KR20170122206A - 적어도 하나의 물체의 광 검출용 검출기 - Google Patents

적어도 하나의 물체의 광 검출용 검출기 Download PDF

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로버트 센드
인그마르 브루더
세바스티안 발루치
스테판 이레
어빈 티엘
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바스프 에스이
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Abstract

적어도 하나의 물체(112)의 광 검출을 위한 검출기(110)가 제안된다. 검출기(110)는 적어도 하나의 변조 디바이스(136) - 변조 디바이스(136)는 물체(112)로부터 검출기(110)로 진행하는 적어도 하나의 변조된 광 빔(134)을 생성할 수 있음 - 와; 적어도 하나의 종방향 광센서(114) - 종방향 광센서(114)는 적어도 하나의 센서 영역(130)을 가지고, 종방향 광센서(114)는 변조된 광 빔(134)에 의한 센서 영역(130)의 조명에 종속하는 방식으로 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되며, 종방향 센서 신호는 조명의 전체 전력이 동일할 경우, 센서 영역(130)에서의 변조된 광 빔의 빔 단면 및 조명의 변조의 변조 주파수(138)에 종속하고, 종방향 센서 신호는 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 포함하며, 제 1 컴포넌트는 변조된 광 빔(134)의 변조의 변동에 대한 종방향 광센서(114)의 응답에 종속하고 제 2 컴포넌트는 조명의 전체 전력에 종속함 - 와; 적어도 하나의 평가 디바이스(150) - 평가 디바이스(150)는 종방향 센서 신호로부터 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 도출함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계되고, 물체(112)의 종방향 위치에 관한 정보 항목은 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트에 종속함 - 를 포함한다. 이에 따라, 공간에 있는 적어도 하나의 물체의 위치를 정확하게 결정하기 위한 간단하고 여전히 효율적인 검출기가 제공된다. 특히, 각각의 단일의 대면적 종방향 광센서 또는 단일의 픽셀형 광센서를 포함하고, 또한 모호함이 없이 물체의 종방향 위치를 결정할 수 있는 검출기를 사용하는 것이 가능할 수 있다.

Description

적어도 하나의 물체의 광 검출용 검출기
본 발명은 적어도 하나의 물체의 광 검출을 위한 검출기에 관한 것으로, 특히, 적어도 하나의 물체의 위치를, 특히 물체의 깊이 또는 물체의 깊이와 폭 모두에 대해 결정하기 위한 검출기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 인간-머신 인터페이스, 엔터테인먼트 디바이스, 추적 시스템 및 카메라에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 적어도 하나의 물체의 광 검출 방법 및 검출기의 다양한 용도에 관한 것이다. 이러한 디바이스, 방법 및 용도는 예를 들어 일상생활, 게임, 교통 기술, 공간 맵핑, 생산 기술, 보안 기술, 의료 기술 또는 과학 분야의 다양한 영역에서 구성될 수 있다. 그러나 다른 응용이 가능하다.
광센서에 기초하여 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 각종 검출기가 공지되어 있다.
WO 2012/110924 A1는 적어도 하나의 광센서를 포함하는 검출기를 개시하며, 이 광센서는 적어도 하나의 센서 영역을 드러내 보인다. 이 문헌에서, 광센서는 센서 영역의 조명에 종속하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성된다. 소위 "FiP 효과"에 따르면, 센서 신호는, 조명의 전체 전력이 동일하다고 고려하면, 조명의 기하학적 구조, 특히 센서 영역상의 조명의 빔 단면에 종속한다. 뿐만 아니라, 검출기는 센서 신호로부터 기하학적 정보의 적어도 하나의 항목, 특히 조명 및/또는 물체에 관한 기하학적 정보의 적어도 하나의 항목을 생성하도록 지정된 적어도 하나의 평가 디바이스를 갖는다. 예로서, 광센서는 염료 감응형 태양 전지(dye-sensitized solar cell, DSC), 바람직하게는 고체 염료 감응형 태양 전지(solid dye-sensitized solar cell, sDSC)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
또한, WO 2014/097181 A1는 적어도 하나의 횡 방향 광센서 및 적어도 하나의 종 방향 광센서를 사용하여 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하는 방법 및 검출기를 개시한다. 바람직하게, 종 방향 광센서의 스택은 특히 고도의 정확도로 모호함이 없이 물체의 종 방향 위치를 결정하기 위해 사용된다. 일반적으로, 모호함이 없이 물체의 종 방향 위치를 결정하기 위해서는 적어도 두 개의 개별 "FiP 센서", 즉, FiP 효과에 기초한 광센서가 필요하며, 적어도 하나의 FiP 센서는 조명 전력의 가능한 변화를 감안하여 종 방향 센서 신호를 정규화하는데 사용된다. 또한, WO 2014/097181 A1은 각기 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 적어도 하나의 그러한 검출기를 포함하는 인간-머신 인터페이스, 엔터테인먼트 디바이스, 추적 시스템 및 카메라를 개시한다.
또한, 2015년 1월 30일자로 출원된 유럽 특허 출원 제 15 153 215.7 호 및 2016년 1월 28일자로 출원된 PCT 특허 출원 제 PCT/EP2016/051817 호는 바람직하게 셀레늄, 금속 산화물, IV족 원소 또는 화합물, III-V족 화합물, II-VI족 화합물 및 칼코게나이드(chalcogenide) 이루어진 그룹으로부터 선택되는 무기 광 전도성 물질 또는 유기 광 전도성 물질일 수 있는 광 전도성 물질을 포함하는 광센서를 개시하며, 이들 문헌의 전체 내용은 본 명세서에서 참조문헌으로 인용된다.
광 빔의 광 특성을 공간적으로 분해된 방식으로 변경하도록 구성되는 공간 광 변조기(spatial light modulator, SLM)를 포함하는 다른 광학 검출기가 WO/2015/024871에 개시되어 있다. 이 문헌에서, SLM은 픽셀의 매트릭스를 가지며, 각 픽셀은 픽셀을 통과하는 광선의 일부의 광학 특성을 개별적으로 변경하도록 제어할 수 있다. 또한, 변조기 디바이스는 픽셀 중 적어도 두 개의 픽셀을 주기적으로 상이한 변조 주파수로 제어한다. SLM의 픽셀 매트릭스를 통과한 이후, FiP 센서는 광 빔을 검출하고 센서 신호를 생성하는 한편, 평가 디바이스는 변조 주파수에 대한 센서 신호의 신호 성분을 결정하기 위해 주파수 분석을 수행하다.
전술한 디바이스 및 검출기에 의해, 특히, 2015년 1월 30일에 출원된 WO 2012/110924 A1, WO 2014/097181 A1, 유럽 특허 출원 제 15 153 215.7 호 및 2016년 1월 28일자로 출원된 제 PCT/EP2016/051817 호에 개시된 바와 같은 검출기에 의해 시사되는 장점에도 불구하고, 단순하고, 비용 효율적이며, 그럼에도 신뢰할 수 있는 공간 검출기에 대한 개선이 여전히 필요하다. 특히, 단일 FiP 센서와 같이 적은 수의 FiP 센서를 사용하는 것이 바람직할 것이며, 그럼에도 모호함이 없이 물체의 종방향 위치를 결정할 수 있는 것이 바람직할 것이다.
그러므로, 본 발명에 의해 다루어지는 과제는 이러한 유형의 공지된 디바이스 및 방법의 단점을 적어도 실질적으로 회피하는 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 디바이스 및 방법을 특정하는 것이다. 특히, 공간에 있는 물체의 위치를 결정하기 위한 개선된 간단하고, 비용 효과적이며, 그럼에도 신뢰성 있는 공간 검출기가 바람직할 것이다. 특히, 본 발명에 의해 다루어지는 과제는, 그럼에도 불구하고 모호함이 없이 물체의 종방향 위치를 결정할 수 있는 단일 FiP 센서와 같이, 적은 수의 FiP 센서를 포함하는 검출기를 제공하는 것이다.
이러한 과제는 독립 특허 청구항의 특징을 갖는 본 발명에 의해 해결된다. 개별적으로 또는 조합하여 실현될 수 있는 유익한 본 발명품은 종속항 및/또는 하기의 명세서 및 상세한 실시예에서 제시된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은, "갖는다", "포함한다" 및 "내포한다"라는 표현과 이 표현의 문법적 변형은 비배타적인 방식으로 사용된다. 따라서, "A가 B를 포함한다"라는 표현은 물론이고 "A에는 B가 포함된다"라는 표현은 둘 다 A는 B 이외에 하나 이상의 추가 컴포넌트 및/또는 구성요소를 갖는다는 사실을 말할 수 있으며, 또한 A에는 B 이외에 어떤 다른 컴포넌트, 구성요소 또는 요소도 존재하지 않는다는 사례를 말할 수 있다.
본 발명의 제 1 양태에서, 특히 적어도 하나의 물체의 "깊이" 또는 깊이와 폭 모두에 대해, 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 "광 검출기"로 명명될 수도 있는 광 검출용 검출기가 개시된다.
"물체"는 일반적으로 생물 및 무생물 중에서 선택된 임의의 물체일 수 있다. 따라서, 예로서, 적어도 하나의 물체는 하나 이상의 물품 및/또는 물품의 하나 이상의 부분을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 물체는 하나 이상의 생명체 및/또는 인간, 예를 들면 사용자 및/또는 동물의 하나 이상의 신체 부위와 같은 생명체의 하나 이상의 부분을 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은, "위치"는 일반적으로 공간에 있는 물체의 위치 및/또는 방위에 관한 정보의 임의의 항목을 지칭한다. 이를 위해, 예로서, 하나 이상의 좌표계가 사용될 수 있으며, 물체의 위치는 하나, 둘 또는 셋 이상의 좌표를 사용하여 결정될 수 있다. 예로서, 하나 이상의 직교 좌표계 및/또는 다른 유형의 좌표계가 사용될 수 있다. 일 예에서, 좌표계는 검출기가 미리 결정된 위치 및/또는 방위를 갖는 검출기의 좌표계일 수 있다. 아래에서 더 상세히 개요되는 바와 같이, 검출기는 검출기의 주 시야 방향을 구성할 수 있는 광 축을 가질 수 있다. 광 축은 z-축과 같은 좌표계의 축을 형성할 수 있다. 또한, 바람직하게는 z-축에 수직하는 하나 이상의 추가 축이 제공될 수 있다.
그러므로, 예로서, 검출기는 광 축이 z-축을 형성하며, 부가적으로는 z-축에 수직하고 서로 수직을 이루는 x-축 및 y-축이 제공될 수 있는 좌표계를 구성할 수 있다. 예로서, 검출기 및/또는 검출기의 일부는 이러한 좌표계의 원점과 같은 이러한 좌표계의 특정 지점에 놓일 수 있다. 이러한 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 횡 방향 좌표로 간주될 수 있다.
대안으로, 다른 유형의 좌표계가 사용될 수 있다. 따라서, 예로서, 광 축이 z-축을 형성하고, z-축으로부터의 거리 및 극각(polar angle)이 부가적인 좌표로서 사용될 수 있는 극 좌표계가 사용될 수 있다. 다시 말해, 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, 극좌표 및/또는 극각은 횡방향 좌표로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 광 검출용 검출기는 일반적으로 적어도 하나의 물체의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 제공하도록 구성된 디바이스이다. 검출기는 정지 디바이스 또는 이동 디바이스일 수 있다. 또한, 검출기는 스탠드-얼론 디바이스일 수 있거나 컴퓨터, 차량 또는 임의의 다른 디바이스와 같은 다른 디바이스의 일부를 형성할 수 있다. 또한, 검출기는 휴대형 디바이스일 수 있다. 검출기의 다른 실시예가 실현 가능하다.
검출기는 임의의 실현 가능한 방식으로 적어도 하나의 물체의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 정보는 예를 들어, 전자적으로, 시각적으로, 청각적으로 또는 이들의 임의의 조합으로 제공될 수 있다. 정보는 검출기 또는 별도의 디바이스의 데이터 저장소에 또한 저장될 수 있고 및/또는 무선 인터페이스 및/또는 유선 인터페이스와 같은 적어도 하나의 인터페이스를 통해 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 적어도 하나의 물체의 광 검출을 위한 검출기는,
적어도 하나의 변조 디바이스 - 변조 디바이스는 물체로부터 검출기로 진행하는 적어도 하나의 변조된 광 빔을 생성할 수 있음 - 와,
적어도 하나의 종방향 광센서 - 종방향 광센서는 적어도 하나의 센서 영역을 가지며, 종방향 광센서는 변조된 광 빔에 의한 센서 영역의 조명에 종속하는 방식으로 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되며, 종방향 센서 신호는,
조명의 전체 전력이 동일할 경우, 센서 영역 내의 변조된 광 빔의 빔 단면에 종속하며,
조명의 전체 전력이 동일할 경우, 조명의 변조의 변조 주파수에 종속하며,
제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 포함하며, 제 1 컴포넌트는 변조된 광 빔의 변조의 변동에 대한 종방향 광센서의 응답에 종속하며, 제 2 컴포넌트는 조명의 전체 전력에 종속함 - 와,
적어도 하나의 평가 디바이스 - 평가 디바이스는 종방향 센서 신호로부터 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 도출함으로써 물체의 종방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계되며, 물체의 종방향 위치는 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트에 종속함 - 를 포함한다.
여기서, 위에 열거된 컴포넌트는 별개의 컴포넌트일 수 있다. 대안으로, 위에 열거된 컴포넌트 중 둘 이상의 컴포넌트는 하나의 컴포넌트로 통합될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 평가 디바이스는 전달 디바이스 및 종방향 광센서와 독립적인 별개의 평가 디바이스로서 형성될 수 있지만, 바람직하게는 종방향 센서 신호를 수신하기 위해 종방향 광센서에 연결될 수 있다. 대안으로, 적어도 하나의 평가 디바이스는 종방향 광센서에 전체적으로 또는 부분적으로 통합될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 검출기는 물체로부터 검출기로 진행하는 적어도 하나의 변조된 광 빔을 생성할 수 있고, 이에 따라 물체의 조명을 변조하고 및/또는 적어도 하나의 종 방향 광센서의 적어도 하나의 센서 영역과 같은 검출기의 적어도 하나의 센서 영역을 변조하는 적어도 하나의 변조 디바이스를 포함한다. 바람직하게, 변조 디바이스는 예컨대, 주기적 빔 차단 디바이스를 사용함으로써 주기적 변조를 발생하는데 사용될 수 있다. 예로서, 검출기는 0.05Hz 내지 1MHz, 예컨대 0.1Hz 내지 10kHz의 주파수로, 물체의 조명 및/또는 적어도 하나의 종방향 광센서의 적어도 하나의 센서 영역과 같은 검출기의 적어도 하나의 센서 영역의 변조를 일으키도록 설계될 수 있다. 이러한 관점에서, 조명의 변조는 조명의 전체 전력이 바람직하게는 주기적으로, 특히 단일 변조 주파수로 또는 동시에 및/또는 연속적으로, 복수의 변조 주파수로 변화되는 프로세스를 의미하는 것으로 이해된다. 특히, 주기적인 변조는 조명의 전체 전력의 최대 값과 최소값 사이에서 이루어질 수 있다. 여기서, 최소 값은 0일 수 있지만, 예를 들어 완전한 변조가 수행되지 않아도 되도록 >0일 수도 있다. 특히 바람직한 방식으로, 적어도 하나의 변조는 영향받은 광 빔의 정현파형 변조, 구형파형 변조 또는 삼각파형 변조와 같은 주기적 변조일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 또한, 변조는 제곱 정현파 함수(squared sinusoidal function) 또는 sin(t2) 함수와 같은 두 개 이상의 정현파 함수의 선형 조합일 수 있으며, 여기서 t는 시간을 나타낸다. 본 발명의 특정 효과, 장점 및 실현 가능성을 입증하기 위해, 일반적으로 구형파형 변조가 본 명세서에서 변조의 예시적인 형상으로서 사용되지만, 그러한 표현은 본 발명의 범위를 이와 같은 변조의 특정 형상으로 한정하도록 의도되는 것은 아니다. 이러한 예의 덕분으로, 본 기술에서 통상의 지식을 가진 자라면 상이한 형상의 변조를 사용할 때 관련 파라미터 및 조건을 어떻게 구성할지 쉽게 인식할 수 있다.
변조는 예를 들어 물체와 광센서 사이의 빔 경로에서, 예를 들면, 상기 빔 경로에 배치되는 적어도 하나의 변조 디바이스에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 대안으로 또는 부가적으로, 변조는 또한 예를 들어, 아래에서 기술되는 바와 같이 물체를 조명하기 위한 선택적인 조명원과 물체 사이에서, 예를 들면, 상기 빔 경로 내에 배치되는 적어도 하나의 변조 디바이스에 의해 수행될 수 있다. 이러한 가능성들의 조합을 또한 생각해 볼 수 있다. 이 목적을 위해, 적어도 하나의 변조 디바이스는, 예컨대, 바람직하게 일정한 속도로 회전하고 그래서 주기적으로 조명을 차단할 수 있는 적어도 하나 단속기 블레이드(interrupter blade) 또는 단속기 휠을 포함하는 빔 초퍼 또는 일부 다른 유형의 주기적인 빔 단속 디바이스를 포함할 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 그러나, 하나 또는 복수의 상이한 유형의 변조 디바이스, 예를 들면, 전기 광학 효과 및/또는 음향 광학 효과에 기초한 변조 디바이스를 사용하는 것도 가능하다. 다시 말해, 대안으로 또는 부가적으로, 적어도 하나의 선택적인 조명원 자체 또한 변조된 세기 및/또는 전체 전력, 예를 들면 주기적으로 변조된 전체 전력을 갖는 조명원 자체에 의해 및/또는 펄스형 조명원, 예를 들면 펄스형 레이저로서 구현되는 상기 조명원에 의해 변조된 조명을 발생하도록 설계될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 적어도 하나의 변조 디바이스는 전체적으로 또는 부분적으로 조명원에 통합될 수 있다. 또한, 대안으로 또는 부가적으로, 검출기는, 예를 들어 적어도 하나의 종방향 광센서에 충돌하기 전에 이를 가로지기 위해 적어도 하나의 전달 디바이스에 충돌하는 입사 광 빔의 전체 세기 및/또는 전체 전력을 변조함으로써, 특히 주기적으로 변조함으로써, 자체가 조명을 변조하도록 설계될 수 있는 조절 가능한 렌즈와 같은 적어도 하나의 선택적인 전달 디바이스를 포함할 수 있다. 다양한 가능성이 실현 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 검출기는 적어도 하나의 종방향 광센서, 바람직하게는 단일의 개별 종방향 광센서를 포함한다. 여기서, 종방향 광센서는 적어도 하나의 센서 영역, 즉, 종방향 광센서 내의 입사 광 빔에 의한 조명에 민감한 영역을 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "종방향 광센서"는 일반적으로 광 빔에 의한 센서 영역의 조명에 종속하는 방식으로 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계된 디바이스이며, 종방향 센서 신호는 조명의 전체 전력이 동일할 경우, 센서 영역에서 광 빔의 빔 단면에 미치는 소위 "FiP 효과"에 따라 종속한다. 따라서, 종방향 센서 신호는 일반적으로 깊이로도 표시될 수 있는 종방향 위치를 나타내는 임의의 신호일 수 있다. 예를 들어, 종방향 센서 신호는 디지털 및/또는 아날로그 신호일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 종방향 센서 신호는 전압 신호 및/또는 전류 신호일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 종방향 센서 신호는 디지털 데이터일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 종방향 센서 신호는 단일의 신호 값 및/또는 일련의 신호 값을 포함할 수 있다. 종방향 센서 신호는 또한 두 개 이상의 개별 신호를 조합함으로써, 예컨대, 두 개 이상의 신호를 평균화함으로써 및/또는 두 개 이상의 신호의 몫을 형성함으로써 도출되는 임의의 신호를 포함할 수 있다.
