトラックコントローラを更に有し、トラックコントローラは、特定の時点で対象物の位置に関する情報の少なくとも１つの項目をそれぞれが含む、対象物の一連の位置を追跡するように適合されている。

実施の形態６１：先の実施の形態による追跡システム。ここで、追跡システムは、対象物に接続可能な少なくとも１つのビーコン装置を更に有し、追跡システムは、少なくとも１つのビーコン装置の対象物の位置に関する情報を生成するように適合されている。

実施の形態６２：先の２つの実施の形態の何れか１つによる追跡システム。ここで、追跡システムの少なくとも１つのっ検出器は、少なくとも１つのピクセル化された光センサを有する。

実施の形態６３：少なくとも１つの対象物を撮像するためのカメラ。ここで、カメラは、検出器に言及する先の実施の形態の何れか1つによる少なくとも１つの検出器を有する。

実施の形態６４：特に、検出器に関する先の実施の形態の何れかによる検出器を使用する少なくとも1つの対象物の光学的検出のための方法であって、以下のステップを有する。

−少なくとも１つの縦方向光センサを使用することによって少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成する工程。ここで、縦方向センサ信号は、変調された光ビームによる縦方向光センサのセンサ領域の照明に依存し、縦方向センサ信号は、照明の全パワーが同じである場合、センサ領域内の変調された光ビームのビーム断面及び照明の変調の変調周波数に依存し、縦方向センサ信号は、第１の成分及び第２の成分を有し、第１の成分は、変調された光ビームの変調の変化に対する縦方向光センサの応答に依存し、第２の成分は、照明の全パワーに依存し、及び、
−縦方向センサ信号から第１の成分及び第２の成分を導出することによって、縦方向光センサの縦方向センサ信号を評価する工程。ここで、対象物の縦方向位置に関する情報の項目は、第１の成分及び第２の成分を使用することによって決定される。

実施の形態６５：先の実施の形態による方法。ここで、対象物の縦方向位置に関する情報の項目を決定することは、第２の成分を使用して第１の成分を正規化することを含む。

実施の形態６６：位置、特に対象物の深さを決定する目的で、検出器に関する先の実施の形態の何れかによる検出器の使用。

実施の形態６７：距離測定、特に交通技術における距離測定、位置測定、特に交通技術における位置測定、エンターテイメントアプリケーション、セキュリティアプリケーション、ヒューマンマシンインタフェースアプリケーション、追跡アプリケーション、写真アプリケーション、撮像アプリケーション又はカメラアプリケーション、少なくとも１つの空間のマップを生成するマッピングアプリケーションから成る群から選択される使用の目的のための、先の実施の形態による検出器の使用。

本発明の更なる任意の詳細及び特徴は、従属の請求項と共に、続く好ましい例示的な実施の形態の説明から明らかである。この文脈では、特定の特徴は、単独で、又は特徴を組み合わせて実装することができる。本発明は、例示的な実施の形態に限定されない。例示的な実施の形態は図に概略的に示されている。各図における同一の参照符号は、同一の要素、又は同一の機能を有する要素、又はそれらの機能に関して互いに対応する要素を指す。

少なくとも１つの縦方向光センサを有する本発明による光検出器の例示的な実施の形態を示す。 縦方向光センサが焦点位置にある第１の場合と、縦方向光センサがデフォーカス位置にある第２の場合の縦方向センサ信号の時間的変化を示す実験的ダイアグラムを表わす。両方の場合において、縦方向センサ信号は、第１の成分と第２の成分を含む。 縦方向センサ信号から第１の成分及び第２の成分をそれぞれ導出するための評価装置内で使用される例示的な信号処理ユニットのブロック図を示す。 本発明による光検出器をそれぞれ備える光検出器及び検出器システム、ヒューマンマシンインタフェース、娯楽装置、追跡システム、及びカメラの例示的な実施の形態を示す。

図１は、少なくとも１つの対象物１１２の位置を決定するための、本発明の光検出器１１０の例示的な実施の形態の概略図である。このため、光検出器１１０は、少なくとも１つの縦方向光センサ１１４を備え、この縦方向光センサ１１４は、この特定の実施の形態では、検出器１１０の光軸１１６に沿って配置されている。具体的には、光軸１１６は、光センサ１１４のセットアップの対称軸及び／又は回転軸であっても良い。縦方向光センサ１１４は、検出器１１０のハウジング１１８内に配置することができる。更に、少なくとも１つの転送装置１２０は、好ましくは屈折レンズ１２２及び／又は凸面鏡を備えることができる。ハウジング１１８の開口部１２４は、特に、光軸１１６に関して同心円状に配置することができ、好ましくは検出器１１０の視野方向１２６を規定する。

光軸１１６と平行又は逆平行の方向を縦方向とし、光軸１１６に垂直な方向を横方向とする座標系１２８を定義することができる。図１に符号をもって示されている座標系１２８では、縦方向がｚで示され、横方向がそれぞれｘ及びｙで示されている。しかし、他のタイプの座標系１２８も実現可能である。

更に、縦方向光センサ１１４は、光ビーム１３２によるセンサ領域１３０の照明に依存する態様で、少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計されている。したがって、ＦｉＰ効果によれば、縦方向センサ信号は、照明の全パワーが同じである場合、以下で更に詳細に説明するように、それぞれのセンサ領域１３０における光ビーム１３２のビーム断面に依存する。

