KR101839641B1 - 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기 - Google Patents
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Abstract
적어도 하나의 물체 (112) 를 광학적으로 검출하기 위한 검출기 (110) 가 제안된다. 검출기 (110) 는 적어도 하나의 광학 센서 (114) 를 포함한다. 광학 센서 (114) 는 적어도 하나의 센서 영역 (116) 을 갖는다. 광학 센서 (114) 는 센서 영역 (116) 의 조명 (illumination) 에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 조명의 총 파워가 동일한 경우, 센서 신호는 조명의 지오메트리, 특히 센서 구역 (118) 상에서 조명의 빔단면에 의존한다. 검출기 (110) 는 또한 적어도 하나의 평가 디바이스 (122) 를 갖는다. 평가 디바이스 (122) 는 센서 신호로부터 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템, 특히 조명 및/또는 물체 (112) 에 관한 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하도록 설계된다.
Description
본 발명은 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 거리 측정 디바이스, 이미징 디바이스, 인간 기계 인터페이스, 엔터테인먼트 디바이스 및 보안 디바이스에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 방법 및 광학 센서로서 유기 태양 전지의 용도에 관한 것이다. 그러한 디바이스, 방법 및 용도는, 예를 들면, 일상 생활, 교통 기술, 생산 기술, 보안 기술, 의료 기술 또는 과학의 다양한 분야의 채용될 수 있다. 하지만, 다른 응용들도 원칙적으로 가능하다.
다수의 광학 센서들 및 광기전 디바이스들이 종래 기술로부터 알려져 있다. 광기전 디바이스들은 일반적으로 전자기 방사선, 예를 들면, 자외, 가시 또는 적외광을 전기 신호 또는 전기 에너지로 변환하는데 사용되지만, 광학 검출기들은 일반적으로 이미지 정보를 픽업 (pick up) 하거나 및/또는 적어도 하나의 광학 파라미터, 예를 들면, 밝기 (brightness) 를 검출하는데 사용된다.
일반적으로 무기 및/또는 유기 센서 재료들의 사용에 기초할 수 있는 다수의 광학 센서들이 종래 기술로부터 알려져 있다. 그러한 센서들의 예들은 US 2007/0176165 A1, US 6,995,445 B2, DE 2501124 A1, DE 3225372 A1 또는 그렇지 않으면 다수의 다른 종래 기술 문헌들에 개시되어 있다. 특히, 비용적인 이유 및 대영역 프로세싱 (large-area processing) 의 이유로 정도가 증가하여, 적어도 하나의 유기 센서 재료를 포함하는 센서들이, 예를 들면, US 2007/0176165 A1에 기재되어 있는 바처럼, 사용되고 있다. 특히, 소위 염료 태양 전지들은 여기에서 중요성이 증가하고 있고, 이들은 일반적으로, 예를 들면 WO 2009/013282 A1에 기재되어 있다.
그러한 광학 센서들을 기반으로 적어도 하나의 물체를 검출하기 위한 다수의 검출기들이 알려져 있다. 그러한 검출기들은, 각각의 사용 목적에 따라, 다양한 방식으로 구체화될 수 있다. 그러한 검출기들의 예들은, 이미징 디바이스들, 예를 들면, 카메라 및/또는 현미경이다. 고해상도 공초점형 현미경들이 알려져 있는데, 예를 들면, 이들은, 특히, 고 광학 해상도로 생체 샘플들을 검사하기 위하여 의료 기술 및 생물학 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기들의 추가 예들은, 대응하는 광학 신호들, 예를 들면, 레이저 펄스들의 전파 시간 방법에 기초한 거리 측정 디바이스들이다. 물체들을 광학적으로 검출하기 위한 검출기들의 추가 예들은 삼각측량 시스템들이고, 이들에 의해 거리 측정이 마찬가지로 수행될 수 있다.
물체들을 광학적으로 검출하기 위한 그러한 알려진 검출기들 및 방법들에서 비롯하여, 많은 경우들에서 충분한 정밀도로 이 물체 검출을 수행하기 위하여 상당한 기술적 경비 (outlay) 가 구현되야 한다는 것이 확인될 수 있다.
예로써, 현미경술에서 광빔의 정확한 포커싱을 획득하거나 및/또는 이미징될 샘플에 관한 깊이 정보를 획득하기 위하여 장치에 대한 상당한 경비가 요구된다.
이와 대조적으로, 많은 경우들에서 거리 측정들은, 예를 들면, 이미지 평가에서 물체의 구체적인 크기의 추정과 같은 기술적으로 부적당한 추정에 기초한다. 다른 방법들이, 차례로, 예를 들면, 레이저 펄스에 의한 거리 측정과 같은 복잡한 펄스 시퀀스들에 기초한다. 또 다른 방법들은 예를 들면, 삼각 측량 방법들과 같은 복수의 검출기들의 사용에 기초한다.
그러므로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이러한 타입의 알려진 디바이스들 및 방법들의 단점들을 적어도 실질적으로 회피하는 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 디바이스들 및 방법들을 명시하는 것이다. 특히, 제안된 디바이스들 및 방법들은 장치에 관해서 적어도 하나의 물체의 광학 검출을 단순화 하는 것을 가능하게 하도록 의도된다.
이 문제는 독립 특허 청구항들의 특징부들을 갖는 본 발명에 의해 해결된다. 개별적으로 또는 조합하여 실현될 수 있는 본 발명의 유리한 발전들은 종속 청구항들에서 제시된다.
적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기는 본 발명의 제 1 양태로 제안된다.
본 발명의 맥락에서, 광학 검출은 일반적으로, 검출된 물체에 관한 정보의 적어도 하나의 아이템이 획득되는 프로세스를 의미하는 것으로 이해되야 한다. 이 경우에, 용어 정보는 넓게 해석되야 한다. 그 정보의 적어도 하나의 아이템은 특히, 다음의 정보의 아이템들: 예를 들면, 검출기의 측정 범위 및/또는 가시 범위 (visual range) 에 물체가 존재하는지 여부의 사실에 관한 정보의 아이템; 검출기의 적어도 하나의 광학 특성, 예를 들면, 적어도 하나의 밝기 및/또는 적어도 하나의 방사 특성, 예를 들면, 발광 (luminescence) 특성에 관한 정보의 아이템; 물체의 위치 (location) 정보의 아이템, 예를 들면, 물체와 검출기 또는 검출기의 부분 사이의 거리 및/또는 검출기 또는 검출기의 부분에 대한 물체의 상대적 배향에 관한 정보의 아이템 및/또는 검출기 및/또는 물체에 의해 결정되는 적어도 하나의 좌표 시스템에서 물체의 포지션 정보의 아이템; 물체의 움직임 상태에 관한 정보의 아이템, 예를 들면, 물체의 1차원, 2차원 또는 3차원 속도 및/또는 물체의 가속도 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 다른 정보의 아이템들이 또한 물체의 검출 동안 획득될 수 있다. 본 발명은 물체에 관한 위치 정보의 아이템을 획득하는 것에 실질적으로 참조해서 아래에서 설명되지만, 대안적으로 또는 추가적으로 실현될 수 있는 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템의 추가 실시형태들을 제한하지 않는다. 상기 지오메트리 정보, 특히 위치 정보는, 검출기에 의해 검출되는, 전체 물체 또는 그렇지 않으면 물체의 부분, 예를 들면, 물체의 포인트, 구역 또는 영역에 관한 것일 수 있다. 상기 포인트, 상기 구역 또는 상기 영역은 물체의 표면 상에 또는 그렇지 않으면 적어도 부분적으로 물체 내부에 배열될 수 있다.
물체는 일반적으로 생물체 또는 그렇지 않으면 무생물체일 수 있다. 검출기에 의해 완전히 또는 부분적으로 검출될 수 있는 물체들의 예들은 아래에서 더욱 더 상세하게 설명된다.
검출기는 적어도 하나의 광학 센서를 포함한다. 광학 센서는 적어도 하나의 센서 영역 (sensor region), 특히 적어도 하나의 센서 구역 (sensor area) 을 포함하는 적어도 하나의 센서 영역을 갖는다. 광학 센서는 센서 영역의 조명 (illumination) 에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 조명의 같은 전체 파워 (power) 가 주어지면, 센서 신호는 조명의 지오메트리, 특히 센서 영역에서, 특히 센서 구역 상의 조명의 빔단면에 의존한다.
검출기는 또한 적어도 하나의 평가 디바이스를 갖는다. 평가 디바이스는 센서 신호로부터 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템, 특히 조명 및/또는 물체에 관한 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하도록 설계된다.
검출기는 또한 적어도 하나의 전송 디바이스 (transfer device) 를 포함할 수 있다. 전송 디바이스는 물체에서 나오는 전자기 방사선을 광학 센서에 공급하고 프로세스에서 센서 영역을 조명하도록 설계될 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 전송 디바이스는, 원칙적으로, 임의의 원하는 방식으로 구체화되고, 물체로부터 나오는 전자기 방사선을 광학 센서에 그리고 거기에서 특히 센서 영역 또는 바람직하게는 센서 구역에 공급하도록 설계되는 디바이스를 의미하는 것으로 이해되야 한다. 이 공급 (feeding) 은 이미징 방식 또는 그렇지 않으면 비이미징 (non-imaging) 방식으로 구체화될 수 있다. 따라서, 이 선택적인 전송 디바이스는 예를 들면 적어도 하나의 빔 경로를 포함할 수 있다. 전송 디바이스는 예를 들면, 전자기 방사선의 방향에 영향을 미치기 위하여 하나 또는 복수의 미러들 및/또는 빔 스플리터들 및/또는 빔 편향 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 전송 디바이스는, 수렴 렌즈 및/또는 발산 렌즈의 효과를 가질 수 있는 하나 또는 복수의 이미징 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 예로써, 선택적인 전송 디바이스는, 하나 또는 복수의 렌즈들 및/또는 하나 또는 복수의 볼록 및/또는 오목 미러들을 가질 수 있다. 또 다시 대안적으로 또는 추가적으로, 전송 디바이스는 적어도 하나의 파장 선택 엘리먼트, 예를 들면, 적어도 하나의 광학 필터를 가질 수 있다. 또 다시 대안적으로 또는 추가적으로, 전송 디바이스는, 예를 들면, 센서 영역 및 특히 센서 구역의 위치에서, 전자기 방사선에 미리정의된 빔 프로파일을 임프레스 (impress) 하도록 설계될 수 있다. 선택적인 전송 디바이스의 전술된 선택적인 실시형태들은, 원칙적으로, 개별적으로 또는 임의의 원하는 조합으로 실현될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 광학 센서는 일반적으로, 적어도 하나의 광학 신호를 상이한 신호 형태로, 바람직하게는 적어도 하나의 전기 신호, 예를 들면, 전압 신호 및/또는 전류 신호로 변환하도록 설계되는 엘리먼트를 의미하는 것으로 이해되야 한다. 특히, 광학 센서는 적어도 하나의 광 전기 변환기 엘리먼트, 바람직하게는 적어도 하나의 포토다이오드 및/또는 적어도 하나의 태양 전지를 포함할 수 있다. 아래에서 더욱 더 상세하게 설명되는 바처럼, 본 발명의 맥락에서, 특히 적어도 하나의 유기 광학 센서, 즉 적어도 하나의 유기 재료, 예를 들면, 적어도 하나의 유기 반도체 재료를 포함하는 광학 센서의 사용이 바람직하다.
본 발명의 맥락에서, 센서 영역은, 바람직하게는, 반드시 그럴 필요는 없지만 연속적이며, 연속적인 영역을 형성할 수 있는 2차원 또는 3차원 영역을 의미하는 것으로 이해되야 하고, 여기서 센서 영역은 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 측정가능한 특성을 달리하도록 설계된다. 예로써, 상기 적어도 하나의 특성은, 예를 들면, 광학 센서의 다른 엘리먼트들과 상호작용하여 또는 단독으로, 광전압 및/또는 광전류 및/또는 어떤 다른 타입의 신호를 생성하도록 설계되는 센서 영역에 의해, 전기 특성을 포함할 수 있다. 특히 센서 영역은, 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로, 균일한, 바람직하게는 단일, 신호를 생성하는 방식으로 구체화될 수 있다. 따라서 센서 영역은, 예를 들면 센서 영역의 부분 영역들에 대해, 바람직하게는 부분 신호들로 더 이상 세분될 수 없는, 균일한 신호, 예를 들면, 전기 신호가 생성되는, 광학 센서의 최소 단위일 수 있다. 광학 센서는 하나 또는 그렇지 않으면 복수의 그러한 센서 영역들을 가질 수 있는데, 예를 들면 복수의 그러한 센서 영역들에 의한 후자의 경우는 2차원 및/또는 3차원 매트릭스 배열로 배열된다.
적어도 하나의 센서 영역은, 예를 들면, 측방향 크기 (lateral extent) 가 센서 영역의 두께를 상당히, 예를 들면, 적어도 10 배, 바람직하게는 적어도 100 배 그리고 특히 바람직하게는 적어도 1000 배 만큼 초과하는, 적어도 하나의 센서 구역, 즉 센서 영역을 포함할 수 있다. 그러한 센서 구역들의 예들은, 예를 들면, 전술된 종래 기술에 따라, 또는 그렇지 않으면 아래에서 더욱 더 상세하게 설명되는 예시적인 실시형태들에 따라, 유기 또는 무기 광기전 엘리먼트들에서 찾아볼 수 있다. 검출기는 하나 또는 복수의 그러한 광학 센서들 및/또는 센서 영역들을 가질 수 있다. 예로써, 복수의 광학 센서들은 선형적으로 공간 이격되는 방식으로 또는 2차원 배열로, 또는 그렇지 않으면 3차원 배열로, 예를 들면, 사용되는 광기전 엘리먼트들, 바람직하게는 유기 광기전 엘리먼트들의 스택에 의해, 바람직하게는 광기전 엘리먼트들의 센서 구역들이 서로 평행하게 배열되는 스택에 의해, 배열될 수 있다. 다른 실시형태들도 가능하다.
선택적인 전송 디바이스는, 전술된 바처럼, 물체로부터 나오는 전자기 방사선을 광학 센서에 공급하도록 설계될 수 있다. 전술된 바처럼, 이 공급은 선택적으로, 전송 디바이스의 이미징에 의해 또는 그렇지 않으면 비이미징 특성들에 의해 이루어질 수 있다. 특히, 전송 디바이스는 또한, 전자기 방사선이 광학 센서에 공급되기 전에 전자기 방사선을 수집하도록 설계될 수 있다. 선택적인 전송 디바이스는 또한, 아래에서 더욱 더 상세히 설명되는 바처럼, 전체적으로 또는 부분적으로, 예를 들면, 정의된 광학 특성들을 갖는, 예를 들면, 정의된 또는 정확하게 알려진 빔 프로파일을 갖는 전자기 방사선, 예를 들면, 적어도 하나의 가우스 빔 (Gaussian beam), 특히, 알려진 빔 프로파일을 갖는 적어도 하나의 레이저 빔을 제공하도록 설계된 조명 소스에 의해, 적어도 하나의 선택적인 조명 소스의 구성 부분 (constituent part) 일 수 있다.
전자기 방사선은 특히, 다음의 스펙트럼 범위들 중 하나 이상의 광일 수 있다: 자외 스펙트럼 범위, 가시 스펙트럼 범위, 적외 스펙트럼 범위. 자외 스펙트럼 범위는 예를 들면, 50 nm 내지 400 nm의 파장을 갖는 범위, 가시 스펙트럼 범위는 400 nm 내지 800 nm의 범위, 그리고 적외 스펙트럼 범위는 800 nm 내지 100 000 nm의 범위인 것으로 고려될 수 있다.
물체에서 나오는 전자기 방사선은 물체 그 자체에서 비롯될 수 있지만, 또한 선택적으로 상이한 기원 (origin) 을 가질 수 있고 이 기원으로부터 물체로 그리고 후속하여 광학 센서 및 센서 영역으로 전파될 수 있다. 후자의 경우는 예를 들면 사용되는 적어도 하나의 조명 소스에 의해 이루어질 수 있다. 이 조명 소스는 예를 들면, 주변 광 (ambient light) 또는 그렇지 않으면 인공 조명 소스일 수 있다. 예로써, 검출기 자체는 적어도 하나의 조명 소스, 예를 들면, 적어도 하나의 레이저 및/또는 적어도 하나의 백열등 및/또는 적어도 하나의 반도체 광 소스, 예를 들면, 적어도 하나의 발광 다이오드, 특히 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 그들의 일반적으로 정의된 빔 프로파일 및 다른 특성들의 핸들링성 (handleability) 때문에, 조명 소스로서 또는 그의 부분으로서 하나 또는 복수의 레이저들의 사용이 특히 바람직하다. 조명 소스 그 자체는 검출기의 구성 부분일 수 있거나 또는 그렇지 않으면 검출기와 관계 없이 형성될 수 있다. 조명 소스는 검출기 특히, 예를 들면, 검출기의 하우징 속으로 통합될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 조명 소스는 또한 물체 속으로 통합되거나 또는 물체에 연결 또는 공간적으로 결합될 수 있다.
이에 따라, 물체에서 나오는 전자기 방사선은, 상기 방사선이 물체 그 자체에서 비롯되는 선택에 대해 대안적으로 또는 추가적으로, 조명 소스에서 나오거나 및/또는 조명 소스에 의해 여기 (excite) 될 수 있다. 예로써, 물체에서 나오는 전자기 방사선은, 광학 센서에 공급되기 전에, 물체 그 자체에 의해 방출되거나 및/또는 물체에 의해 반사되거나 및/또는 물체에 의해 산란될 수 있다. 이 경우에, 전자기 방사선의 방출 및/또는 산란은, 전자기 방사선의 스펙트럼의 영향 없이 또는 그러한 영향으로 이루어질 수 있다. 따라서, 예로써, 파장 시프트 (shift) 는 또한, 예를 들면, 스토크스 (Stokes) 또는 라만 (Raman) 에 따른 산란 동안 일어날 수 있다. 또한, 방사선의 방출은, 예를 들면, 1차 광 소스에 의해, 예를 들면, 발광 (luminescence), 특히 인광 (phosphorescence) 및/또는 형광 (fluorescence) 을 이루도록 여기되는 물체 또는 물체의 부분 영역에 의해, 여기될 수 있다. 다른 방출 프로세스들도 원칙적으로 가능하다. 반사가 일어나면, 물체는, 예를 들면, 적어도 하나의 반사 영역, 특히 적어도 하나의 반사 표면을 가질 수 있다. 상기 반사 표면은 물체 자체의 부분일 수 있지만, 또한, 예를 들면, 물체에 연결 또는 공간적으로 결합되는 반사기, 예를 들면, 물체에 연결되는 반사기 플라크 (reflector plaque) 일 수 있다. 적어도 하나의 반사기가 사용되면, 그것은 차례로 또한, 예를 들면, 검출기의 다른 구성 부분들과 관계 없이, 물체에 연결되는 검출기의 부분으로서 간주될 수 있다. 검출기의 적어도 하나의 조명 소스는 일반적으로, 물체의 방출 및/또는 반사 특성에, 예를 들면 그의 파장에 관하여, 적합화될 수 있다. 다양한 실시형태들이 가능하다.
광학 센서로의 전자기 방사선의 공급은 특히, 예를 들면, 원형, 계란형 또는 다르게 구성된 단면을 갖는 광 스폿 (light spot) 이 선택적인 센서 구역 상에 만들어지는 방식으로 이루어질 수 있다. 예로써, 검출기는 가시 범위, 특히 입체 각도 범위 및/또는 공간 범위를 가질 수 있는데, 그 내부에서 물체들이 검출될 수 있다. 바람직하게는, 선택적인 전송 디바이스는, 광 스폿이, 예를 들면, 검출기의 가시 범위 내에 배열되는 물체의 경우에, 센서 영역, 특히 센서 구역 상에 완전히 배열되는 그러한 방식으로 설계된다. 예로써, 센서 구역은, 이 조건을 확보하기 위하여 대응하는 크기를 갖도록 선택될 수 있다.
전술된 바처럼, 광학 센서는 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 예로써, 이것은, 전기 신호, 특히 전압 신호 및/또는 전류 신호, 예를 들면, 광전압 및/또는 광전류일 수 있다. 이하에서, 가능한 추가 실시형태들을 제한함이 없이, 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 광전류를 생성하는 광학 센서들이 특히 참조된다. 광학 신호는 시간적으로 일정하거나 또는 시간적으로 다를 수 있고, 원칙적으로, 아날로그 방식 또는 그렇지 않으면 디지털 방식으로 구체화될 수 있고, 아날로그 신호들이 이하에서 바람직하다. 센서 신호는 원 신호 (raw signal) 대로 사용될 수 있지만, 또한 하나 또는 복수의 프로세싱 동작, 예를 들면, 하나 또는 복수의 필터링 동작들 또는 유사한 프로세싱 동작들을 받을 수 있다. 이하에서는, 이들 선택들과 원 신호의 사용 간에 구별되지 않고, 용어 센서 신호가 균일하게 사용된다. 또한, 추가 가능한 실시형태들을 제한함이 없이, 센서 신호는 양의 값을 갖는 것으로 가정되고, 최대라는 용어는 또한, 예를 들면, 이 점에서 이해되야 한다. 마찬가지로 가능한, 음의 부호를 갖는 하나 또는 복수의 센서 신호들이 검출되면, 이하에서 최대라는 표현은 최소 또는 일반적으로 극치 (extremum) 의 용어로 교체되거나, 또는 실제 센서 신호는, 예를 들면, 그의 절대 값으로 교체되야 하는데, 이는 당업자에게 쉬이 분명해질 것이다.
전술된 바처럼, 광학 센서는 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 여기서, 조명의 총 파워가 동일한 경우, 센서 신호는 조명의 지오메트리, 특히, 센서 구역 상의 조명의 빔단면에 의존한다.
조명의 지오메트리는 일반적으로, 물체로부터 나오는 전자기 방사선에 노출되는 센서 영역의 영역의 2차원 및/또는 3차원 실시형태를 특성화하는 조명의 적어도 하나의 특성을 요약할 수 있다. 예로써, 조명의 지오메트리는, 센서 영역 상 또는 내의, 예를 들면, 센서 표면 상의 조명의 빔 단면에 의해, 조명의, 예를 들면, 광 스폿의 직경 또는 등가 직경 (equivalent diameter) 에 의해 특성화될 수 있다. 전술된 바처럼, 예를 들면, 직경 또는 등가 직경을 가질 수 있는 광 스폿이, 예를 들면, 센서 구역 상에 만들어질 수 있다. 예를 들면, 상기 직경 또는 등가 직경은 조명의 지오메트리를 완전히 또는 부분적으로 특성화할 수 있다. 예를 들면, 광 스폿은, 비조명된 구역에 대한 특히 경계 (demarcation) 에서의 조명된 구역을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 예로써, 광 스폿은, 내부에 조명의 세기가 최대 세기의 적어도 10%인 센서 영역의 구역을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 하지만, 원칙적으로, 광 스폿의 다른 정의도, 예를 들면, 10% 대신 설정되는 다른 한계 값들에 의해, 가능한데, 왜냐하면, 실제적으로 조명의 에지는, 세기가 제로로 급락하는 것 덕분에 뚜렷히 정의되지는 않을 것이기 때문이다.
예를 들면, 광학 센서는, 조명의 같은 파워가 주어지면, 즉, 예를 들면, 센서 구역 상의 조명의 세기에 대한 같은 적분 (integral) 이 주어지면, 광학 신호가 조명의 지오메트리, 즉, 예를 들면, 센서 스폿에 대한 직경 및/또는 등가 직경에 의존하도록 설계될 수 있다. 예로써, 센서는, 빔 단면의 배가 (doubling) 시, 총 파워가 동일한 경우, 신호 변화는 적어도 3배, 바람직하게는 적어도 4배, 특히 5배 또는 심지어 10배 만큼 일어나는 그러한 방식으로 설계될 수 있다. 이 조건은, 예를 들면, 특정 포커싱 범위, 예를 들면, 적어도 하나의 특정 빔 단면에 대해 유효할 수 있다. 따라서, 예로써, 신호는, 신호가 예를 들면 적어도 하나의 전체 또는 국부 최대를 가질 수 있는 적어도 하나의 최적 포커싱과 상기 적어도 하나의 최적 포커싱 밖의 포커싱 사이에, 적어도 3배, 바람직하게는 적어도 4배, 특히 5배 또는 심지어 10배 만큼 신호 차이를 가질 수 있다. 특히, 센서 신호는, 조명의 지오메트리, 예를 들면, 광 스폿의 직경 또는 등가 직경의 함수로서, 예를 들면, 적어도 3 배, 특히 바람직하게는 적어도 4 배 그리고 특히 바람직하게는 적어도 10 배 만큼 부스트 (boost) 를 갖는, 적어도 하나의 현저한 최대 (pronounced maximum) 를 가질 수 있다.
결과적으로, 본 발명은 일반적으로, 특정 광학 센서들로서, 이들의 센서 신호가, 이들 센서들의 센서 영역의, 예를 들면, 센서 구역의 조명의 전체 광 파워에 의존할 뿐만 아니라, 조명의 지오메트리, 예를 들면, 센서 영역, 예를 들면, 센서 구역 상의 조명의 광 스폿의 크기에 대한 현저한 신호 의존성도 존재하는, 그러한 광학 센서들이 존재한다는 지금까지 보고되지 않았고 놀라운 식견에 기초한다. 이것은 일반적으로 대부분의 종래 광학 센서들, 특히 대부분의 무기 반도체 센서들에 대해서는 그러하지 않은데, 왜냐하면 여기서 센서 신호는, 광 스폿이 센서 영역의 한계들 내에 놓여 있는 한, 일반적으로 조명의 전체 파워, 즉, 광 스폿의 크기, 즉, 조명의 지오메트리에 일반적으로 관계 없는 전체 광 스폿에 걸친 세기에 대한 적분에만 의존하기 때문이다. 하지만, 놀랍게도, 특정 광학 센서들, 예를 들면, 유기 광학 센서들에서, 센서 신호가 한편으로 조명의 전체 파워와 함께 상승하지만, 다른 한편으로는 일정한 전체 파워가 주어지더라도, 조명의 지오메트리에 의존하는 그러한 센서 신호의 의존성이 일어난다는 점을 발견하였다. 그러한 광학 센서들의 예들은 아래에서 더욱 더 상세히 설명된다. 예로써, 총 파워가 동일한 경우, 센서 신호는 센서 구역 상 또는 센서 영역 내의 광 스폿의 하나 또는 복수의 특정 크기들 및/또는 하나 또는 복수의 포커싱에 대해 적어도 하나의 현저한 최대값을 가질 수 있다. 이 효과는 추가적으로, 센서 영역이 조명되는 전자기 방사선이 센서 영역에 연속적으로 입사하는 것이 아니라, 인터럽트 (interrupt), 예를 들면, 주파수 f로 주기적으로 인터럽트된다는 사실 때문에 조명의 주파수에 의존하거나 또는 이에 의해 강화될 수 있다. 조명의 지오메트리 상에 그리고 선택적으로 조명의 주파수 상에 조명의 총 파워가 동일한 경우, 센서 신호의 의존성의 언급된 효과를 갖는 설명된 광학 센서들은 또한 이하에서 핍 센서 (fip sensor) 로 표기되는데, 왜냐하면, 같은 전체 파워 p가 주어지면, 센서 신호는 세기 i에 그리고 선택적으로 주파수 f에 의존할 수 있기 때문이거나 또는 같은 전체 파워 p가 주어지면, 센서 선호는 광 플럭스 밀도 (optical flux density) Φ 에 의존할 수 있기 때문이다. 예로써, 센서 신호는 광전류 및/또는 광전압을 포함할 수 있다. 예로써, 광전류는 따라서 플럭스 Φ 의 전체 파워 p 및/또는 조명의 지오메트리 (예를 들면, 광 스폿의 직경 또는 등가 직경) 그리고 선택적으로 주파수의 함수일 수 있거나 또는 예를 들면, 전체 파워 p, 세기 (예를 들면, 최대 세기) 및 주파수의 함수일 수 있다.
빔 지오메트리에 대한 센서 신호의 의존성의 그러한 효과들은, 본 발명에 이르는 연구의 맥락에서, 특히 유기 광기전 컴포넌트들, 즉, 광기전 컴포넌트들, 예를 들면, 적어도 하나의 유기 재료, 예를 들면, 적어도 하나의 유기 p-반도체 재료 및/또는 적어도 하나의 유기 염료를 포함하는 태양 전지의 경우에 관찰되었다. 예로써, 이하에서 예로써 더욱 더 상세히 설명되는 바처럼, 그러한 효과들은 염료 태양 전지, 즉 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 n-반도체 금속 산화물, 적어도 하나의 염료, 적어도 하나의 p-반도체 유기 재료, 바람직하게는 고체 유기 p-타입 반도체, 및 적어도 하나의 제 2 전극을 갖는 컴포넌트들의 경우에 관찰되었다. 그러한 염료 태양 전지, 바람직하게는 고체 염료 태양 전지 (고체 염료 감응 태양 전지, sDSC) 는 원칙적으로 문헌으로부터 많은 변형들이 알려져 있다. 하지만, 센서 구역 상의 조명의 지오메트리에 대한 센서 신호의 의존성의 설명된 효과 및 이러한 효과의 사용은, 지금까지 설명된 바 없다.
특히, 광학 센서는, 특히 조명의 광 스폿이 센서 영역, 특히 센서 구역 내에 완전히 놓여 있는 한, 조명의 총 파워가 동일한 경우, 광학 신호는 센서 영역의 크기, 특히 센서 구역의 크기와 실질적으로 관계 없도록 설계될 수 있다. 결과적으로, 센서 신호는 센서 구역 상의 전자기 선 (electromagnetic ray) 의 포커싱에만 의존할 수 있다. 특히, 센서 신호는, 같은 조명이 주어지면 센서 구역 당 광전압 및/또는 광전류가 같은 값을 갖는, 예를 들면, 광 스폿의 같은 크기가 주어지면 센서 구역 당 광전압 및/또는 광전류가 같은 값을 갖는 그러한 방식으로 구체화될 수 있다.
결과적으로, 광학 검출기에 의해, 예를 들면, 광학 센서의 센서 신호의 적합한 교정 및/또는 적합한 분석에 의해, 정보의 적어도 하나의 추가 아이템이 획득될 수 있는데, 이는 이하에서 지오메트리 정보로 표기된다. 검출기는 센서 신호로부터 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하도록 설계되는 적어도 하나의 평가 디바이스를 포함한다.
지오메트리 정보의 아이템은, 원칙적으로, 조명의 총 파워가 동일한 경우, 센서 신호가 조명의 지오메트리에 의존한다는 전술된 효과로부터 직접 또는 간접적으로 도출될 수 있는 정보의 임의의 원하는 아이템을 의미하는 것으로 이해되야 한다. 지오메트리 정보는, 특히, 조명, 특히, 조명의 지오메트리에 관한 정보의 적어도 하나의 아이템, 및/또는 물체에 관한 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 포함할 수 있다. 지오메트리 정보는, 특히, 광 파워에 관한 정보의 아이템만의 범위를 넘을 수 있다. 지오메트리 정보는 바람직하게는 조명의 지오메트리에 관한 정보의 적어도 하나의 아이템 및/또는 조명의 지오메트리에 영향을 미치는 적어도 하나의 영향 변수에 관한 정보의 적어도 하나의 아이템, 예를 들면, 물체의 거리에 관한 정보의 아이템을 포함할 수 있다.
