KR102252336B1 - 광학 검출기 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
광학 검출기(110)가 개시되어 있다. 광학 검출기(110)는 기판(116) 및 그 위에 배치된 하나 이상의 감광성 층 셋업(118)을 갖는 광 센서(112), 및 하나 이상의 판독 장치(114)를 포함하며, 이 때 상기 감광성 층 셋업(118)은 하나 이상의 제 1 전극(120), 하나 이상의 제 2 전극(130) 및 제 1 전극(120)과 제 2 전극(130) 사이에 끼인 하나 이상의 광전변환 물질(140)을 갖고, 상기 광전변환 물질(140)은 하나 이상의 유기 물질을 포함하고, 상기 제 1 전극(120)은 복수개의 제 1 전극 스트라이프(124)를 포함하며, 상기 제 2 전극(130)은 복수개의 제 2 전극 스트라이프(134)를 포함하고, 상기 제 1 전극 스트라이프(124)와 제 2 전극 스트라이프(134)는 제 1 전극 스트라이프(124)와 제 2 전극 스트라이프(134)의 교차점에 화소(144)의 매트릭스(142)가 형성되도록 교차하며, 상기 판독 장치(114)는 제 2 전극 스트라이프(134)에 연결되어 있는 복수개의 전기 측정 장치(154) 및 제 1 전극 스트라이프(124)를 전기 측정 장치(154)에 후속 연결하기 위한 스위칭 장치(160)를 포함한다.
Description
본 발명은, 이전의 유럽 특허원 제 13171898.3 호에 기초한 것이며, 상기 특허원을 본원에 참고로 인용한다.
본 발명은 광학 검출기, 검출기 시스템, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템, 카메라, 광학 검출기의 제조 방법, 물체의 하나 이상의 영상을 찍는 방법, 및 본 발명에 따른 광학 검출기의 다양한 용도에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치 및 방법은 주로 하나 이상의 물체를 검출하고/하거나 하나 이상의 물체의 영상을 찍기 위한 촬영 및 카메라 기술 분야에서 주로 사용된다. 그러므로, 본 발명에 따른 광학 검출기는 특히 사진 분야에서 및/또는 인간-기계-인터페이스 또는 게임 목적을 위해 사용될 수 있다. 그러나, 다른 용도도 실현가능하다.
다수의 광 센서 및 광전변환 소자가 종래 기술로부터 공지되어 있다. 광전변환 소자는 통상 전자기선, 예를 들어 자외선, 가시광선 또는 적외선을 전기 신호 또는 전기 에너지로 전환시키는데 사용되는 반면, 광학 검출기는 통상 영상 정보를 채취하고/하거나 하나 이상의 광학 매개변수, 예컨대 밝기를 검출하기 위해 사용된다.
광 센서가 무기 및/또는 유기 센서 물질의 사용에 기초할 수 있다는 것은 일반적으로 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. 예를 들어 US 2007/0176165 A1 호에 기재되어 있는 바와 같이, 특히 비용상의 이유로, 또한 대면적 가공상의 이유로, 하나 이상의 유기 센서 물질을 포함하는 센서가 점점 더 많이 사용되고 있다. 특히, 예컨대 WO 2009/013282 A1 호에 통상적으로 기재되어 있는 소위 염료 태양 전지가 점점 더 중요하다.
하나 이상의 물체를 검출하기 위한 복수개의 검출기가 공지되어 있는데, 이들은 이러한 광 센서에 기초한다. 이러한 검출기는 개별적인 사용 목적에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 이러한 검출기의 예는 촬영 장치, 예를 들어 카메라 및/또는 현미경이다. 예를 들어 특히 의학 기술 분야 및 높은 광학 해상도로 생물학적 샘플을 시험하기 위하여 생물학 분야에서 사용될 수 있는 고해상도 공초점 현미경이 공지되어 있다. 하나 이상의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기의 다른 예는 예를 들어 상응하는 광학 신호(예컨대, 레이저 펄스)의 전파 시간 방법에 기초한 거리 측정 장치이다. 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기의 다른 예는 삼각 측량 시스템이며, 이에 의해 마찬가지로 거리 측정을 수행할 수 있다.
US 20070080925 A1 호에는, 동력 소비가 적은 디스플레이 장치가 개시되어 있다. 여기에는, 전기 에너지에 응답하여 디스플레이 장치가 정보를 디스플레이할 수 있도록 하고 입사선에 응답하여 전기 에너지를 발생시키는 광 능동 층이 이용된다. 단일 디스플레이 장치의 디스플레이 화소는 디스플레이 화소 및 발전 화소로 나뉘어질 수 있다. 디스플레이 화소는 정보를 디스플레이할 수 있고, 발전 화소는 전기 에너지를 발생시킬 수 있다. 발생된 전기 에너지를 이용하여 영상을 구동시키는 동력을 제공할 수 있다. 발전 화소와 디스플레이 화소의 기술적으로 복잡한 구동 전자장치가 요구된다.
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 적층체로 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 민감화된다.
본원에 참고로 인용되는 WO 2012/110924 A1 호에는, 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 조명에 따라 달라지는 방식으로 하나 이상의 센서 신호를 발생시키도록 디자인된다. 조명의 총 강도가 동일하다면, 센서 신호는 조명의 기하학적 형태, 특히 센서 구역 상의 조명의 빔 단면에 따라 달라진다. 검출기는 또한 하나 이상의 평가 장치를 갖는다. 평가 장치는 센서 신호로부터의 기하학적 정보의 하나 이상의 아이템, 특히 조명 및/또는 물체에 대한 기하학적 정보의 하나 이상의 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 출원된 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 적층체의 용도가 개시되어 있다.
상기 언급된 장치 및 검출기에 의해, 구체적으로는 WO 2012/110924 A1 호, US 61/739,173 호 및 61/749,964 호에 의해 부여되는 이점에도 불구하고, 몇 가지 기술적 난제가 남아있다. 그러므로, 일반적으로는, 물체의 영상, 특히 3D 영상을 캡쳐할 수 있고 신뢰성 있으며 여전히 저렴한 비용으로 제조될 수 있는 광학 검출기에 대한 요구가 존재한다. 또한, 다양한 목적을 위해, 투명하고 물체의 영상을 캡쳐할 수 있는 광학 검출기를 제공하는 것이 바람직하다.
그러므로, 본 발명의 목적은 상기 언급된 기술적 난제를 다루는 광학 검출기 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다. 구체적으로는, 신뢰성 있고 저렴한 비용으로 제조될 수 있는, 바람직하게는 높은 해상도로 물체의 영상을 찍을 수 있는 광학 검출기가 개시된다.
본 발명의 다른 임의적인 세부사항 및 특징은 첨부된 특허청구범위와 함께 이어지는 바람직한 예시적인 실시양태의 설명으로부터 명백해진다. 이와 관련하여, 특정 특징은 단독으로 또는 몇 가지가 함께 실행될 수 있다. 본 발명은 예시적인 실시양태로 제한되지 않는다. 예시적인 실시양태는 도면에서 개략적으로 도시된다. 개별적인 도면에서 동일한 인용 번호는 동일한 요소 또는 동일한 기능을 갖는 요소, 또는 기능과 관련하여 서로 상응하는 요소를 가리킨다.
구체적으로, 도면은 다음과 같다.
도 1은 광 센서 및 판독 장치를 갖는 광학 검출기의 실시양태를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 층 셋업(setup)의 다양한 실시양태와 함께, 도 1의 광학 검출기에 대해 절단선 A-A를 따라 취한 단면도를 도시한다.
도 3은 촬영 장치의 적층체를 갖는 광학 검출기의 단면도를 도시한다.
도 4는 라이트 필드 카메라(light-field camera)로서 구체화된 광학 검출기의 개략적인 구성을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 광학 검출기를 사용하는 검출기 시스템, 추적 시스템, 인간-기계 인터페이스 및 엔터테인먼트 장치의 개략적인 구성을 도시한다.
도 6은 하나 이상의 비행시간 검출기의 본 발명에 따른 검출기 내로의 통합을 도시한다.
구체적으로, 도면은 다음과 같다.
도 1은 광 센서 및 판독 장치를 갖는 광학 검출기의 실시양태를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 층 셋업(setup)의 다양한 실시양태와 함께, 도 1의 광학 검출기에 대해 절단선 A-A를 따라 취한 단면도를 도시한다.
도 3은 촬영 장치의 적층체를 갖는 광학 검출기의 단면도를 도시한다.
도 4는 라이트 필드 카메라(light-field camera)로서 구체화된 광학 검출기의 개략적인 구성을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 광학 검출기를 사용하는 검출기 시스템, 추적 시스템, 인간-기계 인터페이스 및 엔터테인먼트 장치의 개략적인 구성을 도시한다.
도 6은 하나 이상의 비행시간 검출기의 본 발명에 따른 검출기 내로의 통합을 도시한다.
이 문제는 첨부된 독립 청구항의 특징을 갖는 본 발명에 의해 해결된다. 개별적으로 또는 함께 실현될 수 있는 본 발명의 유리한 발전은 종속 청구항 및/또는 하기 명세서 및 상세한 실시양태에 제공된다.
본원에 사용되는 표현 "갖다", "포함하다" 및 "함유하다" 뿐만 아니라 이들의 문법적 변형은 배타적이지 않은 방식으로 사용된다. 그러므로, 표현 "A가 B를 갖는다" 및 표현 "A가 B를 포함한다" 또는 "A가 B를 함유한다"는 B 외에 A가 하나 이상의 다른 성분 및/또는 구성요소를 포함한다는 사실 및 B 외에 다른 성분, 구성요소 또는 요소가 A에 존재하지 않는 경우를 둘 다 일컬을 수 있다. 또한, 본원에 사용되는 표현 "특히", "바람직하게는", "더욱 바람직하게는" 또는 "가장 바람직하게는"은, 다른 실시양태가 실현가능하다는 사실에도 불구하고, 본 발명의 특정한 임의적인 특징을 실현하기 위한 구체적인 옵션을 표시하기 위해 사용된다. 이들 표현을 사용함에 의해 청구항의 영역이 제한되지 않음을 알아야 한다.
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 양태에서는, 광학 검출기가 개시된다. 본원에 사용되는 광학 검출기는 하나 이상의 광학 신호를 측정할 수 있는 장치이다. 구체적으로, 광학 검출기는 물체의 하나 이상의 영상을 찍도록 구성된다. 또한 본원에 사용되는 용어 "영상"은 통상 정보 값의 어레이, 구체적으로는 정보 값의 2차원 또는 심지어 3차원 또는 그 보다 높은 차원의 어레이를 가리키며, 이 때 각각의 정보 값은 촬영 요소 어레이의 촬영 요소에 의해 발생되는 신호를 나타내고, 촬영 요소 어레이의 촬영 요소는 아래에서 또한 "화소"라고도 일컬어진다. 결과적으로, 표현 "촬영"은 일반적으로 상기 정의된 바와 같이 영상을 찍는 행동을 가리킨다.
다양한 목적을 위해 본 발명에 따른 광학 검출기를 이용할 수 있다. 그러므로, 예로서, 광학 검출기는 사진 분야, 구체적으로는 디지털 사진 분야 및/또는 디지털 카메라에 사용될 수 있다. 또한 또는 다르게는, 광학 검출기는 사용자 및/또는 물체의 위치 및/또는 배향을 기계에 의해 판독될 수 있는 정보 및/또는 명령으로 바꾸기 위하여 인간-기계-인터페이스에 사용될 수 있다. 구체적으로, 광학 검출기는 사용자, 사용자의 신체 부위 및/또는 사용자가 들고 있을 수 있고/있거나 사용자에 의해 영향을 받을 수 있는 제어 요소의 위치 및/또는 배향을 인식하기 위한 것과 같이 컴퓨터 게임 분야에서 인간-기계-인터페이스에 사용될 수 있다. 다른 용도도 실현가능하다.
광학 검출기는 하나 이상의 광 센서를 포함한다. 본원에 사용되는 용어 "광 센서"는 통상 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이 "화소"라고도 불리는 복수개의 촬영 요소를 갖는 요소를 가리킨다. 그러므로, 광 센서는 복수개의 촬영 요소(예컨대, 감광성 촬영 요소), 바람직하게는 촬영 요소(예컨대, 감광성 촬영 요소)의 매트릭스, 예를 들어 화소 매트릭스를 포함한다.
광 센서는 하나 이상의 기판 및 그 위에 배치되는 하나 이상의 감광성 층 셋업을 포함한다. 본원에 사용되는 표현 "기판"은 일반적으로 광 센서에 기계적 안정성을 제공하는 캐리어 요소를 말한다. 아래에 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이, 기판은 투명한 기판 및/또는 불투명한 기판일 수 있다. 예로서, 기판은 슬라이드 및/또는 호일 같은 판상 기판일 수 있다. 기판은 통상 100㎛ 내지 5mm의 두께, 바람직하게는 500㎛ 내지 2mm의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 다른 두께도 실현가능하다.
또한 본원에 사용되는 감광성 층 셋업은 통상 일반적으로 감광성을 갖는 둘 이상의 층을 갖는 전체를 가리킨다. 따라서, 감광성 층 셋업은 가시광, 자외선 또는 적외선 스펙트럼 범위중 하나 이상을 전기 신호로 전환시킬 수 있다. 이를 위해, 광 효과 및/또는 유기 분자의 여기 및/또는 감광성 층 셋업 내에서의 여기된 물질의 형성 같은 다수의 물리적 및/또는 화학적 효과를 이용할 수 있다.
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. 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이, 감광성 층 셋업은 제 1 전극이 기판에 가장 가깝도록 구현될 수 있으며, 따라서 하부 전극으로서 구현된다. 다르게는, 제 2 전극이 기판에 가장 가까울 수 있고, 따라서 하부 전극으로서 구체화될 수 있다. 일반적으로, 본원에 사용되는 표현 "제 1" 및 "제 2"는 구별하기 위한 목적으로만 사용될 뿐 임의의 순위를 의도하고/하거나 감광성 층 셋업의 임의의 순서를 나타내고자 하지 않는다. 일반적으로, 용어 "전극"은 전극 사이에 끼인 하나 이상의 광전변환 물질과 전기적으로 접속할 수 있는 감광성 층 셋업의 요소를 나타낸다. 그러므로, 각 전극은 광전변환 물질과 접속하는 전기 전도성 물질의 하나 이상의 층 및/또는 필드를 제공할 수 있다. 또한, 각 전극은 제 1 전극 및/또는 제 2 전극과 접속하기 위한 하나 이상의 전기 리드선 같은 추가적인 전기 리드선을 제공할 수 있다. 그러므로, 제 1 전극 및 제 2 전극은 각각 개별적으로 제 1 전극 및/또는 제 2 전극과 접속하기 위한 하나 이상의 접속 패드를 제공할 수 있다. 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이, 아래에서 더욱 상세하게 정의되는 제 1 전극 스트라이프 각각 및/또는 제 2 전극 스트라이프 각각에 대해 하나 이상의 전극 접속 패드가 제공될 수 있다.
본원에 사용되는 광전변환 물질은 일반적으로 감광성 층 셋업의 상기 감광성을 제공하는 물질 또는 물질의 조합이다. 그러므로, 광전변환 물질은 가시광, 자외선 또는 적외선 스펙트럼 범위중 하나 이상의 광에 의한 조명 하에서 전기 신호, 바람직하게는 조명의 강도를 나타내는 전기 신호를 발생시킬 수 있는 물질의 하나 이상의 층을 제공할 수 있다. 따라서, 광전변환 물질은 그 자체로 또는 조합되어 조명에 응답하여 양전하 및/또는 음전하, 예컨대 전자 및/또는 정공을 발생시킬 수 있는 하나 이상의 광전변환 물질 층을 포함할 수 있다.
본원에 사용되는 용어 "끼인"은 일반적으로, 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 중간 공간 외부에 위치하는 광전변환 물질의 다른 영역이 존재할 수 있음에도 불구하고, 광전변환 물질이 적어도 부분적으로는 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 중간 공간에 위치한다는 사실을 가리킨다.
광전변환 물질은 하나 이상의 유기 물질을 포함한다. 또한, 제 1 전극은 복수개의 제 1 전극 스트라이프를 포함하고, 제 2 전극은 복수개의 제 2 전극 스트라이프를 포함한다. 본원에 사용되는 용어 "스트라이프"는 통상 예컨대 2배 이상, 더욱 바람직하게는 5배 이상, 가장 바람직하게는 10배 이상 또는 15배 이상만큼 폭보다 더 큰 길이 또는 전장을 갖는 긴 시트, 물질의 긴 층, 또는 물질 층의 긴 조합을 가리킨다. 그러므로, 스트라이프는 긴 직사각형 스트라이프일 수 있다. 또한 또는 다르게는, 스트라이프는 하나 이상의 휨부, 굴곡부 또는 다른 비선형 요소를 포함할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 스트라이프는 선형 스프라이프일 수 있거나, 또는 구불구불한 형상의 스트라이프 같은 완전히 또는 부분적으로 구부러지거나 휜 스트라이프로서 구체화될 수 있다. 복수개의 스트라이프는 바람직하게는 적어도 부분적으로 평행한 방식으로 배향될 수 있다. 그러므로, 예로서, 제 1 전극 스트라이프는 평행한 제 1 전극 스트라이프일 수 있다. 유사하게, 제 2 전극 스트라이프는 평행한 제 2 전극 스트라이프일 수 있다. 전극 스트라이프가 휘고/휘거나 구부러지는 경우, 적어도 이들 전극 스트라이프의 구역에 대해 평행한 배향이 주어질 수 있다. 다른 배향도 실현가능하다. 또한, 스트라이프는 각 스트라이프의 전장에 걸쳐 균일한 폭을 가질 수 있다. 그러므로, 폭은 각 스트라이프의 시작부터 스트라이프의 끝까지 일정할 수 있다. 또한 또는 다르게는, 스트라이프는 각각 폭이 변하는 하나 이상의 구역을 가질 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 스트라이프의 전장에 걸쳐 각 스트라이프의 폭은 50% 이하, 더욱 바람직하게는 20% 이하, 가장 바람직하게는 10% 이하 또는 심지어 5% 이하만큼 변한다.
따라서, 예로서, 전극 스트라이프는 직사각형의 긴 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 종방향 전장의 적어도 일부에서, 제 1 전극 스트라이프는 서로 평행하고, 제 2 전극 스트라이프는 서로 평행하다. 또한, 바람직하게는, 제 1 전극 스트라이프는 제 1 전극 평면에 위치하는 한편, 제 2 전극 스트라이프는 제 2 전극 평면에 위치하고, 이 때 바람직하게는 제 1 전극 평면과 제 2 전극 평면은 서로 평행하게 배향된다. 그러므로, 바람직하게는, 광전변환 물질은 적어도 부분적으로 제 1 전극 평면과 제 2 전극 평면 사이의 공간에 위치한다.
제 1 전극 스트라이프와 제 2 전극 스트라이프는, 화소의 매트릭스가 제 1 전극 스트라이프와 제 2 전극 스트라이프의 교차점에 형성되도록 교차한다. 본원에 사용되는 용어 "교차한다"는 기판 표면, 제 1 전극 평면 및 제 2 전극 평면에 수직인 시야 방향에서 및/또는 광 센서의 광축에 평행한 방향에서, 제 1 전극 스트라이프와 제 2 전극 스트라이프가 중첩된다는 사실을 가리킨다. 각 화소는 제 1 전극 스트라이프 부분 및 제 2 전극 스트라이프의 대향하는 부분, 및 제 1 전극 스트라이프 부분과 제 2 전극 스트라이프 부분 사이에 위치하는 광전변환 물질의 양을 포함한다. 예로서, 구체적으로 전극 스트라이프가 긴 직사각형 전극 스트라이프인 경우, 화소는 특히 기판 표면에 수직인 시야 방향에서 직사각형 및/또는 평행사변형의 형상을 가질 수 있다. 따라서, 각 화소는 제 1 전극 스트라이프 부분, 제 2 전극 스트라이프 부분, 및 이들 두 부분 사이에 함입된 하나 이상의 광전변환 물질을 포함하는 촬영 요소를 형성한다.
또한 본원에 사용되는 매트릭스는 통상 화소의 2차원 배열을 가리킨다. 그러므로, 매트릭스는 바람직하게는 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이 화소의 행 및 열을 갖는 직사각형 매트릭스일 수 있다. 또한, 화소 매트릭스의 다른 형상도 실현가능하다.
또한, 제 1 전극 스트라이프 각각 및/또는 제 2 전극 스트라이프 각각은 개별적인 전극 스트라이프와 전기적으로 접속하기 위한 하나 이상의 접속 패드 같은 하나 이상의 접속부를 가질 수 있다. 이 하나 이상의 접속부는 바람직하게는 화소 매트릭스의 외부에, 예컨대 기판의 테두리에 근접하게 위치할 수 있다. 그러나, 다른 실시양태도 실현가능하다.
광학 검출기는 하나 이상의 판독 장치를 추가로 포함한다. 본원에 사용되는 용어 "판독 장치"는 통상 광 센서의 화소 매트릭스의 화소를 이용함으로써 복수개의 측정 값 및/또는 정보 값을 생성시키도록 구성된 장치 또는 장치의 조합을 말한다. 그러므로, 통상적으로, 판독 장치는 화소의 매트릭스를 사용함으로써 캡쳐되는 전기 신호로부터 영상을 발생시킬 수 있는 장치일 수 있다. 따라서, 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이, 하나 이상의 판독 장치는 복수개의 전압계 및/또는 복수개의 전류계 같은 복수개의 전기 측정 장치를 포함할 수 있다. 또한, 판독 장치는 이러한 방식으로 생성된 정보 값을 저장하기 위한, 예를 들어 하나의 영상을 저장하기 위한 및/또는 복수개의 영상 및/또는 영상 시퀀스를 저장하기 위한 데이터 메모리 같은 추가적인 요소를 포함할 수 있다. 또한, 추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 판독 장치는 데이터 전달을 위한, 예를 들어 정보 값을 하나 이상의 외부 장치(예컨대, 하나 이상의 데이터 처리 장치)로 전달하기 위한 하나 이상의 전기 인터페이스를 포함할 수 있으며, 이 때 하나 이상의 인터페이스는 무선 인터페이스일 수 있고/있거나 완전히 또는 부분적으로 유선 인터페이스로서 실현될 수 있다.
판독 장치는 또한 평가 장치로도 일컬어질 수 있고, 더 큰 평가 장치의 일부일 수 있거나 또는 하나 이상의 평가 장치를 포함할 수 있다. 본원에 사용되는 용어 평가 장치는 통상 하나 이상의 광 센서에 의해 제공되는 하나 이상의 센서 신호를 평가하기 위해 및/또는 하나 이상의 추가적인 평가 알고리즘을 수행하도록 구성된 모든 장치를 가리킨다. 평가 장치는 구체적으로 하나 이상의 데이터 처리 장치를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 프로세서를 사용함을 포함할 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 평가 장치는 다수개의 컴퓨터 명령을 포함하는, 그 위에 저장된 소프트웨어 코드를 갖는 하나 이상의 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다.
평가 장치는 하나 이상의 주문형(application-specific) 집적 회로(ASIC) 같은 하나 이상의 집적 회로, 및/또는 하나 이상의 컴퓨터, 바람직하게는 하나 이상의 마이크로컴퓨터 및/또는 마이크로컨트롤러 같은 하나 이상의 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 하나 이상의 예비 처리 장치 및/또는 데이터 획득 장치(예를 들어, 센서 신호를 수용하고/하거나 예비 처리하기 위한 하나 이상의 장치, 예컨대 하나 이상의 AD-변환기 및/또는 하나 이상의 필터) 같은 추가적인 구성요소가 포함될 수 있다. 또한, 평가 장치는 전류 및/또는 전압을 측정하기 위한 하나 이상의 측정 장치 같은 하나 이상의 측정 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 예로서, 평가 장치는 화소를 통한 전류 및/또는 화소의 전압을 측정하기 위한 하나 이상의 측정 장치를 포함할 수 있다. 또한, 평가 장치는 하나 이상의 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 평가 장치는 하나 이상의 무선 인터페이스 및/또는 하나 이상의 유선 인터페이스 같은 하나 이상의 인터페이스를 포함할 수 있다.
하나 이상의 평가 장치는 본 발명에 따른 방법의 하나 이상의 방법 단계 또는 모든 방법 단계를 수행하거나 뒷받침하도록 구성된 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 같은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 실행하도록 구성될 수 있다. 예로서, 입력 변수로서 센서 신호를 사용함으로써 물체의 위치를 결정할 수 있는 하나 이상의 알고리즘을 실행시킬 수 있다.
평가 장치는 광 센서 및/또는 평가 장치에 의해 수득된 정보 같은 정보의 디스플레이, 가시화, 분석, 분배, 통신 또는 추가적인 처리중 하나 이상에 사용될 수 있는 하나 이상의 추가적인 데이터 처리 장치에 연결될 수 있거나 또는 하나 이상의 추가적인 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 예로서 데이터 처리 장치는 디스플레이, 프로젝터, 모니터, LCD, TFT, 확성기, 멀티채널 사운드 시스템, LED 패턴 또는 다른 가시화 장치중 하나 이상에 연결될 수 있거나 이들을 혼입할 수 있다. 이는 전자메일, 문자, 전화기, 블루투스, 와이파이, 적외선 또는 인터넷 인터페이스, 포트 또는 접속부중 하나 이상을 사용하여 암호화되거나 암호화되지 않은 정보를 보낼 수 있는 통신 장치 또는 통신 인터페이스, 커넥터 또는 포터중 하나 이상에 추가로 연결될 수 있거나 이들을 혼입할 수 있다. 이는 프로세서, 그래픽 프로세서, CPU, OMAP(Open Multimedia Applications Platform; OMAP™), 집적 회로, 애플(Apple) A 씨리즈 또는 삼성(Samsung) S3C2 씨리즈로부터의 제품 같은 칩 상의 시스템, 마이크로컨트롤러 또는 마이크로프로세서; ROM, RAM, EEPROM 또는 플래시 메모리 같은 하나 이상의 메모리 블록; 발진기 또는 위상 동기 루프, 계수 타이머, 실시간 타이머 또는 파워-온 리셋 생성장치 같은 타이밍 쏘스; 전압 조절기, 동력 관리 회로, 또는 DMA 컨트롤러중 하나 이상에 추가로 연결될 수 있거나 또는 이들을 혼입할 수 있다. 개별적인 단위장치는 AMBA 버스 같은 버스에 의해 추가로 연결될 수 있다.
평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치는 포트, USB, 센트로닉스(Centronics) 포트, 파이어와이어, HDMI, 이더넷, 블루투스, RFID, 와이파이, USART 또는 SPI의 직렬 또는 병렬 인터페이스중 하나 이상 같은 추가적인 외부 인터페이스 또는 포트, 또는 ADC 또는 DAC중 하나 이상 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 추가로 가질 수 있다. 평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치는 하나 이상의 프로세서간 인터페이스 또는 포트, FPGA-FPGA-인터페이스, 또는 직렬 또는 병렬 인터페이스 포트에 의해 추가로 연결될 수 있다. 평가 장치 및 데이터 처리 장치는 광 디스크 드라이브, CD-RW 드라이브, DVD+RW 드라이브, 플래시 드라이브, 메모리 카드, 디스크 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 솔리드 스테이트 디스크 또는 솔리드 스테이트 하드 디스크중 하나 이상에 추가로 연결될 수 있다.
평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치는 폰 커넥터, RCA 커넥터, VGA 커넥터, 허메프로다이트(hermaphrodite) 커넥터, USB 커넥터, HDMI 커넥터, 8P8C 커넥터, BCN 커넥터, IEC 60320 C14 커넥터, 광섬유 커넥터, D-서브미니어처 커넥터, RF 커넥터, 동축 커넥터, SCART 커넥터, XLR 커넥터중 하나 이상 같은 하나 이상의 추가적인 외부 커넥터에 의해 연결될 수 있거나 이들을 가질 수 있고/있거나, 이들 커넥터중 하나 이상에 대한 하나 이상의 적합한 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 추가적인 전자 장치중 하나 이상을 혼입하는 단일 장치의 가능한 실시양태는 휴대폰, 퍼스널 컴퓨터, 태블릿 PC, 텔레비전, 게임 콘솔 또는 다른 엔터테인먼트 장치이다. 다른 실시양태에서는, 장치의 하우징 또는 외관에서의 인지할만한 차이 없이, 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 3D-카메라 기능을, 종래의 2D-디지털 카메라와 함께 이용가능한 장치에 통합시킬 수 있으며, 이 때 사용자에게 인지될 수 있는 차이는 3D 정보를 획득하고/하거나 처리하는 기능뿐일 수 있다.
구체적으로, 광학 검출기 및/또는 그의 일부(예컨대, 평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치)를 혼입하는 실시양태는 디스플레이 장치, 데이터 처리 장치, 광 센서, 임의적으로는 센서 광학 장치, 및 3D 카메라 기능을 위한 평가 장치를 혼입하는 휴대폰일 수 있다. 본 발명에 따른 검출기는 특히 엔터테인먼트 장치 및/또는 휴대폰 같은 통신 장치에서의 통합에 적합할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태는 자동차에 사용하기 위한, 자율 주행에 사용하기 위한 또는 다임러의 인텔리전트 드라이브 시스템(Daimler's Intelligent Drive System) 같은 차 안전 시스템에 사용하기 위한 장치에서 광학 검출기 또는 그의 일부(예컨대, 평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치)의 혼입일 수 있으며, 이 때 예로서 하나 이상의 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 장치를 혼입하는 장치는 차량, 승용차, 트럭, 기차, 자전거, 항공기, 선박, 오토바이의 일부일 수 있다. 자동차 용도에서, 자동차 디자인 내로의 장치의 통합은 광 센서, 임의적으로는 광학 기기, 또는 장치를 외부 또는 내부로부터 거의 보이지 않게 통합시킬 것을 필요로 할 수 있다. 검출기 또는 평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치 같은 그의 일부는 특히 자동차 디자인으로의 이러한 통합에 적합할 수 있다.
