KR102088685B1 - 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기 - Google Patents

적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기 Download PDF

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Abstract

하나 이상의 물체(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110)가 제안된다. 검출기(110)는 하나 이상의 횡방향 광학 센서(130), 하나 이상의 종방향 광학 센서(132), 하나 이상의 평가 장치(142)를 포함하는데, 이 때 상기 횡방향 광학 센서(130)는 물체(112)로부터 검출기(110)로 이동하는 하나 이상의 광 빔(138)의 횡방향 위치를 결정하도록 구성되고, 상기 횡방향 위치는 검출기(110)의 광학 축(116)에 수직인 하나 이상의 차원에서의 위치이며, 상기 횡방향 광학 센서(130)는 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 생성시키도록 구성되며, 상기 종방향 광학 센서(132)는 하나 이상의 센서 영역(136)을 갖고, 상기 종방향 광학 센서(132)는 광 빔(138)에 의한 센서 영역(136)의 조명에 따라 달라지는 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 발생시키도록 디자인되며, 상기 종방향 센서 신호는 동일한 조명 총 동력에서 센서 영역(136)에서의 광 빔(138)의 빔 단면에 따라 달라지며, 상기 평가 장치(142)는 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키고 또한 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키도록 디자인된다.

Description

적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기{DETECTOR FOR OPTICALLY DETECTING AT LEAST ONE OBJECT}
본 발명은 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 사람-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템 및 카메라에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 하나 이상의 물체의 위치를 광학적으로 검출하는 방법 및 검출기의 다양한 용도에 관한 것이다. 예를 들어 일상 생활, 게임, 교통 기술, 생산 기술, 보안 기술, 의료 기술 또는 과학의 다양한 분야에서 이러한 장치, 방법 및 용도를 이용할 수 있다. 또한 또는 다르게는, 본원은 예컨대 하나 이상의 실내, 하나 이상의 건물 또는 하나 이상의 거리의 지도를 생성시키기 위한 공간의 지도 제작 분야에 적용될 수 있다. 그러나, 원칙적으로 다른 용도도 가능하다.
다수의 광학 센서 및 광전변환 장치(photovoltaic device)가 종래 기술로부터 알려져 있다. 전자기선, 예를 들어 자외선, 가시광선 또는 적외선을 전기 신호 또는 전기 에너지로 전환시키는 데에는 광전변환 장치가 일반적으로 사용되는 한편, 이미지 정보를 수집하고/하거나 하나 이상의 광학 매개변수, 예를 들어 휘도를 검출하는 데에는 광학 검출기가 일반적으로 사용된다.
통상 무기 및/또는 유기 센서 물질의 사용에 기초할 수 있는 다수의 광학 센서가 종래 기술로부터 알려져 있다. 이러한 센서의 예는 US 2007/0176165 A1 호, US 6,995,445 B2 호, DE 2501124 A1 호, DE 3225372 A1 호 또는 다수의 다른 종래 기술 문서에 개시되어 있다. 특히 비용상의 이유 및 대면적 프로세싱상의 이유 때문에, 예를 들어 US 2007/1076165 A1 호에 기재되어 있는 바와 같이 하나 이상의 유기 센서 물질을 포함하는 센서가 점점 더 많이 사용되고 있다. 특히, 여기에서는 소위 염료 태양 전지가 더욱 중요하고, 이는 예를 들어 WO 2009/013282 A1 호에 일반적으로 기재되어 있다.
다른 예로서, WO 2013/144177 A1 호는 플루오르화된 대음이온을 갖는 퀴놀리늄 염료, 플루오르화된 대음이온을 갖는 이러한 종류의 퀴놀리늄 염료로 증감시킨(sensitized) 산화물 반도체 미립자로 제조된 다공성 필름을 포함하는 전극 층, 이러한 종류의 전극 층을 포함하는 광전 변환 장치, 및 이러한 광전 변환 장치를 포함하는 염료 증감된 태양 전지를 개시한다.
이러한 광학 센서에 기초하여 하나 이상의 물체를 검출하기 위한 다수의 검출기가 알려져 있다. 이러한 검출기는 개별적인 사용 목적에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 이러한 검출기의 예는 촬영 장치, 예를 들어 카메라 및/또는 현미경이다. 높은 광학 해상도로 생물학적 샘플을 시험하기 위하여 예를 들어 특히 의료 기술 및 생물학 분야에서 사용될 수 있는 고해상도 공초점 현미경이 공지되어 있다. 하나 이상의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기의 다른 예는 예컨대 상응하는 광학 신호, 예컨대 레이저 펄스의 전파 시간 방법에 기초한 거리 측정 장치이다. 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기의 다른 예는 삼각측량 시스템인데, 이에 의해 거리 측정을 마찬가지로 수행할 수 있다.
물체를 광학적으로 검출하기 위한 이러한 공지의 검출기 및 방법에서 비롯하여, 많은 경우 충분한 정밀도로 이 물체 검출을 수행하기 위하여 상당한 기술적 비용을 지불해야 하는 것을 확인할 수 있다.
예로서, 현미경법에서는, 광 빔의 올바른 초점을 수득하기 위하여 및/또는 촬영되어야 하는 샘플에 대한 깊이 정보를 수득하기 위하여 장치에 대해 상당한 경비가 필요하다.
깊이 검출을 기록하기 위한 다른 예는 신호를 방출하고 하나 이상의 물체에 의해 야기되는 신호의 반사를 측정함으로써 통상적으로 기능하는 능동형 센서이다. 능동형 센서는 특히 컴퓨터 비전과 관련된 용도에서 널리 보급되었다. 앤더슨(M.R. Andersen), 젠슨(T. Jensen), 리수스키(P. Lisouski), 모텐슨(A.K. Mortensen), 한센(M.K. Hansen), 그레거슨(T. Gregersen) 및 아렌트(P. Ahrendt)의 문헌[Kinect Depth Sensor Evaluation for Computer Vision Applications, Technical report ECE-TR-6, 2012, 덴마크 아후스대학 공학과]은 IR 카메라를 사용하여 하나 이상의 물체 상에 적외선(IR) 포인트 패턴을 투사하고 그의 반사 패턴을 측정하는 깊이 센서를 기재한다. 이들의 연구에 따라, 저자들은 특히 이러한 종류의 절차를 수행하는데 다량의 산출 동력이 필요하기 때문에 이 깊이 센서가 신뢰할만한 깊이 신호를 획득할 때까지 장치를 켠 시간부터 약 30초의 정착 시간을 필요로 함을 관찰할 수 있었다. 마찬가지로, 깊이 센서를 회전시키고 상이한 풍경을 향해 신속하게 겨눌 때에도 유사한 정착 시간이 관찰될 수 있었다.
깊이 정보를 획득하기 위해, 특히 측정 범위를 확장시키기 위해, 하나보다 많은 능동형 센서를 사용하는 경우에, 추가의 문제가 발생한다. 하나 이상의 상이하거나 동일한 능동형 센서로부터 유래되는 신호가 중첩되자마자, 신호의 기원을 확인할 수 없게 되어, 신호가 중첩되는 영역에서 깊이 정보가 기록될 수 없다. 둘 이상의 능동형 센서가 서로를 향해 겨누는 경우에도 유사한 문제가 발생한다. 특히, 광학 센서의 측정 부피가 거의 원뿔로서 기재될 수 있기 때문에, 큰 측정 부피는 다수개의 능동형 센서에 의해서만 커버될 수 있으나, 이는 중첩되는 부피를 야기하여 커버되지 않는 영역을 발생시킨다.
대조적으로, 거리 측정은 많은 경우 예를 들어 이미지 평가에서 물체의 특정 크기의 추정 같은 기술적으로 부적절한 추정에 기초한다. 다른 방법은 예를 들어 레이저 펄스에 의한 거리 측정 같은 일련의 복잡한 펄스에 기초한다. 또 다른 방법은 예를 들어 삼각측량 방법 같은 복수개의 검출기의 사용에 기초한다.
WO 2005/106965 A1 호에는 유기 태양 전지의 셋업(setup)이 개시되어 있다. 입사광에 응답하여 광 전류가 발생된다. 또한, 유기 태양 전지를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이 문헌에서는, 결함 또는 트랩이 유기 태양 전지의 효율을 감소시킬 수 있다는 사실을 참조한다.
다양한 위치 검출기가 당 업계에 공지되어 있다. 그러므로, JP 8-159714 A 호에는, 거리 측정 장치가 개시되어 있다. 이 문헌에서는, 검출기 및 그림자-형성 요소를 사용함으로써, 물체의 그림자 형성이 거리에 따라 달라진다는 사실에 기초하여 물체와 검출기 사이의 거리를 결정한다. US 2008/0259310 A1 호에는, 광학 위치 검출기가 개시된다. 다양한 공지의 거리 및 측정된 각도를 사용함으로써 전송 시스템의 위치를 결정한다. US 2005/0184301 A1 호에는, 거리 측정 장치가 개시된다. 측정 장치는 상이한 파장을 갖는 복수개의 발광 다이오드를 사용한다. CN 101650173 A 호에는, 기하학적인 원리의 사용에 기초한 위치 검출기가 개시된다. 또한, JP 10-221064 A 호에는, 홀로그래피에 사용되는 광학 셋업과 유사한 복잡한 광학 셋업이 개시되어 있다.
US 4,767,211 호에는, 광학 측정 및 촬영을 위한 장치 및 방법이 개시되어 있다. 이 문헌에서는, 상이한 광-검출기 및 분광기를 사용함으로써 광학 축을 따라 이동하는 반사광과 축에서 벗어나 이동하는 반사광의 비를 결정한다. 이 원리를 이용함으로써, 샘플에서의 오목부를 검출할 수 있다.
US 4,647,193 호에서는, 복수개의 구성요소를 갖는 검출기를 사용함으로써 표적 물체의 범위를 결정한다. 검출기를 렌즈의 초점면으로부터 떨어뜨려 위치시킨다. 물체로부터의 광의 광점의 크기는 물체의 범위에 따라 변하고, 따라서 물체의 범위에 따라 달라진다. 상이한 광-검출기를 사용함으로써, 광-검출기에 의해 발생되는 신호를 비교하여 광점의 크기, 따라서 물체의 범위를 결정할 수 있다.
US 6,995,445 호 및 US 2007/0176165 A1 호에는, 위치 감지 유기 검출기가 개시되어 있다. 이 문헌에서는, 둘 이상의 전기 접속부를 사용함으로써 전기적으로 접속되는 저항 바닥 전극을 사용한다. 전극 접속부로부터의 전류의 전류 비를 형성함으로써, 유기 검출기 상에서의 광점의 위치를 검출할 수 있다.
US 2007/0080925 A1 호에는, 동력 소비가 낮은 디스플레이 장치가 개시되어 있다. 이 문헌에서는, 전기 에너지에 응답하여 디스플레이 장치가 정보를 디스플레이하도록 하고 입사 선에 응답하여 전기 에너지를 발생시키는 광 활성 층을 사용한다. 단일 디스플레이 장치의 디스플레이 화소를 디스플레이 화소 및 발전 화소로 분할시킬 수 있다. 디스플레이 화소는 정보를 디스플레이할 수 있고, 발전 화소는 전기 에너지를 발생시킬 수 있다. 발생된 전기 에너지를 사용하여 이미지를 구동시키는 동력을 제공할 수 있다.
2012년 12월 19일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 61/739,173 호 및 2013년 1월 8일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 61/749,964 호(이들의 내용은 본원에 참고로 인용됨)는 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및 하나 이상의 광학 센서를 사용함으로써, 하나 이상의 물체의 위치를 결정하는 방법 및 검출기를 개시한다. 구체적으로는, 고도의 정확도로 애매함 없이 물체의 종방향 위치를 결정하기 위하여 센서 스택(stack)의 사용이 개시되어 있다.
2013년 6월 13일자로 출원된 유럽 특허원 EP 13171898.3 호(이의 내용은 본원에 참고로 인용됨)는 기판 및 그에 배치된 하나 이상의 감광성 층을 갖는 광학 센서를 포함하는 광학 검출기를 개시한다. 감광성 층 셋업은 하나 이상의 제 1 전극, 하나 이상의 제 2 전극, 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 끼인 하나 이상의 광전변환 물질을 갖는다. 광전변환 물질은 하나 이상의 유기 물질을 포함한다. 제 1 전극은 복수개의 제 1 전극 스트립을 포함하고, 제 2 전극은 복수개의 제 2 전극 스트립을 포함하며, 이 때 제 1 전극 스트립 및 제 2 전극 스트립은 제 1 전극 스트립과 제 2 전극 스트립의 교차점에 화소의 매트릭스가 형성되도록 교차한다. 광학 검출기는 하나 이상의 판독 장치를 추가로 포함하며, 이 판독 장치는 제 2 전극 스트립에 연결되는 복수개의 전기 측정 장치 및 제 1 전극 스트립을 전기 측정 장치에 후속 연결하기 위한 스위칭 장치를 포함한다.
2013년 6월 13일자로 출원된 유럽 특허원 EP 13171900.7 호(이의 내용은 본원에 참고로 인용됨)는 하나 이상이 물체에 부착되고 물체에 의해 보유되며 물체 중으로 통합되기에 적합화된 둘 이상의 비콘(beacon) 장치, 각각 광 빔을 검출기를 향해 유도하도록 구성된 비콘 장치, 및 물체의 좌표 시스템에서 소정 좌표를 갖는 비콘 장치를 포함하는, 하나 이상의 물체의 배향을 결정하는 검출기 장치를 개시한다. 검출기 장치는 비콘 장치로부터 검출기를 향해 이동하는 광 빔을 검출하도록 구성된 하나 이상의 검출기 및 검출기의 좌표 시스템에서 각 비콘 장치의 종방향 좌표를 결정하도록 구성된 하나 이상의 평가 장치를 추가로 포함한다. 평가 장치는 비콘 장치의 종방향 좌표를 사용함으로써 검출기의 좌표 시스템에서 물체의 배향을 결정하는데 추가로 적합화된다.
2013년 6월 13일자로 출원된 유럽 특허원 EP 13171901.5 호(이의 내용은 본원에 참고로 인용됨)는 하나 이상의 물체의 위치를 결정하는 검출기를 개시한다. 검출기는 물체로부터 검출기를 향해 이동하는 광 빔을 검출하도록 구성된 하나 이상의 광학 센서를 포함하고, 이 광학 센서는 하나 이상의 화소 매트릭스를 갖는다. 검출기는 광 빔에 의해 조명되는 광학 센서의 화소의 수 N을 결정하도록 구성된 하나 이상의 평가 장치를 추가로 포함한다. 평가 장치는 광 빔에 의해 조명되는 화소의 수 N을 사용함으로써 물체의 하나 이상의 종방향 좌표를 결정하는데 추가로 적합화된다.
WO 2012/110924 A1 호(본원이 이 특허원에 기초함, 이의 내용은 본원에 참고로 인용됨)에는 하나 이상의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기가 제안되어 있다. 검출기는 하나 이상의 광학 센서를 포함한다. 광학 센서는 하나 이상의 센서 영역을 갖는다. 광학 센서는 센서 영역의 조명에 따라 달라지는 방식으로 하나 이상의 센서 신호를 발생시키도록 디자인된다. 동일한 총 조명 동력에서 센서 신호는 조명의 기하학적 형태, 특히 센서 구역 상의 조명의 빔 단면에 따라 달라진다. 검출기는 하나 이상의 평가 장치를 추가로 갖는다. 평가 장치는 센서 신호로부터 하나 이상의 기하학적 정보 아이템, 특히 조명 및/또는 물체에 대한 하나 이상의 기하학적 정보 아이템을 발생시키도록 디자인된다.
상기 언급된 장치 및 특히 WO 2012/110924 A1 호에 개시된 검출기가 부여하는 이점에도 불구하고, 단순하고 비용-효율적이면서 신뢰성있는 공간 검출기가 여전히 필요하다. 그러므로, 공간에서의 물체 추적 가능성과 함께 물체의 개선된 공간 해상도가 요구된다.
따라서, 본 발명에 의해 해결되는 문제점은, 이 유형의 공지 장치 및 방법의 단점을 적어도 실질적으로 피하는, 하나 이상의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 규정 장치 및 방법의 문제점이다. 특히, 공간에서 물체의 위치를 결정하고 바람직하게는 공간에서 물체를 신뢰성있게 추적하기 위한 개선된 검출기가 요구된다.
이 문제점은 독립적인 특허청구범위의 특징을 갖는 본 발명에 의해 해결된다. 개별적으로 또는 조합하여 실현될 수 있는 본 발명의 유리한 발전이 독립적인 특허청구범위 및/또는 하기 본원 및 상세한 설명에 기재된다.
본원에 사용되는 표현 "갖는다", "포함한다" 및 "함유한다" 뿐만 아니라 이들의 문법적인 변형은 배타적이지 않은 방식으로 사용된다. 그러므로, 표현 "A가 B를 갖는다" 및 표현 "A가 B를 포함한다" 또는 "A가 B를 함유한다"는 모두 B 외에 A가 하나 이상의 추가적인 구성요소 및/또는 구성성분을 추가로 함유한다는 사실, 및 B 외에 다른 구성요소, 구성성분 또는 요소가 A에 존재하지 않는 경우를 가리킨다.
본 발명의 제 1 양태에서는, 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기가 개시된다.
물체는 일반적으로 살아있는 물체 및 살아있지 않은 물체로부터 선택되는 임의적인 물체일 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 물체는 하나 이상의 제품 및/또는 제품의 하나 이상의 부품을 포함할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 물체는 하나 이상의 생물 및/또는 그의 하나 이상의 부위, 예를 들어 사람(예컨대, 사용자) 및/또는 동물의 하나 이상의 신체 부위일 수 있거나, 이들을 포함할 수 있다.
본원에 사용되는 위치는 통상적으로 공간에서 물체의 위치 및/또는 배향에 대한 임의적인 정보 아이템을 말한다. 여기에서는, 예로서, 하나 이상의 좌표 시스템이 사용될 수 있고, 하나, 둘, 셋 또는 그 이상의 좌표를 사용함으로써 물체의 위치를 결정할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 카테시안(Cartesian) 좌표 시스템 및/또는 다른 유형의 좌표 시스템을 사용할 수 있다. 한 예에서, 좌표 시스템은 검출기가 소정 위치 및/또는 배향을 갖는 검출기의 좌표 시스템일 수 있다. 아래에서 더욱 상세하게 개략되는 바와 같이, 검출기는 광학 축을 갖고, 이는 검출기의 주요 시야 방향을 구성할 수 있다. 광학 축은 z-축 같은 좌표 시스템의 축을 형성할 수 있다. 또한, 바람직하게는 z-축에 수직인 하나 이상의 추가적인 축이 제공될 수 있다.
그러므로, 예로서, 검출기는 광학 축이 z-축을 형성하고 추가로 z-축에 수직이고 서로에 대해 수직인 x-축 및 y-축이 제공될 수 있는 좌표 시스템을 구성할 수 있다. 예로서, 검출기 및/또는 검출기의 일부는 이 좌표 시스템의 특정 지점(예컨대, 이 좌표 시스템의 원점)에 위치할 수 있다. 이 좌표 시스템에서, z-축에 평행하거나 역평행한 방향은 종방향으로 간주될 수 있고, z-축을 따른 좌표는 종방향 좌표로 간주될 수 있다. 종방향에 수직인 임의적인 방향은 횡방향으로 생각될 수 있으며, x- 및/또는 y-좌표는 횡방향 좌표로 간주될 수 있다.
다르게는, 다른 유형의 좌표 시스템을 사용할 수 있다. 그러므로, 예로서, 광학 축이 z-축을 형성하고 z-축으로부터의 거리 및 편각을 추가적인 좌표로서 사용할 수 있는 극좌표 시스템을 이용할 수 있다. 다시, z-축에 평행하거나 역평행한 방향은 종방향으로 생각될 수 있고, z-축을 따르는 좌표는 종방향 좌표로 간주될 수 있다. z-축에 수직인 임의의 방향은 횡방향으로 생각될 수 있고, 극좌표 및/또는 편각을 횡좌표로 생각할 수 있다.
본원에 사용되는 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기는 일반적으로 하나 이상의 물체의 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 제공하도록 구성된 장치이다. 또한, 검출기는 고정식 장치 또는 이동식 장치일 수 있다. 또한, 검출기는 독립형(stand-alone) 장치일 수 있거나 또는 컴퓨터, 차량 또는 임의의 다른 장치 같은 다른 장치의 일부를 구성할 수 있다. 또한, 검출기는 휴대용 장치일 수 있다. 검출기의 다른 실시양태도 실현가능하다.
검출기는 임의의 실현가능한 방식으로 하나 이상의 물체의 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 정보는 예컨대 전자공학적으로, 시각적으로, 청각각적으로 또는 이들의 임의적인 조합으로 제공될 수 있다. 정보는 검출기의 데이터 저장소 또는 별도의 장치에 저장될 수 있고/있거나, 무선 인터페이스 및/또는 유선(wire-bound) 인터페이스 같은 하나 이상의 인터페이스를 통해 제공될 수 있다.
검출기는 하나 이상의 횡방향 광학 센서, 하나 이상의 종방향 광학 센서, 하나 이상의 평가 장치를 포함하며, 이 때 상기 횡방향 광학 센서는 물체로부터 검출기로 이동하는 하나 이상의 광 빔의 횡방향 위치를 결정하도록 구성되고, 상기 횡방향 위치는 검출기의 광학 축에 수직인 하나 이상의 차원에서의 위치이며, 상기 횡방향 광학 센서는 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 발생시키도록 구성되며, 상기 종방향 광학 센서는 하나 이상의 센서 영역을 갖고, 상기 종방향 광학 센서는 광 빔에 의한 센서 영역의 조명에 따라 달라지는 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 발생시키도록 디자인되고, 상기 종방향 센서 신호는 동일한 총 조명 동력에서 센서 영역에서의 광 빔의 빔 단면에 따라 달라지며, 상기 평가 장치는 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 발생시키고 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 발생시키도록 디자인된다.
아래에 더욱 상세하게 개략되는 바와 같이, 상기 나열된 구성요소는 별도의 구성요소일 수 있다. 다르게는, 상기 나열된 구성요소중 둘 이상을 하나의 구성요소로 통합시킬 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 횡방향 광학 센서와 하나 이상의 종방향 광학 센서를 적어도 부분적으로는 하나의 광학 센서로 통합시킬 수 있다. 다르게는, 하나 이상의 횡방향 광학 센서와 분리된 하나 이상의 종방향 광학 센서를 제공할 수 있다. 또한, 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및 하나 이상의 종방향 광학 센서와는 독립적인 별도의 평가 장치로서 하나 이상의 평가 장치를 형성시킬 수 있으나, 바람직하게는 횡방향 센서 신호 및 종방향 센서 신호를 받아들이기 위하여 하나 이상의 평가 장치를 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및 하나 이상의 종방향 광학 센서에 연결할 수 있다. 다르게는, 하나 이상의 평가 장치를 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및/또는 하나 이상의 종방향 광학 센서로 완전히 또는 부분적으로 통합할 수 있다.
본원에 사용되는 용어 횡방향 광학 센서는 일반적으로 물체로부터 검출기로 이동하는 하나 이상의 광 빔의 횡방향 위치를 결정하도록 구성된 장치를 가리킨다. 용어 횡방향 위치와 관련하여서는, 상기 주어진 정의를 참조할 수 있다. 그러므로, 바람직하게는, 횡방향 위치는 검출기의 광학 축에 수직인 하나 이상의 차원에서의 하나 이상의 좌표일 수 있거나, 그러나 좌표를 포함할 수 있다. 예로서, 횡방향 위치는 횡방향 광학 센서의 감광성 센서 표면 같은 광학 축에 수직인 평면에서 광 빔에 의해 발생되는 광점의 위치일 수 있다. 예로서, 평면에서의 위치는 카테시안 좌표 및/또는 극좌표에서 주어질 수 있다. 다른 실시양태도 실현가능하다.
횡방향 광학 센서의 가능성있는 실시양태에 대해서는, US 6,995,445 호 및 US 2007/0176165 A1 호에 개시된 위치 갑지 유기 검출기를 참조할 수 있다. 그러나, 다른 실시양태도 실현가능하고 아래에 더욱 상세하게 개략된다.
하나 이상의 횡방향 센서 신호는 일반적으로 횡방향 위치를 나타내는 임의적인 신호일 수 있다. 예로서, 횡방향 센서 신호는 디지털 및/또는 아날로그 신호일 수 있거나 이들 신호를 포함할 수 있다. 예로서, 횡방향 센서 신호는 전압 신호 및/또는 전류 신호일 수 있거나 이들 신호를 포함할 수 있다. 또한 또는 다르게는, 횡방향 센서 신호는 디지털 데이터일 수 있거나 디지털 데이터를 포함할 수 있다. 횡방향 센서 신호는 단일 신호 값 및/또는 일련의 신호 값을 포함할 수 있다. 횡방향 센서 신호는 아래에 더욱 상세하게 개략되는 바와 같이 둘 이상의 신호의 평균을 구함으로써 및/또는 둘 이상의 신호의 몫을 구함으로써와 같이 둘 이상의 개별적인 신호를 조합함으로써 유도되는 임의적인 신호를 추가로 포함할 수 있다.
본원에 사용되는 종방향 광학 센서는 일반적으로 광 빔에 의한 센서 영역의 조명에 따라 달라지는 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 발생시키도록 디자인된 장치이며, 이 때 종방향 센서 신호는 동일한 총 조명 동력에서 센서 영역에서의 광 빔의 빔 단면에 따라 달라진다. 종방향 광학 센서의 가능성 있는 실시양태에 대해서는, WO 2012/110924 A1 호에 개시된 광학 센서를 참조할 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 이후 더욱 상세하게 개략되는 바와 같이, 본 발명에 따른 검출기는 WO 2012/110924 A1 호에 개시된 복수개의 광학 센서 같은 복수개의 광학 센서를 바람직하게는 센서 스택으로서 포함한다.
그러므로, 예로서, 본 발명에 따른 검출기는 하나 이상의 횡방향 광학 센서와 함께 WO 2012/110924 A1 호에 개시된 광학 센서의 스택을 포함할 수 있다. 예로서, 물체 쪽으로 향하는 종방향 광학 센서 스택 면 상에 하나 이상의 횡방향 광학 센서를 배치할 수 있다. 다르게는 또는 또한, 물체로부터 멀리 향하는 종방향 광학 센서 스택 면 상에 하나 이상의 횡방향 광학 센서를 배치할 수 있다. 다시, 또한 또는 다르게는, 스택의 종방향 광학 센서 사이에 하나 이상의 횡방향 제품 센서가 끼일 수 있다.
아래에 추가로 개략되는 바와 같이, 바람직하게는, 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및 하나 이상의 종방향 광학 센서 둘 다가 하나 이상의 광 검출기, 바람직하게는 하나 이상의 유기 광 검출기, 가장 바람직하게는 하나 이상의 고체 염료-증감된 유기 태양 전지(s-DSC) 같은 하나 이상의 염료-증감된 유기 태양 전지(DSC, 염료 태양 전지로도 칭해짐)를 포함할 수 있다. 그러므로, 바람직하게는, 검출기는 하나 이상의 횡방향 광학 센서로서 작용하는 하나 이상의 DSC(예컨대, 하나 이상의 sDSC) 및 하나 이상의 종방향 광학 센서로서 작용하는 하나 이상의 DSC(예를 들어, 하나 이상의 sDSC), 바람직하게는 하나 이상의 종방향 광학 센서로서 작용하는 복수개의 DSC의 스택(바람직하게는, 복수개의 sDSC의 스택)을 포함할 수 있다.
본원에 사용되는 용어 평가 장치는 일반적으로 물체의 횡방향 위치 및 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 발생시키도록 디자인된 임의적인 장치를 가리킨다. 예로서, 평가 장치는 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASIC) 같은 하나 이상의 집적 회로, 및/또는 하나 이상의 컴퓨터, 바람직하게는 하나 이상의 마이크로컴퓨터 및/또는 마이크로컨트롤러 같은 하나 이상의 데이터 처리 장치일 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 추가적인 구성요소는 하나 이상의 예비 처리 장치 및/또는 데이터 획득 장치, 예를 들어 횡방향 센서 신호 및/또는 종방향 센서 신호를 받아들이고/받아들이거나 예비 처리하기 위한 하나 이상의 장치, 예컨대 하나 이상의 AD-변환기 및/또는 하나 이상의 필터를 포함할 수 있다. 또한, 평가 장치는 하나 이상의 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다. 또한, 상기 개략된 바와 같이, 평가 장치는 하나 이상의 무선 인터페이스 및/또는 하나 이상의 유선 인터페이스 같은 하나 이상의 인터페이스를 포함할 수 있다.
하나 이상의 평가 장치는 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 발생시키는 단계 및/또는 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 발생시키는 단계를 수행하거나 뒷받침하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 같은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 수행하도록 구성될 수 있다. 예로서, 투입 변수로서 횡방향 센서 신호 및/또는 종방향 센서 신호를 사용함으로써 물체의 횡방향 위치 및/또는 종방향 위치로의 소정 변환을 수행할 수 있는 하나 이상의 알고리즘을 실행할 수 있다.
상기 개략된 바와 같이, 바람직하게는, 횡방향 광학 센서는 하나 이상의 제 1 전극, 하나 이상의 제 2 전극 및 하나 이상의 광전변환 물질을 갖는 광 검출기이며, 이 때 광전변환 물질은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 매립된다. 본원에 사용되는 광전변환 물질은 일반적으로 광에 의한 광전변환 물질의 조명에 응답하여 전하를 발생시키도록 구성된 물질 또는 물질의 조합이다.
본원에 사용되는 용어 광은 일반적으로 가시광 스펙트럼 범위, 자외선 스펙트럼 범위 및 적외선 스펙트럼 범위중 하나 이상의 전자기선을 가리킨다. 여기에서, 용어 가시광선 스펙트럼 범위는 통상 380nm 내지 780nm의 스펙트럼 범위를 말한다. 용어 적외선(IR) 스펙트럼 범위는 통상 780nm 내지 1000㎛, 바람직하게는 780nm 내지 3.0㎛의 전자기선을 말한다. 용어 자외선 스펙트럼 범위는 통상 1nm 내지 380nm, 바람직하게는 100nm 내지 380nm의 전자기선을 가리킨다. 바람직하게는, 본 발명 내에서 사용되는 광은 가시광선, 즉 가시광선 스펙트럼 범위의 광이다.
용어 광 빔은 일반적으로 특정 방향으로 방출되는 광량을 가리킨다. 그러므로, 광 빔은 광 빔의 전파 방향에 수직인 방향에서 소정 폭을 갖는 광선의 다발일 수 있다. 바람직하게는, 광 빔은 하나 이상의 빔 웨이스트, 레일리(Rayleigh)-길이 또는 임의의 다른 빔 매개변수 또는 빔 직경 및/또는 공간에서의 빔 전파의 발생을 특징화시키는데 적합한 빔 매개변수의 조합 같은 하나 이상의 가우시안 빔 매개변수를 그 특징으로 할 수 있는 하나 이상의 가우시안 광 빔일 수 있거나 하나 이상의 가우시안 광 빔을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 횡방향 광학 센서의 제 2 전극은 둘 이상의 부분 전극을 갖는 분할 전극일 수 있으며, 이 때 횡방향 광학 센서는 센서 구역을 갖고, 하나 이상의 횡방향 센서 신호는 센서 구역에서의 광 빔의 위치를 나타낸다. 그러므로, 상기 개략된 바와 같이, 횡방향 광학 센서는 하나 이상의 광 검출기, 바람직하게는 하나 이상의 유기 광 검출기, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 DSC 또는 sDSC일 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 센서 구역은 물체 쪽으로 향하는 광 검출기의 표면일 수 있다. 센서 구역은 바람직하게는 광학 축에 수직으로 배향될 수 있다. 그러므로, 횡방향 센서 신호는 횡방향 광학 센서의 센서 구역의 평면에서 광 빔에 의해 발생되는 광점의 위치를 나타낼 수 있다.
일반적으로, 본원에 사용되는 용어 부분 전극은 바람직하게는 다른 부분 전극과는 독립적인, 하나 이상의 전류 및/또는 전압 신호를 측정하도록 구성된 복수개의 전극으로부터의 전극을 말한다. 그러므로, 복수개의 부분 전극이 제공되는 경우, 제 2 전극은 둘 이상의 부분 전극을 통해 복수개의 전위 및/또는 전류 및/또는 전압을 제공하도록 구성되고, 이들 전위 및/또는 전류 및/또는 전압은 독립적으로 측정 및/또는 사용될 수 있다.
제 2 전극으로서 둘 이상의 부분 전극을 갖는 하나 이상의 분할 전극을 갖는 하나 이상의 횡방향 광학 센서를 사용하는 경우, 부분 전극을 통한 전류는 센서 구역에서의 광 빔의 위치에 따라 달라질 수 있다. 이는 일반적으로 부분 전극에 영향을 주는 광으로 인해 전하의 발생 위치로부터 가는 동안 오옴 손실 또는 저항 손실이 발생될 수 있다는 사실에 기인할 수 있다. 그러므로, 부분 전극 외에, 제 2 전극은 부분 전극에 연결된 하나 이상의 추가적인 전극 물질을 포함할 수 있고, 이 하나 이상의 추가적인 전극 물질은 전기 저항을 제공한다. 그러므로, 전하 발생 위치로부터 하나 이상의 추가적인 전극 물질을 통해 부분 전극으로 가는 동안의 오옴 손실로 인해, 부분 전극을 통한 전류는 전하의 발생 위치, 따라서 센서 구역에서의 광 빔의 위치에 따라 달라진다. 센서 구역에서 광 빔의 위치를 결정하는 이 원리의 세부사항에 대해서는, 아래 바람직한 실시양태 및/또는 예컨대 US 6,995,445 호 및/또는 US 2007/0176165 A1 호에 개시되어 있는 물리적 원리 및 장치 옵션을 참조할 수 있다.
횡방향 광학 센서는 또한 부분 전극을 통한 전류에 따라 횡방향 센서 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다. 그러므로, 2개의 수평 부분 전극을 통하는 전류의 비가 형성됨으로써 x-좌표가 발생될 수 있고/있거나 수직 부분 전극을 통하는 전류의 비가 형성됨으로써 y-좌표가 발생될 수 있다. 검출기, 바람직하게는 횡방향 광학 센서 및/또는 평가 장치는 부분 전극을 통하는 전류의 하나 이상의 비로부터 물체의 횡방향 위치에 대한 정보를 유도하도록 구성될 수 있다. 부분 전극을 통하는 전류를 비교함으로써 위치 좌표를 발생시키는 다른 방식도 실현가능하다.
부분 전극은 일반적으로 센서 구역에서 광 빔의 위치를 결정하기 위하여 다양한 방식으로 한정될 수 있다. 그러므로, 수평 좌표 또는 x-좌표를 결정하기 위하여 2개 이상의 수평 부분 전극을 제공할 수 있고, 수직 좌표 또는 y-좌표를 결정하기 위하여 2개 이상의 수직 부분 전극을 제공할 수 있다. 그러므로, 센서 구역의 가장자리에 부분 전극을 제공할 수 있으며, 이 때 센서 구역의 내부 공간은 비어 있고 하나 이상의 추가적인 전극 물질로 덮일 수 있다. 아래에서 더욱 상세하게 개략하는 바와 같이, 추가적인 전극 물질은 바람직하게는 투명한 금속 및/또는 투명한 전도성 산화물 및/또는 가장 바람직하게는 투명한 전도성 중합체 같은 투명한 추가적인 전극 물질일 수 있다.
다른 바람직한 실시양태는 광전변환 물질을 가리킬 수 있다. 그러므로, 횡방향 광학 센서의 광전변환 물질은 하나 이상의 유기 광전변환 물질을 포함할 수 있다. 그러므로, 통상적으로, 횡방향 광학 센서는 유기 광 검출기일 수 있다. 바람직하게는, 유기 광 검출기는 염료-증감된 태양 전지일 수 있다. 염료-증감된 태양 전지는 바람직하게는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 매립된 층 셋업을 포함하는 고체 염료-증감된 태양 전지일 수 있고, 상기 층 셋업은 하나 이상의 n-반도체성 금속 산화물, 하나 이상의 염료, 및 하나 이상의 고체 p-반도체성 유기 물질을 포함한다. 염료-증감된 태양 전지(DSC)의 추가적인 세부사항 및 임의적인 실시양태가 아래에 개시된다.
횡방향 광학 센서의 하나 이상의 제 1 전극은 바람직하게는 투명하다. 본 발명에 사용되는 용어 투명은 일반적으로 투명한 물체를 통해 투과된 후 광의 강도가 투명한 물체를 통해 투과되기 전 광의 강도와 동일하거나 또는 그의 10%, 바람직하게는 40%, 더욱 바람직하게는 60%를 초과한다는 사실을 가리킨다. 더욱 바람직하게는, 횡방향 광학 센서의 하나 이상의 제 1 전극은 완전히 또는 부분적으로 하나 이상의 투명한 전도성 산화물(TCO)로 제조될 수 있다. 예로서, 인듐-도핑된 산화주석(ITO) 및/또는 플루오르-도핑된 산화주석(FTO)을 언급할 수 있다. 추가적인 예는 아래에 제공된다.
또한, 횡방향 광학 센서의 하나 이상의 제 2 전극은 바람직하게는 완전히 또는 부분적으로 투명할 수 있다. 그러므로, 구체적으로, 하나 이상의 제 2 전극은 둘 이상의 부분 전극 및 둘 이상의 부분 전극과 접촉하는 하나 이상의 추가적인 전극 물질을 포함할 수 있다. 둘 이상의 부분 전극은 불투명할 수 있다. 예로서, 둘 이상의 부분 전극은 완전히 또는 부분적으로 금속으로 제조될 수 있다. 그러므로, 둘 이상의 부분 전극은 바람직하게는 센서 구역의 가장자리에 위치한다. 그러나, 둘 이상의 부분 전극은 바람직하게는 투명한 하나 이상의 추가적인 전극 물질에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 그러므로, 제 2 전극은 둘 이상의 부분 전극을 갖는 불투명한 테두리 및 하나 이상의 투명한 추가적인 전극 물질을 갖는 투명한 내부 구역을 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 언급된 하나 이상의 추가적인 전극 물질 같은 횡방향 광학 센서의 하나 이상의 제 2 전극은 완전히 또는 부분적으로 하나 이상의 전도성 중합체, 바람직하게는 투명한 전도성 중합체로 제조될 수 있다. 예로서, 0.01S/cm 이상, 바람직하게는 0.1S/cm 이상, 더욱 바람직하게는 1S/cm 이상, 심지어는 10S/cm 이상 또는 100S/cm 이상의 전기 전도율을 갖는 전도성 중합체를 사용할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 전도성 중합체는 폴리-3,4-에틸렌다이옥시티오펜(PEDOT), 바람직하게는 하나 이상의 대이온으로 전기적으로 도핑된 PEDOT, 더욱 바람직하게는 소듐 폴리스티렌 설포네이트로 도핑된 PEDOT(PEDOT:PSS); 폴리아닐린(PANI); 폴리티오펜으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 개략된 바와 같이, 전도성 중합체는 둘 이상의 부분 전극 사이에서 전기적 연결을 제공할 수 있다. 전도성 중합체는 오옴 비저항을 제공하여 전하 발생 위치를 결정하도록 할 수 있다. 바람직하게는, 전도성 중합체는 부분 전극 사이에 0.1 내지 20kΩ의 전기 비저항, 바람직하게는 0.5 내지 50kΩ의 전기 비저항, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 3.0kΩ의 전기 비저항을 제공한다.
일반적으로, 본원에 사용되는 전도성 물질은 104 미만, 103 미만, 102 미만 또는 10Ωm 미만의 비전기저항을 갖는 물질일 수 있다. 바람직하게는, 전도성 물질은 10-1 미만, 10-2 미만, 10-5 미만 또는 10-6Ωm 미만의 비전기저항을 갖는다. 가장 바람직하게는, 전도성 물질의 비전기저항은 5×10-7Ωm 미만이거나 또는 1×10-7Ωm 미만, 특히 알루미늄의 비전기저항 범위이다.
상기 개략된 바와 같이, 바람직하게는, 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및 종방향 광학 센서는 투명한 광학 센서이다. 그러므로, 하나 이상의 횡방향 광학 센서는 투명한 횡방향 광학 센서일 수 있고/있거나 하나 이상의 투명한 횡방향 광학 센서를 포함할 수 있다. 또한 또는 다르게는, 하나 이상의 종방향 광학 센서는 투명한 종방향 광학 센서일 수 있고/있거나 하나 이상의 투명한 종방향 광학 센서를 포함할 수 있다. 종방향 광학 센서의 스택 같은 복수개의 종방향 광학 센서가 제공되는 경우, 바람직하게는 복수개의 종방향 광학 센서 및/또는 스택의 모든 종방향 광학 센서, 또는 복수개의 종방향 광학 센서 및/또는 스택중 하나의 종방향 광학 센서를 제외한 모든 종방향 광학 센서가 투명하다. 예로서, 종방향 광학 센서가 검출기의 광학 축을 따라 배열되는 종방향 광학 센서의 스택이 제공되는 경우, 바람직하게는 물체로부터 멀리 향하는 최종 종방향 광학 센서를 제외한 모든 종방향 광학 센서가 투명한 종방향 광학 센서일 수 있다. 최종 종방향 광학 센서, 즉 물체로부터 멀리 향하는 스택 면 상의 종방향 광학 센서는 투명한 종방향 광학 센서 또는 불투명한 종방향 광학 센서일 수 있다. 예시적인 실시양태는 아래에 주어진다.
횡방향 광학 센서 및 종방향 광학 센서중 하나가 투명한 광학 센서이거나 또는 하나 이상의 투명한 광학 센서를 포함하는 경우, 광 빔은 횡방향 광학 센서 및 종방향 광학 센서중 다른 하나에 충돌하기 전에 투명한 광한 센서를 통해 통과할 수 있다. 그러므로, 물체로부터의 광 빔은 후속해서 횡방향 광학 센서 및 종방향 광학 센서에 도달할 수 있거나 또는 그 반대이다.
다른 실시양태는 횡방향 광학 센서와 종방향 광학 센서 사이의 관계를 언급한다. 그러므로, 원칙적으로, 횡방향 광학 센서와 종방향 광학 센서는 상기 개략된 바와 같이 적어도 부분적으로는 동일할 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 횡방향 광학 센서와 종방향 광학 센서는 적어도 부분적으로는 독립적인 광 검출기, 더욱 바람직하게는 독립적인 DSC 또는 sDSC 같은 독립적인 광학 센서일 수 있다.
상기 개략된 바와 같이, 횡방향 광학 센서와 종방향 광학 센서는 바람직하게는 광학 축을 따라 포개질 수 있다. 그러므로, 광학 축을 따라 이동하는 광 빔은 바람직하게는 후속해서 횡방향 광학 센서와 종방향 광학 센서 둘 다에 충돌할 수 있다. 그러므로, 광 빔은 횡방향 광학 센서 및 종방향 광학 센서를 통해 또는 그 역으로 후속 통과할 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시양태는 물체로부터 검출기로 전파되는 광 빔의 특성을 언급한다. 광 빔은 물체 자체에 의해 허락된다. 즉, 광 빔은 물체로부터 유래된다. 또한 또는 다르게는, 광 빔의 다른 광원도 실현가능하다. 그러므로, 아래에서 더욱 상세하게 개략되는 바와 같이, 하나 이상의 1차 선 또는 빔, 예컨대 소정 특징을 갖는 하나 이상의 1차 선 또는 빔을 사용함으로써 물체를 조명하는 하나 이상의 조명원을 제공한다. 후자의 경우, 물체로부터 검출기로 전파되는 광 빔은 물체 및/또는 물체에 연결된 반사 장치에 의해 반사되는 광 빔이다.
상기 개략된 바와 같이, 하나 이상의 종방향 센서 신호는 광 빔에 의한 동일한 총 조명 동력에서 하나 이상의 종방향 광학 센서의 센서 영역에서의 광 빔의 빔 단면에 따라 달라진다. 본원에 사용되는 용어 빔 단면은 일반적으로 광 빔의 측방향 폭 또는 특정 위치에서 광 빔에 의해 발생되는 광점을 가리킨다. 원형 광점이 발생되는 경우에는, 반경, 직경 또는 가우시안 빔 웨이스트 또는 가우시안 빔 웨이스트의 2배가 빔 단면의 척도로서 작용할 수 있다. 원형이 아닌 광점이 발생되는 경우에는, 원형이 아닌 광점과 동일한 면적을 갖는 원의 단면적을 결정(이는 또한 상당 빔 단면으로 일컬어짐)하는 것과 같은 임의의 다른 실현가능한 방식으로 단면을 결정할 수 있다.
그러므로, 광 빔에 의한 센서 영역의 동일한 총 조명 동력에서, 제 1 빔 직경 또는 빔 단면을 갖는 광 빔은 제 1 종방향 센서 신호를 발생시키는 한편, 제 1 빔 직경 또는 빔 단면과 상이한 제 2 빔 직경 또는 빔 단면을 갖는 광 빔은 제 1 종방향 센서 신호와는 상이한 제 2 종방향 센서 신호를 발생시킨다. 따라서, 종방향 센서 신호를 비교함으로써, 빔 단면, 특히 빔 직경에 대한 정보 또는 하나 이상의 정보 아이템을 생성시킬 수 있다. 이 효과의 세부사항에 대해서는, WO 2012/110924 A1 호를 참조할 수 있다. 특히, 물체로부터 검출기로 전파되는 광 빔의 하나 이상의 빔 특성이 공지되어 있는 경우, 하나 이상의 종방향 센서 신호와 물체의 종방향 위치 사이의 공지의 관계로부터 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 유도할 수 있다. 공지의 관계는 알고리즘으로써 및/또는 하나 이상의 보정 곡선으로서 평가 장치에 저장될 수 있다. 예로서, 특히 가우시안 빔의 경우, 빔 웨이스트와 종방향 좌표 사이의 가우시안 관계를 사용함으로써, 빔 직경 또는 빔 웨이스트와 물체의 위치 사이의 관계를 용이하게 유도할 수 있다.
FiP-효과(빔 단면 Φ이 종방향 광학 센서에 의해 발생되는 전력 P에 영향을 끼치는 효과를 나타냄)로도 일컬어지는 상기 언급된 효과는 WO 2012/110924 A1 호에 개시되어 있는 바와 같이 광 빔의 적절한 변조에 의해 달라질 수 있거나, 이러한 적절한 변조에 의해 강조될 수 있다. 그러므로, 바람직하게는, 검출기는 조명을 변조하기 위한 하나 이상의 변조 장치를 추가로 가질 수 있다. 검출기는 상이한 변조의 경우, 둘 이상의 종방향 센서 신호, 특히 각각 상이한 변조 주파수에서의 둘 이상의 센서 신호를 검출하도록 디자인될 수 있다. 이 경우, 평가 장치는 둘 이상의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 발생시키도록 디자인될 수 있다.
일반적으로, 종방향 광학 센서는 하나 이상의 종방향 센서 신호가 동일한 총 조명 동력에서 조명 변조의 변조 주파수에 따라 달라지도록 하는 방식으로 디자인될 수 있다. 추가적인 세부사항 및 예시적인 실시양태가 아래에 주어진다. 이러한 주파수 의존 특성은 구체적으로 DSC, 더욱 바람직하게는 sDSC에서 제공된다. 그러나, 다른 유형의 광학 센서, 바람직하게는 광 검출기, 더욱 바람직하게는 유기 광 검출기가 이러한 효과를 나타낼 수 있다.
바람직하게는, 횡방향 광학 센서 및 종방향 광학 센서는 둘 다 전극 및 광전변환 물질을 포함하는 층의 층 셋업을 갖는 박막 장치이며, 상기 층 셋업은 바람직하게는 1mm 이하, 더욱 바람직하게는 500㎛ 이하의 두께를 갖는다. 따라서, 횡방향 광학 센서의 센서 영역 및/또는 종방향 광학 센서의 센서 영역은 바람직하게는 각각 개별적인 장치의 표면에 의해 형성될 수 있는 센서 구역일 수 있거나 이러한 센서 구역을 포함할 수 있으며, 이 때 상기 표면은 물체 쪽으로 향하거나 물체로부터 멀리 향할 수 있다. 이로써, 센서 영역을 포함하는 일부 표면이 물체 쪽으로 향하고 다른 표면이 물체러부터 멀리 향할 수 있도록 하는 방식으로, 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및 하나 이상의 종방향 광학 센서를 배열할 수 있다. 스택을 통한 광 빔의 경로를 최적화하고/하거나 광 경로 내에서의 반사를 감소시키기는데 도움이 되는 개별 장치의 이러한 종류의 배열은, 임의의 이유로 또는 임의의 목적을 위해, 센서 영역이 물체 쪽으로 향할 수 있는 1개, 2개, 3개 또는 그 이상의 장치가 센서 영역이 물체로부터 멀리 향할 수 있는 1개, 2개, 3개 또는 그 이상의 장치와 교대하는 것과 같은 교대 방식으로 실현될 수 있다.
바람직하게는, 횡방향 광학 센서의 센서 영역 및/또는 종방향 광학 센서의 센서 영역은 장치 하나당 하나의 연속적인 센서 구역 또는 센서 표면 같은 하나의 연속적인 센서 영역에 의해 형성될 수 있다. 그러므로, 바람직하게는, 종방향 광학 센서의 센서 영역, 또는 복수개의 종방향 광학 센서가 제공되는 경우(종방향 광학 센서의 스택으로서)에는 종방향 광학 센서의 각 센서 영역이 정확하게 하나의 연속적인 센서 영역에 의해 형성될 수 있다. 종방향 센서 신호는 바람직하게는 종방향 광학 센서의 전체 센서 영역에 있어서 균일한 센서 신호이거나, 또는 복수개의 종방향 광학 센서가 제공되는 경우에는 각 종방향 광학 센서의 각 센서 영역에 있어서 균일한 센서 신호이다.
하나 이상의 횡방향 광학 센서 및/또는 하나 이상의 종방향 광학 센서는 각각 독립적으로 1mm2 이상, 바람직하게는 5mm2 이상의 감지 구역(센서 구역이라고도 함), 예를 들어 5mm2 내지 1000cm2의 센서 구역, 바람직하게는 7mm2 내지 100cm2의 센서 구역, 더욱 바람직하게는 1cm2의 센서 구역을 제공하는 센서 영역을 가질 수 있다. 센서 구역은 바람직하게는 정사각형의 기하학적 형태 같은 직사각형의 기하학적 형태를 갖는다. 그러나, 다른 기하학적 형태 및/또는 센서 구역도 실현가능하다.
