JP6403776B2 - 光学検出器 - Google Patents
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Description
本発明は、先行技術文献である、２０１３年８月１９日に出願された米国仮出願特許第６１／８６７，１８０号、２０１３年１１月２０日に出願された米国仮出願特許第６１／９０６，４３０号、２０１３年１２月１１日に出願された米国仮出願特許第６１／９１４，４０２号及び２０１４年３月６日に出願された独国特許出願第１０２０１４００６２７９．１号を基礎としている。それらの先行出願の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。本発明は、特に少なくとも１つの対象物の位置を求めるための、光学検出器、検出器システム及び光学検出方法に関する。更に本発明は、情報の少なくとも１つの項目を、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、カメラ及び光学検出器の種々の使用に関する。本発明による装置、システム、方法及び使用を、特に、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、写真技術、例えば芸術作品、ドキュメンテーション又は技術的な目的のためのディジタル写真又はビデオ写真のような写真技術、医療技術又は科学的研究において使用することができる。付加的又は択一的に、このアプリケーションを、空間のマッピングの分野において、例えば１つ以上の部屋のマップ、１棟以上の建物のマップ又は１本以上の道路のマップを作製するために適用することができる。しかしながら、その他の用途も考えられる。
従来技術より、多数の光学検出器、光学センサ及び光起電力装置が公知である。光起電力装置は、一般的に、電磁放射を、例えば紫外線光、可視光又は赤外線光を、電気信号又は電気エネルギに変換するために使用されるが、それに対し光学検出器は、一般的に、画像情報を取得するため、及び／又は、少なくとも１つの光学パラメータ、例えば輝度を検出するために使用される。
一般的に無機センサ材料及び／又は有機センサ材料の使用を基礎とすることができる多数の光学センサが従来技術から公知である。そのようなセンサの例は、米国特許出願公開第２００７／０１７６１６５号明細書、米国特許第６，９９５，４４５号明細書、独国特許出願公開第２５０１１２４号、独国特許出願公開第３２２５３７２号明細書、又はその他の多数の従来技術に関する文献に開示されている。特に、コスト上の理由から、また処理が広範囲に及ぶという理由から、少なくとも１種の有機センサ材料を含んでいるセンサがますます使用されるようになってきており、例えば米国特許出願公開第２００７／０１７６１６５号明細書に開示されている。とりわけ、いわゆる色素太陽電池の重要度が一層高まってきており、その概要は例えば国際公開第２００９／０１３２８２号に開示されている。
更なる例として、国際公開第２０１３／１４４１７７号には、フッ化対アニオンを有しているキノリニウム色素と、それらの種類のフッ化対アニオンを有しているキノリニウム色素でもって感光性が与えられている、酸化物半導体微粒子から成る多孔性フィルムを含んでいる電極層と、その種の電極層を含んでいる光電変換装置と、そのような光電変換装置を含んでいる色素増感太陽電池とが開示されている。
上述のような光学センサを基礎とした、少なくとも１つの対象物を検出するための検出器が多数公知である。それらの検出器を、各用途に応じて、種々のやり方で実施することができる。そのような検出器の例は、撮像装置、例えばカメラ及び／又は顕微鏡である。高分解能の共焦点顕微鏡が公知である。例えば、そのような高分解能の共焦点顕微鏡を、特に医療技術の分野及び生物学の分野において、生体サンプルを高分解能で検査するために使用することができる。少なくとも１つの対象物を光学的に検出するための検出器の別の例は、例えば、対応する光学信号の、例えばレーザパルスの伝播時間法を基礎とする距離測定装置である。対象物を光学的に検出するための検出器の別の例は、同様に距離測定を実行するために用いられる三角測量システムである。
米国特許出願公開第２００７／００８０９２５号明細書には、低消費電力の表示装置が開示されている。この表示装置においては、２つの光活性層が使用されており、それら２つの光活性層は電気エネルギに反応し、それによって、表示装置は情報を表示することができ、また入射した放射に反応して電気エネルギを生成することができる。単一の表示装置の複数の表示ピクセルを、表示用ピクセルと生成用ピクセルに分類することができる。表示用ピクセルは情報を表示することができ、また生成用ピクセルは電気エネルギを生成することができる。生成された電気エネルギは、画像を駆動させる電力を供給するために使用することができる。
欧州特許出願公開第１６６７２４６号明細書には、同一の空間位置を用いて電磁放射の２つ以上のスペクトル帯を検出することができるセンサ素子が開示されている。この素子は複数の補助素子のスタックから構成されており、補助素子はそれぞれ電磁放射の異なるスペクトル帯を検出することができる。各補助素子は、非シリコン半導体を含んでいる。各補助素子における非シリコン半導体は、電磁放射の種々のスペクトル帯に対して感応性である、及び／又は、電磁放射の種々のスペクトル帯に対して感応性であるように感光性が与えられている。
国際公開第２０１２／１１０９２４号においては、少なくとも１つの対象物を光学的に検出するための検出器が提案されており、この刊行物の開示内容は参照により本願に含まれるものとする。検出器は少なくとも１つの光学センサを含んでいる。光学センサは、少なくとも１つのセンサ領域を有している。光学センサは、センサ領域の照明にある程度依存して、少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計されている。照明の総出力が等しければ、センサ信号は照明の幾何学形状に依存しており、特にセンサ領域における照明のビーム横断面に依存している。更に、検出器は、少なくとも１つの評価装置を有している。評価装置は、センサ信号から幾何学情報の少なくとも１つの項目を生成するように、特に、照明及び／又は対象物に関する幾何学情報の少なくとも１つの項目を生成するように設計されている。
２０１２年１２月１９日に出願された米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号、２０１３年１月８日に出願された米国仮出願特許第６１／７４９，９６４号、２０１３年８月１９日に出願された米国仮出願特許第６１／８６７，１６９号及び２０１３年１２月１８日に国際公開第２０１４／０９７１８１号として出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０６１０９５号には、少なくとも１つの横方向光学センサ及び少なくとも１つの光学センサを使用して、少なくとも１つの対象物の位置を検出するための方法及び検出器が開示されており、それらの刊行物の全開示内容は参照により本願に含まれるものとする。特に、多義性が生じることなく高精度で対象物の縦方向位置を求めるために、センサスタックを使用することが開示されている。
２０１３年１月１３日に出願された欧州特許出願第１３１７１８９８．３号には、基板と、その基板の上に設けられている少なくとも１つの感光層構造と、を有している光学センサを含んでいる光学検出器が開示されており、その刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。感光層構造は、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つの第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種の光起電材料と、を有している。光起電材料は、少なくとも１種の有機材料を含んでいる。第１の電極は、複数の第１の電極ストリップを含んでおり、第２の電極は、複数の第２の電極ストリップを含んでおり、第１の電極ストリップと第２の電極ストリップの交差部においてピクセルのマトリクスが形成されるように、第１の電極ストリップと第２の電極ストリップは交差している。光学検出器は、更に、少なくとも１つの読み出し装置を含んでおり、この読み出し装置は、第２の電極ストリップに接続されている複数の電気測定装置と、その電気測定装置に第１の電極ストリップを順次接続するためのスイッチング装置と、を含んでいる。
やはり２０１３年１月１３日に出願された欧州特許出願第１３１７１９００．７号には、少なくとも１つの対象物の向きを求めるための検出装置が開示されており、この刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。この検出装置は、対象物に取り付けられる及び／又は対象物によって保持される及び／又は対象物に組み込まれるように適合されている少なくとも２つのビーコン装置を含んでおり、各ビーコン装置は、光ビームを検出器に向けるように適合されており、且つ、対象物の座標系において所定の座標を有している。検出装置は、更に、ビーコン装置から検出器に向かって伝播する光ビームを検出するように適合されている少なくとも１つの検出器と、検出器の座標系において各ビーコン装置の縦方向座標を求めるように適合されている少なくとも１つの評価装置と、を有している。評価装置は、更に、ビーコン装置の縦方向座標を使用することによって、検出器の座標系において対象物の向きを求めるように適合されている。
２０１３年１月１３日に出願された欧州特許出願第１３１７１９０１．５号には、少なくとも１つの対象物の位置を求めるための検出器が開示されており、その刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。検出器は、対象物から検出器に向かって伝播する光ビームを検出するように適合されており、且つ、複数のピクセルから成る少なくとも１つのマトリクスを有している少なくとも１つの光学センサを含んでいる。検出器は、更に、光学センサにおいて光ビームによって照明されているピクセルの数Ｎを求めるように適合されている少なくとも１つの評価装置を含んでいる。評価装置は、更に、光ビームによって照明されているピクセルの数Ｎを使用することによって、対象物の少なくとも１つの縦方向座標を求めるように適合されている。
上記の装置及び検出器によって、とりわけ国際公開第２０１２／１１０９２４号、米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号、米国仮出願特許第６１／７４９，９６４号、欧州特許出願第１３１７１８９８．３号、欧州特許出願第１３１７１９００．７号及び欧州特許出願第１３１７１９０１．５号に開示されている検出器によって、種々の利点が示唆されているにもかかわらず、幾つかの技術的な課題は依然として残されたままである。従って、一般的に、信頼性が高く且つ低コストで製造することができる、空間内の対象物の位置を検出するための検出器が必要とされている。特に、対象物の位置に関する情報及び／又は画像を生成するために、低コストでの量産を実現することができ、更には、高分解能及び高画像品質を提供する、高い分解能を有している検出器が強く望まれている。
従って、本発明の課題は、公知の装置及び方法の上記の技術的な課題を解決する、装置及び方法を提供することである。特に本発明の課題は、有利には、技術的な労力が僅かでありながら、また、技術的なリソース及びコストに関する要求が低いにもかかわらず、空間内の対象物の位置を確実に求めることができる装置及び方法を提供することである。
この課題は、各独立請求項に記載されている特徴を備えている、光学検出器、検出器システム、光学検出方法、ヒューマンマシンインタフェース、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム、カメラ及び光学検出器の種々の使用によって解決される。独立した形で、又は、あらゆる任意の組み合わせにおいて実現することができる有利な実施の形態は、従属請求項に記載されている。
下記において使用するように、「有している」、「含んでいる」及び「備えている」という語句、またそれらの表現の文法上の任意のヴァリエーションは、排他的に使用されているものではない。従ってそれらの語句は、それらの語句を用いて紹介される特徴以外に、このコンテキストにおいて記載されているエンティティには別の更なる特徴は存在しない状況も、１つ以上の更に別の特徴が存在している状況も表すと考えられる。一例として、「ＡはＢを有している」、「ＡはＢを含んでいる」及び「ＡはＢを備えている」という表現は、Ｂ以外にＡには別の構成要素は存在しない（即ち、Ａは専らＢだけから構成されている）状況も、エンティティＡにはＢ以外にも１つ以上の別の構成要素が存在する状況、即ち、構成要素Ｃ、構成要素Ｃ及びＤ、又は、更に別の構成要素が存在する状況も表すと考えられる。
更には、下記において使用するように、「有利には」、「より有利には」、「特に」、「とりわけ」、「厳密には」、「より厳密には」又は同様の語句は、オプションとしての特徴と組み合わされて用いられており、代替的な可能性を制限するものではない。従って、それらの語句を用いて紹介される特徴は、オプションとしての特徴であって、特許請求の範囲を制限することは何ら意図していない。当業者であれば分かるように、代替的な特徴を使用して本発明を実施しても良い。同様に、「本発明の１つの実施の形態において」という表現又は同様の表現によって紹介される特徴もオプションとしての特徴を意図したものであって、本発明の代替的な実施の形態及び本発明の範囲に関して何ら制限を課すものではなく、また、そのようにして紹介される特徴と、本発明のその他のオプションとしての特徴又はオプションではない特徴との考えられる組み合わせに関して何ら制限を課すものではない。
本発明の第１の態様においては、光学検出器が明らかになる。この光学検出器は、
−空間分解式に光ビームの少なくとも１つの特性を変更するように適合されており、且つ、各ピクセルを通過する光ビームの一部の少なくとも１つの光学特性を個別に変更するために各々が制御可能である複数のピクセルから成るマトリクスを有している、少なくとも１つの空間光変調器と、
−空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスを通過した後の光ビームを検出し、且つ、少なくとも１つのセンサ信号を生成するように適合されている、少なくとも１つの光学センサと、
−異なる変調周波数を用いて、複数のピクセルのうちの少なくとも２つのピクセルを周期的に制御するように適合されている、少なくとも１つの変調装置と、
−変調周波数に関するセンサ信号の信号成分を求めるために周波数解析を実行するように適合されている、少なくとも１つの評価装置と、
を含んでいる。
−空間分解式に光ビームの少なくとも１つの特性を変更するように適合されており、且つ、各ピクセルを通過する光ビームの一部の少なくとも１つの光学特性を個別に変更するために各々が制御可能である複数のピクセルから成るマトリクスを有している、少なくとも１つの空間光変調器と、
−空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスを通過した後の光ビームを検出し、且つ、少なくとも１つのセンサ信号を生成するように適合されている、少なくとも１つの光学センサと、
−異なる変調周波数を用いて、複数のピクセルのうちの少なくとも２つのピクセルを周期的に制御するように適合されている、少なくとも１つの変調装置と、
−変調周波数に関するセンサ信号の信号成分を求めるために周波数解析を実行するように適合されている、少なくとも１つの評価装置と、
を含んでいる。
本明細書において使用されているように、「光学検出器」は、一般的に、１つ以上の光源による照明に反応して、及び／又は、検出器の周囲の光学特性に反応して、少なくとも１つの検出器信号及び／又は少なくとも１つの画像を生成することができる装置を表す。光学検出器は、下記において単に「検出器」とも記す。従って、検出器は、光学測定及び撮像プロセスのうちの少なくとも一方を実行するように適合されている任意の装置であって良い。
特に、以下の詳細な説明において概要を述べるように、光学検出器は、少なくとも１つの対象物の位置を求めるための検出器であって良い。本明細書において使用されているように、「位置」という用語は、一般的に、空間内の対象物のロケーション及び／又は向き及び／又は対象物の少なくとも一部に関する情報の少なくとも１つの項目を表す。従って、情報の少なくとも１つの項目は、対象物の少なくとも１点と、少なくとも１つの検出器との間の少なくとも１つの距離を含んでいても良い。以下の詳細な説明において概要を述べるように、この距離は、縦方向座標であっても良いし、対象物の上述の点の縦方向座標を求めることに寄与するものであっても良い。付加的又は択一的に、対象物のロケーション及び／又は向き及び／又は対象物の少なくとも一部に関する情報のその他の１つ以上の項目を求めても良い。一例として、対象物の少なくとも１つの横方向座標及び／又は対象物の少なくとも一部を求めても良い。従って、対象物の位置が、対象物の少なくとも１つの縦方向座標及び／又は対象物の少なくとも一部を示すものであっても良い。付加的又は択一的に、対象物の位置が、対象物の少なくとも１つの横方向座標及び／又は対象物の少なくとも一部を示すものであっても良い。付加的又は択一的に、対象物の位置が、空間内の対象物の向きを表す対象物の少なくとも１つの向き情報を示すものであっても良い。
本明細書において使用されているように、「光ビーム」は、一般的に、程度の差こそあれ同一方向に伝播する所定量の光である。従って有利には、光ビームは、当業者には公知であるガウシアン光ビームであっても良い。しかしながら、その他の光ビーム、例えば非ガウシアン光ビームであっても良い。以下の詳細な説明において概要を述べるように、光ビームを対象物から放出することができる、及び／又は、対象物によって反射させることができる。更に、有利には対象物に取り付けても良い及び／又は対象物に組み込んでも良い少なくとも１つのビーコン装置によって、光ビームを反射させる及び／又は放出することができる。
本明細書において使用されているように、ＳＬＭとも称される「空間光変調器」は、一般的に、光ビームの少なくとも１つの特性を、特に少なくとも１つの光学特性を、特に光ビームの伝播方向に直交する少なくとも１つの方向において空間分解式に変更するように適合されている装置である。従って一例として、光ビームの局所的な伝播方向に直交する一平面において、少なくとも１つの光学特性を制御して変更するように、空間光変調器を適合させても良い。従って、空間光変調器は、有利には光ビームの伝播方向に直交する少なくとも１つの方向において、光ビームに対して空間的に変化する変調を何らかの形で行う任意の装置で良い。伝播方向に直交する平面内の制御可能な各ロケーションにおいて、空間光変調器が、光ビームの各特性を種々のやり方で変更することができる少なくとも２つの状態を取ることができるように、少なくとも１つの特性の空間的変化を制御して変更しても良い。
空間光変調器は、一般的に、例えばホログラフィの分野及び／又はプロジェクタ装置の分野における当業者には公知である。当業者には一般的に公知である空間光変調器の簡単な例は、液晶空間光変調器である。透過型及び反射型のいずれの空間光変調器も公知であり、またそれらを本発明において使用することができる。更に、個別に制御可能である複数のマイクロミラーの領域を基礎とする、マイクロメカニカル空間光変調器が公知である。従って、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓより販売されており、また単色、マルチカラー、もしくはそれどころかフルカラーのマイクロミラーを有している、ＤＬＰ（Ｒ）技術を基礎とする反射型空間光変調器を使用することもできる。更に、空間光変調器として本発明において使用することができるマイクロミラーアレイは、Ｖ．Ｖｉｅｒｅｃｋ等のＰｈｏｔｏｎｉｋ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ２（２００９），４８−４９頁、及び／又は、（Ｈｉｌｌｍｅｒ等の）米国特許第７，６７７，７４２号明細書に開示されている。そこでは、光軸に平行な位置と光軸に直交する位置との間でマイクロミラーを切り替えることができるマイクロミラーアレイが示されている。それらのマイクロミラーアレイを、一般的に、液晶技術における透明空間光変調器と同様に、透明空間光変調器として使用することができる。しかしながら一般的に、このタイプの空間光変調器の透明性は、一般の液晶空間光変調器の透明性よりも高い。更に、空間光変調器は、その他の光学効果を、例えば音響光学効果及び／又は電気光学効果を、例えばいわゆるポッケルス効果及び／又はいわゆるカー効果を基礎としても良い。更に、干渉型変調技術又はＩＭＯＤ技術を基礎とする１つ以上の空間光変調器を設けても良い。この技術は、各ピクセル内の切り替え可能な干渉効果を基礎としている。一例として、後者はＱｕａｌｃｏｍｍ（Ｒ）、商標名「ＭｉｒａｓｏｌＴＭ」として入手可能である。
更に、付加的又は択一的に、本発明において使用されている少なくとも１つの空間光変調器は、調整可能な光学素子の少なくとも１つのアレイ、例えば焦点調整可能なレンズのアレイ、適応型液晶マイクロレンズの領域、透明マイクロプリズムのアレイのうちの１つ以上であっても良いし、そのようなアレイを含んでいても良い。上述の調整可能な光学素子のアレイのあらゆる組み合わせを使用することができる。アレイにおける光学素子の調整を、一例として、電気的及び／又は光学的に実施することができる。一例として、調整可能な光学素子の１つ以上のアレイを、第１の像面に、例えばＤＬＰ、ＬＣＤ、ＬＣＯＳ又はその他のＳＬＭのような別の空間光変調器に配置しても良い。マイクロレンズのような光学素子の焦点及び／又はマイクロプリズムのような光学素子の屈折を変調させても良い。続いて、この変調を少なくとも１つの光学センサによって監視し、また少なくとも１つの評価装置によって、周波数解析を実施することによって、例えば復調を実施することによって評価しても良い。
焦点調整可能なレンズのような調整可能な光学素子は、異なる距離にある対象物が異なる焦点を有しているという事実を補正することができるという付加的な利点を提供する。焦点調整可能なレンズアレイは、一例として、米国特許出願公開第２０１４／０１３２７２４号明細書に開示されている。そこに開示されている焦点調整可能なレンズアレイを、本発明による光学検出器のＳＬＭにおいて使用することができる。しかしながら、その他の実施の形態も考えられる。更には、液晶マイクロレンズアレイの考えられる例については、Ｃ．Ｕ．Ｍｕｒａｄｅ等のＯｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．１６，１８１８０〜１８１８７（２０１２）を参照されたい。ここでもまた、その他の実施の形態が考えられる。更には、マイクロプリズムアレイの、例えば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の考えられる例については、Ｊ．Ｈｅｉｋｅｎｆｅｌｄ等のＯｐｔｉｃｓ＆Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｎｅｗｓ，２００９年１月，２０〜２６を参照されたい。ここでもまた、マイクロプリズムのその他の実施の形態を使用しても良い。
つまり、一例として、透過型空間光変調器又は反射型空間光変調器から成る群から選択された、１つ以上の空間光変調器を使用しても良い。更に、一例として、液晶技術を基礎とする空間光変調器、例えば１つ以上の液晶空間光変調器；マイクロメカニカルシステムを基礎とする空間光変調器、例えばマイクロミラーシステムを基礎とする空間光変調器、特にマイクロミラーアレイ；干渉型変調を基礎とする空間光変調器；音響光学効果を基礎とする空間光変調器；電気光学効果を基礎とする空間光変調器、特にポッケルス効果及び／又はカー効果を基礎とする空間光変調器；調整可能な光学素子の少なくとも１つのアレイを含んでいる空間光変調器、例えば焦点調整可能なレンズのアレイ、適応型液晶マイクロレンズの領域、透明マイクロプリズムのアレイのうちの１つ以上を含んでいる空間光変調器から成る群から選択された１つ以上の空間光変調器を使用しても良い。当業者には公知の典型的な空間光変調器は、光ビームの強度の空間分布を、例えばその光ビームの伝播方向に直交する平面において変調させるように適合されている。しかしながら、以下の詳細な説明において概要を述べるように、付加的又は択一的に、光ビームのその他の光学特性を、例えば光ビームの位相及び／又は光ビームの色を変更しても良い。考えられるその他の空間光変調については、下記において更に詳細に説明する。
一般的に、光ビームの少なくとも１つの特性の変化の状態をコンピュータによって調整することができるように、空間光変調器をコンピュータにより制御しても良い。空間光変調器は、電気的にアドレス可能な空間光変調器、光学的にアドレス可能な空間光変調器又はその他のタイプのいずれかの空間光変調器であって良い。
上記において概要を述べたように、空間光変調器は複数のピクセルから成るマトリクスを含んでおり、各ピクセルは、ピクセルを通過する光ビームの一部の少なくとも１つの光学特性を、即ち、ピクセルによって反射されてピクセルを通過することによるピクセルとの相互作用又はその他のやり方での相互作用を個別に変更するために制御可能である。従って本明細書において使用されているように、「ピクセル」は、一般的に、ピクセルを通過する光ビームの一部の少なくとも１つの光学特性を変更するように適合されている空間光変調器の単一の構成要素を表す。つまり、「ピクセル」は、ピクセルを通過する光ビームの一部の少なくとも１つの光学特性を変更するように適合されている空間光変調器の最小単位であると考えられる。一例として、各ピクセルは液晶セル及び／又はマイクロミラーであっても良い。各ピクセルを個別に制御することができる。
本明細書において使用されているように、「制御」という語句は、一般的に、少なくとも２つの異なる状態を取るために、ピクセルが少なくとも１つの光学特性を変更するやり方を調整できることを表す。この調整を、あらゆるタイプの制御によって、有利には電気的な調整によって実施することができる。従って有利には、例えば特定の電圧及び／又は特定の電流をピクセルに印加することによって、各ピクセルの状態を調整するために、各ピクセルを個別に電気的にアドレッシングすることができる。
更に本明細書において使用されているように、「個別に」という語句は、一般的に、マトリクスのある１つのピクセルを少なくとも実質的にその他のピクセルのアドレッシングから独立してアドレッシングすることができ、例えばピクセルの状態を、従って各ピクセルが光ビームの各部分に影響を及ぼすやり方を、その他の１つ以上のピクセル、それどころかその他の全てのピクセルの実際の状態から独立して調整できることを表す。
更に本明細書において使用されているように、「光ビームの少なくとも１つの特性を変更する」という語句は、一般的に、少なくともある程度はピクセルを通過する光ビームの一部に関して、そのピクセルが光ビームの少なくとも１つの特性を変化させることができるということを表す。有利には、特性の変化の度合いを、少なくとも２つの値のうちの一方は光ビームの一部が変化せずに通過することを示す可能性を含めて、少なくとも２つの異なる値が生じるように調整することができる。光ビームの少なくとも１つの特性の変更を、吸収、透過、反射、位相変化又はその他のタイプの光学的な相互作用のうちの１つ以上を含む、ピクセルと光ビームとの考えられるあらゆる相互作用によって、考えられるあらゆるやり方で実施することができる。従って、一例として、各ピクセルは、少なくとも２つの異なる状態を取ることができ、その場合、ピクセルの実際の状態を制御して調整することができ、また各ピクセルについての少なくとも２つの状態は、各ピクセルとそれらの各ピクセルを通過する光ビームの一部との相互作用に関して異なり、例えば、吸収、透過、反射、位相変化、又は、ピクセルと光ビームの一部とのその他のあらゆるタイプの相互作用に関して異なる。
従って、「ピクセル」は一般的に、光ビームの一部の少なくとも１つの特性を制御して変更するように適合されている空間光変調器の一様な最小単位であっても良い。一例として、各ピクセルは、ピクセル面積とも称され、また１μｍ２〜５，０００，０００μｍ２までの、有利には１００μｍ２〜４，０００，０００μｍ２までの、更に有利には１，０００μｍ２〜１，０００，０００μｍ２までの、より有利には２，５００μｍ２〜５０，０００μｍ２までの、光ビームとの相互干渉面積を有していても良い。更に、その他の実施の形態も考えられる。
「マトリクス」という表現は一般的に、空間内の複数のピクセルの配置構成を表し、この配置構成は直線的（１次元的）な配置構成であっても良いし、領域的（２次元的）な配置構成であっても良い。従って一般的に、マトリクスを有利には、１次元のマトリクス及び２次元のマトリクスから成る群から選択しても良い。マトリクスのピクセルを、規則的なパターンを形成するように配置して良く、この規則的なパターンは、矩形のパターン、多角形のパターン、六角形のパターン、円形のパターン又はその他のタイプのパターンのうちの少なくとも１つで良い。従って一例として、マトリクスのピクセルを、デカルト座標系の各次元において及び／又は極座標系において、独立して等距離に配置しても良い。一例として、マトリクスは、１００個〜１００，０００，０００個のピクセル、有利には１，０００個〜１，０００，０００個のピクセル、より有利には１０，０００個〜５００，０００個のピクセルを含んでいても良い。更に有利には、マトリクスは行列の形で配置されている複数のピクセルを有している矩形のマトリクスである。
以下の詳細な説明において概要を述べるように、マトリクスの各ピクセルは同一であっても良いし、異なっていても良い。従って一例として、マトリクスの全てのピクセルは同一スペクトル特性を有することができる、及び／又は、同一の状態を取ることができる。一例として、各ピクセルはオン状態及びオフ状態を取ることができ、オン状態においては、光はピクセルを通過することができるか、又は、ピクセルによって通過方向又は光学センサの方向へと光を反射させることができ、またオフ状態においては、光はピクセルによって遮断又は減衰されるか、若しくは、遮断方向に反射され、例えば光学センサからビームダンプに反射される。更に、各ピクセルが異なる特性を有しても良く、例えば異なる状態を取っても良い。一例として、以下の詳細な説明において概要を述べるように、各ピクセルは異なるスペクトル特性を、例えば光の伝播波長及び／又は反射波長に関して異なるフィルタ特性を有しているカラーピクセルであっても良い。従って一例として、マトリクスは、赤色、緑色及び青色のピクセル又はそれらとは異なる色のその他のタイプのピクセルを有しているマトリクスであっても良い。一例として、ＳＬＭはフルカラーＳＬＭであっても良く、例えばフルカラー液晶装置及び／又は異なるスペクトル特性の複数のミラーを有しているマイクロミラー装置であっても良い。
更に本明細書において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、光ビーム及び／又は光ビームの一部を検出するための、例えば光ビームによって生成される照明及び／又は光点を検出するための感光装置を表す。以下の詳細な説明において概要を述べるように、光学センサを評価装置と組み合わせて、対象物及び／又は対象物の少なくとも一部の少なくとも１つの縦方向座標を求めるように、例えば検出器に向かって伝播する少なくとも１つの光ビームの起点となる対象物の少なくとも一部を求めるように適合させても良い。
光学検出器は、１つ以上の光学センサを含むことができる。光学センサが複数含まれる場合には、それらの光学センサは同一であっても良いし、異なっていても良く、例えば、少なくとも２つの異なるタイプの光学センサが含まれていても良い。以下の詳細な説明において概要を述べるように、少なくとも１つの光学センサは、無機光学センサ及び有機光学センサのうちの少なくとも１つを含むことができる。本明細書において使用されているように、有機光学センサは、一般的に、少なくとも１種の有機材料を、有利には少なくとも１種の有機感光性材料を有している光学センサを表す。更に、無機材料も有機材料も含んでいるハイブリッド光学センサを使用しても良い。
少なくとも１つの光学センサは、特に、少なくとも１つの縦方向光学センサ及び／又は少なくとも１つの横方向光学センサであっても良いし、少なくとも１つの縦方向光学センサ及び／又は少なくとも１つの横方向光学センサを含んでいても良い。「縦方向光学センサ」及び「横方向光学センサ」という用語の考えられる定義について、並びにそれらのセンサの潜在的な実施の形態については、一例として、国際公開第２０１４／０９７１８１号に記載されているような少なくとも１つの縦方向光学センサ及び／又は少なくとも１つの横方向光学センサを参照されたい。その他の構造も考えられる。
少なくとも１つの光学センサは、空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスを通過した後の光ビームを検出するように、即ち、空間光変調器によって伝送された後及び／又は空間光変調器によって反射された後の光ビームを検出するように適合されている。本明細書において使用されているように、「検出する」という語句は一般的に、光学センサが、光学センサに向けられている光ビームの少なくとも１つの特性に依存する、有利には光ビームの強度に依存する、少なくとも１つのセンサ信号を生成するように適合されていることを表す。しかしながら、以下の詳細な説明において概要を述べるように、センサ信号は、付加的に又は択一的に、光ビームのその他の特性に依存しても良く、例えば光ビームの幅に依存しても良い。センサ信号は、有利には、例えば電流及び／又は電圧としての電気信号であっても良い。センサ信号は、連続的な信号であっても良いし、不連続的な信号であっても良い。更に、センサ信号は、アナログ信号であっても良いし、ディジタル信号であっても良い。更に、光学センサ自体を、及び／又は、光学センサを光学検出器のその他の構成要素と組み合わせて、例えばフィルタリング及び／又は平均値形成によって、検出器信号を処理又は前処理して、処理された検出器信号を提供するように適合させても良い。従って一例として、特定の周波数範囲にある検出器信号のみを伝送するために、バンドパスフィルタを使用しても良い。その他のタイプの前処理も考えられる。以下においては、検出器信号について言及する際、更なる評価のために、生の検出器信号が使用されるケースと、前処理された検出器信号が使用されるケースとを区別していない。
本発明において使用されているように、「変調装置」は一般的に、各ピクセルを調整して、各ピクセルが少なくとも２つの異なる状態のうちの１つを取るようにするために、マトリクスの２つ以上のピクセル又はそれどころか全てのピクセルを制御するように適合されている装置を表す。ここで、各状態は、ピクセルと各ピクセルを通過した光ビームの一部との相互作用の特定のタイプを有している。従って一例として、２つの異なるタイプの電圧及び／又は少なくとも２つの異なるタイプの電流を、変調装置によって制御される各ピクセルに選択的に印加するように、変調装置を適合させても良い。
少なくとも１つの変調装置は、複数のピクセルのうちの少なくとも２つを、有利にはマトリクスの多数のピクセル又はそれどころか全てのピクセルを異なる変調周波数で周期的に制御するように適合されている。本明細書において使用されているように、「変調周波数」という用語は、一般的に、ピクセルの制御の変調の頻度ｆ及び変調の位相φのうちの一方又は両方を表す。従って、周期的な制御又は変調の頻度及び／又は位相のうちの一方又は両方を、以下において詳細に説明するように、光学情報のエンコーディング及び／又はデコーディングに使用することができる。
本明細書において使用されているように、「周期的に制御する」という語句は、一般的に、変調装置が、各ピクセルの少なくとも２つの異なる状態間の周期的な切り替えを行うように適合されていることを表す。ここで、各ピクセルの少なくとも２つの異なる状態は、ピクセルを通過した光ビームの一部と相互作用の方式に関して異なり、従って、ピクセルを通過した光ビームの一部の変更の度合い又は方式に関して異なる。変調周波数は、一般的に、各ピクセルの少なくとも２つの状態間の周期的な切り替えの周波数及び／又は位相から成る群から選択されている。切り替えは、一般的に、段階的な切り替え又はディジタル式の切り替えであっても良いし、各ピクセルの状態が第１の状態と第２の状態との間で連続的に変更される連続的な切り替えであっても良い。最も一般的な例として、ピクセルを各変調周波数で、即ち、特定の周波数ｆ及び／又は特定の位相φで周期的にスイッチオン又はスイッチオフすることができる。
更に本明細書において使用されているように、「評価装置」という用語は、一般的に、上述のオペレーションを実行するように適合されている任意の装置を表す。評価装置は、１つ以上のサブデバイスを、例えば測定装置、周波数解析器、有利には位相感応周波数解析器、フーリエアナライザ及び復調装置のうちの１つ以上を含むことができる。従って一例として、評価装置は、特定の変調周波数を検出器信号と混合させるように適合されている少なくとも１つの周波数混合装置を含むことができる。復調された信号を取得するために、そのようして取得された混合信号を、ローパスフィルタを使用してフィルタリングすることができる。周波数のセットを使用することによって、種々の周波数に関して復調された信号を、評価装置によって生成することができ、従って、周波数解析が提供される。周波数解析は、周波数又は位相の所定の範囲にわたる完全な周波数解析であっても良いし、１つ、２つ又はそれ以上の所定の又は調整可能な周波数及び／又は位相についての選択的な周波数解析であっても良い。
本明細書において使用されているように、「周波数解析」という用語は、一般的に、評価装置が周波数選択式に検出器信号を評価するように適合されていること、従って、少なくとも２つの異なる周波数及び／又は位相に応じてセンサ信号の信号成分を分離させるように、即ち、その周波数ｆ及び／又はその位相φに応じて分離させるように適合されていることを表す。従って、信号成分を、その周波数ｆ及び／又は位相φに応じて分離させても良く、後者の場合には、それらの信号成分は同一の周波数ｆを有していると考えられる。従って、一般的に、周波数及び位相のうちの１つ以上に応じて信号成分を分離させるように、周波数解析を適合させても良い。つまり、各変調周波数に関して、１つ以上の信号成分を周波数解析によって求めても良い。従って、一般的に、周波数解析を位相選択的式に実施しても良いし、位相選択式ではないやり方で実施しても良い。
周波数解析を１つの周波数又は２つ以上の異なる周波数で実施しても良く、従って、それらの１つの周波数又は２つ以上の異なる周波数でセンサ信号の信号成分が取得される。２つ以上の異なる周波数は、離散的な周波数であっても良いし、連続的な周波数範囲であっても良く、例えばある周波数間隔における連続的な周波数範囲であって良い。周波数解析器は、一般的に、高周波数電子装置の分野においては公知である。
有利には、評価装置は、変調周波数について周波数解析を実行するように適合されている。従って有利には、評価装置は少なくとも、変調装置によって使用される種々の変調周波数について、センサ信号の周波数成分を求めるように適合されている。実際のところ、変調装置は完全に又は部分的に評価装置の一部であっても良いし、反対に、評価装置が完全に又は部分的に変調装置の一部であっても良い。従って一例として、変調装置によって使用される変調周波数及び周波数解析のための周波数のいずれの周波数も提供する信号発生器を１つ以上設けることができる。一例として、生成された少なくとも１つの信号を、少なくとも２つのピクセル、有利には３つ以上のピクセル又はそれどころか全てのピクセルを周期的に制御するための変調周波数のセットを提供するために、また周波数解析のために変調周波数の同一のセットを提供するために使用しても良い。従って、そのような変調周波数のセットの各変調周波数を、各ピクセルに対して提供しても良い。更に、変調周波数の各変調周波数を用いてセンサ信号を復調し、それによって各変調周波数に関する信号成分を取得するために、変調周波数のセットの各変調周波数を、評価装置の復調装置に供給しても良い。従って、信号成分のセットを評価装置によって生成しても良く、その場合、信号成分のセットの各信号成分は、変調周波数のセットの各変調周波数に対応し、従って、マトリクスの各ピクセルに対応する。つまり有利には、信号成分の各々と空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスのピクセルとの間の明確な相関関係を確立するように、評価装置を適合させても良い。換言すれば、少なくとも１つの光学センサによって提供されるセンサ信号を、各ピクセルを通過した光の部分によって生成された複数の信号成分に分割するように、及び／又は、信号成分をマトリクスの特定のピクセルに割り当てるように、評価装置を適合させても良い。
複数の光学センサが設けられている場合、評価装置は、各光学センサに対して個別に又は共通して上述の周波数解析を実行するように適合されていても良いし、１つ以上の光学センサに対してのみ上述の周波数解析を実行するように適合されていても良い。
以下の詳細な説明において概要を述べるように、評価装置は、少なくとも１つのデータ処理装置を含んでいても良く、例えば少なくとも１つのマイクロコントローラ又はプロセッサを含んでいても良い。従って、一例として、少なくとも１つの評価装置は、多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記憶されている少なくとも１つのデータ処理装置を含んでいても良い。付加的又は択一的に、評価装置は、１つ以上の電子コンポーネントを含んでいても良く、例えば１つ以上の周波数混合装置及び／又は１つ以上のフィルタ、例えば１つ以上のバンドパスフィルタ及び／又は１つ以上のローパスフィルタを含んでいても良い。従って一例として、評価装置は周波数解析を実行するために、少なくとも１つのフーリエアナライザ及び／又は少なくとも１つのロックインアンプ、又は有利には、ロックインアンプのセットを含んでいても良い。つまり一例として、変調周波数のセットが設けられている場合、評価装置は、それらの変調周波数のセットの各変調周波数に対して別個のロックインアンプを含んでいても良いし、２つ以上の変調周波数に関して、例えば連続的に又は同時に、周波数解析を実行するように適合されている１つ以上のロックインアンプを含んでいても良い。このタイプのロックインアンプは、当該技術分野においては公知である。
評価装置は、情報の、例えば光学センサ及び／又は評価装置によって取得された情報の表示、視覚化、分析、配布、通信又は別の処理のうちの１つ以上を目的として使用することができる、少なくとも１つの別のデータ処理装置に接続されていても良いし、そのような別のデータ処理装置を含んでいても良い。一例として、データ処理装置を、ディスプレイ、プロジェクタ、モニタ、ＬＣＤ、ＴＦＴ、ＬＥＤパターンプロジェクタ又は別の視覚化装置のうちの少なくとも１つに接続しても良いし、それらに組み込んでも良い。更には、データ処理装置を、Ｅメール、テキストメッセージ、電話、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｗｉ−Ｆｉ、赤外線インタフェース又はインターネットインタフェース、ポート又はコネクタのうちの１つ以上を使用して、暗号化された情報又は暗号化されていない情報を送信することができる、通信装置又は通信インタフェース、コネクタ又はポートのうちの少なくとも１つに接続しても良いし、それらに組み込んでも良い。データ処理装置は、一例として、評価装置又は別の装置と情報を交換するためのプロトコルファミリ又はプロトコルスイートの通信プロトコルを使用しても良く、通信プロトコルは、特に、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又は別のプロトコルのうちの１つ以上であって良い。プロトコルファミリ又はプロトコルスイートは、特に、ＴＣＰ／ＩＰ，ＩＰＸ／ＳＰＸ，Ｘ．２５，ＡＸ．２５，ＯＳＩ，ＡｐｐｌｅＴａｌｋ若しくは別のプロトコルファミリ又はプロトコルスイートのうちの１つ以上であって良い。更に、データ処理装置を、Ａｐｐｌｅ社のＡシリーズ又はＳａｍｓｕｎｇ社のＳ３Ｃ２シリーズの製品、マイクロコントローラ又はマイクロプロセッサ等のチップ上のプロセッサ、グラフィックプロセッサ、ＣＰＵ、Ｏｐｅｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｌａｔｆｏｒｍ（ＯＭＡＰＴＭ）、集積回路、システム、１つ以上のメモリブロック、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ、タイミングソース、例えば発振器又は位相ロックループ、カウンタタイマ、リアルタイムタイマ、又は、パワーオン・リセットジェネレータ、電圧レギュレータ、電力管理回路、又は、ＤＭＡコントローラのうちの少なくとも１つに接続しても良いし、それらに組み込んでも良い。バスによって、例えばＡＭＢＡバスによって、個々のユニットを更に接続しても良い。
評価装置及び／又はデータ処理装置を、別の装置、例えばＲＧＢインタフェース、例えばＣａｍｅｒａＬｉｎｋを使用する２Ｄカメラ装置に、別の外部インタフェース又は外部ポート、例えば、シリアルインタフェース又はシリアルポート又はパラレルインタフェース又はパラレルポート、ＵＳＢ、セントロニクスポート、ＦｉｒｅＷｉｒｅ、ＨＤＭＩ、イーサネット、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＲＦＩＤ、Ｗｉ−Ｆｉ、ＵＳＡＲＴ又はＳＰＩ、若しくは、アナログインタフェース又はアナログポート、例えば、ＡＤＣ又はＤＡＣのうちの１つ以上を介して、若しくは、規格化されたインタフェース又はポートを介して接続しても良いし、評価装置及び／又はデータ処理装置がそれらを有していても良い。更に、評価装置及び／又はデータ処理装置を、プロセッサ間インタフェース又はプロセッサ間ポート、ＦＰＧＡ−ＦＰＧＡインタフェース、若しくは、シリアルインタフェースポート又はパラレルインタフェースポートのうちの１つ以上を介して接続しても良い。評価装置及びデータ処理装置を、更に、光学ディスクドライブ、ＣＲ−ＲＷドライブ、ＤＶＤ＋ＲＷドライブ、フラッシュドライブ、メモリカード、ディスクドライブ、ハードディスクドライブ、ソリッドステートディスク、ソリッドステートハードディスクのうちの１つ以上に接続しても良い。
評価装置及び／又はデータ処理装置を、１つ以上の別の外部コネクタ、例えば、フォンコネクタ、ＲＣＡコネクタ、ＶＧＡコネクタ、オスメスコネクタ、ＵＳＢコネクタ、ＨＤＭＩコネクタ、８Ｐ８Ｃコネクタ、ＢＣＮコネクタ、ＩＥＣ ６０３２０ Ｃ１４コネクタ、光ファイバコネクタ、Ｄサブミニチュア（Ｄ−ｓｕｂ）コネクタ、ＲＦコネクタ、同軸コネクタ、ＳＣＡＲＴコネクタ、ＸＬＲコネクタのうちの１つ又は複数のコネクタによって接続しても良いし、評価装置及び／又はデータ処理装置がそれらのコネクタを有していても良い、及び／又は、評価装置及び／又はデータ処理装置を、それらのコネクタのうちの１つ以上のための少なくとも１つの適切なソケットに組み込んでも良い。
本発明による光学検出器、評価装置又はデータ処理装置のうちの１つ以上が組み込まれている単一の装置、例えば光学センサ、光学システム、評価装置、通信装置、データ処理装置、インタフェース、チップ上のシステム、表示装置又は別の電子装置が組み込まれている単一の装置の考えられる実施の形態は、携帯電話、パーソナルコンピュータ、タブレットＰＣ、テレビ、ゲームコンソール、又は、別のエンターテイメントデバイスである。１つの別の実施の形態においては、以下の詳細な説明において概要を述べる３Ｄカメラ機能を、装置のケーシング又は外見における顕著な相異は存在しない、慣例の２Ｄディジタルカメラを利用できる装置に組み込んでも良い。ユーザにとっての顕著な相異は、３Ｄ情報を取得及び／又は処理する機能にのみ存在すると考えられる。
特に、光学検出器及び／又は光学検出器の一部、例えば、評価装置及び／又はデータ処理装置が組み込まれている実施の形態は、３Ｄカメラの機能のための、表示装置、データ処理装置、光学センサ、オプションとしてのセンサ光学系及び評価装置が組み込まれている携帯電話であって良い。本発明による光学検出器は、特に、エンターテイメントデバイス及び／又は通信装置、例えば携帯電話に組み込むことに適していると考えられる。
本発明の１つの別の実施の形態として、自動車において使用するため、自動走行において使用するため、又は、カーセーフティーシステム、例えばダイムラー社のインテリジェントドライブシステムにおいて使用するための装置への、光学検出器又は光学検出器の一部、例えば評価装置及び／又はデータ処理装置の統合が考えられる。一例として、光学センサ、オプションとしての１つ以上の光学システム、評価装置、オプションとしての通信装置、オプションとしてのデータ処理装置、オプションとしての１つ以上のインタフェース、オプションとしてのチップ上のシステム、オプションとしての１つ以上の表示装置、又は、オプションとしての別の電子装置は、乗り物、自動車、トラック、列車、自転車、飛行機、船舶、オートバイの一部であっても良い。自動車の用途においては、装置の自動車設計への統合は、光学センサ、オプションとしての光学系の統合、若しくは、外部又は内部からの装置の最小限の可視性が必要になると考えられる。光学検出器又は光学検出器の一部、例えば評価装置及び／又はデータ処理装置は、特に、そのような自動車設計への統合に適していると考えられる。
基本的に本発明は、周波数成分を空間光変調器の特定のピクセルに割り当てるために、周波数解析を使用することができる。一般的に、精巧なディスプレイ技術、並びに、高分解能及び／又は高品質の適切で精巧な空間光変調器は広く低コストで利用されているが、それに対し、光学センサの空間分解能は一般的に、技術的な課題を伴う。従って、画素化光学センサを使用する代わりに、本発明は、大面積光学センサ又は低い分解能を有している光学センサを、画素化空間光変調器と組み合わせて、周波数解析を介してセンサ信号の信号成分を画素化空間光変調器の各ピクセルに割り当てることに関連させて、必要に応じて使用するという利点を提供する。つまり、低コストの光学センサを使用しても良いし、分解能に代わる別のパラメータ、例えば透明性、低雑音及び高信号品質又は色に関して最適化させることができる光学センサを使用しても良い。空間分解能及びそれによって課される技術的な課題を、光学センサから空間光変調器に移行することができる。
少なくとも１つの空間光変調器を、更に、１つ以上の光パターンを提供するように適合させても良い及び／又は制御しても良い。従って、少なくとも１つの空間光変調器を、１つ以上の光パターンが少なくとも１つの光学センサに向かって、例えば少なくとも１つの縦方向光学センサに向かって反射及び／又は伝送されるように制御しても良い。一般的に、少なくとも１つの光パターンは、少なくとも１つの一般的な光パターンであっても良いし、一般的な光パターンを含んでいても良い、及び／又は、光学検出器によって捕捉された空間又はシーンに依存する少なくとも１つの光パターンであっても良いし、光学検出器によって捕捉された空間又はシーンに依存する少なくとも１つの光パターンを含んでいても良い、及び／又は、光学検出器によって捕捉されたシーンの特定の解析に依存していても良い。一般的なパターンに関する例は、干渉縞を基礎とするパターン（例えば、ｈｔｔｐ：／／ｄｒｕｍ．ｌｉｂ．ｕｍｄ．ｅｄｕ／／ｈａｎｄｌｅ／１９０３／６６５４においてオンラインで入手可能である、Ｔ．Ｐｅｎｇ：“Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ａｎｄ ｍｏｄｅｌｓ ｆｏｒ ３−Ｄ ｓｈａｐｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ ｄｉｇｉｔａｌ ｆｒｉｎｇｅ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ”，Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍａｒｙｌａｎｄ（Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｐａｒｋ，Ｍｄ．）２００７年１月１６日を参照されたい）及び／又はグレイコードを基礎とするパターン（例えば、ｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｇｒａｙ＿ｃｏｄｅを参照されたい）である。これらのタイプのパターンは、一般的に、３Ｄ認識を基礎とする構造化された光照明（例えばｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ−ｌｉｇｈｔ＿３Ｄ＿ｓｃａｎｎｅｒを参照されたい）又は干渉縞投影において使用されている。
空間光変調器及び光学センサを空間的に離隔させても良く、例えば、それらのコンポーネントを光学検出器の別個のコンポーネントとして構成することによって離隔させても良い。一例として、光学検出器の光軸に沿って、空間光変調器を、少なくとも１つの光学センサから少なくとも０．５ｍｍ、有利には少なくとも１ｍｍ、更に有利には少なくとも２ｍｍ離隔させても良い。しかしながら、例えば空間光変調器を完全に又は部分的に光学センサに組み込むことによって、別の実施の形態も実現できる。
本発明のこの基本的な原理による光学検出器を、独立して又は考えられる任意の組み合わせで使用することができる種々の実施の形態によって更に発展させても良い。
従って、上記において概要を述べたように、各信号成分をその変調周波数に応じて各ピクセルに割り当てるように、評価装置を更に適合させても良い。更なる詳細については、上述の実施の形態を参照されたい。つまり一例として、変調周波数のセットを使用しても良く、その場合、各変調周波数はマトリクスの特定のピクセルに割り当てられており、また、少なくとも変調周波数のセットの変調周波数に関してセンサ信号の周波数解析を実行し、それによって少なくともそれらの変調周波数に関する信号成分を導出することができるように、評価装置を適合させても良い。上記において概要を述べたように、同一の信号発生器を、変調装置及び周波数解析の両方に対して使用することができる。有利には、変調装置は、各ピクセルが固有の変調周波数で制御されるように適合されている。従って、固有の変調周波数を使用することによって、変調周波数と各ピクセルとの間の明確に規定された関係性を確立することができ、それによって、変調周波数を介して各信号成分を各ピクセルに割り当てることができる。更には、例えば光学センサ及び／又は空間光変調器を２つ以上の領域に細分化することによって、別の実施の形態も実現できる。その実施の形態においては、空間光変調器の各領域を、光学センサ及び／又は光学センサの一部と関連付けて、上述の割り当てを実行するように適合させても良い。従って一例として、変調周波数のセットを、空間光変調器の第１の領域及び空間光変調器の少なくとも１つの第２の領域の両領域に対して提供しても良い。第１の領域から生成されるセンサ信号と第２の領域から生成されるセンサ信号との間でのセンサ信号の信号成分における多義性を、その他の手段によって、例えば付加的な変調を使用することによって解消することができる。
従って一般的に、少なくとも２つのピクセルを制御するように、有利にはマトリクスの多数のピクセル又はそれどころか全てのピクセルを制御するように、変調装置を適合させても良く、その場合、各ピクセルは、ちょうど１つの変調周波数を有しているか、又は、２つ以上の変調周波数を有している。従って、単一のピクセルを１つの変調周波数、２つの変調周波数又はそれより多くの数の変調周波数で変調させても良い。それらのタイプの多周波数変調は、一般的に、高周波数電子装置の分野においては公知である。
上記において概要を述べたように、少なくとも２つのピクセルを異なる変調周波数で周期的に変調させるように、変調装置を適合させることができる。更に有利には、上述のように、変調装置が、各変調周波数が１つの特定のピクセルに割り当てられている変調周波数のセットを提供することもできるし、そのような変調周波数のセットを使用することもできる。一例として、変調周波数のセットは、少なくとも２つの変調周波数、より有利には少なくとも５つの変調周波数、最も有利には少なくとも１０個の変調周波数、少なくとも５０個の変調周波数、少なくとも１００個の変調周波数、少なくとも５００個の変調周波数又は少なくとも１，０００個の変調周波数を含むことができる。その他の実施の形態も考えられる。
上記の詳細な説明において概要を述べたように、有利には、異なる変調周波数でセンサ信号を復調することによって周波数解析を実行するように、変調装置を適合させることができる。このために、評価装置は、１つ以上の復調装置を含むことができ、例えば１つ以上の周波数混合装置、１つ以上の周波数フィルタ、例えば１つ以上のローパスフィルタ又は１つ以上のロックインアンプ及び／又はフーリエアナライザを含むことができる。有利には、周波数の所定の範囲及び／又は調整可能な範囲にわたる離散フーリエ解析又は連続フーリエ解析を実行するように、評価装置を適合させることができる。
上述のように、有利には、変調装置によって使用されるものと同一の変調周波数のセットを使用するように評価装置を適合させることができるので、それによって、変調装置による空間光変調器の変調及び評価装置によるセンサ信号の復調は同一の変調装置のセットを用いて実行される。
更に有利な実施の形態は、空間光変調器によって空間分解式に変更された光ビームの少なくとも１つの特性に関し、有利にはそのような光ビームの少なくとも１つの光学特性に関する。従って、有利には、空間光変調器によって空間分解式に変更された光ビームの少なくとも１つの特性は、光ビームの一部の強度；光ビームの一部の位相；光ビームの一部のスペクトル特性、有利には色；光ビームの一部の偏光；光ビームの一部の伝播方向から成る群から選択された少なくとも１つの特性である。一例として、上記において概要を述べたように、空間光変調器を、各ピクセルに関して、各ピクセルを通過する光の一部をスイッチオン又はスイッチオフするように適合させても良い。即ち、空間光変調器は、光の一部を光学センサに向かって伝播させることができる第１の状態と、光の一部の光学センサに向かって伝播が阻止される第２の状態との間での切り替えを行うように適合されている。更に、その他のオプションも考えられ、例えば、ピクセルの第１の第１の透過率を有する第１の状態と、第１の透過率とは異なるピクセルの第２の透過率を有する第２の状態との間での強度変調も考えられる。その他のオプションも考えられる。
少なくとも１つの空間光変調器は、有利には、以下のものから成る群から選択された少なくとも１つの空間光変調器を含んでいても良い。即ち、液晶技術を基礎とする空間光変調器、例えば１つ以上の液晶空間光変調器；マイクロメカニカルシステムを基礎とする空間光変調器、例えばマイクロミラーシステムを、特にマイクロミラーアレイを基礎とする空間光変調器；干渉型変調を基礎とする空間光変調器；音響光学効果を基礎とする空間光変調器；電気光学効果を基礎とする、特にポッケルス効果及び／又はカー効果を基礎とする空間光変調器；光ビームが複数のピクセルから成るマトリクスを通過し、各ピクセルが自身を通過する光ビームの各部分に関する光学特性を個別に制御して変更するように適合されている、透過型空間光変調器；各ピクセルが個別に制御可能な反射特性を有しており、且つ、各ピクセルによって反射された光ビームの各部分に関する伝播方向を個別に変更するように適合されている、反射型空間光変調器；各ピクセルが個別に制御可能な反射特性を有しており、且つ、各ピクセルに割り当てられたマイクロミラーの位置を制御することによって各ピクセルに関する透過率を個別に変更するように適合されている、透過型空間光変調器；光ビームが複数のピクセルから成るマトリクスを通過し、且つ、各ピクセルがそれら各ピクセルの干渉効果を変更することによって各ピクセルを通過する光ビームの各部分に関する光学特性を変更するように適合されている、干渉型変調を基礎とする空間光変調器；各ピクセルがそれら各ピクセルに印加される電圧によって個別に制御可能である制御可能なスペクトル特性を有している、エレクトロクロミック空間光変調器；ピクセルの複屈折が音波によって制御可能である、音響光学空間光変調；ピクセルの複屈折が電界によって制御可能である、電気光学空間光変調、有利にはポッケルス効果及び／又はカー効果を基礎とする空間光変調；調整可能な複数の光学素子から成る少なくとも１つのアレイを含んでいる空間光変調、例えば複数の焦点調整可能なレンズから成るアレイ、複数の適応型液晶マイクロレンズから成る領域、複数の透明マイクロプリズムから成るアレイのうちの１つ以上を含んでいる空間光変調、から成る群から選択された少なくとも１つの空間光変調器を含んでいても良い。それらのタイプの空間光変調は、一般的に、当業者には公知であり、またそれらのうちの少なくとも一部は市販されている。従って、一例として、少なくとも１つの空間光変調器は、以下のものから成る群から選択された少なくとも１つの空間光変調を含んでいても良い。即ち、各ピクセルが液晶装置の個別に制御可能なセルである、液晶装置、有利にはアクティブマトリクス型の液晶装置；各ピクセルが反射性の表面の向きに関して個別に制御可能であるマイクロミラー装置のマイクロミラーである、マイクロミラー装置；各ピクセルが各セルに印加される電圧によって個別に制御可能であるスペクトル特性を有しているエレクトロクロミック装置のセルである、エレクトロクロミック装置；各ピクセルがセルに加えられる音波によって個別に制御可能である複屈折を有している音響光学装置のセルである、音響光学装置；各ピクセルがセルに印加される電界によって個別に制御可能である複屈折を有している電気光学装置のセルである、電気光学装置、から成る群から選択された少なくとも１つの空間光変調器を含んでいても良い。上述の技術を２つ以上組み合わせたものも考えられる。マイクロミラー装置は一般的に市販されており、例えば、いわゆるＤＬＰ（Ｒ）技術を実現するマイクロミラー装置が市販されている。