여기서, 적어도 하나의 FiP 센서는 대면적 광센서일 수 있으며, 대면적 광센서는 대응하는 광센서의 센서 영역을 구성할 수 있는 균일한 센서 표면을 드러내 보일 수 있다. 그러나, 바람직한 대안의 실시예에서, 적어도 하나의 광센서는 픽셀형 광센서일 수 있다. 여기서, 픽셀형 광센서는 이러한 방식으로 센서 영역을 구성할 수 있는 다수의 개별 센서 픽셀을 포함할 수 있는 픽셀 어레이에 의해 완전히 또는 적어도 부분적으로 구축될 수 있다. 따라서, 픽셀형 광센서는 픽셀 어레이가 적어도 4 x 4, 16 x 16 또는 64 x 64 이상의 센서 픽셀을 포함하는 경우에서와 같이, 각각의 목적에 적합하거나 요구될 수 있는 임의의 수의 센서 픽셀을 포함할 수 있지만, 정방형 배열이 아닌 다른 배열이 또한 실현 가능할 수 있다.
또한, 조명의 전체 전력이 동일할 경우, 종방향 센서 신호는 조명의 변조의 변조 주파수에 종속한다. 종방향 광센서 및 종방향 센서 신호가 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면 및 변조 주파수에 종속성을 갖는 잠재적인 실시예에 대해서는 WO 2012/110924 A1 및 2014/097181 A1에 개시된 바와 같은 광센서가 참조될 수 있다. 이러한 관점에서, 검출기는 상이한 변조의 경우에 적어도 두 개의 종방향 센서 신호, 특히 각기 상이한 변조 주파수의 적어도 두 개의 종방향 센서 신호를 검출하도록 설계될 수 있다. 평가 디바이스는 적어도 두 개의 종방향 센서 신호로부터 기하학적 정보를 생성하도록 설계될 수 있다. WO 2012/110924 A1 및 WO 2014/097181 A1에 기술된 바와 같이, 모호성을 해결하는 것이 가능하고 및/또는 예를 들어, 조명의 전체 전력이 일반적으로 모른다는 사실을 고려하는 것이 가능하다.
구체적으로, FiP 효과는 태양 전지와 같은 광 검출기에서, 더 바람직하게는 유기 반도체 검출기와 같은 유기 광 검출기에서 관찰될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 종방향 광센서는 적어도 하나의 유기 반도체 검출기 및/또는 적어도 하나의 무기 반도체 검출기를 포함할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 광 검출기는 적어도 하나의 반도체 검출기를 포함할 수 있다. 가장 바람직하게, 적어도 하나의 반도체 검출기는 적어도 하나의 유기 물질을 포함하는 유기 반도체 검출기일 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 유기 반도체 검출기는 유기 염료와 같은 적어도 하나의 유기 물질 및/또는 유기 반도체 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 전체적으로 유기 반도체 검출기로서 설계될 수 있거나 또는 하나 이상의 유기 물질과 하나 이상의 무기 물질을 포함하는 혼성 검출기로서 설계될 수 있다. 여전히, 다른 실시예가 실현 가능하다. 따라서, 하나 이상의 유기 반도체 검출기 및/또는 하나 이상의 무기 반도체 검출기의 조합이 실현 가능하다.
제 1 실시예에서, 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. 예를 들어, 특히 적어도 하나의 종방향 광센서가 전술한 FiP 효과를 제공하는 경우, 적어도 하나의 광센서 또는 복수의 광센서가 제공되는 경우라면 광센서 중 하나 이상은 염료 감응형 태양 전지(dye-sensitized solar cell, DSC), 바람직하게는 고체 염료 감응형 태양 전지(solid dye-sensitized solar cell, sDSC)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 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 매설된다. sDSC에서, 전해질 또는 p-반도체성 물질은 고체 물질이다. 일반적으로, 본 발명에서 하나 이상의 광센서에 사용될 수도 있는 sDSC의 잠재적인 셋업에 대해서는 WO 2012/110924 A1, US 2012/0206336 A1, WO 2014/097181 A1 또는 US 2014/0291480 A1 중 하나 이상이 참조될 수 있다.
2015년 1월 30일에 출원된 유럽 특허 출원 15 153 215.7 및 2016년 1월 28일자로 출원된 PCT 특허 출원 제 PCT/EP2016/051817 호에 개시된 바와 같은 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 종방향 광센서는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 제 2 전극 및 특히 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 매립된 광 전도성 물질의 층을 포함할 수 있다. 여기서, 광 전도성 물질은 무기 광 전도성 물질, 바람직하게는 셀레늄, 텔루륨, 셀레늄-텔루륨 합금, 금속 산화물, IV 족 원소 또는 화합물, III-V 족 화합물, II-VI 족 화합물, 닉토게나이드(pnictogenide), 칼코게나이드(136) 및 이들의 고용체(solid solution) 및/또는 도핑된 변이체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 무기 광 전도성 물질을 포함한다. 여기서, 칼코게나이드는 바람직하게 설파이드 칼코게나이드, 셀레나이드 칼코게나이드, 텔루라이드 칼코게나이드, 삼원 칼코게나이드, 4요소 칼코게나이드, 고차 칼코게나이드 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변이체로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 특히, 칼코게나이드는 납 황화물(lead sulfide, PbS), 구리 인듐 황화물(copper indium sulfide, CIS), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(copper indium gallium selenide, CIGS), 구리 아연 주석 황화물(copper zinc tin sulfide, CZTS), 납 셀레나이드(lead selenide, PbSe), 구리 아연 주석 셀레나이드(copper zinc tin selenide, CZTSe), 카드뮴 텔루라이드(cadmium telluride, CdTe), 수은 카드뮴 텔루라이드(mercury cadmium telluride, HgCdTe), 수은 아연 텔루라이드(mercury zinc telluride, HgZnTe), 납 황셀레나이드(lead sulfoselenide, PbSSe), 구리-아연-주석 황 셀레늄 칼코게나이드(copper-zinc-tin sulfur-selenium chalcogenide CZTSSe) 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변이체로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 닉토게나이드는 질화물 닉토게나이드, 인화물 닉토게나이드, 비소 닉토게나이드, 안티몬화물 닉토게나이드, 삼원 닉토게나이드, 4요소 및 고차 닉토게나이드로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 특히, 닉토게나이드는 인듐 질화물(InN), 갈륨 질화물(GaN), 인듐 갈륨 질화물(InGaN), 인듐 인화물(InP), 갈륨 인화물(GaP), 인듐 갈륨 인화물(InGaP), 인듐 비소(InAs), 갈룸 비소(GaAs), 인듐 갈륨 비소(InGaAs), 인듐 안티몬화물(InSb), 갈륨 안티몬화물(GaSb), 인듐 갈륨 안티몬화물(InGaSb), 인듐 갈륨 인화물(InGaP), 갈륨 비소 인화물(GaAsP) 및 알루미늄 갈륨 인화물(AlGaP)로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 광 전도성 물질은 유기 광 전도성 물질, 바람직하게는 적어도 하나의 공액 방향족 분자, 특히 염료 또는 안료, 및/또는 전자 도너 물질 및 전자 수용체 물질을 포함하는 혼합물을 포함하는 유기 광 전도성 물질일 수 있다. 특히, 유기 광 전도성 물질은 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 서브프탈로시아닌, 페릴렌, 안트라센, 피렌, 올리고- 및 폴리티오펜, 풀러렌, 인디고이드 염료, 비스-아조 안료, 스쿠아릴륨(squarylium) 염료, 디아-피릴륨(thia-pyrilium) 염료, 아줄레늄 염료(azulenium dye), 디티오케토-피롤로피롤레(dithioketo-pyrrolopyrrole), 퀴나크리(quinacridone), 디브로모안탄트론(dibromoanthanthrone), 폴리비닐카르바졸(polyvinylcarbazole), 이들의 유도체 및 조합물로 이루어진 그룹으로 선택된 화합물을 포함할 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 광 전도성 물질은 양자 도트를 포함하는 콜로이드 필름으로서 제공될 수도 있다. 그러나, 전술한 FiP 효과를 보일 수 있는 다른 물질도 또한 가능할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 횡방향 센서 신호는 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 전기 신호, 바람직하게는 전압 신호 또는 전류 신호, 특히 종방향 센서 신호와 같은 신호와 관련하여 "컴포넌트"라는 용어는 각각의 신호가 일반적으로 서로에 대해 독립적인 적어도 두 개의 개별적인 특징을 보이는 관측을 지칭한다. 이러한 종류의 독립성은 적어도 두 개의 특정한 외부 영향이 존재할 수 있다는 것을 밝힐 수 있는 조사를 통해 통상 입증될 수 있는데, 특정한 외부 영향 중 하나에 해당하는 단일의 파라미터가 변경된다면 일반적으로 예컨대, 특히 특정 범위 내에서 제 1의 개별적인 특징의 선형적 응답을 생성하고, 적어도 그 특정 범위 내에서 제 2의 개별적인 특징을 수정하지 않은 채로 놔둠으로써 독특한 방식으로 개개의 특징에 영향을 미칠 수 있다. 특징의 상호 독립성은 일반적으로 신호의 가치가 적어도 크게 서로에 영향을 미치지 않는 적어도 두 개의 상이한 외부 요인에 달려 있을 수 있다는 사실에 기인한다. 여기서, "외부"라는 용어는 변조 디바이스 또는 조명 디바이스와 같은 광 검출기의 추가의 선택적 구성요소가 종방향 광센서에 특정한 외부 영향을 여전히 행사할 수 있도록 종방향의 광센서와 관련하여 해석될 수 있다.
이러한 해석에 기초하여, 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트는 광 빔의 변조의 변동에 대한 종방향 광센서의 응답에 종속하는 반면에, 종방향 센서 신호의 제 2 컴포넌트는 조명의 전체 전력에 종속한다. 특히 바람직한 실시예에서, 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트는 종방향 광센서에 충돌하는 광 빔의 변조의 변동에 대한 종방향 센서 신호의 응답 내의 종방향 센서 신호의 적어도 하나의 시간적 변화와 관련될 수 있다. 그 결과, 변조의 주파수 및/또는 진폭과 같은 변조의 파라미터를 변화시키는 것은 종방향 광센서에 충돌하는 광 빔에 영향을 줄 수 있으며, 이것은 시간에 따라 종방향 센서 신호의 변동을 야기할 수 있다. 그래서, 종방향 센서 신호에 미치는 "광 빔의 변조"라는 특정한 외부 영향은 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트로 간주될 수 있는 "종방향 센서 신호의 시간적 변화"라는 개별적인 특징을 초래할 수 있다.
상세히 말해서, 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트는 종방향 광센서에 충돌하는 광 빔의 변조의 변동에 대한 종방향 광센서의 응답 내의 종방향 센서 신호의 상승 시간 및 하강 시간 중 적어도 하나와 관련될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 바와 같이, "상승 시간"이라는 용어는 특정 외부 영향이 계단 함수, 즉, 특정 외부 영향이 특정한 낮은 값에서 특정한 높은 값으로 순간적으로 변하고 그래서 단계 높이를 정의하는 함수를 포함하는 이벤트에서, 종방향 센서 신호와 같은 개별적인 특징이 순간적인 변화에 응답하기 위해 추가적인 시간을 필요로 한다는 관측을 지칭한다. 따라서, 상승 시간은 이러한 종류의 응답이 최종 값의 제 1 퍼센티지에서 제 2 퍼센티지로 상승하는 데 필요한 시간으로 정의될 수 있으며, 일반적으로 실제적인 이유로, 각기 단계 높이의 5% 또는 10%와 같은 값에 대응하는 값은 제 1 퍼센티지에 사용될 수 있는 반면에, 단계 높이의 90% 또는 95%와 같은 값에 대응하는 값은 제 2 퍼센티지에 각기 사용될 수 있다. 그러나 다른 정의가 실현 가능할 수 있다. 유사하게, "하강 시간"이라는 용어는 특정한 외부 영향의 특정한 높은 값에서 특정한 낮은 값으로의 순간적인 변화에 대한 종방향 센서 신호의 응답에 필요한 시간으로 정의될 수 있다.
따라서, 이러한 특정 실시예에서, 직접 또는 간접적인 종류의 측정을 통해 충분한 방식으로 종방향 센서 신호의 언급된 상승 시간 및/또는 하강 시간을 관측할 수 있게 하기 위해 특정한 외부 영향으로서 주기적인 구형파형 변조와 같은 복수의 순간적인 변화를 포함하는 변조의 특별한 형상의 시간적 변동을 사용하는 것이 특히 유리할 수 있다. 따라서, 두 개의 연속적인 이벤트 사이에서 너무 많이 지연시키지 않고 종방향 센서 신호의 후속적인 완전한 상승 이벤트 및/또는 하강 이벤트를 관측하게 할 수 있는 변조의 주파수를 선택하는 것이 유리할 수 있다. 그러나, 본 기술에서 통상의 지식을 가진 자라면 충분한 정확도를 가지고 변조의 다른 형태의 시간적 변동으로부터 상승 시간 및/또는 하강 시간을 도출하기 위해 적절한 측정치를 사용하는 데 경험이 있다. 따라서, 변조를 위해 선택된 형상에 상관없이, 종방향 센서 신호는 일반적으로 변조 주파수에 대해 짧은 시간의 척도 내에서 나타나도록 조정될 수 있는 제 1 종류의 시간 변동을 포함할 수 있다. 아래에서 더 상세히 개요되는 바와 같이, 그러므로, 종방향 광센서 내의 제 1 컴포넌트의 이러한 특정 선택은 각각의 신호의 빠른 변동을 증명하는 데 특히 구성된 적절한 검출 수단을 사용함으로써 제 1 컴포넌트의 검출을 용이하게 할 수 있다.
유사하게, 제 2 컴포넌트는 시간 간격에 걸쳐 종방향 센서 신호의 적분과 관련될 수 있으며, 따라서 센서 영역의 전체 조명 전력의 변동에 대한 종방향 센서 신호의 응답의 일부를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "적분"이라는 용어는 시간을 제 1 축으로서 포함하고 신호 진폭을 제 2 축으로서 포함하는 가상 평면 내의 영역을 지칭하며, 그 영역의 대응하는 경계는 제 1 축, 신호 진폭의 시간적 변동 및 전술한 시간 간격의 종료점 값에서 제 1 축에 수직인 선에 의해 결정된다. 결과적으로, 센서 영역의 조명의 전체 전력의 파라미터, 특히 전체 조명 전력의 진폭 또는 세기를 변화시키면 시간에 따라 종방향 센서 신호의 변동을 유발할 수 있다. 따라서, 종방향 센서 신호에 미치는 "센서 영역의 조명의 전체 전력"이라는 특정 외부 영향은 종방향 센서 신호의 제 2 컴포넌트로 간주될 수 있는 "시간 간격에 걸쳐 종방향 센서 신호의 적분의 변동"이라는 개별적인 특징을 초래할 수 있다. 또한, 제 2 컴포넌트의 이러한 선택은, 이에 따라, 종방향 센서 신호가 종방향 센서 신호의 변조의 주파수에 대해 긴 시간 척도 내에서 발생할 수 있는 일반적으로 제 2 종류의 시간적 변동을 포함할 수 있다는 관측을 초래할 수 있다. 아래에서 더 상세히 개요되는 바와 같이, 제 1 컴포넌트의 검출과는 대조적으로, 각각의 신호의 느린 변동을 증명하는 데 특히 구성된 종방향 광센서 내에서 이러한 제 2 컴포넌트의 특정한 선택은 적절한 검출 수단을 사용함으로써 제 2 컴포넌트의 검출을 용이하게 할 수 있다.
의외로, 아래에서 더 상세하게 제시되는 실험적 관측에 의하여, 종방향 광센서가 초점이 맞는 위치에 있는 제 1 사례의 종방향 센서 신호는 종방향 광센서가 초점이 벗어난 위치에 있는 제 2 사례의 종방향 센서 신호로부터 확실히 벗어났다는 것을, 초점이 벗어난 상태와 관련된 제 2 사례에서의 상승 시간이 초점이 맞는 상태와 관련된 제 1 사례에서의 상승 시간을 초과한다는 방식으로 밝혀내었다. 그 결과, 상승 시간 동안 도출되는 값은 바람직하게 종방향 광센서가 초점이 맞은 상태에 있는지 아닌지를 결정하는데 사용될 수 있다. 또한, 유사한 고려 사항이 하강 시간에 대해 수행될 수 있다. 종방향 광센서가 초점이 벗어난 위치에 있기 때문에, 종방향 광센서는 더 낮은 세기로 더 느린 방식으로 작동하는 것처럼 보이지만, 관측에 의하면 이에 따라 FiP 센서의 효율이 감소될 수 있다는 것을 확인할 수 없었다.
다른 한편으로, 동일한 실험 관찰에 의해, 두 사례 모두의 종방향 센서 신호가 종방향 광센서의 센서 영역 내 조명의 전체 전력이 동일하다는 조건하에서 기록되는 한, 제 1 사례의 종방향 센서 신호 하에서의 적분은 제 2 사례의 종방향 센서 신호 하에서의 적분과 실질적으로 동일하다는 것을 추가로 밝혀내었다. 두 사례 모두의 종방향 센서 신호가 동일한 변조 조건하에서 기록되었다는 다른 가정하에서, 종방향 센서 신호는 광 빔의 빔 단면에만 종속할 수 있으며, 따라서 이것은 이러한 물리적 양을 쉽게 결정할 수 있게 한다. 또한, 변조가 수정 없이 그대로이면, 종방향 센서 신호 하에서 적분 값의 변화는 마찬가지로 종방향 광센서의 센서 영역의 조명의 전체 전력의 변화를 결정하는데 사용될 수 있다. 결과적으로, 센서 영역의 조명의 전체 전력은 한편으로는 이렇게 하여 결정될 수 있으며, 다른 한편으로는 위에서 결정된 바와 같이 종방향 센서 신호를 정규화하기 위해 사용될 수 있다. 이와 같은 관측에 따르면, 여기서 선택된 종방향 센서 신호의 제 2 컴포넌트는 위에서 선택된 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트와 독립적으로 작용하며, 이에 따라 본 발명에 따른 방법을 위한 이들 두 컴포넌트의 실현 가능성이 입증된다. 따라서, 광 검출기에서 존재하는 단일의 대면적 종방향 광센서 또는 단일의 픽셀형 광센서와 같은 단일의 FiP 센서는 이러한 이유로 각각의 종방향 광센서의 센서 영역에서 종방향 센서 신호를 발생시키는 광 빔을 방출 또는 반사하는 물체의 종방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 결정하기에 충분할 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 전술한 바와 같이, 변조 디바이스는 예컨대, 입사 광 빔의 반복적인 구형파형 변조를 제공함으로써 센서 영역에 충돌하는 입사 광 빔의 세기 또는 진폭을 주기적으로 변조하도록 구성될 수 있으며, 이에 의해 입사 광 빔의 세기 또는 진폭에 관련하는 반복 주기가 생성된다. 이러한 특정 실시예에서, 그러므로, 제 1 컴포넌트는 변조의 반복 주기 중 적어도 하나의 반복 주기 내에서 종방향 센서 신호의 상승 시간 및 하강 시간 중 적어도 하나와 관련될 수 있는 반면, 제 2 컴포넌트는 전술한 시간 간격으로서 작용할 수 있는 변조의 반복 주기 중 적어도 하나의 반복 주기 내에서 종방향 센서 신호의 적분에 관련될 수 있다.