특히 바람직하게는 지오메트리 정보는 다음으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 정보의 적어도 하나의 아이템을 포함한다: 예를 들면, 검출기의 측정 범위 및/또는 가시 범위 (visual range) 에 물체가 존재하는지 여부의 사실에 관한 정보의 아이템; 검출기의 적어도 하나의 광학 특성, 예를 들면, 적어도 하나의 밝기 및/또는 적어도 하나의 방사 특성, 예를 들면, 발광 (luminescence) 특성에 관한 정보의 아이템; 물체의 위치 (location) 정보의 아이템, 예를 들면, 물체와 검출기 또는 검출기의 부분 사이의 거리 및/또는 검출기 또는 검출기의 부분에 대한 물체의 상대적 배향에 관한 정보의 아이템 및/또는 검출기 및/또는 물체에 의해 결정되는 적어도 하나의 좌표 시스템에서 물체의 포지션 정보의 아이템; 물체의 움직임 상태에 관한 정보의 아이템, 예를 들면, 물체의 1차원, 2차원 또는 3차원 속도 및/또는 물체의 가속도; 센서 영역의 조명의 지오메트리에 관한 정보의 아이템; 조명이, 특정 지오메트리, 특히 센서 영역의 불균일 조명, 특히 포커싱된 조명, 예를 들면, 적어도 하나의 광 스폿이 센서 구역 상에 만들어지는 조명으로 일어났다거나 또는 일어나고 있다는 사실에 관한 정보의 아이템. 대안적으로 또는 추가적으로, 지오메트리 정보는 또한 정보의 하나 또는 복수의 다른 아이템들을 포함할 수 있다. 본 발명은 실질적으로, 물체에 관한 위치 정보의 적어도 하나의 아이템의 형태로 지오메트리 정보의 아이템을 획득하는 것을 참조하여 아래에서 설명된다. 상기 위치 정보는 검출기에 의해 검출되는, 전체 물체 또는 그렇지 않으면 물체의 부분, 예를 들면, 물체의 포인트, 구역 또는 영역에 관한 것일 수 있다. 이 포인트, 이 구역 또는 이 영역은 물체의 표면 상에 또는 그렇지 않으면 적어도 부분적으로 물체 내에 배열될 수 있다.
지오메트리 정보는, 원칙적으로, 임의의 원하는 형태로 생성될 수 있다. 바람직하게는, 지오메트리 정보는 기계 판독가능 형태 및/또는 기계에 의해 사용될 수 있는 형태로 생성된다. 예로써, 지오메트리 정보는 적어도 하나의 전기 및/또는 광학 신호의 형태로 생성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 지오메트리 정보는 또한, 인간에 의해 판독 및/또는 검출될 수 있는 형태로, 예를 들면, 종이 상의 인쇄에 의해, 스크린 상의 디스플레이에 의해, 시각적 형태의 출력에 의해, 음향 형태의 출력에 의해, 햅틱 (haptic) 형태의 출력에 의해, 또는 언급된 출력 형태 및/또는 인간에 의해 검출될 수 있는 다른 출력 형태들의 2 이상의 조합에 의해, 생성될 수 있다. 지오메트리 정보는 특히, 예를 들면, 전체적으로 또는 부분적으로, 평가 디바이스의 및/또는 어떤 다른 디바이스의 구성 부분일 수 있는 적어도 하나의 휘발성 또는 비휘발성 데이터 메모리에 저장되었을 수도 있거나 또는 저장될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템은 또한, 적어도 하나의 인터페이스에 의해, 예를 들면, 적어도 하나의 출력 디바이스에 의해, 제공 및/또는 전송될 수 있다.
평가 디바이스는 일반적으로, 조명의 총 파워가 동일한 경우, 센서 신호가 조명의 지오메트리에 의존한다는 전술된 효과를 이용하여, 적어도 하나의 센서 신호로부터 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하도록 설계되는 디바이스를 의미하는 것으로 이해되야 한다. 특히, 이 경우에, 예로써 아래에서 더욱 더 상세하게 설명되는 바처럼, 조명의 지오메트리와 지오메트리 함수 (geometrical function) 사이의 알려진 관계를 사용하는 것이 가능하다.
평가 디바이스는, 특히 적어도 하나의 데이터 프로세싱 디바이스, 특히, 적어도 하나의 센서 신호를 적어도 하나의 입력 변수로서 사용하고, 상기 입력 변수를 사용하여, 예를 들면, 계산에 의해 및/또는 적어도 하나의 저장된 및/또는 알려진 관계를 사용하여, 적어도 하나의 지오메트리 정보를 생성하도록 설계될 수 있는 전자 데이터 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 센서 신호 이외에, 하나 또는 복수의 추가 파라미터들 및/또는 정보의 아이템들, 예를 들면 변조 주파수에 관한 정보의 적어도 하나의 아이템이, 상기 관계에 영향을 미칠 수 있다. 이 경우에, 그 관계는, 경험적으로, 분석적으로 또는 그렇지 않으면 반경험적으로 결정되거나 또는 결정가능할 수 있다. 특히 바람직하게는, 그 관계는 적어도 하나의 교정 곡선, 적어도 하나의 세트의 교정 곡선들, 적어도 하나의 함수 또는 언급된 가능성 (possibilities) 의 조합을 포함한다. 하나 또는 복수의 교정 곡선들은 예를 들면, 한 세트의 값들 및 그의 연관된 함수 값들의 형태로, 예를 들면 데이터 저장 디바이스 및/또는 테이블에 저장될 수 있다. 하지만, 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 교정 곡선은 또한, 예를 들면, 파라미터화된 형태로 및/또는 함수 등식으로서 저장될 수 있다. 다양한 가능성들이 생각될 수 있고 또한 조합될 수 있다.
예로써, 평가 디바이스는 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 결정하기 위해 프로그래밍에 관하여 설계될 수 있다. 평가 디바이스는 특히 적어도 하나의 컴퓨터, 예를 들면, 적어도 하나의 마이크로컴퓨터를 포함할 수 있다. 또한, 평가 디바이스는 하나 또는 복수의 휘발성 또는 비휘발성 데이터 메모리를 포함할 수 있다. 데이터 프로세싱 디바이스, 특히 적어도 하나의 컴퓨터의 대안으로 또는 추가적으로, 평가 디바이스는, 적어도 하나의 센서 신호를 사용한 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 결정하기 위해 설계된 하나 또는 복수의 추가 전자 컴포넌트들, 예를 들면, 전자 테이블 및 특히 적어도 하나의 룩업 테이블 및/또는 적어도 하나의 ASIC (application-specific integrated circuit) 를 포함할 수 있다.
지오메트리 정보는, 이하에서 예로써 설명될 그러한 검출기들의 다수의 가능한 사용들을 허용한다. 예로써, 아래에서 더욱 더 상세히 설명될 바처럼, 물체의 위치 정보의 적어도 하나의 아이템은 상기 지오메트리 정보로부터 생성될 수 있거나, 또는 지오메트리 정보는 위치 정보의 적어도 하나의 아이템을 포함할 수 있는데, 왜냐하면 예를 들어 조명의 지오메트리, 예를 들면, 센서 구역 상의 광 스폿의 직경 또는 등가 직경이 물체와 검출기 및/또는 검출기의 선택적인 전송 디바이스, 예를 들면 적어도 하나의 검출기 렌즈 사이의 거리에 의존할 수 있기 때문이다. 예로써, 물체와 선택적인 전송 디바이스의 렌즈 사이의 거리의 변화는 센서 영역 상의 조명의 디포커싱 (defocusing) 에 이를 수 있으며, 조명의 지오메트리 변화, 예를 들면, 광 스폿의 확장이 수반되고, 이는 대응하여 변경된 센서 신호를 초래할 수 있다. 전송 디바이스 없이도, 예로써, 센서 신호로부터의 알려진 빔 프로파일 및/또는 그의 변화로부터, 예를 들면, 전자기 선의 알려진 전파 및/또는 알려진 빔 프로파일에 의해, 디포커싱 및/또는 지오메트리 정보를 추론하는 것이 가능하다. 예로써, 조명의 알려진 전체 파워가 주어지면, 따라서 광학 센서의 센서 신호로부터 조명의 지오메트리를 추론하고 그로부터 차례로 지오메트리 정보, 특히 물체의 위치 정보의 적어도 하나의 아이템을 추론하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 적어도 2개의 센서 신호들이 검출된다. 조명의 전체 파워가 알려지지 않으면, 예를 들어, 적어도 2개의 센서 신호들이, 예를 들면, 조명의 변조의 상이한 주파수의 적어도 2개의 센서 신호들이 생성될 수 있고, 여기서 적어도 2개의 센서 신호들로부터, 예를 들면 대응하는 교정 곡선들과의 비교에 의해, 조명의 전체 파워 및/또는 지오메트리를 추론하거나, 및/또는 그로부터 또는 직접적으로, 물체의, 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템, 특히 위치 정보의 적어도 하나의 아이템을 추론하는 것이 가능하다. 어느 경우든, 따라서 검출기는, 특히 설명된 효과에 기초하여, 바람직하게는 조명의 전체 파워에 관한 순수한 정보 범위를 넘는, 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하도록 설계될 수 있다.
설명된 검출기는 유리하게는 다양한 방식들로 발전될 수 있다. 따라서, 검출기는 또한, 조명을 변조하기 위한, 특히 주기적 변조 (periodic modulation) 를 위한 적어도 하나의 변조 디바이스, 특히 주기적 빔 인터럽팅 디바이스를 가질 수 있다. 조명의 변조는, 조명의 전체 파워가, 바람직하게는 주기적으로, 특히 하나 또는 복수의 변조 주파수들로 변화되는 프로세스를 의미하는 것으로 이해되야 한다. 특히, 주기적 변조는 조명의 전체 파워의 최대 값과 최소값 사이에서 이루어질 수 있다. 최소 값은 0일 수 있지만, > 0 일 수도 있어서, 예로써 완전한 변조가 이루어질 필요가 없다. 변조는, 예를 들면, 물체와 광학 센서 사이의 빔 경로에서, 예를 들면, 상기 빔 경로에 배열되는 적어도 하나의 변조 디바이스에 의해, 이루어질 수 있다. 하지만, 대안적으로 또는 추가적으로, 변조는 또한, 물체를 조명하기 위한-아래에서 더욱 더 상세하게 설명되는- 선택적인 조명 소스와 물체 사이의 빔 경로에서, 예를 들면, 상기 빔 경로에 배열되는 적어도 하나의 변조 디바이스에 의해, 이루어질 수 있다. 이들 가능성들의 조합이 또한 생각될 수 있다. 적어도 하나의 변조 디바이스는, 예를 들면, 빔 쵸퍼 (beam chopper) 또는, 예를 들면, 바람직하게는 일정한 속도로 회전하고 따라서 조명을 주기적으로 인터럽트할 수 있는, 적어도 하나의 인터럽터 블레이드 또는 인터럽터 휠을 포함하는, 어떤 다른 타입의 주기적 빔 인터럽팅 디바이스를 포함할 수 있다. 하지만, 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 또는 복수의 상이한 타입들의 변조 디바이스들, 예를 들면, 전기-광학 효과 및/또는 음향-광학 효과에 기초한 변조 디바이스들을 사용하는 것도 가능하다. 또 다시 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 선택적인 조명 소스 그 자체는 또한, 예를 들면, 상기 조명 소스 자체가 변조된 세기 및/또는 전체 파워, 예를 들면, 주기적으로 변조된 전체 파워를 갖는 것에 의해, 및/또는 상기 조명 소스가 펄스형 조명 소스로서, 예를 들면, 펄스형 레이저로서 구체화되는 것에 의해, 변조된 빔을 생성하도록 설계될 수 있다. 따라서, 예로써, 적어도 하나의 변조 디바이스는 또한, 조명 소스내에 전체적으로 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 다양한 가능성들이 생각될 수 있다.
검출기는 특히, 상이한 변조들의 경우에 적어도 2개의 센서 신호들, 특히 각각 상이한 변조 주파수의 적어도 2개의 센서 신호들을 검출하도록 설계될 수 있다. 평가 디바이스는 적어도 2개의 센서 신호들로부터 지오메트리 정보를 생성하도록 설계될 수 있다. 전술된 바처럼, 이런 식으로, 예로써, 모호성 (ambiguity) 을 해결하는 것이 가능하거나 및/또는 예를 들면, 조명의 전체 파워가 일반적으로 알려져 있지 않다는 사실을 고려하는 것이 가능하다.
검출기의 추가 가능한 실시형태들은 적어도 하나의 선택적인 전송 디바이스의 실시형태에 관한 것이다. 전술된 바처럼, 상기 적어도 하나의 전송 디바이스는 이미징 특성을 가질 수 있거나 또는 그렇지 않으면, 조명의 포커싱에 영향을 미치지 않는 순수한 비이미징 전송 디바이스로서 구체화될 수 있다. 하지만, 전송 디바이스가 적어도 하나의 이미징 엘리먼트, 예를 들면, 적어도 하나의 렌즈 및/또는 적어도 하나의 만곡된 미러를 가지면 특히 바람직한데, 왜냐하면, 그러한 이미징 엘리먼트들의 경우에, 예를 들면, 센서 영역 상의 조명의 지오메트리는 상대 위치, 예를 들면, 전송 디바이스와 물체 사이의 거리에 의존할 수 있기 때문이다. 일반적으로, 전송 디바이스는, 물체에서 나오는 전자기 방사선이 센서 영역으로 완전히 전송되는, 예를 들면, 센서 영역, 특히 센서 구역 상에 완전히 포커싱되는 그러한 방식으로 설계된다면, 특히 물체가 검출기의 가시 범위에 배열되면, 특히 바람직하다.
전술된 바처럼, 광학 센서는 또한, 조명의 총 파워가 동일한 경우, 센서 신호가 조명의 변조의 변조 주파수에 의존하는 그러한 방식으로 설계될 수 있다. 검출기는, 특히, 전술된 바처럼, 물체에 관한 정보의 하나 또는 복수의 추가 아이템들을 생성하기 위하여 상이한 변조 주파수들의 센서 신호들이 픽업되는 그러한 방식으로 구체화될 수 있다. 전술된 바처럼, 예로써, 적어도 2개의 상이한 변조 주파수들의 센서 신호는, 각 경우에, 픽업될 수 있고, 여기서, 예로써, 이런 식으로, 조명의 전체 파워에 관한 정보의 결여가 보완될 수 있다. 예로써, 조명의 알려지지 않은 전체 파워의 경우에도, 예를 들면 검출기의 데이터 저장 디바이스에 저장될 수 있는 하나 또는 복수의 교정 곡선들과 상이한 변조 주파수들에서 픽업된 적어도 2개의 센서 신호들 비교하는 것에 의해, 조명의 지오메트리, 예를 들면, 센서 구역 상의 광 스폿의 직경 또는 등가 직경을 추론하는 것이 가능하다. 이 목적으로, 예로써, 전술된 적어도 하나의 평가 디바이스, 예를 들면, 상이한 주파수들의 센서 신호들의 그러한 픽업을 제어하도록 설계될 수 있고 상기 센서 신호들과 적어도 하나의 교정 곡선을 비교하여 그로부터 지오메트리 정보, 예를 들면, 조명의 지오메트리에 관한 정보, 예를 들면, 광학 센서의 센서 구역 상의 조명의 광 스폿의 직경 또는 등가 직경에 관한 정보를 생성하도록 설계될 수 있는, 적어도 하나의 데이터 프로세싱 디바이스를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 아래에서 더욱 더 상세히 설명되는 바처럼, 평가 디바이스는 대안적으로 또는 추가적으로 물체에 관한 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템, 예를 들면, 위치 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하도록 설계될 수 있다. 전술된 바처럼, 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템의 이러한 생성은, 예를 들면, 검출기 및/또는 전송 디바이스 또는 그의 부분에 대한 물체의 위치와 광 스폿의 크기 사이의 적어도 하나의 알려진 관계를 고려하여, 예를 들면, 경험적으로, 반경험적으로 또는 분석적으로 대응하는 이미징 등식들을 사용하여, 이루어질 수 있다.
물체들의 이미징 및/또는 공간 해상도가 또한 일반적으로, 최소 가능 센서 구역들, 예를 들면, CCD 칩들의 경우에 최소 가능 픽셀들이 사용된다는 사실에 결부되는, 알려진 검출기들과는 대조적으로, 제안된 검출기의 센서 영역은, 원칙적으로, 매우 큰 방식으로, 구체화될 수 있는데, 왜냐하면, 예를 들어, 물체에 관한, 지오메트리 정보, 특히 위치 정보의 적어도 하나의 아이템이 예를 들면 조명의 지오메트리와 센서 신호 사이의 알려진 관계로부터 생성될 수 있기 때문이다. 이에 따라서, 센서 영역은, 예를 들면, 센서 구역, 예를 들면, 적어도 0.001 mm2, 특히 적어도 0.01 mm2, 바람직하게는 적어도 0.1 mm2, 더 바람직하게는 적어도 1 mm2, 더 바람직하게는 적어도 5 mm2, 더 바람직하게는 적어도 10 mm2, 특히 적어도 100 mm2 또는 적어도 1000 mm2 또는 심지어 적어도 10 000 mm2인, 광학 센서 구역을 가질 수 있다. 특히, 100 cm2 이상의 센서 구역들이 사용될 수 있다. 센서 구역은 일반적으로 애플리케이션 (application) 에 적합화될 수 있다. 특히, 센서 구역은, 적어도 물체가 검출기의 가시 범위 내에, 바람직하게는 미리정의된 시야 각도 (viewing angle) 및/또는 검출기로부터의 미리정의된 거리 내에, 위치되면, 광 스폿은 항상 센서 구역 내에 배열되는 그러한 방식으로 선택되야 한다. 이런 방식으로, 결과적으로 신호 커럽션 (signal corruption) 이 일어날 수 있는 바처럼, 광 스폿이 센서 영역의 한계들에 의해 트리밍되지 않도록 확보될 수 있다.
전술된 바처럼, 센서 영역은 특히 연속적인 센서 영역, 특히 연속적인 센서 구역일 수 있고, 이는 바람직하게는 균일한, 특히 단일, 센서 신호를 생성할 수 있다. 결과적으로, 센서 신호는 특히 전체 센서 영역에 대한 균일한 센서 신호, 즉 센서 영역의 각 부분 영역이, 예를 들면, 부가적으로 기여하는 센서 신호일 수 있다. 센서 신호는 일반적으로, 전술된 바처럼, 특히, 광전류 및 광전압으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.
광학 센서는, 특히 적어도 하나의 반도체 검출기를 포함하거나 및/또는 적어도 하나의 반도체 검출기일 수 있다. 특히, 광학 센서는 적어도 하나의 유기 반도체 검출기를 포함하거나 또는 적어도 하나의 유기 반도체 검출기, 즉, 적어도 하나의 유기 반도체 재료 및/또는 적어도 하나의 유기 센서 재료, 예를 들면, 적어도 하나의 유기 염료를 포함하는 반도체 검출기일 수 있다. 바람직하게는, 유기 반도체 검출기는 적어도 하나의 유기 태양 전지 및 특히 바람직하게는 염료 태양 전지, 특히 고체 염료 태양 전지를 포함할 수 있다. 그러한 바람직한 고체 염료 태양 전지들의 예시적인 실시형태들은 아래에서 더욱 더 상세히 설명된다.
특히, 광학 센서는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 n-반도체 금속 옥사이드, 적어도 하나의 염료, 적어도 하나의 p-반도체 유기 재료, 바람직하게는 적어도 하나의 고체 p-반도체 유기 재료, 및 적어도 하나의 제 2 전극을 포함할 수 있다. 하지만, 일반적으로, 일정한 전체 파워가 주어지면, 센서 신호가 센서 영역의 조명의 지오메트리에 의존하는 설명된 효과는 유기 태양 전지에 제한되지 않고 특히 염료 태양 전지에 제한되지 않는 높은 개연성을 갖는다는 점이 지적된다. 이 이론에 의해 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 함이 없이, 그리고 본 발명은 이 이론의 정확성에 얽매임이 없이, 일반적으로 광기전 엘리먼트들은, 트랩 상태 (trap state) 들을 갖는 적어도 하나의 반도체 재료가 사용되는 광학 센서들로서 적합하다고 생각된다. 결과적으로, 광학 센서는, 적어도 하나의 n-반도체 재료 및/또는 적어도 하나의 p-반도체 재료를 포함할 수 있고 이들은 예를 들면 전도대 (conduction band) 및 가전자대 (valence band) 를 포함할 수 있고, 여기서, 유기 재료의 경우에, 전도대 및 가전자대는 대응하여 LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) 및 HOMO (highest occupied molecular orbital) 으로 교체되야 한다. 트랩 상태들은, 전도대 (또는 LUMO) 및 가전자대 (또는 HOMO) 사이에 배치되고, 전하 운반체에 의해 점유될 수 있는 에너지적으로 가능한 상태 (energetically possible state) 들을 의미하는 것으로 이해되야 한다. 예로써, 가전자대 (또는 HOMO) 위의 적어도 하나의 거리 ΔEh에 배치되는 정공 전도를 위한 트랩 상태들 및/또는 전도대 (또는 LUMO) 아래의 적어도 하나의 거리 ΔEe에 배치되는 전자 전도를 위한 트랩 상태들을 제공하는 것이 가능하다. 그러한 트랩들은, 예를 들면, 불순물 및/또는 결함들에 의해 달성될 수 있고, 이들은 선택적으로 또한 타겟화되는 방식으로 도입될 수 있거나 또는 내재적으로 존재할 수 있다. 예로써, 낮은 세기의 경우에, 즉 예를 들면, 대직경을 갖는 광 스폿의 경우에, 오직 낮은 전류가 흐를 수 있는데, 왜냐하면, 전도대에 있는 정공 또는 가전자대에 있는 전자들이 광전류에 기여하기 전에 먼저 트랩 상태들이 점유되기 때문이다. 오직 더 높은 세기로부터 출발하여, 즉 예를 들면, 센서 영역에서 광 스폿의 더 집중적인 포커싱으로부터 출발하여, 그러면 상당한 광전류가 흐를 수 있다. 설명된 주파수 의존성은, 예를 들면, 전하 운반체들이 트랩들을 다시 체류 지속기간 (residence duration) τ 후에 떠나서, 설명된 효과는, 높은 변조 주파수를 갖는 변조된 조명의 경우에만 일어난다는 사실에 의해 설명될 수 있다. 예로써, 검출기는 적어도 1 Hz, 바람직하게는 적어도 10 Hz, 특히 적어도 100 Hz 및 특히 바람직하게는 적어도 1 kHz 의 주파수로 센서 영역의 조명의 변조를 초래하도록 설계될 수 있다. 트랩 상태들은, 예를 들면, n-반도체 재료 및/또는 p-반도체 재료 및/또는 염료에 대해 10-5 내지 10-1의 밀도로 존재할 수 있다. 전도대 및 가전자대에 대한 에너지 차이 ΔE는 특히 0.05-0.3 eV일 수 있다.
검출기는, 전술된 바처럼, 적어도 하나의 평가 디바이스를 갖는다. 특히, 적어도 하나의 평가 디바이스는 또한, 예를 들면, 검출기의 하나 또는 복수의 변조 디바이스들을 제어하거나 및/또는 검출기의 적어도 하나의 조명 소스를 제어하도록 설계되는 평가 디바이스에 의해, 검출기를 완전히 또는 부분적으로 제어 또는 구동하도록 설계될 수 있다. 평가 디바이스는 특히, 하나 또는 복수의 센서 신호들이, 예를 들면, 복수의 센서 신호들이 조명의 상이한 변조 주파수들에서 연속적으로, 픽업되는, 적어도 하나의 측정 사이클을 수행하도록 설계될 수 있다.
평가 디바이스는, 전술된 바처럼, 적어도 하나의 센서 신호로부터 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하도록 설계된다. 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템은, 특히, 전술된 바처럼, 물체의 위치 정보의 적어도 하나의 아이템을 포함하거나 및/또는 물체의 위치 정보의 적어도 하나의 아이템일 수 있다. 이 경우에, 위치 정보의 아이템은 일반적으로, 전자기 방사선이 나오는, 물체 또는 물체의 부분, 예를 들면, 물체의 영역의 적어도 하나의 위치 및/또는 적어도 하나의 배향을 특성화 (characterize) 나타내는데 알맞거나 및/또는 적합화되는 정보의 아이템을 의미하는 것으로 이해되야 한다. 상기 위치 정보의 적어도 하나의 아이템은, 정적일 수 있지만, 즉 예를 들면, 위치 정보의 단일 아이템 또는 동시에 픽업되는 위치 정보의 복수 아이템을 포함할 수 있지만, 대안적으로 또는 추가적으로, 또한 상이한 시간에 픽업되는 위치 정보의 복수의 아이템들을 포함할 수 있다. 예로써, 이런 식으로, 위치 정보의 적어도 하나의 아이템은, 적어도 하나의 움직임, 예를 들면, 또한 검출기 또는 그의 부분들과 물체 또는 그의 부분들 사이의 상대적인 움직임에 관한 정보의 적어도 하나의 아이템을 포함할 수 있다. 이 경우에, 상대적인 움직임은 일반적으로, 적어도 하나의 선형 움직임 및/또는 적어도 하나의 회전 움직임을 포함할 수 있다. 예를 들면, 움직임 정보의 아이템들이, 상이한 시간에 픽업된 위치 정보의 적어도 2개의 아이템들의 비교에 의해 획득되어, 예를 들면, 위치 정보의 적어도 하나의 아이템은 또한, 속도 정보의 적어도 하나의 아이템 및/또는 가속도 정보의 적어도 하나의 아이템, 예를 들면, 물체 또는 그의 부분들과 검출기 또는 그의 부분들 사이의 적어도 하나의 상대 속도에 관한 정보의 적어도 하나의 아이템을 포함할 수 있다. 특히, 위치 정보의 적어도 하나의 아이템은 일반적으로 다음으로부터 선택될 수 있다: 물체 또는 그의 부분들과 검출기 또는 그의 부분들 사이의 거리, 특히 광학 경로 길이에 관한 정보의 아이템; 물체 또는 그의 부분들과 선택적인 전송 디바이스 또는 그의 부분들 사이의 거리 또는 광학 거리에 관한 정보의 아이템; 검출기 또는 그의 부분들에 대한 물체 또는 그의 부분들의 위치에 관한 정보의 아이템; 검출기 또는 그의 부분들에 대한 물체 및/또는 그의 부분들의 배향에 관한 정보의 아이템; 물체 또는 그의 부분들과 검출기 또는 그의 부분들 사이의 상대적인 움직임에 관한 정보의 아이템; 물체 또는 그의 부분들의 2차원 또는 3차원 공간 구성 (configuration), 특히 물체의 지오메트리 또는 형태에 관한 정보의 아이템. 일반적으로, 그러므로 위치 정보의 적어도 하나의 아이템은 예를 들면, 다음으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다: 물체 또는 그의 적어도 하나의 부분의 적어도 하나의 위치에 관한 정보의 아이템; 물체 또는 그의 부분의 적어도 하나의 배향에 관한 정보; 물체 또는 그의 부분의 지오메트리 또는 형태에 관한 정보의 아이템, 물체 또는 그의 부분의 속도에 관한 정보의 아이템, 물체 또는 그의 부분의 가속도에 관한 정보의 아이템, 검출기의 가시 범위에서의 물체 또는 그의 부분의 존재 또는 부재에 관한 정보의 아이템.
위치 정보의 적어도 하나의 아이템은, 예를 들면, 적어도 하나의 좌표 시스템에서, 예를 들면, 검출기 또는 그의 부분들이 놓이는 좌표 시스템에서 지정될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 위치 정보는 또한 단순히, 예를 들면, 검출기 또는 그의 부분들과 물체 또는 그의 부분들 사이의 거리를 포함할 수 있다. 언급된 가능성들의 조합이 또한 생각될 수 있다.
평가 디바이스는, 전술된 바처럼, 특히, 조명의 지오메트리, 예를 들면, 센서 영역 및/또는 센서 구역 상의 광 스폿 (luminous spot) 의 직경 또는 등가 직경과 검출기에 대한 물체의 상대 위치, 예를 들면, 물체와 검출기 사이의 거리 및/또는 광 경로 길이 사이의 적어도 하나의 미리 정의된 관계로부터 지오메트리 정보를, 바람직하게는 조명의 기지의 파워를 고려하여 그리고 선택적으로 조명이 변조되는 변조 주파수를 고려하여, 결정하도록 설계될 수 있다. 예로써, 평가 디바이스는, 검출기와 물체간의 거리와 조명의 지오메트리, 예를 들면, 센서 영역 상의 광 스폿의 직경 또는 등가 직경 사이의 미리정의된 관계가 저장되는 적어도 하나의 데이터 저장 디바이스를 포함할 수 있다. 상기 관계는, 예를 들면, 이산 방식 (discrete fashion) 으로 또는 연속적으로 또는 그렇지 않으면 함수 형태로 저장될 수 있다. 예로써, 상기 관계는 적어도 하나의 교정 함수를 포함할 수 있다. 예를 들면, 그 관계는 또한 전자 테이블, 예를 들면, 소위 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 조명의 파워가 알려지지 않으면, 그러면, 전술된 바처럼, 예를 들면 평가 디바이스는 조명의 적어도 2개의 상이한 변조 주파수들의 센서 신호들을 픽업하도록 설계될 수 있다. 일반적으로, 평가 디바이스는, 예를 들면, 하나 또는 복수의 단계들에서, 먼저, 예를 들면, 적어도 하나의 센서 신호로부터, 조명의 지오메트리, 예를 들면, 센서 영역 또는 센서 구역 상의 광 스폿의 직경 또는 등가 직경을 추론하도록 설계될 수 있다. 또한, 평가 디바이스는 이 결정된 지오메트리로부터, 바람직하게는 변조 주파수를 고려하여, 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 추론하도록 설계될 수 있다. 이들 2개의 추론들은 또한, 한 단계로 조합되어, 예로써, 평가 디바이스가 지오메트리 정보, 특히 위치 정보를, 적어도 하나의 센서 신호로부터 직접 추론하도록 설계될 수 있도록 할 수 있다. 평가 디바이스가 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성할 수 있는 그러한 관계들의 예들은, 가능한 교정 곡선들을 포함하여, 아래에서 더욱 더 상세하게 설명된다. 특히, 조명의 지오메트리와 지오메트리 정보 사이의 관계의 경우에, 이 경우 분석적 또는 반경험적 모델들, 예를 들면 이미징 등식들을 사용하는 것도 가능하다. 따라서, 예로써, 조명은, 하나 또는 복수의 가우스 빔들에 의해 이루어질 수 있고, 여기서 예를 들면 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템이 빔 지오메트리 및 조명의 가우스 빔 파라미터들에 의해, 예를 들면, 대응하는 광학 매트릭스 계산들에 의해, 생성될 수 있다. 예로써, 선택적인 전송 디바이스의 이미징 파라미터들, 예를 들면, 전송 디바이스의 하나 또는 복수의 렌즈들 및/또는 만곡된 미러들의 하나 또는 복수의 초점 길이들이 알려져, 예로써, 전송 디바이스에 대한 물체의 위치과 센서 영역의 조명의 지오메트리, 예를 들면, 광 스폿의 직경 또는 등가 직경 사이의 관계가 계산될 수 있도록 할 수 있다. 예로써, 가우스 매트릭스 옵틱스 및/또는 어떤 다른 형태의 이미징 등식이 이 목적에 사용될 수 있다.