종방향 센서 신호는 바람직하게는 전류(예컨대, 광 전류) 및 전압(예를 들어, 광 전압)으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 유사하게, 횡방향 센서 신호는 바람직하게는 전류(예를 들어, 광 전류) 및 전압(예컨대, 광 전압), 또는 전류 및/또는 전압의 몫 같은 이들로부터 유도되는 임의의 신호로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 예를 들어 평균을 구하고/구하거나 여과함으로써 미가공 센서 신호로부터 정제된 센서 신호를 유도하기 위하여, 종방향 센서 신호 및/또는 횡방향 센서 신호를 미리 처리할 수 있다.
일반적으로, 종방향 광학 센서는 하나 이상의 반도체 검출기, 특히 하나 이상의 유기 물질을 포함하는 유기 반도체 검출기, 바람직하게는 유기 태양 전지, 특히 바람직하게는 염료 태양 전지 또는 염료-증감된 태양 전지, 구체적으로 고체 염료 태양 전지 또는 고체 염료-증감된 태양 전지를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 종방향 광학 센서는 DSC 또는 sDSC이거나 이들을 포함한다. 그러므로, 바람직하게는, 종방향 광학 센서는 하나 이상의 제 1 전극, 하나 이상의 n-반도체성 금속 산화물, 하나 이상의 염료, 하나 이상의 p-반도체성 유기 물질, 바람직하게는 고체 p-반도체성 유기 물질, 및 하나 이상의 제 2 전극을 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 종방향 광학 센서는 하나 이상의 DSC, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 sDSC를 포함한다. 상기 개략된 바와 같이, 바람직하게는 하나 이상의 종방향 광학 센서는 투명한 종방향 광학 센서이거나 또는 하나 이상의 투명한 종방향 광학 센서를 포함한다. 그러므로, 바람직하게는, 제 1 전극 및 제 2 전극은 둘 다 투명하거나, 또는 복수개의 종방향 광학 센서가 제공되는 경우에는 제 1 전극과 제 2 전극이 모두 투명하도록 하나 이상의 종방향 광학 센서를 디자인한다.
상기 개략된 바와 같이, 종방향 광학 센서의 스택이 제공되는 경우에는, 바람직하게는 스택의 종방향 광학 센서중 일부가 투명하고, 심지어는 스택의 최종 종방향 광학 센서만 제외하고 모두가 투명하다. 스택의 최종 종방향 광학 센서, 즉 물체로부터 가장 멀리 떨어진 스택의 종방향 광학 센서는 투명하거나 불투명할 수 있다. 스택은 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및 하나 이상의 종방향 광학 센서 외에, 횡방향 광학 센서, 종방향 광학 센서(촬영 장치로도 불림) 및 촬영 센서중 하나 이상으로서의 기능을 할 수 있는 하나 이상의 추가적인 광학 센서를 포함할 수 있다.
그러므로, 광 빔이 촬영 장치에 충돌할 때까지 투명한 종방향 광학 센서의 스택을 통해 이동하도록 하는 방식으로, 촬영 장치를 광 빔의 광학 경로에 위치시킬 수 있다.
따라서, 통상적으로, 검출기는 하나 이상의 촬영 장치, 즉 하나 이상의 영상을 획득할 수 있는 장치를 추가로 포함할 수 있다. 촬영 장치는 다양한 방식으로 실현될 수 있다. 그러므로, 촬영 장치는 예를 들어 검출기 하우징 내의 검출기의 일부일 수 있다. 그러나, 다르게는 또는 부가적으로, 촬영 장치는 또한 예컨대 별도의 촬영 장치로서 검출기 하우징 외부에 배열될 수도 있다. 다르게는 또는 추가로, 촬영 장치는 또한 검출기 또는 심지어 검출기의 일부에 연결될 수 있다. 바람직한 설비에서, 투명항 종방향 광학 센서의 스택 및 촬영 장치는 광 빔이 이동하는 공통 광학 축을 따라 정렬된다. 그러나, 다른 배열도 가능하다.
또한, 검출기는 광학 렌즈 같은 하나 이상의 전달 장치(이는 후에 더욱 상세하게 기재되며, 공통 광학 축을 따라 또한 배열될 수 있음)를 포함할 수 있다. 예로서, 물체로부터 방출되는 광 빔은 이 경우 제일 먼저 하나 이상의 전달 장치를 통해, 그 후에는 투명한 종방향 광학 센서의 스택을 통해 마지막으로 촬영 장치에 충동할 때까지 이동할 수 있다.
본원에 사용되는 촬영 장치는 통상 물체 또는 그의 일부의 1차원, 2차원 또는 3차원 영상을 생성시킬 수 있는 장치로서 이해된다. 특히, 하나 이상의 임의적인 촬영 장치를 갖거나 갖지 않는 검출기는 온전히 또는 부분적으로 IR 카메라 또는 RGB 카메라, 즉 세 가지 별도의 연결부에 적색, 녹색 및 청색으로 지칭되는 세 가지 기본 색상을 전달하도록 디자인된 카메라로서 사용될 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 촬영 장치는 픽셀 형성된 유기 카메라 요소, 바람직하게는 픽셀 형성된 유기 카메라 칩; 픽셀 형성된 무기 카메라 요소, 바람직하게는 픽셀 형성된 무기 카메라 칩, 더욱 바람직하게는 CCD- 또는 CMOS-칩; 단색 카메라 요소, 바람직하게는 단색 카메라 칩; 다색 카메라 요소, 바람직하게는 다색 카메라 칩; 총 천연색 카메라 요소, 바람직하게는 총 천연색 카메라 칩으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 촬영 장치일 수 있거나 그러한 촬영 장치를 포함할 수 있다. 촬영 장치는 단색 촬영 장치, 다색 촬영 장치 및 하나 이상의 총 천연색 촬영 장치로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 장치일 수 있거나 그러한 장치를 포함할 수 있다. 당 업자가 알게 되는 바와 같이, 필터 기법을 이용함으로써 및/또는 고유 색상 감도 또는 다른 기법을 이용함으로써 다색 촬영 장치 및/또는 총 천연색 촬영 장치를 생성시킬 수 있다. 촬영 장치의 다른 실시양태도 가능하다.
촬영 장치는 물체의 복수개의 부분적인 영역을 연속적으로 및/또는 동시에 촬영하도록 디자인될 수 있다. 예로서, 물체의 부분적인 영역은 예를 들어 촬영 장치의 해상도 한계에 의해 범위가 정해지고 그로부터 전자기선이 방출되는 물체의 1차원, 2차원 또는 3차원 영역일 수 있다. 이와 관련하여, 촬영은 물체의 개별적인 부분적인 영역으로부터 방출되는 전자기선이 예컨대 검출기의 하나 이상의 임의적인 전달 장치에 의해 촬영 장치 내로 공급됨을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 전자기선은 물체 자체에 의해 예를 들어 발광성 선의 형태로 발생될 수 있다. 다르게는 또는 부가적으로, 하나 이상의 검출기는 물체를 조명하기 위한 하나 이상의 조명원을 포함할 수 있다.
구체적으로, 촬영 장치는 예를 들어 스캐닝 방법에 의해, 특히 하나 이상의 행 스캔 및/또는 선 스캔을 이용하여, 복수개의 부분적인 영역을 연속적으로 촬영하도록 디자인될 수 있다. 그러나, 다른 실시양태, 예를 들어 복수개의 부분적인 영역을 동시에 촬영하는 실시양태도 가능하다. 촬영 장치는 물체의 부분적인 영역의 이러한 촬영동안 부분적인 영역에 관련된 신호, 바람직하게는 전자 신호를 발생시키도록 디자인된다. 신호는 아날로그 및/또는 디지털 신호일 수 있다. 예로서, 전자 신호는 각 부분적인 영역에 관련될 수 있다. 따라서, 전자 신호는 동시에 또는 일시적으로 시차를 두는 방식으로 생성될 수 있다. 예로서, 행 스캔 또는 선 스캔 동안, 물체의 부분적인 영역에 상응하는 일련의 전자 신호를 발생시킬 수 있는데, 이들 신호는 예를 들어 함께 하나의 선을 이룬다. 또한, 촬영 장치는 전자 신호의 처리 및/또는 예비 처리를 위해 하나 이상의 필터 및/또는 아날로그-디지털-전환장치 같은 하나 이상의 신호 처리 장치를 포함할 수 있다.
상기 개략된 바와 같이, 하나 이상의 종방향 광학 센서는 투명하거나 불투명할 수 있거나, 또는 하나 이상의 투명한 종방향 광학 센서를 포함할 수 있다. 하나 이상의 투명한 종방향 광학 센서와 하나 이상의 불투명한 종방향 광학 센서의 조합이 가능하다.
다른 바람직한 실시양태에서, 최종 종방향 광학 센서는 불투명할 수 있다. 이를 위해, 물체로부터 이동하고 최종 종방향 광학 센서에 충돌할 수 있는 광 빔에 의해 비춰지는 최종 종방향 광학 센서의 적어도 일부는 불투명한 광학 특성을 나타내는 광학 센서 물질, 바람직하게는 무기 광학 센서 물질 및/또는 유기 광학 센서 물질 및/또는 하이브리드 유기-무기 광학 센서 물질을 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 불투명한 전극을 이용함으로써 불투명성을 획득할 수도 있다. 이 실시양태에서, 최종 종방향 광학 센서는 물체 쪽으로 향하는 그의 전극이 투명한 반면 물체로부터 멀리 향하는 그의 전극이 불투명할 수 있도록, 또는 그 반대로 디자인될 수 있다. 또한 또는 다르게는, 최종 종방향 광학 센서를 구성할 수 있는 n-반도체성 금속 산화물중 하나 이상, 염료중 하나 이상 및/또는 p-반도체성 유기 물질중 하나 이상에 대해 불투명한 광학 특성을 나타내는 개별적인 물질이 선택될 수 있다.
상기 개략된 바와 같이, 검출기는 하나 이상의 촬영 장치를 포함할 수 있다. 촬영 장치는 완전히 또는 부분적으로 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및 하나 이상의 종방향 광학 센서와는 독립적인 촬영 장치로서 실현될 수 있다. 또한 또는 다르게는, 하나 이상의 임의적인 촬영 장치는 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및 하나 이상의 종방향 광학 센서중 하나 또는 둘 다와 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 그러므로, 예로서, 촬영 장치는 광점의 횡방향 위치를 결정하는데 사용될 수 있고, 따라서 횡방향 광학 센서로서 또는 그의 부품으로서 사용될 수 있다.
상기 개략된 바와 같이, 검출기는 둘 이상의 광학 센서의 스택을 포함할 수 있는데, 둘 이상의 광학 센서는 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및 하나 이상의 종방향 광학 센서, 및 임의적으로 하나 이상의 촬영 장치를 포함한다. 따라서, 예로서, 스택은 하나 이상의 횡방향 광학 센서, 하나 이상의 종방향 광학 센서(바람직하게는, 하나 이상의 투명한 종방향 광학 센서) 및 임의적으로는 물체로부터 가장 먼 위치에 하나 이상의 촬영 장치, 바람직하게는 CCD 또는 CMOS 칩 같은 하나 이상의 불투명한 촬영 장치를 포함할 수 있다.
둘 이상의 광학 센서의 스택은 임의적으로는 인터페이스에서의 반사를 피하고/피하거나 감소시키기 위하여 오일, 액체 및/또는 고체 물질에 부분적으로 또는 완전히 침지될 수 있다. 이로써, 오일, 액체 및/또는 고체 물질은 바람직하게는 적어도 자외선, 가시광선 및/또는 적외선 스펙트럼 범위의 일부에 걸쳐 우선적으로는 고도로 투명할 수 있다. 바람직한 실시양태에서는, 둘 이상의 광학 센서 사이의 영역에 하나 이상의 경화성 성분을 삽입하고, 입사광, 특히 자외선 범위 내의 광에 의해서 및/또는 실온보다 높은 온도 또는 실온 미만의 온도를 가함으로써(이 처리에 의해 경화성 성분이 경화됨), 우선적으로는 경화성 성분을 고체 물질로 경화시키는 것과 같은 처리를 경화성 성분에 함으로써, 고체 물질을 생성시킬 수 있다. 다르게는, 둘 이상의 광학 센서 사이의 영역에 둘 이상의 상이한 경화성 성분을 삽입할 수 있는데, 이 때 둘 이상의 상이한 경화성 성분은 이들 경화성 성분이 상기 나타낸 처리에 의해 또는 처리 없이 고체 물질로 경화되기 시작하는 방식으로 선택된다. 그러나, 투명한 고체 물질을 제공하는 다른 처리 및/또는 다른 절차가 가능할 수 있다. 그러므로, 스택의 하나 이상의 광학 센서를 완전히 또는 부분적으로 오일 및/또는 액체에 침지시키고/시키거나 고체 물질로 덮을 수 있다.
다르게는 또는 부가적으로, 둘 이상의 광학 센서 사이의 영역은 오일, 액체 및/또는 고체 물질로 부분적으로 또는 완전히 채워질 수 있다. 이에 의해, 성분은 영역의 한 면 또는 양 면에서 성분과 서로 접하는 광학 센서의 굴절률과는 상이할 수 있는 값을 갖는 굴절률을 바람직하게 나타낼 수 있다. 그러나, 이 영역에 추가적인 성분을 삽입하는 경우에는 그 사이의 최소 간격을 관찰하기 위하여 스택 내에 광학 센서를 필요로 할 수 있다.
둘 이상의 광학 센서가 사용되는 스택의 경우, 스택의 최종 광학 센서는 투명하거나 불투명할 수 있다. 그러므로, 불투명한 무기 광학 센서를 물체로부터 가장 먼 위치에 사용할 수 있다. 예로서, 스택의 최종 광학 센서는 하나 이상의 CCD 또는 CMOS 칩, 바람직하게는 총 천연색 CCD 또는 CMOS 칩 같은 하나 이상의 임의적인 촬영 장치를 포함할 수 있다.
그러므로, 불투명한 최종 광학 센서를 촬영 장치로서 사용할 수 있으며, 이 때 촬영 장치는 광 빔이 투명한 광학 센서의 스택을 통하기 전부터 촬영 장치와 충돌할 때까지 이동한 후 광 빔과 충돌한다. 특히, 상기 기재된 바와 같이, 촬영 장치는 완전히 또는 부분적으로 IR 카메라 또는 RGB 카메라 같은 카메라로서 사용될 수 있다. 이로써, 불투명한 최종 광학 센서는 촬영 장치로서 다양한 방식으로 실현될 수 있다. 그러므로, 불투명한 최종 광학 센서는 예컨대 검출기 하우징 내의 검출기의 일부일 수 있다. 그러나, 다르게는 또는 부가적으로, 불투명한 최종 광학 센서는 예를 들어 별도의 촬영 장치로서 검출기 하우징 밖에 배열될 수도 있다.
하나 이상의 횡방향 광학 센서, 하나 이상의 종방향 광학 센서 및 임의적인 하나 이상의 촬영 장치를 포함하는 스택은 스택의 요소가 검출기의 광학 축을 따라 배열되도록 디자인될 수 있다. 스택의 최종 요소는 바람직하게는 불투명한 횡방향 광학 센서, 불투명한 종방향 광학 센서 및 불투명한 CCD 또는 CMOS 칩 같은 불투명한 촬영 장치로 이루어진 군으로부터 선택되는 불투명한 광학 센서일 수 있다.
바람직한 설비에서, 하나 이상의 횡방향 광학 센서, 하나 이상의 종방향 광학 센서, 및 임의적으로는 하나 이상의 촬영 장치를 포함하는 스택은 검출기의 공통 광학 축(이를 따라 광 빔이 이동할 수 있음)을 따라 배열될 수 있다. 스택이 복수개의 광학 센서를 함유하는 경우, 하나 이상의 횡방향 광학 센서, 하나 이상의 종방향 광학 센서 및 임의적으로 하나 이상의 촬영 장치를 포함하는 광학 센서는 검출기의 광학 축을 따라 배열될 수 있으며, 이 때 광학 센서중 하나 이상은 투명한 광학 센서이고, 광학 센서중 하나 이상은 불투명한 광학 센서이며, 불투명한 광학 센서는 바람직하게는 물체로부터 가장 멀리 위치한다. 그러나, 다른 배열도 가능하다.
다른 바람직한 실시양태에서, 불투명한 최종 광학 센서는 하나 이상의 화소 매트릭스를 가지며, 이 때 '매트릭스'는 통상적으로 공간에서의 복수개의 화소의 배열을 가리키는데, 이 배열은 선형 배열 또는 구역 배열일 수 있다. 따라서, 일반적으로, 매트릭스는 1차원 매트릭스 및 2차원 매트릭스로 이루어진 군으로부터 바람직하게 선택된다. 예로서, 매트릭스는 100 내지 100 000 000 화소, 바람직하게는 1 000 내지 1 000 000화소, 더욱 바람직하게는 10 000 내지 500 000화소를 포함할 수 있다. 가장 바람직하게는, 매트릭스는 행 및 열로 배열된 화소를 갖는 직사각형 매트릭스이다.
본원에 또한 사용되는 화소는 일반적으로 광 신호를 발생시키도록 구성된 광학 센서의 최소 균일 단위 같은 광학 센서의 감광성 요소를 가리킨다. 예로서, 각 화소는 1㎛2 내지 5 000 000㎛2, 바람직하게는 100㎛2 내지 4 000 000㎛2, 바람직하게는 1 000㎛2 내지 1 000 000㎛2, 더욱 바람직하게는 2 500㎛2 내지 50 000㎛2의 감광성 면적을 가질 수 있다. 불투명한 최종 광학 센서는 각 화소에 있어서의 조명 강도를 나타내는 하나 이상의 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다. 그러므로, 예로서, 불투명한 최종 광학 센서는 각 화소에 대해 하나 이상의 전자 신호를 발생시키도록 구성될 수 있고, 이 때 각 신호는 개별 화소에 있어서의 조명 강도를 나타낸다. 신호는 아날로그 및/또는 디지털 신호일 수 있다. 또한, 검출기는 하나 이상의 신호를 처리 및/또는 예비 처리하기 위한 하나 이상의 필터 및/또는 아날로그-디지털-변환장치 같은 하나 이상의 신호 처리 장치를 포함할 수 있다.
화소 매트릭스를 갖는 불투명한 최종 광학 센서는 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩 같은 무기 반도체 센서 장치; 유기 반도체 센서 장치로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 후자의 경우, 예로서, 광학 센서는 예를 들어 화소 매트릭스를 갖는 하나 이상의 유기 광전변환 장치를 포함할 수 있다. 본원에 사용되는 유기 광전변환 장치는 일반적으로 하나 이상의 유기 감광성 요소 및/또는 하나 이상의 유기 층을 갖는 장치를 가리킨다. 여기에서는, 통상적으로 유기 태양 전지 및/또는 하나 이상의 유기 감광성 층을 갖는 임의적인 장치 같은 임의의 유형의 유기 광전변환 장치를 사용할 수 있다. 예로서, 유기 태양 전지 및/또는 염료-증감된 유기 태양 전지가 포함될 수 있다. 또한, 무기-유기 광전변환 장치 같은 하이브리드 장치를 사용할 수 있다.
다른 바람직한 실시양태는 평가 장치를 언급한다. 그러므로, 평가 장치는 바람직하게는 공지의 조명 동력을 고려하여, 또한 임의적으로는 조명이 변조되는 변조 주파수를 고려하여, 조명의 기하학적 형태와 검출기에 대한 물체의 상대적인 위치 사이의 하나 이상의 소정 관계로부터 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 발생시키도록 디자인될 수 있다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 검출기는 하나 이상의 전달 장치를 포함할 수 있으며, 이 때 전달 장치는 물체로부터 방출되는 광을 횡방향 광학 센서 및 종방향 광학 센서에 바람직하게는 후속 공급하도록 디자인된다. 세부사항 및 바람직한 실시양태는 아래에 기재된다.
상기 개략된 바와 같이, 검출기의 물체로부터 전파되는 광 빔은 물체로부터 유래될 수 있거나 또는 임의의 다른 광원으로부터 유래될 수 있다. 그러므로, 물체 자체가 광 빔을 방출할 수 있다. 또한 또는 다르게는, 1차 광을 발생시키는 조명원을 사용함으로써 물체를 비추는데, 이 때 물체는 1차 광을 탄력적으로 또는 비탄력적으로 반사시킴으로써 검출기로 전파되는 광 빔을 발생시킨다. 조명원 자체가 검출기의 일부일 수 있다. 그러므로, 검출기는 하나 이상의 조명원을 포함할 수 있다. 조명원은 일반적으로 물체에 적어도 부분적으로 연결되고/되거나 적어도 부분적으로 물체와 동일한 조명원; 적어도 부분적으로 1차 선, 바람직하게는 1차 광으로 물체를 비추도록 디자인된 조명원으로부터 선택될 수 있으며, 이 때 광 빔은 바람직하게는 물체 상에서의 1차 선의 반사에 의해 및/또는 1차 선에 의해 자극된 물체 자체에 의한 발광에 의해 발생된다.
상기 나타낸 바와 같이, 검출기는 바람직하게는 복수개의 종방향 광학 센서를 갖는다. 더욱 바람직하게는, 복수개의 종방향 광학 센서는 예컨대 검출기의 광학 축을 따라 포개진다. 그러므로, 종방향 광학 센서는 종방향 광학 센서 스택을 형성할 수 있다. 종방향 광학 센서 스택은 바람직하게는 종방향 광학 센서의 센서 영역이 광학 축에 수직으로 배향되도록 배향될 수 있다. 그러므로, 예로서, 단일 종방향 광학 센서의 센서 구역 또는 센서 표면은 평행하게 배향될 수 있으며, 이 때 10°이하, 바람직하게는 5° 이하의 각 공차 같은 약간의 각 공차는 허용된다.
포개진 종방향 광학 센서가 제공되는 경우, 하나 이상의 횡방향 광학 센서는 바람직하게는 완전히 또는 부분적으로 물체를 향하는 포개진 종방향 광학 센서의 면 상에 위치한다. 그러나, 다른 실시양태도 가능하다. 그러므로, 한 실시양태에서는, 하나 이상의 횡방향 광학 센서가 완전히 또는 부분적으로 물체로부터 멀리 향하는 종방향 광학 센서 스택의 면 상에 위치한다. 다시, 추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 횡방향 광학 센서가 완전히 또는 부분적으로 종방향 광학 센서 스택 사이에 위치하는 실시양태가 실현가능하다.
물체로부터의 광 빔이 모든 종방향 광학 센서를 바람직하게는 연속적으로 비추도록 종방향 광학 센서를 바람직하게 배열한다. 구체적으로 이 경우에는, 바람직하게는, 각 종방향 광학 센서에 의해 하나 이상의 종방향 센서 신호가 발생된다. 이 실시양태가 특히 바람직한데, 왜냐하면 광 빔의 전체적인 동력 또는 강도가 공지되지 않더라도, 종방향 광학 센서의 포개진 셋업이 신호의 용이하고 효율적인 정규화를 가능케 하기 때문이다. 따라서, 하나의 동일한 광 빔에 의해 하나의 종방향 센서 신호가 발생되는 것으로 알려질 수 있다. 그러므로, 평가 장치는 종방향 센서 신호를 정규화하고 광 빔의 강도와는 독립적인 물체의 종방향 위치에 대한 정보를 생성시키도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 하나의 동일한 광 빔에 의해 단일 종방향 센서 신호가 생성되는 경우, 단일 종방향 센서 신호에서의 차이는 단일 종방향 광학 센서의 개별적인 센서 영역의 위치에서 광 빔의 단면의 차이에만 기인한다는 사실을 이용할 수 있다. 그러므로, 단일 종방향 센서 신호를 비교함으로써, 광 빔의 전체 동력을 모르는 경우에라도 빔 단면에 대한 정보를 생성시킬 수 있다. 빔 단면으로부터, 특히 광 빔의 단면과 물체의 종방향 위치 사이의 공지 관계를 이용함으로써, 물체의 종방향 위치에 대한 정보를 얻을 수 있다.
또한, 광 빔의 빔 단면과 물체의 종방향 위치 사이의 공지된 관계에서의 애매모호함을 해결하기 위하여, 평가 장치에 의해 종방향 광학 센서의 전술한 포개기 및 이들 포개진 종방향 광학 센서에 의한 복수개의 종방향 센서의 생성을 이용할 수 있다. 그러므로, 물체로부터 검출기로 전파되는 광 빔의 빔 특성이 완전히 또는 부분적으로 알려져 있다 하더라도, 다수의 빔에서, 빔 단면이 초점에 도달하기 전에 좁아지고 그 후 다시 넓어지는 것을 알게 된다. 따라서, 광 빔이 가장 좁은 빔 단면을 갖는 초점 전에 또한 후에, 이 광 빔이 동일한 단면적을 갖는 위치가 광 빔의 전파 축을 따라 발생한다. 그러므로, 예로서, 초점 전 및 후의 거리 z0에서, 광 빔의 단면은 동일하다. 따라서, 하나의 종방향 광학 센서만이 사용되는 경우에는, 광 빔의 전체적인 동력 또는 강도가 알려져 있는 경우 광 빔의 특정 단면이 결정된다. 이 정보를 이용함으로써, 초점으로부터 개별적인 종방향 광학 센서의 거리 z0이 결정된다. 그러나, 개별적인 종방향 광학 센서가 초점 전에 위치하는지 또는 초점 뒤에 위치하는지의 여부를 결정하기 위하여, 물체 및/또는 검출기의 이동 이력 및/또는 검출기가 초점 전에 위치하는지 또는 초점 뒤에 위치하는지의 여부에 대한 정보 같은 추가적인 정보가 필요하다. 전형적인 상황에서, 이 추가적인 정보는 제공되지 않을 수 있다. 그러므로, 복수개의 종방향 광학 센서를 사용함으로써, 상기 언급된 애매모호함을 해결하기 위하여 추가적인 정보를 얻을 수 있다. 그러므로, 평가 장치의 경우에는, 종방향 센서 신호를 평가함으로써, 제 1 종방향 광학 센서 상에서의 광 빔의 빔 단면이 제 2 종방향 광학 센서(이 때, 제 2 종방향 광학 센서는 제 1 종방향 광학 센서 뒤에 위치함) 상의 광 빔의 빔 단면적보다 더 큼을 인식하고, 평가 장치는 광 빔이 여전히 좁아지고 있고 제 1 종방향 광학 센서의 위치가 광 빔의 초점 전에 위치한다고 결정할 수 있다. 반대로, 제 1 종방향 광학 센서 상의 광 빔의 빔 단면이 제 2 종방향 광학 센서 상의 광 빔의 빔 단면보다 더 작은 경우, 평가 장치는 광 빔이 넓어지고 있고 제 2 종방향 광학 센서의 위치가 초점 뒤에 위치한다고 결정할 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 평가 장치는 상이한 종방향 센서의 종방향 센서 신호를 비교함으로써 광 빔이 넓어지는지 또는 좁아지는지의 여부를 인식하도록 구성될 수 있다.
물체의 하나 이상의 종방향 좌표에 덧붙여, 물체의 하나 이상의 횡방향 좌표를 결정할 수 있다. 그러므로, 통상적으로, 평가 장치는 하나 이상의 횡방향 광학 센서(이는 아래에 더욱 상세하게 개략되는 바와 같이 화소 형성된 횡방향 광학 센서, 구획화된 횡방향 광학 센서 또는 대면적 횡방향 광학 센서일 수 있음) 상의 광 빔의 위치를 결정함으로써 물체의 하나 이상의 횡방향 좌표를 결정하는데 또한 적합화될 수 있다.
그러므로, 화소 형성된 횡방향 광학 센서가 사용되는 경우 및/또는 하나 이상의 횡방향 광학 센서가 화소 매트릭스를 갖는 하나 이상의 화소 형성된 광학 센서를 포함하는 경우, 평가 장치는 광 빔에 의한 하나 이상의 매트릭스의 조명 중심을 결정하도록 구성될 수 있으며, 이 때 물체의 하나 이상의 횡방향 좌표는 조명 중심의 하나 이상의 좌표를 평가함으로써 결정된다. 따라서, 조명 중심의 좌표는 조명 중심의 화소 좌표일 수 있다. 예로서, 매트릭스는 화소의 행 및 열을 포함할 수 있으며, 이 때 매트릭스 내의 광 빔의 행 수 및/또는 광 빔의 중심은 x-좌표를 제공할 수 있고, 매트릭스 내의 광 빔의 열 수 및/또는 광 빔의 중심은 y-좌표를 제공할 수 있다.
상기 개략된 바와 같이, 검출기는 하나 이상의 광학 센서의 스택을 포함할 수 있고, 광학 센서는 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및 하나 이상의 종방향 광학 센서, 및 임의적으로는 하나 이상의 촬영 장치를 포함한다. 광학 센서의 스택은 하나 이상의 종방향 광학 센서 스택을 포함할 수 있는데, 이는 종방향 광학 센서의 스택이고 둘 이상의 종방향 광학 센서를 포개진 방식으로 갖는다. 종방향 광학 센서 스택은 바람직하게는 3개 이상의 종방향 광학 센서, 더욱 바람직하게는 4개 이상의 종방향 광학 센서, 더더욱 바람직하게는 5개 이상의 종방향 광학 센서, 또는 심지어는 6개 이상의 종방향 광학 센서를 포함할 수 있다. 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 추적함으로써, 심지어 광 빔의 빔 프로파일을 평가한다.
복수개의 광학 센서가 포개진 방식으로 및/또는 다른 배열로 배열될 수 있는 복수개의 종방향 광학 센서를 사용하는 경우, 종방향 광학 센서는 동일한 스펙트럼 감도를 가질 수 있거나 또는 상이한 스펙트럼 강도를 제공할 수 있다. 그러므로, 예로서, 둘 이상의 종방향 광학 센서는 상이한 스펙트럼 감도를 가질 수 있다. 본원에 사용되는 용어 스펙트럼 감도는 통상적으로 동일한 광 빔 동력에 있어서 광학 센서의 센서 신호가 광 빔의 파장에 따라 달라질 수 있다는 사실을 가리킨다. 그러므로, 일반적으로, 둘 이상의 광학 센서는 이들의 스펙트럼 특성과 관련하여 상이할 수 있다. 통상적으로, 광학 센서에 대해 상이한 유형의 염료 또는 다른 흡수 물질 같은 상이한 유형의 흡수 물질을 사용함으로써 이 실시양태를 달성할 수 있다.
바람직하게는, 하나 이상의 횡방향 광학 센서는 하나 이상의 투명한 기판을 사용한다. 유사하게, 바람직하게는, 하나 이상의 종방향 광학 센서는 하나 이상의 투명한 기판을 사용한다. 종방향 광학 센서의 스택 같은 복수개의 종방향 광학 센서를 사용하는 경우, 바람직하게는 이들 종방향 광학 센서중 하나 이상은 투명한 기판을 사용한다. 이 때, 복수개의 광학 센서에 사용되는 기판은 동일한 특성을 나타낼 수 있거나, 또는 특히 기판에 관련된 기하학적 양 및/또는 물질 양, 예를 들어 각 기판의 두께, 형상 및/또는 굴절률과 관련하여 서로 상이할 수 있다. 그러므로, 동일한 평면상 유리 판을 스택 내의 복수개의 광학 센서에 사용할 수 있다. 반면, 특히 스택 내에서 광 경로를 최적화하기 위하여, 특별하게는 본원의 다른 부분에 기재된 바와 같은 FiP- 효과를 활용하는데 특히 적합한 광학 축 상의 영역을 따라 광 경로를 유도하기 위하여, 복수개의 광학 센서 내의 일부 광학 센서 또는 각각의 광학 센서에 상이한 기판을 사용할 수 있다. 이와 관련하여, 개별적인 기판을 통해 이동하는 광 빔에 의해 횡단되는 광 경로에 의해 한정될 수 있는 일부 기판 또는 각 기판의 두께는 특히 광 빔의 반사를 감소시키거나 증가시키거나 심지어는 최대화시키기 위하여 변화될 수 있다.
또한 또는 다르게는, 복수개의 광학 센서에 사용되는 기판은 평면, 평면-볼록면, 평면-오목면, 양면 볼록면, 양면 오목면 또는 광학 목적을 위해 사용될 수 있는 임의의 다른 형태(예컨대, 렌즈 또는 프리즘)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있는 상이한 형상을 나타냄으로써 상이할 수 있다. 이 때, 기판은 강성 또는 가요성일 수 있다. 적합한 기판은 금속 호일뿐만 아니라 특히 플라스틱 시트 또는 필름, 특별히 유리 시트 또는 유리 필름이다. 형상-변화 중합체 같은 형상-변화 물질은 가요성 기판으로서 우선적으로 사용될 수 있는 물질의 예를 구성한다. 또한, 기판은 특히 입사광 빔의 반사를 감소시키고/시키거나 변화시키기 위하여 덮이거나 코팅될 수 있다. 예로서, 기판은 임의의 목적을 위해 기판 뒤에서의 광학 축의 분할이 요구될 수 있는 셋업에서 특히 유용한 거울 효과(예컨대, 색 선별 거울 효과)를 나타내는 방식으로 성형될 수 있다.
추가로 또는 다르게는, 광학 센서 앞에서 하나 이상의 필터(예컨대, 색상 필터) 같은 하나 이상의 파장-선택적인 요소를 사용함으로써 및/또는 하나 이상의 프리즘을 사용함으로써 및/또는 하나 이상의 색 선별 거울을 사용함으로써 및/또는 하나 이상의 색 변환 요소를 사용함으로써와 같은, 광학 센서 및/또는 검출기 내로 실행되는 다른 수단에 의해, 광학 센서의 상이한 스펙트럼 특성을 생성시킬 수 있다. 그러므로, 복수개의 종방향 광학 센서가 제공되는 경우, 하나 이상의 종방향 광학 센서는 특수한 투과 또는 반사 특징을 갖는 색상 필터 같은 파장-선택적인 요소를 포함함으로써 광학 센서의 상이한 스펙트럼 특성을 생성시킬 수 있다. 또한, 종방향 광학 센서는 모두 유기 광학 센서일 수 있거나, 모두 무기 광학 센서일 수 있거나, 모두 하이브리드 유기-무기 광학 센서일 수 있거나, 또는 유기 광학 센서, 무기 광학 센서 및 하이브리드 유기-무기 광학 센서로 구성되는 군으로부터 선택되는 둘 이상의 광학 센서의 임의적인 조합을 포함할 수 있다.
종방향 광학 센서중 둘 이상이 그들의 개별적인 스펙트럼 감도와 관련하여 상이한 복수개의 종방향 광학 센서가 사용되는 경우, 평가 장치는 통상 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 종방향 광학 센서의 센서 신호를 비교함으로써 광 빔의 색상을 결정하도록 구성될 수 있다. 본원에 사용되는 표현 "색상을 결정한다"는 일반적으로 광 빔에 대한 하나 이상의 스펙트럼 정보 아이템을 생성시키는 단계를 가리킨다. 하나 이상의 스펙트럼 정보 아이템은 파장, 특히 피크 파장; CIE 좌표 같은 색상 좌표로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 본원에 또한 사용되는 광 빔의 "색상"은 통상적으로 광 빔의 스펙트럼 조성을 말한다. 구체적으로는, 예컨대 광의 스펙트럼의 우세한 피크의 파장을 제공함으로써 광 빔의 색상을 임의적인 색상 좌표 시스템에 및/또는 스펙트럼 단위장치에 제공할 수 있다. 다른 실시양태도 실현가능하다. 광 빔이 레이저 광 빔 및/또는 발광 다이오드 같은 반도체 장치에 의해 발생되는 광 빔 같은 협대역(narrow-band) 광 빔인 경우, 광 빔의 색상을 특징화하기 위하여 광 빔의 피크 파장이 주어질 수 있다. 당 업자에게 통상적으로 공지되어 있는 다양한 방식으로 광 빔의 색상을 결정할 수 있다. 그러므로, 예를 들어 CIE 좌표를 결정하는 방식으로부터 당 업자에게 공지되어 있는 바와 같이, 종방향 광학 센서의 스펙트럼 감도는 색 공간에서의 좌표 시스템에 걸쳐있을 수 있고, 광학 센서에 의해 제공되는 신호는 이 색 공간에서의 좌표를 제공할 수 있다. 예로서, 검출기는 스택에 2개, 3개 또는 그 이상의 종방향 광학 센서를 포함할 수 있다. 그러므로, 광학 센서중 2개 이상, 바람직하게는 3개 이상은 상이한 스펙트럼 감도를 가질 수 있고, 이 때 600nm 및 780nm(적색), 490nm 내지 600nm(녹색) 및 380nm 내지 490nm(청색)의 스펙트럼 범위에서 최대 흡수 파장을 갖는 3개의 상이한 종방향 광학 센서가 일반적으로 바람직하다. 또한, 평가 장치는 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 종방향 광학 센서의 신호를 평가함으로써 광 빔의 하나 이상의 색상 정보 아이템을 생성시키도록 구성될 수 있다.
평가 장치는 둘 이상의 색상 좌표, 바람직하게는 셋 이상의 색상 좌표를 생성시키도록 구성될 수 있으며, 이 때 스펙트럼 감수성 광학 센서중 하나의 신호를 정규화 값으로 나눔으로써, 색상 좌표 각각을 결정한다. 예로서, 정규화 값은 모든 스펙트럼 감수성 광학 센서의 신호의 합을 함유할 수 있다. 추가적으로 또는 다르게는, 정규화 값은 백색 검출기의 검출기 신호를 함유할 수 있다. 하나 이상의 색상 정보 아이템은 색상 좌표를 함유할 수 있다. 하나 이상의 색상 정보 아이템은 예로서 CIE 좌표를 함유할 수 있다.
또한, 바람직한 둘 이상, 더욱 바람직하게는 셋 이상의 스펙트럼 감수성 종방향 광학 센서(광학 센서중 둘 이상은 개별적인 스펙트럼 감도와 관련하여 상이하고, 특히 둘 이상의 종방향 광학 센서의 스펙트럼 감도는 색 공간에서의 좌표 시스템에 걸쳐있을 수 있음)에 덧붙여, 스택은 불투명할 수 있는 최종 종방향 광학 센서를 포함할 수 있다. 유기 광학 센서 물질, 무기 광학 센서 물질 및 하이브리드 유기-무기 광학 센서 물질로 이루어진 군으로부터 광학적으로 불투명한 물질을 선택함으로써, 최종 종방향 광학 센서의 불투명성을 달성할 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 불투명한 최종 종방향 광학 센서는 둘 이상의 상이한 광학 센서의 스펙트럼 범위에 걸쳐 전혀 변하지 않거나 작은 한도로만 변하는 흡수 스펙트럼을 나타내도록 구성될 수 있다. 둘 이상의 상이한 광학 센서는 각각 상기 기재된 바와 같이 이들의 스펙트럼 범위에 걸쳐 상당히 변화하여 이들이 특정 색상에 감수성이 되도록 할 수 있는 특정 스펙트럼 감도를 나타내는 반면, 불투명한 최종 종방향 광학 센서는 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 둘 이상의 종방향 광학 센서의 스펙트럼 범위에 걸쳐 실질적으로 모든 색상을 흡수할 수 있다. 이 특성에 의해, 최종 종방향 광학 센서는 백색 검출기로 기재될 수 있는데, 이 때 백색 검출기는 가시광선 스펙트럼 범위를 포괄하는 흡수 범위에서 광을 흡수하도록 구성될 수 있다. 이 배열은 특정 색상에 관계없이 둘 이상의 상이한 광학 센서를 통해 불투명한 최종 종방향 광학 센서에 충돌할 때까지 전파되는 각 빔이 둘 이상의 상이한 광학 센서에 의해, 즉 제 1 종방향 광학 센서로서 색상에 감수성인 둘 이상의 상이한 광학 센서중 하나 이상에 의해, 또한 제 2 종방향 광학 센서로서 불투명한 최종 종방향 광학 센서에 의해 기록되는 이점을 갖는다. 상기 기재된 바와 같이, 제 1 종방향 광학 센서 및 제 2 종방향 광학 센서 둘 다에 의해 하나 이상의 물체를 기록함으로써, 광 빔의 빔 단면과 하나 이상의 물체의 종방향 위치 사이의 공지 관계에서의 애매모호함을 해결할 수 있으며, 이 때 애매모호함의 해결은 기록될 수 있는 각 색상에 대해 별도로 작업될 수 있다. 또한, 몫을 계산함에 의해 또는 다른 관련된 관계에 의해, 제 1 종방향 광학 센서에 의해 기록되는 제 1 신호를 최종 또는 제 2 종방향 광학 센서에 의해 기록되는 제 2 신호에 대한 관계로 설정하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 관계를 형성시킴으로써 수득되는 결과는 이 배열에 의한 특정 색상의 인식을 특히 용이하게 할 수 있다.
상기 개략된 바와 같이, 불투명한 최종 종방향 광학 센서는 단일 감수성 구역을 갖는 대면적 센서일 수 있거나 또는 하나 이상의 화소 매트릭스를 포함할 수 있다(즉, 화소 형성된 광학 센서 또는 촬영 센서일 수 있다). 다른 바람직한 실시양태에서는, 화소가 특정 색상에 대해 감수성이 되도록 할 수 있는 상이한 스펙트럼 감도를 화소 자체에 구비시킬 수 있다. 이에 의해, 특정 색상이 임의의 방식으로, 예를 들면 무작위적인 방식으로 최종 종방향 광학 센서의 구역에 걸쳐 분포될 수 있다. 그러나, 특정 색상에 대해 감도를 갖는 화소가 불투명한 최종 종방향 광학 센서의 구역 전체에서 교대하는 방식으로 위치하는 배열이 바람직하다. 예로서, 상이한 감도를 갖는 2, 3 또는 4개의 화소, 예를 들면 적색, 녹색 및 청색에 대해 특정 감도를 갖는 3개의 화소가 하나의 차원에서 또는 바람직하게는 2차원 방식으로 서로 교대한다. 이 배열에는 백색 화소, 즉 큰 스펙트럼 범위에 걸쳐, 예컨대 가시광선 스펙트럼에 걸쳐 또는 적외선 또는 자외선 분량을 포함할 수 있는 스펙트럼에 걸쳐 스펙트럼 감도를 나타내는 화소가 추가로 개입될 수 있다.
다른 바람직한 실시양태에서는, 하나 이상의 감광성 요소를 사용함으로써 검출기를 적합화시킬 수 있다. 본원에 사용되는 "감광성 요소"는, 광학 특성의 특정 값 또는 광학 특성의 값의 특정 범위가 광 빔의 다른 값과 관련하여 바람직한 방식으로, 감광성 요소에 충돌할 수 있는 광 빔의 광학 특성의 특정 값에 대해 또는 광학 특성의 값의 특정 범위에 대해 감수성일 수 있는 임의적인 광학 요소로서 생각될 수 있다. 여기에서 사용되는 광학 특성은 광 빔과 관련하여 파장, 상 및 편광으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 그러므로, 감광성 요소는 각각 파장-감수성 요소, 상-감수성 요소 및/또는 편광-감수성 요소로 지칭될 수 있다. 파장-감수성 요소의 예는 프리즘, 격자(grating), 색 선별 거울, 색상 휠 또는 색상 드럼중 하나 이상을 포함할 수 있다.
감광성 요소를 사용함으로써, 광 빔은 감광성 요소와 광 빔의 상호작용 직전에, 상호작용 동안 및/또는 상호작용 직후에 하나 이상의 광학 특성과 관련된 광학 효과에 의해 영향을 받을 수 있다. 결과적으로 "감광성 요소를 통해 통과함" 같은 표현은 광 빔이 개별적인 요소와 상호작용할 수 있는 기간을 가리킬 수 있다. 일반적으로, 감광성 요소는 충돌하는 광 빔의 투과 또는 반사를 변화시킴으로써 감광성 요소에 충돌하는 광 빔에 대한 광학적 효과를 유도할 수 있다.
이 특정 실시양태 내에서, 상이한 색상, 상이한 상 및/또는 상이한 편광 같은 상이한 광학 특성에 대한 검출기 신호를 연속적으로 검출하기 위하여, 하나 이상의 감광성 요소는 광 빔에 연속적으로 영향을 끼치도록 구성될 수 있다. 연속적인 공정의 예로서, 광 빔에 주기적으로 영향을 끼치기 위하여 상이한 투과 특성의 필터 구획을 갖는 회전 필터 휠을 사용할 수 있다. 그러므로, 필터 휠의 각 회전 사이클을 시간 구획으로 분할할 수 있는데, 이 때 각 구획은 상이한 색상, 상이한 상 및/또는 상이한 편광 같은 상이한 광학 특성에 상응할 수 있다. 각 구획이 상이한 편광에 상응하는 필터 휠과 관련하여, 필터 휠은 바람직하게는 타원형 편광, 특히 원형 편광을 나타낼 수 있는데, 이들 편광은 예를 들어 불연속적인 방식으로 또는 연속적인 방식으로 필터 휠의 원주를 따라 변할 수 있다. 그러나, 상이한 구획 내에서 상이한 선형 편광 배향을 이용할 수 있는 필터 휠 같은 다른 실시양태도 실현가능할 수 있다.
일반적으로, 하나 이상의 조합된 검출기 신호를 생성시키기 위하여, 하나 이상의 광학 센서를 필터 휠 뒤에 위치시킬 수 있다. 하나 이상의 조합된 검출기 신호를 시간-분해 방식으로 평가함으로써, 예를 들어 상-감수성 검출을 이용함으로써, 조합된 검출기 신호를 상이한 시간 구획에 상응하는, 따라서 광 빔의 상이한 색상에 상응하는 부분적인 검출기 신호로 분할할 수 있다. 이에 의해, 각 색상, 각 상 및/또는 각 편광에 대한 검출기 신호를 발생시킬 수 있으며, 이는 검출기에 충돌하는 광 빔에 상응할 수 있다. 광범위하게 흡수하는 광학 센서의 스택으로부터 상이한 광학 특성, 즉 상이한 색상, 상 또는 편광에 대한 데이터를 수집하여, 전체적인 분포를 획득할 수 있다. 그러므로, 결과적으로, 필터 휠의 사용은 본 발명에 따른 검출기를 사용함으로써 색상, 상 또는 편광 같은 개별적인 광학 특성, 및 강도 및 깊이를 동시에 결정할 수 있게 함으로써 상이한 흡수 스펙트럼을 나타내는 태양 전지를 사용할 이전의 필요성을 없앨 수 있다.
일반적으로, 상기 개략된 바와 같이, 평가 장치는 하나 이상의 종방향 센서 신호로부터 광 빔의 직경을 결정함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키도록 구성될 수 있다. 본원에 사용되고 하기에서 사용되는 광 빔의 직경, 또는 상응하게는 광 빔의 빔 웨이스트는 특정 위치에서 광 빔의 빔 단면을 특징화하는데 사용된다. 상기 개략된 바와 같이, 하나 이상의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치를 결정하기 위하여, 물체의 종방향 위치와 빔 단면 사이의 공지 관계를 이용한다. 예로서, 상기 개략된 바와 같이, 광 빔이 적어도 대략적으로 가우시안 방식으로 전파된다고 가정하고 가우시안 관계를 이용한다. 이를 위해, 예컨대 공지의 가우시안 프로파일 같은 공지의 전파 특성을 갖는 광 빔을 발생시키는 조명원을 사용함으로써 광 빔을 적절하게 성형시킨다. 이를 위하여, 조명원 자체는 예를 들어 당 업자가 알고 있는 바와 같이 공지 특성을 갖는 광 빔을 발생시킬 수 있으며, 이는 다수의 유형의 레이저의 경우에 그러하다. 추가로 또는 다르게는, 조명원 및/또는 검출기는 당 업자가 알게 되는 바와 같이 공지 특성을 갖는 광 빔을 제공하기 위하여 하나 이상의 렌즈 및/또는 하나 이상의 격판 같은 하나 이상의 빔-성형 요소를 가질 수 있다. 그러므로, 예로서, 공지의 빔-성형 특성을 갖는 하나 이상의 전달 요소 같은 하나 이상의 전달 요소를 제공할 수 있다. 또한 또는 다르게는, 조명원 및/또는 하나 이상의 임의적인 전달 요소 같은 검출기는 하나 이상의 파장-선택적인 요소, 예를 들어 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및/또는 하나 이상의 종방향 광학 센서의 여기 최대치 외의 파장을 여과해내기 위한 하나 이상의 필터 요소 같은 하나 이상의 필터를 가질 수 있다.
그러므로, 일반적으로, 평가 장치는 바람직하게는 광 빔의 전파 방향에서 하나 이상의 전파 좌표에 대한 광 빔의 빔 직경의 공지의 의존성으로부터 및/또는 광 빔의 공지의 가우시안 프로파일로부터 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 결정하기 위하여, 광 빔의 빔 단면적 및/또는 광 빔의 직경을 광 빔의 공지의 빔 특성과 비교하도록 구성될 수 있다.
특정 실시양태에서, 평가 장치는 광 빔에 의해 조명되는 최종 종방향 광학 센서 같은 검출기의 하나 이상의 화소 형성된 광학 센서의 화소 수 N을 결정하도록 구성되고, 평가 장치는 또한 광 빔에 의해 조명되는 화소의 수 N을 사용함으로써 물체의 하나 이상의 종방향 좌표를 결정하도록 구성된다. 그러므로, 화소가 조명되는 화소인지 아닌지의 여부를 결정하기 위하여 평가 장치는 각 화소에 있어서 신호를 하나 이상의 문턱값에 비교하도록 구성될 수 있다. 이 하나 이상의 문턱값은 각 화소의 개별적인 문턱값일 수 있거나 또는 전체 매트릭스에 대해 균일한 문턱값인 문턱값일 수 있다. 복수개의 광학 센서가 제공되는 경우, 각각의 광학 센서에 대해 및/또는 둘 이상의 광학 센서를 포함하는 군(여기에서는 두 광학 센서에 있어서 이들의 개별저긴 문턱값이 동일하거나 상이할 수 있음)에 대해 하나 이상의 문턱값이 제공될 수 있다. 그러므로, 각각의 광학 센서에 개별적인 문턱값이 제공될 수 있다. 문턱값은 미리 결정될 수 있고/있거나 고정될 수 있다. 다르게는, 하나 이상의 문턱값은 가변적일 수 있다. 따라서, 각각의 측정시 또는 측정의 군에 대해 하나 이상의 문턱값을 개별적으로 결정할 수 있다. 그러므로, 문턱값을 결정하도록 구성된 하나 이상의 알고리즘이 제공될 수 있다.