변조 파형 및 주파수는 두 컴포넌트 간의 대조를 최적화하도록 구성될 수 있다. 이것은 예를 들어 느린 컴포넌트가 더 이상 의미 있게 존재하지 않고 빠른 컴포넌트만이 신호의 진폭을 결정하는 만큼 충분히 빠른 주파수를 사용함으로써 성취될 수 있다. 최적한 파형은 하나의 신호 샘플링 주기 내에서 상이한 시간 척도에 대해 느리고 긴 컴포넌트를 획득하기 위해 (의사 난수처럼) 비 주기적일 수도 있다. 방법을 개선하는 다른 방법은 최적한 샘플링 주파수를 식별하기 위해 예를 들어, 바람직하게 10Hz에서 100Hz로 주파수를 증가시킴으로써 펄스열을 처핑(chirp)하는 것이다.
따라서, 종방향 센서 신호는 본 발명에 따른 광 검출기에 포함되는 적어도 하나의 평가 디바이스로 전송될 수 있는 상호 독립적인 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "평가 디바이스"라는 용어는 일반적으로 정보 항목, 즉, 물체의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된 임의의 디바이스를 지칭한다. 예를 들면, 평가 디바이스는 하나 이상의 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit, ASIC)와 같은 하나 이상의 집적 회로 및/또는 하나 이상의 컴퓨터, 바람직하게는 하나 이상의 마이크로컴퓨터 및/또는 마이크로컨트롤러와 같은 하나 이상의 데이터 프로세싱 디바이스일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 하나 이상의 AD 변환기 및/또는 하나 이상의 필터와 같이 센서 신호의 수신 및/또는 전처리를 위한 하나 이상의 디바이스와 같은 하나 이상의 전처리 디바이스 및/또는 데이터 획득 디바이스와 같은 부가적인 컴포넌트가 포함될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 센서 신호는 종방향 센서 신호 및 해당한다면, 횡방향 센서 신호 중 하나를 일반적으로 지칭할 수 있다. 또한, 평가 디바이스는 하나 이상의 데이터 저장 디바이스를 포함할 수 있다. 또한, 위에서 개요된 바와 같이, 평가 디바이스는 하나 이상의 무선 인터페이스 및/또는 하나 이상의 유선 인터페이스와 같은 하나 이상의 인터페이스를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 평가 디바이스는 정보 항목을 생성하는 단계를 수행하거나 지원하는 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램과 같은 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램을 수행하도록 구성될 수 있다. 예로서, 센서 신호를 입력 변수로서 사용함으로써, 물체의 위치로 미리 결정된 변환을 수행할 수 있는 하나 이상의 알고리즘이 구현될 수 있다.
평가 디바이스는 센서 신호를 평가함으로써 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있는 적어도 하나의 데이터 프로세싱 디바이스, 특히 전자 데이터 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있다. 따라서, 평가 디바이스는 센서 신호를 입력 변수로서 사용하고 이러한 입력 변수를 처리함으로써 물체의 횡방향 위치 및 종방향 위치에 관한 정보 항목을 생성하도록 설계된다. 처리는 병렬로, 연속적으로 또는 조합된 방식으로도 수행될 수 있다. 평가 디바이스는 예컨대, 계산에 의해 및/또는 적어도 하나의 저장된 및/또는 알려진 관계를 사용하여, 이러한 정보 항목을 생성하기 위한 임의의 프로세스를 사용할 수 있다. 센서 신호 이외에, 하나 또는 복수의 추가 파라미터 및/또는 정보 항목, 예를 들면 변조 주파수에 관한 적어도 하나의 정보 항목이 상기 관계에 영향을 미칠 수 있다. 관계는 경험적으로, 분석적으로 아니면 어느 정도는 경험적으로 결정될 수 있거나 결정 가능할 수 있다. 특히 바람직하게, 관계는 적어도 하나의 검량 곡선(calibration curve), 검량 곡선의 적어도 하나의 집합, 적어도 하나의 함수 또는 언급된 가능성의 조합을 포함한다. 하나 또는 복수의 검량 곡선은 값들의 집합 및 그와 연관된 함수 값의 형태로 예를 들면, 데이터 저장 디바이스 및/또는 테이블에 저장될 수 있다. 그러나, 대안으로 또는 부가적으로, 적어도 하나의 검량 곡선은 또한 예를 들어 파라미터화된 형태로 및/또는 함수 방정식으로서 저장될 수도 있다. 센서 신호를 정보 항목으로 처리하기 위한 별도의 관계가 사용될 수 있다. 대안으로, 센서 신호를 처리하기 위한 적어도 하나의 조합된 관계가 실현 가능하다. 다양한 가능성이 고려될 수 있으며 또한 조합될 수 있다.
예를 들어, 평가 디바이스는 프로그래밍의 관점에서 정보 항목을 결정하려는 목적으로 설계될 수 있다. 평가 디바이스는 특히 적어도 하나의 컴퓨터, 예를 들면 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 추가 전자 컴포넌트, 예를 들면 전자 테이블 및 특히 적어도 하나의 룩업 테이블 및/또는 적어도 하나의 주문형 집적 회로(ASIC)를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 검출기는 적어도 하나의 평가 디바이스를 갖는다. 특히, 적어도 하나의 평가 디바이스는, 예를 들어, 적어도 하나의 조명원을 제어하고 및/또는 검출기의 적어도 하나의 변조 디바이스를 제어하도록 설계되는 평가 디바이스에 의해, 검출기를 전체적으로 또는 부분적으로 제어하거나 구동하도록 설계될 수 있다. 평가 디바이스는 특히, 복수의 센서 신호와 같은 하나 또는 복수의 센서 신호가 취득되는, 예를 들면, 복수의 센서 신호가 조명의 상이한 변조 주파수에서 연속적으로 취득되는 적어도 하나의 측정 사이클을 수행하도록 설계될 수 있다.
전술한 바와 같이, 평가 디바이스는 적어도 하나의 센서 신호를 평가함으로써 물체의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다. 물체의 위치는 정적일 수 있거나 또는 물체의 적어도 하나의 이동, 예를 들면, 검출기 또는 검출기 일부와 물체 또는 물체 일부 사이에서 상대적인 이동도 포함할 수도 있다. 이 경우, 상대적인 이동은 일반적으로 적어도 하나의 선형 이동 및/또는 적어도 하나의 회전 이동을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이동 정보의 항목은 예를 들면 상이한 시간에 취득된 적어도 두 개의 정보 항목을 비교함으로써 구할 수도 있고, 그래서, 예를 들어 적어도 하나의 위치 정보 항목은 적어도 하나의 속도 정보 항목 및/또는 적어도 하나의 항목의 가속 정보, 예를 들면 물체 또는 물체 일부와 검출기 또는 검출기 일부 사이의 적어도 하나의 상대 속도에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 또한 포함할 수 있다. 특히, 적어도 하나의 위치 정보 항목은 일반적으로, 물체 또는 물체 일부와 검출기 또는 검출기 일부 사이의 거리에 관한 정보 항목, 특히 광 경로 길이; 물체 또는 물체 일부와 광 전달 디바이스 또는 그 일부 사이의 거리 또는 광학 거리에 관한 정보 항목; 검출기 또는 검출기 일부에 상대적인 물체 또는 물체 일부의 측위에 관한 정보 항목; 검출기 또는 검출기 일부에 상대적인 물체 또는 물체 일부의 방위에 관한 정보 항목; 물체 또는 물체 일부와 검출기 또는 검출기 일부 사이의 상대적 이동에 관한 정보 항목; 물체 또는 물체 일부의 2차원 또는 3차원 공간적 구성, 특히 물체의 기하학적 구조 또는 형태에 관한 정보 항목 중에서 선택될 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 적어도 하나의 위치 정보 항목은 예를 들면, 물체 또는 물체의 적어도 하나의 일부에 관한 정보 항목; 물체 또는 물체 일부의 적어도 하나의 방위에 관한 정보; 물체 또는 물체 일부의 기하학적 구조 또는 형태에 관한 정보 항목; 물체 또는 물체 일부의 속도에 관한 정보 항목; 물체 또는 물체 일부의 가속에 관한 정보 항목; 검출기의 가시 범위에 있는 물체 또는 물체 일부의 유무에 관한 정보 항목으로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
적어도 하나의 위치 정보 항목은 적어도 하나의 좌표계, 예를 들면 검출기 또는 검출기 일부가 놓이는 좌표계에서 특정될 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 위치 정보는 단순히 검출기 또는 검출기 일부와 물체 또는 물체 일부 사이의 거리를 포함할 수도 있다. 언급된 가능성의 조합도 또한 생각해 볼 수 있다.
본 발명에 따르면, 평가 디바이스는 종방향 센서 신호로부터 전술한 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 도출함으로써 종방향 광센서의 종방향 센서 신호를 평가하고 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 고려하여 물체의 종방향 위치에 관한 정보 항목을 결정하도록 구성된다. 전술한 바와 같이, 두 컴포넌트는 종방향 센서 신호의 평가 내에서 특정 역할을 수행할 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 제 1 컴포넌트와 같은 두 컴포넌트 중 하나는 특정한 외부 영향의 변동, 바람직하게는 종방향 광센서의 센서 영역에 충돌하는 광 빔의 변조의 변동에 대한 종방향 센서 신호의 응답 내의 종방향 센서 신호의 적어도 하나의 시간적 변동에 관련된 개별적인 특징에 종속할 수 있다. 또한, 이러한 특정 실시예에서, 제 2 컴포넌트와 같은 종방향 센서 신호의 다른 컴포넌트는 각각의 종방향 광센서의 센서 영역의 조명의 전체 전력에 종속할 수 있다. 다시 말해서, 이러한 특정 실시예에서, 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트는 실제로 원하는 신호와 관련될 수 있는 물리적 양을 제공할 수 있는 반면, 종방향 센서 신호의 제 2 컴포넌트는 대응하는 배경을 고려하여 물리적 양의 값을 정규화하는데 사용되는 배경 양의 값을 제공할 수 있다. 그 결과, 바람직하게, 동일한 종방향 광센서로부터 수신된 같은 종방향 센서 신호 또는 두 개의 유사한 종방향 센서 신호는 원하는 신호 및 각각의 배경 신호 모두 다를 도출하는데 사용될 수 있으며, 이에 따라, 모호함이 없이 물체의 종방향 위치와 관련되는 정규화된 신호를 결정할 수 있게 된다. 이러한 특징은 특히 배경과 관련된 기준 신호를 결정하게 할 수 있으며, 따라서 실제 신호의 정확한 해석을 가능하게 한다. 그러므로 이러한 특징은 예컨대, FiP 센서의 동작점을 이동시키는 경향이 있을 수 있는 커다란 배경 신호를 감안하는 프로세스를 제공함으로써, 상당히 높은 전체 조명 세기를 보이는 장면을 관측하는데 유리할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 그러므로, 평가 디바이스 또는 적절한 별개의 디바이스는 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트 모두 다를 추가로 처리하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 전술한 바와 같이, 종방향 광 신호의 빠른 변동과 느린 변동 사이를 구별하도록 특별히 구성된 적절한 검출 수단을 사용함으로써, 예컨대, 종방향 광 신호의 주파수 스펙트럼에 대해 신호 분석을 수행하도록 구성될 수 있는 신호 프로세싱 유닛을 사용함으로써, 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트 모두의 검출을 용이하게 하는 것이 적합해질 수 있다.
대안으로 또는 부가적으로, 평가 디바이스는 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트를 동일한 종방향 센서 신호의 제 2 컴포넌트로부터 분리함으로써 물체의 종방향 위치에 관한 원하는 정보 항목을 결정하도록 구성될 수 있는 것이 특히 유리할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 두 컴포넌트를 "분리하는"이라는 용어는 동일한 종방향 센서 신호와 서로 독립적인 두 컴포넌트 또는 동일한 종방향 광센서로부터 각기 수신된 두 개의 유사한 종방향 센서 신호와 서로 독립적인 두 컴포넌트를 결정하는 것을 각기 의미한다. 그러므로, 바람직한 실시예에서, 평가 디바이스는 종방향 센서 신호를 평가 디바이스 내에서 또는 서로 독립적으로 별개인 디바이스에서 추가로 처리될 수 있는 적어도 두 개의 별개의 신호로 분할하기 위한 적어도 하나의 신호 분할기를 포함할 수 있다. 예로서, 신호 분할기는 종방향 센서 신호를 두 개의 동일한 부분 신호로 분할하도록 구성될 수 있는데, 여기서 제 1 부분 신호는 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트를 결정하는데 사용될 수 있으며 제 2 부분 신호는 종방향 센서 신호의 제 2 컴포넌트를 결정하는데 사용될 수 있다. 그러나, 종방향 센서 신호를 두 개 이상의 부분 신호로 분할하는 것과 같은 다른 절차가 또한 실행 가능할 수 있으며, 생성된 부분 신호는 동일한 진폭을 포함할 수 있거나 그렇지 않을 수도 있다. 또한, 분할하는 것은 대안으로 또는 부가적으로 연속적인 방식으로 수행될 수 있다.
이러한 목적을 위해, 이에 따라, 평가 디바이스 또는 적절한 별개의 디바이스는 서로 독립적으로 적어도 두 개의 별개의 신호를 추가로 처리하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 따라서, 종방향 광신호의 느린 변동과는 별도로 종방향 광신호의 빠른 변동을 처리하도록 특별히 구성된 적절한 검출 수단이 제공될 수 있는 것이 유리할 수 있다. 여기서, "빠른 변동"은 그 빠른 변동이 변조 주파수의 역수 값으로 정의되는 기준 시간 간격의 50%, 바람직하게는 10%, 더 바람직하게는 1% 이하인 제 1 시간 간격 내에서 발생할 수 있는 방식으로 변조의 주파수와 관련될 수 있다. 유사하게, "느린 변동"은 그 느린 변동이 그렇게 정의된 기준 시간 간격의 두 배, 바람직하게는 다섯 배, 더 바람직하게는 열 배 이상의 제 2 시간 간격 내에서 발생할 수 있는 방식으로 변조의 주파수와 관련될 수 있다. 특히 바람직한 실시예로서, 따라서, 평가 디바이스는 변조 주파수에 관련하여 종방향 센서 신호의 빠른 변동과 관련될 수 있는 제 1 컴포넌트를 도출하도록 구성된 적어도 하나의 하이 패스 필터 및/또는 역시 변조 주파수에 관련하여 센서 영역의 조명의 전체 전력의 느린 변동과 관련될 수 있는 종방향 센서 신호의 제 2 컴포넌트를 도출하기 위한 적어도 하나의 로우 패스 필터를 포함할 수 있다.
또한, 평가 디바이스 또는 별개의 디바이스는 종방향 센서 신호 또는 그 일부, 즉, 적어도 하나의 신호 분할기에 의해 생성된 것과 같은 적어도 두 개의 부분 신호 중 하나 이상을, 특히 예컨대 하나 이상의 하이 패스 필터 및/또는 로우 패스 필터를 사용하여 처리하기 이전에 및/또는 추가 처리한 이후에, 증폭하도록 구성되는 하나 이상의 증폭기를 포함할 수 있다.
이미 전술한 바와 같이, 평가 디바이스는 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASIC)와 같은 하나 이상의 집적 회로 및/또는 하나 이상의 컴퓨터, 바람직하게는 하나 이상의 마이크로컴퓨터 및/또는 마이크로컨트롤러와 같은 하나 이상의 데이터 프로세싱 디바이스일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 이러한 실시예는 본 명세서에서 기술된 바와 같은 부가적인 신호 프로세싱 유닛, 특히 적어도 하나의 증폭기, 신호 분할기, 하이 패스 필터 및 로우 패스 필터에 비롯할 수도 있다. 따라서, 적어도 하나의 증폭기, 신호 분할기, 하이 패스 필터 및/또는 로우 패스 필터와 같은 부가적인 신호 프로세싱 유닛의 기능은 이에 따라 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램의 일부, 특히 정보 항목을 생성하는 단계를 수행하거나 지원하도록 구성된 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램의 일부로서 구현될 수 있다. 예로서, 센서 신호가 입력 변수로서 부가적인 신호 프로세싱 유닛의 전술한 기능, 특히 신호 분할기, 하이 패스 필터 및/또는 로우 패스 필터의 전술한 기능의 구현예를 포함할 수 있는 물체의 위치로 미리 결정된 변환을 수행할 수 있는 하나 이상의 알고리즘이 구현될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 검출기는 바람직하게 단일의 개별 종방향 광센서를 포함한다. 그러나, 예컨대 상이한 종방향 광센서가 입사 광 빔에 대해 상이한 스펙트럼 감도를 보일 수 있을 때의 특정 실시예에서, 검출기는 적어도 두 개의 종방향 광센서를 포함할 수 있으며, 각각의 종방향 광센서는 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 종방향 광센서의 센서 영역 또는 센서 표면은 이에 따라 병렬로 배치될 수 있으며, 10° 이하, 바람직하게는 5° 이하의 각도 공차와 같은 약간의 각도 공차가 허용될 수 있다. 여기서, 바람직하게 검출기의 광 축을 따라 스택 형태로 배열될 수 있는 검출기의 모든 광센서는 바람직하게 투명할 수 있다. 따라서, 광 빔은 다른 종방향 광센서에 충돌하기 전에, 제 1 투명 종방향 광센서를 바람직하게 연속적으로 통과할 수 있다. 따라서, 물체로부터의 광 빔은 광 검출기에 존재하는 모든 종방향 광센서에 이어져서 도달할 수 있다.
이와 관련하여, 본 발명에 따른 검출기는 WO 2014/097181 A1에서, 특히 하나 이상의 종방향 광센서와 하나 이상의 횡방향 광센서의 조합으로 개시된 바와 같은 광센서의 스택을 포함할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 횡방향 광센서는 물체를 향하는 적어도 하나의 종방향 광센서의 측면에 위치할 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 하나 이상의 횡방향 광센서는 물체와 반대쪽으로 마주하는 적어도 하나의 종방향 광센서의 측면에 위치될 수 있다. 다시 말해, 부가적으로 또는 대안으로, 하나 이상의 횡방향 광센서는 스택으로 배열된 적어도 두 개의 종방향 광센서 사이에 배치될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 광센서의 스택은 단일의 개별 종방향 광센서와 단일의 개별 횡방향 광센서가 조합된 것일 수 있는 것이 유리할 수 있다. 그러나, 물체의 깊이만을 결정하는 것이 바람직할 수 있는 사례에서와같이, 단일의 개별 종방향 광센서를 포함할 뿐이고 횡방향 광센서를 포함하지 않는 실시예가 여전히 유리할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "횡방향 광센서"라는 용어는 일반적으로 물체로부터 검출기로 진행하는 적어도 하나의 광 빔의 횡방향 위치를 결정하도록 구성된 디바이스를 지칭한다. 위치의 용어와 관련하여, 앞서의 정의를 참조할 수 있다. 따라서, 바람직하게, 횡방향 위치는 검출기의 광 축에 수직인 적어도 일차원의 적어도 하나의 좌표일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예로서, 횡방향 위치는 예컨대 횡방향 광센서의 광 감지 센서 표면상의 광 축에 수직인 평면에서 광 빔에 의해 생성된 광 스폿의 위치일 수 있다. 예로서, 평면 내의 위치는 데카르트 좌표 및/또는 극 좌표로 주어질 수 있다. 다른 실시예가 실현 가능하다. 횡방향 광센서의 잠재적인 실시예에 대해서는 WO 2014/097181 A1가 참조될 수 있다. 그러나, 다른 실시예가 실현 가능하며, 이하에서 더 상세히 개요될 것이다.