전술된 바처럼, 검출기는 또한 전자기 선을 생성하기 위한 적어도 하나의 조명 소스를 포함할 수 있다. 조명 소스는 특히, 센서 영역의 조명을 초래하도록 설계될 수 있다. 따라서, 조명 소스는 예를 들면, 물체 또는 물체의 부분이 조사되는 1차 방사선을 생성하도록 설계될 수 있고, 그래서 전자기 방사선은 물체에서 나오고 광학 센서 및 그의 센서 영역으로, 예를 들면, 적어도 하나의 선택적인 전송 디바이스에 의해, 전송된다. 전술된 바처럼, 센서 영역이 조명되는 전자기 방사선은, 예를 들면, 반사 또는 산란 형태의 1차 방사선을 포함할 수 있다. 하지만, 대안적으로 또는 추가적으로, 예를 들면, 1차 방사선의 영향, 예를 들면, 조명 소스에 의해 방출되는 1차 방사선이 물체 또는 그의 부분을 여기시켜 전자기 방사선을, 예를 들면, 발광의 여기에 의해 방출하는 프로세스 및/또는 스펙트럼 시프트가 또한 이루어질 수 있다.
조명 소스는 다양한 방식들로 구체화될 수 있다. 따라서, 조명 소스는 예를 들면, 검출기 하우징에서 검출기의 부분일 수 있다. 하지만, 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 조명 소스는 또한, 검출기 하우징의 외부에, 예를 들면, 분리된 광 소스로서 배열될 수 있다. 조명 소스는 물체로부터 분리되어 배열되고 멀리서 물체를 조명할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 조명 소스는 또한 물체에 연결될 수 있거나 또는 심지어 물체의 부분이어서, 예로써, 물체로부터 나오는 전자기 방사선이 또한 조명 소스에 의해 직접 생성될 수 있도록 할 수 있다. 예로써, 적어도 하나의 조명 소스는 물체 상 및/또는 내에 배열될 수 있고 전자기 방사선을 직접 생성할 수 있고 그에 의해 센서 영역이 조명된다. 예로써, 적어도 하나의 적외 방출체 및/또는 적어도 하나의 가시광 방출체 및/또는 적어도 하나의 자외광 방출체가 물체 상에 배열될 수 있다. 예로써, 적어도 하나의 발광 다이오드 및/또는 적어도 하나의 레이저 다이오드는 물체 상에 및/또는 물체 내에 배열될 수 있다. 조명 소스는, 특히 하나 또는 복수의 다음의 조명 소스들; 레이저, 특히, 원칙적으로 대안적으로 또는 추가적으로 다른 타입들의 레이저도 사용될 수 있지만, 레이저 다이오드; 발광 다이오드; 백열등; 유기 광 소스, 특히 유기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 다른 조명 소스도 사용될 수 있다. 조명 소스는, 가우스 빔 프로파일을 갖는 전자기 빔들을 생성하도록 설계된다면 특히 바람직한데, 이는 적어도 대략적으로 예를 들면, 많은 레이저들에서 그러하다. 하지만, 다른 실시형태들도 원칙적으로 가능하다.
또한, 전술된 선택적인 전송 디바이스는 선택적인 적어도 하나의 조명 소스와 관계 없이 구체화될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 하지만, 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 전송 디바이스는 또한, 이미 전체 또는 부분적으로 조명 소스내에 통합될 수 있거나 또는 상기 조명 소스에 전체 또는 부분적으로 동일할 수 있다. 따라서, 조명 소스 그 자체는 이미, 전자기 방사선을, 센서 영역에, 예를 들면, 센서 영역을 향한 대응하는 배향에 의해 및/또는 포커싱 및/또는 대응하는 빔 프로파일에 의해, 공급하도록 설계될 수 있다. 예로써, 조명 소스는, 알려진 빔 프로파일, 예를 들면, 가우스 빔 프로파일을 갖는 적어도 하나의 레이저 빔을 이미 생성할 수 있는 적어도 하나의 레이저를 포함하여서, 예로써, 하나 또는 복수의 렌즈 시스템들에 의한 빔 성형 (beam shaping) 을 없애도록 하는 것이 가능한데, 왜냐하면, 예로써, 대응하는 등식들로부터, 가우스 빔들의 전파, 센서 영역 상의 조명의 지오메트리, 예를 들면, 센서 영역 상의 광 스폿의 직경 또는 등가 직경의 식별에 관한 알려진 빔 지오메트리로부터, 조명 소스와 검출기 및/또는 물체와 검출기 사이의 거리가 추론될 수 있기 때문이다. 하지만, 대안적으로 또는 추가적으로, 전송 디바이스는, 하나 또는 복수의 추가 이미징 엘리먼트들, 예를 들면, 하나 또는 복수의 렌즈들 및/또는 대물렌즈 (objective) 들을 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 예로써, 하나 또는 복수의 편향 엘리먼트들, 예를 들면 하나 또는 복수의 미러들 및/또는 하나 또는 복수의 프리즘들이 포함될 수 있다.
일반적으로, 그러므로, 이미 전술된 바처럼, 특히 조명 소스는 물체에 적어도 부분적으로 연결되거나 및/또는 물체에 적어도 부분적으로 동일한 조명 소스, 및/또는 물체를 적어도 부분적으로 조명하도록 설계된 조명 소스로부터 특히 선택될 수 있다. 다양한 다른 실시형태들이 가능하고 예로써 이하에서 더욱 더 상세히 설명된다.
그러므로, 검출기는 적어도 하나의 조명 소스를 포함할 수 있다. 조명 소스는, 특히 적어도 하나의 1차 방사선으로 물체를 조명하도록 설계될 수 있다. 상기 적어도 하나의 1차 방사선은, 전자기 방사선, 예를 들면, 광을 포함할 수 있지만, 대안적으로 또는 추가적으로, 상이한 타입의 적어도 하나의 방사선, 예를 들면, 입자 방사선 (particle radiation) 을 또한 포함할 수 있다. 물체로부터 나오고 광 센서에 공급되고 프로세스에서 센서 영역을 조명하는 전자기 방사선은, 이미 부분적으로 전술된 바처럼, 특히 반사된 방사선을 포함할 수 있고, 여기서, 반사된 방사선은 물체에서의 반사 후의 1차 방사선의 적어도 부분을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 물체에서 나오는 전자기 방사선은 또한, 적어도 하나의 산란된 방사선을 포함할 수 있고, 여기서 산란된 방사선은 물체에서의 산란 후의 1차 방사선의 적어도 일 부분을 포함한다. 전술된 바처럼, 이 산란은 스펙트럼 특성이 영향 받지 않고서 또는 그렇지 않으면 스펙트럼 특성이 영향을 받게 이루어질 수 있다. 또 다시 대안적으로 또는 추가적으로, 물체에서 나오는 전자기 방사선은 또한, 1차 방사선에 의해 여기되는 적어도 하나의 발광성 방사선 (luminescent radiation) 을 포함할 수 있다. 상기 발광성 방사선은 예를 들면, 형광 방사선 및/또는 인광 방사선을 포함할 수 있다. 물체에서 나오는 전자기 방사선의 실시형태의 다른 가능성들, 또는 언급된 가능성들 및/또는 다른 가능성들의 조합도 생각될 수 있다.
본 발명의 추가 양태는, 특히 모터 차량에서 사용하기 위한 거리 측정 디바이스를 제안한다. 이 경우에, 거리 측정 디바이스는, 예를 들면, 거리 측정 디바이스 자체에 대해, 적어도 하나의 물체의 위치 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하도록 설계되는 디바이스를 의미하는 것으로 이해되야 한다. 전술된 바처럼, 상기 위치 정보의 적어도 하나의 아이템은 예를 들면, 거리 측정 디바이스와 물체 사이의 단순한 거리를 포함할 수 있지만, 또한 일반적으로 거리 측정 디바이스에 대한 물체의 위치, 예를 들면, 적어도 하나의 좌표 시스템에서의 공간적인 위치 및/또는 적어도 하나의 좌표 시스템에서의 물체의 배향에 관한 정보의 적어도 하나의 아이템을 포함할 수 있다. 위치 정보의 적어도 하나의 아이템의 추가 실시형태들을 위해, 위의 설명들이 참조될 수 있다.
이에 따라, 제안된 거리 측정 디바이스는 전술된 하나 또는 복수의 실시형태들에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 여기서 검출기는, 적어도 하나의 물체의 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 결정하도록 설계되고, 여기서 지오메트리 정보는 물체의 위치 정보의 적어도 하나의 아이템, 특히 모터 차량과 적어도 하나의 물체 사이의 거리 그리고 바람직하게는 모터 차량과 다른 모터 차량, 장애물, 사이클리스트 및 보행자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물체 사이의 거리를 포함한다. 특히, 검출기는 완전히 또는 부분적으로 하나 또는 복수의 모터 차량들에 통합될 수 있고 모터 차량과 적어도 하나의 물체 사이의 거리, 예를 들면, 2개의 모터 차량들간의 거리 및/또는 모터 차량과 다른 모터 차량, 장애물, 사이클리스트, 보행자 또는 어떤 다른 종류의 교통 참여자로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물체 사이의 거리를 결정하도록 설계될 수 있다. 검출기는, 예를 들면, 모터 차량내에 완전히 통합될 수 있지만, 예를 들면, 복수의 모터 차량들에 대해 분산되는 방식으로 배열될 수도 있다. 예로써, 아래에서 더욱 더 상세하게 설명되는 바처럼 예로써, 거리 측정 디바이스는 적어도 하나의 검출기 및 적어도 하나의 조명 소스를 포함할 수 있고, 여기서, 예로써, 적어도 하나의 조명 소스는 제 1 모터 차량의 리어 측에 배열되고, 검출기는 적어도 하나의 제 2 모터 차량의 프론트 측에 배열되어, 예로써, 제 2 모터 차량의 프론트 측과 제 1 모터 차량의 리어 측 사이의 거리가 결정될 수 있도록 한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 조명 소스 및 적어도 하나의 검출기는 또한, 하나 그리고 같은 모터 차량으로, 예를 들면 모터 차량의 프론트 측 및/또는 리어 측 상에 통합된다. 따라서, 예로써, 조명 소스는 모터 차량 전방 및/또는 후방 모터 차량을 1차 방사선으로 조명하도록 설계될 수 있고, 검출기는, 전술된 바처럼, 상기 모터 차량으로부터 나오는 전자기 방사선을 검출하고, 그로부터 위치 정보를 생성하도록 설계될 수 있다.
본 발명의 추가 양태는, 적어도 하나의 샘플을 이미징하기 위한 이미징 디바이스를 제안한다. 이 경우에, 이미징 디바이스는 일반적으로, 샘플 또는 상기 샘플의 부분의 1차원, 2차원 또는 3차원 이미지를 생성할 수 있는 디바이스를 의미하는 것으로 이해되야 한다.
특히, 이미징 디바이스는 완전히 또는 부분적으로 현미경으로서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 이미징 디바이스는, 공초점 이미징을 위해, 즉 공초점 구성을 갖거나 또는 공초점 현미경으로서 설계된다. 하지만, 이미징 디바이스의 다른 실시형태들도 원칙적으로 가능하고 예로써 이하에서 더욱 더 상세히 설명된다.
이미징 디바이스는 전술된 실시형태들 중 하나 이상에 따른 적어도 하나의 검출기를 갖는다. 이미징 디바이스는 또한 샘플의 복수의 부분 영역들을 연속적으로 또는 동시에 검출기의 적어도 하나의 센서 영역 상에 이미징하도록 설계된다. 이 경우에, 예로써, 샘플의 부분 영역은, 예를 들면, 샘플의 1차원, 2차원 또는 3차원 영역일 수 있고 이는 예를 들면 이미징 디바이스의 해상도 한계에 의해 한계가 정해지고 그로부터 전자기 방사선이 나오는데, 이는 검출기의 센서 영역 상에서, 조명, 예를 들면, 특히 센서 구역 상에서 공통 광 스폿을 초래한다. 복수의 부분 영역들은 적어도 하나의 센서 영역 상에 연속적으로 및/또는 동시적으로 이미징될 수 있다. 이 맥락에서, 이미징은, 각각의 부분 영역에서 나오는 샘플의 전자기 방사선이 광학 센서로, 예를 들면, 검출기의 적어도 하나의 선택적인 전송 디바이스에 의해 공급된다는 것을 의미하도록 이해되야 한다.
선택적인 전송 디바이스의 가능한 실시형태들에 대해, 위의 설명들이 참조될 수 있다. 특히, 전송 디바이스는 이미징 특성들을 가질 수 있고 예를 들면, 적어도 하나의 이미징 엘리먼트, 예를 들면, 적어도 하나의 렌즈 및/또는 적어도 하나의 만곡된 미러를 포함할 수 있다. 특히, 이미징 디바이스는, 순차적으로, 예를 들면, 스캐닝 방법에 의해, 특히 적어도 하나의 로우 스캔 (row scan) 및/또는 라인 스캔 (line scan) 을 사용하여, 복수의 부분 영역들을 순차적으로 센서 영역 상에 이미징하도록 설계될 수 있다. 하지만, 원칙적으로, 다른 실시형태들, 예를 들면, 복수의 부분 영역들이 동시에 적어도 하나의 센서 영역상으로, 예를 들면, 각 부분 영역에 할당되는 적어도 하나의 센서 영역에 의해, 이미징되는 실시형태들, 또한 가능하다. 예로써, 예를 들면, 전술된 실시형태들 중 하나 이상에 따른, 복수의 센서 영역들을 갖는 검출기를 사용하는 것이 가능하다.
이미징 디바이스는, 샘플의 부분 영역들의 이러한 이미징 동안, 부분 영역들에 할당되는 센서 신호들을 생성하도록 설계된다. 예로써, 센서 신호는 각 부분 영역에 할당될 수 있다. 이에 따라 센서 신호들은, 동시에 또는 그렇지 않으면 시간적으로 엇갈리는 방식 (temporally staggered manner) 으로 생성될 수 있다. 예로써, 로우 스캔 또는 라인 스캔 동안, 예를 들면 함께 한 줄로 이어지는, 샘플의 부분 영역들에 대응하는 센서 신호들의 시퀀스를 생성하는 것이 가능하다. 이미징 디바이스는 각각의 부분 영역들의 지오메트리 정보의 아이템들을 센서 신호들로부터 생성하도록 설계되고, 여기서 지오메트리 정보의 아이템들은 위치 정보의 아이템들을 포함한다.
위치 정보의 아이템들 및 이들 위치 정보의 아이템들을 생성하기 위한 다양한 가능성들에 대하여, 위의 설명들이 참조될 수 있다. 샘플에서 나오는 전자기 선들은 또 다시, 예를 들면, 발광성 방사선의 형태로, 샘플 자체에 의해 생성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 이미징 디바이스 또는 적어도 하나의 검출기는 또한 또 다시, 샘플을 조명하기 위한 적어도 하나의 조명 소스를 포함할 수 있다. 이미징 디바이스의 추가 가능한 실시형태들을 위하여, 특히 현미경 (microscopy) 에서의 사용을 위해, 아래의 예시적 실시형태들이 참조될 수 있다.
본 발명의 추가 양태는, 사용자와 기계 사이의 정보의 적어도 하나의 아이템을 교환하기 위한 인간 기계 인터페이스를 제안한다. 인간 기계 인터페이스는 일반적으로, 그러한 정보가 교환될 수 있는 디바이스를 의미하는 것으로 이해되야 한다. 기계는 특히 데이터 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있다. 일반적으로, 정보의 적어도 하나의 아이템은 예를 들면, 데이터 및/또는 제어 커맨드들을 포함할 수 있다. 따라서, 인간 기계 인터페이스는 특히 사용자에 의한 제어 커맨드들의 입력을 위해 설계될 수 있다.
인간 기계 인터페이스는, 전술된 하나 또는 복수의 실시형태들에 따른 적어도 하나의 검출기를 갖는다. 인간 기계 인터페이스는, 검출기에 의해 사용자의, 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템, 특히, 위치 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하도록 설계된다. 예로써, 상기 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템은 사용자의 신체 부분에 관한 위치 정보의 아이템, 예를 들면, 손 자세 및/또는 사용자의 어떤 다른 신체 부분의 자세에 관한 위치 정보의 아이템일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다.
이 경우에, 용어 사용자는 넓게 해석되야 하고 또한 예를 들면 사용자에 의해 직접 영향을 받는 하나 또는 복수의 물품 (article) 들을 포함할 수 있다. 따라서, 사용자는, 예를 들면, 하나 또는 복수의 장갑 및/또는 다른 의복을 착용할 수 있고, 여기서 지오메트리 정보는 이 적어도 하나의 의복의 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템이다. 예로써, 그러한 의복들은, 예를 들면, 하나 또는 복수의 반사기들의 사용에 의해, 적어도 하나의 조명 소스로부터 나오는 1차 방사선에 대해 반사형으로서 구체화될 수 있다. 또 다시 대안적으로 또는 추가적으로, 사용자는 예를 들면, 하나 또는 복수의 물품들을 공간적으로 움직일 수 있고, 그것들의 지오메트리 정보가 검출될 수 있고, 이는 또한 마찬가지로 사용자의 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템의 생성 하에서 포함가능하도록 의도된다. 예로써, 사용자는, 적어도 하나의 반사 로드 (rod) 및/또는 어떤 다른 타입의 물품을, 예를 들면, 상기 사용자의 손에 의해, 움직일 수 있다.
지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템, 특히 위치 정보의 적어도 하나의 아이템의 실시형태에 대하여, 또 다시 마찬가지로 위의 설명들이 참조될 수 있다. 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템은 정적일 수 있지만, 즉 예를 들면, 또 다시 스냅샷을 포함할 수 있지만, 또한 예를 들면 또 다시 적어도 하나의 움직임 및/또는 지오메트리 정보의 순차적인 아이템들의 시리즈를 포함할 수 있다. 예로써, 상이한 시간에 픽업되는 지오메트리 정보의 적어도 2개의 아이템들이 비교되어, 예로써, 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템이 또한 움직임의 가속도 및/또는 속도에 관한 정보의 적어도 하나의 아이템을 포함할 수 있도록 할 수 있다. 이에 따라, 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템은, 예를 들면, 적어도 하나의 신체 자세에 관한 및/또는 사용자의 적어도 하나의 움직임에 관한 정보의 적어도 하나의 아이템을 포함할 수 있다.
인간 기계 인터페이스는, 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템에, 정보의 적어도 하나의 아이템, 특히 적어도 하나의 제어 커맨드를 할당하도록 설계된다. 전술된 바처럼, 용어 정보는 이 경우에 넓게 해석되야 하고 예를 들면, 데이터 및/또는 제어 커맨드들을 포함할 수 있다. 예로써, 인간 기계 인터페이스는, 정보의 적어도 하나의 아이템을 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템에, 예를 들면, 대응하는 할당 알고리즘 및/또는 저장된 할당 명세 (specification) 에 의해 할당하도록 설계될 수 있다. 예로써, 지오메트리 정보의 아이템들의 세트와 대응하는 정보의 아이템들 사이의 고유 할당이 저장될 수 있다. 이 방식으로, 예를 들면, 대응하는 신체 자세 및/또는 사용자의 움직임에 의해, 정보의 적어도 하나의 아이템의 입력이 이루어질 수 있다.
그러한 인간 기계 인터페이스는 일반적으로, 기계 제어 또는 그렇지 않으면 예를 들면, 가상 현실에서 사용될 수 있다. 예로써, 로봇 제어기들, 차량 제어기들 또는 유사한 제어기들이, 하나 또는 복수의 검출기들을 갖는 인간 기계 인터페이스에 의해, 가능하게 만들어질 수 있다. 하지만, 가전 기기에서 그러한 인간 기계 인터페이스의 사용이 특히 바람직하다. 이에 따라, 본 발명의 추가 양태는, 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능, 특히 게임을 수행하기 위한 엔터테인먼트 디바이스를 제안한다. 엔터테인먼트 기능은, 특히 적어도 하나의 게임 기능을 포함할 수 있다. 예로써, 이러한 맥락에서 이하에서 플레이어로도 칭해지는, 사용자에 의해 영향받을 수 있는, 하나 또는 복수의 게임들이 저장될 수 있다. 예로써, 엔터테인먼트 디바이스는 적어도 하나의 디스플레이 디바이스, 예를 들면, 적어도 하나의 스크린 및/또는 적어도 하나의 프로젝터 및/또는 적어도 하나의 세트의 디스플레이 안경들을 포함할 수 있다.
엔터테인먼트 디바이스는 또한 전술된 실시형태들 중 하나 이상에 따른 적어도 하나의 인간 기계 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 디바이스는, 플레이어의 정보의 적어도 하나의 아이템이 인간 기계 인터페이스에 의해 입력되는 것을 가능하게 하도록 설계된다. 예로써, 플레이어는, 전술된 바처럼, 이 목적을 위해 하나 또는 복수의 신체 자세를 채택 또는 변경할 수 있다. 이것은, 예를 들면, 이 목적을 위해 대응하는 물품들, 예를 들면, 장갑 등과 같은 의복, 예를 들면, 검출기의 전자기 방사선을 반사하기 위한 하나 또는 복수의 반사기들이 구비된 의복들을 사용하는 플레이어의 가능성을 포함한다. 그 정보의 적어도 하나의 아이템은, 예를 들면, 전술된 바처럼, 하나 또는 복수의 제어 커맨드들을 포함할 수 있다. 예로써, 이런 식으로, 방향의 변화가 수행될 수 있거나, 입력이 확인될 수 있거나, 메뉴로부터 선택이 이루어질 수 있거나, 특정 게임 옵션들이 개시될 수 있거나, 움직임들이 가상 공간에서 영향을 받을 수 있거나 또는 엔터테인먼트 기능에 영향을 미치는 것 또는 변경하는 것의 유사한 경우들이 수행될 수 있다.
본 발명의 추가 양태는, 보안 디바이스에서 검출기를 사용하는 것을 제안한다. 전술된 바처럼, 검출기, 특히, 적어도 하나의 평가 디바이스에 의해, 바람직하게는 조명의 전체 파워에 관한 정보의 순수한 아이템의 범위를 넘는 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하는 것이 가능하다. 상기 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템은, 특히, 조명이 특정 지오메트리, 특히 센서 영역의 불균일 조명, 특히 포커싱된 조명, 예를 들면, 적어도 하나의 광 스폿이 센서 구역 상에 만들어지는 조명으로 일어났다거나 또는 일어나고 있다는 사실에 관한 정보의 아이템일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 그러므로, 제안된 보안 디바이스는, 예를 들면, 제안된 검출기에 의해, 집중적 전자기 방사선, 예를 들면, 포커싱된 광 빔 그리고 특히 레이저 빔이, 검출기를 포함하는 물품 상에 도달하는지를 식별하는 것이 가능하다는 식견에 기초한다. 예로써, 이런 식으로, 예를 들면, CD-ROM의, 바 코드의 또는 어떤 다른 타입의 데이터 저장 디바이스의, 광학 데이터 저장 디바이스의 광학적으로 판독가능한 데이터의 독출 (read-out) 이 이루어졌다는 것이 식별될 수 있다.
이에 따라, 적어도 하나의 보안 애플리케이션을 수행하기 위한 보안 디바이스가 제안된다. 보안 디바이스는 일반적으로, 적어도 하나의 보안 기능, 예를 들면, 데이터에의 액세스를 인식하고 선택적으로 상황에 따라 하나 또는 복수의 대응하는 측정들을 구현할 수 있는 기능을 수행하는 디바이스를 의미하는 것으로 이해되야 한다. 보안 기능은 일반적으로, 물품 또는 데이터에의 액세스를 인식하고 선택적으로 그것을 방지하거나 또는 적어도 그것을 더 어렵게 만드는 기능일 수 있다. 이에 따라, 적어도 하나의 보안 애플리케이션은 특히 데이터 보호의 분야에서 적어도 하나의 애플리케이션을 포함할 수 있다. 특히, 적어도 하나의 보안 애플리케이션은, 광학 데이터 저장 디바이스의 데이터에의 액세스, 특히 비인가 액세스가 인식 및/또는 회피되는 애플리케이션일 수 있다. 광학 데이터 저장 디바이스는, 원칙적으로, 임의의 원하는 타입의 광학 데이터 저장 디바이스, 예를 들면, 전술된 하나 또는 복수의 광학 데이터 저장 디바이스들을 포함할 수 있다.
보안 디바이스는 또한, 검출기에 관한 위에서 설명된 청구항들 중 하나 이상에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 이 점에서, 위의 설명에 따라, 검출기는 선택적으로 적어도 하나의 전송 디바이스를 포함할 수 있다는 것이 지적되야 한다. 보안 디바이스에서, 그러한 전송 디바이스는 절대적으로 필요하지는 않는데, 왜냐하면, 예로써, 전술된 바처럼, 전자기 방사선은 또한 레이저 및/또는 외부 이미징 디바이스, 예를 들면, 적어도 하나의 외부 렌즈에 의해 포커싱될 수 있기 때문이다.
이에 따라서, 보안 디바이스 또는 상기 보안 디바이스의 검출기는 또한, 그러한 전송 디바이스 없이 구체화될 수 있거나 또는 조명 소스 또는 그의 부분들은 전송 디바이스 또는 그의 부분들로 간주될 수 있다. 다른 한편, 전송 디바이스는 또한, 조명 소스내에 전체적으로 또는 부분적으로 통합될 수 있어서, 보안 디바이스는 또한 다부분 방식 (multipartite fashion) 으로 구체화될 수 있다. 예로써, 전송 디바이스는, 전술된 바처럼, 조명 소스내로 전체적으로 또는 부분적으로 통합될 수 있고, 이는 마찬가지로 보안 디바이스의 구성 부분으로서 간주될 수 있지만, 보안 디바이스의 다른 부분들과, 예를 들면, 보안 디바이스의 검출기의 광학 센서와 일체로 형성될 필요는 없다.
보안 디바이스는 또한, 검출기에 의해, 보안 디바이스 상에 포커싱된 전자기 선들의 도달 (impingement), 특히 하나 또는 복수의 레이저 빔들, 특히 포커싱된 레이저 빔들의 도달을 인식하도록 설계된다. 예로써, 보안 디바이스는, 전술된 바처럼, 이 목적을 위해 적어도 하나의 평가 디바이스를 포함할 수 있다. 예로써, 이 인식은, 적어도 하나의 검출기의 적어도 하나의 센서 신호가 적어도 하나의 임계 값과 비교된다는 사실 덕분에 이루어질 수 있다. 포커싱되지 않은 광은 예를 들면, 상기 임계값 아래의 센서 신호를 생성할 수 있지만, 예를 들면, 센서 영역에 도달하는 같은 전체 파워를 갖는 포커싱된 광은 적어도 하나의 임계 값에 이르거나 또는 이를 초과하는 센서 신호를 생성할 수 있다. 예로써, 광전류 또는 광전류의 절대 값이 상기 적어도 하나의 임계 값과 비교될 수 있다. 이런 식으로, 예를 들면, 적어도 하나의 판독 빔, 예를 들면, 약한 레이저 빔이 광학적으로 판독가능 데이터를 독출하도록 조사되는지 인식하는 것이 가능하다. 상기 판독 빔이 그의 전체 파워에 관하여, 너무 약해서, 예를 들면, 1 내지 1*105 W/m²의 주변 광 세기를 가정하여, 예를 들면 주변 광의 전체 파워를 초과하지 않는 전체 파워가 센서 영역 상에 도달하도록 선택되는 경우에도, 그러한 판독 빔은 본 발명에 따라 적어도 하나의 검출기에 의해 인식될 수 있다. 포커싱된 전자기 선은, 검출기의 센서 영역의 부분 영역만이, 예를 들면, 10 mm2 미만, 특히 1 mm2미만 그리고 특히 바람직하게는 0.1 mm2미만의 광 스폿만이, 부스트된 세기 (boosted intensity) 로 조사되는 전자기 선을 의미하는 것으로 이해될 수 있지만, 그 포커싱은 애플리케이션에 의존할 수 있다. 예를 들면, 원형, 난형 또는 그렇지 않으면 상이한 형상의 광 스폿일 수 있는 광 스폿의 정의를 위해, 위의 설명이 참조될 수 있다.
보안 디바이스는 또한, 그러한 포커싱된 전자기 선의 도달이 인식되면, 적어도 하나의 보안 기능 또는 추가의 보안 기능들을 수행하도록 설계될 수 있다. 예로써, 보안 디바이스는, 특히 평가 디바이스, 적어도 하나의 경고 신호를 생성하도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 상기 적어도 하나의 경고 신호는, 특히 음향 신호, 전기 신호, 광학 신호 및 햅틱 신호로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 신호를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 경고 신호는 또한, 보안 디바이스의 적어도 하나의 데이터 저장 디바이스의 적어도 하나의 상태의 적어도 하나의 변화를 포함할 수 있다. 예로써, 적어도 하나의 독출 비트를 갖는 적어도 하나의 데이터 저장 디바이스를 사용하는 것이 가능하고, 여기서 적어도 하나의 독출 비트는 적어도 하나의 경고 신호에 의해 "비독출" 상태로부터 "독출" 상태로 변화될 수 있다. 하지만, 대안적으로 또는 추가적으로, 경고 신호는 또한, 예를 들면, 포커싱된 전자기 선의 도달의 인식 후, 보안 디바이스 및/또는 데이터 저장 디바이스의 파괴를 초래하여, 1회 사용만이 가능하도록 설계될 수 있다. 경고 신호는 예를 들면 또한 사용자 및/또는 어떤 다른 디바이스에 출력될 수 있다.
언급된 보안 디바이스는 다양한 방식들로 설계 또는 응용될 수 있다. 예로써, 보안 디바이스는, 보안 라벨, 예를 들면, 적어도 하나의 광학 데이터 저장 디바이스 및 적어도 하나의 검출기를 갖는 보안 라벨로서 구체화될 수 있다. 예로써, 이런 식으로, 예를 들면, 식별되는 제 1 독출 덕분에 및/또는 특히 검출기 상에 조사되는 포커스 광 빔 덕분에, 액세스 인가, 예를 들면, 이벤트용 티켓들의 다중 사용 (multiple use) 을 방지하는 것이 가능하다. 하지만, 대안적으로 또는 추가적으로, 보안 디바이스는 또한, 예를 들면, 광학 데이터 저장 디바이스내에 통합되어, 이러한 타입의 보안 디바이스를 갖는 광학 데이터 저장 디바이스를 구체화하는 것이 가능하도록 할 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 보안 디바이스는, 적어도 하나의 검출기의 적어도 하나의 센서 영역이 적어도 하나의 광학적으로 판독가능 데이터 저장 디바이스, 예를 들면, 적어도 하나의 광학 ROM의 적어도 하나의 데이터 필드에 직접 공간적으로 인접하게 및/또는 바코드 및/또는 홀로그래픽 데이터 저장 디바이스에 직접 인접하게 및/또는 그의 구성 부분으로서 배열되게 하는 그러한 방식으로 구체화될 수 있다. 이런 식으로, 예를 들면, 데이터 저장 디바이스로부터 광학적으로 데이터가 독출되는 판독 빔이 또한 필연적으로 검출기의 센서 영역에 도달하도록 보장될 수 있다. 예로써, 센서 영역과 데이터 저장 디바이스 영역 사이의 공간적인 거리는 5 mm이하, 특히 1 mm이하 그리고 특히 바람직하게는 0.1 mm이하일 수 있다.
