KR102191139B1 - 광학 검출기 - Google Patents
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Abstract
광 빔(136)의 하나 이상의 특성을 공간 분해 방식으로 변경시키는데 적합화되고 화소(134) 매트릭스(132)를 갖는 하나 이상의 공간 광 변조기(114)(이 때 상기 화소(134) 각각은 화소(134)를 통과하는 광 빔(136)의 일부의 하나 이상의 광학 특성을 개별적으로 변경시키도록 제어될 수 있다); 공간 광 변조기(114)의 화소(134) 매트릭스(132)를 통과한 후 광 빔(136)을 검출하고 하나 이상의 센서 신호를 발생시키는데 적합화된 하나 이상의 광 센서(116); 상이한 변조 주파수로 둘 이상의 화소(134)를 주기적으로 제어하는데 적합화된 하나 이상의 변조기 장치(118); 및 변조 주파수에 대한 센서 신호의 신호 성분을 결정하기 위하여 주파수 분석을 수행하는데 적합화된 하나 이상의 평가 장치(120)를 포함하는 광학 검출기(110)가 개시되어 있다.
Description
본 발명은 2013년 8월 19일자로 출원된 미국 특허 가출된 제 61/867,180 호, 2013년 11월 20일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 61/906,430 호, 및 2013년 12월 11일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 61/914,402 호, 및 2014년 3월 6일자로 출원된 독일 특허원 제 10 2014 006 279.1 호에 기초한 것이다. 이들 선행 특허원의 내용은 모두 본원에 참고로 인용된다. 본 발명은 특히 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 광학 검출기, 검출기 시스템 및 광학 검출 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 사용자와 기계 사이에서 하나 이상의 정보 아이템을 교환하기 위한 사람-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템, 카메라 및 광학 검출기의 다양한 용도에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치, 시스템, 방법 및 용도는 구체적으로 예를 들어 일상 생활, 게임, 교통 기술, 생산 기술, 보안 기술, 예술을 위한 디지털 사진술 또는 비디오 촬영술 같은 사진술, 문서화 또는 기술적 목적, 의료 기술 또는 과학의 다양한 분야에 이용될 수 있다. 또한 또는 다르게는, 이 용도는 예컨대 하나 이상의 실내, 하나 이상의 건물 또는 하나 이상의 거리의 지도를 생성시키기 위한 공간의 지도 제작 분야에 적용될 수 있다. 그러나, 다른 용도도 가능하다.
다수의 광학 검출기, 광 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 광 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 처리상의 이유 때문에, 예를 들어 US 2007/0176165 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 광 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.
US 2007/0080925 A1 호에는 동력 소비가 낮은 디스플레이 장치가 개시되어 있다. 여기에서는, 전기 에너지에 응답하여 디스플레이 장치가 정보를 디스플레이하게 할 뿐만 아니라 입사 선에 응답하여 전기 에너지를 발생시키는 광 활성 층이 이용된다. 단일 디스플레이 장치의 디스플레이 화소는 디스플레이 화소와 발전 화소로 나뉠 수 있다. 디스플레이 화소는 정보를 디스플레이할 수 있고, 발전 화소는 전기 에너지를 발생시킬 수 있다. 생성된 전기 에너지는 이미지를 구동시키는 동력을 제공하는데 사용될 수 있다.
EP 1 667 246 A1 호에는, 동일한 공간 위치를 갖는 전자기선의 하나보다 많은 스펙트럼 밴드를 감지할 수 있는 센서 요소가 개시되어 있다. 요소는 각각 전자기선의 상이한 스펙트럼 밴드를 감지할 수 있는 부속 요소의 스택(stack)으로 구성된다. 부속 요소는 각각 비-실리콘 반도체를 함유하는데, 이 때 각 부속 요소의 비-실리콘 반도체는 전자기선의 상이한 스펙트럼 밴드에 감수성이고/이거나 전자기선의 상이한 스펙트럼 밴드에 감수성이도록 증감된다.
WO 2012/110924 A1 호(이의 내용은 본원에 참고로 인용됨)에는 하나 이상의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기가 제안되어 있다. 검출기는 하나 이상의 광 센서를 포함한다. 광 센서는 하나 이상의 센서 영역을 갖는다. 광 센서는 센서 영역의 조도에 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.
2012년 12월 19일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 61/739,173 호, 2013년 1월 8일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 61/749,964 호, 2013년 8월 19일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 61/867,169 호, 및 2013년 12월 18일자로 출원되고 WO 2014/097181 A1 호로 공개된 국제 특허원 PCT/IB2013/061095 호(이들 특허원의 전체 내용은 본원에 참고로 인용됨)는 하나 이상의 횡방향 광 센서 및 하나 이상의 광 센서를 사용함으로써 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 방법 및 검출기를 개시한다. 구체적으로, 물체의 종방향 위치를 높은 정확도로 불명료하지 않게 결정하기 위한 센서 스택의 용도가 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 층 셋업(setup)을 갖는 광 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(readout) 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 적합화되고, 각각 광 빔을 검출기를 향해 유도하는데 적합화되며, 물체의 좌표 시스템에서 소정 좌표를 갖는 둘 이상의 비컨(beacon) 장치를 포함하는, 하나 이상의 물체의 배향을 결정하기 위한 검출기 장치를 개시한다. 검출기 장치는 비컨 장치로부터 검출기를 향해 이동하는 광 빔을 검출하는데 적합화된 하나 이상의 검출기 및 검출기의 좌표 시스템에서 각 비컨 장치의 종방향 좌표를 결정하는데 적합화된 하나 이상의 평가 장치를 추가로 포함한다. 평가 장치는 비컨 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 검출하는데 적합화된 하나 이상의 광 센서를 포함하고, 이 광 센서는 하나 이상의 화소 매트릭스를 갖는다. 검출기는 광 빔에 의해 조명되는 광 센서의 화소의 수(N)를 결정하는데 적합화된 하나 이상의 평가 장치를 추가로 포함한다. 평가 장치는 광 빔에 의해 조명되는 화소의 수(N)를 사용함으로써 물체의 하나 이상의 종방향 좌표를 결정하는데 추가로 적합화된다.
상기 언급된 장치 및 검출기에 의해, 구체적으로는 WO 2012/110924 A1 호, US 61/739,173 호, US 61/749,964 호, EP 13171898.3 호, EP 13171900.7 호 및 EP 13171901.5 호에 개시된 검출기에 의해 부여되는 이점에도 불구하고, 몇 가지 기술적 난제가 남아있다. 그러므로, 일반적으로는, 신뢰성 있으며 저렴한 비용으로 제조될 수 있는, 공간에서 물체의 위치를 검출하기 위한 검출기에 대한 요구가 존재한다. 구체적으로는, 물체의 위치에 관한 이미지 및/또는 정보를 생성시키기 위하여 높은 해상도를 갖는 검출기(이는 큰 부피 및 저렴한 비용으로 실현될 수 있고 여전히 높은 해상도와 이미지 품질을 제공함)가 강력하게 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 공지 장치 및 방법의 전술한 기술적 도전과제에 대항하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 구체적으로, 본 발명의 목적은 바람직하게는 기술적 노력을 적게 들이면서 또한 기술적 자원 및 비용을 적게 요구하면서, 공간에서 물체의 위치를 신뢰성있게 결정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이 문제점은 독립 청구항의 특징을 갖는 광학 검출기, 검출기 시스템, 광학 검출 방법, 사람-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템, 카메라 및 광학 검출기의 다양한 용도에 의해 해결된다. 분리된 방식으로 또는 임의적으로 조합하여 실현될 수 있는 바람직한 실시양태가 종속 청구항에 기재된다.
본원에 사용되는 표현 "갖는다", "포함한다" 또는 "함유한다" 뿐만 아니라 이들의 임의의 문법적인 변형은 배타적이지 않은 방식으로 사용된다. 그러므로, 이들 용어는 이들 용어에 의해 도입되는 특징 외의 다른 특징이 이와 관련하여 기재된 실체에 존재하지 않는 상황 및 하나 이상의 다른 특징이 존재하는 상황 둘 다를 가리킬 수 있다. 예로서, 표현 "A가 B를 갖는다" 및 표현 "A가 B를 포함한다" 및 "A가 B를 함유한다"는 B 외의 다른 요소가 A에 존재하지 않는 상황(예를 들어, A가 B만으로 배타적으로 구성되는 상황) 및 B 외에 하나 이상의 다른 요소(예컨대, 요소 C, 요소 C와 D 또는 심지어 추가적인 요소)가 A에 존재하는 상황 둘 다를 가리킨다.
또한, 이후 사용되는 용어 "바람직하게는", "더욱 바람직하게는", "특히", "더욱 특히", "구체적으로", "더욱 구체적으로" 또는 유사한 용어는 다른 가능성을 제한하지 않으면서 임의적인 특징과 함께 사용된다. 따라서, 이들 용어에 의해 도입되는 특징은 임의적인 특징이고, 어떠한 방식으로든 특허청구범위의 영역을 제한하고자 하지 않는다. 본 발명은 당 업자가 알게 되는 바와 같이 다른 특징을 이용함으로써 실행될 수 있다. 유사하게, "본 발명의 실시양태에서" 또는 유사한 표현에 의해 도입되는 특징은 본 발명의 다른 실시양태와 관련하여 아무런 제한 없이, 본 발명의 영역과 관련하여 아무런 제한 없이, 또한 이러한 방식으로 도입되는 특징과 본 발명의 다른 임의적인 또는 임의적이지 않은 특징을 합칠 가능성에 대한 아무런 제한 없이 임의적인 특징이고자 한다.
본 발명의 제 1 양태에는, 광학 검출기가 개시된다. 광학 검출기는, 광 빔의 하나 이상의 특성을 공간 분해 방식으로 변경시키는데 적합화되고 화소 매트릭스(여기에서, 각각의 화소는 화소를 통과하는 광 빔의 일부의 하나 이상의 광학 특성을 개별적으로 변경시키도록 제어될 수 있음)를 갖는 하나 이상의 공간 광 변조기; 공간 광변조기의 화소 매트릭스를 통과한 후 광 빔을 검출하고 하나 이상의 센서 신호를 발생시키는데 적합화된 하나 이상의 광 센서; 상이한 변조 주파수로 둘 이상의 화소를 주기적으로 제어하는데 적합화된 하나 이상의 변조기 장치; 변조 주파수에 대한 센서 신호의 신호 성분을 결정하기 위하여 주파수 부석을 수행하는데 적합화된 하나 이상의 평가 장치를 포함한다.
본원에 사용되고 아래에서 간단히 "검출기"로 일컬어지는 "광학 검출기"는 통상 하나 이상의 광원에 의한 조명에 응답하여 및/또는 검출기 주위 환경의 광학 특성에 응답하여 하나 이상의 검출기 신호 및/또는 하나 이상의 이미지를 발생시킬 수 있는 장치를 가리킨다. 그러므로, 검출기는 광학 측정 과정 및 촬영 과정중 하나 이상을 수행하는데 적합화된 임의적인 장치일 수 있다.
구체적으로, 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이, 광학 검출기는 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기일 수 있다. 본원에 사용되는 용어 위치는 통상 공간에서 물체 및/또는 물체의 하나 이상의 일부의 위치 및/또는 배향에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 말한다. 그러므로, 하나 이상의 정보 아이템은 물체의 하나 이상의 지점과 하나 이상의 검출기 사이의 하나 이상의 거리를 암시할 수 있다. 아래에서 더욱 상세하게 개략되는 바와 같이, 거리는 물체의 지점의 종방향 좌표일 수 있거나 그를 결정하는데 기여할 수 있다. 또한 또는 다르게는, 물체 및/또는 물체의 하나 이상의 일부의 위치 및/또는 배향에 관한 하나 이상의 다른 정보 아이템이 결정될 수 있다. 예로서, 물체 및/또는 물체의 하나 이상의 일부의 하나 이상의 횡방향 좌표가 결정될 수 있다. 그러므로, 물체의 위치는 물체 및/또는 물체의 하나 이상의 일부의 하나 이상의 종방향 좌표를 말할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 물체의 위치는 물체 및/또는 물체의 하나 이상의 일부의 하나 이상의 횡방향 좌표를 나타낼 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 물체의 위치는 공간에서의 물체의 배향을 나타내는 물체의 하나 이상의 배향 정보를 암시할 수 있다.
본원에 사용되는 "광 빔"은 일반적으로 다소 동일한 방향으로 이동하는 광의 양이다. 그러므로, 바람직하게는, 광 빔은 당 업자에게 알려진 바와 같이 가우시안(Gaussian) 광 빔을 가리킬 수 있다. 그러나, 비-가우시안 광 빔 같은 다른 광 빔도 가능하다. 아래에서 더욱 상세하게 개략되는 바와 같이, 광 빔은 물체에 의해 방출되고/되거나 반사될 수 있다. 또한, 광 빔은 바람직하게는 물체에 부착되거나 물체로 통합되는 하나 이상의 비컨 장치일 수 있는 하나 이상의 비컨 장치에 의해 반사되고/되거나 방출될 수 있다.
또한 본원에 사용되는 "공간 광 변조기"(이는 SLM으로도 불림)는 일반적으로 광 빔의 하나 이상의 특성, 특히 하나 이상의 광학 특성을 공간 분해 방식으로, 특히 광 빔의 전파 방향에 수직인 하나 이상의 방향으로 변경시키는데 적합화된 장치이다. 그러므로, 예로서, 공간 광 변조기는 광 빔의 근거리 전파 방향에 수직인 평면에서 하나 이상의 광학 특성을 제어되는 방식으로 변경시키는데 적합화될 수 있다. 따라서, 공간 광 변조기는 바람직하게는 광 빔의 전파 방향에 수직인 하나 이상의 방향에서 광 빔에 몇몇 형태의 공간 가변 변조를 부여할 수 있는 임의적인 장치일 수 있다. 전파 방향에 수직인 평면에서의 각각의 제어가능한 위치에서 공간 광 변조기가 광 빔의 개별적인 특성을 상이한 방식으로 변경할 수 있는 둘 이상의 상태를 취할 수 있도록, 하나 이상의 특성의 공간에서의 변화를 제어된 방식으로 변경시킬 수 있다.
공간 광 변조기는 홀로그래피 분야 및/또는 프로젝터 장치 분야에서와 같은 업계에 통상적으로 공지되어 있다. 당 업계에 통상적으로 공지되어 있는 공간 광 변조기의 간단한 예는 액정 공간 변조기이다. 투과형 액정 공간 광 변조기 및 반사형 액정 공간 광 변조기가 공지되어 있고, 본 발명에 사용될 수 있다. 또한, 개별적으로 제어가능한 미소반사(micro-mirror) 분야에 기초하여 미소 기계 공간 광 변조기가 공지되어 있다. 그러므로, 텍사스 인스트루먼츠(Texas Instruments)에서 구입가능하며 단색 또는 다색 또는 심지어 총천연색 미소거울을 갖는, DLP® 기술에 기초한 반사형 공간 광 변조기가 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에서 공간 광 변조기로서 사용될 수 있는 미소거울 어레이가 비어렉(V. Viereck) 등의 문헌[Photonik International 2 (2009), 48-49] 및/또는 US 7,677,742 B2 호[힐머(Hillmer) 등]에 개시되어 있다. 여기에는, 광축에 대해 평행한 위치와 수직인 위치 사이에서 미소거울을 스위칭시킬 수 있는 미소거울 어레이가 도시되어 있다. 이들 미소거울 어레이는 통상 액정 기술에서의 투명한 공간 광 변조기 공간과 유사한 투명한 공간 광 변조기로서 사용될 수 있다. 그러나, 이 유형의 공간 광 변조기의 투명도는 통상 통상적인 액정 공간 광 변조기의 투명도보다 더 높다. 또한, 공간 광 변조기는 음향 광학 효과 및/또는 소위 포켈스(Pockels) 효과 및/또는 소위 케르(Kerr) 효과 같은 전광(electro-optical) 효과 등의 다른 광학 효과에 기초할 수 있다. 또한, 간섭 변조 또는 IMOD 기술의 이용에 기초한 하나 이상의 공간 광 변조기가 제공될 수 있다. 이 기술은 각 화소 내에서의 스위칭가능한 간섭 효과에 기초한다. 예로서 후자는 "미라솔(Mirasol)"™이라는 상표명으로 퀄컴(Qualcomm)®에서 구입가능하다.
또한, 추가로 또는 다르게는, 본원에 사용되는 하나 이상의 공간 광 변조기는 초점-조정형 렌즈의 어레이, 적응형 액체 마이크로렌즈 구역, 투명한 마이크로프리즘의 어레이중 하나 이상 같은 조정가능한 광학 요소의 하나 이상의 어레이일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 나열된 조정가능한 광학 요소의 어레이의 임의의 조합을 이용할 수 있다. 예로서, 어레이의 광학 요소의 조정은 전기적으로 및/또는 광학적으로 수행될 수 있다. 예로서, 조정가능한 광학 요소의 하나 이상의 어레이를 DLP, LCD, LCOS 또는 다른 SLM 등의 다른 공간 광 변조기에서와 같이 제 1 이미지 평면에 위치시킬 수 있다. 마이크로렌즈 같은 광학 요소의 초점 및/또는 마이크로프리즘 같은 광학 요소의 회절이 변조될 수 있다. 이어, 복조 같은 주파수 분석을 수행함으로써, 이 변조를 하나 이상의 광 센서에 의해 모니터링하고 하나 이상의 평가 장치에 의해 평가할 수 있다.
초점-조정형 렌즈 같은 조정가능한 광학 요소는 상이한 거리에 있는 물체가 상이한 초점을 갖는다는 사실을 교정할 수 있는 추가적인 이점을 제공한다. 예로서 초점-조정형 렌즈 어레이는 US 2014/0132724 A1 호에 개시되어 있다. 본원에 개시되는 초점-조정형 렌즈 어레이는 또한 본 발명에 따른 광학 검출기의 SLM에 사용될 수 있다. 그러나, 다른 실시양태도 실현가능하다. 또한, 액체 마이크로렌즈 어레이의 가능한 예에 대해서는, 머레이드(C.U. Murade) 등의 문헌[Optics Express, Vol. 20, N0. 16, 18180-18187 (2012)]을 참조할 수 있다. 다시, 다른 실시양태도 실현가능하다. 또한, 어레이를 이룬 일렉트로웨팅(electrowetting) 마이크로프리즘 같은 마이크로프리즘 어레이의 가능한 예에 대해서는, 하이켄펠트(J. Heikenfeld) 등의 문헌[Optics & Photonics News, 2009년 1월, 20-26]을 참조할 수 있다. 다시, 마이크로프리즘의 다른 실시양태를 이용할 수 있다.
그러므로, 예로서, 공간 광 변조기 또는 반사형 공간 광 변조기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 공간 광 변조기를 사용할 수 있다. 또한, 예로서, 하나 이상의 액정 공간 광 변조기 같은 액정 기술에 기초한 공간 광 변조기; 미소거울 시스템, 특히 미소거울 어레이에 기초한 공간 광 변조기 같은 미소 기계 시스템에 기초한 공간 광 변조기; 간섭 변조에 기초한 공간 광 변조기; 음향 광학 효과에 기초한 공간 광 변조기; 광전 효과, 특히 포켈스-효과 및/또는 케르-효과에 기초한 공간 광 변조기; 초점-조정형 렌즈의 어레이, 적응형 액체 마이크로렌즈의 구역, 투명한 마이크로프리즘의 어레이중 하나 이상과 같은 조정가능한 광학 요소의 하나 이상의 어레이를 포함하는 공간 광 변조기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 공간 광 변조기를 사용할 수 있다. 당 업계에 공지되어 있는 전형적인 공간 광 변조기는 광 빔의 전파 방향에 수직인 평면에서 광 빔의 강도의 공간 분포를 변조하는데 적합화된다. 그러나, 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이, 추가로 또는 다르게는, 광 빔의 위상 및/또는 광 빔의 색상 같은 광 빔의 다른 광학 특성을 변화시킬 수 있다. 다른 가능한 공간 광 변조기가 아래에서 더욱 상세하게 설명된다.
일반적으로, 공간 광 변조기는 광 빔의 하나 이상의 특성의 변화 상태가 컴퓨터에 의해 조정될 수 있도록 컴퓨터-제어가능할 수 있다. 공간 광 변조기는 전기적으로 어드레스가능한 공간 광 변조기, 광학적으로 어드레스가능한 공간 광 변조기 또는 공간 광 변조기의 임의의 다른 유형일 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 공간 광 변조기는 화소 매트릭스를 포함하고, 각 화소는 화소를 통과하는(즉, 화소를 통과함으로써 화소와 상호작용하고, 화소에 의해 또는 다른 상호작용 방식에 의해 반사되는) 광 빔의 일부의 하나 이상의 광학 특성을 개별적으로 변경하도록 제어될 수 있다. 그러므로, 본원에 사용되는 "화소"는 화소를 통과하는 광 빔의 일부의 하나 이상의 광학 특성을 변경하는데 적합화된 공간 광 변조기의 단일 요소를 가리킨다. 결과적으로, 화소는 화소를 통과하는 광 빔의 일부의 하나 이상의 광학 특성을 변경하는데 적합화된 공간 광 변조기의 최소 단위장치일 수 있다. 예로서, 각 화소는 액정 셀(cell) 및/또는 미소거울일 수 있다. 각 화소는 개별적으로 제어가능하다.
본원에 사용되는 용어 "제어"는 일반적으로 화소가 하나 이상의 광학 특성을 변경하는 방식이 둘 이상의 상이한 상태를 취하도록 조정될 수 있다는 사실을 일컫는다. 임의의 유형의 제어에 의해, 바람직하게는 전기 조정에 의해 조정이 이루어질 수 있다. 그러므로, 바람직하게는, 예컨대 특정 전압 및/또는 특정 전류를 화소에 인가함으로써, 개별 화소의 상태를 조정하기 위하여, 각 화소는 전기적으로 개별적으로 어드레스가능할 수 있다.
본원에 또한 사용되는 용어 "개별적으로"는 통상 화소의 상태, 따라서 개별 화소가 광 빔의 개별적인 일부에 영향을 끼치는 방식이 다른 화소중 하나 이상 또는 심지어 모두의 실제 상태와는 독립적으로 조정될 수 있도록, 매트릭스의 하나의 화소가 다른 화소에 어드레스하는 것과는 적어도 실질적으로 독립적으로 어드레스될 수 있다는 사실을 가리킨다.
또한 본원에 사용되는 용어 "광 빔의 하나 이상의 특성을 변경한다"는 일반적으로 화소가 화소를 통과하는 광 빔의 일부에 대해 광 빔의 하나 이상의 특성을 적어도 약간 변화시킬 수 있다는 사실을 말한다. 바람직하게는, 특성의 변화 정도는 둘 이상의 상이한 값중 하나가 광 빔의 일부의 변하지 않은 통과를 나타내는 가능성을 비롯하여 둘 이상의 상이한 값을 취하도록 조정될 수 있다. 광 빔의 하나 이상의 특성의 변경은 흡수, 투과, 반사, 위상 변화 또는 광학 상호작용의 다른 유형중 하나 이상을 비롯하여 광 빔과 화소의 임의의 실현가능한 상호작용에 의해 임의의 실현가능한 방식으로 이루어질 수 있다. 그러므로, 예로서, 각각의 화소는 둘 이상의 상이한 상태를 취할 수 있는데, 이 때 화소의 실제 상태는 제어되는 방식으로 조정될 수 있으며, 각 화소에 있어서 둘 이상의 상태는 개별 화소를 통과하는 광 빔의 일부와 개별 화소의 상호작용과 관련하여 상이하다(예를 들어, 흡수, 투과, 반사, 위상 변화 또는 광 빔의 일부와 화소의 상호작용의 임의의 다른 유형과 관련하여 상이하다).
그러므로, "화소"는 일반적으로 광 빔의 일부의 하나 이상의 특성을 제어되는 방식으로 변경시키는데 적합화된 공간 광 변조기의 최소 균일 단위를 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 광 빔과의 상호작용 면적(화소 면적이라고도 함)을 가질 수 있다. 또한, 다른 실시양태도 실현가능하다.
표현 "매트릭스"는 통상적으로 공간에서의 복수개의 화소의 배열을 가리키는데, 이 배열은 선형 배열 또는 면 배열일 수 있다. 따라서, 일반적으로, 매트릭스는 1차원 매트릭스 및 2차원 매트릭스로 이루어진 군으로부터 바람직하게 선택될 수 있다. 매트릭스의 화소는 직사각형 패턴, 다각형 패턴, 육각형 패턴, 원형 패턴 또는 다른 패턴 유형중 하나 이상일 수 있는 규칙적인 패턴을 형성하도록 배열될 수 있다. 그러므로, 예로서, 매트릭스의 화소는 카테시안(Cartesian) 좌표 시스템 및/또는 극좌표 시스템의 각 차원에서 독립적으로 동일한 거리만큼 배열될 수 있다. 예로서, 매트릭스는 100개 내지 100 000 000개의 화소, 바람직하게는 1 000개 내지 1 000 000개의 화소, 더욱 바람직하게는 10 000개 내지 500 000개의 화소를 포함할 수 있다. 가장 바람직하게는, 매트릭스는 열 및 행으로 배열된 화소를 갖는 직사각형 매트릭스이다.
아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이, 매트릭스의 화소는 동일할 수 있거나 변할 수 있다. 그러므로, 예로서, 매트릭스의 모든 화소는 동일한 스펙트럼 특성을 가질 수 있고/있거나 동일한 상태를 가질 수 있다. 예로서, 각 화소는 온-상태 및 오프-상태를 가질 수 있는데, 이 때 온-상태에서 광은 화소를 통과할 수 있거나 또는 화소에 의해 통과 방향 또는 광 센서의 방향으로 반사될 수 있고, 오프-상태에서 광은 화소에 의해 차단 또는 감쇠되거나 또는 차단 방향으로(예컨대, 광 센서로부터 멀리 떨어진 빔 덤프로) 반사된다. 또한, 화소는 상이한 상태 같은 상이한 특성을 가질 수 있다. 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 예로서, 화소는 광의 투과 파장 및/또는 반사 파장과 관련하여 상이한 필터 특성 같은 상이한 스펙트럼 특성을 포함하는 착색된 화소일 수 있다. 따라서, 예로서, 매트릭스는 적색, 녹색 및 청색 화소 또는 상이한 색상을 갖는 다른 유형의 화소를 갖는 매트릭스일 수 있다. 예로서, SLM은 총천연색 액정 장치 및/또는 상이한 스펙트럼 특성의 미러를 갖는 미소거울 같은 총천연색 SLM일 수 있다.
본원에 또한 사용되는 용어 "광 센서"는 일반적으로 광 빔에 의해 발생되는 조명 및/또는 광점을 검출하기 위한 것과 같은 광 빔 및/또는 그의 일부를 검출하기 위한 감광성 장치를 가리킨다. 평가 장치와 함께 광 센서는 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이 물체 및/또는 물체의 하나 이상의 일부, 예컨대 물체(이로부터 하나 이상의 광 빔이 검출기를 향해 이동함)의 하나 이상의 부분의 하나 이상의 종방향 좌표를 결정하는데 적합화될 수 있다.
광학 검출기는 하나 이상의 광 센서를 포함할 수 있다. 복수개의 광 센서가 포함되는 경우, 광 센서는 동일할 수 있거나, 또는 둘 이상의 상이한 유형의 광 센서가 포함될 수 있도록 상이할 수 있다. 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이, 하나 이상의 광 센서는 무기 광 센서 및 유기 광 센서중 하나 이상을 포함할 수 있다. 본원에 사용되는 유기 광 센서는 일반적으로 그에 포함되는 하나 이상의 유기 물질, 바람직하게는 하나 이상의 유기 감광성 물질을 갖는 광 센서를 말한다. 또한, 무기 물질과 유기 물질을 모두 포함하는 하이브리드 광 센서를 이용할 수 있다.
하나 이상의 광 센서는 특히 하나 이상의 종방향 광 센서 및/또는 하나 이상의 횡방향 광 센서일 수 있거나 그들을 포함할 수 있다. 용어 "종방향 광 센서" 및 "횡방향 광 센서", 및 이들 센서의 가능한 실시양태의 가능한 정의에 대해서는, 예로서 WO 2014/097181 A1 호에 도시된 하나 이상의 종방향 광 센서 및/또는 하나 이상의 횡방향 광 센서를 참조할 수 있다. 다른 셋업도 실현가능하다.
하나 이상의 광 센서는 공간 광 변조기의 화소 매트릭스를 통과한 후, 즉 공간 광 변조기에 의해 투과된 후 및/또는 공간 광 변조기에 의해 반사된 후, 광 빔을 검출하는데 적합화될 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "검출하다"는 통상적으로 광 센서가 광 센서로 향하는 광 빔의 하나 이상의 특성에 따라 달라지는, 바람직하게는 광 빔의 강도에 따라 달라지는 하나 이상의 센서 신호를 발생시키는데 적합화된다는 사실을 가리킨다. 그러나, 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이, 센서 신호는 추가로 또는 다르게는 광 빔의 폭 같은 광 빔의 다른 특성에 따라 달라질 수 있다. 센서 신호는 바람직하게는 전류 및/또는 전압 같은 전기 신호일 수 있다. 센서 신호는 연속 신호 또는 불연속 신호일 수 있다. 또한, 센서 신호는 아날로그 신호 또는 디지털 신호일 수 있다. 또한, 광 센서는 그 자체로 및/또는 광학 검출기의 다른 구성요소와 함께 처리된 검출기 신호를 제공하기 위하여 검출기 신호를 처리하거나 예비 처리하는데(예를 들어, 여과하고/하거나 평균화시킴으로써) 적합화될 수 있다. 그러므로, 예로서, 특정 주파수 범위의 검출기 신호만 전송하기 위하여 밴드패스(bandpass) 필터를 사용할 수 있다. 다른 유형의 예비 처리도 실현가능하다. 아래에서, 검출기 신호를 언급하는 경우, 미처리(raw) 검출기 신호를 이용하는 경우와 추가적인 평가를 위해 예비 처리된 검출기 신호를 사용하는 경우 사이에 차이는 없다.
본 발명에서 사용되는 "변조기 장치"는 통상 개별 화소를 조정하여 각 화소의 둘 이상의 상이한 상태(각각의 상태는 개별 화소를 통과하는 광 빔의 일부와 화소의 상호작용의 특정 유형을 가짐)중 하나를 취하도록 하기 위하여, 매트릭스의 화소중 둘 이상 또는 심지어 모두를 제어하는데 적합화된 장치를 가리킨다. 그러므로, 예로서, 변조기 장치는 2개의 상이한 유형의 전압 및/또는 둘 이상의 상이한 유형의 전류를 변조기 장치에 의해 제어되는 화소 각각에 선택적으로 인가하는데 적합화될 수 있다.
하나 이상의 변조기 장치는 상이한 변조 주파수를 갖는 매트릭스의 화소중 둘 이상, 바람직하게는 더 많은 화소, 또는 심지어 모든 화소를 주기적으로 제어하는데 적합화된다. 본원에 사용되는 용어 "변조 주파수"는 통상적으로 화소 제어의 변조 주파수(f)와 변조의 위상(ψ)중 하나 또는 둘 모두를 가리킨다. 그러므로, 아래에서 더욱 상세하게 논의되는 바와 같이 광학 정보를 암호화 및/또는 해독하는데주기적인 제어 또는 변조의 주파수 및/또는 위상중 하나 또는 둘 모두를 이용할 수 있다.
본원에 사용되는 용어 "주기적으로 제어하다"는 일반적으로 변조기 장치가 개별 화소의 둘 이상의 상이한 상태 사이에서 주기적으로 스위칭하는데 적합화된다는 사실을 가리키며, 이 때 개별 화소의 둘 이상의 상이한 상태는 화소를 통과하는 광 빔의 일부와 상호작용하는 이들의 방식과 관련하여 상이하고, 따라서 화소를 통과하는 광 빔의 일부를 변경하는 정도 또는 방식과 관련하여 상이하다. 변조 주파수는 일반적으로 개별 화소의 둘 이상의 상태 사이에서 스위칭되는 주파수 및/또는 위상으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 스위칭은 일반적으로 단계적 스위칭 또는 디지털 스위칭일 수 있거나, 또는 개별 화소의 상태가 제 1 상태와 제 2 상태 사이에서 연속적으로 변화되는 연속 스위칭일 수 있다. 가장 통상적인 예로서, 화소는 개별적인 변조 주파수, 즉 특정 주파수(f) 및/또는 특정 위상(ψ)에서 온 또는 오프로 주기적으로 스위칭될 수 있다.
본원에 또한 사용되는 용어 "평가 장치"는 통상적으로 언급된 작업을 수행하는데 적합화된 임의의 장치를 말한다. 평가 장치는 하나 이상의 측정 장치, 주파수 분석기, 바람직하게는 위상-감수성 주파수 분석기, 푸리에(Fourier) 분석기 및 복조 장치중 하나 이상 같은 하나 이상의 부속 장치를 함유할 수 있다. 그러므로, 예로서, 평가 장치는 특정 변조 주파수를 검출기 신호와 혼합하는데 적합화된 하나 이상의 주파수 혼합 장치를 포함할 수 있다. 복조된 신호를 수득하기 위하여 로우-패스 필터를 사용함으로써, 이러한 방식으로 수득된 혼합-신호를 여과할 수 있다. 주파수 세트를 사용함으로써, 평가 장치에 의해 다양한 주파수에 대해 복조된 신호를 생성시켜 주파수 분석을 제공할 수 있다. 주파수 분석은 광범위한 주파수 또는 위상에 걸친 전체 주파수 분석일 수 있거나, 또는 하나, 둘 또는 그 이상의 예정되거나 조정가능한 주파수 및/또는 위상에 대한 선택적인 주파수 분석기일 수 있다.
본원에 사용되는 용어 "주파수 분석"은 일반적으로 평가 장치가 주파수-선택적인 방식으로 검출기 신호를 평가하여 주파수(f) 및/또는 위상(ψ)에 따라 센서 신호의 신호 성분을 둘 이상의 상이한 주파수 및/또는 위상으로 분리하는데 적합화된다는 사실을 가리킨다. 그러므로, 이들의 주파수(f) 및/또는 위상(ψ)(이는 이들 신호 성분이 동일한 주파수(f)를 가질 수 있는 경우)에 따라 신호 성분을 분리할 수 있다. 그러므로, 주파수 분석은 일반적으로 주파수 및 위상중 하나 이상에 따라 신호 성분을 분리하는데 적합화될 수 있다. 결과적으로, 각각의 변조 주파수에 대해, 주파수 분석에 의해 하나 이상의 신호 성분을 결정할 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 위상-선택적인 방식으로 또는 비-위상-감수성 방식으로 주파수 분석을 수행할 수 있다.
하나, 둘 또는 그 이상의 상이한 주파수에서 주파수 분석을 수행하여, 이들 하나, 둘 또는 그 이상의 상이한 주파수에서 센서 신호의 신호 성분을 수득할 수 있다. 둘 이상의 상이한 주파수는 별개의 주파수일 수 있거나, 또는 주파수 간격에서 연속적인 주파수 범위 같은 연속 주파수 범위일 수 있다. 주파수 분석기는 통상 고-주파수 전자 분야에서 공지되어 있다.
바람직하게는, 평가 장치는 변조 주파수에 대한 주파수 분석을 수행하는데 적합화된다. 그러므로, 바람직하게는, 적어도 평가 장치는 변조기 장치에 의해 사용되는 상이한 변조 주파수에 대해 센서 신호의 주파수 성분을 결정하는데 적합화된다. 실제로, 변조기 장치는 심지어 완전히 또는 부분적으로 평가 장치의 일부일 수 있거나 또는 그 반대일 수 있다. 그러므로, 예로서, 변조기 장치에 의해 사용되는 변조 주파수 및 주파수 분석용 주파수 둘 다를 제공하는 하나 이상의 신호 발생기가 제공될 수 있다. 예로서, 둘 이상의 화소, 바람직하게는 더 많은 화소 또는 모든 화소를 주기적으로 제어하기 위한 변조 주파수 세트를 제공하기 위해, 또한 주파수 분석용의 동일한 변조 주파수 세트를 제공하기 위하여, 생성된 하나 이상의 신호를 사용할 수 있다. 그러므로, 변조 주파수 세트의 각 변조 주파수가 개별 화소에 제공될 수 있다. 또한, 개별적인 변조 주파수로 센서 신호를 복조함으로써 개별적인 변조 주파수에 대한 신호 성분을 수득하기 위하여, 평가 장치의 복조 장치에 변조 주파수 세트의 각 변조 주파수를 제공할 수 있다. 따라서, 평가 장치에 의해 신호 성분 세트를 발생시킬 수 있는데, 신호 성분 세트의 각 신호 성분은 변조 주파수 세트의 개별적인 변조 주파수에, 따라서 매트릭스의 개별 화소에 상응한다. 따라서, 바람직하게는, 평가 장치는 각 신호 성분과 공간 광 변조기의 화소 매트릭스의 화소 사이에 명료한 상관관계를 확립하는데 적합화될 수 있다. 달리 말해, 평가 장치는 하나 이상의 광 센서에 의해 제공되는 센서 신호를 개별 화소를 통과하는 광 부분에 의해 발생되는 신호 성분으로 분리하고/하거나 신호 성분을 매트릭스의 특정 화소에 부여하는데 적합화될 수 있다.
복수개의 광 센서가 제공되는 경우, 평가 장치는 각 광 센서에 대해 상기 언급된 주파수 분석을 개별적으로 또는 공동으로 수행하는데 적합화될 수 있거나, 또는 하나 이상의 광 센서에 대해 상기 언급된 주파수 분석을 수행하는데 적합화될 수 있다.
아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이, 평가 장치는 하나 이상의 마이크로컨트롤러 또는 프로세서 같은 하나 이상의 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 평가 장치는 다수의 컴퓨터 명령을 포함하는 그에 저장된 소프트웨어 코드를 갖는 하나 이상의 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 평가 장치는 하나 이상의 주파수 혼합 장치 및/또는 하나 이상의 밴드-패스 필터 및/또는 하나 이상의 로우-패스 필터 같은 하나 이상의 필터 등의 하나 이상의 전자 구성요소를 포함할 수 있다. 따라서, 예로서, 평가 장치는 주파수 분석을 수행하기 위하여 하나 이상의 푸리에 분석기 및/또는 하나 이상의 로크-인(lock-in) 증폭기 또는 바람직하게는 로크-인 증폭기 세트를 포함할 수 있다. 따라서, 예로서, 변조 주파수 세트가 제공되는 경우, 평가 장치는 변조 주파수 세트의 각 변조 주파수에 대한 별도의 로크-인 증폭기를 포함할 수 있거나, 또는 예컨대 연속적으로 또는 동시에 둘 이상의 변조 주파수에 대해 주파수 분석을 수행하는데 적합화된 하나 이상의 로크-인 증폭기를 포함할 수 있다. 이 유형의 로크-인 증폭기는 일반적으로 당 업계에 공지되어 있다.
평가 장치는 광 센서에 의해 및/또는 평가 장치에 의해 수득되는 정보 등의 정보의 디스플레이, 가시화, 분석, 분배, 통신 또는 추가적인 처리중 하나 이상에 사용될 수 있는 하나 이상의 추가적인 데이터 처리 장치에 연결될 수 있거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 예로서, 데이터 처리 장치는 디스플레이, 프로젝터, 모니터, LCD, TFT, LED 패턴 또는 추가적인 가시화 장치중 하나 이상에 연결되거나 또는 그들을 혼입할 수 있다. 이는 또한 이메일, 문자 메시지, 전화, 블루투스, 와이파이, 적외선 또는 인터넷 인터페이스, 포트 또는 접속부중 하나 이상을 이용하여 암호화되거나 암호화되지 않은 정보를 전송할 수 있는 통신 장치 또는 통신 인터페이스, 커넥터 또는 포트중 하나 이상에 연결될 수 있거나 또는 그들을 혼입할 수 있다. 예로서 데이터 처리 장치는 평가 장치 또는 다른 장치와 정보를 교환하기 위하여 프로토콜 패밀리 또는 슈트(suite)의 통신 프로토콜을 사용할 수 있으며, 이 때 통신 프로토콜은 구체적으로 TCP, IP, UDP, FTP, HTTP, IMAP, POP3, ICMP, IIOP, RMI, DCOM, SOAP, DDE, NNTP, PPP, TLS, E6, NTP, SSL, SFTP, HTTPs, 텔넷(Telnet), SMTP, RTPS, ACL, SCO, L2CAP, RIP, 또는 추가적인 프로토콜중 하나 이상일 수 있다. 프로토콜 패밀리 또는 슈트는 특히 TCP/IP, IPX/SPX, X.25, AX.25, OSI, 애플 톡(AppleTalk) 또는 다른 프로토콜 패밀리 또는 슈트중 하나 이상일 수 있다. 데이터 처리 장치는 또한 프로세서, 그래픽 프로세서, CPU, OMAPTM(Open Multimedia Applications Platform), 집적 회로, 애플 A 씨리즈 또는 삼성 S3C2 씨리즈로부터의 제품 같은 칩 상의 시스템(system on a chip), 마이크로컨트롤러 또는 마이크로프로세서; ROM, RAM, EEPROM 또는 플래시 메모리 같은 하나 이상의 메모리 블록; 발진기 또는 위상 동기 루프 같은 타이밍 공급원; 계수 타이머, 실시간 타이머 또는 파워-온 리셋 발생기, 전압 조절기, 동력 관리 회로 또는 DMA 컨트롤러중 하나 이상에 추가로 연결되거나 또는 이들을 혼입할 수 있다. 개별적인 단위장치는 AMBA 버스 같은 버스에 의해 추가로 연결될 수 있다.
평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치는 직렬 또는 병렬 인터페이스 또는 포트, USB, 센트로닉스 포트(Centronics Port), 파이어와이어(FireWire), HDMI, 이더넷, 블루투쓰, RFID, 와이파이, USART 또는 SPI중 하나 이상 같은 추가적인 외부 인터페이스 또는 포트, 또는 하나 이상의 ACD 또는 DAC 같은 아날로그 인터페이스 또는 포트, 또는 카메라링크(CameraLink) 같은 RGB-인터페이스를 사용하는 2D-카메라 장치 같은 추가적인 장치로의 표준화된 인터페이스 또는 포트에 의해 연결될 수 있거나, 또는 이들을 가질 수 있다. 평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치는 인터프로세서 또는 포트, FPGA-FPGA-인터페이스, 또는 직렬 또는 병렬 인터페이스 포트중 하나 이상에 의해 추가로 연결될 수 있다. 평가 장치 및 데이터 처리 장치는 또한 광학 디스크 드라이브, CD-RW 드라이브, DVD+RW 드라이브, 플래시 드라이브, 메모리 카드, 디스크 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 솔리드 스테이트 디스크(solid state disk) 또는 솔리드 스테이트 하드 디스크중 하나 이상에 연결될 수 있다.
평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치는 폰 커넥터, RCA 커넥터, VGA 커넥터, 허마프로다이트(hermaphrodite) 커넥터, USB 커넥터, HDMI 커넥터, 8P8C 커넥터, BCN 커넥터, IEC 60320 C14 커넥터, 광섬유 커넥터, D-초소형 커넥터, RF 커넥터, 동축 커넥터, SCART 커넥터, XLR 커넥터중 하나 이상 같은 하나 이상의 추가적인 외부 커넥터에 의해 연결되거나 이들을 가질 수 있고/있거나, 이들 커넥터중 하나 이상에 적합한 하나 이상의 소켓을 혼입할 수 있다.
본 발명에 따른 광학 검출기, 평가 장치 또는 데이터 처리 장치중 하나 이상을 혼입하는, 예를 들어 광 센서, 광학 시스템, 평가 장치, 통신 장치, 데이터 처리 장치, 인터페이스, 칩 상의 시스템, 디스플레이 장치 또는 다른 전자 장치중 하나 이상을 혼입하는 단일 장치의 가능한 실시양태는 휴대폰, 퍼스널 컴퓨터, 태블릿 PC, 텔레비전, 게임 콘솔 또는 다른 엔터테인먼트 장치이다. 다른 실시양태에서는, 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 3D-카메라 기능을, 장치의 하우징 또는 외관에서의 인지가능한 차이 없이, 종래의 2D-디지털 카메라와 함께 이용가능한 장치에 혼입시킬 수 있으며, 이 때 사용자가 인지할 수 있는 차이는 3D 정보를 얻거나 처리하는 기능뿐일 수 있다.
구체적으로, 광학 검출기 및/또는 평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치 같은 그의 부품을 혼입하는 실시양태는 3D 카메라 기능을 위한 디스플레이 장치, 데이터 처리 장치, 광 센서, 임의적으로는 센서 광학 장치 및 평가 장치를 혼입하는 휴대폰일 수 있다. 본 발명에 따른 광학 검출기는 엔터테인먼트 장치 및/또는 휴대폰 같은 통신 장치에 혼입하기 특히 적합할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태는 자동차에 사용하기 위한, 자동차 운행에 사용하기 위한 또는 다임러즈 인텔리전트 드라이브 시스템(Daimler's Intelligent Drive system) 같은 승용차 안전 시스템에 사용하기 위한 장치에 광학 검출기 또는 그의 부품(예컨대, 평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치)을 혼입하는 것일 수 있으며, 여기에서 예를 들면 광 센서, 임의적으로는 하나 이상의 광학 시스템, 평가 장치, 임의적으로는 통신 장치, 임의적으로는 데이터 처리 장치, 임의적으로는 하나 이상의 인터페이스, 임의적으로는 칩 상의 시스템, 임의적으로는 하나 이상의 디스플레이 장치, 또는 임의적으로는 추가적인 전자 장치중 하나 이상을 혼입하는 장치는 차량, 승용차, 트럭, 기차, 자전거, 항공기, 선박, 오토바이의 일부일 수 있다. 자동차 용도에서, 자동차 디자인 내로의 장치의 통합은 광 센서, 임의적으로는 광학 장치, 또는 장치를 외부 또는 내부로부터 거의 보이지 않게 통합시킬 것을 필요로 할 수 있다. 광학 검출기 또는 평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치 같은 그의 부품은 특히 자동차 디자인으로의 이러한 통합에 적합할 수 있다.
본 발명은 기본적으로 공간 광 변조기의 특정 화소에 주파수 성분을 부여하기 위한 주파수 분석을 이용할 수 있다. 일반적으로는, 복잡한 디스플레이 기술 및 높은 해상도 및/또는 높은 품질을 갖는 적절한 복잡한 공간 광 변조기가 저렴한 비용으로 널리 구입가능한 반면, 광 센서의 공간 분해는 기술적으로 도전되고 있는 것이다. 결과적으로, 화소 형성된 광 센서 대신, 본 발명은 주파수 분석을 통해 화소 형성된 공간 광 변조기의 개별 화소에 센서 신호의 신호 성분을 부여하면서, 화소 형성된 공간 광 변조기와 함께 대면적 광 센서 또는 낮은 해상도를 갖는 광 센서를 가능하게 사용하는 이점을 제공한다. 그 결과, 저렴한 비용의 광 센서를 사용할 수 있거나, 또는 해상도 대신 투명도, 낮은 노이즈 및 높은 신호 품질 또는 색상 같은 다른 매개변수와 관련하여 최적화될 수 있는 광 센서를 사용할 수 있다. 공간 분해 및 그에 의해 부과되는 기술적 도전은 광 센서로부터 공간 광 변조기로 옮겨갈 수 있다.
하나 이상의 공간 광 변조기는 또한 하나 이상의 광 패턴을 제공하는데 적합화되고/되거나 제공하도록 제어될 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 광 패턴이 반사되고/되거나 하나 이상의 광 센서를 향해 투과되도록(예를 들어, 하나 이상의 종방향 광 센서로 안내하도록) 하는 방식으로 하나 이상의 공간 광 변조기를 제어할 수 있다. 하나 이상의 광 패턴은 통상적으로 하나 이상의 포괄적인 광 패턴일 수 있거나 그를 포함할 수 있고/있거나, 공간 또는 광학 검출기에 의해 캡쳐된 장면에 따라 달라지는 하나 이상의 광 패턴일 수 있거나 그를 포함할 수 있고/있거나, 광학 검출기에 의해 캡쳐된 장면의 특정 분석에 따라 달라질 수 있다. 포괄적인 패턴의 예는 프린지에 기초한 패턴[예를 들어, 펭(T. Peng): "Algorithms and models for 3-D shape measurement using digital fringe projections", Dissertation, University of Maryland (메릴랜드주 칼리지 파크), 2007년 1월 16일 - http://drum.lib.umd.edu//handle/1903/6654) 하에 온라인으로 입수가능함] 및/또는 그레이 코드에 기초한 패턴(예를 들어, http://en.wikipedia.org/wiki/Gray_code 참조)이다. 이들 유형의 패턴은 3D-인식에 기초한 구조화된 광 조명(예컨대, http://en.wikipedia.org/wiki/Structured-light_3D_scanner) 또는 프린지 투사에 통상적으로 이용된다.
공간 광 변조기 및 광 센서는 예를 들어 이들 구성요소를 광학 검출기의 별도의 구성요소로서 확립함으로써 공간상 분리될 수 있다. 예로서, 광학 검출기의 광축을 따라, 공간 광 변조기가 0.5mm 이상, 바람직하게는 1mm 이상, 더욱 바람직하게는 2mm 이상만큼 하나 이상의 광 센서로부터 분리될 수 있다. 그러나, 공간 광 변조기를 광 센서 내로 완전히 또는 부분적으로 통합하는 다른 실시양태도 실현가능하다.
본 발명의 이 기본 원리에 따른 광학 검출기는 별개로 또는 임의의 실현가능한 조합으로 사용될 수 있는 다양한 실시양태에 의해 추가로 발전될 수 있다.
그러므로, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 평가 장치는 각 신호 성분을 변조 주파수에 따라 개별 화소에 부여하는데 또한 적합화될 수 있다. 추가적인 세부사항에 대해서는, 상기 주어진 실시양태를 참조할 수 있다. 그러므로, 예로서, 변조 주파수 세트를 이용할 수 있으며, 각 변조 주파수는 매트릭스의 특정 화소에 부여되고, 이 때 평가 장치는 적어도 변조 주파수 세트의 변조 주파수에 대해 센서 신호의 주파수 분석을 수행함으로써 적어도 이들 변조 주파수에 대한 신호 성분을 유도해내는데 적합화될 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 변조기 장치 및 주파수 분석에 동일한 신호 발생기를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 각 화소가 독특한 변조 주파수로 제어되도록 변조기 장치가 적합화된다. 그러므로, 독특한 변조 주파수를 사용함으로써, 주파수 분석을 통해 각 신호 성분이 개별 화소에 부여될 수 있도록, 변조 주파수와 개별 화소 사이에서 잘 한정된 관계가 확립될 수 있다. 또한, 예컨대 광 센서 및/또는 공간 광 변조기를 둘 이상의 영역으로 추가로 나눔으로써 다른 실시양태도 실현가능하다. 여기에서는, 광 센서 및/또는 그의 일부와 함께 공간 광 변조기의 각 영역이 상기 언급된 부여을 수행하는데 적합화될 수 있다. 그러므로, 예로서, 변조 주파수 세트는 공간 광 변조기의 제 1 영역 및 공간 광 변조기의 하나 이상의 제 2 영역에 제공될 수 있다. 제 1 영역으로부터 발생되는 센서 신호와 제 2 영역으로부터 발생되는 센서 신호 사이의 센서 신호의 신호 성분에서의 불명료함은 예컨대 추가적인 변조를 이용함으로써 다른 수단에 의해 해결될 수 있다.
따라서, 일반적으로, 변조기 장치는 매트릭스의 둘 이상의 화소, 바람직하게는 더 많은 화소 또는 심지어 모든 화소를 각각 하나의 변조 주파수로 또는 각각 둘 이상의 변조 주파수로 제어하는데 적합화될 수 있다. 그러므로, 단일 화소를 하나의 변조 주파수, 2개의 변조 주파수, 또는 더 많은 변조 주파수로 변조시킬 수 있다. 이들 유형의 다중-주파수 변조는 통상 고-주파수 전자 업계에 공지되어 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 변조기 장치는 둘 이상의 화소를 상이한 변조 주파수로 주기적으로 변조하는데 적합화될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 논의된 바와 같이, 변조기 장치는 변조 주파수 세트를 제공할 수 있거나 사용할 수 있는데, 변조 주파수 세트의 각 변조 주파수는 특정 화소에 부여된다. 예로서, 변조 주파수 세트는 둘 이상의 변조 주파수, 더욱 바람직하게는 5개 이상의 변조 주파수, 가장 바람직하게는 10개 이상의 변조 주파수, 50개 이상의 변조 주파수, 100개 이상의 변조 주파수, 500개 이상의 변조 주파수, 또는 1000개 이상의 변조 주파수를 포함할 수 있다. 다른 실시양태도 실현가능하다.
상기에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재된 바와 같이, 평가 장치는 바람직하게는 센서 신호를 상이한 변조 주파수로 복조함으로써 주파수 분석을 수행하는데 적합화될 수 있다. 이를 위해, 평가 장치는 하나 이상의 주파수 혼합 장치, 하나 이상의 주파수 필터(예컨대, 하나 이상의 로우-패스 필터) 또는 하나 이상의 로크-인 증폭기 및/또는 푸리에 분석기 같은 하나 이상의 복조 장치를 함유할 수 있다. 평가 장치는 바람직하게는 주파수의 소정 범위 및/또는 조정가능한 범위에 걸쳐 개별적인 또는 연속적인 푸리에 분석을 수행하는데 적합화될 수 있다.
상기 논의된 바와 같이, 평가 장치는 바람직하게는, 변조기 장치에 의한 공간 광 변조기의 변조 및 평가 장치에 의한 센서 신호의 복조가 바람직하게는 동일한 변조 주파수 세트에서 이루어지도록, 변조기 장치에 의해서도 사용되는 동일한 변조 주파수 세트를 사용하는데 적합화될 수 있다.
다른 바람직한 실시양태는 공간 광 변조기에 의해 공간 분해 방식으로 변경되는 광 빔의 하나 이상의 특성, 바람직하게는 하나 이상의 광학 특성에 관한 것이다. 그러므로, 바람직하게는, 공간 광 변조기에 의해 공간 분해 방식으로 변경되는 광 빔의 하나 이상의 특성은 광 빔의 일부의 강도, 광 빔의 일부의 위상, 광 빔의 일부의 스펙트럼 특성, 바람직하게는 색상, 광 빔의 일부의 편광, 광 빔의 일부의 전파 방향으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 특성이다. 예로서, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 공간 광 변조기는 각 화소에 대해 개별 화소를 통과하는 광의 일부를 스위칭 온 또는 오프하는데 적합화될 수 있다(즉, 광의 일부가 광 센서를 향해 진행될 수 있는 제 1 상태와 광의 일부가 광 센서를 통해 진행하지 못하도록 방해되는 제 2 상태 사이에서 스위칭시키는데 적합화될 수 있다). 또한, 화소의 제 1 투과율을 갖는 제 1 상태와 제 1 투과율과는 상이한 화소의 제 2 투과율을 갖는 제 2 상태 사이에서의 강도 변조 같은 다른 옵션도 실현가능하다. 다른 옵션도 실현될 수 있다.