횡방향 광센서는 적어도 하나의 횡방향 센서 신호를 제공할 수 있다. 여기서, 횡방향 센서 신호는 일반적으로 횡방향 위치를 나타내는 임의의 신호일 수 있다. 예로서, 횡방향 센서 신호는 디지털 및/또는 아날로그 신호일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예로서, 횡방향 센서 신호는 전압 신호 및/또는 전류 신호일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 횡방향 센서 신호는 디지털 데이터일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 횡방향 센서 신호는 단일의 신호 값 및/또는 일련의 신호 값을 포함할 수 있다. 횡방향 센서 신호는 두 개 이상의 신호를 평균화하는 것 및/또는 두 개 이상의 신호의 몫을 형성하는 것과 같이 두 개 이상의 개별 신호를 조합함으로써 도출될 수 있는 임의의 신호를 또한 포함할 수 있다.
WO 2012/110924 A1 및/또는 WO 2014/097181 A1에 따른 개시 내용과 유사한 제 1 실시예에서, 횡방향 광센서는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 제 2 전극 및 적어도 하나의 광전지 물질을 갖는 광 검출기일 수 있으며, 광전지 물질은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 삽입될 수 있다. 따라서, 횡방향 광센서는 하나 이상의 유기 광 검출기 및 가장 바람직하게는 하나 이상의 염료 감응형 유기 태양 전지(dye-sensitized organic solar cell, DSC, 염료 태양 전지라고도 지칭됨), 예컨대 하나 이상의 고체 염료 감응형 유기 태양 전지(solid dye-sensitized organic solar cell, s-DSCs)와 같은 하나 이상의 광 검출기일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 따라서, 검출기는 적어도 하나의 횡방향 광센서로서 작용하는 (하나 이상의 sDSC와 같은) 하나 이상의 DSC 및 적어도 하나의 종방향 광센서로서 작용하는 (하나 이상의 sDSC와 같은) 하나 이상의 DSC를 포함할 수 있다.
그의 전체 내용이 본 명세서에서 참조문헌으로 인용되는 2015년 1월 30일자로 출원된 유럽 특허 출원 15 153 215.7 및 2016년 1월 28일자로 출원된 PCT 특허 출원 제 PCT/EP2016/051817 호에 개시된 바와 같은 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 횡방향 광센서는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 제 2 전극 및 특히 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 삽입된 광 전도성 물질의 층을 포함할 수 있다. 따라서, 횡방향 광센서는 본 명세서의 다른 어느 곳에서 언급된 광 전도성 물질 중 하나, 특히 칼코게나이드, 바람직하게는 납 황화물(PbS) 또는 납 셀레나이드(PbSe)를 포함할 수 있다. 다시 말해, 광 전도성 물질의 층은 균질, 결정질, 다결정질, 나노결정질 및/또는 비정질 상으로부터 선택된 조성물을 포함할 수 있다. 바람직하게, 광 전도성 물질의 층은 바람직하게 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄-도핑된 아연 산화물(AZO) 또는 불소-도핑된 주석 산화물(FTO)을 포함하는, 제 1 전극 및 제 2 전극으로서 기능하는, 투명한 전도성 산화물의 두 개의 층 사이에 삽입될 수 있다. 그러나, 특히 광 스펙트럼 이내의 원하는 투명도 범위에 따라 다른 물질이 가능할 수 있다.
또한, 적어도 두 개의 전극은 횡방향 광 신호를 기록하기 위해 존재할 수 있다. 바람직하게, 적어도 두 개의 전극은 실제로 적어도 두 개의 물리 전극의 형태로 배열될 수 있으며, 각각의 물리 전극은 전기 전도성 물질, 바람직하게는 금속성 전도성 물질, 더 바람직하게 구리, 은, 금 또는 합금 또는 이러한 종류의 물질을 포함하는 조성물과 같은 고도 금속성 물질을 포함할 수 있다. 여기서, 적어도 두 개의 물리 전극의 각각은 바람직하게, 특히 예컨대 광센서와 평가 디바이스 사이의 전송 경로에서 부가적인 저항으로 인한 손실을 가능한 한 적게 받는 종방향 센서 신호를 획득하기 위해, 광센서의 각 전극과 광 전도성 층 간의 직접적인 전기적 접촉이 성취될 수 있는 방식으로 배열될 수 있다.
바람직하게, 횡방향 광센서의 전극 중 적어도 하나의 전극은 적어도 두 개의 부분 전극을 갖는 분할 전극일 수 있고, 횡방향 광센서는 센서 영역을 가질 수 있으며, 적어도 하나의 횡방향 센서 신호는 센서 영역 내 입사 광 빔의 x-위치 및/또는 y-위치를 나타낼 수 있다. 센서 영역은 물체 쪽을 향한 광 검출기의 표면일 수 있다. 센서 영역은 바람직하게 광 축에 수직으로 배향될 수 있다. 따라서, 횡방향 센서 신호는 횡방향 광센서의 센서 영역의 평면에서 광 빔에 의해 발생된 광 스폿의 위치를 나타낼 수 있다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "부분 전극"이라는 용어는 적어도 하나의 전류 및/또는 전압 신호를 측정하도록 구성된, 바람직하게는 다른 부분 전극과 독립적인, 복수의 전극 중 하나의 전극을 지칭한다. 따라서, 복수의 부분 전극이 제공되는 경우, 각각의 전극은 적어도 두 개의 부분 전극을 통해, 독립적으로 측정되며 및/또는 사용될 수 있는, 복수의 전위 및/또는 전류 및/또는 전압을 제공하도록 구성된다.
횡방향 광센서는 또한 부분 전극을 통한 전류에 따라 횡방향 센서 신호를 발생하도록 구성될 수 있다. 따라서, 두 개의 수평 부분 전극을 통한 전류의 비율이 획득될 수 있고, 이에 의해 x-좌표를 생성할 수 있으며 및/또는 수직 부분 전극을 통한 전류의 비율을 생성할 수 있고, 이에 따라 y-좌표를 생성할 수 있다. 검출기, 바람직하게는 횡방향 광센서 및/또는 평가 디바이스는 부분 전극을 통한 전류의 적어도 하나의 비율로부터 물체의 횡방향 위치에 관한 정보를 도출하도록 구성될 수 있다. 부분 전극을 통한 전류를 비교하여 위치 좌표를 생성하는 다른 방법이 가능하다.
부분 전극은 센서 영역에서 광 빔의 위치를 결정하기 위해 일반적으로 다양한 방법으로 정의될 수 있다. 따라서, 두 개 이상의 수평 부분 전극은 수평 좌표 또는 x-좌표를 결정하기 위해 제공될 수 있으며, 두 개 이상의 수직 부분 전극은 수직 좌표 또는 y-좌표를 결정하기 위해 제공될 수 있다. 따라서, 부분 전극은 센서 영역의 테두리에서 제공될 수 있으며, 센서 영역의 내부 공간은 빈 채로 남아 있고 하나 이상의 부가적인 전극 물질에 의해 덮일 수 있다. 아래에서 더 상세히 개요되는 바와 같이, 부가적인 전극 물질은 바람직하게 투명한 금속 및/또는 투명한 전도성 산화물 및/또는 가장 바람직하게는 투명한 전도성 중합체와 같은 투명한 부가적 전극 물질일 수 있다.
전극 중 하나의 전극이 세 개 이상의 부분 전극을 갖는 분할 전극일 수 있는 횡방향 광센서를 사용함으로써, 부분 전극을 통한 전류는 센서 영역 내의 광 빔의 위치에 종속적일 수 있다. 이것은 일반적으로 광이 부분 전극에 충돌함으로 인해 전하의 생성 위치로부터 도중에 오믹 손실 또는 저항 손실이 생길 수 있다는 사실에 기인할 수 있다. 따라서, 부분 전극 이외에, 분할 전극은 부분 전극에 연결된 하나 이상의 부가적 전극 물질을 포함할 수 있고, 하나 이상의 부가적 전극 물질은 전기 저항(electrical resistance)을 제공한다. 따라서, 전하의 생성 위치로부터 하나 이상의 부가적 전극 물질을 통한 부분 전극까지의 도중에서 오믹 손실 때문에, 부분 전극을 통한 전류는 전하의 생성 위치에 종속하며, 이에 따라 센서 영역에서 광 빔의 위치에 종속한다. 센서 영역에서 광 빔의 위치를 결정하는 이와 같은 원리의 세부 내용에 대해서는 아래의 바람직한 실시예 및/또는 WO 2014/097181 A1 및 본 명세서의 각각의 참조 문헌에 개시된 바와 같은 물리적 원리 및 디바이스 옵션이 참조될 수 있다.
따라서, 횡방향 광센서는 바람직하게 물체로부터 검출기로 진행하는 광 빔에 투명할 수 있는 센서 영역을 포함할 수 있다. 그러므로 횡방향 광센서는 x-방향 및/또는 y-방향과 같은 하나 이상의 횡방향에서 광 빔의 횡방향 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 적어도 하나의 횡방향 광센서는 추가로 적어도 하나의 횡방향 센서 신호를 발생하도록 구성될 수 있다. 따라서, 평가 디바이스는 종방향 광센서의 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 횡방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 물체로부터 검출기로 전파하는 광 빔의 특성에 대해 언급한다. 본 명세서에서 사용되는 "광"이라는 용어는 일반적으로 가시 스펙트럼 범위, 자외선 스펙트럼 범위 및 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상의 범위에서의 전자기 방사선을 지칭한다. 여기서, 가시 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 380nm 내지 780nm의 스펙트럼 범위를 지칭한다. 적외선(infrared, IR) 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 780nm 내지 1000㎛의 범위의 전자기 방사선을 지칭하는 것으로, 780nm 내지 1.4㎛의 범위는 보통 근적외선(near infrared, NIR) 스펙트럼 범위로 명명되며, 15㎛부터 1000㎛까지의 범위는 원적외선(far infrared, FIR) 스펙트럼 범위로 명명된다. 자외선 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 1nm 내지 380nm, 바람직하게는 100nm 내지 380nm의 범위의 전자기 방사선을 지칭한다. 바람직하게, 본 발명에서 사용되는 광은 가시 광 빔, 즉, 가시 스펙트럼 범위의 광이다.
용어 "광 빔"은 일반적으로 특정 방향으로 방출되는 빛의 양을 지칭한다. 그러므로, 광 빔은 광 빔의 전파 방향에 수직인 방향으로 확장이 예정된 광선의 다발일 수 있다. 바람직하게, 광 빔은 빔 웨이스트(beam waist), 레일리 길이(Rayleigh-length) 또는 임의의 다른 빔 파라미터 또는 빔 직경의 전개 및/또는 공간에서 빔 전파를 특성화하기에 구성된 빔 파라미터의 조합 중 하나 이상과 같은 하나 이상의 가우스 빔 파라미터로 특징지을 수 있는 하나 이상의 가우스 광 빔일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
광 빔은 물체 자체에 의해 부여될 수 있는데, 즉, 물체로부터 발원될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 광 빔의 다른 원천이 실현 가능하다. 따라서, 아래에서 더 상세히 개요되는 바와 같이, 예컨대 미리 결정된 특성을 갖는 하나 이상의 일차 광선 또는 빔과 같은 하나 이상의 일차 광선 또는 빔을 사용함으로써 물체를 조명하는 하나 이상의 조명원이 제공될 수 있다. 후자의 경우, 물체로부터 검출기로 전파하는 광 빔은 물체 및/또는 물체에 연결된 반사 디바이스에 의해 반사되는 광 빔일 수 있다.
위에서 개요된 바와 같이, 광 빔에 의한 조명의 전체 전력이 동일할 경우, 적어도 하나의 종방향 센서 신호는 FiP 효과에 따라, 적어도 하나의 종방향 광센서의 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 종속한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 빔 단면이라는 용어는 일반적으로 광 빔의 측면 연장 부분 또는 특정 위치에서 광 빔에 의해 생성된 광 스폿을 지칭한다. 원형 광 스폿이 생성되는 경우, 반경, 직경 또는 가우스 빔 웨이스트 또는 두 배의 가우스 빔 웨이스트가 빔 단면의 척도로서 기능할 수 있다. 비원형 광 스폿이 생성되는 경우, 단면은 예컨대 비원형 광 스폿과 동일한 면적을 갖는 원의 단면을 결정함으로써 임의의 다른 가능한 방법으로 결정될 수 있으며, 비원형 광 스폿은 또한 동등한 빔 단면이라 지칭되기도 한다. 이와 관련하여, 예컨대 광전지 물질과 같은 해당 물질이 광학 렌즈에 의해 영향 받는 것처럼 초점에서 또는 초점 부근에 위치될 수 있을 때, 그 물질이 가능한 최소 단면을 가진 광 빔에 의해 충돌될 수 있는 조건하에서, 종방향 센서 신호의 극 값, 특히 포괄적 극값(global extremum), 즉, 최대 값 또는 최소값의 관측을 이용하는 것이 가능할 수 있다. 극값이 최대인 경우, 이 관측은 양(positive)의 FiP 효과로 명명될 수 있지만 극값이 최소인 경우, 이 관측은 음(negative)의 FiP 효과로 명명될 수 있다.
따라서, 실제로 센서 영역에 포함되는 물질에는 상관없고, 광 빔에 의한 센서 영역의 조명의 전체 전력이 동일할 경우, 제 1 빔 직경 또는 빔 단면을 갖는 광 빔은 제 1 종방향 센서 신호를 생성할 수 있는데 반해, 제 1 빔 직경 또는 빔 단면과 상이한 제 2 빔 직경 또는 빔 단면을 갖는 광 빔은 제 1 종방향 센서 신호와 상이한 제 2 종방향 센서 신호를 생성한다. WO 2012/110924 A1에 기술된 바와 같이, 종방향 센서 신호를 비교함으로써, 빔 단면에 관한 정보, 특히 빔 직경에 관한 정보 중 적어도 하나의 정보 항목이 생성될 수 있다. 따라서, 종방향 광센서에 의해 생성된 종방향 센서 신호는 광 빔의 전체 전력 및/또는 세기에 대한 정보를 얻기 위해 및/또는 종방향 센서 신호 및/또는 광 빔의 전체 전력 및/또는 전체 세기에 대하여 물체의 종방향 위치에 관한 하나의 정보 항목을 정규화하기 위해 비교될 수 있다. 따라서, 예로서, 종방향 광센서 신호의 최대 값이 검출될 수 있으며, 모든 종방향 센서 신호는 이러한 최대 값으로 분할됨으로써, 정규화된 종방향 광센서 신호를 생성할 수 있고, 그런 다음 정규화된 종방향 광센서 신호는 위에서 언급한 알고 있는 관계를 사용하여 물체에 관한 적어도 하나의 종방향 정보 항목으로 변환될 수 있다. 예컨대 종방향 센서 신호의 평균값을 사용하고 모든 종방향 센서 신호를 평균값으로 나누는 정규화와 같은 다른 정규화 방식이 실현 가능하다. 다른 옵션도 가능하다.
그러나, 본 발명에 따르면, 정보를 광 빔의 전체 전력 및/또는 세기와 독립적으로 제공하기 위해 상이한 정규화 방식이 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 종방향 센서 신호는 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 포함하며, 제 1 컴포넌트는 특정 외부 영향의 변동, 바람직하게는 종방향 광센서의 센서 영역에 충돌하는 광 빔의 변조의 변동에 대한 종방향 센서 신호의 응답 내의 종방향 센서 신호의 적어도 하나의 시간적 변동에 관련된 개별 특징에 종속할 수 있지만, 제 2 컴포넌트는 각각의 종방향 광센서의 센서 영역의 조명의 전체 전력에 종속할 수 있다. 그러므로 평가 디바이스를 사용함으로써, 물리적인 양의 값을 정규화하는데 사용될 수 있는 배경 양에 대한 값을 제공할 수 있는 제 2 컴포넌트를 고려함으로써 실제로 원하는 신호와 관련된 물리적인 양을 제공하게 해줄 수 있는 제 1 컴포넌트로부터 물체의 종방향 위치에 관한 정보 항목을 결정하는 것이 가능하다. 따라서, 바람직하게 동일한 종방향 광센서로부터 수신된 동일한 종방향 센서 신호 또는 유사한 두 개의 종방향 센서 신호는 전술한 바와 같이 모호함이 없이 물체의 종방향 위치와 관련된 정규화된 신호를 결정하게 해줄 수 있는 원하는 신호 및 각각의 배경 신호 모두 다를 도출하는데 사용될 수 있다. 또한, 입사 광 빔의 전체 전력 및/또는 세기에 관한 정보가 또한 생성될 수 있다.
이 실시예는, 특히, 평가 디바이스에 의해 광 빔의 빔 단면과 물체의 종방향 위치 사이의 알려진 관계의 모호함을 해결하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 물체로부터 검출기로 진행하는 광 빔의 빔 특성이 완전히 또는 부분적으로 알려져 있더라도, 많은 빔에서, 빔 단면은 초점에 도달하기 전에 좁아지고, 이후에는 다시 넓어진다는 사실이 알려져 있다. 따라서, 광 빔이 가장 좁은 빔 단면을 갖는 초점 전후에, 광 빔의 전파 축을 따라서 광 빔이 동일한 단면을 갖는 위치가 생긴다. 따라서, 예로서, 초점 전후의 거리 z0에서, 광 빔의 단면은 동일하다. 따라서, 광 검출기가 단일의 종방향 광센서만을 포함하는 사례에서, 광 빔의 전체 전력 또는 세기가 알려진 경우, 광 빔의 특정 단면이 결정될 수 있다. 이 정보를 사용함으로써, 초점으로부터 각각의 종방향 광센서의 거리 z0가 결정될 수 있다. 그러나, 각각의 종방향 광센서가 초점 전후에 위치하여 있을 수 있는지를 결정하기 위해서는 물체 및/또는 검출기의 이동에 관한 이력 및/또는 검출기가 초점 전후에 위치하고 있는지에 관한 부가적인 정보가 필요하다. WO 2012/110924 A1 또는 WO 2014/097181 A1에 기술된 바와 같이, 이러한 부가적인 정보는 모든 정황 하에서 제공되지 않을 수 있다. 그러나, 본 발명은 특히 위에서 언급된 모호함을 해결하기에 충분한 이러한 부가적인 정보를 제공하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 평가 디바이스는 그 위치에서, 종방향 센서 신호를 평가함으로써, 종방향 광신호의 제 1 컴포넌트로부터 물체의 위치에 관한 정보 항목을 결정하기 위한 실제 신호 및 종방향 광신호의 제 2 컴포넌트로부터 조명의 전체 전력 및/또는 전체 세기에 관련한 부가 정보 모두 다를 결정하는 것이기 때문에, 이에 따라서 물체의 종방향 위치에 관련된 정규화된 신호는 이미 단일의 종방향 광 신호를 이용함으로써 모호함이 없이 획득될 수 있다. 그러나 여러 가지 이유 때문에, 그럼에도 불구하고 검출기에서 하나 이상의 종방향 광센서를 사용하는 것이 실현 가능할 수 있다. 예로서, 상이한 스펙트럼 범위 사이, 예컨대 적색, 녹색 및 청색으로 명명될 수 있는 세 개의 기본색 사이를 구별하기 위해, 상이한 스펙트럼 감도를 보일 수 있는 두 개 이상의 종방향 광센서를 채용하는 것이 가능할 수 있으며, 언급된 스펙트럼 범위 각각에 대해 정규화된 신호를 별도로 결정하는 것이 그럼에도 불구하고 실현 가능할 수 있다.