판독 장치는 제 2 전극 스트라이프에 연결되는 복수개의 전기 측정 장치 및 제 1 전극 스트라이프를 전기 측정 장치로 후속 연결하기 위한 스위칭 장치를 포함한다.
본원에 사용되는 전기 측정 장치는 통상적으로 하나 이상의 전류 측정을 실행하고/하거나 하나 이상의 전압 측정을 실행하는 것과 같이 하나 이상의 전기 측정을 실행할 수 있는 장치를 가리킨다. 그러므로, 각각의 전기 측정 장치는 하나 이상의 전압계 및/또는 하나 이상의 전류계를 포함할 수 있다. 다른 실시양태도 실행가능하다.
바람직하게는, 제 2 전극 스트라이프 각각에 대해 하나 이상의 전기 측정 장치가 제공된다. 그러므로, 예로서, 각각의 제 2 전극 스트라이프는 개별적인 제 2 전극 스트라이프 전용인 하나 이상의 측정 장치에 영구적으로 또는 해체 가능하게 연결될 수 있다. 그러나, 측정 장치는 하나의 집적 회로 같은 단일 장치 내에 포함될 수 있다. 바람직하게는, 전기 측정 장치는 개별적인 제 2 전극 스트라이프에 부여되는 전기 신호를 동시에 측정하도록 구성된다.
또한 본원에 사용되는 스위칭 장치는 일반적으로 제 1 전극 스트라이프를 전기 측정 장치로 후속 연결하도록 구성된 장치이다. 그러므로, 통상적으로, 특정 시점에, 하나의 특정 제 1 전극 스트라이프가 모든 측정 장치 및/또는 복수개의 측정 장치로 연결될 수 있다. 따라서, 예로서, 각 측정 장치는 제 1 측정 포트 및 제 2 측정 포트를 가질 수 있고, 측정 장치 또는 복수개의 측정 장치의 제 1 측정 포트는 스위칭 장치에 의해 선택되는 하나의 동일한 제 1 전극 스트라이프에 연결되는 반면, 측정 장치의 제 2 포트는 각각 그들의 개별적인 제 2 전극 스트라이프에 연결된다. 스위칭 장치는 후속 시점에서 측정 장치를 제 1 전극 스트라이프중 다른 하나, 예컨대 후속하는 하나의 제 1 전극 스트라이프로 연결하도록 구성될 수 있다. 따라서, 스위칭 장치는 바람직하게는 멀티플렉싱 체계를 수행함으로써 모든 제 1 전극 스트라이프를 통한 및/또는 소정 수의 제 1 전극 스트라이프를 통한 스위칭을 후속해서 수행하도록 구성될 수 있다.
또한, 모든 제 1 전극 스트라이프에 대해 균일하게 스위칭을 수행할 수 있음을 알아야 한다. 다르게는, 둘 이상의 스위칭 장치(각각의 스위칭 장치가 복수개의 제 1 전극 스트라이프에 배정됨)가 제공될 수 있도록 광 센서를 분할할 수 있다. 그러므로, 광 센서는 제 1 전극 스트라이프의 상이한 영역(각 영역은 전용 스위칭 장치에 배정됨)으로 더욱 분할될 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 제 1 전극 스트라이프의 매 n번째 스트라이프가 특정 스위칭 장치에 배정되도록 인터리빙(interleaving) 스위칭 체계를 이용할 수 있다. 다양한 실시양태가 실현가능하다.
광학 검출기는 추가로 하나 이상의 물체를 광 센서 상에 광학적으로 촬영하기 위한 하나 이상의 광학 요소를 포함할 수 있다. 본원에 사용되는 광학 요소는 통상 초점 잡기 및/또는 초점 흐리기 특성을 갖는 요소를 가리킨다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 광학 요소는 물체를 하나 이상의 광 센서 상으로 촬영하기 위한 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 하나 이상의 조리개 및/또는 하나 이상의 거울 같은 추가적인 요소가 광학 요소 내에 포함될 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 광학 필터 및/또는 하나 이상의 프리즘 및/또는 하나 이상의 색 선별 거울 같은 하나 이상의 파장-선택적인 요소가 포함될 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 화소의 매트릭스는 바람직하게는 제 1 전극 스트라이프에 의해 한정되는 열 및 제 2 전극 스트라이프에 의해 한정되는 행을 가질 수 있다. 그러므로, 화소는 열과 행으로 배열될 수 있으며, 이 때 각 화소는 열 번호 및/또는 열을 구성하는 제 1 전극 스트라이프의 수 및 행 번호 및/또는 열을 구성하는 제 2 전극 스트라이프의 수에 의해 확인될 수 있다. 각 측정 장치는 바람직하게는 각 열의 화소의 전기 신호가 동시에 측정될 수 있도록 행에 연결될 수 있다. 따라서, 하나의 측정 단계에서, 각각의 측정 장치는 열의 모든 화소 및/또는 적어도 열의 화소중 복수개에 대한 측정 값을 동시에 측정할 수 있도록 열에 함유되는 화소의 하나 이상의 측정 신호를 제공할 수 있다. 이어, 상기 개략적으로 기재한 바와 같이, 스위칭 장치가 후속 열 같은 다른 열로 스위칭시킬 수 있고, 측정 장치가 이 새로 선택된 열의 화소의 전기 신호를 동시에 측정할 수 있도록 한다. 따라서, 열을 통해 후속 스위칭시킴으로써, 예를 들어 화소 매트릭스의 모든 열을 통해 및/또는 화소 매트릭스의 복수개의 열을 통해 후속 스위칭시킴으로써, 화소의 측정 값을 생성시킬 수 있다. 측정 값을 조합함으로써, 영상을 생성시킬 수 있다.
스위칭 장치는 열을 전기 측정 장치로 후속 연결하도록 구성될 수 있다.
상기 개략적으로 기재한 바와 같이, 전기 측정 장치는 각각 전류 측정 장치 및 전압 측정 장치중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일반적으로는, 전기 측정 장치가 임의의 추가적인 처리 없이 "미처리" 전기 측정 신호로서 사용될 수 있는 전기 측정 신호를 발생시키도록 구성될 수 있음을 알아야 한다. 추가로 또는 다르게는, 측정 신호는 완전히 또는 부분적으로 필터링 단계, 아날로그-디지털 전환 단계, 평균화 단계(예컨대, 다수의 측정 값에 걸쳐 및/또는 특정 시간 간격에 걸쳐 측정 신호의 평균을 구하는 단계)중 하나 이상 같은 하나 이상의 신호 처리 단계를 거칠 수 있다. 따라서, 하나 이상의 판독 장치는 하나 이상의 신호 처리 장치를 제공할 수 있다. 신호 처리 장치는 처리된 측정 신호를 생성시키도록 구성될 수 있다. 하기에서는, 어디에서 측정 신호가 언급되든지 간에 미처리 측정 신호 및 처리된 측정 신호 둘 다가 실행가능하도록 두 선택사항 사이에 차이를 두지 않는다.
측정 장치는 일반적으로 디지털 측정 장치 및/또는 아날로그 측정 장치일 수 있다. 측정 장치가 완전히 또는 부분적으로 아날로그 측정 장치로서 디자인되는 경우, 바람직하게는, 전기 측정 장치는 하나 이상의 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다. 따라서, 예로서, 각각의 전기 측정 장치는 하나 이상의 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 둘 이상의 또는 모든 전기 측정 장치는 하나의 동일한 아날로그-디지털 변환기를 사용할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 판독 장치는 매트릭스의 화소에 대한 측정 값을 저장하기 위하여 하나 이상의 소멸성 데이터 메모리 및/또는 하나 이상의 비-소멸성 데이터 메모리를 추가로 포함할 수 있다.
판독 장치는 단일 장치로서 또는 복수개의 장치로서 구체화될 수 있음을 알아야 한다. 따라서, 판독 장치는 하나 이상의 전기 회로판 및/또는 하나 이상의 집적 회로를 포함할 수 있다. 그러므로, 예로서, 판독 장치는 하나 이상의 ASIC를 추가로 포함할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 스위칭 장치는 통상적으로 멀리플렉싱 측정 체계, 화소 매트릭스의 열을 통한 멀리플렉싱을 수행하도록 구성될 수 있다. 멀티플렉싱 측정 체계에서는, 제 1 전극 스트라이프를 전기 측정 장치에 반복적으로 연결할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 스위칭 장치가 화소 매트릭스의 모든 열을 통해 및/또는 특정 스위칭 장치에 배정된 모든 열을 통해 스위칭시킨 후에는, 제 1 열로 다시 스위칭시키는 것과 같이 처음부터 스위칭 공정을 다시 시작할 수 있다. 따라서, 통상적으로, 하나 이상의 판독 장치는 소위 수동 매트릭스 검출 체계에서 검출기를 구동시키도록 구성될 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 광학 검출기는 수동 매트릭스 광학 검출기일 수 있다. 전기 측정 신호 및/또는 정보 값으로도 일컬어지는 전기 신호는 미처리 형태 및/또는 처리된 형태에서 특히 각 화소의 조명 강도를 나타낼 수 있다. 그러므로, 예로서, 측정 값은 특히 각 화소에 대한 그레이 스케일(gray-scale) 값을 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 영상은 정보 값의 매트릭스를 제공할 수 있으며, 각각의 정보 값은 화소 매트릭스의 개별적인 화소에 대한 그레이 스케일 값을 포함한다. 그러므로, 예로서, 각 화소에 있어서, 4-비트 정보 값, 8-비트 정보 값 또는 심지어 16-비트 정보 값이 제공될 수 있다.
또한, 광 센서 및/또는 광한 검출기에 의해 다른 정보가 제공될 수 있음을 알아야 한다. 그러므로, 예로서, 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이 색상 정보를 제공할 수 있다. 또한, 화소 외의 광 센서가 하나 이상의 추가적인 감광성 요소 같은 하나 이상의 추가적인 요소를 포함할 수 있음을 알아야 한다. 그러므로, 예로서, 광 센서는 매트릭스의 일부가 아닌 하나 이상의 추가적인 감광성 요소를 제공할 수 있다. 또한, 매트릭스의 하나 이상의 부분은 예컨대 광 센서의 이들 하나 이상의 부분을 다른 목적으로 사용하기 위해서 상기 언급된 멀티플렉싱 체계로부터 면제될 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 제 1 전극 및 제 2 전극중 하나는 기판에 가장 근접한 하부 전극을 형성할 수 있고 다른 하나는 기판으로부터 멀리 떨어진 상부 전극을 형성할 수 있다. 또한, 제 1 전극은 감광성 층 셋업의 애노드일 수 있고, 제 2 전극은 감광성 층 셋업의 캐쏘드일 수 있거나, 또는 그 반대일 수도 있다.
구체적으로, 제 1 전극 및 제 2 전극중 하나는 하부 전극일 수 있고, 제 1 전극 및 제 2 전극중 다른 하나는 상부 전극일 수 있다. 하부 전극은 기판에 직접적으로 또는 간접적으로 적용될 수 있으며, 간접적인 경우는 예를 들어 하부 전극과 기판 사이에 하나 이상의 완충 층 또는 보호 층을 끼우는 것을 의미할 수 있다. 광전변환 물질은 하부 전극에 도포될 수 있고, 적어도 부분적으로 하부 전극을 덮을 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 하부 전극의 하나 이상의 부분은 예컨대 접속을 위해 하나 이상의 광전변환 물질에 의해 덮이지 않고 유지될 수 있다. 상부 전극의 하나 이상의 부분이 광전변환 물질 위에 위치하도록 상부 전극을 광전변환 물질에 적용시킬 수 있다. 또한 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 상부 전극의 하나 이상의 추가적인 부분은 예컨대 접속을 위해 다른 곳에 위치할 수 있다. 그러므로, 예로서, 하부 전극은 광전변환 물질로 덮이지 않고 유지되는 하나 이상의 접속 패드(예컨대, 하부 전극의 전극 스트라이프 1개당 하나 이상의 접속 패드)를 포함할 수 있다. 유사하게, 상부 전극은 하나 이상의 접속 패드(예를 들어, 상부 전극의 전극 스트라이프 1개당 하나 이상의 접속 패드)를 포함할 수 있으며, 접속 패드는 바람직하게는 광전변환 물질에 의해 코팅된 구역 외부에 위치한다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 기판은 투명하거나 적어도 부분적으로 투명할 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "투명한"은 가시광 스펙트럼 범위, 자외선 스펙트럼 범위 또는 적외선 스펙트럼 범위중 하나 이상에서 광이 적어도 부분적으로 기판을 관통할 수 있다는 사실을 말한다. 그러므로, 가시광 스펙트럼 범위, 자외선 스펙트럼 범위 또는 적외선 스펙트럼 범위중 하나 이상에서 기판은 10% 이상, 바람직하게는 30% 이상, 더욱 바람직하게는 50% 이상의 투명도를 가질 수 있다. 예로서, 유리 기판, 석영 기판, 투명한 플라스틱 기판 또는 다른 유형의 기판을 투명한 기판으로서 사용할 수 있다. 또한, 적층체 같은 다층 기판을 사용할 수 있다.
본원에 추가로 사용되는 용어 "광"은 일반적으로 가시광 스펙트럼 범위, 자외선 스펙트럼 범위 또는 적외선 스펙트럼 범위중 하나 이상의 광을 가리킨다. 또한 본원에 사용되는 가시광 스펙트럼 범위는 380nm 내지 780nm의 파장 범위이다. 적외선 스펙트럼 범위는 통상 780nm 내지 1mm의 스펙트럼 범위, 더욱 바람직하게는 780nm 내지 3.0㎛의 스펙트럼 범위를 가리킨다. 또한 본원에 사용되는 용어 "자외선 스펙트럼 범위"는 통상 1nm 내지 380nm의 범위, 바람직하게는 50nm 내지 380nm의 스펙트럼 범위, 더욱 바람직하게는 200nm 내지 380nm의 스펙트럼 범위를 가리킨다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 하부 전극 및 상부 전극중 하나 또는 둘 다는 투명할 수 있다. 그러므로, 광 센서의 조명 방향에 따라, 하부 전극, 상부 전극 또는 둘 다가 투명할 수 있다. 예로서, 투명한 기판이 사용되는 경우에는, 바람직하게는 적어도 하부 전극이 투명한 전극이다. 하부 전극이 제 1 전극인 경우 및/또는 하부 전극이 애노드로서 작용하는 경우, 바람직하게는 하부 전극은 산화주석인듐, 산화아연, 플루오르-도핑된 산화주석 또는 이들 물질중 둘 이상의 조합 같은 투명한 전도성 산화물의 층을 하나 이상 포함한다. 투명한 기판 및 투명한 하부 전극이 사용되는 경우, 광 센서의 조명 방향은 기판을 통하는 방향일 수 있다. 불투명한 기판이 사용되는 경우, 하부 전극은 투명하거나 불투명할 수 있다. 그러므로, 예로서, 불투명한 전극은 통상 임의적인 두께의 하나 이상의 금속 층, 예를 들어 은 및/또는 다른 금속의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 예로서, 하부 전극 및/또는 제 1 전극은 3eV 내지 6eV의 일 함수를 가질 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 상부 전극은 불투명하거나 투명할 수 있다. 광 센서의 조명이 기판 및 하부 전극을 통해 이루어지는 경우, 상부 전극은 불투명할 수 있다. 조명이 상부 전극을 통해 이루어지는 경우에는, 바람직하게는 상부 전극은 투명하다. 또한, 아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이, 전체 광 센서는 적어도 광의 하나 이상의 스펙트럼 범위에서 투명할 수 있다. 이 경우에는, 하부 전극 및 상부 전극 둘 다가 투명할 수 있다.
투명한 상부 전극을 형성시키기 위하여, 다양한 기법을 이용할 수 있다. 그러므로, 예로서, 상부 전극은 산화아연 같은 투명한 전도성 산화물을 포함할 수 있다. 예로서 스퍼터링, 열 증발 및/또는 전자-빔 증발 같은 적절한 물리적 증착 기법을 이용함으로써 투명한 전도성 산화물을 도포할 수 있다. 상부 전극, 바람직하게는 제 2 전극은 캐쏘드일 수 있다. 다르게는, 상부 전극은 애노드로서도 작용할 수 있다. 구체적으로, 상부 전극이 캐쏘드로서 작용하는 경우, 상부 전극은 바람직하게는 4.5eV 미만의 일 함수를 갖는 금속 층(예컨대, 알루미늄) 같은 하나 이상의 금속 층을 포함한다. 투명한 금속 전극을 형성시키기 위해서는, 50nm 미만, 더욱 바람직하게는 40nm 미만, 더더욱 바람직하게는 30nm 미만의 두께를 갖는 금속 층 같은 금속 박층을 사용할 수 있다. 이러한 금속 두께를 이용하면, 적어도 가시광 스펙트럼 범위에서 투명성을 형성시킬 수 있다. 충분한 전기 전도율을 제공하기 위하여, 상부 전극은 하나 이상의 금속 층에 덧붙여 금속 층과 하나 이상의 광전변환 물질 사이에 도포되는 하나 이상의 전기 전도성 유기 물질 같은 추가적인 전기 전도성 층을 포함할 수 있다. 따라서, 예로서, 전기 전도성 중합체의 하나 이상의 층을 상부 전극의 금속 층과 광전변환 물질 사이에 끼울 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 하부 전극 및 상부 전극은 둘 다 각각 제 1 전극 스트라이프 및 제 2 전극 스트라이프에 상응하는 복수개의 전극 스트라이프를 포함할 수 있다. 그러므로, 하부 전극은 제 1 전극 스트라이프 및 제 2 전극 스트라이프중 하나를 형성하는 복수개의 하부 전극 스트라이프를 포함할 수 있다. 상부 전극은 제 1 전극 스트라이프 및 제 2 전극 스트라이프중 다른 하나를 형성하는 복수개의 상부 전극 스트라이프를 포함할 수 있다.
예로서, 상부 전극은 복수개의 금속 전극 스트라이프를 포함할 수 있다. 예로서, 상부 전극을 형성하는 금속 전극 스트라이프는 Ag, Al, Ag, Au, Pt, Cu로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 하나 이상의 금속 층으로 제조될 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 다른 금속 및/또는 지명된 금속 및/또는 다른 금속 둘 이상의 조합 같은 금속의 조합을 사용할 수 있다. 또한, 둘 이상의 금속을 함유하는 하나 이상의 합금을 사용할 수 있다. 예로서, NiCr, AlNiCr, MoNb 및 AlNd로 이루어진 군의 하나 이상의 합금을 사용할 수 있다. 그러나, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 다르게는, 상부 전극은 상기 나열된 투명한 전도성 산화물중 하나 이상 같은 투명한 전도성 산화물로 제조되는 복수개의 스트라이프를 포함할 수 있다.
복수개의 금속 전극 스트라이프를 사용하는 경우, 전극 스트라이프를 침착시키고/시키거나 금속 전극 스트라이프를 패턴화하기 위한 수 가지 기법을 이용할 수 있다. 그러므로, 예로서, 침착 동안 금속 전극 스트라이프의 패턴화가 이루어지는 금속 전극 스트라이프의 하나 이상의 침착 기법을 이용할 수 있다. 따라서, 예로서, 금속 전극 스트라이프에 상응하는 슬릿형 개구를 갖는 하나 이상의 쉐도우 마스크를 사용할 수 있다. 그러나, 추가로 또는 다르게는, 금속 전극을 침착시키기 위하여 대면적 코팅을 이용한 다음 금속 전극 스트라이프를 형성시키기 위한 하나 이상의 패턴화 단계(예를 들어, 하나 이상의 에칭 기법)를 수행할 수 있다. 다시, 추가로 또는 다르게는, 복수개의 전기 절연 분리막을 실행시키는 자가-패턴화 기법을 이용할 수 있다. 그러므로, 예로서, 전기 절연 분리막에 의해 금속 전극 스트라이프가 분리될 수 있다. 이 기법은 일반적으로 디스플레이 기술 분야에서 공지되어 있다. 본 발명에 적용가능한 분리막에 대해서는, 예를 들어 EP 1 191 819 A2 호, US 2005/0052120 A1 호, US 2003/0017360 A1 호 또는 유기 발광 수동 매트릭스 디스플레이의 캐쏘드 패턴화 분야에 공지되어 있는 다른 기술을 참조할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 전기 절연 분리막은 특히 상부에서 날카로운 가장자리를 제공하기 위한 포토레지스트 구조체, 구체적으로는 하나 이상의 네거티브 포토레지스트를 갖는 포토레지스트 구조체일 수 있다. 그러므로, 절연 분리막을 사용함으로써, 상부 전극의 침착 동안 상부 전극을 상응하는 상부 전극 스트라이프로 자가-패턴화시킬 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 감광성 층 셋업은 바람직하게는 광전변환 층 셋업, 특히 하나 이상의 유기 광 다이오드 및/또는 하나 이상의 유기 물질을 갖는 태양 전지중 하나 이상의 층 셋업일 수 있다. 바람직하게는, 감광성 층 셋업은 염료-민감화된 태양 전지, 더욱 바람직하게는 고체 염료-민감화된 태양 전지(sDSC)의 층 셋업일 수 있다. 따라서, 광 센서, 특히 감광성 층 셋업, 더욱 바람직하게는 광전변환 물질은 n-반도체 금속 산화물, 바람직하게는 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물을 포함할 수 있으며, 전기 절연 분리막은 n-반도체 금속 산화물의 상부에 침착된다. 그러므로, 예로서, 광학 검출기는 기판의 상부에 직접적으로 또는 간접적으로 침착된 하부 전극 스트라이프에 이어 하나 이상의 이산화티탄 층 같은 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 층의 층 셋업을 포함할 수 있다. 전기 절연 분리막, 구체적으로 분리막 바를 반도체 금속 산화물의 하나 이상의 층 위에 침착시킬 수 있다. 하나 이상의 염료로 n-반도체 금속 산화물을 민감화시키기 전 또는 후에 절연 분리막을 침착시킬 수 있다. 따라서, 예로서, 하나 이상의 염료로 n-반도체 금속 산화물을 민감화시키기 전에, n-반도체 금속 산화물의 상부에 분리막을 침착시킬 수 있다. 이어, 하나 이상의 p-반도체 물질, 바람직하게는 하나 이상의 p-반도체 유기 물질 같은 하나 이상의 추가적인 층을 침착시킨 후, 절연 분리막에 의해 자가-패턴화되는 상부 전극을 침착시킬 수 있다. 그러므로, 예로서, 광 센서는 n-반도체 금속 산화물의 상부에 침착되는 하나 이상의 고체 p-반도체 유기 물질을 추가로 포함할 수 있으며, 고체 p-반도체 유기 물질은 전기 절연 분리막에 의해 복수개의 스트라이프형 영역으로 추가로 분할된다. p-반도체 유기 물질 위에는, 하나 이상의 상부 전극 층을 침착시킬 수 있고, 전기 절연 분리막은 상부 전극을 복수개의 상부 전극 스트라이프로 더욱 분할시킬 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 상부 전극은 불투명하거나 투명할 수 있다. 투명한 상부 전극이 제공되는 경우에는, 상기 부분적으로 설명한 바와 같이 몇 가지 기법을 적용할 수 있다. 그러므로, 예로서, 상부 전극은 하나 이상의 금속 층을 포함할 수 있다. 하나 이상의 금속 층은 50nm 미만, 바람직하게는 40nm 미만, 더욱 바람직하게는 30nm 미만, 심지어 25nm 미만 또는 20nm 미만의 두께를 가질 수 있다. 금속 층은 Ag, Al, Ag, Au, Pt, Cu로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 다른 금속 및/또는 금속의 조합(예컨대, 지칭된 금속 및/또는 다른 금속중 둘 이상의 조합)을 사용할 수 있다. 또한, 둘 이상의 금속을 함유하는 하나 이상의 합금을 사용할 수 있다. 예로서, NiCr, AlNiCr, MoNb 및 AlNd로 이루어진 군의 하나 이상의 합금을 사용할 수 있다. 그러나, 다른 금속의 사용도 가능하다.
상부 전극은 광전변환 물질과 금속 층 사이에 함입된 하나 이상의 전기 전도성 중합체를 추가로 포함할 수 있다. 전기 전도성 중합체는 상부 전극 스트라이프의 형상을 따르기 위하여 스트라이프로 더욱 분할될 수 있다. 다양한 방식으로, 전기 전도성 중합체를 전기 전도성 중합체 스트라이프(이는 금속 스트라이프에 의해 덮임)로 더욱 분할시킬 수 있다. 그러므로, 예로서, 패턴화된 방식으로, 예를 들어 인쇄 기법 같은 적절한 패턴화된 침착 기법을 이용함으로써, 하나 이상의 전기 전도성 중합체의 침착을 수행할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 후속 스퍼터링을 이용할 수 있다. 다시, 추가로 또는 다르게는, 전기 전도성 중합체를 전기 전도성 중합체 스트라이프로 분리하는데 상기 언급한 분리막을 이용할 수 있다. 본 발명 내에서 사용될 수 있는 전기 전도성 중합체의 다양한 가능성이 존재한다. 따라서, 예로서, 전기 전도성 중합체는 본질적으로 전기 전도성일 수 있다. 예로서, 전기 전도성 중합체는 하나 이상의 공액 중합체를 포함할 수 있다. 예로서, 전기 전도성 중합체는 폴리-3,4-에틸렌다이옥시티오펜(PEDOT), 바람직하게는 하나 이상의 대이온으로 전기적으로 도핑된 PEDOT, 더욱 바람직하게는 소듐 폴리스티렌 설포네이트로 도핑된 PEDOT(PEDOT:PSS); 폴리아닐린(PANI); 폴리티오펜으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 중합체를 포함할 수 있다.
광학 검출기는 광전변환 물질, 제 1 전극 또는 제 2 전극중 하나 이상을 적어도 부분적으로 수분으로부터 보호하는 하나 이상의 봉지재(encapsulation)를 추가로 포함할 수 있다. 그러므로, 예로서, 봉지재는 하나 이상의 봉지층을 포함할 수 있고/있거나 하나 이상의 봉지캡을 포함할 수 있다. 예로서, 감광성 층 셋업 또는 적어도 그의 일부를 수분으로부터 보호하기 위하여, 유리 캡, 금속 캡, 세라믹 캡 및 중합체 또는 플라스틱 캡으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 캡을 감광성 층 셋업의 상부에 가할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 하나 이상의 유기 및/또는 무기 봉지층 같은 하나 이상의 봉지층을 가할 수 있다. 또한, 전극 스트라이프의 적절한 전기적 접속을 허용하기 위하여, 하부 전극 스트라이프 및/또는 상부 전극 스트라이프와 전기적으로 접속시키기 위한 접속 패드가 캡 및/또는 하나 이상의 봉지층 외부에 위치할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 각각의 화소는 개별적인 광전변환 장치, 바람직하게는 유기 광전변환 장치를 형성할 수 있다. 그러므로, 예로서, 각각의 화소는 염료-민감화된 태양 전지(DSC), 더욱 바람직하게는 고체 염료-민감화된 태양 전지(sDSC)를 형성할 수 있다. 그러므로, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광전변환 물질은 바람직하게는 하나 이상의 n-반도체 금속 산화물, 하나 이상의 염료 및 하나 이상의 고체 p-반도체 유기 물질을 포함할 수 있다. 또한 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, n-반도체 금속 산화물은 제 1 전극 상에서 완충 층으로서 작용하는 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 조밀한 층 또는 고체 층으로 더욱 나뉘어질 수 있다. 또한, n-반도체 금속 산화물은 나노-다공성 및/또는 나노-미립자 특성을 갖는 동일한 n-반도체 금속 산화물 또는 다른 하나의 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 추가적인 층을 포함할 수 있다. 염료는 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물 위에 별도의 염료 층을 형성함으로써 및/또는 n-반도체 금속 산화물 층의 적어도 일부를 침지시킴으로써 이 추가적인 층을 민감화시킬 수 있다. 따라서, 통상적으로, 하나 이상의 염료, 바람직하게는 하나 이상의 유기 염료를 사용하여 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물을 민감화시킬 수 있다.
광학 검출기는 상기 기재되고/되거나 아래에서 더욱 상세하게 개시되는 바와 같이 하나 이상의 광 센서를 포함할 수 있다. 그러나, 광학 검출기는 추가로 하나 이상의 추가적인 촬영 장치를 포함할 수 있다. 본원에 사용되는 추가적인 촬영 장치는 상기 개시되거나 아래에서 더욱 상세하게 기재되는 바와 같은 광 센서 구성을 갖는 촬영 장치이다. 그러므로, 예로서, 상기 개시된 구성을 갖지 않는 다른 유형의 광 센서를 추가적인 촬영 장치로서 사용할 수 있다. 따라서, 예로서, 하나 이상의 임의적이고 추가적인 촬영 장치는 하나 이상의 종래의 촬영 장치일 수 있거나 하나 이상의 종래의 촬영 장치를 포함할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 CCD 칩 및/또는 하나 이상의 CMOS 칩 같은 하나 이상의 반도체 촬영 장치가 광학 검출기 내에 제공될 수 있다. 그러므로, 광 센서는 단독으로, 하나 이상의 추가적인 광 센서와 함께 및/또는 하나 이상의 추가적인 촬영 장치와 함께 사용될 수 있다. 예로서, 광학 검출기는 둘 이상의 촬영 장치의 적층체(여기에서, 촬영 장치중 적어도 하나는 광 센서임)를 포함할 수 있다. 예로서, 복수개의 촬영 장치의 개별적인 감수성 표면을 검출기의 광학 축에 평행하게 하여 복수개의 촬영 장치를 검출기의 광학 축을 따라 적층시킬 수 있다. 예로서, 광 센서는 투명한 광 센서일 수 있고, 광학 검출기에 들어가는 광은 발광하는 물체로부터 멀리 떨어진 촬영 장치의 적층체의 말단에서 불투명한 촬영 장치를 마지막으로 비추기 전에 먼저 하나 이상의 광 센서를 통과할 수 있다.