本発明によれば、対象物から検出器へ伝搬する光ビーム１３２は、変調された光ビーム１３４である。ここで、変調された光ビーム１３４の変調は、変調装置１３６によって生成される。変調装置１３６は、変調された光ビーム１３４を生成するために、変調周波数１３８を有する少なくとも１つの変調をもたらすものである。図１に示されているこの特定の例では、変調装置１３６は、周囲光源及び／又は人工光源、特に発光ダイオード１４２等の照明源１４０を変調することによって、照明源１４０が変調された照明源１４４として機能するように、少なくとも１つの変調された光ビーム１３４を提供する。ここで、変調された照明源１４４により放射される放射光ビーム１４６は、対象物１１２の少なくとも一部を照射する。したがって、縦方向光センサ１１４のセンサ領域１３０に入射する変調された光ビーム１３４は、変調された照明源１４４により放射された放射光ビーム１４６が縦方向センサ１１４のセンサ領域１３０の方向に反射することによって、好ましくは光軸１１６に沿って開口部１２４を介して光検出器１１０のハウジング１１８に入ることによって生成する。

しかしながら、照明源１４０と対象物１１２との間、及び／又は対象物１１２と縦方向光センサ１１４との間のビーム経路内に変調された光ビーム１３４を生成するための他の実施の形態（ここでは図示していない）も実現可能である。一例として、対象物１１２は、変調された光ビーム１３４を直接放射することができる変調された照明源１４４、特に発光ダイオード１４２であっても良く、又はこれを含んでも良い。代替的に又はそれに加えて、転送装置１２０、好ましくは、屈折レンズ１２２は、変調された光ビーム１３４を生成することができる態様で、入射光ビーム１３２を変調することができるように構成された変調転送装置１４８であっても良い。

変調された光ビーム１３４を生成するために選択された特定の実施の形態とは無関係に、変調周波数１３８を有する少なくとも1つの変調を提供する変調装置１３６は、本発明による光検出器１１０の一部を構成する。ここで、変調装置１３６は、光検出器１１０内の別個の装置であっても良いが、照明源１４０、変調転送装置１４８、対象物１１２に、又は図１に例示的に示すように、評価装置１５０に少なくとも部分的に統合することができる。

評価装置１５０は、一般に、縦方向光センサ１１４のセンサ信号を評価することによって、対象物１１２の位置に関する少なくとも１つの情報の項目を生成するように設計されている。この目的のために、評価装置１５０は、センサ信号を評価するために、縦方向評価ユニット１５２（記号“z”で示している）によって象徴的に示される１つ以上の、電子機器、及び／又は１つ以上のソフトウェアコンポーネントを含むことができる。以下でより詳細に説明するように、評価装置１５０は、縦方向光センサ１１４の縦方向センサ信号を特定の方法で評価することによって、対象物１１２の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を決定するように適合されていても良い。

一般的に、評価装置１５０は、データ処理装置１５４の一部であっても良く、及び／又は１つ以上のデータ処理装置１５４を備えても良い。評価装置１５０は、ハウジング１１８に完全に又は部分的に組み込まれても良く、及び／又は１つ以上の信号リード線１５６等によって、縦方向光センサ１１４に無線又は有線結合方式で電気的に接続される別個の装置として、全体的に又は部分的に具体化されても良い。評価装置１５０は、１つ以上の追加構成要素を更に備えても良い。それは、例えば、1つ以上の電子ハードウェアコンポーネント、及び／又は１つ以上のソフトウェアコンポーネント、１つ以上の測定ユニット及び／又は１つ以上の評価ユニット及び／又は１つ以上の制御ユニット（ここでは図示していない）等である。

上述したように、照明の全パワーが等しい場合、光ビーム１３２が入射する時に縦方向光センサ１１４によって提供される縦方向センサ信号は、センサ領域１３０における変調した光ビーム１３４の特性に依存する。すなわち、センサ領域における光ビーム１３２のビーム断面と、照明の変調の変調周波数１３８との両方に依存する。本発明によれば、縦方向センサ信号は、第１の成分と第２の成分を含み、第１の成分は、光ビーム１３２の変調の変化に対する縦方向光センサの応答に依存し、第２の成分は、照明の全パワーに依存する。結果として、評価装置１５０は、縦方向センサ信号から第１の成分及び第２の成分を導出することによって、対象物１１２の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するように設計される。

この目的のために、評価装置１５０は、信号リード線１５６を介して縦方向光センサ１１４によって提供される縦方向センサ信号の第１の成分及び第２の成分の両方を更に処理するための適切な手段を備えることができる。このように、第１の成分と第２の成分の両方を、適切な検出手段を採用することによって、検出可能にすることは適切であり得る。当該適切な検出手段は、第２の成分から第１の成分を区別することができる少なくとも１つの特定の特性を識別するように特に適合される。特定の特性は、縦方向光信号内のそれぞれの成分の時間的な変化の速度等である。ここで、上述の検出手段は、特にこの目的のために構成することができる単一のユニット（ここには図示していない）を含むことができる。

図１に概略的に示すように、評価装置１５０は、縦方向センサ信号の第１の成分をその同じ縦方向センサ信号の第２の成分から分離することによって、対象物１１２の縦方向位置に関する所望の情報項目を決定するように適合されても良い。この目的のために、評価装置１５０は、評価装置１５０が受信した縦方向センサ信号を、評価装置１５０で更に処理され得る２つの別々の信号に分割するように適合された少なくとも１つの信号スプリッタ１５８を備えることができる。ここで、信号スプリッタ１５８は、縦方向センサ信号を２つの部分信号に分割するように構成することができ、第１の部分信号は、第１の成分を決定するために使用し、第２の部分信号は、縦方向センサ信号の第２の成分を決定するために用いることができる。しかし、信号を連続的に分割する等、他の手順も実行可能である。