또한, 물체로부터 검출기로 전파하는 광 빔의 하나 이상의 빔 특성이 알려져 있는 경우, 물체의 종방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목은 이에 따라 적어도 하나의 종방향 센서 신호 및 물체의 종방향 위치 사이의 알려진 관계로부터 도출될 수 있다. 알려진 관계는 평가 디바이스에 알고리즘으로서 및/또는 하나 이상의 검량 곡선으로서 저장될 수 있다. 예를 들어, 특히 가우스 빔의 경우, 빔 직경 또는 빔 웨이스트와 물체의 위치 사이의 관계는 빔 웨이스트와 종방향 좌표 사이의 가우스 관계를 이용하여 용이하게 도출될 수 있다. 따라서, WO 2014/097181 A1에 기술된 바와 같이, 또한 본 발명에 따르면, 평가 디바이스는 물체의 종방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 바람직하게 광 빔의 전파 방향의 적어도 하나의 전파 좌표에 대한 광 빔의 빔 직경의 알려진 종속성으로부터 및/또는 광 빔의 공지된 가우스 프로파일로부터 결정하기 위해 광 빔의 빔 단면 및/또는 직경을 광 빔의 공지된 빔 특성과 비교하도록 구성될 수 있다.
물체의 적어도 하나의 종방향 좌표 이외에, 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표가 결정될 수 있다. 따라서, 일반적으로, WO 제 2014/097181 A1 호에서도 추가로 개요된 바와 같이, 평가 디바이스는 픽셀화되거나 분할될 수 있는 적어도 하나의 횡방향 광센서 또는 대면적의 횡방향 광센서상의 광 빔의 위치를 결정함으로써 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하도록 또한 구성될 수 있다.
또한, 검출기는 공통의 광 축을 따라 추가로 배열될 수 있는, 광학 렌즈, 특히 하나 이상의 굴절 렌즈, 특히 볼록 또는 양면 볼록 얇은 렌즈 및/또는 하나 이상의 볼록 거울과 같은 집광하는 얇은 굴절 렌즈와 같은 적어도 하나의 전달 디바이스를 포함할 수 있다. 가장 바람직하게, 물체로부터 나오는 광 빔은 이 경우 적어도 하나의 전달 디바이스를 통해 먼저 진행한 다음, 최종적으로 이미징 디바이스에 충돌할 때까지 단일의 투명한 종방향 광센서 또는 투명한 종방향 광센서의 스택을 통해 진행할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "전달 디바이스"라는 용어는 물체로부터 나오는 적어도 하나의 광 빔을 검출기 내의 광센서, 즉, 적어도 두 개의 종방향 광센서 및 적어도 하나의 선택적인 횡방향 광센서로 전달하도록 구성될 수 있는 광학 요소를 지칭한다. 따라서, 전달 디바이스는 물체로부터 검출기로 전파하는 광을 광센서로 공급하도록 설계될 수 있으며, 이와 같은 공급은 이미징 특성에 의해 그렇지 않으면 전달 디바이스의 비-이미징 특성에 의해 선택적으로 영향을 받을 수 있다. 특히, 전달 디바이스는 전자기 방사선이 횡방향 및/또는 종방향 광센서에 공급되기 전에 전자기 방사선을 수집하도록 설계될 수 있다.
또한, 전달 디바이스는 예컨대 변조용 전송 디바이스를 사용하여 광 빔을 변조하는데 사용될 수도 있다. 여기서, 변조용 전달 디바이스는 광 빔이 종방향 광센서상에 충돌하기 전에 입사 광 빔의 주파수 및/또는 세기를 변조하도록 구성될 수 있다. 여기서, 변조용 전달 디바이스는 광 빔을 변조하기 위한 수단을 포함할 수 있고 및/또는 평가 디바이스의 구성 부분일 수 있는 변조 디바이스에 의해 제어될 수 있고 및/또는 적어도 부분적으로 별개의 디바이스로서 구현될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 전달 디바이스는 이미징 특성을 가질 수 있다. 따라서, 전달 디바이스는 적어도 하나의 이미징 요소, 예를 들면, 적어도 하나의 렌즈 및/또는 적어도 하나의 곡면 거울을 포함하는데, 이것은 이러한 이미징 요소의 사례에서, 예를 들어 센서 영역상의 조명의 기하학적 형상이 전달 디바이스와 물체 간의 상대 위치, 예를 들면 거리에 종속적일 수 있기 때문이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 전달 디바이스는 물체로부터 나오는 전자기 방사선이 센서 영역으로 완전히 전달되도록, 예를 들면, 특히 센서 구역, 특히 물체가 검출기의 가시 범위에 배열되어 있다면 특히 센서 영역상에 완전히 집속되도록 설계될 수 있다.
일반적으로, 검출기는 적어도 하나의 이미징 디바이스, 즉, 적어도 하나의 이미지를 획득할 수 있는 디바이스를 더 포함할 수 있다. 이미징 디바이스는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 따라서, 이미징 디바이스는 예를 들어 검출기 하우징 내의 검출기의 일부일 수 있다. 그러나, 대안으로 또는 부가적으로, 이미징 디바이스는 또한 검출기 하우징 외부에, 예를 들어 별개의 이미징 디바이스로서 배치될 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 이미징 디바이스는 또한 검출기에 연결되거나 심지어 검출기의 일부일 수 있다. 바람직한 구성에서, 투명한 종방향 광센서의 스택 및 이미징 디바이스는 광 빔이 진행하는 공통의 광 축을 따라 정렬된다. 따라서, 광 빔이 이미징 디바이스에 충돌할 때까지 광 빔이 투명한 종방향 광센서의 스택을 통해 이동하는 방식으로 이미징 디바이스를 광 빔의 광 경로에 배치하는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 다른 배열이 가능하다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 "이미징 디바이스"는 일반적으로 물체 또는 물체의 일부의 1차원, 2차원 또는 3차원 이미지를 생성할 수 있는 디바이스로 이해된다. 특히, 적어도 하나의 선택적인 이미징 디바이스를 갖거나 갖지 않는 검출기는 IR 카메라 또는 RGB 카메라와 같은 카메라, 즉, 세 개의 별개의 접속부를 통해 적색, 녹색 및 청색으로 지정된 세 개의 기본 색을 전하도록 설계된 카메라로서 전체적으로 또는 부분적으로 사용될 수 있다. 따라서, 예로서, 적어도 하나의 이미징 디바이스는 픽셀형 유기 카메라 요소, 바람직하게는 픽셀형 유기 카메라 칩; 픽셀형 무기 카메라 요소, 바람직하게는 픽셀형 무기 카메라 칩, 더 바람직하게는 CCD 또는 CMOS 칩; 단색 카메라 요소, 바람직하게는 단색 카메라 칩; 다색 카메라 요소, 바람직하게는 다색 카메라 칩; 풀 컬러 카메라 요소, 바람직하게는 풀 컬러 카메라 칩으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 이미지 디바이스일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 이미징 디바이스는 단색 이미징 디바이스, 다색 이미징 디바이스 및 적어도 하나의 풀 컬러 이미징 디바이스로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 디바이스일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 본 기술에서 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 바와 같이, 다색 이미징 디바이스 및/또는 풀 컬러 이미징 디바이스는 필터 기술을 사용하여 및/또는 고유의 색 감도 또는 다른 기술을 사용하여 생성될 수 있다. 이미징 디바이스의 다른 실시예가 또한 가능하다.
이미징 디바이스는 물체의 복수의 부분 영역을 연속하여 및/또는 동시에 촬영하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 물체의 일부 영역은 예를 들어 이미징 디바이스의 해상 한계(resolution limit)로 구분되고 전자기 방사선이 나오는 물체의 1차원, 2차원 또는 3차원 영역일 수 있다. 이러한 맥락에서, 촬영하는 것은 물체의 각각의 부분 영역으로부터 나오는 전자기 방사선이 예를 들어, 검출기의 적어도 하나의 선택적인 전달 디바이스에 의해 이미징 디바이스로 공급되는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 전자기 광선은 예를 들어 발광 방사선의 형태로 물체 자체에 의해 발생될 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 적어도 하나의 검출기는 물체를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다.
특히, 이미징 디바이스는 복수의 부분 영역을, 예를 들어 스캐닝 방법에 의해, 특히 적어도 하나의 행 주사 및/또는 라인 주사를 사용하여, 순차적으로 촬영하도록 설계된다. 그러나, 다른 실시예, 예를 들어 복수의 부분 영역이 동시에 촬영되는 실시예가 또한 가능하다. 이미징 디바이스는 물체의 일부 영역을 촬영하는 동안, 부분 영역과 연관된 신호, 바람직하게는 전자 신호를 생성하도록 설계된다. 신호는 아날로그 및/또는 디지털 신호일 수 있다. 예를 들어, 전자 신호는 각각의 부분 영역과 연관될 수 있다. 따라서, 전자 신호는 동시에 또는 이와 달리 일시적으로 엇갈린 방식으로 생성될 수 있다. 예를 들어, 행 스캔 또는 라인 스캔 동안, 예를 들어, 라인으로 함께 이어져 있는 물체의 일부 영역에 대응하는 전자 신호의 시퀀스를 생성하는 것이 가능하다. 또한, 이미징 디바이스는 전자 신호를 처리 및/또는 전처리하기 위한 하나 이상의 필터 및/또는 아날로그-디지털 변환기와 같은 하나 이상의 신호 처리 디바이스를 포함할 수 있다.
물체에서 나오는 광은 물체 자체에서 유래할 수 있지만, 선택적으로는 다른 원천을 가지며 이 원천으로부터 물체로 그런 다음 광센서를 향해 전파할 수 있다. 후자의 경우는 예를 들어, 사용되는 적어도 하나의 조명원에 의해 수행될 수 있다. 조명원은 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 따라서, 조명원은 예를 들어 검출기 하우징 내의 검출기의 부분일 수 있다. 그러나, 대안으로 또는 부가적으로, 적어도 하나의 조명원은 검출기 하우징의 외부에, 예를 들어 별개의 광원으로서 배치될 수 있다. 조명원은 물체와 별개로 배치되어 멀리 있는 물체를 조명할 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 조명원은 또한 물체에 연결될 수 있거나 물체의 일부분일 수도 있고, 그래서 예를 들어, 물체로부터 나오는 전자기 방사선은 조명원에 의해 직접 발생될 수도 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 조명원은 물체상에 및/또는 물체 내에 배치될 수 있으며, 센서 영역이 조명되는 전자기 방사선을 직접 발생할 수 있다. 이러한 조명원은 예를 들어 주변 광원일 수 있거나 이를 포함할 수 있고 및/또는 인공 조명원일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 적외선 방출기 및/또는 적어도 하나의 가시 광 방출기 및/또는 적어도 하나의 자외선 광 방출기가 물체 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 발광 다이오드 및/또는 적어도 하나의 레이저 다이오드가 물체 상에 및/또는 물체 내에 배치될 수 있다. 조명원은 특히 하나 또는 복수의 다음과 같은 조명원: 원칙적으로 대안으로 또는 부가적으로, 다른 유형의 레이저가 또한 사용될 수 있겠지만, 레이저, 특히 레이저 다이오드; 발광 다이오드; 백열 램프; 네온 등; 화염원(flame source); 유기 광원, 특히 유기 발광 다이오드; 구조화된 광원을 포함할 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 다른 조명원이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어 많은 레이저에서 적어도 대략 그러한 것처럼, 조명원이 가우스 빔 프로파일을 갖는 하나 이상의 광 빔을 발생하도록 설계되는 것이 특히 바람직하다. 선택적 조명원의 다른 잠재적 실시예에 대해서는 WO 2012/110924 A1 및 WO 2014/097181 A1 중 하나가 참조될 수 있다. 여전히, 다른 실시예가 실현 가능하다.
적어도 하나 이상의 선택적 조명원은 일반적으로 자외선 스펙트럼 범위, 바람직하게는 200nm 내지 380nm의 범위; 가시 스펙트럼 범위(380nm 내지 780nm); 적외선 스펙트럼 범위, 바람직하게는 780nm 내지 3.0 마이크로미터의 범위 중 적어도 하나의 범위에서 광을 방출할 수 있다. 가장 바람직하게, 적어도 하나의 조명원은 가시 스펙트럼 범위, 바람직하게는 500 nm 내지 780 nm의 범위, 가장 바람직하게는 650 nm 내지 750 nm 또는 690 nm 내지 700 nm의 범위에서 광을 방출하도록 구성된다. 여기서, 특히 각각의 조명원에 의해 조명될 수 있는 종방향 센서가 충분한 신호-대-잡음 비를 갖는 고해상도 평가를 가능하게 할 수 있는 높은 세기의 센서 신호를 제공할 수 있는 것을 보장하는 방식으로, 조명원이 종방향 센서의 스펙트럼 감도와 관련될 수 있는 스펙트럼 범위를 보일 수 있을 때가 특히 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에서, 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 적어도 두 개의 검출기를 포함하는 장치가 제안된다. 여기서, 적어도 두 개의 검출기는 바람직하게 동일한 광학 특성을 가질 수 있지만, 서로 상이할 수도 있다. 또한, 이 장치는 적어도 하나의 조명원을 더 포함할 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 물체는 일차 광을 발생하는 적어도 하나의 조명원을 사용하여 조명될 수 있으며, 적어도 하나의 물체는 일차 광을 탄력적으로 또는 비탄력적으로 반사함으로써, 적어도 두 개의 검출기 중 하나의 검출기로 전파하는 복수의 광 빔을 발생할 수 있다. 적어도 하나의 조명원은 적어도 두 개의 검출기 각각의 구성 부분을 형성할 수도 있거나 형성하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 조명원 자체는 주변 광원일 수도 있거나 이를 포함할 수 있고 및/또는 인공 조명원일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 이러한 실시예는 적어도 두 개의 검출기, 바람직하게는 두 개의 동일한 검출기가 깊이 정보를 획득하기 위해, 특히 단일 검출기의 고유 측정량을 확장하는 측정량을 제공할 목적으로 적용되는 응용 예에 바람직하게 적합하다.
본 발명의 다른 양태에서, 사용자와 머신 사이에서 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-머신 인터페이스가 제안된다. 제안된 인간-머신 인터페이스는 위에서 언급한 하나 이상의 실시예의 또는 아래에서 더 상세히 언급된 바와 같은 전술한 검출기가 하나 이상의 사용자에 의해 정보 및/또는 커맨드를 머신에 제공하는데 사용될 수 있다는 사실을 이용할 수 있다. 따라서, 바람직하게, 인간-머신 인터페이스는 제어 커맨드를 입력하는데 사용될 수 있다.
인간-머신 인터페이스는 본 발명에 따른, 예컨대 전술한 실시예 중 하나 이상에 따른 및/또는 아래에서 더 상세히 개시되는 실시예 중 하나 이상에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하며, 인간-머신 인터페이스는 검출기에 의해 사용자의 적어도 하나의 기하학적 정보 항목을 생성하도록 설계되며, 인간-머신 인터페이스는 기하학적 정보를 적어도 하나의 정보 항목, 특히 적어도 하나의 제어 커맨드에 할당하도록 설계된다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 디바이스가 개시된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 엔터테인먼트 디바이스는 하나 이상의 사용자의 여가 및/또는 오락의 목적을 제공할 수 있는 디바이스이며, 아래에서는 하나 이상의 플레이어라고도 지칭한다. 예로서, 엔터테인먼트 디바이스는 게임, 바람직하게는 컴퓨터 게임의 목적을 제공할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 엔터테인먼트 디바이스는 일반적으로 운동, 스포츠, 물리 치료 또는 움직임 추적과 같은 다른 목적을 위해 사용될 수도 있다. 따라서, 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 전술한 실시예 중 하나 이상에 따른 및/또는 아래에 개시된 실시예 중 하나 이상에 따른 적어도 하나의 인간-머신 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 디바이스는 인간-머신 인터페이스를 통해 플레이어가 적어도 하나의 정보 항목을 입력할 수 있도록 설계된다. 적어도 하나의 정보 항목은 엔터테인먼트 디바이스의 컨트롤러 및/또는 컴퓨터로 전송될 수 있거나 및/또는 컨트롤러 및/또는 컴퓨터에 의해 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 이동 가능한 물체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템이 제공된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 추적 시스템은 적어도 하나의 물체 또는 물체의 적어도 일부의 일련의 과거 위치에 관한 정보를 수집하도록 구성된 디바이스이다. 또한, 추적 시스템은 적어도 하나의 물체 또는 물체의 적어도 일부의 적어도 하나의 예측된 미래 위치에 관한 정보를 제공하도록 구성될 수 있다. 추적 시스템은 전자 디바이스, 바람직하게는 적어도 하나의 데이터 프로세싱 디바이스, 더 바람직하게는 적어도 하나의 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러로서 전체적으로 또는 부분적으로 구현될 수 있는 적어도 하나의 추적 컨트롤러를 가질 수 있다. 다시 말해, 적어도 하나의 추적 컨트롤러는 적어도 하나의 평가 디바이스를 포함할 수 있고 및/또는 적어도 하나의 평가 디바이스의 일부일 수 있고 및/또는 적어도 하나의 평가 디바이스와 전체적으로 또는 부분적으로 동일할 수 있다.
추적 시스템은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기, 예컨대 전술한 실시예 중 하나 이상에 개시된 바와 같은 및/또는 아래의 실시예 중 하나 이상에 개시된 바와 같은 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 여기서, 추적 시스템은 적어도 하나의 대면적 종방향 광센서 또는 바람직하게는 적어도 하나의 픽셀형 광센서를 갖는 하나 이상의 검출기를 포함할 수 있다. 픽셀형 광센서를 포함하는 실시예는 픽셀형 광센서의 단일 픽셀에 의해 단지 하나 또는 소수의 물체가 추적될 수 있는 이벤트에서 특히 유용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 명세서에 기술된 바와 같은 픽셀형 광센서는 특히 배경과 관련된 기준 신호를 결정하게 하며, 이에 따라 물체의 관련된 특징이 쉽게 추적될 수 있도록 실제 신호의 정확한 해석을 용이하게 한다. 이러한 특징은 상당히 높은 전체 조명 세기를 나타내는 장면을 관측할 때 특히 유리할 수 있다.
추적 시스템은 적어도 하나의 추적 컨트롤러를 더 포함한다. 추적 시스템은 두 개 이상의 검출기 사이의 중첩 용적 내의 적어도 하나의 물체에 관한 깊이 정보의 신뢰할 수 있게 획득할 수 있게 하는 하나, 둘 이상의 검출기, 특히 둘 이상의 동일한 검출기를 포함할 수 있다. 추적 컨트롤러는 물체의 일련의 위치를 추적하는데 적합하며, 각각의 위치는 특정 시점에서 물체의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 포함한다.