上記において概要を述べたように、光ビームの少なくとも１つの特性を変更するピクセルの性能を、複数のピクセルから成るマトリクスにわたり一様とすることができる。択一的に、少なくとも１つの特性を変更するピクセルの性能はピクセル間で異なっていても良く、その場合には、複数のピクセルから成るマトリクスの少なくとも１つの第１のピクセルは、特性を変更する第１の性能を有しており、また複数のピクセルから成るマトリクスの少なくとも１つの第２のピクセルは、特性を変更する第２の性能を有している。更に、ピクセルによって光ビームの２つ以上の特性を変更しても良い。その場合にも、ピクセルは光ビームの同一の特性又は光ビームの異なるタイプの特性を変更することができる。従って一例として、少なくとも１つの第１のピクセルを、光ビームの第１の特性を変更するように適合させることができ、また、少なくとも１つの第２のピクセルを、光ビームの第１の特性とは異なる光ビームの第２の特性を変更するように適合させることができる。更に、各ピクセルを通過する光ビームの一部の少なくとも１つの光学特性を変更するピクセルの性能を、光ビームのスペクトル特性に依存させることができ、特に光ビームの色のスペクトル特性に依存させることができる。従って一例として、光ビームの少なくとも１つの特性を変更するピクセルの性能を、光ビームの波長及び／又は光ビームの色に依存させることができる。ここで「色」という用語は、光ビームの強度のスペクトル分布を表す。ここでもまた、ピクセルは一様な特性を有していても良いし、異なる特性を有していても良い。従って一例として、少なくとも１つの第１のピクセル又はピクセルの少なくとも１つの第１のグループは、青色のスペクトル範囲の透過率が高いフィルタリング特性を有することができ、ピクセルの第２のグループは、赤色のスペクトル範囲の透過率が高いフィルタリング特性を有することができ、また、ピクセルの第３のグループは、緑色のスペクトル範囲のスペクトル特性が高いフィルタリング特性を有することができる。一般的に、ピクセルの少なくとも２つのグループを、異なる透過率範囲を有する光ビームに関するフィルタリング特性を有するように設けることができ、更にその場合には、各グループ内のピクセルを、少なくとも１つの低透過状態と少なくとも１つの高透過状態との間で切り替えることができる。その他の実施の形態も考えられる。
上記において概要を述べたように、空間光変調器は、透過型空間光変調器であっても良いし、非透過型のすなわち不透明な空間光変調器であっても良い。後者の場合、有利には、空間光変調器は、反射型空間光変調器であり、例えば複数のマイクロミラーを有しており、且つ、各マイクロミラーがマイクロミラー装置の１つのピクセルを形成しており、更には、各マイクロミラーを少なくとも２つの向きに個別に切り替え可能であるマイクロミラー装置である。従って一例として、各マイクロミラーの第１の向きを、マイクロミラーを通過する光ビームの一部が、即ちマイクロミラーに入射する光ビームの一部が光学センサへと方向付けられている向きとすることができ、また、第２の向きを、マイクロミラーを通過する光ビームの一部が、即ち、マイクロミラーに入射する光ビームの一部が別の方向へと方向付けられており、例えばビームダンプへと方向付けられることによって光学センサには到達しない向きとすることができる。
付加的又は択一的に、空間光変調器は、透過型空間光変調器であっても良く、有利には、ピクセルの透過率を有利には個別に切り替え可能である透過型空間光変調器であっても良い。従って一例として、空間光変調器は、少なくとも１つの透明液晶装置を含んでいても良く、例えばプレゼンテーションを目的として使用されるＢｅａｍｅｒにおいて、投影を目的として広く使用されている液晶装置を含んでいても良い。液晶装置は、スペクトル特性が同一の複数のピクセルを有しているモノクロ液晶装置であっても良いし、スペクトル特性が異なる複数のピクセルを有している、例えば赤色、緑色及び青色のピクセルを有しているマルチカラー液晶装置又はそれどころかフルカラー液晶装置であっても良い。
上記において概要を述べたように、評価装置は有利には、各信号成分をマトリクスの１つのピクセルに割り当てるように適合されている。更に、マトリクスのどのピクセルが光ビームによって照明されているかを信号成分の評価によって求めるように、評価装置を適合させることができる。従って、各信号成分を、一意の相関関係を介して１つの特定のピクセルに対応付けることができ、またスペクトル成分の評価によって、ピクセルの照明を評価することもできる。一例として、照明されているピクセルを求めるために、信号成分を少なくとも１つの閾値と比較するように、評価装置を適合させることも良い。少なくとも１つの閾値は、固定の閾値であっても良いし、所定の閾値であっても良いし、また、可変の又は調整可能な閾値であっても良い。一例として、信号成分の典型的なノイズを超える所定の閾値を選択しても良く、また、各ピクセルの信号成分が閾値を上回った場合に、ピクセルの照明を求めても良い。少なくとも１つの閾値は、全ての信号成分に対して一様な閾値であっても良いし、各信号成分に対して固有の閾値であっても良い。従って、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、それらの個々のノイズを考慮するために、固有の閾値を選択しても良い。
更に、光ビームによって照明されているマトリ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つの横方向位置及び／又は光ビームの向き、例えば検出器の光軸に関する向きを識別するように、評価装置を適合させることができる。従って一例として、信号成分の評価によって最も強く照明されている少なくとも１つのピクセルを識別することによって、複数のピクセルから成るマトリクスにおける光ビームの中心を識別することができる。最も強く照明されている少なくとも１つのピクセルをマトリクスの特定の位置に配置しても良く、その位置を光ビームの横方向位置として識別しても良い。これに関しては、一般的に、欧州特許出願１３１７１９０１．５号に開示されているような光ビームの横方向位置の求め方の原理を参照されたい。もっともその他のオプションも考えられる。
一般的に、以下において使用されているように、検出器の種々の方向を規定することができる。従って、対象物の位置及び／又は向きを座標系において規定することができ、有利には、その座標系を検出器の座標系とすることができる。つまり、検出器はその検出器の光軸によってｚ軸が形成されている座標系を形成することができ、また付加的に、その座標系において、ｚ軸に直交し、且つ、相互に直交しているｘ軸及びｙ軸を設けることができる。一例として、検出器及び／又は検出器の一部を、この座標系における特定の点に、例えばこの座標系の原点に位置決めすることができる。この座標系においては、ｚ軸に平行又は逆平行の方向を縦方向とみなすことができ、またｚ軸に沿った座標を縦方向座標とみなすことができる。縦方向に直交する任意の方向を横方向とみなすことができ、またｘ座標及び／又はｙ座標を横方向座標とみなすことができる。
択一的に、その他のタイプの座標系を使用しても良い。従って一例として、極座標系を使用しても良く、この極座標系においては光軸がｚ軸を形成しており、また、ｚ軸からの距離及び極角を付加的な座標として使用しても良い。ここでもまた、ｚ軸に平行又は逆平行の方向を縦方向とみなしても良く、またｚ軸に沿った座標を縦方向座標とみなしても良い。ｚ軸に直交する任意の方向を横方向とみなしても良く、また極座標及び／又は曲角を横方向座標とみなしても良い。
複数のピクセルから成るマトリクスにおける光ビームの中心を様々な形で使用することができる。複数のピクセルから成るマトリクスにおける光ビームの中心点又は中心領域を光ビームの中心とすることができる。従って、光ビームの中心に関する少なくとも１つの横方向座標を求めることができ、この横方向座標を以下では、光ビームの中心のｘｙ座標とも称する。
更に、光ビームの中心の位置から、検出器に向かって伝播する光ビームの起点となる対象物の相対的な方向及び／又は横方向位置に関する情報を取得することができる。従って、光ビームによって最も強く照明されている１つ以上のピクセルを求めることによって、光ビームによって照明されているマトリクスのピクセルの横方向位置が求められる。このために、検出器の既知のイメージング特性を使用することができる。一例として、対象物から検出器へと伝播する光ビームを特定の領域に直接入射させることができ、またその領域の場所から、又は、特に光ビームの中心の位置から、対象物の方向及び／又は横方向位置を導出することができる。オプションとして、検出器は、光学特性を備えている少なくとも１つの伝送装置を含んでいても良く、例えば少なくとも１つのレンズ又はレンズシステムを含んでいても良い。典型的には、伝送装置の光学特性は、既知のイメージング方程式及び／又は光線光学系又はマトリクス光学系から既知である幾何学的な関係性を使用することによって既知であるので、１つ以上の伝送装置が使用される場合、複数のピクセルから成るマトリクスにおける光ビームの中心の位置を、対象物の横方向位置についての情報を導出するために使用することもできる。従って一般的に、検出器に向かって伝播する光ビームの起点となる対象物の横方向位置及び検出器に向かって伝播する光ビームの起点となる対象物の相対的な方向のうちの１つ以上を、光ビームの横方向位置及び光ビーム向きのうちの少なくとも１つを評価することによって識別するように、評価装置を適合させることができる。これについては、例えば、欧州特許出願第１３１７１９０１．５号、米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号又は米国仮出願特許第６１／７４９，９６４号に開示されているような、横方向光学センサのうちの１つ以上を参照されたい。更に、その他のオプションも考えられる。
更に、光ビームに関する情報及び／又は検出器に向かって伝播する光ビームの起点となる対象物の位置に関する情報の１つ以上の別の項目を、スペクトル解析の結果を更に評価することによって、特に、信号成分を評価することによって導出するように、評価装置を適合させることができる。従って一例として、以下のものから成る群から選択された情報の１つ以上の項目を導出するように評価装置を適合させることができる。即ち、検出器に向かって伝播する光ビームの起点となる対象物の位置；空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスにおける光ビームの横方向位置；空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスの位置における光ビームの幅；光ビーム色及び／又は光ビームのスペクトル特性；検出器に向かって伝播する光ビームの起点となる対象物の縦方向座標、から成る群から選択された情報の１つ以上の項目を導出するように評価装置を適合させることができる。情報のこれらの項目の例及び情報のこれらの項目の導出方法を以下において詳細に説明する。
従って一例として、信号成分を評価することによって光ビームの幅を求めるように、評価装置を適合させることができる。一般的に、本明細書において使用されているように、「光ビームの幅」という語句は、複数のピクセルから成るマトリクスにおいて、特に、光ビームの局所的な伝播方向に直交する平面において、例えば上述のｚ軸に直交する平面において、光ビームによって形成された照明のスポットにおける横方向の広がりの任意の寸法を表す。従って一例として、光ビームの幅を、光点の面積、光点の直径、光点の等価直径、光点の半径又は光点の等価半径のうちの１つ以上を提供することによって規定しても良い。一例として、以下の詳細な説明において概要を述べるように、空間光変調器の位置において光ビームの幅を求めるために、いわゆるビームウェストを規定しても良い。特に、光ビームによって照明されているピクセルに割り当てられた信号成分を識別し、ピクセルの配置構成の既知の幾何学的特性から空間光変調器の位置における光ビームの幅を求めるように、評価装置を適合させることができる。従って、特に、マトリクスのピクセルがそのマトリクスの既知の位置に配置されている場合、これは典型的には、周波数解析によって導出された各ピクセルの信号成分を、光ビームによる空間光変調器の照明の空間分布に変換させることができる場合であり、これによって、空間光変調器の位置における光ビームの幅に関する情報の少なくとも１つの項目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、この幅を、検出器に向かって伝播する光ビームの起点となる対象物の位置に関する情報の１つ以上の項目を導出するために使用しても良い。従って、検出器に向かって伝播する光ビームの起点となる対象物との距離と、光ビームの幅との既知の関係性又は求めることができるそれらの関係性を使用して、対象物の縦方向座標を求めるように評価装置を適合させることができる。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ための一般的な原理に関しては、国際公開第２０１２／１１０９２４号、欧州特許出願第１３１７１９０１．５号、米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号又は米国仮出願特許第６１／７４９，９６４号のうちの１つ以上を参照されたい。
従って一例として、各ピクセルに関して、それら各ピクセルが照明されているピクセルであるか否かを求めるために、各ピクセルの信号成分を少なくとも１つの閾値と比較するように、評価装置を適合させることができる。この少なくとも１つの閾値は、各ピクセルに対して固有の閾値であっても良いし、マトリクス全体に対して一様な閾値であっても良い。上記において概要を述べたように、閾値を所定の閾値及び／又は固定の閾値とすることもできる。択一的に、少なくとも１つの閾値は可変であっても良い。従って、少なくとも１つの閾値を、各測定に対して規定しても良いし、複数の測定から成るグループに対して規定しても良い。つまり、閾値を規定するように適合されている少なくとも１つのアルゴリズムを設けても良い。
一般的に、複数のピクセルの中から最も強く照明されている少なくとも１つのピクセルを各ピクセルの信号の比較によって求めるように、評価装置を適合させることができる。つまり一般的に、光ビームによる照明の強度が最も高い１つ以上のピクセル及び／又はマトリクスの領域又は区画を求めるように検出器を適合させることができる。一例として、このようにして、光ビームによる照明の中心を求めることができる。
最も強い照明、及び／又は、最も強い照明の領域又は区画に関する情報を様々な形で使用することができる。従って、上記において概要を述べたように、少なくとも１つの上述の閾値を可変の閾値とすることができる。一例として、最も強く照明されている少なくとも１つのピクセルの信号の有理数として上述の少なくとも１つの閾値を選択するように評価装置を適合させることができる。従って、最も強く照明されている少なくとも１つのピクセルの信号に係数１／ｅ２を乗算することによって閾値を選択するように、評価装置を適合させることができる。以下の詳細な説明において概要を述べるように、このオプションは、少なくとも１つの光ビームに関してガウス伝播特性が想定される場合には特に有利である。何故ならば、閾値１／ｅ２は、一般的に、光学センサ上でのガウス光ビームによって形成されるビーム半径又はビームウェストを有している光点の境界部を規定するからである。
光ビームの幅と、又は、これと等価である、光ビームによって照明されているピクセルの数Ｎと、対象物の縦方向座標との所定の関係性を使用することによって対象物の縦方向座標を求めるように、評価装置を適合させることができる。従って一般的に、光ビームの直径は、当業者には一般的に公知である伝播特性に起因して、伝播と共に変化し、例えば、伝播の縦方向座標と共に変化する。照明されているピクセルの数と対象物の縦方向座標との関係性は、経験的に求められた関係性であっても良い、及び／又は、解析により求めても良い。
従って一例として、光ビームの幅及び／又は照明されているピクセルの数と縦方向座標との関係性を求めるために、較正プロセスを使用しても良い。付加的又は択一的に、上述のように、所定の関係性は、光ビームがガウス光ビームであるという想定を基礎としても良い。光ビームは、ちょうど１つの波長λを有しているモノクロの光ビームであっても良いし、複数の波長又は波長スペクトルを有している光ビームであっても良い。ここで一例として、スペクトルの中心波長及び／又はスペクトルの特性ピークの波長を、光ビームの波長λとして選択しても良い。
解析により求められる関係性の一例として、光ビームがガウス特性を有しているという想定の下で導出することができる所定の関係を次式により表すことができる：
式中、ｚは縦方向座標であり、
ｗ０は、空間内を伝播する際の光ビームの最小ビーム半径であり、
ｚ０は、光ビームのレイリー長であって、ｚ０＝π・ｗ０ ２／λであり、λは光ビームの波長である。
ｗ０は、空間内を伝播する際の光ビームの最小ビーム半径であり、
ｚ０は、光ビームのレイリー長であって、ｚ０＝π・ｗ０ ２／λであり、λは光ビームの波長である。
この関係性を、一般的に、座標系のｚ軸に沿って伝播するガウス光ビームの強度Ｉの以下の一般式から導き出すことができる。式中、ｒはｚ軸に直交する座標であり、Ｅは光ビームの電界である：
一般的にガウス形曲線を表すガウス光ビームの横断方向プロフィールのビーム半径ｗが、特定のｚ値についてｚ軸からの特定の距離として規定され、その距離では、振幅Ｅが値１／ｅ（約３６％）に低下し、且つ、強度Ｉが１／ｅ２に低下する。上記に示したガウス式において座標ｚ＝０で生じる最小ビーム半径（この最小ビーム半径は、例えばｚ座標変換が実施される場合には、その他のｚ値においても生じると考えられる）はｗ０によって表されている。光ビームがｚ軸に沿って伝播する場合、ビーム半径はｚ座標に依存して一般的に次式により求められる：
照明されているピクセルの数Ｎは、光学センサの照明されている面積Ａに比例する：
若しくは、複数の空間光変調器ｉ＝１〜ｎが使用される場合には、空間光変調器毎の照明されているピクセルの数Ｎｉは、各光学センサの照明されている面積Ａｉに比例する：
また、半径ｗを有する円の一般面積は次式により表され、
照明されているピクセルの数とｚ座標との以下の関係性を導き出すことができる：
又は
各式中、ｚ０は上述のようにｚ０＝π・ｗ０ ２／λである。従って、Ｉ≧Ｉ０／ｅ２の強度で照明されている円内のピクセルの数であるＮ又はＮｉについて、一例として、Ｎ又はＮｉを、ピクセルの数を単純に計数することによって、及び／又は、その他の方式によって、例えばヒストグラム分析によって求めることができる。換言すれば、ｚ座標と照明されているピクセルの数Ｎ又はＮｉとの間の明確に規定された関係性を、対象物及び／又は対象物の少なくとも１点の縦方向座標ｚを求めるために、例えば対象物に組み込まれている及び／又は対象物に取り付けられている少なくとも１つのビーコン装置の少なくとも１つの縦方向座標を求めるために使用することができる。
上記の式、例えば式（１）においては、光ビームが位置ｚ＝０に焦点を有しているケースを想定している。しかしながら、例えば特定の値を加算及び／又は減算することによる、ｚ座標の座標変換も考えられることを言及しておく。従って一例として、焦点の位置は一般的に、検出器と対象物との間の距離及び／又は光ビームのその他の特性に依存している。つまり、焦点及び／又は焦点の位置を求めることによって、対象物の位置を、特に、対象物の縦方向位置を、例えば、焦点の位置と対象物及び／又はビーコン装置の縦方向座標との間の経験的及び／又は分析的な関係性を使用して求めることができる。更に、オプションとしての少なくとも１つの伝送装置のイメージング特性、例えばオプションとしての少なくとも１つのレンズのイメージング特性を考慮しても良い。従って、一例として、対象物から検出器に向けられている光ビームのビーム特性が既知である場合、例えばビーコン装置に含まれている照明装置の放射特性が既知である場合、対象物から伝送装置への伝播、伝送装置の撮像、並びに、伝送装置から少なくとも１つの光学センサへのビーム伝播を表す適切なガウス伝達行列を使用することによって、ビームウェストと対象物及び／又はビーコン装置の位置の相関関係を分析により容易に求めることができる。付加的又は択一的に、適切な較正測定によって、相関関係を経験に基づき求めても良い。
上記において概要を述べたように、複数のピクセルから成るマトリクスを、有利には、２次元のマトリクスとすることができる。しかしながら、その他の実施の形態も考えられ、例えば１次元のマトリクスの実施の形態も考えられる。更に有利には、上記において概要を述べたように、複数のピクセルから成るマトリクスは矩形のマトリクスである。
上記において概要を述べたように、周波数解析から導出される情報を、更に、対象物及び／又は光ビームに関するその他のタイプの情報を導出するために使用することができる。横方向位置及び／又は縦方向位置の情報に付加的又は択一的に導出することができる情報の別の例として、対象物及び／又は光ビームのスペクトル特性及び／又は色を挙げることができる。
つまり、各ピクセルを通過する光ビームの一部の少なくとも１つの光学特性を変更するピクセルの性能を、光ビームのスペクトル特性に、特に光ビームの色のスペクトル特性に依存させることができる。特に、異なるスペクトル特性を有している光ビームの成分に信号成分を割り当てるように評価装置を適合させることができる。従って一例として、１つ以上の第１の信号成分を、第１のスペクトル範囲にある光ビームの一部を伝送又は反射するように適合されている１つ以上のピクセルに割り当てることができ、１つ以上の第２の信号成分を、第２のスペクトル範囲にある光ビームの一部を伝送又は反射するように適合されている１つ以上のピクセルに割り当てることができ、また、１つ以上の第３の信号成分を、第３のスペクトル範囲にある光ビームの一部を伝送又は反射するように適合されている１つ以上のピクセルに割り当てることができる。従って、複数のピクセルから成るマトリクスは、スペクトル特性が異なるピクセルの少なくとも２つの異なるグループを有することができ、また評価装置を、それらのグループの信号成分を区別し、それによって光ビームの完全な又は部分的なスペクトル解析を実現するように適合させることができる。一例として、マトリクスは、それぞれを個別に制御可能な赤色、緑色及び青色のピクセルを有していても良く、また評価装置を、複数あるグループのうちの１つのグループに信号成分を割り当てるように適合させても良い。例えば、このためにフルカラー液晶ＳＬＭを使用しても良い。
従って一般的に、異なるスペクトル特性を有している光ビームの成分に割り当てられている信号成分同士を比較することによって、特に、異なる波長を有している光ビームの成分に割り当てられている信号成分同士を比較することによって光ビームの色を求めるように、評価装置を適合させることができる。複数のピクセルから成るマトリクスは、相互に異なるスペクトル特性を有している、有利には相互に異なる色を有しているピクセルを含むことができ、その場合、評価装置を、異なるスペクトル特性を有している各ピクセルに信号成分を割り当てるように適合させることができる。第１の色を有しているピクセルを、第２の色を有しているピクセルとは異なるやり方で制御するように、変調装置を適合させることができる。
上記において概要を述べたように、本発明の利点のうちの１つとして、光学センサの緻密な画素化を回避できるということが挙げられる。その代わりに、画素化ＳＬＭを使用しても良く、それによって、画素化は実際の光学センサからＳＬＭに事実上移行される。特に、少なくとも１つの光学センサを、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つの大面積光学センサとすることもできるし、少なくとも１つの光学センサが、そのような光学センサを少なくとも１つ含むことができる。従って、少なくとも１つの光学センサに、単一のセンサ信号を提供するように適合されている、セグメント化されていないただ１つの単一のセンサ領域を設けることができ、この場合、センサ領域は、少なくとも光軸に平行に検出器に入射して通過する光ビームに関して、ＳＬＭを通過する全ての光ビームの一部を検出するように適合されている。一例として、単一のセンサ領域は、少なくとも２５ｍｍ２の、有利には少なくとも１００ｍｍ２の、より有利には少なくとも４００ｍｍ２の大きさの１つの感応領域を有することができる。更に、その他の実施の形態も考えられ、例えば２つ以上のセンサ領域を有している実施の形態も考えられる。また、２つ以上の光学センサが使用される場合、光学センサは同一である必要はない。従って、１つ以上の大面積光学センサを、以下の詳細な説明において概要を述べるように、１つ以上の画素化光学センサと、例えば１つ以上のカメラチップと、例えば１つ以上のＣＣＤチップ又はＣＭＯＳチップと組み合わせても良い。
少なくとも１つの光学センサを、又は複数の光学センサが設けられている場合には、複数ある光学センサのうちの少なくとも１つの光学センサを、完全に又は部分的に透過性とすることができる。従って一般的に、少なくとも１つの光学センサは、少なくとも部分的に透過性の少なくとも１つの光学センサを含むことができ、それによって、光ビームは少なくとも部分的に透過性の光学センサを通過することができる。本明細書において使用されているように、「少なくとも部分的に透過性」という語句は、光学センサ全体が透過性であるか、又は、光学センサの一部（例えば感応領域）が透過性であるというオプション、及び／又は、光学センサ又は光学センサの少なくとも１つの透過性の部分は光ビームを減衰させながら又は減衰させずに伝送させるというオプションを表していると考えられる。従って、一例として、透過性の光学センサは少なくとも１０％、有利には少なくとも２０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％又は少なくとも７０％の透明度を有していて良い。透明度を、光ビームの波長に依存させることができ、また上述の透明度を、赤外線スペクトル範囲、可視スペクトル範囲及び紫外線スペクトル範囲のうちの少なくとも１つの範囲における少なくとも１つの波長に対して有効とすることができる。一般的に、本明細書において使用されているように、赤外線スペクトル範囲は、７８０ｎｍ〜１ｍｍまでの範囲、有利には７８０ｎｍ〜５０μｍｍまでの範囲、より有利には７８０ｎｍ〜３．０μｍまでの範囲を表す。可視スペクトル範囲とは、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍまでの範囲を表す。ここで、紫色のスペクトル範囲を含む青色のスペクトル範囲を、３８０ｎｍ〜４９０ｎｍまでの範囲として規定することができ、その場合、純粋な青色のスペクトル範囲を、４３０ｎｍ〜４９０ｎｍまでの範囲として規定することができる。黄色のスペクトル範囲を含む緑色のスペクトル範囲を、４９０ｎｍ〜６００ｎｍまでの範囲として規定することができ、その場合、純粋な緑色のスペクトル範囲を、４９０ｎｍ〜５７０ｎｍまでの範囲として規定することができる。橙色のスペクトル範囲を含む赤色のスペクトル範囲を、６００ｎｍ〜７８０ｎｍまでの範囲として規定することができ、その場合、純粋な赤色のスペクトル範囲を、６４０ｎｍ〜７８０ｎｍまでの範囲として規定することができる。紫外線スペクトル範囲を、１ｎｍ〜３８０ｎｍまでの範囲、有利には５０ｎｍ〜３８０ｎｍまでの範囲、より有利には２００ｎｍ〜３８０ｎｍまでの範囲として規定することができる。
一般的に、センサによる作用をもたらすためには、光学センサには通常、光ビームと光学センサとの間での何らかの相互作用が与えられなければならず、この相互作用によって通常は透明性が低下する。光学センサの透明性を光ビームの波長に依存させることができ、その場合、光学センサの感度、吸収率又は透明度のスペクトルプロフィールが生じる。上記において概要を述べたように、複数の光学センサが設けられている場合、光学センサのスペクトル特性は同一である必要はない。従って、複数ある光学センサのうちの１つには、赤色のスペクトル範囲に対する高い吸収率（例えば、吸光度ピーク、吸光係数ピーク、吸収ピークのうちの少なくとも１つ）を設定し、複数ある光学センサのうちの別の１つには、緑色スペクトル範囲に対する高い吸収率を設定し、また、複数ある光学センサのうちの更に別の１つには、青色のスペクトル範囲に対する高い吸収率を設定することができる。その他の実施の形態も考えられる。
上記において概要を述べたように、複数の光学センサが設けられている場合、光学センサはスタックを形成することができる。従って、少なくとも１つの光学センサは、少なくとも２つの光学センサから成るスタックを含んでいる。スタックにおける光学センサのうちの少なくとも１つを、少なくとも部分的に透過性の光学センサとすることができる。従って有利には、光学センサのスタックは、少なくとも部分的に透過性の少なくとも１つの光学センサと、透過性であっても非透過性であっても良い少なくとも１つの別の光学センサと、を含むことができる。有利には、少なくとも２つの透過性の光学センサが設けられる。特に、空間光変調器から最も離れて位置する光学センサを、非透過性の光学センサとすることができ、例えば不透明な光学センサとすることができ、その場合、有機又は無機の光学センサを使用することができ、例えばＣＣＤチップ又はＣＭＯＳチップのような無機半導体センサを使用することができる。
境界面での反射を回避及び／又は低減するために、スタックを部分的に又は完全にオイル及び／又は液体に浸漬させても良い。従って、スタックにおける光学センサのうちの少なくとも１つを、完全に又は部分的に、オイル及び／又は液体に浸漬させても良い。
上記において概要を述べたように、少なくとも１つの光学センサは、画素化光学センサである必要がある。従って、周波数解析を実行するための一般的な知識を用いることによって、画素化を省略することができる。なお、特に複数の光学センサが設けられている場合には、１つ以上の画素化光学センサを使用しても良い。従って、特に光学センサのスタックが使用される場合、スタックにおける光学センサのうちの少なくとも１つを、複数の感光性ピクセルを有している画素化光学センサとしても良い。一例として、画素化光学センサを、有機及び／又は無機の画素化光学センサとすることができる。より有利には、特にそれらが市販のものであるという理由から、画素化光学センサを無機の画素化光学センサとすることができ、有利にはＣＣＤチップ又はＣＭＯＳチップとすることができる。従って一例として、スタックは、１つ以上の透過性の大面積非画素化光学センサ、例えば、１つ以上のＤＳＣ、より有利には（以下の詳細な説明において概要を述べるような）ｓＤＳＣと、少なくとも１つの無機画素化光学センサ、例えばＣＣＤチップ又はＣＭＯＳチップと、を含むことができる。一例として、少なくとも１つの無機画素化光学センサを、空間光変調器から最も離れた位置にあるスタックの面に設けることができる。特に、画素化光学センサはカメラチップで良く、より有利にはフルカラーカメラチップで良い。一般的に、画素化光学センサは、色に対して感度を有することができる。つまり、画素化光学センサを、例えば、色に対する感度が相互に異なっている、少なくとも２つの異なるタイプのピクセルを設けることによって、より有利には少なくとも３つの異なるタイプのピクセルを設けることによって、光ビームの色成分を相互に区別するように適合されている画素化光学センサとすることができる。従って一例として、画素化光学センサを、フルカラー撮像センサとすることができる。
有利には、少なくとも１つの光学センサは、少なくとも１つの縦方向光学センサを、即ち少なくとも１つの対象物の縦方向位置を求めるように、例えば対象物の少なくとも１つのｚ座標を求めるように適合されている光学センサを含んでいる。有利には、光学センサの構造を、又は複数の光学センサが設けられている場合には、複数ある光学センサのうちの少なくとも１つの光学センサの構造を、国際公開第２０１２／１１０９２４号に開示されているような構造とすることができる、及び／又は、そこに開示されているような光学センサの機能を提供することができる。従って有利には、少なくとも１つの光学センサ及び／又は複数ある光学センサのうちの１つ以上は、少なくとも１つのセンサ領域を有することができる。この場合、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明に依存しており、照明の総出力が等しければ、センサ信号はセンサ領域における光ビームの幾何学形状に依存し、特にセンサ領域における光ビームの幅に依存し、また、評価装置は、センサ信号を評価することによって幅を求めるように適合されている。照明の総出力ｐが等しければ、センサ信号ｉは光子束Ｆに、即ち、単位面積あたりの光子の数に依存しているので、以下では、この効果を通常、ＦｉＰ効果と称する。しかしながら、ＦｉＰ効果を基礎とする検出器は、縦方向光学センサの単に有利な一実施の形態に過ぎないことを言及しておく。付加的又は択一的に、その他のタイプの１つ以上の縦方向光学センサを使用しても良い。従って、以下においてＦｉＰセンサを参照する際、一般的には、ＦｉＰセンサの代わりにその他のタイプの縦方向光学センサも使用できることを言及しておく。それにもかかわらず、ＦｉＰセンサの優れた特性及び多数の利点に基づき、少なくとも１つのＦｉＰセンサを使用することが有利である。
ＦｉＰ効果を、検出器に向かって伝播する光ビームの起点となる対象物の縦方向位置を求めるために使用することができる。このＦｉＰ効果は、米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号及び米国仮出願特許６１／７４９，９６４号に更に開示されている。従って、有利には非画素化センサ領域であって良いセンサ領域における光ビームを含むビームは光ビームの幅に依存しており、例えば光ビームの直径又は半径に依存しており、またこの光ビームも検出器と対象物との間の距離に依存しているので、センサ信号を対象物の縦方向座標を求めるために使用することができる。つまり一例として、縦方向座標を求めるために、対象物の縦方向座標とセンサ信号との間の所定の関係性を使用するように、評価装置を適合させることができる。この所定の関係性を、経験的な較正測定を用いることによって、及び／又は、既知のビーム伝播特性を用いることによって、例えばガウスビーム伝播特性を用いることによって導出することができる。更なる詳細については、国際公開第２０１２／１１０９２４号及び／又は米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号及び米国仮出願特許第６１／７４９，９６４号を参照されたい。
有利には、複数の光学センサが設けられている場合、例えば光学センサのスタックが設けられている場合、複数ある光学センサのうちの少なくとも２つを、ＦｉＰ効果を提供するように適合させることができる。特に、ＦｉＰ効果を示す１つ以上の光学センサを設けることができる。有利には、ＦｉＰ効果を示す光学センサは、画素化光学センサではなく、均一なセンサ表面を有している大面積光学センサである。
従って、光ビームによって連続的に照明される複数の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、また、上述のＦｉＰ効果を使用することによって、ビームプロフィールにおける多義性を排除することができる。従って、ガウス光ビームは、距離ｚにおけるビーム幅と同じビーム幅を焦点の前後において提供することができる。少なくとも２つの位置に沿ってビーム幅を測定し、光ビームは細くなり続けているか、又は太くなり続けているかを求めることによって、この多義性を解消することができる。従って、ＦｉＰ効果を有している２つ以上の光学センサを設けることによって、より高い精度を提供することができる。少なくとも２つの光学センサのセンサ領域において光ビームの幅を求めるように評価装置を適合させることができ、更には、それらの幅を評価することによって、光学検出器に向かって伝播する光ビームの起点となる対象物の縦方向位置についての情報の少なくとも１つの項目を生成するように、評価装置を適合させることができる。
特に、少なくとも１つの光学センサ又は複数ある光学センサのうちの１つ以上が上述のＦｉＰ効果を提供する場合、光学センサのセンサ信号を、光ビームの変調周波数に依存させることができる。一例として、ＦＩＰ効果を、０．１Ｈｚ〜１０ｋＨｚまでの変調周波数に依存させることができる。
従って一般的に、１つ以上の変調装置によって光ビームを変調させることができる。ＦｉＰ効果を高めるため及び／又は実現するための変調は、空間光変調器のピクセルを制御する変調装置によって使用される変調と同じ変調であっても良い、及び／又は、空間光変調器のピクセルを制御する変調装置によって使用される変調とは異なる変調であっても良い。従って、空間光変調器はＦｉＰ効果を実現する及び／又は高める変調を提供することができる。付加的又は択一的に、例えば光ビームを変調して放射するように適合されている１つ以上の照明源を使用することによって、付加的な変調を提供することができる。従って一例として、変調装置及び空間光変調器のピクセルによって使用される変調は、第１の周波数範囲、例えば１Ｈｚ〜１００Ｈｚまでの範囲にあるもので良く、更には、光ビーム自体を、少なくとも１つの第２の変調周波数によって、例えば１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚまでの第２の周波数範囲にある周波数によって、任意付加的に変調させても良い。つまり例えば、２つ以上の変調を使用しても良く、その場合には、空間光変調器及び変調装置によって行われる少なくとも１つの第１の変調を、空間光変調器の１つ以上の特定のピクセルに信号成分を割り当てるために使用しても良く、また、少なくとも１つの別の変調を、１つ以上の異なる目的のために、例えばＦｉＰ効果を高めるため及び／又は実現するために、及び／又は、特定の変調周波数での放射を行う１つ以上の照明源を識別するために使用しても良い。後者の目的は、異なる変調周波数で変調された光ビームを放射する２つ以上の異なるタイプのビーコン装置を区別するために使用することができる。更なる詳細については、２０１３年６月１３日に出願された、欧州特許出願第１３１７１９００．７号を参照されたい。
上記において概要を述べたように、少なくとも１つの光学センサは、又は複数の光学センサが設けられている場合、複数ある光学センサのうちの１つ以上の光学センサは、有利には、少なくとも１つの有機半導体検出器及び／又は少なくとも１つの無機半導体検出器であっても良いし、少なくとも１つの有機半導体検出器及び／又は少なくとも１つの無機半導体検出器を含んでいても良い。従って一般的に、光学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。最も有利には、１つの半導体検出器又は複数ある半導体検出器のうちの少なくとも１つを、少なくとも１種の有機材料を含んでいる有機半導体検出器とすることができる。従って、本明細書において使用されているように、有機半導体検出器は、少なくとも１種の有機材料を、例えば有機色素及び／又は有機半導体材料を含んでいる光学検出器である。少なくとも１種の有機材料の他に、有機材料又は無機材料から選択することができる１種以上の別の材料を含ませても良い。従って、有機半導体検出器を、有機材料だけを含んでいる全有機半導体検出器として設計しても良いし、１種以上の有機材料及び１種以上の無機材料を含んでいるハイブリッド検出器として設計しても良い。更に、その他の実施の形態も考えられる。従って、１つ以上の有機半導体検出器及び／又は１つ以上の無機半導体検出器の組み合わせも考えられる。
有利には、半導体検出器を、有機太陽電池、色素太陽電池、色素増感太陽電池、固体色素太陽電池、固体色素増感太陽電池から成る群から選択することができる。
有利には、特に複数ある光学センサのうちの１つ以上が上述のＦｉＰ効果を提供するならば、少なくとも１つの光学センサは、又は複数の光学センサが設けられている場合には、複数ある光学センサのうちの１つ以上の光学センサは、色素増感太陽電池（ＤＳＣ）、有利には固体色素増感太陽電池（ｓＤＳＣ）であっても良いし、色素増感太陽電池（ＤＳＣ）、有利には固体色素増感太陽電池（ｓＤＳＣ）を含んでいても良い。本明細書において使用されているように、ＤＳＣは一般的に、少なくとも２つ設けられている電極のうちの少なくとも１つが少なくとも部分的に透明であって、少なくとも１種のｎ型半導体金属酸化物、少なくとも１種の色素及び少なくとも１種の電解質又はｐ型半導体材料が電極間に設けられている構造を表す。ｓＤＳＣにおいては、電解質又はｐ型半導体材料は固体材料である。一般的に、本発明における光学センサのうちの１つ以上に対して使用することができるｓＤＳＣの考えられる構造については、国際公開第２０１２／１１０９２４号、米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号、米国仮出願特許第６１／７４９，９６４号、欧州特許出願第１３１７１８９８．３号、欧州特許出願第１３１７１９００．７号又は欧州特許出願第１３１７１９０１．５号のうちの１つ以上を参照されたい。その他の実施の形態も考えられる。国際公開第２０１２／１１０９２４号に開示されているように、上述のＦｉＰ効果は、特に、ｓＤＳＣにおいて存在していると考えられる。
従って一般的に、少なくとも１つの光学センサは、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１種のｎ型半導体金属酸化物と、少なくとも１種の色素と、少なくとも１種のｐ型半導体有機材料、有利には固体ｐ型半導体有機材料と、少なくとも１つの第２の電極と、を備えている層構造を有している少なくとも１つの光学センサを含むことができる。上記において概要を述べたように、第１の電極及び第２の電極のうちの少なくとも１つの電極を透明とすることができる。最も有利には、特に透過型光学センサが設けられるべき場合には、第１の電極及び第２の電極の両電極を透明とすることができる。
上記において概要を述べたように、光学検出器は、１つ以上の別の装置を、特に１つ以上の別の光学装置を、例えば１つ以上のレンズ及び／又は１つ以上の反射装置を含むことができる。従って最も有利には、光学検出器は、少なくとも１つの空間光変調器と、その空間光変調器の後段に配置されている少なくとも１つの光学センサとを、有利には少なくとも２つの光学センサから成るスタックとを備えており、それによって、光ビームが空間光変調器を通過した後に、続けて１つ以上の光学センサも通過する構造、例えば管状に配置されている構造を含んでいても良い。有利には、空間光変調器を通過する前に、光ビームを、１つ以上の光学装置を通過させることができ、例えば１つ以上のレンズを、有利にはビーム形状及び／又は明確に規定された形でのビームの拡幅又は狭窄に影響を及ぼすように適合されている１つ以上の光学装置を通過させることができる。付加的又は択一的に、１つ以上の光学装置を、例えば１つ以上のレンズを、空間光変調器と少なくとも１つの光学センサとの間に配置することができる。
１つ以上の光学装置を、一般的に、伝送装置と称することもできる。何故ならば、伝送装置の目的のうちの１つは、光学検出器への光ビームの明確に規定された伝送にあると考えられるからである。従って、本明細書において使用されているように、一般的に「伝送装置」という用語は、有利には、例えばレンズ又は曲面鏡が行うような明確に規定された形でビーム形状、ビーム幅又は光ビームの拡幅角度のうちの１つ以上に影響を及ぼすことによって、光ビームを空間光変調器又は光学センサのうちの１つ以上に案内及び／又は供給するように適合されている任意の装置又はそれら装置の組み合わせを表す。
従って一般的に、光学検出器は更に、光学検出器に光を供給するように適合されている少なくとも１つの伝送装置を含むことができる。空間光変調器及び光学センサのうちの１つ以上に光を焦点合わせする及び／又は視準するように、伝送装置を適合させることができる。伝送装置は、特に、レンズ、フォーカシングミラー、デフォーカシングミラー、反射器、プリズム、光学フィルタ、絞りから成る群から選択された１つ以上の装置を含むことができる。その他の実施の形態も考えられる。
本発明の別の態様は、画像認識、パターン認識、及び、光学検出器によって取得された画像の種々の領域の各ｚ座標を個別的に求めることに関するオプションを表すことができる。従って一般的に、上記において概要を述べたように、少なくとも１つの画像を、例えば２Ｄ画像を取得するように光学検出器を適合させることができる。このために、上記において概要を述べたように、光学検出器は、少なくとも１つの撮像装置を、例えば少なくとも１つの画素化光学センサを含むことができる。一例として、少なくとも１つの画素化光学センサは、少なくとも１つのＣＣＤセンサ及び／又は少なくとも１つのＣＭＯＳセンサを含むことができる。この少なくとも１つの撮像装置を使用することによって、シーン及び／又は少なくとも１つの対象物の少なくとも１つの通常の２Ｄ画像を取得するように、光学検出器を適合させることができる。少なくとも１つの画像は、少なくとも１つのモノクロ画像及び／又は少なくとも１つのマルチカラー画像及び／又は少なくとも１つのフルカラー画像であっても良いし、それらの画像を含んでいても良い。更に、少なくとも１つの画像は、単一の画像であっても良いし、単一の画像を含んでいても良い、又は、一連の画像を含んでいても良い。
更に、上記において概要を述べたように、光学検出器は、ｚ座標とも称される光学検出器から少なくとも１つの対象物までの距離を求めるように適合されている、少なくとも１つの距離センサを含むことができる。従って特に、上記において概要を述べたように、また例えば国際公開第２０１２／１１０９２４号及び／又は米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号及び米国仮出願特許第６１／７４９，９６４号のうちの１つ以上に開示されているように、いわゆるＦｉＰ効果を使用することができる。つまり、少なくとも１つの光学センサを、又は複数の光学センサが含まれている場合には、複数ある光学センサのうちの少なくとも１つを、いわゆるＦｉＰセンサとして、即ち、少なくとも１つのセンサ領域を有しているセンサとして構成することができる。この場合、ＦｉＰセンサのセンサ信号は、光ビームによるセンサ領域の照明に依存しており、また、センサ信号は、照明の総出力が等しければ、センサ領域における光ビームの幅に依存している。従って一般的に、ＦｉＰセンサにおいては、センサ信号と、光学検出器に向かって伝播する光ビームの起点となる対象物のｚ座標との間の既知の関係性を、対象物及び／又は対象物の一部のｚ座標を求めるために使用することができる。光学検出器は、一般的に、１つ以上のＦｉＰセンサを、有利にはＦｉＰセンサのスタックを含むことができる。
通常の２Ｄ画像の取得と、ｚ座標を求める可能性とを組み合わせることによって、３Ｄ撮像が実現される。
少なくとも１つの画像内で捕捉されたシーンに含まれている１つ以上の対象物及び／又は構成要素を個別に評価するために、少なくとも１つの画像を２つ以上の領域に細分化しても良く、その場合には、２つ以上の領域又は２つ以上の領域のうちの少なくとも１つの領域を個別に評価することができる。このために、少なくとも２つの領域に対応する信号の周波数選択的な分離を実施することができる。
従って一般的に、少なくとも１つの画像を、有利には２Ｄ画像を取得するように光学検出器を適合させることができる。更に、画像内の少なくとも２つの領域を規定し、空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスの対応するスーパーピクセルを、それらの領域のうちの少なくとも１つに、有利には各領域に割り当てるように、光学検出器を、有利には少なくとも１つの評価装置を適合させることができる。本明細書において使用されているように、１つの領域は、一般的に、画像の１つの所定の範囲であっても良いし、その範囲に対応する画像を取得する撮像装置のピクセル群であっても良く、またその範囲においては、同一の輝度又は色若しくは類似の輝度又は色が存在しても良い。従って一般的に、１つの領域は、光学検出器によって取得される画像の部分画像を形成している少なくとも１つの対象物の画像であって良い。つまり、光学検出器によって、部分画像に結像される少なくとも１つの対象物が存在するシーンの画像を取得することができる。
従って、例えば以下の詳細な説明において概要を述べるような適切なアルゴリズムを使用することによって、画像内において少なくとも２つの領域を識別することができる。一般的に、光学検出器のイメージング特性は既知であるので、例えば既知のイメージング方程式及び／又はマトリクス光学系を使用することによって、画像の複数の領域を空間光変調器の対応するピクセルに割り当てることができる。従って、空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスの特定のピクセルを通過する少なくとも１つの光ビームの成分を、撮像装置の対応するピクセルに順次入射させることができる。つまり、画像を２つ以上の領域に細分化することによって、空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスを、それぞれが画像の各領域に対応している２つ以上のスーパーピクセルに細分化することができる。
上記において概要を述べたように、少なくとも２つの領域を求めるために、１つ以上の画像認識アルゴリズムを使用することができる。従って一般的に、少なくとも１つの画像認識アルゴリズムを使用することによって画像内の少なくとも２つの領域を規定するように、光学検出器を、有利には少なくとも１つの評価装置を適合させることができる。画像認識に関する手法及びアルゴリズムは、一般的に、当業者には公知である。従って一例として、コントラスト、色又は輝度のうちの少なくとも１つの境界を認識することによって少なくとも２つの領域を規定するように、少なくとも１つの画像認識アルゴリズムを適合させることができる。本明細書において使用されているように、境界とは一般的に１本の線であって、それを越えた際に少なくとも１つのパラメータが顕著に変化する線である。従って一例として、１つ以上のパラメータの勾配を求めても良く、また一例として、１つ以上のパラメータの勾配を１つ以上の閾値と比較しても良い。特に、少なくとも１つの画像認識アルゴリズムを、Ｆｅｌｚｅｎｓｚｗａｌｂの効率グラフベースのセグメンテーション（ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｇｒａｐｈ ｂａｓｅｄ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）；クイックシフト画像セグメンテーション（Ｑｕｉｃｋｓｈｉｆｔ ｉｍａｇｅ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）；ＳＬＩＣ−Ｋ−Ｍｅａｎｓベースの画像セグメンテーション；エナジー駆動サンプリング（Ｅｎｅｒｇｙ−Ｄｒｉｖｅｎ ｓａｍｐｌｉｎｇ）；エッジ検出アルゴリズム、例えばキャニーアルゴリズム（Ｃａｎｎｙ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）；ミーンシフトアルゴリズム（Ｍｅａｎ−ｓｈｉｆｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）、例えばカムシフトアルゴリズム（Ｃａｍ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｍｅａｎ ｓｈｉｆｔ）；輪郭抽出アルゴリズム（Ｃｏｎｔｏｕｒ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）から成る群から選択しても良い。付加的又は択一的に、その他のアルゴリズムを、例えば、エッジ、リッジ、コーナー、ブロブ又はフィーチャを検出するためのアルゴリズム；次元削減（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｉｔｙ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）のためのアルゴリズム；テクスチャ分類のためのアルゴリズム；テクスチャセグメンテーションのためのアルゴリズムのうちの１つ以上のアルゴリズムを使用しても良い。それらのアルゴリズムは一般的に当業者には公知である。本発明のコンテキストにおいては、それらのアルゴリズムを画像認識アルゴリズム、画像分割アルゴリズム又はスーパーピクセルアルゴリズムと称することもできる。上記において概要を述べたように、少なくとも１つの画像認識アルゴリズムは、画像内の１つ以上の対象物を認識するように適合されている。これによって、一例として、１つ以上の関心対象及び／又は１つ以上の関心領域を、更なる分析のために、例えば、対応するｚ座標を決定するために求めることができる。
上記において概要を述べたように、スーパーピクセル及びその対応する領域が光ビームの同一の成分によって照明されるように、スーパーピクセルを選択することができる。従って、複数のピクセルから成るマトリクスにおいて特定のスーパーピクセルに属している特定のピクセルを通過した光ビームの各成分が続けて、少なくとも２つの領域においてその特定のスーパーピクセルに対応している特定の領域に入射するように、空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスのスーパーピクセルが少なくとも１つの領域に、有利には各領域に割り当てられるよう光学検出器を、有利には少なくとも１つの評価装置を適合させることができる。
上記において示唆したように、スーパーピクセルの割り当てを、変調を単純化するために使用することができる。従って、画像の対応する領域にスーパーピクセルを割り当てることによって、変調周波数の数を低減することができ、それによって、各ピクセルに対して別個の変調周波数が使用されるプロセスに比べて少ない数の変調周波数を使用することができる。つまり一例として、少なくとも１つの第１の変調周波数をスーパーピクセルの少なくとも１つの第１のスーパーピクセルに割り当て、また、第１の変調周波数とは異なる少なくとも１つの第２の変調周波数をスーパーピクセルの少なくとも１つの第２のスーパーピクセルに割り当てるように、光学検出器を、有利には少なくとも１つの評価装置を適合させることができ、その場合、少なくとも１つの変調装置は、第１のスーパーピクセルのピクセルを少なくとも１つの第１の変調周波数で周期的に制御するように、また、第２のスーパーピクセルのピクセルを少なくとも１つの第２の変調周波数で周期的に制御するように適合されている。これによって、特定のスーパーピクセルのピクセルを、その特定のスーパーピクセルに割り当てられている一様な変調周波数によって変調させることができる。更にはオプションとして、スーパーピクセルをサブピクセルに細分化することができる、及び／又は、付加的にスーパーピクセルにおいて変調を適用することができる。例えば画像内で識別された対象物に対応するスーパーピクセルに対して一様な変調周波数を使用することによって、評価を大幅に単純化することができる。何故ならば、一例として、少なくとも１つのセンサ信号（例えば光学検出器の少なくとも１つのＦｉＰセンサ又はＦｉＰセンサのスタックの少なくとも１つのセンサ信号）を周波数選択的に評価することによって、例えば、対象物のスーパーピクセルに割り当てられている各変調周波数を有するセンサ信号を選択的に評価することによって、対象物のｚ座標を求めることができるからである。これによって、光学検出器によって捕捉されたシーンにおいては、対象物を画像内で識別することができ、少なくとも１つのスーパーピクセルを対象物に割り当てることができ、また、ｚ座標を求めるように適合されている少なくとも１つの光学センサを使用することによって、並びに、前述の光学センサの少なくとも１つのセンサ信号を周波数選択的に評価することによって、対象物のｚ座標を求めることができる。
従って一般的には、上記において概要を述べたように、各領域又は複数ある領域のうちの少なくとも１つの領域に関して個別にｚ座標を求めるように、例えば、対象物の画像のような部分画像として認識された画像内の領域に関して個別にｚ座標を求めるように、光学検出器を、有利には少なくとも１つの評価装置を適合させることができる。少なくとも１つのｚ座標を求めるために、ＦｉＰ効果に関する上述の従来技術が記載されている文献のうちの１つ以上において概要が述べられているように、ＦｉＰ効果を使用することができる。従って光学検出器は、少なくとも１つのＦｉＰセンサを含むことができ、即ち、少なくとも１つのセンサ領域を有している少なくとも１つの光学センサを含むことができ、その場合、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明に依存しており、また、センサ信号は、照明の総出力が等しければ、センサ領域における光ビームの幅に依存している。個別のＦｉＰセンサを使用することもでき、有利には複数のＦｉＰセンサから成るスタックを、即ち、上述の特性を備えている複数の光学センサから成るスタックを使用することもできる。センサ信号を周波数選択的に個別に評価することによって、複数ある領域のうちの少なくとも１つの領域又は各領域に関するｚ座標を求めるように、光学検出器の評価装置を適合させることができる。
光学検出器において少なくとも１つのＦｉＰセンサを使用するために、空間光変調器と少なくとも１つのＦｉＰセンサと少なくとも１つの撮像装置、例えば少なくとも１つの画素化センサ、有利には少なくとも１つのＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサとの組み合わせに対して種々の構造を使用することができる。従って一般的に、上述の素子を、光学検出器の同一のビーム路内に配置しても良いし、２つ以上の部分ビーム路に分散させても良い。上記において概要を述べたように、オプションとして、光学検出器は、光ビームの１つのビーム路を少なくとも２つのビーム路に分割するように適合されている少なくとも１つのビーム分割素子を含むことができる。これによって、２Ｄ画像を取得するための少なくとも１つの撮像装置及び少なくとも１つのＦｉＰセンサを、異なる部分ビーム路に配置することができる。従って、少なくとも１つのセンサ領域と、光ビームによるセンサ領域の照明に依存している光学センサのセンサ信号と、照明の総出力が等しければ、センサ領域（即ち少なくとも１つのＦｉＰセンサ）における光ビームの幅に依存しているセンサ信号を有している少なくとも１つの光学センサを、ビーム路の第１の部分ビーム路内に配置することができ、また、少なくとも１つの画像を取得するための少なくとも１つの画素化光学センサ（即ち少なくとも１つの撮像装置）を、有利には少なくとも１つの無機画素化光学センサを、より有利にはＣＣＤセンサ及び／又はＣＭＯＳセンサのうちの少なくとも１つを、ビーム路の第２の部分ビーム路内に配置することができる。
上述したような、オプションとしての少なくとも２つの領域の規定及び／又は少なくとも２つのスーパーピクセルの規定を１回又は２回以上実施しても良い。従って、特に、領域及び／又は複数あるスーパーピクセルのうちの少なくとも１つのスーパーピクセルの規定を、反復的に実施しても良い。画像内の少なくとも２つの領域又は画像内の少なくとも２つの領域のうちの少なくとも１つの領域を反復的に洗練するように、従って少なくとも１つの対応するスーパーピクセルを洗練するように、光学検出器を、有利には少なくとも１つの評価装置を適合させることができる。この反復的な手順によって、一例として、検出器によって捕捉されたシーン内の少なくとも１つの対象物に割り当てられている少なくとも１つの特定のスーパーピクセルを、２つ以上のサブピクセルを識別することによって、例えば異なるｚ座標を有している少なくとも１つの対象物の異なる部分に対応するサブピクセルを識別することによって洗練することができる。その結果、この反復的な手順によって、少なくとも１つの対象物の洗練された３Ｄ画像を生成することができる。何故ならば、一般的に、対象物は空間内での向き及び／又はロケーションが異なる複数の部分を含んでいるからである。
