KR20170094200A - 광 검출기 - Google Patents

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KR20170094200A
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인그마르 브루더
세바스티안 발루치
스테판 이레
어빈 티엘
헤이코 헹겐
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바스프 에스이
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Abstract

적어도 하나의 공간 광 변조기(114)의 픽셀(134)을 제어하는 방법이 개시된다. 공간 광 변조기(114)는 픽셀의 매트릭스(132)를 갖는다. 각 픽셀(134)은 개별적으로 제어 가능하다. 방법은, 적어도 하나의 이미지(331), (342)를 수신하는 단계와, 이미지(331), (344) 내에 적어도 하나의 이미지 세그먼트(333)를 정의하는 단계와, 각 이미지 세그먼트(333), (348)에 적어도 하나의 그레이 스케일 값을 할당하는 단계와, 각 이미지 세그먼트(333), (350)에 픽셀 매트릭스(132)의 적어도 하나의 픽셀(134)을 할당하는 단계와, 적어도 하나의 이미지 세그먼트(333), (352)에 할당된 각 그레이 스케일 값에 고유 변조 주파수를 할당하는 단계와, 적어도 하나의 이미지 세그먼트(333)에 할당된 상기 픽셀 매트릭스(132)의 적어도 하나의 픽셀(134)을 상기 각 이미지 세그먼트(333), (354)에 할당된 고유 변조 주파수로 제어하는 단계를 포함한다.

Description

광 검출기{OPTICAL DETECTOR}
본 발명은 예를 들어, WO 2012/110924 A1, US 2012/0206336 A1, WO 2014/097181 A1, US 2014/0291480 A1 또는 아직 미공개된 2013년 8월 19일자의 US 가출원 61/867,180, 미공개된 2013년 11월 20일자의 US 가출원 61/906,430, 미공개된 2013년 12월 11일자 US 가출원 61/914,402 뿐만 아니라, 2014년 3월 6일자의 미공개 독일 특허 출원 10 2014 006 279.1, 2014년 6월 10일자의 유럽 특허 출원 14171759.5, 2014년 8월 15일자 국제 특허 출원 PCT/EP2014/067466 및 2014년 8월 15일자 US 특허 출원 14/460,540에 기재된 바와 같은 광 검출기에 관한 일반적인 아이디어에 기초하며, 이들 모두의 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 발명은 적어도 하나의 공간 광 변조기의 픽셀을 제어하는 방법, 특히 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 광 검출 방법, 변조기 디바이스, 변조기 어셈블리, 광 검출기 및 검출기 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 사용자와 머신 사이에서 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 휴먼-머신 인터페이스, 엔터테인먼트 디바이스, 추적 시스템, 카메라 및 광 검출기의 다양한 용도에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디바이스, 시스템, 방법 및 용도는 예를 들어 일상 생활, 게임, 교통 기술, 생산 기술, 보안 기술, 예술을 위한 디지털 사진촬영 또는 비디오 사진촬영과 같은 촬영 기술, 문서화 또는 기술적 목적, 의료 기술의 다양한 영역에 또는 과학에 적용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 애플리케이션은 하나 이상의 방, 하나 이상의 건물 또는 하나 이상의 거리의 맵을 생성하는 것과 같이 공간의 맵핑 분야에 적용될 수 있다. 그러나 다른 애플리케이션도 가능하다.
복수의 광 검출기, 광 센서 및 광전지 디바이스는 종래 기술로부터 알려져 있다. 광전지 디바이스는 일반적으로 전자기 방사선, 예를 들어 자외선, 가시 광빔 또는 적외선을 전기 신호 또는 전기 에너지로 변환하는 데 사용되지만, 광 검출기는 일반적으로 이미지 정보를 수집하고 및/또는 적어도 하나의 광학 파라미터, 예를 들면, 밝기를 검출하는 데 사용된다.
일반적으로 무기 및/또는 유기 센서 물질의 사용을 기초로 할 수 있는 복수의 광 센서는 종래 기술로부터 알려져있다. 이러한 센서의 예는 US 2007/0176165 A1, US 6,995,445 B2, DE 2501124 A1, DE 3225372 A1 또는 복수의 다른 선행 기술 문헌에 개시되어있다. 꾸준히 증가하는 특히 비용상의 이유 때문에 그리고 대면적 처리의 이유 때문에, 예를 들어 US 2007/0176165 A1에 개시된 바와 같이, 적어도 하나의 유기 센서 물질을 포함하는 센서가 사용되고 있다. 특히, 예를 들어 WO 2009/013282 A1에 기술되어 있는 소위 염료 태양 전지(dye solar cell)의 중요성이 증가하고 있다.
다른 일례로서, WO 2013/14477 A1에는 불소화된 음이온을 갖는 퀴놀리늄 염료(quinolinium dye)와, 불소화된 음이온을 갖는 이러한 종류의 퀴놀리늄 염료로 감광된 산화물 반도체 미립자로 이루어진 다공성 필름을 포함하는 전극 층과, 이러한 종류의 전극 층을 구비하는 광전 변환 디바이스와, 이러한 광전 변환 디바이스를 구비하는 염료 감응형 태양 전지(dye sensitized solar cell)가 개시되어 있다.
이러한 광 센서에 기초하여 적어도 하나의 물체를 검출하기 위한 많은 검출기가 공지되어 있다. 이러한 검출기는 각 사용 목적에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 이러한 검출기의 예는 이미징 디바이스, 예를 들면, 카메라 및/또는 현미경이 있다. 예를 들어, 고해상도 공초점(confocal) 현미경이 알려져 있으며, 이 현미경은 생물학적 샘플을 높은 광학 해상도로 검사하기 위해 특히 의료 기술 및 생물학의 분야에 사용될 수 있다. 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기의 또 다른 예는 예를 들어, 해당 광 신호, 예를 들어 레이저 펄스의 전파 시간 방법에 기초한 거리 측정 디바이스이다. 물체를 광학적으로 검출하는 검출기의 또 다른 예는 마찬가지로 거리 측정이 수행될 수 있는 삼각 측량 시스템이다.
US 2007/0080925 A1에서, 저전력 소비 디스플레이 디바이스가 개시되어 있다. 이 문헌에서는 디스플레이 디바이스가 전기 에너지에 응답하여 정보를 디스플레이하도록 하고 그리고 입사 방사선에 응답하여 전기 에너지를 생성하도록 하는 광활성 층이 이용된다. 단일 디스플레이 디바이스의 디스플레이 픽셀은 디스플레이용 픽셀과 생성용 픽셀로 분리될 수 있다. 디스플레이용 픽셀은 정보를 디스플레이할 수 있으며 생성용 픽셀은 전기 에너지를 생성할 수 있다. 생성된 전기 에너지는 이미지를 발생하게 만드는 전력을 제공하는데 사용될 수 있다.
EP 1 667 246 A1에는 동일한 공간 위치를 가진 전자기 방사선의 하나 이상의 스펙트럼 대역을 감지할 수 있는 센서 요소가 개시되어 있다. 이 요소는 전자기 방사선의 상이한 스펙트럼 대역을 각기 감지할 수 있는 하위 요소의 스택으로 구성된다. 하위 요소 각각은 비 실리콘 반도체(non-silicon semiconductor)를 포함하며, 각 하위 요소 내의 비 실리콘 반도체는 전자기 복사의 상이한 스펙트럼 대역에 감응하고 및/또는 감응되도록 감응화되었다.
그 내용이 본 명세서에 참조로 포함되는 WO 2012/110924 A1에는 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기가 제안된다. 검출기는 적어도 하나의 광 센서를 포함한다. 광 센서는 적어도 하나의 센서 영역을 갖는다. 광 센서는 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 조명의 동일한 총 전력을 고려해 보면, 센서 신호는 조명의 기하학적 구조, 특히 센서 영역상의 조명의 빔 단면에 의존한다. 검출기는 또한 적어도 하나의 평가 디바이스를 가지고 있다. 평가 디바이스는 센서 신호로부터 기하학적 정보의 적어도 하나의 항목, 특히 조명 및/또는 물체에 관한 기하학적 정보의 적어도 하나의 항목을 생성하도록 설계된다.
그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함되는, 2012년 12월 19일자로 출원된 US 가출원 61/739,173, 2013년 1월 8일자로 출원된 61/749,964, 및 2013년 8월 19일자로 출원된 61/867,169 및 2013년 12월 18일자로 출원되고 WO2014/097181 A1으로 공개된 국제 특허출원 PCT/IB2013/061095에는 적어도 하나의 종방향 광 센서 적어도 및 하나의 횡방향 광 센서를 사용함으로써, 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하는 방법 및 검출기가 개시되어 있다. 특히, 고도의 정확도로 모호함이 없이 물체의 종방향 위치를 결정하기 위하여 센서 스택의 사용이 개시되어 있다.
그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함되는, 2013년 6월13일자로 출원된 유럽 특허출원 EP 13171898.3에는 기판 및 그 위에 배치된 적어도 하나의 감광 층 셋업(photosensitive layer setup)을 갖는 광 센서를 포함하는 광 검출기가 개시되어 있다. 감광 층 셋업은 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 제 2 전극 및 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 샌드위치되는 적어도 하나의 광전지 물질을 갖는다. 광전지 물질은 적어도 하나의 유기 물질을 포함한다. 제 1 전극은 복수의 제 1 전극 스트라이프를 포함하고, 제 2 전극은 복수의 제 2 전극 스트라이프를 포함하며, 제 1 전극 스트라이프와 제 2 전극 스트라이프는 제 1 전극 스트라이프와 제 2 전극 스트라이프의 교차점에 픽셀 매트릭스가 형성되도록 교차한다. 광 검출기는 또한 적어도 하나의 판독 디바이스를 포함하며, 판독 디바이스는 제 2 전극 스트라이프에 연결된 복수의 전기적 측정 디바이스 및 이후 제 1 전극 스트라이프를 전기 측정 디바이스에 연결하기 위한 스위칭 디바이스를 포함한다.
그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함되는, 역시 2013년 6월 13일자로 출원된 유럽 특허 출원 EP 13171900.7에는 적어도 하나의 물체의 방향을 결정하기 위한 검출기 디바이스가 개시되는데, 이 검출기 디바이스는 물체에 부착되는 것, 물체에 의해 보유되는 것 및 물체에 통합되는 것 중 적어도 하나이도록 적응되는 적어도 두 개의 비콘 디바이스를 포함하며, 비콘 디바이스는 각기 광빔을 검출기를 향해 지향시키도록 적응되며, 비콘 디바이스는 물체의 좌표계에서 미리 정해진 좌표를 갖는다. 검출기 디바이스는 또한 비콘 디바이스로부터 검출기를 향해 진행하는 광빔을 검출하도록 적응된 적어도 하나의 검출기 및 적어도 하나의 평가 디바이스를 포함하며, 평가 디바이스는 검출기의 좌표계에서 비콘 디바이스 각각의 종방향 좌표를 검출하도록 적응된다. 평가 디바이스는 또한 비콘 디바이스의 종방향 좌표를 사용하여 검출기의 좌표계에서 물체의 방향을 결정하도록 적응된다.
그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함되는, 2013년 6월 13일자로 출원된 유럽 특허 출원 EP 13171901.5에는 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기가 개시되어 있다. 검출기는 물체로부터 검출기를 향해 진행하는 광빔을 검출하도록 적응된 적어도 하나의 광 센서를 포함하며, 광 센서는 적어도 하나의 픽셀 매트릭스를 갖는다. 검출기는 또한 적어도 하나의 평가 디바이스를 포함하며, 평가 디바이스는 광빔에 의해 조명되는 광 센서의 픽셀 수(N)를 결정하도록 적응된다. 평가 디바이스는 또한 광빔에 의해 조명되는 픽셀 수(N)를 사용하여 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하도록 적응된다.
본 발명이 기초로 하고 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함되는, 2014년 8월 15일자로 출원된 PCT/EP2014/067466에는 광 검출기가 제안되어 있다. 광 검출기는 광 빔의 적어도 하나의 특성을 공간 분해된 방식으로 변경하도록 적응되는 적어도 하나의 공간 광 변조기를 포함한다. 공간 광 변조기는 픽셀 매트릭스를 가지며, 각 픽셀은 픽셀을 통과하는 광선의 일부분의 적어도 하나의 광학 특성을 개별적으로 변경하도록 제어 가능하다. 광 검출기는 공간 광 변조기의 픽셀 매트릭스를 통과한 이후의 광 빔을 검출하고 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 광 센서를 포함한다. 광 검출기는 픽셀 중 적어도 두 개를 상이한 변조 주파수로 주기적으로 제어하도록 구성된 적어도 하나의 변조 디바이스를 포함한다. 광 검출기는 변조 주파수에 대한 센서 신호의 신호 성분을 결정하기 위해 주파수 분석을 수행하도록 구성된 적어도 하나의 평가 디바이스를 포함한다.
전술한 디바이스 및 검출기, 특히 PCT/EP2014/067466, WO 2012/110924 A1, US 61/739,173, US 61/749,964, EP 13171898.3, EP 13171900.7 및 EP 13171901.5에 개시된 검출기에 의해 시사되는 장점에도 불구하고, 몇 가지 기술적 과제가 남아 있다. 따라서, 일반적으로, 신뢰성이 있고 저가로 제조될 수 있는, 공간에 있는 물체의 위치를 검출하기 위한 검출기가 필요하다. 특히, 물체의 위치에 관한 이미지 및/또는 정보를 생성하기 위해, 고성능이며 저비용으로 실현될 수 있으며 그럼에도 고해상도 및 이미지 품질을 제공할 수 있는 고해상도를 갖는 검출기가 강력히 필요하다.
그러므로 본 발명의 목적은 공지된 디바이스 및 방법의 전술한 기술적 과제에 직시하는 디바이스 및 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 공간 내의 물체의 위치를 신뢰성 있게 결정할 수 있는, 바람직하게는 기술적인 노력이 적으며 기술적인 자원 및 비용 측면에서 요구 사항이 낮은 디바이스 및 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제는 독립항의 특징을 갖는 적어도 하나의 공간 광 변조기의 픽셀을 제어하기 위한 방법, 광 검출 방법, 적어도 하나의 공간 광 변조기의 픽셀을 제어하기 위한 변조기 디바이스, 공간 광 변조를 위한 변조기 어셈블리, 광 검출기, 검출기 시스템, 휴먼-머신 인터페이스, 엔터테인먼트 디바이스, 추적 시스템, 스캐닝 시스템, 카메라 및 광 검출기의 다양한 용도에 의해 해결된다. 구분된 방식으로 또는 임의의 조합으로 실현될 수 있는 바람직한 실시예는 종속항에 열거된다.
아래에서 사용되는 것으로, "갖는", "구비하는" 또는 "포함하는" 또는 임의의 문법적 변형은 비 배타적인 방식으로 사용된다. 따라서, 이들 용어는 이 용어에 의해 도입된 특징 이외에, 이런 맥락에서 설명된 개체에서 더 이상의 추가적인 특징이 존재하지 않는 상황 및 하나 이상의 추가적인 특징이 존재하는 상황 모두 다와 관련할 수 있다. 예를 들어, "A는 B를 갖는다", "A는 B 구비한다", "A는 B를 포함한다"라는 표현은 A에는 B 이외에 다른 어던 요소도 존재하지 않는 상황(즉, A는 단독으로 및 배타적으로 B로 구성되는 상황) 및 B 이외에 개체 A에는 요소 C, 요소 C 및 D 또는 심지어 또 다른 요소와 같은 하나 이상의 추가적인 요소가 존재하는 상황을 모두 다 지칭할 수 있다.
또한, 이하에서 사용되는 것으로, "바람직하게", "더 바람직하게", "특히", "더 상세히 말해서", "구체적으로", "더 구체적으로" 또는 유사한 용어는 대안적인 가능성을 제한하지 않고 선택적인 특징과 함께 사용된다. 따라서, 이들 용어에 의해 도입된 특징은 선택적인 특징이며 어떠한 방식으로든 청구 범위를 제한하지 않는다. 당업자가 인식할 수 있는 것처럼, 본 발명은 대안의 특징을 사용하여 수행될 수 있다. 유사하게, "본 발명의 실시예" 또는 유사한 표현에 의해 도입된 특징은 본 발명의 대안의 실시예에 관해 어떠한 제약도 없이, 본 발명의 범위에 관한 어떠한 제약도 없이 그리고 이러한 방식으로 도입된 특징을 본 발명의 다른 선택적인 또는 비 선택적인 특징과 조합하는 가능성에 관한 어떠한 제약도 없이 선택적인 특징인 것으로 의도된다.
본 발명의 제 1 양태에서, 적어도 하나의 공간 광 변조기의 픽셀을 제어하기 위한 방법이 개시된다. 공간 광 변조기는 픽셀 매트릭스를 가지며, 각 픽셀은 개별적으로 제어 가능하다. 방법은 주어진 순서 또는 상이한 순서로 수행될 수 있는 다음과 같은 단계를 포함한다. 또한, 두 개 이상 또는 심지의 모든 방법 단계가 동시에 및/또는 시간적으로 중복하여 수행될 수 있다. 또한, 하나, 둘 이상의 또는 심지어 모든 방법 단계는 반복적으로 수행될 수 있다. 방법은 또한 부가적인 방법 단계를 포함할 수 있다. 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다. 즉,
a) 적어도 하나의 이미지를 수신하는 단계와,
b) 이미지 내에 적어도 하나의 이미지 세그먼트를 정의하는 단계와,
c) 각 이미지 세그먼트에 적어도 하나의 그레이 스케일 값을 할당하는 단계와,
d) 각 이미지 세그먼트에 픽셀 매트릭스의 적어도 하나의 픽셀을 할당하는 단계와,
e) 적어도 하나의 이미지 세그먼트에 할당된 각 그레이 스케일 값에 고유 변조 주파수를 할당하는 단계와,
f) 적어도 하나의 이미지 세그먼트에 할당된 픽셀 매트릭스의 적어도 하나의 픽셀을 각 이미지 세그먼트에 할당된 고유 변조 주파수로 제어하는 단계를 포함한다.
본 명세서에서 더 사용되는 것으로, SLM으로도 지칭되는 "공간 광 변조기(spatial light modulator)"는 일반적으로 공간적으로 분해된 방식으로 광 빔의 적어도 하나의 특성, 특히 적어도 하나의 광학 특성을, 특히 일반적으로 변조 디바이스의 유형에 의해 결정되는 임의의 또는 적절한 각도일 수 있는, 광 빔의 전파 방향에 대해 비스듬한 적어도 하나의 방향으로 수정하도록 적응된 디바이스이다. 각도는 90°일 수 있거나 90°와 다를 수 있으며, 후자는 모바일 애플리케이션에 특히 바람직할 수 있다. 예를 들어, 공간 광 변조기는 공간적으로 분해된 방식으로 광빔의 적어도 하나의 특성, 특히 적어도 하나의 광학 특성을 광 빔의 전파 방향에 수직인 적어도 하나의 방향으로 변경할 수 있다. 공간 광 변조기는 광빔에 수직으로 설치될 수 있다. 예를 들어, 공간 광 변조기는 측면 방향으로부터 광빔에 의해 조명될 수 있다. 따라서, 일례로서, 공간 광 변조기는 광빔의 국부적인 전파 방향에 수직인 평면에서 적어도 하나의 광학 특성을 제어된 방식으로 변경하도록 적용될 수 있다. 따라서, 공간 광 변조기는 광빔 상에서 공간적으로 변하는 변조의 어떤 형태를, 바람직하게 광빔의 전파 방향에 수직한 적어도 하나의 방향으로 부과할 수 있는 임의의 디바이스일 수 있다. 적어도 하나의 특성의 공간적 변화는 전파 방향에 수직인 평면의 각각의 제어 가능한 위치에서, 공간 광 변조기가 광빔의 각 특성을 상이한 방식으로 변경시킬 수 있는 적어도 두 가지 상태를 취할 수 있도록 하는 제어된 방식으로 변경될 수 있다.
공간 광 변조기는 홀로그래피 분야 및/또는 프로젝터 디바이스 분야와 같은 분야에서 일반적으로 알려져있다. 당 업계에 일반적으로 알려진 공간 광 변조기의 간단한 예는 액정 공간 변조기이다. 투과 및 반사 액정 공간 광 변조기 모두 다 알려져있고 본 발명에서 사용될 수 있다. 또한, 마이크로기계식 공간 광 변조기는 개별적으로 제어 가능한 마이크로미러의 영역에 기초하여 알려져있다. 따라서 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments)에서 구입 가능한 단일 컬러 또는 다중 또는 심지어 풀 컬러 마이크로미러를 갖는 DLP® 기술을 기초로 하는 반사형 공간 광 변조기가 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에서 공간 광 변조기로서 사용될 수 있는 마이크로미러 어레이는 V. Viereck 등의 Photonik International 2(2009), 48-49 및/또는 US 7,677,742 B2(Hillmer 등)에 개시되어 있다. 이 문헌에서, 광축에 대해 평행한 위치와 수직한 위치 사이에서 마이크로미러를 스위칭할 수 있는 마이크로미러 어레이가 도시되어 있다. 이러한 마이크로미러 어레이는 일반적으로 액정 기술의 투명한 공간 광 변조기 공간과 유사한 투명한 공간 광 변조기로서 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 유형의 공간 광 변조기의 투명도(transparency)는 일반적인 액정 공간 광 변조기의 투명도보다 일반적으로 높다. 또한, 공간 광 변조기는 소위 포켈스 효과(Pockels effect) 및/또는 소위 커 효과(Kerr effect)와 같은 음향-광학 효과 및/또는 전기-광학 효과와 같은 다른 광학 효과에 기초할 수 있다. 또한, 간섭 변조(interferometric modulation) 또는 IMOD 기술의 사용에 기초한 하나 이상의 공간 광 변조기가 제공될 수 있다. 이 기술은 각 픽셀 내에서 스위칭가능한 간섭 효과를 기반으로 한다. 일례로서, 후자는 퀄컴(Qualcomm®)에서 "MirasolTM"이라는 상품명으로 구입 가능하다.
또한, 부가적으로 또는 대안으로, 본 명세서에서 사용되는 적어도 하나의 공간 광 변조기는 하나 이상의 초점 조정 가능한 렌즈의 어레이, 적응적 액체 마이크로렌즈의 영역, 투명한 마이크로프리즘의 어레이와 같은 조정 가능한 광학 요소일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 명명된 조정 가능한 광학 요소의 어레이의 임의의 조합이 사용될 수 있다. 어레이의 광학 요소의 조정은 일례로서, 전기적 및/또는 광학적으로 수행될 수 있다. 일례로서, 조정 가능한 광학 요소의 하나 이상의 어레이는 DLP, LCD, LCOS 또는 다른 SLM과 같은 다른 공간 광 변조기와 같은 제 1 이미지 평면에 배치될 수 있다. 마이크로렌즈와 같은 광학 요소의 초점 및/또는 마이크로프리즘과 같은 광학 요소의 굴절은 변조될 수 있다. 이러한 변조는 복조와 같은 주파수 분석을 수행함으로써 적어도 하나의 광 센서에 의해 모니터링되고 적어도 하나의 평가 디바이스에 의해 평가될 수 있다.
초점 조정 가능한 렌즈와 같은 조정 가능한 광학 요소는 상이한 거리의 물체가 상이한 초점을 갖는다는 사실을 수정할 수 있는 부가적인 장점을 제공한다. 일례로서, 초점 조정 가능한 렌즈 어레이는 US 2014/0132724 A1에 개시되어 있다. 이 문헌에 개시된 초점 조정 가능한 렌즈 어레이는 또한 본 발명에 따른 광 검출기의 SLM에 사용될 수 있다. 그러나, 다른 실시예가 실시 가능하다. 또한, 액체 마이크로렌즈 어레이의 잠재적인 예에 대해서는 C.U. Murade 등의 Optics Express, Vol. 20, No. 16, 18180-18187(2012)가 참조될 수 있다. 되풀이하면, 다른 실시예가 실시 가능하다. 또한, 어레이 형태의 전기습윤 마이크로프리즘(electrowetting microprism)과 같은 마이크로프리즘 어레이의 잠재적인 예에 대해서는 J. Heikenfeld 등의 Optics & Photonics News, 2009년 1월, 20-26 페이지가 참조될 수 있다. 되풀이하면, 마이크로프리즘의 다른 실시예가 사용될 수 있다.
따라서, 일례로서, 공간 광 변조기 또는 반사형 공간 광 변조기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 공간 광 변조기가 사용될 수 있다. 또한, 일례로서, 하나 이상의 공간 광 변조기는, 하나 이상의 액정 공간 광 변조기와 같은, 액정 기술에 기초한 공간 광 변조기; 마이크로미러 시스템, 특히 마이크로미러 어레이에 기초한 공간 광 변조기와 같은 마이크로기계 시스템에 기초한 공간 광 변조기; 간섭 변조에 기초한 공간 광 변조기; 음향-광학 효과에 기초한 공간 광 변조기; 전기-광학 효과, 특히 포켈스 효과 및/또는 커 효과에 기초한 공간 광 변조기; 초점 조정 가능한 렌즈, 적응형 액체 마이크로렌즈의 영역, 투명 마이크로프리즘의 어레이 중 하나 이상과 같은 적어도 하나의 조정 가능한 광학 요소 어레이를 포함하는 공간 광 변조기로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 당 업계에 공지된 전형적인 공간 광 변조기는 예컨대 광빔의 전파 방향에 수직인 평면에서 광빔의 세기의 공간적 분포를 변조하도록 적응된다. 그러나, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 부가적으로 또는 대안으로, 광빔의 위상 및/또는 광빔의 컬러와 같은 광빔의 다른 광학 특성이 바뀔 수 있다. 다른 잠재적인 공간 광 변조기는 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.
일반적으로, 공간 광 변조기는 광빔의 적어도 하나의 특성의 변화 상태가 컴퓨터에 의해 조절될 수 있도록 컴퓨터 제어 가능할 수 있다. 공간 광 변조기는 전기적으로 어드레싱 가능한 공간 광 변조기, 광학적으로 어드레싱 가능한 공간 광 변조기 또는 임의의 다른 유형의 공간 광 변조기일 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 공간 광 변조기는 픽셀 매트릭스를 포함하며, 각 픽셀은 픽셀을 통과하는, 즉, 픽셀을 통과함으로써 픽셀에 의해 또는 다른 상호작용 방식에 의해 반사되는, 픽셀과 상호작용하는 광빔의 일부의 적어도 하나의 광학 특성을 개별적으로 변경하도록 제어 가능하다. 그러므로 본 명세서에서 사용되는 바와 같은, "픽셀"은 일반적으로 픽셀을 통과하는 광빔의 일부의 적어도 하나의 광학 특성을 변경하도록 적응된 공간 광 변조기의 일원화된 요소와 관련한다. 따라서, 픽셀은 픽셀을 통과하는 광빔 일부의 적어도 하나의 광학 특성을 변경하도록 적응된 공간 광 변조기의 최소 단위일 수 있다. 일례로서, 각 픽셀은 액정 셀 및/또는 마이크로미러일 수 있다. 각 픽셀은 개별적으로 제어 가능하다. 예를 들어, 각각의 픽셀은 적어도 하나의 마이크로미러를 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 것으로 "제어"라는 용어는 일반적으로 픽셀이 적어도 하나의 광학 특성을 변경하는 방식이 적어도 두 개의 상이한 상태를 취하도록 조절될 수 있다는 사실과 관련한다. 조절은 모든 유형의 제어, 바람직하게는 전기적인 조절에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 바람직하게, 각 픽셀은 예컨대 픽셀에 특정 전압 및/또는 특정 전류를 인가함으로써, 각 픽셀의 상태를 조절하기 위해 전기적으로 개별적으로 어드레싱 가능할 수 있다.
본 명세서에서 또한 사용되는 것으로, "개별적으로"라는 용어는 일반적으로 매트릭스의 한 픽셀이 다른 픽셀을 어드레싱하는 것과 적어도 실질적으로 무관하게 어드레싱될 수 있는 사실과 관련하며, 이에 따라 픽셀의 상태 및 이에 따라 각 픽셀이 광빔의 각 부분에 영향을 미치는 방식은 하나 이상의 다른 픽셀 또는 심지어 모든 다른 픽셀의 실제 상태와 무관하게 조절될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 것으로, "적어도 하나의 이미지를 수신하는"은 일반적으로 적어도 하나의 이미지가 제공되고, 기록되고, 수용되고, 판독되고 및 얻어지는 것 중 적어도 하나라는 사실과 관련한다. 따라서, 예를 들어, 적어도 하나의 이미지는 데이터 저장소 및/또는 이미징 디바이스 등으로부터 제공될 수 있는데, 예를 들면 적어도 하나의 이미지는 CMOS 및/또는 CCD 및/또는 다른 픽셀화된 이미지 센서에 의해 제공될 수 있다. 적어도 하나의 이미지는 장면 및/또는 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 일반적인 2차원 이미지일 수 있다. 적어도 하나의 이미지는 적어도 하나의 단색(monochriome) 이미지 및/또는 적어도 하나의 다색(multi-chrome) 이미지 및/또는 적어도 하나의 풀 컬러 이미지일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 이미지는 단일 이미지일 수 있거나 이를 포함할 수 있고, 아니면 일련의 이미지를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 것으로 "적어도 하나의 이미지 세그먼트"는 이미지의 적어도 일부분 및/또는 적어도 하나의 영역 및/또는 적어도 하나의 섹션을 지칭한다. 특히, 적어도 하나의 이미지 세그먼트는 하나의 장면 및/또는 적어도 하나의 물체 또는 그 일부에 대응할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 이미지는 적어도 하나의 장면 및/또는 적어도 하나의 물체 또는 그 일부에 대응하는 적어도 하나의 영역을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 이미지는 둘 이상의 이미지 세그먼트를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "적어도 하나의 이미지 세그먼트를 정의하는"은 이미지 내의 적어도 일부분 및/또는 적어도 하나의 영역 및/또는 적어도 하나의 섹션을 선택하고 및/또는 고르고 및/또는 식별하는 것과 관련한다.
본 명세서에서 사용되는 것으로 "적어도 하나의 그레이 스케일 값"이라는 용어는 그레이 스케일 값 또는 그레이 레벨(이들 용어는 일반적으로 이하에서 동의어로 사용됨), 즉, 하나 이상의 컬러의 상이한 밝기 레벨을 지칭한다. 그러나, 원칙적으로, 이 경우에 그레이 레벨 또는 그레이 스케일 값이라는 용어는 광범위하게 해석되어야 하고, 예를 들면 상이한 밝기 레벨도 또한 포함해야 한다. 그레이 스케일 값은 흑색(무채색 "흑색"의 경우에는 대응적으로 가장 어두운 레벨을 의미하는 것으로 이해되어야 함)과 흰색(유채색 "백색"은 대응적으로 가장 밝은 레벨을 의미하는 것으로 이해되어야 함) 사이에 있을 수 있다. 그레이 스케일 값은 컬러 값 및/또는 그레이 값일 수 있다.
본 명세서에 사용되는 것으로, "적어도 하나의 그레이 값을 할당하는"은 각 이미지 세그먼트에 대한 그레이 스케일 값을 선택하고 및/또는 결정하는 것과 관련한다. 특히, 적어도 하나의 이미지는 그레이 스케일 이미지로서 인코딩될 수 있다. 그레이 값은 이러한 흑색과 백색 제한값 간의 별도의 단계에서 할당될 수 있다. 예를 들어, 그레이 값은 흑색부터 흰색까지 미리 정의된 일정한 간격으로 그레이 스케일 단계에 할당될 수 있다. 가능한 그레이 스케일 값의 별도의 개수가 미리 정의될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 이미지가 두 개의 이미지 세그먼트를 포함하는 경우, 두 개의 이미지 세그먼트 각각에는 다른 이미지 세그먼트의 그레이 값과 다른 적어도 하나의 그레이 값이 할당될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 것으로 "적어도 하나의 픽셀을 각 이미지 세그먼트에 할당하는"은 공간 광 변조기의 적어도 하나의 픽셀을 적어도 하나의 이미지 세그먼트와 매칭시키는 것과 관련한다. 각 픽셀은 이미지 세그먼트 및/또는 픽셀 그룹에 매칭될 수 있는데, 예를 들면 적어도 두 개의 픽셀은 이미지 세그먼트에 함께 매칭될 수 있다. 이에 따라, 선택적으로, 이미지 및/또는 이미지 세그먼트는 픽셀 매트릭스에 매핑된다. 바람직하게, 적어도 하나의 이미지는 이미지가 픽셀 매트릭스에 전체적으로 매칭되도록 픽셀화되어, 픽셀화된 이미지를 생성한다.
본 명세서에 사용되는 것으로, "고유 변조 주파수를 할당하는"은 적어도 하나의 주파수를 적어도 하나의 그레이 스케일 값과 매칭시키는 것과 관련한다. 본 명세서에 사용되는 것으로, "고유 변조 주파수"라는 용어는 일반적으로 변조의 주파수(f) 및 픽셀의 제어의 변조 위상(φ) 중 하나 또는 모두 다와 관련한다. 따라서, 주기적 제어 또는 변조의 주파수 및/또는 위상 중 하나 또는 모두 다는 광 정보를 인코딩 및/또는 디코딩하는데 사용될 수 있으며, 이것은 아래에서 더 상세히 설명될 것이다. 고유 변조 주파수를 적어도 하나의 그레이 스케일 값에 할당하는 것은 그레이 스케일 값과 고유 변조 주파수 사이의 미리 결정된 관계에 기초할 수 있다. 특히, 룩업 테이블이 사용될 수 있다. 룩업 테이블은 그레이 스케일 값 및 대응하는 고유 변조 주파수의 리스트를 포함할 수 있다.
"제어하는"이라는 용어는 각 개별 픽셀 및/또는 픽셀 그룹을 선택하고 선택된 픽셀 및/또는 픽셀 그룹의 상태를 변경하는 것을 포함한다. 제어는 주기적으로, 특히 개별적으로 수행될 수 있다. 각 픽셀의 적어도 두 개의 상이한 상태 사이에서 스위칭하는 것은 주기적으로 수행될 수 있으며, 여기서 각 픽셀의 적어도 두 개의 상이한 상태는 픽셀을 통과하는 광빔의 일부와 상호작용하는 방식에 대해 다르며, 이에 따라 픽셀을 통과하는 광빔의 일부를 변경하는 정도 또는 방법에 대해 다르다. 고유 변조 주파수는 일반적으로 각 픽셀의 적어도 두 개의 상태 사이의 주기적인 스위칭의 주파수 및/또는 위상으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다. 스위칭은 일반적으로 단계적 스위칭 또는 디지털 스위칭일 수 있거나, 아니면 각 픽셀의 상태가 제 1 상태와 제 2 상태 사이에서 연속적으로 변경되는 연속적 스위칭일 수 있다. 가장 일반적인 일례로서, 픽셀은 각각의 변조 주파수, 즉, 특정 주파수(f) 및/또는 특정 위상(φ)에서 주기적으로 스위치 온 또는 오프될 수 있다.
단계 f)는 다음과 같은 하위 단계, 즉,
f1. 고유 변조 주파수에 카운터 문턱 값을 할당하는 단계와,
f2. 문턱 값에 도달하거나 문턱 값이 초과될 때까지 카운터 변수(counter variable)를 미리 정해진 최대 주파수로 단계적으로 증분하는 단계와,
f3. 픽셀의 상태를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
하위 단계는 주어진 순서대로 또는 다른 순서로 수행될 수 있다. 또한, 두 개 이상 또는 심지어 모든 하위 단계가 동시에 수행될 수 있고 및/또는 시간적으로 중복될 수 있다. 또한, 하위 단계 중 하나, 둘 이상 또는 심지어 모든 하위 단계가 반복적으로 수행될 수 있다. 단계 f)는 부가적인 방법 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 것으로, "카운터 변수"라는 용어는 단계적으로 증분될 수 있는 정수를 말한다. 본 명세서에서 사용되는 것으로, "카운터 문턱 값"은 카운터 변수에 대한 특정 및/또는 미리 정해진 문턱값을 지칭한다. 카운터 변수가 카운터 문턱 값을 초과하는 경우, 픽셀의 상태가 변경될 수 있다. 미리 정해진 최대 주파수는 픽셀의 상태를 변경하여 픽셀에 의해 변조된 빔의 영역에 대해 최대 광의 주파수(f0/2)를 생성하기 위한 최대 주파수(f0)일 수 있다. 예를 들어, 한 픽셀의 명암 변화에 대해 설명하자면, 픽셀을 처음에는 밝게 그리고 두 번째는 어둡게 변경하는 두 번의 변경이 필요할 수 있다. 카운터는 스캐닝 시간 TA = 1/f0에 관련하여 증가될 수 있다. 스캐닝 시간은, 특히 방법 단계 a) 내지 f)를 수행하기 위해, 하나의 이미지 버퍼 내의 하나의 이미지를 처리하는데 필요한 시간 및 조절 가능한 지연 시간, 예를 들면 조절에 필요한 시간일 수 있다. 예를 들어, 카운터 변수는 스캐닝 시간의 간격 및/또는 여러 스캐닝 시간의 간격으로 증가될 수 있다. 문턱값이 낮으면 주파수가 높아지며, 따라서 짧은 시간 간격으로 픽셀의 상태를 변화시킬 수 있다. 문턱값이 높으면 주파수가 낮아지며, 따라서 긴 시간 간격으로 픽셀의 상태를 변화시킬 수 있지만, 실제 지속기간은 f0을 선택함으로써 설정될 수 있다. 가장 낮은 문턱 값은 스캐닝 시간의 단일 간격과 관련할 수 있다.
픽셀의 상태를 변경하기 위한 실시 가능한 고유 변조 주파수(fn)는 fn = f0/2n에 의해 결정될 수 있으며, 여기서 n은 0이 아닌 정수이다. 예를 들어, f0는 24kHz일 수 있다. 따라서 12kHz의 최대 주파수를 가지고 픽셀 상태를 변경하는 것이 가능할 수 있다. 그레이 스케일 값의 총 개수는 실시 가능한 고유 주파수의 총 개수에 따라 달라질 수 있다. 실시 가능한 주파수는 최소 주파수 이상일 수 있다. 최소 주파수는 이웃하는 두 주파수가 구별가능하고 및/또는 분해 가능한 주파수 이상일 수 있다. 실시 가능한 주파수는 이웃하는 실시 가능한 주파수가 최소 거리와 같거나 최소 거리를 초과하는 거리를 갖게 하여야 한다.
공간 광 변조기의 각 픽셀은 적어도 두 개의 상태를 가질 수 있다. 단계 f)에서, 픽셀은 제 1 상태로부터 제 2 상태로 또는 그 반대로 스위칭될 수 있다. 픽셀의 실제 상태는 제어된 방식으로 조절될 수 있으며, 각 픽셀마다 적어도 두 개의 상태는 각 픽셀을 통과하는 광빔의 일부와 각 픽셀과의 상호 작용에 대해 상이한데, 예컨대, 흡수, 투과, 반사, 상 변화 또는 광빔의 일부와 픽셀과의 임의의 유형의 상호 작용 중 하나 이상에 대해 다르다. 예를 들어, 픽셀의 제 1 상태는 오프 상태일 수 있으며 픽셀의 제 2 상태는 온 상태일 수 있다. 픽셀이 오프 상태에 있는 경우, 광의 일부는 예를 들어, 광 센서를 향해 진행하지 못하게 하는데, 이에 대해서는 아래에서 상세히 설명된다. 온 상태에서, 픽셀에 의해 반사된 광은 광 검출기를 향해 진행할 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 공간 광 변조기에 의해 주어진 최대 주파수는 실시 가능한 고유 주파수의 수를 제한할 수 있다. 예를 들어, 하나, 둘, 셋 또는 그 이상의 월시 함수(Walsh function), 특히 월시 체계를 사용함으로써 픽셀의 상태를 변경하기 위한 실시 가능한 고유 변조 주파수가 결정될 수 있다. 본 명세서에 사용되고 또한 "https://en.wikipedia.org/wiki/Walsh_function"에 더 상세히 기술되는 것으로, "월시 함수"라는 용어는 일반적으로 단위 간격에 관한 삼각 함수의 연속적인 아날로그 체계의 이산적인 디지털 대응물을 지칭한다. 삼각 함수와 달리, 월시 함수는 일반적으로 단지 불연속 연속적(piecewise-continuous)이며, 사실상은 불연속 지속적(piecewise constant)이다. 함수는 일반적으로 이항 분수로 정의된 하위 간격에 대해 -1 및 +1 만을 사용한다. 월시 함수는 일반적으로 함수의 완전한 정규직교 집합(orthonormal set), 단위 간격에 관한 제곱-적분가능 함수(square-integrable function)의 힐베르트 공간(Hilbert space) L2[0,1]에서 정규직교기(orthonormal basis)를 형성한다. 둘 다 일반적으로 경계 함수의 체계이다. 삼각함수 체계와 월시 체계는 모두 다 일반적으로 단위 간격으로부터 실수축(real line)까지의 주기성에 의해 자연스러운 확장을 받아들인다. 또한, 단위 간격에 관한 퓨리에 분석(퓨리에 급수) 및 실수축에 관한 퓨리에 분석(퓨리에 변환)은 일반적으로 월시 체계, 퓨리에 급수와 유사한 월시 급수 및 퓨리에 변환과 유사한 하다마르 변환(Hadamard transform)을 통해 정의된 디지털 대응물을 갖는다. 월시 함수, 급수 및 변환은 특히 디지털 신호 처리에서 물리학 및 엔지니어링에서 다양한 응용을 찾을 수 있다.
월시 함수를 사용하면 공간 광 변조기에 의해 주어진 동일한 최대 주파수를 갖는 전술한 바와 같은 정수 나눗셈(integer divisions)을 사용하는 것에 비해 픽셀의 상태를 변경하기에 실행 가능한 더 많은 수의 고유 변조 주파수를 이용할 수 있게 된다. 따라서, 최대 주파수가 낮은 공간 광 변조기, 예를 들면, 최대 주파수가 2 kHz 인 공간 광 변조기를 사용하는 것이 가능할 수 있다.
각 그레이 스케일 값에 할당하는 단계 e)에서, 하나의 월시 함수가 적어도 하나의 이미지 세그먼트에 할당될 수 있다. 복수의 세그먼트가 단계 b)에서 정의되는 경우, 한 세트의 적절한 월시 함수가 선택될 수 있다. 월시 함수는 필요한 함수의 총 개수 및 사용된 월시 함수들 간의 잡음을 고려하여 선택될 수 있으며, 필요한 함수의 총 개수는 정의된 세그먼트의 수에 대응할 수 있다. 바람직하게, 이웃하는 월시 함수는 가능한 한 적은 잡음을 가질 수 있다. 또한, 월시 변환은 주파수들 간의 퓨리에 변환에 비해 적은 잡음이 발생할 수 있도록 전체 스펙트럼 범위를 사용할 수 있다. 외란에 대해 강건하기 위해서, 월시 함수는 오랜 안정기를 갖고 이에 따라 제로 크로싱을 거의 갖지 않도록 선택될 수 있다.
단계 f)에서, 적어도 하나의 픽셀은 고유 변조 주파수로서의 월시 함수로 제어될 수 있다. 전술한 바와 같이, 픽셀은 두 개의 상태를 가질 수 있다. 전술한 바와 같이 정수 나눗셈을 사용하는 경우, 픽셀의 상태는 온 상태에서 오프 상태로 또는 오프 상태에서 온 상태로 처럼 제 1 상태에서 제 2 상태로 또는 그 반대로 스위칭될 수 있다. 월시 함수를 사용하는 경우, 픽셀의 상태는 온 또는 오프 상태 사이에서 변할 수 있을 뿐만 아니라, 픽셀의 상태는 특정 월시 함수에 의해 주어진 패턴에 따라 스위칭될 수 있다. 예를 들어, 어떤 기간 내에, 예를 들면 픽셀 상태의 다섯번 변경하게 하는 소정의 시간 간격 동안, 픽셀의 상태는 오프, 오프, 온, 온, 온에 따라 변할 수 있다. 물론 다른 패턴도 가능할 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 그레이 스케일 값은 컬러 값 및/또는 그레이 값일 수 있다.
단계 a)는 이미지 시퀀스를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 것으로, "이미지 시퀀스"는 단계 a)에서 적어도 두 개의 이미지가 수신된다는 사실과 관련한다. 단계 b) 내지 f)는 이미지 시퀀스의 각 이미지마다 반복될 수 있다. 이미지 시퀀스는 비디오를 포함할 수 있다.
단계 a)는 적어도 하나의 이미지를 변조기 디바이스에 제공하는 단계를 포함할 수 있으며, 단계 b) 내지 단계 f)는 변조기 디바이스에 의해 수행될 수 있다. 변조기 디바이스에 대해서는 아래에서 주어진 변조기 디바이스의 설명이 참조될 수 있다.
단계 a)는 적어도 하나의 이미지를 변조기 디바이스의 적어도 하나의 이미지 버퍼에 버퍼링하는 단계를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 것으로 "이미지 버퍼"라는 용어는 적어도 하나의 이미지를 수신하도록 적응된 데이터 저장 디바이스와 관련한다. 이미지 버퍼는 특정 시간 동안 적어도 하나의 이미지를 저장하도록 구성될 수 있다. 이미지 버퍼는 특히 방법 단계 b) 내지 f)를 수행하기 위해, 적어도 하나의 이미지를 변조기 디바이스의 다른 디바이스에 제공하도록 적응될 수 있다. 단계 a)에서, 적어도 두 개의 이미지 버퍼가 사용될 수 있다. 이미지 버퍼는 제 1 이미지 버퍼 및 제 2 이미지 버퍼를 포함할 수 있으며, 제 1 이미지 버퍼 및 제 2 이미지 버퍼는 활성 이미지 버퍼 및 비활성 이미지 버퍼로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 적어도 하나의 이미지는 비활성 이미지 버퍼 및 활성 이미지 버퍼 중 하나 또는 모두 다에 버퍼링될 수 있다. 비활성 이미지 버퍼는 활성 이미지 버퍼 내에 버퍼링된 적어도 하나의 이미지를 추가로 평가하기 위해 선택될 수 있으며, 활성 이미지 버퍼 내에 버퍼링된 적어도 하나의 이미지를 평가하는 동안 적어도 제 2 이미지가 활성 이미지 버퍼에 수신되어 버퍼링될 수 있다. 따라서, 적어도 두 개의 이미지 버퍼를 사용함으로써, 동시에 또는 짧은 시퀀스 내에 복수의 이미지를 수신하는 것이 가능할 수 있다. 따라서, 복수의 이미지를 고속으로 판독하는 것이 가능하다. 복수의 이미지에서 판독하는 프레임 속도는 20Hz와 250Hz 사이, 바람직하게는 50Hz와 200Hz 사이, 더 바람직하게는 80Hz와 120Hz 사이, 예를 들어 100Hz일 수 있다. 전형적으로, 프레임 레이트는 이미지 버퍼의 저장 대역폭 및/또는 FPGA의 게이트 런 타임(gate run time)과 같은 다른 기술적인 인자 등에 의해 제한될 수 있고 및/또는 그에 의존할 수 있다. 그러나 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit, ASIC) 및/또는 VLSI-IC와 같이 고도의 정교함을 갖는 하드웨어를 사용함으로써, 예를 들어, 프레임 레이트는 이미지가 수신되는 이미징 디바이스, 예를 들면 이미징 카메라의 이미지 출력의 배수에 대응할 수 있고 및/또는 배수일 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 각 픽셀은 적어도 하나의 마이크로미러를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 광 검출 방법이 개시되며, 특히 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하는 방법이 개시된다. 방법은 주어진 순서로 또는 상이한 순서로 수행될 수 있는 다음과 같은 단계를 포함한다. 또한, 둘 이상 또는 심지어 모든 방법 단계가 동시에 수행될 수 있고 및/또는 시간적으로 중복될 수 있다. 또한, 하나, 둘 이상 또는 심지어 모든 방법 단계가 반복적으로 수행될 수 있다. 방법은 부가적인 방법 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 다음과 같은 방법 단계, 즉,
적어도 하나의 공간 광 변조기를 사용하여 공간적으로 분해된 방식으로 광빔의 적어도 하나의 특성을 변경하는 단계 - 공간 광 변조기는 픽셀 매트릭스를 가지며, 각 픽셀은 픽셀을 통과하는 광빔의 일부의 적어도 하나의 광학 특성을 개별적으로 변경하도록 제어 가능하며, 전술한 바와 같이 픽셀을 제어하는 방법이 사용됨 - 와,
적어도 하나의 광 센서를 사용하여 공간 광 변조기의 픽셀 매트릭스를 통과한 이후의 광빔을 검출하고 적어도 하나의 센서 신호를 생성하는 단계와,
적어도 하나의 변조기 디바이스를 사용하여 픽셀 중 적어도 두 개를 상이한 주파수로 주기적으로 제어하는 단계와,
적어도 하나의 평가 디바이스를 사용하여 주파수 분석을 수행하고 제어 주파수에 대한 센서 신호의 신호 성분을 결정하는 단계를 포함한다.
이 방법은 바람직하게 아래에 제시된 실시예 중 하나 이상에 개시된 바와 같은 본 발명에 따른 광 검출기를 사용하여 수행될 수 있다. 따라서, 본 방법의 정의 및 잠재적인 실시예와 관련하여, 광 검출기가 참조될 수 있다. 여전히, 다른 실시예가 실시 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 픽셀 제어 방법이 사용된다. 따라서, 광 검출 방법의 정의 및 잠재적인 실시예와 관련하여, 아래에서 제시되는 방법이 참조될 수 있다. 여전히, 다른 실시예가 실시 가능하다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 공간 광 변조기의 픽셀을 제어하기 위한 변조기 디바이스가 개시된다. 공간 광 변조기는 픽셀 매트릭스를 가지며, 각 픽셀은 개별적으로 제어 가능하다. 변조기 디바이스는,
a) 적어도 하나의 이미지를 수신하도록 적응된 적어도 하나의 수신 디바이스와,
b) 이미지 내에 적어도 하나의 이미지 세그먼트를 정의하도록 적응된 적어도 하나의 이미지 세그먼트 정의 디바이스와,
c) 각 이미지 세그먼트에 적어도 하나의 그레이 스케일 값을 할당하도록 적응된 적어도 하나의 그레이 스케일 값 할당 디바이스와,
d) 각 이미지 세그먼트에 픽셀 매트릭스의 적어도 하나의 픽셀을 할당하도록 적응된 적어도 하나의 픽셀 할당 디바이스와,
e) 적어도 하나의 이미지 세그먼트에 할당된 각 그레이 스케일 값에 고유 변조 주파수를 할당하도록 적응된 적어도 하나의 주파수 할당 디바이스와,
f) 적어도 하나의 이미지 세그먼트에 할당된 픽셀 매트릭스의 적어도 하나의 픽셀을 각 이미지 세그먼트에 할당된 고유 변조 주파수로 제어하도록 적응된 적어도 하나의 제어 디바이스를 포함한다.
변조기 디바이스는 본 발명에 따라 픽셀을 제어하기 위한 방법을 수행하도록 적용될 수 있다. 또한, 변조기 디바이스는 본 발명에 따른 광 검출 방법에 사용될 수 있다. 정의 및 실시예와 관련하여, 픽셀을 제어하기 위한 방법 및 위에서 주어진 광 검출의 방법의 정의와 실시예 및 아래에서 주어지는 디바이스의 정의 및 실시예가 참조될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 것으로, "변조기 디바이스"는 일반적으로 각 픽셀이 각 픽셀의 적어도 두 개의 상이한 상태 중 한 상태를 취하도록 조절하기 위해, 매트릭스의 둘 이상 또는 심지어 모든 픽셀을 제어하도록 적응된 디바이스와 관련하며, 각 상태는 각 픽셀을 통과하는 광빔의 일부와 픽셀과의 상호작용의 특정 유형을 갖는다. 따라서, 일례로서, 변조기 디바이스는 변조기 디바이스에 의해 제어되는 픽셀 각각에 두 개의 상이한 유형의 전압 및/또는 적어도 두 개의 상이한 유형의 전류를 선택적으로 인가하도록 적응될 수 있다.
적어도 하나의 변조기 디바이스는 상이한 변조 주파수를 갖는 메트릭스의 적어도 두 개의 픽셀, 바람직하게는 더 많은 픽셀 또는 심지어 전체 픽셀을 주기적으로 제어하도록 적응된다.
본 명세서에 사용되는 것으로, "적어도 하나의 수신 디바이스"는 일반적으로 적어도 하나의 이미지를 수신하도록 적응된 디바이스이다. 특히, 적어도 하나의 수신 디바이스는 전술한 방법 단계 a)를 수행하도록 적응된다. 픽셀을 제어하는 방법과 관련하여 위에서 개요된 바와 같이, "적어도 하나의 이미지를 수신하는"이라는 용어는 일반적으로 적어도 하나의 이미지가 제공되고, 기록되고, 수용되고 그리고 얻어지는 것 중 적어도 하나인 사실과 관련한다. 적어도 하나의 이미지를 수신하기 위한 주파수는 60Hz와 120Hz 사이에 있을 수 있다. 수신 디바이스는 이미지를 수신 또는 전송하기 위한 포트, 예를 들어 LCD 포트를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 수신 디바이스는 적어도 하나의 이미지를 포함하는 적어도 하나의 데이터 저장 디바이스에 연결되거나 이를 통합할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 변조기 디바이스는 이미징 디바이스 또는 이와 유사한 것, 예를 들면 적어도 하나의 이미지를 제공하도록 적응된 CMOS에 연결되거나 이를 통합할 수 있다.
수신 디바이스는 적어도 하나의 이미지 버퍼를 포함할 수 있다. 바람직하게, 수신 디바이스는 적어도 두 개의 이미지 버퍼를 포함할 수 있다. 이미지 버퍼는 제 1 이미지 버퍼 및 제 2 이미지 버퍼를 포함할 수 있으며, 제 1 이미지 버퍼 및 제 2 이미지 버퍼는 활성 이미지 버퍼 및 비활성 이미지 버퍼로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 수신 디바이스는 적어도 하나의 이미지를 비활성 이미지 버퍼 및 활성 이미지 버퍼 중 하나 또는 모두에 버퍼링하도록 구성될 수 있다. 수신 디바이스는 활성 이미지 버퍼 내에 버퍼링된 적어도 하나의 이미지를 추가로 평가하기 위해 비활성 이미지 버퍼를 선택하도록 적응될 수 있으며, 수신 디바이스는 활성 이미지 버퍼 내에 버퍼링된 적어도 하나의 이미지를 평가하는 동안 적어도 제 2 이미지를 활성 이미지 버퍼에 수신하여 버퍼링하도록 적응될 수 있다.
수신 디바이스는 이미지 시퀀스를 수신하도록 적응될 수 있다. 이미지 시퀀스의 제 1 이미지는 제 1 이미지 버퍼 내에 버퍼링될 수 있다. 제 1 이미지는 특히 전술한 바와 같이 픽셀을 제어하는 방법의 방법 단계 b) 내지 f)를 수행함으로써 추가로 처리될 수 있고 및/또는 변조 디바이스의 다른 디바이스로 전송될 수 있다. 제 1 이미지를 처리하는 동안, 제 2 이미지는 제 2 이미지 버퍼 내에 버퍼링될 수 있다. 변조 디바이스는 복수의 이미지를 버퍼링하는 부가적인 버퍼를 포함할 수 있다. 제 2 이미지의 처리는 제 1 이미지가 처리되는 동안 또는 처리된 후에 수행될 수 있다. 적어도 하나의 이미지를 수신하기 위한 주파수는 60Hz와 120Hz 사이이다. 수신 디바이스, 이미지 세그먼트 정의 디바이스, 그레이 스케일 값 할당 디바이스, 픽셀 할당 디바이스 및 주파수 할당 디바이스 중 하나 이상은 메모리 디바이스, 프로세서, FPGA와 같은 프로그래머블 로직, DLPC, CPLD, 주문형 VLSI-IC 및/또는 ASIC 중 하나 이상에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 구성될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 것으로 "적어도 하나의 이미지 세그먼트 정의 디바이스"는 일반적으로 이미지 내의 적어도 하나의 이미지 세그먼트를 정의하도록 적응된 디바이스이다. 특히, 적어도 하나의 수신 디바이스는 전술한 바와 같이 방법 단계 b)를 수행하도록 적응된다. 이미지 세그먼트 정의 디바이스는 이미지 내의 적어도 하나의 이미지 세그먼트를 선택하고 및/또는 고르고 및/또는 식별하도록 적응될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 것으로 "적어도 하나의 그레이 스케일 값 할당 디바이스"는 일반적으로 각각의 이미지 세그먼트에 적어도 하나의 그레이 스케일 값을 할당하도록 적응된 디바이스이다. 특히, 적어도 하나의 수신 디바이스는 전술한 바와 같은 방법 단계 c)를 수행하도록 적응된다. 그레이 스케일 값 할당 디바이스는 적어도 하나의 그레이 스케일 값을 정의된 세그먼트 각각에 할당하도록 적응될 수 있다. 그레이 스케일 값 할당 디바이스는 이미지를 그레이 스케일 이미지로 전송 및/또는 인코딩하도록 적응될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, "그레이 스케일 값"이라는 용어는 예를 들면 컬러의 밝기 레벨을 의미한다. 따라서, 실시예에서, 복수의 변조기 디바이스가 사용될 수 있다. 복수의 변조기 디바이스의 각각의 변조기 디바이스는 적어도 특정 컬러로 제공된 이미지를 인코딩하도록 적응될 수 있다. 픽셀 할당 디바이스, 주파수 할당 디바이스 및 제어 디바이스 중 하나 이상은 그레이 스케일 이미지가 어느 변조기 디바이스에 속하는지를 결정하고 및/또는 식별하도록 적응될 수 있다. 따라서, 복수의 변조기 디바이스를, 예를 들면 픽셀 할당 디바이스, 주파수 할당 디바이스 및 제어 디바이스 중 하나 이상과 공통으로 제어하는 것이 가능할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 것으로 "적어도 하나의 픽셀 할당 디바이스"는 일반적으로 픽셀 매트릭스의 적어도 하나의 픽셀을 각 이미지 세그먼트에 할당하도록 적응된 디바이스이다. 특히, 적어도 하나의 수신 디바이스는 전술한 바와 같이 방법 단계 d)를 수행하도록 적응된다. 적어도 하나의 픽셀 할당 디바이스는 공간 광 변조기와 적어도 하나의 이미지의 픽셀의 매칭을 수행하도록 적응될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 것으로, "적어도 하나의 주파수 할당 디바이스"는 일반적으로 고유 변조 주파수를 적어도 하나의 이미지 세그먼트에 할당된 각 그레이 스케일 값에 할당하는 디바이스이다. 특히, 적어도 하나의 수신 디바이스는 전술한 바와 같이 방법 단계 e)를 수행하도록 적응된다. 주파수 할당 디바이스는 그레이 스케일 값과 고유 변조 주파수 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 고유 변조 주파수를 할당하도록 적응될 수 있다.
적어도 하나의 그레이 스케일 값에 고유 변조 주파수를 할당하는 것은 그레이 스케일 값과 고유 변조 주파수 사이의 미리 결정된 관계에 기초할 수 있다. 특히, 룩업 테이블이 사용될 수 있다. 룩업 테이블은 그레이 스케일 값과 대응하는 고유 변조 주파수의 리스트를 포함할 수 있다.
제어 디바이스는 적어도 하나의 발진기를 포함할 수 있다. 발진기라는 용어는 일반적으로 고유 변조 주파수에 관련하여 각 픽셀을 제어하도록 적응된 타이밍 소스와 관련한다.
변조기 디바이스는 각 픽셀이 고유 변조 주파수로 제어되도록 적응될 수 있다. 제어 디바이스는 공간 광 변조기에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제어 디바이스 및 공간 광 변조기는 예를 들면 유선 방식 및/또는 무선으로 전기적으로 연결될 수 있다. 그러나 다른 연결이 실시 가능할 수 있다. 구체적으로, 제어 디바이스는 공간 광 변조기의 픽셀에 연결되어, 픽셀이 제어 디바이스에 의해 제어될 수 있다.
공간 광 변조기는 데이터 스트링, 예를 들면 64 비트 또는 128 비트 스트링과 같은 특정 데이터 포맷을 필요로 할 수 있다. 제어 디바이스는 적어도 하나의 신호, 예를 들면 공간 광 변조기에서 판독되고 및/또는 공간 광 변조기에 의해 추가로 처리될 수 있는, 요구된 특정 데이터 포맷의 데이터 스트링을 생성하도록 적응될 수 있다. 요구된 데이터 스트링은 공간 광 변조기의 모든 픽셀을 제어할 수 있을만큼 충분히 크지 않을 수 있다. 그래서 제어 디바이스의 신호는 음극선관(cathode ray tube, CRT) 스크린과 유사한 짧은 스트링을, 예를 들면 디지털 마이크로미러 디바이스의 픽셀 매트릭스의 유형에 의해 결정될 수 있는 라인 및/또는 블록 크기의 라인 단위 또는 블록 단위로 판독될 수 있다.
제어 디바이스는 고유 변조 주파수에 카운터 문턱 값을 할당하도록 적응될 수 있으며, 제어 디바이스는 또한 문턱 값에 도달하거나 이를 초과할 때까지 미리 결정된 최대 주파수(f0)에서 단계적으로 카운터 변수를 증가하고 픽셀의 상태를 변경하도록 적응될 수 있다. 미리 결정된 최대 주파수는 픽셀의 상태를 변경하여 f0/2의 광 주파수를 생성하기 위한 최대 주파수(f0)일 수 있다. 픽셀의 상태를 변경하기 위한 실시 가능한 고유 변조 주파수(fn)은 fn = f0/2n에 의해 결정되며, 여기서 n은 0이 아닌 정수이다.
공간 광 변조기는 텍사스 인스트루먼트에 의해 구입 가능한 마이크로미러 DLP® 기술과 같은 마이크로미러 또는 마이크로캐비티 기술에 기초한 공간 광 변조기일 수 있다. 마이크로미러 또는 마이크로캐비티 기술에 기초한 SLM은 단일 컬러 또는 다중 컬러 또는 심지어 풀 칼라 마이크로미러 또는 마이크로캐비티를 포함할 수 있다. 마이크로미러 또는 마이크로캐비티는 두 개의 상이한 위치 또는 상태로 스위칭될 수 있어서, 마이크로미러는 흑백 화상을 묘사할 수 있다. 픽셀 상태를 변경하기 위한 최대 주파수는 결과적으로 f0/2 = 12kHz의 광 주파수를 생성하는 f0 = 24kHz일 수 있다. 그레이 스케일 값 할당 디바이스에 의해 할당 가능한 그레이 스케일 값의 총 개수는 실시 가능한 총 개수에 따라 달라질 수 있다. 이러한 실시예에서, 디지털 마이크로미러 또는 마이크로캐비티 디바이스의 픽셀은 DLP-펌웨어를 포함하는 메모리 디바이스와 조합된 FPGA일 수 있는 DLP 컨트롤러 및/또는 데이터 포맷팅을 위한 제 2 FPGA, CPLD, ASIC 또는 VLSI-IC와 선택적으로 조합될 수 있는 VLSI-IC에 의해 제어될 수 있다.
변조기 디바이스는 적어도 두 개의 픽셀을 상이한 고유 변조 주파수로 주기적으로 변조하도록 적응될 수 있다. 일 실시예에서, 공간 광 변조기는 바이폴라(bipolar) 공간 광 변조기일 수 있으며, 이 변조기에서 각 픽셀은 적어도 두 개의 상태를 갖는다. 제어 디바이스는 픽셀을 제 1 상태로부터 제 2 상태로 또는 그 반대로 스위칭하도록 적응될 수 있다. 특히, 제어 디바이스는 픽셀을 고유 변조 주파수로 제 1 상태로부터 제 2 상태로 주기적으로 스위칭하도록 적응될 수 있다.
변조 디바이스는 적어도 하나의 평가 디바이스, 특히 아래에서 더 상세하게 설명되는 평가 디바이스에 연결될 수 있다. 따라서, 평가 디바이스는 변조 디바이스를 사용하여, 한 세트의 고유 변조 주파수에 관한 정보 및/또는 변조기 디바이스 등에 의해 수신된 적어도 하나의 이미지에 관한 정보와 같은 데이터를 수신 및/또는 변조기 디바이스와 교환하도록 적응될 수 있다. 또한, 변조 디바이스는 적어도 하나의 광 센서, 예를 들어 CMOS 칩 및/또는 공간 광 변조기를 포함하는 광 센서 및/또는 하나 이상의 출력 디바이스에 연결될 수 있다.
다른 양태에서, 공간 광 변조를 위한 변조기 어셈블리가 개시된다. 변조기 어셈블리는 적어도 하나의 공간 광 변조기 및 위에서 상세하게 개시되고 기술된 바와 같은 적어도 하나의 변조기 디바이스를 포함한다. 정의 및 실시예에 대해서는 위에서 주어진 방법 및 디바이스의 정의 및 실시예와, 아래에서 주어지는 디바이스의 다른 정의 및 실시예가 참조될 수 있다.
적어도 하나의 공간 광 변조기는 공간적으로 분해된 방식으로 광빔의 적어도 하나의 특성을 변경하도록 적응될 수 있다. 공간 광 변조기는 픽셀 매트릭스를 가질 수 있으며, 각 픽셀은 픽셀을 통과하는 광빔의 일부의 적어도 하나의 광학 특성을 개별적으로 변경하도록 제어 가능하다. 적어도 하나의 변조기 디바이스는 상이한 변조 주파수로 적어도 두 개의 픽셀을 주기적으로 제어하도록 적응될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 것으로, "광빔"은 일반적으로 어느 정도 동일한 방향으로 진행하는 광량이다. 따라서, 바람직하게, 광빔은 당업자에게 공지된 바와 같이, 가우시안 광빔을 지칭할 수 있다. 그러나 비 가우시안 광빔과 같은 다른 광빔이 가능하다. 아래에서 더 상세하게 개요되는 바와 같이, 광빔은 물체에 의해 방출 및/또는 반사될 수 있다. 또한, 광빔은 바람직하게 물체에 부착된 것 또는 물체에 통합된 것 중 하나 이상일 수 있는 적어도 하나의 비콘 디바이스에 의해 반사 및/또는 방출될 수 있다.
본 명세서에 또한 사용되는 것으로, "광빔의 적어도 하나의 특성을 변경"이라는 용어는 일반적으로 픽셀을 통과하는 광빔의 일부에 대해 광빔의 적어도 하나의 특성을 적어도 어느 정도 변화시킬 수 있다는 사실과 관련한다. 바람직하게, 특성의 변화 정도는 적어도 상이한 두 값 중 하나가 광빔의 일부의 변화 없이 통과하는 것을 암시할 가능성을 포함하여 적어도 두 개의 상이한 값을 취하도록 조절될 수 있다. 광빔의 적어도 하나의 특성의 변경은 흡수, 투과, 반사, 상 변화 또는 다른 유형의 광학적 상호작용 중 하나 이상을 비롯하여, 픽셀의 광빔과의 임의의 실현 가능한 상호작용에 의해 임의의 실현 가능한 방식으로 발생할 수 있다. 따라서, 일례로서, 각 픽셀은 적어도 두 개의 상이한 상태를 취할 수 있으며, 픽셀의 실제 상태는 제어된 방식으로 조절 가능할 수 있으며, 각 픽셀마다 적어도 두 개의 상태는 각 픽셀과 각 픽셀을 통과하는 광빔의 일부와의 상호작용에 대해 다른데, 이를테면 투과, 반사, 상 변화 또는 광빔의 일부와 픽셀과의 임의의 다른 유형의 상호작용 중 하나 이상에 대해 다르다.
따라서, "픽셀"은 일반적으로 제어된 방식으로 광빔의 일부의 적어도 하나의 특성을 변경하도록 적응된 공간 광 변조기의 최소의 균일한 단위라고 말할 수 있다. 일례로서, 각 픽셀은 1㎛2 내지 5,000,000㎛2, 바람직하게는 100㎛2 내지 4,000,000㎛2, 바람직하게는 1,000㎛2 내지 1,000,000㎛2 및 더 바람직하게는 2,500,㎛2 내지 50,000㎛2의 광빔과의 상호작용 영역 - 픽셀 영역이라고도 지칭됨 - 을 가질 수 있다. 여전히, 다른 실시예가 실시 가능하다.
"매트릭스"라는 표현은 일반적으로 선형 배열 또는 면적 배열일 수 있는 공간 내의 복수의 픽셀의 배열을 지칭한다. 따라서, 일반적으로, 매트릭스는 바람직하게 1 차원 매트릭스 및 2차원 매트릭스로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 매트릭스의 픽셀은 규칙적 패턴을 형성하도록 배열될 수 있으며, 규칙적 패턴은 정방형 패턴, 다각형 패턴, 육각형 패턴, 원형 패턴 또는 다른 형태의 패턴 중 적어도 하나일 수 있다. 따라서, 일례로서, 매트릭스의 픽셀은 데카르트 좌표계 및/또는 극좌표계의 각 차원에서 독립적으로 등거리적으로 배열될 수 있다. 일례로서, 매트릭스는 100 내지 100,000,000 픽셀, 바람직하게는 1,000 내지 1,000,000 픽셀, 더 바람직하게는 10,000 내지 500,000 픽셀을 포함할 수 있다. 가장 바람직하게, 매트릭스는 행과 열로 배열된 픽셀을 갖는 장방형 매트릭스이다.
아래에서 더 상세히 개요되는 바와 같이, 매트릭스의 픽셀은 동일하거나 다를 수 있다. 따라서, 일례로서, 매트릭스의 모든 픽셀은 동일한 스펙트럼 특성을 가질 수 있고 및/또는 동일한 상태를 가질 수 있다. 일례로서, 각 픽셀은 온 상태 및 오프 상태를 가질 수 있는데, 온 상태에서 빛은 픽셀을 통과하거나 또는 픽셀에 의해 통과 방향으로 또는 광 센서의 방향으로 반사될 수 있으며, 오프 상태에서 광은 픽셀에 의해 차단되거나 감쇠되고 아니면 광 센서로부터 떨어진 빔 덤프(beam dump)와 같은 블로킹 방향으로 반사된다. 또한, 픽셀은 상이한 상태와 같은 상이한 특성을 가질 수 있다. 아래에서보다 상세하게 개요되는 일례로서, 픽셀은 다른 스펙트럼 특성, 이를테면 광의 투과 파장 및/또는 반사 파장에 대해 다른 필터 특성을 포함하는 컬러를 갖는 픽셀일 수 있다. 따라서, 일례로서, 매트릭스는 적색, 녹색 및 청색 픽셀 또는 상이한 컬러를 갖는 다른 유형의 픽셀을 갖는 매트릭스일 수 있다. 일례로서, SLM은 풀 컬러 액정 디바이스 및/또는 상이한 스펙트럼 특성의 거울을 갖는 마이크로미러 디바이스와 같은 풀 컬러 SLM일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 광 검출기가 개시된다. 광 검출기는,
전술한 변조기 어셈블리에 따른 적어도 하나의 변조기 어셈블리와,
공간 광 변조기의 픽셀 매트릭스를 통과한 이후의 광빔을 검출하고 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 적응된 적어도 하나의 광 센서와,
상이한 변조 주파수로 픽셀 중 적어도 두 개를 주기적으로 제어하도록 적응된 적어도 하나의 변조기 디바이스와,
고유 변조 주파수에 대한 센서 신호의 신호 성분을 결정하기 위해 주파수 분석을 수행하도록 적응된 적어도 하나의 평가 디바이스를 포함한다.
