KR20160019067A - 적어도 하나의 물체의 배향을 광학적으로 검출하기 위한 검출기 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 물체(112)의 배향을 결정하기 위한 검출기 디바이스(111)가 개시된다. 상기 검출기 디바이스는 적어도 2 개의 비콘 디바이스들(204)로서, 상기 비콘 디바이스들(204)은 상기 물체(112)에 부착된 방식, 상기 물체(112)에 의해서 홀딩된 방식 및 상기 물체(112)에 일체화되는 방식 중 적어도 하나의 방식으로 존재하도록 구성되며, 상기 비콘 디바이스들(204) 각각은 광 빔들(138)이 검출기(110)를 향하게 하도록 구성되며, 상기 비콘 디바이스들(204)은 상기 물체(112)의 좌표계에서 사전결정된 좌표들을 갖는, 상기 적어도 2 개의 비콘 디바이스들(204); 상기 비콘 디바이스들(204)로부터 상기 검출기(110)를 향해서 이동하는 광 빔들(138)을 검출하도록 구성된 적어도 하나의 검출기(110); 및 적어도 하나의 평가 디바이스(142)로서, 상기 평가 디바이스(142)는 상기 검출기(110)의 좌표계 내에서의 상기 비콘 디바이스들(204) 각각의 길이방향 좌표들을 결정하도록 구성되며, 상기 평가 디바이스(142)는 상기 비콘 디바이스들(204)의 상기 길이방향 좌표들을 사용하여서 상기 검출기(110)의 상기 좌표계 내에서 상기 물체(112)의 배향을 결정하도록 더 구성되는, 상기 적어도 하나의 평가 디바이스(142)를 포함한다.

Description

적어도 하나의 물체의 배향을 광학적으로 검출하기 위한 검출기{DETECTOR FOR OPTICALLY DETECTING AN ORIENTATION OF AT LEAST ONE OBJECT}

본 발명은 적어도 하나의 물체의 배향을 결정하기 위한 검출기 디바이스 및 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 검출기 디바이스 및 적어도 하나의 물체를 포함하는, 검출기 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 사용자와 머신 사이에서 적어도 하나의 정보 아이템을 교환하기 위한 인간-머신 인터페이스, 엔터테인먼트 디바이스, 추적 시스템 및 검출기 디바이스의 다양한 용도들에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디바이스들, 방법들 및 용도들은 특히, 예를 들면 일상 생활, 게임, 교통 기술, 제조 기술, 보안 기술, 의료 기술 또는 과학에서의 다양한 영역들에서 채용될 수 있다. 그러나, 다른 응용들이 또한 가능하다.

다수의 광학 센서들 및 광기전 디바이스들이 종래 기술로부터 알려져 있다. 광기전 디바이스들은 일반적으로 전자기 방사선, 예를 들면, 자외, 가시 또는 적외광을 전기 신호 또는 전기 에너지로 변환하는데 사용되지만, 광학 검출기들은 일반적으로 이미지 정보를 픽업(pick up)하거나 및/또는 적어도 하나의 광학 파라미터, 예를 들면, 밝기(brightness) 를 검출하는데 사용된다.

일반적으로 무기 및/또는 유기 센서 재료들의 사용에 기초할 수 있는 다수의 광학 센서들이 종래 기술로부터 알려져 있다. 그러한 센서들의 예들은 US 2007/0176165 A1, US 6,995,445 B2, DE 2501 124 A1, DE 3225372 A1 또는 그렇지 않으면 다수의 다른 종래 기술 문헌들에 개시되어 있다. 특히, 비용적인 이유 및 대영역 프로세싱(large-area processing)의 이유로 정도가 증가하여, 적어도 하나의 유기 센서 재료를 포함하는 센서들이, 예를 들면, US 2007/0176165 A1에 기재되어 있는 바처럼, 사용되고 있다. 특히, 예를 들어 WO 2009/013282 A1에 일반적으로 기재되어 있는, 소위 염료 태양 전지들의 중요성이 증가하고 있다.

그러한 광학 센서들을 기반으로 적어도 하나의 물체를 검출하기 위한 다수의 검출기들이 알려져 있다. 그러한 검출기들은, 각각의 사용 목적에 따라, 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 그러한 검출기들의 예들은, 이미징 디바이스들, 예를 들면, 카메라 및/또는 현미경이다. 고해상도 공초점형 현미경들이 알려져 있는데, 예를 들면, 이들은, 특히, 고 광학 해상도로 생체 샘플들을 검사하기 위하여 의료 기술 및 생물학 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기들의 추가 예들은, 대응하는 광학 신호들, 예를 들면, 레이저 펄스들의 전파 시간 방법에 기초한 거리 측정 디바이스들이다. 물체들을 광학적으로 검출하기 위한 검출기들의 추가 예들은 삼각측량 시스템들이고, 이들에 의해 거리 측정이 마찬가지로 수행될 수 있다.

본 명세서에 참조로서 포함되는, WO 2012/110924 A1에는, 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기가 제안되어 있다. 검출기는 적어도 하나의 광학 센서를 포함한다. 광학 센서는 적어도 하나의 센서 영역을 갖는다. 광학 센서는 센서 영역의 조사에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 동일한 조사의 총 전력이 주어지면, 센서 신호는 조사의 형상에 의존하며, 특히 센서 영역 상의 조사의 빔 단면에 의존한다. 또한, 검출기는 적어도 하나의 평가 디바이스를 갖는다. 평가 디바이스는 센서 신호로부터 적어도 하나의 기하학 정보 아이템, 특히 조사 및/또는 물체에 관한 적어도 하나의 기하학 정보 아이템을 생성하도록 설계된다.

그 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 포함되는, 2012년 12월 19일에 출원된 미국 가출원 61/739,173, 2013년 1월 8일에 출원된 미국 가출원 61/749,964, 2013년 8월 19일에 출원된 미국 가출원 61/867,169, 2013년 12월 18일에 출원된 국제특허출원번호 PCT/IB2013/061095 및 2013년 12월 18일에 출원된 미국 특허출원번호 14/132,570는 는 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서 및 적어도 하나의 길이방향 광학 센서를 사용하여, 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하는 방법 및 검출기를 개시하고 있다. 구체적으로, 정확성이 높고 불명료함 없이 물체의 길이방향 위치를 결정하기 위한 센서 스택들의 사용이 개시되어 있다.

전술한 디바이스들 및 검출기들, 구체적으로 WO 2012/110924 A1, US 61/739,173 및 61/749,964에 개시된 검출기들에 의해 수반되는 장점들에도 불구하고, 몇몇 기술적 문제점들이 남아 있다. 따라서, 물체의 위치가 높은 정밀도로 결정될 수 있다 하더라도, 다수의 응용들은 공간 내의 물체의 배향에 대한 정보, 특히 눈에 띄는 형상을 가진 물체들에 대한 정보를 더 필요로 한다.

그러므로, 본 발명의 목적은 전술한 공지의 디바이스들 및 방법들의 기술적 문제점들을 해결하는 디바이스들 및 방법들을 제공하는 것이다. 구체적으로, 본 발명의 목적은, 공간에서 물체의 배향을 신뢰성 있게 결정할 수 있으며, 바람직하게는 기술 자원 및 비용의 측면에서 낮은 기술 노력 및 낮은 요구사항들로 결정할 수가 있는 디바이스들 및 방법들을 제공하는 것이다.

이 문제점은 독립 청구항들의 특징을 갖는 본 발명에 의해 해결된다. 개별적으로 또는 조합하여 구현될 수 있는 본 발명의 유리한 개선사항들은 종속 청구항들 및/또는 하기의 상세한 설명과 구체적인 실시예들에서 기재된다.

본 명세서에서 사용되는, 표현 "갖는다", "포함한다" 및 "함유한다" 그리고 이들의 문법적인 변형은 배타적이지 않은 방식으로 사용된다. 그러므로, 표현 "A가 B를 갖는다" 및 표현 "A가 B를 포함한다" 또는 "A가 B를 함유한다"는 모두 B 외에 A가 하나 이상의 추가적인 구성요소 및/또는 구성성분을 함유한다는 사실, 및 B 외에 다른 구성요소, 구성성분 또는 요소가 A에 존재하지 않는 경우를 가리킨다.

본 발명의 제 1 양태에서는, 적어도 하나의 물체의 배향을 결정하기 위한 검출기 디바이스가 개시되며, 상기 검출기 디바이스는,

- 적어도 2개의 비콘 디바이스들로서, 상기 비콘 디바이스들은 상기 물체에 부착되고, 상기 물체에 의해 홀딩되고 또한 상기 물체에 일체화되는 방식 중 적어도 하나의 방식으로 존재하도록 구성되며, 상기 비콘 디바이스들 각각은 광 빔들이 검출기를 향하게 하도록 구성되며, 상기 비콘 디바이스들은 상기 물체의 좌표계에서 사전 결정된 좌표들을 갖는, 상기 적어도 2개의 비콘 디바이스들;

- 상기 비콘 디바이스들로부터 상기 검출기를 향해 이동하는 광 빔들을 검출하도록 구성된 적어도 하나의 검출;

- 적어도 하나의 평가 디바이스로서, 상기 평가 디바이스는 상기 검출기의 좌표계 내에서의 상기 비콘 디바이스들 각각의 길이방향 좌표들을 결정하도록 구성되며, 상기 평가 디바이스는 상기 비콘 디바이스들의 상기 길이방향 좌표들을 사용하여 상기 검출기의 상기 좌표계 내에서 상기 물체의 배향을 결정하도록 더 구성되는, 상기 적어도 하나의 평가 디바이스를 포함한다.

물체가 강성의 물체인 경우, 2개 이상의 비콘 디바이스들이 사용될 수 있다. 물체가 자신의 형상을 변경할 수 있는 적어도 부분적으로 가요성 물체인 경우, 바람직하게는, 3개 또는 그 이상의 비콘 디바이스들이 사용될 수 있다.

평가 디바이스는 검출기의 좌표계 내에서 물체의 적어도 하나의 지점의 절대 위치를 결정하도록 구성될 수 있다.

검출기 디바이스는 2개, 3개 또는 3개보다 많은 비콘 디바이스들을 포함할 수 있다.

검출기는 비콘 디바이스들 중 적어도 하나에 대해 적어도 하나의 횡단방향 좌표를 더 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 디바이스는 적어도 하나의 횡단방향 좌표를 또한 사용함으로써 좌표계 내에서 물체의 배향을 결정하도록 더 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 평가 디바이스는 비콘 디바이스들 각각에 대해, 적어도 하나의 횡단방향 좌표, 바람직하게는 2개의 횡단방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다.

비콘 디바이스들 각각은 광을 방사하도록 구성된 적어도 하나의 조사 소스를 갖는 자가-방사성 비콘 디바이스; 광을 반사하도록 구성된 적어도 하나의 리플렉터를 갖는 수동 비콘 디바이스로 구성된 그룹으로부터 독립적으로 선택될 수 있다.

비콘 디바이스들은, 비콘 디바이스들로부터 검출기를 향해 이동하는 광 빔들이 서로 구별될 수 있도록 구성될 수 있다. 따라서, 비콘 디바이스들 중의 하나에 의해 생성되거나 반사되는 광 빔은, 다른 비콘 디바이스들에 의해 생성되거나 반사되는 모든 다른 광 빔과 적어도 하나의 특성에 대해서 상이할 수 있다. 광 빔들은 특히 스펙트럼 특성, 색상, 변조 주파수, 변조 진폭, 펄스 폭, 듀티 사이클, 위상으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 특성에 대해서 서로 구별될 수 있다.

검출기 디바이스, 특히 검출기 및/또는 평가 디바이스는 비콘 디바이스들에서 발생하는 광 빔들을 구별하고, 그것의 각각의 비콘 디바이스에 각 광 빔을 할당하도록 구성될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 각각의 특성을 검출함으로써, 검출기 및/또는 평가 디바이스는 광 빔이 적어도 2개의 비콘 디바이스들 중의 특정 비콘 디바이스에 의해 방사되는 것으로 결정하도록 구성될 수 있으며, 그 이유는 각 비콘 디바이스는 각각의 특성을 갖는 광을 방사하고/하거나 반사시키는 것으로 알려져 있고/있거나 사전 결정될 수 있기 때문이다. 일 예로서, 비콘 디바이스들 중의 제 1 비콘 디바이스는 제 1 사전 결정된 색상 및/또는 제 1 변조 주파수에서 광 빔들을 방사하고/하거나 반사하도록 구성될 수 있는 반면, 비콘 디바이스들 중의 제 2 비콘 디바이스는 제 1 사전 결정된 색상과 상이한 제 2 사전 결정된 색상 및/또는 제 1 변조 주파수와 상이한 제 2 변조 주파수에서 광 빔들을 방사하고/하거나 반사하도록 구성될 수 있으며, 이것에 의하여 검출기 디바이스는 광 빔들 간을 구별하여 그들 각각의 비콘 디바이스들에게 광 빔들을 할당하는 것이 가능하게 된다.

비콘 디바이스들은 동시에 또는 상이한 시점들에서, 예를 들어 간헐적으로 광 빔들이 검출기를 향하게 되도록 구성될 수 있다. 동시에, 이 향해진 광 빔들은, 위에서 언급한 바와 같이, 각 광 빔의 출처로서 특정 비콘 디바이스를 나타내는 하나 이상의 상이한 특성들을 사용함으로써, 구별될 수 있다. 광 빔들이 상이한 시점들에서, 예를 들어 간헐적으로 검출기를 향하게 되는 경우, 시간 스케줄은 각 광 빔의 출처로서 특정 비콘 디바이스를 검출하는데 사용될 수 있다.

물체의 좌표계는 일반적으로 물체의 적어도 하나의 지점에 부착되는, 적어도 하나의 지점, 바람직하게는 좌표계의 원점을 갖는 좌표계이다. 따라서, 바람직하게는, 물체의 좌표계는 물체에 대하여 이동하고/하거나 회전한다. 유사하게, 검출기의 좌표계는 검출기의 적어도 하나의 지점에 부착되는, 적어도 하나의 지점, 바람직하게는 좌표계의 원점을 갖는 좌표계이다. 일반적으로, 좌표계는 카테시안 좌표계인 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 추가적 또는 대안적으로, 극 좌표계 및/또는 구 좌표계와 같은, 다른 타입의 좌표계들이 사용될 수도 있다.

물체의 배향은 바람직하게는 하나 이상의 배향 각들을 사용함으로써, 제공될 수 있다. 당업자가 인식하는 바와 같이, 몇몇 시스템들은 물체의 배향을 결정하기 위한 기술 분야, 예를 들면 자이로스코프 기술 분야에서 공지되어 있다. 구체적으로, 평가 디바이스는 적어도 2개의 배향 각을 제공함으로써, 물체의 배향을 결정하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 평가 디바이스는 적어도 2개 또는 적어도 3개의 배향 각을 제공함으로써 물체의 배향을 결정하도록 구성될 수 있다.

본 기술 분야에서 일반적으로 알려진 배향 각들에 대한 예로서, 평가 디바이스는 요우(yaw) 각(ψ) 및 피치(pitch) 각(θ); 요우 각(ψ), 피치 각(θ) 및 롤(roll) 각(φ); 오일러(Euler) 각들로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 각 조합을 제공함으로써 물체의 배향을 결정하도록 구성될 수 있다. 예들에 대해 이하에서 더욱 상세히 설명하도록 한다.

검출기 디바이스는 적어도 하나의 길이방향 광학 센서를 포함할 수 있으며,

- 상기 길이방향 광학 센서는 적어도 하나의 센서 영역을 가지며, 상기 길이방향 광학 센서는 상기 광 빔들의 상기 센서 영역의 조사에 의존하는 방식으로 길이방향 센서 신호들을 생성하도록 설계되며, 동일한 총 조사 전력이 주어진 상기 길이방향 센서 신호들은 상기 센서 영역에서의 상기 광 빔들의 빔 단면에 의존한다.

상기 평가 디바이스는 상기 길이방향 센서 신호들을 평가함으로써 상기 비콘 디바이스들의 길이방향 좌표들을 결정하도록 설계될 수 있다.

상기 길이방향 광학 센서는 투과성 광학 센서일 수 있다. 다른 실시예들도 가능하다.

상기 길이방향 광학 센서는 적어도 하나의 염료-감응 태양 전지를 포함할 수 있다. 다른 실시예들도 가능하다.

상기 길이방향 광학 센서는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 n-반도체 금속 산화물, 적어도 하나의 염료, 적어도 하나의 p-반도체 유기 재료, 바람직하게는 고체 p-반도체 유기 재료, 및 적어도 하나의 제 2 전극을 포함할 수 있다.

상기 제 1 전극, 상기 제 2 전극 또는 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 양쪽 모두는 투과성일 수 있다. 다른 실시예들도 가능하다.

상기 평가 디바이스는 상기 조사의 기하구조와 상기 검출기에 대한 각각의 상기 비콘 디바이스의 상대적 위치 결정 간의 적어도 하나의 사전 정의된 관계로부터 상기 비콘 디바이스들의 상기 길이방향 좌표들을 결정하도록 설계될 수 있다.

상기 검출기는 복수의 길이방향 광학 센서들을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 길이방향 광학 센서들은 적층될 수 있으며, 이에 따라 바람직하게는 길이방향 광학 센서 스택을 형성할 수 있다. 상기 길이방향 광학 센서들은 비콘 디바이스들 중의 적어도 하나로부터 검출기로 이동하는 광 빔이 모든 길이방향 광학 센서들을 조사하도록 배열될 수 있다. 적어도 하나의 길이방향 센서 신호가, 각각의 길이방향 광학 센서에 의해 생성될 수 있다. 상기 평가 디바이스는 상기 길이방향 센서 신호들을 정규화하고 상기 광 빔의 강도(적어도 강도 > 0 인 경우)와 무관한 각각의 비콘 디바이스의 적어도 하나의 길이방향 좌표를 생성하도록 구성될 수 있다.

상기 평가 디바이스는 상기 적어도 하나의 길이방향 센서 신호로부터 상기 각각의 광 빔의 직경을 결정함으로써 각 비콘 디바이스의 길이방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 평가 디바이스는, 상기 길이방향 좌표를 결정하기 위해, 상기 광 빔의 직경을 상기 광 빔의 알려진 빔 특성들과 비교하도록 구성될 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 상기 광 빔의 알려진 빔 특성들은 가우시안 특성들, 예를 들어 상기 광 빔의 길이방향 좌표와 빔 웨이스트 간의 알려진 관계일 수 있다.

상기 길이방향 광학 센서는, 상기 길이방향 센서 신호가, 동일한 총 조사 전력이 주어지면, 상기 조사의 변조의 변조 주파수에 의존하도록 또한 설계될 수도 있다. 예들에 대해 아래에서 더 상세히 설명하도록 한다.

상기 검출기는 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서를 더 포함할 수 있으며,

- 상기 횡단방향 광학 센서는 상기 광 빔들의 횡단방향 위치를 결정하도록 구성되고, 상기 횡단방향 위치는 상기 검출기의 광축에 수직인 적어도 하나의 차원에 있는 위치이며, 상기 횡단방향 광학 센서는 횡단방향 센서 신호들을 생성하도록 구성된다.

상기 평가 디바이스는 상기 횡단방향 센서 신호들을 평가함으로써, 상기 비콘 디바이스들 중 적어도 하나에 대한, 바람직하게는 복수의 비콘 디바이스들에 대한 및 가장 바람직하게는 모든 비콘 디바이스들에 대한 적어도 하나의 횡단방향 좌표를 결정하도록 설계될 수 있다.

상기 횡단방향 광학 센서는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 제 2 전극 및 적어도 하나의 광발전 재료(photovoltaic material)를 갖는 광검출기일 수 있다. 광발전 재료는 특히 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 임베드될 수 있으며, 상기 광발전 재료는 광에 의한 광발전 재료의 조사에 따라 전기 전하들을 생성하도록 구성되며, 상기 제 2 전극은 적어도 2개의 부분 전극들을 갖는 분할 전극이며, 상기 횡단방향 광학 센서은 센서 영역을 갖고, 상기 적어도 하나의 횡단방향 센서 신호는 센서 영역에서의 광 빔의 위치를 나타낸다. 상기 부분 전극을 통과하는 전기 전류는 센서 영역에서의 광 빔의 위치에 의존할 수 있으며, 상기 횡단방향 광학 센서는 상기 부분 전극을 통과하는 전기 전류들에 따라 횡단방향 센서 신호를 생성하도록 구성된다. 상기 검출기 디바이스는 상기 부분 전극을 통과하는 적어도 하나의 전류의 비율로부터 횡단방향 좌표를 도출하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예들도 실현가능하다.

적어도 하나의 선택적 횡단방향 광학 센서의 적어도 하나의 선택적 광검출기는 염료-감응 태양 전지일 수 있다. 다른 실시예들도 실현가능하다.

적어도 하나의 선택적 횡단방향 광학 센서의 적어도 하나의 선택적 광검출기의 제 1 전극은 적어도 부분적으로 하나의 투과성 도전 산화물로 이루어질 수 있으며, 여기서 제 2 전극은, 적어도 부분적으로는 전기적 도전 폴리머, 바람직하게는 투과성 전기적 도전 폴리머로 이루어진다. 다른 실시예들도 실현가능하다.

상기 횡단방향 광학 센서는 불투명하거나, 또는 바람직하게는, 투과성 광학 센서일 수 있다. 따라서, 상기 적어도 하나의 선택적 횡단방향 광학 센서는 특히, 전체적으로 또는 부분적으로 유기 디바이스로서 구현될 수 있으며, 특히 하나 이상의 유기 층들을 갖는 광발전 디바이스와 같은 유기 광발전 디바이스로서 구현될 수 있다. 복수의 횡단방향 광학 센서들이 제공되는 경우, 하나 이상 또는 심지어 모든 횡단방향 광학 센서들이 유기 횡단방향 광학 센서들로 구현될 수도 있다. 잠재적인 예들로는, 아래에서 더 상세히 개시되는 또는 미국 가출원들인 2012년 12월 19일에 출원된 61/739,173, 2013년 1월 8일에 출원된 61/749,964, 2013년 8월 19일에 출원된 61/867,169, 2013년 12월 18일에 출원된 국제특허출원번호 PCT/IB2013/061095, 그리고 2013년 12월 18일에 출원된 미국 특허출원번호 14/132,570 중의 하나 이상에 개시된 유기 횡단방향 광학 센서들 중의 하나 이상이 사용될 수 있다.

적어도 하나의 유기 횡단방향 광학 센서를 사용하는 것에 부가하여 또는 대안적으로, 하나 이상의 무기 횡단방향 광학 센서들이 제공될 수도 있다. 따라서, 일 예로서, 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서는 적어도 하나의 무기 횡단방향 광학 센서이거나, 또는 이를 포함할 수도 있다. 따라서, 일 예로서, 적어도 하나의 투과성 무기 횡단방향 광학 센서 및/또는 적어도 하나의 불투과성 횡단방향 광학 센서는, 예를 들어 실리콘, 게르마늄 또는 그 밖의 무기 반도체를 포함하는 오크(oak)로 이루어진 하나 이상의 다이어트(diet)들과 같은, 하나 이상의 무기 반도체 다이오드들 등으로 사용될 수 있다. 적어도 하나의 선택적 무기 횡단방향 광학 센서, 및 적어도 하나의 선택적 유기 횡단방향 광학 센서는 픽셀화되거나 비픽셀화될 수 있다.

횡단방향 광학 센서 및 길이방향 광학 센서는, 바람직하게는 광축을 따라 이동하는 광 빔이 횡단방향 광학 센서 및 길이방향 광학 센서 모두에 충돌하게 되도록, 광축을 따라 적층된다.

검출기 디바이스는 적어도 하나의 조사 소스를 더 포함할 수 있다. 따라서, 검출기 디바이스는 하나 이상 또는 심지어 모든 비콘 디바이스들을 조사하도록 구성된 적어도 하나의 조사 소스를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 비콘 디바이스들은 전체적으로 또는 부분적으로 반사 특성들을 구비할 수 있으며, 이에 따라 검출기를 향해 지향되는 하나 이상의 반사되는 광 빔들을 생성할 수 있다. 따라서, 비콘 디바이스들은 전체적으로 또는 부분적으로 수동 비콘 디바이스들로서 구현될 수 있다. 그러나, 추가적 또는 대안적으로는, 하나 이상 또는 심지어 모든 비콘 디바이스들이 광을 방사하도록 구성되는 적어도 하나의 조사 소스를 구비할 있으며, 이에 따라 자가-방사성 비콘 디바이스들이 될 수 있다.

본 발명의 다른 양태는 노이즈의 문제점을 다룬다. 따라서, 일반적으로 및 통상적으로, 거리 감지를 위한 방법은 하나 이상의 물체들의 거리를 결정할 시에 노이즈의 문제점을 겪게 된다. 이 노이즈는, 수학적 관점으로부터, 공간 내의 검출 지점의 좌표들에 부가되는 작은 랜덤 벡터로 설명될 수 있다.

이러한 문제점을 적어도 부분적으로 해결하기 위해 그리고 거리 감지를 더욱 신뢰성있게 만들기 위해, 통상적으로, 하나 이상의 통계 알고리즘 및/또는 하나 이상의 필터 알고리즘이, 적어도 하나의 검출기에 의해 측정된 거리, 예를 들어 본 경우에서는, 적어도 하나의 길이방향 광학 센서에 의해 측정된 거리에 부가된다. 따라서, 일 예로서, 하나 이상 또는 모든 비콘 디바이스들에 대한 길이방향 좌표들이 시간 함수로서 모니터링될 수 있다. 이어서, 길이방향 좌표가 모니터링되는 각 비콘 디바이스에 있어서는, 길이방향 좌표의 통계 분석, 예를 들어 회귀 분석이 수행될 수 있다. 일 예로서, 텍스트북 통계 분석을 수행함으로써, 최소 오류를 가진, 시간 함수로서 길이방향 좌표에 가장 근사한 함수 또는 모델 함수(이하, 회귀 함수로도 지칭됨)를 도출할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같은 그리고 통계 분야에서 일반적으로 알려져 있는 바와 같은, 회귀 분석은 변수들 간의 관계를 평가하는 통계적 프로세스이다. 회귀 분석은 의존 변수와 하나 이상의 독립 변수들 간의 관계를 나타내는 하나 이상의 모델들을 발생시킬 수 있다. 본 경우에 있어서는, 적어도 하나의 길이방향 좌표와, 선택적으로는, 아래에서 더 상세히 설명될, 적어도 하나의 횡단방향 좌표, 그리고 시간 사이의 관계가 도출될 수 있다. 모델 함수로도 지칭되는, 평가 타겟은 회귀 함수라고 불리는 독립 변수들의 함수일 수 있다. 따라서, 일반적으로 및 본 명세서에서 사용되는, 회귀 함수는 적어도 하나의 독립 변수와 적어도 하나의 의존 변수 사이의 관계를 통계적으로 특징짓는 모델 함수일 수 있다. 또한, 회귀 함수는 적어도 하나의 외삽 함수 및/또는 적어도 하나의 내삽 함수를 나타낼 수도 있다. 따라서, 시간 레이턴시가 사용되고, 평가 디바이스로부터 출력되는 위치는 검출기에 의해 가장 최근에 검출된 위치 지점보다 늦은 적어도 하나의 위치 지점인 경우에, 외삽 함수 및/또는 내삽 함수가 특히 가능할 수 있다. 시간 레이턴시는 특히 내삽과 함께 사용될 수 있는 반면, 외삽 함수들은 특히 시간 레이턴시가 없는 경우에 사용될 수 있다.

또한, 회귀 분석은 예를 들어 적어도 하나의 확률 분포를 사용하여, 회귀 함수 주위의 의존 변수의 분산도에 대한 적어도 하나의 특성을 발생시킬 수 있다. 회귀 분석 수행에 대한 다수의 기법들이 당업자에게 알려져 있으며, 현재 다음 중의 하나 이상으로 적용될 수 있다: 선형 회귀; 비선형 회귀; 최소 자승 회귀, 구체적으로 최소 자승이 최대 확률 추정자로서 사용되는 최소 자승 회귀, 로컬 추정치들 예를 들어, M-추정치들, L-추정치들, 또는 R-추정치들을 사용하는 방법; 큐빅 스플라인들(cubic splines); 내삽 또는 외삽 기법들, 특히 다항 또는 유리(rational) 함수 내삽 또는 외삽 기법들, 예를 들어, 큐빅 스플라인들, 바이큐빅 스플라인들(bicubic splines) 또는 바이큐빅 내삽; 선형 또는 비선형 추정 기법들, 예를 들어, 칼만(Kalman) 필터들. 지정된 기법들의 조합들이 또한 가능하다. 큐빅 스플라인들과 같은, 이 기법들의 대부분은, 소위 파라메트릭 기법, 즉 시간 함수로서 모니터링된 적어도 하나의 길이방향 위치와 같은 데이터로부터 추정되는 유한 개수의 미지의 파라미들의 관점에서 회귀 함수(내삽 및/또는 외삽 함수들의 가능성 포함)가 정의되는 기법의 예들이다. 추가적 또는 대안적으로, 넌파라메트릭 기법이 적용될 수도 있다. 넌파라메트릭 회귀 기법들은 일반적으로 무한-차원일 수 있는, 특정 함수 세트에 회귀 함수가 놓일 수 있는 기법을 지칭한다. 본 명세서에 포함되는 회귀 분석에 또한 적용될 수 있는 다른 방법들은, 예를 들면 다음의 문헌들에 설명되어 있다: Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing, Third Edition (2007), Cambridge University Press, ISBN-10: 0521880688, pp. 773-836 and in R.W. Hamming,..Numerical Methods for Scientists and Engineers", Second Edition (1987), Dover Publications, ISBN-10: 0486652416, pp. 427-495.

일반적으로, 회귀 분석을 사용하여, 가정된 손실 오류를 갖는 대응 지점들(모델 함수)에 대한 측정 지점들(오류 포함)의 거리가 최소화된다. 적절한 회귀 함수는 응용에 따라, 최소 자승, 큐빅 스플라인 등과 같은 방법을 사용하여 찾아질 수 있다. 따라서, 모니터링되는 각 비콘 디바이스들에 대한, 모델 함수가 통계 분석에 의해 도출될 수 있다.

동일 또는 유사한 알고리즘들이 다른 좌표들, 예를 들어 적어도 하나의 비콘 디바이스들, 바람직하게는 복수의 비콘 디바이스들 및 더욱 바람직하게는 모든 비콘 디바이스들의 하나 이상의 횡단방향 좌표들에 선택적으로 적용될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 횡단방향 광학 센서들이 사용되는 경우, 적어도 하나의 비콘 디바이스의 하나 이상의 횡단방향 좌표들이 시간 함수로서 모니터링될 수 있으며, 이 적어도 하나의 비콘 디바이스의 적어도 하나의 좌표의 모델 함수를 결정하기 위해 회귀 함수가 도출될 수 있다.

따라서, 일반적으로, 평가 디바이스는 시간 함수로서 적어도 하나의 길이방향 좌표들을 모니터링하고, 적어도 하나의 길이방향 좌표에 대한 적어도 하나의 회귀 함수를 결정하도록 구성될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 검출기는 적어도 하나의 비콘 디바이스들에 대한 적어도 하나의 횡단방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있으며, 평가 디바이스는 시간 함수로서 횡단방향 좌표를 모니터링하고, 적어도 하나의 횡단방향 좌표에 대한 적어도 하나의 회귀 함수를 결정하도록 또한 구성될 수 있다.

일반적으로 통계적 방법의 사용 및, 특히 회귀 분석의 사용은 분석사항 내에 추가 정보가 포함되어 있는 경우에, 더욱 개선될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 검출기 디바이스에서, 일반적으로, 추가 정보는 하나보다 많은 비콘 디바이스가 제공된다는 사실 때문에 사용될 수 있으며, 이것의 좌표들은 전체적으로 또는 부분적으로 적어도 하나의 검출기에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이, 평가 디바이스는 검출기의 좌표계에서 비콘 디바이스들 각각에 대한, 즉 적어도 2개의 비콘 디바이스들에 대한 길이방향 좌표들을 결정하도록 구성된다. 추가적으로 및 선택적으로는, 하나 이상의 비콘 디바이스들에 대한 하나 이상의 횡단방향 좌표들이 좌표계에서 결정될 수 있다.

그러나, 많은 경우에, 비콘 디바이스들은 물체의 좌표계에서와 같은 공간에서의 알려진 관계 또는 결정가능한 관계를 가질 수 있다. 따라서, 많은 경우에, 적어도 2개의 비콘 디바이스들 간의 거리는, 예를 들어 비콘 디바이스들 간의 고정된 거리를 제공하는 것에 의해 알려져 있거나, 또는 결정될 수 있다. 고정된 거리는 일반적으로 물체의 전부 또는 일부가 강성의 물체인 경우에 발생한다.

그러나, 공간 내의 2개 이상의 지점들에 대한 알려져 있거나 또는 결정될 수 있는 관계는, 통계 분석, 특히 회귀 분석을 개선하는데 사용될 수 있다. 알려져 있으면서 고정된 거리를 가진 2개 이상의 지점들, 예를 들어 강화성 또는 강성의 물체에 대한 2개 이상의 지점들이 측정되는 경우, 회귀 필터는, 이 2개 이상의 지점들 간의 거리는 추가의 통계적 제한으로서 항상 상수라는 사실을 사용할 수 있다. 이것은 측정될 지점의 수를 배가시키지만, 측정의 불확실성을 상당히 감소시킨다. 본 발명에서의 경우와 같이 특히 회전을 측정할 경우에는, 적어도 2개의 길이방향 좌표들 및 더욱 바람직하게는 추가의 좌표들의 측정이 어쨋든 필요하게 된다. 지점들 간의 고정된 거리들은 정확도를 증가시킨다.

따라서, 일반적으로, 적어도 하나의 길이방향 좌표에 대한 적어도 하나의 회귀 함수는, 적어도 2개의 비콘 디바이스들 간의 알려져 있거나 또는 결정될 수 있는 거리를 고려한 것에 기초할 수 있다. 마찬가지로, 적어도 하나의 횡단방향 좌표에 대한 적어도 하나의 선택적 회귀 함수는, 적어도 2개의 비콘 디바이스들 간의 알려져 있거나 또는 결정될 수 있는 거리를 고려한 것에 기초할 수 있다.

본 발명에 따른 검출기 디바이스는, 하나 이상의 추가적인 센서들 및/또는 검출기들을 더 포함할 수 있다. 따라서, 일 예로서, 검출기 디바이스는, 예를 들어, 물체에 부착되거나 일체화될 수 있는, 하나 이상의 모션 센서들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 적어도 2개의 비콘 디바이스 중 적어도 하나에 하나 이상의 모션 센서들이 일체화될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 적어도 하나의 비콘 디바이스들은 하나 이상의 모션 센서들을 포함할 수 있으며, 예를 들어 다음으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 센서들을 포함할 수 있다: 위치 센서; 및 경사 센서; 가속도 센서; 진동 센서; 자이로스코프 센서. 다른 타입의 모션 센서들이 사용될 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는, 모션 센서는 일반적으로, 센서 및/또는 그 센서가 부착될 수 있고/있거나 일체화될 수 있는 물체의 위치, 속도, 가속도, 및 기울기 또는 배향 중의 적어도 하나를 결정하도록 구성되는 센서를 지칭한다.

적어도 하나의 모션 센서는 특히 검출기 및/또는 평가 디바이스로 하나 이상의 신호들을 송신하도록 구성될 수 있다. 이러한 적어도 하나의 신호 송신은, 예를 들어 무선파, 적외선, 블루투스 또는 임의의 다른 타입의 무선 송신과 같은, 무선 방식으로 바람직하게 발생될 수 있다. 또한, 추가적 또는 대안적으로, 유선 결합 송신과 같은 다른 타입의 송신이 사용될 수도 있다.

그러나, 가장 바람직하게는, 이 송신은 적어도 하나의 광 빔 자체를 통해 발생될 수 있다. 따라서, 특히 능동 비콘 디바이스가 사용되는 경우, 비콘 디바이스는 예를 들어 하나 이상의 사전 결정된 주파수들 또는 주파수 범위들을 사용하여, 광 빔을 변조하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 모션 센서에 의해 제공되는 신호 또는 정보는 변조된 광 빔 내에 인코딩될 수 있다. 따라서, 모션 센서에 의해 제공되는 정보가 검출기로 송신될 수 있다.

모션 센서에 의해 제공되는 적어도 하나의 신호 또는 정보를 사용하여, 검출기 디바이스의 정확도가 더욱 증대될 수 있다. 따라서, 검출기는, 적어도 하나의 평가 디바이스와 조합하여, 적어도 2개의 비콘 디바이스들에 대한 하나 이상의 길이방향 및/또는 횡단방향 좌표들을 결정하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 적어도 하나의 평가 디바이스는 검출기와 하나 이상의 비콘 디바이스들 간의 거리를 결정하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 모션 센서에 의해 제공되는 적어도 하나의 신호 또는 정보는, 그 후에 거리 감지의 노이즈를 감소시키는데 사용될 수 있다. 가장 단순한 경우에 있어서는, 그 거리가 이동되지 않는 것으로 결정되는 물체 및/또는 적어도 하나의 비콘 디바이스가, 적어도 하나의 모션 센서에 의해 확인될 수 있다. 그 후에, 감지된 위치가 변경되지 않는다는 제한 하에서, 오류들이 필터링될 수 있다.

따라서, 일반적으로, 검출기 디바이스는 물체에 부착되거나 또는 물체에 일체화되는 것 중의 하나 또는 양쪽 모두일 수 있는 적어도 하나의 모션 센서를 포함할 수 있다. 모션 센서는 검출기 또는 평가 디바이스 중의 하나 또는 양쪽 모두에 적어도 하나의 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. 모션 센서는 특히 적어도 하나의 비콘 디바이스들에 커플링될 수 있으며, 예를 들어 적어도 하나의 비콘 디바이스들에 연결되고/되거나 일체화될 수 있다. 모션 센서가 커플링되는 비콘 디바이스는 특히 모션 센서의 신호를 광 빔으로 인코딩하기 위해 광 빔을 변조하도록 구성될 수 있다. 평가 디바이스는 모션 센서의 적어도 하나의 신호를 고려하여, 물체의 배향을 결정하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에서는, 검출기 시스템이 개시된다. 검출기 시스템은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 디바이스, 예를 들어 위에서 개시된 하나 이상의 실시예들에 따르거나 아래에서 더 상세히 개시되는 적어도 하나의 검출기 디바이스를 포함한다. 검출기 시스템은 적어도 하나의 물체를 더 포함하며, 여기서 비콘 디바이스들은 물체에 부착되거나, 물체에 의해 홀딩되거나 또는 물체에 일체화된다.

물체는 바람직하게는 강성의 물체일 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 물체의 전부 또는 일부는 강성이다. 본 명세서에서 사용되는, 용어 강성은 물체의 좌표계에서, 물체의 각 지점 또는 물체의 적어도 하나의 영역의 적어도 각 지점이 시간에 따라 변화하지 않는 일정한 위치에 존재한다는 사실을 말한다. 또한, 다른 실시예들도 실현가능하다. 따라서, 물체의 전부 또는 일부는 가요성 물체 및/또는 전체적으로 또는 부분적으로 형상이 달라질 수 있는 물체로서 구현될 수 있다. 후자의 경우에는, 바람직하게는, 3개 이상의 비콘 디바이스들이 사용된다. 전체적으로 또는 부분적으로 가요성이고/이거나 전체적으로 또는 부분적으로 형상이 변화할 수 있는 물체가 사용되는 경우, 통상적인 물체의 움직임 및/또는 형상 변화가 알려져 있을 수 있으며/있거나 사전 결정될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 팔 및/또는 다른 신체 부분들의 통상적인 움직임은 알려져 있으며, 구현될 수도 있다.