２つ以上のスーパーピクセルを規定するように適合されている光学センサの上述の実施の形態は多数の利点を提供する。従って特に、典型的な構造では限定された数の変調周波数を利用することができる。つまり、限定された数のピクセル及び／又は変調周波数だけを光学検出器によって決定して、距離センシングに利用することができる。更に、典型的な用途においては、高コントラストの境界領域が正確な距離センシングのために必要とされる。２つ以上のスーパーピクセルを規定することによって、従って空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスをスーパーピクセルに分割（モザイク化（ｔｅｓｓｅｌｌａｔｉｏｎ）とも称される）することによって、撮像プロセスを記録すべきシーンに適合させることができる。
空間光変調器は、特に、複数のピクセルから成る矩形のマトリクスを有することができる。直接的に隣接していても良いし、直接的に隣接していなくても良いが、連続的な領域を形成することができる種々のピクセルがスーパーピクセルを形成することができる。画素化センサによって、例えばＣＭＯＳ及び／又はＣＣＤによって記録される２Ｄ画像を、例えば適切なソフトウェアによって、例えば評価装置上で実行される画像認識ソフトウェアによって解析することができ、従って、画像を２つ以上の領域に分割することができる。空間光変調器のモザイク化を、画像の２つ以上の領域への細分化に応じて実施することができる。一例として、大きいスーパーピクセル又は非常に大きいスーパーピクセルを、記録されたシーン、例えば壁、建物、空等における特定の対象物に対応させることができる。更に、多数の小さいピクセル又はスーパーピクセルを、１つの面等を分割するために使用することができる。更に、十分な量のスーパーピクセルを利用できる場合、比較的大きいスーパーピクセルをサブピクセルに分割することができる。少なくとも２つのスーパーピクセルは、一般的に、各スーパーピクセルに属する空間光変調器のピクセルの数に関して異なっていて良い。従って、２つの異なるスーパーピクセルが、同数のピクセルを含んでいる必要はない。
一般的に、領域又はスーパーピクセルの境界を、画像処理及び画像認識の分野において一般的に公知である任意の手法によって設定することができる。従って一例として、コントラスト、色又は輝度エッジによって境界を選択することができる。
２つ以上の領域及び／又は２つ以上のスーパーピクセルの規定を、後に、更なる画像解析のために、例えばジェスチャ解析、身体認識又は物体認識のために使用することができる。セグメンテーションのためのアルゴリズムの例としては、Ｆｅｌｚｅｎｓｚｗａｌｂの効率グラフベースのセグメンテーション、クイックシフト画像セグメンテーション、ＳＬＩＣ−Ｋ−Ｍｅａｎｓベースの画像セグメンテーション、エナジー駆動サンプリングを介して抽出されたスーパーピクセル、１つ以上のエッジ検出アルゴリズム、例えばキャニーアルゴリズムを介して抽出されたスーパーピクセル、ミーンシフトアルゴリズム、例えばカムシフトアルゴリズムを介して抽出されたスーパーピクセル、輪郭抽出アルゴリズムを介して抽出されたスーパーピクセル、エッジ、リッジ、コーナー、ブロブ又はフィーチャの検出を介して抽出されたスーパーピクセル、次元削減を介して抽出されたスーパーピクセル、テクスチャ分類によって取得されたスーパーピクセル、テクスチャセグメンテーションを使用して取得されたスーパーピクセルが挙げられる。上述の技術及び／又はその他の技術を組み合わせたものも考えられる。
超画素化、つまりスーパーピクセルへの画素化を画像記録中に変更しても良い。従って、スーパーピクセルへの粗い画素化を高速な距離センシングのために選択することができる。更に、超画素化の精密なグリッドを、より詳細な解析のために選択することもできる、及び／又は、隣接する２つのスーパーピクセル間で大きい距離勾配が識別された場合及び／又は隣接する２つのスーパーピクセル間でコントラスト、色、輝度等のうちの１つ以上において大きい勾配が識別された場合に選択することができる。従って、高解像度３Ｄ画像を反復的なアプローチで記録することもでき、その場合、最初の画像は粗い解像度を有しており、次の画像は細分化された解像度を有しており、また更に後続の画像は、その前の画像よりも細分化された解像度を有している。
１つ以上の領域を求めて、それらの領域に１つ以上のスーパーピクセルを割り当てる上述のオプションを、更に、視線追跡のために使用することができる。つまり多くの用途において、例えば安全性に関連する用途及び／又はエンターテイメントの用途において、ユーザ、その他の人間又はその他の生物の目の位置及び／又は視線を求めることは重要な役割を担うと考えられる。一例として、エンターテイメントの用途においては、視聴者の目線が役割を担う。例えば３Ｄ映像の用途においては、視聴者の目線によって画像のセットアップが変化する場合がある。従って、観察者の視聴位置を知ること及び／又は追跡することへの関心は非常に高いと考えられる。安全性に関連する用途においては、例えば自動車の安全性に関連する用途においては、衝突を回避するために、動物の検出が重要となる。
更に、１つ、２つ又はそれ以上の数のスーパーピクセルの上述のような規定を、照度条件を改善するために、又はそれどころか照度条件を最適化するために使用することができる。つまり一般的に、比較的高い変調周波数が使用される場合には、例えばＳＬＭの、特にＤＬＰの比較的高い変調周波数が使用される場合には、光学センサの周波数応答によって、通常の場合、比較的弱いセンサ信号が生じる。従って、画像内及び／又はシーン内で高い光強度を有している領域を高周波数で変調させ、それに対し、低い光強度を有している領域を低周波数で変調させることができる。
この効果を使用するために、画像内で第１の照度を有している、例えば第１の平均照度を有している少なくとも１つの第１の領域を検出するように光学検出器を適合させることができ、また更に、画像内で第１の照度よりも低い第２の照度を有している、例えば第２の平均照度を有している少なくとも１つの第２の領域を検出するように光学検出器を適合させることができる。第１の領域を少なくとも１つのスーパーピクセルに割り当てることができ、また第２の領域を少なくとも１つの第２のスーパーピクセルに割り当てることができる。換言すれば、光学検出器によって捕捉されたシーン又はシーンの画像の照度に応じて、少なくとも２つのスーパーピクセルを選択するように、光学検出器を適合させることができる。
更に、少なくとも２つのスーパーピクセルのピクセルをその照度に応じて変調させるように、光学検出器を適合させることができる。従って、比較的高い照度を有しているスーパーピクセルを比較的高い変調周波数で変調することができ、また比較的低い照度を有しているスーパーピクセルを比較的低い変調周波数で変調することができる。換言すれば、少なくとも１つの第１の変調周波数で第１のスーパーピクセルのピクセルを変調させるように、光学検出器を更に適合さることができ、また、第１の変調周波数よりも低い少なくとも１つの第２の変調周波数で第２のスーパーピクセルのピクセルを変調させるように、光学検出器を更に適合させることができる。その他の実施の形態も考えられる。
従って、本発明による光学検出器を、少なくとも一方の目を検出し、有利には両目のうちの少なくとも一方の目の位置及び／又は向きを追跡するように適合させることができる。
視聴者の視聴位置又は動物の位置を検出するための単純な解決手段は、変調された目の反射を使用することである。多くの哺乳類は網膜の奥に反射層を、いわゆる輝板を有している。輝板による反射の色の見え方は動物毎に僅かに異なるが、大部分は緑色の可視範囲にある光を良好に反射する。輝板による反射でもって、動物は一般的に、単純な拡散光源を使用して暗闇においても長距離にわたる視界を確保している。
人間は一般的に輝板を有していない。しかしながら、写真においては、写真撮影の際のフラッシュによって誘発されるいわゆるヘム放射（ｈｅｍｅ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ）が記録されることが多く、これは「赤目効果」とも称される。７００ｎｍを超えるスペクトル範囲においては人間の目の感度が低いことに基づき、人間の目には直接的には見えないとしても、この効果を人間の目の検出に使用することもできる。赤目効果を、特に、変調された赤色照明によって誘発させ、ヘム放射波長に対して感度を有している、光学検出器の少なくとも１つの光学センサによって、例えば少なくとも１つのＦｉＰセンサによって検出することができる。
従って、本発明による光学検出器は、少なくとも１つの光源とも称される、少なくとも１つの照明源を含むことができ、この光源は、完全に又は部分的に、光学検出器によって捕捉されるシーンを照明するように適合されており、また光源は、哺乳類における反射を、例えば哺乳類の輝板における反射を惹起するように適合されている、及び／又は、人間の目において上述の赤目効果を惹起するように適合されている。特に、赤外線スペクトル範囲、赤色スペクトル範囲、黄色スペクトル範囲、緑色スペクトル範囲、青色スペクトル範囲にある光又は単純に白色光を使用することができる。更には、付加的又は択一的に、その他のスペクトル範囲及び／又は広帯域光源を使用しても良い。
付加的又は択一的に、目の検出を専用の照明源を用いずに行うことができる。一例として、周囲光又はその他の光源からの光、例えばランタン、街灯若しくは自動車又はその他の乗り物のヘッドライトからの光を使用することができ、またそれらの光は目によって反射させることができる。
少なくとも１つの照明源が使用される場合、その少なくとも１つの照明源は、光を連続的に放射しても良いし、変調された放射源であっても良い。従って特に、少なくとも１つの変調されたアクティブ光源を使用することができる。
特に、例えば変調されたアクティブ光源を使用して動物及び／又は人間を長距離にわたり検出するために、反射を使用することができる。目の少なくとも１つの縦方向座標を、例えば目の反射の上述のＦｉＰ効果を評価することによって測定するために、少なくとも１つの光学センサを、特に少なくとも１つのＦｉＰセンサを使用することができる。この効果を、特に、自動車の安全性に関連する用途において、例えば人間又は動物との衝突を回避するために使用することができる。考えられる別の用途は、特に３Ｄ画像が使用される場合の、とりわけ３Ｄ画像が視聴者の視線に依存する場合の、エンターテイメントデバイスに関する視聴者の位置決めである。
上記において概要を述べたように、また、以下の詳細な説明において概要を述べるように、特に１つ以上のスーパーピクセルを少なくとも１つの対象物に割り当てることによって、光学検出器によって捕捉されたシーン内及び／又は画像内の１つ以上の対象物を識別及び／又は追跡するように、本発明による装置を、例えば光学検出器を適合させることができる。更に、対象物の２つ以上の部分を識別することができ、また、画像内でのそれらの部分の縦方向位置及び／又は横方向位置を、例えば相対的な縦方向位置及び／又は横方向位置求める及び／又は追跡することによって、対象物の少なくとも１つの向きを求めることができる、及び／又は、追跡することができる。従って一例として、画像内の乗り物の２つ以上の車輪を求めることによって、また、それらの車輪の位置を、特に相対的な位置を求める及び／又は追跡することによって、乗り物の向き及び／又は乗り物の向きの変化を求めることができる、例えば計算することができる、及び／又は、追跡することができる。例えば、自動車においては、各車輪間の距離は一般的に公知であるか、又は、各車輪間の距離は変化しないことが公知である。更に、車輪は全体として矩形を成すように位置合わせされていることが一般的に公知である。従って、車輪の位置を検出することによって、乗り物、例えば自動車、飛行機等の向きを計算することができる。
別の例においては、上記において概要を述べたように、目の位置を求めることができる及び／又は追跡することができる。従って、両目の距離及び／又は位置、又は、両目の一部、例えば瞳孔の距離及び／又は位置、及び／又は、顔のその他と特徴部を、視線追跡に使用することができるか、又は、どの方向に顔が向けられているか求めるために使用することができる。
上記において概要を述べたように、少なくとも１つの光ビームは、完全に又は部分的に、対象物自体に由来するものであって良い、及び／又は、少なくとも１つの付加的な照明源、例えば人工の照明源及び／又は自然の照明源に由来するものであって良い。従って、対象物を、少なくとも１つの一次光ビームでもって照明しても良く、また光学検出器に向かって伝播する実際の光ビームは、対象物における一次光ビームの反射によって、例えば弾性反射及び／又は非弾性反射によって、及び／又は、散乱によって生じた二次光ビームであっても良いし、そのような二次光ビームを含んでいても良い。反射によって検出可能な対象物の非制限的な例として、太陽光、人工光の目における反射、表面上での反射等が挙げられる。それ自体が完全に又は部分的に少なくとも１つの光ビームの起点となる対象物の非制限的な例として、自動車又は飛行機のエンジン排ガスである。上記において概要を述べたように、目における反射は、特に視線追跡にとって有用であると考えられる。
更に、上記において概要を述べたように、光学検出器は少なくとも１つの変調装置を、例えばＳＬＭを含んでいる。しかしながら、光学検出器は、付加的又は択一的に、光ビームの上述の変調を使用することができる。従って、多くのケースにおいて、光ビームは既に所定の変調を示す。変調は、一例として、対象物の移動に、例えば周期的な変調に由来するものであって良い、及び／又は、光ビームを生成する光源又は照明源の変調に由来するものであって良い。従って、例えば反射及び／又は散乱によって、変調された光を生成するように適合されている、移動する対象物の非制限的な例として、それ自体で変調が行われる対象物、例えば風力タービン又は飛行機のロータが挙げられる。変調された光を生成するように適合されている照明源の非制限的な例として、蛍光灯又は蛍光灯における反射が挙げられる。
少なくとも１つの光ビームの所定の変調を検出するように光学検出器を適合させることができる。一例として、変調された光を、例えばＳＬＭの影響を一切受けずにそれ自体が少なくとも１つの変調周波数を有している光を放射又は反射する、光学検出器によって捕捉されたシーン内又は画像内の少なくとも１つの対象物又は対象物の少なくとも一部を求めるように、光学検出器を適合させることができる。この場合、既に変調された光を更に変調せずに、この所定の変調を使用するように光学検出器を適合させても良い。一例として、光学検出器によって捕捉されたシーン内又は画像内の少なくとも１つの対象物が変調された光を放射又は反射するかを求めるように、光学検出器を適合させても良い。更に、少なくとも１つのスーパーピクセルを上記の対象物に割り当てるように光学検出器を、特に評価装置を適合させることができ、その場合には特に、上記の対象物に由来する光又は上記の対象物によって反射された光の更なる変調を回避するために、スーパーピクセルの各ピクセルを変調する必要はない。更に、変調周波数を使用することによって上述の対象物の位置及び／又は向きを求める及び／又は追跡するように、光学検出器を、特に評価装置を適合させることができる。従って一例として、「開放」位置に切り替えることによって、対象物の変調を回避するように、検出器を、例えば変調装置を適合させることができる。評価装置はそれ以降、光源の周波数を追跡することができる。
画像検出器によって取得された少なくとも１つの画像の簡略化画像解析のために、及び／又は、光学検出器によって捕捉されたシーンの解析のために、空間光変調器を使用することができる。従って一般的に、少なくとも１つの空間光変調器と少なくとも１つの縦方向光学センサとの組み合わせを使用することができ、例えば少なくとも１つのＦｉＰセンサと少なくとも１つの空間光変調器との、例えばＤＬＰとの組み合わせを使用することができる。反復的な方式を使用して、解析を実行することもできる。ＦｉＰ信号を生じさせる焦点が、縦方向光学センサにおける比較的大きい領域の一部であれば、ＦｉＰ信号を検出することができる。空間光変調器は、光学検出器によって捕捉されたシーン又は画像を２つ以上の領域に分割することができる。ＦｉＰ効果が複数ある領域のうちの少なくとも１つの領域において測定される場合には、領域を更に細分化しても良い。この細分化を、考えられる領域の最大数に達するまで継続することができる。この最大数を、空間光変調器が利用できる変調周波数の最大数によって制限しても良い。より複雑なパターンも考えられる。
上記において概要を述べたように、光学検出器は、一般的に、少なくとも１つの撮像装置を含むことができる、及び／又は、光学検出器を、少なくとも１つの画像を取得するように、例えば光学検出器の視野内のシーンの少なくとも１つの画像を取得するように適合させることができる。１つ以上の画像評価アルゴリズムを使用することによって、例えば一般的に公知のパターン検出アルゴリズム及び／又は当業者には一般的に公知であるソフトウェア画像評価手段を使用することによって、少なくとも１つの画像における少なくとも１つの対象物を検出するように光学検出器を適合させることができるい。従って一例として、交通技術においては、画像内の特定の所定のパターンを探索するように、例えば、自動車の外形；その他の乗り物の外形；歩行者の外形；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つ以上を探索するように、検出器を、とりわけ評価装置を適合させることができる。検出器を、グローバルポジショニングシステム又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しても良い。同様に、生物測定学的な目的のために、例えば人間の認識及び／又は追跡を目的として、顔の形、目、耳朶、唇、鼻又はそれらの輪郭を探索するように検出器を、とりわけ評価装置を適合さえせることができる。その他の実施の形態も考えられる。
１つ以上の対象物が検出される場合、光学検出器を、一連の画像において、例えばシーンのムービー又は動画において対象物を追跡するように適合させることができる。従って一般的に、一連の画像内の、例えば連続する一連の画像内の少なくとも１つの対象物を追跡及び／又は追従するように、光学検出器を、特に評価装置を適合させることができる。
対象物の追従を目的として、上述のように、少なくとも１つの対象物を一連の画像の１つの画像内の１つの領域に割り当てるように光学検出器を適合させることができる。上記において説明したように、空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスの少なくとも１つのスーパーピクセルを、少なくとも１つの対象物に対応する少なくとも１つの領域に割り当てるように、光学検出器を、有利には少なくとも１つの評価装置を適合させることができる。スーパーピクセルのピクセルを特定のやり方で変調することによって、例えば特定の変調周波数を使用することによって、対象物を追跡することができ、また少なくとも１つの対象物の少なくとも１つのｚ座標を、少なくとも１つのオプションとしての縦方向センサを使用することによって、例えば少なくとも１つのＦｉＰ検出器を使用することによって追跡することができ、また縦方向センサの、例えば少なくとも１つのＦｉＰ検出器の対応する信号を、特定の変調周波数に応じて復調又は分離させることができる。一連の画像の各画像に関する少なくとも１つのスーパーピクセルの割り当てを調整するように、光学検出器を適合させることができる。従って一例として、撮像装置は、１つのシーンの複数の画像を連続的に取得することができ、また、各画像に関して、少なくとも１つの対象物を認識することができる。続けて、少なくとも１つのスーパーピクセルを対象物に割り当てることができ、また次の画像に切り替わる前に、少なくとも１つの縦方向光学センサを使用することによって、特に少なくとも１つのＦｉＰセンサを使用することによって、対象物のｚ座標を求めることができる。従って、空間内で少なくとも１つの対象物を追跡することができる。
この実施の形態によって、光学検出器の非常に簡略化された構造が実現される。撮像装置によって、例えば標準２Ｄ−ＣＣＤカメラによって捕捉されたシーンの解析を実行するように光学検出器を適合させることができる。シーンのピクチャ解析を、能動的及び／又は受動的な対象物の位置を認識するために使用することができる。特定の対象物を、例えば所定のパターン又は類似のパターンを認識するように光学検出器をトレーニングすることができる。１つ以上の対象物が認識される場合、１つ以上の対象物が存在している領域のみを変調させるように、及び／又は、それらの領域を特定の方式で変調させるように、空間光変調器を適合させることができる。縦方向センサ及び／又は評価装置には一般的に既知であると考えられる残りの領域は、変調されないままであっても良い、及び／又は、種々の方式で変調されても良い。この効果を使用することによって、空間光変調器によって使用される変調周波数の数を大幅に低減することができる。一般的に、限定された数の変調周波数をフルシーンの解析に利用することができる。重要な対象物又は認識された対象物のみが追跡される場合には、非常に少数の周波数しか必要とされない。
この場合、縦方向光学センサ又は距離センサを、非画素化大面積センサとして使用することができるか、又は、少数のスーパーピクセルだけを有している大面積センサとして、例えば少なくとも１つの対象物に対応する少なくとも１つのスーパーピクセルと、変調されないままであっても良い周囲領域に対応する残りのスーパーピクセルと、を有している大面積センサとして使用することができる。つまり、変調周波数の数を、従ってセンサ信号のデータ解析の複雑性を、本発明の基本的なＳＬＭ検出器に比べて大幅に低減することができる。
上記において概要を述べたように、特にこの実施の形態を、交通技術において、及び／又は、生物測定学的な目的のために、例えば人間の識別及び／又は視線追跡のために使用することができる。その他の用途も考えられる。
更に、本発明による光学検出器を、３Ｄ画像を取得するように構成することができる。従って特に、光軸に直交する種々の平面において画像を同時に取得することができる。即ち、異なる焦平面において画像を取得することができる。つまり、特に光学検出器を、複数の焦平面において画像を例えば同時に取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構成することができる。本明細書において使用されているように、「ライトフィールド」という用語は、一般的に、カメラ内部での光の空間光伝播を表す。これに対して、市販のプレノプティックカメラ又はライトフィールドカメラにおいては、複数のマイクロレンズを光学検出器の上に配置することができる。それらのマイクロレンズにより、光ビームの方向を記録することができ、従って、焦点を後天的に変更することができるピクチャを記録することができる。しかしながら、複数のマイクロレンズを有しているカメラの解像度は、一般的に、慣例のカメラに比べて約１０倍低下している。種々の距離に焦点が合わせられるピクチャを計算するために、画像の事後処理が必要となる。現行のライトフィールドカメラのその他の欠点は、通常の場合、ＣＭＯＳチップのような撮像チップの上に作製されなければならないマイクロレンズを多数使用しなければならないことである。
本発明による光学検出器を使用することによって、マイクロレンズの使用を必要としない、非常に簡略化されたライトフィールドカメラを作製することができる。特に、レンズ又はレンズシステムは１つだけしか使用されない。本来の深度計算のために、また、複数の平面又はそれどころか全ての平面に焦点が合わせられるピクチャの本来の単純な作成のために、評価装置を適合させることができる。
これらの利点を、複数の光学センサを使用して達成することができる。従って、上記において概要を述べたように、光学検出器は、複数の光学センサから成る少なくとも１つのスタックを含むことができる。スタックの光学センサ又はスタックの複数の光学センサのうちの少なくとも幾つかの光学センサは、有利には、少なくとも部分的に透過性である。従って一例として、画素化光学センサ又は大面積光学センサをスタック内で使用することができる。光学センサの考えられる実施の形態の一例として、上述したような又は以下の詳細な説明において述べるような有機光学センサを、特に有機太陽電池を、とりわけＤＳＣ光学センサ又はｓＤＳＣ光学センサを参照されたい。従って一例として、スタックは、例えば国際公開２０１２／１１０９２４号又はＦｉＰに関連する上記のその他の刊行物に開示されているような複数のＦｉＰセンサを含むことができ、例えば深度検出のための光子密度に依存する光電流を有する複数の光学センサを含むことができる。特に、スタックは透過型色素増感有機太陽電池であっても良い。一例として、スタックは、少なくとも２つの、有利には少なくとも３つの、より有利には少なくとも４つの、少なくとも５つの、少なくとも６つの、又はそれどころかより多くの数の光学センサを含むことができ、例えば２〜３０個の光学センサを、有利には４〜２０個の光学センサを含むことができる。その他の実施の形態も考えられる。光学センサのスタックを使用することによって、例えば異なる焦点深度において有利には同時に画像を取得することによって、光学検出器の視野内のシーンの３Ｄ画像を取得するように、光学検出器を、特に少なくとも１つの評価装置を適合させることができ、その場合には一般的に、異なる焦点深度を光学検出器の光軸に沿ったスタックの光学センサの位置によって規定することができる。光学センサの画素化が行われていても良いが、しかしながら画素化は一般的に、上記において概要を述べたように、少なくとも１つの空間光変調器の使用により仮想の画素化が行われることから不要である。従って一例として、有機太陽電池を複数のピクセルに細分化する必要なく、有機太陽電池のスタックを、例えばｓＤＳＣのスタックを使用することができる。
従って、特にライトフィールドカメラとして使用するために、及び／又は、３Ｄ画像を取得するために、光学検出器は、複数の光学センサから成る少なくとも１つのスタック及び少なくとも１つの空間光変調器を含むことができ、空間光変調器は、上記において概要を述べたように、少なくとも１つの透過型空間光変調器及び／又は反射型空間光変調器であっても良いし、少なくとも１つの透過型空間光変調器及び／又は反射型空間光変調器を含んでいても良い。更に、光学検出器は、少なくとも１つの伝送装置を含むことができ、特に少なくとも１つのレンズ又はレンズシステムを含むことができる。従って一例として、光学検出器は、写真撮影の分野においては公知であるように、少なくとも１つのカメラレンズを含むことができ、特にシーンを撮像するための少なくとも１つのカメラレンズを含むことができる。
上述のような光学検出器の構造を、特に、以下に記載する順序で配置することができる（検出すべき対象物又はシーンに向かう順序で記載されている）：
（１）有利には深度検出のための光子密度に依存する光電流を有するピクセルを含んでいない、複数の光学センサから成る少なくとも１つのスタック、例えば透過性又は半透過性の複数の光学センサから成るスタック、より詳細には、複数の太陽電池から成るスタック、例えばｓＤＳＣのような複数の有機太陽電池から成るスタック；
（２）有利には複数の高解像度ピクセル及び複数のピクセルを切り替えるための高周波数を有している、少なくとも１つの空間光変調器、例えば透過型空間光変調器又は反射型空間光変調器；
（３）少なくとも１つの伝送装置、例えば少なくとも１つのレンズ又はレンズシステム、より有利には少なくとも１つの適切なカメラレンズシステム。
（１）有利には深度検出のための光子密度に依存する光電流を有するピクセルを含んでいない、複数の光学センサから成る少なくとも１つのスタック、例えば透過性又は半透過性の複数の光学センサから成るスタック、より詳細には、複数の太陽電池から成るスタック、例えばｓＤＳＣのような複数の有機太陽電池から成るスタック；
（２）有利には複数の高解像度ピクセル及び複数のピクセルを切り替えるための高周波数を有している、少なくとも１つの空間光変調器、例えば透過型空間光変調器又は反射型空間光変調器；
（３）少なくとも１つの伝送装置、例えば少なくとも１つのレンズ又はレンズシステム、より有利には少なくとも１つの適切なカメラレンズシステム。
付加的な装置を、例えば１つ以上のビームスプリッタを含ませることもできる。更に、上記において概要を述べたように、この実施の形態又はその他の実施の形態においては、光学検出器は、撮像装置として構成されている１つ以上の光学センサを含むことができ、モノクロ、マルチカラー又はフルカラーの撮像装置を使用することができる。従って一例として、光学検出器は更に、少なくとも１つの撮像装置を、例えば少なくとも１つのＣＣＤチップ及び／又は少なくとも１つのＣＭＯＳチップを含むことができる。上記において概要を述べたように、特に２Ｄ画像を取得するために及び／又は光学検出器によって捕捉されたシーン内の対象物を認識するために、少なくとも１つの撮像装置を使用することができる。
以下の詳細な説明において概要を述べるように、空間光変調器のピクセルを変調させることができる。その際に、各ピクセルを種々の周波数で変調させることができる、及び／又は、各ピクセルを、例えばスーパーピクセルの形成を目的として、シーンに対応するピクセルの少なくとも２つのグループに分類することができる。この点については、上述の種々の可能性を参照されたい。ピクセルに関する情報を、種々の変調周波数を使用することによって取得することができる。詳細については、上記において説明した種々の可能性を参照されたい。
一般的に、光学センサのスタックによって形成される信号を使用することによって、また付加的に、少なくとも１つのオプションとしての撮像装置を使用して２Ｄ画像を記録することによって、深度マップを記録することができる。伝送装置からの、例えばレンズからの種々の距離において複数の２Ｄ画像を記録することができる。従って、複数の太陽電池から成るスタックによって、例えば複数の有機太陽電池から成るスタックによって深度マップを記録することができ、また更には撮像装置を使用して、例えば少なくとも１つのオプションとしてのＣＣＤチップ及び／又はＣＭＯＳチップを使用して２Ｄ画像を記録することによって、深度マップを記録することができる。続けて、３Ｄ画像を取得するために、２Ｄ画像とスタックの信号のマッチングを行うことができる。しかしながら、付加的又は択一的に、撮像装置を使用せずに、例えばＣＣＤチップ及び／又はＣＭＯＳチップを使用せずに、３Ｄ画像の記録を行うこともできる。従って、各光学センサ又は光学センサのスタックの２つ以上の光学センサを、空間光変調器に関して上述したプロセスを使用することによって、２Ｄ画像をそれぞれ記録するために使用することができる。このことは、ＳＬＭ変調によってピクセルの位置、サイズ、輝度についての情報を明らかにすることができるので可能である。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することによって、及び／又は、上述のように周波数解析を実行することによって、２Ｄピクチャを各光学センサ信号から導出することができる。これによって、各光学センサの２Ｄ画像を再構成することができる。従って、光学センサのスタックを使用することによって、例えば透過型の複数の太陽電池から成るスタックを使用することによって、光学検出器の光軸に沿った種々の位置において、例えば異なる焦点位置において取得される２Ｄ画像を記録することができる。複数の２Ｄ光学画像の取得を同時に及び／又は瞬時に実行することができる。従って、空間光変調器と組み合わされた光学センサのスタックを使用することによって、光学的な状況の同時的な「トモグラフィ」を取得することができる。これによって、マイクロレンズを有していないライトフィールドカメラを実現することができる。
それどころか、光学検出器は更に、空間光変調器及び複数の光学センサから成るスタックを使用して取得された情報の後処理を実施することができる。しかしながら、シーンの３Ｄ画像を取得するためのその他のセンサと比較すると、少数の後処理しか必要とされないか、又は、それどころか後処理は必要とされない。また、完全に焦点合わせされたピクチャを取得することができる。
更には、複数の光学センサから成るスタックのうちの１つ、２つ以上又はそれどころか全ての光学センサをＦｉＰセンサとすることができ、従って、複数の光学センサが、光子密度に依存するセンサ信号を有している。つまり、複数の光学センサが、光ビームによるセンサ領域の照明に依存するセンサ信号を供給する。また、センサ信号は、照明の総出力が等しければ、センサ領域における光ビームの幅に依存している。センサ領域を照明する光ビームの焦点が変化する場合、ＦｉＰセンサとして設計されている各光学センサに関するセンサ信号は、例えば光電流は、照明のスポットの最小直径に関する極大値に達する。即ち、光ビームがセンサ領域において焦点合わせされると即座に極大値に達する。従って、複数の光学センサから成るスタックにおける光学センサのセンサ信号は、光ビームの焦点位置を示していると考えられる。何故ならば、一般的には、最大のセンサ信号を有している光学センサは、光ビームに関する焦平面を示すと考えられるからである。光ビームが光学検出器によって捕捉されたシーン内の対象物によって放射される場合には、光ビームはオプションとして、少なくとも１つのオプションとしての伝送装置によって、例えば少なくとも１つのレンズ又はレンズシステムによって結像されることになり、また最終的には複数の光学センサから成るスタック内の１つの位置に焦点合わせされる。センサ信号を評価及び比較することによって、例えば最大センサ信号を検出することによって、焦点位置を求めることができる。一般的に、ＦｉＰ曲線の極大値に対応するセンサ信号における極大値を有しているピクセル情報からピクチャが構成されていれば、再構成されたピクチャを全ての撮像面に焦点合わせすることができる。
更に、本発明による光学検出器は、撮像エラー、例えばレンズエラーの修正についての典型的な問題を解決することができるか、又は少なくとも部分的に回避することができる。つまり多くの光学装置においては、例えば顕微鏡又は望遠鏡においては、レンズエラーが深刻な問題を惹起する虞がある。一例として、顕微鏡においては、一般的なレンズエラーとして、球面収差についての公知のエラーが挙げられ、このエラーによって光線の屈折が光軸からの距離に依存する可能性がある現象が生じる。更に、温度効果が生じる可能性があり、例えば、望遠鏡における焦点位置の温度依存性が生じる可能性がある。静的なエラーは一般的に、一度エラーを求めることによって、また、焦点合わせされた画像を構成するためにＳＬＭピクセルと太陽電池の組み合わせの固定のセットを使用することによって修正することができる。光学システムが同一のままであれば、多くの場合、ソフトウェアによる調整で十分であると考えられる。なお、特に時間にわたりエラーが変化する場合には、それらの通常の修正はもはや十分ではないと考えられる。その場合には、少なくとも１つの空間光変調器及び複数の光学センサから成る少なくとも１つのスタックを有している本発明による光学検出器を、エラーを本質的に修正するために、特に正確な焦平面において画像を取得することによって自動的に修正するために使用することができる。
異なるｚ位置において光学センサのスタックを有している光学検出器の上述のコンセプトは、現行のライトフィールドカメラを上回る利点を提供する。つまり、典型的なライトフィールドカメラは、レンズからの特定の距離にあるピクチャが再構成されるという点で、ピクチャ又はピクセルを基礎としている。記憶すべき情報は、一般的に、ピクセルの数及びピクチャの数に線形に依存している。それとは異なり、特に少なくとも１つの空間光変調器と組み合わされている光学センサのスタックを有している、本発明による光学検出器は、例えばレンズの後方にある光学検出器又はカメラ内部のライトフィールドを直接的に記録することができる。従って一般的に、光学検出器に入射する１つ以上の光ビームに関する１つ以上のビームパラメータを記録するように、光学検出器を適合させることができる。一例として、各光ビームに関して、１つ以上のビームパラメータを、例えばガウスビームパラメータを記録することができ、例えば焦点位置、向き及び拡がり関数の幅を記録することができる。ここで、焦点はビームが焦点合わせされている点又は座標であると考えられ、また向きは光ビームの拡散又は伝播に関する情報を提供することができる。択一的又は付加的に、その他のビームパラメータを使用することができる。拡がり関数の幅は、その焦点外のビームを表す関数の幅であっても良い。拡がり関数は単純なケースではガウス関数で良く、また幅に関するパラメータは、ガウス関数の指数又は指数の一部で良い。
従って一般的に、本発明による光学検出器によって、少なくとも１つの光ビームの１つ以上のビームパラメータを記録することができ、例えば光ビームの少なくとも１つの焦点、光ビームの伝播方向及び光ビームの拡散パラメータを記録することができる。それらのビームパラメータを、複数の光学センサのスタックにおける光学センサの１つ以上のセンサ信号の解析から、例えばＦｉＰ信号の解析から直接的に導出することができる。つまり、特にカメラとして設計されていても良い光学検出器は、密でスケーリング可能であって良く、従って２Ｄピクチャ及び深度マップに比べてより多くの情報を含むことができるライトフィールドのベクトル表現を記録することができる。
従って、焦点スタッキングカメラ及び／又は焦点スイープカメラは、ライトフィールドの異なるカット平面においてピクチャを記録することができる。情報を、ピクチャの数とピクセルの数を乗算した数として記憶することができる。それとは異なり、本発明による光学検出器を、特に光学センサのスタック及び少なくとも１つの空間光変調器を含んでいる光学検出器を、とりわけ、ＦｉＰセンサ及び空間光変調器のスタックを、ビームパラメータの数としての情報を記憶するように、例えば各光ビームに関する上述の少なくとも１つの拡散パラメータ、焦点位置及び伝播方向を記憶するように適合させることができる。従って一般的に、光学センサ間のピクチャをベクトル表現から計算することができる。つまり一般的に、内挿又は外挿を回避することができる。一般的にベクトル表現は、データ記憶空間に対する要求が非常に低く、例えばピクセル表現を基礎とする公知のライトフィールドカメラに対して要求される記憶空間に比べて非常に低い。更に、ベクトル表現を当業者には公知である画像圧縮方法と組み合わせることができる。画像圧縮方法とのそのような組み合わせは、記録されたライトフィールドの記憶に関する要求を更に低減することができる。圧縮方法は、色空間変換、ダウンサンプリング、チェインコード、関連フーリエ変換、ブロック分割、離散コサイン変換、フラクタル圧縮、クロマサブサンプリング、量子化、デフレート圧縮、ＤＰＣＭ、ＬＺＷ、エントロピコーディング、ウェーブレット変換、ＪＰＥＧ圧縮又は可逆性圧縮方法又は不可逆性圧縮方法のうちの１つ以上であって良い。
従って、少なくとも１つの光ビームに関する、有利には２つの光ビーム又は３つ以上の光ビームに関する少なくとも１つのビームパラメータを、有利には少なくとも２つ以上のビームパラメータを求めるように、更には、それらのビームパラメータを後の使用のために記憶するように、少なくとも１つの空間光変調器及び複数の光学センサから成るスタックを含んでいる光学検出器を適合させることができる。更に、光学検出器によって捕捉されたシーンの画像又は部分画像をそれらのビームパラメータを使用して、例えば上述のベクトル表現を使用して計算するように、光学検出器を、特に評価装置を適合させることができる。ベクトル表現に基づき、ライトフィールドカメラとして設計されている光学検出器は、光学センサによって規定されるピクチャ平面間のフィールドを検出及び／又は計算することができる。
更に、観察者の位置及び／又は光学検出器自体の位置を考慮するように、光学検出器を、特に評価装置を設計することができる。このことは、伝送装置を介して、例えば少なくとも１つのレンズを介して検出器に入射する全ての情報又はほぼ全ての情報を、光学検出器によって、例えばライトフィールドカメラによって検出できるということに拠る。対象物の後ろにある空間の一部への見通しを提供するホログラムと同様に、複数の光学センサから成るスタック及び少なくとも１つの空間光変調器を有している光学検出器によって検出される又は検出可能なライトフィールドは、特に上述のビームパラメータ又はベクトル表現が与えられることによって、付加的な情報を含むことができ、例えば観察者が固定のカメラレンズに対して移動する状況に関する情報を含むことができる。従って、ライトフィールドの公知の特性に基づき、ライトフィールドを通る横断平面を移動及び／又は傾斜させることができる。付加的又は択一的に、ライトフィールドを通る非平坦な横断平面を生成しても良い。特に後者は、レンズエラーの修正にとって有効であると考えられる。観察者の位置が、例えば光学検出器の座標系における観察者の位置が変化する場合には、例えば第２の対象物が第１の対象物の後ろにおいて可視になる場合には、１つ以上の対象物の可視性を変更しても良い。
光学検出器は、上記において概要を述べたように、モノクロ、マルチカラー又はそれどころかフルカラーの光学検出器であって良い。従って、上記において概要を述べたように、マルチカラー又はフルカラーの少なくとも１つの空間光変調器を使用することによって、色感度を生じさせることができる。付加的又は択一的に、２つ以上の光学センサが含まれる場合、２つ以上の光学センサによって異なるスペクトル感度を提供することができる。特に複数の光学センサから成るスタックが使用される場合、とりわけ、太陽電池、有機太陽電池、色素増感太陽電池、固体色素増感太陽電池又はＦｉＰセンサから成る群から選択された１つ以上の光学センサから成るスタックが使用される場合、一般的に、相互に異なるスペクトル感度を有している複数の光学センサを使用して色感度を生じさせることができる。特に、２つ以上の光学センサを含んでいる光学センサのスタックが使用される場合、光学センサは、異なるスペクトル感度、例えば異なる吸収スペクトルを有することができる。
従って一般的に、光学検出器は、相互に異なるスペクトル特性を有している複数から成る光学センサのスタックを含むことができる。特に、スタックは、第１の分光感度を有している少なくとも１つの第１の光学センサと、第１の分光感度とは異なる第２の分光感度を有している少なくとも１つの第２の光学センサと、を含むことができる。一例として、スタックは相互に異なるスペクトル特性を有している光学センサを交番的に含んでいても良い。相互に異なるスペクトル特性を有してい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３Ｄ画像を取得するように、有利にはフルカラー３Ｄ画像を取得するように、光学検出器を適合させることができる。
色分解のこのオプションは、公知の色感応型カメラ構造を上回る多数の利点を提供する。つまり、相互に異なる分光感度を有している、スタック内の複数の光学センサを使用することによって、画素化フルカラーカメラ、例えばフルカラーＣＣＤチップ又はＣＭＯＳチップとは異なり、各センサの全センサ領域を検出のために使用することができる。これによって、画像の解像度を著しく高めることができる。何故ならば、一般的な画素化フルカラーカメラチップは、隣接する配置構成においてカラーピクセルを提供しなければならないということに起因して、撮像のためにチップ表面の１／３又は１／４又はそれどころか更に小さい面積しか使用できないからである。
相互に異なる分光感度を有している少なくとも２つの光学センサは、特に有機太陽電池が使用される場合には、とりわけｓＤＳＣが使用される場合には、異なる種類の色素を含むことができる。その場合、２つ以上のタイプを含んでいるが、各タイプは一様な分光感度を有している、複数の光学センサから成るスタックを使用することができいる。従って、スタックは、第１の分光感度を有している第１のタイプの少なくとも１つの光学センサと、第２の分光感度を有している第２のタイプの少なくとも１つの光学センサと、を含むことができる。更に、スタックはオプションとして第３の分光感度を有している第３のタイプの光学センサを含んでいても良く、それどころか更なるオプションとして第４の分光感度を有している第４のタイプの光学センサを含んでいても良い。スタックは、第１のタイプの光学センサと第２のタイプの光学センサを交番的に含んでいても良く、第１のタイプ、第２のタイプ及び第３のタイプの光学センサを交番的に含んでいても良く、又はそれどころか第１のタイプ、第２のタイプ、第３のタイプ及び第４のタイプの光学センサを交番的に含んでいても良い。
結局のところ、色検出又はそれどころかフルカラー画像の取得を、例えば交番的に設けられている第１のタイプの光学センサ及び第２のタイプの光学センサのみを用いて実現することができる。従って一例として、スタックは、第１の吸収色素を有している第１のタイプの有機太陽電池と、特にｓＤＳＣと、第２の吸収色素を有している第２のタイプの有機太陽電池と、特にｓＤＳＣと、を含むことができる。第１のタイプ及び第２のタイプの有機太陽電池を、スタック内で交番的に配置しても良い。特に色素は、例えば少なくとも１つの吸収ピークと、少なくとも３０ｎｍの範囲、有利には少なくとも１００ｎｍの範囲、少なくとも２００ｎｍの範囲又は少なくとも３００ｎｍの範囲をカバーする広範な吸収範囲と、を有している吸収スペクトルを提供することによって、例えば３０ｎｍ〜２００ｎｍの幅及び／又は６０ｎｍ〜３００ｎｍの幅及び／又は１００ｎｍ〜４００ｎｍの幅を有している吸収スペクトルを提供することによって、広範囲の吸収を行うことができる。
従って、広範囲の吸収を行う２種類の吸収色素は、色検出にとって十分であると考えられる。透過性又は半透過性の太陽電池において異なる吸収プロフィールを有している、広範囲の吸収を行う２種類の吸収色素を使用することによって、光電効率（ＰＣＥ：ｐｈｏｔｏｎ−ｔｏ−ｃｕｒｒｅｎｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）の複雑な波長依存性に起因して、異なるセンサ信号が、例えば異なる電流が生じることになる。２つの太陽電池の電流を種々の色素と比較することによって色を求めることができる。
従って一般的に、相互に異なる分光感度を有している少なくとも２つ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つの色及び／又は色情報の少なくとも１つの項目を求めるように、分光感度が相互に異なる少なくとも２つの光学センサを有している光学センサのスタックを備えている光学検出器を適合させることができる。一例として、センサ信号から色情報の色を求めるために、アルゴリズムを使用することができる。付加的又は択一的に、センサ信号のその他の評価方式を使用しても良く、例えばルックアップテーブルを使用しても良い。一例として、センサ信号の各ペアに対して、例えば電流の各ペアに対して固有の色が列挙されているルックアップテーブルを作成することができる。付加的又は択一的に、例えば複数の光学センサ信号の商を形成し、色、色情報又は色座標を導出することによって、その他の評価方式を使用しても良い。
相互に異なる分光感度を有している複数の光学センサから成るスタックを使用することによって、例えば２つの異なる分光感度を有している光学センサのペアから成るスタックを使用することによって、多様な測定を実施することができる。従って一例として、スタックを使用することによって、マルチカラー又はそれどころかフルカラーの３Ｄ画像を記録することができる、及び／又は、種々の焦平面において画像を記録することができる。更には、ｄｅｐｔｈ ｆｒｏｍ ｄｅｆｏｃｕｓアルゴリズムを使用して、深度画像を計算することができる。
相互に異なる分光感度を有している２つのタイプの光学センサを使用することによって、失われた色情報を周囲の色点間に外挿しても良い。周囲点を考慮するだけでより滑らかな関数を取得することができる。これを測定エラーの低減に使用することができるが、後処理に関する計算コストは上昇する。
従って一般的に、本発明による光学検出器を、マルチカラー又はフルカラーのライトフィールドカメラ又は色検出カメラとして設計することができる。色光学センサが交番的に設けられているスタックを、例えば複数の透過性又は半透過性の太陽電池、特に有機太陽電池、とりわけｓＤＳＣから成るスタックを使用することができる。それらの光学検出器は、例えば仮想画素化を提供することを目的として、少なくとも１つの空間光変調器と組み合わされて使用される。従って、光学検出器は画素化部を有していない大面積光学検出器であっても良く、その場合には、画素化部を空間光変調器によって、また光学センサのセンサ信号の評価によって、特に周波数解析によって仮想的に形成することができる。
平面内の色情報を、スタックにおいて隣接しており、且つ、相互に異なる分光感度、例えば相互に異なる色、とりわけ相互に異なる種類の色素を有している２つの光学センサのセンサ信号から取得することができる。上記において概要を述べたように、相互に異なる波長感度を有してい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つ以上のルックアップテーブルを使用することによって、色情報を生成することができる。更には、例えば後処理ステップにおいて隣接する領域の色を比較することによって、色情報の円滑化を実施することができる。
ｚ方向における色情報を、即ち光軸に沿った色情報を、隣接する光学センサ及びスタックを比較することによって、例えばスタック内の隣接する太陽電池を比較することによって取得することができる。色情報の円滑化を、種々の光学センサからの色情報を使用して実施することができる。
少なくとも１つの空間光変調器及び少なくとも１つの光学センサを含んでいる本発明による光学検出器を、更に、１つ以上のその他のタイプのセンサ又は検出器と組み合わせることができる。従って光学検出器は、更に少なくとも１つの付加的な検出器を含むことができる。少なくとも１つのパラメータ、例えば周囲環境のパラメータ、例えば周囲環境の温度及び／又は輝度；検出器の位置及び／又は向きに関するパラメータ；検出すべき対象物の状態を規定するパラメータ、例えば対象物の位置、例えば空間内の対象物の絶対位置及び／又は対象物の向き、のうちの少なくとも１つのパラメータを検出するように、少なくとも１つの付加的な検出器を適合させることができる。従って一般的に、付加的な情報を取得するために、及び／又は、測定結果を検証するために、若しくは、測定エラー又は測定ノイズを低減するために、本発明の原理をその他の測定原理と組み合わせることができる。
特に本発明による光学検出器は、更に、少なくとも１回の飛行時間測定を実行することによって、少なくとも１つの対象物と光学検出器との間の少なくとも１つの距離を検出するように適合されている、少なくとも１つの飛行時間（ＴｏＦ：ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ）検出器を含むことができる。本明細書において使用されているように、飛行時間測定は、一般的に、信号が２つの対象物間を伝播するために必要とする時間、又は、信号が２つの対象物間を往復するために必要とする時間を基礎とする測定を表す。このケースにおいて、信号は特に、音響信号又は電磁信号、例えば光信号のうちの１つ以上であっても良い。従って、ＴｏＦ検出器は、飛行時間測定を実行するように適合されている検出器を表す。飛行測定時間は、種々の技術分野において、例えば市販の距離測定装置又は市販の流量計、例えば超音波流量計において広く知られている。またＴｏＦ検出器をＴｏＦカメラとして形成することができる。それらのタイプのカメラは、レンジ撮像カメラシステムとして市販されており、既知の光速に基づいて対象物間の距離を分解することができる。
現在入手可能なＴｏＦ検出器は、一般的にパルス信号の使用を基礎としており、またオプションとして１つ以上の光センサと、例えばＣＭＯＳセンサと組み合わされる。光センサによって生成されたセンサ信号を積分しても良い。積分を２つの異なる時点において開始することができる。２つの積分結果間の相対的な信号強度から距離を計算することができる。
更に、上記において概要を述べたように、ＴｏＦカメラは公知であり、またＴｏＦカメラを一般的に本発明のコンテキストにおいても使用することができる。それらのＴｏＦカメラは、複数の画素化光センサを含むことができる。しかしながら、各ピクセルは一般的に２回の積分を実施する必要があるので、ピクセル構造は一般的により複雑になり、また市販のＴｏＦカメラの解像度はむしろ低い（一般的には２００×２００ピクセル）。４０ｃｍを下回る距離及び数メートルを超える距離では一般的に検出を行うことが困難であるか、それどころか不可能となる。更には、１周期内の複数のパルスの相対的なシフトしか測定されないので、パルスの周期性によって距離は不明確になる。
一般的に、独立型の装置としてのＴｏＦ検出器は種々の短所及び技術的な問題に直面している。従って一般的に、パルスが過度に早く反射されるか、雨滴の後方の対象物が隠れるか、又は、部分反射では積分が誤った結果に繋がることから、ＴｏＦ検出器は、とりわけＴｏＦカメラは、光路内の雨及び他の透明な対象物の影響を受ける。更に、測定におけるエラーを回避するために、また、複数のパルスを明確に区別できるようにするために、ＴｏＦ測定に関しては低照度条件が有利である。明るい光、例えば明るい太陽光ではＴｏＦ測定が不可能になる場合がある。更には、反射されて戻ってきたパルスを、カメラが依然として検出できるようにするためにパルスは十分に明るくなくてはならないので、典型的なＴｏＦカメラのエネルギ消費量はむしろ高い。しかしながら、パルスの輝度は目又はその他のセンサにとって有害となり得るか、又は、２回以上のＴｏＦ測定が相互に干渉する場合には、そのパルスの輝度によって測定エラーが引き起こされる可能性がある。要約すると、現行のＴｏＦ検出器は、また特に現行のＴｏＦカメラは、例えば低解像度、距離測定における多義性、限定的な使用範囲、限定的な照度条件、光路における透明な対象物に対する感度、天候条件に対する感度及び高いエネルギ消費量等の種々の欠点を有している。それらの技術的な課題は、一般的に、日常の用途、例えば自動車における安全性に関連する用途、日常の使用のためのカメラ、又は、特にゲーミングの用途において使用するためのヒューマンマシンインタフェースに対する適性を低くする。
少なくとも１つの空間光変調器及び少なくとも１つの光学センサが設けられており、且つ、周波数解析によるセンサ信号の評価に関する上述の原理が提供されている本発明による検出器との組み合わせにおいて、両システムの利点及び性能を有益に組み合わせることができる。従って、ＳＬＭ検出器は、即ち少なくとも１つの空間光変調器と少なくとも１つの光学センサとの組み合わせは、特に複数の光学センサから成る少なくとも１つのスタックは、明るい照度条件において利点を提供することができるが、これに対し、ＴｏＦ検出器は一般的に低照度条件においてより良好な結果を提供する。従って、組み合わされた装置は、即ち少なくとも１つのＴｏＦ検出器を更に含んでいる本発明による光学検出器は、両システムを単独で用いる場合に比べて、照度条件に関して、より高い許容度を提供する。これは特に、例えば自動車又はその他の乗り物における安全性に関連する用途にとって重要である。
特に、ＳＬＭ検出器を使用することによって実行された少なくとも１回の測定を補正するために、少なくとも１回のＴｏＦ測定を実行するように光学検出器を設計することができ、またそれとは反対に、少なくとも１回のＴｏＦ測定を補正するために、ＳＬＭ検出器を使用することによって少なくとも１回の測定を実行するように光学検出器を設計することができる。更に、ＴｏＦ測定の不明確性を、ＳＬＭ検出器の使用によって解消することができる。特に、ＴｏＦ測定を分析した結果、不明確である可能性が高い場合には、ＳＬＭ測定をいつでも実行することができる。付加的又は択一的に、ＴｏＦ検出器の動作範囲を、ＴｏＦ測定の不明確性に起因して一般的には除外される領域にまで拡張するために、ＳＬＭ測定を連続的に実行しても良い。付加的又は択一的に、より広範囲の距離測定領域を実現するために、ＳＬＭ検出器がより広い領域又は付加的な領域をカバーしても良い。更には、エネルギ消費量を抑えるために、又は目を保護するために、測定にとって重要な１つ以上の領域を求めるために、ＳＬＭ検出器を、特にＳＬＭカメラを使用することができる。従って、上記において概要を述べたように、１つ以上の関心領域を検出するようにＳＬＭ検出器を適合させることができる。付加的又は択一的に、光学検出器によって捕捉されたシーン内の１つ以上の対象物の粗い深度マップを求めるためにＳＬＭ検出器を使用しても良く、この場合、この粗い深度マップを、１回以上のＴｏＦ測定によって重要な領域に洗練することができる。更に、ＴｏＦ検出器を、例えばＴｏＦカメラを要求される距離領域に調整するために、ＳＬＭ検出器を使用することができる。これによって、例えばＴｏＦ測定において不明確性が発生する可能性を排除又は低減するために、ＴｏＦ測定の頻度及び／又はパルス長を事前に設定することができる。従って一般的に、ＴｏＦ検出器に関する、例えばＴｏＦカメラに関するオートフォーカスを提供するために、ＳＬＭ検出器を使用することができる。
上記において概要を述べたように、粗い深度マップをＳＬＭ検出器によって、例えばＳＬＭカメラによって記録することができる。更に、光学検出器によって捕捉されたシーン内の１つ以上の対象物に関する深度情報又はｚ情報を含んでいる粗い深度マップを、１回以上のＴｏＦ測定によって洗練することができる。特に、重要な領域においてのみＴｏＦ測定を実施しても良い。付加的又は択一的に、ＴｏＦ検出器を調整するために、特にＴｏＦカメラを調整するために、粗い深度マップを使用しても良い。
更に、ＳＬＭ検出器を少なくとも１つのＴｏＦ検出器と組み合わせて使用することによって、検出されるべき対象物の性質に対するＴｏＦ検出器の感度、又は、検出器と検出されるべき対象物との間の光路内に存在する障害物又は媒体に対するＴｏＦ検出器の感度、例えば雨又は天候条件に対するＴｏＦ検出器の感度に関する上述の問題を解決することができる。ＴｏＦ信号から重要な情報を抽出するために、若しくは、透明又は半透明の種々の層を有する複雑な対象物を測定するために、ＳＬＭによる測定とＴｏＦ測定の組み合わせを使用することができる。従って、ガラス、水晶、液体構造から成る対象物、相転移、液体運動等から成る対象物を観測することができる。更に、ＳＬＭ検出器と少なくとも１つのＴｏＦ検出器の組み合わせは、雨天においても依然として機能し、また光学検出器全体の天候条件への依存性は一般的に低くなる。一例として、ＳＬＭ検出器によって提供される測定結果を、雨によって誘発されるエラーをＴｏＦ測定結果から取り除くために使用することができる。このことは特に、上記の組み合わせを、例えば自動車又はその他の乗り物における安全性に関連する用途にとって有用なものとする。
少なくとも１つのＴｏＦ検出器の、本発明による光学検出器への導入を種々のやり方で実現することができる。従って、少なくとも１つのＳＬＭ検出器及び少なくとも１つのＴｏＦ検出器を、同一の光路内に連続的に配置しても良い。一例として、少なくとも１つの透過性のＳＬＭ検出器を、少なくとも１つのＴｏＦ検出器の手前に配置しても良い。付加的又は択一的に、ＳＬＭ検出器及びＴｏＦ検出器に対して、別個の光路又は分割された光路を使用しても良い。一例として、１つ以上のビーム分割素子によって、例えば上述のビーム分割素子又は以下の詳細な説明において列記するビーム分割素子のうちの１つ以上によって、光路を分割しても良い。一例として、波長選択素子によってビーム路を分割しても良い。従って、例えば、ＴｏＦ検出器は赤外線光を使用することができ、これに対し、ＳＬＭ検出器はそれとは異なる波長の光を使用することができる。この例では、波長選択ビーム分割素子を使用することによって、例えばホットミラーを使用することによって、ＴｏＦ検出器に対する赤外線光を分離させることができる。付加的又は択一的に、ＳＬＭによる測定のために使用される光ビーム及びＴｏＦ測定のために使用される光ビームを、１つ以上のビーム分割素子によって、例えば１つ以上の半透鏡、ビームスプリッタキューブ、偏光ビームスプリッタ又はそれらの組み合わせによって分離させても良い。更に、別個の光路を使用して、少なくとも１つのＳＬＭ検出器及び少なくとも１つのＴｏＦ検出器を同一のデバイス内で相互に隣接させて配置しても良い。その他の種々の構造も考えられる。
上記において概要を述べたように、本発明による光学検出器並びに本発明において提案されているようなその他の装置の１つ以上の装置を、１つ以上のその他のタイプの測定装置と組み合わせることができる。従って、少なくとも１つの空間光変調器及び少なくとも１つの光学センサを含んでいる本発明による光学検出器を、１つ以上のその他のタイプのセンサ又は検出器と、例えば上述のＴｏＦ検出器と組み合わせることができる。本発明による光学検出器が１つ以上のその他のタイプのセンサ又は検出器と組み合わされる場合、それらの光学検出器及び少なくとも１つの別のセンサ又は検出器は独立した装置として設計されていても良く、その場合、光学検出器の少なくとも１つの光学センサ及び空間光変調器は、少なくとも１つの別のセンサ又は検出器とは離隔されている。択一的に、それらの構成要素のうちの１つ以上を、完全に又は部分的に、別のセンサ又は検出器のためにも使用しても良い、又は、光学センサ並びに空間光変調器及び少なくとも１つの別のセンサ又は検出器を、完全に又は部分的に、別のやり方で組み合わせても良い。