변조기 어셈블리는 본 발명에 따른 변조기 디바이스를 포함한다. 정의 및 실시예에 대해서는 위에서 주어진 방법 및 디바이스의 정의 및 실시예와 아래에서 주어지는 디바이스의 정의 및 실시예가 참조될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 것으로 "광 검출기" 또는 이하에서 간략히 "검출기"라고 지칭하는 것은 일반적으로, 하나 이상의 광원에 의한 조명에 응답하여 및/또는 검출기 주위의 광학 특성에 응답하여 적어도 하나의 검출기 신호 및/또는 적어도 하나의 이미지를 생성할 수 있는 디바이스와 관련한다. 따라서, 검출기는 광 측정 및 이미징 프로세스 중 적어도 하나를 수행하기 위해 적응된 임의의 디바이스일 수 있다.
특히, 아래에서 더 상세히 개요되는 바와 같이, 광 검출기는 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 것으로, "위치"라는 용어는 일반적으로 물체의 위치 및/또는 방위 및/또는 공간 내 물체의 적어도 한 부분에 관한 정보의 적어도 하나의 항목을 지칭한다. 따라서, 정보의 적어도 하나의 항목은 물체의 적어도 하나의 지점과 적어도 하나의 검출기 사이의 적어도 하나의 거리를 의미할 수 있다. 아래에서 더 상세하게 개요되는 바와 같이, 거리는 종방향 좌표일 수 있거나 물체의 지점의 종방향 좌표를 결정하는데 기여할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 물체의 위치 및/또는 방위 및/또는 물체의 적어도 하나의 부분에 관한 정보의 하나 이상의 다른 항목이 결정될 수 있다. 일례로서, 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표 및/또는 물체의 적어도 하나의 부분이 결정될 수 있다. 따라서, 물체의 위치는 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표 및/또는 물체의 적어도 하나의 부분을 의미할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 물체의 위치는 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표 및/또는 물체의 적어도 하나의 부분을 의미할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 물체의 위치는 물체의 공간에서의 방위를 나타내는 물체의 적어도 하나의 방위 정보를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 또한 사용되는 것으로, "광 센서"라는 용어는 일반적으로 광빔 및/또는 광빔의 일부를 검출하기 위한, 예컨대 광빔에 의해 생성된 조명 및/또는 광 스폿을 검출하기 위한 감광성 디바이스와 관련한다. 광 센서는 평가 디바이스와 함께, 아래에서 더 상세히 개요되는 바와 같이, 물체 및/또는 물체의 적어도 일부분, 이를테면, 적어도 하나의 광빔이 검출기를 향해 진행하는 물체의 적어도 일부분의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하도록 적응될 수 있다.
광 검출기는 하나 이상의 광 센서를 포함할 수 있다. 복수의 광 센서가 포함되는 경우, 이들 광 센서는 동일할 수 있거나 적어도 두 개의 상이한 종류의 광 센서가 포함될 수 있도록 상이할 수 있다. 아래에서 더 상세히 개요되는 바와 같이, 적어도 하나의 광 센서는 무기 광 센서 및 유기 광 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 유기 광 센서는 일반적으로 적어도 하나의 유기 물질, 바람직하게는 적어도 하나의 유기 감광 물질이 포함된 광 센서와 관련한다. 또한, 무기 및 유기 물질 모두 다 포함하는 하이브리드 광 센서가 사용될 수 있다.
적어도 하나의 광 센서는 특히 적어도 하나의 종방향 광 센서 및/또는 적어도 하나의 횡방향 광 센서일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. "종방향 광 센서" 및 "횡방향 광 센서"라는 용어의 잠재적인 정의 및 이들 센서의 잠재적인 실시예에 대해서는 일례로서 적어도 하나의 종방향 광 센서 및/또는 WO2014/097181 A1에 도시된 바와 같은 적어도 하나의 횡방향 광 센서가 참조될 수 있다. 다른 셋업도 실시 가능하다.
적어도 하나의 광 센서는 공간 광 변조기의 픽셀 매트릭스를 통과한 이후, 즉, 공간 광 변조기에 의해 투과된 이후 및/또는 공간 광 변조기에 의해 반사된 이후의 광빔을 검출하도록 적응된다. 본 명세서에서 사용되는 것으로 "검출"이라는 용어는 일반적으로 광 센서가 광 센서로 지향될 때 광빔의 적어도 하나의 특성에 따라, 바람직하게는 광빔의 세기에 따라 적어도 하나의 센서 신호를 발생하도록 적응되는 사실과 관련한다. 그러나, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 센서 신호는 부가적으로 또는 대안으로, 광빔의 폭과 같은 광빔의 다른 특성에 의존할 수 있다. 센서 신호는 바람직하게 전류 및/또는 전압과 같은 전기 신호일 수 있다. 센서 신호는 연속 또는 불연속 신호일 수 있다. 또한, 센서 신호는 아날로그 신호 또는 디지털 신호일 수 있다. 또한, 처리된 검출기 신호를 제공하기 위해, 광 센서는 그 자체로 및/또는 광 검출기의 다른 구성 요소와 함께, 검출기 신호를 예컨대 필터링 및/또는 평균화함으로써 처리하거나 전처리하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일례로서 특정 주파수 범위의 검출기 신호만을 투과시키기 위해 대역 통과 필터가 사용될 수 있다. 다른 유형의 전처리가 실시 가능하다. 이하에서, 검출기 신호를 언급할 때, 미가공 검출기 신호가 사용되는 경우와 전처리된 검출기 신호가 추가 평가를 위해 사용되는 경우 이들끼리는 아무런 차이가 없다.
본 명세서에서 또한 사용되는 것으로, "평가 디바이스"라는 용어는 일반적으로 지명된 동작을 수행하도록 적응된 임의의 디바이스와 관련한다. 평가 디바이스는 측정 디바이스, 주파수 분석기, 바람직하게는 위상 감응 주파수 분석기, 퓨리에 분석기 및 복조 디바이스 중 하나 이상과 같은 하나 이상의 서브디바이스를 포함할 수 있다. 따라서, 일례로서, 평가 디바이스는 특정 변조 주파수를 검출기 신호와 혼합하도록 적응된 적어도 하나의 주파수 혼합 디바이스를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 얻어진 혼합 신호는 복조된 신호를 얻기 위해 저역 통과 필터를 사용하여 필터링될 수 있다. 한 세트의 주파수를 사용함으로써, 다양한 주파수의 복조된 신호가 평가 디바이스에 의해 생성되어 주파수 분석을 제공할 수 있다. 주파수 분석은 주파수 또는 위상의 범위에 전반의 전체 주파수 분석일 수 있거나 하나 또는 둘 이상의 미리 결정되거나 조절 가능한 주파수 및/또는 위상에 대한 선택적인 주파수 분석기일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 것으로 "주파수 분석"이라는 용어는 일반적으로 평가 디바이스가 주파수 선택적 방식으로 검출기 신호를 평가하여, 센서 신호의 신호 성분을, 즉, 이들의 주파수(f)에 따라 및/또는 그들의 위상(φ)에 따라, 적어도 두 개의 상이한 주파수 및/또는 위상으로 분리하도록 적응된 것과 관련한다. 이에 따라, 신호 성분은 신호 성분의 주파수(f) 및/또는 위상(φ)에 따라 분리될 수 있는데, 이들 신호 성분이 동일한 주파수(f)를 갖는 경우라도 분리될 수 있다. 따라서, 주파수 분석은 일반적으로 신호 성분을 주파수 및 위상 중 하나 이상에 따라 분리하도록 적응될 수 있다. 그 결과, 각 변조 주파수마다, 주파수 분석에 의해 하나 이상의 신호 성분이 결정될 수 있다. 그래서 일반적으로, 주파수 분석은 위상 감응 방식 또는 비 위상 감음 방식으로 수행될 수 있다.
주파수 분석은 하나 또는 둘 이상의 상이한 주파수에서 이루어질 수 있고, 이에 따라 이들 하나 또는 둘 이상의 상이한 주파수의 센서 신호의 신호 성분을 얻을 수 있다. 두 개 이상의 상이한 주파수는 이산적인 주파수일 수 있거나 주파수 간격을 두고 연속하는 주파수 범위와 같은 연속 주파수 범위일 수 있다. 주파수 분석기는 일반적으로 고주파 전자 기술 분야에 알려져있다.
바람직하게, 평가 디바이스는 고유 변조 주파수에 대한 주파수 분석을 수행하도록 적응된다. 따라서, 바람직하게, 평가 디바이스는 적어도 변조기 디바이스에 의해 사용된 상이한 고유 변조 주파수의 센서 신호의 주파수 성분을 결정하도록 적응된다. 실제로, 변조기 디바이스는 심지어 전체적으로 또는 부분적으로 평가 디바이스의 일부이거나 또는 그 반대로도 가능할 수도 있다. 따라서, 일례로서, 변조기 디바이스에 의해 사용된 고유 변조 주파수를 제공하고 그리고 주파수 분석을 위한 주파수를 모두 다 제공하는 하나 이상의 신호 발생기가 제공될 수 있다. 일례로서, 생성된 적어도 하나의 신호는 적어도 두 개의 픽셀, 바람직하게는 더 많은 픽셀 또는 심지어 모든 픽셀을 주기적으로 제어하기 위한 한 세트의 고유 변조 주파수를 제공하기 위한 그리고 주파수 분석을 위한 동일한 세트의 고유 변조 주파수를 제공하기 위한 그 두 가지를 위해 사용될 수 있다. 따라서, 고유 변조 주파수 세트의 각 고유 변조 주파수는 각 픽셀에 제공될 수 있다. 또한, 고유 변조 주파수 세트의 각 고유 변조 주파수는 각 고유 변조 주파수로 센서 신호를 복조하기 위해 평가 디바이스의 복조 디바이스에 제공되며, 이에 의해 각 고유 주파수에 대한 신호 성분을 얻을 수 있다. 이에 따라, 한 세트의 신호 성분이 평가 디바이스에 의해 생성될 수 있으며, 신호 성분 세트의 각 신호 성분은 고유 변조 주파수 세트의 각 고유 변조 주파수에 대응하고, 이에 따라 매트릭스의 각 픽셀에 대응한다. 따라서, 바람직하게, 평가 디바이스는 신호 성분 각각과 공간 광 변조기의 픽셀 매트릭스의 픽셀 간에 모호하지 않은 상관관계를 확립하도록 적응될 수 있다. 다시 말해서, 평가 디바이스는 적어도 하나의 광 센서에 의해 제공된 센서 신호를 각 픽셀을 통과하는 광 부분에 의해 생성된 신호 성분으로 분리하고 및/또는 신호 성분을 매트릭스의 특정 픽셀에 할당하도록 적응될 수 있다.
복수의 광 센서가 제공되는 경우, 평가 디바이스는 개별적으로 또는 공통으로 광 센서 각각에 대해 전술한 주파수 분석을 수행하도록 적응될 수 있거나, 광 센서 중 하나 이상에 대해서만 전술한 주파수 분석을 수행하도록 적응될 수 있다.
아래에서 더 상세히 개요되는 바와 같이, 평가 디바이스는 적어도 하나의 마이크로컨트롤러 또는 프로세서와 같은 적어도 하나의 데이터 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있다. 따라서, 일례로서, 적어도 하나의 평가 디바이스는 복수의 컴퓨터 명령어를 포함하는 소프트웨어 코드가 저장된 적어도 하나의 데이터 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 평가 디바이스는 하나 이상의 주파수 혼합 디바이스 및/또는 하나 이상의 대역 통과 필터 및/또는 하나 이상의 저역 통과 필터와 같은 하나 이상의 필터와 같은 하나 이상의 전자 컴포넌트를 포함할 수 있다. 따라서, 일례로서, 평가 디바이스는 주파수 분석을 수행하기 위해 적어도 하나의 퓨리에 분석기 및/또는 적어도 하나의 록-인 증폭기 또는 바람직하게는 록-인 증폭기 세트를 포함할 수 있다. 따라서, 일례로서, 한 세트의 변조 주파수가 제공되는 경우, 평가 디바이스는 변조 주파수 세트의 각각의 변조 주파수마다 개별적인 록-인 증폭기를 포함할 수 있거나 또는 변조 주파수 중 둘 이상의 주파수 분석을 예컨대 순차적으로 또는 동시에 수행하도록 적응된 하나 이상의 록-인 증폭기를 포함할 수 있다. 이러한 유형의 록-인 증폭기는 일반적으로 당 업계에 공지되어 있다.
평가 디바이스는 일례로서 월시 분석을 수행하도록 적응된 적어도 하나의 월시 분석기를 포함할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "월시 분석기"라는 용어는 일반적으로 월시 분석을 수행하도록 적응되거나 구성된 임의의 디바이스와 관련한다. 일례로서, 월시 분석기는 전체적으로 또는 부분적으로 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 또한, 월시 분석기는 전체적으로 또는 부분적으로 적어도 하나의 프로세서 및/또는 적어도 하나의 주문형 집적 회로(ASIC)와 같은 적어도 하나의 데이터 프로세싱 디바이스에 통합되거나 이를 포함할 수 있다. 월시 분석기는 전체적으로 또는 부분적으로 평가 디바이스에 통합되고 및/또는 전체적으로 또는 부분적으로 적어도 하나의 별개의 디바이스로 구현될 수 있다.
퓨리에 변환 대신에 또는 퓨리에 변환에 추가하여 월시 변환을 사용하는 것은 신호 프로세싱 및 신호 프로세싱 디바이스의 관점에서 특히 유리하다. 월시 변환은 덧셈 및 뺄셈 프로세스만을 사용하여 구현될 수 있지만, 퓨리에 변환을 사용하면 부동 소수점 수를 처리하도록 적응된 디지털 신호 프로세서가 필요할 수 있다. 따라서, 월시 변환을 사용할 때는 퓨리에 변환을 수행하는데 필요한 디지털 신호 프로세서와 비교하여 더 간단한 디지털 신호 프로세서가 사용될 수 있다. 따라서 월시 함수 및 변환을 사용하면 특히 비용 이득을 가져올 수 있다.
주파수 분석의 수행은 잡음의 존재로 인해 재구성 오류가 초래될 수 있고 잡음으로 인해 재구성 품질이 제한받을 수 있는 정도로 잡음에 영향을 받을 수 있다. 월시 변환을 사용하면 퓨리에 변환을 사용하는 것보다 낮은 재구성 오류가 발생할 수 있다.
주파수 분석을 수행하기 전에, 신호는 필터링 프로세스에 의해 변경될 수 있다. 그래서 평가 디바이스 및/또는 월시 분석기는 주파수 분석을 수행하기 전에 신호를 필터링하도록 적응된 적어도 하나의 필터링 디바이스를 포함할 수 있다. 신호, 특히 월시 함수로 구성된 신호가 주파수 분석 전에 필터링되는 경우, 월시 함수의 계수가 영향을 받을 수 있다. 월시 함수는 각 월시 함수에 미치는 영향이 다를 수 있도록 주파수 도메인에 걸쳐 분포될 수 있다. 월시 계수에 미치는 이러한 영향은, 각 월시 계수의 캘리브레이션에 의해, 특히 진폭 캘리브레이션에 의해 고려될 수 있다. 캘리브레이션 프로세스는 측정 전 및/또는 측정 중에 수행될 수 있다. 각 월시 함수에 대한 제 1 캘리브레이션 단계에서, 필터링 프로세스를 적용한 그리고 필터링 프로세스를 적용하지 않은 재구성이 시뮬레이션될 수 있고 원래의 월시 함수와 비교될 수 있다. 다른 캘리브레이션 단계에서, 월시 계수가 조정될 수 있다. 캘리브레이션 프로세스는 예를 들어 재구성 품질을 향상시키기 위해 반복적으로 수행될 수 있다.
평가 디바이스는 광 센서 및/또는 평가 디바이스에 의해 취득된 정보와 같은 정보의 디스플레이, 시각화, 분석, 분배, 전달 또는 추가 처리 중 하나 이상에 사용될 수 있는 적어도 하나의 다른 데이터 프로세싱 디바이스에 연결될 수 있거나 통합될 수 있다. 일례로서, 데이터 프로세싱 디바이스는 디스플레이, 프로젝터, 모니터, LCD, TFT, LED 패턴 또는 다른 시각화 디바이스 중 적어도 하나에 연결되거나 통합될 수 있다. 데이터 프로세싱 디바이스는 또한 이메일, 텍스트 메시지, 전화, 블루투스, Wi-Fi, 적외선 또는 인터넷 인터페이스, 포트 또는 커넥션 중 하나 이상을 사용하여 암호화되거나 암호화되지 않은 정보를 전송할 수 있는 통신 디바이스 또는 통신 인터페이스, 커넥터 또는 포트 중 적어도 하나에 연결되거나 통합될 수 있다. 일례로서, 데이터 프로세싱 디바이스는 평가 디바이스 또는 다른 디바이스와 정보를 교환하기 위해 프로토콜 패밀리 또는 한 조의 프로토콜의 통신 프로토콜을 사용할 수 있으며, 통신 프로토콜은 구체적으로 TCP, IP, UDP, FTP, HTTP, IMAP, POP3, ICMP, IIOP, RMI, DCOM, SOAP, DDE, NNTP, PPP, TLS, E6, NTP, SSL, SFTP, HTTPs, 텔넷, SMTP, RTPS, ACL, SCO, L2CAP, RIP 또는 또 다른 프로토콜 중 하나 이상일 수 있다. 프로토콜 패밀리 또는 한 조의 프로토콜은 구체적으로 TCP/IP, IPX/SPX, X.25, AX.25, OSI, AppleTalk 또는 다른 프로토콜 패밀리 또는 한 조의 프로토콜 중 하나 이상일 수 있다. 데이터 프로세싱 디바이스는 또한 프로세서, 그래픽 프로세서, CPU, 개방형 멀티미디어 애플리케이션 플랫폼(Open Multimedia Applications Platform, OMAPTM), 집적 회로, Apple A 시리즈 또는 삼성 S3C3 시리즈의 제품과 같은 시스템 온 칩, 마이크로 컨트롤러 또는 마이크로 프로세서, ROM, RAM, EEPROM 또는 플래시 메모리와 같은 하나 이상의 메모리 블록, 발진기 또는 위상 고정 루프와 같은 타이밍 소스, 카운터-타이머, 실시간 타이머 또는 파워-온 리셋 발생기, 전압 조정기, 전원 관리 회로 또는 DMA 컨트롤러 중 적어도 하나에 연결되거나 통합될 수 있다. 개개의 유닛은 또한 AMBA 버스와 같은 버스에 의해 연결될 수 있다.
평가 디바이스 및/또는 데이터 프로세싱 디바이스는 직렬 또는 병렬 인터페이스 또는 포트, USB, 센트로닉스(Centronics) 포트, 방화벽(FireWire), HDMI, 이더넷, 블루투스, RFID, Wi-Fi, USART 또는 SPI 또는 ADC 또는 DAC 중 하나 이상과 같은 아날로그 인터페이스 또는 포트, 카메라링크(CameraLink)와 같이 RGB 인터페이스를 사용하는 2D 카메라 디바이스와 같은 또 다른 디바이스와의 표준화된 인터페이스 또는 포트 중 하나 이상과 같은 외부 인터페이스 또는 포트에 의해 연결되거나 이를 더 가질 수 있다. 평가 디바이스 및/또는 데이터 프로세싱 디바이스는 또한 프로세서간 인터페이스 또는 포트, FPGA-FPGA 인터페이스 또는 직렬 또는 병렬 인터페이스 포트 중 하나 이상에 의해 연결될 수 있다. 평가 디바이스 및 데이터 프로세싱 디바이스는 광디스크 드라이브, CD-RW 드라이브, DVD+RW 드라이브, 플래시 드라이브, 메모리 카드, 디스크 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 고체 상태 디스크 또는 고체 상태 하드 디스크 중 하나 이상에 또한 연결될 수 있다.
평가 디바이스 및/또는 데이터 프로세싱 디바이스는 하나 이상의 전화 커넥터, RCA 커넥터, VGA 커넥터, 헤르마프로디테 커넥터(hermaphrodite connector), USB 커넥터, HDMI 커넥터, 8P8C 커넥터, BCN 커넥터, IEC 60320 C14 커넥터, 광섬유 커넥터, D-초소형 커넥터, RF 커넥터, 동축 커넥터, SCART 커넥터, XLR 커넥터 중 하나 이상과 같은 하나 이상의 다른 외부 커넥터에 연결되거나 이를 가질 수 있으며 및/또는 이러한 커넥터 중 하나 이상에 적합한 적어도 하나 이상의 소켓을 통합할 수 있다.
평가 디바이스는 적어도 하나의 인터페이스에 의해 변조기 디바이스와 연결될 수 있다. 따라서, 평가 디바이스는 한 세트의 고유 변조 주파수에 관한 정보 및/또는 변조기 디바이스에 의해 수신된 적어도 하나의 이미지에 관한 정보 등과 같은 데이터를 수신하고 및/또는 변조기 디바이스와 교환하도록 적응될 수 있다. 또한, 평가 디바이스는 적어도 하나의 광 센서, 예를 들면 CMOS 칩 및/또는 공간 광 변조기를 포함하는 광 센서 및/또는 하나 이상의 출력 디바이스에 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 광 검출기, 예컨대 하나 이상의 광 센서를 포함하는 평가 디바이스 또는 데이터 프로세싱 디바이스, 광학 시스템, 평가 디바이스, 통신 디바이스, 데이터 프로세싱 디바이스, 인터페이스, 시스템 온 칩, 디스플레이 디바이스 또는 다른 전자 디바이스 중 하나 이상을 통합하는 단일 디바이스의 가능한 실시예는 이동 전화, 개인용 컴퓨터, 태블릿 PC, 텔레비전, 게임 콘솔 또는 다른 엔터테인먼트 디바이스이다. 다른 실시예에서, 아래에서 더 상세히 개요되는 3D 카메라 기능성은 디바이스의 하우징 또는 외관에 현저한 차이 없이 통상의 2D 디지털 카메라와 함께 이용 가능한 디바이스에 통합될 수 있는데, 사용자에게 눈에 띄는 차이는 3D 정보를 취득하고 및/또는 처리하는 기능일뿐 일 수 있다.
특히, 평가 디바이스 및/또는 데이터 프로세싱 디바이스와 같은 광 검출기 및/또는 그 일부를 포함하는 실시예는 3D 카메라의 기능성을 위해 디스플레이 디바이스, 데이터 프로세싱 디바이스, 광 센서, 선택적으로 센서 광학장치 및 평가 디바이스를 통합하는 이동 전화일 수 있다. 본 발명에 따른 광 검출기는 특히 엔터테인먼트 디바이스 및/또는 이동 전화와 같은 통신 디바이스에 통합하기에 적합할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 자동차에서 사용하기 위해, 자율 주행에서 사용하기 위해 또는 다임러의 인텔리전트 드라이브 시스템(Daimler's Intelligent Drive system)과 같은 자동차 안전 시스템에서 사용하기 위해 디바이스에다 평가 디바이스 및/또는 데이터 프로세싱 디바이스와 같은 검출기 또는 그의 일부를 통합한 것일 수 있으며, 일례로서, 광 센서, 선택적으로 하나 이상의 광학 시스템, 평가 디바이스, 선택적으로 통신 디바이스, 선택적으로 데이터 프로세싱 디바이스, 선택적으로 하나 이상의 인터페이스, 선택적으로 시스템 온 칩, 선택적으로 하나 이상의 디스플레이 디바이스 또는 선택적으로 또 다른 전자 디바이스 중 하나 이상을 통합하는 디바이스는 차량, 자동차, 트럭, 기차, 자전거, 비행기, 선박, 오토바이의 일부분일 수 있다. 자동차 애플리케이션에서, 자동차 디자인에 디바이스를 통합하려면 외부 또는 내부로부터 최소한 눈에 잘 보이게 광 센서, 선택적으로 광학기기 또는 디바이스를 통합해야 할 수 있다. 평가 디바이스 및/또는 데이터 프로세싱 디바이스와 같은 광 검출기 또는 그의 일부는 그렇게 자동차 디자인에 통합하는데 특히 적합할 수 있다.
본 발명은 기본적으로 공간 광 변조기의 특정 픽셀에 주파수 성분을 할당하기 위해 주파수 분석을 사용할 수 있다. 일반적으로, 고해상도 및/또는 고품질을 갖는 정교한 디스플레이 기술 및 적절히 정교한 공간 광 변조기는 저가격으로 광범위하게 이용 가능하지만, 광 센서의 공간 해상도는 대체로 기술적으로 도전적이다. 따라서, 픽셀화된 광 센서를 사용하는 대신에, 본 발명은 센서 신호의 신호 성분을 주파수 분석을 통해 픽셀화된 공간 광 변조기의 각 픽셀에 할당하는 것과 함께, 픽셀화된 공간 광 변조기와 결합하여, 어떻게든지 대면적 광 센서 또는 저해상도의 광 센서를 사용하는 장점을 제공한다. 그 결과, 저비용 광 센서가 사용될 수 있고 아니면 해상도 대신 투명도, 저잡음 및 높은 신호 품질 또는 컬러와 같은 다른 파라미터에 대해 최적화될 수 있는 광 센서가 사용될 수 있다. 공간 해상도 및 이에 의해 부과되는 기술적 과제는 광 센서로부터 공간 광 변조기로 넘어갈 수 있다.
적어도 하나의 공간 광 변조기는 또한 하나 이상의 광 패턴을 제공하도록 적응 및/또는 제어될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 공간 광 변조기는 하나 이상의 광 패턴이 적어도 하나의 광 센서를 향해, 예컨대 적어도 하나의 종 방향 광 센서를 향해 반사 및/또는 투과되는 방식으로 제어될 수 있다. 적어도 하나의 광 패턴은 일반적으로 적어도 하나의 일반 광 패턴일 수 있거나 이를 포함할 수 있고 및/또는 광 검출기에 의해 캡처된 공간 또는 장면에 의존하는 적어도 하나의 광 패턴일 수 있거나 이를 포함할 수 있고 및/또는 광 검출기에 의해 캡처된 장면의 특정 분석에 의존할 수 있다. 일반적인 패턴의 예는 다음과 같다: 프린지 기반 패턴(예를 들어, T. Peng: "디지털 프린지 투영을 사용한 3차원 형상 측정 알고리즘 및 모델(Algorithms and models for 3-D shape measurement using digital fringe projections)", University Park of Maryland(College Park, d.), 2007년 1월 16일 참조, http://drum.Sib.umd.edU//handie/1903/6654 하의 온라인에서 찾을 수 있음) 및/또는 그레이 코드 기반 패턴 (예를 들어, http://en.wikipedia.org/wiki/Gray_code 참조). 이러한 유형의 패턴은 구조화된 조명 기반 3D 인식(예를 들어, hitp://en.wikipedia.org/wiki/Structured-light_3D_scanner 참조) 또는 프린지 투영)에 일반적으로 사용된다.
공간 광 변조기 및 광 센서는 예컨대 이들 컴포넌트를 광 검출기의 별개의 컴포넌트로서 구축함으로써 공간적으로 분리될 수 있다. 일례로서, 광 검출기의 광축을 따라, 공간 광 변조기는 적어도 하나의 광 센서로부터 적어도 0.5mm만큼, 바람직하게는 적어도 1mm만큼, 더 바람직하게는 적어도 2mm만큼 이격될 수 있다. 그러나, 다른 실시예는 예컨대 공간 광 변조기를 전체적으로 또는 부분적으로 광 센서에 통합으로써 실시 가능하다.
본 발명의 이러한 기본 원리에 따른 광 검출기는 개별적으로 또는 임의의 실시 가능한 방식으로 사용될 수 있는 다양한 실시예에 의해 더 개발될 수 있다.
따라서, 위에서 개요된 바와 같이, 평가 디바이스는 또한 고유의 변조 주파수에 따라 각 신호 성분을 각 픽셀에 할당하도록 적응될 수 있다. 더 상세한 내용에 대해서는 위에서 제공된 실시예가 참조될 수 있다. 따라서, 일례로서, 한 세트의 고유 변조 주파수가 사용될 수 있으며, 각 고유 변조 주파수는 매트릭스의 특정 픽셀에 할당되며, 평가 디바이스는 적어도 고유 변조 주파수 세트의 고유 변조 주파수에 대한 센서 신호의 주파수 분석을 수행하도록 적응되며, 이렇게 함으로써 적어도 이들 고유 변조 주파수에 대한 신호 성분을 도출할 수 있다. 위에서 개요된 바와 같이, 변조기 디바이스 및 주파수 분석 모두에 동일한 신호 발생기가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 변조기 디바이스는 각 픽셀이 고유 변조 주파수로 제어되도록 적응된다. 따라서, 고유 변조 주파수를 사용함으로써, 각 신호 성분이 고유 변조 주파수를 통해 각 픽셀에 할당될 수 있도록, 변조 주파수와 각 픽셀 간의 잘 정의된 관계가 성립될 수 있다. 여전히, 광 센서 및/또는 공간 광 변조기를 둘 이상의 영역으로 세분하는 것과 같은 다른 실시예가 실시 가능하다. 이러한 실시예에서, 광 센서 및/또는 그 일부와 함께 공간 광 변조기의 각 구역은 전술한 할당을 수행하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일례로서, 변조 주파수 세트는 공간 광 변조기의 제 1 구역 및 공간 광 변조기의 적어도 하나의 제 2 구역 모두 다에 제공될 수 있다. 제 1 구역으로부터 발생하는 센서 신호와 제 2 구역으로부터 발생하는 센서 신호 사이의 센서 신호의 신호 성분의 모호성은 다른 수단에 의해, 예컨대 부가적인 변조를 사용하여 해결될 수 있다.
따라서, 일반적으로, 변조기 디바이스는 적어도 두 개의 픽셀, 바람직하게는 더 많은 픽셀 또는 심지어 매트릭스의 모든 픽셀을 하나의 고유 변조 주파수로 또는 각 픽셀을 두 개 이상의 변조 주파수로 제어하도록 적응될 수 있다. 따라서, 단일 픽셀은 하나의 고유 변조 주파수, 두 개의 고유 변조 주파수 또는 훨씬 더 많은 고유 변조 주파수로 변조될 수 있다. 이러한 유형의 다중 주파수 변조는 일반적으로 고주파 전자 기술 분야에서 공지되어 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 변조기 디바이스는 적어도 두 개의 픽셀을 상이한 고유 변조 주파수로 주기적으로 변조하도록 적응될 수 있다. 더 바람직하게, 위에서 논의된 바와 같이, 변조기 디바이스는 한 세트의 고유 변조 주파수를 제공하거나 이를 활용할 수 있으며, 고유 변조 주파수 세트의 각 고유 변조 주파수는 특정 픽셀에 할당된다. 일례로서, 고유 변조 주파수 세트는 적어도 두 개의 고유 변조 주파수, 더 바람직하게는 적어도 5개의 고유 변조 주파수, 가장 바람직하게는 적어도 10개의 고유 변조 주파수, 적어도 50개의 고유 변조 주파수, 적어도 100개의 고유 변조 주파수, 적어도 500개의 고유 변조 주파수 또는 적어도 1000개의 고유 변조 주파수를 포함할 수 있다. 다른 실시예가 실시 가능하다.
위에서 개요된 바와 같이, 평가 디바이스는 바람직하게 상이한 변조 주파수로 센서 신호를 복조하여 주파수 분석을 수행하도록 적응될 수 있다. 이런 목적을 위해, 평가 디바이스는 하나 이상의 주파수 혼합 디바이스, 하나 이상의 저역 통과 필터 또는 하나 이상의 고역 통과 필터와 같은 하나 이상의 주파수 필터 또는 하나 이상의 록-인 증폭기 및/또는 퓨리에 분석기를 포함할 수 있다. 평가 디바이스는 바람직하게 미리 정해진 및/또는 조정 가능한 주파수 범위에 걸쳐 이산 또는 연속 퓨리에 분석을 수행하도록 적응될 수 있다. 또한, 평가 디바이스는 월시 분석을 수행하도록 적응된 적어도 하나의 월시 분석기를 포함할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 평가 디바이스는 변조기 디바이스에 의한 공간 광 변조기의 변조 및 평가 디바이스에 의한 센서 신호의 복조가 바람직하게 동일 세트의 고유 변조 주파수로 수행되도록 변조기 디바이스에 의해서도 사용되는 동일 세트의 고유 변조 주파수를 사용하도록 적응되는 것이 바람직할 수 있다.
다른 바람직한 실시예는 공간 광 변조기에 의해 공간 분해된 방식으로 변경되는 광빔의 적어도 하나의 특성, 바람직하게는 적어도 하나의 광학 특성에 관한 것이다. 따라서, 바람직하게, 공간 분해된 방식으로 공간 광 변조기에 의해 변경된 광빔의 적어도 하나의 특성은 광빔의 일부의 세기; 광빔의 일부의 위상; 광빔의 일부의 스펙트럼 특성, 바람직하게는 컬러; 광빔의 일부의 편광; 광빔의 일부의 전파 방향으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 특성이다. 일 일례로서, 위에서 개요된 바와 같이, 공간 광 변조기는 각 픽셀마다, 각 픽셀을 통과하는 광의 부분을 스위치 온 또는 오프 스위칭하도록 적응될 수 있는데, 즉, 광의 부분이 광 센서를 향해 진행하는 제 1 상태와 광의 부분이 광 센서를 향해 진행하는 것을 방지하는 제 2 상태 사이에서 스위칭하도록 적응된다. 여전히, 픽셀의 제 1 투과를 갖는 제 1 상태와 제 1 투과와 상이한 픽셀의 제 2 투과를 갖는 제 2 상태 사이의 세기 변조와 같은 다른 옵션이 실시 가능하다. 다른 옵션도 실시 가능하다.
적어도 하나의 공간 광 변조기는 바람직하게, 하나 이상의 액정 공간 광 변조기와 같은 액정 기술에 기초한 공간 광 변조기; 마이크로미러 시스템, 특히 마이크로미러 어레이에 기초한 공간 광 변조기와 같은 마이크로기계 시스템에 기초한 공간 광 변조기; 간섭 변조에 기초한 공간 광 변조기; 음향-광학 효과에 기초한 공간 광 변조기; 전기-광학 효과에 기초한, 특히 포켈스 효과 및/또는 커 효과에 기초한 공간 광 변조기; 광빔이 픽셀 매트릭스를 통과하며 픽셀이 개별적으로 제어 가능한 방식으로 각 픽셀을 통과하는 광빔의 각 부분에 대한 광학 특성을 변경하도록 적응된 투과형 공간 광 변조기; 픽셀이 개별적으로 제어 가능한 반사 특성을 가지며 각 픽셀에 의해 반사되는 광빔의 각 부분에 대한 전파 방향을 개별적으로 변화시키도록 적응된 반사형 공간 광 변조기; 픽셀이 개별적으로 제어 가능한 반사 특성을 가지며 각 픽셀에 할당된 마이크로미러의 위치를 제어함으로써 각 픽셀에 대한 투과를 개별적으로 변화시키도록 적응된 투과형 공간 광 변조기; 광빔이 픽셀 매트릭스를 통과하며 픽셀이 픽셀의 간섭 효과를 변경함으로써 각 픽셀을 통과하는 광빔의 각 부분에 대한 광학 특성을 변경하도록 적응된 간섭 변조에 기초한 공간 광 변조기; 픽셀이 각 픽셀에 인가된 전압에 의해 개별적으로 제어될 수 있는 제어 가능한 스펙트럼 특성을 가진 전기변색(electrochromic) 공간 광 변조기; 픽셀의 복굴절이 음향파에 의해 제어 가능한 음향-광학(acoustic-optical) 공간 광 변조기; 픽셀의 복굴절이 전기장에 의해 제어 가능한 전기-광학(electro-optical) 공간 광 변조기, 바람직하게는 포켈스 효과 및/또는 커 효과에 기초한 공간 광 변조기; 초점 조정 가능한 렌즈의 어레이, 적응형 액체 마이크로렌즈의 영역, 투명 마이크로프리즘의 어레이 중 하나 이상과 같은 적어도 하나의 조정 가능한 광 요소 어레이를 포함하는 공간 광 변조기로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 이러한 유형의 공간 광 변조기는 일반적으로 당업자에게 공지되어 있고, 적어도 부분적으로 상업적으로 이용 가능하다. 따라서, 일례로서, 적어도 하나의 공간 광 변조기는, 픽셀이 액정 디바이스의 개별적으로 제어 가능한 셀인 액정 디바이스, 바람직하게는 능동 매트릭스 액정 디바이스; 픽셀이 각 반사 표면의 방위와 관련하여 개별적으로 제어 가능한 마이크로미러 디바이스의 마이크로미러인 마이크로미러 디바이스; 픽셀이 각 셀에 인가된 전압에 의해 개별적으로 제어 가능한 스펙트럼 특성을 갖는 전기변색 디바이스의 셀인 전기변색 디바이스; 픽셀이 셀에 인가되는 음향 파에 의해 개별적으로 제어 가능한 복굴절을 갖는 음향-광학 디바이스의 셀인 음향-광학 디바이스; 픽셀이 셀에 인가된 전기장에 의해 개별적으로 제어 가능한 복굴절을 갖는 전기-광학 디바이스의 셀인 전기-광학 디바이스로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 명명된 기술 중 두 가지 이상의 기술의 조합이 실현 가능하다. 일반적으로 소위 DLP® 기술을 구현하는 마이크로미러 디바이스와 같은 마이크로미러 디바이스가 상업적으로 이용 가능하다.
위에서 개요된 바와 같이, 광빔의 적어도 하나의 특성을 변경하는 픽셀의 능력은 픽셀 매트릭스 전체에서 균일할 수 있다. 대안으로, 적어도 하나의 특성을 변경하는 픽셀의 능력은 픽셀마다 다를 수 있어서, 픽셀 매트릭스의 적어도 하나의 제 1 픽셀은 특성을 변경하는 제 1 능력을 갖고, 픽셀 매트릭스의 적어도 하나의 제 2 픽셀은 특성을 변경하는 제 2 능력을 갖는다. 또한, 광빔의 하나 이상의 특성은 픽셀에 의해 변경될 수 있다. 되풀이하면, 픽셀은 광빔의 동일한 특성 또는 광빔의 상이한 유형의 특성을 변경할 수 있다. 따라서, 일례로서, 적어도 하나의 제 1 픽셀은 광빔의 제 1 특성을 변경하도록 적응될 수 있으며, 적어도 하나의 제 2 픽셀은 광빔의 제 1 특성과 상이한 광빔의 제 2 특성을 변경하도록 적응될 수 있다. 또한, 각 픽셀을 통과하는 광빔의 일부의 적어도 하나의 광학 특성을 변경하는 픽셀의 능력은 광빔의 스펙트럼 특성, 특히 광빔의 컬러에 의존할 수 있다. 따라서, 일례로서, 광빔의 적어도 하나의 특성을 변경하는 픽셀의 능력은 광빔의 파장 및/또는 광빔의 컬러에 의존할 수 있으며, 여기서 "컬러"라는 용어는 일반적으로 광빔의 세기의 스펙트럼 분포와 관련한다. 되풀이하면, 픽셀은 균일한 특성 또는 상이한 특성을 가질 수 있다. 따라서, 일례로서, 적어도 하나의 제 1 픽셀 또는 적어도 하나의 제 1 픽셀 그룹은 청색 스펙트럼 범위에서 높은 투과를 갖는 필터링 특성을 가질 수 있고, 제 2 픽셀 그룹은 적색 스펙트럼에서 높은 투과를 갖는 필터링 특성을 가질 수 있으며, 제 3 픽셀 그룹은 녹색 스펙트럼 범위에서 높은 투과를 갖는 필터링 특성을 가질 수 있다. 일반적으로, 적어도 두 개의 픽셀 그룹은 투과 범위가 상이한 광빔에 대한 필터링 특성을 가질 수 있으며, 각 그룹 내의 픽셀은 또한 적어도 하나의 낮은 투과 상태와 적어도 하나의 높은 투과 상태 사이에서 스위칭될 수 있다. 다른 실시예가 실시 가능하다.
위에서 개요된 바와 같이, 공간 광 변조기는 투명한 공간 광 변조기 또는 투명하지 않거나 불투명한 공간 광 변조기일 수 있다. 후자의 경우, 바람직하게 공간 광 변조기는 각 마이크로미러가 마이크로미러 디바이스의 픽셀을 형성하는 복수의 마이크로미러를 갖는 마이크로미러 디바이스와 같은 반사형 공간 광 변조기이며, 각 마이크로미러는 적어도 두 방향 사이에서 개별적으로 스위칭 가능하다. 따라서, 일례로서, 각각의 마이크로미러의 제 1 방향은 마이크로미러를 통과하는, 즉, 마이크로미러에 부딪히는 광빔의 일부가 광 센서를 향해 지향되는 방향일 수 있으며, 제 2 방향은 마이크로미러를 통과하는, 즉, 마이크로미러에 부딪히는 광빔의 일부가 다른 방향을 향해 지향되어 예컨대 빔 덤프(beam dump)로 향하게 됨으로써 광 센서에 도달하지 않는 방향일 수 있다.
부가적으로 또는 대안으로, 공간 광 변조기는 투과형 공간 광 변조기, 바람직하게는 픽셀의 투과율이 바람직하게 개별적으로 스위칭 가능한 투과형 공간 광 변조기일 수 있다. 따라서, 일례로서, 공간 광 변조기는 투영 목적으로, 예를 들면 프리젠테이션 목적에 사용되는 비머(beamer)에서 널리 사용되는 액정 디바이스와 같은 적어도 하나의 투명한 액정 디바이스를 포함할 수 있다. 액정 디바이스는 동일한 스펙트럼 특성의 픽셀을 갖는 단색 액정 디바이스일 수 있거나 적색, 녹색 및 청색 픽셀과 같은 서로 다른 스펙트럼 특성의 픽셀을 갖는 다색 또는 심지어 풀 컬러 액정 디바이스일 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 평가 디바이스는 바람직하게 매트릭스의 픽셀에 각각의 신호 성분을 할당하도록 적응된다. 평가 디바이스는 또한 신호 성분을 평가함으로써 매트릭스의 어떤 픽셀이 광빔에 의해 조명되는지를 결정하도록 적응될 수 있다. 따라서, 각각의 신호 성분은 고유한 상관관계를 통해 특정 픽셀에 대응할 수 있기 때문에, 스펙트럼 성분을 평가함으로써 픽셀의 조명을 평가할 수 있게 된다. 일례로서, 평가 디바이스는 조명된 픽셀을 결정하기 위해 신호 성분을 적어도 하나의 문턱치와 비교하도록 적응될 수 있다. 적어도 하나의 문턱치는 고정된 문턱치 또는 미리 정해진 문턱치일 수 있거나 아니면 가변 가능하거나 조정 가능한 문턱치일 수 있다. 일례로서, 신호 성분의 통상적인 잡음보다 높게 미리 정해진 문턱치가 선택될 수 있으며, 각 픽셀의 신호 성분이 문턱치를 초과하는 경우에 픽셀의 조명이 결정될 수 있다. 적어도 하나의 문턱치는 신호 성분마다 균일한 문턱치일 수 있거나 각 신호 성분마다 개별 문턱치일 수 있다. 따라서, 상이한 신호 성분이 상이한 정도의 잡음을 나타내는 경향이 있는 경우, 개개의 문턱치가 이러한 개개의 잡음을 고려하여 선택될 수 있다.
평가 디바이스는 또한 광빔에 의해 조명된 매트릭스의 픽셀의 횡방향 위치를 식별함으로써, 광빔의 적어도 하나의 횡방향 위치 및/또는 검출기의 광축에 대한 방위와 같은 광빔의 방향을 식별하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일례로서, 픽셀의 매트릭스상에서 광빔의 중심은 신호 성분을 평가하여 조명이 가장 높은 적어도 하나의 픽셀을 식별함으로써 식별될 수 있다. 조명이 가장 높은 적어도 하나의 픽셀은 다시 말하자면 광빔의 횡방향 위치로서 식별될 수 있는 매트릭스의 특정 위치에 놓여 있을 수 있다. 이 점과 관련하여, 일반적으로, 다른 옵션이 실현 가능할지라도, 유럽 특허출원 EP 13171901.5에 개시된 바와 같이 광빔의 횡방향 위치를 결정하는 원리가 참조될 수 있다.
일반적으로, 이하에서 사용되는 바와 같이, 검출기의 여러 방향이 정의될 수 있다. 따라서, 물체의 위치 및/또는 방향은 바람직하게 검출기의 좌표계일 수 있는 좌표계에서 정의될 수 있다. 따라서, 검출기는 검출기의 광축이 z-축을 형성하며, z-축에 수직이고 서로 수직이 되는 x-축 및 y-축이 제공될 수 있는 좌표계를 형성할 수 있다. 일례로서, 검출기 및/또는 검출기의 일부는 이러한 좌표계의 원점과 같은 좌표계의 특정 지점에 놓일 수 있다. 이 좌표계에서, z-축에 평행한 방향 또는 역평행한 방향은 종방향으로 간주될 수 있으며, z-축을 따른 좌표는 종방향 좌표로 간주될 수 있다. 종방향에 수직한 임의의 방향은 횡방향으로 간주될 수 있으며, x-좌표 및/또는 y-좌표는 횡방향 좌표로 간주될 수 있다.
대안으로, 다른 유형의 좌표계가 사용될 수 있다. 따라서, 일례로서, 광축이 z-축을 형성하고, z-축으로부터의 거리 및 극각이 부가적인 좌표로 사용될 수 있는 극좌표계가 사용될 수 있다. 되풀이하면, z-축에 평행한 방향 또는 역평행한 방향은 종방향으로 간주될 수 있으며, z-축을 따른 좌표는 종방향 좌표로 간주될 수 있다. z-축에 수직인 임의의 방향은 횡방향으로 간주될 수 있으며, 극 좌표 및/또는 극각은 횡방향 좌표로 간주될 수 있다.
픽셀 매트릭스상의 광빔의 중앙 스폿 또는 중앙 영역일 수 있는 픽셀 매트릭스상의 광빔의 중심은 다양한 방식으로 사용될 수 있다. 따라서, 광빔의 중심의 적어도 하나의 횡방향 좌표가 결정될 수 있는데, 이것은 이하에서 광빔의 중심의 xy-좌표라고도 지칭될 것이다.
또한, 광빔의 중심 위치는 광빔이 검출기를 향해 전파하는 물체의 횡방향 위치 및/또는 상대 방향에 관한 정보를 얻게 해줄 수 있다. 따라서, 광빔에 의해 조명된 매트릭스의 픽셀의 횡방향 위치는 광빔에 의해 가장 높은 조명을 갖는 하나 이상의 픽셀을 결정함으로써 결정된다. 이러한 목적을 위해, 검출기의 공지된 이미징 특성이 사용될 수 있다. 일례로서, 검출기를 지닌 물체로부터 전파하는 광빔은 특정 영역에 직접 충돌할 수 있고, 이 영역의 위치로부터 또는 특히 광빔의 중심의 위치로부터, 횡방향 위치 및/또는 방향이 도출될 수 있다. 선택적으로, 검출기는 광학 특성을 갖는 적어도 하나의 렌즈 또는 렌즈 시스템과 같은 적어도 하나의 전달 디바이스를 포함할 수 있다. 전형적으로, 전달 디바이스의 광학 특성은 예컨대, 공지된 이미징 방정식 및/또는 광선 광학기기 또는 매트릭스 광학기기에 관해 알고 있는 기하학적 관계를 사용함으로써 알려져 있기 때문에, 픽셀의 매트릭스상의 광빔의 중심의 위치는 하나 이상의 전달 디바이스가 사용되는 경우에 물체의 횡방향 위치에 관한 정보를 도출하는데 또한 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 평가 디바이스는 광빔의 횡방향 위치 및 광빔의 방향 중 적어도 하나를 평가함으로써, 광빔이 검출기를 향해 전파하는 물체의 횡방향 위치 및 광빔이 검출기를 향해 전파하는 물체의 상대적인 방향 중 하나 이상을 식별하도록 적응될 수 있다. 이 점과 관련하여, 일례로서, 유럽 특허출원 EP 13171901.5, US 가출원 61/739,173 또는 US 가출원 61/749,964 중 하나 이상에 개시된 바와 같은 하나 이상의 횡방향 광 센서가 또한 참조될 수 있다. 여전히 다른 옵션이 실시 가능하다.
평가 디바이스는 또한, 스펙트럼 분석의 결과를 더 평가함으로써, 특히 신호 성분을 평가함으로써, 광빔에 관한 및/또는 광빔이 검출기를 향해 전파하는 물체의 위치에 관한 하나 이상의 다른 정보 항목을 도출하는데 적응될 수 있다. 따라서, 일례로서, 평가 디바이스는 광빔이 검출기를 향해 전파하는 물체의 위치; 광빔의 횡방향 위치; 공간 광 변조기의 픽셀 매트릭스 상의 광빔의 폭; 공간 광 변조기의 픽셀 매트릭스의 위치에서의 광빔의 폭; 광빔의 컬러 및/또는 광빔의 스펙트럼 특성; 광빔이 검출기를 향해 전파하는 물체의 종방향 좌표로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 정보 항목을 도출하는데 적응될 수 있다. 이러한 정보 항목의 예 및 이러한 정보 항목을 도출하는 것의 예는 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.
따라서, 일례로서, 평가 디바이스는 신호 성분을 평가하여 광빔의 폭을 결정하는데 적응될 수 있다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용되는 것으로, "광빔의 폭"이라는 용어는 전술한 z-축과 같이 특히 광빔의 전파의 국부적 방향에 수직인 평면에서, 픽셀 매트릭스상의 광빔에 의해 생성된 조명 스폿의 횡방향 확장 부분의 임의의 측정치와 관련한다. 따라서, 일례로서, 광빔의 폭은 광 스폿의 영역, 광 스폿의 직경, 광 스폿의 등가 직경, 광 스폿의 반경 또는 광 스폿의 등가 반경 중 하나 이상을 제공함으로써 특정될 수 있다. 일례로서, 소위 빔 웨이스트(beam waist)는 공간 광 변조기의 위치에서 광빔의 폭을 결정하기 위해 특정될 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 더 상세히 개요될 것이다. 특히, 평가 디바이스는 광빔에 의해 조명되는 픽셀에 할당된 신호 성분을 식별하고 픽셀 배열의 알려진 기하학적 특성으로부터 공간 광 변조기의 위치에서 광빔의 폭을 결정하도록 적응될 수 있다. 따라서, 특히, 매트릭스의 픽셀이 매트릭스의 알려진 위치에 놓여 있는 경우, 통상적으로, 주파수 분석에 의해 도출된 각 픽셀의 신호 성분은 광빔에 의한 공간 광 변조기의 조명의 공간적 분배분으로 변환될 수 있고, 이에 따라 공간 광 변조기의 위치에서 광빔의 폭에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 도출할 수 있다.
광빔의 폭을 아는 경우, 이 폭은 광빔이 검출기를 향해 이동하는 물체의 위치에 관한 정보의 하나 이상의 항목을 도출하는데 사용될 수 있다. 따라서, 평가 디바이스는 광빔의 폭과 광빔이 검출기를 향해 전파하는 물체 사이의 거리 사이의 알려진 또는 확인 가능한 관계를 사용하여 물체의 종방향 좌표를 결정하도록 적응될 수 있다. 광빔의 폭을 평가하여 물체의 종방향을 도출하는 일반적인 원리에 대해서는 WO 2012/110924, 유럽 특허출원 EP 13171901.5, US 가출원 61/739,173 또는 US 가출원 61/749,964 중 하나 이상이 참조될 수 있다.
따라서, 일례로서, 평가 디바이스는 픽셀이 조명된 픽셀인지 아닌지를 결정하기 위해 각 픽셀에 대해 각 픽셀의 신호 성분을 적어도 하나의 문턱치와 비교하도록 적응될 수 있다. 이러한 적어도 하나의 문턱치는 각 픽셀마다의 개개의 문턱치일 수 있거나 전체 매트릭스에 대한 균일한 문턱치인 문턱치일 수 있다. 위에서 개요된 바와 같이, 문턱치는 미리 정해지거나 고정될 수 있다.
대안으로, 적어도 하나의 문턱치는 가변적일 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 문턱치는 각 측정 또는 측정 그룹마다 개별적으로 결정될 수 있다. 따라서, 문턱치를 결정하도록 적응된 적어도 하나의 알고리즘이 제공될 수 있다.
평가 디바이스는 일반적으로 픽셀의 신호를 비교하여 픽셀 중 가장 높은 조명을 갖는 적어도 하나의 픽셀을 결정하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일반적으로 검출기는 광빔에 의한 조명 세기가 가장 높은 하나 이상의 픽셀 및/또는 매트릭스의 영역 또는 구역을 결정하도록 적응될 수 있다. 일례로서, 이러한 방식으로, 광빔에 의한 조명 중심이 결정될 수 있다.
가장 높은 조명 및/또는 가장 높은 조명의 적어도 하나의 영역 또는 구역에 관한 정보는 다양한 방식으로 사용될 수 있다. 따라서, 위에서 개요된 바와 같이, 적어도 하나의 전술한 문턱치는 가변가능한 문턱치일 수 있다. 일례로서, 평가 디바이스는 가장 높은 조명을 갖는 적어도 하나의 픽셀의 신호 부분으로서 전술한 적어도 하나의 문턱치를 선택하도록 적응될 수 있다. 따라서, 평가 디바이스는 가장 높은 조명을 갖는 적어도 하나의 픽셀의 신호에 1/e2의 인자를 곱함으로써 문턱치를 선택하도록 적응될 수 있다. 아래에서 더 상세하게 개요되는 바와 같이, 이러한 옵션은 적어도 하나의 광빔에 대해 가우시안 전파 특성이 가정되는 경우에 특히 바람직한데, 그 이유는 문턱값 1/e2에 의해 일반적으로 광 센서상의 가우시안 빔에 의해 생성된 빔 반경 또는 빔 웨이스트를 갖는 광 스폿의 경계가 결정되기 때문이다.
평가 디바이스는 광빔의 폭 또는 같은 의미로 광빔에 의해 조명되는 픽셀의 수(N)와 물체의 종방향 좌표 사이의 미리 정해진 관계를 사용하여 물체의 종방향 좌표를 결정하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 당업자에게 일반적으로 알려진 전파 특성으로 인해, 광빔의 직경은 전파에 따라, 예컨대 전파의 종방향 좌표에 따라 변한다. 조명된 픽셀의 수와 물체의 종방향 좌표 사이의 관계는 경험적으로 결정된 관계일 수 있고 및/또는 분석적으로 결정될 수 있다.
따라서, 일례로서, 캘리브레이션 프로세스는 광빔의 폭 및/또는 조명된 픽셀의 수와 종방향 좌표 간의 관계를 결정하는데 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 위에서 개요된 바와 같이, 미리 정해진 관계는 광빔이 가우시안 광빔이라는 가정을 기초로 할 수 있다. 광빔은 정확히 하나의 파장(λ)을 갖는 단색 광빔일 수 있거나 복수의 파장 또는 파장 스펙트럼을 갖는 광빔일 수 있으며, 여기서, 일례로서, 스펙트럼의 중심 파장 및/또는 스펙트럼의 특징적인 피크는 광빔의 파장(λ)으로서 선택될 수 있다.
분석적으로 결정된 관계의 일례로서, 광빔의 가우시안 특성을 가정함으로써 도출될 수 있는 미리 정해진 관계는 다음과 같을 수 있다.
Figure pct00001
여기서 z는 종방향 좌표이고,
w0는 공간에서 전파할 때 광빔의 최소 빔 반경이고,
z0는 레일리 길이(Rayleigh-length)로서 z0 = ? ? w0 2/λ 이며, λ는 빛의 파장이다.
이러한 관계는 일반적으로 좌표계의 z-축을 따라 진행하는 가우시안 빔의 세기(I)의 일반 방정식으로부터 도출될 수 있으며, 여기서 γ는 z-축에 수직한 좌표이며 E는 광빔의 전기장이다.
Figure pct00002
일반적으로 가우시안 곡선을 표현하는 가우시안 광빔의 횡방향 프로필의 빔 반경(w)은 특정 z-값에 대해, 진폭(E)이 1/e 의 값(약 36%)으로 떨어지고(약 36%) 세기(I)가 1/e2로 떨어진 z-축으로부터의 특정 거리로서 정의된다. (예를 들면 z-좌표 변환을 수행할 때 다른 z-값에서 발생할 수도 있는) 위에서 주어진 가우시안 방정식에서, 좌표 z = 0에서 발생하는 최소 빔 반경은 w0으로 표시된다. z-좌표에 따라, 광빔이 z-축을 따라 전파할 때 빔 반경은 일반적으로 하기 방정식을 따른다.
Figure pct00003
조명된 픽셀 수(N)가 광 센서의 조명된 영역(A)에 비례하는 경우, 다음과 같고,
Figure pct00004
그렇지 않고, 복수의 공간 광 변조기 i = 1, ..., n이 사용되는 경우, 각 공간 광 변조기에 대해 조명된 픽셀 수(Ni)는 다음과 같이 각 광 센서의 조명된 영역(Ai)에 비례하며,
Figure pct00005
그리고 반경(w)을 갖는 원의 일반적인 영역은 다음과 같고,
Figure pct00006
위에서 언급한 바와 같이,
Figure pct00007
인 경우, 조명된 픽셀 수와 z-좌표 사이의 관계가 다음과 같이 각기 도출될 수 있다.
Figure pct00008
또는
Figure pct00009
따라서, N 또는 Ni 각각이 세기(I0 ≥ I0/e2)로 조명되는 원 내의 픽셀 수인 경우, 일례로서, N 또는 Ni는 픽셀을 간단히 카운팅하여 및/또는 히스토그램 분석과 같은 다른 방법에 의해 결정될 수 있다. 다시 말해서, z-좌표와 조명된 픽셀 수(N 또는 Ni) 사이의 각기 잘 정의된 관계는 물체에 통합되는 것 및/또는 물체에 부착된 것 중 하나인 적어도 하나의 비콘 디바이스의 적어도 하나의 종방향 좌표와 같은 물체 및/또는 물체의 적어도 하나의 지점의 종방향 좌표(z)를 결정하는데 사용될 수 있다.
수학식 1에서와 같은 위에서 주어진 방정식에서, 광빔은 위치 z = 0에서 초점이 맞은 것으로 가정된다. 그러나, 예컨대 특정 값을 더하거나 뺌으로써 z-좌표의 좌표 변환이 가능하다는 것을 주목하여야 한다. 따라서, 일례로서, 초점의 위치는 전형적으로 검출기로부터의 물체의 거리 및/또는 광빔의 다른 특성에 의존한다. 따라서, 초점 및/또는 초점의 위치를 결정함으로써, 물체의 위치, 특히 물체의 종방향 좌표는 예컨대, 초점의 위치와 물체 및/또는 비콘 디바이스의 종방향 좌표 사이의 경험적 및/또는 분석적 관계를 사용하여, 결정될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 선택적인 렌즈와 같은 적어도 하나의 선택적인 전달 디바이스의 이미징 특성이 고려될 수 있다. 따라서, 일례로서, 비콘 디바이스에 포함된 조명 디바이스의 방사 특성이 알려진 경우와 같이, 물체로부터 검출기를 향해 지향되는 광빔의 빔 특성이 알려진 경우, 물체로부터 전달 디바이스로의 전파를 표현하고, 전달 디바이스의 이미징을 표현하며 그리고 전달 디바이스로부터 적어도 하나의 광 센서로의 빔 전파를 표현하는 적절한 가우시안 전달 매트릭스를 사용함으로써, 빔 웨이스트와 물체 및/또는 비콘 디바이스의 위치 사이의 상관관계는 분석적으로 쉽게 결정될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 상관관계는 적절한 캘리브레이션 측정에 의해 경험적으로 결정될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 픽셀 매트릭스는 바람직하게는 2차원 매트릭스일 수 있다. 그러나, 1 차원 매트릭스와 같은 다른 실시예가 실시 가능하다. 더 바람직하게, 위에서 개요된 바와 같이, 픽셀 매트릭스는 직사각형 매트릭스이다.
위에서 개요된 바와 같이, 주파수 분석에 의해 도출된 정보는 물체 및/또는 광빔에 관한 다른 유형의 정보를 도출하는데 또한 사용될 수 있다. 횡방향 및/또는 종방향 위치 정보에 부가적으로 또는 대안으로 도출될 수 있는 정보의 또 다른 일례로서, 물체 및/또는 광빔의 컬러 및/또는 스펙트럼 특성이 지명될 수 있다.
따라서, 각 픽셀을 통과하는 광빔의 일부의 적어도 하나의 광학 특성을 변경하는 픽셀의 능력은 광빔의 스펙트럼 특성, 특히 광빔의 컬러에 의존할 수 있다. 평가 디바이스는 특히 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 광빔의 성분에 신호 성분을 할당하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일례로서, 하나 이상의 제 1 신호 성분은 제 1 스펙트럼 범위의 광빔의 일부를 투과 또는 반사하도록 적응된 하나 이상의 픽셀에 할당될 수 있고, 하나 이상의 제 2 신호 성분은 제 2 스펙트럼 범위의 광빔의 일부를 투과 또는 반사하도록 적응된 하나 이상의 픽셀에 할당될 수 있으며, 하나 이상의 제 3 신호 성분은 제 3 스펙트럼 범위의 광빔의 일부를 투과 또는 반사하도록 적응된 하나 이상의 픽셀에 할당될 수 있다. 따라서, 픽셀의 매트릭스는 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 적어도 두 개의 상이한 픽셀 그룹을 가질 수 있으며, 평가 디바이스는 이들 그룹의 신호 성분끼리를 구별하여, 광빔의 전체 또는 부분적 스펙트럼 분석을 가능하게 할 수 있다. 일례로서, 매트릭스는 각기 개별적으로 제어될 수 있는 적색, 녹색 및 청색 픽셀을 가질 수 있으며, 평가 디바이스는 신호 성분을 그룹 중 하나에 할당하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 풀 컬러 액정 SLM이 이러한 목적으로 사용될 수 있다.
따라서, 일반적으로, 평가 디바이스는 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 광빔의 성분에 할당되는, 특히 상이한 파장을 갖는 광빔의 성분에 할당되는 신호 성분을 비교함으로써 광빔의 컬러를 결정하도록 적응될 수 있다. 픽셀 매트릭스는 상이한 스펙트럼 특성을 갖는, 특히 상이한 컬러를 갖는 픽셀을 포함할 수 있으며, 평가 디바이스는 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 각 픽셀에 신호 성분을 할당하도록 적응될 수 있다. 변조기 디바이스는 제 2 컬러를 갖는 픽셀과 상이한 방식으로 제 1 컬러를 갖는 픽셀을 제어하도록 적응될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 본 발명의 장점 중 하나는 광 센서의 미세 픽셀 화(fine pixelation)가 회피될 수 있다는 사실에 있다. 그 대신에, 픽셀화된 SLM이 사용될 수 있고, 이로써 실제로, 실제 광 센서로부터 SLM으로 픽셀화를 이전할 수 있다. 특히, 적어도 하나의 광 센서는 복수의 픽셀을 통과하는 광빔의 복수의 부분을 검출하도록 적응된 적어도 하나의 대면적 광 센서일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 광 센서는 단일의 센서 신호를 제공하도록 적응된 단일의 비 세그먼트화된 단일 센서 영역(non-segmented unitary sensor region)을 제공할 수 있으며, 이 센서 영역은 SLM을 통과하는 광빔의 모든 부분, 즉, 적어도 검출기로 들어가서 광축에 평행하게 SLM 또는 광 센서 중 하나 또는 둘 다를 통과하는 광빔에 대해 검출하도록 적응된다. 일례로서, 단일 센서 영역은 적어도 25mm2, 바람직하게는 적어도 100mm2, 더 바람직하게는 적어도 400mm2의 감응 영역을 가질 수 있다. 여전히, 두 개 이상의 센서 영역을 갖는 실시예와 같은 다른 실시예가 실시 가능하다. 또한, 두 개 이상의 광 센서가 사용되는 경우, 광 센서는 반드시 동일할 필요는 없다. 따라서, 하나 이상의 대면적 광 센서는 하나 이상의 픽셀화된 광 센서와, 예를 들어, 하나 이상의 카메라 칩과, 예를 들면, 하나 이상의 CCD-칩 또는 CMOS-칩과 조합될 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 더 상세하게 개요될 것이다.
적어도 하나의 광 센서 또는 복수의 광 센서가 제공되는 경우에는 광 센서 중 적어도 하나는 바람직하게 전체적으로 또는 부분적으로 투명할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 적어도 하나의 광 센서는 광빔이 적어도 부분적으로 부모 광 센서를 통과할 수 있도록 적어도 하나의 적어도 부분적으로 투명한 광학 요소를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 것으로, "적어도 부분적으로 투명한"이라는 용어는 전체 광 센서가 투명하거나 또는 광 센서의 일부(예를 들어, 감광 영역)가 투명하다는 옵션 및/또는 광 센서 또는 광 센서의 투명 부분이 감쇠 또는 감쇠 없는 방식으로 광빔을 투과시킬 수 있는 옵션을 모두 지칭할 수 있다. 따라서, 일례로서, 투명 광 센서는 적어도 10%, 바람직하게는 적어도 20%, 적어도 40%, 적어도 50% 또는 적어도 70%의 투명도를 가질 수 있다. 투명도는 광빔의 파장에 의존할 수 있으며, 주어진 투명도는 적외선 스펙트럼 범위, 가시 스펙트럼 범위 및 자외선 스펙트럼 범위 중 적어도 하나의 범위의 적어도 하나의 파장에 대해 유효할 수 있다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용되는 것으로서, 적외선 스펙트럼 범위는 780nm 내지 1mm의 범위, 바람직하게는 780nm 내지 50㎛의 범위, 더 바람직하게는 780nm 내지 3.0 ㎛의 범위와 관련한다. 가시 스펙트럼 범위는 380nm 내지 780nm의 범위와 관련한다. 그 범위에서, 보라색 스펙트럼(violet spectrum) 범위를 비롯하여 파란색 스펙트럼 범위는 380 내지 490nm로 정의될 수 있으며, 순수 파란색 스펙트럼 범위는 430 내지 490nm로 정의될 수 있다. 노란색 스펙트럼 범위를 비롯하여 녹색 스펙트럼 범위는 490nm 내지 600nm로 정의될 수 있으며, 순수한 녹색 스펙트럼 범위는 490nm 내지 470nm로 정의될 수 있다. 주황색 스펙트럼 범위를 비롯하여 적색 스펙트럼 범위는 600 내지 780nm로 정의될 수 있으며, 순수 적색 스펙트럼 범위는 640 내지 780nm로 정의될 수 있다. 자외선 스펙트럼 범위는 1nm 내지 380nm, 바람직하게는 50nm 내지 380nm, 더 바람직하게는 200nm 내지 380nm로 정의될 수 있다.
감각 효과(sensory effect)를 제공하기 위해, 일반적으로, 광 센서는 전형적으로 광빔과 전형적으로 투명도의 손실을 초래하는 광 센서 사이에서 일종의 상호작용을 제공하여야 한다. 광 센서의 투명도는 결과적으로 광 센서의 감도, 흡광도 또는 투명도의 스펙트럼 프로필을 산출하는 광빔의 파장에 의존할 수 있다. 위에서 개요된 바와 같이, 복수의 광 센서가 제공되는 경우, 광 센서의 스펙트럼 특성은 반드시 동일할 필요가 없다. 따라서, 광 센서 중 하나는 적색 스펙트럼 영역에서 (흡수율(absorbance) 피크, 흡수성(absorptivity) 피크 또는 흡광도(absorption) 피크 중 하나 이상과 같은) 강한 흡광도를 제공할 수 있고, 센서 중 다른 하나는 녹색 스펙트럼 영역에서 강한 흡광도를 제공할 수 있으며, 또 다른 하나는 청색 스펙트럼 영역에서 강한 흡광도를 제공할 수 있다. 다른 실시예가 실시 가능하다.
위에서 개요된 바와 같이, 복수의 광 센서가 제공되는 경우, 광 센서는 스택을 형성할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 광 센서는 적어도 두 개의 광 센서의 스택을 포함한다. 스택의 광 센서 중 적어도 하나는 적어도 부분적으로 투명한 광 센서일 수 있다. 따라서, 바람직하게, 광 센서의 스택은 적어도 하나의 적어도 부분적으로 투명한 광 센서 및 투명하거나 불투명한 적어도 하나의 또 다른 광 센서를 포함할 수 있다. 바람직하게, 적어도 두 개의 투명한 광 센서가 제공된다. 특히, 공간 광 변조기로부터 가장 멀리 떨어져있는 측부 상의 광 센서는 또한 불투명 센서와 같은 불투명 광 센서일 수 있으며, 불투명 광 센서에서 CCD 또는 CMOS 칩과 같은 무기 반도체 센서와 같은 유기 또는 무기 광 센서가 사용될 수 있다.
스택은 계면에서의 반사를 피하고 및/또는 감소시키기 위해 부분적으로 또는 전체적으로 오일 및/또는 액체에 침지될 수 있다. 따라서, 스택의 광 센서 중 적어도 하나는 전체적으로 또는 부분적으로 오일 및/또는 액체에 침지될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 적어도 하나의 광 센서는 필연적으로 픽셀화된 광 센서이어야 한다. 따라서, 주파수 분석을 수행하는 일반적인 개념을 사용하여 픽셀화를 생략할 수 있다. 그럼에도, 특히 복수의 광 센서가 제공되는 경우에, 하나 이상의 픽셀화된 광 센서가 사용될 수 있다. 따라서, 특히 광 센서의 스택이 사용되는 경우, 스택의 광 센서 중 적어도 하나는 복수의 감광 픽셀을 갖는 픽셀화된 광 센서일 수 있다. 일례로서, 픽셀화된 광 센서는 픽셀화된 유기 및/또는 무기 광 센서일 수 있다. 가장 바람직하게, 특히 광 센서의 상업적 이용 가능성으로 인해, 픽셀화된 광 센서는 무기 픽셀화된 광 센서, 바람직하게는 CCD 칩 또는 CMOS 칩일 수 있다. 따라서, 일례로서, 스택은 하나 이상의 DSC 및 더 바람직하게는 sDSC(아래에서 더 상세하게 설명됨) 및 DSC와 같은 하나 이상의 투명한 비 픽셀화된 대면적 광 센서 및 CCD 칩 또는 CMOS 칩과 같은 적어도 하나의 픽셀화된 무기 광 센서를 포함한다. 일례로서, 적어도 하나의 픽셀화된 무기 광 센서는 공간 광 변조기로부터 가장 먼 스택의 측부 상에 위치될 수 있다. 특히, 픽셀화된 광 센서는 카메라 칩일 수 있으며, 더 바람직하게는 풀 컬러 카메라 칩일 수 있다. 일반적으로, 픽셀화된 광 센서는 컬러 감응형일 수 있는데, 예컨대 컬러 감도가 상이한 적어도 두 개의 상이한 유형의 픽셀, 더 바람직하게는 적어도 세 개의 상이한 유형의 픽셀을 제공함으로써, 광빔의 컬러 성분을 구별하도록 적응된 픽셀화된 광 센서일 수 있다. 따라서, 일례로서, 픽셀화된 광 센서는 풀 컬러 이미징 센서일 수 있다.