아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명은 바람직하게는 인간-머신 인터페이스 분야, 스포츠 분야 및/또는 컴퓨터 게임 분야에 적용될 수도 있다. 따라서, 바람직하게는, 물체는 다음으로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다: 스포츠 장비 물품으로서, 바람직하게는 라켓, 클럽, 배트로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 물품; 의류 물품; 모자; 신발; 포인터, 특히 레이저 포인터 또는 텔레비전 제어기. 다른 실시예들도 가능하다. 그러나, 추가적 또는 대안적으로, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 물체는 생물체 또는 생물체의 일부, 예를 들어 사용자의 신체 일부일 수 있다. 따라서, 일 예로서, 물체는 손, 팔, 머리, 몸통, 다리 또는 발 및/또는 그것들의 하나 이상의 부분들로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에서는, 사용자와 머신 사이에서 적어도 하나의 정보 아이템을 교환하기 위한 인간-머신 인터페이스가 개시된다. 인간-머신 인터페이스는 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 디바이스, 예를 들어 위에서 개시된 실시예들 또는 아래에서 더 상세히 개시되는 실시예들 중의 하나 이상에 따른 적어도 하나의 검출기 디바이스를 포함한다. 비콘 디바이스들은 사용자에게 직접 또는 간적적으로 부착되는 것과 사용자에 의해 홀딩되는 것 중의 적어도 하나로 구성된다. 인간-머신 인터페이스는 검출기 디바이스에 의해 사용자의 배향을 결정하도록 설계된다. 인간-머신 인터페이스는 적어도 하나의 정보 아이템을 이 배향에 할당하도록 또한 설계된다.

본 발명의 다른 양태에서는, 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 디바이스가 개시된다. 엔터테인먼트 디바이스는 본 발명에 따른 적어도 하나의 인간-머신 인터페이스, 예를 들어 위에서 개시된 하나 이상의 실시예들에 따른 및/또는 아래에서 더 상세히 개시되는 하나 이상의 실시예들에 따른 적어도 하나의 인간-머신 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 디바이스는 적어도 하나의 정보 아이템이 인간-머신 인터페이스에 의해서 사용자에 의해 입력될 수 있도록 설계된다. 엔터테인먼트 디바이스는 이 정보에 따라 엔터테인먼트 기능이 달라지도록 또한 설계된다.

본 발명의 다른 양태에서는, 적어도 하나의 이동가능한 물체의 배향을 추적하는 추적 시스템이 개시된다. 추적 시스템은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 디바이스, 예를 들어 위에서 개시된 하나 이상의 실시예들에 따른 및/또는 아래에서 더 상세히 개시되는 하나 이상의 실시예들에 따른 적어도 하나의 검출기 디바이스를 포함한다. 추적 시스템은 적어도 하나의 추적 컨트롤러를 더 포함하며, 여기서 추적 컨트롤러는 특정 시점들에서의, 예를 들어 이후의 시점들에서의 일련의 물체 배향들을 추적하도록 구성된다.

본 발명의 다른 양태에서는, 적어도 하나의 물체의 배향을 결정하기 위한 방법이 개시된다.

상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

- 적어도 하나의 방사 단계로서, 적어도 2개의 비콘 디바이스들이 사용되고, 상기 비콘 디바이스들은 상기 물체에 부착된 방식, 상기 물체에 의해서 홀딩된 방식 및 상기 물체에 일체화되는 방식 중 적어도 하나의 방식으로 존재하며, 상기 비콘 디바이스들 각각은 광 빔들이 검출기를 향하게 하며, 상기 비콘 디바이스들은 상기 물체의 좌표계에서 사전 결정된 좌표들을 갖는, 상기 적어도 하나의 방사 단계;

- 적어도 하나의 검출 단계로서, 상기 비콘 디바이스들로부터 상기 검출기를 향해 이동하는 광 빔들이 상기 검출기에 의해 검출되는, 상기 적어도 하나의 검출 단계;

- 적어도 하나의 평가 단계로서, 상기 비콘 디바이스들 각각의 길이방향 좌표들이 상기 검출기의 좌표계에서 결정되며, 상기 물체의 배향이 상기 비콘 디바이스들의 길이방향 좌표들을 사용함으로써 상기 검출기의 좌표계 내에서 결정되는, 상기 적어도 하나의 평가 단계.

상기 방법은 바람직하게는 본 발명에 따른 검출기 디바이스의 사용, 예를 들어 하나 이상의 전술한 실시예들에 따른 및/또는 아래에서 더 상세히 개시되는 하나 이상의 실시예들에 따른 검출기 디바이스의 사용을 나타낼 수 있다.

본 발명의 다른 양태에서는, 본 발명에 따른 검출기 디바이스의 용도가 다음으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 사용 목적으로 개시된다: 교통 기술에서 배향 측정; 엔터테인먼트 응용; 보안 응용; 인간-머신 인터페이스 응용; 추적 응용; 위치 결정 시스템.

본 명세서에서 사용되는 물체는 생물체 및/또는 무생물체 중에서 선택되는 임의의 물체일 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 생물체 및 적어도 하나의 무생물체의 조합들이 가능할 수 있다. 따라서, 일 예로서, 적어도 하나의 물체는 하나 이상의 물품 및/또는 하나 이상의 물품 일부를 포함할 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 물체는 하나 이상의 생명체 및/또는 그것의 하나 이상의 부분, 예를 들어 사용자와 같은 인간 및/또는 동물의 하나 이상의 신체 부분이거나, 또는 이를 포함할 수 있다.

검출기의 좌표계의 경우, 검출기는, 검출기의 광축이 z-축을 형성하고, 또한, x-축 및 y-축이 z-축에 대해 수직하게 제공될 수 있으며 이들은 서로 수직하게 되는 좌표계를 구성할 수 있다. 일 예로서, 검출기 및/또는 검출기의 일부는 이 좌표계의 특정 지점에 놓일 수 있으며, 예를 들어 이 좌표계의 원점에 놓일 수 있다. 이 좌표계에서, z-축에 평행 또는 역평행한 방향은 길이방향으로 간주될 수 있으며, z-축을 따르는 좌표는 길이방향 좌표로 고려될 수 있다. 길이방향에 수직한 임의의 방향은 횡단방향으로 간주될 수 있으며, x-좌표 및/또는 y-좌표는 횡단방향 좌표로 간주될 수 있다.

대안적으로는, 다른 타입의 좌표계들이 사용될 수도 있다. 따라서, 일 예로서, 광축이 z-축을 형성하며, z-축으로부터의 거리 및 편각이 추가 좌표들로서 사용될 수 있는 극 좌표계가 사용될 수도 있다. 다시, z-축에 평행 또는 역평행한 방향은 길이방향으로 간주될 수 있으며, z-축을 따르는 좌표는 길이방향 좌표로 간주될 수 있다. z-축에 수직한 임의의 방향은 횡단방향으로 간주될 수 있으며, 또한 극 좌표 및/또는 편각이 횡단방향 좌표로 간주될 수 있다.

물체의 배향은, 적어도 2개의 비콘 디바이스들의 적어도 2개의 길이방향 좌표들 및, 선택적으로, 하나 이상 또는 모든 비콘 디바이스들에 대한 하나 이상의 추가 정보 아이템, 예를 들어 적어도 하나의 비콘 디바이스들에 대한, 바람직하게는 적어도 2개의 또는 모든 비콘 디바이스들에 대한 적어도 하나의 횡단방향 좌표를 사용하여, 다양한 방식으로 결정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 평가 디바이스는 요우 각(ψ) 및 피치 각(θ); 요우 각(ψ), 피치 각(θ) 및 롤 각(φ); 오일러 각들로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 각 조합을 제공함으로써 물체의 배향을 결정하도록 구성될 수 있다.

배향을 결정함에 있어서는, 가장 단순한 경우, 비콘 디바이스들의 길이방향 좌표들의 차분, 즉 비콘 디바이스들의 z-축 좌표들의 차분으로 충분할 수 있다. 따라서, 일 예로서, 적어도 2개의 비콘 디바이스들의 z-좌표들이 동일한 것으로 판명되는 경우, 적어도 2개의 비콘 디바이스들을 포함하는 물체의 플레인은 검출기의 광축에 수직하게 배향된 것으로 결정될 수 있다.

마찬가지로, 2개의 비콘 디바이스들의 z-좌표들이 Δz만큼 차이가 있는 경우, 알고 있는 물체의 좌표계에서의 비콘 디바이스들 간의 거리를 사용하고 또한 간단한 삼각 함수(예를 들어 sin θ = Δz/d 또는 유사 함수)를 사용하여, 비콘 디바이스들 간의 연결선과 광축 간의 각도가 결정될 수 있다. 일반적으로, 특히 임의의 형상을 갖고 복수의 적어도 2개의, 바람직하게는 적어도 3개의 비콘 디바이스들을 갖거나 이에 연결되는 강성 물체들의 경우, 적어도 2개의 비콘 디바이스들의 적어도 2개의 길이방향 좌표들, 바람직하게는 적어도 3개의 비콘 디바이스들의 적어도 3개의 길이방향 좌표들, 및 바람직하게는, 추가 정보가 알려져 있기만 하다면, 검출기의 좌표계에서 물체의 배향에 관한 적어도 하나의 정보 아이템을 결정할 수 있게 하는 변환을 발견할 수 있다. 다른 변환 예들에 대해 아래에서 상세히 설명하도록 한다.

일 예로서, 변환은 변환 매트릭스를 사용하여 수행될 수 있다.

추가적 또는 대안적으로는, 물체의 배향에 관한 적어도 하나의 정보 아이템을 결정하기 위한 다른 알고리즘들이 사용될 수도 있다.

본 명세서에서 사용되는, 적어도 하나의 물체의 배향을 결정하기 위한 검출기 디바이스는 일반적으로 적어도 하나의 물체 및/또는 그 일부의 배향에 대한 적어도 하나의 정보 아이템을 제공하도록 구성된 디바이스이다. 따라서, 배향은 검출기의 좌표계에서 물체 또는 그 일부의 배향을 완전히 나타내는 정보 아이템을 지칭하거나 또는 검출기의 좌표계에서 특정 플레인에 관한 것과 같은, 배향을 부분적으로만 나타내는 부분 정보를 지칭할 수도 있다. 검출기 디바이스의 일 부분인 검출기는, 일반적으로 광 빔들, 예를 들어 비콘 디바이스들로부터 검출기로 이동하는 광 빔들을 검출하도록 구성된 디바이스이다.

검출기 디바이스, 전술한 바와 같이, 복수의 컴포넌트들, 즉 적어도 2개 이상의 비콘 디바이스들, 검출기 및 평가 디바이스를 포함한다. 바람직하게는, 적어도 2개의 비콘 디바이스들은 검출기와 독립적으로 핸들링될 수 있으며, 이에 따라 독립한 엔티티들을 형성할 수 있다. 그러나, 평가 디바이스 및 검출기는, 전체적으로 또는 부분적으로 하나의 디바이스로 일체화될 수도 있다. 따라서, 일반적으로, 평가 디바이스는 검출기의 일부를 형성할 수도 있다. 대안적으로, 평가 디바이스 및 검출기는 별개의 디바이스들을 형성할 수도 있다. 검출기 디바이스는 다른 컴포넌트들을 포함할 수도 있다.

검출기는 정지형 디바이스 또는 이동형 디바이스일 수 있다. 또한, 검출기는 독립형 디바이스이거나, 또는 컴퓨터, 차량 또는 임의의 다른 디바이스와 같은 다른 디바이스의 일부를 형성할 수도 있다. 또한, 검출기는 핸드-헨드 디바이스일 수도 있다. 검출기에 대한 다른 실시예들도 가능하다.

검출기에 대한 잠재적 셋업들에 대해서는, WO 2012/110924 A1, US 61/739,173 및 61/749,964 중의 하나 이상에 개시된 검출기들 중의 하나 이상에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 다른 실시예들도 실현가능하다.

적어도 하나의 선택적 횡단방향 광학 센서 및 적어도 하나의 선택적 길이방향 광학 센서는 적어도 부분적으로 하나의 광학 센서로 일체화될 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서와 분리된 적어도 하나의 길이방향 광학 센서가 제공될 수도 있다. 또한, 적어도 하나의 평가 디바이스는 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서 및 적어도 하나의 길이방향 광학 센서와 무관한 별개의 평가 디바이스로서 형성될 수 있으며, 바람직하게는 횡단방향 센서 신호 및/또는 길이방향 센서 신호를 수신하기 위해, 적어도 하나의 선택적 횡단방향 광학 센서 및 적어도 하나의 선택적 길이방향 광학 센서에 연결될 수도 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 평가 디바이스는 전체적으로 또는 부분적으로 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서 및/또는 적어도 하나의 길이방향 광학 센서에 일체화될 수도 있다.

본 명세서에서 사용되는, 용어 횡단방향 광학 센서는 일반적으로 물체로부터 검출기로 이동하는 적어도 하나의 광 빔의 횡단방향 위치를 결정하도록 구성된 디바이스를 말한다. 용어 횡단방향 위치에 대해서는, 위에서 제공된 정의를 참조할 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 횡단방향 위치는 검출기의 광축에 수직한 적어도 하나의 차원에서의 적어도 하나의 좌표이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 일 예로서, 횡단방향 위치는, 광축에 수직한 플레인에, 예를 들어 횡단방향 광학 센서의 감광 센서 표면 상에서의 광 빔에 의해 생성되는 광 스폿의 위치일 수 있다. 일 예로서, 플레인에서의 위치는 카테시안 좌표들 및/또는 극 좌표들에서 제공될 수 있다. 다른 실시예들도 실현가능하다.

횡단방향 광학 센서의 잠재적인 실시예들에 대해서는, US 6,995,445 및 US 2007/0176165 A1에 개시된 위치 감지 유기 검출기에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 그러나, 다른 실시예들도 가능하며, 이에 대해서는 아래에서 더 상세히 설명하도록 한다.

적어도 하나의 횡단방향 센서 신호는 일반적으로 횡단방향 위치를 나타내는 임의의 신호일 수 있다. 일 예로서, 횡단방향 센서 신호는 디지털 및/또는 아날로그 신호이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 일 예로서, 횡단방향 센서 신호는 전압 신호 및/또는 전류 신호이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 횡단방향 센서 신호는 디지털 테이터이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 횡단방향 센서 신호는 단일 신호 값 및/또는 일련의 신호 값들을 포함할 수 있다. 횡단방향 센서 신호는 2개 이상의 개별 신호들을 조합하여, 예를 들어 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 2개 이상의 신호들을 평군화하고/하거나 2개 이상의 신호들의 지수(quotient)를 형성함으로써 도출되는 임의의 신호를 더 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는, 길이방향 광학 센서는 일반적으로 광 빔에 의한 센서 영역의 조사에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 길이방향 센서 신호를 생성하도록 설계된 디바이스이며, 여기서 길이방향 센서 신호는, 동일한 총 조사 전력이 주어지면, 센서 영역에서의 광 빔의 빔 단면에 따라 달라지게 된다.

길이방향 광학 센서의 잠재적인 실시예들에 대해서는, WO 2012/110924 A1, US 61/739,173 및 61/749,964 중의 하나 이상에 개시된 광학 센서들에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명에 따른 검출기는 복수의 광학 센서들, 바람직하게는 센서 스택을 포함할 수 있다.

따라서, 일 예로서, 검출기는 하나 이상의 횡단방향 광학 센서들과 조합된, WO 2012/110924 A1에 개시된 광학 센서들의 스택을 포함할 수 있다. 일 예로서, US 61/739,173 및 61/749,964 하나 이상에 개시된 검출기에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 일 예로서, 하나 이상의 횡단방향 광학 센서들이 물체를 향해 대향하는 길이방향 광학 센서들의 스택 측 상에 배치될 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 하나 이상의 횡단방향 광학 센서들이 물체로부터 멀어지게 대향하는 길이방향 광학 센서들의 스택 측 상에 배치될 수 있다. 다시, 추가적 또는 대안적으로, 하나 이상의 횡단방향 광학 센서들이, 스택의 길이방향 광학 센서들 사이에 개재될 수도 있다.

아래에서 더 설명되는 바와 같이, 바람직하게는, 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서 및 적어도 하나의 길이방향 광학 센서는 서로 독립적이며, 그 각각은 하나 이상의 광검출기들, 바람직하게는 하나 이상의 유기 광검출기들 및, 가장 바람직하게는, 하나 이상의 고체 염료-감응 유기 태양 전지(s-DSCs)과 같은, 하나 이상의 염료-감응 유기 태양 전지들(DSCs, 염료 태양 전지들로도 지칭됨)을 포함할 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 검출기는 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서의 역할을 하는 하나 이상의 DSCs(예를 들면, 하나 이상의 sDSCs), 적어도 하나의 길이방향 광학 센서의 역할을 하는 하나 이상의 DSCs(예를 들면, 하나 이상의 sDSCs), 바람직하게는 적어도 하나의 길이방향 광학 센서의 역할을 하는 복수의 DSCs의 스택(바람직하게는, 복수의 sDSCs의 스택) 및/또는 길이방향 광학 센서들의 스택을 포함할 수 있으며, 여기서 길이방향 광학 센서들 중의 적어도 하나는 DSC 및/또는 sDSC이다.

본 명세서에서 사용되는, 용어 평가 디바이스는 일반적으로 검출기 좌표계에서 비콘 디바이스들의 길이방향 좌표들을 결정하고 또한 비콘 디바이스들의 길이방향 좌표들을 사용하여 검출기의 좌표계에서 물체의 배향을 결정하도록 설계된 임의의 디바이스를 말한다.

전술한 바와 같이, 적어도 2개의 비콘 디바이스들이 존재한다. 2개의 비콘 디바이스들만이 존재하는 경우, 바람직하게는, 적어도 하나의 다른 정보 아이템이, 배향을 결정하는데 사용된다. 따라서, 일 예로서, 적어도 하나의 다른 정보 아이템으로서, 적어도 하나의 비콘 디바이스들의 적어도 하나의 횡단방향 좌표가 사용될 수 있으며, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 바람직하게는 양쪽 비콘 디바이스들에 대한 또는 모든 비콘 디바이스들에 대한 횡단방향 좌표들이 사용될 수 있다. 3개 이상의 비콘 디바이스들이 존재하는 경우, 물체의 배향을 결정하기 위해서는 3개 이상의 비콘 디바이스들에 대한 길이방향 좌표들만으로 충분하다. 따라서, 일 예로서, 3개 이상의 비콘 디바이스들의 길이방향 좌표들의 차분으로부터, 물체의, 회전과 같은, 배향이 결정될 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. 구체적으로, 사전 결정된 물체의 좌표계에서의 비콘 디바이스들의 좌표들을 사용하고, 또한 검출기의 좌표계에서 비콘 디바이스들의 길이방향 좌표들을 결정하는 것에 의해, 좌표 변환이 수행될 수 있으며/있거나 전술한 배향 각들이 평가 디바이스를 사용하여 결정될 수 있다. 따라서, 평가 디바이스는 비콘 디바이스들의 길이방향 좌표들 및, 선택적으로는, 하나 이상의 추가적인 정보 아이템들을 검출기의 좌표계에서의 물체의 배향에 관한 적어도 하나의 정보 아이템으로 변환사키는 하나 이상의 변환 알고리즘들을 사용하도록 구성될 수 있다.

일 예로서, 평가 디바이스는 하나 이상의 ASIC(application specific integrated circuit)들과 같은 하나 이상의 집적 회로들, 및/또는 하나 이상의 컴퓨터들, 바람직하게는 하나 이상의 마이크로컴퓨터들과 같은 하나 이상의 데이터 처리 디바이스들 및/또는 마이크로컨트롤러들이거나 이들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 사전처리 디바이스들 및/또는 횡단방향 센서 신호들 및/또는 길이방향 센서 신호들을 수신 및/또는 사전처리하기 위한 하나 이상의 디바이스들과 같은 사전 처리 디바이스와 데이터 획득 디바이스들, 예를 들면 하나 이상의 AD-변환기들 및/또는 하나 이상의 필터들과 같은 추가의 컴포넌트들이 포함될 수도 있다. 또한, 평가 디바이스는 하나 이상의 데이터 저장 디바이스들을 포함할 수 있다. 또한, 평가 디바이스는 하나 이상의 무선 인터페이스들 및/또는 하나 이상의 유선 결합 인터페이스들과 같은, 하나 이상의 인터페이스들을 포함할 수 있다.

적어도 하나의 평가 디바이스는 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램, 예를 들어 검출기의 좌표계에서 각각의 비콘 디바이스들에 대한 길이방향 좌표들을 결정하고/하거나 비콘 디바이스들의 길이방향 좌표들을 사용하여 검출기의 좌표계에서 물체의 배향을 결정하는 단계를 수행 또는 지원하는 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램을 수행하도록 구성될 수 있다. 일 예로서, 입력 변수들로서 횡단방향 센서 신호들 및/또는 길이방향 센서 신호들을 사용하여, 사전 결정된 변환을 물체의 배향에 대해 수행할 수 있는 하나 이상의 알고리즘들이 구현될 수 있다.

전술한 바와 같이, 바람직하게는, 횡단방향 광학 센서는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 제 2 전극 및 적어도 하나의 광발전 재료를 가진 광검출기이며, 여기서 광발전 재료는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 임베드되어 있다. 본 명세서에서 사용되는, 광발전 재료는 광에 의한 광발전 재료의 조사에 따라 전기 전하들을 생성하도록 구성된 재료 또는 재료들의 조합이다.

본 명세서에서 사용되는, 용어 광은 일반적으로 가시 스펙트럼 범위, 자외선 스펙트럼 범위 및 적외선 스펙트럼 범위 중의 하나 이상에서의 전자기 방사선을 지칭한다. 거기에서, 용어 가시 스펙트럼 범위는 일반적으로 380 nm 내지 780 nm의 스펙트럼 범위를 지칭한다. 용어 적외선 스펙트럼 범위는 일반적으로 780 nm 내지 1 mm의 범위, 바람직하게는 780 nm 내지 3.0 ㎛ 범위에서의 전자기 방사선을 지칭한다. 용어 자외선 스펙트럼 범위는 일반적으로 1 nm 내지 380 nm의 범위, 바람직하게는 100 nm 내지 380 nm의 범위에서의 전자기 방사선을 지칭한다. 바람직하게는, 본 발명에서 사용되는 광은 가시 광, 즉 가시 스펙트럼 범위 내의 광이다.

용어 광 빔은 일반적으로 특정 방향으로 방사 및/또는 반사되는 광의 양을 지칭한다. 따라서, 광 빔은 그 광 빔의 전파 방향에 수직한 방향에서 사전 결정된 확장을 갖는 광선들의 번들일 수 있다. 바람직하게는, 광 빔들은 하나 이상의 가우시안 광 빔들이거나 이들을 포함할 수 있으며, 이 광 빔들은 빔 웨이스트, 레일리-길이 또는 임의의 다른 빔 파라미터 또는 빔 직경 및/또는 공간에서의 빔 전파의 전개를 특징짓기에 적합한 빔 파라미터들의 조합 중의 하나 이상과 같은 하나 이상의 가우시안 빔 파라미터들에 의해 특징지어질 수 있다.

바람직하게는, 횡단방향 광학 센서의 제 2 전극은 적어도 2개의 부분 전극들을 가진 분할 전극일 수 있으며, 여기서 횡단방향 광학 센서는 센서 에어리어를 가지고, 적어도 하나의 횡단방향 센서 신호는 그 센서 에어리어에서의 광 빔의 위치를 나타낸다. 따라서, 전술한 바와 같이, 횡단방향 광학 센서는 하나 이상의 광검출기들, 바람직학는 하나 이상의 유기 광검출기들, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 DSCs 또는 sDSCs이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 센서 에어리어는 물체를 향해 대향하는 광검출기의 표면일 수 있다. 센서 에어리어는 바람직하게는 광축에 수직하게 배향될 수 있다. 따라서, 횡단방향 센서 신호는 횡단방향 광학 센서의 센서 에어리어의 플레인에서 광 빔에 의해 생성되는 광 스폿의 위치를 나타낼 수 있다.

일반적으로, 본 명세서에서 사용되는, 용어 부분 전극은 바람직하게는 다른 부분 전극들에 독립적으로 적어도 하나의 전류 및/또는 전압 신호를 측정하도록 구성된, 복수의 전극들 중의 일 전극을 지칭한다. 따라서, 복수의 부분 전극들이 제공되는 경우, 제 2 전극은 독립적으로 측정 및/또는 사용될 수 있는 적어도 2개의 부분 전극들을 통해 복수의 전기적 전위 및/또는 전기적 전류를 제공하도록 구성된다.

제 2 전극으로서 2개 이상의 부분 전극을 갖는 적어도 하나의 분할 전극을 구비하는 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서를 사용할 경우, 이 부분 전극들을 통과하는 전류는 센서 에어리어 내의 광 빔위 위치에 따라 달라질 수 있다. 이것은 일반적으로, 옴 손실 또는 저항 손실은, 충돌하는 광으로 인한 전기적 전하의 생성 위치로부터 부분 전극들까지의 도중에 발생할 수 있다는 사실에 기인한 것일 수 있다. 따라서, 부분 전극들 이외에, 제 2 전극은 그 부분 전극들에 연결된 하나 이상의 추가 전극 재료들을 포함할 수 있으며, 여기서 하나 이상의 추가 전극 재료들은 전기적 저항을 제공한다. 따라서, 이 하나 이상의 전극 재료들을 통한 전기적 전하의 생성 위치로부터 부분 전극들까지의 도중의 옴 손실로 인하여, 부분 전극들을 통과하는 전류들은 전기 전하들의 생성 위치에 따라 달라질 수 있으며, 따라서 센서 에어리어에서의 광 빔의 위치에 따라 달라질 수 있다. 이러한 센서 에어리어에서 광 빔의 위치를 결정하는 원리에 대한 세부사항 대해서는, 아래의 바람직한 실시예들 및/또는 예를 들어 US 6,995,445 및/또는 US 2007/0176165 A1에 개시된 디바이스 옵션들 및 물리적 원리에 대한 참조가 이루어질 수 있다.

횡단방향 광학 센서는 부분 전극들을 통과하는 전기 전류에 따라, 횡단방향 센서 신호를 생성하도록 또한 구성될 수 있다. 따라서, 2개의 수평 부분 전극들을 통과하는 전기 전류들의 비율이 형성될 수 있으며, 이에 따라 x-좌표를 생성할 수가 있고/있거나, 수직 부분 전극들을 통과하는 전기 전류들의 비율이 형성될 수 있으며, 이에 따라 y-좌표를 생성할 수가 있다. 검출기, 바람직하게는 횡단방향 광학 센서 및/또는 평가 디바이스는 적어도 하나의 부분 전극들을 통과하는 전류의 비율로부터, 물체의 횡단방향 위치에 대한 정보를 도출하도록 구성될 수 있다. 부분 전극들을 통과하는 전류들을 비교함으로써, 위치 좌표들을 생성하는 다른 방식들도 가능하다.

부분 전극들은 일반적으로, 센서 에어리어에서의 광 빔의 위치를 결정하기 위해, 다양한 방식으로 정의될 수 있다. 따라서, 수평 좌표 또는 x-좌표를 결정하기 위해 2개 이상의 수평 부분 전극들이 제공될 수 있으며, 또한 수직 좌표 또는 y-좌표를 결정하기 위해 2개 이상의 수직 부분 전극들이 제공될 수 있다. 따라서, 부분 전극들은 센서 에어리어의 림(rim)에 제공될 수 있으며, 여기서 센서 에어리어의 내부 공간은 비어 있는 상태가 되어서 하나 이상의 추가 전극 재료들에 의해 채워질 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 추가 전극 재료는 바람직하게는 투과성 추가 전극 재료, 예를 들면 투과성 금속 및/또는 투과성 도전 산화물 및/또는, 가장 바람직하게는, 투과성 도전 폴리머일 수 있다.

다른 바람직한 실시예들은 광발전 재료에 관한 것일 수 있다. 따라서, 횡단방향 광학 센서의 발전 재료는 적어도 하나의 유기 광발전 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 횡단방향 광학 센서는 유기 광검출기일 수 있다. 바람직하게는, 유기 광검출기는 염료-감응 태양 전지일 수 있다. 염료-감응 태양 전지는 바람직하게는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 임베드된 층 셋업을 포함하는 고체 염료-감응 태양 전지일 수 있으며, 층 셋업은 적어도 하나의 n-반도체 금속 산화물, 적어도 하나의 염료, 및 적어도 하나의 고체 p-반도체 유기 재료를 포함한다. 염료-감응 태양 전지(DSC)의 다른 세부사항 및 선택적 실시예들에 대하여 아래에서 설명하도록 한다.

횡단방향 광학 센서의 적어도 하나의 제 1 전극은 바람직하게 투과성이다. 본 발명에서 사용되는, 용어 투과성은 일반적으로 투과성 물체를 통과한 이후의 광의 강도가, 투과성 물체의 통과하기 이전의 광의 강도의 10%, 바람직하게는 40% 및, 더욱 바람직하게는, 60% 이상이라는 사실을 말한다. 더욱 바람직하게는, 횡단방향 광학 센서의 적어도 하나의 제 1 전극은 전체적으로 또는 부분적으로 적어도 하나의 투과성 도전 산화물(TCO)로 만들어 질 수 있다. 일 예로서, ITO(indium-doped tin oxide) 및/또는 FTO(fluorine-doped tin oxide)가 지정될 수 있다. 다른 예들에 대하여 이하에서 설명하도록 한다.

또한, 횡단방향 광학 센서의 적어도 하나의 제 2 전극은 바람직하게는 전체적으로 또는 부분적으로 투과성일 수 있다. 따라서, 구체적으로, 적어도 하나의 제 2 전극은 2개 이상의 부분 전극들 및 이 2개의 이상의 부분 전극들에 접촉하는 적어도 하나의 추가 전극 재료를 포함할 수 있다. 2개 이상의 부분 전극들은 불투과성일 수 있다. 일 예로서, 2개 이상의 부분 전극들은 전체적으로 또는 부분적으로 금속으로 이루어질 수 있다. 따라서, 2개 이상의 부분 전극들은 바람직하게는 센서 에어리어의 림에 위치될 수 있다. 그러나, 2개 이상의 부분 전극들은, 바람직하게는, 투과성인 적어도 하나의 추가 전극 재료에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 제 2 전극은 2개 이상의 부분 전극들을 갖는 불투과성 림 및 적어도 하나의 투과성 추가 전극 재료를 갖는 투과성 내부 에어리어를 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 횡단방향 광학 센서의 적어도 하나의 제 2 전극, 예를 들어 전술한 적어도 하나의 추가 전극 재료는, 전체적으로 또는 부분적으로 적어도 하나의 도전 폴리머, 바람직하게는 투과성 도전 폴리머로 이루어질 수 있다. 일 예로서, 적어도 0.01 S/cm의 전기적 도전성을 갖는 도전 폴리머들이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 적어도 0.1 S/cm, 더욱 바람직하게는 적어도 1 S/cm 또는 심지어 적어도 10 S/cm 또는 적어도 100 S/cm의 전기적 도전성을 갖는 도전 폴리머들이 사용될 수 있다. 일 예로서, 적어도 하나의 도전 폴리머는 다음으로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다: 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜(PEDOT), 바람직하게는 적어도 하나의 반대 이온으로 전기적 도핑되는 PEDOT, 더욱 바람직하게는 소듐 폴리스티렌 설포네이트로 도핑된 PEDOT(PEDOT:PSS); 폴리아닐린(PANI); 폴리티오펜.

전술한 바와 같이, 도전 폴리머는 적어도 2개의 부분 전극들 사이에 전기적 연결을 제공할 수 있다. 도전 폴리머는 전하 생성 위치를 결정할 수 있는, 옴 저항을 제공할 수 있다. 바람직하게는, 도전 폴리머는 부분 전극들 간의 0.1 - 20 kΩ의 전기 저항을 제공하며, 바람직하게는 0.5 - 5.0 kΩ의 전기 저항, 및 더욱 바람직하게는 1.0 - 3.0 kΩ의 전기 저항을 제공한다. 일 예로서, 적어도 0.00001 S/cm, 적어도 0.001 S/cm 또는 적어도 0.01 S/cm의 표면 도전성을 갖는 하나 이상의 도전 폴리머 막들은, 바람직하게는 적어도 0.1 S/cm, 더욱 바람직하게는 적어도 1 S/cm 또는 심지어 적어도 10 S/cm 또는 적어도 100 S/cm를 갖도록 사용될 수 있다.

일반적으로, 본 명세서에서 사용되는, 도전 재료는 10⁴ Ωm 미만, 10³ Ωm 미만, 10² Ωm 미만, 또는 10 Ωm 미만의 특정 전기 저항을 갖는 재료일 수 있다.

바람직하게는, 도전 재료는 10^-1 Ωm 미만, 10^-2 Ωm 미만, 10^-3 Ωm 미만, 10^-5 Ωm 미만, 또는 10^-6 Ωm 미만의 특정 전기 저항을 갖는다. 가장 바람직하게는, 도전 재료의 특정 전기 저항은 특히 알루미늄의 특정 전기 저항의 범위에서, 5 x 10^-7 Ωm 미만이거나, 또는 1 x 10^-7 Ωm 미만이다.

전술한 바와 같이, 바람직하게는, 횡단방향 광학 센서 및 길이방향 광학 센서 중의 적어도 하나는 투과성 광학 센서이다. 따라서, 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서는 투과성 횡단방향 광학 센서일 수 있으며/있거나 적어도 하나의 투과성 횡단방향 광학 센서를 포함할 수도 있다. 추가적 또는 대안적으로, 적어도 하나의 길이방향 광학 센서는 투과성 길이방향 광학 센서일 수 있으며/있거나 적어도 하나의 투과성 길이방향 광학 센서를 포함할 수 있다. 길이방향 광학 센서들의 스택과 같은 복수의 길이방향 광학 센서들이 제공되는 경우, 바람직하게는 모든 복수의 길이방향 광학 센서들 및/또는 그 스택 또는 하나의 길이방향 광학 센서를 제외한 모든 복수의 길이방향 광학 센서들 및/또는 스택이 투과성이다. 일 예로서, 길이방향 광학 센서들의 스택이 제공되는 경우, 여기서 길이방향 광학 센서들은 검출기의 광축을 따라 배열되며, 바람직하게는 물체로부터 멀어지는 방향으로 대향하는 마지막 길이방향 광학 센서를 제외한 모든 길이방향 광학 센서들이 투과성 길이방향 광학 센서들일 수 있다. 마지막 길이방향 광학 센서, 즉, 물체로부터 멀어지는 방향으로 대향하는 스택의 측 상에 있는 길이방향 광학 센서는 투과성 길이방향 광학 센서이거나 또는 불투과성 길이방향 광학 센서일 수 있다. 예시적인 실시예들에 대하여 아래에서 설명하도록 한다.

횡단방향 광학 센서 및 길이방향 광학 센서 중 하나가 투과성 광학 센서이거나 또는 적어도 하나의 투과성 광학 센서를 포함하는 경우, 광 빔은 횡단방향 광학 센서 및 길이방향 광학 센서의 다른 것에 충돌하기 이전에, 투과성 광학 센서를 통과하게 될 수 있다. 따라서, 물체로부터의 광 빔은 횡단방향 광학 센서 및 길이방향 광학 센서에 후속적으로 도달할 수 있게 되며, 그 반대의 경우도 가능하다.

다른 실시예들은 횡단방향 광학 센서와 길이방향 광학 센서 간의 관계에 관한 것이다. 따라서, 원칙적으로는, 횡단방향 광학 센서 및 길이방향 광학 센서는 적어도 부분적으로는 전술한 것과 동일할 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 횡단방향 광학 센서 및 길이방향 광학 센서는 적어도 부분적으로는 독립적인 광학 센서들일 수 있으며, 예를 들어 독립적인 광검출기들 및, 더욱 바람직하게는, 독립적인 DSCs 또는 sDSCs일 수 있다.

전술한 바와 같이, 횡단방향 광학 센서 및 길이방향 광학 센서는 바람직하게는 광축을 따라 적층될 수 있다. 따라서, 광축을 따라 이동하는 광 빔은 횡단방향 광학 센서에 및 바람직하게는 후속적으로 길이방향 광학 센서에 모두 충돌할 수 있다. 따라서, 광 빔은 후속적으로 횡단방향 광학 센서 및 길이방향 광학 센서를 통과할 수 있으며, 그 반대의 경우도 가능하다.

본 발명의 다른 실시예들은 비콘 디바이스들로부터 검출기로 전파하는 광 빔들의 특성에 관한 것이다. 광 빔들은 독립적으로 비콘 디바이스들 자체에 의해 방사될 수 있으며, 즉 각각의 비콘 디바이스로부터 발생할 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 광 빔들에 대한 다른 기원이 가능할 수도 있다. 따라서, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 예를 들어 사전 결정된 특성을 가진 하나 이상의 프라이머리 광선들 또는 빔들과 같은, 하나 이상의 프라이머리 광선들 또는 빔들을 사용하여, 비콘 디바이스들을 조사하는 하나 이상의 조사 소스들이 제공될 수도 있다. 후자의 경우에는, 비콘 디바이스들로부터 검출기로 전파하는 광 빔들은, 전체적 또는 부분적으로 하나 이상의 비콘 디바이스들에 의해 반사되는 광 빔들일 수 있다.

전술한 바와 같이, 적어도 하나의 길이방향 센서 신호는, 동일한 총 조사 전력이 주어지면, 적어도 하나의 길이방향 광학 센서의 센서 영역에서, 각 광 빔의 빔 단면에 따라 달라질 수 있다. 본 명세서에서 사용되는, 용어 빔 단면은 일반적으로 특정 위치에서 광 빔에 의해 생성된 광 빔 또는 광 스폿의 측면 확장(lateral extension)을 말한다. 원형 광 스폿이 생성되는 경우에는, 반경, 직경 또는 가우시안 빔 웨이스트 또는 가우시안 빔 웨이스트의 두배가 빔 단면 측정의 역할을 할 수 있다. 비-원형 광 스폿이 생성되는 경우에는, 단면이 임의의 다른 구현가능한 방식으로 결정될 수 있으며, 예를 들어 동등한 빔 단면으로 지칭되는 비-원형 광 스폿과 동일한 에어리어를 갖는 원형의 단면을 결정하는 것에 의해 결정될 수 있다.

따라서, 광 빔에 의해 동일한 총 전력의 센서 영역 조사가 주어지면, 제 1 빔 직경 또는 빔 단면을 가진 광 빔이 제 1 길이방향 센서 신호를 생성할 수 있는 한편, 제 1 빔 직경 또는 빔 단면과 상이한 제 2 빔 직경 또는 빔 단면을 갖는 광 빔은 제 1 길이방향 센서 신호와 상이한 제 2 길이방향 센서 신호를 생성하게 된다. 따라서, 이 길이방향 센서 신호들을 비교함으로써, 빔 단면, 특히 빔 직경에 대한 일 정보 아이템 또는 적어도 하나의 정보 아이템이 생성될 수 있다. 이러한 효과에 대한 세부사항들에 대해서는, WO 2012/110924 A1, US 61/739,173 및 61/749,964 중의 하나 이상에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 특히, 비콘 디바이스들로부터 검출기로 전파하는 광 빔들에 대한 하나 이상의 빔 특성들이 알려져 있는 경우에는, 알려져 있는 비콘 디바이스의 적어도 하나의 길이방향 센서 신호와 길이방향 위치 사이의 관계로부터 비콘 디바이스들의 길이방향 좌표들이 도출될 수가 있다. 이 알려진 관계는 알고리즘으로서 및/또는 하나 이상의 캘리브레이션 커브들로서 평가 디바이스에 저장될 수 있다. 일 예로서, 특히 가우시안 빔들의 경우, 각 광 빔이 검출기를 향해 전파하는 비콘 디바이스의 빔 직경 또는 빔 웨이스트와 각 길이방향 좌표 간의 관계가, 빔 웨이스트와 길이방향 좌표 간의 가우시안 관계를 사용하여, 용이하게 도출될 수가 있다.