従って非制限的な例として、光学検出器は、例えば、少なくとも１つのオプションとしてのＴｏＦ検出器の他に、又はそのようなＴｏＦ検出器に代わるものとして、上述のＴｏＦ検出器とは異なる少なくとも１つの距離センサを更に含むことができる。距離センサは、例えば、上述のＦｉＰ効果を基礎とすることができる。従って光学検出器は、更に少なくとも１つの能動的な距離センサを含むことができる。本明細書において使用されているように、「能動的な距離センサ」とは、少なくとも１つの能動的な光学センサ及び少なくとも１つの能動的な照明源を有しており、且つ、自身と対象物との間の距離を求めるように適合されているセンサである。能動的な距離センサは、対象物から能動的な光学センサに向かって伝播する光ビームによって照明されるとセンサ信号を生成するように適合されている少なくとも１つの能動的な光学センサを含んでいる。その際、センサ信号は、照明の総出力が等しければ、照明の幾何学的形状に依存しており、特にセンサ面における照明のビーム横断面に依存している。能動的な距離センサは、対象物を照明するための少なくとも１つの能動的な照明源を更に含んでいる。従って、能動的な照明源によって対象物を照明しても良く、また照明源によって生成された照明光又は一次光ビームを、対象物又は対象物の一部によって反射又は散乱させても良く、それによって、能動的な距離センサの光学センサに向かって伝播する光ビームが生成される。
能動的な距離センサの少なくとも１つの能動的な光学センサの考えられる構造については、国際公開第２０１２／１１０９２４号又は国際公開第２０１４／０９７１８１号のうちの１つ以上を参照されたい。それらの刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。それらの刊行物のうちの一方又は両方に開示されている少なくとも１つの縦方向光学センサを、本発明による光学検出器に含ませることができるオプションとしての能動的な距離センサに使用しても良い。従って、単一の光学センサを使用しても良いし、複数の光学センサの組み合わせを、例えばセンサスタックを使用しても良い。
上記において概要を述べたように、光学検出器の能動的な距離センサ及び残りの構成要素は別個の構成要素であっても良いし、択一的には、完全に又は部分的に統合させても良い。従って、能動的な距離センサの少なくとも１つの能動的な光学センサは、完全に又は部分的に少なくとも１つの光学センサから離隔されていても良いし、完全に又は部分的に光学検出器の少なくとも１つの光学センサと同一であっても良い。同様に、少なくとも１つの能動的な照明源は、完全に又は部分的に、光学検出器の照明源から離隔されていても良いし、完全に又は部分的に同一であっても良い。
少なくとも１つの能動的な距離センサは、更に、少なくとも１つの能動的な評価装置を含むことができ、この能動的な評価装置は、完全に又は部分的に、光学検出器の評価装置と同一であっても良いし、別個の装置であっても良い。少なくとも１つの能動的な光学センサの少なくとも１つのセンサ信号を評価し、対象物と能動的な距離センサとの間の距離を求めるように、少なくとも１つの能動的な評価装置を適合させることができる。この評価のために、少なくとも１つのセンサ信号と距離との間の所定の関係性又は求めることができる関係性を使用することができ、例えば、経験的な測定によって求められた所定の関係性及び／又は所定の関係性は、完全に又は部分的に、センサ信号の距離への理論上の依存性を基礎としている。この評価の考えられる実施の形態については、国際公開第２０１２／１１０９２４号又は国際公開第２０１４／０９７１８１号のうちの１つ以上を参照されたい。それらの刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。
少なくとも１つの照明源は、被変調照明源であっても良いし、連続照明源であっても良い。この能動的な照明源の考えられる実施の形態については、上記の照明源のコンテキストにおいて説明したオプションを参照されたい。特に、この少なくとも１つの能動的な光学センサによって生成されたセンサ信号が光ビームの変調周波数に依存するように、少なくとも１つの能動的な光学センサを適合させることができる。
少なくとも１つの能動的な照明源は、照明光が光学検出器及び／又は能動的な距離センサの光軸において対象物に向かって伝播するように、少なくとも１つの対象物を軸上で照明することができる。付加的又は択一的に、照明光が対象物に向かって伝播し、また対象物から能動的な距離センサに向かって伝播する光ビームが非平行に方向付けられ、少なくとも１つの対象物が軸外で照明されるように、少なくとも１つの照明源を適合させても良い。
能動的な照明源は、均一な照明源であっても良いし、パターン化又は構造化された照明源であっても良い。従って一例として、光学検出器によって捕捉されたシーン又はシーンの一部を均一な光及び／又はパターン化された光でもって照明するように、少なくとも１つの能動的な照明源を適合させることができる。つまり一例として、１つ以上の光パターンを、シーン及び／又はシーンの一部へと投影させることができ、それによって少なくとも１つの対象物の検出のコントラストを高めることができる。一例として、線状のパターン又は点状のパターンを、例えば複数の光点の矩形の線パターン及び／又は矩形のマトリクスをシーン又はシーンの一部に投影することができる。光パターンを生成するために、少なくとも１つの能動的な照明源自体をパターン化された光を生成するように適合させることができる、及び／又は、１つ以上の光パターニング装置を、例えばフィルタ、格子、ミラー又はその他のタイプの光パターニング装置を使用することができる。更に、付加的又は択一的に、空間光変調器を有している１つ以上の光パターニング装置を使用しても良い。能動的な距離センサの空間光変調器は、上述の空間光変調器とは離隔された別個のものであっても良いし、完全に又は部分的に同一であっても良い。従って、パターニングされた光を生成するために、マイクロミラーを、例えば上述のＤＬＰを使用することができる。付加的又は択一的に、その他のタイプのパターニング装置を使用しても良い。
光学センサ及び空間光変調器を有している光学検出器と、少なくとも１つのオプションとしての能動的な距離センサとの組み合わせは多数の利点を提供する。つまり、構造化された能動的な距離センサとの組み合わせは、例えば少なくとも１つのパターン化又は構造化された能動的な照明源を有している能動的な距離センサとの組み合わせは、システム全体をより信頼性の高いものにすることができる。一例として、光学センサ、空間光変調器及びピクセルの変調を使用する上述の光学検出器の原理が、光学検出器によって捕捉されたシーンのコントラストが低いことに起因して適切に機能しない場合、能動的な距離センサを使用することができる。これに対して、霧又は雨による透明な対象物上の少なくとも１つの能動的な照明源の反射に起因して、能動的な距離センサが適切に機能しない場合には、空間光変調器及びピクセルの変調を使用する光学検出器の基本原理によって、適切なコントラストを有している対象物を分解することができる。従って、ＴｏＦ検出器に関する限りでは、能動的な距離センサは、光学検出器によって実施される測定の信頼性及び安定性を改善することができる。
上記において概要を述べたように、光学検出器は、光学検出器のビーム路を２つ以上の部分ビーム路に分割するように適合されている１つ以上のビーム分割素子を含むことができる。種々のタイプのビーム分割素子を使用することができ、例えばプリズム、格子、半透鏡、ビームスプリッタキューブ、反射型空間光変調器又はそれらの組み合わせを使用することができる。その他の可能性も考えられる。
光ビームを、同一の強度又は相互に異なる強度を有している少なくとも２つの部分に分割するように、ビーム分割素子を適合させることができる。強度が相互に異なる場合、部分光ビーム及びその強度を、各々の目的に適合させることができる。従って、各部分ビーム路に、１つ以上の光学素子を、例えば１つ以上の光学センサを設けても良い。光ビームを相互に異なる強度を有している少なくとも２つの部分に分割するように適合されている少なくとも１つのビーム分割素子を使用することによって、部分光ビームの強度を、少なくとも２つの光学センサの特定の要求に適合させることができる。
特に、光ビームを第１の部分ビーム路に沿って伝播する第１の部分と、少なくとも１つの第２の部分ビーム路に沿って伝播し、且つ、第１の部分よりも高い強度を有している少なくとも１つの第２の部分と、に分割するように、ビーム分割素子を適合させることができる。光学検出器は、少なくとも１つの撮像装置を含むことができ、有利には無機撮像装置を、より有利にはＣＣＤチップ及び／又はＣＭＯＳチップを含むことができる。一般的には、撮像装置はその他の光学センサと比べて、例えば少なくとも１つのＦｉＰセンサのような少なくとも１つの縦方向光学センサと比べて、光強度に対する要求が低いので、少なくとも１つの撮像装置を、特に、第１の部分ビーム路に配置することができる。第１の部分は、例えば、第２の部分の強度の１／２よりも低い強度を有することができる。その他の実施の形態も考えられる。
少なくとも２つの部分の強度を種々に調整することができ、例えばビーム分割素子の透過率及び／又は反射率を調整することによって、又は、ビーム分割素子の表面領域を調整することによって、又は、その他のやり方で調整することによって調整することができる。ビーム分割素子は、一般的に、光ビームの起こり得る偏光に関して作用しないビーム分割素子であっても良いし、そのようなビーム分割素子を含んでいても良い。しかしながら、少なくとも１つのビーム分割素子は、少なくとも１つの偏光選択性ビーム分割素子であっても良いし、少なくとも１つの偏光選択性ビーム分割素子を含んでいても良い。種々のタイプの偏光選択性ビーム分割素子が当業者には一般的に公知である。従って、一例として、偏光選択性ビーム分割素子は偏光ビームスプリッタキューブであっても良いし、偏光ビームスプリッタキューブを含んでいても良い。偏光選択性ビーム分割素子は、一般的に、部分光ビームの強度の比率を、偏光選択性ビーム分割素子に入射する光ビームの偏光を調整することによって調整できるという点において好適である。
光学検出器を、部分ビーム路に沿ってビーム分割素子に向かって伝播する１つ以上の部分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せることができる。従って、一例として、光学検出器は、部分光ビームをビーム分割素子に向かって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つ以上の反射素子を含むことができる。少なくとも１つの反射素子は少なくとも１つのミラーであっても良いし、少なくとも１つのミラーを含んでいても良い。付加的又は択一的に、その他のタイプの反射素子を使用しても良く、例えば反射プリズム及び／又は少なくとも１つの空間光変調器を使用しても良く、特に空間光変調器は反射型空間光変調器であっても良く、また、部分光ビームをビーム分割素子に向かって少なくとも部分的に後方反射させるように配置しても良い。少なくとも１つ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光ビームを少なくとも部分的に再結合させるように、ビーム分割素子を適合させることができる。再結合された共通の光ビームを少なくとも１つの光学センサへと供給するように、有利には少なくとも１つの縦方向光学センサへと、特に、少なくとも１つのＦｉＰセンサへと、より有利には複数の光学センサから成るスタック、例えば複数のＦｉＰセンサから成るスタックへと供給するように、光学検出器を適合させることができる。
光学検出器は、１つ以上の空間光変調器を含むことができる。複数の空間光変調器が含まれている場合、例えば２つ以上の空間光変調器が含まれている場合、少なくとも２つの空間光変調器を、同一のビーム路内に配置しても良いし、異なる部分ビーム路内に配置しても良い。空間光変調器が異なるビーム路に配置されている場合、空間光変調器を通過する部分光ビームを再結合させ、１つの共通の光ビームを形成するように、光学検出器を、特に少なくとも１つのビーム分割素子を適合させることができる。
本発明の別の態様においては、少なくとも１つの対象物の位置を求めるための検出器システムが明らかになる。検出器システムは、本発明による光学検出器を少なくとも１つ含んでおり、例えば、上述の実施の形態のうちの１つ以上又は以下の詳細な説明において開示する実施の形態のうちの１つ以上による光学検出器を少なくとも１つ含んでいる。検出器システムは、更に、少なくとも１つの光ビームを光学検出器に向けるように適合されており、且つ、対象物に取り付け可能及び／又は対象物によって保持可能及び／又は対象物に組み込み可能である少なくとも１つのビーコン装置を含んでいる。
本明細書において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つの検出器機能、有利には少なくとも１つの光学検出器機能、例えば少なくとも１つの光学測定機能及び／又は少なくとも１つのイメージングオフカメラ機能を提供するように相互作用する装置又は複数の装置の集成装置を表す。上記において概要を述べたように、検出器システムは少なくとも１つの光学検出器を含むことができ、更には１つ以上の付加的な装置を含むことができる。検出器システムを、単一のユニット装置に組み込んでも良いし、検出器機能を提供するために相互作用する複数の装置の集成装置として形成しても良い。
上記において概要を述べたように、検出器システムは、少なくとも１つの光ビームを検出器に向けるように適合されている少なくとも１つのビーコン装置を含んでいる。本明細書において使用されているように、また以下において詳細に説明するように、「ビーコン装置」は一般的に、少なくとも１つの光ビームを検出器に向けるように適合されている任意の装置を表す。ビーコン装置を、完全に又は部分的に、光ビームを生成するための少なくとも１つの照明源を含んでいる能動的なビーコン装置として形成することができる。付加的又は択一的に、ビーコン装置を完全に又は部分的に、独立して生成された一次光ビームをビーコン装置から検出器に向けて反射させるように適合されている少なくとも１つの反射素子を含んでいる受動的なビーコン装置として形成しても良い。
ビーコン装置は、対象物に取り付け可能及び／又は対象物によって保持可能及び／又は対象物に組み込み可能である。従って、ビーコン装置を、任意の取り付け手段によって、例えば１つ以上の接続部材によって対象物に取り付けても良い。付加的又は択一的に、例えば１つ以上の適切な保持手段によって、ビーコン装置を保持するように対象物を適合させても良い。付加的又は択一的に、ここでもまた、ビーコン装置を完全に又は部分的に対象物に組み込んでも良く、従って、ビーコン装置は対象物の一部を成しても良いし、それどころか対象物を成しても良い。
一般的に、ビーコン装置の考えられる実施の形態については、２０１２年１２月１９日に出願された米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号及び２０１３年１月８日に出願された米国仮出願特許第６１／７４９，９６４号及び／又は欧州特許出願第１３１７１９０１．５号のうちの１つ以上を参照されたい。更に、その他の実施の形態も考えられる。
上記において概要を述べたように、ビーコン装置を完全に又は部分的に、能動的なビーコン装置として形成することができ、またビーコン装置は少なくとも１つの照明源を含むことができる。従って一例として、ビーコン装置は、一般的に任意の照明源を含んでいても良く、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、白熱電球、白熱灯及び蛍光灯から成る群から選択された照明源を含んでいても良い。その他の実施の形態も考えられる。
付加的又は択一的に、上記において概要を述べたように、ビーコン装置を完全に又は部分的に、受動的なビーコン装置として形成することができ、またビーコン装置は、対象物から独立した照明源によって生成された一次光ビームを反射するように適合されている少なくとも１つの反射装置を含むことができる。従って、光ビームの生成に加え、又は光ビームを生成する代わりに、一次光ビームを検出器に向けて反射させるように、ビーコン装置を適合させることができる。
光学検出器によって付加的な照明源が使用される場合、少なくとも１つの照明源を光学検出器の一部とすることができる。付加的又は択一的に、その他のタイプの照明源を使用しても良い。シーンを完全に又は部分的に照明するように照明源を適合させることができる。更に、少なくとも１つのビーコン装置によって完全に又は部分的に反射される１つ以上の一次光ビームを提供するように、照明源を適合させることができる。更に、空間内で固定されている１つ以上の一次光ビームを提供するように、及び／又は、可動である１つ以上の一次光ビームを提供するように、例えば空間内の特定の領域をスキャンする１つ以上の一次光ビームを提供するように、照明源を適合させることができる。従って、一例として、可動の１つ以上の照明源を設けても良い、及び／又は、例えば光学検出器によって捕捉される特定のシーンにわたり少なくとも１つの一次光ビームをスキャンすることによって、空間内の少なくとも１つの一次光ビームの位置及び／又は向きを調整又は修正するための１つ以上の可動のミラーを含んでいる１つ以上の照明源を設けても良い。１つ以上の可動のミラーが使用される場合、可動のミラーはまた、上述のように、１つ以上の空間光変調器を、例えば１つ以上のマイクロミラーを、特にＤＬＰ（Ｒ）技術を基礎とする１つ以上のマイクロミラーを含むことができる。従って、一例として、少なくとも１つの空間光変調器を使用することによってシーンを照明することができ、また、光学検出器を介する実際の測定を、少なくとも１つの第２の空間光変調器を使用することによって実施することができる。
検出器システムは、１つ、２つ、３つ又はそれ以上の数のビーコン装置を含むことができる。従って一般的に、対象物が少なくとも顕微鏡スケールではその形状が変化しない硬質の物体である場合、有利には、少なくとも２つのビーコン装置を使用することができる。対象物が完全に又は部分的に可撓性であるか、又は、対象物は完全に又は部分的にその形状が変化するように適合されている場合、有利には、３つ以上のビーコン装置を使用することができる。一般的に、ビーコン装置の数を、対象物の可撓性の度合いに適合させることができる。有利には、検出器システムは少なくとも３つのビーコン装置を含んでいる。
対象物自体が検出器システムの一部であっても良いし、対象物が検出器システムから独立していても良い。従って一般的に、検出器システムは更に少なくとも１つの対象物を含むことができる。１つ以上の対象物を使用することができる。対象物は、硬質の物体及び／又は可撓性の物体であって良い。
一般的に、対象物は生物であっても良いし、非生物であっても良い。それどころか、検出器システムは少なくとも１つの対象物を含むことができ、それによって対象物は検出器システムの一部を成す。しかしながら有利には、対象物は、少なくとも１つの空間次元において、検出器から独立して移動しても良い。
一般的に、対象物は任意の物体であって良い。１つの実施の形態においては、対象物を硬質の物体とすることができる。その他の実施の形態も考えられ、例えば、対象物が非硬質の物体であるか、又は、その形状が変化する場合もある物体である実施の形態も考えられる。
以下の詳細な説明において概要を述べるように、本発明を特に、人間の位置及び／又は動きを追跡するために、例えばマシンの制御、スポーツのシミュレーション又はゲーミングを目的として使用することができる。この実施の形態において、又はその他の実施の形態において、特に、対象物を、スポーツ用品、有利には、ラケット、クラブ、バットから成る群から選択されたスポーツ用品；衣類；帽子；靴から成る群から選択することができる。
オプションとしての伝送装置を、上記において説明したように、対象物から光学検出器へと伝播する光を供給するように設計することができる。上記において説明したように、この供給をオプションとして、伝送装置のイメージング特性によって又は非イメージング特性によって行うことができる。特に、電磁放射が空間光変調器及び／又は光学センサへと供給される前に、電磁放射を収集するように伝送装置を設計することができる。オプションとしての伝送装置は、完全に又は部分的に、少なくとも１つのオプションとしての照明源の構成部材であって良く、例えば、照明源は、所定の光学特性を有している、例えば所定のビームプロフィール又は正確に既知であるビームプロフィールを有している光ビームを、例えば少なくとも１つのガウスビームを、特に既知のビームプロフィールを有している少なくとも１つのレーザビームを供給するように設計されている。
オプションとしての照明源の考えられる実施の形態については、国際公開第２０１２／１１０９２４号を参照されたい。更に、その他の実施の形態も考えられる。対象物から放出される光は、対象物自体に由来するものであっても良いが、しかしながら、オプションとして、異なる光源を設け、その光源から対象物へと、また続けて空間光変調器及び／又は光学センサへと光を伝播させても良い。例えば、後者は使用されている少なくとも１つの照明源によって行うことができる。照明源は例えば、周囲照明源であっても良いし、周囲照明源を含んでいても良い、及び／又は、照明源は人工照明源であっても良いし、人工照明源を含んでいても良い。例えば、検出器自体が少なくとも１つの照明源を含んでいても良く、例えば少なくとも１つのレーザ及び／又は少なくとも１つの白熱灯及び／又は少なくとも１つの半導体照明源を、例えば少なくとも１つの発光ダイオードを、特に有機及び／又は無機の発光ダイオードを含んでいても良い。一般的に規定されている光のビームプロフィール及び取扱適性のその他の特性に基づき、照明源又は照明源の一部として１つ以上のレーザを使用することは特に有利である。照明源自体が検出器の構成部材であっても良いし、照明源が光学検出器から独立して形成されていても良い。照明源を特に、光学検出器に、例えば検出器のケーシングに組み込んでも良い。択一的又は付加的に、少なくとも１つの照明源を、少なくとも１つのビーコン装置に、又は、１つ以上のビーコン装置に及び／又は対象物に組み込んでも良いし、対象物に接続しても良いし、空間的に結合させても良い。
従って、上記の光が各ビーコン装置自体に由来するオプションの代わりに、又はそのオプションに加えて、１つ以上のビーコン装置から放出される光を照明源から放射しても良い及び／又は照明源によって励起させても良い。例えば、ビーコン装置から放出される電磁光を、ビーコン装置自体によって放射しても良い、及び／又は、電磁光が検出器に供給される前に、ビーコン装置によって反射させても良い、及び／又は、ビーコン装置によって散乱させても良い。この場合、電磁放射の放射及び／又は散乱は、電磁放射のスペクトル的な影響が生じないように行われても良いし、そのような影響が生じるように行われても良い。従って、例えば波長シフトが散乱中に、例えばストークス散乱又はラマン散乱中に生じることも考えられる。更に、例えば光の放射を一次照明源によって励起させても良く、例えばルミネセンスを、特に燐光及び／又は燐光を生じさせるために励起されている対象物又は対象物の部分領域によって励起させても良い。原則として、その他の放射プロセスも考えられる。反射が生じる場合、対象物は例えば少なくとも１つの反射領域を、特に少なくとも１つの反射性表面を有していても良い。この反射表面は対象物自体の一部であっても良いが、しかしながら、例えば対象物に接続されているか又は空間的に結合されている反射器であっても良く、例えば対象物に接続されている反射器の額であっても良い。少なくとも１つの反射器が使用される場合、この反射器自体を、例えば光学検出器のその他の構成部材からは独立して対象物に接続されている検出器の一部とみなすことができる。
ビーコン装置及び／又は少なくとも１つのオプションとしての照明源は相互に独立しており、また一般的に、紫外線スペクトル範囲、有利には２００ｎｍ〜３８０ｎｍまでの範囲；可視スペクトル範囲（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍまで）；赤外線スペクトル範囲、有利には７８０ｎｍ〜３．０μｍの範囲のうちの少なくとも１つの範囲の光を放射することができる。より有利には、少なくとも１つの照明源は、可視スペクトル範囲、有利には５００ｎｍ〜７８０ｎｍまでの範囲、最も有利には６５０ｎｍ〜７５０ｎｍまでの範囲又は６９０ｎｍ〜７００ｎｍまでの範囲の光を放射するように適合されている。
特に、光学センサのオプションとしてのセンサ領域上に光点が形成されるように、例えば円形、楕円形又はそれら異なる形状の横断面を有している光点が形成されるように、光学センサへの光ビームの供給を行うことができる。例えば、検出器は対象物を検出することができる視覚範囲を有することができ、特に、立体角範囲及び／又は空間的範囲を有することができる。有利には、オプションとしての伝送装置は、例えば対象物が検出器の視覚範囲内に配置されている場合、光点が完全にセンサ領域上及び／又は光学センサのセンサ領域上に位置するように設計されている。例えば、この条件を満たすために、相応のサイズを有するようにセンサ領域を選択することができる。
評価装置は、特に対象物の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することができる少なくとも１つのデータ処理装置を、特に電子データ処理装置を含むことができる。従って、空間光変調器の照明されているピクセルの数；複数ある光学センサのうちの１つ以上における光ビームのビーム幅、特に上述のＦｉＰ効果を有している複数の光学センサのうちの１つ以上における光ビームのビーム幅；画素化光学センサの、例えばＣＣＤチップ又はＣＭＯＳチップの照明されているピクセルの数のうちの１つ以上を使用するように、評価装置を設計することができる。それらのタイプの情報のうちの１つ以上を１つ以上の入力変数として使用し、そ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情報の少なくとも１つの項目を生成するように、評価装置を設計することができる。この処理を並行して又は連続的に行うことができ、それどころか組み合わせて行うことができる。評価装置は、例えば記憶されている及び／又は既知である少なくとも１つの関係性を計算及び／又は使用することによって、情報のそれらの項目を生成するための任意の処理を使用することができる。関係性は、所定の解析的な関係性であっても良いし、経験的に、解析により、又は準経験的に求められたもの、又は求められるものであっても良い。特に有利には、関係性は、少なくとも１つの較正曲線、較正曲線の少なくとも１つのセット、少なくとも１つの関数又は上述の考えられる手段の組み合わせを含んでいる。１つ以上の較正曲線を例えば値のセットの形で記憶することができ、またその値のセットの関連付けられた関数値を例えばデータ記憶装置及び／又はテーブルに記憶することができる。しかしながら、択一的又は付加的に、少なくとも１つの較正曲線を例えば、パラメータ化された形で及び／又は関数法定式として記憶しても良い。
例えば、プログラミングに関して、情報の項目を求めるために評価装置を設計することができる。評価装置は、特に、少なくとも１つのコンピュータを含むことができ、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つ以上の揮発性又は不揮発性のデータメモリを含んでいても良い。データ処理装置、特に少なくとも１つのコンピュータの代わりに、又はそれに加えて、評価装置は、情報の項目を求めるように設計されている別の電子コンポーネント、例えば電子テーブル、また特に少なくとも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）のうちの１つ以上を含むことができる。
本発明の別の態様においては、ユーザとマシンとの間で情報の少なくとも１つの項目を交換するためのヒューマンマシンインタフェースが明らかになる。ヒューマンマシンインタフェースは、本発明による検出器システムを少なくとも１つ含んでおり、例えば、上述の実施の形態のうちの１つ以上又は以下の詳細な説明において開示する実施の形態のうちの１つ以上による検出器システムを少なくとも１つ含んでいる。検出器システムの少なくとも１つのビーコン装置は、ユーザに直接的又は間接的に取り付けられるように、及び／又は、ユーザによって直接的又は間接的に保持されるように適合されている。ヒューマンマシンインタフェースは、検出器システムによってユーザの少なくとも１つの位置を求めるように設計されており、且つ、情報の少なくとも１つの項目を位置に割り当てるように設計されている。
本明細書において使用されているように、「ヒューマンマシンインタフェース」という用語は、一般的に、少なくとも１つのデータ処理装置を有しているマシンとユーザとの間で、情報の少なくとも１つの項目を、特に電子情報の少なくとも１つの項目を交換するように適合されている任意の装置又は装置の組み合わせを表す。情報の交換を、単方向及び／又は双方向で行うことができる。特に、ユーザが１つ以上のコマンドを機械読み取り可能な形式でマシンに供給するように、ヒューマンマシンインタフェースを適合させることができる。
本発明の別の態様においては、少なくとも１つのエンターテイメント機能を実行するためのエンターテイメントデバイスが明らかになる。エンターテイメントデバイスは、本発明によるヒューマンマシンインタフェースを少なくとも１つ含んでおり、例えば、上述の実施の形態のうちの１つ以上又は以下の詳細な説明において開示する実施の形態のうちの１つ以上によるヒューマンマシンインタフェースを少なくとも１つ含んでいる。エンターテイメントデバイスは、ヒューマンマシンインタフェースを用いたプレーヤによる情報の少なくとも１つの項目の入力を可能にするように設計されており、エンターテイメントデバイスは、その情報に応じてエンターテイメント機能を変更するように設計されている。
本明細書において使用されているように、「エンターテイメントデバイス」は、一人以上のユーザ（以下では一人以上のプレーヤとも称する）のレクレーション及び／又は娯楽を目的として使用することができる装置である。一例として、エンターテイメントデバイスを、ゲーミングのために、有利にはコンピュータゲーミングのために使用することができる。付加的又は択一的に、エンターテイメントデバイスをその他の目的のために使用することができ、例えば、一般的にはエクササイズ、スポーツ、物理療法又はモーショントラッキングのために使用することができる。従って、エンターテイメントデバイスは、１つ以上のゲーミングソフトウェアプログラムを実行する、コンピュータ、コンピュータネットワーク又はコンピュータシステムに組み込まれていても良いし、コンピュータ、コンピュータネットワーク又はコンピュータシステムを含んでいても良い。
エンターテイメントデバイスは、本発明によるヒューマンマシンインタフェースを少なくとも１つ含んでおり、例えば、上述の実施の形態のうちの１つ以上及び／又は以下において開示する実施の形態のうちの１つ以上によるヒューマンマシンインタフェースを少なくとも１つ含んでいる。エンターテイメントデバイスは、ヒューマンマシンインタフェースを用いた、プレーヤによる情報の少なくとも１つの項目の入力を可能にするように設計されている。情報の少なくとも１つの項目を、エンターテイメントデバイスのコントローラ及び／又はコンピュータに伝送することができる、及び／又は、エンターテイメントデバイスのコントローラ及び／又はコンピュータは情報の少なくとも１つの項目を使用することができる。
情報の少なくとも１つの項目は、有利には、ゲームの進行に影響を及ぼすように適合されている少なくとも１つのコマンドを含んでいても良い。従って、一例として、情報の少なくとも１つの項目は、プレーヤ及び／又はプレーヤの身体の１つ以上の部位の少なくとも１つの向きに関する情報の少なくとも１つの項目を含むことができ、それによって、プレーヤはゲーミングのために要求される特定のアクション及び／又は向き及び／又は位置をシミュレートすることができる。一例として、ダンス；ランニング；ジャンプ；ラケットのスイング；バットのスイング；クラブのスイング；対象物のその他の対象物に対する位置決め、例えばモデルガンのターゲットへの位置決め；を含む運動のうちの１つ以上をシミュレートすることができ、また、エンターテイメントデバイスのコントローラ及び／又はコンピュータに伝達させることができる。
一部又は全体としてのエンターテイメントデバイスは、有利にはコントローラ及び／又はエンターテイメントデバイスのコンピュータは、上記の情報に応じてエンターテイメント機能を変更するように設計されている。従って、上記において概要を述べたように、情報の少なくとも１つの項目に応じて、ゲームの進行に影響を及ぼすことができる。つまり、エンターテイメントデバイスは１つ以上のコントローラを含むことができ、このコントローラは、少なくとも１つの検出器の評価装置から独立していても良い、及び／又は、完全に又は部分的に少なくとも１つの評価装置と同一であっても良い、又はそれどころか少なくとも１つの評価装置を含んでいても良い。有利には、少なくとも１つのコントローラは、１つ以上のデータ処理装置を含むことができ、例えば１つ以上のコンピュータ及び／又はマイクロコントローラを含むことができる。
本発明の別の態様においては、可動の少なくとも１つの対象物の位置を追跡するためのトラッキングシステムが明らかになる。トラッキングシステムは、本発明による検出器システムを少なくとも１つ含んでおり、例えば、上述の実施の形態のうちの１つ以上又は以下の詳細な説明において開示する実施の形態のうちの１つ以上による検出器システムを少なくとも１つ含んでいる。トラッキングシステムは、更に、少なくとも１つのトラックコントローラを含んでいる。トラックコントローラは、特定の複数の時点において対象物の一連の位置を追跡するように適合されている。
本明細書において使用されているように、「トラッキングシステム」は、少なくとも１つの対象物及び／又は対象物の少なくとも一部の過去の一連の位置についての情報を収集するように適合されている装置である。付加的に、少なくとも１つの対象物又は対象物の少なくとも一部の、予測される少なくとも１つの未来の位置及び／又は向きについての情報を提供するように、トラッキングシステムを適合させることができる。トラッキングシステムは、少なくとも１つのトラックコントローラを有することができ、このトラックコントローラを、部分的又は完全に、電子デバイスとして、有利には少なくとも１つのデータ処理装置として、より有利には少なくとも１つのコンピュータ又はマイクロコントローラとして形成することができる。また、少なくとも１つのトラックコントローラは、完全に又は部分的に、少なくとも１つの評価装置を含んでいても良い、及び／又は、少なくとも１つの評価装置の一部であっても良い、及び／又は、完全に又は部分的に少なくとも１つの評価装置と同一であっても良い。
トラッキングシステムは、本発明による検出器を少なくとも１つ含んでおり、例えば、上記の実施の形態のうちの１つ以上及び／又は以下に挙げる実施の形態のうちの１つ以上において開示されている検出器を少なくとも１つ含んでいる。更に、トラッキングシステムは、少なくとも１つのトラックコントローラを含んでいる。トラックコントローラは、例えば、少なくとも１つの位置情報及び少なくとも１つの時間情報を含んでいるデータグループ又はデータペアを記録することによって、特定の複数の時点において対象物の一連の位置を追跡するように適合されている。
トラッキングシステムは、更に、本発明による検出器システムを少なくとも１つ含んでいる。従って、少なくとも１つの検出器及び少なくとも１つの評価装置及びオプションとしての少なくとも１つのビーコン装置の他に、トラッキングシステムは、更に、対象物自体又は対象物の一部を、例えば、ビーコン装置又は少なくとも１つのビーコン装置を有している少なくとも１つのコントロールエレメントを含むことができる。その際、コントロールエレメントは、追跡すべき対象物に直接的又は間接的に取り付け可能であるか、又は、組み込み可能である。
トラッキングシステムを、そのトラッキングシステム自体及び／又は１つ以上の別個の装置の１つ以上の動作を開始させるように適合させることができる。後者の目的に関して、トラッキングシステムは、有利にはトラックコントローラは、少なくとも１つの動作を開始させるための、１つ以上の無線式及び／又は有線式のインタフェース及び／又はその他のタイプの制御コネクションを有することができる。有利には、対象物の少なくとも１つの実際の位置に応じて少なくとも１つの動作を開始させるように、少なくとも１つのトラックコントローラを適合させることができる。一例として、対象物の未来の位置の予測；少なくとも１つの装置の対象物への位置決め；少なくとも１つの装置の検出器への位置決め；対象物の照明；検出器の照明；から成る群から動作を選択することができる。
トラッキングシステムの用途の一例として、第１の対象物及び／又は第２の対象物が移動するものであったとしても、少なくとも１つの第１の対象物を、少なくとも１つの第２の対象物に対して連続的に位置決めするために、トラッキングシステムを使用することができる。また考えられる幾つかの例を、工業的な用途に見出すことができ、例えば生産ライン又は組み立てラインでの生産時の、例えばロボティクスにおける用途に見出すことができる、及び／又は、たとえ物品が移動するものであったとしても、物品に対して連続的な作業を行うための用途に見出すことができる。付加的又は択一的に、トラッキングシステムを、照明の目的に使用することができ、例えば、対象物が移動するものであったとしても、照明源を対象物に対して連続的に位置決めすることによって、対象物を連続的に照明するために使用することができる。更なる用途を、通信システムに見出すことができ、例えばトランスミッタを移動する対象物に対して位置決めすることによって移動する対象物についての情報を連続的に伝送するための通信システムに見出すことができる。
本発明の別の態様においては、少なくとも１つの対象物を撮像するためのカメラが明らかになる。カメラは、本発明による光学検出器を少なくとも１つ含んでおり、例えば、上述の実施の形態のうちの１つ以上又は以下の詳細な説明において開示する実施の形態のうちの１つ以上による光学検出器を少なくとも１つ含んでいる。
従って、特に本発明による用途を写真撮影の分野に適用することができる。つまり、検出器を撮影装置の一部とすることができ、特にディジタルカメラの一部とすることができる。特に、検出器を３Ｄ写真撮影のために、特にディジタル３Ｄ写真撮影のために使用することができる。従って、検出器がディジタル３Ｄカメラを形成しても良いし、ディジタル３Ｄカメラの一部であっても良い。本明細書において使用されているように、「写真撮影」という用語は、一般的に、少なくとも１つの対象物の画像情報を取得する技術を表す。更に本明細書において使用されているように、「カメラ」とは、一般的に、写真撮影を実施するように適合されている装置を表す。更に本明細書において使用されているように、「ディジタル写真撮影」という用語は、一般的に、照明の強度及び／又は色を表す電気信号を、有利にはディジタル電気信号を生成するように適合されている複数の感光素子を使用することによって、少なくとも１つの対象物の画像情報を取得する技術を表す。更に本明細書において使用されているように、「３Ｄ写真撮影」とは、一般的に、少なくとも１つの対象物の３次元の画像情報を取得する技術を表す。従って、３Ｄカメラは３Ｄ写真撮影を実施するように適合されている装置である。カメラを、一般的に、単一の画像を取得するように、例えば単一の３Ｄ画像を取得するように適合させても良いし、複数の画像を取得するように、例えば一連の画像を取得するように適合させても良い。従ってカメラは、ビデオの用途に適合されている、例えばディジタルビデオシーケンスを取得するように適合されているビデオカメラであっても良い。
従って一般的に、本発明は更に、少なくとも１つの対象物を撮像するためのカメラを表し、特にディジタルカメラを、とりわけ３Ｄカメラ又はディジタル３Ｄカメラを表す。上記において概要を述べたように、「撮像」という用語は、本明細書において使用されているように、一般的に少なくとも１つの対象物の画像情報の取得を表す。カメラは、本発明による光学検出器を少なくとも１つ含んでいる。上記において概要を述べたように、カメラを、単一の画像を取得するように適合させても良いし、複数の画像を、例えば画像シーケンスを、有利にはディジタルビデオシーケンスを取得するように適合させても良い。従って一例として、カメラはビデオカメラであっても良いし、ビデオカメラを含んでいても良い。後者の場合には、カメラは有利には画像シーケンスを記憶するためのデータメモリを含んでいる。
少なくとも１つの光学センサを、特に上述のＦｉＰセンサを有している光学検出器又は光学検出器を含んでいるカメラを、更に、１つ以上の付加的なセンサと組み合わせることができる。従って、少なくとも１つの光学センサを、特に少なくとも１つの上述のＦｉＰセンサを有している少なくともカメラを、慣例のカメラ及び／又は例えばステレオカメラであっても良い少なくとも１つの別のカメラと組み合わせることができる。更に、少なくとも１つの光学センサを、特に少なくとも１つの上述のＦｉＰセンサを有している、１つ、２つ又はそれ以上の数のカメラを、１つ、２つ又はそれ以上の数のディジタルカメラと組み合わせることができる。一例として、１つ、２つ又はそれ以上の数の２Ｄディジタルカメラを、本発明による光学検出器によって取得される立体情報及び深度情報から深度を計算するために使用することができる。
特に、自動車技術の分野においては、カメラが設けられていない場合、本発明による光学検出器を、対象物の縦方向座標を測定するために、例えば視野内の対象物の距離を測定するために設けることができる。従って、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、フェールセーフ機能を実現することができる。特に、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削減の利点を提供する。従って、慣例のディジタルカメラのカメラデータと比較すると、本発明による光学検出器を使用することによって、即ち少なくとも１つの光学センサを、特に少なくとも１つのＦｉＰセンサを有してい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、大幅に低減された容量を提供することができる。特に、自動車技術の分野においては、自動車のデータネットワークは一般的に伝送率に関して性能が低いので、データ量の削減は好ましい。
本発明による光学検出器は、更に、１つ以上の光源を含むことができる。従って、光学検出器は、少なくとも１つの対象物を照明するための１つ以上の光源を含むことができ、その場合には例えば、照明光は対象物によって反射される。光源は、連続式光源であっても良いし、非連続式光源、例えばパルス式光源であっても良い。光源は、均一光源であっても良いし、不均一光源又はパターン化光源であっても良い。従って、一例として、光学検出器によって少なくとも１つの縦方向座標を測定するために、例えば少なくとも１つの対象物の深度を測定するために、光学検出器によって捕捉されるシーン内のコントラスト又は照明におけるコントラストは有利である。天然の照明によってコントラストが存在しない場合には、少なくとも１つのオプションとしての光源を用いて、シーン及び／又はシーン内の少なくとも１つの対象物を完全に又は部分的に、有利にはパターン化された光で照明するように、光学検出器を適合させることができる。従って一例として、光学検出器によって取得される画像内の高まったコントラストを生じさせるために、光源は所定のパターンをシーン、壁又は少なくとも１つの対象物に投影することができる。
少なくとも１つのオプションとしての光源は、一般的に、可視スペクトル範囲、赤外線スペクトル範囲又は紫外線スペクトル範囲のうちの１つ以上のスペクトル範囲にある光を放射することができる。有利には、少なくとも１つの光源は、少なくとも赤外線スペクトル範囲にある光を放射する。
光学検出器を、シーンを自動的に照明するように適合させることができる。従って、光学検出器又はその一部によって捕捉されるシーンの照明を自動的に制御するように、光学検出器を、例えば評価装置を適合させることができる。従って一例として、大きい領域が低いコントラストを提供していることから、それらの領域内の縦方向座標を測定することが困難になるケースを、例えば深度を測定することが困難になるケースを認識するように、光学検出器を適合させることができる。それらのケースでは、一例として、それらの領域をパターン化された光で自動的に照明するように、例えば１つ以上のパターンをそれらの領域に投影することによって自動的に照明するように、光学検出器を適合させることができる。
本発明において使用されているように、「位置」という表現は、一般的に、対象物の１つ以上の点の絶対位置及び配向のうちの１つ以上に関する情報の少なくとも１つの項目を表す。従って、特に位置を検出器の座標系において、例えばデカルト座標系において求めることができる。しかしながら、付加的又は択一的に、その他のタイプの座標系、例えば極座標系及び／又は球面座標系を使用しても良い。
上記において概要を述べたように、光学検出器の少なくとも１つの空間光変調器は、特に、ＤＬＰのような少なくとも１つの反射型空間光変調器であっても良いし、反射型空間光変調器を含んでいても良い。１つ以上の反射型空間光変調器が使用される場合、単に上述の目的にとどまらずにその他の目的に対しても、その少なくとも１つの反射型空間光変調器を使用するように、光学検出器を更に適合させることができる。従って、特に、光を空間に投影するために、例えばシーン及び／又はスクリーンに投影するために、少なくとも１つの空間光変調器を付加的に使用するように、特に少なくとも１つの反射型空間光変調器を使用するように、光学検出器を適合させることができる。つまり検出器を、特に少なくとも１つのプロジェクタ機能を付加的に提供するように適合させることができる。
つまり一例として、ＤＬＰ技術は主としてプロジェクタのために、例えば携帯電話のような通信装置におけるプロジェクタのために開発されたものである。このことから、一体型プロジェクタは種々多様な装置に組み込めると考えられる。本発明においては、空間光変調器を、特に距離センシングのために及び／又は対象物の少なくとも１つの縦方向座標を求めるために使用することができる。しかしながら、これら２つの機能を組み合わせることもできる。従って、１つの装置内でプロジェクタと距離センサを組み合わせることができる。
このことは、空間光変調器が、特に反射型空間光変調器が、評価装置と組み合わされて、距離センシングのタスク又は対象物の少なくとも１つの縦方向座標を求めるタスク、並びに、プロジェクタのタスク、例えば少なくとも１つの像を空間、シーン又はスクリーンに投影するタスクの両タスクを実現できるということから達成される。上記の両タスクを実現する少なくとも１つの空間光変調器を、特に、例えば距離センシングのための変調周期及び断続的な投影のための変調周期を使用することによって、断続的に変調させることができる。従って、ＤＬＰのような反射型空間光変調器を、一般的に、１ｋＨｚを上回る変調周波数で変調させることができる。その結果、ＤＬＰのような単一の空間光変調器を用いて同時的に行われる投影と距離測定のために、リアルタイムビデオ周波数を達成することができる。これによって、例えば、３Ｄシーンを記録するため、またそれと同時に３Ｄシーンを投影するために携帯電話を使用することができる。
本発明の別の態様においては、光学検出方法が明らかになり、特に少なくとも１つの対象物の位置を求めるための方法が明らかになる。本方法は、記載の順序で、又はそれとは異なる順序で実行することができる以下の複数の方法ステップを備えている。更に、本方法のステップのうちの２つ又はそれ以上の数のステップを、若しくはそれどころか全てのステップを同時に実行することができる、及び／又は、時間的に重畳するように実行することができる。更に、方法ステップのうちの１つ、２つ又はそれ以上の数のステップを、若しくはそれどころか全てのステップを繰り返し実行することもできる。更に本方法は、付加的な方法ステップを備えていても良い。本方法は、以下の複数のステップを備えている：
−各ピクセルを通過する光ビームの一部の少なくとも１つの光学特性を個別に変更するために各々が制御可能である複数のピクセルから成るマトリクスを有している少なくとも１つの空間光変調器を使用して、空間分解式に光ビームの少なくとも１つの特性を変更するステップ；
−少なくとも１つの光学センサを使用して、空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスを通過した後の光ビームを検出し、少なくとも１つのセンサ信号を生成するステップ；
−少なくとも１つの変調装置を使用して、複数あるピクセルのうちの少なくとも２つのピクセルを異なる周波数で周期的に制御するステップ；
−少なくとも１つの評価装置を使用して、周波数解析を実行し、制御周波数に関してセンサ信号の信号成分を求めるステップ。
−各ピクセルを通過する光ビームの一部の少なくとも１つの光学特性を個別に変更するために各々が制御可能である複数のピクセルから成るマトリクスを有している少なくとも１つの空間光変調器を使用して、空間分解式に光ビームの少なくとも１つの特性を変更するステップ；
−少なくとも１つの光学センサを使用して、空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスを通過した後の光ビームを検出し、少なくとも１つのセンサ信号を生成するステップ；
−少なくとも１つの変調装置を使用して、複数あるピクセルのうちの少なくとも２つのピクセルを異なる周波数で周期的に制御するステップ；
−少なくとも１つの評価装置を使用して、周波数解析を実行し、制御周波数に関してセンサ信号の信号成分を求めるステップ。
本方法を有利には、本発明による光学検出器を使用して、例えば、上述の実施の形態のうちの１つ以上又は以下の詳細な説明において開示する実施の形態のうちの１つ以上による光学検出器を使用して実施することができる。従って、本方法の定義及び考えられる実施の形態については、上記の光学検出器を参照されたい。更に、その他の実施の形態も考えられる。
本発明の別の態様においては、本発明による光学検出器の使用、例えば、上述の実施の形態のうちの１つ以上及び／又は以下の詳細な説明において開示する実施の形態のうちの１つ以上による光学検出器の使用が明らかになり、この使用は、以下の用途から成る群から選択された使用を目的としている。つまり、交通技術における位置測定；エンターテイメントの用途；セキュリティに関連する用途；ヒューマンマシンインタフェースの用途；トラッキングの用途；写真撮影の用途；少なくとも１つ空間のマップ、例えば、部屋、建物及び道路から成る群から選択された少なくとも１つの空間のマップを作製するためのマッピングの用途；モバイルの用途；ウェブカム；コンピュータ周辺装置；ゲーミングの用途；カメラ又はビデオの用途；安全性に関連する用途；監視の用途；自動車の用途；輸送の用途；医療の用途；スポーツの用途；マシンビジョンの用途；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；地図作製の用途；製造の用途；少なくとも１つの飛行時間検出器との組み合わせにおける使用から成る群から選択された使用を目的としている。付加的又は択一的に、ローカルポジショニングシステム及び／又はグローバルポジショニングシステムにおける用途も挙げることができ、特に、ランドマークを基礎とする位置決め及び／又はインドアナビゲーション及び／又はアウトドアナビゲーション、特に、自動車又はその他の乗り物（例えば、列車、オートバイ、自転車、貨物輸送のトラック）、ロボット又は歩行者による使用のための、ランドマークを基礎とする位置決め及び／又はインドアナビゲーション及び／又はアウトドアナビゲーションを挙げることができる。更に、考えられる用途として、例えば家庭内の用途及び／又は製造技術において使用されるロボットのための用途として、屋内測位システムが挙げられる。更に、本発明による光学検出器を、自動ドア開閉装置、いわゆるスマートスライディングドア（ｓｍａｒｔ ｓｌｉｄｉｎｇ ｄｏｏｒ）に使用することができる。そのようなスマートスライディングドアは、Ｊｉｅ−Ｃｉ Ｙａｎｇ等のＳｅｎｓｏｒｓ ２０１３，１３（５），５９２３−５９３６；ｄｏｉ：１０．３３９０／ｓ１３０５０５９２３に開示されている。人間又は物体がドアに接近した際に、少なくとも１つの本発明による光学検出器をその検出に使用して、ドアを自動的に開放させることができる。
上記において概要を述べたように、更なる用途として、グローバルポジショニングシステム、ローカルポジショニングシステム、インドナビゲーションシステム等が考えられる。従って本発明による装置を、即ち、光学検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインタフェース、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム又はカメラのうちの１つ以上を、特にローカルポジショニングシステム又はグローバルポジショニングシステムの一部とすることができる。付加的又は択一的に、装置は可視光通信システムの一部であっても良い。その他の使用も考えられる。
更に本発明による装置を、即ち、光学検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインタフェース、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム又はカメラのうちの１つ以上を、特にローカルポジショニングシステム又はグローバルポジショニングシステムと組み合わせて、例えばインドナビゲーションシステム又はアウトドアナビゲーションのためのローカルポジショニングシステム又はグローバルポジショニングシステムと組み合わせて使用することができる。一例として、１つ以上の本発明による装置を、ソフトウェアとデータベースが組み合わされたもの、例えばＧｏｏｇｌｅ Ｍａｐｓ（Ｒ）又はＧｏｏｇｌｅ Ｓｔｒｅｅｔ Ｖｉｅｗ（Ｒ）と組み合わせても良い。更に、周囲に存在しており、且つその位置をデータベースにおいて発見することができる対象物までの距離を解析するために、本発明による装置を使用することができる。既知の対象物の位置までの距離から、ユーザの局所的な位置又は大域的な位置を計算することができる。
従って、国際公開第２０１２／１１０９２４号又は２０１２年１２月１９日に出願された米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号及び２０１３年１月８日に出願された米国仮出願特許第６１／７４９，９６４号に開示されている光学検出器及び装置に関して、本発明による光学検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインタフェース、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム又はカメラ（以下では単に「本発明による装置」又は「ＦｉＰ装置」と記す。但し、後者は、本発明をＦｉＰ効果の潜在的な使用に限定するものではない）を、複数の用途を目的として、例えば以下の詳細な説明において開示する用途のうちの１つ以上の用途を目的として使用することができる。
つまり、ＦｉＰ装置を先ず、携帯電話、タブレットコンピュータ、ラップトップ、スマートパネル又はその他の据置型コンピュータ又はモバイルコンピュータ、若しくは、通信の用途に使用することができる。従って、ＦｉＰ装置を性能向上のために、少なくとも１つの能動的な光源、例えば可視スペクトル範囲又は赤外線スペクトル範囲にある光を放射する光源と組み合わせることができる。つまり一例として、ＦｉＰ装置を、例えば周囲環境、物体及び生体をスキャンするためのモバイルソフトウェアと組み合わせて、カメラ及び／又はセンサとして使用することができる。それどころか、撮像効果を高めるために、ＦｉＰ装置を２Ｄカメラと、例えば慣例のカメラと組み合わせることができる。更に、ＦｉＰ装置を、監視及び／又は記録を目的として、又は、モバイル装置を制御するための入力装置として、特に、ジェスチャ認識と組み合わせて使用することができる。従って、特にＦｉＰ入力装置とも称されるヒューマンマシンインタフェースとして機能するＦｉＰ装置を、モバイルの用途において、例えば、モバイル装置を介して、例えば携帯電話を介してその他の電子装置又は電子コンポーネントを制御するために使用することができる。一例として、少なくとも１つのＦｉＰ装置を用いるモバイルの用途を、テレビ受像機、ゲームコンソール、音楽プレーヤ又は音楽装置又はその他のエンターテイメントデバイスの制御に使用することができる。
更に、ウェブカム又はコンピューティングの用途のためのその他の周辺装置においてＦｉＰ装置を使用することができる。従って一例として、ＦｉＰ装置を、撮像、記録、監視、スキャン又はモーション検出のためのソフトウェアと組み合わせて使用することができる。ヒューマンマシンインタフェース及び／又はエンターテイメントデバイスのコンテキストにおいて概要を述べたように、ＦｉＰ装置は、特に、顔を用いた表現及び／又は身体を用いた表現によるコマンド入力に対して有用である。ＦｉＰ装置を、その他の入力生成装置と組み合わせることができ、例えばマウス、キーボード、タッチパッド等と組み合わせることができる。更に、例えばウェブカムを使用することによって、ＦｉＰ装置をゲーミングの用途において使用することができる。更に、ＦｉＰ装置を、ヴァーチャルトレーニングの用途及び／又はビデオ会議において使用することができる。
更に、上記において一部説明したような、携帯型のオーディオデバイス、テレビ及びゲーミング装置においてＦｉＰ装置を使用することができる。特に、電子装置、エンターテイメントデバイス等のためのコントローラ又は制御装置としてＦｉＰ装置を使用することができる。更に、特に拡張現実の用途のための透明のディスプレイを用いる、例えば２Ｄ表示技術及び３Ｄ表示技術における視線検出又は視線追跡のためにＦｉＰ装置を使用することができる。
更に、ＦｉＰ装置を、例えばＤＳＣカメラのようなディジタルカメラにおいて使用しても良いし、ディジタルカメラとして使用しても良い、及び／又は、ＳＬＲカメラのようなレフレックスカメラにおいて使用しても良いし、レフレックスカメラとして使用しても良い。それらの用途については、上記において説明したようなモバイルの用途、例えば携帯電話におけるＦｉＰ装置の使用を参照されたい。
更に、ＦｉＰ装置を、セキュリティの用途又は監視の用途に使用することができる。従って一例として、一般的にはＦｉＰセンサを、特に本発明によるＳＬＭを基礎とする光学検出器を、（例えば銀行又は博物館における監視の用途に関して）物体が所定の領域内に入ると、又は物体が所定の領域から出ると信号を出力する、１つ以上のディジタル式及び／又はアナログ式の電気機器と組み合わせることができる。特に、ＦｉＰ装置を光学的な暗号化のために使用することができる。ＦｉＰを基礎とする検出を、例えばＩＲ、Ｘ線、ＵＶ−ＶＩＳのような波長を補完するその他の検出装置、レーダ又は超音波検出器と組み合わせることができる。更に、ＦｉＰ装置を能動的な赤外線光源と組み合わせて、低照度の周辺環境での検出を実現することができる。ＦｉＰ装置は、例えばＦｉＰを基礎とするセンサは、一般的に、能動的な検出器システムと比べて有利であり、特に、ＦｉＰ装置では、例えばレーダの用途、超音波の用途、ＬＩＤＡＲ又は同様の能動的な検出装置のケースのように、第三者によって検出される虞がある信号を能動的に送信することが回避されるので有利である。従って一般的に、移動する対象物を認識されず且つ気付かれずに追跡するためにＦｉＰ装置を使用することができる。更に、ＦｉＰ装置は一般的に、従来の装置に比べて不正操作されにくく、また過敏になりにくい。
更に、ＦｉＰ装置の使用により３Ｄ検出が容易且つ正確になっているので、一般的に、顔、身体及び人間の認識及び識別のためにＦｉＰ装置を使用することができる。その際、ＦｉＰ装置を、パスワード、指紋、虹彩検出、音声認識又はその他の手段のような識別又はパーソナライゼーションを目的としたその他の検出手段と組み合わせても良い。従って一般的に、ＦｉＰ装置をセキュリティ装置及びその他のパーソナライズされた用途に使用することができる。
更に、ＦｉＰ装置を、製品の識別のための３Ｄバーコードリーダとして使用することができる。
上述のようなセキュリティの用途及び監視の用途以外に、一般的に、空間及び領域の監視及びモニタリングにＦｉＰ装置を使用することができる。従って、ＦｉＰ装置を、空間及び領域を監視及びモニタリングするために使用することができ、また一例として、禁止区域への侵入が確認された際に警告を発信又は実行するために使用することができる。つまり一般的に、ＦｉＰ装置を、建物又は博物館における管理を目的として使用することができ、オプションとして、その他のタイプのセンサと組み合わせて使用することができ、例えば、モーションセンサ又は熱センサと組み合わせて、また、イメージインテンシファイア又はイメージエンハンスメント装置及び／又は光電子増倍管と組み合わせて使用することができる。