結果として、評価装置１５０は、縦方向センサ信号の第１の成分を更に処理するための第１の処理ユニット１６０と、縦方向センサ信号の第２の成分を更に処理するための第２の処理ユニット１６２とを備えることができる。ここで、第１の処理ユニット１６０は、第１の成分を縦方向センサ信号の第２の成分から区別することができる少なくとも１つの特定の特性を評価するように特に適合された手段を備えることができる。同様に、第２の処理ユニット１６２は、第２の成分を縦方向センサ信号の第１の成分から区別することができる少なくとも１つの特定の特性を評価するように特に適合された手段を備えることができる。第１の処理ユニット１６０と第２の処理ユニット１６２の両方を実現するための好ましい実施の形態を図３に示す。

更に、評価装置１５０は、縦方向センサ信号又はその一部、すなわち、評価装置１５０（図１に示す）により受信された縦方向センサ信号、しかし信号スプリッタ１５８により生成された２つの部分信号の１つ又は両方を、特に第１の処理ユニット１６０及び／又は第２の処理ユニット１６２において、それぞれそれらの更なる処理の前及び／又は後に、しかしまた縦方向評価装置ユニット１５２の前又は後で、増幅するように適合し得る１つ以上の増幅器１６４を備えても良い。

光検出器１１０は、直線ビーム経路又は傾斜ビーム経路、角度付きビーム経路、分岐ビーム経路、偏向又は分割ビーム経路、又は他のタイプのビーム経路を有しても良い。更に、光ビーム１３２は、各ビーム経路又は部分ビーム経路に沿って１回又は反復的に一方向又は双方向に伝搬することができる。これにより、上に列挙した構成要素又は以下で更に詳細に列挙する任意の更なる構成要素を、縦方向光センサ１１４の前に及び／又は縦方向光センサ１１４の後ろに完全に又は部分的に配置することができる。

図２は、図１に示すような縦方向光センサ１１４の縦方向センサ信号が、変調された照明装置１４４、特に発光ダイオード１４２によって生成される変調された光ビーム１３４によって照射されるときの、時間１７０に対する出力電圧１６８の変化を示す実験的ダイアグラム１６６を表す。この特定の例では、図２は、第１の曲線１７２と第２の曲線１７４とを含み、第１の曲線１７２は、縦方向光センサ１１４が焦点位置にある第１の場合の縦方向センサ信号を示し、例えば、縦方向光センサ１１４は、図１に示す実施の形態では、転送装置１２０、好ましくは反射レンズ１２２によって生成されるような少なくとも１つの焦点又はその近傍の位置で変調ビーム１３４内に配置される。同様に、第２の曲線１７４は、縦方向光センサ１１４がデフォーカス位置にある第２の場合の縦方向のセンサ信号を示し、例えば、縦方向光センサ１１４は、図１に概略的に示すように、転送装置１２０、好ましくは反射レンズ１２２によって生成されるような少なくとも１つの焦点の外側の位置で変調ビーム１３４内に配置される。

更に図２は、時間１７に対する変調された光ビーム１３４の強度又は振幅１７６の変化を概略的に示す。図２から、変調された光ビーム１３４は、方形変調１７８を含む変調形状を有することが導かれ得る。ここで、図２は、縦方向光センサ１１４を刺激する方形変調１７８の単一周期のみを示している。ここで、この期間は、続いて、好ましくは、同じ方法で、又は代替的に修正された方法で繰り返されても良い。この特定の例では、変調された光ビーム１３４の振幅１７６は、ここでは約０．２６８秒に等しい時間ｔ_１の第１のポイントまで、実質的に０Ｖに等しいが、０Ｖを上回る又は下回る値を得ることができる第１の一定振幅１８０を示す。方形変調１７８の固有の特性によれば、変調された光ビーム１３４の振幅１７６は、瞬間的に、第１の時点ｔ_１で約１．９Ｖに等しい第２の一定振幅１８２まで増加する。その後、変調された光ビーム１３４の振幅１７６は、約０．３３５秒の第２の時点ｔ_２まで、第２の一定振幅１８２に留まり、変調された光ビーム１３４の振幅１７６は、再び方形変調１７８の固有の特性に従い、瞬時に第１の一定振幅１８０に減少する。上述のように、方形変調１７８に含まれる瞬時変動は、縦方向光センサ１１４に対する特定の外部影響として説明することができる。

図２から更に導き出すことができるように、縦方向センサ信号は、縦方向光センサ１１４に入射する変調された光ビーム１３４の変調の上述の変化に対する縦方向光センサ１１４の応答に依存する。ここに例示的に示されているように方形変調１７８の場合、縦方向光センサ１１４は特定の外部影響に瞬間的に応答するのではなく、むしろ特定の外部影響によって提供されるような刺激を追うための追加時間を必要とする。第１の曲線１７２及び第２の曲線１７４の両方は、変調振幅１７６が瞬間的に増加する第１の時点ｔ_１において、第１の曲線１７２の立ち上がり時間Δｔ_１１及び第２の曲線１７４の立ち上がり時間Δｔ_１２が、観察される。ここで、立ち上がり時間Δｔ_１１、Δｔ_１２は、ステップ高さ１８２の５％又は１０％等の第１のパーセンテージから９０％又は９５％等の第２のパーセンテージまで増加する時間間隔によって定義されても良い。ここで、ステップ高さ１８４は、第１の時点ｔ_１前の信号と、第１の時点ｔ_１の後に立ち上がり時間Δｔ_１１、Δｔ_１２のそれそれ数倍、例えば、５倍、１０倍又はそれ以上の時間が経過した後に、信号が到達する可能性がある終了値１８６との間の差により定義され得る。同様に、対応する立ち下がり時間Δｔ_２１、Δｔ_２２をそれぞれ定義することができる。