본 발명의 추가 양태는, 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 방법을 제안한다. 그 방법은, 특히, 전술된 실시형태들의 하나 이상에 따른 검출기를 사용하여 이루어질 수 있어서, 그 방법의 선택적인 실시형태들에 대하여, 검출기의 위의 설명이 참조될 수 있다. 그 방법에서, 적어도 하나의 광학 센서가 사용되고, 여기서 광학 센서는 적어도 하나의 센서 영역을 갖는다. 물체로부터 나오는 전자기 방사선은 센서에 공급되고, 여기서 센서 영역이 조명된다. 광학 센서는 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하고, 여기서, 조명의 총 파워가 동일한 경우, 센서 신호는 조명의 지오메트리에 의존한다.
그 방법의 추가 가능한 실시형태들에 대해, 위의 설명들이 참조될 수 있다. 특히, 센서 신호로부터 물체의 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템, 바람직하게는 물체의 위치 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하는 것이 가능한데, 이는 바람직하게는 조명의 전체 파워에 관한 정보의 순수한 아이템의 범위를 넘는다. 이 지오메트리 정보의 가능한 실시형태들에 대해, 위의 설명이 참조될 수 있다. 특히, 이 지오메트리 정보는, 물체의 위치 정보의 적어도 하나의 아이템을 포함할 수 있다. 이 위치 정보의 가능한 실시형태들에 대해, 마찬가지로 위의 설명이 참조될 수 있다. 지오메트리 정보는 특히, 조명의 지오메트리와 물체의 위치 사이의 적어도 하나의 미리정의된 관계를 사용하여, 바람직하게는 조명의 기지의 파워를 고려하여 및/또는 조명이 변조되는 변조 주파수를 고려하여, 결정될 수 있다. 특히, 그러므로, 그 방법은, 조명이 변조되는, 특히, 일정할 수 있거나 또는 그렇지 않으면 가변일 수 있는 변조 주파수로, 주기적으로 변조되는 그러한 방식으로 구체화될 수 있다.
본 발명의 추가 양태는, 특히 교통 기술 분야에서, 거리 측정; 특히 현미경술 분야에서 이미징; 엔터테인먼트 애플리케이션; 인간 기계 인터페이스 애플리케이션; 보안 애플리케이션으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 사용의 목적을 위한 전술된 실시형태들 중 하나 이상에 따른 검출기의 용도를 제안한다. 하지만, 검출기의 다른 용도들도 원칙적으로 가능하다.
본 발명의 추가 양태는, 예를 들면, 전술된 실시형태들 중 하나 이상에 따른 검출기에서의, 광학 센서로서, 유기 태양 전지, 특히 염료 태양 전지 및 바람직하게는 고체 염료 태양 전지의 용도를 제안한다. 그 용도에 있어서, 적어도 하나의 센서 신호가 생성되고, 광학 센서의 적어도 하나의 센서 영역의 조명의 총 파워가 동일한 경우, 센서 신호는 유기 태양 전지, 특히 유기 태양 전지의 센서 구역 상의 조명의 지오메트리에 의존하고, 적어도 하나의 물체의 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템이 그 용도에서 센서 신호로부터 생성된다. 이 용도의 추가 가능한 실시형태들에 대해, 위의 설명들이 참조될 수 있다.
전술된 검출기, 방법, 거리 측정 디바이스, 이미징 디바이스, 인간 기계 인터페이스, 엔터테인먼트 디바이스 및 보안 디바이스 및 또한 제안된 용도들은 종래 기술에 비해 상당한 이점들을 갖는다. 따라서, 특히 물체 검출을 위한 경비가 제안된 검출기에 의해 그리고 제안된 방법에 의해 뚜렷하게 감소될 수 있다. 예를 들면, 거리 측정 또는 다른 타입의 물체 검출을 위해, 예로써, 레이저 펄스의 펄스 전파 시간들이 검출되는 기술적으로 복잡한 전파 시간 측정들이, 예를 들어, 적어도 실질적으로 회피될 수 있다. 종래 이미징 방법들과 대조적으로, 간단한 방식으로, 예를 들면, 오류 추정 (erroneous assumption) 들이 회피되면서, 검출된 물체에 관한, 지오메트리 정보의 아이템들, 특히 위치 정보의 아이템들을, 예를 들면, 높은 공간 해상도, 예를 들면, 이 목적을 위해 절대적으로 필요한 많은 수의 픽셀들을 갖는 검출기들 없이, 생성하는 것이 가능하다. 예로써, 예를 들면, 전술된 실시형태들에 따라, 물체로부터 나오는 전자기 방사선에 의해 광 스폿이 만들어지는 비교적 큰 센서 구역을 갖는 검출기를 사용하는 것이 가능하다. 센서 신호는, 특히, 센서 영역, 예를 들면, 센서 구역 상의 상기 광 스폿의 위치에 상관 없을 수 있는데, 상기 광 스폿이 센서 영역 내에 완전히 배열되는 한 그러하다. 하지만, 검출기는, 전자기 선의 포커싱으로부터, 예를 들면 센서 구역 상의 광 스폿의 직경 또는 등가 직경으로부터, 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템, 예를 들면, 물체와 검출기 사이의 거리를 추론하도록 설계될 수 있다. 그러한 애플리케이션은 기술적으로 극히 간단한 방식으로 실현될 수 있다. 또한, 비용 효율적인 광학 센서, 특히 대구역 광학 센서들을 사용하는 것이 가능한데, 이들은 예를 들면, 하나 또는 복수의 유기 재료들을 사용하여 생산가능할 수 있다. 특히, 태양 전지, 예를 들면, 유기 태양 전지 및 특히 염료 태양 전지를 사용하는 것이 가능한데, 이들은 광기전 분야에 있어서 대량 생산 제품들로서 생산된다. 이런 식으로, 제안된 검출기에 대해, 예를 들면, 일회용 물품 또는 데이터 저장 디바이스들에서의 애플리케이션들과 같은, 이전 검출기들로부터 많은 경우에 그들의 높은 비용 때문에 주어지지 않았던 애플리케이션의 다양한 새로운 분야들이 열린다.
전술된 바처럼, 광학 센서는, 특히 유기 반도체 검출기, 특히 바람직하게는 염료 태양 전지를 포함할 수 있다. 특히, 광학 센서는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 n-반도체 금속 옥사이드, 적어도 하나의 염료, 적어도 하나의 p-반도체 유기 재료 및 적어도 하나의 제 2 전극을, 바람직하게는 언급된 순서로, 포함할 수 있다. 예를 들면, 언급된 엘리먼트들은 층 구성에서 층들로서 존재할 수 있다. 예를 들면, 층 구성은 기판, 바람직하게는 투명 기판, 예를 들면 유리 기판에 적용될 수 있다.
바람직한 광학 센서의 전술된 엘리먼트들의 바람직한 실시형태들이 예로써 아래에서 설명되고, 이들 실시형태들은 임의의 원하는 조합으로 사용될 수 있다. 하지만, 원칙적으로, 다수의 다른 구성들도 가능하고, 여기서 예를 들면, 위에서 인용된 US 2007/0176165 A1, US 6,995,445 B2, DE 2501124 A1, DE 3225372 A1 및 WO 2009/013282 A1이 참조될 수 있다.
제 1 전극 및 n-반도체 금속 옥사이드
염료 태양 전지에서 사용되는 n-반도체 금속 옥사이드는 단일 금속 옥사이드 또는 상이한 옥사이드들의 혼합물일 수도 있다. 혼합된 옥사이드들을 사용하는 것도 가능하다. n-반도체 금속 옥사이드는 특히 다공질일 수도 있거나 및/또는 나노입자성 옥사이드의 형태로 사용될 수도 있는데, 이 맥락에서 나노입자들은 0.1 마이크로미터 미만의 평균 입경을 갖는 입자들을 의미하는 것으로 이해된다. 나노입자성 옥사이드는 통상적으로 전도성 기판 (즉, 제 1 전극으로서 전도성 층을 갖는 캐리어) 에 대표면적을 갖는 박형 다공질 필름으로서 소결 공정에 의해 도포된다.
기판은 경성 또는 그렇지 않으면 연성일 수도 있다. (이하에서 캐리어로도 칭해지는) 적합한 기판은, 금속 포일뿐만 아니라, 특히 플라스틱 시트 또는 필름 그리고 특히 유리 시트 또는 유리 필름이다. 특히 전술된, 바람직한 구조에 따른 제 1 전극에 대해, 특히 적합한 전극 재료들은, 전도성 재료, 예를 들면, 투명 전도성 옥사이드 (TCO), 예를 들면, 플루오르- 및/또는 인듐-도핑 주석 옥사이드 (FTO 또는 ITO) 및/또는 알루미늄 도핑 아연 옥사이드 (AZO), 탄소 나노튜브 또는 금속 필름들이다. 하지만, 대안적으로 또는 추가적으로, 여전히 충분한 투명도를 갖는 박형 금속 필름들을 사용하는 것도 가능하다. 기판은 이들 전도성 재료들로 피복 또는 코팅될 수 있다. 제안된 구조에서는 일반적으로 단일 기판만이 필요하므로, 연성 셀들의 형성도 가능하다. 이것은, 달성가능하다 하더라도 경성 기판들로, 어렵게만 달성가능한 다수의 최종 사용, 예를 들면, 은행 카드, 의복 등에서의 사용을 가능하게 한다.
제 1 전극, 특히 TCO 층은, p-타입 반도체와 TCO 층의 직접 접촉을 방지하기 위하여, 추가적으로 (예를 들면, 두께 10 내지 200nm의) 고체 금속 옥사이드 버퍼층으로 피복 또는 코팅될 수도 있다 (Peng 이외의, Coord. Chem. Rev. 248, 1479 (2004) 참조). 하지만, 전해질과 제 1 전극의 접촉이 액체 또는 겔 타입 전해질에 비해 크게 감소되는 경우에, 고체 p-반도체 전해질의 본 발명의 사용은 많은 경우들에서 이러한 버퍼층을 불필요하게 만들어, 많은 경우들에서, 또한 전류 제한 효과를 갖고 또한 n-반도체 금속 옥사이드와 제 1 전극의 접촉을 악화시킬 수 있는 이 층을 없애는 것이 가능하도록 한다. 이것은 컴포넌트들의 효율을 증진시킨다. 다른 한편, 그러한 버퍼 층은 차례로, 유기 태양 전지의 전류 컴포넌트에 염료 태양 전지의 전류 컴포넌트를 매칭시키기 위하여 제어된 방식으로 이용될 수 있다. 추가적으로, 버퍼층이 생략된 셀들의 경우에, 특히 태양 전지에서, 전하 운반체들의 원하지 않은 재조합에 따른 문제가 종종 일어난다. 이 점에서, 버퍼층들은 많은 경우들에서 특히 태양 전지들에서 유리하다.
잘 알려진 바처럼, 금속 옥사이드들의 박형 층 또는 필름들은 일반적으로 값비싸지 않은 고체 반도체 재료 (n-타입 반도체들) 이지만, 큰 밴드갭에 기인하여, 그의 흡수는 통상적으로 전자기 스펙트럼의 가시 영역 내에 있는 것이 아니라, 보통 자외 스펙트럼 영역에 있다. 그러므로, 태양 전지들에서의 사용을 위해, 금속 옥사이드들은 일반적으로, 염료 태양 전지에서의 경우처럼, 태양광의 파장 범위, 즉 300 내지 2000 nm에서 흡수하고, 전자적으로 여기된 상태에서, 반도체의 전도 대역속으로 전자들을 주입하는, 광증감제 (photosensitizer) 로서 염료와 조합되야 한다. 결국 카운터전극에서 감소되는 전해질로서 셀에서 추가적으로 사용된 고체 p-타입 반도체의 도움으로, 전자들은 증감제로 리사이클 (recycle) 되어, 그것이 재생 (regenerate) 되도록 할 수 있다.
유기 태양 전지에서의 사용을 위해 반도체 아연 옥사이드, 주석 디옥사이드, 티타늄 디옥사이드 또는 이들 금속 옥사이드들의 혼합물이 특히 흥미롭다. 금속 옥사이드들은 나노결정성 다공질 층들의 형태로 사용될 수 있다. 이들 층들은 증감제로서 염료로 코팅된 대표면적을 가져서, 태양광의 높은 흡수가 달성된다. 구조화되는 금속 옥사이드 층들, 예를 들면, 나노로드들은, 염료에 의한 개선된 기공 충전 또는 더 높은 전자 이동도와 같은 이점들을 제공한다.
금속 옥사이드 반도체들은, 단독으로 또는 혼합물들의 형태로 사용될 수 있다. 또한, 금속 옥사이드를 하나 이상의 다른 금속 옥사이드들로 코팅하는 것도 가능하다. 또한, 금속 옥사이드들은 또한, 다른 반도체, 예를 들면, GaP, ZnP 또는 ZnS에 코팅으로서 도포될 수도 있다.
특히 바람직한 반도체들은, 바람직하게는 나노결정질 형태로 사용되는 아나타제 다형체 (anatase polymorph) 의 티타늄 디옥사이드 및 아연 옥사이드이다.
추가적으로, 증감제들은 유리하게는, 통상적으로 이들 태양 전지들에서 용도를 찾게 되는 모든 n-타입 반도체들과 조합될 수 있다. 바람직한 예들은 세라믹에 사용되는 금속 옥사이드들, 이를테면 티타늄 디옥사이드, 아연 옥사이드, 주석(IV) 옥사이드, 텅스텐(VI) 옥사이드, 탄탈륨(V) 옥사이드, 니오븀(V) 옥사이드, 세슘 옥사이드, 스트론튬 티타네이트, 아연 스테네이트, 페로브스카이트 타입의 착물 옥사이드, 예를 들면, 바륨 티타네이트, 및 제 2 (binary) 및 제 3 (ternary) 철 옥사이드를 포함하고, 이들은 또한 나노결정질 또는 비정질 형태로 존재할 수도 있다.
관습적인 유기 염료들 및 프탈로시아닌 및 포르피린이 갖는 강한 흡수에 기인하여, n-반도체 금속 옥사이드의 박형 층들 또는 필름들도, 필요한 양의 염료를 흡수하기에 충분하다. 결국 박형 금속 옥사이드 필름들은, 원하지 않은 재조합 프로세스들의 개연성이 떨어지고 염료 서브셀의 내부 저항이 감소되는 이점을 갖는다. n-반도체 금속 옥사이드에 대해, 바람직하게는, 100 nm 내지 20 마이크로미터, 더 바람직하게는 500 nm 와 약 3 마이크로미터 사이의 범위의 층 두께를 사용하는 것이 가능하다.
염료
본 발명의 맥락에서, 보통 특히 DSC에 대해, 용어 "염료", "증감제 염료" 및 "증감제"는 가능한 구성들을 제한하지 않고서 본질적으로 동의어로 사용된다. 본 발명의 맥락에서 사용가능한 많은 염료들은 종래 기술로부터 알려져 있고, 그래서, 가능한 재료 예들을 위해, 염료 태양 전지들에 대한 종래 기술의 위의 설명이 또한 참조될 수도 있다. 원칙적으로, 열거되고 청구되는 모든 염료들은 또한 안료 (pigment) 로서 존재할 수도 있다. 반도체 재료로서 티타늄 디옥사이들에 기반한 염료 감응형 태양 전지들은, 예를 들면, US-A-4 927 721, Nature 353, p. 737-740 (1991) 및 US-A-5 350 644, 그리고 또한 Nature 395, p. 583-585 (1998) 및 EP-A-1 176 646 에 기재되어 있다. 원칙적으로, 이들 문헌들에 기재된 염료들은 또한 본 발명의 맥락에서 유리하게 사용될 수 있다. 바람직하게는 이들 염료 태양 전지들은 전이 금속 착물, 특히 루테늄 착물의 단분자 필름을 포함하는데, 이들은 증감제로서 산 기 (acid group) 들을 통해 티타늄 디옥사이드 층에 본딩된다.
특히 비용의 이유로, 반복적으로 제안되어온 증감제들은 무금속 유기 염료들을 포함하는데, 이들은 또한 마찬가지로 본 발명의 맥락에서 사용가능하다. 특히 고체 염료 태양 전지에서 4%를 넘는 높은 효율이, 예들 들면, 인돌린 염료로 달성될 수 있다 (예를 들면, Schmidt-Mende 이외의, Adv. Mater. 2005, 17, 813 참조). US-A-6 359 211 는, 티타늄 디옥사이드 반도체에의 고정을 위해 알킬렌 라디칼을 통해 본딩되는 카르복실 기들을 갖는 시아닌, 옥사진, 티아진 및 아크리딘 염료들의, 본 발명의 맥락에서 또한 구현가능한, 사용을 기술한다.
유기 염료들은 이제 액체 셀들에서 거의 12.1%의 효율을 달성한다 (예를 들면, P. Wang 이외의, ACS. Nano 2010 참조). 피리디늄 함유 염료들이 또한 보고되어 있고, 본 발명의 맥락에서 사용될 수 있고 유망한 효율을 나타낸다.
제안된 염료 태양 전지에서 특히 바람직한 증감제 염료들은, DE 10 2005 053 995 A1 또는 WO 2007/054470 A1에 기재된 페릴렌 유도체, 테릴렌 유도체 및 쿼터릴렌 유도체들이다. 또한 본 발명의 맥락들에서 가능한 이들 염료들의 사용은, 높은 효율 및 동시에 높은 안정성을 갖는 광기전 엘리먼트들에 이른다.
릴렌들은 태양광의 파장 범위에서 강한 흡수를 나타내고, 공액 시스템 (conjugated system) 의 길이에 따라, 약 400 nm (DE 10 2005 053 995 A1으로부터의 페릴렌 유도체 I) 으로부터 약 900 nm (DE 10 2005 053 995 A1으로부터의 쿼터릴렌 유도체 I) 에 이르기 까지의 범위를 커버할 수 있다. 테릴렌에 기초한 릴렌 유도체 I는, 그의 조성에 따라, 티타튬 디옥사이드 상에 흡착된 고체 상태에서, 약 400 내지 800 nm 범위 내에서 흡수한다. 가시로부터 근자외 영역으로의 입사 태양광의 매우 실질적인 이용을 달성하기 위하여, 상이한 릴렌 유도체 I들의 혼합물들을 사용하는 것이 유리하다. 또한, 가끔, 상이한 릴렌 동족체 (homolog) 를 사용하는 것도 권할만할 수도 있다.
릴렌 유도체 I들은, n-반도체 금속 옥사이드 필름에 용이하게 그리고 영구적인 방식으로 고정될 수 있다. 그 본딩은, 인시츄로 형성된 카르복실 기 -COOH 또는 -COO- 또는 무수물 관능기 (x1) 를 통해, 또는 이미드 또는 축합물 라디칼 (condensate radical) ((x2) 또는 (x3)) 에 존재하는 산 기 A를 통해 이루어진다. DE 10 2005 053 995 A1에 기재된 릴렌 유도체 I 들은 본 발명의 맥락에서 염료 감응형 태양 전지에서의 사용을 위한 양호한 적합성을 갖는다.
분자의 일단에서 염료들이 n-타입 반도체 필름에의 그의 고정을 가능하게 하는 앵커 기 (anchor group) 를 가질 때 특히 바람직하다. 분자의 타단에서, 염료들은 바람직하게는 전자 도너 Y를 포함하고 이는 n-타입 반도체에의 전자 방출 후 염료의 재생을 촉진하고, 또한 반도체에 이미 방출된 전자들과의 재조합을 방지한다.
적합한 염료의 가능한 선택에 관한 추가 상세들을 위하여, 예를 들면, 다시 DE 10 2005 053 995 A1를 참조하는 것이 가능하다. 예로써, 특히 루테늄 착물, 포르피린, 다른 유기 증감제, 그리고 바람직하게는 릴렌을 사용하는 것이 가능하다.
염료들은 간단한 방식으로 n-반도체 금속 옥사이드 필름들 상에 또는 내에 고정될 수 있다. 예를 들면, n-반도체 금속 옥사이드 필름들은 갓 소결된 (아직 따뜻한) 상태에서 충분한 기간 (예를 들면, 약 0.5 내지 24시간) 동안 적합한 유기 용매에서 염료의 용액 또는 현탁액과 접촉될 수 있다. 이것은, 예를 들면, 염료의 용액 속에 금속 옥사이드 코팅된 기판을 침지하는 것에 의해 달성될 수 있다.
상이한 염료들의 조합들이 사용될 경우, 그것들은, 예를 들면, 하나 이상의 염료들을 포함하는 하나 이상의 용액들 또는 현탁액들로부터 연속적으로 도포될 수도 있다. 또한, 예를 들면, CuSCN의 층에 의해 분리된 2개의 염료들을 사용하는 것이 가능하다 (이 주제에 대해서는, 예를 들면, Tennakone, K.J., Phys. Chem. B. 2003, 107, 13758 참조). 가장 편리한 방법은 개개의 경우에 비교적 용이하게 결정될 수 있다.
n-반도체 금속 옥사이드의 옥사이드 입자들의 크기의 그리고 염료의 선택에서, 유기 태양 전지는, 최대 광량이 흡수되도록 구성되야 한다. 옥사이드 층들은, 고체 p-타입 반도체가 효율적으로 기공들을 충전할 수 있도록 구조화되야 한다. 가령, 더 작은 입자들이 더 큰 표면적을 가지므로 더 많은 양의 염료들을 흡착할 수 있다. 다른 한편, 더 큰 입자들은 일반적으로 더 큰 기공들을 갖고 이는 p-전도체를 통해 더 나은 침투를 가능하게 한다.
p-반도체 유기 재료
전술된 바처럼, 광학 센서는 특히 적어도 하나의 p-반도체 유기 재료, 바람직하게는 적어도 하나의 고체 p-반도체 재료를 포함할 수 있고, 이는 또한 이하에서 p-타입 반도체 또는 p-타입 전도체로 표기된다. 이하에서, 개별적으로 또는 그렇지 않으면 임의의 원하는 조합으로, 예를 들면, 각각의 p-타입 반도체를 갖는 복수의 층들의 조합으로 및/또는 하나의 층에서 복수의 p-타입 반도체들의 조합으로 사용될 수 있는 그러한 유기 p-타입 반도체들의 일련의 바람직한 예들이 설명된다.
고체 p-전도체와 n-반도체 금속 옥사이드에서의 전자들의 재조합을 방지하기 위하여, n-반도체 금속 옥사이드와 p-타입 반도체 사이에서, 패시베이팅 재료를 갖는 적어도 하나의 패시베이팅 층을 사용하는 것이 가능하다. 이 층은 매우 박형이어야 하고, 가능한 한 n-반도체 금속 옥사이드의 아직 피복되지 않은 사이트들만을 피복해야 한다. 패시베이션 재료는, 몇몇 상황들하에서, 또한 염료 전에 금속 옥사이드에 도포될 수도 있다. 바람직한 패시베이션 재료들은 특히, 다음 물질들 중 하나 이상이다: Al2O3; 실란, 예를 들면 CH3SiCl3; Al3+; 4-tert-부틸피리딘 (TBP); MgO; GBA (4-구아니디노부티르산) 및 유사한 유도체; 알킬산; 헥사데실말론산 (HDMA).
전술된 바처럼, 유기 태양 전지의 맥락에서, 바람직하게는 하나 이상의 고체 유기 p-타입 반도체들은, 성질이 유기성 또는 무기성인 하나 이상의 추가의 p-타입 반도체들과 조합하여 또는 단독으로, 사용된다. 본 발명의 맥락에서, p-타입 반도체는 일반적으로 정공, 즉 양의 전하 운반체를 전도할 수 있는, 재료, 특히 유기 재료를 의미하는 것으로 이해된다. 더 구체적으로는, 적어도 한번 안정하게 산화되어, 예를 들면, 자유 라디칼 양이온으로 칭해지는 것을 형성할 수 있는 확장 π 전자 시스템 (extensive π-electron system) 을 갖는 유기 재료일 수도 있다. 예를 들면, p-타입 반도체는, 언급된 특성들을 갖는 적어도 하나의 유기 매트릭스 재료를 포함할 수도 있다. 또한, p-타입 반도체는 선택적으로, p-반도체 특성들을 강화하는 하나 또는 복수의 도펀트들을 포함할 수 있다. p-타입 반도체의 선택에 영향을 주는 유효 파라미터 (significant parameter) 는 정공 이동도인데, 왜냐하면 이것은 부분적으로 정공 확산 길이를 결정하기 때문이다 (Kumara, G., Langmuir, 2002, 18, 10493-10495 참조). 상이한 스피로 화합물들에서 전하 운반체 이동도의 비교는, 예를 들면, T. Saragi, Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 966-974에서 찾아볼 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 맥락에서, 유기 반도체들 (즉, 저분자량, 올리고머 또는 폴리머 반도체들 또는 그러한 반도체들의 혼합물) 이 사용된다. 액체 상으로부터 프로세싱될 수 있는 p-타입 반도체들이 특히 바람직하다. 여기에서 예들은 폴리머들, 이를테면 폴리티오펜 및 폴리아릴아민, 또는 비정질, 가역 산화가능, 비폴리머성 유기 화합물들, 이를테면 시초에서 언급된 스피로비플루오렌에 기초한 p-타입 반도체들이다 (예를 들면, 본 발명의 맥락에서 또한 사용가능한, p-타입 반도체로서 US 2006/0049397 및 거기에서 개시된 스피로 화합물들 참조). 저분자량 유기 반도체들을 사용하는 것이 바람직하다. 추가적으로, 또한, 종래 기술의 위의 설명으로부터의 p-반도체 재료 및 도펀트에 대한 언급들이 참조될 수도 있다.
p-타입 반도체는 바람직하게는, 적어도 하나의 p-전도 유기 재료를 적어도 하나의 캐리어 엘리먼트에 도포하는 것에 의해 생산가능하거나 또는 생산되고, 그 도포는, 적어도 하나의 p-전도 유기 재료를 포함하는 액체 상으로부터의 성막 (deposition) 에 의해 이루어진다. 이 경우에 성막은 또 다시, 원칙적으로, 임의의 원하는 성막 프로세스에 의해, 예를 들면, 스핀 코팅, 나이프 코팅, 인쇄 또는 언급된 성막 방법들 및/또는 다른 성막 방법들의 조합에 의해, 이루어질 수 있다.
유기 p-타입 반도체는 본질적으로, 적어도 하나의 스피로 화합물을 포함할 수도 있거나 및/또는 특히 다음으로부터 선택될 수도 있다: 스피로 화합물, 특히 스피로-MeOTAD; 다음 구조식을 갖는 화합물:
식중에서
A1, A2, A3 는 각각 독립적으로 선택적으로 치환된 아릴기 (aryl group) 또는 헤테로아릴기이고,
R1, R2, R3 는 각각 독립적으로 치환기 -R, -OR, -NR2, -A4-OR 및 -A4-NR2 로 이루어지는 군으로부터 선택되고,
여기서 R은 알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 이루어지는 군으로부터 선택되고,
그리고
여기서 A4 는 아릴기 또는 헤테로아릴기이고
여기서 식 I에서 각 경우에 n은 독립적으로 0, 1, 2 또는 3의 값이고,
단, 개개의 n 값들의 합은 적어도 2이고 R1, R2 및 R3 라디칼들 중 적어도 2개는 -OR 및/또는 -NR2 이다.
바람직하게는, A2 및 A3 는 동일하고; 따라서, 식 (I) 의 화합물은 바람직하게는 다음의 구조 (Ia) 를 갖는다
더 구체적으로는, 전술된 바처럼, 따라서 p-타입 반도체는 적어도 하나의 저분자량 유기 p-타입 반도체를 가질 수도 있다. 저분자량 재료는 일반적으로, 모노머성, 비폴리머화 (nonpolymerized) 또는 비올리고머화 (nonoligomerized) 된 형태로 존재하는 재료를 의미하는 것으로 이해된다. 본 발명의 맥락에서 사용된 용어 "저분자량"은 바람직하게는, p-타입 반도체가 100 내지 25 000 g/mol 범위의 분자량을 갖는다는 것을 의미한다. 바람직하게는, 저분자량 물질은 500 내지 2000 g/mol 의 분자량을 갖는다.
일반적으로, 본 발명의 맥락에서, p-반도체 특성들은, 정공들을 형성하고 이들 정공들을 수송하거나 및/또는 그것들을 인접 분자들에 보내기 위한, 특히 유기 분자들의, 재료들의 특성을 의미하는 것으로 이해된다. 더 구체적으로, 이들 분자들의 안정한 산화가 가능해야 한다. 추가적으로, 언급된 저분자량 유기 p-타입 반도체는 특히 확장 p-전자 시스템들을 가질 수도 있다. 더 구체적으로는, 적어도 하나의 저분자량 p-타입 반도체는 용액으로부터 프로세싱가능할 수도 있다. 저분자량 p-타입 반도체는 특히 적어도 하나의 트리페닐아민을 포함할 수도 있다. 저분자량 유기 p-타입 반도체가 적어도 하나의 스피로 화합물을 포함할 때 특히 바람직하다. 스피로 화합물은, 스피로 원자로도 칭해지는, 하나의 원자에서만 링들이 연결 (join) 되는 고리들을 갖는 폴리시클릭 유기 화합물을 의미하는 것으로 이해된다. 더 구체적으로는, 스피로 원자는 sp3-혼성화되어, 스피로 원자를 통해 서로 연결된 스피로 화합물의 구성 성분들이, 예를 들면, 서로에 대해 상이한 평면들에 배열되도록 할 수도 있다.
더 바람직하게는, 스피로 화합물은 다음 식의 구조를 갖는다:
여기서 Aryl1, Aryl2, Aryl3, Aryl4, Aryl5, Aryl6, Aryl7 및 Aryl8 라디칼들은 각각 독립적으로, 치환된 아릴 라디칼 및 헤테로아릴 라디칼, 특히 치환된 페닐 라디칼로부터 선택되고, 아릴 라디칼 및 헤테로아릴 라디칼, 바람직하게는 페닐 라디칼은 각각 독립적으로, 바람직하게는 각 경우에 -O-알킬, -OH, -F, -Cl, -Br 및 -I로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기들에 의해 치환되고, 여기서 알킬은 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필 또는 이소프로필이다. 더 바람직하게는 페닐 라디칼은 각각 독립적으로, 각 경우에 -O-Me, -OH, -F, -Cl, -Br 및 -I로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기들에 의해, 치환된다.
또한 바람직하게는, 스피로 화합물은 다음 식의 화합물이다:
여기서 Rr, Rs, Rt, Ru, Rv, Rw, Rx 및 Ry 는 각각 독립적으로 -O-알킬, -OH, -F, -Cl, -Br 및 -I로 이루어지는 군으로부터 선택되고, 여기서 알킬은 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필 또는 이소프로필이다. 더 바람직하게는, Rr, Rs, Rt, Ru, Rv, Rw, Rx 및 Ry 는 각각 독립적으로 -O-Me, -OH, -F, -Cl, -Br 및 -I로 이루어지는 군으로부터 선택된다.