바람직하게, 적어도 하나의 광 센서는 적어도 하나의 종방향 광 센서, 즉, 물체의 적어도 하나의 z-좌표와 같은 적어도 하나의 물체의 종방향 위치를 결정하도록 적응된 광 센서를 포함한다. 바람직하게, 광 센서 또는 복수의 광 센서가 제공되는 경우에는 광 센서 중 적어도 하나는 셋업을 가질 수 있고 및/또는 WO 2012/110924 A1에 개시된 바와 같은 광 센서의 기능을 제공할 수 있다. 따라서, 바람직하게, 적어도 하나의 광 센서 및/또는 광 센서 중 하나 이상은 적어도 하나의 센서 영역을 가질 수 있고, 광 센서의 센서 신호는 광빔에 의한 센서 영역의 조명에 의존하며, 조명의 동일 총 전력을 고려하여 볼 때, 센서 신호는 센서 영역에서의 광빔의 기하학적 형상, 특히 폭에 의존하며, 평가 디바이스는 센서 신호를 평가함으로써 폭을 결정하도록 적응된다. 이하에서, 이러한 효과는 일반적으로 FiP 효과라고 지칭될 것인데, 그 이유는 조명의 동일한 총 전력(p)를 고려해 볼 때, 센서 신호(i)는 광자의 플럭스(flux)(F), 즉, 단위 면적당 광자의 수에 의존하기 때문이다. 그러나, FiP 효과에 기초한 검출기는 종방향 광 센서의 바람직한 실시예일뿐이라는 것을 알아야한다. 부가적으로 또는 대안으로, 하나 이상의 다른 유형의 종방향 광 센서가 사용될 수 있다. 따라서, 이하에서, FiP 센서가 참조되는 경우, 일반적으로, 다른 유형의 종방향 광 센서가 대신 사용될 수 있음을 주목해야 한다. 여전히, 우수한 특성과 FiP 센서의 장점으로 인해, 적어도 하나 이상의 FiP 센서를 사용하는 것이 바람직하다.
US 가출원 61/739,173 및 61/749,964에 또한 개시된 FiP 효과는 광빔이 검출기를 향해 이동하는 물체의 종방향 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 바람직하게 비 픽셀 센서 영역일 수 있는 센서 영역상의 광빔을 갖는 빔은 되풀이하면 검출기와 물체 사이의 거리에 의존하는 광빔의 직경 또는 반경과 같은 폭에 의존하기 때문에, 광 신호는 물체의 종방향 좌표를 결정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 일례로서, 평가 디바이스는 종방향 좌표를 결정하기 위해 물체의 종방향 좌표와 센서 신호 사이의 미리 정해진 관계를 사용하도록 적응될 수 있다. 미리 정해진 관계는 경험적 캘리브레이션 측정(empiric calibration measurement)을 사용함으로써 및/또는 가우시안 빔 전파 특성과 같은 공지된 빔 전파 특성을 사용함으로써 도출될 수 있다. 더 상세한 내용에 대해서는 WO 2012/110924 A1 및/또는 US 가출원 61/739,173 및 61/749,964가 참조될 수 있다.
바람직하게, 광 센서의 스택과 같은 복수의 광 센서가 제공되는 경우, 광 센서 중 적어도 두 개는 FiP 효과를 제공하도록 적응될 수 있다. 구체적으로, FiP 효과를 나타내는 하나 이상의 광 센서가 제공될 수 있으며, FiP 효과를 나타내는 광 센서는 픽셀화된 광 센서가 아닌 균일한 센서 표면을 갖는 대면적 광 센서인 것이 바람직하다.
따라서, 센서 스택의 후미의 광 센서와 같이 광빔에 의해 나중에 조명되는 조명되는 광 센서로부터의 신호를 평가하고, 그리고 전술한 FiP 효과를 사용함으로써, 빔 프로필에서의 모호성이 해결될 수 있다. 따라서, 가우스 광빔은 초점 전후의 거리 z에서 동일한 빔 폭을 제공할 수 있다. 적어도 두 위치를 따라 빔 폭을 측정함으로써, 광빔이 여전히 좁아 지거나 넓어지는지를 결정함으로써 이러한 모호성이 해결될 수 있다. 따라서, FiP 효과를 갖는 두 개 이상의 광 센서를 제공함으로써, 더 높은 정확도가 제공될 수 있다. 평가 디바이스는 적어도 두 개의 광 센서의 센서 영역에서의 광빔의 폭을 결정하도록 적응될 수 있으며, 평가 디바이스는 또한 폭을 평가함으로써, 광 검출기를 향해 전파하는 물체의 종방향 위치에 관한 정보의 적어도 하나의 항목을 생성하도록 적응될 수 있다.
구체적으로, 적어도 하나의 광 센서 또는 광 센서 중 하나 이상이 전술한 FiP 효과를 제공하는 경우, 광 센서의 센서 신호는 광빔의 변조 주파수에 의존할 수 있다. 예를 들어, FiP 효과는 0.1Hz 내지 10kHz의 변조 주파수로서 기능할 수 있다.
따라서, 일반적으로, 광빔은 하나 이상의 변조기 디바이스에 의해 변조될 수 있다. FiP 효과를 향상 및/또는 가능하게 하기 위한 변조는 공간 광 변조기의 픽셀을 제어하는 변조기 디바이스에 의해 사용되는 것과 동일한 변조일 수 있고 및/또는 상이한 변조일 수 있다. 따라서, 공간 광 변조기는 FiP 효과를 가능하게 하고 및/또는 향상시키는 변조를 제공할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 이를테면 변조된 방식으로 광빔을 방출하도록 적응되는 하나 이상의 조명원을 사용함으로써 부가적인 변조가 제공될 수 있다. 따라서, 일례로서, 변조기 디바이스 및 공간 광 변조기의 픽셀에 의해 사용되는 변조는 1Hz 내지 100Hz의 범위와 같은 제 1 주파수 범위에 있을 수 있는데 반해, 부가적으로, 광빔 자체는 선택적으로 부가적으로 100Hz 내지 10kHz의 제 2 주파수 범위의 주파수와 같은 적어도 하나의 제 2 변조 주파수에 의해 변조될 수 있다. 제 1 주파수 범위의 다른 예는 100 내지 500Hz 또는 100 내지 1000Hz일 수 있다. 제 2 주파수 범위의 다른 예는 500Hz 내지 10kHz 또는 1000Hz 내지 10kHz일 수 있다. 100Hz 아래로 필터링하면 형광 램프와 같은 광원으로부터 잡음을 제거하는데 유리할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 공간 광 변조기 및 변조기에 의해 생성된 적어도 하나의 제 1 변조가 공간 광 변조기의 하나 이상의 특정 픽셀에 신호 성분을 할당하는데 사용될 수 있는 하나 이상의 변조가 사용될 수 있으며, 하나 이상의 상이한 목적을 위한, 예컨대 FiP 효과를 향상 및/또는 가능하게 하고 및/또는 특정 변조 주파수로 방출하는 하나 이상의 조명원을 식별하기 위한, 적어도 하나의 다른 변조가 사용될 수 있다. 후자의 목적은 상이한 변조 주파수로 변조된 광빔을 방출하는 둘 이상의 상이한 유형의 비컨 디바이스를 구별하는데 사용될 수 있다. 자세한 내용에 대해서는 2013년 6월 13일 출원된 EP 13171900.7이 참조될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 적어도 하나의 광 센서 또는 복수의 광 센서가 제공되는 경우에는 광 센서 중 하나 이상은 바람직하게 적어도 하나의 유기 반도체 검출기 및/또는 적어도 하나의 무기 반도체 검출기일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 광 검출기는 적어도 하나의 반도체 검출기를 포함할 수 있다. 가장 바람직하게, 반도체 검출기 또는 반도체 검출기 중 적어도 하나는 적어도 하나의 유기 물질을 포함하는 유기 반도체 검출기일 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 유기 반도체 검출기는 유기 염료 및/또는 유기 반도체 물질과 같은 적어도 하나의 유기 물질을 포함하는 광 검출기이다. 적어도 하나의 유기 물질 이외에, 유기 물질 또는 무기 물질로부터 선택될 수 있는 하나 이상의 추가 물질이 포함될 수 있다. 따라서, 유기 반도체 검출기는 유기 물질만을 포함하는 전적으로 유기 반도체 검출기로서 또는 하나 이상의 유기 물질 및 하나 이상의 무기 물질을 포함하는 하이브리드 검출기로서 설계될 수 있다. 여전히, 다른 실시예가 실시 가능하다. 따라서, 하나 이상의 유기 반도체 검출기 및/또는 하나 이상의 무기 반도체 검출기의 조합이 실시 가능하다.
바람직하게, 반도체 검출기는 유기 태양 전지, 염료 태양 전지, 염료 감응형(dye-sensitized) 태양 전지, 고체 염료 태양 전지, 고체 염료 감응형 태양 전지로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
바람직하게, 특히, 하나 이상의 광 센서가 전술한 FiP 효과를 제공하는 경우, 적어도 하나의 광 센서 또는 복수의 광 센서가 제공되는 경우에는 광 센서 중 하나 이상은 염료 감응 태양 전지(dye-sensitized solar cell, DSC), 바람직하게는 고체 염료 감응형 태양 전지(solid dye-sensitized solar cell, sDSC)일 수 있거나 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 것으로, DSC는 일반적으로 적어도 두 개의 전극을 갖는 셋업을 지칭하며, 여기서 전극 중 적어도 하나는 적어도 부분적으로 투명하며, 적어도 하나의 n-반도체성 금속 산화물, 적어도 하나의 염료 및 적어도 하나의 전해질 또는 p-반도체성 물질은 전극 사이에 매립된다. sDSC에서, 전해질 또는 p-반도체성 물질은 고체 물질이다. 일반적으로, 본 발명에서 하나 이상의 광 센서에 사용될 수 있는 sDSC의 잠재적인 셋업에 대해서는 WO 2012/110924 A1, US 가출원 61/739,173 및 61/749,964, EP 13171898.3, EP 13171900.7 또는 EP 13171901.5 중 하나 이상이 참조될 수 있다. 다른 실시예가 실시 가능하다. WO 2012/1 10924 A1에서 입증된 바와 같이, 전술한 FiP 효과는 특히 sDSC에 존재할 수 있다.
따라서, 일반적으로, 적어도 하나의 광 센서는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 n-반도체성 금속 산화물, 적어도 하나의 염료, 적어도 하나의 p-반도체성 유기 물질, 바람직하게는 고체 p-반도체성 유기 물질 및 적어도 하나의 제 2 전극을 구비하는 층 셋업을 갖는 적어도 하나의 광 센서를 포함할 수 있다. 위에서 개요된 바와 같이, 제 1 전극 및 제 2 전극 중 적어도 하나는 투명할 수 있다. 가장 바람직하게, 특히 투명한 광 센서가 제공되는 경우, 제 1 전극 및 제 2 전극은 모두 다 투명할 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기는 하나 이상의 다른 디바이스, 특히 하나 이상의 렌즈 및/또는 하나 이상의 반사 디바이스와 같은 하나 이상의 다른 광 디바이스를 포함할 수 있다. 따라서, 가장 바람직하게, 광 검출기는 관형 모양으로 배열된 셋업과 같은 셋업을 포함할 수 있으며, 이 셋업은 적어도 하나의 공간 광 변조기 및 적어도 하나의 광 센서, 바람직하게는 공간 광 변조기를 통과한 광빔이 후속하여 하나 이상의 광 센서를 통과하도록 공간 광 변조기 뒤에 위치한 적어도 두 개의 광 센서의 스택을 포함할 수 있다. 바람직하게, 공간 광 변조기를 통과하기 전에, 광빔은 하나 이상의 렌즈와 같은 하나 이상의 광 디바이스, 바람직하게는 빔 형상 및/또는 명확한 방식으로 빔 확대 또는 축소에 영향을 미치도록 적응된 하나 이상의 광 디바이스를 통과할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 하나 이상의 렌즈와 같은 하나 이상의 광 디바이스는 공간 광 변조기와 적어도 하나의 광 센서 사이에 배치될 수 있다.
전달 디바이스의 목적 중 하나는 광빔을 광 검출기에 명확히 전달하는데 있기 때문에, 하나 이상의 광 디바이스는 일반적으로 전달 디바이스라고 지칭될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 것으로 "전달 디바이스"라는 용어는 일반적으로 바람직하게는 렌즈 또는 곡면 거울이 수행하는 것과 같이 명확하게 광빔의 빔 형상, 빔 폭 또는 광각(widening angle) 중 하나 이상에 영향을 줌으로써, 공간 광 변조기 또는 광 센서 중 하나 이상쪽으로 광빔을 안내 및/또는 공급하도록 적응된 임의의 디바이스 또는 디바이스의 조합을 지칭한다. 따라서, 일반적으로, 광 검출기는 광을 광 검출기로 공급하도록 적응된 적어도 하나의 전달 디바이스를 더 포함할 수 있다. 전달 디바이스는 공간 광 변조기 및 광 센서 중 하나 이상 쪽으로 광을 초점 맞추고 및/또는 시준하도록 적응될 수 있다. 전달 디바이스는 구체적으로 렌즈, 집속 거울, 디포커싱 거울, 반사기, 프리즘, 광학 필터, 조리개로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 디바이스를 포함할 수 있다. 다른 실시예가 실시 가능하다.
본 발명의 다른 양태는 이미지 인식, 패턴 인식 및 광 검출기에 의해 캡처된 이미지의 상이한 영역의 z-좌표를 따로 결정하는 것의 옵션이라 말할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기는 2D 이미지와 같은 적어도 하나의 이미지를 캡처하도록 적응될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기는 적어도 하나의 픽셀화된 광 센서와 같은 적어도 하나의 이미징 디바이스를 포함할 수 있다. 일례로서, 적어도 하나의 픽셀화된 광 센서는 적어도 하나의 CCD 센서 및/또는 적어도 하나의 CMOS 센서를 포함할 수 있다. 이러한 적어도 하나의 이미징 디바이스를 사용함으로써, 광 검출기는 장면 및/또는 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 평범한 2차원 이미지를 캡처하도록 적응될 수 있다. 적어도 하나의 이미지는 적어도 하나의 단색(monochrome) 이미지 및/또는 적어도 하나의 다색(multi-chrome) 이미지 및/또는 적어도 하나의 풀 컬러 이미지일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 이미지는 단일 이미지일 수 있거나 이를 포함할 수도 있고, 아니면 일련의 이미지를 포함할 수 있다.
또한, 위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기는 z-좌표라고도 일??는 광 검출기로부터 적어도 하나의 물체의 거리를 결정하도록 적응된 적어도 하나의 거리 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 특히, 소위 FiP 효과는 위에서 개요된 바와 같이 그리고 예를 들어, WO 2012/110924 A1에서 및/또는 US 가출원 61/739,173 및 61/749,964 중 하나 이상에 개시되어 있는 바와 같이 사용될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 광 센서 또는 복수의 광 센서가 포함되는 경우에는 광 센서 중 적어도 하나는 소위 FiP 센서, 즉, 적어도 하나의 센서 영역을 갖는 센서로서 구현될 수 있으며, FiP 센서의 센서 신호는 광빔에 의한 센서 영역의 조명에 의존하며, 조명의 동일한 총 전력을 고려해 볼 때, 센서 신호는 센서 영역 내의 광빔의 폭에 의존한다. 따라서, 일반적으로, FiP 센서에서, 센서 신호와 광빔이 광 검출기를 향해 이동하는 물체의 z-좌표 사이의 알려진 관계는 물체 및/또는 그 일부의 z-좌표를 결정하는데 사용될 수 있다. 광 검출기는 일반적으로 하나 이상의 FiP 센서, 바람직하게는 FiP 센서의 스택을 포함할 수 있다.
일반적인 2D 이미지 캡처와 z-좌표를 결정하는 가능성의 조합을 사용하여, 3D 이미징이 실시 가능하다.
적어도 하나의 이미지 내에 캡처된 장면 내에 포함된 하나 이상의 물체 및/또는 성분을 개별적으로 평가하기 위해, 적어도 하나의 이미지는 두 개 이상의 영역으로 세분될 수 있으며, 두 개 이상의 영역 또는 두 개 이상의 영역 중 적어도 하나의 영역은 개별적으로 평가될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 적어도 두 개의 영역에 대응하는 신호의 주파수 선택적 분리가 수행될 수 있다.
따라서, 광 검출기는 일반적으로 적어도 하나의 이미지, 바람직하게는 2D 이미지를 캡처하도록 적응될 수 있다. 또한, 광 검출기, 바람직하게는 적어도 하나의 평가 디바이스는 이미지에서 적어도 두 개의 구역을 정의하고 구역 중 적어도 하나의 구역에, 바람직하게는 구역의 각각에 공간 광 변조기의 픽셀 매트릭스의 대응 슈퍼픽셀을 할당하도록 적응될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 구역은 일반적으로 이미지의 영역 또는 그 영역에 대응하는 이미지를 캡처하는 이미징 디바이스의 픽셀 그룹일 수 있으며, 영역 내에는 동일하거나 유사한 세기 또는 컬러가 존재할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 구역은 적어도 하나의 물체의 이미지일 수 있으며, 적어도 하나의 물체의 이미지는 광 검출기에 의해 캡처되는 이미지의 부분 이미지를 형성한다. 따라서, 광 검출기는 장면의 이미지를 획득할 수 있으며, 그 장면 내에는 적어도 하나의 물체가 존재하며, 물체는 부분 이미지로 이미징된다.
따라서, 이미지 내에서, 예컨대 아래에서 더 상세히 개요되는 바와 같은 적절한 알고리즘을 사용하여, 적어도 두 개의 구역이 식별될 수 있다. 일반적으로, 광 검출기의 이미징 특성은 예컨대 공지된 이미징 방정식 및/또는 매트릭스 광학장치(matrix optics)를 사용하여 알고 있기 때문에, 이미지의 구역은 공간 광 변조기의 대응하는 픽셀에 할당될 수 있다. 따라서, 공간 광 변조기의 픽셀의 매트릭스의 특정 픽셀을 통과하는 적어도 하나의 광빔의 성분은 나중에 이미징 디바이스의 대응하는 픽셀에 닿을 수 있다. 따라서, 이미지를 둘 이상의 구역으로 세분함으로써, 공간 광 변조기의 픽셀의 매트릭스는 두 개 이상의 슈퍼픽셀로 세분될 수 있으며, 각각의 슈퍼픽셀은 이미지의 각각의 구역에 대응한다.
위에서 개요된 바와 같이, 하나 이상의 이미지 인식 알고리즘은 적어도 두 개의 구역을 결정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 광 검출기, 바람직하게는 적어도 하나의 평가 디바이스는 적어도 하나의 이미지 인식 알고리즘을 사용함으로써 이미지의 적어도 두 구역을 정의하도록 적응될 수 있다. 이미지 인식을 위한 수단 및 알고리즘은 일반적으로 당업자에게 공지되어 있다. 따라서, 일례로서, 적어도 하나의 이미지 인식 알고리즘은 콘트라스트, 컬러 또는 세기 중 적어도 하나의 경계를 인식함으로써 적어도 두 개의 구역을 정의하도록 적응될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 경계는 일반적으로 선을 교차할 때 적어도 하나의 파라미터의 중요한 변화가 발생하는 선이다. 따라서, 일례로서, 하나 이상의 파라미터의 그레디언트(gradient)가 결정될 수 있고, 일례로서, 하나 이상의 문턱 값과 비교될 수 있다. 구체적으로, 적어도 하나의 이미지 인식 알고리즘은 Felzenszwalb의 효율적인 그래프 기반 세그멘테이션(Felzenszwalb's efficient graph based segmentation); 퀵시프트 이미지 세그멘테이션(Quickshift image segmentation); SLIC - K-Means 기반 이미지 세그먼트(K-Means based image segmentation); 에너지 추진 샘플링(Energy-Driven sampling); 캐니(Canny) 알고리즘과 같은 에지 검출 알고리즘; 캠 시프트 알고리즘(Cam shift algorithm)(Cam: Continuously Adaptive Mean shift)과 같은 평균 이동 알고리즘(Mean-shift algorithm); 등고선 추출 알고리즘으로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 에지, 융기부(ridge), 모서리, 블랍(blob) 또는 특징 검출을 위한 알고리즘; 차원 축소를 위한 알고리즘; 텍스처 분류를 위한 알고리즘; 텍스처 세그먼트를 위한 알고리즘 중 하나 이상과 같은 다른 알고리즘이 사용될 수 있다. 이들 알고리즘은 일반적으로 당업자에게 공지되어 있다. 본 발명의 맥락에서, 이들 알고리즘은 이미지 인식 알고리즘 및 이미지 분할 알고리즘 또는 슈퍼픽셀 알고리즘으로 지칭될 수 있다. 위에서 개요된 바와 같이, 적어도 하나의 이미지 인식 알고리즘은 이미지 내의 하나 이상의 물체를 인식하도록 적응된다. 이에 따라, 일례로서, 대응하는 z-좌표의 결정과 같은 추가 분석을 위해 하나 이상의 관심 물체 및/또는 하나 이상의 관심 구역이 결정될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 슈퍼픽셀은 슈퍼픽셀 및 그 대응 구역이 광빔의 동일한 성분에 의해 조명되도록 선택될 수 있다. 따라서, 광 검출기, 바람직하게는 적어도 하나의 평가 디바이스는 공간 광 변조기의 픽셀 매트릭스의 슈퍼픽셀을 구역 중 적어도 하나, 바람직하게는 구역 각각에 할당하여, 픽셀 매트릭스의 특정 픽셀 - 특정 픽셀은 특정 서브픽셀에 속함 - 을 통과하는 광빔이 적어도 두 개의 구역 중 특정 구역 - 특정 구역은 특정 슈퍼픽셀에 대응함 - 에 닿게 한다.
위에서 시사한 바와 같이, 변조를 단순화하기 위해 슈퍼픽셀의 할당이 사용될 수 있다. 따라서, 이미지의 대응하는 구역에 슈퍼픽셀을 할당함으로써, 변조 주파수의 수가 감소될 수 있고, 이에 따라 개개의 변조 주파수가 각 픽셀에 사용되는 프로세스에 비해 더 적은 수의 변조 주파수를 사용할 수 있게 된다. 따라서, 일례로서, 검출기, 바람직하게는 적어도 하나의 평가 디바이스는 적어도 하나의 제 1 변조 주파수를 슈퍼픽셀 중 적어도 제 1 슈퍼픽셀에 할당하고 적어도 하나의 제 2 변조 주파수를 슈퍼픽셀 중 적어도 제 2 슈퍼픽셀에 할당하도록 적응될 수 있으며, 제 1 변조 주파수는 제 2 변조 주파수와 다르며, 적어도 하나의 변조기 디바이스는 제 1 슈퍼픽셀의 픽셀을 적어도 하나의 제 1 변조 주파수로 주기적으로 제어하고, 제 2 슈퍼픽셀의 픽셀을 적어도 하나의 제 2 변조 주파수로 주기적으로 제어하도록 적응된다. 이렇게 함으로써, 특정 슈퍼픽셀의 픽셀은 특정 슈퍼픽셀에 할당된 획일적인 변조 주파수를 사용함으로써 변조될 수 있다. 또한, 선택적으로, 슈퍼픽셀은 서브픽셀로 세분될 수 있고 및/또는 또한 변조는 슈퍼픽셀 내에서 적용될 수 있다. 예를 들면, 이미지 내의 식별된 물체에 대응하는 슈퍼픽셀에 대해 획일적인 변조 주파수를 사용하면, 평가가 상당히 단순화되는데, 그 이유는 일례로서, 물체의 z-좌표의 결정이 주파수 선택적 방법으로 (적어도 하나의 FiP 센서 또는 광 검출기의 FiP 센서의 스택의 신호와 같은) 적어도 하나의 센서 신호를 평가함으로써, 즉, 물체의 슈퍼픽셀에 할당된 각 변조 주파수를 갖는 센서 신호를 선택적으로 평가함으로써, 수행될 수 있기 때문이다. 이에 따라, 광 검출기에 의해 캡처된 장면 내에서, 물체가 이미지 내에서 식별될 수 있고, 적어도 하나의 슈퍼픽셀이 물체에 할당될 수 있으며, z-좌표를 결정하도록 적응된 적어도 하나의 광 센서를 사용하고 그리고 광 센서의 적어도 하나의 센서 신호를 주파수 선택적 방식으로 평가함으로써, 물체의 z-좌표가 결정될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기, 바람직하게는 적어도 하나의 평가 디바이스는 각각의 영역 또는 적어도 하나의 영역에 대해, 이를테면 물체의 이미지와 같은 부분 이미지로 인식되는 이미지 내의 영역에 대해 z-좌표를 개별적으로 결정하도록 적응될 수 있다. 적어도 하나의 z-좌표를 결정하기 위해, FiP 효과를 언급하는 하나 이상의 전술한 선행 기술 문헌에 요약된 바와 같은 FiP 효과가 사용될 수 있다. 따라서, 광 검출기는 적어도 하나의 FiP 센서, 즉, 적어도 하나의 센서 영역을 갖는 적어도 하나의 광 센서를 포함할 수 있으며, 이 광 센서의 센서 신호는 광빔에 의한 센서 영역의 조명에 의존하며, 조명의 동일한 총 전력을 고려해 볼 때, 이 센서 신호는 센서 영역 내 광빔의 폭에 의존한다. 개별 FiP 센서가 사용될 수 있거나 바람직하게는 FiP 센서의 스택, 즉, 지명된 특성을 갖는 광 센서의 스택이 사용될 수 있다. 광 검출기의 평가 디바이스는 주파수 선택적 방법으로 센서 신호를 개별적으로 평가함으로써 영역 중 적어도 하나 또는 영역 각각에 대해 z-좌표를 결정하도록 적응될 수 있다.
광 검출기 내에서 적어도 하나의 FiP 센서를 이용하기 위해, 적어도 하나의 FiP 센서와 공간 광 변조기와 적어도 하나의 픽셀화된 센서, 바람직하게는 적어도 하나의 CCD 또는 CMOS 센서와 같은 적어도 하나의 이미징 디바이스를 조합하기 위한 다양한 셋업이 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 지명된 요소는 광 검출기의 하나의 동일한 빔 경로에 배열될 수 있거나 둘 이상의 부분 빔 경로에 분산될 수 있다. 위에서 개요된 바와 같이, 선택적으로, 광 검출기는 광빔의 광 경로를 적어도 두 개의 부분 광 경로로 분할하도록 적응된 적어도 하나의 광 분리 요소를 포함할 수 있다. 이에 따라, 2D 이미지를 캡처하기 위한 적어도 하나의 이미징 디바이스 및 적어도 하나의 FiP 센서는 상이한 부분 빔 경로에 배열될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 센서 영역을 갖는 적어도 하나의 광 센서 - 광 센서의 센서 신호는 광빔에 의한 센서 영역의 조명에 의존하며, 센서 신호는, 조명의 동일한 총 전력을 고려해 볼 때, 센서 영역 내 광빔의 폭에 의존함 - (즉, 적어도 하나의 FiP 센서)는 빔 경로의 제 1 부분 빔 경로에 배열될 수 있으며, 적어도 하나의 이미지를 캡처하기 위한 적어도 하나의 픽셀화된 광 센서(즉, 적어도 하나의 이미징 디바이스), 바람직하게는 적어도 하나의 픽셀화된 무기 광 센서 및 더 바람직하게는 CCD 센서 및/또는 CMOS 센서 중 적어도 하나는 빔 경로 중 제 2 부분 빔 경로에 배열될 수 있다.
적어도 두 개의 구역의 전술한 선택적 정의 및/또는 적어도 두 개의 슈퍼픽셀의 정의는 한번 또는 한번 이상 수행될 수 있다. 따라서, 구체적으로, 구역 중 적어도 하나의 구역 및/또는 슈퍼픽셀 중 적어도 하나의 슈퍼픽셀의 정의는 반복적인 방식으로 수행될 수 있다. 광 검출기, 바람직하게는 적어도 하나의 평가 디바이스는 이미지 내의 적어도 두 개의 구역 또는 이미지 내의 적어도 두 개의 구역 중 적어도 하나를 반복적으로 정제하여 결과적으로 적어도 하나의 대응하는 슈퍼픽셀을 정제할 수 있다. 이러한 반복적인 절차에 의해, 일례로서, 검출기에 의해 캡처된 장면 내의 적어도 하나의 물체에 할당된 특정 하나의 슈퍼픽셀은 상이한 z-좌표를 갖는 적어도 하나의 물체의 상이한 부분에 대응하는 서브 픽셀과 같은 둘 이상의 슈퍼픽셀을 식별함으로써 정제될 수 있다. 이렇게 함으로써, 전형적으로, 이러한 반복적인 절차에 의해, 적어도 하나의 물체의 세련된 3D 이미지가 생성될 수 있는데, 그 이유는 물체가 공간에서 상이한 방위 및/또는 위치를 갖는 복수의 부분을 포함하기 때문이다.
두 개 이상의 슈퍼픽셀을 정의하도록 적응되는 광 센서의 전술한 실시예는 많은 장점을 제공한다. 따라서, 구체적으로, 전형적인 셋업에서, 한정된 수의 변조 주파수가 이용 가능하다. 그 결과, 제한된 수의 픽셀 및/또는 변조 주파수만이 광 검출기에 의해 분해될 수 있고 거리 감지에 이용 가능할 수 있다. 또한, 전형적인 애플리케이션에서, 정확한 콘트라스트의 경계 영역은 정확한 거리 감지에 필요하다. 두 개 이상의 슈퍼픽셀을 정의하고, 이에 따라 공간 광 변조기의 픽셀 매트릭스를 슈퍼픽셀로 분할(모자이크식처리(tesselating)이라고도 함)함으로써, 이미징 프로세스는 장면이 기록되도록 적응될 수 있다.
공간 광 변조기는 특히 픽셀의 직사각형 매트릭스를 가질 수 있다. 바로 이웃일 수도 있고 아닐 수도 있는 그리고 연결된 영역을 형성할 수 있는 몇몇 픽셀은 슈퍼픽셀을 형성할 수 있다. CMOS 및/또는 CCD와 같은 픽셀화된 센서에 의해 기록된 2D 이미지는 평가 디바이스에서 실행되는 이미지 인식 소프트웨어와 같은 적절한 소프트웨어에 의해 분석될 수 있으며, 그 결과 이미지는 둘 이상의 구역으로 분할될 수 있다. 공간 광 변조기의 모자이크화(tessellation)는 이미지를 두 개 이상의 구역으로 세분하는 것에 따라 이루어질 수 있다. 일례로서, 크거나 매우 큰 슈퍼픽셀은 벽, 빌딩, 하늘 등과 같이 기록된 장면 내의 특정 물체에 대응할 수 있다. 또한, 많은 작은 픽셀 또는 슈퍼픽셀이 얼굴 등을 분할하는 데 사용될 수 있다. 충분한 양의 슈퍼픽셀이 이용 가능한 경우, 더 큰 슈퍼픽셀은 서브픽셀로 더 분할될 수 있다. 적어도 두 개의 슈퍼픽셀은 일반적으로 각 슈퍼픽셀에 속하는 공간 광 변조기의 픽셀 수에 대해서는 다를 수 있다. 따라서, 두 개의 상이한 슈퍼픽셀은 반드시 동일한 수의 픽셀을 포함할 필요는 없다.
일반적으로, 구역 또는 슈퍼픽셀의 경계는 이미지 프로세싱 및 이미지 인식의 분야에서 일반적으로 알려진 임의의 수단에 의해 설정될 수 있다. 따라서, 일례로서, 경계는 콘트라스트, 컬러 또는 세기 에지에 의해 선택될 수 있다.
두 개 이상의 구역 및/또는 두 개 이상의 슈퍼픽셀의 정의는 나중에 제스처 분석, 신체 인식 또는 물체 인식과 같은 추가적인 이미지 분석을 위해 사용될 수도 있다. 세그먼트에 대한 예시적인 알고리즘은 Felzenszwalb의 효율적인 그래프 기반 세그멘테이션, 퀵시프트 이미지 세그멘테이션, SLIC-K-Means 기반 이미지 세그멘테이션, 에너지 추진 샘플링을 통해 추출된 슈퍼픽셀, 캐니 알고리즘과 같은 하나 이상의 에지 검출 알고리즘을 통해 추출된 슈퍼픽셀, 캠 시프트 알고리즘과 같은 평균 이동 알고리즘을 통해 추출된 슈퍼픽셀, 등고선 추출 알고리즘을 통해 추출된 슈퍼픽셀, 에지, 융기부, 모서리, 블랍 또는 특징 검출을 통해 추출된 슈퍼픽셀, 차원 축소를 통해 추출된 슈퍼픽셀, 텍스처 분류로 얻은 슈퍼픽셀 및 텍스처 세그먼트를 사용하여 얻은 슈퍼픽셀이다. 명명된 기술 및/또는 다른 기술의 조합이 가능하다.
슈퍼픽셀화는 이미지를 기록하는 동안 변경될 수도 있다. 따라서, 신속한 거리 감지를 위해서는 슈퍼픽셀로의 거친 픽셀화가 선택될 수 있다. 더 세밀한 그리드 또는 슈퍼픽셀화는 더 상세한 분석을 위해 및/또는 두 개의 이웃하는 슈퍼픽셀 사이에 높은 거리 그래디언트(distance gradient)가 인식되는 경우 및/또는 콘트라스트, 컬러, 세기 등 중의 하나 이상의 높은 그래디언트가 두 인접 슈퍼픽셀 사이에서 눈에 띄는 경우에 선택될 수 있다. 따라서, 고해상도 3D 이미지는 제 1 이미지가 거친 해상도를 갖고, 다음 이미지가 정제된 해상도를 갖는 등의 반복적 접근법으로 기록될 수 있다.
하나 이상의 구역을 결정하고 이들 구역에 하나 이상의 슈퍼픽셀을 할당하는 전술한 옵션은 또한 눈을 추적하는데 사용될 수 있다. 따라서, 안전 애플리케이션 및/또는 엔터테인먼트 애플리케이션과 같은 많은 애플리케이션에서, 사용자, 다른 사람 또는 다른 생물의 눈의 위치 및/또는 방향을 결정하는 것은 중요한 역할을 할 수 있다. 일례로서, 엔터테인먼트 애플리케이션에서는 시청자의 관점이 한 몫을 한다. 일례로서, 3D 비전 애플리케이션의 경우, 시청자의 관점은 이미지 셋업을 변경할 수 있다. 그러므로 관찰자의 관찰 위치를 알고 및/또는 추적하는 것이 중요한 관심사일 수 있다. 자동차 안전 어플리케이션과 같은 안전 어플리케이션에서는 충돌을 피하기 위해 동물의 검출이 중요하다.
하나 또는 둘 이상의 슈퍼픽셀의 전술한 정의는 또한 광 조건을 개선하거나 심지어 최적화하는데 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 더 높은 변조 주파수, 예컨대 SLM의, 특히 DLP의 더 높은 변조 주파수가 사용될 때, 광 센서의 주파수 응답은 전형적으로 더 약한 센서 신호를 발생시킨다. 그러므로 이미지 및/또는 장면 내에서 높은 광 세기를 갖는 영역은 고주파수로 변조될 수 있는데 반해, 낮은 광 세기를 갖는 영역은 저주파수로 변조될 수 있다.
이러한 효과를 활용하기 위해, 광 검출기는 이미지 내의 적어도 하나의 제 1 영역을 검출하도록 적응될 수 있으며, 제 1 영역은 제 1 평균 조명과 같은 제 1 조명을 갖고, 광 검출기는 또한 이미지 내의 적어도 하나의 제 2 영역을 검출하도록 적응될 수 있으며, 제 2 영역은 제 2 평균 조명과 같은 제 2 조명을 갖고, 제 2 조명은 제 1 조명보다 낮다. 제 1 영역은 적어도 하나의 제 1 슈퍼픽셀에 할당될 수 있으며, 제 2 영역은 적어도 제 2 슈퍼픽셀에 할당될 수 있다. 다시 말해서, 광 검출기는 광 검출기에 의해 캡처된 장면 또는 장면의 이미지의 조명에 따라 적어도 두 개의 슈퍼픽셀을 선택하도록 적응될 수 있다.
광 검출기는 그의 조명에 따라 적어도 두 개의 슈퍼픽셀의 픽셀을 변조하도록 또한 적응될 수 있다. 따라서, 더 높은 조명을 갖는 슈퍼픽셀은 더 높은 변조 주파수로 변조될 수 있으며, 더 낮은 조명을 갖는 슈퍼픽셀은 더 낮은 변조 주파수로 변조될 수 있다. 다시 말해서, 광 검출기는 또한 적어도 하나의 제 1 변조 주파수로 제 1 슈퍼픽셀의 픽셀을 변조하도록 적응될 수 있으며, 광 검출기는 또한 적어도 하나의 제 2 변조 주파수로 제 2 슈퍼픽셀의 픽셀을 변조하도록 적응될 수 있으며, 제 1 변조 주파수는 상기 제 2 변조 주파수보다 높다. 다른 실시예가 실시 가능하다. 그러므로 본 발명에 따른 광 검출기는 적어도 하나의 눈을 검출하도록, 그리고 바람직하게는 적어도 하나의 눈 또는 눈들의 위치 및/또는 방향을 추적하도록 적응될 수 있다.
관찰자의 관찰 위치 또는 동물의 위치를 검출하는 간단한 해결책은 변조된 안구 반사를 이용하는 것이다. 많은 수의 포유류가 망막 뒤에 소위 반사막(tapetum lucidum)이라는 반사층을 가지고 있다. 반사막 반사는 다른 동물마다 색현시(color appearance)가 약간 다르지만 대부분 녹색 가시 범위에서 잘 반사한다. 반사막 반사는 일반적으로 간단한 확산 광원을 사용하여 원거리를 넘어 어두운 곳에서 동물을 볼 수 있게 해준다.
인간은 일반적으로 반사막을 보유하고 있지 않다. 그러나 사진에서, 사진촬영 플래시에 의해 유도된 "적목 현상(redeye effect)"이라고도 지칭하는 소위 헴-에미션(heme-emission)이 종종 기록된다. 이 현상은 700nm 이상의 스펙트럼 범위에서 인간의 눈의 낮은 감도로 인해 인간의 눈에는 직접 보이지 않더라도, 인간의 눈을 검출하는데 사용될 수 있다. 적목 현상은 특히 변조된 적색 조명에 의해 유도되고 적어도 하나의 FiP 센서와 같이 광 검출기의 적어도 하나의 광 센서에 의해 감지될 수 있으며, 적어도 하나의 광 센서는 헴-에미션 파장에 민감하다.
그러므로 본 발명에 따른 광 검출기는 광 검출기에 의해 캡처된 장면을 전체적으로 또는 부분적으로 조명하도록 적응될 수 있는 적어도 하나의 광원으로도 지칭되는 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있으며, 이 광원은 포유 동물의 반사막과 같은 포유류에서의 반사를 일으키도록 및/또는 인간의 눈에서 전술한 적목 현상을 일으키도록 적응된다. 구체적으로, 적외선 스펙트럼 범위, 적색 스펙트럼 범위, 황색 스펙트럼 범위, 녹색 스펙트럼 범위, 청색 스펙트럼 범위 또는 단순히 백색광의 광이 사용될 수 있다. 여전히, 다른 스펙트럼 범위 및/또는 광대역 광원이 부가적으로 또는 대안으로 사용될 수 있다.
부가적으로 또는 대안으로, 눈 검출은 전용의 조명원 없이도 발생할 수도 있다. 일례로서, 주변 광 또는 랜턴, 가로등 또는 자동차 또는 기타 차량의 헤드라이트와 같은 광원으로부터의 다른 빛이 사용되어 눈에 반사될 수 있다.
적어도 하나의 조명원이 사용되는 경우에, 적어도 하나의 조명원은 연속적으로 광을 방출하거나 또는 변조된 광원일 수 있다. 따라서, 특히, 적어도 하나의 변조된 활성 광원이 사용될 수 있다.
반사는 특히 이를테면 변조된 활성 광원을 사용하여, 먼 거리를 넘어 동물 및/또는 인간을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 적어도 하나의 광 센서, 특히 적어도 하나의 FiP 센서는 이를테면 눈 반사의 전술한 FiP 효과를 평가함으로써, 눈의 적어도 하나의 종방향 좌표를 측정하는데 사용될 수 있다. 이런 효과는 예컨대 사람 또는 동물과의 충돌을 피하기 위해, 특히 자동차 안전 애플리케이션에 사용될 수 있다. 다른 가능한 애플리케이션은 특히 3차원 비전을 사용한다면, 특히 3D 비전이 관찰자의 시야 각에 좌우된다면, 엔터테인먼트 디바이스에 대한 관찰자의 위치 측정이다.
위에서 개요된 바와 같이 또는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 광 검출기와 같은 본 발명에 따른 디바이스는 특히 적어도 하나의 물체에 하나 이상의 슈퍼픽셀을 할당함으로써, 광 검출기에 의해 캡처된 이미지 및/또는 장면 내의 하나 이상의 물체를 식별 및/또는 추적하도록 적응될 수 있다. 또한, 물체의 두 개 이상의 부분이 식별될 수 있고, 상대적인 종방향 및/또는 횡방향 위치와 같은 이미지 내의 이들 부분의 종방향 및/또는 횡방향 위치를 결정 및/또는 추적함으로써, 물체의 적어도 하나의 방향이 결정되고 및/또는 추적될 수 있다. 따라서, 일례로서, 이미지 내의 차량의 두 개 이상의 바퀴를 결정함으로써 그리고 이들 바퀴의 위치, 특히 상대 위치를 결정하고 및/또는 추적함으로써, 차량의 방향 및/또는 차량의 방향의 변화가 결정되고, 예컨대 계산되고 및/또는 추적될 수 있다. 예를 들어, 자동차에서, 바퀴 사이의 거리는 일반적으로 알려져 있거나 바퀴 사이의 거리는 변하지 않는다는 것이 알려져 있다. 또한 일반적으로 바퀴는 직사각형 위에 정렬되어있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 바퀴의 위치를 검출하는 것은 자동차, 비행기 등과 같은 차량의 방위를 계산할 수 있게 해준다.
다른 예에서, 위에서 개요된 바와 같이, 눈의 위치가 결정되고 및/또는 추적될 수 있다. 따라서, 동공과 같은 눈 또는 그 부분의 거리 및/또는 위치, 및/또는 다른 얼굴 특징은 눈 추적기(eye tracker) 용도로 사용되거나 얼굴이 어느 방향으로 향하고 있는지를 결정할 수 있다. 위에서 개요된 바와 같이, 적어도 하나의 광빔은 물체 자체로부터 및/또는 인공 조명원 및/또는 자연 조명원과 같은 적어도 하나의 부가적인 조명원으로부터 전체적으로 또는 부분적으로 발원할 수 있다. 따라서, 물체는 적어도 일차 광빔으로 조명될 수 있으며, 광 검출기를 향해 전파하는 실제 광빔은 일차 탄성 반사(elastic reflection) 및/또는 비탄성 반사(inelastic reflection)와 같은, 물체에서 일차 광빔의 반사 및/또는 산란에 의해 생성된 이차 광빔일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 반사광에 의해 검출 가능한 물체의 비제한적인 예는 태양광, 눈에서의 인위적 광, 표면 상의 반사광 등이다. 적어도 하나의 광빔이 물체 자체로부터 전체적으로 또는 부분적으로 발원하는 물체의 비제한적인 예는 자동차 또는 비행기 내의 엔진 배기관이다. 위에서 개요된 것처럼, 눈 반사광은 시선 추적기에 특히 유용할 수 있다.
또한, 위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기는 SLM과 같은 적어도 하나의 변조기 디바이스를 포함한다. 그러나, 광 검출기는 부가적으로 또는 대안으로 광빔의 특정 변조를 이용할 수 있다. 따라서, 많은 사례에서, 광빔은 이미 특정 변조를 발휘한다. 일례로서, 변조는 주기적 변조와 같이 물체의 움직임으로부터 및/또는 광빔을 생성하는 광원 또는 조명원의 변조로부터 생길 수 있다. 따라서, 예컨대 반사 및/또는 산란에 의해 변조된 광을 생성하도록 적응된 움직이는 물체에 대한 비제한적인 예는 풍력 터빈 또는 비행기의 회전자와 같이 자체 변조되는 물체이다. 변조된 광을 발생하는 데 적합한 조명원의 비제한적인 예는 형광 램프 또는 형광 램프의 반사체이다.
광 검출기는 적어도 하나의 광빔의 특정 변조를 검출하도록 적응될 수 있다. 일례로서, 광 검출기는 자체적으로 또는 SLM의 어떠한 영향도 없이 적어도 하나의 변조 주파수를 갖는 광과 같이 변조된 광을 방출하거나 반사하는 광 검출기에 의해 캡처되는 이미지 또는 장면 내의 적어도 하나의 물체 또는 물체의 적어도 일부를 결정하도록 적응될 수 있다. 이런 경우, 광 검출기는 이미 변조된 광을 추가로 변조하지 않고, 이렇게 주어진 변조를 이용하도록 적응될 수 있다. 일례로서, 광 검출기는 광 검출기에 의해 캡처된 이미지 또는 장면 내의 적어도 하나의 물체가 변조된 광을 방출 또는 반사하는지를 결정하도록 적응될 수 있다. 광 검출기, 특히 평가 디바이스는 또한 상기 물체에 적어도 하나의 슈퍼픽셀을 할당하도록 적응될 수 있으며, 슈퍼픽셀의 픽셀은 특히 상기 물체에 의해 발원하거나 상기 물체에 의해 반사되는 광의 추가 변조를 피하기 위해 특히 변조되지 않을 수 있다. 광 검출기, 특히 평가 디바이스는 또한 변조 주파수를 사용하여 상기 물체의 위치 및/또는 방향을 결정 및/또는 추적하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일례로서, 검출기는 변조 디바이스를 예를 들어 "개방" 위치로 스위칭함으로써, 물체에 대해 변조하지 않도록 적응될 수 있다. 평가 디바이스는 이후 램프의 주파수를 추적할 수도 있다.
공간 광 변조기는 이미지 검출기에 의해 캡처된 적어도 하나의 이미지의 단순화된 이미지 분석 및/또는 광 검출기에 의해 캡처된 장면의 분석을 위해 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 적어도 하나의 FiP 센서와 DLP와 같은 적어도 하나의 공간 광 변조기와의 조합과 같이, 적어도 하나의 공간 광 변조기와 적어도 하나의 종방향 광 센서와의 조합이 사용될 수 있다. 분석은 반복적 방식을 사용하여 수행될 수 있다. 만일 FiP 신호를 유발하는 초점이 횡방향 광 센서 상의 더 큰 영역의 일부이라면, FiP 신호가 검출될 수 있다. 공간 광 변조기는 광 검출기에 의해 캡처된 이미지 또는 장면을 둘 이상의 구역으로 분리할 수 있다. FiP 효과가 적어도 하나의 영역에서 측정된다면, 구역은 더 세분화될 수 있다. 이러한 세분화는 가능한 구역의 최대 개수에 도달할 때까지 계속될 수 있는데, 이러한 가능한 구역은 공간 광 변조기의 이용 가능한 변조 주파수의 최대 개수에 의해 제한될 수 있다. 더 복잡한 패턴도 가능하다.
위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기는 일반적으로 적어도 하나의 이미징 디바이스를 포함할 수 있고 및/또는 광 검출기의 시야 내의 장면의 적어도 하나의 이미지와 같은 적어도 하나의 이미지를 캡처하도록 적응될 수 있다. 일반적으로 알려진 패턴 검출 알고리즘 및/또는 당업자에게 일반적으로 알려진 소프트웨어 이미지 평가 수단과 같은 하나 이상의 이미지 평가 알고리즘을 사용함으로써, 광 검출기는 적어도 하나의 이미지 내의 적어도 하나의 물체를 검출하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일례로서, 교통 기술에서, 검출기 및 더 구체적으로는 평가 디바이스는 다음 중 하나 이상, 즉, 자동차의 윤곽, 다른 차량의 윤곽, 보행자의 윤곽, 도로 표지판, 신호등, 탐색을 위한 랜드 마크와 같은 이미지 내의 특정 미리 정의된 패턴을 검색하도록 적응될 수 있다. 검출기는 또한 글로벌 또는 로컬 포지셔닝 시스템과 조합하여 사용될 수 있다. 유사하게, 사람의 인식 및/또는 추적을 목적으로 하는 것과 같은 생체 인식 목적을 위해, 검출기 및 더 구체적으로는 평가 디바이스는 얼굴, 눈, 귓볼, 입술, 코, 손가락, 손, 지문, 또는 이들의 프로필의 윤곽을 검색하도록 적응될 수 있다. 다른 실시예가 실시 가능하다.
하나 이상의 물체가 검출되는 경우에, 광 검출기는 상영중인 영화 또는 장면의 필름과 같은 일련의 이미지 내의 물체를 추적하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 광 검출기, 특히 평가 디바이스는 일련의 연속 이미지와 같은 일련의 이미지 내의 적어도 하나의 물체를 추적 및/또는 추종하도록 적응될 수 있다.
물체 추종의 목적을 위해, 광 검출기는 전술한 바와 같이 이미지 또는 일련의 이미지 내의 구역에 적어도 하나의 물체를 할당하도록 적응될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 광 검출기, 바람직하게는 적어도 하나의 평가 디바이스는 공간 광 변조기의 픽셀 매트릭스의 적어도 하나의 슈퍼픽셀을 적어도 하나의 물체에 대응하는 적어도 하나의 구역에 할당하도록 적응될 수 있다. 특정 방식으로, 예컨대 특정 변조 주파수를 사용하여, 슈퍼픽셀의 픽셀을 변조함으로써, 물체가 추적될 수 있고, 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 z-좌표는 적어도 하나의 FiP 검출기와 같은 적어도 하나의 종방향 센서를 사용함으로써 그리고 이러한 특정 변조 주파수에 따라 적어도 하나의 FiP 검출기와 같은 횡방향 센서의 대응하는 신호를 복조 또는 격리함으로써 추종될 수 있다. 광 검출기는 일련의 이미지의 이미지에 대한 적어도 하나의 슈퍼픽셀의 할당을 조절하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일례로서, 이미징 디바이스는 장면의 이미지를 연속적으로 획득할 수 있고, 각 이미지마다 적어도 하나의 물체가 인식될 수 있다. 이어서, 적어도 하나의 슈퍼픽셀은 물체에 할당될 수 있으며, 물체의 z-좌표는 적어도 하나의 종방향 광 센서, 특히 적어도 하나의 FiP 센서를 사용하여 다음 이미지로 바뀌기 전에 결정될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 물체가 공간에서 추적될 수 있다.
이와 같은 실시예는 광 검출기의 셋업을 크게 단순화시켜 준다. 광 검출기는 표준 2D-CCD 카메라와 같은 이미징 디바이스에 의해 캡처된 장면의 분석을 수행하도록 적응될 수 있다. 장면의 화상 분석은 능동 및/또는 수동 물체의 위치를 인식하는데 사용할 수 있다. 광 검출기는 미리 정해진 패턴 또는 유사한 패턴과 같은 특정 물체를 인식하도록 훈련될 수 있다. 하나 이상의 물체가 인식되는 경우, 공간 광 변조기는 하나 이상의 물체가 위치하는 구역만을 변조하고 및/또는 특정 방식으로 이들 구역을 변조하도록 적응될 수 있다. 나머지 구역은 변조되지 않은 채로 남을 수 있고 및/또는 종방향 센서 및/또는 평가 디바이스에 일반적으로 알려져 있을 수 있는 다른 방식으로 변조될 수 있다.
이 효과를 이용함으로써, 공간 광 변조기에 의해 사용된 변조 주파수의 수가 크게 감소될 수 있다. 전형적으로, 전체 장면을 분석하기 위해서는 제한된 수의 변조 주파수만이 이용 가능할 수 있다. 중요하거나 인식된 물체만을 추종하는 것이라면, 매우 적은 수의 주파수가 필요하다.
그러면 종방향 광 센서 또는 거리 센서는 적어도 하나의 물체에 대응하는 적어도 하나의 슈퍼픽셀 및 주변 영역에 대응하는 나머지 슈퍼픽셀과 같이, 소수의 슈퍼픽셀만을 갖는 픽셀화되지 않은 대면적 센서 또는 대면적 센서로서 사용될 수 있으며, 후자의 나머지 슈퍼픽셀은 변조되지 않은 채로 남을 수 있다. 따라서, 본 발명의 기본 SLM 검출기에 비해 변조 주파수의 수 및 이에 따라 센서 신호의 데이터 분석의 복잡성이 크게 감소될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 이러한 실시예는 특히 트래픽 기술에서 및/또는 예컨대 식별 및/또는 사람의 생체인식 목적을 위해 및/또는 눈 추적 목적을 위해 사용될 수 있다. 다른 애플리케이션이 실시 가능하다.
본 발명에 따른 광 검출기는 또한 3차원 이미지를 획득하도록 구현될 수 있다. 따라서, 구체적으로, 광축에 수직인 상이한 평면에서 이미지의 동시적인 획득, 즉, 상이한 초점 평면에서 이미지의 획득이 수행될 수 있다. 따라서, 특히, 광 검출기는 복수의 초점 평면에서 예컨대 동시에 이미지를 획득하도록 적응된 라이트 필드 카메라(light-field camera)로서 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로서 라이트 필드라는 용어는 일반적으로 카메라 내부에서 광의 공간적 광 전파와 관련한다. 반대로, 상업적으로 이용 가능한 플레놉픽(plenoptic) 또는 라이트 필드 카메라에서, 마이크로렌즈는 광 검출기의 위에 놓일 수 있다. 이러한 마이크로 렌즈는 광빔의 방향을 기록하게 하며, 따라서 초점이 사후 변경될 수 있는 화상을 기록하게 한다. 그러나 마이크로 렌즈가 갖추어진 카메라의 해상도는 일반적으로 통상의 카메라에 비해 대략 10배 줄어든다. 다양한 거리에 초점을 맞춘 화상을 계산하기 위해서는 이미지의 후 처리가 필요하다. 현재의 라이트 필드 카메라의 다른 단점은 일반적으로 CMOS 칩과 같은 이미징 칩 위에 제조해야 하는 다수의 마이크로 렌즈를 사용해야 한다는 것이다.
본 발명에 따른 광 검출기를 사용함으로써, 마이크로 렌즈를 사용할 필요없이 크게 단순화된 라이트 필드 카메라가 만들어질 수 있다. 특히, 단일 렌즈 또는 렌즈 시스템이 사용될 수 있다. 평가 디바이스는 본질적인 깊이 계산 및 복수의 레벨 또는 심지어 모든 레벨에 초점이 맞는 화상의 단순하고 본질적인 생성에 적응될 수 있다.
이러한 장점은 복수의 광 센서를 사용하여 성취될 수 있다. 따라서, 위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기는 적어도 하나의 광 센서 스택을 포함할 수 있다. 스택의 광 센서 또는 스택의 광 센서 중 적어도 여러 개는 바람직하게 적어도 부분적으로 투명하다. 따라서, 일례로서, 픽셀화된 광 센서 또는 대면적의 광 센서가 스택 내에서 사용될 수 있다. 광 센서의 잠재적인 실시예에 대한 일례로서, 유기 광 센서, 특히 유기 태양 전지 및 더 구체적으로는 위에서 기술된 바와 같은 또는 아래에서 더 자세하게 기술되는 바와 같은 DSC 광 센서 또는 sDSC 광 센서가 참조될 수 있다. 따라서, 일례로서, 스택은 예를 들어, WO 2012/110924 A1에서 또는 위에서 논의된 임의의 다른 FiP 관련 문헌에서 개시된 복수의 FiP 센서, 즉, 깊이 검출을 위한 광자 밀도 의존 광전류를 갖는 복수의 광 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 특히 스택은 투명한 염료 감응형 유기 태양 전지의 스택일 수 있다. 일례로서, 스택은 적어도 2 개, 바람직하게는 적어도 3개, 더 바람직하게는 적어도 4개, 적어도 5개, 적어도 6개 또는 심지어는 2-30개 광 센서, 바람직하게 4-20개 광 센서와 같은 더 많은 광 센서를 포함할 수 있다. 다른 실시예가 실시 가능하다. 광 센서의 스택을 사용함으로써, 광 검출기, 특히 적어도 하나의 평가 디바이스는 예컨대 상이한 초점 깊이에서 이미지를 획득함으로써, 광 검출기의 시야 내의 장면의 3차원 이미지를 바람직하게 동시에 획득하도록 적응될 수 있으며, 여기서 상이한 초점 깊이는 일반적으로 광 검출기의 광축을 따라 있는 스택의 광 센서의 위치로 정의될 수 있다. 그러나 보통 광 센서의 픽셀화가 일반적으로 제공될 수 있을지라도, 위에서 개요된 바와 같이, 적어도 하나의 공간 광 변조기를 사용하면 가상의 픽셀화가 가능해진다는 사실로 인해 대체로 픽셀화는 불필요하다. 따라서, 일례로서, 유기 태양 전지를 픽셀로 세분할 필요없이, sDSC의 스택과 같은 유기 태양 전지의 스택이 사용될 수 있다.
따라서, 특히 라이트 필드 카메라로서 사용하기 위해 및/또는 3차원 이미지의 획득을 위해, 광 검출기는 광 센서의 적어도 하나의 스택 및 적어도 하나의 공간 광 변조기를 포함할 수 있으며, 후자는 위에서 개요된 바와 같이, 적어도 하나의 투명한 공간 광 변조기 및/또는 적어도 하나의 반사형 공간 광 변조기일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 또한, 광 검출기는 적어도 하나의 전달 디바이스, 특히 적어도 하나의 렌즈 또는 렌즈 시스템을 포함할 수 있다. 따라서, 일례로서, 광 검출기는 적어도 하나의 카메라 렌즈, 특히 사진촬영 분야에서 알려진 바와 같이 장면을 이미징하기 위한 적어도 하나의 카메라 렌즈를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 광 검출기의 다음과 같이 배열되고 정렬 셋업은 (검출될 물체 또는 장면을 향한 방향으로 나열됨) 될 수 있다:
(1) 투명 또는 반투명 광 센서의 스택과 같은 광 센서의 적어도 하나의 스택, 더 구체적으로 바람직하게는 깊이 검출을 위한 광 밀도에 의존하는 광전류를 갖는 픽셀이 없는 sDSC와 같은 유기 태양 전지와 같은 태양 전지의 스택;
(2) 바람직하게 고해상도 픽셀 및 투명 및 반사형 공간 광 변조기와 같이 픽셀을 스위칭하기 위한 고주파를 갖는 적어도 하나의 공간 광 변조기;
(3) 적어도 하나의 렌즈 또는 렌즈 시스템, 더 바람직하게는 적어도 하나의 적합한 카메라 렌즈 시스템과 같은 적어도 하나의 전달 디바이스.
하나 이상의 빔 분리기와 같은 부가적인 디바이스가 포함될 수 있다. 또한, 위에서 개요된 바와 같이, 이 실시예 또는 다른 실시예에서, 광 검출기는 이미징 디바이스로서 구현된 하나 이상의 광 센서를 포함할 수 있으며, 단색, 다색 또는 풀 컬러 이미징 디바이스가 사용될 수 있다. 따라서, 일례로서, 광 검출기는 적어도 하나의 CCD 칩 및/또는 적어도 하나의 CMOS 칩과 같은 적어도 하나의 이미징 디바이스를 더 포함할 수 있다. 위에서 개요된 바와 같이, 적어도 하나의 이미징 디바이스는 특히 광 검출기에 의해 캡처된 장면 내의 2차원 이미지를 획득하고 및/또는 물체를 인식하기 위해 사용될 수 있다.
위에서 더 상세하게 개요된 바와 같이, 공간 광 변조기의 픽셀은 변조될 수 있다. 여기서, 픽셀은 상이한 주파수로 변조될 수 있으며 및/또는 예를 들면 슈퍼픽셀을 형성하기 위한 목적으로, 픽셀은 장면에 대응하는 적어도 두 개의 픽셀 그룹으로 그룹화될 수 있다. 이 점과 관련하여, 위에서 개시된 가능성이 참조될 수 있다. 픽셀에 대한 정보는 상이한 변조 주파수를 사용함으로써 획득될 수 있다. 자세한 내용에 대해서는 위에서 논의된 가능성이 참조될 수 있다.
일반적으로, 깊이 맵은 광 센서의 스택에 의해 생성된 신호를 사용함으로써, 및 부가적으로는 적어도 하나의 선택적인 이미징 디바이스를 사용하여 2차원 이미지를 기록함으로써 기록될 수 있다. 렌즈와 같은 전달 디바이스로부터 상이한 거리에 있는 복수의 2차원 이미지가 기록될 수 있다. 따라서, 깊이 맵은 유기 태양 전지의 스택과 같은 태양 전지의 스택에 의해 기록될 수 있으며, 그리고 적어도 하나의 선택적인 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩과 같은 이미지 디바이스를 사용하여 2차원 이미지를 또한 기록함으로써 기록될 수 있다. 그 다음, 2차원 이미지는 3차원 이미지를 얻기 위해 스택의 신호와 매칭될 수 있다. 그러나, 부가적으로 또는 대안으로, 3차원 이미지의 기록은 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩과 같은 이미징 디바이스를 사용하지 않고도 이루어질 수 있다. 이에 따라, 각각의 광 센서 또는 광 센서 스택의 두 개 이상의 광 센서는 공간 광 변조기를 의미하는 전술한 프로세스를 사용함으로써, 각각 2차원 이미지를 기록하는데 사용될 수 있다. 이것은 SLM 변조에 의해 픽셀 위치, 크기 및 밝기에 관한 정보가 알려져 있기 때문에 가능하다. 광 센서의 센서 신호를 평가함으로써, 예컨대 위에서 논의된 바와 같이 센서 신호를 복조하고 및/또는 주파수 분석을 수행함으로써, 2차원 화상이 각 광 센서 신호로부터 도출될 수 있다. 이에 따라, 각 광 센서마다 2차원 이미지가 재구성될 수 있다. 그러므로, 투명한 태양 전지의 스택과 같은 광 센서의 스택을 사용함으로써, 광 검출기의 광축을 따라 있는 상이한 위치에서, 이를테면 상이한 초점 위치에서 획득된 2차원 이미지를 기록할 수 있게 된다. 복수의 2차원 광학 이미지의 획득은 동시에 및/또는 순간적으로 수행될 수 있다. 따라서, 공간 광 변조기와 조합하여 광 센서 스택을 사용함으로써, 광학적인 상황의 동시적인 "단층 촬영(tomography)"이 획득될 수 있다. 이에 따라, 마이크로 렌즈가 없는 라이트 필드 카메라가 실현될 수 있다.
광 검출기는 심지어 공간 광 변조기 및 광 센서 스택을 사용하여 획득된 정보의 추가적인 후 처리를 할 수 있게 한다. 그러나 다른 센서와 비교하여, 장면의 3차원 이미지를 얻기 위해서는 약간의 후 처리가 필요하거나 심지어는 어떠한 후 처리도 필요하지 않을 수 있다. 그래도, 완전히 초점이 맞는 사진을 얻을 수 있다.
또한, 광 센서 스택의 광 센서 중 하나, 하나 이상 또는 심지어 모든 FiP 센서는 FiP 센서, 즉, 광자 밀도에 의존하는 센서 신호를 갖는 광 센서, 즉, 광빔에 의한 센서 영역의 조명에 의존하는 센서 신호를 제공하는 광 센서일 수 있으며, 이 센서 신호는 조명의 동일한 총 전력을 고래해 볼 때, 센서 영역 내의 광빔의 폭에 의존한다. 센서 영역을 조명하는 광빔의 초점을 변경할 때, 각 광 센서가 FiP 센서로서 설계되는 경우, 광 전류와 같은 센서 신호는 광빔이 센서 영역의 초점이 있는 한, 조명 스폿이 최소 직경일 때 최대에 이른다. 따라서, 일반적으로 가장 큰 센서 신호를 갖는 광 센서가 광빔에 대한 초점 면을 나타낼 수 있기 때문에, 광 센서 스택의 광 센서의 센서 신호는 광빔의 초점 위치를 나타낼 수 있다. 광빔이 광 검출기에 의해 캡처된 장면 내의 물체에 의해 방출되는 경우, 광빔은 선택적으로 적어도 하나의 렌즈 또는 렌즈 시스템과 같은 적어도 하나의 선택적인 전달 디바이스에 의해 이미징될 것이고 최종적으로는 광 센서 스택 내의 한 위치에 초점이 맞추어질 수 있다. 센서 신호를 평가하고 비교함으로써, 이를테면 최대 센서 신호를 검출함으로써, 초점 위치가 결정될 수 있다. 일반적으로, FiP 곡선의 최대값에 대응하는, 센서 신호에서 최대값을 갖는 픽셀 정보로부터 화상이 구성되면, 재구성된 화상은 모든 이미지 평면의 초점에 있을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 검출기는 렌즈 오류와 같은 이미징 오류를 수정하는 전형적인 문제점을 회피하거나 적어도 부분적으로 피해갈 수 있다. 따라서 현미경 또는 망원경과 같은 많은 광학 디바이스에서, 렌즈 오류는 심각한 문제를 일으킬 수 있다. 일례로서, 현미경에서, 일반적인 렌즈 오류는 잘 알려진 구면 수차의 오류이며, 이 오류는 광선의 굴절이 광축으로부터의 거리에 의존할 수 있는 현상을 초래한다. 또한, 망원경의 초점 위치의 온도 의존성과 같은 온도 영향이 발생할 수 있다. 정적 오류는 일반적으로 오류를 한 번 확인하고 SLM 픽셀/태양 전지 조합의 고정 세트를 사용하여 초점을 맞춘 이미지를 구성함으로써 정정될 수 있다. 광학 시스템이 동일하게 유지되는 경우, 대부분의 경우 소프트웨어 조정으로 충분할 수 있다. 그럼에도, 특히 시간이 지남에 따라 오류가 변하는 경우, 이러한 기존의 정정방법은 더 이상 충분하지 않을 수 있다. 이런 경우에, 적어도 하나의 공간 광 변조기 및 적어도 하나의 광 센서 스택을 갖는 본 발명에 따른 광 검출기는 정확한 초점면에 있는 이미지를 획득함으로써 오류를 본질적으로, 특히 자동으로 정정하는데 사용될 수 있다.
상이한 z-위치에서 광 센서의 스택을 갖는 광 검출기의 전술한 개념은 현재의 라이트 필드 카메라에 비해 추가적인 장점을 제공한다. 따라서, 전형적인 라이트 필드 카메라는 렌즈로부터 일정 거리의 화상이 재구성된다는 점에서 화상 기반 또는 픽셀 기반 카메라이다. 전형적으로 저장되는 정보는 픽셀 수 및 화상 수에 선형적으로 의존한다. 대조적으로, 적어도 하나의 공간 광 변조기와 조합된 광 센서의 스택을 갖는 본 발명에 따른 광 검출기는 광 검출기 또는 카메라 내에, 예컨대 렌즈 뒤편에 직접 라이트 필드를 기록하는 능력을 가질 수 있다. 따라서, 광 검출기는 일반적으로 광 검출기에 들어가는 하나 이상의 광빔에 대한 하나 이상의 빔 파라미터를 기록하도록 적응될 수 있다. 일례로서, 각 광빔마다, 초점, 방향 및 확산 함수 폭(spread-function width)과 같은 가우시안 빔 파라미터와 같은 하나 이상의 빔 파라미터가 기록될 수 있다. 여기에서, 초점은 빔이 초점을 맞춘 지점 또는 좌표일 수 있으며, 방향은 광빔의 확산 또는 전파에 관한 정보를 제공할 수 있다. 다른 빔 파라미터가 대안으로 또는 부가적으로 사용될 수 있다. 확산 함수 폭은 초점을 벗어난 빔을 서술하는 함수의 폭일 수 있다. 확산 함수는 간단한 경우에는 가우시안 함수일 수 있으며, 폭 파라미터는 가우스 함수의 지수 또는 지수의 일부일 수 있다.
따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 광 검출기는 적어도 하나의 광빔의 초점, 광빔의 전파 방향 및 광빔의 확산 파라미터와 같은 적어도 하나의 광빔의 하나 이상의 빔 파라미터를 직접 기록할 수 있게 한다. 이러한 빔 파라미터는 광 센서 스택의 광 센서의 하나 이상의 센서 신호를 분석하여, 이를테면 FiP 신호를 분석하여 직접 도출될 수 있다. 그러므로 특히 카메라로서 설계될 수 있는 광 검출기는 작고 확장가능한 라이트 필드의 벡터 표현을 기록할 수 있으며, 이에 따라 2차원 화상 및 깊이 맵과 비교하여 더 많은 정보를 포함할 수 있다.
따라서, 초점 스태킹 카메라(focal stacking camera) 및/또는 초점 스윕 카메라(focal sweep camera)는 라이트 필드의 상이한 컷-평면(cut-plane)에 화상을 기록할 수 있다. 정보는 화상 수와 픽셀 수의 곱으로 저장될 수 있다. 이에 반해, 본 발명에 따른 광 검출기, 구체적으로 광 센서의 스택 및 적어도 하나의 공간 광 변조기, 더 구체적으로는 FiP 센서의 스택 및 공간 광 변조기를 포함하는 광 검출기는 각 광빔마다 전술한 적어도 하나의 확산 파라미터, 초점 및 전파 방향과 같은 빔 파라미터의 개수로서 정보를 저장하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일반적으로 광 센서 사이의 화상은 벡터 표현으로부터 계산될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 보간 또는 외삽이 회피될 수 있다. 벡터 표현은 일반적으로 예를 들어 픽셀 표현에 기초한 알고 있는 라이트 필드 카메라에 요구되는 저장 공간과 비교하여 데이터 저장 공간에 대한 요구가 매우 낮다. 또한, 벡터 표현은 당업자에게 알려진 이미지 압축 방법과 조합될 수 있다. 이러한 이미지 압축 방법과의 조합은 기록된 라이트 필드에 대한 저장 요건을 더 줄여줄 수 있다. 압축 방법은 컬러 공간 변환, 다운샘플링, 체인 코드, 퓨리에 관련 변환, 블록 분할, 이산 코사인 변환, 프랙탈 압축, 크로마 서브샘플링, 양자화, 디플레이션(deflation), DPC, LZW, 엔트로피 코딩, 웨이블릿 변환, jpeg 압축 또는 다른 무손실 또는 손실 압축 방법 중 하나 이상일 수 있다.
그 결과, 적어도 하나의 공간 광 변조기 및 광 센서의 스택을 포함하는 광 검출기는 적어도 하나의, 바람직하게는 적어도 하나의 광빔, 바람직하게는 두 개의 빔 또는 두 개 이상의 광빔에 대해 적어도 둘 이상의 빔 파라미터를 결정하도록 적응될 수 있으며, 또 다른 사용을 위해 이들 빔 파라미터를 저장하도록 적응될 수 있다. 또한, 광 검출기, 특히 평가 디바이스는 이러한 빔 파라미터를 사용하여, 예컨대 전술한 벡터 표현을 사용하여, 광 검출기에 의해 캡처된 장면의 이미지 또는 부분 이미지를 계산하도록 적응될 수 있다. 벡터 표현으로 인해, 라이트 필드 카메라로서 설계된 광 검출기는 또한 광 센서에 의해 정의된 화상 평면 사이의 필드를 검출 및/또는 계산할 수 있다.