FiP-효과(빔 단면 φ가 길이방향 광학 센서에 의해 생성되는 전력 P에 영향을 미치는 효과를 나타냄)라고도 지칭되는, 전술한 효과는 WO 2012/110924 A1, US 61/739,173 및 61/749,964 중의 하나 이상에 개시된, 광 빔의 적절한 변조에 따라 달라지거나 또는 이에 의해 강조될 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 검출기 디바이스는 광 빔들 또는 그 광 빔들 중의 하나 이상을 변조하는 적어도 하나의 변조 디바이스를 더 구비할 수 있다. 변조 디바이스는 전체적으로 또는 부분적으로 적어도 하나의 조사 소스 및/또는 조사 소스들 중의 적어도 하나로 구현될 수 있으며/있거나 전체적으로 또는 부분적으로 별도의 변조 디바이스로서 설계될 수도 있다.

검출기는 상이한 변조들의 경우에 적어도 2개의 길이방향 센서 신호들을 검출하며, 특히 각 상이한 변조 주파수들에서 적어도 2개의 센서 신호들을 검출하도록 설계될 수 있다. 이 경우, 평가 디바이스는 이 적어도 2개의 길이방향 센서 신호들을 평가함으로써, 물체의 길이방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 아이템을 생성하도록 설계될 수 있다.

일반적으로, 길이방향 광학 센서는, 동일한 총 전력의 조사가 주어지면, 적어도 하나의 길이방향 센서 신호가 조사의 변조의 변조 주파수에 의존하는 방식으로 설계될 수 있다. 다른 세부사항들 및 예시적 실시예들에 대하여 이하에서 설명하도록 한다. 이러한 주파수 의존 특성은 특히, DSCs에서 및, 더욱 바람직하게는, sDSCs에서 제공된다. 그러나, 다른 타입의 광학 센서들, 바람직하게는 광검출기들 및, 더욱 바람직하게는, 유기 광검출기들이 이러한 효과를 나타낼 수도 있다.

바람직하게는, 횡단방향 광학 센서 및 길이방향 광학 센서 모두는 전극 및 광발전 재료를 포함하는 층 셋업의 층을 가진 박막 소자들이며, 층 셋업은 바람직하게는 1 mm이하, 더욱 바람직하게는 500 ㎛ 이하 또는 심지어 이 미만의 두께를 갖는다. 따라서, 횡단방향 광학 센서의 센서 영역 및/또는 길이방향 광학 센서의 센서 영역은 바람직하게는 각각 물체를 향해 대향하는 각 디바이스의 표면에 의해 형성될 수 있는 센서 에어리어이거나 또는 이를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 횡단방향 광학 센서의 센서 영역 및/또는 길이방향 광학 센서의 센서 영역은 디바이스마다 하나의 연속된 센서 영역, 예를 들어 하나의 연속된 센서 에어리어 또는 센서 표면으로 형성될 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 길이방향 광학 센서의 센서 영역은, 복수의 길이방향 광학 센서들이 제공되는 경우(예를 들어, 길이방향 광학 센서들의 스택), 길이방향 광학 센서에서 떨어진 각 센서 영역이 정확히 하나의 연속된 센서 영역에 의해 형성될 수 있다. 길이방향 센서 신호는 길이방향 광학 센서의 전체 센서 영역에 대한 균일한 센서 신호이며, 또는 복수의 길이방향 광학 센서들이 제공되는 경우에는, 각 길이방향 광학 센서의 각 센서 영역에 대한 균일한 센서 신호이다.

적어도 하나의 횡단방향 광학 센서 및/또는 적어도 하나의 길이방향 광학 센서 각각은, 독립적으로, 센서 에어리어로도 지칭되며, 적어도 1 mm², 바람직하게는 적어도 5 mm², 예를 들어 5 mm² 내지 1000 cm²의 센서 에어리어, 바람직하게는 7 mm² 내지 100 cm²의 센서 에어리어, 더욱 바람직하게는 1 cm²의 센서 에어리어를 갖는 감지 에어리어를 제공하는 제공하는 센서 영역을 가질 수 있다. 센서 에어리어는 바람직하게는 직사각형 기하구조, 예를 들어 정사각형 기하구조를 갖는다.

그러나, 다른 기하구조들 및/또는 센서 에어리어들도 가능하다.

길이방향 센서 신호는 바람직하게는 전류(예컨대, 광전류) 및 전압(예컨대, 광전압)으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 마찬가지로, 횡단방향 센서 신호는 바람직하게는 전류(예컨대, 광전류) 및 전압(예컨대, 광전압) 또는 전류 및/또는 전압의 지수와 같은 그들로부터 도출되는 임의의 신호로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 또한, 길이방향 센서 신호 및/또는 횡단방향 센서 신호가, 예를 들어 평균화 및/또는 필터링에 의해, 로우(raw) 센서 신호들로부터 처리된 센서 신호들을 도출하기 위해, 사전 처리될 수도 있다.

일반적으로, 길이방향 광학 센서는 적어도 하나의 반도체 검출기, 특히 적어도 하나의 유기 재료, 바람직하게는 유기 태양 전지 및 특히 바람직하게는 염료 태양 전지 또는 염료-감응 태양 전지, 특히 고체 염료 태양 전지 또는 고체 염료-감응 태양 전지를 포함하는 유기 반도체 검출기를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 길이방향 광학 센서는 DSC 또는 sDSC이거나 이를 포함한다. 따라서, 바람직하게는, 길이방향 광학 센서는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 n-반도체 금속 산화물, 적어도 하나의 염료, 적어도 하나의 p-반도체 유기 재료, 바람직하게는 고체 p-반도체 유기 재료, 및 적어도 하나의 제 2 전극을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 길이방향 광학 센서는 적어도 하나의 DSC 또는, 더욱 바람직하게는, 적어도 하나의 sDSC를 포함한다. 전술한 바와 같이, 바람직하게는, 적어도 하나의 길이방향 광학 센서는 투과성 길이방향 광학 센서이고 또는 적어도 하나의 투과성 길이방향 광학 센서를 포함한다. 따라서, 바람직하게는, 제 1 전극 및 제 2 전극 모두가 투과성이거나 또는, 복수의 길이방향 광학 센서들이 제공되는 경우, 길이방향 광학 센서들 중의 적어도 하나는, 제 1 전극 및 제 2 전극 모두가 투과성이되도록 설계된다. 전술한 바와 같이, 길이방향 광학 센서들의 스택이 제공되는 경우, 바람직하게는, 물체로부터 가장 멀리 있는 스택의 마지막 길이방향 광학 센서를 제외한, 스택의 모든 길이방향 광학 센서들이 투과성이다. 마지막 길이방향 광학 센서는 투과성이거나 불투과성일 수 있다. 후자의 경우, 마지막 길이방향 광학 센서는 물체를 향해 대향하는 전극이 투과성이고, 물체로부터 멀어지게 대향하는 전극이 불투과성이 될 수 있도록 설계될 수 있다.

전술한 바와 같이, 검출기는 바람직하게는 복수의 길이방향 광학 센서들을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 복수의 길이방향 광학 센서들은 예를 들어 검출기의 광축을 따라 적층된다. 따라서, 길이방향 광학 센서들은 길이방향 광학 센서 스택을 형성할 수 있다. 길이방향 광학 센서 스택은, 바람직하게는 길이방향 광학 센서들의 센서 영역들이 광축에 수직하게 배향되도록 배향될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 하나의 길이방향 광학 센서들의 센서 에어리어들 또는 센서 표면들은 평행하게 배향될 수 있으며, 여기서 약간의 각도 허용 오차가 있을 수 있으며, 예를 들면, 10°이하, 바람직하게는 5°이하의 각도 허용 오차가 있을 수 있다.

적층된 길이방향 광학 센서들이 제공되는 경우, 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서는 바람직하게는 전부 또는 일부가, 물체를 향하도록 대향하는 적층된 길이방향 광학 센서들의 측 상에 위치될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들도 실현가능하다. 따라서, 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서의 전부 또는 일부가 물체로부터 멀어지게 대향하는 횡단방향 광학 센서 스택의 측에 위치되는 실시예들이 가능하다. 다시, 추가적 또는 대안적으로, 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서의 전부 또는 일부가 길이방향 광학 센서 스택의 사이에 위치되는 실시예들이 가능하다.

길이방향 광학 센서들은 바람직하게는, 비콘 디바이스들 중의 하나로부터의 각 광 빔이, 바람직하게는 순차적으로 모든 길이방향 광학 센서들을 조사하도록 배열된다.

특히 이 경우에, 바람직하게는, 적어도 하나의 길이방향 센서 신호가 각 길이방향 광학 센서에 의해서 생성된다. 이 실시예는, 광 빔의 총 전력 또는 강도가 알려져 있지 않더라도, 적층된 길이방향 광학 센서들의 셋업이 신호들을 용이하고 효율적으로 정규화하는 것을 가능하게 하기 때문에, 특히 바람직하다. 따라서, 하나의 길이방향 센서 신호들이, 단 하나의 동일한 광 빔에 의해 생성되도록 알려질 수 있다. 따라서, 평가 디바이스는 길이방향 센서 신호들을 정규화하여, 광 빔의 강도와 무관하게, 물체의 길이방향 위치에 대한 정보를 생성하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 하나의 길이방향 센서 신호들이 단 하나의 동일한 광 빔에 의해 생성되는 경우에, 그 하나의 길이방향 센서 신호들에서의 차이는 하나의 길이방향 광학 센서들의 각 센서 영역들의 위치에서의 광 빔의 단면 차이에만 기인하다는 사실에 의한 사용이 이루어질 수 있다. 따라서, 광 빔의 전체 전력이 알려져 있지 않더라도, 하나의 길이방향 센서 신호들을 비교하는 것에 의해, 빔 단면에 대한 정보가 생성될 수 있다. 빔 단면으로부터 각 비콘 디바이스의 길이방향 위치에 대한 정보 및, 이에 따른 비콘 디바이스의 길이방향 좌표에 대한 정보가, 특히 광 빔의 단면과 비콘 디바이스의 길이방향 위치 사이의 알려져 있는 관계를 사용하여, 얻어질 수 있다.

또한, 전술한 길이방향 광학 센서들의 적층하는 것 및 이 적층된 길이방향 광학 센서들에 의해 복수의 길이방향 센서 신호들을 생성하는 것이 평가 디바이스에 의해 사용됨으로써, 광 빔의 빔 단면과 비콘 디바이스의 길이방향 좌표 간의 알려져 있는 관계에서의 불명확함을 해결할 수 있다. 따라서, 비콘 디바이스로부터 검출기로 전파하는 광 빔의 빔 특성들이 전부 또는 일부 알려져 있더라도, 다수의 빔들에서는, 빔 단면이 초점에 도달하기 전에 좁하진 후에, 다시 넓어지는 것으로 알려져 있다. 예를 들면 가우시안 광 빔들의 경우가 그러한 것이다. 따라서, 광 빔이 가장 좁은 빔 단면을 갖는 초점 전후의, 광 빔의 전파 축을 따른 위치들에서 광 빔이 동일한 단면을 갖게 된다. 따라서, 예를 들어, 초점 전후의 거리 zO에서는, 광 빔의 단면이 동일하다. 따라서, 하나의 길이방향 광학 센서만을 사용하는 경우에는, 광 빔의 전체 전력 또는 강도를 알고 있는 경우, 광 빔의 특정 단면이 결정될 수 있다. 이 정보를 사용하여, 초점으로부터 각 길이방향 광학 센서의 거리 zO가 결정될 수 있다. 그러나, 각 길이방향 광학 센서가 초점의 앞에 위치해 있는지 또는 뒤에 위치해 있는지를 결정하기 위해서는, 추가의 정보, 예를 들면 물체 및/또는 검출기의 움직임 이력 및/또는 검출기가 초점의 앞에 위치해 있는지 또는 뒤에 위치해 있는지에 대한 정보가 필요할 수 있다. 일반적인 상황들에서는, 이러한 추가의 정보가 입수될 수 없다. 따라서, 복수의 길이방향 광학 센서들을 사용하여, 추가의 정보가 얻어질 수 있으며, 이에 따라 전술한 불명확함을 해결할 수가 있다. 따라서, 길이방향 센서 신호들을 평가하는 것에 의해, 평가 디바이스가, 제 1 길이방향 광학 센서 상의 광 빔의 빔 단면은 제 2 길이방향 광학 센서 상의 광 빔의 빔 단면보다 크다는 것을 인식한 경우로서, 제 2 길이방향 광학 센서가 제 1 길이방향 광학 센서 뒤에 위치하고, 평가 디바이스는, 광 빔이 계속 좁아지고 있으며, 또한 제 1 길이방향 광학 센서의 위치는 광 빔의 초점 앞에 위치해 있다고 결정할 수가 있다. 반대로, 제 1 길이방향 광학 센서 상의 광 빔의 빔 단면이 제 2 길이방향 광학 센서 상의 광 빔의 빔 단면보다 작은 경우, 평가 디바이스는, 광 빔이 넓어지고 있으며, 또한 제 2 길이방향 광학 센서의 위치는 초점 뒤에 위치해 있다고 결정할 수가 있다. 따라서, 일반적으로, 평가 디바이스는 상이한 길이방향 센서들의 길이방향 센서 신호들을 비교함으로써, 광 빔이 넓은지 좁은지 여부를 인식하도록 구성될 수 있다.

길이방향 광학 센서 스택은 바람직하게는 적어도 3개의 길이방향 광학 센서들, 더욱 바람직하게는 적어도 4개의 길이방향 광학 센서들, 더욱더 바람직하게는 적어도 5개의 길이방향 광학 센서들 또는 심지어 적어도 6개의 길이방향 광학 센서들을 포함할 수 있다. 길이방향 광학 센서들의 길이방향 센서 신호들을 추적함으로써, 광 빔의 빔 프로파일이 평가될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 바와 같은 그리고 아래에서 사용되는 바와 같은, 광 빔의 직경 또는, 동등하게는, 광 빔의 빔 웨이스트를 사용하여 특정 위치에서의 광 빔의 빔 단면을 특징지을 수가 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 각각의 비콘 디바이스, 즉 광 빔을 방사 및/또는 반사하는 비콘 디바이스의 길이방향 위치, 및 빔 단면 사이의 알려진 관계를 사용하여, 적어도 하나의 길이방향 센서 신호를 평가함으로써, 비콘 디바이스의 길이방향 좌표를 결정할 수가 있다. 일 예로서, 위에서 설명한 바와 같이, 광 빔이 적어도 대략적으로는 가우시안 방식으로 전파된다는 가정하에 가우시안 관계가 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 광 빔은 예를 들어 알려져 있는 가우시안 프로파일과 같은 기지의(known) 전파 특성들을 가진 광 빔을 생성하는 조사 소스를 사용하여, 적절하게 성형될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 조사 소스 자체는, 예를 들어 당업자에게 알려져 있는 다수의 타입의 레이저인 경우인 알려진 특성들을 가진 광 빔을 생성할 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 조사 소스 및/또는 검출기는 하나 이상의 빔 형성 요소들, 예를 들어 하나 이상의 렌즈들 및/또는 하나 이상의 조리개들을 구비함으로써, 당업자가 인식할 수 있는, 알려진 특성들을 가진 광 빔을 제공할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 알려진 빔-형성 특성들을 가진 하나 이상의 변환 요소들과 같은 하나 이상의 변환 요소들이 제공될 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 조사 소스 및/또는 검출기 예를 들어 적어도 하나의 선택적 변환 요소는, 하나 이상의 파장-선택 요소들 예를 들어 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서 및/또는 적어도 하나의 길이방향 광학 센서의 최대 여기 밖에 있는 파장들을 필터링하는 하나 이상의 필터 요소들과 같은 하나 이상의 필터들을 가질 수 있다.

따라서, 일반적으로, 평가 디바이스는 광 빔의 빔 단면 및/또는 직경을 기지의 광 빔의 빔 특성들과 비교함으로써, 바람직하게는 광 빔의 전파 방향에서의 적어도 하나의 전파 좌표 상의 광 빔의 빔 직경에 대한 기지의 의존관계로부터 및/또는 광 빔의 기지의 가우시안 프로파일로부터, 물체의 길이방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 아이템을 결정하도록 구성될 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 또한 사용자와 머신 간에 적어도 하나의 정보 아이템을 교환하기 위한 인간-머신 인터페이스에 관한 것이다. 제안되는 바와 같은 인간-머신 인터페이스는, 위에서 설명한 그리고 아래에서 더 상세히 설명되는 실시예들 중의 하나 이상에서의 상기 검출기 디바이스가 정보 및/또는 명령을 머신에게 제공하기 위해 하나 이상의 사용자들에 의해 사용될 수 있다는 사실을 이용할 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 인간-머신 인터페이스는 제어 명령들을 입력하기 위해 사용될 수 있다.

일반적으로, 본 명세서에서 사용되는, 사용자의 적어도 하나의 배향은 사용자의 신체 부분들 전체 및/또는 하나 이상으로서 사용자의 배향에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 나타낼 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 사용자의 배향은 검출기의 평가 디바이스에 의해 제공되는 사용자의 배향에 대한 하나 이상의 정보 아이템을 나타낼 수 있다. 사용자, 사용자의 신체 부분 또는 사용자의 복수의 신체 부분들은, 그 배향이 적어도 하나의 검출기 디바이스에 의해 검출될 수 있는 하나 이상의 물체들로서 간주될 수 있다. 거기에서, 정확하게 하나의 검출기가 제공될 수 있으며, 또는 복수의 검출기들의 조합이 제공될 수도 있다. 일 예로서, 복수의 검출기들은 사용자의 복수의 신체 부분들의 배향들을 결정하기 위해 및/또는 사용자의 적어도 하나의 신체 부분의 배향을 결정하기 위해 제공될 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 인간-머신 인터페이스는 직접 또는 간접적으로 사용자에게 부착되거나 사용자에 의해 홀딩되도록 구성되는 복수의 비콘 디바이스들을 포함한다. 따라서, 비콘 디바이스들 각각은 임의의 적절한 수단, 예를 들어 적절한 고정 장치에 의해, 사용자에게 독립적으로 부착될 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 사용자는 자신의 손에 및/또는 적어도 하나의 비콘 디바이스 및/또는 신체 일부에 비콘 디바이스를 포함한 의류를 착용하여, 적어도 하나의 비콘 디바이스 또는 하나 이상의 비콘 디바이스들을 홀딩 및/또는 반송할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는, 비콘 디바이스는 적어도 하나의 검출기에 의해 검출될 수 있고/있거나 적어도 하나의 검출기에 의한 검출을 가능하게 하는 임의의 디바이스이다. 따라서, 전술한 바와 같이 또는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 비콘 디바이스는 예를 들어 적어도 하나의 광 빔을 생성하는 하나 이상의 조사 소스들을 가지는 것에 의해, 검출기에 의해 검출될 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 구성되는 능동 비콘 디바이스일 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 비콘 디바이스는 전체적으로 또는 부분적으로 예를 들어 별도의 조사 소스에 의해 생성되는 광 빔을 반사도록 구성되는 하나 이상의 반사 요소들을 제공하는 것에 의해, 수동 비콘 디바이스로서 설계될 수 있다. 적어도 하나의 비콘 디바이스는 직접 또는 간접 방식으로 사용자에게 영구적 또는 일시적으로 부착될 수 있으며/있거나 사용자에 의해 반송 또는 휴대될 수도 있다. 부착은 하나 이상의 부착 수단을 사용하여 및/또는 사용자 자신에 의해 이루어질 수 있으며, 예를 들어 사용자가 적어도 하나의 비콘 디바이스를 손으로 휴대하고/하거나 비콘 디바이스를 착용하는 것에 의해 이루어질 수 있다.

추가적 또는 대안적으로, 비콘 디바이스는 사용자가 휴대하는 물체에 부착되거나 이에 통합될 수 있으며, 이것은 본 발명의 견지에서, 사용자가 비콘 디바이스들을 휴대하는 옵션의 의미로 포함될 것이다. 따라서, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 비콘 디바이스들은 인간-머신 인터페이스의 일부일 수 있고, 사용자에 의해 홀딩 또는 반송될 수 있으며, 또한 이것의 배향이 검출기 디바이스에 의해 인식될 수 있는 제어 요소에 부착되거나 이에 일체화될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명은 또한 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 디바이스를 포함하는 검출기 시스템에 관한 것이며, 이것은 또한 적어도 하나의 물체를 포함할 수 있으며, 여기서 비콘 디바이스들은 물체에 부착되거나, 물체에 홀딩되거나, 물체에 일체화된다. 전술한 바와 같이, 물체는 바람직하게는 제어 요소를 형성할 수 있으며, 이것의 배향은 사용자에 의해 인식될 수가 있다. 따라서, 검출기 시스템은, 전술한 바와 같이 또는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 인간-머신 인터페이스의 일부일 수 있다. 일 예로서, 사용자는 하나 이상의 정보 아이템을 머신에 송신하기 위해, 예를 들어 하나 이상의 명령들을 머신에 송신하기 위해, 특정 방식으로 제어 요소를 다룰 수 있다.

대안적으로, 검출기 시스템은 다른 방식으로 사용될 수도 있다. 따라서, 일 예로서, 검출기 시스템의 물체는 사용자 또는 사용자의 신체 일부가 아닐 수 있으며, 예를 들어 사용자로부터 독립적으로 움직이는 물체일 수 있다. 일 예로서, 검출기 시스템은 장치 및/또는 제조 프로세스 및/또는 로봇 프로세스와 같은 산업 프로세스를 제어하는데 사용될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 물체는 머신 및/또는 머신 일부, 예를 들어 로봇 팔일 수 있으며, 이것은 배향은 검출기 시스템을 사용하여 검출될 수 있다.

인간-머신 인터페이스는 검출기 디바이스가 사용자 또는 사용자의 적어도 하나의 신체 부분의 배향에 대한 적어도 하나의 정보 아이템을 생성하도록 구성될 수 있다.

비콘 디바이스는 바람직하게는 사용자의 신체 또는 신체 일부에 부착될 수 있는 비콘 디바이스 및 사용자에 의해 휴대될 수 있는 비콘 디바이스 중의 하나이다. 위에서 설명한 바와 같이, 비콘 디바이스는 전체적으로 또는 부분적으로 능동 비콘 디바이스로서 설계될 수 있다. 따라서, 비콘 디바이스는 검출기로 송신될 적어도 하나의 광 빔, 바람직하게는 기지의 빔 특성들을 가진 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 구성되는 적어도 하나의 조사 소스를 포함할 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 비콘 디바이스는 조사 소스에 의해 생성되는 광을 반사하고, 이에 의해 검출기로 송신될 반사 광 빔을 생성하도록 구성되는 적어도 하나의 리플렉터를 포함할 수 있다.

검출기 시스템의 일부를 형성할 수 있는 물체는, 일반적으로 임의의 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 검출기 시스템의 일부가 되는 물체는, 위에서 설명한 바와 같이, 예를 들면 수동으로, 사용자에 의해 조작될 수 있는 제어 요소일 수 있다. 일 예로서, 제어 요소는 글로브, 자켓, 모자, 신발, 바지와 수트; 손으로 홀딩할 수 있는 스틱; 배트; 클럽; 라켓; 지팡이; 장난감 총과 같은 장난감; 포인터, 특히 레이저 포인터 또는 텔레비전 제어기로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 요소이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 따라서, 일 예로서, 검출기 시스템은 인간-머신 인터페이스 및/또는 엔터테인먼트 디바이스의 일부일 수 있다.

물체가 검출기 시스템의 일부인 경우, 검출기 디바이스, 특히 검출기 디바이스의 검출기는 물품에 부착되거나 이에 일체화되는 것 중의 하나 또는 모두일 수 있다. 구체적으로, 바람직하게는 투과성이거나 반-투과성인 검출기일 수 있는 검출기는 검출기를 통해 계속 볼 수 있도록 물품의 앞에 놓일 수 있다. 구체적으로, 검출기는 예를 들어 가용성 검출기 호일을 사용하는 것에 의해, 가요성 검출기로서 구현될 수 있다. 검출기는 예를 들어 물품에 투과성 검출기 호일과 같은 투과성 검출기를 접합시킴으로써, 물품에 부착될 수 있다.

따라서, 일반적으로, 물체는 텔레비전, 게임, 또는 다른 인간-머신-인터페이스 응용을 제어하기 위한 제어 요소일 수 있다. 일 예로서, 본 텔레비전 세트는 통상적으로 푸시 번튼과 같은 하나 이상의 버튼을 가진 리모트 컨트롤러에 의해 제어된다. 마찬가지로, 컴퓨터들은 통상적으로 입력 디바이스로서 키보드 또는 마우스를 사용하여 제어되며, 여기서 마우스는 직접적인 사용자 움직임 입력을 가능하게 한다. 텔레비전의 경우는, 직접적인 사용자 움직임 입력을 가능하게 하는 어떠한 인간-머신 인터페이스 솔루션도 사용가능하지 않다. 본 발명에 따른 검출기 디바이스 및/또는 검출기 시스템을 사용함으로써, 이러한 상업적으로 입수할 수 있는 제어 요소들에 대한 단점이 극복될 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이, 검출기, 특히 투과성 유기 센서 스크린과 같은 투과성 또는 반투과성 검출기가 텔레비전 스크린과 같은 물품 또는 다른 타입의 물품 앞에 놓일 수 있다. 일반적으로, sDSCs와 같은 유기 광학 센서들의 사용은, 일반적으로 무기 재료를 사용해서는 불가능한, 큰 면적 검출기들의 제조 및 특히 가요성 큰 면적 검출기들의 제조를 가능하게 하기 때문에, 검출기는 물품의 전체 가시 표면 또는 적어도 그것의 상당 부분을 커버할 수가 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 검출기는 투과성 방식으로 생성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 검출기는 적어도 하나의 길이방향 광학 센서 및/또는 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서를 포함할 수 있다. 이러한 광학 센서들의 셋업의 잠재적인 세부사항들에 대해서는, 전술한 실시예들 또는 아래에서 더 상세히 설명되는 실시예들에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 또한, 예를 들어, 횡단방향 광학 센서들의 셋업들의 잠재적인 셋업들에 대해서는, US 6,995,445 B2에 대한 참조가 이루어질 수 있다.

투과성 유기 검출기 스크린과 같은 적어도 하나의 검출기를 사용함으로써, 적어도 2개의 비콘 디바이스들을 가진 물체와 검출기를 향하는 이미징 광 빔들의 위치 및/또는 배향이 결정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 비콘 디바이스들은 배경 신호들과 같은 다른 신호들, 특히 다른 들어오는 광 또는 배경 조사로부터 신호들을 구별시키기 위해 더 변조될 수 있다.

적어도 2개의 비콘 디바이스들은 리모트 컨트롤러를 형성하는 물체 내에 임베드될 수도 있다. 검출기는 횡단방향 좌표들을 결정하고/하거나 길이방향 좌표들을 결정하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 리모트 컨트롤러의 횡단방향 위치, 길이방향 위치(예를 들면, 양적 거리 감지) 또는 배향 중의 하나 이상이 결정될 수 있다.

비콘 디바이스들은 특히 코히어런트 발산 광 빔들과 같은 발산 광 빔들을 방사하도록 구성될 수 있다. 따라서, 비콘 디바이스들은 작지만 검출가능한 거리 확산을 갖는 코히어런트 광을 방사할 수 있다. 적어도 하나의 검출기를 사용하여, 적어도 하나의 비콘 디바이스들의 적어도 하나의 길이방향 좌표가 결정될 수 있으며, 예를 들어 전술한 FiP 효과를 사용하여 결정될 수 있다. 따라서, FiP-효과를 사용하여 스폿 사이즈가 측정될 수 있으며, 따라서, 하나 이상의 광 스폿들을 검출하는 것으로부터 거리 정보가 도출될 수 있다.

또한, 검출기는, 본 실시예에서 또는 다른 실시예들에서, 적어도 하나의 비콘 디바이스들의 적어도 하나의 길이방향 좌표 변화를 결정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 절대 좌표를 결정하는 대신에, 상대 좌표 변화들이 검출될 수 있으며, 예를 들어 적어도 하나의 비콘 디바이스들의 적어도 하나의 길이방향 좌표 변화가 검출될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 검출기에 의해 제공되는 신호들은 정규화될 수 있다. 일 예로서, FiP 신호들이 상대 거리 측정값들 사이에서 정규화될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는, 엔터테인먼트 디바이스는 레저 및/또는 엔터테인먼트의 용도를 하나 이상의 사용자들(이하 하나 이상의 플레이어라고도 지칭됨)에게 제공할 수 있는 디바이스이다. 일 예로서, 엔터테인먼트 디바이스는 게임, 바람직하게는 컴퓨터 게임의 용도를 제공할 수 있다. 따라서, 엔터테인먼트 디바이스는 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 시스템으로 구현될 수 있거나 또는 하나 이상의 게임 소프트웨어 프로그램을 실행하는 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다.

엔터테인먼트 디바이스는 본 발명에 따른 적어도 하나의 인간-머신 인터페이스, 예를 들면 위에 개시된 하나 이상의 실시예들에 따르고/따르거나 아래에 개시되는 하나 이상의 실시예들을 따르는 적어도 하나의 인간-머신 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 디바이스는 적어도 하나의 정보 아이템이 인간-머신 인터페이스에 의해서 사용자에 의해 입력될 수 있도록 설계된다. 적어도 하나의 정보 아이템은 송신될 수 있고/있거나 엔터테인먼트 디바이스의 컨트롤러 및/또는 컴퓨터에 의해 사용될 수도 있다.

적어도 하나의 정보 아이템은 바람직하게는 게임 과정에 영향을 주도록 구성되는 적어도 하나의 명령을 포함할 수 있다. 따라서, 일 예로서, 적어도 하나의 정보 아이템은 플레이어의 및/또는 플레이어의 하나 이상의 신체 부분들의 적어도 하나의 배향에 대한 적어도 하나의 정보 아이템을 포함하며, 이에 의해 사용자가 게임에 필요한 특정 위치 및/또는 배향 및/또는 동작을 시뮬레이션할 수 있게 할 수 있다. 일 예로서, 다음의 움직임들 중의 하나 이상이 시뮬레이션될 수 있으며 엔터테인먼트 디바이스의 컨트롤러 및/또는 컴퓨터로 전송될 수 있다: 댄스; 런닝; 점프; 라켓 스윙; 배트 스윙; 클럽 스윙; 어떤 물체를 다른 물체를 향해 포인팅, 예를 들어 장난감 총을 타겟을 향해 포인팅; 손으로 적어도 하나의 물체를 움켜쥠; 손으로 적어도 하나의 물체를 이동시킴.

엔터테인먼트 디바이스의 부분 또는 전체, 바람직하게는 엔터테인먼트 디바이스의 컨트롤러 및/또는 컴퓨터는, 그 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 달라지게 하도록 설계된다. 따라서, 위에서 설명한 바와 같이, 게임의 과정은 적어도 하나의 정보 아이템에 따라 영향을 받게될 수 있다. 따라서, 엔터테인먼트 디바이스는 적어도 하나의 검출기의 평가 디바이스로부터 분리되어 있을 수 있고/있거나 전체적으로 또는 부분적으로 적어도 하나의 평가 디바이스와 동일할 수 있으며 또는 적어도 하나의 평가 디바이스를 포함할 수도 있는 하나 이상의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 컨트롤러는 하나 이상의 데이터 처리 디바이스들, 예를 들면 하나 이상의 컴퓨터들 및/또는 마이크로컨트롤러들을 포함할 수 있다.

본 명세서에서 또한 사용되는, 추적 시스템은 적어도 하나의 물체 및/또는 그 물체의 적어도 일 부분의 일련의 과거 배향들에 대한 정보를 모으도록 구성되는 디바이스이다. 또한, 추적 시스템은 적어도 하나의 물체 또는 그 물체의 적어도 일 부분의 적어도 하나의 예측되는 미래 위치 및/또는 배향에 대한 정보를 제공하도록 구성될 수 있다. 추적 시스템은 전체적으로 또는 부분적으로 전자 디바이스로서, 바람직하게는 적어도 하나의 데이터 처리 디바이스로서, 더욱 바람직하게는 적어도 하나의 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러로서 구현될 수 있는 적어도 하나의 추적 컨트롤러를 가질 수 있다. 다시, 적어도 하나의 추적 컨트롤러는 적어도 하나의 평가 디바이스를 전체적으로 또는 부분적으로 포함할 수 있고/있거나 적어도 하나의 평가 디바이스의 일 부분일 수 있고/있거나 전체적으로 또는 부분적으도 적어도 하나의 평가 디바이스와 동일할 수 있다.

추적 시스템은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기, 예를 들면 위에서 열거된 하나 이상의 실시예들에 개시되고/되거나 아래의 하나 이상의 실시예들에서 개시되는 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 추적 시스템은 적어도 하나의 추적 컨트롤러를 더 포함한다. 추적 컨트롤러는 예를 들면 각 데이터의 그룹 또는 데이터 쌍이 적어도 하나의 배향 정보 및 적어도 하나의 시간 정보를 포함하는, 데이터의 그룹들 또는 데이터 쌍들을 기록함으로써, 특정 시점에서의 일련의 물체의 배향들을 추적하도록 구성된다.

추적 시스템은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 더 포함할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 검출기 및 적어도 하나의 평가 디바이스 및 비콘 디바이스들 이외에, 추적 시스템은 물체 자체 또는 물체의 일 부분, 예를 들면 비콘 디바이스들 또는 적어도 하나의 비콘 디바이스를 포함하는 적어도 하나의 제어 요소를 더 포함할 수 있으며, 여기서 제어 요소는 직접 또는 간접적으로 추적될 물체에 부착될 수 있거나 또는 이에 일체화될 수 있다.

추적 시스템은 추적 시스템 자체의 및/또는 하나 이상의 별개 디바이스들의 하나 이상의 동작들을 개시시키도록 구성될 수 있다. 후자의 목적을 위해, 추적 시스템, 바람직하게는 추적 컨트롤러는, 하나 이상의 무선 및/또는 유선 결합 인터페이스들 및/또는 적어도 하나의 동작을 개시시키기 위한 다른 타입의 제어 연결을 가질 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 추적 컨트롤러는 물체의 적어도 하나의 실제 위치에 따라 적어도 하나의 동작을 개시시키도록 구성될 수 있다. 일 예로서, 이 동작은 다음으로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다: 물체의 미래 위치 예측; 적어도 하나의 디바이스를 물체를 향해 포인팅; 적어도 하나의 디바이스를 검출기를 향해 포인팅; 물체에 조사; 검출기에 조사.

추적 시스템의 응용의 예로서, 추적 시스템은, 제 1 물체 및/또는 제 2 물체가 움직이더라도, 적어도 하나의 제 2 물체에 적어도 하나의 제 1 물체를 연속적으로 포인팅하기 위해 사용될 수 있다. 잠재적인 예들로는, 다시, 산업적 응용들, 예를 들면 로봇 공학에서 및/또는 제조 라인이나 어셈블리 라인에서의 제조와 같은, 물품이 움직이더라도 물품에 대한 연속 작업을 위한 것에서 찾아질 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 추적 시스템은 조사의 목적을 위해, 예를 들면 물체가 움직이더라도 그 물체에 조사 소스를 연속 포인팅하는 것에 의해 물체에 연속 조사하기 위해 사용될 수 있다. 다른 응용들로는 통신 시스템들 내에서, 예를 들면 움직이는 물체를 향해 송신기를 포인팅함으로써, 움직이는 물체에 정보를 연속하여 송신하기 위한 것이 찾아질 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 다른 양태에서, 본 발명은 적어도 하나의 물체의 배향을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기, 예를 들어 위에서 개시되었거나 아래에서 더 상세히 개시되는 하나 이상의 실시예들에 따른 적어도 하나의 검출기를 이용할 수 있다. 따라서, 방법의 선택적 실시예들에 대해서는, 검출기의 실시예들에 대한 참조가 이루어질 수 있다.

방법은 주어진 순서 또는 상이한 순서로 수행될 수 있는 전술한 방법 단계들을 포함한다. 또한, 열거되지 않은 추가 방법 단계들이 제공될 수도 있다. 또한, 2개 이상의 또는 심지어 모든 방법 단계들이 적어도 부분적으로는 동시에 수행될 수도 있다. 또한, 2개 이상의 또는 심지어 모든 방법 단계들이 두번 또는 그 이상 반복 수행될 수 있다.

전술한 바와 같이, 바람직하게는, 적어도 하나의 검출기의 셋업들의 잠재적인 세부사항들, 바람직하게는, 적어도 하나의 선택적 횡단방향 광학 검출기, 적어도 하나의 선택적 길이방향 광학 검출기, 적어도 하나의 선택적 변환 디바이스 및 평가 디바이스 중의 하나 이상의 잠재적인 셋업에 대해서는, WO 2012/110924 A1, US 61/739,173 및 61/749,964 중의 하나 이상에 대한 참조가 이루어질 수 있으며, 특히 잠재적 전극 재료들, 유기 재료들, 무기 재료들, 층 셋업들 및 다른 세부사항들에 대한 참조가 이루어질 수 있다.

변환 디바이스는 하나 또는 복수의 거울들 및/또는 빔 스플리터들 및/또는 전자기 방사선의 방향에 영향을 주기 위한 빔 편향 요소들을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 변환 디바이스는 집광 렌즈 및/또는 발산 렌즈에 영향을 미칠 수 있는 하나 또는 복수의 이미징 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 변환 디바이스는 하나 또는 복수의 렌즈들 및/또는 하나 또는 복수의 볼록 및/또는 오목 거울들을 가질 수 있다. 다시 한번, 대안적으로 또는 추가적으로, 변환 디바이스는 적어도 하나의 파장-선택 요소, 예를 들면 적어도 하나의 광학 필터를 가질 수 있다. 다시 한번, 대안적으로 또는 추가적으로, 변환 디바이스는 예를 들어, 센서 영역 및 특히 센서 에어리어의 위치에서의 전자기 방사선에 대한 사전 정의된 빔 프로파일에 영향을 미치도록 설계될 수 있다. 전술한 선택적 변환 디바이스의 선택적 실시예들은 원칙적으로, 개별적으로 또는 임의의 원하는 조합으로 구현 될 수 있다.

또한, 일반적으로, 본 발명의 맥락에서, 광학 센서는 적어도 하나의 광학 신호를 상이한 신호 형태, 바람직하게는 적어도 하나의 전기 신호, 예를 들면 전압 신호 및/또는 전류 신호로 변환하도록 설계된 임의의 요소를 지칭할 수 있음에 유의한다. 특히, 광학 센서는 적어도 하나의 광-전 변환 요소, 바람직하게는 적어도 하나의 광다이오드 및/또는 적어도 하나의 태양 전지를 포함할 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명의 맥락에서, 바람직하게는 적어도 하나의 유기 광학 센서의 사용, 즉 적어도 하나의 유기 재료, 예를 들면 적어도 하나의 유기 반도체 재료를 포함하는 광학 센서에 대한 선호가 부착된다.

본 발명의 맥락에서, 센서 영역은 바람직하게는, 그러나 필수적인 것은 아닌, 연속된 그리고 연속 영역을 형성할 수 있는 2-차원 또는 3-차원 영역을 의미하는 것으로 이해되어야 하며, 여기서 센서 영역은 조사에 의존하는 방식으로, 적어도 하나의 측정가능한 특성이 달라지도록 설계된다. 예를 들어, 상기 적어도 하나의 특성은 예를 들어, 센서 영역에 의해 단독으로 또는 다른 광학 센서 요소들의 다른 요소들과의 상호작용으로, 광전압 및/또는 광전류 및/또는 몇몇 다른 타입의 신호를 생성하도록 설계되는 전기적 특성을 포함할 수 있다. 특히, 센서 영역은 센서 영역의 조사에 의존하는 방식으로 균일한, 바람직하게는 단일의 신호를 생성하는 방식으로 구현될 수 있다. 따라서, 센서 영역은 균일 신호, 예를 들어 전기 신호가 생성되며, 그것이 바람직하게는 더이상 예를 들어 센서 영역의 부분 영역들에 대한 부분 신호들로 나누어질 수 없는 광학 센서의 최소 유닛일 수 있다. 횡단방향 광학 센서 및/또는 길이방향 광학 센서 각각은 하나 또는 복수의 그러한 센서 영역들을 가질 수 있으며, 후자의 경우 예를 들어 복수의 그러한 센서 영역들에 의해 2-차원 및/또는 3-차원 매트릭스 배열로 배열된다.