추적 시스템은 물체에 연결 가능한 적어도 하나의 비콘 디바이스를 더 포함할 수 있다. 비콘 디바이스의 잠재적인 정의에 대해서는 WO 2014/097181 A1을 참조할 수 있다. 추적 시스템은 바람직하게 검출기가 적어도 하나의 비콘 디바이스의 물체의 위치에 관한 정보를 생성할 수 있도록, 특히 특정 스펙트럼 감도를 보이는 특정 비컨 디바이스를 포함하는 물체의 위치에 관한 정보를 생성하도록 구성된다. 따라서, 상이한 스펙트럼 감도를 보이는 하나 이상의 비콘은 본 발명의 검출기에 의해 바람직하게는 동시적인 방식으로 추적될 수 있다. 여기서, 비콘 디바이스는 능동 비콘 디바이스로서 및/또는 수동 비콘 디바이스로서 전체적으로 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 예로서, 비콘 디바이스는 검출기로 전송될 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 비콘 디바이스는 조명원에 의해 생성된 광을 반사하도록 구성된 적어도 하나의 반사체를 포함할 수 있음으로써, 검출기로 전송될 반사된 광 빔을 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 물체를 촬영하는 카메라가 개시된다. 카메라는 위에서 제시되거나 아래에서 더 상세히 제시되는 실시예 중 하나 이상에서 개시되는 바와 같은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 따라서, 검출기는 사진 디바이스의 일부, 특히 디지털 카메라의 일부일 수 있다. 구체적으로, 검출기는 3D 촬영, 특히 디지털 3D 촬영에 사용될 수 있다. 따라서, 검출기는 디지털 3D 카메라를 형성하거나 디지털 3D 카메라의 일부일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "촬영(photography)"이라는 용어는 일반적으로 적어도 하나의 물체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 본 명세서에서 또한 사용되는 바와 같이, "카메라"는 일반적으로 촬영을 수행하기에 구성된 디바이스이다. 본 명세서에서 또한 사용되는 바와 같이, "디지털 촬영"이라는 용어는 일반적으로 조명 세기를 표시하는 전기 신호, 바람직하게는 디지털 전기 신호를 생성하도록 구성된 복수의 감광 요소를 사용하여 적어도 하나의 물체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 본 명세서에서 또한 사용되는 바와 같이, "3D 촬영"이라는 용어는 일반적으로 세 개의 공간 차원에서 적어도 하나의 물체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 따라서, 3D 카메라는 3D 촬영을 수행하기에 구성된 디바이스이다. 카메라는 일반적으로 단일의 3D 이미지와 같은 단일의 이미지를 획득하도록 구성될 수 있거나, 이미지 시퀀스와 같은 복수의 이미지를 획득하도록 구성될 수 있다. 따라서, 카메라는 예컨대 디지털 비디오 시퀀스를 획득하는 비디오 애플리케이션에 구성된 비디오 카메라일 수도 있다.
따라서, 일반적으로, 본 발명은 적어도 하나의 물체를 촬영하는 카메라, 특히 디지털 카메라, 더 구체적으로는 3D 카메라 또는 디지털 3D 카메라에 대해 더 언급한다. 위에서 개요된 바와 같이, 본 명세서에서 사용된 바와 같이 촬영이라는 용어는 일반적으로 적어도 하나의 물체의 이미지 정보를 획득하는 것을 지칭한다. 카메라는 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 위에서 개요된 바와 같이, 카메라는 단일의 이미지를 획득하거나, 이미지 시퀀스와 같은 복수의 이미지를 획득하기 위해, 바람직하게는 디지털 비디오 시퀀스를 획득하기 위해 구성될 수 있다. 따라서, 예로서, 카메라는 비디오 카메라일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 후자의 경우, 카메라는 바람직하게 이미지 시퀀스를 저장하기 위한 데이터 메모리를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하는 방법이 개시된다. 바람직하게 방법은 위에서 개시되거나 아래에서 더 상세히 개시되는 실시예 중 하나 이상에 따른 적어도 하나의 검출기와 같은, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 사용할 수 있다. 따라서, 방법의 선택적인 실시예에 대해서는 검출기의 다양한 실시예에 대한 설명이 참조될 수 있다.
방법은 주어진 순서로 또는 상이한 순서로 수행될 수 있는 다음과 같은 단계를 포함한다. 또한, 열거되지 않은 부가적인 방법 단계가 제공될 수 있다. 또한, 방법 단계 중 두 개 이상 또는 심지어 모두는 적어도 부분적으로 동시에 수행될 수 있다. 또한, 방법 단계 중 두 개 이상 또는 심지어 모두는 2 회 또는 2 회 이상 반복적으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 다음과 같은 단계, 즉,
- 적어도 하나의 종방향 광센서를 사용하여 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하는 단계 - 종방향 센서 신호는 변조된 광 빔에 의한 종방향 광센서의 센서 영역의 조명에 종속하며, 종방향 센서 신호는 조명의 전체 전력이 동일할 경우, 센서 영역에서의 변조된 광 빔의 빔 단면 및 조명의 변조의 변조 주파수에 종속하며, 종방향 센서 신호는 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 포함하며, 제 1 컴포넌트는 변조된 광 빔의 변조의 변동에 대한 종방향 광센서의 응답에 종속하고, 제 2 컴포넌트는 조명의 전체 전력에 종속함 - 와,
- 종방향 센서 신호로부터 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 도출함으로써 종방향 광센서의 종방향 센서 신호를 평가하는 단계 - 물체의 종방향 위치에 관한 정보 항목은 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 사용하여 결정됨 - 를 포함한다.
여기서, 물체의 종방향 위치에 관한 정보 항목을 결정하는 것은, 특히, 제 2 컴포넌트를 사용하여 제 1 컴포넌트를 정규화함으로써 결정될 수 있다. 본 발명에 따른 방법에 관한 더 상세한 설명에 대해서는 위에서 및/또는 아래에서 제공되는 바와 같은 광 검출기의 설명이 참조될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 본 발명에 따른 검출기의 용도가 개시된다. 여기서, 물체의 위치, 특히 깊이를 결정하기 위한 검출기의 용도는, 특히 교통 기술에서 거리 측정; 특히 교통 기술에서 위치 측정; 엔터테인먼트 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 인간-머신 인터페이스 애플리케이션; 추적 애플리케이션; 사진촬영 애플리케이션; 이미징 애플리케이션 또는 카메라 애플리케이션; 적어도 하나의 공간의 맵을 생성하기 위한 맵핑 애플리케이션으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 용도의 목적을 위해 제안된다.
바람직하게, 특히 전달 디바이스, 횡방향 광센서, 평가 디바이스와 관련하여 그리고 해당한다면 횡방향 광센서, 변조 디바이스, 조명원 및 이미징 디바이스와 관련하여, 특히 잠재적인 물질, 셋업 및 추가의 세부 사항에 관련하여, 광 검출기, 방법, 인간-머신 인터페이스, 엔터테인먼트 디바이스, 추적 시스템, 카메라 및 검출기의 다양한 용도의 추가의 잠재적 세부 사항에 대해서는 그 전체 내용이 본 명세서에 참조 문헌으로 인용되는 WO 2012/110924 A1, US 2012/206336 A1, WO 2014/097181 A1 및 US 2014/291480 A1 중 하나 이상이 참조될 수 있다.
전술한 검출기, 방법, 인간-머신 인터페이스 및 엔터테인먼트 디바이스 그리고 또한 제안된 용도는 종래 기술에 비해 상당한 장점을 갖는다. 따라서, 일반적으로, 공간 내의 적어도 하나의 물체의 위치를 정확하게 결정하기 위한 간단하고 더욱 효율적인 검출기가 제공될 수 있다. 여기서, 예로서, 물체 또는 물체 일부의 3 차원 좌표는 모호함이 없이 빠르고 효율적인 방식으로 결정될 수 있다.
본 기술분야에서 공지된 디바이스와 비교하여, 제안된 검출기는 특히 검출기의 광 셋업과 관련하여 고도의 단순성을 제공한다. 따라서, 원론적으로, 종방향 광센서의 센서 영역에 충돌하는 변조된 광 빔을 생성하는 변조 디바이스와 함께, 실제 신호와 관련된 제 1 컴포넌트 및 센서 영역의 조명의 전체 전력과 관련된 제 2 컴포넌트를 포함하는 종방향 센서 신호를 수신하고, 그로부터 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 결정하도록 구성된 적절한 평가 디바이스를 이용하면 모호함이 없이 신뢰할 수 있는 높은 정밀도로 위치를 검출하기에 충분하다. 고정밀 측정의 가능성과 조합하여 단일의 종방향 광센서 또는 단일의 픽셀형 광센서와 같은 오직 단일의 FiP 센서 및 단일의 횡방향 광센서의 사용이 가능하기 때문에, 이와 같은 고도의 단순성은 인간-머신 인터페이스와 같은 머신 제어 및 더 바람직하게는 게임 및 추적에 특히 적합하다. 따라서, 다수의 게임 및 추적 목적에 사용될 수 있는 비용 효율적인 엔터테인먼트 디바이스가 제공될 수 있다.
요약하면, 본 발명의 맥락에서, 다음과 같은 실시예가 특히 바람직하다고 간주된다:
실시예 1: 적어도 하나의 물체의 광 검출을 위한 검출기로서, 검출기는,
적어도 하나의 변조 디바이스 - 변조 디바이스는 물체로부터 검출기로 진행하는 적어도 하나의 변조된 광 빔을 생성할 수 있음 - 와,
적어도 하나의 종방향 광센서 - 종방향 광센서는 적어도 하나의 센서 영역을 가지며, 종방향 광센서는 변조된 광 빔에 의한 센서 영역의 조명에 종속하는 방식으로 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되며, 종방향 센서 신호는 조명의 전체 전력이 동일할 경우, 센서 영역에서의 변조된 광 빔의 빔 단면 및 조명의 변조의 변조 주파수에 종속하며, 종방향 센서 신호는 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 포함하며, 제 1 컴포넌트는 변조된 광 빔의 변조의 변동에 대한 종방향 광센서의 응답에 종속하고 제 2 컴포넌트는 조명의 전체 전력에 종속함 - 와,
적어도 하나의 평가 디바이스 - 평가 디바이스는 종방향 센서 신호로부터 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 도출함으로써 물체의 종방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계되며, 물체의 종방향 위치에 관한 정보 항목은 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트에 종속함 - 를 포함한다.
실시예 2: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 물체의 종방향 위치에 관한 정보 항목을 결정하는 것은 제 2 컴포넌트를 사용하여 제 1 컴포넌트를 정규화하는 것을 포함한다.
실시예 3: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 검출기에 있어서, 검출기는 단일의 대면적 종방향 광센서 또는 단일의 픽셀형 광센서를 포함한다.
실시예 4: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 평가 디바이스는 종방향 센서 신호의 제 2 컴포넌트를 사용하여 제 1 컴포넌트를 정규화함으로써 변조된 광 빔의 직경을 결정하도록 구성된다.
실시예 5: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 평가 디바이스는 또한 제 1 컴포넌트로부터 도출된 변조된 광 빔의 직경을 제 2 컴포넌트로부터, 바람직하게는 변조된 광 빔의 전파 방향에서의 적어도 하나의 전파 좌표상의 변조된 광 빔의 빔 직경의 알려진 종속성으로부터 및/또는 변조된 광 빔의 알려진 가우스 프로파일로부터 도출된 변조된 광 빔의 알려진 빔 특성과 비교하도록 구성된다.
실시예 6: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 검출기에 있어서, 제 1 컴포넌트는 변조의 변동에 대한 응답 내의 종방향 센서 신호의 적어도 하나의 시간적 변동과 관련된다.
실시예 7: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 제 1 컴포넌트는 변조의 변동에 대한 응답 내의 종방향 센서 신호의 상승 시간 및 하강 시간 중 적어도 하나와 관련된다.
실시예 8: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 검출기에 있어서, 제 2 컴포넌트는 조명의 전체 전력의 변동에 대한 응답의 적어도 일부를 포함하는 시간 간격에 걸친 종방향 센서 신호의 적분과 관련된다.
실시예 9: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 검출기에 있어서, 변조 디바이스는 변조된 광 빔의 세기를 주기적으로 변조하도록 구성되며, 이에 따라 변조된 광 빔의 세기와 관련한 반복 주기가 생성된다.
실시예 10: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 변조는 구형파형 변조, 삼각파형 변조 또는 정현파형 변조이다.
실시예 11: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 검출기에 있어서, 제 1 컴포넌트는 변조의 반복 주기 중 적어도 하나의 주기 내에서 종방향 센서 신호의 상승 시간 및 하강 시간 중 적어도 하나와 관련된다.
실시예 12: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 제 2 컴포넌트는 변조의 반복 주기 중 적어도 하나의 주기 동안 종방향 센서 신호의 적분과 관련된다.
실시예 13: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 검출기에 있어서, 평가 디바이스는 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트를 종방향 센서 신호의 제 2 컴포넌트로부터 분리함으로써 물체의 종방향 위치에 관한 정보 항목을 결정하도록 구성된다.
실시예 14: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 평가 디바이스는 종방향 센서 신호를 적어도 두 개의 분리된 신호로 분할하기 위한 적어도 하나의 신호 분할기를 더 포함한다.
실시예 15: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 검출기에 있어서, 평가 디바이스는 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트를 도출하기 위한 적어도 하나의 제 1 프로세싱 유닛 및 종방향 센서 신호의 제 2 컴포넌트를 도출하기 위한 적어도 하나의 제 2 프로세싱 유닛을 포함한다.
실시예 16: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 제 1 프로세싱 유닛은 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트를 도출하기 위한 적어도 하나의 하이 패스 필터를 포함하며, 제 2 프로세싱 유닛은 종방향 센서 신호의 제 2 컴포넌트를 도출하기 위한 적어도 하나의 로우 패스 필터를 포함한다.
실시예 17: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 검출기에 있어서, 평가 디바이스는 종방향 센서 신호 또는 그 일부를 증폭하도록 구성된 적어도 하나의 증폭기를 더 포함한다.
실시예 18: 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 검출기에 있어서, 적어도 하나의 종방향 광센서는 투명한 광센서이다.
실시예 19: 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 검출기에 있어서, 종방향 광센서의 센서 영역은 정확히 하나의 연속하는 센서 영역이며, 종방향 센서 신호는 전체 센서 영역에 균일한 센서 신호이다.
실시예 20: 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 검출기에 있어서, 종방향 광센서의 센서 영역은 센서 영역이거나 센서 영역을 포함하며, 센서 영역은 각각의 디바이스의 표면에 의해 형성되며, 표면은 물체 쪽을 향하거나 물체와 반대쪽으로 향한다.
실시예 21: 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 검출기에 있어서, 종방향 광 검출기는 센서 영역의 적어도 일부의 전기 저항 또는 전도도 중 하나 이상을 측정함으로써 종방향 센서 신호를 생성하도록 구성된다.
실시예 22: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 광 검출기는 적어도 하나의 전류-전압 측정 및/또는 적어도 하나의 전압-전류 측정을 수행함으로써 종방향 센서 신호를 생성하도록 구성된다.
실시예 23: 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 검출기에 있어서, 검출기는 적어도 두 개의 종방향 광센서를 가지며, 종방향 광센서는 적층되어 있다.
실시예 24: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 종방향 광센서는 종방향 광센서 스택을 형성하며, 종방향 광센서의 센서 영역은 광 축에 수직으로 배향되어 있다.
실시예 25: 두 개의 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 종방향 광센서는 물체로부터 변조된 광 빔이 모든 종방향 광센서를 바람직하게 순차적으로 조명하도록 배열되며, 적어도 하나의 종방향 센서 신호는 각각의 종방향 광센서에 의해 생성된다.
실시예 26: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 검출기에 있어서, 적어도 하나의 조명원을 더 포함한다.
실시예 27: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 조명원은 적어도 부분적으로 물체에 연결된 및/또는 적어도 부분적으로 물체와 동일한 조명원; 물체를 일차 방사선으로 적어도 부분적으로 조명하도록 설계된 조명원으로부터 선택된다.
실시예 28: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 변조된 광 빔은 물체상에서 일차 방사선의 반사에 의해 및/또는 일차 방사선에 의해 자극된 물체 자체에 의한 광 방출에 의해 생성된다.
실시예 29: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 종방향 광센서의 스펙트럼 감도는 조명원의 스펙트럼 범위에 의해 포함된다.
실시예 30: 네 개의 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 검출기에 있어서, 변조 디바이스는 조명원을 조명하도록 구성된다.
실시예 31: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 검출기에 있어서, 적어도 하나의 횡방향 광센서를 더 포함하며, 횡방향 광센서는 물체로부터 검출기로 진행하는 변조된 광 빔의 횡방향 위치를 결정하도록 구성되며, 횡방향 위치는 검출기의 광 축에 수직인 적어도 일차원의 위치이며, 횡방향 광센서는 적어도 하나의 횡방향 센서 신호를 생성하도록 구성되며, 평가 디바이스는 또한 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 횡방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
실시예 32: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 횡방향 광센서는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 제 2 전극 및 투명한 전도성 산화물의 별개의 두 개의 층 사이에 삽입된 적어도 하나의 광 전도성 물질을 갖는 광 검출기이며, 횡방향 광센서는 센서 영역을 가지며, 제 1 전극 및 제 2 전극은 투명한 전도성 산화물의 층 중 하나의 층의 상이한 위치에 적용되며, 적어도 하나의 횡방향 센서 신호는 센서 영역에서의 변조된 광 빔의 위치를 표시한다.
실시예 33: 두 개의 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 검출기에 있어서, 적어도 하나의 횡방향 광센서는 투명한 횡방향 광센서이다.
실시예 34: 세 개의 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 검출기에 있어서, 횡방향 광센서의 센서 영역은 횡방향 광센서의 표면에 의해 형성되며, 표면은 물체 쪽을 향하거나 물체와 반대쪽으로 향한다.
실시예 35: 네 개의 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 검출기에 있어서, 제 1 전극 및/또는 제 2 전극은 적어도 두 개의 부분 적극을 포함하는 분할 전극이다.
실시예 36: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 적어도 네 개의 부분 전극이 제공된다.
실시예 37: 두 개의 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 검출기에 있어서, 부분 전극을 통한 전류는 센서 영역에서의 변조된 광 빔의 위치에 종속한다.
실시예 38: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 횡방향 광센서는 부분 전극을 통한 전류에 따라 횡방향 센서 신호를 생성하도록 구성된다
실시예 39: 두 개의 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 검출기에 있어서, 검출기, 바람직하게는 횡방향 광센서 및/또는 평가 디바이스는 물체의 횡방향 위치에 관한 정보를 부분 전극을 통한 전류의 적어도 하나의 비율로부터 도출하도록 구성된다.
실시예 40: 아홉 개의 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 검출기에 있어서, 적어도 하나의 횡방향 광센서는 투명한 광센서이다.
실시예 41: 열 개의 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 검출기에 있어서, 횡방향 광센서 및 종방향 광센서는 광 축을 따라 진행하는 변조된 광 빔이 횡방향 광센서 및 적어도 두 개의 종방향 광센서 모두 다에 충돌하도록 광 축을 따라서 적층된다.
실시예 42: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 변조된 광 빔은 순차적으로 횡방향 광센서 및 적어도 하나의 종방향 광센서를 통과하거나 그 반대로 통과한다.
실시예 43: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 변조된 광 빔은 적어도 하나의 횡방향 광센서를 통과한 다음 적어도 하나의 종방향 광센서에 충돌한다.