更に、図２に示すように、驚くべきことに、縦方向光センサ１１４が焦点位置にある第１の場合の縦方向センサ信号を示す第１の曲線１７２は、デフォーカス状態に関連する第２の曲線に属する第２の立ち上がり時間Δｔ_１２が、焦点状態に関連する第１の曲線に属する第１の立ち上り時間Δｔ_１１を超える態様で、縦方向光センサがデフォーカス位置にある第２の場合の縦方向センサ信号を示す第２の曲線１７４から明らかに逸脱している。結果として、立ち上がり時間Δｔ_１１、Δｔ_１２についてそれぞれ導かれた値は、縦方向光センサ１１４が焦点の状態にあるのか否かを決定するために採用することができる。言い換えれば、焦点は、検出器１１０内の１つ以上の屈折レンズ１２２のような少なくとも１つの転送装置１２０の位置から容易に決定することができるので、立ち上がり時間Δｔ_１１、Δｔ_１２についてそれぞれの値を測定することは、対象物１１２に関する縦方向距離を決定するために採用することができる。更に、類似の配慮は、対象物１１２に関する縦方向距離を決定するために、立ち下がり時間Δｔ_２１、Δｔ_２２のそれぞれに関しても行うことができる。

更に、図２は、対応する測定を実行することによって誘導されるオフセットとは別に、第１の曲線１７２の下の積分１８８が、第２の曲線１７４の下の積分１８８と実質的に等しいことを示している。実用的な目的のために、積分１８８は、時間軸１７０に沿うインターバルに亘り曲線１７２、１７４の各々に関して決定され得る。ここで、第１の時点ｔ_１と、第２の時点ｔ_２及び各立ち下がり時間Δｔ_２１又はΔｔ_２２との和に等しい追加時点とは、積分１８８のための値を実際に決定するための境界値として使用することができる。図２に示す実験的ダイアグラム１６６の両方の曲線１７２、１７４の下の積分１８８が実質的に等しいという観察は、両方の曲線１７２、１７４は、縦方向光センサ１１４のセンサ領域１３０において同じ照明の全パワーの下で記録されたものという事実を反映する。更に、図２は、曲線１７２、１７４が、同じ変調周波数のような同じ変調条件の下で記録されたものであることを示している。その結果、縦方向センサ信号は、変調された光ビーム１３４のビーム断面にのみ依存するので、容易に決定することができる。

他方、変調が修正されない限り、後続の曲線の下での積分１８８の値の変化は、縦方向光センサのセンサ領域１３０の照明の全パワーの変化を決定するために使用されても良い。結果として、センサ領域１３０の照明の全パワーは、上述のように決定された縦方向センサ信号を正規化するために考慮され得る。

本発明によれば、特定の曲線の立ち上がり時間及び／又は立ち下がり時間のそれぞれの決定は、長手方向のセンサ信号から導き出される第１の成分として考慮されてもよく、一方、したがって、それぞれの曲線の下での対応する積分１８８の値の決定は、上の記載に従って、第１の成分に対して独立した挙動を示す縦方向センサ信号の第２の成分として考慮され得る。結果として、一方では、立ち上がり時間又は立ち下がり時間の決定、及び、他方では、同じ測定曲線からの対応する積分の決定は、縦方向センサ信号の第１の成分及び第２の成分として適当であり、これらは、対象物１１２の縦方向位置に関する少なくとも1つの情報の項目を生成するために、評価装置１５０において本発明に従って使用される。

図３は、縦方向センサ信号から第１の成分及び第２の成分をそれぞれ導出するための多数の構成要素を含む、評価装置１５０内で使用される例示的な信号処理ユニットのブロック図を示す。このブロック図は、光感知ダイオード１９０の形態で概略的に示された縦方向光センサ１１４を示しており、縦方向センサ信号が増幅器１６４に供給され、その後、増幅された信号が、好ましくは同じ振幅の２つの部分信号に信号スプリッタ１５８で分割される。しかし、幾つかの実施の形態では、信号スプリッタ１５８の信号を、異なる振幅を有する２つの部分信号に分割するか、又は信号スプリッタ１５８の信号を同じ振幅又は異なる振幅を有する２つ以上の部分信号に分割することも実現可能である。

図３に示す実施の形態によれば、２つの部分信号の一方が第１の処理ユニット１６０に供給され、他方の部分信号が第２の処理ユニット１６２に供給される。上述したように、第１の成分は、ここでは、急速に変化する特性である曲線１７２、１７４の内の１つの立ち上がり時間及び／又は立ち下がり時間に関連し、第２の成分は、緩やかに変化する特性である曲線１７２、１７４の内の１つの積分に関連する。そのため、特定の実施の形態では、第１の処理ユニット１６０としてハイパスフィルタ１９２を使用し、第２の処理ユニット１６２としてローパスフィルタ１９４を用いて縦方向センサ信号の第１の成分と第２の成分の両方を別個に決定することが有利である。結果として、ＦｉＰ信号１９６は、ハイパスフィルタ１９２によって供給され、対応する基準照明信号１９８は、同時に、ローパスフィルタ１９４によって供給されても良い。結果として本発明による検出器１１０は、図１及び図３による実施の形態等の単一の縦方向光センサ１１４及び本明細書に記載の具体的に適合された評価装置１５０を使用することによって、ＦｉＰ信号１９６及び対応する基準照明信号１９８の両方を決定することを可能にする。しかし、上述のように、１つ以上の縦方向光センサ１１４を、様々な理由により、この作業を実行するために特別に適合された評価装置１５０と組み合わせて使用しても良い。