적어도 하나의 센서 영역은 예를 들어 적어도 하나의 센서 에어리어, 즉 그것의 측면 범위가 예를 들어 적어도 10배, 바람직하게는 적어도 100배 및 특히 바람직하게는 적어도 1000배만큼, 센서 영역의 두께를 상당히 초과하는 센서 영역을 포함할 수 있다. 이러한 센서 에어리어들의 예들은 예를 들면, 전술한 종래 기술에 따른, 또는 아래에서 더 상세히 설명되는 예시적 실시예들에 따른 유기 또는 무기 광발전 요소들에서 찾아질 수 있다. 검출기는 하나 또는 복수의 그러한 광학 센서들 및/또는 센서 영역들을 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 광학 센서들은 사용되는 광발전 요소들, 바람직하게는 유기 광발전 요소들의 스택, 바람직하게는 광발전 요소들의 센서 에어리어들이 서로 평행하게 배열되는 스택에 의해, 2-차원 배열 또는 3-차원 배열로 배열될 수 있으며 또는 이격 방식으로 선형 배열될 수도 있다. 다른 실시예들도 또한 가능하다.

선택적 변환 디바이스는, 전술한 바와 같이, 물체로부터 검출기로 전파하는 광을 횡단방향 광학 센서 및/또는 길이방향 광학 센서에, 바람직하게는 연속적으로 공급하도록 설계될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 공급은 선택적으로는 변환 디바이스의 이미징 특성에 의하여 또는 비-이미징 특성에 의하여 영향을 받을 수 있다. 특히, 변환 디바이스는 또한 후자의 것이 횡단방향 및/또는 길이방향 광학 센서로 공급되기 이전에, 전자기 방사선을 모으도록 설계될 수도 있다. 선택적 변환 디바이스는 또한, 아래에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 전체적으로 또는 부분적으로 적어도 하나의 선택적 조사 소스의 일부를 구성할 수 있으며, 예를 들어, 조사 소스는 정의된 광학 특성들을 갖는 광 빔, 예를 들어 정의되거나 정확하게 알려진 빔 프로파일을 가지는, 예를 들어 적어도 하나의 가우신 빔, 특히 알려진 빔 프로파일을 가진 적어도 하나의 레이저 빔을 제공하도록 설계된다.

선택적 조사 소스의 잠재적인 실시예들에 대해서는, WO 2012/110924 A1에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 또한, 다른 실시예들도 실현가능하다. 물체로부터 나오는 광은 물체 자체에서 나올 수 있지만, 선택적으로는 다른 기원을 가질 수도 있으며, 이 기원으로부터 물체로 전파되고, 후속적으로 횡단방향 및/또는 길이방향 광학 센서를 향해 전파될 수 있다. 후자의 경우는, 예를 들면 사용되어지는 적어도 하나의 조사 소스에 의해 영향을 받을 수 있다. 이 조사 소스는 예를 들면 주변 조사 소스이거나 이를 포함할 수 있으며/있거나 인공 조사 소스이거나 이를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 검출기 자체가 적어도 하나의 조사 소스, 예를 들면 적어도 하나의 레이저 및/또는 적어도 하나의 백열 램프 및/또는 적어도 하나의 반도체 조사 소스, 예를 들면, 적어도 하나의 발광 다이오드, 특히 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 그들의 일반적으로 정의된 빔 프로파일 및 다른 취급 특성들 때문에, 조사 소스로서 또는 그 일부로서 하나 또는 복수의 레이저를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 조사 소스 자체가 검출기의 일부를 구성할 수 있으며, 또는 검출기에 독립적으로 형성될 수도 있다. 조사 소스는 특히 검출기로 통합될 수 있으며, 예를 들면 검출기의 하우징으로 통합될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 조사 소스도 또한 비콘 디바이스로 일체화되거나 또는 하나 이상의 비콘 디바이스들로 일체화되고/되거나 물체에 일체화될 수 있으며 또는 그 물체에 연결되거나 공간적으로 커플링될 수 있다.

비콘 디바이스들로부터 나오는 광은, 따라서 상기 광이 각각의 비콘 디바이스 자체에서 기원하는 옵션으로부터 대안적으로 또는 추가적으로, 조사 소스로부터 나오고 및/또는 조사 소스에 의해 여기될 수 있다. 예를 들어, 비콘 디바이스로부터 나오는 전자기 광은 비콘 디바이스 자체에 의해 방출되고/되거나 비콘 디바이스에 의해 반사되고/되거나 그것이 검출기로 공급되기 이전에 비콘 디바이스에 의해 스캐터링될 수 있다. 이 경우, 전자기 방사선의 방출 및/또는 스캐터링은 전자기 방사선에 스펙트럼 영향을 미치는 것이 없이 또는 그러한 영향을 가지고 실행될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 스토크스 라만(Stokes Raman)에 따라 스캐터링 동안에 파장 시프트가 발생할 수도 있다. 또한, 광의 방출은, 예를 들면, 프라이머리 조사 소스에 의해, 예를 들면 물체 또는 물체의 일부 영역이 여기되어 발광, 특히 인광 및/또는 형광을 생성하는 것에 의해 여기될 수 있다. 다른 방출 프로세스들이 또한 원칙적으로 가능하다. 반사가 발생하는 경우에는, 물체가 예를 들면 적어도 하나의 반사 영역, 특히 적어도 하나의 반사 표면을 가질 수 있다. 상기 반사 표면은 물체 자체의 일부일 수 있지만, 예를 들면 물체에 연결되거나 공간적으로 커플링된 리플렉터, 예를 들면 물체에 연결되는 리플렉터 플라크일 수도 있다. 적어도 하나의 리플렉터가 사용되는 경우, 그것은 예를 들어, 검출기의 다른 구성 부분들과 독립적으로, 물체에 연결되는 검출기의 일 부분으로 간주될 수도 있다.

비콘 디바이스들 및/또는 적어도 하나의 선택적 조사 소스는 서로 독립적으로 그리고 일반적으로 다음 중의 적어도 하나로 광을 방출할 수 있다: 자외선 스펙트럼 범위, 바람직하게는 200 nm 내지 380 nm의 범위; 가시 스펙트럼 범위(380 nm 내지 780 nm); 적외선 스펙트럼 범위, 바람직하게는 780 nm 내지 3.0 ㎛의 범위. 가장 바람직하게는, 적어도 하나의 조사 소스는 가시 스펙트럼 범위, 바람직하게는 500 nm 내지 780 nm의 범위에서, 가장 바람직하게는 650 nm 내지 750 nm 또는 690 nm 내지 700 nm에서 광을 방출하도록 구성된다.

횡단방향 및/도는 길이방향 광학 센서에 대한 광의 공급은 특히, 예를 들면 원형, 타원형 또는 상이하게 구성되는 단면을 갖는 광 스폿이 횡단방향 및/또는 길이방향 광학 센서의 선택적 센서 에어리어에서 생성되도록 실행될 수 있다. 예를 들어, 검출기는 물체들이 검출될 수 있는 시각 범위, 특히 입체각 범위 및/또는 공간 범위를 가질 수 있다.

바람직하게는, 선택적 변환 디바이스는 예를 들면 검출기의 시각 범위 내에 배열된 물체의 경우에, 광 스폿이 센서 영역 특히 센서 에어리어 상에 완전히 배열되도록 설계된다. 예를 들어, 센서 에어리어는 이러한 조건을 보장하기 위해 대응하는 사이즈를 갖도록 선택될 수 있다.

적어도 하나의 길이방향 광학 센서는, 전술한 바와 같이, 예를 들어 동일한 조사 전력이 주어진, 즉 센서 에어리에에 동일한 조사 강도 적분값이 주어진 길이방향 센서 신호 조사의 기하구조에 의존하는 방식으로, 즉 센서 스폿의 직경 및/또는 동등한 직경에 의존하는 방식으로 설계될 수 있다. 예를 들어, 길이방향 광학 센서는 동일한 총 전력이 주어진 빔 단면이 두배가 될 시에, 신호 변동이 적어도 3배만큼, 바람직하게는 적어도 4배만큼, 특히 5배만큼 또는 심지어 10배만큼 발생하도록 설계될 수 있다. 이러한 조건은 예를 들어 적어도 하나의 특정 빔 단면에 대한 예를 들어 특정 초점 범위에 대해 유효하게 될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 길이방향 센서 신호는, 예를 들어 신호가 적어도 하나의 글로벌 또는 로컬 최대값을 가질 수 있는 적어도 하나의 최적 초점과 상기 적어도 하나의 최적 초점 밖의 초점 사이에서, 적어도 3배만큼, 바람직하게는 4배만큼, 특히 5배만큼, 심지어 10배만큼의 신호차를 가질 수 있다. 특히, 길이방향 센서 신호는 조사의 기하구조, 예를 들어 광 스폿의 직경 또는 동등한 직경의 함수로서, 적어도 하나의 현격한 최대값을 가질 수 있으며, 예를 들어 적어도 3배만큼, 특히 바람직하게는 적어도 4배만큼, 특히 바람직하게는 적어도 10배만큼의 상승을 가질 수 있다. 따라서, 길이방향 광학 센서는 WO 2012/110924 A1에서 더 상세히 개시되어 있는 전술한 FiP-효과에 기초하는 것일 수 있다. 따라서, 특히 sDSCs에서, 광 빔의 초점은 결정의 역할, 즉 소정 개수 또는 레이트의 광자(nph)가 입사되는 단면 또는 단면적을 결정하는 역할을 할 수 있다. 더욱 조밀하게 광 빔이 초점 맞추어질수록, 즉, 그 단면이 작아질 수록, 광전류가 커질 수 있다. 용어 'FiP'은 입사빔의 단면φ(Fi)과 태양 전지의 전력 간의 관계를 나타낸다.

적어도 하나의 길이방향 광학 센서는, 물체의 적절한 위치 정보를 바람직하게 제공하기 위해, 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서와 조합될 수 있다.

이러한 빔 기하구조, 바람직하게는 적어도 하나의 광 빔의 빔 단면에 대한 적어도 하나의 길이방향 센서 신호의 의존성의 효과는, 본 발명에 이르게된 연구의 맥락에서 관측되었으며, 특히 유기 광발전 컴포넌트들, 즉 광발전 컴포넌트들, 예를 들어 적어도 하나의 유기 재료, 예를 들면 적어도 하나의 유기 p-반도체 재료 및/또는 적어도 하나의 유기 염료를 포함하는 태양 전지들의 경우에서 관측되었다. 예를 들어, 이러한 효과들은, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 염료 태양 전지들의 경우에서 관측되었으며, 즉 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 n-반도체 금속 산화물, 적어도 하나의 염료, 적어도 하나의 p-반도체 유기 재료, 바람직하게는 고체 유기 p-형 반도체, 및 적어도 하나의 제 2 전극을 가진 컴포넌트들에서 관측되었다. 이러한 염료 태양 전지들, 바람직하게는 고체 염료 태양 전지들(고체 염료 감응 태양 전지들, sDSC)은 원칙적으로 다수의 다양한 문헌에서 공지되어 있다.

특히, 적어도 하나의 길이방향 광학 센서는, 동일한 총 조사 전력이 주어진 센서 신호는 센서 영역의 사이즈, 특히 센서 에어리어의 사이즈에 실질적으로 의존하며, 특히 조사의 광 스폿이 센서 영역 내에 완전히 놓여 있다면, 특히 센서 에어리어에 의존하도록 설계될 수 있다. 따라서, 길이방향 센서 신호는 센서 에어리어 상의 전자기 광선의 초점에 전적으로 의존적일 수 있다. 특히, 센서 신호는 센서 에어리어마다의 광전류 및/또는 광전압이 동일한 조사 전력이 주어지는 경우 동일한 값을 가지며, 예를 들어 동일한 광 스폿 사이즈가 주어지는 경우 동일한 값을 갖도록 구현될 수 있다.

평가 디바이스는 특히 적어도 하나의 데이터 처리 디바이스, 특히 전자 데이터 처리 디바이스를 포함할 수 있으며, 이것은 적어도 하나의 횡단방향 센서 신호를 평가함으로써 비콘 디바이스의 횡단방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 아이템을 생성하고 또한 적어도 하나의 길이방향 센서 신호를 평가함으로써 비콘 디바이스의 길이방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 아이템을 생성하도록 설계될 수 있다. 따라서, 평가 디바이스는 적어도 하나의 횡단방향 센서 신호 및 적어도 하나의 길이방향 센서 신호를 입력 변수들로서 사용하여, 이들 입력 변수들을 처리하여 비콘 디바이스의 횡단방향 위치 및 길이방향 위치에 대한 정보 아이템을 생성하도록 설계될 수 있다. 이러한 처리는, 병렬적으로, 후속적으로 또는 조합된 방식으로 행해질 수 있다. 평가 디바이스는 예를 들면 적어도 하나의 저장 및/또는 알려진 관계를 사용하고/거나 계산하여, 이러한 정보 아이템들을 생성하기 위한 임의의 프로세스를 사용할 수 있다. 적어도 하나의 횡단방향 센서 신호 및 적어도 하나의 길이방향 센서 신호 이외에, 하나 또는 복수의 다른 파라미터들 및/또는 정보 아이템들이 상기 관계, 예를 들면 변조 부파수에 관한 적어도 하나의 정보 아이템에 영향을 미칠 수 있다. 이 관계는 경험적으로, 분석적으로 또는 반-경험적으로 결정가능하거나 또는 결정될 수 있다. 특히 바람직하게는, 이 관계는 적어도 하나의 캘리브레이션 커브, 적어도 하나의 캘리브레이션 커브들의 세트, 적어도 하나의 함수 또는 상기 가능성들의 조합을 포함한다. 하나 또는 복수의 캘리브레이션 커브들은 예를 들어 일련의 값들 및 그와 관련된 함수값들의 형태로 예를 들면 데이터 저장 디바이스 및/또는 테이블에 저장될 수 있다. 그러나, 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 캘리브레이션 커브는 예를 들면 파라미터화된 형태로 및/또는 함수식으로 저장될 수도 있다. 적어도 하나의 횡단방향 센서 신호를 횡단방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 아이템으로 처리하고, 또한 적어도 하나의 길이방향 센서 신호를 길이방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 아이템으로 처리 하기 위한 별도의 관계들이 사용될 수도 있다. 대안적으로는, 센서 신호들을 처리하기 위한 적어도 하나의 조합된 관계가 가능할 수 있다. 다양한 가능성들이 인식될 수 있으며, 또한 조합될 수도 있다.

예를 들어, 평가 디바이스는 정보 아이템 결정 목적을 위한 프로그래밍의 관점에서 설계될 수 있다. 평가 디바이스는 특히 적어도 하나의 컴퓨터, 예를 들면 적어도 하나의 마이크로컴퓨터를 포함할 수 있다. 또한, 평가 디바이스는 하나 또는 복수의 휘발성 또는 비휘발성 데이터 메모리들을 포함할 수 있다. 데이터 처리 디바이스, 특히 적어도 하나의 컴퓨터에 대해 대안적으로 또는 추가적으로, 평가 디바이스는 정보 아이템들을 결정하도록 설계된 하나 또는 복수의 다른 전자 컴포넌트들, 예를 들면 전자 테이블 및 특히 적어도 하나의 룩-업 테이블 및/또는 적어도 하나의 ASIC(application specific integrated circuit)를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 광 빔의 전체 전력 강도는 흔히 알려져 있지 않으며, 그 이유는 이 전체 전력은, 예를 들어 비콘 디바이스의 특성, 예를 들어 반사 특성 및/또는 방사 특성에 의존할 수 있으며/있거나 전체 조사 소스의 전력에 의존할 수 있고/있거나 다수의 환경 조건들에 의존할 수 있기 때문이다. 전술한 적어도 하나의 길이방향 광학 센서의 적어도 하나의 센서 영역에서의 광빔의 빔 단면과 적어도 하나의 길이방향 광학 센서 신호 간의 알려져 있는 관계 및, 이에 따른 물체의 배향에 대한 적어도 하나의 정보 아이템과 적어도 하나의 길이방향 광학 센서 신호 간의 알려져 있는 관계는, 광 빔의 전체 강도 전력에 의존할 수 있기 때문에, 이 불명확함을 해결하는 다양한 방식들이 가능할 수 있다. 따라서, WO 2012/1 10924 A1에서 매우 상세히 설명되어 있는 바와 같이, 복수의 길이방향 센서 신호들은, 예를 들어 물체의 조사에 대한 상이한 변조 주파수들을 사용하여, 동일한 길이방향 광학 센서에 의해 검출될 수 있다. 따라서, 적어도 2개의 길이방향 센서 신호들이 조사의 상이한 변조 주파수들에서 얻어질 수 있으며, 이 적어도 2개의 센서 신호들로부터, 예를 들어 대응 캘리브레이션 커브들과 비교함으로써, 조사의 전체 전력 및/또는 기하구조를 추론해 내고/거나 그로부터 직접 또는 간접적으로 물체의 배향에 대한 적어도 하나의 정보 아이템을 추론해 내는 것이 가능하다.

그러나, 추가적 또는 대안적으로는, 전술한 바와 같이, 검출기가 적어도 하나의 길이방향 센서 신호를 생성하도록 각각 구성되는 복수의 길이방향 광학 센서들을 포함할 수 있다. 길이방향 광학 센서들에 의해 생성되는 길이방향 센서 신호들은, 광 빔의 전체 전력 및/또는 강도에 대한 정보를 얻기 위해 및/또는 광 빔의 전체 전력 및/또는 전체 강도에 대한 각각의 비콘 디바이스의 길이방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 아이템 및/또는 길이방향 센서 신호들을 정규화하기 위해, 비교될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 길이방향 광학 센서 신호들의 최대값이 검출될 수 있으며, 또한 모든 길이방향 센서 신호들은 이 최대값으로 나뉘어질 수 있고, 이에 따라 정규화된 길이방향 광학 센서 신호들을 생성할 수 있으며, 이어서 이것은 전술한 알려져 있는 관계를 사용하여, 비콘 디바이스에 대한 적어도 하나의 길이방향 정보 아이템으로, 및 따라서 각각의 비콘 디바이스의 각 길이방향 좌표로 변환될 수 있다. 다른 방식의 정규화도 가능하며, 예를 들어 길이방향 센서 신호들에 대한 평균값을 사용하여, 모든 길이방향 센서 신호들을 이 평균값으로 나누는 방식도 가능하다. 다른 옵션들도 가능하다. 이 옵션들 각각은 변환이 각 광 빔의 전체 전력 및/또는 강도와 무관하게 만들기에 적합하다. 또한, 각 광 빔들의 전체 전력 및/또는 강도에 대한 정보가 생성될 수도 있다.

전술한 바와 같이, 광 빔들 중의 하나, 광 빔들 중의 하나 초과 또는 모든 광 빔들은, 예를 들어 진폭 변조 및/또는 위상 변조에 의해, 가장 바람직하게는 진폭 변조에 이해, 변조될 수 있다. 또한 전술한 바와 같이, 이러한 변조, 바람직하게는 진폭 변조는, 다양한 목적을 위해 수행될 수 있다. 따라서, 먼저, 검출기의 좌표계에서 비콘 디바이스들의 길이방향 좌표들을 검출하는데 사용될 수 있는 FiP-효과 자체는, 전술한 바와 같이 그리고 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 변조 주파수에 의존할 수 있다. 따라서, 이 변조는 FiP 효과를 증가시키고, 이에 따라, 비콘 디바이스들의 길이방향 좌표들의 결정 정확도를 증가시키도록 선택될 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 또한 전술한 바와 같이, 이 변조는 각 광 빔이 검출기를 향해 이동하는 각 비콘 디바이스를 식별시킬 목적으로 사용될 수도 있다. 따라서, 상이한 변조 주파수들을 가진 광 빔들을 구별함으로써, 각 광 빔을 방사하고/하거나 반사하는 비콘 디바이스가 식별될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 비콘 디바이스들 중의 제 1 비콘 디바이스는 변조 주파수 f1을 갖는 광 빔을 방사 및/또는 반사할 수 있는 한편, 비콘 디바이스들 중의 제 2 비콘 디바이스는 변조 주파수 f2≠ f1 등을 갖는 광 빔을 방사 및/또는 반사할 수 있다. 변조 주파수들은, 검출기 신호들이 변조 주파수에 의존하도록 선택될 수 있다. 따라서, 길이방향 광학 센서는 이 길이방향 센서 신호를 생성하는 각 광 빔과 동일한 변조 주파수를 가진 길이방향 센서 신호를 제공할 수 있다. 따라서, 식별 파라미터로서 변조 주파수를 사용하여, 각 비콘 디바이스에 적어도 하나의 길이방향 광학 센서의 신호들을 할당함으로써, 비콘 디바이스들의 길이방향 좌표들이 독립적으로 결정될 수 있다. 일 예로서, 비콘 디바이스들에 의해 방사 및/또는 반사되는 광 빔들은 0 Hz보다 큰 주파수 범위, 바람직하게는 0.1 HZ 내지 100 000 Hz의 주파수 범위, 더욱 바람직하게는 1 Hz 내지 10 000 Hz, 가장 바람직하게는 100 Hz 내지 1000 Hz의 주파수 범위로 변조될 수 있다.

FiP 효과를 증대시키기 위한 목적의 변조 및 광 빔들의 식별시키기 위한 변조 양쪽 모두의 광 빔들의 변조는, 상이한 주파수 범위들에서 발생할 수 있으며/있거나 다양한 방식으로 확립될 수 있다. 따라서, 검출기는 적어도 하나의 변조 디바이스를 더 가질 수 있다. 일반적으로, 광 빔의 변조는, 각 광 빔의 전체 전력 및/또는 위상, 가장 바람직하게는 전체 전력이, 특히 하나 또는 복수의 변조 주파수들에 따라 바람직하게는 주기적으로 달라지는 처리를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 주기적 변조는 조사의 전체 전력의 최대값과 최소값 사이에서 행해질 수 있다. 최소값은 0일수 있지만, 예를 들어 완전한 변조가 행해질 필요가 없으므로 0보다 클 수도 있다. 이 변조는 예를 들어 빔 경로에 배열되어 있는 적어도 하나의 변조 디바이스에 의해서, 비콘 디바이스와 광학 센서 사이의 상기 빔 경로에서 행해질 수 있다. 그러나, 대안적 또는 추가적으로, 이 변조는 예를 들어 빔 경로에 배열된 적어도 하나의 변조 디바이스에 의해서, 비콘 디바이스를 조사하기 위한 선택적 조사 소스와 물체 사이의 강기 빔 경로에서 행해질 수도 있다. 이러한 가능성들의 조합이 또한 고려될 수도 있다. 적어도 하나의 변조 디바이스는 예를 들어 빔 쵸퍼 또는 예를 들어 바람직하게는 일정한 속도로 회전하며 이에 따라 주기적으로 조사를 차단할 수 있는 인터럽터 휠 또는 적어도 하나의 인터럽터 블레이드를 포함하는 몇몇 다른 타입의 주기적 빔 차단 장치를 포함할 수 있다. 그러나, 대안적 또는 추가적으로, 하나 또는 복수의 상이한 타임의 변조 디바이스들, 예를 들면 전기-광학 효과 및/또는 음향-광학 효과에 기초하는 변조 디바이스들을 사용하는 것도 가능하다. 다시, 대안적 또는 추가적으로, 적어도 하나의 선택적 조사 소스 자체가 변조된 조사를 생성하도록 설계될 수 있으며, 예를 들어 주기적으로 변조되는 전체 전력을 위해, 상기 조사 소스 자체가 변조된 강도 및/또는 전체 전력을 갖고, 및/또는 예를 들어 펄싱된 레이저로서 상기 조사 소스가 펄싱된 조사 소스로 구현되도록 설계된다. 따라서, 예를 들어, 적어도 하나의 변조 디바이스의 전부 또는 일부가 조사 소스로 일체화될 수도 있다. 다양한 가능성들이 고려될 수 있다.

예를 들어, 검출기는 적어도 하나의 길이방향 광학 센서의 적어도 하나의 센서 영역과 같은, 검출기의 적어도 하나의 센서 영역 및/또는 물체의 조사의 변조를, 특히 FiP 효과를 위해, 0.05 Hz 내지 1 MHz, 예를 들면 0.1 Hz to 10 kHz의 주파수로 행하도록 설계될 수 있다.

전술한 검출기의 요소들에 대한 잠재적인 실시예들, 예를 들어 적어도 하나의 선택적 길이방향 광학 센서 및/또는 적어도 하나의 선택적 횡단방향 광학 센서에 대해서는, 다양한 문헌들, 예를 들어 WO 2012/110924 A1, US 2007/0176165 A1, US 6,995,445 B2, DE 2501124 A1, DE 3225372 A1, WO 2009/013282 A1, US 61/739,173 및 61/749,964 중 하나 이상에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 따라서, 구체적으로, 적어도 하나의 선택적 길이방향 광학 센서 및/또는 적어도 하나의 선택적 횡단방향 광학 센서에서 나타날 수 있는 다음의 컴포넌트들 중의 하나 이상에 대해서는 WO 2012/1 10924 A1, US 61/739, 173 및 61/749,964 중 하나 이상에 대한 참조가 이루어질 수 있다: 제 1 전극 및 n-반도체 금속 산화물; 염료; p-반도체 유기 재료; 제 2 전극, 특히 횡단방향 광학 센서의 제 2 전극 및/또는 길이방향 광학 센서의 제 2 전극; 캡슐화. 또한, 다른 실시예들도 실현가능하다. 또한, 합성 예들에 대해서는, 지정된 문헌들 중의 하나 이상, 특히 WO 2012/110924 A1, US 61/739,173. D 중의 하나 이상에 대한 참조가 이루어질 수 있다. 이러한 참조들에 불구하고, 길이방향 광학 센서 및/또는 횡단방향 광학 센서의 잠재적 셋업의 몇몇 예들에 대하여 아래에서 설명하도록 한다. 복수의 길이방향 광학 센서들이 제공되는 경우, 하나 이상 또는 모든 길이방향 광학 센서들은 주어진 실시예들 중의 하나 이상에 따라 구현될 수 있음에 유의한다. 상이한 셋업을 갖는 하나 이상의 길이방향 광학 센서들이 제공될 수도 있다. 복수의 횡단방향 광학 센서들이 제공되는 경우, 하나 이상 또는 모든 횡단방향 광학 센서들은 주어진 실시예들 중의 하나 이상에 따라 구현될 수 있다. 또한, 상이한 셋업을 갖는 하나 이상의 횡단방향 광학 센서들이 제공될 수도 있다.

전술한 바와 같이, 바람직하게는, 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서 및/또는 적어도 하나의 길이방향 광학 센서 모두가 적어도 하나의 유기 반도체 검출기, 특히 바람직하게는 적어도 하나의 염료 태양 전지, DSC 또는 sDSC를 포함할 수 있다. 특히, 횡단방향 광학 센서 및/또는 길이방향 광학 센서 각각은, 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 n-반도체 금속 산화물, 적어도 하나의 염료, 적어도 하나의 p-반도체 유기 재료 및 적어도 하나의 제 2 전극을, 바람직하게는 상기 순서로 포함할 수 있다. 상기 요소들은 예를 들어 층 구조의 층들로서 제공될 수 있다. 층 구조는 예를 들어, 기재, 바람직하게는 투과성 기재, 예를 들면 유리 기재에 적용될 수 있다.

바람직한 광학 센서의 전술한 요소들에 대한 바람직한 실시예들은 아래에서 예시의 방법으로 설명되어 있으며, 여기서 이 실시예들은 임의의 소정 조합으로 사용될 수 있다. 그러나, 다수의 다른 구성들도 원칙적으로 가능하며, 여기서는 예를 들어 전술한 WO 2012/110924 A1, US 2007/0176165 A1, US 6,995,445 B2, DE 2501124 A1, DE 3225372 A1 및 WO 2009/013282 A1에 대한 참조가 이루어질 수 있다.

전술한 바와 같이, 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서는 염료-감응 태양 전지(DSC), 바람직하게는 고체 염료-감응 태양 전지(sDSC)로 설계될 수 있다. 마찬가지로, 적어도 하나의 길이방향 광학 센서는 적어도 하나의 염료-감응 태양 전지(DSC)로 설계될 수 있으며, 또는 적어도 하나의 염료-감응 태양 전지(DSC), 바람직하게는 고체 염료-감응 태양 전지(sDSC)를 포함할 수도 있다. 더욱 바람직하게는, 적어도 하나의 길이방향 광학 센서는 DSCs의 스택, 바람직하게는 sDSCs의 스택을 포함한다. DSCs 또는 sDSCs의 바람직한 컴포넌트들에 대해서는 다음에 개시될 것이다. 그러나, 다른 실시예들도 실현가능하다는 것을 이해해야 한다.

제 1 전극 및 n-반도체 금속 산화물

일반적으로, 횡단방향 광학 센서 및/또는 길이방향 광학 센서의 층 셋업에서 사용될 수 있는, 제 1 전극 및 n-반도체 금속 산화물의 바람직한 실시예들에 대해서는, WO 2012/110924 A1가 참조될 수 있다. 횡단방향 광학 센서 및/또는 길이방향 광학 센서의 염료 태양 전지에서 사용되는 n-반도체 금속 산화물은 단일 금속 산화물 또는 상이한 산화물들의 혼합물들일 수 있다. 또한 혼합된 산화물들을 사용할 수도 있다. n-반도체 금속 산화물은 특히 기공성일 수 있거나/있으며 나조입자상 산화물의 형태로 사용될 수 있으며, 이 맥락에서 나노입자들은 0.1 마이크로미터보다 작은 평균 입자 크기를 갖는 입자들을 의미하는 것으로 이해된다. 나노입자상 산화물은 통상적으로 큰 표면적을 갖는 기공성 박막으로서 소결 프로세스에 의해 도전성 기재(즉, 제 1 전극으로서 도전성 층을 갖는 캐리어)에 도포될 수 있다.

바람직하게는, 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서는 적어도 하나의 투과성 기재를 사용한다. 마찬가지로, 바람직하게는, 적어도 하나의 길이방향 광학 센서는 적어도 하나의 투과성 기재를 사용한다. 복수의 길이방향 광학 센서들, 예를 들어, 길이방향 광학 센서들의 스택이 사용되는 경우에, 바람직하게는, 이러한 길이방향 광학 센서들 중 적어도 하나는 투과성 기재를 사용한다. 따라서, 예를 들어, 모든 길이방향 광학 센서들 각각은, 그러나 물체로부터 멀어지게 대향하는 마지막 길이방향 광학 센서를 제외하고, 투과성 기재를 사용할 수 있다. 마지막 길이방향 광학 센서는 투과성 또는 불투과성 기재를 사용할 수 있다.

마찬가지로, 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서는 적어도 하나의 투과성 제 1 전극을 사용한다. 또한, 적어도 하나의 길이방향 광학 센서는 적어도 하나의 투과성 제 1 전극을 사용할 수 있다. 복수의 길이방향 광학 센서들, 예를 들어, 길이방향 광학 센서들의 스택이 사용되는 경우에, 바람직하게는, 이러한 길이방향 광학 센서들 중 적어도 하나는 투과성 제 1 전극을 사용한다. 따라서, 예를 들어, 모든 길이방향 광학 센서들 각각은, 물체로부터 멀어지게 대향하는 마지막 길이방향 광학 센서를 제외하고, 투과성 제 1 전극을 사용할 수 있다. 마지막 길이방향 광학 센서는 투과성 또는 불투과성 제 1 전극을 사용할 수 있다.

기재는 강성이거나 이와 달리 가요성일 수 있다. 적합한 기재들(또한, 이하에서는 캐리어들로서 지칭됨)은 금속 호일들, 특히 플라스틱 시트들(plastic sheets) 또는 막들 및 특히 유리 시트들 또는 유리 막들이다. 특히 상술한 바람직한 구조에 따른 제 1 전극으로서 특히 적합한 전극 재료들은 도전성 재료들, 예를 들면 투과성 도전성 산화물(TCO)들, 예를 들면 불소- 및/또는 인듐-도핑된 주석 산화물(FTO 또는 ITO) 및/또는 알루미늄-도핑된 아연 산화물(AZO), 탄소 나노튜브들 또는 금속 막들이다. 그러나, 추가적 또는 대안적으로, 또한 역시 충분한 투과성을 갖는 금속 박막들을 사용할 수도 있다. 불투과성 제 1 전극이 목표 및 사용되는 경우에, 두꺼운 금속 막들이 사용될 수 있다.

기재는 이러한 도전성 재료들로 피복 또는 코팅될 수 있다. 일반적으로, 제안된 구조에서는 오직 하나의 기재만이 요구되기 때문에, 가요성 전지들의 형성이 또한 가능하다. 이는 예를 들어, 은행 카드들, 의류 등에서 사용되는 것과 같이, 강성의 기재들에 의해서는 사용 하더라도 오직 어렵게만 달성될 수 있는 다수의 최종 사용들을 가능하게 한다.

제 1 전극, 특히 TCO 층은, TCO 층과의 p-형 반도체의 직접적인 접촉을 방지하기 위해서 고체 금속 산화물 버퍼 층(예를 들면, 두께 10 내지 200 nm를 가짐)으로 추가적으로 피복 또는 코팅될 수 있다(Peng et al., Coord. Chem. Rev. 248, 1479 (2004) 참조). 그러나, 고체 p-반도체 전해질들의 발명적 사용은, 이 전해질들과 제 1 전극과의 접촉이 액체 또는 겔-형태의 전해질에 비해서 크게 감소되는 경우에, 이러한 버퍼 층이 많은 경우들에서 불필요하게 하며, 따라서 많은 경우들에 이러한 버퍼 층 없이도 될 수 있으며, 이러한 버퍼 층은 또한 전류 제한 효과를 가지며 또한 제 1 전극과 n-반도체 금속 산화물의 접촉을 더 악화시킬 수 있다. 이는 컴포넌트들의 효율을 개선한다. 한편, 이러한 버퍼 층은 다음에 유기 태양 전지의 전류 컴포넌트에 염료 태양 전지의 전류 컴포넌트를 매칭시키기 위해 제어되는 방식으로 사용될 수 있다. 또한, 버퍼 층이 필요 없는 전지들의 경우에, 특히 고체 전지들의 경우에, 전하 캐리어들의 원치 않은 재결합들로 인해 문제가 빈번하게 발생하는데, 이러한 측면에서, 버퍼 층들은 특히 고체 전지들에서 많은 경우들에서 유리하다.

잘 알다시피, 금속 산화물들의 박층들 또는 박막들은 일반적으로 저렴한 고체 반도체 재료들(n-형 반도체들)이지만, 큰 밴드 갭들로 인한 그의 흡수는 통상적으로 전자기 스펙트럼의 가시 영역 내에 있지 않으며, 이보다는 통상적으로 자외선(ultraviolet) 스펙트럼 영역에 있다. 따라서, 태양 전지들에서 사용되기 위해, 금속 산화물들은 일반적으로, 염료 태양 전지들에서 그러한 바와 같이, 광감제로서의 염료와 결합될 필요가 있으며, 광감제는 태양광의 파장 범위에서, 즉 300 내지 2000 nm에서 흡수하며, 전자적으로 여기된 상태에서, 전자들은 반도체의 컨덕션 밴드(conduction band) 내로 주입한다. 이후에 카운터 전극으로서 환원되는, 전해질로서 전지 내에서 추가적으로 사용되는 고체 p-형 반도체의 도움으로, 전자들이 감응제로 재활용될 수 있으며(recycled to sensitizer), 이로써 재생된다.

반도체 아연 산화물, 주석 이산화물, 티타늄 이산화물 또는 이러한 금속 산화물들의 혼합물들은 유기 태양 전지들에서 사용되기에 특별한 관심을 갖는다. 금속 산화물들은 나노결정질 기공성 층들의 형태로 사용될 수 있다. 이러한 층들은 감응제로서의 염료로 코팅된 큰 표면적을 가지며, 이로써 태양광의 높은 흡수가 달성된다. 예를 들면, 나노로드(nanorod)들과 같은, 구조화된 금속 산화물 층들은 이점들, 예를 들어, 보다 높은 전자 이동도들 또는 염료에 의한 보다 개선된 기공 충진을 제공한다.

금속 산화물 반도체들은 단독으로 또는 혼합물의 형태로 사용될 수 있다. 하나 이상의 다른 금속 산화물로 금속 산화물을 코팅하는 것도 또한 가능하다. 또한, 금속 산화물들은 또한 다른 반도체, 예를 들면 GaP, ZnP 또는 ZnS에 대한 코팅으로서 도포될 수 있다.

특히 바람직한 반도체들은 바람직하게는 나노결정질 형태로 사용되는, 아나타제 폴리모프(anatase polymorph)로의 아연 산화물 및 티타늄 이산화물이다.

또한, 감응제들(sensitizers)은 유리하게는 통상적으로 이러한 태양 전지들에서 용도를 갖는 모든 n-형 반도체들과 결합될 수 있다. 바람직한 예들은 세라믹들에서 사용되는 금속 산화물들, 예를 들어, 티타늄 이산화물, 아연 산화물, 주석(IV) 산화물, 텅스텐(VI) 산화물, 탄탈륨(V) 산화물, 니오븀(niobium)(V) 산화물, 세슘 산화물, 스트론튬 티타네이트, 아연 스탄네이트, 페로브스카이트 타입의 복합 산화물, 예를 들면 바륨 티탄네이트, 및 바이너리 및 터너리(ternary) 철 산화물들을 포함하며, 이들은 또한 나노결정질 또는 비정질 형태로 존재할 수 있다.

통상적인 유기 염료들 및 프탈로시안닌들(phthalocyanines) 및 포프피린들(porphyrins)이 갖는 강한 흡수로 인해서, 심지어 n-반도체 금속 산화물의 박층들 또는 박막들은 요구된 양의 염료를 흡수하기에 충분하다. 금속 산화물 박막들은 이로써 원치 않은 재결합 프로세스들의 확률이 떨어지고 염료 서브전지(subcell)의 내부 저항이 감소되는 이점을 갖는다. n-반도체 금속 산화물에 대해서는, 100 nm 내지 20 마이크로미터, 더욱 바람직하게는 500 nm 내지 대략 3 마이크로미터의 범위의 층 두께를 사용하는 것이 선호적으로 가능하다.

염료

본 발명의 맥락에서, 특히 DSC들에 대해서 통상적인 바와 같이, 용어들 "염료", "감응제 염료" 및 "감응제" 는 본질적으로 가능한 구성들의 임의의 제한없이 동의어로서 사용된다. 본 발명의 맥락에서 사용가능한 다수의 염료들은 종래 기술에서 알려져 있으며 따라서 가능한 재료 예들에 대해서는, 염료 태양 전지들에 대한 종래 기술의 위의 설명이 또한 참조될 수 있다. 바람직한 예로서, WO 2012/11 0924 A1에서 개시된 염료들 중 하나 이상이 사용될 수 있다.

추가적 또는 대안적으로, 플루오르화된(fluorinated) 카운터 음이온을 갖는 하나 이상의 퀴놀리늄(quinolinium) 염료들이 본 발명에 따른 검출기 내에서 사용될 수 있으며, 예를 들어, WO 2013/144177 A1에서 개시된 염료들 중 하나 이상이 이러한 검출기 내에서 사용될 수 있다. 구체적으로, 다음에서 개시된 염료들 중 하나 이상이 적어도 하나의 길이방향 광학 센서 및/또는 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서에서 사용될 수 있다. 이러한 염료들의 세부사항들 및 이러한 미공개된 출원들의 개시의 세부사항들이 이하에서 설명될 것이다. 구체적으로, 이하에서 보다 상세하게 기술될 염료 D-5가 사용될 수 있다. 그러나, 하나 이상의 다른 염료들이 추가적 또는 대안적으로 사용될 수 있다.