하나 이상의 공간 광 변조기는 바람직하게는 하나 이상의 액정 공간 광 변조기 같은 액정 기술에 기초한 공간 광 변조기; 미소거울 시스템, 특히 미소거울 어레이에 기초한 공간 광 변조기 같은 미소 기계 시스템에 기초한 공간 광 변조기; 간섭 변조에 기초한 공간 광 변조기; 음향 광학 효과에 기초한 공간 광 변조기; 전광 효과에 기초한, 특히 포켈스 효과 및/또는 케르 효과에 기초한 공간 광 변조기; 광 빔이 화소 매트릭스를 통과하고 화소가 개별 화소를 통과하는 광 빔의 일부 각각에 대해 광학 특성을 개별적으로 제어되는 방식으로 변경하는데 적합화된 투과형 공간 광 변조기; 화소가 개별적으로 제어가능한 반사 특성을 갖고 개별 화소에 의해 반사되는 광 빔의 일부 각각에 있어서 전파 방향을 개별적으로 변화시키는데 적합화된 반사형 공간 광 변조기; 화소가 개별적으로 제어가능한 반사 특성을 갖고 개별 화소에 부여되는 미소거울의 위치를 제어함으로써 각 화소에서의 투과율을 개별적으로 변화시키는데 적합화된 투과형 공간 광 변조기; 광 빔이 화소 매트릭스를 통과하고 화소가 화소의 간섭 효과를 변경시킴으로써 개별 화소를 통과하는 광 빔의 일부 각각에 있어서의 광학 특성을 변경시키는데 적합화된, 간섭 변조에 기초한 공간 광 변조기; 화소가 개별 화소에 인가되는 전압에 의해 개별적으로 제어될 수 있는 제어가능한 스펙트럼 특성을 갖는 감전발색 공간 광 변조기; 화소의 복굴절률이 음파에 의해 제어될 수 있는 음향 광학 공간 광 변조기; 화소의 복굴절률이 전기장에 의해 제어될 수 있는 전광 공간 광 변조기, 바람직하게는 포켈스 효과 및/또는 케르 효과에 기초한 공간 광 변조기; 초점-조정형 렌즈의 어레이, 적응형 액체 마이크로렌즈 구역, 투명한 마이크로프리즘의 어레이중 하나 이상과 같은 조정가능한 광학 요소의 하나 이상의 어레이를 포함하는 공간 광 변조기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 이들 유형의 공간 광 변조기는 당 업자에게 통상적으로 공지되어 있고, 적어도 부분적으로 시판되고 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 공간 광 변조기는 화소가 액정 장치의 개별적으로 제어가능한 셀인 액정 장치, 바람직하게는 능동 매트릭스 액정 장치; 화소가 반사 표면의 배향에 대해 개별적으로 제어될 수 있는 미소거울 장치의 미소거울인 미소거울 장치; 화소가 개별적인 셀에 인가되는 전압에 의해 개별적으로 제어될 수 있는 스펙트럼 특성을 갖는 감전발색 장치의 셀인 감전발색 장치; 화소가 셀에 가해지는 음파에 의해 개별적으로 제어될 수 있는 복굴절률을 갖는 음향 광학 장치의 셀인 음향 광학 장치; 화소가 셀에 인가되는 전기장에 의해 개별적으로 제어될 수 있는 복굴절률을 갖는 전광 장치의 셀인 전광 장치로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 언급된 기술중 둘 이상의 조합도 실현가능하다. 미소거울 장치는 통상 소위 DLP® 기술을 수행하는 미소 거울 장치 같이 시판되고 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광 빔의 하나 이상의 특성을 변경하는 화소의 능력은 화소 매트릭스 전체에 걸쳐 균일할 수 있다. 다르게는, 화소 매트릭스의 하나 이상의 제 1 화소가 특성을 변경하는 제 1 능력을 갖고 화소 매트릭스의 하나 이상의 제 2 화소가 특성을 변경하는 제 2 능력을 갖도록, 하나 이상의 특성을 변경하는 화소의 능력은 화소 사이에서 상이할 수 있다. 또한, 광 빔의 하나보다 많은 특성이 화소에 의해 변경될 수 있다. 다시, 화소는 광 빔의 동일한 특성 또는 광 빔의 상이한 유형의 특성을 변경할 수 있다. 따라서, 예로서, 하나 이상의 제 1 화소는 광 빔의 제 1 특성을 변경하는데 적합화될 수 있고, 하나 이상의 제 2 화소는 광 빔의 제 1 특성과는 상이한 제 2 특성을 변경하는데 적합화될 수 있다. 또한, 개별 화소를 통과하는 광 빔의 일부의 하나 이상의 광학 특성을 변경하는 화소의 능력은 광 빔의 스펙트럼 특성, 특히 광 빔의 색상에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 예로서, 광 빔의 하나 이상의 특성을 변경하는 화소의 능력은 광 빔의 파장 및/또는 광 빔의 색상에 따라 달라질 수 있으며, 이 때 용어 "색상"은 통상 광 빔의 강도의 스펙트럼 분포를 가리킨다. 다시, 화소는 균일한 특성 또는 상이한 특성을 가질 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 제 1 화소 또는 화소의 하나 이상의 제 1 군은 청색 스펙트럼 범위에서 높은 투과율을 갖는 여과 특성을 가질 수 있고, 화소의 제 2 군은 적색 스펙트럼 범위에서 높은 투과율을 갖는 여과 특성을 가질 수 있으며, 화소의 제 3 군은 녹색 스펙트럼 범위에서 높은 투과율을 갖는 여과 특성을 가질 수 있다. 일반적으로, 상이한 투과율 범위로 광 빔에 대한 여과 특성을 갖는 화소의 둘 이상의 군이 존재할 수 있으며, 이 때 각 군 내의 화소는 또한 하나 이상의 낮은 투과율 상태와 하나 이상의 높은 투과율 상태 사이에서 스위칭될 수 있다. 다른 실시양태도 실현가능하다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 공간 광 변조기는 투명한 공간 광 변조기 또는 불투명한 공간 광 변조기일 수 있다. 후자의 경우, 바람직하게는, 공간 광 변조기는 복수개의 미소거울을 갖는 미소거울 장치(각각의 미소거울이 미소거울 장치의 화소를 형성함) 같은 반사형 공간 광 변조기이고, 이 때 각각의 미소거울은 둘 이상의 배향 사이에서 개별적으로 스위칭될 수 있다. 따라서, 예로서, 각 미소거울의 제 1 배향은 미소거울을 통과하는(즉, 미소거울에 충돌하는) 광 빔 부분이 광 센서를 향해 유도되는 배향일 수 있고, 제 2 배향은 미소거울을 통과하는(즉, 미소거울에 충돌하는) 광 빔 부분이 다른 방향을 향해 유도되고 광 센서에 도달하지 못하는(예컨대, 빔 덤프로 유도됨으로써) 배향일 수 있다.
추가로 또는 다르게는, 공간 광 변조기는 투과형 공간 광 변조기, 바람직하게는 화소의 투과율이 바람직하게는 개별적으로 스위칭가능한 투과형 공간 광 변조기일 수 있다. 그러므로, 예로서, 공간 광 변조기는 예컨대 프리젠테이션을 위해 사용되는 비머(beamer)에서 투사 목적에 광범위하게 사용되는 액정 장치 같은 하나 이상의 투명한 액정 장치를 포함할 수 있다. 액정 장치는 동일한 스펙트럼 특성의 화소를 갖는 단색 액정 장치일 수 있거나, 또는 적색, 녹색 및 청색 화소 같은 상이한 스펙트럼 특성의 화소를 갖는 다색 또는 심지어 총천연색 액정 장치일 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 평가 장치는 바람직하게는 각 신호 성분을 매트릭스의 화소에 부여하는데 적합화된다. 평가 장치는 또한 신호 성분을 평가함으로써 매트릭스의 어느 화소가 광 빔에 의해 비춰지는지를 결정하는데 적합화될 수 있다. 그러므로, 각 신호 성분이 독특한 상관관계를 통해 특정 화소에 상응할 수 있기 때문에, 스펙트럼 성분을 평가하면 화소의 조도를 평가할 수 있게 된다. 예로서, 평가 장치는 조명을 받는 화소를 결정하기 위하여 신호 성분을 하나 이상의 문턱치와 비교하는데 적합화될 수 있다. 하나 이상의 문턱치는 고정된 문턱치 또는 소정 문턱치일 수 있거나, 또는 가변 또는 조정가능한 문턱치일 수 있다. 예로서, 신호 성분의 전형적인 노이즈보다 높은 소정 문턱치가 선택될 수 있고, 개별 화소의 신호 성분이 문턱치를 초과하는 경우, 화소의 조도가 결정될 수 있다. 하나 이상의 문턱치는 모든 신호 성분에 대해 균일한 문턱치일 수 있거나, 또는 개별적인 신호 성분에 대한 개별적인 문턱치일 수 있다. 그러므로, 상이한 신호 성분이 상이한 정도의 노이즈를 나타내는 경향이 있는 경우, 이들 개별적인 노이즈를 고려하기 위하여 개별적인 문턱치를 선택할 수 있다.
평가 장치는 또한 광 빔에 의해 조명을 받는 매트릭스의 화소의 횡방향 위치를 확인함으로써, 광 빔의 하나 이상의 횡방향 위치 및/또는 검출기의 광축에 대한 배향 같은 광 빔의 배향을 확인하는데 적합화될 수 있다. 따라서, 예로서, 신호 성분을 평가하여 최고 조도를 갖는 하나 이상의 화소를 확인함으로써, 화소 매트릭스 상의 광 빔의 중심을 확인할 수 있다. 최고 조도를 갖는 하나 이상의 화소는 다시 광 빔의 횡방향 위치로서 확인될 수 있는 매트릭스의 특정 위치에 위치할 수 있다. 이와 관련하여, 통상적으로는, 유럽 특허원 EP 13171901.5 호에 개시되어 있는 광 빔의 횡방향 위치 결정 원리를 참조할 수 있으나, 다른 옵션도 실현가능하다.
통상적으로는, 아래에서 사용되는 바와 같이, 검출기의 수 개의 방향을 한정할 수 있다. 그러므로, 물체의 위치 및/또는 배향은 바람직하게는 검출기의 좌표 시스템일 수 있는 좌표 시스템에서 정의될 수 있다. 그러므로, 검출기는 검출기의 광축이 z-축을 형성하고 또한 z-축에 수직이고 서로에 대해서도 수직인 x-축 및 y-축이 제공될 수 있는 좌표 시스템을 구성할 수 있다. 예로서, 검출기 및/또는 검출기의 일부는 이 좌표 시스템의 원점(origin) 같은 이 좌표 시스템의 특정 지점에 놓일 수 있다. 이 좌표 시스템에서, z-축에 평행 또는 역평행한 방향은 종방향으로 간주될 수 있고, z-축을 따른 좌표는 종방향 좌표로 생각될 수 있다. 종방향에 수직인 임의의 방향은 횡방향으로 간주될 수 있고, x- 및/또는 y-좌표는 횡방향 좌표로 생각될 수 있다.
다르게는, 다른 유형의 좌표 시스템을 사용할 수 있다. 그러므로, 예로서, 광축이 z-축을 형성하고 z-축으로부터의 거리 및 편각을 추가적인 좌표로서 사용할 수 있는 극좌표 시스템을 사용할 수 있다. 다시, z-축에 평행 또는 역평행한 방향은 종방향으로 간주될 수 있고, z-축을 따른 좌표는 종방향 좌표로 생각될 수 있다. z-축에 수직인 임의의 방향은 횡방향으로 간주될 수 있고, 극좌표 및/또는 편각은 횡방향 좌표로 생각될 수 있다.
화소 매트릭스 상의 광 빔의 중점 또는 중심 구역일 수 있는 화소 매트릭스 상의 광 빔의 중심은 다양한 방식으로 사용될 수 있다. 따라서, 광 빔의 중심에 대해 하나 이상의 횡방향 좌표를 결정할 수 있으며, 이 횡방향 좌표는 아래에서 광 빔의 중심의 xy-좌표로 일컬어진다.
또한, 광 빔의 중심의 위치는 물체(이로부터 광 빔이 검출기를 향해 전파됨)의 횡방향 위치 및/또는 상대적인 방향에 관한 정보를 수득하도록 할 수 있다. 그러므로, 광 빔에 의한 최고 조도를 갖는 하나 이상의 화소를 결정함으로써, 광 빔에 의해 조명을 받는 매트릭스의 화소의 횡방향 위치를 결정한다. 이를 위하여, 검출기의 공지의 촬영 특성을 이용할 수 있다. 예로서, 검출기를 사용하여 물체로부터 전파되는 광 빔은 직접 특정 구역에 충돌할 수 있고, 이 구역의 위치로부터 또는 특히 광 빔의 중심의 위치로부터 물체의 횡방향 위치 및/또는 물체의 방향을 유도할 수 있다. 임의적으로, 검출기는 광학 특성을 갖는 하나 이상의 렌즈 또는 렌즈 시스템 같은 하나 이상의 전달 장치를 포함할 수 있다. 전형적으로는, 예를 들어 선 광학 또는 매트릭스 광학으로부터 공지되어 있는 공지의 촬영 방정식 및/또는 기하학적 관계를 이용함으로써, 전달 장치의 광학 특성이 공지되어 있기 때문에, 하나 이상의 전달 장치가 사용되는 경우 물체의 횡방향 위치에 대한 정보를 유도하기 위하여 화소의 매트릭스 상의 광 빔의 중심의 위치를 또한 사용할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 평가 장치는 광 빔의 횡방향 위치 및 광 빔의 배향중 하나 이상을 평가함으로써, 물체(이로부터 광 빔이 검출기를 향해 전파됨)의 횡방향 위치 및 물체(이로부터 광 빔이 검출기를 향해 전파됨)의 상대적인 방향중 하나 이상을 확인하는데 적합화될 수 있다. 이와 관련하여, 예로서, 유럽 특허원 EP 13171901.5 호, US 특허 가출원 제 61/739,173 호 또는 US 특허 가출원 제 61/749,964 호중 하나 이상에 개시된 횡방향 광 센서중 하나 이상을 참조할 수 있다. 물론, 다른 옵션도 실현가능하다.
평가 장치는 또한, 스펙트럼 분석 결과를 추가로 평가함으로써, 특히 신호 성분을 평가함으로써, 광 빔에 관한 및/또는 물체(이로부터 광 빔이 검출기를 향해 전파됨)의 위치에 관한 하나 이상의 정보 아이템을 유도하는데 적합화될 수 있다. 따라서, 예로서, 평가 장치는 물체(이로부터 광 빔이 검출기를 향해 전파됨)의 위치; 공간 광 변조기의 화소 매트릭스 상의 광 빔의 횡방향 위치; 공간 광 변조기의 화소 매트릭스의 위치에서의 광 빔의 폭; 광 빔의 색상 및/또는 광 빔의 스펙트럼 특성; 물체(이로부터 광 빔이 검출기를 향해 전파됨)의 종방향 좌표로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 정보 아이템을 유도하는데 적합화될 수 있다. 이들 정보 아이템 및 이들 정보 아이템을 유도하는 예는 아래에서 더욱 상세하게 기재된다.
그러므로, 예로서, 평가 장치는 신호 성분을 평가함으로써 광 빔의 폭을 결정하는데 적합화될 수 있다. 일반적으로, 본원에 사용되는 용어 "광 빔의 폭"은 특히 광 빔의 근거리 전파 방향, 예컨대 상기 언급된 z-축에 수직인 평면에서, 화소 매트릭스 상에서 광 빔에 의해 발생되는 조명점의 횡방향 확장의 임의적인 척도를 가리킨다. 그러므로, 예로서, 광 빔의 폭은 광점의 면적, 광점의 직경, 광점의 상당 직경, 광점의 반경 또는 광점의 상당 반경중 하나 이상을 제공함으로써 규정될 수 있다. 예로서, 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이, 공간 광 변조기의 위치에서의 광 빔의 폭을 결정하기 위하여 소위 빔 웨이스트를 규정할 수 있다. 구체적으로, 평가 장치는 광 빔에 의해 조명을 받는 화소에 부여되는 신호 성분을 확인하고 화소 배열의 공지의 기하학적 특성으로부터 공간 광 변조기의 위치에서의 광 빔의 폭을 결정하는데 적합화될 수 있다. 그러므로, 특히 매트릭스의 화소가 매트릭스의 공지 위치에 위치하는 경우(전형적으로는 이러한 경우임), 주파수 분석에 의해 유도되는 개별 화소의 신호 성분을 광 빔에 의한 공간 광 변조기의 조명의 공간 분포로 변환시킴으로써, 공간 광 변조기의 위치에서의 광 빔의 폭에 관한 하나 이상의 정보 아이템을 유도할 수 있다.
광 빔의 폭이 공지되어 있는 경우에는, 물체(이로부터 광 빔이 검출기를 향해 이동함)의 위치에 관한 하나 이상의 정보 아이템을 유도하기 위하여 폭을 사용할 수 있다. 그러므로, 광 빔의 폭과 물체(이로부터 광 빔이 검출기를 향해 이동함) 사이의 거리 사이의 공지 또는 결정가능한 관계를 사용하는 평가 장치는 물체의 종방향 좌표를 결정하는데 적합화될 수 있다. 광 빔의 폭을 평가함으로써 물체의 종방향 좌표를 유도하는 일반적인 원리에 대해서는, WO 2012/110924 A1 호, EP 13171901.5 호, US 특허 가출원 제 61/739,173 호 또는 US 특허 가출원 제 61/749,964 호중 하나 이상을 참조할 수 있다.
따라서, 예로서, 평가 장치는 각각의 화소에 있어서 화소가 조명을 받는 화소인지 아닌지의 여부를 결정하기 위하여 개별 화소의 신호 성분을 하나 이상의 문턱치와 비교하는데 적합화될 수 있다. 이 하나 이상의 문턱치는 각 화소의 개별적인 문턱치일 수 있거나 또는 전체 매트릭스의 균일한 문턱치인 문턱치일 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 문턱치는 미리 결정되고/되거나 고정될 수 있다. 다르게는, 하나 이상의 문턱치는 변할 수 있다. 그러므로, 각 측정치 또는 측정치 군에 대해 하나 이상의 문턱치를 개별적으로 결정할 수 있다. 그러므로, 문턱치를 결정하는데 적합화된 하나 이상의 연산이 제공될 수 있다.
평가 장치는 일반적으로 화소의 신호를 비교함으로써 화소 중에서 최고 조도를 갖는 하나 이상의 화소를 결정하는데 적합화될 수 있다. 따라서, 검출기는 통상 광 빔에 의한 최고 조명 강도를 갖는 매트릭스의 하나 이상의 화소 및/또는 구역 또는 영역을 결정하는데 적합화될 수 있다. 예로서, 이러한 방식으로, 광 빔에 의한 조명의 중심을 결정할 수 있다.
최고 조도 및/또는 최고 조도의 하나 이상의 구역 또는 영역에 대한 정보를 다양한 방식으로 사용할 수 있다. 그러므로, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 하나 이상의 상기 언급된 문턱치는 가변 문턱치일 수 있다. 예로서, 평가 장치는 최고 조도를 갖는 하나 이상의 화소의 신호의 분획으로서 상기 언급된 하나 이상의 문턱치를 선택하는데 적합화될 수 있다. 그러므로, 평가 장치는 최고 조도를 갖는 하나 이상의 화소의 신호를 1/e2의 인자와 곱함으로써 문턱치를 선택하는데 최적화될 수 있다. 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이, 하나 이상의 광 빔에 대해 가우시안 전파 특성을 가정하는 경우 이 옵션이 특히 바람직한데, 왜냐하면 문턱치 1/e2은 통상 광 센서 상에서 가우시안 광 빔에 의해 생성되는 빔 반경 또는 빔 웨이스트(w)를 갖는 광점의 경계를 결정하기 때문이다.
평가 장치는 광 빔의 폭 또는 이에 상응하는 광 빔에 의해 조명을 받는 화소의 수(N)와 물체의 종방향 좌표 사이의 소정 관계를 이용함으로써 물체의 종방향 좌표를 결정하는데 적합화될 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 당 업자에게 통상적으로 공지되어 있는 전파 특성 때문에, 광 빔의 직경은 전파에 따라, 예컨대 전파의 종방향 좌표에 따라 변화된다. 조명을 받는 화소의 수와 물체의 종방향 좌표 사이의 관계는 실험에 의해 결정된 관계일 수 있고/있거나 분석에 의해 결정될 수 있다.
그러므로, 예로서, 광 빔의 폭 및/또는 조명을 받는 화소의 수와 종방향 좌표 사이의 관계를 결정하는데 보정 과정을 이용할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 상기 언급된 바와 같이, 예정된 관계는 광 빔이 가우시안 광 빔이라는 추정에 기초할 수 있다. 광 빔은 정확하게 하나의 파장(λ)을 갖는 단색 광 빔일 수 있거나, 또는 복수개의 파장 또는 파장 스펙트럼을 갖는 광 빔일 수 있으며, 이 때 예로서 스펙트럼의 중심 파장 및/또는 스펙트럼의 특징적인 피크의 파장은 광 빔의 파장(λ)으로서 선택될 수 있다.
분석에 의해 결정되는 관계의 예로서, 광 빔의 가우시안 특성을 추정함으로써 유도될 수 있는 소정 관계는 하기 수학식 1일 수 있다:
[수학식 1]
상기 식에서, z는 종방향 좌표이고, w0은 공간에서 전파될 때 광 빔의 최소 빔 반경이며, z0은 광 빔의 레일리(Rayleigh)-길이이고, z0=π·w0 2/λ이며, λ는 광 빔의 파장이다.
이 관계는 통상적으로 좌표 시스템의 z-축을 따라 이동하는 가우시안 광 빔의 강도(I)의 일반식으로부터 유도될 수 있는데, 이 때 r은 z-축에 수직인 좌표이고, E는 광 빔의 전기장이다:
[수학식 2]
통상 가우시안 곡선을 나타내는 가우시안 광 빔의 횡방향 프로파일의 빔 반경(w)은 특정 z-값에 대해 진폭(E)이 1/e의 값까지(약 36%) 떨어지고 강도(I)가 1/e2까지 떨어지는 z-축으로부터의 특정 거리로서 정의된다. 상기 주어진 가우시안 방정식(이는 또한 z-좌표 변환을 수행하는 경우 같이 다른 z-값에서도 일어날 수 있음)에서 좌표 z=0에서 일어나는 최소 빔 반경은 w0으로 표시된다. z-좌표에 따라, 광 빔이 z-축을 따라 전파될 때 빔 반경은 통상 하기 수학식 3을 따른다:
[수학식 3]
하기 수학식 4에서와 같이 광 센서의 조명을 받는 면적(A)에 비례하는 조명을 받는 화소의 수(N), 또는 복수개의 공간 광 변조기(i=1,...,n)가 사용되는 경우, 하기 수학식 4'에서와 같이 개별적인 광 센서의 조명을 받는 면적(Ai)에 비례하는 각 공간 광 변조기의 조명을 받는 화소의 수(Ni), 및 하기 수학식 5와 같은 반경(w)을 갖는 원의 총 면적을 이용하여, 조명을 받는 화소의 수와 z-좌표 사이의 하기 수학식 6 또는 6'의 관계(여기에서, 상기 언급된 바와 같이 z0=π·w0 2/λ임)를 각각 유도할 수 있다:
[수학식 4]
[수학식 4']
[수학식 5]
[수학식 6]
[수학식 6']
그러므로, 예로서 강도 I≥I0/e2에서 조명을 받는 원 내의 화소의 수인 N 또는 Ni에서, N 또는 Ni는 화소의 단순 계수 및/또는 히스토그램 분석 같은 다른 방법에 의해 결정될 수 있다. 달리 말해, 물체 및/또는 물체의 하나 이상의 지점의 종방향 좌표(z), 예를 들어 물체 내로 통합되고/되거나 물체에 부착되는 하나 이상의 비컨 장치의 하나 이상의 종방향 좌표를 결정하기 위해, z-좌표와 조명을 받는 화소의 수(N 또는 Ni) 사이의 잘 한정된 관계를 이용할 수 있다.
수학식 1과 같은 상기 주어진 수학식에서는, 광 빔이 위치 z=0에서 초점을 갖는 것으로 가정한다. 그러나, 예컨대 특정 값을 더하고/더하거나 뺌으로써 z-좌표의 좌표 변환이 가능함을 알아야 한다. 따라서, 예로서, 초점의 위치는 전형적으로 검출기로부터의 물체의 거리 및/또는 광 빔의 다른 특성에 따라 달라진다. 그러므로, 초점 및/또는 초점의 위치를 결정함으로써, 예컨대 초점의 위치와 물체 및/또는 비컨 장치의 종방향 좌표 사이의 실험에 의한 관계 및/또는 분석에 의한 관계를 이용하여, 물체의 위치, 특히 물체의 종방향 좌표를 결정할 수 있다. 또한, 하나 이상의 임의적인 렌즈 같은 하나 이상의 전달 장치의 촬영 특성을 고려할 수 있다. 따라서, 예로서, 비컨 장치에 함유된 조명 장치의 방출 특성이 공지되어 있는 경우와 같이 물체로부터 검출기를 향해 유도되는 광 빔의 빔 특성이 공지되어 있는 경우, 물체로부터 전달 장치로의 전파를 나타내고 전달 장치의 촬영을 나타내며 전달 장치로부터 하나 이상의 광 센서로의 빔 전파를 나타내는 적절한 가우시안 전달 매트릭스를 사용함으로써, 빔 웨이스트와 물체 및/또는 비컨 장치의 거리 사이의 상관관계를 분석에 의해 용이하게 결정할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 적절한 보정 측정에 의해 상관관계를 실험적으로 결정할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 화소의 매트릭스는 바람직하게는 2차원 매트릭스일 수 있다. 그러나, 1차원 매트릭스 같은 다른 실시양태도 실현가능하다. 더욱 바람직하게는, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 화소의 매트릭스는 직사각형 매트릭스이다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 주파수 분석에 의해 유도되는 정보를 또한 사용하여 물체 및/또는 광 빔에 관한 다른 유형의 정보를 유도할 수 있다. 횡방향 및/또는 종방향 위치 정보에 덧붙여 또는 이들과 다르게 유도될 수 있는 정보의 다른 예로서, 물체 및/또는 광 빔의 색상 및/또는 스펙트럼 특성을 언급할 수 있다.
그러므로, 개별 화소를 통과하는 광 빔의 일부의 하나 이상의 광학 특성을 변경시키는 화소의 능력은 광 빔의 스펙트럼 특성, 특히 광 빔의 색상에 따라 달라질 수 있다. 평가 장치는 특히 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 광 빔의 구성요소에 신호 성분을 부여하는데 적합화될 수 있다. 그러므로, 예로서, 제 1 스펙트럼 범위의 광 빔의 일부를 투과 또는 반사시키는데 적합화된 하나 이상의 화소에 하나 이상의 제 1 신호 성분을 부여할 수 있고, 제 2 스펙트럼 범위의 광 빔의 일부를 투과 또는 반사시키는데 적합화된 하나 이상의 화소에 하나 이상의 제 2 신호 성분을 부여할 수 있으며, 제 3 스펙트럼 범위의 광 빔의 일부를 투과 또는 반사시키는데 적합화된 하나 이상의 화소에 하나 이상의 제 3 신호 성분을 부여할 수 있다. 그러므로, 화소의 매트릭스는 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 화소의 둘 이상의 상이한 군을 가질 수 있고, 평가 장치는 이들 군의 신호 성분을 구별함으로써 광 빔의 전체적인 또는 부분적인 스펙트럼 분석을 가능케 하는데 적합화될 수 있다. 예로서, 매트릭스는 적색, 녹색 및 청색 화소를 가질 수 있고, 이들 화소 각각은 개별적으로 제어될 수 있으며, 평가 장치는 신호 성분을 이들 군중 하나에 부여하는데 적합화될 수 있다. 예를 들어, 이 목적을 위해 총천연색 액정 SLM을 사용할 수 있다.
그러므로, 일반적으로, 평가 장치는 상이한 스텍트럼 특성을 갖는 광 빔의 성분에 부여되는, 특히 상이한 파장을 갖는 광 빔의 성분에 신호 성분을 비교함으로써 광 빔의 색상을 결정하는데 적합화될 수 있다. 화소의 매트릭스는 상이한 스펙트럼 특성, 바람직하게는 상이한 색상을 갖는 화소를 포함할 수 있고, 이 때 평가 장치는 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 개별 화소에 신호 성분을 부여하는데 적합화될 수 있다. 변조기 장치는 제 2 색상을 갖는 화소와는 상이한 방식으로 제 1 색상을 갖는 화소를 제어하는데 적합화될 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 본 발명의 이점중 하나는 광 센서의 미세 화소 형성을 피할 수 있다는 사실에 있다. 대신, 화소 형성된 SLM을 사용함으로써 실제로 실제 광 센서로부터의 화소 형성을 SLM으로 이동시킨다. 구체적으로, 하나 이상의 광 센서는 복수개의 화소를 통과하는 복수개의 광 빔 부분을 검출하는데 적합화된 하나 이상의 대면적 광 센서일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 광 센서는 단일 센서 신호를 제공하는데 적합화된 하나의 구획화되지 않은 단일 센서 영영을 제공할 수 있으며, 이 때 센서 영역은 SLM을 통과하는 모든 광 빔 부분, 적어도 검출기에 들어가고 광축에 평행하게 통과하는 광 빔을 검출하는데 적합화된다. 예로서, 단일 센서 영역은 25mm2 이상, 바람직하게는 100mm2 이상, 더욱 바람직하게는 400mm2 이상의 감수성 면적을 가질 수 있다. 여전히, 둘 이상의 센서 영역을 갖는 실시양태 같은 다른 실시양태도 실현가능하다. 또한, 둘 이상의 광 센서가 사용되는 경우, 광 센서가 반드시 동일할 필요는 없다. 그러므로, 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이, 하나 이상의 대면적 광 센서를 예컨대 하나 이상의 카메라 칩, 예를 들어 하나 이상의 CCD- 또는 CMOS-칩 같은 하나 이상의 화소 형성된 광학 센서와 조합할 수 있다.
하나 이상의 광 센서, 또는 복수개의 광 센서가 제공되는 경우 하나 이상의 광 센서는 바람직하게는 완전히 또는 부분적으로 투명할 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 하나 이상의 광 센서는 광 빔이 적어도 부분적으로 투명한 광 센서를 통과할 수 있도록 적어도 부분적으로 투명한 하나 이상의 광 센서를 포함할 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "적어도 부분적으로 투명한"은 전체 광 센서가 투명하거나 또는 광 센서의 일부(예컨대, 감수성 영역)가 투명한 옵션 및/또는 광 센서 또는 광 센서의 적어도 투명한 부분이 감쇠되는 방식 또는 감쇠되지 않는 방식으로 광 빔을 투과시킬 수 있는 옵션 둘 다를 가리킬 수 있다. 그러므로, 예로서, 투명한 광 센서는 10% 이상, 바람직하게는 20% 이상, 40% 이상, 50% 이상 또는 70% 이상의 투명도를 가질 수 있다. 투명도는 광 빔의 파장에 따라 달라질 수 있고, 소정 투명도는 적외선 스펙트럼 영역, 가시광 스펙트럼 영역 및 자외선 스펙트럼 영역중 하나 이상에 속하는 하나 이상의 파장에 대해 유효할 수 있다. 일반적으로, 본원에 사용되는 적외선 스펙트럼 범위는 780nm 내지 1mm, 바람직하게는 780nm 내지 50㎛, 더욱 바람직하게는 780nm 내지 3.0㎛의 범위를 가리킨다. 가시광 스펙트럼 범위는 380nm 내지 780nm의 범위를 일컫는다. 여기에서, 자외선 스펙트럼 범위를 비롯한 청색 스펙트럼 범위는 380nm 내지 490nm로서 정의될 수 있고, 이 때 순수한 청색 스펙트럼 범위는 430 내지 490nm로서 정의될 수 있다. 황색 스펙트럼 범위를 포함한 녹색 스펙트럼 범위는 490nm 내지 600nm로서 정의될 수 있고, 이 때 순수한 녹색 스펙트럼 범위는 490nm 내지 470nm로서 정의될 수 있다. 오렌지색 스펙트럼 범위를 비롯한 적색 스펙트럼 범위는 600nm 내지 780nm로서 정의될 수 있고, 이 때 순수한 적색 스펙트럼 범위는 640 내지 780nm로서 정의될 수 있다. 자외선 스펙트럼 범위는 1nm 내지 380nm, 바람직하게는 50nm 내지 380nm, 더욱 바람직하게는 200nm 내지 380nm로서 정의될 수 있다.
감지 효과를 제공하기 위하여, 일반적으로 광 센서는, 전형적으로 투명도 상실을 야기하는, 광 빔과 광 센서 사이의 상호작용중 몇몇 종류를 제공해야 한다. 광 센서의 투명도는 광 빔의 파장에 따라 달라질 수 있어서, 광 센서의 감도, 흡수 또는 투명도의 스펙트럼 프로파일을 야기한다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 복수개의 광 센서가 제공되는 경우, 광 센서의 스펙트럼 특성은 반드시 동일할 필요가 없다. 그러므로, 광 센서중 하나는 적색 스펙트럼 영역에서 강한 흡수(예컨대, 흡광도 피크, 흡수율 피크, 또는 흡수 피크)를 제공할 수 있고, 광 센서중 다른 하나는 녹색 스펙트럼 영역에서 강한 흡수를 제공할 수 있으며, 또 다른 광 센서는 청색 스펙트럼 영역에서 강한 흡수를 제공할 수 있다. 다른 실시양태도 실현가능하다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 복수개의 광 센서가 제공되는 경우, 광 센서는 스택을 형성할 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 광 센서는 둘 이상의 광 센서의 스택을 포함할 수 있다. 스택의 광 센서중 하나 이상은 적어도 부분적으로 투명한 광 센서일 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 광 센서의 스택은 하나 이상의 적어도 부분적으로 투명한 광 센서 및 투명하거나 불투명할 수 있는 하나 이상의 다른 광 센서를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 둘 이상의 투명한 광 센서가 제공된다. 구체적으로, 공간 광 변조기로부터 가장 먼 쪽의 광 센서는 또한 불투명한 광 센서일 수 있고, 이 때 CCD 또는 CMOS 칩 같은 무기 반도체 센서 등의 유기 또는 무기 광 센서를 사용할 수 있다.
스택은 계면에서의 반사를 피하고/피하거나 감소시키기 위하여 오일 및/또는 액체에 부분적으로 또는 완전히 잠길 수 있다. 그러므로, 스택의 광 센서중 하나 이상은 완전히 또는 부분적으로 오일 및/또는 액체에 잠길 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 하나 이상의 광 센서는 반드시 화소 형성된 광 센서일 필요가 있다. 그러므로, 주파수 분석을 수행하는 일반적인 아이디어를 이용함으로써 화소 형성을 없앨 수 있다. 또한, 특히 복수개의 광 센서가 제공되는 경우, 하나 이상의 화소 형성된 광 센서를 사용할 수 있다. 그러므로, 특히 광 센서의 스택이 사용되는 경우, 스택의 광 센서중 하나 이상은 복수개의 감광성 화소를 갖는 화소 형성된 광 센서일 수 있다. 예로서, 화소 형성된 광 센서는 화소 형성된 유기 및/또는 무기 광 센서일 수 있다. 가장 바람직하게는 특히 이들의 구입가능성 때문에, 화소 형성된 광 센서는 무기 화소 형성된 광 센서, 바람직하게는 CCD 칩 또는 CMOS 칩일 수 있다. 그러므로, 예로서, 스택은 하나 이상의 DSC, 더욱 바람직하게는 sDSC(아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재됨) 같은 하나 이상의 투명한 대면적 화소 형성되지 않은 광 센서, 및 CCD 칩 또는 CMOS 칩 같은 하나 이상의 무기 화소 형성된 광 센서를 포함할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 무기 화소 형성된 광 센서는 공간 광 변조기로부터 가장 멀리 떨어진 스택 쪽에 위치할 수 있다. 특히, 화소 형성된 광 센서는 카메라 칩, 더욱 바람직하게는 총천연색 카메라 칩일 수 있다. 일반적으로, 화소 형성된 광 센서는 색상-감수성일 수 있다(즉, 예컨대 상이한 색상 감도를 갖는 둘 이상의 상이한 유형의 화소, 더욱 바람직하게는 셋 이상의 상이한 유형의 화소를 제공함으로써, 광 빔의 색상 성분을 구별하는데 적합화된 화소 형성된 광 센서일 수 있다). 그러므로, 예로서, 화소 형성된 광 센서는 총천연색 촬영 센서일 수 있다.
바람직하게는, 하나 이상의 광 센서는 하나 이상의 종방향 광 센서, 즉 하나 이상의 물체의 종방향 위치, 예컨대 물체의 하나 이상의 z-좌표를 결정하는데 적합화된 광 센서를 함유한다. 바람직하게는, 광 센서, 또는 복수개의 광 센서가 제공되는 경우 하나 이상의 광 센서는 WO 2012/110924 A1 호에 개시된 셋업을 가질 수 있고/있거나 광 센서의 기능을 제공할 수 있다. 그러므로, 바람직하게는, 하나 이상의 광 센서 및/또는 광 센서중 하나 이상은 하나 이상의 센서 영역을 가질 수 있고, 이 때 광 센서의 센서 신호는 광 빔에 의한 센서 영역의 조도에 따라 달라지며, 총 조명 동력이 동일하다면 센서 신호는 센서 영역에서의 광 빔의 기하학적 형태, 특히 폭에 따라 달라지며, 평가 장치는 센서 신호를 평가함으로써 폭을 결정하는데 적합화된다. 아래에서, 이 효과는 통상적으로 FiP-효과로 일컬어지는데, 왜냐하면 전체 조명 동력(P)이 동일하다면 센서 신호(i)는 광자의 플럭스(F), 즉 단위 면적당 광자의 수에 따라 달라지기 때문이다. 그러나, FiP-효과에 기초한 검출기는 단순히 종방향 광 센서의 바람직란 실시양태임에 주목한다. 추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 유형의 종방향 광 센서를 사용할 수 있다. 그러므로, 아래에서, FiP 센서가 인용되는 경우에는, 통상적으로 다른 유형의 종방향 광 센서가 대신 사용될 수 있음에 주의한다. 또한, 탁월한 특성 때문에, 또한 FiP 센서의 이점 때문에, 하나 이상의 FiP 센서를 사용하는 것이 바람직하다.
US 특허 가출원 제 61/739,173 호 및 제 61/749,964 호에 추가로 개시되는 FiP-효과는, 물체(이로부터 광 빔이 검출기를 향해 이동함)의 종방향 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. 그러므로, 센서 영역(바람직하게는 화소 형성되지 않은 센서 영역) 상에 광 빔이 있는 빔은 다시 검출기와 물체 사이의 거리에 따라 달라지는 광 빔의 폭(예컨대, 직경 또는 반경)에 따라 달라지며, 센서 신호는 물체의 종방향 좌표를 결정하는데 사용될 수 있다. 그러므로, 예로서, 평가 장치는 종방향 좌표를 결정하기 위하여 물체의 종방향 좌표와 센서 신호 사이의 소정 관계를 사용하는데 적합화될 수 있다. 실험에 의한 보정 측정치를 사용함으로써 및/또는 가우시안 빔 전파 특성 같은 공지의 빔 전파 특성을 사용함으로써, 소정 관계를 유도할 수 있다. 추가적인 세부사항에 대해서는, WO 2012/110924 A1 호 및/또는 US 특허 가출원 제 61/739,173 호 및 제 61/749,964 호를 참조할 수 있다.
바람직하게는, 광 센서의 스택 같은 복수개의 광 센서가 제공되는 경우, 광 센서중 둘 이상은 FiP-효과를 제공하는데 적합화될 수 있다. 특히, FiP-효과를 나타내는 하나 이상의 광 센서를 제공할 수 있으며, 이 때 바람직하게는 FiP-효과를 나타내는 광 센서는 화소 형성된 광 센서보다는 균일한 센서 표면을 갖는 대면적 광 센서이다.
그러므로, 광 빔에 의해 후속적으로 조명을 받는 광 센서(예컨대, 센서 스택의 후속 광 센서)로부터의 신호를 평가함으로써, 또한 상기 언급된 FiP-효과를 이용함으로써, 빔 프로파일에서의 불명료함을 해결할 수 있다. 그러므로, 가우시안 광 빔은 초점 전 및 후에 거리(z)에서 동일한 빔을 제공할 수 있다. 둘 이상의 위치에 따른 빔 폭을 측정함으로써, 광 빔이 여전히 좁아지거나 넓어지는지의 여부를 결정함에 의해, 이 불명료함을 해결할 수 있다. 그러므로, FiP-효과를 갖는 둘 이상의 광 센서를 제공함으로써 더 높은 정확도를 제공할 수 있다. 평가 장치는 둘 이상의 광 센서의 센서 영역에서 광 빔의 폭을 결정하는데 적합화될 수 있고, 평가 장치는 또한 폭을 평가함으로써 물체(이로부터 광 빔이 검출기를 향해 이동함)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키는데 적합화될 수 있다.
특히 하나 이상의 광 센서 또는 광 센서중 하나 이상이 전술한 FiP-효과를 제공하는 경우, 광 센서의 센서 신호는 광 빔의 변조 주파수에 따라 달라질 수 있다. 예로서, FiP-효과는 0.1Hz 내지 10kHz의 변조 주파수로서 기능할 수 있다.
그러므로, 일반적으로, 광 빔은 하나 이상의 변조 장치에 의해 변조될 수 있다. FiP-효과를 향상시키고/시키거나 가능케 하기 위한 변조는 공간 광 변조기의 화소를 제어하는 변조기 장치에 의해 사용되는 것과 동일한 변조일 수 있고/있거나 상이한 변조일 수 있다. 따라서, 공간 광 변조기는 FiP-효과를 가능케 하고/하거나 향상시키는 변조를 제공할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 예를 들어 변조된 방식으로 광 빔을 방출하는데 적합화된 하나 이상의 조명원을 사용함으로써 추가적인 변조를 제공할 수 있다. 따라서, 예로서, 변조기 장치 및 공간 광 변조기의 화소에 의해 사용되는 변조는 예컨대 1Hz 내지 100Hz 범위의 제 1 주파수 범위에 있을 수 있는 한편, 추가로 광빔 자체는 임의적으로 또한 100Hz 내지 10kHz의 제 2 주파수 범위에서의 주파수 같은 하나 이상의 제 2 변조 주파수에 의해 추가로 변조될 수 있다. 그러므로, 예를 들어 하나보다 많은 변조를 이용할 수 있으며, 이 때 공간 광 변조기 및 변조기 장치에 의해 생성되는 하나 이상의 제 1 변조는 공간 광 변조기의 하나 이상의 특정 화소에 신호 성분을 부여하기 위해 사용될 수 있고, 하나 이상의 추가적인 변조는 하나 이상의 상이한 목적을 위해, 예를 들어 FiP-효과를 향상시키고/시키거나 가능케 하기 위해 및/또는 특정 변조 주파수에서 방출되는 하나 이상의 조명원을 확인하기 위해 사용될 수 있다. 후자의 목적은 상이한 변조 주파수에서 변조된 광 빔을 방출하는 둘 이상의 상이한 유형의 비컨 장치를 구별하기 위해 이용될 수 있다. 추가적인 세부사항에 대해서는, 2013년 6월 13일자로 출원된 EP 13171900.7 호를 참조한다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 하나 이상의 광 센서, 또는 복수개의 광 센서가 사용되는 경우 광 센서중 하나 이상은 바람직하게는 하나 이상의 유기 반도체 검출기 및/또는 하나 이상의 무기 반도체 검출기일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 광학 검출기는 하나 이상의 반도체 검출기를 포함할 수 있다. 가장 바람직하게는, 반도체 검출기 또는 반도체 검출기중 하나 이상은 하나 이상의 유기 물질을 포함하는 유기 반도체 검출기일 수 있다. 그러므로, 본원에 사용되는 유기 반도체 검출기는 유기 염료 및/또는 유기 반도체성 물질 같은 하나 이상의 유기 물질을 포함하는 광학 검출기이다. 하나 이상의 유기 물질 외에, 하나 이상의 추가적인 물질도 포함될 수 있는데, 이는 유기 물질 또는 무기 물질로부터 선택될 수 있다. 그러므로, 유기 반도체 검출기는 유기 물질만을 포함하는 완전 유기 반도체 검출기로서, 또는 하나 이상의 유기 물질 및 하나 이상의 무기 물질을 포함하는 하이브리드 검출기로서 디자인될 수 있다. 또한, 다른 실시양태도 가능하다. 그러므로, 하나 이상의 유기 반도체 검출기 및/또는 하나 이상의 무기 반도체 검출기의 조합도 가능하다.
바람직하게는, 반도체 검출기는 유기 태양 전지, 염료 태양 전지, 염료-증감된 태양 전지, 고체 염료 태양 전지, 고체 염료-증감된 태양 전지로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
바람직하게는, 특히 광 센서중 하나 이상이 상기 언급된 FiP-효과를 제공하는 경우, 하나 이상의 광 센서, 또는 복수개의 광 센서가 제공되는 경우 광 센서중 하나 이상은 염료-증감된 태양 전지(DSC), 바람직하게는 고체 염료-증감된 태양 전지(sDSC)일 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 본원에 사용되는 DSC는 일반적으로 둘 이상의 전극을 갖되, 전극중 하나 이상이 적어도 부분적으로 투명하고 전극 사이에 하나 이상의 n-반도체성 금속 산화물, 하나 이상의 염료 및 하나 이상의 전해질 또는 p-반도체성 물질이 매립된 셋업을 가리킨다. sDSC에서, 전해질 또는 p-반도체성 물질은 고체 물질이다. 일반적으로, 본 발명 내에서 광 센서중 하나 이상으로도 사용될 수 있는 sDSC의 가능한 셋업에 대해서는 WO 2012/110924 A1 호, US 특허 가출원 제 61/739,173 호 및 제 61/749,964 호, EP 13171898.3 호, EP 13171900.7 호 또는 EP 13171901.5 호를 참조할 수 있다. 다른 실시양태도 가능하다. WO 2012/110924 A1 호에 입증되어 있는 전술한 FiP-효과가 특히 sDSC에 존재할 수 있다.
그러므로, 일반적으로, 하나 이상의 광 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 포함하는 층 셋업을 갖는 하나 이상의 광 센서를 포함할 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 제 1 전극과 제 2 전극중 하나 이상은 투명할 수 있다. 가장 바람직하게는, 특히 투명한 광 센서가 제공되는 경우, 제 1 전극과 제 2 전극이 모두 투명할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기는 하나 이상의 추가적인 장치, 특히 하나 이상의 렌즈 및/또는 하나 이상의 반사 장치 같은 하나 이상의 추가적인 광학 장치를 함유할 수 있다. 그러므로, 가장 바람직하게는, 광학 검출기는 관형 방식으로 배열된 셋업 같은 셋업을 포함할 수 있는데, 이 셋업은 하나 이상의 공간 광 변조기, 및 공간 광 변조기를 퉁과한 광 빔이 후속해서 하나 이상의 광 센서를 통과하도록 공간 광 변조기 뒤에 위치하는 하나 이상의 광 센서, 바람직하게는 둘 이상의 광 센서의 스택을 갖는다. 바람직하게는, 공간 광 변조기를 통과하기 전에, 광 빔은 하나 이상의 렌즈, 바람직하게는 잘 한정된 방식으로 빔 형상 및/또는 빔 확장 또는 축소에 영향을 주는데 적합화된 하나 이상의 광학 장치 같은 하나 이상의 광학 장치를 통과할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 렌즈 같은 하나 이상의 광학 장치가 공간 광 변조기와 하나 이상의 광 센서 사이에 위치할 수 있다.
하나 이상의 광학 장치는 일반적으로 전달 장치로서 불리는데, 왜냐하면 전달 장치의 목적중 하나가 광 빔을 광학 검출기 내로 잘 한정된 방식으로 전달하는데 있을 수 있기 때문이다. 결과적으로, 본원에 사용되는 용어 "전달 장치"는 일반적으로 바람직하게는 예를 들어 렌즈 또는 곡면 거울이 그러하듯이, 빔 형상, 빔 폭 또는 광 빔의 확장각에 잘 한정된 방식으로 영향을 끼침으로써, 공간 광 변조기 또는 광 센서중 하나 이상에 광 빔을 유도하고/하거나 공급하는데 적합화된 임의적인 장치 또는 장치의 조합을 가리킨다.
그러므로, 일반적으로, 광학 검출기는 광학 검출기에 광을 공급하는데 적합화된 하나 이상의 전달 장치를 추가로 포함할 수 있다. 전달 장치는 공간 광 변조기와 광 센서중 하나 이상에 광을 집중시키고/시키거나 시준하는데 적합화될 수 있다. 전달 장치는 특히 렌즈, 초점 설정 거울, 초점 이탈 거울, 반사판, 프리즘, 광학 필터, 격막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 장치를 포함할 수 있다. 다른 실시양태도 가능하다.
본 발명의 다른 양태는 이미지 인식, 패턴 인식 및 광학 검출기에 의해 캡쳐된 이미지의 상이한 영역의 z-좌표의 개별적인 결정 옵션을 가리킬 수 있다. 그러므로, 일반적으로는, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기는 하나 이상의 화소 형성된 광 센서 같은 하나 이상의 촬영 장치를 포함할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 화소 형성된 광 센서는 하나 이상의 CCD 센서 및/또는 하나 이상의 CMOS 센서를 포함할 수 있다. 이 하나 이상의 촬영 장치를 사용함으로써, 광 센서는 장면 및/또는 하나 이상의 물체의 하나 이상의 통상적인 2차원 이미지를 캡쳐하는데 적합화될 수 있다. 하나 이상의 이미지는 하나 이상의 단색 이미지 및/또는 하나 이상의 다색 이미지 및/또는 하나 이상의 총천연색 이미지일 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 이미지는 단일 이미지일 수 있거나 그를 포함할 수 있거나, 또는 일련의 이미지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기는 또한 z-좌표로도 불리는, 광학 검출기로부터의 하나 이상의 물체의 거리를 결정하는데 적합화된 하나 이상의 거리 센서를 포함할 수 있다. 그러므로, 특히, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 또한 예컨대 WO 2012/110924 A1 호 및/또는 US 특허 가출원 제 61/739,173 호 및 제 61/749,964 호중 하나 이상에 개시된 바와 같이, 소위 FiP-효과를 이용할 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 광 센서, 또는 복수개의 광 센서가 포함되는 경우 광 센서중 하나 이상은 소위 FiP-센서, 즉 하나 이상의 센서 영역을 갖는 센서로서 구체화될 수 있고, 이 때 FiP-센서의 센서 신호는 광 빔에 의한 센서 영역의 조도에 따라 달라지고, 센서 신호는 전체 조명 동력이 동일한 경우 센서 영역에서의 광 빔의 폭에 따라 달라진다. 따라서, 일반적으로, FiP-센서에서는, 물체 및/또는 그의 일부의 z-좌표를 결정하기 위해, 센서 신호와 물체(이로부터 광 빔이 검출기를 향해 이동함)의 z-좌표 사이의 공지의 관계를 이용할 수 있다. 광학 검출기는 통상 하나 이상의 FiP-센서, 바람직하게는 FiP-센서의 스택을 포함할 수 있다.
통상적인 2D-이미지 캡쳐링과 z-좌표 결정 가능성의 조합을 이용함으로써, 3D-촬영이 실현가능하다.
하나 이상의 이미지 내에 캡쳐된 장면 내에 함유된 하나 이상의 물체 및/또는 구성요소를 개별적으로 평가하기 위하여, 하나 이상의 이미지를 둘 이상의 영역으로 더 작게 나눌 수 있으며, 이 때 둘 이상의 영역 또는 둘 이상의 영역중 하나 이상을 개별적으로 평가할 수 있다. 이를 위하여, 둘 이상의 영역에 상응하는 신호의 주파수 선택적인 분리를 수행할 수 있다.
그러므로, 광학 검출기는 통상적으로 하나 이상의 이미지, 바람직하게는 2D-이미지를 캡쳐하는데 적합화될 수 있다. 또한, 광학 검출기, 바람직하게는 하나 이상의 평가 장치는 이미지의 둘 이상의 영역을 한정하고 공간 광 변조기의 화소 매트릭스의 상응하는 슈퍼화소를 영역중 하나 이상, 바람직하게는 각각의 영역에 부여하는데 적합화될 수 있다. 본원에 사용되는 영역은 일반적으로 동일하거나 유사한 강도 또는 색상이 존재할 수 있는 이미지의 구역 또는 그 구역에 상응하는 이미지를 캡쳐하는 촬영 장치의 화소의 군일 수 있다. 따라서, 일반적으로, 영역은 하나 이상의 물체의 이미지일 수 있고, 하나 이상의 물체의 이미지는 광학 검출기에 의해 캡쳐되는 이미지의 부분 이미지를 형성한다. 따라서, 광학 검출기는 하나 이상의 물체가 존재하고 이 물체가 부분 이미지로 촬영되는 한 장면의 이미지를 획득할 수 있다.
따라서, 이미지 내에서는 예컨대 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이 적절한 연산을 이용함으로써 둘 이상의 영역을 확인할 수 있다. 통상적으로는 예컨대 공지의 촬영 방정식 및/또는 매트릭스 광학 장치를 사용함으로써 광학 검출기의 촬영 특성이 공지되어 있기 때문에, 이미지의 영역이 공간 광 변조기의 상응하는 화소에 부여될 수 있다. 그러므로, 공간 광 변조기의 화소 매트릭스의 특정 화소를 통과하는 하나 이상의 광 빔의 성분은 후속해서 촬영 장치의 상응하는 화소에 도달할 수 있다. 따라서, 이미지를 둘 이상의 영역으로 더 나눔으로써, 공간 광 변조기의 화소의 매트릭스는 둘 이상의 슈퍼화소로 더 나뉘어질 수 있으며, 각각의 슈퍼화소는 이미지의 개별적인 영역에 상응한다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 둘 이상의 영역을 결정하기 위해 하나 이상의 이미지 인지 연산을 이용할 수 있다. 그러므로, 통상적으로, 광학 검출기, 바람직하게는 하나 이상의 평가 장치는 하나 이상의 이미지 인지 연산을 이용함으로써 이미지 내의 둘 이상의 영역을 한정하는데 적합화될 수 있다. 이미지 인지 수단 및 연산은 통상 당 업자에게 공지되어 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 이미지 인지 연산은 콘트라스트, 색상 또는 강도중 하나 이상의 경계를 인식함으로써 둘 이상의 영역을 한정하는데 적합화될 수 있다. 본원에 사용되는 경계는 일반적으로 그 선을 가로지를 때 하나 이상의 매개변수에서의 상당한 변화가 일어나는 선이다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 매개변수의 구배가 결정될 수 있고, 예로서 하나 이상의 문턱치 값과 비교될 수 있다. 구체적으로, 하나 이상의 이미지 인지 연산은 펠젠스왈브(Felzenszwalb) 효율 그래프에 기초한 구획화; 퀵시프트(Quickshift) 이미지 구획화; SLIC-K-평균(Means)에 기초한 이미지 구획화; 에너지-구동 샘플링; 캐니(Canny) 연산 같은 가장자리 검출 연산; 캠(Cam) 이동 연산(Cam: 연속 적응형 평균 이동) 같은 평균-이동 연산; 외곽선 추출 연산으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 가장자리, 둔덕, 모서리, 방울 또는 특징부 검출을 위한 연산; 치수 감소 연산; 텍스쳐 분류 연산; 텍스쳐 구획화 연산중 하나 이상 같은 다른 연산을 이용할 수 있다. 이들 연산은 당 업자에게 통상적으로 공지되어 있다. 본 발명과 관련하여, 이들 연산은 이미지 인지 연산, 및 이미지 분할 연산 또는 슈퍼화소 연산으로서 일컬어질 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 하나 이상의 이미지 인지 연산은 이미지에서 하나 이상의 물체를 인지하는데 적합화된다. 이에 의해, 예로서, 상응하는 z-좌표를 결정하기 위한 것과 같은 추가적인 분석을 위해 하나 이상의 해당 물체 및/또는 하나 이상의 해당 영역을 결정할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 슈퍼화소는 슈퍼화소와 그에 상응하는 영역이 광 빔의 동일한 성분에 의해 조명을 받도록 선택될 수 있다. 그러므로, 광학 검출기, 바람직하게는 하나 이상의 평가 장치는, 광 빔의 각 성분이 화소 매트릭스의 특정 화소(특정 화소는 특정 슈퍼화소에 속함)를 통과한 후 둘 이상의 영역의 특정 영역(특정 영역은 특정 슈퍼화소에 상응함)에 도달하도록, 하나 이상의 영역, 바람직하게는 각각의 영역에 공간 광 변조기의 화소 매트릭스의 슈퍼화소를 부여하는데 적합화될 수 있다.