図３に含まれる更なる詳細に関しては、図１に記載された評価装置１５０を参照することができる。

一例として、図４に、図１及び図３に示した1つ以上の実施の形態に開示されるような光検出器１１０等の少なくとも１つの光検出器１１０を有する検出器システム２００の例示的な実施の形態を示す。ここで、光検出器１１０は、デジタルビデオクリップのような画像及び／又は画像シーケンスを取得するために製造され得るカメラ２０２、特に３Ｄ撮像用として使用し得る。更に、図４に、少なくとも１つの検出器１１０及び／又は少なくとも１つの検出器システム２００を有するヒューマンマシンインタフェース２０４の例示的な実施の形態を示す。更に、ヒューマンマシンインタフェース２０４を有する娯楽装置２０６の例示的な実施の形態を示す。図４は、更に、検出器１１０及び／又は検出器システム２００を有する少なくとも１つの対象物１１２の位置を追跡するように適合した追跡システム２０８の実施の形態を示す。

光検出器１１０及び検出器システム２００に関して、本出願の全開示を参照することができる。基本的に、検出器１１０の全ての潜在的な実施の形態も、図４に示す実施の形態で具体化することができる。評価装置１５０は、少なくとも１つの縦方向光センサ１１４に、特に信号線１５６によって接続することができる。上述したように、曖昧さを残すことなく、縦方向センサ信号の評価をサポートするために２つ、好ましくは３つの縦方向光センサを使用することは、もはや本発明によれば必要とされない。評価装置１５０は、少なくとも１つの任意の横方向光センサ２１０に、特に信号リード線１５６によって更に接続されても良い。一例として、信号リード線１５６には、１つ以上のインタフェースが設けられても良い。このインタフェースは、無線インタフェース及び／又は有線インタフェースとすることができる。更に、信号リード線１５６は、センサ信号を生成するため、及び／又はセンサ信号を変更するため、１つ以上のドライバ及び／又は１つ以上の測定装置を備えることができる。更にまた、少なくとも１つの転送装置１２０は、特に屈折レンズ１２２又は凸面鏡として設けられても良い。光検出器１１０は、一例として、1つ以上の構成要素を収容することができる少なくとも１つのハウジング１１８を更に備えることができる。

更に、評価装置１５０は、光センサ１１４、２１０に及び／又は光検出器１１０の他の構成要素に、完全に又は部分的に一体化されても良い。評価装置１５０は、ハウジング１１８及び／又は別個のハウジング内に含ませても良い。評価装置１５０は、センサ信号を評価するために、縦方向評価ユニット１５２（“ｚ”で示されている）及び横方向評価ユニット２１２（“ｘｙ”で示されている）で象徴的に示されている１つ以上の電子機器及び／又は１つ以上のソフトウェア構成要素を備えることができる。これらの評価ユニットによって得られた結果を組み合わせることによって、位置情報２１４、好ましくは３次元位置情報が生成され得る（“ｘ、ｙ、ｚ”で示される）。

更に、光検出器１１０及び／又は検出器システム２００は、様々な方法で構成することができる撮像装置２１６を備えることができる。したがって、図４に示すように、撮像装置２１６は、例えば、検出器ハウジング１１８内の検出器１１０の一部であっても良い。ここで、撮像装置信号は、１つ以上の撮像装置信号線１５６によって検出器１１０の評価装置１５０に伝送されても良い。代替的に、撮像装置２１６は、検出器ハウジングの外側に別個に配置されても良い。撮像装置２１６は、完全に又は部分的に透明であっても、又は不透明であっても良い。撮像装置２１６は、有機画像形成装置又は無機画像形成装置であっても良く、又はそれらを含んでいても良い。好ましくは、撮像装置２１６は、少なくとも１つの画素のマトリクスを含むことができ、画素のマトリクスは、特に、ＣＣＤチップ及び／又はＣＭＯＳチップ等の無機半導体センサ装置、有機半導体センサ装置から成る群から選択され得る。

図４に示す例示的な実施の形態では、一例として、検出される対象物１１２はスポーツ用品として設計されても良く、及び／又はユーザ２２０がその位置及び／又は方位を操作し得る制御要素２１８を構成するものであっても良い。したがって、一般に、図４に示される実施の形態では、又は検出器システム２００、ヒューマンマシンインタフェース２０４、娯楽装置２０６、又は追跡システム２０８の任意の他の実施の形態では、対象物１１２自体が、列挙した装置の一部であっても良いし、具体的には少なくとも１つの制御要素２１８を含むことができる。具体的に、少なくとも１つの制御要素２１８は、１つ以上のビーコン装置２２２を有し、制御要素２１８の位置及び／又は方位は、好ましくはユーザ２２０により操作され得る。一例として、対象物１１２は、バット、ラケット、クラブ、又はスポーツ用品及び／又は偽スポーツ用品であっても良いし、又はそれらを１つ以上有していても良い。他のタイプの対象物１１２も可能である。更に、ユーザ２２０は、その位置が検出されなければならない対象物１１２と考えることができる。一例として、ユーザ２２０は、自分の身体に直接的又は間接的に取り付けられた１つ以上のビーコン装置２２２を持ち運ぶことができる。