또한, 광 검출기, 특히 평가 디바이스는 관찰자의 위치 및/또는 광 검출기 자체의 위치를 고려하여 설계될 수 있다. 이것은 적어도 하나의 렌즈를 통하는 것과 같이 전달 디바이스를 통해 검출기에 들어가는 모든 정보 또는 거의 모든 정보가 라이트 필드 카메라와 같은 광 검출기에 의해 검출될 수 있다는 사실에 기인한다. 홀로그램과 유사하게, 물체 뒤편의 공간 부분에 통찰력을 제공하면, 광 센서의 스택 및 적어도 하나의 공간 광 변조기를 갖는 광 검출기에 의해 검출되거나 검출 가능한 라이트 필드, 구체적으로는 전술한 빔 파라미터 또는 벡터 표현은 고정 카메라 렌즈에 대해 관찰자가 움직이는 상황에 관한 정보와 같은 부가적인 정보를 갖고 있을 수 있다. 따라서, 라이트 필드의 알려진 특성으로 인해, 라이트 필드를 통한 횡단면 평면은 옮겨지고 및/또는 기울어질 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 라이트 필드를 통과하는 비평면 단면조차도 생성될 수 있다. 후자는 특히 렌즈 오류를 정정하는데 유리할 수 있다. 광 검출기의 좌표계에서 관찰자의 위치와 같은 관찰자의 위치가 옮겨질 때, 두 번째 물체가 첫 번째 물체 뒤에서 보이는 경우와 같이 하나 이상의 물체의 가시성이 변화할 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기는 단색, 다색 또는 풀 컬러 광 검출기일 수 있다. 따라서, 위에서 개요된 바와 같이, 적어도 하나의 다색 또는 풀 컬러 공간 광 변조기를 사용함으로써 컬러 감응도가 생성될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 두 개 이상의 광 센서가 포함되는 경우, 두 개 이상의 광 센서는 상이한 스펙트럼 감응도를 제공할 수 있다. 특히, 광 센서의 스택이 사용되는 경우, 구체적으로 유기 태양 전지, 염료 감응형 태양 전지, 고체 염료 감응형 태양 전지 또는 FiP 센서로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 광 센서의 스택이 사용되는 경우, 일반적으로 컬러 감응도는 상이한 스펙트럼 감응도를 갖는 광 센서를 사용하여 생성될 수 있다. 특히, 두 개 이상의 광 센서를 포함하는 광 센서 스택이 사용되는 경우, 광 센서는 상이한 흡수 스펙트럼과 같은 상이한 스펙트럼 감응도를 가질 수 있다.
따라서, 일반적으로, 광 검출기는 광 센서의 스택을 포함할 수 있으며, 이 스택의 광 센서는 상이한 스펙트럼 특성을 갖는다. 구체적으로, 스택은 제 1 스펙트럼 감도를 갖는 적어도 하나의 제 1 광 센서 및 제 2 스펙트럼 감도를 갖는 적어도 하나의 제 2 광 센서를 포함할 수 있으며, 제 1 스펙트럼 감도와 제 2 스펙트럼 감도는 상이하다. 일례로서, 스택은 번갈아 가는 순서로 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 광 센서를 포함할 수 있다. 광 검출기는 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 광 센서의 센서 신호를 평가함으로써 다색 3차원 이미지, 바람직하게 풀 컬러 3차원 이미지를 획득하도록 적응될 수 있다.
이러한 컬러 해상도의 옵션은 알려진 컬러 감응 카메라 셋업보다 많은 장점을 제공한다. 따라서, 상이한 스펙트럼 감응도를 갖는 광 센서를 스택에 사용함으로써, 풀 컬러 CCD 또는 CMOS와 같은 픽셀화된 풀 컬러 카메라와 비교하여, 각 센서의 전체 센서 영역이 검출에 사용될 수 있다. 이에 따라, 이미지의 해상도가 상당히 증가될 수 있는데, 그 이유는 전형적인 픽셀화된 풀 컬러 카메라 칩은 이웃 배열에 컬러 픽셀이 제공되어야 한다는 사실로 인해, 이미징에 필요한 칩 표면 중 1/3 또는 1/4 또는 심지어 그 이하만을 사용할 뿐일 수 있기 때문이다.
상이한 스펙트럼 감응도를 갖는 적어도 두 개의 선택적 광 센서는 특히 유기 태양 전지, 더 구체적으로는 sDSC를 사용할 때 상이한 종류의 염료를 함유할 수 있다. 유기 태양 전지에서, 둘 이상의 유형의 광 센서를 포함하는 스택 - 각각의 유형은 균일한 스펙트럼 감도를 가짐 - 이 사용될 수 있다. 따라서, 스택은 제 1 스펙트럼 감응도를 갖는 제 1 유형의 적어도 하나의 광 센서 및 제 2 스펙트럼 감응도를 갖는 제 2 유형의 적어도 하나의 광 센서를 포함할 수 있다. 또한, 스택은 제 3 및 제 4 스펙트럼을 갖는 제 3 유형 및 선택적으로 심지어 제 4 유형의 광 센서를 선택적으로 포함할 수 있다. 스택은 제 1 및 제 2 유형이 번갈아가는 광 센서, 제 1, 제 2 및 제 3 유형이 번갈아가는 광 센서 또는 심지어 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 유형이 번갈아가는 센서를 포함할 수 있다.
밝혀진 바와 같이, 예컨대 번갈아가는 방식으로, 제 1 유형 및 제 2 유형의 광 센서만으로 컬러 검출 또는 심지어 풀 컬러 이미지의 획득이 가능할 수 있다. 따라서, 일례로서, 스택은 제 1 흡수성 염료를 갖는 제 1 유형의 유기 태양 전지, 구체적으로는 sDSC 및 제 2 흡수성 염료를 갖는 제 2 유형의 유기 태양 전지, 특히 sDSC를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 유형의 유기 태양 전지는 스택 내에서 번갈아 가며 배열될 수 있다. 염료는 특히 적어도 하나의 흡수율 피크를 갖고 예를 들어 30-200nm의 폭 및/또는 60-300nm의 폭 및/또는 100-400nm의 폭을 갖는 예컨대 적어도 30nm, 바람직하게는 적어도 100nm, 적어도 200nm 또는 적어도 300nm의 범위를 커버하는 넓은 흡수율을 갖는 흡수율 스펙트럼을 제공함으로써, 광범위하게 흡수할 수 있다.
따라서, 광범위하게 흡수하는 두 개의 염료이면 컬러 검출에 충분할 수 있다. 투명 또는 반투명 태양 전지에서 상이한 흡수율 프로필을 갖는 광범위하게 흡수하는 두 개의 염료를 사용하면, 광자 대 전류 효율(photon-to-current efficiency, PCE)의 복합 파장 의존성으로 인해, 상이한 파장은 상이한 전류와 같은 상이한 센서 신호를 유발할 것이다. 컬러는 상이한 염료를 가진 두 개의 태양 전지의 전류를 비교하여 결정할 수 있다.
따라서, 일반적으로, 상이한 스펙트럼 감응도를 갖는 적어도 두 개의 광 센서의 센서 신호를 비교함으로써, 적어도 두 개의 광 센서가 상이한 스펙트럼 감응도를 갖는 적어도 두 개의 광 센서를 가진 광 센서의 스택을 갖는 광 검출기는 적어도 하나의 컬러 및/또는 적어도 하나의 컬러 정보 항목을 결정하도록 적응될 수 있다. 일례로서, 알고리즘은 센서 신호로부터 컬러 정보 중의 컬러를 결정하는데 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 룩업 테이블과 같은 센서 신호를 평가하는 다른 방법이 사용될 수 있다. 일례로서, 각 전류 쌍과 같은 각 센서 신호 쌍에 대해 고유 컬러가 나열되는 룩업 테이블이 생성될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 광 센서 신호의 비율을 형성하고 컬러, 컬러 정보 또는 컬러의 컬러 좌표를 도출하는 것과 같은 다른 평가 방식이 사용될 수 있다.
두 개의 상이한 스펙트럼 감응도를 갖는 광 센서 쌍의 스택과 같이 상이한 스펙트럼 감응도를 갖는 광 센서의 스택을 사용함으로써, 다양한 측정이 이루어질 수 있다. 따라서, 일례로서, 스택을 사용함으로써, 3차원 다색 또는 심지어 풀 컬러 이미지의 기록이 가능하고, 및/또는 여러 초점 평면에서의 이미지의 기록이 가능하다. 또한, 깊이 이미지는 DFD(depth-from-defocus) 알고리즘을 사용하여 계산될 수 있다.
상이한 스펙트럼 감응도를 갖는 두 가지 유형의 광 센서를 사용함으로써, 누락된 컬러 정보는 주변의 컬러 지점 사이에서 외삽될 수 있다. 주변의 지점만이 아닌 더 많은 지점을 고려함으로써 평탄화 기능(smoother function)이 달성될 수 있다. 이것은 측정 오류를 줄이기 위해 사용될 수도 있지만, 후 처리를 위한 계산 비용이 증가할 수도 있다.
일반적으로, 본 발명에 따른 광 검출기는 이에 따라 다색 또는 풀 컬러 또는 컬러 검출 라이트 필드 카메라로서 설계될 수 있다. 투명 또는 반투명 태양 전지, 구체적으로는 유기 태양 전지 그리고 더 구체적으로는 sDSC와 같이 교대로 컬러를 가진 광 센서의 스택이 사용될 수 있다. 이러한 광 검출기는 이를테면 가상 픽셀화를 제공할 목적으로, 적어도 하나의 공간 광 변조기와 함께 사용된다. 따라서, 광 검출기는 픽셀화되지 않은 대면적 광 검출기일 수 있으며, 픽셀화는 공간 광 변조기에 의해 그리고 광 센서의 센서 신호의 평가에 의해, 특히 주파수 분석에 의해 사실상 생성된다.
인-플레인(in-plane) 컬러 정보는 스택의 두 개의 이웃하는 광 센서의 센서 신호로부터 얻어질 수 있으며, 이웃하는 광 센서는 상이한 컬러, 더 구체적으로는 서로 다른 유형의 염료와 같은 서로 다른 스펙트럼 감응도를 갖는다. 위에서 개요된 바와 같이, 컬러 정보는 예컨대 하나 이상의 룩업 테이블을 사용함으로써, 상이한 파장 감응도를 갖는 광 센서의 센서 신호를 평가하는 평가 알고리즘에 의해 생성될 수 있다. 또한, 컬러 정보의 평탄화는 예컨대 후 처리 단계에서 인접한 영역의 컬러를 비교함으로써 수행될 수 있다.
z-방향의 컬러 정보, 즉, 광축을 따른 컬러 정보는 인접한 광 센서와 스택, 예컨대 스택 내 이웃 태양 전지를 비교함으로써 또한 구해질 수 있다. 컬러 정보의 평탄화는 여러 광 센서로부터의 컬러 정보를 사용하여 이루어질 수 있다.
적어도 하나의 공간 광 변조기 및 적어도 하나의 광 센서를 포함하는 본 발명에 따른 광 검출기는 또한 하나 이상의 다른 유형의 센서 또는 검출기와 조합될 수 있다. 따라서, 광 검출기는 적어도 하나의 부가적인 검출기를 더 포함할 수 있다. 적어도 하나의 부가적인 검출기는 주변 환경의 온도 및/또는 밝기와 같은 주변 환경의 파라미터; 검출기의 위치 및/또는 방향에 관한 파라미터; 물체의 위치, 예를 들어 물체의 절대 위치 및/또는 공간 내 물체의 방향과 같이 검출될 물체의 상태를 명시하는 파라미터 중 적어도 하나와 같은 적어도 하나의 파라미터를 검출하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명의 원리는 부가적인 정보를 얻기 위해 및/또는 측정 결과를 검증하거나 측정 오류 또는 잡음을 감소시키기 위해 다른 측정 원리와 조합될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 광 검출기는 적어도 하나의 비행 시간(time-of-flight, ToF) 측정을 수행함으로써 적어도 하나의 물체와 광 검출기 사이의 적어도 하나의 거리를 검출하도록 적응된 적어도 하나의 비행 시간 검출기를 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 것으로, 비행 시간 측정은 일반적으로 신호가 두 개의 물체 사이에서 또는 하나의 물체로부터 두 번째 물체로 그리고 그 반대로 전파하기 위해 필요한 시간에 기초한 측정을 지칭한다. 본 사례에서, 신호는 특히 음향 신호 또는 광 신호와 같은 전자기 신호 중 하나 이상일 수 있다. 따라서 비행 시간 검출기는 비행 시간 측정을 수행하도록 적응된 검출기와 관련이다. 비행 시간 측정은 상업적으로 이용 가능한 거리 측정 디바이스에서 또는 초음파 유량계와 같은 상업적으로 이용 가능한 유량계와 같은 다양한 기술 분야에서 잘 알려져있다. 비행 시간 검출기는 심지어 비행 시간 카메라로서 구현될 수 있다. 이러한 유형의 카메라는 알려진 빛의 속도에 기초하여 물체 간의 거리를 분석할 수 있는 거리 이미징 카메라 시스템(range-imaging camera system)으로 상업적으로 구입 가능하다.
현재 이용 가능한 ToF 검출기는 일반적으로 선택적으로 CMOS 센서와 같은 하나 이상의 광 센서와 조합된 펄스형 신호의 사용을 기초로 한다. 광 센서에 의해 생성된 센서 신호는 적분될 수 있다. 적분은 두 개의 서로 다른 시점에서 시작할 수 있다. 거리는 두 개의 적분 결과 사이의 상대적인 신호 세기로부터 계산될 수 있다.
또한, 위에서 개요된 바와 같이, ToF 카메라는 공지되어 있으며, 또한 일반적으로 본 발명의 맥락에서 사용될 수 있다. 이러한 ToF 카메라는 픽셀화된 광 센서를 포함할 수 있다. 그러나, 일반적으로 각 픽셀은 두 번의 적분을 수행할 수 있어야 하기 때문에, 픽셀 구성은 일반적으로 더 복잡하며 상업적으로 이용 가능한 ToF 카메라의 해상도는 상당히 낮다(전형적으로 200x200 픽셀). ~40cm 이하 및 수 미터 이상의 거리는 일반적으로 검출하기 어렵거나 불가능하다. 그뿐만 아니라, 하나의 주기 내에서는 펄스의 상대적 편이만이 측정되므로, 펄스의 주기성은 거리를 애매하게 해석할 수 있게 한다.
스탠드얼론 디바이스로서 ToF 검출기는 일반적으로 다양한 단점과 기술적 과제로 어려움을 겪고 있다. 따라서, 펄스가 너무 일찍 반사되거나, 빗방울 뒤에 물체가 숨겨지거나 또는 부분 반사시 적분은 잘못된 결과를 초래할 수 있기 때문에, 일반적으로 ToF 감지기 및 특히 ToF 카메라는 광 경로에 비 및 기타 투명한 물체로 어려움을 겪는다. 또한, 측정시 오차를 피하고 펄스의 명확한 구별을 가능하게 하기 위해, ToF 측정에는 낮은 광 조건이 바람직하다. 밝은 햇빛과 같은 밝은 빛은 ToF 측정을 불가능하게 할 수 있다. 또한, 펄스가 후방 반사(back reflection)되어도 여전히 카메라에 의해 검출 가능할 만큼 충분히 밝아야 하기 때문에, 전형적인 ToF 카메라의 에너지 소비량은 상당히 높다. 그러나 펄스의 밝기는 눈 또는 다른 센서에 유해할 수 있거나 두 개 이상의 ToF 측정값이 서로 간섭할 때 측정 오류를 유발할 수 있다. 요약하면, 현재의 ToF 검출기 및 특히 현재의 ToF 카메라는 저해상도, 거리 측정 시 모호성, 제한된 사용 범위, 제한된 광 조건, 광 경로에 있는 투명한 물체에 대한 감응도, 기상 조건에 관한 감응도 및 높은 에너지 소비와 같은 여러 가지 단점으로 어려움을 겪는다. 이러한 기술적인 과제는 일반적으로 차량의 안전 애플리케이션, 일상 사용을 위한 카메라 또는 휴먼-머신 인터페이스와 같은 일상 애플리케이션, 특히 게임 애플리케이션에 필요한 현재의 ToF 카메라의 적성을 낮추게 만든다.
본 발명에 따른 검출기와 조합하여, 적어도 하나의 공간 광 변조기 및 적어도 하나의 광 센서는 물론이고, 주파수 분석에 의해 센서 신호를 평가하는 전술한 원리를 제공하면, 두 시스템의 장점과 역량은 성과 있게 조합될 수 있다. 따라서, SLM 검출기, 즉, 적어도 하나의 공간 광 변조기 및 적어도 하나의 광 센서, 구체적으로는 적어도 하나의 광 센서 스택의 조합은 밝은 광 조건에서 장점을 제공할 수 있는 반면, ToF 검출기는 일반적으로 낮은 광 조건에서 더 나은 결과를 제공한다. 조합된 디바이스, 즉, 적어도 하나의 ToF 검출기를 더 포함하는 본 발명에 따른 광 검출기는 따라서 두 단일 시스템과 비교하여 광 조건에 대해 허용 오차를 높여준다. 이것은 자동차 또는 다른 차량과 같은 안전 애플리케이션에 특히 중요하다.
특히, 광 검출기는 SLM 검출기를 사용하여 수행되는 적어도 하나의 측정을 정정하기 위해 적어도 하나의 ToF 측정을 사용하도록 설계될 수 있으며, 그 반대로도 가능하다. 또한, ToF 측정의 모호함은 SLM 검출기를 사용함으로써 해결될 수 있다. SLM 측정은 특히 ToF 측정의 분석이 결과적으로 모호함의 가능성을 가져올 때마다 수행될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, ToF 검출기의 작동 범위를 ToF 측정의 모호함 때문에 통상 배제되는 영역으로 확장하기 위해, SLM 측정은 연속적으로 수행될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, SLM 검출기는 더 넓은 범위 또는 추가의 범위를 감당하여 더 넓은 거리 측정 영역을 가능하게 할 수 있다. SLM 검출기, 구체적으로는 SLM 카메라는 또한 에너지 소비를 줄이거나 눈을 보호하기 위해 하나 이상의 측정에 중요한 영역을 결정하는데 또한 사용될 수 있다. 따라서, 위에서 개요된 바와 같이, SLM 검출기는 하나 이상의 관심 영역을 검출하도록 적응될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, SLM 검출기는 광 검출기에 의해 캡처된 장면 내의 하나 이상의 물체의 대략적인 깊이 맵을 결정하는데 사용될 수 있으며, 대략적인 깊이 맵은 하나 이상의 ToF 측정을 통해 중요한 영역에서 정제될 수 있다. 또한, SLM 검출기는 ToF 카메라와 같은 ToF 검출기를 필요한 거리 영역으로 조정하는데 사용될 수 있다. 이에 따라, 예를 들어 ToF 측정에서의 모호함의 가능성을 제거 또는 감소시키기 위해, ToF 측정의 펄스 길이 및/또는 주파수가 사전에 설정될 수 있다. 따라서, 일반적으로, SLM 검출기는 ToF 카메라와 같은 ToF 검출기에 자동 초점을 제공하는데 사용될 수 있다.
위에서 개요된 것처럼, SLM 카메라와 같은 SLM 검출기에 의해 대략적인 깊이 맵이 기록될 수 있다. 또한, 광 검출기에 의해 캡처된 장면 내의 하나 이상의 물체에 관한 깊이 정보 또는 z-정보를 포함하는 대략적인 깊이 맵은 하나 이상의 ToF 측정을 사용하여 정제될 수 있다. ToF 측정은 특히 중요한 구역에서만 수행될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 대략적인 깊이 맵은 ToF 검출기, 특히 ToF 카메라를 조정하는데 사용될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 ToF 검출기와 조합하여 SLM 검출기를 사용하면, 검출될 물체의 성질에 관한 또는 검출기와 비 또는 기상 조건에 대한 감응도와 같은 검출된 물체 사이의 광 경로 내의 장애물 또는 매체에 대한 ToF 검출기의 전술한 감응도의 문제점이 해결될 수 있다. 조합된 SLM/ToF 측정은 ToF 신호로부터 중요한 정보를 추출하거나 여러 개의 투명 또는 반투명 층을 가진 복잡한 물체를 측정하는 데 사용될 수 있다. 따라서 유리, 결정, 액체 구조, 상 전이, 액체 유동 등으로 만들어진 물체가 관찰될 수 있다. 또한, SLM 검출기와 적어도 하나의 ToF 검출기의 조합은 비가 오는 날씨에서도 여전히 작동할 것이며, 전체 광 검출기는 일반적으로 기상 조건에 덜 의존적일 것이다. 일례로서, SLM 검출기에 의해 제공된 측정 결과는 ToF 측정 결과로부터 비 때문에 유발된 오류를 제거하는데 사용될 수 있고, 이로써 이러한 조합은 특히 자동차 또는 다른 차량과 같은 안전 애플리케이션에 유용하게 사용할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 광 검출기에 적어도 하나의 ToF 검출기를 구현하는 것은 다양한 방식으로 실현될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 FiP 검출기 및 적어도 하나의 ToF 검출기는 동일한 광 경로 내에서 순서대로 배열될 수 있다. 일례로서, 적어도 하나의 투명한 SLM 검출기는 적어도 하나의 ToF 검출기의 전방에 배치될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, SLM 검출기 및 ToF 검출기에 별개의 광 경로 또는 분리된 광 경로가 사용될 수 있다. 광 경로에서, 일례로서, 광 경로는 위에서 열거되고 아래에서 더 상세히 열거되는 하나 또는 그 이상의 빔 분리 요소와 같은 하나 이상의 빔 분리 요소에 의해 분리될 수 있다. 일례로서, 파장 선택 요소에 의한 빔 경로의 분리가 수행될 수 있다. 따라서, 예를 들어, ToF 검출기는 적외선을 이용할 수 있지만, SLM 검출기는 상이한 파장의 광을 사용할 수 있다. 이와 같은 예에서, ToF 검출기에 필요한 적외선은 열반사경(hot mirror)과 같은 파장 선택적 빔 분리 요소를 사용함으로써 분리될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, SLM 측정에 사용되는 광빔 및 ToF 측정에 사용되는 광빔은 하나 이상의 반투과 거울, 빔 분리기 큐브(beam splitter cube), 편광빔 분리기 또는 이들의 조합과 같은 하나 이상의 빔 분리 요소에 의해 분리될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 SLM 검출기 및 적어도 하나의 ToF 검출기는 별개의 광학 경로를 사용하여 동일한 디바이스 내에 서로의 옆에 배치될 수 있다. 다양한 다른 셋업이 실시 가능하다.
위에서 개요된 바와 같이, 본 발명에 따른 광 검출기뿐만 아니라 본 발명에서 제안된 하나 이상의 다른 디바이스는 하나 이상의 다른 유형의 측정 디바이스와 조합될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 공간 광 변조기 및 적어도 하나의 광 센서를 포함하는 본 발명에 따른 광 검출기는 전술한 ToF 검출기와 같은 하나 이상의 다른 유형의 센서 또는 검출기와 조합될 수 있다. 본 발명에 따른 광 검출기를 하나 이상의 다른 유형의 센서 또는 검출기와 조합할 때, 광 검출기 및 적어도 하나의 다른 센서 또는 검출기는 광 검출기의 적어도 하나의 광 센서 및 공간 광 변조기가 적어도 하나의 다른 센서 또는 검출기와 분리된 독립적인 디바이스로서 설계될 수 있다. 대안으로, 하나 이상의 이들 컴포넌트는 전체적으로 또는 부분적으로 역시 다른 센서 또는 검출기에 사용될 수 있고, 아니면 광 센서뿐만 아니라 공간 광 변조기 및 적어도 하나의 다른 센서 또는 검출기는 전체적으로 또는 부분적으로 다른 방식으로 조합될 수 있다.
따라서, 비제한적인 예로서, 광 검출기는 예를 들어, 적어도 하나의 선택적인 ToF 검출기에 부가적으로 또는 대안으로, 전술한 ToF 검출기와 다른 적어도 하나의 거리 센서를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 거리 센서는 전술한 FiP 효과에 기초할 수 있다. 따라서, 광 검출기는 적어도 하나의 능동 거리 센서(active distance sensor)를 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "능동 거리 센서"는 적어도 하나의 능동 광 센서 및 적어도 하나의 능동 조명원을 갖는 센서이며, 이 능동 거리 센서는 물체와 능동 거리 센서 사이의 거리를 결정하도록 적응된다. 능동 거리 센서는 물체로부터 능동 광 센서로 전파하는 광빔에 의해 조명될 때 센서 신호를 발생하도록 적응된 적어도 하나의 능동 광 센서를 포함하며, 이 센서 선호는, 조명의 동일한 총 전력을 고려해 볼 때, 조명의 기하학적 구조, 특히 센서 영역상의 조명의 빔 단면에 의존한다. 능동 거리 센서는 물체를 조명하기 위한 적어도 하나의 능동 조명원을 더 포함한다. 따라서, 능동 조명원은 물체를 조명할 수 있으며, 조명원에 의해 생성된 조명광 또는 일차 광빔은 물체 또는 그 일부에 의해 반사되거나 산란될 수 있고, 이에 따라 능동 거리 센서의 광 센서를 향해 전파하는 광빔이 생성된다.
능동 거리 센서의 적어도 하나의 능동 광 센서의 가능한 셋업에 대해서는 전체 내용이 본 명세서에 포함되는 WO 2012/110924 A1 또는 WO2014/097181 A1 중 하나 이상이 참조될 수 있다. 이들 문헌 중 하나 또는 모두에 개시된 적어도 하나의 종방향 광 센서는 또한 본 발명에 따른 광 검출기에 포함될 수 있는 선택적인 능동 거리 센서용으로 사용될 수 있다. 따라서, 단일 광 센서가 사용될 수 있거나 센서 스택과 같은 복수의 광 센서가 사용될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 능동 거리 센서 및 광 검출기의 나머지 컴포넌트는 별개의 컴포넌트일 수 있거나 대안으로, 전체적으로 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 따라서, 능동 거리 센서의 적어도 하나의 능동 거리 센서는 적어도 하나의 광 센서로부터 전체적으로 또는 부분적으로 분리될 수 있거나 광 검출기의 적어도 하나의 광 센서와 전체적으로 또는 부분적으로 동일할 수 있다. 유사하게, 적어도 하나의 능동 조명원은 광 검출기의 조명원으로부터 전체적으로 또는 부분적으로 분리될 수 있거나 전체적으로 또는 부분적으로 동일할 수 있다.
적어도 하나의 능동 거리 센서는 적어도 하나의 능동 평가 디바이스를 더 포함할 수 있으며, 이 능동 평가 디바이스는 광 검출기의 평가 디바이스와 전체적으로 또는 부분적으로 동일할 수 있거나 별도의 디바이스일 수 있다. 적어도 하나의 능동 평가 디바이스는 적어도 하나의 능동 광 센서의 적어도 하나의 센서 신호를 평가하고 물체와 능동 거리 센서 사이의 거리를 결정하도록 적응될 수 있다. 이러한 평가를 위해, 경험적 측정 및/또는 센서 신호의 이론적 거리 의존성에 기초하여 전체적으로 또는 부분적으로 미리 정해진 관계에 의해 결정된 미리 정해진 관계와 같이, 적어도 하나의 센서 신호와 거리 사이의 미리 정해거나 확정 가능한 관계가 사용될 수 있다. 이러한 평가의 잠재적인 실시예에 대해, WO 2012/110924 A1 또는 WO2014/097181 A1 중 하나 이상이 참조될 수 있으며, 이의 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
적어도 하나의 능동 조명원은 변조된 조명원 또는 지속 조명원일 수 있다. 이러한 능동 조명원의 잠재적인 실시예에 대해, 조명원의 맥락에서 위에서 개시된 옵션이 참조될 수 있다. 특히, 적어도 하나의 능동 광 센서는 적어도 하나의 능동 광 센서에 의해 생성된 센서 신호가 광빔의 변조 주파수에 의존하도록 적응될 수 있다.
적어도 하나의 능동 조명원은 축 중심 방식(on-axis fashion)으로 적어도 하나의 물체를 조명하여, 조명원이 광 검출기 및/또는 능동 거리 센서의 광축 상의 물체를 향해 전파할 수 있도록 한다. 부가적으로 또는 대안으로, 적어도 하나의 조명원은 탈축 방식(offaxis fashion)으로 적어도 하나의 물체를 조명하도록 적응되어, 물체를 향해 전파하는 조명 광 및 물체로부터 전파하는 광빔이 비평행 방식(nonparallel fashion)으로 지향될 수 있도록 한다.
능동 조명원은 동종의 조명원일 수 있거나 패턴화되거나 구조화된 조명원일 수 있다. 따라서, 일례로서, 적어도 하나의 능동 조명원은 동종의 광 및/또는 패터닝된 광으로 광 검출기에 의해 캡처된 장면 또는 장면의 일부를 조명하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일례로서, 하나 이상의 광 패턴은 장면 및/또는 장면의 일부로 투사될 수 있으며, 이로써 적어도 하나의 물체에 대해 검출된 것의 대비가 높아질 수 있다. 일례로서, 광점의 직사각형 라인 패턴 및/또는 직사각형 매트릭스와 같은 라인 패턴 또는 포인트 패턴이 장면 또는 장면의 일부에 투사될 수 있다. 광 패턴을 생성하기 위해, 적어도 하나의 능동 조명원 자체는 패터닝된 광을 생성하도록 적응될 수 있으며 및/또는 필터, 격자, 거울 또는 다른 유형의 광 패터닝 디바이스와 같은 하나 이상의 광 패터닝 디바이스가 사용될 수 있다. 또한, 부가적으로 또는 대안으로, 공간 광 변조기를 갖는 하나 이상의 광 패터닝 디바이스가 사용될 수 있다. 능동 거리 센서의 공간 광 변조기는 전술한 공간 광 변조기와 별개이고 구별될 수 있거나 전체적으로 또는 부분적으로 동일할 수 있다. 따라서, 패턴화된 광을 생성하기 위해, 전술한 DLP와 같은 마이크로미러가 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 다른 유형의 패터닝 디바이스가 사용될 수 있다.
광 센서 및 공간 광 변조기를 갖는 광 검출기와 적어도 하나의 선택적인 능동 거리 센서와의 조합은 많은 장점을 제공한다. 따라서, 구조화된 능동 거리 센서, 예컨대 적어도 하나의 패터닝된 또는 구조화된 능동 조명원을 갖는 능동 거리 센서와의 조합은 전체 시스템을 더 신뢰할 수 있게 할 수 있다. 일례로서, 이를테면 광 검출기에 의해 캡처된 장면의 낮은 콘트라스트 때문에, 광 센서 및 공간 광 변조기를 사용하는 광 검출기의 전술한 원리 및 픽셀의 변조가 적절하게 작용하지 않을 때, 능동 거리 센서가 사용될 수 있다. 이에 반해, 예를 들어 안개 또는 비 때문에 투명한 물체에서의 적어도 하나의 능동 조명원의 반사로 인해 능동 거리 센서가 적절하게 작동하지 않을 때, 공간 광 변조기 및 픽셀의 변조를 사용하는 광 검출기의 기본 원리는 그래도 적절한 콘트라스트를 갖는 물체를 분해할 수 있다. 그 결과, 비행 시간 검출기의 경우에는 능동 거리 센서가 광 검출기에 의해 생성된 측정의 신뢰성 및 안정성을 개선할 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기는 광 검출기의 빔 경로를 두 개 이상의 부분 빔 경로로 분리하도록 적응된 하나 이상의 빔 분리 요소를 포함할 수 있다. 프리즘, 격자, 반투명 거울, 빔 분리기 큐브, 반사형 공간 광 변조기 또는 이들의 조합과 같은 다양한 유형의 빔 분리 요소가 사용될 수 있다. 다른 가능성도 실시 가능하다.
빔 분리 요소는 광빔을 동일한 세기를 갖는 또는 상이한 세기를 갖는 적어도 두 개의 부분으로 분리하도록 적응될 수 있다. 후자의 경우, 부분 광빔 및 그 세기는 각각의 목적에 맞게 조정될 수 있다. 따라서, 각각의 부분 빔 경로에서, 하나 이상의 광 센서와 같은 하나 이상의 광학 요소가 위치될 수 있다. 광빔을 상이한 세기를 갖는 적어도 두 부분으로 분리하도록 적응된 적어도 하나의 빔 분리 요소를 사용함으로써, 부분 광빔의 세기는 적어도 두 개의 광 센서의 특정 요건에 적응될 수 있다.
빔 분리 요소는 특히 광빔을 제 1 부분 빔 경로를 따라 진행하는 제 1 부분 및 적어도 하나의 제 2 부분 빔 경로를 따라 진행하는 적어도 하나의 제 2 부분으로 분리하도록 적응될 수 있으며, 제 1 부분은 제 2 부분보다 낮은 세기를 갖는다. 광 검출기는 적어도 하나의 이미징 디바이스, 바람직하게는 무기 이미징 디바이스, 더 바람직하게는 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩을 포함할 수 있다. 전형적으로, 이미징 디바이스는 다른 광 센서에 비해, 예컨대 적어도 하나의 종방향 광 센서, 예컨대 적어도 하나의 FiP 센서에 비해, 더 낮은 광 세기를 필요로 하기 때문에, 적어도 하나의 이미징 디바이스는 특히 제 1 부분 빔 경로에 위치될 수 있다. 일례로서, 제 1 부분은 제 2 부분의 세기의 절반보다 낮은 세기를 가질 수 있다. 다른 실시예가 실시 가능하다.
예를 들면 빔 분리 요소의 투과율 및/또는 반사율을 조정함으로써, 빔 분리 요소의 표면적을 조정함으로써 또는 다른 방식으로, 적어도 두 부분의 세기는 다양한 방식으로 조정될 수 있다. 빔 분리 요소는 일반적으로 광빔의 잠재적인 편광에 대해 그저 그런 빔 분리 요소일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 그러나 여전히 적어도 하나의 빔 분리 요소는 또한 적어도 하나의 편광 선택성 빔 분리 요소일 수도 있거나 이를 포함할 수도 있다. 다양한 유형의 편광 선택성 빔 분리 요소는 본 기술 분야에 일반적으로 알려져있다. 따라서, 일 일례로서, 편광 선택성 빔 분리 요소는 편광 빔 분리기 큐브일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 편광 선택성 빔 분리 요소는 편광 선택성 빔 분리 요소에 입사하는 광빔의 편광을 조정함으로써 부분 광빔의 세기의 비율이 조정될 수 있다는 점에서 대체로 호의적이다.
광 검출기는 부분 빔 경로를 따라 빔 분리 요소를 향해 진행하는 하나 이상의 부분 광빔을 적어도 부분적으로 후방 반사하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일례로서, 광 검출기는 부분 광빔을 빔 분리 요소를 향해 적어도 부분적으로 후방 반사시키는 하나 이상의 반사 요소를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 반사 요소는 적어도 하나의 거울일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 반사 프리즘 및/또는 특히 반사형 공간 광 변조기일 수 있고 부분 광빔을 적어도 부분적으로 빔 분리 요소를 향해 후방 반사시키도록 배열될 수 있는 적어도 하나의 공간 광 변조기와 같은 다른 유형의 반사 요소가 사용될 수 있다. 빔 분리 요소는 적어도 하나의 공통 광빔을 형성하기 위해 후방 반사된 부분 광빔을 적어도 부분적으로 재결합하도록 적응될 수 있다. 광 검출기는 재결합된 공통 광빔을 적어도 하나의 광 센서, 바람직하게는 적어도 하나의 종방향 광 센서, 특히 적어도 하나의 FiP 센서, 더 바람직하게는 FiP 센서 스택과 같은 광 센서의 스택으로 공급하도록 적응될 수 있다.
광 검출기는 하나 이상의 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 두 개 이상의 공간 광 변조기와 같이 복수의 공간 광 변조기가 포함되는 경우, 적어도 두 개의 공간 광 변조기는 동일한 빔 경로에 배열될 수 있거나 상이한 부분 빔 경로에 배열될 수 있다. 광 변조기가 상이한 빔 경로에 배열되는 경우, 광 검출기, 특히 적어도 하나의 빔 분리 요소는 공간 광 변조기를 통과하는 부분 광빔을 재결합하여 공통 광빔을 형성하도록 적응될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템이 개시된다. 검출기 시스템은 본 발명에 따른, 예컨대 위에서 개시된 실시예 또는 아래에서 더 상세하게 개시되는 실시예 중 하나 이상에 따른, 적어도 하나의 광 검출기를 포함한다. 검출기 시스템은 또한 적어도 하나의 광빔을 광 검출기를 향해 지향시키도록 적응된 하나 이상의 비콘 디바이스를 포함하며, 이 비콘 디바이스는 물체에 부착 가능한 것, 물체에 의해 보유 가능한 것 및 물체에 통합 가능한 것 중 적어도 하나이다.
본 명세서에서 사용되는 것으로 "검출기 시스템"은 일반적으로 적어도 하나의 검출기 기능, 바람직하게는 적어도 하나의 광 검출기 기능, 예컨대 적어도 하나의 광 검출 기능 및 적어도 하나의 이미징 오프 카메라(imaging off-camera) 기능을 제공하도록 상호 작용하는 디바이스 또는 장치와 관련한다. 검출기 시스템은 위에서 개요된 바와 같이, 적어도 하나의 광 검출기를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 부가적인 디바이스를 더 포함할 수 있다. 검출기 시스템은 단일의 일원화된 디바이스로 통합될 수 있거나, 검출기 기능을 제공하기 위해 상호 작용하는 복수의 디바이스의 배열로서 구현될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 검출기 시스템은 적어도 하나의 광빔을 검출기를 향해 지향시키도록 적응된 적어도 하나의 비콘 디바이스를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 그리고 아래에서 더 상세하게 개시되는 바와 같이, "비콘 디바이스"는 일반적으로 적어도 하나의 광빔을 검출기를 향해 지향시키도록 적응된 임의의 디바이스와 관련한다. 비콘 디바이스는 광 비임을 생성하기 위한 하나 이상의 조명원을 포함하는 능동 비콘 디바이스로서 전체적으로 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 비콘 디바이스는 비콘 디바이스로부터 독립적으로 생성된 1 차 광빔을 검출기를 향해 반사하도록 적응된 적어도 하나의 반사 요소를 포함하는 수동(passive) 비콘 디바이스로서 구현될 수 있다.
비콘 디바이스는 물체에 부착 가능한 것, 물체에 의해 보유 가능한 것 및 물체에 통합 가능한 것 중 적어도 하나이다. 따라서, 비콘 디바이스는 하나 이상의 연결 요소와 같은 임의의 부착 수단에 의해 물체에 부착될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 물체는 예컨대 하나 이상의 적절한 보유 수단에 의해 비콘 디바이스를 보유하도록 적응될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 되풀이하면, 비콘 디바이스는 물체에 전체적으로 또는 부분적으로 통합될 수 있으며, 그래서 물체의 일부를 형성할 수도 있거나 심지어 물체를 형성할 수도 있다.
일반적으로, 비콘 디바이스의 잠재적인 실시예와 관련하여, 2012년 12월 19일에 출원된 US 가출원 61/739,173 및 2013년 1월 8일 출원된 US 가출원 61/749,964 및/또는 유럽 특허 출원 EP 13171901.5 중 하나 이상이 참조될 수 있다. 여전히, 다른 실시예가 실시 가능하다.
위에서 개요된 바와 같이, 비콘 디바이스는 전체적으로 또는 부분적으로 능동 비콘 디바이스로서 구현될 수 있으며 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다. 따라서, 일례로서, 비콘 디바이스는 일반적으로 발광 다이오드(light emitting diode, LED), 백열 전구, 백열 램프 및 형광 램프로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 조명원과 같은 임의의 조명원을 포함할 수 있다. 다른 실시예가 실시 가능하다.
부가적으로 또는 대안으로, 위에서 개요된 바와 같이, 비콘 디바이스는 전체적으로 또는 부분적으로 수동 비콘 디바이스로서 구현될 수 있으며, 물체와 독립적인 조명원에 의해 생성된 1 차 광빔을 반사하도록 적응된 적어도 하나의 반사 디바이스를 포함할 수 있다. 따라서, 광빔을 생성하는 것 이외에 또는 대안으로, 비콘 디바이스는 검출기를 향해 1 차 광빔을 반사하도록 적응될 수 있다.
부가적인 조명원이 광 검출기에 의해 사용되는 경우, 적어도 하나의 조명원은 광 검출기의 일부일 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 다른 유형의 조명원이 사용될 수 있다. 조명원은 장면을 전체적으로 또는 부분적으로 조명하도록 적응될 수 있다. 또한, 조명원은 적어도 하나의 비콘 디바이스에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 반사된 하나 이상의 1 차 광빔을 제공하도록 적응될 수 있다. 또한, 조명원은 공간에 고정된 하나 이상의 1 차 광빔을 제공하고 및/또는 공간 내 특정 영역을 통해 주사하는 하나 이상의 1 차 광빔과 같은 이동 가능한 하나 이상의 1 차 광빔을 제공하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일례로서, 이동 가능하고 및/또는 공간 내 적어도 하나의 제 1 광빔의 위치 및/또는 방향을, 예컨대 광 검출기에 의해 캡처된 특정 장면을 통해 적어도 하나의 1 차 광빔을 스캐닝함으로써, 조정 또는 변경하는 하나 이상의 이동 가능한 거울을 포함하는 하나 이상의 조명원이 제공될 수 있다. 하나 이상의 이동 가능한 거울이 사용되는 경우, 이동 가능한 거울은 또한 하나 이상의 마이크로미러, 구체적으로는 전술한 바와 같이, DLP® 기술에 기초한 하나 이상의 마이크로미러와 같은 하나 이상의 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 따라서, 일례로서, 장면은 적어도 하나의 제 1 공간 광 변조기를 사용하여 조명될 수 있으며, 광 검출기를 통한 실제의 측정은 적어도 하나의 제 2 공간 광 변조기를 사용하여 수행될 수 있다.
검출기 시스템은 하나, 둘, 셋 또는 그 이상의 비콘 디바이스를 포함할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 물체가 적어도 현미경 스케일상에서 그 형상을 변화시키지 않는 강성 물체인 경우, 바람직하게 적어도 두 개의 비콘 디바이스가 사용될 수 있다. 물체가 전체적으로 또는 부분적으로 가요성이거나 그 형상을 전체적으로 또는 부분적으로 변화시키도록 적응된 경우, 바람직하게 세 개 이상의 비콘 디바이스가 사용될 수 있다. 일반적으로, 비콘 디바이스의 수는 물체의 유연성의 정도에 맞추어질 수 있다. 바람직하게, 검출기 시스템은 적어도 세 개의 비콘 디바이스를 포함한다.
물체 자체는 검출기 시스템의 일부이거나 검출기 시스템과 독립적일 수 있다. 따라서, 일반적으로, 검출기 시스템은 적어도 하나의 물체를 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 물체가 사용될 수 있다. 물체는 강성 물체 및/또는 가요성 물체일 수 있다.
물체는 일반적으로 실물체 또는 비실물체일 수 있다. 검출기 시스템은 심지어 적어도 하나의 물체를 포함할 수도 있으며, 이로써 물체는 검출기 시스템의 일부를 형성한다. 그러나 바람직하게, 물체는 적어도 하나의 공간 차원에서 검출기로부터 독립적으로 이동할 수 있다.
물체는 일반적으로 임의의 물체일 수 있다. 일 실시예에서, 물체는 강성 물체일 수 있다. 물체가 비 강성 물체 또는 물체의 형상을 변화시킬 수 있는 물체인 실시예와 같은 다른 실시예가 실시 가능하다.
아래에서보다 상세하게 개요되는 바와 같이, 특히 본 발명은 예컨대 머신, 게임 또는 스포츠 시뮬레이션을 제어하기 위한 목적으로 사람의 위치 및/또는 동작을 추적하는 데 사용될 수 있다. 이와 같은 실시예 또는 다른 실시예에서, 특히, 물체는 스포츠 장비의 물품, 바람직하게는 라켓, 클럽, 배트(bat); 의류 물품; 모자; 신발로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 물품으로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
선택적인 전달 디바이스는, 위에서 설명된 바와 같이, 물체로부터 광 검출기로 전파하는 광을 공급하도록 설계될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 이러한 공급은 이미징에 의해 또는 그 외의 전달 디바이스의 비 이미징 특성에 의해 선택적으로 이루어질 수 있다. 특히, 전달 디바이스는 전자기 방사선이 공간 광 변조기 및/또는 광 센서에 공급되기 전에 전자기 방사선을 수집하도록 또한 설계될 수 있다. 선택적인 전달 디바이스는 또한, 정의된 광학 특성을 갖는, 예를 들면 정의된 또는 정확히 알려진 빔 프로필을 갖는 레이저 빔, 예컨대 적어도 하나의 가우시안 빔, 특히 공지된 빔 프로필을 갖는 적어도 하나의 레이저 빔을 제공하도록 설계되는 조명원에 의해, 적어도 하나의 선택적 조명원의 구성 부분의 전부 또는 일부일 수 있다.
선택적인 조명원의 잠재적인 실시예에 대해, WO 2012/110924 A1이 참조될 수 있다. 여전히, 다른 실시예가 실시 가능하다. 물체에서 나오는 광은 물체 자체에서 유래할 수 있지만 선택적으로 다른 원 출처를 가지며 원 출처로부터 물체로 그리고 이어서 공간 광 변조기 및/또는 광 센서를 향해 전파할 수 있다. 후자의 경우는 예를 들어, 사용되는 적어도 하나의 조명원에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 조명원은 예를 들어 주변 조명원일 수 있거나 이를 포함할 수 있고 및/또는 인공 조명원일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출기 자체는 적어도 하나의 조명원, 예를 들면, 적어도 하나의 레이저 및/또는 적어도 하나의 백열 램프 및/또는 적어도 하나의 반도체 조명원, 예컨대 적어도 하나의 발광 다이오드, 특히 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 일반적으로 정의된 빔 프로필 및 다른 취급 특성 때문에, 하나 또는 복수의 레이저를 조명원으로서 또는 그 일부로서 사용하는 것이 특히 바람직하다. 조명원 자체는 검출기의 구성 부분일 수 있거나 광 검출기와 독립적으로 형성될 수 있다. 조명원은 특히 광 검출기, 예를 들어 검출기의 하우징에 통합될 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 적어도 하나의 조명원은 또한 적어도 하나의 비콘 디바이스에 통합되거나, 하나 이상의 비콘 디바이스 및/또는 물체에 통합되거나 또는 물체에 연결되거나 공간적으로 연결될 수 있다.
이에 따라 하나 이상의 비콘 디바이스로부터 나오는 광은 대안으로 또는 부가적으로, 광이 각 비콘 디바이스 자체에서 애초에 발생하는 것, 조명원으로부터 나오는 것 및/또는 조명원에 의해 여기되는 것의 옵션으로부터 발생할 수 있다. 예를 들어, 비콘 디바이스로부터 나오는 전자기적인 광은 비콘 디바이스 자체에 의해 방출되고 및/또는 비콘 디바이스에 의해 반사되고 및/또는 비콘 디바이스에 의해 산란된 다음 검출기에 공급될 수 있다. 이 경우, 전자기 방사의 방출 및/또는 산란은 전자기 방사의 스펙트럼에 영향을 주지 않고 또는 영향을 주면서 수행될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 스토크스(Stokes) 또는 라만(Raman)에 따라, 산란 동안 파장 변이(wavelength shift)가 또한 발생할 수 있다. 그뿐만 아니라, 광 방출은 예를 들어 1 차 조명원에 의해, 예컨대 물체에 의해 또는 발광, 특히 인광 및/또는 형광을 생성하기 위해 여기되는 물체의 부분 영역에 의해 여기될 수 있다. 원론적으로 다른 방출 프로세스도 가능하다. 반사가 일어나면, 물체는 예를 들어 적어도 하나의 반사 영역, 특히 적어도 하나의 반사 표면을 가질 수 있다. 상기 반사 표면은 물체 자체의 일부일 수 있지만, 예를 들어 물체에 연결되거나 공간적으로 결합된 반사기, 예컨대 물체에 연결된 반사기 플라크(reflector plaque)일 수 있다. 적어도 하나의 반사기가 사용된다면, 반사기는 또한 예를 들어 광 검출기의 다른 구성요소 부분과 독립적으로 물체에 연결된 검출기의 부분으로 간주될 수 있다.
비콘 디바이스 및/또는 하나 이상의 선택적 조명원은 서로 독립적으로 그리고 일반적으로 자외선 스펙트럼 범위, 바람직하게 200nm 내지 380nm의 범위; 가시 스펙트럼 범위 (380nm 내지 780nm); 적외선 스펙트럼 범위, 바람직하게 780nm 내지 3.0 마이크로 미터 범위 중 적어도 하나의 범위의 광을 방출할 수 있다. 가장 바람직하게, 적어도 하나의 조명원은 가시 스펙트럼 범위, 바람직하게는 500nm 내지 780nm, 가장 바람직하게는 650nm 내지 750nm 또는 690nm 내지 700nm의 범위에서 광을 방출하도록 적응된다.
광 센서에 광빔을 공급하는 것은 특히 예를 들면 원형, 타원형 또는 상이한 구성의 단면을 갖는 광 스폿이 광 센서의 선택적 센서 영역에서 생성되는 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 검출기는 물체가 검출될 수 있는 가시 범위, 특히 입체각(solid angle) 범위 및/또는 공간 범위를 가질 수 있다. 바람직하게, 선택적 전달 디바이스는, 예를 들어 물체가 검출기의 가시 범위 내에 배열된 경우에는 광 스폿이 광 센서의 센서 영역 및/또는 센서 구역 상에 완전히 정렬되도록 하는 방식으로 설계된다. 일례로서, 센서 영역은 이와 같은 조건을 보장하기 위해 대응하는 크기를 갖도록 선택될 수 있다.
평가 디바이스는 특히 적어도 하나의 데이터 프로세싱 디바이스, 특히 물체의 위치에 관한 정보의 적어도 하나의 항목을 생성하도록 설계될 수 있는 전자 데이터 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있다. 따라서, 평가 디바이스는 공간 광 변조기의 조명된 픽셀 수; 하나 이상의 광 센서, 특히 전술한 FiP 효과를 갖는 하나 이상의 광 센서 상의 광빔의 빔 폭; CCD 또는 CMOS 칩과 같은 픽셀화된 광 센서의 복수의 조명된 픽셀 수 중 하나 이상을 사용하도록 설계될 수 있다. 평가 디바이스는 이러한 유형의 정보 중 하나 이상을 하나 이상의 입력 변수로서 사용하고 이들 입력 변수를 처리함으로써 물체의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있다. 프로세싱은 병렬로, 연속적으로 또는 심지어 조합된 방식으로도 수행될 수 있다. 평가 디바이스는 예컨대 계산을 통해 및/또는 적어도 하나의 저장된 및/또는 알려진 관계를 사용하여, 이러한 정보 항목을 생성하기 위한 임의의 프로세스를 사용할 수 있다. 관계는 미리 정해진 분석 관계일 수 있거나 경험적으로, 분석적으로 또는 반 경험적으로 결정될 수 있거나 결정 가능할 수 있다. 특히 바람직하게, 관계는 적어도 하나의 캘리브레이션 곡선, 적어도 한 세트의 캘리브레이션 곡선, 적어도 하나의 함수 또는 언급된 가능성의 조합을 포함한다. 하나 또는 복수의 캘리브레이션 곡선은 예를 들어, 한 세트의 값 및 그와 연관된 함수 값의 형태로, 예를 들어 데이터 저장 디바이스 및/또는 테이블에 저장될 수 있다. 그러나, 대안으로 또는 부가적으로, 적어도 하나의 캘리브레이션 곡선은 또한 예를 들어 파라미터화된 형태 및/또는 함수 방정식으로 저장될 수 있다.
예를 들어, 평가 디바이스는 정보 항목을 결정하기 위한 목적으로 프로그래밍 측면에서 설계될 수 있다. 평가 디바이스는 특히 적어도 하나의 컴퓨터, 예를 들어 적어도 하나의 마이크로컴퓨터를 포함할 수 있다. 그뿐만 아니라, 평가 디바이스는 하나 또는 복수의 휘발성 또는 비휘발성 데이터 메모리를 포함할 수 있다. 데이터 프로세싱 디바이스, 특히 적어도 하나의 컴퓨터의 대안으로서 또는 부가적으로, 평가 디바이스는 정보 항목을 결정하기 위해 설계된 하나 또는 복수의 다른 전자 컴포넌트, 예컨대, 전자 테이블, 특히 적어도 하나의 룩업 테이블 및/또는 적어도 하나의 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit, ASIC)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 사용자와 머신 사이에서 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 휴먼-머신 인터페이스가 개시된다. 휴먼-머신 인터페이스는 본 발명에 따른, 예컨대 위에서 개시된 실시예 또는 아래에서 더 상세하게 개시되는 하나 이상의 실시예에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함한다. 검출기 시스템의 적어도 하나의 비콘 디바이스는 사용자에게 직접 또는 간접적으로 부착되는 것 및 사용자에 의해 보유되는 것 중 적어도 하나이도록 적응된다. 휴먼-머신 인터페이스는 검출기 시스템에 의해 사용자의 적어도 하나의 위치를 결정하도록 설계되며 위치를 적어도 하나의 정보 항목에 할당하도록 설계된다.
본 명세서에 사용되는 것으로 "휴먼-머신 인터페이스"라는 용어는 일반적으로 사용자와 적어도 하나의 데이터 프로세싱 디바이스를 갖는 머신과 같은 머신 사이에서 적어도 하나의 정보 항목, 특히 적어도 하나의 전자 정보 항목을 교환하도록 적응된 임의의 디바이스 또는 디바이스의 조합을 지칭한다. 정보의 교환은 단방향 방식 및/또는 양방향 방식으로 수행될 수 있다. 특히, 휴먼-머신 인터페이스는 사용자가 머신 판독가능한 방식으로 머신에 하나 이상의 커맨드를 제공할 수 있도록 적응될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 디바이스가 개시된다. 엔터테인먼트 디바이스는 위에서 개시되거나 아래에서 더 상세하게 개시되는 하나 이상의 실시예에 개시된 바와 같은, 본 발명에 따른 적어도 하나의 휴먼-머신 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 디바이스는 플레이어에 의해 휴먼-머신 인터페이스를 통해 적어도 하나의 정보 항목이 입력될 수 있도록 설계되며, 이 엔터테인먼트 디바이스는 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변경하도록 설계된다.
본 명세서에서 사용되는 "엔터테인먼트 디바이스"는 하나 이상의 사용자의 여가 및/또는 오락의 목적을 쓰일 수 있는 디바이스로서, 이하에서는 하나 이상의 플레이어라고도 지칭된다. 일례로서, 엔터테인먼트 디바이스는 게임 목적, 바람직하게는 컴퓨터 게임을 제공할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 엔터테인먼트 디바이스는 일반적으로 운동, 스포츠, 물리 치료 또는 움직임 추적과 같은 다른 목적을 위해서도 사용될 수 있다. 그래서, 엔터테인먼트 디바이스는 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 시스템으로 구현될 수 있거나 하나 이상의 게임 소프트웨어 프로그램을 실행하는 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다.
엔터테인먼트 디바이스는 본 발명에 따른, 예컨대 위에서 개시된 하나 이상의 실시예에 따른 및/또는 아래에 개시된 하나 이상의 실시예에 따른, 적어도 하나의 휴먼-머신 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 디바이스는 플레이어에 의해 휴먼-머신 인터페이스를 통해 적어도 하나의 정보 항목이 입력될 수 있도록 설계된다. 적어도 하나의 정보 항목은 엔터테인먼트 디바이스의 컨트롤러 및/또는 컴퓨터로 전송될 수 있고 및/또는 그에 의해 사용될 수 있다.
적어도 하나의 정보 항목은 바람직하게 게임의 과정에 영향을 미치도록 적응된 적어도 하나의 커맨드를 포함할 수 있다. 따라서, 일례로서, 적어도 하나의 정보 항목은 플레이어의 적어도 하나의 방향 및/또는 플레이어의 하나 이상의 몸체 부분에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 포함할 수 있으며, 이에 따라 플레이어가 특정 위치 및/또는 방향 및/또는 게임에 요구되는 동작을 시뮬레이트할 수 있게 한다. 일례로서, 다음과 같은 움직임, 즉, 춤; 달리기; 점프; 라켓의 스윙; 배트의 스윙; 클럽의 스윙; 물체의 다른 물체를 향하게 하기, 예컨대 장난감 총이 타겟을 향하게 하기 중 하나 이상이 시뮬레이트되어 엔터테인먼트 디바이스의 제어기 및/또는 컴퓨터에 전달될 수 있다.
일부 또는 전체로서 엔터테인먼트 디바이스, 바람직하게는 엔터테인먼트 디바이스의 컨트롤러 및/또는 컴퓨터는 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변경하도록 설계된다. 따라서, 위에서 개요된 바와 같이, 게임의 과정은 적어도 하나의 정보 항목에 따라 영향을 받을 수 있다. 따라서, 엔터테인먼트 디바이스는 적어도 하나의 검출기의 평가 디바이스로부터 분리될 수 있고 및/또는 적어도 하나의 평가 디바이스와 전체적으로 또는 부분적으로 동일할 수 있거나 심지어 적어도 하나의 평가 디바이스를 포함할 수 있는 하나 이상의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 바람직하게, 적어도 하나의 컨트롤러는 하나 이상의 컴퓨터 및/또는 마이크로컨트롤러와 같은 하나 이상의 데이터 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 이동 가능한 물체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템이 개시된다. 추적 시스템은 위에서 제시되거나 아래에서 더 상세하게 제시되는 하나 이상의 실시예에 개시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함한다. 추적 시스템은 또한 적어도 하나의 트랙 컨트롤러를 포함하며, 이 트랙 컨트롤러는 특정 시점에서 물체의 일련의 위치를 추적하도록 적응된다.
본 명세서에서 사용되는 "추적 시스템"은 적어도 하나의 물체 및/또는 물체의 적어도 일부분의 일련의 과거 위치에 관한 정보를 모으도록 구성된 디바이스이다. 또한, 추적 시스템은 적어도 하나의 물체 또는 물체의 적어도 일부분의 적어도 하나의 예측된 미래 위치 및/또는 방위에 관한 정보를 제공하도록 적응될 수 있다. 추적 시스템은 전체적으로 또는 부분적으로 전자 디바이스, 바람직하게는 적어도 하나의 데이터 프로세싱 디바이스, 더 바람직하게는 적어도 하나의 컴퓨터 또는 마이크로콘트롤러로서 구현될 수 있는 적어도 하나의 트랙 컨트롤러를 포함할 수 있다. 되풀이하면, 적어도 하나의 트랙 컨트롤러는 전체적으로 또는 부분적으로 적어도 하나의 평가 디바이스를 포함할 수 있고 및/또는 적어도 하나의 평가 디바이스의 일부일 수 있고 및/또는 전체적으로 또는 부분적으로 적어도 하나의 평가 디바이스와 동일할 수 있다.
추적 시스템은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기, 예컨대 위에서 열거된 하나 이상의 실시예에 개시된 및/또는 아래의 하나 이상의 실시예에서 개시된 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 추적 시스템은 또한 적어도 하나의 트랙 컨트롤러를 포함한다. 트랙 컨트롤러는, 예컨대 데이터 그룹 또는 데이터 쌍을 기록함으로써, 특정 시점에서 물체의 일련의 위치를 추적하도록 적응되며, 데이터 그룹 또는 데이터 쌍은 적어도 하나의 위치 정보 및 적어도 하나의 시간 정보를 포함한다.
추적 시스템은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 더 포함할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 검출기 및 적어도 하나의 평가 디바이스 및 선택적인 적어도 하나의 비콘 디바이스 이외에, 추적 시스템은 비콘 디바이스 또는 적어도 하나의 비콘 디바이스를 포함하는 적어도 하나의 제어 요소와 같은 물체 자체 또는 물체의 일부를 더 포함할 수 있으며, 이 제어 요소는 추적될 물체에 직접적으로 또는 간접적으로 부착 가능하거나 또는 물체에 통합될 수 있다.
추적 시스템은 추적 시스템 자체 및/또는 하나 이상의 개별 디바이스의 하나 이상의 동작을 개시시키도록 적응될 수 있다. 후자의 목적을 위해, 추적 시스템, 바람직하게는 트랙 컨트롤러는 적어도 하나의 동작을 개시시키기 위해 하나 이상의 무선 및/또는 유선 경계 인터페이스 및/또는 다른 유형의 제어 접속을 가질 수 있다. 바람직하게, 적어도 하나의 트랙 컨트롤러는 물체의 적어도 하나의 실제 위치에 따라 적어도 하나의 동작을 개시시키도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 동작은 물체의 장래 위치의 예측; 적어도 하나의 디바이스가 물체를 향하게 하기; 적어도 하나의 디바이스가 검출기를 향하게 하기; 물체 조명하기; 검출기 조명하기로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
추적 시스템의 애플리케이션의 일례로서, 추적 시스템은 제 1 물체 및/또는 제 2 물체가 움직이더라도, 적어도 하나의 제 1 물체가 적어도 하나의 제 2 물체를 계속 향하게 하는데 사용될 수 있다. 되풀이하면, 잠재적인 예는 예컨대 로봇공학 기술에서 및/또는 예컨대 제조 라인 또는 조립 라인에서 제조 중에 물품이 움직이는 경우에도 물품에 대해 지속적으로 작업하는 산업 응용예에서 찾아 볼 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 추적 시스템은, 예컨대 물체가 움직이고 있더라도 조명원을 물체에 지속적으로 향하게 함으로써 물체를 계속 비추는 것과 같은 조명 목적으로 사용될 수 있다. 다른 애플리케이션은 예컨대 송신기를 움직이는 물체쪽으로 향하게 함으로써 움직이는 물체에 정보를 연속적으로 전송하는 통신 시스템에서 찾아 볼 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위한 스캐닝 시스템이 제공된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 표면에 위치한 적어도 하나의 도트(dot)를 조명하고 적어도 하나의 도트와 스캐닝 시스템 사이의 거리에 관한 정보의 적어도 하나의 항목을 생성하기 위해 구성되는 적어도 하나의 광빔을 방출하도록 적응된 디바이스이다. 적어도 하나의 도트와 스캐닝 시스템 사이의 거리에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하기 위해, 스캐닝 시스템은 본 발명에 따른 검출기 중 적어도 하나, 예컨대 위에서 열거된 하나 이상의 실시예 및/또는 아래의 하나 이상의 실시예에 개시된 바와 같은 검출기 중 적어도 하나를 포함한다.
따라서, 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 표면에 위치한 적어도 하나의 도트의 조명을 위해 구성되는 적어도 하나의 광빔을 방출하도록 적응된 적어도 하나의 조명원을 포함한다. 본 명세서에 사용되는 것으로 "도트"라는 용어는 예를 들어 스캐닝 시스템의 사용자에 의해 선택될 수 있는, 조명원에 의해 조명되는 물체의 일부 표면상의 영역, 특히 작은 영역을 지칭한다. 바람직하게, 도트는 한편으로 스캐닝 시스템에 의해 포함된 조명원과 가능하면 도트가 정확히 위치될 수 있는 물체의 일부 표면 사이의 거리 값을 스캐닝 시스템이 결정할 수 있게 하기 위해 가능한 작을 수 있는 크기를 나타낼 수 있으며, 다른 한편으로 스캐닝 시스템의 사용자 또는 스캐닝 시스템 자체가 특히 자동 절차에 의해 물체 표면의 관련 부분상의 도트의 존재를 검출할 수 있게 하기 위해 가능한 클 수 있는 크기를 나타낼 수 있다.
이러한 목적을 위해, 조명원은 인공적인 조명원, 특히 적어도 하나의 레이저 소스 및/또는 적어도 하나의 백열 램프 및/또는 적어도 하나의 반도체 광원, 예를 들면 적어도 하나의 발광 다이오드, 특히 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 일반적으로 정의된 빔 프로필 및 다른 취급성의 특성 때문에, 적어도 하나의 레이저 소스를 조명원으로서 사용하는 것이 특히 바람직하다. 여기서, 특히 사용자에 의해 쉽게 저장되고 운반될 수 있는 소형 스캐닝 시스템을 제공하는 것이 중요할 수 있는 경우, 단일 레이저 소스의 사용이 바람직할 수 있다. 따라서, 조명원은 바람직하게 검출기의 구성요소 부분일 수 있고, 그러므로 특히 검출기에, 예컨대 검출기의 하우징에 통합될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 특히 스캐닝 시스템의 하우징은 예를 들어 읽기 쉬운 방식으로 사용자에게 거리에 관련된 정보를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 디스플레이를 포함할 수 있다. 다른 바람직한 실시예에서, 특히 스캐닝 시스템의 하우징은 하나 이상의 동작 모드를 설정하는 것과 같이 스캐닝 시스템과 관련된 적어도 하나의 기능을 동작하도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 버튼을 또한 포함할 수 있다. 다른 바람직한 실시예에서, 특히 스캐닝 시스템의 하우징은 특히 사용자에 의한 스캐닝 시스템의 거리 측정 및/또는 취급성의 정확성을 증가시키기 위해, 스캐닝 시스템을 예컨대 자석 물질을 포함하는 고무 발(rubber foot), 베이스 플레이트(base plate) 또는 벽 홀더(wall holder)와 같은 다른 표면에 고정하도록 구성될 수 있는, 적어도 하나의 고정 유닛을 또한 포함할 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 따라서, 스캐닝 시스템의 조명원은 물체의 표면에 위치한 단일 도트의 조명을 위해 구성될 수 있는 단일 레이저 빔을 방출할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 검출기 중 적어도 하나를 사용함으로써, 적어도 하나의 도트와 스캐닝 시스템 사이의 거리에 관한 정보의 적어도 하나의 항목이 생성될 수 있다. 이에 따라, 바람직하게, 예컨대 적어도 하나의 검출기에 의해 포함되는 평가 디바이스를 사용함으로써, 스캐닝 시스템에 포함되는 조명 시스템과 조명원에 의해 생성된 단일 도트 사이의 거리가 결정될 수 있다. 그러나, 스캐닝 시스템은 특히 이런 목적을 위해 적응될 수 있는 부가적인 평가 시스템을 더 포함할 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 스캐닝 시스템의 크기, 특히 스캐닝 시스템의 하우징의 크기가 고려될 수 있고, 이에 따라 하우징의 전방 모서리 또는 후방 모서리와 같은 스캐닝 시스템의 하우징 상의 특정 지점과 단일 도트 사이의 거리가 대안으로 결정될 수 있다.
대안으로, 스캐닝 시스템의 조명원은 빔의 방출 방향 사이에 직각과 같은 각각의 각을 제공하도록 구성될 수 있는 두 개의 개별 레이저 빔을 방출할 수 있으며, 이에 의해 동일 물체의 표면에 있거나 또는 두 개의 서로 다른 물체에 있는 두 개의 각 도트가 조명될 수 있다. 그러나 두 개의 개별 레이저 빔 사이의 각각의 각의 다른 값이 또한 실시 가능할 수 있다. 이러한 특징은 특히 간접 측정 기능을 위해, 예컨대 스캐닝 시스템과 도트 사이에 하나 이상의 장애물의 존재 때문에 또는 달리 도달하기 어렵기 때문에 직접 접근할 수 없는 간접 거리를 도출하기 위해, 사용될 수 있다. 예를 들어, 따라서 두 개의 개별 거리를 측정하고 피타고라스 공식(Pythagoras formula)을 사용하여 높이를 도출하여 물체의 높이 값을 결정하는 것이 실현 가능할 수 있다. 특히, 물체에 대해 미리 정의된 레벨을 유지할 수 있기 때문에, 스캐닝 시스템은 사용자에 의해 미리 정의된 레벨을 유지하는데 사용될 수 있는 적어도 하나의 레벨링 유닛(levelling unit), 특히 통합된 기포 수준기(bubble vial)를 포함할 수 있다.
다른 대안으로서, 스캐닝 시스템의 조명원은 서로에 대하여 각각의 피치, 특히 규칙적인 피치를 나타낼 수 있는 그리고 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 표면 상에 위치된 도트의 어레이를 생성하기 위한 방식으로 배열될 수 있는 레이저 빔의 어레이와 같은 복수의 개별 레이저 빔을 방출할 수 있다. 이런 목적을 위해, 빔 분리 디바이스 및 거울과 같이, 레이저 빔의 언급된 어레이를 생성하게 할 수 있는 특별히 적응된 광학 요소가 제공될 수 있다. 특히, 조명원은 주기적 또는 비 주기적인 방식으로 광빔을 재 지향시키는 하나 이상의 이동 가능한 거울을 사용하여 영역 또는 용적을 스캔하도록 지시받을 수 있다. 조명원은 또한 이런 방식으로 구조화된 광원을 제공하기 위해 마이크로미러의 어레이를 사용하여 재 지향될 수 있다. 구조화된 광원은 점 또는 프린지(fringe)와 같은 광학 특징을 투영하는데 사용될 수 있다.
따라서, 스캐닝 시스템은 하나 이상의 물체의 하나 이상의 표면 상에 놓이는 하나 이상의 도트의 정적 배열을 제공할 수 있다. 대안으로, 스캐닝 시스템의 조명원, 특히 전술한 레이저 빔의 어레이와 같은 하나 이상의 레이저 빔은 시간 경과에 따라 변화하는 세기를 나타낼 수 있고 및/또는 특히 전술한 마이크로미러 어레이 내에 포함된 마이크로미러와 같은 하나 이상의 거울을 움직임으로써, 시간의 경과 시 방출 방향을 번갈아 할 수 있는 하나 이상의 광선을 제공하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 조명원은 스캐닝 시스템의 적어도 하나의 조명 원에 의해 생성된 교번적인 특징을 가진 하나 이상의 광선을 사용하여 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 표면의 일부를 이미지로서 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 따라서, 특히, 스캐닝 시스템은 예컨대 하나 이상의 물체의 하나 이상의 표면을 순차적으로 또는 동시에 스캔하기 위해, 적어도 하나의 행 스캔 및/또는 라인 스캔을 사용할 수 있다. 비 제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 안전 레이저 스캐너, 예를 들면 레이저 스캐너에서 및/또는 예컨대 3D 프린팅, 신체 스캐닝, 품질 제어와 관련하여 물체의 형상을 결정하는데 사용되는 3D 스캐닝 디바이스에서, 예를 들면 거리 계측기로서 건축 애플리케이션에서, 예를 들면 소포의 크기 또는 부피를 결정하기 위한 물류 애플리케이션에서, 가정용 애플리케이션에서, 예를 들면 로봇 진공 청소기 또는 잔디 깍는 기계에서, 또는 스캐닝 단계를 포함할 수 있는 다른 종류의 애플리케이션에서 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 물체를 이미징하기 위한 카메라가 개시된다. 카메라는 예컨대 위에서 제시되거나 아래에서 더 상세하게 제시되는 하나 이상의 실시예에 개시된 바와 같은, 본 발명에 따른 적어도 하나의 광 검출기를 포함한다.