更に、ＦｉＰ装置を有利にはカメラの用途に、例えばビデオ及びカムコーダの用途に適用することができる。従って、ＦｉＰ装置をモーションキャプチャ及び３Ｄ映画撮影に使用することができる。その際、ＦｉＰ装置は一般的に従来の光学装置を上回る多数の利点を提供する。従ってＦｉＰ装置では、一般的に光学コンポーネントに関して必要とされる複雑性は低くて済む。つまり一例として、例えばレンズを１つだけしか有していないＦｉＰ装置が提供されることによって、レンズの数を従来の光学装置に比べて低減することができる。複雑性が低いことに基づき、例えばモバイルの用途のための、非常に小型の装置が実現される。高品質のレンズを２つ以上有している従来の光学システムの体積は、一般的に、例えば体積の大きいビームスプリッタが一般的に必要とされることから大きい。更に、ＦｉＰ装置を一般的にフォーカス／オートフォーカス装置に、例えばオートフォーカスカメラに使用することもできる。更に、ＦｉＰ装置を光学顕微鏡において、特に共焦顕微鏡において使用することができる。
更に、ＦｉＰ装置を一般的に自動車技術及び輸送技術の技術分野に適用することができる。従って一例として、ＦｉＰ装置を距離センサ及び監視センサとして、例えばアダプティブクルーズコントロール、非常ブレーキアシスト、車線逸脱監視装置、サラウンドビュー、死角検出、後退時支援及びその他の自動車交通の用途に使用することができる。更に、一般的にはＦｉＰセンサを、とりわけ本発明によるＳＬＭを基礎とする光学検出器を、例えばＦｉＰセンサを使用することによって取得された位置情報の一次時間微分及び二次時間微分を解析することによって、速度測定及び／又は加速度測定に使用することもできる。この特徴を、一般的に、自動車技術、輸送技術又は一般的な交通技術に適用することができる。その他の技術分野における用途も考えられる。
それらの用途又はその他の用途においては、一般的にＦｉＰ装置を、独立型の装置として使用しても良いし、その他のセンサ装置と組み合わせて、例えば、レーダ装置及び／又は超音波装置と組み合わせて使用しても良い。特に、ＦｉＰ装置を自動運転及び安全性に関連する問題に関して使用することができる。更に、それらの用途においては、音波センサであるレーダセンサ、赤外線センサ、２次元カメラ又はその他のタイプのセンサと組み合わせてＦｉＰ装置を使用することができる。それらの用途においては、典型的なＦｉＰ装置の一般的な受動的な特性が有利である。つまり、ＦｉＰ装置は一般的に信号の送出を必要としないので、能動的なセンサ信号がその他の信号源と干渉するリスクを回避することができる。ＦｉＰ装置を、特に、認識ソフトウェアと組み合わせて、例えば標準的な画像認識ソフトウェアと組み合わせて使用することができる。つまり、ＦｉＰ装置によって提供されるような信号及びデータは、一般的に容易に処理することができるので、従って一般的に、計算能力に対する要求は、確立された立体視システム、例えばＬＩＤＡＲよりも低い。空間に関する要求が低いことから、ＦｉＰ装置を、例えばＦｉＰ効果を利用するカメラを、乗り物における実質的に任意の場所に、例えば窓、フロントボンネット、バンパ、ライト、ミラー又はその他の場所等に設けることができる。例えば乗り物の自動操縦を実現するために、又は、アクティブセーフティコンセプトの性能を向上させるために、ＦｉＰ効果を基礎とする種々の光学検出器を組み合わせても良い。従って、ＦｉＰを基礎とする種々のセンサを、ＦｉＰを基礎とするその他の装置及び／又は従来のセンサと、例えばリアウィンドウ、サイドウィンド又はフロントウィンドウ等のガラスにおいて、若しくは、バンパ又はライトにおいて、組み合わせることができる。
ＦｉＰセンサを１つ以上の雨滴検出センサと組み合わせることも可能である。このことは、ＦｉＰ装置が一般的に、とりわけ豪雨の間は、従来のセンサ技術よりも、例えばレーダよりも有利であるという事実による。少なくとも１つのＦｉＰ装置と、少なくとも１つの従来のセンシング技術との組み合わせ、例えばレーダとの組み合わせによって、天候条件に応じた複数の信号の正しい組み合わせを選択するソフトウェアを実現することができる。
更に、ＦｉＰ装置を一般的にブレーキアシスト及び／又はパーキングアシスト及び／又は速度測定に使用することができる。速度測定を乗り物に組み込んでも良いし、乗り物の外部において、例えば交通制御においてその他の車両の速度を測定するために使用しても良い。更に、ＦｉＰ装置を、駐車場において空駐車スペースを発見するために使用することができる。
更に、ＦｉＰ装置を医療システム及びスポーツの分野において使用することができる。つまり、上記において概要を述べたように、ＦｉＰ装置は小容量しか必要とせず、また、その他の装置に組み込むことができるので、医療技術の分野においては、医療用ロボットを、例えば内視鏡において使用するための医療用ロボットを用途として挙げることができる。特に、レンズを１つだけしか有していないＦｉＰ装置を、医療用装置において、例えば内視鏡において３Ｄ情報を取得するために使用することができる。更に、動きを追跡及び解析できるようにするために、ＦｉＰ装置を適切なモニタリングソフトウェアと組み合わせることができる。それらの用途は特に、例えば治療及び長距離診断及び遠隔医療において価値がある。
更に、ＦｉＰ装置を、例えばトレーニング、遠隔指示又は競争を目的として、スポーツ及び運動の分野に適用することができる。特に、ＦｉＰ装置を、ダンス、エアロビクス、フットボール、サッカー、バスケットボール、野球、クリケット、ホッケー、陸上競技、水泳、ポロ、ハンドボール、バレーボール、ラグビー、相撲、柔道、フェンシング、ボクシング等に適用することができる。ＦｉＰ装置を、スポーツ及び試合において、ボール、バット又は剣の位置及び運動等を検出するため、例えば、試合を監視するため、審判をサポートするため、又は、スポーツにおける特定の状況において判定を行うため、とりわけ自動的な判定を行うため、例えば、実際に得点又はゴールがあったか否の判定を行うために使用することができる。
更に、ＦｉＰ装置を、トレーニングを促すために、及び／又は、動きを検査及び修正するために、リハビリテーション及び理学療法において使用することができる。その際、ＦｉＰ装置を距離診断に適用することもできる。
更に、ＦｉＰ装置をマシンビジョンの分野に適用することができる。従って、１つ以上のＦｉＰ装置を、例えば自動運転及び／又はロボットの作業のための受動的なコントロールユニットとして使用することができる。移動するロボットと組み合わせることによって、ＦｉＰ装置は、自律的な移動及び／又は部品の欠陥の自律的な検出を実現することができる。例えばロボットと生産部品と生体との間での衝突のような事故を回避するために、ＦｉＰ装置を製造及び安全性の監視に使用することもできる。上記の事故は一例に過ぎず、従って、事故は衝突に限定されるものではない。ＦｉＰ装置は受動的な特性を備えていることから、ＦｉＰ装置は受動的な装置よりも有利であると考えられる、及び／又は、ＦｉＰ装置を、レーダ、超音波、２Ｄカメラ、ＩＲ検出器等の既存の解決手段を補完する形で使用することができる。ＦｉＰ装置の１つの特別な利点として、信号干渉が発生する確率が低いことが挙げられる。従って、信号が干渉する危険が生じることなく、複数のセンサが同じ環境で同時に動作することができる。つまり、ＦｉＰ装置は一般的に、高度に自動化された生産環境においては、例えば、自動車産業、採鉱、鉄鋼産業等においては有用であると考えられる。上記の生産環境は一例に過ぎず、従って、生産環境はこれらに限定されるものではない。生産における品質管理にＦｉＰ装置を使用することもでき、例えば、２Ｄ撮像センサ、レーダ、超音波センサ、ＩＲセンサ等のその他のセンサとの組み合わせにおいて、例えば品質制御又はその他の目的のためにＦｉＰ装置を使用することもできる。更に、表面品質の評価にＦｉＰ装置を使用することができ、例えば、製品の表面平坦性を検査するため、又は、数マイクロメートルの範囲から数メートルの範囲までの特定の寸法の遵守を検査するためにＦｉＰ装置を使用することができる。その他の品質制御に関する用途も考えられる。
更に、ＦｉＰ装置を、投票、飛行機、船舶、宇宙船及びその他の交通の用途において使用することができる。従って、交通の用途のコンテキストにおいては、上述の用途以外にも、航空機、乗り物等のための受動的なトラッキングシステムを用途として挙げることができる。移動する対象物の速度及び／又は方向を監視するための、ＦｉＰ効果を基礎とする検出装置も考えられる。とりわけ、陸、海、また宇宙空間も含めた空における、高速に移動する対象物のトラッキングも用途として挙げることができる。少なくとも１つのＦｉＰ検出器を、特に、据置の装置及び／又は可動の装置に取り付けることができる。少なくとも１つのＦｉＰ装置の出力信号を、例えば、その他の対象物の自律移動又は誘導移動のためのガイドメカニズムと組み合わせることができる。従って、衝突を回避するための用途又は追跡している対象物と操縦している対象物とを衝突させるための用途も考えられる。ＦｉＰ装置は、一般的に、要求される計算能力が低く済み、且つ応答が早いことに起因して、また、一般的に例えばレーダのような能動的なシステムに比べて検出及び擾乱がより困難である検出システムの受動的な特性に起因して、有用且つ有利である。ＦｉＰ装置は、例えば速度制御装置及び航空交通制御装置にとって特に有利であるが、ＦｉＰ装置はこれらの例に限定されるものではない。
一般的に、ＦｉＰ装置を受動的な用途に使用することができる。受動的な用途には、港湾又は危険区域における船舶の誘導、また、離着陸時の航空機の誘導が含まれる。その際、固定されている既知のアクティブなターゲットを正確な誘導のために使用しても良い。そのような固定されている既知のアクティブなターゲットを、危険ではあるが明確に定義されたルートにおける車両の運転に、例えば採掘車両の運転に使用することができる。
更に、上記において概要を述べたように、ＦｉＰ装置をゲーミングの分野において使用することができる。従って、ＦｉＰ装置は、サイズ、色、形状等が同じであるか又は異なっている複数の対象物を用いる用途に対して受動的であって良く、例えば、移動をコンテンツに組み込むソフトウェアと組み合わされた移動検出に対して受動的であって良い。特に、移動をグラフィック出力として実現する用途が考えられる。更には、例えばジェスチャ認識又は顔認識のためにＦｉＰ装置を１つ以上使用することによって、コマンドを入力するためにＦｉＰ装置を適用することが考えられる。ＦｉＰ装置を、例えば低照度での作業又は周囲条件の改善が必要とされるその他の状況下での作業のために、能動的なシステムと組み合わせることができる。付加的又は択一的に、１つ以上のＦｉＰ装置と、１つ以上のＩＲ光源又はＶＩＳ光源との組み合わせも考えられ、例えばＦｉＰ効果を基礎とする検出装置との組み合わせも考えられる。特別な色、形状、その他の装置に対する相対位置、移動速度、光、装置における光源の変調に使用される周波数、表面特性、使用される材料、反射特性、透明度、吸収特性等をシステム及びそのソフトウェアによって容易に識別することができる特殊装置と、ＦｉＰを基礎とする検出器を組み合わせることも可能である。上記の識別の対象は一例に過ぎず、従って、識別の対象はこれらに限定されるものではない。装置は、数ある可能性の中でも、スティック、ラケット、クラブ、銃、ナイフ、ホイール、リング、ハンドル、ボトル、ボール、グラス、花瓶、スプーン、フォーク、キューブ、ダイス、フィギュア、人形、テディ、ビーカ、ペダル、スイッチ、グローブ、宝飾品、楽器又は楽器を演奏するための補助器具、例えば、ピック、ドラムスティック等に類似するものであって良い。その他のオプションも考えられる。
更に、ＦｉＰ装置を一般的に建築、建設及び地図作製の分野に使用することができる。従って一般的に、ＦｉＰを基礎とする装置を周囲地域、例えば一地方又は建築物を測定及び／又は監視するために使用することができる。その際、１つ以上のＦｉＰ装置を、その他の方法及び装置と組み合わせることができるか、又は、単に建設プロジェクトの進捗状況及び精度、変化する対象物、家屋等を監視するために使用することができる。ＦｉＰ装置をスキャンされた周囲の３次元モデルの生成に使用して、地上又は空から見た、部屋、道路、家屋、コミュニティ又は風景のマップを作製することができる。考えられる適用分野として、建築、地図作製、不動産管理及び土地測量等が考えられる。
更に、ＦｉＰを基礎とする装置を、対象物のスキャンに使用することができ、例えば、ＣＡＤ又は同様のソフトウェアと組み合わせて、例えば、付加製造（ＡＭ）及び／又は３Ｄプリンティングに使用することができる。その際、例えばｘ方向、ｙ方向又はｚ方向において、若しくは、それらの方向のいずれかの任意の組み合わせにおいて、例えば同時に、ＦｉＰ装置の高寸法精度を使用することができる。更に、ＦｉＰ装置を例えばパイプライン検査ゲージとして、検査及び保守に使用することができる。
上記において概要を述べたように、ＦｉＰ装置を更に、製造、品質制御又は識別の用途において使用することができ、例えば、製品識別又はサイズ識別（例えば、最適な場所又はパッケージを発見するため、廃棄量を削減するため等）に使用することができる。更に、ＦｉＰ装置をロジスティックスの用途に使用することができる。従って、コンテナ又は乗り物への最適な積荷又は荷詰めを行うためにＦｉＰ装置を使用することができる。更に、製造の分野において表面の損傷を監視又は制御するために、及び／又は、レンタルの対象物、例えばレンタルの車両を監視又は制御するために、及び／又は、保険の用途において例えば損傷を査定するために、ＦｉＰ装置を使用することができる。更に、材料、対象物又はツールのサイズを識別するために、例えば、特にロボットとの組み合わせにおいて最適な材料処理を行うために、ＦｉＰ装置を使用することができる。更に、生産におけるプロセス制御に、例えばタンクの充填レベルの観察にＦｉＰ装置を使用することができる。更に、製品資産、例えばタンク、パイプ、反応器、ツール等の管理にＦｉＰ装置を使用することができる。これらの製品資産は一例に過ぎず、従って、製品資産はこれらに限定されるものではない。更に、３Ｄ品質マークの解析にＦｉＰ装置を使用することができる。更に、特注品、例えば歯のインレー、歯列矯正具、義肢、衣類等の製作にＦｉＰ装置を使用することができる。ＦｉＰ装置を、ラピッドプロトタイピング、３Ｄコピー等のために、１つ以上の３Ｄプリンタと組み合わせることもできる。更に、１つ以上の物品の形状を検出するためにＦｉＰ装置を使用することができ、例えば、海賊品及び模造品を防止するためにＦｉＰ装置を使用することができる。
上記において概要を述べたように、少なくとも１つの光学センサは、又は複数の光学センサが設けられている場合には、複数ある光学センサのうちの少なくとも１つの光学センサは、少なくとも２つの電極と、それらの電極の間に埋め込まれている少なくとも１種の光起電材料と、を有している感光層構造を含んでいる有機光学センサであって良い。以下では、感光層構造の有利な例を、特に、感光層構造において使用することができる材料に関して説明する。感光層構造は、有利には太陽電池の感光層構造、より有利には有機太陽電池及び／又は色素増感太陽電池（ＤＳＣ）の感光層構造、更に有利には、固体色素増感太陽電池（ｓＤＳＣ）の感光層構造である。しかしながら、その他の実施の形態も考えられる。
有利には、感光層構造は少なくとも１種の光起電材料を含んでおり、例えば、第１の電極と第２の電極との間に挟まれている、少なくとも２つの層を有している少なくとも１つの光起電層構造を含んでいる。有利には、感光層構造及び光起電材料は、ｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１つの層、少なくとも１種の色素及び少なくとも１種のｐ型半導体有機材料を含んでいる。一例として、光起電材料は、ｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１つの緻密層、例えば二酸化チタンの少なくとも１つの緻密層、ｎ型半導体金属酸化物の緻密層と接触しているｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１つのナノ多孔性層、例えば二酸化チタンの少なくとも１つのナノ多孔性層、ｎ型半導体金属酸化物のナノ多孔性層に感光性を与える少なくとも１種の色素、有利には有機色素、及び、色素と接触している少なくとも１種のｐ型半導体有機材料の少なくとも１つの層及び／又はｎ型半導体金属酸化物のナノ多孔性層を有している層構造を含むことができる。
ｎ型半導体金属酸化物の緻密層は、以下の詳細な説明において述べるように、第１の電極と、ナノ多孔性のｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１つの層との間において少なくとも１つのバリア層を形成することができる。しかしながら、その他の実施の形態、例えばその他の種類のバッファ層を有している実施の形態も考えられることを言及しておく。
少なくとも２つの電極は、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つの第２の電極と、を含んでいる。第１の電極は、アノード又はカソードのうちの一方であって良く、有利にはアノードである。第２の電極は、アノード又はカソードのうちの他方であって良く、有利にはカソードである。第１の電極は、有利には、ｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１つの層と接触しており、また、第２の電極は、有利には、ｐ型半導体有機材料の少なくとも１つの層と接触している。第１の電極は、基板と接触している下部電極であって良く、また、第２の電極は、基板から離れた位置にある上部電極であって良い。択一的には、第２の電極が、基板と接触している下部電極であっても良く、また、第１の電極が、基板から離れた位置にある上部電極であっても良い。有利には、第１の電極及び第２の電極の一方又は両方が透明である。
以下では、第１の電極、第２の電極及び光起電材料に関する幾つかのオプション、有利には２種以上の光起電材料を含んでいる層構造に関する幾つかのオプションを説明する。しかしながら、他の実施の形態も考えられることを言及しておく。
ａ）基板、第１の電極及びｎ型半導体金属酸化物
一般的に、第１の電極及びｎ型半導体金属酸化物の有利な実施の形態については、国際公開第２０１２／１１０９２４号、米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号又は米国仮出願特許第６１／７０８，０５８号を参照されたい。それらの刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。その他の実施の形態も考えられる。
一般的に、第１の電極及びｎ型半導体金属酸化物の有利な実施の形態については、国際公開第２０１２／１１０９２４号、米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号又は米国仮出願特許第６１／７０８，０５８号を参照されたい。それらの刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。その他の実施の形態も考えられる。
以下では、第１の電極が、直接的又は間接的に基板と接触している下部電極であると仮定する。しかしながら、第１の電極が上部電極であるその他の構造も考えられることを言及しておく。
感光層構造において、例えば、ｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１つの密フィルム（固体フィルムとも称される）において、及び／又は、ｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１つのナノ多孔性フィルム（ナノ粒子フィルムとも称される）において使用することができるｎ型半導体金属酸化物は、単一の金属酸化物であっても良いし、異なる酸化物の混合物であっても良い。混合酸化物の使用も考えられる。特に、ｎ型半導体金属酸化物は多孔性であって良い、及び／又は、ｎ型半導体金属酸化物をナノ粒子酸化物の形で使用しても良い。このコンテキストにおいてナノ粒子とは、０．１μｍ未満の平均粒径を有している粒子を意味していると解される。ナノ粒子酸化物は、一般的に、焼結法によって、大きい表面積を有している薄い多孔性フィルムとして、導電性基板（即ち、第１の電極としての導電層を有している担体）に適用されている。
有利には、光学センサは、少なくとも１つの透明基板を使用する。しかしながら、１つ以上の不透明基板を使用する構造も考えられる。
基板は剛性であっても良いし、可撓性であっても良い。適切な基板（以下では担持体とも称する）として、金属箔だけでなく、特にプラスチックシート又はプラスチックフィルム、とりわけガラスシート又はガラスフィルムが挙げられる。とりわけ上述の有利な構造による第１の電極に関する、特に適切な電極材料として、導電性材料、例えば透明導電性酸化物（ＴＣＯ）、例えばフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）及び／又はインジウムドープ酸化スズ（ＩＴＯ）及び／又はアルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、カーボンナノチューブ又は金属フィルムが挙げられる。しかしながら、択一的又は付加的に、十分な透明性を有している薄い金属フィルムを使用することも可能である。不透明な第１の電極が所望され、そのような電極が使用される場合、厚い金属フィルムを使用することができる。
それらの導電性材料によって、基板を被覆又はコーティングすることができる。一般的に、提案される構造において基板は１つしか必要とされないので、フレキシブルセルを形成することもできる。これによって種々の最終用途が実現される。そのような種々の最終用途を、例えば銀行カード、衣服等において使用される剛性の基板で達成しようとしても困難である。
付加的に、ｐ型半導体がＴＣＯ層と直接的に接触することを阻止するために、第１の電極を、特にＴＣＯ層を、（例えば１０〜２００ｎｍの厚さの）固体金属酸化物バッファ層又は緻密金属酸化物バッファ層で被覆又はコーティングすることができる（Ｐｅｎｇ等のＣｏｏｒｄ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２４８，１４７９（２００４）を参照されたい）。しかしながら、液状又はゲル状の電解質に比べて電解質と第１の電極の接触が大幅に低減されることになる固体ｐ型半導体電解質の使用により、多くの場合、このバッファ層が不要になる。例えば、多くの場合において、電流制限作用を有しており、またｎ型半導体金属酸化物と第１の電極との接触を悪化させる可能性もあるこの層を省略することが可能である。これによって、コンポーネントの効率が高まる。他方では、そのようなバッファ層自体を、制御された形で、色素太陽電池の電流成分を有機太陽電池の電流成分に調和させるために使用することができる。更に、バッファ層が省略されている電池では、特に固体電池では、電荷担体の不所望な再結合が生じるという問題が頻繁に起こる。この点において、バッファ層は多くの場合において、特に固体電池では有利である。
公知のように、金属酸化物の薄い層又はフィルムは、一般的に廉価な固体半導体材料（ｎ型半導体）であるが、その吸収帯域は、バンドギャップが大きいことに起因して、一般的には電磁スペクトルの可視範囲内にはなく、通常は紫外線スペクトル範囲にある。従って、太陽電池における使用に関して、金属酸化物は一般的に、色素太陽電池において使用される場合のように、太陽光の波長範囲、即ち３００〜２０００ｎｍの波長領域の光を吸収し、且つ、電子励起状態においては、電子を半導体の伝導帯へと注入する光増感剤としての色素と組み合わせる必要がある。セルにおいて付加的に使用されている電解質（これ自体は対電極において減少している）としての固体ｐ型半導体を用いることによって、電子を増感剤にリサイクルすることができ、例えば増感剤が再生される。
有機太陽電池における使用に関してとりわけ関心の対象となるのは、酸化亜鉛、二酸化スズ、二酸化チタン又はそれらの金属酸化物の混合物のような半導体である。金属酸化物を、マイクロ結晶多孔性又はナノ結晶多孔性の層の形で使用することができる。それらの層は大きい表面積を有しており、増感剤としての色素でコーティングされており、それによって例えば太陽光の高い吸収性能が達成される。構造化されている金属酸化物層、例えばナノロッドは、比較的高い電子移動度、色素による改善された細孔充填、色素による改善された増感又は拡大された表面積のような利点を提供する。
金属酸化物半導体を、単独で、又は混合物の形で使用することができる。金属酸化物を、１種以上のその他の金属酸化物でコーティングすることも可能である。更に、金属酸化物を、その他の半導体、例えばＧａＰ，ＺｎＰ又はＺｎＳに対するコーティングとして適用することができる。
特に有利な半導体は、有利にはナノ結晶の形で使用される、アナターゼ型の二酸化チタン及び酸化亜鉛である。
更に、増感剤を有利には、典型的にはそれらの太陽電池において使用されるあらゆるｎ型半導体と組み合わせることができる。有利な例には、セラミックにおいて使用される金属酸化物が含まれ、例えば、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ（ＩＶ）、酸化タングステン（ＶＩ）、酸化タンタル（Ｖ）、酸化ニオブ（Ｖ）、酸化セシウム、チタン酸ストロンチウム、スズ酸亜鉛、ペロフスカイト型の複合酸化物、例えば、チタン酸バリウム、並びに、２価及び３価の酸化鉄が含まれ、これらはナノ結晶又はアモルファスの形態で存在していても良い。
従来の有機色素及びルテニウム、フタロシアニン及びポルフィリンが示す強い吸収に起因して、ｎ型半導体金属酸化物の薄い層又はフィルムでさえも、必要量の色素を吸収するには十分である。薄い金属酸化物フィルム自体は、不所望な再結合プロセスの確率が低下しており、且つ、色素サブセルの内部抵抗が低下しているという利点を有している。ｎ型半導体金属酸化物に対しては、有利には、１００ｎｍ〜２０μｍまでの層厚、より有利には５００ｎｍ〜約３μｍまでの間の範囲にある層厚を使用することが可能である。
ｂ）色素
本発明のコンテキストにおいて、特にＤＳＣに関しては一般的であるように、「色素」、「増感剤色素」及び「増感剤」という用語は実質的に同義のものとして使用されており、考えられる構成に関して何ら制限を課すものではない。本発明のコンテキストにおいて使用することができる色素は従来技術から多数公知である。また、考えられる材料の例については、色素太陽電池に関する上述の従来技術の説明を参照されたい。好適な例として、国際公開第２０１２／１１０９２４号、米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号又は米国仮出願特許第６１／７０８，０５８号において開示されている色素のうちの１種以上を使用することができる。それら全ての刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。付加的又は択一的に、国際公開第２００７／０５４４７０号及び／又は国際公開第２０１３／１４４１７７号及び／又は国際公開第２０１２／０８５８０３号において開示されているような色素のうちの１種以上を使用することができる。それらの刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。
本発明のコンテキストにおいて、特にＤＳＣに関しては一般的であるように、「色素」、「増感剤色素」及び「増感剤」という用語は実質的に同義のものとして使用されており、考えられる構成に関して何ら制限を課すものではない。本発明のコンテキストにおいて使用することができる色素は従来技術から多数公知である。また、考えられる材料の例については、色素太陽電池に関する上述の従来技術の説明を参照されたい。好適な例として、国際公開第２０１２／１１０９２４号、米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号又は米国仮出願特許第６１／７０８，０５８号において開示されている色素のうちの１種以上を使用することができる。それら全ての刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。付加的又は択一的に、国際公開第２００７／０５４４７０号及び／又は国際公開第２０１３／１４４１７７号及び／又は国際公開第２０１２／０８５８０３号において開示されているような色素のうちの１種以上を使用することができる。それらの刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。
半導体材料としての二酸化チタンを基礎とする色素増感太陽電池は、例えば、米国特許第４９２７７２１号、Ｎａｔｕｒｅ ３５３，ｐ．７３７−７４０（１９９１）及び米国特許第５３５０６４４号、並びに、Ｎａｔｕｒｅ ３９５，ｐ．５８３〜５８５（１９９８）及び欧州特許第１１７６６４６号に記載されている。それらの文献に記載されている色素を、基本的には、本発明のコンテキストにおいて有利に使用することができる。それらの色素太陽電池は、有利には、遷移金属錯体の単分子フィルム、特に、ルテニウム錯体を含んでおり、それらは、増感剤としての酸基を介して二酸化チタン層に結合される。
提案されている多くの増感剤は無金属有機色素を含んでおり、それらもやはり本発明のコンテキストにおいて使用することができる。特に固体色素太陽電池における４％を上回る高効率を、例えば、インドリン色素でもって達成することができる（例えば、Ｓｃｈｍｉｄｔ−Ｍｅｎｄｅ等のＡｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００５，１７，８１３を参照されたい）。米国特許第６３５９２１１号には、二酸化チタン半導体に固定するためのアルキレンラジカルを介して結合されたカルボキシル基を有している、シアニン色素、オキサジン色素、チアジン色素及びアクリジン色素の使用が記載されており、従って、それらをやはり本発明のコンテキストにおいて使用することができる。
提案された色素太陽電池における好適な増感剤色素は、独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５号又は国際公開第２００７／０５４４７０号に記載されている、ペリレン誘導体、テリレン誘導体及びクアテリレン誘導体である。更に、上記において概要を述べたように、国際公開第２０１２／０８５８０３号に開示されているような色素のうちの１種以上を使用することができる。付加的又は択一的に、国際公開第２０１３／１４４１７７号に開示されているような色素のうちの１種以上を使用しても良い。国際公開第２０１３／１４４１７７号及び欧州特許出願第１２１６２５２６．３号の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。特に、ＩＤ１３３８とも記す色素Ｄ−５及び／又は色素Ｒ−３を使用することができる：
色素Ｄ−５及び色素Ｒ−３の製造及び特性は、国際公開第２０１３／１４４１７７号に開示されている。
それらの色素の使用は、本発明のコンテキストにおいても可能であり、また、効率が高く、且つ、それと同時に安定性も高い光起電素子をもたらす。
更に、付加的又は択一的に、国際公開第２０１３／１４４１７７号にも開示されている、ＩＤ１４５６とも記す以下の色素を使用することができる：
更に、本発明による装置において、特に少なくとも１つの光学センサにおいて、以下のリレン色素のうちの一方又は両方を使用することができる：
ＩＤ１１８７：
ＩＤ１１６７：
ＩＤ１１８７：
これらの色素ＩＤ１１８７及びＩＤ１１６７は、国際公開第２００７／０５４４７０号に開示されているようなリレン色素の範囲に含まれる。またこれらの色素ＩＤ１１８７及びＩＤ１１６７を、当業者であれば分かるように、この刊行物に開示されている一般的な合成経路を用いて合成することができる。
リレンは、太陽光の波長範囲において強い吸収を示し、また、共役系の長さに応じて、約４００ｎｍ（独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５号に記載されているペリレン誘導体Ｉ）から約９００ｎｍ（独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５号に記載されているクアテリレン誘導体Ｉ）までの範囲をカバーすることができる。テリレンを基礎とするリレン誘導体Ｉは、その組成に従い、二酸化チタンに吸着された固体状態において、約４００〜８００ｎｍの範囲内で吸収を示す。可視領域から近赤外線領域にまで及ぶ入射太陽光の大部分を利用できるようにするために、種々のリレン誘導体Ｉの混合物を使用することが有利である。必要に応じて、種々のリレン同族体を使用することも望ましいと考えられる。
リレン誘導体Ｉを、ｎ型半導体金属酸化物フィルムに簡単且つ永続的に固定させることができる。この結合は、無水物官能基（ｘ１）又はｉｎ ｓｉｔｕで形成されたカルボキシル基−ＣＯＯＨ又は−ＣＯＯ−を介して、若しくは、イミド基又は縮合物（（ｘ２）又は（ｘ３））中に存在する酸基Ａを介してもたらされる。独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５号に記載されているリレン誘導体Ｉは、本発明のコンテキストにおける色素増感太陽電池への使用に非常に適している。
色素が、分子の一方の端部において、その色素をｎ型半導体フィルムに固定することができるアンカー基を有している場合には、特に有利である。分子の他方の端部において、色素は有利には、電子供与体Ｙを有しており、この電子供与体によって、ｎ型半導体への電子の解放後の色素の再生が容易になり、また半導体に既に解放された電子との再結合が阻止される。
適切な色素の考えられる選択肢に関する更なる詳細については、例えば、ここでもまた独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５号を参照することができる。例えば、特に、ルテニウム錯体、ポルフィリン、その他の有機増感剤、また有利にはリレンを使用することが考えられる。
色素を、ｎ型半導体金属酸化物フィルム、例えばナノ多孔性ｎ型半導体金属酸化物層の層上又は層内に単純なやり方で固定することができる。例えば、ｎ型半導体金属酸化物フィルムを、焼結されたばかりの状態（まだ暖かい状態）において、十分な期間（例えば約０．５〜２４時間）にわたり、適切な有機溶剤中の色素の溶液又は懸濁液と接触させることができる。このことは、例えば、金属酸化物でコーティングされた基板を色素の溶液に浸漬させることによって達成することができる。
異なる色素の組み合わせが使用されるべき場合、それらの色素を、例えば、１種以上の色素を含んでいる１つ以上の溶液又は懸濁液から連続的にもたらすことができる。例えばＣｕＳＣＮの層によって離隔されている２種の色素を使用することも可能である（これに関しては、例えば、Ｔｅｎｎａｋｏｎｅ，Ｋ．Ｊ．，Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ．２００３，１０７，１３７５８を参照されたい）。最も勝手の良い方式は、個々のケースにおいて比較的容易に求めることができる。
色素の選択及びｎ型半導体金属酸化物の酸化物粒子径の選択に際し、有機太陽電池は、最大量の光が吸収されるように構成されるべきである。酸化物層は、固体ｐ型半導体が効率的に細孔を充填できるように構成されるべきである。例えば、比較的小さい粒子は、比較的大きい表面積を有し、従って、比較的多くの量の色素を吸収することができる。他方では、比較的大きい粒子は、一般的に、比較的大きい孔を有しており、これによってｐ型半導体への浸入が良好になる。
ｃ）ｐ型半導体有機材料
上述のように、少なくとも１つの感光層構造は、例えばＤＳＣ又はｓＤＳＣの感光層構造は、特に、少なくとも１種のｐ型半導体有機材料を、有利には少なくとも１種の固体ｐ型半導体材料を含むことができ、この材料を以下では、ｐ型半導体又はｐ型導体とも称する。以下では、そのような有機ｐ型半導体の有利な一連の例を説明する。それらの有機ｐ型半導体を、単独で又はあらゆる所望の組み合わせで使用することができ、例えば、それぞれがｐ型半導体を有している複数の層の組み合わせで、及び／又は、１つの層における複数のｐ型半導体の組み合わせで使用することができる。
上述のように、少なくとも１つの感光層構造は、例えばＤＳＣ又はｓＤＳＣの感光層構造は、特に、少なくとも１種のｐ型半導体有機材料を、有利には少なくとも１種の固体ｐ型半導体材料を含むことができ、この材料を以下では、ｐ型半導体又はｐ型導体とも称する。以下では、そのような有機ｐ型半導体の有利な一連の例を説明する。それらの有機ｐ型半導体を、単独で又はあらゆる所望の組み合わせで使用することができ、例えば、それぞれがｐ型半導体を有している複数の層の組み合わせで、及び／又は、１つの層における複数のｐ型半導体の組み合わせで使用することができる。
ｎ型半導体金属酸化物における電子と固体ｐ型導体の再結合を阻止するために、ｎ型半導体金属酸化物とｐ型半導体との間において、パッシベーション材料を有している少なくとも１つのパッシベーション層を使用することが可能である。この層は非常に薄くあるべきであり、また、可能な限り、ｎ型半導体金属酸化物のまだ覆われていない側のみを覆うべきである。パッシベーション材料を、場合によっては、色素よりも前に金属酸化物にもたらしても良い。有利なパッシベーション材料は、特に、Ａｌ２Ｏ３；シラン、例えばＣＨ３ＳｉＣｌ３；Ａｌ３＋；４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン（ＴＢＰ）；ＭｇＯ；ＧＢＡ（４−グアニジノ酪酸）及び類似の誘導体；アルキル酸；ヘキサデシルマロン酸（ＨＤＭＡ）、のうちの１種以上の物質である。
上述のように、有利には１種以上の固体有機ｐ型半導体が、単独で使用されるか、又は、有機又は無機の性質を有している、１種以上の別のｐ型半導体と組み合わされて使用される。本発明のコンテキストにおいて、ｐ型半導体とは一般的に、正孔、即ち正の電荷担体を伝導させることができる材料、特に有機材料を意味していると解される。とりわけ、ｐ型半導体は、拡張π電子系を有している有機材料であっても良く、この有機材料を、例えばいわゆるフリーラジカルカチオンを形成するために、少なくとも１回安定して酸化させることができる。例えば、ｐ型半導体は、上述の特性を備えている少なくとも１種の有機マトリクス材料を含んでいても良い。更に、ｐ型半導体は、オプションとして、ｐ型半導体特性を強化する１種以上のドーパントを含むことができる。ｐ型半導体の選択に影響を及ぼす重大なパラメータは正孔移動度である。何故ならば、この正孔移動度によって、部分的に、正孔拡散距離が定まるからである（Ｋｕｍａｒａ，Ｇ．，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２００２，１８，１０４９３〜１０４９５を参照されたい）。例えば、Ｔ．Ｓａｒａｇｉ，Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒ．２００６，１６，９６６〜９７４においては、種々のスピロ化合物における電荷担体移動度の比較が行われている。
有利には、本発明のコンテキストにおいて、有機半導体（即ち、低分子量のオリゴマー半導体又はポリマー半導体、若しくは、そのような半導体の混合物のうちの１種以上）が使用される。特に有利には、液相から処理することができるｐ型半導体が使用される。ここでは、例として、ポリマーを基礎とするｐ型半導体、例えばポリチオフェン及びポリアリールアミンを基礎とするｐ型半導体、又は、アモルファスの、可逆的に酸化可能な非ポリマー有機化合物を基礎とするｐ型半導体、例えば上記において述べたようなスピロビフルオレンを基礎とするｐ型半導体が挙げられる（例えば、米国特許第２００６／００４９３９７号及びそこに開示されているｐ型半導体としてのスピロ化合物。それらもまた本発明のコンテキストにおいて使用することができる）。また有利には、低分子量の有機半導体を使用することができ、例えば国際公開第２０１２／１１０９２４号に開示されているような低分子量のｐ型半導体材料を、有利にはスピロＭｅＯＴＡＤを、及び／又は、Ｌｅｉｊｔｅｎｓ等のＡＣＳ Ｎａｎｏ，ＶＯＬ．６，ＮＯ．２，１４５５〜１４６２（２０１２）に開示されているｐ型半導体材料のうちの１種以上を使用することができる。付加的又は択一的に、国際公開第２０１０／０９４６３６号において開示されているようなｐ型半導体材料のうちの１種以上を使用しても良い。この刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。更に、上述した従来技術の説明のうちｐ型半導体材料及びドーパントに関する注記も参照されたい。
ｐ型半導体は、有利には、少なくとも１種のｐ導電性有機材料を少なくとも１つの担持体に適用することによって生産可能であるか又は生産される。このｐ導電性有機材料の適用は、例えば、少なくとも１種のｐ導電性有機材料を含んでいる液相からの堆積によって行われる。堆積は、このケースにおいてもやはり、原則として、あらゆる所望の堆積プロセスによって、例えば、スピンコーティング、ドクターブレード法、ナイフコーティング、印刷、又は、上述の堆積法及び／又はその他の堆積法の組み合わせによって実施することができる。
有機ｐ型半導体は、特に、少なくとも１種のスピロ化合物、例えばスピロＭｅＯＴＡＤ、及び／又は、構造式：
を有している、少なくとも１種の化合物を含むことができる。式中、
Ａ１，Ａ２，Ａ３は、それぞれ、独立して任意に置換されたアリール基又はヘテロアリール基であり、
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、それぞれ、置換基−Ｒ，−ＯＲ，−ＮＲ２，−Ａ４−ＯＲ及び−Ａ４−ＮＲ２から成る群から独立して選択されており、
Ｒは、アルキル、アリール及びヘテロアリールから成る群から選択されており、
且つ、
Ａ４は、アリール基又はヘテロアリール基であり、
式（Ｉ）中の各事例におけるｎは、独立して、０，１，２又は３のいずれかの値であり、
但し、個々のｎの値の和は、少なくとも２であり、且つ、ラジカルＲ１，Ｒ２及びＲ３のうちの少なくとも２つは、−ＯＲ及び／又は−ＮＲ２である。
Ａ１，Ａ２，Ａ３は、それぞれ、独立して任意に置換されたアリール基又はヘテロアリール基であり、
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、それぞれ、置換基−Ｒ，−ＯＲ，−ＮＲ２，−Ａ４−ＯＲ及び−Ａ４−ＮＲ２から成る群から独立して選択されており、
Ｒは、アルキル、アリール及びヘテロアリールから成る群から選択されており、
且つ、
Ａ４は、アリール基又はヘテロアリール基であり、
式（Ｉ）中の各事例におけるｎは、独立して、０，１，２又は３のいずれかの値であり、
但し、個々のｎの値の和は、少なくとも２であり、且つ、ラジカルＲ１，Ｒ２及びＲ３のうちの少なくとも２つは、−ＯＲ及び／又は−ＮＲ２である。
有利には、Ａ２及びＡ３は同一であり、従って、式（Ｉ）の化合物は有利には以下の構造（Ｉａ）を有している：
従って上述のように、とりわけｐ型半導体は、少なくとも１種の低分子量の有機ｐ型半導体を有することができる。低分子量の材料とは、一般的に、重合化又はオリゴマー化されていないモノマーの形で存在する材料を意味していると解される。本明細書のコンテキストにおいて使用されているような「低分子量」という用語は、有利には、ｐ型半導体が１００〜２５，０００ｇ／ｍｏｌの範囲の分子量を有していることを意味する。有利には、低分子量の物質は、５００〜２，０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有している。
一般的に、本発明のコンテキストにおいて、ｐ型半導体特性とは、正孔を形成し、且つ、それらの正孔を輸送する、及び／又は、それらの正孔を隣接する分子へと引き渡す材料の特性、特に有機分子の特性を意味していると解される。とりわけ、それらの分子の安定した酸化が実現されるべきである。更に、上述の低分子量の有機ｐ型半導体は、特に、拡張π電子系を有することができる。とりわけ、少なくとも１種の低分子量のｐ型半導体材料を溶液から処理することができる。低分子量のｐ型半導体は、特に、少なくとも１種のトリフェニルアミンを含むことができる。低分子量の有機ｐ型半導体が少なくとも１種のスピロ化合物を含んでいる場合には、特に有利である。スピロ化合物とは、スピロ原子とも称される１つの原子だけに結合した環を有している、多環式の有機化合物を意味していると解される。とりわけ、スピロ原子をｓｐ３混成することができ、例えばスピロ原子を介して相互に結合されているスピロ化合物の構成要素が、例えば、相互に異なる平面に配置される。
より有利には、スピロ化合物は、次式の構造を有している：
ここで、各ラジカルＡｒｙｌ１，Ａｒｙｌ２，Ａｒｙｌ３，Ａｒｙｌ４，Ａｒｙｌ５，Ａｒｙｌ６，Ａｒｙｌ７及びＡｒｙｌ８は、置換されたアリールラジカル及びヘテロアリールラジカルから、それぞれ独立して選択されており、特に、置換されたフェニルラジカルからそれぞれ独立して選択されている。アリールラジカル及びヘテロアリールラジカルは、有利にはフェニルラジカルは、それぞれ独立して置換されており、有利には、各ケースにおいて、−Ｏ−アルキル，−ＯＨ，−Ｆ，−Ｃｌ，−Ｂｒ及び−Ｉから成る群から選択された１種以上の置換基によって置換されている。但し、アルキルは有利にはメチル、エチル、プロピル又はイソプロピルである。より有利には、フェニルラジカルはそれぞれ独立して置換されており、各ケースにおいて、−Ｏ−Ｍｅ，−ＯＨ，−Ｆ，−Ｃｌ，−Ｂｒ及び−Ｉから成る群から選択された１種以上の置換基によって置換されている。
更に有利には、スピロ化合物は次式の化合物である：
ここで、Ｒｒ，Ｒｓ，Ｒｔ，Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗ，Ｒｘ及びＲｙは、−Ｏ−アルキル，−ＯＨ，−Ｆ，−Ｃｌ，−Ｂｒ及び−Ｉから成る群から、それぞれ独立して選択されている。但し、アルキルは、有利には、メチル、エチル、プロピル又はイソプロピルである。より有利には、Ｒｒ，Ｒｓ，Ｒｔ，Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗ，Ｒｘ及びＲｙは、−Ｏ−Ｍｅ，−ＯＨ，−Ｆ，−Ｃｌ，−Ｂｒ及び−Ｉから成る群から、それぞれ独立して選択されている。
とりわけ、ｐ型半導体は、Ｍｅｒｃｋ ＫＧａＡ社（ドイツ、ダルムシュタット）より販売されている以下の式の化合物であるスピロＭｅＯＴＡＤを含んでいても良いし、スピロＭｅＯＴＡＤから成るものであっても良い：
択一的又は付加的に、その他のｐ型半導体化合物、特に低分子量の及び／又はオリゴマーの及び／又はポリマーのｐ型半導体化合物を使用することも可能である。
択一的な実施の形態においては、低分子量の有機ｐ型半導体は、上述の一般式（Ｉ）の１種以上の化合物を含んでいる。これについては、例えば、国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５１８２６を参照されたい。ｐ型半導体は、上述のスピロ化合物の他に又はその代わりに、上述の一般式（Ｉ）の少なくとも１種の化合物を含んでいても良い。
本発明のコンテキストにおいて使用されているような「アルキル」又は「アルキル基」又は「アルキルラジカル」という用語は、一般的に置換された又は置換されていないＣ１〜Ｃ２０−アルキルラジカルを意味していると解される。Ｃ１アルキルラジカル〜Ｃ１０アルキルラジカルが有利であり、またＣ１アルキルラジカル〜Ｃ８アルキルラジカルが特に有利である。アルキルラジカルは直鎖であっても良いし、分岐していても良い。更に、アルキルラジカルを、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシ、ハロゲン、有利にはＦ、及びＣ６〜Ｃ３０アリール（これ自体は置換されていても良いし、置換されていなくても良い）から成る群から選択された１種以上の置換基によって置換しても良い。適切なアルキル基の例として、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、へキシル、ヘプチル及びオクチルが挙げられ、またイソプロピル、イソブチル、イソペンチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ネオペンチル、３，３−ジメチルブチル、２−エチルへキシルも挙げられ、更に、Ｃ６〜Ｃ３０アリール、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシ及び／又はハロゲン、特にＦ、例えばＣＦ３によって置換された上述のアルキル基の誘導体も挙げられる。
本発明のコンテキストにおいて使用されているような「アリール」又は「アリール基」又は「アリールラジカル」という用語は、単環式、２環式、３環式又は多環式の芳香環から誘導された、任意に置換されたＣ６〜Ｃ３０−アリールラジカルを意味していると解される。但し、芳香環は環のヘテロ原子を含んでいない。アリールラジカルは、有利には、５員芳香環及び／又は６員芳香環を含んでいる。アリールが単環系でない場合、第２の環に関する用語「アリール」については、特定の形態が既知であり且つ安定していれば、飽和した形態（パーヒドロ形態）又は部分的に飽和していない形態（例えばジヒドロ形態又はテトラヒドロ形態）も考えられる。従って、本発明のコンテキストにおける用語「アリール」には、例えば、２つ又は３つ全てのラジカルが芳香族である二環基又は三環基、ただ１つの環だけが芳香族である二環基又は三環基も含まれ、また２つの環が芳香族である三環基も含まれる。アリールの例として、フェニル、ナフチル、インダニル、１，２−ジヒドロナフテニル、１，４−ジヒドロナフテニル、フルオレニル、インデニル、アントラセニル、フェナントレニル又は１，２，３，４−テトラヒドロナフチルが挙げられる。Ｃ６〜Ｃ１０−アリールラジカル、例えばフェニル又はナフチルが特に有利であり、Ｃ６−アリールラジカル、例えばフェニルが極めて有利である。更に、用語「アリール」には、単結合又は二重結合を介して相互に結合されている、少なくとも２つの単環式、２環式又は多環式の芳香環を有している環系も含まれる。１つの例として、ビフェニル基が挙げられる。
本発明のコンテキストにおいて使用されているような「ヘテロアリール」又は「ヘテロアリール基」又は「ヘテロアリールラジカル」という用語は、任意に置換された５員芳香環又は６員芳香環及び多環式の環を意味していると解され、例えば少なくとも１つの環において少なくとも１つのヘテロ原子を有している２環式及び３環式の化合物を意味していると解される。本発明のコンテキストにおけるヘテロアリールは、有利には、５〜３０個の環原子を含んでいる。ヘテロアリールは、単環式、２環式又は３環式であって良く、また、アリールベースの骨格における少なくとも１つの炭素原子がヘテロ原子で置換されることによって、上述のアリールから誘導できるものもある。有利なヘテロ原子はＮ，Ｏ及びＳである。ヘタリールラジカルは、より有利には、５〜１３個の環原子を有している。ヘテロアリールラジカルの基本骨格は、特に有利には、ピリジン及び５員ヘテロ芳香族、例えばチオフェン、ピロール、イミダゾール又はフランのような系から選択されている。オプションとして、これらの基本骨格を１つ又は２つの６員芳香族ラジカルと融合させても良い。更に、用語「ヘテロアリール」には、単結合又は二重結合を介して相互に結合されている、少なくとも２つの単環式、２環式又は多環式の芳香環を有している環系も含まれ、この場合、少なくとも１つの環はヘテロ原子を含んでいる。ヘテロアリールが単環系でない場合、少なくとも１つの環に関する用語「ヘテロアリール」については、特定の形態が既知であり且つ安定していれば、飽和した形態（パーヒドロ形態）又は部分的に飽和していない形態（例えばジヒドロ形態又はテトラヒドロ形態）も考えられる。従って、本発明のコンテキストにおける用語「ヘテロアリール」には、例えば、２つ又は３つ全てのラジカルが芳香族である二環基又は三環基、ただ１つの環だけが芳香族である二環基又は三環基も含まれ、また２つの環が芳香族である三環基も含まれ、この場合、環のうちの少なくとも１つは、即ち、少なくとも１つの芳香族環又は少なくとも１つの非芳香環はヘテロ原子を有している。適切に融合されたヘテロ芳香族としては、例えば、カルバゾリル、ベンジミダゾリル、ベンゾフリル、ジベンゾフリル又はジベンゾチオフェニルが挙げられる。基本骨格を、１つの置換可能な位置、２つ以上の置換可能な位置又は全ての置換可能な位置において置換しても良い。適切な置換基は、Ｃ６〜Ｃ３０−アリールを定義した際に既に説明したものと同一の置換基である。しかしながら、ヘタリールラジカルは有利には置換されていない。適切なヘタリールラジカルとして、例えば、ピリジン−２−イル、ピリジン−３−イル、ピリジン−４−イル、チオフェン−２−イル、チオフェン−３−イル、ピロール−２−イル、ピロール−３−イル、フラン−２−イル、フラン−３−イル及びイミダゾール−２−イル及び対応するベンゾ融合したラジカル、特に、カルバゾリル、ベンジミダゾリル、ベンゾフリル、ジベンゾフリル又はジベンゾチオフェニルが挙げられる。
本発明のコンテキストにおいて、「任意に置換された」という語句は、アルキル基、アリール基又はヘテロアリール基の少なくとも１つの水素ラジカルが置換基によって置換されているラジカルを表す。この置換基の種類に関しては、アルキルラジカル、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、へキシル、ヘプチル及びオクチルが有利であり、またイソプロピル、イソブチル、イソペンチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ネオペンチル、３，３−ジメチルブチル及び２−エチルへキシル、アリールラジカル、例えばＣ６〜Ｃ１０−アリールラジカル、特に、フェニル又はナフチル、最も有利にはＣ６−アリールラジカルであり、例えばフェニル、及びヘタリールラジカル、例えばピリジン−２−イル、ピリジン−３−イル、ピリジン−４−イル、チオフェン−２−イル、チオフェン−３−イル、ピロール−２−イル、ピロール−３−イル、フラン−２−イル、フラン−３−イル及びイミダゾール−２−イルも有利であり、更に、対応するベンゾ融合されたラジカル、特にカルバゾリル、ベンジミダゾリル、ベンゾフリル、ジベンゾフリル又はジベンゾチオフェニルも有利である。更なる置換基の例には、アルケニル、アルキニル、ハロゲン、ヒドロキシルが含まれる。
ここで、置換度は、一置換から考えられる置換基の最大数まで変化しても良い。
本発明に従い使用するための式（Ｉ）の有利な化合物は、ラジカルＲ１，Ｒ２及びＲ３のうちの少なくとも２つがパラ−ＯＲ及び／又はパラ−ＮＲ２置換基であるという点で注目に値する。ここで、少なくとも２つのラジカルは、−ＯＲラジカルだけであっても良いし、−ＮＲ２ラジカルだけであっても良いし、又は、少なくとも１つの−ＯＲラジカル及び少なくとも１つの−ＮＲ２ラジカルであっても良い。
本発明に従い使用するための式（Ｉ）の特に有利な化合物は、ラジカルＲ１，Ｒ２及びＲ３のうちの少なくとも４つがパラ−ＯＲ及び／又はパラ−ＮＲ２置換基であるという点で注目に値する。ここで、少なくとも４つのラジカルは、−ＯＲラジカルだけであっても良いし、−ＮＲ２ラジカルだけであっても良いし、又は、−ＯＲラジカルと−ＮＲ２ラジカルの混合物であっても良い。
本発明に従い使用するための式（Ｉ）の極めて有利な化合物は、ラジカルＲ１，Ｒ２及びＲ３の全てのラジカルがパラ−ＯＲ及び／又はパラ−ＮＲ２置換基であるという点で注目に値する。それらのラジカルは、−ＯＲラジカルだけであっても良いし、−ＮＲ２ラジカルだけであっても良いし、又は、−ＯＲラジカルと−ＮＲ２ラジカルの混合物であっても良い。
いずれのケースにおいても、−ＮＲ２ラジカル中の２つのＲは相互に異なっていても良いが、しかしながらそれら２つのＲは有利には同一である。
有利には、Ａ１，Ａ２及びＡ３は、
から成る群から、それぞれ独立して選択されている。
ここで、
ｍは１〜１８の整数であり、
Ｒ４は、アルキル、アリール又はヘテロアリールであり、有利にはアリールラジカル、より有利にはフェニルラジカルであり、
Ｒ５，Ｒ６は、それぞれ独立して、Ｈ、アルキル、アリール又はヘテロアリールであり、
上記に示した構造の芳香環及びヘテロ芳香環は、オプションとして、更に置換基を有していても良い。ここで、芳香環及びヘテロ芳香環の置換度は、一置換から考えられる置換基の最大数まで変化しても良い。
ここで、
ｍは１〜１８の整数であり、
Ｒ４は、アルキル、アリール又はヘテロアリールであり、有利にはアリールラジカル、より有利にはフェニルラジカルであり、
Ｒ５，Ｒ６は、それぞれ独立して、Ｈ、アルキル、アリール又はヘテロアリールであり、
上記に示した構造の芳香環及びヘテロ芳香環は、オプションとして、更に置換基を有していても良い。ここで、芳香環及びヘテロ芳香環の置換度は、一置換から考えられる置換基の最大数まで変化しても良い。
芳香環及びヘテロ芳香環の別の置換基の場合における有利な置換基には、１つ、２つ又は３つの任意に置換された芳香族基又はヘテロ芳香族基に関して上記において既に言及した置換基が含まれる。
有利には、上記に示した構造の芳香環及びヘテロ芳香環は別の置換基を有していない。
より有利には、Ａ１，Ａ２及びＡ３は、
それぞれ独立して、
であり、より有利には、
である。
それぞれ独立して、
より有利には、式（Ｉ）の少なくとも１種の化合物は、以下の構造、
のうちの一方を有している。
代替的な実施の形態においては、有機ｐ型半導体は、以下の構造、
を有しているＩＤ３２２型の化合物を含んでいる。
本発明に従い使用するための化合物を、当業者には公知である有機合成の慣例の方式によって準備することができる。また、関連する（特許）文献については、以下に示す合成例を参照されたい。
ｄ）第２の電極
第２の電極は、基板に対向している下部電極であっても良いし、基板から離れた位置にある上部電極であっても良い。上記において概要を述べたように、第２の電極は完全に又は部分的に透明であっても良いし、不透明であっても良い。本明細書において使用されているように、部分的に透明という語句は、第２の電極が透明な領域及び不透明な領域を含むことができるという事実を表している。
第２の電極は、基板に対向している下部電極であっても良いし、基板から離れた位置にある上部電極であっても良い。上記において概要を述べたように、第２の電極は完全に又は部分的に透明であっても良いし、不透明であっても良い。本明細書において使用されているように、部分的に透明という語句は、第２の電極が透明な領域及び不透明な領域を含むことができるという事実を表している。
以下に挙げる材料の群のうちの１種以上の材料を使用することができる：少なくとも１種の金属材料、有利には、アルミニウム、銀、白金、金から成る群から選択された金属材料；少なくとも１種の非金属無機材料、有利にはＬｉＦ；少なくとも１種の有機導電性材料、有利には、少なくとも１種の導電性ポリマー、より有利には、少なくとも１種の透明導電性ポリマー。
第２の電極は、少なくとも１つの金属電極を含むことができ、純金属の形態又は混合物／合金としての１種以上の金属を、例えば特にアルミニウム又は銀を使用することができる。
付加的又は択一的に、非金属材料を、例えば無機材料及び／又は有機材料を、単独で使用しても良いし、金属電極と組み合わせて使用しても良い。一例として、無機／有機の混合電極又は多層電極、例えばＬｉＦ／Ａｌ電極を使用することも可能である。付加的又は択一的に、導電性ポリマーを使用しても良い。従って、光学センサの第２の電極は、有利には、１種以上の導電性ポリマーを含むことができる。
つまり、一例として、第２の電極は、金属の１つ以上の層との組み合わせにおいて、１種以上の導電性ポリマーを含むことができる。有利には、少なくとも１種の導電性ポリマーは、透明導電性ポリマーである。この組み合わせは、非常に薄く、従って透明な金属層を提供することができ、更には十分な導電性を提供することができ、これによって、第２の電極を透明且つ高導電性にすることができる。従って、一例として、１つ以上の金属層において、各層又は層の組み合わせが、５０ｎｍ未満、有利には４０ｎｍ未満、又は、それどころか３０ｎｍ未満の厚さを有することができる。
一例として、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）及び／又はその化学的類似物；ポリチオフェン及び／又はその化学的類似物、例えばポリ（３−へキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）及び／又はＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルホン酸））から成る群から選択された、１種以上の導電性ポリマーを使用することができる。付加的又は択一的に、欧州特許出願公開第２５０７２８６号明細書、欧州特許出願公開第２２０５６５７号明細書又は欧州特許出願公開第２２２０１４１号明細書に開示されているような導電性ポリマーのうちの１種以上を使用しても良い。更なる実施例については、米国仮出願特許第６１／７３９，１７３号又は米国仮出願特許第６１／７０８，０５８号を参照されたい。それら全ての刊行物の開示内容全体は参照により本願に含まれるものとする。