또한, 둘 이상의 촬영 장치를 포함하는 적층체를 사용하는 경우, 촬영 장치는 동일한 스펙트럼 감도를 가질 수 있고/있거나 상이한 스펙트럼 감도를 가질 수 있다. 따라서, 예로서, 촬영 장치중 하나는 제 1 파장 밴드에서 스펙트럼 감도를 가질 수 있고, 다른 하나의 촬영 장치는 제 2 파장 밴드에서 스펙트럼 감도를 가질 수 있으며, 제 1 파장 밴드는 제 2 파장 밴드와 상이하다. 이들 촬영 장치를 사용하여 발생된 신호 및/또는 영상을 평가함으로써, 색상 정보를 생성시킬 수 있다. 이와 관련하여, 상기 논의된 바와 같이, 촬영 장치의 적층체 내에 하나 이상의 투명한 광 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 촬영 장치의 스펙트럼 감도는 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 그러므로, 촬영 장치에 포함된 하나 이상의 광전변환 물질은 예를 들어 상이한 유형의 염료를 사용함으로써 특정 스펙트럼 감도를 제공하도록 구성될 수 있다. 그러므로, 적절한 염료를 선택함으로써, 촬영 장치의 특정 스펙트럼 감도를 생성시킬 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 촬영 장치의 스펙트럼 감도를 조정하기 위한 다른 수단을 이용할 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 파장-선택적인 요소가 사용될 수 있고, 하나 이상의 파장-선택적인 요소가 정의에 의해 개별적인 촬영 장치의 일부가 되도록 하나 이상의 촬영 장치에 배정될 수 있다. 예로서, 필터, 바람직하게는 색상 필터, 프리즘 및 색 선별 거울로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 파장-선택적인 요소를 사용할 수 있다. 따라서, 일반적으로는, 전술한 수단 및/또는 다른 수단중 하나 이상을 이용함으로써, 촬영 장치중 둘 이상이 상이한 스펙트럼 감도를 나타내도록 촬영 장치를 조정할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기는 특히 둘 이상의 촬영 장치의 적층체를 포함할 수 있다. 여기에서, 촬영 장치중 하나 또는 바람직하게는 둘 이상은 상기 개시되거나 아래에서 더욱 상세하게 개시되는 셋업을 갖는 광 센서일 수 있다. 이들 광 센서는 또한 화소화된 광 센서 또는 간단히 화소화된 센서라고도 불릴 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 광학 검출기는 하나, 둘 또는 그 이상의 촬영 장치를 포함하고, 이 때 촬영 장치중 하나 이상은 상기 개시되거나 아래에서 더욱 상세하게 개시되는 구성을 갖는 하나 이상의 광 센서로서 구체화될 수 있거나 이들 광 센서를 포함할 수 있다. 그러므로, 적층체는 투명하거나 적어도 부분적으로 투명한 광 센서 같은 하나, 둘 또는 그 이상의 광 센서를 포함할 수 있다. 적층체는 특히 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 둘 이상의 광 센서를 포함할 수 있다. 둘 이상의 상이한 유형의 염료를 사용함으로써 상이한 스펙트럼 감도를 획득할 수 있다. 그러므로, 적층체는 제 1 흡수 스펙트럼, 예컨대 하나 이상의 제 1 유형의 염료를 사용함으로써 생성되는 제 1 흡수 스펙트럼 같은 하나 이상의 제 1 스펙트럼 감도를 갖는 하나 이상의 제 1 유형의 광 센서, 및 제 2 흡수 스펙트럼, 예컨대 하나 이상의 제 2 유형의 염료를 사용함으로써 생성되는 제 2 흡수 스펙트럼 같은 하나 이상의 제 2 스펙트럼 감도를 갖는 하나 이상의 제 2 유형의 광 센서를 포함할 수 있다. 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 광 센서로부터의 센서 신호를 평가함으로써, 광학 검출기는 광학 검출기의 시야 범위 내의 물체에 관한 색상 정보중 하나 이상의 아이템 및/또는 광학 검출기에 들어가는 광 빔과 관련한 색상 정보중 하나 이상의 아이템, 예를 들어 색상 좌표 등을 발생시키도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 색상 정보 아이템을 발생시키기 위하여, 입력 변수 및/또는 순람표 등으로서 센서 신호를 사용하는 알고리즘 같은 하나 이상의 평가 알고리즘을 사용함으로써, 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 광 센서의 센서 신호를 평가할 수 있다. 적층체는 특히 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 광 센서를 교대하는 순서대로 포함할 수 있다.
둘 이상의 광 센서를 포함하는 적층체를 사용함으로써, 광학 검출기는 특히 광 센서의 센서 신호를 평가함으로써 3차원 영상을 획득하도록 구성될 수 있다. 그러므로, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 화소화된 광 센서를 복수개의 초점 평면으로 배열하여, 2차원 영상의 적층체를 동시에 또는 후속해서 획득할 수 있으며, 이 때 2차원 영상은 함께 3차원 영상을 형성할 수 있다. 광학 검출기는 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 광 센서의 센서 신호를 평가함으로써 특히 다색 3차원 영상, 바람직하게는 총 천연색 3차원 영상을 획득하도록 구성될 수 있다. 그러므로, 요약하자면, 광학 검출기는 통상 광학 검출기의 시야 범위 내의 장면의 3차원 영상을 획득하도록 구성될 수 있다. 3D 영상 정보를 획득하기 위해 가능한 평가 알고리즘은 초점 흐림으로부터의 깊이이고, 추가적인 알고리즘이 가능하다.
추가로 또는 다르게는, 광학 검출기는 광학 검출기의 시야 범위 내 및/또는 광학 검출기에 의해 캡쳐되는 장면 내의 물체 같은 하나 이상의 물체의 하나 이상의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "위치"는 통상적으로 공간 내에서 물체의 절대 위치 및/또는 배향에 관한 모든 정보 아이템을 가리킨다. 예로서, 하나 이상의 데카르트(Cartesian) 좌표 및/또는 회전 좌표 같은 하나 이상의 좌표에 의해 위치를 결정할 수 있다. 또한, 예로서, 광학 검출기와 물체 사이의 거리를 결정함으로써 위치를 결정할 수 있다.
물체의 위치를 결정하기 위하여 및/또는 위치에 관한 하나 이상의 정보 아이템을 유도하기 위하여, 다양한 알고리즘을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 예컨대 적절한 평가 장치에 의해 및/또는 판독 장치를 적절하게 디자인하여 광학 검출기의 하나 이상의 광 센서에 의해 캡쳐되는 하나 이상의 영상을 평가함으로써 광학 검출기를 구성할 수 있다. 이를 위하여, 다양한 평가 알고리즘을 이용할 수 있다. 예로서, 광 센서 상에서 물체의 영상의 위치를 평가함으로써 물체의 횡좌표를 결정할 수 있다. 물체와 광학 검출기 사이의 거리를 결정하기 위하여, 다양한 알고리즘이 당 업자에게 공지되어 있고 통상적으로 이용될 수 있다. 그러므로, 예로서, 물체와 광학 검출기 사이의 거리를 결정하기 위하여 광 센서 상의 물체의 영상의 크기를 평가할 수 있다. 또한, 예로서, "블랍(blob) 추적" 및/또는 "역추적" 같은 평가 알고리즘이 당 업자에게 통상적으로 공지되어 있고, 본 발명과 관련하여 사용될 수 있다.
아래에서 더욱 상세하게 개략적으로 기재되는 바와 같이, 광학 검출기는 또한 물체 및/또는 광학 검출기에 의해 캡쳐되는 장면의 3차원 영상을 획득하도록 구성될 수 있다. 그러므로, 특히 화소화된 광 센서의 적층체를 사용함으로써, 하나 이상의 3차원 영상을 캡쳐할 수 있다. 따라서, 각각의 화소화된 광 센서에 의해 획득되는 영상을 조합하여 하나 이상의 3차원 영상을 획득할 수 있다. 하나 이상의 3차원 영상을 평가함으로써, 하나 이상의 물체의 위치에 관한 추가적인 정보를 유도해낼 수 있다. 그러므로, 광학 검출기에 의해 생성되는 3차원 영상 내의 물체의 영상을 검출함으로써, 공간에서 물체의 위치를 유도해낼 수 있다. 이는 일반적으로 3차원 영상 내의 물체의 영상을 검출함으로써, 또한 광학 검출기의 일반적으로 알려져 있는 촬영 특성을 이용함으로써, 공간에서의 물체에 관한 위치 정보를 유도해낼 수 있다는 사실 때문이다.
그러므로, 일반적으로, 광학 검출기를 사용하여 상이한 초점 평면에서 영상을 동시에 기록할 수 있다. 바람직하게는 렌즈까지의 거리는 영상의 상이한 부분에 초점이 맞도록 하는 거리이다. 따라서, 초점 스태킹, z-스태킹, 초점 평면 병합으로 공지되어 있는 영상 처리 기법에 영상을 사용할 수 있다. 이러한 기법의 한 용도는 더 깊은 심도를 갖는 영상을 수득하는 것이며, 이는 특히 매크로 사진 또는 광학 현미경 같은 전형적으로 심도가 매우 얕은 촬영 기법에 특히 도움이 된다. 다른 용도는 알고리즘, 즉 초점으로부터의 깊이 또는 초점 흐림으로부터의 깊이 같은 콘볼루션(convolution)에 기초한 알고리즘을 이용하여 거리 정보를 수득하는 것이다. 또 다른 용도는 더욱 큰 예술적인 장점 또는 과학적인 장점을 수득하도록 영상을 최적화시키는 것이다.
복수개의 화소화된 센서를 갖는 광학 검출기를 사용하여 플렌옵틱(plenoptic) 카메라 또는 라이트 필드 카메라에 비해 검출기의 렌즈 또는 렌즈 시스템 뒤의 명시야를 기록할 수 있다. 그러므로, 구체적으로, 검출기는 다초점 평면에서, 예컨대 동시에 영상을 획득하도록 구성된 라이트 필드 카메라로서 구현될 수 있다. 본원에 사용되는 용어 라이트 필드는 통상 내부 카메라 같은 검출기 내부의 광의 공간상 광 전파를 가리킨다. 특히 광 센서의 적층체를 갖는 본 발명에 따른 검출기는 예컨대 렌즈 뒤에서 검출기 또는 카메라 내부의 명시야를 직접 기록하는 능력을 가질 수 있다. 복수개의 화소화된 센서는 렌즈로부터의 상이한 거리에서 영상을 기록할 수 있다. 예를 들어 "초점으로부터의 깊이" 또는 "초점 흐림으로부터의 깊이", 전파 방향, 초점 및 렌즈 뒤에서 광의 확산 같은 콘볼루션에 기초한 알고리즘을 모델링할 수 있다. 렌즈 뒤의 모델링된 광 전파로부터, 렌즈까지의 다양한 거리에서의 영상을 추출할 수 있거나, 시야의 깊이를 최적화할 수 있거나, 다양한 거리에서 초점이 맞는 화면을 추출해낼 수 있거나, 또는 물체의 거리를 계산할 수 있다. 다른 정보도 추출해낼 수 있다.
검출기 렌즈 뒤 같은 검출기 내부의 광 전파가 모델링되고/되거나 기록되면, 광 전파의 이 지식은 다수의 이점을 제공한다. 예로서, 광 전파의 이러한 지식은 영상 처리 기법을 이용하여 영상 적층체를 기록한 후 관찰자 위치를 약간 변경시킬 수 있다. 단일 영상에서, 물체는 다른 물체 뒤에 숨겨질 수 있고 보이지 않을 수 있다. 그러나, 숨겨진 물체에 의해 산란된 광이 렌즈에 도달하고 렌즈를 통해 하나 이상의 센서에 도달하면, 광축에 대한 렌즈 및/또는 영상 평면까지의 거리를 변화시킴으로써 또는 비평면상 영상 평면을 사용함으로써, 물체를 보이게 만들 수 있다. 관찰자의 위치 변화는 관찰자의 위치 변화가 영상을 약간 변화시키는 홀로그램에서와 비교될 수 있다. 관찰자 위치 변경은 카드보드 효과로 알려져 있는 3차원 물체의 비현실적인 편평한 인지를 피하기 때문에 모션 캡쳐 및 3차원 비디오 리코딩에서 특히 유리할 수 있다.
몇몇 화소화된 센서의 사용은 또한 영상을 기록한 후 영상 처리 단계에서의 렌즈 오차를 보정할 수 있다. 광학 기기는 흔히 렌즈 오차를 교정해야 할 필요가 있는 경우 제작이 비싸지고 어려워진다. 이들은 현미경 및 망원경에서 특히 문제가 된다. 현미경에서, 전형적인 렌즈 오차는 광축까지의 거리가 다양한 선이 상이하게 변형된다는 것이다(구면 수차). 망원경에서는, 대기중의 상이한 온도로부터 초점 변화가 일어날 수 있다. 보정 단계에서 오차를 결정한 다음 고정된 화소 세트 및 센서 같은 고정된 영상 처리 또는 광 전파 정보를 이용하는 관련 처리 기법을 이용함으로써, 이러한 구면 수차 또는 생산시의 추가적인 오차 같은 정적인 오차를 교정할 수 있다. 렌즈 오차가 매우 시간-의존적인, 즉 망원경에서의 날씨 조건에 의존적인 경우에는, 렌즈 뒤의 광 전파를 이용함으로써, 필드 영상의 확장된 깊이를 계산함으로써, 초점 기법으로부터의 깊이를 이용함으로써, 렌즈 오차를 교정할 수 있다.
하나 이상의 광 센서 및 하나 이상의 판독 장치를 포함하는 본 발명에 따른 광학 검출기는 하나 이상의 다른 유형의 센서 또는 검출기와 추가로 조합될 수 있다. 그러므로, 화소 매트릭스를 갖는 하나 이상의 광 센서(이후, 간단히 화소화된 광 센서 및/또는 화소화된 센서라고도 함) 및 하나 이상의 판독 장치를 포함하는 광학 검출기는 하나 이상의 추가적인 검출기를 추가로 포함할 수 있다. 하나 이상의 추가적인 검출기는 주위 환경의 매개변수, 예컨대 주위 환경의 온도 및/또는 밝기; 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 검출하도록 구성될 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 검출기는 하나 이상의 비행시간 측정을 수행함으로써 하나 이상의 물체와 광학 검출기 사이의 하나 이상의 거리를 검출하도록 구성된 하나 이상의 비행시간(ToF) 검출기를 추가로 포함할 수 있다. 본원에 사용되는 비행시간 측정은 통상 두 물체 사이에서 또는 한 물체에서 다른 물체까지 그리고 그 반대로 전파하는데 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 수행하도록 구성된 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 화소화된 광 센서를 함유할 수 있다. 그러나, 각 화소가 통상 2개의 통합을 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 검출하기가 어렵거나 불가능하다. 뿐만 아니라, 펄스의 주기성으로 인해 불명료한 거리가 생성되는데, 왜냐하면 한 주기 내에서 펄스의 상대적인 이동이 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 숨거나, 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 인간-기계-인터페이스 같은 일상 용도에 대한 현 ToF 카메라의 적합성을 낮춘다.
하나 이상의 화소화된 광 센서 및 판독 장치가 제공되는 본 발명에 따른 광학 검출기와 조합되는 경우, 두 시스템의 이점과 능력이 유익한 방식으로 결합될 수 있다. 그러므로, 광학 검출기는 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 화소화된 광 센서를 사용함으로써 실행되는 하나 이상의 측정을 교정하기 위해 하나 이상의 ToF 측정을 이용하도록, 또는 그 반대로 되도록 디자인될 수 있다. 또한, 광학 검출기를 사용함으로써, ToF 측정의 불명료성이 해소될 수 있다. 특히 ToF 측정의 분석이 불명료한 경향을 보일 때마다 화소화된 광 센서를 사용한 측정을 수행할 수 있다. 또한 또는 다르게는, ToF 측정의 불명료성으로 인해 통상적으로 배제되는 영역으로 ToF 측정기의 작업 범위를 확장시키기 위하여, 화소화된 광 센서를 사용한 측정을 연속적으로 실행할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 화소화된 광 센서는 보다 넓은 거리 측정 영역을 허용하는 더 넓은 또는 추가적인 범위를 커버할 수 있다. 화소화된 광 센서는 특히 카메라에 사용되는 경우 에너지 소비를 감소시키거나 눈을 보호하기 위하여 측정을 위한 하나 이상의 중요한 영역을 결정하는데 추가로 사용될 수 있다. 그러므로, 화소화된 광 센서는 하나 이상의 관심 영역을 검출하도록 구성될 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 화소화된 광 센서는 검출기에 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 개선될 수 있다. 또한, 화소화된 광 센서는 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 화소화된 광 센서가 사용될 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 카메라로서 또는 카메라의 일부로서 사용될 수 있는 화소화된 광 센서에 의해 대략적인 깊이 맵을 기록할 수 있다. 또한, 검출기에 포획된 장면 내의 하나 이상의 물체에 관한 깊이 정보 또는 z-정보를 함유하는 대략적인 깊이 맵을 하나 이상의 ToF 측정을 이용함으로써 개선할 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 화소화된 광 센서를 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. 화소화된 측정/ToF 측정의 조합을 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, 화소화된 검출기와 하나 이상의 ToF 검출기의 조합은 비가 내리는 날씨에서도 여전히 작업할 수 있고, 전체 검출기는 통상 날씨 조건에 덜 의존적이 된다. 예로서, 화소화된 광 센서에 의해 제공되는 측정 결과를 사용하여 ToF 측정 결과로부터 비에 의해 야기되는 오차를 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 화소화된 광 센서와 하나 이상의 ToF 검출기를 동일한 광 경로 내에 연속적으로 배열할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 투명한 화소화된 광 센서를 하나 이상의 ToF 검출기 앞에 위치시킬 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 화소화된 광 센서 및 ToF 검출기에 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, 화소화된 광 센서는 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, 화소화된 광 센서를 사용한 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 화소화된 광 센서와 하나 이상의 ToF 검출기를 동일한 장치에서 서로 앞뒤로 위치시킬 수 있다. 다양한 다른 구성이 실현가능하다.
기본적으로는 하나 이상의 임의적인 ToF 검출기를 본 발명에 따른 광학 검출기의 임의의 실시양태와 조합할 수 있다. 구체적으로는, 단일 ToF 검출기 또는 ToF 카메라일 수 있는 하나 이상의 ToF 검출기를 단일 광 센서와 또는 센서 적층체 같은 복수개의 광 센서와 조합할 수 있다. 또한, 광학 검출기는 또한 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩 같은 하나 이상의 무기 촬영 장치, 바람직하게는 하나 이상의 총 천연색 CCD 칩 또는 총 천연색 CMOS 칩 같은 하나 이상의 촬영 장치를 포함할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 광학 검출기는 하나 이상의 온도 측정 카메라를 추가로 포함할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 예로서 검출기의 하나 이상의 광 센서 또는 화소화된 센서는 하나 이상의 유기 광 센서일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 광 센서는 하나 이상의 염료-민감화된 태양 전지(DSC), 바람직하게는 하나 이상의 고체 DSC 또는 sDSC 같은 하나 이상의 유기 태양 전지일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 구체적으로, 하나 이상의 광 센서는 광자 밀도 또는 광자 선속에 따라 달라지는 센서 신호의 효과를 보여줄 수 있는 하나 이상의 광 센서일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 아래에서, 이들 유형의 광 센서는 FiP 센서로 일컬어진다. FiP 센서에서는, 조명의 총 동력 p가 동일하면, 센서 신호(i)가 통상 광자의 선속(F), 즉 단위 면적당 광자의 수에 따라 달라진다. 달리 말해, 하나 이상의 광 센서는 FiP 센서로서, 즉 센서 신호를 제공할 수 있는 광 센서, 하나 이상의 센서 영역(예컨대, 복수개의 센서 영역, 예를 들어 화소)을 갖는 광 센서로서 정의되는 하나 이상의 광 센서를 포함할 수 있고, 이 때 센서 신호는 광 빔에 의한 센서 영역의 총 조명 강도가 동일하면 조명의 기하학적 형태, 특히 센서 구역 상에서의 조명의 빔 단면에 따라 달라진다. 이 효과를 나타내는 광 센서의 가능한 실시양태(예컨대, sDSC)를 포함하는 이 효과는 WO 2012/110924 A1 호, US 특허 가출원 제 61/739,173 호(2012년 12월 19일자 출원), 제 61/749,964 호(2013년 1월 8일자 출원), 및 제 61/867,169 호(2013년 8월 19일자 출원), 및 국제 특허원 PCT/IB2013/061095 호(2013년 12월 18일자 출원)에 더욱 상세하게 개시된다. 모두 본원에 참고로 인용되는 이들 종래 기술 문헌에 개시된 FiP 효과를 나타내는 광 센서의 실시양태는 또한, 광 센서 또는 하나 이상의 광 센서가 화소화되는 사실을 제외하고는 또한 본 발명에 따른 검출기의 광 센서로서 사용될 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 전술한 종래 기술 문헌중 하나 이상에서 사용되는 광 센서를 화소화된 방식으로 본 발명과 관련하여 사용할 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 이들 광 센서의 제 1 및/또는 제 2 전극의 적절한 패턴화에 의해 화소화를 간단히 달성할 수 있다. 그러므로, 상기 언급된 FiP-효과를 나타내는 화소화된 광 센서의 화소 각각은 그 자체로 FiP 센서를 형성할 수 있다.
그러므로, 본 발명에 따른 광학 검출기는 구체적으로 완전히 또는 부분적으로, 화소화된 FiP 카메라, 즉 하나 이상의 광 센서, 또는 복수개의 광 센서가 제공되는 경우에는 광 센서중 하나 이상이 화소화된 FiP 센서로서 구현되는 카메라로서 구체화될 수 있다. 화소화된 FiP-카메라에서, 사진은 라이트 필드 카메라의 구성에서 상기 개시된 것과 유사한 방식으로 기록될 수 있다. 그러므로, 검출기는 각각의 광 센서가 화소화된 FiP 센서로서 구현되는 광 센서의 적층체를 포함할 수 있다. 사진은 렌즈로부터 상이한 거리에서 기록될 수 있다. 초점으로부터의 깊이 및/또는 초점 흐림으로부터의 깊이 같은 접근법을 이용하여 이들 사진으로부터 깊이를 계산할 수 있다.
FiP 측정은 전형적으로 FiP 효과를 나타내는 유기 태양 전지 같은 둘 이상의 FiP 센서를 필요로 한다. 상이한 전지상의 광자 밀도는 초점에 근접한 전지와 초점에서 먼 전지 사이에서 1/100 이상의 전류 비가 수득되도록 변할 수 있다. 이 비가 1에 근접하면, 측정이 정밀하지 않을 수 있다.
완전히 또는 부분적으로 광학 검출기의 평가 장치로서 구체화될 수 있거나 또는 완전히 또는 부분적으로 광학 검출기의 평가 장치의 일부일 수 있는 하나 이상의 판독 장치는 특히 상이한 광 센서의 화소에 의해 발생되는 신호를 비교하도록 구현될 수 있으며, 이 때 화소는 검출기의 광축에 평행한 선 상에 위치된다. 광 빔의 광원뿔은 초점 영역에서 단일 화소를 덮는다. 흐린 초점 영역에서는, 광원뿔의 작은 일부만이 화소를 덮는다. 그러므로, 화소화된 FiP 센서의 적층체에서, 흐린 초점의 센서 화소의 신호는 통상 초점의 센서 화소의 신호보다 훨씬 더 작다. 결과적으로, 신호 비가 개선된다. 물체와 검출기 사이의 거리를 계산함에 있어서는, 정밀도를 더 증가시키기 위하여 둘 이상의 광 센서를 사용할 수 있다.
그러므로, 일반적으로, 하나 이상의 광 센서는 각각의 광 센서가 하나 이상의 센서 영역을 갖고 하나 이상의 센서 신호를 제공할 수 있는 광 센서의 하나 이상의 적층체를 포함할 수 있으며, 이 때 센서 신호는 광 빔에 의한 센서 영역의 조명의 총 강도가 동일하다면 조명의 기하학적 형태, 특히 센서 구역 상의 조명의 빔 단면에 따라 달라지며, 평가 장치는 특히 하나 이상의 물체와 광학 검출기 사이의 거리 및/또는 물체의 z-좌표를 결정하기 위하여 광 센서중 제 1 센서의 하나 이상의 화소에 의해 발생되는 하나 이상의 센서 신호를 광 센서중 제 2 센서의 하나 이상의 화소에 의해 발생되는 하나 이상의 센서 신호와 비교하도록 구성될 수 있다. 판독 장치, 구체적으로 평가 장치는 또한 화소의 센서 신호를 평가하도록 구성될 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 평가 알고리즘을 사용할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 예를 들어 FiP 센서 신호 값 또는 그의 비 및 물체의 상응하는 z-좌표 및/또는 물체와 검출기 사이의 상응하는 거리를 포함하는 하나 이상의 순람표 같은 하나 이상의 순람표를 사용함으로써, 다른 평가 수단을 이용할 수 있다. 렌즈까지의 거리 및/또는 광 센서 사이의 거리를 감안한 몇 개의 FiP-신호의 분석은 또한 광 빔의 확산, 따라서 통상적인 FiP-거리 같은 광 빔에 관한 정보를 생성시킬 수 있다.
감광성 층 셋업은 3개 이상의 제 1 전극 스트라이프, 바람직하게는 10개 이상의 제 1 전극 스트라이프, 더욱 바람직하게는 30개 이상의 제 1 전극 스트라이프, 가장 바람직하게는 50개 이상의 제 1 전극 스트라이프를 포함할 수 있다. 유사하게, 감광성 층 셋업은 3개 이상의 제 2 전극 스트라이프, 바람직하게는 10개 이상의 제 2 전극 스트라이프, 더욱 바람직하게는 30개 이상의 제 2 전극 스트라이프, 가장 바람직하게는 50개 이상의 제 2 전극 스트라이프를 포함할 수 있다. 그러므로, 예로서, 감광성 층 셋업은 3 내지 1200개의 제 1 전극 스트라이프 및 3 내지 1200개의 제 2 전극 스트라이프, 바람직하게는 10 내지 1000개의 제 1 전극 스트라이프 및 10 내지 1000개의 제 2 전극 스트라이프, 더욱 바람직하게는 50 내지 500개의 제 1 전극 스트라이프 및 50 내지 500개의 제 2 전극 스트라이프를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시양태도 실현가능하다.
본 발명의 다른 양태에서는, 하나 이상의 몰체의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템이 개시되어 있다. 검출기 시스템은 본 발명에 따른 하나 이상의 광학 검출기, 예를 들어 상기 기재된 하나 이상의 실시양태에서 개시된 바와 같은 및/또는 아래에서 더욱 상세하게 개시되는 하나 이상의 실시양태에서 개시되는 바와 같은 하나 이상의 광학 검출기를 포함한다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기는 하나, 둘 또는 그 이상의 촬영 장치를 포함하고, 이 때 촬영 장치중 하나 이상은 상기 개시되거나 아래에서 더욱 상세하게 개시되는 구성을 갖는 하나 이상의 광 센서, 즉 하나 이상의 화소화된 광 센서로서 구현될 수 있거나 이러한 광 센서를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광학 검출기는 둘 이상의 화소화된 광 센서의 적층체를 포함할 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 둘 이상의 화소화된 광 센서의 적층체 같은 둘 이상의 화소화된 광 센서를 사용함으로써, 또한 이들 화소화된 광 센서를 사용하여 영상을 찍음으로써, 광학 검출기에 의해 캡쳐된 장면 및/또는 물체의 3차원 영상을 캡쳐할 수 있다. 3차원 영상을 평가함으로써, 예를 들어 3차원 영상 내의 물체의 영상을 검출함으로써, 또한 임의적으로는 광학 검출기의 하나 이상의 렌즈의 공지되어 있는 촬영 특성 같은 광학 검출기의 공지의 촬영 특성을 사용함으로써, 물체와 광학 검출기 사이의 거리 및/또는 공간에서 물체의 위치에 관한 다른 정보 아이템 같은 공간에서의 물체의 위치를 결정할 수 있다.
검출기 시스템은 하나 이상의 광 빔을 검출기 쪽으로 유도하도록 구성된 하나 이상의 비컨 장치를 추가로 포함할 수 있다. 본원에 사용되는 비컨 장치는 통상적으로 하나 이상의 광 빔을 광학 검출기 쪽으로 유도하도록 구성된 모든 장치를 가리킨다. 비컨 장치는 완전히 또는 부분적으로, 광 빔을 생성시키기 위한 하나 이상의 조명원을 포함하는 활성 비컨 장치로서 구체화될 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 비컨 장치는 완전히 또는 부분적으로, 비컨 장치와는 독립적으로 생성되는 주요 광 빔을 광학 검출기 쪽으로 반사시키도록 구성된 하나 이상의 반사 요소를 포함하는 수동형 비컨 장치로서 구현될 수 있다.