따라서, 특히, 본 출원은 사진촬영 분야에 적용될 수 있다. 따라서, 검출기는 사진 디바이스, 특히 디지털 카메라의 일부일 수 있다. 특히, 검출기는 3D 사진 촬영, 특히 디지털 3D 사진 촬영에 사용될 수 있다. 따라서, 검출기는 디지털 3D 카메라를 형성할 수 있거나 디지털 3D 카메라의 일부일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 것으로, "사진촬영"이라는 용어는 일반적으로 적어도 하나의 물체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 본 명세서에서 또한 사용되는 것으로, "카메라"는 일반적으로 사진 촬영을 수행하기에 적합한 디바이스이다. 본 명세서에서 또한 사용되는 것으로, "디지털 사진촬영"이라는 용어는 일반적으로 조명의 세기 및/또는 컬러를 나타내는 전기 신호를 생성하도록 적응된 복수의 감광성 요소를 사용함으로써 적어도 하나의 물체의 이미지 정보, 바람직하게는 디지털 전기 신호를 획득하는 기술을 지칭한다. 본 명세서에서 또한 사용되는 것으로, "3D 사진촬영"이라는 용어는 일반적으로 세 개의 공간 차원에서 적어도 하나의 물체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 따라서, 3D 카메라는 3D 사진촬영을 수행하기에 적합한 디바이스이다. 카메라는 일반적으로 단일 3D 이미지와 같은 단일 이미지를 획득하도록 적응될 수 있거나, 이미지 시퀀스와 같은 복수의 이미지를 획득하도록 적응될 수 있다. 따라서, 카메라는 디지털 비디오 시퀀스를 획득하는 것과 같이 비디오 애플리케이션에 적응된 비디오 카메라일 수 있다.
그러므로, 일반적으로, 본 발명은 적어도 하나의 물체를 이미징하기 위한 카메라, 특히 디지털 카메라, 더 구체적으로는 3D 카메라 또는 디지털 3D 카메라를 더 언급한다. 위에서 개요된 바와 같이, 본 명세서에서 사용된 이미징이라는 용어는 일반적으로 적어도 하나의 물체의 이미지 정보를 획득하는 것을 지칭한다. 카메라는 본 발명에 따른 적어도 하나의 광 검출기를 포함한다. 위에서 개요된 바와 같이, 카메라는 단일 이미지를 획득하기 위해 또는 이미지 시퀀스와 같은 복수의 이미지를 획득하기 위해, 바람직하게는 디지털 비디오 시퀀스를 획득하기 위해 적응될 수 있다. 따라서, 일례로서, 카메라는 비디오 카메라일 수도 있거나 이를 포함할 수도 있다. 후자의 경우, 카메라는 바람직하게 이미지 시퀀스를 저장하기 위한 데이터 메모리를 포함한다.
적어도 하나의 광 센서, 특히 전술한 FiP 센서를 갖는 광 검출기 또는 광 검출기를 포함하는 카메라는 또한 하나 이상의 부가적인 센서와 조합될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 광 센서, 특히 적어도 하나의 전술한 FiP 센서를 갖는 적어도 하나의 카메라는 통상적인 카메라 및/또는 예를 들어 스테레오 카메라일 수 있는 적어도 하나의 또 다른 카메라와 조합될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 광 센서, 특히 적어도 하나의 전술한 FiP 센서를 갖는 하나, 둘 이상의 카메라는 하나, 둘 이상의 디지털 카메라와 조합될 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 둘 이상의 2차원 디지털 카메라는 본 발명에 따른 광 검출기에 의해 얻어진 깊이 정보 및 스테레오 정보로부터 깊이를 계산하는데 사용될 수 있다.
특히 자동차 기술의 분야에서, 카메라가 고장난 경우, 본 발명에 따른 광 검출기는 그럼에도 물체의 종방향 좌표를 측정하기 위해, 예컨대 시야 내의 물체의 거리를 측정하기 위해 존재할 수 있다. 따라서, 자동차 기술의 분야에서 본 발명에 따른 광 검출기를 사용함으로써, 페일세이프(failsafe) 기능이 구현될 수 있다. 특히 자동차 애플리케이션에서, 본 발명에 따른 광 검출기는 데이터 축소의 장점을 제공한다. 따라서, 통상적인 디지털 카메라의 카메라 데이터와 비교하여, 본 발명에 따른 광 검출기, 즉, 적어도 하나의 광 센서, 특히 적어도 하나의 FiP 센서를 갖는 광 검출기를 사용하여 얻어진 데이터는 상당히 낮은 용량의 데이터를 제공할 수 있다. 특히 자동차 기술 분야에서, 자동차 데이터 네트워크는 일반적으로 데이터 전송 속도 측면에서 더 낮은 성능을 제공하기 때문에, 감소된 양의 데이터가 유리하다.
본 발명에 따른 광 검출기는 하나 이상의 광원을 더 포함할 수 있다. 따라서, 광 검출기는 적어도 하나의 물체를 조명하여, 예를 들어 조명된 빛이 물체에 의해 반사되도록 하는 하나 이상의 광원을 포함할 수 있다. 광원은 연속 광원이거나 펄스 광원과 같은 광원을 불연속적으로 방출하는 광원일 수 있다. 광원은 균일한 광원일 수 있거나 불균일한 광원 또는 패턴화된 광원일 수 있다. 따라서, 일례로서, 광 검출기가 적어도 하나의 종방향 좌표를 측정하기 위해, 예컨대 적어도 하나의 물체의 깊이를 측정하기 위해, 조명 또는 광 검출기에 의해 캡처된 장면에서의 콘트라스트가 유리하다. 자연 조명에 의해 아무런 콘트라스트도 존재하지 않는 경우, 광 검출기는 적어도 하나의 선택적인 광원을 통해, 전체적으로 또는 부분적으로 장면 및/또는 장면 내의 적어도 하나의 물체를 바람직하게 패턴화된 광으로 조명하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일례로서, 광원은 광 검출기에 의해 캡처된 이미지 내에서 증가된 콘트라스트를 생성하기 위해, 장면에다, 벽 위에다 또는 적어도 하나의 물체 위에다 패턴을 투사할 수 있다.
적어도 하나의 선택적인 광원은 일반적으로 가시 스펙트럼 범위, 적외선 스펙트럼 범위 또는 자외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상의 광을 방출할 수 있다. 바람직하게, 적어도 하나의 광원은 적어도 적외선 스펙트럼 범위의 광을 방출한다.
광 검출기는 또한 장면을 자동으로 조명하도록 적응될 수 있다. 따라서, 평가 디바이스와 같은 검출기는 광 검출기 또는 그 일부에 의해 캡처된 장면의 조명을 자동으로 제어하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일례로서, 광 검출기는 대형 영역이 낮은 콘트라스트를 제공하는 경우를 인식하도록 적응될 수 있으며, 이에 따라 이들 영역 내에서 깊이와 같은 종방향 좌표를 측정하는 것을 어렵게 만든다. 이러한 경우에, 일례로서, 광 검출기는, 예컨대 하나 이상의 패턴을 이들 영역으로 투사함으로써, 패턴화된 광으로 이들 영역을 자동으로 조명하도록 적응될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 것으로, "위치"라는 표현은 일반적으로 물체의 하나 이상의 지점의 절대 위치 및 방위 중 하나 이상에 관한 정보의 적어도 하나의 항목을 지칭한다. 따라서, 특히, 위치는 데카르트 좌표계와 같은 검출기의 좌표계에서 결정될 수 있다. 그러나, 부가적으로 또는 대안으로, 극좌표계 및/또는 구 좌표계와 같은 다른 유형의 좌표계가 사용될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기의 적어도 하나의 공간 광 변조기는 특히 DLP와 같은 적어도 하나의 반사형 공간 광 변조기일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 하나 이상의 반사형 공간 광 변조기가 사용되는 경우, 광 검출기는 전술한 목적 이상으로 적어도 하나의 반사형 공간 광 변조기를 부가적으로 사용하도록 적응될 수 있다. 따라서, 특히, 광 검출기는 광을 공간으로, 이를테면 장면으로 및/또는 스크린 상으로 투사하기 위해 적어도 하나의 공간 광 변조기, 특히 적어도 하나의 반사형 공간 광 변조기를 부가적으로 사용하도록 적응될 수 있다. 따라서, 검출기는 특히 적어도 하나의 프로젝터 기능을 부가적으로 제공하도록 적응될 수 있다.
따라서, 일례로서, DLP 기술은 주로 이동 전화와 같은 통신 디바이스에서 프로젝터와 같은 프로젝터 용으로 개발되었다. 이에 따라, 통합된 프로젝터는 다양한 디바이스로 구현될 수 있다. 본 발명에서, 공간 광 변조기는 특히 거리를 감지하는데 및/또는 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하는데 사용될 수 있다. 그러나 이러한 두 기능은 조합될 수 있다. 따라서, 하나의 디바이스에서 프로젝터와 거리 센서의 조합이 달성될 수 있다.
이것은 공간 광 변조기, 특히 반사형 공간 광 변조기가 평가 디바이스와 결합하여 거리 감지의 작업 또는 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하는 것 및 적어도 하나의 이미지를 공간으로, 장면으로 또는 스크린 상으로 투사하는 것과 같은 프로젝터의 작업을 둘 다 수행할 수 있기 때문이다. 두 작업을 수행하는 적어도 하나의 공간 광 변조기는 예컨대 거리 감지를 위한 변조 주기 및 간헐적인 투사를 위해 변조 주기를 사용하여, 특히 간헐적으로 변조될 수 있다. 따라서, DLP와 같은 반사형 공간 광 변조기는 일반적으로 1kHz 이상의 변조 주파수로 변조될 수 있다. 그 결과, DLP와 같은 단일의 공간 광 변조기와 동시에 투사 및 거리 측정에 필요한 실시간 비디오 주파수에 도달할 수 있다. 예를 들어, 이동 전화를 사용하여 3D 장면을 녹화하고 동시에 투사하는 것이 가능할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 위에서 논의된 하나 이상의 실시예에 개시되고 및/또는 아래에 더 상세하게 제시된 하나 이상의 실시예에 개시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광 검출기의 용도는, 사용 목적 상, 교통 기술에서 위치 측정; 엔터테인먼트 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 휴먼-머신 인터페이스 애플리케이션; 추적 애플리케이션; 사진촬영 애플리케이션; 방, 건물 및 거리의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 공간과 같은 적어도 하나의 공간의 맵을 생성하기 위한 맵핑 애플리케이션; 모바일 애플리케이션; 웹캠; 컴퓨터 주변 디바이스; 게임 애플리케이션; 카메라 또는 비디오 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 감시 애플리케이션; 자동차 애플리케이션; 운송 애플리케이션; 의료 애플리케이션; 스포츠 애플리케이션; 머신 비전 애플리케이션; 차량 애플리케이션; 항공기 애플리케이션; 선박 애플리케이션; 우주선 애플리케이션; 건축 애플리케이션; 건설 애플리케이션; 지도 제작 애플리케이션; 제조 애플리케이션; 적어도 하나의 비행시간 검출기와의 조합 사용으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것으로 개시된다. 부가적으로 또는 대안으로, 로컬 및/또는 글로벌 포지셔닝 시스템의 애플리케이션에는 특히 자동차 또는 다른 차량(예를 들어, 화물 운송용 기차, 오토바이, 자전거, 트럭), 로봇에 사용하기 위한 또는 보행자에 의해 사용하기 위한, 특히 랜드 마크 기반의 위치확인 및/또는 실내 및/또는 실외 네비게이션이 지정될 수 있다. 또한, 실내 위치확인 시스템은 가정용 애플리케이션 용도 및/또는 제조 기술에 사용되는 로봇 용도와 같은 잠재적인 애플리케이션으로 지정될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광 검출기는 Jie-Ci Yang 등의 Sensors 2013, 13(5), 5923-5936; doi: 10.3390/s130505923에 개시된 스마트 슬라이딩 도어와 같은 소위 스마트 슬라이딩 도어와 같은 자동 도어 열림장치에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 적어도 하나의 광 검출기는 사람 또는 물체가 도어에 접근 할 때를 검출하는데 사용될 수 있으며, 도어는 자동으로 열릴 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 다른 애플리케이션은 글로벌 포지셔닝 시스템, 로컬 포지셔닝 시스템, 실내 네비게이션 시스템 등일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스, 즉, 광 검출기, 검출기 시스템, 휴먼-머신 인터페이스, 엔터테인먼트 디바이스, 추적 시스템 또는 카메라 중 하나 이상은 특히 로컬 또는 글로벌 포지셔닝 시스템의 일부일 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 디바이스는 가시 광 통신 시스템의 일부일 수 있다. 다른 용도가 실시 가능하다.
본 발명에 따른 디바이스, 즉, 광 검출기, 검출기 시스템, 휴먼-머신 인터페이스, 엔터테인먼트 디바이스, 추적 시스템 또는 카메라 중 하나 이상은 또한 특히 실내 또는 실외 네비게이션과 같은 로컬 또는 글로벌 포지셔닝 시스템과 조합하여 사용될 수 있다. 일례로서, 본 발명에 따른 하나 이상의 디바이스는 구글 맵(Google Maps®) 또는 구글 스트리트(Google Street View®)와 같은 겸용 소프트웨어/데이터베이스와 조합될 수 있다. 본 발명에 따른 디바이스는 또한 물체의 위치가 데이터베이스에서 발견될 수 있는 주변에 있는 물체와의 거리를 분석하는데 사용될 수 있다. 거리로부터 알려진 물체의 위치까지, 사용자의 로컬 또는 글로벌 위치가 계산될 수 있다.
따라서, WO 2012/110924 A1 또는 2012년 12월 9일에 출원된 US 가출원 61/739,173 및 2013년 1월 8일에 출원된 US 가출원 61/749,964에 개시된 광 검출기 및 디바이스에 관해, 본 발명에 따른 광 검출기, 검출기 시스템, 휴먼-머신 인터페이스, 엔터테인먼트 디바이스, 추적 시스템 또는 카메라(이하, 간략히 "본 발명에 따른 디바이스" 또는 본 발명을 FiP 효과의 잠재적인 용도로 국한하지 않고, "FiP 디바이스"라고 지칭함)는 이하에서 더 상세하게 개시되는 하나 이상의 목적과 같은 복수의 애플리케이션 목적을 위해 사용될 수 있다.
따라서, 첫째, FiP 디바이스는 이동 전화, 태블릿 컴퓨터, 랩톱, 스마트 패널 또는 다른 고정 또는 이동 컴퓨터 또는 통신 애플리케이션에 사용될 수 있다. 따라서, FiP 디바이스는 성능을 향상시키기 위해, 가시 범위 또는 적외선 스펙트럼 범위의 광을 방출하는 광원과 같은 적어도 하나의 능동 광원과 조합될 수 있다. 그러므로, 일례로서, FiP 디바이스는 예컨대 환경, 물체 및 생체를 스캐닝하기 위한 모바일 소프트웨어와 조합하여, 카메라 및/또는 센서로서 사용될 수 있다. FiP 디바이스는 이미징 효과를 높이기 위해 통상의 카메라와 같은 2D 카메라와도 조합될 수 있다. FiP 디바이스는 또한 감시 및/또는 기록 목적으로 또는 특히 제스처 인식과 조합하여 이동 디바이스를 제어하는 입력 디바이스로 사용될 수 있다. 따라서, 특히, FiP 입력 디바이스라고도 지칭하는 휴먼-머신 인터페이스로서 작용하는 FiP 디바이스는 이동 전화와 같은 이동 디바이스를 통해 예컨대 다른 전자 디바이스 또는 컴포넌트를 제어하기 위한 모바일 애플리케이션에 사용될 수 있다. 일례로서, 적어도 하나의 FiP 디바이스를 포함하는 모바일 애플리케이션은 텔레비전 세트, 게임 콘솔, 음악 플레이어 또는 음악 디바이스 또는 다른 엔터테인먼트 디바이스를 제어하는데 사용될 수 있다.
또한, FiP 디바이스는 컴퓨팅 애플리케이션에 필요한 웹캠 또는 다른 주변 디바이스에 사용될 수 있다. 따라서, 일례로서, FiP 디바이스는 이미징, 녹화, 감시, 스캐닝 또는 움직임 검출용 소프트웨어와 조합하여 사용될 수 있다. 휴먼-머신 인터페이스 및/또는 엔터테인먼트 디바이스의 맥락에서 개요된 바와 같이, FiP 디바이스는 얼굴 표정 및/또는 신체 표현에 의해 커맨드를 내리는데 특히 유용하다. FiP 디바이스는 다른 입력 생성 디바이스, 예를 들면, 마우스, 키보드, 터치 패드 등과 조합될 수 있다. 또한, FiP 디바이스는 예컨대 웹캠을 사용함으로써, 게임용 애플리케이션에 사용될 수 있다. 또한, FiP 디바이스는 가상 훈련 애플리케이션 및/또는 화상 회의에 사용될 수 있다.
또한, FiP 디바이스는 부분적으로 위에서 설명한 바와 같이, 이동 오디오 디바이스, 텔레비전 디바이스 및 게임 디바이스에 사용될 수 있다. 특히, FiP 디바이스는 전자 디바이스, 엔터테인먼트 디바이스 등의 제어기 또는 제어 디바이스로서 사용될 수 있다. 또한, FiP 디바이스는 2D 및 3D 디스플레이 기술에서와 같이, 특히 증강 현실 애플리케이션을 위한 투명 디스플레이와 함께 눈 탐지 또는 눈 추적에 사용될 수 있다.
또한, FiP 디바이스는 DSC 카메라와 같은 디지털 카메라 및/또는 SLR 카메라와 같은 리플렉스 카메라에서 또는 그런 카메라로서 사용될 수 있다. 이러한 애플리케이션에 대해, 위에서 개요된 바와 같이, 이동 전화와 같은 모바일 애플리케이션에 FiP 디바이스를 사용하는 것이 참조될 수 있다.
또한, FiP 디바이스는 보안 및 감시 애플리케이션에 사용될 수 있다. 따라서, 일례로서, 일반적으로 FiP 센서 및 특히 본 발명의 SLM 기반 광 검출기는 물체가 (예를 들어, 은행이나 박물관에서 감시 애플리케이션을 위해) 미리 정해진 영역의 내부 또는 외부에 있는 경우 신호를 제공하는 하나 이상의 디지털 및/또는 아날로그 전자 디바이스와 조합될 수 있다. 특히, FiP 디바이스는 광학 암호화에 사용될 수 있다. FiP 기반 검출은 IR, X 선, UV-VIS, 레이더 또는 초음파 탐지기와 같이 파장을 보완하기 위해 다른 검출 디바이스와 조합될 수 있다. FiP 디바이스는 또한 밝기가 낮은 환경에서 검출할 수 있도록 능동 적외선 광원과 조합될 수 있다. 예를 들면 레이더 애플리케이션, 초음파 애플리케이션, LIDAR 또는 유사한 능동 검출기 디바이스에서 흔히 있는 일이지만, FiP 기반 센서와 같은 FiP 디바이스는 능동형 검출기 시스템과 비교하여, 특히 FiP 디바이스가 제 3 자에 의해 검출될 수 있는 신호를 능동적으로 전송하지 못하게 하기 때문에 대체로 유리하다. 따라서, 일반적으로, FiP 디바이스는 움직이는 물체의 인식할 수 없고 검출할 수 없는 추적을 위해 사용될 수 있다. 또한, FiP 디바이스는 일반적으로 통상의 디바이스에 비해 조작과 자극을 덜 받는 경향이 있다.
또한 FiP 디바이스를 사용하여 3D 검출의 용이성과 정확성을 고려해 볼 때, FiP 디바이스는 일반적으로 얼굴, 신체 및 사람 인식과 식별에 사용될 수 있다. 이 경우에, FiP 디바이스는 패스워드, 지문, 홍채 검출, 음성 인식 또는 다른 수단과 같은 식별 또는 개인화 목적을 위한 다른 검출 수단과 조합될 수 있다. 따라서, 일반적으로, FiP 디바이스는 보안 디바이스 및 다른 개인화된 애플리케이션에 사용될 수 있다.
또한, FiP 디바이스는 제품 식별을 위한 3D 바코드 판독기로 사용될 수 있다.
위에서 언급한 보안 및 감시 애플리케이션 이외에, FiP 디바이스는 일반적으로 공간 및 영역의 감시 및 모니터하는데 사용할 수 있다. 따라서, FiP 디바이스는 공간 및 영역을 감시하고 모니터하며, 예를 들어 금지된 영역을 위반한 경우 경보를 촉발하거나 실행하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, FiP 디바이스는 다른 유형의 센서와 선택적으로 조합하여, 예컨대 이미지 강화기 또는 이미지 향상 디바이스 및/또는 광전자 증배관과 조합하여, 움직임 센서 또는 열 센서와 함께 건물 또는 박물관에서 감시 목적용으로 사용될 수 있다.
또한, FiP 디바이스는 비디오 및 캠코더 애플리케이션과 같은 카메라 애플리케이션에 유리하게 적용될 수 있다. 따라서, FiP 디바이스는 움직임 포착 및 3D 영화 녹화에 사용될 수 있다. 이 경우, FiP 디바이스는 일반적으로 통상의 광 디바이스에 비해 많은 장점을 제공한다. 따라서, FiP 디바이스는 일반적으로 광 컴포넌트에 대해 더 낮은 복잡성을 요구한다. 따라서, 일례로서, 예컨대 하나의 렌즈만을 갖는 FiP 디바이스를 제공함으로써, 통상의 광 디바이스에 비해 렌즈의 수를 줄일 수 있다. 복잡성이 줄어듦으로써, 이동용과 같이 매우 콤팩트한 디바이스가 가능하다. 고품질의 둘 이상의 렌즈를 갖는 통상의 광학 시스템은 예컨대 일반적인 방대한 빔 분리기의 필요성으로 인해 대체로 부피가 크다. 또한, FiP 디바이스는 일반적으로 자동 초점 카메라와 같은 초점/자동 초점 디바이스에 사용될 수 있다. 또한, FiP 디바이스는 또한 광학 현미경, 특히 공초점 현미경에도 사용될 수 있다.
또한, FiP 디바이스는 일반적으로 자동차 기술 및 운송 기술의 기술 분야에 적용 가능하다. 따라서, 일례로서, FiP 디바이스는 적응형 순항 제어, 비상 제동 보조, 차선 이탈 경고, 서라운드 뷰(surround view), 사각 지대 검출, 후방 교차 교통 경보 및 기타 자동차 및 교통 애플리케이션에 필요한 거리 및 감시 센서로서 사용될 수 있다. 또한, 일반적으로 FiP 센서 및 더 구체적으로는 본 발명의 SLM 기반 광 검출기는 예컨대 FiP 센서를 사용하여 얻은 위치 정보의 파생된 제 1 및 제 2 시간을 분석함으로써, 속도 및/또는 가속 측정에 사용될 수 있다. 이 기능은 일반적으로 자동차 기술, 운송 기술 또는 일반 교통 기술에 적용 가능할 수 있다. 다른 기술 분야의 애플리케이션이 실시 가능하다.
이러한 애플리케이션 또는 다른 애플리케이션에서, 일반적으로, FiP 디바이스는 스탠드얼론 디바이스로서 또는 다른 센서 디바이스와 조합하여, 예컨대 레이더 및/또는 초음파 디바이스와 조합하여 사용될 수 있다. 특히, FiP 디바이스는 자율 주행 및 안전 사안에 사용될 수 있다. 또한, 이러한 애플리케이션에서, FiP 디바이스는 적외선 센서, 음파 센서인 레이더 센서, 2차원 카메라 또는 다른 유형의 센서와 조합하여 사용될 수 있다. 이러한 애플리케이션에서, 전형적인 FiP 디바이스의 일반적으로 수동적인 특성이 유리하다. 따라서, FiP 디바이스는 일반적으로 신호를 방출할 필요가 없기 때문에, 능동 센서 신호가 다른 신호원과 간섭하는 위험이 회피될 수 있다. FiP 디바이스는 특히 표준 이미지 인식 소프트웨어와 같은 인식 소프트웨어와 조합하여 사용될 수 있다. 따라서, FiP 디바이스에 의해 제공되는 신호 및 데이터는 전형적으로 쉽게 처리 가능하며, 그러므로 일반적으로 LIDAR와 같이 확립된 스테레오비전 시스템보다 낮은 계산 성능을 요구한다. 공간 요구조건이 낮다면, FiP 효과를 사용하는 카메라와 같은 FiP 디바이스는 윈도 스크린 위, 프론트 후드 위, 범퍼 위, 조명 위, 거울 위 또는 다른 장소 등과 같은 차량 내의 거의 모든 장소에 배치될 수 있다. 예를 들어, 차량을 자율적으로 주행하게 하기 위해 또는 능동적인 안전 개념의 성과를 높이기 위해, FiP 효과에 기반한 다양한 검출기가 조합될 수 있다. 따라서, 다양한 FiP 기반 센서는 예를 들어 후면 창, 측면 창 또는 전면 창과 같은 창에서, 범퍼 위 또는 조명등 위에서 다른 FiP 기반 센서 및/또는 통상의 센서와 조합될 수 있다.
하나 이상의 빗물 검출 센서와 FiP 센서의 조합도 가능하다. 이것은 FiP 디바이스가 일반적으로 호우 동안 레이더와 같은 통상의 센서 기술보다 일반적으로 유리하다는 사실 때문이다. 적어도 하나의 FiP 디바이스와 레이더와 같은 적어도 하나의 통상의 감지 기술을 조합하면 소프트웨어가 기상 조건에 따라 올바른 신호 조합을 선택하게 할 수 있다.
또한, FiP 디바이스는 일반적으로 제동 보조 및/또는 주차 보조로서 및/또는 속도 측정용으로 사용될 수 있다. 속도 측정은 예컨대 교통 통제 시 다른 차량의 속도를 측정하기 위해, 차량에 통합되거나 차량 외부에서 사용될 수 있다 또한, FiP 디바이스는 주차장에서 비어 있는 주차 공간을 검출하는데 사용될 수 있다.
또한, FiP 디바이스는 의료 시스템 및 스포츠 분야에서 사용될 수 있다. 따라서, 의료 기술의 분야에서는, 위에서 개요된 바와 같이, FiP 디바이스는 낮은 용적만을 필요로 할 수 있고 다른 디바이스에 통합될 수 있기 때문에, 예를 들어 내시경에 사용하기 위한 수술 로봇공학이 지명될 수 있다. 특히, 기껏 하나의 렌즈를 갖는 FiP 디바이스는 내시경과 같은 의료 디바이스에서 3D 정보를 획득하는 데 사용될 수 있다. 또한, 움직임의 추적 및 분석을 가능하게 하기 위해, FiP 디바이스는 적절한 모니터링 소프트웨어와 조합될 수 있다. 이러한 애플리케이션은 예를 들면 의료 및 원거리 진단 및 원격 의료에서 특히 유용하다.
또한, FiP 디바이스는 훈련, 원격 지시 또는 시합 목적과 같은 스포츠 및 운동 분야에 적용될 수 있다. 특히, FiP 디바이스는 춤, 에어로빅, 미식 축구, 축구, 농구, 야구, 크리켓, 하키, 육상 경기, 수영, 폴로, 핸드볼, 배구, 럭비, 스모, 유도, 펜싱, 복싱 등의 분야에 적용될 수 있다. FiP 디바이스는 스포츠 및 게임 모두 다에서 예컨대 게임을 모니터하고, 심판을 지원하거나 판정을 위해, 특히 스포츠에서 특정 상황, 예컨대 점수나 득점이 실제로 이루어졌는지를 판정하기 위한 자동 판정을 위해 공, 배트, 검, 몸짓 등의 위치를 검출하는 데 사용할 수 있다.
또한, FiP 디바이스는 훈련을 격려하기 위해 및/또는 움직임을 점검하고 교정하기 위해 재활 및 물리 치료에 사용될 수 있다. 이 경우에, FiP 디바이스는 거리 진단에도 적용될 수 있다.
또한, FiP 디바이스는 머신 비전의 분야에 적용될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 FiP 디바이스는 예를 들어, 자율 주행 및 로봇의 작업을 위한 수동 제어 유닛으로서 사용될 수 있다. 움직이는 로봇과 조합하여, FiP 디바이스는 자율 이동 및/또는 부품 고장의 자율적 검출을 가능하게 할 수 있다. FiP 디바이스는 예컨대 로봇, 생산 부품 및 생체 간의 충돌을 포함하되 이에 국한되지 않는 사고를 피하기 위해, 제조 및 안전 감시용으로 또한 사용될 수 있다. FiP 디바이스의 수동적 특성을 감안할 때, FiP 디바이스는 능동 디바이스보다 유리하고 및/또는 레이더, 초음파, 2D 카메라, IR 검출 등과 같은 기존 해결책과의 상호보완에 사용될 수 있다. FiP 디바이스의 한 가지 특별한 장점은 신호 간섭의 가능성이 낮은 것이다. 그러므로 신호 간섭의 위험없이, 동일한 환경에서 여러 센서를 동시에 작동시킬 수 있다. 따라서, FiP 디바이스는 일반적으로 이것으로 제한되는 것은 아니지만 예를 들어 자동차, 광업, 철강 등과 같은 고도로 자동화된 생산 환경에 유용할 수 있다. FiP 디바이스는 또한 예를 들면 2D 이미징, 레이더, 초음파, IR 등과 같은 다른 센서와 조합하여, 품질 관리 또는 기타 목적 용도와 같은 생산 시 품질 관리를 위해 사용될 수 있다. 또한, FiP 디바이스는 마이크로미터 범위부터 미터 범위에 이르기까지, 제품의 표면 평탄도를 조사하거나 규정된 치수에 엄수하는지와 같은 표면 품질을 평가하는 데 사용될 수 있다. 다른 품질 관리 애플리케이션이 실시 가능하다.
또한, FiP 디바이스는 개표, 비행기, 선박, 우주선 및 기타 교통 애플리케이션에 사용될 수 있다. 따라서, 교통 애플리케이션의 맥락에서 전술한 애플리케이션 이외에, 항공기, 차량 등을 위한 수동 추적 시스템이 지명될 수 있다. FiP 효과에 기반한 검출 디바이스는 움직이는 물체의 속도 및/또는 방향을 모니터하는데 실시 가능하다. 특히, 육지, 바다에서 그리고 우주를 포함한 대기 중에서 빠르게 움직이는 물체의 추적이 지명될 수 있다. 적어도 하나의 FiP 검출기는 특히 정지 상태 및/또는 움직이는 디바이스 상에 장착될 수 있다. 적어도 하나의 FiP 디바이스의 출력 신호는 예를 들어, 다른 물체의 자율 이동 또는 안내 이동을 위한 안내 메커니즘과 조합될 수 있다. 따라서, 추적된 물체와 조정된 물체 사이의 충돌을 피하거나 충돌을 가능하게 하는 애플리케이션이 실시 가능하다. 일반적으로 FiP 디바이스는 요구되는 낮은 계산 능력과 즉각적인 응답으로 인해 그리고 예를 들어, 레이더와 같이 능동 시스템에 비해 검출하고 교란시키기가 일반적으로 더 어려운 검출 시스템의 수동적 특성으로 인해 유용하고 유리하다. FiP 디바이스는 예를 들어, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 속도 제어 및 항공 교통 제어 디바이스에 특히 유용하다.
FiP 디바이스는 일반적으로 수동 애플리케이션에 사용될 수 있다. 수동 애플리케이션은 항만 또는 위험 지역의 선박 및 착륙 또는 출발 시의 항공기에 대한 지침을 포함하며, 여기서 정확한 지침을 위해 고정되고 알려진 능동 표적이 사용될 수 있다. 광산용 차량과 같이 위험하지만 잘 정비된 경로에서 운행하는 차량에도 동일하게 사용될 수 있다.
또한, 위에서 개요된 바와 같이, FiP 디바이스는 게임 분야에 사용될 수 있다. 따라서, FiP 디바이스는 예컨대 움직임을 콘텐츠에 통합시킨 소프트웨어와 조합하여 움직임을 검출하기 위해 동일하거나 상이한 크기, 색상, 모양 등의 여러 물체와 함께 사용하기 위해 수동형일 수 있다. 특히 애플리케이션은 움직임을 그래픽 출력으로 구현하는데 실시 가능하다. 또한, 하나 이상의 FiP 디바이스를 예컨대 제스처 또는 얼굴 인식을 위해 사용함으로써, 커맨드를 내리기 위한 FiP 디바이스의 애플리케이션이 실시 가능하다. FiP 디바이스는 예를 들어, 낮은 조명 조건 하에서 또는 주위 조건의 향상이 요구되는 다른 상황에서 작동하기 위해 능동형 시스템과 조합될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 하나 이상의 FiP 디바이스와 하나 이상의 IR 또는 VIS 광원, 예를 들어 FiP 효과에 기초한 검출 디바이스와의 조합이 가능하다. FiP 기반 검출기와 특수 디바이스의 조합도 가능한데, 이것은 시스템 및 시스템의 소프트웨어 그리고 이것으로 제한되는 것은 아니지만 특수한 컬러, 모양, 다른 디바이스와의 상대적인 위치, 이동 속도, 광, 디바이스의 광원을 변조하는 데 사용되는 주파수, 표면 특성, 사용된 물질, 반사 특성, 투명도, 흡수 특성 등에 의해 쉽게 구분할 수 있다. 이 디바이스는 다른 가능성 중에서도 스틱, 라켓, 클럽, 총, 칼, 바퀴, 반지, 핸들, 병, 공, 유리, 꽃병, 숟가락, 포크, 입방체, 주사위, 피규어, 인형, 테디, 비이커, 페달, 스위치, 장갑, 보석, 악기 또는 악기를 연주하기 위한 보조 디바이스, 예를 들어, 프레크럼(plectrum), 드럼스틱(drumstick) 등과 닮은 형태일 수 있다. 다른 옵션이 실시 가능하다.
또한, FiP 디바이스는 일반적으로 건축, 건설 및 지도 제작의 분야에서 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, FiP 기반 디바이스는 환경 영역, 예를 들어 전원 지역 또는 건물을 측정 및/또는 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 이 경우, 하나 이상의 FiP 디바이스는 다른 방법 및 디바이스와 조합될 수 있거나, 단지 빌딩 프로젝트, 변하는 물체, 주택 등의 진행 및 정확성을 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. FiP 디바이스는 지상에서 또는 공중에서, 방, 거리, 주택, 공동체 또는 풍경의 지도를 구성하기 위해, 스캐닝된 환경의 3차원 모델을 생성하는데 사용될 수 있다. 애플리케이션의 잠재적인 분야는 건축, 지도 제작, 부동산 관리, 토지 측량 등일 수 있다.
FiP 기반 디바이스는 예를 들어 첨가물 제조 및/또는 3D 인쇄와 같은 CAD 또는 유사한 소프트웨어와 조합하여 물체를 스캐닝하는데 또한 사용될 수 있다. 이 경우에, 예를 들어 x-방향, y-방향 또는 z-방향에서 또는 예컨대 동시에 이들 방향의 임의의 조합에서 FiP 디바이스는 높은 치수 정확도로 사용될 수 있다. 또한, FiP 디바이스는 예를 들면 파이프라인 검사 게이지를 검사 및 유지 보수하는데 사용될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, FiP 디바이스는 (예를 들어, 최적의 장소 또는 포장물을 찾기 위해, 폐기물을 줄이기 위해 등) 제품 식별 또는 크기 식별과 같은 제조, 품질 관리 또는 식별 애플리케이션에서 또한 사용될 수 있다. 또한, FiP 디바이스는 물류 어플리케이션에 사용될 수 있다. 따라서, FiP 디바이스는 컨테이너 또는 차량의 적재 또는 포장을 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 또한, FiP 디바이스는 제조 분야에서 표면 손상을 모니터링하거나 제어하기 위해, 대여 차량과 같은 대여 물체를 모니터링하거나 제어하기 위해, 및/또는 손해의 평가와 같은 보험 적용을 위해 사용될 수 있다. 또한, FiP 디바이스는 특히 로봇과 조합하여, 예컨대 최적의 재료 취급을 위해 재료, 물체 또는 공구의 크기를 식별하는 데 사용할 수 있다. 또한, FiP 디바이스는 생산 공정 제어에, 예컨대 탱크의 충전 레벨을 관찰하기 위해 사용될 수 있다. 또한, FiP 디바이스는 이것으로 제한되는 것은 아니지만 탱크, 파이프, 원자로, 공구 등과 같은 생산 자산의 유지 관리에 사용될 수 있다. 또한, FiP 디바이스는 3D 품질 마크를 분석하는데 사용될 수도 있다. 또한, FiP 디바이스는 치아 세공, 치과 교정기, 보철물, 의복 등과 같은 맞춤형 물품을 제조하는데 사용될 수 있다. FiP 디바이스는 또한 신속한 프로토타이핑, 3D 복사 등을 위해 하나 이상의 3D 프린터와 조합될 수 있다. 또한, FiP 디바이스는 예컨대 반제품 불법 복제 및 위조 방지 목적을 위해 하나 이상의 물품의 형상을 검출하는데 사용될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 적어도 하나의 광 센서 또는 복수의 광 센서가 제공되는 경우에는 광 센서 중 적어도 하나는 적어도 두 개의 전극 및 이들 전극 사이에 매립된 적어도 하나의 광전지 물질을 갖는 감광 층 셋업을 포함하는 유기 광 센서일 수 있다. 이하에서, 감광 층 셋업의 바람직한 셋업의 예는 특히 이 감광 층 셋업 내에서 사용될 수 있는 물질에 대해 제시될 것이다. 감광 층 셋업은 바람직하게 태양 전지의 감광 층 셋업, 더 바람직하게는 유기 태양 전지 및/또는 염료 감응형 태양 전지(DSC), 더 바람직하게는 고체 염료 감응 형 태양 전지(sDSC)이다. 그러나, 다른 실시예가 실시 가능하다.
바람직하게, 감광 층 셋업은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 샌드위치된 적어도 두 개의 층을 포함하는 적어도 하나의 광전지 층 셋업과 같은 적어도 하나의 광전지 물질을 포함한다. 바람직하게, 감광 층 셋업 및 광전지 물질은 n-반도체성 금속 산화물, 적어도 하나의 염료 및 적어도 하나의 p-반도체성 유기 물질 중 적어도 하나의 층을 포함한다. 일례로서, 광전지 물질은 이산화 티타늄과 같은 n-반도체성 금속 산화물의 적어도 하나의 치밀 층, n-반도체성 금속 산화물의 치밀 층과 접촉하는, 적어도 하나의 이산화 티타늄 층과 같은 n-반도체성 금속 산화물의 적어도 하나의 나노 다공성 층, n-반도체성 금속 산화물의 나노 다공성 층을 감응시키는 적어도 하나의 염료, 바람직하게는 유기 염료, 및 염료 및/또는 n-반도체성 금속 산화물의 나노 다공성 층과 접촉하는 적어도 하나의 p-반도체성 유기 물질의 적어도 하나의 층을 갖는 층 셋업을 포함할 수 있다.
아래에서 더 상세히 설명되는 n-반도체성 금속 산화물의 치밀 층은 제 1 전극과 나노 다공성 n-반도체성 금속 산화물의 적어도 하나의 층 사이에 적어도 하나의 장벽 층을 형성할 수 있다. 그러나 다른 유형의 버퍼 층을 갖는 실시예와 같은 다른 실시예가 실시 가능하다는 것을 주목해야 한다.
적어도 두 개의 전극은 적어도 하나의 제 1 전극 및 적어도 하나의 제 2 전극을 포함한다. 제 1 전극은 애노드 또는 캐소드 중 하나, 바람직하게는 애노드일 수 있다. 제 2 전극은 애노드 또는 캐소드 중 다른 하나, 바람직하게는 캐소드일 수 있다. 제 1 전극은 바람직하게 적어도 하나의 n-반도체성 금속 산화물 층과 접촉하며, 제 2 전극은 바람직하게 적어도 하나의 p-반도체성 유기 물질 층과 접촉한다. 제 1 전극은 기판과 접촉하는 하부 전극일 수 있으며, 제 2 전극은 기판으로부터 떨어져 마주하는 상부 전극일 수 있다. 이와 달리, 제 2 전극은 기판과 접촉하는 하부 전극일 수 있으며, 제 1 전극은 기판으로부터 떨어져 마주하는 상부 전극일 수 있다. 바람직하게, 제 1 전극 및 제 2 전극 중 하나 또는 모두는 투명하다.
이하에서, 제 1 전극, 제 2 전극 및 광전지 물질, 바람직하게는 두 개 이상의 광전지 물질을 포함하는 층 셋업에 관한 몇 가지 옵션이 개시될 것이다. 그러나, 다른 실시예가 실시 가능하다는 것을 알아야 한다.
a) 기판, 제 1 전극 및 n-반도체성 금속 산화물
일반적으로, 제 1 전극 및 n-반도체성 금속 산화물의 바람직한 실시예에 대해서는 WO 2012/110924 A1, US 가출원 61/739,173 또는 US 가출원 61/708,058가 참조될 수 있으며, 이들 모두의 내용은 본 명세서에서 참조로 포함된다. 다른 실시예가 실시 가능하다.
이하에서, 제 1 전극은 기판에 직접 또는 간접적으로 접촉하는 하부 전극이라고 가정할 것이다. 그러나, 제 1 전극이 상부 전극이 되는 다른 셋업이 가능하다는 것을 주목해야 한다.
감광 층 셋업에서, 예컨대 n-반도체성 금속 산화물의 하나 이상의 치밀 필름(dense film)(고체 필름이라고도 지칭함)에서 및/또는 n-반도체성 금속 산화물의 적어도 하나의 나노 다공성 필름(나노 미립자 필름이라고도 지칭함)에서 사용될 수 있는 n-반도체성 금속 산화물은 단일의 금속 산화물 또는 상이한 산화물의 혼합물일 수 있다. 혼합 산화물을 사용하는 것도 가능하다. n-반도체성 금속 산화물은 특히 다공성일 수 있고 및/또는 나노입자 산화물의 형태로 사용될 수 있으며, 이러한 맥락에서 나노입자는 평균 입자 크기가 0.1 마이크로미터 미만인 입자를 의미하는 것으로 이해된다. 전형적으로 나노입자 산화물은 큰 표면적을 갖는 얇은 다공성 필름으로서 소결 공정에 의해 전도성 기판(즉, 제 1 전극으로서 전도성 층을 갖는 캐리어)에 도포된다.
바람직하게, 광 센서는 적어도 하나의 투명 기판을 사용한다. 그러나, 하나 이상의 불투명 기판을 사용하는 셋업이 실시 가능하다.
기판은 강성이거나 달리 유연성을 가질 수 있다. 적절한 기판(이하 캐리어라고도 지칭함)은 금속 박편일뿐만 아니라, 특히 플라스틱 시트 또는 필름 및 특히 유리 시트 또는 유리 필름이다. 특히 전술한 바람직한 구조에 따른 제 1 전극에 특히 적합한 전극 물질은 전도성 물질, 예를 들어 불소 및/또는 인듐 도핑된 산화주석(fluorine- and/or indium-doped tin oxide, FTO 또는 ITO) 및/또는 알루미늄 도핑된 산화아연(aluminum-doped zinc oxide, AZO)과 같은 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide, TCO), 탄소 나노튜브 또는 금속 필름이다. 대안으로 또는 부가적으로, 여전히 충분한 투명도를 갖는 얇은 금속 필름을 사용하는 것도 또한 가능하다. 불투명한 제 1 전극이 요구되고 사용되는 경우, 두꺼운 금속 필름이 사용될 수 있다.
기판은 이러한 전도성 물질로 피복되거나 코팅될 수 있다. 일반적으로 제안된 구조에서는 단일 기판만이 요구되기 때문에, 가요성 셀의 형성도 또한 가능하다. 이것은 예를 들어 은행 카드, 의복 등에서 단단한 기판과 함께 사용되기는 해도, 다만 많은 최종 용도가 어렵게 성취될 수 있게 한다.
제 1 전극, 특히 TCO 층은 또한 p-형 반도체의 TCO와의 직접적인 접촉을 방지하기 위해, (예를 들어, 10 내지 200nm 두께의) 고체 또는 치밀 금속 산화물 버퍼 층으로 피복되거나 코팅될 수 있다 (Peng 등의 Coord. Chem. Rev. 248, 1479 (2004) 참고). 그러나 고체 p-반도체성 전해질을 사용하면, 액체 또는 겔 형태 전해질에 비해 제 1 전극과 전해질의 접촉이 크게 감소되는 경우에는 대개의 경우 이 버퍼 층을 불필요하게 하여, 대부분의 경우 이 층을 없앨 가능성이 있는데, 이것은 전류 제한 효과를 가질 수 있고 또한 n-반도체성 제 1 전극과 금속 산화물의 접촉을 약화시킬 수 있다. 이것은 컴포넌트의 효율성을 향상시킨다. 한편, 이러한 버퍼 층은 궁극적으로 염료 태양 전지의 전류 성분을 유기 태양 전지의 전류 성분에 맞추기 위해 제어된 방식으로 활용될 수 있다. 또한, 버퍼 층이 없어진 셀의 사례에서, 특히 고체 전지에서, 전하 캐리어의 원하지 않는 재조합으로 인해 자주 문제가 발생한다. 이러한 맥락에서, 버퍼 층은 대부분의 경우 특히 고체 전지에서 유리하다.
잘 알려진 바와 같이, 금속 산화물의 얇은 층 또는 필름은 일반적으로 비싸지 않은 고체 반도체 물질(n-형 반도체)이지만, 큰 밴드 갭으로 인해 그의 흡수는 전형적으로 전자기 스펙트럼의 가시 영역 내에 있지 않고, 오히려 통상의 자외선 스펙트럼 영역에 있다. 그러므로 태양 전지에서 사용하기 위해, 금속 산화물은 일반적으로 염료 태양 전지의 경우에서와 같이, 태양광의 파장 범위, 즉 300 내지 2000nm에서 흡수하고, 전자적으로 여기된 상태에서는 전자를 반도체의 전도대 내로 주입하는 감광제(photosensitizer)로서 염료와 조합되어야 한다. 대향 전극에서 결국 환원되는 전해질로서 전지에서 부가적으로 사용되는 고체 p-형 반도체의 도움으로, 전자는 감응제(sensitizer)로 재활용되어 재생성될 수 있다.
유기 태양 전지에서 사용하기에 특히 관심의 대상이 되는 것은 산화 아연, 이산화주석, 이산화티타늄 또는 이들 금속 산화물의 혼합물이다. 금속 산화물은 마이크로결정질 또는 나노결정질 다공성 층의 형태로 사용될 수 있다. 이들 층은 감응제로서 염료로 코팅된 넓은 표면적을 가지며, 그래서 태양광의 높은 흡수율이 성취된다. 구조화된 금속 산화물 층, 예를 들어 나노 막대(nanorod)는 높은 전자 이동도, 염료에 의한 개선된 공극 충진, 염료에 의해 개선된 표면 민감성 개선 또는 증가된 표면적과 같은 장점을 제공한다.
금속 산화물 반도체는 단독으로 또는 혼합물의 형태로 사용될 수 있다. 하나 이상의 금속 산화물로 금속 산화물을 코팅하는 것도 가능하다. 또한, 금속 산화물은 또 다른 반도체, 예를 들어 GaP, ZnP 또는 ZnS에 코팅으로서 도포될 수 있다.
특히 바람직한 반도체는 나노결정질 형태로 바람직하게 사용되는 아나타제 다형체(anatase polymorph) 내의 산화 아연 및 이산화 티타늄이다.
또한, 감응제는 통상적으로 이러한 태양 전지에서 용도가 발견되는 모든 n-형 반도체와 조합되는 것이 유리할 수 있다. 바람직한 예는 이산화티탄, 산화아연, 산화주석(tin(IV) oxide), 산화텅스텐(tungsten(IV) oxide), 산화탄탈륨(tantalum(V) oxide), 산화바나듐, 산화니오븀(niobium(V) oxide), 산화세슘, 티탄산스트론튬, 주석산아연, 티탄산바륨과 같은 페로브스카이트 유형의 복합 산화물 및 나노 결정질 또는 비정질 형태로도 존재할 수 있는 이원 및 삼원 산화철과 같은 세라믹에서 사용되는 금속 산화물을 포함한다.
통상적인 유기 염료 및 루테늄, 프탈로시아닌 및 포르피린이 갖는 강한 흡수율로 인해, n-반도체성 금속 산화물의 얇은 층 또는 필름으로도 필요한 양의 염료를 흡수하기에 충분하다. 얇은 금속 산화물 필름은 결과적으로 원하지 않는 재조합 프로세스의 가능성이 떨어진다는 장점과 염료 서브 전지의 내부 저항이 감소된다는 장점이 있다. n-반도체성 금속 산화물의 경우, 바람직하게 100㎚ 내지 20마이크로미터까지의 층 두께, 더 바람직하게는 500nm와 대략 3마이크로미터 사이 범위의 층 두께를 사용하는 것이 가능하다.
b) 염료
본 발명의 맥락에서, 다름없이 특히 DSCs에서, "염료(dye)", "감응제 염료(sensitizer dye)" 및 "감응제(sensitizer)"라는 용어는 본질적으로는 가능한 구성의 제한 없이 동의어로 사용된다. 본 발명의 맥락에서 사용할 수 있는 많은 염료가 종래 기술로부터 알려져있으며, 따라서 가능한 물질 예에 대해서는 또한 염료 태양 전지에 관한 상기 종래 기술의 설명이 참조될 수 있다. 바람직한 예로서, WO 2012/110924 A1, US 가출원 61/739,173 또는 US 가출원 61/708,058에 개시된 염료 중의 하나 이상의 염료가 사용될 수 있으며, 이들 문헌 모두의 전체 내용은 본 명세서에서 참조로 포함된다. 부가적으로 또는 대안으로, WO 2007/054470 A1 및/또는 WO 2013/144177 A1 및/또는 WO 2012/085803 A1에 개시된 바와 같은 염료 중의 하나 이상의 염료가 사용될 수 있으며, 이들 문헌 모두의 전체 내용도 또한 본 명세서에 참조로 포함된다.
반도체 물질로서 이산화티타늄을 기재로 하는 염료 감응형 태양 전지는, 예를 들면, US-A-4,927,721, Nature 353, p.737-740(1991) 및 US-A-5,350,644, 및 또한 Nature 395, p. 583-585(1998) 및 EP-A-1,176,646에 개시되어 있다. 이들 문헌에 기술된 염료는 원칙적으로 본 발명의 맥락에서 유리하게 사용될 수 있다. 이들 염료 태양 전지는 바람직하게 기(group)를 감응제로서 첨가함으로써 이산화티타늄 층에 결합되는 전이금속 착체, 특히 루테늄 착체의 단분자막을 포함한다.
제안된 많은 감응제는 금속-비함유 유기 염료(metal-free organic dye)를 포함하며, 이들도 또한 마찬가지로 본 발명의 맥락에서 사용가능하다. 4%를 초과하는 높은 효율은, 특히 고체 염료 태양 전지에서는, 예를 들면, 인돌린 염료를 사용하여 성취될 수 있다(예를 들면, Schmidt-Mende et al., Adv. Mater, 2005, 17, 813를 참조할 것). US-A-6 359 211에는 또한 본 발명의 맥락에서 구현할 수도 있는, 이산화티타늄 반도체에 고착시키기 위하여 알킬렌 라디칼을 통해 결합된 카복실기를 갖는 시아닌, 옥사진, 티아진 및 아크리딘 염료의 용도가 기술되어 있다.
제안된 염료 태양 전지에서 바람직한 감응제 염료는 DE 10 2005 053 995 A1 또는 WO 2007/054470 A1에 기술된 페릴렌 유도체, 테릴렌 유도체 및 쿼터릴렌 유도체이다. 또한, 위에서 개요된 바와 같이, WO 2012/085803 A1에 개시된 바와 같은 염료 중의 하나 이상이 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, WO 2013/144177 A1에 개시된 바와 같은 염료 중의 하나 이상이 사용될 수 있다. WO 2013/144177 A1 및 EP 12162526.3의 전체 내용은 본 명세서에서 참조로 포함된다.구체적으로, 염료 D-5 및/또는 염료 R-3이 사용될 수 있으며, 이는 또한 ID 1338이라고도 지칭된다:
Figure pct00010
염료 D-5 및 염료 R-3의 제조 방법 및 특성은 WO 2013/144177 A1에 개시되어 있다.
본 발명의 맥락에서 또한 가능할 수 있는 이들 염료를 사용하면 높은 효율과 동시에 높은 안정성을 가진 광전지 요소가 유도된다.
또한, 부가적으로 또는 대안으로, 하기 염료가 사용될 수 있는데, 이것 또한 WO 2013/144177 A1에 개시되어 있으며, 이는 ID 1456으로 지칭된다:
Figure pct00011
또한, 하기의 릴렌 염료(rylene dye) 중의 하나 또는 둘 모두가 본 발명에 따른 디바이스, 특히 적어도 하나의 광 센서에 사용될 수 있다:
ID1187:
Figure pct00012
ID1167:
Figure pct00013
이들 염료 ID1187 및 ID1167은 WO 2007/054470 A1에 개시된 바와 같은 릴렌 염료의 범주 내에 속하며, 당업자가 인식하는 바와 같이, 이 문헌에 개시된 일반적인 합성 경로를 이용하여 합성될 수 있다.
릴렌은 태양광의 파장 범위에서 강한 흡수를 나타내며, 공액계(conjugated system)의 길이에 따라, 약 400nm(DE 10 2005 053 995 A1의 페릴렌 유도체 I) 내지 최대 약 900nm (DE 10 2005 053 995 A1의 쿼터릴렌 유도체 I)의 범위를 감당할 수 있다. 테릴린을 기재로 하는 릴렌 유도체 I은, 그의 조성에 따라, 이산화티타늄에 흡착된 고체 상태에서, 약 400 내지 800nm의 범위 내에서 흡수한다. 가시광선 영역에서 근적외선 영역으로의 입사 태양광의 매우 실질적인 이용을 달성하기 위해서는 상이한 릴렌 유도체 I의 혼합물을 사용하는 것이 유리하다. 경우에 따라, 상이한 릴렌 동족체를 사용하는 것 또한 바람직할 수도 있다.
릴렌 유도체 I은 n-반도체성 금속 산화물 필름에 쉽고 영구적인 방식으로 고착될 수 있다. 결합은 무수물 작용기(x1) 또는 동일반응계에서 형성된 카복시기 -COOH 또는 -COO-를 경유하거나 이미드 또는 축합물 라디칼((x2) 또는 (x3)) 중에 존재하는 산기 A를 경유하여 수행된다. DE 10 2005 053 995 A1에 기술되어 있는 릴렌 유도체는 본 발명의 맥락에서 염료 감응형 태양 전지에 사용하기에 양호한 적합성을 갖는다.
염료는, 분자의 한쪽 말단에서, n-형 반도체 막에 그를 고정시킬 수 있는 앵커기(anchor group)를 가질 때 특히 바람직하다. 분자의 다른 쪽 말단에서, 염료는 바람직하게 n-형 반도체로 전자를 방출한 후에 염료의 재생을 촉진하고, 또한 반도체로 이미 방출된 전자와의 재결합을 방지하는 전자 공여체(Y)를 포함한다.
적합한 염료의 가능한 선택에 관한 보다 상세한 내용에 대해서는, 예를 들면, DE 10 2005 053 995 A1이 다시 참조될 수 있다. 예를 들어, 특히 루테늄 착체, 포르피린, 다른 유기 감응제, 및 바람직하게는 릴렌을 사용할 수 있다.
염료는 간단한 방식으로 나노 다공성(nanoporous) n-반도체성 금속 산화물 층과 같은 n-반도체성 금속 산화물 필름 위에 또는 필름 내에 고착될 수 있다. 예를 들면, n-반도체성 금속 산화물 필름은 적당한 유기 용매 중에서 염료의 용액 또는 현탁액과 충분한 기간(예를 들면, 약 0.5 내지 24 시간)에 걸쳐 신선하게 소결된(아직도 따뜻한) 상태로 접촉될 수 있다. 이것은, 예를 들면, 염료의 용액에 금속 산화물 코팅된 기판을 침지시킴으로써 달성될 수 있다.
상이한 염료의 조합이 사용되는 경우, 이들 염료는 예를 들면, 하나 이상의 염료를 포함하는 하나 이상의 용액 또는 현탁액으로부터 연속적으로 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어, CuSCN 층에 의해 분리된 2개의 염료를 사용하는 것 또한 가능하다(이러한 주제에 대해서는, 예를 들면, Tennakone, K.J., Phys. Chem. B. 2003, 107, 13758을 참조할 것). 가장 편리한 방법은 개개의 경우에서 비교적 쉽게 결정할 수 있다.
염료 및 n-반도체성 금속 산화물의 산화물 입자의 크기의 선택 시, 유기 태양 전지는 최대량의 광이 흡수되도록 구성되어야 한다. 산화물 층은 고체 p-형 반도체가 공극을 효율적으로 충전할 수 있도록 구성되어야 한다. 예를 들어, 더 작은 입자는 더 큰 표면적을 가지며, 따라서 더 많은 양의 염료를 흡착할 수 있다. 반면에, 더 큰 입자는 일반적으로는 p-도체를 통해 더 양호한 침투를 가능하게 하는 더 큰 공극을 갖는다.
c) p-반도체성 유기 물질
전술한 바와 같이, DSC 또는 sDSC의 감광성 층 셋업과 같은 적어도 하나의 감광성 층 셋업은 특히 적어도 하나의 p-반도체성 유기 물질, 바람직하게는 적어도 하나의 고체 p-반도체성 물질을 포함할 수 있으며, 이는 이하에서 p-형 반도체 또는 p-형 도체로 지칭된다. 이하에서, 개별적으로 또는 임의의 원하는 조합, 예를 들면 각 p-형 반도체를 가진 복수의 층의 조합, 및/또는 하나의 층 내의 복수의 p-형 반도체의 조합으로 사용될 수 있는 그러한 유기 p-형 반도체의 일련의 바람직한 예가 설명된다.
n-형 반도체성 금속 산화물 내의 전자와 고체 p-형 도체와의 재결합을 방지하기 위해, n-형 반도체성 금속 산화물과 p-형 반도체 사이에, 부동화 물질(passivating material)을 갖는 적어도 하나의 부동화 층(passivating layer)을 사용하는 것이 가능하다. 이러한 층은 매우 얇아야 하며 가능한 한 n-반도체성 금속 산화물의 아직 보호되지 않은 부위만을 가려야만 한다. 부동화 물질은, 경우에 따라, 또한 염료보다 먼저 금속 산화물에 도포될 수도 있다. 바람직한 부동화 물질은 특히 다음과 같은 물질 중의 하나 이상이다: Al203; 실란, 예를 들면 CH3SiCl3; Al3 +; 4-t-부틸피리딘(TBP); MgO; GBA(4-구아니디노부티르산) 및 유사 유도체; 알킬 산; 헥사데실말론산(HDMA).
전술한바와 같이, 바람직하게 하나 이상의 고체 유기 p-형 반도체가 단독으로 사용되거나 아니면 유기 또는 무기 성질의 하나 이상의 추가의 p-형 반도체와의 조합으로 사용된다. 본 발명의 맥락에서, p-형 반도체는 일반적으로 홀, 다시 말해, 양전하 캐리어를 전도할 수 있는 물질, 특히 유기 물질을 의미하는 것으로 이해된다. 보다 구체적으로, 이것은, 예를 들면 소위 유리 라디칼 양이온을 형성하기 위해, 적어도 한번쯤은 안정적으로 산화될 수 있는 광범위한 π-전자계(π-electron system)를 가진 유기 물질일 수 있다. 예를 들면, p-형 반도체는 전술한 특성을 갖는 적어도 하나의 유기 매트릭스 물질을 포함할 수 있다. 그뿐만 아니라, p-형 반도체는 선택적으로 p-형 반도체 특성을 강화하는 하나 또는 복수의 도펀트를 포함할 수 있다. p-형 반도체의 선택에 영향을 미치는 중요한 파라미터는 홀 이동도로서, 그 이유는 이것이 홀 확산 길이를 부분적으로 결정하기 때문이다(Kumara, G., Langmuir, 2002, 18, 10493-10495 참조). 상이한 스피로 화합물에서의 전하 캐리어 이동도의 비교는, 예를 들면, T. Saragi, Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 966-974에서 확인될 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 맥락에서, 유기 반도체(즉, 하나 이상의 저분자량 올리고머성 또는 중합체성 반도체 또는 이러한 반도체 물질의 혼합물)가 사용된다. 액상에서 가공될 수 있는 p-형 반도체가 특히 바람직하다. 본 명세서에서 예는 폴리티오펜 및 폴리아릴아민과 같은 중합체, 또는 서두에 언급된 스피로비플루오렌과 같은 비정질의 가역적으로 산화가능한 비중합체성 유기 화합물을 기재로 하는 p-형 반도체이다(예를 들면, US 2006/0049397 및, 본 발명의 맥락에서 또한 사용 가능한 본 명세서에 p-형 반도체로서 개시된 스피로 화합물 참조). WO 2012/110924 A1에 개시된 바와 같은 저분자량 p-형 반도체성 물질, 바람직하게는 스피로-MeOTAD와 같은 저분자량 유기 반도체, 및/또는 Leijtens et al., ACS Nano, Vol.6, NO.2, 1455-1462(2012)에 개시된 하나 이상의 p-형 반도체성 물질도 또한 바람직하다. 부가적으로 또는 대안으로, 그의 전체 내용이 본 명세서에서 참조로 포함되는 WO 2010/094636 A1에 개시된 바와 같은 하나 이상의 p-형 반도체성 물질이 사용될 수 있다. 또한, 종래 기술의 상기 설명으로부터 p-반도체성 물질 및 도펀트에 관한 논평도 또한 참고할 수 있다.
p-형 반도체는 바람직하게 적어도 하나의 p-전도성 유기 물질을 적어도 하나의 캐리어 요소에 도포함으로써 제조할 수 있거나 또는 제조되며, 이러한 도포는 예를 들면 적어도 하나의 p-전도성 유기 물질을 포함하는 액상으로부터 증착시킴으로써 수행된다. 증착은 이러한 경우에는 원칙적으로 임의의 희망하는 증착 공정에 의해, 예를 들면 스핀-코팅, 닥터 블레이딩, 나이프-코팅, 프린팅 또는 언급된 증착 방법 및/또는 다른 증착 방법의 조합에 의해 다시 한번 수행될 수 있다.
유기 p-형 반도체는 특히 스피로-MeOTAD 및/또는 하기 일반식을 가진 적어도 하나의 화합물과 같은 적어도 하나의 스피로 화합물을 포함할 수 있다:
Figure pct00014
상기 식에서,
A1, A2, A3는 각각 독립적으로 임의 치환된 아릴기 또는 헤테로아릴기이고,
R1, R2, R3는 각각 독립적으로 치환체 -R, -OR, -NR2, -A4-0R 및 -A4-NR2로 이루어진 그룹으로부터 선택되고,
R은 알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 이루어진 그룹으로부터 선택되고,
A4는 아릴기 또는 헤테로아릴기이며,
n은 일반식(I)에서 각각의 경우에 독립적으로 0, 1, 2 또는 3의 값이나,
단, 개개의 n 값의 합은 적어도 2이며, R1, R2 및 R3 라디칼 중의 적어도 2개는 -OR 및/또는 -NR2이다.
바람직하게, A2 및 A3는 동일하며, 따라서, 일반식(I)의 화합물은 바람직하게는 하기 일반식(Ia)을 갖는다:
Figure pct00015
더 구체적으로, 전술한 바와 같이, p-형 반도체는 적어도 하나의 저분자량 유기 p-형 반도체를 가질 수 있다. 저분자량 물질은 일반적으로는 단량체성, 비중합체성 또는 비올리고머성 형태로 존재하는 물질을 의미하는 것으로 이해된다. 본맥락에서 사용되는 "저 분자량"이란 용어는 바람직하게는 p-형 반도체가 100 내지 25,000 g/mol 범위의 분자량을 갖는 것을 의미한다. 바람직하게, 저 분자량 물질은 500 내지 2,000 g/mol의 분자량을 갖는다.
일반적으로는, 본 발명의 맥락에서, p-반도체성 특성은 홀을 형성하고 형성된 홀을 수송하고/하거나 이들 홀을 인접한 분자로 이동시키는 물질, 특히 유기 분자의 특성을 의미하는 것으로 이해된다. 더 구체적으로, 이들 분자의 안정한 산화가 가능해야만 한다. 또한, 언급된 저분자량 유기 p-형 반도체는 특히 광범위한 π-전자계를 가질 수 있다. 더 구체적으로, 적어도 하나의 저분자량 p-형 반도체는 용액으로부터 가공될 수 있다. 저분자량 p-형 반도체는 특히 적어도 하나의 트리페닐아민을 포함할 수 있다. 저분자량 유기 p-형 반도체가 적어도 하나의 스피로 화합물을 포함할 때 특히 바람직하다. 스피로 화합물은 그의 고리가 또한 스피로 원자로도 지칭되는 단지 하나의 원자에서만 결합되는 다환상 유기 화합물을 의미하는 것으로 이해된다. 더 구체적으로, 스피로 원자는 sp3-혼성결합될 수 있으므로, 스피로 원자를 통하여 서로 연결된 스피로 화합물의 성분은, 예를 들면, 서로에 대해 상이한 평면 내에 배열된다.
더 바람직하게, 스피로 화합물은 하기 일반식의 구조를 갖는다:
Figure pct00016
일반식에서 아릴1, 아릴2, 아릴3, 아릴4, 아릴5, 아릴6, 아릴1 및 아릴8 라디칼은 각각 독립적으로 치환된 아릴 라디칼 및 헤테로아릴 라디칼, 특히 치환된 페닐 라디칼중에서 선택되고, 아릴 라디칼 및 헤테로아릴 라디칼, 바람직하게는 페닐 라디칼은 각각 독립적으로, 바람직하게는 각각의 경우에 -O-알킬, -OH, -F, Cl, -Br 및 -I 로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 치환체로 치환되며, 알킬은 바람직하게 메틸, 에틸, 프로필 또는 이소프로필이다. 더 바람직하게, 페닐 라디칼은 각각 독립적으로, 각각의 경우에 -O-Me, -OH, -F, Cl, -Br 및 -I 로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 치환체로 치환된다.
또한 바람직하게, 스피로 화합물은 하기 일반식의 화합물이다:
Figure pct00017
일반식에서 Rr, Rs, Rt, Ru, Rv, Rw, Rx 및 Ry 는 각각 독립적으로 -O-알킬, -OH, -F, -Cl, -Br 및 -I로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 알킬은 바람직하게 메틸, 에틸, 프로필 또는 이소프로필이다. 더 바람직하게, Rr, Rs, Rt, Ru, Rv, Rw, Rx 및 Ry 는 각각 독립적으로, 바람직하게는 US 2014/0066656 A1에 개시되어 있는 바와 같이, -O-Me, -OH, -F, Cl, -Br 및 -I 로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
더 구체적으로, p-형 반도체는 스피로-MeOTAD를 포함할 수 있거나 또는 스피로-MeOTAD, 즉 독일연방공화국 다름스타트에 소재한 메르크 카게아아(Merck KGaA)사에서 시판하는 하기 일반식의 화합물로 이루어질 수 있다:
Figure pct00018
대안으로 또는 부가적으로, 또한 다른 p-반도체성 화합물, 특히 저분자량 및/또는 올리고머성 및/또는 중합체성 p-반도체성 화합물을 사용할 수도 있다.
대안의 실시예에서, 저분자량 유기 p-형 반도체는 전술한 일반식(I)의 하나 이상의 화합물을 포함하여, 이에 대해서는 예를 들어 PCT 출원 PCT/EP2010/051826가 참조될 수 있다. p-형 반도체는 전술한 스피로 화합물에 부가적으로 또는 대안으로 전술한 일반식(I)의 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 맥락에서 사용되는 "알킬" 또는 "알킬기" 또는 "알킬 라디칼"이란 용어는 일반적으로는 치환되거나 비치환된 C1-C20-알킬 라디칼을 의미하는 것으로 이해된다. C1- 내지 C10-알킬 라디칼이 바람직하며, C1- 내지 C8-알킬 라디칼이 특히 바람직하다. 알킬 라디칼은 직쇄이거나 분지될 수 있다. 또한, 알킬 라디칼은 C1-C20-알콕시, 할로겐, 바람직하게는 F, 및 치환되거나 비치환될 수 있는 C6-C30-아릴로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 치환체로 치환될 수 있다. 적합한 알킬기의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸 및 옥틸, 및 또한 이소프로필, 이소부틸, 이소펜틸, s-부틸, t-부틸, 네오펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸헥실, 및 또한 C6-C30-아릴, C1-C20-알콕시 및/또는 할로겐, 특히 F, 예를 들면 CF3로 치환된, 상기에서 언급된 알킬기의 유도체이다.
본 발명의 맥락에서 사용되는 "아릴" 또는 "아릴기" 또는 "아릴 라디칼"이란 용어는 일환상, 이환상, 삼환상 또는 다환상 방향족 고리에서 유도된 임의 치환된 C6-C30-아릴 라디칼을 의미하는 것으로 이해되며, 여기서 방향족 고리는 임의의 고리 헤테로원자를 포함하지 않는다. 아릴 라디칼은 바람직하게는 5-원 및/또는 6-원 방향족 고리를 포함한다. 아릴이 일환상 시스템이 아닐 때, 제 2 고리에 대한 용어 "아릴"의 경우에, 특정 형태가 공지되어 있고 안정적이라면, 포화된 형태(퍼하이드로 형태) 또는 부분적으로 불포화된 형태(예를 들면 디하이드로 형태 또는 테트라하이드로 형태)도 또한 가능하다. 따라서, 본 발명의 맥락에서 "아릴"이란 용어는, 예를 들면, 또한 2개의 라디칼 모두 또는 3개의 라디칼 모두가 방향족인 이환상 또는 삼환상 라디칼, 및 또한 단지 하나의 고리만이 방향족인 이환상 또는 삼환상 라디칼, 및 또한 2개의 고리가 방향족인 삼환상 라디칼을 포함한다. 아릴의 예는 다음과 같다: 페닐, 나프틸, 인다닐, 1,2-디하이드로나프테닐, 1,4-디하이드로나프테닐, 플루오레닐, 인데닐, 안트라세닐, 페난트레닐 또는 1,2,3,4-테트라하이드로나프틸. C6-C10-아릴 라디칼, 예를 들면 페닐 또는 나프틸이 바람직하며, C6-아릴 라디칼, 예를 들면 페닐이 특히 바람직하다. 또한, "아릴"이란 용어는 또한 단일결합 또는 이중결합을 통하여 서로 결합된 적어도 2개의 일환상, 이환상 또는 다환상 방향족 고리를 포함하는 고리 시스템도 포함한다. 하나의 예는 비페닐기를 갖는 것이다.