付加的又は択一的に、無機の導電性材料を使用しても良く、例えば無機の導電性カーボン材料、例えばグラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤから成る群から選択されたカーボン材料を使用することができる。
更に、適切な反射によって、光子が吸収層を少なくとも２回通過することが強いられることによって、物質の量子効率が高められている電極設計を使用することも可能である。そのような層構造は「コンセントレータ」とも称され、また例えば国際公開第０２／１０１８３８号（特に第２３〜２４頁）にも記載されている。
光学センサの少なくとも１つの第２の電極は、単一の電極であっても良いし、複数の特定の電極を含んでいても良い。従って、単一の第２の電極を使用しても良いし、より複雑な構造、例えば分割電極を使用しても良い。
更に、少なくとも１つの光学センサの少なくとも１つの第２の電極は特に、少なくとも１つの縦方向光学センサ及び／又は少なくとも１つの横方向光学センサであっても良いし、少なくとも１つの縦方向光学センサ及び／又は少なくとも１つの横方向光学センサを含んでいても良く、有利には完全に又は部分的に透過性であって良い。従って、特に少なくとも１つの第２の電極は１つ、２つ又はそれ以上の数の電極を含むことができ、例えば１つ以上の電極又は２つ以上の部分電極を含むことができ、またオプションとして、その電極又は２つ以上の部分電極と接触している少なくとも１種の付加的な電極材料を含んでいても良い。
更に、第２の電極は完全に又は部分的に不透明であっても良い。特に、２つ以上の部分電極が不透明であっても良い。最後の電極を、例えば対象物から離れた位置にある電極及び／又は光学センサのスタックの最後の電極を不透明にすることが特に有利である。従って、残存する全ての光がセンサ信号に変換されるように、この最後の電極を最適化することができる。ここで「最後の」電極とは、対象物から離れた位置にある少なくとも１つの光学センサの電極であると考えられる。一般的に、不透明な電極の効率は透明な電極の効率よりも高い。
従って一般的に、透過性のセンサの数及び／又は透明な電極の数を最小限にまで減らすことは有益である。このコンテキストにおいては、一例として、国際公開第２０１４／０９７１８１号に記載されている少なくとも１つの縦方向光学センサ及び／又は少なくとも１つの横方向光学センサの考えられる構造を参照されたい。しかしながら、その他の構造も考えられる。
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、カメラ及び光学検出器の使用は、公知の装置、方法及びそれらの使用を上回る多数の利点を提供する。
つまり一般的に、周波数解析によって信号成分を分離するために変調周波数を使用する一般的な着想と関連させて、１つ以上の空間光変調器を１つ以上の光学センサと組み合わせることによって、技術的に簡潔な方式で、且つ画素化光学センサを使用する必要なく、高解像度の撮像、有利には高解像度の３Ｄ撮像の可能性、対象物の横方向座標及び／又は縦方向座標を求める可能性、単純なやり方で色を分離する可能性、並びにその他の多数の可能性を提供することができる光学検出器を形成することができる。
つまり、カメラの現行の構造は、特に３Ｄカメラの現行の構造は一般的に、複雑な測定構造及び複雑な測定アルゴリズムを必要としている。本発明においては、大面積光学センサ全体を、例えば太陽電池全体を、より有利にはＤＳＣ又はｓＤＳＣ全体を使用することができるので、光学センサを複数のピクセルに細分化する必要はない。一例として、空間光変調器に関して、ディスプレイ及び／又はプロジェクション装置において一般的に使用されているような液晶スクリーンを、１つ以上の太陽電池の上に、例えば太陽電池のスタックの上に、より有利にはＤＳＣのスタックの上に配置することができる。各ＤＳＣは、同一の光学特性及び／又は異なる光学特性を有することができる。従って、異なる吸収特性を有している少なくとも２つのＤＳＣを使用することができ、例えば赤色のスペクトル範囲の光を吸収する少なくとも１つのＤＳＣと、緑色のスペクトル範囲の光を吸収する１つのＤＳＣと、青色のスペクトル範囲の光を吸収する１つのＤＳＣと、を使用することができる。その他の構造も考えられる。ＤＳＣを１つ以上の無機センサと組み合わせることができ、例えば、標準的なディジタルカメラにおいて使用されているような１つ以上のＣＣＤチップと、特に、高解像度を有している１つ以上の非透過性のＣＣＤチップと組み合わせることができる。従って、特にＦｉＰ効果を使用することによって対象物の縦方向座標を求めるために、空間光変調器から最も離れた位置においてＣＣＤチップを有しているスタック構造を使用することができ、有利にはピクセルを有していない１つ、２つ又はそれ以上の数の少なくとも部分的に透過性のＤＳＣ又はｓＤＳＣのスタックを使用することができる。このスタックに続けて１つ以上の空間光変調器を、例えば１つ以上の透明又は半透明のＬＣＤを設けることができる、及び／又は、例えばｗｗｗ．ｄｌｐ．ｃｏｍ／ｄｅ／ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／ｈｏｗ−ｄｌｐ−ｗｏｒｋｓに開示されているような、いわゆるＤＬＰ技術を使用する１つ以上の装置を設けることができる。このスタックを１つ以上の伝送装置と組み合わせることができ、例えば１つ以上のカメラレンズシステムと組み合わせることができる。
標準的なフーリエ変換アルゴリズムを使用して周波数解析を実行することができる。
ｘ情報、ｙ情報及び色情報を取得するために、オプションとしての非透過性のＣＣＤチップを高解像度で例えば通常のカメラシステムにおいて使用することができる。縦方向情報（ｚ情報）を取得するために、ＳＬＭ及び１つ以上の大面積光学センサの組み合わせを使用することができる。ＳＬＭの各ピクセルを例えば高周波数で開閉することによって発振させることができ、また各ピクセルによって、明確に定義された一意の周波数を発振させることができる。
上述のＦｉＰ効果として公知である光子密度依存型の透過性のＤＳＣを、深度情報を求めるために使用することができる。つまり、集光レンズ及び２つの透過性のＤＳＣを通過する光ビームは、ＤＳＣの感光領域の異なる表面領域をカバーすることになる。これによって、異なる光電流を生じさせることができ、この光電流から深度情報を導出することができる。太陽電池を通過する光ビームを、ＬＣＤ及び／又はマイクロミラー装置のようなＳＬＭの振動ピクセルによってパルス化させることができる。各ピクセルに残る電流電圧情報を取得するために、ＤＳＣから取得される電流電圧情報を周波数解析によって、例えばフーリエ変換によって処理することができる。周波数から一義的に各ピクセルを識別することができ、従って、その横方向位置（ｘ−ｙ位置）を識別することができる。上述のように、対応する深度情報を取得するために、各ピクセルの光電流を使用することができる。
更に上述のように、少なくとも１つの光ビームの色を認識するように及び／又は求めるように適合されている、マルチカラー又はフルカラーの検出器として光学検出器を実現することができる。従って一般的に、光学検出器は、カメラにおいて使用することができるマルチカラー及び／又はフルカラーの光学検出器であって良い。これによって、技術的に単純な方式で、単純な構造を実現することができ、また、少なくとも１つの対象物の横方向位置及び／又は縦方向位置を求めるため及び／又は撮像を行うためのマルチカラーの検出器を実現することができる。従って、色が異なる少なくとも２つの異なるタイプのピクセル、有利には少なくとも３つの異なるタイプのピクセルを使用することができる。
一例として、有利には少なくとも２つの異なる色、更に有利には少なくとも３つの異なる色のピクセルを有している液晶空間光変調器を使用することができ、例えば薄膜トランジスタ空間光変調器を使用することができる。それらのタイプの空間光変調器は、有利にはピクセル毎に開く（透明な状態にする）こと、また閉じる（暗い状態にする）ことができる赤色、緑色及び青色の各チャネルを備えているものとして市販されている。付加的又は択一的に、例えば上述のＤＬＰ（Ｒ）技術を用いて、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓより販売されており、また単色、マルチカラー又はそれどころかフルカラーのマイクロミラーを有している反射型ＳＬＭを使用しても良い。また、付加的又は択一的に、例えばｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｅｙｓｏｐ．ｃｏｍ／ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ＿ｐｏｃｋｅｌｓ＿ｃｅｌｌ．ｈｔｍに開示されているような音響光学効果及び／又は電気光学効果を基礎とするＳＬＭを使用しても良い。従って一例として、液晶技術又はマイクロミラーにおいて、色フィルタを使用しても良く、例えばピクセルの上に直接的に色フィルタを使用しても良い。つまり、各ピクセルはチャネルを開閉することができ、その際、光はＳＬＭを通過し、少なくとも１つの光学センサに向かって伝播することができる。少なくとも１つの光学センサは、例えば少なくとも１つのＤＳＣ又はｓＤＳＣは、ＳＬＭを通過した光ビームを完全に又は部分的に吸収することができる。一例として、青色チャネルのみが開かれている場合には、青色光のみを光学センサによって吸収することができる。赤色、緑色及び青色の光が位相を異にして及び／又は異なる周波数でパルス化される場合、周波数解析によって３つの色を同時に検出することができる。つまり一般的に、少なくとも１つの光学センサは、マルチカラー又はフルカラーのＳＬＭのスペクトル範囲において光を吸収するように適合されている広帯域光学センサであって良い。従って、赤色、緑色及び青色のスペクトル範囲の光を吸収する広帯域光学センサを使用することができる。付加的又は択一的に、異なるスペクトル範囲に対して異なる光学センサを使用しても良い。一般的には、変調の周波数及び／又は位相に応じて信号成分を識別するように、上述の周波数解析を適合させることができる。従って、信号成分の周波数及び／又は位相を識別することによって、信号成分を光ビームの特定の色成分に割り当てることができる。つまり、光ビームを異なる色に分割するように評価装置を適合させることができる。
２つ以上のチャネルが異なる変調周波数で、即ち異なる頻度及び／又は異なる位相でパルス化される場合、これは、各チャネルを別個に開くことができる時点であっても良いし、全てのチャネルを開くことができる時点であっても良いし、また、２つの異なるチャネルを同時に開くことができる時点であって良い。これによって、僅かな付加的な事後処理で、多数の異なる色を同時に検出することができる。多数のチャネル信号を検出するために、１つのチャネルの信号及び複数のチャネルの信号を事後処理において比較することができる場合には、精度又は色選択性を高めることができる。
上記において概要を述べたように、空間光変調器を種々のやり方で形成することができる。従って一例として、空間光変調器は、有利には薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）技術と共に、液晶技術を使用することができる。付加的又は択一的に、マイクロメカニカル装置を使用しても良く、例えば反射型のマイクロメカニカル装置を、例えばＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓより販売されている、ＤＬＰ（Ｒ）技術に即したマイクロミラー装置を使用しても良い。付加的又は択一的に、エレクトロクロミックフィルタ及び／又はダイクロイックフィルタを空間光変調器として使用しても良い。付加的又は択一的に、エレクトロクロミック空間光変調器、音響光学空間光変調器又は電気光学空間光変調器のうちの１つ以上を使用しても良い。一般的に、光ビームの少なくとも１つの光学特性を種々のやり方で変調させるように、例えばピクセルを透明な状態／不透明な状態間で切り替えることによって、透明な状態／より透明な状態間で切り替えることによって、又は、透明な状態／着色状態間で切り替えることによって変調させるように、空間光変調器を適合させることができる。
別の実施の形態は、光学検出器内の光ビーム又は光ビームの一部のビーム路に関する。ここで使用されているように、また以下において使用されているように、「ビーム路」とは、一般的に、光ビーム又は光ビームの一部が伝播することができる経路を表す。従って一般的に、光学検出器内の光ビームを、単一のビーム路に沿って伝播させることができる。単一のビーム路は、直線的な単一のビーム路であっても良いし、１つ以上の偏向部を有しているビーム路、例えば折り畳まれたビーム路、分岐したビーム路、矩形のビーム路又はＺ字状のビーム路であっても良い。択一的に、２つ以上のビーム路が光学検出器内に存在していても良い。従って、光学検出器に入射する光ビームを、それぞれが１つ以上の部分ビーム路に従って伝播する２つ以上の部分光ビームに分割させても良い。各部分ビーム路は相互に独立している直線的なビーム路であっても良いし、また上記において概要を述べたように、１つ以上の偏向部を有している部分ビーム路、例えば折り畳まれた部分ビーム路、矩形の部分ビーム路又はＺ字状の部分ビーム路であっても良い。当業者であれば分かるように、一般的に、種々のタイプの部分ビーム路のあらゆる形式の組み合わせが可能である。従って、全体としてＷ字状の構造を形成する少なくとも２つの部分ビーム路が設けられていても良い。
ビーム路を２つ以上の部分ビーム路に分割することによって、光学検出器の素子を２つ以上の部分ビーム路にわたり分散させることができる。従って、少なくとも１つの光学センサを、例えば少なくとも１つの大面積光学センサ及び／又は大面積光学センサから成る少なくとも１つのスタックを、例えば上述のＦｉＰ効果を有している１つ以上の光学センサから成る少なくとも１つのスタックを第１の部分ビーム路に配置することができる。少なくとも１つの付加的な光学センサを、例えば非透過型光学センサを、例えばＣＣＤセンサ及び／又はＣＭＯＳセンサのようなイメージセンサを、第２の部分ビーム路に配置することができる。更に、少なくとも１つ空間光変調器を、複数あるビーム路のうちの１つ以上のビーム路内に配置することができる、及び／又は、共通のビーム路が２つ以上の部分ビーム路に分割される箇所の手前において、共通の部分ビーム路内に配置することができる。種々の構造が考えられる。更に、光ビーム及び／又は部分光ビームを、ビーム路又は部分ビーム路に沿って単方向性に伝播させることができる、例えばビーム路又は部分ビーム路を１回だけ又は片道だけ伝播させることができる。択一的に、光ビーム又は部分光ビームを、例えば環状の構造内のビーム路又は部分ビーム路に沿って反復的に伝播させても良い、及び／又は、同一のビーム路又は部分ビーム路を戻るように伝播させるために、例えば光ビーム又は部分光ビームが１つ以上の反射素子によって反射される構造において双方向性に伝播させても良い。少なくとも１つの反射素子は、空間光変調器自体であっても良いし、空間光変調器を含んでいても良い。同様に、ビーム路を２つ以上の部分ビーム路に分割するために、空間光変調器自体を使用することができる。付加的又は択一的に、その他のタイプの反射素子を使用しても良い。
光学検出器において２つ以上の部分ビーム路を使用することによって、及び／又は、光ビーム又は部分光ビームをビーム路又は部分ビーム路に沿って反復的に又は双方向性に伝播させることによって、光学検出器の構造に高いフレキシビリティを与える光学検出器の種々の構造が実現される。つまり、光学検出器の機能を異なる複数のビーム路に分割及び／又は分散させることができる。従って、例えば上述のＦｉＰ効果を有している１つ以上の光学センサを使用することによって、第１の部分ビーム路を対象物のｚ検出専用の部分ビーム路とすることができ、また例えば１つ以上のイメージセンサを設けることによって、例えば撮像用の１つ以上のＣＣＤチップ又はＣＭＯＳチップを設けることによって、第２のビーム路を撮像のために使用することができる。つまり、１つ、２つ以上又は全ての部分ビーム路において、相互に独立した又は相互に依存した座標系を定義することができ、その場合、対象物の１つ以上の座標をそれらの座標系において求めることができる。光学検出器の一般的な構造は既知であるので、複数の座標系を相関付けることができ、また光学検出器の共通の座標系において複数の座標を組み合わせるために単純な座標変換を使用することができる。
上述の可能性を種々のやり方で実現することができる。つまり一般的に、上記において概要を述べたように、空間光変調器を反射型空間光変調器とすることができる。従って、上記において述べたように、例えば上述のＤＬＰ（Ｒ）技術を使用することによって、反射型空間光変調器をマイクロミラーシステムとしても良いし、反射型空間光変調器がマイクロミラーシステムを含んでいても良い。つまり、光ビーム及び／又は光ビームの一部を偏向又は反射させるために、例えば光ビームをそのビームの原点の方向へと反射させるために空間光変調器を使用することができる。従って、光学検出器の少なくとも１つの光学センサは、１つの透過型光学センサを含むことができる。光ビームが空間光変調器に到達する前に透過型光学センサを通過するように光学検出器を構成することができる。光ビームを再び光学センサに向かって少なくとも部分的に反射させるように、空間光変調器を適合させることができる。この実施の形態においては、光ビームは透過型光学センサを２回通過することができる。従って光ビームは、１回目は変調されずに透過型光学センサを通過して、空間光変調器に到達することができる。上記において述べたように、光ビームを変調させるように、またそれと同時に、光ビームを光学センサによって検出できるようにするために、その光ビームを再び光学センサに向かって反射させ、光ビームが２回目は変調されて透過型光学センサを通過するように、空間光変調器を適合させることができる。
上記において概要を述べたように、付加的又は択一的に、光学検出器は、光ビームの１つのビーム路を少なくとも２つのビーム路に分割するように適合されている少なくとも１つのビーム分割素子を含むことができる。ビーム分割素子を種々のやり方で形成することができる、及び／又は、複数のビーム分割素子の組み合わせを使用することによって、ビーム分割素子を形成することができる。従って一例として、ビーム分割素子は、空間光変調器、ビーム分割プリズム、格子、半透鏡、ダイクロイックミラーから成る群から選択された少なくとも１つの素子を含むことができる。それらの素子及び／又はその他の素子の組み合わせも考えられる。つまり一般的に、少なくとも１つのビーム分割素子は、少なくとも１つの空間光変調器を含むことができる。特にこの実施の形態においては、例えば上述のマイクロミラー技術を使用することによって、特に上述のＤＬＰ（Ｒ）を使用することによって、空間光変調器を反射型空間光変調器とすることができる。上記において概要を述べたように、ビーム路が分割される箇所よりも手前及び／又奥において、光学検出器の素子をビーム路にわたり分散させることができる。従って一例として、少なくとも１つの光学センサを各部分ビーム路内に配置することができる。つまり例えば、複数の光学センサから成る少なくとも１つのスタックを、例えば複数の大面積光学センサから成る少なくとも１つのスタックを、より有利には、上述のＦｉＰ効果を有している複数の光学センサから成る少なくとも１つのスタックを、複数あるビーム路のうちの少なくとも１つのビーム路内に、例えば複数ある部分ビーム路のうちの第１の部分ビーム路内に配置することができる。付加的又は択一的に、少なくとも１つの非透過型光学センサを、少なくとも１つの部分ビーム路内に、例えば複数ある部分ビーム路のうちの少なくとも１つの第２の部分ビーム路内に配置しても良い。従って一例として、少なくとも１つの無機光学センサを、例えば無機半導体光学センサを、例えば撮像センサ及び／又はカメラチップ、より有利にはＣＣＤチップ及び／又はＣＭＯＳチップを第２の部分ビーム路内に配置することができ、また、モノクロのチップ及び／又はマルチカラー又はフルカラーのチップを使用することができる。従って、上記において概要を述べたように、光学センサのスタックを使用することによって、第１の部分ビーム路を対象物のｚ座標を検出するために使用することができ、また例えば撮像センサを使用することによって、特にカメラチップを使用することによって、第２の部分ビーム路を撮像に使用することができる。
上記において概要を述べたように、空間光変調器をビーム分割素子の一部とすることができる。付加的又は択一的に、少なくとも１つの空間光変調器自体及び／又は複数ある空間光変調器のうちの少なくとも１つの空間光変調器自体を、複数ある部分ビーム路のうちの１つ以上のビーム路内に配置しても良い。従って一例として、空間光変調器を複数ある部分ビーム路のうちの第１の部分ビーム路に内に、即ち、複数の光学センサから成るスタックを備えている部分ビーム路内に、例えば上述のＦｉＰ効果を有している複数の光学センサから成るスタックを備えている部分ビーム路内に配置することができる。つまり、光学センサのスタックは、少なくとも１つの大面積光学センサを、例えばＦｉＰ効果を有している少なくとも１つの大面積光学センサを含むことができる。
例えば複数ある部分ビーム路のうちの１つ以上のビーム路において、例えば第２の部分ビーム路において、１つ以上の非透過型光学センサが使用される場合、非透過型光学センサは、有利には、画素化光学センサを、有利には無機の画素化光学センサを、より有利にはカメラチップを、また最も有利にはＣＣＤチップ及びＣＭＯＳチップのうちの少なくとも１つであっても良いし、そのような光学センサを含んでいても良い。しかしながら、その他の実施の形態も考えられ、また複数ある部分光学ビーム路のうちの１つ以上のビーム路において、非透過型画素化光学センサと非透過型非画素化光学センサとを組み合わせることも考えられる。
光学センサ及び／又は光学検出器のより複雑な構造の上述の可能性を使用することによって、特に、その透明性、反射特性又はその他の特性に関する、空間光変調器の高いフレキシビリティを使用することができる。つまり、上記において概要を述べたように、光ビーム又は部分光ビームを反射又は偏向させるために、空間光変調器自体を使用することができる。その際、光学検出器の線形又は非線型の構造が考えられる。つまり、上記において概要を述べたように、Ｗ字状の構造、Ｚ字状の構造又はその他の構造が考えられる。反射型空間光変調器が使用される場合、特にマイクロミラーシステムにおいては空間光変調器が一般的に光ビームを２つ以上の方向に反射又は偏向させるように適合されているということが利用される。従って、第１の部分ビーム路を、空間光変調器の偏向又は反射の第１の方向において形成することができ、また少なくとも１つの第２の部分ビーム路を、空間光変調器の偏向又は反射の少なくとも１つの第２の方向において形成することができる。つまり、空間光変調器は、入射した光ビームを少なくとも１つの第１の方向及び少なくとも１つの第２の方向へと分割させるように適合されているビーム分割素子を形成することができる。従って一例として、光ビーム及び／又は光ビームの一部が少なくとも１つの第１の部分ビーム路に向かって、例えば複数の光学センサから成るスタックを有している、例えば複数のＦｉＰセンサから成るスタックを有している第１の部分ビーム路に向かって反射又は偏向されるように空間光変調器のマイクロミラーを位置決めしても良いし、光ビーム及び／又は光ビームの一部が少なくとも１つの第２の部分ビーム路に向かって、例えば非透過型光学センサを、例えば撮像センサを、特に少なくとも１つのＣＣＤチップ及び／又は少なくとも１つのＣＭＯＳチップを有している第２の部分ビーム路に向かって反射又は偏向されるように空間光変調器のマイクロミラーを位置決めしても良い。これによって、種々のビーム路における素子を照明する一般的な光量を増大させることができる。更にこの構造によって、例えば２つ以上の部分ビーム路において、例えば光学センサ及び撮像センサ、例えばフルカラーＣＣＤセンサ又はフルカラーＣＭＯＳセンサのスタックにおいて、同一のピクチャを、例えば同一の焦点を有しているピクチャを取得することができる。
線形の構造とは異なり、非線形の構造、例えば２つ以上の部分ビーム路を有している構造、例えば分岐した構造及び／又はＷ字状の構造によって、部分ビーム路の構造の個別の最適化を実現することができる。つまり、少なくとも１つの撮像センサによる撮像機能及びｚ検出の機能が別個の部分ビーム路に分割されている場合、それらの部分ビーム路及びそこに配置されている素子を相互に独立して最適化することが可能である。つまり一例として、異なるタイプの光学センサを、例えば異なるタイプの透過性の太陽電池を、ｚ検出に適合されている部分ビーム路において使用することができる。何故ならば、同一の光ビームを撮像検出器による撮像に使用しなければならない場合に比べて、透明性の重要性は低いからである。従って、種々のタイプのカメラと組み合わせることが可能である。一例として、より精度の高いｚ情報を取得するために、複数の光学検出器から成る比較的厚いスタックを使用することができる。従って、光学センサのスタックの焦点が合っていない場合であっても、対象物のｚ位置の検出が可能である。
更に、複数ある部分ビーム路のうちの１つ以上のビーム路内に１つ以上の付加的な素子を配置することができる。一例として、複数ある部分ビーム路のうちの１つ以上の部分ビーム路内に１つ以上の光学シャッタを配置することができる。従って、１つ以上のシャッタを、反射型空間光変調器と、光学センサ及び／又非透過型光学センサ、例えば撮像センサとの間に配置することができる。部分ビーム路の複数のシャッタを相互に独立して使用することができる及び／又は作動させることができる。従って一例として、１つ以上の撮像センサ、特に１つ以上の撮像チップ、例えばＣＣＤチップ及び／又はＣＭＯＳチップ、及び、大面積光学センサ及び／又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できる。線形の配置構成においては、例えば大面積光学センサ又は複数の大面積光学センサから成るスタックと撮像センサとの間に、付加的なシャッタは１つだけ設けられていると考えられる。２つ以上の部分ビーム路を有している分割型の構造においては、例えば上述のＷ字状の構造においては、１つ以上のシャッタを光学センサのスタックの手前及び／又は撮像センサの手前に配置することができる。これによって、センサの両タイプに対する最適な光強度が実現される。
付加的又は択一的に、１つ以上のレンズを複数ある部分ビーム路のうちの１つ以上の部分ビーム路内に配置することができる。従って、空間光変調器と、特に反射型空間光変調器と、光学センサのスタックとの間に、及び／又は、空間光変調器と非透過型光学センサ、例えば撮像センサとの間に、１つ以上のレンズを配置することができる。つまり一例として、１つ以上のレンズを複数ある部分ビーム路のうちの１つ以上又は全ての部分ビーム路において使用することによって、少なくとも１つのレンズを含んでいる各部分ビーム路又は複数の部分ビーム路に関してビーム成形を実施することができる。従って、撮像センサを、特にＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサを、２Ｄピクチャを撮影するように適合させることができ、これに対し、少なくとも１つの光学センサを、例えば光学センサスタックを、対象物のｚ座標又は深度を測定するように適合させることができる。それらの部分ビーム路における焦点又はビーム成形は、一般的にそれらの部分ビーム路の各レンズによって求めることができ、また同一である必要はない。つまり、部分ビーム路に沿って伝播する部分光ビームのビーム特性を、例えば撮像、ｘｙ検出又はｚ検出を目的として個別に最適化することができる。
別の実施の形態は、一般的に、少なくとも１つの光学センサに関する。一般的に、少なくとも１つの光学センサの考えられる実施の形態については、上記において概要を述べたように、上記に挙げた従来技術の刊行物、例えば国際公開第２０１２／１１０９２４号及び／又は国際公開第２０１４／０９７１８１号のうちの１つ以上を参照されたい。つまり、上記において概要を述べたように、少なくとも１つの光学センサは、例えば国際公開第２０１４／０９７１８１号に開示されているような、少なくとも１つの縦方向光学センサ及び／又は少なくとも１つの横方向光学センサを含むことができる。特に、少なくとも１つの光学センサは、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１種のｎ型半導体金属酸化物と、少なくとも１種の色素と、少なくとも１種のｐ型半導体有機材料、有利には固体ｐ型半導体有機材料と、少なくとも１つの第２の電極と、を含んでいる層構造を有している、少なくとも１つの有機光検出器、例えば少なくとも１つの有機太陽電池、より有利には色素増感太陽電池、更に有利には固体色素増感太陽電池であっても良いし、それらを含んでいても良い。この層構造の考えられる実施の形態については、上述の従来技術の刊行物のうちの１つ以上を参照されたい。
少なくとも１つの光学センサは、単一の感光性センサ領域を有している、少なくとも１つの大面積光学センサであっても良いし、そのような少なくとも１つの大面積光学センサを含んでいても良い。また付加的又は択一的に、少なくとも１つの光学センサは同様に、２つ以上の感応性センサ領域を有している、即ち２つ以上のセンサピクセルを有している少なくとも１つの画素化光学センサであっても良いし、そのような少なくとも１つの画素化光学センサを含んでいても良い。従って、少なくとも１つの光学センサは、２つ以上のセンサピクセルを有しているセンサマトリクスを含むことができる。
上記において概要を述べたように、少なくとも１つの光学センサは、少なくとも１つの非透過型光学センサであっても良いし、少なくとも１つの非透過型光学センサを含んでいても良い。付加的又は択一的に、少なくとも１つの光学センサは、少なくとも１つの透過型又は半透過型の光学センサであっても良いし、少なくとも１つの透過型又は半透過型の光学センサを含んでいても良い。しかしながら一般的に、当業者には公知である多くの装置において１つ以上の透過型画素化光学センサが使用される場合、透明性と画素化の組み合わせには幾つかの技術的な課題が課される。つまり、当業者には公知の光学センサは一般的に、感応領域と特有の駆動電子回路の両方を含んでいる。更にこのコンテキストにおいて、透過性の電子回路の作製についての問題は一般的に解消されずに残っている。
本発明のコンテキストにおいて明らかになるように、少なくとも１つの光学センサのアクティブ領域を２×Ｎ個のセンサピクセルから成るアレイに分割することは有利であると考えられる。ここでＮは整数であり、有利にはＮ≧１、例えばＮ＝１，Ｎ＝２，Ｎ＝３，Ｎ＝４であるか、又はＮは４より大きい整数である。従って一般的に、少なくとも１つの光学センサは、２×Ｎ個（但しＮは整数である）のセンサピクセルを有しているセンサピクセルのマトリクスを含むことができる。一例として、マトリクスはセンサピクセルの２つの行を形成することができる。ここでは一例として、第１の行のセンサピクセルは、光学センサの第１の面から電気的に接触接続されており、また第２の行のセンサピクセルは、光学センサの第１の面とは反対側の第２の面から電気的に接触接続されている。別の実施の形態においては、Ｎ個のピクセルの２つの行の最初のピクセル及び最後のピクセルを、更に複数のピクセルに分割し、それらのピクセルをセンサの第３の面及び第４の面から電気的に接触接続させることができる。一例として、これによって２×Ｍ＋２×Ｎ個のピクセルの構造が得られる。別の実施の形態も考えられる。
２つ以上の光学センサが光学検出器に含まれている場合、１つ、２つ又はそれ以上の数の光学センサが上述の複数のセンサピクセルから成るアレイを含むことができる。従って、複数の光学センサが設けられている場合、１つの光学センサ、２つ以上の光学センサ又はそれどころか全ての光学センサを画素化光学センサとすることができる。択一的に、１つの光学センサ、２つ以上の光学センサ又はそれどころか全ての光学センサが非画素化光学センサ、即ち大面積光学センサであっても良い。
少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１種のｎ型半導体金属酸化物と、少なくとも１種の色素と、少なくとも１種のｐ型半導体有機材料、有利には固体ｐ型半導体有機材料と、少なくとも１つの第２の電極と、を備えている層構造を有している少なくとも１つの光学センサを含んでいる、光学センサの上述の構造が使用される場合、センサピクセルのマトリクスの使用が特に有利である。上記において概要を述べたように、それらのタイプの装置は特にＦｉＰ効果を示すことができる。
特に本明細書において記載されているようなＳＬＭを基礎とするカメラのためのそれらの装置、例えばＦｉＰ装置においては、センサピクセルの２×Ｎのアレイが非常に適している。従って一般的に、１つ以上の層が間に介在している少なくとも１つの第１の透明な電極及び少なくとも１つの第２の電極、並びに、２つ以上のセンサピクセルへの画素化を、特に、第１の電極及び第２の電極のうちの一方又は両方を電極のアレイに分割することによって達成することができる。一例として、有利には透明な基板上に設けられている透明な電極に関しては、例えばフッ化スズ酸化物及び／又はその他の透明導電性酸化物を含んでいる透明な電極に関しては、適切なパターニング技術によって、例えばリソグラフィ及び／又はレーザパターニングを用いるパターニングによって、画素化を容易に達成することができる。これによって、電極を複数の部分電極の領域に容易に分割することができ、この場合、各部分電極はセンサピクセルのアレイの各センサピクセルのセンサ電極を形成している。残りの層に対して、またオプションとして第２の電極に対してパターニングを行わないままであっても良いが、択一的には、同様にパターニングを行うことができる。パターニングされていない別の層と共に、分割された透明導電性酸化物、例えばフッ化スズ酸化物が使用される場合、少なくとも色素増感太陽電池に関しては、残りの層におけるクロス伝導度（ｃｒｏｓｓ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）は一般的に無視して良い。従って一般的に、センサピクセル間のクロストークは無視することができる。各センサピクセルは単一の対極を、例えば単一の銀電極を含むことができる。
複数のセンサピクセルから成るアレイを有している、特に２×Ｎのアレイを有している少なくとも１つの光学センサを使用することによって、本発明においては、即ち本明細書において開示されている装置の１つ以上においては種々の利点が提供される。つまり第１に、アレイを使用することによって信号品質を改善することができる。光学検出器の変調装置は、空間光変調器の各ピクセルを、例えば固有の変調周波数でもって変調させることができ、それによって、例えば各深度領域が固有の周波数で変調される。しかしながら高周波数では、少なくとも１つの光学センサの信号は、例えば少なくとも１つのＦｉＰセンサの信号は一般的に減衰し、それによって信号強度が低下する。従って一般的に、変調装置においては限定された数の変調周波数しか使用することができない。しかしながら、光学センサが複数のセンサピクセルに分割される場合、生じうる検出可能な深度点の数をピクセルの数と乗算することができる。従って一例として、２つのピクセルでは検出できる変調周波数の数が２倍になる。つまり、変調させることができるＳＬＭのピクセル又はスーパーピクセルの数が２倍になる、及び／又は、深度点の数が２倍になる。
更に、従来のカメラとは異なり、ピクセルの形状はピクチャの見た目にとって重要ではない。従って一般的に、制約が課されることなく又は僅かな制約のもとで、センサピクセルの形状及び／又は大きさを選択することができ、これによって、センサピクセルのアレイの適切な設計を選択することができる。
更に、一般的により小型のセンサピクセルを選択することができる。一般的にセンサピクセルによって検出することができる周波数範囲は、通常の場合、センサピクセルの大きさを縮小することによって拡大される。より小型のセンサ又はセンサピクセルが使用されると、通常の場合、周波数範囲は改善する。小型のセンサピクセルでは、大型のセンサピクセルに比べて、より広範な周波数を検出することができる。従って、より小型のセンサピクセルを使用することによって、大型のピクセルを使用する場合よりも多くの深度点を検出することができる。
上記の発明を要約すると、本発明においては以下の実施の形態が有利である。
実施の形態１：光学検出器は、
−空間分解式に光ビームの少なくとも１つの特性を変更するように適合されており、且つ、各ピクセルを通過する光ビームの一部の少なくとも１つの光学特性を個別に変更するために各々が制御可能である複数のピクセルから成るマトリクスを有している、少なくとも１つの空間光変調器と、
−空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスを通過した後の光ビームを検出し、且つ、少なくとも１つのセンサ信号を生成するように適合されている、少なくとも１つの光学センサと、
−異なる変調周波数を用いて、複数のピクセルのうちの少なくとも２つのピクセルを周期的に制御するように適合されている、少なくとも１つの変調装置と、
−変調周波数に関するセンサ信号の信号成分を求めるために周波数解析を実行するように適合されている、少なくとも１つの評価装置と、
を含んでいる。
−空間分解式に光ビームの少なくとも１つの特性を変更するように適合されており、且つ、各ピクセルを通過する光ビームの一部の少なくとも１つの光学特性を個別に変更するために各々が制御可能である複数のピクセルから成るマトリクスを有している、少なくとも１つの空間光変調器と、
−空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスを通過した後の光ビームを検出し、且つ、少なくとも１つのセンサ信号を生成するように適合されている、少なくとも１つの光学センサと、
−異なる変調周波数を用いて、複数のピクセルのうちの少なくとも２つのピクセルを周期的に制御するように適合されている、少なくとも１つの変調装置と、
−変調周波数に関するセンサ信号の信号成分を求めるために周波数解析を実行するように適合されている、少なくとも１つの評価装置と、
を含んでいる。
実施の形態２：評価装置は更に、各信号成分をその変調周波数に応じて各ピクセルに割り当てるように適合されている、実施の形態１に記載の光学検出器。
実施の形態３：変調装置は、各ピクセルが固有の変調周波数で制御されるように適合されている、実施の形態１又は２に記載の光学検出器。
実施の形態４：変調装置は、少なくとも２つのピクセルを異なる変調周波数で周期的に変調させるように適合されている、実施の形態１から３のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態５：評価装置は、異なる変調周波数でセンサ信号を復調することによって周波数解析を実行するように適合されている、実施の形態１から４のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態６：空間光変調器によって空間分解式に変更された光ビームの少なくとも１つの特性は、光ビームの前記の一部の強度；光ビームの前記の一部の位相；光ビームの前記の一部のスペクトル特性、有利には色；光ビームの前記の一部の偏光；光ビームの前記の一部の伝播方向から成る群から選択された少なくとも１つの特性である、実施の形態１から５のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態７：空間光変調器は、各ピクセルに関して、各ピクセルを通過する光の前記の一部をスイッチオン又はスイッチオフするように適合されている、実施の形態１から６のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態８：少なくとも１つの空間光変調器は、以下のものから成る群から選択された少なくとも１つの空間光変調器を含んでいる、即ち、光ビームが複数のピクセルから成るマトリクスを通過し、各ピクセルが自身を通過する光ビームの各部分に関する光学特性を個別に制御して変更するように適合されている、透過型空間光変調器；各ピクセルが個別に制御可能な反射特性を有しており、且つ、各ピクセルによって反射された光ビームの各部分に関する伝播方向を個別に変更するように適合されている、反射型空間光変調器；各ピクセルがそれら各ピクセルに印加される電圧によって個別に制御可能である制御可能なスペクトル特性を有している、エレクトロクロミック空間光変調器；ピクセルの複屈折が音波によって制御可能である、音響光学空間光変調；ピクセルの複屈折が電界によって制御可能である、電気光学空間光変調、有利にはポッケルス効果及び／又はカー効果を基礎とする空間光変調；複数の調整可能な複数の光学素子から成る少なくとも１つのアレイを含んでいる空間光変調器、例えば複数の焦点調整可能なレンズから成るアレイ、複数の適応型液晶マイクロレンズから成る領域、複数の透明マイクロプリズムから成るアレイのうちの１つ以上を含んでいる空間光変調、から成る群から選択された少なくとも１つの空間光変調器を含んでいる、実施の形態１から７のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態９：少なくとも１つの空間光変調器は、以下のものから成る群から選択された少なくとも１つの空間光変調を含んでいる、即ち、各ピクセルが液晶装置の個別に制御可能なセルである、液晶装置、有利にはアクティブマトリクス型の液晶装置；各ピクセルが反射性の表面の向きに関して個別に制御可能であるマイクロミラー装置のマイクロミラーである、マイクロミラー装置；各ピクセルが各セルに印加される電圧によって個別に制御可能であるスペクトル特性を有しているエレクトロクロミック装置のセルである、エレクトロクロミック装置；各ピクセルがセルに加えられる音波によって個別に制御可能である複屈折を有している音響光学装置のセルである、音響光学装置；各ピクセルがセルに印加される電界によって個別に制御可能である複屈折を有している電気光学装置のセルである、電気光学装置、から成る群から選択された少なくとも１つの空間光変調器を含んでいる、実施の形態１から８のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態１０：各ピクセルを通過する光ビームの前記の一部の少なくとも１つの特性を変更するピクセルの性能は、光ビームのスペクトル特性に、特に光ビームの色のスペクトル特性に依存している、実施の形態１から９のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態１１：空間光変調器は透過型空間光変調器である、実施の形態１から１０のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態１２：ピクセルの透過率は切り替え可能である、実施の形態１から１１のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態１３：空間光変調器は透明液晶ディスプレイを含んでいる、実施の形態１から１２のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態１４：評価装置は、各信号成分をマトリクスの１つのピクセルに割り当てるように適合されている、実施の形態１から１３のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態１５：評価装置は、マトリクスのどのピクセルが光ビームによって照明されているかを信号成分の評価によって求めるように適合されている、実施の形態１から１４のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態１６：評価装置は、照明されているピクセルを求めるために、信号成分を少なくとも１つの閾値と比較するように適合されている、実施の形態１５に記載の光学検出器。
実施の形態１７：評価装置は、光ビームによって照明されているマトリクスの複数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及び光ビームの向きのうちの少なくとも１つを識別するように適合されている、実施の形態の１から１６のいずれかに記載の光学検出器。
実施の形態１８：評価装置は、検出器に向かって伝播する光ビームの起点となる対象物の横方向位置及び検出器に向かって伝播する光ビームの起点となる対象物の相対的な方向のうちの１つ以上を、光ビームの横方向位置及び光ビーム向きのうちの少なくとも１つを評価することによって識別するように適合されている、実施の形態１７に記載の光学検出器。
実施の形態１９：光ビームによって最も強く照明されている１つ以上のピクセルを求めることによって、光ビームによって照明されているマトリクスの複数のピクセルの横方向位置が求められる、実施の形態１から１８のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態２０：評価装置は、信号成分を評価することによって光ビームの幅を求めるように適合されている、実施の形態１から１９のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態２１：評価装置は、光ビームによって照明されている複数のピクセルに割り当てられた信号成分を識別し、複数のピクセルの配置構成の既知の幾何学的特性から空間光変調器の位置における光ビームの幅を求めるように適合されている、実施の形態１から２０のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態２２：評価装置は、検出器に向かって伝播する光ビームの起点となる対象物の縦方向座標と、空間光変調器の位置における光ビームの幅及び光ビームによって照明されている空間光変調器のピクセルの数のうちの一方又は両方との間の既知の関係性又は求めることができる関係性を使用することによって、対象物の縦方向座標を求めるように適合されている、実施の形態の１から２１のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態２３：各ピクセルを通過する光ビームの前記の一部の少なくとも１つの光学特性を変更するピクセルの性能は、光ビームのスペクトル特性に、特に光ビームの色のスペクトル特性に依存している、実施の形態１から２２のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態２４：評価装置は、異なるスペクトル特性を有している光ビームの成分に信号成分を割り当てるように適合されている、実施の形態２３に記載の光学検出器。
実施の形態２５：評価装置は、異なるスペクトル特性を有している光ビームの成分に割り当てられている信号成分同士を比較することによって、特に、異なる波長を有している光ビームの成分に割り当てられている信号成分同士を比較することによって光ビームの色を求めるように適合されている、実施の形態２３又は２４に記載の光学検出器。
実施の形態２６：複数のピクセルから成るマトリクスは、異なるスペクトル特性を有している、有利には異なる色を有している複数のピクセルを含んでおり、評価装置は、異なるスペクトル特性を有している各ピクセルに信号成分を割り当てるように適合されている、実施の形態２３から２５のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態２７：変調装置は、第１の色を有しているピクセルを第２の色を有しているピクセルとは異なるやり方で制御するように適合されている、実施の形態２６に記載の光学検出器。
実施の形態２８：少なくとも１つの光学センサは、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つの大面積光学センサを含んでいる、実施の形態１から２７のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態２９：大面積光学センサはセンサ領域を有しており、センサ信号はセンサ領域の全ての部分に対して一様なセンサ信号である、実施の形態２８に記載の光学検出器。
実施の形態３０：センサ領域は、少なくとも２５ｍｍ２の、有利には少なくとも１００ｍｍ２の、より有利には少なくとも４００ｍｍ２の大きさの１つの感応領域を有している、実施の形態２９に記載の光学検出器。
実施の形態３１：少なくとも１つの光学センサは、少なくとも部分的に透過性の少なくとも１つの光学センサを含んでおり、それによって、光ビームは少なくとも部分的に透過性の光学センサを通過することができる、実施の形態１から３０のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態３２：少なくとも１つの光学センサは、少なくとも２つの光学センサから成るスタックを含んでいる、実施の形態１から３２のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態３３：スタックにおける複数の光学センサのうちの少なくとも１つは、少なくとも部分的に透過性の光学センサである、実施の形態３２に記載の光学検出器。
実施の形態３４：スタックにおける複数の光学センサのうちの少なくとも１つは、複数の感光性ピクセルを有している画素化光学センサである、実施の形態３２又は３３に記載の光学検出器。
実施の形態３５：画素化光学センサは無機画素化光学センサ、有利にはＣＣＤチップ又はＣＭＯＳチップである、実施の形態３４に記載の光学検出器。
実施の形態３６：画素化光学センサはカメラチップ、有利にはフルカラーカメラチップである、実施の形態３４又は３５に記載の光学検出器。
実施の形態３７：画素化光学センサは、スタックの、空間光変調器から最も離れている位置に配置されている、実施の形態３４から３６のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態３８：画素化光学センサは色に対して感度を有している、実施の形態３４から３７のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態３９：画素化光学センサはフルカラー撮像センサである、実施の形態３８に記載の光学検出器。
実施の形態４０：少なくとも１つの光学センサは少なくとも１つのセンサ領域を有しており、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明に依存しており、照明の総出力が等しい場合、センサ信号はセンサ領域における光ビームの幅に依存しており、評価装置は有利には、センサ信号を評価することによって幅を求めるように適合されている、実施の形態１から３９のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態４１：少なくとも１つの光学センサは少なくとも２つの光学センサを含んでおり、評価装置は、少なくとも２つの光学センサのセンサ領域において光ビームの幅を求めるように適合されており、更に、評価装置は、それらの幅を評価することによって、光学検出器に向かって伝播する光ビームの起点となる対象物の縦方向位置についての情報の少なくとも１つの項目を生成するように適合されている、実施の形態４０に記載の光学検出器。
実施の形態４２：光学センサのセンサ信号は、更に、光ビームの変調周波数に依存している、実施の形態４０又は４１に記載の光学検出器。
実施の形態４３：少なくとも１つの光学センサは、少なくとも１つの半導体検出器を含んでいる、実施の形態１から４２のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態４４：半導体検出器は、少なくとも１種の有機材料を含んでいる有機半導体検出器である、実施の形態４３に記載の光学検出器。
前記半導体検出器は、有機太陽電池、色素太陽電池、色素増感太陽電池、固体色素太陽電池、固体色素増感太陽電池から成る群から選択されている、実施の形態４３又は４４に記載の光学検出器。
実施の形態４６：少なくとも１つの光学センサは、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１種のｎ型半導体金属酸化物と、少なくとも１種の色素と、少なくとも１種のｐ型半導体有機材料、有利には固体ｐ型半導体有機材料と、少なくとも１つの第２の電極と、を備えている層構造を有している少なくとも１つの光学センサを含んでいる、実施の形態１から４５のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態４７：第１の電極及び第２の電極の両電極は透明である、実施の形態４６に記載の光学検出器。
実施の形態４８：光学検出器は、更に、光学検出器に光を供給するように適合されている少なくとも１つの伝送装置を含んでいる、実施の形態１から４７のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態４９：伝送装置は、空間光変調器及び光学センサのうちの１つ以上に光を焦点合わせする及び／又は視準するように適合されている、実施の形態４８に記載の光学検出器。
実施の形態５０：伝送装置は、レンズ、フォーカシングミラー、デフォーカシングミラー、反射器、プリズム、光学フィルタ、絞りから成る群から選択された１つ以上の装置を含んでいる、実施の形態４８又は４９に記載の光学検出器。
実施の形態５１：空間光変調器は異なる色の複数のピクセルを含んでおり、評価装置は、それらの異なる色に信号成分を割り当てるように適合されている、実施の形態１から５０のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態５２：空間光変調器は反射型空間光変調器であり、光学センサは少なくとも１つの透過型光学センサを含んでおり、光学検出器は、光ビームが空間光変調器に到達する前に透過型光学センサを通過するように構成されており、空間光変調器は光ビームを再び光学センサに向かって少なくとも部分的に反射させるように適合されている、実施の形態１から５１のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態５３：光学検出器は、光ビームの１つのビーム路を少なくとも２つの部分ビーム路に分割するように適合されている少なくとも１つのビーム分割素子を含んでいる、実施の形態１から５２のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態５４：ビーム分割素子は、空間光変調器、ビーム分割プリズム、格子、半透鏡、ダイクロイックミラーから成る群から選択された少なくとも１つの素子を含んでいる、実施の形態５３に記載の光学検出器。
実施の形態５５：ビーム分割素子は空間光変調器を含んでいる、実施の形態５３又は５４に記載の光学検出器。
実施の形態５６：空間光変調器は反射型空間光変調器である、実施の形態５５に記載の光学検出器。
実施の形態５７：少なくとも１つの光学センサが各部分ビーム路内に配置されている、実施の形態５３から５６のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態５８：複数の光学センサから成る少なくとも１つのスタックが、複数ある部分ビーム路のうちの少なくとも１つのビーム路内に配置されている、実施の形態５７に記載の光学検出器。
実施の形態５９：少なくとも１つの非透過型光学センサが、複数ある部分ビーム路のうちの少なくとも１つのビーム路内に配置されている、実施の形態５７又は５８に記載の光学検出器。
実施の形態６０：複数の光学センサから成るスタックは、複数ある部分ビーム路の第１の部分ビーム路内に配置されており、非透過型光学センサは、複数ある部分ビーム路の第２の部分ビーム路内に配置されている、実施の形態５８又は５９に記載の光学検出器。
実施の形態６１：空間光変調器は、複数ある部分ビーム路のうちの第１の部分ビーム路内に配置されている、実施の形態６０に記載の光学検出器。
実施の形態６２：複数の光学センサから成るスタックは、少なくとも１つの大面積光学センサを含んでいる、実施の形態６０又は６１に記載の光学検出器。
実施の形態６３：非透過型光学センサは画素化光学センサ、有利には無機画素化光学センサ、より有利にはカメラチップ、最も有利にはＣＣＤチップ及びＣＭＯＳチップのうちの少なくとも一方である、実施の形態６０から６２のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態６４：ビーム分割素子は、異なる強度を有している少なくとも２つの部分に光ビームを分割するように適合されている、実施の形態５３から６３のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態６５：ビーム分割素子は、光ビームを第１の部分ビーム路に沿って伝播する第１の部分と、少なくとも１つの第２の部分ビーム路に沿って伝播し、且つ、第１の部分よりも高い強度を有している少なくとも１つの第２の部分と、に分割するように適合されている、実施の形態６４に記載の光学検出器。
実施の形態６６：光学検出器は、少なくとも１つの撮像装置、有利には無機撮像装置、より有利にはＣＣＤチップ及び／又はＣＭＯＳチップを含んでおり、少なくとも１つの撮像装置は第１の部分ビーム路内に配置されている、実施の形態６５に記載の光学検出器。
実施の形態６７：第１の部分は、第２の部分の１／２の強度よりも低い強度を有している、実施の形態６５又は６６に記載の光学検出器。
実施の形態６８：ビーム分割素子は偏光選択性ビーム分割素子、有利には偏光ビームスプリッタキューブである、実施の形態５３から６７のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態６９：光学検出器は、部分ビーム路に沿って伝播する部分光ビームをビーム分割素子に向かって後方反射させるように適合されており、ビーム分割素子は部分ビームを再結合させ共通の光ビームを形成するように適合されている、実施の形態５３から６８のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態７０：光学検出器は、共通の光ビームを少なくとも１つの光学センサへと、有利には少なくとも１つのＦｉＰセンサへと、より有利には複数の光学センサから成るスタックへと供給するように適合されている、実施の形態６９に記載の光学検出器。
実施の形態７１：光学検出器は少なくとも２つの空間光変調器を含んでおり、少なくとも２つの空間光変調器は異なる部分ビーム路内に配置されている、実施の形態５３から７０のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態７２：光学検出器は、空間光変調器を通過する部分光ビームを再結合させ、共通の光ビームを形成するように適合されている、実施の形態７１に記載の光学検出器。
実施の形態７３：光学検出器は少なくとも１つの画像、有利には２Ｄ画像を取得するように適合されており、光学検出器は、有利には少なくとも１つの評価装置は、画像内の少なくとも２つの領域を規定し、空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスの対応するスーパーピクセルを、それらの領域のうちの少なくとも１つの領域に、有利には各領域に割り当てるように適合されている、実施の形態１から７２のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態７４：光学検出器は、少なくとも１つの画像を取得するための少なくとも１つの画素化光学センサ、有利には少なくとも１つの無機画素化光学センサ、より有利にはＣＣＤセンサ及びＣＭＯＳセンサのうちの少なくとも一方を含んでいる、実施の形態７３に記載の光学検出器。
実施の形態７５：光学検出器は、有利には少なくとも１つの評価装置は、少なくとも１つの画像認識アルゴリズムを使用することによって画像内の少なくとも２つの領域を規定するように適合されている、実施の形態７３又は７４に記載の光学検出器。
実施の形態７６：少なくとも１つの画像認識アルゴリズムは、コントラスト、色又は輝度のうちの少なくとも１つの境界を認識することによって少なくとも２つの領域を規定するように適合されている、実施の形態７５に記載の光学検出器。
実施の形態７７：少なくとも１つの画像認識アルゴリズムは、Ｆｅｌｚｅｎｓｚｗａｌｂの効率グラフベースのセグメンテーション；クイックシフト画像セグメンテーション；ＳＬＩＣ−Ｋ−Ｍｅａｎｓベースの画像セグメンテーション；エナジー駆動サンプリング；エッジ検出アルゴリズム、例えばキャニーアルゴリズム；ミーンシフトアルゴリズム、例えばカムシフトアルゴリズム；輪郭抽出アルゴリズム；エッジ、リッジ、コーナー、ブロブ又はフィーチャの検出；次元削減；テクスチャ分類；テクスチャセグメンテーションから成る群から選択されている、実施の形態７５又は７６に記載の光学検出器。