비컨 장치는 물체에 부착될 수 있는 형태, 물체에 의해 보유될 수 있는 형태, 물체 내로 통합될 수 있는 형태 중 하나 이상의 형태이다. 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, 다시, 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 미국 특허 가출원 제 61/739,173 호, 2013년 1월 8일자로 출원된 제 61/749,964 호, 2013년 8월 19일자로 출원된 제 61/867,169 호, 및 2013년 12월 18일자로 출원된 국제 특허원 PCT/IB2013/061095 호중 하나 이상을 참조할 수 있으며, 이들 문헌은 모두 본원에 참고로 인용된다. 다른 실시양태도 가능하다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 비컨 장치는 완전히 또는 부분적으로 능동 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 수동 비컨 장치로 구현될 수 있고, 물체와 독립적인 조명원에 의해 발생되는 주요 광 빔을 반사하도록 구성된 하나 이상의 반사 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 광 빔을 발생시키는데 덧붙여 또는 광 빔을 발생시키는 대신, 비컨 장치는 주요 광 빔을 검출기 쪽으로 반사시키도록 구성될 수 있다.
검출기 시스템은 비컨 장치를 포함하지 않거나 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 변화시키도록 구성되는 경우에는, 셋 이상의 비컨 장치를 사용할 수 있다. 일반적으로, 비컨 장치의 수는 물체의 가요성 정도에 대해 조절될 수 있다. 바람직하게는, 검출기 시스템은 셋 이상의 비컨 장치를 포함한다.
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.
본 발명의 다른 양태에서는, 사용자와 기계 사이에서 하나 이상의 정보 아이템을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스가 개시된다. 인간-기계 인터페이스는 본 발명, 예를 들어 상기 개시된 하나 이상의 실시양태에 따른 및/또는 아래에서 더욱 상세하게 개시되는 하나 이상의 실시양태에 따른 하나 이상의 검출기 시스템을 포함한다. 비컨 장치는 사용자에게 직접적으로 또는 간접적으로 부착되는 형태 및 사용자에 의해 보유되는 형태 중 하나 이상의 형태가 되도록 구성된다. 인간-기계 인터페이스는 검출기 시스템에 의해 사용자의 하나 이상의 위치를 결정하도록 디자인된다. 인간-기계 인터페이스는 또한 하나 이상의 정보 아이템을 그 위치에 부여하도록 디자인된다.
본 발명의 다른 양태에서는, 하나 이상의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치가 개시된다. 엔터테인먼트 장치는 본 발명에 따른 하나 이상의 인간-기계 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 장치는 또한 사용자가 인간-기계 인터페이스에 의해 하나 이상의 정보 아이템을 입력할 수 있도록 디자인된다. 엔터테인먼트 장치는 또한 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 바꾸도록 디자인된다.
본 발명의 추가적인 양태에서는, 하나 이상의 이동가능한 물체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템이 개시된다. 추적 시스템은 본 발명, 예를 들어 상기 개시된 하나 이상의 실시양태에 따른 및/또는 아래에서 더욱 상세하게 개시되는 하나 이상의 실시양태에 따른 하나 이상의 검출기 시스템을 포함한다. 추적 시스템은 또한 하나 이상의 추적 컨트롤러를 포함하는데, 추적 컨트롤러는 특정 시점에서 물체의 일련의 위치를 추적하도록 구성된다.
본 발명의 다른 양태에서는, 광학 검출기의 제조 방법이 개시된다. 바람직하게는, 광학 검출기는 본 발명에 따른, 예를 들어 상기 개시된 하나 이상의 실시양태에 따른 및/또는 아래에서 더욱 상세하게 개시되는 하나 이상의 실시양태에 따른 광학 검출기이다. 그러므로, 광학 검출기의 가능한 실시양태에 대해서는,상기 및/또는 하기 광학 검출기의 개시내용을 참조할 수 있다. 그러나, 다른 실시양태도 실현가능하다.
본 방법은 하기 방법 단계를 포함한다. 방법 단계는 바람직한 순서대로 주어진다. 그러나, 방법 단계가 또한 다른 순서대로 수행될 수 있음을 알아야 한다. 또한, 둘 이상 또는 심지어 모든 방법 단계를 동시에 및/또는 중첩되는 방식으로 수행할 수 있다. 또한, 하나, 둘 또는 그 이상의 방법 단계를 반복적으로 수행할 수 있다. 본 방법은 아래에 나열되지 않은 추가적인 방법 단계를 포함할 수 있다.
방법 단계는 다음과 같다:
a) 감광성 층 셋업이 기판 상에 침착되는 광 센서를 제조하는 단계(이 때, 상기 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 갖고, 상기 광전변환 물질은 하나 이상의 유기 물질을 포함하며, 상기 제 1 전극은 복수개의 제 1 전극 스트라이프를 포함하고, 상기 제 2 전극은 복수개의 제 2 전극 스트라이프를 포함하며, 상기 제 1 전극 스트라이프와 제 2 전극 스트라이프는 제 1 전극 스트라이프와 제 2 전극 스트라이프의 교차점에 화소 매트릭스가 형성되도록 교차됨); 및 b) 제 2 전극 스트라이프에 연결되어 있는 복수개의 전기 측정 장치를 포함하고 제 1 전극 스트라이프를 전기 측정 장치에 후속 연결하기 위한 하나 이상의 스위칭 장치를 추가로 포함하는 하나 이상의 판독 장치를 광 센서에 연결하는 단계.
광 센서 및/또는 판독 장치의 가능한 실시양태와 관련하여, 또한 가능한 침착 기법과 관련하여, 상기 주어지고/주어지거나 아래에서 더욱 상세하게 주어지는 광학 검출기의 개시내용을 참조할 수 있다.
광 센서, 바람직하게는 전극 스트라이프와 접속하는 광 센서의 전기 접속 패드로의 하나 이상의 판독 장치의 연결은 영구적인 방식으로 및/또는 해체 가능한 방식으로 수행될 수 있다. 그러므로, 가장 간단한 방식으로, 전극 스트라이프를 전기적으로 접속시키는데 접속 핀 및/또는 접속 클램프를 사용할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 액정 디스플레이 기술 및/또는 다른 디스플레이 기술 같은 디스플레이 기술에서 공지되어 있는 커넥터 기술 같은 영구적인 연결 기술을 이용할 수 있다. 그러므로, 하나 이상의 등방성 전기 전도성 접착제 및/또는 소위 제브라 커넥터(zebra connector), 즉 전도성 부분과 비전도성 부분을 갖는 접착제 스트라이프 같은 하나 이상의 전지 전도성 접착제를 사용함으로써, 연결을 수행할 수 있다. 이들 기술은 당 업자에게 통상적으로 공지되어 있다.
상기 주어진 방법 단계중 하나 또는 둘 다는 둘 이상의 부속 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 예로서, 방법 단계 a)는 하기 부속 단계를 포함할 수 있다:
a1. 기판을 제공하는 단계; a2. 기판 상에 하나 이상의 하부 전극을 침착시키는 단계(여기에서, 상기 하부 전극은 제 1 전극 또는 제 2 전극중 하나이고, 상기 하부 전극은 복수개의 하부 전극 스트라이프를 포함함); a3. 하부 전극 상에 하나 이상의 광전변환 물질을 침착시키는 단계; a4. 광전변환 물질 상에 하나 이상의 상부 전극을 침착시키는 단계(이 때, 상기 상부 전극은 상기 방법 단계 a2.와 비교하여 제 1 전극 및 제 2 전극중 다른 하나이고, 상기 상부 전극은 복수개의 상부 전극 스트라이프를 포함하며, 상기 하부 전극 스트라이프와 상부 전극 스트라이프가 화소 매트릭스가 형성되게 교차하도록 상부 전극 스트라이프를 침착시킴).
기판 및 하부 전극 및/또는 상부 전극의 침착의 가능한 세부사항에 대해서는, 상기 기재된 개시내용 및/또는 아래에서 주어지는 추가의 임의적인 실시양태를 참조할 수 있다. 하나 이상의 광전변환 물질의 침착에 대해서는, 공지의 침착 기법, 예를 들어 WO 2012/110924 A1 호, US 특허 가출원 제 61/739,173 호, 또는 US 특허 가출원 제 61/749,964 호중 하나 이상에 개시된 침착 기법을 침조할 수 있다. 그러나, 다른 침착 기법도 가능하다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 하부 전극을 패턴화하는데 다양한 기법이 가능하다. 그러므로, 예로서, 하부 전극을 패턴화되지 않은 방식으로 침착시키고, 바람직하게는 에칭 기법 같은 리소그래픽 기법을 이용함으로써 후속 패턴화시킬 수 있다. 이들 기법은 예로서 본 발명 내에서도 사용될 수 있는 인듐-도핑된 산화주석(ITO)의 패턴화 같이 디스플레이 기술 분야에 공지되어 있다. 추가로 또는 다르게는, 바람직하게는 쉐도우 마스크 같은 마스크를 통한 침착 기법 또는 인쇄 기법중 하나 이상을 이용함으로써 하부 전극을 패턴화된 방식으로 침착시킬 수 있다.
방법 단계 a3.은 그 자체로 다수개의 부속 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 예로서, 하나 이상의 광전변환 물질의 침착은 복수개의 광전변환 물질의 층 셋업의 구축을 포함할 수 있다. 예로서, 방법 단계 a3.은 하기 방법 단계를 포함할 수 있다:
- 조밀한 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 층, 바람직하게는 TiO2의 조밀한 층을 침착시키는 단계;
- 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 층, 바람직하게는 나노-다공성 TiO2의 하나 이상의 층을 침착시키는 단계;
- 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 층을 하나 이상의 유기 염료로 민감화시키는 단계;
- 민감화된 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물 위에 고체 p-반도체 유기 물질의 하나 이상의 층을 침착시키는 단계.
이들 층을 침착시키는데 이용되는 침착 기법은 통상 당 업자에게 공지되어 있다. 그러므로, 다시, 상기 언급된 문서를 참조할 수 있다. 예로서, n-반도체 금속 산화물의 조밀한 층을 침착시키기 위하여, 스퍼터링, 바람직하게는 반응성 스퍼터링 같은 분무 열분해 침착 또는 물리적 증착 기법을 이용할 수 있다. 따라서, 에로서, 조밀한 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 층은 바람직하게는 10nm 내지 500nm의 두께를 갖는 하나 이상의 이산화티탄 층을 포함할 수 있다. 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 층을 침착시키기 위해서는, 습식 가공 및/또는 인쇄 같은 다양한 침착 기법을 이용할 수 있다. 예로서, 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물의 입자(예컨대, 나노-다공성 이산화티탄 입자)를 함유하는 용액 및/또는 분산액의 독터 블레이딩 및/또는 회전 코팅 같은 습식 코팅 기법을 이용할 수 있다. 예로서, 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 층은 건조 상태에서 10nm 내지 10000nm의 두께를 갖는 하나 이상의 층을 포함할 수 있다.
나노-다공성 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 층을 민감화시키기 위하여, 다양한 기법, 바람직하게는 침지-코팅, 분무, 회전-코팅, 독터 블레이딩, 인쇄 또는 다른 기법, 또는 단순히 하나 이상의 유기 염료의 용액에 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 층을 침지시키는 것과 같은 습식 가공 기법을 이용할 수 있다.
유사하게, 고체 p-반도체 유기 물질의 하나 이상의 층을 침착시키기 위해서는, 물리적 증착, 바람직하게는 진공 증발 기법 같은 공지의 침착 기법, 및/또는 인쇄 및/또는 회전-코팅 같은 습식 가공 기법을 이용할 수 있다.
언급된 방법 단계를 역순으로 수행함으로써, 상기 개시된 층 셋업을 뒤집을 수도 있음을 알아야 한다.
상기 언급된 하나 이상의 상부 전극의 침착은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 그러므로, 예로서, 바람직하게는 상부 전극을 패턴화된 방식으로 광전변환 물질 위로 침착시킴으로써, 예를 들어 쉐도우 마스크를 통한 침착 및/또는 인쇄 기법을 이용함으로써, 패턴화된 방식의 침착을 수행할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 상부 전극을 패턴화되지 않은 방식으로 광전변환 물질 위로 침착시킨 후에, 예를 들어 레이저 삭마 및/또는 다른 패턴화 단계에 의해 상부 전극의 하나 이상의 패턴화 단계를 수행할 수 있다. 다시, 추가로 또는 다르게는, 완전히 또는 부분적으로, 기판 또는 광전변환 물질 또는 이들의 일부중 하나 이상의 위에 하나 이상의 분리막을 제공한 다음, 상부 전극의 패턴화되지 않은 침착(이 때, 상부 전극은 분리막에 의해 상부 전극 스트라이프로 추가로 분할됨)을 수행함으로써 상부 전극의 침착을 수행할 수 있다. 따라서, 가능한 절연 분리막에 대해서는, 상기 나열된 문서를 참조할 수 있다. 바람직하게는, 복수개의 분리막 스트라이프를 포함하는 하나 이상의 분리막은 상부 전극을 상부 전극 스트라이프로 더욱 분할하기 위해 상부에 날카로운 가장자리를 갖는 포토레지스트 구조체일 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 상부 전극은 하나 이상의 금속 층을 포함하는 순수한 금속 전극 같은 순수한 전극일 수 있거나, 또는 하나 이상의 전기 전도성 층과 하나 이상의 금속 층을 포함하는 복합 전극일 수 있다. 그러므로, 예로서, 방법 단계 a4.는 광전변환 물질 위에 하나 이상의 전기 전도성 중합체를 침착시킨 다음 전기 전도성 중합체 위에 하나 이상의 금속 층을 침착시킴을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 예로서, 투명한 상부 전극을 제조할 수 있다. 그러므로, 예로서, 금속 층은 50nm 미만의 두께, 바람직하게는 40nm 미만의 두께, 더욱 바람직하게는 30nm 미만의 두께를 가질 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 30nm 미만의 금속 두께, 예컨대 20nm 미만의 두께의 경우, 금속 층의 투명성을 획득할 수 있다. 하나 이상의 금속 층 아래에 전기 전도성 중합체를 제공함으로써 여전히 전기 전도성을 제공할 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 하나 이상의 전기 전도성 중합체를 배턴화되지 않은 방식으로 도포한 다음, 하나 이상의 패턴화 단계를 수행할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 예컨대 하나 이상의 인쇄 기법을 이용함으로써 패턴화된 방식으로 전기 전도성 중합체의 하나 이상의 층을 침착시킬 수 있다. 다시, 추가로 또는 다르게는, 예를 들어 상기 언급된 하나 이상의 전기 절연 분리막을 사용함으로써 자가-패턴화 단계에서 전기 전도성 중합체의 하나 이상의 층을 패턴화시킬 수 있다. 따라서, 하나 이상의 전기 절연 분리막을 갖는 기판 위에 전기 전도성 중합체를 회전 코팅시킬 수 있으며, 이 때 하나 이상의 전기 절연 분리막은 전기 전도성 중합체의 하나 이상의 층을 복수개의 전기 전도성 중합체 스트라이프로 더 나누도록 구성된다. 이어, 하나 이상의 금속 층을 침착시킬 수 있고, 이 금속 층은 다시 하나 이상의 전기 절연 분리막에 의해 금속 스트라이프로 더 나뉘어질 수 있다.
본 발명의 추가적인 양태에서는, 물체의 하나 이상의 영상을 찍는 방법이 개시된다. 물체는 일반적으로 영상을 찍을 수 있는 임의적인 물체일 수 있다. 이 방법은 본 발명에 따른, 예컨대 상기 언급된 실시양태중 하나 이상에 따른 및/또는 아래에서 더욱 상세하게 언급되는 하나 이상의 실시양태에 따른 광학 검출기의 사용을 포함한다.
이 방법은 주어진 순서대로 실행될 수 있는 하기 방법 단계를 포함한다. 그러나, 다른 순서도 실행가능하다. 또한, 둘 이상의 방법 단계를 시간상 중첩되도록 및/또는 동시에 수행할 수 있다. 또한, 하나 이상의 또는 심지어 모든 방법 단계를 반복적으로 수행할 수 있다. 뿐만 아니라, 이 방법은 나열되지 않은 추가적인 방법 단계를 포함할 수 있다.
이 방법은 하기 단계를 포함한다:
- 광 센서 상으로 물체를 촬영하는 단계;
- 제 1 전극 스트라이프를 측정 장치에 후속 연결하는 단계(여기에서, 측정 장치는 각각의 제 1 전극 스트라이프에 대해 개별적인 제 1 전극 스트라이프의 화소의 상응하는 전기 신호를 측정함);
- 화소의 전기 신호를 구성하여 영상을 형성시키는 단계.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 화소의 전기 신호는 소멸성 및/또는 비-소멸성 데이터 메모리 같은 데이터 메모리 내에 저장될 수 있다. 데이터 메모리는 디지털 값, 더욱 바람직하게는 그레이-스케일 값 같은 전기 신호를 나타내는 값의 어레이를 제공할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 이 방법은 하나 이상의 가공 단계를 거칠 수 있는 미처리 또는 제 1 전기 신호를 사용함으로써 수행될 수 있다. 따라서, 전기 신호는 아날로그 포맷의 제 1 전기 신호를 포함할 수 있으며, 이 때 미처리 전기 신호로도 일컬어지는 제 1 전기 신호는 제 2 전기 신호로 변형될 수 있다. 제 2 전기 신호는 디지털 전기 신호일 수 있다. 제 1 전기 신호를 제 2 전기 신호로 변형시키기 위하여, 하나 이상의 아날로그-디지털 변환기를 사용할 수 있다. 그러나, 다르게는 또는 추가로, 아날로그-디지널 변환 외에 필터링 기법 및/또는 데이터 압축 기법 같은 다른 처리 기법을 이용할 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 제 2 전기 신호는 각 화소에 대한 그레이-스케일 수준을 포함한다. 그러므로, 예로서, 4-비트 그레이-스케일 수준, 8-비트 그레이-스케일 수준 또는 심지어 16-비트 그레이-스케일 수준을 이용할 수 있다. 다른 실시양태도 가능하다.
본 발명의 추가적인 양태에서는, 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 용도; 보안 용도; 안전 용도; 인간-기계 인터페이스 용도; 추적 용도; 예술, 기록 또는 기술 목적의 디지털 사진 용도 같은 사진 용도로 이루어진 군으로부터 선택되는 용도를 위한, 본 발명, 예를 들어 상기 개시된 하나 이상의 실시양태 및/또는 아래에서 더욱 상세하게 개시되는 하나 이상의 실시양태에 따른 광학 검출기의 사용이 개시된다.
그러므로, 일반적으로, 본 발명에 따른 광학 검출기는 다양한 사용 분야에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 용도; 보안 용도; 인간-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; 광학 헤드-장착 디스플레이; 웹캠; 오디오 장치, 돌비 서라운드 오디오 시스템; 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 용도에 광학 검출기를 적용시킬 수 있다. 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 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.
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 호, 2013년 8월 19일자로 출원된 제 61/867,169 호, 및 2013년 12월 18일자로 출원된 국제 특허원 PCT/IB2013/061095 호에 개시되어 있는 광학 검출기 및 장치에 대해서는, 본 발명에 따른 광학 검출기, 검출기 시스템, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템 또는 카메라(이후, 간단히 "본 발명에 따른 장치"라고 함)를 아래에서 더욱 상세하게 개시되는 하나 이상의 목적 같은 복수개의 사용 목적을 위해 사용할 수 있다.
그러므로, 먼저, 본 발명에 따른 장치는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 착용가능한 컴퓨터, 랩탑, 스마트 패널 또는 다른 고정식 또는 휴대용 컴퓨터 또는 통신 용도에 사용될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 다른 장치는 성능을 향상시키기 위하여 가시광 범위 또는 적외선 스펙트럼 범위의 광을 방출하는 광원 같은 하나 이상의 능동 광원과 조합될 수 있다. 따라서, 예로서, 본 발명에 따른 장치는 예를 들어 환경, 물체 및 생물을 스캐닝하기 위한 휴대용 소프트웨어와 함께 카메라 및/또는 센서로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 촬영 효과를 증가시키기 위하여 통상적인 카메라 같은 2D 카메라와 조합될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한 목소리 및/또는 제스쳐 인식 및/또는 시표 추적과 함께, 감시 및/또는 기록 목적을 위해, 또는 휴대용 장치를 제어하기 위한 입력 장치로서 사용될 수 있다. 따라서, 구체적으로, 입력 장치로도 일컬어지는 인간-기계 인터페이스로서 작용하는 본 발명에 따른 장치는 휴대폰 같은 휴대용 장치를 통해 다른 전자 장치 또는 구성요소를 제어하기 위해 휴대 용도에 사용될 수 있다. 예로서, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치를 포함하는 휴대용 기기는 텔레비전 세트, 게임 콘솔, 뮤직 플레이어 또는 음악 장치 또는 다른 엔터테인먼트 장치를 제어하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 웹캠 또는 컴퓨터 용도의 다른 주변 장치에 사용될 수 있다. 그러므로, 예로서, 본 발명에 따른 장치는 촬영, 기록, 감시, 스캐닝 또는 움직임 검출용 소프트웨어와 함께 사용될 수 있다. 인간-기계 인터페이스 및/또는 엔터테인먼트 장치와 관련하여 개략적으로 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 얼굴 표현 및/또는 신체 표현에 의해 명령을 주는데 특히 유용하다. 본 발명에 따른 장치는 예를 들어 마우스, 키보드, 터치패드, 마이크로폰, 아이 트랙커 등과 같은 다른 입력 장치와 조합될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 예컨대 웹캠을 사용함으로써 게임 용도에 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 장치를 본질적인 트레이닝 용도 및/또는 화상 회의에 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 상기에 부분적으로 설명된 바와 같이 휴대용 오디오 장치, 텔레비전 장치 및 게임 장치에 사용될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 장치는 전자 장치, 엔터테인먼트 장치 등의 제어기 또는 제어 장치로서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 2D- 및 3D-디스플레이 기법에서, 특히 본질적이고/본질적이거나 증가된 리얼리티 용도를 위한 및/또는 디스플레이가 보이고 있는지 및/또는 어떤 전망으로 디스플레이가 보이고 있는지를 인식하기 위한 투명하거나 불투명한 디스플레이와 같이 눈 검출 또는 시표 추적에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 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 및/또는 스마트폰 같은 휴대 용도에서의 본 발명에 따른 장치의 사용을 참조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 보안 또는 감시 용도로 사용될 수 있다. 따라서, 예로서, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치는 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, 본 발명에 따른 장치는 광학 암호화에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 하나 이상의 장치를 사용한 검출은 IR, x-선, UV-VIS, 레이더 또는 초음파 검출기 같은 파장을 보충하기 위한 다른 검출 장치와 조합될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한 하나 이상의 능동 적외선 광원 및/또는 하나 이상의 능동 구조화된 광원과 조합되어 빛이 적은 환경에서의 검출을 허용할 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 통상 능동 검출기 시스템에 비해 유리한데, 특히 본 발명에 따른 장치가 예를 들어 레이더 용도, 초음파 용도, LIDAR 또는 유사한 능동 검출기 장치의 경우에서와 같은 제 3의 그룹에 의해 검출될 수 있는 강력한 신호 송신을 방지하기 때문이다. 그러므로, 통상적으로, 본 발명에 따른 장치는 움직이는 물체를 인식하지 못하게 또한 검출되지 않게 추적하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 종래의 장치에 비해 조작되거나 자극받는 경향이 적다.
또한, 본 발명에 따른 장치를 사용하는 3D 검출의 용이성 및 정확성을 감안할 때, 본 발명에 따른 장치는 통상 안면, 신체 및 개인 인식 및 신원 확인에 사용될 수 있다. 여기에서, 본 발명에 따른 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, 본 발명에 따른 장치는 보안 장치 및 다른 개인 맞춤 용도에 사용될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 장치는 제품 확인용 3D 바코드 판독기로서 사용될 수 있다.
상기 언급된 보안 및 감시 용도에 덧붙여, 본 발명에 따른 장치는 통상적으로 공간 및 구역의 감시 및 모니터링에 사용될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 장치는 공간 및 구역을 감시 및 모니터링하는데, 또한 예로서 금지 구역이 침범당하는 경우에 경보를 촉발하거나 발령하는데 사용될 수 있다. 따라서, 통상적으로, 본 발명에 따른 장치는 임의적으로는 다른 유형의 센서와 함께, 예를 들어 움직임 센서 또는 열 센서와 함께, 영상 증배관 또는 영상 향상 장치 및/또는 광전자 증배관과 함께, 건물 감시 또는 박물관에서의 감시 목적을 위해 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 비디오 및 캠코더 용도 같은 카메라 용도에 유리하게 적용될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 장치는 모션 캡쳐 및 3D-영화 기록에 사용될 수 있다. 여기에서, 본 발명에 따른 장치는 통상적으로 종래의 광학 장치에 비해 다수의 이점을 제공한다. 그러므로, 본 발명에 따른 장치는 통상적으로 광학 구성요소와 관련하여 그 복잡성이 더 낮다. 그러므로, 예로서, 예를 들어 렌즈를 하나만 갖는 본 발명에 따른 장치를 제공함으로써, 종래의 광학 장치에 비해 렌즈의 수를 감소시킬 수 있다. 감소된 복잡성 덕분에, 예컨대 휴대 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. 모션 캡쳐를 위한 본 발명에 따른 장치의 가능한 용도에서의 추가적인 이점으로서, 장면을 커버하기 위한 몇 가지 카메라의 간단한 조합을 언급할수 있는데, 절대 3D 정보가 수득될 수 있기 때문이다. 이는 또한 둘 이상의 3D-카메라에 의해 기록된 장면의 병합을 간단하게 할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 통상적으로 초점/자동 초점 장치, 예컨대 자동 초점 카메라에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 또한 광학 현미경, 특히 공초점 현미경에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 자동차 기술 및 수송 기술 분야에 적용될 수 있다. 그러므로, 예로서, 본 발명에 따른 장치는 거리 센서 및 감시 센서로서, 예컨대 적응식 정속주행 시스템, 응급 브레이크 보조장치, 레인 이탈 경고, 다중 모니터, 사각 지점 검출, 후측방 경보, 및 다른 자동차 및 교통 용도를 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 예를 들어 본 발명에 따른 광학 검출기를 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. 예로서, 실내 위치결정 시스템의 특정 용도는 교통 분야에서 승객의 위치 검출, 더욱 구체적으로는 에어백 같은 안전 시스템의 사용을 전자 제어하는 것일 수 있다. 에어백의 사용이 심각한 부상을 야기할 수 있도록 승객이 위치하는 경우에는 에어백의 사용이 방지될 수 있다. 다른 기술 분야에서의 적용도 가능하다. 자동차 시스템에서의 사용을 위해, 본 발명에 따른 장치는 차량의 하나 이상의 전자 제어 단위장치에 연결될 수 있고, 컨트롤러 구역 네트워크 등을 통해 다른 연결도 가능하게 할 수 있다. 자동차 또는 다른 복잡한 용도에서의 시험 목적을 위해, 특히 추가의 센서 및/또는 작동기와의 조합 사용을 위해, HIL(hardware-in-the-loop) 시뮬레이션 시스템에서의 통합이 가능하다.
이들 용도 또는 다른 용도에서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는 독립형 장치로서 또는 다른 센서 장치와 함께, 예를 들어 레이더 및/또는 초음파 장치와 함께 사용될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 장치는 자동 주행 및 안전 문제에 사용될 수 있다. 또한, 이들 용도에서, 본 발명에 따른 장치는 적외선 센서, 음파 센서인 레이더 센서, 2-D 카메라 또는 다른 유형의 센서와 함께 사용될 수 있다. 이들 용도에서는, 본 발명에 따른 장치의 통상적으로 수동적인 특성이 유리하다. 따라서, 본 발명에 따른 장치가 통상 신호 방출을 필요로 하지 않기 때문에, 능동 센서 신호와 다른 신호 공급원의 간섭 위험을 피할 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 특히 표준 영상 인식 소프트웨어 같은 인식 소프트웨어와 함께 사용될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 장치에 의해 제공되는 신호 및 데이터는 전형적으로 또한 용이하게 처리될 수 있고, 따라서 통상 LIDAR 같은 확립된 입체 영상 시스템보다 더 낮은 계산력을 필요로 한다. 낮은 공간 요구를 감안할 때, 카메라 같은 본 발명에 따른 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, 본 발명에 개시된 효과에 기초한 하나 이상의 광학 검출기 같은 본 발명에 따른 다양한 광학 검출기를 조합할 수 있다. 따라서, 후방 윈도우, 사이드 윈도우 또는 전방 윈도우 같은 윈도우 내에, 범퍼 위에 또는 라이트 위에서, 본 발명에 따른 다양한 장치를 본 발명에 따른 하나 이상의 다른 장치 및/또는 종래의 센서와 조합할 수 있다.
본 발명에 따른 하나 이상의 광학 검출기 같은 본 발명에 따른 하나 이상의 장치와 하나 이상의 비 검출 센서의 조합도 가능하다. 이는, 본 발명에 따른 장치가 통상적으로 특히 심하게 비가 내리는 동안 레이더 같은 종래의 센서 기술보다 유리하다는 사실에 기인한다. 본 발명에 따른 하나 이상의 장치와 레이더 같은 하나 이상의 종래의 감지 기술의 조합은 소프트웨어가 날씨 조건에 따라 신호의 올바른 조합을 취할 수 있게 한다.