평가 장치는 일반적으로 화소의 신호를 비교함으로써 화소 중에서 최고 조도를 갖는 하나 이상의 화소를 결정하도록 구성될 수 있다. 그러므로, 검출기는 통상적으로 광 빔에 의한 조명 강도가 최고인 하나 이상의 화소 및/또는 매트릭스 구역 또는 영역을 결정하도록 구성될 수 있다. 예로서, 이러한 방식으로, 광 빔에 의한 조명 중심을 결정할 수 있다. 최고 조도 및/또는 최고 조도의 하나 이상의 구역 또는 영역에 대한 정보를 다양한 방식으로 이용할 수 있다. 그러므로, 상기 개략된 바와 같이, 하나 이상의 상기 언급된 문턱값은 가변적인 문턱값일 수 있다. 예로서, 평가 장치는 최고 조도를 갖는 하나 이상의 화소의 신호의 분율로서 상기 언급된 하나 이상의 문턱값을 선택하도록 구성될 수 있다. 따라서, 평가 장치는 최고 조도를 갖는 하나 이상의 화소의 신호를 계수 1/e2과 곱함으로써 문턱값을 선택하도록 구성될 수 있다. 이 옵션은 하나 이상의 광 빔에 대해 가우시안 전파 특성이 추정되는 경우에 특히 바람직한데, 왜냐하면 문턱값 1/e2은 통상 광학 센서 상에서 가우시안 광 빔에 의해 발생되는 빔 반경 또는 빔 웨이스트를 갖는 광점의 경계를 결정하기 때문이다.
본 발명의 다른 양태는, 본 발명에 따른 둘 이상의 검출기를 사용하는데, 이 때 이러한 검출기 각각은 상기 개시되거나 이후 더욱 상세하게 개시되는 하나 이상의 실시양태에 따른 하나 이상의 검출기로서 선택될 수 있다. 따라서, 방법의 임의적인 실시양태에 대해서는 검출기의 개별적인 실시양태를 참조한다.
바람직한 실시양태에서는, 1차 광을 발생시키는 하나 이상의 조명원에 의해 하나 이상의 물체를 비추며, 이 때 하나 이상의 물체는 1차 광을 탄력적으로 또는 비탄력적으로 반사함으로써 둘 이상의 검출기중 하나로 전파되는 복수개의 빔을 발생시킨다. 하나 이상의 조명원은 둘 이상의 검출기중 각각의 검출기의 구성 부품을 형성할 수 있거나 형성하지 않을 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 조명원은 둘 이상의 검출기와 독립적으로 형성될 수 있고, 따라서 특히 둘 이상의 검출기와 분리된 하나 이상의 위치에 위치될 수 있다. 예로서, 하나 이상의 조명원 자체는 주위 광원일 수 있거나 주위 광원을 포함할 수 있고/있거나 인공 조명원일 수 있거나 인공 조명원을 포함할 수 있다. 이 실시양태는 깊이 정보를 획득하기 위하여, 특히 단일 검출기의 고유 측정 부피를 확장시키는 측정 부피를 제공하기 위하여, 둘 이상의 검출기, 우선적으로는 2개의 동일한 검출기를 사용하는 용도에 바람직하게 적합하다.
단일 검출기의 고유 측정 부피는 다수의 경우 대략적인 반원뿔로서 기재될 수 있는데, 이 때 고유 측정 부피 내에 위치되는 제 1 물체는 단일 검출기에 의해 검출될 수 있는 반면, 고유 측정 부피 외부에 위치하는 제 2 물체는 원칙적으로 단일 검출기에 의해 검출될 수 없다. 대략적인 반원뿔의 원뿔 표면은 하나 이상의 광학 센서에 의해 방출되는 가상 후진 광 빔에 의해 형성되는 것으로 생각될 수 있다. 그러므로, 가상 후진 광 빔은 하나 이상의 광학 센서의 표면으로부터 발산되지만, 점광원을 형성하지 못하고 오히려 확대된 면적을 구성한다. 간단한 기하학적 고려로부터, 이러한 방식으로 하나 이상의 광학 센서에 의래 방출되는 가상 후진 광 빔이 하나 이상의 광학 센서를 둘러싸는 부피 내의 모든 방향의 모든 위치에 도달할 수 없음을 유추할 수 있다. 그러나, 가상 후진 광 빔이 본질적으로 가닿을 수 있는 위치는 단일 검출기의 고유 측정 부피로서 기재될 수 있는 대략적인 반원뿔을 형성한다.
그러므로, 단일 검출기의 고유 측정 범위를 초과하는 큰 측정 부피를 포괄할 수 있기 위하여, 둘 이상의 검출기를 사용할 수 있으며, 이 때 둘 이상의 검출기는 다른 곳에 기재된 하나 이상의 특정 기술적 특성과 관련하여 서로 동일할 수 있거나 상이할 수 있다. 일반적으로, 큰 측정 부피는 중첩되는 부피를 포함하는데, 이는 간섭성일 수 있거나 아닐 수 있는 공간의 영역을 가리키며, 이중 또는 심지어 다중 검출이 일어날 수 있다(즉, 특정 물체가 둘 이상의 검출기에 의해 독립적으로, 동시에 또는 상이한 시간에 검출될 수 있다). 둘 이상의 검출기, 특히 둘 이상의 동일한 검출기가 사용되는 경우에라도, 특정 물체의 이중 또는 다중 검출은 중첩되는 부피에서 특정 물체에 대한 깊이 정보의 신뢰성 있는 획득을 망가뜨리지 않는다. 하나 이상의 조명원이 둘 이상의 검출기와는 독립적으로 형성될 수 있기 때문에, 전형적으로 특정 조명원과 특정 검출기 사이에는 관계가 존재하지 않는다. 그러므로, 둘 이상의 검출기가 서로를 겨누는 경우에도 깊이 정보의 신뢰성 있는 획득이 가능하다. 특정 조명원과 특정 검출기 사이의 이러한 무관련성의 결과, 특정 물체가 중첩되는 부피에 존재할 수 있는 경우에도 특정 물체에 대한 깊이 정보의 기록이 손상되지 않는다. 반대로, 특정 물체에 관한 중첩 부피에서의 깊이 정보는 동시에 하나보다 많은 검출기에 의해 독립적으로 획득될 수 있으며, 따라서 특정 물체에 대한 깊이 측정의 정확성을 개선하는데 사용될 수 있다. 예로서, 둘 이상의 별도의 단일 검출기에 의해 동일한 물체에 대해 동시에 또는 연속적으로 기록되는 개별적인 깊이 값을 비교함으로써 이러한 개선을 달성할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서는, 사용자와 기계 사이에서 하나 이상의 정보 아이템을 교환하기 위한 사람-기계 인터페이스가 제안된다. 제안되는 사람-기계 인터페이스는 정보 및/또는 명령을 기계에 제공하기 위해 1인 이상의 사용자가 상기 언급되거나 이후 더욱 상세하게 언급되는 하나 이상의 실시양태에서 상기 언급된 검출기를 사용할 수 있다는 사실을 이용할 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 제어 명령을 입력하기 위하여 사람-기계 인터페이스를 사용할 수 있다.
사람-기계 인터페이스는 상기 개시된 하나 이상의 실시양태에 따르고/따르거나 이후 더욱 상세하게 개시되는 하나 이상의 실시양태에 따르는 것과 같은 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기를 포함하며, 이 때 사람-기계 인터페이스는, 사람-기계 인터페이스가 기하학적 정보에 하나 이상의 정보 아이템, 특히 하나 이상의 제어 명령을 할당하도록 디자인되는 검출기에 의해 사용자의 하나 이상의 기하학적 정보 아이템을 발생시키도록 디자인된다.
통상적으로, 본원에 사용되는 바와 같이 사용자의 하나 이상의 기하학적 정보 아이템은 사용자 및/또는 사용자의 하나 이상의 신체 부위의 횡방향 위치 및/또는 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 의미할 수 있다. 그러므로, 바람직하게는, 사용자의 기하학적 정보는 검출기의 평가 장치에 의해 제공되는 횡방향 위치 및/또는 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 의미할 수 있다. 사용자, 사용자의 신체 부위 또는 사용자의 복수개의 신체 부위는 하나 이상의 검출기에 의해 검출될 수 있는 하나 이상의 물체로서 간주될 수 있다. 이 때, 딱 하나의 검출기가 제공될 수 있거나, 또는 복수개의 검출기의 조합이 제공될 수 있다. 예로서, 사용자의 복수개의 신체 부위의 위치를 결정하기 위해 및/또는 사용자의 하나 이상의 신체 부위의 배향을 결정하기 위해, 복수개의 검출기를 제공할 수 있다. 사람-기계 인터페이스는 하나 이상의 검출기를 포함할 수 있고, 이 때 복수개의 검출기가 제공되는 경우, 검출기는 동일하거나 상이할 수 있다. 여기에서, 복수개의 검출기가 사용되는 경우에는, 복수개의 검출기, 특히 복수개의 동일한 검출기가 여전히 복수개의 검출기에 의해 상기 기재된 바와 같이 기록될 수 있는 중첩되는 부피에서 하나 이상의 물체에 대한 깊이 정보를 신뢰성 있게 획득할 수 있도록 한다.
그러므로, 바람직하게는, 사용자의 하나 이상의 기하학적 정보 아이템은 사용자 신체의 위치; 사용자의 하나 이상의 신체 부위의 위치; 사용자 신체의 배향; 사용자의 하나 이상의 신체 부위의 배향으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
사람-기계 인터페이스는 사용자에게 연결될 수 있는 하나 이상의 비콘 장치를 추가로 포함할 수 있다. 본원에 사용되는, 비콘 장치는 통상적으로 하나 이상의 검출기에 의해 검출될 수 있고/있거나 하나 이상의 검출기에 의한 검출을 용이하게 하는 임의적인 장치이다. 그러므로, 아래에서 더욱 상세하게 개략되는 바와 같이, 예컨대 비콘 장치는 하나 이상의 광 빔을 발생시키기 위한 하나 이상의 조명원을 가짐으로써 검출기에 의해 검출되는 하나 이상의 광 빔을 발생시키도록 구성된 능동형 비콘 장치일 수 있다. 또한 또는 다르게는, 비콘 장치는 완전히 또는 부분적으로 별도의 조명원에 의해 발생되는 광 빔을 반사시키도록 구성된 하나 이상의 반사 요소를 제공함으로써 수동형 비콘 장치로서 디자인된다. 하나 이상의 비콘 장치가 사용자에게 영구적으로 또는 일시적으로 부착될 수 있다. 하나 이상의 부착 수단에 의해, 및/또는 사용자가 손으로 하나 이상의 비콘 장치를 갖고/갖거나 사용자가 비콘 장치를 착용함으로써 사용자 자신에 의해 부착이 이루어질 수 있다.
사람-기계 인터페이스는 검출기가 하나 이상의 비콘 장치의 위치에 대한 정보를 생성시킬 수 있도록 적합화될 수 있다. 구체적으로 하나 이상의 비콘 장치를 사용자에게 부착하는 방식이 공지되어 있는 경우, 하나 이상의 비콘 장치의 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템으로부터, 사용자 또는 사용자의 하나 이상의 신체 부위의 위치 및/또는 배향에 관한 하나 이상의 정보 아이템을 획득할 수 있다.
비콘 장치는 바람직하게는 사용자의 신체 또는 신체 부위에 부착될 수 있는 하나 이상의 비콘 장치 및 사용자가 보유할 수 있는 비콘 장치중 하나이다. 상기 개략된 바와 같이, 비콘 장치는 완전히 또는 부분적으로 능동형 비콘 장치로서 디자인될 수 있다. 따라서, 비콘 장치는 검출기로 투과되는 하나 이상의 광 빔, 바람직하게는 공지의 빔 특성을 갖는 하나 이상의 광 빔을 생성시키도록 구성된 하나 이상의 조명원을 포함할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 비콘 장치는 조명원에 의해 생성된 광을 반사시킴으로써 검출기로 투과되는 반사된 광 빔을 발생시키도록 구성된 하나 이상의 반사판을 포함할 수 있다.
비콘 장치는 바람직하게는 사용자가 착용하는 의류, 바람직하게는 장갑, 재킷, 모자, 신발, 바지 및 수트로 이루어진 군으로부터 선택되는 의류; 손으로 들 수 있는 스틱; 배트; 클럽; 라켓; 지팡이; 장난감 총 같은 장난감중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서는, 하나 이상의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치가 개시된다. 본원에 사용되는 엔터테인먼트 장치는 1인 이상의 사용자(하기에서는 또한 1인 이상의 플레이어로 일컬어짐)의 레저 및/또는 엔터테인먼트를 제공할 수 있는 장치이다. 예로서, 엔터테인먼트 장치는 게임, 바람직하게는 컴퓨터 게임의 역할을 할 수 있다. 또한 또는 다르게는, 엔터테인먼트 장치는 또한 운동, 스포츠, 운동요법 또는 일반적으로 움직임 추적 같은 다른 용도에 이용될 수 있다. 그러므로, 엔터테인먼트 장치는 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 시스템에서 실행될 수 있거나 또는 하나 이상의 게임 소프트웨어를 실행하는 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴류터 시스템을 포함할 수 있다.
엔터테인먼트 장치는 상기 개시된 하나 이상의 실시양태에 따르고/따르거나 아래에 개시되는 하나 이상의 실시양태에 따르는 것과 같이 본 발명에 따른 하나 이상의 사람-기계 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 장치는 사람-기계 인터페이스에 의해 플레이어가 하나 이상의 정보 아이템을 입력할 수 있도록 디자인된다. 하나 이상의 정보 아이템은 엔터테인먼트 장치의 컨트롤러 및/또는 컴퓨터로 전송되고/되거나 컨트콜러 및/또는 컴퓨터에 의해 사용될 수 있다.
하나 이상의 정보 아이템은 바람직하게는 게임 과정에 영향을 끼치도록 구성된 하나 이상의 명령을 포함할 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 정보 아이템은 플레이어 및/또는 플레이어의 하나 이상의 신체 부위의 이동, 배향 및 위치중 하나 이상에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 포함함으로써 플레이어가 게임에 필요한 특정 위치 및/또는 행동을 모방하도록 할 수 있다. 예로서, 하기 움직임중 하나 이상을 모방하고 엔터테인먼트 장치의 컨트롤러 및/또는 컴퓨터와 연통될 수 있다: 춤추기; 달리기; 점프하기; 라켓 휘두르기; 배트 휘두르기; 클럽 휘두르기; 표적을 향해 장난감 총을 겨냥하기 같은 다른 물체 쪽으로 물체를 겨낭하기.
엔터테인먼트 장치, 바람직하게는 엔터테인먼트 장치의 컨트롤러 및/또는 컴퓨터는 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 디자인된다. 따라서, 상기 개략된 바와 같이, 하나 이상의 정보 아이템에 따라 게임의 과정이 영향을 받는다. 그러므로, 엔터테인먼트 장치는 하나 이상의 검출기의 평가 장치와는 분리되고/되거나 하나 이상의 평가 장치와 완전히 또는 부분적으로 동일하거나 심지어는 하나 이상의 평가 장치를 포함하는 하나 이상의 컨트롤러를 포함한다. 바람직하게는, 하나 이상의 컨트롤러는 하나 이상의 컴퓨터 및/또는 마이크로컨트롤러 같은 하나 이상의 데이터 처리 장치를 포함한다.
본 발명의 추가적인 실시양태에서, 엔터테인먼트 장치는 이동식 또는 특히 고정식인 설비의 부품일 수 있으며, 이 때 설비는 적어도 부분적으로 엔터테인먼트 장치를 혼입할 수 있다. 설비는 고정 위치이거나 또는 적어도 간헐적으로 변화되는 위치에 위치되는 하나의 별도의 부품을 포함할 수 있으나, 설비는 또한 둘 이상, 바람직하게는 3개, 4개, 5개 또는 6개의 부품 같은 2개 내지 10개의 부품을 포함할 수 있으며, 이 때 둘 이상의 부품이 실내 또는 그의 일부 같은 구역 내에서 서로 상이한 둘 이상의 위치에 걸쳐 분포될 수 있다. 이로써, 엔터테인먼트 장치는 설비의 일부일 수 있고, 이 때 바람직하게는 설비의 몇몇 부품 또는 각 부품은 예를 들어 설비의 몇몇 부품 또는 각 부품이 센서 같은 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기 또는 그의 일부를 포함할 수 있도록 하는 방식으로 엔터테인먼트 장치의 일부를 나타낼 수 있다. 본원에 사용되는 "고정식 설비"는 통상 소형 가전으로 지칭되는 고정식 전자 제품을 포함할 수 있으며, 이 때 "소형 가전"은 무선 수신기, 모니터, 텔레비전 세트, 오디오 플레이어, 비디오 플레이어, 퍼스널 컴퓨터 및/또는 전화 같은 주로 엔터테인먼트, 통신 및 사무실 업무에서 우선적으로 매일 사용하고자 하는 전자 제품을 포함한다. 고정식 설비를 구성하는 특정 예는 예를 들어 라우드스피커를 비롯한 개별 모니터 또는 오디어 플레이어 같은 2개, 3개, 4개, 5개 또는 6개 이상의 별도의 설비 부품(이들은 실내 또는 그의 일부를 둘러싸는 아크형 어셈블리를 형성하는 것과 같이 우선적으로 특정 방식으로 특정 구역에 걸쳐 분포될 수 있음)에 의해 형성될 수 있는 서라운드 시스템일 수 있다.
추가로 또는 다르게는, 설비의 하나의 부품, 몇몇 부품 또는 각 부품 같은 엔터테인먼트 장치 또는 그의 일부에는 하기 장치중 하나 이상이 추가로 설치될 수 있다: 카메라, 특히 2D 카메라 같은 사진 장치, 사진 분석 소프트웨어, 특히 2D 사진 분석 소프트웨어, 및 기준 물체, 특히 기하학적으로 대칭인 기준 물체(예컨대, 책 또는 특별하게 제조된 장난감). 이로써, 기준 물체는 또한 고정식 설비의 일부일 수 있고, 상기 및/또는 하기 기재되는 엔터테인먼트 장치의 추가적인 기능을 충족시킬 수 있으며, 기준 물체는 검출기, 2D 카메라, 또는 다른 사진 장치를 추가로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 사진 장치, 사진 분석 소프트웨어 및 특히 대칭형 기준 물체의 건설적인 상호작용은 사진 장치에 의해 기록된 해당 물체의 2D 사진과 하나 이상의 검출기에 의해 결정된 동일한 물체의 3D 위치의 정렬을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시양태에서, 엔터테인먼트 장치의 하나 이상의 사람-기계 인터페이스 내에 포함되는 하나 이상의 검출기의 표적을 구성할 수 있는 물체는 휴대용 설비 내에 포함되는 컨트롤러의 일부일 수 있으며, 이 때 휴대용 설비는 다른 휴대용 설비 또는 고정식 설비를 제어하도록 구성될 수 있다. 그러므로, 본원에 사용되는 "휴대용 설비"는 휴대폰, 무선 수신기, 비디오 리코더, 오디오 플레이어, 디지털 카메라, 캠코더, 휴대용 컴퓨터, 비디오 게임 콘솔 및/또는 원격 제어에 적합화된 다른 장치 같은 특히 소형 가전으로 지칭되는 휴대용 전자 제품을 포함할 수 있다. 이 실시양태는 특히 임의의 종류의 휴대용 설비, 바람직하게는 더 적은 수의 설비 부품으로 고정식 설비를 제어하도록 할 수 있다. 따라서, 비한정적인 예로서, 예컨대 휴대폰을 사용함으로써 게임 콘솔 및 텔레비전 세트를 동시에 제어할 수 있다.
추가로 또는 다르게는, 검출기의 표적을 구성할 수 있는 물체에는, 물체의 관성 이동을 측정하기 위한 관성 센서 또는 물체의 가속을 결정하기 위한 가속 센서 같은, 물체에 관련된 물리적 및/또는 화학적 양을 결정하도록 특별하게 구성된 추가적인 센서(검출기 내에 포함되는 센서와는 별도로)가 추가로 설치될 수 있다. 그러나, 이들 바람직한 예 외에, 물체의 진동을 결정하기 위한 진동 센서, 물체의 온도를 기록하기 위한 온도 센서, 또는 물체의 습도를 기록하기 위한 습도 센서 같은, 물체에 관련된 추가적인 매개변수를 획득하도록 구성된 다른 종류의 센서를 사용할 수 있다. 물체 내에 추가적인 센서를 가함으로써, 물체의 위치 검출의 품질 및/또는 영역을 개선할 수 있다. 비한정적인 예로서, 추가적인 관성 센서 및/또는 가속 센서는 특히 물체의 회전 같은 물체의 추가적인 이동을 기록하도록(이는 물체 검출의 정확도를 증가시키기 위해 특별히 이용될 수 있음) 구성될 수 있다. 또한, 하나 이상의 이들 센서가 설치된 물체가 엔터테인먼트 장치의 사람-기계 인터페이스 내에 포함되는 검출기의 가시 범위에서 떠나는 경우에, 추가적인 관성 센서 및/또는 가속 센서를 우선적으로 처리할 수 있다. 이 경우, 그럼에도 불구하고, 이들 센서중 하나 이상으로부터 방출된 신호를 기록할 수 있고 물체의 실제 관성 및 가속 값을 고려하고 그로부터 위치를 계산함으로써 물체의 위치를 결정하기 위해 이들 신호를 이용함으로써, 물체가 검출기의 가시 범위에서 나간 후에도 물체를 따를 수 있다.
추가로 또는 다르게는, 검출기의 표적을 구성할 수 있는 물체에는 예를 들어 물체의 이동을 모방함으로써 이동을 모방하고/하거나 자극할 수 있는 추가적인 특징부가 추가로 설치될 수 있고, 이 때 물체는 가상 또는 실제일 수 있으며, 물체는 컨트롤러에 의해 및/또는 컨트롤러를 적용함에 의해 물체의 이동을 자극함으로써 제어될 수 있다. 이 특징부는 사용자에게 더욱 현실 같은 엔터테인먼트 경험을 제공하기 위해 특별하게 사용될 수 있다. 예시하는 예로서, 엔터테인먼트 장치에 사용되는 조종 휠이 진동할 수 있는데, 이 때 진동의 진폭은 가상의 자동차가 주행될 수 있는 지면의 특성에 따라 달라질 수 있다. 추가적인 실시양태로서, 예를 들어 주소 en.wikipedia.org/wiki/gyroscope 하에 기재되어 있는 바와 같이 비행체의 안정화에 사용될 수 있는 자이로스코프를 사용함으로써 물체의 이동을 자극할 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시양태에서, 하나 이상의 검출기의 표적을 구성할 수 있는 물체에는 조명을 변조하기 위한, 특히 주기적으로 변조하기 위한 하나 이상의 변조 장치가 설치될 수 있다. 바람직하게는, 물체는 하나 이상의 조명원을 포함할 수 있는데, 이 조명원은 물체의 일부일 수 있거나, 또는 다르게는 또는 부가적으로 물체에 보유되거나 물체에 부착될 수 있고, 본원의 다른 곳에 기재된 바와 같은 방식으로 비콘으로서 작용할 수 있다. 조명은 검출기로 투과되는 하나 이상의 광 빔을 생성시키도록 구성될 수 있고, 이 때 조명원은 조명을 변조하기 위한 변조 장치를 포함하고/하거나 변조 장치는 조명원의 방출을 제어하도록 구성된 별도의 장치일 수 있다. 본 실시양태에 따라, 조명원의 기본적인 변조와는 별도로, 변조 장치는 추가적인 임의의 정보 아이템 또는 데이터를 물체로부터 검출기로 전송하는데 사용되는, "오버톤(overtone)"으로 지칭되기도 하는 추가적인 변조 주파수를 발생시킬 수 있다. "역반사체 변조"로도 일컬어지는 이 실시양태는 원격 제어로서 기본적인 변조 주파수 및 추가적인 변조 주파수를 발생시키도록 구성된 변조 장치가 설치된 물체를 사용하는 방법을 열어줄 수 있다. 또한, 기존의 원격 제어가 기재된 변조 장치가 설치된 물체로 대체될 수 있다. 이 배경에 대해, 원격 제어를 위해 구성된 이러한 종류의 물체 및 부품을 본 발명에 따른 검출기를 혼입하는 설비 내에 교환가능하게 사용할 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시양태에서, 엔터테인먼트 장치에는 그러한 환경 내에서 통상적으로 사용되는 아이템 같은 추가적인 아이템이 추가로 설치될 수 있다. 유리 또는 플레이어의 마음에 3D 비전을 생성시키도록 구성되는 다른 장치가 특정 예를 구성할 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시양태에서, 엔터테인먼트 장치에는 증강 현실 어플리케이션이 설치될 수 있다. 본원에 또한 사용되는 "증강 현실"은 소리, 영상 등과 같은 물리적 현상에 주로 관련된 컴퓨터-생성된 데이터에 의해 개질될 수 있는 요소를 포함하는 현실성의 생생한 지각을 기재할 수 있다. 예는 증강 현실 용도에 특히 적합화된 비전 안경일 수 있다. 다른 예는 둘 이상의 검출기, 바람직하게는 이들 다수를 포함하는 설비를 포함할 수 있으며, 이 때 검출기는 실내 구역 또는 바람직하게는 그의 큰 일부, 카메라, 특히 2D 카메라 같은 사진 장치, 및 증강 현실 용도를 포괄하도록 배열될 수 있고, 이 설비는 실제 구역을 게임 구역(이는 엔터테인먼트 구역으로도 지칭될 수 있음)으로 변형시키는데 이용된다.
본 발명의 추가적인 양태에서는, 하나 이상의 이동가능한 물체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템이 제공된다. 본원에 사용되는 추적 시스템은 하나 이상의 물체 또는 물체의 하나 이상의 일부의 일련의 과거 위치에 대한 정보를 수집하도록 구성된 장치이다. 또한, 추적 장치는 하나 이상의 물체 또는 물체의 하나 이상의 일부에 대해 예측된 하나 이상의 추후 위치에 대한 정보를 제공하도록 구성될 수 있다. 추적 시스템은 완전히 또는 부분적으로 전자 장치로서, 바람직하게는 하나 이상의 데이터 처리 장치로서, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러로서 실현될 수 있는 하나 이상의 추적 컨트롤러를 가질 수 있다. 다시, 하나 이상의 추적 컨트롤러는 하나 이상의 평가 장치를 포함할 수 있고/있거나 하나 이상의 평가 장치의 일부일 수 있고/있거나 완전히 또는 부분적으로 하나 이상의 평가 장치와 동일할 수 있다.
추적 시스템은 상기 나열된 하나 이상의 실시양태에 개시되고/되거나 아래 하나 이상의 실시양태에 개시되는 하나 이상의 검출기 같은 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기를 포함한다. 추적 시스템은 또한 하나 이상의 추적 컨트롤러를 포함한다. 추적 시스템은 1개 또는 2개 이상의 검출기, 특히 2개 이상의 동일한 검출기를 포함할 수 있는데, 이는 둘 이상의 검출기 사이의 중첩되는 부피에서 하나 이상의 물체에 대한 깊이 정보를 신뢰성있게 획득할 수 있게 한다. 추적 컨트롤러는 물체의 일련의 위치를 추적하도록 구성되며, 각 위치는 특정 시점에서 물체의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템 및 특정 시점에서 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 포함한다.
추적 시스템은 물체에 연결될 수 있는 하나 이상의 비콘 장치를 추가로 포함할 수 있다. 비콘 장치의 가능한 정의에 대해서는, 상기 개시내용을 참조할 수 있다. 추적 시스템은 바람직하게는 검출기가 하나 이상의 비콘 장치의 물체의 위치에 대한 정보를 생성시킬 수 있도록 적합화된다. 비콘 장치의 가능한 실시양태에 대해서는 상기 개시내용을 참조할 수 있다. 그러므로, 다시, 비콘 장치는 능동형 비콘 장치로서 및/또는 수동형 비콘 장치로서 완전히 또는 부분적으로 실현될 수 있다. 예로서, 비콘 장치는 검출기로 투과되는 하나 이상의 광 빔을 생성시키도록 구성된 하나 이상의 조명원을 포함할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 비콘 장치는 조명원에 의해 발생되는 광을 반사시킴으로써 검출기로 투과되는 반사된 광 빔을 생성키도록 구성된 하나 이상의 반사판을 포함할 수 있다.
추적 시스템은 추적 시스템 자체 및/또는 하나 이상의 별도의 장치의 하나 이상의 작동을 개시하도록 구성될 수 있다. 후자의 경우, 추적 시스템, 바람직하게는 추적 컨트롤러는 하나 이상의 무선 및/또는 유선 인터페이스 및/또는 하나 이상의 작동을 개시하기 위한 다른 유형의 제어 연결부를 가질 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 추적 컨트롤러는 물체의 하나 이상의 실제 위치에 따라 하나 이상의 작동을 개시하도록 구성될 수 있다. 예로서, 작동은 물체의 추후 위치의 예측; 하나 이상의 장치를 물체 쪽으로 겨누기; 하나 이상의 이상의 장치를 검출기 쪽으로 겨누기; 물체 비추기; 검출기 비추기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
추적 시스템의 적용 예로서, 추적 시스템은 제 1 물체 및/또는 제 2 물체가 이동하는 경우에라도 하나 이상의 제 1 물체를 하나 이상의 제 2 물체로 연속적으로 겨누는데 사용될 수 있다. 가능한 예는 다시 로봇에서 및/또는 제조 라인 또는 조립 라인에서 제조하는 동안 같이 제품이 이동하는 경우에라도 제품 상에서 연속적으로 작동시키기 위한 산업상의 용도에서 찾아볼 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 추적 시스템은 물체가 이동하는 경우에라도 물체에 조명원을 연속적으로 겨눔으로써 물체를 연속적으로 비추기 위한 것과 같은 조명 목적으로 사용된다. 이동하는 물체를 향해 전송기를 겨눔으로써 이동하는 물체에 정보를 연속적으로 전송하기 위해서와 같이 통신 시스템에서 추가적으로 사용된다.
본 발명의 다른 양태에는, 하나 이상의 물체를 촬영하기 위한 카메라가 개시된다. 카메라는 상기 주어지거나 아래에서 추가로 상세하게 주어지는 하나 이상의 실시양태에 개시되는 것과 같은 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기를 포함한다.
그러므로, 구체적으로, 본원은 사진 분야에 적용될 수 있다. 따라서, 검출기는 사진 장치, 특히 디지털 카메라의 부품일 수 있다. 구체적으로, 검출기는 3D 사진, 특히 디지털 3D 사진에 사용될 수 있다. 그러므로, 검출기는 디지털 3D 카메라를 구성할 수 있거나 디지털 3D 카메라의 부품일 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "사진"은 통상적으로 하나 이상의 물체의 영상 정보를 획득하는 기술을 말한다. 또한 본원에 사용되는 "카메라"는 통상적으로 사진을 찍도록 구성된 장치이다. 본원에 또한 사용되는 용어 "디지털 사진"은 통상 조명의 강도 및/또는 색상을 나타내는 전기 신호, 바람직하게는 디지털 전기 신호를 생성시키도록 구성된 복수개의 감광성 요소를 사용함으로써 하나 이상의 물체의 영상 정보를 획득하는 기술을 일컫는다. 본원에 또한 사용되는 용어 "3D 사진"은 통상 3개의 공간 차원에서 하나 이상의 물체의 영상 정보를 획득하는 기술을 말한다. 따라서, 3D 카메라는 3D 사진을 찍도록 구성된 장치이다. 카메라는 일반적으로 단일 3D 영상 같은 단일 영상을 획득하도록 구성될 수 있거나, 또는 일련의 영상 같은 복수개의 영상을 획득하도록 구성될 수 있다. 그러므로, 카메라는 일련의 디지털 비디오를 획득하는 것과 같은 비디오 용도에 적합화된 비디오 카메라일 수도 있다.
그러므로, 일반적으로, 본 발명은 또한 하나 이상의 물체를 촬영하기 위한 카메라, 특히 디지털 카메라, 더욱 특히 3D 카메라 또는 디지털 3D 카메라를 말한다. 상기 개략된 바와 같이, 본원에 사용되는 용어 촬영은 통상 하나 이상의 물체의 영상 정보를 획득함을 가리킨다. 카메라는 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기를 포함한다. 상기 개략된 바와 같은 카메라는 단일 영상을 획득하는데 또는 일련의 영상 같은 복수개의 영상을 획득하는데, 바람직하게는 일련의 디지털 비디오를 획득하도록 구성될 수 있다. 그러므로, 예로서, 카메라는 비디오 카메라일 수 있거나 또는 비디오 카메라를 포함할 수 있다. 후자의 경우, 카메라는 바람직하게는 일련의 영상을 저장하기 위한 데이터 메모리를 포함한다.
본 발명 내에서 사용되는 표현 "위치"는 일반적으로 물체의 하나 이상의 절대적인 위치 및 하나 이상의 지점의 배향에 관한 하나 이상의 정보 아이템을 가리킨다. 그러므로, 구체적으로, 위치는 카테시안 좌표 시스템 같은 검출기의 좌표 시스템에서 결정될 수 있다. 그러나, 추가로 또는 다르게는, 극좌표 시스템 및/또는 구면 좌표 시스템 같은 다른 유형의 좌표 시스템을 사용할 수 있다.
본 발명의 추가적인 양태에서는, 하나 이상의 물체의 위치를 결정하는 방법이 개시된다. 이 방법은 바람직하게는 상기 개시되거나 아래에서 추가로 상세하게 개시되는 하나 이상의 실시양태에 따른 하나 이상의 검출기 같은 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기를 사용할 수 있다. 그러므로, 방법의 최적 실시양태에 대해서는, 검출기의 실시양태를 참조한다.
방법은 주어진 순서대로 또는 상이한 순서대로 수행될 수 있는 하기 단계를 포함한다. 또한, 나열되지 않은 추가적인 방법 단계가 제공되기도 한다. 또한, 방법의 둘 이상의 단계 또는 심지어 모든 단계를 적어도 부분적으로는 동시에 수행한다. 또한, 방법의 둘 이상의 단계 또는 심지어 모든 단계를 2회 또는 2회보다 많이 반복적으로 수행한다.
하나 이상의 횡방향 위치를 결정하는 단계로서 일컬어지기도 하는 제 1 방법 단계에서는, 하나 이상의 횡방향 광학 센서를 사용한다. 횡방향 광학 센서는 물체로부터 검출기로 이동하는 하나 이상의 광 빔의 횡방향 위치를 결정하며, 이 때 횡방향 위치는 검출기의 광학 축에 수직인 하나 이상의 차원에서의 위치이다. 횡방향 광학 센서는 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 발생시킨다.
하나 이상의 종방향 위치를 결정하는 단계로서 일컬어지기도 하는 추가의 방법 단계에서는, 하나 이상의 종방향 광학 센서를 사용한다. 종방향 광학 센서는 하나 이상의 센서 영역을 갖는다. 종방향 광학 센서는 광 빔에 의한 센서 영역의 조명에 따라 달라지는 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성시킨다. 종방향 센서 신호는 동일한 총 조명 동력에서 센서 영역에서의 광 빔의 빔 단면에 따라 달라진다.
평가 단계로도 일컬어지는 추가적인 방법 단계에서는, 하나 이상의 평가 장치를 사용한다. 평가 장치는 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키고, 평가 장치는 또한 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 또한 생성시킨다.
본 발명의 추가적인 양태에서는, 본 발명에 따른 검출기의 용도가 개시된다. 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 사용 목적을 위한 검출기의 용도가 제안된다: 특히 교통 기술에서의 거리 측정; 특히 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 용도; 보안 용도; 사람-기계 인터페이스 용도; 추적 용도; 사진 용도; 촬영 용도 또는 카메라 용도; 하나 이상의 공간의 지도를 생성시키기 위한 지도 제작 용도.
하기에서는, 본 발명에 따른 검출기, 사람-기계 인터페이스, 추적 시스템 및 방법의 가능성 있는 실시양태에 대한 몇몇 추가적인 진술이 제공된다. 상기 개략된 바와 같이, 바람직하게는, 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및 하나 이상의 종방향 광학 센서의 셋업의 가능한 세부사항에 대해서는, 특히 가능한 전극 물질, 유기 물질, 무기 물질, 층 셋업 및 추가적인 세부사항과 관련하여 WO 2012/110924 A1호를 참조할 수 있다.
물체는 일반적으로 살이있는 물체 또는 무생물 물체일 수 있다. 검출기에 의해 완전히 또는 부분적으로 검출될 수 있는 물체의 예는 아래에서 더욱 상세하게 기재된다.
또한, 임의적인 전달 장치의 가능한 실시양태와 관련하여, WO 2012/110924 A1 호를 참조할 수 있다. 그러므로, 이 임의적인 전달 장치는 예를 들어 하나 이상의 빔 경로를 포함할 수 있다. 전달 장치는 예를 들어 전자기선의 방향에 영향을 끼치지 위하여 하나 또는 복수개의 거울 및/또는 빔 분할기 및/또는 빔 편향 요소를 포함할 수 있다. 다르게는 또는 부가적으로, 전달 장치는 볼록 렌즈 및/또는 오목 렌즈의 효과를 가질 수 있는 하나 또는 복수개의 촬영 요소를 포함할 수 있다. 예로서, 광학 전달 장치는 하나 또는 복수개의 렌즈 및/또는 하나 또는 복수개의 볼록 거울 및/또는 오목 거울을 가질 수 있다. 다시 한 번 다르게는 또는 부가적으로, 전달 장치는 하나 이상의 파장-선택적인 요소, 예를 들어 하나 이상의 광학 필터를 가질 수 있다. 다시 한 번 다르게는 또한 추가로, 전달 장치는 예를 들어 센서 영역의 위치, 특히 센서 구역에서 전자기선에 소정 빔 프로파일을 각인시키도록 디자인될 수 있다. 광학 전달 장치의 전술한 임의적인 실시양태는 원칙적으로 개별적으로 또는 임의의 목적하는 조합으로 실현될 수 있다.
또한, 일반적으로, 본 발명의 내용에서, 광학 센서는 하나 이상의 광학 신호를 상이한 신호 형태, 바람직하게는 하나 이상의 전기 신호, 예를 들어 전압 신호 및/또는 전류 신호로 전환시키도록 디자인된 임의적인 요소를 가리킬 수 있다. 특히, 광학 센서는 하나 이상의 광-전기 전환기 요소, 바람직하게는 하나 이상의 광 다이오드 및/또는 하나 이상의 태양 전지를 포함할 수 있다. 아래에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명의 내용에서는, 하나 이상의 유기 광학 센서, 즉 하나 이상의 유기 물질, 예를 들어 하나 이상의 유기 반도체 물질을 포함하는 광학 센서의 사용이 특히 바람직하다.
본 발명의 내용에서, 센서 영역은 바람직하게는(그러나 반드시는 아님) 연속적이고 연속적인 영역을 형성할 수 있는 2차원 또는 3차원 영역을 의미하는 것으로 이해되어야 하며, 이 때 센서 영역은 조명에 따라 달라지는 방식으로 하나 이상의 측정가능한 특성을 변화시키도록 디자인된다. 예로서, 상기 하나 이상의 특성은 예를 들어 단독으로 또는 광학 센서의 다른 요소와의 상호작용으로 광 전압 및/또는 광 전류 및/또는 다른 유형의 신호를 발생시키도록 디자인되는 센서에 의한 전기적 특성을 포함할 수 있다. 특히, 센서 영역은 센서 영역의 조명에 따라 달라지는 방식으로 균일한, 바람직하게는 단일 신호를 발생시키도록 하는 방식으로 실현될 수 있다. 따라서, 센서 영역은 예컨대 센서 영역의 부분적인 영역에 대한 부분적인 신호로 더 이상 재분할되지 않을 수 있는 균일한 신호, 예컨대 전기 신호를 발생시키는 광학 센서의 가장 작은 단위장치일 수 있다. 횡방향 광학 센서 및/또는 종방향 광학 센서는 각각 하나 또는 복수개의 이러한 센서 영역(예를 들어, 2차원 및/또는 3차원 매트릭스 배열로 배열되는 복수개의 센서 영역)을 가질 수 있다.
하나 이상의 센서 영역은 예를 들어 하나 이상의 센서 구역, 즉 측방향 폭이 센서 영역의 두께를 상당히, 예를 들어 차수 10 이상, 바람직하게는 차수 100 이상, 특히 바람직하게는 차수 1000 이상만큼 초과하는 센서 영역을 포함할 수 있다. 이러한 센서 구역의 예는 예컨대 상기 기재된 종래 기술에 따른, 또는 아래에 더욱 상세하게 기재되는 예시적인 실시양태에 따른 유기 또는 무기 광전변환 요소에서 발견될 수 있다. 검출기는 하나 또는 복수개의 이러한 광학 센서 및/또는 센서 영역을 가질 수 있다. 예로서, 복수개의 광학 센서는 사용되는 광전변환 요소의 스택, 바람직하게는 유기 광전변환 요소, 바람직하게는 광전변황 요소의 센서 구역이 서로 평행하게 배열된 스택에 의해 공간에서 이격된 방식으로 선형으로, 또는 2차원 배열로, 또는 3차원 배열로 배열될 수 있다. 다른 실시양태도 가능하다.
임의적인 전달 장치는 상기 설명한 바와 같이 물체로부터 검출기로 전파되는 광을 횡방향 광학 센서 및/또는 종방향 광학 센서로 바람직하게는 연속적으로 공급하도록 디자인될 수 있다. 상기 설명한 바와 같이, 이 공급은 전달 장치의 촬영에 의해 또는 비-촬영 특성에 의해 임의적으로 수행될 수 있다. 특히, 전달 장치는 또한 전자기선이 횡방향 광학 센서 및/또는 종방향 광학 센서에 공급되기 전에 전자기선을 수집하도록 디자인될 수 있다. 임의적인 전달 장치는 또한 아래에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 예를 들어 조명원이 한정된 광학 특성을 갖는, 예를 들어 한정된 또는 정확하게 공지된 빔 프로파일을 갖는 광 빔, 예를 들어 하나 이상의 가우시안 빔, 특히 공지의 빔 프로파일을 갖는 하나 이상의 레이저 빔을 제공하도록 디자인됨으로써, 완전히 또는 부분적으로 하나 이상의 임의적인 조명원의 구성 부품일 수도 있다.
임의적인 조명원의 가능한 실시양태에 대해서는, WO 2012/110924 A1 호를 참조할 수 있다. 또한, 다른 실시양태가 실현가능하다. 물체로부터 방출되는 광은 물체 자체에서 기원할 수 있을 뿐만 아니라, 또한 임의적으로는 상이한 광원을 가질 수 있고 이 광원으로부터 물체로, 이어 횡방향 광학 센서 및/또는 종방향 광학 센서로 전파될 수 있다. 후자의 경우는 예를 들어 사용되는 하나 이상의 조명원에 의해 수행될 수 있다. 이 조명원은 예를 들어 주위 광원일 수 있거나 주위 광원을 포함할 수 있고/있거나 인공 조명원일 수 있거나 인공 조명원을 포함할 수 있다. 예로서, 검출기 자체는 하나 이상의 조명원, 예를 들어 하나 이상의 레이저 및/또는 하나 이상의 백열 램프 및/또는 하나 이상의 반도체 광원, 예컨대 하나 이상의 발광 다이오드, 특히 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 이들의 통상적으로 한정된 빔 프로파일 및 다른 취급 특성을 고려하여 하나 또는 복수개의 레이저를 조명원으로서 또는 그의 일부로서 사용하는 것이 특히 바람직하다. 조명원 자체는 검출기의 구성 부품일 수 있거나 또는 검출기와 독립적으로 제조될 수 있다. 조명원은 검출기, 예를 들어 검출기의 하우징 내로 통합될 수 있다. 다르게는 또는 추가적으로, 하나 이상의 조명원은 또한 물체 내로 통합될 수 있거나, 또는 물체에 연결되거나 공간에서 연결될 수 있다.
따라서, 물체로부터 방출되는 광은, 상기 광이 물체 자체에서 기원하는 옵션과는 다르게 또는 그 옵션에 추가적으로, 조명원으로부터 방출될 수 있고/있거나 조명원에 의해 여기될 수 있다. 예로서, 물체로부터 방출되는 전자기선은 물체 자체에 의해 방출될 수 있고/있거나 물체에 의해 반사될 수 있고/있거나 광학 센서에 공급되기 전에 물체에 의해 산란될 수 있다. 이 경우, 전자기선의 스펙트럼에 영향을 주지 않으면서 또는 영향을 주면서 전자기선의 방출 및/또는 산란이 이루어질 수 있다. 그러므로, 예로서, 예를 들어 스토크(Stokes) 또는 라만(Raman)에 따라 산란동안 파장 변동이 일어날 수 있다. 뿐만 아니라, 발광은 예를 들어 1차 광원에 의해, 예를 들면 여기되는 물체 또는 물체의 부분적인 영역에 의해 여기되어 발광, 특히 인광 및/또는 형광을 수행할 수 있다. 다른 방출 과정도 원칙적으로 가능하다. 반사가 일어나는 경우, 물체는 예를 들어 하나 이상의 반사 영역, 특히 하나 이상의 반사 표면을 가질 수 있다. 상기 반사 표면은 물체 자체의 일부일 수 있을 뿐만 아니라, 예를 들어 물체에 연결되거나 공간상 결합된 반사판, 예를 들어 물체에 연결된 반사 원판일 수 있다. 하나 이상의 반사판이 사용되는 경우, 이는 다시 검출기의 다른 구성 부품과는 독립적으로 물체에 연결되는 검출기의 부품으로서 간주될 수 있다.
검출기의 하나 이상의 조명원은 예를 들어 파장 면에서 물체의 발광 및/또는 반사 특성에 적합화될 수 있다. 다양한 실시양태가 가능하다.
하나 이상의 임의적인 조명원은 통상 바람직하게는 200nm 내지 380nm의 자외선 스펙트럼 범위; 가시광선 스펙트럼 범위(380nm 내지 780nm); 적외선 스펙트럼 범위, 바람직하게는 780nm 내지 3.0㎛중 하나 이상의 광을 방출할 수 있다. 가장 바람직하게는, 하나 이상의 조명원은 가시광선 스펙트럼 범위, 바람직하게는 500nm 내지 780nm, 가장 바람직하게는 650nm 내지 750nm 또는 690nm 내지 700nm의 광을 방출하도록 구성된다.
특히 횡방향 광학 센서 및/또는 종방향 광학 센서의 임의적인 센서 구역 상에 예를 들어 원, 타원형 또는 상이한 형태의 단면을 갖는 광점이 생성되도록 하는 방식으로, 광을 횡방향 광학 센서 및/또는 종방향 광학 센서에 공급할 수 있다. 예로서, 검출기는 물체가 검출될 수 있는 가시 범위, 특히 입체각 범위 및/또는 공간 범위를 가질 수 있다. 바람직하게는, 예를 들어 물체가 검출기의 가시 범위 내에 배열되는 경우 광점이 완전히 센서 영역 상에, 특히 센서 구역 상에 배열되도록 하는 방식으로 임의적인 전달 장치가 디자인될 수 있다. 예로서, 센서 구역은 이 조건을 확실히 하기 위하여 상응하는 크기를 갖도록 선택될 수 있다.
상기 개략된 바와 같이, 하나 이상의 종방향 광학 센서는 예를 들어 종방향 센서 신호가 동일한 조명 동력에서(즉, 예를 들어 센서 구역 상에서 조명 강도에 걸쳐 동일한 통합 값이 제공되는 경우) 조명원의 기하학적 형태, 즉 예를 들어 광점의 직경 및/또는 상당 직경에 따라 달라지도록 하는 방식으로 디자인될 수 있다. 예로서, 종방향 광학 센서는 동일한 총 동력에서 빔 단면을 2배로 할 때 차수 3 이상, 바람직하게는 차수 4 이상, 특히 차수 5 또는 심지어 차수 10만큼 신호 변화가 일어나도록 하는 방식으로 디자인될 수 있다. 이 조건은 예를 들어 특정 초점 범위, 예컨대 하나 이상의 특정 빔 단면에서 그럴 수 있다. 그러므로, 예로서, 종방향 센서 신호는 예컨대 신호가 하나 이상의 전반적인 또는 국부적인 최대치를 가질 수 있는 하나 이상의 최적 초점과 상기 하나 이상의 최적 초점 외부의 초점 사이에서 차수 3 이상, 바람직하게는 차수 4 이상, 특히 차수 5, 또는 심지어 차수 10만큼의 신호 차이를 가질 수 있다. 특히, 종방향 센서 신호는 조명의 기하학적 형태, 예컨대 광점의 직경 또는 상당 직경의 함수로서 예를 들어 차수 3 이상, 특히 바람직하게는 차수 4 이상, 특히 바람직하게는 차수 10 이상만큼 신장된 하나 이상의 현저한 최대치를 가질 수 있다. 결과적으로, 종방향 광학 센서는 WO 2012/110924 A1 호에 상세하게 개시되는 상기 언급된 FiP-효과에 기초할 수 있다. 그러므로, 특히 sDSC에서, 광 빔의 초점, 즉 특정 수의 광자(nph)가 입사하는 단면적은 결정적인 역할을 할 수 있다. 광 빔이 더욱 엄격하게 초점이 맞춰지면(즉, 그의 단면이 더 작아지면), 광 전류가 더 높아질 수 있다. 용어 'FiP'는 입사 빔의 단면 Φ(Fi)와 태양 전지의 동력(P) 사이의 관계를 표현한다.
물체의 적절한 위치 정보를 바람직하게 제공하기 위하여 하나 이상의 종방향 광학 센서를 하나 이상의 횡방향 광학 센서와 조합한다.
하나 이상의 종방향 센서 신호의 빔 기하학적 형태, 바람직하게는 하나 이상의 광 빔의 빔 단면에 대한 의존성의 이러한 효과가, 유기 광전변환 구성요소, 즉 하나 이상의 유기 물질, 예를 들어 하나 이상의 유기 p-반도체성 물질 및/또는 하나 이상의 유기 염료를 포함하는 광전변환 구성요소, 예컨대 태양 전지의 경우에, 본 발명으로 이어지는 연구 내용에서 발견되었다. 예로서, 아래에서 예로서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 이러한 효과는 염료 태양 전지, 즉 하나 이상의 제 1 전극, 하나 이상의 n-반도체성 금속 산화물, 하나 이상의 염료, 하나 이상의 p-반도체성 유기 물질, 바람직하게는 고체 유기 p-형 반도체, 및 하나 이상의 제 2 전극을 갖는 구성요소에서 발견되었다. 이러한 염료 태양 전지, 바람직하게는 고체 염료 태양 전지(고체 염료 증감된 태양 전지, sDSC)는 원칙적으로 다양한 문헌에 공지되어 있다. 그러나, 센서 신호의 센서 영역 상의 조명의 기하학적 형태에 대한 의존성의 기재된 효과 및 이 효과의 사용은 이전에는 기재된 바 없다.
특히, 하나 이상의 종방향 광학 센서는, 특히 조명의 광점이 센서 영역, 특히 센서 구역 내에 완전히 놓이기만 하면, 센서 신호가 동일한 총 조명 동력에서 센서 영역의 크기, 특히 센서 구역의 크기에 실질적으로 독립적이도록 하는 방식으로 디자인될 수 있다. 결과적으로, 종방향 센서 신호는 센서 구역 상의 전자기선의 초점에만 의존할 수 있다. 특히, 센서 신호는 센서 1개당 광 전류 및/또는 광 전압이 동일한 조명에서 동일한 값, 예를 들어 동일한 광점 크기에서 동일한 값을 갖도록 하는 방식으로 실현될 수 있다.