光検出器１１０は、１つ以上のビーコン装置２２２の縦方向位置に関する少なくとも１つの項目、及び任意に、その横方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目、及び／又は対象物１１２の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの他の項目、及び任意に、対象物１１２の横方向位置に関する情報の少なくと１つの項目を決定するように適合されても良い。特に、光学検出器１１０は、色を識別するように、及び／又は対象物１１２を撮像するように適合させることができる。その色には、例えば、対象物１１２の様々なる色、より詳細には、様々な色を有するビーコン装置２２２の色等がある。ハウジング１１８の開口部は、好ましく検出器１１０の光軸１１６に対して同心円状に配置され得、好ましくは光検出器１１０の視野の方向を画定することができる。

本発明によれば、変調装置１３６は、評価装置１５０に一体化されるように検出器１１０の直接的な部分であっても良い。しかし、更に本発明によれば、変調装置１３６は、検出器１１０の間接的な部分であっても良く、特に照明源１４０及び／又は対象物１１２内に含まれても良い。図４に示された特定の実施の形態では、ビーコン装置２２２及び／又はそれぞれの制御要素２１８は、変調装置１３６を備えることができ、変調装置１３６は、変調周波数１３８等の変調を提供するように適合されており、この特定の実施の形態では、制御要素２１８及びビーコン装置２２２を有する対象物１１２から、光センサ１１４、２１０、続いて撮像装置２１６に伝搬する変調された光ビーム１３４を提供するように構成されている。

結果として、変調された光ビーム１３４は、縦方向光センサ１１４に入射し、評価装置１５０内で更なる評価のための第１の成分及び第２の成分を含む縦方向センサ信号を提供することができる。図４に概略的に示されるように、評価装置１５０は、受信した縦方向光信号を増幅するように適合された増幅器１６４を有し、信号スプリッタは、増幅された信号を２つの部分信号に分割するように構成されている。２つの部分信号は、第１の処理ユニット１６０の好ましい例としてのハイパスフィルタ１９２内で第１の成分として更に処理され、ＦｉＰ信号１９６を供給し、また、第２の処理ユニット１６２の好ましい例としてのローパスフィルタ１９４内で第２の成分として更に処理され、基準照明信号１９８を供給する。上述のように、ＦｉＰ信号１９６及び基準照明信号１９８を組み合わせて、対象物１１２の深さを、縦方向評価ユニット１５２（“z”で示される）を用いて決定する。

更に、光学検出器１１０は、少なくとも１つの対象物１１２の位置を決定するように適合されても良い。更に、光学検出器１１０、具体的には、カメラ２０２を含む実施の形態は、対象物１１２の少なくとも１つの画像、好ましくは３Ｄ画像を取得するように適合されても良い。上述したように、光検出器１１０及び／又は検出器システム２００を使用することによって、対象物１１２及び／又はその一部の位置を決定することは、情報の少なくとも１つの項目を機械（マシン）２２４に提供するために、ヒューマンマシンインタフェース２０４を提供するのに使用され得る。図４に概略的に示される実施の形態では、機械２２４は、データ処理装置１５４を有する少なくとも１つのコンピュータ及び／又はコンピュータシステムであっても良い、又はそれを有していても良い。他の実施の形態も実現可能である。評価装置は、コンピュータであっても良く、及び／又はコンピュータを有しても良く、及び／又は完全に又は部分的に別個の装置として具体化されても良く、及び／又は機械２２４、特にコンピュータに完全に又は部分的に組み込まれても良い。追跡システム２０８の追跡コントローラ２２６についても同様であり、評価装置及び／又は機械２２４の一部を完全に又は部分的に形成することができる。

同様に、上で概説したように、ヒューマンマシンインタフェース２０４は、娯楽装置２０６の一部を形成することができる。したがって、対象物１１２として機能するユーザ２２０によって、及び／又は対象物１１２を取り扱うユーザ２２０、及び／又は対象物１１２として機能する制御要素２１８によって、ユーザ２２０は、少なくとも1つの制御コマンド等の情報の少なくとも１つの項目を機械２２４、特にコンピュータに入力して、コンピュータゲームの進行を制御する等の娯楽機能を変更することができる。

１１０ 検出器
１１２ 対象物
１１４ 縦方向光センサ
１１６ 光軸
１１８ ハウジング
１２０ 転送装置
１２２ 屈折レンズ
１２４ 開口部
１２６ 視野方向
１２８ 座標系
１３０ センサ領域
１３２ 光線
１３４ 変調された光ビーム
１３６ 変調装置
１３８ 変調周波数
１４０ 照明源
１４２ 発光ダイオード
１４４ 変調された照明源
１４６ 放射光ビーム
１４８ 変調転送装置
１５０ 評価装置
１５２ 縦方向評価ユニット
１５４ データ処理装置
１５６ 信号リード線
１５８ 信号スプリッタ
１６０ 第１の処理ユニット
１６２ 第２の処理ユニット
１６４ 増幅器
１６６ 実験的ダイアグラム
１６８ 出力電圧
１７０ 時間
１７２ 第１の曲線
１７４ 第２の曲線
１７６ 変調振幅
１７８ 方形変調
１８０ 第１の一定振幅
１８２ 第２の一定振幅
１８４ ステップ高
１８６ 終了値
１８８ 積分
１９０ 光感知ダイオード
１９２ ハイパスフィルタ
１９４ ローパスフィルタ
１９６ ＦｉＰ信号
１９８ 基準照明信号
２００ 検出器システム
２０２ カメラ
２０４ ヒューマンマシンインタフェース
２０６ 娯楽装置
２０８ 追跡システム
２１０ 横方向光センサ
２１２ 横方向評価ユニット
２１４ 位置情報
２１６ 撮像装置
２１８ 制御要素
２２０ ユーザ
２２２ ビーコン装置
２２４ 機械
２２６ 追跡コントローラ

Claims (32)