또한, 본 발명에 따른 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, 본 발명에 따른 장치는 주차장에서 빈 주차 공간을 검출하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 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, 본 발명에 따른 장치가 적은 부피만을 필요로 할 수 있고 다른 장치 내로 통합될 수 있기 때문이다. 특히, 기껏해야 렌즈를 하나만 갖는 본 발명에 따른 장치는 내시경 같은 의료 장치에서 3D 정보를 캡쳐하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 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, 단층촬영 또는 방사능 치료시 환자의 신체를 위치시키는 용도 또는 수술 전에 환자의 신체 형상을 측정하는 용도, 질환을 검출하는 용도 등이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 예를 들어 트레이닝, 원격 지도 또는 경쟁 목적을 위해 스포츠 및 운동 분야에 적용될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 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 본 발명에 따른 장치를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 또한 트레이닝을 독려하고/하거나 움직임을 조사하고 교정하기 위하여 재활 및 물리치료에 사용될 수 있다. 여기에서, 본 발명에 따른 장치는 또한 원격 진단에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 컴퓨터 영상기 분야에 적용될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치를 예를 들어 자동 주행 및/또는 로봇 작업을 위한 수동 제어 단위장치로서 사용할 수 있다. 움직이는 로봇과 함께, 본 발명에 따른 장치는 자동 이동 및/또는 부품 결함의 자동 검출을 가능케 할 수 있다. 본 발명에 따른 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. 로봇에서는, 인간과 로봇의 안전하고 직접적인 상호작용이 흔히 문제가 되는데, 로봇이 인식하지 못하는 경우 인간에게 심각한 부상을 입힐 수 있기 때문이다. 본 발명에 따른 장치는 로봇이 물체 및 사람의 위치를 더욱 우수하고 더욱 빠르게 결정하고 안전하게 상호작용하도록 도울 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 수동적인 특성을 고려하면, 본 발명에 따른 장치는 다른 능동 장치보다 유리할 수 있고/있거나 레이더, 초음파, 2D 카메라, IR 검출 등과 같은 기존 해결책에 대해 보충적으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 한 가지 특정한 이점은 신호 간접 가능성이 낮다는 것이다. 따라서, 신호 간섭의 위험 없이 다수개의 센서가 동일한 환경에서 동일한 시간에 작업할 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 장치는 통상 예컨대 자동차, 광산, 강 등과 같은(이들로 한정되지는 않음) 고도로 자동화된 생산 환경에서 유용할 수 있다. 본 발명에 따른 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, 본 발명에 따른 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. 제조 환경에서, 본 발명에 따른 장치는 복잡한 3차원 구조를 갖는 식품 또는 목재 같은 천연 제품을 가공하여 다량의 폐기물을 피하는데 특히 유리하다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 탱크, 사일로 등의 충전 수준을 모니터링하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 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 모니터링하는데 본 발명에 따른 하나 이상의 장치, 예컨대 본 발명에 따른 하나 이상의 광학 검출기를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 육지, 바다 및 우주를 비롯한 대기에서 빠르게 이동하는 물체의 추적을 언급할 수 있다. 본 발명에 따른 하나 이상의 장치, 예컨대 본 발명에 따른 하나 이상의 광학 검출기가 특히 서 있고/서 있거나 움직이는 장치 상에 장착될 수 있다. 본 발명에 따른 하나 이상의 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. 본 발명에 따른 장치는 통상 요구되는 낮은 계산력, 즉각적인 반응 및 예컨대 레이더 같은 능동 시스템에 비해 검출 및 교란되기가 더욱 어려운 검출 시스템의 수동 특성 때문에 유용하고 유리하다. 본 발명에 따른 장치는 예를 들어 속도 제어 및 항공 교통 제어 장치에 특히 유용하지만 이들로 한정되지는 않는다.
본 발명에 따른 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, 본 발명에 따른 장치는 게임 분야에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 예를 들어 그의 내용에 움직임을 포함하는 소프트웨어와 함께 움직임을 검출하기 위한, 동일하거나 상이한 크기, 색상, 색상 등의 다수개의 물체에서의 용도에 수동적일 수 있다. 특히, 움직임을 그래픽 출력으로 실행하는 용도가 가능하다. 또한, 예를 들어 제스쳐 또는 안면 인식에 본 발명에 따른 하나 이상의 장치를 사용함으로써, 명령을 주기 위한 본 발명에 따른 장치의 용도가 가능하다. 예를 들어 광이 적은 조건하에서 또는 주위 조건의 향상이 요구되는 다른 상황에서 작업하기 위하여, 본 발명에 따른 장치는 다른 능동 시스템과 조합될 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치를 하나 이상의 IR 또는 VIS 광원과 조합할 수 있다. 본 발명에 따른 광학 검출기와 특수 장치(시스템 및 그의 소프트웨어에 의해 용이하게 구별될 수 있음, 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 등으로 한정되지는 않음)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, 모자, 안경, 헬멧, 스위치, 글러브, 보석, 음악 장치 또는 음악 장치를 연주하기 위한 보조 장치(예컨대, 픽, 북채 등)와 비슷할 수 있다. 다른 옵션도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 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 본 발명에 따른 하나 이상의 장치를 사용할 수 있다. 여기에서, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치는 다른 방법 및 장치와 조합될 수 있거나, 또는 건물 프로젝트, 변화하는 물체, 집 등의 진척도 및 정확도를 모니터링하기 위하여 단독으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 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.
본 발명에 따른 하나 이상의 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), 본 발명에 따른 장치의 높은 치수 정확도를 이용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 파이프라인 검사계 같은 검사 및 유지에 사용될 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 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, 본 발명에 따른 장치는 물류 용도에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 컨테이너 또는 차량을 최적으로 선적하거나 팩킹하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 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, 본 발명에 따른 장치는 특히 로봇과 함께 물질을 최적으로 취급하기 위하여 및/또는 제조 공정의 품질 또는 정확도(예를 들어, 제품 크기 또는 부피의 정확도 또는 제조된 렌즈의 광학 정밀도)를 보장하기 위하여, 물질, 물체 또는 도구의 크기를 확인하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 예를 들어 탱크의 충전 수준을 관찰하기 위하여, 제조시 공정 제어에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 탱크, 파이프, 반응기, 도구 등과 같은(이들로 한정되지는 않음) 생산 자산의 유지에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 3D-품질 마크를 분석하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 치아 상감, 교정기, 보철, 의복 등과 같은 맞춤 제작 제품의 제조에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 신속한 시제품화, 3D-복제 등을 위해 하나 이상의 3D-프린터와 조합될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 예컨대 제품 표절 방지 및 위조 방지 목적으로 하나 이상의 제품의 형상을 검출하는데 사용될 수 있다.
감광성 층 셋업의 바람직한 실시양태
하기에는, 특히 본 감광성 층 셋업 내에 사용될 수 있는 물질과 관련하여 감광성 층 셋업의 예가 개시된다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 감광성 층 셋업은 바람직하게는 태양 전지, 더욱 바람직하게는 유기 태양 전지 및/또는 염료-민감화된 태양 전지(DSC), 더욱 바람직하게는 고체 염료-민감화된 태양 전지(sDSC)의 감광성 층 셋업이다. 그러나, 다른 실시양태도 실현가능하다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 바람직하게는, 감광성 층 셋업은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 끼인, 둘 이상의 층을 포함하는 하나 이상의 감광성 층 셋업 같은 하나 이상의 감광성 물질을 포함한다. 바람직하게는, 감광성 층 셋업 및 광전변환 물질은 n-반도체 금속 산화물, 하나 이상의 염료 및 하나 이상의 p-반도체 유기 물질의 하나 이상의 층을 포함한다. 예로서, 광전변환 물질은 이산화티탄 같은 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 조밀한 층, n-반도체 금속 산화물의 조밀한 층에 접속하는 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 나노-다공성 층(예컨대, 이산화티탄의 하나 이상의 나노-다공성 층), n-반도체 금속 산화물의 나노-다공성 층을 민감화시키는 하나 이상의 염료(바람직하게는, 유기 염료), 및 염료 및/또는 n-반도체 금속 산화물의 나노-다공성 층과 접속하는 하나 이상의 p-반도체 유기 물질의 하나 이상의 층을 갖는 층 셋업을 포함할 수 있다.
n-반도체 금속 산화물의 조밀한 층은 아래에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이 제 1 전극과 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 층 사이에서 하나 이상의 차단 층을 형성할 수 있다. 그러나, 다른 유형의 완충 층을 갖는 실시양태 같은 다른 실시양태도 실현가능하다.
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-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 층과 접속하고, 제 2 전극은 바람직하게는 p-반도체 유기 물질의 하나 이상의 층과 접속한다. 제 1 전극은 기판과 접속하는 하부 전극일 수 있고, 제 2 전극은 기판으로부터 멀리 떨어진 상부 전극일 수 있다. 다르게는, 제 2 전극은 기판과 접속하는 하부 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-반도체 금속 산화물
일반적으로, 제 1 전극 및 n-반도체 금속 산화물의 바람직한 실시양태에 대해서는, WO 2012/110924 A1 호, 미국 특허 가출원 제 61/739,173 호 또는 미국 특허 가출원 제 61/708,058 호를 참조할 수 있으며, 이들은 모두 본원에 참고로 인용된다. 다른 실시양태도 가능하다.
하기에서는, 제 1 전극이 기판과 직접적으로 또는 간접적으로 접속하는 하부 전극인 것으로 가정한다. 그러나, 제 1 전극이 상부 전극인 다른 셋업도 실현가능함을 알아야 한다.
n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 조밀한 필름(또한 고체 필름으로도 불림) 및/또는 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 나노-다공성 필름(또한 나노-미립자 필름이라고도 함)에서와 같이 감광성 층 셋업에 사용될 수 있는 n-반도체 금속 산화물은 단일 금속 산화물 또는 상이한 산화물의 혼합물일 수 있다. 또한, 혼합된 산화물을 사용하는 것도 가능하다. n-반도체 금속 산화물은 특히 다공성일 수 있고/있거나 나노미립자 산화물의 형태로 사용될 수 있고, 이와 관련하여 나노입자는 0.1㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 평균 입자로서 이해된다. 나노미립자 산화물은 전형적으로 소결 공정에 의해 큰 표면적을 갖는 다공성 박막으로서 전도성 기판(즉, 제 1 전극으로서 전도성 층을 갖는 캐리어)에 도포된다.
바람직하게는, 광 센서는 하나 이상의 투명한 기판을 사용한다. 그러나, 하나 이상의 불투명한 기판을 사용하는 셋업도 실현가능하다.
기판은 강성이거나 또는 가요성일 수 있다. 적합한 기판(이후 본원에서는 캐리어라고도 불림)은 금속 호일은 물론 특히 플라스틱 시트 또는 필름, 특히 유리 시트 또는 유리 필름이다. 특히 상기 기재된 바람직한 구조에 따른 제 1 전극용으로 특히 적합한 전극 물질은 전도성 물질, 예를 들어 투명한 전도성 산화물(TCO), 예컨대 플루오르- 및/또는 인듐-도핑된 산화주석(FTO 또는 ITO) 및/또는 알루미늄-도핑된 산화아연(AZO), 탄소 나노튜브 또는 금속 필름이다. 그러나, 다르게는 또는 추가로, 여전히 충분한 투명성을 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 구조체에서는 단일 기판이 요구되기 때문에, 가요성 전지의 형성도 가능하다. 이는, 강성 기판의 경우 달성하기가 어려운 다수의 최종 용도(예를 들어, 은행 카드, 가멘트 등에서의 사용)를 가능하게 한다.
제 1 전극, 특히 TOC 층은 p-형 반도체가 TCO 층과 직접 접속하지 못하게 방지하기 위하여 추가로 고체 또는 조밀한 금속 산화물 완충 층(예를 들어, 두께 10 내지 200nm)으로 덮이거나 코팅될 수 있다[펭(Peng) 등, Coord. Chem. Rev. 248, 1479 (2004) 참조]. 그러나, 고체 p-반도체 전해질의 사용(이 경우, 전해질과 제 1 전극의 접속이 액체 또는 겔-형 전해질에 비해 격감됨)은 많은 경우에 이 완충 층이 불필요하게 만들어, 많은 경우에 이 층(이는 또한 전류-제한 효과를 갖고 n-반도체 금속 산화물과 제 1 금속의 접속을 악화시킬 수 있음)을 없앨 수 있도록 한다. 이는 구성요소의 효율을 향상시킨다. 반면, 염료 태양 전지의 현재 구성요소를 유기 태양 전지의 현재 구성요소에 매치시키기 위하여 제어되는 방식으로 이 완충 층을 사용할 수 있다. 또한, 특히 고체 전지에서 이 완충 층을 없앤 전지의 경우, 전하 캐리어의 원치 않는 재조합으로 인해 문제가 빈번히 발생된다. 이와 관련하여, 완충 층은 다수의 경우 특히 고체 전지에서 유리하다.
널리 공지되어 있는 바와 같이, 금속 산화물의 박층 또는 박막은 통상 저렴한 고체 반도체 물질(n-형 반도체)이지만, 그의 흡수는 큰 밴드갭으로 인해 전형적으로는 전자기선 스펙트럼의 가시광선 영역 내에 있지 않고 그보다는 통상 자외선 스펙트럼 영역 내에 있다. 따라서, 태양 전지에 사용하기 위해서는, 염료 태양 전지에서의 경우와 마찬가지로 감광제(이는 태양광의 파장 범위, 즉 300 내지 2000nm에서 흡수하고, 전자 여기 상태에서는 반도체의 전도 대역 내로 전자를 방출함)로서의 염료와 금속 산화물을 통상적으로 합쳐야 한다. 전해질로서 전지에 추가로 사용되는 고체 p-형 반도체(이는 대전극에서 환원됨)의 덕분으로 전자는 재생되도록 증감제로 재순환될 수 있다.
유기 태양 전지에 사용하기 위해 특히 흥미를 끄는 것은 반도체 산화아연, 이산화주석, 이산화티탄 또는 이들 금속 산화물의 혼합물이다. 금속 산화물은 나노결정질 다공성 층의 형태로 사용될 수 있다. 이들 층은 증감제로서의 염료로 코팅되는 큰 표면적을 가져서 높은 태양광 흡수를 달성한다. 구조화된 금속 산화물 층, 예컨대 나노로드는 더 높은 전자 이동성 또는 염료에 의한 개선된 공극 충전 같은 이점을 제공한다.
금속 산화물 반도체는 단독으로 또는 혼합물의 형태로 사용될 수 있다. 또한, 금속 산화물을 하나 이상의 다른 금속 산화물로 코팅할 수도 있다. 또한, 금속 산화물을 또한 다른 반도체, 예컨대 GaP, ZnP 또는 ZnS에 대한 코팅으로서 도포할 수 있다.
특히 바람직한 반도체는 나노결정질 형태로 바람직하게 사용되는 아나타제 다형체의 산화아연 및 이산화티탄이다.
또한, 증감제는 유리하게는 이들 태양 전지에 전형적으로 사용되는 모든 n-형 반도체와 조합될 수 있다. 바람직한 예는 세라믹에 사용되는 금속 산화물, 예컨대 이산화티탄, 산화아연, 산화주석(IV), 산화텅스텐(VI), 산화탄탈(V), 산화니오브(V), 산화세슘, 티탄산스트론튬, 주석산아연, 페로브스카이트 형태의 복합 산화물, 예컨대 티탄산바륨, 및 나노결정질 또는 비정질 형태로도 존재할 수 있는 이원 및 삼원 철 산화물을 포함한다.
통상적인 유기 염료 및 루테늄, 프탈로시아닌 및 폴피린이 갖는 강력한 흡수 때문에, n-반도체 금속 산화물의 박층 또는 박막은 요구되는 양의 염료를 흡수하는데 충분하다. 금속 산화물 박막은 다시 원치 않는 재조합 공정의 가능성을 하락시키고 염료 서브셀(subcell)의 내부 저항을 감소시키는 이점을 갖는다. n-반도체 금속 산화물의 경우, 100nm 내지 20㎛, 더욱 바람직하게는 500nm 내지 약 3㎛의 층 두께를 바람직하게 사용할 수 있다.
b) 염료
본 발명과 관련하여, 특히 DSC에 통상적인 바와 같이, 용어 "염료", "증감제 염료" 및 "증감제"는 가능한 구성에 대한 임의의 제한 없이 본질적으로 동의어로 사용된다. 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 다수의 염료가 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 호에 개시된 염료중 하나 이상을 사용할 수 있으며, 상기 인용문헌은 모두 본원에 참고로 인용된다. 추가로 또는 다르게는, WO 2007/054470 A1 호 및/또는 WO 2012/085803 A1 호에 개시된 염료중 하나 이상을 사용할 수 있으며, 이들 인용문헌은 본원에 참고로 인용된다.
반도체 물질로서 이산화티탄을 기제로 하는 염료-민감화된 태양 전지는 예를 들어 US-A-4 927 721 호, 문헌[Nature 353, p. 737-740 (1991)] 및 US-A-5 350 644 호 및 또한 문헌[Nature 395, p. 583-585 (1998)] 및 EP-A-1 176 646 호에 기재되어 있다. 이들 문헌에 기재된 염료는 원칙적으로 또한 본 발명과 관련하여 유리하게 사용될 수 있다. 이들 염료 태양 전지는 바람직하게는 증감제로서 산 기를 통해 이산화티탄 층에 결합되는 전이 금속 착체, 특히 루테늄 착체의 단분자 필름을 포함한다.
제안된 다수의 증감제는 본 발명과 관련하여 또한 마찬가지로 사용될 수 있는 무금속 유기 염료를 포함한다. 예를 들어 인돌린 염료를 사용하여 특히 고체 염료 태양 전지에서 4%를 넘는 높은 효율을 달성할 수 있다[예를 들어, 슈미트-멘데(Schmidt-Mende) 등, Adv. Mater. 2005, 17, 813]. US-A-6 359 211 호는 이산화티탄 반도체에 고정시키기 위하여 알킬렌 라디칼을 통해 결합되는 카복실기를 갖는 시아닌, 옥사진, 티아진 및 아크리딘 염료의 용도(본 발명과 관련하여서도 실행될 수 있음)를 기재한다.
제안된 염료 태양 전지에 특히 바람직한 증광제 염료는 DE 10 2005 053 995 A1 호 또는 WO 2007/054470 A1 호에 기재되어 있는 페릴렌 유도체, 테릴렌 유도체 및 쿼테릴렌 유도체이다. 또한, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, WO 2012/085803 A1 호에 개시되어 있는 염료중 하나 이상을 사용할 수 있다. 본 발명과 관련하여 또한 가능한 이들 염료의 사용은 높은 효율과 동시에 높은 안정성을 갖는 광전변환 요소로 이끈다.
릴렌은 태양광의 파장 범위에서 강한 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 쿼테릴렌 유도체 I)의 범위를 포괄할 수 있다. 테릴렌에 기초한 릴렌 유도체 I은 그의 조성에 따라 이산화티탄 상으로 흡착된 고체 상태에서 약 400 내지 800nm의 범위 내에서 흡수한다. 가시광선부터 근적외선 영역까지 입사 태양광을 매우 실질적으로 이용하기 위해서는, 상이한 릴렌 유도체 I의 혼합물을 사용하는 것이 유리하다. 때때로, 상이한 릴렌 동족체를 사용하는 것도 권장될만하다.
릴렌 유도체 I은 용이하고 영구적인 방식으로 n-반도체 금속 산화물 필름에 고정될 수 있다. 동일 반응계 내에서 형성되는 안하이드라이드 작용기(×1) 또는 카복실기 -COOH 또는 -COO-를 통해, 또는 이미드 또는 축합 라디칼에 존재하는 산 기 A((×2) 또는 (×3))를 통해 결합이 이루어진다. DE 10 2005 053 995 A1 호에 기재되어 있는 릴렌 유도체 I은 본 발명과 관련하여 염료-민감화된 태양 전지에 사용하기에 우수한 적합성을 갖는다.
염료가 분자의 한쪽 말단에 그를 n-형 반도체 필름에 고정시킬 수 있는 앵커 기를 갖는다면 특히 바람직하다. 분자의 다른 말단에서, 염료는 바람직하게는 n-형 반도체로의 전자 방출 후에 염료의 재생을 용이하게 하고 또한 반도체로 이미 방출된 전자와의 재결합을 방지하는 전자 공여체 Y를 포함한다.
적합한 염료의 가능한 선택에 대한 추가적인 세부사항에 대해서는 예컨대 DE 10 2005 053 995 A1 호를 다시 참조할 수 있다. 예로서, 특히 루테늄 착체, 폴피린, 다른 유기 증감제, 바람직하게는 릴렌을 사용할 수 있다.
염료는 간단한 방식으로 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물 층 같은 n-반도체 금속 산화물 필름 상으로 또는 필름 내로 고정될 수 있다. 예를 들면, n-반도체 금속 산화물 필름을 새롭게 소결된(여전히 따뜻한) 상태로 충분한 기간(예컨대, 약 0.5 내지 24시간) 동안 적합한 유기 용매중 염료의 용액 또는 현탁액과 접촉시킬 수 있다. 예를 들어 금속 산화물-코팅된 기판을 염료의 용액 중으로 침지시킴으로써 이를 달성할 수 있다.
상이한 염료의 조합이 사용되는 경우, 이들은 예를 들어 하나 이상의 염료를 포함하는 하나 이상의 용액 또는 현탁액으로부터 연속적으로 도포될 수 있다. 또한, 예를 들어 CuSCN의 층에 의해 분리되는 두 염료를 사용할 수도 있다[이 주제에 대해서는, 예를 들어 테나콘(Tennakone, K.J.), Phys. Chem. B. 2003, 107, 13758을 참조한다]. 비교적 용이하게 개별적인 경우에 가장 편리한 방법을 결정할 수 있다.
염료 및 n-반도체 금속 산화물의 산화물 입자의 크기의 선택에서, 유기 태양 전지는 최대량의 광이 흡수되도록 구성되어야 한다. 산화물 층은 고체 p-형 반도체가 효율적으로 공극을 채울 수 있는 구조를 가져야 한다. 예를 들어, 더 작은 입자는 더 큰 표면적을 갖고, 따라서 더 많은 양의 염료를 흡착할 수 있다. 반면, 더 큰 입자는 통상적으로 p-도체를 통해 더 우수하게 침투할 수 있는 더 큰 공극을 갖는다.
c) p-반도체 유기 물질
상기 기재된 바와 같이, DSC 또는 sDSC의 감광성 층 셋업 같은 하나 이상의 감광성 층 셋업은 특히 하나 이상의 p-반도체 유기 물질, 바람직하게는 하나 이상의 고체 p-반도체 물질(이는 이후 본원에서 p-형 반도체 또는 p-형 도체로도 지칭됨)을 포함할 수 있다. 이후 본원에서는, 개별적으로, 또는 달리 임의의 목적하는 조합으로, 예를 들어 개별적인 p-형 반도체를 갖는 복수개의 층의 조합으로, 및/또는 하나의 층 내에서 복수개의 p-형 반도체의 조합으로 사용될 수 있는 이러한 유기 p-형 반도체의 일련의 바람직한 예를 기재한다.
n-반도체 금속 산화물의 전자와 고체 p-도체의 재결합을 방지하기 위하여, n-반도체 금속 산화물과 p-형 반도체 사이에 부동태화 물질을 갖는 하나 이상의 부동태화 층을 사용할 수 있다. 이 층은 매우 얇아야 하고, 가능한 한 n-반도체 금속 산화물의 아직 덮이지 않은 부위만을 덮어야 한다. 부동태화 물질은 몇몇 상황에서 염료 전에 금속 산화물에 도포될 수도 있다. 바람직한 부동태화 물질은 특히 하기 물질중 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 다르게는 특성상 유기 또는 무기인 하나 이상의 다른 p-형 반도체와 함께 사용한다. 본 발명과 관련하여, p-형 반도체는 통상 정공, 즉 양전하 캐리어를 전도할 수 있는 물질, 특히 유기 물질을 의미하는 것으로 이해된다. 더욱 특히, 이는 적어도 한 번 안정적으로 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. 뿐만 아니라, p-형 반도체는 임의적으로는 p-반도체 특성을 강화시키는 하나의 또는 복수개의 도판트를 포함할 수 있다. p-형 반도체의 선택에 영향을 끼치는 중요한 매개변수는 정공 이동성인데, 왜냐하면 이것이 부분적으로 정공 확산 길이를 결정하기 때문이다[쿠마라(Kumara, G.), Langmuir, 2002, 18, 10493-10495 참조]. 상이한 스피로 화합물에서의 전하 캐리어 이동성의 비교를 예컨대 사가리(T. Sagari)의 문헌[Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 966-974]에서 찾아볼 수 있다.
바람직하게는, 본 발명과 관련하여, 유기 반도체(예를 들어, 하나 이상의 저분자량, 올리고머 또는 중합체 반도체, 또는 이러한 반도체의 혼합물)를 사용한다. 액상으로부터 처리될 수 있는 p-형 반도체가 특히 바람직하다. 이의 예는 폴리티오펜 및 폴리아릴아민 같은 중합체를 기제로 하는 p-형 반도체, 또는 도입부에서 언급된 스피로비플루오렌 같은 무정형의 가역적으로 산화될 수 있는 비중합체 유기 화합물이다[예를 들어, US 2006/0049397 호 및 p-형 반도체로서 그에 개시된 스피로 화합물(이는 본 발명과 관련하여서도 사용될 수 있음)을 참조한다]. 또한, WO 2012/110924 A1 호에 개시된 저분자량 p-형 반도체 물질, 바람직하게는 스피로-MeOTAD 같은 저분자량 유기 반도체, 및/또는 라이지텐스(Leijtens) 등의 문헌[ACS Nano, VOL. 6, NO. 2, 1455-1462 (2012)]에 개시되어 있는 하나 이상의 p-형 반도체 물질이 바람직하다. 또한, 종래 기술에 대한 상기 기재내용으로부터 p-반도체 물질 및 도판트에 관한 언급을 또한 참조할 수 있다.
하나 이상의 p-전도성 유기 물질을 하나 이상의 캐리어 요소에 도포함으로써 p-형 반도체를 바람직하게 생성시킬 수 있거나 생성시키며, 이 때 예를 들어 하나 이상의 p-전도성 유기 물질을 포함하는 액상으로부터 침착시킴으로써 도포를 수행한다. 이 경우, 원칙적으로 임의의 목적하는 침착 공정에 의해, 예를 들어 회전-코팅, 독터 블레이딩, 나이프-코팅, 인쇄 또는 언급된 침착 방법 및/또는 다른 침착 방법의 조합에 의해 다시 한 번 침착을 수행할 수 있다.
유기 p-형 반도체는 특히 스피로-MeOTAD 같은 하나 이상의 스피로 화합물 및/또는 하기 화학식 I의 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다:
[화학식 I]
상기 식에서, A1, A2, A3은 각각 독립적으로 임의적으로 치환되는 아릴기 또는 헤테로아릴기이고; R1, R2, R3은 각각 독립적으로 치환기 -R, -OR, -NR2, -A4-OR 및 -A4-NR2로 이루어진 군으로부터 선택되고; R은 알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되며; A4는 아릴기 또는 헤테로아릴기이고; n은 화학식 I의 각각의 경우에서 독립적으로 0, 1, 2 또는 3의 값이나, 단 개별적인 n 값의 합은 2 이상이고, R1, R2 및 R3 라디칼중 둘 이상은 -OR 및/또는 -NR2이다.
바람직하게는, A2 및 A3은 동일하고; 따라서, 화학식 I의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 Ia를 갖는다:
[화학식 Ia]
더욱 구체적으로, 상기 설명한 바와 같이, p-형 반도체는 하나 이상의 저분자량 유기 p-형 반도체를 가질 수 있다. 저분자량 물질은 통상 단량체 형태, 중합되지 않은 형태 또는 올리고머화되지 않은 형태로 존재하는 물질을 의미하는 것으로 이해된다. 본 내용에 사용되는 용어 "저분자량"은 바람직하게는 p-형 반도체가 100 내지 25 000g/몰의 분자량을 가짐을 의미한다. 바람직하게는, 저분자량 물질은 500 내지 2000g/몰의 분자량을 갖는다.
일반적으로, 본 발명과 관련하여, p-반도체 특성은 정공을 형성하고 이들 정공을 수송하고/하거나 이들 정공을 인접한 분자로 통과시키는 물질, 특히 유기 물질의 특성을 의미하는 것으로 이해된다. 더욱 구체적으로, 이들 분자의 안정한 산화가 가능해야 한다. 또한, 언급된 저분자량 유기 p-형 반도체는 특히 광범위한 π-전자 시스템을 갖는다. 더욱 구체적으로, 하나 이상의 저분자량 p-형 반도체는 용액으로부터 처리될 수 있다. 저분자량 p-형 반도체는 특히 하나 이상의 트라이페닐아민을 포함할 수 있다. 저분자량 유기 p-형 반도체가 하나 이상의 스피로 화합물을 포함한다면 특히 바람직하다. 스피로 화합물은 하나의 원자(이는 또한 스피로 원자로도 일컬어짐)에서 고리가 연결되는 다환상 유기 화합물을 의미하는 것으로 이해된다. 더욱 구체적으로, 스피로 원자는 스피로 원자를 통해 다른 하나에 연결된 스피로 화합물의 구성요소가 예를 들어 다른 하나에 대해 상이한 평면에 배열되도록 sp3-혼성화될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 스피로 화합물은 하기 화학식의 구조를 갖는다:
상기 식에서, 아릴1, 아릴2, 아릴3, 아릴4, 아릴5, 아릴6, 아릴7 및 아릴8은 각각 독립적으로 치환된 아릴 라디칼 및 헤테로아릴 라디칼로부터, 특히 치환된 페닐 라디칼로부터 선택되고, 상기 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 치환된다. 더욱 바람직하게는, 페닐 라디칼은 각각 독립적으로 각각의 경우에 -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 또는 스피로-MeOTAD, 즉 독일 다름스타트 소재의 메르크 카가아(Merck KGaA)에서 시판중인 하기 화학식의 화합물로 구성될 수 있다:
다르게는 또는 추가로, 다른 p-반도체 화합물, 특히 저분자량 및/또는 올리고머 및/또는 중합체 p-반도체 화합물을 사용할 수도 있다.