상기 나타낸 바와 같이, 변조를 간단히 하기 위해 슈퍼화소의 부여를 이용할 수 있다. 그러므로, 이미지의 상응하는 영역에 슈퍼화소를 부여함으로써, 변조 주파수의 수를 감소시키고, 이에 의해 각각의 화소에 대해 개별적인 변조 주파수를 사용하는 방법에 비해 더 적은 수의 변조 주파수를 이용하게 할 수 있다. 따라서, 예로서, 광학 검출기, 바람직하게는 하나 이상의 평가 장치는 슈퍼화소중 하나 이상의 제 1 슈퍼화소에 하나 이상의 제 1 변조 주파수를 부여하고 슈퍼화소중 하나 이상의 제 2 슈퍼화소에 하나 이상의 제 2 변조 주파수를 부여하는데 적합화될 수 있으며, 이 때 제 1 변조 주파수는 제 2 변조 주파수와 상이하고, 하나 이상의 변조기 장치는 제 1 슈퍼화소의 화소를 하나 이상의 제 1 변조 주파수로 주기적으로 제어하고 제 2 슈퍼화소의 화소를 하나 이상의 제 2 변조 주파수로 주기적으로 제어하는데 적합화된다. 이로써, 특정 슈퍼화소에 부여된 균일한 변조 주파수를 사용함으로써 특정 슈퍼화소의 화소를 변조시킬 수 있다. 또한, 임의적으로는, 슈퍼화소를 부분 화소로 더 나눌 수 있고/있거나 추가로 슈퍼화소 내에서 변조를 가할 수 있다. 예컨대 이미지 내의 확인된 물체에 상응하는 슈퍼화소에 대해 균일한 변조 주파수를 사용하면 평가를 크게 단순화시키는데, 왜냐하면 예로서 물체의 슈퍼화소에 부여된 개별적인 변조 주파수를 갖는 센서 신호를 선택적으로 평가하여, 하나 이상의 센서 신호(예컨대, 광학 검출기의 하나 이상의 FiP-센서 또는 FiP-센서의 스택의 하나 이상의 센서 신호)를 주파수-선택적인 방식으로 평가함으로써, 물체의 z-좌표를 결정할 수 있기 때문이다. 이로써, 광학 검출기에 의해 캡쳐된 장면 내에서는, 이미지 내에서 물체를 확인할 수 있고, 하나 이상의 슈퍼화소를 물체에 부여할 수 있으며, z-좌표를 결정하는데 적합화된 하나 이상의 광 센서를 사용함으로써 또한 상기 광 센서의 하나 이상의 센서 신호를 주파수-선택적인 방식으로 평가함으로써 물체의 z-좌표를 결정할 수 있다.
그러므로, 일반적으로는, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기, 바람직하게는 하나 이상의 평가 장치는 부분 이미지로서 인식되는 이미지(예를 들어, 물체의 이미지) 내의 영역 같은 영역 각각 또는 영역중 하나 이상에 대해 z-좌표를 개별적으로 결정하는데 적합화될 수 있다. 하나 이상의 z-좌표를 결정하기 위하여, FiP-효과에 관한 상기 종래 기술 문헌에 개략적으로 기재된 바와 같이 FiP-효과를 이용할 수 있다. 그러므로, 광학 검출기는 하나 이상의 FiP-센서, 즉 하나 이상의 센서 영역을 갖는 하나 이상의 광 센서를 포함할 수 있으며, 이 때 광 센서의 센서 신호는 광 빔에 의한 센서 영역의 조도에 따라 달라지고, 센서 신호는 조명의 전체 동력이 동일할 때 센서 영역에서의 광 빔의 폭에 따라 달라진다. 개별적인 FiP-센서, 또는 바람직하게는 FiP-센서의 스택, 즉 언급된 특성을 갖는 광 센서의 스택을 사용할 수 있다. 광학 검출기의 평가 장치는 센서 신호를 주파수-선택적인 방식으로 개별적으로 평가함으로써 영역중 하나 이상 또는 각각의 영역에 대한 z-좌표를 결정하는데 적합화될 수 있다.
광학 검출기 내에서 하나 이상의 FiP-센서를 사용하기 위하여, 공간 광 변조기, 하나 이상의 FiP-센서 및 하나 이상의 화소 형성된 센서, 바람직하게는 하나 이상의 CCD 또는 CMOS 센서 같은 하나 이상의 촬영 장치를 결합시키기 위한 다양한 셋업을 이용할 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 언급된 요소는 광학 검출기의 하나의 동일한 빔 경로에 배열될 수 있거나, 또는 둘 이상의 부분 빔 경로에 걸쳐 분포될 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 임의적으로는, 광학 검출기는 광 빔의 빔 경로를 둘 이상의 부분 빔 경로로 나누는데 적합화된 하나 이상의 빔 분할 요소를 함유할 수 있다. 이로써, 2D 이미지를 캡쳐하기 위한 하나 이상의 촬영 장치 및 하나 이상의 FiP-센서를 상이한 부분 빔 경로에 배열할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 센서 영역을 갖는 하나 이상의 광 센서(즉, 하나 이상의 FiP-센서)(여기에서, 광 센서의 센서 신호는 광 빔에 의한 센서 영역의 조도에 따라 달라지고, 센서 신호는 전체 조명 동력이 동일한 경우 센서 영역에서의 광 빔의 폭에 따라 달라짐)는 빔 경로의 제 1 부분 빔 경로에 배열될 수 있고, 하나 이상의 이미지를 캡쳐하기 위한 하나 이상의 화소 형성된 광 센서(즉, 하나 이상의 촬영 장치), 바람직하게는 하나 이상의 무기 화소 형성된 광 센서, 더욱 바람직하게는 CCD 센서 및/또는 CMOS 센서중 하나 이상은 빔 경로의 제 2 부분 빔 경로에 배열될 수 있다.
둘 이상의 영역의 상기 임의적인 한정 및/또는 둘 이상의 슈퍼화소의 한정은 1회 또는 1회보다 많이 수행될 수 있다. 그러므로, 구체적으로, 영역중 하나 이상의 한정 및/또는 슈퍼화소중 하나 이상의 한정은 반복적인 방식으로 수행될 수 있다. 광학 검출기, 바람직하게는 하나 이상의 평가 장치는 이미지에서의 둘 이상의 영역 또는 이미지 내의 둘 이상의 영역중 하나 이상을 반복적으로 정제하고, 결과적으로 하나 이상의 상응하는 슈퍼화소를 정제하는데 적합화될 수 있다. 이 반복적인 절차에 의해, 예로서, 상이한 z-좌표를 갖는 하나 이상의 물체의 상이한 부분에 상응하는 부분 화소 같은 둘 이상의 부분 화소를 확인함으로써, 검출기에 의해 캡쳐된 장면 내의 하나 이상의 물체에 부여된 하나 이상의 특정 슈퍼화소를 정제할 수 있다. 이로써, 이 반복적인 절차에 의해, 하나 이상의 물체의 정제된 3D 이미지가 생성될 수 있는데, 왜냐하면 전형적으로 물체는 공간에서 상이한 배향 및/또는 위치를 갖는 복수개의 부분을 포함하기 때문이다.
둘 이상의 슈퍼화소를 한정하는데 적합화되는 광 센서의 상기 실시양태는 다수의 이점을 제공한다. 그러므로, 구체적으로, 전형적인 셋업에서는, 제한된 수의 변조 주파수가 이용될 수 있다. 결과적으로, 제한된 수의 화소 및/또는 변조 주파수만 광학 검출기에 의해 분석될 수 있고 거리 감지에 이용될 수 있다. 또한, 전형적인 용도에서는, 높은 콘트라스트의 경계 영역이 정확한 거리 감지에 필요하다. 둘 이상의 슈퍼화소를 한정함으로써, 따라서 공간 광 변조기의 화소 매트릭스를 슈퍼화소로 분할(테셀레이션이라고도 일컬어짐)함으로써, 촬영 과정이 기록되어야 하는 장면에 적합화될 수 있다.
공간 광 변조기는 특히 직사각형 화소 매트릭스를 가질 수 있다. 직접적인 이웃일 수 있거나 이웃이 아닐 수 있으며 연결된 구역을 형성할 수 있는 몇몇 화소가 슈퍼화소를 형성할 수 있다. CMOS 및/또는 CCD 같은 화소 형성된 센서에 의해 기록된 2D 이미지는 예컨대 평가 장치에서 실행되는 이미지 인지 소프트웨어 같은 적절한 소프트웨어에 의해 분석될 수 있고, 결과적으로 이미지가 둘 이상의 영역으로 분할될 수 있다. 공간 광 변조기의 테셀레이션은 이미지를 둘 이상의 영역으로 이렇게 작게 나눔에 따라 이루어질 수 있다. 예로서, 크거나 매우 큰 슈퍼화소는 기록되는 장면 내의 특정 물체, 예컨대 벽, 건물, 하늘 등에 상응할 수 있다. 또한, 다수의 작은 화소 또는 슈퍼화소를 사용하여 얼굴 등을 분할할 수 있다. 충분한 양의 슈퍼화소가 이용될 수 있는 경우에는, 더 큰 슈퍼화소가 부분 화소로 분할될 수 있다. 둘 이상의 슈퍼화소는 통상적으로 개별적인 슈퍼화소에 속하는 공간 광 변조기의 화소의 수와 관련하여 상이할 수 있다. 그러므로, 2개의 상이한 슈퍼화소는 반드시 동일한 수의 화소를 포함할 필요는 없다.
일반적으로, 영역 또는 슈퍼화소의 경계는 이미지 처리 및 이미지 인지 분야에 널리 알려져 있는 임의의 수단에 의해 설정될 수 있다. 그러므로, 예로서, 경계는 콘트라스트, 색상 또는 강도 가장자리에 의해 선택될 수 있다.
둘 이상의 영역 및/또는 둘 이상의 슈퍼화소의 한정은 나중에 몸짓 분석, 신체 인지 또는 물체 인지 같은 추가적인 이미지 분석에 이용될 수 있다. 구획화를 위한 예시적인 연산은 펠젠스왈브 효율 그래프에 기초한 구획화, 퀵시프트 이미지 구획화, SLIC-K-평균에 기초한 이미지 구획화, 에너지-구동 샘플링을 통해 추출된 슈퍼화소, 캐니 연산 같은 하나 이상의 가장자리 검출 연산을 통해 추출된 슈퍼화소, 캐니 연산 같은 하나 이상의 가장자리 검출을 통해 추출된 슈퍼화소, 캠 이동 연산 같은 평균-이동 연산을 통해 추출된 슈퍼화소, 윤곽선 추출 연산을 통해 추출된 슈퍼화소; 가장자리, 둔덕, 모서리, 방울 또는 특징부 검출을 통해 추출된 슈퍼화소; 치수 감소를 통해 추출된 슈퍼화소, 텍스쳐 분류를 통해 수득된 슈퍼화소, 텍스쳐 구획화를 통해 수득된 슈퍼화소이다. 언급된 기술 및/또는 다른 기술의 조합도 가능하다.
슈퍼화소 형성은 또한 이미지 기록 동안 변할 수 있다. 그러므로, 신속한 거리 감지를 위해 슈퍼화소로의 대략적인 화소 형성이 선택될 수 있다. 이어, 더욱 세부적인 분석을 위해 및/또는 2개의 이웃한 슈퍼화소 사이에서 높은 거리 구배가 인지되는 경우 및/또는 2개의 이웃한 슈퍼화소 사이에서 콘트라스트, 색상, 강도 등중 하나 이상에서의 높은 구배가 인지되는 경우에, 더욱 미세한 격자 또는 슈퍼화소 형성이 선택될 수 있다. 따라서, 제 1 이미지가 거친 해상도를 갖고 다음 이미지가 정제된 해상도를 갖는 등으로 반복되는 시도에서 해상도가 높은 3D-이미지를 기록할 수 있다.
하나 이상의 영역을 결정하고 하나 이상의 슈퍼화소를 이들 영역에 부여하는 상기 언급된 옵션은 시표 추적(eye tracking)에 또한 이용될 수 있다. 그러므로, 안전 용도 및/또는 엔터테인먼트 용도 같은 다수의 용도에서는, 사용자, 다른 사람 또는 다른 생명체의 눈의 위치 및/또는 배향을 결정하는 것이 중요한 역할을 할 수 있다. 예로서, 엔터테인먼트 용도에서는, 보는 사람의 시각이 한 몫을 한다. 예를 들어 3D-비전(vision) 용도에서는, 보는 사람의 시각이 이미지의 셋업을 변화시킬 수 있다. 그러므로, 관찰자의 관찰 위치를 알고/알거나 추적하는 것은 상당히 흥미로울 수 있다. 자동차 안전 용도 같은 안전 용도에서는, 충돌을 피하기 위하여 동물의 검출이 중요하다.
하나, 둘 또는 그 이상의 슈퍼화소의 상기 언급된 한정은 광 조건을 개선하거나 심지어 최적화하는데 또한 이용될 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 더 높은 변조 주파수, 예컨대 SLM, 특히 DLP의 더 높은 변조 주파수가 사용되는 경우, 광 센서의 주파수 응답은 전형적으로 더 약한 센서 신호를 야기한다. 따라서, 이미지 및/또는 장면 내에서 높은 광 강도를 갖는 구역은 높은 주파수로 변조시킬 수 있는 반면, 낮은 광 강도를 갖는 구역은 낮은 주파수로 변조시킬 수 있다.
이 효과를 이용하기 위하여, 광학 검출기는 이미지 내에서 제 1 평균 조도 같은 제 1 조도를 갖는 하나 이상의 제 1 구역을 검출하는데 적합화될 수 있고, 광학 검출기는 이미지 내에서 제 2 평균 조도 같은 제 2 조도를 갖는 하나 이상의 제 2 구역을 검출하는 데에도 또한 적합화될 수 있으며, 이 때 제 2 조도는 제 1 조도보다 낮다. 제 1 구역에는 하나 이상의 제 1 슈퍼화소가 부여될 수 있고, 제 2 구역에는 하나 이상의 제 2 슈퍼화소가 부여될 수 있다. 달리 말해, 광학 검출기는 광학 검출기에 의해 캡쳐된 장면 또는 장면의 이미지의 조도에 따라 둘 이상의 슈퍼화소를 선택하는데 적합화될 수 있다.
광학 검출기는 또한 이들의 조도에 따라 둘 이상의 슈퍼화소의 화소를 변조시키는데 적합화될 수 있다. 따라서, 더 높은 조도를 갖는 슈퍼화소는 더 높은 변조 주파수에서 변조될 수 있고, 더 낮은 조도를 갖는 슈퍼화소는 더 낮은 변조 주파수에서 변조될 수 있다. 달리 말해, 광학 검출기는 하나 이상의 제 1 변조 주파수로 제 1 슈퍼화소의 화소를 변조시키는데 또한 적합화될 수 있고, 광학 검출기는 하나 이상의 제 2 변조 주파수로 제 2 슈퍼화소의 화소를 변조시키는데 추가로 적합화될 수 있으며, 이 때 제 1 변조 주파수는 제 2 변조 주파수보다 높다. 다른 실시양태도 실현가능하다.
그러므로, 본 발명에 따른 광학 검출기는 하나 이상의 눈을 검출하고, 바람직하게는 하나 이상의 눈 또는 눈들의 위치 및/또는 배향을 추적하는데 적합화될 수 있다.
관찰자가 보는 위치 또는 동물의 위치를 검출하는 간단한 해결책은 변조된 눈 반사를 이용하는 것이다. 다수의 포유동물은 망막 뒤에 반사 층, 소위 휘판을 갖는다. 휘판 반사는 상이한 동물에서 약간 상이한 색상을 나타내지만, 녹색 가시광 범위에서 가장 잘 반사된다. 휘판 반사는 일반적으로 간단한 확산광원을 사용하여 먼 거리에서 어둠 속에서 동물이 보이도록 한다.
사람은 통상 휘판을 갖지 않는다. 그러나, 사진에서는 소위 사진 플래시에 의해 유도되는 헴(heme)-방출이 흔히 기록된다(이는 "적목 현상"이라고도 일컬어짐). 이 현상은 또한, 사람의 눈이 700nm를 넘는 스펙트럼 범위에서 낮은 감도를 갖기 때문에 사람의 눈에는 직접 보이지 않지만, 사람의 눈 검출에도 사용될 수 있다. 적목 현상은 특히 변조된 적색 조명에 의해 유도되고 하나 이상의 FiP-센서 같은 광학 검출기의 하나 이상의 광 센서에 의해 감지될 수 있으며, 이 때 하나 이상의 광 센서는 헴-방출 파장에 감수성이다.
따라서, 본 발명에 따른 광학 검출기는 하나 이상의 광원으로도 일컬어지는 하나 이상의 조명원을 포함할 수 있고, 이 조명원은 광학 검출기에 의해 캡쳐되는 장면을 완전히 또는 부분적으로 비추는데 적합화될 수 있고, 이 때 광원은 포유동물, 예를 들어 포유동물의 휘판에서 반사를 일으키는데 적합화되고/되거나 사람 눈에서 상기 언급된 적목 현상을 야기하는데 적합화된다. 특히, 적외선 스펙트럼 범위, 적색 스펙트럼 범위, 황색 스펙트럼 범위, 녹색 스펙트럼 범위, 청색 스펙트럼 범위의 광, 또는 간단히 백색광을 사용할 수 있다. 또한, 다른 스펙트럼 범위 및/또는 광대역 광원을 추가로 또는 달리 사용할 수 있다.
추가로 또는 다르게는, 눈 검출은 또한 전용 조명원 없이 이루어질 수 있다. 예로서, 주변광, 또는 랜턴, 가로등 또는 승용차 또는 다른 차량의 헤드라이트 같은 광원으로부터의 다른 광이 이용될 수 있고, 눈에 의해 반사될 수 있다.
하나 이상의 조명원이 사용되는 경우, 하나 이상의 조명원은 연속적으로 광을 방출할 수 있거나 또는 변조된 광원일 수 있다. 그러므로, 특히, 하나 이상의 변조된 능동형 광원을 사용할 수 있다.
예를 들어 변조된 능동형 광원을 사용함으로써 먼 거리에 걸쳐 동물 및/또는 사람을 검출하기 위하여, 특히 반사를 이용할 수 있다. 예를 들어 눈 반사의 전술한 FiP-효과를 평가함으로써 눈의 하나 이상의 종방향 좌표를 측정하기 위하여, 하나 이상의 광 센서, 특히 하나 이상의 FiP 센서를 사용할 수 있다. 이 효과는 특히 예컨대 사람 또는 동물과의 충돌을 피하기 위하여 승용차 안전 용도에 이용될 수 있다. 다른 가능한 용도는 특히 3D-비전을 이용하는 경우, 특별히 3D-비전이 관찰자의 시야각에 따라 달라지는 경우에, 엔터테인먼트 장치에 대해 관찰자의 위치를 결정하는 것이다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 또는 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이, 광학 검출기 같은 본 발명에 따른 장치는, 특히 하나 이상의 슈퍼화소를 하나 이상의 물체에 부여함으로써, 광학 검출기에 의해 캡쳐되는 이미지 및/또는 장면 내의 하나 이상의 물체를 확인하고/하거나 추적하는데 적합화될 수 있다. 또한, 물체의 둘 이상의 부분을 확인할 수 있고, 이미지 내에서의 이들 부분의 종방향 및/또는 횡방향 위치(예를 들어, 상대적인 종방향 및/또는 횡방향 위치)를 결정 및/또는 추적함으로써, 물체의 하나 이상의 배향을 결정 및/또는 추적할 수 있다. 그러므로, 예로서, 이미지 내의 차량의 둘 이상의 바퀴를 결정함으로써, 또한 이들 바퀴의 위치, 특히 상대적인 위치를 결정 및/또는 추적함으로써, 차량의 배향 및/또는 차량의 배향의 변화를 계산한 바와 같이 결정할 수 있고/있거나 추적할 수 있다. 예를 들어, 차의 경우에, 바퀴 사이의 거리는 통상 공지되어 있거나 또는 바퀴 사이의 거리가 변하지 않는다는 것이 공지되어 있다. 또한, 바퀴가 직사각형으로 정렬된다는 것도 통상적으로 알려져 있다. 그러므로, 바퀴의 위치를 검출함으로써 승용차, 항공기 등과 같은 차량의 배향을 계산할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 추가적인 예에서는, 눈의 위치를 결정 및/또는 추적할 수 있다. 그러므로, 눈 또는 동공 같은 그의 일부, 및/또는 다른 얼굴 특징의 거리 및/또는 위치를 시표 추적기에 사용할 수 있거나, 얼굴이 향하는 방향을 결정하는데 사용할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 하나 이상의 광 빔은 완전히 또는 부분적으로 물체 자체로부터 및/또는 인공 조명원 및/또는 천연 조명원 같은 하나 이상의 추가적인 조명원으로부터 유래될 수 있다. 그러므로, 물체는 하나 이상의 주요 광 빔으로 조명을 받을 수 있고, 광학 검출기를 향해 전파되는 실제 광 빔은 물체에서 주요 광 빔의 탄성 및/또는 비탄성 반사 같은 반사에 의해 및/또는 산란에 의해 발생되는 부수적인 광 빔일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 반사에 의해 검출될 수 있는 물체의 비한정적인 예는 표면에서의 태양광, 눈에서의 인공광 등의 반사이다. 물체(이로부터 하나 이상의 광 빔이 물체 자체로부터 완전히 또는 부분적으로 유래됨)의 비한정적인 예는 승용차 또는 항공기에서의 엔진 배기가스이다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 눈 반사는 시표 추적에 특히 유용하다.
또한, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기는 SLM 같은 하나 이상의 변조기 장치를 포함한다. 그러나, 추가로 또는 다르게는, 광학 검출기는 광 빔의 소정 변조를 이용할 수 있다. 그러므로, 많은 예에서, 광 빔은 이미 소정 변조를 나타낸다. 예로서, 변조는 주기적인 변조와 같이 물체의 움직임으로부터 유래될 수 있고/있거나 광 빔을 발생시키는 광원 또는 조명원의 변조로부터 유래될 수 있다. 따라서, 예컨대 반사 및/또는 산란에 의해 변조된 광을 발생시키는데 적합화된 움직이는 물체의 비한정적인 예는 풍력 발전용 터빈 또는 항공기의 회전자 같이 그 자체로 변조되는 물체이다. 변조된 광을 발생시키는데 적합화된 조명원의 비한정적인 예는 형광 램프 또는 형광 램프의 반사이다.
광학 검출기는 하나 이상의 광 빔의 소정 변조를 검출하는데 적합화될 수 있다. 예로서, 광학 검출기는 그 자체로 또한 SLM의 임의의 영향 없이, 하나 이상의 변조 주파수를 갖는 광 같은 변조된 광을 방출하거나 반사시키는 광학 검출기에 의해 캡쳐된 이미지 또는 장면 내의 하나 이상의 물체 또는 물체의 하나 이상의 부분을 결정하는데 적합화될 수 있다. 그러한 경우에, 광학 검출기는 이미 변조된 광을 추가로 변조하지 않으면서 이러한 소정 변조를 이용하는데 적합화될 수 있다. 예로서, 광학 검출기는 광학 검출기에 의해 포획된 이미지 또는 장면 내의 하나 이상의 물체가 변조된 광을 방출시키거나 또는 반사시키는지의 여부를 결정하는데 적합화될 수 있다. 광학 검출기, 특히 평가 장치는 상기 물체에 하나 이상의 슈퍼화소를 부여하는데 또한 적합화될 수 있으며, 이 때 슈퍼화소의 화소는 특히 상기 물체에 의해 유래되거나 반사된 광의 추가적인 변조를 피하기 위하여 변조되지 않을 수 있다. 광학 검출기, 특히 평가 장치는 변조 주파수를 사용함으로써 상기 물체의 위치 및/또는 배향을 결정 및/또는 추적하는데 또한 적합화될 수 있다. 따라서, 예로서, 검출기는 변조 장치를 "개방" 위치로 스위칭시킴으로써 물체의 변조를 피하는데 적합화될 수 있다.
공간 광 변조기는 이미지 검출기에 의해 캡쳐된 하나 이상의 이미지의 간단화된 이미지 분석을 위해 및/또는 광학 검출기에 의해 캡쳐된 장면의 분석을 위해 사용될 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 하나 이상의 FiP 센서와 DLP 같은 하나 이상의 공간 광 변조기의 조합 같은 하나 이상의 공간 광 변조기와 하나 이상의 종방향 광 센서의 조합을 사용할 수 있다. 반복적인 체계를 이용함으로써 분석을 수행할 수 있다. FiP-신호를 야기하는 초점이 종방향 광 센서 상의 더 큰 영역의 일부인 경우, FiP 신호를 검출할 수 있다. 공간 광 변조기는 광학 검출기에 의해 캡쳐된 이미지 또는 장면을 둘 이상의 영역으로 분리할 수 있다. FiP-효과가 영역중 하나 이상에서 측정되는 경우, 영역을 추가로 더 나눌 수 있다. 공간 광 변조기의 이용가능한 변조 주파수의 최대 수에 의해 제한될 수 있는 가능한 영역의 최대 수에 도달할 때까지 계속 이렇게 더 나눌 수 있다. 더욱 복잡한 패턴이 또한 가능하다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기는 통상 하나 이상의 촬영 장치를 포함할 수 있고/있거나 광학 검출기의 시계 내의 장면중 하나 이상의 이미지 같은 하나 이상의 이미지를 캡쳐하는데 적합화될 수 있다. 통상적으로 공지되어 있는 패턴 검출 연산 같은 하나 이상의 이미지 평가 연산 및/또는 당 업자에게 일반적으로 공지되어 있는 소프트웨어 이미지 평가 수단을 사용함으로써, 광학 검출기는 하나 이상의 이미지 내의 하나 이상의 물체를 검출하는데 적합화될 수 있다. 따라서, 예로서, 교통 기술에서, 검출기, 더욱 특히 평가 장치는 하기중 하나 이상 같은 이미지 내의 특정 소정 패턴을 찾는데 적합화될 수 있다: 차의 윤곽; 다른 차량의 윤곽; 보행자의 윤곽; 도로 표지판; 신호; 네비게이션을 위한 랜드마크. 검출기는 또한 GPS 또는 LPS와 함께 사용될 수 있다. 유사하게, 사람의 인지 및/또는 추적을 위한 목적 같은 생물 검출 목적을 위해, 검출기, 더욱 특히 평가 장치는 얼굴의 윤곽, 눈, 귓불, 입술, 코 또는 이들의 프로필을 찾는데 적합화될 수 있다. 다른 실시양태도 실현가능하다.
하나 이상의 물체가 검출되는 경우, 광학 검출기는 장면의 상영되는 영화 또는 필름 같은 일련의 이미지에서 물체를 추적하는데 적합화될 수 있다. 따라서, 통상적으로, 광학 검출기, 특히 평가 장치는 일련의 후속 이미지 같은 일련의 이미지 내에서 하나 이상의 물체를 추적하는데 적합화될 수 있다.
추적 목적을 위해, 광학 검출기는 상기 기재된 바와 같이 이미지 또는 일련의 이미지 내의 영역에 하나 이상의 물체를 부여하는데 적합할 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 광학 검출기, 바람직하게는 하나 이상의 평가 장치는 공간 광 변조기의 화소 매트릭스의 하나 이상의 슈퍼화소를 하나 이상의 물체에 상응하는 하나 이상의 영역에 부여하는데 적합화될 수 있다. 예를 들어 특정 변조 주파수를 사용함으로써 특정 방식으로 슈퍼화소의 화소를 변조시킴으로써, 물체를 추적할 수 있고 하나 이상의 FiP-검출기 같은 하나 이상의 임의적인 종방향 센서를 사용하고 이 특정 변조 주파수에 따라 하나 이상의 FiP-검출기 같은 종방향 센서의 상응하는 신호를 복조 또는 단리시킴으로써 하나 이상의 물체의 하나 이상의 z-좌표를 추적할 수 있다. 광학 검출기는 일련의 이미지의 이미지에 대한 하나 이상의 슈퍼화소의 부여를 조정하는데 적합화될 수 있다. 그러므로, 예로서, 촬영 장치는 지속적으로 장면의 이미지를 획득할 수 있고, 각 이미지에 대해 하나 이상의 이상의 물체를 인지할 수 있다. 이어, 다음 이미지로 조정하기 전에, 하나 이상의 슈퍼화소를 물체에 부여할 수 있고, 하나 이상의 종방향 광 센서, 특히 하나 이상의 FiP-센서를 사용함으로써, 물체의 z-좌표를 결정할 수 있다. 따라서, 공간에서 하나 이상의 물체를 추적할 수 있다.
이 실시양태는 광학 검출기의 매우 간단화된 셋업을 허용한다. 광학 검출기는 표준 2D-CCD 카메라 같은 촬영 장치에 의해 캡쳐된 장면의 분석을 수행하는데 적합화될 수 있다. 장면의 사진 분석을 이용하여 움직이고/움직이거나 정지되어 있는 물체의 위치를 인지할 수 있다. 광학 검출기는 소정 패턴 또는 유사한 패턴 같은 특정 물체를 인지하도록 훈련될 수 있다. 하나 이상의 물체가 인지되는 경우, 공간 광 변조기는 하나 이상의 물체가 위치하는 영역만 변조하고/하거나 특정 방식으로 이들 영역을 변조하는데 적합화될 수 있다. 나머지 구역은 변조되지 않고 유지될 수 있고/있거나 통상적으로 종방향 센서 및/또는 평가 장치에 공지될 수 있는 상이한 방식으로 변조될 수 있다.
이 효과를 이용함으로써, 공간 광 변조기에 의해 사용되는 변조 주파수의 수를 격감시킬 수 있다. 전형적으로는, 전체 장면을 분석하는데 제한된 수의 변조 주파수만 이용할 수 있다. 중요한 물체 또는 인지된 물체만을 추적하는 경우, 매우 소수의 주파수가 필요하다.
이어, 종방향 광 센서 또는 거리 센서를, 화소 형성되지 않은 대면적 센서 또는 소수의 슈퍼화소, 예를 들어 하나 이상의 물체에 상응하는 하나 이상의 슈퍼화소 및 주위 구역에 상응하는 나머지 슈퍼화소(이는 변조되지 않은 채로 유지될 수 있음)만을 갖는 대면적 센서로서 사용할 수 있다. 따라서, 변조 주파수의 수, 따라서 센서 신호의 데이터 분석의 복잡함을 본 발명의 기본 SLM 검출기에 비해 격감시킬 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 이 실시양태는 특히 교통 기술에 및/또는 사람의 확인 같은 생물 검출 목적을 위해 및/또는 눈 추적을 위해 사용될 수 있다. 다른 용도도 가능하다.
본 발명에 따른 광학 검출기는 3차원 이미지를 획득하도록 또한 구현될 수 있다. 그러므로, 구체적으로, 광축에 수직인 상이한 평면에서의 이미지의 동시 획득, 즉 상이한 초점면에서의 이미지의 획득을 수행할 수 있다. 따라서, 특히, 광학 검출기는 다수개의 초점면에서 예컨대 동시에 이미지를 획득하는데 적합화된 명시야 카메라로서 구체화될 수 있다. 본원에 사용되는 용어 명시야는 일반적으로 카메라 내부의 광의 공간 광 전파를 가리킨다. 대조적으로, 시판중인 플렌옵틱(plenoptic) 또는 명시야 카메라에서는, 마이크로렌즈가 광학 검출기 위에 위치할 수 있다. 이들 마이크로렌즈는 광 빔의 방향을 기록할 수 있고, 따라서 초점이 후험적으로 변할 수 있는 사진을 기록할 수 있다. 그러나, 마이크로렌즈를 사용한 카메라의 해상도는 일반적으로 종래의 카메라에 비해 약 10배까지 감소된다. 다양한 거리에서 초점이 맞춰진 사진을 계산하기 위하여 이미지의 후처리가 요구된다. 현행 명시야 카메라의 다른 단점은 전형적으로 CMOS 칩 같은 촬영 칩 상에서 제조되어야 하는 마이크로렌즈를 다수개 사용해야 할 필요가 있다는 것이다.
본 발명에 따른 광학 검출기를 사용함으로써, 마이크로렌즈를 사용할 필요 없이 매우 간단화된 명시야 카메라를 생성시킬 수 있다. 구체적으로는, 단일 렌즈 또는 렌즈 시스템을 사용할 수 있다. 평가 장치는 본질적인 깊이-계산 및 복수개의 수준으로 또는 심지어 모든 수준으로 초점이 맞는 사진의 간단한 본질적인 생성에 적합화될 수 있다.
다수개의 광 센서를 사용함으로써 이들 이점을 달성할 수 있다. 따라서, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기는 광 센서의 하나 이상의 스택을 포함할 수 있다. 스택의 광 센서 또는 스택의 광 센서중 최소한 수 개는 바람직하게는 적어도 부분적으로 투명하다. 따라서, 예로서, 화소 형성된 광 센서 또는 대면적 광 센서를 스택 내에 사용할 수 있다. 광 센서의 가능한 실시양태의 예로서는 상기 개시되거나 또는 아래에서 더욱 상세하게 개시되는 유기 광 센서, 특히 유기 태양 전지, 더욱 특히 DSC 광 센서 또는 sDSC 광 센서를 참조할 수 있다. 따라서, 예로서, 스택은 예컨대 WO 2012/110924 A1 호 또는 상기 논의된 임의의 다른 FiP-관련 문헌에 개시되어 있는 복수개의 FiP 센서, 즉 깊이 검출을 위해 광자 밀도에 따라 달라지는 광전류를 갖는 복수개의 광 센서를 포함할 수 있다. 그러므로, 구체적으로, 스택은 투명한 염료-증감된 유기 태양 전지의 스택일 수 있다. 예로서, 스택은 둘 이상, 바람직하게는 셋 이상, 더욱 바람직하게는 4개 이상, 5개 이상, 6개 이상 또는 더 많은 광 센서, 예를 들면 2 내지 30개의 광 센서, 바람직하게는 4 내지 20개의 광 센서를 포함할 수 있다. 다른 실시양태도 실현가능하다. 광 센서의 스택을 사용함으로써, 광학 검출기, 특히 하나 이상의 평가 장치는 예컨대 상이한 초점 깊이에서 바람직하게는 동시에 이미지를 획득함으로써 광학 검출기의 시계 내에서 장면의 3차원 이미지를 획득하는데 적합화될 수 있으며, 이 때 상이한 초점 깊이는 통상 광학 검출기의 광축에 따른 스택의 광 센서의 위치에 의해 한정될 수 있다. 광 센서의 화소 형성이 통상적으로 존재할 수 있으나, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 하나 이상의 공간 광 변조기를 사용하면 본질적인 화소 형성이 이루어진다는 사실 때문에 화소 형성은 통상 불필요하다. 따라서, 예로서, 유기 태양 전지를 화소로 더 작게 나눌 필요 없이 sDSC의 스택 같은 유기 태양 전지의 스택을 사용할 수 있다.
따라서, 특히 명시야 카메라로서 사용하기 위해 및/또는 3차원 이미지를 획득하기 위해, 광학 검출기는 광 센서의 하나 이상의 스택 및 하나 이상의 공간 광 변조기를 포함할 수 있는데, 이 변조기는 상기 개략적으로 기재된 바와 같이 하나 이상의 투명한 공간 광 변조기 및/또는 하나 이상의 반사형 공간 광 변조기일 수 있거나 그들을 포함할 수 있다. 또한, 광학 검출기는 하나 이상의 전달 장치, 특히 하나 이상의 렌즈 또는 렌즈 시스템을 포함할 수 있다. 그러므로, 예로서, 광학 검출기는 사진 분야에 공지되어 있는 하나 이상의 카메라 렌즈, 특히 장면을 촬영하기 위한 하나 이상의 카메라 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 개시된 광학 검출기의 셋업은 특히 다음과 같이 배열 및 정렬될 수 있다(검출되어야 하는 물체 또는 장면을 향하는 방향으로 나열됨):
(1) 바람직하게는 깊이 검출을 위해 광자 밀도에 따라 달라지는 광전류를 갖는 화소가 없는, 투명하거나 반투명한 광 센서의 스택 같은 광 센서의 하나 이상의 스택, 더욱 특히 sDSC 같은 유기 태양 전지 등의 태양 전지의 스택; (2) 바람직하게는 고해상도 화소 및 화소를 스위칭시키기 위한 높은 주파수를 갖는 하나 이상의 공간 광 변조기, 예를 들어 투과형 또는 반사형 공간 광 변조기; (3) 하나 이상의 전달 장치, 예를 들어 하나 이상의 렌즈 또는 렌즈 시스템, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 적합한 카메라 렌즈 시스템.
하나 이상의 빔 분할기 같은 추가적인 장치가 포함될 수 있다. 또한, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 이 실시양태 또는 다른 실시양태에서, 광학 검출기는 촬영 장치로서 구체화된 하나 이상의 광 센서를 포함할 수 있고, 이 때 단색, 다색 또는 총천연색 촬영 장치가 사용될 수 있다. 그러므로, 예로서, 광학 검출기는 하나 이상의 CCD 칩 및/또는 하나 이상의 CMOS 칩 같은 하나 이상의 촬영 장치를 또한 포함할 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 하나 이상의 촬영 장치는 특히 2차원 이미지를 획득하기 위해 및/또는 광학 검출기에 의해 캡쳐되는 장면 내에서 물체를 인지하기 위해 사용될 수 있다.
상기 더욱 상세하게 개략적으로 기재된 바와 같이, 공간 광 변조기의 화소는 변조될 수 있다. 이 때, 화소는 상이한 주파수에서 변조될 수 있고/있거나 예컨대 슈퍼화소를 형성하기 위하여 장면에 상응하는 둘 이상의 화소 군으로 무리를 이룰 수 있다. 이와 관련하여서는 상기 개시된 가능성을 참조할 수 있다. 상이한 변조 주파수를 사용함으로써 화소에 대한 정보를 획득할 수 있다. 세부사항에 대해서는, 상기 논의된 가능성을 참조할 수 있다.
일반적으로는, 광 센서의 스택에 의해 생성되는 신호를 사용함으로써, 또한 하나 이상의 촬영 장치를 사용하여 2차원 이미지를 기록함으로써, 깊이 맵을 기록할 수 있다. 렌즈 같은 전달 장치로부터 상이한 거리에서의 복수개의 2차원 이미지를 기록할 수 있다. 따라서, 유기 태양 전지의 스택 같은 태양 전지의 스택에 의해, 또한 하나 이상의 임의적인 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩 같은 촬영 장치를 사용하여 2차원 이미지를 추가로 기록함으로써, 깊이 맵을 기록할 수 있다. 이어, 3차원 이미지를 수득하기 위하여 2차원 이미지를 스택의 신호와 매치시킬 수 있다. 그러나, 추가로 또는 다르게는, 3차원 이미지의 기록은 또한 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩 같은 촬영 장치를 사용하지 않고서도 이루어질 수 있다. 그러므로, 공간 광 변조기를 포함하는 상기 과정을 이용함으로써, 각각의 광 센서 또는 광 센서의 스택의 둘 이상의 광 센서를 각 2차원 이미지의 기록에 사용할 수 있다. 이는 SLM-변조에 의해 화소 위치, 크기 및 휘도에 대한 정보가 공지될 수 있기 때문에 가능하다. 광 센서의 센서 신호를 평가함으로써, 예를 들어 센서 신호를 복주함으로써 및/또는 상기 논의된 바와 같은 주파수 분석을 수행함으로써, 각 광 센서 신호로부터 2차원 사진을 유도할 수 있다. 이에 의해, 각 광 센서의 2차원 이미지를 재구축할 수 있다. 따라서, 투명한 태양 전지의 스택 같은 광 센서의 스택을 사용하면, 광학 검출기의 광축에 따른 상이한 위치, 예컨대 상이한 초점 위치에서 획득되는 2차원 이미지를 기록할 수 있다. 복수개의 2차원 광학 이미지의 획득은 동시에 및/또는 즉시로 이루어질 수 있다. 그러므로, 공간 광 변조기와 함께 광 센서의 스택을 사용함으로써, 광학 상황의 동시 "단층사진"이 획득될 수 있다. 이로써, 마이크로렌즈 없이 명시야 카메라가 실현될 수 있다.
광학 검출기는 심지어 공간 광 변조기 및 광 센서의 스택을 사용함으로써 획득되는 정보의 추가적인 후처리를 가능케 한다. 그러나, 다른 센서와 비교하여, 장면의 3차원 이미지를 수득하기 위하여, 더 적은 후처리가 필요하거나 심지어 후처리가 필요하지 않을 수 있다. 또한, 완전히 초점이 맞은 사진을 수득할 수 있다.
또한, 광 센서의 스택의 광 센서중 하나, 하나 이상 또는 심지어 모두가 FiP 센서, 즉 광자 밀도에 따라 달라지는 센서 신호를 갖는 광 센서, 즉 광 빔에 의한 센서 영역의 조도에 따라 달라지는 센서 신호를 제공하는 광 센서일 수 있는 가능성을 이용할 수 있으며, 이 때 센서 신호는 전체 조명 동력이 동일하다면 센서 영역에서의 광 빔의 폭에 따라 달라진다. 센서 영역을 비추는 광 빔의 초점을 변화시키는 경우, FiP 센서로서 디자인되는 개별적인 광 센서의 센서 신호(예컨대, 광전류)는 조명점의 최소 직경의 경우, 즉 광 빔이 센서 영역에서 초점이 맞자마자, 최대에 도달한다. 그러므로, 통상적으로 최대 센서 신호를 갖는 광 센서가 광 빔의 초점면을 나타낼 수 있기 때문에, 광 센서의 스택의 광 센서의 센서 신호는 광 빔의 초점 위치를 나타낼 수 있다. 광학 검출기에 의해 캡쳐된 장면 내의 물체에 의해 광 빔이 방출되는 경우, 광 빔은 임의적으로는 하나 이상의 렌즈 또는 렌즈 시스템 같은 하나 이상의 임의적인 전달 장치에 의해 촬영되고 최종적으로 광 센서의 스택 내의 위치에 초점이 맞춰질 수 있다. 센서 신호를 평가 및 비교함으로써, 예컨대 최대 센서 신호를 검출함으로써, 초점 위치를 결정할 수 있다. 일반적으로, FiP-곡선의 최대치에 상응하는 센서 신호에서의 최대치를 갖는 화소 정보로부터 사진을 구축하는 경우, 재구축된 사진은 모든 이미지 평면에서 초점이 맞을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광학 검출기는 렌즈 오류 같은 촬영 오류를 교정하는 전형적인 문제점을 피할 수 있거나 또는 적어도 부분적으로 피할 수 있다. 따라서, 현미경 또는 망원경 같은 다수의 광학 장치에서, 렌즈 오류는 상당한 문제를 야기할 수 있다. 예로서, 현미경에서, 통상적인 렌즈 오류는 구면 수차의 널리 공지되어 있는 오류로서, 이는 광선의 회절이 광축으로부터의 거리에 따라 달라질 수 있는 현상을 야기한다. 또한, 망원경에서 초점 위치의 온도 의존성 같은 온도 효과가 발생될 수 있다. 일단 오류를 결정하고 초점이 맞는 이미지를 구축하기 위하여 SLM-화소/태양 전지 조합의 고정된 세트를 사용함으로써, 정적 오류를 교정할 수 있다. 광학 시스템이 동일하게 유지되는 경우, 많은 경우 소프트웨어 조정이면 충분할 수 있다. 또한, 특히 오류가 시간에 따라 변화되는 경우에는, 이러한 통상적인 교정이 더 이상 충분하지 않을 수 있다. 이 경우에는, 하나 이상의 공간 광 변조기 및 광 센서의 하나 이상의 스택을 갖는 본 발명에 따른 광학 검출기를 사용함으로써, 올바른 초점면에서 이미지를 획득함에 의해 본질적으로, 특히 자동적으로 오류를 교정할 수 있다.
상이한 z-위치에 광 센서의 스택을 갖는 광학 검출기의 전술한 개념은 현행 명시야 카메라에 비해 추가적인 이점을 제공한다. 그러므로, 전형적인 명시야 카메라는 렌즈로부터의 특정 거리에서 사진이 재구축된다는 점에서 사진에 기초하거나 화소에 기초한다. 저장되어야 하는 정보는 전형적으로 화소의 수 및 사진의 수에 일차 종속된다. 대조적으로, 특히 하나 이상의 공간 광 변조기와 함께 광 센서의 스택을 갖는 본 발명에 따른 광학 검출기는 광학 검출기 또는 카메라 내에서, 예컨대 렌즈 뒤에서 명시야를 바로 기록하는 능력을 가질 수 있다. 따라서, 광학 검출기는 일반적으로 광학 검출기에 들어가는 하나 이상의 광 빔의 하나 이상의 빔 매개변수를 기록하는데 적합화될 수 있다. 예로서, 각각의 광 빔에 대해, 가우시안 빔 매개변수, 예를 들어 초점, 방향 및 확산 함수 폭 같은 하나 이상의 빔 매개변수를 기록할 수 있다. 이 때, 초점은 빔의 초점이 맞는 지점 또는 좌표일 수 있고, 방향은 광 빔의 확산 또는 전파에 관한 정보를 제공할 수 있다. 다른 빔 매개변수를 달리 또는 추가로 사용할 수 있다. 확산 함수 폭은 빔이 초점 외에 있음을 기재하는 함수의 폭일 수 있다. 확산 함수는 간단한 경우 가우시안 함수일 수 있고, 폭 매개변수는 가우시안 함수의 지수 또는 지수의 일부일 수 있다.
그러므로, 일반적으로, 본 발명에 따른 광학 검출기는 하나 이상의 광 빔의 하나 이상의 빔 매개변수, 예를 들어 광 빔의 하나 이상의 초점, 이들의 전파 방향 및 이들의 확산 매개변수를 직접 기록하게 할 수 있다. 이들 빔 매개변수는 광 센서의 스택의 광 센서의 하나 이상의 센서 신호의 분석으로부터, 예컨대 FiP-신호의 분석으로부터 직접 유도될 수 있다. 따라서, 특히 카메라로서 디자인될 수 있는 광학 검출기는 소형이고 비례 축소가 가능할 수 있으며, 따라서 2차원 사진 및 깊이 맵에 비해 더 많은 정보를 포함할 수 있다.
그러므로, 초점 스태킹(stacking) 카메라 및/또는 초점 스윕(sweep) 카메라는 명시야의 상이한 절단면에서 사진을 기록할 수 있다. 정보는 사진의 수×화소의 수로서 저장될 수 있다. 대조적으로, 본 발명에 따른 광학 검출기, 특히 광 센서의 스택 및 하나 이상의 공간 광 변조기를 포함하는 광학 검출기, 더욱 특히 FiP-센서의 스택 및 공간 광 변조기를 포함하는 광학 검출기는 각각의 광 빔에 대해 상기 언급된 하나 이상의 확산 매개변수, 초점 및 전파 방향 같은 빔 매개변수의 값으로서 정보를 저장하는데 적합화될 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 광 센서 사이의 사진은 벡터 부호화로부터 계산될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 내삽 또는 외삽을 피할 수 있다. 벡터 부호화는 일반적으로 예컨대 화소 부호화에 기초한 공지의 명시야 카메라에서 요구되는 저장 공간에 비해 매우 낮은 데이터 저장 공간을 요구한다. 또한, 벡터 부호화는 당 업자에게 공지되어 있는 이미지 압축 방법과 조합될 수 있다. 이미지 압축 방법과의 이러한 조합은 기록되는 명시야에 대한 저장 조건을 추가로 감소시킬 수 있다. 압축 방법은 색공간 변환, 다운-샘플링, 연속 부호, 푸리에-관련 변환, 블록 분할, 별개의 코사인 변환, 프랙털(fractal) 압축, 크로마 서브샘플링(chroma subsampling), 양자화, 디플레이션, DPCM, LZW, 엔트로피 암호화, 웨이브릿(wavelet) 변환, jpeg 압축 또는 다른 무손실성 또는 손실성 압축 방법중 하나 이상일 수 있다.
결과적으로, 하나 이상의 공간 광 변조기 및 광 센서의 스택을 포함하는 광학 검출기는 하나 이상의 광빔, 바람직하게는 2개의 광 빔 또는 2개보다 많은 광 빔에 대해 하나 이상의, 바람직하게는 둘 이상 또는 그 이상의 빔 매개변수를 결정하는데 적합화될 수 있고, 추후 사용을 위해 이들 빔 매개변수를 저장하는데 적합화될 수 있다. 또한, 광학 검출기, 특히 평가 장치는 이들 빔 매개변수를 이용함으로써, 예를 들어 상기 언급된 벡터 부호화를 이용함으로써 광학 검출기에 의해 캡쳐된 장면의 이미지 또는 부분 이미지를 계산하는데 적합화될 수 있다. 벡터 부호화 때문에, 명시야 카메라로서 디자인된 광학 검출기는 또한 광 센서에 의해 한정되는 사진 평면 사이의 구역을 검출 및/또는 계산할 수 있다.
또한, 광학 검출기, 특히 평가 장치는 관찰자의 위치 및/또는 광학 검출기 자체의 위치를 고려하도록 디자인될 수 있다. 이는 하나 이상의 렌즈 같은 전달 장치를 통해 검출기에 들어가는 모든 정보 또는 거의 모든 정보가 명시야 카메라 같은 광학 검출기에 의해 검출될 수 있다는 사실 때문이다. 홀로그램과 유사하게, 물체 뒤의 공간 부분 내로 들여다보면, 광 센서의 스택 및 하나 이상의 공간 광 변조기를 갖는 광학 검출기에 의해 검출되거나 검출될 수 있는 명시야는 특히 전술한 빔 매개변수 또는 벡터 부호화의 경우 관찰자가 고정된 카메라 렌즈에 대해 움직이는 상황과 관련된 정보 같은 추가적인 정보를 함유할 수 있다. 그러므로, 명시야의 공지의 특성 때문에, 명시야를 통한 단면 평면은 움직이고/움직이거나 기울어질 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 명시야를 통한 비-평면 단면도 생성될 수 있다. 후자는 특히 렌즈 오류를 교정하는데 유리할 수 있다. 광학 검출기의 좌표 시스템에서의 관찰자의 위치 같은 관찰자의 위치가 움직이는 움직이는 경우, 제 2 물체가 제 1 물체 뒤에서 보이는 경우에서와 같이 하나 이상의 물체의 가시성이 변할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기는 단색, 다색 또는 심지어 총천연색 광학 검출기일 수 있다. 그러므로, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 하나 이상의 다색 또는 총천연색 공간 광 변조기를 사용함으로써, 색상 감도를 생성시킬 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 둘 이상의 광 센서가 포함되는 경우, 둘 이상의 광 센서는 상이한 스펙트럼 감도를 제공할 수 있다. 특히, 광 센서의 스택, 구체적으로 태양 전지, 유기 태양 전지, 염료 증감된 태양 전지, 고체 염료 증감된 태양 전지 또는 FiP 센서로 일반적으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 광 센서의 스택이 사용되는 경우에는, 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 광 센서를 사용함으로써 색상 감도를 생성시킬 수 있다. 특히 둘 이상의 광 센서를 포함하는 광 센서의 스택이 사용되는 경우, 광 센서는 상이한 흡수 스펙트럼 같은 상이한 스펙트럼 감도를 가질 수 있다.
그러므로, 일반적으로, 광학 검출기는 광 센서의 스택을 포함할 수 있는데, 이 때 스택의 광 센서는 상이한 스펙트럼 특성을 갖는다. 특히, 스택은 제 1 스펙트럼 감도를 갖는 하나 이상의 제 1 광 센서 및 제 2 스펙트럼 감도를 갖는 하나 이상의 제 2 광 센서를 포함할 수 있고, 제 1 스펙트럼 감도와 제 2 스펙트럼 감도는 상이하다. 예로서, 스택은 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 광 센서를 교대하는 순서대로 포함할 수 있다. 광학 검출기는 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 광 센서의 센서 신호를 평가함으로써 다색 3차원 이미지, 바람직하게는 총천연색 3차원 이미지를 획득하는데 적합화될 수 있다.
이러한 색상 분석 옵션은 공지의 색상 감수성 카메라 셋업에 비해 다수의 이점을 제공한다. 그러므로, 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 광 센서를 스택으로 사용함으로써, 총천연색 CCD 또는 CMOS 칩 같은 화소 형성된 총천연색 카메라에 비해 각 센서의 전체 센서 구역을 검출에 사용할 수 있다. 이로써, 이미지의 해상도가 상당히 증가할 수 있는데, 왜냐하면 전형적인 화소 형성된 총천연색 카메라 칩은 이웃한 배열에 착색된 화소가 제공되어야 한다는 사실 때문에 칩 표면의 1/3 또는 1/4 또는 그 미만만을 촬영에 사용할 수 있기 때문이다.
상이한 스펙트럼 감도를 갖는 둘 이상의 광 센서는 특히 유기 태양 전지, 더욱 특히 sDSC를 사용하는 경우 상이한 유형의 염료를 함유할 수 있다. 여기에서, 스택은 각각 균일한 스펙트럼 감도를 갖는 둘 이상의 유형의 광 센서를 함유한다. 그러므로, 스택은 제 1 스펙트럼 감도를 갖는 제 1 유형의 하나 이상의 광 센서 및 제 2 스펙트럼 감도를 갖는 제 2 유형의 하나 이상의 광 센서를 함유할 수 있다. 또한, 스택은 각각 제 3 및 제 4 스펙트럼 감도를 갖는 제 3 유형, 임의적으로 심지어는 제 4 유형의 광 센서를 임의적으로 함유할 수 있다. 스택은 제 1 유형 및 제 2 유형의 광 센서를 교대하는 방식으로, 제 1, 제 2 및 제 3 유형의 광 센서를 교대하는 방식으로, 또는 심지어는 제 1 , 제 2, 제 3 및 제 4 유형의 센서를 교대하는 방식으로 함유할 수 있다.
드러나는 바와 같이, 제 1 유형 및 제 2 유형의 광 센서만을 교대하는 방식으로 사용해서도 색상 검출 또는 심지어 총천연색 이미지의 획득이 가능할 수 있다. 따라서, 예로서, 스택은 제 1 흡수 염료를 갖는 제 1 유형의 유기 태양 전지, 특히 sDSC, 및 제 2 흡수 염료를 갖는 제 2 유형의 유기 태양 전지, 특히 sDSC를 함유할 수 있다. 제 1 및 제 2 유형의 유기 태양 전지는 스택 내에서 교대하는 방식으로 배열될 수 있다. 염료는 특히 예컨대 하나 이상의 흡수 피크 및 30nm 이상, 바람직하게는 100nm 이상, 200nm 이상 또는 300nm 이상의 범위를 차지하는 넓은 흡수(예컨대, 30 내지 200nm의 폭 및/또는 60 내지 300nm의 폭 및/또는 100 내지 400nm의 폭을 가짐)를 갖는 흡수 스펙트럼을 제공함으로써 광범위하게 흡수성일 수 있다.
그러므로, 2개의 광범위하게 흡수성인 염료가 색상 검출에 충분할 수 있다. 투명하거나 반투명한 태양 전지에서 상이한 흡수 프로파일을 갖는 2개의 광범위하게 흡수성인 염료를 사용하면, 광자-전류 효율(PCE)의 복잡한 파장 의존성 때문에 상이한 파장이 상이한 전류 같은 상이한 센서 신호를 야기하게 된다. 상이한 염료를 갖는 두 태양 전지의 전류를 비교함으로써 색상을 결정할 수 있다.