1. 少なくとも１つの対象物（１１２）の光学的検出のための検出器（１１０）であって、
   −少なくとも１つの変調装置（１３６）、ここで、変調装置（１３６）は、対象物（１１２）から検出器（１１０）まで伝搬する少なくとも１つの変調された光ビーム（１３４）を生成することができるものであり；
   −少なくとも１つの縦方向光センサ（１１４）、ここで、縦方向光センサ（１１４）は、少なくとも１つのセンサ領域（１３０）を有し、縦方向光センサ（１１４）は、変調された光ビーム（１３４）によるセンサ領域（１３０）の照明に依存する方法で少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計されたものであり、該縦方向センサ信号は、照明の全パワーが同じである場合、センサ領域（１３０）の変調された光ビーム（１３４）のビーム断面に及び照明の変調の変調周波数（１３８）に依存し、縦方向センサ信号は、第１の成分及び第２の成分を有し、第１の成分は、変調された光ビーム（１３４）の変調の変化に対する縦方向光センサ（１１４）の応答に依存し、第２の成分は、照明の全パワーに依存する；及び
   −少なくとも１つの評価装置（１５０）、ここで、評価装置（１５０）は、縦方向センサ信号から第１の成分と第２の成分を引き出すことにより対象物（１１２）の縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するように設計されたものであり、対象物（１１２）の縦方向位置に関する情報の項目は、第１の成分と第２の成分に依存する；
   を有することを特徴とする検出器（１１０）。
2. 対象物（１１２）の縦方向位置に関する情報の項目の決定には、第２の成分を用いて第１の成分を正規化することが含まれる請求項１に記載の検出器（１１０）。
3. 検出器（１１０）が、単一の大面積縦方向光センサ（１１４）又は単一のピクセル化された光センサを有する請求項１又は２記載の検出器（１１０）。
4. 評価装置（１５０）が、縦方向センサ信号の第２の成分を使用して第１の成分を正規化することによって変調された光ビーム（１３４）の直径を決定するように適合されている請求項1から３の何れか１項に記載の検出器（１１０）。
5. 評価装置が、第１の成分から得られる変調された光ビーム（１３４）の直径を第２の成分から得られる変調された光ビーム（１３４）の既知のビーム特性と比較するように更に適合されている請求項４に記載の検出器（１１０）。
6. 第１の成分が、変調の変化に対する応答内で縦方向センサ信号の少なくとも１つの時間変化に関連する請求項１から５の何れか１項に記載の検出器（１１０）。
7. 第１の成分が、変調の変化に対する応答内で縦方向センサ信号の立ち上がり時間及び立ち下がり時間の少なくとも１つに関連する請求項６に記載の検出器（１１０）。
8. 第２の成分が、照明の全パワーの変動に対する応答の少なくとも一部をカバーする時間間隔に亘る縦方向センサ信号の積分に関連する請求項１から７の何れか１項に記載の検出器（１１０）。
9. 変調装置が、変調された光ビーム（１３４）の強度を周期的に変調するように適合されており、それにより、変調された光ビーム（１３４）の強度に関する繰り返し周期が生成される請求項１から８の何れか１項に記載の検出器（１１０）。
10. 第１の成分が、変調の繰り返し周期の少なくとも１つの中で、縦方向センサ信号の立ち上がり時間及び立ち下がり時間の少なくとも１つに関連する請求項９に記載の検出器（１１０）。
11. 第２の成分が、変調の繰り返し周期の少なくとも１つに亘る縦方向センサ信号の積分に関連する請求項１０に記載の検出器（１１０）。
12. 評価装置（１５０）が、縦方向センサ信号の第１の成分を第２の成分から分離することによって対象物（１１２）の縦方向位置に関する情報の項目を決定するように適合される請求項1から１１の何れか１項に記載の検出器（１１０）。
13. 評価装置（１５０）が、縦方向センサ信号を少なくとも２つの別々の信号に分割するための少なくとも１つの信号スプリッタ（１５８）を更に有する請求項１２に記載の検出器（１１０）。
14. 評価装置（１５０）が、第１の成分を得るための少なくとも1つの第1の処理ユニット（１６０）と、縦方向センサ信号の第２の成分を得るための少なくとも１つの第２の処理ユニット（１６２）とを有する請求項１から１３の何れか１項に記載の検出器（１１０）。
15. 第１の処理ユニット（１６０）が、第１の成分を得るための少なくとも１つのハイパスフィルタ（１９４）を有し、第２の処理ユニット（１６２）が、縦方向センサ信号の第２の成分を得るための少なくとも１つのローパスフィルタを有する請求項１４に記載の検出器（１１０）。
16. 評価装置（１５０）が、縦方向センサ信号又はその一部を増幅するように適合された少なくとも１つの増幅器（１６４）を更に有する請求項１３から１５の何れか１項に記載の検出器（１１０）。
17. 検出器（１１０）が、横方向光センサ（２１０）を更に有し、横方向光センサ（２１０）は、対象物（１１２）から検出器（１１０）まで伝搬する変調された光ビーム（１３４）の横方向位置を決定するように適合され、該横方向位置は、検出器（１１０）の光軸（１１６）に垂直な少なくとも１つの次元の位置であり、横方向光センサ（２１０）は、少なくとも１つの横方向センサ信号を生成するように適合され、評価装置（１５０）が、横方向センサ信号を評価することにより対象物（１１２）の横方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を生成するように更に設計されたものである請求項１から１６の何れか１項に記載の検出器（１１０）。