평가 장치는 특히 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키고 또한 하나 이상의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 발생시키도록 디자인될 수 있는 하나 이상의 데이터 처리 장치, 특히 전자 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 그러므로, 평가 장치는 입력 변수로서 하나 이상의 횡방향 센서 신호 및 하나 이상의 종방향 센서 신호를 이용하고 이들 입력 변수를 처리함으로써 물체의 횡방향 위치 및 종방향 위치에 대한 정보 아이템을 생성시키도록 디자인된다. 처리는 병행해서, 후속해서 또는 심지어 조합된 방식으로 수행될 수 있다. 평가 장치는 계산에 의해 및/또는 하나 이상의 저장되고/되거나 공지되어 있는 관계를 이용함으로써 이들 정보 아이템을 생성시키기 위한 임의적인 공정을 이용할 수 있다. 하나 이상의 횡방향 센서 신호 및 하나 이상의 종방향 센서 신호 외에, 하나 또는 복수개의 추가적인 매개변수 및/또는 정보 아이템, 예를 들어 변조 주파수에 대한 하나 이상의 정보 아이템이 상기 관계에 영향을 끼칠 수 있다. 관계는 실험적으로, 분석적으로 또는 반-실험적으로 결정될 수 있다. 특히 바람직하게는, 관계는 하나 이상의 보정 곡선, 하나 이상의 보정 곡선 세트, 하나 이상의 함수 또는 언급된 가능성의 조합을 포함한다. 하나 또는 복수개의 보정 곡선을 예컨대 값의 세트 및 관련된 이들의 함수 값 형태로 예컨대 데이터 저장 장치 및/또는 테이블에 저장할 수 있다. 그러나, 다르게는 또한 덧붙여, 하나 이상의 보정 곡선은 또한 예컨대 매개변수화된 형태로 및/또는 함수 방정식으로 저장될 수도 있다. 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템으로 처리하기 위해 또한 하나 이상의 종방향 센서 신호를 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템으로 처리하기 위해 별도의 관계를 이용할 수 있다. 다르게는, 센서 신호를 처리하기 위한 하나 이상의 조합된 관계가 실현가능하다. 다양한 가능성이 인지될 수 있고 또한 조합될 수 있다.
예로서, 평가 장치는 정보 아이템을 결정하기 위한 프로그래밍 면에서 디자인될 수 있다. 평가 장치는 특히 하나 이상의 컴퓨터, 예를 들어 하나 이상의 마이크로컴퓨터를 포함할 수 있다. 또한, 평가 장치는 하나 또는 복수개의 소멸성 또는 영속성 데이터 메모리를 포함할 수 있다. 데이터 처리 장치, 특히 하나 이상의 컴퓨터에 대한 대안으로서 또는 그에 덧붙여, 평가 장치는 정보 아이템을 결정하도록 디자인된 하나 또는 복수개의 다른 전자 구성요소, 예를 들어 전자 테이블, 특히 하나 이상의 대조 테이블 및/또는 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASIC)를 포함할 수 있다.
횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템과 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템의 조합은 검출기의 가능한 여러 용도를 가능케 하며, 이러한 용도는 이후 실시예에 의해 기재된다. WO 2012/110924 A1 호에 더욱 상세하게 개략된 바와 같이, 하나 이상의 종방향 광학 센서의 센서 영역 상에 광점의 특정 직경 또는 상당 직경을 야기하는 광 빔의 단면은 물체와 검출기 사이의 거리 및/또는 검출기의 임의적인 전달 장치, 예를 들어 하나 이상의 검출기 렌즈에 따라 달라질 수 있다. 예로서, 물체와 임의적인 전달 장치의 렌즈 사이의 거리 변화는 조명의 기하학적 형태의 변화, 예를 들어 광점의 확장(이는 상응하게 변화된 종방향 센서 신호 또는 복수개의 종방향 광학 센서가 사용되는 경우 다수개의 변화된 종방향 센서 신호를 야기함)과 함께 센서 영역 상에서의 조명의 초점 이탈을 야기할 수 있다. 전달 장치가 없어도, 예로서 센서 신호로부터의 공지의 빔 프로파일 및/또는 그의 변형으로부터, 예를 들어 공지의 빔 프로파일 및/또는 광 빔의 공지의 전파로부터, 초점 이탈 및/또는 기하학적 정보를 유추해낼 수 있다. 예로서, 공지의 총 조명 동력에서, 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호로부터 조명의 기하학적 형태를, 또한 그로부터 다시 기하학적 정보, 특히 물체의 하나 이상의 위치 정보 아이템을 유추해낼 수 있다.
유사하게, 하나 이상의 횡방향 광학 센서는 물체의 횡방향 위치의 용이한 검출을 가능케 한다. 이를 위하여, 물체의 횡방향 위치의 변화가 통상 하나 이상의 횡방향 광학 센서의 센서 영역에서의 광 빔의 횡방향 위치를 변화시킨다는 사실을 이용할 수 있다. 그러므로, 예를 들어 횡방향 광학 센서의 센서 구역 같은 센서 영역에 충돌하는 광 빔에 의해 발생되는 광점의 횡방향 위치를 검출함으로써, 물체의 횡방향 위치 또는 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시킬 수 있다. 그러므로, 둘 이상의 상이한 부분 전극을 통한 둘 이상의 전류의 하나 이상의 비를 형성시킴에 의해 횡방향 광학 센서의 부분 전극의 전류 및/또는 전압 신호를 비교함으로써 광점의 위치를 결정할 수 있다. 이 측정 원리에 대해서는 예를 들어 US 6,995,445 호 및/또는 US 2007/0176165 A1 호를 참조할 수 있다. 하나 이상의 횡방향 센서 신호와 물체의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템 사이의 상기 언급된 하나 이상의 관계는 횡방향 광학 센서의 센서 영역 상의 광점의 횡방향 위치와 물체의 횡방향 위치 사이의 공지의 관계를 포함할 수 있다. 이를 위해, 검출기의 공지의 촬영 특성, 특히 검출기의 하나 이상의 전달 장치의 공지의 촬영 특성을 이용할 수 있다. 그러므로, 예로서, 전달 장치는 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있고, 공지의 촬영 특성은 렌즈의 공지의 렌즈 방정식을 이용할 수 있게 함으로써, 당 업자가 알게 되는 바와 같이, 광점의 하나 이상의 횡방향 좌표를 물체의 하나 이상의 횡방향 좌표로 변환시킬 수 있다. 여기에서, 공지의 관계는 하나 이상의 종방향 센서 신호 및/또는 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템 같은 추가적인 정보를 이용할 수 있게 한다. 그러므로, 하나 이상의 종방향 센서 신호를 사용함으로써, 평가 장치는 예로서 먼저 물체와 검출기, 특히 전달 장치, 더욱 바람직하게는 전달 장치의 하나 이상의 렌즈 사이의 하나 이상의 거리 같은 물체의 측방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 결정할 수 있다. 이어, 예를 들어 하나 이상의 횡방향 광학 센서의 센서 영역에 있는 광점의 하나 이상의 횡방향 좌표를 물체의 하나 이상의 횡방향 좌표로 변환시킴으로써, 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 물체의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템으로 변환시키기 위하여, 물체의 종방향 위치에 대한 이 정보 아이템을 렌즈 방정식에 사용할 수 있다. 다른 알고리즘도 실현가능하다.
상기 개략된 바와 같이, 광 빔의 전체 동력의 총 강도는 흔히 알려져 있지 않은데, 왜냐하면 이 전체 동력은 예를 들어 반사 특성 같은 물체의 특성에 따라 달라질 수 있고/있거나 조명원의 총 동력에 따라 달라질 수 있고/있거나 다수의 환경 조건에 따라 달라질 수 있기 때문이다. 하나 이상의 종방향 광학 센서 신호와 하나 이상의 종방향 광학 센서의 하나 이상의 센서 영역에서의 광 빔의 빔 단면적 사이의 상기 언급된 공지의 관계, 따라서 하나 이상의 종방향 광학 센서와 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템 사이의 공지의 관계가 광 빔의 총 강도의 전체 동력에 따라 달라질 수 있기 때문에, 이 불확실성을 극복하는 다양한 방법이 실현가능하다. 그러므로, WO 2012/110924 A1 호에 더욱 상세하게 개략된 바와 같이, 물체의 조명의 상이한 변조 주파수를 사용하는 것에 의해서와 같이 동일한 종방향 광학 센서에 의해 복수개의 종방향 센서 신호를 검출할 수 있다. 따라서, 조명의 상이한 변조 주파수에서 둘 이상의 종방향 센서 신호를 획득할 수 있으며, 이 때 예를 들면 상응하는 보정 곡선과 비교함으로써, 둘 이상의 센서 신호로부터 조명의 전체 동력 및/또는 기하학적 형태를 유추해낼 수 있고/있거나 이들로부터 직접적으로 또는 간접적으로 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 유추해낼 수 있다.
그러나, 추가로 또는 다르게는, 상기 개략된 바와 같이, 검출기는 복수개의 종방향 광학 센서를 포함할 수 있으며, 각각의 종방향 광학 센서는 하나 이상의 종방향 센서 신호를 발생시키도록 구성된다. 광 빔의 총 동력 및/또는 강도에 대한 정보를 수득하기 위해서 및/또는 종방향 센서 신호 및/또는 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 광 빔의 전체 동력 및/또는 총 강도에 대해 정규화시키기 위하여, 종방향 광학 센서에 의해 발생된 종방향 센서 신호를 비교할 수 있다. 그러므로, 예로서, 종방향 광학 센서 신호의 최대값을 검출할 수 있고, 모든 종방향 센서 신호를 이 최대값으로 나눔으로써 정규화된 종방향 광학 센서 신호를 발생시키고, 이를 다시 상기 언급된 공지의 관계를 이용함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템으로 변환시킬 수 있다. 종방향 센서 신호의 평균 값을 사용하고 모든 종방향 센서 신호를 평균 값으로 나누는 것과 같은 다른 정규화 방법이 실현가능하다. 다른 옵션도 가능하다. 이들 옵션은 각각 이러한 변환을 광 빔의 총 동력 및/또는 강도와 무관하게 만드는데 적합하다. 또한, 광 빔의 총 동력 및/또는 강도에 대한 정보를 발생시킨다.
기재된 검출기는 다양한 방식으로 유리하게 발전될 수 있다. 그러므로, 검출기는 또한 조명을 변조하기 위해, 특히 주기적으로 변조하기 위해 하나 이상의 변조 장치, 특히 주기적인 빔 차단 장치를 가질 수 있다. 조명의 변조는 특히 하나 또는 복수개의 변조 주파수로 바람직하게는 주기적으로 조명의 총 동력을 변화시키는 과정을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 조명의 총 동력의 최대값과 최소값 사이에서 주기적으로 변조를 수행할 수 있다. 최소값은 0일 수 있으나, 또한 예로서 완전한 변조가 수행될 필요가 없도록 >0일 수도 있다. 예를 들어 물체와 광학 센서 사이의 빔 경로에 하나 이상의 변조 장치를 배열함으로써, 이 빔 경로에서 변조를 수행할 수 있다. 그러나, 다르게는 또한 추가로, 물체를 비추기 위한 아래에 더욱 상세하게 기재되는 임의적인 조명원과 물체 사이의 빔 경로에서, 예를 들면 상기 빔 경로에 배열된 하나 이상의 변조 장치에 의해 변조를 수행할 수 있다. 이들 가능성의 조합도 인지될 수 있다. 하나 이상의 변조 장치는 예를 들어 빔 차퍼(chopper) 또는 예를 들어 하나 이상의 차단 블레이드 또는 차단 휠(이는 바람직하게는 일정한 속도로 회전하고 따라서 주기적으로 조명을 차단할 수 있음)을 포함하는 몇몇 다른 유형의 주기적인 빔 차단 장치를 포함할 수 있다. 그러나, 다르게는 또는 추가로, 하나 또는 복수개의 상이한 유형의 변조 장치, 예를 들어 전광 효과 및/또는 음향-광학 효과에 기초한 변조 장치를 사용할 수 있다. 다시 한 번 다르게는 또는 부가적으로, 하나 이상의 임의적인 조명원 자체는 또한, 예를 들어 변조된 강도 및/또는 총 동력, 예를 들어 주기적으로 변조된 총 동력을 갖는 상기 조명원 자체에 의해, 및/또는 펄스 조명원, 예컨대 펄스 레이저로서 구현된 상기 조명원에 의해, 변조된 조명을 발생시키도록 디자인될 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 변조 장치는 또한 완전히 또는 부분적으로 조명원 내로 통합될 수 있다. 다양한 가능성이 인지될 수 있다.
검출기는 특히 상이한 변조의 경우 둘 이상의 센서 신호, 특히 개별적으로 상이한 변조 주파수에서 둘 이상의 센서 신호를 검출하도록 디자인될 수 있다. 평가 장치는 둘 이상의 센서 신호로부터 기하학적 정보를 발생시키도록 디자인될 수 있다. 상기 기재된 바와 같이, 이러한 방식으로, 예를 들어 애매모호함을 해결할 수 있고/있거나 예를 들어 조명의 총 동력이 통상 알려지지 않는다는 사실을 고려할 수 있다.
검출기의 다른 가능한 실시양태는 하나 이상의 임의적인 전달 장치의 실시양태에 관한 것이다. 상기 설명된 바와 같이, 상기 하나 이상의 전달 장치는 촬영 특성을 가질 수 있거나 또는 조명의 초점에 영향을 끼치지 않는 순수한 비-촬영 전달 장치로서 구현될 수 있다. 그러나, 전달 장치가 하나 이상의 촬영 요소, 예를 들어 하나 이상의 렌즈 및/또는 하나 이상의 곡면 거울을 갖는다면 특히 바람직한데, 이러한 촬영 요소의 경우에는 예를 들어 센서 영역에서의 조명의 기하학적 형태가 전달 장치와 물체 사이의 상대적인 위치, 예를 들어 거리에 따라 달라질 수 있기 때문이다. 일반적으로, 물체로부터 방출되는 전자기선이 완전히 센서 영역으로 전달되고, 예를 들어 완전히 센서 영역, 특히 센서 구역 상에서 초점이 맞춰지는 경우, 특히 물체가 검출기의 가시 범위에 배열되는 경우, 특히 바람직하다.
상기 설명된 바와 같이, 광학 센서는 또한 센서 신호가 동일한 총 조명 동력에서 조명 변조의 변조 주파수에 따라 달라지는 방식으로 디자인될 수 있다. 검출기는 특히 상기 설명된 바와 같이 예컨대 물체에 대한 하나 또는 복수개의 추가 정보 아이템을 생성시키기 위하여, 상이한 변조 주파수에서의 센서 신호를 취하는 방식으로 구현될 수 있다. 상기 기재된 바와 같이, 예로서, 둘 이상의 상이한 변조 주파수에서의 센서 신호가 각각의 경우 취해질 수 있으며, 예로서 이러한 방식으로 조명의 총 동력에 대한 정보의 결여를 보충할 수 있다. 예를 들어, 상이한 변조 주파수에서 취한 둘 이상의 센서 신호를 예컨대 검출기의 데이터 저장 장치에 저장될 수 있는 하나 또는 복수개의 보정 곡선과 비교함으로써, 조명의 총 동력이 알려지지 않은 경우에라도, 조명의 기하학적 형태, 예를 들어 센서 구역 상에서의 광점의 직경 또는 상당 직경을 유추해낼 수 있다. 이를 위해, 예를 들면, 상이한 주파수에서의 센서 신호의 이러한 취합을 제어하도록 디자인될 수 있고, 이들 센서 신호로부터 기하학적 정보, 예를 들어 조명의 기하학적 형태에 대한 정보, 예컨대 광학 센서의 센서 구역 상에서의 조명 광점의 직경 또는 상당 직경에 대한 정보를 생성시키기 위하여, 상기 센서 신호를 하나 이상의 보정 곡선과 비교하도록 디자인될 수 있는 상기 기재된 하나 이상의 평가 장치, 예를 들어 하나 이상의 데이터 처리 장치를 사용할 수 있다. 뿐만 아니라, 아래에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 평가 장치는 다르게는 또는 추가적으로 물체에 대한 하나 이상의 기하학적 정보 아이템, 예를 들어 하나 이상의 장소 정보 아이템을 생성시키도록 디자인될 수 있다. 상기 설명된 바와 같이 하나 이상의 기하학적 정보 아이템의 이러한 생성은, 예를 들어 검출기 및/또는 전달 장치 또는 그의 일부에 대한 물체의 위치와 광점의 크기 사이의 하나 이상의 공지 관계를 고려하여, 예컨대 상응하는 촬영 방정식을 이용하여 실험적으로, 반-실험적으로 또는 분석적으로 수행될 수 있다.
공간 해상도 및/또는 물체의 촬영이 통상적으로 가능한 최소 센서 면적, 예를 들어 CCD 칩의 경우 가능한 최소 화소를 사용한다는 사실에 연결되는 공지 검출기와는 대조적으로, 제안되는 검출기의 센서 영역은 원칙적으로 매우 큰 방식으로 구현될 수 있는데, 왜냐하면 예를 들어 조명의 기하학적 형태와 센서 신호 사이의 공지의 관계로부터 물체에 대한 기하학적 정보, 특히 하나 이상의 장소 정보 아이템을 생성시킬 수 있기 때문이다. 따라서, 센서 영역은 예를 들어 0.001mm2 이상, 특히 0.01mm2 이상, 바람직하게는 0.1mm2 이상, 더욱 바람직하게는 1mm2 이상, 더욱 바람직하게는 5mm2 이상, 더욱 바람직하게는 10mm2 이상, 특히 100mm2 이상 또는 1000mm2 이상 또는 심지어 10 000mm2 이상인 센서 구역, 예를 들어 광학 센서 구역을 가질 수 있다. 특히, 100cm2 이상의 센서 구역을 사용할 수 있다. 센서 구역은 일반적으로 용도에 적합화될 수 있다. 구체적으로, 센서 구역은 적어도 물체가 검출기의 가시 범위 내에, 바람직하게는 소정 가시각 및/또는 검출기로부터의 소정 거리 내에 위치하는 경우, 광점이 항상 센서 구역 내에 배열되도록 하는 방식으로 선택될 수 있다. 이러한 방식으로, 광점이 센서 영역의 한계에 의해 잘리지 않도록 보장할 수 있다(잘리는 경우에는 결과적으로 신호 변형이 일어날 수 있음).
상기 기재된 바와 같이, 센서 영역은 바람직하게는 균일한 특히 단일 센서 신호를 발생시킬 수 있는 특히 연속적인 센서 영역, 특히 연속적인 센서 구역일 수 있다. 결과적으로, 센서 신호는 특히 전체 센서 영역에 대해 균일한 센서 신호일 수 있다(즉, 센서 신호는 센서 영역의 각각의 부분적인 영역에 예컨대 부가적으로기여함). 센서 신호는 일반적으로 상기 설명된 바와 같이 특히 광 전류 및 광 전압으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
광학 센서는 특히 하나 이상의 반도체 검출기를 포함할 수 있고/있거나 하나 이상의 반도체 검출기일 수 있다. 특히, 광학 센서는 하나 이상의 유기 반도체 검출기를 포함할 수 있거나 또는 하나 이상의 유기 반도체 검출기(즉, 하나 이상의 유기 반도체성 물질 및/또는 하나 이상의 유기 센서 물질, 예컨대 하나 이상의 유기 염료를 포함하는 반도체 검출기)일 수 있다. 바람직하게는, 유기 반도체 검출기는 하나 이상의 유기 태양 전지, 특히 바람직하게는 염료 태양 전지, 특히 고체 염료 태양 전지를 포함할 수 있다. 이러한 바람직한 고체 염료 태양 전지의 예시적인 실시양태는 아래에서 더욱 상세하게 설명된다.
특히, 광학 센서는 하나 이상의 제 1 전극, 하나 이상의 n-반도체성 금속 산화물, 하나 이상의 염료, 하나 이상의 p-반도체성 유기 물질, 바람직하게는 하나 이상의 고체 p-반도체성 유기 물질, 및 하나 이상의 제 2 전극을 포함할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 센서 신호가 일정한 총 동력에서 센서 영역의 조명의 기하학적 형태에 따라 달라지는 기재된 효과가 높은 가능성으로 유기 태양 전지, 특히 염료 태양 전지로 제한되지는 않음을 지적한다. 이 이론에 의해 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하지 않으면서, 또한 본 발명을 이 이론의 정확함에 얽매고자 하지 않으면서, 일반적으로 광전변환 요소는 트랩 상태를 갖는 하나 이상의 반도체성 물질을 사용하는 광학 센서로서 적합한 것으로 제안된다. 결과적으로, 광학 센서는 하나 이상의 n-반도체성 물질 및/또는 하나 이상의 p-반도체성 물질을 포함하는데, 이는 예를 들어 전도 대역 및 원자가 밴드를 가질 수 있고, 이 때 유기 물질의 경우에는 전도 대역 및 원자가 대역이 LUMO(최저 비점유 분자 궤도) 및 HOMO(최고 점유 분자 궤도)에 의해 상응하게 대체되어야 한다. 트랩 상태는 전도 대역(또는 LUMO)과 원자가 대역(또는 HOMO) 사이에 배치되고 전하 캐리어에 의해 점유될 수 있는 에너지 면에서 가능한 상태를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 예로서, 원자가 대역(또는 HOMO) 위로 하나 이상의 거리 ΔEh에 배치되는 정공 전도를 위한 트랩 상태 및/또는 전도 대역(또는 LUMO) 아래로 하나 이상의 거리 ΔEe에 배치되는 전자 전도를 위한 트랩 상태를 제공할 수 있다. 예를 들어 임의적으로는 표적화된 방식으로 도입될 수 있거나 또는 원래 존재할 수 있는 불순물 및/또는 결함에 의해 이러한 트랩을 달성할 수 있다. 예로서, 저 강도의 경우, 즉 예컨대 큰 직경을 갖는 광점의 경우, 낮은 전류만이 흐를 수 있는데, 왜냐하면 첫째 전도 대역의 정공 또는 원자가 대역의 전자가 광 전류에 기여하기 전에 트랩 상태가 점유되기 때문이다. 이는 더 높은 강도에서 개시되면, 즉 예를 들어 센서 영역에서의 광점의 더욱 강력한 초점으로부터 출발하면, 상당한 광 전류가 흐를 수 있다. 기재된 주파수 의존성은 예를 들어 기재된 효과가 높은 변조 주파수를 갖는 변조된 조명의 경우에만 일어나도록 전하 캐리어가 상당한 지속 시간 T 후에야 다시 트랩을 떠난다는 사실에 의해 설명될 수 있다.
예로서, 검출기는 물체 및/또는 검출기의 하나 이상의 센서 영역, 예컨대 하나 이상의 종방향 광학 센서의 하나 이상의 센서 영역의, 0.05Hz 내지 1MHz, 예를 들어 0.1Hz 내지 10kHz의 주파수를 사용한 조명의 변조를 야기하도록 디자인될 수 있다. 상기 개략된 바와 같이, 이를 위하여, 검출기는 하나 이상의 변조 장치를 포함할 수 있는데, 이는 하나 이상의 임의적인 조명원으로 통합될 수 있고/있거나 조명원과는 독립적일 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 조명원은 그 자체로 상기 언급한 조명 변조를 발생시키도록 구성될 수 있고/있거나 하나 이상의 차퍼 및/또는 변조된 투과율을 갖는 하나 이상의 장치(예컨대, 하나 이상의 전광 장치 및/또는 하나 이상의 음향-광학 장치) 같은 하나 이상의 독립적인 변조 장치가 존재할 수 있다.
상기 언급된 트랩 상태는 예를 들어 n-반도체성 물질 및/또는 p-반도체성 물질 및/또는 염료에 대해 10-5 내지 10-1의 밀도로 존재할 수 있다. 전도 대역 및 원자가 대역과 관련된 에너지 차이 ΔE는 특히 0.05 내지 0.3eV일 수 있다.
검출기는 상기 기재된 바와 같이 하나 이상의 평가 장치를 갖는다. 특히, 하나 이상의 평가 장치는 예를 들어 검출기의 하나 또는 복수개의 변조 장치를 제어하고/하거나 검출기의 하나 이상의 조명원을 제어하도록 디자인된 평가 장치에 의해 검출기를 완전히 또는 부분적으로 제어 또는 구동하도록 디자인될 수 있다. 평가 장치는 특히 복수개의 종방향 센서 신호 같은 하나 또는 복수개의 센서 신호, 예를 들어 복수개의 센서 신호를 상이한 조명 변조 주파수에서 수집하는 1회 이상의 측정 사이클을 수행하도록 디자인될 수 있다.
그러나, 예를 들어, p-형 도체에서 입사광의 흡수가 이루어질 수 있는 종래의 반도체 장치와는 달리, 본 검출기에서의 입사광의 흡수는 염료 증감된 태양 전지(DSC)에서 전하 캐리어의 움직임과 공간상 분리될 수 있으며, 이 때 입사광은 광-흡수 유기 염료가 플렝클(Frenkel) 여기자, 즉 여기된 강하게 결합된 전자-정공 쌍 같은 여기된 상태로 변동되도록 할 수 있다. p-형 도체 및 n-형 도체 둘 다의 에너지 수준이 여기된 광-흡수 유기 염료의 에너지 수준과 잘 매치되는 한, 여기자를 분리할 수 있고, 따라서 전자와 정공은 각각 n-형 도체 및 p-형 도체를 통해 적절한 접촉 전극으로 이동할 수 있다. 이로써, 이동하는 전하 캐리어는 주요 전하 캐리어일 수 있다. 즉, n-형 도체에서는 전자가, p-형 도체에서는 정공이 이동한다. 광-흡수 유기 염료 자체는 비-전도성 성분이기 때문에, 효과적인 전하 수송은 광-흡수 유기 염료의 분자가 p-형 도체 및 n-형 도체 둘 다와 밀접하게 접촉하는 정도에 따라 달라질 수 있다. DSC의 가능한 세부사항에 대해서는, 바흐(U. Bach), 그래첼(M. Gratzel), 루포(D. Lupo), 콤트(P. Comte), 모저(J. E. Moser), 바이조르텔(F. Weissortel), 잘벡(J. Salbeck) 및 스프라이처(H. Spreitzer)의 문헌["Solid-State dye-sensitized mesoporous TiO2 solar cells with high proton-to-electron conversion efficiencies", Nature, Vol. 395, no. 6702, pp 583-585, 1998]을 참조할 수 있다.
상기 기재된 바와 같이, 광이 전지에 닿으면, 이는 광-흡수 유기 염료에 의해 흡수될 수 있고, 여기자가 생성될 수 있다. 흡수된 광자의 에너지가 광-흡수 유기 염료의 최고 점유 분자 궤도(HOMO)와 최저 비점유 분자 궤도(LUMO) 사이의 에너지 차이보다 더 크면, HOMO의 전자가 광 여기된 염료의 LUMO로 상승될 수 있고, 염료와 나노다공성 이산화티탄인 반도체 사이의 경계에서 전하 분리가 일어날 수 있다. 여기서부터, 전자가 펨토초 내지 피코초 내에 나노다공성 이산화티탄의 전도 대역 중으로 더 이동할 수 있다. 바람직하게는, 여기된 상태의 에너지 수준은 전자 전이 동안 에너지 손실을 최소화하기 위해 이산화티탄의 전도 대역의 하한에 매치되고, LUMO 수준은 이산화티탄의 전도 대역의 하한을 충분히 넘어 연장되어야 한다. 정공 도체의 산화 포텐셜은 염료의 HOMO 수준 위로 연장되어 여기된 염료의 정공을 멀리 수송할 수 있도록 해야 한다. 외부 회로에서 부하가 연결되는 경우에는, 전류가 이산화티탄 및 애노드를 가로질러 흐를 수 있다. 환원된 염료는 유기 p-형 도체에 의한 염료로의 전자 공여를 통해 재생될 수 있는데, 이는 이산화티탄의 전도 대역으로부터의 전자와 산화된 염료의 재조합을 방지할 수 있다. 다시, p-형 도체는 대전극을 통해 재생될 수 있으며, 이는 영구적인 화학적 변화를 필요로 하지 않으면서 입사광으로부터의 에너지를 전기 에너지로 일정하게 전환시킬 수 있다.
평가 장치는 상기 기재된 바와 같이 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키고 또한 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키도록 디자인된다. 물체의 상기 위치는 고정될 수 있거나, 또는 물체의 하나 이상의 이동, 예를 들어 검출기 또는 그의 일부와 물체 또는 그의 일부 사이의 상대적인 이동도 포함할 수 있다. 이 경우, 상대적인 이동은 통상 하나 이상의 선형 이동 및/또는 하나 이상의 회전 이동을 포함할 수 있다. 예를 들어 하나 이상의 장소 정보 아이템이 또한 하나 이상의 속도 정보 아이템 및/또는 하나 이상의 가속 정보 아이템, 예를 들어 물체 또는 그의 일부와 검출기 또는 그의 일부 사이의 하나 이상의 상대적인 속도에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 포함할 수 있도록, 예를 들어 상이한 시간에 수집된 둘 이상의 정보 아이템을 비교함으로써 이동 정보 아이템을 수득할 수 있다. 특히, 하나 이상의 장소 정보 아이템은 일반적으로 물체 또는 그의 일부와 검출기 또는 그의 일부 사이의 거리, 특히 광학 경로 길이에 대한 정보 아이템; 물체 또는 그의 일부와 임의적인 전달 장치 또는 그의 일부 사이의 거리 또는 광학 거리에 대한 정보 아이템; 검출기 또는 그의 일부에 대한 물체 또는 그의 일부의 위치에 대한 정보 아이템; 검출기 또는 그의 일부에 대한 물체 및/또는 그의 일부의 배향에 대한 정보 아이템; 물체 또는 그의 일부와 검출기 또는 그의 일부 사이의 상대적인 이동에 대한 정보 아이템; 물체 또는 그의 일부의 2차원 또는 3차원 공간 형태, 특히 물체의 기하학적 형태에 대한 정보 아이템으로부터 선택될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 하나 이상의 장소 정보 아이템은 예를 들어 물체 또는 적어도 그의 일부의 하나 이상의 장소에 대한 정보 아이템; 물체 또는 그의 일부의 하나 이상의 배향에 대한 정보; 물체 또는 그의 일부의 기하학적 형태에 대한 정보 아이템; 물체 또는 그의 일부의 속도에 대한 정보 아이템; 물체 또는 그의 일부의 가속에 대한 정보 아이템; 검출기의 가시 범위에서 물체 또는 그의 일부의 존재 또는 부재에 대한 정보 아이템으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
하나 이상의 장소 정보 아이템은 예를 들어 하나 이상의 좌표 시스템, 예를 들어 검출기 또는 그의 일부가 놓이는 좌표 시스템에서 규정될 수 있다. 다르게는 또는 부가적으로, 장소 정보는 또한 단순히 예를 들어 검출기 또는 그의 일부와 물체 또는 그의 일부 사이의 거리를 포함할 수 있다. 언급된 가능성의 조합도 인지될 수 있다.
상기 개략된 바와 같이, 검출기는 하나 이상의 조명원을 포함할 수 있다. 조명원은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 따라서, 조명원은 예를 들어 검출기 하우징 내의 검출기의 일부일 수 있다. 그러나, 다르게는 또한 추가로, 하나 이상의 조명원은 또한 예를 들어 별도의 광원으로서 검출기 하우징 바깥에 배열될 수 있다. 조명원은 물체로부터 별도로 배열될 수 있고 소정 거리로부터 물체를 비출 수 있다. 다르게는 또는 추가로, 조명원은 또한 예로서 물체로부터 방출되는 전자기선이 또한 조명원에 의해 직접 생성될 수 있도록 물체 또는 심지어 그의 일부에 연결될 수 있다. 예로서, 하나 이상의 조명원은 물체 위에 및/또는 물체 내에 배열될 수 있고, 센서 영역을 비추는 전자기선을 직접 생성시킬 수 있다. 예로서, 하나 이상의 적외선 방출기 및/또는 하나 이상의 가시광선 방출기 및/또는 하나 이상의 자외선 방출기를 물체 상에 배열할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 발광 다이오드 및/또는 하나 이상의 레이저 다이오드를 물체 상에 및/또는 물체 내에 배열할 수 있다. 조명원은 특히 하나 또는 복수개의 하기 조명원을 포함할 수 있다: 레이저, 특히 레이저 다이오드(원칙적으로는, 다르게는 또는 추가로, 다른 유형의 레이저도 사용될 수 있음); 발광 다이오드; 백열 램프; 유기 광원, 특히 유기 발광 다이오드. 다르게는 또는 추가로, 다른 조명원을 또한 사용할 수 있다. 적어도 대략 예컨대 다수의 레이저에서와 같이, 조명원이 가우시안 빔 프로파일을 갖는 하나 이상의 광 빔을 생성시키도록 디자인된다면 특히 바람직하다. 그러나, 다른 실시양태도 원칙적으로 가능하다.
상기 개략된 바와 같이, 본 발명의 다른 양태는 사용자와 기계 사이에서 하나 이상의 정보 아이템을 교환하기 위한 사람-기계 인터페이스를 제안한다. 사람-기계 인터페이스는 통상 이러한 정보가 교환될 수 있는 장치를 의미하는 것으로 생각되어야 한다. 기계는 특히 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 하나 이상의 정보 아이템은 통상 예를 들어 데이터 및/또는 제어 명령을 포함할 수 있다. 그러므로, 사람-기계 인터페이스는 특히 사용자에 의한 제어 명력의 입력을 위해 디자인될 수 있다.
사람-기계 인터페이스는 상기 기재된 하나 또는 복수개의 실시양태에 따른 하나 이상의 검출기를 갖는다. 사람-기계 인터페이스는 검출기에 의해 사용자의 하나 이상의 기하학적 정보 아이템을 생성시키도록 디자인되며, 이 때 사람-기계 인터페이스는 기하학적 정보에 하나 이상의 정보 아이템, 특히 하나 이상의 제어 명령을 할당하도록 디자인된다. 예로서, 상기 하나 이상의 기하학적 정보 아이템은 사용자 신체 및/또는 하나 이상의 사용자 신체 부위에 대한 장소 정보 아이템 및/또는 위치 정보 아이템 및/또는 배향 정보, 예를 들어 손 자세 및/또는 사용자의 일부 다른 신체 부위의 자세에 대한 장소 정보 아이템일 수 있거나 이런 아이템을 포함할 수 있다.
이 경우, 용어 사용자는 넓게 해석되어야 하고, 예를 들어 사용자에 의해 직접 영향을 받는 하나 또는 복수개의 제품을 포괄할 수 있다. 그러므로, 사용자는 예를 들어 하나 또는 복수개의 장갑 및/또는 다른 의류를 착용할 수도 있고, 이 때 기하학적 정보는 이 하나 이상의 의류의 하나 이상의 기하학적 정보이다. 예로서, 이러한 의류는 예를 들어 하나 또는 복수개의 판사반을 사용함으로써 하나 이상의 조명원으로부터 방출되는 1차 선에 대해 반사성인 것으로 구현될 수 있다. 다시 한 번 다르게는 또는 추가로, 사용자는 예를 들어 기하학적 정보가 검출될 수 있는 하나 또는 복수개의 제품을 공간에서 이동시킬 수 있으며, 이도 마찬가지로 사용자의 하나 이상의 기하학적 정보의 생성에 포함시키고자 한다. 예로서, 사용자는 예를 들어 상기 사용자의 손에 의해 하나 이상의 반사 봉 및/또는 몇몇 다른 유형의 제품을 이동시킬 수 있다.
하나 이상의 기하학적 정보 아이템은 정적일(즉, 예를 들어 다시 한 번 스냅샷을 포함할 수 있음) 수 있을 뿐만 아니라 예를 들어 다시 한 번 일련의 연속적인 기하학적 정보 아이템 및/또는 하나 이상의 이동을 포함할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 기하학적 정보 아이템이 또한 이동 속도 및/또는 가속에 대한 하나 이상의 정보 아이템도 포함할 수 있도록, 상이한 시간에 채집된 둘 이상의 기하학적 정보 아이템을 비교할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 기하학적 정보 아이템은 예를 들어 사용자의 하나 이상의 신체 자세 및/또는 하나 이상의 움직임에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 포함할 수 있다.
사람-기계 인터페이스는 기하학적 정보에 하나 이상의 정보 아이템, 특히 하나 이상의 제어 명령을 할당하도록 디자인된다. 상기 설명된 바와 같이, 용어 정보는 이 경우에 넓게 해석되어야 하며, 예컨대 데이터 및/또는 제어 명령을 포함할 수 있다. 예로서, 사람-기계 인터페이스는 예를 들어 상응하는 할당 알고리즘 및/또는 저장된 할당 명세에 의해 하나 이상의 기하학적 정보 아이템에 하나 이상의 정보 아이템을 할당하도록 디자인될 수 있다. 예로서, 기하학적 정보 아이템 및 상응하는 정보 아이템 세트 사이의 독특한 할당을 저장할 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어 사용자의 상응하는 신체 자세 및/또는 움직임에 의해, 하나 이상의 정보 아이템을 입력할 수 있다.
이러한 사람-기계 인터페이스는 통상 기계 제어에 또는 예를 들어 가상 현실에서 사용될 수 있다. 예로서, 하나 또는 복수개의 검출기를 갖는 사람-기계 인터페이스에 의해 산업 컨트롤러, 제조 컨트롤러, 통상적으로 기계 컨트롤러, 로봇 컨트롤러, 차량 컨트롤러 또는 유사한 컨트롤러를 가능하게 할 수 있다. 그러나, 소형 가전에서의 이러한 사람-기계 인터페이스의 사용이 특히 바람직하다.
따라서, 상기 개략된 바와 같이, 본 발명의 다른 양태는 하나 이상의 엔터테인먼트 기능, 특히 게임을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치를 제안한다. 엔터테인먼트 기능은 특히 하나 이상의 게임 기능을 포함할 수 있다. 예로서, 이와 관련하여 이후 플레이어로도 불리는 사용자에 의해 영향을 받을 수 있는 하나 또는 복수개의 게임을 저장할 수 있다. 예로서, 엔터테인먼트 장치는 하나 이상의 디스플레이 장치, 예를 들어 하나 이상의 스크린 및/또는 하나 이상의 프로젝터 및/또는 하나 이상의 디스플레이 안경 세트를 포함할 수 있다.
엔터테인먼트 장치는 또한 상기 기재된 하나 이상의 실시양태에 따른 하나 이상의 사람-기계 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 장치는 사람-기계 인터페이스에 의해 플레이어의 하나 이상의 정보 아이템을 입력할 수 있도록 디자인된다. 예로서, 상기 기재된 플레이어는 이 목적을 위해 하나 또는 복수개의 신체 자체를 채택하거나 변화시킬 수 있다. 이는 사용자가 이 목적을 위해 상응하는 제품, 예를 들어 장갑 같은 의류, 예컨대 검출기의 전자기선을 반사시키기 위한 하나 또는 복수개의 반사판이 장치된 의류를 사용할 가능성을 포함한다. 하나 이상의 정보 아이템은 예를 들어 상기 설명된 바와 같이 하나 또는 복수개의 제어 명령을 포함할 수 있다. 예로서, 이러한 방식으로 방향 변화를 수행할 수 있거나, 입력을 확인할 수 있거나, 메뉴로부터 선택을 할 수 있거나, 특정 게임 옵션을 개시할 수 있거나, 가상 공간에서 이동에 영향을 줄 수 있거나, 또는 엔터테인먼트 기능에 영향을 끼치거나 변화시키는 유사한 경우를 수행할 수 있다.
상기 기재된 검출기, 방법, 사람-기계 인터페이스 및 엔터테인먼트 장치, 또한 제안된 용도는 종래 기술에 비해 상당한 이점을 갖는다. 따라서, 일반적으로, 공간에서 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 간단하면서도 효율적인 검출기를 제공할 수 있다. 여기에서, 예로서, 물체 또는 물체의 일부의 3차원 좌표를 신속하고 효율적인 방식으로 결정할 수 있다. 구체적으로, 하나 이상의 횡방향 광학 센서와 하나 이상의 종방향 광학 센서(이들은 각각 비용-효율적인 방식으로 디자인될 수 있음)의 조합은 소형이고 비용-효율적이면서도 매우 정확한 장치를 생성시킬 수 있다. 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및 하나 이상의 종방향 광학 센서는 둘 다 바람직하게는 예컨대 이들 광학 센서로 염료-증감된 태양 전지, 바람직하게는 sDSC를 사용함으로써 완전히 또는 부분적으로 유기 광전변환 장치로서 디자인될 수 있다.
복잡한 삼각측량 방법에 기초한 당 업계에 공지되어 있는 장치에 비해, 제안된 검출기는 특히 검출기의 광학 셋업과 관련하여 고도의 단순함을 제공한다. 그러므로, 원칙적으로, 바람직하게는 적합화된 전달 장치, 특히 적합화된 렌즈 및 적절한 평가 장치와 함께 1개, 2개 또는 그 이상의 sDSC의 간단한 조합이면 정확도가 높은 위치 검출에 충분하다.
높은 정확도의 측정 가능성과 함께 이 고도의 단순함은 사람-기계 인터페이스, 더욱 바람직하게는 게임 같은 기계 제어에 특히 적합하다. 따라서, 다수의 게임 목적으로 사용될 수 있는 비용-효율적인 엔터테인먼트 장치가 제공될 수 있다.
그러므로, WO 2012/110924 A1 호 또는 2012년 12월 19일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 61/739,173 호 및 2013년 1월 8일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 61/749,964 호에 개시되어 있는 광학 검출기 및 장치에 대해, 본 발명에 따른 광학 검출기, 검출기 시스템, 사람-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템 또는 카메라(아래에서는 간단히 "본 발명에 따른 정치" 또는 "Fip-장치"라고 함)는 아래에서 더욱 상세하게 개시되는 목적중 하나 이상 같은 복수개의 용도 목적을 위해 사용될 수 있다.
그러므로, 먼저 Fip-장치는 휴대전화, 태블릿 컴퓨터, 랩탑, 스마트 패널 또는 다른 고정식 또는 이동식 컴퓨터 또는 통신 용도에 사용될 수 있다. 따라서, Fip-장치는 성능을 향상시키기 위하여 가시광선 또는 적외선 스펙트럼 범위의 광을 방출하는 광원 같은 하나 이상의 능동형 광원과 조합될 수 있다. 따라서, 예로서, Fip-장치는 환경, 물체 및 생물을 스캐닝하기 위한 이동식 소프트웨어와 함께 카메라 및/또는 센서로서 사용될 수 있다. Fip-장치는 또한 촬영 효과를 증가시키기 위하여 종래의 카메라 같은 2D 카메라와 조합될 수도 있다. Fip-장치는 감시 및/또는 기록 목적을 위해, 또는 특히 자세 인식과 함께 이동식 장치를 제어하기 위하여 입력 장치로서 사용될 수 있다. 그러므로, 특히, FiP 입력 장치로도 불리는 사람-기계 인터페이스로서 작용하는 Fip-장치를 휴대용 장치, 예컨대 휴대전화를 통해 다른 전자 장치 또는 구성요소를 제어하는 것과 같은 이동식 용도로 사용할 수 있다. 예로서, 텔레비전 세트, 게임 콘솔, 뮤직 플레이어 또는 뮤직 장치 또는 다른 엔터테인먼트 장치를 제어하기 위하여, 하나 이상의 Fip-장치를 포함하는 이동식 용도를 이용할 수 있다.
또한, Fip-장치는 웹캠 또는 컴퓨팅 용도의 다른 주변 장치에 사용될 수 있다. 따라서, 예로서, Fip-장치는 촬영, 기록, 감시, 스캐닝 또는 움직임 검출용 소프트웨어와 함께 사용될 수 있다. 사람-기계 인터페이스 및/또는 엔터테인먼트 장치와 관련하여 개략된 바와 같이, Fip-장치는 얼굴 표정 및/또는 신체 표현에 의해 명령을 주는데 특히 유용하다. Fip-장치는 예를 들어 마우스, 키보드, 터치패드 등과 같은 다른 입력 생성 장치와 조합될 수 있다. 또한, Fip-장치는 웹캠을 사용함으로써 게임 용도에 사용될 수 있다. 또한, Rip-장치는 가상 훈련 용도 및/또는 화상 회의에 사용될 수 있다.
또한, Fip-장치는 상기 부분적으로 설명된 바와 같이 휴대용 오디오 장치, 텔레비전 장치 및 게임 장치에 사용될 수 있다. 구체적으로, Fip-장치는 전자 장치, 엔터테인먼트 장치 등의 제어기 또는 제어 장치로서 사용될 수 있다. 또한, Fip-장치는 특히 증강 현실 용도를 위한 투명한 디스플레이와 함께 2D- 및 3D-디스플레이 기법에서와 같이 육안 검색 또는 육안 추적에 사용될 수 있다.
또한, Fip-장치는 DSC 카메라 같은 디지털 카메라에 또는 디지털 카메라로서 및/또는 SLR 카메라 같은 리플렉스 카메라에 또는 리플렉스 카메라로서 사용될 수 있다. 이들 용도에 대해서는, 상기 개시된 바와 같이 휴대 전화 같은 휴대 용도에서의 Fip-장치의 용도를 참조할 수 있다.
또한, Fip-장치는 보안 및 감시 용도에 사용될 수 있다. 구체적으로, Fip-장치는 광학 암호화에 사용될 수 있다. 파장을 완성시키기 위하여 IR, x-선, UV-VIS, 레이더 또는 초음파 검출기 같은 다른 검출 장치와 Fip-계 검출을 조합할 수 있다. Fip-장치는 또한 광이 적은 환경에서의 검출을 허용하기 위하여 능동형 적외선 광원과 조합될 수 있다. FIP-계 센서 같은 Fip-장치는 일반적으로 능동형 검출기 시스템에 비해 유리한데, 특히 Fip-장치가 예를 들어 레이더 용도, 초음파 용도, LIDAR 또는 유사한 능동형 검출 장치의 경우에 그러하듯이 제 3 자에게 검출될 수 있는 신호의 능동적 전송을 피하기 때문이다. 그러므로, 일반적으로, 이동하는 물체의 인지되지 않고 검출되지 않는 추적에 Fip-장치를 사용할 수 있다. 또한, Fip-장치는 일반적으로 종래의 장치에 비해 조작되거나 자극될 가능성이 적다.
또한, Fip-장치를 사용한 3D 검출의 용이성 및 정확성을 감안할 때, Fip-장치는 통상 얼굴, 신체 및 사람 인식 및 확인에 사용될 수 있다. 이 때, Fip-장치는 패스워드, 지문, 홍채 검출, 음석 인식 또는 다른 수단 같은 확인 또는 개인화 목적을 위한 다른 검출 수단과 조합될 수 있다. 그러므로, 일반적으로, Fip-장치는 보안 장치 및 다른 개인화된 용도에 사용될 수 있다.
또한, Fip-장치를 상품 확인을 위한 3D-바코드 리더기로서 사용할 수 있다.
상기 언급된 보안 및 감시 용도에 덧붙여, Fip-장치는 통상 공간 및 구역을 감시하고 모니터링하는데 사용될 수 있다. 그러므로, Fip-장치는 공간 및 구역을 조사 및 모니터링하고, 예로서 금지 구역이 침입당하는 경우에 알람을 촉발하거나 수행하기 위해 사용될 수 있다. 그러므로, 일반적으로, Fip-장치는 임의적으로는 움직임 센서 또는 열 센서 같은 다른 유형의 센서와 함께, 화상 증배관 또는 화상 향상 장치 또는 광전자 증배관과 함께, 건물 감시 또는 박물관에서 감시 목적으로 사용될 수 있다.
또한, Fip-장치는 유리하게는 비디오 및 캠코더 용도 같은 카메라 용도에 적용될 수 있다. 그러므로, Fip-장치는 모션 캡쳐 및 3D-영화 기록에 사용될 수 있다. 이 때, Fip-장치는 통상적으로 종래의 광학 장치에 비해 다수의 이점을 제공한다. 그러므로, Fip-장치는 통상 광학 구성요소와 관련하여 복잡성을 더 적게 요구한다. 따라서, 예로서, 렌즈를 하나만 갖는 Fip-장치를 제공함으로써 렌즈의 수를 종래의 광학 장치에 비해 감소시킬 수 있다. 감소된 복잡성 때문에, 휴대 용도 같은 매우 소형 장치가 가능하다. 품질이 높은 2개 이상의 렌즈를 갖는 종래의 광학 시스템은 통상 부피가 큰 빔-분할기의 통상적인 필요성 때문에 부피가 크다. 또한, Fip-장치는 일반적으로 자동 초점 카메라 같은 초점/자동 초점 장치에 사용될 수 있다. 또한, Fip-장치는 또한 광학 현미경, 특히 공초점 현미경에도 사용될 수 있다.
또한, Fip-장치는 일반적으로 자동차 기술 및 수송 기술의 기술 분야에 적용가능하다. 그러므로, 예로서, Fip-장치는 적응식 순항 제어, 비상 브레이크 보조장치, 레인 이탈 경고, 서라운드 뷰, 사각지대 검출, 후측면 접근 차량 경보 및 다른 자동차 및 교통 용도 같은 거리 센서 및 감시 센서로서 사용될 수 있다. Fip- 장치는 독립형 장치로서, 또는 레이더 및/또는 초음파 장치 같은 다른 센서 장치와 함께 사용될 수 있다. 특히, Fip-장치는 자동 주행 및 안전 문제에 사용될 수 있다. 또한, 이들 용도에서, Fip-장치는 적외선 센서, 레이더 센서(이는 음파 센서임), 2차원 카메라 또는 다른 유형의 센서와 함께 사용될 수 있다. 이들 용도에서는, 전형적인 Fip-장치의 통상 수동적인 특성이 유리하다. 따라서, Fip-장치가 통상 신호 방출을 필요로 하지 않기 때문에, 다른 신호 공급원으로 인한 능동형 센서 신호의 간섭 위험을 피할 수 있다. Fip-장치는 특히 표준 화상 인식 소프트웨어 같은 인식 소프트웨어와 함께 사용될 수 있다. 그러므로, Fip-장치에 의해 제공되는 신호 및 데이터는 전형적으로 용이하게 처리될 수 있고, 따라서 통상적으로 LIDAR 같은 확립된 스테레오비전 시스템보다 더 낮은 계산 동력을 필요로 한다. 낮은 공간 요구를 감안할 때, FiP-효과를 이용하는 카메라 같은 Fip-장치는 본질적으로 윈도우 스크린, 전방 후드, 범퍼, 라이트, 미러 또는 다른 위치 등과 같이 차량의 임의의 위치에 존재할 수 있다. 예를 들어 자동 주행 차량을 허용하기 위하여 또는 능동적인 안전 개념의 성능을 증가시키기 위하여, FiP-효과에 기초한 다양한 검출기를 조합할 수 있다. 따라서, 범퍼 또는 라이트 위의 후방 창, 측부 창 또는 전방 창 같은 창에서와 같이, 다양한 FiP-계 센서를 다른 Fip-계 센서 및/또는 종래의 센서와 조합할 수 있다.