다른 실시양태에서 저분자량 유기 p-형 반도체는 하나 이상의 상기 언급된 화학식 I의 화합물을 포함하며, 이는 예컨대 PCT 특허원 PCT/EP2010/051826 호를 참조할 수 있다. p-형 반도체는 상기 언급된 스피로 화합물에 추가로 또는 상기 언급된 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 이해된다. C1- 내지 C10-알킬 라디칼, 특히 바람직하게는 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, CF3)이다.
본 발명과 관련하여 사용되는 용어 "아릴" 또는 "아릴기" 또는 "아릴 라디칼"은 일환상, 이환상, 삼환상 또는 다른 다환상 방향족 고리(이 방향족 고리는 임의의 고리 헤테로원자를 포함하지 않음)로부터 유도되는 임의적으로 치환되는 C6-C30-아릴 라디칼을 의미하는 것으로 생각된다. 아릴 라디칼은 바람직하게는 5- 및/또는 6-원 방향족 고리를 포함한다. 아릴이 일환상 시스템이 아닌 경우, 제 2 고리에 대한 용어 "아릴"은 특정 형태가 공지되어 있고 안정하다면 포화된 형태(퍼하이드로 형태) 또는 부분적으로 불포화된 형태(예컨대, 다이하이드로 형태 또는 테트라하이드로 형태)도 가능하다. 그러므로, 본 발명과 관련하여 용어 "아릴"은 예를 들어 두 라디칼 또는 세 라디칼 모두가 방향족인 이환상 또는 삼환상 라디칼, 및 하나의 고리만 방향족인 이환상 또는 삼환상 라디칼, 및 2개의 고리가 방향족인 삼환상 라디칼도 포함한다. 아릴의 예는 페닐, 나프틸, 인다닐, 1,2-다이하이드로나프테닐, 1,4-다이하이드로나프테닐, 플루오레닐, 인데닐, 안트라세닐, 페난트레닐 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 또한 단일 또는 이중 결합을 통해 서로 연결된 둘 이상의 일환상, 이환상 또는 다환상 방향족 고리를 포함하는 고리 시스템도 포함한다. 일례는 바이페닐기이다.
본 발명과 관련하여 사용되는 용어 "헤테로아릴" 또는 "헤테로아릴기" 또는 "헤테로아릴 라디칼"은 하나 이상의 고리에 하나 이상의 헤테로원자를 갖는 임의적으로 치환되는 5- 또는 6-원 방향족 고리 및 다환상 고리, 예컨대 이환상 및 삼환상 화합물을 의미하는 것으로 이해된다. 본 발명과 관련하여 헤테로아릴은 바람직하게는 5 내지 30개의 고리 원자를 포함한다. 이들은 일환상, 이환상 또는 삼환상일 수 있고, 일부는 아릴 기본 골격의 하나 이상의 탄소 원자를 헤테로원자로 대체시킴으로써 전술한 아릴로부터 유도될 수 있다. 바람직한 헤테로원자는 N, O 및 S이다. 헤테로아릴 라디칼은 더욱 바람직하게는 5 내지 13개의 고리 원자를 갖는다. 헤테로아릴 라디칼의 기본 골격은 피리딘 및 5-원 헤테로방향족 화합물(예를 들어, 티오펜, 피롤, 이미다졸 또는 푸란) 같은 시스템으로부터 특히 바람직하게 선택된다. 이들 기본 골격은 임의적으로는 1 또는 2개의 6-원 방향족 라디칼에 융합될 수 있다. 또한, 용어 "헤테로아릴"은 또한 단일 또는 이중 결합을 통해 서로 연결된 둘 이상의 일환상, 이환상 또는 다환상 방향족 고리를 포함하는 고리 시스템(이 때, 하나 이상의 고리가 헤테로원자를 포함함)도 포함한다. 헤테로아릴이 일환상 시스템이 아닌 경우, 하나 이상의 고리에 대한 용어 "헤테로아릴"은 특정 형태가 공지되어 있고 안정하다면 포화된 형태(퍼하이드로 형태) 또는 부분적으로 불포화된 형태(예컨대, 다이하이드로 형태 또는 테트라하이드로 형태)도 가능하다. 따라서, 본 발명과 관련하여 용어 "헤테로아릴"은 2개 또는 3개의 라디칼이 모두 방향족인 이환상 또는 삼환상 라디칼, 및 하나의 고리만이 방향족인 이환상 또는 삼환상 라디칼, 또한 2개의 고리가 방향족인 삼환상 라디칼도 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 하나의, 하나보다 많은 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 벤조융합된 라디칼, 특히 카바졸릴, 벤즈이미다졸릴, 벤조푸린, 다이벤조푸릴 또는 다이벤조티오페닐이다.
본 발명과 관련하여 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, 예컨대 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 상응하는 벤조융합된 라디칼, 특히 카바졸릴, 벤즈이미다졸릴, 벤조푸릴, 다이벤조푸릴 또는 다이벤조티오페닐이 바람직하다. 다른 예는 하기 치환기를 포함한다: 알케닐, 알키닐, 할로겐, 하이드록실.
여기에서 치환도는 일치환 내지 가능한 치환기의 최대 수까지 변할 수 있다.
본 발명에 따라 사용하기 바람직한 화학식 I의 화합물은 R1, R2 및 R3 라디칼중 둘 이상이 파라-OR 및/또는 -NR2 치환기라는 점에서 주목할만하다. 여기에서 둘 이상의 라디칼은 오로지 -OR 라디칼, 오로지 -NR2 라디칼, 또는 하나 이상의 -OR과 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 오로지 -OR 라디칼, 오로지 -NR2 라디칼 또는 -OR 라디칼과 -NR2 라디칼의 혼합물일 수 있다.
본 발명에 따라 사용하기 매우 특히 바람직한 화학식 I의 화합물은 R1, R2 및 R3 라디칼 모두가 파라-OR 및/또는 -NR2 치환기라는 점에서 주목할만하다. 이들은 오로지 -OR 라디칼, 오로지 -NR2 라디칼 또는 -OR 라디칼과 -NR2 라디칼의 혼합물일 수 있다.
모든 경우에, -NR2 라디칼의 두 R은 서로 상이할 수 있으나, 이들은 바람직하게는 동일하다.
바람직하게는, A1, A2 및 A3는 각각 독립적으로 
로 이루어진 군으로부터 선택되고, 이 때 m은 1 내지 18의 정수이고, R4는 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이며, R4는 바람직하게는 아릴 라디칼, 더욱 바람직하게는 페닐 라디칼이고, R5, R6은 각각 독립적으로 H, 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이며, 도시된 구조체의 방향족 및 헤테로방향족 고리는 임의적으로 추가적인 치환기를 가질 수 있다. 이 때, 방향족 및 헤테로방향족 고리의 치환도는 일치환 내지 가능한 치환기의 최대 수까지 변할 수 있다.
방향족 및 헤테로방향족 고리의 추가적인 치환의 경우 바람직한 치환기는 1, 2 또는 3개의 임의적으로 치환되는 방향족 또는 헤테로방향족 기에 대해 상기에서 이미 언급된 치환기를 포함한다.
바람직하게는, 도시된 구조체의 방향족 및 헤테로방향족 고리는 추가적인 치환기를 갖지 않는다.
더욱 바람직하게는, A1, A2 및 A3는 각각 독립적으로 
, 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:
당 업자에게 공지되어 있는 통상적인 유기 합성 방법에 의해 본 발명에 따라 사용하기 위한 화합물을 제조할 수 있다. 관련 (특허) 문헌에 대한 인용은 아래 첨부되는 합성 실시예에서 추가로 찾아볼 수 있다.
d) 제 2 전극
제 2 전극은 기판에 대향하는 하부 전극 또는 다르게는 기판으로부터 멀리 떨어진 상부 전극일 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 제 2 전극은 완전히 또는 부분적으로 투명할 수 있거나, 또는 다르게는 불투명할 수 있다. 본원에 사용되는 용어 부분적으로 투명한은 제 2 전극이 투명한 영역 및 불투명한 영역을 포함할 수 있다는 사실을 가리킨다.
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, 특히 알루미늄 또는 은 같은 순수한 형태의 또는 금속/합금으로서의 하나 이상의 금속을 사용할 수 있다.
추가로 또는 다르게는, 무기 물질 및/또는 유기 물질 같은 비금속 물질을 단독으로 또는 금속 전극과 함께 사용할 수 있다. 예로서, 무기/유기 혼합된 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 미국 특허 가출원 제 61/739,173 호 또는 미국 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.
본 발명의 발견을 요약하면, 하기 실시양태가 바람직하다:
실시양태 1: 기판 및 그 위에 배치된 하나 이상의 감광성 층 셋업을 갖는 광 센서, 및 하나 이상의 판독 장치를 포함하는 광학 검출기로서, 이 때 상기 감광성 층 셋업이 하나 이상의 제 1 전극, 하나 이상의 제 2 전극 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 끼인 하나 이상의 광전변환 물질을 갖고, 상기 광전변환 물질이 하나 이상의 유기 물질을 포함하며, 상기 제 1 전극이 복수개의 제 1 전극 스트라이프를 포함하고, 상기 제 2 전극이 복수개의 제 2 전극 스트라이프를 포함하며, 제 1 전극 스트라이프와 제 2 전극 스트라이프는 상기 제 1 전극 스트라이프와 제 2 전극 스트라이프의 교차점에서 화소의 매트릭스가 형성되도록 교차하고, 상기 판독 장치가, 제 2 전극 스트라이프에 연결되어 있는 복수개의 전기 측정 장치(154) 및 제 1 전극 스트라이프를 전기 측정 장치에 후속 연결하기 위한 스위칭 장치를 포함하는, 광학 검출기.
실시양태 2: 상기 광학 검출기가 하나 이상의 물체를 광 센서 상에 광학적으로 촬영하기 위한 하나 이상의 광학 요소를 추가로 포함하는, 실시양태 1에 따른 광학 검출기.
실시양태 3: 상기 하나 이상의 광학 요소가 하나 이상의 렌즈를 포함하는, 실시양태 2에 따른 광 센서.
실시양태 4: 상기 화소의 매트릭스가, 제 1 전극 스트라이프에 의해 한정되는 열 및 제 2 전극 스트라이프에 의해 한정되는 행을 갖고, 상기 전기 측정 장치 각각이 각 열의 화소의 전기 신호를 동시에 측정할 수 있도록 행에 연결되는, 실시양태 1 내지 실시양태 3중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 5: 상기 스위칭 장치가 열을 전기 측정 장치에 후속 연결하도록 구성된, 실시양태 4에 따른 광학 검출기.
실시양태 6: 상기 스위칭 장치가 멀티플렉싱 측정 체계를 수행하도록 구성되고, 상기 멀티플렉싱 측정 체계에서 제 1 전극 스트라이프가 전기 측정 장치에 반복적으로 연결되는, 실시양태 1 내지 실시양태 5중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 7: 상기 전기 측정 장치가 각각 전류 측정 장치와 전압 측정 장치중 하나 이상을 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 6중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 8: 상기 전기 측정 장치가 아날로그 측정 장치인, 실시양태 1 내지 실시양태 7중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 9: 상기 전기 측정 장치가 아날로그-디지털 변환기를 추가로 포함하는, 실시양태 8에 따른 광학 검출기.
실시양태 10: 상기 판독 장치가 화소 매트릭스의 화소의 측정 값을 저장하기 위한 하나 이상의 데이터 메모리를 추가로 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 9중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 11: 상기 제 1 전극 및 제 2 전극중 하나가 하부 전극이고, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극중 다른 하나가 상부 전극이며, 상기 하부 전극이 기판에 도포되고, 상기 광전변환 물질이 하부 전극에 도포되고 하부 전극을 적어도 부분적으로 덮으며, 상기 상부 전극이 광전변환 물질에 도포되는, 실시양태 1 내지 실시양태 10중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 12: 상기 기판이 투명한 기판인, 실시양태 11에 따른 광학 검출기.
실시양태 13: 상기 하부 전극과 상부 전극중 하나 이상이 투명한, 실시양태 11 또는 실시양태 12에 따른 광학 검출기.
실시양태 14: 상기 하부 전극이 투명한, 실시양태 13에 따른 광학 검출기.
실시양태 15: 상기 하부 전극이 투명한 전도성 산화물, 바람직하게는 플루오르-도핑된 산화주석, 인듐-도핑된 산화주석 및 산화아연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 투명한 전도성 산화물을 포함하는, 실시양태 14에 따른 광학 검출기.
실시양태 16: 상기 상부 전극이 복수개의 금속 전극 스트라이프를 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 15중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 17: 상기 금속 전극 스트라이프가 전기 절연 분리막에 의해 분리되는, 실시양태 16에 따른 광학 검출기.
실시양태 18: 상기 전기 절연 분리막이 포토레지스트 구조체인, 실시양태 17에 따른 광학 검출기.
실시양태 19: 상기 광 센서가 n-반도체 금속 산화물, 바람직하게는 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물을 포함하고, 상기 전기 절연 분리막이 n-반도체 금속 산화물 위에 침착되는, 실시양태 17 또는 실시양태 18에 따른 광학 검출기.
실시양태 20: 상기 광 센서가, n-반도체 금속 산화물 위에 침착된 하나 이상의 고체 p-반도체 유기 물질을 추가로 포함하고, 상기 고체 p-반도체 유기 물질이 전기 절연 분리막에 의해 복수개의 스트라이프형 영역으로 추가로 분할되는, 실시양태 19에 따른 광학 검출기.
실시양태 21: 상기 상부 전극이 투명한, 실시양태 1 내지 실시양태 20중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 22: 상기 상부 전극이 하나 이상의 금속 층을 포함하고, 상기 금속 층이 바람직하게는 50nm 미만의 두께, 더욱 바람직하게는 40nm 미만의 두께, 가장 바람직하게는 30nm 미만의 두께를 갖는, 실시양태 21에 따른 광학 검출기.
실시양태 23: 상기 금속 층이 Ag, Al, Ag, Au, Pt, Cu로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속; 및/또는 NiCr, AlNiCr, MoNb 및 AlNd로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 합금을 포함하는, 실시양태 22에 따른 광학 검출기.
실시양태 24: 상기 상부 전극이 광전변환 물질과 금속 층 사이에 함입된 하나 이상의 전기 전도성 중합체를 추가로 포함하는, 실시양태 21 내지 실시양태 23중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 25: 상기 전기 전도성 중합체가 하나 이상의 공액 중합체를 포함하는, 실시양태 24에 따른 광학 검출기.
실시양태 26: 상기 전기 전도성 중합체가 폴리-3,4-에틸렌다이옥시티오펜(PEDOT), 바람직하게는 하나 이상의 대이온으로 전기적으로 도핑되는 PEDOT, 더욱 바람직하게는 소듐 폴리스티렌 설포네이트로 도핑된 PEDOT(PEDOT:PSS); 폴리아닐린(PANI); 폴리티오펜으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 중합체를 포함하는, 실시양태 24 또는 실시양태 25에 따른 광학 검출기.
실시양태 27: 상기 광학 검출기가 광전변환 물질, 제 1 전극 또는 제 2 전극중 하나 이상을 수분으로부터 적어도 부분적으로 보호하는 하나 이상의 봉지재를 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 26중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 28: 상기 각 화소가 개별적인 광전변환 장치, 바람직하게는 유기 광전변환 장치를 형성하는, 실시양태 1 내지 실시양태 27중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 29: 각각의 화소가 염료-민감화된 태양 전지, 더욱 바람직하게는 고체 염료-민감화된 태양 전지를 형성하는, 실시양태 28에 따른 광학 검출기.
실시양태 30: 상기 하나 이상의 광 센서가 하나 이상의 센서 영역을 갖고 하나 이상의 센서 신호를 제공할 수 있는 하나 이상의 광 센서를 포함하고, 상기 센서 신호가 광 빔에 의한 센서 영역의 총 조명 강도가 동일하다면 조명의 기하학적 형태, 특히 센서 구역의 조명의 빔 단면에 따라 달라지는, 실시양태 1 내지 실시양태 29중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 31: 상기 하나 이상의 광 센서가 광 센서의 하나 이상의 적층체를 포함하고, 각 광 센서가 하나 이상의 센서 영역을 갖고 하나 이상의 센서 신호를 제공할 수 있으며, 상기 센서 신호가 광 빔에 의한 센서 영역의 총 조명 강도가 동일하다면 조명의 기하학적 형태, 특히 센서 구역의 조명의 빔 단면에 따라 달라지고, 상기 평가 장치가 광 센서중 제 1 광 센서의 하나 이상의 화소에 의해 발생되는 하나 이상의 센서 신호를 광 센서중 제 2 광 센서의 하나 이상의 화소에 의해 발생되는 하나 이상의 센서 신호와 비교하도록 구성된, 실시양태 1 내지 실시양태 30중 어느 한 실시양태에 따른 검출기.
실시양태 32: 상기 광전변환 물질이 하나 이상의 n-반도체 금속 산화물, 하나 이상의 염료, 및 하나 이상의 고체 p-반도체 물질, 바람직하게는 하나 이상의 p-반도체 유기 물질을 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 31중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 33: 상기 n-반도체 금속 산화물이 하나 이상의 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물을 포함하는, 실시양태 32에 따른 광학 검출기.
실시양태 34: 상기 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물이 하나 이상의 유기 염료로 민감화되는, 실시양태 33에 따른 광학 검출기.
실시양태 35: 상기 n-반도체 금속 산화물이 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 조밀한 층을 추가로 포함하는, 실시양태 33 또는 실시양태 34에 따른 광학 검출기.
실시양태 36: 상기 광학 검출기가 둘 이상의 촬영 장치의 적층체를 포함하고, 상기 촬영 장치중 하나 이상이 광 센서인, 실시양태 1 내지 실시양태 35중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 37: 상기 촬영 장치의 적층체가 하나 이상의 추가적인 촬영 장치, 바람직하게는 CCD 칩 및 CMOS 칩으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 추가적인 촬영 장치를 추가로 포함하는, 실시양태 36에 따른 광학 검출기.
실시양태 38: 상기 적층체가 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 둘 이상의 촬영 장치를 포함하는, 실시양태 36 또는 실시양태 37에 따른 광학 검출기.
실시양태 39: 상기 적층체가 둘 이상의 광 센서를 포함하는, 실시양태 36 내지 실시양태 38중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 40: 상기 적층체가 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 광 센서를 포함하는, 실시양태 39에 따른 광학 검출기.
실시양태 41: 상기 적층체가 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 광 센서를 교대하는 순서대로 포함하는, 실시양태 40에 따른 광학 검출기.
실시양태 42: 상기 광학 검출기가 광 센서의 센서 신호를 평가함으로써 3차원 영상을 획득하도록 구성된, 실시양태 36 내지 실시양태 41중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 43: 상기 광학 검출기가 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 광 센서의 센서 신호를 평가함으로써 다색 3차원 영상, 바람직하게는 총 천연색 3차원 영상을 획득하도록 구성된, 실시양태 42에 따른 광학 검출기.
실시양태 44: 상기 광학 검출기가 광학 검출기의 시야 범위 내의 장면의 3차원 영상을 획득하도록 구성된, 실시양태 36 내지 실시양태 43중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 45: 상기 검출기가, 하나 이상의 비행시간 측정을 수행함으로써 하나 이상의 물체와 광학 검출기 사이의 하나 이상의 거리를 검출하도록 구성된 하나 이상의 비행시간 검출기를 추가로 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 44중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 46: 상기 감광성 층 셋업이 3개 이상의 제 1 전극 스트라이프, 바람직하게는 10개 이상의 제 1 전극 스트라이프, 더욱 바람직하게는 30개 이상의 제 1 전극 스트라이프, 가장 바람직하게는 50개 이상의 제 1 전극 스트라이프를 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 45중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 47: 상기 감광성 층 셋업이 3개 이상의 제 2 전극 스트라이프, 바람직하게는 10개 이상의 제 2 전극 스트라이프, 더욱 바람직하게는 30개 이상의 제 2 전극 스트라이프, 가장 바람직하게는 50개 이상의 제 2 전극 스트라이프를 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 46중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 48: 상기 감광성 층 셋업이 3 내지 1200개의 제 1 전극 스트라이프 및 3 내지 1200개의 제 2 전극 스트라이프, 바람직하게는 10 내지 1000개의 제 1 전극 스트라이프 및 10 내지 1000개의 제 2 전극 스트라이프, 더욱 바람직하게는 50 내지 500개의 제 1 전극 스트라이프 및 50 내지 500개의 제 2 전극 스트라이프를 포함하는, 실시양태 1 내지 실시양태 47중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 49: 상기 광 센서가 투명한, 실시양태 1 내지 실시양태 48중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기.
실시양태 50: 실시양태 1 내지 실시양태 48중 어느 한 실시양태에 따른 하나 이상의 광학 검출기를 포함하고, 하나 이상의 광 빔을 광학 검출기 쪽으로 유도하도록 구성된 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 이상의 형태인, 검출기 시스템.
실시양태 51: 상기 비컨 장치가 하나 이상의 조명원을 포함하는, 실시양태 50에 따른 검출기 시스템.
실시양태 52: 상기 비컨 장치가 물체와는 독립적인 조명원에 의해 발생되는 주요 광 빔을 반사시키도록 구성된 하나 이상의 반사 장치를 포함하는, 실시양태 50 또는 실시양태 51에 따른 검출기 시스템.
실시양태 53: 상기 검출기 시스템이 둘 이상의 비컨 장치, 바람직하게는 3개 이상의 비컨 장치를 포함하는, 실시양태 50 내지 실시양태 52중 어느 한 실시양태에 따른 검출기 시스템.
실시양태 54: 상기 검출기 시스템이 하나 이상의 물체를 추가로 포함하는, 실시양태 50 내지 실시양태 53중 어느 한 실시양태에 따른 검출기 시스템.
실시양태 55: 상기 물체가 단단한 물체인, 실시양태 54에 따른 검출기 시스템.
실시양태 56: 상기 물체가 스포츠 기구 제품, 바람직하게는 라켓, 클럽, 배트로 구성된 군으로부터 선택되는 제품; 의복 제품; 모자; 신발; 헬멧; 안경으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실시양태 54 또는 실시양태 55에 따른 검출기 시스템.
실시양태 57: 하나 이상의 정보 아이템을 사용자와 기계 사이에서 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스로서, 상기 인간-기계 인터페이스는, 검출기 시스템에 관한 실시양태 50 내지 실시양태 56중 어느 한 실시양태에 따른 하나 이상의 검출기 시스템을 포함하고, 검출기 시스템에 의해 사용자의 하나 이상의 위치를 결정하도록 디자인되며, 하나 이상의 정보 아이템을 그 위치에 배정하도록 디자인되고, 하나 이상의 비컨 장치가 사용자에게 직접적으로 또는 간접적으로 부착되는 형태 및 사용자에 의해 보유되는 형태 중 하나 이상의 형태가 되도록 구성된, 인간-기계 인터페이스.
실시양태 58: 하나 이상의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치로서, 상기 엔터테인먼트 장치는, 실시양태 57에 따른 하나 이상의 인간-기계 인터페이스를 포함하고, 인간-기계 인터페이스에 의해 플레이어가 하나 이상의 정보 아이템을 입력할 수 있도록 디자인되며, 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 디자인되는, 엔터테인먼트 장치.
실시양태 59: 검출기 시스템에 관한 실시양태 50 내지 실시양태 56중 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 추적하도록 구성된, 추적 시스템.
실시양태 60: 광학 검출기에 관한 실시양태 1 내지 실시양태 49중 어느 한 실시양태에 따른 하나 이상의 광학 검출기를 포함하는, 하나 이상의 물체를 촬영하기 위한 카메라.
실시양태 61: a) 감광성 층 셋업이 기판 상에 침착된 광 센서를 제조하는 단계; 및 b) 하나 이상의 판독 장치를 광 센서에 연결하는 단계를 포함하는, 광학 검출기의 제조 방법으로서, 이 때 상기 감광성 층 셋업이 하나 이상의 제 1 전극, 하나 이상의 제 2 전극 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 끼인 하나 이상의 광전변환 물질을 갖고, 상기 광전변환 물질이 하나 이상의 유기 물질을 포함하며, 상기 제 1 전극이 복수개의 제 1 전극 스트라이프를 포함하고, 상기 제 2 전극이 복수개의 제 2 전극 스트라이프를 포함하며, 제 1 전극 스트라이프와 제 2 전극 스트라이프는 상기 제 1 전극 스트라이프와 제 2 전극 스트라이프의 교차점에 화소의 매트릭스가 형성되도록 교차되며, 상기 판독 장치가, 제 2 전극 스트라이프에 연결되어 있는 복수개의 전기 측정 장치를 포함하고 제 1 전극 스트라이프를 전기 측정 장치에 후속 연결하기 위한 하나 이상의 스위칭 장치를 추가로 포함하는, 방법.
실시양태 62: 상기 방법 단계 a)가 a1. 기판을 제공하는 단계; a2. 기판 상에 하나 이상의 하부 전극을 침착시키는 단계; a3. 하부 전극 상에 하나 이상의 광전변환 물질을 침착시키는 단계; a4. 광전변환 물질 상에 하나 이상의 상부 전극을 침착시키는 단계를 포함하고, 상기 하부 전극이 제 1 전극 또는 제 2 전극중 하나이고, 상기 하부 전극이 복수개의 하부 전극 스트라이프를 포함하고, 상기 상부 전극이 상기 방법 단계 a2.와 비교하여 제 1 전극 및 제 2 전극중 다른 하나이고, 상기 상부 전극이 복수개의 상부 전극 스트라이프를 포함하며, 상기 하부 전극 스트라이프와 상부 전극 스트라이프가 교차하여 화소의 매트릭스가 형성되도록 상부 전극 스트라이프가 침착되는, 방법.
실시양태 63: 상기 방법 단계 a2.가 하기 패턴화 기법중 하나를 포함하는, 실시양태 62에 따른 방법:
- 하부 전극을 패턴화되지 않은 방식으로 침착시킨 다음, 바람직하게는 리소그래피를 이용함으로써 패턴화시킴;
- 바람직하게는 마스크를 통한 침착 기법 또는 인쇄 기법중 하나 이상을 이용함으로써 패턴화된 방식으로 하부 전극을 침착시킴.
실시양태 64: 상기 방법 단계 a3.이
- 조밀한 n-반도체 금속 산화물, 바람직하게는 TiO2의 하나 이상의 층을 침착시키고;
- 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 층, 바람직하게는 나노-다공성 TiO2의 하나 이상의 층을 침착시키고;
- 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 층을 하나 이상의 유기 염료로 민감화시키며;
- 고체 p-반도체 유기 물질의 하나 이상의 층을 침착시킴
을 포함하는, 실시양태 62 또는 실시양태 63에 따른 방법.
실시양태 65: 상기 방법 단계 a4.가 하기중 하나 이상을 포함하는, 실시양태 62 내지 실시양태 64중 어느 한 실시양태에 따른 방법:
- 패턴화된 방식으로, 바람직하게는 쉐도우 마스크를 통한 침착 및/또는 인쇄 기법을 이용함으로써, 광전변환 물질 상에 상부 전극을 침착시킴;
- 상부 전극을 광전변환 물질 상에 패턴화되지 않은 방식으로 침착시킨 후 하나 이상의 패턴화 단계를 수행함;
- 기판 또는 광전변환 물질중 하나 이상에 하나 이상의 분리막을 제공한 다음 상부 전극을 패턴화되지 않은 방식으로 침착시키며, 이 때 상부 전극이 분리막에 의해 상부 전극 스트라이프로 추가로 분할됨.
실시양태 66: 상기 방법 단계 a4.가 광전변환 물질 위에 하나 이상의 전기 전도성 중합체를 침착시키고, 전기 전도성 중합체 상에 하나 이상의 금속 층을 침착시킴을 포함하는, 실시양태 63 내지 실시양태 65중 어느 한 실시양태에 따른 방법.
실시양태 67: 상기 금속 층이 50nm 미만의 두께, 바람직하게는 40nm 미만의 두께, 더욱 바람직하게는 30nm 미만의 두께를 갖는, 실시양태 66에 따른 방법.
실시양태 68: 광학 검출기에 관한 실시양태 1 내지 실시양태 49중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기의 사용을 포함하는 물체의 하나 이상의 영상을 찍는 방법으로서, 광 센서 상에 물체를 촬영하는 단계; 후속적으로 제 1 전극 스트라이프를 전기 측정 장치에 연결하는 단계; 화소의 전기 신호를 구성하여 영상을 형성시키는 단계를 포함하되, 이때 상기 전기 측정 장치가 각각의 제 1 전극 스트라이프에 대해 개별적인 제 1 전극 스트라이프의 화소의 전기 신호를 측정하는, 방법.
실시양태 69: 상기 화소의 전기 신호를 데이터 메모리 내에 저장하고, 상기 데이터 메모리가 전기 신호를 나타내는 값의 어레이를 제공하는, 실시양태 68에 따른 방법.