더 구체적으로는, p-타입 반도체는 스피로-MeOTAD를 포함하거나 또는 스피로-MeOTAD, 즉, 예를 들면, Merck KGaA, Darmstadt, Germany로부터, 상업적으로 이용가능한 아래의 식의 화합물로 이루어질 수도 있다:
대안적으로 또는 추가적으로, 다른 p-반도체 화합물들, 특히 저분자량 및/또는 올리고머성 및/또는 폴리머성 p-반도체 화합물들을 사용하는 것도 가능하다.
대안의 실시형태에서, 저분자량 유기 p-타입 반도체는 전술된 일반식 I의 하나 이상의 화합물들을 포함하고, 그에 대해 예를 들면, 본 발명의 우선일 후에 공개될 PCT 출원 번호 PCT/EP2010/051826 가 참조될 수도 있다. p-타입 반도체는 전술된 스피로 화합물에 추가적으로 또는 대안적으로 전술된 일반식 I의 적어도 하나의 화합물을 포함할 수도 있다.
본 발명의 맥락에서 사용된 용어 "알킬" 또는 "알킬기" 또는 "알킬 라디칼"은 일반적으로 치환 또는 비치환된 C1-C20-알킬 라디칼들을 의미하는 것으로 이해된다. C1- 내지 C10-알킬 라디칼들이 바람직하고, C1- 내지 C8-알킬 라디칼들이 특히 바람직하다. 알킬 라디칼들은 직쇄형 또는 분지형 중 어느 하나일 수도 있다. 추가적으로, 알킬 라디칼들은, 차례로 치환 또는 비치환될 수도 있는 C1-C20-알콕시, 할로겐, 바람직하게는 F, 및 C6-C30-아릴로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기들에 의해 치환될 수도 있다. 적합한 알킬 기들의 예들은 메틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸 및 옥틸이고, 또한 이소프로필, 이소부틸, 이소펜틸, sec-부틸, tert-부틸, 네오펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸헥실이고, 또한 C6-C30-아릴, C1-C20-알콕시 및/또는 할로겐, 특히 F에 의해 치환되는 언급된 알킬기, 예를 들면 CF3의 유도체들이다.
본 발명의 맥락에서 사용된 용어 "아릴" 또는 "아릴기" 또는 "아릴 라디칼"은, 모노시클릭, 바이시클릭, 트리시클릭 또는 그렇지 않으면 멀티시클릭 방향족 고리들로부터 유도되는 선택적으로 치환된 C6-C30-아릴 라디칼들을 의미하는 것으로 이해되고, 여기서 방향족 고리들은 임의의 고리 헤테로원자들을 포함하지 않는다. 아릴 라디칼은 바람직하게는 5- 및/또는 6-원 방향족 고리들을 포함한다. 아릴들은 모노시클릭 시스템이 아닐 때, 제 2 고리에 대한 용어 "아릴"의 경우에, 포화된 형태 (퍼하이드로 형태) 또는 부분적으로 불포화된 형태 (예를 들면, 디하이드로 형태 또는 테트라하이드로 형태) 가, 그 특정 형태들이 알려져 있고 안정하다면, 또한 가능하다. 따라서, 본 발명의 맥락에서 용어 "아릴" 은, 예를 들면, 또한, 양자 또는 3개 모두의 라디칼들이 방향족인 바이시클릭 또는 트리시클릭 라디칼들, 그리고 또한, 하나의 고리만이 방향족인 바이시클릭 또는 트리시클릭 라디칼들, 그리고 또한 2개의 고리들이 방향족인 트리시클릭 라디칼들을 포함한다. 아릴의 예들은: 페닐, 나프틸, 인다닐, 1,2-디하이드로나프테닐, 1,4-디하이드로나프테닐, 플루오레닐, 인데닐, 안트라세닐, 페난트레닐 또는 1,2,3,4-테트라하이드로나프틸이다. C6-C10-아릴 라디칼들, 예를 들면 페닐 또는 나프틸이 특히 바람직하고, C6-아릴 라디칼들, 예를 들면 페닐이 아주 특히 바람직하다. 추가적으로, 용어 "아릴" 은 또한, 단일 또는 이중 결합을 통해 서로 연결된 적어도 2개의 모노시클릭, 바이시클릭 또는 멀티시클릭 방향족 고리들을 포함하는 고리 시스템들을 포함한다. 일 예는 바이페닐 기들의 것이다.
본 발명의 맥락에서 사용된 용어 "헤테로아릴" 또는 "헤테로아릴기" 또는 "헤테로아릴 라디칼"은, 적어도 하나의 고리에서 적어도 하나의 헤테로원자를 갖는, 선택적으로 치환된 5- 또는 6-원 방향족 고리들 및 멀티시클릭 고리들, 예를 들면, 바이시클릭 및 트리시클릭 화합물들을 의미하는 것으로 이해된다. 본 발명의 맥락에서 헤테로아릴들은 바람직하게는 5 내지 30개 고리 원자들을 포함한다. 그것들은 모노시클릭, 바이시클릭 또는 트리시클릭일 수도 있고 일부는 헤테로원자로 알릴 베이스 골격 (base skeleton) 에서 적어도 하나의 탄소 원자를 치환하는 것에 의해 전술된 아릴로부터 유도될 수 있다. 바람직한 헤테로원자들은 N, O 및 S이다. 헤타릴 라디칼들은 더 바람직하게는 5 내지 13개 고리 원자들을 포함한다. 헤테로아릴 라디칼들의 베이스 골격은 특히 바람직하게는, 티오펜, 피롤, 이미다졸 또는 푸란과 같은 5원 헤테로방향족 및 피리딘과 같은 시스템들로부터 선택된다. 이들 베이스 골격들은 선택적으로 하나 또는 2개의 6원 방향족 라디칼들에 융합 (fuse) 될 수도 있다. 추가적으로, 용어 "헤테로아릴" 은 또한, 단일 또는 이중 결합을 통해 서로 연결된 적어도 2개의 모노시클릭, 바이시클릭 또는 멀티시틀릭 방향족 고리들을 포함하는 고리 시스템들을 포함하고, 여기서 적어도 하나의 고리는 헤테로원자들을 포함한다. 헤테로아릴들은 모노시클릭 시스템이 아닐 때, 적어도 하나의 고리에 대한 용어 "헤테로아릴"의 경우에, 포화된 형태 (퍼하이드로 형태) 또는 부분적으로 불포화된 형태 (예를 들면, 디하이드로 형태 또는 테트라하이드로 형태) 가, 그 특정 형태들이 알려져 있고 안정하다면, 또한 가능하다. 따라서, 본 발명의 맥락에서 용어 "헤테로아릴" 은, 예를 들면, 또한, 양자 또는 3개 모두의 라디칼들이 방향족인 바이시클릭 또는 트리시클릭 라디칼들, 그리고 또한, 하나의 고리만이 방향족인 바이시클릭 또는 트리시클릭 라디칼들, 그리고 또한 2개의 고리들이 방향족인 트리시클릭 라디칼들을 포함하고, 여기서 고리들 중 적어도 하나, 즉 적어도 하나의 방향족 또는 하나의 비방향족 고리가 헤테로원자를 갖는다. 적합한 융합된 헤테로방향족들은, 예를 들면, 카르바졸릴, 벤지미다졸릴, 벤조푸릴, 디벤조푸릴 또는 디벤조티오페닐이다. 베이스 골격은 하나, 하나보다 많은 또는 모든 치환가능한 위치들에서 치환될 수도 있고, 적합한 치환기들은 C6-C30-아릴의 정의로 이미 명시된 바와 같다. 하지만, 헤타릴 라디칼들은 바람직하게는 치환되지 않는다. 적합한 헤타릴 라디칼들은, 예를 들면, 피리딘-2-일, 피리딘-3-일, 피리딘-4-일, 티오펜-2-일, 티오펜-3-일, 피롤-2-일, 피롤-3-일, 푸란-2-일, 푸란-3-일 및 이미다졸-2-일 및 대응하는 벤조융합된 라디칼들, 특히 카르바졸릴, 벤지미다졸릴, 벤조푸릴, 디벤조푸릴 또는 디벤조티오페닐이다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "선택적으로 치환된" 은, 알킬기, 아릴기 또는 헤테로아릴기의 적어도 하나의 수소 라디칼이 치환기에 의해 치환된 라디칼들을 지칭한다. 이 치환기의 타입에 대하여, 알킬 라디칼, 예를 들면, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸 및 옥틸, 그리고 또한 이소프로필, 이소부틸, 이소펜틸, sec-부틸, tert-부틸, 네오펜틸, 3,3-디메틸부틸 및 2-에틸헥실, 아릴 라디칼, 예를 들면, C6-C10-아릴 라디칼, 특히 페닐 또는 나프틸, 가장 바람직하게는 C6-아릴 라디칼, 예를 들면, 페닐, 및 헤타릴 라디칼, 예를 들면 피리딘-2-일, 피리딘-3-일, 피리딘-4-일, 티오펜-2-일, 티오펜-3-일, 피롤-2-일, 피롤-3-일, 푸란-2-일, 푸란-3-일 및 이미다졸-2-일, 그리고 또한 대응하는 벤조융합된 라디칼들, 특히 카르바졸릴, 벤지미다졸릴, 벤조푸릴, 디벤조푸릴 또는 디벤조티오페닐이 바람직하다. 추가의 예들은 다음 치환기들: 알케닐, 알키닐, 할로겐, 히드록실을 포함한다.
여기에서 치환의 정도는 모노치환으로부터 가능한 치환기들의 최대수에 이르기까지 다를 수도 있다.
본 발명에 따른 사용을 위한 식 I의 바람직한 화합물들은, R1, R2 및 R3 라디칼들 중 적어도 2개가 파라-OR 및/또는 -NR2 치환기들이라는 점에서 두드러진다. 여기에서 적어도 2개의 라디칼들은 오직 -OR 라디칼들, 오직 -NR2 라디칼들, 또는 적어도 하나의 -OR 및 적어도 하나의 -NR2 라디칼들일 수도 있다.
본 발명에 따른 사용을 위한 식 I의 특히 바람직한 화합물들은, R1, R2 및 R3 라디칼들 중 적어도 4개가 파라-OR 및/또는 -NR2 치환기들이라는 점에서 두드러진다. 여기에서 적어도 4개의 라디칼들은 오직 -OR 라디칼들, 오직 -NR2 라디칼들, 또는 -OR 및 -NR2 라디칼들의 혼합물일 수도 있다.
본 발명에 따른 사용을 위한 식 I의 아주 특히 바람직한 화합물들은, R1, R2 및 R3 라디칼들의 전부가 파라-OR 및/또는 -NR2 치환기들이라는 점에서 두드러진다. 그것들은 오직 -OR 라디칼들, 오직 -NR2 라디칼들, 또는 -OR 및 -NR2 라디칼들의 혼합물일 수도 있다.
모든 경우들에서, -NR2 라디칼들에서 2개의 R이 서로 상이할 수도 있지만, 그것들은 바람직하게는 같다.
바람직하게는, A1, A2 및 A3 가 각각 독립적으로 다음으로 이루어지는 군으로부터 선택된다
식중에서
m 은 1에서 18까지의 정수이고
R4 은 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이고, 여기서 R4 은 바람직하게는 아릴 라디칼, 더 바람직하게는 페닐 라디칼이고,
R5, R6 은 각각 독립적으로 H, 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이고,
나타낸 구조들의 방향족 및 헤테로방향족 고리들은 선택적으로 추가 치환을 가질 수도 있다. 여기에서 방향족 및 헤테로방향족 고리들의 치환의 정도는 모노치환으로부터 최대수의 가능한 치환기들에 이르기까지 다를 수도 있다.
방향족 및 헤테로방향족 고리들의 추가 치환의 경우에 바람직한 치환기들은, 1개, 2개 또는 3개의 선택적으로 치환된 방향족 또는 헤테로방향족 기들에 대해 이미 전술된 치환기들을 포함한다.
바람직하게는, 나타낸 구조들의 방향족 및 헤테로방향족 고리들은 추가 치환을 갖지 않는다.
더 바람직하게는, A1, A2 및 A3 은 각각 독립적으로
더 바람직하게는
더 바람직하게는, 식 (I) 의 적어도 하나의 화합물은 다음 구조들 중 하나를 갖는다:
대안의 실시형태에서, 유기 p-타입 반도체는 다음 구조를 갖는 타입 ID322의 화합물을 포함한다:
본 발명에 따른 사용을 위한 화합물들은 당업자에게 알려져 있는 유기 합성의 관습적인 방법들에 의해 제조될 수 있다. 관련 (특허) 문헌에 대한 참조가 추가적으로 아래에 인용된 합성 예들에서 찾아볼 수 있다.
제 2 전극
제 2 전극은 기판쪽을 면하는 바텀 전극 또는 그렇지 않으면 기판으로부터 먼쪽을 면하는 상부 전극일 수도 있다. 사용된 제 2 전극은 특히, 순수한 형태 또는 혼합물/합금으로서 하나 이상의 금속들을, 이를테면 특히 알루미늄 또는 은을 가질 수도 있는 금속 전극들일 수 있다. 무기/유기 혼합 전극들 또는 멀티층 전극들의 사용, 예를 들면, LiF/Al 전극들의 사용이 또한 가능하다.
추가적으로, 적절한 반사에 의해, 적어도 2번 흡수층들을 통과하도록 강제되는 광자들에 의해, 성분들의 양자 효율이 증가되는 전극 설계들을 사용하는 것이 또한 가능하다. 그러한 층 구조들은 또한, "집중기" (concentrator) 로 지칭되고, 마찬가지로, 예를 들면 WO 02/101838 (특히 23-24 쪽)에 기재되어 있다.
유기 태양 전지는 또한 적어도 하나의 캡슐화부 (encapsulation) 를 포함할 수 있고, 여기서 캡슐화부는, 유기 태양 전지, 특히 전극들 및/또는 p-타입 반도체를, 주위 대기로부터 차폐시키도록 설계된다.
전반적으로, 본 발명의 맥락에서, 다음의 실시형태들이 특히 바람직한 것으로 간주된다:
실시형태 1: 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기로서, 적어도 하나의 광학 센서를 포함하고, 광학 센서는 적어도 하나의 센서 영역, 특히 적어도 하나의 센서 구역을 포함하는 적어도 하나의 센서 영역을 갖고 광학 센서는 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 센서 신호는, 조명의 총 파워가 동일한 경우, 조명의 지오메트리, 특히, 센서 구역 상의 조명의 빔단면에 의존하고, 검출기는 또한 적어도 하나의 평가 디바이스를 갖고, 평가 디바이스는 센서 신호로부터 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템, 특히 조명 및/또는 물체에 관한 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하도록 설계된다.
실시형태 2: 실시형태 1 에 있어서, 검출기는 또한 조명을 변조하기 위한 적어도 하나의 변조 디바이스를 갖는다.
실시형태 3: 실시형태 2 에 있어서, 검출기는, 상이한 변조들의 경우에 적어도 2개의 센서 신호들, 특히 각각 상이한 변조 주파수의 적어도 2개의 센서 신호들을 검출하도록 설계되고, 평가 디바이스는 적어도 2개의 센서 신호들로부터 지오메트리 정보를 생성하도록 설계된다.
실시형태 4: 실시형태 1 내지 3 중 어느 것에 있어서, 광학 센서는 또한, 조명의 총 파워가 동일한 경우, 센서 신호가 조명의 변조의 변조 주파수에 의존하는 그러한 방식으로 설계된다.
실시형태 5: 실시형태 1 내지 4 중 어느 것에 있어서, 센서 영역은 정확하게 하나의 연속 센서 영역이고, 센서 신호는 전체 센서 영역에 대해 균일한 센서 신호이다.
실시형태 6: 실시형태 1 내지 5 중 어느 것에 있어서, 상기 센서 신호는 광전류 및 광전압으로 이루어지는 군으로부터 선택된다.
실시형태 7: 실시형태 1 내지 6 중 어느 것에 있어서, 광학 센서는 적어도 하나의 반도체 검출기, 특히 적어도 하나의 유기 재료를 포함하는 유기 반도체 검출기, 바람직하게는 유기 태양 전지 그리고 특히 바람직하게는 염료 태양 전지, 특히 고체 염료 태양 전지를 포함한다.
실시형태 8: 실시형태 7에 있어서, 광학 센서는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 n-반도체 금속 옥사이드, 적어도 하나의 염료, 적어도 하나의 p-반도체 유기 재료, 바람직하게는 고체 p-반도체 유기 재료, 및 적어도 하나의 제 2 전극을 포함한다.
실시형태 9: 실시형태 1 내지 8 중 어느 것에 있어서, 지오메트리 정보는, 물체의 위치 정보의 적어도 하나의 아이템을 포함한다.
실시형태 10: 실시형태 9 에 있어서, 평가 디바이스는, 조명의 지오메트리와 검출기에 대한 물체의 상대 위치 (relative positioning) 사이의 적어도 하나의 미리정의된 관계로부터, 바람직하게는 조명의 기지의 파워를 고려하여 그리고 선택적으로 조명이 변조되는 변조 주파수를 고려하여, 지오메트리 정보를 결정하도록 설계된다.
실시형태 11: 실시형태 1 내지 10 중 어느 것에 있어서, 적어도 하나의 전송 디바이스를 더 포함하고, 전송 디바이스는 물체로부터 나오는 전자기 방사선을 광학 센서에 공급하고 그에 의해 센서 영역을 조명하도록 설계된다.
실시형태 12: 실시형태 1 내지 11 중 어느 것에 있어서, 적어도 하나의 조명 소스를 더 포함한다.
실시형태 13: 실시형태 12 에 있어서, 조명 소스는, 물체에 적어도 부분적으로 연결되거나 및/또는 물체에 적어도 부분적으로 동일한 조명 소스; 물체를 1차 방사선으로 적어도 부분적으로 조명하도록 설계된 조명 소스로부터 선택된다.
실시형태 14: 특히, 모터 차량에서 사용하기 위한 거리 측정 디바이스로서, 실시형태 1 내지 13 중 어느 것에 기재된 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 검출기는 적어도 하나의 물체의 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 결정하도록 설계되고, 지오메트리 정보는 물체의 위치 정보의 적어도 하나의 아이템, 특히 모터 차량과 적어도 하나의 물체 사이의 거리 그리고 바람직하게는 모터 차량과 다른 모터 차량, 장애물, 사이클리스트 및 보행자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물체 사이의 거리를 포함한다.
실시형태 15: 적어도 하나의 샘플을 이미징하기 위한 이미징 디바이스로서, 이미징 디바이스는, 검출기에 관한 실시형태 1 내지 13 중 어느 것에 기재된 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 이미징 디바이스는 샘플의 복수의 부분 영역들을 센서 영역 상에 이미징하고 그에 의해 부분 영역들에 할당된 센서 신호들을 생성하도록 설계된다. 이미징 디바이스는 센서 신호들로부터 각각의 부분 영역들의 지오메트리 정보의 아이템들을 생성하도록 설계되고, 지오메트리 정보의 아이템들은 위치 정보의 아이템들을 포함한다.
실시형태 16: 특히, 제어 커맨드를 입력하기 위한, 사용자와 기계 사이의 정보의 적어도 하나의 아이템을 교환하기 위한 인간 기계 인터페이스로서, 인간 기계 인터페이스는, 검출기에 관한 실시형태 1 내지 13 중 어느 것에 기재된 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 인간 기계 인터페이스는, 검출기에 의해 사용자 (218) 의 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하도록 설계되고 인간 기계 인터페이스는, 정보의 적어도 하나의 아이템, 특히 적어도 하나의 제어 커맨드를 지오메트리 정보에 할당하도록 설계된다.
실시형태 17: 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능, 특히 게임을 수행하기 위한 엔터테인먼트 디바이스로서, 엔터테인먼트 디바이스는, 실시형태 16 에 기재된 적어도 하나의 인간 기계 인터페이스를 포함하고 엔터테인먼트 디바이스는, 정보의 적어도 하나의 아이템이 인간 기계 인터페이스에 의하여 플레이어에 의해 입력되는 것을 가능하게 하도록 설계되고, 엔터테인먼트 디바이스는 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 달리하도록 설계된다.
실시형태 18: 특히, 광학 데이터 저장 디바이스의 데이터에의 액세스를 식별 및/또는 회피하기 위한 적어도 하나의 보안 애플리케이션을 수행하기 위한 보안 디바이스로서, 보안 디바이스는, 검출기에 관한 실시형태 1 내지 13 중 어느 것에 기재된 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 보안 디바이스는, 검출기에 의해, 보안 디바이스 상에 포커싱된 전자기 방사선, 특히 레이저 빔들의 도달을 식별하고 바람직하게는 적어도 하나의 경고 신호를 생성하도록 설계된다.
실시형태 19: 특히, 검출기에 관한 실시형태 1 내지 13 중 어느 것에 기재된 검출기를 사용하여, 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 방법으로서, 적어도 하나의 광학 센서가 사용되고, 광학 센서는 적어도 하나의 센서 영역을 갖고, 물체로부터 나오는 전자기 방사선은 광학 센서에 공급되고, 이에 의해 센서 영역이 조명되고, 광학 센서는 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하고, 조명의 총 파워가 동일한 경우, 센서 신호가 조명의 지오메트리에 의존한다.
실시형태 20: 실시형태 19 에 있어서, 물체의 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템, 특히 물체의 위치 정보의 적어도 하나의 아이템이 센서 신호로부터 생성된다.
실시형태 21: 특히 교통 기술에서의 거리 측정; 특히 현미경술에서의 이미징; 엔터테인먼트 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 인간 기계 인터페이스 애플리케이션으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 사용의 목적을 위한 검출기에 관한 실시형태 1 내지 13 중 어느 것에 기재된 검출기의 용도.
실시형태 22: 광학 센서로서의, 유기 태양 전지, 특히 염료 태양 전지, 바람직하게는 고체 염료 태양 전지의 용도로서, 그 용도에 있어서 적어도 하나의 센서 신호가 생성되고, 조명의 총 파워가 동일한 경우, 센서 신호가 유기 태양 전지 상의 조명의 지오메트리에 의존하고, 적어도 하나의 물체의 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템이 그 용도에서 센서 신호로부터 생성된다.
본 발명의 추가의 선택적인 상세들 및 특징 (feature) 들은 종속 청구항들과 함께 다음에 오는 바람직한 예시적 실시형태들의 설명으로부터 명백하다. 이 맥락에서, 구체적인 특징들은 단독으로, 또는 여러개 조합하여 구현될 수도 있다. 본 발명의 예시적인 실시형태들에 한정되지 않는다. 예시적인 실시형태들은 도면들에 개략적으로 나타나 있다. 개개의 도면들에서 동일한 도면 부호들은 동일한 엘리먼트들 또는 동일한 기능을 갖는 엘리먼트들, 또는 그들의 기능에 관하여 서로 대응하는 엘리먼트들을 지칭한다.
구체적으로, 도면들에서:
도 1은 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 본 발명에 따른 검출기의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 2는 본 발명에 따른 검출기에서의 사용을 위한 광학 센서의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 3은 도 2에 따른 광학 센서의 층 구조의 가능한 에너지 레벨들의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 4는 빔 지오메트리에 대한 본 발명에 따른 광학 센서의 신호 의존성의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 5 및 도 6은, 종래 반도체 센서들의 센서 신호들의 지오메트리 독립성을 보여주기 위한 측정들을 도시한다;
도 7은 본 발명에 따른 검출기에서의 사용을 위한 광학 센서들의 신호의 통상적인 주파수 의존성을 도시한다;
도 8은 변조 주파수 f 및 빔 지오메트리에 대한 본 발명에 따른 검출기의 센서 신호의 의존성의 합동 예시 (joint illustration) 를 도시한다;
도 9는 본 발명에 따른 거리 측정 디바이스의 개략 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 10은 본 발명에 따른 거리 측정 디바이스를 사용하여 거리 측정의 결과를 도시한다;
도 11은 모터 차량에서 본 발명에 따른 거리 측정 디바이스의 사용을 도시한다;
도 12a 및 도 12b는 공초점 빔 경로를 갖는 종래 이미징 디바이스 (도 12a) 와 본 발명에 따른 이미징 디바이스 (도 12b) 의 비교를 도시한다;
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 이미징 디바이스들의 추가 가능한 실시형태들을 도시한다;
도 15는 본 발명에 따른 인간 기계 디바이스 및 엔터테인먼트 디바이스의 예시적인 실시형태를 도시한다; 그리고
도 16은 본 발명에 따른 보안 디바이스의 예시적인 실시형태를 도시한다.
구체적으로, 도면들에서:
도 1은 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 본 발명에 따른 검출기의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 2는 본 발명에 따른 검출기에서의 사용을 위한 광학 센서의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 3은 도 2에 따른 광학 센서의 층 구조의 가능한 에너지 레벨들의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 4는 빔 지오메트리에 대한 본 발명에 따른 광학 센서의 신호 의존성의 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 5 및 도 6은, 종래 반도체 센서들의 센서 신호들의 지오메트리 독립성을 보여주기 위한 측정들을 도시한다;
도 7은 본 발명에 따른 검출기에서의 사용을 위한 광학 센서들의 신호의 통상적인 주파수 의존성을 도시한다;
도 8은 변조 주파수 f 및 빔 지오메트리에 대한 본 발명에 따른 검출기의 센서 신호의 의존성의 합동 예시 (joint illustration) 를 도시한다;
도 9는 본 발명에 따른 거리 측정 디바이스의 개략 예시적인 실시형태를 도시한다;
도 10은 본 발명에 따른 거리 측정 디바이스를 사용하여 거리 측정의 결과를 도시한다;
도 11은 모터 차량에서 본 발명에 따른 거리 측정 디바이스의 사용을 도시한다;
도 12a 및 도 12b는 공초점 빔 경로를 갖는 종래 이미징 디바이스 (도 12a) 와 본 발명에 따른 이미징 디바이스 (도 12b) 의 비교를 도시한다;
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 이미징 디바이스들의 추가 가능한 실시형태들을 도시한다;
도 15는 본 발명에 따른 인간 기계 디바이스 및 엔터테인먼트 디바이스의 예시적인 실시형태를 도시한다; 그리고
도 16은 본 발명에 따른 보안 디바이스의 예시적인 실시형태를 도시한다.
예시적인 실시형태들
검출기
도 1은 적어도 하나의 물체 (112) 를 광학적으로 검출하기 위한 본 발명에 따른 검출기 (110) 의 예시적인 실시형태를, 매우 개략적인 예시로, 예시한다. 검출기 (110) 는, 예를 들면, 센서 구역 (118) 을 갖는, 센서 영역 (116) 을 갖는, 광학 센서 (114) 를 포함한다. 센서는, 예를 들면 광전류 I 를 포함할 수 있는 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 예로써, 광학 센서 (114) 는 적어도 하나의 측정 디바이스 (120) 를 포함할 수 있고 그에 의해 광학 센서 (114) 의 적어도 하나의 물리 특성이, 예를 들면, 측정되는 적어도 하나의 광전류 및/또는 적어도 하나의 광전압에 의해, 검출될 수 있다.
또한, 도 1에 예시된 예시적인 실시형태에 따른 검출기 (110) 는 평가 디바이스 (122) 를 포함하고, 그에 의해 광학 센서 (114) 에 연결될 수 있거나 및/또는 그렇지 않으면 광학 센서 (114) 내에 전체적으로 또는 부분적으로 통합될 수 있거나, 또는 그 역 또한 마찬가지이다. 상기 평가 디바이스 (122) 는, 예를 들면, 직접 또는 간접적으로 광학 센서 (114) 의 적어도 하나의 센서 신호를 픽업하도록, 설계될 수 있다. 평가 디바이스 (122) 는, 예를 들면, 적어도 하나의 데이터 프로세싱 디바이스 (124) 및/또는 적어도 하나의 데이터 저장 디바이스 (126) 를 포함할 수 있다. 또한, 평가 디바이스 (122) 는, 예를 들면, 다른 디바이스들과 단방향으로 또는 양방향으로 데이터 및/또는 제어 커맨드를 교환가능하게 하기 위하여, 예를 들면, 단방향 또는 양방향성 인터페이스 (128) 를 가질 수 있다.
또한, 도 1에 예시된 예시적인 실시형태들에서, 검출기 (110) 는 선택적으로, 예를 들면, 적어도 하나의 렌즈 (132) 및/또는 다른 이미징 또는 비이미징 엘리먼트들을 갖는, 적어도 하나의 전송 디바이스 (130) 를 포함한다. 선택적인 전송 디바이스 (130) 는 물체 (112) 로부터 나오는 전자기 방사선 (134) 을 광학 센서 (114) 에 공급하고 프로세스에서 센서 영역 (116) 을 조명하도록 설계된다. 예로써, 직경 또는 등가 직경을 갖는 광 스폿 (136) 이 이런 식으로 센서 구역 (118) 상에 생길 수 있다. 상기 광 스폿 (136) 은 예를 들면, 구역 A를 가질 수 있고, 여기에서 전자기 방사선 (134) 의 전체 파워가 도 1에서 p로 표기되고, 플럭스 p/A 가 Φ 로 표기된다. 도 1에서 선택적인 전송 디바이스 (130) 는 단지 개략적으로 나타내어져 있다는 점이 지적된다. 상기 전송 디바이스는 또한 다양한 다른 방식들로 구체화될 수 있다.
또한, 도 1에 따른 예시적인 실시형태들에서, 검출기 (110) 는 선택적으로, 전자기 선 (134) 을 변조하기 위한 적어도 하나의 변조 디바이스 (138) 를 포함한다. 특히, 상기 변조 디바이스 (138) 는, 적어도 하나의 빔 인터럽터 (140), 예를 들면, 소위 쵸퍼 휠 (chopper wheel) 을 포함할 수 있다.
또한, 검출기 (110) 는 선택적으로, 적어도 하나의 조명 소스 (142) 를 포함할 수 있다. 상기 조명 소스 (142) 는, 1차 방사선 (144) 으로 물체 (112) 또는 물체 (112) 의 부분 영역을 조사하도록 설계될 수 있다. 예로써, 상기 1차 방사선 (144) 은 물체 (112) 에서 반사 및/또는 산란될 수 있다. 예를 들면, 물체 (112) 의 적어도 하나의 선택적인 반사 표면 (146) 에 의해 지지될 수 있는, 이 반사 및/또는 산란 동안, 전자기 방사선 (134) 이 선택적으로 생성되고, 이는 다음으로, 예를 들면, 전송 디바이스 (130) 에 의해, 광학 센서 (114) 로 공급된다. 하지만, 반사 및/또는 산란에 대한 대안으로서 또는 추가적으로서, 1차 방사선 (144) 은 또한, 물체 (112) 또는 그의 부분을 여기시켜서, 예를 들면, 형광의 여기 및/또는 인광의 여기 형태로, 전자기 방사선 (134) 을 방출할 수 있다. 이 경우에, 물체 (112) 는 예를 들면, 적어도 하나의 형광 재료 및/또는 적어도 하나의 인광 재료를 포함할 수 있다.