따라서, 일반적으로, 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 둘 이상의 광 센서를 갖는 광 센서의 스택을 갖는 광학 검출기는 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 둘 이상의 광 센서의 센서 신호를 비교함으로써 하나 이상의 색상 및/또는 하나 이상의 색상 정보 아이템을 결정하는데 적합화될 수 있다. 예로서, 센서 신호로부터 색상 정보의 색상을 결정하는데 연산을 이용할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 순람표 같은, 센서 신호를 평가하는 다른 방식을 이용할 수도 있다. 예로서, 각 쌍의 전류 같은 각 쌍의 센서 신호에 대해 독특한 색상이 나열된 순람표를 만들 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 예를 들어 광 센서 신호의 몫을 형성시키고 그의 색상, 색상 정보 또는 색상 좌표를 유도함으로써, 다른 평가 체계를 이용할 수도 있다.
상이한 스펙트럼 감도를 갖는 광 센서 쌍의 스택 같은 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 광 센서의 스택을 사용함으로써 다양한 측정치를 취할 수 있다. 그러므로, 예로서, 스택을 사용함으로써, 3차원 다색 또는 심지어 총천연색 이미지의 기록, 및/또는 수 개의 초점면에서의 이미지의 기록을 실현할 수 있다. 또한, 초점 이탈 연산으로부터의 깊이를 이용하여 깊이 이미지를 계산할 수 있다.
상이한 스펙트럼 감도를 갖는 두 유형의 광 센서를 사용함으로써, 주위 색상점 사이에서 없는 색상 정보를 외삽할 수 있다. 주위 색상점보다 더 많이 고려함으로써 더욱 매끈한 함수를 수득할 수 있다. 이를 또한 측정 오류를 감소시키는데 사용할 수 있으나, 후처리를 위한 컴퓨터 비용이 증가한다.
따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 광학 검출기는, 다색 또는 총천연색 또는 색상-검출 명시야 카메라로서 디자인될 수 있다. 투명하거나 반투명한 태양 전지, 특히 유기 태양 전지, 더욱 특히 sDSC 같은 교대로 착색된 광 센서의 스택을 사용할 수 있다. 이들 광학 검출기는 예컨대 본질적인 화소 형성을 제공하기 위하여 하나 이상의 공간 광 변조기와 함께 사용된다. 따라서, 광학 검출기는 화소 형성 없는 대면적 광학 검출기일 수 있고, 이 때 화소 형성은 공간 광 변조기 및 광 센서의 센서 신호의 평가, 특히 주파수 분석에 의해 본질적으로 이루어진다.
스택의 두 이웃한 광 센서(이들은 상이한 스펙트럼 감도, 예컨대 상이한 색상, 더욱 특히 상이한 유형의 염료)의 센서 신호로부터 평면내 색상 정보를 수득할 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 하나 이상의 순람표를 사용함으로써, 상이한 파장 감도를 갖는 광 센서의 센서 신호를 평가하는 평가 연산에 의해 색상 정보를 생성시킬 수 있다. 또한, 이웃한 구역의 색상을 비교함으로써, 예컨대 후처리 단계에서와 같이 색상 정보를 매끈하게 만들 수 있다.
스택의 이웃한 태양 전지 같은 스택의 이웃한 광 센서를 비교함으로써, z-방향에서의, 즉 광축을 따른 색상 정보를 또한 수득할 수 있다. 수 개의 광 센서로부터의 색상 정보를 이용하여 색상 정보를 매끈하게 만들 수 있다.
하나 이상의 공간 광 변조기 및 하나 이상의 광 센서를 포함하는 본 발명에 따른 광학 검출기를 하나 이상의 다른 유형의 센서 또는 검출기와 추가로 조합시킬 수 있다. 그러므로, 광학 검출기는 하나 이상의 추가적인 검출기를 또한 포함할 수 있다. 하나 이상의 추가적인 검출기는 주위 환경의 매개변수, 예컨대 주위 환경의 온도 및/또는 휘도; 검출기의 위치 및/또는 배향에 관한 매개변수; 물체의 위치, 예컨대 물체의 절대 위치 및/또는 공간에서 물체의 배향 같은 검출되어야 하는 물체의 상태를 규정하는 매개변수중 하나 이상 같은 하나 이상의 매개변수를 검출하는데 적합화될 수 있다. 그러므로, 일반적으로는, 추가적인 정보를 얻기 위하여 및/또는 측정 결과를 확인하거나 측정 오차 또는 노이즈를 감소시키기 위하여, 본 발명의 원리를 다른 측정 원리와 조합할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 광학 검출기는 하나 이상의 비행시간 측정을 수행함으로써 하나 이상의 물체와 광학 검출기 사이의 하나 이상의 거리를 검출하는데 적합화된 하나 이상의 비행시간(ToF) 검출기를 추가로 포함할 수 있다. 본원에 사용되는 비행시간 측정은 통상 신호가 두 물체 사이에서 또는 한 물체에서 다른 물체까지 그리고 그 반대로 전파되는데 필요한 신호를 시간에 기초하여 측정함을 가리킨다. 이 경우, 신호는 구체적으로 음향 신호 또는 광 신호 같은 전자기 신호중 하나 이상일 수 있다. 비행시간 검출기는 결과적으로 비행시간 측정을 수행하는데 적합화된 검출기를 말한다. 비행시간 측정은 시판중인 거리 측정 장치 또는 시판중인 유동계, 예컨대 초음파 유동계 같은 다양한 기술 분야에서 널리 공지되어 있다. 비행시간 검출기는 심지어 비행시간 카메라로 구현될 수 있다. 이들 유형의 카메라는 광의 공지 속도에 기초하여 물체 사이의 거리를 분석할 수 있는 거리-촬영 카메라 시스템으로서 시판되고 있다.
현재 이용가능한 ToF 검출기는 통상 임의적으로는 CMOS-센서 같은 하나 이상의 광 센서와 함께 펄스 신호를 사용함에 기초한다. 광 센서에 의해 생성되는 센서 신호를 적분할 수 있다. 적분은 2개의 상이한 시점에서 개시될 수 있다. 두 적분 결과 사이의 상대적인 신호 강도로부터 거리를 계산할 수 있다.
또한, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, ToF 카메라는 공지되어 있고, 통상 본 발명과 관련하여 사용될 수 있다. 이들 ToF 카메라는 화소 형성된 광 센서를 함유할 수 있다. 그러나, 각 화소가 통상 2개의 적분을 수행할 수 있어야 하기 때문에, 화소 제조는 통상 더욱 복잡하고 시판중인 ToF 카메라의 해상도는 훨씬 낮다(전형적으로 200×200 화소). 약 40cm 미만의 거리 및 수미터를 넘는 거리는 전형적으로 검출하기가 어렵거나 불가능하다. 뿐만 아니라, 펄스의 주기성으로 인해 불명료한 거리가 생성되는데, 왜냐하면 한 주기 내에서 펄스의 상대적인 이동만 측정되기 때문이다.
독립형 장치로서 ToF 검출기는 전형적으로 다양한 단점 및 기술적 난제에 시달린다. 그러므로, 일반적으로, ToF 검출기, 더욱 구체적으로는 ToF 카메라는 비 및 광 경로의 다른 투명한 물체로 인해 문제에 도달하는데, 왜냐하면 펄스가 너무 이르게 반사되거나, 떨어지는 빗방울 뒤의 물체가 숨겨지거나, 또는 부분적인 반사시 적분이 잘못된 결과를 나타내기 때문이다. 또한, 측정시 오차를 피하기 위하여, 또한 펄스를 명확하게 분별하기 위하여, ToF-측정의 경우에는 광이 적은 조건이 바람직하다. 밝은 태양광 같은 밝은 광은 ToF-측정을 불가능하게 만들 수 있다. 또한, 전형적인 ToF 카메라의 에너지 소비는 상당히 높은데, 왜냐하면 펄스가 역반사되기에 충분히 밝아야 하고 여전히 카메라에 의해 검출될 수 있어야 하기 때문이다. 그러나, 펄스의 밝기는 눈 또는 다른 센서에 유해할 수 있거나 또는 둘 이상의 ToF 측정이 서로 간섭하는 경우 측정 오차를 야기할 수 있다. 요약하자면, 현재의 ToF 검출기, 구체적으로는 현재의 ToF 카메라는 낮은 해상도, 거리 측정의 불명료함, 제한된 사용 범위, 제한된 광 조건, 광 경로의 투명한 물체에 대한 감도, 날씨 조건에 대한 감도 및 높은 에너지 소비 같은 몇 가지 단점을 갖는다. 이들 기술적 난제는 통상 승용차의 안전 용도, 일상용 카메라 또는 특히 게임 용도에 사용하기 위한 사람-기계-인터페이스 같은 일상 용도를 위한 현재의 ToF 카메라의 적합성을 낮춘다.
하나 이상의 공간 광 변조기 및 하나 이상의 광 센서뿐만 아니라 상기 언급된 주파수 분석에 의한 센서 신호의 평가 원리를 제공하는 본 발명에 따른 검출기와 조합되는 경우, 두 시스템의 이점과 능력이 유익한 방식으로 결합될 수 있다. 그러므로, SLM 검출기, 즉 하나 이상의 공간 광 변조기와 하나 이상의 광 센서, 특히 광 센서의 하나 이상의 스택의 조합은 밝은 광 조건에서의 이점을 제공할 수 있는 한편, ToF 검출기는 통상 광이 적은 조건에서 더욱 우수한 결과를 제공한다. 그러므로, 조합된 장치, 즉 하나 이상의 ToF 검출기를 추가로 포함하는 본 발명에 따른 광학 검출기는 두 단일 시스템에 비해 광 조건에 대해 증가된 관용도를 제공한다. 이는 승용차 또는 다른 차량 같은 안전 용도에서 특히 중요하다.
구체적으로, 광학 검출기는 SLM 검출기를 사용함으로써 실행되는 하나 이상의 측정을 교정하기 위해 하나 이상의 ToF 측정을 이용하도록, 또는 그 반대로 되도록 디자인될 수 있다. 또한, SLM 검출기를 사용함으로써, ToF 측정의 불명료성이 해소될 수 있다. 특히 ToF 측정의 분석이 불명료한 경향을 보일 때마다 SLM 측정을 수행할 수 있다. 또한 또는 다르게는, ToF 측정의 불명료성으로 인해 통상적으로 배제되는 영역으로 ToF 측정기의 작업 범위를 확장시키기 위하여, SLM 측정을 연속적으로 실행할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, SLM 검출기는 보다 넓은 거리 측정 영역을 허용하는 더 넓은 또는 추가적인 범위를 커버할 수 있다. SLM 검출기, 특히 SLM 카메라는 에너지 소비를 감소시키거나 눈을 보호하기 위하여 하나 이상의 중요한 측정 영역을 결정하는데 추가로 사용될 수 있다. 그러므로, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, SLM 검출기는 하나 이상의 관심 영역을 검출하는데 적합화될 수 있다. 추가로 또는 다르게는, SLM 검출기는 광학 검출기에 의해 캡쳐된 장면 내의 하나 이상의 물체의 대략적인 깊이 맵을 결정하는데 사용될 수 있으며, 이 때 대략적인 깊이 맵은 하나 이상의 ToF 측정에 의해 중요한 영역에서 정제될 수 있다. 또한, SLM 검출기는 ToF 카메라 같은 ToF 검출기를 요구되는 거리 영역으로 조정하는데 사용될 수 있다. 이에 의해, 예컨대 ToF 측정의 불명료한 경향을 없애거나 감소시키기 위하여, ToF 측정의 펄스 길이 및/또는 주파수를 미리 설정할 수 있다. 그러므로, 일반적으로, ToF 카메라 같은 ToF 검출기에 자동 초점을 제공하는데 SLM 검출기가 사용될 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, SLM 카메라 같은 SLM 검출기에 의해 대략적인 깊이 맵을 기록할 수 있다. 또한, 광학 검출기에 의해 캡쳐된 장면 내의 하나 이상의 물체에 관한 깊이 정보 또는 z-정보를 함유하는 대략적인 깊이 맵을 하나 이상의 ToF 측정을 이용함으로써 정제할 수 있다. ToF 측정은 특히 중요한 영역에서만 수행될 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 대략적인 깊이 맵은 ToF 검출기, 특히 ToF 카메라를 조정하는데 사용될 수 있다.
또한, 하나 이상의 ToF 검출기와 함께 SLM 검출기를 사용하면, 검출되어야 하는 물체의 특성 또는 검출기와 검출되어야 하는 물체 사이의 광 경로 내의 장애물 또는 매체에 대한 ToF 검출기의 감도, 예를 들어 비 또는 날씨 조건에 대한 감도에서의 상기 문제를 해결할 수 있다. 조합된 SLM/ToF 측정을 이용하여 ToF 신호로부터 중요한 정보를 뽑아내거나 또는 몇 가지 투명하거나 반투명한 층을 갖는 복잡한 물체를 측정할 수 있다. 그러므로, 유리, 수정, 액체 구조체, 상 전이, 액체 이동 등으로 제조되는 물체를 관찰할 수 있다. 또한, SLM 검출기와 하나 이상의 ToF 검출기의 조합은 비가 내리는 날씨에서도 여전히 작업할 수 있고, 전체 광학 검출기는 통상 날씨 조건에 덜 의존적이 된다. 예로서, SLM 검출기에 의해 제공되는 측정 결과를 사용하여 ToF 측정 결과로부터 비에 의해 야기되는 오류를 제거할 수 있는데, 이는 특히 이 조합을 승용차 또는 다른 차량에서와 같은 안전 용도에 유용하게 만든다.
본 발명에 따른 광학 검출기 내로 하나 이상의 ToF 검출기를 장착하는 것은 다양한 방식으로 실현될 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 SLM 검출기와 하나 이상의 ToF 검출기를 동일한 광 경로 내에 연속적으로 배열할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 투명한 SLM 검출기를 하나 이상의 ToF 검출기 앞에 위치시킬 수 있다. 추가로 또는 다르게는, SLM 검출기 및 ToF 검출기에 대한 별도의 광 경로 또는 분할 광 경로를 이용할 수 있다. 이 때, 예로서, 광 경로는 하나 이상의 빔 분할 요소, 예컨대 상기 나열되거나 아래에서 더욱 상세하게 나열되는 빔 분할 요소중 하나 이상에 의해 분리될 수 있다. 예로서, 파장-선택적인 요소에 의한 빔 경로의 분리를 수행할 수 있다. 따라서, 예를 들어, ToF 검출기는 적외선 광을 사용할 수 있는 한편, SLM 검출기는 상이한 파장의 광을 사용할 수 있다. 이 예에서, ToF 검출기용 적외선 광은 열반사경 같은 파장-선택적인 빔 분할 요소를 사용함으로써 분리될 수 있다. 추가로 또는 다르게는, SLM 측정에 사용되는 광 빔 및 ToF 측정에 사용되는 광 빔은 하나 이상의 반투명 거울, 빔 분할 큐브, 편광 빔 분할기 또는 이들의 조합 같은 하나 이상의 빔 분할 요소에 의해 분리될 수 있다. 또한, 별개의 광 경로를 사용하여, 하나 이상의 SLM 검출기와 하나 이상의 ToF 검출기를 동일한 장치에서 서로 앞뒤로 위치시킬 수 있다. 다양한 다른 셋업이 실현가능하다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 검출기 및 본 발명 내에서 제안된 하나 이상의 다른 장치를 하나 이상의 다른 유형의 측정 장치와 조합할 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 공간 광 변조기 및 하나 이상의 광 센서를 포함하는 본 발명에 따른 광학 검출기를 전술한 ToF 검출기 같은 하나 이상의 다른 유형의 센서 또는 검출기와 조합할 수 있다. 본 발명에 따른 광학 검출기를 하나 이상의 다른 유형의 센서 또는 검출기와 조합하는 경우, 광학 검출기 및 하나 이상의 다른 센서 또는 검출기는 독립적인 장치로서 디자인될 수 있으며, 광학 검출기의 하나 이상의 광 센서 및 공간 광 변조기는 하나 이상의 다른 센서 또는 검출기로부터 분리된다. 다르게는, 이들 구성요소중 하나 이상을 다른 센서 또는 검출기에 완전히 또는 부분적으로 사용할 수 있거나, 또는 광 센서와 공간 광 변조기 및 하나 이상의 다른 센서 또는 검출기를 완전히 또는 부분적으로 다른 방식으로 조합할 수 있다.
그러므로, 비한정적인 예로서, 예컨대 광학 검출기는 하나 이상의 임의적인 ToF 검출기에 덧붙여 또는 그에 대한 대안으로서 전술한 ToF 검출기 외의 하나 이상의 거리 센서를 추가로 포함할 수 있다. 거리 센서는 예를 들어 전술한 FiP-효과에 기초할 수 있다. 결과적으로, 광학 검출기는 하나 이상의 능동형 거리 센서를 추가로 포함할 수 있다. 본원에 사용되는 "능동형 거리 센서"는 하나 이상의 능동형 광 센서 및 하나 이상의 능동형 조명원을 갖는 센서이고, 이 때 능동형 거리 센서는 물체와 능동형 거리 센서 사이의 거리를 결정하는데 적합화된다. 능동형 거리 센서는 물체로부터 광 센서까지 전파되는 광 빔에 의해 조명을 받을 경우 센서 신호를 생성시키는데 적합화된 하나 이상의 능동형 광 센서를 포함하고, 이 때 센서 신호는 전체 조명 동력이 동일한 경우 조명의 기하학적 형태, 특히 센서 구역 상의 조명의 단면에 따라 달라진다. 능동형 거리 센서는 또한 물체를 비추기 위한 하나 이상의 능동형 조명원을 포함한다. 그러므로, 능동형 조명원은 물체를 비출 수 있고, 조명원에 의해 발생되는 조명 광 또는 주요 광 빔은 물체 또는 그의 일부에 의해 반사 또는 산란됨으로써 능동형 거리 센서의 광 센서를 향해 전파되는 광 빔을 생성시킬 수 있다.
능동형 거리 센서의 하나 이상의 능동형 광 센서의 가능한 셋업에 대해서는 본원에 참고로 인용되는 WO 2012/110924 A1 호 또는 WO 2014/097181 A1 호중 하나 이상을 참조할 수 있다. 이들 문헌중 하나 또는 둘 다에 개시된 하나 이상의 종방향 광 센서를 또한 본 발명에 따른 광학 검출기에 포함될 수 있는 임의적인 능동형 거리 센서에 사용할 수 있다. 그러므로, 단일 광 센서, 또는 복수개의 광 센서의 조합을 센서 스택으로서 사용할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 능동형 거리 센서 및 광학 검출기의 나머지 구성요소는 별도의 구성요소일 수 있거나, 또는 다르게는 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 그 결과, 능동형 거리 센서의 하나 이상의 능동형 광 센서는 하나 이상의 광 센서와 완전히 또는 부분적으로 별개일 수 있거나, 또는 광학 검출기의 하나 이상의 광 센서와 완전히 또는 부분적으로 동일할 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 능동형 조명원은 광학 검출기의 조명원과 완전히 또는 부분적으로 별개일 수 있거나, 또는 완전히 또는 부분적으로 동일할 수 있다.
하나 이상의 능동형 거리 센서는 광학 검출기의 평가 장치와 완전히 또는 부분적으로 동일할 수 있거나 별도의 장치일 수 있는 하나 이상의 능동형 평가 장치를 추가로 포함할 수 있다. 하나 이상의 능동형 평가 장치는 하나 이상의 능동형 광 센서의 하나 이상의 센서 신호를 평가하고 물체와 능동형 거리 센서 사이의 거리를 결정하는데 적합화될 수 있다. 이 평가를 위해, 실험적인 측정에 의해 결정된 소정의 관계 및/또는 센서 신호의 거리에 대한 이론적인 의존성에 완전히 또는 부분적으로 기초한 소정의 관계 같은, 하나 이상의 센서 신호와 거리 사이의 미리 결정되거나 결정될 수 있는 관계를 이용할 수 있다. 이 평가의 가능한 실시양태에 대해서는 본원에 참고로 인용되는 WO 2012/110924 A1 호 또는 WO 2014/097181 A1 호중 하나 이상을 참조할 수 있다.
하나 이상의 능동형 조명원은 변조된 조명원 또는 연속 조명원일 수 있다. 이 능동형 조명원의 가능한 실시양태에 대해서는 조명원과 관련하여 상기 개시된 옵션을 참조할 수 있다. 구체적으로, 하나 이상의 능동형 광 센서는 이 하나 이상의 능동형 광 센서에 의해 생성되는 센서 신호가 광 빔의 변조 주파수에 따라 달라지도록 적합화될 수 있다.
하나 이상의 능동형 조명원은, 조명원이 광학 검출기 및/또는 능동형 거리 센서의 광축 상에 있는 물체를 향해 전파되도록, 축 상에 있는(on-axis) 방식으로 하나 이상의 물체를 비출 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 조명원은, 조명 광이 물체를 향해 전파되고 물체로부터 능동형 거리 센서로 전파되는 광 빔이 평행하지 않은 방식으로 배향되도록, 축에서 벗어나는(off-axis) 방식으로 하나 이상의 물체를 비출 수 있다.
능동형 조명원은 균질한 조명원일 수 있거나 또는 패턴화되거나 구조화된 조명원일 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 능동형 조명원은 균질한 광 및/또는 패턴화된 광으로 광학 검출기에 의해 캡쳐된 장면 또는 장면의 일부를 비추는데 적합화될 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 광 패턴이 장면 및/또는 장면의 일부에 투사됨으로써 하나 이상의 물체의 검출 콘트라스트가 증가될 수 있다. 예로서, 선 패턴 또는 점 패턴, 예를 들어 직사각형의 선 패턴 및/또는 광점의 직사각형 매트릭스가 장면 또는 장면의 일부에 투사될 수 있다. 광 패턴을 형성시키기 위하여, 하나 이상의 능동형 조명원 자체는 패턴화된 광을 발생시키도록 적합화될 수 있고/있거나 필터, 그레이팅, 거울 또는 다른 유형의 광-패턴화 장치 같은 하나 이상의 광-패턴화 장치를 사용할 수 있다. 또한, 추가로 또는 다르게는, 공간 광 변조기를 갖는 하나 이상의 광-패턴화 장치를 사용할 수 있다. 능동형 거리 센서의 공간 광 변조기는 전술한 공간 광 변조기와 별도 및 별개일 수 있거나, 또는 완전히 또는 부분적으로 동일할 수 있다. 따라서, 패턴화된 광을 발생시키기 위하여, 전술한 DLP 같은 미소거울을 사용할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 다른 유형의 패턴화 장치를 사용할 수 있다.
광 센서 및 공간 광 변조기를 갖는 광학 검출기와 하나 이상의 임의적인 능동형 거리 센서의 조합은 다수의 이점을 제공한다. 그러므로, 하나 이상의 패턴화되거나 구조화된 능동형 조명원을 갖는 능동형 거리 센서 같은 구조화된 능동형 거리 센서와의 조합은 전체 시스템을 더우 신뢰성있게 만들 수 있다. 예로서, 광학 검출기에 의해 캡쳐된 장면의 낮은 콘트라스트 때문에, 광 센서, 공간 광 변조기 및 화소의 변조를 이용하는 광학 검출기의 상기 원리가 적절하게 작동될 수 없는 경우에는, 능동형 거리 센서를 이용할 수 있다. 반대로, 안개 또는 비로 인한 투명한 물체 상에서의 하나 이상의 능동형 조명원의 반사 때문에, 능동형 거리 센서가 적절하게 작동될 수 없는 경우에는, 공간 광 변조기 및 화소의 변조를 이용하는 광학 검출기의 기본 원리가 적절한 콘트라스트로 물체를 분석할 수 있다. 결과적으로, 비행시간 검출기에 있어서, 능동형 거리 센서는 광학 검출기에 의해 생성되는 측정치의 신뢰도 및 안정성을 개선할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기는 광학 검출기의 빔 경로를 둘 이상의 부분 빔 경로로 분할하는데 적합화된 하나 이상의 빔 분할 요소를 포함할 수 있다. 프리즘, 그레이팅, 반투명한 거울, 빔 분할 큐브, 반사형 공간 광 변조기 또는 이들의 조합 같은 다양한 유형의 빔 분할 요소를 사용할 수 있다. 다른 가능성도 실현될 수 있다.
빔 분할 요소는 광 빔을 동일한 강도 또는 상이한 강도를 갖는 둘 이상의 부분으로 나누는데 적합화될 수 있다. 후자의 경우, 부분 광 빔 및 이들의 강도는 개별적인 목적에 적합화될 수 있다. 따라서, 각 부분 빔 경로에는, 하나 이상의 광 센서 같은 하나 이상의 광학 요소가 위치될 수 있다. 광 빔을 상이한 강도를 갖는 둘 이상의 부분으로 나누는데 적합화된 하나 이상의 빔 분할 요소를 사용함으로써, 부분 광 빔의 강도는 둘 이상의 광 센서의 특정 조건에 적합화될 수 있다.
빔 분할 요소는 특히 광 빔을 제 1 부분 빔 경로를 따라 이동하는 제 1 부분 및 하나 이상의 제 2 부분 빔 경로를 따라 이동하는 하나 이상의 제 2 부분으로 나누는데 적합화될 수 있고, 이 때 제 1 부분은 제 2 부분보다 낮은 강도를 갖는다. 광학 검출기는 하나 이상의 촬영 장치, 바람직하게는 무기 촬영 장치, 더욱 바람직하게는 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩을 함유할 수 있다. 전형적으로는, 촬영 장치가 다른 광 센서에 비해, 예를 들어 하나 이상의 FiP 센서 같은 하나 이상의 종방향 광 센서에 비해 더 낮은 광 강도를 필요로 하기 때문에, 하나 이상의 촬영 장치는 특히 제 1 부분 빔 경로에 위치할 수 있다. 제 1 부분은 예로서 제 2 부분의 강도의 절반 미만의 강도를 가질 수 있다. 다른 실시양태도 실현가능하다.
둘 이상의 부분의 강도는 다양한 방식으로, 예를 들어 빔 분할 요소의 투과율 및/또는 반사율을 조정함으로써, 빔 분할 요소의 표면적을 조정함으로써 또는 다른 방식으로 조정될 수 있다. 빔 분할 요소는 일반적으로 광 빔의 가능한 편광에 대해 별 다르지 않은 빔 분할 요소일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 그러나, 또한, 하나 이상의 빔 분할 요소는 또한 하나 이상의 편광-선택적 빔 분할 요소일 수 있거나 또는 그를 포함할 수 있다. 그러므로, 예로서, 편광-선택적 빔 분할 요소는 편광 빔 분할 큐브일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 편광-선택적 빔 분할 요소는 일반적으로 편광-선택적 빔 분할 요소에 들어가는 광 빔의 편광을 조정함으로써 부분 광 빔의 강도의 비를 조정할 수 있다는 점에서 바람직하다.
광학 검출기는 빔 분할 요소를 향해 부분 빔 경로를 따라 이동하는 하나 이상의 부분 광 빔을 적어도 부분적으로 역반사시키는데 적합화될 수 있다. 그러므로, 예로서, 광학 검출기는 부분 광 빔을 빔 분할 요소를 향해 적어도 부분적으로 역반사시키는데 적합화된 하나 이상의 반사 요소를 포함할 수 있다. 하나 이상의 반사 요소는 하나 이상의 거울일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 반사 프리즘 및/또는 특히 반사형 공간 광 변조기일 수 있고 부분 광 빔을 빔 분할 요소를 향해 적어도 부분적으로 역반사시키도록 배열될 수 있는 하나 이상의 공간 광 변조기 같은 다른 유형의 반사 요소를 사용할 수 있다. 빔 분할 요소는 하나 이상의 공동 광 빔을 형성하기 위하여 역반사된 부분 광 빔을 적어도 부분적으로 재조합하는데 적합화될 수 있다. 광학 검출기는 재통합된 공동 광 빔을 하나 이상의 광 센서, 바람직하게는 하나 이상의 종방향 광 센서, 특히 하나 이상의 FiP 센서, 더욱 바람직하게는 FiP 센서의 스택 같은 광 센서의 스택으로 공급하는데 적합화될 수 있다.
광 센서는 하나 이상의 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 둘 이상의 공간 광 변조기 같은 복수개의 공간 광 변조기가 포함되는 경우, 둘 이상의 공간 광 변조기는 동일한 빔 경로에 배열될 수 있거나 또는 상이한 부분 빔 경로에 배열될 수 있다. 공간 광 변조기가 상이한 빔 경로에 배열되는 경우, 광학 검출기, 특히 하나 이상의 빔 분할 요소는 공간 광 변조기를 통과하는 부분 광 빔을 재조합하여 공동 광 빔을 형성시키는데 적합화될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에는, 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템이 개시된다. 검출기 시스템은 본 발명에 따른, 예컨대 상기 개시되거나 아래에서 더욱 상세하게 개시되는 하나 이상의 실시양태에 따른 하나 이상의 광학 검출기를 포함한다. 검출기 시스템은 하나 이상의 광 빔을 광학 검출기를 향해 유도하는데 적합화된 하나 이상의 비컨 장치를 추가로 포함하며, 이 때 비컨 장치는 물체에 부착될 수 있는 형태, 물체에 보유될 수 있는 형태 및 물체 내로 통합될 수 있는 형태 중 하나 이상이다.
본원에 사용되는 "검출기 시스템"은 통상 하나 이상의 검출기 기능, 바람직하게는 하나 이상의 광학 검출기 기능, 예컨대 하나 이상의 광학 측정 기능 및/또는 하나 이상의 촬영 오프-카메라 기능을 제공하도록 상호작용하는 장치 또는 장치의 배열을 가리킨다. 검출기 시스템은 상기 개략적으로 기재된 바와 같은 하나 이상의 광학 검출기를 포함할 수 있고, 하나 이상의 추가적인 장치를 또한 포함할 수 있다. 검출기 시스템은 하나의 단일 장치로 통합될 수 있거나 또는 검출기 기능을 제공하기 위하여 상호작용하는 복수개의 장치의 배열로서 구체화될 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 검출기 시스템은 하나 이상의 광 빔을 검출기 쪽으로 유도하는데 적합화된 하나 이상의 비컨 장치를 포함한다. 본원에 사용되고 아래에서 더욱 상세하게 개시되는 바와 같이, "비컨 장치"는 통상적으로 하나 이상의 광 빔을 검출기 쪽으로 유도하는데 적합화된 임의의 장치를 가리킨다. 비컨 장치는 완전히 또는 부분적으로, 광 빔을 생성시키기 위한 하나 이상의 조명원을 포함하는 능동형 비컨 장치로서 구체화될 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 비컨 장치는 완전히 또는 부분적으로, 비컨 장치와는 독립적으로 생성되는 주요 광 빔을 광학 검출기 쪽으로 반사시키는데 적합화된 하나 이상의 반사 요소를 포함하는 수동형 비컨 장치로서 구현될 수 있다.
비컨 장치는 물체에 부착될 수 있는 형태, 물체에 의해 보유될 수 있는 형태 및 물체 내로 통합될 수 있는 형태 중 하나 이상이다. 그러므로, 비컨 장치는 하나 이상의 연결 요소 같은 임의적인 부착 수단에 의해 물체에 부착될 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 물체는 예컨대 하나 이상의 적절한 보유 수단에 의해서 비컨 장치를 보유하도록 구성될 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 또한, 비컨 장치는 완전히 또는 부분적으로 물체 내로 통합될 수 있고, 따라서 물체의 일부를 형성할 수 있거나 또는 심지어 물체를 형성할 수 있다.
일반적으로, 비컨 장치의 가능한 실시양태와 관련하여, 2012년 12월 19일자로 출원된 US 특허 가출원 제 61/739,173 호, 2013년 1월 8일자로 출원된 제 61/749,964 호 및/또는 유럽 특허원 EP 13171901.5 호중 하나 이상을 참조할 수 있다. 또한, 다른 실시양태도 가능하다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 비컨 장치는 완전히 또는 부분적으로 능동형 비컨 장치로서 구체화될 수 있으며, 하나 이상의 조명원을 포함할 수 있다. 그러므로, 예로서, 비컨 장치는 통상적으로 발광 다이오드(LED), 백열전구, 백열등 및 형광등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 조명원 같은 임의의 조명원을 포함할 수 있다. 다른 실시양태도 가능하다.
추가로 또는 다르게는, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 비컨 장치는 완전히 또는 부분적으로 수동형 비컨 장치로 구현될 수 있고, 물체와 독립적인 조명원에 의해 발생되는 주요 광 빔을 반사하는데 적합화된 하나 이상의 반사 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 광 빔을 발생시키는데 덧붙여 또는 광 빔을 발생시키는 대신, 비컨 장치는 주요 광 빔을 검출기 쪽으로 반사시키는데 적합화될 수 있다.
추가적인 조명원이 광학 검출기에 의해 사용되는 경우, 하나 이상의 조명원은 광학 검출기의 일부일 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 다른 유형의 조명원을 사용할 수 있다. 또한, 조명원은 완전히 또는 부분적으로 장면을 비추는데 적합화될 수 있다. 또한, 조명원은 하나 이상의 비컨 장치에 의해 완전히 또는 부분적으로 반사되는 하나 이상의 주요 광 빔을 제공하는데 적합화될 수 있다. 또한, 조명원은 공간에 고정되는 하나 이상의 주요 광 빔을 제공하고/하거나 공간의 특정 영역을 통해 스캐닝하는 하나 이상의 주요 광 빔 같은 이동가능한 하나 이상의 주요 광 빔을 제공하는데 적합화될 수 있다. 따라서, 예로서, 광학 검출기에 의해 캡쳐된 특정 장면을 통해 하나 이상의 주요 광 빔을 스캐닝함으로써 공간에서 하나 이상의 주요 광 빔의 위치 및/또는 배향을 조정 또는 변경하기 위하여 이동가능하고/하거나 하나 이상의 이동가능한 거울을 포함하는 하나 이상의 조명원을 제공할 수 있다. 하나 이상의 이동가능한 거울이 사용되는 경우, 이동가능한 거울은 또한 하나 이상의 미소거울, 특히 상기 개략적으로 기재된 바와 같이 DLP® 기술에 기초한 하나 이상의 미소거울 같은 하나 이상의 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 제 1 공간 광 변조기를 사용함으로써 장면을 비출 수 있고, 하나 이상의 제 2 공간 광 변조기를 사용함으로써 광학 검출기를 통한 실제 측정을 수행할 수 있다.
검출기 시스템은 하나, 둘, 셋 또는 그 이상의 비컨 장치를 포함할 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 물체가 미시적인 수준 이상에서 그의 형상을 바꾸지 않는 단단한 물체인 경우에는, 바람직하게는, 둘 이상의 비컨 장치를 사용할 수 있다. 물체가 완전히 또는 부분적으로 가요성이거나 또는 완전히 또는 부분적으로 그의 형상을 변화시키는데 적합화되는 경우에는, 셋 이상의 비컨 장치를 사용할 수 있다. 일반적으로, 비컨 장치의 수는 물체의 가요성 정도에 적합화될 수 있다. 바람직하게는, 검출기 시스템은 셋 이상의 비컨 장치를 포함한다.
물체 자체는 검출기 시스템의 일부일 수 있거나, 또는 검출기 시스템과 독립적일 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 검출기 시스템은 하나 이상의 물체를 추가로 포함할 수 있다. 하나 이상의 물체를 사용할 수 있다. 물체는 단단한 물체 및/또는 가요성 물체일 수 있다.
물체는 통상 생물 또는 무생물일 수 있다. 검출기 시스템은 심지어 하나 이상의 물체를 포함할 수 있고, 이 물체는 이로써 검출기 시스템의 일부를 형성한다. 그러나, 바람직하게는, 물체는 하나 이상의 공간 차원에서 검출기와 독립적으로 움직일 수 있다.
물체는 통상 임의적인 물체일 수 있다. 한 실시양태에서, 물체는 단단한 물체일 수 있다. 물체가 단단하지 않은 물체 또는 그의 형상을 바꿀 수 있는 물체인 실시양태 같은 다른 실시양태도 실현가능하다.
아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이, 본 발명은 특히 예컨대 기계 제어, 게임 또는 스포츠 시뮬레이션을 위해 사람의 위치 및/또는 움직임을 추적하는데 사용될 수 있다. 이 실시양태 또는 다른 실시양태에서, 특히 물체는 스포츠 기구 제품, 바람직하게는 라켓, 클럽, 배트로 이루어진 군으로부터 선택되는 제품; 의복 제품; 모자; 신발로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
임의적인 전달 장치는 상기 설명된 바와 같이 물체로부터 광학 검출기로 전파되는 광을 공급하도록 디자인될 수 있다. 상기 설명한 바와 같이, 전달 장치의 촬영 특성에 의해 또는 비-촬영 특성에 의해 공급을 임의적으로 수행할 수 있다. 특히, 전달 장치는 또한 전자기선이 공간 광 변조기 및/또는 광 센서에 공급되기 전에 전자기선을 수집하도록 디자인될 수 있다. 임의적인 전달 장치는 또한 완전히 또는 부분적으로, 예를 들어 조명원이 한정된 광학 특성, 예컨대 한정되거나 정확하게 공지되어 있는 빔 프로파일을 갖는 광 빔, 예컨대 하나 이상의 가우시안 빔, 특히 공지 빔 프로파일을 갖는 하나 이상의 레이저 빔을 제공하도록 디자인됨으로써, 하나 이상의 임의적인 조명원의 구성 요소가 될 수 있다.
임의적인 조명원의 가능한 실시양태에 대해서는 WO 2012/110924 A1 호를 참조할 수 있다. 또한, 다른 실시양태도 실현가능하다. 물체로부터 방출되는 광은 물체 자체에서 유래될 수 있으나, 또한 임의적으로는 다른 기원을 갖고 이 기원으로부터 물체로 전파된 다음 공간 광 변조기 및/또는 광 센서로 전파될 수 있다. 후자의 경우는 예를 들어 하나 이상의 조명원을 사용함으로써 수행될 수 있다. 이 조명원은 예를 들어 주위 조명원일 수 있거나 그를 포함할 수 있고/있거나 인공 조명원일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 예로서, 검출기 자체는 하나 이상의 조명원, 예를 들어 하나 이상의 레이저 및/또는 하나 이상의 백열등 및/또는 하나 이상의 반도체 조명원, 예컨대 하나 이상의 발광 다이오드, 특히 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 이들의 대체적으로 한정된 빔 프로파일 및 다른 취급 특성을 고려해볼 때, 조명원 또는 그의 일부로서 하나 또는 복수개의 레이저를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 조명원 자체는 검출기의 구성 부품일 수 있거나 또는 광학 검출기와는 독립적으로 제조될 수 있다. 조명원은 특히 광학 검출기, 예컨대 검출기의 하우징 내로 통합될 수 있다. 다르게는 또는 추가로, 하나 이상의 조명원은 또한 하나 이상의 비컨 장치 내로 또는 비컨 장치중 하나 이상 내로 및/또는 물체 내로 통합되거나 물체에 연결되거나 또는 공간에서 결합될 수 있다.
따라서, 다르게는 또는 추가로, 상기 광이 개별적인 비컨 장치 자체에서 유래되고/되거나 조명원으로부터 방출되고/되거나 조명원에 의해 여기되는 옵션으로부터 하나 이상의 비컨 장치로부터의 발광이 이루어질 수 있다. 예로서, 비컨 장치로부터 방출되는 전자기광은 비컨 장치 자체에 의해 방출되고/되거나 검출기에 공급되기 전에 비컨 장치에 의해 반사되고/되거나 비컨 장치에 의해 산란될 수 있다. 이 경우, 전자기선의 방출 및/또는 산란은 전자기선의 스펙트럼 영향 없이 또는 그러한 영향이 있는 상태에서 이루어질 수 있다. 그러므로, 예로서, 산란 동안, 예를 들어 스토크스(Stokes) 또는 라만(Raman)에 따라 파장 변동이 일어날 수 있다. 뿐만 아니라, 예를 들어 주요 조명원에 의해, 예컨대 발광, 특히 인광 및/또는 형광을 생성시키도록 여기된 물체 또는 물체의 일부 영역에 의해 광 방출이 여기될 수 있다. 다른 방출 과정도 원칙적으로 가능하다. 반사가 일어나는 경우, 물체는 예를 들어 하나 이상의 반사 영역, 구체적으로 하나 이상의 반사 표면을 가질 수 있다. 상기 반사 표면은 물체 자체의 일부일 수 있거나, 또는 예를 들어 물체에 연결되거나 공간에서 결합되는 반사판, 예컨대 물체에 연결된 반사원판일 수 있다. 하나 이상의 반사판이 사용되는 경우, 이는 다시 예컨대 광학 검출기의 다른 구성 부품과 독립적으로 물체에 연결되는 검출기의 일부로서 간주될 수 있다.
비컨 장치 및/또는 하나 이상의 임의적인 조명원은 서로 독립적으로 또한 일반적으로 바람직하게는 200nm 내지 380nm의 자외선 스펙트럼 범위; 380nm 내지 780nm의 가시광선 스펙트럼 범위; 바람직하게는 780nm 내지 3.0㎛의 적외선 스펙트럼 범위중 하나 이상의 광을 방출할 수 있다. 가장 바람직하게는, 하나 이상의 조명원은 바람직하게는 500nm 내지 780nm, 가장 바람직하게는 650nm 내지 750nm 또는 690nm 내지 700nm의 가시광선 스펙트럼 범위의 광을 방출하는데 적합화된다.
특히 예컨대 원형, 타원형 또는 다른 형상의 단면을 갖는 광점이 광 센서의 임의적인 센서 구역 상에 생성되도록 하는 방식으로, 광 센서에 광 빔을 공급할 수 있다. 예로서, 검출기는 가시 범위, 특히 입체각 범위 및/또는 공간 범위를 가질 수 있으며, 그 안에서 물체를 검출할 수 있다. 바람직하게는, 임의적인 전달 장치는 예를 들어 검출기의 가시 범위 내에 배열된 물체의 경우 광점이 완전히 센서 영역 및/또는 광 센서의 센서 구역에 배열되도록 하는 방식으로 디자인된다. 예로서, 센서 구역은 이 조건을 보장하기 위하여 상응하는 크기를 갖도록 선택될 수 있다.
평가 장치는 특히 하나 이상의 데이터 처리 장치, 특히 전자 데이터 처리 장치를 포함할 수 있고, 이 장치는 물체의 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키도록 디자인될 수 있다. 그러므로, 평가 장치는 공간 광 변조기의 조명을 받는 화소의 수; 하나 이상의 광 센서, 특히 전술한 FiP-효과를 갖는 광 센서중 하나 이상에서의 광 빔의 빔 폭; CCD 또는 CMOS 칩 같은 화소 형성된 광 센서의 조명을 받는 화소의 수중 하나 이상을 이용하도록 디자인될 수 있다. 평가 장치는 이들 유형의 정보중 하나 이상을 하나 이상의 입력 변수로서 사용하고 이들 입력 변수를 처리함으로써 물체의 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키도록 디자인될 수 있다. 처리는 동시에, 후속적으로 또는 심지어 조합된 방식으로 수행될 수 있다. 평가 장치는 예를 들어 계산에 의해 및/또는 하나 이상의 저장된 관계 및/또는 공지의 관계를 사용함으로써 이들 정보 아이템을 생성시키는 임의적인 과정을 이용할 수 있다. 관계는 미리 결정된 분석에 의한 관계일 수 있거나 또는 실험에 의해, 분석에 의해 또는 반-실험에 의해 결정되거나 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 예를 들어 값의 세트 및 그에 연관된 함수 값의 형태로 예컨대 데이터 저장 장치 및/또는 표에 저장할 수 있다. 그러나, 추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 보정 곡선을 또한 예를 들어 한계가 정해진 형태로 및/또는 함수 방정식으로서 저장할 수도 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. 뿐만 아니라, 평가 장치는 하나 또는 복수개의 소멸성 또는 비-소멸성 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 추가적인 전자 구성요소, 예를 들어 전자 표, 특히 하나 이상의 순람표 및/또는 하나 이상의 용도-특이적인 집적 회로(ASIC)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에는, 사용자와 기계 사이에서 하나 이상의 정보 아이템을 교환하기 위한 사람-기계 인터페이스가 개시된다. 사람-기계 인터페이스는 본 발명에 따른, 예컨대 상기 개시되거나 아래에서 더욱 상세하게 개시되는 하나 이상의 실시양태에 따른 하나 이상의 검출기 시스템을 포함한다. 검출기 시스템의 하나 이상의 비컨 장치는 사용자에게 직접적으로 또는 간접적으로 부착되는 형태 및 사용자가 보유하는 형태 중 하나 이상이 되도록 구성된다. 사람-기계 인터페이스는 검출기 시스템에 의해 사용자의 하나 이상의 위치를 결정하도록 디자인되고, 위치에 하나 이상의 정보 아이템을 부여하도록 디자인된다.
본원에 사용되는 용어 "사람-기계 인터페이스"는 통상 하나 이상의 데이터 처리 장치를 갖는 기계 같은 기계와 사용자 사이에서 하나 이상의 정보 아이템, 특히 하나 이상의 전자 정보 아이템을 교환하는데 적합화된 임의적인 장치 또는 장치의 조합을 가리킨다. 정보의 교환은 일방향 방식으로 및/또는 이방향 방식으로 수행될 수 있다. 특히, 사람-기계 인터페이스는 사용자가 하나 이상의 명령을 기계가 판독할 수 있는 방식으로 기계에 제공할 수 있게 하는데 적합화될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에는, 하나 이상의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치가 개시된다. 엔터테인먼트 장치는 상기 개시되거나 아래에서 더욱 상세하게 개시되는 실시양태중 하나 이상에 개시되는 것과 같은 본 발명에 따른 하나 이상의 사람-기계 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 장치는 사람-기계 인터페이스에 의해 플레이어가 하나 이상의 정보 아이템을 입력할 수 있도록 디자인되며, 이 때 엔터테인먼트 장치는 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 디자인된다.
본원에 사용되는 "엔터테인먼트 장치"는 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 소프트웨어 프로그램을 실행하는 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 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 끼치는데 적합화된 하나 이상의 명령을 포함할 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 정보 아이템은 플레이어 및/또는 플레이어의 하나 이상의 신체 부위의 하나 이상의 배향에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 포함함으로써 플레이어가 게임에 필요한 특정 위치 및/또는 배향 및/또는 행동을 모방하도록 할 수 있다. 예로서, 하기 움직임중 하나 이상이 모방되고 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.
부분으로서 또는 전체로서의 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 양태에서는, 하나 이상의 이동가능한 물체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템이 제공된다. 추적 시스템은 상기 나열되거나 아래에서 더욱 상세하게 기재되는 하나 이상의 실시양태에 개시되는 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기 시스템을 포함한다. 추적 시스템은 또한 하나 이상의 추적 컨트롤러를 포함하며, 이 때 추적 컨트롤러는 특정 시점에서 물체의 일련의 위치를 추적하는데 적합화된다.
본원에 사용되는 "추적 시스템"은 하나 이상의 물체 및/또는 물체의 하나 이상의 일부의 일련의 지난 위치에 대한 정보를 수집하는데 적합화된 장치이다. 또한, 추적 시스템은 하나 이상의 물체 또는 물체의 하나 이상의 일부의 하나 이상의 예상되는 미래의 위치 및/또는 배향에 대한 정보를 제공하는데 적합화될 수 있다. 추적 시스템은 하나 이상의 추적 컨트롤러를 가질 수 있는데, 이는 완전히 또는 부분적으로 전자 장치로서, 바람직하게는 하나 이상의 데이터 처리 장치로서, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 컴퓨터 또는 마이크로컴퓨터로서 구현될 수 있다. 다시, 하나 이상의 추적 컨트롤러는 완전히 또는 부분적으로 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 실시양태중 하나 이상에 개시되는 하나 이상의 검출기 같은 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기를 포함한다. 추적 시스템은 하나 이상의 추적 컨트롤러를 또한 포함한다. 추적 컨트롤러는 예를 들어 데이터 또는 데이터 쌍의 군을 기록함으로써 특정 시점에서 물체의 일련의 위치를 추적하는데 적합화되고, 이 때 데이터 또는 데이터 쌍의 각 군은 하나 이상의 위치 정보 및 하나 이상의 시간 정보를 포함한다.
추적 시스템은 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기 시스템을 추가로 포함할 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 검출기 및 하나 이상의 평가 장치 및 임의적인 하나 이상의 비컨 장치 외에, 추적 시스템은 물체 자체 또는 물체의 일부, 예를 들어 비컨 장치 또는 하나 이상의 비컨 장치를 포함하는 하나 이상의 제어 요소를 추가로 포함할 수 있으며, 이 때 제어 요소는 직접적으로 또는 간접적으로 추적되는 물체에 부착될 수 있거나 통합될 수 있다.
추적 시스템은 추적 시스템 자체 및/또는 하나 이상의 별도의 장치의 하나 이상의 작동을 개시하는데 적합화될 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 접속부를 가질 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 추적 컨트롤러는 물체의 하나 이상의 실제 위치에 따라 하나 이상의 작동을 개시하는데 적합화될 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 더욱 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 사진술, 특히 디지털 3D 사진술에 사용될 수 있다. 그러므로, 검출기는 디지털 3D 카메라를 구성할 수 있거나 디지털 3D 카메라의 부품일 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "사진술"은 통상적으로 하나 이상의 물체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 말한다. 또한 본원에 사용되는 "카메라"는 통상적으로 사진을 찍는데 적합화된 장치이다. 본원에 또한 사용되는 용어 "디지털 사진술"은 통상 조명의 강도 및/또는 색상을 나타내는 전기 신호, 바람직하게는 디지털 전기 신호를 생성시키는데 적합화된 복수개의 감광성 요소를 사용함으로써 하나 이상의 물체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 일컫는다. 본원에 또한 사용되는 용어 "3D 사진술"은 통상 3개의 공간 차원에서 하나 이상의 물체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 말한다. 따라서, 3D 카메라는 3D 사진을 찍는데 적합화된 장치이다. 카메라는 일반적으로 단일 3D 이미지 같은 단일 이미지를 획득하는데 적합화될 수 있거나, 또는 일련의 이미지 같은 복수개의 이미지를 획득하는데 적합화될 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 이미지 정보를 획득함을 가리킨다. 카메라는 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기를 포함한다. 상기 개략된 바와 같은 카메라는 단일 이미지를 획득하는데 또는 일련의 이미지 같은 복수개의 이미지를 획득하는데, 바람직하게는 일련의 디지털 비디오를 획득하는데 적합화될 수 있다. 그러므로, 예로서, 카메라는 비디오 카메라일 수 있거나 또는 비디오 카메라를 포함할 수 있다. 후자의 경우, 카메라는 바람직하게는 일련의 이미지를 저장하기 위한 데이터 메모리를 포함한다.
하나 이상의 광 센서, 특히 상기 언급된 FiP 센서를 갖는 광학 검출기 또는 광학 검출기를 포함하는 카메라를 하나 이상의 추가적인 센서와 추가로 조합할 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 광 센서, 특히 하나 이상의 상기 언급된 FiP 센서를 갖는 하나 이상의 카메라를, 종래의 카메라 및/또는 예컨대 스테레오 카메라일 수 있는 하나 이상의 추가적인 카메라와 조합할 수 있다. 또한, 하나 이상의 광 센서, 특히 하나 이상의 상기 언급된 FiP 센서를 갖는 하나, 둘 또는 그 이상의 카메라를 하나, 둘 또는 그 이상의 디지털 카메라와 조합할 수 있다. 예로서, 스테레오 정보로부터 또한 본 발명에 따른 광학 검출기에 의해 수득된 깊이 정보로부터 깊이를 계산하기 위해, 하나 또는 둘 또는 그 이상의 2차원 디지털 카메라를 사용할 수 있다.
특히 자동차 기술 분야에서, 카메라가 역할을 하지 못하는 경우에, 본 발명에 따른 광학 검출기가 여전히 물체의 종방향 좌표를 측정하기 위해, 예컨대 시계에서 물체의 거리를 측정하기 위해 존재할 수 있다. 따라서, 자동차 기술 분야에서 본 발명에 따른 광학 검출기를 사용함으로써, 페일세이프(failsafe) 기능을 실행할 수 있다. 특히 자동차 용도에서, 본 발명에 따른 광학 검출기는 데이터 감소의 이점을 제공한다. 그러므로, 종래의 디지털 카메라의 카메라 데이터와 비교하여, 본 발명에 따른 광학 검출기, 즉 하나 이상의 광 센서, 특히 하나 이상의 FiP 센서를 갖는 광학 검출기를 사용함으로써 수득되는 데이터는 상당히 더 낮은 부피를 갖는 데이터를 제공할 수 있다. 특히 자동차 기술 분야에서, 감소된 데이터량은 바람직한데, 왜냐하면 자동차 데이터 네트워크가 통상 데이터 전송률의 면에서 더 낮은 용량을 제공하기 때문이다.
본 발명에 따른 광학 검출기는 하나 이상의 광원을 추가로 포함할 수 있다. 그러므로, 광학 검출기는, 예를 들어 비춰진 광이 물체에 의해 반사되도록, 하나 이상의 물체를 비추기 위한 하나 이상의 광원을 포함할 수 있다. 광원은 연속 광원일 수 있거나, 또는 펄스식 광원 같은 불연속적으로 발광하는 광원일 수 있다. 광원은 균일한 광원일 수 있거나, 또는 불균일한 광원 또는 패턴화된 광원일 수 있다. 따라서, 예로서, 광학 검출기가 하나 이상의 종방향 좌표를 측정하기 위해서는, 예를 들어 하나 이상의 물체의 깊이를 측정하기 위해서는, 조명 또는 광학 검출기에 의해 캡쳐된 장면에서의 콘트라스트가 유리하다. 자연 조명에 의해서 콘트라스트가 존재하지 않는 경우, 광학 검출기는 하나 이상의 임의적인 광원을 통해 장면 및/또는 장면 내의 하나 이상의 물체를 바람직하게는 패턴화된 광으로 완전히 또는 부분적으로 비추는데 적합화될 수 있다. 따라서, 예로서, 광원은 광학 검출기에 의해 캡쳐된 이미지 내에서 증가된 콘트라스트를 형성하기 위하여, 장면에, 벽에 또는 하나 이상의 물체에 패턴을 투사할 수 있다.
하나 이상의 임의적인 광원은 일반적으로 가시광 스펙트럼 범위, 적외선 스펙트럼 범위 또는 자외선 스펙트럼 범위중 하나 이상에서 광을 방출할 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 광원은 적어도 적외선 스펙트럼 범위에서 광을 방출한다.
광학 검출기는 또한 자동적으로 장면을 비추는데 적합화될 수 있다. 그러므로, 평가 장치 같은 광학 검출기는 광학 검출기 또는 그의 일부에 의해 캡쳐되는 장면의 조도를 자동적으로 제어하는데 적합화될 수 있다. 그러므로, 예로서, 광학 검출기는 큰 구역이 낮은 콘트라스트를 제공함으로써 이들 구역 내에서 깊이 같은 종방향 좌표를 측정하기 어렵게 만드는 경우에 인지하는데 적합화될 수 있다. 이들 경우에는, 예로서, 광학 검출기는 예컨대 하나 이상의 패턴을 이들 구역에 투사함으로써 이들 구역을 패턴화된 광으로 자동적으로 비추는데 적합화될 수 있다.