FiP-센서와 하나 이상의 비 검출 센서의 조합도 또한 가능하다. 이는 Fip-장치가 통상 특히 비가 심하게 오는 동안 레이더 같은 종래의 센서 기술보다 유리하다는 사실에 기인한다. 하나 이상의 Fip-장치와 하나 이상의 종래의 감지 기술(예컨대, 레이더)의 조합은 소프트웨어가 날씨 조건에 따라 올바른 신호 조합을 선택할 수 있도록 한다.
또한, Fip-장치는 통상적으로 브레이크 보조장비 및/또는 주차 보조장비로서 및/또는 속도 측정을 위해 사용될 수 있다. 속도 측정은 차량에 통합될 수 있거나 또는 예컨대 교통 제어시 다른 차의 속도를 측정하기 위하여 차량 외부에 사용될 수 있다. 또한, Fip-장치는 주차장에서 빈 주차 공간을 검출하는데 사용될 수 있다.
또한, Fip-장치는 의료 시스템 및 스포츠 분야에서 사용될 수 있다. 그러므로, 상기 개략된 바와 같이 Fip-장치가 작은 부피만을 필요로 하고 다른 장치로 통합될 수 있기 때문에, 의료 기술 분야에서는, 예컨대 내시경에 사용하기 위한 수술 로봇을 언급할 수 있다. 특히, 기껏해야 하나의 렌즈를 갖는 Fip-장치를, 내시경에서와 같은 의료 장치에서 3D 정보를 캡쳐하는데 사용할 수 있다. 또한, 움직임을 추적하고 분석할 수 있게 하기 위하여, Fip-장치를 적절한 모니터링 소프트웨어와 조합할 수 있다. 이들 용도는 예를 들어 의료 처치 및 장거리 진단 및 원격 의료에서 특히 가치가 있다.
또한, Fip-장치는 훈련, 원격 지시 또는 경쟁 목적을 위해서와 같이 스포츠 및 운동 분야에 적용될 수 있다. 구체적으로, Fip-장치는 춤, 에어로빅, 미식축구, 축구, 농구, 야구, 크리켓, 하키, 트랙 및 필드, 수영, 폴로, 핸드볼, 배구, 럭비, 스모, 유도, 펜싱, 권투 등의 분야에 적용될 수 있다. Fip-장치는 스포츠 및 게임에서 게임을 모니터링하고 심판 또는 스포츠에서 특정 상황(예를 들어, 실제로 점수 또는 골이 났는지의 여부를 판정하기 위해)의 판정, 특히 자동 판정을 뒷받침하기 위해 공, 배트, 검, 움직임 등의 위치를 검출하는데 사용될 수 있다.
FiP 장치는 또한 음악적 지시, 특히 원격 지도, 예를 들어 피들, 바이올린, 비올라, 첼로, 베이스, 하프, 기타, 밴조, 또는 우쿨렐레 같은 현악기; 피아노, 오르간, 키보드, 하프시코드, 하모늄, 또는 아코디온 같은 건반 악기; 및/또는 드럼, 팀파니, 마림바, 실로폰, 비브라폰, 봉고, 콩가, 팀바레스, 젬베 또는 타블라 같은 타악기의 지도를 뒷받침하는데 이용될 수 있다.
Fip-장치는 훈련을 격려하기 위하여 및/또는 움직임을 조사 및 교정하기 위하여, 재활 및 물리치료에 이용될 수 있다. 이 때, Fip-장치는 또한 원격 진단에도 적용될 수 있다.
또한, Fip-장치는 머신 비전의 분야에 적용될 수 있다. 그러므로, 예를 들어 자동 주행 및/또는 로봇 작동을 위한 수동형 제어 단위장치로서 하나 이상의 Fip-장치를 사용할 수 있다. 움직이는 로봇과 함께, Fip-장치는 자동 작동 및/또는 부품 고장의 자동 검출을 허용할 수 있다. Fip-장치는 또한 로봇, 생산 부품 및 생물체 사이의 충돌을 비롯한(이들로 한정되지는 않음) 사고를 피하기 위하여 제조 및 안전 감시에도 사용될 수 있다. Fip-장치의 수동성을 감안할 때, Fip-장치는 능동형 장치에 비해 유리할 수 있고/있거나 레이더, 초음파, 2D 카메라, IR 검출 등과 같은 기존 해결책에 보충적으로 사용될 수 있다. Fip-장치의 하나의 특별한 이점은 신호 간섭 가능성이 낮다는 것이다. 그러므로, 신호 간섭의 위험성 없이 다수개의 센서가 동일한 환경에서 동시에 작동될 수 있다. 그러므로, Fip-장치는 통상 예를 들어 자동차, 광업, 제강 등과 같은(이들로 한정되지는 않음) 매우 자동화된 생산 환경에서 유용할 수 있다. Fip-장치는 또한 예를 들어 품질 제어 또는 다른 목적을 위한 2-D 촬영, 레이더, 초음파, RI 등과 같은 다른 센서와 함께 생산의 품질 제어에 사용될 수 있다. 또한, Fip-장치는 제품의 표면의 매끈함 또는 마이크로미터 내지 미터의 범위에 걸쳐 규정된 치수의 일관성을 조사하기 위해 표면 품질의 평가에 사용될 수 있다.
또한, Fip-장치는 투표, 항공기, 선박, 우주선 또는 다른 교통 용도에 사용될 수 있다. 그러므로, 교통 용도와 관련하여 상기 언급된 용도 외에, 항공기, 차량 등에 대한 수동형 추적 시스템을 언급할 수 있다. 이동하는 물체의 속도 및/또는 방향을 모니터링하기 위한 FiP-효과에 기초한 검출 장치가 실현될 수 있다. 구체적으로는, 땅, 바다 및 우주를 비롯한 하늘 상에서 빠르게 움직이는 물체의 추적을 꼽을 수 있다. 하나 이상의 Fip-검출기를 특히 직립형 및/또는 이동하는 장치에 장착할 수 있다. 하나 이상의 Fip-장치의 출력 신호를 예를 들어 다른 물체의 자동 또는 유도된 이동의 유도 메카니즘과 조합할 수 있다. 그러므로, 추적되는 물체와 조종하는 물체 사이의 충돌을 피하거나 또는 충돌을 가능케 하기 위한 용도가 실현될 수 있다. Fip-장치는 통상 요구되는 계산 동력이 낮고 즉시 응답이 가능하기 때문에, 또한 예컨대 레이더 같은 능동형 시스템에 비해 더욱 검출 및 방해하기 어려운 검출 시스템의 수동 특성 때문에 유용하고 유리하다. Fip-장치는 예를 들어 속도 제어 및 항공 교통 제어 장치에 특히 유용하지만, 이들로 한정되지는 않는다.
Fip-장치는 통상적으로 수동형 용도에 사용될 수 있다. 수동형 용도는 항구 또는 위험 구역에서의 선박의 유도 및 이륙 또는 출발시 항공기의 유도를 포함한다. 여기에서는 정확한 유도를 위해 고정된 공지의 활성 표적을 이용할 수 있다. 채광용 차량 같이 위험하지만 잘 한정된 경로에서 주행하는 차량에도 동일하게 이용될 수 있다.
또한, 상기 개략된 바와 같이, Fip-장치는 게임 분야에 사용될 수 있다. 그러므로, Fip-장치는 움직임을 콘텐츠 내로 혼입하는 스포트웨어와 함께 움직임 감지를 위한 동일하거나 상이한 크기, 색상, 형상 등의 물체 다수개를 사용함에 있어서 수동형일 수 있다. 특히, 그래픽 출력에 움직임을 실행하는 용도가 실현될 수 있다. 또한, 예를 들어 자세 또는 안면 인식에 하나 이상의 Fip-장치를 사용하는 것과 같은 명령을 주기 위한 Fip-장치의 용도가 실현가능하다. 예를 들어 빛이 적은 조건하에서 또는 주위 조건의 향상이 필요한 상황에서 작동시키기 위하여, Fip-장치를 능동형 시스템과 조합시킬 수 있다. 추가로 또는 다르게는, Fip-효과에 기초한 검출 장치와 함께 하나 이상의 Fip-장치와 하나 이상의 IR 또는 VIS 광원의 조합이 가능하다. 예를 들어 특수한 색상, 형상, 다른 장치에 대한 상대적인 위치, 움직임의 속도, 광, 장치 상의 광원을 변조하는데 사용되는 주파수, 표면 특성, 사용되는 물질, 반사 특성, 투명도, 흡수 특징 등으로 한정되지 않는 시스템 및 소프트웨어에 의해 용이하게 구별될 수 있는 특수한 장치와 Fip-계 검출기의 조합도 가능하다. 장치는 특히 스틱, 라켓, 클럽, 총, 칼, 휠, 고리, 조종 휠, 병, 공, 유리, 꽃병, 숟가락, 포크, 큐브, 주사위, 피규어, 인형, 곰인형, 비커, 페달, 스위치, 장갑, 보석, 악기 또는 악기를 연주하기 위한 보조 장치(예컨대, 플렉트럼, 드럼 스틱 등)와 비슷할 수 있다. 다른 옵션도 가능하다.
또한, Fip-장치는 통상 건축, 건설 및 지도 제작 분야에서 사용될 수 있다. 그러므로, 일반적으로 Fip-계 장치는 환경 구역, 예를 들어 전원지역 또는 건물을 측정 및/또는 모니터링하기 위하여 사용될 수 있다. 이 때, 건축 프로젝트, 변화되는 물체, 집 등의 과정 및 정확도를 모니터링하기 위하여, 하나 이상의 Fip-장치를 다른 방법 또는 장치와 조합할 수 있거나, 또는 단독으로 사용할 수 있다. Fip-장치는 땅으로부터 또는 하늘로부터 실내, 거리, 집, 지역사회 또는 풍경의 지도를 제작하기 위하여 스캐닝된 환경의 3차원 모델을 생성시키는데 사용될 수 있다. 가능한 사용 분야는 건설, 지도 제작, 부동산 관리, 육지 측량 등일 수 있다.
체인(CHAIN)(Cedec Home Appliances Interoperating Network) 같은 가전 제품의 상호연결 네트워크 내에서 Fip-장치를 사용하여 가정에서의 기본 가전 제품 관련 써비스(예를 들어, 에너지 또는 부하 관리), 원격 진단, 애완동물 관련 용품, 어린이 관련 용품, 어린이 감시, 감시 관련 용품, 노인 또는 환자를 위한 써포트 또는 써비스, 가정 보안 및/또는 감시, 가전제품 작동의 원격 제어 및 자동 정비 지원을 상호연결, 자동화 및 제어할 수 있다.
예를 들어 해충, 잡초 및/또는 감염된 작물(여기에서, 작물은 진균 또는 곤충에 감염될 수 있음)을 완전히 또는 부분적으로 검출하고 솎아내기 위하여 Fip-장치를 농업에 또한 사용할 수 있다. 또한, 작물 수확을 위해, 수확 장치에 의해 상해를 입을 수 있는 사슴 같은 동물을 검출하기 위해 Fip 검출기를 사용할 수 있다.
추가적인 제작 및/또는 3D 인쇄를 위해 CAD 또는 유사한 소프트웨어와 함께 Fip-계 장치를 물체의 스캐닝에 추가로 사용할 수 있다. 이 때, 예를 들어 x-, y- 또는 z-방향에서 또는 이들 방향의 임의적인 조합에서 Fip-장치의 높은 치수 정확도를 동시에 이용할 수 있다. 또한, 파이프라인 검사 게이지 같은 검사 및 정비에 Fip-장치를 사용할 수 있다.
상기 개략된 바와 같이, 제품 확인 또는 크기 확인(예를 들어, 최적 장소 또는 포장을 찾기 위해, 폐기물을 감소시키기 위해) 같은 제조, 품질 제어 또는 확인 용도에 Fip-장치를 또한 사용할 수 있다. 또한, 물류 용도에 Fip-장치를 사용할 수 있다. 그러므로, 용기 또는 차량을 최적으로 선적 또는 팩킹하기 위하여 Fip-장치를 사용할 수 있다. 또한, 제조 분야에서 표면 손상을 모니터링 또는 제어하기 위해, 렌트카 같은 렌탈 물품을 모니터링 또는 제어하기 위해, 및/또는 손해 사정 같은 보험 용도를 위해 Fip-장치를 사용할 수 있다. 또한, 특히 로봇과 함께 최적 물질 취급을 위해서와 같이 물질, 물체 또는 도구의 크기를 확인하기 위해 Fip-장치를 사용할 수 있다. 또한, 예를 들어 탱크의 충전 수준을 관찰하기 위하여 제조시 공정 제어에 Fip-장치를 사용할 수 있다. 또한, 탱크, 파이프, 반응기, 도구 등과 같은(이들로 한정되지는 않음) 생산 자산의 정비에 Fip-장치를 사용할 수 있다. 또한, 3D-품질 마크를 분석하기 위해 Fip-장치를 사용할 수 있다. 또한, 치아 인레이(inlay), 치아 교정기, 보철, 의류 등과 같은 맞춤 제품의 제조에 Fip-장치를 사용할 수 있다. 신속한 시제품화, 3D-복제 등을 위해 하나 이상의 3D-프린터와 Fip-장치를 조합할 수 있다. 또한, 제품 저작권 침해 방지 및 위조 방지 목적을 위해 하나 이상의 제품의 형상을 검출하는데 Fip-장치를 사용할 수 있다.
상기 개략된 바와 같이, 바람직하게는, 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및/또는 하나 이상의 종방향 광학 센서 둘 다가 하나 이상의 유기 반도체 검출기, 특히 바람직하게는 하나 이상의 염료 태양 전지, DSC 또는 sDSC를 포함할 수 있다. 특히, 횡방향 광학 센서 및/또는 종방향 광학 센서는 각각 하나 이상의 제 1 전극, 하나 이상의 n-반도체성 금속 산화물, 하나 이상의 염료, 하나 이상의 p-반도체성 유기 물질 및 하나 이상의 제 2 전극을 바람직하게는 언급된 순서대로 포함할 수 있다. 언급된 요소는 예를 들어 층 구조체의 층으로서 제공될 수 있다. 층 구조체는 예를 들어 기판, 바람직하게는 투명한 기판, 예를 들어 유리 기판에 적용될 수 있다.
바람직한 광학 센서의 상기 언급된 요소의 바람직한 실시양태는 예로서 아래에 기재되며, 이들 실시양태는 임의의 목적하는 조합으로 사용될 수 있다. 그러나, 원칙적으로 다수의 다른 구성도 가능한데, 예를 들어 상기 인용된 WO 2012/110924 A1 호, US 2007/0176165 A1 호, US 6,995,445 B2 호, DE 2501124 A1호, DE 3225372 A1 호, 및 WO 2009/013282 A1 호를 참조할 수 있다.
상기 개략된 바와 같이, 하나 이상의 횡방향 광학 센서는 염료-증감된 태양 전지(DSC), 바람직하게는 고체 염료-증감된 태양 전지(sDSC)로서 디자인될 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 종방향 광학 센서는 하나 이상의 염료-증감된 태양 전지(DSC)로서 디자인될 수 있거나, 또는 하나 이상의 염료-증감된 태양 전지(DSC), 바람직하게는 고체 염료-증감된 태양 전지(sDSC)를 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 하나 이상의 종방향 광학 센서는 DSC의 스택, 바람직하게는 sDSC의 스택을 포함한다. DSC 또는 sDSC의 바람직한 구성요소는 아래에 개시된다. 그러나, 다른 실시양태도 실현가능함을 알 것이다.
제 1 전극 및 n-반도체성 금속 산화물
일반적으로, 횡방향 광학 센서 및/또는 종방향 광학 센서의 층 셋업에 사용될 수 있는 제 1 전극 및 n-반도체성 금속 산화물의 바람직한 실시양태에 대해서는, WO 2012/110924 A1 호를 참조할 수 있다. 횡방향 광학 센서 및/또는 종방향 광학 센서의 염료 태양 전지에 사용되는 n-반도체성 금속 산화물은 단일 금속 산화물 또는 상이한 산화물의 혼합물일 수 있다. 또한, 혼합된 산화물을 사용할 수도 있다. n-반도체성 금속 산화물은 특히 다공성일 수 있고/있거나 나노미립자 산화물의 형태로 사용될 수 있으며, 이와 관련하여 나노입자는 0.1㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 입자를 의미하는 것으로 생각된다. 전형적으로는 소결 공정에 의해 큰 표면적을 갖는 다공성 박막으로서 나노미립자 산화물을 전도성 기판(즉, 제 1 전극으로서 전도성 층을 갖는 캐리어) 상에 도포한다.
바람직하게는, 하나 이상의 횡방향 광학 센서는 하나 이상의 투명한 기판을 사용한다. 유사하게, 바람직하게는, 하나 이상의 종방향 광학 센서는 하나 이상의 투명한 기판을 사용한다. 종방향 광학 센서 스택 같은 복수개의 종방향 광학 센서가 사용되는 경우에는, 바람직하게는, 이들 종방향 광학 센서중 하나 이상이 투명한 기판을 사용한다. 그러므로, 예로서, 물체로부터 멀리 향하는 최종 종방향 광학 센서 외의 모든 종방향 광학 센서는 각각 투명한 기판을 사용할 수 있다. 최종 종방향 광학 센서는 투명하거나 불투명한 기판을 사용할 수 있다.
유사하게, 하나 이상의 횡방향 광학 센서는 하나 이상의 투명한 제 1 전극을 사용한다. 또한, 하나 이상의 종방향 광학 센서는 하나 이상의 투명한 제 1 전극을 사용할 수 있다. 종방향 광학 센서의 스택 같은 복수개의 종방향 광학 센서가 사용되는 경우에는, 바람직하게는 이들 종방향 광학 센서중 하나 이상이 투명한 제 1 전극을 사용한다. 그러므로, 예로서 물체로부터 멀리 향하는 최종 종방향 광학 센서 외의 모든 종방향 광학 센서는 각각 투명한 제 1 전극을 사용할 수 있다. 최종 종방향 광학 센서는 투명하거나 불투명한 제 1 전극을 사용할 수 있다.
기판은 강성 또는 가요성일 수 있다. 적합한 기판(이후 캐리어라고도 함)은 금속 호일뿐만 아니라 특히 플라스틱 시트 또는 필름 및 특별히 유리 시트 또는 유리 필름이다. 상기 바람직한 구조에 따른 제 1 전극에 특히 적합한 전극 물질은 전도성 물질, 예를 들어 투명한 전도성 산화물(TCO), 예를 들어 플루오르- 및/또는 인듐-도핑된 산화주석(FTO 또는 ITO) 및/또는 알루미늄-도핑된 산화아연(AZO), 탄소 나노튜브 또는 금속 필름이다. 그러나, 다르게는 또는 추가로, 충분한 투명도를 갖는 금속 박막을 사용할 수도 있다. 불투명한 제 1 전극이 요구되고 사용되는 경우에는, 두꺼운 금속 필름을 사용할 수 있다.
기판은 이들 전도성 물질로 덮이거나 코팅될 수 있다. 일반적으로, 제안된 구조체에는 단일 기판이 요구되기 때문에, 가요성 전지의 형성도 가능하다. 이는 강성 기판으로는 기껏해야 어렵게 획득할 수 있는 다수개의 최종 용도, 예를 들어 은행 카드, 가멘트 등에서의 사용을 가능케 한다.
p-형 반도체와 TCO 층의 직접적인 접촉을 방지하기 위하여, 제 1 전극, 특히 TCO 층을 추가로 고체 금속 산화물 완충 층(예를 들어, 두께 10 내지 200nm)으로 덮거나 코팅할 수 있다[예를 들어, 펭(Peng) 등, Coord. Chem. Rev. 248, 1479 (2004)]. 그러나, 고체 p-반도체성 전해질(이 경우, 전해질과 제 1 전극의 접촉이 액체 또는 겔-형 전해질에 비해 크게 감소됨)의 본 발명에 따른 사용은, 많은 경우에 완충 층을 불필요하게 만들어, 많은 경우에 이 층(이는 또한 전류-한정 효과를 갖고 또한 n-반도체성 금속 산화물과 제 1 전극 사이의 접촉을 악화시킬 수 있음)이 없을 수 있게 하고, 이는 구성요소의 효율을 향상시킨다. 반면, 염료 태양 전지의 전류 성분을 유기 태양 전지의 전류 성분에 매치시키기 위하여, 이러한 완충 층을 제어되는 방식으로 사용할 수 있다. 또한, 특히 고체 전지에서 완충 층이 없는 전지의 경우에는, 전하 캐리어가 원치 않게 재조합되어 흔히 문제가 발생한다. 이와 관련하여, 완충 층은 많은 경우에 특히 고체 전지에서 유리하다.
널리 공지되어 있는 바와 같이, 금속 산화물의 박층 또는 박막은 통상 값싼 고체 반도체 물질(n-형 반도체)이지만, 그의 흡수는 큰 대역 갭으로 인해 전형적으로 전자기 스펙트럼의 가시광선 영역 내에 속하지 않고, 오히려 통상적으로 자외선 스펙트럼 영역에 속한다. 따라서, 태양 전지에 사용하기 위하여, 금속 산화물은 통상적으로 염료 태양 전지의 경우에서와 같이 감광제로서 염료와 조합되어야 하는데, 이 염료는 태양광의 파장 범위, 즉 300 내지 2000nm를 흡수하고, 전자 여기된 상태에서는 반도체의 전도 대역으로 전자를 주입한다. 전해질로서 전지에 추가로 사용되는 고체 p-형 반도체(이는 다시 대전극에서 환원됨) 덕분에, 감광제가 재생되도록 전자가 감광제로 재순환될 수 있다.
유기 태양 전지에 사용하기 위해 특히 흥미를 끄는 것은 반도체 산화아연, 이산화주석, 이산화티탄 또는 이들 금속 산화물의 혼합물이다. 금속 산화물은 나노결정질 다공성 층의 형태로 사용될 수 있다. 이들 층은 태양광의 높은 흡수가 달성되도록 감광제로서의 염료로 코팅되는 큰 표면적을 갖는다. 제작되는 금속 산화물 층, 예를 들어 나노봉은 더 높은 전자 이동성 또는 염료에 의해 공극이 개선되게 채워지는 것과 같은 이점을 제공한다.
금속 산화물 반도체는 단독으로 또는 혼합물의 형태로 사용될 수 있다. 또한, 금속 산화물을 하나 이상의 다른 금소 산화물로 코팅할 수 있다. 또한, 금속 산화물을 다른 반도체, 예를 들어 GaP, ZnP 또는 ZnS에 코팅으로서 도포할 수 있다.
특히 바람직한 반도체는 나노결정질 형태로 바람직하게 사용되는, 예추석 다형체중 산화아연 및 이산화티탄이다.
또한, 이들 태양 전지에 전형적으로 사용되는 모든 n-형 반도체와 감광제를 유리하게 조합할 수 있다. 바람직한 예는 이산화티탄, 산화아연, 산화주석(IV), 산화텅스텐(VI), 산화탄탈(V), 산화니오브(V), 산화세슘, 티탄산스트론튬, 주석산아연, 페로브스카이트 유형의 복합 산화물, 예를 들어 티탄산바륨, 및 2원 또는 3원 산화철(나노결정질 또는 비정질 형태로 존재할 수 있음) 같은, 세라믹에 사용되는 금속 산화물을 포함한다.
통상적인 유기 염료 및 프탈로시아닌 및 폴피린이 갖는 강한 흡수 때문에, n-반도체성 금속 산화물의 박층 또는 박막만으로도 요구되는 양의 염료를 흡수하는데 충분하다. 금속 산화물 박막은 다시 원치 않는 재조합 공정 가능성이 낮아지고 염료 아전지(subcell)의 내부 저항이 감소되는 이점을 갖는다. n-반도체성 금속 산화물의 경우, 100nm 내지 20㎛, 더욱 바람직하게는 500nm 내지 약 3㎛의 층 두께를 사용하는 것이 바람직하다.
염료
본 발명에서, 특히 DSC에 통상적인 용어 "염료", "감광제 염료" 및 "감광제"는 가능한 구성에 대해 임의의 제한 없이 본질적으로 동의어로 사용된다. 본 발명의 내용에 사용가능한 다수의 염료는 종래 기술로부터 공지되어 있고, 따라서 가능한 물질 예에 대해서는 염료 태양 전지에 관한 종래 기술의 상기 기재내용을 참조할 수 있다. 바람직한 예로서, WO 2012/110924 A1 호에 개시된 하나 이상의 염료를 사용할 수 있다.
추가로 또는 다르게는, WO 2013/144177 A1 호에 개시된 하나 이상의 염료 같은 플루오르화된 대음이온을 갖는 하나 이상의 퀴놀리늄 염료를 본 발명에 따른 검출기에 사용할 수 있다. 특히, 하기에 개시되는 하나 이상의 염료를 하나 이상의 종방향 광학 센서 및/또는 하나 이상의 횡방향 광학 센서에 사용할 수 있다. 이들 염료 및 이들 미공고 출원의 개시내용의 세부사항은 아래에 기재된다. 특히, 아래에 더욱 자세하게 기재되는 염료 D-5를 사용할 수 있다. 그러나, 하나 이상의 다른 염료를 추가로 또는 달리 사용할 수 있다.
나열되고 특허청구된 모든 염료는 원칙적으로 안료로서 존재할 수 있다. 반도체 물질로서 이산화티탄에 기초한 염료-증감된 태양 전지는 예를 들어 US 4 927 721 A 호, 문헌[Naure 353, p. 737-740 (1991)] 및 US 5 350 644 A 호, 또한 문헌[Nature 395, p 583-585 (1998)] 및 EP 1 176 646 A1 호에 기재되어 있다. 이들 문서에 기재된 염료를 원칙적으로 본 발명과 관련하여 유리하게 사용할 수 있다. 이들 염료 태양 전지는 바람직하게는 전이금속 착체, 특히 루테늄 착체의 단분자 필름을 포함하는데, 이 착체는 감광제로서의 산 기를 통해 이산화티탄 층에 결합된다.
루테늄 착체를 포함할 수 있는 염료-증감된 태양 전지에 사용하기 위한 염료는 특히 루테늄의 높은 비용 때문에 여태까지 학문적 관심만 받아왔다. 그러나, 본 발명에 따른 검출기에 사용될 수 있는 염료-증감된 태양 전지는 소량의 루테늄만을 필요로 하여, 특히 물체로부터 이동하는 하나 이상의 광 빔이 적외선(IR) 영역, 즉 약 750nm 내지 1000㎛의 전자기선 스펙트럼의 일부, 바람직하게는 근적외선(NIR) 영역으로 통상적으로 일컬어지는 부분(이는 통상 약 750nm 내지 1.5㎛인 것으로 생각됨)을 적어도 부분적으로 포함할 수 있는 스펙트럼 범위를 포함하는 경우에, 하나 이상의 물체의 위치를 결정하는 본 방법 내에서 사용하기에 매력적인 특징에 의해 비용 논쟁을 용이하게 뒤엎을 수 있다. 본 발명에 따른 검출기 내에 사용하기 적합한 공지 루테늄 착체의 예는 다음과 같다:
Figure 112015069325511-pct00001
다른 예는 키노시타(T. Kinoshita), 다이(J.T. Dy), 우치다(S. Uchida), 쿠보(T. Kubo) 및 세가와(H. Segawa)의 문헌[Wideband dye-sensitized solar cells employing a phosphine-coordinated ruthenium sensitizer, Nature Photonics, 7, 535-539 (2013]에서 찾아볼 수 있는데, 여기에는 NIR에서, 특히 750nm 내지 950nm에서 강한 흡수를 나타내고 따라서 전도유망한 효율을 갖는 염료-증감된 태양 전지를 생성시킬 수 있는 포스핀-배위된 루테늄 착체가 기재되어 있다:
Figure 112015069325511-pct00002
NIR 영역을 비롯한 IR 영역 내에서 대부분의 공지 염료가 약한 흡수 특성을 나타내기 때문에, 루테늄 착체를 포함하는 염료는 본원의 다른 부분에 기재된 바와 같이 특히 컴퓨터 비전과 관련된 용도(여기에서는 IR 광이 중요한 역할을 할 수 있음)에서 예컨대 능동형 깊이 센서로서 사용되는 것과 같이 본 발명에 따른 검출기의 영역을 IR 영역으로, 특히 NIR 영역으로 확대할 수 있다.
제안된 다수의 감광제는 금속-비함유 유기 염료를 포함하고, 이는 마찬가지로 본 발명에 사용될 수 있다. 인돌린 염료[예를 들어, 슈미트-멘드(Schmidt-Mende) 등, Adv. Mater. 2005, 17, 813 참조]를 사용하여, 특히 고체 염료 태양 전지에서 4%보다 높은 효율을 달성할 수 있다. US-A-6 359 211 호는 이산화티탄 반도체를 고정시키기 위해 알킬렌 라디칼을 통해 결합되는 카복실기를 갖는 시아닌, 옥사진, 티아진 및 아크리딘 염료의 용도(본 발명의 내용에서도 실행가능함)를 기재한다.
이제, 유기 염료는 액체 전지에서 거의 12.1%의 효율을 달성한다[예를 들어, 왕(P. Wang) 등, ACS. Nano 2010 참조]. 피리디늄-함유 염료가 보고되었고, 본 발명의 내용에 사용될 수 있으며 전도유망한 효율을 나타낼 수 있다.
제안된 염료 태양 전지에서 특히 바람직한 감광제 염료는 DE 10 2005 053 995 A1 호 또는 WO 2007/054470 A1 호에 기재되어 있는 페릴렌 유도체, 테릴렌 유도체 및 쿼터릴렌 유도체이다. 본 발명에서도 가능한 이들 염료의 사용은 높은 효율과 동시에 높은 안정성을 갖는 광전변환 요소를 발생시킨다.
라일렌은 태양광의 파장 범위에서 강력한 흡수를 나타내고, 공액 시스템의 길이에 따라 약 400nm(DE 10 2005 053 995 A1 호로부터의 페릴렌 유도체 I) 내지 약 900nm(DE 10 2005 053 995 A1 호로부터의 쿼터릴렌 유도체 I)의 범위를 포괄할 수 있다. 테릴렌에 기초한 라일렌 유도체 I은 그의 조성에 따라 고체 상태에서 약 400 내지 800nm의 범위 내에서 이산화티탄 상으로 흡착된다. 입사 태양광을 가시광선부터 근적외선 영역까지 매우 실질적으로 활용하기 위하여, 상이한 라일렌 유도체]의 혼합물을 사용하는 것이 유리하다. 때때로, 상이한 라일렌 동족체를 사용하는 것이 권장될 수 있다.
라일렌 유도체 I은 n-반도체성 금속 산화물 필름에 영속적인 방식으로 용이하게 고정될 수 있다. 무수물 작용기(x1) 또는 동일 반응계 내에서 형성된 카복실기 -COOH 또는 -COO-를 통해, 또는 이미드 또는 응축물 라디칼((x2) 또는 (x3))에 존재하는 산 기 A를 통해 결합을 수행한다. DE 10 2005 053 995 A1 호에 기재된 라일렌 유도체 I은 본 발명의 내용에서 염료-증감된 태양 전지에 사용하기 매우 적합하다.
분자의 한쪽 말단에서 염료가 n-형 반도체 필름에 그 자신을 고정시킬 수 있는 고정 기를 갖는 것이 특히 바람직하다. 분자의 다른 말단에서, 염료는 바람직하게는 n-형 반도체로의 전자 방출 후 염료의 재생을 용이하게 하고 또한 반도체에 이미 방출된 전자와 재조합하는 것을 방지하는 전자 공여체 Y를 포함한다.
적합한 염료의 가능한 선택과 관련된 추가의 세부사항에 대해서는, 예를 들어 다시 DE 10 2005 053 995 A1 호를 참조할 수 있다. 예로서, 특히 루테늄 착체, 폴피린, 다른 유기 감광제, 바람직하게는 라일렌을 사용할 수 있다.
염료는 간단한 방식으로 n-반도체성 금속 산화물 필름 상에 또는 내에 고정될 수 있다. 예를 들어, 적합한 유기 용매중 염료의 용액 또는 현탁액과 n-반도체성 금속 산화물 필름을 새롭게 소결된 상태(여전히 따뜻함)로 충분한 기간(예를 들어, 약 0.5 내지 24시간)동안 접촉시킬 수 있다. 예를 들어, 금속 산화물-코팅된 기판을 염료 용액에 침지시킴으로써, 이를 달성할 수 있다.
상이한 염료의 조합을 사용하는 경우에는, 예를 들어 하나 이상의 염료를 포함하는 하나 이상의 용액 또는 현탁액으로부터 이들을 연속적으로 도포할 수 있다. 또한, 예를 들어 CuSCN의 층에 의해 분리되는 2개의 염료를 사용할 수도 있다[이와 관련하여서는, 예를 들어 테나콘(Tennakone, K.J.), Phys. Chem. B. 2003, 107, 13758을 참조한다]. 개별적인 경우에 용이하게 비교하여 가장 편리한 방법을 결정할 수 있다.
염료 및 n-반도체성 금속 산화물의 산화물 입자의 크기의 선택에 있어서는, 최대량의 광이 흡수되도록 유기 태양 전지를 구성해야 한다. 산화물 층은 고체 p-형 반도체가 공극을 효과적으로 채울 수 있도록 구성되어야 한다. 예를 들어, 더 작은 입자는 더 큰 표면적을 갖고, 따라서 더 많은 양의 염료를 흡수할 수 있다. 반면, 더 큰 입자는 통상 p-도체를 통해 더 우수하게 침투할 수 있는 더 큰 공극을 갖는다.
p-반도체성 유기 물질
상기 기재된 바와 같이, 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및/또는 하나 이상의 종방향 광학 센서의 하나 이상의 DSC 또는 sDSC는 특히 하나 이상의 p-반도체성 유기 물질, 바람직하게는 하나 이상의 고체 p-반도체성 물질(이는 이후 p-형 반도체 또는 p-형 도체로 지칭됨)을 포함할 수 있다. 이후, 개별적으로 또는 임의의 목적하는 조합으로, 예를 들어 개별적인 p-형 반도체를 갖는 복수개의 층의 조합으로 및/또는 한 층에서 복수개의 p-형 반도체의 조합으로 사용될 수 있는 이러한 유기 p-형 반도체의 일련의 바람직한 예를 기재한다.
n-반도체형 금속 산화물중 전자와 고체 p-도체의 재조합을 방지하기 위하여, n-반도체형 금속 산화물과 p-형 반도체 사이에 부동태화 물질을 갖는 하나 이상의 부동태화 층을 사용할 수 있다. 이 층은 매우 얇아야 하고 가능한한 n-반도체성 금속 산화물의 아직 덮이지 않은 부위만 덮어야 한다. 부동태화 물질은 일부 상황에서 또한 염료 전에 금속 산화물에 도포될 수 있다. 바람직한 부동태화 물질은 특히 하기 성분중 하나 이상이다: Al2O3; 실란, 예를 들어 CH3SiCl3; Al3 +; 4-3급-부틸피리딘(TBP); MgO; GBA(4-구아니디노부티르산) 및 유사한 유도체; 알킬 산; 헥사데실말론산(HDMA).
상기 기재된 바와 같이, 유기 태양 전지와 관련하여서는, 바람직하게는 하나 이상의 고체 유기 p-형 반도체를 단독으로 또는 특성상 유기 또는 무기인 하나 이상의 다른 p-형 반도체와 함께 사용한다. 본 발명에서, p-형 반도체는 통상 정공, 즉 양전하 캐리어를 전도할 수 있는 물질, 특히 유기 물질을 의미하는 것으로 생각된다. 더욱 특히, 이는 1회 이상 안정하게 산화되어 예컨대 소위 자유-라디칼 양이온을 형성할 수 있는 광범위한 π-전자 시스템을 갖는 유기 물질일 수 있다. 예를 들어, p-형 반도체는 언급된 특성을 갖는 하나 이상의 유기 매트릭스 물질을 포함할 수 있다. 또한, p-형 반도체는 임의적으로 p-반도체 특성을 강화하는 하나 또는 복수개의 도판트를 포함할 수 있다. p-형 반도체의 선택에 영향을 끼치는 중요한 매개변수는 정공 이동성인데, 왜냐하면 이것이 부분적으로는 정공 확산 길이를 결정하기 때문이다[쿠마라(Kumara, G.) Langmuir, 2002, 18, 10493-10495 참조]. 상이한 스피로 화합물에서의 전하 캐리어 이동성의 비교는 예를 들어 사라기(T. Saragi)의 문헌[Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 966-974]에서 찾아볼 수 있다.
바람직하게는, 본 발명과 관련하여, 유기 반도체를 사용한다(즉, 저분자량, 올리고머 또는 중합체 반도체 또는 이러한 반도체의 혼합물). 액상으로부터 가공될 수 있는 p-형 반도체가 특히 바람직하다. 여기에서의 예는 폴리티오펜 및 폴리아릴아민 같은 중합체, 또는 도입부에서 언급한 스피로바이플루오렌 같은 비정질의 가역적으로 산화될 수 있는 비중합체성 유기 화합물이다(예를 들어, US 2006/0049397 호 및 본 발명과 관련하여서도 사용될 수 있는, p-형 반도체로서 상기 특허에 개시된 스피로 화합물 참조]. WO 2012/110924 A1 호에 개시되어 있는 저분자량 p-형 반도체 물질, 바람직하게는 스피로-MeOTAD 및/또는 라이젠스(Leijtens) 등의 문헌[ACS Nano, VOL. 6, NO. 2, 1455-1462 (2012)]에 개시되어 있는 하나 이상의 p-형 반도체성 물질 같은 저분자량 유기 반도체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 또는 다르게는, 본원에 참고로 인용되는 WO 2010/094636 A1 호에 개시되어 있는 하나 이상의 p-형 반도체성 물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 종래 기술의 기재내용으로부터 p-반도체성 물질 및 도판트와 관련된 진술을 참조할 수 있다.
하나 이상의 p-전도성 유기 물질을 하나 이상의 캐리어 요소에 도포함으로써 p-형 반도체를 바람직하게 제조할 수 있거나 제조하며, 이 때 도포는 예를 들어 하나 이상의 p-전도성 유기 물질을 포함하는 액상으로부터의 침착에 의해 수행된다. 원칙적으로는, 이 경우, 임의의 목적하는 침착 공정에 의해, 예를 들어 회전-코팅, 나이프-코팅, 인쇄 또는 언급된 방법 및/또는 다른 침착 방법의 조합에 의해 침착을 다시 한 번 수행할 수 있다.
유기 p-형 반도체는 특히 하나 이상의 스피로 화합물을 포함할 수 있고/있거나 특히 하기 화합물로부터 선택될 수 있다: 스피로 화합물, 특히 스피로-MeOTAD; 하기 화학식 I의 화합물:
[화학식 I]
Figure 112015069325511-pct00003
상기 식에서, A1, A2, A3는 각각 독립적으로 임의적으로 치환되는 아릴기 또는 헤테로아릴기이고; R1, R2, R3는 각각 독립적으로 치환기 -R, -OR, -NR2, -A4-OR 및 -A4-NR2로 이루어진 군으로부터 선택되며; R은 알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고; A4는 아릴기 또는 헤테로아릴기이고; n은 화학식 I에서 각각의 경우 독립적으로 0, 1, 2 또는 3의 값이나; 단, 개별적인 n 값의 합은 2이상이고, R1, R2 및 R3 라디칼중 둘 이상은 -OR 및/또는 -NR2이다.
바람직하게는, A2 및 A3는 동일하고; 따라서, 화학식 I의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 Ia를 갖는다:
[화학식 Ia]
Figure 112015069325511-pct00004
더욱 구체적으로는, 상기 설명한 바와 같이, p-형 반도체는 하나 이상의 저분자량 유기 p-형 반도체를 가질 수 있다. 저분자량 물질은 일반적으로 단량체 형태로, 중합되지 않은 형태로 또는 올리고머화되지 않은 형태로 존재하는 물질을 의미하는 것으로 이해된다. 본원에 사용되는 용어 "저분자량"은 바람직하게는 p-형 반도체가 100 내지 25 000g/몰의 분자량을 가짐을 의미한다. 바람직하게는, 저분자량 성분은 500 내지 2000g/몰의 분자량을 갖는다.
일반적으로, 본 발명의 내용에서, p-반도체 특성은 정공을 형성하고 이들 정공을 수송하고/하거나 이들 정공을 인접한 분자로 통과시키는 물질, 특히 유기 분자의 특성을 의미하는 것으로 생각된다. 더욱 구체적으로, 이들 분자의 안정한 산화가 가능해야 한다. 또한, 언급된 저분자량 유기 p-형 반도체는 특히 광범위한 π-전자 시스템을 가질 수 있다. 더욱 특히, 하나 이상의 저분자량 p-형 반도체는 용액으로부터 가공될 수 있다. 저분자량 p-형 반도체는 특히 하나 이상의 트라이페닐아민을 포함할 수 있다. 저분자량 유기 p-형 반도체가 하나 이상의 스피로 화합물을 포함하는 경우가 특히 바람직하다. 스피로 화합물은 고리가 하나의 원자(이는 스피로 원자로도 일컬어짐)에서만 연결되는 다환상 유기 화합물을 의미하는 것으로 이해된다. 더욱 특히, 스피로 원자를 통해 서로 연결되는 스피로 화합물의 구성성분이 예컨대 서로에 대해 상이한 평면에 배열되도록, 스피로 원자는 sp3-혼성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 스피로 화합물은 하기 화학식의 구조를 갖는다:
Figure 112015069325511-pct00005
상기 식에서, 아릴1, 아릴2, 아릴3, 아릴4, 아릴5, 아릴6, 아릴7 및 아릴8은 각각 독립적으로 치환된 아릴 라디칼 및 헤테로아릴 라디칼로부터, 특히 치환된 페닐 라디칼로부터 선택되고, 이 때 아릴 라디칼 및 헤테로아릴 라디칼, 바람직하게는 페닐 라디칼은 각각 독립적으로 바람직하게는 각각의 경우 -O-알킬, -OH, -F, -Cl, -Br 및 -I로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기에 의해 치환되며, 알킬은 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필 또는 아이소프로필이다.
더욱 바람직하게는, 페닐 라디칼은 각각 독립적으로 각각의 경우 -O-Me, -OH, -F, -Cl, -Br 및 -I로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기에 의해 치환된다.
더욱 바람직하게는, 스피로 화합물은 하기 화학식의 화합물이다:
Figure 112015069325511-pct00006
상기 식에서, Rr, Rs, Rt, Ru, Rv, Rw, Rx 및 Ry는 각각 독립적으로 -O-알킬, -OH, -F, -Cl, -Br 및 -I로 이루어진 군으로부터 선택되고, 이 때 알킬은 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필 또는 아이소프로필이다.
더욱 바람직하게는, Rr, Rs, Rt, Ru, Rv, Rw, Rx 및 Ry는 각각 독립적으로 -O-Me, -OH, -F, -Cl, -Br 및 -I로 이루어진 군으로부터 선택된다.
더욱 구체적으로, p-형 반도체는 스피로-MeOTAD를 포함할 수 있거나, 스피로-MeOTAD로 이루어질 수 있다. 즉, 예컨대 독일 다름스타트에 소재하는 메르크 카가아(Merck KGaA)에서 시판중인 하기 화학식의 화합물이다:
Figure 112015069325511-pct00007
다르게는 또는 부가적으로, 다른 p-반도체성 화합물, 특히 저분자량 및/또는 올리고머 및/또는 중합체 p-반도체성 화합물을 또한 사용할 수 있다.
다른 실시양태에서, 저분자량 유기 p-형 반도체는 상기 언급된 화학식 I의 하나 이상의 화합물을 포함하며, 예를 들어 본원의 우선일 후에 공개된 PCT 특허원 PCT/EP2010/051826 호를 참조할 수 있다. p-형 반도체는 상기 기재된 스피로 화합물에 부가적으로 또는 상기 기재된 스피로 화합물 대신 상기 언급된 화학식 I의 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련하여 사용되는 용어 "알킬" 또는 "알킬기" 또는 "알킬 라디칼"은 일반적으로 치환되거나 치환되지 않은 C1-C20-알킬 라디칼을 의미하는 것으로 생각된다. C1- 내지 C10-알킬 라디칼, 특히 C1- 내지 C8-알킬 라디칼이 바람직하다. 알킬 라디칼은 직쇄이거나 분지될 수 있다. 또한, 알킬 라디칼은 C1-C20-알콕시, 할로겐, 바람직하게는 F, 및 다시 치환되거나 치환되지 않을 수 있는 C6-C30-아릴로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다. 적합한 알킬기의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸 및 옥틸, 또한 아이소프로필, 아이소부틸, 아이소펜틸, 2급-부틸, 3급-부틸, 네오펜틸, 3,3-다이메틸부틸, 2-에틸헥실, 및 C6-C30-아릴, C1-C20-알콕시 및/또는 할로겐, 특히 F에 의해 치환된 언급된 알킬기의 유도체, 예컨대 CF3이다.
본 발명과 관련하여 사용되는 용어 "아릴" 또는 "아릴기" 또는 "아릴 라디칼"은 일환상, 이환상, 삼환상 또는 다른 다환상 방향족 고리로부터 유도되는 임의적으로 치환되는 C6-C30-아릴 라디칼을 의미하는 것으로 생각되며, 이 때 방향족 고리는 임의의 고리 헤테로원자를 포함하지 않는다. 아릴 라디칼은 바람직하게는 5- 및/또는 6-원 방향족 고리를 포함한다. 아릴이 일환상 시스템이 아닌 경우에, 제 2 고리의 용어 "아릴"의 경우 특정 형태가 공지되어 있고 안정하다면 포화된 형태(퍼하이드로 형태) 또는 부분 불포화 형태(예컨대, 다이하이드로 형태 또는 테트라하이드로 형태) 또한 가능하다. 본 발명의 내용에서 용어 "아릴"은 예를 들어 또한 3개의 라디칼중 2개 또는 모두가 방향족인 이환상 또는 삼환상 라디칼, 및 하나의 고리만이 방향족인 이환상 또는 삼환상 라디칼, 및 2개의 고리가 방향족인 삼환상 라디칼을 포함한다. 아릴의 예는 페닐, 나프틸, 인단일, 1,2-다이하이드로나프텐일, 1,4-다이하이드로나프텐일, 플루오렌일, 인덴일, 안트라센일, 페난트렌일 또는 1,2,3,4-테트라하이드로나프틸이다. C6-C10-아릴 라디칼, 예를 들어 페닐 또는 나프틸, 매우 특히 C6-아릴 라디칼, 예컨대 페닐이 특히 바람직하다. 또한, 용어 "아릴"은 단일 결합 또는 이중 결합을 통해 서로 연결된 둘 이상의 일환상, 이환상 또는 다환상 방향족 고리를 포함하는 고리 시스템도 포함한다. 한 예는 바이페닐 기이다.
본 발명의 내용에서 사용되는 용어 "헤테로아릴" 또는 "헤테로아릴기" 또는 "헤테로아릴 라디칼"은 임의적으로 치환되는 5- 또는 6-원 방향족 고리 및 다환상 고리, 예를 들어 하나 이상의 고리에 하나 이상의 헤테로원자를 갖는 이환상 및 삼환상 화합물을 의미하는 것으로 생각된다. 본 발명의 내용에서 헤테로아릴은 바람직하게는 5 내지 30개의 고리 원자를 포함한다. 이들은 일환상, 이환상 또는 삼환상일 수 있고, 일부는 아릴 기본 골격의 하나 이상의 탄소 원자를 헤테로원자로 대체함으로써 전술한 아릴로부터 유도될 수 있다. 바람직한 헤테로원자는 N, O 및 S이다. 헤테릴 라디칼은 더욱 바람직하게는 5 내지 13개의 고리 원자를 갖는다. 헤테로아릴 라디칼의 기본 골격은 특히 바람직하게는 피리딘, 및 티오펜, 피롤, 이미다졸 또는 푸란 같은 5-원 헤테로방향족 화합물 등의 시스템으로부터 선택된다. 이들 기본 골격은 1개 또는 2개의 6-원 방향족 라디칼에 임의적으로 융합될 수 있다. 또한, 단일 결합 또는 이중 결합을 통해 서로 연결되는 둘 이상의 일환상, 이환상 또는 다환상 고리를 포함하는 고리 시스템(여기에서는 하나 이상의 고리가 헤테로원자를 포함함)도 포함한다. 헤테로아릴이 일환상 시스템이 아닌 경우에는, 하나 이상의 고리에 대한 용어 "헤테로아릴"의 경우, 특정 형태가 공지되어 있고 안정하다면 포화된 형태(퍼하이드로 형태) 또는 부분 불포화 형태(예를 들어, 다이하이드로 형태 또는 테트라하이드로 형태)도 가능하다. 본 발명의 내용에서 용어 "헤테로아릴"은 예를 들어 3개의 라디칼중 2개 또는 모두가 방향족인 이환상 또는 삼환상 라디칼, 또한 하나의 고리만이 방향족인 이환상 또는 삼환상 라디칼, 및 2개의 고리가 방향족인 삼환상 라디칼을 포함하고, 이 때 고리중 하나 이상, 즉 하나 이상의 방향족 또는 하나의 비방향족 고리는 헤테로원자를 갖는다. 적합한 융합된 헤테로방향족 화합물은 예를 들어 카바졸릴, 벤즈이미다졸릴, 벤조푸릴, 다이벤조푸릴 또는 다이벤조티오페닐이다. 기본 골격은 1개의 또는 1개보다 많거나 또는 모든 치환가능한 위치에서 치환될 수 있으며, 적합한 치환기는 C6-C30-아릴의 정의하에 이미 명시된 것과 동일하다. 그러나, 헤테로아릴 라디칼은 바람직하게는 치환되지 않는다. 적합한 헤테로아릴 라디칼은 예를 들어 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 상응하는 벤조 융합된 라디칼, 특히 카바졸릴, 벤즈이미다졸릴, 벤조푸릴, 다이벤조푸릴 또는 다이벤조티오페닐이다.