実施の形態７８：少なくとも１つの画像認識アルゴリズムは画像内の対象物を認識するように適合されている、実施の形態１から７７のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態７９：光学検出器は、有利には少なくとも１つの評価装置は、複数のピクセルから成るマトリクスにおいて特定のスーパーピクセルに属している特定のピクセルを通過した光ビームの各成分が続けて、少なくとも２つの領域においてその特定のスーパーピクセルに対応している特定の領域に入射するように、空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスのスーパーピクセルが少なくとも１つの領域に、又はそれどころか各領域に割り当てられるように適合されている、実施の形態７３から７９のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態８０：光学検出器は、有利には少なくとも１つの評価装置は、少なくとも１つの第１の変調周波数をスーパーピクセルの少なくとも１つの第１のスーパーピクセルに割り当て、また、第１の変調周波数とは異なる少なくとも１つの第２の変調周波数をスーパーピクセルの少なくとも１つの第２のスーパーピクセルに割り当てるように適合されており、少なくとも１つの変調装置は、第１のスーパーピクセルのピクセルを少なくとも１つの第１の変調周波数で周期的に制御するように、また、第２のスーパーピクセルのピクセルを少なくとも１つの第２の変調周波数で周期的に制御するように適合されている、実施の形態７３から７９のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態８１：光学検出器は、有利には少なくとも１つの評価装置は、少なくとも１つの領域に関するｚ座標を、有利には各領域に関するｚ座標を個別に求めるように適合されている、実施の形態７３から８０のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態８２：光学検出器の少なくとも１つの光学センサは少なくとも１つのセンサ領域を有しており、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明に依存しており、照明の総出力が等しい場合、センサ信号はセンサ領域における光ビームの幅に依存しており、評価装置は、センサ信号を周波数選択的に個別に評価することによって、少なくとも１つの領域に関するｚ座標を、有利には各領域に関するｚ座標を求めるように適合されている、実施の形態８１に記載の光学検出器。
実施の形態８３：少なくとも１つの光学センサは、スタック内に配置されている少なくとも２つの光学センサを含んでいる、実施の形態８２に記載の光学検出器。
実施の形態８４：光学検出器は、光ビームの１つのビーム路を少なくとも２つの部分ビーム路に分割させるように適合されている少なくとも１つのビーム分割素子を含んでおり、少なくとも１つのセンサ領域を有している少なくとも１つの光学センサは、複数あるビーム路のうちの第１の部分ビーム路内に配置されており、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明に依存しており、また、センサ信号は、照明の総出力が等しい場合、センサ領域における光ビームの幅に依存しており、少なくとも１つの画像を取得するための少なくとも１つの画素化光学センサは、有利には少なくとも１つの無機画素化光学センサは、より有利にはＣＣＤセンサ及び／又はＣＭＯＳセンサのうちの少なくとも一方は、複数あるビーム路のうちの第２の部分ビーム路内に配置されている、実施の形態８２又は８３に記載の光学検出器。
実施の形態８５：光学検出器は、有利には少なくとも１つの評価装置は、画像内の少なくとも２つの領域を反復的に洗練するように適合されている、実施の形態７３から８４のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態８６：光学検出器は、少なくとも１つの画像における少なくとも１つの対象物を検出するように適合されており、且つ、光学検出器は、一連の画像内の対象物を追跡及び／又は追従するように適合されている、実施の形態７３から８５のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態８７：光学検出器は、少なくとも１つの対象物を画像内の１つの領域に割り当てるように適合されている、実施の形態８６に記載の光学検出器。
実施の形態８８：光学検出器は、有利には少なくとも１つの評価装置は、空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスの少なくとも１つのスーパーピクセルを、少なくとも１つの対象物に対応する少なくとも１つの領域に割り当てるように適合されている、実施の形態８７に記載の光学検出器。
実施の形態８９：光学検出器は、一連の画像の各画像に関する少なくとも１つのスーパーピクセルの割り当てを調整するように適合されている、実施の形態８８に記載の光学検出器。
実施の形態９０：光学検出器は、画像内で第１の照度を有している、例えば第１の平均照度を有している少なくとも１つの第１の領域を検出するように適合されており、光学検出器は更に、画像内で第１の照度よりも低い第２の照度を有している、例えば第２の平均照度を有している少なくとも１つの第２の領域を検出するように適合されており、第１の領域は少なくとも１つのスーパーピクセルに割り当てられており、第２の領域は少なくとも１つの第２のスーパーピクセルに割り当てられており、光学検出器は更に、少なくとも１つの第１の変調周波数で第１のスーパーピクセルのピクセルを変調させるように適合されており、光学検出器は更に、第１の変調周波数よりも低い少なくとも１つの第２の変調周波数で第２のスーパーピクセルのピクセルを変調させるように適合されている、実施の形態７３から８９のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態９１：光学検出器は複数の光学センサから成る少なくとも１つのスタックを含んでおり、光学検出器は、当該光学検出器の視野内のシーンの３次元画像を取得するように適合されている、実施の形態１から９０のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態９２：スタックの各光学センサは異なるスペクトル特性を有している、実施の形態９１に記載の光学検出器。
実施の形態９３：スタックは、第１の分光感度を有している少なくとも１つの第１の光学センサと、第１の分光感度とは異なる第２の分光感度を有している少なくとも１つの第２の光学センサと、を含んでいる、実施の形態９２に記載の光学検出器。
実施の形態９４：スタックは、相互に異なるスペクトル特性を有している光学センサを交番的に含んでいる、実施の形態９２又は９３に記載の光学検出器。
実施の形態９５：光学検出器は、相互に異なるスペクトル特性を有してい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３Ｄ画像、有利にはフルカラー３Ｄ画像を取得するように適合されている、実施の形態９２から９４のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態９６：光学検出器は、更に、少なくとも１回の飛行時間測定を実行することによって、少なくとも１つの対象物と光学検出器との間の少なくとも１つの距離を検出するように適合されている少なくとも１つの飛行時間検出器を含んでいる、実施の形態１から９５のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態９７：光学検出器は、更に、少なくとも１つの能動的な距離センサを含んでおり、能動的な距離センサは、対象物から能動的な光学センサに向かって伝播する光ビームによって照明されるとセンサ信号を生成するように適合されている少なくとも１つの能動的な光学センサを有しており、センサ信号は、照明の総出力が等しい場合、照明の幾何学的形状に依存しており、能動的な距離センサは、更に、対象物を照明するための少なくとも１つの能動的な照明源を含んでいる、実施の形態１から９６のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態９８：空間光変調器は少なくとも１つの反射型空間光変調器を含んでおり、光学検出器は、更に、反射型空間光変調器をプロジェクタとして付加的に使用するように適合されている、実施の形態１から９７のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態９９：光学検出器は、検出器によって捕捉されたシーン内の生物の少なくとも一方の目を検出するように、有利には追跡するように適合されている、実施の形態１から９８のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態１００：光学検出器は、少なくとも一方の目の少なくとも１つの縦方向座標を求めるように適合されている、実施の形態９９に記載の光学検出器。
実施の形態１０１：少なくとも１つの光学センサは、複数のセンサピクセルから成る少なくとも１つのアレイを、有利には２×Ｎ個（但しＮは整数）のセンサピクセルを有しているアレイを含んでいる、実施の形態１から１００のいずれか１つに記載の光学検出器。
実施の形態１０２：少なくとも１つの対象物の位置を求めるための検出器システムであって、検出器システムは、実施の形態１から１０１のいずれか１つに記載の光学検出器を少なくとも１つ含んでおり、検出器システムは、更に、少なくとも１つの光ビームを光学検出器に向けるように適合されており、且つ、対象物に取り付け可能及び／又は対象物によって保持可能及び／又は対象物に組み込み可能である少なくとも１つのビーコン装置を含んでいる。
実施の形態１０３：ビーコン装置は、少なくとも１つの照明源を含んでいる、実施の形態１０２に記載の検出器システム。
実施の形態１０４：ビーコン装置は、対象物から独立した照明源によって生成された一次光ビームを反射するように適合されている少なくとも１つの反射装置を含んでいる、実施の形態１０２又は１０３に記載の検出器システム。
実施の形態１０５：検出器システムは、少なくとも２つのビーコン装置、有利には少なくとも３つのビーコン装置を含んでいる、実施の形態１０２から１０４のいずれか１つに記載の検出器システム。
実施の形態１０６：検出器システムは、更に、少なくとも１つの対象物を含んでいる、実施の形態１０２から１０５のいずれか１つに記載の検出器システム。
実施の形態１０７：対象物は硬質の物体である、実施の形態１０２から１０６のいずれか１つに記載の検出器システム。
実施の形態１０８：対象物は、スポーツ用品、有利には、ラケット、クラブ、バットから成る群から選択されたスポーツ用品；衣料品；帽子；靴から成る群から選択されている、実施の形態１０６又は１０７に記載の検出器システム。
実施の形態１０９：ユーザとマシンとの間で情報の少なくとも１つの項目を交換するためのヒューマンマシンインタフェースであって、ヒューマンマシンインタフェースは、検出器システムに関する上記の実施の形態のうちのいずれか１つに記載の検出器システムを少なくとも１つ含んでおり、少なくとも１つのビーコン装置は、ユーザに直接的又は間接的に取り付けられるように、及び／又は、ユーザによって保持されるように適合されており、ヒューマンマシンインタフェースは、検出器システムによってユーザの少なくとも１つの位置を求めるように設計されており、且つ、情報の少なくとも１つの項目に位置を割り当てるように設計されている。
実施の形態１１０：少なくとも１つのエンターテイメント機能を実行するためのエンターテイメントデバイスであって、エンターテイメントデバイスは、前記の実施の形態によるヒューマンマシンインタフェースを少なくとも１つ含んでおり、エンターテイメントデバイスは、ヒューマンマシンインタフェースを用いたプレーヤによる情報の少なくとも１つの項目の入力を可能にするように設計されており、エンターテイメントデバイスは、前記の情報に応じてエンターテイメント機能を変更するように設計されている。
実施の形態１１１：可動の少なくとも１つの対象物の位置を追跡するためのトラッキングシステムであって、トラッキングシステムは、検出器システムに関する上記の実施の形態のうちのいずれか１つに記載の検出器システムを少なくとも１つ含んでおり、トラッキングシステムは、更に、少なくとも１つのトラックコントローラを含んでおり、トラックコントローラは、特定の複数の時点において対象物の一連の位置を追跡するように適合されている。
実施の形態１１２：少なくとも１つの対象物を撮像するためのカメラであって、カメラは、検出器に関する上記の実施の形態のうちのいずれかに記載の光学検出器を少なくとも１つ含んでいる。
実施の形態１１３：特に少なくとも１つの対象物の位置を求めるための、光学検出方法であって、以下のステップを備えている：
−各ピクセルを通過する光ビームの一部の少なくとも１つの光学特性を個別に変更するために各々が制御可能である複数のピクセルから成るマトリクスを有している少なくとも１つの空間光変調器を使用して、空間分解式に光ビームの少なくとも１つの特性を変更するステップ；
−少なくとも１つの光学センサを使用して、空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスを通過した後の光ビームを検出し、少なくとも１つのセンサ信号を生成するステップ；
−少なくとも１つの変調装置を使用して、複数あるピクセルのうちの少なくとも２つのピクセルを異なる周波数で周期的に制御するステップ；
−少なくとも１つの評価装置を使用して、周波数解析を実行し、制御周波数に関してセンサ信号の信号成分を求めるステップ。
−各ピクセルを通過する光ビームの一部の少なくとも１つの光学特性を個別に変更するために各々が制御可能である複数のピクセルから成るマトリクスを有している少なくとも１つの空間光変調器を使用して、空間分解式に光ビームの少なくとも１つの特性を変更するステップ；
−少なくとも１つの光学センサを使用して、空間光変調器の複数のピクセルから成るマトリクスを通過した後の光ビームを検出し、少なくとも１つのセンサ信号を生成するステップ；
−少なくとも１つの変調装置を使用して、複数あるピクセルのうちの少なくとも２つのピクセルを異なる周波数で周期的に制御するステップ；
−少なくとも１つの評価装置を使用して、周波数解析を実行し、制御周波数に関してセンサ信号の信号成分を求めるステップ。
実施の形態１１４：光学検出器に関する上記の実施の形態のうちの１つに記載の光学検出器を使用する、実施の形態１１３に記載の方法。
実施の形態１１５：交通技術における位置測定；エンターテイメントの用途；セキュリティに関連する用途；ヒューマンマシンインタフェースの用途；トラッキングの用途；写真撮影の用途；少なくとも１つ空間のマップを作製するためのマッピングの用途；モバイルの用途；ウェブカム；コンピュータ周辺装置；ゲーミングの用途；カメラ又はビデオの用途；安全性に関連する用途；監視の用途；自動車の用途；輸送の用途；医療の用途；スポーツの用途；マシンビジョンの用途；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；地図作製の用途；製造の用途；少なくとも１つの飛行時間検出器との組み合わせにおける使用；ローカルポジショニングシステムにおける用途；グローバルポジショニングシステムにおける用途；ランドマークを基礎とする測位システムにおける用途；インドアナビゲーションシステムにおける用途；アウトドアナビゲーションシステムにおける用途；家庭内アプリケーションにおける用途；ロボットの用途；自動ドア開閉装置における用途；光通信システムにおける用途、特に可視光通信システムにおける用途、即ち可視光の使用を基礎とする通信システムにおける用途、から成る群から選択された使用を目的とした、光学検出器に関する上記の実施の形態のうちのいずれか１つに記載の光学検出器の使用。
本発明の更なるオプションの詳細及び特徴は、従属請求項に関連して下記に記載する有利な実施例の説明から明らかになる。このコンテキストにおいて、特定の特徴を単独で実現しても良いし、種々に組み合わせて実現しても良い。本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。実施例は図面において概略的に描かれている。個々の図面における同一の参照番号は、同一の構成要素又は同一の機能を有する構成要素、又は、機能面に関して相互に対応している構成要素を表す。
図１には、光学検出器１１０の実施例及び検出器システム１１２の実施例が示されている。光学検出器１１０は、少なくとも１つの空間光変調器１１４と、少なくとも１つの光学センサ１１６と、少なくとも１つの変調装置１１８と、少なくとも１つの評価装置１２０と、を含んでいる。検出器システム１１２は、少なくとも１つの光学検出器１１０の他に、少なくとも１つのビーコン装置１２２を含んでおり、このビーコン装置１２２は、対象物１２４に取り付け可能及び／又は対象物１２４によって保持可能及び／又は対象物１２４に組み込み可能である。この実施の形態において、光学検出器１１０は更に１つ以上の伝送装置１２６を、例えば１つ以上のレンズを、有利には１つ以上のカメラレンズを含んでいる。図１に示されている実施例において、空間光変調器１１４、光学センサ１１６及び伝送装置１２６は、光軸１２８に沿ってスタック状に配置されている。光軸１２８は、縦軸又はｚ軸を規定しており、その場合、光軸１２８に直交する平面はｘ−ｙ平面を規定している。従って図１においては座標系１３０が示されており、この座標系１３０は光学検出器１１０の座標系であると考えられ、またこの座標系１３０において、完全に又は部分的に、対象物１２４の位置及び／又は向きに関する情報の少なくとも１つの項目を求めることができる。
図１に示されている実施例における空間光変調器１１４は、図示されているような透過型空間光変調器であっても良いし、非透過型の空間光変調器１１４、例えば反射型空間光変調器１１４であっても良い。更なる詳細については、考えられる上述の実施の形態を参照されたい。空間光変調器は、複数のピクセル１３４から成るマトリクス１３２を含んでおり、それらのピクセル１３４は有利には個別に制御可能であり、この個別の制御によって各ピクセル１３４を通過する光ビーム１３６の一部の少なくとも１つの光学特性が個別に変更される。図１に示されている例示的且つ概略的な実施の形態においては、光ビームが参照番号１３６によって示唆されており、また、この光ビームを１つ以上のビーコン装置１２２によって放出及び／又は反射することができる。一例として、ピクセル１３４を透明な状態又は不透明な状態に切り替えることができる、及び／又は、ピクセルの透過率を２つ以上の透明な状態間で切り替えることができる。反射型及び／又はその他のいずれかのタイプの空間光変調器１１４が使用される場合には、その他のタイプの光学特性を切り替えることができる。図１に示されている実施の形態においては、４つのピクセルが照明されており、これによって、光ビーム１３６は４つの部分に分割され、各部分は異なるピクセル１３４を通過する。従って、光ビームの一部の光学特性を、各ピクセルの状態を制御することによって個別に制御することができる。
変調装置１１８は、マトリクス１３２の複数のピクセル１３４を、有利には全てのピクセル１３４を個別に制御するように構成されている。つまり、図１の実施例に示されているように、各ピクセル１３４を異なる変調周波数で制御することができ、それらの変調周波数は、便宜上、マトリクス１３２内の各ピクセル１３４の位置によって表されている。従って、ｍ×ｎのマトリクス１３２に対しては、変調周波数ｆ１１〜ｆｍｎが与えられている。上記において概要を述べたように、「変調周波数」という用語は、変調の実際の頻度及び位相のうちの１つ以上を制御できるということを表していると考えられる。
空間光変調器１１４を通過すると、光ビーム１３６は空間光変調器１１４による影響を受けた状態で、１つ以上の光学センサ１１６に到達する。有利には、少なくとも１つの光学センサ１１６は、単一且つ一様なセンサ領域１３８を有している大面積光学センサであっても良いし、そのような大面積光学センサを含んでいても良い。ビーム伝播特性に起因して、光ビーム１３６は光軸１２８に沿って伝播する際に、ビーム幅ｗが変化する。
少なくとも１つの光学センサ１１６は、少なくとも１つのセンサ信号Ｓを生成し、このセンサ信号Ｓは、図１に示されている実施の形態においては、参照符号Ｓ１及びＳ２によって表されている。少なくとも１つのセンサ信号（図１に示されている実施の形態においてはセンサ信号Ｓ１）が評価装置１２０に供給され、その評価装置１２０において更に復調装置１４０に供給される。復調装置１４０は、一例として、１つ以上の周波数混合器及び／又は１つ以上の周波数フィルタ、例えばローパスフィルタを含むことができ、周波数解析を実行するように構成することができる。一例として、復調装置１４０は、ロックイン装置及び／又はフーリエ解析器を含むことができる。変調装置１１８及び／又は共通の周波数発生器は、更に、変調周波数を復調装置１４０に供給することができる。その結果、変調周波数に関する少なくとも１つのセンサ信号の信号成分を含む周波数解析を提供することができる。図１においては、周波数解析の結果が参照番号１４２によってシンボリックに表されている。一例として、周波数解析の結果１４２は、各変調周波数に関する、即ち変調の頻度及び／又は位相の各々に関する信号成分を表している２次元以上のヒストグラムを含むことができる。
更に、例えば各変調周波数とピクセル１３４との間の一義的な関係性を介して、周波数解析の結果１４２の信号成分を各ピクセル１３４に割り当てるように評価装置１２０を構成することができ、また評価装置１２０は、１つ以上のデータ処理装置１４４及び／又は１つ以上のデータメモリ１４６を含むことができる。従って、各信号成分に関して各ピクセル１３４を求めることができ、また各ピクセル１３４を通過した光ビーム１３６の部分を導出することができる。
従って、大面積光学センサ１１６が使用されるにもかかわらず、ピクセル１３４の変調と信号成分との間の好適で一義的な関係性を使用することによって、周波数解析から種々のタイプの情報を導出することができる。
つまり、第１の例として、照明されている領域又は光点１４８の横方向の位置についての情報（ｘ−ｙ位置）を求めることができる。従って、図１においてシンボリックに示されているように、変調周波数ｆ２３，ｆ１４，ｆ１３及びｆ２４に関して、有意な信号成分が生じる。この実施例によって、照明されているピクセルの位置及び照明の度合いを求めることができる。この実施の形態においては、ピクセル１３，１４，２３及び２４が照明されている。マトリクス１３２内の各ピクセル１３４の位置は一般的に既知であるので、照明の中心がそれらのピクセルのうちのどこかに位置していること、主としてピクセル１３内にあることを導出することができる。特に、多数のピクセル１３４が照明される場合（これは通常のケースである）には、照明のより詳細な解析を実行することができる。つまり、最も大きい振幅を有している信号成分を識別することによって、照明の中心及び／又は照明の半径及び／又は光点１４８のスポットサイズ又はスポット形状を求めることができる。横方向座標を求めるこのオプションは、一般的に、図１においてｘ、ｙで表されている。空間光変調器１１４上での光点１４８の幅を求めるオプションは、ｗ０でシンボリックに表されている。
伝送装置１２６の既知のイメージング特性を使用して、空間光変調器１１４上での光点１４８の横方向すなわち水平方向の位置を求めることによって、対象物１２４及び／又は少なくとも１つのビーコン装置１２２の横方向座標を求めることができる。従って、対象物１２４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ことができる。
更に、（例えば明確に規定された伝播特性を有している光ビーム１３６を放出する１つ以上のビーコン装置１２２を使用することによって）少なくとも光ビーム１３６のビーム特性が既知であるか又は光ビーム１３６のビーム特性を求めることができる場合、ビーム幅ｗ０は一般的に既知であるので、更にビーム幅ｗ０を単独で使用して、又は光学センサ１１６を使用することによって求められるビームウェストｗ１及び／又はｗ２と関連させて使用して、対象物１２４及び／又は少なくとも１つのビーコン装置１２２の縦方向座標（ｚ座標）を求めることができる。これは例えば、国際公開第２０１２／１１０９２４号に開示されている。
少なくとも１つの横方向座標ｘ，ｙのうちの一方又は両方を求めるオプション及び／又は少なくとも１つの縦方向座標ｚを求めるオプションに加えて、又はそれらのオプションの代わりに、周波数解析によって導出された情報を、色情報を導出するために更に使用することができる。従って、以下の詳細な説明において概要を述べるように、ピクセル１３４は異なるスペクトル特性を、特に異なる色を有することができる。つまり、一例として、空間光変調器１１４はマルチカラー又はそれどころかフルカラーの空間光変調器１１４であって良い。従って一例として、少なくとも２つの、有利には少なくとも３つの異なるタイプのピクセル１３４を設けることができ、その場合、ピクセル１３４の各タイプは、例えば赤色、緑色又は青色のスペクトル範囲において高い透過性を示す特定のフィルタ特性を有している。本明細書において使用されているように、赤色のスペクトル範囲という語句は、６００ｎｍ〜７８０ｎｍまでのスペクトル範囲を表し、緑色のスペクトル範囲という語句は、４９０ｎｍ〜６００ｎｍまでのスペクトル範囲を表し、また青色のスペクトル範囲という語句は、３８０ｎｍ〜４９０ｎｍまでのスペクトル範囲を表す。その他の実施の形態、例えば上記のスペクトル範囲とは異なるスペクトル範囲を使用する実施の形態も考えられる。
各ピクセル１３４を識別し、各信号成分を特定のピクセル１３４に割り当てることによって、光ビーム１３６の色成分を求めることができる。従って、異なる透過スペクトルを有している隣接するピクセル１３４における光ビーム１３６の強度がほぼ同一であるという想定のもとで、特にそれらの隣接するピクセル１３４の信号成分を解析することによって、光ビーム１３６の色成分を求めることができる。つまり一般的に、この実施の形態において又はその他の実施の形態において、例えば少なくとも１つの波長を提供することによって、及び／又は、光ビーム１３６の色座標、例えばＣＩＥ色度図を提供することによって、光ビーム１３６に関する色情報の少なくとも１つの項目を導出するように評価装置を構成することができる。
上記において概要を述べたように、対象物１２４及び／又は少なくとも１つのビーコン装置１２２の少なくとも１つの縦方向座標を求めるために、ビームの幅ｗと縦方向座標との間の関係性を、例えば上記の式（３）に記載したガウス光ビームの関係性を使用することができる。この式は、光ビーム１３６の焦点が位置ｚ＝０にあることを想定している。焦点の移動から、即ちｚ軸に沿った座標変換から、対象物１２４の縦方向位置を導出することができる。
空間光変調器１１４の位置におけるビーム幅ｗ０を使用することに加えて、又はそのビーム幅ｗ０を使用する代わりに、少なくとも１つの光学センサ１１６の位置におけるビーム幅ｗを導出しても良い、及び／又は、少なくとも１つの光学センサ１１６の位置におけるビーム幅ｗを、対象物１２４及び／又はビーコン装置１２２の縦方向位置を求めるために使用しても良い。つまり、上記の詳細な説明において概要を述べたように、少なくとも１つの光学センサ１１６のうちの１つ以上を画素化光学センサ１１６とすることができ、これによってピクセルを計数することができ、従って上述の式と同様に、照明されているピクセルの数を求めることができ、ひいてはそれらのピクセルのビーム幅を導出することができる。付加的又は択一的に、１つ以上の光学センサ１１６のうちの少なくとも１つは、上述したような、また国際公開第２０１２／１１０９２４号に詳細に開示されているようなＦｉＰセンサであっても良い。従って、照明の総出力が等しければ、信号Ｓは光学センサ１１６上の各光点１４８のビーム幅ｗに依存していると考えられる。この効果を、光ビーム１３６の変調によって、空間光変調器１１４によって、及び／又は、その他のいずれかの変調装置によって表すことができる。この変調は、変調装置１１８によって行われる変調と同一であっても良い、及び／又は、それとは異なる変調、例えばより高い周波数での変調であっても良い。従って、一例として、少なくとも１つのビーコン装置１２２によって放出及び／又は反射される少なくとも１つの光ビーム１３６を変調させることができる。つまり、一例として、少なくとも１つのビーコン装置１２２は、個別に変調させることができる少なくとも１つの照明源を含むことができる。
ＦｉＰ効果に起因して、信号Ｓ１及び／又は信号Ｓ２はそれぞれビーム幅ｗ１又はｗ２に依存していると考えられる。従って、例えば上記の式（３）を使用することによって、光ビーム１３６のビームパラメータを、例えばｚ０及び／又はｚ軸の原点（ｚ＝０）を導出することができる。図１においてシンボリックに表されているように、それらのパラメータから、対象物１２４及び／又は複数あるビーコン装置１２２のうちの１つ以上の縦方向座標ｚを導出することができる。
図２には、変調装置１１８の構造及び復調装置１４０の構造がシンボリックに示されており、これらの装置によって、ｍ×ｎのマトリクス１３２の各ピクセル１３４に関して信号成分（Ｓ１１〜Ｓｍｎによって示唆されている）を分割することができる。つまり、マトリクス１３２全体及び／又はマトリクス１３２の一部に関する変調周波数ｆ１１〜ｆｍｎのセットを生成するように変調装置１１８を構成することができる。上記において概要を述べたように、各変調周波数ｆ１１〜ｆｍｎは、インデクスｉ，ｊ（但しｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）によって表されるピクセル１３４に関する各頻度及び／又は各位相を含むことができる。周波数ｆ１１〜ｆｍｎのセットは、ピクセル１３４を変調するために空間光変調器（ＳＬＭ）１１４に供給され、また復調装置１４０にも供給される。復調装置１４０においては、例えば１つ以上の周波数混合器１５０を使用することによって、変調周波数ｆ１１〜ｆｍｎが同時に又は連続的に、解析すべき各信号Ｓと混合される。続けて、混合された信号を１つ以上の周波数フィルタによって、例えば１つ以上のローパスフィルタ１５２によって、有利には明確に規定されたカットオフ周波数を用いてフィルタリングすることができる。１つ以上の周波数混合器１５０及び１つ以上のローパスフィルタ１５２を含んでいるこの構造は、一般的に、ロックイン解析器において使用されており、また当業者には十分に公知である。
復調装置１４０を使用することによって、信号成分Ｓ１１〜Ｓｍｎを導出することができ、その際、各信号成分はそのインデクスに従い特定のピクセル１３４に割り当てられる。しかしながら、その他のタイプの周波数解析器を、例えばフーリエアナライザを使用できること、及び／又は、例えば異なるチャネルに対して連続的に同一の周波数混合器１５０及び／又は同一のローパスフィルタ１５２を使用することによって、図２に示されている複数の構成要素のうちの１つ以上の組み合わせが可能であることを言及しておく。
上記において概要を述べたように、光学検出器１１０の種々の構造が考えられる。従って、一例として、図１に示されているような光学検出器１１０は、１つまたは複数の光学センサ１１６を含むことができる。複数の光学センサ１１６は同一であっても良いし、異なっていても良い。つまり、一例として、単一の感応領域１３８が設けられている１つ以上の大面積光学センサ１１６を使用することができる。付加的又は択一的に、１つ以上の画素化光学センサ１１６を使用することができる。更に、複数の光学センサ１１６が設けられている場合には、各光学センサ１１６が同一のスペクトル特性を提供しても良いし、異なるスペクトル特性を提供しても良い。例えば、各光学センサ１１６が同一の吸収スペクトルを提供しても良いし、異なる吸収スペクトルを提供しても良い。更に、複数の光学センサ１１６が設けられている場合、複数ある光学センサ１１６のうちの１つ以上は有機光学センサであって良い、及び／又は、複数ある光学センサ１１６のうちの１つ以上は無機光学センサであって良い。有機光学センサと無機光学センサ１１６の組み合わせを使用することもできる。
図３には、一例として、図１に示した構造に類似する、光学検出器１１０及び検出器システム１１２の概略的な構造が示されている。図１においては構造を簡単な斜視図で示したが、図３においては検出器１１０の構造が断面図で示されている。検出器１１０の詳細の大部分については、図１に関連させて上記において説明した、考えられる実施の形態を参照されたい。光学検出器１１０のコンポーネントを、完全に又は部分的に、１つ以上のケーシング１５４内に形成することができる。従って、伝送装置１２６、空間光変調器１１４、少なくとも１つの光学センサ１１６及び評価装置１２０を、完全に又は部分的に同一のケーシング１５４内に含めることができる、及び／又は、完全に又は部分的に別個の複数のケーシング１５４内に含めることができる。
図３に示した構造において、空間光変調器１１４をここでもまた透過型空間光変調器１１４とすることができ、この透過型空間光変調器１１４を伝送装置１２６の後段に、例えばレンズの後段に配置することができる。更に、光学検出器１１０は、大面積光学センサ１５６として形成されている１つ以上の光学センサ１１６を含むことができる。更に、少なくとも１つの光学センサ１１６を、完全に又は部分的に、透過型光学センサ１５８として形成することができる。更に、少なくとも１つの光学センサ１１６を、完全に又は部分的に、有機光学センサ１６０として、有利にはＤＳＣ又はｓＤＳＣとして形成することができる。付加的又は択一的に、少なくとも１つの無機光学センサ１６２を設けることができ、有利には画素化無機光学センサを、より有利にはＣＣＤチップ及び／又はＣＭＯＳチップを設けることができる。更に、少なくとも１つの非透過型光学センサ１６４を設けることもできる。
従って、複数の光学センサ１１６が設けられている場合には、それらの光学センサ１１６は光学センサ１１６のスタックを形成することができ、その場合、複数ある光学センサ１１６のうちの少なくとも１つは完全に又は部分的に、少なくとも部分的に透過性の光学センサ１５８として形成されており、また複数ある光学センサ１１６のうちの少なくとも１つは完全に又は部分的に、非透過性の光学センサ１６４として形成されている。図３に示されているスタック１６６の構造においては、一例として、空間光変調器１１４及び／又は対象物１２４から最も離れて位置するスタック１６６の側に、非透過型光学センサ１６４が配置されており、その非透過型光学センサ１６４と空間光変調器１１４との間には１つ以上の透過型光学センサ１５８が配置されている。透過型光学センサ１５８としての１つ以上の有機光学センサ１６０を、例えば１つ以上の大面積で透過性のＤＳＣ又はｓＤＳＣを使用することによって、また非透過型光学センサ１６４としての無機のカメラチップを、有利にはＣＣＤチップ及び／又はＣＭＯＳチップを、有利にはフルカラーのカメラチップを使用することによって、スタック１６６の上述の構造を容易に形成することができる。従って、図３に示されている光学検出器１１０の構造はカメラ１６８の１つの実施の形態であると考えられ、この実施の形態を、スタック１６６の遠位側にある画素化光学センサ１１６によって、有利には無機画素化カメラチップによって２Ｄ画像を撮影するために使用することができ、また付加的に、図１に関連させて上記において説明したように、信号成分及び／又はビーム幅を評価することによって縦方向情報（ｚ情報）を提供するために使用することができる。これによって、３Ｄカメラ１６８を、有利にはフルカラー３Ｄカメラを実現することができる。
図４においては、検出器１１０、検出器システム１１２及びカメラ１６８の代替的な構造が示されている。従って、上記において説明したように、空間光変調器１１４は透過型空間光変調器１１４であっても良いし、非透過型空間光変調器１１４であっても良い。つまり、一例として、液晶技術を基礎とする空間光変調器１１４を透過型空間光変調器１１４として使用することができる。択一的に、図４に示されているように、マイクロミラー装置を反射型空間光変調器１１４として使用することができ、これによって光軸１２８及び／又は光路が偏向される。一例として、図４に示されている反射型空間光変調器１１４は、マイクロミラーとして形成されている、複数のピクセルから成るマトリクスを有することができ、このマイクロミラーは、光ビーム１３６のそれぞれの部分をスタック１６６の光学センサ１１６に向かって伝送するように、及び／又は、例えば光ビーム１３６のそれらの部分を図４に示されているビームダンプ１７０に向けることによってそれらの部分をブロックするように構成されている。それらの変更箇所を除き、図４の検出器１１０及びカメラ１６８の構造を、そのオプションとしてのヴァリエーションも含めて、図３に関連させて説明した構造と同一のものにすることができる。
図５から図７には、図１から図４の構造の種々の機能が改めて示されており、それらの機能を単独で又は任意の組み合わせで実現することができる。例えば図５には、図３に示したような光学検出器１１０の構造が示されており、この構造においては、スタック１６６内の非透過型光学センサ１６４と、複数の透過型光学センサ１５８との組み合わせが設けられている。つまり、非透過型光学センサ１６４を、対象物１２４（図示せず）の高解像度画像を撮影及び生成するために使用することができる。上記において概要を述べたように、スタック１６６の透過型光学センサ１５８を、付加的な縦方向位置情報（ｚ情報）を生成するために使用することができる。
図６に示されている構造をもとに、図７に示されているパルス方式と関連させて、色認識を更に詳細に説明する。例えば、フルカラー空間光変調器１７２として、例えば複数のピクセルを備えている透過型ＲＧＢ ＴＦＴディスプレイとして形成されている空間光変調器１１４を使用することができる。更に、１つ以上の透過型、半透過型又は非透過型の光学センサ１１６を使用することができ、有利には信号成分を提供することができる大面積光学センサ１５６を使用することができる。信号成分の変調周波数に応じて、即ち、変調の頻度及び／又は位相に応じて、異なる色を有しているピクセル１３４にそれらの信号成分を割り当てるように、評価装置１２０（図示せず）を構成することができる。位相分離のオプションは図７にシンボリックに示されている。図７から見て取れるように、異なる時点ｔにおいて放射を行う、即ち異なる位相φ１，φ２，φ３を有している赤色、緑色及び青色（ｒ，ｇ，ｂ）のピクセル毎に、信号成分Ｓをその位相に応じて分離させることができる。従って、信号成分を評価することによって、光ビーム１３６の色成分を識別することができる。
上記において概要を述べたように、光学検出器１１０、検出器システム１１２及びカメラ１６８を、その他の種々の装置及びシステムにおいて使用することができる。従って、カメラ１６８を撮像のために、特に３Ｄ撮像のために使用することができ、また静止画像及び／又はディジタルビデオクリップのような画像シーケンスを取得するために形成することができる。図８には、一実施例として、検出器システム１１２が示されており、この検出器システム１１２は、少なくとも１つの光学検出器１１０、例えば図１から図６に示した実施の形態のうちの１つ以上に開示されている光学検出器１１０を含んでいる。これに関しては、特に考えられる実施の形態については、上記の説明を参照されたい。更に図８には、少なくとも１つの検出器システム１１２を含んでいるヒューマンマシンインタフェース１７４の実施例が示されており、またそのヒューマンマシンインタフェース１７４を含んでいるエンターテイメントデバイス１７６の実施例も示されている。更に図８には、検出器システム１１２を含んでおり、且つ、少なくとも１つの対象物１２４の位置を追跡するように構成されているトラッキングシステム１７８の１つの実施の形態が示されている。
光学検出器１１０及び検出器システム１１２に関しては、上記の説明を参照されたい。
評価装置１２０を、１つ以上のコネクタ１８０及び／又は１つ以上のインタフェースを介して、光学センサ１１６及び変調装置１１８及び／又は空間光変調器１１４と接続することができる。更に、コネクタ１８０は、センサ信号を生成するための１つ以上の測定装置及び／又は１つ以上のドライバを含むことができる。更に、評価装置１２０を、完全に又は部分的に、光学センサ１１６及び／又はケーシング１５４及び／又は空間光変調器１１４に組み込むことができる。付加的又は択一的に、評価装置１２０を完全に又は部分的に別個の独立した装置として設計することができる。
図８に示されているこの実施例においては、検出すべき対象物１２４をスポーツ用品としてデザインすることができ、及び／又は、検出すべき対象物１２４はコントロールエレメント１８２を形成することができ、対象物１２４の位置及び／又は向きをユーザ１８４によって操作することができる。一例として、対象物１２４はバット、ラケット、クラブ又はその他の何らかのスポーツ用品及び／又は擬似スポーツ用品であっても良いし、それらを含んでいても良い。その他のタイプの対象物１２４も考えられる。更に、ユーザ１８４自身も、その位置が検出されるべき対象物１２４とみなすことができる。一例として、ユーザ１８４が、自身の身体に直接的又は間接的に取り付けて、１つ以上のビーコン装置１２２を携行することができる。
図１の考えられるオプションと関連させて上記において説明したように、ビーコン装置１２２及び／又は対象物１２４のうちの１つ以上の横方向位置及び縦方向位置のうちの１つ以上を求めるように、光学検出器１１０を構成すことができる。付加的又は択一的に、色を識別するように、及び／又は、対象物１２４を撮像するように、光学検出器１１０を構成することができる。有利には検出器１１０の光軸１２８に関して同心に設けられている、ケーシング１５４における開口部１８６は、有利には光学検出器１１０の視野１８８を規定する。
検出器１１０を、少なくとも１つの対象物１２４の位置を求めるように構成することができる。更に、対象物１２４の画像を、有利には３Ｄ画像を取得するように、光学検出器１１０を構成することができる。
上記において概要を述べたように、対象物１２４及び／又はその一部の位置を検出器１１０及び／又は検出器システム１１２を使用して求めることによって、ヒューマンマシンインタフェース１７４を提供し、情報の少なくとも１つの項目をマシン１９０に供給することができる。図８に概略的に示されている実施の形態において、マシン１９０はコンピュータであって良い、及び／又は、コンピュータを有することができる。その他の実施の形態も考えられる。評価装置１２０を、完全に又は部分的に別個の装置として形成することができる、及び／又は、完全に又は部分的にマシン１９０に、例えばコンピュータに組み込むことができる。同一のことが、トラッキングシステム１７８のトラックコントローラ１９２にも当てはまり、トラックコントローラ１９２は、完全に又は部分的に、評価装置１２０及び／又はマシン１９０の一部を形成することができる。
同様に、上記において概要を述べたように、ヒューマンマシンインタフェース１７４はエンターテイメントデバイス１７６の一部を形成することができる。またマシン１９０は、特にコンピュータはエンターテイメントデバイス１７６の一部を形成することができる。従って、ユーザ１８４が対象物１２４として機能することによって、及び／又は、ユーザ１８４が対象物１２４として機能するコントロールエレメント１８２を取り扱うことによって、ユーザ１８４は情報の少なくとも１つの項目を、例えば少なくとも１つの制御コマンドをコンピュータに入力することができ、それによって、エンターテイメント機能を変更することができ、例えばコンピュータゲームの進行を制御することができる。
上記において概要を述べたように、光学検出器１１０は例えば図３の構造において直線的なビーム路を有していても良いし、例えば図４に示されている直角の構造において傾斜されていても良いし、角度付けられていても良いし、分岐されていても良いし、偏向されていても良いし、又は分割されていても良い。更に、光ビーム１３６を各ビーム路又は部分ビーム路に沿って１回だけ単方向性に伝播させても良いし、反復的に双方向性に伝播させても良い。これによって、空間光変調器１１４を完全に又は部分的に、少なくとも１つの光学センサ１１６の手前に、及び／又は、少なくとも１つの光学センサ１１６の後方に配置することができる。
図９においては、光学検出器１１０の代替的な構造が示されており、一般的にこの構造を図３の構造において使用することができる。変調装置１１８及び評価装置１２０並びに対象物１２４及びビーコン装置１２２はこの構造において図示されていないが、例えば図３に示されているように形成することができる。
図９の構造においては、到来する光ビーム１３６が左側から光学検出器１１０に入射して、右側に向かって伝播し、つまり、少なくとも１つのオプションとしての伝送装置１２６を、例えば少なくとも１つのレンズを通過し、また、透過型光学センサ１５８のスタック１６６を初めて通過するが、その際、光ビーム１３６は変調されずにスタック１６６を通過する。続けて、光ビーム１３６は空間光変調器（ＳＬＭ）１１４に入射し、また上記において概要を述べたように、この空間光変調器１１４によって変調される。空間光変調器１１４は、この構造において、光ビーム１３６を反射させて再びスタック１６６へと戻すように構成されている反射型空間光変調器である。従って、反射された光ビーム１３６は、図９において左側に向かって伝播し、スタック１６６に再び入射し、それによって、対象物１２４及び／又はビーコン装置１２２の上述のｚ検出が実現される。
更に、上記において説明したように、光学検出器１１０は、複数の部分ビーム路に分割されているビーム路を有することができる。図１０には、分割されたビーム路構造の第１の実施例が示されている。ここでもまた、光学検出器１１０のみを図示しており、変調装置１１８及び評価装置１２０並びに対象物１２４及びビーコン装置１２２は図示していないが、それらを例えば図３に示されているように形成することができる。
ここでもまた、光ビーム１３６は左側から光学検出器１１０に入射し、少なくとも１つのオプションとしての伝送装置１２６を通過する。続けて、光ビーム１３６は空間光変調器（ＳＬＭ）１１４に入射する。空間光変調器１１４はここでもまた反射型空間光変調器として形成されており、またこのケースにおいては、光ビーム１３６を第１の部分ビーム路１９４及び第２の部分ビーム路１９６の方向へと偏向させるように構成されている。従って、一例として、反射型空間光変調器１１４は、上記において説明したように、マイクロミラーを有している複数のピクセルから成るマトリクスを含むことができ、その場合、入射した光ビーム１３６を第１の部分ビーム路１９４又は第２の部分ビーム路１９６の方向へと偏向させるように各マイクロミラーを構成することができる。これによって、光ビーム１３６を、第１のビーム路１９４に沿って伝播する第１の部分光ビーム１９８と、第２の部分ビーム路１９６に沿って伝播する第２の部分光ビーム２００と、に分割することができる。
各部分ビーム路１９４，１９６は自身の座標系１３０を規定することができ、ここでは光学検出器の構造が既知であるので、それらの部分ビーム路１９４，１９６の座標系１３０を相互に相関付けることができる、及び／又は、光学検出器１１０の共通の座標系１３０に相関付けることができる。
少なくとも２つの部分ビーム路１９４，１９６の各部分ビーム路内に、１つ以上の光学素子を配置することができる。例えば、ビーム路１９４，１９６のＷ字状の構造と称することができる図１０に示されている構造では、光学センサ１１６のスタック１６６が第１の部分ビーム路１９４に配置されている。従って、第１の部分ビーム路１９４を、対象物１２４のｚ検出専用の部分ビーム路にすることができる。第２の部分ビーム路１９６を、撮像専用の部分ビーム路にすることができ、従って、１つ以上の無機光学センサ１６２及び／又は非透過型光学センサ１６４を、例えば１つ以上のカメラチップを含むことができる。つまり一例として、第２の部分ビーム路は、特に撮像センサチップ、例えば少なくとも１つのＣＣＤチップ及び／又はＣＭＯＳチップ、有利には少なくとも１つのフルカラー又はＲＧＢのＣＣＤチップ又はＣＭＯＳチップにおいて、少なくとも１つの画素化撮像センサを含むことができる。
更に、オプションとして、１つ以上の付加的な光学素子２０２，２０４を、第１の部分ビーム路１９４内及び／又は第２の部分ビーム路１９６内に配置することができる。従って一例として、付加的な光学素子２０２，２０４を、部分光ビーム１９８，２００の強度及び／又は焦点及び／又はその他の光学特性を個別に制御するように構成することができる。つまり一例として、１つ以上のシャッタ及び／又は１つ以上の減衰器、例えば１つ以上の絞りを、例えば部分光ビーム１９８，２００の強度を個別に制御するために設けることができる。更に、１つ以上のレンズを付加的な光学素子２０２，２０４内に設けることができる。
図１０の構造においては、空間光変調器１１４自体がビーム分割素子２０６として機能する。付加的又は択一的に、ビーム路２０８を少なくとも１つの第１の部分ビーム路１９４及び少なくとも１つの第２のビーム路１９６に分割するために、その他のビーム分割素子を使用することもできる。従って、図１１には、空間光変調器１１４から独立しているビーム分割素子２０６を有している光学検出器の構造が示されている。図１０及び図１１に関してもやはり、変調装置１１８、評価装置１２０、対象物１２４及びビーコン装置１２２は図示されていないが、それらを例えば図３及び／又は図４に示されているように形成することができる。
図１１においても、光ビーム１３６はやはり左側から光学検出器１１０に入射し、少なくとも１つの伝送装置１２６を通過して、光軸及び／又はビーム路２０８に沿って伝播する。続いて、１つ以上のビーム分割素子２０６によって、例えば１つ以上のプリズム、１つ以上の半透鏡又は１つ以上のダイクロイックミラーによって、光ビーム１３６は、第１の部分ビーム路１９４に沿って伝播する第１の部分光ビーム１９８と、第２の部分ビーム路１９６に沿って伝播する第２の部分光ビーム２００と、に分割される。この実施の形態においては、空間光変調器が、第１の部分光ビーム１９８を光学センサ１１６のスタックに向かって偏向させる反射型空間光変調器として表されている。しかしながら択一的に、図３の構造のように透過型空間光変調器１１４を使用し、それによって、第１の部分ビーム路１９４を直線状にすることもできる。択一的に、図９に示されているような構造を第１の部分ビーム路１９４に対して使用することもできる。
例えば図１１の構造において、第２の部分ビーム路１９６内に、少なくとも１つの非透過型光学センサ１６４を、例えば撮像センサを、より有利にはＣＣＤチップ及び／又はＣＭＯＳチップを、更に有利にはフルカラー又はＲＧＢのＣＣＤチップ又はＣＭＯＳチップを配置することができる。従って、例えば図１１の構造において、第２の部分ビーム路１９６を、ｘ座標及び／又はｙ座標の撮像及び／又は決定専用の部分ビーム路にすることができ、それに対し、第１の部分ビーム路１９４をｚ座標の決定専用の部分ビーム路にすることができ、更には、この実施の形態において又はその他の実施の形態において、ｘ−ｙ検出器を第１の部分ビーム路１９４内に設けることができる。ここでもまた、例えば図１１の構造において、別個の付加的な光学素子２０２，２０４を部分ビーム路１９４，１９６内に設けることができる。
図１２においては、自動車システムでの本発明による光学検出器１１０及び／又は検出器システム１１２の考えられる適用箇所が示されている。考えられる幾つかの用途については、上述の刊行物を参照されたい。
従って図１２においては、自動車システムでの考えられる使用形態の一実施例として、自動車２１０が単純化された斜視図で示されている。ここでは、光学検出器１１０及び／又は検出器システム１１２の考えられる種々の位置が示されており、それらの位置を個別に又は任意の組み合わせで使用することができる。
従って、１つ以上の光学検出器１１０を、例えばレインセンサとしての使用のために、自動車２１０のフロントガラス２１２の領域において、例えばフロントガラス２１２の周囲の種々の位置において、及び／又は、フロントガラス２１２内において使用することができる。
更に、自動車２１０のフロント部分２１４の領域に１つ以上の光学検出器１１０を設けることができる。それらの光学検出器１１０を、ヘッドライト２１６及び／又はバンパ２１８におけるセンサとして使用することができる。同様に、図示していないが、１つ以上の光学検出器１１０をリアバンパに設けることができる、及び／又は、バックライトにおけるセンサとして設けることができる。従って、複数ある光学検出器１１０のうちの１つ以上を、距離センサとして使用することができる、及び／又は、その他の補助用途のために、例えば上述の用途のうちの１つ以上のために使用することができる。つまり一例として、車線逸脱警報を、複数ある光学検出器１１０のうちの１つ以上の考えられる用途としてあげることができる。
更に、１つ以上の光学検出器１１０を、自動車２１０の側方領域２２０に設けることができる。従って、１つ以上の光学検出器を、ドア２２２に設けることができるか、又はドア２２２の近傍に設けることができ、それによって、ドアと固い物体との衝突が回避される。
更に、１つ以上の光学検出器１１０を、自動車２１０の屋根２２４及び／又はリア部分２２６に設けることができる。従って、フロント部分２１４におけるセンサと同様に、リア部分２２６における１つ以上の光学検出器１１０を、例えば駐車支援のための、距離センサとして使用することができる。
図１３及び図１４においては、空間光変調器１１４の複数のピクセル１３４から成るマトリクス１３２を複数のスーパーピクセルへと細分化する際に使用される本発明の別の実施の形態が示されている。図１３には、光学検出器１１０の構造が示されており、これに対し図１４には光学検出器１１０を使用するための方法のフローチャート及び光学検出方法のフローチャートが示されている。いずれの図についても以下において説明する。
この実施例において、光学検出器１１０は一般的に、ハードウェアの面からみると、図１０に示した実施例のように構成されている。従って、構造の詳細については、上記の図１０の説明を参照されたい。つまり、この構造において使用されている分割ビーム路は特にＷ字状の構造である。更に、その他の構造も考えられることを言及しておく。例えば、分割されたビーム路の構造は図１１に示されており、また分割されていないビーム路の構造は図３，４又は９の実施の形態において示されている。
上記において概要を述べたように、光学検出器１１０は、複数の光学センサ１１６から成るスタック１６６を含んでおり、それらの光学センサ１１６は個別に又は共通して、ｚ検出用の、即ち少なくとも１つの対象物１２４の少なくとも１つのｚ座標を求めるための少なくとも１つのＦｉＰセンサ２２８として機能する。この実施の形態においては、スタック１６６は第１の部分ビーム路１９４に配置されている。更に、光学検出器１１０は、例えば第２のビーム路１９６において、イメージセンサ２３０を含んでおり、このイメージセンサ２３０を画素化光学センサ１１６とすることができ、またイメージ検出器又は撮像装置とも称することができる。一例として、また上記において概要を述べたように、イメージセンサ２３０を、１つ以上のＣＣＤセンサ及び／又はＣＭＯＳセンサ、例えばモノクロのＣＣＤセンサ及び／又はＣＭＯＳセンサ、マルチカラーのＣＣＤセンサ及び／又はＣＭＯＳセンサ又はフルカラーのＣＣＤセンサ及び／又はＣＭＯＳセンサとすることができるか、又は、イメージセンサ２３０はそれらのセンサを含むことができる。従って、少なくとも１つのＦｉＰセンサ２２８を使用することによって、光学検出器１１０によって検出された少なくとも１つの対象物１２４の少なくとも１つの縦方向座標又はｚ座標を求めることができ、これに対して、少なくとも１つのイメージセンサ２３０を使用することによって、少なくとも１つの対象物１２４の２Ｄ撮像を実現することができる。
図１３に示されている例示的な構造においては、参照符号Ｏ１及びＯ２によって表されている２つの対象物を含んでいるシーンが光学検出器１１０によって捕捉される。図１４に示されているように、第１の方法ステップ２３２においては、シーンの２Ｄ画像２３４が、少なくとも１つのイメージセンサ２３０を使用して捕捉される。図１４において方法ステップ２３６として表されている後続の方法ステップにおいては、２つ以上の領域が２Ｄ画像２３４において検出される。従って、図１３における対象物Ｏ１及びＯ２に対応して、２つ以上の領域を２Ｄ画像２３４において規定することができ、それらの領域は参照符号Ｒ１及びＲ２によって表されている。更にオプションとして、背景領域を規定することができ、これは参照符号Ｒ０によって表されている。これらの領域を、２Ｄ画像２３４におけるそれぞれの横方向座標又は座標範囲を求めることによって規定することができ、それらの座標はシンボリックに、図１３においては参照符号Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２によって、又は図１４のステップ２３６においては参照符号Ｘ，Ｙによって表されている。従って、イメージセンサ２３０は横方向光学センサとして機能することができる。領域を規定するための考えられる技術については、上述のアルゴリズムを参照されたい。一例として、領域Ｒ１及びＲ２の境界を、強度又は色の勾配を検出することによって検出することができる。図１３に示されているように、それらの領域の検出を、少なくとも１つの評価装置１２０において行うことができ、この評価装置１２０は画像認識及び／又は画像解析のための適切なソフトウェアを備えている少なくとも１つのデータ処理装置を提供することができる。
図１４において参照番号２３８によって表されている後続のステップにおいては、スーパーピクセルが各領域に割り当てられる。このために、２Ｄ画像２３４における領域Ｒ０，Ｒ１及びＲ２に対応している、空間光変調器１１４のピクセル１３４が規定される。従って、既知の伝送特性に基づき、一般的には、光ビーム１３６又は部分光ビーム２００がイメージセンサ２３０の対応するピクセルに入射する前に、光ビーム１３６又は部分光ビーム２００のどの成分がどのピクセル１３４を通過するかは一般的に既知であるか、又はそれを一般的に求めることができる。従って、空間光変調器１１４のピクセルとイメージセンサ２３０との間の、例えば計算された解析的な関係性又は経験的又は半経験的な関係性であって良い既知の又は求めることができる関係性を使用することができる。
図１３において参照符号Ｓ０，Ｓ１及びＳ２で表されているスーパーピクセルを規定することによって、図１３においては参照符号ｆ０，ｆ１及びｆ２によって表されている変調周波数を対応するスーパーピクセルに割り当てることができる。変調周波数をスーパーピクセルに割り当てるステップは、図１４において参照番号２４０で表されている。後続のステップ（図１４におけるステップ２４２）では、スーパーピクセルがその対応する変調周波数で変調される。従って、スーパーピクセルの各ピクセル１３４が、各スーパーピクセルに割り当てられている対応する変調周波数によって変調される。更に、副変調、即ち各スーパーピクセルの細分化を行うこと、並びにその細分化されたスーパーピクセルに対して付加的な変調を行うことも可能である。
更に、図１４のステップ２４４においては、複数あるスーパーピクセルのうちの１つ又は２つ以上又はそれどころか全てのスーパーピクセルのｚ検出が行われる。このために、ＦｉＰセンサ２２８として機能する少なくとも１つの光学センサ１１６が使用される。この光学センサ１１６を、その使用によって縦方向座標が求められることから、縦方向光学センサと称することもできる。従って、一例として、また図１３に示されているように、スタック１６６を使用することができる。スタック１６６の少なくとも１つの信号は、ｚ座標を求めるために、復調周波数としての周波数ｆ０，ｆ１及びｆ２を使用することによって、また、それらの復調周波数に対応する信号成分を個別に評価することによって周波数選択的に復調される。従って、例えば対象物Ｏ１及びＯ２に関するｚ座標Ｚ１及びＺ２を求めることができる。ステップ２３６において生成された横方向座標をステップ２４４において求められた縦方向座標と組み合わせることによって、続くステップ（図１４におけるステップ２４６）において、光学検出器１１０によって捕捉された、例えば複数ある対象物１２４のうちの１つ以上が含まれているシーン又はそのシーンの一部の３Ｄ画像を生成することができる。従って一例として、シーンに含まれている各対象物１２４に関して、又はシーンに含まれている複数ある対象物１２４のうちの１つ以上に関して、横方向座標又は座標範囲Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２を、対応するｚ座標Ｚ１及びＺ２と組み合わせることができ、それによって対象物Ｏ１及びＯ２の３Ｄ座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）及び（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）を生成することができる。ステップ２４４及び／又は２４６をやはり少なくとも１つの評価装置１２０によって実行することができる。