광학 센서
전술된 바처럼, 광학 센서 (114) 가 적어도 하나의 반도체 검출기 (148), 특히 유기 반도체 검출기 (150), 바람직하게는 유기 태양 전지 (152) 및 특히 바람직하게는 염료 태양 전지 (154) 를 포함한다면 특히 바람직하다. 그러한 광학 센서들 (114) 의 예시적인 실시형태는, 하나의 가능한 층 구성을 통해 개략 단면 예시로 도 2에 도시되어 있다. 거기에 예시된 염료 태양 전지 (154) 는 예를 들면, 기판 (156), 예를 들면 유리 기판을 포함할 수 있다. 하지만, 다른 기판들 (156), 예를 들면, 플라스틱 기판 또는 그렇지 않으면 다중층 또는 라미네이트 기판들이 또한, 전술된 바처럼, 사용될 수 있다. 예시된 예시적인 실시형태에서, 작업 전극으로서 표기될 수도 있고 바람직하게는 투명 방식으로 구체화될 수 있는 적어도 하나의 제 1 전극 (158) 이, 전술된 바처럼, 상기 기판 (156) 상에 도포된다. 선택적인 금속 옥사이드의 적어도 하나의 블록킹 층 (160) (이하에서 버퍼층으로도 표기됨) 이, 차례로 선택적으로 상기 제 1 전극 (158) 상에 도포될 수 있고, 상기 층은 바람직하게는 비다공질 및/또는 비입자성이다. n-반도체 금속 옥사이드 (162) 가 차례로 상기 층 상에 도포되며, 상기 금속 옥사이드는 염료 (164) 로 증감된다. 전술된 바처럼, 이 증감 (sensitization) 은 염료 (164) 의 분리 층을 도포하는 것에 의해서 및/또는 염료 (164) 로의 바람직하게는 다공질 및/또는 입자성, n-반도체 금속 옥사이드 (162) 의 완전한 또는 부분적인 함침, 웨팅 (wetting) 또는 혼합에 의해 이루어질 수 있다.
유기 p-타입 반도체 (166) 가 염료 (164) 상에 도포된다. 상기 유기 p-타입 반도체 (166) 는 바람직하게는 염료 태양 전지 (154) 의 최종 상태에서 고체이다, 즉 고체 유기 p-타입 반도체 (166) 로서 구체화된다. 이 고체 유기 p-타입 반도체 (166) 의 복수의 층들이 또한 제공될 수 있다. 카운터전극으로도 표기되는, 제 2 전극 (168) 이 p-타입 반도체 (166) 상에 도포된다.
도 2에 예시된 층들은 함께 층 구조 (170) 를 형성하고, 이는 바람직하게는 캡슐화부 (172) 에 의해 주위 대기로부터 차폐되어, 예를 들면, 주위 대기로부터 층 구조 (170) 를 차폐, 예를 들면, 산소 및/또는 습기로부터 층 구조 (170) 를 전체적으로 또는 부분적으로 보호한다. 캡슐화부 (172) 밖의 하나 또는 복수의 콘택트 연결 구역들을 제공가능하게 하기 위하여 하나 또는 양자 모두의 전극들 (158, 168) 또는 상기 전극들 (158, 168) 의 연결 콘택트들이, 캡슐화부 (172) 로부터 밖으로 리드 아웃 (lead out) 될 수 있다.
도 3은, 예를 들면, 도 2에 따른 염료 태양 전지 (154) 의 하나의 가능한 에너지 레벨 다이어그램을, 매우 개략적인 방식으로, 도시한다. 그 예시는 제 1 전극 (158) 및 제 2 전극 (168) 의 페르미 레벨들 (174), 및 (같은 재료, 예를 들면 TiO2를 포함할 수 있는) 층들 (160, 162) 의 (예로써, 5.7 eV의 HOMO 레벨로 나타내어지는) 염료 (164) 의 그리고 (HTL, 정공 수송 층으로도 표기되는) p-타입 반도체 (166) 의 HOMO들 (Highest Occupied Molecular Orbitals) (176) 및 LUMO들 (Lowest Unoccupied Molecular Orbitals) (178) 을 도시한다. FTO (fluorine-doped tin oxide) 및 은이 예로써 제 1 전극 (158) 및 제 2 전극 (168) 을 위한 재료로서 지정된다. 다른 전극 재료들이 또한 사용될 수 있고, 예를 들면, 제 1 전극 및 제 2 전극의 순서는 또한 거꾸로될 수도 있고, 예를 들면, 비투명 기판 (156) 을 투명 제 2 전극 (168) 및 선택적으로 투명 캡슐화부 (172) 와 조합하여, 또는 반대 층 구성을 사용하는 것이 또한 가능하다는 점이 지적된다. 유기 반도체 검출기 (150) 는 또한 선택적으로, 도 2 및 도 3에 예시되지 않은 추가 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
염료 태양 전지의 제조
유기 태양 전지 (152) 의 제조의 예로서, 고체 p-타입 반도체 (166) 를 갖는 염료 태양 전지 (154) 의 제조가 예로써 아래에서 설명된다.
이 베이스 재료 및 기판 (156) 으로서, 제 1 전극 (작업 전극) (158) 으로 FTO (fluorine-doped tin oxide) 이 코팅되고 25 mm × 25 mm × 3 mm의 치수들을 갖는 유기판 (Hartford Glass) 들이 사용되었고, 이들은 연속적으로 초음파 욕에서 유리 세정제 (RBS 35), 탈염수 (demineralized water) 및 아세톤으로, 각 경우에 5분간 처리된 다음, 10분간 이소프로판올에서 끓여지고 질소 스트림에서 건조되었다.
선택적인 고체 TiO2 버퍼층 (160) 을 제조하기 위하여, 분무 열분해 (spray pyrolysis) 법이 사용되었다. 그 위에, n-반도체 금속 옥사이드 (162) 로서, 테르피네올/에틸셀룰로오스 분산물에서 25 nm의 직경을 갖는 TiO2 입자들을 포함하는 TiO2 페이스트 (Dyesol) 가 4500 rpm에서 스핀 코터로 스피닝 온 (spinning on) 되고 90℃에서 30 분간 건조되었다. 45분간 450℃로의 가열 및 30분간 450℃로 소결 단계 후에, 대략 1.8 ㎛의 TiO2 층 두께가 획득되었다.
건조 캐비넷으로부터 꺼낸 후에, 샘플은 80℃로 냉각되었고 (예를 들면, 아래의 예 H에 따라 획득가능한) 첨가제 ID662의 5 mM 용액속에 12시간 동안 그리고 후속하여 1시간 동안 디클로로메탄에서 염료 (164) 의 0.5 mM 용액속에 침지되었다. 사용된 염료 (164) 는 (예를 들면, 아래에서 예 G에 따라 획득가능한) 염료 ID504이었지만, 많은 수의 다른 염료들이 사용될 수 있고 염료의 선택은 일반적으로 전술된 효과에 대해 단지 조금 밖에 영향을 미치지 않았다. 특히, 염료는 용도 및 사용된 전자기 방사선 (134) 의 파장들의 각각의 목적에 적합화될 수 있다.
용액으로부터 꺼낸 후에, 샘플들은 후속하여 같은 용매로 린스되고 질소 스트림에서 건조되었다. 이런 식으로 획득된 샘플들은 후속하여 감압하에서 40℃로 건조되었다.
다음으로, p-타입 반도체 (166) 용액이 스피닝 온되었다. 이런 목적으로, 클로로벤젠에서 0.163 M 스피로-MeOTAD (Merck) 및 20 mM LiN(SO2CF3)2 (Aldrich) 의 용액이 구성되었다. 125 ㎕ 의 이 용액이 샘플에 도포되었고 60 초간 작용이 허용되었다. 그 후에, 상청액 용액 (supernatant solution) 이 30초간 2000 rpm에서 스피닝 오프 (spining off) 되었다.
최종적으로, 금속 후방 전극이 감압하 열 금속 증발에 의해 제 2 전극 (168) 으로서 도포되었다. 사용된 금속은 Ag이었고, 이는 약 200 nm의 층 두께를 제공하도록 약 2*10-6 mbar의 압력에서 3 Å/s 레이트로 증발되었다.
조명의 지오메트리 및 변조 주파수에 대한 센서 신호의 의존성
광학 센서 (114) 로서 그러한 염료 태양 전지들 (154) 로, 도 1에 예시된 검출기 (110) 의 동작의 방법이 먼저 설명될 것이다. 도 4는 렌즈 (132) 의 (밀리미터로 나타낸) 위치 x 의 함수로서 (최대 값으로 정규화된) 광전류 I 의 측정의 예를 도시하고, 렌즈 (132) 는 염료 태양 전지 (154) 의 센서 구역 (118) 상에 전자기 방사선 (134) 을 포커싱한다. 센서 구역 (118) 은 예를 들면, 도 2에서 층 구조의 기판 (156) 의 표면일 수 있고, 상기 표면은 제 1 전극 (158) 으로부터 먼쪽을 면한다. 하지만, 대안적으로는, 센서 구역 (118) 은 또한, 예를 들면, 염료 (164) 의 영역에서, 유기 층 구조의 층 평면에 배열될 수 있다. 유기 반도체 검출기 (150) 내의 상기 센서 구역 (118) 의 정확한 위치는 개개의 물리적 프로세스들에 크게 의존하고 일반적으로 검출기 (110) 의 정확한 기능을 위해 중요하지 않다. 대안적으로, 전체 유기 층 구조 또는 그의 부분이 센서 영역 (116) 으로 여겨질 수 있다.
도 4에서 측정 동안, 렌즈 (132) 는 도 1에서 광학 센서 (114) 에 대해 센서 구역 (118) 에 수직하는 방향으로 변위된다. 결과적으로, 센서 구역 (118) 상의 광 스폿 (136) 의 직경 또는 등가 직경이 변화된다. 예로써, 예를 들면, 25 mm의 빔 직경이 주어지면, 50 mm의 초점 길이를 갖는 렌즈가 사용될 수 있고, 이는 예를 들어, 2 mm 미만의 광 스폿 (136) 의 크기에 이른다. 최적 포커싱이 일어나는 렌즈 (132) 의 위치는 임의적으로 도 4에서 위치 x = 0로 나타내어진다. 렌즈 (132) 의 변위 또는 선택적인 전송 디바이스 (130) 의 변경에 대해 대안으로서 또는 추가적으로, 센서 구역 (118) 상의 전자기 방사선 (134) 의 포커싱 또는 센서 영역 (116) 에서 그리고 특히 센서 구역 (118) 에서 전자기 방사선 (134) 의 직경 또는 등가 직경 또는 어떤 다른 지오메트리를 다르게 하기 위하여 다른 측정들이 또한 구현될 수 있다.
광학 센서 (114) 의 신호, 이 경우에 광전류는, 조명의 지오메트리에 크게 의존한다는 것이 도 4에서 명확히 알 수 있다. x = 0 에서의 최대 밖에서, 광전류는 그의 최대 값의 10% 미만으로 떨어진다.
이와 비교하여, 도 5 및 도 6은 실리콘 다이오드 (도 5) 및 게르마늄 다이오드 (도 6) 상의 대응하는 측정들을 예시한다. 이 경우에, Hamamatsu S2386-8k 타입의 다이오드들이 실리콘 다이오드로서 사용되었고, Hamamatsu J16-5SP-R03M 타입의 다이오드들이 게르마늄 다이오드들로서 사용되었다. 센서 구역의 경계에 기인할 수도 있는, 도 6에서 한계 효과 (marginal effect) 외에, 그리고 10% 아래인 노이즈 효과들 외에, 그러한 반도체 다이오드들의 신호는, 센서 영역 (116) 의 조명에 대한 센서 신호들의 전술된 지오메트리 의존성을 갖지 않는다는 것을 명학히 알 수 있다. 다른 말로, 도 5 및 도 6에서 사용된 종래 타입의 광학 센서들 (114) 의 경우에, 총 파워가 동일한 경우, 센서 신호는 센서 영역 (116) 또는 센서 구역 (118) 의 조명의 지오메트리에 실질적으로 관계 없고, 예로써, 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만의 변동 (fluctuation) 이 여전히 받아들여질 수 있고 아직도 본 발명에 따른 효과로 여겨지지 않아야 한다. 이와 대조적으로, 본 발명에 따른 검출기 (110) 및 도 2에 따른 광학 센서 (114) 에 의한 측정은, 예를 들면, 센서 신호에서 현저한 지오메트리 의존 효과를 나타낸다.
이 효과는 일반적으로 광학 센서 (114) 의 조명의 변조 주파수에 의존한다. 도 4 내지 도 6에서의 측정들이 변조 디바이스 (138) 를 사용하여 수행되었고, 그에 의해 전자기 방사선 (134) 이 센서 영역 (116) 에 도달하기 전 통상적으로 30 Hz 내지 100 Hz의 주파수로 변조되었다. 사용된 변조 디바이스 (138) 는 1:1의 듀티 사이클을 갖는 펄스형 전류 소스 형태의 전자 변조 디바이스였다. 이것은, 도 4에 따른 측정에 유사한 측정들에 대해 도 7에서 또 다시 개략적으로 예시되어 있다. 여기서 센서 신호 I/I0, 즉 그의 최대 값 I0으로 정규화된 센서 신호가, 포커싱에 사용된 렌즈 (132) 의 공간 좌표 x의 함수로서 플롯되지만, 이것은 원칙적으로, 센서 영역 (116) 또는 센서 구역 (118) 상의 조명의 지오메트리를 특성화하는 임의의 다른 파라미터에 대해서, 교환될 수 있다. 그 예시는 개략적으로, 광학 센서 (114) 의 타입에 의존하는 한계 주파수 fBase 보다 큰 변조 주파수 f 및 변조 주파수 f = 0 Hz에서의 센서 신호의 곡선을 나타낸다.
공간 좌표 x로부터, 이미징 등식을 사용하여 또는 그렇지 않으면 단순한 관찰에 의해, 예를 들면, 조명의 지오메트리를 추론하는 것이 가능하다. 다른 한편, 예를 들면, 렌즈 (132) 의 고정 위치 또는 전송 디바이스 (130) 의 고정 실시형태가 주어지면, 예를 들어, 센서 신호로부터 및/또는 조명의 지오메트리로부터 물체 (112) 의 적어도 하나의 공간 좌표를 추론하는 것이 가능하다. 이 목적으로, 교정 곡선이 기록 및/또는 계산될 수 있고, 이는 예를 들면 평가 디바이스 (122) 및/또는 데이터 저장 디바이스 (126) 에서 저장될 수 있다. 도 8은 3차원 예시로 그러한 교정 곡선의 하나의 가능한 예를 도시한다. 여기서 광전류 I 는 렌즈 (132) 의 공간 좌표 x 의 함수로서 그리고 hertz로 명시되는, 변조 주파수 f의 함수로서 플롯된다. 이 측정 동안, 7 nA 의 광전류가 최대 광전류로서 발생됐다. 이 경우에, 최대의 위치가 임의로 선택되고, 그래서 이 경우에, 결과들의 이용가능성을 제한하지 않고서, 위치 x = 0 는 최대의 위치를 명시하지 않는다. 곡선은, 공간 좌표 x, 그리고 따라서 센서 영역 (116) 의 조명의 지오메트리, 그리고 주파수 f의 별개의 함수 (distinct function) 라는 것을 명확히 나타낸다.
도 8에 예시된 것과 유사한 방식으로, 다수의 다른 교정 곡선들이 기록될 수 있다. 예로써, 공간 좌표 x 대신에, 물체 (112) 의 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 특성화하는 좌표가 직접 명시될 수 있는 교정 곡선을 기록하는 것이 가능하다. 알려진 변조 주파수 f 및 측정 세기 I가 주어지면, 최대의 어느 측에 측정 결과가 놓이는지의 사실에 대한 모호성만이 있다. 이 모호성은 예를 들면, 최대의 어느 측에 측정이 놓어야 하는지의 선행 지식 또는 복수의 측정들에 의해 해결될 수 있다. 평가 디바이스 (122) 는, 예를 들면 프로그래밍에 의해 이 모호성을 해결하도록 설계될 수 있다.
거리 측정 디바이스
도 9는 거리 측정 디바이스 (180) 의 매우 개략적인 예를 도시하고, 이는 원칙적으로, 도 1에 따른 검출기 (110) 와 유사하게 구체화될 수 있거나 및/또는 그러한 검출기 (110) 를 포함할 수 있다. 이 경우에, 검출기에 의해 생성된 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템은 위치 정보로서 구체화되거나 또는 위치 정보의 적어도 하나의 아이템을 포함하거나 및/또는 거리 측정 디바이스 (180) 는 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템으로부터 위치 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하도록 설계된다. 그러므로, 거리 측정 디바이스 (180) 는, 도 9에서 보행자로서 상징적으로 예시된, 적어도 하나의 물체 (112) 에 관한 위치 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하는 역할을 한다. 예로써, 이 위치 정보는 물체 (112) 와 검출기 (110) 또는 검출기 (110) 의 부분 사이의 적어도 하나의 거리 d1 또는 d2, 예를 들면, 물체 (112) 와 검출기 (110) 의 렌즈 (132) 사이의 거리를 포함할 수 있다.
도 9에서 검출기 (110) 의 구조는, 원칙적으로, 도 1에 따른 구조에 대응할 수 있다. 예를 들면, 물체 (112) 와 렌즈 (132) 사이 및/또는 렌즈 (132) 와 광학 센서 (114) 사이에 배열될 수 있거나 및/또는 적어도 하나의 조명 소스 (142) 내에 통합될 수 있는 선택적인 변조 디바이스 (138) 는 도 9에 미도시되어 있다.
도 9는 예로써 상이한 거리 d1, d2에 있는 2개의 물체들을 예시한다. 이들은, 예를 들면, 센서 영역 (116) 및 특히 센서 구역 (118) 상에, 상이한 지오메트리를 갖는 상이한 광 스폿들 (182, 184) 을 야기한다. 상기 광 스폿들 (182, 184) 의 지오메트리에 따라 광학 센서 (114) 에 의해 픽업되는 센서 신호들이 대응하여 상이하다. 평가 디바이스 (122) 는, 예를 들면, 도 5에 따른 교정 곡선들 및/또는 다른 타입의 교정 곡선들을 사용하여, 상기 센서 신호들로부터, 지오메트리 정보의 아이템, 특히 물체 (112) 의, 위치 정보의 적어도 하나의 아이템, 예를 들면, 물체 (112) 와 검출기 (110) 사이의 거리 d1 또는 d2 에 관한 정보의 아이템을 생성하도록 설계될 수 있다.
검출기 (110) 또는 거리 측정 디바이스 (180) 는, 예를 들면, 일체형 방식 또는 그렇지 않으면 다부분 방식으로 구체화될 수 있고, 예를 들면, 적어도 하나의 하우징 (186) 을 포함할 수 있고, 그 속으로, 예로써, 광학 센서 (114) 및/또는 평가 디바이스 (122) 그리고 선택적으로 적어도 하나의 조명 소스 (142) 가 통합될 수 있다. 하지만, 대안적으로 또는 추가적으로, 예를 들면, 분리된 하우징에서 분리되게 배열되는 하나 또는 복수의 조명 소스들 (142) 에 의해, 다부분 실시형태들을 제공하는 것 또한 가능하다. 전체적으로, 도 9에 따른 거리 측정 디바이스 (180) 는 예를 들면, 단순한, 카메라와 같은 배열의 형태를 가질 수 있고, 또한, 예를 들면, 휴대형 디바이스, 즉 사용자에 의해 운반될 수 있거나 근력 (muscle power) 에 기초하여 단독으로 가지고 갈 수 있는 디바이스로서 구체화될 수 있다. 다양한 다른 구성들이 가능하다.
도 9에 따른 거리 측정 디바이스 (180) 는 선택적으로 정확히 하나의 광학 센서 (114) 를 포함할 수 있다. 대안적으로, 예를 들면, 거리 측정 디바이스 (180) 는 또한 카메라로서, 복수의 광학 센서들 (114) 및/또는 예를 들면, 2차원 매트릭스 배열 및/또는 3차원 매트릭스 배열로 사용되는 복수의 센서 영역들 (116) 을 갖는 하나 또는 복수의 광학 센서들 (114) 에 의해 구체화될 수 있다. 그러한 카메라들의 하나의 이점은, 종래 기록 기법들에 비하여, 예를 들면, 1000 픽셀에 대한 0.1 ms의 시간에 대응하는 10 MHz의 픽셀 클록을 갖는 더 짧은 기록 시간에 있다. 2차원 및 3차원 기록을 위한 기록 시간들은 일반적으로 동일하게 짧게 만들어질 수 있다. 이와 대조적으로, 3차원 이미지들을 생성하기 위하여, 종래 카메라들은 일반적으로, n개의 이미지들을 기록해야 하고, 이는 Hz - kHz 범위의 기록 시간을 필요로 한다. 또한, 언급된 타입의 종래 카메라들은 일반적으로 비교적 낮은 광도 (luminosity) 를 갖는다.
도 9에 예시된 배열의 기능의 증거는 도 10에 나타나 있다. 여기서, 도 9에 따른 거리 측정 디바이스 (180) 에 의해 측정된, cm 또는 10 mm 단위로 명시된, (예를 들면, 도 9에서 공간 좌표 d1 및 d2에 대응하는) 거리 xM 는 마찬가지로, cm 또는 10 mm 단위로 명시된 실제 거리 xS 의 함수로서 플롯된다. 그 측정들은, 색지움 렌즈 (achromatic lens) 를 갖는 대물렌즈의 형태의 전송 디바이스 (130), 주파수 배가 네오디뮴 레이저의 형태의 조명 소스 (142) 및 대략 4 mm2의 센서 구역 (118) 을 갖는 위의 설명에 따른 염료 태양 전지 (154) 를 사용하여, 수행되었다.
그 측정들은, 예를 들면, 여기에서 1 m 미만의 거리의 경우에, 본 발명에 따른 거리 측정 디바이스 (180) 에 의한 거리 측정들은 실제 거리에 우수하게 대응한다는 것을 명확히 나타낸다. 거리 측정은 또한, 예를 들면, 전송 디바이스 (130) 및/또는 조명 소스 (142) 및/또는 광학 센서 (114) 를 적합화하는 것에 의해, 다른 거리들에 손쉽게 적합화될 수 있다. 예로써, 현미경적인 거리들은, 1차 방사선 (144) 의 대응하는 포커싱에 의해 및/또는 선택적인 전송 디바이스 (130) 의 대응하는 실시형태에 의해 식별될 수 있다. 도 10에 도시된 거리들보다 더 큰 거리들은 마찬가지로, 예를 들면, 레이저 빔들 및/또는 전송 디바이스 (130) 에서 대응하는 옵틱스를 사용하여 식별될 수 있다. 하지만, 도 10에서의 측정은, 제안된 측정 원리가 실현될 수 있다는 것을 명확히 나타낸다.
거리 측정 디바이스 (180) 의 이 측정 원리는, 아주 다양하게, 예를 들면, 복수의 물체들의, 적어도 하나의 물체 (112) 의 적어도 하나의 공간 좌표를 결정하기 위하여, 또는 예를 들면, 검출기 (110) 의 가시 범위 내에서, 하나 또는 복수의 물체들, 적어도 하나의 물체의 복수의 포인트들, 또는 하나 또는 복수의 물체들의 컨투어 (contour) 들이 연속적으로 또는 동시에 검출되는 스캐닝 방법에 있어서, 전체 환경을 공간적으로 검출하기 위하여 사용될 수 있다. 이 점에서는, 본 발명에 따른 예시된 실시형태 또는 다른 실시형태에서 거리 측정 디바이스 (180) 는 매우 다양하게 사용 및 구체화될 수 있고 예를 들면 일반적으로 주위의 1차원, 2차원 또는 3차원 검출을 위해 사용될 수 있다.
도 11은 제안된 타입의 거리 측정 디바이스 (180) 가 예를 들면, 모터 차량 기술에서, 예를 들면, 주위 검출을 위해, 어떻게 사용될 수 있는지를 도시한다. 예로써, 검출기 (110) 또는 그의 부분은 제 1 모터 차량 (190) 의 프론트 측 (188) 상에 배열될 수 있다. 예를 들면, 검출기 (110) 의 방향으로 전자기 방사선 (134) 을 직접 방출하는, 적외 트랜스미터 (infrared transmitter) 형태의 조명 소스 (142) 가, 이 경우에 물체 (112) 로서 기능할 수 있는, 제 2 모터 차량 (194) 의 리어 측 (192) 상에 배열될 수 있다. 그러므로, 상기 조명 소스 (142) 는 검출기 (110) 의 구성 부분으로서 또는 그렇지 않으면 분리된 컴포넌트로서 여겨질 수 있다. 하지만, 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 조명 소스 (142) 또는 그의 부분이 제 1 모터 차량 (190) 에 배열될 수 있고 제 2 모터 차량 (194) 의 방향으로 1차 방사선을 방출할 수 있고, 그것은 예를 들면, 반사 및/또는 산란되거나 및/또는 발광을 여기시켜서, 전자기 방사선 (134) 이 차례로 제 1 모터 차량 (190) 및 검출기 (110) 로 다시 전파된다. 다양한 실시형태들이 가능하다.
일반적으로, 조명은 검출기 (110) 의 센서 영역 (116) 의 조명의 지오메트리가 모터 차량들 (190, 194) 사이의 거리 d에 따라 변화하는 그러한 방식으로 구체화될 수 있다. 이것은, 예를 들면, 또 다시 검출기 (110) 의 선택적인 전송 디바이스 (130) 및/또는 조명 소스 (142) 의 대응하는 실시형태에 의해 이루어질 수 있다. 결과적으로, 검출기 (110) 의 센서 신호가 또한 변화하고, 그로부터 거리 d 및/또는 어떤 다른 지오메트리 정보가 차례로 추론될 수 있다. 이 추론은, 예를 들면, 또 다시 하나 또는 복수의 교정 기능들, 특히 또 다시 평가 디바이스 (122) 를 사용하여 이루어질 수 있다. 후자는 분리하여 구체화될 수 있지만, 또한 예를 들면 전체적으로 또는 부분적으로 모터 차량에 이미 존재하는 디바이스, 예를 들면, 엔진 제어기내에 통합될 수 있다.
예로써, 복수의 모터 차량들 (190, 194) 은 각각 그러한 거리 측정 디바이스들 (180) 이 구비될 수 있다. 전방 모터 차량 및/또는 후방 모터 차량에 관한, 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템, 특히 위치 정보의 적어도 하나의 아이템이, 예를 들면, 드라이버의 관심으로 가져가질 수 있거나 및/또는 경고 신호들을 생성하기 위하여 사용될 수 있거나 및/또는 모터 차량의 운전 행위에 자동으로 개입할 수 있다.
도 11에 도시된 구조는 본 발명의 맥락에서 다양한 방식으로 수정될 수 있다. 따라서, 예로써, 적어도 하나의 조명 소스 (142) 는 또한 검출기 (110) 내에 직접 통합되어, 예로써, 전술된 바처럼, 검출기 (110) 가, 예를 들면, 다른 모터 차량, 특히 전방 모터 차량의 방향으로 1차 방사선 (144) 을 방출할 수 있도록 할 수 있다. 다음으로 상기 방사선은 예를 들면 거기에서 반사 및/또는 산란 및/또는 여기 (excitation) 를 위해 사용될 수 있고, 다시 검출기 (110) 로 돌아가는 전자기 방사선 (134) 으로서 지향될 수 있다. 따라서, 예로써, 모터 차량들은 또한, 이 반사 프로세스를 조성할 수 있는 하나 또는 복수의 반사기들이 구비될 수 있다. 또한, 일반적으로 적어도 하나의 검출기는, 모터 차량의 주위의 모니터링을 수행하기 위하여, 예를 들면, 가변적으로 만들어지는 1차 방사선 (144) 의 방사 방향 및/또는 검출기 (110) 의 뷰잉 방향에 의해, 구체화될 수 있다. 다양한 다른 실시형태들이 생각될 수 있다.
예를 들면, 종래 삼각측량 방법들, 전파 시간 방법들, 이미지 평가 방법들 또는 거리를 식별하기 위한 유사한 방법들과 대조적으로, 본 발명에 따른 검출기 (110) 및 본 발명에 따른 거리 측정 디바이스 (180) 는 특히 디지털 데이터 분석의 필요 없는, 더 간단한 구조, 더 빠른 반응 및 더 비용 효율적인 실시형태의 이점을 제공한다.
이미징 디바이스
도 12a-14는, 본 발명에 따른 검출기 (110) 가 또한 유리하게는 적어도 하나의 샘플 (198) 을 이미징하기 위한 이미징 디바이스 (196) 에서 사용될 수 있다는 것을 나타낸다. 이 경우에, 샘플 (198) 은 물체 (112) 역할을 한다. 이미징 디바이스 (196) 의 측정 원리는, 원칙적으로, 전술된 거리 측정 디바이스 (180) 의 원리와 유사, 비슷하거나 또는 심지어 동일할 수 있지만, (이는 또한, 원칙적으로, 거리 측정 디바이스 (180) 의 맥락에서 가능하다) 적어도 하나의 물체 (112) 또는 샘플 (198) 의 복수의 포인트들 및/또는 영역들이 검출될 수 있다.
도 12a는 공초점 빔 길이를 갖는 종래 공초점 현미경의 형태의 종래 기술에 대응하는 이미징 디바이스 (196) 를 나타낸다. 공초점 현미경은 조명 소스 (142), 예를 들면 레이저를 갖고, 그의 초점은 도 12a에서 도면 부호 (202) 에 의해 상징적으로 표기된다. 상기 조명 소스 (142) 로부터 나오는 1차 방사선 (144) 은 빔 스플리터 (204), 예를 들면, 부분 투과 미러 및/또는 빔 스플리터 큐브에 의해, 샘플 (198) 상으로 지향되고, 예를 들면, 렌즈 (132) 및/또는 대물렌즈에 의해 포커싱된다. 샘플 (198) 로부터 나오는 전자기 방사선 (134) 은 빔 스플리터 (204) 에 의해, 초점 (202) 에 대해 공초점인 다이어프램 (206) 및 상기 다이어프램 뒤쪽에 놓인 센서 (208) 로 지향된다. 공초점 구조에 의해 달성되는 것은 초점 (202) 의 이미지의 영역으로부터의 광만이 샘플 (198) 에서 렌즈 (132) 에 의해 다이어프램 (206) 을 통과할 수 있고 센서 (208), 예를 들면 종래 반도체 센서에 의해 검출될 수 있다는 것이다. 다른 영역들로부터의 광은 다이어프램 (206) 에 의해 적어도 실질적으로 마스크 아웃 (masked out) 된다.
대조적으로, 도 12b는 본 발명에 따른 이미징 디바이스 (196) 의 예시적인 실시형태를 예시한다. 그 구조는 예를 들면, 도 12a에 따른 구조에 실질적으로 대응할 수 있지만, 센서 (208) 가 센서 영역 (116) 의 조명의 지오메트리에 대해 민감성의 본 발명의 특성들을 갖는 광학 센서 (114) 에 의해 교체될 수 있다는 점에서 다이어프램 (206) 이 제거될 수 있다.
센서 신호와 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템 사이의 적어도 하나의 알려진 관계로부터 (선택적으로, 센서 신호로부터 조명의 지오메트리를 결정하는 적어도 하나의 중간 단계 및 조명의 지오메트리로부터 지오메트리 정보를 결정하는 적어도 하나의 선택적인 중간 단계에 의해), 샘플 (198) 의 어떤 깊이로부터 전자기 방사선 (134) 이 비롯되는지를 추론할 수 있다. 이것은, 예를 들면, 또 다시 평가 디바이스 (122) 에 의해 이루어질 수 있다.