본 발명의 맥락에서 사용되는 "헤테로아릴" 또는 "헤테로아릴기" 또는 "헤테로아릴 라디칼"이란 용어는 임의 치환된 5-원 또는 6-원 방향족 고리 및 다환상 고리, 예를 들면 적어도 하나의 고리에서 적어도 하나의 헤테로원자를 갖는 이환상 및 삼환상 화합물을 의미하는 것으로 이해된다. 본 발명의 맥락에서 헤테로아릴은 바람직하게 5 내지 30개의 고리 원자를 포함한다. 이들은 일환상, 이환상 또는 삼환상일 수 있으며, 일부는 아릴 기본 골격내의 적어도 하나의 탄소 원자를 헤테로원자로 치환시킴으로써 전술된 아릴로부터 유도될 수 있다. 바람직한 헤테로원자는 N, O 및 S이다. 헤트아릴 라디칼은 더 바람직하게 5 내지 13개의 고리 원자를 갖는다. 헤테로아릴 라디칼의 기본 골격은 특히 바람직하게 피리딘과 같은 시스템 및 티오펜, 피롤, 이미다졸 또는 퓨란과 같은 5-원 헤테로 방향족 중에서 선택된다. 이들 기본 골격은 선택적으로 하나 또는 두 개의 6-원 방향족 라디칼에 융합될 수 있다. 또한, "헤테로아릴"이란 용어는 또한 단일결합 또는 이중결합을 통하여 서로 결합된 적어도 2개의 일환상, 이환상 또는 다환상 방향족 고리를 포함하며, 여기서 적어도 하나의 고리가 헤테로원자를 포함하는 고리 시스템도 포함한다. 헤테로아릴이 일환상 시스템이 아닐 때, 적어도 하나의 고리에 대한 용어 "헤테로아릴"의 경우에, 특정 형태가 공지되어 있고 안정적이라면, 포화된 형태(퍼하이드로 형태) 또는 부분적으로 불포화된 형태(예를 들면 디하이드로 형태 또는 테트라하이드로 형태)도 또한 가능하다. 따라서, 본 발명의 맥락에서 "헤테로아릴"이란 용어는, 예를 들면, 또한 2개의 라디칼 모두 또는 3개의 라디칼 모두가 방향족인 이환상 또는 삼환상 라디칼, 및 또한 단지 하나의 고리만이 방향족인 이환상 또는 삼환상 라디칼, 및 또한 2개의 고리가 방향족인 삼환상 라디칼을 포함하며, 적어도 하나의 방향족 고리 또는 하나의 비방향족 고리는 헤테로원자를 갖는다. 적합한 융합된 헤테로방향족은 예를 들면, 카바졸릴, 벤즈이미다졸릴, 벤조퓨릴, 디벤조퓨릴 또는 디벤조티오페닐이다. 기본 골격은 하나, 하나 이상 또는 모든 치환가능한 위치에서 치환될 수 있으며, 적합한 치환체는 C6-C30-아릴의 정의에서 이미 특정된 것과 동일하다. 그러나 헤트아릴 라디칼은 바람직하게는 치환되지 않는다. 적합한 헤트아릴 라디칼은 예를 들면, 피리딘-2-일, 피리딘-3-일, 피리딘-4-일, 티오펜-2-일, 티오펜-3-일, 피롤-2-일, 피롤-3-일, 퓨란-2-일, 퓨란-3-일 및 이미다졸-2-일, 및 상응하는 벤조 융합된 라디칼, 특히 카바졸릴, 벤즈이미다졸릴, 벤조퓨릴, 디벤조퓨릴 또는 디벤조티오페닐일 수 있다.
본 발명의 맥락에서, "임의 치환된"이란 용어는 알킬기, 아릴기 또는 헤테로아릴기의 적어도 하나의 수소 라디칼이 치환체로 치환되는 라디칼을 지칭한다. 이러한 치환체의 유형과 관련하여, 알킬 라디칼, 예를 들면 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸 및 옥틸, 및 또한 이소프로필, 이소부틸, 이소펜틸, s-부틸, t-부틸, 네오펜틸, 3,3-디메틸부틸 및 2-에틸헥실, 아릴 라디칼, 예를 들면 C6-C10-아릴 라디칼, 특히 페닐 또는 나프틸, 가장 바람직하게는 C6-아릴 라디칼, 예를 들면 페닐, 및 헤트아릴 라디칼, 예를 들면 피리딘-2-일, 피리딘-3-일, 피리딘-4-일, 티오펜-2-일, 티오펜-3-일, 피롤-2-일, 피롤-3-일, 퓨란-2-일, 퓨란-3-일 및 이미다졸-2-일, 및 또한 상응하는 벤조 융합된 라디칼, 특히 카바졸릴, 벤즈이미다졸릴, 벤조퓨릴, 디벤조퓨릴 또는 디벤조티오페닐이 바람직하다. 다른 예로는 하기 치환체을 포함한다: 알케닐, 알키닐, 할로겐, 하이드록실.
여기에서 치환도는 일치환부터 가능한 치환체의 최대수 이하까지 다양할 수 있다.
본 발명에 따라 사용하기 위한 일반식(I)의 바람직한 화합물은 R1, R2 및 R3 라디칼 중의 적어도 2개가 파라-OR 및/또는 -NR2 치환체라는 점에서 주목할만하다. 여기서 적어도 2개의 라디칼은 오직 -OR 라디칼, 오직 -NR2 라디칼, 또는 적어도 하나의 -OR 및 적어도 하나의 -NR2 라디칼일 수 있다.
본 발명에 따라 사용하기 위한 일반식(I)의 특히 바람직한 화합물은 R1, R2 및 R3 라디칼 중의 적어도 4개가 파라-OR 및/또는 -NR2 치환체라는 점에서 주목할만하다. 여기서 적어도 4개의 라디칼은 오직 -OR 라디칼, 오직 -NR2 라디칼, 또는 -OR 및 -NR2 라디칼의 혼합물일 수 있다.
본 발명에 따라 사용하기 위한 일반식(I)의 매우 특히 바람직한 화합물은 R1, R2 및 R3 라디칼 모두가 파라-OR 및/또는 -NR2 치환체라는 점에서 주목할만하다. 이들은 오직 -OR 라디칼, 오직 -NR2 라디칼 또는 -OR 및 -NR2 라디칼의 혼합물일 수 있다.
모든 경우에, -NR2 라디칼 중의 2개의 R은 서로 상이할 수 있지만, 그들은 바람직하게 동일하다.
바람직하게, A1, A2 및 A3는 각각 독립적으로 하기의 것으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다:
Figure pct00019
상기 식에서,
m은 1 내지 18의 정수이고,
R4는 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴로서, 여기에서 R4는 바람직하게는 아릴 라디칼, 보다 바람직하게는 페닐 라디칼이고,
R5 및 R6은 각각 독립적으로 H, 알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이며,
도시된 구조의 방향족 및 헤테로방향족 고리는 임의적으로 추가 치환을 가질 수 있다. 여기에서 방향족 및 헤테로방향족 고리의 치환도는 치환도는 일치환부터 가능한 치환체의 최대수 이하까지 다양할 수 있다.
방향족 및 헤테로방향족 고리의 추가 치환의 경우에 바람직한 치환체는 1개, 2개 또는 3개의 임의적으로 치환된 방향족 또는 헤테로방향족 기에 대해 위에서 이미 언급된 치환체를 포함한다.
바람직하게, 도시된 구조의 방향족 및 헤테로방향족 고리는 추가 치환을 갖지 않는다.
더 바람직하게, A1, A2 및 A3는 각각 독립적으로
Figure pct00020
더 바람직하게는
Figure pct00021
이다.
더 바람직하게는, 적어도 하나의 일반식(I)의 화합물은 하기 일반식 중의 하나를 갖는다:
Figure pct00022
Figure pct00023
대안의 실시예에서, 유기 p-형 반도체는 하기 일반식을 갖는 타입 ID322의 화합물을 포함한다:
Figure pct00024
본 발명에 따라 사용하기 위한 화합물은 당업자에게 공지된 통상적인 유기 합성방법에 의해 제조될 수 있다. 관련 (특허)문헌에 대한 참고 문헌은 아래에 제시된 합성 예에서 또한 확인될 수 있다.
d) 제 2 전극
제 2 전극은 기판과 떨어져 마주하는 하부 전극일 수 있거나 기판으로부터 떨어져 마주하는 상부 전극일 수 있다. 위에서 개요된 바와 같이, 제 2 전극은 전체적으로 또는 부분적으로 투명할 수 있거나 달리 불투명할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 부분적으로 투명하다는 용어는 제 2 전극이 투명 영역 및 불투명 영역을 포함할 수 있다는 사실과 관련한다.
다음과 같은 그룹의 물질 중 하나 이상의 물질, 즉, 적어도 하나의 금속 물질, 바람직하게는 알루미늄, 은, 백금, 금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 금속 물질; 적어도 하나의 비금속 무기 물질, 바람직하게는 LiF; 적어도 하나의 유기 전도성 물질, 바람직하게는 적어도 하나의 전기 전도성 중합체 및 더 바람직하게는 적어도 하나의 투명 전기 전도성 중합체가 사용될 수 있다.
제 2 전극은 적어도 하나의 금속 전극을 포함할 수 있으며, 순수 형태 또는 혼합물/합금으로서 하나 이상의 금속, 예컨대 특히 알루미늄 또는 은이 사용될 수 있다.
부가적으로 또는 대안으로, 무기 물질 및/또는 유기 물질과 같은 비금속 물질이 단독으로 및 금속 전극과 함께 사용될 수 있다. 일례로서, 무기/유기 혼합 전극 또는 다층 전극의 사용, 즉, 예를 들면 LiF/Al 전극의 사용이 가능하다. 부가적으로 또는 대안으로, 전도성 중합체가 사용될 수 있다. 따라서, 광 센서의 제 2 전극은 바람직하게 하나 이상의 전도성 중합체를 포함할 수 있다.
따라서, 일례로서, 제 2 전극은 금속의 하나 이상의 층과 조합하여 하나 이상의 전기 전도성 중합체를 포함할 수 있다. 바람직하게, 적어도 하나의 전기 전도성 중합체는 투명한 전기 전도성 중합체이다. 이러한 조합은 제 2 전극을 투명하고 높은 전기 전도성을 모두 다 갖도록 하기에 충분한 전기 전도도를 여전히 제공함으로써 매우 얇고 따라서 투명한 금속층을 제공할 수 있게 한다. 따라서, 일례로서, 하나 이상의 금속층은 각각 또는 조합하여 50nm 미만, 바람직하게는 40nm 미만 또는 심지어는 30nm 미만의 두께를 가질 수 있다.
일례로서, 폴리아날린(polyanaline, PANI) 및/또는 이것의 화학적 동류; 폴리(3-헥실티오펜)(poly(3-hexylthiophene), P3HT) 및/또는 PEDOT:PSS(폴리(3,4-에틸렌 디옥시티오펜) 폴리(스티렌술폰산염))(poly{3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesuifonate))와 같은 폴리티오펜 및/또는 이것의 화학적 동류로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 전기 전도성 중합체가 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, EP2507286 A2, EP2205657 A1 또는 EP2220141 A1에는 하나 이상의 전도성 중합체가 개시되어 있다. 다른 예시적인 실시예에 대해, US 가출원 61/739,173 또는 US 가출원 61/708,058이 참조될 수 있으며, 이들 모두의 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
부가적으로 또는 대안으로, 무기 전도성 물질, 예컨대 무기 전도성 탄소 물질, 예컨대 흑연, 그라핀, 탄소 나노튜브, 탄소 나노와이어로 이루어진 그룹으로부터 선택된 탄소 물질이 사용될 수 있다.
또한, 적절한 반사에 의해 광자가 강제로 흡수층을 적어도 두번 통과하도록 함으로써 컴포넌트의 양자 효율이 증가되는 전극 디자인을 사용하는 것 또한 가능하다. 이러한 층 구조는 또한 "농축기(concentrator)"라고도 지칭되며, 예를 들어 WO 02/101838 (특히 23-24 페이지)에 기술되어 있다.
광 센서의 적어도 하나의 제 2 전극은 단일 전극일 수 있거나 복수의 부분 전극을 포함할 수 있다. 따라서, 단일의 제 2 전극이 사용될 수 있거나, 분할 전극과 같은 더 복잡한 셋업이 사용될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 종방향 광 센서 및/또는 적어도 하나의 횡방향 광 센서일 수 있거나 이를 포함할 수 있는 적어도 하나의 광 센서의 적어도 하나의 제 2 전극은 바람직하게 전체적으로 또는 부분적으로 투명할 수 있다. 따라서, 특히 적어도 하나의 제 2 전극은 하나의 전극 또는 둘 이상의 부분 전극과 같은 하나 또는 둘 이상의 전극 및 선택적으로는 전극 또는 둘 이상의 부분 전극과 접촉하는 하나 이상의 부가적인 전극 물질을 포함할 수 있다.
또한, 제 2 전극은 전체적으로 또는 부분적으로 불투명할 수 있다. 특히, 두 개 이상의 부분 전극은 불투명할 수 있다. 물체 및/또는 광 센서 스택의 맨 끝 전극으로부터 떨어져 마주하는 전극과 같은 마지막 전극을 불투명하게 만드는 것이 특히 바람직할 수 있다. 따라서, 이와 같은 마지막 전극은 나머지 모든 광을 센서 신호로 변환하도록 최적화될 수 있다. 여기서, "마지막" 전극은 물체로부터 떨어져 마주하는 적어도 하나의 광 센서의 전극일 수 있다. 일반적으로, 불투명 전극은 투명 전극보다 효율적이다.
따라서, 투명 센서의 수 및/또는 투명 전극의 수를 최소로 줄이는 것이 일반적으로 유리하다. 이와 관련하여, 일례로서, WO2014/097181 A1에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 종방향 광 센서 및/또는 적어도 하나의 횡방향 광 센서의 잠재적인 셋업이 참조될 수 있다. 그러나 다른 셋업이 실시 가능하다.
광 검출기, 검출기 시스템, 방법, 휴먼-머신 인터페이스, 엔터테인먼트 디바이스, 추적 시스템, 카메라 및 광 검출기의 용도는 이런 유형의 공지된 디바이스, 방법 및 용도에 비해 많은 장점을 제공한다.
따라서, 일반적으로, 주파수 분석에 의해 신호 성분을 분리하기 위한 변조 주파수를 사용하는 일반적인 아이디어와 함께, 하나 이상의 광 변조기를 하나 이상의 광 센서와 결합함으로써, 기술적으로 간단한 방식으로 픽셀화된 광 센서를 사용할 필요없이, 고해상도 이미징, 바람직하게는 고해상도 3D 이미징의 가능성, 물체의 횡방향 및/또는 종방향 좌표를 결정하는 가능성, 단순화된 방식으로 컬러를 분리하는 가능성 및 다른 많은 가능성을 제공할 수 있는 광 검출기가 제공될 수 있다.
따라서, 현재의 카메라 셋업, 특히 3D 카메라는 복잡한 측정 셋업과 복잡한 측정 알고리즘을 통상 필요로 한다. 본 발명에서, 이러한 광 센서를 픽셀로 세분할 필요없이, 태양 전지 및 더 바람직하게는 DSC 또는 sDSC와 같은 대면적 광 센서가 일률적으로 사용될 수 있다. 일례로서, 공간 광 변조기에 대해 설명하면, 디스플레이 및/또는 투사 디바이스에 일반적으로 사용되는 액정 스크린은 태양 전지 스택, 더 바람직하게는 DSC 스택과 같은 하나 이상의 태양 전지 위에 배치될 수 있다. DSC는 동일한 광학 특성 및/또는 상이한 광학 특성을 가질 수 있다. 따라서, 적색 스펙트럼 영역에서 흡수를 갖는 적어도 하나의 DSC, 녹색 스펙트럼 영역에서 흡수를 갖는 하나의 DSC 및 청색 스펙트럼 영역에서 흡수를 갖는 하나의 DSC와 같이 상이한 흡수 특성을 갖는 적어도 두 개의 DSC가 사용될 수 있다. 다른 셋업도 실시 가능하다. DSC는 하나 이상의 무기 센서, 예컨대 하나 이상의 CCD 칩, 특히 표준 디지털 카메라에서 사용되는 것과 같이 고해상도를 갖는 하나 이상의 불투명 CCD 칩과 결합될 수 있다. 따라서, 특히 FiP 효과를 사용하여 물체의 종방향 좌표를 결정하려는 목적으로, 공간 광 변조기로부터 가장 멀리 떨어진 위치에 CCD 칩을 갖는 스택 셋업, 바람직하게는 픽셀을 갖지 않는 하나 또는 둘 이상의 적어도 부분적으로 투명한 DSC 또는 sDSC의 스택이 사용될 수 있다. 이 스택 다음에는 하나 이상의 공간 광 변조기, 예컨대 하나 이상의 투명 또는 반투명 LCD 및/또는 예를 들면 www.dip.com/de/technology/how-dlp-works에 개시되어 있는 소위 DLP 기술을 사용하는 하나 이상의 디바이스가 뒤따를 수 있다. 이러한 스택은 하나 이상의 카메라 렌즈 시스템과 같은 하나 이상의 전송 디바이스와 조합될 수 있다.
주파수 분석은 표준 퓨리에 변환 알고리즘을 사용하여 수행될 수 있다.
선택적인 불투명 CCD 칩은 일반 카메라 시스템에서와 같이 x-, y- 및 컬러 정보를 얻기 위해 고해상도로 사용될 수 있다. SLM과 하나 이상의 대면적 광 센서의 조합은 종방향 정보(z-정보)를 얻기 위해 사용될 수 있다. SLM의 각 픽셀은 이를테면 높은 주파수에서 개폐함으로써 변동을 일으킬 수 있으며, 각 픽셀은 잘 정의된 고유 주파수를 발진할 수 있다.
광자 밀도에 의존적인 투명한 DSC는 전술한 FiP 효과로 알려진 깊이 정보를 결정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 집광 렌즈와 두 개의 투명한 DSC를 통과하는 광빔은 DSC의 감응 영역의 상이한 표면 영역을 덮을 것이다. 이로 인해 깊이 정보가 추론될 수 있는 상이한 광전류가 발생할 수 있다. 태양 전지를 통과하는 광빔은 LCD 및/또는 마이크로미러 디바이스와 같은 SLM의 변동을 일으키는 픽셀에 의해 펄스화될 수 있다. DSC로부터 얻어진 전류-전압 정보는 각 픽셀 뒤에 숨은 전류-전압 정보를 얻기 위해, 퓨리에 변환과 같은 주파수 분석에 의해 처리될 수 있다. 주파수는 고유하게 각 픽셀을 식별할 수 있으며, 따라서 주파수는 고유하게 각 픽셀을 식별할 수 있고, 이에 따라 횡방향 좌표(x-y-위치)를 식별할 수 있다. 각 픽셀의 광 전류는 위에서 논의한 바와 같이 대응하는 깊이 정보를 얻기 위해 사용될 수 있다.
또한, 위에서 논의된 바와 같이, 광 검출기는 적어도 하나의 광빔의 컬러를 인식하고 및/또는 결정하도록 적응된 다중 컬러 또는 풀 컬러 검출기로서 실현될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 광 검출기는 카메라에 사용될 수 있는 다중 컬러 및/또는 풀 컬러 광 검출기일 수 있다. 그럼으로써, 간단한 셋업이 실현될 수 있으며, 적어도 하나의 물체의 횡방향 및/또는 종방향 위치를 이미징하고 및/또는 결정하기 위한 다중 컬러 검출기가 기술적으로 단순한 방식으로 실현될 수 있다. 따라서, 상이한 컬러의 적어도 두 개의, 바람직하게는 적어도 세 개의 상이한 유형의 픽셀을 갖는 공간 광 변조기가 사용될 수 있다.
일례로서, 바람직하게 적어도 두 개, 바람직하게는 적어도 세 개의 상이한 컬러의 픽셀을 갖는, 박막 트랜지스터 스펙트럼 광 변조기와 같은 액정 공간 광 변조기가 사용될 수 있다. 이러한 유형의 공간 광 변조기는 적색, 녹색 및 청색 채널로 상업적으로 이용 가능하며, 각 채널은 바람직하게 픽셀 단위로 개방(투명) 및 폐쇄(흑색)될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 예컨대 텍사스 인스트루먼트에 의해 구입 가능한 전술한 DLP® 기술을 사용하여, 단일 컬러 또는 다중 컬러 또는 심지어 풀 컬러 마이크로미러를 갖는 반사형 SLM이 사용될 수 있다. 되풀이하면, 부가적으로 또는 대안으로, 예를 들어 http://www.leysop.com/integrated_pockels_cell.htm에 개시된 바와 같은, 음향-광학 효과에 기초한 및/또는 전기 광학 효과에 기초한 SLM이 사용될 수 있다. 따라서, 일례로서, 액정 기술 또는 마이크로미러에서, 픽셀 상부에 직접 컬러 필터와 같은 컬러 필터가 사용될 수 있다. 따라서, 각 픽셀은 광이 SLM을 통과하여 적어도 하나의 광 센서를 향해 진행할 수 있는 채널을 열거나 닫을 수 있다. 적어도 하나의 DSC 또는 sDSC와 같은 적어도 하나의 광 센서는 SLM을 통과하는 광빔을 전체적으로 또는 부분적으로 흡수할 수 있다. 일례로서, 단지 청색 채널이 개방된 경우, 청색광만이 광 센서에 의해 흡수될 수 있다. 적색, 녹색 및 청색 광이 탈위상으로 및/또는 상이한 주파수로 펄싱될 때, 주파수 분석은 세 개의 컬러를 동시에 검출하게 할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 적어도 하나의 광 센서는 다중 컬러 또는 풀 컬러 SLM의 스펙트럼 영역에서 흡수하도록 적응된 광대역 광 센서일 수 있다. 따라서, 적색, 녹색 및 청색 스펙트럼 영역에서 흡수하는 광대역 광 센서가 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 상이한 스펙트럼 영역에 대해 상이한 광 센서가 사용될 수 있다. 일반적으로, 전술한 주파수 분석은 변조의 주파수 및/또는 위상에 따라 신호 성분을 식별하도록 적응될 수 있다. 따라서, 신호 성분의 주파수 및/또는 위상을 식별함으로써, 신호 성분은 광빔의 특정 컬러 성분에 할당될 수 있다. 따라서, 평가 디바이스는 광빔을 상이한 컬러로 분리하도록 적응될 수 있다.
두 개 이상의 채널이 상이한 변조 주파수, 즉 상이한 주파수 및/또는 상이한 위상에서 펄싱될 때, 각각의 채널이 개별적으로 열리고, 동시에 모든 채널이 열리고 두 개의 상이한 채널이 열리는 시간이 있을 수 있다. 이것은 거의 부가적인 후처리 없이 더 많은 수의 상이한 컬러를 동시에 감지할 수 있게 해준다. 다중 채널 신호를 검출하기 위해, 후 처리에서 단일 채널 및 다중 채널 신호가 비교될 때, 정확도 또는 컬러 선택도가 증가될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 공간 광 변조기는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 따라서, 일례로서, 공간 광 변조기는 바람직하게 박막 트랜지스터(thin-film transistor, TFT) 기술과 조합하여 액정 기술을 사용할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 텍사스 인스트루먼트에 의해 이용 가능한 DLP® 기술에 따른 마이크로미러 디바이스와 같은 반사형 마이크로기계 디바이스와 같은 마이크로기계 디바이스가 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 전기변색 및/또는 색선별(dichroic) 필터가 공간 광 변조기로서 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 하나 이상의 전기변색 공간 광 변조기, 음향-광학 공간 광 변조기 또는 전기-광학 공간 광 변조기가 사용될 수 있다. 일반적으로, 공간 광 변조기는 광빔의 적어도 하나의 광학 특성을 다양한 방식으로, 예컨대 투명 상태와 불투명 상태 사이에서, 투명 상태와 더 투명 상태 사이에서 또는 투명 상태와 컬러 상태 사이에서 픽셀을 스위칭함으로써, 변조하도록 적응될 수 있다.
다른 실시예는 광 검출기 내의 광빔 또는 그 일부의 빔 경로에 관한 것이다. 본 명세서에서 사용되고 이하에서 사용되는 것으로서, "빔 경로"는 일반적으로 광빔 또는 그 일부가 전파할 수 있는 경로이다. 따라서, 일반적으로, 광 검출기 내에서 광빔은 단일 빔 경로를 따라 진행할 수 있다. 단일 빔 경로는 직선의 단일 빔 경로일 수 있거나 접힌 빔 경로, 분기된 빔 경로, 직사각형 빔 경로 또는 Z-형상 빔 경로와 같은 하나 이상의 굴절을 갖는 빔 경로일 수 있다. 대안으로, 두 개 이상의 빔 경로가 광 디바이스 내에 존재할 수 있다. 따라서, 광 검출기로 입사하는 광빔은 두 개 이상의 부분 광빔으로 분리될 수 있으며, 부분 광빔 각각은 하나 이상의 부분 빔 경로를 따라간다. 부분 빔 경로 각각은 독립적으로 직선 부분 빔 경로일 수 있거나 또는 위에서 개요된 바와 같이, 접힌 부분 빔 경로, 직사각형 부분 빔 경로 또는 Z-형상 부분 빔 경로와 같은 하나 이상의 굴절을 갖는 부분 빔 경로일 수 있다. 일반적으로, 당업자가 인식하는 바와 같이, 다양한 형태의 빔 경로의 임의의 형태의 조합이 실시 가능하다. 따라서, 전체적으로 W-형상 셋업을 형성하는 적어도 두 개의 부분 빔 경로가 존재할 수 있다.
빔 경로를 두 개 이상의 부분 빔 경로로 분리함으로써, 광 검출기의 요소는 두 개 이상의 부분 빔 경로에 걸쳐 분포될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 대면적 광 센서와 같은 적어도 하나의 광 센서 및/또는 전술한 FiP 효과를 갖는 하나 이상의 광 센서와 같은 대면적 광 센서의 적어도 하나의 스택은 제 1 부분 빔 경로에 위치될 수 있다. 불투명 광 센서와 같은 적어도 하나의 부가적인 광 센서, 예를 들어 CCD 센서 및/또는 CMOS 센서와 같은 이미지 센서는 제 2 부분 빔 경로에 위치될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 공간 광 변조기는 부분 빔 경로 중 하나 이상의 부분 빔 경로에 위치될 수 있고 및/또는 공통 빔 경로를 둘 이상의 부분 빔 경로로 분할하기 전에는 공통 빔 경로에 위치될 수 있다. 다양한 셋업이 실시 가능하다. 또한, 광빔 및/또는 부분 광빔은 단 한번 또는 단일 이동 방식과 같이 단방향 방식으로 빔 경로 또는 부분 빔 경로를 따라 이동할 수 있다. 대안으로, 광빔 또는 부분 광빔은 링 형상 셋업에서와 같이 빔 경로 또는 부분 빔 경로를 따라 반복적으로 이동할 수 있고 및/또는 동일한 빔 경로 또는 부분 빔 경로를 따라 반대로 이동하도록 하기 위해 광빔 또는 부분 광빔이 하나 이상의 반사 요소에 의해 반사되는 셋업에서와 같이 양방향 방식으로 이동할 수 있다. 적어도 하나의 반사기 요소는 공간 광 변조기 자체일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 유사하게, 빔 경로를 두 개 이상의 부분 빔 경로로 분리하기 위해, 공간 광 변조기 자체가 사용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 다른 유형의 반사 요소가 사용될 수 있다.
광 검출기 내에 두 개 이상의 부분 빔 경로를 사용함으로써 및/또는 광빔 또는 부분 광빔을 광빔 경로 또는 부분 광빔 경로를 따라 반복적으로 또는 양방향 방식으로 진행하게 함으로써, 광 검출기의 다양한 셋업이 실시 가능하며, 이로써 광 검출기의 셋업의 적응성이 높아진다. 따라서, 광 검출기의 기능성은 상이한 부분 빔 경로를 통해 분할되고 및/또는 분배될 수 있다. 따라서, 제 1 부분 빔 경로는 예컨대 전술한 FiP 효과를 갖는 하나 이상의 광 센서를 사용함으로써 물체의 z-검출에 전용될 수 있으며, 제 2 빔 경로는 예를 들어 이미징을 위해 하나 이상의 CCD 칩 또는 CMOS 칩과 같은 하나 이상의 이미지 센서를 제공함으로써 이미징 용도로 사용될 수 있다. 따라서, 부분 빔 경로 중 하나 이상 또는 모든 부분 빔 경로 내에서, 독립적이거나 의존적인 좌표계가 정의될 수 있으며, 물체의 하나 이상의 좌표는 이들 좌표계 내에서 결정될 수 있다. 광 검출기의 일반적인 셋업은 공지되어 있기 때문에, 좌표계들은 상관될 수 있으며, 광 검출기의 공통 좌표계에서 좌표를 조합하기 위해 간단한 좌표 변환이 사용될 수 있다.
전술한 가능성은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 위에서 개요된 바와 같이, 공간 광 변조기는 반사형 공간 광 변조기일 수 있다. 따라서, 위에서 개요된 바와 같이, 반사형 공간 광 변조기는 이를테면 전술한 DLP® 기술을 사용함으로써 마이크로미러 시스템일 수 있고 이를 포함할 수도 있다. 따라서, 공간 광 변조기는 광빔 및/또는 그 일부를 편향시키거나 반사시키기 위해, 예컨대 광빔을 그의 원래 방향으로 반사시키기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 광 검출기의 적어도 하나의 광 센서는 하나의 투명한 광 센서를 포함할 수 있다. 광 검출기는 광빔이 투명한 광 센서를 통과한 다음 공간 광 변조기에 도달하도록 구성될 수 있다. 공간 광 변조기는 광빔을 적어도 부분적으로 광 센서를 향해 반대로 반사 시키도록 적응될 수 있다. 이러한 실시예에서, 광빔은 투명한 광 센서를 두번 통과할 수 있다. 따라서, 먼저, 광빔은 투명한 광 센서를 변조없는 방식으로 제 1 시간 동안 통과하여 공간 광 변조기에 도달할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 공간 광 변조기는 광빔을 변조하고, 동시에 광빔을 투명한 광 센서를 향해 반대로 반사시켜서, 이번에는 변조된 방식으로 광 센서에 의해 검출되도록 하기 위해 광빔이 투명한 광 센서를 제 2 시간 동안 통과하도록 할 수 있다.
위에서 개요된 것처럼, 부가적으로 또는 대안으로, 광 검출기는 광빔의 빔 경로를 적어도 두 개의 부분 빔 경로로 분할하도록 적응된 적어도 하나의 빔 분리 요소를 포함할 수 있다. 빔 분리 요소는 다양한 방식으로 구현될 수 있고 및/또는 빔 분리 요소의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 따라서, 일례로서, 빔 분리 요소는 공간 광 변조기, 빔 분리 프리즘, 격자, 반투명 거울, 색선별 거울로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 포함할 수 있다. 지명된 요소 및/또는 다른 요소의 조합이 실시 가능하다. 따라서, 일반적으로, 적어도 하나의 빔 분리 요소는 적어도 하나의 공간 광 변조기를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 특히, 공간 광 변조기는 예컨대 전술한 마이크로미러 기술, 특히 전술한 DLP® 기술을 사용함으로써, 반사형 공간 광 변조기일 수 있다. 위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기의 요소는 빔 경로를 분할하기 이전 및/또는 이후에 빔 경로 전체에 분포될 수 있다. 따라서, 일례로서, 적어도 하나의 광 센서는 부분 빔 경로 각각에 위치될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 대면적 광 센서의 적어도 하나의 스택과 같은 적어도 하나의 광 센서 스택 및 더 바람직하게는 전술한 FiP 효과를 갖는 적어도 하나의 광 센서 스택은 부분 빔 경로 중 적어도 하나, 예컨대 부분 빔 경로 중 제 1 부분 빔 경로에 위치될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 적어도 하나의 불투명 광 센서는 부분 빔 경로 중 적어도 한 곳에, 예컨대 부분 빔 경로 중 적어도 제 2 부분 빔 경로에 위치될 수 있다. 따라서, 일례로서, 적어도 하나의 무기 광 센서, 예를 들어 이미지 센서 및/또는 카메라 칩, 더 바람직하게는 단색 칩 및/또는 다색 또는 풀 컬러 칩 모두 다 사용될 수 있는 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩과 같은 무기 반도체 광 센서는 제 2 부분 빔 경로에 위치될 수 있다. 따라서, 위에서 개요된 바와 같이, 광 센서의 스택을 사용함으로써, 제 1 부분 빔 경로는 물체의 z-좌표를 검출하는데 사용될 수 있고, 제 2 부분 빔 경로는 예컨대 이미지 센서, 특히 카메라 칩을 사용함으로써 이미징 용도로 사용될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 공간 광 변조기는 빔 분리 요소의 일부일 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 적어도 하나의 공간 광 변조기 및/또는 복수의 공간 광 변조기 중 적어도 하나는 그 자체가 하나 이상의 부분 빔 경로에 위치할 수 있다. 따라서, 일례로서, 공간 광 변조기는 부분 빔 경로 중 제 1 경로, 즉, 전술한 FiP 효과를 갖는 광 센서 스택과 같은 광 센서 스택을 갖는 부분 빔 경로에 위치될 수 있다. 따라서, 광 센서 스택은 FiP 효과를 갖는 적어도 하나의 대면적 광 센서와 같은 적어도 하나의 대면적 광 센서를 포함할 수 있다.
하나 이상의 불투명 광 센서가 예를 들어 하나 이상의 부분 빔 경로에서, 예컨대 제 2 부분 빔 경로에서 사용되는 경우, 불투명 광 센서는 바람직하게 픽셀화된 광 센서, 바람직하게는 무기 픽셀화된 광 센서 및 더 바람직하게는 카메라 칩, 및 가장 바람직하게는 CCD 칩과 CMOS 칩 중 적어도 하나일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예가 실시 가능하며, 하나 이상의 부분 광빔 경로에서 픽셀화된 불투명 광 센서와 비픽셀화된 불투명 광 센서의 조합이 실시 가능하다.
광 센서 및/또는 광 검출기의 전술한 더 복잡한 셋업의 가능성을 사용함으로써, 특히 공간 광 변조기의 투명성, 반사 특성 또는 다른 특성과 관련하여, 적응성 높은 공간 광 변조기가 사용될 수 있다. 따라서, 위에서 개요된 바와 같이, 공간 광 변조기 자체는 광빔 또는 부분 광빔을 반사 또는 편향시키는데 사용될 수 있다. 이 경우, 광 검출기의 선형 또는 비선형 셋업이 실현 가능할 수 있다. 따라서 위에서 개요된 바와 같이, W-형 셋업, Z-형 셋업 또는 다른 셋업이 실현 가능하다. 반사형 공간 광 변조기가 사용되는 경우, 특히 마이크로미러 시스템에서, 공간 광 변조기는 일반적으로 광빔을 하나 이상의 방향으로 반사 또는 편향시키도록 적응된다는 사실이 사용될 수 있다. 따라서, 제 1 부분 빔 경로는 공간 광 변조기의 편향 또는 반사의 제 1 방향으로 설정될 수 있으며, 적어도 하나의 제 2 부분 빔 경로는 공간 광 변조기의 편향 또는 반사의 적어도 하나의 제 2 방향으로 설정될 수 있다. 따라서, 공간 광 변조기는 입사 광빔을 적어도 하나의 제 1 방향 및 적어도 하나의 제 2 방향으로 분리하도록 적응된 빔 분리 요소를 형성할 수 있다. 따라서, 일례로서, 공간 광 변조기의 마이크로미러는 광빔 및/또는 그 일부를 적어도 하나의 제 1 부분 빔 경로를 향하여, 예컨대 FiP 센서의 스택과 같은 광 센서를 갖는 제 1 스택을 향하여 또는 이미징 센서, 특히 적어도 하나의 CCD 칩 및/또는 적어도 하나의 CMOS 칩과 같은 불투명한 광 센서를 갖는 적어도 하나의 제 2 부분 빔 경로를 향하여 반사시키거나 편향시키도록 위치될 수 있다. 이렇게 함으로써, 다양한 빔 경로 내의 요소를 조명하는 일반적인 광량이 증가될 수 있다. 그뿐만 아니라, 이러한 구성은 두 개 이상의 부분 빔 경로에서, 광 센서의 스택 및 풀 컬러 CCD 또는 CMOS 센서와 같은 이미징 센서 상에서, 동일한 초점을 갖는 화상과 같은 동일한 화상을 얻게 할 수 있다.
선형 셋업과는 대조적으로, 분기된 셋업 및/또는 W-셋업과 같은 두 개 이상의 부분 빔 경로를 갖는 셋업과 같은 비선형 셋업은 부분 빔 경로의 셋업을 개별적으로 최적화되게 할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 이미지 센서에 의한 이미징 기능 및 z-검출 기능이 별개의 부분 빔 경로에서 분리되는 경우, 이들 부분 빔 경로 및 그 안에 배치된 요소의 독립적인 최적화가 가능하다. 따라서, 일례로서, 투명 태양 전지와 같은 상이한 유형의 광 센서는, 동일한 광빔이 이미징 검출기에 의한 이미징을 위해 사용되어야 하는 경우와 같이 투명도가 덜 중요하기 때문에, z-검출에 적응된 부분 광빔 경로에 사용될 수 있다. 따라서, 다양한 종류의 카메라와의 조합이 실시 가능하다. 예를 들어, 더 두꺼운 광 검출기 스택이 사용될 수 있고, z-정보가 더 정확해질 수 있다. 그 결과, 광 센서의 스택이 초점을 벗어나야 하는 경우에도, 물체의 z-위치의 검출이 실시 가능하다.
또한, 하나 이상의 부가적인 요소가 하나 이상의 부분 빔 경로에 위치할 수 있다. 일례로서, 하나 이상의 광 셔터가 하나 이상의 부분 빔 경로 내에 배치될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 셔터는 반사형 공간 광 변조기와 광 센서의 스택 및/또는 이미지 센서와 같은 불투명 광 센서 사이에 위치될 수 있다. 부분 빔 경로의 셔터는 독립적으로 사용되고 및/또는 작동될 수 있다. 따라서, 일례로서, 하나 이상의 이미지 센서, 특히 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩과 같은 하나 이상의 이미징 칩, 및 대면적 광 센서 및/또는 대면적 광 센서의 스택은 일반적으로 상이한 유형의 최적한 광 응답을 발휘할 수 있다. 선형적 배열에서, 예컨대 대면적 광 센서 또는 대면적 광 센서 스택과 이미지 센서 사이에는 하나의 부가적인 셔터만이 가능할 수 있다. 두 개 이상의 부분 빔 경로를 갖는 분할 셋업에서, 예컨대 전술한 W-셋업에서, 하나 이상의 셔터는 광 센서의 스택의 전방 및/또는 이미지 센서의 전방에 배치될 수 있다. 이에 따라, 두 유형의 센서의 최적한 광 세기가 실현될 수 있다.
부가적으로 또는 대안으로, 하나 이상의 렌즈는 하나 이상의 부분 빔 경로 내에 배치될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 렌즈는 공간 광 변조기, 특히 반사형 공간 광 변조기와 광 센서의 스택 사이 및/또는 공간 광 변조기와 이미징 센서와 같은 불투명 광 센서 사이에 위치될 수 있다. 따라서, 일례로서, 하나 이상의 렌즈를 부분 빔 경로 중 하나 이상 또는 모든 부분 빔 경로에 사용함으로써, 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 각 부분 빔 경로 또는 부분 빔 경로마다 빔 성형이 수행될 수 있다. 따라서, 이미징 센서, 특히 CCD 또는 CMOS 센서는 2D 화상을 촬영하도록 적응될 수 있는 반면, 광 센서 스택과 같은 적어도 하나의 광 센서는 물체의 z-좌표 또는 깊이를 측정하도록 적응될 수 있다. 일반적으로 이들 부분 빔 경로의 각 렌즈에 의해 결정될 수 있는 이들 부분 빔 경로에서의 초점 또는 빔 형성은 반드시 동일할 필요는 없다. 따라서, 부분 빔 경로를 따라 전파하는 부분 광빔의 빔 특성은 이미징, xy-검출 또는 z-검출과 같이 개별적으로 최적화될 수 있다.
다른 실시예는 일반적으로 적어도 하나의 광 센서를 언급한다. 일반적으로, 위에서 개요된 바와 같이, 적어도 하나의 광 센서의 잠재적인 실시예에 대해서는 WO 2012/110924 A1 및/또는 WO 2014/097181 A1과 같이 위에 열거된 하나 이상의 선행 기술 문헌이 참조될 수 있다. 따라서, 위에서 개요된 바와 같이, 적어도 하나의 광 센서는 예를 들어 WO 2014/097181 A1에 기재되어 있는 적어도 하나의 종방향 광 센서 및/또는 적어도 하나의 횡방향 광 센서를 포함할 수 있다. 특히, 적어도 하나의 광 센서는 유기 광 검출기, 예컨대 적어도 하나의 유기 태양 전지, 더 바람직하게는 염료 감응형 태양 전지, 더 바람직하게는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 n-반도체성 금속 산화물, 적어도 하나의 염료, 적어도 하나의 p-반도체성 유기 물질, 바람직하게는 고체 p-반도체성 유기 물질 및 적어도 하나의 제 2 전극을 포함하는 층 셋업을 갖는 고체 염료 감응형 태양 전지일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 이러한 층 셋업의 잠재적인 실시예에 대해, 전술한 종래 기술 문헌 중 하나 이상이 참조될 수 있다.
적어도 하나의 광 센서는 단일의 감광 센서 영역을 갖는 적어도 하나의 대면적 광 센서일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 여전히, 부가적으로 또는 대안으로, 적어도 하나의 광 센서는 두 개 이상의 감응 센서 영역, 즉, 두 개 이상의 센서 픽셀을 갖는 적어도 하나의 픽셀화된 광 센서일 수도 있거나 이를 포함할 수도 있다. 따라서, 적어도 하나의 광 센서는 둘 이상의 센서 픽셀을 갖는 센서 매트릭스를 포함할 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 적어도 하나의 광 센서는 적어도 하나의 불투명 광 센서일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 적어도 하나의 광 센서는 적어도 하나의 투명 또는 반투명 광 센서일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 하나 이상의 픽셀화된 투명 광 센서가 예컨대 본 기술 분야에서 공지된 많은 디바이스에서 사용되는 경우, 투명도와 픽셀화를 조합하는데 기술적인 도전이 지워진다. 따라서, 일반적으로, 본 기술 분야에서 공지된 광 센서는 민감한 영역 및 적절한 구동 전자 디바이스 모두 다를 포함한다. 그럼에도 불구하고, 이러한 맥락에서, 투명한 전자장치를 생성하는 문제는 대체로 해결되지 않고 남아 있다.
본 발명의 맥락에서 밝혀진 바와 같이, 적어도 하나의 광 센서의 능동 영역을 2 x N 센서 픽셀의 어레이로 분할하는 것이 바람직할 수 있으며, N은 정수이고, 바람직하게 N≥1, 예컨대 N = 1, N = 2, N = 3, N = N 또는 >4인 정수이다. 따라서, 일반적으로, 적어도 하나의 광 센서는 2 x N 센서 픽셀을 갖는 센서 픽셀의 매트릭스를 포함할 수 있으며, N은 정수이다. 일례로서, 매트릭스는 두 개의 센서 픽셀 행을 형성할 수 있으며, 일례로서, 제 1 행의 센서 픽셀은 광 센서의 제 1측부로부터 전기적으로 접촉되고, 제 2 행의 센서 픽셀은 제 1 측부에 대향하는 광 센서의 제 2 측부로부터 전기적으로 접촉된다. 다른 실시예에서, N 개 픽셀의 두 개의 행의 첫 번째 및 마지막 픽셀은 센서의 제 3 및 제 4측부로부터 전기적으로 접촉되는 픽셀로 더 분할될 수 있다. 일례로서, 이것은 2 x M + 2 x N 픽셀의 셋업을 형성한다. 다른 실시예가 실시 가능하다.
두 개 이상의 광 센서가 광 검출기에 포함되는 경우, 하나, 두 개 이상의 광 센서는 전술한 센서 픽셀의 어레이를 포함할 수 있다. 따라서, 복수의 광 센서가 제공되는 경우, 하나의 광 센서, 하나 이상의 광 센서 또는 심지어 모든 광 센서는 픽셀화된 광 센서일 수 있다. 대안으로, 하나의 광 센서, 하나 이상의 광 센서 또는 심지어 모든 광 센서는 비 픽셀화된 광 센서, 즉, 대면적 광 센서일 수 있다.
적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 n-반도체성 금속 산화물, 적어도 하나의 염료, 적어도 하나의 p-반도체성 유기 물질, 바람직하게는 고체 p-반도체성 유기 물질 및 적어도 하나의 제 2 전극을 포함하는 층 셋업을 갖는 적어도 하나의 광 센서를 포함하는, 전술한 광 센서의 셋업이 사용되는 경우, 센서 픽셀 매트릭스의 사용은 특히 유리하다. 위에서 개요된 것처럼, 이러한 유형의 디바이스는 특히 FiP 효과를 발휘할 수 있다.
FiP 디바이스, 특히 본 명세서에 개시된 바와 같은 SLM 기반 카메라와 같은 이러한 디바이스에서, 센서 픽셀의 2xN 어레이는 매우 적합하다. 따라서, 일반적으로, 적어도 하나의 제 1 투명 전극 및 적어도 하나의 제 2 전극에는 하나 이상의 층이 그 사이에 샌드위치되어 있으며, 두 개 이상의 센서 픽셀의 픽셀화는 특히 제 1 전극 및 제 2 전극 중 하나 또는 모두 다를 전극 어레이로 분할함으로써 성취될 수 있다. 예를 들어, 바람직하게 투명 기판 상에 배치된, 불소화된 주석 산화물 및/또는 다른 투명 전도성 산화물을 포함하는 투명 전극과 같은 투명 전극에 대해, 픽셀화는 리소그래피를 사용하여 패터닝하는 것과 같은 적절한 패터닝 기술 및/또는 레이저 패터닝에 의해 용이하게 성취될 수 있다. 이에 따라, 전극은 부분 전극 영역으로 쉽게 분할될 수 있으며, 각 부분 전극은 센서 픽셀 어레이의 센서 픽셀의 픽셀 전극을 형성한다. 나머지 층뿐만 아니라 선택적으로 제 2 전극은 패턴되지 않은 상태로 남을 수 있거나 그와 달리 패턴화될 수 있다. 불소화된 주석 산화물과 같은 분할된 투명한 전도성 산화물이 패턴되지 않은 다른 층과 함께 사용되는 경우, 적어도 염료 감응형 태양 전지에 대해서는 일반적으로 나머지 층의 교차 전도도가 무시될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 센서 픽셀 간의 크로스토크는 무시될 수 있다. 각 센서 픽셀은 단일의 은(silver) 전극과 같은 단일의 대향 전극을 포함할 수 있다.
센서 픽셀의 어레이, 특히 2 x N 어레이를 갖는 적어도 하나의 광 센서를 사용하는 것은 본 발명 내에서, 즉, 본 발명에 의해 개시된 하나 이상의 디바이스 내에서 몇 가지 장점을 제공한다. 따라서 첫째, 어레이를 사용하면 신호 품질을 개선할 수 있다. 광 검출기의 변조기 디바이스는 예를 들어 별개의 변조 주파수로 공간 광 변조기의 각 픽셀을 변조할 수 있으며, 이렇게 함으로써 예를 들면 각 깊이 영역을 별개의 주파수로 변조하게 한다. 그러나, 높은 주파수에서, 적어도 하나의 FiP 센서와 같은 적어도 하나의 광 센서의 신호는 일반적으로 감소하며, 이에 따라 신호 세기가 낮아진다. 그러므로, 일반적으로 변조기 디바이스에서 제한된 수의 변조 주파수만이 사용될 수 있다. 그러나 광 센서가 센서 픽셀로 분리된다면, 검출될 수 있는 가능한 심도점(depth point)의 수는 픽셀 수의 배수가 될 수 있다. 따라서, 일례로서, 두 개의 픽셀은 검출될 수 있는 변조 주파수의 수를 결과적으로 2 배로 할 수 있고, 이에 따라 변조될 수 있는 픽셀 또는 슈퍼픽셀의 수를 2 배로 할 수 있고 및/또는 결과적으로 2 배의 심도점의 수를 2배로 할 수 있다.
또한, 통상의 카메라와 대조적으로, 픽셀의 형상은 화상의 모습과 관련이 없다. 따라서, 일반적으로, 센서 픽셀의 형상 및/또는 크기는 제한이 없거나 거의 제한이 없이 선택될 수 있고, 이에 따라 센서 픽셀의 어레이의 적절한 디자인을 선택할 수 있다.
또한, 센서 픽셀은 일반적으로 다소 작게 선택될 수 있다. 센서 픽셀에 의해 일반적으로 검출될 수 있는 주파수 범위는 전형적으로 센서 픽셀의 크기를 줄임으로써 증가된다. 더 작은 센서 또는 센서 픽셀이 사용될 때, 전형적으로 주파수 범위는 개선된다. 작은 센서 픽셀에서, 큰 센서 픽셀에 비해 더 많은 주파수가 검출될 수 있다. 따라서, 더 작은 센서 픽셀을 사용함으로써, 큰 픽셀을 사용하는 것에 비해 더 많은 수의 심도점이 검출될 수 있다.
전술한 결과를 요약하면, 본 발명에서는 다음과 같은 실시예가 바람직하다. 실시예 1: 적어도 하나의 공간 광 변조기의 픽셀을 제어하는 방법으로서, 공간 광 변조기는 픽셀의 매트릭스를 가지며, 각각의 픽셀은 개별적으로 제어 가능하며, 이 방법은 다음과 같은 단계, 즉,
a) 적어도 하나의 이미지를 수신하는 단계와,
b) 이미지 내에 적어도 하나의 이미지 세그먼트를 정의하는 단계와,
c) 각각의 이미지 세그먼트에 적어도 하나의 그레이 스케일 값을 할당하는 단계와,
d) 각각의 이미지 세그먼트에 픽셀 매트릭스의 적어도 하나의 픽셀을 할당하는 단계와,
e) 적어도 하나의 이미지 세그먼트에 할당된 각각의 그레이 스케일 값에 고유 변조 주파수를 할당하는 단계와,
f) 적어도 하나의 이미지 세그먼트에 할당된 픽셀 매트릭스의 적어도 하나의 픽셀을 각각의 이미지 세그먼트에 할당된 고유 변조 주파수로 제어하는 단계를 포함한다.
실시예 2: 선행 실시예에 따른 방법으로서, 픽셀의 상태를 변경하기 위한 실시 가능한 고유 변조 주파수는 적어도 부분적으로 월시 함수를 사용하여 결정된다.
실시예 3: 선행 실시예에 따른 방법으로서, 각각의 그레이 스케일 값에 할당하는 단계 e)에서 하나 이상의 월시 함수가 적어도 하나의 이미지 세그먼트에 할당된다.
실시예 4: 선행 실시예에 따른 방법으로서, 단계 b)에서 복수의 세그먼트가 정의되며, 필요한 함수의 총 개수 및 사용된 월시 함수들 간의 잡음을 고려하여 한 세트의 월시 함수가 선택되며, 필요한 함수의 총 개수는 정의된 이미지 세그먼트 수에 대응한다.
실시예 5: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 방법으로서, 단계 f)에서, 적어도 하나의 픽셀은 고유 변조 주파수로서 월시 함수로 제어된다.
실시예 6: 선행 실시예에 따른 방법으로서, 픽셀의 상태는 월시 함수에 의해 주어진 패턴에 따라 스위칭된다.
실시예 7: 선행 실시예에 따른 방법으로서, 단계 f)는 다음과 같은 하위 단계, 즉,
f1. 고유 변조 주파수에 카운터 임계 값을 할당하는 단계와,
f2. 임계 값에 도달하거나 임계 값이 초과될 때까지 카운터 변수를 미리 결정된 최대 주파수에서 단계적으로 증분하는 단계와,
f3. 픽셀의 상태를 변경하는 단계를 포함한다.
실시예 8: 선행 실시예에 따른 방법으로서, 미리 결정된 최대 고유 주파수는 픽셀의 상태를 변경시키기 위한 최대 주파수 f0/2이다.
실시예 9: 선행 실시예에 따른 방법으로서, 픽셀의 상태를 변경시키기 위한 실시 가능한 고유 변조 주파수(fn)는 fn = f0/2n으로 결정되며, 여기서 n은 0이 아닌 정수이다.
실시예 10: 선행 실시예 중 하나에 따른 방법으로서, 그레이 스케일 값의 총 개수는 실시 가능한 고유 주파수의 총 개수에 의존한다.
실시예 11: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 방법으로서, 공간 광 변조기의 각 픽셀은 적어도 두 개의 상태를 갖는다.
실시예 12: 선행 실시예에 따른 방법으로서, 단계 f)에서, 픽셀은 제 1 상태로부터 제 2 상태로 또는 그 반대로 스위칭된다.
실시예 13: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 방법으로서, 그레이 스케일 값은 컬러 값 및/또는 그레이 값이다.
실시예 14: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 방법으로서, 단계 a)는 이미지 시퀀스를 제공하는 단계를 포함한다.
실시예 15: 선행 실시예에 따른 방법으로서, 단계 b) 내지 f)는 이미지 시퀀스의 각 이미지에 대해 반복된다.
실시예 16: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 방법으로서, 이미지 시퀀스는 비디오를 포함한다.
실시예 17: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 방법으로서, 단계 a)는 변조기 디바이스에 적어도 하나의 이미지를 제공하는 단계를 포함하며, 단계 b) 내지 단계 f)는 변조기 디바이스에 의해 수행된다.
실시예 18: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 방법으로서, 단계 a)는 변조기 디바이스의 적어도 하나의 이미지 버퍼에 적어도 하나의 이미지를 버퍼링하는 단계를 포함한다.
실시예 19: 선행 실시예에 따른 방법으로서, 적어도 두 개의 이미지 버퍼가 사용된다.
실시예 20: 선행 실시예에 따른 방법으로서, 이미지 버퍼는 제 1 이미지 버퍼 및 제 2 이미지 버퍼를 포함하며, 제 1 이미지 버퍼 및 제 2 이미지 버퍼는 활성 이미지 버퍼 및 비활성 버퍼로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다.
실시예 21: 선행 실시예에 따른 방법으로서, 적어도 하나의 이미지는 비활성 이미지 버퍼 및 활성 이미지 버퍼 중 하나 또는 모두에 버퍼링된다.
실시예 22: 선행 실시예에 따른 방법으로서, 비활성 이미지 버퍼는 활성 이미지 버퍼 내에 버퍼링된 적어도 하나의 이미지를 추가로 평가하기 위해 선택되며, 적어도 제 2 이미지는 활성 이미지 버퍼 내에 버퍼링된 적어도 하나의 이미지를 평가하는 동안 활성 이미지 버퍼에 수신되어 버퍼링된다.
실시예 23: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 방법으로서, 각 픽셀은 적어도 하나의 마이크로미러를 포함한다.
실시예 24: 특히 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 광 검출 방법으로서, 방법은 다음과 같은 단계, 즉,
적어도 하나의 공간 광 변조기를 사용하여 공간적으로 분해된 방식으로 광 빔의 적어도 하나의 특성을 변경하는 단계 - 공간 광 변조기는 픽셀의 매트릭스를 가지며, 각 픽셀은 픽셀을 통과하는 광빔 부분의 적어도 하나의 광학 특성을 개별적으로 변경하도록 제어 가능하며, 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 픽셀을 제어하는 방법이 사용됨 - 와,
적어도 하나의 광 센서를 사용하여 공간 광 변조기의 픽셀 매트릭스를 통과한 이후의 광빔을 검출하고 적어도 하나의 센서 신호를 생성하는 단계와,
적어도 하나의 변조기 디바이스를 사용하여 픽셀 중 적어도 두 개를 상이한 주파수로 주기적으로 제어하는 단계와,
적어도 하나의 평가 디바이스를 사용하여 주파수 분석을 수행하고 제어 주파수에 대한 센서 신호의 신호 성분을 결정하는 단계를 포함한다.
실시예 25: 적어도 하나의 공간 광 변조기의 픽셀을 제어하기 위한 변조기 디바이스로서, 공간 광 변조기는 픽셀 매트릭스를 가지며, 각 픽셀은 개별적으로 제어 가능하며, 이 변조 디바이스는,
a) 적어도 하나의 이미지를 수신하도록 적응된 적어도 하나의 수신 디바이스와,
b) 이미지 내에 적어도 하나의 이미지 세그먼트를 정의하도록 적응된 적어도 하나의 이미지 세그먼트 정의 디바이스와,
c) 각 이미지 세그먼트에 적어도 하나의 그레이 스케일 값을 할당하도록 적응된 적어도 하나의 그레이 스케일 값 할당 디바이스와,
d) 각 이미지 세그먼트에 픽셀 매트릭스의 적어도 하나의 픽셀을 할당하도록 적응된 적어도 하나의 픽셀 할당 디바이스와,
e) 하나의 이미지 세그먼트에 할당된 각 그레이 스케일 값에 고유 변조 주파수를 할당하도록 적응된 적어도 하나의 주파수 할당 디바이스와,
f) 적어도 하나의 이미지 세그먼트에 할당된 픽셀 매트릭스의 적어도 하나의 픽셀을 각 이미지 세그먼트에 할당된 고유 변조 주파수로 제어하도록 적응된 적어도 하나의 제어 디바이스를 포함한다.
실시예 26: 선행 실시예에 따른 변조기 디바이스로서, 변조기 디바이스는 픽셀을 제어하는 방법을 지칭하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 방법을 수행하도록 적용된다.
실시예 27: 변조기 디바이스와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 변조기 디바이스로서, 수신 디바이스는 적어도 하나의 버퍼를 포함한다.
실시예 28: 변조기 디바이스와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 변조기 디바이스로서, 수신 디바이스는 적어도 두 개의 이미지 버퍼를 포함한다.
실시예 29: 선행 실시예에 따른 변조기 디바이스로서, 이미지 버퍼는 제 1 이미지 버퍼 및 제 2 이미지 버퍼를 포함하며, 제 1 이미지 버퍼 및 제 2 이미지 버퍼는 활성 이미지 버퍼 및 비활성 이미지 버퍼로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다.
실시예 30: 선행 실시예에 따른 변조기 디바이스로서, 수신 디바이스는 비활성 이미지 버퍼 및 활성 이미지 버퍼 중 하나 또는 모두에 적어도 하나의 이미지를 버퍼링하도록 적응된다.
실시예 31: 선행 실시예에 따른 변조기 디바이스로서, 수신 디바이스는 활성 이미지 버퍼 내에 버퍼링된 적어도 하나의 이미지를 더 평가하기 위해 비활성 이미지 버퍼를 선택하도록 적응되며, 수신 디바이스는 활성 이미지 버퍼 내에 버퍼링된 적어도 하나의 이미지를 평가하는 동안 적어도 제 2 이미지를 활성 이미지 버퍼에 수신하여 저장하도록 적응된다.
실시예 32: 변조기 디바이스와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 변조기 디바이스로서, 적어도 하나의 이미지를 수신하기 위한 주파수는 60Hz와 120Hz 사이이다.
실시예 33: 변조기 디바이스와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 변조기 디바이스로서, 수신 디바이스, 이미지 세그먼트 정의 디바이스, 그레이 값 할당 디바이스, 픽셀 할당 디바이스 및 주파수 할당 디바이스 중 하나 이상은 전체적으로 부분적으로 메모리 디바이스, 프로세서, FPGA와 같은 프로그래머블 로직, DLPC, CPLD, ASIC 또는 VLSI-IC 중 하나 이상에 포함된다.
실시예 34: 변조기 디바이스와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 변조기 디바이스로서, 제어 디바이스는 적어도 하나의 발진기를 포함한다.
실시예 35: 변조기 디바이스와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 변조기 디바이스로서, 변조기 디바이스는 각 픽셀이 고유 주파수로 제어되도록 적응된다.
실시예 36: 변조기 디바이스와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 변조기 디바이스로서, 변조 디바이스는 적어도 두 개의 픽셀을 상이한 고유 변조 주파수로 주기적으로 변조하도록 적응된다.
실시예 37: 변조기 디바이스와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 변조기 디바이스로서, 제어 디바이스는 고유 변조 주파수에 카운터 임계 값을 할당하도록 구성되며, 제어 디바이스는 또한 임계 값에 도달하거나 임계 값이 초과될 때까지 카운터 변수를 미리 결정된 최대 주파수로 단계적으로 증분하도록 적응된다.
실시예 38: 선행 실시예에 따른 변조기 디바이스로서, 미리 결정된 최대 주파수는 픽셀의 상태를 변경하여 광빔 내의 픽셀 영역에 대해 결과적으로 f0/2가 되게 하기 위한 최대 주파수(f0)이다.
실시예 39: 선행 실시예에 따른 변조기 디바이스로서, 픽셀의 상태를 변경하기 위한 실시 가능한 고유 변조 주파수(fn)은 fn = f0/2n에 의해 결정되고, 여기서 n은 0이 아닌 정수이다.
실시예 40: 변조기 디바이스와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 변조기 디바이스로서, 공간 광 변조기는 바이폴라 공간 광 변조기이며, 각 픽셀은 적어도 두 개의 상태를 갖는다.
실시예 41: 선행 실시예에 따른 변조기 디바이스로서, 제어 디바이스는 픽셀을 제 1 상태에서 제 2 상태로 또는 그 반대로 스위칭하도록 적응된다.
실시예 42: 변조기 디바이스와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 변조기 디바이스로서, 수신 디바이스는 이미지 시퀀스를 수신하도록 적응된다.
실시예 43: 공간 광 변조를 위한 변조기 어셈블리로서, 변조기 어셈블리는 적어도 하나의 공간 광 변조기 및 변조기 디바이스와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 변조기 디바이스를 포함한다.
제 44 실시예: 선행 실시예에 따른 변조기 어셈블리로서, 적어도 하나의 공간 광 변조기는 공간 분해된 방식으로 광빔의 적어도 하나의 특성을 변경하도록 적응되며, 공간 광 변조기는 픽셀 매트릭스를 가지며, 각 픽셀은 픽셀을 통과하는 광빔의 일부의 적어도 하나의 광학 특성을 개별적으로 변경하도록 제어 가능하고, 적어도 하나의 변조 디바이스는 픽셀 중 적어도 두 개를 상이한 고유 변조 주파수로 주기적으로 제어하도록 적응된다.
실시예 45: 광 검출기로서,
변조기 어셈블리와 관련하는 실시예 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 변조기 어셈블리와,
공간 광 변조기의 픽셀 매트릭스를 통과한 이후의 광 빔을 검출하고 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 적응된 적어도 하나의 광 센서와,
고유 변조 주파수에 대한 센서 신호의 신호 성분을 결정하기 위해 주파수 분석을 수행하도록 적응된 적어도 하나의 평가 디바이스를 포함한다.
실시예 46: 선행 실시예에 따른 광 검출기로서, 평가 디바이스는 또한 변조 주파수에 따라 각 픽셀에 각 신호 성분을 할당하도록 적응된다.
실시예 47: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 변조기 디바이스는 각 픽셀이 고유 변조 주파수로 제어되도록 적응된다.
실시예 48: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 평가 디바이스는 상이한 변조 주파수로 센서 신호를 복조함으로써 주파수 분석을 수행하도록 적응된다.
실시예 49: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 공간 광 변조기에 의해 공간 분해된 방식으로 변경된 광빔의 적어도 하나의 특성은 광빔의 일부의 세기; 광빔의 일부의 위상; 광빔의 일부의 스펙트럼 특성, 바람직하게는 컬러; 광빔의 일부의 편광; 광빔의 일부의 전파 방향으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 특성이다.
실시예 50: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 적어도 하나의 공간 광 변조기는: 광빔이 픽셀 매트릭스를 통과하고, 픽셀이 각 픽셀을 통과하는 광빔의 각 부분에 대한 광학 특성을 개별적으로 제어 가능한 방식으로 변경하도록 적응되는 투과형 공간 광 변조기; 픽셀이 개별적으로 제어 가능한 반사 특성을 가지며 각 픽셀에 의해 반사되는 광빔의 각 부분에 대한 전파 방향을 개별적으로 변경하도록 적응된 반사형 공간 광 변조기; 픽셀이 각 픽셀에 인가된 전압에 의해 개별적으로 제어될 수 있는 제어 가능한 스펙트럼 특성을 갖는 전기변색 공간 광 변조기; 픽셀의 복굴절이 음향파에 의해 제어 가능한 음향-광학 공간 광 변조기; 픽셀의 복굴절이 전기장에 의해 제어 가능한 전기-광학 공간 광 변조기로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 공간 광 변조기를 포함한다.
실시예 51: 광 검출기와 관련하는 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 적어도 하나의 공간 광 변조기는: 픽셀이 액정 디바이스의 개별적으로 제어 가능한 셀인 액정 디바이스, 바람직하게는 능동 매트릭스 액정 디바이스; 픽셀이 반사 표면의 방위와 관련하여 개별적으로 제어 가능한 마이크로미러 디바이스의 마이크로미러인 마이크로미러 디바이스; 픽셀이 각 셀에 인가된 전압에 의해 개별적으로 제어 가능한 스펙트럼 특성을 갖는 전기변색 디바이스의 셀인 전기변색 디바이스; 픽셀이 셀에 인가되는 음향 파에 의해 개별적으로 제어 가능한 복굴절을 갖는 음향-광학 디바이스의 셀인 음향-광학 디바이스; 픽셀이 셀에 인가된 전기장에 의해 개별적으로 제어 가능한 복굴절을 갖는 전기-광학 디바이스의 셀인 전기-광학 디바이스로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 공간 광 변조기를 포함한다.
실시예 52: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 평가 디바이스는 매트릭스의 픽셀에 각 신호 성분을 할당하도록 적응된다.
실시예 53: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 평가 디바이스는 매트릭스의 픽셀에 각 신호 성분을 할당하도록 적응된다.
실시예 54: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 평가 디바이스는 신호 성분을 평가함으로써 매트릭스의 어느 픽셀이 광빔에 의해 조명되는지를 결정하도록 적응된다.
실시예 55: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 평가 디바이스는 광빔에 의해 조명된 매트릭스의 픽셀의 횡방향 위치를 식별함으로써, 광빔의 횡방향 위치 및 광빔의 방위 중 적어도 하나를 식별하도록 적응된다.
실시예 56: 선행 실시예에 따른 광 검출기로서, 평가 디바이스는 광빔의 횡방향 위치 및 광빔의 방위 중 적어도 하나를 평가함으로써, 광빔이 검출기를 향해 전파하는 물체의 횡방향 위치 및 광빔이 검출기를 향해 전파하는 물체의 상대적인 방향 중 하나 이상을 식별하도록 적용된다.
실시예 57: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 평가 디바이스는 광빔에 의해 조명되는 픽셀에 할당된 신호 성분을 식별하고 픽셀 배열의 알려진 기하학적 특성으로부터 공간 광 변조기의 위치에서의 광빔의 폭을 결정하도록 적응된다.
실시예 58: 광 검출기를 참조하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 평가 디바이스는 광빔이 검출기를 향해 전파하는 물체의 종방향 좌표와 공간 광 변조기의 위치에서 광빔의 폭 또는 광빔에 의해 조명되는 공간 광 변조기의 픽셀의 수 중 하나 또는 모두 다와의 알려지거나 확인 가능한 관계를 사용하여, 물체의 종방향 좌표를 결정하도록 적응된다.
실시예 59: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 각 픽셀을 통과하는 광빔의 일부의 적어도 하나의 광학 특성을 변경하는 픽셀의 능력은 광빔의 스펙트럼 특성, 특히 광빔의 컬러의 특성에 의존한다.
실시예 60: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 적어도 하나의 광 센서는 광빔이 적어도 부분적으로 투명한 광 센서를 통과할 수 있도록 적어도 하나의 부분적으로 투명한 광 센서를 포함한다.
실시예 61: 광 검출기와 관련하는 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 적어도 하나의 광 센서는 적어도 두 개의 광 센서의 스택을 포함한다.
실시예 62: 선행 실시예에 따른 광 검출기로서, 스택의 광 센서 중 적어도 하나는 적어도 부분적으로 투명한 광 센서이다.
실시예 63: 두 개의 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 스택의 광 센서 중 적어도 하나는 복수의 감광 픽셀을 갖는 픽셀화된 광 센서이다.
실시예 64: 선행 실시예에 따른 광 검출기로서, 픽셀화된 광 센서는 픽셀화된 무기 광 센서, 바람직하게는 CCD 칩 또는 CMOS 칩이다.
실시예 65: 두 개의 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 픽셀화된 광 센서는 카메라 칩, 바람직하게는 풀 컬러 카메라 칩이다.
실시예 66: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 적어도 하나의 광 센서는 적어도 하나의 센서 영역을 가지며, 광 센서의 센서 신호는 광빔에 의한 센서 영역의 조명에 의존하며, 센서 신호는 조명의 동일한 총 전력을 고려해 볼 때, 센서 영역 내의 광빔의 폭에 의존하며, 평가 디바이스는 바람직하게 센서 신호를 평가함으로써 폭을 결정하도록 적응된다.
실시예 67: 선행 실시예에 따른 광 검출기로서, 적어도 하나의 광 센서는 적어도 두 개의 광 센서를 포함하고, 평가 디바이스는 적어도 두 개의 광 센서의 센서 영역 내의 광빔의 폭을 결정하도록 적응되며, 평가 디바이스는 또한 폭을 평가함으로써, 광빔이 광 검출기를 향해 전파하는 물체의 종 방향 위치에 관한 정보의 적어도 하나의 항목을 생성하도록 적응된다.
실시예 68: 두 개의 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 광 센서의 센서 신호는 또한 광빔의 변조 주파수에 의존한다.
실시예 69: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 공간 광 변조기는 상이한 컬러의 픽셀을 포함하며, 평가 디바이스는 상이한 컬러에 신호 성분을 할당하도록 적응된다.
실시예 70: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 공간 광 변조기는 반사형 공간 광 변조기이며, 광 센서는 적어도 하나의 투명한 광 센서를 포함하고, 광 검출기는 광빔이 공간 광 변조기에 도달하기 전에 투명한 광 센서를 통과하도록 구성되며, 공간 광 변조기는 광빔을 광 센서를 향해 적어도 부분적으로 반대로 반사시키도록 적응된다.
실시예 71: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 광 검출기는 광빔의 빔 경로를 적어도 두 개의 부분 빔 경로로 분리하도록 적응된 적어도 하나의 광 분리 요소를 포함한다.
실시예 72: 선행 실시예에 따른 광 검출기로서, 빔 분리 요소는 공간 광 변조기, 빔 분리 프리즘, 격자, 반투명 거울, 색선별 거울로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 포함한다.
실시예 73: 광 검출기와 관련하는 두 개의 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 빔 분리 요소는 공간 광 변조기를 포함한다.
실시예 74: 선행 실시예에 따른 광 검출기로서, 공간 광 변조기는 반사형 공간 광 변조기이다.
실시예 75: 네 개의 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 적어도 하나의 광 센서는 부분 빔 경로의 각각에 위치된다.
실시예 76: 선행 실시예에 따른 광 검출기로서, 광 센서의 적어도 하나의 스택은 부분 빔 경로 중 적어도 하나에 위치된다.
실시예 77: 두 개의 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 적어도 하나의 불투명 광 센서는 부분 빔 경로 중 적어도 하나에 위치된다.