모든 열거되고 청구된 염료들은 원칙적으로 또한 피그먼트들(pigments)로서 존재할 수 있다. 반도체 재료서의 티타늄 이산화물에 기초한 염료-감응형 태양 전지들이, 예를 들면, US 4 927 721 A, Nature 353, p. 737-740 (1991) 및 US 5 350 644 A, 및 또한 Nature 395, p. 583-585 (1998) 및 EP 11176 646 A1에서 개시된다. 이러한 문헌들에서 기술된 염료들은 원칙적으로 또한 유리하게는 본 발명의 맥락에서 사용될 수 있다. 이러한 염료 태양 전지들은 바람직하게는 전이 금속 착물들, 특히 감응제들로서 산(acid) 그룹들을 통해서 티타늄 이산화물 층에 본딩되는 루테늄 착물들(ruthenium complexes)의 단분자성 막들(monomolecular films)을 포함할 수 있다.

루테늄 착물들을 포함할 수 있는 염료-감응형 태양 전지들에서 사용되기 위한 염료들은 특히 루테늄이 비용이 높이 때문에 지금까지는 학문적인 관심 정도였다. 그러나, 본 발명에 따른 검출기에서 사용될 수 있는 염료-감응형 태양 전지는 오직 소량의 루테늄 양을 요구할 것이며, 이로써 비용 문제가, 특히 물체로부터 이동하는 적어도 하나의 광 빔이 적외선(IR) 영역의 일부, 즉, 대략 750 nm 내지 1000 ㎛의 범위의 전자기 스펙트럼의 부분, 잠재적으로는 대략 750 nm 내지 1.5 ㎛의 범위로 통상적으로 고려되는 근적외선(NIR) 영역으로서 일반적으로 표시되는 그의 부분을 적어도 부분적으로 포함할 수 있는 스펙트럼 범위를 수반하는 경우에, 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 본 방법 내에서 사용되기 위한 그의 매력적인 특징들로 인해서, 상쇄될 수 있다. 본 발명에 따른 검출기 내에서 응용에 적합할 수 있는 알려진 루테늄 착물들의 예들은 다음과 같다:

다른 예는 T. Kinoshita, J.T. Dy, S. Uchida, T. Kubo, 및 H. Segawa, Wideband dye-sensitized solar cells employing phosphine-coordinated ruthenium sensitizer, Nature Photonics, 7, 535-539 (2013)에서 발견될 수 있으며, 여기서 포스핀-배위된(phosphine-coordinated) 루테늄 착물이 개시되는데 이 착물은 NIR 범위에서, 특히 750 nm 내지 950 nm의 범위에서 강한 흡수를 보이며, 이는 이로써 유망한 효율을 갖는 염료-감응형 태양 전지를 양산할 수 있다:

NIR 영역을 포함하여, IR 영역 내에서 가장 잘 알려진 염료들의 약한 흡수 특성들로 인해, 본원의 다른 개소들에서 기술되는 바와 같이, 루테늄 착물들을 포함하는 염료들은 따라서, 예를 들어, 특히 IR 광이 중요한 역할을 할 수 있는 컴퓨터 비전과 관련된 응용들에서 능동 깊이 센서들로서 사용되는 바와 같이, 본 발명에 따른 검출기의 검출범위를 IR 영역, 특히 NIR 영역으로 확장시킬 수 있다.

제안된 수많은 감응제들이 마찬가지로 또한 본 발명의 맥락에서 사용가능한 무금속 유기 염료들을 포함한다. 특히 고체 염료 태양 전지들에서 4 퍼센트 초과의 높은 효율은 예를 들면, 인돌린(indoline) 염료들(예를 들면, Schmidt-Mende eta/., Adv. Mater. (2005), 17, 813 참조)로 달성될 수 있다. US-A-6 359 211은 티타늄 이산화물 반도체에 고정되기 위해 알키엔 라디칼을 통해서 본딩되는 카르복실 그룹들을 갖는 시안닌(cyanine), 옥사진(oxazine), 티아진(thiazine) 및 아크리딘(acridine) 염료들의, 또한 본 발명의 맥락에서 구현가능한 사용을 기술한다.

이제, 유기 염료들은 액체 전지들에서 거의 12.1 %의 효율을 달성한다(예를 들면, P. Wang et al., ACS. Nano 2010 참조). 피리디늄-함유 염료들이 또한 보고되었으며, 이는 본 발명의 맥락에서 사용될 수 있으며, 유망한 효율을 보인다.

제안된 염료 태양 전지에서 특히 바람직한 감응제 염료들은 DE 10 2005 053 995 A1 또는 WO 2007/054470 A1에서 기술된 퍼릴렌 유도체들(perylene derivatives), 테릴렌 유도체들(terrylene derivatives) 및 큐아테릴렌 유도체들(quaterrylene derivatives)이다. 또한 본 발명의 맥락에서도 가능한 이러한 염료들의 사용은 높은 효율 및 동시에 높은 안정성을 갖는 광발전 요소들로 이어진다.

릴렌(rylene)들은 태양광의 파장 범위에서 강한 흡수를 보이며, 컨주게이션된(conjugated) 시스템의 길이에 의존하여, 약 400 nm(DE 10 2005 053 995 A1로부터 퍼릴렌 유도체들 I) 내지 약 900 nm(DE 10 2005 053 995 A1로부터의 큐아테릴렌 유도체 I)의 범위를 커버할 수 있다. 테릴렌에 기초한 릴렌 유도체들 I은 그의 조성에 따라서, 티타늄 이산화물 상으로 흡착된 고체 상태에서, 약 400 내지 800 nm의 범위 내에서 흡수한다. 가시 영역으로부터 근적외선 영역 내로의 입사 태양광의 매우 실질적인 사용을 달성하기 위해, 상이한 릴렌 유도체들 I의 혼합물을 사용하는 것이 유리하다. 때로, 상이한 릴렌 동족체들을 사용하는 것도 또한 바람직할 수 있다.

릴렌 유도체들 I은 n-반도체 금속 산화물 막에 용이하게 그리고 영구적으로 고정될 수 있다. 이러한 결합은 안하이드라이드 기능(anhydride function)(x1) 또는 인 시츄 방식으로 형성된 카르복실(carboxyl) 그룹들 -COOH 또는 -COO-을 통해서 또는 이미드(imide) 또는 콘덴세이트(condensate) 라디칼들((x2) 또는 (x3)) 내에 존재하는 산 그룹들을 통해서 실행된다. DE 10 2005 053 995 A1에서 개시된 릴렌 유도체들 I은 본 발명의 맥락에서 염료-감응형 태양 전지들에서 사용되기 양호한 적합성을 갖는다.

염료들이 분자의 일단에서 n-형 반도체 막으로 자신을 고정시키는 것을 가능하게 하는 앵커 그룹을 갖는 것이 특히 바람직하다. 분자의 타단에서, 염료들은 바람직하게는 n-형 반도체로의 전자 방출 후에 염료의 재생을 용이하게 하는 전자 도너들(electron donors) Y을 포함하며, 이 도너는 또한 반도체에 이미 방출된 전자들과의 재결합을 방지한다.

적합한 염료의 가능한 선택에 대한 추가 세부사항들에 대해서는, 예를 들면, 다시 한번 DE 10 2005 053 995 A1를 참조할 수 있다. 예시적으로, 특히 루테늄 착물들, 포르피린(porphyrin)들, 다른 유기 감응제들, 및 바람직하게는 릴렌들을 사용하는 것이 가능하다.

염료들은 간단한 방식으로 n-반도체 금속 산화물 막들 상으로 또는 내로 고정될 수 있다. 예를 들면, n-반도체 금속 산화물 막들은 적합한 유기 용매 내에서의 염료의 현탁액 또는 용액과, 충분한 기간(예를 들면 약 0.5 내지 24 h) 동안에 프레시하게 소결된(freshly sintered) 계속 웜한(still warm) 상태로 접촉될 수 있다. 이는 예를 들면, 금속 산화물-코딩된 기재를 염료의 용액 내에 담금으로써 달성될 수 있다.

상이한 염료들의 조합들이 사용될 것이면, 이들은 예를 들면, 염료들 중 하나 이상을 포함하는 하나 이상의 용액들 또는 현탁액들로부터 연속적으로 도포될 수 있다. 예를 들면, CuSCN의 층에 의해 분리된 2개의 염료들을 사용하는 것도 또한 가능하다(이 주제에 대해서는, 예를 들면, Tennakone, K.J., Phys. Chem. B. 2003, 107, 13758 참조). 가장 편리한 방법은 개별 경우에서 비교적으로 용이하게 결정될 수 있다.

n-반도체 금속 산화물의 산화물 입자들의 크기 및 염료의 선택 시에, 유기 태양 전지는 최대 광량이 흡수되도록 구성되어야 한다. 산화물 층들은 고체 p-형 반도체가 효율적으로 기공들을 충진할 수 있도록 하는 구조를 가져야 한다. 예를 들어, 보다 작은 입자들은 보다 큰 표면적들을 가지며, 따라서 염료들의 보다 많은 양을 흡수할 수 있다. 한편, 큰 입자들은 일반적으로 큰 기공들을 가지며 이는 p-도체를 통한 보다 양호한 침투를 가능하게 한다.

p-반도체 유기 재료

상술한 바와 같이, 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서 및/또는 적어도 하나의 길이방향 광학 센서의 적어도 하나의 DSC 또는 sDSC는 특히 적어도 하나의 p-반도체 유기 재료, 바람직하게는 적어도 하나의 고체 p-반도체 재료를 포함할 수 있으며, 이 재료는 또한 이후에서는 p-형 반도체 또는 p-형 컨덕터로서 지정된다. 이하에서는, 개별적으로 또는 이와 달리 임의의 목표된 조합으로, 예를 들면, 각각의 p-형 반도체를 갖는 복수의 층들의 조합으로 그리고/또는 일 층에서 복수의 p-형 반도체들의 조합으로 사용될 수 있는 이러한 유기 p-형 반도체들의 일련의 바람직한 예들의 설명이 주어진다.

고체 p-도체와 n-반도체 금속 산화물 내의 전자들의 재결합을 방지하기 위해서, n-반도체 금속 산화물 및 p-형 반도체 간에서, 패시베이션 재료를 갖는 적어도 하나의 패시베이션 층(passivating layer)을 사용할 수 있다. 이 층은 매우 얇아야 하며 가능한 한 n-반도체 금속 산화물의 아직 피복되지 않은 부분들만을 피복해야 한다. 패시베이션 재로는 일부 상황들에서, 또한 염료 이전에 금속 산화물에 도포될 수 있다. 바람직한 패시베이션 재료들은 특히 다음의 물질들 중 하나 이상이다: Al₂O₂; 실란들(silanes), 예를 들면 CH₃SiCl₃; Al^{3 +}; TBP(4-tert-부틸피리딘); MgO; GBA(4-guanidinobutyric acid) 및 유사한 유도체들(derivatives); 알킬 산들(acids); HDMA(hexadecylmalonic acid).

상술한 바와 같이, 유기 태양 전지의 맥락에서, 바람직하게는 하나 이상의 고체 유기 p-형 반도체들이 단독으로 또는 이와 달리 그 성질이 유기 또는 무기인 하나 이상의 또한 p-형 반도체들과 조합하여 사용된다. 본 발명의 맥락에서, p-형 반도체는 일반적으로 전공들, 말하자면, 양의 전하 캐리어들을 전도시킬 수 있는 재료, 특히 유기 재료를 의미한다고 이해된다. 보다 구체적으로, 이 재료는 예를 들어, 자유-라디칼 양이온으로 지칭되는 것을 형성하기 위해서, 적어도 한번 안정하게 산화될 수 있는 광범위한 π-전자 시스템을 갖는 유기 재료일 수 있다. 예를 들면, p-형 반도체는 언급된 특성들을 갖는 적어도 하나의 유기 매트릭스 재료를 포함할 수 있다. 또한, p-형 반도체는 선택사양적으로 p-반도체 특성들을 강화하는 하나의 또는 복수의 도펀트들(dopants)을 포함할 수 있다. p-형 반도체의 선택에 영향을 주는 중요한 파라미터는 정공 이동도인데, 그 이유는 이 파라미터가 부분적으로 정공 확산 길이를 정의하기 때문이다(Kumara, G., Langmuir, 2002, 18, 10493-10495 참조). 상이한 스피로 화합물들에서 전하 캐리어 이동도들의 비교는 예를 들면, T. Saragi, Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 966-974에서 개시된다.

바람직하게는, 본 발명의 맥락에서, 유기 반도체들(즉, 저 분자량, 올리고머성(oligomeric) 또는 폴리머성 반도체들 또는 이러한 반도체들의 혼합물)이 사용된다. 액체 상태로부터 처리될 수 있는 p-형 반도체들이 특히 선호된다. 여기에서 예들은 폴리티오펜 및 폴리아릴아민들과 같은 폴리머들에 기초하거나, 비정질의, 가역적으로 산화가능한, 비폴리머성의 유기 화합물들, 예를 들어, 서두에서 언급된 스피로비플루오렌들(spirobifluorenes)(예를 들면, US 2006/0049397 참조 및 본 발명의 맥락에서 또한 사용가능한 p-형 반도체들로서, 본 명세서에서 개시된 스피로 화합물들)에 기초한 p-형 반도체들이다. 저 분자량 유기 반도체들, 예를 들어, WO 2012/110924 A1에서 개시된 바와 같은 저 분자량 p-형 반도체 재료들, 바람직하게는 스피로-MeOTAD, 및/또는 ACS Nano, VOL. 6, NO. 2, 1455-1462 2012)에서 Leijtens 등에 의해 개시된 p-형 반도체 재료들 중 하나 이상의 것을 사용하는 것이 선호된다. 추가적 또는 대안적으로, WO 2010/094636 A1에서 개시된 바와 같은 p-형 반도체 재료들 중 하나 이상의 것이 유용할 수 있으며, 이 문헌의 전체 내용은 본 명세서에서 참조로서 포함된다. 또한, 종래 기술의 위의 설명으로부터의 p-반도체 재료들 및 도펀트들에 대한 언급들이 또한 참조될 수 있다.

p-형 반도체는 바람직하게는 적어도 하나의 p-도전성 유기 재료를 적어도 하나의 캐리어 요소에 도포함으로써 생성가능하거나 생성되며, 이러한 도포는 예를 들면 적어도 하나의 p-도전성 유기 재료를 포함하는 액체 상으로부터의 디포지션(deposition)에 의해 실행된다. 디포지션은 이 경우에 한번 다시, 원칙적으로, 임의의 목표된 디포지션 프로세스, 예를 들면 스핀-코팅, 나이프-코팅, 프린팅 또는 전술한 및/또는 다른 디포지션 방법들의 조합들에 의해 실행될 수 있다.

유기 p-형 반도체는 특히 적어도 하나의 스피로 화합물을 포함하고/하거나 특히 스피로 화합물, 특히 스피로-MeOTAD; 다음의 구조적 화학식을 갖는 화합물로부터 선택될 수 있다:

여기서, A¹, A², A³ 각각은 독립적으로 선택사양적으로 치환된 아릴 그룹들 또는 헤테로아릴 그룹들이며,

R¹, R², R³ 각각은 치환기들 -R, -OR, -NR₂, -A⁴-OR 및 -A⁴-NR₂으로 구성된 그룹으로부터 독립적으로 선택되며,

여기서 R은 알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 구성된 그룹으로부터 선택되며,

여기서 A⁴는 아릴 그룹 또는 헤테로아릴 그룹이며,

여기서 n은 화학식 I에서 각각의 경우에 독립적으로 0, 1, 2 또는 3의 값이며,

개별 n 값들의 합이 적어도 2이고 R¹, R² 및 R³ 라디칼들 중 적어도 2개가 -OR 및/또는 -NR₂이다는 조건을 갖는다.

바람직하게는, A² 및 A³은 동일하고; 따라사, 화학식(I)의 화합물은 바람직하게는 다음의 구조(Ia)를 갖는다:

보다 특히, 상술한 바와 같이, p-형 반도체는 이로써 적어도 하나의 저 분자량 유기 p-형 반도체를 가질 수 있다. 저 분자량 재료는 일반적으로 모노머성, 비폴리머성, 또는 비올리고머성 형태로 존재하는 재료를 의미하는 것으로 이해된다. 본 맥락에서 사용되는 용어 "저 분자량"은 바람직하게는 p-형 반도체가 100 내지 25000 g/mol의 범위를 분자량을 가짐을 의미한다. 바람직하게는, 저 분자량 물질들은 500 내지 2000 g/mol의 분자량을 갖는다.

일반적으로, 본 발명의 맥락에서, p-반도체 특성들은 정공을 형성하고 이러한 정공들을 수송하거나/하고 이들을 인접하는 분자들로 이동시키는 재료들, 특히, 유기 분자들의 특성을 의미하는 것으로 이해된다. 보다 구체적으로, 이러한 분자들의 안정된 산화는 가능해야 한다. 또한, 언급된 저 분자량 유기 p-형 반도체들은 특히 광범위한 π-전자 시스템을 갖는다. 보다 구체적으로, 적어도 하나의 저 분자량 p-형 반도체는 용액으로부터 프로세스가능할 수 있다. 저 분자량 p-형 반도체는 특히 적어도 하나의 트리페닐아민(triphenylamine)을 포함할 수 있다. 저 분자량 유기 p-형 반도체가 적어도 하나의 스피로 화합물을 포함하는 경우는 특히 바람직하다. 스피로 화합물은 스피로 원자로 또한 지칭되는 하나의 원자에만 결합되는 고리들을 갖는 다중고리(polycyclic) 유기 화합물들을 의미하는 것으로 이해된다. 보다 구체적으로, 스피로 원자는 sp³-혼성화되며(hybridized), 이로써 스피로 원자를 통해서 서로 연결된 스피로 화합물의 구성요소들은 예를 들면, 서로에 대해서 상이한 면들에 배열된다.

더욱 바람직하게는, 스피로 화합물은 다음의 화학식의 구조를 갖는다:

여기서, 아릴¹, 아릴², 아릴³, 아릴⁴, 아릴⁵, 아릴⁶, 아릴⁷ 및 아릴⁸ 라디칼들 각각은 치환된 아릴 라디칼들 및 헤테로아릴 라디칼들로부터, 특히 치환된 페닐 라디칼들로부터 독립적으로 선택되며, 여기서 아릴 라디칼들 및 헤테로아릴 라디칼들, 바람직하게는 페닐 라디칼들 각각은 바람직하게는 각각의 경우에 -O-알킬, -OH, -F, -CI, -Br 및 -I로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 치환기들에 의해 독립적으로 치환되고, 여기서 알킬은 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필 또는 이소프로필이다. 더욱 바람직하게는, 페닐 라디칼들 각각은 각각의 경우에서 -O-Me, -OH, -F, -CI, -Br 및 -I로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 치환기들에 의해 독립적으로 치환된다.

또한 바람직하게는, 스피로 화합물은 다음의 화학식의 화합물이다:

여기서, R^r, R^s, R^t R^u, R^v, R^w, R^x 및 R^y 각각은 -O-알킬, -OH, -F, -CI, -Br 및 -I로 구성된 그룹으로부터 독립적으로 선택되며, 여기서 알킬은 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필이다. 더욱 바람직하게는, R^r, R^s, R^t R^u, R^v, R^w, R^x 및 R^y 각각은 -O-Me, -OH, -F, -CI, -Br 및 -I로 구성된 그룹으로부터 독립적으로 선택된다.

보다 구체적으로, p-형 반도체는 스피로-MeOTAD를 포함할 수 있거나, 스피로-MeOTAD로 구성될 수 있으며, 스피로-MeOTAD는 예를 들어, Merck KGaA, Darmstadt, Germany로부터 상업적으로 입수가능한, 하기의 화학식의 화합물이다:

추가적 또는 대안적으로, 다른 p-반도체 화합물들, 특히 저 분자량 및/또는 올리고머성(oligomeric) 및/또는 폴리머성 p-반도체 화합물들을 또한 사용할 수 있다.

대안적 실시예에서, 저 분자량 유기 p-형 반도체는 전술한 일반적 화학식 l의 하나 이상의 화합물들을 포함하며, 이들에 대해서는 예를 들면, PCT 출원 번호 PCT/EP2010/051826가 참조될 수 있으며, 이는 본원의 우선일 이후에 공개될 것이다. p-형 반도체는 상술한 스피로 화합물에 추가하여 또는 이에 대안으로서 전술한 일반적 화학식 I의 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.

본 발명의 맥락에서 사용되는 용어 "알킬" 또는 "알킬 그룹" 또는 "알킬 라디칼"은 일반적으로 치환된 또는 미치환된 C₁-C₂₀-알킬 라디칼들을 의미하는 것으로 이해된다. C₁- 내지 C₁₀- 알킬 라디칼들이 선호되며, 특히 C₁- 내지 C₈- 알킬 라디칼들이 선호된다. 알킬 라디칼들은 직선 체인형이거나 분기형일 수 있다. 또한, 알킬 라디칼들은 하나 이상의 치환기들로 치환될 수 있는데, 이 치환기들은 C₁-C₂₀-알콕시, 할로겐, 바람직하게는 F, 및 C₆-C₃₀-아릴로 구성된 그룹으로부터 선택되며, 이들은 이어서 치환되거나 미치환될 수 있다. 적합한 알킬 그룹들의 예들은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 및 옥틸, 및 또한 이소프로필, 이소부틸, 이소펜틸, 2차-부틸, 3차-부틸, 네오펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸헥실, 및 또한 C₆-C₃₀-아릴, C₁-C₂₀-알콕시 및/또는 할로겐, 특히 F, 예를 들면 CF₃로 치환된 전술한 알킬 그룹들의 유도체들이다.

본 발명의 맥락에서 사용되는 바와 같은, 용어 "아릴" 또는 "아릴 그룹" 또는 "아릴 라디칼"은 선택사양적으로 치환된 C₆-C₃₀-아릴 라디칼들을 의미하는 것으로 이해되며, 이들은 단일 고리, 2중 고리, 3중 고리 또는 그 밖의 다중고리의 방향족 고리들로부터 유도되며, 여기서 방향족 고리들은 임의의 고리 헤테로원자들을 포함하지 않는다. 아릴 라디칼은 바람직하게는 5- 및/또는 6-멤버의 방향족 고리들을 포함한다. 아릴들이 단일 고리 시스템들이 아닌 때에, 제 2 고리에 대한 용어 "아릴"의 경우에, 포화된 형태(퍼하이드로 형태(perhydro form) 또는 부분적으로 불포화된 형태(예를 들면, 디하이드로(dihydro) 형태 또는 테트라하이드로(tetrahydro) 형태)는, 특정 형태들이 알려지고 안정되면, 또한 가능하다. 본 발명의 맥락에서 용어 "아릴"은 따라서, 예를 들면, 또한 양 또는 모든 3개의 라디칼들이 방향족인, 2중 고리 또는 3중 고리 라디칼들, 및 또한 오직 하나의 고리만이 방향족인 2중 고리 또는 3중 고리 라디칼들, 및 또한 2개의 고리들이 방향족인 3중 고리 라디칼들을 포함한다. 아릴의 예들은 페닐, 나프틸, 인다닐, 1,2-디하이드로나프테닐(dihydronaphthenyl), 1,4-디하이드로나프테닐, 플루오레닐(fluorenyl), 인데닐, 안트라세닐(anthracenyl), 페난트레닐(phenanthrenyl) 또는 1,2,3,4-테트라하이드로나프틸(tetrahydronaphthyl)이다. C₆-C₁₀-아릴 라디칼들, 예를 들면 페닐 또는 나프틸이 특히 선호되며, C₆-아릴 라디칼들, 예를 들면 페닐이 매우 특히 선호된다. 또한, 용어 "아릴" 은 또한 적어도 2개의 단일 고리(monocyclic), 서로 단일 또는 2 중 결합들을 통해서 결합된 2중 고리 또는 다중 고리(multicyclic) 방향족 고리들을 포함하는 고리 시스템들을 포함한다. 일 예는 비페닐 그룹들의 것이다.

본 발명의 맥락에서 사용되는 용어 "헤테로아릴" 또는 "헤테로아릴 그룹" 또는 "헤테로아릴 라디칼" 은 선택사양적으로 치환된 5- 또는 6-멤버의 방향족 고리들 및 다중고리형의 고리들, 예를 들면 2중 고리 및 3중 고리 화합물들로서, 적어도 하나의 헤테로원자를 적어도 하나의 고리에서 갖는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 헤테로아릴들은 본 발명의 맥락에서 바람직하게는 5 내지 30 고리 원자들을 포함한다. 이들은 단일 고리, 2중 고리 또는 3중 고리일 수 있으며, 일부는 헤테로원자로 아릴 베이스 뼈대 내에서 적어도 하나의 탄소 원자를 대체함으로써 전술한 아릴로부터 유도될 수 있다. 바람직한 헤테로원자들은 N, O 및 S이다. 헤테로아릴 라디칼들은 더욱 바람직하게는 5 내지 13 고리 원자들을 갖는다. 헤테로아릴 라디칼들의 베이스 뼈대는 특히 바람직하게는 피리딘 및 5-멤버의 헤테로방향족들, 예를 들어, 티오펜, 피, 이미다졸 또는 퓨란과 같은 시스템들로부터 선택된다. 이러한 베이스 뼈대들은 선택사양적으로 하나 또는 2개의 6-멤버의 방향족 라디칼들에 퓨즈될 수 있다(fused). 또한, 용어 "헤테로아릴"은 또한 적어도 2개의 단일 고리, 단일 또는 이중 결합들로 서로 결합된 2중 고리 또는 다중고리형 방향족 고리들을 포함하는 고리 시스템들을 포함하며, 여기서 적어도 하나의 고리는 헤테로원자를 포함한다. 헤테로아릴들이 단일고리 시스템들이 아닌 때에, 적어도 하나의 고리에 대한 용어 "헤테로아릴"의 경우에서, 포화된 형태(perhydro form) 또는 부분적으로 불포화된 형태(예를 들면 디하이드로 형태 또는 테트라하이드로 형태)는, 특정 형태들이 알려지고 안정하면, 또한 가능하다. 용어 "헤테로아릴" 은 본 발명의 맥락에서, 따라서, 또한, 예를 들면, 양 또는 모든 3개의 라디칼들 이 방향족인 2중 고리 또는 3중 고리 라디칼들, 및 또한 오직 하나의 고리만이 방향족인 2중 고리 또는 3중 고리 라디칼들, 및 또한 2개의 고리들이 방향족인 3중 고리 라디칼들을 포함하며, 여기서 고리들 중 적어도 하나, 즉 적어도 하나의 방향족 또는 하나의 비방향족 고리는 헤테로원자를 갖는다. 적합한 퓨즈된 헤테로방향족들은, 예를 들면, 카르바졸릴, 벤지미다졸릴, 벤조푸릴, 디벤조푸릴 또는 디벤조티오페닐이다. 베이스 뼈대는 하나, 2개 이상의 또는 모든 치환가능한 위치들에서 치환될 수 있으며, 적합한 치환기들은 C₆-C₃₀-아릴의 정의 하에서 이미 특정된 바와 같이 동일할 수 있다. 그러나, 헤테로아릴 라디칼들은 바람직하게는 미치환된다. 적합한 헤테로아릴 라디칼들은, 예를 들면, 피리딘-2-yl, 피리딘-3-yl, 피리딘-4-yl, 티오펜-2-yl, 티오펜-3-yl, 피롤-2-yl, 피롤-3-yl, 푸란-2-yl, 푸란-3-yl 및 이미다졸-2-yl 및 대응하는 벤조퓨즈된(benzofused) 라디칼들, 특히 카르바졸릴, 벤지미다졸릴, 벤조푸릴, 디벤조푸릴 또는 디벤조티오페닐이다.

본 발명의 맥락에서, 용어 "선택사양적으로 치환된"은 알킬 그룹, 아릴 그룹 또는 헤테로아릴 그룹의 적어도 하나의 수소 라디칼이 치환기로 대체된 라디칼들을 지칭한다. 이러한 치환기의 타입에 대해서는, 알킬 라디칼들, 예를 들면 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 및 옥틸, 및 또한 이소프로필, 이소부틸, 이소페틸, sec-부틸, tert-부틸, 네오펜틸, 3,3-디메틸부틸 및 2-에틸헥실, 아릴 라디칼들, 예를 들면 C₆-C₁₀-아릴 라디칼들, 특히 페닐 또는 나프틸, 가장 바람직하게는 C₆-아릴 라디칼들, 예를 들면 페닐, 및 헤테로아릴 라디칼들, 예를 들면 피리딘-2-yl, 피리딘-3-yl, 피리딘-4-yl, 티오펜-2-yl, 티오펜-3-yl, 피롤-2-yl, 피롤-3-yl, 푸란-2-yl, 푸란-3-yl 및 이미다졸-2-yl, 및 또한 대응하는 벤조퓨즈된(benzofused) 라디칼들, 특히 카르바졸릴, 벤지미다졸릴, 벤조푸릴, 디벤조푸릴 또는 디벤조티오페닐이 선호된다. 다른 예들은 다음의 치환기들을 포함한다: 알케닐, 알키닐, 할로겐, 하이드록실.

여기서, 치환의 정도는 단일 치환에서 가능한 치환기들의 최대 수에 달하여 변할 수 있다.

본 발명에 따라 사용되기 위한 화학식 l의 바람직한 화합물들은 R¹, R² 및 R³ 라디칼들 중 적어도 2개가 파라-OR 및/또는 -NR₂ 치환기들인다는 점에서 주목할만하다. 여기서, 적어도 2개의 라디칼들은 오직 -OR 라디칼들, 오직 -NR₂ 라디칼들, 또는 적어도 하나의 -OR 및 적어도 하나의 -NR₂ 라디칼일 수 있다.

본 발명에 따라서 사용되기 위한 화학식 I의 특히 바람직한 화합물들은 R¹, R² 및 R³ 라디칼들 중 적어도 4개가 파라-OR 및/또는 -NR₂ 치환기들이다는 점에서 주목할만하다. 여기에서 적어도 4개의 라디칼들은 오직 -OR 라디칼들, 오직 -NR₂ 라디칼들 또는 -OR 및 -NR₂ 라디칼들의 혼합물일 수 있다.

본 발명에 따라서 사용되기 위한 화학식 I의 매우 특히 바람직한 화합물들은 R¹, R² 및 R³ 라디칼들 모두가 파라-OR 및/또는 -NR₂ 치환기들이다는 점에서 주목할만하다. 이들은 오직 -OR 라디칼들, 오직 -NR₂ 라디칼들 또는 -OR 및 -NR₂ 라디칼들의 혼합물일 수 있다.

모든 경우들에서, -NR₂ 라디칼들에서 2개의 R은 서로 상이할 수 있지만, 이들은 바람직하게는 동일하다.

바람직하게는, A¹, A² 및 A³ 각각은 하기의 화학식들의 화합물들로 구성된 구성들로부터 독립적으로 선택된다:

및

여기서, m 은 1 내지 18의 정수이며,

R⁴은 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이며, 여기서 R⁴ 은 바람직하게는 아릴 라디칼, 더욱 바람직하게는 페닐 라디칼이며,

R⁵, R⁶은 각각 독립적으로 H, 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이며,

여기서, 도시된 구조들의 방향족 및 헤테로방향족 고리들은 선택사양적으로 또한 치환을 가질 수 있다. 여기에서 방향족 및 헤테로방향족 고리들의 치환도는 단일치환에서 가능한 치환기들의 최대 개수까지 변할 수 있다.

방향족 및 헤테로방향족 고리들의 추가 치환의 경우에서 바람직한 치환기들은 1개, 2개 또는 3개의 선택사양적으로 치환된 방향족 또는 헤테로방향족 그룹들에 대해서 전술된 치환기들을 포함한다.

바람직하게는, 도시된 구조들의 방향족 및 헤테로방향족 고리들은 추가 치환을 하지 않는다.

더욱 바람직하게는, A¹, A² 및 A³ 각각은 독립적으로 하기의 화학식이며;

또는

더욱 바람직하게는 하기의 화학식이며;

또는

더욱 바람직하게는, 화학식(I)의 적어도 하나의 화합물은 다음의 구조들 중 하나를 갖는다:

대안 실시예에서, 유기 p-형 반도체는 다음의 구조를 갖는 타입 ID322의 화합물을 포함한다:

본 발명에 따라서 사용되기 위한 화합물들은 본 기술 분야의 당업자에게 알려진 유기 합성의 통상적인 방법들에 의해 제조될 수 있다. 관련 (특허) 문헌들에 대한 참조들이 추가적으로 이하에서 예증되는 합성 예들에서 및/또는 WO 2010/094636 A1의 개시물에서 발견될 수 있다.

제 2 전극

a) 일반적 언급사항들

제 2 전극은 기재와 대향하는 하단 전극이거나, 이와 달리 기재로부터 멀어지게 대향하는 상단 전극일 수 있다. 위에서 개략된 바와 같이, 제 2 전극은 전체적으로 또는 부분적으로 투과성이거나, 이와 달리 불투과성일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 부분적으로 투과성은 제 2 전극이 투과성 영역들 및 불투과성 영역들을 포함할 수 있다는 사실을 말한다.

제 2 전극이 전체적으로 또는 부분적으로 투과성인 경우에, 제 2 전극은 적어도 하나의 투과성 도전성 전극 재료를 포함할 수 있으며, 이 전극 재료는 다음으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다: 무기 투과성 도전성 재료; 유기 투과성 도전성 재료. 무기 도전성 투과성 재료의 예로서, 금속 산화물, 예를 들어, ITO 및/또는 FTO가 사용될 수 있다. 유기 투과성 도전성 재료의 예로서, 하나 이상의 전기적 도전 폴리머 재료들이 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "투과성"은 제 2 전극의 실제 층 또는 층 셋업을 말한다. 따라서, 투과성은 박층들, 예를 들어, 100 nm 미만의 두께, 더욱 바람직하게는 50 nm 미만의 두께를 갖는 층들을 사용하여 생성될 수 있다.

재료들의 다음의 그룹 중 하나 이상의 재료들이 사용될 수 있다: 적어도 하나의 금속성 재료, 바람직하게는 알루미늄, 은, 백금, 금으로 구성된 그룹으로부터 선택된 금속성 재료; 적어도 하나의 비금속성 무기 재료, 바람직하게는 LiF; 적어도 하나의 유기 도전성 재료, 바람직하게는 적어도 하나의 전기적 도전 폴리머, 및, 더욱 바람직하게는, 적어도 하나의 투과성 전기적 도전 폴리머.

제 2 전극은 하나 이상의 금속들을 순수한 형태를 포함하고/하거나, 하나 이상의 금속 합금을 포함할 수 있다. 2 전극은 단일 층을 더 포함하고/하거나 2개 이상의 층들의 층 셋업을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 적어도 하나의 층이 하나 이상의 금속들 또는 금속 합금들을 포함하는 금속 층이다. 예로서, 제 2 전극은 순수한 형태로 및/또는 합금의 성분으로서 선행하는 단락에서 열거된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 예로서, 제 2 전극은 다음으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 합금을 포함할 수 있다: 몰리브덴(molybdenum) 합금; 니오븀(niobium) 합금; 니오듐(neodymium) 합금; 알루미늄 합금. 가장 바람직하게는, 제 2 전극은 다음으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 합금을 포함할 수 있다: MoNb; AINd; MoNb. 예로서, 명명된 합금들 중 2개 이상의 합금들의 2개 이상의 층들을 포함하는 층 셋업이 사용될 수 있는데, 예를 들어, 다음의 층들: MoNb/AINd/MoNb을 포함하는 층 셋업이 사용될 수 있다. 예로서, 다음의 층 두께들이 사용될 수 있다: MoNb 30nm/AINd 100nm/MoNb 30nm. 그러나, 추가적 또는 대안적으로, 다른 셋업들 및/또는 다른 층 두께들이 사용될 수 있다.

제 2 전극은 적어도 하나의 금속 전극, 하나 이상의 금속들을 순수한 형태로 또는 혼합물/합금로서 포함할 수 있는데, 예를 들어, 특히 알루미늄 또는 은이 사용될 수 있다.

추가적 또는 대안적으로, 비금속성 재료들이 사용될 수 있는데, 예를 들어, 무기 재료들 및/또는 유기 재료들이 단독으로 그리고 금속 전극들과 조합하여 사용될 수 있다. 예로서, 무기/유기 혼합된 전극들 또는 다중층 전극들의 사용이 가능한데, 예를 들면 LiF/Al 전극들의 사용이 가능하다. 추가적 또는 대안적으로, 도전 폴리머들이 사용될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서의 제 2 전극 및/또는 적어도 하나의 길이방향 광학 센서의 제 2 전극은 바람직하게는 하나 이상의 도전 폴리머들을 포함할 수 있다.

예로서, 다음으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 전기적 도전 폴리머들이 사용될 수 있다: 폴리아날린(polyanaline)(PANI) 및/또는 그의 화학적 유도체들; 폴리티오펜 및/또는 그의 화학적 유도체들, 예를 들어, 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT) 및/또는 PEDOT:PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리(스티렌술포네이트). 추가적 또는 대안적으로, EP2507286 A2, EP2205657 A1 또는 EP2220141 A1에서 개시된 바와 같은 도전 폴리머들 중 하나 이상이 사용될 수 있다.

추가적 또는 대안적으로, 무기 도전성 재료들이 사용될 수 있는데, 예를 들어, 무기 도전성 탄소 재료들, 예를 들어, 다음으로 구성된 그룹으로부터 선택된 탄소 재료들이 사용될 수 있다: 그래파이트(graphite), 그래핀(graphene), 탄소 나노튜브들, 탄소 나노와이어들.

또한, 컴포넌트들의 양자 효율이 적합한 반사들에 의해 힘을 받는 광자들에 의해 증가되어서, 적어도 2 배로 흡수 층들을 통과하는 전극 설계들을 사용하는 것이 또한 가능하다. 이러한 층 구조들은 또한 "콘센트레이터들(concentrators)"로 지칭되고 예를 들면, WO 02/101838(특히, 페이지들 23-24)에서 개시된 바와 유사하게 된다.

제 2 전극은 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서 및 적어도 하나의 길이방향 광학 센서에 대해서 동일할 수 있다. 역시, 횡단방향 광학 센서 및 길이방향 광학 센서에 대해서 제 2 전극의 상이한 셋업들이 사용될 수 있다.

b) 횡단방향 센서 디바이스의 제 2 전극

바람직하게는, 적어도 하나의 횡단방향 센서 디바이스에 대한 제 2 전극은 적어도 부분적으로 투과성이다. 예로서, 횡단방향 센서 디바이스의 제 2 전극은 횡단방향 광학 센서의 센서 영역, 바람직하게는 센서 에어리어를 커버하는 적어도 하나의 투과성 전극 층을 포함할 수 있다. 위에서 개략된 바와 같이, 적어도 하나의 투과성 전극 층은 바람직하게는 전기적 도전 폴리머, 바람직하게는 투과성 전기적 도전 폴리머의 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다.

추가적으로, 횡단방향 센서 디바이스의 제 2 전극은 바람직하게는, 하나 이상의 금속들, 예를 들어, 위에서 열거된 금속들 및/또는 금속 합금들 중 하나 이상의 것으로 이루어질 수 있는 2개 또는 보다 많은 부분 전극들을 포함할 수 있다. 예로서, 2개 또는 보다 많은 부분 전극들은 횡단방향 광학 센서의 센서 영역, 바람직하게는 센서 에어리어를 둘러싸는 프레임을 형성할 수 있다. 프레임은 다각형 형상, 예를 들어, 직사각형 또는 바람직하게는, 정사각형 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 다각형의 각 변 상에, 바람직하게는 직사각형 또는 정사각형의 각 변 상에, 일 부분 전극들이 제공될 수 있는데, 예를 들어, 이 부분 전극은 전체적으로 또는 부분적으로 변을 따라서 연장하는 바(bar)로서 형성될 수 있다.