실시예 44: 열세 개의 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 검출기에 있어서, 횡방향 센서 신호는 전류 및 전압 또는 이들의 도출된 임의의 신호로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
실시예 45: 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 검출기에 있어서, 적어도 하나의 전달 디바이스를 더 포함한다.
실시예 46: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 변조 디바이스는 전달 디바이스를 변조하도록 구성된다.
실시예 47: 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 검출기에 있어서, 검출기는 적어도 하나의 이미징 디바이스를 더 포함한다.
실시예 48: 선행 실시예에 따른 검출기에 있어서, 이미징 디바이스는 물체로부터 가장 먼 위치에 배치된다.
실시예 49: 두 개의 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 검출기에 있어서, 변조된 광 빔은 적어도 하나의 종방향 광센서를 통과한 다음 이미징 디바이스를 조명한다.
실시예 50: 세 개의 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 검출기에 있어서, 이미징 디바이스는 카메라를 포함한다.
실시예 51: 네 개의 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 검출기에 있어서, 이미징 디바이스는 무기 카메라; 단색 카메라; 다색 카메라; 풀 컬러 카메라; 픽셀형 무기 칩; 픽셀형 유기 카메라; CCD 칩, 바람직하게는 멀티 컬러 CCD 칩 또는 풀 컬러 CCD 칩; CMOS 칩; IR 카메라; RGB 카메라 중 적어도 하나를 포함한다.
실시예 52: 장치로서, 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 적어도 두 개의 검출기를 포함한다.
실시예 53: 두 개의 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 장치에 있어서, 장치는 적어도 하나의 조명원을 더 포함한다.
실시예 54: 사용자와 머신 사이에서 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한, 특히 제어 커맨드를 입력하기 위한 인간-머신 인터페이스로서, 인간-머신 인터페이스는 검출기와 관련하는 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하며, 인간-머신 인터페이스는 검출기에 의해 사용자의 기하학적 정보 중 적어도 하나의 항목을 생성하도록 설계되며, 인간-머신 인터페이스는 적어도 하나의 정보 항목, 특히 적어도 하나의 제어 커맨드를 기하학적 정보에 할당하도록 설계된다.
실시예 55: 선행 실시예에 따른 인간-머신 인터페이스에 있어서, 사용자의 기하학적 정보의 적어도 하나의 항목은 사용자의 신체 위치; 사용자의 적어도 하나의 신체 부분의 위치; 사용자의 신체의 방위; 사용자의 적어도 하나의 신체 부분의 방위로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다.
실시예 56: 두 개의 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 인간-머신 인터페이스에 있어서, 인간-머신 인터페이스는 사용자에 연결 가능한 적어도 하나의 비콘 디바이스를 더 포함하며, 인간-머신 인터페이스는 적어도 하나의 비콘 디바이스의 위치에 관한 정보를 생성할 수 있도록 구성된다.
실시예 57: 선행 실시예에 따른 인간-머신 인터페이스에 있어서, 비콘 디바이스는 검출기로 전송될 적어도 하나의 변조된 광 빔을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 조명원을 포함한다.
실시예 58: 선행 실시예에 따른 인간-머신 인터페이스에 있어서, 비콘 디바이스 내의 적어도 하나의 조명원은 변조된 조명원을 포함한다.
실시예 59: 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능, 특히 게임을 수행하기 위한 엔터테인먼트 디바이스로서, 엔터테인먼트 디바이스는 인간-머신 인터페이스에 관련하는 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 적어도 하나의 인간-머신 인터페이스를 포함하며, 엔터테인먼트 디바이스는 인간-머신 인터페이스에 의해 플레이어가 적어도 하나의 정보 항목이 입력할 수 있도록 설계되며, 엔터테인먼트 디바이스는 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 설계된다.
실시예 60: 적어도 하나의 이동 가능한 물체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템으로서, 추적 시스템은 검출기에 관련하는 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하며, 추적 시스템은 적어도 하나의 추적 컨트롤러를 더 포함하며, 추적 컨트롤러는 물체의 일련의 위치를 추적하도록 구성되며, 각각의 위치는 특정 시점에서 물체의 적어도 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 포함한다.
실시예 61: 선행 실시예에 따른 추적 시스템으로서, 추적 시스템은 물체에 연결 가능한 적어도 하나의 비콘 디바이스를 더 포함하며, 추적 시스템은 적어도 하나의 비콘 디바이스의 물체의 위치에 관한 정보를 생성할 수 있도록 구성된다.
실시예 62: 두 개의 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 추적 시스템에 있어서, 추적 시스템의 적어도 하나의 검출기는 적어도 하나의 픽셀형 광센서를 포함한다.
실시예 63: 적어도 하나의 물체를 촬영하기 위한 카메라로서, 카메라는 검출기에 관련하는 선행 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다.
실시예 64: 특히 검출기에 관련하는 선행 실시예 중 어느 실시예에 따른 검출기를 이용하여 적어도 하나의 물체의 광 검출을 위한 방법으로서, 방법은 적어도 하나의 종방향 광센서를 사용하여 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하는 단계 - 종방향 센서 신호는 변조된 광 빔에 의한 종방향 광센서의 센서 영역의 조명에 종속하며, 종방향 센서 신호는 조명의 전체 전력이 동일할 경우, 센서 영역에서의 변조된 광 빔의 빔 단면 및 조명의 변조의 변조 주파수에 종속하며, 종방향 센서 신호는 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 포함하며, 제 1 컴포넌트는 변조된 광 빔의 변조의 변동에 대한 종방향 광센서의 응답에 종속하고 제 2 컴포넌트는 조명의 전체 전력에 종속함 - 와, 종방향 센서 신호로부터 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 도출함으로써 종방향 광센서의 종방향 센서 신호를 평가하는 단계 - 물체의 종방향 위치에 관한 정보 항목은 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 사용하여 결정됨 - 를 포함한다.
실시예 65: 선행 실시예에 따른 방법에 있어서, 물체의 종방향 위치에 관한 정보 항목을 결정하는 것은 제 2 컴포넌트를 사용하여 제 1 컴포넌트를 정규화하는 것을 포함한다.
실시예 66: 검출기에 관련하는 선행 실시에 중 어느 실시예에 따른 검출기의 용도로서, 검출기는 위치, 특히 물체의 깊이를 결정하는 목적을 위한 것이다.
실시예 67: 선행 실시예에 따른 검출기의 용도로서, 검출기의 용도는 특히 교통 기술에서 거리 측정; 특히 교통 기술에서 위치 측정; 엔터테인먼트 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 인간-머신 인터페이스 애플리케이션; 추적 애플리케이션; 사진촬영 애플리케이션; 이미징 애플리케이션 또는 카메라 애플리케이션; 적어도 하나의 공간의 맵을 생성하기 위한 맵핑 애플리케이션으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 사용 목적을 위한 것이다.
본 발명의 추가의 선택적인 세부 사항 및 특징은 종속항과 관련하여 후속하는 바람직한 예시적인 실시예의 설명으로부터 명백해진다. 이러한 맥락에서, 특별한 특징은 단독으로 또는 특징과 조합하여 구현될 수 있다. 본 발명은 예시적인 실시예로 국한되지 않는다. 예시적인 실시예는 도면에서 개략적으로 도시된다. 개개의 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 기능을 갖는 동일한 요소 또는 요소들, 또는 그 기능과 관련하여 서로 대응하는 요소를 나타낸다.
구체적으로, 도면에서:
도 1은 적어도 하나의 종방향 광센서를 포함하는 본 발명에 따른 광 검출기의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 2는 종방향 광센서가 초점이 맞은 위치에 있는 제 1 사례에서 및 종방향 광센서가 초점이 맞지 않은 위치에 있는 제 2 사례에서 종방향 센서 신호의 시간적 변동을 보여주는 실험 다이어그램을 제시하며, 두 사례 모두, 종방향 센서 신호는 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 포함한다.
도 3은 종방향 센서 신호로부터 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 각기 도출하기 위한 평가 디바이스 내에서 사용되는 예시적인 신호 프로세싱 유닛의 블록도를 도시한다.
도 4는 광 검출기 및 본 발명에 따른 광 검출기를 각기 포함하는 검출기 시스템, 인간-머신 인터페이스, 엔터테인먼트 디바이스, 추적 시스템 및 카메라의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 1은 적어도 하나의 물체(112)의 위치를 결정하기 위한, 본 발명에 따른 광 검출기(110)의 예시적인 실시예를 아주 개략적인 도면으로 예시한다. 따라서, 광 검출기(110)는 특히 본 실시예에서 검출기(10)의 광 축(116)을 따라 배열된 적어도 하나의 종방향 광센서(114)를 포함한다. 구체적으로, 광 축(116)은 광센서(114)의 셋업의 대칭축 및/또는 회전축일 수 있다. 종방향 광센서(114)는 검출기(110)의 하우징(118) 내부에 위치될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 전달 디바이스(120)는 바람직하게 굴절 렌즈(122) 및/또는 볼록 거울로 구성될 수 있다. 특히, 광 축(116)에 대해 동심원상에 위치할 수 있는 하우징(118)의 개구(124)는 바람직하게 검출기(110)의 시야 방향(126)을 정의한다.
광 축(116)에 평행한 방향 또는 역평행한 방향이 종방향으로 정의되는 반면, 광 축(116)에 수직한 방향이 횡방향으로 정의될 수 있는 좌표계(128)가 정의될 수 있다. 도 1에 상징적으로 표시된 좌표계(128)에서, 종방향은 z로 표시되고 횡방향은 각각 x 및 y로 표시된다. 그러나, 다른 유형의 좌표계(128)가 실현 가능하다.
또한, 종방향 광센서(114)는 광 빔(132)에 의한 센서 영역(130)의 조명에 종속하는 방식으로 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 따라서, FiP 효과에 따르면, 조명의 전체 전력이 동일할 경우, 종방향 센서 신호는, 아래에서 더 상세히 개요되는 바와 같이, 각각의 센서 영역(130)에서의 광 빔(132)의 빔 단면에 종속한다.
본 발명에 따르면, 물체로부터 검출기로 진행하는 광 빔(132)은 변조된 광 빔(134)이다. 여기서, 변조된 광 빔(134)의 변조는 변조 디바이스(136)에 의해 발생되며, 이 변조 디바이스는 변조된 광 빔(134)을 생성하기 위해 변조 주파수(138)를 포함하는 적어도 하나의 변조를 제공한다. 도 1에 도시된 바와 같은 이러한 특정 예에서, 변조 디바이스(136)는 조명원(140)이 변조된 조명원(144)으로서 작용하는 방식으로, 주변 광원 및/또는 인공 광원(138), 특히 발광 다이오드(142)와 같은 조명원(140)을 변조함으로써 적어도 하나의 변조된 광 빔(134)을 제공하며, 변조된 조명원(144)에 의해 방출된 방출 광 빔(146)은 물체(142)의 적어도 일부를 조명한다. 따라서, 종방향 광센서(114)의 센서 영역(130)에 충돌하는 변조된 광 빔(134)은 변조된 조명원(144)에 의해 방출된 방출 광 빔(146)을 종방향 광센서(114)의 센서 영역(130)의 방향으로 반사시켜, 바람직하게는 광 축(116)을 따라 개구(124)를 통해 광 검출기(110)의 하우징(118)에 진입시킴으로써 생성된다.
그러나, 조명원(140)과 물체(112) 사이 및/또는 물체(112)와 종방향 광센서(114) 사이의 빔 경로에서 변조된 광 빔(134)을 생성하는 다른 실시예(여기서는 도시되지 않음)가 실현 가능할 수 있다. 예를 들어, 물체(112)는 변조된 광 빔(134)을 직접 방출할 수 있는 변조된 조명원(144), 특히 발광 다이오드(142)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 전달 디바이스(120), 바람직하게 굴절 렌즈(122)는 변조 광 빔(134)이 생성될 수 있는 방식으로 입사 광 빔(132)을 변조하도록 구성될 수 있는 변조용 전달 디바이스(148)일 수 있다.
변조된 광 빔(134)을 생성하기 위해 선택된 특정 실시예와 관계 없이, 변조 주파수(138)를 이용하여 적어도 하나의 변조를 제공하는 변조 디바이스(136)는 본 발명에 따른 광 검출기(110)의 일부를 구성한다. 여기서, 변조 디바이스(136)는 광 검출기(110) 내의 별개의 디바이스일 수도 있지만, 적어도 부분적으로는 조명원(140), 변조용 전달 디바이스(148), 물체(112) 내에 또는 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이 평가 디바이스(150) 내에 통합될 수도 있다.
평가 디바이스(150)는 일반적으로 종방향 광센서(114)의 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다. 이러한 목적을 위해, 평가 디바이스(150)는 센서 신호를 평가하기 위해, ("z"로 표시되는) 종방향 평가 유닛(152)에 의해 상징적으로 표시되는 하나 이상의 전자 디바이스 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 컴포넌트를 포함할 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 평가 디바이스(150)는 종방향 광센서(114)의 종방향 센서 신호를 특정 방식으로 평가함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 결정하도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 평가 디바이스(150)는 데이터 프로세싱 디바이스(154)의 일부일 수 있고 및/또는 하나 이상의 데이터 프로세싱 디바이스(154)를 포함할 수 있다. 평가 디바이스(150)는 하우징(118)에 전체적으로 또는 부분적으로 통합될 수 있고 및/또는 무선 방식으로 또는 예컨대 하나 이상의 신호 리드(lead)(156)에 의한 유선 방식으로 종방향 광센서(114)에 전기적으로 접속되는 별개의 디바이스로서 구현될 수 있다. 평가 디바이스(150)는 하나 이상의 전자 하드웨어 컴포넌트 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 컴포넌트, 예컨대 하나 이상의 측정 유닛 및/또는 하나 이상의 평가 유닛 및/또는 하나 이상의 제어 유닛(여기서는 도시되지 않음)과 같은 하나 이상의 부가적인 컴포넌트를 더 포함할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 조명의 전체 전력이 동일할 경우, 광 빔(132)에 의한 충돌 시 종방향 광센서(114)에 의해 제공되는 종방향 센서 신호는 센서 영역(130)에서의 변조된 광 빔(134)의 특성, 즉, 센서 영역에서의 광 빔(132)의 빔 단면 및 조명의 변조의 변조 주파수(138)의 양자 모두에 종속한다. 본 발명에 따르면, 종방향 센서 신호는 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 포함하며, 제 1 컴포넌트는 광 빔(132)의 변조의 변동에 따른 종방향 광센서의 응답에 종속하고, 제 2 컴포넌트는 조명의 전체 전력에 종속한다. 그 결과, 평가 디바이스(150)는 종방향 센서 신호로부터 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 도출함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
이 목적을 위해, 평가 디바이스(150)는 신호 리드(156)를 통해 종방향 광센서(114)에 의해 제공되는 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트 모두 다를 추가로 처리하기에 적합한 수단을 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 컴포넌트가 제 2 컴포넌트와 구별될 수 있는 적어도 하나의 특정한 특성 사이를, 예컨대 종방향 광 신호 내의 각각의 컴포넌트의 시간적 변동의 속도에 의해 구별하도록 특히 구성된 적합한 검출 수단을 사용함으로써 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트 모두의 검출을 가능하게 하는 것이 적합할 수 있다. 여기서, 언급된 검출 수단은 특히 이러한 목적을 위해 특별하게 구성될 수 있는 단일 유닛(여기에는 도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 평가 디바이스(150)는 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트를 동일한 종방향 센서 신호의 제 2 컴포넌트로부터 분리함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 관한 원하는 정보 정보를 결정하도록 구성될 수 있다. 이 목적을 위해, 평가 디바이스(150)는 평가 디바이스(150)에 의해 수신된 종방향 센서 신호를 평가 디바이스(150)에서 추가 처리될 수 있는 두 개의 별개 신호로 분할하도록 구성된 적어도 하나의 신호 분할기(158)를 포함할 수 있다. 여기서, 신호 분할기(158)는 종방향 센서 신호를 두 개의 부분 신호로 분할하도록 구성될 수 있으며, 제 1 부분 신호는 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트를 결정하는데 사용될 수 있고 제 2 부분 신호는 종방향 센서 신호의 제 2 컴포넌트를 결정하는데 사용될 수 있다. 그러나 신호를 연속적 방식으로 분할하는 것과 같은 다른 절차도 실현 가능할 수 있다.
따라서, 평가 디바이스(150)는 이에 따라 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트를 추가 처리하기 위한 제 1 프로세싱 유닛(160) 및 종방향 센서 신호의 제 2 컴포넌트를 추가 처리하기 위한 제 2 프로세싱 유닛(162)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 프로세싱 유닛(160)은 제 1 컴포넌트를 종방향 센서 신호의 제 2 컴포넌트와 구별할 수 있는 적어도 하나의 특정한 특성을 평가하도록 특별히 구성된 수단을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제 2 프로세싱 유닛(162)은 제 2 컴포넌트를 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트와 구별할 수 있는 적어도 하나의 특정한 특성을 평가하도록 특별히 구성된 수단을 포함할 수 있다. 제 1 프로세싱 유닛(160) 및 제 2 프로세싱 유닛(162) 모두를 구현하기 위한 바람직한 실시예는 도 3에서 제시될 것이다.
또한, 평가 디바이스(150)는 종방향 센서 신호 또는 그의 일부, 즉, (도 1에 도시된 바와 같이) 평가 디바이스(150)에 의해 수신된 종방향 센서 신호뿐만 아니라, 신호 분할기(158)에 의해 생성된 두 개의 부분 신호 중 하나 또는 모두 다를 특히 제 1 프로세싱 유닛(160) 및/또는 제 2 프로세싱 유닛(162)에서 추가 처리하기 이전 및/또는 이후에, 뿐만 아니라, 종방향 평가 유닛(152)의 전방 또는 후방에서, 증폭하도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 증폭기(164)를 포함할 수 있다.
광 검출기(110)는 직선 빔 경로 또는 경사진 빔 경로, 각진 빔 경로, 분기된 빔 경로, 편향되거나 분할된 빔 경로 또는 다른 유형의 빔 경로를 가질 수 있다. 또한, 광 빔(132)은 각 빔 경로 또는 부분 빔 경로를 따라 한번 또는 반복하여, 일방향 또는 양방향으로 전파할 수 있다. 따라서, 위에서 열거된 컴포넌트 또는 아래에서 더 상세히 열거되는 임의의 추가 컴포넌트는 종방향 광센서(114)의 전방 및/또는 종방향 광센서(114)의 후방에 전체적으로 또는 부분적으로 배치될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 바와 같이, 예컨대 변조된 조명원(144), 특히 발광 다이오드(142)에 의해 발생되는 종방향 광센서(114)의 종방향 센서 신호로서 시간(170)에 대한 출력 전압(168)의 변동을 실증하는 실험 다이어그램(166)을 나타낸다. 이와 같은 특정한 예에서, 도 2는 제 1 곡선(172) 및 제 2 곡선(174)을 포함하며, 제 1 곡선(172)은 도 1에 도시된 바와 같은 실시예에서 종방향 센서 신호(114)가 전달 디바이스(120), 바람직하게는 굴절 렌즈(122)에 의해 생성되는 것과 같은 적어도 하나의 초점의 위치 또는 그 부근의 위치에서 변조된 빔(134) 내에 위치하는 것과 같이, 종방향 광센서(114)가 초점이 맞은 위치에 있는 제 1 사례의 종방향 센서 신호를 보여준다. 유사하게, 제 2 곡선(172)은 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 종방향 광센서(114)가 전달 디바이스(120), 바람직하게는 굴절 렌즈(122)에 의해 생성되는 것과 같은 적어도 하나의 초점을 벗어난 위치에서 변조된 빔(134) 내에 위치하고 있는 것과 같이, 종방향 광센서(114)가 디포커싱된 위치에 있는 제 2 사례의 종방향 센서 신호를 보여준다.