본원에서 사용되는 표현 "위치"는 일반적으로 물체의 하나 이상의 지점의 절대 위치 및 배향중 하나 이상에 관한 하나 이상의 정보 아이템을 가리킨다. 그러므로, 특히, 위치는 카테시안 좌표 시스템 같은 검출기의 좌표 시스템에서 결정될 수 있다. 그러나, 또한 또는 다르게는, 극좌표 시스템 및/또는 구면 좌표 시스템 같은 다른 유형의 좌표 시스템을 사용할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기의 하나 이상의 공간 광 변조기는 특히 DLP 같은 하나 이상의 반사형 공간 광 변조기일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 하나 이상의 반사형 공간 광 변조기가 사용되는 경우, 광학 검출기는 이 하나 이상의 반사형 공간 광 변조기를 상기 언급된 목적 이외에 사용하는데 또한 적합화될 수 있다. 그러므로, 특히, 광학 검출기는 하나 이상의 공간 광 변조기, 특히 하나 이상의 반사형 공간 광 변조기를 추가적으로 사용하여 광을 공간, 예컨대 장면 및/또는 스크린에 투사하는데 적합화될 수 있다. 그러므로, 검출기는 특히 하나 이상의 프로젝터 기능을 추가로 제공하는데 적합화될 수 있다.
그러므로, 예로서, DLP 기술은 휴대폰 같은 통신 장치에서의 프로젝터 같은 프로젝터용으로 주로 개발되었다. 이로써, 통합 프로젝터가 광범위한 장치 내로 설치될 수 있다. 본 발명에서, 공간 광 변조기는 특히 거리 감지 및/또는 물체의 하나 이상의 종방향 좌표를 결정하는데 사용될 수 있다. 그러나, 이들 두 기능을 조합할 수도 있다. 그러므로, 한 장치 내에서 프로젝터와 거리 센서의 조합이 달성될 수 있다.
이는 공간 광 변조기, 특히 반사형 공간 광 변조기가 평가 장치와 함께 거리 감지 또는 물체의 하나 이상의 종방향 좌표를 결정하는 과제, 및 하나 이상의 이미지를 공간에, 장면에 또는 스크린에 투사하기 위한 프로젝터의 과제를 둘 다 충족시킬 수 있다. 예를 들어 거리 감지를 위한 변조 주기 및 투사를 위한 변조 주기를 간헐적으로 사용함으로써, 두 과제를 충족시키기 위한 하나 이상의 공간 광 변조기를 간헐적으로 변조시킬 수 있다. 따라서, DLP 같은 반사형 공간 광 변조기는 통상적으로 1kHz보다 높은 변조 주파수에서 변조될 수 있다. 결과적으로, DLP 같은 단일 공간 광 변조기와 동시에 투사 및 거리 측정을 위한 실시간 비디오 주파수에 도달할 수 있다. 이는 예를 들어 휴대폰을 사용하여 3D-장면을 기록하고 이를 동시에 투사할 수 있게 한다.
본 발명의 추가적인 양태에는, 광학 검출 방법, 특히 하나 이상의 물체의 위치를 결정하는 방법이 개시된다. 이 방법은 소정 순서대로 또는 상이한 순서대로 실행될 수 있는 하기 단계를 포함한다. 또한, 방법 단계중 둘 이상 또는 심지어 모두를 동시에 및/또는 시간상 겹치게 실행할 수 있다. 또한, 하나, 둘 이상 또는 심지어 모든 방법 단계를 반복적으로 실행할 수 있다. 이 방법은 추가적인 방법 단계를 추가로 포함할 수 있다. 방법은 하기 방법 단계를 포함한다:
- 화소 매트릭스를 갖는 하나 이상의 공간 광 변조기를 사용함으로써 공간 분해 방식으로 광 빔의 하나 이상의 특성을 변경시키는 단계(이 때, 각 화소는 화소를 통과하는 광 빔의 일부의 하나 이상의 광학 특성을 개별적으로 변경하도록 제어될 수 있음); - 하나 이상의 광 센서를 사용함으로써 하나 이상의 센서 신호를 생성시키기 위하여, 상기 공간 광 변조기의 화소 매트릭스를 통과시킨 후의 광 빔을 검출하는 단계; - 하나 이상의 변조기 장치를 사용함으로써, 상이한 주파수를 갖는 둘 이상의 화소를 주기적으로 제어하는 단계; 및 - 하나 이상의 평가 장치를 사용함으로써 제어 주파수에 대한 센서 신호의 신호 성분을 결정하기 위하여 주파수 분석을 수행하는 단계.
상기 주어지거나 아래에서 더욱 상세하게 주어지는 하나 이상의 실시양태에 개시되어 있는 본 발명에 따른 광학 검출기를 사용함으로써 이 방법을 바람직하게 수행할 수 있다. 따라서, 방법의 정의 및 가능한 실시양태에 대해서는, 광학 검출기를 참조할 수 있다. 또한, 다른 실시양태도 실현가능하다.
본 발명의 다른 양태에는, 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 용도; 보안 용도; 사람-기계 인터페이스 용도; 추적 용도; 사진 용도: 방, 건물 및 거리의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 공간 같은 하나 이상의 공간의 지도를 생성시키기 위한 지도 제작 용도; 모바일 용도; 웹캠; 컴퓨터 주변 장치; 게임 용도; 카메라 또는 비디오 용도; 보안 용도; 감시 용도; 자동차 용도; 수송 용도; 의료 용도; 스포츠 용도; 컴퓨터 영상기 용도; 차량 용도; 항공기 용도; 선박 용도; 우주선 용도; 건물 용도; 건축 용도; 지도 제작 용도; 제조 용도; 하나 이상의 비행시간 검출기와의 조합 사용으로 이루어진 군으로부터 선택되는 용도를 위한, 상기 논의된 하나 이상의 실시양태에서 논의되고/되거나 아래에서 더욱 상세하게 주어지는 하나 이상의 실시양태에서 논의되는 본 발명에 따른 광학 검출기의 용도가 개시된다. 추가로 또는 다르게는, LPS(local positioning system) 및/또는 GPS(global positioning system)에서의 용도, 특히 구체적으로 승용차 또는 다른 차량(예컨대, 기차, 오토바이, 자전거, 화물 운송용 트럭), 로봇 또는 보행자에 의한 용도에 사용하기 위한 랜드마크에 기초한 위치 결정 및/또는 실내 및/또는 실외 네비게이션을 언급할 수 있다. 또한, 가전제품 용도 및/또는 제조 기술에 사용되는 로봇에서와 같은 가능한 용도로서 IPS(실내 위치 결정 시스템)를 언급할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광학 검출기는 예를 들어 지-치 양(Jie-Ci Yang) 등의 문헌[Sensors 2013, 13(5), 5923-5936; doi:10.3390/s130505923]에 개시되어 있는 스마트 슬라이딩 도어 같은 소위 스마트 슬라이딩 도어 등의 자동 문 개폐기에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 하나 이상의 광학 검출기는 사람 또는 물체가 문에 접근할 때를 검출하는데 사용될 수 있고, 문은 자동으로 열릴 수 있다.
다른 용도는, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, GPS, LPS, 실내 네비게이션 시스템 등일 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 장치, 즉 하나 이상의 광학 검출기, 검출기 시스템, 사람-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템 또는 카메라는 특히 LPS 또는 GPS의 일부일 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 장치는 가시광 통신 시스템의 일부일 수 있다. 다른 용도도 실현가능하다.
본 발명에 따른 장치, 즉 하나 이상의 광학 검출기, 검출기 시스템, 사람-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템 또는 카메라는 또한 특히 실내 또는 실외 네비게이션 같은 LPS 또는 GPS와 함께 사용될 수 있다. 예로서, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치는 구글 맵스(Google Maps)® 또는 구글 스트리트 뷰(Google Street View)® 같은 소프트웨어/데이터베이스-조합과 조합될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한 환경 속에서의 물체(그의 위치는 데이터베이스에서 찾을 수 있음)의 거리를 분석하는 데에도 사용될 수 있다. 공지 물체의 위치까지의 거리로부터, 사용자의 근거리 위치 또는 전지구 위치를 계산할 수 있다.
그러므로, WO 2012/110924 A1 호 또는 2012년 12월 19일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 61/739,173 호, 2013년 1월 8일자로 출원된 제 61/749,964 호에 개시되어 있는 광학 검출기 및 장치에 있어서, 본 발명에 따른 광학 검출기, 검출기 시스템, 사람-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템 또는 카메라(이후, 간단히 "본 발명에 따른 장치" 또는 본 발명을 FiP 효과의 가능한 용도로 제한하지 않으면서 "FiP-장치"라고 함)를 아래에서 더욱 상세하게 개시되는 하나 이상의 목적 같은 복수개의 사용 목적을 위해 사용할 수 있다.
그러므로, 먼저, FiP-장치는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 랩탑, 스마트 패널 또는 다른 고정식 또는 휴대용 컴퓨터 또는 통신 용도에 사용될 수 있다. 그러므로, FiP-장치는 성능을 향상시키기 위하여 가시광 범위 또는 적외선 스펙트럼 범위의 광을 방출하는 광원 같은 하나 이상의 능동형 광원과 조합될 수 있다. 따라서, 예로서, FiP-장치는 예를 들어 환경, 물체 및 생물을 스캐닝하기 위한 휴대용 소프트웨어와 함께 카메라 및/또는 센서로서 사용될 수 있다. FiP-장치는 촬영 효과를 증가시키기 위하여 통상적인 카메라 같은 2D 카메라와 조합될 수 있다. FiP-장치는 특히 몸짓 인식과 함께, 감시 및/또는 기록 목적을 위해, 또는 휴대용 장치를 제어하기 위한 입력 장치로서 또한 사용될 수 있다. 따라서, 구체적으로, FiP 입력 장치로도 일컬어지는 사람-기계 인터페이스로서 작용하는 FiP-장치는 휴대폰 같은 휴대용 장치를 통해 다른 전자 장치 또는 구성요소를 제어하기 위해 휴대 용도에 사용될 수 있다. 예로서, 하나 이상의 FiP-장치를 포함하는 휴대용 기기는 텔레비전 세트, 게임 콘솔, 뮤직 플레이어 또는 음악 장치 또는 다른 엔터테인먼트 장치를 제어하는데 사용될 수 있다.
또한, FiP-장치는 웹캠 또는 컴퓨터 용도의 다른 주변 장치에 사용될 수 있다. 그러므로, 예로서, FiP-장치는 촬영, 기록, 감시, 스캐닝 또는 움직임 검출용 소프트웨어와 함께 사용될 수 있다. 사람-기계 인터페이스 및/또는 엔터테인먼트 장치와 관련하여 개략적으로 기재된 바와 같이, FiP-장치는 얼굴 표현 및/또는 신체 표현에 의해 명령을 주는데 특히 유용하다. FiP-장치는 예를 들어 마우스, 키보드, 터치패드 등과 같은 다른 입력 장치와 조합될 수 있다. 또한, FiP-장치는 예컨대 웹캠을 사용함으로써 게임 용도에 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, FiP-장치를 가상 트레이닝 용도 및/또는 화상 회의에 사용할 수 있다.
또한, FiP-장치는 상기에 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 2D- 및 3D-디스플레이 기법에서, 특히 증강 현실 용도를 위한 투명한 디스플레이와 같이 눈 검출 또는 시표 추적에 사용될 수 있다.
또한, FiP-장치는 DSC 카메라 같은 디지털 카메라에 또는 디지털 카메라로서, 및/또는 SLR 카메라 같은 반사식 카메라에 또는 반사식 카메라로서 사용될 수 있다. 이들 용도에 대해서는, 상기 개시된 바와 같이 휴대폰 같은 모바일 용도에서의 FiP-장치의 사용을 참조할 수 있다.
또한, FiP-장치는 보안 및 감시 용도로 사용될 수 있다. 따라서, 예로서, 일반적으로 FiP-센서, 특히 본 발명의 SLM에 기초한 광학 검출기는 물체가 소정 구역 내에 있거나 소정 구역 외부에 있는 경우 신호를 주는 하나 이상의 디지털 및/또는 아날로그 전자 장치(예를 들어, 은행 또는 박물관에서의 감시 용도)와 조합될 수 있다. 구체적으로, FiP-장치는 광학 암호화에 사용될 수 있다. FiP에 기초한 검출은 IR, x-선, UV-VIS, 레이더 또는 초음파 검출기 같은 파장을 보충하기 위한 다른 검출 장치와 조합될 수 있다. FiP-장치는 또한 능동형 적외선 광원과 조합되어 빛이 적은 환경에서의 검출을 허용할 수 있다. FiP에 기초한 센서 같은 FiP-장치는 통상 능동형 검출기 시스템에 비해 유리한데, 특히 FiP-장치가 예를 들어 레이더 용도, 초음파 용도, LIDAR 또는 유사한 능동형 검출기 장치의 경우에서와 같은 제 3의 그룹에 의해 검출될 수 있는 강력한 신호 송신을 피하기 때문이다. 그러므로, 통상적으로, FiP-장치는 움직이는 물체를 인식하지 못하게 또한 검출되지 않게 추적하는데 사용될 수 있다. 또한, FiP-장치는 일반적으로 종래의 장치에 비해 조작되거나 자극받는 경향이 적다.
또한, FiP-장치를 사용하는 3D 검출의 용이성 및 정확성을 감안할 때, FiP-장치는 통상 안면, 신체 및 개인 인식 및 신원 확인에 사용될 수 있다. 여기에서, FiP-장치는 패스워드, 지문, 홍채 검출, 음성 인식 또는 다른 수단 같은 신원 확인 또는 개인 맞춤 용도를 위한 다른 검출 수단과 조합될 수 있다. 그러므로, 통상적으로, FiP-장치는 보안 장치 및 다른 개인 맞춤 용도에 사용될 수 있다.
또한 FiP-장치는 제품 확인용 3D 바코드 판독기로서 사용될 수 있다.
상기 언급된 보안 및 감시 용도에 덧붙여, FiP-장치는 통상적으로 공간 및 구역의 감시 및 모니터링에 사용될 수 있다. 그러므로, FiP-장치는 공간 및 구역을 감시 및 모니터링하는데, 또한 예로서 금지 구역이 침범당하는 경우에 경보를 촉발하거나 발령하는데 사용될 수 있다. 따라서, 통상적으로, FiP-장치는 임의적으로는 다른 유형의 센서와 함께, 예를 들어 움직임 센서 또는 열 센서와 함께, 이미지 증배관 또는 이미지 향상 장치 및/또는 광전자 증배관과 함께, 건물 감시 또는 박물관에서의 감시 목적을 위해 사용될 수 있다.
또한, FiP-장치는 비디오 및 캠코더 용도 같은 카메라 용도에 유리하게 적용될 수 있다. 그러므로, FiP-장치는 모션 캡쳐 및 3D-영화 기록에 사용될 수 있다. 여기에서, FiP-장치는 통상적으로 종래의 광학 장치에 비해 다수의 이점을 제공한다. 그러므로, FiP-장치는 통상적으로 광학 구성요소와 관련하여 그 복잡성이 더 낮다. 그러므로, 예로서, 예를 들어 렌즈를 하나만 갖는 FiP-장치를 제공함으로써, 종래의 광학 장치에 비해 렌즈의 수를 감소시킬 수 있다. 감소된 복잡성 덕분에, 예컨대 모바일 용도를 위한 매우 소형의 장치가 가능하다. 고품질의 렌즈를 둘 이상 갖는 종래의 광학 시스템은 예컨대 부피가 큰 빔 분할기를 통상적으로 필요로 하기 때문에 일반적으로 부피가 크다. 또한, FiP-장치는 통상적으로 초점/자동 초점 장치, 예컨대 자동 초점 카메라에 사용될 수 있다. 또한, FiP-장치는 또한 광학 현미경, 특히 공초점 현미경에 사용될 수 있다.
또한, FiP-장치는 일반적으로 자동차 기술 및 수송 기술 분야에 적용될 수 있다. 그러므로, 예로서, FiP-장치는 거리 센서 및 감시 센서로서, 예컨대 적응식 정속주행 시스템, 응급 브레이크 보조장치, 차선 이탈 경고, 다중 모니터, 사각 지점 검출, 후측방 경보, 및 다른 자동차 및 교통 용도를 위해 사용될 수 있다. 또한, 일반적인 FiP-센서, 더욱 특히는 본 발명의 SLM에 기초한 광학 검출기는 예를 들어 FiP-센서를 사용함으로써 수득한 위치 정보의 제 1 및 제 2 시간 변수를 분석함으로써 속도 및/또는 가속 측정을 위해 사용될 수 있다. 이 특징은 통상적으로 자동차 기술, 수송 기술 또는 일반 교통 기술에 적용될 수 있다. 다른 기술 분야에서의 용도도 실현가능하다.
이들 용도 또는 다른 용도에서, 일반적으로, FiP-장치는 독립형 장치로서 또는 다른 센서 장치와 함께, 예를 들어 레이더 및/또는 초음파 장치와 함께 사용될 수 있다. 구체적으로, FiP-장치는 자동 주행 및 안전 문제에 사용될 수 있다. 또한, 이들 용도에서, FiP-장치는 적외선 센서, 음파 센서인 레이더 센서, 2차원 카메라 또는 다른 유형의 센서와 함께 사용될 수 있다. 이들 용도에서는, 전형적인 FiP-장치의 통상적으로 수동적인 특성이 유리하다. 따라서, FiP-장치가 통상 신호 방출을 필요로 하지 않기 때문에, 능동형 센서 신호와 다른 신호 공급원의 간섭 위험을 피할 수 있다. FiP-장치는 특히 표준 이미지 인식 소프트웨어 같은 인식 소프트웨어와 함께 사용될 수 있다. 그러므로, FiP-장치에 의해 제공되는 신호 및 데이터는 전형적으로 용이하게 처리될 수 있고, 따라서 통상 LIDAR 같은 확립된 입체 이미지 시스템보다 더 낮은 계산력을 필요로 한다. 낮은 공간 요구를 감안할 때, FiP-효과를 이용하는 카메라 같은 FiP-장치는 윈도우 스크린 위에, 전방 후드 위에, 범퍼 위에, 라이트 위에, 미러 또는 다른 장소 위와 같이 차량의 본질적으로 임의의 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 자동 주행 차량을 가능케 하기 위하여 또는 활성 안전 개념의 성능을 증가시키기 위하여, FiP-효과에 기초한 다양한 광학 검출기를 조합할 수 있다. 따라서, 후방 윈도우, 사이드 윈도우 또는 전방 윈도우 같은 윈도우 내에, 범퍼 위에 또는 라이트 위에서, FiP에 기초한 다양한 센서를 FiP에 기초한 다른 센서 및/또는 종래의 센서와 조합할 수 있다.
FiP-센서와 하나 이상의 비 검출 센서의 조합도 가능하다. 이는, FiP-장치가 통상적으로 특히 심하게 비가 내리는 동안 레이더 같은 종래의 센서 기술보다 유리하다는 사실에 기인한다. 하나 이상의 FiP-장치와 레이더 같은 하나 이상의 종래의 감지 기술의 조합은 소프트웨어가 날씨 조건에 따라 신호의 올바른 조합을 취할 수 있게 한다.
또한, FiP-장치는 통상적으로 브레이크 보조장치 및/또는 주차 보조장치로서 및/또는 속도 측정을 위해 사용될 수 있다. 속도 측정은 차량에 통합될 수 있거나, 또는 예컨대 교통 제어시 다른 차의 속도를 측정하기 위하여 차량 외부에서 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. 따라서, 의료 기술 분야에서는, 예를 들어 내시경에 사용하기 위한 수술 로봇을 언급할 수 있는데, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, FiP-장치가 적은 부피만을 필요로 할 수 있고 다른 장치 내로 통합될 수 있기 때문이다. 특히, 기껏해야 렌즈를 하나만 갖는 FiP-장치는 내시경 같은 의료 장치에서 3D 정보를 캡쳐하는데 사용될 수 있다. 또한, FiP-장치는 움직임을 추적하고 분석할 수 있게 하기 위하여 적절한 모니터링 소프트웨어와 조합될 수 있다. 이들 용도는 예를 들어 의료 처치 및 장거리 진단 및 원격 의료에서 특히 중요하다.
또한, FiP-장치는 예를 들어 트레이닝, 원격 지도 또는 경쟁 목적을 위해 스포츠 및 운동 분야에 적용될 수 있다. 구체적으로, FiP-장치는 춤, 에어로빅, 미식축구, 축구, 농구, 야구, 크리켓, 하키, 트랙 및 필드 경기, 수영, 폴로, 핸드볼, 배구, 럭비, 스모, 유도, 펜싱, 권투 등의 분야에 적용될 수 있다. 스포츠 및 게임 둘 다에서 공, 배트, 검, 움직임의 위치 등을 검출하는데, 예를 들어 점수 또는 골이 실제로 달성되었는지의 여부를 판정하기 위하여 스포츠의 특정 상황에서 게임을 모니터링하고, 심판 또는 판정(특히 자동 판정)을 뒷받침하는데 FiP-장치를 사용할 수 있다.
FiP-장치는 또한 트레이닝을 독려하고/하거나 움직임을 조사하고 교정하기 위하여 재활 및 물리치료에 사용될 수 있다. 여기에서, FiP-장치는 또한 원격 진단에 적용될 수 있다.
또한, FiP-장치는 컴퓨터 영상기 분야에 적용될 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 FiP-장치를 예를 들어 자동 주행 및/또는 로봇 작업을 위한 수동 제어 단위장치로서 사용할 수 있다. 움직이는 로봇과 함께, FiP-장치는 자동 이동 및/또는 부품 결함의 자동 검출을 가능케 할 수 있다. FiP-장치는 또한 예를 들어 로봇, 생산 부품 및 생물 사이의 충돌을 비롯한(이것으로 한정되지는 않음) 사고를 피하기 위하여 제조 및 안전 감시를 위해 사용될 수 있다. FiP-장치의 수동적인 특성을 고려하면, FiP-장치는 다른 능동형 장치보다 유리할 수 있고/있거나 레이더, 초음파, 2D 카메라, IR 검출 등과 같은 기존 해결책에 대해 보충적으로 사용될 수 있다. FiP-장치의 한 가지 특정한 이점은 신호 간섭 가능성이 낮다는 것이다. 따라서, 신호 간섭의 위험 없이 다수개의 센서가 동일한 환경에서 동일한 시간에 작업할 수 있다. 그러므로, FiP-장치는 통상 예컨대 자동차, 광산, 강 등과 같은(이들로 한정되지는 않음) 고도로 자동화된 생산 환경에서 유용할 수 있다. FiP-장치는 또한 예를 들어 2-D 촬영, 레이더, 초음파, IR 등과 같은 다른 센서와 함께 생산 품질 제어, 예컨대 품질 제어 또는 다른 목적에 사용될 수 있다. 또한, FiP-장치는 마이크로미터 내지 미터 범위에서 제품의 표면 평활도 또는 규정 치수 고수를 조사하는 것과 같은 표면 품질 평가에 사용될 수 있다. 다른 품질 제어 용도도 가능하다.
또한, FiP-장치는 폴(poll), 항공기, 선박, 우주선 및 다른 교통 용도에 사용될 수 있다. 그러므로, 교통 용도와 관련하여 상기 언급된 용도 외에, 항공기, 차량 등의 수동 추적 시스템을 언급할 수 있다. 움직이는 물체의 속도 및/또는 방향을 모니터링하기 위한 FiP-효과에 기초한 검출 장치가 실현될 수 있다. 구체적으로는, 육지, 바다 및 우주를 비롯한 대기에서 빠르게 이동하는 물체의 추적을 언급할 수 있다. 하나 이상의 FiP-장치는 특히 서 있고/서 있거나 움직이는 장치 상에 장착될 수 있다. 하나 이상의 FiP-장치의 출력 신호는 예컨대 다른 물체의 자동적인 움직임 또는 유도된 움직임의 유도 기계장치와 조합될 수 있다. 따라서, 추적 및 스티어링되는 물체 사이의 충돌을 피하거나 충돌을 가능케 하는 용도가 가능하다. FiP-장치는 통상 요구되는 낮은 계산력, 즉각적인 반응 및 예컨대 레이더 같은 능동형 시스템에 비해 검출 및 교란되기가 통상적으로 더욱 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 수동 용도로 사용될 수 있다. 수동 용도는 항구 또는 위험 구역에서의 선박의 유도 및 착륙 또는 이륙시의 항공기의 유도를 포함한다. 여기에서는, 정밀한 유도를 위해 고정된 공지의 활성 표적을 이용할 수 있다. 채굴차 같은 위험하지만 잘 정리된 경로에서 주행하는 차량에도 동일하게 사용될 수 있다.
또한, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, FiP-장치는 게임 분야에 사용될 수 있다. 따라서, FiP-장치는 예를 들어 그의 내용에 움직임을 포함하는 소프트웨어와 함께 움직임을 검출하기 위한, 동일하거나 상이한 크기, 색상, 형상 등의 다수개의 물체에서의 용도에 수동적일 수 있다. 특히, 움직임을 그래픽 출력으로 실행하는 용도가 가능하다. 또한, 예를 들어 몸짓 또는 안면 인식에 하나 이상의 FiP-장치를 사용함으로써, 명령을 주기 위한 FiP-장치의 용도가 가능하다. 예를 들어 광이 적은 조건하에서 또는 주위 조건의 향상이 요구되는 다른 상황에서 작업하기 위하여, FiP-장치는 다른 능동형 시스템과 조합될 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 FiP-장치를 하나 이상의 IR 또는 VIS 광원과, 예를 들어 FiP 효과에 기초한 검출 장치와 조합할 수 있다. FiP에 기초한 검출기와 특수 장치[시스템 및 그의 소프트웨어, 예컨대 특수한 색상, 형상, 다른 장치와의 상대적인 위치, 이동 속도, 광, 장치 상에서 광원을 조정하는데 사용되는 주파수, 표면 특성, 사용되는 물질, 반사 특성, 투명도, 흡수 특징 등(이들로 한정되지는 않음)에 의해 용이하게 구별될 수 있음]의 조합도 가능하다. 장치는 특히 스틱, 라켓, 클럽, 총, 나이프, 휠, 고리, 스티어링 휠, 병, 공, 유리, 꽃병, 스푼, 포크, 큐브, 다이스, 피규어, 꼭두각시 인형, 곰인형, 비커, 페달, 스위치, 글러브, 보석, 음악 장치 또는 음악 장치를 연주하기 위한 보조 장치(예컨대, 픽, 북채 등)와 비슷할 수 있다. 다른 옵션도 가능하다.
또한, FiP-장치는 통상 건물, 건축 및 지도 제작 분야에 사용될 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 환경상의 구역, 예컨대 전원 지역 또는 건물을 측정 및/또는 모니터링하기 위하여 FiP에 기초한 장치를 사용할 수 있다. 여기에서, 하나 이상의 FiP-장치는 다른 방법 및 장치와 조합될 수 있거나, 또는 건물 프로젝트, 변화하는 물체, 집 등의 진척도 및 정확도를 모니터링하기 위하여 단독으로 사용될 수 있다. FiP-장치는 땅에서 또는 대기에서 방, 거리, 집, 커뮤니티 또는 풍경의 지도를 제작하기 위하여 스캐닝된 환경의 3차원 모델을 생성시키는데 사용될 수 있다. 가능한 적용 분야는 건축, 지도 제작, 부동산 관리, 토지 측량 등일 수 있다.
FiP에 기초한 장치는 또한 적층 가공 및/또는 3D 인쇄를 위하여 CAD 또는 유사한 소프트웨어와 함께 물체를 스캐닝하는데 사용될 수 있다. 여기에서는, 예를 들어, x-, y- 또는 z-방향에서, 또는 이들 방향의 임의적인 조합에서(예를 들어, 동시에), FiP-장치의 높은 치수 정확도를 이용할 수 있다. 또한, FiP-장치는 파이프라인 검사계 같은 검사 및 유지에 사용될 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, FiP-장치는 또한 제조, 품질 제어 또는 제품 확인 또는 크기 확인 같은 확인 용도(예를 들어, 최적 위치 또는 포장재를 찾거나 폐기물을 감소시키기 위하여)에 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, FiP-장치는 물류 용도에 사용될 수 있다. 따라서, FiP-장치는 컨테이너 또는 차량을 최적으로 선적하거나 팩킹하는데 사용될 수 있다. 또한, FiP-장치는 렌탈 차량 같은 렌탈 물품을 모니터링 또는 제어하기 위하여, 및/또는 예컨대 손해 사정 같은 보험 용도를 위하여, 제조 분야에서 표면 손상을 모니터링 또는 제어하는데 사용될 수 있다. 또한, FiP-장치는 특히 로봇과 함께 물질을 최적으로 취급하기 위하여 물질, 물체 또는 도구의 크기를 확인하는데 사용될 수 있다. 또한, FiP-장치는 예를 들어 탱크의 충전 수준을 관찰하기 위하여, 제조시 공정 제어에 사용될 수 있다. 또한, FiP-장치는 탱크, 파이프, 반응기, 도구 등과 같은(이들로 한정되지는 않음) 생산 자산의 유지에 사용될 수 있다. 또한, FiP-장치는 3D-품질 마크를 분석하는데 사용될 수 있다. 또한, FiP-장치는 치아 상감, 교정기, 보철, 의복 등과 같은 맞춤 제작 제품의 제조에 사용될 수 있다. FiP-장치는 신속한 시제품화, 3D-복제 등을 위해 하나 이상의 3D-프린터와 조합될 수 있다. 또한, FiP-장치는 예컨대 제품 표절 방지 및 위조 방지 목적으로 하나 이상의 제품의 형상을 검출하는데 사용될 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 하나 이상의 광 센서 또는 복수개의 광 센서가 제공되는 경우 광 센서중 하나 이상은 둘 이상의 전극 및 이들 전극 사이에 매립된 하나 이상의 광전변환 물질을 갖는 감광성 층 셋업을 포함하는 유기 광 센서일 수 있다. 하기에는, 특히 본 감광성 층 셋업 내에 사용될 수 있는 물질과 관련하여 감광성 층 셋업중 바람직한 셋업의 예가 개시된다. 감광성 층 셋업은 바람직하게는 태양 전지, 더욱 바람직하게는 유기 태양 전지 및/또는 염료-증감된 태양 전지(DSC), 더욱 바람직하게는 고체 염료-증감된 태양 전지(sDSC)의 감광성 층 셋업이다. 그러나, 다른 실시양태도 실현가능하다.
바람직하게는, 감광성 층 셋업은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 끼인, 둘 이상의 층을 포함하는 하나 이상의 광전변환 층 셋업 같은 하나 이상의 광전변환 물질을 포함한다. 바람직하게는, 감광성 층 셋업 및 광전변환 물질은 n-반도체성 금속 산화물, 하나 이상의 염료 및 하나 이상의 p-반도체성 유기 물질의 하나 이상의 층을 포함한다. 예로서, 광전변환 물질은 이산화티탄 같은 n-반도체성 금속 산화물의 하나 이상의 조밀한 층, n-반도체성 금속 산화물의 조밀한 층에 접속하는 n-반도체성 금속 산화물의 하나 이상의 나노-다공성 층(예컨대, 이산화티탄의 하나 이상의 나노-다공성 층), n-반도체성 금속 산화물의 나노-다공성 층을 증감시키는 하나 이상의 염료(바람직하게는, 유기 염료), 및 염료 및/또는 n-반도체성 금속 산화물의 나노-다공성 층과 접속하는 하나 이상의 p-반도체성 유기 물질의 하나 이상의 층을 갖는 층 셋업을 포함할 수 있다.
n-반도체성 금속 산화물의 조밀한 층은 아래에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이 제 1 전극과 나노-다공성 n-반도체성 금속 산화물의 하나 이상의 층 사이에서 하나 이상의 차단 층을 형성할 수 있다. 그러나, 다른 유형의 완충 층을 갖는 실시양태 같은 다른 실시양태도 실현가능함에 주목한다.
둘 이상의 전극은 하나 이상의 제 1 전극 및 하나 이상의 제 2 전극을 포함한다. 제 1 전극은 애노드 또는 캐쏘드중 하나, 바람직하게는 애노드일 수 있다. 제 2 전극은 애노드 또는 캐쏘드중 다른 하나, 바람직하게는 캐쏘드일 수 있다. 제 1 전극은 바람직하게는 n-반도체성 금속 산화물의 하나 이상의 층과 접속하고, 제 2 전극은 바람직하게는 p-반도체성 유기 물질의 하나 이상의 층과 접속한다. 제 1 전극은 기판과 접속하는 바닥 전극일 수 있고, 제 2 전극은 기판으로부터 멀리 떨어진 상부 전극일 수 있다. 다르게는, 제 2 전극은 기판과 접속하는 바닥 전극일 수 있고, 제 1 전극은 기판으로부터 멀리 떨어진 상부 전극일 수 있다. 바람직하게는, 제 1 전극과 제 2 전극중 하나 또는 둘 다는 투명하다.
하기에서는, 제 1 전극, 제 2 전극 및 광전변환 물질, 바람직하게는 둘 이상의 광전변환 물질을 포함하는 층 셋업에 관한 몇몇 옵션이 개시된다. 그러나, 다른 실시양태도 가능함을 알아야 한다.
a) 기판, 제 1 전극 및 n-반도체성 금속 산화물
일반적으로, 제 1 전극 및 n-반도체성 금속 산화물의 바람직한 실시양태에 대해서는, WO 2012/110924 A1 호, US 특허 가출원 제 61/739,173 호 또는 US 특허 가출원 제 61/708,058 호를 참조할 수 있으며, 이들 참조문헌 모두는 본원에 참고로 인용된다. 다른 실시양태도 실현가능하다.
하기에서는, 제 1 전극이 기판과 직접적으로 또는 간접적으로 접촉하는 바닥 전극인 것으로 가정한다. 그러나, 제 1 전극이 상부 전극인 다른 셋업도 실현가능함에 주목한다.
감광성 층 셋업, 예를 들어 n-반도체성 금속 산화물의 하나 이상의 조밀한 필름(고체 필름이라고도 함) 및/또는 n-반도체성 금속 산화물의 하나 이상의 나노-다공성 필름(나노-미립자 필름이라고도 함)에 사용될 수 있는 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, 광 센서는 하나 이상의 투명한 기판을 사용한다. 그러나, 하나 이상의 불투명한 기판을 사용하는 셋업도 실현가능하다.
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. 특히 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 또는 조밀한 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 사용은, 많은 경우에 이 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 한다. 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, 완충 층이 없는 전지의 경우, 특히 고체 전지에서는, 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 반도체성 물질(n-형 반도체)이지만, 그의 흡수는 큰 밴드 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 증감제로서 염료와 조합되어야 하는데, 이 염료는 태양광의 파장 범위, 즉 300 내지 2000nm를 흡수하고, 전자 여기된 상태에서는 반도체의 전도 밴드로 전자를 주입한다. 전해질로서 전지에 추가로 사용되는 고체 p-형 반도체(이는 다시 대전극에서 환원됨) 덕분에, 증감제가 재생되도록 전자가 증감제로 재순환될 수 있다.
유기 태양 전지에 사용하기 위해 특히 흥미를 끄는 것은 반도체 산화아연, 이산화주석, 이산화티탄 또는 이들 금속 산화물의 혼합물이다. 금속 산화물은 미소결정질 또는 나노결정질 다공성 층의 형태로 사용될 수 있다. 이들 층은 태양광의 높은 흡수가 달성되도록 증감제로서의 염료로 코팅되는 큰 표면적을 갖는다. 제작되는 금속 산화물 층, 예를 들어 나노봉은 더 높은 전자 이동성, 염료에 의한 개선된 공극 충전, 염료에 의한 개선된 표면 증감 또는 증가된 표면적 같은 이점을 제공한다.
금속 산화물 반도체는 단독으로 또는 혼합물의 형태로 사용될 수 있다. 또한, 금속 산화물을 하나 이상의 다른 금속 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 증감제를 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 및 3원 산화철(나노결정질 또는 비정질 형태로 존재할 수 있음) 같은, 세라믹에 사용되는 금속 산화물을 포함한다.
통상적인 유기 염료 및 루테늄, 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 서브셀(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.
b) 염료
본 발명에서, 특히 DSC에 통상적인 용어 "염료", "증감제 염료" 및 "증감제"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 호, US 특허 가출원 제 61/739,173 호 또는 US 특허 가출원 제 61/708,058 호(이들은 모두 본원에 참고로 인용됨)에 개시된 하나 이상의 염료를 사용할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, WO 2007/054470 A1 호 및/또는 WO 2013/144177 A1 호 및/또는 WO 2012/085803 A1 호(이들도 모두 본원에 참고로 인용됨)에 개시된 하나 이상의 염료를 사용할 수 있다.
반도체성 물질로서 이산화티탄에 기초한 염료-증감된 태양 전지는 예를 들어 US-A-4 927 721 호, 문헌[Nature 353, p. 737-740 (1991)] 및 US-A-5 350 644 호, 또한 문헌[Nature 395, p 583-585 (1998)] 및 EP-A-1 176 646 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 증감제로서의 산 기를 통해 이산화티탄 층에 결합된다.
제안된 다수의 증감제는 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]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.
제안된 염료 태양 전지에서 바람직한 증감제 염료는 DE 10 2005 053 995 A1 호 또는 WO 2007/054470 A1 호에 기재되어 있는 페릴렌 유도체, 테릴렌 유도체 및 쿼터릴렌 유도체이다. 또한, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, WO 2012/085803 A1 호에 개시된 하나 이상의 염료를 사용할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, WO 2013/144177 A1 호에 개시된 염료중 하나 이상을 사용할 수 있다. WO 2013/144177 A1 호 및 EP 12162526.3 호의 내용은 본원에 참고로 인용된다. 구체적으로, ID1338로 일컬어지는 염료 R-5 및/또는 R-3을 사용할 수 있다:
염료 D-5 및 염료 R-3의 제조 및 특성은 WO 2013/144177 A1 호에 개시되어 있다.
본 발명과 관련하여서도 가능한 이들 염료의 사용은 높은 효율과 동시에 높은 안정성을 갖는 광전변환 소자를 생성시킨다.
또한, 추가로 또는 다르게는, ID1456으로 일컬어지는, WO 2013/144177 A1 호에 개시되어 있는 하기 염료를 사용할 수 있다:
또한, 하기 라일렌 염료중 하나 또는 둘 다를 본 발명에 따른 장치에, 특히 하나 이상의 광 센서에 사용할 수 있다.
ID1187:
ID1167:
이들 염료 ID1187 및 ID1167은 WO 2007/054470 A1 호에 개시되어 있는 라일렌 염료의 영역에 속하고, 당 업자가 알게 되는 바와 같이 상기 문헌에 개시되어 있는 일반적인 합성 경로를 이용하여 합성될 수 있다.
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 이산화티탄 상으로 흡착된 고체 상태에서 그의 조성에 따라 약 400 내지 800nm의 범위 내에서 흡수한다. 입사 태양광을 가시광선부터 근적외선 영역까지 매우 실질적으로 활용하기 위하여, 상이한 라일렌 유도체 I의 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 증감제, 바람직하게는 라일렌을 사용할 수 있다.
염료는 간단한 방식으로 n-반도체성 금속 산화물 필름, 예컨대 나노다공성의 n-반도체성 금속 산화물 층 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 흡착할 수 있다. 반면, 더 큰 입자는 통상 p-도체를 통해 더 우수하게 침투할 수 있는 더 큰 공극을 갖는다.
c) p-반도체성 유기 물질
상기 기재된 바와 같이, DSC 또는 sDSC의 감광성 층 셋업 같은 하나 이상의 감광성 층 셋업은 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-반도체성 금속 산화물중 전자와 고체 p-도체의 재조합을 방지하기 위하여, n-반도체성 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, 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, 하나 이상의 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 반도체성 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, 독터 블레이딩, 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-MeOTAD 같은 하나 이상의 스피로 화합물 및 하기 화학식 I의 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다:
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:
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:
상기 식에서, 아릴1, 아릴2, 아릴3, 아릴4, 아릴5, 아릴6, 아릴7 및 아릴8 라디칼은 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:
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:
다르게는 또는 덧붙여서, 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 PCT 특허원 PCT/EP2010/051826 호를 참조할 수 있다. p-형 반도체는 상기 기재된 스피로 화합물에 덧붙여서 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:
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 
이고, 더욱 바람직하게는 
이다.
더욱 바람직하게는, 화학식 I의 하나 이상의 화합물은 하기 구조중 하나를 갖는다.
다른 실시양태에서, 유기 p-형 반도체는 하기 구조를 갖는 유형 ID322의 화합물을 포함한다.
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.
d) 제 2 전극
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.
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 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, 광 센서의 제 2 전극은 바람직하게는 하나 이상의 전도성 중합체를 포함할 수 있다.
그러므로, 예로서, 제 2 전극은 하나 이상의 금속 층과 함께 하나 이상의 전기 전도성 중합체를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 전기 전도성 중합체는 투명한 전기 전도성 중합체이다. 이 조합은 제 2 전극이 투명할 뿐만 아니라 매우 전기 전도성이 되도록 하기 위하여 충분한 전기 전도율을 제공함으로써 매우 얇고 따라서 투명한 금속 층을 제공할 수 있게 한다. 그러므로, 예로서 하나 이상의 금속 층은 각각 또는 함께 50nm 미만, 바람직하게는 40nm 미만, 또는 심지어 30nm 미만의 두께를 가질 수 있다.
예로서, 폴리아날린(PANI) 및/또는 그의 화학적 관련 물질; 폴리티오펜 및/또는 그의 화학적 관련 물질, 예컨대 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, EP 2507286 A2 호, EP 2205657 A1 호 또는 EP 2220141 A1 호에 개시되어 있는 전도성 중합체중 하나 이상을 사용할 수 있다. 추가의 예시적인 실시양태에 대해서는 US 특허 가출원 제 61/739,173 호 또는 US 특허 가출원 제 61/708,058 호를 참조할 수 있으며, 이들 특허원은 모두 본원에 참고로 인용된다.
추가로 또는 다르게는, 흑연, 그라펜, 탄소 나노-튜브, 탄소 나노-와이어로 이루어진 군으로부터 선택되는 탄소 물질 같은 무기 전도성 탄소 물질 등의 무기 전도성 물질을 사용할 수 있다.
또한, 적절한 반사에 의해 광자가 흡수 층을 통해 2회 이상 통과하게 됨으로써 성분의 양자 효율을 증가시키는 전극 디자인을 이용할 수도 있다. 이러한 층 구조는 또한 "집중자"로도 일컬어지며, 마찬가지로 예컨대 WO 02/101838 호(특히, 페이지 23 내지 24)에 기재되어 있다.
광 센서의 하나 이상의 제 2 전극은 단일 전극일 수 있거나 또는 복수개의 부분 전극을 포함할 수 있다. 그러므로, 단일 제 2 전극, 또는 분할 전극 같은 더욱 복잡한 셋업을 이용할 수 있다.
또한, 특히 하나 이상의 종방향 광 센서 및/또는 하나 이상의 횡방향 광 센서일 수 있거나 그들을 포함할 수 있는 하나 이상의 광 센서의 하나 이상의 제 2 전극은 완전히 또는 부분적으로 투명할 수 있다. 그러므로, 특히, 하나 이상의 제 2 전극은 하나, 둘 또는 그 이상의 전극(예를 들어, 하나의 전극 또는 둘 이상의 부분 전극) 및 임의적으로는 전극 또는 둘 이상의 부분 전극에 접촉하는 하나 이상의 추가적인 전극 물질을 포함할 수 있다.
또한, 제 2 전극은 완전히 또는 부분적으로 불투명할 수 있다. 구체적으로, 둘 이상의 부분 전극은 불투명할 수 있다. 물체로부터 멀리 향하는 전극 및/또는 광 센서의 스택중 마지막 전극 같은 최종 전극을 불투명하게 제조하는 것이 특히 바람직할 수 있다. 결과적으로, 이 최종 전극을 최적화시켜 나머지 모든 광을 센서 신호로 전환시킬 수 있다. 여기에서, "최종" 전극은 물체로부터 멀리 향하는 하나 이상의 광 센서의 전극일 수 있다. 일반적으로, 불투명한 전극이 투명한 전극보다 더 효율적이다.
따라서, 투명한 센서의 수 및/또는 투명한 전극의 수를 최소한으로 감소시키는 것이 일반적으로 유리하다. 이와 관련하여, 예로서, WO 2014/097181 A1 호에 도시된 하나 이상의 종방향 광 센서 및/또는 하나 이상의 횡방향 광 센서의 가능한 셋업을 참조할 수 있다. 그러나, 다른 셋업도 실현가능하다.
광학 검출기, 검출기 시스템, 방법, 사람-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템, 카메라 및 광학 검출기의 용도는 공지의 장치, 방법 및 이 유형의 용도에 비해 다수의 이점을 제공한다.
따라서, 일반적으로, 주파수 분석에 의해 신호 성분을 분리시키기 위하여 변조 주파수를 사용하는 대략적인 아이디어와 함께 하나 이상의 공간 광 변조기를 하나 이상의 광 센서와 조합함으로써, 기술적으로 간단한 방식으로 또한 화소 형성된 광 센서를 사용할 필요 없이, 고해상도 촬영, 바람직하게는 고해상도 3D 촬영 가능성, 물체의 횡방향 및/또는 종방향 좌표 결정 가능성, 단순화된 방식으로 색상을 분리할 가능성 및 다수의 다른 가능성을 제공할 수 있는 광학 검출기를 제공할 수 있다.
그러므로, 카메라, 특히 3D-카메라의 현재 셋업은 전형적으로 복잡한 측정 셋업 및 복잡한 측정 연산을 필요로 한다. 본 발명에서는, 광 센서를 화소로 추가로 분할할 필요 없이 태양 전지, 더욱 바람직하게는 DSC 또는 sDSC 같은 대면적 광 센서를 전체적으로 사용할 수 있다. 예로서, 공간 광 변조기의 경우, 디스플레이 및/또는 투사 장치에 통상적으로 사용되는 액정 스크린을 태양 전지의 스택, 더욱 바람직하게는 DSC의 스택 같은 하나 이상의 태양 전지 위에 위치시킬 수 있다. DSC는 동일한 광학 특성 및/또는 상이한 광학 특성을 가질 수 있다. 그러므로, 적색 스펙트럼 영역에서 흡수를 갖는 하나 이상의 DSC, 녹색 스펙트럼 영역에서 흡수를 갖는 하나의 DSC, 및 청색 스펙트럼 영역에서 흡수를 갖는 하나의 DSC 같은 상이한 흡수 특성을 갖는 둘 이상의 DSC를 사용할 수 있다. 다른 셋업도 실현가능하다. 하나 이상의 CCD 칩, 특히 예컨대 표준 디지털 카메라에 사용되는 높은 해상도를 갖는 하나 이상의 불투명한 CCD 칩 같은 하나 이상의 무기 센서와 DSC를 조합할 수 있다. 그러므로, 공간 광 변조기로부터 가장 멀리 떨어진 위치에 CCD 칩을 갖는 스택 셋업, 즉 특히 FiP-효과를 이용함으로써 물체의 종방향 좌표를 결정하기 위하여 바람직하게는 화소 없이 하나, 둘 또는 그 이상의 적어도 부분적으로 투명한 DSC 또는 sDSC의 스택을 이용할 수 있다. 예를 들어 www.dlp.com/de/technology/how-dlp-works에 개시되어 있는 바와 같이, 이 스택 다음에 하나 이상의 투명하거나 반투명한 LCD 및/또는 소위 DLP 기술을 이용하는 하나 이상의 장치 같은 하나 이상의 공간 광 변조기가 따라올 수 있다. 이 스택을 하나 이상의 카메라 렌즈 시스템 같은 하나 이상의 전달 장치와 조합할 수 있다.
표준 푸리에 변환 연산을 이용함으로써 주파수 분석을 수행할 수 있다.
통상적인 카메라 시스템에서와 같이 x-, y- 및 색상 정보를 수득하기 위하여, 임의적인 불투명 CCD 칩을 고 해상도로 사용할 수 있다. 종방향 정보(z-정보)를 수득하기 위하여, SLM과 하나 이상의 대면적 광 센서의 조합을 사용할 수 있다. 예컨대 높은 주파수로 개방 및 폐쇄함으로써 SLM의 각 화소를 진동시킬 수 있으며, 각 화소는 잘 한정된 독특한 주파수로 진동할 수 있다.
광자-밀도-의존형 투명 DSC를 이용하여 깊이 정보를 결정할 수 있는데, 이는 상기 언급된 FiP-효과로 알려져 있다. 그러므로, 집광 렌즈 및 2개의 투명한 DSC를 통과하는 광 빔은 DSC의 민감한 영역의 상이한 표면적을 덮는다. 이는 상이한 광전류를 야기할 수 있고, 이로부터 깊이 정보를 유추할 수 있다. LCD 및/또는 미소거울 장치 같은 SLM의 진동 화소에 의해, 태양 전지를 통과하는 빔에 펄스를 야기할 수 있다. 각 화소 뒤의 전류-전압 정보를 수득하기 위하여, DSC로부터 수득되는 전류-전압 정보를 푸리에 변환 같은 주파수 분석에 의해 처리할 수 있다. 독특하게 주파수는 각 화소, 따라서 그의 횡방향 위치(x-y-위치)를 확인시켜줄 수 있다. 상기 논의된 바와 같이 상응하는 깊이 정보를 수득하기 위하여 각 화소의 광전류를 이용할 수 있다.
또한, 상기 논의된 바와 같이, 광학 검출기는 하나 이상의 광 빔의 색상을 인식 및/또는 결정하는데 적합화된 다색 또는 총천연색 검출기로서 실현될 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 광학 검출기는 카메라에 사용될 수 있는 다색 및/또는 총천연색 검출기일 수 있다. 이에 의해, 단순한 셋업을 실현할 수 있고, 하나 이상의 물체의 횡방향 및/또는 종방향 위치를 촬영 및/또는 결정하기 위한 다색 검출기를 기술적으로 간단한 방식으로 실현할 수 있다. 따라서, 상이한 색상의 둘 이상, 바람직하게는 셋 이상의 상이한 유형의 화소를 갖는 공간 광 변조기를 사용할 수 있다.
예로서, 둘 이상, 바람직하게는 셋 이상의 상이한 색상의 화소를 갖는 박막 트랜지스터 공간 광 변조기 같은 액정 공간 광 변조기를 사용할 수 있다. 각각 바람직하게는 화소별로 개방(투명) 및 폐쇄(흑색)될 수 있는 적색, 녹색 및 청색 채널을 갖는 이들 유형의 공간 광 변조기가 시판되고 있다. 추가로 또는 다르게는, 전술한 DLP® 기술을 이용함으로써, 텍사스 인스트루먼츠에서 시판되는, 단색 또는 다색 또는 심지어 총천연색 미소거울을 갖는 반사형 SLM을 사용할 수 있다. 다시, 추가로 또는 다르게는, 예컨대 http://www.leysop.com/integrated_pockels_cell.htm에 기재되어 있는 바와 같은 음향 광학 효과 및/또는 전광 효과에 기초한 SLM을 사용할 수 있다. 그러므로, 예로서, 액정 기술 또는 미소거울에서는, 화소 바로 위에 있는 색상 필터 같은 색상 필터를 사용할 수 있다. 따라서, 각 화소는 광이 SLM을 통과하여 하나 이상의 광 센서를 향해 진행하는 채널을 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 하나 이상의 DSC 또는 sDSC 같은 하나 이상의 광 센서는 SLM을 통과하는 광 빔을 완전히 또는 부분적으로 흡수할 수 있다. 예로서, 청색 채널만 개방되는 경우에는, 광 센서에 의해 청색 광만 흡수될 수 있다. 적색, 녹색 및 청색 광이 다른 위상으로 및/또는 상이한 주파수에서 펄스되는 경우, 주파수 분석은 세 가지 색상을 동시에 검출할 수 있다. 그러므로, 통상적으로, 하나 이상의 광 센서는 다색 또는 총천연색 SLM의 스펙트럼 영역에서 흡수하는데 적합화된 광대역 광 센서일 수 있다. 그러므로, 적색, 녹색 및 청색 스펙트럼 영역에서 흡수하는 광대역 광 센서를 사용할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 상이한 스펙트럼 영역에 대해 상이한 광 센서를 사용할 수 있다. 일반적으로, 상기 언급된 주파수 분석은 변조의 주파수 및/또는 위상에 따라 신호 성분을 확인하는데 적합화될 수 있다. 따라서, 신호 성분의 주파수 및/또는 위상을 확인함으로써, 광 빔의 특정 색상 성분에 신호 성분을 부여할 수 있다. 따라서, 평가 장치는 광 빔을 상이한 색상으로 분리하는데 적합화될 수 있다.
둘 이상의 채널이 상이한 변조 주파수로, 즉 상이한 주파수 및/또는 상이한 위상으로 펄스되는 경우에는, 각 채널이 개별적으로 개방될 수 있고 모든 채널이 동시에 개방될 수 있고 2개의 상이한 채널이 동시에 개방될 수 있는 때가 있을 수 있다. 이로 인해 추가적인 후처리를 조금만 가하면 다수의 상이한 색상을 동시에 검출할 수 있다. 다중 채널 신호를 검출함에 있어서는, 1-채널 및 다-채널 신호를 후처리에서 비교할 수 있는 경우에, 정확도 또는 색상 선택도가 증가될 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 공간 광 변조기는 다양한 방식으로 구체화될 수 있다. 따라서, 예로서, 공간 광 변조기는 바람직하게는 박막 트랜지스터(TFT) 기술과 함께 액정 기술을 이용할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, DLP® 기술에 따른 미소거울 장치(텍사스 인스트루먼츠에서 구입가능함) 같은 반사형 미소 기계 장치 등의 미소 기계 장치를 사용할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 감전발색 및/또는 이색성 필터를 공간 광 변조기로서 사용할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 감전발색 공간 광 변조기, 음향 광학 공간 광 변조기 또는 전광 공간 광 변조기중 하나 이상을 사용할 수 있다. 일반적으로, 공간 광 변조기는 다양한 방식으로, 예컨대 화소를 투명한 상태와 불투명한 상태, 투명한 상태와 더욱 투명한 상태, 또는 투명한 상태와 유색 상태 사이에서 스위칭시킴으로써, 광 빔의 하나 이상의 광학 특성을 변조시키는데 적합화될 수 있다.
추가적인 실시양태는 광학 검출기 내에서의 광 빔 또는 그의 일부의 빔 경로에 관한 것이다. 여기 및 아래에서 사용되는 "빔 경로"는 통상 광 빔 또는 그의 일부가 전파될 수 있는 경로이다. 따라서, 통상적으로, 광학 검출기 내에서의 광 빔은 단일 빔 경로를 따라 이동할 수 있다. 단일 빔 경로는 직선 단일 빔 경로일 수 있거나 또는 절첩된 빔 경로, 분지된 빔 경로, 직사각형 빔 경로 또는 Z-형 빔 경로 같은 하나 이상의 변곡점을 갖는 빔 경로일 수 있다. 다르게는, 둘 이상의 빔 경로가 광학 검출기 내에 존재할 수 있다. 따라서, 광학 검출기에 들어가는 광 빔은 둘 이상의 부분 광 빔으로 분할될 수 있고, 부분 광 빔은 각각 하나 이상의 부분 빔 경로를 따라간다. 각각의 부분 빔 경로는 독립적으로 직선 부분 빔 경로일 수 있거나 또는 상기 개략적으로 기재된 바와 같이 절첩된 부분 빔 경로, 직사각형 부분 빔 경로 또는 Z-형 부분 빔 경로 같은 하나 이상의 변곡점을 갖는 부분 빔 경로일 수 있다. 일반적으로, 당 업자가 알게 되는 바와 같이, 빔 경로의 다양한 유형의 임의의 조합 유형이 실현가능하다. 따라서, 둘 이상의 부분 빔 경로가 존재하여 전체적으로 W-형 셋업을 형성시킬 수 있다.