적어도 하나의 전기적 도전 폴리머는 부분 전극들의 재료의 전도도보다 10의 적어도 1 승 낮은 전도도, 바람직하게는 부분 전극들의 재료의 전도도보다 10의 적어도 2 승 낮은 전도도를 가질 수 있다. 적어도 하나의 전기적 도전 폴리머는 부분 전극들을 전기적으로 상호 접속시킬 수 있다. 따라서, 위에서 개략된 바와 같이, 부분 전극들은 횡단방향 광학 센서의 센서 영역, 바람직하게는 센서 에어리어를 둘러싸는 프레임을 형성할 수 있다. 전기적 도전 폴리머의 적어도 하나의 층은 투과성인 전기적으로 도전성 층이며, 이 층은 전체적으로 또는 부분적으로 센서 영역을 커버하고, 부분 전극들과 전기적으로 접촉한다. 예로서, 부분 전극들은 직사각형의 변들을 따르는 금속 스트립들(strips) 또는 금속 바들을 포함할 수 있으며, 여기서 직사각형의 내측 영역은 센서 영역을 형성하며, 전기적 도전 폴리머의 적어도 하나의 층은 직사각형의 내측 영역 및 전기적으로 접촉하는 금속 스트립들 또는 금속 바들을 전체적으로 또는 부분적으로 커버하는 하나 이상의 투과성 전극 층들을 형성한다.

바람직하게는, 전기적 도전 폴리머의 적어도 하나의 층과 전기적으로 상호접속되는 2개 또는 보다 많은 부분 전극들이 사용되는 경우에, 부분 전극들 각각은 개별적으로 예를 들어, 하나 이상의 전기 리드들(electrical leads) 또는 접촉 패드들(contact pads)에 의해 접촉될 수 있다. 따라서, 부분 전극들을 전기적으로 접촉시킴으로써, 부분 전극들 각각을 통한 전류가 예를 들어, 개별 전류 측정 디바이스를 사용함으로써 그리고/또는 부분 전극들을 통한 전류들을 개별적으로 검출하기 위한 순차적 측정 방식을 사용함으로써 개별적으로 측정될 수 있다. 부분 전극들을 통한 전류들을 측정하기 위한 목적을 위해서 검출기는 하나 이상의 전류 측정 디바이스들을 포함하는 적합한 측정 셋업을 제공할 수 있다.

c) 길이방향 센서 디바이스의 제 2 전극

일반적으로, 적어도 하나의 길이방향 센서 디바이스의 적어도 하나의 제 2 전극에 대해서는, 횡단방향 센서 디바이스에 대한 전술한 세부사항들이 필요한 부분만 약간 수정하여(mutatis mutandis) 적용될 수 있다. 다시 한번, 적어도 하나의 길이방향 센서 디바이스의 제 2 전극은 바람직하게는 투과성이다. 복수의 길이방향 센서 디바이스들이 예를 들어, 스택으로 제공되는 경우에, 바람직하게는 길이방향 센서 디바이스들의 모든 제 2 전극들은 투과성이지만, 물체로부터 멀어지게 대향하는 마지막 길이방향 센서 디바이스의 제 2 전극은 그렇지 않다. 마지막 길이방향 센서 디바이스의 제 2 전극은 투과성 또는 불투과성일 수 있다.

길이방향 센서 디바이스의 제 2 전극에 대해서 사용될 수 있는 재료들에 대해서는, 금속성 재료들, 비금속성 무기 재료들 및 전기적으로 도전성 유기 재료들로부터 선택될 수 있는, 전술한 재료들이 참조될 수 있다.

다시 한번, 길이방향 광학 센서의 제 2 전극, 또는 복수의 길이방향 광학 센서들이 제공되는 경우에는, 길이방향 광학 센서들 중 적어도 하나의 센서의 제 2 전극은 선택사양적으로 개별적으로 접촉될 수 있는 부분 전극들로 하위분할될 수 있다. 그러나, 적어도 하나의 길이방향 광학 센서의 목적을 위해서, 일반적으로 오직 하나의 개별 길이방향 센서 신호가 길이방향 광학 센서마다 요구되기 때문에, 적어도 하나의 길이방향 광학 센서의 제 2 전극도 역시 단일 센서 신호를 제공하고, 이로써 오직 하나의 전극 컨택트를 제공할 수 있도록 설계될 수 있다.

길이방향 광학 센서의 제 2 전극은, 다시 한번, 바람직하게는 전기적 도전 폴리머, 예를 들어, 상술한 폴리머들 중 하나 이상의 폴리머의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 바람직하게는 투명한 전기적 도전 폴리머의 적어도 하나의 층은 전체적으로 또는 부분적으로 길이방향 광학 센서의 센서 영역, 바람직하게는 센서 에어리어를 커버할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 전기적 도전 폴리머 층과 전기적으로 접촉하는 하나 이상의 접촉 패드들이 제공될 수 있다. 길이방향 광학 센서의 제 2 전극에 대한 이러한 적어도 하나의 접촉 패드는 바람직하게는 적어도 하나의 금속, 예를 들어, 상술한 금속들 중 적어도 하나의 금속으로 이루어질 수 있고/있거나 전체적으로 또는 부분적으로 적어도 하나의 무기 도전성 재료, 예를 들어, 하나 이상의 투과성 도전성 산화물들, 예를 들어, 제 1 전극과 관련하여 상술한 도전성 산화물들 중 하나 이상의 산화물로 이루어질 수 있다.

캡슐화

적어도 하나의 횡단방향 광학 센서 및/또는 적어도 하나의 길이방향 광학 센서는 또한 캡슐화 및/또는 패키징될 수 있으며, 이는 예를 들어, 산소 및/또는 습기와 같은 환경적 영향들로부터 보호하기 위해서이다. 따라서, 증가된 장기 안정성이 제공될 수 있다.

거기서, 광학 센서들 각각은 개별적으로 캡슐화될 수 있다. 따라서, 개별 캡슐화가 광학 센서들 각각에 대해서 제공될 수 있는데, 예를 들어, 횡단방향 광학 센서에 대해서 또는 횡단방향 광학 센서들 각각에 대해서 개별 캡슐화가 제공되고, 길이방향 광학 센서에 대해서 또는 길이방향 광학 센서들 각각에 대해서 개별 캡슐화가 제공될 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 복수의 광학 센서들은 그룹으로서 캡슐화될 수 있다. 따라서, 캡슐화가 제공되어서 2개 이상의 광학 센서, 예를 들어, 복수의 횡단방향 광학 센서들, 복수의 길이방향 광학 센서들, 또는 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서 및 적어도 하나의 길이방향 광학 센서를 캡슐화할 수 있다.

캡슐화을 위해서, 다양한 기법들이 사용될 수 있다. 따라서, 검출기는 광학 센서들을 보호하는 공기기밀 하우징을 포함할 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 구체적으로 유기 광검출기들, 및, 더욱 바람직하게는, DSC들 또는 sDSC들이 사용되는 경우에는, 광학 센서들의 기재와 상호작용하는 하나 이상의 리드들(lids)에 의한 캡슐화가 사용될 수 있다. 따라서, 금속, 세라믹 재료 또는 유리 재료로 이루어진 리드가 광학 센서들의 기재에 접착될 수 있으며, 여기서 층 셋업은 리드의 내측 공간 내에 배치된다. 리드(lid)의 외측으로부터 접촉될 수 있는, 적어도 하나의 제 1 전극 및 적어도 하나의 제 2 전극과 접촉하기 위한 2개 이상의 컨택트 리드들(contact leads)은 제공될 수 있다.

다양한 다른 캡슐화 기법들이 대안적으로 또는 추가적으로 사용될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 캡슐화 층들에 의한 캡슐화가 제공될 수 있다. 적어도 하나의 캡슐화 층은 디바이스들의 층 셋업의 상단 상에 디포지션될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 유기 및/또는 무기 캡슐화 재료들, 예를 들어, 하나 이상의 장벽 재료들이 사용될 수 있다.

본 발명의 잠재적 사용

위에서 개략된 바와 같이, 본 발명의 검출기 디바이스, 검출기 시스템, 인간-머신 인터페이스, 엔터테인먼트 디바이스, 추적 시스템 및 방법(다음에서는 본 발명에 따른 디바이스들 및 방법들로도 지칭됨)은 다양한 목적들을 위해서 사용될 수 있으며 다수의 응용 분야들에서 사용될 수 있다. 잠재적 응용들의 일부 예들이 위에서 주어지며 이하에서 더 상세하게 주어질 것이다. 거기에서, 대부분은 검출기 디바이스가 참조될 것이다. 그러나, 본 발명의 다른 디바이스들 및 본 발명의 방법이 당업자가 인식할 것과 같이, 유사한 방식으로 적용될 수 있음에 유의한다.

따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 검출기 디바이스는 각종 사용 분야들에서 적용될 수 있다. 구체적으로, 검출기 디바이스는 다음으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 사용 목적으로 적용될 수 있다: 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 응용; 보안 응용; 인간-머신 인터페이스 응용; 추적 응용; 사진술 응용; 모바일 응용; 광학 헤드-장착용 디스플레이; 웹캠; 오디오 디바이스; 돌비 서라운드 오디오 시스템; 컴퓨터 주변 장치; 게임 응용; 카메라 또는 비디오 응용; 보안 응용; 감시 응용; 자동차 응용; 전송 응용; 의료 응용; 스포츠 응용; 머신 비전 응용; 차량 응용; 비행기 응용; 선박 응용; 우주선 응용; 빌딩 응용; 건설 응용; 지도제작 응용; 제조 응용; 적어도 하나의 비행시간 검출기와의 조합 사용. 추가적 또는 대안적으로, 로컬 및/또는 글로벌 포지셔닝 시스템의 응용은 특히 자동차 또는 다른 차량(예를 들면 기차, 오토바이, 자전거, 화물 수송용 트럭), 로봇에서의 사용을 위해 또는 보행자에 의한 사용을 위한, 랜드마크-기반 포지셔닝 및/또는 네비게이션으로 명명될 수도 있다. 또한, 실내 포지셔닝 시스템(indoor positioning system)들은 예를 들어 가정 응용을 위한 및/또는 제조 기술에서 사용되는 로봇을 위한 잠재적 응용들로서 명명될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스들은 항구들에서 또는 위험한 지역들에서 선박들을 위한 가이드 및 랜딩 및 이륙 시에서 비행기에 대한 가이드를 포함하여, 다양한 응용들에서 사용될 수 있다. 거기서, 고정된, 알려진 활성 타켓들이 정확한 가이드를 위해서 사용될 수 있다. 동일한 바가 위험하지만 양호하게 정의된 경로들에서 주행하는 차량들, 예를 들면, 채굴 차량들을 위해서 사용될 수 있다.

따라서, 먼저, 본 발명에 따른 디바이스들은 휴대 전화, 태블릿 컴퓨터, 웨어러블 컴퓨터, 랩탑, 스마트 패널 또는 다른 고정형 또는 이동형 컴퓨터나 통신 응용에서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스들은 또한 감시 및/또는 기록 목적을 위해 사용되거나 또는 특히 음성 및/또는 제스처 인식 및/또는 아이 추적(eye tracking)과 결합하여, 모바일 디바이스들을 제어하기 위한 입력 디바이스들로서 사용될 수도 있다. 따라서, 구체적으로, 입력 디바이스라고도 지칭되며, 인간-머신 인터페이스의 역할을 하는 본 발명에 따른 디바이스들은, 예를 들어 모바일 폰과 같은 모바일 디바이스를 통해 예를 들어 다른 전자 디바이스들이나 컴포넌트들을 제어하기 위해, 모바일 응용들에서 사용될 수도 있다. 일 예로서, 본 발명에 따른 적어도 하나의 디바이스를 포함하는 모바일 응용은, 텔레비전 세트, 게임 콘솔, 뮤직 플레이어나 뮤직 디바이스 또는 다른 엔터테인먼트 디바이스들을 제어하는데 사용될 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 디바이스들은 위에서 부분적으로 설명된 바와 같이, 모바일 오디오 디바이스들, 텔레비전 디바이스들 및 게임 디바이스들에서 사용될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 디바이스들은 전자적 디바이스들, 엔터테인먼트 디바이스들 등을 위한 제어부들 또는 제어부로서 사용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 디바이스들은 보안 또는 감시 응용을 위해 사용될 수도 있다. 따라서, 일 예로서, 본 발명에 따른 적어도 하나의 디바이스는, 물체가 사전 결정된 에어리어의 내부에 있는지 또는 외부에 있는지에 대한 신호를 제공하는 (예를 들면, 은행 또는 박물관에서의 감시 응용을 위해) 하나 이상의 디지털 및/또는 아날로그 전자장치와 조합될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 디바이스들은 광학 암호화를 위해 사용될 수도 있다. 본 발명에 따른 적어도 하나의 디바이스를 사용하는 것에 의한 검출은, 예를 들어 IR, x-레이, UV-VIS, 레이더 또는 초음파 검출기들에 의한 파장들을 보완하기 위해 다른 검출 디바이스들과 조합될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 디바이스들은 유리하게는 비디오 및 캠코더 응용들과 같은 카메라 응용들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스들은 모션 캡처 및 3D-무비 레코딩을 위해 사용될 수도 있다. 거기에서, 본 발명에 따른 디바이스들은 일반적으로 종래의 광학 디바이스들에 비해 다수의 장점들을 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스들은 일반적으로 광학 컴포넌트들에 대한 더 낮은 복잡성을 필요로 한다. 따라서, 일 예로서, 예를 들어 하나의 렌즈만을 가진 본 발명에 따른 디바이스들을 제공함으로써, 종래의 광학 디바이스들에 비해 렌즈들의 수가 감소될 수 있다. 복잡성의 감소로 인하여, 예를 들어 모바일 사용을 위한, 매우 컴팩트한 디바이스들이 가능하다. 고품질을 갖는 2개 이상의 렌즈들을 구비한 종래의 광학 시스템들은 예를 들어, 부피가 큰 빔-분할들에 대한 일반적 필요성으로 인하여, 일반적으로 부피가 크다. 모션 캡처를 위한 본 발명에 따른 디바이스들의 잠재적 응용에서의 추가 이점으로서, 씬을 커버하기 위해 몇 개의 카메라들의 단순한 조합이 명명될 수 있는데, 그 이유는 절대 3D 정보가 획득될 수 있기 때문이다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스들은 일반적으로 포커스/오토포커스 디바이스들, 예를 들어 오토포커스 카메라들에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스들은 광학 현미경, 특히 공초점형 현미경에 사용될 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 디바이스들은 일반적으로 자동차 기술 및 운송 기술의 기술 분야에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스들은 예를 들어 본 발명에 따른 검출기를 사용하여 얻어지는 위치 정보에 대한 제 1 및 제 2 시간-미분을 분석하는 것에 의한, 속도 및/또는 가속도 측정들을 위해 사용될 수도 있다. 이 특징은 일반적으로 자동차 기술, 수송 기술 또는 일반 교통 기술에 적용될 수 있다. 다른 기술 분야들에서의 응용들도 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 디바이스들은 머신 비전(machine vision)의 분야에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스들 중의 하나 이상은, 예를 들어 자동 주행 및/또는 로봇 작업을 위한 수동 제어 유닛으로서 사용될 수 있다. 이동 로봇과 조합하여, 본 발명에 따른 디바이스들은 자동 움직임 및/또는 일부 고장에 대한 자동 검출을 가능하게 할 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스들은 예를 들어, 로봇, 생산 부품 및 생명체 사이의 충돌을 포함하며 이에 한정되지 않는 사고를 방지하기 위해, 제조 및 안전 감시에 사용될 수도 있다. 로봇 공학에서는, 그것들이 인식되지 않는 경우 로봇들이 심각하게 인간을 다치게 수 있기 때문에, 인간과 로봇의 안전하고 직접적인 상호작용은 종종 문제가 된다. 본 발명에 따른 디바이스들은 로봇들이 물체와 인간을 더욱 양호하고 빠르게 포지셔닝하는 것을 도울 수 있으며, 안전한 상호작용을 가능하게 할 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스들에 대한 하나의 특별한 장점은 낮은 신호 간섭 가능성이다. 그러므로, 복수의 센서들이, 신호 간섭의 위험 없이, 동일 환경에서 동시에 작동될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스들은 예를 들면, 자동차, 광산, 철강 등과 같은 그러나 이에 한정되지 않는 고도록 자동화된 생산 환경에서 일반적으로 유용할 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스들은 또한 예를 들어 품질 제어 또는 다른 목적들을 위해, 2-D 이미징, 레이더, 초음파, IR 등과 같은 다른 센서들과 조합하여, 물품 품질 제어에 사용될 수도 있다. 또한, 본 발명에 따른 디바이스들은 탱크, 사일로 등의 충진 레벨을 모니터하는데 사용될 수 있다.

합성물 예:

특히 p-형 반도체로서, 본 발명의 맥락에서 염료 태양 전지들에서 사용될 수 있는 각종 화합물들의 합성물들은 예를 들어 WO 2012/110924 A1에 열거되어 있으며, 이 문헌의 내용은 참조로서 본 명세서에 포함된다.

일반적으로, 본 발명의 맥락에서, 다음의 실시예들이 바람직한 것으로 고려된다:

실시예 1: 적어도 하나의 물체의 배향을 결정하기 위한 검출기 디바이스로서, 상기 검출기 디바이스는,

- 적어도 2개의 비콘 디바이스들로서, 비콘 디바이스들은 물체에 부착된 방식, 물체에 의해 홀딩된 방식 및 물체에 일체화되는 방식 중 적어도 하나의 방식으로 존재하도록 구성되며, 상기 비콘 디바이스들 각각은 광 빔들이 검출기를 향하게 하도록 구성되며, 상기 비콘 디바이스들은 상기 물체의 좌표계에서 사전 결정된 좌표들을 갖는, 상기 적어도 2개의 비콘 디바이스들;

- 상기 비콘 디바이스들로부터 검출기를 향해서 이동하는 상기 광 빔들을 검출하도록 구성된 적어도 하나의 검출기; 및

- 적어도 하나의 평가 디바이스로서, 상기 평가 디바이스는 상기 검출기의 좌표계 내에서의 상기 비콘 디바이스들 각각의 길이방향 좌표들을 결정하도록 구성되며, 상기 평가 디바이스는 상기 비콘 디바이스들의 상기 길이방향 좌표들을 사용하여 상기 검출기의 상기 좌표계 내에서 상기 물체의 배향을 결정하도록 더 구성되는, 상기 적어도 하나의 평가 디바이스를 포함한다.

실시예 2: 선행하는 실시예에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 평가 디바이스는 검출기의 좌표계 내에서의 상기 물체의 적어도 하나의 지점의 절대 위치를 결정하도록 더 구성된다.

실시예 3: 선행하는 실시예들 중 하나에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 검출기 디바이스는 적어도 3개의 비콘 디바이스들을 포함한다.

실시예 4: 선행하는 실시예들 중 하나에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 검출기는 상기 비콘 디바이스들 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 횡단방향 좌표를 결정하도록 더 구성되며, 상기 평가 디바이스는 적어도 하나의 횡단방향 좌표를 더 사용함으로써 상기 좌표계 내에서의 상기 물체의 배향을 결정하도록 더 구성된다.

실시예 5: 선행하는 실시예들 중 하나에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 비콘 디바이스들 각각은 광을 방사하도록 구성된 적어도 하나의 조사 소스를 갖는 자가-방사성 비콘 디바이스; 광을 반사하도록 구성된 적어도 하나의 반사기를 갖는 수동 비콘 디바이스로 구성된 그룹으로부터 독립적으로 선택된다.

실시예 6: 선행하는 실시예들 중 하나에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 비콘 디바이스들은 상기 비콘 디바이스들로부터 상기 검출기를 향해서 이동하는 상기 광 빔들이 서로 구별가능하게 되도록 구성된다.

실시예 7: 선행하는 실시예에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 광 빔들은 스펙트럼 특성, 색상, 변조 주파수, 변조 진폭, 펄스 폭, 듀티 사이클, 위상으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 특성에 대해서 서로 구별가능하다.

실시예 8: 2개의 선행하는 실시예들 중 하나에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 검출기 디바이스는 상기 비콘 디바이스들로부터 발생하는 광 빔들을 구별하고 각 광 빔을 그의 각각의 비콘 디바이스로 할당하도록 구성된다.

실시예 9: 선행하는 실시예들 중 하나에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 평가 디바이스는 적어도 2개의 배향 각들을 제공함으로써 물체의 배향을 결정하도록 구성된다.

실시예 10: 선행하는 실시예에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 평가 디바이스는 적어도 3개의 배향 각들을 제공함으로써 물체의 배향을 결정하도록 구성된다.

실시예 11: 2개의 선행하는 실시예들 중 하나에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 평가 디바이스는 요우(yaw) 각 (ψ) 및 피치(pitch) 각 (θ); 요우 각 (ψ), 피치 각 (θ) 및 롤(roll) 각 (φ); 오일러(Euler) 각들로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 각 조합을 제공함으로써 상기 물체(112)의 배향을 결정하도록 구성된다.

실시예 12: 선행하는 실시예들 중 하나에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 검출기는,

- 적어도 하나의 길이방향 광학 센서로서, 상기 길이방향 광학 센서는 적어도 하나의 센서 영역을 가지며, 상기 길이방향 광학 센서는 상기 광 빔들의 상기 센서 영역의 조사에 의존하는 방식으로 길이방향 센서 신호들을 생성하도록 설계되며, 상기 길이방향 센서 신호들은, 동일한 총 조사 전력이 주어지면, 상기 센서 영역에서의 광 빔들의 빔 단면에 의존하는, 상기 적어도 하나의 길이방향 광학 센서를 포함하며,

상기 평가 디바이스는 상기 길이방향 센서 신호들을 평가함으로써 상기 비콘 디바이스들의 길이방향 좌표들을 결정하도록 설계된다.

실시예 13: 선행하는 실시예에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 길이방향 광학 센서는 투과성 광학 센서이다.

실시예 14: 2개의 선행하는 실시예들 중 임의의 것에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 길이방향 광학 센서는 적어도 하나의 염료-감응 태양 전지를 포함한다.

실시예 15: 3개의 선행하는 실시예들 중 임의의 것에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 길이방향 광학 센서는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 n-반도체 금속 산화물, 적어도 하나의 염료, 적어도 하나의 p-반도체 유기 재료, 바람직하게는 고체 p-반도체 유기 재료, 및 적어도 하나의 제 2 전극을 포함한다.

실시예 16: 선행하는 실시예에 따른 검출기 디바이스로서, 제 1 전극 및 제 2 전극 양자는 투과성이다.

실시예 17: 5개의 선행하는 실시예들 중 임의의 것에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 평가 디바이스는 조사의 기하구조와 검출기에 대한 각각의 비콘 디바이스의 상대적 위치 결정 간의 적어도 하나의 사전 정의된 관계로부터 상기 비콘 디바이스들의 상기 길이방향 좌표들을 결정하도록 설계된다.

실시예 18: 6개의 선행하는 실시예들 중 임의의 것에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 검출기는 복수의 길이방향 광학 센서들을 가지며, 상기 길이방향 광학 센서들은 적층된다.

실시예 19: 선행하는 실시예에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 길이방향 광학 센서들은 상기 비콘 디바이스들 중 적어도 하나로부터 상기 검출기를 향해서 이동하는 광 빔이 모든 길이방향 광학 센서들을 조사하도록 배열되며, 상기 적어도 하나의 길이방향 센서 신호는 각각의 길이방향 광학 센서에 의해 생성되며, 상기 평가 디바이스는 상기 길이방향 센서 신호들을 정규화하고 상기 광 빔의 강도와 무관한 각각의 비콘 디바이스의 길이방향 좌표를 생성하도록 구성된다.

실시예 20: 8개의 선행하는 실시예들 중 임의의 것에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 평가 디바이스는 상기 적어도 하나의 길이방향 센서 신호로부터 각각의 광 빔의 직경을 결정함으로써 상기 각 비콘 디바이스의 길이방향 좌표를 결정하도록 구성된다.

실시예 21: 선행하는 실시예에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 평가 디바이스는 상기 길이방향 좌표를 결정하기 위해서 상기 광 빔의 알려진 빔 특성들과 상기 광 빔의 직경을 비교하도록 구성된다.

실시예 22: 10개의 선행하는 실시예들 중 임의의 것에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 길이방향 광학 센서는 상기 길이방향 센서 신호가, 동일한 총 조사 전력이 주어지면, 상기 조사의 변조의 변조 주파수에 의존하도록 더 설계된다.

실시예 23: 11개의 선행하는 실시예들 중 임의의 것에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 검출기는 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서를 더 포함하며, 상기 횡단방향 광학 센서는 광 빔들의 횡단방향 위치를 결정하도록 구성되며, 상기 횡단방향 위치는 상기 검출기의 광축에 수직인 적어도 하나의 차원에 있는 위치이며, 상기 횡단방향 광학 센서는 횡단방향 센서 신호들을 생성하도록 구성되며; 상기 평가 디바이스는 상기 횡단방향 센서 신호들을 평가함으로써 상기 비콘 디바이스들 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 횡단방향 좌표를 결정하도록 설계된다.

실시예 24: 선행하는 실시예에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 횡단방향 광학 센서는 광(photo) 검출기이며, 상기 광검출기는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 제 2 전극 및 적어도 하나의 광발전 재료를 포함하며, 상기 광발전 재료는 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 간 내에 매립되며, 상기 광발전 재료는 광이 광발전 재료를 조사하는 것에 응답하여 전하들을 생성하도록 구성되며, 상기 제 2 전극은 적어도 2개의 부분 전극들을 갖는 분할 전극이며, 상기 횡단방향 광학 센서는 센서 영역을 가지며, 상기 적어도 하나의 횡단방향 센서 신호는 상기 센서 영역에서의 광 빔의 위치를 표시한다.

실시예 25: 선행하는 실시예에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 부분 전극들을 통한 전류들은 상기 센서 영역 내에서의 광 빔의 위치에 의존하며, 상기 횡단방향 광학 센서는 상기 부분 전극들을 통한 전류들에 따라서 횡단방향 센서 신호를 생성하도록 구성된다.

실시예 26: 선행하는 실시예에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 검출기 디바이스는 상기 부분 전극들을 통한 전류들의 적어도 하나의 비로부터 횡단방향 좌표를 도출하도록 구성된다.

실시예 27: 3개의 선행하는 실시예들 중 임의의 것에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 광검출기는 염료-감응 태양 전지이다.

실시예 28: 4개의 선행하는 실시예들 중 임의의 것에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 제 1 전극은 적어도 부분적으로 적어도 하나의 투과성 도전성 산화물로 이루어지며, 상기 제 2 전극은 적어도 부분적으로 전기적 도전 폴리머, 바람직하게는 투과성 전기적 도전 폴리머로 이루어진다.

실시예 29: 5개의 선행하는 실시예들 중 임의의 것에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 횡단방향 광학 센서는 투과성 광학 센서이다.

실시예 30: 6개의 선행하는 실시예들 중 임의의 것에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 횡단방향 광학 센서 및 상기 길이방향 광학 센서는 광축을 따라서 적층되며, 이로써 광축을 따라서 이동하는 광 빔이 상기 횡단방향 광학 센서 및 상기 길이방향 광학 센서 양자 상으로 충돌한다.

실시예 31 : 선행하는 실시예들 중 임의의 것에 따른 검출기 디바이스로서, 검출기 디바이스는 적어도 하나의 조사 소스를 더 포함한다.

실시예 32: 선행하는 실시예들 중 임의의 하나에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 평가 디바이스는 시간의 함수로서 상기 길이방향 좌표들 중 적어도 하나를 모니터링하고 상기 적어도 하나의 길이방향 좌표에 대한 적어도 하나의 회귀 함수(regression function)를 결정하도록 구성된다.

실시예 33: 선행하는 실시예에 따른 검출기 디바이스로서들, 상기 검출기는 상기 비콘 디바이스들 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 횡단방향 좌표를 결정하도록 더 구성되며, 상기 평가 디바이스는 시간의 함수로서 횡단방향 좌표를 모니터링하고 적어도 하나의 횡단방향 좌표에 대한 적어도 하나의 회귀 함수를 결정하도록 더 구성된다.

실시예 34: 2개의 선행하는 실시예들 중 임의의 것에 따른 검출기 디바이스로서, 적어도 하나의 길이방향 좌표에 대한 적어도 하나의 회귀 함수는 상기 비콘 디바이스들 중 적어도 2개들 간의 결정가능한 거리 또는 알려진 거리를 고려하는 것에 기초한다.

실시예 35: 2개의 선행하는 실시예들 중 임의의 것에 따른 검출기 디바이스로서, 적어도 하나의 횡단방향 좌표에 대한 적어도 하나의 회귀 함수는 상기 비콘 디바이스들 중 적어도 2개들 간의 결정가능한 거리 또는 알려진 거리를 고려하는 것에 기초한다.

실시예 36: 선행하는 실시예들 중 임의의 하나에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 검출기 디바이스는 상기 물체에 부착되거나/되고 물체에 일체화될 수 있는 적어도 하나의 모션 센서를 더 포함한다.

실시예 37: 선행하는 실시예에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 모션 센서는 상기 검출기 또는 평가 디바이스 중 하나 또는 양자로 적어도 하나의 신호를 전송하도록 구성된다.

실시예 38: 선행하는 실시예에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 모션 센서는 상기 비콘 디바이스들 중 적어도 하나에 결합되며, 예를 들어, 상기 비콘 디바이스들 중 적어도 하나에 연결되고/되거나 이에 일체화된다.

실시예 39: 선행하는 실시예에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 모션 센서가 결합된 비콘 디바이스는 모센 센서의 신호를 광 빔 내로 인코딩하기 위해서 광 빔을 변조하도록 구성된다.

실시예 40: 4개의 선행하는 실시예들 중 임의의 것에 따른 검출기 디바이스로서, 상기 평가 디바이스는 상기 모션 센서의 적어도 하나의 신호를 고려함으로써 상기 물체의 배향을 결정하도록 구성된다.

실시예 32: 검출기 시스템으로서, 이 시스템은 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기 디바이스를 포함하며, 이 시스템은 적어도 하나의 물체를 더 포함하며, 상기 비콘 디바이스들은 상기 물체에 부착되거나, 상기 물체에 의해 홀딩되거나 상기 물체에 일체화된다.

실시예 33: 선행하는 실시예에 따른 검출기 시스템으로서, 상기 물체는 강성의(rigid) 물체이다.

실시예 34: 2개의 선행하는 실시예들 중 하나에 따른 검출기 시스템으로서, 상기 물체는 스포츠 장비 물품, 바람직하게는 라켓, 클럽, 배트로 구성된 그룹으로부터 선택된 물품; 의류 물품; 모자; 신발; 포인터, 구체적으로 레이저 포인터 또는 텔레비전 제어기로 구성된 그룹으로부터 선택된다.

실시예 35: 3개의 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 따른 검출기 시스템으로서, 상기 적어도 하나의 검출기는 상기 물품에 부착된다.

실시예 36: 사용자와 머신 간에서 적어도 하나의 정보 아이템을 교환하기 위한 인간-머신 인터페이스로서, 상기 인간-머신 인터페이스는 검출기 디바이스를 참조하는, 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기 디바이스를 포함하며, 상기 비콘 디바이스들은 상기 사용자에 직접적으로 또는 간접적으로 부착된 구성 및 상기 사용자에 의해 홀딩되는 구성 중 적어도 하나의 구성을 가지며, 상기 인간-머신 인터페이스는 상기 검출기 디바이스에 의해 상기 사용자의 배향을 결정하도록 설계되며, 상기 인간-머신 인터페이스는 적어도 하나의 정보 아이템을 상기 배향에 할당하도록 설계된다.

실시예 37: 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 디바이스로서, 상기 엔터테인먼트 디바이스는 선행하는 실시예에 따른 적어도 하나의 인간-머신 인터페이스를 포함하며, 상기 엔터테인먼트 디바이스는 적어도 하나의 정보 아이템이 상기 인간-머신 인터페이스를 사용하여 플레이어에 의해 입력되게 할 수 있도록 설계되며, 상기 엔터테인먼트 디바이스는 상기 정보에 따라서 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 설계된다.

실시예 38: 적어도 하나의 이동가능한 물체의 배향을 추적하기 위한 추적 시스템으로서, 상기 추적 시스템은 검출기 디바이스를 참조하는, 선행하는 실시예들 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기 디바이스를 포함하며, 상기 추적 시스템은 적어도 하나의 추적 컨트롤러를 더 포함하며, 상기 추적 컨트롤러는 특정 시점들에서 상기 물체의 일련의 배향들을 추적하도록 구성된다.

실시예 39: 적어도 하나의 물체의 배향을 결정하는 방법으로서, 이 방법은,

- 적어도 하나의 방사 단계로서, 적어도 2개의 비콘 디바이스들이 사용되고, 상기 비콘 디바이스들은 물체에 부착된 방식, 물체에 의해 홀딩된 방식 및 물체에 일체화되는 방식 중 적어도 하나의 방식으로 존재하며, 상기 비콘 디바이스들 각각은 광 빔들이 검출기를 향하게 하며, 상기 비콘 디바이스들은 상기 물체의 좌표계에서 사전 결정된 좌표들을 갖는, 상기 적어도 하나의 방사 단계;

- 적어도 하나의 검출 단계로서, 상기 비콘 디바이스들로부터 상기 검출기를 향해서 이동하는 광 빔들이 상기 검출기에 의해 검출되는, 상기 적어도 하나의 검출 단계; 및

- 적어도 하나의 평가 단계로서, 상기 비콘 디바이스들 각각의 길이방향 좌표들이 상기 검출기의 좌표계에서 결정되며, 상기 물체의 배향이 상기 비콘 디바이스들 각각의 길이방향 좌표들을 사용함으로써 상기 검출기의 좌표계 내에서 결정되는, 상기 적어도 하나의 평가 단계를 포함한다.

실시예 40: 검출기 디바이스와 관련된 선행하는 실시예들 중 임의의 하나에 따른 검출기 디바이스의 용도로서, 교통 기술에서 배향 측정; 엔터테인먼트 응용; 보안 응용; 인간-머신 인터페이스 응용; 추적 응용; 위치 결정 시스템으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 사용 목적을 위한, 용도이다.

본 발명의 다른 선택적 세부사항들 및 특징들이 종속항들과 관련하여 다음의 바람직한 예시적인 실시예들의 설명으로부터 자명해진다. 이러한 맥락에서, 특정 특징들은 단독으로, 또는 몇몇이 조합되어서 구현될 수 있다. 본 발명은 예시적인 실시예들로 한정되지 않는다. 예시적인 실시예들은 도면들에서 개략적으로 도시된다. 개별 도면들에서의 동일한 참조 부호들은 동일한 요소들, 또는 동일한 기능을 갖는 요소들 또는 그들의 기능들에 있어서 서로 상응하는 요소들을 말한다. 상세하게는, 도면들에서는:
도 1은 본 발명에 따른 검출기 디바이스, 검출기 시스템, 추적 디바이스, 및 인간-머신 인터페이스의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 검출기 디바이스에서 사용될 수 있는 횡단방향 검출기의 실시예의 상이한 뷰들을 도시한다.
도 3a 내지 도 3d는 횡단방향 센서 신호들을 생성하고 물체의 횡단방향 위치에 대한 정보를 도출하는 원리들을 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 검출기 디바이스에서 사용될 수 있는 길이방향 광학 센서의 실시예들의 상이한 뷰들을 도시한다.
도 5a 내지 도 5e는 길이방향 센서 신호들을 생성하고 물체의 길이방향 위치에 대한 정보를 도출하는 원리들을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 검출기 디바이스, 검출기 시스템, 추적 디바이스, 인간-머신 인터페이스 및 엔터테인먼트 디바이스의 개략적 실시예를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 검출기 디바이스, 검출기 시스템, 추적 디바이스, 인간-머신 인터페이스 및 엔터테인먼트 디바이스를 사용함으로써 비콘 디바이스들의 길이방향 좌표들에서의 차이들을 측정하는 예시적 및 개략적 뷰를 도시한다.
도 8a 내지 도 8d는 3 차원 물체의 배향을 결정하기 위한 좌표 변환의 예시적인 실시예의 방법 단계들을 도시한다.
도 9는 선형 물체의 배향을 결정하기 위한 좌표 변환의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 10은 3 차원 물체의 배향을 결정하기 위한 비콘 디바이스들의 좌표 차들의 사용을 표시하는 예시적인 실시예를 도시한다.
도 11은 물품에 부착된 검출기를 갖는 검출기 시스템의 예시적인 실시예를 도시한다.

도 1은 적어도 하나의 물체(112)의 배향을 결정하기 위한, 본 발명에 따른 검출기 디바이스(111)의 컴포넌트들을 형성하는, 검출기(110)의 예시적인 실시예를 매우 개략적 예시로 도시한 것이다. 적어도 하나의 물체(112)의 배향을 결정하는 것에 추가하여, 검출기 디바이스(111)는 또한 물체(112)의 위치를 결정하도록 추가로 구성될 수 있다.

검출기 디바이스(111)는, 검출기(110) 이외에, 평가 디바이스(142) 및 복수의 비콘 디바이스들(204) 을 포함하며, 이 비콘 디바이스들은 물체(112)에 부착 및/또는 일체화된다. 평가 디바이스(142) 는 전체적으로 또는 부분적으로 검출기(110)에 일체화될 수 있으며/있거나 전체적으로 또는 부분적으로 개별 디바이스로서 설계될 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 물체(112)는 스포츠 장비 디바이스로서 설계될 수 있으며 사용자(미도시)에 의해 홀딩 및/또는 핸들링될 수 있는 제어 요소(113)를 형성할 수 있다.

도 1은, 따라서, 검출기 디바이스(111) 이외에, 적어도 하나의 물체(112)를 더 포함하는 검출기 시스템(115)의 실시예를 더 예시하며, 비콘 디바이스들(204)이 이 물체에 부착되고/되거나 일체화된다. 또한, 물체(112), 구체적으로 제어 요소(113)가, 사용자에 의해 핸들링되어서, 적어도 하나의 정보 아이템을 머신(202), 구체적으로 이하에서 더 상세하게 설명될 바와 같은, 데이터 처리 디바이스(154)로 전송한다. 도 1은 또한 본 발명에 따른 인간-머신 인터페이스(196)의 개략적 실시예를 예시한다. 예를 들면, 인간-머신 인터페이스(196)는 컴퓨터 게임들을 위해 사용될 수 있으며, 게임을 위해 구성된 데이터 처리 디바이스(154)로 제어 명령들을 전송하기 위해 사용될 수 있기 때문에, 인간-머신 인터페이스(196)와 함께 데이터 처리 디바이스(154)는 또한 엔터테인먼트 디바이스(198)의 예시적인 예를 형성한다.

또한, 데이터 처리 디바이스(154)는, 검출기 디바이스(111)와 함께, 물체(112)의 배향을 추적하도록 구성될 수 있다. 따라서, 데이터 처리 디바이스는 추적 컨트롤러(201) 역할을 할 수 있으며, 따라서, 데이터 처리 디바이스(154), 검출기 디바이스(111) 및 추적 컨트롤러(201)는 본 발명에 따른 추적 시스템(199)의 예시적인 실시예를 형성할 수 있다.

검출기(110)는 복수의 광학 센서들(114)을 포함하며, 이 센서들은 특정 실시예에서, 모두가 검출기의 광축(116)을 따라서 적층된다. 구체적으로, 광축(116)은 광학 센서들(114)의 셋업(setup)의 대칭 및/또는 회전의 축일 수 있다. 광학 센서들(114 은 검출기(110)의 하우징(118) 내측에 위치할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 변환 디바이스(120)가 포함될 수 있는데, 예를 들어, 바람직하게는 하나 이상의 렌즈들(122)을 포함하는 하나 이상의 광학 시스템들이 포함될 수 있다. 바람직하게는, 광축(116)에 대해서 동심으로 위치한, 하우징(118) 내의 개구(124)가 바람직하게는 검출기(110)의 뷰(126)의 방향을 정의한다. 좌표계(128)가 정의될 수 있으며, 이 좌표계에서, 광축(116)에 대해 평행하거나 역평행한 방향은 길이방향으로서 정의되며, 광축(116)에 대해서 수직인 방향들은 횡단방향들로서 정의된다. 도 1에서 부호 방식으로 도시된 좌표계(128)에서, 길이방향은 z에 의해 표시되며, 또한 횡단방향들은 각기 x 및 y에 의해 표시된다. 다른 타입의 좌표계들(128)도 가능하다.