当業者には明らかなように、図１３及び図１４に示されている構造及び方式は、単に、３Ｄ撮像の単純化されたやり方を表しているに過ぎない。より複雑なシーンを光学検出器１１０によって捕捉することができる。更に、図１３において概略的に示されているものよりも複雑な対象物１２４を使用することもでき、例えば、それ自体が複数の部分又は構成要素を含んでいるより複雑な対象物１２４を使用することができる。それらの部分は、少なくとも１つの対象物１２４の構成要素であり、またそれら自体を対象物１２４とみなすことができ、従って、それらの２Ｄ画像を２Ｄ画像２３４内の別個の領域として規定することができる。従って、別個のスーパーピクセルをそれらの対象物の各部分に割り当てることができる。
更に、図１４において参照番号２４８によってシンボリックに表されているように、図１４に示されているプロシージャ全体を又はその一部を反復的に実行することができる。従って一例として、例えば１つのスーパーピクセル内でｚ座標の大きい範囲がステップ２４４において検出された場合には、領域及び／又はスーパーピクセルの洗練を行うことができる。つまり、１つの領域及び／又はスーパーピクセルに関してｚ座標の大きい範囲が検出されるということは、対応する対象物１２４がｚ軸に沿って深度を有していることを示唆していると考えられる。従って、対応する領域及び／又はスーパーピクセルの、複数の領域及び／又はスーパーピクセルへの洗練又は細分化を行うことができる。一例として、球体の対象物Ｏ２に対応する領域Ｒ２を２つ以上の同心の環状領域に細分化して、この球体の対象物の深度を完全に認識することができる。この洗練２４８を、一部のシーン又は全体のシーンに含まれている対象物又は構成要素のうちの１つ以上に対して実施することができる。これによって、検出プロシージャを、単純化された構造及び単純化されたアプローチで、例えば少数の領域及び／又はスーパーピクセルで開始し、それに続いて、シーン内に含まれている１つ、２つ以上又はそれどころか全ての対象物に関して発見されたものを洗練して、より詳細な情報を取得することを１回以上繰り返すことができる。
図１５及び図１６に基づき、例えば本発明による光学検出器１１０を用いて実現される、対象物の追跡の原理を説明する。ここでは例えば、図１３を参照して説明したような構造におけるイメージセンサ２３０を使用して、画像２３４が撮影される。図１５に示されている実施例において、画像は人間の頭部又は顔の画像であると考えられる。図１６に示されている実施の形態において、画像は交通におけるシーン、例えば幹線道路を走行している車両内のフロントカメラの視野にあるシーンであると考えられる。
適切な画像認識アルゴリズムを使用することによって、及び／又は、特別なトレーニングを使用することによって、画像２３４内で１つ以上の対象物を認識することができる。一例として、図１５においては参照符号Ｏ１及びＯ２が付されている目を認識することができる。同様に、図１５においては参照符号Ｏ３が付されている顔面領域を認識することができる。図１６の交通シーンにおいては、種々の車両Ｏ４〜Ｏ６を認識することができる。付加的又は択一的に、道路標識Ｏ７，Ｏ８を認識することができ、例えば制限速度及び／又は幹線沿線の種々の都市までの距離を表す道路標識を認識することができる。それらの各対象物Ｏ１〜Ｏ８を、画像２３４内の対応する領域Ｒ１〜Ｒ８に割り当てることができる。それらの領域を、画像２３４内の種々の形状の単純化された幾何学パターン、例えばボックス、長方形又は正方形としても良い。
図１３を参照しながら上記において説明したように、それらの各領域Ｒ１〜Ｒ８を、空間光変調器１１４の対応するスーパーピクセルに割り当てることができる。従って、画像２３４全体を解析する代わりに、画像解析を対象物Ｏ１〜Ｏ８の追従又は追跡に限定することができる。このために、領域Ｒ１〜Ｒ８に対応するスーパーピクセルを、少なくとも１つの領域に割り当てられた、又はこの実施の形態においては複数の領域Ｒ１〜Ｒ８だけに割り当てられた少なくとも１つの周波数に関するｚ座標を検索することによって追跡することができる。従って、各対象物に関して距離を求めることができる。一連の画像、例えばあるシーンを連続的に捕捉し続けたカメラ動画では、各画像又は複数の画像において、１つ以上の関心対象を検出することができ、その検出に続いて、１つ以上のスーパーピクセルをそれらの対象物に割り当て、また、縦方向光学センサを使用することによって、特にＦｉＰセンサ２２８を使用することによって、それらの対象物だけに関するｚ座標及び／又は距離を求めることができる。
図１７及び図１８においては、光学検出器１１０及び／又はカメラ１６８の代替的な構造が示されている。到来する光ビーム１３６はやはり、図１１に示した構造と同様に、複数の部分光ビームに分割される。図１７の実施の形態においては、カメラ１６８の実施例として使用することもできる光学検出器１１０が図示されている。光学検出器１１０の光軸１２８に沿って伝播する、到来した光ビーム１３６は、主光ビーム２５４から第１の部分光ビーム２５２を分離させるように構成されている、第１のビーム分割素子２５０に入射する。図１１の実施の形態に示されているような撮像装置２５６によって、例えばＣＣＤチップ及び／又はＣＭＯＳチップによって、光ビーム１３６の起点となる対象物を観察するために、第１の部分光ビーム２５２は使用されるので、この第１の部分光ビーム２５２は、主光ビーム２５４に比べて遙かに低い強度を有していると考えられる。一例として、第１の部分光ビーム２５２は、主光ビーム２５４の１／２未満の強度を有していると考えられる。一例として、第１のビーム分割素子２５０は、到来する光ビーム１３６を１０：９０の割合で分割することができる。このために、第１のビーム分割素子２５０の透過率を調整することができる、及び／又は、第１のビーム分割素子の表面領域全体を調整することができる。
第１の部分光ビーム２５２を、種々の光学素子によって変更することができる。一例として、第１の部分ビーム路２５８において、第１のビーム分割素子２５０と撮像装置２５６との間に、少なくとも１つの絞り２６０及び／又は少なくとも１つの伝送装置１２６、例えば少なくとも１つのレンズシステム２６２を配置することができる。その他の実施の形態も考えられる。
主光ビーム２５４は、続けて、光軸１２８に沿って伝播し、第２のビーム分割素子２６４に入射する。一例として、第２のビーム分割素子２６４は、ビームスプリッタキューブ、有利には偏光ビームスプリッタキューブであっても良いし、ビームスプリッタキューブ、有利には偏光ビームスプリッタキューブを含んでいても良い。第２のビーム分割素子２６４は、主光ビーム２５４を、第２の部分ビーム路２６８に沿って伝播する第２の部分光ビーム２６６と、第３の部分ビーム路２７２に沿って伝播する第３の部分光ビーム２７０と、に分割することができる。第２の部分光ビーム２６６は、図１７においてＳＬＭ１／ＤＬＰ１で表されている、第１の空間光変調器１１４に入射する。同様に、第３の部分光ビーム２７０は、図１７においてＳＬＭ２／ＤＬＰ２で表されている、第２の空間光変調器１１４に入射する。第１の空間光変調器及び第２の空間光変調器は、この特別な実施の形態においては、特に反射型空間光変調器であって良く、とりわけＤＬＰ（Ｒ）技術を基礎とする反射型空間光変調器であって良い。その他のタイプの空間光変調器も考えられる。第１の空間光変調器によって、第２の部分光ビーム２６６は第２の部分ビーム路２６８に沿って後方反射され、また第３の部分光ビーム２７０は第３の部分ビーム路２７２に沿って後方反射され、それぞれが後方反射された部分光ビーム２７４及び２７６を形成する。第２のビーム分割素子２６４においては、後方反射された部分光ビーム２７４，２７６が再結合されて、第４の部分ビーム路２８０に沿って光学センサ１１６のスタック１６６に向かって伝播する、共通の光ビーム２７８を形成する。ここで、光学センサ１１６は、光学検出器１１０に向かって伝播する光ビーム１３６の起点となる対象物のｚ座標を求めるための縦方向光学センサとして機能する。
再結合されて共通の光ビーム２７８が形成される前に、部分光ビーム２６６，２７０に対して種々の操作を行うことができる。従って、一般的に、部分光ビーム２６６は、図１７の紙面に直交する偏光を有することができる。第１の１／２波長板２８２を使用することによって、部分光ビーム２６６の偏光を図１７の紙面の向きへと回転させることができる。ＳＬＭ１による後方反射もまた、この部分光ビーム２６６の偏光の向きを回転させることができ、その結果、後方反射された部分光ビーム２７４もまた、図１７の紙面に直交する偏光を有することができる。しかしながら、第１の１／２波長板２８２によって偏光を再び図１７の紙面の向きへと回転させ、続いて、後方反射された部分光ビーム２７４をスタック１６６に向かって伝送させることができる。
同様に、第３の部分光ビーム２７０は、偏光ビームスプリッタキューブ２６４を通過した後に、図１７の紙面に平行な偏光を有している。第２の１／２波長板２８４を通過し、ＳＬＭ２において後方反射されて再度第２の１／２波長板２８４を通過した後に、後方反射された第３の部分光ビーム２７６は、図１７の紙面に直交する偏光を有しており、従って、第２のビーム分割素子２６４によってスタック１６６に向かって偏向される。従って、後方反射された部分光ビーム２７４，２７６はいずれもスタック１６６に向かって偏向され、また共通の光ビーム２７８を形成することができる。
更に、種々のタイプの伝送装置１２６を、例えば少なくとも１つのレンズを、図１７に示されているように、第２の部分ビーム路２６８及び第３の部分ビーム路２７２内に配置することができる。その他の実施の形態も考えられる。
第１の空間光変調器ＳＬＭ１及び第２の空間光変調器ＳＬＭ２を、同じやり方で又は異なるやり方で、部分光ビーム２６６，２７０を変調させるように構成することができる。従って一般的に、例えば図１７の実施の形態のように、複数の空間光変調器１１４が使用される場合には、複数の空間光変調器１１４を同期させて動作させることができる。しかしながら、その他の操作も考えられる。
図１７に示されている構造は種々の利点を含んでいる。従って一般的に、この構造は、撮像装置２５６に必要とされる光の量が典型的には、例えばＦｉＰセンサを使用することによってｚ座標を検出する場合に比べて少なくて済むという事実を利用する。つまり、第１のビーム分割素子２５０を使用することによって、到来する光ビーム１３６の１０％程度のエネルギ又は強度を、撮像装置２５６による利用のために分離させることができる。到来する光ビーム１３６の９０％程度の比較的多くの量の光を、引き続き、縦方向光学センサに向かって、例えばＦｉＰセンサに向かって伝送させることができる。
一般的には、光学検出器１１０に向かって伝播する光ビーム１３６の起点となる対象物のピクチャは、空間光変調器ＳＬＭ１，ＳＬＭ２を用いて、焦点合わせされるべきである。しかしながら、市販の型の反射型空間光変調器の大部分は、例えばＤＬＰ（Ｒ）チップは、一般的に直線的な後方反射を行うようには設計されておらず、その代わりに、所定の角度を付けた後方反射を行うように設計されている。従って、各空間光変調器ＳＬＭ１，ＳＬＭ２において焦点合わせされたピクチャを実現するためには、光軸に直交していない非対称的なレンズシステムの使用が必要になると考えられる。もっとも、これらのオプションも「後方反射」を表す際には含まれるものとする。
図１７の実施の形態に示されている種々の着想を任意のやり方で組み合わせられることを言及しておく。従って、一般的に、少なくとも１つの撮像装置２５６によって撮像を行うために、到来する光ビーム１３６の少量を分離させるという着想を、複数の空間光変調器１１４を使用するという着想から独立して使用することができる、及び／又は、主光ビーム２５４の更になる処理から独立して使用することができる。同様に、完全に又は部分的に透過型又は反射型の空間光変調器１１４であって良い複数の空間光変調器１１４を使用するという着想を、少なくとも１つの撮像装置２６２を使用することによって撮像を行うという着想から独立して使用することができる、及び／又は、空間光変調器ＳＬＭ１，ＳＬＭ２によって部分光ビーム２６６，２７０を再結合させるという着想から独立して使用することができる。更に、種々の付加的な光学素子を、例えば１つ以上の付加的な伝送装置１２６を、図１７の構造に設けることができる。従って、図１７に示されているように、付加的な伝送装置１２６を、例えば付加的なレンズシステムを、スタック１６６の手前に配置することができる。更に、例えば１つ以上の反射防止コーティングを使用することによって、図１７に示されている光学素子は、完全に又は部分的に、無反射特性を有することができる。従って一例として、各１／２波長板２８２，２８４は、伝送装置１２６と同様に、適切な反射防止コーティングを有することができる。更に、図１７の構造の変更点、並びに１つ以上の撮像装置を使用するその他の構造、例えば図１０及び図１１に示されている構造の変更点は、使用することができる撮像装置のタイプを表す。従って一般的に、図１０、図１１及び図１７に示されているＣＣＤ／ＣＭＯＳ装置を、一般的にその他のタイプの撮像装置に、例えば赤外線カメラに、例えばサーモグラフィカメラに置換することができる。つまり、それらの図面に示されている撮像装置の他に、又はそのような撮像装置の代わりに、熱放射を記録するために、及び／又は、深度画像を赤外線情報又は熱情報と組み合わせるために、赤外線カメラを使用することができる。一般的に、波長依存型のビーム分割素子を使用することによって、サーモグラフィカメラを光学システムに組み込むことができる。従って一例として、波長選択型のビーム分割素子を使用することによって、例えば赤外線ビームスプリッタ又はホットプレートを使用することによって、到来する光ビーム１３６から赤外線部分光ビームを分離させることによって、赤外線カメラ又はサーモグラフィカメラを光学検出器１１０に組み込むことができる。光学検出器１１０のこの構造は、一般的に、例えばゲーミングの用途に関して、生体を追跡するために有用であると考えられる。図１０，１１及び１７に関して説明したものと同じ変更を、本発明のその他の構造にも適用することができ、例えば以下において説明する図１８に示す光学検出器１１０の構造にも適用することができる。
図１８には、図１０の光学検出器の構造に変更を加えたものが示されている。従って一般的には、上記の図１０の説明を参照されたい。つまり、図１０のＷ字状の構造を基礎として、図１８の構造は、第１の部分ビーム路１９４及び第２の部分ビーム路１９６内にそれぞれ配置されている付加的な反射素子２８６，２８８を含んでいる。これによって、第１の部分光ビーム１９８及び第２の部分光ビーム２００を、それらの反射素子２８６，２８８によって偏向させることができる。それらの反射素子２８６，２８８は１つ以上のミラーであっても良いし、１つ以上のミラーを含んでいても良い。従って、光学検出器１１０の光学的な構造においては、例えばオプションとしての付加的な光学素子に含まれているようなレンズシステム、例えば参照番号２０２，２０４によって表されている素子は、通常の場合、相当な大きさの空間を必要とする。更に、市販の反射型空間光変調器１１４の大部分は、反射角度が制限されており、またその反射角度も小さい。従って、レンズシステムの非常に近傍における、到来する光ビームのレンズシステムの配置箇所を、スタック１６６の手前及び／又は撮像装置２５６の手前に設けることができるが、このような配置構成は図１０の構造では実現できない。付加的な反射素子２８６，２８８を使用することによって、付加的な光学素子２０２，２０４を配置することを目的とした付加的な空間を、特に縦方向光学センサ、例えばＦｉＰセンサの手前及び／又は撮像装置２５６の手前において得ることができる。
特に、少なくとも１つの反射素子２８６，２８８は、少なくとも１つのミラーを含むことができる。少なくとも１つのミラーは、少なくとも１つの平面鏡であっても良いし、少なくとも１つの平面鏡を含んでいても良い。付加的又は択一的に、少なくとも１つの反射素子２８６，２８８は、１つ以上の曲面鏡も含むことができ、例えば１つ以上の凸面鏡及び／又は凹面鏡を含むこともできる。つまり、１つ以上のレンズを、１つ以上の曲面鏡に置換することができる。従って、光学検出器１１０において１つ以上のレンズを曲面鏡に置換して、付加的な空間を確保することができ、また各反射素子２８６，２８８は、各部分光ビーム１９８，２００を縦方向光学センサスタック１６６上及び／又は撮像装置２５６上で焦点合わせするためのフォーカシング特性を有することができる。
図１９においては、ライトフィールドカメラとして使用することができる光学検出器１１０の概略的な構造が示されている。基本的に、図１９に示されている構造を、図３又は図４に示されている実施の形態のうちの１つ以上又は本明細書に開示されているその他のいずれかの実施の形態のうちの１つ以上に対応させることができる。光学検出器１１０は、少なくとも１つの空間光変調器１１４と、光学センサ１１６のスタック１６６、有利には大面積光学センサ１５６のスタック１６６、より有利には透過型光学センサ１５８のスタック１６６と、を含んでいる。一例として、有機光学センサ１６０、例えば有機太陽電池、特にｓＤＳＣを使用することができる。更に、光学検出器１１０は、対象物１２４の撮像に適合されている少なくとも１つの伝送装置１２６を、例えば少なくとも１つのレンズ又はレンズシステムを含むことができる。更に、光学検出器１１０は、少なくとも１つの撮像装置２５６、例えばＣＣＤ撮像装置及び／又はＣＭＯＳ撮像装置を含むことができる。
上記において概要を述べたように、ここに示した実施の形態における光学検出器１１０は、ライトフィールドカメラとして動作することに適している。従って、図１９において参照符号Ａ，Ｂ及びＣによってシンボリックに表されている種々の対象物１２４から伝播する光ビーム１３６は、伝送装置１２６によって、図１９において参照符号Ａ’，Ｂ’及びＣ’によって表されている対応する像に焦点合わせされる。空間光変調器（ＳＬＭ）１１４の上述の動作との組み合わせにおいて、光学センサ１１６のスタック１６６を使用することによって、３Ｄ画像を取得することができる。つまり、特に光学センサ１１６がＦｉＰセンサである場合には、即ち、光子密度に依存するセンサ信号を供給するセンサである場合には、隣接する光学センサのセンサ信号を評価することによって、各光ビーム１３６に関する焦点を求めることができる。従って、スタック１６６のセンサ信号を評価することによって、種々の光ビーム１３６のビームパラメータ、例えば焦点位置、伝播パラメータ又はその他のパラメータを求めることができる。つまり、一例として、対象となる各光ビーム１３６及び／又は１つ以上の光ビームを、それらのビームパラメータから求めることができ、またパラメータ表現及び／又はベクトル表現によって表すことができる。従って、伝送装置１２６の光学品質及び光学特性は公知であることから、スタック１６６を使用することによって光ビーム１３６のビームパラメータが求められれば、光学検出器１１０によって捕捉された、複数の対象物１２４を含んでいるシーンを、ビームパラメータの簡略化されたセットによって即座に表すことができる。図１９に示したライトフィールドカメラの更なる詳細については、上述の種々の可能性についての説明を参照されたい。
更に、上記において概要を述べたように、光学センサのスタック１６６の各光学センサ１１６の波長感度を異ならせることができる。従ってスタック１６６は、オプションとしての撮像装置２５６の他に、２つのタイプの光学センサ１１６を含むことができる。この可能性は図２０に概略的に示されている。この図２０においては、スタック１６６内に第１のタイプ２９０の光学センサ１１６及び第２のタイプ２９２の光学センサ１１６が設けられている。特に、第１のタイプ２９０の光学センサ１１６及び第２のタイプ２９２の光学センサ１１６を、図２０に示されているように、光軸１２８に沿って交互に配置することができる。第１のタイプ２９０の光学センサ１１６は、第１の分光感度、例えば第１の吸収スペクトル、例えば第１の色素によって規定される第１の吸収スペクトルを有することができ、また第２のタイプ２９２の光学センサ１１６は、第１の分光感度とは異なる第２の分光感度、例えば第２の吸収スペクトル、例えば第２の色素によって規定される第２の吸収スペクトルを有することができる。それら２つのタイプの光学センサ１１６のセンサ信号を評価することによって、色情報を取得することができる。従って、図１９を参照して上記において説明したように、導出することができるビームパラメータの他に、２つのタイプ又はそれ以上の数のタイプの光学センサ１１６によって、付加的な色情報、例えばフルカラー３Ｄ画像を導出することができる。つまり、一例として、ルックアップテーブルに記憶されている値を有している種々の色の光学センサ１１６のセンサ信号を比較することによって、色情報を導出することができる。このことから、図２０に示されているようにして色認識が実行されることによって、図１９の構造をフルカラー型又はマルチカラー型のライトフィールドカメラとして実施することができる。
上記において概要を述べたように、光学検出器１１０は更に、１つ以上の飛行時間検出器を含むことができる。この可能性は図２１に示されている。光学検出器１１０は、先ず、少なくとも１つのＳＬＭ検出器２９４を含んでおり、このＳＬＭ検出器２９４は、ＳＬＭ１１４と、複数の光学センサ１１６から成るスタック１６６と、を含んでおり、またオプションとして撮像装置２５６を含んでいる。ＳＬＭ検出器２９４の考えられる構造の詳細については、例えば図３又は図４に示した実施の形態、又は光学検出器１１０のその他の実施の形態を参照されたい。基本的には、上述の光学検出器１１０のいずれかの構造を、図２１に示した実施の形態のコンテキストにおいても使用することができる。
更に、光学検出器１１０は、少なくとも１つの飛行時間（ＴｏＦ：ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ）検出器２９６を含んでいる。図２１に示されているように、ＴｏＦ検出器２９６を光学検出器１１０の評価装置１２０に接続しても良いし、ＴｏＦ検出器２９６に別個の評価装置を設けても良い。上記において概要を述べたように、図２１においてシンボリックに示されているパルス２９８を送受信することによって、光学検出器１１０と対象物１２４との間の距離を求めるように、即ち換言すれば、光軸１２８に沿ったｚ座標を求めるように、ＴｏＦ検出器２９６を構成することができる。
少なくとも１つのオプションとしてのＴｏＦ検出器２９６を、種々のやり方で、少なくとも１つのＳＬＭ検出器２９４と組み合わせることができる。従って一例として、また図２１に示されているように、少なくとも１つのＳＬＭ検出器２９４を第１の部分ビーム路３００内に配置することができ、またＴｏＦ検出器２９６を第２の部分ビーム路３０２内に配置することができる。それらの部分ビーム路３００，３０２を、少なくとも１つのビーム分割素子３０４によって分離及び／又は結合させることができる。一例として、ビーム分割素子３０４は、波長の影響を受けないビーム分割素子３０４、例えば半透鏡であって良い。付加的又は択一的に、波長依存性を与えても良く、それによって、異なる波長の分離を実現することができる。図２１に示した構造に代わる構造として、又は図２１に示した構造に追加する構造として、ＴｏＦ検出器２９６のその他の構造も使用することができる。つまり例えば、ＴｏＦ検出器２９６をＳＬＭ検出器２９４の後方に配置することによって、ＳＬＭ検出器２９４及びＴｏＦ検出器２９６を直線上に配置することもできる。その場合には、有利には、非透過型光学センサ１６４はＳＬＭ検出器２９４内に設けられない。またこれに代わる構造として、又はこれに追加する構造として、ＴｏＦ検出器２９６をＳＬＭ検出器２９４から独立して配置することができ、また、複数の光路を組み合わせることなく、異なる光路を使用することができる。種々の構造が考えられる。
上記において概要を述べたように、例えば、多義性を解消するため、光学検出器１１０を使用することができる天候条件の範囲を拡大するため、又は、対象物１２４と光学検出器１１０との間の距離を延長するため等の種々の目的に応じて、ＴｏＦ検出器２９６及びＳＬＭ検出器２９４を効果的なやり方で組み合わせることができる。更なる詳細については、上記の説明を参照されたい。
図２２には、図１８の光学検出器１１０及びカメラ１６８の実施の形態に変更を加えたものが示されている。この構造は図１８の構造に広範にわたり対応しているので、大部分は上記の図１８の説明を参照されたい。光ビーム１３６は第１のレンズ３０６を介して検出器１１０に入射することができ、この第１のレンズ３０６は、伝送装置１２６の一部を形成することができる。検出器１１０は、一例として、この実施の形態において又はその他の実施の形態において、ケーシング３０８を含むことができ、また第１のレンズ３０６は入射レンズを形成することができる。
第１のレンズ３０６の通過後に、オプションとして図１７の構造のように、ビーム分割素子２０６によって、撮像部分光ビーム３１０を分割することができる。このビーム分割素子２０６はここでは、第１のビーム分割素子２５０を形成することができる。図１７に示されている構造と同様に、少なくとも１つの撮像装置２５６によって、付加的なレンズを用いて又は用いずに、撮像部分光ビーム３１０を解析することができる。これについては、上記の図１７の説明を参照されたい。
第１のビーム分割素子２５０を通過して伝送される残りの主光ビーム１３６を、図１８に示されている構造と同様に、反射型空間光変調器１１４によって第１の部分光ビーム１９８及び第２の部分光ビーム２００に分割することができ、第１の部分光ビーム１９８及び第２の部分光ビーム２００は、それぞれ、第１の部分ビーム路１９４及び第２の部分ビーム路１９６に沿って伝播する。
図２２に示されている実施の形態における、第１の部分ビーム路１９４及び第２の部分ビーム路１９６の光学的な構造は、図１８の構造と比較すると若干の変更が加えられている。つまり、先ず、部分ビーム路１９４，１９６はそれぞれ、ＦｉＰセンサとして形成されている光学センサ１１６を、即ち上述のＦｉＰ効果を示すセンサを含むことができる。上記において概要を述べたように、撮像部分光ビーム３１０を分離させ、撮像装置２５６を使用することによって、存在する場所を解析することによって、撮像機能を実行することができる。従って、オプションとして、両部分ビーム路１９４，１９６において大面積光学センサ１１６を使用することができる。
一般的に、透過型光学センサ１５８の感度は、非透過型光学センサ１６４の感度よりも低い。図２２に示されている検出器１１０の構造は、例えばただ１つの透過型光学センサ１５８を使用することによって、透過型光学センサ１５８の数の低減を実現することができる。従って、図２２に示されている実施例においては、第２の部分ビーム路１９６の端部に、非透過型光学センサ１６４が、例えば非透過型ＦｉＰセンサが配置されている。第１の部分ビーム路１９４の端部には、１つの透過型光学センサ１５８を有している光学センサ１１６と、その後段に設けられている、非透過型光学センサ１６４を有している光学センサ１１６との組み合わせを配置することができる。透過型光学センサ１５８及び非透過型光学センサ１６４の両センサをＦｉＰセンサとして形成することができる。従って、図２２の構造は、ただ１つの透過型光学センサ１５８を含むことができる。
一般的に、最も有利には、反射型空間光変調器１１４、例えばＤＬＰも光学センサ１１６も、各位置において到来する光ビーム１３６に直交する向きに、即ち、局所的な光軸に直交する向きに配置されている、及び／又は、到来する光の主たる向きに直交するように配置されている。この配置は、一般的に、ただ１つの焦平面のピクチャが空間光変調器１１４によって反射されるべきである、及び／又は、少なくとも１つの光学センサ１１６によって検出されるべきであるということに起因する。また、この好適な構造は、一般的に、空間光変調器１１４の偏向角度が一般的に比較的小さいという技術的な課題によって妨げられる。つまり一例として、光軸１２８に関するＤＬＰによる偏向（図２２において参照符号α又はβが付されている角度）は、一般的に１０°〜２０°の範囲にある。しかしながらこの制約によって、一般的に、空間光変調器１１４及び光学センサ１６０のいずれも局所的な光軸に直交して配置することはできない。
この技術的な課題を克服するために、一般的に、この実施の形態又はその他の実施の形態においては、特にＷ字状のビーム路を有している実施の形態においては、適切な偏向及び／又はビーム成形を提供するように構成されている付加的な光学素子２０２，２０４を使用することができる。特に図２２に示されているように、第１の部分ビーム路１９４及び第２の部分ビーム路１９６において、非対称レンズ３１２を使用することができる。それらの非対称レンズ３１２は、局所的な光軸に関して非対称的であり、従って、入射する光ビームに対して傾斜されており、それによって光が偏向される。つまり、非対称レンズ３１２の平面と部分ビーム路１９４，１９６の端部における光学センサ１１６の平面とが平行である必要はない。従って、一般的に、図２２に示されている実施の形態においては、また本発明の別の実施の形態においては、局所的な光軸に直交している１つ以上の対象レンズを使用することができる、及び／又は、局所的な光軸に対して傾斜されている１つ以上の非対称レンズを使用することができる。
つまり、図２２に示されている構造は種々の利点を提供する。従って先ず、非対称レンズ３１２を使用することによって、一般的なＤＬＰの偏向の角度が小さいことに起因する、上述の設計に関する制限を克服することができる。更に、この構造によって透過型光学センサ１５８の数が低減され、また、２つの方向への偏向が考慮されるので、空間光変調器１１４によって反射される光の使用が改善される。付加的なミラーの使用及び光軸１２８に直交させる反射型空間光変調器１１４の位置決めによって、種々の光学素子及び伝送装置１２６、例えばレンズシステム、対物レンズ又はその他の光学素子を、特に到来する光ビーム１３６を成形するために使用することができる。
図１８又は図２２に示されているような光学検出器１１０及びカメラ１６８の構造を、更に、種々のやり方で変更することができ、その内の幾つかを図２３を参照しながら説明する。図２３には、広範にわたり図２２の構造に対応している、光学検出器１１０及びカメラ１６８の構造が示されている。更に、この実施の形態は種々のオプションとしての変更箇所を含んでいる。
従って先ず、部分ビーム路１９４，１９６内の伝送装置１２６及び／又は、付加的な光学素子２０２，２０４は付加的及び／又は代替的な光学素子を含むことができる。つまり一例として、フィールドレンズ３１４を空間光変調器１１４の手前に、例えばＤＬＰの手前に配置することができる。このフィールドレンズ３１４を使用することによって、空間光変調器１１４における像を変更することができる、及び／又は、空間光変調器１１４上での像の大きさ及び／又は光点の大きさを変更又は修正することができる。
この構造の付加的又は択一的な変更点として、反射素子２８６，２８８を変更することができる。従って、特にミラーとして形成することができるそれらの反射素子２８６，２８８のうちの一方又は両方を、平坦な２次元的な反射素子とすることができる。択一的に、それらの反射素子２８６，２８８のうちの一方又は両方を、非平坦に又は湾曲させて形成することができる。従って、それらの反射素子２８６，２８８のうちの一方又は両方は、１つ以上の曲面鏡３１６を含むことができる。これによって、部分光ビーム１９８，２００のビーム特性を、例えばそれらの部分光ビーム１９８，２００のフォーカシング及び／又はデフォーカシングによって変更することができる。
更に上記において概要を述べたように、付加的又は択一的に、付加的な光学素子２０２，２０４は１つ以上の開口又は絞りを含むことができる。これは、いわゆる反転開口が使用される可能性も含んでいる。本明細書において使用されているように、反転開口は、単純なホール形状の開口部とは異なる１つ以上の開口部を含んでいる開口である。特に、図２３に示されているように、１つ以上の反転開口３１８を部分ビーム路１９４，１９６内に設けることができ、それらの反転開口３１８は部分光ビーム１９８，２００の中央部分を遮断する。特に、部分光ビーム１９８，２００のこの中央部分を焦点合わせすることができず、従って、深度情報を提供するように構成することはできない。つまり、この中央部分は、縦方向座標に関する情報を取得することには寄与しない。このことから、部分光ビーム１９８，２００のこの部分を、１つ以上の反転開口３１８を使用することによって遮断することができる。光ビーム１３６又はそこから派生する１つ以上の部分光ビームの不所望な部分を遮断するために、その他のタイプの開口も使用できることを言及しておく。
上記において概要を述べたように、幾つかの実施の形態において、少なくとも１つの光学センサ１１６が２×Ｎのセンサピクセルのアレイを含む場合には有利であると考えられる。従って、それらのタイプの画素化光学センサ１１６は、製造及び／又は信号の評価に関して種々の利点を提供することができる。２×４のセンサピクセル３２０を有している光学センサ１１６の一実施例が図２４に示されている。光学センサ１１６の一般的な構造については、一例として、国際公開第２０１２／１１０９２４号、例えばその図２及び対応する説明、及び／又は、国際公開第２０１４／０９７１８１号、例えば図４ａ及び対応する説明を参照されたい。
図２４においては、光学センサ１１６の層構造の透明な第１の電極３２２のみが示されており、この第１の電極３２２は、一例として、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）、例えばフッ化スズ酸化物から形成されている。この第１の電極３２２は、例えばレーザパターニングによって、及び／又は、リソグラフィ技術の使用によって、複数の電極フィールド３２４に分割されている。電極フィールド３２４は、２行４列のアレイを、即ちこの例では２×４のアレイを形成している。当業者であれば分かるように、これとは異なる数の列、例えば２，３，５，６，７又はそれより多くの数の列を使用することもできる。各電極フィールド３２４を、電気的なコンタクト３２６によって接触接続させることができ、例えば第１行及び第２行を反対側から、光学センサ１１６の外縁部に配置されている電気的なコンタクト３２６を用いて接触接続させることができる。
第１の電極３２２及び電極コンタクト３２６を、例えばガラス基板のような透明な基板上に設けることができる。第１の電極３２２の上面には、光学センサ１１６の残りの層を設けることができ、例えば上述の刊行物、国際公開第２０１２／１１０９２４号及び／又は国際公開第２０１４／０９７１８１号のうちの一方又は両方に開示されている方法及び／又は材料、及び／又は、本明細書に開示されているその他のいずれかの方法及び材料を使用することによって設けることができる。更に、やはり上述の刊行物のうちの一方又は両方に開示されているように、光学センサ１１６を封止することができる。残りの層における極僅かなクロス伝導度は一般的に、隣接するセンサピクセル３２０間のクロストークを妨げる。従って、光学センサ１１６の層構造は、全てのセンサピクセル３２０と接触している共通の上部電極又は第２の電極（図示せず）、例えば銀電極を含むことができる。付加的又は択一的に、複数あるセンサピクセル３２０のうちの２つ以上又はそれどころか全てのセンサピクセルを、個別の上部電極又は第２の電極によって接触接続させることができる。
センサピクセル３２０のアレイ、例えば２×Ｎのアレイを有している光学センサ１１６は、多くの理由から、本明細書に開示されている装置に、例えばＳＬＭカメラに特に適している：
（１）ＳＬＭカメラは、固有の周波数で各深度領域を変調させることができる。高周波数では、ＦｉＰ信号の強度が弱くなる。従って、限定された数の周波数のみを使用することができ、よって深度点を使用することができる。センサが複数のセンサピクセルに分割される場合には、検出することができる、考えられる深度点の数が、センサピクセルの数と乗算される。２つのセンサピクセルが使用されると、深度点の数は２倍になる。
（２）通常のカメラとは異なり、センサピクセルの形状は一般的に、ピクチャの見た目にとって重要ではない。
（３）より小型のセンサ（又はセンサピクセル）が使用される場合、周波数範囲が改善される。小型のセンサピクセルでは、大型のセンサピクセルに比べて、より多くの周波数（深度点）を検出することができる。
（１）ＳＬＭカメラは、固有の周波数で各深度領域を変調させることができる。高周波数では、ＦｉＰ信号の強度が弱くなる。従って、限定された数の周波数のみを使用することができ、よって深度点を使用することができる。センサが複数のセンサピクセルに分割される場合には、検出することができる、考えられる深度点の数が、センサピクセルの数と乗算される。２つのセンサピクセルが使用されると、深度点の数は２倍になる。
（２）通常のカメラとは異なり、センサピクセルの形状は一般的に、ピクチャの見た目にとって重要ではない。
（３）より小型のセンサ（又はセンサピクセル）が使用される場合、周波数範囲が改善される。小型のセンサピクセルでは、大型のセンサピクセルに比べて、より多くの周波数（深度点）を検出することができる。
１１０ 光学検出器
１１２ 検出器システム
１１４ 空間光変調器
１１６ 光学センサ
１１８ 変調装置
１２０ 評価装置
１２２ ビーコン装置
１２４ 対象物
１２６ 伝送装置
１２８ 光軸
１３０ 座標系
１３２ マトリクス
１３４ ピクセル
１３６ 光ビーム
１３８ センサ領域
１４０ 復調装置
１４２ 周波数解析の結果
１４４ データ処理装置
１４６ データメモリ
１４８ 光点
１５０ 周波数混合器
１５２ ローパスフィルタ
１５４ ケーシング
１５６ 大面積光学センサ
１５８ 透過型光学センサ
１６０ 有機光学センサ
１６２ 無機光学センサ
１６４ 非透過型光学センサ
１６６ スタック
１６８ カメラ
１７０ ビームダンプ
１７２ フルカラー空間光変調器
１７４ ヒューマンマシンインタフェース
１７６ エンターテイメントデバイス
１７８ トラッキングシステム
１８０ コネクタ
１８２ コントロールエレメント
１８４ ユーザ
１８６ 開口部
１８８ 視野方向
１９０ マシン
１９２ トラックコントローラ
１９４ 第１の部分ビーム路
１９６ 第２の部分ビーム路
１９８ 第１の部分光ビーム
２００ 第２の部分光ビーム
２０２ 付加的な光学素子
２０４ 付加的な光学素子
２０６ ビーム分割素子
２０８ ビーム路
２１０ 自動車
２１２ フロントガラス
２１４ フロント部分
２１６ ヘッドライト
２１８ バンパ
２２０ 側方領域
２２２ ドア
２２４ 屋根
２２６ リア部分
２２８ ＦｉＰセンサ
２３０ イメージセンサ
２３２ ２Ｄ画像の取得
２３４ ２Ｄ画像
２３６ 領域の検出
２３８ スーパーピクセルの規定
２４０ スーパーピクセルへの変調周波数の割り当て
２４２ スーパーピクセルの変調
２４４ ｚ検出
２４６ ３Ｄ画像の生成
２４８ 領域及び／又はスーパーピクセルの洗練
２５０ 第１のビーム分割素子
２５２ 第１の部分光ビーム
２５４ 主光ビーム
２５６ 撮像装置
２５８ 第１の部分ビーム路
２６０ 絞り
２６２ レンズシステム
２６４ 第２のビーム分割素子
２６６ 第２の部分光ビーム
２６８ 第２の部分ビーム路
２７０ 第３の部分光ビーム
２７２ 第３の部分ビーム路
２７４ 後方反射された第２の部分光ビーム
２７６ 後方反射された第３の部分光ビーム
２７８ 共通の光ビーム
２８０ 第４の部分ビーム路
２８２ 第１の１／２波長板
２８４ 第２の１／２波長板
２８６ 反射素子
２８８ 反射素子
２９０ 第１のタイプの光学センサ
２９２ 第２のタイプの光学センサ
２９４ ＳＬＭ検出器
２９６ 飛行時間（ＴｏＦ）検出器
２９８ パルス
３００ 第１の部分ビーム路
３０２ 第２の部分ビーム路
３０４ ビーム分割素子
３０６ 第１のレンズ
３０８ ケーシング
３１０ 撮像部分光ビーム
３１２ 非対称レンズ
３１４ フィールドレンズ
３１６ 曲面鏡
３１８ 反転開口
３２０ センサピクセル
３２２ 第１の電極
３２４ 電極フィールド
３２６ 電気的なコンタクト
１１２ 検出器システム
１１４ 空間光変調器
１１６ 光学センサ
１１８ 変調装置
１２０ 評価装置
１２２ ビーコン装置
１２４ 対象物
１２６ 伝送装置
１２８ 光軸
１３０ 座標系
１３２ マトリクス
１３４ ピクセル
１３６ 光ビーム
１３８ センサ領域
１４０ 復調装置
１４２ 周波数解析の結果
１４４ データ処理装置
１４６ データメモリ
１４８ 光点
１５０ 周波数混合器
１５２ ローパスフィルタ
１５４ ケーシング
１５６ 大面積光学センサ
１５８ 透過型光学センサ
１６０ 有機光学センサ
１６２ 無機光学センサ
１６４ 非透過型光学センサ
１６６ スタック
１６８ カメラ
１７０ ビームダンプ
１７２ フルカラー空間光変調器
１７４ ヒューマンマシンインタフェース
１７６ エンターテイメントデバイス
１７８ トラッキングシステム
１８０ コネクタ
１８２ コントロールエレメント
１８４ ユーザ
１８６ 開口部
１８８ 視野方向
１９０ マシン
１９２ トラックコントローラ
１９４ 第１の部分ビーム路
１９６ 第２の部分ビーム路
１９８ 第１の部分光ビーム
２００ 第２の部分光ビーム
２０２ 付加的な光学素子
２０４ 付加的な光学素子
２０６ ビーム分割素子
２０８ ビーム路
２１０ 自動車
２１２ フロントガラス
２１４ フロント部分
２１６ ヘッドライト
２１８ バンパ
２２０ 側方領域
２２２ ドア
２２４ 屋根
２２６ リア部分
２２８ ＦｉＰセンサ
２３０ イメージセンサ
２３２ ２Ｄ画像の取得
２３４ ２Ｄ画像
２３６ 領域の検出
２３８ スーパーピクセルの規定
２４０ スーパーピクセルへの変調周波数の割り当て
２４２ スーパーピクセルの変調
２４４ ｚ検出
２４６ ３Ｄ画像の生成
２４８ 領域及び／又はスーパーピクセルの洗練
２５０ 第１のビーム分割素子
２５２ 第１の部分光ビーム
２５４ 主光ビーム
２５６ 撮像装置
２５８ 第１の部分ビーム路
２６０ 絞り
２６２ レンズシステム
２６４ 第２のビーム分割素子
２６６ 第２の部分光ビーム
２６８ 第２の部分ビーム路
２７０ 第３の部分光ビーム
２７２ 第３の部分ビーム路
２７４ 後方反射された第２の部分光ビーム
２７６ 後方反射された第３の部分光ビーム
２７８ 共通の光ビーム
２８０ 第４の部分ビーム路
２８２ 第１の１／２波長板
２８４ 第２の１／２波長板
２８６ 反射素子
２８８ 反射素子
２９０ 第１のタイプの光学センサ
２９２ 第２のタイプの光学センサ
２９４ ＳＬＭ検出器
２９６ 飛行時間（ＴｏＦ）検出器
２９８ パルス
３００ 第１の部分ビーム路
３０２ 第２の部分ビーム路
３０４ ビーム分割素子
３０６ 第１のレンズ
３０８ ケーシング
３１０ 撮像部分光ビーム
３１２ 非対称レンズ
３１４ フィールドレンズ
３１６ 曲面鏡
３１８ 反転開口
３２０ センサピクセル
３２２ 第１の電極
３２４ 電極フィールド
３２６ 電気的なコンタクト
Claims (38)
- 光学検出器（１１０）において、
−空間分解式に光ビーム（１３６）の少なくとも１つの特性を変更するように構成されており、且つ、各ピクセル（１３４）を通過する前記光ビーム（１３６）の一部の少なくとも１つの光学特性を個別に変更するために各々が制御可能である複数のピクセル（１３４）から成るマトリクス（１３２）を有している、少なくとも１つの空間光変調器（１１４）と、
−前記空間光変調器（１１４）の複数のピクセル（１３４）から成る前記マトリクス（１３２）を通過した後の前記光ビーム（１３６）を検出し、且つ、少なくとも１つのセンサ信号を生成するように構成されている、少なくとも１つの光学センサ（１１６）と、
−異なる変調周波数を用いて、複数のピクセル（１３４）のうちの少なくとも２つのピクセルを周期的に制御するように構成されている、少なくとも１つの変調装置（１１８）と、
−前記変調周波数に関する前記センサ信号の信号成分を求めるために周波数解析を実行するように構成されている、少なくとも１つの評価装置（１２０）と、
を含んでいることを特徴とする、光学検出器（１１０）。 - 前記評価装置（１２０）は更に、各信号成分をその変調周波数に応じて各ピクセル（１３４）に割り当てるように構成されている、
請求項１に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記変調装置（１１８）は、各ピクセル（１３４）が固有の変調周波数で制御されるように構成されている、
請求項１又は２に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記変調装置（１１８）は、少なくとも２つのピクセル（１３４）を異なる変調周波数で周期的に変調させるように構成されている、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記評価装置（１２０）は、異なる変調周波数で前記センサ信号を復調することによって前記周波数解析を実行するように構成されている、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記空間光変調器（１１４）によって空間分解式に変更された前記光ビーム（１３６）の前記少なくとも１つの特性は、
前記光ビーム（１３６）の前記一部の強度、
前記光ビーム（１３６）の前記一部の位相、
前記光ビーム（１３６）の前記一部のスペクトル特性、
前記光ビーム（１３６）の前記一部の偏光、
前記光ビーム（１３６）の前記一部の伝播方向、
から成る群から選択された少なくとも１つの特性である、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記少なくとも１つの空間光変調器（１１４）は、以下のものから成る群から選択された少なくとも１つの空間光変調器（１１４）を含んでいる、即ち、
前記光ビーム（１３６）が複数のピクセル（１３４）から成る前記マトリクス（１３２）を通過し、各ピクセル（１３４）が自身を通過する前記光ビーム（１３６）の各部分に関する光学特性を個別に制御して変更するように構成されている、透過型空間光変調器（１１４）、
各ピクセル（１３４）が個別に制御可能な反射特性を有しており、且つ、各ピクセル（１３４）によって反射された前記光ビーム（１３６）の各部分に関する伝播方向を個別に変更するように構成されている、反射型空間光変調器（１１４）、
各ピクセル（１３４）が当該各ピクセル（１３４）に印加される電圧によって個別に制御可能である制御可能なスペクトル特性を有している、エレクトロクロミック空間光変調器（１３４）、
前記ピクセル（１３４）の複屈折が音波によって制御可能である、音響光学空間光変調、
前記ピクセル（１３４）の複屈折が電界によって制御可能である、電気光学空間光変調、
から成る群から選択された少なくとも１つの空間光変調器（１１４）を含んでいる、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記少なくとも１つの空間光変調器（１１４）は、以下のものから成る群から選択された少なくとも１つの空間光変調（１１４）を含んでいる、即ち、
各ピクセル（１３４）が液晶装置の個別に制御可能なセルである、液晶装置、
各ピクセル（１３４）が反射性の表面の向きに関して個別に制御可能であるマイクロミラー装置のマイクロミラーである、マイクロミラー装置、
各ピクセル（１３４）が各セルに印加される電圧によって個別に制御可能であるスペクトル特性を有しているエレクトロクロミック装置のセルである、エレクトロクロミック装置、
各ピクセル（１３４）がセルに加えられる音波によって個別に制御可能である複屈折を有している音響光学装置のセルである、音響光学装置、
各ピクセル（１３４）がセルに印加される電界によって個別に制御可能である複屈折を有している電気光学装置のセルである、電気光学装置、
から成る群から選択された少なくとも１つの空間光変調器（１１４）を含んでいる、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記評価装置（１２０）は、前記信号成分をそれぞれ前記マトリクス（１３２）の１つのピクセル（１３４）に割り当てるように構成されている、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記評価装置（１２０）は、前記マトリクス（１３２）のどのピクセル（１３４）が前記光ビーム（１３６）によって照明されているかを前記信号成分の評価によって求めるように構成されている、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記評価装置（１２０）は、前記光ビーム（１３６）によって照明されている前記マトリクス（１３２）の複数のピクセル（１３４）の横方向位置を識別することによって、前記光ビーム（１３６）の横方向位置及び前記光ビーム（１３６）の向きのうちの少なくとも１つを識別するように構成されている、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記評価装置（１２０）は、前記信号成分を評価することによって前記光ビーム（１３６）の幅を求めるように構成されている、
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記評価装置（１２０）は、前記光ビーム（１３６）によって照明されている複数のピクセル（１３４）に割り当てられた前記信号成分を識別し、複数の前記ピクセル（１３４）の配置構成の既知の幾何学的特性から前記空間光変調器（１１４）の位置における前記光ビーム（１３６）の幅を求めるように構成されている、
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記評価装置（１２０）は、検出器に向かって伝播する前記光ビーム（１３６）の起点となる対象物の縦方向座標と、前記空間光変調器（１１４）の位置における前記光ビーム（１３６）の幅及び前記光ビーム（１３６）によって照明されている前記空間光変調器（１１４）のピクセル（１３４）の数のうちの一方又は両方と、の間の既知の関係性又は求めることができる関係性を使用することによって、前記対象物の縦方向座標を求めるように構成されている、
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記空間光変調器（１１４）は、異なる色の複数のピクセル（１３４）を含んでおり、前記評価装置（１２０）は、前記異なる色に前記信号成分を割り当てるように構成されている、
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記少なくとも１つの光学センサ（１１６）は、複数の前記ピクセル（１３４）を通過する前記光ビーム（１３６）の複数の部分を検出するように構成されている少なくとも１つの大面積光学センサ（１１６）を含んでいる、
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記少なくとも１つの光学センサ（１１６）は、少なくとも２つの光学センサ（１１６）から成るスタック（１６６）を含んでいる、
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記スタック（１６６）における複数の前記光学センサ（１１６）のうちの少なくとも１つは、少なくとも部分的に透過性の光学センサ（１５８）である、
請求項１７に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記スタック（１６６）における複数の前記光学センサ（１１６）のうちの少なくとも１つは、複数の光感ピクセルを有している画素化光学センサである、
請求項１７又は１８に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記少なくとも１つの光学センサ（１１６）は、少なくとも１つのセンサ領域（１３８）を有しており、前記光学センサ（１１６）の前記センサ信号は、前記光ビーム（１３６）による前記センサ領域（１３８）の照明に依存しており、前記照明の総出力が等しい場合、前記センサ信号は前記センサ領域（１３８）における前記光ビーム（１３６）の幅に依存している、
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記少なくとも１つの光学センサ（１１６）は、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１種のｎ型半導体金属酸化物と、少なくとも１種の色素と、少なくとも１種のｐ型半導体有機材料と、少なくとも１つの第２の電極と、を備えている層構造を有している少なくとも１つの光学センサ（１１６）を含んでいる、
請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記光学検出器（１１０）は、更に、当該光学検出器（１１０）に光を供給するように構成されている少なくとも１つの伝送装置（１２６）を含んでいる、
請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記空間光変調器（１１４）は、反射型空間光変調器（１１４）であり、前記光学センサ（１１６）は少なくとも１つの透過型光学センサ（１５８）を含んでおり、前記光学検出器（１１０）は、前記光ビーム（１３６）が前記空間光変調器（１１４）に到達する前に前記透過型光学センサ（１５８）を通過するように構成されており、前記空間光変調器（１１４）は、前記光ビーム（１３６）を再び前記光学センサ（１１６）に向かって少なくとも部分的に反射させるように構成されている、
請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記光学検出器（１１０）は、前記光ビーム（１３６）の１つのビーム路（２０８）を少なくとも２つの部分ビーム路（１９４，１９６）に分割するように構成されている少なくとも１つのビーム分割素子（２０６）を含んでいる、
請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記ビーム分割素子（２０６）は、前記空間光変調器（１１４）を含んでいる、
請求項２４に記載の光学検出器（１１０）。 - 複数の光学センサ（１１６）から成る少なくとも１つのスタック（１６６）は、複数ある前記部分ビーム路（１９４，１９６）のうちの少なくとも１つのビーム路内に配置されている、
請求項２５に記載の光学検出器（１１０）。 - 少なくとも１つの非透過型光学センサ（１６４）が、複数ある前記部分ビーム路（１９４，１９６）のうちの少なくとも１つのビーム路内に配置されている、
請求項２５又は２６に記載の光学検出器（１１０）。 - 少なくとも１つの対象物（１２４）の位置を求めるための検出器システム（１１２）において、
該検出器システム（１２４）は、請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）を少なくとも１つ含んでおり、前記検出器システム（１１２）は、更に、少なくとも１つの光ビーム（１３６）を前記光学検出器（１１０）に向けるように構成されており、且つ、前記対象物（１２４）に取り付け可能及び／又は前記対象物（１２４）によって保持可能及び／又は前記対象物（１２４）に組み込み可能である少なくとも１つのビーコン装置（１２２）を含んでいることを特徴とする、
検出器システム（１１２）。 - ユーザ（１８４）とマシン（１９０）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（１７４）において、
前記ヒューマンマシンインタフェース（１７４）は、請求項２８に記載の検出器システム（１１２）を少なくとも１つ含んでおり、前記少なくとも１つのビーコン装置（１２２）は、前記ユーザ（１８４）に直接的又は間接的に取り付けられるように、及び／又は、前記ユーザ（１８４）によって保持されるように構成されており、前記ヒューマンマシンインタフェース（１７４）は、前記検出器システム（１１２）によって前記ユーザ（１８４）の少なくとも１つの位置を求めるように設計されており、且つ、情報の少なくとも１つの項目に前記位置を割り当てるように設計されていることを特徴とする、
ヒューマンマシンインタフェース（１７４）。 - 少なくとも１つのエンターテイメント機能を実行するためのエンターテイメントデバイス（１７６）において、
前記エンターテイメントデバイス（１７６）は、請求項２９に記載のヒューマンマシンインタフェース（１７４）を少なくとも１つ含んでおり、前記エンターテイメントデバイス（１７４）は、当該ヒューマンマシンインタフェース（１７４）を用いたプレーヤによる情報の少なくとも１つの項目の入力を可能にするように設計されており、且つ、前記情報に応じて前記エンターテイメント機能を変更するように設計されていることを特徴とする、
エンターテイメントデバイス（１７６）。 - 可動の少なくとも１つの対象物（１２４）の位置を追跡するためのトラッキングシステム（１７８）において、
前記トラッキングシステム（１７８）は、請求項２８に記載の検出器システム（１１２）を少なくとも１つ含んでおり、前記トラッキングシステム（１７８）は、更に、少なくとも１つのトラックコントローラ（１９２）を含んでおり、該トラックコントローラ（１９２）は、特定の複数の時点において前記対象物（１２４）の一連の位置を追跡するように構成されていることを特徴とする、
トラッキングシステム（１７８）。 - 少なくとも１つの対象物（１２４）を撮像するためのカメラ（１６８）において、
前記カメラ（１６８）は、請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の光学検出器（１１０）を少なくとも１つ含んでいることを特徴とする、
カメラ（１６８）。 - 光学検出方法において、
該光学検出方法は、
−各ピクセル（１３４）を通過する光ビーム（１３６）の一部の少なくとも１つの光学特性を個別に変更するために各々が制御可能である複数のピクセル（１３４）から成るマトリクス（１３２）を有している少なくとも１つの空間光変調器（１１４）を使用して、空間分解式に前記光ビーム（１３６）の少なくとも１つの特性を変更するステップと、
−少なくとも１つの光学センサ（１１６）を使用して、前記空間光変調器（１１４）の複数のピクセル（１３４）から成る前記マトリクス（１３２）を通過した後の前記光ビーム（１３６）を検出し、少なくとも１つのセンサ信号を生成するステップと、
−少なくとも１つの変調装置（１１８）を使用して、複数あるピクセル（１３４）のうちの少なくとも２つのピクセルを異なる周波数で周期的に制御するステップと、
−少なくとも１つの評価装置（１２０）を使用して、周波数解析を実行し、制御周波数に関してセンサ信号の信号成分を求めるステップと、
を備えていることを特徴とする、
光学検出方法。 - 請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の検出器（１１０）の使用を含む方法において、
該方法は、
交通技術における位置測定；エンターテイメントの用途；セキュリティに関連する用途；ヒューマンマシンインタフェース（１７４）の用途；トラッキングの用途；写真撮影の用途；撮像の用途又はカメラの用途；少なくとも１つ空間のマップを作製するためのマッピングの用途；モバイルの用途；ウェブカム；コンピュータ周辺装置；ゲーミングの用途；カメラ又はビデオの用途；安全性に関連する用途；監視の用途；自動車の用途；輸送の用途；医療の用途；スポーツの用途；マシンビジョンの用途；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；地図作製の用途；製造の用途；少なくとも１つの飛行時間検出器（２９６）との組み合わせにおける使用；ローカルポジショニングシステムにおける用途；グローバルポジショニングシステムにおける用途；ランドマークを基礎とする測位システムにおける用途；インドアナビゲーションシステムにおける用途；アウトドアナビゲーションシステムにおける用途；家庭内アプリケーションにおける用途；ロボットの用途；自動ドア開閉装置における用途；光通信システムにおける用途、から成る群から選択された使用を目的とする、
方法。 - 前記光ビーム（１３６）の前記一部の前記スペクトル特性は、色である、
請求項６に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記液晶装置は、アクティブマトリクス（１３２）型の液晶装置である、
請求項８に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記少なくとも１種のｐ型半導体有機材料は、固体ｐ型半導体有機材料である、
請求項２１に記載の光学検出器（１１０）。 - 前記方法は、少なくとも１つの対象物（１２４）の位置を求めるように構成されている、
請求項３３に記載の方法。
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