빔 경로를 둘 이상의 부분 빔 경로로 분할함으로써, 광학 검출기의 요소를 둘 이상의 부분 빔 경로에 배치할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 대면적 광 센서 같은 하나 이상의 광 센서 및/또는 상기 언급된 FiP-효과를 갖는 하나 이상의 광 센서 같은 대면적 광 센서의 하나 이상의 스택을 제 1 부분 빔 경로에 위치시킬 수 있다. 불투명한 광 센서, 예를 들어 CCD 센서 및/또는 CMOS 센서 같은 이미지 센서 등의 하나 이상의 추가적인 광 센서를 제 2 부분 빔 경로에 위치시킬 수 있다. 또한, 하나 이상의 공간 광 변조기를 부분 빔 경로중 하나 이상에 위치시킬 수 있고/있거나 공동 빔 경로를 둘 이상의 부분 빔 경로로 분할하기 전에 공동 빔 경로에 위치시킬 수 있다. 다양한 셋업이 실현가능하다. 또한, 광 빔 및/또는 부분 광 빔은 일방향 방식으로, 예컨대 1회만 또는 단일 이동 방식으로 빔 경로 또는 부분 빔 경로를 따라 이동할 수 있다. 다르게는, 동일한 빔 경로 또는 부분 빔 경로를 따라 뒤로 이동시키기 위하여 광 빔 또는 부분 광빔을 하나 이상의 반사 요소에 의해 반사시키는 셋업에서와 같이, 광 빔 또는 부분 광 빔은 반복적으로, 예를 들어 고리형 셋업으로 및/또는 이방향 방식으로 빔 경로 또는 부분 빔 경로를 따라 이동할 수 있다. 하나 이상의 반사 요소는 공간 광 변조기 자체일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 유사하게, 빔 경로를 둘 이상의 부분 빔 경로로 분할하기 위하여, 공간 광 변조기 자체를 이용할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 다른 유형의 반사 요소를 이용할 수 있다.
광학 검출기 내에 둘 이상의 부분 빔 경로를 사용함으로써 및/또는 빔 경로 또는 부분 빔 경로를 따라 반복적으로 또는 이방향 방식으로 이동하는 광 빔 또는 부분 광 빔을 가짐으로써, 광학 검출기의 셋업에 높은 융통성을 부여하는 광학 검출기의 다양한 셋업이 실현될 수 있다. 따라서, 광학 검출기의 기능을 분할하고/하거나 상이한 부분 빔 경로에 배치할 수 있다. 따라서, 제 1 부분 빔 경로는 예컨대 상기 언급된 FiP-효과를 갖는 하나 이상의 광 센서를 사용함으로써 물체의 z-검출 전용일 수 있고, 제 2 빔 경로는 예컨대 촬영을 위한 하나 이상의 CCD 칩 또는 CMOS 칩 같은 하나 이상의 이미지 센서를 제공함으로써 촬영에 사용될 수 있다. 그러므로, 부분 빔 경로중 하나, 하나 이상 또는 모두 내에서, 독립적이거나 종속적인 좌표 시스템이 한정될 수 있으며, 이들 좌표 시스템 내에서 물체의 하나 이상의 좌표를 결정할 수 있다. 광학 검출기의 일반적인 셋업이 공지되어 있기 때문에, 좌표 시스템을 상관시킬 수 있고, 좌표를 광학 검출기의 공동 좌표 시스템에서 조합하기 위하여 단순 좌표 변환을 이용할 수 있다.
전술한 가능성은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 공간 광 변조기는 상기 개략적으로 기재된 바와 같이 반사형 공간 광 변조기일 수 있다. 따라서, 상기 논의된 바와 같이, 반사형 공간 광 변조기는 예컨대 상기 언급한 DLP® 기술을 이용함으로써 미소거울 시스템일 수 있거나 또는 그를 포함할 수 있다. 그러므로, 공간 광 변조기는 광 빔 및/또는 그의 일부를 편향 또는 반사시키기 위하여, 예를 들어 광 빔을 그의 원래 방향으로 반사시키기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 광학 검출기의 하나 이상의 광 센서는 하나의 투명한 광 센서를 포함할 수 있다. 광학 검출기는 광 빔이 공간 광 변조기에 도달하기 전에 투명한 광 센서를 통과하도록 하는 셋업일 수 있다. 공간 광 변조기는 광 빔을 광 센서를 향해 뒤쪽으로(backward) 적어도 부분적으로 반사시키는데 적합화될 수 있다. 이 실시양태에서, 광 빔은 투명한 광 센서를 두 번 통과할 수 있다. 따라서, 첫 번째로, 광 빔은 투명한 광 센서를 통해 변조되지 않는 방식으로 처음으로 통과하여 공간 광 변조기에 도달할 수 있다. 공간 광 변조기는 상기 논의된 바와 같이 광 빔을 변조하는 동시에, 광 센서에 의해 검출되도록 하기 위하여, 광 빔이 변조되는 방식으로 두 번째로 투명한 광 센서를 통과하도록, 광 빔을 투명한 광 센서를 향해 뒤쪽으로 반사시키는데 적합화될 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 추가로 또는 다르게는, 광학 검출기는 광 빔의 빔 경로를 둘 이상의 부분 빔 경로로 나누는데 적합화된 하나 이상의 빔 분할 요소를 함유할 수 있다. 빔 분할 요소는 다양한 방식으로 및/또는 빔 분할 요소의 조합을 이용함으로써 구현될 수 있다. 따라서, 예로서, 빔 분할 요소는 공간 광 변조기, 빔 분할 프리즘, 그레이팅, 반투명한 거울, 이색성 거울로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 요소를 포함할 수 있다. 언급된 요소 및/또는 다른 요소의 조합도 실현가능하다. 그러므로, 일반적으로, 하나 이상의 빔 분할 요소는 하나 이상의 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 이 실시양태에서는, 구체적으로, 예를 들어 전술한 미소거울 기술, 특히 상기 언급된 DLP® 기술을 이용함으로써 반사형 공간 광 변조기일 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기의 요소는 빔 경로를 분할하기 전 및/또는 후에 빔 경로에 분포될 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 광 센서가 부분 빔 경로 각각에 위치할 수 있다. 따라서, 예를 들어 대면적 광 센서의 하나 이상의 스택, 더욱 바람직하게는 전술한 FiP-효과를 갖는 광 센서의 하나 이상의 스택 같은 광 센서의 하나 이상의 스택이 부분 빔 경로중 하나 이상에, 예컨대 부분 빔 경로중 제 1 경로에 위치할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 불투명한 광 센서가 부분 빔 경로중 하나 이상에, 예를 들어 부분 빔 경로중 하나 이상의 제 2 경로에 위치할 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 무기 광 센서, 예컨대 무기 반도체 광 센서, 예를 들어 촬영 센서 및/또는 카메라 칩, 더욱 바람직하게는 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩이 제 2 부분 빔 경로에 위치할 수 있으며, 이 때 단색 칩 및/또는 다색 또는 총천연색 칩 둘 다가 사용될 수 있다. 따라서, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광 센서의 스택을 사용함으로써 제 1 부분 빔 경로는 물체의 z-좌표를 검출하는데 사용될 수 있고, 제 2 부분 빔 경로는 예컨대 촬영 센서, 특히 카메라 칩을 사용함으로써 촬영에 사용될 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 공간 광 변조기는 빔 분할 요소의 일부일 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 공간 광 변조기 및/또는 복수개의 공간 광 변조기중 하나 이상은 그 자체가 하나 이상의 부분 빔 경로에 위치할 수 있다. 그러므로, 예로서, 공간 광 변조기는 부분 빔 경로중 제 1 경로에, 즉 광 센서의 스택, 예컨대 상기 언급된 FiP-효과를 갖는 광 센서의 스택을 갖는 부분 빔 경로에 위치할 수 있다. 따라서, 광 센서의 스택은 하나 이상의 대면적 광 센서, 예를 들어 FiP-효과를 갖는 하나 이상의 대면적 광 센서를 포함할 수 있다.
예컨대 부분 빔 경로중 하나 이상에서, 예를 들어 제 2 부분 빔 경로에서 하나 이상의 불투명한 광 센서가 사용되는 경우, 불투명한 광 센서는 바람직하게는 화소 형성된 광 센서, 바람직하게는 무기 화소 형성된 광 센서, 더욱 바람직하게는 카메라 칩, 가장 바람직하게는 CCD 칩과 CMOS 칩중 하나 이상일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시양태도 실현가능하고, 하나 이상의 부분 광 빔 경로에서 화소 형성된 불투명한 광 센서와 화소 형성되지 않은 불투명한 광 센서의 조합도 실현가능하다.
광 센서 및/또는 광학 검출기의 더욱 복잡한 셋업의 상기 가능성을 이용함으로써, 특히 투명도, 반사성 또는 다른 특성과 관련하여 공간 광 변조기를 높은 융통성으로 사용할 수 있다. 그러므로, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 공간 광 변조기는 그 자체로 광 빔 또는 부분 광 빔을 반사시키거나 편향시키는데 사용될 수 있다. 이 때, 광학 검출기의 선형 또는 비-선형 셋업이 실현될 수 있다. 따라서, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, W-형 셋업, Z-형 셋업 또는 다른 셋업도 실현가능하다. 반사형 공간 광 변조기가 사용되는 경우, 특히 미소거울 시스템에서 공간 광 변조기가 통상적으로 광 빔을 하나보다 많은 방향으로 반사 또는 편향시키는데 적합화된다는 사실을 이용할 수 있다. 그러므로, 제 1 부분 빔 경로는 공간 광 변조기의 제 1 편향 또는 반사 방향으로 셋업될 수 있고, 하나 이상의 제 2 부분 빔 경로는 공간 광 변조기의 하나 이상의 제 2 편향 또는 반사 방향으로 셋업될 수 있다. 그러므로, 공간 광 변조기는 입사 광 빔을 하나 이상의 제 1 방향 및 하나 이상의 제 2 방향으로 분할시키는데 적합화된 빔 분할 요소를 형성할 수 있다. 따라서, 예로서, 공간 광 변조기의 미소거울은 하나 이상의 제 1 부분 빔 경로를 향해, 예를 들어 FiP-센서의 스택 같은 광 센서의 스택을 갖는 제 1 부분 빔 경로를 향해, 또는 하나 이상의 제 2 부분 빔 경로를 향해, 예를 들어 촬영 센서, 특히 하나 이상의 CCD 칩 및/또는 하나 이상의 CMOS 칩 같은 불투명한 광 센서를 갖는 하나 이상의 제 2 부분 빔 경로를 향해, 광 빔 및/또는 그의 일부를 반사 또는 편향시키도록 위치할 수 있다. 이에 의해, 다양한 빔 경로에서 요소를 조명하는 전반적인 광량이 증가할 수 있다. 뿐만 아니라, 이러한 구조에서는 둘 이상의 부분 빔 경로에서, 예컨대 광 센서와 촬영 센서(예: 총천연색 CCD 또는 CMOS 센서)의 스택 상에서 동일한 사진, 예를 들어 동일한 초점을 갖는 사진을 수득할 수 있다.
선형 셋업과는 대조적으로, 둘 이상의 부분 빔 경로를 갖는 셋업, 예컨대 분지된 셋업 및/또는 W-셋업 등의 비-선형 셋업은 부분 빔 경로의 셋업을 개별적으로 최적화시킬 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 촬영 센서에 의한 촬영 기능 및 z-검출 기능이 별도의 부분 빔 경로로 분리되는 경우에는, 이들 부분 빔 경로와 그에 배치되는 요소의 독립적인 최적화가 실현가능하다. 따라서, 예로서, 투명한 태양 전지 같은 상이한 유형의 광 센서를 z-검출에 적합화된 부분 빔 경로에 사용할 수 있는데, 왜냐하면 촬영 검출기에 의한 촬영에 동일한 광 빔을 이용해야 하는 경우에는 투명도가 덜 중요하기 때문이다. 따라서, 다양한 유형의 카메라의 조합이 실현가능하다. 예로서, 광학 검출기의 더 두꺼운 스택을 사용하여, 더 정확한 z-정보를 허용할 수 있다. 결과적으로, 광 센서의 스택이 초점이 맞지 않는 경우에라도, 물체의 z-위치의 검출이 가능하다.
또한, 하나 이상의 추가적인 요소가 하나 이상의 부분 빔 경로에 위치할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 광학 셔터가 하나 이상의 부분 빔 경로에 배치될 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 셔터는 반사형 공간 광 변조기와 광 센서 및/또는 쵤영 센서 같은 불투명한 광 센서의 스택 사이에 위치할 수 있다. 부분 빔 경로의 셔터는 독립적으로 사용될 수 있고/있거나 작동될 수 있다. 따라서, 예로서, 하나 이상의 촬영 센서, 구체적으로는 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩 같은 하나 이상의 촬영 센서, 및 대면적 광 센서 및/또는 대면적 광 센서의 스택은 일반적으로 상이한 유형의 최적 광 응답을 나타낼 수 있다. 선형 배열에서는, 예를 들어 대면적 광 센서 또는 대면적 광 센서의 스택과 촬영 센서 사이에 추가적인 셔터가 하나만 가능할 수 있다. 전술한 W-셋업에서와 같이 둘 이상의 부분 빔 경로를 갖는 분할 셋업에서는, 하나 이상의 셔터가 광 센서의 스택 앞에 및/또는 촬영 센서 앞에 위치할 수 있다. 이로써, 두 유형의 센서에 대한 최적 광 강도가 실현될 수 있다.
추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 렌즈가 하나 이상의 부분 빔 경로 내에 배치될 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 렌즈는 공간 광 변조기, 특히 반사형 공간 광 변조기와 광 센서의 스택 사이에, 및/또는 공간 광 변조기와 촬영 센서 같은 불투명한 광 센서 사이에 위치할 수 있다. 그러므로, 예로서, 부분 빔 경로중 하나 이상 또는 모두에 하나 이상의 렌즈를 사용함으로써, 개별적인 부분 빔 경로 또는 하나 이상의 렌즈를 포함하는 부분 빔 경로에 있어서 빔 성형이 이루어질 수 있다. 그러므로, 촬영 센서, 특히 CCD 또는 CMS 센서는 2D 사진을 찍는데 적합화될 수 있는 반면, 광 센서 스택 같은 하나 이상의 광 센서는 물체의 z-좌표 또는 깊이를 측정하는데 적합화될 수 있다. 통상적으로 이들 부분 빔 경로의 개별적인 렌즈에 의해 결정될 수 있는 이들 부분 빔 경로에서의 초점 또는 빔 성형은 반드시 동일하지 않아도 된다. 따라서, 부분 빔 경로를 따라 전파되는 부분 광 빔의 빔 특성은 예컨대 촬영, xy-검출 또는 z-검출에 대해 개별적으로 최적화될 수 있다.
추가적인 실시양태는 통상 하나 이상의 광 센서를 가리킨다. 일반적으로, 하나 이상의 광 센서의 가능한 실시양태에 대해서는, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, WO 2012/110924 A1 호 및/또는 WO 2014/097181 A1 호 같은 상기 나열된 종래 기술 문헌중 하나 이상을 참조할 수 있다. 그러므로, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 하나 이상의 광 센서는 예를 들어 WO 2014/097181 A1 호에 기재되어 있는 바와 같이 하나 이상의 종방향 광 센서 및/또는 하나 이상의 횡방향 광 센서를 포함할 수 있다. 특히, 하나 이상의 광 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 포함하는 층 셋업을 갖는 하나 이상의 유기 태양 전지, 더욱 바람직하게는 염료-증감된 태양 전지, 더욱 바람직하게는 고체 염료 증감된 태양 전지 같은 하나 이상의 유기 광검출기일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 이 층 셋업의 가능한 실시양태에 대해서는, 상기 언급된 종래 기술 문헌중 하나 이상을 참조할 수 있다.
하나 이상의 광 센서는 하나의 감광성 센서 구역을 갖는 하나 이상의 대면적 광 센서일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 또한, 추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 광 센서는 또한 둘 이상의 감수성 센서 구역, 즉 둘 이상의 센서 화소를 갖는 하나 이상의 화소 형성된 광 센서일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 광 센서는 둘 이상의 센서 화소를 갖는 센서 매트릭스를 포함할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 하나 이상의 광 센서는 하나 이상의 불투명한 광 센서일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 광 센서는 하나 이상의 투명하거나 반투명한 광 센서일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 당 업계에 공지되어 있는 다수의 장치에서 하나 이상의 화소 형성된 투명한 광 센서가 사용되는 경우에는, 투명도와 화소 형성의 조합이 몇몇 기술적 난제를 부과한다. 그러므로, 일반적으로, 당 업계에 공지되어 있는 광 센서는 감수성 구역 및 적절한 구동 전자장치를 갖는다. 이와 관련하여, 투명한 전자장치를 생성시키는 문제가 통상 해결되지 못한다.
본 발명의 내용에서 밝혀지는 바와 같이, 하나 이상의 광 센서의 활성 구역을 2×N개의 센서 화소의 어레이로 분할하는 것이 바람직할 수 있으며, 이 때 N은 정수이고, 바람직하게는 N≥1, 예를 들어 N=1, N=2, N=3, N=4 또는 4보다 큰 정수이다. 그러므로, 일반적으로, 하나 이상의 광 센서는 2×N개의 센서 화소를 갖는 센서 화소의 매트릭스를 포함할 수 있고, 이 때 N은 정수이다. 매트릭스는 예로서 센서 화소의 열을 2개 형성할 수 있는데, 이 때 예로서 제 1 열의 센서 화소는 광 센서의 제 1 면과 전기적으로 접촉하고, 제 2 열의 센서 화소는 제 1 면 반대쪽의 센서 화소의 제 2 면과 전기적으로 접촉한다. 다른 실시양태에서, N개의 화소의 2개의 열의 최초 화소 및 최종 화소는 또한 센서의 제 3 면 및 제 4 면과 전기적으로 접촉하는 화소로 분할될 수 있다. 예로서, 이는 2×M+2×N개의 화소의 셋업을 야기한다. 추가적인 실시양태도 실현가능하다.
둘 이상의 광 센서가 광학 검출기에 포함되는 경우, 하나, 둘 또는 그 이상의 광 센서는 상기 센서 화소의 어레이를 포함할 수 있다. 그러므로, 복수개의 광 센서가 제공되는 경우, 하나의 광 센서, 하나보다 많은 광 센서 또는 심지어 모든 광 센서는 화소 형성된 광 센서일 수 있다. 다르게는, 하나의 광 센서, 하나보다 많은 광 센서 또는 심지어 모든 광 센서는 화소 형성되지 않은 광 센서, 즉 대면적 광 센서일 수 있다.
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 층 셋업을 갖는 하나 이상의 광 센서를 비롯한 광 센서의 전술한 셋업이 사용되는 경우에는, 센서 화소의 매트릭스의 사용이 특히 유리하다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 이들 유형의 장치는 특히 FiP-효과를 나타낼 수 있다.
FiP-장치, 특히 본원에 개시되어 있는 SLM에 기초한 카메라 같은 이들 장치에는, 2×N개의 센서 화소의 어레이가 매우 적합하다. 그러므로, 통상적으로, 중간에 하나 이상의 층이 끼인 하나 이상의 투명한 제 1 전극과 하나 이상의 제 2 전극에서, 둘 이상의 센서 화소로의 화소 형성은 제 1 전극 및 제 2 전극중 하나 또는 둘 다를 전극의 어레이로 분할함으로써 달성될 수 있다. 예로서, 바람직하게는 투명한 기판 상에 배치된 플루오르화된 산화주석 및/또는 다른 투명한 전도성 산화물을 포함하는 투명한 전극 같은 투명한 전극의 경우에는, 리소그래피를 이용한 패턴화 및/또는 레이저 패턴화 같은 적절한 패턴화 기술에 의해 화소 형성을 용이하게 달성할 수 있다. 이로써, 전극은 부분 전극 구역으로 용이하게 분할될 수 있고, 이 때 각각의 부분 전극은 센서 화소 어레이의 센서 화소의 화소 전극을 형성한다. 나머지 층, 및 임의적으로는 제 2 전극은 패턴화되지 않은 채로 유지될 수 있거나, 또는 다르게는 패턴화될 수 있다. 패턴화되지 않은 다른 층과 함께 플루오르화된 산화주석 같은 분할된 투명한 전도성 산화물이 사용되는 경우에는, 적어도 염료-증감된 태양 전지에 있어서 나머지 층의 교차 전도율은 통상 무시될 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 센서 화소 사이의 혼선은 무시될 수 있다. 각 센서 화소는 단일 대전극, 예를 들어 단일 은 전극을 포함할 수 있다.
센서 화소의 어레이, 특히 2×N개의 어레이를 갖는 하나 이상의 광 센서를 사용하면 본 발명 내에서, 즉 본 발명에 의해 개시된 하나 이상의 장치 내에서 몇 가지 이점을 제공한다. 그러므로, 첫째로, 어레이를 사용하면 신호 품질을 개선할 수 있다. 광학 검출기의 변조기 장치는 공간 광 변조기의 각 화소를 예컨대 별도의 변조 주파수로 변조시킴으로써 예를 들어 각 깊이 구역을 별도의 주파수로 변조시킬 수 있다. 그러나, 높은 주파수에서는, 하나 이상의 FiP-센서 같은 하나 이상의 광 센서의 신호가 통상 감소됨으로써 낮은 신호 강도를 야기한다. 그러므로, 일반적으로, 한정된 수의 변조 주파수만 변조기 장치에 사용할 수 있다. 그러나, 광 센서가 센서 화소로 분할되는 경우, 검출될 수 있는 가능한 깊이 지점의 수는 화소의 수로 곱해질 수 있다. 그러므로, 예로서, 2개의 화소는 검출될 수 있는 변조 주파수의 수를 두 배로 만들 수 있고, 따라서 변조될 수 있는 SLM의 화소 또는 슈퍼화소의 수를 두 배로 만들 수 있고/있거나 깊이 지점의 수를 두 배로 만들 수 있다.
또한, 종래이 카메라와는 대조적으로, 화소의 형상은 사진의 외관과 상관이 없다. 그러므로, 통상적으로, 센서 화소의 형상 및/또는 크기는 거의 또는 전혀 제한 없이 선택되어 센서 화소 어레이의 적절한 디자인을 선택하도록 할 수 있다.
또한, 센서 화소는 일반적으로 더욱 작게 선택될 수 있다. 센서 화소의 크기를 감소시킴으로써, 센서 화소에 의해 통상적으로 검출될 수 있는 주파수 범위를 증가시킨다. 더 작은 센서 또는 센서 화소가 사용되는 경우, 주파수 범위가 전형적으로 개선된다. 작은 센서 화소에서는, 큰 센서 화소에 비해 더 많은 주파수가 검출될 수 있다. 결과적으로, 더 작은 센서 화소를 사용함으로써, 큰 화소를 사용함에 비해 더 많은 수의 깊이 지점을 검출할 수 있다.
상기 언급된 발견을 요약하면, 본 발명에서 하기 실시양태가 바람직하다:
실시양태 1: 광 빔의 하나 이상의 특성을 공간 분해 방식으로 변경시키는데 적합화되고 화소 매트릭스를 갖는 하나 이상의 공간 광 변조기; 공간 광 변조기의 화소 매트릭스를 통과한 후 광 빔을 검출하고 하나 이상의 센서 신호를 발생시키는데 적합화된 하나 이상의 광 센서; 상이한 변조 주파수로 둘 이상의 화소를 주기적으로 제어하는데 적합화된 하나 이상의 변조기 장치; 및 변조 주파수에 대한 센서 신호의 신호 성분을 결정하기 위하여 주파수 분석을 수행하는데 적합화된 하나 이상의 평가 장치를 포함하는 광학 검출기로서, 이 때 상기 화소 각각이 화소를 통과하는 광 빔의 일부의 하나 이상의 광학 특성을 개별적으로 변경시키도록 제어될 수 있는 광학 검출기.
실시양태 2: 상기 평가 장치가 각 신호 성분을 변조 주파수에 따라 개별 화소에 부여하는데 또한 적합화된, 실시양태 1에 따른 광학 검출기.
실시양태 3: 상기 변조기 장치가, 각 화소가 독특한 변조 주파수에서 제어되도록 하기에 적합화된, 실시양태 1 또는 실시양태 2에 따른 광학 검출기.
실시양태 4: 상기 변조기 장치가 둘 이상의 화소를 상이한 변조 주파수로 주기적으로 변조시키는데 적합화된, 실시양태 1 내지 실시양태 3중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 5: 상기 평가 장치가 센서 신호를 상이한 변조 주파수로 복조시킴으로써 주파수 분석을 수행하는데 적합화된, 실시양태 1 내지 실시양태 4중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 6: 상기 공간 광 변조기에 의해 공간 분해 방식으로 변경되는 광 빔의 하나 이상의 특성이 광 빔의 일부의 강도; 광 빔의 일부의 위상; 광 빔의 일부의 스펙트럼 특성, 바람직하게는 색상; 광 빔의 일부의 편광; 광 빔의 일부의 전파 방향으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 특성인, 실시양태 1 내지 실시양태 5중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 7: 상기 각 화소에 대한 공간 광 변조기가 개별 화소를 통과하는 광의 일부를 온 또는 오프로 스위칭시키는데 적합화된, 실시양태 1 내지 실시양태 6중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 8: 상기 하나 이상의 공간 광 변조기가, 개별 화소를 통과하는 광 빔의 각각의 일부의 광학 특성을 개별적으로 제어가능한 방식으로 변경시키는데 적합화된 화소의 매트릭스를 통해 광 빔이 통과하는 투과형 공간 광 변조기; 화소가 개별적으로 제어가능한 개별적인 특성을 갖고 개별 화소에 의해 반사되는 광 빔의 각 일부에 있어서 전파 방향을 개별적으로 변화시키는데 적합화된 반사형 공간 광 변조기; 화소가 개별 화소에 인가되는 전압에 의해 개별적으로 제어될 수 있는 제어가능한 스펙트럼 특성을 갖는 감전발색 공간 광 변조기; 화소의 복굴절률이 음파에 의해 제어될 수 있는 음향 광학 공간 광 변조기; 화소의 복굴절률이 전기장에 의해 제어될 수 있는 전광 공간 광 변조기, 바람직하게는 포켈스 효과 및/또는 케르 효과에 기초한 공간 광 변조기; 초점-조정가능한 렌즈의 어레이, 적응형 액체 마이크로렌즈의 구역, 투명한 마이크로프리즘의 어레이 같은 조정가능한 광학 요소의 하나 이상의 어레이를 포함하는 공간 광 변조기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 공간 광 변조기를 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 7중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 9: 상기 하나 이상의 공간 광 변조기가, 화소가 액정 장치의 개별적으로 제어가능한 셀인 액정 장치, 바람직하게는 능동 매트릭스 액정 장치; 화소가 반사 표면의 배향에 대해 개별적으로 제어될 수 있는 미소거울 장치의 미소거울인 미소거울 장치; 화소가 개별적인 셀에 인가되는 전압에 의해 개별적으로 제어될 수 있는 스펙트럼 특성을 갖는 감전발색 장치의 셀인 감전발색 장치; 화소가 셀에 인가되는 음파에 의해 개별적으로 제어될 수 있는 복굴절률을 갖는 음향 광학 장치의 셀인 음향 광학 장치; 화소가 셀에 인가되는 전기장에 의해 개별적으로 제어될 수 있는 복굴절률을 갖는 전광 장치의 셀인 전광 장치로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 공간 광 변조기를 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 8중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 10: 상기 개별 화소를 통과하는 광 빔의 일부의 하나 이상의 특성을 변경시키는 화소의 능력이 광 빔의 스펙트럼 특성, 특히 광 빔의 색상에 따라 달라지는, 실시양태 1 내지 실시양태 9중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 11: 상기 공간 광 변조기가 투명한 공간 광 변조기인, 실시양태 1 내지 실시양태 10중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 12: 상기 화소의 투과도가 스위칭될 수 있는, 실시양태 1 내지 실시양태 11중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 13: 상기 공간 광 변조기가 투명한 액정 디스플레이를 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 12중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 14: 상기 평가 장치가 각각의 신호 성분을 매트릭스의 화소에 부여하는데 적합화된, 실시양태 1 내지 실시양태 13중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 15: 상기 평가 장치가, 신호 성분을 평가함으로써, 매트릭스의 어느 화소가 광 빔에 의해 조명을 받는지를 결정하는데 적합화된, 실시양태 1 내지 실시양태 14중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 16: 상기 평가 장치가, 조명을 받는 화소를 결정하기 위하여, 신호 성분을 하나 이상의 문턱치와 비교하는데 적합화된, 실시양태 15에 따른 광학 검출기.
실시양태 17: 상기 평가 장치가, 광 빔에 의해 조명을 받는 매트릭스의 화소의 횡방향 위치를 확인함으로써, 광 빔의 횡방향 위치와 광 빔의 배향중 하나 이상을 확인하는데 적합화된, 실시양태 1 내지 실시양태 16중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 18: 상기 평가 장치가, 광 빔의 횡방향 위치와 광 빔의 배향중 하나 이상을 평가함으로써, 광 빔이 검출기를 향해 전파되는 물체의 횡방향 위치 및 광빔이 검출기를 향해 전파되는 물체의 상대적인 방향중 하나 이상을 확인하는데 적합화된, 실시양태 17에 따른 광학 검출기.
실시양태 19: 상기 광 빔에 의해 조명을 받는 매트릭스의 화소의 횡방향 위치가, 광 빔에 의한 최고 조도를 갖는 하나 이상의 화소를 결정함으로써 결정되는, 실시양태 1 내지 실시양태 18중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 20: 상기 평가 장치가 신호 성분을 평가함으로써 광 빔의 폭을 결정하는데 적합화된, 실시양태 1 내지 실시양태 19중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 21: 상기 평가 장치가 광 빔에 의해 조명을 받는 화소에 부여되는 신호 성분을 확인하고 화소 배열의 공지의 기하학적 특성으로부터 공간 광 변조기의 위치에서 광 빔의 폭을 결정하는데 적합화된, 실시양태 1 내지 실시양태 20중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 22: 상기 광 빔이 검출기를 향해 전파되는 물체의 종방향 좌표와, 공간 광 변조기의 위치에서의 광 빔의 폭 또는 광 빔에 의해 조명을 받는 공간 광 변조기의 화소의 수 중 어느 하나 또는 둘 다 사이의, 공지의 또는 결정가능한 관계를 사용하여, 평가 장치가, 물체의 종방향 좌표를 결정하는데 적합화된, 실시양태 1 내지 실시양태 21중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 23: 개별 화소를 통과하는 광 빔의 일부의 하나 이상의 광학 특성을 변경하는 화소의 능력이 광 빔의 스펙트럼 특성, 특히 광 빔의 색상에 따라 달라지는, 실시양태 1 내지 실시양태 22중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 24: 상기 평가 장치가 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 광 빔의 성분에 신호 성분을 부여하는데 적합화된, 실시양태 23에 따른 광학 검출기.
실시양태 25: 상기 평가 장치가, 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 광 빔의 성분에 부여되는 신호 성분, 특히 상이한 파장을 갖는 광 빔의 성분에 부여되는 신호 성분을 비교함으로써, 광 빔의 색상을 결정하는데 적합화된, 실시양태 23 또는 실시양태 24에 따른 광학 검출기.
실시양태 26: 상기 화소의 매트릭스가 상이한 스펙트럼 특성, 바람직하게는 상이한 색상을 갖는 화소를 포함하고, 상기 평가 장치가 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 개별 화소에 신호 성분을 부여하는데 적합화된, 실시양태 23 내지 실시양태 25중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 27: 상기 변조기 장치가 제 2 색상을 갖는 화소와는 상이한 방식으로 제 1 색상을 갖는 화소를 제어하는데 적합화된, 실시양태 26에 따른 광학 검출기.
실시양태 28: 상기 하나 이상의 광 센서가 복수개의 화소를 통과하는 복수개의 광 빔의 일부를 검출하는데 적합화된 하나 이상의 대면적 광 센서를 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 27중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 29: 상기 대면적 광 센서가 센서 영역을 갖고, 상기 센서 신호가 센서 영역의 모든 일부에서 균일한 센서 신호인, 실시양태 28에 따른 광학 검출기.
실시양태 30: 상기 센서 영역이 25mm2 이상, 바람직하게는 100mm2 이상, 더욱 바람직하게는 400mm2 이상의 감수성 구역을 갖는, 실시양태 29에 따른 광학 검출기.
실시양태 31: 상기 하나 이상의 광 센서가, 광 빔이 투명한 광 센서를 통해 적어도 부분적으로 통과할 수 있도록 하나 이상의 적어도 부분적으로 투명한 광 센서를 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 30중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 32: 상기 하나 이상의 광 센서가 둘 이상의 광 센서의 스택을 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 31중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 33: 상기 스택의 광 센서중 하나 이상이 적어도 부분적으로 투명한 광 센서인, 실시양태 32에 따른 광학 검출기.
실시양태 34: 상기 스택의 광 센서중 하나 이상이 복수개의 감광성 화소를 갖는 화소 형성된 광 센서인, 실시양태 32 또는 실시양태 33에 따른 광학 검출기.
실시양태 35: 상기 화소 형성된 광 센서가 무기 화소 형성된 광 센서, 바람직하게는 CCD 칩 또는 CMOS 칩인, 실시양태 34에 따른 광학 검출기.
실시양태 36: 상기 화소 형성된 광 센서가 카메라 칩, 바람직하게는 총천연색 카메라 칩인, 실시양태 34 또는 실시양태 35에 따른 광학 검출기.
실시양태 37: 상기 화소 형성된 광 센서가 공간 광 변조기로부터 가장 멀리 떨어진 스택의 위치에 위치되는, 실시양태 34 내지 실시양태 36중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 38: 상기 화소 형성된 광 센서가 색상-감수성인, 실시양태 34 내지 실시양태 37중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 39: 상기 화소 형성된 광 센서가 총천연색 촬영 센서인, 실시양태 38에 따른 광학 검출기.
실시양태 40: 상기 하나 이상의 광 센서가 하나 이상의 센서 영역을 갖고, 상기 광 센서의 센서 신호가 광 빔에 의한 센서 영역의 조도에 따라 달라지며, 상기 센서 신호가 조명의 총 동력이 동일한 경우 센서 영역에서의 광 빔의 폭에 따라 달라지고, 상기 평가 장치가 바람직하게는 센서 신호를 평가함으로써 폭을 결정하는데 적합화된, 실시양태 1 내지 실시양태 39중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 41: 상기 하나 이상의 광 센서가 둘 이상의 광 센서를 함유하고, 상기 평가 장치가 둘 이상의 광 센서의 센서 영역에서의 광 빔의 폭을 결정하는데 적합화되며, 상기 평가 장치가 폭을 평가함으로써 광 빔이 광학 검출기를 향해 전파되는 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시키는데 또한 적합화된, 실시양태 40에 따른 광학 검출기.
실시양태 42: 상기 광 센서의 센서 신호가 광 빔의 변조 주파수에 따라 또한 달라지는, 실시양태 40 또는 실시양태 41에 따른 광학 검출기.
실시양태 43: 상기 하나 이상의 광 센서가 하나 이상의 반도체 검출기를 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 42중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 44: 상기 반도체 검출기가 하나 이상의 유기 물질을 포함하는 유기 반도체 검출기인, 실시양태 43에 따른 광학 검출기.
실시양태 45: 상기 반도체 검출기가 유기 태양 전지, 염료 태양 전지, 염료-증감된 태양 전지, 고체 염료 태양 전지, 고체 염료-증감된 태양 전지로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실시양태 43 또는 실시양태 44에 따른 광학 검출기.
실시양태 46: 상기 하나 이상의 광 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 층 셋업을 갖는 하나 이상의 광 센서를 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 45중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 47: 상기 제 1 전극과 제 2 전극이 둘 다 투명한, 실시양태 46에 따른 광학 검출기.
실시양태 48: 상기 광학 검출기가 광을 광학 검출기에 공급하는데 적합화된 하나 이상의 전달 장치를 추가로 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 47중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 49: 상기 전달 장치가 공간 광 변조기와 광 센서중 하나 이상에 광을 집중 및/또는 시준하는데 적합화된, 실시양태 48에 따른 광학 검출기.
실시양태 50: 상기 전달 장치가 렌즈, 초점 설정 거울, 초점 이탈 거울, 반사판, 프리즘, 광학 필터, 격막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 장치를 포함하는, 실시양태 48 또는 실시양태 49에 따른 광학 검출기.
실시양태 51: 상기 공간 광 변조기가 상이한 색상의 화소를 포함하고, 상기 평가 장치가 상이한 색상에 신호 성분을 부여하는데 적합화된, 실시양태 1 내지 실시양태 50중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 52: 상기 공간 광 변조기가 반사형 공간 광 변조기이고, 상기 광 센서가 하나 이상의 투명한 광 센서를 포함하며, 상기 광학 검출기가 광 빔이 공간 광 변조기에 도달하기 전에 투명한 광 센서를 통과하도록 셋업되고, 상기 공간 광 변조기가 광 빔을 광 센서를 향해 뒤쪽으로 적어도 부분적으로 반사시키는데 적합화된, 실시양태 1 내지 실시양태 51중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 53: 상기 광학 검출기가 광 빔의 빔 경로를 둘 이상의 부분 빔 경로로 분할하는데 적합화된 하나 이상의 빔 분할 요소를 함유하는, 실시양태 1 내지 실시양태 52중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 54: 상기 빔 분할 요소가 공간 광 변조기, 빔 분할 프리즘, 그레이팅, 반투명한 거울, 이색성 거울로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 요소를 포함하는, 실시양태 53에 따른 광학 검출기.
실시양태 55: 상기 빔 분할 요소가 공간 광 변조기를 포함하는, 실시양태 53 또는 실시양태 54에 따른 광학 검출기.
실시양태 56: 상기 공간 광 변조기가 반사형 공간 광 변조기인, 실시양태 55에 따른 광학 검출기.
실시양태 57: 상기 하나 이상의 광 센서가 각각의 부분 빔 경로에 위치하는, 실시양태 53 내지 실시양태 56중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 58: 상기 광 센서의 하나 이상의 스택이 부분 빔 경로중 하나 이상에 위치하는, 실시양태 57에 따른 광학 검출기.
실시양태 59: 상기 하나 이상의 불투명한 광 센서가 부분 빔 경로중 하나 이상에 위치하는, 실시양태 57 또는 실시양태 58에 따른 광학 검출기.
실시양태 60: 상기 광 센서의 스택이 부분 빔 경로중 제 1 부분 빔 경로에 위치하고, 상기 불투명한 광 센서가 부분 빔 경로중 제 2 부분 빔 경로에 위치하는, 실시양태 58 또는 실시양태 59에 따른 광학 검출기.
실시양태 61: 상기 공간 광 변조기가 부분 빔 경로의 제 1 부분 빔 경로에 위치하는, 실시양태 60에 따른 광학 검출기.
실시양태 62: 상기 광 센서의 스택이 하나 이상의 대면적 광 센서를 포함하는, 실시양태 60 또는 실시양태 61에 따른 광학 검출기.
실시양태 63: 상기 불투명한 광 센서가 화소 형성된 광 센서, 바람직하게는 무기 화소 형성된 광 센서, 더욱 바람직하게는 카메라 칩, 가장 바람직하게는 CCD 칩과 CMOS 칩중 하나 이상인, 실시양태 60 내지 실시양태 62중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 64: 상기 빔 분할 요소가 광 빔을 상이한 강도를 갖는 둘 이상의 부분으로 분할하는데 적합화된, 실시양태 53 내지 실시양태 63중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 65: 상기 광-분할 요소가 광 빔을 제 1 부분 광 경로를 따라 이동하는 제 1 부분 및 하나 이상의 제 2 부분 빔 경로를 따라 이동하는 하나 이상의 제 2 부분으로 나누는데 적합화되고, 상기 제 1 부분이 제 2 부분보다 더 낮은 강도를 갖는, 실시양태 64에 따른 광학 검출기.
실시양태 66: 상기 광학 검출기가 하나 이상의 촬영 장치, 바람직하게는 무기 촬영 장치, 더욱 바람직하게는 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩을 함유하고, 상기 하나 이상의 촬영 장치가 제 1 부분 빔 경로에 위치하는, 실시양태 65에 따른 광학 검출기.
실시양태 67: 상기 제 1 부분이 제 2 부분의 강도의 절반 미만의 강도를 갖는, 실시양태 65 또는 실시양태 66에 따른 광학 검출기.
실시양태 68: 상기 빔 분할 요소가 편광-선택적인 빔 분할 요소, 바람직하게는 편광 빔 분할 큐브인, 실시양태 53 내지 실시양태 67중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 69: 상기 광학 검출기가 부분 빔 경로를 따라 이동하는 부분 광 빔을 빔 분할 요소를 향해 역반사시키는데 적합화되고, 상기 빔 분할 요소가 부분 광 빔을 재조합하여 공동 광 빔을 형성하는데 적합화된, 실시양태 53 내지 실시양태 68중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 70: 상기 광학 검출기가 하나 이상의 광 센서, 바람직하게는 하나 이상의 FiP 센서, 더욱 바람직하게는 광 센서의 스택으로 공동 광 빔을 공급하는데 적합화된, 실시양태 69에 따른 광학 검출기.
실시양태 71: 상기 광학 검출기가 둘 이상의 공간 광 변조기를 포함하고, 둘 이상의 공간 광 변조기가 상이한 부분 빔 경로에 배열되는, 실시양태 53 내지 실시양태 70중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 72: 상기 광학 검출기가 공간 광 변조기를 통과하는 부분 광 빔을 재조합하여 공동 광 빔을 형성하는데 적합화된, 실시양태 71에 따른 광학 검출기.
실시양태 73: 상기 광학 검출기가 하나 이상의 이미지, 바람직하게는 2D-이미지를 캡쳐하는데 적합화되고, 상기 광학 검출기, 바람직하게는 하나 이상의 평가 장치가 이미지 내에서 둘 이상의 영역을 한정하고 공간 광 변조기의 화소 매트릭스의 상응하는 슈퍼화소를 영역중 하나 이상에, 바람직하게는 각각의 영역에 부여하는데 적합화된, 실시양태 1 내지 실시양태 72중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 74: 상기 광학 검출기가 하나 이상의 이미지를 캡쳐하기 위한 하나 이상의 화소 형성된 광 센서, 바람직하게는 하나 이상의 무기 화소 형성된 광 센서, 더욱 바람직하게는 CCD 센서와 CMOS 센서중 하나 이상을 포함하는, 실시양태 73에 따른 광학 검출기.
실시양태 75: 상기 광학 검출기, 바람직하게는 하나 이상의 평가 장치가 하나 이상의 이미지 인지 연산을 이용함으로써 이미지에서 둘 이상의 영역을 한정하는데 적합화된, 실시양태 73 또는 실시양태 74에 따른 광학 검출기.
실시양태 76: 상기 하나 이상의 이미지 인지 연산이 콘트라스트, 색상 또는 강도중 하나 이상의 경계를 인지함으로써 둘 이상의 영역을 한정하는데 적합화된, 실시양태 75에 따른 광학 검출기.
실시양태 77: 상기 하나 이상의 이미지 인지 연산이 펠젠스왈브의 효율 그래프에 기초한 구획화; 퀵시프트 이미지 구획화; SLIC-K-평균에 기초한 이미지 구획화; 에너지-구동 샘플링; 캐니 연산 같은 가장자리 검출 연산; 캠 변동 연산 같은 평균-변동 연산; 윤곽 추출 연산; 가장자리, 둔덕, 모서리, 방울 또는 특징 검출; 차원 감소; 텍스쳐 분류; 텍스쳐 구획화로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실시양태 75 또는 실시양태 76에 따른 광학 검출기.
실시양태 78: 상기 하나 이상의 이미지 인지 연산이 이미지에서 물체를 인식하는데 적합화된, 실시양태 75 내지 실시양태 77중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 79: 상기 광학 검출기, 바람직하게는 하나 이상의 평가 장치가, 화소 매트릭스의 특정 화소를 통과하는 광 빔의 각 성분이 후속해서 둘 이상의 영역의 특정 영역에 도달하도록, 공간 광 변조기의 화소 매트릭스의 슈퍼화소를 영역중 하나 이상에 또는 심지어 각각의 영역에 부여하는데 적합화되고, 이 때 상기 특정 화소가 특정 슈퍼화소에 속하고, 상기 특정 영역이 특정 슈퍼화소에 상응하는, 실시양태 73 내지 실시양태 78중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 80: 상기 광학 검출기, 바람직하게는 하나 이상의 평가 장치가 하나 이상의 제 1 변조 주파수를 슈퍼화소의 적어도 제 1 슈퍼화소에 부여하고 하나 이상의 제 2 변조 주파수를 슈퍼화소의 적어도 제 2 슈퍼화소에 부여하는데 적합화되고, 상기 제 1 변조 주파수가 제 2 변조 주파수와 상이하며, 상기 하나 이상의 변조기 장치가 하나 이상의 제 1 변조 주파수를 갖는 제 1 슈퍼화소의 화소를 주기적으로 제어하고 하나 이상의 제 2 변조 주파수를 갖는 제 2 슈퍼화소의 화소를 주기적으로 제어하는데 적합화된, 실시양태 73 내지 실시양태 79중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 81: 상기 광학 검출기, 바람직하게는 하나 이상의 평가 장치가 영역중 하나 이상, 바람직하게는 각각의 영역에 있어서 z-좌표를 개별적으로 결정하는데 적합화된, 실시양태 74 내지 실시양태 80중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 82: 상기 광학 검출기의 하나 이상의 광 센서가 하나 이상의 센서 영역을 갖고, 상기 광 센서의 센서 신호가 광 빔에 의한 센서 영역의 조도에 따라 달라지며, 상기 센서 신호가 전체 조명 동력이 동일한 경우 센서 영역에서의 광 빔의 폭에 따라 달라지고, 상기 평가 장치가 센서 신호를 주파수-선택적인 방식으로 개별적으로 평가함으로써 영역중 하나 이상, 바람직하게는 각각의 영역에 대해 z-좌표를 결정하는데 적합화된, 실시양태 81에 따른 광학 검출기.
실시양태 83: 상기 하나 이상의 광 센서가 스택에 배열된 둘 이상의 광 센서를 함유하는, 실시양태 82에 따른 광학 검출기.
실시양태 84: 상기 광학 검출기가 광 빔의 빔 경로를 둘 이상의 부분 빔 경로로 나누는데 적합화된 하나 이상의 빔 분할 요소를 함유하고, 하나 이상의 센서 영역을 갖는 하나 이상의 광 센서가 빔 경로의 제 1 부분 빔 경로에 배열되며, 하나 이상의 이미지를 캡쳐하기 위한 하나 이상의 화소 형성된 광 센서, 바람직하게는 하나 이상의 무기 화소 형성된 광 센서, 더욱 바람직하게는 CCD 센서 및/또는 CMOS 센서중 하나 이상이 빔 경로의 제 2 부분 빔 경로에 배열되며, 이 때 상기 광 센서의 센서 신호가 광 빔에 의한 센서 영역의 조도에 따라 달라지고, 상기 센서 신호가 전체 조명 동력이 동일한 경우 센서 영역에서의 광 빔의 폭에 따라 달라지는, 실시양태 82 또는 실시양태 83에 따른 광학 검출기.
실시양태 85: 상기 광학 검출기, 바람직하게는 하나 이상의 평가 장치가 이미지에서 둘 이상의 영역을 반복적으로 정제하는데 적합화된, 실시양태 73 내지 실시양태 84중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 86: 상기 광학 검출기가 하나 이상의 이미지에서 하나 이상의 물체를 검출하는데 적합화되고, 상기 광학 검출기가 일련의 이미지 내에서 물체를 추적하는데 적합화된, 실시양태 73 내지 실시양태 85중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 87: 상기 광학 검출기가 하나 이상의 물체를 이미지 내의 영역에 부여하는데 적합화된, 실시양태 86에 따른 광학 검출기.
실시양태 88: 상기 광학 검출기, 바람직하게는 하나 이상의 평가 장치가 공간 광 변조기의 화소 매트릭스의 하나 이상의 슈퍼화소를 하나 이상의 물체에 상응하는 하나 이상의 영역에 부여하는데 적합화된, 실시양태 87에 따른 광학 검출기.
실시양태 89: 상기 광학 검출기가 일련의 이미지중 하나의 이미지에 대한 하나 이상의 슈퍼화소의 부여를 조정하는데 적합화된, 실시양태 88에 따른 광학 검출기.
실시양태 90: 상기 광학 검출기가 이미지 내의 하나 이상의 제 1 구역을 검출하는데 적합화되고, 상기 제 1 구역이 제 1 평균 조도 같은 제 1 조도를 갖고, 상기 광학 검출기가 이미지 내의 하나 이상의 제 2 구역을 검출하는데 또한 적합화되고, 상기 제 2 구역이 제 2 평균 조도 같은 제 2 조도를 가지며, 상기 제 2 조도가 제 1 조도보다 낮고, 상기 제 1 구역에 하나 이상의 제 1 슈퍼화소가 부여되고, 상기 제 2 구역에 하나 이상의 제 2 슈퍼화소가 부여되며, 상기 광학 검출기가 하나 이상의 제 1 변조 주파수로 제 1 슈퍼화소의 화소를 변조시키는데 또한 적합화되며, 상기 광학 검출기가 하나 이상의 제 2 변조 주파수로 제 2 슈퍼화소의 화소를 변조시키는데 또한 적합화되며, 상기 제 1 변조 주파수가 제 2 변조 주파수보다 높은, 실시양태 73 내지 실시양태 89중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 91: 상기 광학 검출기가 광 센서의 하나 이상의 스택을 포함하고, 상기 광학 검출기가 광학 검출기의 시계 내의 한 장면의 3차원 이미지를 획득하는데 적합화된, 실시양태 1 내지 실시양태 90중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 92: 상기 스택의 광 센서가 상이한 스펙트럼 특성을 갖는, 실시양태 91에 따른 광학 검출기.
실시양태 93: 상기 스택이 제 1 스펙트럼 감도를 갖는 하나 이상의 제 1 광 센서 및 제 2 스펙트럼 감도를 갖는 하나 이상의 제 2 광 센서를 포함하고, 상기 제 1 스펙트럼 감도와 제 2 스펙트럼 감도가 상이한, 실시양태 92에 따른 광학 검출기.
실시양태 94: 상기 스택이 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 광 센서를 교대하는 순서대로 포함하는, 실시양태 92 또는 실시양태 93에 따른 광학 검출기.
실시양태 95: 상기 광학 검출기가 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 광 센서의 센서 신호를 평가함으로써 다색 3차원 이미지, 바람직하게는 총천연색 3차원 이미지를 획득하는데 적합화된, 실시양태 92 내지 실시양태 94중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 96: 상기 광학 검출기가 하나 이상의 비행 시간 측정을 수행함으로써 하나 이상의 물체와 광학 검출기 사이의 하나 이상의 거리를 검출하는데 적합화된 하나 이상의 비행 시간 검출기를 추가로 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 95중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 97: 상기 광학 검출기가 물체로부터 능동형 광 센서까지 전파되는 광 빔에 의해 조명되는 경우 센서 신호를 발생시키는데 적합화된 하나 이상의 능동형 광 센서를 갖는 하나 이상의 능동형 거리 센서를 추가로 포함하고, 전체 조명 동력이 동일한 경우 센서 신호가 조명의 기하학적 형태에 따라 달라지며, 상기 능동형 거리 센서가 물체를 조명하기 위한 하나 이상의 능동형 조명원을 추가로 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 96중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 98: 상기 공간 광 변조기가 하나 이상의 반사형 공간 광 변조기를 포함하고, 상기 광학 검출기가 프로젝터로서 반사형 공간 광 변조기를 추가로 사용하는데 또한 적합화된, 실시양태 1 내지 실시양태 97중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 99: 상기 광학 검출기가 검출기에 의해 캡쳐된 장면 내에서 생명체의 하나 이상의 눈을 검출, 바람직하게는 추적하는데 적합화된, 실시양태 1 내지 실시양태 98중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 100: 상기 광학 검출기가 하나 이상의 눈의 하나 이상의 종방향 좌표를 결정하는데 적합화된, 실시양태 99에 따른 광학 검출기.
실시양태 101: 상기 하나 이상의 광 센서가 센서 화소의 하나 이상의 어레이, 바람직하게는 2×N개의 센서 화소를 함유하는 어레이를 포함하고, 이 때 상기 N이 정수인, 실시양태 1 내지 실시양태 100중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 102: 실시양태 1 내지 실시양태 101중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기를 포함하고, 하나 이상의 광 빔을 광학 검출기 쪽으로 유도하는데 적합화된 하나 이상의 비컨 장치를 추가로 포함하는, 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템으로서, 이 때 상기 비컨 장치가 물체에 부착될 수 있는 형태, 물체에 의해 보유될 수 있는 형태, 및 물체 내로 통합될 수 있는 형태 중 하나 이상인, 검출기 시스템.
실시양태 103: 상기 비컨 장치가 하나 이상의 조명원을 포함하는, 실시양태 102에 따른 검출기 시스템.
실시양태 104: 상기 비컨 장치가 물체와는 독립적인 조명원에 의해 발생되는 주요 광 빔을 반사시키는데 적합화된 하나 이상의 반사 장치를 포함하는, 실시양태 102 또는 실시양태 103에 따른 검출기 시스템.
실시양태 105: 상기 검출기 시스템이 둘 이상의 비컨 장치, 바람직하게는 3개 이상의 비컨 장치를 포함하는, 실시양태 102 내지 실시양태 104중 어느 한 실시양태에 따른 검출기 시스템.
실시양태 106: 상기 검출기 시스템이 하나 이상의 물체를 추가로 포함하는, 실시양태 102 내지 실시양태 105중 어느 한 실시양태에 따른 검출기 시스템.
실시양태 107: 상기 물체가 단단한 물체인, 실시양태 106에 따른 검출기 시스템.
실시양태 108: 상기 물체가 스포츠 기구 제품, 바람직하게는 라켓, 클럽, 배트로 구성된 군으로부터 선택되는 제품; 의복 제품; 모자; 신발로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실시양태 106 또는 실시양태 107에 따른 검출기 시스템.
실시양태 109: 검출기 시스템에 관한 실시양태 102 내지 실시양태 108중 어느 한 실시양태에 따른 하나 이상의 검출기 시스템을 포함하고, 검출기 시스템에 의해 사용자의 하나 이상의 위치를 결정하도록 디자인되며, 그 위치에 하나 이상의 정보 아이템을 부여하도록 디자인된, 사용자와 기계 사이에서 하나 이상의 정보 아이템을 교환하기 위한 사람-기계 인터페이스로서, 이 때 하나 이상의 비컨 장치가 사용자에게 직접적으로 또는 간접적으로 부착되는 형태 및 사용자에 의해 보유되는 형태 중 하나 이상이도록 구성된, 사람-기계 인터페이스.
실시양태 110: 실시양태 109에 따른 하나 이상의 사람-기계 인터페이스를 포함하고, 사람-기계 인터페이스에 의해 플레이어가 하나 이상의 정보 아이템을 입력할 수 있도록 디자인되며, 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 디자인된, 하나 이상의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치.
실시양태 111: 검출기 시스템에 관한 실시양태 102 내지 실시양태 108중 어느 한 실시양태에 따른 하나 이상의 검출기 시스템을 포함하고 하나 이상의 추적 컨트롤러를 추가로 포함하는, 하나 이상의 이동가능한 물체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템으로서, 이 때 상기 추적 컨트롤러가 특정 시점에서 물체의 일련의 위치를 추적하는데 적합화된 추적 시스템.
실시양태 112: 광학 검출기에 관한 실시양태 1 내지 실시양태 101중 어느 한 실시양태에 따른 하나 이상의 광학 검출기를 포함하는, 하나 이상의 물체를 촬영하기 위한 카메라.
실시양태 113: 화소의 매트릭스를 갖는 하나 이상의 공간 광 변조기를 사용함으로써 광 빔의 하나 이상의 특성을 공간 분해 방식으로 변경시키는 단계; 하나 이상의 광 센서를 사용함으로써 하나 이상의 센서 신호를 생성시키기 위하여, 상기 공간 광 변조기의 화소 매트릭스를 통과시킨 후 광 빔을 검출하는 단계; 하나 이상의 변조기 장치를 사용함으로써, 상이한 주파수로 둘 이상의 화소를 주기적으로 제어하는 단계; 및 하나 이상의 평가 장치를 사용함으로써 제어 주파수에 대한 센서 신호의 신호 성분을 결정하기 위하여 주파수 분석을 수행하는 단계를 포함하는, 특히 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 광학 검출 방법으로서, 이 때 상기 각각의 화소가 화소를 통과하는 광 빔의 일부의 하나 이상의 광학 특성을 개별적으로 변경시키도록 제어될 수 있는 방법.