이런 방식으로, 예로써, 전자기 방사선 (134) 의 기원의 위치에 관한 위치 정보의 아이템이 생성되어, 샘플 (198) 이 예를 들면, 스캐닝될 수 있고, 샘플의 표면에 관한 정보의 아이템이 예를 들면 각 경우에 획득된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 샘플 (198) 의 더 깊은 영역들로부터 정보의 아이템들을 획득하는 것이 또한 가능하다. 선택적인 전송 디바이스 (130) 는 예를 들면, 적어도 하나의 스캐닝 디바이스, 예를 들면, 하나 또는 복수의 이동가능한 미러들을 포함할 수 있어서, 예를 들면, 라인 스캔 또는 그렇지 않으면 구역 스캔이 샘플 (198) 상에서 수행될 수 있다. 그러한 스캐닝 디바이스들은 예를 들면 공초점 현미경술의 분야로부터 알려져 있다.
또한, 도 12b에 도시된 구조에서 또는 그렇지 않으면 본 발명에 따른 디바이스들 및 검출기들 (110) 의 다른 실시형태들에서 선택적인 전송 디바이스 (130) 는 또한 하나 또는 복수의 파장 선택 엘리먼트들, 예를 들면, 파장 선택 필터 및/또는 파장 선택 편향 엘리먼트 이를테면, 예를 들어, 하나 또는 복수의 디크로익 미러 (dichroic mirror) 를 포함할 수 있다.
도 12a에 따른 종래 이미징 디바이스와 비교하여 도 12b에 예시된 이미징 디바이스 (196) 의 하나의 이점은 일반적으로 더 높은 z-해상도, 즉 샘플 (198) 에 수직한 방향의 더 높은 해상도, 다이어프램 (206) 을 사용할 필요성이 없어지므로, 더 높은 광 세기, 다이어프램 (206) 및 광축의 횡방향 오프셋 (transverse offset) 쪽의 더 높은 둔감성, 및 최적 z-해상도에서의 높은 강도에 있다. 또한, 본 발명에 따른 이미징 디바이스 (196) 의 구조는 종래 이미징 디바이스들 (196) 과 비교하여 크게 단순화될 수 있는데, 왜냐하면 일반적으로, 예를 들어, 검출기 (110) 에 의해, 전자기 방사선 (134) 의 전체 파워에 관한 정보의 아이템 뿐만 아니라, 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템, 예를 들면, 위치 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하는 것이 가능하기 때문이다.
도 13 및 도 14는 도 12b에 도시된 이미징 디바이스의 구조의 수정들을, 또 다시 매우 개략적인 예시로 도시한다. 따라서, 도 13은, 검출기 (110) 가 광학 센서들 (114) 의 스택 (210) 을 포함하는 구조를 도시한다. 예로써, 광학 센서들 (114) 은, 그것들이 전체적으로 또는 부분적으로 투명하도록 구체화될 수 있다. 예를 들면, 각 경우에, 샘플 (198) 의 깊이 또는 특정 층 (212) 으로부터의 포커스로 정렬될 수 있거나 또는 상기 층 (212) 에서 나오는 전자기 방사선 (134) 에 대응하는 신호들을 수신하도록 설계될 수 있는, 이들 상이한 센서들 (114) 에 의해, 샘플 (198) 에 수직한 z-방향의 깊이 해상도는, 선택적인 전송 디바이스 (130) 가 z-방향의 움직임을 위해 설계될 필요 없이, 자동적으로 이루어질 수 있다. 하지만, 도 13 및 도 14에서 x, y에 의해 나타내어진, 샘플 (198) 에 평행한 스캐닝 디바이스는 그럼에도 불구하고 여전히, 예를 들면, 라인 또는 구역 스캔을 수행하기 위해 제공될 수 있다.
도 14는 도 13에 따른 예시적인 실시형태의 발전을 도시한다. 이 예시적인 실시형태는, 검출기 (110) 에서, 일반적으로 그리고 특히 바람직하게는 이미징 디바이스 (196) 에서, 본 발명에 따라, 하나 또는 복수의 센서들 (114) 이 제공될 수 있고, 이는 각 경우에, 예를 들면, 매트릭스 배열의, 복수의 센서 영역들 (116) 을 가질 수 있다는 것을 보여준다. 이것은 단지 도 14에 개략적으로 나타나 있다. 상기 센서 영역들 (116) 의 각각에 대해, 예로써, 위의 설명에 따른 평가 방법이 수행되어, 예를 들면, 적어도 하나의 물체 (112) 또는 물체 (112) 의 부분 영역, 예를 들면, 각각의 센서 영역 (116) 에 도달하는 전자기 방사선 (134) 이 비롯되는 그 부분 영역에 관한, 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템, 특히 위치 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성할 수 있다. 공간 해상도를 확보하기 위하여, 선택적인 전송 디바이스 (130) 는 예를 들면 복수의 렌즈들 (132) 을 가질 수 있다. 예로써, 도 14에 예시된 바처럼, 전송 디바이스 (130) 는, 적어도 하나의 렌즈 어레이를 가져, 예를 들면, 타겟화되는 방식으로, 샘플 (212) 의 층의 측면 영역들을 각 경우에 광학 센서 (114) 의 센서 영역 (116) 으로 할당할 수 있다. 이런 식으로, 층들 (212) 에 평행한 x, y 방향의 측면 공간 해상도가, 센서 어레이의 개개의 센서 영역들 (116) 의 센서 신호들의 평가에 의해 이루어질 수 있고, 깊이 정보는 하나가 다른 뒤에 오게 배열되는 광학 센서들 (114) 의 평가에 의해 이루어질 수 있다. 이 경우에, 샘플 (198) 의 3차원 영역이 동시에 이미징될 수 있다.
인간 기계 인터페이스 및 엔터테인먼트 디바이스
도 15는, 본 발명에 따른 인간 기계 인터페이스 (214) 의 예시적인 실시형태를 도시하고, 이는 동시에 또한 엔터테인먼트 디바이스 (216) 의 예시적인 실시형태로서 구체화될 수 있거나 또는 그러한 엔터테인먼트 디바이스 (216) 의 구성 부분일 수 있다.
예로써, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 (110) 는 또 다시, 예를 들면, 전술된 실시형태들 중 하나 이상에 따라, 하나 또는 복수의 광학 센서들 (114) 이 구비될 수 있다. 도 15에 예시되지 않은, 검출기 (110) 의 추가 엘리먼트들, 이를테면 예를 들어 선택적인 전송 디바이스 (130) 의 엘리먼트들이 제공될 수 있다. 또한, 하나 또는 복수의 조명 소스들 (142) 이 제공될 수 있다. 일반적으로, 검출기 (110) 의 가능한 실시형태들에 대해, 예를 들면, 위의 설명이 참조될 수 있다.
인간 기계 인터페이스 (214) 는, 도 15에 단순히 나타낸, 기계 (220) 의 사용자 (218) 와 기계 (220) 사이에 정보의 적어도 하나의 아이템을 교환하는 것, 예를 들면, 제어 커맨드들을 교환하는 것을 가능하게 하도록 설계될 수 있다. 기계 (220) 은, 원칙적으로, 제어되거나 및/또는 어떤 방식으로 영향을 받을 수 있는 적어도 하나의 기능을 갖는 임의의 원하는 디바이스를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 검출기 (110) 또는 그의 부분의 적어도 하나의 선택적인 평가 디바이스 (122) 는, 도 15에 표시된 바처럼, 전체적으로 또는 부분적으로 상기 기계 (220) 내에 통합될 수 있지만, 원칙적으로, 또한, 기계 (220) 와 분리하여 형성될 수 있다.
인간 기계 인터페이스는, 예를 들면, 검출기 (112) 에 의해, 사용자의, 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템, 특히, 위치 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하고, 지오메트리 정보에 정보의 적어도 하나의 아이템, 특히 적어도 하나의 제어 커맨드를 할당하도록 설계될 수 있다. 이 목적을 위해, 예로써, 검출기 (110) 에 의해, 사용자 (218) 의 자세의 변화 및/또는 움직임, 예를 들면, 도 15에 나타낸 바처럼, 손 움직임 및/또는 특정 손 자세가 식별될 수 있다. 예로써, 그러한 손 움직임 및/또는 특정 타입의 손 자세가, 예를 들면, 사용자 (218) 의, 지오메트리 정보의 하나 또는 복수의 아이템들, 특히 위치 정보의 아이템들의 평가에 의해 식별되면, 예를 들면, 대응하는 커맨드 리스트와의 비교에 의해, 사용자 (218) 가 특정 입력을 이루기 원하는, 예를 들면, 기계 (220) 에 제어 커맨드를 주기를 원한다는 것을 인식하는 것이 가능하다. 실제 사용자 (218) 에 관한 직접 지오메트리 정보에의 대안으로서 또는 추가적으로, 또한, 예를 들면, 사용자 (218) 의 의복 및/또는 사용자 (218) 에 의해 움직여지는 물품에 관한 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하는 것이 가능하다.
기계 (220) 는 또한, 반드시 본 발명에 따라 구체화될 필요는 없는 하나 또는 복수의 추가 인간 기계 인터페이스, 예를 들면, 도 15에 나타낸 바처럼, 적어도 하나의 디스플레이 (222) 및/또는 적어도 하나의 키보드 (224) 를 포함할 수 있다. 기계 (220) 는, 원칙적으로, 임의의 원하는 타입의 기계 또는 기계들의 조합일 수 있다.
엔터테인먼트 디바이스 (216) 의 맥락에서, 예를 들면, 상기 기계 (220) 는, 특히 디스플레이 (222) 상의 적어도 하나의 그래픽 디스플레이 그리고 선택적으로 대응하는 오디오 출력으로, 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능, 예를 들면, 적어도 하나의 게임을 수행하도록 설계될 수 있다. 사용자 (218) 는 예를 들면 인간 기계 인터페이스를 통해 정보의 적어도 하나의 아이템을 입력할 수 있고, 엔터테인먼트 디바이스는 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변경하도록 설계된다. 예로써, 가상 물품들의 특정 움직임들, 예를 들면 게임에서 가상 사람들 및/또는 게임에서 가상 차량들의 움직임들이, 사용자 (218) 의 대응하는 움직임에 의해 제어될 수 있고, 이는 차례로 검출기 (110) 에 의해 인식된다. 적어도 하나의 검출기 (110) 에 의하여 사용자 (218) 에 의한 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능의 다른 타입들의 제어가 또한 가능하다.
보안 디바이스
도 16은 본 발명에 따른 보안 디바이스 (226) 의 예시적인 실시형태를 도시한다. 상기 보안 디바이스 (226) 는, 예를 들면, 적어도 하나의 광학 데이터 저장 디바이스 (230) 를 갖는 메모리 디바이스 (228) 내에 통합될 수 있다. 보안 디바이스 (226) 는 또 다시, 예를 들면 전술된 타입의 적어도 하나의 검출기 (110) 를 포함한다. 검출기 (110) 는 또 다시 적어도 하나의 광학 센서 (114) 그리고 선택적으로 적어도 하나의 전송 디바이스 (130), 예를 들면, 인쇄된 렌즈 및/또는 인쇄된 렌즈 어레이 형태의, 예를 들면, 적어도 하나의 렌즈 (132) 를 포함한다. 하지만, 전술된 바처럼, 보안 디바이스 (226) 의 검출기 (110) 는 또한, 전송 디바이스 (130) 없이 구체화될 수 있다. 또한, 검출기 (110) 는 또 다시, 광학 센서 (114) 의 신호들을 평가하기 위한 적어도 하나의 평가 디바이스 (122) 를 포함한다.
보안 디바이스 (226) 는 적어도 하나의 보안 애플리케이션을 수행하도록 설계된다. 특히, 그것은 광학 데이터 저장 디바이스 (230) 의 데이터에의 액세스를 식별 및/또는 회피하도록 설계될 수 있다. 일반적으로, 하나 또는 복수의 판독 빔들 (232) 이 광학 데이터 저장 디바이스 (230) 의 데이터를 독출하는데 사용된다. 예로써, 이것은 광학 데이터 저장 디바이스 (230) 의 개개의 정보 모듈들을 판독하기 위하여 포커싱된 판독 빔들을 수반할 수 있고, 그의 측면 해상도는 통상적으로 수백 나노미터 내지 수십 또는 수백 마이크로미터의 범위이다. 보안 디바이스 (226) 는 광학 데이터 저장 디바이스 (230) 에 아주 가깝게 배열되거나 및/또는 광학 데이터 저장 디바이스 (230) 내로 완전히 또는 부분적으로 통합되어, 판독빔 (232) 또는 판독 빔들 (232) 이 또한 보안 디바이스 (226) 에 도달하도록 할 수 있다.
비교적 낮은 센서 신호를 초래하는, 광학 센서 (114) 및 그의 센서 영역 (116) 상의 확산 광의 도달과 대조적으로, 포커싱된 광, 예를 들면, 포커싱된 판독 빔 (232), 특히 포커싱된 레이저 빔의 도달은 일반적으로 강하게 부스팅된 센서 신호를 초래하고 이는 평가 디바이스 (122) 에 의해 식별될 수 있다. 이 효과는 일반적으로-센서 신호의 전술된 지오메트리 의존성 때문에- 판독 빔 (232) 이 센서 영역 (116) 에 도달하는 주변 광의 전체 파워를 초과하지 않는 매우 약한 전체 파워를 가질 때에도 일어난다.
이에 따라, 평가 디바이스 (122) 및/또는 메모리 디바이스 (228) 의 다른 컴포넌트들 또는 보안 디바이스 (226) 를 포함하는 어떤 다른 디바이스는, 판독 빔 (232) 이 식별되면 대응하는 측정들을 구현할 수 있다. 특히, 평가 디바이스 (122) 는, 적어도 하나의 인터페이스 (234) 를 통하여, 예를 들면, 포커싱된 판독 빔들 (232) 에 의해 판독하려는 시도가 이루어졌다는 것을 나타내는 적어도 하나의 경고 신호를 출력할 수 있다. 이 식별 및 경고 신호에 따라, 메모리 비트가 변경될 수 있고, 예를 들면, 이는 광학 데이터 저장 디바이스 (230) 가 이미 한번 판독되었다는 것을 나타낸다. 대안적으로 또는 추가적으로, 다른 측정들, 예를 들면 대응하는 경고의 사용자 및/또는 관리자에의 출력 및/또는 광학 데이터 저장 디바이스 (230) 의 파괴를 구현하여, 한번만 판독될 수 있는 광학 데이터 저장 디바이스 (230) 가 생성될 수 있도록 할 수 있다.
설명된 보안 디바이스 (226) 는 다양한 타입의 디바이스들내에 통합될 수 있다. 따라서, 예를 들면, 본 발명에 따른 광학 ROM들의 형태로 광학 데이터 저장 디바이스들 (230) 을 장착하는 것이 가능하다. 예를 들면, 홀로그래픽 데이터 저장 디바이스들 형태 및/또는 바코드 형태의 광학 데이터 저장 디바이스들 (230) 이 또한 이에 따라 구체화될 수 있다. 예를 들면, 이런 식으로, 예를 들면, 광학 데이터 저장 디바이스 (230) 가 한번 판독된 후 이의 파괴에 의해, 광학 데이터 저장 디바이스 (230) 및/또는 메모리 디바이스 (228), 예를 들면, 엔트리 카드 및/또는 티켓이 한번만 사용될 수 있도록, 예를 들면 보장하는 것이 가능하다. 보안 디바이스의 다양한 다른 실시형태들이 생각될 수 있다.
합성예들:
특히, p-타입 반도체들 (166) 로서, 본 발명에 맥락에서 염료 태양 전지들 (154) 에 사용될 수 있는 다양한 화합물들의 합성이, 예로써 이하에 열거된다. 예를 들면, 식 (I) 의 화합물들의 가능한 합성들이 설명된다.
(A) 식 I의 화합물들의 제조를 위한 일반적인 합성 기법들:
(a)
합성 루트 I:
(a1)
합성 단계 I-R1:
합성 단계 I-R1에서의 합성은 아래 인용된 참조문헌들에 기초했다:
a) Liu, Yunqi; Ma, Hong; Jen, Alex K-Y.; CHCOFS; Chem. Commun.; 24; 1998; 2747-2748,
b) Goodson, Felix E.; Hauck, Sheila; Hartwig, John F.; J. Am. Chem. Soc.; 121; 33; 1999; 7527 - 7539,
c) Shen, Jiun Yi; Lee, Chung Ying; Huang, Tai-Hsiang; Lin, Jiann T.; Tao, Yu-Tai; Chien, Chin-Hsiung; Tsai, Chiitang; J. Mater. Chem.; 15; 25; 2005; 2455 - 2463,
d) Huang, Ping-Hsin; Shen, Jiun-Yi; Pu, Shin-Chien; Wen, Yuh-Sheng; Lin, Jiann T.; Chou, Pi-Tai; Yeh, Ming-Chang P.; J. Mater. Chem.; 16; 9; 2006; 850 - 857,
e) Hirata, Narukuni; Kroeze, Jessica E.; Park, Taiho; Jones, David; Haque, Saif A.; Holmes, Andrew B.; Durrant, James R.; Chem. Commun.; 5; 2006; 535 - 537.
(a2)
합성 단계 I-R2:
합성 단계 I-R2에서의 합성은 아래 인용된 참조문헌들에 기초했다:
a) Huang, Qinglan; Evmenenko, Guennadi; Dutta, Pulak; Marks, Tobin J.; J. Am. Chem. Soc.; 125; 48; 2003; 14704 - 14705,
b) Bacher, Erwin; Bayerl, Michael; Rudati, Paula; Reckefuss, Nina; Mueller, C. David; Meerholz, Klaus; Nuyken, Oskar; Macromolecules; EN; 38; 5; 2005; 1640 - 1647,
c) Li, Zhong Hui; Wong, Man Shing; Tao, Ye; D'Iorio, Marie; J. Org. Chem.; EN; 69; 3; 2004; 921 - 927.
(a3)
합성 단계 I-R3:
합성 단계 I-R3에서의 합성은 아래 인용된 참조문헌에 기초했다:
J. Grazulevicius; J. of Photochem. and Photobio., A: Chemistry 2004 162(2-3), 249-252.
식 I의 화합물들은 합성 루트 I에서 위에 보여진 합성 단계들의 시퀀스를 통해 제조될 수 있다. 단계들 (I-R1) 내지 (I-R3) 에서, 반응물들이, 예를 들면, 팔라듐 촉매 작용 하에 또는 촉매로서 구리로 Ullmann 반응에 의해, 결합될 수 있다.
(b)
합성 루트 II:
(b1)
합성 단계 II-R1:
합성 단계 II-R1에서의 합성은 I-R2 하에 인용된 참조문헌들에 기초했다.
(b2)
합성 단계 II-R2:
합성 단계 II-R2에서의 합성은 아래 인용된 참조문헌들에 기초했다:
a) Bacher, Erwin; Bayerl, Michael; Rudati, Paula; Reckefuss, Nina; Muller, C. David; Meerholz, Klaus; Nuyken, Oskar; Macromolecules; 38; 5; 2005; 1640 - 1647,
b) Goodson, Felix E.; Hauck, Sheila; Hartwig, John F.; J. Am. Chem. Soc.; 121; 33; 1999; 7527 - 7539; Hauck, Sheila I.; Lakshmi, K. V.; Hartwig, John F.; Org. Lett.; 1; 13; 1999; 2057 - 2060.
(b3)
합성 단계 II-R3:
식 I의 화합물들은 합성 루트 II에서 위에 보여진 합성 단계들의 시퀀스를 통해 제조될 수 있다. 단계들 (II-R1) 내지 (II-R3) 에서, 반응물들이, 또한 합성 루트 I에서 처럼, 예를 들면, 팔라듐 촉매 작용 하에 또는 촉매로서 구리로 Ullmann 반응에 의해, 결합될 수 있다.
(c)
출발 아민의 제조:
합성 루트 I 및 II의 합성 단계들 (I-R2) 및 (II-R1) 에서 디아릴아민들이 상업적으로 이용가능하지 않을 때, 그것들은 예를 들면, 다음의 반응에 따라, 팔라듐 촉매 작용 하에 또는 촉매로서 구리로 Ullmann 반응에 의해, 제조될 수 있다:
합성은 아래 열거된 리뷰 논문 (review article) 들에 기초했다:
팔라듐-촉매 C-N 결합 반응들:
a) Yang, Buchwald; J. Organomet. Chem. 1999, 576 (1-2), 125-146,
b) Wolfe, Marcoux, Buchwald; Acc. Chem. Res. 1998, 31, 805-818,
c) Hartwig; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1998, 37, 2046-2067.
구리-촉매 C-N 결합 반응들:
a) Goodbrand, Hu; Org. Chem. 1999, 64, 670-674,
b) Lindley; Tetrahedron 1984, 40, 1433-1456.
(B) 합성예 1: 화합물 ID367의 합성 (합성 루트 I)
(B1): 일반 합성 기법 I-R1에 따른 합성 단계:
톨루엔 (1500 ㎖) 에서 4,4'-디브로모비페닐 (93.6 g; 300 mmol), 4-메톡시아닐린 (133 g; 1.08 mol), Pd(dppf)Cl2 (Pd(1,1'-비스(디페닐포스피노)페로센)Cl2; 21.93 g; 30 mmol) 및 t-BuONa (sodium tert-butoxide; 109.06 g; 1.136 mol) 의 혼합물이 110℃에서 24 시간 동안 질소 분위기하에서 교반되었다. 냉각 후에, 혼합물은 디에틸 에테르로 희석되었고 (Carl Roth로부터의) Celite® 패드를 통해 여과되었다. 필터 베드는 에틸 아세테이트, 메탄올 및 메틸렌 클로라이드의 각각 1500 ㎖로 세척되었다. 생성물이 밝은 갈색 고체로서 획득되었다 (36 g; 수율: 30%).
1H NMR (400 MHz, DMSO): δ 7.81 (s, 2H), 7.34-7.32 (m, 4H), 6.99-6.97 (m, 4H), 6.90-6.88 (m, 4H), 6.81-6.79 (m, 4H), 3.64 (s, 6H).
(B2): 일반 합성 기법 I-R2에 따른 합성 단계:
질소가 10분의 기간 동안 톨루엔 (220 ㎖) 에서의 dppf (1,1'-비스(디페닐포스피노)페로센; 0.19 g; 0.34 mmol) 및 Pd2(dba)3 (트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0); 0.15 g; 0.17 mmol) 의 용액을 통해 통과되었다. 후속하여, t-BuONa (2.8 g; 29 mmol) 이 첨가되었고 반응 혼합물은 추가 15 분 동안 교반되었다. 다음으로, 4,4'-디브로모비페닐 (25 g; 80 mmol) 및 4,4'-디메톡시디페닐아민 (5.52 g; 20 mmol) 이 연속적으로 첨가되었다. 반응 혼합물은 7시간 동안 질소 분위기하에서 100℃의 온도로 가열되었다. 실온으로의 냉각 후에, 반응 혼합물은 얼음 물로 ??치 (quench) 되었고, 침전된 고체가 걸러내어지고 에틸 아세테이트에 용해되었다. 유기층이 물로 세척되고, 황산나트륨 상에서 건조되고, 칼럼 크로마토그래피에 의해 정제되었다 (용리액 : 5% 에틸 아세테이트/헥산). 옅은 황색 고체가 획득되었다 (7.58 g, 수율: 82%).
1H NMR (300 MHz, DMSO-d6): 7.60-7.49 (m, 6H), 7.07-7.04 (m, 4H), 6.94-6.91 (m, 4H), 6.83-6.80 (d, 2H), 3.75 (s, 6H).
(B3): 일반 합성 기법 I-R3에 따른 합성 단계:
N4,N4'-비스(4-메톡시페닐)비페닐-4,4'-디아민 (합성 단계 I-R1로부터의 생성물; 0.4 g; 1.0 mmol) 및 합성 단계 I-R2로부터의 생성물 (1.0 g; 2.2 mmol) 이 질소 분위기하에서 o-자일렌 (25 ㎖) 에서 t-BuONa (0.32 g; 3.3 mmol) 의 용액에 첨가되었다. 후속하여, 팔라듐 아세테이트 (0.03 g; 0.14 mmol) 및 헥산 (0.3 ㎖; 0.1 mmol) 에서의 10중량%의 P(t-Bu)3 (트리스-t-부틸포스핀) 의 용액이 반응 혼합물에 첨가되었고 이는 7시간 동안 125℃에서 교반되었다. 그 후에, 반응 혼합물은 150 ㎖의 톨루엔으로 희석되고 Celite®를 통해 여과되고, 유기 층이 Na2SO4 상에서 건조되었다. 용매가 제거되었고 조생성물 (crude product) 이 테트라하이드로푸란 (THF)/메탄올의 혼합물로부터 3번 재침전되었다. 고체가 칼럼 크로마토그래피 (용리액: 20% 에틸 아세테이트/헥산) 에 의해 정제되고, 다음으로THF/메탄올로 침전되고 및 활성탄 정제되었다. 용매를 제거한 후에, 생성물이 옅은 황색 고체로서 획득되었다 (1.0 g; 수율: 86%).
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): 7.52-7.40 (m, 8H), 6.88-7.10 (m, 32H), 6.79-6.81 (d, 4H), 3.75 (s, 6H), 3.73 (s, 12H).
(C) 합성예 2: 화합물 ID447의 합성 (합성 루트 II)
(C1) 일반 합성 기법 II-R2에 따른 합성 단계:
p-아니시딘 (5.7 g, 46.1 mmol), t-BuONa (5.5 g, 57.7 mol) 및 P(t-Bu)3 (0.62 ㎖, 0.31 mmol) 이 톨루엔 (150 ㎖) 에서 합성 단계 I-R2로부터의 생성물 (17.7 g, 38.4 mmol) 의 용액에 첨가되었다. 질소가 20분간 반응 혼합물을 통해 통과된 후에, Pd2(dba)3 (0.35 g, 0.38 mmol) 이 첨가되었다. 결과적인 반응 혼합물은 16시간 동안 실온에서 질소 분위기 하에 교반되게 두었다. 후속하여, 그것은 에틸 아세테이트로 희석되었고 Celite®를 통해 여과되었다. 여과물은 물 및 포화 염화 나트륨 용액의 각각 150 ㎖로 두번 세척되었다. 유기 상이 Na2SO4 상에서 건조되고 용매가 제거된 후에, 흑색 고체가 획득되었다. 이 고체는 칼럼 크로마토그래피 (용리액: 0-25% 에틸 아세테이트/헥산) 에 의해 정제되었다. 이것은 오렌지색 고체를 제공했다 (14 g, 수율: 75%).
1H NMR (300 MHz, DMSO): 7.91 (s, 1H), 7.43-7.40 (d, 4H), 7.08-6.81 (m, 16H), 3.74 (s, 6H), 3.72 (s, 3H).
(C1) 일반 합성 기법 II-R3에 따른 합성 단계:
t-BuONa (686 mg; 7.14 mmol) 가 감압하 100℃에서 가열된 다음, 반응 플라스크가 질소로 퍼징되었고 실온으로 냉각되게 하였다. 다음으로, 2,7-디브로모-9,9-디메틸플루오렌 (420 mg; 1.19 mmol), 톨루엔 (40 ㎖) 및 Pd[P(tBu)3]2 (20 mg; 0.0714 mmol) 가 첨가되었고, 반응 혼합물은 15분간 실온에서 교반되었다. 후속하여, N,N,N'-p-트리메톡시트리페닐펜지딘 (1.5 g; 1.27 mmol) 이 반응 혼합물에 첨가되었고 그 반응 혼합물은 추가 5 시간 동안 120℃로 교반되었다. 혼합물은 Celite®/MgSO4 혼합물을 통해 여과되었고 톨루엔으로 세척되었다. 조생성물이 칼럼 크로마토그래피 (용리액: 30% 에틸 아세테이트/헥산) 에 의해 두번 정제되었고, THF/메탄올로부터 2번의 재침전 후에, 옅은 황색 고체가 획득되었다 (200 mg, 수율: 13%).
1H NMR: (400 MHz, DMSO-d6): 7.60-7.37 (m, 8H), 7.02-6.99 (m, 16H), 6.92-6.87 (m, 20H), 6.80-6.77 (d, 2H), 3.73 (s, 6H), 3.71 (s, 12H), 1.25 (s, 6H)
(D) 합성예 3: 화합물 ID453의 합성 (합성 루트 I)
(D1)
출발 아민의 제조:
단계 1:
NaOH (78 g; 4 eq) 가 580 ㎖ 의 DMSO (dimethylsulfoxide) 에서 2-브로모-9H-플루오렌 (120 g; 1 eq) 및 BnEt3NCl (benzyltriethylammonium chloride; 5.9 g; 0.06 eq) 의 혼합물에 첨가되었다. 혼합물은 얼음 물로 냉각되었고, 요오드화 메틸 (MeI) (160 g; 2.3 eq) 이 느리게 적하 방식 (dropwise) 으로 첨가되었다. 반응 혼합물은 밤새 교반되게 둔 다음, 물 속에 붓고 후속하여 에틸 아세테이트로 3번 추출되었다. 조합된 유기 상들은 포화된 염화 나트륨 용액으로 세척되었고 Na2SO4 상에서 건조되었고, 용매가 제거되었다. 조생성물은 실리카겔을 사용하여 칼럼 크로마토그래피 (용리액 : 석유 에테르) 에 의해 정제되었다. 메탄올로 세척한 후에, 생성물 (2-브로모-9,9'-디메틸-9H-플루오렌) 이 백색 고체 (102 g) 로서 획득되었다.
1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 1.46 (s, 6 H), 7.32 (m, 2 H), 7.43 (m, 2 H), 7.55 (m, 2 H), 7.68 (m, 1 H)
단계 2:
p-아니시딘 (1.23 g; 10.0 mmol) 및 2-브로모-9,9'-디메틸-9H-플루오렌 (3.0 g; 11.0 mmol) 이 질소 분위기하에서 15 ㎖ 의 톨루엔에서 (15 ㎖) t-BuONa (1.44 g; 15.0 mmol) 의 용액에 첨가되었다. Pd2(dba)3 (92 mg; 0.1 mmol) 및 헥산 (0.24 ㎖; 0.08 mmol) 에서의 P(t-Bu)3의 10중량% 의 용액이 첨가되었고, 반응 혼합물은 5시간 동안 실온에서 교반되었다. 후속하여, 혼합물은 얼음 물로 ??치되었고, 침전된 고체가 걸러내어지고 에틸 아세테이트에 용해되었다. 유기 상들은 물로 세척되었고 Na2SO4 상에서 건조되었다. 칼럼 크로마토그래피 (용리액: 10% 에틸 아세테이트/헥산) 에 의해 조생성물을 정제한 후에, 옅은 황색 고체가 획득되었다 (1.5 g, 수율: 48%).
1H NMR (300 MHz, C6D6): 7.59-7.55 (d, 1H), 7.53-7.50 (d, 1H), 7.27-7.22 (t, 2H), 7.19 (s, 1H), 6.99-6.95 (d, 2H), 6.84-6.77 (m, 4H), 4.99 (s, 1H), 3.35 (s, 3H), 1.37 (s, 6H).