실시양태 70: 상기 전기 신호가 아날로그 포맷의 제 1 전기 신호를 포함하고, 아날로그-디지털 변환기를 사용함으로써 상기 제 1 전기 신호를 디지털 전기 신호인 제 2 전기 신호로 변형시키는, 실시양태 68 또는 실시양태 69에 따른 방법.
실시양태 71: 상기 제 2 전기 신호가 각 화소에 대한 그레이-스케일 수준을 포함하는, 실시양태 70에 따른 방법.
실시양태 72: 교통 기술에서의 위치 측정, 엔터테인먼트 용도, 보안 용도, 안전 용도, 인간-기계 인터페이스 용도, 추적 용도, 사진 용도, 하나 이상의 비행시간 검출기와의 조합 용도로 이루어진 군으로부터 선택되는 용도를 위한, 광학 검출기에 관한 실시양태 1 내지 실시양태 49중 어느 한 실시양태에 따른 광학 검출기의 용도.
예시적인 실시양태
도 1에는, 본 발명에 따른 광학 검출기(110)의 한 실시양태의 평면도가 도시되어 있다. 광학 검출기(110)는 이 실시양태에서 하나 이상의 광 센서(112) 및 광 센서(112)에 연결되어 있거나 연결될 수 있는 하나 이상의 판독 장치(114)를 포함한다.
광 센서(112)는 기판(116) 및 그 위에 배치된 하나 이상의 감광성 층 셋업(118)을 포함한다. 감광성 층 셋업(118)은 이 실시양태에서 하부 전극(122)으로서 구현될 수 있는 제 1 전극(120)을 포함한다. 그러나, 상기 논의된 바와 같이 제 1 전극(120)은 상부 전극도 될 수 있음을 알아야 한다. 제 1 전극(120)은 복수개의 제 1 전극 스트라이프(124)를 포함하고, 따라서 이들 스트라이프는 하부 전극 스트라이프(126)로서 구체화될 수 있고 다르게는 상부 전극 스트라이프로도 구현될 수 있다. 제 1 전극 스트라이프(124)는 각각 개별적인 제 1 전극 스트라이프(124)와 전기적으로 접속하기 위한 하나 이상의 접속 패드(128)를 포함한다.
감광성 층 셋업(118)은 상부 전극(132)으로서 구체화될 수 있는 하나 이상의 제 2 전극(130)을 추가로 포함한다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 제 2 전극(130)은 다르게는 하부 전극으로서 구현될 수 있으며, 따라서 도 1에 도시된 셋업은 반대로 될 수 있다. 제 2 전극(130)은 복수개의 제 2 전극 스트라이프(134)를 포함하고, 따라서 이들 스트라이프는 상부 전극 스트라이프(136)로서 구현될 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 제 2 전극 스트라이프(134)가 하부 전극 스트라이프인 반대 셋업도 실현가능하다.
제 1 전극 스트라이프(124)의 셋업과 유사한 제 2 전극 스트라이프(134)는 접속 패드(138)을 통해 전기적으로 접속될 수 있다.
도 1에 도시된 예시적인 실시양태에는, 4개의 제 1 전극 스트라이프(124) 및 5개의 제 2 전극 스트라이프(134)가 도시되어 있음에 주목해야 한다. 상이한 수의 제 1 전극 스트라이프(124) 및/또는 상이한 수의 제 2 전극 스트라이프(134)도 실현가능하다.
감광성 층 셋업(118)은 제 1 전극(120)과 제 2 전극(130) 사이에 끼인 하나 이상의 광전변환 물질(140)을 추가로 포함한다. 바람직하게는, 접속 패드(128)가 광전변환 물질(140)에 의해 덮이지 않고 유지되도록 광전변환 물질(140)을 도포한다. 광전변환 물질(140)의 예시적인 세부사항은 아래 도 2a 내지 도 2c와 관련하에 기재된다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 전극 스트라이프(124)와 제 2 전극 스트라이프(134)는 화소(144)의 매트릭스(142)가 형성되도록 교차한다. 각 화소(144)는 제 1 전극 스트라이프(124) 부분, 제 2 전극 스트라이프(134) 부분 및 그 사이에 끼인 광전변환 물질(140) 부분을 포함한다. 도 1에 도시된 이 예시적인 실시양태에서, 매트릭스(142)는 화소(144)가 열(146)(도 1에서 수평 방향) 및 행(148)(도 1에서 수직 방향)으로 배치된 직사각형 매트릭스이다. 그러므로, 예로서, 각 화소(144)는 열 번호 및 행 번호로 확인될 수 있다.
이 실시양태에서 제 1 전극 스트라이프(124) 및 하부 전극 스트라이프(126)는 각각 접속 패드(128)와 접속하는 개별적인 제 1 리드선(150)을 통해 접속한다. 유사하게, 각각의 제 2 전극 스트라이프(134) 및 각각의 상부 전극 스트라이프(136)는 접속 패드(138)와 전기적으로 접속하는 개별적인 제 2 리드선(152)에 의해 전기적으로 접속된다. 또한, 판독 장치(114)는 복수개의 측정 장치(154)를 포함한다. 바람직하게는, 행 하나당 측정 장치(154) 하나가 제공된다. 아래에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 도 1의 실시양태는 열-스위칭을 나타냄에 주목해야 한다. 다르게는, 행-스위칭이 가능하다. 후자의 경우에는, 바람직하게는, 열 하나당 측정 장치(154) 하나가 제공된다. 또한, 예를 들어 측정 장치(154)를 공유하는 다수개의 행(148)에 의해 및/또는 복수개의 행(148)에 대한 측정 장치(154)를 ASIC 같은 단일 집적 장치로 합침으로써, 측정 장치(154)를 조합할 수 있다.
측정 장치(154)는 하나 이상의 전기 신호를 생성시키도록 구성될 수 있다. 그러므로, 바람직하게는, 측정 장치(154)는 도 1에 표시된 바와 같은 전류 측정 장치 및/또는 전압 측정 장치로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 도 1에 도시된 실시양태에서는, I1, ..., I5로 표시된 행(148)의 전류를 측정하도록 구성된 전류 측정 장치가 제공된다.
측정 장치(154)는 각각 포트(156, 158)를 포함할 수 있고, 이 때 제 1 포트(156)는 스위칭 장치(160), 바람직하게는 자동 스위칭 장치(160)에 연결될 수 있고, 제 2 포트(158)는 개별적인 제 2 리드선(152)을 통해 개별적인 행(148)에 연결된다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 측정 장치(154)의 제 1 포트(156)는 제 1 포트(156)를 스위칭 장치(160)에 연결하는 합쳐진 리드선(162)에서 합쳐질 수 있다.
도 1에서 S로도 일컬어지는 스위칭 장치(160)는 합쳐진 리드선(162) 및/또는 제 1 포트(156)를 제 1 리드선(150)에 선택적으로 연결하도록 구성된다. 그러므로, 바람직하게는, 스위칭 장치(160)는 제 1 리드선(150)을 합쳐진 리드선(162)에 후속 연결한다. 따라서, 상부 열(146)에서 바닥 열(146)로의 후속 스위칭이 이루어진 다음 상부 열로 다시 스위칭될 수 있다. 다른 스위칭 체계도 가능하다. 또한, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광 센서(112) 및/또는 판독 장치(114)는 매트릭스(142)를 별도로 스위칭되고/되거나 별도로 선택되는 세부-매트릭스로 더욱 분할하는데 적합할 수 있다.
스위칭 장치(160)의 각 위치에서는, 특정 열(146)이 합쳐진 리드선(162)에 연결되고, 따라서 측정 장치(154)의 모든 제 1 포트(156)에 연결된다. 그러므로, 특정 열(146)이 선택되고, 측정 장치(154)는 선택된 열의 개별적인 화소(144)의 신호를 측정하도록 구성된다. 예를 들어 아날로그-디지털-변환기(164)를 사용함으로써 신호를 처리할 수 있고, 데이터 메모리(166)에 저장할 수 있다. 예로서, 데이터 메모리(166)는 매트릭스(142)의 화소(144)에 상응할 수 있는 복수개의 데이터 필드(168)를 포함할 수 있다. 따라서, 각각의 측정 신호에 대해, 데이터 메모리(166)의 상응하는 필드가 선택될 수 있고, 측정 값, 바람직하게는 디지털 측정 값이 개별적인 데이터 필드(168)에 저장될 수 있다. 따라서, 데이터 메모리(166)는 스위칭 장치(160)가 열(146)을 통해 스위칭하는 경우 열별로 상응하는 측정 값으로 채워진다. 최종적으로, 데이터 필드(168) 및 이들의 상응하는 측정 값을 갖는 데이터 메모리(166)는 전자 포맷으로 영상(170)을 나타내게 된다.
이 실시양태 또는 다른 실시양태에서, 소정 멀티플렉싱 체계를 이용함으로써 스위칭 장치(160)에 의한 스위칭이 바람직하게는 자동으로 이루어지게 함을 알아야 한다. 이들 멀티플렉싱 체계 및 상응하는 스위칭 장치(160)는 통상적으로 디스플레이 기술 분야에 공지되어 있다. 그러나, 디스플레이 기술에서, 스위칭 장치(160)는 디스플레이 화소의 수동-매트릭스 어드레싱을 위해, 예를 들어 이들 화소를 통해 적절한 전압 및/또는 전류를 제공하기 위해 사용된다. 그러나, 본 발명에서는, 화소(146)로부터 전기 신호를 판독하기 위하여 측정 목적으로 스위칭 장치(160)를 사용함으로써 역 수동 매트릭스 체계를 이용한다.
도 2a 내지 도 2c에는, 도 1의 절단선(A-A)을 따라 광 센서(112)를 통해 취한 단면도가 도시된다. 여기에는, 광 센서(112)의 층 셋업의 다양한 가능한 실시양태가 도시된다. 그러나, 다른 층 셋업이 가능함을 알아야 한다. 판독 장치(114) 및/또는 리드선(150, 152)은 이들 도면에 도시되지 않는다.
도 2c에 도시된 모든 실시양태에 도시된 바와 같이 또한 상기 논의된 바와 같이, 광 센서(112)는 그 위에 감광성 층 셋업(118)이 배치된 기판(118)을 포함한다. 또한, 감광성 층 셋업(118)은 유리 커버, 금속 커버 또는 세라믹 커버 등의 하나 이상의 봉지 요소 같은 하나 이상의 봉지재(172)에 의해 완전히 또는 부분적으로 덮일 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 감광성 층 셋업(118) 상에 하나 이상의 봉지 층을 코팅할 수 있다. 봉지재(172)는 투명하거나 불투명할 수 있다. 바람직하게는, 적어도 도 2b에 도시된 셋업에서, 봉지재(172)는 완전히 또는 부분적으로 투명할 수 있다. 봉지재(172)는 접속 패드(128) 및/또는 접속 패드(138)(도 2a 내지 도 2c에는 도시되지 않음)가 봉지재(172)에 의해 덮이지 않은 채로 유지되고 따라서 전기적 접속을 위해 접근가능하도록 위치될 수 있다.
상기 논의된 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 전극(120)은 모든 실시양태에서 복수개의 제 1 전극 스트라이프(124)를 포함한다. 예로서, 플루오르-도핑된 산화주석(FTO)을 사용할 수 있다. 에칭 기법 같은, 디스플레이 기술로부터 공지되어 있는 표준 리소그래피 기법에 의해 스트라이프로 패턴화시킬 수 있다. 따라서, 예로서, FTO를 사용한 기판(116)의 대면적 코팅을 제공할 수 있고, 제 1 전극 스트라이프(124)의 영역을 포토레지스트로 덮을 수 있다. 이어, 포토레지스트로 덮이지 않은 영역을, 이들 부위로부터 FTO를 제거하기 위하여 습식 에칭 및/또는 건식 에칭 같은 표준 에칭 기법에 의해 에칭시킬 수 있다.
제 1 전극(120) 위에 광전변환 물질(140)이 배치된다. 다른 유형의 광전변환 물질(140) 및/또는 다른 유형의 층 셋업을 사용할 가능성을 제한하지 않으면서 예시적인 실시양태로서만 제공되는 도 2c에 도시된 실시양태에서, 광전변환 물질(140)은 제 1 전극(120) 위에 배치된 n-반도체 금속 산화물(174)의 조밀한 층을 포함한다. 조밀한 층(174)은 차단 층으로서 작용하고, 예를 들어 10nm 내지 500nm의 두께를 가질 수 있다. 조밀한 층(174) 위에는 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 층(176)이 배치될 수 있다. 층(176) 위에 및/또는 층(176) 내에는, 예컨대 도핑에 의해 및/또는 층(176)을 유기 염료(178)로 적어도 부분적으로 침지시킴으로써 하나 이상의 유기 염료(178)를 도포할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 유기 염료(178)의 별도의 층을 층(176) 위에 배치할 수 있다.
층(176) 위에 및/또는 유기 염료(178) 위에, 고체 p-반도체 유기 물질(180)의 하나 이상의 층을 배치한다. 일반적으로, 층(174, 176, 180) 및 유기 염료(178)에 대해서는, 상기 주어진 예시적인 실시양태를 참조할 수 있다. 또한, 처리 기법 및/또는 물질 또는 물질의 조합과 관련하여서는, WO 2012/110924 A1 호, US 61/739,173 호 및 US 61/749,964 호중 하나 이상을 참조할 수 있다. 본 발명 내에서는 하부 전극(122)이 스트라이프형 하부 전극(122)이라는 사실에도 불구하고, 동일한 물질 및/또는 처리 기법을 이용할 수 있다.
도 2a에 도시된 실시양태에서는, 감광성 층 셋업(118)의 층을 침착시킨 후, 제 2 전극 스트라이프(134)를 침착시킨다. 이를 위하여, 열 증발 및/또는 전자 빔 증발 및/또는 스퍼터링 같은 공지의 침착 기법에 의해 금속 스트라이프를 침착시킬 수 있다. 스트라이프형 패턴을 생성시키기 위하여, 예로서 쉐도우 마스크를 사용할 수 있다. 그러므로, 제 2 전극 스트라이프(134) 외의 셋업의 표면 영역은 쉐도우 마스크로 덮일 수 있는 반면, 제 2 전극 스트라이프(134)가 침착되어야 하는 영역은 덮이지 않은 채로 유지될 수 있다. 예로서, 제 2 전극 스트라이프(134)의 형상에 상응하는 슬롯형 개구가 있는 강 마스크를 사용할 수 있다. 이 쉐도우 마스크가 위에 있는 셋업을 진공 벨 내로 삽입할 수 있고, 예로서 전자 빔 증발 및/또는 도가니로부터의 열 증발을 이용함으로써 알루미늄 층을 그 위에 침착시킬 수 있다. 예로서, 제 2 전극 스트라이프(134)의 하나 이상의 금속 층은 20nm 내지 500nm의 두께, 바람직하게는 30nm 내지 300nm의 두께를 가질 수 있다. 그러므로, 도 2a에 도시된 실시양태에서는, 상징적으로 조명이 참조 번호(182)로 표시된다. 이 실시양태에서는, 조명이 바람직하게는 투명성을 갖는 유리 기판 및/또는 플라스틱 기판일 수 있는 기판(116)을 통해 이루어진다. 그러나, 추가로 또는 다르게는, 상부로부터, 즉 반대 방향으로부터의 조명이 이루어질 수 있다. 이 경우, 감광성 층 셋업(118) 내에 충분한 광을 제공하기 위하여, 봉지재(172)는 바람직하게는 완전히 또는 부분적으로 투명하고, 또한 제 2 전극 스트라이프(134)는 투명한 제 2 전극 스트라이프(134)로서 제공될 수 있다. 투명한 제 2 전극 스트라이프(134)를 제공하기 위하여, 몇 가지 기법을 이용할 수 있다. 그러므로, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 얇은 금속 층을 사용할 수 있다. 따라서, 구체적으로 알루미늄의 경우, 40nm 미만, 바람직하게는 30nm 미만, 또는 심지어 20nm 이하의 금속 층 두께가 제공되는 경우에는 가시광 스펙트럼 범위에서 충분한 투명성이 제공될 수 있다. 그러나, 금속 층 두께가 감소함에 따라, 제 2 전극 스트라이프(134)를 따른 전기 전도가 불충분하게 이루어질 수 있다.
이 문제점을 피하기 위하여, 제 2 전극(130)의 하나 이상의 금속 층을 완전히 투명한 전기 전도성 물질로 대체하고/하거나 지지할 수 있다. 그러므로, 예로서, 도 2b에 도시된 다른 실시양태에서 보이는 바와 같이 하나 이상의 전기 전도성 중합체 층을 제 2 전극 스트라이프(134)로 사용할 수 있다. 한쪽 또는 양쪽에서 조명될 수 있고 심지어는 광을 통과시키도록 구성될 수 있는 투명한 광 센서(112)를 생성시키는데 사용될 수 있는 이 실시양태에서는, 다시, 제 2 전극 스트라이프(134)는 도 2a에서와 같이 하나 이상의 금속 층(184)을 포함할 수 있다. 그러나, 또한, 제 2 전극 스트라이프(134)의 금속 층(184)과 p-반도체 유기 물질(180) 사이에, 전기 전도성 유기 물질의 하나 이상의 층(186)이 끼인다. 바람직하게는, 금속 스트라이프(190)에 의해 완전히 또는 부분적으로 덮이는 전기 전도성 중합체 스트라이프(188)를 제공하기 위하여, 전기 전도성 중합체의 하나 이상의 층(186)을 패턴화시킨다. 스트라이프(188, 190)는 함께 제 2 전극 스트라이프(134) 및/또는 상부 전극 스트라이프(136)를 형성한다.
상기 논의된 바와 같이, 이 실시양태 및/또는 다른 실시양태에서는, 금속 스트라이프(190)를 투명하게 유지하기 위하여, 40nm 미만, 바람직하게는 30nm 미만의 두께가 금속 스트라이프(190)에 바람직하다. 전기 전도성 중합체의 층(186)은 적절한 전류를 지속시키기 위하여 추가적인 전기 전도성을 제공한다.
상기 논의된 바와 같이, 물리적 증착, 바람직하게는 스퍼터링 및/또는 열 증발 및/또는 전자 빔 증발 같은 다양한 금속 침착 기법에 의해 금속 스트라이프(190)를 생성시킬 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 알루미늄 층을 침착시킬 수 있다. 전기 전도성 중합체 스트라이프(188)를 패턴화시키기 위하여, 전기 전도성 중합체를 패턴화된 방식으로 가할 수 있다. 따라서, 예로서, 전기 전도성 중합체에 대한 다양한 인쇄 기법을 이용할 수 있다. 인쇄 기법의 예시적인 실시양태에 대해서는, 유기 발광 디스플레이 기술에서 공지되어 있는 인쇄 기법 및/또는 유기 전자공학으로부터 공지되어 있는 인쇄 기법을 참조할 수 있다. 그러므로, 예로서, US 2004/0216625 A1 호에 개시되어 있는 스크린-인쇄 기법을 참조할 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 스크린-인쇄, 잉크젯 인쇄, 플렉소 인쇄 또는 다른 기법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 인쇄 기법 같은 다른 유형의 인쇄 기법을 이용할 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 실시양태는 제 2 전극(130) 같은 상부 전극(132)의 패턴화된 침착의 실시양태이다. 그러므로, 상부 전극(132)을 패턴화된 방식으로 침착시키는 침착 기법을 이용한다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 추가로 또는 다르게는, 다른 기법이 실행가능하다. 그러므로, 일반적으로는, 대면적 침착 후 패턴화 단계(예컨대, 레이즈 삭마 및/또는 에칭 기법)가 가능하다. 추가로 또는 다르게는, 상기 논의된 바와 같이, 자가-패턴화 기법을 이용할 수 있다. 그러므로, 광 센서(112)는 그 자체가 도 2c에 도시된 예시적인 실시양태에 도시된 바와같이 하나 이상의 분리 요소(192)를 포함할 수 있다. 이들 분리 요소(192)는 예로서 기판(116) 및/또는 감광성 층 셋업(118)의 하나 이상의 층에 가해지는 세로 바일 수 있다. 단면도에서, 분리막으로도 일컬어지는 분리 요소는 시야 평면에 수직으로, 제 2 전극 스트라이프(134)에 평행하게 이어진다. 분리막의 상부 말단 위에 또는 상부 말단에 인접하게 날카로운 가장자리(194)가 제공될 수 있다(예를 들어, 사다리꼴 형상을 제공함으로써). 증발 구역을 한정하는 쉐도우 마스크를 사용하여 또는 쉐도우 마스크 없이 상부 전극(132)의 하나 이상의 금속 층(184)을 증발시킬 때, 금속 층(184)은 날카로운 가장자리(194)에서 절단되고, 따라서 이웃한 분리막(192) 사이에서 별도의 금속 스트라이프가 생성되어 상부 전극 스트라이프(136)를 형성시킨다.
이 자가-패턴화 기법은 통상 디스플레이 기술로부터 공지되어 있다. 그러므로, 예로서, 분리막(192)은 완전히 또는 부분적으로 포토레지스트 구조체로 제조될 수 있다. 이들 포토레지스트 구조체의 패턴화에 대해서는, US 2003/0017360 A1 호, US 2005/0052120 A1 호, US 2003/0094607 A1 호중 하나 이상 또는 다른 패턴화 기법을 참조할 수 있다.
자가-패턴화는 상부 전극(132)에만 적용될 수 있다. 그러나, 도 2c의 실시양태에 도시된 바와 같이, 추가로 광 센서의 하나 이상의 추가적인 층 및/또는 요소를 패턴화시키는 데에도 하나 이상의 분리막(192)에 의한 자가-패턴화를 이용할 수 있다. 그러므로, 예로서, 하나 이상의 유기 층을 이러한 방식으로 패턴화시킬 수 있다. 예로서, 유기 염료(178) 및/또는 p-반도체 유기 물질(180)을 하나 이상의 분리막(192)에 의해 완전히 또는 부분적으로 패턴화시킬 수 있다. 따라서, 통상적으로는, 감광성 층 셋업(118)의 하나 이상의 유기 성분을 가하기 전에 하나 이상의 분리막(192)을 가할 수 있다. 예로서, 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물의 하나 이상의 층(176)을 제조한 후 하나 이상의 분리막(192)을 가할 수 있다. 전형적인 포토레지스트 패턴화 기법이 공격적인 에칭 단계 및/또는 공격적인 가열 단계(예를 들어, 100℃보다 높은 온도로의 가열)를 필요로 하기 때문에, 이들 단계는 유기 물질에 유해하다. 그러므로, 유기 물질을 가하기 전에, 예를 들어 하나 이상의 유기 염료(178)를 가하기 전에 및/또는 하나 이상의 p-반도체 유기 물질(180)을 도포하기 전에 분리막(192)을 형성시킨다. 디스플레이 기술로부터 공지되어 있는 바와 같이, 유기 물질의 도포 및 유기 물질의 패턴화는 하나 이상의 분리막(192)이 기판(116) 상에 존재한다고 하더라도 동일한 방식으로 실현될 수 있다. 그러므로, 진공 증발(CVD 및/또는 PVD), 습식 가공(예컨대, 회전 코팅 및/또는 인쇄) 또는 다른 침착 기법 같은 공지의 침착 기법에 의해 하나 이상의 유기 염료(178) 및/또는 하나 이상의 p-반도체 유기 물질(180)을 도포할 수 있다. 분리막(192)의 패턴화, 분리막의 가능한 기하학적 형태, 분리막(192)으로 가능한 물질, 및 이들 분리막(192)의 다른 세부사항에 대해서는, 상기 개시된 문서를 참조할 수 있다.
하나 이상의 금속 층(184)에 덧붙여, 다시 전기 전도성 중합체의 하나 이상의 층, 예를 들어 도 2b의 실시양태에 사용되는 PEDOT:PSS의 하나 이상의 층을 침착시킬 수 있음에 주목해야 한다. 따라서, 도 2b에서와 같이, 하나 이상의 분리막(192)을 사용하는 경우에라도 투명한 상부 전극(132)을 제조할 수 있다.
광학 검출기(110)는 하나 이상의 광 센서(112) 외에 하나 이상의 추가적인 요소를 포함할 수 있다. 그러므로, 도 3에는, 광학 검출기(110)의 예시적인 실시양태가 단면도로 도시되어 있다. 예로서, 광학 검출기(110)는 사진용 카메라(214)로서 구현될 수 있다. 이 실시양태에서, 광학 검출기(110)는 둘 이상, 바람직하게는 셋 이상의 촬영 장치(198)의 적층체(196)를 포함한다. 촬영 장치(198)는 광학 검출기(110)의 광축(200)을 따라 적층된다. 촬영 장치(198)중 하나 이상은 특허청구범위 제 1 항에 정의되고/되거나 상기 논의된 하나 이상의 실시양태(예컨대, 도 1 또는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 하나 이상의 실시양태)에 개시된 광 센서(112)이다. 예로서, 적층체(196)는 도 3에서 1, 2 및 3번 위치에 3개의 광 센서(112)를 포함할 수 있다. 추가로, 적층체(196)는 도 3의 4번 위치(이는 광학 검출기(110)의 입구(204)로부터 멀리 떨어진 적층체(196)의 마지막 위치임)에 하나 이상의 추가적인 촬영 장치(202)를 포함할 수 있다. 예로서 특허청구범위 제 1 항에 정의된 하나 이상의 광 센서(112)와 비교하여 다른 방식으로 구현될 수 있는 하나 이상의 추가적인 촬영 장치(202)는 유기 또는 무기 또는 혼성 촬영 장치일 수 있다. 예로서, 추가적인 촬영 장치(202)는 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩 같은 무기 반도체 촬영 장치일 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 그러므로, 예로서, 적층체(196)는 유기 촬영 장치와 무기 촬영 장치(198)의 조합일 수 있다. 다르게는, 적층체(196)는 특허청구범위 제 1 항에 정의된 광 센서(112)만 포함할 수 있다.
적층체(196)가 제공되는 경우, 바람직하게는 하나 이상의 촬영 장치(198)는 투명하다. 그러므로, 예로서, 입구(204)로부터 멀리 떨어진 마지막 촬영 장치(198)를 제외한 모든 촬영 장치(198)는 완전히 또는 부분적으로 투명한 촬영 장치(198)로서 구현될 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 투명한 제 1 및 제 2 전극(120, 130)을 사용함으로써 이 투명성을 용이하게 실현할 수 있다. 마지막 촬영 장치(198)에 있어서는, 투명성이 요구되지 않는다. 그러므로, 상기 논의된 바와 같이, 이 마지막 촬영 장치(198)(예를 들어, 도 3의 4번 촬영 장치(198))는 반드시 투명성을 제공해야만 하는 것은 아닌 무기 반도체 촬영 장치(198)일 수 있다. 그러므로, 예컨대 카메라 기술에서 공지되어 있는 바와 같이 전형적인 고해상도 촬영 장치를 사용할 수 있다.
또한, 구체적으로 촬영 장치(198)의 적층체(196)가 제공되는 경우, 적층체(196)의 촬영 장치(198) 또는 촬영 장치(198)중 둘 이상은 상이한 스펙트럼 감도를 제공할 수 있다. 따라서, 예로서, 광 센서(112)는 상이한 흡수 특성을 갖는 상이한 유형의 유기 염료(178)를 제공할 수 있다. 그러므로, 예로서, 1번 촬영 장치의 유기 염료(178)는 청색 스펙트럼 범위를 흡수할 수 있고, 2번 촬영 장치는 녹색 스펙트럼 범위를 흡수할 수 있으며, 3번 촬영 장치는 적색 스펙트럼 범위를 흡수할 수 있다. 다르게는, 이들 흡수 특성의 임의의 모든 순열이 가능할 수 있다. 마지막 촬영 장치(198)는 전체 스펙트럼 범위에 걸쳐 통합 신호를 발생시키기 위하여 광대역 스펙트럼 감도를 가질 수 있다. 그러므로, 상이한 촬영 장치(198)로부터의 영상을 비교함으로써, 광학 검출기(110)에 들어가는 광 빔(206)의 색상 정보를 제공할 수 있다. 예로서, 혼합 신호 같은 한 촬영 장치(198)의 신호는 색상 정보를 제공하기 위하여 모든 촬영 장치(198)의 총합 신호에 의해 및/또는 추가적인 촬영 장치(202)의 하나 이상의 신호에 의해 나뉘어질 수 있다.
광학 검출기(110)는 광축(202)에 따른 상이한 위치에서, 예를 들어 상이한 초점 평면에서 광 빔(206)의 영상을 찍도록 구성될 수 있다. 이들 영상을 비교함으로써, 촬영 장치(198)에 의해 생성된 영상으로부터 하나 이상의 광 빔(206)을 방출하는 물체에 대한 위치 정보 같은 다양한 형태의 정보를 유도해낼 수 있다. 이 정보를 평가하기 위하여, 광학 검출기(110)는 하나 이상의 판독 장치(114) 외에 촬영 장치(198)에 의해 생성된 영상을 평가하기 위하여 하나 이상의 컨트콜러(208)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 컨트롤러(208)는 평가 장치(216)를 형성할 수 있고/있거나 그 외에 하나 이상의 판독 장치(114)도 포함할 수 있는 평가 장치(216)의 일부가 될 수 있다. 상기 언급된 하나 이상의 데이터 메모리(166)는 컨트롤러(208) 및/또는 평가 장치(216)의 일부일 수 있다.