실시예 78: 두 개의 선행 실시예에 따른 광 검출기로서, 광 센서의 스택은 부분 빔 경로 중 제 1 부분 빔 경로에 위치되며, 불투명 광 센서는 부분 빔 경로 중 제 2 부분 빔 경로에 위치된다.
실시예 79: 선행 실시예에 따른 광 검출기로서, 공간 광 변조기는 부분 빔 경로 중 제 1 부분 빔 경로에 위치된다.
실시예 80: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 광 검출기는 적어도 하나의 광 센서 스택을 포함하며, 광 검출기는 광 검출기의 시야 내의 장면의 3차원 이미지를 획득하도록 적응된다.
실시예 81: 선행 실시예에 따른 광 검출기로서, 스택의 광 센서는 상이한 스펙트럼 특성을 갖는다.
실시예 82: 선행 실시예에 따른 광 검출기로서, 스택은 제 1 스펙트럼 감응도를 갖는 하나 이상의 제 1 광 센서 및 제 2 스펙트럼 감응도를 갖는 하나 이상의 제 2 광 센서를 포함하며, 제 1 스펙트럼 감응도 및 제 2 스펙트럼 감응도는 상이하다.
실시예 83: 두 개의 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 스택은 번갈아 가는 순서로 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 광 센서를 포함한다.
실시예 84: 세 개의 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 광 검출기는 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 광 센서의 센서 신호를 평가함으로써, 다중 컬러의 3차원 이미지, 바람직하게는 풀 컬러의 3차원 이미지를 획득하도록 적응된다.
실시예 85: 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 광 검출기는 적어도 하나의 비행시간 측정을 수행함으로써 적어도 하나의 물체와 광 검출기 사이의 적어도 하나의 거리를 검출하도록 적응된 적어도 하나의 비행시간 검출기를 더 포함한다.
실시예 86: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 광 검출기는 물체로부터 능동 광 센서로 전파하는 광빔에 의해 조명될 때 센서 신호를 생성하도록 적응된 적어도 하나의 능동 광 센서를 갖는 적어도 하나의 능동 거리 센서를 더 포함하며, 센서 신호는 조명의 동일한 총 전력을 고려해 볼 때, 조명의 기하학적 구조에 의존하며, 능동 거리 센서는 물체를 조명하기 위한 적어도 하나의 능동 조명원을 더 포함한다.
실시예 87: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 공간 광 변조기는 적어도 하나의 반사형 공간 광 변조기를 포함하며, 광 검출기는 또한 반사형 공간 광 변조기를 부가적으로 프로젝터로서 사용하도록 적응된다..
실시예 88: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 광 검출기는 검출기에 의해 캡처된 장면 내의 생물의 적어도 하나의 눈을 검출하고, 바람직하게는 추적하도록 적응된다.
실시예 89: 선행 실시예에 따른 광 검출기로서, 광 검출기는 적어도 하나의 눈의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하도록 적용된다.
실시예 90: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 적어도 하나의 광 센서는 적어도 하나의 센서 픽셀 어레이, 바람직하게는 2 x N 센서 픽셀을 포함하는 어레이를 포함하며, N이 정수이다.
실시예 91: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기로서, 광 검출기, 바람직하게 평가 디바이스는 월시 분석을 수행하도록 적응된 적어도 하나의 월시 분석기를 포함한다.
실시예 92: 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템으로서, 검출기 시스템은 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 광 검출기를 포함하며, 검출기 시스템은 적어도 하나의 광빔을 광 검출기를 향해 지향시키도록 적응된 적어도 하나의 비콘 디바이스를 더 포함하며, 비콘 디바이스는 물체에 부착 가능한 것, 물체에 의해 보유 가능한 것 및 물체에 통합 가능한 것 중 적어도 하나이다.
실시예 93: 선행 실시예에 따른 광 검출기로서, 비콘 디바이스는 적어도 하나의 조명원을 포함한다.
실시예 94: 두 개의 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 검출기 시스템으로서, 비콘 디바이스는 물체와 무관한 조명원에 의해 생성된 일차 광빔을 반사하도록 적응된 적어도 하나의 반사 디바이스를 포함한다.
실시예 95: 세 개의 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 검출기 시스템으로서, 검출기 시스템은 적어도 두 개의 비콘 디바이스, 바람직하게는 적어도 세 개의 비콘 디바이스를 포함한다.
실시예 96: 네 개의 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 검출기 시스템으로서, 검출기 시스템은 적어도 하나의 물체를 더 포함한다.
실시예 97: 선행 실시예에 따른 검출기 시스템으로서, 물체는 강성 물체이다.
실시예 98: 두 개의 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 검출기 시스템으로서, 물체는 스포츠 장비의 물품, 바람직하게는 라켓, 클럽, 배트로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 물품; 의류의 물품; 모자; 신발로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다.
실시예 99: 사용자와 머신 간에 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 휴먼-머신 인터페이스로서, 휴먼-머신 인터페이스는 검출기 시스템을 지칭하는 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함하며, 적어도 하나의 비콘 디바이스는 사용자에 직접 또는 간접적으로 부착되는 것 및 사용자에 의해 보유되는 것 중 적어도 하나이도록 적응되며, 휴먼-머신 인터페이스는 검출기 시스템에 의해 사용자의 적어도 하나의 위치를 결정하도록 설계되고, 휴먼-머신 인터페이스는 위치에 적어도 하나의 정보 항목을 할당하도록 설계된다.
실시예 99: 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 디바이스로서, 엔터테인먼트 디바이스는 선행 실시예에 따른 적어도 하나의 휴먼-머신 인터페이스를 포함하며, 엔터테인먼트 디바이스는 적어도 하나의 정보 항목이 플레이어에 의해 휴먼-머신 인터페이스를 통해 입력될 수 있도록 설계되며, 엔터테인먼트 디바이스는 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변경하도록 설계된다.
실시예 100: 적어도 하나의 이동 가능한 물체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템으로서, 검출기 시스템을 지칭하는 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함하고, 추적 시스템은 적어도 하나의 트랙 컨트롤러를 더 포함하며, 트랙 컨트롤러는 특정 시점에서 물체의 일련의 위치를 추적하도록 적응된다.
실시예 101: 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위한 스캐닝 시스템으로서, 스캐닝 시스템은 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 표면에 위치한 적어도 하나의 도트를 조명하기 위해 구성된 적어도 하나의 광빔을 방출하도록 적응된 적어도 하나의 조명원을 더 포함하며, 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 검출기를 사용하여 적어도 하나의 도트와 스캐닝 시스템 사이의 거리에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
실시예 102: 적어도 하나의 물체를 이미징하기 위한 카메라로서, 카메라는 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 적어도 하나의 광 검출기를 포함한다.
실시예 103: 광 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 하나에 따른 광 검출기의 용도는 사용 목적 상, 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 휴먼-머신 인터페이스 애플리케이션; 추적 애플리케이션; 사진촬영 애플리케이션; 이미징 애플리케이션 또는 카메라 애플리케이션; 적어도 하나의 공간의 지도를 생성하기 위한 맵핑 애플리케이션; 모바일 애플리케이션; 웹캠; 컴퓨터 주변 디바이스; 게임 애플리케이션; 오디오 애플리케이션; 카메라(154) 또는 비디오 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 감시 애플리케이션; 자동차 애플리케이션; 운송 애플리케이션; 의료 애플리케이션; 농업 애플리케이션; 번식 식물 또는 동물과 관련된 애플리케이션; 작물 보호 애플리케이션; 스포츠 애플리케이션; 머신 비전 애플리케이션; 차량 애플리케이션; 항공기 애플리케이션; 선박 애플리케이션; 우주선 애플리케이션; 건축 애플리케이션; 건설 애플리케이션; 지도제작 애플리케이션; 제조 애플리케이션; 품질 관리 애플리케이션; 적어도 하나의 비행시간 검출기와 겸용 용도; 로컬 포지셔닝 시스템의 애플리케이션; 글로벌 포지셔닝 시스템의 애플리케이션; 랜드마크 기반 포지셔닝 시스템의 애플리케이션; 실내 네비게이션 시스템의 애플리케이션; 실외 내비게이션 시스템의 애플리케이션; 가정용 애플리케이션의 애플리케이션; 로봇 애플리케이션; 자동 도어 열림장치의 애플리케이션; 광통신 시스템의 애플리케이션으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 추가의 선택적인 세부 사항 및 특징은 종속항과 관련하여 후속하는 바람직한 예시적인 실시예의 설명으로부터 명백해진다. 이러한 맥락에서, 특별한 특징은 단독으로 또는 임의의 합당한 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명은 예시적인 실시예로 국한되지 않는다. 예시적인 실시예는 도면에 개략적으로 도시된다. 각 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 기능을 갖는 동일한 요소 또는 요소들, 또는 그 기능과 관련하여 서로 대응하는 요소와 관련한다.
도 1은 본 발명에 따른 광 검출기의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 2는 신호 성분을 결정하기 위해 주파수 분석 용도로 적응된 평가 디바이스의 일부일 수 있는 복조기의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 3 및 도 4는 투명한 공간 광 변조기(도 3) 및 반사형 공간 광 변조기(도 4)를 갖는 광 검출기의 대안적인 셋업을 도시한다.
도 5는 3D 이미징 용도로 적응된 광 검출기의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 6은 컬러 인식을 위한 광 검출기의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 7은 도 6의 셋업에서 컬러 신호의 위상 분리의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 8은 휴먼-머신 인터페이스, 검출기 시스템, 엔터테인먼트 디바이스 및 추적 시스템에 사용되는 광 검출기의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 9 내지 도 11은 광 검출기의 대안적인 셋업을 도시한다.
도 12는 차량 내의 광 검출기의 잠재적인 애플리케이션 위치를 도시한다.
도 13은 슈퍼픽셀을 정의하도록 적응된 광 검출기의 실시예의 셋업을 도시한다.
도 14는 도 13의 광 검출기를 사용하여 물체를 검출하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 15 및 도 16은 물체 추종(object following)의 실시예를 도시한다.
도 17은 빔 분리기를 갖는 광 검출기의 십자형 셋업의 실시예를 도시한다.
도 18은 광 검출기의 W-형 셋업의 대안적인 실시예를 도시한다.
도 19는 라이트 필드 카메라로서 사용되는 광 검출기의 배열을 도시한다.
도 20은 도 19의 셋업에서 사용하기 위한 컬러 광 센서의 스택의 예시적인 배열을 도시한다.
도 21은 비행시간 검출기를 광 검출기 내에 구현하는 예시적인 배열을 도시한다.
도 22 및 도 23은 도 18의 광 검출기의 W-형 셋업의 대안적인 실시예를 도시한다
도 24는 2 × 4 센서 픽셀의 어레이를 포함하는 광 센서의 실시예를 도시한다.
도 25는 적어도 하나의 변조기 어셈블리를 포함하는 광 검출기의 실시예의 셋업을 도시한다.
도 26(a)는 적어도 하나의 이미지의 실시예를 도시한다.
도 26(b)는 공간 광 변조기에 의해 생성된 깜박임 패턴(blinking pattern)의 실시예를 도시한다.
도 27은 적어도 하나의 공간 광 변조기의 픽셀을 제어하는 변조기 디바이스의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 28(a) 및 도 28(b)는 주파수 생성의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 28(c)는 카운터 변수의 시간 의존성의 실시예를 도시한다.
도 29(a) 내지 도 29(h)는 선택된 월시 함수를 도시한다.
도 30(a)는 월시 변환을 이용한 재구성 품질을 도시한다.
도 30(b)는 월시 변환 및 퓨리에 변환에 대한 재구성 품질의 비교를 도시한다.
도 31은 신호 재구성에 대한 필터링 프로세스의 효과를 도시한다.
예시적인 실시예
도 1에서, 광 검출기(110) 및 검출기 시스템(112)의 예시적인 실시예가 개시된다. 광 검출기(110)는 적어도 하나의 공간 광 변조기(114), 적어도 하나의 광 센서(116), 적어도 하나의 변조기 디바이스(118) 및 적어도 하나의 평가 디바이스(120)를 포함한다. 적어도 광 검출기(110) 이외에, 검출기 시스템(112)은 물체(124)에 부착가능한 것, 물체(124)에 보유가능한 것 및 물체(124)에 통합가능한 것 중 적어도 하나인 적어도 하나의 비콘 디바이스(122)를 포함한다. 본 실시예에서, 광 검출기(110)는 또한 하나 이상의 렌즈, 바람직하게는 하나 이상의 카메라 렌즈와 같은 하나 이상의 전달 디바이스(126)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 공간 광 변조기(114), 광 센서(116) 및 전달 디바이스(126)는 적층 방식으로 광축(128)을 따라 배열된다. 광축(128)은 종방향 축 또는 z-축을 정의하며, 광축(128)에 수직인 평면은 x-y-평면을 정의한다. 그래서 도 1에는 광 검출기(110)의 좌표계일 수 있고 물체(124)의 위치 및/또는 방위에 관한 정보의 적어도 하나의 항목이 전체적으로 또는 부분적으로 결정될 수 있는 좌표계(130)가 도시된다.
도 1에 도시된 예시적인 실시예의 공간 광 변조기(114)는 도시된 바와 같이 투명한 공간 광 변조기일 수 있거나, 불투명한, 예컨대 반사형 공간 광 변조기(114)일 수 있다. 더 상세한 내역에 대해서는 위에서 논의된 잠재적인 실시예가 참조될 수 있다. 공간 광 변조기는 각 픽셀(134)을 통과하는 광빔(136)의 부분의 적어도 하나의 광학 특성을 바람직하게 개별적으로 변경하도록 개별적 제어 가능한 픽셀(134)의 매트릭스(132)를 포함한다. 도 1에 도시된 예시적이고 개략적인 실시예에서, 광빔은 참조 번호(136)로 표시되고 하나 이상의 비콘 디바이스(122)에 의해 방출 및/또는 반사될 수 있다. 일례로서, 픽셀(134)은 투명 상태 또는 불투명 상태 사이에서 스위칭될 수 있고 및/또는 픽셀의 투과는 둘 이상의 투명 상태 사이에서 스위칭될 수 있다. 반사형 및/또는 다른 유형의 공간 광 변조기(114)가 사용되는 경우, 다른 유형의 광학 특성이 스위칭될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 4 개의 픽셀이 조명되어, 광빔(136)은 4 개의 부분으로 분리되며, 각 부분은 상이한 픽셀(134)을 통과한다. 따라서, 광빔의 일부의 광학 특성은 각 픽셀의 상태를 제어함으로써 개별적으로 제어될 수 있다.
변조기 디바이스(118)는 매트릭스(132)의 픽셀(134), 바람직하게는 픽셀(134) 모두를 개별적으로 제어하도록 구성된다. 도 1의 예시적인 실시예에서 도시된 바와 같이, 간략화를 위해 매트릭스(132) 내의 각 픽셀(134)의 위치에 의해 표시되는 픽셀(134)은 상이한 고유 변조 주파수로 제어될 수 있다. 그래서 고유 변조 주파수(f11 내지 fmn)가 m x n 매트릭스(132)에 제공된다. 위에서 개요된 바와 같이, "고유 변조 주파수"라는 용어는 고유 변조의 실제 주파수 및 위상 중 하나 이상이 제어될 수 있다는 사실과 관련할 수 있다.
공간 광 변조기(114)를 통과하면, 이제 공간 광 변조기(114)에 의해 영향을 받는 광빔(136)은 하나 이상의 광 센서(116)에 도달한다. 바람직하게, 적어도 하나의 광 센서(116)는 단일 및 균일한 센서 영역(138)을 갖는 대면적 광 센서일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 빔 전파 특성으로 인해, 광빔(136)이 광축(128)을 따라 전파할 때 빔 폭(w)이 변할 것이다.
적어도 하나의 광 센서(116)는 도 1에 도시된 실시예에서 S1 및 S2로 표시되는 적어도 하나의 센서 신호(S)를 생성한다. 센서 신호 중 적어도 하나(도 1에 도시된 실시예에서 센서 신호(S1))는 평가 디바이스(120)에 제공되어 그 내부의 복조 디바이스(140)에 제공된다. 예를 들어, 하나 이상의 주파수 믹서 및/또는 저역 통과 필터와 같은 하나 이상의 주파수 필터를 포함할 수 있는 복조 디바이스(140)는 주파수 분석을 수행하도록 적응될 수 있다. 일례로서, 복조 디바이스(118)는 록-인(lock-in) 디바이스 및/또는 퓨리에 분석기를 포함할 수 있다. 변조기 디바이스(118) 및/또는 공통 주파수 발생기는 또한 고유 변조 주파수를 복조 디바이스(140)에 제공할 수 있다. 결과적으로, 고유 변조 주파수에 대한 적어도 하나의 센서 신호의 신호 성분을 포함하는 주파수 분석이 제공될 수 있다. 도 1에서, 주파수 분석의 결과는 부호로 참조 번호(142)에 의해 표시된다. 일례로서, 주파수 분석(142)의 결과는 고유 변조 주파수 각각에 대한, 즉, 변조의 각 주파수 및/또는 위상 각각에 대한 신호 성분을 나타내는, 이차원 이상의 히스토그램을 포함할 수 있다.
하나 이상의 데이터 프로세싱 디바이스(144) 및/또는 하나 이상의 데이터 메모리(146)를 포함할 수 있는 평가 디바이스(120)는 또한 예컨대 각 고유 변조 주파수와 픽셀(134) 사이의 고유 관계에 의해, 주파수 분석의 결과(142)의 신호 성분을 각 픽셀(134)에 할당하도록 적응될 수 있다. 그 결과, 각 신호 성분마다, 각 픽셀(134)이 결정될 수 있으며, 각 픽셀(134)을 통과하는 광빔(136)의 일부가 도출될 수 있다.
따라서, 대면적 광 센서(116)가 사용될 수 있을지라도, 픽셀(34)의 변조와 신호 성분 사이의 바람직한 고유 관계를 사용하여, 주파수 분석으로부터 다양한 유형의 정보가 도출될 수 있다.
따라서, 제 1 예로서, 공간 광 변조기(114)상에 조명된 영역 또는 광 스폿(148)의 측방향 위치에 관한 정보(x-y-위치)가 결정될 수 있다. 따라서, 도 1에서 부호로 도시된 바와 같이, 고유 변조 주파수(f23, f14, f13 및 f24)에 대한 중요한 신호 성분이 발생한다. 이러한 예시적인 실시예는 조명된 픽셀의 위치 및 조명의 정도를 결정할 수 있게 한다. 이러한 실시예에서, 픽셀(13, 14, 23 및 24)이 조명된다. 매트릭스(132) 내의 픽셀(134)의 위치는 일반적으로 알려져 있기 때문에, 조명의 중심이 이들 픽셀 사이의 어딘가에, 주로 픽셀(13) 내에 위치하는 것으로 도출될 수 있다. 특히 (통상 대개의 경우) 더 많은 수의 픽셀(134)이 조명된다면, 조명의 더 철저한 분석이 수행될 수 있다. 따라서, 가장 큰 진폭을 갖는 신호 성분을 식별함으로써, 조명의 중심 및/또는 조명의 반경 및/또는 광 스폿(148)의 스폿 크기 또는 스폿 형상이 결정될 수 있다. 횡방향 좌표를 결정하는 이런 옵션은 일반적으로 도 1에서 x, y로 표시된다. 공간 광 변조기(114) 상의 광 스폿(148)의 폭을 결정하는 옵션은 부호로 w0에 의해 표시된다.
전달 디바이스(126)의 공지된 이미징 특성을 사용하여, 공간 광 변조기(114) 상의 광 스폿(148)의 횡방향 또는 측방향 위치를 결정함으로써, 물체(124) 및/또는 적어도 하나의 비콘 디바이스(122)의 횡방향 좌표가 결정될 수 있다. 따라서, 물체(124)의 횡방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목이 생성될 수 있다.
또한, (예를 들어, 잘 정의된 전파 특성을 갖는 광빔(116)을 방출하는 하나 이상의 비콘 디바이스(122)를 사용함으로써) 광빔(136)의 광빔 특성이 알려지거나 결정될 수 있다면, 빔 폭(w0)은 일반적으로 때문에, 예를 들어, WO 2012/1100924 A1에 개시된 바와 같이, 물체(124) 및/또는 적어도 하나의 비콘 디바이스(122)의 종방향 좌표(z-좌표)를 결정하기 위해, 빔 폭(w0)은 또한 단독으로 또는 광 센서(116)를 사용하여 결정된 빔 웨이스트(w1 및/또는 w2)와 함께, 사용할 수 있다.
적어도 하나의 횡방향 좌표(x, y) 및/또는 적어도 하나의 종방향 좌표(z)중 하나 또는 모두 다를 결정하는 옵션에 부가하여 또는 대안으로, 주파수 분석에 의해 도출된 정보는 또한 컬러 정보를 도출하는데 사용될 수 있다. 따라서, 아래에서 더 상세히 개요되는 바와 같이, 픽셀(134)은 상이한 스펙트럼 특성, 특히 상이한 컬러를 가질 수 있다. 따라서, 일례로서, 공간 광 변조기(114)는 다중 컬러 또는 심지어 풀 컬러 공간 광 변조기(114)일 수 있다. 따라서, 일례로서, 적어도 두 개, 바람직하게는 적어도 세 개의 상이한 유형의 픽셀(134)이 제공될 수 있고, 각 유형의 픽셀(134)은 예를 들면 적색, 녹색 또는 청색 스펙트럼 범위에서 높은 투과를 갖는 특정 필터 특성을 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 것으로, 적색 스펙트럼 범위라는 용어는 600 내지 780nm의 스펙트럼 범위와 관련하고, 녹색 스펙트럼 범위는 490 내지 600nm의 범위와 관련하고, 청색 스펙트럼 범위는 380nm 내지 490nm의 범위와 관련한다. 상이한 스펙트럼 범위를 사용하는 실시예와 같은 다른 실시예가 실시 가능할 수 있다.
각 픽셀(134)을 식별하고 각 신호 성분을 특정 픽셀(134)에 할당함으로써, 광빔(136)의 컬러 성분이 결정될 수 있다. 따라서, 이들 이웃하는 픽셀상의 광빔(136)의 세기가 다소 동일하다고 가정하면, 특히 서로 다른 투과 스펙트럼을 갖는 이웃하는 픽셀(34)의 신호 성분을 분석함으로써, 광빔(136)의 컬러 성분이 결정될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 이러한 실시예 또는 다른 실시예에서, 평가 디바이스(120)는 예컨대, 적어도 하나의 파장을 제공함으로써 및/또는 CIE 좌표와 같은 광빔(116)의 컬러 좌표를 제공함으로써, 광빔(136)에 관한 컬러 정보의 적어도 하나의 항목을 도출하도록 적응될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 물체(114) 및/또는 적어도 하나의 비콘 디바이스(122)의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하기 위해, 빔의 폭(w)과 종방향 좌표 사이의 관계, 예를 들면 수학식 3에 개시된 바와 같은 가우시안 광빔의 관계가 사용될 수 있다. 수학식은 광빔(136)의 초점이 위치 z = 0에 있는 것으로 가정한다. 초점의 변이로부터, 즉, z 축을 따른 좌표 변환으로부터, 물체(128)의 종방향 위치가 도출될 수 있다.
공간 광 변조기(114)의 위치에서 빔 폭(w0)을 사용하는 것 이외에 또는 대안으로, 적어도 하나의 광 센서(116)의 위치에서의 빔 폭(w)은 물체(124) 및/또는 비콘 디바이스(122)의 종방향 위치를 결정하기 위해 도출되고 및/또는 사용될 수 있다. 따라서, 위에서 더 상세히 개요된 바와 같이, 하나 이상의 적어도 하나의 광 센서(116)는 픽셀 세는 것이 가능한 픽셀화된 광 센서(116)일 수 있고, 이에 따라, 위에서 주어진 수학식과 유사하게, 복수의 조명된 픽셀을 결정하고 이에 따라 그의 빔 폭을 도출할 수 있게 한다. 부가적으로 또는 대안으로, 하나 이상의 광 센서(116) 중 적어도 하나는 위에서 논의한 바와 같이 그리고 예를 들면 WO 2012/110924 A1에서 더 상세히 논의된 바와 같은, FiP 센서일 수 있다. 따라서, 조명의 동일한 총 전력을 고려해 볼 때, 신호(S)는 광 센서(116)상의 각 광 스폿(148)의 빔 폭(w)에 의존할 수 있다. 이러한 효과는 공간 광 변조기(114) 및/또는 임의의 다른 변조기 디바이스에 의해 광빔(136)을 변조시킴으로써 밝혀질 수 있다. 변조는 변조기 디바이스(118)에 의해 제공되는 것과 동일한 변조일 수 있고 및/또는 더 높은 주파에서의 변조와 같은 다른 변조일 수 있다. 따라서, 일례로서, 적어도 하나의 비콘 디바이스(122)에 의한 적어도 하나의 광빔(116)의 방출 및/또는 반사는 변조된 방식으로 일어날 수 있다. 따라서, 일례로서, 적어도 하나의 비콘 디바이스(122)는 개별적으로 변조될 수 있는 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다.
FiP 효과 때문에, 신호(S1 및/또는 S2)는 각기 빔 폭(w1 또는 w2)에 의존할 수 있다 따라서, 위에서 주어진 수학식 3을 사용함으로써, z0 및/또는 z-축의 원점(z = 0)과 같은 광빔(116)의 빔 파라미터가 도출될 수 있다. 이들 파라미터로부터, 도 1에서 부호로 표시된 바와 같이, 물체(124) 및/또는 하나 이상의 비콘 디바이스(122)의 종방향 좌표(z)가 도출될 수 있다.
도 2에서, 부호적으로, 변조기 디바이스(118) 및 복조 디바이스(140)의 셋업은 m × n 매트릭스(132)의 픽셀(14)의 (S11 내지 Smn으로 표시된) 신호성분을 분리하게 해주는 부호적인 방식으로 서술된다. 그러므로 변조기 디바이스(118)는 전체 매트릭스(132) 및/또는 그 일부에 대해 한 세트의 고유 변조 주파수(f11 내지 fmn)를 생성하도록 적응될 수 있다. 위에서 개요된 바와 같이, 각각의 고유 변조 주파수 주파수(f11 내지 fmn)는 인덱스(i, j) ( i = 1 ... m 및 j = 1 ... n) 로 표시된 픽셀(134)에 대한 각 주파수 및/또는 각 위상을 포함할 수 있다. 한 세트의 주파수(f11 내지 fmn)는 모두 픽셀(34)을 변조하기 위한 공간 광 변조기(114) 및 복조 디바이스(140)에 제공된다. 복조 디바이스(140)에서, 고유 변조 주파수(f11 내지 fmn)는 예컨대 하나 이상의 주파수 믹서(150)를 사용하여, 분석될 각 신호(S)와 동시에 또는 나중에 혼합될 수 있다. 이어서, 혼합된 신호는 바람직하게 잘 정의된 컷오프 주파수를 갖는 하나 이상의 저역 통과 필터(152)와 같은 하나 이상의 주파수 필터에 의해 필터링될 수 있다. 하나 이상의 주파수 믹서(150) 및 하나 이상의 저역 통과 필터(152)를 포함하는 셋업은 일반적으로 록-인 분석기에서 사용되며 당업자에게 널리 공지되어 있다.
복조 디바이스(140)를 사용하여, 신호 성분(S11 내지 Smn)이 도출될 수 있으며, 각 신호 성분은 인덱스에 따라 특정 픽셀(134)에 할당된다. 그러나 퓨리에 분석기와 같은 다른 유형의 주파수 분석기가 사용될 수 있고 및/또는 도 2에 도시된 컴포넌트 중 하나 이상은, 예를 들어 상이한 채널 별로 하나의 및 동일한 주파수 믹서(150) 및/또는 하나의 및 동일한 저역 통과 필터(152)를 사용하여, 결합될 수 있음을 알아야 한다.
위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기(110)의 다양한 셋업이 가능하다. 따라서, 일례로서, 도 1에 도시된 광 검출기(110)는 하나 이상의 광 센서(116)를 포함할 수 있다. 이들 광 센서(116)는 동일하거나 상이할 수 있다. 따라서, 일례로서, 하나 이상의 대면적 광 센서(116)가 사용되어, 단일의 감응 영역(138)을 제공할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 하나 이상의 픽셀화된 광 센서(116)가 사용될 수 있다. 또한, 복수의 광 센서(116)가 제공되는 경우, 광 센서(116)는 동일하거나 상이한 흡수 스펙트럼과 같은 동일하거나 상이한 스펙트럼 특성을 제공할 수 있다. 또한, 복수의 광 센서(116)가 제공되는 경우, 광 센서 센서(116) 중 하나 이상은 유기 광 센서일 수 있고 및/또는 광 센서(116) 중 하나 이상은 무기 광 센서일 수 있다. 유기 및 무기 광 센서(116)의 조합이 사용될 수 있다.
따라서, 일례로서, 도 3에서, 도 1에 도시된 셋업과 유사한 광 검출기(110) 및 검출기 시스템(112)의 개략적인 셋업이 주어진다. 도 1은 간략화된 사시도의 셋업을 도시하지만, 도 3은 검출기(110)의 단면도의 셋업을 도시한다. 검출기(110)의 대부분의 세부 사항에 대해서는 도 1과 관련하여 전술한 잠재적인 실시예가 참조될 수 있다. 광 검출기(110)의 컴포넌트는 전체적으로 또는 부분적으로 하나 이상의 하우징(154)에 포함될 수 있다. 따라서, 전달 디바이스(126), 공간 광 변조기(114), 적어도 하나의 광 센서(116) 및 평가 디바이스(120)는 전체적으로 또는 부분적으로 동일한 하우징(154) 내에 수용될 수 있고 및/또는 전체적으로 또는 부분적으로 별개의 하우징(154) 내에 수용될 수 있다.
도 3에 도시된 셋업에서, 공간 광 변조기(14)는 되풀이하면, 렌즈와 같은 전달 디바이스(126) 후미에 위치될 수 있는 투명한 공간 광 변조기(114)일 수 있다. 또한, 광 검출기(110)는 대면적 광 센서(156)로서 구현된 하나 이상의 광 센서(116)를 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 광 센서(116)는 전체적으로 또는 부분적으로 투명한 광 센서(158)로서 구현될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 광 센서(116)는 전체적으로 또는 부분적으로 유기 광 센서(160), 바람직하게는 DSC 또는 sDSC로서 구현될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 적어도 하나의 무기 광 센서(162), 바람직하게는 픽셀화된 무기 광 센서, 그리고 더 바람직하게는 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩이 제공될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 불투명한 광 센서(164)가 제공될 수 있다.
따라서, 복수의 광 센서(116)가 제공되는 경우, 광 센서(116)는 광 센서(116)의 스택(166)을 형성할 수 있으며, 광 센서(116) 중 적어도 하나는 전체적으로 또는 부분적으로 적어도 부분적으로 투명한 광 센서(158)로서 구현되며, 광 센서(116) 중 적어도 하나는 전체적으로 또는 부분적으로 불투명한 광 센서(164)로서 구현된다. 도 3에 도시된 스택(166)의 셋업에서, 일례로서 공간 광 변조기(114) 및/또는 물체(124)로부터 가장 먼 스택(166)의 일측상에는 불투명 광 센서(164)가 위치되지만, 불투명 광 센서(164)와 공간 광 변조기(114) 사이에는 하나 이상의 투명 광 센서(158)가 위치된다. 이러한 스택(166)의 셋업은, 투명 광 센서(158)로서 하나 이상의 유기 광 센서(160)를 사용함으로써, 예컨대 하나 이상의 대면적 투명 DSC 또는 sDSC를 사용함으로써, 그리고 불투명 광 센서(164), 바람직하게는 CCD 및/또는 CMOS 칩, 바람직하게는 풀 컬러 카메라 칩으로서 무기 카메라 칩을 사용함으로써, 용이하게 구현될 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같은 광 검출기(110)의 셋업은 스택(166)의 먼 단부에서, 픽셀화된 광 센서(116), 바람직하게는 무기 픽셀화된 카메라 칩에 의해 2D 이미지를 촬영하는데 사용될 수 있으며, 부가적으로는 도 1과 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, 신호 성분 및/또는 빔 폭을 평가함으로써 종방향 정보(z-정보)를 제공하는데 사용될 수 있다. 이렇게 함으로써, 3D 카메라(168), 바람직하게는 풀 컬러 3D 카메라가 실현될 수 있다.
도 4에는 검출기(110), 검출기 시스템(112) 및 카메라(168)의 대안적인 셋업이 도시된다. 따라서, 위에서 논의된 바와 같이, 공간 광 변조기(114)는 투명한 또는 불투명한 공간 광 변조기일 수 있다. 따라서, 일례로서, 액정 기술에 기초한 공간 광 변조기(114)는 투명한 공간 광 변조기(114)로서 사용될 수 있다. 대안으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로미러 디바이스가 반사형 공간 광 변조기(114)로서 사용될 수 있고, 그럼으로써 광축(128) 및/또는 광 경로를 편향시킬 수 있다. 일례로서, 도 14에 도시된 반사형 공간 광 변조기(114)는 광빔(136)의 각 부분을 광 센서(116, 116)의 스택(166)을 향해 투과하고 및/또는 이들 부분을, 예컨대 도 4에 도시된 빔 덤프(170)를 향해 지향시킴으로써, 각 부분을 차단하도록 적응된 마이크로미러로서 형성된 픽셀 매트릭스를 가질 수 있다. 이러한 변형을 제외하면, 도 4의 검출기(110) 및 카메라(168)의 셋업은 그의 잠재적인 변형을 포함하여, 도 3과 관련하여 개시된 셋업과 동일할 수 있다.
도 5 내지 도 7에는 단독으로 또는 임의의 조합으로 실현될 수 있는 도 1 내지 도 4의 셋업의 다양한 기능이 반복된다. 따라서, 도 5는 스택(166) 내의 불투명한 광 센서(164)와 복수의 투명한 광 센서(158)의 조합을 나타내는, 예를 들면 도 3에 주어진 바와 같은 광 검출기(110)의 셋업을 도시한다. 따라서, 불투명한 광 센서(164)는 이미징을 위해 사용되어, 물체(124)(도시되지 않음)의 고해상도 이미지를 생성할 수 있다. 스택(166)의 투명한 광 센서(158)는 위에서 개요된 바와 같이, 부가적인 종방향 위치 정보(z-정보)를 생성하는데 사용될 수 있다.
도 7에 도시된 펄스 방식과 함께, 도 6에 도시된 셋업에서는 컬러 인식이 더 상세히 개시된다. 이에 따라, 픽셀을 갖는 투명한 RGB TFT 디스플레이와 같은 풀 컬러 공간 광 변조기(172)로서 구현된 공간 광 변조기(114)가 사용될 수 있다. 또한, 하나 이상의 투명, 반투명 또는 불투명한 광 센서(116), 바람직하게는 신호 성분을 제공할 수 있는 대면적 광 센서(156)가 사용될 수 있다. 평가 디바이스(120)(도시되지 않음)는 고유 변조 주파수, 즉, 주파수 및/또는 위상에 의해, 상이한 컬러를 갖는 픽셀(134)에 신호 성분을 할당하도록 적응될 수 있다. 위상 분리의 옵션은 부호적으로 도 7에 도시된다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 신호 성분(S)은 신호성분의 위상에 따라, 상이한 시간(t)에 방출하는, 즉, 서로 다른 위상(ψ1, ψ2 및 ψ3)을 갖는 적색, 녹색 및 청색(r, g, b) 픽셀에 의해 분리될 수 있다. 따라서, 신호 성분을 평가함으로써, 광빔(136)의 컬러 성분이 식별될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기(110), 검출기 시스템(112) 및 카메라(168)는 다양한 다른 디바이스 및 시스템에 사용될 수 있다. 따라서, 카메라(168)는 이미지, 특히 3D 이미징을 위해 사용될 수 있고, 정지 이미지 및/또는 디지털 비디오 클립과 같은 이미지 시퀀스를 획득하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 실시예로서, 도 8은 도 1 내지 도 6에 도시된 실시예 중 하나 이상에 개시된 광 검출기(110)와 같은 적어도 하나의 광 검출기(110)를 포함하는 검출기 시스템(120)을 도시한다. 이와 관련하여, 특히 잠재적인 실시예에 관해서는 위에서 제시한 개시 내용이 참조될 수 있다. 도 8은 또한 적어도 하나의 검출기 시스템(112)을 포함하는 휴먼-머신 인터페이스(174)의 예시적인 실시예 및 휴먼-머신 인터페이스(174)를 포함하는 엔터테인먼트 디바이스(176)의 예시적인 실시예를 도시한다. 도면은 또한 검출기 시스템(112)을 포함하는 적어도 하나의 물체(124)의 위치를 추적하도록 적응된 추적 시스템(178)의 실시예를 도시한다.
도면은 또한 적어도 하나의 물체(124)의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위한 스캐닝 시스템(177)의 예시적인 실시예를 도시한다. 스캐닝 시스템(177)은 적어도 하나의 광 검출기(110)를 포함하고, 적어도 하나의 물체(124)의 적어도 하나의 표면에 위치한 적어도 하나의 도트(예를 들어, 비콘 디바이스(122)의 하나 이상의 위치에 위치한 도트)를 조명하기 위해 적응된 적어도 하나의 광빔(36)을 더 포함한다. 스캐닝 시스템(177)은 적어도 하나의 광 검출기를 사용하여, 적어도 하나의 도트와 스캐닝 시스템 사이, 특히 검출기(110) 사이의 거리에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
광 검출기(110) 및 검출기 시스템(112)에 관해서는 위에서 제시된 개시 내용이 참조될 수 있다.
평가 디바이스(120)는 하나 이상의 커넥터(180) 및/또는 하나 이상의 인터페이스에 의해 광 센서(116) 및 변조기 디바이스(118) 및/또는 공간 광 변조기(112)에 연결될 수 있다. 또한, 커넥터(180)는 센서 신호를 생성하기 위한 하나 이상의 드라이버 및/또는 하나 이상의 측정 디바이스를 포함할 수 있다. 또한, 평가 디바이스(120)는 전체적으로 또는 부분적으로 광 센서(116) 및/또는 하우징(114) 및/또는 공간 광 변조기(114)에 통합될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 평가 디바이스(120) 별도의 독립 디바이스로 구성될 수 있다.
도 8에 도시된 이와 같은 예시적인 실시예에서, 검출되는 물체(124)는 스포츠 장비의 물품으로 계획될 수 있고 및/또는 그 방향 및/또는 방향이 사용자에 의해 조작될 수 있는 제어 요소(182)를 형성할 수 있다. 일례로서, 물체(124)는 배트, 라켓, 클럽 또는 스포츠 장비의 물품 및/또는 모조 스포츠 장비의 임의의 다른 물품일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 다른 유형의 물체(124)가 가능하다. 또한, 사용자(184) 자신이 위치가 검출되어야하는 물체(124)로 간주될 수 있다. 일례로서, 사용자(184)는 자신의 신체에 직접 또는 간접적으로 부착된 하나 이상의 비콘 디바이스(122)를 휴대할 수 있다.
도 1의 잠재적인 옵션과 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, 광 검출기(110)는 비콘 디바이스(122) 및/또는 물체(124) 중 하나 이상의 횡방향 위치 및 종방향 위치 중 하나 이상을 결정하도록 적응될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 광 검출기(110)는 컬러를 식별하고 및/또는 물체(124)를 이미징하도록 적응될 수 있다. 바람직하게 검출기(110)의 광축(128)에 대해 동심원상에 위치할 수 있는 하우징(154) 내부의 개구(186)는 바람직하게 광 검출기(110)의 시야의 방향(188)을 정의한다.
검출기(110)는 적어도 하나의 물체(124)의 위치를 결정하도록 적응될 수 있다. 또한, 광 검출기(110)는 물체(124)의 이미지, 바람직하게는 3D 이미지를 획득하도록 적응될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 검출기(110) 및/또는 검출기 시스템(112)을 사용함으로써 물체(118) 및/또는 그 일부의 위치 결정은 적어도 하나의 정보 항목을 머신(190)에 제공하기 위해, 휴먼-머신 인터페이스(174)를 제공하도록 사용될 수 있다. 도 8에 개략적으로 도시된 실시예에서, 머신(190)은 컴퓨터일 수 있고 및/또는 컴퓨터를 포함할 수 있다. 다른 실시예가 실시 가능하다. 평가 디바이스(120)는 전체적으로 또는 부분적으로 별개의 디바이스로서 구현될 수 있고 및/또는 전체적으로 또는 부분적으로 컴퓨터와 같은 머신(180)에 통합될 수 있다. 전체적으로 또는 부분적으로 평가 디바이스(120) 및/또는 머신(190)의 일부를 형성할 수 있는 추적 시스템(178)의 트랙 컨트롤러(192)에 대해서도 마찬가지이다.
유사하게, 위에서 개요된 바와 같이, 휴먼-머신 인터페이스(174)는 엔터테인먼트 디바이스(176)의 일부를 형성할 수 있다. 머신(190), 특히 컴퓨터는 또한 엔터테인먼트 디바이스(176)의 일부를 형성할 수 있다. 따라서, 물체(118)로서 기능하는 사용자(184)에 의해 및/또는 물체(124)로서 기능하는 제어 요소(182)를 다루는 사용자(184)에 의해, 사용자(84)는 적어도 하나의 제어 커맨드와 같은 정보의 적어도 하나의 항목을 컴퓨터에 입력할 수 있고, 이렇게 함으로써, 컴퓨터 게임의 코스를 제어하는 것과 같이 엔터테인먼트 기능을 변경시킬 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기(10)는 예를 들면 도 3의 셋업에서와 같이, 직선 빔 경로를 가질 수 있거나, 도 4에 도시된 사각형 셋업에서와 같이, 경사지거나, 각지거나, 분기되거나, 편향되거나, 분리된 빔 경로를 가질 수 있다. 또한, 광빔(136)은 각 빔 경로 또는 부분 빔 경로를 따라 한 번 또는 반복적으로, 단방향 또는 양방향으로 진행할 수 있다. 이에 따라, 공간 광 변조기(114)는 전체적으로 또는 부분적으로 적어도 하나의 광 센서(116)의 전방 및/또는 적어도 하나의 광 센서(116)의 후방에 위치될 수 있다.
도 9에서, 도 3의 셋업에서 일반적으로 사용될 수 있는 광 검출기(110)의 대안적인 셋업이 도시된다. 변조기 디바이스(118) 및 평가 디바이스(120)뿐만 아니라 물체(124) 및 비콘 디바이스(122)는 셋업에 도시되지 않으며, 예를 들면 도 3에 도시된 것으로 구현될 수 있다.
도 9의 셋업에서, 입사 광빔(136)은 변조되지 않은 방식으로, 첫 번째 시간 동안 좌측으로부터 광 검출기(110)에 입사하고, 우측을 향해 통과하고, 적어도 하나의 긴 창과 같은 적어도 하나의 선택적인 전달 디바이스(126)를 통과하고, 투명한 광 센서(158)의 스택을 통과한다. 이어서, 광빔(136)은 공간 광 변조기(114)에 도달하고, 위에서 요약된 바와 같이 공간 광 변조기(114)에 의해 변조된다. 이러한 셋업에서, 공간 광 변조기(114)는 광빔(136)을 반대로 스택(166)을 향해 반사하도록 적응된 반사형 공간 광 변조기이다. 따라서, 도 9의 좌측을 향해 진행하는 반사된 광빔(136)은 두 번째 시간 동안 스택(166)에 도달하며, 그럼으로써 물체(124) 및/또는 비콘 디바이스(122)의 전술한 z-검출을 가능하게 한다.
또한, 위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기(110)는 복수의 부분 빔 경로로 분리되는 빔 경로를 가질 수 있다. 분할 빔 경로 셋업의 제 1 실시예는 도 10에 도시된다. 되풀이하면, 변조기 디바이스(118) 및 평가 디바이스(120)가 없고 물체(124) 및 비콘 디바이스(122)가 없는, 예를 들면 도 3에 도시된 바와 같이 구현될 수 있는 광 검출기(110)가 도시된다.
되풀이하면, 광빔(136)은 적어도 하나의 선택적인 전달 디바이스(126)를 통과함으로써 좌측으로부터 광 검출기(110)에 입사한다. 이어서, 되풀이하자면, 광빔(136)은 반사형 공간 광 변조기로서 구현되고, 이 경우에는 광빔(136)을 제 1 부분 빔 경로(194)의 방향 및 제 2 부분 빔 경로(196)의 방향으로 편향시키도록 적응된 공간 광 변조기(114)에 도달한다. 따라서, 일례로서, 반사형 공간 광 변조기(114)는 위에서 논의된 바와 같이, 마이크로미러를 갖는 픽셀의 매트릭스를 포함할 수 있으며, 각 마이크로미러는 입사 광빔(136)을 제 1 부분 빔 경로(194)의 방향으로 또는 제 2 부분 빔 경로(196)의 방향으로 편향시키도록 적응될 수 있다. 이렇게 함으로써, 광빔(136)은 제 1 빔 경로(194)를 따라 진행하는 제 1 부분 광빔(198)과 제 2 부분 빔 경로(196)를 따라 진행하는 제 2 부분 광빔(200)으로 분리될 수 있다.
부분 빔 경로(194, 196) 각각은 그 자신의 좌표계(130)를 정의할 수 있는데, 이 경우 광 검출기의 셋업이 알려져 있기 때문에, 부분 빔 경로(194, 196)의 이들 좌표계(130)는 서로 상관될 수 있고 및/또는 광 검출기(110)의 공통 좌표계(130)와 상관될 수 있다.
적어도 두 개의 부분 빔 경로(194, 196) 각각에는 하나 이상의 광학 요소가 위치될 수 있다. 따라서, 빔 경로(194, 196)의 W-형 셋업이라 호칭할 수 있는 도 10에 도시된 셋업에서, 광 센서(116)의 스택(196)은 제 1 부분 빔 경로(194)에 위치된다. 따라서, 제 1 부분 빔 경로(194)는 물체(124)의 z-검출에 전용될 수 있다. 제 2 부분 빔 경로(196)는 이미징에 전용될 수 있고, 따라서, 하나 이상의 무기 광 센서(62) 및/또는 하나 이상의 카메라 칩과 같은 불투명한 광 센서(164)를 포함할 수 있다. 그러므로 일례로서, 제 2 부분 빔 경로는 적어도 하나의 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩, 바람직하게는 적어도 하나의 풀 컬러 또는 RGB CCD 칩 또는 RGB CMOS 칩과 같은, 특히 이미징 센서 칩 내의 적어도 하나의 픽셀화된 이미징 센서를 포함할 수 있다.
또한, 선택적으로, 하나 이상의 부가적인 광학 요소(202, 204)는 제 1 부분 빔 경로(94) 및/또는 제 2 부분 빔 경로(196) 내에 위치할 수 있다. 따라서, 일례로서, 부가적인 광 요소(202, 204)가 세기 및/또는 초점 및/또는 부분 빔 경로(198, 200)의 다른 광학 특성을 개별적으로 제어하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일례로서, 하나 이상의 조리개와 같은 하나 이상의 셔터 및/또는 하나 이상의 감쇠기가 예를 들면 부가적인 광빔(198, 200)의 세기를 개별적으로 제어하기 위해 존재할 수 있다. 또한, 부가적인 광학 요소(202, 204) 내에는 하나 이상의 렌즈가 존재할 수 있다.
도 10의 셋업에서, 공간 광 변조기(114) 자체는 빔 분리 요소(206)로서 작용한다. 부가적으로 또는 대안으로, 빔 경로(208)를 적어도 하나의 제 1 부분 빔 경로(194) 및 적어도 하나의 제 2 부분 빔 경로(196)로 분리하기 위한 다른 빔 분리 요소가 사용될 수 있다. 따라서, 도 11에서, 공간 광 변조기(114)와 독립적인 빔 분리 요소(206)를 갖는 광 검출기의 셋업이 도시된다. 도 9 및 도 10에 대해 되풀이하자면, 변조기 디바이스(118), 평가 디바이스(120), 물체(124) 및 비콘 디바이스(122)는 도시되지 않으며, 예를 들어, 도 3 및/또는 도 4에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다.
도 11에서 되풀이하면, 광축 및/또는 빔 경로(208)를 따라 전파하는 광빔(116)은 적어도 하나의 전달 디바이스(126)를 통과함으로써 좌측으로부터 광 검출기(110)에 입사한다. 이어서, 하나 이상의 프리즘, 하나 이상의 반투명 거울 또는 하나 이상의 색선별 거울과 같은 하나 이상의 빔 분리 요소(206)에 의해, 광빔(136)은 제 1 부분 빔 경로(194)를 따라 진행하는 제 1 부분 광빔(198) 및 제 2 부분 빔 경로(196)를 따라 진행하는 제 2 부분 광빔(200)으로 분리된다. 이와 같은 실시예에서, 공간 광 변조기는 제 1 부분 광빔(118)을 광 센서(11)의 스택을 향해 편향시키는 반사형 공간 광 변조기로서 묘사된다. 그러나 대안으로, 도 3의 셋업에서와 같이 투명한 공간 광 변조기(114)가 사용될 수 있고, 이에 따라 제 1 부분 빔 경로(194)를 일직선화되게 할 수 있다. 대안으로, 되풀이하면, 도 9에 도시된 바와 같은 셋업이 제 1 부분 빔 경로(194)에 사용될 수 있다.
도 10의 셋업에서와 같이, 제 2 부분 빔 경로(96)에는 이미징 센서, 더 바람직하게는 CCD 및/또는 CMOS 칩, 더 바람직하게는 풀 칼라 또는 RGB CCD 또는 CMOS 칩과 같은 적어도 하나의 불투명한 광 센서(164)가 위치될 수 있다. 따라서, 도 10의 셋업에서와 같이, 제 2 부분 빔 경로(196)는 x-좌표 및/또는 y-좌표를 이미징하고 및/또는 결정하는데 전용될 수 있는 반면, 제 1 부분 빔 경로(194)는 z-좌표를 결정하는데 전용될 수 있으며, 이 실시예 또는 다른 실시예에서, x-y-검출기는 여전히 제 1 부분 빔 경로(194)에 존재할 수 있다. 되풀이하면, 도 10의 셋업에서와 같이, 개개의 부가적인 광학 요소(202, 204)가 부분 빔 경로(194, 196)에 존재할 수 있다.
도 12에는 본 발명에 따른 광 검출기(110) 및/또는 검출기 시스템(112)의 자동차 시스템에서의 잠재적인 적용 위치가 도시된다. 잠재적인 응용에 대해서는 위에서 제시된 개시 내용이 참조될 수 있다.
따라서, 도 12에서, 자동차 시스템에서의 잠재적인 용도의 예시적인 실시예로서, 자동차(210)는 단순화된 사시도로 도시된다. 도면에서, 개별적으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있는 광 검출기(110) 및/또는 검출기 시스템(112)의 다양한 잠재적인 위치가 도시된다.
따라서, 하나 이상의 광 검출기(110)는 이를테면 빗물 센서로서 사용하기 위해, 자동차(210)의 윈드 실드(212)의 영역에서, 예를 들면 윈드 실드(212) 주위의 다양한 위치 및/또는 심지어 윈드 실드(212) 내에서 사용될 수 있다.
또한, 하나 이상의 광 검출기(110)가 자동차(210)의 전방부(214)의 영역 내에 존재할 수 있다. 이들 광 검출기(110)는 헤드 라이트(216) 및/또는 범퍼(218) 내의 센서로서 사용될 수 있다. 유사하게, 도시되지 않은 하나 이상의 광 검출기(110)가 후방 범퍼에 존재할 수 있고 및/또는 백라이트 내의 센서로서 존재할 수 있다. 따라서, 광 검출기(110) 중 하나 이상은 거리 센서로서 및/또는 위에 열거된 하나 이상의 응용과 같은 다른 지원 응용을 위해 사용될 수 있다. 따라서, 일례로서, 하나 이상의 광 검출기(110)의 잠재적 응용으로서 차선 이탈 경고가 지명될 수 있다.
또한, 하나 이상의 광 검출기(110)는 자동차(210)의 측면 영역(220)에 존재할 수 있다. 따라서, 예컨대 도어의 고체 물체와의 충돌을 피하기 위해 하나 이상의 광 검출기는 조수석 도어(222)에 또는 그 근처에 존재할 수 있다.
또한, 하나 이상의 광 검출기(110)는 자동차(210)의 지붕(224) 및/또는 후방부(226)에 존재할 수 있다. 따라서, 전방부(214)의 센서와 유사하게, 후방부(226)에 있는 하나 이상의 광 검출기(110)는 예를 들면 주차 보조를 위한 거리 센서로서 사용될 수 있다.
도 13 및 도 14에서, 공간 광 변조기(114)의 픽셀(134)의 매트릭스(132)를 슈퍼픽셀로 세분화하는 것을 이용하는 본 발명의 다른 실시예가 도시된다. 여기서, 도 13은 광 검출기(110)의 셋업을 도시하며, 도 14는 광 검출기(110)를 사용하는 방법의 흐름도 및 광 검출 방법의 흐름도를 도시한다. 두 도면은 아래에서 설명될 것이다.
이러한 예시적인 실시예에서, 광 검출기(110)는 도 10에 도시된 예시적인 실시예에서와 같이 하드웨어 관면에서 구성된다. 그러므로 셋업의 세부 사항에 대해서는 위의 도 10의 설명이 참조될 수 있다. 이에 따라, 분리 빔 경로가 셋업에서, 특히 W-형 셋업에서 사용된다. 여전히, 도 11에 도시된 분리 빔 경로 셋업 또는 도 3, 도 4 또는 도 9의 실시예에 도시된 비분리 빔 경로 셋업과 같은 다른 셋업이 실현 가능하다는 것을 주목해야 한다.
위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기(110)는 개별적으로 또는 공통적으로, z-검출을 위한, 즉, 적어도 하나의 물체(124)의 적어도 하나의 z-좌표를 결정하기 위한, 적어도 하나의 FiP 센서(228)로서 작용하는 광 센서(116)의 스택(166)을 포함한다. 이와 같은 실시예에서, 스택(166)은 제 1 부분 빔 경로(194)에 배열된다. 또한, 광 검출기(110)는 예를 들어 제 2 빔 경로(196)에서, 픽셀화된 광 센서(116)일 수 있고 이미지 검출기 또는 이미징 디바이스라고도 지칭할 수 있는 이미지 센서(230)를 포함한다. 일례로서 위에서 요약된 바와 같이, 이미지 센서(230)는 단색 CCD 및/또는 CMOS 센서, 다색 CCD 및/또는 CMOS 센서 또는 풀 컬러 CCD미또 CMOS 센서와 같은 하나 이상의 CCD 및/또는 CMOS 센서일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 FiP 센서(228)를 사용함으로써, 광 검출기(110)에 의해 검출된 적어도 하나의 물체(124)의 적어도 하나의 종방향 좌표 또는 z-좌표의 결정이 가능하며, 반면에 하나의 이미지 센서(228)를 사용하여, 적어도 하나의 물체(124)의 2D 이미징이 가능하다.
도 13에 도시된 예시적인 셋업에서, O1 및 O2로 표시된 두 개의 물체를 포함하는 장면이 광 검출기(110)에 의해 캡처된다. 도 14에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 방법 단계(232)에서, 장면의 2D 이미지(234)는 적어도 하나의 이미지 센서(228)를 사용하여 캡처된다. 도 4에서 방법 단계(236)로 지칭되는 후속 방법 단계에서, 두 개 이상의 영역이 2D 이미지(234)에서 검출된다. 따라서, 도 13에서 O1 및 O2에 대응하는 R1 및 R2 로 표시되는 두 개 이상의 영역이 2D 이미지(234)에 정의될 수 있다. 또한, 선택적으로, Ro로 표시되는 배경 영역이 정의될 수 있다. 부호적으로 도 13의 x1, y1, x2, y2 또는 도 14의 단계(236)에서 x, y에 의해 표시된 바와 같이, 2D 이미지(234)에서 각 횡방향 좌표 또는 좌표 범위를 결정함으로써, 영역이 정의될 수 있다. 결과적으로, 이미지 센서(230)는 횡방향 광 센서로서 작용할 수 있다. 영역을 정의하는 잠재적인 기술에 대해서는 위에서 언급한 알고리즘이 참조될 수 있다. 일례로서, 영역(R1 및 R2)의 경계는 세기 또는 컬러의 그레디언트를 검출함으로써 검출될 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 영역을 검출하는 것은 이미지 인식 및/또는 이미지 분석을 위한 적절한 소프트웨어를 적어도 하나의 데이터 프로세싱 디바이스에 제공할 수 있는 적어도 하나의 평가 디바이스(120) 내에서 이루어질 수 있다.
도 14의 참조 번호(238)로 표시된 다음 단계에서, 슈퍼픽셀이 영역에 할당된다. 이 목적을 위해, 2D 이미지(234) 내의 영역(R0, R1 및 R2)에 대응하는 공간 광 변조기(114)의 픽셀(134)이 정의된다. 따라서, 공지된 전달 특성으로 인해, 광빔(136) 또는 부분 광빔(200)의 어느 성분이 이미지 센서(230)의 대응하는 픽셀에 도달하기 전에 어느 픽셀(134)을 통과하는지는 일반적으로 알고 있거나 일반적으로 결정될 수 있다. 따라서, 공간 광 변조기(114)와 이미지 센서(230)의 픽셀 간의 계산된 분석적 관계 또는 경험적 또는 반경험적 관계일 수 있는 공지되거나 확정 가능한 관계가 사용될 수 있다.
도 13에서, S0, S1 및 S2로 지칭되는 슈퍼픽셀을 정의함으로써, 도 13에서 f0, f1 및 f2로 표시된 바와 같은 고유 변조 주파수가 대응하는 슈퍼픽셀에 할당될 수 있다. 고유 변조 주파수를 슈퍼픽셀에 할당하는 단계는 도 14에서 단계(240)으로 표시된다. 이어서(도 14의 단계(242)), 슈퍼픽셀은 그들의 대응하는 고유 변조 주파수로 변조된다. 그 결과, 슈퍼픽셀의 각 픽셀(134)은 각 슈퍼픽셀에 할당된 대응하는 고유 변조 주파수로 변조된다. 또한, 서브변조, 즉, 각 슈퍼픽셀의 세부분할 및 세부분할 부분에 부수적인 변조를 할당하는 것이 가능하다.
또한, 도 14의 단계(244)에서, 하나 이상의 또는 심지어 모든 슈퍼픽셀의 z-검출이 이루어진다. 이 목적을 위해, 종방향 좌표가 이와 같은 광 센서를 사용하여 결정되기 때문에, 종방향 광 센서라고도 지칭될 수 있는, FiP 센서(228)로서 작용하는 적어도 하나의 광 센서(116)가 사용된다. 따라서, 일례로서 도 13에 도시된 바와 같이, 스택(166)이 사용될 수 있다. z-좌표를 결정하기 위해, 스택(166)의 적어도 하나의 신호는, 복조 주파수로서 f0, f1 and f2 를 사용함으로써 그리고 이들 복조 주파수에 대응하는 신호 성분을 개별적으로 평가함으로써, 주파수 선택적 방식으로 복조된다. 따라서, 예를 들어, 물체(O1 및 O2)의 z-좌표(Z1 및 Z2)가 결정될 수 있다. 이로써(도 14의 단계(246)), 광 검출기(110)에 의해 캡처된 장면 또는 예를 들면 하나 이상의 물체(124)가 포함하는 장면의 일부의 3D 이미지는 단계(236)에서 생성된 횡방향 좌표와 단계(244)에서 결정된 종방향 좌표를 조합하여 생성될 수 있다. 따라서, 일례로서, 장면 내에 포함된 각 물체(124) 또는 하나 이상의 물체(124)에 대해, 횡방향 좌표 또는 좌표 범위(x1, y1, Χ2, y2)는 대응하는 z-좌표(z1 및 z2)와 조합될 수 있고, 이에 따라 물체(O1 및 O2)의 3D 좌표(x1, y1, z1) 및 (x2, y2, Z2)를 생성할 수 있다. 되풀이하면, 단계(244 및/또는 246)는 적어도 하나의 평가 디바이스(120)에 의해 수행될 수 있다.
당업자에게 명백한 바와 같이, 도 13 및 도 14에 도시된 셋업 및 체계는 간단히 3D 이미징의 간략화된 방식을 표시한다. 광 검출기(110)에 의해 더 복잡한 장면이 캡처될 수 있다. 또한, 그 자체로 복수의 부품 또는 컴포넌트를 포함하는 물체(124)와 같이, 도 13에 개략적으로 도시된 더 복잡한 물체(124)가 사용될 수 있다. 이들 부분은 자체가 물체(112)로 간주될 수 있는 적어도 하나의 물체(112)의 컴포넌트이며, 따라서 이들의 2D 이미지는 2D 이미지(234)에서 분리된 영역으로 정의될 수 있다. 그 결과, 분리된 슈퍼픽셀이 이들 물체 부분에 할당될 수 있다.
또한, 도 14에서 부호로 참조 번호(248)에 의해 표시된 바와 같이, 도 14에 도시된 절차는 전체적으로 또는 부분적으로 반복하여 수행될 수 있다. 따라서, 일례로서, 단계(244)에서 하나의 슈퍼픽셀 내에서 넓은 범위의 z-좌표가 검출되는 경우와 같이, 영역 및/또는 슈퍼픽셀의 정제가 이루어질 수 있다. 따라서, 하나의 영역 및/또는 슈퍼픽셀에 대해 넓은 범위의 z-좌표를 검출하는 것은 대응하는 물체(124)가 z-축을 따라 깊이를 갖는다는 것을 나타낼 수 있다. 따라서, 대응하는 영역 및/또는 슈퍼픽셀은 복수의 영역 및/또는 슈퍼픽셀로 정제되거나 세부 분할될 수 있다. 일례로서, 구형 물체(O2)에 대응하는 영역(R2)은 이 구형 물체의 깊이를 완전히 인식하기 위해 두 개 이상의 동심원의 환형 영역으로 세분될 수 있다. 이러한 정제(248)는 장면 또는 전체 장면에 포함된 하나 이상의 물체 또는 컴포넌트에 대해 발생할 수 있다. 이렇게 함으로써, 검색 절차는 간략화된 셋업 및 예를 들어 소수의 영역 및/또는 슈퍼픽셀과 같은 간략화된 접근법으로 시작하여, 결과를 정제하고 장면에 포함된 하나, 둘 이상의 또는 심지어 모든 물체에 대해 더 상세한 정보를 얻기 위해 한번 이상의 반복이 뒤따를 수 있다.
도 15및 도 16에서, 본 발명에 따른 검출기(110)를 사용하여 가능한 것으로 물체 추종(object following)의 원리가 설명될 것이다. 따라서, 도 13을 참조하여 설명된 셋업에서와 같은 이미지 센서(230)를 사용하여, 이미지(234)가 촬영된다. 도 15에 도시된 예시적인 실시예에서, 이미지는 인간의 머리 또는 얼굴의 이미지일 수 있다. 도 16에 도시된 실시예에서, 이미지는 고속도로상의 차량의 전방 카메라의 시야와 같이 교통 장면일 수 있다.
이미지(234) 내에서, 적절한 이미지 인식 알고리즘을 사용함으로써 및/또는 특정 훈련을 사용함으로써, 하나 이상의 물체가 인식될 수 있다. 일례로서, 도 15에서 O1 및 O2로 표시된 눈이 인식될 수 있다. 유사하게, 도 15에서 O3으로 표시된 얼굴 영역이 인식될 수 있다. 도 16의 교통 장면에서, 각종 차량(O4 내지 O6)이 인식될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 속도 제한을 표시하는 및/또는 도로를 따라 있는 여러 도시까지의 거리를 표시하는 도로 표지판과 같은 도로 표지판(O7, O8)이 인식될 수 있다. 이들 물체(O1-O8)에는 이미지(234) 내의 대응하는 영역(R1-R8)이 할당될 수 있으며, 이미지(234)에서, 영역은 상자, 직사각형 또는 사각형과 같은 이미지(234) 내의 다양한 형상의 단순화된 기하학적 패턴일 수 있다.
도 13을 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 이들 각 영역(R1-R8)은 공간 광 변조기(114)의 대응하는 슈퍼픽셀에 할당될 수 있다. 따라서, 전체 이미지(234)를 분석하는 대신에, 이미지 분석은 또는 물체(O1-O8)의 추종 또는 추적으로 축소될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 영역(R1-R8)에 대응하는 슈퍼픽셀은 적어도 하나의 영역 또는 이 실시예에서는 영역(R1-R8)에만 할당된 적어도 하나의 주파수에 대한 z-좌표를 검색함으로써 추적될 수 있다. 각 물체마다, 거리가 결정될 수 있다. 장면을 캡처하는 진행중인 카메라 영화와 같은 일련의 이미지에서, 각 이미지 또는 복수의 이미지에서, 관심 있는 하나 이상의 물체가 검출될 수 있으며, 뒤이서 종방향 광 센서, 특히 FiP 센서(228)를 사용하여 이들 물체에 하나 이상의 슈퍼픽셀을 할당하고 이들 물체에 대한 z-좌표 및/또는 거리를 결정할 수 있다.
도 17 및 도 18에는 광 검출기(110) 및/또는 카메라(168)의 대안적인 셋업이 도시된다. 도 11의 셋업에 대해 되풀이하면, 입사 광빔(116)은 복수의 부분 광빔으로 분리된다. 도 17의 실시예에서, 카메라(168)의 예시적인 실시예로서 사용할 수 있는 광 검출기(110)가 도시된다. 광 검출기(110)의 광축(128)을 따라 이동하는 입사 광빔(116)은 주 광빔(254)으로부터 제 1 부분 광빔(252)을 분리하도록 적응된 제 1빔 분리 요소(250)에 도달한다. 제 1 부분 광빔(252)은 도 11의 실시예에서와 같이, CCD 칩 및/또는 CMOS 칩과 같은 이미징 디바이스(256)에 의해 광빔(136)이 애초에 발생될 수 있는 물체의 관찰 목적을 제공하기 때문에, 제 1 부분 광빔(252)은 주 광빔(254)과 비교하여 현저히 낮은 세기를 가질 수 있다. 일례로서, 제 1 부분 광빔(252)은 주 광빔(254)의 절반보다 작은 세기를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1광빔 분리 요소(250)는 입사 광빔(136)을 10 내지 90의 비율로 분할할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 제 1 빔 분리 요소(250)의 투명도는 조절될 수 있고 및/또는 제 1 빔 분리 요소의 전체 표면적은 조절될 수 있다.
제 1 부분 광빔(252)은 다양한 광 요소에 의해 변경될 수 있다. 일례로서, 제 1 부분 빔 경로(258)에서, 제 1광빔 분리 요소(250)와 이미징 디바이스(256) 사이에서는 적어도 하나의 조리개(260) 및/또는 적어도 적어도 하나의 렌즈 시스템(262)과 같은 하나의 전달 디바이스(126)가 위치될 수 있다. 다른 실시예가 실시 가능하다.
주 광빔(254)은 계속하여 광축(128)을 따라 이동하여 제 2 빔 분리 요소(264)에 닿는다. 일례로서, 제 2 빔 분리 요소(264)는 빔 분리기 큐브, 바람직하게는 편광 빔 분리기 큐브일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 제 2광빔 분리 요소(264)는 주 광빔(254)을 제 2 부분 광빔 경로(268)를 따라 이동하는 제 2 부분 광빔(266) 및 제 3 부분 경로(272)를 따라 이동하는 제 3 부분 광빔(270)으로 분리한다. 제 2 부분 광빔(266)은 도 17에서 SLM1 또는 DLP1이라 지칭하는 제 1 공간 광 변조기(114)에 도달한다. 유사하게, 제 3 부분 광빔(270)은 도 17에서 SLM2 또는 DLP2이라 지칭되는 제 2 공간 변조기(114)에 도달한다. 이러한 특정 실시예에서, 제 1 및 제 2 공간 광 변조기는 특히 반사형 공간 광 변조기, 특히 DLP® 기술에 기초한 반사형 공간 광 변조기일 수 있다. 다른 유형의 공간 광 변조기가 실현 가능하다. 제 1 및 제 2 공간 광 변조기에 의해, 제 2 및 제 3 부분 광빔(266, 270)은 각기 제 2 및 제 3 부분 광빔 경로(268, 272)를 따라 후방 반사되어, 후방 반사된 부분 광빔 빔(274 및 276)을 형성한다. 제 2 빔 분리 요소(264)에서, 후방 반사된 부분 광빔(274, 276)은 재결합되어 제 4 부분 빔 경로(280)를 따라 광 센서(116)의 스택(116)을 향해 이동하는 공통의 광빔(278)을 형성하며, 광 센서(116)는 광빔(136)이 광 검출기(110)를 향해 이동하는 물체의 z-좌표를 결정하는 종방향 광 센서로서 작용한다.
공통 광빔(278)을 형성하도록 재결합되기 전에, 부분 광빔(266, 270)은 다양한 동작을 받을 수 있다. 따라서, 일반적으로 부분 광빔(266)은 도 7의 시야 평면에 수직인 편광을 가질 수 있다. 제 1 반파장 판(282)을 사용함으로써, 부분 광빔(266)의 편광은 도 17의 시야 평면으로 바뀔 수 있다. 되풀이하면, SLM1에 의한 후방 반사는 후방 반사된 부분 광빔(274)이 도 17의 시야 평면에 수직한 편광을 가질 수 있도록, 이러한 부분 반사광(266)의 편광 방향을 바꿀 수 있다. 그러나, 제 1 반파장 판(282)은 편광을 다시 도 17의 시야 평면으로 바꾸며, 이렇게 함으로써 스택(166)을 향한 후방 반사된 부분 광빔(274)의 투과가 가능해진다.
유사하게, 편광빔 분리 큐브(264)를 통과한 이후, 제 3 부분 광빔(270)은 도 17의 시야 평면에 평행한 편광을 갖는다. 제 2 반파장 판(284)을 통과한 후, SLM2에서 후방 반사된 다음, 다시 제 2반파장 판(284)을 통과한 이후, 후방 반사된 제 3 부분 광빔(276)은 도 17의 시야 평면에 수직인 편광을 가지며, 그 결과 제 2광빔 분리 요소(264)에 의해 스택(166)을 향해 편향된다. 따라서, 후방 반사된 부분 광빔(274, 276)은 모두 스택(166)을 향해 편향되어 공통 광빔(278)을 형성할 수 있다.
또한, 도 17에 도시된 바와 같이, 다양한 형태의 전달 디바이스(26)는 하나 이상의 렌즈와 같은 제 2 및 제 3 부분 빔 경로(268, 272) 내에 위치될 수 있다. 다른 실시예가 실시 가능하다.
제 1 및 제 2 공간 광 변조기(SLM1, SLM2)는 부분 광빔(266, 270)을 동일한 방식으로 또는 다른 방식으로 변조하도록 적응될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 도 17의 실시예에서와 같이, 복수의 공간 광 변조기(114)가 사용되는 경우, 복수의 공간 광 변조기(114)는 동기화된 방식으로 구동될 수 있다. 그러나 다른 동작 모드가 실현 가능하다.
도 17에 도시된 바와 같은 셋업은 다양한 장점을 암시한다. 따라서, 일반적으로 셋업은 FiP 센서를 사용한 z-좌표의 검출에 비해, 이미지 장비(256)가 전형적으로 더 적은 광을 필요로 한다는 사실을 활용한다. 따라서, 제 1광빔 분리 요소(250)를 사용함으로써, 입사 광빔(136)의 10% 또는 유사한 에너지 또는 세기는 이미징 디바이스(256)의 목적을 위해 분리되어 나가고, 90 % 또는 이와 유사한 더 많은 양의 입사 광빔(136)은 FiP와 같은 종방향 광 센서를 계속 향할 수 있다.