본 발명의 내용에서, 용어 "임의적으로 치환되는"은 알킬기, 아릴기 또는 헤테로아릴기의 하나 이상의 수소 라디칼이 치환기로 대체된 라디칼을 가리킨다. 이 치환기의 유형과 관련하여, 알킬 라디칼, 예를 들어 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸 및 옥틸, 또한 아이소프로필, 아이소부틸, 아이소펜틸, 2급-부틸, 3급-부틸, 네오펜틸, 3,3-다이메틸부틸 및 2-에틸헥실; 아릴 라디칼, 예컨대 C6-C10-아릴 라디칼, 특히 페닐 또는 나프틸, 가장 바람직하게는 C6-아릴 라디칼, 예를 들어 페닐; 및 헤테로아릴 라디칼, 예를 들어 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 또한 상응하는 벤조 융합된 라디칼, 특히 카바졸릴, 벤즈이미다졸릴, 벤조푸릴, 다이벤조푸릴 또는 다이벤조티오페닐이 바람직하다. 추가적인 예는 하기 치환기를 포함한다: 알켄일, 알킨일, 할로겐, 하이드록실.
여기에서, 치환도는 일치환에서 가능한 치환기의 최대 수까지 변할 수 있다.
본 발명에 따라 사용하기 위한 화학식 I의 바람직한 화합물은 R1, R2 및 R3중 둘 이상이 파라-OR 및/또는 -NR2 치환기라는 점에서 주목할만하다. 여기에서 둘 이상의 라디칼은 유일한 -OR 라디칼, 유일한 -NR2 라디칼, 또는 하나 이상의 -OR 및 하나 이상의 -NR2 라디칼일 수 있다.
본 발명에 따라 사용하기 특히 바람직한 화학식 I의 화합물은 R1, R2 및 R3 라디칼중 넷 이상이 파라-OR 및/또는 -NR2 치환기라는 점에서 주목할만하다. 여기에서 넷 이상의 라디칼은 유일한 -OR 라디칼, 유일한 -NR2 라디칼, 또는 -OR 및 -NR2 라디칼의 혼합물일 수 있다.
본 발명에 따라 사용하기 매우 특히 바람직한 화학식 I의 화합물은 R1, R2 및 R3 라디칼이 모두 파라-OR 및/또는 -NR2 치환기라는 점에서 주목할만하다. 이들은 유일한 -OR 라디칼, 유일한 -NR2 라디칼, 또는 -OR 및 -NR2 라디칼의 혼합물일 수 있다.
모든 경우에, -NR2 라디칼의 2개의 R은 서로 상이할 수 있으나, 이들은 바람직하게는 동일하다.
바람직하게는, A1, A2 및 A3는 각각 독립적으로 하기 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된다:
Figure 112015069325511-pct00008
상기 식에서, m은 1 내지 18의 정수이고; R4는 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이며, R4는 바람직하게는 아릴 라디칼, 더욱 바람직하게는 페닐 라디칼이고; R5 및 R6은 각각 독립적으로 H, 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이며; 도시된 구조체의 방향족 및 헤테로방향족 고리는 임의적으로 추가의 치환기를 가질 수 있다.
여기에서 방향족 및 헤테로방향족 고리의 치환도는 일치환에서 가능한 치환기의 최대 수까지 변할 수 있다.
방향족 및 헤테로방향족 고리의 추가의 치환의 경우 바람직한 치환기는 1개, 2개 또는 3개의 임의적으로 치환되는 방향족 또는 헤테로방향족 기에 대해 상기 이미 언급된 치환기를 포함한다.
바람직하게는, 도시된 구조체의 방향족 및 헤테로방향족 고리는 추가의 치환을 갖지 않는다.
더욱 바람직하게는, A1, A2 및 A3는 각각 독립적으로
Figure 112015069325511-pct00009
이고, 더욱 바람직하게는
Figure 112015069325511-pct00010
이다.
더욱 바람직하게는, 화학식 I의 하나 이상의 화합물은 하기 구조중 하나를 갖는다:
Figure 112015069325511-pct00011
.
다른 실시양태에서, 유기 p-형 반도체는 하기 구조를 갖는 유형 ID322의 화합물을 포함한다:
Figure 112015069325511-pct00012
.
본 발명에 따라 사용하기 위한 화합물은 당 업자에게 공지되어 있는 통상적인 유기 합성 방법에 의해 제조될 수 있다. 아래 첨부된 합성 실시예에서 관련 (특허) 문헌에 대한 참조를 추가로 찾아볼 수 있다.
제 2 전극
a) 개략적인 설명
제 2 전극은 기판에 대향하는 바닥 전극 또는 기판으로부터 멀리 향하는 상부 전극일 수 있다. 상기 개략된 바와 같이, 제 2 전극은 완전히 또는 부분적으로 투명하거나, 또는 불투명할 수 있다. 본원에 사용되는 용어 부분적으로 투명한은 제 2 전극이 투명한 영역 및 불투명한 영역을 포함할 수 있다는 사실을 일컫는다.
제 2 전극이 완전히 또는 부분적으로 투명한 경우, 제 2 전극은 하나 이상의 투명한 전도성 전극을 포함할 수 있으며, 이는 투명한 무기 전도성 물질, 투명한 유기 전도성 물질로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 투명한 무기 전도성 물질의 예로서, ITO 및/또는 FTO 같은 금속 산화물을 사용할 수 있다. 투명한 유기 전도성 물질의 예로서, 하나 이상의 전기 전도성 중합체 물질을 사용할 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "투명"은 제 2 전극의 실제 층 또는 층 셋업을 일컫는다. 그러므로, 100nm 미만, 더욱 바람직하게는 50nm 미만의 두께를 갖는 층 같은 박층을 사용함으로써 투명성을 생성시킬 수 있다.
하기 물질 군의 하나 이상의 물질을 사용할 수 있다: 하나 이상의 금속 물질, 바람직하게는 알루미늄, 은, 백금, 금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 물질; 하나 이상의 비금속 무기 물질, 바람직하게는 LiF; 하나 이상의 유기 전도성 물질, 바람직하게는 하나 이상의 전기 전도성 중합체, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 투명한 전기 전도성 중합체.
제 2 전극은 순수한 형태의 하나 이상의 금속을 포함할 수 있고/있거나 하나 이상의 금속 합금을 포함할 수 있다. 제 2 전극은 단일 층을 추가로 포함할 수 있고/있거나 둘 이상의 층의 층 셋업을 포함할 수 있으며, 이 때 바람직하게는 하나 이상의 층은 하나 이상의 금속 또는 금속 합금을 포함하는 금속 층이다. 예로서, 제 2 전극은 순수한 형태 및/또는 합금의 성분으로서 선행 단락에 나열된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 예로서, 제 2 전극은 몰리브덴 합금; 니오브 합금; 네오디뮴 합금; 알루미늄 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 합금을 포함할 수 있다. 가장 바람직하게는, 제 2 전극은 MoNb, AlNd, MoNb로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 합금을 포함할 수 있다. 예로서, MoNb/AlNd/MoNb를 포함하는 층 셋업 같은 둘 이상의 언급된 합금의 둘 이상의 층을 포함하는 층 셋업을 이용할 수 있다. 예로서, 하기 층 두께를 이용할 수 있다: MoNb 30nm/AlNd 100nm/MoNb 30nm. 그러나, 추가로 또는 다르게는, 다른 셋업 및/또는 다른 층 두께를 사용할 수도 있다.
제 2 전극은 하나 이상의 금속 전극을 포함할 수 있으며, 이 때 순수한 형태 또는 혼합물/합금으로서의 하나 이상의 금속(예컨대, 특히 알루미늄 또는 은)을 사용할 수 있다.
추가로 또는 다르게는, 무기 물질 및/또는 유기 물질 같은 비금속성 물질을 단독으로 또는 금속 전극과 함께 사용할 수 있다. 예로서, 무기/유기 혼합 전극 또는 다층 전극의 사용, 예를 들어 LiF/Al 전극의 사용이 가능하다. 또한 또는 다르게는, 전도성 중합체를 사용할 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 횡방향 광학 센서의 제 2 전극 및/또는 하나 이상의 종방향 광학 센서의 제 2 전극은 바람직하게는 하나 이상의 전도성 중합체를 포함할 수 있다.
예로서, 폴리아날린(PANI) 및/또는 그의 화학적 유사체; 폴리티오펜 및/또는 그의 화학적 유사체, 예를 들어 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT) 및/또는 PEDOT:PSS(폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜) 폴리(스티렌설포네이트))로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 전기 전도성 중합체를 사용할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 전도성 중합체가 EP 2507286 A2 호, EP 2205657 A1 호 또는 EP 2220141 A1 호에 개시되어 있다.
또한 또는 다르게는, 흑연, 그래핀, 탄소 나노튜브, 탄소 나노와이어로 이루어진 군으로부터 선택되는 탄소 물질 같은 무기 전도성 탄소 물질 등의 무기 전도성 물질을 사용할 수 있다.
또한, 적절한 반사에 의해 흡수 층을 통해 2회 이상 통과하는 광자로 인해 구성요소의 양자 효율이 증가되는 전극 디자인을 이용할 수도 있다. 이러한 층 구조는 또한 "집중기(concentrator)"로 일컬어지고, 마찬가지로 예를 들어 WO 02/101838 호(특히 23 및 24쪽)에 기재되어 있다.
제 2 전극은 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및 하나 이상의 종방향 광학 센서에서 동일할 수 있다. 또한 횡방향 광학 센서 및 종방향 광학 센서에 대해 제 2 전극의 상이한 셋업을 사용할 수 있다.
b) 횡방향 센서 장치의 제 2 전극
바람직하게는, 하나 이상의 횡방향 센서 장치의 제 2 전극은 적어도 부분적으로 투명하다. 예로서, 횡방향 센서 장치의 제 2 전극은 횡방향 광학 센서의 센서 영역, 바람직하게는 센서 구역을 덮는 하나 이상의 투명한 전극 층을 포함할 수 있다. 상기 개략된 바와 같이, 하나 이상의 투명한 전극 층은 바람직하게는 전기 전도성 중합체, 바람직하게는 투명한 전기 전도성 중합체의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다.
또한, 횡방향 센서 장치의 제 2 전극은 바람직하게는 상기 나열된 금속 및/또는 금속 합금중 하나 이상 같은 하나 이상의 금속으로 제조될 수 있는 둘 이상의 부분 전극을 포함할 수 있다. 예로서, 둘 이상의 부분 전극은 횡방향 광학 센서의 센서 영역, 바람직하게는 센서 구역을 둘러싸는 프레임을 형성할 수 있다. 프레임은 직사각형 또는 바람직하게는 정사각형 같은 다각형 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 다각형, 바람직하게는 직사각형 또는 정사각형의 각 변에는, 이러한 부분 전극이 변을 따라 완전히 또는 부분적으로 연장되는 바로서 형성된다.
하나 이상의 전기 전도성 중합체는 부분 전극의 물질의 전기 전도율보다 한 차수 이상 더 낮은, 바람직하게는 두 차수 이상 더 낮은 전기 전도율을 가질 수 있다. 하나 이상의 전기 전도성 중합체는 부분 전극과 전기적으로 상호연결될 수 있다. 따라서, 상기 개략된 바와 같이, 부분 전극은 횡방향 광학 센서의 센서 영역, 바람직하게는 센서 구역을 둘러싸는 프레임을 형성할 수 있다. 전기 전도성 중합체의 하나 이상의 층은 센서 영역을 완전히 또는 부분적으로 덮고 부분 전극과 전기적으로 접속되는 투명한 전기 전도성 층을 형성할 수 있다. 예로서, 부분 전극은 직사각형의 변을 따라 금속 스트립 또는 금속 바를 포함할 수 있으며, 이 때 직사각형의 내부 영역은 센서 영역을 형성하고, 전기 전도성 중합체의 하나 이상의 층은 직사각형의 내부 영역을 완전히 또는 부분적으로 덮고 금속 스트립 또는 바와 전기적으로 접속하는 하나 이상의 투명한 전극 층을 형성한다.
바람직하게는 전기 전도성 중합체의 하나 이상의 층에 의해 전기적으로 상호 연결되는 둘 이상의 부분 전극의 경우, 각 부분 전극은 하나 이상의 전기 리드선 또는 접속 패드에 의해서와 같이 개별적으로 접속될 수 있다. 그러므로, 부분 전극을 전기적으로 접속시킴으로써, 개별적인 전류 측정 장치를 사용함으로써 및/또는 부분 전극을 통해 전류를 개별적으로 검출하기 위한 연속적인 측정 체제를 이용함으로써와 같이 개별적으로 각 부분 전극을 통한 전류를 측정할 수 있다. 부분 전극을 통한 전류를 측정하기 위하여 검출기는 하나 이상의 전류 측정 장치를 포함하는 적절한 측정 셋업을 제공할 수 있다.
c) 종방향 광학 센서의 제 2 전극
일반적으로, 하나 이상의 종방향 센서 장치의 하나 이상의 제 2 전극과 관련하여서는, 횡방향 센서 장치와 관련된 상기 언급된 세부사항을 약간만 수정하여 적용할 수 있다. 다시, 하나 이상의 종방향 센서 장치의 제 2 전극은 바람직하게는 투명하다. 스택과 같이 복수개의 종방향 센서 장치가 제공되는 경우, 바람직하게는 물체로부터 멀리 향하는 최종 종방향 센서 장치의 제 2 전극을 제외한 종방향 센서 장치의 모든 제 2 전극이 투명하다. 최종 종방향 센서 장치의 제 2 전극은 투명하거나 불투명할 수 있다.
종방향 센서 장치의 제 2 전극에 사용될 수 있는 물질과 관련하여, 금속 물질, 비금속 무기 물질 및 전기 전도성 유기 물질로부터 선택될 수 있는 상기 언급된 물질을 참조할 수 있다.
다시, 종방향 광학 센서 또는 복수개의 종방향 광학 센서가 제공되는 경우 하나 이상의 종방향 광학 센서의 제 2 전극은 임의적으로는 개별적으로 접속될 수 있는 부분 전극으로 분할될 수 있다. 그러나, 하나 이상의 종방향 광학 센서에서는 통상적으로 종방향 광학 센서 1개당 개별적인 종방향 센서 신호가 하나만 요구되기 때문에, 하나 이상의 종방향 광학 센서의 제 2 전극은 또한 단일 센서 신호를 제공하여 단일 전극 접속만 제공하도록 디자인될 수 있다.
다시 종방향 광학 센서의 제 2 전극은 바람직하게는 상기 언급된 하나 이상의 중합체 같은 전기 전도성 중합체의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 바람직하게는 투명한 전기 전도성 중합체의 하나 이상의 층은 종방향 광학 센서의 센서 영역, 바람직하게는 센서 구역을 완전히 또는 부분적으로 덮을 수 있다. 또한, 하나 이상의 전기 전도성 중합체 층과 전기적으로 접속하는 하나 이상의 접속 패드를 제공할 수 있다. 종방향 광학 센서의 제 2 전극의 이러한 하나 이상의 접속 패드는 바람직하게는 상기 언급된 방법중 하나 이상과 같은 하나 이상의 금속으로 제조될 수 있고/있거나 제 1 전극과 관련하여 상기 언급된 하나 이상의 전도성 산화물 같은 하나 이상의 투명한 전도성 산화물 등의 하나 이상의 무기 전도성 물질로 완전히 또는 부분적으로 제조될 수 있다.
캡슐화 장치
하나 이상의 횡방향 광학 센서 및/또는 하나 이상의 종방향 광학 센서는 산소 및/또는 습도 같은 환경 영향에 대해 보호력을 제공하기 위하여 추가로 캡슐화 및/또는 포장될 수 있다. 이로써, 증가된 장기 안정성이 제공될 수 있다.
여기에서는, 각각의 광학 센서를 개별적으로 캡슐화시킬 수 있다. 그러므로, 횡방향 광학 센서 또는 각각의 횡방향 광학 센서의 캡슐화 장치, 및 종방향 광학 센서 또는 각각의 종방향 광학 센서의 캡슐화 장치 같은 개별적인 캡슐화 장치를 각각의 광학 센서에 제공할 수 있다. 또한 또는 다르게는, 복수개의 광학 센서를 군으로서 캡슐화시킬 수 있다. 따라서, 복수개의 횡방향 광학 센서, 복수개의 종방향 광학 센서 또는 하나 이상의 횡방향 광학 센서와 하나 이상의 종방향 광학 센서 같은 하나보다 많은 광학 센서를 캡슐화시키는 캡슐화 장치를 제공할 수 있다.
캡슐화를 위해, 다양한 기법을 이용할 수 있다. 따라서, 검출기는 광학 센서를 보호하는 기밀 하우징을 포함할 수 있다. 또한 또는 다르게는, 특히 유기 광 검출기, 더욱 바람직하게는 DSC 또는 sDSC를 이용하는 경우, 광학 센서의 기판과 상호작용하는 하나 이상의 뚜껑에 의한 캡슐화를 이용할 수 있다. 그러므로, 금속, 세라믹 물질 또는 유리 물질로 제조된 뚜껑을 광학 센서의 기판에 접착시킬 수 있는데, 이 때 층 셋업은 뚜껑의 내부 공간에 위치한다. 하나 이상의 제 1 전극과 하나 이상의 제 2 전극을 접속시키기 위한 둘 이상의 접속 리드선(이는 뚜껑 외부로부터 접속될 수 있음)이 제공될 수 있다.
다양한 다른 캡슐화 기법을 달리 또는 추가로 이용할 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 캡슐화 층에 의한 캡슐화를 제공할 수 있다. 장치의 층 셋업 위에 하나 이상의 캡슐화 층을 침착시킬 수 있다. 따라서, 하나 이상의 차단 물질 같은 하나 이상의 유기 및/또는 무기 캡슐화 물질을 사용할 수 있다.
합성 예:
본 발명의 내용에서 염료 태양 전지에 사용될 수 있는 다양한 화합물, 특히 p-형 반도체의 합성이 WO 2012/110924 A1 호(이의 내용은 본원에 참고로 인용됨)에 예로서 나열되어 있다.
전체적으로, 본 발명의 내용에서, 하기 실시양태가 특히 바람직한 것으로 간주된다:
실시양태 1: 하나 이상의 횡방향 광학 센서, 하나 이상의 종방향 광학 센서, 하나 이상의 평가 장치를 포함하는, 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기로서, 이 때 상기 횡방향 광학 센서가 물체로부터 검출기로 이동하는 하나 이상의 광 빔의 횡방향 위치를 결정하도록 구성되고, 상기 횡방향 위치가 검출기의 광학 축에 수직인 하나 이상의 차원에서의 위치이며, 상기 횡방향 광학 센서가 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 생성시키도록 구성되며, 상기 종방향 광학 센서가 하나 이상의 센서 영역을 갖고, 상기 종방향 광학 센서가 광 빔에 의한 센서 영역의 조명에 따라 달라지는 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 발생시키도록 디자인되며, 상기 종방향 센서 신호가 동일한 총 조명 동력에서 센서 영역에서의 광 빔의 빔 단면에 따라 달라지며, 상기 평가 장치가 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키고 또한 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키도록 디자인되는 검출기.
실시양태 2: 상기 횡방향 광학 센서가 하나 이상의 제 1 전극, 하나 이상의 제 2 전극 및 하나 이상의 광전변환 물질을 갖는 광 검출기이고, 상기 광전변환 물질이 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 매립되고, 상기 광전변환 물질이 광에 의한 광전변환 물질의 조명에 응답하여 전하를 발생시키도록 구성되고, 상기 제 2 전극이 둘 이상의 부분 전극을 갖는 분할 전극이며, 상기 횡방향 광학 센서가 센서 영역을 갖고, 상기 하나 이상의 횡방향 센서 신호가 센서 영역, 바람직하게는 센서 구역에서의 광 빔의 위치를 나타내는, 실시양태 1에 따른 검출기.
실시양태 3: 상기 부분 전극을 통한 전류가 센서 영역에서의 광 빔의 위치에 따라 달라지는, 실시양태 2에 따른 검출기.
실시양태 4: 상기 횡방향 광학 센서가 부분 전극을 통한 전류에 따라 횡방향 센서 신호를 생성시키도록 구성되는, 실시양태 3에 따른 검출기.
실시양태 5: 상기 검출기, 바람직하게는 횡방향 광학 센서 및/또는 평가 장치가 부분 전극을 통한 전류의 하나 이상의 비로부터 물체의 횡방향 위치에 대한 정보를 유도해내도록 구성되는, 실시양태 3 또는 실시양태 4에 따른 검출기.
실시양태 6: 4개 이상의 부분 전극이 제공되는, 실시양태 2 내지 실시양태 5에 따른 검출기.
실시양태 7: 상기 광전변환 물질이 하나 이상의 유기 광전변환 물질을 포함하고, 상기 횡방향 광학 센서가 유기 광 검출기인, 실시양태 2 내지 실시양태 6에 따른 검출기.
실시양태 8: 상기 유기 광 검출기가 염료-증감된 태양 전지인, 실시양태 2 내지 실시양태 7에 따른 검출기.
실시양태 9: 상기 염료-증감된 태양 전지가 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 매립된 층 셋업을 포함하는 고체 염료-증감된 태양 전지이고, 상기 층 셋업이 하나 이상의 n-반도체성 금속 산화물, 하나 이상의 염료 및 하나 이상의 고체 p-반도체성 유기 물질을 포함하는, 실시양태 8에 따른 검출기.
실시양태 10: 상기 제 1 전극이 적어도 부분적으로 하나 이상의 투명한 전도성 산화물로 제조되고, 상기 제 2 전극이 적어도 부분적으로 전기 전도성 중합체, 바람직하게는 투명한 전기 전도성 중합체로 제조되는, 실시양태 2 내지 실시양태 9에 따른 검출기.
실시양태 11: 상기 전도성 중합체가 폴리-3,4-에틸렌다이옥시티오펜(PEDOT), 바람직하게는 하나 이상의 대이온으로 전기적으로 도핑된 PEDOT, 더욱 바람직하게는 소듐 폴리스티렌 설포네이트로 도핑된 PEDOT(PEDOT:PSS); 폴리아닐린(PANI); 폴리티오펜으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실시양태 10에 따른 검출기.
실시양태 12: 상기 전도성 중합체가 부분 전극 사이에 0.1 내지 20kΩ의 전기 비저항, 바람직하게는 0.5 내지 5.0kΩ의 전기 비저항, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 3.0kΩ의 전기 비저항을 제공하는, 실시양태 10 또는 실시양태 11에 따른 검출기.
실시양태 13: 상기 횡방향 광학 센서 및 종방향 광학 센서중 하나 이상이 투명한 광학 센서인, 실시양태 1 내지 실시양태 12에 따른 검출기.
실시양태 14: 상기 광 빔이 횡방향 광학 센서 및 종방향 광학 센서중 다른 하나에 충돌하기 전에 투명한 광학 센서를 통해 통과하는, 실시양태 13에 따른 검출기.
실시양태 15: 상기 검출기가 하나 이상의 촬영 장치를 추가로 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 14에 따른 검출기.
실시양태 16: 상기 검출기가 광학 센서의 스택을 포함하고, 상기 광학 센서가 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및 하나 이상의 종방향 광학 센서를 포함하며, 상기 스택이 촬영 장치를 추가로 포함하는, 실시양태 15에 따른 검출기.
실시양태 17: 상기 촬영 장치가 물체로부터 가장 먼 스택의 위치에 위치하는, 실시양태 16에 따른 검출기.
실시양태 18: 상기 광 빔이 촬영 장치를 비추기 전에 하나 이상의 종방향 광학 센서를 통해 통과하는, 실시양태 15 내지 실시양태 17에 따른 검출기.
실시양태 19: 상기 촬영 장치가 카메라를 포함하는, 실시양태 15 내지 실시양태 18에 따른 검출기.
실시양태 20: 상기 촬영 장치가 무기 카메라; 단색 카메라; 다색 카메라; 총 천연색 카메라; 픽셀 형성된 무기 칩; 픽셀 형성된 유기 카메라; CCD 칩, 바람직하게는 다색 CCD 칩 또는 총 천연색 CCD 칩; CMOS 칩; IR 카메라; RGB 카메라중 하나 이상을 포함하는, 실시양태 15 내지 실시양태 19에 따른 검출기.
실시양태 21: 상기 횡방향 광학 센서와 종방향 광학 센서가 적어도 부분적으로는 동일한, 실시양태 1 내지 실시양태 20에 따른 검출기.
실시양태 22: 상기 횡방향 광학 센서 및 종방향 광학 센서가 적어도 부분적으로 독립적인 광학 센서인, 실시양태 1 내지 실시양태 21에 따른 검출기.
실시양태 23: 상기 횡방향 광학 센서 및 종방향 광학 센서가, 광학 축을 따라 이동하는 광 빔이 횡방향 광학 센서 및 종방향 광학 센서 둘 다에 충돌하도록, 광학 축을 따라 포개지는, 실시양태 1 내지 실시양태 22에 따른 검출기.
실시양태 24: 상기 광 빔이 횡방향 광학 센서 및 종방향 광학 센서를 통해, 또는 그 반대로 후속 통과하는, 실시양태 23에 따른 검출기.
실시양태 25: 상기 검출기가 조명을 변조하기 위한 하나 이상의 변조 장치를 추가로 갖는, 실시양태 1 내지 실시양태 24에 따른 검출기.
실시양태 26: 상기 검출기가 상이한 변조의 경우 둘 이상의 종방향 센서 신호, 특히 개별적으로 상이한 변조 주파수에서의 둘 이상의 센서 신호를 검출하도록 디자인되고, 상기 평가 장치가 둘 이상의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키도록 디자인되는, 실시양태 25에 따른 검출기.
실시양태 27: 상기 종방향 광학 센서가, 종방향 센서 신호가 동일한 총 조명 동력에서 조명 변조의 변조 주파수에 따라 달라지도록 하는 방식으로 또한 디자인되는, 실시양태 1 내지 실시양태 26에 따른 검출기.
실시양태 28: 상기 종방향 광학 센서의 센서 영역이 딱 하나의 연속적인 센서 영역이고, 상기 종방향 센서 신호가 전체 센서 영역에서 균일한 센서 신호인, 실시양태 1 내지 실시양태 27에 따른 검출기.
실시양태 29: 상기 횡방향 광학 센서의 센서 영역 및/또는 종방향 광학 센서의 센서 영역이 센서 구역이거나 센서 구역을 포함하고, 상기 센서 구역이 개별적인 장치의 표면에 의해 형성되며, 상기 표면이 물체 쪽으로 향하거나 물체로부터 멀리 향하는, 실시양태 1 내지 실시양태 28에 따른 검출기.
실시양태 30: 상기 종방향 센서 신호가 전류 및 전압으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실시양태 1 내지 실시양태 29에 따른 검출기.
실시양태 31: 상기 횡방향 센서 신호가 전류 및 전압 또는 이들로부터 유도되는 임의의 신호로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실시양태 1 내지 실시양태 30에 따른 검출기.
실시양태 32: 상기 종방향 광학 센서가 하나 이상의 반도체 검출기, 특히 하나 이상의 유기 물질을 포함하는 유기 반도체 검출기, 바람직하게는 유기 태양 전지, 특히 바람직하게는 염료 태양 전지 또는 염료-증감된 태양 전지, 특히 고체 염료 태양 전지 또는 고체 염료-증감된 태양 전지를 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 31에 따른 검출기.
실시양태 33: 상기 종방향 광학 센서가 하나 이상의 제 1 전극, 하나 이상의 n-반도체성 금속 산화물, 하나 이상의 염료, 하나 이상의 p-반도체성 유기 물질, 바람직하게는 고체 p-반도체성 유기 물질, 및 하나 이상의 제 2 전극을 포함하는, 실시양태 32에 따른 검출기.
실시양태 34: 상기 제 1 전극 및 제 2 전극이 모두 투명한, 실시양태 33에 따른 검출기.
실시양태 35: 상기 평가 장치가, 바람직하게는 공지되어 있는 조명의 동력을 고려하고 임의적으로는 조명이 변조되는 변조 주파수를 고려하여, 조명의 기하학적 형태와 검출기에 대한 물체의 상대적인 위치 사이의 하나 이상의 소정 관계로부터, 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 발생시키도록 디자인되는, 실시양태 1 내지 실시양태 34에 따른 검출기.
실시양태 36: 상기 검출기가 하나 이상의 전달 장치를 추가로 포함하고, 상기 전달 장치가 물체로부터 방출되는 광을 횡방향 광학 센서 및 종방향 광학 센서에 공급하도록 디자인되는, 실시양태 1 내지 실시양태 35에 따른 검출기.
실시양태 37: 상기 검출기가 하나 이상의 조명원을 추가로 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 36에 따른 검출기.
실시양태 38: 상기 조명원이, 적어도 부분적으로는 물체에 연결되고/되거나 적어도 부분적으로 물체와 동일한 조명원; 적어도 부분적으로는 1차 선으로 물체를 비추도록 디자인된 광원으로부터 선택되고, 상기 광 빔이 바람직하게는 물체 상에서의 1차 선의 반사에 의해 및/또는 1차 선에 의해 자극되는, 물체 자체에 의한 발광에 의해 발생되는, 실시양태 37에 따른 검출기.
실시양태 39: 상기 검출기가 복수개의 종방향 광학 센서를 갖고, 상기 종방향 광학 센서가 포개지는, 실시양태 1 내지 실시양태 38에 따른 검출기.
실시양태 40: 상기 종방향 광학 센서가 광학 축을 따라 포개지는, 실시양태 39에 따른 검출기.
실시양태 41: 상기 종방향 광학 센서가 종방향 광학 센서 스택을 형성하고, 상기 종방향 광학 센서의 센서 영역이 광학 축에 수직으로 배향되는, 실시양태 39 또는 실시양태 40에 따른 검출기.
실시양태 42: 상기 횡방향 광학 센서가 물체를 향하는 포개진 종방향 광학 센서의 면 상에 위치하는, 실시양태 39 내지 실시양태 41에 따른 검출기.
실시양태 43: 상기 종방향 광학 센서가, 물체로부터의 광 빔이 모든 종방향 광학 센서를 바람직하게는 연속적으로 비추도록 배열되고, 상기 하나 이상의 종방향 센서 신호가 각각의 종방향 광학 센서에 의해 생성되는, 실시양태 39 내지 실시양태 42에 따른 검출기.
실시양태 44: 상기 최종 종방향 광학 센서가, 광 빔이 최종 종방향 광학 센서를 마지막으로 비출 때까지 광 빔이 최종 종방향 광학 센서를 제외한 모든 다른 종방향 광학 센서를 먼저 비추도록 하는 방식으로 배열되는, 실시양태 39 내지 실시양태 43에 따른 검출기.
실시양태 45: 상기 최종 종방향 광학 센서가 광 빔에 대해 불투명한, 실시양태 44에 따른 검출기.
실시양태 46: 둘 이상의 종방향 광학 센서가 상이한 스펙트럼 감도를 갖는, 실시양태 39 내지 실시양태 45에 따른 검출기.
실시양태 47: 상기 상이한 스펙트럼 감도가, 둘 이상의 종방향 광학 센서 각각이 특정 색상에 감수성이도록 하는 스펙트럼 범위에 걸쳐 배열되는, 실시양태 46에 따른 검출기.
실시양태 48: 상기 종방향 광학 센서가 제 1 스펙트럼 범위의 광을 흡수하는 하나 이상의 제 1 종방향 광학 센서를 포함하고, 상기 종방향 광학 센서가 제 1 스펙트럼 범위와는 상이한 제 2 스펙트럼 범위의 광을 흡수하는 하나 이상의 제 2 종방향 광학 센서를 추가로 포함하며, 상기 종방향 광학 센서가 제 1 스펙트럼 범위 및 제 2 스펙트럼 범위 둘 다를 포함하는 제 3 스펙트럼 범위의 광을 흡수하는 하나 이상의 제 3 종방향 광학 센서를 추가로 포함하는, 실시양태 47에 따른 검출기.
실시양태 49: 상기 평가 장치가 종방향 센서 신호를 정규화하고 광 빔의 강도와는 독립적인 물체의 종방향 위치에 대한 정보를 생성시키도록 구성되는, 실시양태 43 내지 실시양태 48에 따른 검출기.
실시양태 50: 상기 평가 장치가, 상이한 종방향 센서의 종방향 센서 신호를 비교함으로써, 광 빔이 넓어지는지 또는 좁아지는지의 여부를 인식하도록 구성되는, 실시양태 43 내지 실시양태 49에 따른 검출기.
실시양태 51: 둘 이상의 광학 센서의 스택이 부분적으로 또는 완전히 오일, 액체 및/또는 고체 물질에 침지되는, 실시양태 1 내지 실시양태 50에 따른 검출기.
실시양태 52: 상기 오일, 액체 및/또는 고체 물질이 적어도 자외선, 가시광선 및/또는 적외선 스펙트럼 범위중 일부에 걸쳐 투명한, 실시양태 51에 따른 검출기.
실시양태 53: 하나 이상의 경화성 성분을 사용하고, 경화성 성분을 고체 물질로 경화시키는 처리법에 의해 경화성 성분을 처리함으로써, 고체 물질을 생성시킬 수 있는, 실시양태 51 또는 실시양태 52에 따른 검출기.
실시양태 54: 상기 둘 이상의 광학 센서 사이의 영역이 부분적으로 또는 완전히 성분으로 채워지는, 실시양태 51 내지 실시양태 53에 따른 검출기.
실시양태 55: 상기 성분이 영역의 한 면 또는 두 면 상에 성분을 인접시키는, 광학 센서와는 상이한 굴절률을 나타내는, 실시양태 54에 따른 검출기.
실시양태 56: 상기 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및/또는 하나 이상의 종방향 광학 센서가 둘 이상이 상이한 투명한 기판을 사용하는, 실시양태 1 내지 실시양태 55에 따른 검출기.
실시양태 57: 상기 기판이 동일한 특성을 나타내는, 실시양태 56에 따른 검출기.
실시양태 58: 상기 기판이 성분에 관련된 기하학적 양 및/또는 물질 양과 관련하여 서로 상이한, 실시양태 56 또는 실시양태 57에 따른 검출기.
실시양태 59: 상기 기판이 두께 면에서 서로 상이한, 실시양태 58에 따른 검출기.
실시양태 60: 상기 기판이 형상 면에서 서로 상이한, 실시양태 58 또는 실시양태 59에 따른 검출기.
실시양태 61: 상기 형상이 평면, 평면-볼록면, 평면-오목면, 양면 볼록면, 양면 오목면 또는 광학 목적으로 사용되는 임의의 다른 형태로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실시양태 60에 따른 검출기.
실시양태 62: 상기 기판이 강성 또는 가요성인, 실시양태 56 내지 실시양태 61에 따른 검출기.
실시양태 63: 상기 기판이 덮이거나 코팅되는, 실시양태 56 내지 실시양태 62에 따른 검출기.
실시양태 63: 상기 기판이, 거울 효과를 나타내는 방식으로 성형되는, 실시양태 56 내지 실시양태 63에 따른 검출기.
실시양태 64: 상기 기판이, 색 선별 거울의 효과를 나타내도록 하는 방식으로 성형되는, 실시양태 63에 따른 검출기.
실시양태 65: 상기 평가 장치가, 하나 이상의 종방향 센서 신호로부터 광 빔의 직경을 결정함으로써, 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키도록 구성되는, 실시양태 1 내지 실시양태 64에 따른 검출기.
실시양태 66: 상기 평가 장치가, 바람직하게는 광 빔의 전파 방향에서 하나 이상의 전파 좌표에 대한 광 빔의 광 직경의 공지되어 있는 의존성으로부터 및/또는 광 빔의 공지의 가우시안 프로파일로부터, 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 결정하기 위하여, 광 빔의 직경을 광 빔의 공지되어 있는 빔 특성과 비교하도록 구성되는, 실시양태 65에 따른 검출기.
실시양태 67: 상기 검출기가 감광성 요소를 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 66에 따른 검출기.
실시양태 68: 상기 감광성 요소가 전달 장치와 광학 센서 사이에 위치하는, 실시양태 67에 따른 검출기.
실시양태 69: 상기 감광성 요소가 파장-감수성 요소, 상-감수성 요소 및/또는 편광-감수성 요소를 포함하는, 실시양태 67 또는 실시양태 68에 따른 검출기.
실시양태 70: 상기 파장-감수성 요소가 프리즘, 격자, 색 선별 거울, 색상 휠 또는 색상 드럼중 하나 이상을 포함하는, 실시양태 69에 따른 검출기.
실시양태 71: 상기 색상 휠이 연속적인 색상 재포획 휠을 포함하는, 실시양태 70에 따른 검출기.
실시양태 72: 상기 색상 휠 또는 색상 드럼이 하나 이상의 적색, 녹색, 청색, 백색, 청록색, 황색 또는 자홍색 구획을 포함하는, 실시양태 70 또는 실시양태 71에 따른 검출기.
실시양태 73: 상기 편광-감수성 요소가 타원형 편광 필터를 사용하는 필터 휠을 포함하는, 실시양태 54에 따른 검출기.
실시양태 74: 상기 편광-감수성 요소가 원형 편광 필터를 사용하는 필터 휠을 포함하는, 실시양태 73에 따른 검출기.
실시양태 75: 상기 감광성 요소가 둘 이상의 휠, 즉 하나 이상의 제 1 휠 및 하나 이상의 제 2 휠을 포함하고, 이 때 상기 제 1 휠이 색상 휠을 구성하고, 상기 제 2 휠이 타원형 편광 필터를 구성하는, 실시양태 73 또는 실시양태 74에 따른 검출기.
실시양태 76: 실시양태 1 내지 실시양태 75에 따른 둘 이상의 검출기를 포함하는 설비.
실시양태 77: 상기 둘 이상의 검출기가 동일한 광학 특성을 갖는, 실시양태 76에 따른 설비.
실시양태 78: 상기 설비가 하나 이상의 조명원을 추가로 포함하는, 실시양태 76 또는 실시양태 77에 따른 설비.
실시양태 79: 실시양태 1 내지 실시양태 75에 따른 하나 이상의 검출기를 포함하는, 사용자와 기계 사이에서 하나 이상의 정보 아이템을 교환하기 위한, 특히 제어 명력을 입력하기 위한, 사람-기계 인터페이스로서, 상기 사람-기계 인터페이스가 검출기에 의해 사용자의 하나 이상의 기하학적 정보 아이템을 생성시키도록 디자인되고, 상기 사람-기계 인터페이스가 기하학적 정보에 하나 이상의 정보 아이템, 특히 하나 이상의 제어 명령을 할당하도록 디자인되는 사람-기계 인터페이스.
실시양태 80: 상기 사용자의 하나 이상의 기하학적 정보 아이템이 사용자 신체의 위치; 하나 이상의 사용자 신체 부위의 위치: 사용자 신체의 배향; 하나 이상의 사용자 신체 부위의 배향으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실시양태 79에 따른 사람-기계 인터페이스.
실시양태 81: 상기 사람-기계 인터페이스가 사용자에 연결될 수 있는 하나 이상의 비콘 장치를 추가로 포함하고, 상기 사람-기계 인터페이스가, 검출기가 하나 이상의 비콘 장치의 위치에 대한 정보를 생성시킬 수 있도록 하도록 구성되는, 실시양태 79 또는 실시양태 80에 따른 사람-기계 인터페이스.
실시양태 82: 상기 비콘 장치가 사용자의 신체 또는 사용자 신체 부위에 부착될 수 있는 비콘 장치 및 사용자가 들 수 있는 비콘 장치중 하나인, 실시양태 81에 따른 사람-기계 인터페이스.
실시양태 83: 상기 비콘 장치가 검출기로 투과되는 하나 이상의 광 빔을 생성시키도록 구성된 하나 이상의 조명원을 포함하는, 실시양태 82에 따른 사람-기계 인터페이스.
실시양태 84: 상기 비콘 장치가 조명원에 의해 발생된 광을 반사시킴으로써 검출기로 투과되는 반사된 광 빔을 생성시키도록 구성된 하나 이상의 반사판을 포함하는, 실시양태 82 또는 실시양태 83에 따른 사람-기계 인터페이스.
실시양태 85: 상기 비콘 장치가 사용자가 착용하는 의류, 바람직하게는 장갑, 재킷, 모자, 신발, 바지 및 수트로 이루어진 군으로부터 선택되는 의류; 손에 들 수 있는 스틱; 배트; 클럽; 라켓; 지팡이; 장난감 총 같은 장난감중 하나 이상을 포함하는, 실시양태 82 내지 실시양태 84에 따른 사람-기계 인터페이스.
실시양태 86: 실시양태 79 내지 실시양태 85 에 따른 하나 이상의 사람-기계 인터페이스를 포함하는, 하나 이상의 엔터테인먼트, 특히 게임 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치로서, 상기 엔터테인먼트 장치가, 플레이어가 사람-기계 인터페이스에 의해 하나 이상의 정보 아이템을 입력할 수 있도록 디자인되고, 상기 엔터테인먼트 장치가 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 디자인되는 엔터테인먼트 장치.
실시양태 87: 실시양태 1 내지 실시양태 75에 따른 하나 이상의 검출기를 포함하는, 하나 이상의 이동가능한 물체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템으로서, 상기 추적 시스템이 하나 이상의 추적 컨트롤러를 추가로 포함하고, 상기 추적 컨트롤러가 물체의 일련의 위치를 추적하도록 구성되며, 상기 각 위치가 특정 시점에서 물체의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템 및 특정 시점에서 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 포함하는 추적 시스템.
실시양태 88: 상기 추적 시스템이 물체에 연결될 수 있는 하나 이상의 비콘 장치를 추가로 포함하고, 상기 추적 시스템이, 검출기가 하나 이상의 비콘 장치의 물체의 위치에 대한 정보를 생성시킬 수 있도록 하도록 구성되는, 실시양태 87에 따른 추적 시스템.
실시양태 89: 상기 비콘 장치가 검출기로 투과되는 하나 이상의 광 빔을 생성시키도록 구성된 하나 이상의 조명원을 포함하는, 실시양태 88에 따른 추적 시스템.
실시양태 90: 상기 비콘 장치가 조명원에 의해 발생된 광을 반사시킴으로써 검출기로 투과되는 반사된 광 빔을 생성시키도록 구성된 하나 이상의 반사판을 포함하는, 실시양태 88 또는 실시양태 89에 따른 추적 시스템.
실시양태 91: 상기 추적 컨트롤러가 물체의 실제 위치에 따라 하나 이상의 작용을 개시하도록 구성되는, 실시양태 87 내지 실시양태 90에 따른 추적 시스템.
실시양태 92: 상기 작용이 물체의 추후 위치의 예측; 하나 이상의 장치를 물체 쪽으로 겨누기; 하나 이상의 장치를 검출기 쪽으로 겨누기; 물체 비추기; 검출기 비추기로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실시양태 91에 따른 추적 시스템.
실시양태 93: 실시양태 1 내지 실시양태 75에 따른 하나 이상의 검출기를 포함하는, 하나 이상의 물체를 촬영하기 위한 카메라.
실시양태 94: 검출기의 하나 이상의 횡방향 광학 센서를 사용하고, 검출기의 하나 이상의 종방향 광학 센서를 사용하며, 하나 이상의 평가 장치를 사용하는, 하나 이상의 물체의 위치를 결정하는 방법으로서, 이 때 상기 횡방향 광학 센서가 물체로부터 검출기로 이동하는 하나 이상의 광 빔의 횡방향 위치를 결정하고, 상기 횡방향 위치가 검출기의 광학 축에 수직인 하나 이상의 차원에서의 위치이며, 상기 횡방향 광학 센서가 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 생성시키며, 상기 종방향 광학 센서가 하나 이상의 센서 영역을 갖고, 상기 종방향 광학 센서가 광 빔에 의한 센서 영역의 조명에 따라 달라지는 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 발생시키며, 상기 종방향 센서 신호가 동일한 총 조명 동력에서 센서 영역에서의 광 빔의 빔 단면에 따라 달라지며, 상기 평가 장치가 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키고 또한 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 추가로 생성시키는 방법.
실시양태 95: 특히 교통 기술에서의 거리 측정; 특히 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 용도; 보안 용도; 사람-기계 인터페이스 용도; 추적 용도; 사진 용도; 촬영 용도 또는 카메라 용도; 하나 이상의 공간의 지도를 생성시키는 지도 제작 용도로 이루어진 군으로부터 선택되는 용도에 사용하기 위한, 실시양태 1 내지 실시양태 75에 따른 검출기의 용도.
본 발명의 추가의 임의적인 세부사항 및 특징은 첨부된 특허청구범위와 함께 하기 바람직한 예시적인 실시양태의 기재로부터 명백하다. 이와 관련하여, 특정 특징은 단독으로 또는 몇 가지가 함께 실행될 수 있다. 본 발명은 예시적인 실시양태로 제한되지 않는다. 예시적인 실시양태는 도면에 개략적으로 도시된다. 개별적인 도면에서 동일한 인용 번호는 동일한 요소 또는 동일한 기능을 갖는 요소, 또는 이들의 기능과 관련하여 서로 상응하는 요소를 가리킨다.
도 1a는 본 발명에 따른 검출기의 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 1b는 본 발명에 따른 검출기의 다른 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 1c는 본 발명에 따른 검출기의 다른 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 검출기에 사용될 수 있는 횡방향 검출기의 실시양태의 상이한 도면을 도시한다.
도 3a 내지 도 3d는 횡방향 센서 신호를 생성시키고 물체의 횡방향 위치에 대한 정보를 유도해내는 원리를 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 검출기에 사용될 수 있는 종방향 광학 센서의 실시양태의 상이한 도면을 도시한다.
도 5a 내지 도 5e는 종방향 센서 신호를 생성시키고 물체의 종방향 위치에 대한 정보를 유도해내는 원리를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 사람-기계 인터페이스 및 엔터테인먼트 장치의 개략적인 실시양태를 도시한다.
검출기
도 1a는 매우 개략적인 도시로서 하나 이상의 물체(112)의 위치를 결정하기 위한 본 발명에 따른 검출기(110)의 예시적인 실시양태를 도시한다. 검출기(110)는 바람직하게는 카메라(111)를 형성할 수 있거나 카메라(111)의 일부일 수 있다. 다른 실시양태도 실현가능하다.
검출기(110)는 복수개의 광학 센서(114)를 포함하고, 이들 센서는 특정 실시양태에서 모두 검출기(110)의 광학 축(116)을 따라 포개진다. 구체적으로, 광학 축(116)은 광학 센서(114)의 셋업의 대칭 및/또는 회전 축일 수 있다. 광학 센서(114)는 검출기(110)의 하우징(118) 내에 위치할 수 있다. 또한, 바람직하게는 하나 이상의 렌즈(122)를 포함하는 하나 이상의 광학 시스템 같은 하나 이상의 전달 장치(120)가 포함될 수 있다. 광학 축(116)에 대해 동심형으로 위치되는 하우징(118)의 개구(124)는 바람직하게는 검출기(110)의 시야 방향(126)을 한정한다. 좌표 시스템(128)이 한정될 수 있는데, 여기에서는 광학 축(116)에 평행 또는 역평행한 방향이 종방향으로서 정의되는 한편, 광학 축(116)에 수직인 방향이 횡방향으로서 정의될 수 있다. 도 1a에 상징적으로 도시된 좌표 시스템(128)에서는, 각각 종방향이 z로 표시되고, 횡방향이 x 및 y로 표시된다. 다른 유형의 좌표 시스템(128)이 실현가능하다.
광학 센서(114)는 하나 이상의 횡방향 광학 센서(130) 및 이 실시양태에서는 복수개의 종방향 광학 센서(132)를 포함한다. 종방향 광학 센서(132)는 종방향 광학 센서 스택(134)을 형성한다. 도 1a에 도시된 실시양태에는, 5개의 종방향 센서(132)가 도시되어 있다. 그러나, 상이한 수의 종방향 광학 센서(132)를 갖는 실시양태가 실현가능함을 알 것이다.
횡방향 광학 센서(130)는 바람직하게는 물체(112)로부터 검출기(110)로 이동하는 광 빔(138)에 대해 투명한 센서 영역(136)을 포함한다. 횡방향 광학 센서(130)는 x 방향 및/또는 y 방향 같은 하나 이상의 횡방향에서 광 빔(138)의 횡방향 위치를 결정하도록 구성된다. 여기에서는, 하나의 횡방향에서의 횡방향 위치를 결정하는 실시양태, 하나의 동일한 횡방향 광학 센서(130)에 의해 하나보다 많은 횡방향에서의 횡방향 위치를 결정하는 실시양태, 및 제 1 횡방향 광학 센서에 의해 제 1 횡방향에서의 횡방향 위치를 결정하고 하나 이상의 추가적인 횡방향 광학 센서에 의해 하나 이상의 추가적인 횡방향에서의 하나 이상의 추가적인 횡방향 위치를 결정하는 실시양태가 실현가능하다.
하나 이상의 횡방향 광학 센서(130)는 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 생성시키도록 구성된다. 이 횡방향 센서 신호는 하나 이상의 횡방향 신호 리드선(140)에 의해 검출기(110)의 하나 이상의 평가 장치(142)로 전송될 수 있으며, 이는 아래에서 더욱 상세하게 설명된다.
종방향 광학 센서(132)는 각각 또한 하나 이상의 센서 영역(136)을 포함한다. 바람직하게는, 종방향 광학 센서 스택(134)의 최종 종방향 광학 센서(144), 즉 물체(112)로부터 멀리 향하는 스택(134)의 면 상에 있는 종방향 광학 센서(132)를 제외한 종방향 광학 센서(132)중 하나 이상 또는 모두는 투명하다. 이 최종 종방향 센서(144)는 완전히 또는 부분적으로 불투명할 수 있다.
종방향 광학 센서(132) 각각은 광 빔(138)에 의한 개별적인 센서 영역(136)의 조도에 따라 달라지는 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성시키도록 디자인된다. 아래에서 더욱 상세하게 개략되는 바와 같이, 종방향 센서 신호는 동일한 총 조명 동력에서 개별적인 센서 영역(136)에서의 광 빔(138)의 빔 단면에 따라 달라진다. 하나 이상의 종방향 신호 리드선(146)을 거쳐, 종방향 센서 신호를 평가 장치(142)로 전송할 수 있다. 아래에서 더욱 상세하게 개략되는 바와 같이, 평가 장치는 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 하나 이상의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키고 또한 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 하나 이상의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키도록 디자인될 수 있다. 이를 위해, 평가 장치(142)는 센서 신호를 평가하기 위하여 하나 이상의 전자 장치 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 구성요소를 포함할 수 있으며, 이는 횡방향 평가 단위장치(148)("xy"로 표시됨) 및 종방향 평가 단위장치(150)("z"로 표시됨)에 의해 상징적으로 표시된다. 이들 평가 단위장치(148, 150)에 의해 유도된 결과를 합침으로써, 위치 정보(152), 바람직하게는 3차원 위치 정보가 생성될 수 있다("x, y, z"로 표시됨).