(D2) 본 발명에 따른 사용을 위한 화합물 ID453의 제조
(D2.1): 일반 합성 기법 I-R2에 따른 합성 단계:
a) 로부터의 생성물 (4.70 g; 10.0 mmol) 및 4,4'-디브로모비페닐 (7.8 g; 25 mmol) 이 질소하에서 50 ㎖ 의 톨루엔에서 t-BuONa (1.15 g; 12 mmol) 의 용액에 첨가되었다. Pd2(dba)3 (0.64 g; 0.7 mmol) 및 DPPF (0.78 g; 1.4 mmol) 이 첨가되었고, 반응 혼합물은 7시간 동안 100℃에서 교반되게 두었다. 반응 혼합물이 얼음 물로 ??치된 후에, 침전된 고체가 걸러내어지고 그것은 에틸 아세테이트에 용해되었다. 유기 상들은 물로 세척되었고 Na2SO4 상에서 건조되었다. 칼럼 크로마토그래피 (용리액: 1% 에틸 아세테이트/헥산) 에 의해 조생성물을 정제한 후에, 옅은 황색 고체가 획득되었다 (4.5 g, 수율: 82%).
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): 7.70-7.72 (d, 2H), 7.54-7.58 (m, 6H), 7.47-7.48 (d, 1H), 7.21-7.32 (m, 3H), 7.09-7.12 (m, 2H), 6.94-6.99 (m, 4H), 3.76 (s, 3H), 1.36 (s, 6H).
(D2.2) 일반 합성 스킴 기법 I-R3에 따른 합성 단계:
N4,N4'-비스(4-메톡시페닐)비페닐-4,4'-디아민 (0.60 g; 1.5 mmol) 및 선행하는 합성 단계 I-R2로부터의 생성물 (1.89 g; 3.5 mmol) 이 질소하에서 30 ㎖의 o-자일렌에서 t-BuONa (0.48 g; 5.0 mmol) 의 용액에 첨가되었다. 팔라듐 아세테이트 (0.04 g; 0.18 mmol) 및 헥산 (0.62 ㎖; 0.21 mmol) 에서의 10중량%의 P(t-Bu)3 용액이 첨가되었고, 반응 혼합물은 6시간 동안 125℃에서 교반되었다. 후속하여, 혼합물은 100 ㎖의 톨루엔으로 희석되었고 Celite®를 통해 여과되었다. 유기 상이 Na2SO4 상에서 건조되었고 얻어지는 고체가 칼럼 크로마토그래피 (용리액 : 10% 에틸 아세테이트/헥산) 에 의해 정제되었다. 이것은 다음으로 THF/메탄올로부터 재침전되어 옅은 황색 고체를 획득하였다 (1.6 g; 수율: 80%).
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): 7.67-7.70 (d, 4H), 7.46-7.53 (m, 14H), 7.21-7.31 (m, 4H), 7.17-7.18 (d, 2H), 7.06-7.11 (m, 8H), 6.91-7.01 (m, 22H), 3.75 (s, 12H), 1.35 (s, 12H).
(E) 본 발명에 따른 사용을 위한 식 I의 추가 화합물들:
아래에 열거된 화합물들이 전술된 합성들과 유사하게 획득되었다:
(E1) 합성예 4: 화합물 ID320
1H NMR (300 MHz, THF-d8): δ 7.43-7.46 (d, 4H), 7.18-7.23 (t, 4H), 7.00-7.08 (m, 16H), 6.81-6.96 (m, 18H), 3.74 (s, 12H)
(E2) 합성예 5: 화합물 ID321
1H NMR (300 MHz, THF-d8): δ 7.37-7.50 (t, 8H), 7.37-7.40 (d, 4H), 7.21-7.26 (d, 4H), 6.96-7.12 (m, 22H), 6.90-6.93 (d, 4H), 6.81-6.84 (d, 8H), 3.74 (s, 12H)
(E3) 합성예 6: 화합물 ID366
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 7.60-7.70 (t, 4H), 7.40-7.55 (d, 2H), 7.17-7.29 (m, 8H), 7.07-7.09 (t, 4H), 7.06 (s, 2H), 6.86-7.00 (m, 24H), 3.73 (s, 6H), 1.31 (s, 12H)
(E4) 합성예 7: 화합물 ID368
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 7.48-7.55 (m, 8H), 7.42-7.46 (d, 4H), 7.33-7.28 (d, 4H), 6.98-7.06 (m, 20H), 6.88-6.94 (m, 8H), 6.78-6.84 (d, 4H), 3.73 (s, 12H), 1.27 (s, 18H)
(E5) 합성예 8: 화합물 ID369
1H NMR (400 MHz, THF-d8): δ 7.60-7.70 (t, 4H), 7.57-7.54 (d, 4H), 7.48-7.51 (d, 4H), 7.39-7.44 (t, 6H), 7.32-7.33 (d, 2H), 7.14-7.27 (m, 12H), 7.00-7.10 (m, 10H), 6.90-6.96 (m, 4H), 6.80-6.87 (m, 8H), 3.75 (s, 12H), 1.42 (s, 12H)
(E6) 합성예 9: 화합물 ID446
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 7.39-7.44 (m, 8H), 7.00-7.07 (m, 13H), 6.89-6.94 (m, 19H), 6.79-6.81 (d, 4H), 3.73 (s, 18H)
(E7) 합성예 10: 화합물 ID450
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 7.55-7.57 (d, 2H), 7.39-7.45 (m, 8H), 6.99-7.04 (m, 15H), 6.85-6.93 (m, 19H), 6.78-6.80 (d, 4H), 3.72 (s, 18H), 1.68-1.71 (m, 6H), 1.07 (m, 6H), 0.98-0.99 (m, 8H), 0.58 (m, 6H)
(E8) 합성예 11: 화합물 ID452
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 7.38-7.44 (m, 8H), 7.16-7.19 (d, 4H), 6.99-7.03 (m, 12H), 6.85-6.92 (m, 20H), 6.77-6.79 (d, 4H), 3.74 (s, 18H), 2.00-2.25 (m, 4H), 1.25-1.50 (m, 6H)
(E9) 합성예 12: 화합물 ID480
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ 7.40-7.42 (d, 4H), 7.02-7.05 (d, 4H), 6.96-6.99 (m, 28H), 6.74-6.77 (d, 4H), 3.73 (s, 6H), 3.71 (s, 12H)
(E10) 합성예 13: 화합물 ID518
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): 7.46-7.51 (m, 8H), 7.10-7.12 (d, 2H), 7.05-7.08 (d, 4H), 6.97-7.00 (d, 8H), 6.86-6.95 (m, 20H), 6.69-6.72 (m, 2H), 3.74 (s, 6H), 3.72 (s, 12H), 1.24 (t, 12H)
(E11) 합성예 14: 화합물 ID519
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): 7.44-7.53 (m, 12H), 6.84-7.11 (m, 32H), 6.74-6.77 (d, 2H), 3.76 (s, 6H), 3.74 (s, 6H), 2.17 (s, 6H), 2.13 (s, 6H)
(E12) 합성예 15: 화합물 ID521
1H NMR (400 MHz, THF-d6): 7.36-7.42 (m, 12H), 6.99-7.07 (m, 20H), 6.90-6.92 (d, 4H), 6.81-6.84 (m, 8H), 6.66-6.69 (d, 4H), 3.74 (s, 12H), 3.36-3.38 (q, 8H), 1.41-1.17 (t, 12H)
(E13) 합성예 16: 화합물 ID522
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): 7.65 (s, 2H), 7.52-7.56 (t, 2H), 7.44-7.47 (t, 1H), 7.37-7.39 (d, 2H), 7.20-7.22 (m, 10H), 7.05-7.08 (dd, 2H), 6.86-6.94 (m, 8H), 6.79-6.80-6.86 (m, 12H), 6.68-6.73, (dd, 8H), 6.60-6.62 (d, 4H), 3.68 (s, 12H), 3.62 (s, 6H)
(E14) 합성예 17: 화합물 ID523
1H NMR (400 MHz, THF-d8): 7.54-7.56 (d, 2H), 7.35-7.40 (dd, 8H), 7.18 (s, 2H), 7.00-7.08 (m, 18H), 6.90-6.92 (d, 4H), 6.81-6.86 (m, 12H), 3.75 (s, 6H), 3.74 (s, 12H), 3.69 (s, 2H)
(E15) 합성예 18: 화합물 ID565
1H NMR (400 MHz, THF-d8): 7.97-8.00 (d, 2H), 7.86-7.89 (d, 2H), 7.73-7.76 (d, 2H), 7.28-7.47 (m, 20H), 7.03-7.08 (m, 16H), 6.78-6.90 (m, 12H), 3.93-3.99 (q, 4H), 3.77 (s, 6H), 1.32-1.36 (s, 6H)
(E16) 합성예 19: 화합물 ID568
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): 7.41-7.51 (m, 12H), 6.78-7.06 (m, 36H), 3.82-3.84 (d, 4H), 3.79 (s, 12H), 1.60-1.80 (m, 2H), 0.60-1.60 (m, 28H)
(E17) 합성예 20: 화합물 ID569
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): 7.40-7.70 (m, 10H), 6.80-7.20 (m, 36H), 3.92-3.93 (d, 4H), 2.81 (s, 12H), 0.60-1.90 (m, 56H)
(E18) 합성예 21: 화합물 ID572
1H NMR (400 MHz, THF-d8): 7.39-7.47 (m, 12H), 7.03-7.11 (m, 20H), 6.39-6.99 (m, 8H), 6.83-6.90 (m, 8H), 3.78 (s, 6H), 3.76 (s, 6H), 2.27 (s, 6H)
(E19) 합성예 22: 화합물 ID573
1H NMR (400 MHz, THF-d8): 7.43-7.51 (m, 20H), 7.05-7.12 (m, 24H), 6.87-6.95 (m, 12H), 3.79 (s, 6H), 3.78 (s, 12H)
(E20) 합성예 23: 화합물 ID575
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): 7.35-7.55 (m, 8H), 7.15-7.45 (m, 4H), 6.85-7.10 (m, 26H), 6.75-6.85 (d, 4H), 6.50-6.60 (d, 2H), 3.76 (s, 6H), 3.74 (s, 12H)
(E21) 합성예 24: 화합물 ID629
1H NMR (400 MHz, THF-d8): 7.50-7.56 (dd, 8H), 7.38-7.41 (dd, 4H), 7.12-7.16 (d, 8H), 7.02-7.04 (dd, 8H), 6.91- 6.93 (d, 4H), 6.82-6.84 (dd, 8H), 6.65-6.68 (d, 4H) 3.87 (s, 6H), 3.74 (s, 12H)
(E22) 합성예 25: 화합물 ID631
1H NMR (400 MHz, THF-d6): 7.52 (d, 2H), 7.43-7.47 (dd, 2H), 7.34-7.38 (m, 8H), 7.12-7.14 (d, 2H), 6.99-7.03 (m, 12H), 6.81-6.92 (m, 20H), 3.74 (s, 18H), 2.10 (s, 6H)
(F) 식 IV의 화합물들의 합성:
(a) p-아니시딘 및 2-브로모-9,9-디메틸-9H-플루오렌의 결합
0.24 ㎖ (0.08 mmol) 의 P(t-Bu)3 (d = 0.68 g/㎖) 및 0.1 g 의 Pd2(dba)2 [=(트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0)] (0.1 mmol) 에 10 ㎖ 내지 15 ㎖ 의 톨루엔 (무수, 99.8%) 이 첨가되었고 혼합물은 실온에서 10분간 교반되었다. 1.44 g (15 mmol) 의 나트륨 tert-부톡사이드 (97.0%) 가 첨가되었고 혼합물은 실온에서 추가 15분간 교반되었다. 후속하여, 2.73 g (11 mmol) 의 2-브로모-9,9-디메틸-9H-플루오렌이 첨가되었고 반응 혼합물은 추가 15분간 교반되었다. 최종적으로, 1.23 g (10 mmol) 의 p-아니시딘이 첨가되었고 혼합물은 4시간 동안 90℃에서 교반되었다.
반응 혼합물은 물과 혼합되었고 생성물이 헥산으로부터 침전되었다. 수성 상이 추가적으로 에틸 아세테이트로 추출된다. 유기 상 및 걸러내어진 침전된 고체는 조합되고 SiO2 상에서 칼럼 크로마토그래피 (10:1 헥산:에틸 아세테이트) 에 의해 정제되었다.
1.5 g (수율: 47.6%) 의 황색 고체가 획득되었다.
1HNMR (300 MHz, C6D6): 6.7-7.6 (m, 11H), 5.00 (s, 1H,), 3.35 (s, 3H), 1.37 (s, 6H)
(b) (a)로부터의 생성물과 트리스(4-브로모페닐)아민의 결합
0.2 ㎖ (0.07 mmol) 의 P(t-Bu)3 (D = 0.68 g/㎖) 및 0.02 g (0.1 mmol) 의 팔라듐 아세테이트에 25 ㎖의 톨루엔 (무수) 이 첨가되었고 혼합물은 실온에서 10분간 교반되었다. 0.4 g (1.2 mmol) 의 나트륨 tert-부톡사이드 (97.0%) 가 첨가되었고 혼합물은 실온에서 추가 15분간 교반되었다. 후속하여, 0.63 g (1.3 mmol) 의 트리스(4-브로모페닐)아민이 첨가되었고 반응 혼합물은 추가 15분간 교반되었다. 최종적으로, 단계 (a) 로부터의 생성물 1.3 g (1.4 mmol) 이 첨가되었고 혼합물은 90℃에서 5시간 동안 교반되었다.
반응 혼합물은 얼음 냉수와 혼합되었고 에틸 아세테이트로 추출되었다. 생성물은 헥산/에틸 아세테이트의 혼합물로부터 침전되었고 SiO2 상에서 칼럼 크로마토그래피에 의해 정제되었다 (9:1 -> 5:1 헥산:에틸 아세테이트 기울기).
0.7 g (수율: 45%) 의 황색 생성물이 획득되었다.
1HNMR (300 MHz, C6D6): 6.6-7.6 (m, 45H), 3.28 (s, 9H), 1.26 (s, 18H)
(G) 화합물 ID504 의 합성:
그 제조는 (4-브로모페닐)비스(9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-일) 로부터 진행되었고 (Chemical Communications, 2004, 68-69 참조), 이는 처음 4,4,5,5,4',4',5',5'-옥타메틸-[2,2']비[[1,3,2]디옥사보로라닐] 과 반응되었다 (단계 a). 이것은 다음으로, 9Br-DIPP-PDCI 와 결합되었다 (단계 b). 이것은 다음으로, 가수분해되어 무수물을 제공하였고 (단계 c) 후속하여 글리신과 반응하여 최종 화합물을 얻었다 (단계 d).
단계 a:
30 g (54 mmol) 의 (4-브로모페닐)비스(9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-일), 41 g (162 mmol) 의 4,4,5,5,4',4',5',5'-옥타메틸-[2,2']비[[1,3,2]디옥사보로라닐], 1 g (1.4 mmol) 의 Pd(dpf)2Cl2, 15.9 g (162 mmol) 의 칼륨 아세테이트 및 300 ㎖ 의 디옥산의 혼합물이 80℃ 로 가열되었고 36 시간 동안 교반되었다.
냉각 후에, 용매는 제거되었고 잔류물이 진공 건조 캐비넷에서 50℃로 건조되었다.
용리액 1:1 n-헥산:디클로로메탄을 이용한 실리카 겔을 통한 여과에 의해 정제가 이루어졌다. 반응물의 제거 후에, 용리액은 디클로로메탄으로 스위치 (switch) 되었다. 생성물이 붉은 빛이 돌고 끈적거리는 잔류물로서 분리되었다. 이것은 0.5 시간 동안 RT에서 메탄올과 교반에 의해 추출되었다. 밝은 색의 침전물이 걸러내어졌다. 진공 건조 캐비넷에서 45℃로 건조한 후에, 24 g 의 밝은색의 고체가 획득되었고, 이는 74%의 수율에 대응한다.
분석 데이터
1H NMR (500MHz, CD2Cl2, 25℃): δ = 7.66-7.61 (m, 6H); 7.41-7.4 (m, 2H); 7.33-7.25 (m, 6H); 7.13-7.12 (m, 2H); 7.09-7.07 (m, 2H); 1.40 (s, 12H); 1.32 (s, 12H)
단계 b:
17.8 g (32 mmol) 의 9Br-DIPP-PDCI 및 19 ㎖ (95 mmol) 의 5 몰의 NaOH가 500 ㎖ 의 디옥산에 도입되었다. 이 혼합물은 30분간 아르곤으로 탈가스되었다. 다음으로, 570 mg (1.1 mmol) 의 Pd[P(tBu)3]2 및 23 g (38 mmol) 의 스테이지 a 가 첨가되었고 혼합물은 85℃에서 아르곤하 17시간 동안 교반되었다.
용리액 4:1 디클로로메탄:톨루엔을 이용한 칼럼 크로마토그래피에 의해 정제가 이루어졌다.
22.4 g 의 보라색 고체가 획득되었고, 이는 74%의 수율에 대응한다.
분석 데이터:
1H NMR (500MHz, CH2Cl2, 25℃): δ = 8.59-8.56 (m, 2H); 8.46-8.38 (m, 4H); 8.21-8.19 (d, 1H); 7.69-7.60 (m, 6H); 7.52-7.25 (m, 17H); 2.79-2.77 (m, 2H); 1.44 (s, 12H); 1.17-1.15 (d, 12H)
단계 c:
22.4 g (23 mmol) 의 단계 b 및 73 g (1.3 mol) 의 KOH가 200 ㎖ 의 2-메틸-2-부탄올에 도입되었고 혼합물은 17시간 동안 리플럭스 (reflux) 에서 교반되었다.
냉각 후에, 반응 혼합물이 1 ℓ의 얼음-물 + 50 ㎖의 농축 아세트산에 첨가되었다. 오렌지-갈색 고체가 프리트 (frit) 를 통해 여과되고 물로 세척되었다.
고체는 디클로로메탄에 용해되었고 탈염수로 추출되었다. 10 ㎖의 농축 아세트산이 유기 상에 첨가되었고, 이는 RT에서 교반되었다. 용매가 용액으로부터 제거되었다. 잔류물은, 30 분간 RT에서 메탄올과 교반하는 것에 의해 추출되었고, 프리트를 통한 석션으로 여과되었고, 진공 건조 캐비넷에서 55℃로 건조되었다.
이것은 17.5 g의 보라색 고체를 제공했고, 이는 94%의 수율에 대응한다.
생성물이 다음 단계에서 비정제된 상태로 사용되었다.
단계 d:
17.5 g (22 mmol) 의 스테이지 c, 16.4 g (220 mmol) 의 글리신 및 4 g (22 mmol) 의 아연 아세테이트가 350 ㎖ 의 N-메틸피롤리돈으로 도입되었고 혼합물이 12시간 동안 130℃로 교반되었다.
냉각 후에, 반응 혼합물이 1 ℓ의 탈염수에 첨가되었다. 침전물은 프리트를 통해 여과되었고, 물로 세척되었고 진공 건조 캐비넷에서 70℃로 건조되었다.
용리액 3:1 디클로로메탄:에탄올 + 2% 트리에틸아민을 이용한 칼럼 크로마토그래피에 의해 정제가 이루어졌다. 분리된 생성물은 50% 아세트 산과 60℃에서 교반하는 것에 의해 추출되었다. 고체는 프리트를 통한 석션으로 걸러내어졌고, 물로 세척되었고 진공 건조 캐비넷에서 80℃로 건조되었다.
7.9 g 의 보라색 고체가 획득되었고, 이는 42%의 수율에 대응한다.
분석 데이터:
1H NMR (500MHz, THF, 25℃): δ = 8.37-8.34 (m, 2H); 8.25-8.18 (m, 4H); 8.12-8.10 (d, 1H); 7.74-7.70 (m, 4H); 7.59-7.53 (m, 4H); 7.45-7.43 (m, 4H); 7.39-7.37 (m, 2H); 7.32-7.22 (m, 6H); 4.82 (s, 2H); 1.46 (s, 12H)
(H) 화합물 ID662 의 합성:
ID662는 대응하는 상업적으로 이용가능한 히드록삼산 [2-(4-부톡시페닐)-N-히드록시아세트아미드] 와 수산화나트륨을 반응시키는 것에 의해 제조되었다.
110 검출기
112 물체
114 광학 센서
116 센서 영역
118 센서 구역
120 측정 디바이스
122 평가 디바이스
124 데이터 프로세싱 디바이스
126 데이터 저장 디바이스
128 인터페이스
130 전송 디바이스
132 렌즈
134 전자기 방사선
136 광 스폿
138 변조 디바이스
140 빔 인터럽터
142 조명 소스
144 1차 방사선
146 반사 표면
148 반도체 검출기
150 유기 반도체 검출기
152 유기 태양 전지
154 염료 태양 전지
156 기판
158 제 1 전극
160 블록킹 층, 버퍼 층
162 n-반도체 금속 옥사이드
164 염료
166 p-타입 반도체
168 제 2 전극
170 층 구조
172 캡슐화부
174 페르미 레벨
176 HOMO
178 LUMO
180 거리 측정 디바이스
182 광 스폿
184 광 스폿
186 하우징
188 프론트 측
190 제 1 모터 차량
192 리어 측
194 제 2 모터 차량
196 이미징 디바이스
198 샘플
200 공초점 현미경
202 초점
204 빔 스플리터
206 다이어프램
208 센서
210 스택
212 층
214 인간 기계 인터페이스
216 엔터테인먼트 디바이스
218 사용자
220 기계
222 디스플레이
224 키보드
226 보안 디바이스
228 메모리 디바이스
230 광학 데이터 저장 디바이스
232 판독 빔
234 인터페이스
112 물체
114 광학 센서
116 센서 영역
118 센서 구역
120 측정 디바이스
122 평가 디바이스
124 데이터 프로세싱 디바이스
126 데이터 저장 디바이스
128 인터페이스
130 전송 디바이스
132 렌즈
134 전자기 방사선
136 광 스폿
138 변조 디바이스
140 빔 인터럽터
142 조명 소스
144 1차 방사선
146 반사 표면
148 반도체 검출기
150 유기 반도체 검출기
152 유기 태양 전지
154 염료 태양 전지
156 기판
158 제 1 전극
160 블록킹 층, 버퍼 층
162 n-반도체 금속 옥사이드
164 염료
166 p-타입 반도체
168 제 2 전극
170 층 구조
172 캡슐화부
174 페르미 레벨
176 HOMO
178 LUMO
180 거리 측정 디바이스
182 광 스폿
184 광 스폿
186 하우징
188 프론트 측
190 제 1 모터 차량
192 리어 측
194 제 2 모터 차량
196 이미징 디바이스
198 샘플
200 공초점 현미경
202 초점
204 빔 스플리터
206 다이어프램
208 센서
210 스택
212 층
214 인간 기계 인터페이스
216 엔터테인먼트 디바이스
218 사용자
220 기계
222 디스플레이
224 키보드
226 보안 디바이스
228 메모리 디바이스
230 광학 데이터 저장 디바이스
232 판독 빔
234 인터페이스
Claims (22)
- 적어도 하나의 물체 (112) 를 광학적으로 검출하기 위한 검출기 (110) 로서,
적어도 하나의 광학 센서 (114) 를 포함하고, 상기 광학 센서 (114) 는 적어도 하나의 센서 영역 (116) 을 갖고, 상기 광학 센서 (114) 는 상기 센서 영역 (116) 의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 상기 조명의 총 파워가 동일한 경우, 상기 센서 신호는 상기 조명의 지오메트리에 의존하고, 상기 검출기 (110) 는 또한 적어도 하나의 평가 디바이스 (122) 를 갖고, 상기 평가 디바이스 (122) 는 상기 센서 신호로부터 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하도록 설계되고, 상기 광학 센서 (114) 는 또한, 상기 조명의 총 파워가 동일한 경우, 상기 센서 신호가 상기 조명의 변조의 변조 주파수에 의존하는 방식으로 설계되는, 검출기 (110). - 제 1 항에 있어서,
상기 검출기 (110) 는 또한 상기 조명을 변조하기 위한 적어도 하나의 변조 디바이스 (138) 를 갖는, 검출기 (110). - 제 2 항에 있어서,
상기 검출기 (110) 는, 상이한 변조들의 경우에 적어도 2개의 센서 신호들을 검출하도록 설계되고, 상기 평가 디바이스 (122) 는 상기 적어도 2개의 센서 신호들로부터 상기 지오메트리 정보를 생성하도록 설계되는, 검출기 (110). - 제 1 항에 있어서,
상기 센서 영역 (116) 은 정확하게 하나의 연속 센서 영역 (116) 이고, 상기 센서 신호는 전체 상기 센서 영역 (116) 에 대해 균일한 센서 신호인, 검출기 (110). - 제 1 항에 있어서,
상기 센서 신호는 광전류 및 광전압으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 검출기 (110). - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 센서 (114) 는 적어도 하나의 반도체 검출기 (148) 를 포함하는, 검출기 (110). - 제 6 항에 있어서,
상기 광학 센서 (114) 는 적어도 하나의 제 1 전극 (158), 적어도 하나의 n-반도체 금속 옥사이드 (162), 적어도 하나의 염료 (164), 적어도 하나의 p-반도체 유기 재료 (166) 및 적어도 하나의 제 2 전극 (168) 을 포함하는, 검출기 (110). - 제 1 항에 있어서,
상기 지오메트리 정보는, 상기 물체 (112) 의 위치 정보의 적어도 하나의 아이템을 포함하는, 검출기 (110). - 제 8 항에 있어서,
상기 평가 디바이스 (122) 는, 상기 조명의 지오메트리와 상기 검출기 (110) 에 대한 상기 물체 (112) 의 상대 위치 사이의 적어도 하나의 미리정의된 관계로부터 상기 지오메트리 정보를 결정하도록 설계되는, 검출기 (110). - 제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 전송 디바이스 (130) 를 더 포함하고, 상기 전송 디바이스 (130) 는 상기 물체 (112) 로부터 나오는 전자기 방사선 (134) 을 상기 광학 센서 (114) 에 공급함으로써 상기 센서 영역 (116) 을 조명하도록 설계되는, 검출기 (110). - 제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 조명 소스 (142) 를 더 포함하는, 검출기 (110). - 제 11 항에 있어서,
상기 조명 소스 (142) 는, 상기 물체 (112) 에 적어도 부분적으로 연결되거나, 또는 상기 물체 (112) 에 적어도 부분적으로 동일하거나, 또는 상기 물체 (112) 에 적어도 부분적으로 연결되고 상기 물체 (112) 에 적어도 부분적으로 동일한, 조명 소스 (142); 상기 물체 (112) 를 1차 방사선 (144) 으로 적어도 부분적으로 조명하도록 설계된 조명 소스 (142) 로부터 선택되는, 검출기 (110). - 거리 측정 디바이스 (180) 로서,
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 하나의 검출기 (110) 를 포함하고, 상기 검출기 (110) 는 적어도 하나의 물체 (112) 의 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 결정하도록 설계되고, 상기 지오메트리 정보는 상기 물체 (112) 의 위치 정보의 적어도 하나의 아이템을 포함하는, 거리 측정 디바이스 (180). - 적어도 하나의 샘플 (198) 을 이미징하기 위한 이미징 디바이스 (196) 로서,
상기 이미징 디바이스 (196) 는, 검출기 (110) 에 관한 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 하나의 검출기 (110) 를 포함하고, 상기 이미징 디바이스 (196) 는 상기 샘플 (198) 의 복수의 부분 영역들을 상기 센서 영역 (116) 상에 이미징함으로써 상기 부분 영역들에 할당된 센서 신호들을 생성하도록 설계되고, 상기 이미징 디바이스 (196) 는 상기 센서 신호들로부터 각각의 상기 부분 영역들의 지오메트리 정보의 아이템들을 생성하도록 설계되고, 상기 지오메트리 정보의 아이템들은 위치 정보의 아이템들을 포함하는, 이미징 디바이스 (196). - 사용자 (218) 와 기계 (220) 사이의 정보의 적어도 하나의 아이템을 교환하기 위한 인간 기계 인터페이스 (214) 로서,
상기 인간 기계 인터페이스 (214) 는, 검출기 (110) 에 관한 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 하나의 검출기 (110) 를 포함하고, 상기 인간 기계 인터페이스 (214) 는, 상기 검출기 (110) 에 의해 상기 사용자 (218) 의 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템을 생성하도록 설계되고, 상기 인간 기계 인터페이스 (214) 는, 정보의 적어도 하나의 아이템을 상기 지오메트리 정보에 할당하도록 설계되는, 인간 기계 인터페이스 (214). - 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 디바이스 (216) 로서,
상기 엔터테인먼트 디바이스 (216) 는, 제 15 항에 기재된 적어도 하나의 인간 기계 인터페이스 (214) 를 포함하고, 상기 엔터테인먼트 디바이스 (216) 는, 정보의 적어도 하나의 아이템이 상기 인간 기계 인터페이스 (214) 에 의하여 플레이어 (218) 에 의해 입력되는 것을 가능하게 하도록 설계되고, 상기 엔터테인먼트 디바이스 (216) 는 상기 정보에 따라 상기 엔터테인먼트 기능을 달리하도록 설계되는, 엔터테인먼트 디바이스 (216). - 적어도 하나의 보안 애플리케이션을 수행하기 위한 보안 디바이스 (226) 로서,
상기 보안 디바이스 (226) 는, 검출기 (110) 에 관한 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 하나의 검출기 (110) 를 포함하고, 상기 보안 디바이스 (226) 는, 상기 검출기 (110) 에 의해, 상기 보안 디바이스 (226) 상에 포커싱된 전자기 방사선 (134) 의 도달 (impingement) 을 식별하도록 설계되는, 보안 디바이스 (226). - 적어도 하나의 물체 (112) 를 광학적으로 검출하기 위한 방법으로서,
적어도 하나의 광학 센서 (114) 가 사용되고, 상기 광학 센서 (114) 는 적어도 하나의 센서 영역 (116) 을 갖고, 상기 물체로부터 나오는 전자기 방사선 (134) 은 상기 광학 센서 (114) 에 공급됨으로써 상기 센서 영역 (116) 이 조명되고, 상기 광학 센서 (114) 는 상기 센서 영역 (116) 의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하고, 상기 조명의 총 파워가 동일한 경우, 상기 센서 신호는 상기 조명의 지오메트리에 의존하고, 상기 광학 센서 (114) 는 또한, 상기 조명의 총 파워가 동일한 경우, 상기 센서 신호가 상기 조명의 변조의 변조 주파수에 의존하는 방식으로 설계되는, 검출하기 위한 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 물체 (112) 의 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템이 상기 센서 신호로부터 생성되는, 검출하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
거리 측정; 이미징; 엔터테인먼트 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 인간 기계 인터페이스 애플리케이션으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 사용의 목적을 위해 사용되는, 검출기 (110). - 광학 센서 (114) 로서 사용되는 유기 태양 전지 (152) 로서,
상기 사용에 있어서 적어도 하나의 센서 신호가 생성되고, 조명의 총 파워가 동일한 경우, 상기 센서 신호는 상기 유기 태양 전지 상의 상기 조명의 지오메트리에 의존하고, 적어도 하나의 물체 (112) 의 지오메트리 정보의 적어도 하나의 아이템이 상기 사용에서 상기 센서 신호로부터 생성되고, 상기 광학 센서 (114) 는 또한, 상기 조명의 총 파워가 동일한 경우, 상기 센서 신호가 상기 조명의 변조의 변조 주파수에 의존하는 방식으로 설계되는, 유기 태양 전지 (152). - 삭제
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