상기 논의된 바와 같이, 광학 검출기(110)는 광 빔(206)의 빔-전파 특성을 변화시키도록 구성된 하나 이상의 광학 요소(210) 같은 하나 이상의 광학 요소(210)를 추가로 포함할 수 있다. 예로서, 광학 요소(210)는 하나 이상의 집속 렌즈 및/또는 초점 흐림 렌즈를 포함할 수 있다. 광학 검출기(110)는 빛이 통하지 않는 하우징 같은, 촬영 장치(198)가 위치하는 하우징(212)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기(110)는 광축(202)에 따른 상이한 위치에서, 예를 들어 상이한 초점 평면에서 광 빔(206)의 영상을 찍도록 구성될 수 있다. 이들 영상을 비교함으로써, 하나 이상의 광 빔(206)을 방출하는 물체에 대한 위치 정보 같은 다양한 유형의 정보를 생성된 영상으로부터 유도해낼 수 있다. 이 능력은 기본적으로 도 3의 셋업을 반복하는 도 4에 상징적으로 도시된다. 여기에서는, A, B 및 C로 표시된 하나 이상의 물체(218) 및/또는 물체(218)에 부착되거나 물체(218)에 통합되거나 물체(218)에 의해 보유되는 하나 이상의 비컨 장치(220)가 광학 검출기(110)를 향해 광 빔(206)을 방출 및/또는 반사시킨다.
이 실시양태 또는 다른 실시양태의 광학 검출기(110)는 라이트 필드 카메라로서 사용되도록 구성될 수 있다. 기본적으로, 도 4에 도시된 셋업은 도 3에 도시된 실시양태 또는 본 발명의 임의의 다른 실시양태에 상응할 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광학 검출기(110)는 특히 투명할 수 있는 광 센서(112)(이는 화소화된 센서로도 불림)의 적층체(196)를 포함한다. 예로서, 화소화된 유기 광 센서, 예를 들어 유기 태양 전지, 특히 sDSC를 사용할 수 있다. 또한, 검출기(110) 및 구체적으로 적층체(196)는 CCD 및/또는 CMOS 촬영 장치 등의 불투명한 촬영 장치(202) 같은 하나 이상의 추가적인 촬영 장치(202)를 포함할 수 있다. 광학 검출기(110)는 물체(218)를 촬영하도록 구성된 하나 이상의 렌즈 또는 렌즈 시스템 같은 하나 이상의 광학 요소(210)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 본원에 도시된 실시양태의 검출기(110)는 라이트 필드 카메라로서 작용하기에 적합하다. 그러므로, 하나 이상의 물체(218) 또는 비컨 장치로부터 전파되는 광 빔(206)은 광학 요소(210)에 의해 도 4에서 A', B' 및 C'으로 표시되는 상응하는 영상으로 초점이 맞춰질 수 있다. 광 센서(112)의 적층체(196)를 사용함으로써, 3차원 영상을 캡쳐할 수 있다. 그러므로, 특히 광 센서(112)가 FiP-센서, 즉 센서 신호가 광자 밀도에 따라 달라지는 센서인 경우에는, 이웃한 광 센서(112)의 센서 신호를 평가함으로써 각 광 빔(206)의 초점을 결정할 수 있다. 따라서, 적층체(196)의 센서 신호를 평가함으로써, 초점 위치, 확산 계수 또는 다른 매개변수 같은 다양한 광 빔(206)의 빔 매개변수를 결정할 수 있다. 그러므로, 예로서, 각 광 빔(206) 및/또는 하나 이상의 해당 광 빔(206)을 빔 매개변수로 결정할 수 있고, 이들은 매개변수 방식 및/또는 벡터 방식에 의해 표현될 수 있다. 그러므로, 광학 요소(210)의 광학적 품질 및 특성이 통상 공지되어 있기 때문에, 적층체(196)를 사용함으로써 광 빔(206)의 빔 매개변수가 결정되자마자, 하나 이상의 물체(218)를 함유하는 광학 검출기에 의해 캡쳐된 장면을 빔 매개변수의 단순화된 세트에 의해 표현할 수 있다. 도 4에 도시된 라이트 필드 카메라의 추가적인 세부사항에 대해서는, 상기 주어진 다양한 가능성에 대한 기재를 참조할 수 있다.
또한, 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 광 센서의 적층체(196)의 광 센서(112)는 동일하거나 상이한 파장 감도를 가질 수 있다. 그러므로, 적층체(196)는 두 가지 유형의 광 센서(112)를 교대하는 방식으로 포함할 수 있다. 여기에서, 제 1 유형의 광 센서(112) 및 제 2 유형의 광 센서(112)를 적층체(196)에 제공할 수 있다. 제 1 유형 및 제 2 유형의 광 센서(112)는 구체적으로 광축(200)을 따라 교대하는 방식으로 배열될 수 있다. 제 1 유형의 광 센서(112)는 제 1 스펙트럼 감도(예컨대, 제 1 염료에 의해 한정되는 제 1 흡수 스펙트럼 같은 제 1 흡수 스펙트럼)를 가질 수 있고, 제 2 유형의 광 센서(112)는 제 1 스펙트럼 감도와는 상이한 제 2 스펙트럼 감도(예컨대, 제 2 염료에 의해 한정되는 제 2 흡수 스펙트럼 같은 제 2 흡수 스펙트럼)를 가질 수 있다. 이들 둘 이상의 유형의 광 센서(112)의 센서 신호를 평가함으로써, 색상 정보를 수득할 수 있다. 따라서, 유도될 수 있는 빔 매개변수에 덧붙여, 둘 이상의 유형의 광 센서(112)는 총 천연색 3차원 영상을 유도하는 것과 같이 추가적인 색상 정보를 유도할 수 있다. 따라서, 예로서, 상이한 색상의 광 센서(112)의 센서 신호를 순람표에 저장된 값과 비교함으로써 색상 정보를 유도할 수 있다. 따라서, 도 4의 셋업은 흑백, 총 천연색 또는 다색 라이트 필드 카메라(214)로서 구현될 수 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이 또한 도 5를 참조하여 더욱 상세하게 도시되는 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 검출기(110)는 상기 개시된 하나 이상의 실시양태에서 특히 카메라(214), 검출기 시스템(222), 추적 시스템(224), 인간-기계 인터페이스(226) 또는 엔터테인먼트 장치(228)중 하나 이상의 일부일 수 있다.
도 5는 매우 개략적인 도면에서 복수개의 광 센서(112)를 갖는 검출기(110)의 예시적인 실시양태를 도시한다. 검출기(110)는 특히 카메라(214)로서 구현될 수 있거나 또는 카메라(214)의 일부일 수 있다. 카메라(214)는 촬영, 특히 3D 촬영을 위해 제조될 수 있고, 정지 영상 및/또는 디지털 비디오 클립 같은 일련의 영상을 획득하기 위해 제조될 수 있다. 다른 실시양태도 실행가능하다. 도 5는 또한 하나 이상의 검출기(110) 외에 하나 이상의 비컨 장치(220)를 포함하는 검출기 시스템(222)의 실시양태를 도시하는데, 이 때 비컨 장치(220)는 이 예시적인 실시양태에서 물체(218)에 부착되고/되거나 물체 내로 통합될 수 있으며, 물체의 위치는 검출기(110)를 사용함으로써 검출된다. 도 5는 또한 하나 이상의 검출기 시스템(222)을 포함하는 인간-기계 인터페이스(226)의 예시적인 실시양태 및 추가로 인간-기계 인터페이스(226)를 포함하는 엔터테인먼트 장치(228)를 도시한다. 도면은 또한 검출기 시스템(222) 및 이 실시양태 또는 다른 실시양태에서 추적 컨트롤러로서 작용할 수 있는 컨트롤러(208)를 포함하는, 물체(218)의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템(224)의 실시양태를 도시한다. 장치 및 시스템의 구성요소는 아래에서 더욱 상세하게 설명된다.
검출기(110)는 하나 이상의 광 센서(112) 외에 상기에서 상세하게 설명된 바와 같이 하나 이상의 평가 장치(216)의 일부일 수 있는 하나 이상의 판독 장치(114)를 포함한다. 평가 장치(216)는 하나 이상의 커넥터(230) 및/또는 하나 이상의 인터페이스에 의해 광 센서(112)에 연결될 수 있다. 하나 이상의 광학 커넥터(230)를 사용하는 대신, 평가 장치(216)를 완전히 또는 부분적으로 광 센서(112) 및/또는 검출기(110)의 하우징(232) 내로 통합할 수 있다. 또한 또는 다르게는, 평가 장치(216)는 완전히 또는 부분적으로 별도의 장치로서 디자인될 수 있다.
이 예시적인 실시양태에서, 위치가 검출될 수 있는 물체(218)는 스포츠 기구 제품으로서 디자인될 수 있고/있거나 제어 요소(234)를 형성할 수 있으며, 제어 요소(234)의 위치는 사용자(236)가 조작할 수 있다. 예로서, 물체(218)는 배트, 레코드, 클럽 또는 임의의 다른 스포츠 기구 제품 및/또는 모조 스포츠 기구일 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 다른 유형의 물체(218)도 가능하다. 또한, 사용자(236) 본인이 위치를 검출해야 할 물체(218)로서 간주될 수도 있다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 검출기(110)는 복수개의 광 센서(112)를 포함한다. 광 센서는 검출기(110)의 하우징(232) 내부에 위치할 수 있다. 또한, 바람직하게는 하나 이상의 렌즈를 포함하는 하나 이상의 광학 시스템 같은 하나 이상의 광학 요소(210)가 포함될 수 있다. 바람직하게는 검출기(110)의 광축(200)에 대해 동심으로 위치하는 하우징(232) 내부의 개구(238)는 바람직하게는 검출기(110)의 시야 방향(240)을 한정한다. 광축(200)에 평행하거나 역평행한 방향이 종방향으로 정의되는 한편 광축(200)에 수직인 방향이 횡방향으로서 정의될 수 있는 좌표 시스템(242)이 정의될 수 있다. 도 5에서 기호로 도시된 좌표 시스템(242)에서, 종방향은 z로 표시되고, 횡방향은 각각 x 및 y로 표시된다. 다른 유형의 좌표 시스템(242)이 실행가능하다.
검출기(110)는 하나 이상의 광 센서(112)를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 도 5에 도시된 바와 같이, 더욱 바람직하게는 센서 적층체(196)를 형성하기 위하여 광축(200)을 따라 적층되는 복수개의 광 센서(112)가 포함된다. 도 5에 도시된 실시양태에서는, 5개의 광 센서(112)가 도시되어 있다. 그러나, 상이한 수의 광 센서(112)를 갖는 실시양태가 실행가능함을 알아야 한다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 검출기(110)는 하나 이상의 비행시간 검출기를 추가로 포함할 수 있다. 이 가능성은 도 6에 도시된다. 검출기(110)는 먼저 하나 이상의 화소화된 광 센서(112), 예컨대 센서 적층체(196)를 포함하는 하나 이상의 구성요소를 포함한다. 도 6에 도시된 실시양태에서는, 광 센서(112)를 포함하는 하나 이상의 단위체를 카메라(214)로 표시한다. 그러나, 다른 실시양태도 실행가능함을 알아야 한다. 카메라(214)의 가능한 셋업의 세부사항에 대해서는, 도 3 또는 도 5에 도시된 실시양태 또는 검출기(110)의 다른 실시양태 같은 상기 도시된 셋업을 참조할 수 있다. 기본적으로, 상기 개시된 검출기(110)의 임의의 셋업을 또한 도 6에 도시된 실시양태와 관련하여 사용할 수 있다.
또한, 검출기(110)는 하나 이상의 비행시간(ToF) 검출기(244)를 포함한다. 도 6에 도시된 바와 같이, ToF 검출기(244)는 검출기(110)의 판독 장치(114) 및/또는 평가 장치(216)에 연결될 수 있거나, 또는 별도의 평가 장치가 제공될 수 있다. 상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 도 6에 기호로 도시된 바와 같이 펄스(246)를 방출 및 수용하여 검출기(110)와 물체(218) 사이의 거리, 또는 다른 말로 광축(200)에 따른 z-좌표를 결정함으로써 ToF 검출기(244)를 구성할 수 있다.
하나 이상의 임의적인 ToF 검출기(244)를 다양한 방식으로 카메라(214) 같은 화소화된 광 센서(112)를 갖는 하나 이상의 검출기와 조합할 수 있다. 그러므로, 예로서, 또한 도 6에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 카메라(214)는 제 1 부분 빔 경로(248)에 위치할 수 있고, ToF 검출기(244)는 제 2 부분 빔 경로(250)에 위치할 수 있다. 부분 빔 경로(248, 250)는 하나 이상의 빔-분할 요소(252)에 의해 분리되고/되거나 합쳐질 수 있다. 예로서, 빔-분할 요소(252)는 반투명 거울 같은 파장에 무관한 빔-분할 요소(252)일 수 있다. 추가로 또는 다르게는, 파장-의존성을 제공함으로써, 상이한 파장을 분리할 수도 있다. 대안으로서, 또는 도 6에 도시된 구성에 덧붙여, ToF 검출기(244)의 다른 구성을 이용할 수 있다. 그러므로, 예를 들어 카메라(214) 뒤에 ToF 검출기(244)를 배열함으로써 카메라(214)와 ToF 검출기(244)를 일렬로 배열할 수 있다. 이 경우에는, 바람직하게는, 카메라(214)에 불투명한 광 센서가 제공되지 않고, 모든 광 센서(112)가 적어도 부분적으로 투명하다. 다시, 대안으로서 또는 덧붙여, ToF 검출기(244)는 또한 카메라(214)와 독립적으로 배열될 수 있고, 광 경로를 합치지 않고 상이한 광 경로를 사용할 수 있다. 다양한 셋업이 실현가능하다.
상기 개략적으로 기재된 바와 같이, 다양한 목적을 위해, 예를 들어 불명료함을 해소하기 위하여, 광학 검출기(110)가 사용될 수 있는 날씨 조건 범위를 증가시키기 위하여, 또는 물체(218)와 광학 검출기(110) 사이의 거리 범위를 확장시키기 위하여 유리한 방식으로 ToF 검출기(244)와 카메라(214)를 조합할 수 있다. 추가적인 세부사항에 대해서는, 상기 기재내용을 참조할 수 있다.
110: 광학 검출기
112: 광 센서
114: 판독 장치
116: 기판
118: 감광성 층 셋업
120: 제 1 전극
122: 하부 전극
124: 제 1 전극 스트라이프
126: 하부 전극 스트라이프
128: 접속 패드
130: 제 2 전극
132: 상부 전극
134: 제 2 전극 스트라이프
136: 상부 전극 스트라이프
138: 접속 패드
140: 광전변환 물질
142: 매트릭스
144: 화소
146: 열
148: 행
150: 제 1 리드선
152: 제 2 리드선
154: 전기 측정 장치
156: 제 1 포트
158: 제 2 포트
160: 스위칭 장치
162: 합쳐진 리드선
164: 아날로그-디지털-변환기
166: 데이터 메모리
168: 데이터 필드
170: 영상
172: 봉지재
174: n-반도체 금속 산화물의 조밀한 층
176: 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물의 층
178: 유기 염료
180: p-반도체 유기 물질
182: 조명
184: 금속 층
186: 전기 전도성 중합체의 층
188: 전기 전도성 중합체 스트라이프
190: 금속 전극 스트라이프
192: 분리 요소, 분리막
194: 날카로운 가장자리
196: 적층체
198: 촬영 장치
200: 광축
202: 추가적인 촬영 장치
204: 입구
206: 광 빔
208: 컨트롤러
210: 광학 요소
212: 하우징
214: 카메라
216: 평가 장치
218: 물체
220: 비컨 장치
222: 검출기 시스템
224: 추적 시스템
226: 인간-기계 인터페이스
228: 엔터테인먼트 장치
230: 커넥터
232: 하우징
234: 제어 요소
236: 사용자
238: 개구
240: 시야 방향
242: 좌표 시스템
244: 비행시간 검출기
246: 펄스
248: 제 1 부분 빔 경로
250: 제 2 부분 빔 경로
252: 빔-분할 요소
112: 광 센서
114: 판독 장치
116: 기판
118: 감광성 층 셋업
120: 제 1 전극
122: 하부 전극
124: 제 1 전극 스트라이프
126: 하부 전극 스트라이프
128: 접속 패드
130: 제 2 전극
132: 상부 전극
134: 제 2 전극 스트라이프
136: 상부 전극 스트라이프
138: 접속 패드
140: 광전변환 물질
142: 매트릭스
144: 화소
146: 열
148: 행
150: 제 1 리드선
152: 제 2 리드선
154: 전기 측정 장치
156: 제 1 포트
158: 제 2 포트
160: 스위칭 장치
162: 합쳐진 리드선
164: 아날로그-디지털-변환기
166: 데이터 메모리
168: 데이터 필드
170: 영상
172: 봉지재
174: n-반도체 금속 산화물의 조밀한 층
176: 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물의 층
178: 유기 염료
180: p-반도체 유기 물질
182: 조명
184: 금속 층
186: 전기 전도성 중합체의 층
188: 전기 전도성 중합체 스트라이프
190: 금속 전극 스트라이프
192: 분리 요소, 분리막
194: 날카로운 가장자리
196: 적층체
198: 촬영 장치
200: 광축
202: 추가적인 촬영 장치
204: 입구
206: 광 빔
208: 컨트롤러
210: 광학 요소
212: 하우징
214: 카메라
216: 평가 장치
218: 물체
220: 비컨 장치
222: 검출기 시스템
224: 추적 시스템
226: 인간-기계 인터페이스
228: 엔터테인먼트 장치
230: 커넥터
232: 하우징
234: 제어 요소
236: 사용자
238: 개구
240: 시야 방향
242: 좌표 시스템
244: 비행시간 검출기
246: 펄스
248: 제 1 부분 빔 경로
250: 제 2 부분 빔 경로
252: 빔-분할 요소
Claims (27)
- 기판(116) 및 그 위에 배치된 하나 이상의 감광성 층 셋업(setup)(118)을 갖는 광 센서(112), 및 하나 이상의 판독 장치(114)를 포함하는 광학 검출기(110)로서, 이 때
상기 감광성 층 셋업(118)이 하나 이상의 제 1 전극(120), 하나 이상의 제 2 전극(130), 및 제 1 전극(120)과 제 2 전극(130) 사이에 끼인 하나 이상의 광전변환(photovoltaic) 물질(140)을 갖고,
상기 광전변환 물질(140)이 하나 이상의 유기 물질을 포함하며,
상기 제 1 전극(120)이 복수개의 제 1 전극 스트라이프(124)를 포함하고, 상기 제 2 전극(130)이 복수개의 제 2 전극 스트라이프(134)를 포함하며,
제 1 전극 스트라이프(124)와 제 2 전극 스트라이프(134)는 상기 제 1 전극 스트라이프(124)와 제 2 전극 스트라이프(134)의 교차점에서 화소(144)의 매트릭스(142)가 형성되도록 교차하고,
상기 판독 장치(114)가, 제 2 전극 스트라이프(134)에 연결되어 있는 복수개의 전기 측정 장치(154) 및 제 1 전극 스트라이프(124)를 전기 측정 장치(154)에 후속 연결하기 위한 스위칭 장치(160)를 포함하고,
상기 광 센서(112)가 n-반도체 금속 산화물(174, 176)을 포함하고, 상기 광 센서(112)가, n-반도체 금속 산화물(174, 176) 위에 침착된 하나 이상의 고체 p-반도체 유기 물질(180)을 추가로 포함하고,
상기 고체 p-반도체 유기 물질(180)이 전기 절연 분리막(192)에 의해 복수개의 스트라이프형 영역으로 추가로 분할되는, 광학 검출기(110). - 제 1 항에 있어서,
상기 화소(144)의 매트릭스(142)가, 제 1 전극 스트라이프(124)에 의해 한정되는 열(146)(row) 및 제 2 전극 스트라이프(134)에 의해 한정되는 행(148)(column)을 갖고,
상기 전기 측정 장치 각각이 각 열(146)의 화소(144)의 전기 신호를 동시에 측정할 수 있도록 행(148)에 연결되며,
상기 스위칭 장치(160)가, 열(146)을 전기 측정 장치(154)에 후속 연결하도록 구성된, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 전기 측정 장치(154)가 아날로그 측정 장치(154)이고, 상기 전기 측정 장치(154)가 아날로그-디지털 변환기(164)를 추가로 포함하는, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 판독 장치(114)가 화소(144) 매트릭스(142)의 화소(144)의 측정 값을 저장하기 위한 하나 이상의 데이터 메모리(166)를 추가로 포함하는, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 전극(120) 및 제 2 전극(130)중 하나가 하부(bottom) 전극(122)이고, 상기 제 1 전극(120) 및 제 2 전극(130)중 다른 하나가 상부 전극(132)이며,
상기 하부 전극(122)이 기판(116)에 도포되고,
상기 광전변환 물질(140)이 하부 전극(122)에 도포되고 하부 전극(122)을 적어도 부분적으로 덮으며,
상기 상부 전극(132)이 광전변환 물질(140)에 도포되는, 광학 검출기(110). - 제 5 항에 있어서,
상기 상부 전극(132)이 복수개의 금속 전극 스트라이프(190)를 포함하고, 상기 금속 전극 스트라이프(190)가 전기 절연 분리막(192)에 의해 분리되는, 광학 검출기(110). - 제 6 항에 있어서,
상기 전기 절연 분리막(192)이 n-반도체 금속 산화물(174, 176) 위에 침착되는, 광학 검출기(110). - 삭제
- 제 5 항에 있어서,
상기 상부 전극(132)이 투명한, 광학 검출기(110). - 제 9 항에 있어서,
상기 상부 전극(132)이 하나 이상의 금속 층(184)을 포함하는, 광학 검출기(110). - 제 10 항에 있어서,
상기 상부 전극(132)이 광전변환 물질(140)과 금속 층(184) 사이에 함입된 하나 이상의 전기 전도성 중합체(186)를 추가로 포함하는, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 광학 검출기(110)가 둘 이상의 촬영(imaging) 장치(198)의 적층체(196)를 포함하고, 상기 촬영 장치(198)중 하나 이상이 광 센서(112)인, 광학 검출기(110). - 제 12 항에 있어서,
상기 촬영 장치(198)의 적층체(196)가 하나 이상의 추가적인 촬영 장치(202)를 추가로 포함하는, 광학 검출기(110). - 제 12 항에 있어서,
상기 적층체가, 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 둘 이상의 촬영 장치(198)를 포함하는, 광학 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 하나 이상의 광학 검출기(110)를 포함하고, 하나 이상의 광 빔(206)을 광학 검출기(110) 쪽으로 향하도록 구성된 하나 이상의 비컨(beacon) 장치(220)를 추가로 포함하는, 하나 이상의 물체(218)의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템(222)으로서, 이 때
상기 비컨 장치(220)가 물체(218)에 부착될 수 있거나, 물체(218)에 의해 보유될 수 있거나 또는 물체(218) 내로 통합될 수 있는 것 중 하나 이상인, 검출기 시스템(222). - 하나 이상의 정보 아이템을 사용자(236)와 기계 사이에서 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스(226)로서,
상기 인간-기계 인터페이스(226)는, 제 15 항에 따른 하나 이상의 검출기 시스템(222)을 포함하고, 검출기 시스템(220)에 의해 사용자(236)의 하나 이상의 위치를 결정하도록 디자인되고, 하나 이상의 정보 아이템을 그 위치에 배정하도록 디자인되며, 하나 이상의 비컨 장치(220)가 직접적으로 또는 간접적으로 사용자(236)에게 부착되거나 사용자(236)에 의해 보유되는 것 중 하나 이상이 되도록 구성된, 인간-기계 인터페이스(226). - 하나 이상의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치(228)로서,
상기 엔터테인먼트 장치(228)는, 제 16 항에 따른 하나 이상의 인간-기계 인터페이스(226)를 포함하고, 인간-기계 인터페이스(226)를 이용하여 플레이어에 의해 하나 이상의 정보 아이템이 입력될 수 있도록 디자인되며, 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 디자인된, 엔터테인먼트 장치(228). - 제 15 항에 따른 하나 이상의 검출기 시스템(222)을 포함하고 하나 이상의 추적 컨트롤러(208)를 추가로 포함하는, 하나 이상의 이동가능한 물체(218)의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템(224)으로서, 이 때 상기 추적 컨트롤러(208)가 특정 시점에서 물체(218)의 일련의 위치를 추적하도록 구성된, 추적 시스템(224).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 하나 이상의 광학 검출기(110)를 포함하는, 하나 이상의 물체(218)를 촬영하기 위한 카메라(214).
- a) 감광성 층 셋업(118)이 기판(116) 상에 침착된 광 센서(112)를 제조하는 단계; 및
b) 하나 이상의 판독 장치(114)를 광 센서(112)에 연결하는 단계
를 포함하는, 광학 검출기(110)의 제조 방법으로서, 이 때
상기 단계 a)에서 상기 감광성 층 셋업(118)이 하나 이상의 제 1 전극(120), 하나 이상의 제 2 전극(130), 및 제 1 전극(120)과 제 2 전극(130) 사이에 끼인 하나 이상의 광전변환 물질(140)을 갖고,
상기 광전변환 물질(140)이 하나 이상의 유기 물질을 포함하고,
상기 제 1 전극(120)이 복수개의 제 1 전극 스트라이프(124)를 포함하고, 상기 제 2 전극(130)이 복수개의 제 2 전극 스트라이프(134)를 포함하고,
제 1 전극 스트라이프(124)와 제 2 전극 스트라이프(134)는 상기 제 1 전극 스트라이프(124)와 제 2 전극 스트라이프(134)의 교차점에 화소(144)의 매트릭스(142)가 형성되도록 교차되며,
상기 단계 b)에서 상기 판독 장치(114)가, 제 2 전극 스트라이프(134)에 연결되어 있는 복수개의 전기 측정 장치(154)를 포함하고, 제 1 전극 스트라이프(124)를 전기 측정 장치(154)에 후속 연결하기 위한 하나 이상의 스위칭 장치(160)를 추가로 포함하며,
상기 광 센서(112)가 n-반도체 금속 산화물(174, 176)을 포함하고, 상기 광 센서(112)가, n-반도체 금속 산화물(174, 176) 위에 침착된 하나 이상의 고체 p-반도체 유기 물질(180)을 추가로 포함하고,
상기 고체 p-반도체 유기 물질(180)이 전기 절연 분리막(192)에 의해 복수개의 스트파이프형 영역으로 추가로 분할되는, 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 방법 단계 a)가
a1. 기판(116)을 제공하는 단계;
a2. 기판(116) 상에 하나 이상의 하부 전극(122)을 침착시키는 단계로서, 상기 하부 전극(122)이 제 1 전극(120) 또는 제 2 전극(130)중 하나이고, 상기 하부 전극(122)이 복수개의 하부 전극 스트라이프(126)를 포함하는, 단계;
a3. 하부 전극(122) 상에 하나 이상의 광전변환 물질(140)을 침착시키는 단계; 및
a4. 광전변환 물질(140) 상에 하나 이상의 상부 전극(132)을 침착시키는 단계로서, 상기 상부 전극(132)이 상기 방법 단계 a2.와 비교했을때 제 1 전극(120) 및 제 2 전극(130)중 다른 하나이고, 상기 상부 전극(132)이 복수개의 상부 전극 스트라이프(136)를 포함하며, 상기 하부 전극 스트라이프(126)와 상부 전극 스트라이프(136)가 교차하여 화소(144)의 매트릭스(142)가 형성되도록 상부 전극 스트라이프(136)가 침착되는, 단계
를 포함하는, 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 방법 단계 a4.가 하기중 하나 이상을 포함하는, 방법:
- 상부 전극(132)을 광전변환 물질(140) 상에 패턴화된 방식으로 침착시키는 단계;
- 상부 전극(132)을 광전변환 물질(140) 상에 패턴화되지 않은 방식으로 침착시킨 후 하나 이상의 패턴화 단계를 수행하는 단계;
- 기판(116) 또는 광전변환 물질(140)중 하나 이상에 전기 절연 분리막(192)을 제공하고 이어서 상부 전극(132)을 패턴화되지 않은 방식으로 침착시키되, 상부 전극(132)이 전기 절연 분리막(192)에 의해 상부 전극 스트라이프(136)로 추가로 분할되는 단계. - 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 광학 검출기(110)의 사용을 포함하는 물체(218)의 하나 이상의 영상(image)(170)을 찍는 방법으로서,
광 센서(112) 상에 물체(218)를 촬영(imaging)하는 단계;
후속적으로 제 1 전극 스트라이프(124)를 전기 측정 장치(154)에 연결하는 단계; 및
화소(144)의 전기 신호를 구성하여 영상(170)을 형성시키는 단계
를 포함하되, 이때 상기 전기 측정 장치(154)가 각각의 제 1 전극 스트라이프(124)에 대해 개별적인 제 1 전극 스트라이프(124)의 화소(144)의 전기 신호를 측정하는, 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
광학 검출기가 교통 기술에서의 위치 측정, 엔터테인먼트 용도, 보안 용도, 안전 용도, 인간-기계 인터페이스(226) 용도, 추적 용도, 사진 용도, 하나 이상의 비행시간 검출기(244)와의 조합 용도로 이루어진 군으로부터 선택되는 용도를 위한, 광학 검출기(110). - 제 7 항에 있어서,
상기 n-반도체 금속 산화물(174, 176)이 나노-다공성 n-반도체 금속 산화물인, 광학 검출기(110). - 제 22 항에 있어서,
상기 방법 단계 a4.가, 쉐도우 마스크를 통한 침착을 이용함으로써 상부 전극(132)을 광전변환 물질(140) 상에 패턴화된 방식으로 침착시킴을 포함하는, 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 방법 단계 a4.가, 인쇄 기법을 이용함으로써 상부 전극(132)을 광전변환 물질(140) 상에 패턴화된 방식으로 침착시킴을 포함하는, 방법.
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