평가 장치(142)는 데이터 처리 장치(154)의 일부일 수 있고/있거나 하나 이상의 데이터 처리 장치(154)를 포함할 수 있다. 평가 장치(142)는 하우징(118) 내로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있고/있거나 완전히 또는 부분적으로 광학 센서(114)에 무선 또는 유선 방식으로 전기적으로 연결되는 별도의 장치로서 구현될 수 있다. 평가 장치(142)는 하나 이상의 전자 하드웨어 구성요소 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 구성요소 같은 하나 이상의 추가적인 구성요소, 예를 들어 하나 이상의 측정 단위장치(도 1a에는 도시되지 않음) 및/또는 하나 이상의 변환 단위장치(156)를 추가로 포함할 수 있다. 상징적으로, 도 1a에는, 둘 이상의 횡방향 센서 신호를 공통 신호 또는 공통 정보로 변환시키도록 구성될 수 있는 하나의 임의적인 변환 단위장치(156)가 도시되어 있다.
아래에는 횡방향 광학 센서(130) 및 하나 이상의 종방향 광학 센서(132)의 실시양태가 개시된다. 그러나, 다른 실시양태도 실현가능함을 알 것이다. 그러므로, 이후 개시되는 실시양태에서, 광학 센서(114)는 모두 고체 염료-증감된 태양 전지(sDSC)로서 디자인된다. 그러나, 다른 실시양태도 실현가능함을 알 것이다.
도 1b는, 고도로 개략적인 도시로서, 하나 이상의 물체(112)의 위치를 결정하기 위한 본 발명에 따른 검출기(110)의 다른 예시적인 실시양태를 도시한다. 이 특정 실시양태에서, 검출기(110)는 하나 이상의 조명원(192)을 포함할 수 있고, 이들 조명원은 주위 광원 및/또는 인공 광원을 포함할 수 있고/있거나 예를 들어 도 1b에 표시된 바와 같이 하나 이상의 1차 광 빔(206)을 반사시키기 위해 물체(112)에 연결될 수 있는 하나 이상의 반사 요소를 포함할 수 있다. 또한 또는 다르게는, 물체(112)로부터 방출되는 광 빔(138)은 예를 들어 발광 선의 형태로 물체(112) 자체에 의해 온전히 또는 부분적으로 생성될 수 있다.
광학 센서(114)는 하나 이상의 횡방향 광학 센서(130) 및 이 실시양태에서는 복수개의 종방향 광학 센서(132)를 포함한다. 종방향 광학 센서(132)는 종방향 광학 센서 스택(134)을 형성한다. 도 1b에 도시된 실시양태에는, 5개의 종방향 광학 센서(132)가 도시되며, 이 때 최종 종방향 광학 센서(144)는 물체(112)로부터 멀리 향하는 종방향 광학 센서 스택(134) 내의 복수개의 종방향 광학 센서(132)중 하나의 종방향 광학 센서(132)를 포함한다. 이 실시양태에서는, 광 빔(138)이 최종 종방향 광학 센서(144)에 충돌할 때까지 종방향 광학 센서 스택(134) 내의 복수개의 종방향 광학 센서(132)를 통해 먼저 이동하는 방식으로, 종방향 광학 센서 스택(134)에 최종 종방향 광학 센서(144)를 배열하는 것이 특히 바람직하다.
최종 종방향 광학 센서(144)는 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 그러므로, 최종 종방향 광학 센서(144)는 예를 들어 검출기 하우징(118) 내의 검출기(110)의 일부일 수 있다. 다르게는, 최종 종방향 광학 센서(144)는 검출기 하우징(118) 바깥에 배열될 수 있다. 종방향 광학 센서 스택(134) 내에 상이한 수의 종방향 광학 센서(132)를 갖는 실시양태가 실현가능함이 강조된다.
최종 종방향 광학 센서(144)를 제외한 종방향 광학 센서 스택(134) 내의 복수개의 종방향 광학 센서(132)가 바람직하게는 적어도 부분적으로 투명하여 특히 이들 종방향 광학 센서(132) 각각에서 높은 상대 강도를 가능케 하는 반면, 최종 종방향 광학 센서(144)는 투명하거나 불투명할 수 있다. 최종 종방향 광학 센서(144)가 투명한 경우에는, 광 빔(138)이 촬영 장치(157)에 충돌할 때까지 최종 종방향 광학 센서(144)를 비롯한 복수개의 종방향 광학 센서(132)를 통해 먼저 이동하는 방식으로, 종방향 광학 센서 스택(134) 뒤에 별도의 촬영 장치(157) 같은 추가적인 광학 센서를 추가로 위치시키는 것이 가능할 수 있다.
촬영 장치(157)는 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 따라서, 촬영 장치(157)는 예를 들어 검출기 하우징(118) 내의 검출기(110)의 일부일 수 있다. 다르게는, 촬영 장치(157)는 검출기 하우징(118) 바깥에 별도로 위치될 수 있다. 촬영 장치(157)는 완전히 또는 부분적으로 투명하거나 불투명할 수 있다. 촬영 장치(157)는 유기 촬영 장치 또는 무기 촬영 장치일 수 있거나 이들 장치를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 촬영 장치(157)는 하나 이상의 화소 매트릭스를 포함할 수 있고, 이 때 화소 매트릭스는 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩 같은 무기 반도체 센서 장치; 유기 반도체 센서 장치로 이루어진 군으로부터 특별하게 선택된다. 촬영 장치 신호는 하나 이상의 촬영 장치 신호 리드선(159)에 의해 검출기(110)의 하나 이상의 평가 장치(142)로 전송될 수 있으며, 이는 아래에서 더욱 상세하게 설명된다.
다른 바람직한 실시양태에서, 둘 이상의 종방향 광학 센서(132)는 상이한 스펙트럼 감도를 나타낸다. 바람직하게는, 바람직하게는 불투명한 최종 종방향 광학 센서(144)는 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 둘 이상의 종방향 광학 센서의 스펙트럼 범위 전체에 걸쳐 흡수하도록 구성된다. 예로서, 둘 이상의 종방향 광학 센서(132)의 상이한 스펙트럼 감도는 둘 이상의 종방향 광학 센서(132)가 특정 색상에 감수성인 반면 불투명한 최종 종방향 광학 센서(144)가 가시광선 스펙트럼 범위의 모든 색상에 대해 감수성이도록 적합화되는 방식으로 스펙트럼 범위에 걸쳐 변화한다. 특정 실시양태에서, 최종 종방향 광학 센서(144)를 제외한 종방향 광학 센서(132)는 각각 약간의 중첩부를 가지면서 상이한 특정 색상에 대해 감수성이다. 이 특징으로 인해 특히 물체(112)의 특정 색상에 무관하게 착색된 물체(112)에 대해 깊이 정보를 신뢰성있게 획득할 수 있게 되며, 이러한 정보를 위해 상기 기재된 바와 같이 둘 이상의 종방향 광학 센서(132)가 요구된다. 이 특징은 각각의 색상에 있어서 광 빔(118)의 흡수가 항상 둘 이상의 종방향 광학 센서(132), 즉 물체(112)의 특정 색상에 감수성인 종방향 광학 센서(132)중 하나 및 모든 색상에 감수성인 최종 종방향 광학 센서(144)에서 이루어진다는 사실에 의해 실현된다.
도 1b에서 예시적인 방식으로 제공되는 다른 특징과 관련하여서는, 도 1a의 상기 기재내용을 참조한다.
본 발명에 따른 검출기(110)의 다른 예시적인 실시양태가 매우 개략적인 방식으로 도 1c에 도시된다. 이 특정 실시양태에서, 검출기(110)는 특히 검출기(110)의 광학 축(116)을 따라 위치될 수 있는 하나 이상의 감광성 요소(161)를 포함할 수 있다. 본원에 도시되는 바와 같이, 감광성 요소(161)는 바람직하게는, 여기에서 하나의 렌즈(122)를 포함하는 전달 장치(120)와, 이 실시양태에서 하나 이상의 횡방향 광학 센서(130) 및 종방향 광학 센서 스택(134)을 형성하는 복수개의 종방향 광학 센서(132)를 포함하는 광학 센서(114) 사이에 위치할 수 있다. 감광성 요소(161)는 파장-감수성 요소, 상-감수성 요소 또는 편광-감수성 요소 같은 다수의 방식으로 구성될 수 있다.
비한정적인 예로서, 여기에서는 색상 휠(163)을 포함하는 파장-감수성 요소를 감광성 요소(161)로서 사용할 수 있다. 다른 파장-감수성 요소는 프리즘, 격자 및/또는 색 선별 거울중 하나 이상을 포함할 수 있다. 색상-휠(163)은 원을 포함할 수 있고, 이 원 주위에는 특히 광학 효과, 특히 충돌하는 광 빔(138)에 대한 투과 등급 면에서 서로 상이할 수 있는 둘 이상, 바람직하게는 2개 내지 8개의 개별적인 구획이 배열되어 있다. 여기에서, 개별적인 구획은 각각 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 분포를 결정할 수 있는 필터("RGB 색상 휠"이라고도 함)로서 작용할 수 있다. 다르게는, 통상적으로 "RGB-W 색상 휠"이라고 칭해지고 추가로 백색(W) 구획을 포함하는 색상 휠(163)을 사용할 수 있다. 다른 예로서, 색상 휠(163)은 발광 효율을 증가시키는데 사용될 수 있는 투명 구획을 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 색상 휠(163)은 다르게는 또한 부가적으로 청록색, 황색 및 자홍색중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다른 예는 소위 "색상 드럼"을 포함할 수 있는데, 여기에서는 광학 센서에 충돌하기 위하여 입사 광 빔이 향할 수 있는 드럼의 내표면에 구획이 배열된다.
또한, 아르키메데스 나선 패턴으로 배열된 RGB 색 선별 코팅으로부터 연속적인 색상 재포획 휠(SCR 휠)을 생성시킬 수 있다. 여기에서, 아르키메데스 나선은 두 구획 사이의 경계가 방사 방향으로 일정한 속도로 이동할 수 있는 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 여기에 백색 또는 투명한 구획을 포함시킬 수도 있다. 비디오 비머 장치로부터 공지되어 있는 것과 같은 회전 색상 휠 및 색상 드럼의 다른 예는 주소 www.hcinema.de/farbrad.htm.에서 찾아볼 수 있다.
도 1c에 예시적인 방식으로 도시된 다른 특징과 관련하여서는, 도 1a 및/또는 도 1b와 관련된 상기 기재내용을 참조한다.
도 2a 및 도 2b에는, 횡방향 광학 센서(130)의 가능한 실시양태의 상이한 도면이 도시되어 있다. 도 2a는 횡방향 광학 센서(130)의 층 셋업의 평면도를 도시하는 한편, 도 2b는 개략적인 셋업에서 층 셋업의 부분적인 단면도를 도시한다. 층 셋업의 다른 실시양태에 대해서는, 상기 개시내용을 참조할 수 있다.
횡방향 광학 센서(130)는 유리 및/또는 투명한 플라스틱 물질로 제조된 기판 같은 투명한 기판(158)을 포함한다. 셋업은 제 1 전극(160), 광 차단 층(162), 하나 이상의 염료(166)로 증감된 하나 이상의 n-반도체성 금속 산화물(164), 하나 이상의 p-반도체성 유기 물질(168) 및 하나 이상의 제 2 전극(170)을 또한 포함한다. 이들 요소는 도 2b에 도시된다. 셋업은 도 2b에 도시되지 않고 도 2a의 평면도에 상징적으로 도시되는 하나 이상의 캡슐화 장치(172)를 추가로 포함할 수 있는데, 이 캡슐화 장치는 횡방향 광학 센서(130)의 센서 영역(136)을 덮을 수 있다.
예시적인 실시양태로서, 기판(158)은 유리로 제조될 수 있고, 제 1 전극(160)은 온전히 또는 부분적으로 플루오르-도핑된 산화주석(FTO)로 제조될 수 있으며, 차단 층(162)은 조밀한 이산화탄소(TiO2)로 제조될 수 있고, n-반도체성 금속 산화물(164)은 비다공성 이산화티탄으로 제조될 수 있고, p-반도체성 유기 물질(168)은 스피로-MiOTAD로 제조될 수 있으며, 제 2 전극(170)은 PEDOT:PSS를 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어 WO 2012/110924 A1 호에 개시되어 있는 염료 ID504를 사용할 수 있다. 다른 실시양태도 실현가능하다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(160)은 대면적 전극일 수 있고, 이는 단일 전극 접속부(174)에 의해 접속될 수 있다. 도 2a의 평면도에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(160)의 전극 접속부(174)는 횡방향 광학 센서(130)의 모서리에 위치할 수 있다. 하나보다 많은 전극 접속부(174)를 제공함으로써, 잉여분이 발생할 수 있으며, 제 1 전극(160) 상에서의 저항 손실이 없어짐으로써, 제 1 전극(160)에 대해 공통 신호를 발생시킬 수 있다.
대조적으로, 제 2 전극(170)은 둘 이상의 부분 전극(176)을 포함한다. 도 2a의 평면도에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 2 전극(170)은 x-방향에 대해 둘 이상의 부분 전극(178), 및 접속 리드선(182)을 통해 y-방향에 대해 둘 이상의 부분 전극(180)을 포함할 수 있으며, 이들 부분 전극(176)은 캡슐화 장치(172)를 통해 전기적으로 접속할 수 있다.
이 특정 실시양태에서 부분 전극(176)은 센서 영역(136)을 둘러싸는 프레임을 형성한다. 예로서, 직사각형 또는 더욱 바람직하게는 정사각형 프레임이 형성될 수 있다. 평가 장치(142) 내로 실행되는 전류 측정 장치 같은 적절한 전류 측정 장치를 사용함으로써, 부분 전극(176)을 통한 전극 전류를 개별적으로 결정할 수 있다. 아래 도 3a 내지 도 3d와 관련하여 개략되는 바와 같이, 2개의 단일 x-부분 전극(178)을 통한 전극 전류를 비교함으로써, 또한 개별적인 y-부분 전극(180)을 통한 전극 전류를 비교함으로써, 센서 영역(136)에서 광 빔(138)에 의해 발생되는 광점(184)의 x- 및 y-좌표를 결정할 수 있다.
도 3a 내지 도 3d에는, 물체(112)의 위치의 두 상이한 상황이 도시되어 있다. 따라서, 도 3a 및 도 3b는 물체(112)가 검출기(110)의 광학 축(116) 상에 위치하는 상황을 도시한다. 여기에서, 도 3a는 측면도이고, 도 3b는 횡방향 광학 센서(130)의 센서 영역(136) 상에서의 평면도이다. 종방향 광학 센서(132)는 이 셋업에서는 도시되지 않는다.
도 3c 및 도 3d에는, 물체(112)가 축에서 벗어난 위치로 횡방향으로 이동한 도 3a 및 도 3b의 셋업이 유사한 도면으로 도시된다.
도 3a 및 도 3c에서는, 물체(112)가 하나 이상의 광 빔(138)의 광원으로서 도시되어 있음을 알 것이다. 특히 도 6의 실시양태와 관련하여 아래에서 더욱 상세하게 개략되는 바와 같이, 검출기(110)는 물체(112)에 연결되어 광 빔(138)을 방출할 수 있고/있거나 물체(112)를 비추는데 또한 1차 광 빔을 반사시키는 물체(112)에 의해 반사 및/또는 확산에 의한 광 빔(138)을 생성시키도록 구성되는 하나 이상의 조명원을 포함한다.
널리 공지되어 있는 촬영 공식에 따라, 물체(112)는 횡방향 광학 센서(130)의 센서 영역(136) 상으로 촬영됨으로써 센서 영역(136)에 물체(112)의 상(186)을 발생시키는데, 이 상은 광점(184) 및/또는 복수개의 광점(184)으로 생각된다.
부분적인 도면 3B 및 3D에서 볼 수 있는 바와 같이, 센서 영역(136) 상의 광점(184)은 sDSC의 층 셋업에서 변화를 생성시킴으로써 전극 전류를 야기하고, 이는 각각의 경우 i1 내지 i4로 표시된다. 여기에서, 전극 전류 i1, i2는 y-방향의 부분 전극(180)을 통한 전극 전류를 말하고, 전극 전류 i3, i4는 x-방향의 부분 전극(178)을 통한 전극 전류를 나타낸다. 하나 이상의 적절한 전극 측정 장치에 의해 이들 전극 전류를 동시에 또는 연속적으로 측정할 수 있다. 이들 전극 전류를 평가함으로써, x- 및 y-좌표를 결정할 수 있다. 그러므로, 하기 방정식을 사용할 수 있다:
Figure 112015069325511-pct00013
여기에서, f는 전류의 몫과 공지의 연신 계수(stretch factor)의 간단한 곱 및/또는 차감분의 첨가 같은 임의적인 공지의 함수이다.
따라서, 일반적으로, 전극 전류 i1 내지 i4는 횡방향 광학 센서(130)에 의해 생성되는 횡방향 센서 신호를 형성하는 한편, 평가 장치(142)는 미리 결정되거나 결정될 수 있는 변환 알고리즘 및/또는 공지의 관계를 이용하여 횡방향 센서 신호를 변환함으로써, 하나 이상의 x-좌표 및/또는 하나 이상의 y-좌표 같은 횡방향 위치에 대한 정보를 생성시키도록 구성된다.
도 4a 내지 도 4c에는, 종방향 광학 센서(132)의 다양한 도면이 도시된다. 여기에서, 도 4a는 가능한 층 셋업의 단면도를 도시하고, 도 4b 및 도 4c는 가능한 종방향 광학 센서(132)의 두 실시양태의 평면도를 도시한다. 여기에서, 도 4c는 최종 종방향 광학 센서(144)의 가능한 실시양태를 도시하고, 도 4b는 종방향 광학 센서 스택(134)의 나머지 종방향 광학 센서(132)의 가능한 실시양태를 도시한다. 그러므로, 도 4b의 실시양태는 투명한 종방향 광학 센서(132)를 형성할 수 있는 한편, 도 4c의 실시양태는 불투명한 종방향 광학 센서(132)를 형성할 수 있다. 다른 실시양태도 실현가능하다. 따라서, 최종 종방향 광학 센서(144)는 다르게는 투명한 종방향 광학 센서(132)로서 구현되기도 한다.
도 4a의 개략적인 단면도에서 볼 수 있는 바와 같이, 종방향 광학 센서(132)는 다시 유기 광-검출기, 바람직하게는 sDSC로서 구현된다. 따라서, 도 2b의 셋업과 유사하게, 기판(158), 제 1 전극(160), 차단 층(162), 염료(166)로 증감된 n-반도체성 금속 산화물(164), p-반도체성 유기 물질(168) 및 제 2 전극(170)을 사용한 층 셋업을 이용할 수 있다. 또한, 캡슐화 장치(172)가 제공될 수 있다. 층의 가능한 물질에 대해서는, 상기 도 2b를 참조할 수 있다. 또한 또는 다르게는, 다른 유형의 물질을 사용할 수 있다.
도 2b에는, 상부로부터의 조명[즉, 제 2 전극(170) 쪽으로부터 광 빔(138)에 의한 조명]이 상징적으로 도시되어 있음을 알 것이다. 다르게는, 바닥으로부터의 조명, 즉 기판(158) 쪽으로부터 기판(158)을 통한 조명이 이용될 수 있다. 도 4a의 셋업에서도 동일하다.
그러나, 도 4a에 도시된 바와 같이, 종방향 광학 센서(132)의 바람직한 배향에서는, 광 빔(138)에 의한 조명이 바람직하게는 바닥으로부터, 즉 투명한 기판(158)을 통해 이루어진다. 이는 제 1 전극(160)이 FTO 같은 투명한 전도성 산화물을 사용함에 의해 투명한 전극으로서 용이하게 구현될 수 있다는 사실에 기인한다. 아래에서 더욱 상세하게 개략되는 바와 같이, 제 2 전극(170)은 투명할 수 있거나, 또는 특히 최종 종방향 광학 센서(144)의 경우 불투명할 수 있다.
도 4b 및 도 4c에는, 제 2 전극(170)의 상이한 셋업이 도시된다. 여기에서, 도 4a의 단면도에 상응하는 도 4b에서는, 제 1 전극(160)이 하나 이상의 전극 접속부(174)에 의해 접속할 수 있으며, 이 접속부는 예로서 도 2b의 셋업과 유사한 하나 이상의 금속 패드를 포함할 수 있다. 이들 전극 접속부(174)는 기판(158)의 모서리에 위치할 수 있다. 다른 실시양태도 실현가능하다.
그러나, 도 4b의 셋업에서 제 2 전극(170)은 투명한 전기 전도성 중합체(188)의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 예로서, 도 2a 및 도 2b의 셋업과 유사하게 PEDOT:PSS를 사용할 수 있다. 또한, 알루미늄 및/또는 은 같은 금속 물질로 제조될 수 있는 하나 이상의 상부 접속부(190)가 제공될 수 있다. 캡슐화 장치(172)를 통해 리드하는 하나 이상의 접속 리드선(182)을 사용함으로써, 이 상부 접속부(190)를 전기적으로 접속시킬 수 있다.
도 4b에 도시된 예시적인 실시양태에서, 상부 접속부(190)는 센서 영역(136)을 둘러싸는 폐쇄 개방 프레임을 형성한다. 따라서, 도 2a 및 도 2b의 부분 전극(176)과는 대조적으로, 하나의 상부 접속부(190)만 요구된다. 그러나, 예를 들어 도 4a 내지 도 4c의 셋업에 부분 전극을 제공함으로써, 종방향 광학 센서(132) 및 횡방향 광학 센서(130)를 하나의 단일 장치로 조합할 수 있다. 따라서, 아래에서 더욱 상세하게 개략되는 FiP 효과에 덧붙여, 종방향 광학 센서(132)를 사용하여 횡방향 센서 신호를 생성시킬 수 있다. 이에 의해, 조합된 횡방향 및 종방향 광학 센서가 제공될 수 있다.
투명한 전기 전도성 중합체(188)의 사용으로 인해, 제 1 전극(160) 및 제 2 전극(170)이 둘 다 적어도 부분적으로 투명한 종방향 광학 센서(132)의 실시양태가 가능해진다. 바람직하게는 횡방향 광학 센서(130)에 대해서도 동일하다. 그러나, 도 4c에는, 불투명한 제 2 전극(170)을 사용하는 종방향 광학 센서(132)의 셋업이 개시된다. 따라서, 예로서, 하나 이상의 전기 전도성 중합체(188) 대신 또는 이 중합체에 덧붙여 알루미늄 및/또는 은 같은 하나 이상의 금속 층을 사용함으로써 제 2 전극(170)을 구현할 수 있다. 따라서, 예로서, 전기 전도성 중합체(188)는 바람직하게는 전체 센서 영역(136)을 덮을 수 있는 하나 이상의 금속 층으로 대체될 수 있거나 보강될 수 있다.
도 5a 내지 도 5e에서는, 상기 언급된 FiP 효과가 설명된다. 여기에서, 도 5a는 도 1, 도 3a 및 도 3c의 셋업과 유사한, 광학 축(116)과 분명히 평행한 검출기(110)의 일부의 측면도를 도시한다. 검출기(110)에서, 종방향 광학 센서(132) 및 전달 장치(120)만 도시되어 있다. 하나 이상의 횡방향 광학 센서(130)는 도시되어 있지 않다. 이 횡방향 광학 센서(130)는 별도의 광학 센서(114)로서 구현될 수 있고/있거나 하나 이상의 종방향 광학 센서(132)와 조합될 수 있다.
다시, 하나 이상의 물체(112)에 의한 하나 이상의 광 빔의 방출 및/또는 반사로 측정을 개시한다. 물체(112)는 검출기(110)의 일부로서 생각될 수 있는 조명원(192)을 포함할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 별도의 조명원(192)을 사용할 수 있다.
광 빔(138) 자체의 특징 때문에 및/또는 전달 장치(120), 바람직하게는 하나 이상의 렌즈(122)의 빔 성형 특징 때문에, 종방향 광학 센서(132)의 영역에서의 광 빔(138)의 빔 특성은 적어도 부분적으로 알려진다. 따라서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 초점(194)이 발생된다. 초점(194)에서는, 광 빔(138)의 빔 웨이스트 또는 단면이 최소값으로 추정될 수 있다.
도 5b에서, 도 5a의 종방향 광학 센서(132)의 센서 영역(136) 상으로의 평면도에는, 센서 영역(136)에 충돌하는 광 빔(138)에 의해 발생되는 광점(184)의 전개가 도시되어 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 초점(194)에 가까운 광점(184)의 단면은 최소값으로 추정된다.
도 5c에는, 상기 언급된 FiP 효과를 나타내는 종방향 광학 센서(132)가 사용되는 경우, 도 5b의 광점(184)의 5개의 단면에 대해 종방향 광학 센서(132)의 광 전류 I가 주어진다. 그러므로, 예시적인 실시양태로서, 도 5b에 도시된 점 단면에 대한 5개의 상이한 광 전류 I가 전형적인 DSC 장치, 바람직하게는 sDSC 장치에서 도시된다. 광 전류 I는 광점(184)의 면적 A의 함수로서 도시되며, 이는 광점(184)의 단면의 척도이다.
도 5c에서 볼 수 있는 바와 같이, 모든 종방향 광학 센서(132)가 동일한 총 조명 동력으로 비춰지는 경우에라도, 광 전류 I는 예컨대 광점(184)의 단면적 A 및/또는 빔 웨이스트에 대한 강력한 의존성을 제공함으로써 광 빔(138)의 단면에 따라 달라진다. 그러므로, 광 전류는 광 빔(138)의 동력 및 광 빔(138)의 단면 둘 다의 함수이다:
I=f(n,a)
여기에서, I는 하나 이상의 측정 저항기 상에서의 전압 같은 임의적인 단위로 및/또는 암페어로 측정되는 광 전류 같은 각 종방향 광학 센서(132)에 의해 제공되는 광 전류를 나타낸다. n은 센서 영역(136)에 충돌하는 광자의 총 수 및/또는 센서 영역(136)에서의 광 빔의 총 동력을 나타낸다. A는 빔 웨이스트로서, 빔 직경 또는 빔 반경으로서, 또는 광점(134)의 면적으로서 임의의 단위로 제공되는 광 빔(138)이 빔 단면을 나타낸다. 예로서, 빔 단면은 광점(184)의 1/e2 직경, 즉 광점(184)의 최대 강도와 비교하여 1/e2의 강도를 갖는 최대 강도의 제 1 면 상에서의 제 1 지점으로부터 동일한 강도를 갖는 최대 강도의 다른 면 상에서의 지점까지의 단면 거리에 의해 계산될 수 있다. 빔 단면을 정량하는 다른 옵션도 실현될 수 있다.
도 5c의 셋업은 상기 언급된 FiP 효과를 나타내는, 본 발명에 따른 검출기(110)에 사용될 수 있는 본 발명에 따른 종방향 광학 센서(132)의 광 전류를 보여준다. 대조적으로, 도 5c의 다이어그램에 상응하는 다이어그램인 도 5d에는, 도 5a에 도시된 것과 동일한 셋업의 전통적인 광학 센서의 광 전류가 도시된다. 예로서, 이 측정에 실리콘 광 검출기를 사용할 수 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 이들 전통적인 측정에서는, 검출기의 광 전류 또는 광 신호가 빔 단면 A로부터 독립적이다.
그러므로, 검출기(110)의 종방향 광학 센서(132)의 광 전류 및/또는 다른 유형의 종방향 센서 신호를 평가함으로써, 광 빔(138)을 특징화시킬 수 있다. 광 빔(138)의 광학적 특징이 검출기(110)로부터 물체(112)의 거리에 따라 달라지기 때문에, 이들 종방향 센서 신호를 평가함으로써, 광학 축(116)에 따르는 물체(112)의 위치, 즉 z-위치를 결정할 수 있다. 이를 위해, 예를 들어 광 전류 I와 물체(112)의 위치 사이의 하나 이상의 공지의 관계를 사용함으로써, 종방향 광학 센서(132)의 광 전류를 물체(112)의 종방향 위치, 즉 z-위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템으로 변환시킬 수 있다. 그러므로, 예로서, 센서 신호를 평가함으로써 초점(194)의 위치를 결정할 수 있고, 상기 언급된 정보를 생성시키는데 초점(194)과 z-방향에서의 물체(112)의 위치 사이의 상관관계를 이용할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 종방향 센서(132)의 센서 신호를 비교함으로써 광 빔(138)의 넓어짐 및/또는 좁아짐을 평가할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 가우시안 빔 매개변수를 사용하여, 가우시안 법칙에 따라 광 빔(138)의 빔 전파 같은 공지의 빔 특성을 추정할 수 있다.
또한, 복수개의 종방향 광학 센서(132)의 사용은 단일 종방향 광학 센서(132)의 사용에 비해 추가적인 이점을 제공한다. 그러므로, 상기 개략된 바와 같이, 광 빔(138)의 총 동력은 통상 알려지지 않는다. 최대 값에 대해서 종방향 센서 신호를 정규화시킴으로써, 종방향 센서 신호는 광 빔(138)의 총 동력으로부터 독립적이 되고, 광 빔(138)의 총 동력으로부터 독립적인 정규화된 광 전류 및/또는 정규화된 종방향 센서 신호를 이용함으로써 관계 In=g(A)를 사용할 수 있다.
또한, 복수개의 종방향 광학 센서(132)를 사용함으로써, 종방향 센서 신호의 애매모호함을 해결할 수 있다. 그러므로, 도 5b의 최초 이미지와 최종 이미지를 비교함으로써 및/또는 도 5b의 제 2 이미지와 제 4 이미지를 비교함으로써 및/또는 도 5c의 상응하는 광 전류를 비교함으로써 볼 수 있는 바와 같이, 초점(194) 전 또는 뒤의 특정 거리에 위치하는 종방향 광학 센서(132)는 동일한 종방향 광학 센서를 생성시킬 수 있다. 광학 축(116)을 따라 전파되는 동안 광 빔(138)이 약화되는 경우에도 유사한 애매모호함이 발생되는데, 이는 실험적으로 및/또는 계산에 의해 교정된다. z-위치에서의 이 애매모호함을 해결하기 위하여, 복수개의 종방향 센서 신호는 초점 및 최대치의 위치를 명확하게 보여준다. 그러므로, 예를 들어 하나 이상의 이웃한 종방향 센서 신호와 비교함으로써, 특정 종방향 광학 센서(132)가 종축 상에서 초점 전에 또는 초점 뒤에 위치하는지의 여부를 결정할 수 있다.
도 5e에는, 종방향 센서 신호 및 상기 언급된 FiP 효과가 변조 주파수에 따라 달라질 가능성을 입증하기 위하여 sDSC의 전형적인 예에서의 종방향 센서 신호가 도시되어 있다. 이 도면에는, 다양한 변조 주파수 f에 대해 수직 축 상의 종방향 센서 신호로서 단회로 전류 Isc가 임의적인 단위로 주어진다. 수평 축에는, 종방향 좌표 z가 도시된다. 종방향 좌표 z(㎛)는 z-축의 광 빔의 초점 위치가 위치 0으로 표시되도록, 수평 축 상의 모든 종방향 좌표 z가 광 빔의 초점까지의 거리로서 주어지도록 선택된다. 결과적으로, 광 빔의 빔 단면이 초점으로부터의 거리에 따라 달라지기 때문에, 도 5e의 종방향 좌표는 빔 단면(임의적인 단위)을 나타낸다. 예로서, 종방향 좌표를 특정 빔 웨이스트 또는 빔 단면으로 변환시키기 위하여, 공지의 또는 결정가능한 빔 매개변수를 사용하여 가우시안 광 빔을 추정할 수 있다.
이 실험에서는, 0Hz(변조 없음), 7Hz, 377Hz 및 777Hz 같은 광 빔의 다양한 변조 주파수에 대해 종방향 센서 신호를 제공한다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 변조 주파수 0Hz의 경우에는, FiP 효과를 검출할 수 없거나 또는 종방향 센서 신호의 노이즈로부터 용이하게 구별될 수 없는 매우 작은 FiP 효과를 검출할 수 있다. 더 높은 변조 주파수의 경우에는, 광 빔의 단면에 대한 종방향 센서 신호의 현저한 의존성이 관찰될 수 있다. 전형적으로, 0.3Hz의 변조 주파수 같은 0.1Hz 내지 10kHz의 변조 주파수를 본 발명에 따른 검출기에 사용할 수 있다.
사람-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치 및 추적 시스템:
도 6에는, 동시에 본 발명에 따른 엔터테인먼트 장치(198)의 예시적인 실시양태로서도 구현될 수 있거나 또는 이러한 엔터테인먼트 장치(198)의 구성 부품일 수 있는 본 발명에 따른 사람-기계 인터페이스(196)의 예시적인 실시양태가 도시되어 있다. 또한, 사람-기계 인터페이스(196) 및/또는 엔터테인먼트 장치(198)은 또한 사용자(200) 및/또는 하나 이상의 사용자(200) 신체 일부를 추적하도록 구성된 추적 시스템(199)의 예시적인 실시양태를 형성할 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 사용자(200) 신체 일부의 움직임을 추적할 수 있다.
예로서, 하나 이상의 횡방향 광학 센서(130) 및 하나 이상의 종방향 광학 센서(132)를 포함할 수 있는 하나 또는 복수개의 광학 센서(114)를 갖는 상기 기재된 하나 이상의 실시양태에 따라 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기(110)가 다시 제공될 수 있다. 예를 들어 임의적인 전달 장치(120)의 요소 같은, 도 6에 도시되지 않은 검출기(110)의 추가적인 요소가 제공될 수 있다. 가능한 실시양태에 대해서는, 도 1a 및/또는 도 1b를 참조할 수 있다. 또한, 하나 또는 복수개의 조명원(192)이 제공될 수 있다. 일반적으로, 검출기(110)의 이들 가능한 실시양태에 대해서는, 예컨대 상기 기재내용을 참조할 수 있다.
사람-기계 인터페이스(196)는 사용자(200)와 기계(202) 사이에서 하나 이상의 정보 아이템의 교환(이는 도 6에 간단히 표시됨)이 가능하도록 디자인될 수 있다. 예를 들어, 사람-기계 인터페이스(196)를 사용함으로써 제어 명령 및/또는 정보의 교환을 수행할 수 있다. 기계(202)는 원칙적으로 몇몇 방식으로 제어되고/되거나 영향을 받을 수 있는 하나 이상의 기능을 갖는 임의의 목적하는 장치를 포함할 수 있다. 하나 이상의 검출기(110)의 하나 이상의 평가 장치(142) 및/또는 이들의 일부는 도 6에 도시된 바와 같이 완전히 또는 부분적으로 상기 기계(202)로 통합될 수 있으나, 원칙적으로는 기계(202)로부터 완전히 또는 부분적으로 별도로 제조될 수도 있다.
사람-기계 인터페이스(196)는 예를 들어 검출기(110)에 의해 검출기(110)에 의한 사용자(200)의 하나 이상의 기하학적 정보를 생성시키도록 디자인될 수 있으며, 기하학적 정보를 하나 이상의 정보 아이템, 특히 하나 이상의 제어 명령에 할당할 수 있다. 이를 위해, 예로서, 검출기(110)에 의해, 사용자(200)의 움직임 및/또는 자세 변화를 확인할 수 있다. 예를 들면, 도 6에 표시된 바와 같이, 사용자(200)의 손 움직임 및/또는 특정한 손 자세를 검출할 수 있다. 또한 또는 다르게는, 사용자(200)의 다른 유형의 기하학적 정보를 하나 이상의 검출기(110)에 의해 검출할 수 있다. 이를 위해, 사용자(200) 및/또는 하나 이상의 사용자(200) 신체 부위의 하나 이상의 위치 및/또는 하나 이상의 위치 정보를 하나 이상의 검출기(110)에 의해 확인할 수 있다. 이어, 예를 들어 상응하는 명령 목록과 비교함으로써, 사용자(200)가 특정 입력을 수행하고자 함을, 예를 들어 기계(202)에게 제어 명령을 주고자 함을 인식할 수 있다. 실제 사용자(200)에 대한 정반대의 정보를 유도하기 위한 대안으로서 또는 그에 덧붙여, 예를 들어 사용자(200)의 의복 및/또는 장갑 및/또는 사용자(200)에 의해 움직여지는 제품(예컨대, 스틱, 배트, 클럽, 라켓, 지팡이, 장난감 총 같은 장난감)에 대한 하나 이상의 기하학적 정보 아이템 같은 사용자(200)에게 부착된 하나 이상의 비콘 장치(204)에 대한 하나 이상의 기하학적 정보를 생성시킬 수도 있다. 하나 이상의 비콘 장치(204)를 사용할 수 있다. 비콘 장치(204)는 능동형 비콘 장치 및/또는 수동형 비콘 장치로서 구현될 수 있다. 그러므로, 비콘 장치(204)는 도 6에 나타낸 바와 같이 하나 이상의 조명원(192)을 포함할 수 있고/있거나 하나 이상의 1차 광 빔(206)을 반사시키기 위하여 하나 이상의 반사 요소를 포함할 수 있다.
기계(202)는 또한 예를 들어 도 6에 표시된 바와 같이 하나 이상의 디스플레이(208) 및/또는 하나 이상의 키보드(210) 같은 하나 또는 복수개의 추가적인 사람-기계 인터페이스를 포함할 수 있으며, 이들 인터페이스는 반드시 본 발명에 따라 구현되어야 할 필요는 없다. 또한 또는 다르게는, 다른 유형의 사람-기계 인터페이스가 제공될 수 있다. 기계(202)는 원칙적으로 퍼스널 컴퓨터 같은 임의의 목적하는 유형의 기계 또는 기계의 조합일 수 있다.
하나 이상의 평가 장치(142) 및/또는 그의 일부는 추적 시스템(199)의 추적 컨트롤러(201)로서 추가로 기능할 수 있다. 또한 또는 다르게는, 하나 이상의 추가적인 데이터 평가 장치 같은 하나 이상의 추가적인 추적 컨트롤러(201)가 제공될 수 있다. 추적 컨트롤러(201)는 하나 이상의 소멸성 및/또는 영속성 메모리 같은 하나 이상의 데이터 메모리일 수 있거나 이들 메모리를 포함할 수 있다. 이러한 하나 이상의 데이터 메모리에, 과거 궤적을 저장하도록 하기 위하여, 하나 이상의 물체 또는 물체의 일부의 복수개의 후속 위치 및/또는 배향을 저장할 수 있다. 또한 또는 다르게는, 계산, 외삽 또는 임의의 다른 적합한 알고리즘에 의해 물체 및/또는 그의 일부의 추후 궤적을 예측할 수 있다. 예로서, 물체 또는 그의 일부의 추후 위치, 추후 배향 및 추후 궤적중 하나 이상을 예측하기 위하여, 물체 또는 그의 일부의 과거 궤적을 추후 값으로 외삽할 수 있다.
엔터테인먼트 장치(198)과 관련하여, 상기 기계(202)는 예를 들어 하나 이상의 엔터테인먼트 기능, 예컨대 특히 디스플레이(208) 상의 하나 이상의 그래픽 디스플레이 및 임의적으로는 상응하는 음향 출력을 갖는 하나 이상의 게임을 수행하도록 디자인될 수 있다. 사용자(200)는 예를 들어 사람-기계 인터페이스(196) 및/또는 하나 이상의 다른 인터페이스를 통해 하나 이상의 정보 아이템을 입력할 수 있으며, 이 때 엔터테인먼트 장치(198)는 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 바꾸도록 디자인된다. 예로서, 게임에서 하나 이상의 가상 제품, 예를 들어 가상 인물의 특정한 움직임 및/또는 게임에서 가상 차량의 움직임을 사용자(200) 및/또는 하나 이상의 사용자(200) 신체 부위의 상응하는 움직임(이는 다시 검출기(110)에 의해 인식될 수 있음)에 의해 제어할 수 있다. 하나 이상의 검출기(110)에 의한, 사용자(200)에 의한 하나 이상의 엔터테인먼트 기능의 제어의 다른 유형도 가능하다.
3-D 위치 센서용 sDSC의 예시적인 실시양태
3-D 센서 형태의 sDSC의 FiP-효과의 실제 실행, 및 x,y- 및 z-방향 모두에서의 우수한 공간 해상도의 획득은 전형적으로 전지가 약 1cm×1cm의 활성 구역을 갖고 특정 조건을 충족시킬 것을 요구할 수 있다. 따라서, 아래에서는, 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및/또는 하나 이상의 종방향 광학 센서의 개별적인 전지에 대한 바람직한 조건이 주어진다. 그러나, 다른 실시양태도 실현가능함을 알 것이다.
하나 이상의 횡방향 광학 센서 및/또는 하나 이상의 종방향 광학 센서의 광학 특성
도 5a 내지 도 5c에서 볼 수 있는 바와 같이, 하나의 특정 전류 신호가 2개의 상이한 공간 지점(초점 앞 및 뒤)을 암시할 수 있다. 따라서, z-축 상에서의 모호하지 않은 깊이 정보를 수득하기 위하여, 바람직하게는 2개 이상의 전지가 서로의 앞 뒤에 배열될 필요가 있다. 이어, 두 전지의 전류 신호 사이의 비로부터 모호하지 않은 정보를 유도한다. 정밀한 z-정보를 위해, 이 센서는 서로의 뒤에 포개진 6개의 전지를 가져야 한다. 이는 전지가 투명해야 할 것을 요구한다. 즉, 전체 면적을 가로질러 증착된 은으로 통상적으로 구성되는 배면 전극이 투명한 전도성 물질로 교체되어야 할 필요가 있다.
충분한 조명이 최종 전지에 도달하고 유용한 전류 신호를 공급하도록 보장하기 위하여, 전방의 5개의 전지는 여기 파장에서 낮은 흡수율을 가질 수 있다. 여기에 사용되는 파장은 약 700nm여야 한다.
횡방향 광학 센서의 교차 저항:
정확한 x,y 해상도를 획득하기 위하여, 이 정사각형 전지의 대향 변의 각 쌍 사이에 충분한 전위 차가 있어야 한다. 도 2a는 x,y 해상도가 가능한 이러한 투명한 전지를 도시한다.
은 배면 전극 없이도, 염료가 전자 공급에 의해 신속하게 재생되도록 전지의 전체 표면적을 가로질러 p-형 도체로부터 산화된 염료로의 충분히 우수한 전자 수송이 보장되어야 한다. p-형 도체 자체가 매우 낮은 컨덕턴스(10-5S/cm)를 갖기 때문에, 전도성 층이 p-형 도체 상으로 코팅될 필요가 있다. 이 추가적인 층 덕분에, 이 정사각형 전지의 대향 변 사이에서 한정된 교차 저항 R이 획득된다.
횡방향 광학 센서의 투명도:
우수한 컨덕턴스 때문에, 통상적인 태양 전지는 은으로 제조된 배면 전극(제 2 전극)을 갖는다. 그러나, 본원에서 개발되는 전지는 투명해야 하고, 이는 1cm2 전지 구역이 투명한 배면 전극을 필요로 하는 이유이다. 이 목적을 위해 바람직하게 사용되는 물질은 수성 분산액중 전도성 중합체 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)-폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS)이다. 공액 중합체 PEDOT:PSS는 매우 투명하고; 이는 상당한 층 두께에서만 청녹색 영역(450 내지 550nm)을 흡수하며, 적색 스펙트럼 범위에서는 최소한만 흡수한다.
추가적인 PEDOT 층은 p-형 도체에서 우수한 전자 수송을 가능케 한다. 이 층의 컨덕턴스를 개선하고 접속을 제공하기 위하여, 1cm 길이의 은 전극 4개를 정사각형 전지 둘레에 증착시킨다. 은 전극의 배열은 도 3a에 도시되어 있다. 도 3b는 투명한 PEDOT 배면 전극을 갖는 전지를 도시한다.
하나 이상의 횡방향 광학 센서 및/또는 하나 이상의 종방향 광학 센서의 전지의 흡광도
투명해야 하는 것은 배면 전극만이 아니라 전체 전지이다. 충분한 양의 광이 여전히 스택의 최종 전지에 도달하도록 보장하기 위하여, 전방 5개의 전지의 흡광도가 가능한 한 낮아야 한다. 이는 염료의 흡수에 의해 최초로 맨 먼저 결정된다. 태양 전지의 흡광도, 즉 염료에 의한 광의 흡수는 전지의 출력 전류에 대해 결정적인 효과를 갖는다. 전형적으로, 파장-의존성 흡수 스펙트럼이 최대치를 갖고, 최대 흡수 파장은 사용되는 특정 염료의 특징이다. np TiO2 층에 더 많은 염료가 흡착될 수록 전지의 흡수는 더 높아진다. 더 많은 염료 분자가 흡착될수록 더 많은 전자가 광 여기를 통해 TiO2의 cb에 도달할 수 있고 전류가 더 높아진다. 따라서, 더 높은 흡광도를 갖는 전지는 낮은 흡광도를 갖는 전지보다 더 높은 출력 전류를 갖는다.
여기에서 목적은 완전한 전지 배열로부터 최대 총 전류를 수득하는 것이며, 이는 이상적인 경우에는 모든 전지 사이에서 똑같이 분할된다. 광의 강도가 전지에서의 흡수에 의해 희석되기 때문에, 스택에서 더 뒤에 위치하는 전지는 더 적은 광을 받는다. 그럼에도 불구하고, 6개 전지 모두에서 유사한 출력 전지를 수득하기 위해서는, 전방 전지가 뒤에 있는 전지보다 더 낮은 흡광도를 가져야 함을 알게 될 것이다. 그 결과, 이들은 후속하는 전지(이는 다시 이미 약화된 광의 보다 큰 비율을 흡수하게 됨)에 더 적은 광이 도달하는 것을 중단시킨다. 이러한 방식으로 스택에서의 전지의 위치에서 흡광도를 최적으로 조정함으로써, 이론적으로는 모든 전지로부터 동일한 전류를 수득할 수 있다. 염료로 염색함으로써, 또한 np TiO2 층의 두께를 제어함으로써, 태양 전지의 흡광도를 조정할 수 있다.
종방향 광학 센서 스택의 전지의 흡광도 및 출력 전류의 최적화
스택의 최종 전지는 바람직하게는 거의 모든 입사광을 흡수해야 한다. 이 때문에, 이 전지는 최대 흡광도를 가져야 한다. 최종 전지에서의 최대 흡광도하에 수득되는 전류로 출발하려면, 전방 전지의 흡광도는 모든 전지가 함께 최대 총 전류(모든 전지에 걸쳐 가능한한 균일하게 분포됨)를 공급하도록 조정될 필요가 있다.
스택의 출력 전류의 최적화는 다음과 같이 수행된다:
● 염료 선택
● 최종 전지의 최대 흡광도/최대 출력 전류
● 최종 전지를 염색하기 위한 염료 농도
● 최종 전지의 염색 시간
● 최종 전지의 np TiO2 층의 최적 두께
● 전체 스택의 최대 출력 전류
● 전방의 5개 전지의 np TiO2 층의 최적 두께
자이스(Zeiss) 램프 MCS 500을 사용하는 자이스 분광계 MCS 501 UV-NIR을 사용하여 흡광도를 측정하였다. 어스펙트 플러스(Aspect Plus) 소프트웨어 프로그램으로 결과를 평가하였다.
염료의 선택:
개시하기 위하여, 약 700nm의 여기 파장에서 충분히 흡수하는 염료를 찾아야 한다. 태양 전지에 이상적인 염료는 전형적으로 넓은 흡수 스펙트럼을 갖고, 약 920nm의 파장 미만의 입사광을 완전히 흡수해야 한다. 실제로, 대부분의 염료는 450 내지 600nm의 파장 범위에서 흡수 최대치를 갖고; 650nm보다 긴 파장에서 이들은 통상 약하게 흡수하거나 전혀 흡수하지 않는다.
제 1 실험을 수행한 염료는 예를 들어 WO 2012/110924 A1 호에 개시되어 있는 바와 같은 ID504였다. 그러나, 이 염료는 700nm의 범위에서 낮은 흡수율을 나타내는 것으로 판명되었다. 그러므로, 스택의 경우 염료 D-5(ID 1338이라고도 함)를 사용하였다:
Figure 112015069325511-pct00014
염료 D-5의 제조 및 특성은 WO 2013/144177 A1 호에 개시되어 있다.
그러나, 추가로 또는 다르게는, 다른 염료를 사용할 수 있다. 개별적인 염료를 사용한 TiO2-층의 염색 시간, 즉 염색 지속시간은 흡수 특성에 영향을 갖는 것으로 판명되었다. 1.3μ의 두께를 갖는 TiO2 층이 있는 전지를 사용하여 시험을 수행하였다. D-5의 흡수 최대치는 약 550 내지 560nm이고, 이는 이 최대치에서 흡광도 ε≒59000을 나타낸다.
이 일련의 실험에서, 염료 농도는 0.3mM이었고, 염색 시간은 10 내지 30분으로 증가시켰다. 더 긴 염색 시간에서 현저한 흡광도 증가가 나타났으며, 따라서 최종적으로 D-5에 대해 30분의 염색 시간을 사용하였다.
염색 시간을 최적화한 후에도 흡수는 매우 낮은 것으로 결정되었다. 그러므로, 일반적으로, 염료 농도, 염색 시간 및 np TiO2 층의 두께를 증가시킴으로써 흡수를 최대화시켜야 한다.
종방향 광학 센서 스택에서 최종 전지의 염료 농도 및 염색 시간
염색 시간 및 염료 농도에 관한 몇 가지 실험을 수행하였다. 1 내지 2μ의 TiO2 층의 층 두께에 대한 염료 용액의 표준 농도는 0.5mM이었다. 이들 농도에서, 염료는 이미 과량으로 존재함이 틀림없다. 이 때, 염료 농도를 0.7mM로 증가시켰다. 전지 구역을 가로지르는 불균질성을 방지하기 위하여, 염료 용액을 전지에 위치시키기 전에 0.2μ 주사기 필터를 사용하여 용해되지 않은 염료 입자 및 다른 불순물을 제거함으로써 염료 용액을 세정하였다.
염료가 과량으로 존재하는 경우에는, 염료 단일층을 1시간동안 염색시킨 후, np TiO2 층의 표면으로 염료를 흡수시켜야 하는데, 이는 사용되는 염료에 의한 최대 흡수를 야기한다. 시험된 최대 염색 시간은 75분이었고, 이를 최종적으로 전지에서 이용하였다.
마지막으로, 1.3μ의 TiO2 층의 층 두께, 0.7mM의 염료 농도 및 75분의 염색 시간을 갖는 전지를 사용하였다. 전지의 흡광도는 700nm에서 0.4인 것으로 밝혀졌다.
종방향 광학 센서 스택의 최종 전지의 np TiO 2 층 두께
궁극적으로, 나노다공성(np) 층의 두께, 따라서 염료 흡수에 이용될 수 있는 TiO2 표면적은 흡수 행태, 따라서 전지의 출력 전류에 영향을 끼치는 중요한 인자일 수 있다. 지금까지 두께가 1.3μ인 np TiO2 층을 갖는 전지에서 흡광도를 최대화하였다. 더 두꺼운 np TiO2 층에서 더 많은 염료를 흡착할 수 있기 때문에, TiO2 층의 두께를 단계별로 3μ까지 증가시켰으며, 최대 출력 전류가 발생된 두께를 결정하였다.