전형적으로, 광빔(136)이 광 검출기(110)를 향해 이동하는 물체의 화상은 공간 광 변조기(SLM1, SLM2)와의 초점에 있어야 한다. 그러나 DLP® 칩과 같은 반사형 공간 광 변조기의 가장 상업적인 버전은 일반적으로 직선적 후방 반사를 위해 설계된 것이 아니라 특정 각도 하의 후방 반사를 위해 설계된다. 그러므로 비대칭 렌즈 시스템을 사용하여 광축에 수직이 아닌 각 공간 광 변조기(SLM, SLM2)상에서 화상을 초점에 있게 할 필요가 있을 수 있다. 그러나 이와 같은 옵션은 "후방 반사"와 관련할 때 포함될 것이다.
도 17의 실시예에 도시된 다양한 아이디어는 임의의 방식으로 조합될 수 있음을 알아야 한다. 따라서, 일반적으로, 적어도 하나의 이미징 디바이스(256)에 의한 이미징 목적을 위해 입사 광빔(136)의 작은 부분을 분리하는 아이디어는 복수의 공간 광 변조기(114)를 사용하는 아이디어와 독립적으로 사용될 수 있고 및/또는 주 광빔(254)의 추가 처리와 독립적으로 사용될 수 있다. 유사하게, 전체적으로 또는 부분적으로 투과형 또는 반사형 공간 광 변조기(114)일 수 있는 복수의 공간 광 변조기(14)를 사용하는 아이디어는 본 발명의 사상과 독립적으로 사용될 수 있고 및/또는 공간 광 변조기(SLM1, SLM2)에 의한 부분 광빔(266, 270)을 재결합하는 아이디어와 독립적으로 사용될 수 있다. 또한, 하나 이상의 부가적인 전달 디바이스(126)와 같은 다양한 부가적인 광학 요소가 도 17의 셋업에 존재할 수 있다는 것을 유의해야 할 것이다. 따라서, 도 17에 도시된 바와 같이, 부가적인 렌즈 시스템과 같은 부가적인 전달 디바이스(126)는 스택의 전방에 위치될 수 있다 또한, 도 17에 도시된 광학 요소는 전체적으로 또는 부분적으로 예컨대 하나 이상의 반사 방지 코팅을 사용하는 비반사 특성을 가질 수 있다. 따라서, 일례로서, 각각의 반파장 판(282, 284)은 적절한 반사 방지 코팅뿐만 아니라 전달 디바이스(126)를 가질 수 있다.
또한, 도 17의 셋업뿐만 아니라 도 10 및 도 11에 도시된 셋업과 같은 하나 이상의 이미징 디바이스를 사용하는 다른 셋업의 변형예는 사용될 수 있는 이미징 디바이스의 타입과 관련이 있다. 따라서, 일반적으로, 도 10, 도 11 및 도 17에 도시된 CCD/CMOS 디바이스는 일반적으로 적외선 카메라, 예를 들면 열화상 카메라와 같은 다른 유형의 이미징 디바이스로 대체될 수 있다. 따라서, 도면에 도시된 이미징 디바이스에 부가하여 또는 대안으로, 열 복사를 기록하기 위해 및/또는 깊이 화상을 적외선 또는 열 정보와 조합하기 위해 적외선 카메라가 사용될 수 있다. 열화상 카메라는 일반적으로 파장 의존성 빔 분리 요소를 사용함으로써 광학 시스템에 통합될 수 있다. 따라서, 일례로서, 적외선 카메라 또는 열화상 카메라는 적외선 빔 분리기 또는 핫 플레이트(hot plate)와 같은 파장 선택성 빔 분리 요소를 사용하여 입사 광빔(136)으로부터 적외선 부분 광빔을 분리함으로써 광 검출기(110)에 통합될 수 있다. 광 검출기(110)의 이러한 셋업은 일반적으로 게임 애플리케이션과 같은 생명체를 추적하는데 유용할 수 있다. 도 10, 도 11 및 도 17과 관련하여 논의된 것과 동일한 변형은 아래에서 논의되는 도 18에 도시된 광 검출기(110)의 셋업과 같은 본 발명의 다른 셋업에도 적응될 수 있다.
도 18에서, 도 10의 광 검출기의 셋업의 변형예가 도시된다. 따라서, 일반적으로, 위의 도 10의 개시가 참조될 수 있다. 따라서, 도 10의 W-형 셋업에 기초하여, 도 18의 셋업은 제 1 및 제 2 부분 빔 경로(194, 196) 내에 위치한 부가적인 반사 요소(286, 288)를 포함한다. 따라서, 제 1 및 제 2 부분 광빔(198, 200)은 하나 이상의 거울을 포함일 수 있거나 이를 포함할 수 있는 이들 반사 요소(286, 288)에 의해 편향될 수 있다. 따라서, 광 검출기(110)의 광학 셋업에서, 예를 들어 선택적인 부가적 광학 요소, 예를 들어 (202, 204) 내에 포함된 렌즈 시스템은 전형적으로 상당한 공간이 필요하다. 대부분의 상업용 반사형 공간 광 변조기(114)에서, 여전히 반사각은 제한적이고 오히려 작다. 그 결과, 입사 광빔의 렌즈 시스템을 렌즈 시스템에 근접하여 배치하면, 스택(166)의 전방 및/또는 이미징 디바이스(256)의 전방에 위치될 수 있고 도 10의 셋업에서는 실현 가능하지 않을 수 있다. 부가적인 반사 요소(286, 288)를 사용함으로써, 특히 FiP 센서와 같은 종방향 광 센서의 전방에 및/또는 이미징 디바이스(256)의 전방에, 부가적인 광학 요소(202, 204)를 배치할 목적을 위한 부가적인 공간이 얻어질 수 있다.
특히, 적어도 하나의 반사 요소(286, 288)는 적어도 하나의 거울을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 거울은 적어도 하나의 평면 거울일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 적어도 하나의 반사 요소(286, 288)는 하나 이상의 볼록 거울 및/또는 오목 거울과 같은 하나 이상의 곡면 거울을 포함할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 렌즈는 하나 이상의 곡면 거울로 대체될 수 있다. 이에 따라, 광 검출기(110)는 부가적인 공간을 절약하기 위해, 하나 이상의 렌즈를 곡면 거울로 대체할 수도 있으며, 각 반사 요소(286, 288)는 부분 광빔(198, 200)을 각기 종방향 광 센서 스택(166) 및/또는 이미징 디바이스(256) 상에 초점을 맞추기 위해 초점 특징을 가질 수 있다.
도 19에는 라이트 필드 카메라로서 사용되는 광 검출기(110)의 개략적인 셋업이 도시된다. 기본적으로, 도 19에 도시된 셋업은 도 3 또는 도 4에 도시된 실시예 중 하나 이상 또는 이들 도면에 도시된 실시예 중 임의의 다른 실시예에 대응할 수 있다. 광 검출기(110)는 적어도 하나의 공간 광 변조기(114) 및 광 검출기(110)의 스택(166), 바람직하게는 대면적 광 센서(156), 더 바람직하게는 투명한 광 센서(158)의 스택(166)을 포함한다. 일례로서, 유기 태양 전지, 특히 sDSC와 같은 유기 태양 전지(160)가 사용될 수 있다. 또한, 광 검출기(110)는 물체(124)를 이미징하도록 적응된 적어도 하나의 렌즈 또는 렌즈 시스템과 같은 적어도 하나의 전달 디바이스(126)를 포함할 수 있다. 또한, 광 검출기(110)는 CCD 및/또는 CMOS 이미징 디바이스와 같은 적어도 하나의 이미징 디바이스(256)를 포함할 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 본 명세서에 도시된 실시예에서 광 검출기(110)는 라이트 필드 카메라로서 작용하기에 적합하다. 따라서, 도 19에서 부호로 A, B 및 C에 의해 표시된 각종 물체(124)로부터 전파하는 광빔(136)은 전달 디바이스(126)에 의해 도 19의 A', B' 및 C'로 표시된 대응하는 이미지에 초점이 맞추어진다. 광 센서(116)의 스택을 공간 광 변조기(114)의 전술한 작용과 조합하여 사용함으로써, 3차원 이미지가 캡처될 수 있다. 따라서, 특히 광 센서(16)가 FiP 센서인 경우, 즉, 센서 신호가 광자 세기에 의존하는 센서인 경우, 각 광빔(136)의 초점은 이웃하는 광 센서 신호를 평가함으로써 결정될 수 있다. 따라서, 스택(166)의 센서 신호를 평가함으로써, 초점 위치, 확산 파라미터 또는 다른 파라미터와 같은 각종 광빔(36)의 빔 파라미터가 결정될 수 있다. 따라서, 일례로서, 각 광빔(136) 및/또는 관심의 하나 이상의 광빔은 그 빔 파라미터에 의해 결정될 수 있고, 파라미터 표현 및/또는 하나 이상의 관심 있는 광빔은 빔 파라미터의 측면에서 결정될 수 있고 파라미터 표현 및/또는 벡터 표현에 의해 표현될 수 있다. 따라서, 전달 디바이스(126)의 광학적 품질 및 특성이 공지되어 있기 때문에, 광빔(136)의 빔 파라미터가 스택(166)을 사용하여 결정되는 한, 광 검출기(110)에 의해 캡처된 물체(124)를 담은 장면은 한 세트의 간략화된 빔 파라미터로 나타낼 수 있다. 도 19에 도시된 라이트 필드 카메라의 더 상세한 설명에 대해서는 위에서 제공된 다양한 가능성에 대한 설명이 참조될 수 있다.
또한, 위에서 개요된 바와 같이, 광 센서 스택(166)의 광 센서(16)는 상이한 파장 감응도를 가질 수 있다. 따라서, 스택(166)은 선택적인 이미징 디바이스(256) 이외에, 두 가지 유형의 광 센서(116)를 포함할 수 있다. 이러한 가능성은 도 20에 개략적으로 도시된다. 도 20에서, 제 1 유형(290) 및 제 2 유형(292)의 광 센서(116)가 스택(166)에 제공된다. 제 1 유형(290) 및 제 2 유형(292)의 광 센서(116)는 특히 도 20에 도시된 바와 같이, 광축(128)을 따라 번갈아 배열될 수 있다. 제 1 유형(290)의 광 센서(116)는 제 1 흡수 스펙트럼, 예컨대 제 1 염료에 의해 정의된 제 1 흡수 스펙트럼과 같은 제 1 스펙트럼 감응도를 가질 수 있으며, 제 2 유형(292)의 광 센서(116)는 제 2 흡수 스펙트럼, 예컨대 제 2 염료에 의해 정의된 제 2 흡수 스펙트럼과 같은, 제 1 스펙트럼 감응도와 다른 제 2 스펙트럼 감응도를 가질 수 있다. 이들 두 유형의 광 센서(116)의 센서 신호를 평가함으로써, 컬러 정보가 얻어질 수 있다. 따라서, 도 19를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 도출될 수 있는 빔 파라미터 이외에, 둘 이상의 유형의 광 센서(116)는 풀 컬러의 3차원 이미지를 도출하는 것과 같은 부가적인 컬러 정보를 도출하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 일례로서, 컬러 정보는 상이한 컬러의 광 센서(116)의 센서 신호를 룩업 테이블에 저장된 값과 비교함으로써 도출될 수 있다. 따라서, 도 19의 셋업은 도 20에 도시된 바와 같은 컬러 인식을 구현함으로써, 풀 컬러 또는 다중 컬러 카메라로 구현될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기(110)는 하나 이상의 비행시간 검출기를 더 포함할 수 있다. 이러한 가능성은 도 21에 도시된다. 광 검출기(110)는 우선 SLM(114) 및 광 센서(116)의 스택(166)을 포함하고, 선택적으로는 이미징 디바이스(256)를 포함하는 적어도 하나의 SLM 검출기(294)를 포함한다. SLM 검출기(294)의 잠재적인 셋업의 상세 사항에 대해서는 예를 들어, 도 3 또는 도 4에 도시된 실시예 또는 광 검출기(110)의 다른 실시예가 참조될 수 있다. 기본적으로 전술한 바와 같은 광 검출기(110)의 임의의 셋업은 도 21에 도시된 실시예의 맥락에서 사용될 수도 있다.
또한, 광 검출기(110)는 적어도 하나의 비행 시간(time-of-flight, ToF) 검출기(296)를 포함한다. 도 21에 도시된 바와 같이, ToF 검출기(296)는 광 검출기(110)의 평가 디바이스(120)에 연결될 수 있거나 별도의 평가 디바이스를 갖출 수 있다. 위에서 개요된 바와 같이, ToF 검출기(296)는 도 21에 부호적으로 도시된 바와 같이 펄스(298)를 방사하고 수신함으로써, 광 검출기(110)와 물체(124) 사이의 거리, 다시 말해, 광축(128)을 따라 있는 z-좌표를 결정하도록 적응될 수 있다.
적어도 하나의 선택적인 ToF 검출기(296)는 다양한 방식으로 적어도 하나의 SLM 검출기(294)와 조합될 수 있다. 따라서, 일례로서, 도 21에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 SLM 검출기(294)는 제 1 부분 빔 경로(300)에 위치될 수 있고, ToF 검출기(296)는 제 2 부분 빔 경로(302)에 위치될 수 있다. 부분 빔 경로(300, 302)는 적어도 하나의 빔 분리 요소(304)에 의해 분리 및/또는 결합될 수 있다. 일례로서, 빔 분리 요소(304)는 반투명 거울과 같은 파장에 무관한 빔 분리 요소(304)일 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 파장 의존성이 제공될 수 있고, 이로써 상이한 파장을 분리할 수 있게 한다. 대안으로서, 또는 도 21에 도시된 셋업 이외에, ToF 검출기(296)의 다른 셋업이 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들면 SLM 검출기(294) 후미에 ToF 검출기(296)를 배열함으로써, SLM 검출기(294) 및 ToF 검출기(296)가 일렬로 배열될 수 있다. 이 경우, 바람직하게 어떠한 투명 광 센서(164)도 SLM 검출기(294)에 제공되지 않는다. 되풀이하면, 대안으로서 또는 그 외에, ToF 검출기(296)는 또한 SLM 검출기(294)와 독립적으로 배열될 수 있으며, 상이한 광 경로는 광 경로를 결합하지 않고 사용될 수 있다. 다양한 셋업이 실현 가능하다.
위에서 개요된 바와 같이, ToF 검출기(296) 및 SLM 검출기(294)는 다양한 목적을 위해, 예를 들면 모호성을 해결하기 위해, 광 검출기(110)가 사용될 수 있는 기상 조건의 범위를 증가시키기 위해, 또는 물체(124)와 광 검출기(110) 사이의 거리 범위를 연장하기 위해 유리한 방식으로 조합될 수 있다. 추가적인 세부 사항에 대해서는 전술한 설명이 참조될 수 있다.
도 22에는 도 18의 광 검출기(110) 및 카메라(168)의 실시예의 변형예가 도시된다. 셋업은 도 18의 셋업에 광범위하게 대응하며, 그래서 대부분의 부품에 대해 도 18의 설명이 참조될 수 있다. 광빔(136)은 전달 디바이스(126)의 일부를 형성할 수 있는 제 1 렌즈(306)를 통해 검출기(110)에 입사한다. 일례로서, 본 실시예뿐만 아니라 다른 실시예에서 검출기(110)는 케이싱(308)을 포함할 수 있으며, 제 1 렌즈(306)는 엔트리 렌즈(entry lens)를 형성할 수 있다.
선택적으로, 도 17의 셋업에서와 같이, 제 1 렌즈(306)를 통과하면, 이미징 부분 광빔(310)은 본 사례에서 제 1광빔 분리 요소(250)를 형성할 수 있는 광빔 분리 요소(206)에 의해 분리될 수 있다. 이미징 부분 광빔(310)은 부가적인 렌즈가 있든 없던, 도 17에서와 같이 적어도 하나의 이미징 디바이스(256)에 의해 분석될 수 있다. 이 점과 관련하여, 위의 도 17의 설명이 참조될 수 있다.
제 1빔 분리 요소(250)에 의해 투과된 나머지 주 광빔(136)은 도 18에서와 같이, 반사형 공간 광 변조기(114)에 의해 제 1 및 제 2 부분 광빔(198, 200)으로 분리되고, 제 1 및 제 2 부분 빔(198, 200)은 각기 제 1 및 제 2 부분 광빔 경로(194, 196)를 따라 전파한다.
도 22에 도시된 실시예에서, 제 1 및 제 2 부분 빔 경로(194, 196)의 광학 셋업은 도 18의 셋업과 비교하여 약간 변형된다. 따라서, 첫째로, 두 부분 빔 경로(194, 196)는 FiP 센서, 즉, 전술한 FiP 효과를 나타내는 센서로서 구성된 광 센서(116)를 포함할 수 있다. 위에서 개요된 바와 같이, 이미징 기능은 이미징 부분 광빔(310)을 분리하고 이미징 디바이스(256)를 사용하여 장소를 분석함으로써 수행될 수 있다. 그 결과, 선택적으로, 두 부분 광빔 경로(194, 196), 대면적 광 센서가 사용될 수 있다.
일반적으로, 투명한 광 센서(158)는 불투명한 광 센서(164)보다 감응도가 낮다. 도 22에 도시된 검출기(110)의 셋업은 예를 들면 하나의 투명한 광 센서(158)만을 사용함으로써, 투명한 광 센서(158)의 수를 줄일 수 있다. 따라서, 도 22에 도시된 예시적인 실시예에서, 제 2 부분 빔 경로(196)의 단부에는 불투명한 FiP 센서와 같은 불투명한 광 센서(164)가 배치된다. 제 1 부분 빔 경로(194)의 단부에는 하나의 투명한 광 센서(158), 그 뒤를 이어 불투명한 광 센서(164)를 갖는 광 센서(116)의 조합이 배치될 수 있다. 투명한 광 센서(158) 및 불투명한 광 센서(164)는 모두 다 FiP 센서로서 구현될 수 있다. 그 결과, 도 22의 셋업은 하나의 투명한 광 센서(158)만을 포함할 수 있다.
일반적으로, 가장 바람직하게, DLP와 같은 반사형 공간 광 변조기(14) 및 광 센서(116)는 모두 각자의 위치에서 입사 광빔(136)에 수직으로 배향되는데, 즉, 국부 광축에 수직으로 배향되고 및/또는 입사광의 주 방향에 대해 수직으로 배향된다. 이것은 일반적으로 단지 하나의 초점 평면의 화상이 공간 광 변조기(114)에 의해 반사되어야 하고 및/또는 적어도 하나의 광 센서(16)에 의해 검출되어야 한다는 사실에 기인한다. 여전히, 이러한 바람직한 셋업은 공간 광 변조기(140)의 편향 각도가 일반적으로 다소 작은 기술적인 과제로 방해를 받는다. 따라서, 일례로서, 광축(128)에 대해 DLP에 의한 (도 22에서 각도 α 또는 β와 같은) 편향은 전형적으로 10° 내지 20°의 범위이다. 그러나, 이러한 제약은 일반적으로 공간 광 변조기(114) 및 광 센서(160)를 둘 다 국부 광축에 수직으로 배치하는 것을 허용하지 않는다.
본 실시예 또는 다른 실시예에서, 특히 W-형 빔 경로를 갖는 실시예에서, 일반적으로, 기술적인 도전을 극복하기 위해, 적절한 편향 및/또는 빔 형성을 제공하도록 적응된 부가적인 광학 요소(202, 204)가 사용될 수 있다. 특히, 도 22에 도시된 바와 같이, 비대칭 렌즈(312)가 제 1 및 제 2 부분 빔 경로(194, 116)에 사용될 수 있다. 이들 비대칭 렌즈(312)는 국부 광축에 대해 비대칭이고, 이에 따라 입사 광빔을 향해 기울어지며, 그럼으로써 광을 편향시킨다. 따라서, 부분 빔 경로(94, 136)의 단부에 있는 비대칭 렌즈(312)의 평면 및 광 센서(16)의 평면은 반드시 평행 할 필요는 없다. 따라서, 일반적으로, 도 22에 도시된 실시예뿐만 아니라 본 발명의 다른 실시예에서, 국부 광축에 수직인 하나 이상의 대칭 렌즈가 사용될 수 있고 및/또는 국부 광축을 향해 기울어지는 하나 이상의 비대칭 렌즈가 사용될 수 있다.
따라서 도 22에 도시된 셋업은 몇 가지 장점을 제공한다. 이에 따라, 첫째, 비대칭 렌즈(312)를 사용함으로써, 전형적인 DLP의 작은 편향 각으로 인한 전술한 설계 제약이 극복될 수 있다. 또한, 셋업은 투명한 광 센서(158)의 수를 줄이고 두 방향으로의 편향이 고려되기 때문에 공간 광 변조기(114)에 의해 반사되는 광의 사용을 향상시킨다. 부가적인 미러의 사용 및 광축(128)에 수직인 반사형 공간 광 변조기(114)의 위치설정은 렌즈 시스템, 대물 렌즈 또는 다른 광학 요소와 같은 다양한 광학 요소 및 전달 디바이스(126)를 사용할 수 있게 해주고, 특히 입사 광빔(136)의 형상화를 가능하게 해준다.
도 18 또는 도 22에 도시된 광 검출기(110) 및 카메라(168)의 셋업은 다양한 방식으로 변형될 수 있는데, 그 중 일부는 도 23과 관련하여 설명될 것이다. 이 도면에서, 도 22의 셋업에 광범위하게 대응하는 광 검출기(110) 및 카메라(168)의 셋업이 도시된다. 여전히, 실시예는 선택적인 여러 변형예를 포함한다.
따라서, 첫째로, 부분적 빔 경로(194, 196) 내의 전달 디바이스(126) 및/또는 부가적인 광학 요소(202, 204)는 부가적인 및/또는 대안적인 광학 요소를 포함할 수 있다. 따라서, 일례로서, 필드 렌즈(314)는 DLP의 전방과 같이 공간 광 변조기(114)의 전방에 배치될 수 있다. 이러한 필드 렌즈(314)를 사용함으로써, 공간 광 변조기(114)상의 이미지가 수정될 수 있고 및/또는 이미지의 크기 및/또는 공간 광 변조기(114)상의 광 스폿의 크기가 수정되거나 정정될 수 있다.
셋업의 부가적인 또는 대안적인 변형으로서, 반사 요소(286, 288)가 변형될 수 있다. 따라서, 특히 거울로 구현될 수 있는 이들 반사 요소(286, 288) 중 하나 또는 모두 다는 편평한 평면 반사 요소일 수 있다. 대안으로, 이들 반사 요소(286, 288) 중 하나 또는 모두 다는 비평면 또는 굴곡져서 구현될 수 있다. 따라서, 이들 반사 요소(286, 288) 중 하나 또는 모두 다는 하나 이상의 곡면 거울(316)을 포함할 수 있다. 이로써, 부분 광빔(198, 200)의 빔 특성은, 예를 들면 이들 부분 광빔(198, 200)을 초점 맞추고 및/또는 초점을 벗어나게 함으로써 변경될 수 있다.
또한, 부가적으로 또는 대안으로, 부가적인 광학 요소(202, 204)는 위에서 개요된 바와 같이, 하나 이상의 개구 또는 조리개를 포함할 수 있다. 여기에는 소위 반전 개구(inverted aperature)가 사용되는 가능성이 포함된다. 본 명세서에 사용되는 것으로, 반전 개구는 단순한 구멍 모양의 개방부와 다른 하나 이상의 개방부를 포함하는 개구이다. 특히, 도 23에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 반전 개구(318)는 부분 광빔(198, 200)의 중앙 부분을 차단하는 부분 광빔 경로(194, 196)에 제공될 수 있다. 특히, 부분 광빔(198, 200)의 이러한 중앙 부분은 초점이 맞추어지지 않을 수 있고, 따라서, 깊이 정보를 제공하도록 적응될 수 없으며, 이에 따라 종방향 좌표에 대한 정보를 얻는데 기여할 수 없다. 그 결과, 부분 광빔(198, 200)의 이런 부분은 하나 이상의 반전 개구(318)를 사용함으로써 차단될 수 있다. 광빔(136) 또는 광빔의 도출된 더 많은 부분 광빔의 원하지 않은 부분을 차단하기 위해 다른 유형의 개구가 사용될 수 있다는 것을 주목하여야 한다.
위에서 개요된 바와 같이, 일부 실시예에서, 적어도 하나의 광 센서(116)는 2 × N 센서 픽셀의 어레이를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 이러한 유형의 픽셀화된 광 센서(116)는 신호의 생성 및/또는 평가에 관한 장점을 제공할 수 있다. 2 x 4 센서 픽셀(320)을 갖는 광 센서(116)의 일 실시예가 도 24에 도시된다. 일례로서, 광 센서(116)의 일반적인 셋업에 대해서는, 예를 들면 도 2 및 대응하는 설명에 관한 WO 2012/110924 A1 및/또는 예를 들면 도 4a 및 대응하는 설명에 관한 WO 2014/09781 A1가 참조될 수 있다.
도 24에는 예를 들어 플루오르화 주석 산화물과 같은 투명한 전도성 산화물(transparent conductive oxide, TCO)로 만들어진 광 센서(116)의 층 셋업의 투명한 제 1 전극(322)이 도시된다. 제 1 전극(322)은 예를 들면 레이저 패터닝 및/또는 리소그래피 기술에 의해, 복수의 전극 필드(324)로 분리된다. 전극 필드(324)는 2행 4열의 어레이, 즉, 이 예에서는 2 × 4 어레이를 형성한다. 당업자가 인식하는 바와 같이, 2, 3, 5, 6, 7 또는 그 이상의 열과 같은 다른 개수의 열이 사용될 수 있다. 각 전극 필드(324)는 전기 접점(326)에 의해 접촉될 수 있어서, 제 1 열 및 제 2 열은 마주하는 측으로부터 전기적으로 접촉되며, 이때 전기 접점(326)은 광 센서(116)의 외측 테두리에 위치된다.
제 1 전극(322) 및 전극 접점(326)은 유리 기판과 같은 투명 기판 상에 증착될 수 있다. 제 1 전극(322)의 상부에서, 광 센서(116)의 나머지 층은 예컨대 전술한 문헌 WO/2011/10924A1 및/또는 WO 2014/097181 A1 중 하나 또는 모두 다에 개시된 바와 같이 방법 및/또는 물질 및/또는 본 명세서에 개시된 임의의 다른 방법 또는 물질을 사용하여 증착될 수 있다. 또한, 광 센서(116)는 언급된 문헌 중 하나 또는 모두 다에 또한 개시된 바와 같이 캡슐화될 수 있다. 일반적으로 나머지 층에서 무시할만한 교차 전도율은 이웃 센서 픽셀(320) 사이에서 누화를 방지한다. 따라서, 광 센서(116)의 층 셋업은 은(silver) 전극과 같이 모든 센서 픽셀(320)에 접촉하는 공통 상부 전극 또는 제 2 전극(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 둘 이상 또는 심지어 모든 센서 픽셀(320)은 개별 상부 전극 또는 제 2 전극에 의해 접촉될 수 있다.
2 × N 어레이와 같은 센서 픽셀 어레이(320)를 갖는 광 센서(1116)는 다음과 같은 다양한 이유로, 본 발명에서 개시된 바와 같은 디바이스에, 예컨대 SLM 카메라에 특히 적합하다. 즉,
(1) SLM 카메라는 각 깊이 영역을 별개의 주파수로 변조할 수 있다. 높은 주파수에서는 FiP 신호가 약해진다. 따라서 제한된 수의 주파수 만이 사용될 수 있고, 이에 따라 심도점(depth point)이 사용될 수 있다. 센서가 센서 픽셀로 분리되면, 감지할 수 있는 가능한 심도점의 수는 센서 픽셀 수의 곱이다. 두 개의 센서 픽셀은 결과적으로 심도점 수의 두 배가 된다.
(2) 일반 카메라와 달리, 센서 픽셀의 형상은 일반적으로 화상의 모양과 관련이 없다.
(3) 더 작은 센서(또는 센서 픽셀)가 사용될 때 주파수 범위가 향상된다. 작은 센서 픽셀에서, 더 큰 센서 픽셀보다 더 많은 주파수(심도점)가 감지될 수 있다.
도 25에는 적어도 하나의 변조기 어셈블리(328)를 포함하는 광 검출기(10)의 일 실시예의 셋업이 도시된다. 셋업은 도 11의 셋업에 광범위하게 대응하며, 그래서 대부분의 부품에 대해 도 11의 설명이 참조될 수 있다. 되풀이하면, 도 25에서, 광빔(116)은 좌측으로부터 광 검출기(110)로 진입하고, 적어도 하나의 전달 디바이스(126)를 통과하여, 광축 및/또는 빔 경로(208)를 따라 전파한다. 이어서, 하나 이상의 프리즘, 하나 이상의 반투명 거울 또는 하나 이상의 색선별 거울과 같은 하나 이상의 빔 분리 요소(206)에 의해, 광빔(136)은 제 1 부분 빔 경로(94)를 따라 이동하는 제 1 부분 광빔(198) 및 제 2 부분 광빔 경로(96)를 따라 전파하는 제 2 부분 광빔(200)으로 분리된다.
제 1 부분 빔(198)은 변조기 어셈블리(328)를 향해 이동한다. 이 실시예에서, 공간 광 변조기(114)는 제 1 부분 광빔(198)을 광 센서(116)의 스택을 향해 편향시키는 반사형 공간 광 변조기로서 도시된다. 변조기 어셈블리(328)는 변조기 디바이스(118)를 포함한다. 변조기 디바이스(118)는 상이한 고유 변조 주파수로 공간 광 변조기(114)의 픽셀(134) 중 적어도 두 개를 주기적으로 제어하도록 적응될 수 있다. 광 검출기(110)는 고유 변조 주파수에 대한 센서 신호의 신호 성분을 결정하기 위해 주파수 분석을 수행하는 평가 디바이스(112)를 포함한다.
도 11의 셋업에서와 같이, 제 2 부분 빔 경로(196)에서, 이미징 센서, 더 바람직하게는 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩, 더 바람직하게는 풀 컬러 또는 RGB CCD 또는 CMOS 칩과 같은 적어도 하나의 투명한 광 센서(164)가 위치될 수 있다. 따라서, 도 11의 셋업에서와 같이, 제 2 부분 빔 경로(196)는 x- 및/또는 y-좌표를 이미징하고 및/또는 결정하는데 전용될 수 있지만, 제 1 부분 빔 경로(194)는 z-좌표를 결정하도록 전용될 수 있으며, 이 실시예 또는 다른 실시예에서, x-y 검출기는 여전히 제 1 부분 빔 경로(194)에 존재할 수 있다. 되풀이하면, 도 11의 셋업에서와 같이, 개별적인 부가적 광학 요소(202, 204)는 부분 빔 경로(194, 196) 내에 존재할 수 있다.
변조기 디바이스(118)는 적어도 하나의 이미지(331)를 수신하도록 적응된 적어도 하나의 수신 디바이스(330)를 포함한다. 도 26(a)에서, 이미지(331)의 예가 도시된다. 이미지(331)는 이미지 세그먼트(333)를 포함할 수 있다. 변조기 디바이스(118)는 이미지(331) 내에서 적어도 하나의 이미지 세그먼트(333)를 정의하도록 적응된 적어도 하나의 이미지 세그먼트 정의 디바이스(332), 적어도 하나의 그레이 스케일 값을 각 이미지 세그먼트(333)에 할당하도록 적응된 적어도 하나의 그레이 스케일 값 할당 디바이스(334), 픽셀 매트릭스(132)의 적어도 하나의 픽셀(134)을 각 이미지 세그먼트(333)에 할당하는 적어도 하나의 픽셀 할당 디바이스(336), 고유 변조 주파수를 적어도 하나의 이미지 세그먼트(333)에 할당된 각 그레이 스케일 값에 할당하도록 적응된 적어도 하나의 주파수 할당 디바이스(338) 및 적어도 하나의 이미지 세그먼트(333)에 할당된 픽셀 매트릭스(132)의 적어도 하나의 픽셀(134)을 각 이미지 세그먼트(333)에 할당된 고유 변조 주파수로 제어하도록 적응된 적어도 하나의 제어 디바이스(340)을 포함한다. 수신 디바이스(330), 이미지 세그먼트 정의 디바이스(332), 그레이 스케일 값 엉덩이(334), 픽셀 할당 디바이스(336) 및 주파수 할당 디바이스(338) 중 하나 이상은 전체적으로 또는 부분적으로 메모리 디바이스, FPGA와 같은 프로그래머블 로직, DLPC, CPLD, ASIC 또는 VLSI-IC 중 하나 이상에 의해 포함될 수 있다.
변조기 디바이스(18)는 적어도 하나의 공간 광 변조기(114)의 픽셀을 제어하는 방법을 수행하도록 적응된다. 도 27에는 적어도 하나의 공간 광 변조기(114)의 픽셀을 제어하는 방법의 예시적인 실시예가 도시된다. 방법 단계(342)라고 지칭되는 방법 단계 a)에서, 적어도 하나의 이미지(331)가 수신된다. 예를 들어, 이미지(331)는 불투명 광 센서(164)에 의해 제공될 수 있다. 변조기 디바이스(118)는 이미지(331)를 버퍼링하도록 적응된 적어도 하나의 이미지 버퍼(346)를 포함할 수 있다. 방법 단계 a)는 수신 디바이스(330)에 의해 수행될 수 있다.
방법 단계(344)라고 지칭되는 방법 단계 b)에서, 이미지 내에 적어도 하나의 이미지 세그먼트(333)가 정의된다. 방법 단계 b)는 이미지 세그먼트 정의 디바이스(332)에 의해 수행될 수 있다. 방법 단계(348)라고 지칭되는 방법 단계 c)에서, 적어도 하나의 그레이 스케일 값이 각 이미지 세그먼트(333)에 할당된다. 방법 단계 c)는 그레이 스케일 할당 디바이스(334)에 의해 수행될 수 있다. 방법 단계(350)라고 지칭되는 방법 단계 d)에서, 픽셀 매트릭스(132)의 적어도 하나의 픽셀(134)이 각 이미지 세그먼트(333)에 할당된다. 특히, 픽셀 매트릭스(132)의 픽셀(134)과 각 이미지 세그먼트(333)의 매칭이 수행될 수 있다. 방법 단계 d)는 픽셀 할당 디바이스(336)에 의해 수행될 수 있다.
방법 단계(352)로 지칭되는 방법 단계 e)에서, 고유 변조 주파수가 적어도 하나의 이미지 세그먼트(333)에 할당된 각 그레이 스케일 값에 할당된다. 주파수 할당 디바이스(338)는 그레이 스케일 값과 고유 변조 주파수 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 고유 변조 주파수에 할당하도록 적응될 수 있다. 고유 변조 주파수를 적어도 하나의 그레이 스케일 값에 할당하는 것은 그레이 스케일 값과 고유 변조 주파수 사이의 미리 결정된 관계에 기초할 수 있다. 특히, 룩업 테이블이 사용될 수 있다. 룩업 테이블은 그레이 스케일 값 및 대응하는 고유 변조 주파수의 리스트를 포함할 수 있다.
공간 광 변조기(14)는 바이폴라(bipolar) 공간 광 변조기일 수 있으며, 변조기에서 각 픽셀(134)은 적어도 두 개의 상태를 갖는다. 제어 디바이스(340)는 픽셀을 제 1 상태로부터 제 2 상태로 또는 그 반대로 스위칭하도록 적응될 수 있다. 특히, 제어 디바이스(340)는 픽셀(134)을 고유 변조 주파수로 주기적으로 제 1 상태에서 제 2 상태로 스위칭하도록 적응될 수 있다. 미리 결정된 최대 주파수는 픽셀(134)의 상태를 변경하기 위한 최대 주파수 f0/2일 수 있다. 픽셀(134)의 상태를 변경하기 위한 실시 가능한 고유 변조 주파수(fn)는 fn = f0/2n으로 결정될 수 있으며, 여기서 n은 0이 아닌 정수이다. 주파수(f0)은 픽셀 업데이트 주파수일 수 있다. 예를 들어, f0는 24 kHz일 수 있다. 따라서 12kHz의 최대 주파수로 픽셀 상태를 변경하는 것이 가능할 수 있다. 도 28(a) 및 도 28(b)에서 주파수 발생이 도시된다. 도 28(a) 및 도 28(b)는 스캐닝 시간 TA = 1/f0의 간격마다 시간과 관련한 픽셀(134)의 상태 사이의 스위칭을 도시한다. 예를 들어, 두 개의 인접한 상태 사이의 시간 간격은 스캐닝 시간 TA = 1/f0에 대응할 수 있다. 여기서, 픽셀(134)의 제 1 상태는 s = 1을 갖고 제 2 상태는 s = 0를 갖는다. 도 28(a)에서, 가장 빠른 가능한 주파수가 도시되며, 도 28(b)에서, 그 다음으로 느린 가능한 주파수가 도시된다.
방법 단계(354)로 지칭되는 방법 단계 f)에서, 적어도 하나의 이미지 세그먼트(333)에 할당된 픽셀 매트릭스(132)의 적어도 하나의 픽셀(134)은 각 이미지 세그먼트(333)에 할당된 고유 변조 주파수로 제어된다. 방법 단계 f)는 제어 디바이스(340)에 의해 수행될 수 있다. 방법 단계 f)는 다음과 같은 하위 단계, 즉, 고유 변조 주파수에 카운터 문턱 값을 할당하는 단계와, 문턱 값에 도달하거나 이를 초과할 때까지 카운터 변수를 미리 결정된 최대 주파수에서 단계적 방식으로 증분하는 단계와, 픽셀(134)의 상태를 변화시키는 단계를 포함한다.
제어 디바이스(340)는 고유 변조 주파수에 카운터 문턱 값(ci)를 할당하도록 적응될 수 있으며, 제어 디바이스(340)는 또한 문턱 값에 도달하거나 이를 초과할 때까지 카운터 변수(c)를 미리 결정된 최대 주파수에서 단계적 방식으로 증분하도록 적응될 수 있다. 미리 결정된 최대 주파수는 픽셀(134)의 상태를 변화시키기 위한 최대 주파수(f0/2)일 수 있다. 도 28(c)는 카운터 변수의 시간 의존성의 실시예를 도시한다. 도 28(c)에 도시된 실시예에서, 카운터 변수(c)는 스캐닝 시간(TA)의 간격으로 및/또는 복수의 스캐닝 시간의 간격으로 증가될 수 있다. 낮은 문턱 값(c1)은 픽셀(134)의 상태를 변화시키는 빈도를 짧게 초래한다. 높은 문턱 값(C2)은 픽셀(134)의 상태를 변경하는 빈도를 길게 초래할 수 있다. 최저 문턱 값은 스캐닝 시간의 단일 간격이라 지칭할 수 있다.
도 26(b)는 공간 광 변조기(114)에 의해 생성된 깜박임(blinking) 패턴(356)의 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 이미지(331)의 세그먼트(333)에 대응하는 공간 광 변조기(114)의 픽셀(134)은 할당된 고유 변조 주파수와 관련하여 상태 사이에서 스위칭될 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 공간 광 변조기(114)에 의해 주어진 최대 주파수는 실시 가능한 고유 주파수의 수를 제한할 수 있다. 실시예에서, 픽셀(134)의 상태를 변화시키기 위한 실시 가능한 고유 변조 주파수는 월시 함수를 사용하여 결정될 수 있다. 월시 함수를 사용하면, 공간 광 변조기(114)에 의해 주어진 동일한 최대 주파수를 갖는, 전술한 바와 같은 정수 나눗셈을 사용하는 것에 비해, 픽셀(134)의 상태를 변경하는데 더 많은 수의 가능한 고유 변조 주파수를 이용할 수 있게 된다. 따라서, 최대 주파수가 낮은 공간 광 변조기(114), 예를 들면 최대 주파수가 2 kHz 인 공간 광 변조기(114)를 사용하는 것이 가능할 수 있다.
각 그레이 스케일 값에 할당하는 단계(e)에서, 하나 이상의 월시 함수가 적어도 하나의 이미지 세그먼트(333)에 할당될 수 있다. 단계(b)에서 복수의 세그먼트(333)가 정의되는 경우, 한 세트의 적절한 월시 함수가 선택될 수 있다. 월시 함수는 필요한 함수의 총 개수 및 사용된 월시 함수들 간의 잡음을 고려하여 선택될 수 있으며, 필요한 함수의 총 개수는 정의된 세그먼트의 수에 대응할 수 있다. 바람직하게, 이웃하는 월시 함수는 가능한 한 적은 잡음을 가질 수 있다. 또한, 월시 변환은 주파수들 간의 퓨리에 변환에 비해 적은 잡음이 발생할 수 있도록 전체 스펙트럼 범위를 사용할 수 있다. 외란에 대해 강건하기 위해서, 월시 함수는 오랜 안정기를 갖고 이에 따라 제로 크로싱을 거의 갖지 않도록 선택될 수 있다. 도 29(a) 내지도 29(h)는 선택된 한 세트의 월시 함수를 도시한다. 특히, 선택된 월시 함수의 진폭(A)는 샘플 인덱스 s의 함수로서 묘사된다.
단계 f)에서, 적어도 하나의 픽셀(134)은 고유 변조 주파수로서 월시 함수로 제어될 수 있다. 위에서 개요된 바와 같이, 픽셀(134)은 두 개의 상태를 가질 수 있다. 월시 함수를 사용하는 경우, 픽셀(134)의 상태는 온 또는 오프 상태 사이에서 변화할뿐만 아니라, 픽셀(134)의 상태는 특정 월시 함수에 의해 주어진 패턴에 따라 스위칭될 수 있다.
실시예에서, 평가 디바이스(120)는 월시 분석을 수행하도록 적응된 적어도 하나의 월시 분석기(358)를 포함할 수 있다. 퓨리에 변환 대신에 월시 변환을 사용하는 것은 신호 프로세싱 및 신호 프로세싱 디바이스의 관점에서 더욱 유리하다. 월시 변환은 덧셈 및 뺄셈 프로세스만을 사용하여 구현될 수 있지만, 퓨리에 변환을 사용하면 부동 소수점 수를 처리하도록 적응된 디지털 신호 프로세서가 필요할 수 있다. 따라서, 월시 변환을 사용할 때, 퓨리에 변환을 수행하는데 필요한 디지털 신호 프로세서와 비교하여 고정 소수점 신호 프로세서와 같은 더 간단한 디지털 신호 프로세서가 사용될 수 있다. 따라서, 월시 함수 및 변환을 사용하는 것은 비용 이점을 가져올 수 있다.
주파수 분석의 수행은 잡음의 존재로 인해 재구성 오류가 초래될 수 있고 잡음으로 인해 재구성 품질이 제한받을 수 있는 정도로 잡음에 영향을 받을 수 있다. 월시 변환을 사용하면 퓨리에 변환을 사용하는 것보다 낮은 재구성 오류가 발생할 수 있다. 도 30(a)에서, 월시 변환을 사용한 재구성 품질이 도시된다. 특히, 신호 대 잡음비 SNR [dB]은 샘플 인덱스(si)의 함수로서 묘사된다. 도 30(b)에서, 월시 변환에 대한 재구성 품질의 비교는 참조 번호(360)으로 그리고 퓨리에 변환에 대해서는 참조 번호(362)로 도시된다. 상대 추정 오류(rs)는 샘플 인덱스(si)의 함수로서 묘사된다. 또한 비교를 위해, 각 곡선마다 평균 편차가 표시된다. 따라서, 월시 변환을 사용한 재구성 품질은 퓨리에 변환을 사용하는 것보다 상당히 우수할 수 있다.
주파수 분석을 수행하기 전에, 신호는 필터링 프로세스를 통해 변경될 수 있다. 따라서, 평가 디바이스(120) 및/또는 월시 분석기(358)는 주파수 분석을 수행하기 전에 신호를 필터링하도록 적응된 적어도 하나의 필터링 디바이스(364)를 포함할 수 있다. 신호, 특히 월시 함수로 구성된 신호가 주파수 분석 전에 필터링되는 경우, 월시 함수의 계수가 영향을 받을 수 있다. 월시 함수는 각 월시 함수에 미치는 영향이 다를 수 있도록 주파수 도메인에 걸쳐 분포될 수 있다. 월시 계수에 미치는 이러한 영향은, 각 월시 계수의 캘리브레이션에 의해, 특히 진폭 캘리브레이션에 의해 감안될 수 있다. 따라서, 각 월시 함수에 대한 제 1 캘리브레이션 단계에서, 필터링 프로세스를 적용한 그리고 필터링 프로세스를 적용하지 않은 재구성이 시뮬레이션될 수 있고 원래의 월시 함수와 비교될 수 있다. 다른 캘리브레이션 단계에서, 월시 계수가 조정될 수 있다. 캘리브레이션 프로세스는 예를 들어 재구성 품질을 향상시키기 위해 반복적으로 수행될 수 있다. 도 31은 신호 재구성에 미치는 필터링 프로세스의 영향을 나타내지만, 진폭(A)은 샘플 인덱스(si)의 함수로서 도시된다. 특히, 참조 번호(366)의 원 신호, 참조 번호(368)의 필터링 후의 신호 및 재구성된 신호의 비교가 도시된다.
참조 번호 목록
110 광 검출기
112 검출기 시스템
114 공간 광 변조기
116 광 센서
118 변조기 디바이스
120 평가 디바이스
122 비콘 디바이스
124 물체
126 전달 디바이스
128 광축
130 좌표계
132 매트릭스
134 픽셀
136 광빔
138 센서 영역
140 복조 디바이스
142 빈도 분석 결과
144 데이터 프로세싱 디바이스
146 데이터 메모리
148 광 스폿
150 주파수 믹서
152 저역 통과 필터
154 하우징
156 대면적 광 센서
158 투명 광 센서
160 유기 광 센서
162 무기 광 센서
164 불투명 광 센서
166 스택
168 카메라
170 빔 덤프
172 풀 컬러 공간 광 변조기
174 휴먼-머신 인터페이스
176 엔터테인먼트 디바이스
177 스캐닝 시스템
178 추적 시스템
179 조명원
180 커넥터
182 제어 요소
184 사용자
186 개방부
188 시야 방향
190 머신
192 트랙 컨트롤러
194 제 1 부분 빔 경로
196 제 2 부분 빔 경로
198 제 1 부분 광빔
200 제 2 부분 광빔
202 부가적인 광학 요소
204 부가적인 광학 요소
206 빔 분리 요소
208 빔 경로
210 자동차
212 윈드실드
214 전방부
216 헤드 라이트
218 범퍼
220 측면 영역
222 조수석 도어
224 지붕
226 후방부
228 FiP 센서
230 이미지 센서
232 2D 이미지를 캡처
234 2D 이미지
236 감지 영역
238 슈퍼픽셀을 정의
240 슈퍼픽셀에 변조 주파수 할당
242 슈퍼픽셀을 변조
244 z-검출
246 3D 이미지 생성
248 영역 및/또는 슈퍼픽셀을 정제
250 제 1 분할 요소
252 제 1 부분 광빔
254 주 광빔
256 이미징 디바이스
258 제 1 부분 빔 경로
260 조리개
262 렌즈 시스템
264 제 2 분할 요소
266 제 2 부분 광빔
268 제 2 부분 빔 경로
270 제 3 부분 광빔
272 제 3 부분 빔 경로
274 후방 반사된 제 2 부분 광빔
276 후방 반사된 제 3 부분 광빔
278 공통 광빔
280 제 4 부분 빔 경로
282 제 1 반파장 판
284 제 2 반파장 판
286 반사 요소
288 반사 요소
290 제 1 유형의 광 센서
292 제 2 유형의 광 센서
294 SLM 검출기
296 비행 시간(ToF) 검출기
298 펄스
300 제 1 부분 빔 경로
302 제 2 부분 빔 경로
304 빔 분리 요소
306 제 1 렌즈
308 케이싱
310 이미징 부분 광빔
312 비대칭 렌즈
314 필드 렌즈
316 곡면 거울
318 반전 개구
320 센서 픽셀
322 제 1 전극
324 전극 필드
326 전기 접점
328 변조기 어셈블리
330 수신 디바이스
331 이미지
332 이미지 세그먼트 정의 디바이스
333 이미지 세그먼트
334 그레이 스케일 할당 디바이스
336 픽셀 할당 디바이스
338 주파수 할당 디바이스
340 제어 디바이스
342 적어도 하나의 이미지를 수신
344 적어도 하나의 이미지 세그먼트를 정의
346 이미지 버퍼
348 적어도 하나의 그레이 스케일 값을 할당
350 적어도 하나의 픽셀을 할당
352 고유 변조 주파수를 할당
354 픽셀 매트릭스의 적어도 하나의 픽셀을 제어
356 깜빡거리는 패턴
358 월시 분석기
360 곡선, 월시 변환
362 곡선, 퓨리에 변환
364 필터링 디바이스
366 원 신호
368 필터링 후 신호
370 재구성된 신호

Claims (54)

  1. 적어도 하나의 공간 광 변조기(114)의 픽셀(134)을 제어하는 방법으로서,
    공간 광 변조기(114)는 픽셀의 매트릭스(132)를 가지며, 각 픽셀(134)은 개별적으로 제어 가능하되,
    상기 방법은,
    a) 적어도 하나의 이미지(331)를 수신하는 단계(342)와,
    b) 상기 이미지(331) 내에 적어도 하나의 이미지 세그먼트(333)를 정의하는 단계(344)와,
    c) 각 이미지 세그먼트(333)에 적어도 하나의 그레이 스케일 값을 할당하는 단계(348)와,
    d) 각 이미지 세그먼트(333)에 상기 픽셀 매트릭스(132)의 적어도 하나의 픽셀(134)을 할당하는 단계(350)와,
    e) 상기 적어도 하나의 이미지 세그먼트(333)에 할당된 각 그레이 스케일 값에 고유 변조 주파수를 할당하는 단계(352)와,
    f) 상기 적어도 하나의 이미지 세그먼트(333)에 할당된 상기 픽셀 매트릭스(132)의 상기 적어도 하나의 픽셀(134)을 상기 각 이미지 세그먼트(333)에 할당된 상기 고유 변조 주파수로 제어하는 단계(354)를 포함하는
    방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 픽셀(134)의 상태를 변경하기 위한 실시 가능한 고유 변조 주파수는 월시 함수를 사용하여 결정되는
    방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    단계 e)에서, 상기 각 그레이 스케일 값에 대해, 하나의 월시 함수가 상기 적어도 하나의 이미지 세그먼트(333)에 할당되는
    방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    복수의 세그먼트(333)가 단계 b)에서 정의되고, 필요한 함수의 총 개수 및 사용된 월시 함수들 간의 잡음을 고려하여, 한 세트의 월시 함수의 세트가 선택되며, 필요한 함수의 총 개수는 정의된 이미지 세그먼트(333)의 수에 대응하는
    방법.

  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 f)에서, 상기 적어도 하나의 픽셀(134)은 고유 변조 주파수로서 월시 함수로 제어되는
    방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 픽셀(134)의 상태는 상기 월시 함수에 의해 주어진 패턴에 따라 스위칭되는
    방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 f)는 다음의 하위 단계,
    f1. 상기 고유 변조 주파수에 카운터 문턱 값을 할당하는 단계와,
    f2. 상기 문턱 값에 도달하거나 상기 문턱 값이 초과될 때까지 미리 결정된 최대 주파수에서 단계적으로 카운터 변수를 증분하는 단계와,
    f3. 상기 픽셀의 상태를 변경하는 단계를 포함하는
    방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 최대 주파수는 상기 픽셀(134)의 상태를 변경하기 위한 최대 주파수 f0 인
    방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    그레이 스케일 값은 컬러 값 및/또는 그레이 값인
    방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 청구항에 있어서,
    단계 a)는 이미지(331)의 시퀀스를 제공하는 단계를 포함하는
    방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 a)는 상기 적어도 하나의 이미지(331)를 상기 변조기 디바이스(118)의 적어도 하나의 이미지 버퍼(346)에 버퍼링하는 단계를 포함하는
    방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    적어도 두 개의 이미지 버퍼(346)가 사용되는
    방법.
  13. 특히 적어도 하나의 물체(124)의 위치를 결정하기 위한 광 검출 방법으로서,
    적어도 하나의 공간 광 변조기(114)를 사용하여 광빔(136)의 적어도 하나의 특성을 공간 분해된 방식으로 변경하는 단계 - 상기 공간 광 변조기(114)는 픽셀 매트릭스(132)를 가지며, 각 픽셀(134)은 상기 픽셀(134)을 통과하는 상기 광빔(36)의 부분의 적어도 하나의 광학 특성을 개별적으로 변경하도록 제어 가능하며, 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 픽셀(134)을 제어하는 방법이 사용됨 - 와,
    적어도 하나의 광 센서(116)를 사용하여 상기 공간 광 변조기(114)의 상기 픽셀 매트릭스(132)를 통과한 이후의 상기 광빔을 검출하고 적어도 하나의 센서 신호를 생성하는 단계와,
    적어도 하나의 변조기 디바이스(118)를 사용하여 상기 픽셀(132) 중 적어도 두 개를 상이한 주파수로 주기적으로 제어하는 단계와,
    적어도 하나의 평가 디바이스(120)를 사용하여 주파수 분석을 수행하고 상기 제어 주파수에 대한 상기 센서 신호의 신호 성분을 결정하는 단계를 포함하는
    방법.
  14. 적어도 하나의 공간 광 변조기(114)의 픽셀(134)을 제어하기 위한 변조기 디바이스(118)로서,
    상기 공간 광 변조기(114)는 픽셀의 매트릭스(132)를 가지며, 각 픽셀(134)은 개별적으로 제어 가능하되, 상기 변조기 디바이스(118)는,
    a) 적어도 하나의 이미지(331)를 수신하도록 구성된 적어도 하나의 수신 디바이스(330)와,
    b) 상기 이미지(331) 내에 적어도 하나의 이미지 세그먼트(333)를 정의하도록 구성된 적어도 하나의 이미지 세그먼트 정의 디바이스(332)와,
    c) 각 이미지 세그먼트(333)에 적어도 하나의 그레이 스케일 값을 할당하도록 구성된 적어도 하나의 그레이 스케일 값 할당 디바이스(334)와,
    d) 각 이미지 세그먼트(333)에 상기 픽셀 매트릭스(132)의 적어도 하나의 픽셀(134)을 할당하도록 구성된 적어도 하나의 픽셀 할당 디바이스(336)와,
    e) 상기 적어도 하나의 이미지 세그먼트(333)에 할당된 각 그레이 스케일 값에 고유 변조 주파수를 할당하도록 구성된 적어도 하나의 주파수 할당 디바이스(338)와,
    f) 상기 적어도 하나의 이미지 세그먼트(333)에 할당된 상기 픽셀 매트릭스(132)의 상기 적어도 하나의 픽셀(134)을 상기 각 이미지 세그먼트(333)에 할당된 상기 고유 변조 주파수로 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어 디바이스(340)를 포함하는
    변조기 디바이스(118).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 변조기 디바이스(118)는 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 픽셀(134)을 제어하는 방법을 수행하도록 구성되는
    변조기 디바이스(118).
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 수신 디바이스(330)는 적어도 하나의 이미지 버퍼(346)를 포함하는
    변조기 디바이스(118).
  17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수신 디바이스(330), 상기 이미지 세그먼트 정의 디바이스(332), 상기 그레이 스케일 값 할당 디바이스(334), 상기 픽셀 할당 디바이스(336) 및 상기 주파수 할당 디바이스(338) 중 하나 이상은 전체적으로 또는 부분적으로 메모리 디바이스, 프로세서, FPGA와 같은 프로그램 가능한 로직, DLPC, CPLD, VLSI-IC, 혼합 신호 VLSI-IC 또는 ASIC 중 하나 이상에 의해 포함되는
    변조기 디바이스(118).
  18. 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(340)는 적어도 하나의 발진기를 포함하는
    변조기 디바이스(118).
  19. 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변조기 디바이스(118)는 상기 픽셀(134)의 각각이 고유 변조 주파수로 제어되도록 구성되는
    변조기 디바이스(118).
  20. 제 14 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변조기 디바이스(118)는 상기 적어도 두 개의 픽셀(134)을 상이한 고유 변조 주파수로 주기적으로 변조하도록 구성되는
    변조기 디바이스(118).
  21. 제 14 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(340)는 상기 고유 변조 주파수에 카운터 문턱 값을 할당하도록 구성되며, 상기 제어 디바이스(340)는 또한 상기 문턱 값에 도달하거나 상기 문턱 값이 초과될 때까지 카운터 변수를 미리 결정된 최대 주파수에서 단계적으로 증분하고 상기 픽셀의 상태를 변경하도록 구성되는
    변조기 디바이스(118).
  22. 제 14 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기(114)는 바이폴라 공간 광 변조기이며, 각 픽셀(134)은 적어도 두 개의 상태를 갖는
    변조기 디바이스(118).
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(340)는 상기 픽셀(134)을 제 1 상태로부터 제 2 상태로 또는 그 반대로 스위칭하도록 구성되는
    변조기 디바이스(118).
  24. 제 14 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수신 디바이스(330)는 이미지(331)의 시퀀스를 수신하도록 구성되는
    변조기 디바이스(118).
  25. 공간 광 변조를 위한 변조기 어셈블리(328)로서,
    상기 변조기 어셈블리(328)는 적어도 하나의 공간 광 변조기(114) 및 제 14 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 변조기 디바이스(118)를 포함하는
    변조기 어셈블리(328).
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공간 광 변조기(114)는 광빔의 적어도 하나의 특성을 공간 분해된 방식으로 변경하도록 구성되며, 상기 공간 광 변조기(114)는 픽셀의 매트릭스(132)를 가지며, 각 픽셀(134)은 상기 픽셀(134)을 통과하는 상기 광빔의 일부의 적어도 하나의 광학 특성을 개별적으로 변경하도록 제어 가능하며, 상기 적어도 하나의 변조기 디바이스(118)는 상기 픽셀(134) 중 적어도 두 개를 상이한 고유 변조 주파수로 주기적으로 제어하도록 구성되는
    변조기 어셈블리(328).
  27. 광 검출기(110)로서,
    제 25 항 또는 제 26 항에 따른 적어도 하나의 변조기 어셈블리(328)와,
    상기 공간 광 변조기(114)의 픽셀 매트릭스(132)를 통과한 이후의 상기 광빔(136)을 검출하고 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 광 센서(116)와,
    고유 변조 주파수에 대한 상기 센서 신호의 신호 성분을 결정하기 위해 주파수 분석을 수행하도록 구성된 적어도 하나의 평가 디바이스(120)를 포함하는
    광 검출기(110).
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스(120)는 또한 그 변조 주파수에 따라 각 신호 성분을 각 픽셀(134)에 할당하도록 구성되는
    광 검출기(110).
  29. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스(120)는 상이한 변조 주파수로 상기 센서 신호를 복조함으로써 주파수 분석을 수행하도록 구성되는
    광 검출기(110).
  30. 제 27 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기(11)에 의해 공간 분해된 방식으로 변경된 상기 광빔(136)의 적어도 하나의 특성은 상기 광빔(136)의 부분의 세기; 상기 광빔(136)의 부분의 위상; 상기 광빔(136)의 부분의 스펙트럼 특성, 바람직하게는 컬러; 상기 광빔(136)의 부분의 편광; 상기 광빔(136)의 부분의 전파 방향으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 특성인
    광 검출기(110).
  31. 제 27 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공간 광 변조기(114)는: 상기 광빔(136)이 상기 픽셀 매트릭스(132)를 통과하고 상기 픽셀(134)이 상기 각 픽셀(134)을 통과하는 상기 광빔(136)의 각 부분에 대한 광학 특성을 개별적으로 제어 가능한 방식으로 변경하도록 구성되는 투과형 공간 광 변조기(a transmissive spatial light modulator)(114); 상기 픽셀(134)이 개별적으로 제어 가능한 반사 특성을 가지며 상기 각 픽셀(134)에 의해 반사되는 상기 광빔(136)의 각 부분에 대한 전파 방향을 개별적으로 변경하도록 구성된 반사형 공간 광 변조기(114); 상기 픽셀(134)이 상기 각 픽셀(134)에 인가된 전압에 의해 개별적으로 제어될 수 있는 제어 가능한 스펙트럼 특성을 갖는 전기변색(electrochromic) 공간 광 변조기(114); 상기 픽셀(134)의 복굴절이 음향파에 의해 제어 가능한 음향-광학(acousto-optical) 공간 광 변조기(114); 상기 픽셀(134)의 복굴절이 전기장에 의해 제어 가능한 전기-광학(electro-optical) 공간 광 변조기(114)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 공간 광 변조기를 포함하는
    광 검출기(110).
  32. 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공간 광 변조기(114)는: 상기 픽셀(134)이 액정 디바이스의 개별적으로 제어 가능한 셀인 액정 디바이스, 바람직하게는 능동 매트릭스 액정 디바이스; 상기 픽셀(134)이 반사 표면의 방위와 관련하여 개별적으로 제어 가능한 마이크로미러 디바이스의 마이크로미러인 마이크로미러 디바이스; 상기 픽셀(134)이 상기 각 픽셀에 인가된 전압에 의해 개별적으로 제어 가능한 스펙트럼 특성을 갖는 전기변색 디바이스의 셀인 전기변색 디바이스; 상기 픽셀(134)이 셀에 인가되는 음향 파에 의해 개별적으로 제어 가능한 복굴절을 갖는 음향-광학 디바이스의 셀인 음향-광학 디바이스; 상기 픽셀(134)이 셀에 인가된 전기장에 의해 개별적으로 제어 가능한 복굴절을 갖는 전기-광학 디바이스의 셀인 전기-광학 디바이스로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 공간 광 변조기(114)를 포함하는
    광 검출기(110).
  33. 제 27 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스(120)는 각각의 상기 신호 성분을 매트릭스(132)의 픽셀(134)에 할당하도록 구성되는
    광 검출기(110).
  34. 제 27 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스(120)는 상기 신호 성분을 평가함으로써 상기 매트릭스(132)의 어느 픽셀(134)이 상기 광빔(136)에 의해 조명되는지를 결정하도록 구성되는
    광 검출기(110).
  35. 제 27 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스(120)는 상기 광빔(136)에 의해 조명된 상기 매트릭스(32)의 픽셀(34)의 횡방향 위치를 식별함으로써, 상기 광빔(136)의 횡방향 위치 및 상기 광빔(136)의 방위 중의 적어도 하나를 식별하도록 구성되는
    광 검출기(110).
  36. 제 27 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스(120)는 상기 신호 성분을 평가함으로써 상기 광빔(136)의 폭을 결정하도록 구성되는
    광 검출기(110).
  37. 제 27 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스(120)는 상기 광빔(136)에 의해 조명되는 픽셀(134)에 할당된 상기 신호 성분을 식별하고, 상기 픽셀(134)의 배열의 공지된 기하학적 특성으로부터 상기 공간 광 변조기(114)의 위치에서 상기 광빔(136)의 폭을 결정하도록 구성되는
    광 검출기(110).
  38. 제 27 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스(120)는 상기 광빔(136)이 상기 검출기(110)을 향해 전파하는 물체(124)의 종방향 좌표와 상기 공간 광 변조기(114)의 상기 위치에서 상기 광빔(136)의 폭 또는 상기 광빔(136)에 의해 조명된 상기 공간 광 변조기(114)의 픽셀(134)의 수 중 하나 또는 둘 사이의 공지되거나 확인 가능한 관계를 사용하여, 물체(124)의 종방향 좌표를 결정하도록 구성되는
    광 검출기(110).
  39. 제 27 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기(114)는 상이한 컬러의 픽셀(134)을 포함하며, 상기 평가 디바이스(120)는 상기 신호 성분을 상이한 컬러에 할당하도록 구성되는
    광 검출기(110).
  40. 제 27 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광 센서(116)는 적어도 하나의 센서 영역(138)을 가지며, 상기 광 센서(116)의 상기 센서 신호는 상기 광빔(136)에 의한 상기 센서 영역(138)의 조명에 의존하며, 상기 조명의 총 전력이 동일한 경우, 상기 센서 신호는 상기 센서 영역(138) 내의 광빔(136)의 폭에 의존하는
    광 검출기(110).
  41. 제 27 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광 센서(116)는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 n-반도체성 금속 산화물, 적어도 하나의 염료, 적어도 하나의 p-반도체성 유기 물질, 바람직하게는 고체 p-반도체성 유기 물질 및 적어도 하나의 제 2 전극을 포함하는 층 셋업을 갖는 적어도 하나의 광 센서(116)를 포함하는,
    광 검출기(110).
  42. 제 27 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기(114)는 반사형 공간 광 변조기(114)이고, 상기 광 센서(116)는 적어도 하나의 투명 광 센서(158)를 포함하며, 상기 광 검출기(110)는 상기 광빔(136)이 상기 공간 광 변조기(114)에 도달하기 전에 상기 투명 광 센서(158)를 통과하도록 구성되며, 상기 공간 광 변조기(114)는 다시 상기 광 센서(116)를 향해 상기 광빔(136)을 적어도 부분적으로 반사시키도록 구성되는
    광 검출기(110).
  43. 제 27 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 검출기(110)는 상기 광빔(136)의 빔 경로(208)를 적어도 두 개의 부분 빔 경로(194, 196)로 분리하도록 구성된 적어도 하나의 빔 분리 요소(206)를 포함하는
    광 검출기(110).
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 빔 분리 요소(206)는 상기 공간 광 변조기(114)를 포함하는
    광 검출기(110).
  45. 제 44 항에 있어서,
    광 센서(116)의 적어도 하나의 스택(166)은 상기 부분 빔 경로(194, 196) 중 적어도 하나에 위치되는
    광 검출기(110).
  46. 제 44 항 또는 제 45 항에 있어서,
    적어도 하나의 불투명 광 센서(164)가 상기 부분 빔 경로(194, 196) 중 적어도 하나에 위치되는
    광 검출기(110).
  47. 제 27 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 검출기(110)는 적어도 하나의 월시 분석기(358)를 포함하는
    광 검출기(110).
  48. 적어도 하나의 물체(124)의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템(112)으로서,
    상기 검출기 시스템(112)은 제 27 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 광 검출기(110)를 포함하며, 상기 검출기 시스템(112)은 적어도 하나의 광빔(136)을 상기 광 검출기(110)를 향해 지향하도록 구성된 적어도 하나의 비콘 디바이스(122)를 더 포함하며, 상기 비콘 디바이스(122)는 상기 물체(124)에 부착 가능한 것, 상기 물체(124)에 의해 보유 가능한 것 및 상기 물체(124)에 통합 가능한 것 중 적어도 하나인
    검출기 시스템(112).
  49. 사용자(184)와 머신(90) 사이에서 정보의 적어도 하나의 항목을 교환하기 위한 휴먼-머신 인터페이스(174)로서,
    상기 휴먼-머신 인터페이스(174)는 제 48 항에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템(112)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 비콘 디바이스(122)는 상기 검출기 시스템(112)에 직접 또는 간접적으로 부착된 것 및 상기 사용자(184)에 의해 보유된 것 중 적어도 하나이도록 구성되며, 상기 휴먼-머신 인터페이스(174)는 상기 검출기 시스템(112)에 의해 상기 사용자(184)의 적어도 하나의 위치를 결정하도록 설계되고, 상기 사용자 인터페이스(174)는 정보의 적어도 하나의 항목을 상기 위치에 할당하도록 설계되는
    휴먼-머신 인터페이스(174).
  50. 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 디바이스(176)로서,
    상기 엔터테인먼트 디바이스(176)는 제 49 항에 따른 적어도 하나의 휴먼-머신 인터페이스(174)를 포함하며, 상기 엔터테인먼트 디바이스(176)는 정보의 적어도 하나의 항목이 플레이어에 의해 상기 엔터테인먼트 인터페이스(174)를 통해 입력될 수 있도록 설계되며, 상기 엔터테인먼트 디바이스(176)는 상기 정보에 따라 상기 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 설계되는
    엔터테인먼트 디바이스(176).
  51. 적어도 하나의 이동 가능한 물체(124)의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템(178)으로서,
    상기 추적 시스템(178)은 제 48 항에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템(112)를 포함하며, 상기 추적 시스템(178)은 적어도 하나의 트랙 컨트롤러(192)를 더 포함하고, 상기 트랙 컨트롤러(192)는 특정 시점에서 상기 물체(124)의 일련의 위치를 추적하도록 구성되는
    추적 시스템(18).
  52. 적어도 하나의 물체(124)의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위한 스캐닝 시스템(177)으로서,
    상기 스캐닝 시스템(177)은 제 27 항 내지 제 47 항 중 어느 항에 따른 적어도 하나의 광 검출기(110)를 포함하며, 상기 스캐닝 시스템(177)은 상기 적어도 하나의 물체(124)의 적어도 하나의 표면에 위치한 적어도 하나의 도트의 조명을 위해 구성된 적어도 하나의 광빔(136)을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 조명원(179)를 더 포함하며, 상기 스캐닝 시스템(177)은 상기 적어도 하나의 광 검출기(110)를 사용하여 적어도 하나의 도트와 상기 스캐닝 시스템(177) 사이의 거리에 관한 정보의 적어도 하나의 항목을 생성하도록 설계되는
    스캐닝 시스템(177).
  53. 적어도 하나의 물체(124)를 이미징하기 위한 카메라(168)로서,
    상기 카메라(168)는 제 27 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 광 검출기(110)를 포함하는
    카메라(168).
  54. 사용 목적 상, 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 휴먼-머신 인터페이스 애플리케이션; 추적 애플리케이션; 사진촬영 애플리케이션; 이미징 애플리케이션 또는 카메라 애플리케이션; 적어도 하나의 공간의 지도를 생성하기 위한 맵핑 애플리케이션; 모바일 애플리케이션; 웹캠; 컴퓨터 주변 디바이스; 게임 애플리케이션; 오디오 애플리케이션; 카메라(154) 또는 비디오 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 감시 애플리케이션; 자동차 애플리케이션; 운송 애플리케이션; 의료 애플리케이션; 농업 애플리케이션; 번식 식물 또는 동물과 관련된 애플리케이션; 작물 보호 애플리케이션; 스포츠 애플리케이션; 머신 비전 애플리케이션; 차량 애플리케이션; 항공기 애플리케이션; 선박 애플리케이션; 우주선 애플리케이션; 건축 애플리케이션; 건설 애플리케이션; 지도제작 애플리케이션; 제조 애플리케이션; 품질 관리 애플리케이션; 적어도 하나의 ToF(Time-of-Flight) 검출기와 겸용 용도; 로컬 포지셔닝 시스템의 애플리케이션; 글로벌 포지셔닝 시스템의 애플리케이션; 랜드마크 기반 포지셔닝 시스템의 애플리케이션; 실내 네비게이션 시스템의 애플리케이션; 실외 내비게이션 시스템의 애플리케이션; 가정용 애플리케이션의 애플리케이션; 로봇 애플리케이션; 자동 도어 열림장치의 애플리케이션; 광통신 시스템의 애플리케이션으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 제 27 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 따른 상기 광 검출기(110)의 용도.
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