광학 센서들(114)은 선택적으로 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서(130), 및 이 실시예에서, 복수의 길이방향 광학 센서들(132)을 포함할 수 있다. 길이방향 광학 센서들(132)은 길이방향 광학 센서 스택(134)을 형성한다. 도 1에 도시된 본 실시예에서는, 5개의 길이방향 센서들(132)이 도시되어 있다. 그러나, 상이한 개수의 길이방향 광학 센서들(132)을 갖는 실시예들이 가능하다는 것에 유의한다.

횡단방향 광학 센서(132) 는 센서 영역(136)을 포함하며, 이 영역은 바람직하게는 비콘 디바이스들(204)로부터 검출기(110)로 이동하는 광 빔들(138)을 투과시킨다. 횡단방향 광학 센서(130)는 하나 이상의 횡단방향들에서, 예를 들어, 방향 x 및/또는 방향 y에서 광 빔들(138)의 횡단방향 위치를 결정하도록 선택적으로 구성될 수 있다. 거기에서, 오직 하나의 횡단방향 방향에서의 횡단방향 위치가 결정되는 실시예들, 2개 이상의 횡단방향 방향에서의 횡단방향 위치들이 하나 및 동일한 횡단방향 광학 센서(130)에 의해 결정되는 실시예들, 및 제 1 횡단방향 방향에서의 횡단방향 위치가 제 1 횡단방향 광학 센서에 의해 결정되고, 적어도 하나의 다른 횡단방향 방향에서의 적어도 하나의 다른 횡단방향 위치가 적어도 하나의 다른 횡단방향 광학 센서에 의해 결정되는 실시예들이 가능하다.

적어도 하나의 선택적 횡단방향 광학 센서(130)는 적어도 하나의 횡단방향 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 이 횡단방향 센서 신호는 하나 이상의 횡단방향 신호 리드들(140) 에 의해, 이하에서 보다 상세하게 기술될 바와 같은, 검출기 디바이스(111)의 적어도 하나의 평가 디바이스(142)로 전송될 수 있다.

길이방향 광학 센서들(132) 각각은 적어도 하나의 센서 영역(136)을 포함한다. 바람직하게는, 길이방향 광학 센서들(132) 중 하나, 그 이상 또는 모두는 투과성이지만, 길이방향 광학 센서 스택(134)의 마지막 길이방향 광학 센서(144), 즉, 물체(112)로부터 가장 멀리 있는, 스택(134)의 일 측 상의 길이방향 광학 센서(132)는 그렇지 않다. 이 마지막 길이방향 센서(144)는 전체적으로 또는 부분적으로 불투과성이다.

길이방향 광학 센서들(132) 각각은 광 빔(138)에 의한 각각의 센서 영역(136)의 조사에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 길이방향 센서 신호를 생성하도록 설계될 수 있다. 길이방향 센서 신호들은, 동일한 총 조사 전력이 주어지면, 이하에서 보다 상세하게 설명될 바와 같이, 각각의 센서 영역(136)에서의 광 빔(138)의 빔 단면에 의존할 수 있다. 하나 이상의 길이방향 신호 리드들(146)을 통해, 길이방향 센서 신호들은 평가 디바이스(142)에 전송될 수 있다.

검출기 디바이스(111) 및 검출기 시스템(115)은 2개, 3개 또는 그보다 많은 비콘 디바이스들(204)을 포함할 수 있으며, 이 실시예에서, 이 비콘 디바이스들은 물체(112)에 부착되고/되거나 일체화된다. 바람직하게는, 이 실시예에서 및 다른 실시예들에서, 비콘 디바이스들은 물체(112)의 대표적 위치들에서 위치하며, 이로써 비콘 디바이스들(204)의 위치는 물체(112)의 적어도 하나의 배향을 결정하기 위한 대표적인 척도가 된다. 따라서, 일반적으로, 3개 또는 그보다 많은 비콘 디바이스들이 존재하는 경우에, 비콘 디바이스들(204)은 바람직하게는 이들이 하나의 직선에 의해 상호연결되지 않을 수 있도록 위치된다. 따라서, 비콘 디바이스들(204)은 면에 걸쳐 있을 수 있다. 바람직하게는, 비콘 디바이스들(204) 중 적어도 2개 또는 적어도 3개는 검출기(110)를 향하는 물체의 표면 상에 위치한다. 4개 이상의 비콘 디바이스들(204)이 제공되는 경우에, 예를 들어, 적어도 2개 또는 적어도 3개의 비콘 디바이스들(204)을 물체(204)의 각 주요한 표면 상에 위치시킴으로써, 비콘 디바이스들(204)이 물체(112)의 양 측면들 상에 위치하는 것이 또한 바람직하다. 일 예로서, 제어 요소(113) 역할을 할 수 있는 물체(112)는 라켓 형상을 할 수 있으며, 적어도 2개 또는 적어도 3개의 비콘 디바이스들(204)은 라켓의 각 표면 상에 위치할 수 있으며, 이로써 물체(112)의 배향은 검출기(110)를 대향하는 표면들 중 어느 하나로 결정될 수 있다.

이하에서 더 상세하게 설명될 바와 같이, 평가 디바이스(142)는 적어도 하나의 횡단방향 센서 신호를 평가함으로써, 비콘 디바이스들(204) 중 하나 이상의 것의 적어도 하나의 횡단방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 아이템을 생성하도록 설계될 수 있다.

평가 디바이스(142)는 또한 예를 들어, 길이방향 센서 신호들을 평가함으로써, 비콘 디바이스들(204)의 길이방향 위치들에 대한 적어도 하나의 정보 아이템을 생성하도록 설계된다. 이를 위해, 평가 디바이스(142)는 길이방향 센서 신호들를 평가하기 위한, 하나 이상의 전자적 디바이스들 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 컴포넌트들을 포함할 수 있으며, 이들은 부호 방식으로 횡단방향 평가부(148)("xy"에 의해 표시됨) 및 길이방향 평가부(150)("z"에 의해 표시됨)로 표시된다. 이러한 평가부들(148, 150)에 의해 도출된 결과들을 조합함으로써, 위치 정보(152), 바람직하게는 3 차원 위치 정보가, 예를 들어, 비콘 디바이스들(204) 각각에 대해서, 생성될 수 있다("x, y, z"로 표시됨). 이러한 좌표들을 사용함으로써, 물체(112)의 회전이 이하에서 더 상세하게 설명될 바와 같이 결정될 수 있다.

대안적으로, 위에서 설명한 바와 같이 또는 아래에서 더 상세하게 설명될 바와 같이, 오직 길이방향 평가부(150)만이 존재할 수 있으며 검출기(110)는 오직 적어도 하나의 길이방향 광학 센서(132)만을 포함할 수 있다. 비콘 디바이스들(204)의 z-좌표들 및/또는 이러한 길이방향 좌표들 간의 차들 △Z을 결정함으로써, 물체(112)의 회전이 결정될 수 있다.

평가 디바이스(142)는 전체적으로 또는 부분적으로 검출기(110)에 일체화되고/되거나 전체적으로 또는 부분적으로 데이터 처리 디바이스(154)의 일 부분이고/이거나 하나 이상의 데이터 처리 디바이스들(154)을 포함할 수 있다. 평가 디바이스(142)는 전체적으로 또는 부분적으로 하우징(118)에 일체화되고/되거나 전체적으로 또는 부분적으로 개별 디바이스로서 구현될 수 있으며, 이 개별 디바이스는 무선 또는 유선 방식으로 전기적으로 광학 센서들(114)에 접속된다. 평가 디바이스(142)는 또한 하나 이상의 추가 컴포넌트들, 예를 들어, 하나 이상의 전자적 하드웨어 컴포넌트들 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 컴포넌트들, 예를 들어, 하나 이상의 측정부들(도 1에서 미도시) 및/또는 하나 이상의 변환부들(156)을 포함할 수 있다. 부호 방식으로, 도 1에서, 하나의 선택적 변환부(156) 가 도시되며, 이 변환부는 적어도 2개의 횡단방향 센서 신호들을 공통 신호 또는 공통 정보로 변환시키도록 구성될 수 있다.

이하에서, 횡단방향 광학 센서(130) 및 적어도 하나의 길이방향 광학 센서(132)의 실시예들이 개시된다. 그러나, 다른 실시예들이 가능하다는 것에 유의해야 한다. 따라서, 이하에서 개시되는 실시예들에서, 광학 센서들(114)은 모두가 고체 염료-감응 태양 전지들(sDSC들)로서 설계될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들이 가능하다는 것에 유의한다.

또한, 위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 이 실시예에서 또는 임의의 다른 실시예에서, 검출기 디바이스(111)는 심지어 몇몇 광 빔들(138)이 동시에 검출되는 경우에도, 센서 신호를 생성하는 광 빔(138)의 출처(origin)를 검출기(110)가 결정할 수 있도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 광 빔들(38)은 검출기(110) 및/또는 평가 디바이스(142)에 의해 구별가능한 적어도 하나의 특성에 있어서 상이할 수 있다. 먼저, 광 빔들(138)이 검출기(110)에 단속적으로(intermittently), 예를 들어, 펄싱된 방식을 사용하여 전송될 수 있으며, 이 경우에, 비콘 디바이스들(204)은, 예를 들어, 펄스 주파수, 펄스 폭 또는 듀티 사이클 중 하나 이상과 관련하여, 상이한 펄스 방식들을 가질 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 비콘 디바이스들(204) 각각은 특성 및 고유 변조 주파수 f로 변조될 수 있으며, 이 주파수는 길이방향 광학 센서들(132)의 각각의 검출기 신호들, 및, 선택적으로는, 횡단방향 광학 센서(130)가 역시 이러한 특성 변조 주파수들을 보이도록 선택될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 적합한 전자적 필터들 또는 임의의 다른 필터링 수단을 사용함으로써, 센서 신호들이 분리될 수 있으며, 각각의 광 빔들(138) 및 각각의 비콘 디바이스들(204 에 할당될 수 있으며, 이 비콘 디바이스들로부터 이러한 광 빔들(138)이 검출기(110)로 전송된 것이다. 이 적어도 하나의 선택적 전자적 필터는 전체적으로 또는 부분적으로 검출기(110)의 일 부분 및/또는 평가 디바이스(142)의 일 부분일 수 있다. 도 1에서, 특성 변조 주파수들로의 비콘 디바이스들(204)의 변조는 부호 방식으로 f1, f2 및 f3로 표시된다. 변조 및 적합한 필터링에 의한 광 빔들(138)의 출처의 분리에 추가하여 또는 이에 대한 대안으로서, 스펙트럼 분리가 예를 들어, 비콘 디바이스들(204)이 상이한 스펙트럼 특성들을 갖는 광 빔들(138)을 방사함으로써, 구현가능할 수 있다. 검출기(110)는 그들의 출처를 분리하기 위해서 그리고 각각의 광 빔(138)이 전송된 각각의 비콘 디바이스(204)를 식별하기 위해서, 그들의 스펙트럼 특성들에 의해 광 빔들(138)을 분리하도록 구성된 하나 이상의 광학 필터링 요소들 및/또는 하나 이상의 파장 감지 요소들을 가질 수 있다.

위에서 설명한 바와 같은, 본 발명에 따른, 도 1에서 도시된 검출기 디바이스(111) 또는 임의의 다른 검출기 디바이스(111)와 같은, 검출기 디바이스(111)에 의해 물체(112)의 배향을 결정하는 것에 대한 정확성의 추가 개선을 위하여, 통계적 수단이 구체적으로 평가 디바이스(142)에 의해 적용될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 비콘 디바이스들(204) 중 하나 이상의 것에 대한 적어도 하나의 길이방향 좌표들 및/또는 적어도 하나의 횡단방향 좌표들 중 하나 이상의 회귀 함수들이, 통계적 수단에 의해 노이즈를 억제하기 위해 생성될 수 있다.

또한, 하나 이상의 경계 조건들, 예를 들어, 비콘 디바이스들(204) 중 2개 또는 그보다 많은 것들 간의 알려진 거리가 사용될 수 있다. 따라서, 구체적으로, 강성의 물체들(112)에 있어서, 물체(112)의 배향이 변할지라도, 비콘 디바이스들 중 2개 또는 그보다 많은 것들 간의 거리가 일정하게 유지될 수 있다. 비콘 디바이스들(204)의 이 특성은 회귀 함수들을 산출할 때에 사용될 수 있다. 따라서, 비콘 디바이스들(204) 중 제 1의 것에 대하여 그리고 비콘 디바이스들(204) 중 제 2의 것에 대하여, 회귀 함수들 R1 및 R2가 예를 들어, 시간의 함수로서 각각의 비콘 디바이스들(204)의 하나 이상의 좌표들을 모니터링함으로써 (즉, 하나 이상의 좌표들의 시퀀스를 시퀀스의 각 측정 값에 대한 측정 시간들의 함수로서 기록함으로써) 그리고 그것의 회귀 함수를 산출함으로써, 예를 들어, 선형 회귀; 비선형 회귀; 최소 자승(least squares) 회귀, 구체적으로 최소 자승이 최대 확률 추정자로서 사용되는 최소 자승 회귀, 로컬 추정치들 예를 들어, M-추정치들, L-추정치들, 또는 R-추정치들을 사용하는 방법; 큐빅 스플라인들(cubic splines); 내삽 또는 외삽 기법들, 구체적으로 다항 또는 유리(rational) 함수 내삽 또는 외삽 기법들, 예를 들어, 큐빅 스플라인들(cubic splines), 바이큐빅 스플라인들(bicubic splines) 또는 바이큐빅 내삽(bicubic interpolation); 선형 또는 비선형 추정 기법들, 예를 들어, 칼만(Kalman) 필터들 중 하나 이상을 사용함으로써, 산출될 수 있다. 회귀 함수들의 산출은 회귀 함수들 간의 거리 Abs (R1 - R2)가 모든 시간들에서 일정한, 즉, Abs (R1 - R2) = D인 경계 조건을 사용함으로써 발생할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 검출기 디바이스(111)의 측정들에 대한 정확성은, 하나 이상의 추가 센서들을 사용함으로써 더 개선될 수 있다. 따라서, 도 1에서 표시된 바와 같이, 그리고 본 발명의 다른 실시예들로 일반적으로 적용될 수 있는 바와 같이, 검출기 디바이스(111)는 하나 이상의 모션 센서들(216)을 더 포함한다. 적어도 하나의 선택적 모션 센서(216)는, 예를 들어, 물체(112)에 부착되고/되거나 일체화될 수 있다. 도 1의 예시적인 실시예에서, 오직 하나의 모션 센서(216)만이 도시되어 있다. 그러나, 2개 이상의 모션 센서(216)가 제공될 수 있다는 것에 유의한다. 따라서, 예를 들어, 비콘 디바이스들(204) 각각은 하나 이상의 모션 센서들(216)을 포함하고/하거나 이에 연결될 수 있다.

적어도 하나의 선택적 모션 센서(216)가 하나 이상의 신호들을 검출기(110) 및/또는 평가 디바이스(142)로 전송하도록 구성될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 물체(112)의 모션에 대한 정보의 하나 이상의 아이템들, 예를 들어, 위치, 및 경사(inclination), 진동(vibration), 가속도(acceleration) 또는 다른 모션 파라미터들 중 하나 이상의 것에 대한 정보의 하나 이상의 아이템들이 전송될 수 있다. 전송을 위해서, 적어도 하나의 모션 센서(216)는 하나 이상의 데이터 전송 디바이스들을 포함할 수 있다.

추가적 또는 대안적으로, 적어도 하나의 모션 센서(216)는 전체적으로 또는 부분적으로 비콘 디바이스들(204) 중 하나 이상의 것에 일체화될 수 있고/있거나, 비콘 디바이스들(204) 중 하나 이상의 것에 연결될 수 있다. 따라서, 각각의 비콘 디바이스(204)는 전체적으로 또는 부분적으로 데이터 전송의 태스크를 대체할 수 있다. 예를 들어, 각각의 비콘 디바이스(204)에 의해 방사 또는 반사된 광 빔(138)은 검출기(110) 및/또는 평가 디바이스(142)에 전송될 정보를 인코딩하기 위해, 변조될 수 있다. 검출기(110) 및/또는 평가 디바이스(142)는 복조를 위한 하나 이상의 디바이스들 및/또는 광 빔(138)의 변조 시에 인코딩된 정보를 디코딩하기 위한 하나 이상의 디바이스들을 포함할 수 있다.

따라서, 적어도 하나의 추가 센서, 예를 들어, 적어도 하나의 모션 센서(216)는 데이터 처리 동안에, 구체적으로, 물체(112)의 적어도 하나의 배향을 결정할 때에, 고려될 수 있는 추가 정보를 적어도 하나의 평가 디바이스(142)에 제공할 수 있다. 따라서, 추가 정보를 제공함으로써, 측정의 리던던시(redundancy)가 예를 들어, 검출기(110)를 사용하여 결정된 물체(112)의 배향과 모션 센서(216)을 사용하여 결정된 물체(112)의 배향을 비교함으로써 사용될 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 추가 정보가 평가 디바이스(142)에 의해 수행된 산출 내에 포함될 수 있다. 일반적으로, 적어도 하나의 추가 센서를 사용함으로써, 검출기 디바이스(111)의 정확성이 증가할 수 있다. 또한, 검출기 디바이스(111)는 구체적으로 검출기(110)에 의한 2개 또는 그보다 많은 비콘 디바이스들(204)의 검출이 실패한 상황들에서, 더욱더 신뢰할 수 있게 된다. 따라서, 비콘 디바이스(204)가 검출기(110)에 의해 검출될 수 없는 경우, 예를 들어, 불투과성 물체가 검출기(110) 및 비콘 디바이스(204) 간에 위치하는 경우에, 추가 센서가 사용되어서 비콘 디바이스(204)의 위치를 검출 또는 외삽할 수 있다.

도 2a 및 도 2b에서는, 선택적 횡단방향 광학 센서(130)의 잠재적 실시예의 상이한 뷰들이 도시되어 있다. 거기에서, 도 2a는 횡단방향 광학 센서(130)의 층 셋업의 상단뷰를 도시하며, 도 2b는 개략적 셋업에서의 층 셋업의 부분 단면도를 도시한다. 층 셋업의 대안적 실시예들에 대해서는, 위에서의 개시가 참조될 수 있다.

횡단방향 광학 센서(130)는 투과성 기재(158), 예를 들어, 유리 및/또는 투과성 플라스틱 재료로 이루어진 기재를 포함한다. 셋업은 제 1 전극(160), 광 차단 층(162), 적어도 하나의 염료(166)와 감응성을 갖는 적어도 하나의 n-반도체 금속 산화물(164), 적어도 하나의 p-반도체 유기 재료(168) 및 적어도 하나의 제 2 전극(170)을 더 포함할 수 있다. 이러한 요소들이 도 2b에 도시된다. 셋업은 또한 적어도 하나의 캡슐화부(172)를 포함하며, 이 캡슐화부는 도 2b에서는 도시되지 않으며, 도 2a의 상단-뷰에서 부호 방식으로 도시되어 있고, 이 캡슐화부는 횡단방향 광학 센서(130)의 센서 영역(136)을 커버할 수 있다.

예시적인 실시예로서, 기재(158)는 유리로 이루어질 수 있으며, 제 1 전극(160)은 전체적으로 또는 부분적으로 FTO(fluorine-doped tin oxide)로 이루어질 수 있으며, 차단 층(162)은 밀한 티타늄 이산화물(TiO₂)로 이루어질 수 있고, n-반도체 금속 산화물(164)은 비기공성 티타늄 이산화물로 이루어질 수 있고, p-반도체 유기 재료(168)는 스파이로-MeOTAD로 이루어질 수 있으며, 제 2 전극(170)은 PEDOT:PSS를 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, WO 2012/110924 A1에서 개시된 바와 같은 염료 ID504가 사용될 수도 있다. 다른 실시예들이 가능하다.

도 2a 및 도 2b에서 도시된 바와 같이, 제 1 전극(160)은 단일 전극 컨택트(174)에 의해 접촉될 수 있는 대-면적 전극일 수 있다. 도 2a에서의 상단-뷰에서 도시된 바와 같이, 제 1 전극(160)의 전극 컨택트들(174)이 횡단방향 광학 센서(130)의 코너들에 위치할 수 있다. 2개 이상의 전극 컨택트(174)를 제공함으로써, 리던던시가 생성되고, 또한 제 1 전극(160)에 대한 저항 손실이 제거될 수 있으며, 이에 따라 제 1 전극(160)에 대한 공통 신호를 생성할 수 있다.

반대로, 제 2 전극(170)은 적어도 2개의 부분 전극들(176)을 포함한다. 도 2a의 상단-뷰에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 2 전극(170)은 x-방향에 대한 적어도 2개의 부분 전극들(178), 및 컨택트 리드들(182)을 통한 y-방향을 위한 적어도 2개의 부분 전극들(180)을 포함할 수 있으며, 이러한 부분 전극들(176)은 캡슐화부(172)를 통해 전기적으로 접촉될 수 있다.

부분 전극들(176)은,이 특정 실시예에서, 센서 영역(136)을 둘러싸는 프레임을 형성할 수 있다. 예를 들어, 직사각형 또는, 더욱 바람직하게는, 정사각형 프레임이 형성될 수 있다. 적절한 전류 측정 디바이스들을 사용함으로써, 부분 전극들(176)을 통한 전극 전류들이 개별적으로 예를 들어, 평가 디바이스(142) 내에 구현되는 전류 측정 디바이스들에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 2개의 단일 x-부분 전극들(178)을 통한 전극 전류들을 비교함으로써 그리고 개별 y-부분 전극들(180)을 통한 전극 전류들을 비교함으로써, 센서 영역(136)에서 광 빔(138)에 의해 생성된 광 스폿(184)의 x-및 y-좌표들이, 이하에서 도 3a 내지 도 3d와 관련하여 개략되는 바와 같이, 결정될 수 있다.

도 3a 내지 도 3d에는, 물체(112)가 포지셔닝되고, 이에 따라, 각각의 광 빔(138)을 방사하는 각각의 비콘 디바이스(204)에 대한 2개의 상이한 상황들이 도시되어 있다. 따라서, 도 3a 및 도 3b는 비콘 디바이스(204) 및/또는 물체(112)가 검출기(110)의 광축(116) 상에 있으며, 이에 따라, 광 빔(138)이 광축(116)과 평행하게 되는 상황을 도시하고 있다. 거기에서, 도 3a은 횡단방향 광학 센서(130)의 센서 영역(136)의 측면도를 도시하며, 도 3b는 그것의 상단-뷰를 도시한다. 길이방향 광학 센서들(132)은 이 셋업에서는 도시되어 있지 않다.

도 3c 및 3d에는, 도 3a 및 도 3b의 셋업은 오프-축 위치로 횡단방향으로 시프트된 비콘 디바이스(204) 및/또는 물체(112)와 유사한 뷰들로서 도시된다.

도 3a 및 도 3c에서, 비콘 디바이스(204)는 하나 이상의 광 빔들(138)의 소스로서 도시되어 있음에 유의한다. 이하에서, 구체적으로 도 6의 실시예를 참조하여, 더 상세하게 설명될 바와 같이, 검출기(110)는 물체(112)에 연결될 수 있고/있거나 임의의 다른 위치에 존재할 수 있고, 1 차 광 빔을 방사할 수 있는 하나 이상의 조사 소스들을 또한 포함할 수 있으며, 비콘 디바이스들(204)은 1 차 광 빔들을, 반사 및/또는 확산에 의해 반사하도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 광 빔들(138)을 생성할 수 있다.

공지의 이미징 등식들에 따라, 물체(112)가 횡단방향 광학 센서(130)의 센서 영역(136) 상에 이미징됨으로써, 센서 영역(136) 상에 물체(112)의 이미지(186)를 생성하며, 이것은 이하에서 광 스폿(184) 및/또는 복수의 광 스폿들(184)로 간주될 수 있다.

부분 이미지들(3b 및 3d)에서 볼 수 있는 바와 같이, 센서 영역(136) 상의 광 스폿(184)은, 각 경우에 i₁ 내지 i₄에 의해 표시된, sDSC의 층 셋업에서의 전하들, 전극 전류들을 생성함으로써, 발생될 수 있다. 거기에서, 전극 전류들 i₁, i₂는 y-방향에서의 부분 전극들(180)을 통한 전극 전류들을 표시하며, 전극 전류들 i₃, i₄는 x-방향에서의 부분 전극들(178)을 통한 전극 전류들을 표시한다. 이러한 전극 전류들은 하나 이상의 적절한 전극 측정 디바이스들에 의해 동시에 또는 순차적으로 측정될 수 있다. 이러한 전극 전류들을 평가함으로써, x- 및 y-좌표들이 결정될 수 있다. 따라서, 다음의 등식들이 사용될 수 있다:

여기에서, f는 임의의 알려진 함수, 예를 들어, 알려진 스트레치 팩터 (stretch factor) 및/또는 오프셋의 가산을 갖는 전류들의 몫의 간단한 승산일 수 있다. 따라서, 일반적으로, 전극 전류들 i₁ 내지 i₄은 횡단방향 광학 센서(130)에 의해 생성된 횡단방향 센서 신호들을 생성하고, 평가 디바이스(142)는 횡단방향 위치에 대한 정보, 예를 들어, 적어도 하나의 x-좌표 및/또는 적어도 하나의 y-좌표를, 사전 결정된 또는 결정가능한 변환 알고리즘 및/또는 알려진 관계를 사용하여 횡단방향 센서 신호들을 변환시킴으로써 생성하도록 구성될 수 있다.

도들 4a 내지 4c에는, 길이방향 광학 센서들(132)에 대한 다양한 뷰들이 도시되어 있다. 여기에서, 도 4a는 잠재적 층 셋업의 단면도를 도시한 것이며, 도들 4b 및 4c는 잠재적 길이방향 광학 센서들(132)의 2개의 실시예들에 대한 상단-뷰들을 도시한 것이다. 여기에서, 도 4c는 마지막 길이방향 광학 센서(144)의 잠재적 실시예를 도시한 것이며, 도 4b는 길이방향 광학 센서 스택(134)의 나머지 길이방향 광학 센서들(132)의 잠재적 실시예들을 도시 것이다. 따라서, 도 4b의 실시예는 투과성 길이방향 광학 센서(132)를 형성할 수 있으며, 도 4c의 실시예는 불투과성 길이방향 광학 센서(132)일 수 있다. 다른 실시예들도 가능하다. 따라서, 마지막 길이방향 광학 센서(144)는, 대안적으로, 또한 투과성 길이방향 광학 센서(132)로서 구현될 수도 있다.

도 4a의 개략적 단면도에서 볼 수 있는 바와 같이, 길이방향 광학 센서(132)는 다시 한번, 유기 광-검출기로서, 바람직하게는 sDSC로서 구현될 수 있다. 따라서, 도 2b의 셋업과 마찬가지로, 기재(158), 제 1 전극(160), 차단 층(162), 염료(116)로 감응되는 n-반도체 금속 산화물(164), p-반도체 유기 재료(168) 및 제 2 전극(170)을 사용하는 층 셋업이 사용될 수 있다. 추가적으로, 캡슐화부(172)가 제공될 수 있다. 층들의 잠재적 재료들에 대해서는, 위의 도 2b가 참조될 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 다른 타입의 재료들이 사용될 수도 있다.

도 2b에는, 상단으로부터의 조사, 즉, 제 2 전극(170)의 측면으로부터 광 빔(138)에 의한 조사가 부호 방식으로 도시되어 있음에 유의한다. 대안적으로는, 하단으로부터의 조사, 즉, 기재(158)의 측면으로부터 그리고 기재(158)를 통한 조사가 사용될 수도 있다. 동일한 것이, 도 4a의 셋업에 대해서 적용된다.

그러나, 도 4a에 도시된 바와 같이, 길이방향 광학 센서(132)의 바람직한 배향에서, 광 빔(138)에 의한 조사는 바람직하게는 하단으로부터, 즉, 투과성 기재(158)를 통해 발생한다. 이것은, 제 1 전극(160)이 예를 들어, 투과적 도전성 산화물, 예를 들어, FTO을 사용함으로써 투과성 전극으로서 용이하게 구현될 수 있다는 사실에서 기인한다. 제 2 전극(170)은, 이하에서 더 상세하게 설명될 바와 같이, 투과성일 수 있으며, 특히 마지막 길이방향 광학 센서(144)에 있어서는, 불투과성일 수 있다.

도 4b 및 도 4c에는, 상이한 셋업의 제 2 전극(170)이 도시되어 있다. 여기에서, 도 4a의 단면도에 대응하는 도 4b에서는, 제 1 전극(160)이 하나 이상의 전극 컨택트들(174)에 의해 접촉될 수 있으며, 이 컨택트들은 예를 들어, 하나 이상의 금속 패드들을 포함할 수 있으며, 이러한 구성은 도 2b의 셋업과 유사하다. 이러한 전극 컨택트들(174)은 기재(158)의 코너들에 위치할 수 있다. 다른 실시예들도 가능하다.

그러나, 제 2 전극(170)은 도 4b의 셋업에서, 투과적이며 전기적으로 도전성인 폴리머(188)의 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2a 및 도 2b의 셋업과 유사하게, PEDOT:PSS가 사용될 수 있다. 또한, 하나 이상의 상단 컨택트들(190)이 제공될 수 있으며, 이 컨택트들은 금속성 재료, 예를 들어, 알루미늄 및/또는 은으로 이루어질 수 있다. 캡슐화부(172)를 통해 이어지는, 하나 이상의 컨택트 리드들(182)을 사용함으로써, 이 상단 컨택트(190)는 전기적으로 접촉될 수 있다.

도 4b에 도시된 예시적인 실시예에서, 상단 컨택트(190)는 센서 영역(136)을 둘러싸는 폐쇄된 개방 프레임을 형성한다. 따라서, 도 2a 및 도 2b에서의 부분 전극들(176)과는 대조적으로, 오직 하나의 상단 컨택트(190) 만이 요구된다. 그러나, 길이방향 광학 센서(132) 및 횡단방향 광학 센서(130)는 예를 들어, 부분 전극들을 도 4a 내지 도 4c의 셋업으로 제공함으로써 하나의 단일 디바이스로 결합될 수 있다. 이에 따라, 이하에서 더 상세하게 설명될 FiP 효과에 추가하여, 횡단방향 센서 신호들은, 적어도 하나의 길이방향 광학 센서(132)로 생성될 수 있다. 이에 따라, 결합된 횡단방향 및 길이방향 광학 센서가 제공될 수 있다.

투과적이며 전기적으로 도전성인 폴리머(188)의 사용은 제 1 전극(160) 및 제 2 전극(170) 양쪽 모두가 적어도 부분적으로 투과성인 길이방향 광학 센서(132)의 실시예를 가능하게 한다. 동일한 것이, 바람직하게는, 횡단방향 광학 센서(130)에 대해서도 적용된다. 한편, 도 4c에는, 불투과성 제 2 전극(170)을 사용하는 길이방향 광학 센서(132)의 셋업이 개시되어 있다. 따라서, 예를 들어, 제 2 전극(170)은 적어도 하나의 전기적으로 도전성인 폴리머(188) 대신에 또는 이에 추가하여 하나 이상의 금속 층들을 사용하여, 예를 들어, 알루미늄 및/또는 은을 사용하여 구현될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 전기적으로 도전성인 폴리머(188)는 바람직하게는, 전체 센서 영역(136)을 커버할 수 있는 하나 이상의 금속 층들로 대체되거나 이것들로 강화될 수 있다.

도 5a 내지 도 5e에서는, 전술한 FiP 효과 및 비콘 디바이스(204)의 길이방향 좌표를 결정하기 위한 그 사용이 설명될 것이다. 여기에서, 도 5a는 도 1, 도 3a 및 도 3c에서의 셋업과 유사한, 광축(116)과 평행한 면에 있는, 검출기(110) 및 검출기 디바이스(111)의 일부의 측면도를 도시한 것이다. 검출기(110) 중, 오직 길이방향 광학 센서들(132) 및 선택적 변환 디바이스(120)만이 도시되어 있다. 적어도 하나의 선택적 횡단방향 광학 센서(130)는 미도시이다. 이 횡단방향 광학 센서(130)는 개별 광학 센서(114)로 구현될 수 있으며 및/또는 길이방향 광학 센서들(132) 중 하나 이상의 것과 결합될 수 있다.

도 5a의 셋업에서는, 비콘 디바이스들(204) 중 오직 하나만이 예시적인 목적을 위해서 도시된다. 다시 한번, 측정은 적어도 하나의 비콘 디바이스(204)에 의한 하나 이상의 광 빔들(138)의 방사 및/또는 반사와 함께 시작된다. 비콘 디바이스(204)는 적어도 하나의 조사 소스(192)를 포함하며, 즉, 비콘 디바이스(204)는 전체적으로 또는 부분적으로는 능동 비콘 디바이스(204)로서 구현될 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 개별 조사 소스(192)가 사용될 수 있고, 비콘 디바이스(204)는 1 차 광 빔들을 반사하도록 구성된 하나 이상의 반사 요소들 및/또는 반사성 표면들을 포함할 수 있으며, 이에 따라 광 빔(138)을 생성할 수 있다.

광 빔(138) 자체의 특성으로 인해 및/또는 바람직하게는 적어도 하나의 렌즈(122)인 선택적 변환 디바이스(120)의 빔 성형 특성으로 인해서, 길이방향 광학 센서들(132)의 영역에서의 광 빔(138)의 빔 특성들은, 적어도 부분적으로 알려진다. 따라서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 초점들(194)이 발생할 수 있다. 초점(194)에서, 광 빔(138)의 빔 웨이스트 또는 단면이 최소 값인 특질을 띈다.

도 5b에는, 도 5a의 길이방향 광학 센서들(132)의 센서 영역들(136) 상의 상단-뷰에 있어서, 센서 영역들(136)에 충돌한 광 빔(138)에 의해 생성된 광 스폿들(184)의 현상이 도시되어 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 초점(194) 가까이에 있는, 광 스폿(184)의 단면을 최소 값인 특질을 띈다.

도 5c에는, 전술한 FiP 효과를 보이는 길이방향 광학 센서들(132)이 사용될 경우, 길이방향 광학 센서들(132)의 광전류 I가, 도 5b의 광 스폿(184)의 5개의 단면들에 대해 주어져 있다. 따라서, 예시적인 실시예로서, 도 5b에 도시된 스폿 단면들에 대한 5개의 상이한 광전류들 I이 통상적인 DSC 디바이스들, 바람직하게는 sDSC 디바이스들에 대해 도시된다. 광전류 I는 광 스폿들(184)의 단면의 척도인, 광 스폿(184)의 면적 A의 함수로서 도시된다.

도 5c에서 볼 수 있는 바와 같이, 광전류 I는, 심지어 모든 길이방향 광학 센서들(132)이 동일한 총 조사 전력으로 조사를 받는 경우에도, 예를 들어 광 스폿(184)의 단면적 A 및/또는 빔 웨이스트에 대한 강한 의존성을 제공함으로써, 광 빔(138)의 단면에 의존한다. 따라서, 광전류는 광 빔(138)의 전력 및 광 빔(138)의 단면 양자의 함수이다:

여기에서, I는 각 길이방향 광학 센서(132)에 의해 제공된 광전류, 예를 들어, 임의의 단위들로 측정된 광전류이며, 이것은 적어도 하나의 측정 저항에 대한 전압으로서 및/또는 amps 단위로 제공되며, n은 센서 영역(136)에서 광 빔의 전체적인 전력 및/또는 센서 영역(136)에 충돌하는 광자들의 전체 개수를 표시한다. a는 광 빔(138)의 빔 단면을 말하며, 이것은 임의의 단위들로 제공되며, 빔 웨이스트, 빔 반경의 빔 직경 또는 광 스폿(134)의 면적으로서 제공된다. 일 예로서, 빔 단면은 광 스폿(184)의 1/e² 직경에 의해 산출되며, 즉, 이 1/e² 직경은 광 스폿(184)의 최대 강도에 비해 1/e²의 강도를 갖는 최대 강도의 제 1 측면 상의 제 1 지점으로부터, 동일한 강도를 갖는 최대 강도의 다른 측면 상의 지점까지의, 단면적 거리이다. 빔 단면을 정량화하기 위한 다른 옵션들이 가능하다.

도 5c의 셋업은 전술한 FiP 효과를 보이는, 본 발명에 따른 검출기(110)에서 사용될 수 있는 본 발명에 따른 길이방향 광학 센서(132)의 광전류를 도시한다. 반대로, 도 5c의 도면에 대응하는 도면인 도 5d에는, 통상적인 광학 센서들의 광전류들이 도 5a에 도시된 것과 동일한 셋업에 대해 도시되어 있다. 일 예로서, 실리콘 광검출기들이 이 측정을 위해 사용될 수 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 이러한 통상적인 측정들에서, 검출기들의 광전류 또는 광 신호는 빔 단면(A)과 무관하다.

따라서, 검출기(110)의 길이방향 광학 센서들(132)의 광전류들 및/또는 다른 타입의 길이방향 센서 신호들을 평가함으로써, 광 빔(138)이 특징지어질 수 있다. 광 빔(138)의 광학 특성은 검출기(110)로부터의 각각의 비콘 디바이스(204)의 거리에 의존하기 때문에, 이러한 길이방향 센서 신호들을 평가함으로써, 물체(112)의 광축(116)을 따르는 위치, 즉, 길이방향 좌표 또는 z-위치가 결정될 수 있다. 이를 위해, 길이방향 광학 센서들(132)의 광전류들이 예를 들어, 광전류 I 및 각각의 비콘 디바이스(204)의 위치 간의 하나 이상의 알려진 관계들을 사용함으로써, 각각의 비콘 디바이스(204)의 길이방향 위치, 즉, z-위치에 대한 적어도 하나의 정보 아이템으로 변환될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 초점(194)의 위치는 센서 신호들을 평가함으로써 결정될 수 있으며, 초점(194) 및 각각의 비콘 디바이스(204)의 z-방향에서의 위치 간의 상관관계가 전술한 정보를 생성하기 위해서 사용될 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 광 빔(138)의 폭의 커짐/작아짐은 길이방향 센서들(32)의 센서 신호들을 비교함으로써 평가될 수 있다. 일 예로서, 기지의(known) 빔 특성들, 예를 들어, 하나 이상의 가우시안 빔 파라미터들을 사용하는, 가우시안 법칙들에 따르는 광 빔(138)의 빔 전파가 가정될 수 있다.

또한, 복수의 길이방향 광학 센서들(132)의 사용은 단일 길이방향 광학 센서(132)의 사용에 비해서 추가적인 이점들을 제공하다. 따라서, 위에서 설명한 바와 같이, 광 빔(138)의 전체 전력은 일반적으로 미지(unknown)일 수 있다. 길이방향 센서 신호들을, 예를 들어, 최대 값으로 정규화시킴으로써, 길이방향 센서 신호들은 광 빔(138)의 전체 전력과는 무관하게 될 수 있고, 관계

가 정규화된 광전류들 및/또는 정규화된 길이방향 센서 신호들을 사용하여 사용될 수 있으며, 이것은 광 빔(138)의 전체 전력과 무관하다.

또한, 복수의 길이방향 광학 센서들(132)을 사용함으로써, 길이방향 센서 신호들의 불확실성이 해소될 수 있다. 따라서, 도 5b의 제 1 이미지와 최종 이미지를 비교함으로써 및/또는 도 5b의 제 2 이미지와 제 4 이미지를 비교함으로써, 및/또는 도 5c의 대응하는 광전류들을 비교함으로써 볼 수 있는 바와 같이, 초점(194)의 앞 또는 뒤의 특정 거리에 위치하는 길이방향 광학 센서들(132)은 동일한 길이방향 센서 신호들을 야기할 수 있다. 광 빔(138)이 광축(116)을 따르는 전파들 동안에 약화되는 경우에 유사한 불확실성이 발생할 수 있으며, 이것은 일반적으로 경험적으로 및/또는 계산에 의해 보정될 수 있다. z-위치에서의 이 불확실성을 해소하기 위해, 복수의 길이방향 센서 신호들은 초점의 위치 및 최대값의 위치를 명확하게 보여준다. 따라서, 예를 들어, 하나 이상의 이웃하는 길이방향 센서 신호들을 비교함으로써, 특정 길이방향 광학 센서(132)가 길이방향 축 상의 초점 앞에 있는지 또는 뒤에 있는지가 결정될 수 있다.