회전 코팅에 의해 나노다공성 TiO2 층을 도포하였다. 회전 코팅은 고휘발성 용매(여기에서는, 터핀올)에 용해된 저휘발성 성분을 도포하는데 적합하다. 출발 제품으로서, 다이솔(Dyesol)에서 제조된 TiO2 페이스트(DSL 18 NR-T)를 사용하였다. 이 페이스트를 터핀올과 혼합하였는데, 이는 페이스트의 점도를 감소시킨다. 페이스트:터핀올 혼합물의 조성 비에 따라, 또한 4500 1/분의 일정한 회전 속도에서, 다양한 두께의 np TiO2 층을 수득한다. 터핀올 비율이 높을수록, 희석되는 페이스트의 점도가 낮아지고, 전지가 더 얇아진다.
페이스트를 다음 날에 차단 층으로 코팅된 전지 상에 회전 코팅에 의해 도포하기 전에, 1.2μ 주사기 필터를 사용하여 더 큰 입자를 제거함으로써, 희석된 TiO2 페이스트를 또한 세정하였다.
np TiO2 층 두께가 변화하는 경우, 클로로벤젠에 용해되는 p-형 도체의 농도를 조정할 필요가 있음을 알아야 한다. 더 두꺼운 np 층은 p-형 도체로 채워져야 하는 더 큰 강 부피를 갖는다. 이 때문에, 더 두꺼운 np 층의 경우, np 층 상부의 p-형 도체 상청액의 양이 더 적다. 회전 코팅 후 np TiO2 층에 잔류하는 고체 p-형 도체 층(용매는 회전 코팅 동안 증발됨)이 일정한 두께를 갖도록 보장하기 위하여, 얇은 TiO2 층보다 두꺼운 np TiO2 층에 대해 더 높은 p-형 도체 농도가 필요하다. 최적 p-형 도체 농도는 여기에서 시험되는 모든 TiO2 층 두께에 대해 알려져 있지 않다. 이 때문에, 미지의 층 두께에 대해 p-형 도체 농도를 변화시키고, 동일한 층 두께, 그러나 상이한 p-형 도체 농도에 대해 출력 전류를 비교한다.
층 두께 변화에 대해 선택된 출발 값은 np TiO2 층에 있어서 1.3μ이었다. 1.3μ은 5g:5g의 TiO2 페이스트:터핀올 질량 조성에 상응한다. np TiO2 층이 1.3μ보다 더 두꺼운 전지를 사용한 일련의 시험은 어떤 층 두께에서 스택의 최종 전지로부터 최대 출력 전류가 수득되는지를 보여준다.
최대 흡광도를 위해 전술한 최적화된 매개변수(D-5; c=0.7mM; 염색 시간: 75분)로 이들 전지를 염색하였다. 이들 전지의 흡광도는 700nm에서 약 0.6인 것으로 밝혀졌다.
최종 전지가 통상적으로 투명할 필요가 없기 때문에, 배면 전극을 PEDOT 없이 p-형 도체 상에 직접 총 1cm2의 면적으로 증착시켰다.
측정 결과는, 예상된 바와 같이, 전체 면적의 배면 전극(제 2 전극)을 갖는 전지의 출력 전류가 훨씬 더 높음을 나타내었다. 5:3의 TiO2:터핀올 질량비에서 최고 출력 전류가 수득되었다. 이는 2 내지 3μ의 TiO2 층 두께에 상응한다.
그러므로, 후속 실험에서는, 스택의 최종 전지에 대해 5:3의 TiO2 페이스트:터핀올 조성을 이용하였다. 배면 전극은 전체 1cm2의 전지 면적을 가로질러 증착시켰다.
종방향 광학 센서 스택의 전방 전지의 np TiO 2 층 두께
최종 전지에서 수득된 최대 출력 전지로부터 출발하려면, 스택의 모든 전지가 가능한 최대 출력 전지를 발생시키도록 전방 전지의 np TiO2 층의 두께를 조정해야 한다. 이는 전방 전지에서 낮은 흡광도 값을 필요로 한다.
실험 동안, 실제적인 면에서, 염료 농도 및 염색 시간 매개변수를 통해 재현성있는 낮은 흡광도를 수득하기가 훨씬 어려운 것으로 판명되었다. 그러므로, 낮은 재현성있는 흡광도를 갖는 전지를 제조하기 위하여, 얇은 np TiO2 층을 갖는 전지를 제조하고 np TiO2 층의 염료 포화를 보장하는데 필요한 시간동안 이들을 염료 용액에 유지시키는 것이 타당하다. TiO2 층중 터핀올 비율을 단계적인 방식으로 증가시켰다. 모든 전지를 동일한 조건 하에서 염색시켰다. 이들의 흡광도를 상당히 감소시키고자 하기 때문에, 이 경우의 염료 농도는 0.5mM이었고 염색 시간은 60분이었다.
놀랍게도, 이 씨리즈에서, 전지의 출력 전압은 np TiO2 층 두께의 감소에 따라 출력 전류의 증가로 개시되는 것으로 판명되었다. 시험된 TiO2 페이스트 희석액으로부터의 최적치는 5:6인 것으로 밝혀졌다. 희석비가 높을수록, 따라서 np TiO2 층이 얇을수록 출력 전압이 감소되는 경향이 있다. 5:9의 희석시 이 경향에서 예외가 되는 이유는 이 층 두께에 대해 100mg/ml의 p-형 도체 농도가 최적으로 조정된 때문인 것으로 보인다.
그러나, 출력 전류 감소에 대해 흡광도 감소를 고려한다면, 후속 전지가 5:6 희석의 경우보다 훨씬 더 많은 광을 받아들이도록 보장하기 위하여 더 낮은 출력 전류를 수용하는 것이 타당하다. 5:4.1, 5:6 및 5:10의 TiO2:터핀올 혼합물을 갖는 전지의 사진을 찍었으며, 이들은 이 효과를 보여주었다. 불균질 효과가 관찰되었다. 1cm2의 전지 내에서 균질한 층을 획득하기 위하여, 회전 코팅 동안의 TiO2 둔덕이 은 전극 외부, 따라서 전지 외부에 놓이도록 TiO2 면적을 후속 전지에서 증가시켰다.
다양한 두께의 TiO2 층을 갖는 전지의 다양한 배열을 시험함으로써, 전지에서 TiO2 층의 두께 및 스택에서의 이들의 위치와 관련하여 전지 스택을 구축하였다.
염료 D-5를 사용하여 제조된 염료 증감된 태양 전지(DSC)의 제조 및 특성
FTO(플루오르로 도핑된 산화주석) 유리 기판[<12Ω/sq, A11DU80, AGC 패브리테크 캄파니, 리미티드(Fabritech Co., Ltd.)에서 공급됨]을 기본 물질로서 사용하였으며, 이를 유리 세정제인 세미코 클린(Semico Clean)[후루우치 케미칼 코포레이션(Furuuchi Chemical Corporation)], 완전한 탈이온수 및 아세톤으로 각각의 경우 초음파 욕에서 5분간 연속적으로 처리한 다음, 아이소프로판올 중에서 10분간 소성시키고 질소 기류 중에서 건조시켰다.
고체 TiO2 완충 층을 생성시키기 위하여 분무 열분해 방법을 이용하였다. 이산화티탄 페이스트[PST-18NR, 캐털리스츠 앤드 케미칼즈 인더스트리 캄파니, 리미티드(Catalysts & Chemicals Ind. Co., Ltd.)에서 공급함]를 스크린 인쇄 방법에 의해 FTO 유리 기판 상으로 도포하였다. 120℃에서 5분간 건조시킨 후, 450℃에서 30분간 또한 500℃에서 30분간 공기 중에서 열처리함으로써, 1.6㎛의 두께를 갖는 작동 전극 층을 수득하였다. 이어, 수득된 작동 전극을, 그래첼(M. Gratzel) 등의 문헌[Adv. Mater. 2006, 18, 1202]에 기재된 바와 같이 TiCl4로 처리한다. 소결 후, 샘플을 60 내지 80℃로 냉각시켰다. 이어, WO 2012/001628 A1 호에 개시된 바와 같이 샘플을 첨가제로 처리하였다. 에탄올중 첨가제 5mM을 제조하고, 중간체를 17시간동안 침지시키고 순수한 에탄올 욕에서 세척한 다음, 질소 스트림 중에서 잠시 건조시키고, 아세토니트릴+3급-부틸 알콜의 용매 혼합물(1:1)중 염료 D-5의 0.5mM 용액에 2시간동안 후속 침지시켜 염료를 흡착시켰다. 용액으로부터 제거한 후, 시편을 아세토니트릴로 후속 세척하고 질소 유동 중에서 건조시켰다.
다음으로 p-형 반도체 용액을 회전 코팅하였다. 이를 위해 클로로벤젠중 0.165M 2,2',7,7'-테트라키스(N,N-다이-p-메톡시페닐-아민)-9,9'-스피로바이플루오렌(스피로-MeOTAD) 및 20mM LiN(SO2CF3)2[와코 퓨어 케미칼 인더스트리즈, 리미티드(Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)] 용액을 사용하였다. 이 용액 20㎕/cm2을 시편 상으로 도포하고 6초간 작용하도록 하였다. 이어, 상청액을 2000rpm에서 30초간 회전시켜 제거하였다. 기판을 주위 조건하에서 하룻밤동안 저장하였다. 따라서, HTM이 산화되었고 이 때문에 전도율이 증가하였다.
금속 배면 전극으로서, 1×10-5 밀리바의 압력에서 0.5nm/s의 속도로 진공에서 열 금속 증착에 의해 Ag를 증착시켜, 약 100nm 두께의 은 층을 수득하였다.
상기 광전 전환 장치의 광-전력 전환 효율 η를 결정하기 위하여, 단회로 전류 밀도 JSC, 개방 회로 전압 V∝ 및 충전 계수 FF 같은 개별적인 전류/전압 특징을, 인공 태양[퍼셀 테코놀로지즈, 인코포레이티드(Peccell Technologies, Inc.)]에 의해 발생된 인공 태양광(AM 1.5, 100mW/cm2 강도)의 조명 하에 쏘스 미터 모델(Source Meter Model) 2400[케이틀리 인스트루먼츠 인코포레이티드(Keithley Instruments Inc.)]로 수득하였다. 그 결과, 염료 D-5를 사용하여 제조된 DSC는 하기 매개변수를 나타내었다:
Figure 112015069325511-pct00015
종방향 광학 센서 스택에서 최적화된 출력 전류 결과
종방향 광학 센서 단계의 5개의 투명한 전극이 모두 0.45㎛의 np TiO2 층 두께(즉, 5:10의 TiO2 페이스트 희석)를 갖는 경우에 전지 스택의 출력 전류 면에서 최선의 결과가 수득되었다. 0.45㎛의 np TiO2 층을 갖는 이들 전지를 0.5mM 염료 용액에서 60분간 염색시켰다. 최종 전지만이 3㎛ 미만의 np TiO2 층을 가졌으며, 75분간 염색시켰다(0.7mM). 최종 전지가 투명해야 할 필요가 없기 때문에, 최종 전지의 배면 전극(제 2 전극)은 가능한 최대 전류를 채칩할 수 있게 하기 위해 전체 1cm2 면적을 가로질러 증착된 은 층이었다. 이 스택에서는 하기 광 전류가 관찰되었다(스택의 최초 전지로부터 최종 전지의 순서):
전류[μA]: 37 9.7 7.6 4.0 1.6 1.9
처음 5개의 전지는 동일하게 제조하였다. 최종 전지는 더 두꺼운 np TiO2 층 및 전체 전지 면적을 가로질러 증착된 은 배면 전극을 가졌다. 제 2 전지의 전류가 이미 제 1 전지의 전류의 1/4로 강하되었음을 볼 수 있다. 이들 5개의 고도로 투명한 전지에서조차도, 최종 전지의 전류는 최초 전지에서의 전류의 일부 밖에 되지 않는다. 전지 구역의 중심으로 향하는 적색 레이저(690nm, 1mW)로 전지를 여기시켰다.
5:9, 5:8 또는 5:7의 TiO2 :터핀올 희석액을 갖는 전지(즉, 더 두꺼운 전지)를 이용하여 수득된 전류는 TiO2 페이스트의 5:10 희석액을 갖는 전지의 전류보다 기껏해야 10μA만큼 더 컸다. 그러나, 이들 전지는 후속 전지의 출력 전류가 상당히 감소한 결과로 상당히 더 높은 흡광도를 나타내었다.
5:6의 TiO2 희석액을 갖는 전지는 더 많은 광이 스택의 최종 전지에 도달하지 못할 정도로 더 많이 흡수되었음에도 불구하고 5:9, 5:8 및 5:7의 TiO2 희석액을 갖는 경우에 비해 상당히 더 높은 전류를 수득하였다. 4개의 450nm 두께의 전지를 선행시키고 이들 전지중 하나만을 위치 5에 위치시키는 경우에도, 최종 전지의 출력 전류는 상당히 감소되어 최종 전지가 실제로 더 많은 전류를 공급하지 못하였다.
시험 스택의 이들 전지 각각을 주위 효과에 대해 보호하기 위해 추가적인 유리판으로 밀봉함을 언급할 필요가 있다. 그러나, 이는 690nm 레이저(1mW)의 광 빔이 반사 및 산란될 수 있는 많은 추가적인 인터페이스를 생성시켰으며, 그 결과 이렇게 밀봉된 전지의 흡광도가 더 높다. 마지막 장치에서는, 전지 스택을 질소에 유지시켰는데, 이는 밀봉이 불필요해진 이유이며, 전지는 서로의 위에 바로 놓인다. 이는 스택의 흡광도를 감소시켰는데, 왜냐하면 커버 유리에서의 산란으로부터 야기되는 손실이 더 이상 발생되지 않기 때문이다.
횡방향 광학 센서의 교차 저항
정사각형 전지의 대향 변 사이의 한정된 교차 저항은 정확한 x, y 해상도를 가능케 한다. x, y 해상도의 원리는 도 3a 내지 도 3d에 도시되어 있다. 전지 면적을 가로지르는 교차 저항은 p-형 도체와 전지의 경계를 이루는 은 전극 사이에 존재하는 PEDOT 층에 의해 결정된다. 도핑되지 않은 상태에서, PEDOT는 반도체이다. 음으로 하전된 대이온으로 도핑됨과 동시에 전체 분자를 가로질러 연장되는 공액 이중 결합의 시스템에 의해 전도율이 가능해진다. 본 실험에 사용된 PEDOT는 모두 음으로 하전된 중합체인 폴리스티렌 설포네이트(PSS)로 도핑되었다. 컨덕턴스, 고형분 함량, 이온화 전위(IP), 점도 및 pH와 관련된 광범위한 실시양태에서 PEDOT:PSS를 이용할 수 있다.
교차 저항에 영향을 끼치는 인자:
PEDOT는 또한 회전 코팅에 의해 전지에 도포되었다. 회전 공정 동안, 용매 에탄올과 아이소프로판올은 증발되는 한편, 저-휘발성 PEDOT는 필름의 형태로 기판 상에 잔류한다. 이 층의 저항은 사용되는 PEDOT의 컨덕턴스 및 층의 두께에 따라 달라진다:
Figure 112015069325511-pct00016
상기 식에서, ρ는 비저항이고, I는 저항이 측정되는 거리이며, A는 전하 캐리어가 유동하는 단면적이다(A는 PEDOT 층의 두께의 함수이다).
회전-코팅의 공지 원리에 따라, 비-뉴튼 유체를 코팅할 때 예상되는 층 두께는 하기 식에 의해 결정될 수 있다:
Figure 112015069325511-pct00017
상기 식에서, xs는 혼합된 희석 용액중 PEDOT 백분율이고, uk는 동점도이며, e는 용매(들)의 증발 속도이고, ω는 회전 코팅 동안의 각속도이다.
증발 속도는 ω1/2에 비례한다.
따라서, PEDOT 층의 두께는 하기 다양한 매개변수에 의해 영향을 받을 수 있다: 각속도, PEDOT 용액의 점도 및 용액중 PEDOT의 백분율. 각속도는 직접적으로 변할 수 있다. 용액중 PEDOT의 점도 및 백분율은 간접적으로, 즉 PEDOT와 에탄올 및 아이소프로판올을 혼합하는 비를 통해 영향을 받을 수 있다.
그러므로, 교차 저항을 조정하기 위하여 하기 매개변수를 사용할 수 있으며, 이들은 정당한 절차로 최적화된다:
● PEDOT의 선택
● PEDOT의 층 두께
● PEDOT/용매 비
● PEDOT의 회전 코팅 동안 회전 속도
● PEDOT 층의 수
● PEDOT를 도포하고 회전 코팅하는 사이의 시간 간격 Δt
교차 저항을 최적화함:
PEDOT 용액을 표준 부피 비 1:1:1로 에탄올 및 아이소프로판올과 혼합하고, 0.45㎛ 주사기 필터로 더 큰 입자를 제거하였다. 전체 전지를 이 희석된 PEDOT 용액(기판 1개당 약 900㎕가 필요하였음)으로 덮고, 2000 1/s의 속도로 회전 코팅하였다. 이 속도에서는, 30초가 용매 에탄올 및 아이소프로판올을 제거 및 증발시키는데 충분한 것으로 판명되었다.
이어, 정사각형 전지의 대향 전극 사이에서 약 2kΩ의 교차 저항을 수득하기 위하여, 전술한 매개변수를 조직적으로 변화시켰다.
PEDOT의 선택:
PEDOT 층의 교차 저항에 대한 가장 큰 영향은 사용되는 PEDOT 용액의 컨덕턴스로부터 비롯되는 것으로 판명되었다. 1cm를 가로지르는 이러한 PEDOT 층의 저항 크기 정도의 제 1 영향을 수득하기 위하여, 매우 상이한 컨덕턴스를 갖는 하기 PEDOT 제품 3개를 시험하였다:
● 헤라에우스(Heraeus) 제품인 클레비오스(Clevios)™ PVP AI 4083
● 헤라에우스 제품인 클레비오스™ PH 1000
● 시그마 알드리치(Sigma Aldrich) 제품인 오가콘(Orgacon)™ N-1005
동점도 ηd, 이온화 전위 IP 및 비저항의 관련 매개변수가 표 1에 요약된다. IP는 PEDOT에 대한 중요한 선택 기준이다. PEDOT의 IP는 통상 전지의 우수한 기능을 보장하기 위하여 5eV 미만이어야 한다.
[표 1]
다양한 PEDOT에 대한 관련 매개변수
Figure 112015069325511-pct00018
이들 제 1 시험에서는, 1.3㎛의 np TiO2 층을 FTO-비함유 유리 기판 상으로 코팅하였다. 이 제 1 실험 씨리즈에서는, 염색 또는 p-형 도체 코팅 단계 없이, 세 가지 준비된 각 PEDOT 용액 300㎕만 np TiO2 층에 직접 코팅하였다. 각 PEDOT 용액에 대해서, 1개, 2개, 3개의 PEDOT 층을 갖는 3개의 기판을 제조하였다. 각 기판 상의 몇 개의 위치에서 1cm 간격으로 전도성 은 페인트의 층을 도포함으로써 저항을 측정하였다.
이러한 방식으로 제작된 기판의 저항은 매끈한 p-형 도체 층에 PEDOT를 도포함으로써 야기되는 저항보다 더 작을 것으로 예상된다.
예측된 바와 같이, 실험은 층의 수가 증가함에 따라, 따라서 PEDOT의 총 두께가 증가함에 따라 교차 저항이 감소함을 보여주었다. Al 4083의 교차 저항은 3개의 층이 있는 경우에도 MΩ 범위이며, 따라서 추가의 시험에 사용되지 않았다. 2개의 층이 도포된 PH 1000은 요구되는 범위에 속하였다. N 1005의 교차 저항은 또한 kΩ 범위이고, 최적화를 통해 감소될 수 있었다. 그러나, 매끈한 p-형 도체의 표면에 PEDOT를 도포하는 경우에는 이 시험 씨리즈에서와 같이 이를 np TiO2 층에 직접 도포하는 경우보다 저항이 더 높을 것으로 추정될 수 있기 때문에, 추가의 최적화는 PH 1000에 중점을 둔다.
몇 개의 PEDOT 층 도포:
PEDOT 층의 총 두께를 증가시키기 위한 다른 옵션은 몇 개의 PEDOT 층을 연속적으로 도포하는 것이다. 1개 또는 2개의 도포된 PEDOT 층으로 시험을 수행하였다. PH 1000을 에탄올 및 아이소프로판올과 1:1:1 부피 비로 혼합하였다. 전지를 PEDOT 용액 900㎕로 완전히 덮고, 2000 1/분의 RPM에서 회전 코팅에 의해 과량의 용액을 제거하였다.
제 1 실험 씨리즈와는 달리, 이들 시험은 '완전한' 전지, 즉 p-형 도체로 코팅된 염색된 전지 상에서 수행하였다. PEDOT/전도성 은 페인트와 PEDOT/증착된 은의 상이한 접촉 저항으로부터 야기되는 오차를 배제하기 위하여, 약 2mm 떨어진 2개의 원형 증착된 전극 사이에서 교차 저항을 측정하였다. 또한, 이 전극 배열로 전지 효율 측정을 자동화시킬 수 있다. 이들 시험 전지는 정사각형의 투명한 전지보다 훨씬 더 간단하고 더 신속하게 제조되지만, 이들 전지는 이들 시험의 조건(하나는 PEDOT 층(들)의 교차 저항을 한정된 구역을 가로질러 측정해야 한다는 것; 다른 하나는 전지를 기능성에 대해, 즉 p-형 도체와 PEDOT 사이에서의 접속이 우수한지 또한 PEDOT의 IP가 p-형 도체의 에너지 수준과 매치되는지의 여부에 대해 시험해야 한다는 것)을 갖는다. 1cm를 가로지르는 교차 저항은 수학식 3.1(동일한 층 두께, 따라서 동일한 면적 A를 가정함)을 이용하여 계수 5를 곱함으로써 계산된다(용액의 비저항은 일정함).
표 2는 2개의 원형 증착된 배면 전극 사이의 저항 측정 및 1개 및 2개의 PEDOT 층에 있어서 1cm를 가로지르는 계산된 교차 저항의 결과를 보여준다. 마지막 란은 전지의 효율을 보여준다. 각 경우에 대해, 몇 개의 시험에서 수득된 최소 측정치와 최대 측정치를 나타낸다.
[표 2]
1개 및 2개의 PEDOT 층에 있어서 저항 측정 결과
Figure 112015069325511-pct00019
1개 및 2개의 도포된 PEDOT 층 사이의 교차 저항의 차이를 명확하게 볼 수 있다. 1개의 PEDOT 층의 경우, 요구되는 2kΩ보다 상당히 더 높고, 2개의 층의 경우에는 훨씬 더 낮다. 그러나, 또한, 2개의 PEDOT 층이 도포된 전지의 효율이 훨씬 더 작아서 2개의 PEDOT 층 사이의 접촉이 불량하다는 것을 의미함이 명백하다. 여기에서 측정되는 효율은 원형 전지, 즉 전체 표면을 가로질러 증착된 배면 전극을 갖는 전지를 가리킴에 주의해야 한다. 따라서, 정사각형의 투명한 전지의 효율은 훨씬 더 낮은데, 이는 연속적으로 도포된 몇 개의 PEDOT 층을 폐기해야 한다는 생각의 이유이다. 하나의 PEDOT 층의 교차 저항을 최소화하기 위해 추가적인 실험을 시도한다.
2개의 도포된 PEDOT 층에서의 저항이 제 1 실험 씨리즈(여기에서는 PEDOT를 np TiO2 층 상에 직접 도포하였음)에서보다 더 작음을 알 수 있다. 아마도, 이 차이의 이유는 제 1 실험에서는 제 1 PEDOT 층이 아직 완전히 건조되지 않은 경우에라도 층을 바로 뒤에 도포하였다는 것이다. 이 실험에서는 두 층을 도포하는 사이에 전지를 60℃의 핫플레이트에 위치시켰다.
예상된 바와 같이, 이 실험 씨리즈(여기에서는, PEDOT를 p-형 도체 상에 도포하였음)에서는, 1개의 도포된 PEDOT 층을 갖는 경우의 교차 저항이 PEDOT를 np TiO2의 거친 표면 상에 도포한 경우보다 더 높았다.
용액의 PEDOT 농도 증가:
상기 언급된 바와 같이, 통상적으로는, 용액의 점도를 감소시키고 회전 코팅을 통해 균질한 층을 수득하기 위하여, PEDOT 용액을 에탄올 및 아이소프로판올과 1:1:1의 부피 비로 혼합한다. 혼합물중 PEDOT 비율이 증가하면 용액의 점도가 높아진다. 더 높은 점도 때문에 회전 코팅 후 전지에 잔류하는 PEDOT 층의 두께가 증가할 것으로 예상된다(비교용: ηd,에탄올,20℃=1.19mPas; ηd,아이소프로판올,20℃=2.43mPas; ηd,PEDOT=5-50mPas).
PEDOT 용액의 점도 및 그가 함유하는 성분의 양의, 층 두께, 따라서 교차 저항에 대한 실제적인 효과를 연구하기 위하여, PEDOT 비율을 개시할 때에는 약간 증가시키고 후에는 상당히 증가시켰다. 여기에서 시험된 에탄올:아이소프로판올:PEDOT 부피 혼합물 비는 다음과 같았다:
1:1:1
1:1:2
1:1:5
1:1:10
2:2:1
예비 실험이 PEDOT 농도에서의 작은 변화가 저항이 관련되는 만큼 상당한 차이를 야기하지 않음을 보여주었기 때문에, 혼합된 용액중 PEDOT 비율을 상당히 증가시켰다. 이는, 전지의 구성 및 전극의 배열이 실제 정사각형 전지에 상응하는 제 1 실험 씨리즈였다.
전지의 np TiO2 층의 두께는 1.3㎛였다. 각 시간에, 상이한 비율의 PH 1000을 갖는 PEDOT 층을 도포하였다. 2000 내지 l500 1/분에서 90초동안 PEDOT 용액을 회전시켰다. 이어, 은 전극(약 2㎛ 두께)을 증착시키기 전에, PEDOT 층을 약 1분간 고온 송풍기로 건조시켰다.
[표 3]
PEDOT 층의 다양한 혼합물 비 및 회전 속도에서의 교차 저항
Figure 112015069325511-pct00020
표 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 교차 저항은 도포되는 용액중 PEDOT 비율 증가에 따라 예상되는 바와 같이 감소되지 않는다. 2000 및 1500 1/분의 각속도 모두에서, 교차 저항은 용액중 PEDOT 농도의 증가에 따라 증가한다. 그러나, 동일한 PEDOT 비율의 경우 RPM 증가에 따라 저항이 감소되는 경향이 있으나 여전히 10 내지 15 차수 정도로 너무 높음을 알 수 있다.
PEDOT의 도포와 회전 코팅 사이의 시간 간격(Δt)을 조정하고 회전 코팅 동안 RPM 을 최소화함:
회전 코팅 동안 층 두께를 증가시키는 전통적인 방법은 각속도를 감소시키는 것이다. 이러한 방식으로, 층 두께를 용이하게 증가시킬 수 있고, 교차 저항을 감소시킬 수 있다. 이제까지의 실험 씨리즈에서는, 이것이 감지할만한 결과를 야기하는 유일한 변화였다. 그러나, 회전 코팅 동안의 각속도는 임의적인 값까지 감소될 수 없는데, 과도하게 낮은 RPM에서는 용매가 충분히 신속하게 증발되지 않아서 불균질한 PEDOT 층을 생성시키기 때문이다.
그러나, 시험은 PEDOT 용액을 기판에 도포하는 것과 회전 코팅을 개시하는 것(즉, 기판으로부터 과량의 용액을 제거하는 것) 사이의 시간 간격이 교차 저항에 상당한 효과를 가짐을 보여주었다. 따라서, 이어, 두 매개변수 Δt와 회전 코팅 동안의 각속도의 반복적인 최적화를 통해 교차 저항을 최소화하였다.
그러므로, 몇 가지 시험 씨리즈에 걸쳐, 전지로의 PEDOT 용액의 도포와 회전 코팅의 개시 사이의 시간 간격 Δt를 30초에서 2분까지 단계적으로 증가시키고 이어 1 내지 3분간, 최종적으로는 3.5 내지 5분간 RPM을 최적화시켰다. 이는 RPM을 2000 1/분에서 350 1/분으로 감소시킴을 포함하였다. RPM을 1000 1/분 미만으로 감소시키는 경우에는, 30초가 용매의 완전한 증발에 더 이상 충분하지 않은 것으로 판명되었다. 그러므로, 이 시간을 매 경우 2분으로 연장하였다. 그 후, 전극을 증착시키기 전에 약 1분간 고온 송풍기로 전지를 건조시켰다.
RPM[1/분] 2000 1000 750 600 500 450 400 350
최적화의 결과가 표 4 내지 표 7에 요약된다.
1000 1/분의 RPM에서 PEDOT 용액의 전지 상에서의 도포와 일정한 각속도에서의 회전 사이의 시간 간격 Δt를 증가시켜서 개시되는 최종 최적화의 제 1 실험 씨리즈(표 4)에서는, Δt=60초에서 최적인 것으로 보인다(4.1 내지 4.2kΩ). 이 시간 간격 및 추가적인 RPM 감소시, 600 1/분에서 새로운 최소치가 수득되었다(2.6 내지 2.7kΩ).
[표 4]
시간 간격 Δt 및 PEDOT 용액 회전 코팅 동안의 각속도의 최적화에 의한 교차 저항의 최적화 - 실험 씨리즈 1
Figure 112015069325511-pct00021
[표 5]
시간 간격 Δt 및 PEDOT 용액 회전 코팅 동안의 각속도의 최적화에 의한 교차 저항의 최적화 - 실험 씨리즈 2
Figure 112015069325511-pct00022
[표 6]
시간 간격 Δt 및 PEDOT 용액 회전 코팅 동안의 각속도의 최적화에 의한 교차 저항의 최적화 - 실험 씨리즈 1
Figure 112015069325511-pct00023
[표 7]
시간 간격 Δt 및 PEDOT 용액 회전 코팅 동안의 각속도의 최적화에 의한 교차 저항의 최적화 - 실험 씨리즈 1
Figure 112015069325511-pct00024
그러나, 결과가 600 및 500 1/분 사이에서 실질적으로 상이하지 않으므로, 다음 실험 씨리즈에서는 시간 간격 Δt를 두 RPM 값에서 추가로 단계적으로 증가시켰다. 결과는 표 5에 기재된다.
RPM의 추가적인 감소 및 Δt의 증가는 더 이상의 개선을 나타내지 않았다. 실제로, 교차 저항은 심지어 < 450 1/분의 RPM에서 다시 증가하였다( 표 6 참조).
500 및 450 1/분의 값이 서로 매우 가깝게 위치하기 때문에, 마지막 비교 시험을 수행하였다(표 7 참조).
450 1/분의 RPM에서의 교차 저항이 500 1/분에서의 교차 저항보다 약간 더 작은 것으로 밝혀졌다. 그러나, 이에 의해 유의한 차이가 획득되지 않고, 과도하게 낮은 RPM에서 코팅된 PEDOT 층이 더 이상 균질하지 않기 때문에, 최적 RPM으로서 500 1/분을 선택하였다. 시간 간격 Δt는 180초이다.
일반적으로, PEDOT 용액의 전지로의 도포와 회전 개시 사이에 시간 간격이 있는 실험 씨리즈의 마지막 세트에서 저항 값이 일정한 매개변수의 한 씨리즈 내에서 이전만큼 많이 변동하지 않음을 알 수 있다. 마지막 실험 씨리즈(표 7)에서는, 4개의 전지 각각에서(좌측-우측 및 상부-바닥) 두 교차 저항을 측정하였고, 결과는 약 1kΩ만큼 변화하였다. 일부 경우에 상이한 씨리즈로부터의 결과가 동일한 실험 매개변수에서 상당히 변화한다는 사실은, 개별적인 실험 씨리즈 자체가 일관성 있는 결과를 제공하기 때문에, PEDOT 용액의 생성으로 인한 것으로 보인다.
시간 간격 Δt 동안 회전 코팅기의 개방된 뚜껑은 이들 실험에서 중요한 개입 인자일 수 있다. 하나의 실험 씨리즈에서는, PEDOT 용액을 도포한 직후에는 이를 닫지 않았고 회전 코팅 전에야 닫았다. 이 실험 씨리즈에서 측정된 교차 저항은 훨씬 더 높고, 임의의 하나의 기판을 제외하고 기판 사이에서 이들 값의 상당한 변화가 있었다. 교차 저항이 PEDOT 용액의 회전 코팅 전의 시간 간격 Δt에 의해 그렇게 강하게 영향을 받는 정확한 이유는 결정되지 못하였다. 아마도 이 시간동안 PEDOT 용액중 일부가 건조되고 전지에 접착하여 더 두꺼운 PEDOT 층을 생성시키기 때문일 것이다.
최적화된 매개변수의 결과:
이러한 방식으로 수득되는 최소 교차 저항은 1 내지 3kΩ이다. 이 때 최소 교차 저항을 야기한 매개변수는 다음과 같았다:
● PEDOT: 헤라에우스 제품인 클레비오스-PH 1000
● 층의 수: 1
● PEDOT:에탄올:아이소프로판올 비=1:1:1
● PEDOT의 도포와 회전 코팅 사이의 시간 간격: Δt=180초
● PEDOT 회전 코팅 동안의 RPM: n=500 1/분(t=120초)
실험에서 사용된 최종 전지:
이제까지 최적화 공정 동안 사용된 전지는 제조 공정 동안 FTO 층이 이미 도포된 2.5mm TEC 8 유리 캐리어 상에서 제조되었다. 이들은 매우 균질한 FTO 층을 가졌으며, 이 위에 균질한 np TiO2 층을 도포할 수 있다. 이는 육안상 균질하게 보이는 전지의 제조를 가능케 한다.
그러나, 센서 스택의 기술적 실현을 위해, 석영 유리로 제조된 얇은 1mm 특수 유리 캐리어(FTO로 후속 코팅됨) 상에서 전지를 제조하였다. 기울어진 가장자리를 갖는 손실 캐리어를 사용하였다. 기울어진 가장자리는 전지 접속의 기부로서 작용하였다. 기울어진 가장자리 위에 은 접속부를 증착하였다. 이로 인해, 스택에서 서로 바로 인접한 전지가 핀과 접촉할 수 있게 된다.
이들 특수 캐리어 상에 후속 도포된 FTO 층은 부분적으로 제조 공정에서 야기된 불균질성을 나타내었다. 이들 캐리어 상에서의 균질한 전지의 제조는 최종 전지의 전류 다이어그램을 생성시킴으로써 보여지는 바와 같이 매우 어려운 것으로 판명되었다. 전체 면적을 가로질러 균질한 전류 신호를 공급하는 스택의 제 1 전지에서도 불균질성으로 인해 더 낮은 전류를 공급하는 4개의 위치가 확인되었다. 690nm 파장의 레이저로 전지를 여기시킴으로써 전류 다이어그램을 수득하였다. 레이저는 1mm 간격으로 전지를 스캐닝하였다. 전지를 스택으로서의 최종 배열에서 스캐닝하였다. 즉, 최종 전지 앞에 5개의 '얇은' 전지가 위치하는 상태에서 최종 전지의 전류 다이어그램을 기록하였다.
690nm의 여기 파장에서, 개발된 전지는 0.13의 흡광도를 가졌다. 최대치(약 550nm)에서 이들 전지의 흡광도는 약 0.4였다. 전지에 의한 이 낮은 흡수 및 배면 전극이 은과는 달리 전도성이 불량한 투명한 층으로 구성된다는 사실에도 불구하고, 이러한 전지의 효율은 여전히 약 0.3%(AM 1.5*)이고, 최종 전지의 효율은 약 2%이다.
도 2a, 도 4b 및 도 4c는 1mm 특수 유리 캐리어 상의 최종 전지를 도시한다. 횡방향 광학 센서로서 작용하는 스택에서의 최초 전지는 x,y-해상도를 위해 특수한 전극 배열을 필요로 한다. 종방향 광학 센서 스택을 형성하는 전지 2 내지 5의 경우, z-해상도에 총 전류만이 필요하고, 이것이 접속 은 전극을 전지를 둘러싸는 하나의 전극으로 조합하는 이유이다. 그러나, 그 외에는, 처음 5개의 전지를 동일하게 제조하였다.
종방향 광학 센서 스택의 최종 전지는 나머지 광을 바람직하게는 완전히 흡수하고자 하고, 이것이 전방 전지보다 상당히 더 높은 흡광도를 갖도록 선택하는 이유이다. 또한, 최대 출력 전류를 공급하기 위하여 이는 그의 전체 면적을 덮는 배면 전극을 갖는다.
횡방향 광학 센서를 형성하는 도 2a에 도시된 전지는 이 실험에서 스택의 위치 1에서 x,y 해상도를 위해 1회만 사용되었다. 도 4b의 전지를 광학 센서의 전체 스택에서 4회 사용하였다(즉, 전제 스택의 위치 2 내지 5). 도 4c에 도시된 최종 전지를 광학 센서의 전체 스택의 위치 6에 사용하였다. 그러므로, 일반적으로, 횡방향 광학 센서(도 2a)인 제 1 광학 센서, 이어 4개의 투명한 종방향 광학 센서(도 4b), 및 도 4c의 셋업을 갖는 최종 종방향 광학 센서로 광학 센서의 스택을 제조하였다.
이들 단일 투명한 최종 전지중 하나를 적색 레이저(690nm, 1mW)로 비추는 경우, 이 전지는 30 내지 40μA의 전류를 공급하였다. 이들 특수 유리 캐리어 상의 제 1 전지의 임의의 두 대향 전극 사이의 교차 저항은 0.1 및 0.3kΩ인 것으로 판명되었다.
불량한 FTO 코팅으로 인해 특수 유리 캐리어 상에서 투명한 전지를 제조하는 것이 곤란하였기 때문에, 이들 전지를 다수개 제작해야 했다. 전지를 선별하고, 선택된 전지만을 원형(prototype) 3-D 센서를 형성하는 검출기의 최종 셋업에 사용하였다. 특히 횡방향 광학 센서에 대한 이 선별 절차에서는, 전지의 중심에서 레이저 빔(690nm, 1mW)에 의해 전지를 여기시켰다. 전지가 균질한 경우에는, 4개의 모든 접속부에서의 전류가 동일하다(I1=I2=I3=I4). 전류를 비교함으로써, 원형에 사용하기 위한 특정 전지를 선택하였다.
셋업의 검출기로 달성되는 x,y 해상도는 3m의 거리에서 약 1mm인 것으로 판명되었다. 이 검출 셋업의 z-해상도는 약 1cm인 것으로 판명되었다.
110: 검출기
111: 카메라
112: 물체
114: 광학 센서
116: 광학 축
118: 하우징
120: 전달 장치
122: 렌즈
124: 개구
126: 시야 방향
128: 좌표 시스템
130: 횡방향 광학 센서
132: 종방향 광학 센서
134: 종방향 광학 센서 스택
136: 센서 영역
138: 광 빔
140: 횡방향 신호 리드선
142: 평가 장치
144: 최종 종방향 광학 센서
146: 종방향 신호 리드선
148: 횡방향 평가 단위장치
150: 종방향 평가 단위장치
152: 위치 정보
154: 데이터 처리 장치
156: 변환 단위장치
157: 촬영 장치
158: 기판
159: 촬영 장치 신호 리드선
160: 제 1 전극
161: 감광성 요소
162: 차단 층
163: 색상 휠
164: n-반도체성 금속 산화물
166: 염료
168: p-반도체성 유기 물질
170: 제 2 전극
172: 캡슐화 장치
174: 전극 접속부
176: 부분 전극
178: 부분 전극, x
180: 부분 전극, y
182: 접속 리드선
184: 광점
186: 상
188: 전기 전도성 중합체
190: 상부 접속부
192: 조명원
194: 초점
196: 사람-기계 인터페이스
198: 엔터테인먼트 장치
199: 추적 시스템
200: 사용자
201: 추적 컨트롤러
202: 기계
204: 비콘 장치
206: 1차 광 빔
208: 디스플레이
210: 키보드

Claims (42)

  1. 하나 이상의 횡방향 광학 센서(130), 하나 이상의 종방향 광학 센서(132), 하나 이상의 평가 장치(142)를 포함하는, 하나 이상의 물체(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110)로서, 이 때
    상기 횡방향 광학 센서(130)가 물체(112)로부터 검출기(110)로 이동하는 하나 이상의 광 빔(138)의 횡방향 위치를 결정하도록 구성되고, 상기 횡방향 위치가 검출기(110)의 광학 축(116)에 수직인 하나 이상의 차원에서의 위치이며, 상기 횡방향 광학 센서(130)가 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 생성시키도록 구성되며,
    상기 종방향 광학 센서(132)가 하나 이상의 센서 영역(136)을 갖고, 상기 종방향 광학 센서(132)가 광 빔(138)에 의한 센서 영역(136)의 조명에 따라 달라지는 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 발생시키도록 디자인되며, 상기 종방향 센서 신호가 동일한 총 조명 동력에서 센서 영역(136)에서의 광 빔(138)의 빔 단면에 따라 달라지며,
    상기 평가 장치(142)가 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키고 또한 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키도록 디자인되는, 검출기(110).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 횡방향 광학 센서(130)가, 하나 이상의 제 1 전극(160), 하나 이상의 제 2 전극(170) 및 하나 이상의 광전변환 물질(164, 166, 168)을 갖는 광 검출기이고,
    상기 광전변환 물질(164, 166, 168)이 제 1 전극(160)과 제 2 전극(170) 사이에 매립되고, 상기 광전변환 물질(164, 166, 168)이 광에 의한 광전변환 물질(164, 166, 168)의 조명에 응답하여 전하를 발생시키도록 구성되고,
    상기 제 2 전극(170)이 둘 이상의 부분 전극(176)을 갖는 분할 전극이며,
    상기 횡방향 광학 센서(130)가 센서 영역(136)을 갖고, 상기 하나 이상의 횡방향 센서 신호가 센서 영역(136)에서의 광 빔(138)의 위치를 나타내는, 검출기(110).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 부분 전극(176)을 통한 전류가 센서 영역(136)에서의 광 빔(138)의 위치에 따라 달라지고, 상기 횡방향 광학 센서(130)가 부분 전극(176)을 통한 전류에 따라 횡방향 센서 신호를 생성시키도록 구성되는, 검출기(110).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 검출기(110)가 부분 전극(176)을 통한 전류의 하나 이상의 비로부터 물체(112)의 횡방향 위치에 대한 정보를 유도해내도록 구성되는, 검출기(110).
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 검출기가 염료-증감된(sensitized) 태양 전지인, 검출기(110).
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전극(160)이 적어도 부분적으로 하나 이상의 투명한 전도성 산화물로 제조되고, 상기 제 2 전극(170)이 적어도 부분적으로 전기 전도성 중합체(188)로 제조되는, 검출기(110).
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 횡방향 광학 센서(130) 및 종방향 광학 센서(132)중 하나 이상이 투명한 광학 센서인, 검출기(110).
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 횡방향 광학 센서(130) 및 종방향 광학 센서(132)가, 광학 축(116)을 따라 이동하는 광 빔(138)이 횡방향 광학 센서(130) 및 종방향 광학 센서(132) 둘 다에 충돌하도록, 광학 축(116)을 따라 포개지는, 검출기(110).
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 종방향 광학 센서(132)가 하나 이상의 염료-증감된 태양 전지를 포함하는, 검출기(110).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 종방향 광학 센서(132)가 하나 이상의 제 1 전극(160), 하나 이상의 n-반도체성 금속 산화물(164), 하나 이상의 염료(166), 하나 이상의 p-반도체성 유기 물질(168), 및 하나 이상의 제 2 전극(170)을 포함하는, 검출기(110).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 전극(160) 및 제 2 전극(170)이 모두 투명한, 검출기(110).
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 평가 장치(142)가, 조명의 기하학적 형태와 검출기(110)에 대한 물체(112)의 상대적인 위치 사이의 하나 이상의 소정 관계로부터, 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 발생시키도록 디자인되는, 검출기(110).
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 검출기(110)가 하나 이상의 조명원(192)을 추가로 포함하는, 검출기(110).
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 검출기(110)가 복수개의 종방향 광학 센서(132)를 갖고, 상기 종방향 광학 센서(132)가 포개지는(stacked), 검출기(110).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 종방향 광학 센서(132)가, 물체(112)로부터의 광 빔(138)이 모든 종방향 광학 센서(132)를 비추도록 배열되고, 상기 하나 이상의 종방향 센서 신호가 각각의 종방향 광학 센서(132)에 의해 생성되며,
    상기 평가 장치(142)가 종방향 센서 신호를 정규화하고 광 빔(138)의 강도와는 독립적인 물체(112)의 종방향 위치에 대한 정보를 생성시키도록 구성되는, 검출기(110).
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 최종 종방향 광학 센서(144)가, 광 빔(138)이 최종 종방향 광학 센서(144)에 충돌할 때까지 광 빔(138)이 최종 종방향 광학 센서(144)를 제외한 모든 다른 종방향 광학 센서(132)를 비추도록 하는 방식으로 배열되고, 상기 최종 종방향 광학 센서(144)가 광 빔(138)에 대해 불투명한, 검출기(110).
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 둘 이상의 광학 센서의 스택이 오일, 액체 또는 고체 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질에 부분적으로 또는 완전히 침지되는, 검출기(110).
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 횡방향 광학 센서 및 하나 이상의 종방향 광학 센서로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 센서가 둘 이상의 상이한 투명한 기판을 사용하는, 검출기(110).
  19. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 검출기(110)가 하나 이상의 촬영 장치(imaging device)(157)를 추가로 포함하는, 검출기(110).
  20. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 검출기(110)가 하나 이상의 감광성 요소(161)를 추가로 포함하는, 검출기(110).
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 감광성 요소(161)가 색상 휠(163), 색상 드럼 및 타원형 편광 필터를 사용하는 필터 휠로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 요소를 포함하는, 검출기(110).
  22. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 평가 장치(142)가 하나 이상의 종방향 센서 신호로부터 광 빔(138)의 직경을 결정함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키도록 구성되는, 검출기(110).
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 평가 장치(142)가, 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 결정하기 위하여, 광 빔(138)의 직경을 광 빔(138)의 공지의 빔 특성과 비교하도록 구성되는, 검출기(110).
  24. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 종방향 광학 센서(132)가, 종방향 센서 신호가 동일한 총 조명 동력에서 조명 변조의 변조 주파수에 따라 달라지도록 하는 방식으로 또한 디자인되는, 검출기(110).
  25. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 하나 이상의 검출기(110)를 포함하는, 사용자(200)와 기계 사이에서 하나 이상의 정보 아이템을 교환하기 위한 사람-기계 인터페이스(196)로서,
    상기 사람-기계 인터페이스(196)가 검출기(110)에 의해 사용자(200)의 하나 이상의 기하학적 정보 아이템을 생성시키도록 디자인되고,
    상기 사람-기계 인터페이스(196)가 기하학적 정보에 하나 이상의 정보 아이템을 할당하도록 디자인되는, 사람-기계 인터페이스(196).
  26. 제 25 항에 따른 하나 이상의 사람-기계 인터페이스(196)를 포함하는, 하나 이상의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치(198)로서,
    상기 엔터테인먼트 장치(198)가, 플레이어가 사람-기계 인터페이스(196)에 의해 하나 이상의 정보 아이템을 입력할 수 있도록 디자인되고,
    상기 엔터테인먼트 장치(198)가 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 디자인되는, 엔터테인먼트 장치(198).
  27. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 하나 이상의 검출기(110)를 포함하는, 하나 이상의 이동가능한 물체(112)의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템(199)으로서,
    상기 추적 시스템(199)이 하나 이상의 추적 컨트롤러(201)를 추가로 포함하고,
    상기 추적 컨트롤러(201)가 물체(112)의 일련의 위치를 추적하도록 구성되며, 상기 각 위치가 특정 시점에서 물체(112)의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템 및 특정 시점에서 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 포함하는, 추적 시스템(199).
  28. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 하나 이상의 검출기(110)를 포함하는, 하나 이상의 물체(112)를 촬영하기 위한 카메라(111).
  29. 검출기(110)의 하나 이상의 횡방향 광학 센서(130)를 사용하고, 검출기(110)의 하나 이상의 종방향 광학 센서(132)를 사용하며, 하나 이상의 평가 장치(142)를 사용하는, 하나 이상의 물체(112)의 위치를 결정하는 방법으로서, 이 때
    상기 횡방향 광학 센서(130)가 물체(112)로부터 검출기(110)로 이동하는 하나 이상의 광 빔(138)의 횡방향 위치를 결정하고, 상기 횡방향 위치가 검출기(110)의 광학 축(116)에 수직인 하나 이상의 차원에서의 위치이며, 상기 횡방향 광학 센서(130)가 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 생성시키며,
    상기 종방향 광학 센서(132)가 하나 이상의 센서 영역(136)을 갖고, 상기 종방향 광학 센서(132)가 광 빔(138)에 의한 센서 영역(136)의 조명에 따라 달라지는 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 발생시키며, 상기 종방향 센서 신호가 동일한 총 조명 동력에서 센서 영역(136)에서의 광 빔(138)의 빔 단면에 따라 달라지며,
    상기 평가 장치(142)가 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키고 또한 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키는, 방법.
  30. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 검출기(110)를 사용하는 것을 포함하는 거리 측정 방법.
  31. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 검출기(110)를 사용하는 것을 포함하는 위치 측정 방법.
  32. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 검출기(110)를 사용하는 것을 포함하는 물체 추적 방법.
  33. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 검출기(110)를 사용하는 것을 포함하는 엔터테인먼트 방법.
  34. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 검출기(110)를 사용하는 것을 포함하는 카메라 촬영 방법.
  35. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 검출기(110)를 사용하는 것을 포함하는 사람-기계-인터페이스 제공 방법.
  36. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 검출기(110)를 사용하는 것을 포함하는 지도 생성 방법.
  37. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 검출기(110)를 사용하는 것을 포함하는 기계 공정의 자동화 방법.
  38. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 검출기(110)를 사용하는 것을 포함하는 고-정밀 측정 방법.
  39. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 검출기(110)를 사용하는 것을 포함하는 부품 제작의 모델링 방법.
  40. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 검출기(110)를 사용하는 것을 포함하는 의료적 조작 방법.
  41. 제 6 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 중합체(188)가 투명한 전기 전도성 중합체(188)인, 검출기(110).
  42. 제 10 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 p-반도체성 유기 물질(168)이 고체 p-반도체성 유기 물질(168)인, 검출기(110).
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