실시양태 114: 광학 검출기에 관한 실시양태 1 내지 실시양태 101중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기를 사용하는, 실시양태 113에 따른 방법.
실시양태 115: 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 용도; 보안 용도; 사람-기계 인터페이스 용도; 추적 용도; 사진 용도; 하나 이상의 공간의 지도를 생성시키는 지도 제작 용도; 모바일 용도; 웹캠; 컴퓨터 주변 장치; 게임 용도; 카메라 또는 비디오 용도; 보안 용도; 감시 용도; 자동차 용도; 수송 용도; 의료 용도; 스포츠 용도; 컴퓨터 영상기 용도; 차량 용도; 항공기 용도; 선박 용도; 우주선 용도; 건물 용도; 건축 용도; 제도(cartography) 용도; 제조 용도; 하나 이상의 비행 시간 검출기와 조합된 용도; LPS에서의 용도; GPS에서의 용도; 랜드마크에 기초한 측위 시스템에서의 용도; 실내 네비게이션 시스템에서의 용도; 실외 네비게이션 시스템에서의 용도; 가전용품에서의 용도; 로봇 용도; 자동 문 개폐기에서의 용도; 광 통신 시스템, 특히 가시광 통신 시스템, 즉 가시광의 사용에 기초한 통신 시스템에서의 용도로 이루어진 군으로부터 선택되는 용도를 위한, 광학 검출기에 관한 실시양태 1 내지 실시양태 101에 따른 광학 검출기의 용도.
본 발명의 추가의 임의적인 세부사항 및 특징은 종속 청구항에 따른 하기 바람직한 예시적인 실시양태의 기재로부터 명백하다. 이와 관련하여, 특정 특징은 단독으로 또는 임의의 합리적인 조합으로 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 1은 본 발명에 따른 광학 검출기의 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 2는 신호 성분을 결정하기 위하여 주파수 분석에 적합화된 평가 장치의 일부일 수 있는 복조기의 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 3 및 도 4는 투과형 공간 광 변조기(도 3) 및 반사형 공간 광 변조기(도 4)를 갖는 광학 검출기의 다른 셋업을 도시한다.
도 5는 3D 촬영에 적합화된 광학 검출기의 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 6은 색상 인식을 위한 광학 검출기의 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 7은 도 6의 셋업에서의 색상 신호의 위상 분리의 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 8은 사람-기계 인터페이스, 검출기 시스템, 엔터테인먼트 장치 및 추적 시스템에 사용되는 광학 검출기의 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 9 내지 도 11은 광학 검출기의 다른 셋업을 도시한다.
도 12는 차량에서 광학 검출기의 가능한 사용 위치를 도시한다.
도 13은 슈퍼화소를 한정하는데 적합화된 광학 검출기의 실시양태의 셋업을 도시한다.
도 14는 도 13의 광학 검출기를 사용함으로써 물체를 검출하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 15 및 도 16은 물체 추적의 실시양태를 도시한다.
도 17은 빔 분할기를 갖는 광학 검출기의 교차형 셋업의 실시양태를 도시한다.
도 18은 광학 검출기의 W형 셋업의 다른 실시양태를 도시한다.
도 19는 명시야 카메라로서 사용되는 광학 검출기의 배열을 도시한다.
도 20은 도 19의 셋업에 사용하기 위한 착색된 광학 검출기 센서의 스택의 예시적인 배열을 도시한다.
도 21은 비행 시간 검출기를 광학 검출기 내로 설치하는 예시적인 배열을 도시한다.
도 22 및 도 23은 도 18의 광학 검출기의 W형 셋업의 다른 실시양태를 도시한다.
도 24는 2×4 센서 화소의 어레이를 포함하는 광 센서의 실시양태를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 광학 검출기의 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 2는 신호 성분을 결정하기 위하여 주파수 분석에 적합화된 평가 장치의 일부일 수 있는 복조기의 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 3 및 도 4는 투과형 공간 광 변조기(도 3) 및 반사형 공간 광 변조기(도 4)를 갖는 광학 검출기의 다른 셋업을 도시한다.
도 5는 3D 촬영에 적합화된 광학 검출기의 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 6은 색상 인식을 위한 광학 검출기의 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 7은 도 6의 셋업에서의 색상 신호의 위상 분리의 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 8은 사람-기계 인터페이스, 검출기 시스템, 엔터테인먼트 장치 및 추적 시스템에 사용되는 광학 검출기의 예시적인 실시양태를 도시한다.
도 9 내지 도 11은 광학 검출기의 다른 셋업을 도시한다.
도 12는 차량에서 광학 검출기의 가능한 사용 위치를 도시한다.
도 13은 슈퍼화소를 한정하는데 적합화된 광학 검출기의 실시양태의 셋업을 도시한다.
도 14는 도 13의 광학 검출기를 사용함으로써 물체를 검출하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 15 및 도 16은 물체 추적의 실시양태를 도시한다.
도 17은 빔 분할기를 갖는 광학 검출기의 교차형 셋업의 실시양태를 도시한다.
도 18은 광학 검출기의 W형 셋업의 다른 실시양태를 도시한다.
도 19는 명시야 카메라로서 사용되는 광학 검출기의 배열을 도시한다.
도 20은 도 19의 셋업에 사용하기 위한 착색된 광학 검출기 센서의 스택의 예시적인 배열을 도시한다.
도 21은 비행 시간 검출기를 광학 검출기 내로 설치하는 예시적인 배열을 도시한다.
도 22 및 도 23은 도 18의 광학 검출기의 W형 셋업의 다른 실시양태를 도시한다.
도 24는 2×4 센서 화소의 어레이를 포함하는 광 센서의 실시양태를 도시한다.
예시적인 실시양태
도 1에는 광학 검출기(110) 및 검출기 시스템(112)의 예시적인 실시양태가 개시되어 있다. 광학 검출기(110)는 하나 이상의 공간 광 변조기(114), 하나 이상의 광 센서(116), 하나 이상의 변조기 장치(118) 및 하나 이상의 평가 장치(120)를 포함한다. 검출기 시스템(112)은, 하나 이상의 광학 검출기(110) 외에, 물체(124)에 부착될 수 있는 형태, 물체(124)에 의해 보유될 수 있는 형태 및 물체(124) 내로 통합될 수 있는 형태 중 하나 이상인 비컨 장치(122)를 포함한다. 이 실시양태에서, 광학 검출기(110)는 또한 하나 이상의 렌즈, 바람직하게는 하나 이상의 카메라 렌즈 같은 하나 이상의 전달 장치(126)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 예시적인 실시양태에서, 공간 광 변조기(114), 광 센서(116) 및 전달 장치(126)는 적층된 방식으로 광축(128)을 따라 배열된다. 광축(128)은 종방향 축 또는 z-축을 한정하고, 이 때 광축(128)에 수직인 평면은 x-y-평면을 한정한다. 그러므로, 도 1에는, 광학 검출기(110)의 좌표 시스템일 수 있는 좌표 시스템(130)이 도시되어 있고, 여기에서 물체(124)의 위치 및/또는 배향에 관한 하나 이상의 정보 아이템이 완전히 또는 부분적으로 결정될 수 있다.
도 1에 도시된 예시적인 실시양태에서 공간 광 변조기(114)는 도시된 바와 같이 투명한 공간 광 변조기일 수 있거나, 또는 반사형 같은 불투명한 공간 광 변조기(114)일 수 있다. 추가적인 세부사항에 대해서는, 상기 논의된 가능한 실시양태를 참조할 수 있다. 공간 광 변조기는 개별 화소(134)를 통과하는 광 빔(136)의 일부의 하나 이상의 광학 특성을 개별적으로 변경하도록 바람직하게 개별적으로 제어될 수 있는 화소(134)의 매트릭스(132)를 포함한다. 도 1에 도시된 예시적이고 개략적인 실시양태에서, 광 빔은 인용 부호(136)로 표시되며, 하나 이상의 비컨 장치(122)에 의해 방출되고/되거나 반사될 수 있다. 예로서, 화소(134)가 투명한 상태 또는 불투명한 상태 사이에서 스위칭될 수 있고/있거나 화소의 투과가 둘 이상의 투명 상태 사이에서 스위칭될 수 있다. 반사형 및/또는 임의의 다른 유형의 공간 광 변조기(114)가 사용되는 경우에는, 다른 유형의 광학 특성이 스위칭될 수 있다. 도 1에 도시된 실시양태에서는, 광 빔(136)이 4개의 부분으로 분할되도록 4개의 화소가 조명을 받는데, 상기 4개의 부분은 각각 상이한 화소(134)를 통과한다. 그러므로, 광 빔의 일부의 광학적 특성은 개별 화소의 상태를 제어함으로써 개별적으로 제어될 수 있다.
변조기 장치(118)는 매트릭스(132)의 화소(134), 바람직하게는 모든 화소(134)를 개별적으로 제어하는데 적합화된다. 그러므로, 도 1의 예시적인 실시양태에 도시된 바와 같이, 화소(134)는 상이한 변조 주파수[이는 간단하게 하기 위하여 매트릭스(132)의 개별 화소(134)의 위치에 의해 표시됨]에서 제어될 수 있다. 따라서, m×n개의 매트릭스(132)에 대해 변조 주파수(f11 내지 fmn)가 제공된다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 용어 "변조 주파수"는 변조의 실제 주파수 및 위상중 하나 이상이 제어될 수 있다는 사실을 가리킬 수 있다.
공간 광 변조기(114)를 통과한 광 빔(136)[이는 이제 공간 광 변조기(114)에 의해 영향을 받음]은 하나 이상의 광 센서(116)에 도달한다. 바람직하게는, 하나 이상의 광 센서(116)는 균일한 단일 센서 영역(138)을 갖는 대면적 광 센서를 포함할 수 있다. 빔 전파 특성 때문에, 광 빔(136)이 광축(128)을 따라 전파될 때 빔 폭(w)은 변화한다.
하나 이상의 광 센서(116)는 도 1에 도시된 실시양태에서 (S1, S2)로 표시되는 하나 이상의 센서 신호(S)를 생성시킨다. 센서 신호중 하나[도 1에 도시된 실시양태에서는 센서 신호(S1)] 이상이 평가 장치(120)에 제공된 다음 복조 장치(140)에 제공된다. 예로서 하나 이상의 주파수 혼합기 및/또는 하나 이상의 주파수 필터(예컨대, 로우 패스 필터)를 함유할 수 있는 복조 장치(140)는 주파수 분석을 수행하는데 적합화될 수 있다. 예로서, 복조 장치(118)는 로크-인(lock-in) 장치 및/또는 푸리에 분석기를 함유할 수 있다. 변조기 장치(118) 및/또는 공동 주파수 발생기가 복조 장치(140)에 변조 주파수를 추가로 제공할 수 있다. 그 결과, 변조 주파수에 대해 하나 이상의 센서 신호의 신호 성분을 함유하는 주파수 분석이 제공될 수 있다. 도 1에서, 주파수 분석의 결과는 부호로 보면 인용 부호(142)로 표시된다. 예로서, 주파수 분석(142)의 결과는 각 변조 주파수, 즉 변조의 주파수 및/또는 위상 각각에 대한 신호 성분을 나타내는 히스토그램(둘 이상의 차원)을 함유할 수 있다.
하나 이상의 데이터 처리 장치(144) 및/또는 하나 이상의 데이터 메모리(146)를 함유할 수 있는 평가 장치(120)는 개별적인 변조 주파수와 화소(134) 사이의 독특한 관계에 의해 주파수 분석의 결과(142)의 신호 성분을 개별 화소(134)에 부여하는데 또한 적합화될 수 있다. 결과적으로, 각각의 신호 성분에 대해 개별 화소(134)가 결정될 수 있으며, 개별 화소(134)를 통과하는 광 빔(136)의 일부가 유도될 수 있다.
그러므로, 대면적 광 센서(116)를 사용할 수 있음에도 불구하고, 화소(134)의 변조와 신호 성분 사이의 바람직한 독특한 관계를 사용하여 주파수 분석으로부터 다양한 유형의 정보가 유도될 수 있다.
따라서, 제 1 예로서, 공간 광 변조기(114) 상의 조명을 받는 구역 또는 광점(148)의 측방향 위치에 대한 정보가 결정될 수 있다(x-y-위치). 따라서, 도 1에 기호로 표시된 바와 같이, 변조 주파수(f23, f14, f13 및 f24)에 대해 상당한 신호 성분이 발생된다. 이 예시적인 실시양태는 조명을 받은 화소의 위치 및 조명 정도를 결정할 수 있다. 이 실시양태에서는, 화소(13, 14, 23 및 24)가 조명을 받는다. 매트릭스(132) 내에서의 화소(134)의 위치가 통상적으로 공지되어 있기 때문에, 조명의 중심이 이들 화소 사이의 어딘가에, 주로 화소(13) 내에 위치한다는 사실을 유도해낼 수 있다. 특히 다수개의 화소(134)가 조명을 받는 경우(이는 통상적으로 그러하다)에, 조명에 대해 더욱 철저한 분석을 수행할 수 있다. 그러므로, 최고 진폭을 갖는 신호 성분을 확인함으로써, 조명의 중심 및/또는 조명의 반경 및/또는 광점(148)의 점 크기 또는 점 형상을 결정할 수 있다. 횡방향 좌표를 결정하는 이러한 옵션은 통상 도 1에서 (x, y)로 표시된다. 공간 광 변조기(114) 상에서 광점(148)의 폭을 결정하는 옵션은 (w0)에 의해 기호로 표시된다.
전달 장치(126)의 공지의 촬영 특성을 이용하여 공간 광 변조기(114) 상에서 광점(148)의 횡방향 또는 측방향 위치를 결정함으로써, 물체(124) 및/또는 하나 이상의 비컨 장치(122)의 횡방향 좌표를 결정할 수 있다. 그러므로, 물체(124)의 횡방향 위치에 관한 하나 이상의 정보 아이템을 생성시킬 수 있다.
또한, 광 빔(136)의 빔 폭(w0), 적어도 빔 특성이 공지되어 있거나 결정될 수 있기 때문에[예를 들어, 잘 한정된 전파 특성을 갖는 광 빔(136)을 방출하는 하나 이상의 비컨 장치(122)를 사용함으로써], 예컨대 WO 2012/110924 A1 호에 개시되어 있는 바와 같이 물체(124) 및/또는 하나 이상의 비컨 장치(122)의 종방향 좌표(z-좌표)를 결정하기 위하여, 광 센서(116)를 사용함으로써 결정된 빔 웨이스트(w1 및/또는 w2)와 함께 또는 단독으로 빔 폭(w0)을 사용할 수 있다.
하나 이상의 횡방향 좌표(x, y)중 하나 또는 둘다를 결정하는 옵션 및/또는 하나 이상의 종방향 좌표(z)를 결정하는 옵션에 덧붙여 또는 다르게는, 주파수 분석에 의해 유도되는 정보를 색상 정보 유도에 추가로 사용할 수 있다. 그러므로, 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이, 화소(134)는 상이한 스펙트럼 특성, 특히 상이한 색상을 가질 수 있다. 따라서, 예로서, 공간 광 변조기(114)는 다색 또는 심지어 총천연색 공간 광 변조기(114)일 수 있다. 그러므로, 예로서, 둘 이상, 바람직하게는 셋 이상의 상이한 유형의 화소(134)가 제공될 수 있으며, 이 때 각 유형의 화소(134)는 예컨대 적색, 녹색 또는 청색 스펙트럼 범위에서 높은 투과율을 갖는 특이적인 필터 특징을 갖는다. 본원에 사용되는 용어 적색 스펙트럼 범위는 600 내지 780nm의 스펙트럼 범위를 나타내고, 녹색 스펙트럼 범위는 490 내지 600nm의 범위를 가리키고, 청색 스펙트럼 범위는 380nm 내지 490nm의 범위를 일컫는다. 상이한 스펙트럼 범위를 사용하는 실시양태 같은 다른 실시양태도 실현가능할 수 있다.
개별 화소(134)를 확인하고 각 신호 성분을 특정 화소(134)에 부여함으로써, 광 빔(136)의 색상 성분을 결정할 수 있다. 그러므로, 이웃한 화소 상에서의 광 빔(136)의 강도가 다소 동일하다고 추정한다면, 특히 상이한 투과 스펙트럼을 갖는 이웃한 화소(134)의 신호 성분을 분석함으로써, 광 빔(136)의 색상 성분을 결정할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 이 실시양태 또는 다른 실시양태에서 평가 장치(120)는 예컨대 하나 이상의 파장을 제공함으로써 및/또는 CIE-좌표 같은 광 빔(136)의 색상 좌표를 제공함으로써 광 빔(136)에 관한 하나 이상의 색상 정보 아이템을 유도하는데 적합화될 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 물체(124) 및/또는 하나 이상의 비컨 장치(122)의 하나 이상의 종방향 좌표를 결정함에 있어서는, 상기 수학식 3에 개시된 가우시안 광 빔의 관계 같은, 빔의 폭(w)과 종방향 좌표 사이의 관계를 이용할 수 있다. 상기 수학식은 z=0의 위치에서의 광 빔(136)의 초점을 추정한다. 초점의 변동으로부터, 즉 z-축을 따른 좌표 변환으로부터, 물체(128)의 종방향 위치를 유도해낼 수 있다.
공간 광 변조기(114)의 위치에서 빔 폭(w0)을 사용하는데 덧붙여 또는 그와는 다르게는, 물체(124) 및/또는 비컨 장치(122)의 종방향 위치를 결정하기 위하여 하나 이상의 광 센서(116)의 위치에서의 빔 폭(w)을 유도하고/하거나 사용할 수 있다. 그러므로, 상기에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재된 바와 같이, 하나 이상의 광 센서(116)중 하나 이상은 화소 형성된 광 센서(116)여서 화소 계수를 허용하고, 따라서 상기 주어진 수학식과 유사하게 조명을 받는 화소의 수를 결정하고 따라서 그의 빔 폭을 유도해내도록 할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 광 센서(116)중 하나 이상은 상기 논의된 바와 같이 또한 예컨대 WO 2012/110924 A1 호에서 더욱 상세하게 논의된 바와 같이 FiP-센서일 수 있다. 그러므로, 조명의 전체 동력이 동일한 경우, 신호(S)는 광 센서(116) 상의 개별적인 광점(148)의 빔 폭(w)에 따라 달라질 수 있다. 공간 광 변조기(114) 및/또는 임의의 다른 변조 장치에 의해 광 빔(136)을 변조함으로써 이 효과가 현저해질 수 있다. 변조는 변조기 장치(118)에 의해 제공되는 것과 동일한 변조일 수 있고/있거나 더 높은 주파수에서의 변조 같은 상이한 변조일 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 비컨 장치(122)에 의한 하나 이상의 광 빔(136)의 방출 및/또는 반사는 변조된 방식으로 이루어질 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 비컨 장치(122)는 개별적으로 변조될 수 있는 하나 이상의 조명원을 포함할 수 있다.
FiP-효과 때문에, 신호(S1 및/또는 S2)는 각각 빔 폭(w1 또는 w2)에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 예를 들어 상기 주어진 수학식 3을 사용함으로써, z0 및/또는 z-축의 원점(z=0) 같은 광 빔(136)의 빔 매개변수를 유도할 수 있다. 이들 매개변수로부터, 도 1에 부호로 도시된 바와 같이, 물체(124) 및/또는 하나 이상의 비컨 장치(122)의 종방향 좌표(z)를 유도할 수 있다.
도 2에는, 부호에 의해, 변조기 장치(118) 및 복조 장치(140)의 셋업이 부호 방식으로 개시되어 있으며, 이는 m×n 매트릭스(132)의 화소(134)에 대해 신호 성분(S11 내지 Smn으로 표시됨)을 분리할 수 있다. 그러므로, 변조기 장치(118)는 전체 매트릭스(132) 및/또는 그의 일부에 대한 변조 주파수(f11 내지 fmn) 세트를 생성시키는데 적합화될 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 각각의 변조 주파수(f11 내지 fmn)는 지수 i, j(여기에서, i=1....m이고, j=1....n임)에 의해 표시되는 화소(134)에 대한 개별적인 주파수 및/또는 개별적인 위상을 포함할 수 있다. 주파수 세트(f11 내지 fmn)는 화소(134)를 변조하기 위하여 공간 광 변조기(114)에, 또한 복조 장치(140)에 제공된다. 복조 장치(140)에서는, 동시에 또는 후속해서, 예컨대 하나 이상의 주파수 혼합기(150)를 사용함으로써 변조 주파수(f11 내지 fmn)를 분석되어야 하는 개별적인 신호(S)와 혼합한다. 이어, 혼합된 신호를 하나 이상의 로우 패스 필터(152) 같은 하나 이상의 주파수 필터에 의해, 바람직하게는 잘 한정된 컷오프 주파수로 여과할 수 있다. 하나 이상의 주파수 혼합기(150) 및 하나 이상의 로우 패스 필터(152)를 포함하는 셋업은 통상 로크-인 분석기에 사용되고, 당 업자에게 널리 공지되어 있다.
복조 장치(140)를 사용함으로써, 신호 성분(S11 내지 Smn)을 유도할 수 있으며, 이 때 각 신호 성분은 그의 지수에 따라 특정 화소(134)에 부여된다. 그러나, 푸리에 분석기 같은 다른 유형의 주파수 분석기를 사용할 수 있고/있거나, 예컨대 상이한 채널에 대해 하나의 동일한 주파수 혼합기(150) 및/또는 하나의 동일한 로우 패스 필터(152)를 사용함으로써 도 2에 도시된 하나 이상의 구성요소를 조합할 수 있음에 주목한다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기(110)의 다양한 셋업이 가능하다. 그러므로, 예로서, 도 1에 도시된 광학 검출기(110)는 하나 이상의 광 센서(116)를 포함할 수 있다. 이들 광 센서(116)는 동일하거나 상이할 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 대면적 광 센서(116)를 사용하여 단일 감수성 구역(138)을 제공할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 화소 형성된 광 센서(116)를 사용할 수 있다. 또한, 복수개의 광 센서(116)가 제공되는 경우, 광 센서(116)는 동일하거나 상이한 흡수 스펙트럼 같은 동일하거나 상이한 스펙트럼 특성을 제공할 수 있다. 또한, 복수개의 광 센서(116)가 제공되는 경우, 광 센서(116)중 하나 이상은 유기일 수 있고/있거나 광 센서(116)중 하나 이상은 무기일 수 있다. 유기 및 무기 광 센서(116)의 조합을 사용할 수 있다.
따라서, 예로서, 도 3에는, 도 1에 도시된 셋업과 유사한 광학 검출기(110) 및 검출기 시스템(112)의 개략적인 셋업이 도시된다. 도 1은 단순화된 개략도의 셋업을 도시하지만, 도 3은 검출기(110)의 단면도의 셋업을 도시한다. 검출기(110)의 대부분의 세부사항에 대해서는 도 1과 관련하여 상기 논의된 가능한 실시양태를 참조할 수 있다. 광학 검출기(110)의 구성요소는 완전히 또는 부분적으로 하나 이상의 하우징(154) 내에서 구현될 수 있다. 그러므로, 전달 장치(126), 공간 광 변조기(114), 하나 이상의 광 센서(116) 및 평가 장치(120)는 완전히 또는 부분적으로 동일한 하우징(154) 내에서 감싸질 수 있고/있거나 완전히 또는 부분적으로 별도의 하우징(154) 내에서 감싸질 수 있다.
도 3에 도시된 셋업에서, 공간 광 변조기(114)는 다시 투명한 공간 광 변조기(114)일 수 있으며, 이는 렌즈 같은 전달 장치(126) 뒤에 위치할 수 있다. 또한, 광학 검출기(110)는 대면적 광 센서(156)로 구현되는 하나 이상의 광 센서(116)를 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 광 센서(116)는 완전히 또는 부분적으로 투명한 광 센서(158)로서 구현될 수 있다. 또한, 하나 이상의 광 센서(116)는 완전히 또는 부분적으로 유기 광 센서(160), 바람직하게는 DSC 또는 sDSC로서 구현될 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 무기 광 센서(162), 바람직하게는 화소 형성된 무기 광 센서, 더욱 바람직하게는 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩이 제공될 수 있다. 또한, 하나 이상의 불투명한 광 센서(164)가 제공될 수 있다.
그러므로, 복수개의 광 센서(116)가 제공되는 경우, 광 센서(116)는 광 센서(116)의 스택(166)을 형성할 수 있고, 여기에서 하나 이상의 광 센서(116)는 완전히 또는 부분적으로 적어도 부분적으로 투명한 광 센서(158)로서 구현되고, 하나 이상의 광 센서(116)는 완전히 또는 부분적으로 불투명한 광 센서(164)로서 구현된다. 도 3에 도시된 스택(166)의 셋업에서는, 예로서, 공간 광 변조기(114) 및/또는 물체(124)로부터 가장 먼 스택(166) 쪽에 불투명한 광 센서(164)가 위치하는 한편, 불투명한 광 센서(164)와 공간 광 변조기(114) 사이에 하나 이상의 투명한 광 센서(158)가 위치한다. 하나 이상의 유기 광 센서(160)를 투명한 광 센서(158)로서 사용함으로써, 예를 들어 하나 이상의 투명한 대면적 DSC 또는 sDSC를 사용함으로써, 또한 불투명한 광 센서(164)로서 무기 카메라 칩, 바람직하게는 CCD 및/또는 CMOS 칩, 바람직하게는 총천연색 카메라 칩을 사용함으로써, 스택(166)의 이 셋업을 용이하게 실현시킬 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 광학 검출기(110)의 셋업은 스택(166)의 먼 말단에서 화소 형성된 광 센서(116), 바람직하게는 무기 화소 형성된 카메라 칩에 의해 2D 이미지를 취하기 위해, 또한 추가로 도 1과 관련하여 상기 논의된 바와 같이 신호 성분 및/또는 빔 폭을 평가함으로써 종방향 정보(z-정보)를 제공하기 위해 사용될 수 있는 카메라(168)의 실시양태일 수 있다. 이로써, 3D 카메라(168), 바람직하게는 총천연색 3D 카메라가 실현될 수 있다.
도 4에는, 검출기(110), 검출기 시스템(112) 및 카메라(168)의 다른 셋업이 도시되어 있다. 그러므로, 상기 논의된 바와 같이, 공간 광 변조기(114)는 투명하거나 불투명한 공간 광 변조기일 수 있다. 그러므로, 예로서, 액정 기술에 기초한 공간 광 변조기(114)를 투명한 공간 광 변조기(114)로서 사용할 수 있다. 다르게는, 도 4에 도시된 바와 같이, 미소 거울 장치를 반사형 공간 광 변조기(114)로서 사용함으로써 광축(128) 및/또는 광 경로를 편향시킬 수 있다. 예로서, 도 14에 도시된 반사형 공간 광 변조기(114)는, 광 빔(136)의 개별적인 부분을 광 센서(116)의 스택(166) 쪽으로 전송하고/하거나 예컨대 이들 부분을 도 4에 도시된 빔 덤프(170) 쪽으로 유도함으로써 이들 개별적인 부분을 차단하는데 적합화된, 미소 거울로서 성형된 화소의 매트릭스를 가질 수 있다. 이들 변경을 제외하고, 도 4의 검출기(110) 및 카메라(168)의 셋업(그의 임의적인 변형 포함)은 도 3과 관련하여 개시된 셋업과 동일할 수 있다.
도 5 내지 도 7에서는, 별개로 또는 임의의 조합으로 실현될 수 있는 도 1 내지 도 4의 셋업의 다양한 기능이 반복된다. 그러므로, 도 5는, 스택(166)의 불투명한 광 센서(164)와 복수개의 투명한 광 센서(158)의 조합을 나타내는, 예컨대 도 3에 도시된 광학 검출기(110)의 셋업을 도시한다. 그러므로, 불투명한 광 센서(164)는 물체(124)(도시되지 않음)의 고해상도 이미지를 생성시키는 촬영에 사용될 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 추가적인 종방향 위치 정보(z-정보)를 생성시키기 위하여, 스택(166)의 투명한 광 센서(158)를 사용할 수 있다.
도 6에 도시된 셋업에서는, 도 7에 도시된 펄스 체계와 함께 색상 인식이 더욱 상세하게 개시된다. 그러므로, 화소를 갖는 투명한 RGB TFT 디스플레이 같은 총천연색 공간 광 변조기(172)로서 구현된 공간 광 변조기(114)를 사용할 수 있다. 또한, 하나 이상의 투명하거나 반투명하거나 불투명한 광 센서(116), 바람직하게는 신호 성분을 제공할 수 있는 대면적 광 센서(156)를 사용할 수 있다. 평가 장치(120)(도시되지 않음)는 변조 주파수에 의해, 즉 주파수 및/또는 위상에 의해 상이한 색상을 갖는 화소(134)에 신호 성분을 부여하는데 적합화될 수 있다. 상 분리 옵션은 도 7에 부호로 도시되어 있다. 여기에서 볼 수 있는 바와 같이, 상이한 시간(t)에 방출되는, 즉 상이한 위상(ψ1, ψ2 및 ψ3)을 갖는 적색, 녹색 및 청색(r, g, b) 화소에 의해, 신호 성분(S)이 위상에 따라 분리될 수 있다. 따라서, 신호 성분을 평가함으로써 광 빔(136)의 색상 성분을 확인할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기(110), 검출기 시스템(112) 및 카메라(168)는 다양한 다른 장치 및 시스템에 사용될 수 있다. 따라서, 카메라(168)는 촬영, 특히 3D 촬영에 사용될 수 있고, 독립 이미지 및/또는 디지털 비디오 클립 같은 일련의 이미지를 획득하도록 제조될 수 있다. 예시적인 실시양태로서 도 8은 도 1 내지 도 6에 도시된 하나 이상의 실시양태에 개시된 광학 검출기(110) 같은 하나 이상의 광학 검출기(110)를 포함하는 검출기 시스템(112)을 도시한다. 이와 관련하여, 특히 가능한 실시양태와 관련해서는, 상기 주어진 개시내용을 참조할 수 있다. 도 8은 또한 하나 이상의 검출기 시스템(112)을 포함하는 사람-기계 인터페이스(174)의 예시적인 실시양태, 및 또한 사람-기계 인터페이스(174)를 포함하는 엔터테인먼트 장치(176)의 예시적인 실시양태를 도시한다. 도면은 또한 검출기 시스템(112)을 포함하는, 하나 이상의 물체(124)의 위치를 추적하는데 적합화된 추적 시스템(178)의 실시양태를 도시한다.
광학 검출기(110) 및 검출기 시스템(112)에 대해서는 상기 주어진 개시내용을 참조할 수 있다.
평가 장치(120)는 하나 이상의 접속부(180) 및/또는 하나 이상의 인터페이스에 의해 광 센서(116) 및 변조기 장치(118) 및/또는 공간 광 변조기(112)에 연결될 수 있다. 또한, 접속부(180)는 센서 신호를 생성시키기 위한 하나 이상의 드라이버 및/또는 하나 이상의 측정 장치를 포함할 수 있다. 또한, 평가 장치(120)는 완전히 또는 부분적으로 광 센서(116) 내로 및/또는 하우징(154) 내로 및/또는 공간 광 변조기(114) 내로 통합될 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 평가 장치(120)는 완전히 또는 부분적으로 별도의 독립적인 장치로서 디자인될 수 있다.
도 8에 도시된 이 예시적인 실시양태에서, 검출되어야 하는 물체(124)는 스포츠 장비 제품으로서 디자인될 수 있고/있거나 제어 요소(128)를 형성할 수 있는데, 이의 위치 및/또는 배향은 사용자(184)에 의해 조작될 수 있다. 예로서, 물체(124)는 배트, 라켓, 클럽 또는 임의의 다른 스포츠 장비 제품 및/또는 모조 스포츠 장비일 수 있거나 그들을 포함할 수 있다. 다른 유형의 물체(124)도 가능하다. 또한, 사용자(184) 자신이 그 위치가 검출되는 물체(124)로서 생각될 수 있다. 예로서, 사용자(184)는 그에게 직접적으로 또는 간접적으로 부착되는 하나 이상의 비컨 장치(122)를 가질 수 있다.
도 1의 가능한 옵션과 관련하여 상기 논의된 바와 같이, 광학 검출기(110)는 하나 이상의 비컨 장치(122) 및/또는 물체(124)의 횡방향 위치 및 종방향 위치중 하나 이상을 결정하는데 적합화될 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 광학 검출기(110)는 색상을 확인하는데 및/또는 물체(124)를 촬영하는데 적합화될 수 있다. 바람직하게는 검출기(110)의 광축(128)과 관련하여 동심으로 위치되는 하우징(154) 내부의 개구(186)는 광학 검출기(110)의 시야 방향(188)을 바람직하게 한정한다.
검출기(110)는 하나 이상의 물체(124)의 위치를 결정하는데 적합화될 수 있다. 또한, 광학 검출기(110)는 물체(124)의 이미지, 바람직하게는 3D 이미지를 획득하는데 적합화될 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 검출기(110) 및/또는 검출기 시스템(112)를 사용함에 의한 물체(118) 및/또는 그의 일부의 위치의 결정을, 기계(190)에 하나 이상의 정보 아이템을 제공하기 위하여 사람-기계 인터페이스(174)를 제공하는데 이용할 수 있다. 도 8에 개략적으로 도시된 실시양태에서, 기계(190)는 컴퓨터일 수 있고/있거나 컴퓨터를 포함할 수 있다. 다른 실시양태도 실현가능하다. 평가 장치(120)는 완전히 또는 부분적으로 별도의 장치로서 구현될 수 있고/있거나 완전히 또는 부분적으로 컴퓨터 같은 기계(180) 내로 통합될 수 있다. 이는, 완전히 또는 부분적으로 평가 장치(120) 및/또는 기계(190)의 일부를 형성할 수 있는 추적 시스템(178)의 추적 컨트롤러(192)에서도 그러하다.
유사하게, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 사람-기계 인터페이스(174)는 엔터테인먼트 장치(176)의 일부를 형성할 수 있다. 기계(190), 특히 컴퓨터도 엔터테인먼트 장치(176)의 일부를 형성할 수 있다. 따라서, 물체(118)로서 기능하는 사용자(184)에 의해 및/또는 물체(124)로서 기능하는 제어 요소(182)를 취급하는 사용자(184)에 의해, 사용자(184)는 하나 이상의 제어 명령 같은 하나 이상의 정보 아이템을 컴퓨터에 입력함으로써 엔터테인먼트 기능을 변화시킬 수 있다(예를 들어, 컴퓨터 게임의 과정을 제어할 수 있다).
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기(110)는 예를 들어 도 3의 셋업에서와 같이 직선 빔 경로를 가질 수 있거나, 또는 도 4에 도시된 직사각형 셋업에서와 같이 경사지거나 각이 지거나 분지되거나 편향되거나 분할될 수 있다. 또한, 광 빔(136)은 각각의 빔 경로 또는 부분 빔 경로를 따라 한 번 또는 반복적으로, 단일 방향으로 또는 2개의 방향으로 이동할 수 있다. 이에 의해, 공간 광 변조기(114)는 완전히 또는 부분적으로 하나 이상의 광 센서(116) 앞에 및/또는 하나 이상의 광 센서(116) 뒤에 위치할 수 있다.
도 9에는, 도 3의 셋업에 통상적으로 이용될 수 있는 광학 검출기(110)의 다른 셋업이 도시되어 있다. 변조기 장치(118)와 평가 장치(120) 및 물체(124)와 비컨 장치(122)는 이 셋업에 도시되어 있지 않고, 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다.
도 9의 셋업에서, 입사하는 광 빔(136)은 왼쪽에서 광학 검출기(110)에 들어가고, 오른쪽을 향해 지나가며, 하나 이상의 랜스(lance) 같은 하나 이상의 임의적인 전달 장치(126)를 통과하고, 투명한 광 센서(158)의 스택(166)을 변조되지 않은 방식으로 처음으로 통과한다. 이어, 광 빔(136)은 공간 광 변조기(114)에 도달하고, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 공간 광 변조기(114)에 의해 변조된다. 이 셋업에서 공간 광 변조기(114)는 광 빔(136)을 스택(166) 쪽으로 뒤로 반사시키는데 적합화된 반사형 공간 광 변조기이다. 그러므로, 도 9에서 왼쪽을 향해 이동하는 반사된 광 빔(136)은 스택(166)에 두 번째로 도달함으로써, 물체(124) 및/또는 비컨 장치(122)의 상기 언급된 z-검출을 가능케 한다.
또한, 상기 논의된 바와 같이, 광학 검출기(110)은 복수개의 부분 빔 경로로 분할되는 빔 경로를 가질 수 있다. 분할된 빔 경로 셋업의 제 1의 예시적인 실시양태가 도 10에 도시되어 있다. 다시, 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이 구현될 수 있는 광학 검출기(114)가, 변조기 장치(118)와 평가 장치(120) 없이, 또한 물체(124)와 비컨 장치(122) 없이 도시된다.
다시, 광 빔(136)은 하나 이상의 임의적인 전달 장치(126)를 통과함으로써 왼쪽에서 광학 검출기(114)에 들어간다. 이어, 광 빔(136)은 공간 광 변조기(114)에 도달하는데, 이 공간 광 변조기(114)는 다시 반사형 공간 광 변조기로서 구체화되고 이 경우에는 광 빔(136)을 제 1 부분 빔 경로(194)의 방향 및 제 2 부분 빔 경로(196)의 방향으로 편향시키는데 적합화된다. 그러므로, 예로서, 반사형 공간 광 변조기(114)는 상기 논의된 바와 같이 미소거울을 갖는 화소의 매트릭스를 포함할 수 있고, 이 때 각각의 미소거울은 입사 광 빔(136)을 제 1 부분 빔 경로(194)의 방향 또는 제 2 부분 빔 경로(196)의 방향으로 편향시키는데 적합화될 수 있다. 이에 의해, 광 빔(136)은 제 1 빔 경로(194)를 따라 이동하는 제 1 부분 광 빔(198) 및 제 2 부분 빔 경로(196)를 따라 이동하는 제 2 부분 광 빔(200)으로 분할될 수 있다.
부분 빔 경로(194, 196) 각각은 그 자체의 좌표 시스템(130)을 한정할 수 있는데, 이 때 광학 검출기의 셋업이 공지되어 있기 때문에, 부분 빔 경로(194, 196)의 이들 좌표 시스템(130)은 서로 상관될 수 있고/있거나 광학 검출기(110)의 공동 좌표 시스템(130)과 상관될 수 있다.
둘 이상의 부분 빔 경로(194, 196) 각각 내에는, 하나 이상의 광학 요소가 위치할 수 있다. 그러므로, 빔 경로(164, 196)의 W-형 셋업으로 불릴 수 있는 도 10에 도시된 셋업에서는, 광학 센서(116)의 스택(196)이 제 1 부분 빔 경로(194)에 위치한다. 따라서, 제 1 부분 빔 경로(194)는 물체(124)의 z-검출 전용일 수 있다. 제 2 부분 빔 경로(196)는 촬영 전용일 수 있으며, 결과적으로 하나 이상의 카메라 칩 같은 하나 이상의 무기 광 센서(162) 및/또는 불투명한 광 센서(164)를 함유할 수 있다. 그러므로, 예로서, 제 2 부분 빔 경로는 특히 하나 이상의 CCD- 및/또는 CMOS-칩, 바람직하게는 하나 이상의 총천연색 또는 RGB CCD- 또는 CMOS-칩 같은 촬영 센서 칩에 하나 이상의 화소 형성된 촬영 센서를 함유할 수 있다.
또한, 임의적으로, 하나 이상의 추가적인 임의적인 요소(202, 204)가 제 1 부분 빔 경로(194) 내에 및/또는 제 2 부분 빔 경로(196) 내에 위치할 수 있다. 그러므로, 예로서, 추가적인 광학 요소(202 204)는 부분 광 빔(198, 200)의 강도 및/또는 초점 및/또는 다른 광학 특성을 개별적으로 제어하는데 적합화될 수 있다. 그러므로, 예로서, 예컨대 부분 광 빔(198, 200)의 강도를 개별적으로 제어하기 위하여 하나 이상의 셔터 및/또는 하나 이상의 격막 같은 하나 이상의 감쇠기가 존재할 수 있다. 또한, 하나 이상의 렌즈가 추가적인 광학 요소(202, 204) 내에 존재할 수 있다.
도 10의 셋업에서는, 공간 광 변조기(114) 자체가 빔 분할기(206)로서 작용한다. 추가로 또는 다르게는, 빔 경로(208)를 하나 이상의 제 1 부분 빔 경로(194) 및 하나 이상의 제 2 빔 경로(196)로 분할하기 위하여 다른 빔 분할 요소를 사용할 수 있다. 그러므로, 도 11에는, 공간 광 변조기(114)와는 독립적인 빔 분할 요소(206)를 갖는 광학 검출기의 셋업이 도시되어 있다. 다시, 도 9 및 도 10에 있어서는, 변조기 장치(118), 평가 장치(120), 물체(124) 및 비컨 장치(122)가 도시되어 있지 않고, 예컨대 도 3 및/또는 도 4에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다.
다시, 도 11에서, 광 빔(136)은 하나 이상의 전달 장치(126)를 통과하고 광축 및/또는 빔 경로(208)를 따라 전파됨으로써 왼쪽에서 광학 검출기(110)에 들어간다. 이어, 하나 이상의 프리즘, 하나 이상의 반투명 거울 또는 하나 이상의 이색성 거울 같은 하나 이상의 빔 분할 요소(206)에 의해, 광 빔(136)은 제 1 부분 빔 경로를 따라 이동하는 제 1 부분 광 빔(198) 및 제 2 부분 빔 경로(196)를 따라 전파되는 제 2 부분 광 빔(200)으로 분할된다. 이 실시양태에서, 공간 광 변조기는 제 1 부분 광 빔(198)을 광 센서(116)의 스택을 향해 편항시키는 반사형 공간 광 변조기로서 도시된다. 그러나, 다르게는, 도 3의 셋업에서와 같이 투명한 공간 광 변조기(114)를 사용함으로써 제 1 부분 빔 경로(194)가 직선이 되도록 할 수 있다. 다르게는, 다시, 제 1 부분 빔 경로(194)에 대해 도 9에 도시된 셋업을 이용할 수 있다.
도 10의 셋업에서와 같이, 제 2 부분 빔 경로(196)에는, 촬영 센서, 더욱 바람직하게는 CCD- 및/또는 CMOS-칩, 더욱 바람직하게는 총천연색 또는 RGB CCD- 또는 CMOS 칩 같은 하나 이상의 불투명한 광 센서(164)가 위치할 수 있다. 그러므로, 도 10의 셋업에서와 같이, 제 2 부분 빔 경로(169)는 촬영 및/또는 x- 및/또는 y-좌표 결정 전용일 수 있는 한편, 제 1 부분 빔 경로(194)는 z-좌표 결정 전용일 수 있으며, 이 때 이 실시양태 또는 다른 실시양태에서는 x-y-검출기가 제 1 부분 빔 경로(194)에 위치할 수 있다. 다시, 도 10의 셋업에서와 같이, 개별적인 추가 광학 요소(202, 204)가 부분 빔 경로(194, 196) 내에 존재할 수 있다.
도 12에는, 자동차 시스템에서의 본 발명에 따른 광학 검출기(110) 및/또는 검출기 시스템(112)의 가능한 적용 위치가 도시되어 있다. 가능한 용도에 대해서는 상기 주어진 개시내용을 참조할 수 있다.
그러므로, 도 12에는, 자동차 시스템에서의 가능한 용도의 예시적인 실시양태로서, 승용차(210)가 간단화된 개략도로 도시된다. 여기에서는, 개별적으로 또는 임의적인 조합으로 사용될 수 있는 광학 검출기(110) 및/또는 검출기 시스템(112)의 다양한 가능한 위치가 도시된다.
따라서, 전면창(212)을 둘러싸는 다양한 위치 및/또는 심지어 전면창(212) 내와 같은 승용차(210)의 전면창(212) 영역에 하나 이상의 광학 검출기(110)가 사용될 수 있다(예컨대, 비 센서로서의 사용).
또한, 승용차(210)의 전방부(214) 영역에 하나 이상의 광학 검출기(110)가 존재할 수 있다. 이들 광학 검출기(110)는 헤드라이트(216) 및/또는 범퍼(218)에서 센서로서 사용될 수 있다. 유사하게, 도시되지는 않지만, 하나 이상의 광학 검출기(110)가 후방 범퍼에 및/또는 후미등에서의 센서로서 존재할 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 광학 검출기(110)가 거리 센서로서 및/또는 상기 나열된 하나 이상의 용도 같은 다른 보조 용도를 위해 사용될 수 있다. 따라서, 예로서, 차선 이탈 경고가 하나 이상의 광학 검출기(110)의 가능한 용도로서 언급될 수 있다.
또한, 하나 이상의 검출기(110)가 승용차(210)의 측부 영역(220)에 존재할 수 있다. 그러므로, 예컨대 고체 물체와 문의 충돌을 피하기 위하여, 하나 이상의 광학 검출기가 승객용 문(222)에 또는 그 근처에 존재할 수 있다.
또한, 하나 이상의 광학 검출기(110)가 승용차(210)의 루프(224) 및/또는 후방부(226)에 존재할 수 있다. 그러므로, 전방부(214)에서의 센서와 유사하게, 후방부(226)의 하나 이상의 광학 검출기(110)가 예컨대 주차 보조를 위해 거리 센서로서 사용될 수 있다.
도 13 및 도 14에는, 공간 광 변조기(114)의 화소(134) 매트릭스(132)를 슈퍼화소로 더 나누는데 이용되는 본 발명의 다른 실시양태가 도시되어 있다. 여기에서, 도 13은 광학 검출기(110)의 셋업을 도시하는 한편, 도 14는 광학 검출기(110)를 사용하는 방법 및 광학 검출 방법의 흐름을 도시한다. 두 도면을 아래에서 설명한다.
이 예시적인 실시양태에서, 광학 검출기(110)는 통상 하드웨어 면에서 도 10에 도시된 예시적인 실시양태에서와 같은 셋업이다. 따라서, 셋업의 세부사항에 대해서는 상기 도 10의 기재내용을 참조할 수 있다. 그러므로, 분할 빔 경로가 셋업, 특히 W-형 셋업에 사용된다. 또한, 도 11에 도시된 분할 빔 경로 셋업 또는 도 3, 도 4 또는 도 9의 실시양태에 도시된 비-분할 빔 경로 셋업 같은 다른 셋업도 실현가능함에 주목한다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기(110)는 개별적으로 또는 공동으로 z-검출을 위한, 즉 하나 이상의 물체(124)의 하나 이상의 z-좌표를 결정하기 위한 하나 이상의 FiP-센서(228)로서 작용하는 광 센서(116)의 스택(166)을 포함한다. 이 실시양태에서, 스택(166)은 제 1 부분 빔 경로(194)에 배열된다. 또한, 광학 검출기(110)는 예를 들어 제 2 빔 경로(196)에서 화소 형성된 광 센서(116)일 수 있고 또한 이미지 검출기 또는 촬영 장치로도 일컬어질 수 있는 이미지 센서(230)를 포함한다. 예로서, 또한 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 이미지 센서(230)는 단색 CCD 및/또는 CMOS 센서, 다색 CCD 및/또는 CMOS 센서 또는 총천연색 CCD 및/또는 CMOS 센서 같은 하나 이상의 CCD 및/또는 CMOS 센서일 수 있거나 또는 그들을 포함할 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 FiP-센서(228)를 사용함으로써, 광학 검출기(110)에 의해 검출되는 하나 이상의 물체(124)의 하나 이상의 종방향 좌표 또는 z-좌표를 결정할 수 있는 한편, 하나 이상의 이미지 센서(228)를 사용함으로써 하나 이상의 물체(124)의 2D 촬영이 가능하다.
도 13에 도시된 예시적인 셋업에서는, O1 및 O2로 표시된 두 개의 물체를 포함하는 장면이 광학 검출기(110)에 의해 캡쳐된다. 도 14에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 방법 단계(232)에서는, 하나 이상의 이미지 센서(228)를 사용함으로써 장면의 2D 이미지(234)를 캡쳐한다. 도 14에서 방법 단계(236)로 일컬어지는 후속 방법 단계에서는, 2D 이미지(234)에서 둘 이상의 영역을 검출한다. 따라서, 도 13의 물체(O1 및 O2)에 상응하는 둘 이상의 영역(R1 및 R2)을 2D 이미지(234)에서 한정할 수 있다. 또한, 임의적으로는, R0으로 표시되는 배경 영역을 한정할 수 있다. 도 13에서 x1, y1, x2, y2로, 또는 도 14의 단계(236)에서 x, y로 기호로 표시되는 바와 같이 2D 이미지(234)에서 개별적인 횡방향 좌표 또는 좌표 범위를 결정함으로써 영역을 한정할 수 있다. 결과적으로, 이미지 센서(230)는 횡방향 광 센서로서 작용할 수 있다. 영역을 한정하는 가능한 기술에 대해서는 상기 언급된 연산을 참조할 수 있다. 예로서, 강도 또는 색상의 구배를 검출함으로써 영역(R1 및 R2)의 경계를 검출할 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 이미지 인지 및/또는 이미지 분석에 적절한 소프트웨어를 갖는 하나 이상의 데이터 처리 장치를 제공할 수 있는 하나 이상의 평가 장치(120) 내에서 영역을 검출할 수 있다.
도 14에서 인용 번호(238)로 표시되는 추가적인 단계에서는, 슈퍼화소를 영역에 부여한다. 이를 위해, 2D 이미지(234)의 영역(R0, R1 및 R2)에 상응하는 공간 광 변조기(114)의 화소(134)를 한정한다. 따라서, 공지의 투과 특성 때문에, 어느 광 빔(136) 또는 부분 광 빔(200)의 성분이 이미지 센서(230)의 상응하는 화소에 도달하기 전에 어느 화소(134)를 통과하는지가 일반적으로 알려지거나 또는 통상적으로 결정될 수 있다. 결과적으로, 예를 들어 공간 광 변조기(114)와 이미지 센서(230)의 화소 사이의 계산된 분석 관계 또는 실험 또는 반실험 관계일 수 있는 공지의 관계 또는 결정가능한 관계를 이용할 수 있다.
도 13에서 S0, S1 및 S2로 일컬어지는 슈퍼화소를 한정함으로써, 도 13에서 f0, f1 및 f2로 표시되는 변조 주파수를 상응하는 슈퍼화소에 부여할 수 있다. 슈퍼화소에 변조 주파수를 부여하는 단계는 도 14에서 인용 번호(240)로 표시된다. 이어[도 14에서의 단계(242)], 슈퍼화소를 상응하는 변조 주파수로 변조시킨다. 결과적으로, 슈퍼화소의 각 화소(134)는 개별적인 슈퍼화소에 부여된 상응하는 변조 주파수로 변조된다. 또한, 추가 변조, 특히 각 슈퍼화소의 세분화 및 세분화에 대한 추가 변조의 부여가 가능하다.
또한, 도 14의 단계(244)에서는, 슈퍼화소중 하나 또는 하나 이상 또는 심지어 모두의 z-검출이 이루어진다. 이를 위해, 이 광 센서를 사용함으로써 종방향 좌표를 결정하기 때문에 종방향 광 센서로서도 일컬어질 수 있는 FiP-센서(228)로서 작용하는 하나 이상의 광 센서(116)를 사용한다. 그러므로, 예로서, 또한 도 13에 도시된 바와 같이, 스택(166)을 이용할 수 있다. z-좌표를 결정하기 위하여, 변조 주파수로서 f0, f1 및 f2를 사용함으로써, 또한 이들 변조 주파수에 상응하는 신호 성분을 개별적으로 평가함으로써, 주파수-선택적인 방식으로 스택(166)의 하나 이상의 신호를 복조시킨다. 그러므로, 예를 들어, 물체(O1 및 O2)에 대해 z-좌표(z1 및 z2)를 결정할 수 있다. 이로써[도 14의 단계(246)], 단계(236)에서 생성된 횡방향 좌표를 단계(244)에서 결정된 종방향 좌표와 결합함으로써, 광학 검출기(110)에 의해 캡쳐된 장면 또는 이 장면의 일부[예컨대, 물체(124)중 하나 이상]의 3D 이미지를 생성시킬 수 있다. 따라서, 예로서, 이 장면에 포함된 각 물체(124) 또는 물체(124)중 하나 이상에 대해, 횡방향 좌표 또는 좌표 범위(x1, y1, x2, y2)를 상응하는 z-좌표(z1 및 z2)와 조합함으로써, 물체(O1 및 O2)의 3D 좌표(x1, y1, z1) 및 (x2, y2, z2)를 생성시킬 수 있다. 다시, 하나 이상의 평가 장치(120)에 의해 단계(244 및/또는 246)를 수행할 수 있다.
당 업자에게 명백한 바와 같이, 도 13 및 도 14에 도시된 셋업 및 체계는 간단화된 3D 촬영 방법을 나타낸다. 광학 검출기(110)에 의해 더욱 복잡한 장면을 캡쳐할 수 있다. 또한, 그 자체에 복수개의 부품 또는 구성요소를 포함하는 물체(124) 같은 도 13에 개략적으로 도시된 더욱 복잡한 물체(124)를 사용할 수 있다. 하나 이상의 물체(112)의 이들 부품 및 구성요소는 그 자체가 물체(112)로서 간주될 수 있고, 결과적으로 2D 이미지는 2D 이미지(234)에서 별도의 영역으로서 한정될 수 있다. 그 결과, 이들 물체 부품에 대해 별도의 슈퍼화소가 부여될 수 있다.
또한, 도 14에서 인용 번호(248)로 표시되는 도 14에 도시된 절차는 전체가 또는 부분적으로 반복적으로 수행될 수 있다. 그러므로, 예로서, 단계(244)에서 z-좌표의 큰 범위가 하나의 슈퍼화소 내에서 검출되는 경우에서와 같이 영역 및/또는 슈퍼화소의 정제가 이루어질 수 있다. 그러므로, 하나의 영역 및/또는 슈퍼화소에 대한 z-좌표의 큰 범위의 검출은 상응하는 물체(124)가 z-축을 따라 깊이를 가짐을 나타낼 수 있다. 결과적으로, 상응하는 영역 및/또는 슈퍼화소는 복수개의 영역 및/또는 슈퍼화소로 정제되거나 추가로 나뉘어질 수 있다. 예로서, 구형 물체의 깊이를 완전히 인식하기 위하여 이 구형 물체(O2)에 상응하는 영역(R2)을 둘 이상의 동심 환형 영역으로 추가로 분할할 수 있다. 장면 내에 함유되는 물체 또는 구성요소중 하나 이상 또는 전체 장면에 대해 이 정제(248)를 수행할 수 있다. 이에 의해, 소수의 영역 및/또는 슈퍼화소를 사용하는 것과 같이 간단화된 셋업으로 또한 간단화된 해결책으로 검출 절차를 개시한 후, 관찰 결과를 정제하기 위하여 또한 장면 내에 함유된 물체중 하나, 하나 이상 또는 심지어 모든 물체에 대해 더욱 상세한 정보를 수득하기 위하여 1회 이상 반복할 수 있다.
도 15 및 도 16에서는, 본 발명에 따른 광학 검출기(110)를 사용하여 가능한 물체 추적의 원리를 설명한다. 그러므로, 도 13과 관련하여 설명한 셋업에서와 같은 이미지 센서(230)를 사용함으로써, 이미지(234)를 취한다. 도 15에 도시된 예시적인 실시양태에서, 이미지는 사람 머리 또는 얼굴의 이미지일 수 있다. 도 16에 도시된 실시양태에서, 이미지는 자동차 도로 상의 차량에 있는 전방 카메라의 시계에서와 같이 교통 장면일 수 있다.