18. 横方向光センサ（２１０）が、少なくとも２つの部分電極を有する少なくとも１つのスプリット電極を更に有し、部分電極を流れる電流は、センサ領域の変調された光ビーム（１３４）の位置に依存し、横方向光センサ（２１０）が、部分電極を流れる電流に従って横方向センサ信号を生成するように適合されたものである請求項１７に記載の検出器（１１０）。
19. 検出器（１１０）が、少なくとも１つの縦方向光センサ（１１４）及び少なくとも１つの横方向光センサ（２１０）を有するスタックを有し、縦方向光センサ（１１４）及び横方向光センサ（２１０）は、透明な光センサである請求項１から１８の何れか１項に記載の検出器（１１０）。
20. 少なくとも１つの照明源（１４０）を更に有する請求項１から１９の何れか１項の記載の検出器（１１０）。
21. 変調装置（１３６）が、照明源（１４０）を変調するように適合されている請求項２０に記載の検出器（１１０）。
22. 少なくとも１つの転送装置（１２０）を更に有する請求項１から２１の何れか１項に記載の検出器（１１０）。
23. 変調装置（１３６）が、転送装置（１２０）を変調するように適合されている請求項２２に記載の検出器（１１０）。
24. 少なくとも１つの撮像装置（２１６）を更に有する請求項１から２３の何れか１項に記載の検出器（１１０）。
25. 撮像装置（２１６）が、カメラ（２０２）、特に、無機カメラ、モノクロームカメラ、多色カメラ、フルカラーカメラ、ピクセル化された無機チップ、ピクセル化された有機カメラ、ＣＣＤチップ、好ましくは多色ＣＣＤチップ又はフルカラーＣＣＤチップ、ＣＭＯＳチップ、ＩＲカメラ、ＲＧＢカメラの少なくとも１つである請求項２４に記載の検出器（１１０）。
26. ユーザ（２２０）と機械（２２４）との間で情報の少なくとも1つの項目を交換するためのヒューマンマシンインタフェース（２０４）であって、
    ヒューマンマシンインタフェース（２０４）は、検出器（１１０）に関連する請求項１から２５に記載の少なくとも１つ検出器（１１０）を有し、ヒューマンマシンインタフェース（２０４）は、検出器（１１０）によりユーザ（２２０）の幾何学的情報の少なくも１つの項目を生成するように設計され、ヒューマンマシンインタフェース（２０４）は、幾何学的情報に情報の少なくとも１つの項目を割り当てることを特徴とするヒューマンマシンインタフェース（２０４）。
27. 少なくとも１つの娯楽機構を実行するための娯楽装置（２０６）であって、
    娯楽装置（２０６）が、請求項２６に記載の少なくとも１つのヒューマンマシンインタフェース（２０４）を有し、娯楽装置（２０６）が、ヒューマンマシマシンインタフェース（２０４）によりプレイヤーが情報の少なくとも１つの項目を入力できるように設計され、該娯楽装置が、情報に従って娯楽機能を変化するように設計されていることを特徴とする娯楽装置（２０６）。
28. 少なくとも１つの移動可能な対象物（１１２）を追跡するための追跡システム（２０８）であって、
    追跡システム（２０８）が、検出器（１１０）に言及する請求項１から２５の何れか１項に記載する少なくとも１つの検出器（１１０）を有し、追跡システム（２０８）が、少なくとも１つの追跡コントローラ（２２６）を更に有し、追跡コントローラ（２２６）が、対象物（１１２）の一連の位置を追跡するように適合され、各々の位置が、特定の時点で対象物（１１２）の少なくとも１つの縦方向位置に関する情報の少なくとも１つの項目を有することを特徴とする追跡システム（２０８）。
29. 少なくとも１つの対象物（１１２）を撮像するカメラ（２０２）であって、
    カメラ（２０２）は、検出器（１１０）に言及する請求項１から２５の何れか１項に記載の少なくとも１つの検出器（１１０）を有することを特徴とするカメラ（２０２）。
30. 少なくとも1つの対象物（１１２）の光学的検出のための方法であって、以下の工程、
    −少なくとも１つの縦方向光センサ（１１４）を使用して少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成する工程、ここで、縦方向方向センサ信号は、変調された光ビーム（１３４）によって縦方向光センサ（１１４）のセンサ領域（１３０）の照明に依存し、縦方向センサ信号は、照明の全パワーが同じである場合、センサ領域（１３０）の変調された光ビーム（１３４）のビーム断面と照明の変調の変調周波数（１３８）に依存し、縦方向センサ信号は、第１の成分と第２の成分を有し、第１の成分は、変調された光ビーム（１３４）の変調の変化に対する縦方向光センサ（１１４）の応答に依存し、第２の成分は、照明の全パワーに依存する;及び
    −縦方向センサ信号から第１の成分及び第２の成分を導出することによって縦方向光センサ（１１４）の縦方向センサ信号を評価する工程、ここで、対象物（１１２）の縦方向位置に関する情報の項目は、第１の成分と第２の成分を用いて決定される；
    を有することを特徴とする方法。
31. 対象物（１１２）の縦方向位置に関する情報の項目を決定することには、第２の成分を用いて第１の成分を正規化することが含まれる請求項３０に記載の方法。
32. 距離の測定、特に交通技術における距離の測定、位置の測定、特に交通技術における位置の測定、エンターテイメントアプリケーション、セキュリティアプリケーション、ヒューマンマシンインタフェースアプリケーション、追跡アプリケーション、写真アプリケーション、イメージングアプリケーション又はカメラアプリケーション、少なくとも１つの空間のマップを生成するマッピングアプリケーションから成る群から選択される使用の目的のために、検出器（１１０）に言及する請求項１から２５の何れか１項に記載の検出器（１１０）の使用。

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