도 5e에는, sDSC의 통상적인 예에 대한 길이방향 센서 신호가, 길이방향 센서 신호 및 전술한 FiP 효과가 변조 주파수에 의존할 수 있다는 것을 입증하기 위해, 도시되어 있다. 이 도면에서는, 단락 전류 Isc가 다양한 변조 주파수 f에 대해 수직축 상의 길이방향 센서 신호로서 제공되며,이 전류는 임의의 단위를 갖는다. 수평축 상에는, 길이방향 좌표 z가 도시되어 있다. 마이크로미터 단위로 주어지는 길이방향 좌표 z는, z-축 상에서의 광 빔의 초점 위치가 위치 0으로 표시되고, 수평축 상에서의 모든 길이방향 좌표들 z는 광 빔의 초점에 대한 거리로서 주어지도록, 선택된다. 결과적으로, 광 빔의 빔 단면이 초점으로부터의 거리에 의존하기 때문에, 도 5e의 길이방향 좌표는 임의의 단위로 빔 단면을 나타낸다. 일 예로서, 길이방향 좌표를 특정 빔 웨이스트 또는 빔 단면으로 변환하기 위해, 가우시안 광 빔이 가정될 수 있으며, 이것은 알려진 또는 결정가능한 빔 파라미터들을 갖는다.

이 실험에서, 길이방향 센서 신호들은 0 Hz(무 변조), 7 Hz, 377 Hz 및 777 Hz의, 광 빔의 다양한 변조 주파수들에 대해서 제공된다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 변조 주파수 O Hz에서는, 어떠한 FiP 효과도 검출되지 않거나 매우 작은 FiP 효과만이 검출되며, 이것은 길이방향 센서 신호의 노이즈와 쉽게 구별될 수 없다. 보다 높은 변조 주파수들의 경우는, 길이방향 센서 신호의 광 빔의 단면에 대한 현저한 의존성이 관찰될 수 있다. 통상적으로, 0.1 Hz 내지 10 kHz의 변조 주파수 범위가 본 발명에 따른 검출기에 대해 사용될 수 있으며, 예를 들어, 0.3 Hz의 변조 주파수가 사용될 수 있다.

그러나, 전술한 FiP 효과를 강조 및/또는 증가시키기 위해서 사용된 도 5e에 도시된 변조 주파수는 광 빔(138)이 그것으로부터 검출기(110)를 향해 이동하는 각각의 비콘 디바이스(204)를 식별하기 위한 광 빔(138)의 선택적 및 추가 변조와는 상이할 수 있다는 것에 유의한다. 따라서, 위에서 설명한 바와 같이, 추가 변조가 각 비콘 디바이스들(204)에 대해 제공될 수 있으며, 이 추가 변조는 각 비콘 디바이스들(204)에 대한 특성 변조일 수 있고, 길이방향 광학 센서들(132)의 센서 신호들 내에서 인식될 수 있다. 따라서, 특성 변조 주파수를 센서 신호들로부터, 예를 들어, 하나 이상의 대역통과 필터들 및/또는 다른 필터링 기법들을 사용하여, 예를 들어, 록-인 기법(lock-in technique)을 사용하여 필터링함으로써, 단일 비콘 디바이스들(204)의 센서 신호들이 그것들의 특성 변조들로부터 분리될 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 다른 분리 기법들이 사용될 수도 있으며, 예를 들어, 단속적 방사(intermittent emission) 및/또는 스펙트럼 분리가 사용될 수도 있다. 비콘 디바이스들(204)의 특성 변조는 바람직하게는, 광 빔들(138)이 그들의 각 비콘 디바이스(204)로 전자적으로 할당될 수 있도록, 선택될 수 있다. 따라서, 주파수들을 분리하기 위해 및 적합한 배정을 가능하게 하기 위해, 비콘 디바이스들(204)은 바람직하게는 적어도 1 Hz, 바람직하게는 1 Hz 내지 100 Hz 만큼 서로 이격된 상이한 변조 주파수들에 의해 변조된다.

도 6에는, 본 발명에 따른 인간-머신 인터페이스(196)의 예시적인 실시예가 도시되어 있으며, 이 인터페이스는 본 발명에 따른 엔터테인먼트 디바이스(198)의 예시적인 실시예와 동시에 또한 구현될 수 있거나, 이러한 엔터테인먼트 디바이스(198)의 일부를 구성할 수 있다. 또한, 인간-머신 인터페이스(196) 및/또는 엔터테인먼트 디바이스(198)는 또한 사용자(200) 및/또는 사용자(200)의 하나 이상의 신체 부분들의 배향을 추적하도록 그리고 선택적으로는 사용자(200) 및/또는 사용자(200)의 하나 이상의 신체 부분들의 위치를 추적하도록 구성된 추적 시스템(199)의 예시적인 실시예를 형성할 수도 있다. 따라서, 사용자(200)의 신체 부분들 중 하나 이상의 것들의 모션이 추적될 수 있다. 일반적으로, 지정된 시스템들 및 디바이스들의 대부분의 컴포넌트들의 대해서는, 도 1에 관하여 위에서 주어진 정의사항들에 대한 참조가 이루어질 수 있다.

예시적으로, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기(110)를 갖는 적어도 하나의 검출기 디바이스(111)가 다시, 예를 들면, 전술한 실시예들 중 하나 이상의 것에 따라 제공될 수 있으며, 이 실시예들은 하나 이상의 횡단방향 광학 센서들(130) 및 하나 이상의 길이방향 광학 센서들(132)을 포함할 수 있는 하나 또는 복수의 광학 센서들(114)을 갖는다. 도 6에는 도시되어 있지 않는 검출기(110)의 다른 요소들, 예를 들면, 선택적 변환 디바이스(120)의 요소들이 제공될 수 있다. 잠재적 실시예에 대해서는, 도 1이 참조될 수 있다. 또한, 하나 또는 복수의 조사 소스들(92)이 제공될 수 있다. 일반적으로, 검출기(110)의 이러한 가능한 실시예들에 대해서는, 예를 들어 위의 설명에 대한 참조가 이루어질 수 있다.

인간-머신 인터페이스(196)는 도 6에서 단지 나타나 있는, 사용자(200)와 머신(202) 간의 적어도 하나의 정보 아이템 교환을 가능하게 하도록 설계될 수 있다.

예를 들면, 제어 명령들, 및/또는 정보의 단일방향 또는 양방향 교환이 인간-머신 인터페이스(196)를 사용하여 수행될 수 있다. 머신(202)은 원칙적으로 몇몇 방식으로 제어 및/또는 영향을 받을 수 있는 적어도 하나의 기능을 갖는 임의의 소정 디바이스를 포함할 수 있다. 도 6에서 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 검출기 디바이스(111) 및/또는 그것의 일부의 적어도 하나의 평가 디바이스(142)는 전체적으로 또는 부분적으로 상기 머신(201)에 일체화될 수 있지만, 원칙적으로는, 머신(202)과는 별도로 전체적 또는 부분적으로 형성될 수도 있다.

인간-머신 인터페이스(196)는 예를 들면, 검출기 디바이스(111)에 의해, 적어도 하나의 사용자(200)의 기하학적 정보 아이템을 생성하도록 설계될 수 있으며, 이 기하학적 정보를 적어도 하나의 정보 아이템에, 특히 적어도 하나의 제어 명령에 할당할 수 있다. 이를 위해, 인간-머신 인터페이스(196)는 검출기 디바이스(111)를 사용하여, 적어도 하나의 사용자(200)의 배향을 결정하도록 구성된다. 이 예시적인 실시예에서는, 위에서 설명한 바와 같이, 제어 요소(113)가 사용되며, 이 요소는 복수의 적어도 2개, 더욱 바람직하게는 적어도 3개의, 비콘 디바이스들(204)을 가지며, 이 비콘 디바이스들은 제어 요소(113)에 부착되는 방식 또는 일체화되는 방식 중 적어도 하나의 방식으로 존재하며, 여기서 제어 요소(113)는 사용자(200)에 의해 핸들링될 수 있는 물체(11)로서 기능한다. 따라서, 제어 요소(113)의 배향을 결정함으로써, 사용자(200)의 적어도 하나의 신체 부분의 배향이 결정될 수 있으며, 예를 들어, 제어 요소(113)를 홀딩하는 손 및/또는 팔의 위치가 결정될 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 다른 실시예들이 가능하며, 예를 들어, 비콘 디바이스들(204)이 상이한 방식으로 사용자(200)에 의해 홀딩되고/되거나 부착될 수 있다.

예를 들어, 검출기 디바이스(111)를 사용하여, 사용자(200) 및/또는 사용자(200)의 신체 부분의 배향에서의 움직임 및/또는 변화가 식별될 수 있다. 예를 들면, 도 6에서 예시된 바와 같이, 사용자(200)의 손 움직임 및/또는 특정 손 자세(posture)가 검출될 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 사용자(200)의 다른 타입의 기하학적 정보가 하나 이상의 검출기들(110)을 갖는 검출기 디바이스(111)에 의해 검출될 수 있다. 이를 위해, 사용자(200) 및/또는 사용자(200)의 하나 이상의 신체 부분들에 대한 하나 이상의 배향들, 및, 선택적으로는, 하나 이상의 위치들 및/또는 하나 이상의 위치 정보의 아이템들이 적어도 하나의 검출기 디바이스(111)에 의해 식별될 수 있다. 따라서, 예를 들면 대응하는 명령 리스트와의 비교에 의해, 사용자(200)가 특정 입력을 실행하기를 원한다는 것을, 예를 들면 머신(202)에 제어 명령을 제공하기를 원한다는 것 및/또는 특정 정보를 입력하기를 원한다는 것을 인식할 수 있다. 부착되거나/부착되고 거기에 일체화되며 사용자(200)에 의해 핸들링되고/되거나 착용될 수 있는 비콘 디바이스들(204)를 갖는 제어 요소(113)는, 바람직하게는 사용자(200)의 의류, 장갑 및 사용자(200)가 움직이는 물품, 예를 들어, 스틱, 배트, 클럽, 라켓, 지팡이, 장난감, 예를 들어, 장난감 총으로 구성된 리스트로부터 선택될 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 비콘 디바이스(204) 각각은 능동 비콘 디바이스들 및/또는 수동 비콘 디바이스들로서 독립적으로 구현될 수 있다. 따라서, 비콘 디바이스들(204) 각각은 하나 이상의 조사 소스들(192) 및/또는 도 6에서 예시된 바와 같이, 하나 이상의 1 차 광 빔들(206)을 반사하기 위한 하나 이상의 반사 요소들을 독립적으로 포함할 수 있으며, 이것에 의해 그 각각은 광 빔들(138)을 적어도 하나의 검출기(110)로 향하게 하도록 구성될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 그리고 위에서 보다 상세하게 설명된 바와 같이, 광 빔들(138) 각각은 적어도 하나의 특징적 특성, 예를 들면 적어도 하나의 고유 특징적 특성을 가질 수 있으며, 이러한 특성은 그것으로부터 각각의 광 빔(138)이 검출기(110)를 향해 전송되는 각각의 비콘 디바이스(204)를 식별하기 위해 사용될 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 이러한 특징적 특성들은 예를 들면, 각각의 비콘 디바이스들(204)에 대한 상이한 변조 주파수들 f1, f2 및 f3을 말한다.

셋업 및/또는 머신(202)은 하나 또는 복수의 다른 인간-머신 인터페이스들을 더 포함할 수 있고, 이것들은 반드시 본 발명에 따라 구현될 필요는 없으며, 이러한 인터페이스들은 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 디스플레이(208) 및/또는 적어도 하나의 키보드(210)이다. 추가적 또는 대안적으로는, 다른 타입의 인간-머신 인터페이스들이 제공될 수도 있다. 머신(202)은, 원칙적으로, 임의의 소정 타입의 머신 또는 머신들의 조합, 예를 들면, 개인용 컴퓨터일 수 있다.

적어도 하나의 평가 디바이스(142) 및/또는 이것의 하나 이상의 부분들은 추적 시스템(199)의 추적 컨트롤러(201)로서 더 기능할 수 있다. 추가적 또는 대안적으로, 하나 이상의 추가 추적 컨트롤러들(201)에는, 예를 들어, 하나 이상의 추가 데이터 평가 디바이스들이 제공될 수 있다. 추적 컨트롤러(201)는 하나 이상의 데이터 메모리들, 예를 들어, 하나 이상의 휘발성 및/또는 비-휘발성 메모리들이거나 이들을 포함할 수 있다. 이 적어도 하나의 데이터 메모리 내에는, 하나 이상의 물체들(112) 또는 물체(112)의 부분들 및/또는 사용자(200) 및/또는 사용자(200)의 하나 이상의 신체 부분들의 복수의 후속하는 배향들 및/또는 위치들이, 과거 궤적을 저장하는 것을 가능하게 하기 위해 저장될 수 있다. 추가적 또는 대안적으로는, 후속 궤적이 예를 들어 산출, 외삽 또는 임의의 다른 적합한 알고리즘에 의해 예측될 수 있다. 일 예로서, 물체(112) 또는 물체의 부분의 과거 궤적이, 물체(112) 또는 물체의 부분의 미래 배향 및/또는 미래 궤적 또는 미래 위치 중 적어도 하나를 예측하기 위해, 미래 값들로 외삽될 수 있다.

엔터테인먼트 디바이스(198)의 맥락에서, 상기 머신(202)은 예를 들면, 적어도 하나의 엔터테인먼트 함수, 예를 들면 적어도 하나의 게임을, 특히 디스플레이(208) 상에서의 적어도 하나의 그래픽 표시 및 선택적으로는 대응하는 오디오 입력과 함께, 수행하도록 설계될 수 있다. 사용자(200)는 적어도 하나의 정보 아이템을, 예를 들면 인간-머신 인터페이스(196) 및/또는 하나 이상의 다른 인터페이스들을 통해 입력할 수 있으며, 엔터테인먼트 디바이스(198)는 이 정보에 따라 엔터테인먼트 함수를 변경하도록 설계된다. 예를 들어, 하나 이상의 가상 물품들, 예를 들면, 게임 내의 가상 인물의 특정 움직임 및/또는 게임 내의 가상 차량들의 움직임들이 사용자(200) 및/또는 사용자(200)의 하나 이상의 신체 부분들 및/또는 적어도 하나의 제어 요소(113)의 대응하는 움직임들에 의해 제어될 수 있으며, 이러한 움직임들은, 결국, 검출기 디바이스(111)에 의해 인식될 수 있다. 적어도 하나의 검출기 디바이스(111)를 사용하여, 사용자(200)에 의한 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능의 다른 타입의 제어가 또한 가능하다.

도 7 내지 도 10에는, 거기에 부착되거나 일체화된 비콘 디바이스들(204)을 갖는, 적어도 하나의 물체(112), 구체적으로, 제어 요소(119)의 배향을 결정하기 위한 다양한 가능성들이 도시되어 있다. 따라서, 위에서 설명한 바와 같이, 검출기 디바이스(111)를 사용하여 및/또는 본 발명에 따른 방법을 사용하여, 물체(112)의 배향의 결정은 각각의 비콘 디바이스들(204)의 적어도 길이방향 좌표들을 결정함으로써 달성된다. 일반적으로, 각각의 비콘 디바이스들(204), 비콘 디바이스들(204) 중 적어도 하나, 바람직하게는 비콘 디바이스들(204) 중 2개 이상의 것 및 가장 바람직하게는, 모든 비콘 디바이스들(204)의 좌표들의 전체 세트가 결정되며, 검출기(110)의 좌표계에서의 물체(112)의 배향은, 비콘 디바이스들(204)의 적어도 길이방향 좌표들을 사용함으로써 그리고 바람직하게는, 추가적으로 비콘 디바이스들(204)의 다른 좌표들, 예를 들어, 횡단방향 좌표들을 사용함으로써 결정된다. 결과적으로, 검출기 디바이스(111)는 전술한 실시예들에서 설명된, 길이방향 광학 센서들(132) 중 하나 이상의 것, 및, 선택적으로 및 바람직하게는, 추가적으로 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서(130), 예를 들어, 전술한 실시예들 중 하나 이상의 실시예들에서 설명된 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서(130)를 포함할 수 있다.

도 7에는, 물체(112)의 배향을 결정하는 일반적인 예가 개시되어 있다. 여기에서, 물체(112), 예를 들어, 제어 디바이스(113)는, 적어도 2개, 더욱 바람직하게는 적어도 3개의 비콘 디바이스들(204)을 포함하며, 이 비콘 디바이스들은 물체(112)의 좌표계(212)에서 위치들 L1, L2 및 L3에 위치된다. 일 예로서, 좌표계(212)는 카테시안 좌표계일 수 있다. 그러나, 추가적 또는 대안적으로, 다른 타입의 좌표계들이 사용될 수도 있다. 일 예로서, 제어 요소(113)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 골프 클럽의 형상을 가질 수 있으며, 비콘들 중 하나(L2)는 좌표계(212)의 원점에 위치한다. 다른 비콘(204)(L1)이 좌표계(212)의 y'-축 상에 위치하며, 비콘(204) 중 제 3의 것(L3)은 좌표계(212)의 x'-축에 위치한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 위에서 개시된 방법을 사용함으로써 및 비콘 디바이스들(204)로부터 검출기 디바이스(110)로 향하여 움직이는 광 빔들(138)을 분석함으로써, 검출기(110)의 좌표계(214) 내에서의 비콘 디바이스들(204)의 적어도 길이방향 좌표들(z-좌표들)이 결정될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 이러한 길이방향 좌표들 간의 차 값들(ΔZ1, ΔZ2 및 ΔZ3으로 표시됨)을 형성함으로써, 물체(112)의 배향이 결정될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 검출기(110)의 좌표계(214)에서, 비콘 디바이스 L1은 좌표들(x₁, y₁, z₁)을 가질 수 있고, 비콘 디바이스 L2는 좌표들(x₂, y₂, z₂)을 가질 수 있으며, 비콘 디바이스 L3은 좌표들(x₃, y₃ 및 z₃)을 가질 수 있다. z-좌표들만이 검출기(110)에 의해 결정되는 경우, 이러한 길이방향 좌표들은 통상적으로 물체(112)의 배향을 결정하는데 있어서 충분하다. 따라서, 좌표 차들 ΔZ1 = z₂ - z₁, ΔZ2 = z₃ - z₂, 및 ΔZ3 = z₃ - z₁이 물체(112)의 배향을 결정하는 것을 가능하게 한다. 일 예로서, ΔZ1 = 0 및 ΔZ2 > 0인 경우, 간단한 삼각법 관계(trigonometric relationship)에 의해, 물체(112)가 각 sin α = ΔZ2 / X₃ 만큼 좌표계(214)의 y-축을 중심으로 기울어짐이 결정될 수 있다. 다른 기하학적 관계들이 보다 용이하게 결정될 수 있다. 결과적으로, 좌표계(214)에서 물체(112)의 배향이 결정될 수 있으며, 적합한 좌표 변환들이 좌표계(212)의 좌표들을 좌표계(214)의 좌표들로 또는 그 반대로 변환하기 위해서 수행될 수 있다.

도 8a 내지 도 8d에는, 좌표 변환의 예가 개시되어 있으며, 이 예는 물체(112)의 배향, 및, 선택적으로는, 물체(112)의 공간적 위치를, 검출기(110)의 좌표계(214) 내에서 결정하는 것을 가능하게 한다. 이를 위해, 비콘 디바이스들(204)의 좌표들

및

이 검출기(110)를 사용하여, 검출기(110)의 좌표계(214) 내에서 결정된다. 위에서 설명한 바와 같이, 이를 위해, 비콘 디바이스들(204)은 각기 변조 주파수들 f1, f2 및 f3을 갖는 광 빔들(138)을 제공하도록 구성될 수 있다.

물체(112)의 상대적인 배향은, 이 예시적인 실시예에서 요우 각(ψ), 피치 각(θ) 및 롤 각(φ)으로 명명되는 3개의 각들에 의해 결정된다. 물체(112)의 절대 위치는 하나 이상의 절대 좌표들, 예를 들어, 좌표들

및

중 하나 이상에 의해 결정될 수 있다. 각들 ψ, θ 및 φ는 일 예시적인 실시예에서, 도 8a에 도시된다.

먼저, 좌표들

및

을 사용하여, 고유벡터들(eigenvectors)의 세트들이 다음과 같이 결정될 수 있다:

및 정규화된 법선 벡터(normal vector):

법선 벡터

은 물체(210)의 좌표계(212)의 롤 축 x'에 대응한다.

도 8c에서 볼 수 있는 바와 같이, 롤 축의 좌표계(214)의 x,y-플레인 상으로의 투영은 다음의 벡터를 야기한다:

이로부터, 요우 각(ψ)이 다음에 의해 결정될 수 있다:

마찬가지로, 피치 각(θ)이 다음과 같이 롤 축의 z 좌표로부터 결정될 수 있다:

도 8d에 도시된 바와 같이, 롤 각(φ)은 다음의 스칼라 곱을 사용하여 결정될 수 있다:

여기서,

여기서, 롤 각(φ)의 확실도(unambiguousness)는 다음과 같이 기록되어야 한다:

스칼라 곱들 및 벡터 곱들에서, 각 경우에, 정규화된 벡터들(값 1로 정규화됨)이 삽입되어야 한다.

따라서, 검출기(110) 및 비콘 디바이스들(204)의 좌표를 사용하여, 물체(112)의 배향, 및, 선택적, 추가적으로는 물체(112)의 위치가 확실하게 기술될 수 있다.

도 9에는, 2개의 비콘 디바이스들(204)만을 가진 상황이 도시되어 있다. 이 경우에, 비콘 디바이스들(204)에 대한 좌표들

은 검출기(110)를 사용하여 결정될 수 있다. 이 경우, 물체(112)에 대한 배향 정보는 요우 각(Ψ) 및 피치 각(θ)으로 환원된다.

다시, 다음과 같은 정규화된 방향 벡터를 사용하여

요우 각(Ψ) 및 피치 각(θ)이 다음과 같이 도출될 수 있다:

위에서 설명한 바와 같이, 물체(212)는 검출기 시스템(115)의 일부이다. 따라서, 일반적으로, 물체 자체 및/또는 비콘 디바이스들(204)의 배치가 영향을 받을 수 있다. 결과적으로, 비콘 디바이스들(204)의 위치 및 배열은 물체(112)의 배향을 결정하기 위한 알고리즘이 단순화될 수 있도록 선택될 수 있다. 이러한 일반적인 옵션은 도 10과 관련하여 개략될 것이며, 일반적으로 본 발명의 임의의 실시예에 적용가능하다.

따라서, 도 10에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서 또는 다른 실시예들에서, 다음 중 하나 이상의 것으로 비콘 디바이스들이 배열되도록 비콘 디바이스들을 위치시키는 것이 유용할 수 있다:

- 삼각형 배열로 배열되고, 이 삼각형 배열은 직사각형을 형성,

- 삼각형 배열로 배열되고, 이 삼각형 배열은 이등변 삼각형을 형성,

- 직사각형 배열로 배열되고, 이 직사각형 배열은 직각 이등변 삼각형을 형성.

4개 이상의 비콘 디바이스들이 존재하는 경우, 이 비콘 디바이스들 중의 적어도 3개는 전술한 조건들을 만족시킬 수 있다.

도 10에 도시된 예시적인 실시예서, 비콘 디바이스들은 삼각형 배열로 배열되며, 이 삼각형은 직사각형, 이등변 삼각형을 형성하고, L₁은 삼각형의 선단을 형성하고, L₂ 및 L₃ 각각은 L₁으로부터의 거리 D에 배열된다.

F1으로부터의 F2 및 F3의 이러한 알려진 그리고 동일한 거리들은 좌표 결정의 리던던시 및 정확성을 증가시킨다. 따라서, L₂는 다음에 의해 산출될 수 있다:

여기서,

또는

결과적으로,

은

및 △x 및 △z(위에서 설명한 바와 같음), △x 및 △y, 및 △y 및 △z으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있는 거리들의 쌍에 의해 표현될 수 있다. 이 사실은 비콘 F2의 좌표들 x₂, y₂ 및 z₂의 직접적인 측정의 정밀도를 증가시키기 위해 사용될 수도 있다. 비콘 F3도 유사한 방식으로 표현될 수 있다.

따라서, 본 발명은 다양한 방식들로 사용될 수 있는, 공간에서 물체(112)의 배향을 결정하기 위한 매우 많은 잠재적 실시예들을 제공한다.

위에서 설명한 바와 같이, 검출기 시스템(115)은 다양한 방식들로 구현될 수 있으며, 검출기(110) 및/또는 검출기 디바이스(111)는 핸드헬드 디바이스 또는 임의의 다른 방식에서와 같이 독립형 디바이스로서 구현된다. 구체적으로, 도 11에 도시된 검출기 시스템(115)의 예시적인 실시예에서 도시된 바와 같이, 검출기(110)는 물품(218)에 부착될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 검출기(110)는 정지형 또는 이동형 물품(218)에 부착될 수 있다. 예시적인 실시예로서, 물품(218)은 텔레비전 세트(220) 또는 가상 양궁의 타겟으로서 구현될 수 있다.

적어도 2개의 비콘 디바이스들(204)이 부착되고/되거나 적어도 2개의 비콘 디바이스들(204)이 일체화된 물체(112)는 구체적으로 검출기(110)에서 포인팅될 수 있는 포인터(222) 로서 구현될 수도 있다.

예를 들면, 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서(130) 및/또는 적어도 하나의 길이방향 광학 센서(132)를 포함하는 검출기(110)는 특히 전체적으로 또는 부분적으로 투과성 검출기(110)로서 구현될 수 있다. 따라서, 물품(218)은 특히 전체적으로 또는 부분적으로 검출기(110)를 통해 눈에 보일 수가 있다. 예를 들면, 검출기(110)는 전체적으로 또는 부분적으로 투과성 검출기 호일(foil)(224)로서 구현될 수 있으며, 이 호일은 물품(218)의 전방 측면에, 예를 들어, 텔레비전 세트(220)의 화면에 접착 방식으로 적용될 수 있다. 따라서, 포인터(222)를 텔레비전 세트(220)의 화면을 향해 포인팅함으로써, 2개 또는 그보다 많은 광 스폿들(226)이 검출기(110) 상에서 생성될 수 있다. 횡단방향 광학 센서(130)의 x-y-검출에 대한 전술한 기술들을 사용함으로써, 포인터(222)의 횡단방향 좌표들이 결정될 수 있다. 추가적 또는 대안적으로는, 광 스폿들(226) 및/또는 그들의 직경 또는 등가 직경을, FiP 효과 및 적어도 하나의 길이방향 광학 센서(132)를 사용하여 평가함으로써, 포인터(222)의 길이방향 좌표가 결정될 수 있다. 적어도 하나의 길이방향 좌표는 절대 좌표를 포함할 수 있고/있거나 길이방향 위치의 변화들에 대한 정보를 포함할 수 있다. 따라서, 포인터(222)로부터 검출기(110)를 향해 이동하는 광 빔들(138) 중의 하나 이상은 꾸준히 증가하는 직경을 가진 발산광 빔들일 수 있다. 적어도 하나의 길이방향 광학 센서(132)의 센서 신호들을 평가함으로써, 직경에 있어서의 증가, 및, 이에 따른, 포인터(222)와 검출기(110) 간의 거리에 있어서의 증가가 결정될 수 있다.

110: 검출기
111: 검출기 디바이스
112: 물체
113: 제어 요소
114: 광학 센서들
115: 검출기 시스템
116: 광축
118: 하우징
120: 변환 디바이스
122: 렌즈
124: 개구
126: 뷰의 방향
128: 좌표계
130: 횡단방향 광학 센서
132: 길이방향 광학 센서
134: 길이방향 광학 센서 스택
136: 센서 영역
138: 광 빔
140: 횡단방향 신호 리드
142: 평가 디바이스
144: 마지막 길이방향 광학 센서
146: 길이방향 신호 리드들
148: 횡단방향 평가부
150: 길이방향 평가부
152: 위치 정보
154: 데이터 처리 디바이스
156: 변환부
158: 기재
160: 제 1 전극
162: 차단 층
164: n-반도체 금속 산화물
166: 염료
168: p-반도체 유기 재료
170: 제 2 전극
172: 캡슐화부
174: 전극 컨택트
176: 부분 전극
178: 부분 전극, x
180: 부분 전극, y
182: 컨택트 리드들
184: 광 스폿
186: 이미지
188: 전기 도전 폴리머
190: 상단 컨택트
192: 조사 소스
194: 초점
196: 인간-머신 인터페이스
198: 엔터테인먼트 디바이스
199: 추적 시스템
200: 사용자
201: 추적 컨트롤러
202:: 머신
204: 비콘 디바이스
206: 1 차 광 빔
208: 디스플레이
210: 키보드
212: 물체의 좌표계
214: 검출기의 좌표계
216: 모션 센서
218: 물품
220: 텔레비전 세트
222: 포인터
224: 투과성 검출기 호일
226: 광 스폿

Claims (26)

1. 적어도 하나의 물체(112)의 배향을 결정하기 위한 검출기 디바이스(111)로서,
   적어도 2개의 비콘 디바이스들(204)―상기 비콘 디바이스들(204)은 상기 물체(112)에 부착된 방식, 상기 물체(112)에 의해 홀딩된 방식 및 상기 물체(112)에 일체화되는 방식 중 적어도 하나의 방식으로 존재하도록 구성되며, 상기 비콘 디바이스들(204) 각각은 광 빔들(138)이 검출기(110)를 향하게 하도록 구성되며, 상기 비콘 디바이스들(204)은 상기 물체(112)의 좌표계에서 사전 결정된 좌표들을 가짐―과,
   상기 비콘 디바이스들(204)로부터 상기 검출기(110)를 향해서 이동하는 상기 광 빔들(138)을 검출하도록 구성된 적어도 하나의 검출기(110)와,
   적어도 하나의 평가 디바이스(142)―상기 평가 디바이스(142)는 상기 검출기(110)의 좌표계 내에서의 상기 비콘 디바이스들(204) 각각의 길이방향 좌표들을 결정하도록 구성되며, 상기 평가 디바이스(142)는 상기 비콘 디바이스들(204)의 상기 길이방향 좌표들을 사용하여 상기 검출기(110)의 상기 좌표계 내에서 상기 물체(112)의 배향을 결정하도록 더 구성됨―를 포함하는
   검출기 디바이스.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 평가 디바이스(142)는 상기 검출기(110)의 좌표계 내에서의 상기 물체(112)의 적어도 하나의 지점의 절대 위치를 결정하도록 더 구성되는
   검출기 디바이스.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 검출기 디바이스(111)는 적어도 3개의 비콘 디바이스들(204)을 포함하는
   검출기 디바이스.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 검출기(110)는 상기 비콘 디바이스들(204) 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 횡단방향 좌표를 결정하도록 더 구성되며,
   상기 평가 디바이스(142)는 상기 적어도 하나의 횡단방향 좌표를 더 사용함으로써 상기 좌표계 내에서의 상기 물체(112)의 배향을 결정하도록 더 구성되는
   검출기 디바이스.
   
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 비콘 디바이스들(204) 각각은 광을 방사하도록 구성된 적어도 하나의 조사 소스를 갖는 자가-방사성 비콘 디바이스; 광을 반사하도록 구성된 적어도 하나의 반사기를 갖는 수동 비콘 디바이스로 구성된 그룹으로부터 독립적으로 선택되는
   검출기 디바이스.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 비콘 디바이스들(204)은 상기 비콘 디바이스들(204)로부터 상기 검출기(110)를 향해서 이동하는 상기 광 빔들(138)이 서로 구별가능하게 되도록 구성되는
   검출기 디바이스.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 광 빔들(138)은 스펙트럼 특성, 색상, 변조 주파수, 변조 진폭, 펄스 폭, 듀티 사이클, 위상으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 특성에 대해서 서로 구별가능한
   검출기 디바이스.
   
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
   상기 검출기 디바이스(111)는 상기 비콘 디바이스들(204)로부터 발생하는 광 빔들(138)을 구별하고 각 광 빔을 그의 각각의 비콘 디바이스로 할당하도록 구성되는
   검출기 디바이스.
   
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 평가 디바이스(142)는 적어도 2개의 배향 각들을 제공함으로써 상기 물체(112)의 배향을 결정하도록 구성되는
   검출기 디바이스.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스(142)는 요우(yaw) 각(ψ) 및 피치(pitch) 각(θ); 요우 각(ψ), 피치 각(θ) 및 롤(roll) 각(φ); 오일러(Euler) 각들로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 각 조합(angle combination)을 제공함으로써 상기 물체(112)의 배향을 결정하도록 구성되는
    검출기 디바이스.
    
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기(110)는 적어도 하나의 길이방향 광학 센서(132)를 포함하며,
    상기 길이방향 광학 센서(132)는 적어도 하나의 센서 영역(136)을 가지며, 상기 길이방향 광학 센서(132)는 상기 광 빔들(138)의 상기 센서 영역(136)의 조사에 의존하는 방식으로 길이방향 센서 신호들을 생성하도록 설계되며, 상기 길이방향 센서 신호들은, 동일한 총 조사 전력(power)이 주어지면, 상기 센서 영역(136)에서의 상기 광 빔들(138)의 빔 단면에 의존하며,
    상기 평가 디바이스(142)는 상기 길이방향 센서 신호들을 평가함으로써 상기 비콘 디바이스들(204)의 상기 길이방향 좌표들을 결정하도록 설계되는
    검출기 디바이스.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 길이방향 광학 센서(132)는 투과성 광학 센서인
    검출기 디바이스.
    
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 길이방향 광학 센서(132)는 적어도 하나의 염료-감응 태양 전지를 포함하는
    검출기 디바이스.
    
14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스(142)는 상기 조사의 기하구조와 상기 검출기(110)에 대한 각각의 상기 비콘 디바이스(204)의 상대적 위치 결정 간의 적어도 하나의 사전 정의된 관계로부터 상기 비콘 디바이스들(204)의 상기 길이방향 좌표들을 결정하도록 설계된
    검출기 디바이스.
    
15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기(110)는 복수의 상기 길이방향 광학 센서(132)들을 가지며,
    상기 길이방향 광학 센서(132)들은 적층된
    검출기 디바이스.
    
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 길이방향 광학 센서(132)들은 상기 비콘 디바이스들(204) 중 적어도 하나로부터 상기 검출기(110)를 향해서 이동하는 광 빔이 모든 길이방향 광학 센서(132)들을 조사하도록 배열되며,
    상기 적어도 하나의 길이방향 센서 신호는 각각의 길이방향 광학 센서(132)에 의해 생성되며,
    상기 평가 디바이스(142)는 상기 길이방향 센서 신호들을 정규화하고 상기 광 빔(138)의 강도와 무관한 각각의 상기 비콘 디바이스의 상기 길이방향 좌표를 생성하도록 구성된
    검출기 디바이스.
    
17. 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스(142)는 상기 적어도 하나의 길이방향 센서 신호로부터 상기 각각의 광 빔(204)의 직경을 결정함으로써 각 비콘 디바이스(204)의 상기 길이방향 좌표를 결정하도록 구성된
    검출기 디바이스.
    
    
18. 제 7 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기(110)는 적어도 하나의 횡단방향 광학 센서(130)를 더 포함하며,
    상기 횡단방향 광학 센서(130)는 상기 광 빔들(138)의 횡단방향 위치를 결정하도록 구성되며,
    상기 횡단방향 위치는 상기 검출기(110)의 광축(116)에 수직인 적어도 하나의 차원에 있는 위치이며,
    상기 횡단방향 광학 센서(130)는 횡단방향 센서 신호들을 생성하도록 구성되며,
    상기 평가 디바이스(142)는 상기 횡단방향 센서 신호들을 평가함으로써 상기 비콘 디바이스들(204) 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 상기 횡단방향 좌표를 결정하도록 설계된
    검출기 디바이스.
    
19. 검출기 시스템(115)으로서,
    제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기 디바이스(111)를 포함하며,
    상기 시스템은 적어도 하나의 물체(112)를 더 포함하며,
    상기 비콘 디바이스들(204)은 상기 물체(112)에 부착되거나, 상기 물체(112)에 의해 홀딩되거나 상기 물체(112)에 일체화되는
    검출기 시스템.
    
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 물체(112)는 강성의(rigid) 물체(112)인
    검출기 시스템.
    
21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 물체(112)는 스포츠 장비 물품, 바람직하게는 라켓, 클럽, 배트로 구성된 그룹으로부터 선택된 물품; 의류 물품; 모자; 신발; 포인터, 구체적으로 레이저 포인터 또는 텔레비전 제어기로 구성된 그룹으로부터 선택된
    검출기 시스템.
    
22. 사용자(200)와 머신(202) 간에서 적어도 하나의 정보 아이템을 교환하기 위한 인간-머신 인터페이스(196)로서,
    상기 인간-머신 인터페이스(196)는 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기 디바이스(111)를 포함하며,
    비콘 디바이스들(204)은 상기 사용자(200)에 직접적으로 또는 간접적으로 부착된 구성 및 상기 사용자(200)에 의해 홀딩되는 구성 중 적어도 하나의 구성을 가지며,
    상기 인간-머신 인터페이스(196)는 상기 검출기 디바이스(111)에 의해 상기 사용자(200)의 배향을 결정하도록 설계되며,
    상기 인간-머신 인터페이스(196)는 적어도 하나의 정보 아이템을 상기 배향에 할당하도록 설계된
    인간-머신 인터페이스.
    
23. 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 디바이스(198)로서,
    상기 엔터테인먼트 디바이스(198)는 제 22 항에 따른 적어도 하나의 인간-머신 인터페이스(196)를 포함하며,
    상기 엔터테인먼트 디바이스(198)는 적어도 하나의 정보 아이템이 상기 인간-머신 인터페이스(196)를 사용하여 플레이어에 의해 입력되게 할 수 있도록 설계되며,
    상기 엔터테인먼트 디바이스(198)는 상기 정보에 따라서 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 설계된
    엔터테인먼트 디바이스.
24. 적어도 하나의 이동가능한 물체(112)의 배향을 추적하기 위한 추적 시스템(199)으로서,
    상기 추적 시스템(199)은 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기 디바이스(111)를 포함하며,
    상기 추적 시스템(199)은 적어도 하나의 추적 컨트롤러(201)를 더 포함하며,
    상기 추적 컨트롤러(210)는 특정 시점들에서 상기 물체(112)의 일련의 배향들을 추적하도록 구성된
    추적 시스템.
    
25. 적어도 하나의 물체(112)의 배향을 결정하는 방법으로서,
    적어도 하나의 방사 단계―적어도 2개의 비콘 디바이스들(204)이 사용되고, 상기 비콘 디바이스들(204)은 상기 물체(112)에 부착된 방식, 상기 물체(112)에 의해 홀딩된 방식 및 상기 물체(112)에 일체화되는 방식 중 적어도 하나의 방식으로 존재하며, 상기 비콘 디바이스들(204) 각각은 광 빔들(138)이 검출기(110)를 향하게 하며, 상기 비콘 디바이스들(204)은 상기 물체(112)의 좌표계에서 사전 결정된 좌표들을 가짐―와,
    적어도 하나의 검출 단계―상기 비콘 디바이스들(204)로부터 상기 검출기(110)를 향해서 이동하는 상기 광 빔들(138)이 상기 검출기(110)에 의해 검출됨―와,
    적어도 하나의 평가 단계―상기 비콘 디바이스들(204) 각각의 길이방향 좌표들이 상기 검출기(110)의 좌표계에서 결정되며, 상기 물체(112)의 배향이 상기 비콘 디바이스들(204)의 상기 길이방향 좌표들을 사용함으로써 상기 검출기(110)의 상기 좌표계 내에서 결정됨-를 포함하는
    물체의 배향을 결정하는 방법.
    
26. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 검출기 디바이스(111)의 용도로서,
    교통 기술에서 배향 측정; 엔터테인먼트 응용; 보안 응용; 인간-머신 인터페이스(196) 응용; 추적 응용; 위치 결정 시스템으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 사용 목적을 위한
    용도.

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