이미지(234) 내에서는, 적절한 이미지 인지 연산을 이용함으로써 및/또는 특정 트레이닝을 이용함으로써, 하나 이상의 물체를 인식할 수 있다. 예로서, 도 15에서 O1 및 O2로 표시되는 눈을 인식할 수 있다. 유사하게, 도 15에서 O3로 표시되는 얼굴 영역을 인식할 수 있다. 도 16의 교통 장면에서는, 다양한 차량(O4 내지 O6)을 인식할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 제한 속도 및/또는 도로를 따라 다양한 도시까지의 거리를 나타내는 도로 표지판 같은 도로 표지판(O7, O8)을 인식할 수 있다. 이들 물체(O1 내지 O8)에는 이미지(234)의 상응하는 영역(R1 내지 R8)이 부여되며, 이 때 이들 영역은 이미지(234) 내의 다양한 형상의 간단화된 기하학적 패턴(예컨대, 사각형, 직사각형 또는 정사각형)이다.
도 13과 관련하여 상기 설명된 바와 같이, 각각의 이들 영역(R1 내지 R8)에는 공간 광 변조기(114)의 상응하는 슈퍼화소가 부여될 수 있다. 결과적으로, 전체 이미지(234)를 분석하는 대신, 이미지 분석이 물체(O1 내지 O8) 추적으로 감소될 수 있다. 이를 위해, 하나 이상의 영역 또는 이 실시양태에서는 영역(R1 내지 R8)에만 부여되는 하나 이상의 주파수에 대해 z-좌표를 정정함으로써 영역(R1 내지 R8)에 상응하는 슈퍼화소를 추적할 수 있다. 따라서, 각각의 물체에 있어서의 거리를 결정할 수 있다. 장면을 캡쳐하는 상영중인 카메라 영화 같은 일련의 이미지에서, 각각의 이미지에서, 또는 복수개의 이미지에서, 관심 있는 하나 이상의 물체를 검출한 후, 종방향 광 센서, 특히 FiP-센서(228)를 사용함으로써 이들 물체에 하나 이상의 슈퍼화소를 부여하고 이들 물체에 대해서만 z-좌표 및/또는 거리를 결정할 수 있다.
도 17 및 도 18에는, 광학 검출기(110) 및/또는 카메라(168)의 다른 셋업이 도시되어 있다. 다시, 도 11의 셋업에서와 같이, 입사하는 광 빔(136)은 복수개의 부분 광 빔으로 분할된다. 도 17의 실시양태에는, 또한 카메라(168)의 예시적인 실시양태로서도 작용할 수 있는 광학 검출기(110)가 도시되어 있다. 광학 검출기(110)의 광축(128)을 따라 이동하는 입사 광 빔(136)은 주 광 빔(254)으로부터 제 1 부분 광 빔(252)을 분리하는데 적합화된 제 1 빔 분할 요소(250)에 도달한다. 도 11의 실시양태에서와 같이 CCD 및/또는 CMOS 칩 같은 촬영 장치(256)에 의해 제 1 부분 광 빔(252)이 물체[이로부터 광 빔(136)이 유래됨] 관찰 목적을 수행하기 때문에, 제 1 부분 광 빔(252)은 주 광 빔(254)에 비해 현저히 낮은 강도를 가질 수 있다. 예로서, 제 1 부분 광 빔(252)은 주 광 빔(254)의 절반 미만의 강도를 가질 수 있다. 예로서, 제 1 빔 분할 요소(250)는 10:90의 비로 입사 광 빔(136)을 나눌 수 있다. 이를 위하여, 제 1 빔 분할 요소(250)의 투명도를 조정하고/하거나 제 1 빔 분할 요소의 전체 표면적을 조정할 수 있다.
다양한 광학 요소에 의해 제 1 부분 광 빔(252)을 변경할 수 있다. 예로서, 제 1 빔 분할 요소(250)와 촬영 장치(256) 사이의 제 1 부분 빔 경로(258)에는 하나 이상의 격막(260) 및/또는 하나 이상의 렌즈 시스템(262) 같은 하나 이상의 전달 장치(126)가 위치할 수 있다. 다른 실시양태도 실현가능하다.
주 광 빔(254)은 광축(128)을 따라 계속 이동하고, 제 2 빔 분할 요소(264)와 만난다. 예로서, 제 2 빔 분할 요소(264)는 빔 분할 큐브, 바람직하게는 편광 빔 분할 큐브일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 제 2 빔 분할 요소(264)는 주 광 빔(254)을 제 2 부분 빔 경로(268)를 따라 이동하는 제 2 부분 광 빔(266) 및 제 3 부분 빔 경로(272)를 따라 이동하는 제 3 부분 광 빔(270)으로 분할한다. 제 2 부분 광 빔(266)은 도 17에서 SLM 1 또는 DLP 1로 일컬어지는 제 1 공간 광 변조기(114)에 도달한다. 유사하게, 제 3 부분 광 빔(270)은 도 17에서 SLM 2 또는 DLP 2로 일컬어지는 제 2 공간 변조기(114)에 도달한다. 이 특정 실시양태에서 제 1 및 제 2 공간 광 변조기는 특히 반사형 공간 광 변조기, 특별히 DLP® 기술에 기초한 반사형 공간 광 변조기일 수 있다. 공간 광 변조기의 다른 유형도 실현가능하다. 제 1 및 제 2 공간 광 변조기에 의해, 제 2 및 제 3 부분 광 빔(266, 270)은 각각 제 2 및 제 3 부분 빔 경로(268, 272)를 따라 역반사되어 역반사된 부분 광 빔(274, 276)을 형성한다. 제 2 빔 분할 요소(264)에서는, 역반사된 부분 광 빔(274, 276)을 다시 합쳐서 광 센서(116)의 스택(166)을 향해 제 4 부분 빔 경로(280)를 따라 이동하는 공동 광 빔(278)을 형성하는데, 이 스택(166)은 물체[이로부터 광 빔(136)이 광학 검출기(110)를 향해 이동함]의 z-좌표를 결정하기 위한 종방향 광 센서로서 작용할 수 있다.
다시 합쳐서 공동 광 빔(278)을 형성하기 전에, 부분 광 빔(266, 270)은 다양한 공정을 거칠 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 부분 광 빔(266)은 도 17의 시야면에 수직인 편광을 가질 수 있다. 제 1 1/2파 플레이트(282)를 사용함으로써, 부분 광 빔(266)의 편광을 도 17의 시야면으로 조정할 수 있다. SLM 1에 의한 역반사는 다시, 역반사된 부분 광 빔(274)이 다시 도 17의 시야면에 수직인 편광을 가질 수 있도록, 이 부분 광 빔(266)의 편광 방향을 바꿀 수 있다. 그러나, 다시, 제 1 1/2파 플레이트(262)는 도 17의 시야면으로 편광을 조정함으로써, 역반사된 부분 광 빔(274)이 스택(166)을 향해 투과되도록 한다.
유사하게, 편광 빔 분할 큐브(264)를 통과한 후, 제 3 부분 광 빔(270)은 도 17의 시야면에 평행인 편광을 갖는다. 제 2 1/2파 플레이트(284)를 통과한 후, SLM 2에서의 역반사 후, 및 다시 제 2 1/2파 플레이트(284)를 통과한 후, 역반사된 제 3 부분 광 빔(276)은 도 17의 시야면에 수직인 편광을 가지며, 결과적으로 제 2 빔 분할 요소(264)에 의해 스택(166) 쪽으로 편향된다. 그러므로, 역반사된 부분 광 빔(274, 276)은 둘 다 스택(166)을 향해 편향되고, 공동 광 빔(278)을 형성할 수 있다.
또한, 도 17에 도시된 바와 같이 하나 이상의 렌즈 같은 다양한 유형의 전달 장치(126)가 제 2 및 제 3 부분 빔 경로(268, 272) 내에 위치할 수 있다. 다른 실시양태도 실현가능하다.
제 1 및 제 2 공간 광 변조기(SLM 1, SLM 2)는 동일한 방식으로 또는 상이한 방식으로 부분 광 빔(266, 270)을 변조하는데 적합화될 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 예컨대 도 17의 실시양태에서와 같이 복수개의 공간 광 변조기(114)가 사용되는 경우, 복수개의 공간 광 변조기(114)가 동기화된 방식으로 구동될 수 있다. 그러나, 다른 작동 방식도 실현가능하다.
도 17에 도시된 셋업은 다양한 이점을 부여한다. 그러므로, 셋업은 일반적으로 예컨대 FiP-센서를 사용함에 의한 z-좌표의 검출에 비해 촬영 장치(256)에 더 적은 광이 필요하다는 사실을 이용한다. 따라서, 제 1 빔 분할 요소(250)를 사용함으로써, 입사 광 빔(136)의 에너지 또는 강도의 10% 정도가 촬영 장치(256)를 위해 분리될 수 있다. 입사 광 빔(136)중 90% 정도의 다량은 FiP 같은 종방향 광 센서를 향해 계속 이동할 수 있다.
전형적으로, 물체[이로부터 광 빔이 광학 검출기(110)를 향해 이동함]의 사진은 공간 광 변조기(SLM 1, SLM 2)와 초점이 맞아야 한다. 그러나, DLP® 칩 같은 대부분의 반사형 공간 광 변조기의 시판중인 버전은 통상 직선 역반사를 위해 디자인되지 않고 특정 각도에서의 역반사를 위해 디자인된다. 그러므로, 광축에 수직인 공간 광 변조기(SLM 1, SLM 2) 각각과 초점이 맞는 사진을 허용하는 비대칭 렌즈 시스템을 사용할 필요가 있다. 그러나, 이들 옵션은 "역반사"로 일컬어지는 경우 포함된다.
도 17의 실시양태에 도시된 다양한 아이디어가 임의적인 방식으로 조합될 수 있음에 주목한다. 그러므로, 통상적으로, 하나 이상의 촬영 장치(256)에 의해 촬영하기 위하여 입사 광 빔(136)중 소량을 분할하는 아이디어를 복수개의 공간 광 변조기(114)를 사용하는 아이디어와는 독립적으로 이용할 수 있고/있거나 주 광 빔(254)의 추가적인 처리와는 독립적으로 이용할 수 있다. 유사하게, 완전히 또는 부분적으로 투과성 또는 반사형 공간 광 변조기(114)일 수 있는 복수개의 공간 광 변조기(114)를 사용하는 아이디어를 하나 이상의 촬영 장치(262)를 사용함으로써 촬영하는 아이디어와는 독립적으로 및/또는 공간 광 변조기(SLM 1, SLM 2)에 의해 부분 광 빔(266)을 다시 합치는 아이디어와는 독립적으로 이용할 수 있다. 또한, 하나 이상의 추가적인 전달 장치(126) 같은 다양한 추가적인 광학 요소가 도 17의 셋업에 존재할 수 있음에 주목한다. 그러므로, 도 17에 도시되어 있는 바와 같이, 추가적인 렌즈 시스템 같은 추가적인 전달 장치(126)가 스택(166) 앞에 위치할 수 있다. 또한, 도 17에 도시된 광학 요소는 완전히 또는 부분적으로 비-반사 특성을 가질 수 있다(예를 들어, 하나 이상의 반사 방지 코팅을 사용할 수 있다). 그러므로, 예로서, 1/2파 플레이트(282, 284)는 각각 적절한 반사 방지 코팅 및 전달 장치(126)를 가질 수 있다. 또한, 도 17의 셋업 및 도 10 및 도 11에 도시된 셋업 같은 하나 이상의 촬영 장치를 사용하는 다른 셋업의 변경은 사용될 수 있는 촬영 장치의 유형을 일컫는다. 그러므로, 일반적으로, 도 10, 도 11 및 도 17에 도시된 CCD/CMOS 장치는 통상 적외선 카메라, 예를 들어 서모그래픽 카메라 같은 다른 유형의 촬영 장치로 대체될 수 있다. 따라서, 열선을 기록하기 위하여 및/또는 적외선 또는 열 정보와 깊이 사진을 조합하기 위하여, 도면에 도시된 촬영 장치에 덧붙여 또는 그러한 촬영 장치에 대한 대안으로서, 적외선 카메라를 사용할 수 있다. 파장-종속형 빔 분할 요소를 사용함으로써 서모그래픽 카메라를 통상 광학 시스템 내로 통합시킬 수 있다. 그러므로, 예로서, 적외선 빔 분할기 또는 핫 플레이트 같은 파장-선택적인 빔 분할 요소를 사용함에 의해 적외선 부분 광 빔을 입사 광 빔(136)으로부터 분리함으로써 적외선 카메라 또는 서모그래픽 카메라를 광학 검출기(110) 내로 통합시킬 수 있다. 광학 검출기(110)의 이 셋업은 통상 게임 용도를 위해 생물을 추적하는데 유용할 수 있다. 도 10, 도 11 및 도 17과 관련하여 논의된 것과 동일한 변경을 또한 도 18(이후 논의됨)에 도시되는 광학 검출기(110)의 셋업 같은 본 발명의 다른 셋업에도 적용할 수 있다.
도 18에는 도 10의 광학 검출기의 셋업의 변형이 도시되어 있다. 그러므로, 일반적으로, 상기 도 10의 개시내용을 참조할 수 있다. 그러므로, 도 10의 W-형 셋업에 기초하여, 도 18의 셋업은 제 1 및 제 2 부분 빔 경로(194, 196) 내에 위치하는 추가적인 반사 요소(286, 288)를 함유한다. 따라서, 제 1 및 제 2 부분 광 빔(198, 200)은 하나 이상의 거울일 수 있거나 이들을 포함할 수 있는 이들 반사 요소(286, 288)에 의해 편향될 수 있다. 따라서, 광학 검출기(110)의 광학 셋업에서, 예컨대 임의적인 추가 광학 요소(202, 204) 내에 함유되는 렌즈 시스템은 전형적으로 일부 상당한 공간을 필요로 한다. 또한, 대부분의 시판중인 반사형 공간 광 변조기(114)에서는 반사각이 제한될 뿐만 아니라 상당히 작다. 결과적으로, 렌즈 시스템에 근접한 입사 광 빔의 렌즈 시스템의 위치는 스택(166) 앞에 및/또는 촬영 장치(256) 앞에 위치할 수 있고, 도 10의 셋업에서는 실현될 수 없을 수 있다. 추가적인 반사 요소(286, 288)를 사용함으로써, 특히 FiP-센서 같은 종방향 광 센서 앞에 및/또는 촬영 장치(256) 앞에 추가적인 광학 요소(202, 204)를 위치시키기 위한 추가의 공간을 획득할 수 있다.
구체적으로, 하나 이상의 반사 요소(286, 288)는 하나 이상의 거울을 포함할 수 있다. 하나 이상의 거울은 하나 이상의 평면 거울일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 반사 요소(286, 288)는 또한 하나 이상의 볼록 및/또는 오목 거울 같은 하나 이상의 곡면 거울도 포함할 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 렌즈는 하나 이상의 곡면 거울로 대체될 수 있다. 결과적으로, 추가적인 공간을 남기기 위하여 광학 검출기(110)는 하나 이상의 렌즈를 곡면 거울로 대체할 수 있으며, 반사 요소(286, 288)는 각각 부분 광 빔(198, 200)을 종방향 광 센서 스택(166) 및/또는 촬영 장치(256)와 초점을 맞추기 위하여 초점 설정 특성을 가질 수 있다.
도 19에는, 명시야 카메라로서 사용될 수 있는 광학 검출기(110)의 개략적인 셋업이 도시되어 있다. 기본적으로, 도 19에 도시된 셋업은 도 3 또는 도 4에 도시된 하나 이상의 실시양태 또는 본원에 도시된 임의의 다른 실시양태에 상응할 수 있다. 광학 검출기(110)는 하나 이상의 공간 광 변조기(114) 및 광학 검출기(114), 바람직하게는 대면적 광 센서(156), 더욱 바람직하게는 투명한 광 센서(158)의 스택(166)을 포함한다. 예로서, 유기 태양 전지, 특히 sDSC 같은 유기 광 센서(160)를 사용할 수 있다. 또한, 광학 검출기(110)는 물체(124)를 촬영하는데 적합화된 하나 이상의 렌즈 또는 렌즈 시스템 같은 하나 이상의 전달 장치(126)를 포함할 수 있다. 또한, 광학 검출기(110)는 CCD 및/또는 CMOS 촬영 장치 같은 하나 이상의 촬영 장치(256)를 포함할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 본원에 도시된 실시양태의 광학 검출기(110)는 명시야 카메라로서 작용하는데 적합하다. 따라서, 도 19에서 A, B 및 C로 표시되는 다양한 물체(124)로부터 전파되는 광-빔(136)은 전달 장치(126)에 의해 도 19에서 A', B' 및 C'으로 표시되는 상응하는 이미지로 초점이 맞춰진다. 공간 광 변조기(114)의 상기 언급된 작용과 함께 광 센서(116)의 스택을 사용함으로써, 3차원 이미지를 캡쳐할 수 있다. 따라서, 특히 광 센서(116)가 FiP-센서, 즉 센서 신호가 광자 밀도에 따라 달라지는 센서인 경우에는, 이웃한 광 센서의 센서 신호를 평가함으로써, 각 광 빔(136)의 초점을 결정할 수 있다. 그러므로, 스택(166)의 센서 신호를 평가함으로써, 초점 위치, 확산 모수 또는 다른 매개변수 같은 다양한 광 빔(136)의 매개변수를 결정할 수 있다. 따라서, 예로서, 각 광 빔(136) 및/또는 관심 있는 하나 이상의 광 빔에 대해 빔 매개변수를 결정할 수 있고, 매개변수 설명 및/또는 벡터 설명에 의해 표현할 수 있다. 그러므로, 전달 장치(126)의 광학 품질 및 특성이 공지되어 있기 때문에, 스택(166)을 사용함으로써 광 빔(136)의 빔 매개변수를 결정하자마자, 물체(124)를 함유하는, 광학 검출기(110)에 의해 캡쳐된 장면은 빔 매개변수의 간단화된 세트로 표현될 수 있다. 도 19에 도시된 명시야 카메라의 추가적인 세부사항에 대해서는, 상기 주어진 다양한 가능성에 대한 기재내용을 참조할 수 있다.
또한, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광 센서의 스택(166)의 광 센서(116)는 상이한 파장 감도를 가질 수 있다. 그러므로, 스택(166)은 임의적인 촬영 장치(256) 외에 두 가지 유형의 광 센서(116)를 포함할 수 있다. 이 가능성은 도 20에 개략적으로 도시되어 있다. 여기에서는, 광 센서(116)의 제 1 유형(290)과 제 2 유형(292)이 스택(166)에 제공된다. 제 1 유형(290) 및 제 2 유형(292)의 광 센서(116)는 특히 도 20에 도시된 바와 같이 광축(128)을 따라 교대하는 방식으로 배열될 수 있다. 제 1 유형(290)의 광 센서(116)는 제 1 염료에 의해 한정되는 제 1 흡수 스펙트럼 같은 제 1 흡수 스펙트럼 등의 제 1 스펙트럼 감도를 가질 수 있고, 제 2 유형(292)의 광 센서(116)는 제 2 염료에 의해 한정되는 제 2 흡수 스펙트럼 같은 제 2 흡수 스펙트럼 등의, 제 1 스펙트럼 감도와는 상이한 제 2 스펙트럼 감도를 가질 수 있다. 이들 두 유형의 광 센서(116)의 센서 신호를 평가함으로써 색상 정보를 수득할 수 있다. 따라서, 도 19를 참조하여 상기 설명한 바와 같이 유도될 수 있는 빔 매개변수에 덧붙여, 둘 이상의 유형의 광 센서(116)는 추가적인 색상 정보를 유도할 수 있다(예컨대, 총천연색 3차원 이미지를 유도할 수 있다). 그러므로, 예로서, 상이한 색상의 광 센서(116)의 센서 신호를 순람표에 저장된 값과 비교함으로써 색상 정보를 유도할 수 있다. 따라서, 도 20에 도시된 색상 인식을 수행함으로써 도 19의 셋업을 총천역색 또는 다색 명시야 카메라로서 구체화시킬 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기(110)는 또한 하나 이상의 비행 시간 검출기를 포함할 수 있다. 이 가능성은 도 21에 도시되어 있다. 광학 검출기(110)는 먼저 SLM(114)을 비롯한 하나 이상의 SLM 검출기(294) 및 임의적으로 촬영 장치(256)를 포함하는 광 센서(116)의 스택(166)을 포함한다. SLM 검출기(294)의 가능한 셋업의 세부사항에 대해서는 예컨대 도 3 또는 도 4에 도시된 실시양태 또는 광학 검출기(110)의 다른 실시양태를 참조할 수 있다. 기본적으로, 상기 개시된 광학 검출기(110)의 임의의 셋업을 도 21에 도시된 실시양태와 관련하여 사용할 수 있다.
또한, 광학 검출기(110)는 하나 이상의 비행 시간(ToF) 검출기(296)를 포함한다. 도 21에 도시된 바와 같이, ToF 검출기(296)는 광학 검출기(110)의 평가 장치(120)에 연결될 수 있거나 또는 별도의 평가 장치가 제공될 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 도 21에 부호에 의해 도시되는 바와 같이 펄스(298)를 방출 및 수용하여 광학 검출기(110)와 물체(124) 사이의 거리 또는 달리 말해 광축(128)을 따른 z-좌표를 결정함으로써 ToF 검출기(296)를 적합화시킬 수 있다.
하나 이상의 임의적인 ToF 검출기(296)를 다양한 방식으로 하나 이상의 SLM 검출기(294)와 조합할 수 있다. 그러므로, 예로서, 또한 도 21에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 SLM 검출기(294)가 제 1 부분 빔 경로(300)에 위치할 수 있고, ToF 검출기(296)가 제 2 부분 빔 경로(302)에 위치할 수 있다. 하나 이상의 빔 분할 요소(304)에 의해 부분 빔 경로(300, 302)를 분리하고/하거나 합칠 수 있다. 예로서, 빔 분할 요소(304)는 반투명한 거울 같은 파장에 거의 영향을 받지 않는 빔 분할 요소(304)일 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 파장-의존성이 제공됨으로써 상이한 파장을 분리할 수 있다. 대안으로서, 또는 도 21에 도시된 셋업에 덧붙여, ToF 검출기(296)의 다른 셋업을 이용할 수 있다. 따라서, 예를 들어 ToF 검출기(296)를 SLM 검출기(294) 뒤에 배열함으로써, SLM 검출기(294)와 ToF 검출기(296)를 일직선으로 배열할 수 있다. 이 경우, 바람직하게는, SLM 검출기(294)에 불투명한 광 센서(164)가 제공되지 않는다. 다시, 대안으로서 또는 추가로, ToF 검출기(296)는 또한 SLM 검출기(294)와는 독립적으로 배열될 수 있고, 광 경로를 합치지 않으면서 상이한 광 경로를 사용할 수 있다. 다양한 셋업이 실현가능하다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 다양한 목적을 위하여, 예를 들어 불명료함을 해소하기 위하여, 광학 검출기(110)가 사용될 수 있는 날씨 조건의 범위를 증가시키기 위하여, 또는 물체(124)와 광학 검출기(110) 사이의 거리 범위를 연장하기 위하여, ToF 검출기(296)와 SLM 검출기(294)를 유리한 방식으로 조합할 수 있다. 추가적인 세부사항에 대해서는 상기 기재내용을 참조할 수 있다.
도 22에는, 도 18의 광학 검출기(110)와 카메라(168)의 실시양태의 변형이 도시되어 있다. 이 셋업은 광범위하게 도 18의 셋업에 상응하며, 따라서 대부분의 경우 도 18의 기재내용을 참조할 수 있다. 광 빔(136)은 전달 장치(126)의 일부를 형성할 수 있는 제 1 렌즈(306)를 통해 검출기(110)에 들어갈 수 있다. 예로서, 본 실시양태 및 다른 실시양태의 검출기(110)는 케이싱(308)을 포함할 수 있고, 제 1 렌즈(306)는 입구 렌즈를 형성할 수 있다.
임의적으로 도 17의 셋업에서와 같이 제 1 렌즈(306)를 통과한 후 촬영 부분 광 빔(310)은 이 경우 제 1 빔 분할 요소(250)를 형성할 수 있는 빔 분할 요소(206)에 의해 분할될 수 있다. 추가적인 렌즈를 사용하여 또는 없이, 도 17에서와 같이 하나 이상의 촬영 장치(256)에 의해 촬영 부분 광 빔(310)을 분석할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 도 17의 기재내용을 참조할 수 있다.
제 1 빔 분할 요소(250)에 의해 투과되는 나머지 주 광 빔(136)은 반사형 공간 광 변조기(114)에 의해 도 18에서와 같이 제 1 및 제 2 부분 광 빔(198, 200)으로 분할되고, 제 1 및 제 2 부분 광 빔(198, 200)은 각각 제 1 및 제 2 부분 빔 경로(194, 196)를 따라 전파된다.
도 22에 도시된 실시양태에서 제 1 및 제 2 부분 빔 경로(194, 196)의 임의적인 셋업은 도 18의 셋업에 비해 약간 변경된다. 그러므로, 첫째로, 두 부분 빔 경로(194, 196)는 FiP 센서, 즉 상기 언급된 FiP 효과를 나타내는 센서로서 구성되는 광 센서(116)를 함유할 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 촬영 부분 광 빔(310)을 분할하고 촬영 장치(256)를 사용하여 부위를 분석함으로써, 촬영 기능을 수행할 수 있다. 결과적으로, 임의적으로는, 두 부분 빔 경로(194, 196)에 대면적 광 센서(116)를 사용할 수 있다.
일반적으로, 투명한 광 센서(158)는 불투명한 광 센서(164)보다 덜 감수성이다. 도 22에 도시된 검출기(110)의 셋업은 예컨대 투명한 광 센서(158)를 하나만 사용함으로써 투명한 광 센서(158)의 수를 감소시킬 수 있다. 따라서, 도 22에 도시된 예시적인 실시양태에서는, 제 2 부분 빔 경로(196) 후에 불투명한 FiP 센서 같은 불투명한 광 센서(164)가 위치된다. 제 1 부분 빔 경로(194) 후에, 하나의 투명한 광 센서(158)에 이어 불투명한 광 센서(164)를 갖는 광 센서(116)의 조합을 위치시킬 수 있다. 투명한 광 센서(158) 및 불투명한 광 센서(164)는 둘 다 FiP 센서로서 구현될 수 있다. 결과적으로, 도 22의 셋업은 투명한 광 센서(158)를 하나만 함유할 수 있다.
일반적으로, 가장 바람직하게는, DLP 같은 반사형 공간 광 변조기(114) 및 광 센서(116)는 개별적인 위치에서 입사 광 빔(136)에 수직으로 배향된다. 즉, 국부적인 광축에 수직으로 배향되고/되거나 입사 광의 주 방향에 수직으로 배향된다. 이는 일반적으로 하나의 초점면의 사진이 공간 광 변조기(114)에 의해 반사되고/되거나 하나 이상의 광 센서(116)에 의해 검출되어야 한다는 사실에 기인하다. 또한, 이 바람직한 셋업은 통상적으로 공간 광 변조기(140)의 편향각이 통상 훨씬 작다는 기술적 난제에 의해 저지된다. 그러므로, 예로서, 광축(128)에 대한 DLP에 의한 편향[예컨대, 도 22에서 각(α 또는 β)]은 전형적으로 10° 내지 20°이다. 그러나, 이러한 제한은 통상적으로 공간 광 변조기(114)와 광 센서(160)를 둘 다 국부적인 강학 축에 수직으로 위치시킬 수 없게 한다.
기술적인 난제를 극복하기 위하여, 일반적으로, 이 실시양태 또는 다른 실시양태, 특히 W-형 빔 경로를 갖는 실시양태에서는, 적절한 편향 및/또는 빔 형상화를 제공하는데 적합화된 추가적인 광학 요소(202, 204)를 사용할 수 있다. 구체적으로, 도 22에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 부분 빔 경로(194, 196)에 비대칭 렌즈(312)를 사용할 수 있다. 이들 비대칭 렌즈(312)는 국부적인 광축에 대해 비대칭이고, 따라서 입사 광 빔을 향해 기울어짐으로써, 광을 편향시킨다. 결과적으로, 비대칭 렌즈(312)의 평면 및 부분 빔 경로(194, 196) 후의 광 센서(116)의 평면은 반드시 평행하지 않아도 된다. 그러므로, 일반적으로, 도 22에 도시된 실시양태 및 본 발명의 다른 실시양태에서는, 국부적인 광축에 수직인 하나 이상의 대칭 렌즈를 사용할 수 있고/있거나 국부적인 광축을 향해 기울어진 하나 이상의 비대칭 렌즈를 사용할 수 있다.
그러므로, 도 22에 도시된 셋업은 몇 가지 이점을 제공한다. 따라서, 첫째로, 비대칭 렌즈(312)를 사용함으로써, 전형적인 DLP의 작은 편향각으로부터 야기되는 상기 언급된 디자인상의 제한을 극복할 수 있다. 또한, 두 방향에서의 편향이 고려되기 때문에, 셋업은 투명한 광 센서(158)의 수를 감소시키고, 공간 광 변조기(114)에 의해 반사되는 광의 사용을 개선한다. 추가적인 거울의 사용 및 광축(128)에 수직인 반사형 공간 광 변조기(114)의 배치는 특히 입사 광 빔(136)을 성형하기 위하여 렌즈 시스템, 대물렌즈 또는 다른 광학 요소 같은 매우 다양한 광학 요소 및 전달 장치(126)를 사용할 수 있게 한다.
도 18 또는 도 22에 도시된 광학 검출기(110) 및 카메라(168)의 셋업은 다양한 방식으로 추가로 변경될 수 있으며, 이들중 일부가 도 23과 관련하여 설명된다. 이 도면에는, 도 22의 셋업에 광범위하게 상응하는 광학 검출기(110)와 카메라(168)의 셋업이 도시되어 있다. 또한, 실시양태는 몇 가지 임의적인 변형을 포함한다.
그러므로, 첫째로, 부분 빔 경로(194, 196)의 전달 장치(126) 및/또는 추가적인 광학 요소(202, 204)는 추가적인 및/또는 다른 광학 요소를 함유할 수 있다. 그러므로, 예로서, 시야 렌즈(314)를 DLP의 앞 같이 공간 광 변조기(114)의 앞에 위치시킬 수 있다. 이 시야 렌즈(314)를 사용함으로써, 공간 광 변조기(114) 상의 이미지를 변경할 수 있고/있거나, 공간 광 변조기(114) 상의 이미지의 크기 및/또는 광점의 크기를 변경 또는 교정할 수 있다.
셋업의 추가적인 또는 다른 변형으로서, 반사 요소(286, 288)를 변형시킬 수 있다. 그러므로, 특히 거울로서 구체화될 수 있는 이들 반사 요소(286, 288)중 하나 또는 둘 다는 평탄한 평면 반사 요소일 수 있다. 다르게는, 이들 반사 요소(286, 288)중 하나 또는 둘 다는 비평면 또는 곡면으로 구체화될 수 있다. 결과적으로, 이들 반사 요소(286, 288)중 하나 또는 둘 다는 하나 이상의 곡면 거울(316)을 포함할 수 있다. 이로써, 예컨대 이들 부분 광 빔(198, 200)의 초점을 맞춤으로써 및/또는 초점을 이탈시킴으로써, 부분 광 빔(198, 200)의 빔 특성을 변경시킬 수 있다.
또한, 추가로 또는 다르게는, 추가적인 광학 요소(202, 204)는 상기 개략적으로 기재된 바와 같이 하나 이상의 개구 또는 격막을 함유할 수 있다. 이는 소위 역 개구가 사용될 가능성을 포함한다. 본원에 사용되는 역 개구는 단순한 구멍형 구멍 외의 하나 이상의 구멍을 포함하는 개구이다. 구체적으로, 도 23에 도시된 바와 같이, 부분 광 빔(198, 200)의 중심부를 차단하는 하나 이상의 역 개구(318)가 부분 빔 경로(194, 196)에 제공될 수 있다. 특히, 부분 광 빔(198, 200)의 중심부는 초점이 맞지 않을 수 있으며, 따라서 깊이 정보를 제공하는데 적합화되지 않을 수 있고, 따라서 종방향 좌표에 대한 정보를 획득하는데 기여하지 않을 수 있다. 결과적으로, 하나 이상의 역 개구(318)를 사용함으로써 부분 광 빔(198, 200)의 이 부분을 차단할 수 있다. 광 빔(316) 또는 그로부터 유도되는 하나 이상의 부분 광 빔의 원치않는 부분을 차단하기 위하여 다른 유형의 개구를 사용할 수 있음에 주목한다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 일부 실시양태에서는, 하나 이상의 광 센서(116)가 2×N개의 센서 화소의 어레이를 포함하는 것이 바람직하다. 그러므로, 화소 형성된 광 센서(116)의 이들 유형은 신호의 제조 및/또는 평가에 관한 이점을 제공할 수 있다. 2×4개의 센서 화소(320)를 갖는 광 센서(116)의 실시양태가 도 24에 도시되어 있다. 예로서, 광 센서(116)의 일반적인 셋업에 대해서는, WO 2012/110924 A1 호(도 2 및 상응하는 기재내용) 및/또는 WO 2014/097181 A1 호(도 4a 및 상응하는 기재내용)를 참조할 수 있다.
도 24에는, 예로서 플루오르화된 산화주석 같은 투명한 전도성 산화물(TCO)로 제조되는, 광 센서(116)의 층 셋업의 투명한 제 1 전극(322)만이 도시되어 있다. 제 1 전극(322)은 예컨대 레이저 패턴화에 의해 및/또는 리소그래피 기술을 이용함으로써 복수개의 전극 부분(324)으로 분할된다. 전극 부분(324)은 2개의 열과 4개의 행의 어레이, 즉 이 예에서는 2×4 어레이를 형성한다. 당 업자가 알게 되는 바와 같이, 2개, 3개, 5개, 6개, 7개 또는 그 이상의 행 같은 상이한 수의 행을 사용할 수 있다. 제 1 열 및 제 2 열이 대향하는 측부로부터 전기적으로 접속되도록 각 전극 부분(324)이 전기 접속부(326)와 접속될 수 있으며, 이 때 전기 접속부(326)는 광 센서(116)의 바깥 테두리에 위치한다.
제 1 전극(322) 및 전극 접속부(326)는 유리 기판 같은 투명한 기판 상에 침착될 수 있다. 제 1 전극(322) 위에는, 예컨대 상기 언급된 문서 WO 2012/110924 A1 호 및/또는 WO 2014/097181 A1 호중 하나 또는 둘 다에 개시된 방법 및/또는 물질, 및/또는 본원에 개시된 임의의 다른 방법 또는 물질을 사용함으로써, 광 센서(116)의 나머지 층을 침착시킬 수 있다. 또한, 언급된 문서중 하나 또는 둘 다에 개시되어 있는 바와 같이 광 센서(116)를 캡슐화시킬 수 있다. 나머지 층에서의 무시할만한 교차 전도율은 통상적으로 이웃한 센서 화소(320) 사이에서의 혼선을 방지한다. 그러므로, 광 센서(116)의 층 셋업은 모든 센서 화소(320)와 접속하는 은 전극 같은 공동 상부 전극 또는 제 2 전극(도시되지 않음)을 함유할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 개별적인 상부 전극 또는 제 2 전극에 의해 센서 화소(320)중 둘 이상 또는 모두가 접속될 수 있다.
2×N 어레이 같은 센서 화소(320)의 어레이를 갖는 광 센서(116)는 아래 다양한 이유 때문에 SLM 카메라 같은 본 발명에 개시된 장치에 특히 적합하다:
(1) SLM-카메라는 별개의 주파수로 각 깊이-구역을 변조할 수 있다. 높은 주파수에서는, FiP-신호가 약해진다. 그러므로, 한정된 수의 주파수, 따라서 깊이 지점만이 사용될 수 있다. 센서가 센서 화소로 분할되는 경우, 검출될 수 있는 간능한 깊이 지점의 수는 센서 화소 수로 곱해진다. 2개의 센서 화소는 깊이 지점의 수를 두 배로 만든다.
(2) 통상적인 카메라와는 대조적으로, 센서 화소의 형상이 통상 사진의 외관과 관련되지 않는다.
(3) 더 작은 센서(또는 센서 화소)가 사용될 때 주파수 범위가 개선된다. 작은 센서 화소에서는, 큰 센서 화소에서보다 더 많은 주파수(깊이 지점)가 감지될 수 있다.
110: 광학 검출기
112: 검출기 시스템
114: 공간 광 변조기
116: 광 센서
118: 변조기 장치
120: 평가 장치
122: 비컨 장치
124: 물체
126: 전달 장치
128: 광축
130: 좌표 시스템
132: 매트릭스
134: 화소
136: 광 빔
138: 센서 영역
140: 복조 장치
142: 주파수 분석의 결과
144: 데이터 처리 장치
146: 데이터 메모리
148: 광점
150: 주파수 혼합기
152: 로우 패스 필터
154: 하우징
156: 대면적 광 센서
158: 투명한 광 센서
160: 유기 광 센서
162: 무기 광 센서
164: 불투명한 광 센서
166: 스택
168: 카메라
170: 빔 덤프
172: 총천연색 공간 광 변조기
174: 사람-기계 인터페이스
176: 엔터테인먼트 장치
178: 추적 시스템
180: 접속부
182: 제어 요소
184: 사용자
186: 개구
188: 시야 방향
190: 기계
192: 추적 컨트롤러
194: 제 1 부분 빔 경로
196: 제 2 부분 빔 경로
198: 제 1 부분 광 빔
200: 제 2 부분 광 빔
202: 추가적인 광학 요소
204: 추가적인 광학 요소
206: 빔 분할 요소
208: 빔 경로
210: 승용차
212: 전면창
214: 전방부
216: 헤드라이트
218: 범퍼
220: 측부 영역
222: 승객용 문
224: 루프
226: 후방부
228: FiP-센서
230: 이미지 센서
232: 2D 이미지를 캡쳐함
234: 2D 이미지
236: 영역을 검출함
238: 슈퍼화소를 한정함
240: 슈퍼화소에 변조 주파수를 부여함
242: 슈퍼화소를 변조함
244: z-검출
246: 3D 이미지를 생성시킴
248: 영역 및/또는 슈퍼화소를 정제함
250: 제 1 빔 분할 요소
252: 제 1 부분 광 빔
254: 주 광 빔
256: 촬영 장치
258: 제 1 부분 빔 경로
260: 격막
262: 렌즈 시스템
264: 제 2 빔 분할 요소
266: 제 2 부분 광 빔
268: 제 2 부분 빔 경로
270: 제 3 부분 광 빔
272: 제 3 부분 빔 경로
274: 역반사된 제 2 부분 광 빔
276: 역반사된 제 3 부분 광 빔
278: 공동 광 빔
280: 제 4 부분 빔 경로
282: 제 1 1/2파 플레이트
284: 제 2 1/2파 플레이트
286: 반사 요소
288: 반사 요소
290: 광 센서의 제 1 유형
292: 광 센서의 제 2 유형
294: SLM 검출기
296: 비행 시간(ToF) 검출기
298: 펄스
300: 제 1 부분 빔 경로
302: 제 2 부분 빔 경로
304: 빔 분할 요소
306: 제 1 렌즈
308: 케이싱
310: 부분 광 빔을 촬영함
312: 비대칭 렌즈
314: 시야 렌즈
316: 곡면 거울
318: 역 개구
320: 센서 화소
322: 제 1 전극
324: 제 2 전극
326: 전기 접속부
112: 검출기 시스템
114: 공간 광 변조기
116: 광 센서
118: 변조기 장치
120: 평가 장치
122: 비컨 장치
124: 물체
126: 전달 장치
128: 광축
130: 좌표 시스템
132: 매트릭스
134: 화소
136: 광 빔
138: 센서 영역
140: 복조 장치
142: 주파수 분석의 결과
144: 데이터 처리 장치
146: 데이터 메모리
148: 광점
150: 주파수 혼합기
152: 로우 패스 필터
154: 하우징
156: 대면적 광 센서
158: 투명한 광 센서
160: 유기 광 센서
162: 무기 광 센서
164: 불투명한 광 센서
166: 스택
168: 카메라
170: 빔 덤프
172: 총천연색 공간 광 변조기
174: 사람-기계 인터페이스
176: 엔터테인먼트 장치
178: 추적 시스템
180: 접속부
182: 제어 요소
184: 사용자
186: 개구
188: 시야 방향
190: 기계
192: 추적 컨트롤러
194: 제 1 부분 빔 경로
196: 제 2 부분 빔 경로
198: 제 1 부분 광 빔
200: 제 2 부분 광 빔
202: 추가적인 광학 요소
204: 추가적인 광학 요소
206: 빔 분할 요소
208: 빔 경로
210: 승용차
212: 전면창
214: 전방부
216: 헤드라이트
218: 범퍼
220: 측부 영역
222: 승객용 문
224: 루프
226: 후방부
228: FiP-센서
230: 이미지 센서
232: 2D 이미지를 캡쳐함
234: 2D 이미지
236: 영역을 검출함
238: 슈퍼화소를 한정함
240: 슈퍼화소에 변조 주파수를 부여함
242: 슈퍼화소를 변조함
244: z-검출
246: 3D 이미지를 생성시킴
248: 영역 및/또는 슈퍼화소를 정제함
250: 제 1 빔 분할 요소
252: 제 1 부분 광 빔
254: 주 광 빔
256: 촬영 장치
258: 제 1 부분 빔 경로
260: 격막
262: 렌즈 시스템
264: 제 2 빔 분할 요소
266: 제 2 부분 광 빔
268: 제 2 부분 빔 경로
270: 제 3 부분 광 빔
272: 제 3 부분 빔 경로
274: 역반사된 제 2 부분 광 빔
276: 역반사된 제 3 부분 광 빔
278: 공동 광 빔
280: 제 4 부분 빔 경로
282: 제 1 1/2파 플레이트
284: 제 2 1/2파 플레이트
286: 반사 요소
288: 반사 요소
290: 광 센서의 제 1 유형
292: 광 센서의 제 2 유형
294: SLM 검출기
296: 비행 시간(ToF) 검출기
298: 펄스
300: 제 1 부분 빔 경로
302: 제 2 부분 빔 경로
304: 빔 분할 요소
306: 제 1 렌즈
308: 케이싱
310: 부분 광 빔을 촬영함
312: 비대칭 렌즈
314: 시야 렌즈
316: 곡면 거울
318: 역 개구
320: 센서 화소
322: 제 1 전극
324: 제 2 전극
326: 전기 접속부
Claims (38)
- 광 빔(136)의 하나 이상의 특성을 공간 분해 방식(spatially resolved fashion)으로 변경시키도록 구성되고 화소(pixels)(134) 매트릭스(132)를 갖는 하나 이상의 공간 광 변조기(114)로서, 이때 상기 화소(134) 각각은 화소(134)를 통과하는 광 빔(136)의 일부의 하나 이상의 광학 특성을 개별적으로 변경시키도록 제어될 수 있는, 공간 광 변조기(114);
공간 광 변조기(114)의 화소(134) 매트릭스(132)를 통과한 후의 광 빔(136)을 검출하고 하나 이상의 센서 신호를 발생시키도록 구성된 하나 이상의 광 센서(116);
상이한 변조 주파수로 둘 이상의 화소(134)를 주기적으로 제어하도록 구성된 하나 이상의 변조기 장치(118); 및
변조 주파수에 대한 센서 신호의 신호 성분을 결정하기 위하여 주파수 분석을 수행하도록 구성된 하나 이상의 평가 장치(120)
를 포함하는 광학 검출기(110). - 제 1 항에 있어서,
상기 평가 장치(120)가 또한 각 신호 성분을 변조 주파수에 따라 개별 화소(134)에 부여하도록 구성된, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 변조기 장치(118)가, 각 화소(134)가 독특한 변조 주파수에서 제어되도록 구성된, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 변조기 장치(118)가 둘 이상의 화소(134)를 상이한 변조 주파수로 주기적으로 변조시키도록 구성된, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 평가 장치(120)가 센서 신호를 상이한 변조 주파수로 복조(demodulating)시킴으로써 주파수 분석을 수행하도록 구성된, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 공간 광 변조기(114)에 의해 공간 분해 방식으로 변경되는 광 빔(136)의 하나 이상의 특성이, 광 빔(136)의 일부의 강도; 광 빔(136)의 일부의 위상; 광 빔(136)의 일부의 스펙트럼 특성; 광 빔(136)의 일부의 편광; 광 빔(136)의 일부의 전파 방향으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 특성인, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
하나 이상의 공간 광 변조기(114)가,
개별 화소(134)를 통과하는 광 빔(136)의 각각의 일부의 광학 특성을 개별적으로 제어가능한 방식으로 변경시키도록 구성된 화소(134)의 매트릭스(132)를 통해 광 빔(136)이 통과하는 투과형 공간 광 변조기(114);
화소(134)가 개별적으로 제어가능한 개별적인 특성을 갖고 개별 화소(134)에 의해 반사되는 광 빔(136)의 각 일부에 대해 전파 방향을 개별적으로 변화시키도록 구성된 반사형 공간 광 변조기(114);
화소(134)가 개별 화소(134)에 인가되는 전압에 의해 개별적으로 제어될 수 있는 제어가능한 스펙트럼 특성을 갖는 감전발색(electrochromic) 공간 광 변조기(114);
화소(134)의 복굴절률이 음파에 의해 제어될 수 있는 음향 광학(acousto-optical) 공간 광 변조기(114); 및
화소(134)의 복굴절률이 전기장에 의해 제어될 수 있는 전광 공간(electro-optical) 광 변조기(114)
로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 공간 광 변조기(114)를 포함하는, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
하나 이상의 공간 광 변조기(114)가,
액정 장치(이때, 화소(134)는 액정 장치의 개별적으로 제어가능한 셀(cell)임);
미소거울(micro-mirror) 장치(이때, 화소(134)는 반사 표면의 배향에 대해 개별적으로 제어될 수 있는 미소거울 장치의 미소거울임);
감전발색 장치(이때, 화소(134)는 개별적인 셀에 인가되는 전압에 의해 개별적으로 제어될 수 있는 스펙트럼 특성을 갖는 감전발색 장치의 셀임);
음향 광학 장치(이때, 화소(134)는 셀에 인가되는 음파에 의해 개별적으로 제어될 수 있는 복굴절률을 갖는 음향 광학 장치의 셀임); 및
전광 장치(이때, 화소(134)는 셀에 인가되는 전기장에 의해 개별적으로 제어될 수 있는 복굴절률을 갖는 전광 장치의 셀임)
로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 공간 광 변조기(114)를 포함하는, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 평가 장치(120)가 각각의 신호 성분을 매트릭스(132)의 화소(134)에 부여하도록 구성된, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 평가 장치가(120), 신호 성분을 평가함으로써, 매트릭스(132)의 어느 화소(134)가 광 빔(136)에 의해 비춰지는지를 결정하도록 구성된, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 평가 장치가(120), 광 빔(136)에 의해 비춰지는 매트릭스(132)의 화소(134)의 횡방향 위치를 확인함으로써, 광 빔(136)의 횡방향 위치와 광 빔(136)의 배향중 하나 이상을 확인하도록 구성된, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 평가 장치(120)가, 신호 성분을 평가함으로써 광 빔(136)의 폭을 결정하도록 구성된, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 평가 장치(120)가, 광 빔(136)에 의해 비춰지는 화소(134)에 부여되는 신호 성분을 확인하고, 화소(134) 배열의 공지의 기하학적 특성으로부터 공간 광 변조기(114)의 위치에서 광 빔(136)의 폭을 결정하도록 구성된, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
광 빔(136)이 검출기를 향해 전파되는 물체의 종방향 좌표와, 공간 광 변조기(114)의 위치에서의 광 빔(136)의 폭 또는 광 빔(136)에 의해 비춰지는 공간 광 변조기(114)의 화소(134)의 수 중 어느 하나 또는 둘 다 사이의, 공지의 또는 결정가능한 관계를 사용하여, 평가 장치(120)가 물체의 종방향 좌표를 결정하도록 구성된, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 공간 광 변조기(114)가 상이한 색상의 화소(134)를 포함하고, 상기 평가 장치(120)가 상기 상이한 색상에 신호 성분을 부여하도록 구성된, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광 센서(116)가, 복수개의 화소(134)를 통과하는 복수개의 광 빔(136)의 일부를 검출하도록 구성된 하나 이상의 대면적 광 센서(116)를 포함하는, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광 센서(116)가 둘 이상의 광 센서(116)의 스택(166)을 포함하는, 광학 검출기(110). - 제 17 항에 있어서,
상기 스택(166)의 광 센서(116)중 하나 이상이 적어도 부분적으로 투명한 광 센서(158)인, 광학 검출기(110). - 제 17 항에 있어서,
상기 스택(166)의 광 센서(116)중 하나 이상이, 복수개의 감광성 화소를 갖는 화소 형성된 광 센서인, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광 센서(116)가 하나 이상의 센서 영역(138)을 갖고,
상기 광 센서(116)의 센서 신호가 광 빔(136)에 의한 센서 영역(138)의 조도에 따라 달라지며,
상기 센서 신호가, 조명의 총 동력이 동일한 경우, 센서 영역에서의 광 빔(136)의 폭에 따라 달라지는, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광 센서(116)가, 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 포함하는 층 셋업을 가진 하나 이상의 광 센서(116)를 포함하는, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 광학 검출기(110)가, 광을 광학 검출기(110)에 공급하도록 구성된 하나 이상의 전달 장치(126)를 추가로 포함하는, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 공간 광 변조기(114)가 반사형 공간 광 변조기(114)이고,
상기 광 센서(116)가 하나 이상의 투명한 광 센서(158)를 포함하며,
상기 광학 검출기(110)가, 광 빔(136)이 공간 광 변조기(114)에 도달하기 전에 투명한 광 센서(158)를 통과하도록 셋업되고,
상기 공간 광 변조기(114)가, 광 빔(136)을 광 센서(116)를 향해 뒤쪽으로(backward) 적어도 부분적으로 반사시키도록 구성된, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 광학 검출기(110)가, 광 빔(136)의 빔 경로(208)를 둘 이상의 부분 빔 경로(194, 196)로 분할하도록 구성된 하나 이상의 빔 분할 요소(206)를 함유하는, 광학 검출기(110). - 제 24 항에 있어서,
상기 빔 분할 요소(206)가 공간 광 변조기(114)를 포함하는, 광학 검출기(110). - 제 25 항에 있어서,
광 센서(116)의 하나 이상의 스택(166)이 부분 빔 경로(194, 196)중 하나 이상에 위치하는, 광학 검출기(110). - 제 25 항에 있어서,
하나 이상의 불투명한 광 센서(164)가 부분 빔 경로(194, 196)중 하나 이상에 위치하는, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 광학 검출기(110)를 포함하고, 하나 이상의 광 빔(136)을 광학 검출기(110) 쪽으로 유도하도록 구성된 하나 이상의 비컨(beacon) 장치(122)를 추가로 포함하는, 하나 이상의 물체(124)의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템(112)으로서, 이 때
상기 비컨 장치(122)는 물체(124)에 부착될 수 있는 형태, 물체(124)에 의해 보유될 수 있는 형태, 및 물체(124) 내로 통합될 수 있는 형태 중 하나 이상인, 검출기 시스템(112). - 사용자(184)와 기계(190) 사이에서 하나 이상의 정보 아이템을 교환하기 위한 사람-기계 인터페이스(174)로서,
상기 사람-기계 인터페이스(174)가, 제 28 항에 따른 하나 이상의 검출기 시스템(112)을 포함하고, 검출기 시스템(112)에 의해 사용자(184)의 하나 이상의 위치를 결정하도록 디자인되며, 그 위치에 하나 이상의 정보 아이템을 부여하도록 디자인되고, 이 때
하나 이상의 비컨 장치(122)가, 사용자(184)에게 직접적으로 또는 간접적으로 부착되는 형태 및 사용자(184)에 의해 보유되는 형태 중 하나 이상이 되도록 구성된, 사람-기계 인터페이스(174). - 하나 이상의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치(176)로서,
상기 엔터테인먼트 장치(176)가, 제 29 항에 따른 하나 이상의 사람-기계 인터페이스(174)를 포함하고, 사람-기계 인터페이스(174)에 의해 플레이어가 하나 이상의 정보 아이템을 입력할 수 있도록 디자인되며, 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 디자인된, 엔터테인먼트 장치(176). - 제 28 항에 따른 하나 이상의 검출기 시스템(112)을 포함하고 하나 이상의 추적 컨트롤러(192)를 추가로 포함하는, 하나 이상의 이동가능한 물체(124)의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템(178)으로서, 이 때
상기 추적 컨트롤러(192)가 특정 시점에서 물체(124)의 일련의 위치를 추적하도록 구성된, 추적 시스템(178). - 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 하나 이상의 광학 검출기(110)를 포함하는, 하나 이상의 물체(124)를 촬영하기 위한 카메라(168).
- 화소(134) 매트릭스(132)를 갖는 하나 이상의 공간 광 변조기(114)를 사용함으로써 광 빔(136)의 하나 이상의 특성을 공간 분해 방식으로 변경시키는 단계로서, 이 때 각각의 화소(134)가 화소(134)를 통과하는 광 빔(136)의 일부의 하나 이상의 광학 특성을 개별적으로 변경시키도록 제어될 수 있는, 단계;
하나 이상의 광 센서(116)를 사용함으로써 하나 이상의 센서 신호를 생성시키기 위하여, 상기 공간 광 변조기(114)의 화소(134) 매트릭스(132)를 통과시킨 후 광 빔(136)을 검출하는 단계;
하나 이상의 변조기 장치(118)를 사용함으로써, 상이한 주파수로 둘 이상의 화소(134)를 주기적으로 제어하는 단계; 및
하나 이상의 평가 장치(120)를 사용함으로써 제어 주파수에 대한 센서 신호의 신호 성분을 결정하기 위하여 주파수 분석을 수행하는 단계
를 포함하는, 광학 검출 방법. - 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 용도; 보안 용도; 사람-기계 인터페이스(174) 용도; 추적 용도; 사진 용도; 촬영 용도 또는 카메라 용도; 하나 이상의 공간의 지도를 생성시키는 지도 제작 용도; 모바일 용도; 웹캠; 컴퓨터 주변 장치; 게임 용도; 카메라 또는 비디오 용도; 보안 용도; 감시 용도; 자동차 용도; 수송 용도; 의료 용도; 스포츠 용도; 컴퓨터 영상기 용도; 차량 용도; 항공기 용도; 선박 용도; 우주선 용도; 건물 용도; 건축 용도; 제도(cartography) 용도; 제조 용도; 하나 이상의 비행 시간 검출기(296)와 조합된 용도; LPS(local positioning system)에서의 용도; GPS(global positioning system)에서의 용도; 랜드마크에 기초한 측위 시스템(landmark-based positioning system)에서의 용도; 실내 네비게이션 시스템에서의 용도; 실외 네비게이션 시스템에서의 용도; 가전용품에서의 용도; 로봇 용도; 자동 문 개폐기에서의 용도; 광 통신 시스템에서의 용도로 이루어진 군으로부터 선택되는 용도를 가진, 제 1 항 또는 제 2 항중 어느 한 항에 따른 광학 검출기(110)의 사용을 포함하는 방법.
- 제 6 항에 있어서,
광 빔(136)의 일부의 스펙트럼 특성이 색상인, 광학 검출기(110). - 제 8 항에 있어서,
상기 액정 장치가 능동 매트릭스(132) 액정 장치인, 광학 검출기(110). - 제 21 항에 있어서,
상기 하나 이상의 p-반도체성 유기 물질이 고체 p-반도체성 유기 물질인, 광학 검출기(110). - 제 33 항에 있어서,
상기 방법이 하나 이상의 물체(124)의 위치를 결정하기 위해 구성된, 광학 검출 방법.
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