또한, 도 2는 시간(170)에 대한 변조된 광 빔(134)의 세기 또는 진폭(176)의 변동을 개략적으로 도시한다. 도 2로부터, 변조된 광 빔(134)은 구형파형 변조(178)를 포함하는 변조 형상을 갖는다는 것이 도출될 수 있다. 여기서, 도 2는 종방향 광센서(114)를 자극하는 구형파형 변조(178)의 단일 주기만을 도시하는데, 이 주기는 바람직하게 연속하여 동일한 방식으로 또는 이와 달리 수정된 방식으로 반복될 수 있다. 이러한 특정 예에서, 변조된 광 빔(134)의 진폭(176)은 대략 0.268s와 같은 제 1 시점(t1)때까지, 실질적으로 0V와 같되 0V보다 높거나 낮은 값을 얻을 수 있는 일정한 제 1 진폭(180)을 나타낸다. 구형파형 변조(178)의 고유 특성에 따라, 변조된 광 빔(134)의 진폭(176)은 제 1 시점(t1)에서 대략 1.9V와 같은 일정한 제 2 진폭(182)으로 순간적으로 증가한다. 이 후, 변조된 광 빔(134)의 진폭(176)은 대략 0.335s와 같은 제 2 시점(t1)때까지 일정한 제 2 진폭(182)으로 유지되고, 이 시점에서 다시 구형파형 변조(178)의 고유 특성에 따라, 변조된 광 빔(134)의 진폭(176)은 순간적으로 다시 일정한 제 1 진폭(280)으로 감소한다. 전술한 바와 같이, 구형파형 변조(178)에 포함된 순간적인 변동은 종방향 광센서(114)에 미치는 특정한 외부 영향으로 설명될 수 있다.
도 2로부터 더 도출될 수 있는 바와 같이, 종방향 센서 신호는 종방향 광센서(114)에 충돌하는 변조된 광 빔(134)의 변조의 전술한 변동에 대한 종방향 광센서(114)의 응답에 종속한다. 구형파형 변조(178)의 사례에서 예시적으로 실증된 바와 같이, 종방향 광센서(114)는 특정 외부 영향에 즉각적으로 반응하지 않고, 오히려 특정 외부 영향에 의해 제공되는 바와 같은 자극을 따르는데 필요한 추가 시간을 필요로 한다. 제 1 곡선(172) 및 제 2 곡선(174) 둘 모두는 변조 진폭(176)이 순간적으로 증가하는 제 1 시점(t1)에서, 제 1 곡선(172)의 상승 시간(△t11) 및 제 2 곡선(174)의 상승 시간(△t12)이 관측될 수 있다는 것을 실증한다. 여기서, 상승 시간(△t11, △t12)는 스텝 높이(182)의 제 1 퍼센티지, 예컨대 5% 또는 10%로부터 제 2 퍼센티지, 예컨대 90% 또는 95%까지 증가하는 시간 간격으로 정의될 수 있으며, 스텝 높이(184)는 제 1 시점(t1) 이전의 신호와 신호가 상승 시간(△t11, △t12)의 5배, 10배 또는 그 이상과 같은 여러 배수 이후에 도달할 수 있는 종료 값(186) 간의 차로 정의될 수 있다. 유사한 방식으로, 각기 대응하는 하강 시간(△t21, △t22)이 정의될 수 있다.
또한, 도 2는 의외로, 초점을 벗어난 상태와 관련된 제 2 곡선(174)에 속하는 제 2 상승 시간(△t12)이 초점이 맞은 상태와 관련된 제 1 곡선(172)에 속하는 제 1 상승 시간(△t11)을 초과하는 방식으로, 종방향 광센서(114)가 초점이 맞는 위치에 있는 제 1 사례의 종방향 센서 신호를 보여주는 제 1 곡선(172)이 종방향 센서(114)가 초점을 벗어난 위치에 있는 제 2 사례의 종방향 센서 신호를 보여주는 제 2 곡선(174)으로부터 확실히 벗어났음을 실증한다. 그 결과, 각각의 상승 시간(△t11, △t12)의 도출된 값은 종방향 광센서(114)가 초점이 맞은 상태에 있는지 그렇지 않은지를 결정하는데 사용될 수 있다. 다시 말해서, 초점은 하나 이상의 굴절 렌즈(122)와 같은 검출기(110) 내의 적어도 하나의 전달 디바이스(120)의 위치로부터 쉽게 결정될 수 있기 때문에, 각각의 상승 시간(△t11, △t12)을 측정하는 것은 물체와 관련하여 종방향 거리를 결정하는데 사용될 수 있다. 또한, 물체(112)의 종방향 거리를 결정하기 위한 하강 시간(△t21, △t22)에 대해서도 유사한 고려 사항이 실시될 수 있다.
또한, 도 2는 상응하는 측정을 수행함으로써 유도될 수 있는 오프셋을 제외하고는, 그럼에도 불구하고, 제 1 곡선(172) 하의 적분(188)이 제 2 곡선(174) 하의 적분(188)과 실질적으로 동일하다는 것을 실증한다. 실제로, 적분(188)은 시간 축(170)을 따른 간격에 걸쳐 각각의 곡선(172, 174)에 대해 결정될 수 있으며, 제 1 시점(t1) 및 제 2 시점(t2)과 각각의 하강 시간(△t21, △t22)의 합과 동일한 추가 시점은 실제로 적분(188)의 값을 결정하기 위한 경계 값으로서 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같은 실험 다이어그램(166)에서 두 곡선(172, 174) 하의 적분(188)이 실질적으로 동일하다는 관측은 두 곡선(172, 174)이 종방향 광센서(114)의 센서 영역(130)에서 동일한 전체 조명 전력 하에서 기록되었다는 사실을 반영한다. 또한, 도 2는 두 곡선(172, 174)이 동일한 변조 주파수와 같은 동일한 변조 조건 하에서 기록되었다는 것을 밝혀준다. 따라서, 종방향 센서 신호는 쉽게 결정될 수 있는 변조된 광 빔(134)의 빔 단면에만 종속한다.
다른 한편으로, 변조가 수정되지 않은 채로 유지하면, 후속하는 곡선 하의 적분 값(188)의 변화는 종방향 광센서의 센서 영역(130)의 조명의 전체 전력의 변화를 결정하는데 사용될 수 있다. 결과적으로, 이에 따라 센서 영역(130)의 조명의 전체 전력은 위에서 결정된 바와 같이 종방향 센서 신호를 정규화하는데 고려될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 특정 곡선의 각각의 상승 시간 및/또는 하강 시간의 결정은 종방향 센서 신호로부터 도출될 수 있는 제 1 컴포넌트로 고려될 수 있지만, 각각의 곡선 하의 대응하는 적분(188)의 값은 위의 설명에 따라 제 1 컴포넌트에 대해 독립적인 거동을 보이는 종방향 센서 신호의 제 2 컴포넌트로 고려될 수 있다. 그 결과, 한편으로 상승 시간 또는 하강 시간을 결정하는 것 및 다른 한편으로 동일한 측정 곡선으로부터 대응하는 적분을 결정하는 것은 물체(112)의 종방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하기 위해 본 발명에 따라 평가 디바이스(150)에서 사용되는 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트로서 자격이 있다.
도 3은 종방향 센서 신호로부터 각각의 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 도출하기 위한 다수의 컴포넌트를 포함하는 평가 디바이스(150) 내에서 사용되는 예시적인 신호 프로세싱 유닛의 블록도를 도시한다. 이 블록도는 증폭된 신호가 신호 분할기(158)에서 바람직하게 동일한 진폭을 갖는 두 개의 부분 신호로 분리되기 전에 종방향 센서 신호를 증폭기(164)에 제공하는 감광 다이오드(190)의 형태로 개략적으로 묘사된 종방향 광센서(114)를 도시한다. 그러나, 특정 실시예에서, 신호 분할기(158)에서 신호를 상이한 진폭을 갖는 두 개의 부분 신호로 분할하거나 신호 분할기(158)에서 신호를 동일하거나 상이한 진폭을 갖는 두 개 이상의 부분 신호로 분할하는 것 또한 실현 가능할 수 있다.
도 3에 도시된 실시예에 따르면, 두 개의 부분 신호 중 하나는 제 1 프로세싱 유닛(160)에 제공되는 반면, 두 개의 신호 중 다른 신호는 제 2 프로세싱 유닛(162)에 제공된다. 전술한 바와 같이, 제 1 컴포넌트는 빠르게 변하는 특성인 곡선(172, 174) 중 하나의 상승 시간 및/또는 하강 시간과 관련되는 반면, 제 2 컴포넌트는 천천히 변하는 특성인 곡선(172, 174) 중 하나의 적분과 관련되기 때문에, 특정 실시예에서 종방향 센서 신호의 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트의 모두 다를 따로따로 결정하기 위해, 제 1 프로세싱 유닛(160)으로서 하이 패스 필터(192)를 사용하고 제 2 프로세싱 유닛(162)으로서 로우 패스 필터(194)를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 결과적으로, 이에 따라, FiP 신호(196)는 하이 패스 필터(192)에 의해 제공될 수 있지만, 대응하는 기준 조명 신호(198)는 동시에 로우 패스 필터(194)에 의해 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 검출기(110)는 도 1 및 도 3에 따른 실시예에서와 같이, 단일의 종방향 광센서(114) 및 본 명세서에 기술된 바와 같은 특별히 구성된 평가 디바이스(150)를 사용함으로써 FiP 신호(196) 및 대응하는 기준 조명 신호(198) 모두 다를 결정하게 한다. 그러나, 전술한 바와 같이, 여러 가지 이유로 이러한 작업을 수행하기 위해 하나 이상의 종방향 광센서(114)가 특별히 구성된 평가 디바이스(150)와 함께 사용될 수도 있다.
도 3에 포함된 다른 세부 사항에 관해서는 도 1에서 설명된 평가 디바이스(150)가 참조될 수 있다.
예로서, 도 4는 도 1 및 도 3에 도시된 실시예 중 하나 이상에 개시된 광 검출기(110)와 같은 적어도 하나의 광 검출기(110)를 포함하는 검출기 시스템(200)의 예시적인 실시예를 도시한다. 여기서, 광 검출기(110)는 특히 디지털 비디오 클립과 같은 이미지 및/또는 이미지 시퀀스를 획득하기 위해 생성될 수 있는 3D 촬영을 위한 카메라(202)로서 사용될 수 있다. 또한, 도 4는 적어도 하나의 검출기(110) 및/또는 적어도 하나의 검출기 시스템(200)을 포함하는 예시적인 실시예 및 이에 더하여 인간-머신 인터페이스(204)를 포함하는 엔터테인먼트 디바이스(206)의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 4는 또한 적어도 하나의 물체(112)의 위치를 추적하도록 구성된, 검출기(110) 및/또는 검출기 시스템(200)을 포함하는 추적 시스템(208)의 실시예를 도시한다.
광 검출기(110) 및 검출기 시스템(200)과 관련하여, 본 출원의 전체 개시 내용이 참조될 수 있다. 기본적으로, 검출기(110)의 모든 잠재적인 실시예는 또한 도 4에 도시된 실시예에서도 구현될 수 있다. 평가 디바이스(150)는 특히 신호 리드(156)를 통해 적어도 하나의 종방향 광센서(114)에 연결될 수 있다. 전술한 바와 같이, 어떠한 모호함도 남김 없이 종방향 센서 신호의 평가를 지원하기 위해 두 개 또는 바람직하게는 세 개의 종방향 광센서를 사용하는 것은 본 발명에 따라 더 이상 필요하지 않을 수 있다. 평가 디바이스(150)는 특히 신호 리드(156)에 의해 적어도 하나의 선택적인 횡방향 광센서(210)에 추가로 연결될 수 있다. 예를 들어, 신호 리드(156)가 제공될 수 있으며 및/또는 무선 인터페이스 및/또는 유선 인터페이스일 수 있는 적어도 하나의 인터페이스가 제공될 수 있다. 또한, 신호 리드(156)는 센서 신호를 생성하고 및/또는 센서 신호를 수정하기 위한 적어도 하나의 드라이버 및/또는 적어도 하나의 측정 디바이스를 포함할 수 있다. 또한, 다시 말해, 적어도 하나의 전달 디바이스(120)가 특히 굴절 렌즈(122) 또는 볼록 거울로서 제공될 수 있다. 광 검출기(110)는 예를 들어, 하나 이상의 컴포넌트를 수용할 수 있는 적어도 하나의 하우징(118)을 더 포함할 수 있다.
또한, 평가 디바이스(150)는 광센서(114, 210) 내에 및/또는 광 검출기(110)의 다른 컴포넌트 내에 전체적으로 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 평가 디바이스(150)는 또한 하우징(118) 내에 및/또는 별개의 하우징 내에 수용될 수 있다. 평가 디바이스(150)는 ("z"로 표시된) 종방향 평가 유닛(152) 및 ("xy"로 표시된) 횡방향 평가 유닛(212)에 의해 상징적으로 표시되는 센서 신호를 평가하기 위해, 하나 이상의 전자 디바이스 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 컴포넌트를 포함할 수 있다. 이러한 평가 유닛에 의해 도출된 결과를 조합함으로써, 위치 정보(214), 바람직하게는 3차원 위치 정보("x, y, z"로 표시됨)가 생성될 수 있다.
또한, 광 검출기(110) 및/또는 검출기 시스템(200)은 다양한 방식으로 구성될 수 있는 이미징 디바이스(216)를 포함할 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 이미징 디바이스(216)는 예를 들어 검출기 하우징(118) 내의 검출기(110)의 일부일 수 있다. 여기서, 이미징 디바이스 신호는 하나 이상의 이미징 디바이스 신호 리드(156)에 의해 검출기(110)의 평가 디바이스(150)로 전송될 수 있다. 대안으로, 이미징 디바이스(216)는 별도로 검출기 하우징의 외부에 배치될 수 있다. 이미징 디바이스(216)는 전체적으로 또는 부분적으로 투명하거나 불투명할 수 있다. 이미징 디바이스(216)는 유기 이미징 디바이스 또는 무기 이미징 디바이스일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 바람직하게, 이미징 디바이스(216)는 적어도 하나의 픽셀 매트릭스를 포함할 수 있으며, 픽셀 매트릭스는 특히, CCD 칩 및/또는 CMOS 칩과 같은 무기 반도체 센서 디바이스; 유기 반도체 센서 디바이스로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
도 4에 도시된 예시적인 실시예에서, 검출될 물체(112)는 예를 들면, 스포츠 장비의 물품으로서 설계될 수 있고 및/또는 위치 및/또는 방위가 사용자에 의해 조작될 수 있는 제어 디바이스(218)를 형성할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 도 4에 도시된 실시예에서 또는 검출기 시스템(200)의 임의의 다른 실시예에서, 인간-머신 인터페이스(204), 엔터테인먼트 디바이스(206) 또는 추적 시스템(208), 물체(112) 자체는 명명된 디바이스의 일부일 수 있고, 특히 적어도 하나의 제어 요소(218)를 포함할 수 있으며, 구체적으로, 적어도 하나의 제어 요소(218)는 하나 이상의 비컨 디바이스(222)를 가지며, 제어 요소(218)의 위치 및/또는 방위는 바람직하게 사용자(220)에 의해 조작될 수 있다. 예를 들어, 물체(112)는 배트, 라켓, 클럽 또는 스포츠 장비 및/또는 모조 스포츠 장비의 임의의 다른 물품 중 하나 이상일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 다른 유형의 물체(112)가 가능하다. 또한, 사용자(220)는 위치가 검출되어야 하는 물체(112)로 간주될 수 있다. 예로서, 사용자(220)는 자신의 신체에 직접 또는 간접적으로 부착된 하나 이상의 비콘 디바이스(222)를 휴대할 수 있다.
광 검출기(110)는 하나 이상의 비콘 디바이스(222)의 종방향 위치에 관한 적어도 하나의 항목 및 선택적으로는 비콘 디바이스의 횡방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목 및/또는 물체(112)의 횡방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목 및 선택적으로는 물체(112)의 종방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 결정하도록 구성될 수 있다. 특히, 광 검출기(110)는 물체(112)의 상이한 색, 더 구체적으로는 서로 다른 색을 포함할 수도 있는 비콘 디바이스(222)의 서로 다른 색과 같은 색을 식별하고 및/또는 물체(112)를 촬영하도록 구성될 수 있다. 바람직하게 검출기(110)의 광 축(116)에 대하여 동심원상에 위치할 수 있는 하우징(118)의 개구는 바람직하게 광 검출기(110)의 시야 방향을 정의할 수 있다.
본 발명에 따르면, 변조 디바이스(136)는 예컨대 평가 디바이스(150)에 통합된 검출기(110)의 직계 부분일 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 변조 디바이스(136)는 특히 조명원(140) 내 및/또는 물체(112) 내에 포함된 검출기(110)의 직계 부분일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같은 특정 실시예에서, 비콘 디바이스(222) 및/또는 각각의 제어 요소(218)는 본 특정 실시예에서 제어 디바이스(218) 및 비콘 디바이스(222)를 포함하는 물체(112)로부터 광센서(114, 210)로 진행한 다음 이미징 디바이스(216)로 진행하는 변조된 광 빔(134)을 제공하도록 구성된, 변조 주파수(138)와 같은 변조를 제공하도록 구성된 변조 디바이스(136)를 포함할 수 있다.
따라서, 변조된 광 빔(134)은 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 포함하는 종방향 센서 신호를 제공하여 평가 디바이스(150) 내에서 추가로 평가하게 하는 종방향 광센서(114)에 충돌할 수 있다. 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 평가 디바이스(150)는 수신된 종방향 광신호를 증폭하도록 구성된 증폭기(164)와, 증폭된 신호를 제 1 프로세싱 유닛(160)의 바람직한 예로서의 하이 패스 필터(192)에서 제 1 컴포넌트로서 추가 처리되어 FiP 신호(196)을 제공하고 제 2 프로세싱 유닛(162)의 바람직한 예로서 로우 패스 필터(194)에서 제 2 컴포넌트로서 추가 처리되어 기준 조명 신호(198)를 제공하는 두 개의 부분 신호로 분할하도록 구성된 신호 분할기를 포함한다. 전술한 바와 같이, FiP 신호(196) 및 기준 조명 신호(198)는 물체(112)의 깊이를 결정하기 위해 ("z"로 표시된) 종방향 평가 유닛(152)을 사용하여 조합된다.
광 검출기(110)는 적어도 하나의 물체(112)의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 또한, 광 검출기(110), 특히 카메라(202)를 포함하는 실시예는 물체(112)의 적어도 하나의 이미지, 바람직하게는 3D 이미지를 획득하도록 구성될 수 있다. 위에서 개요된 바와 같이, 광 검출기(110) 및/또는 검출기 시스템(200)을 사용하여 물체(112) 및/또는 물체 일부의 위치를 결정하는 것은 적어도 하나의 정보 항목을 머신(224)에 제공하기 위해, 인간-머신 인터페이스(204)를 제공하는데 사용될 수 있다. 도 4에 개략적으로 도시된 실시예에서, 머신(224)은 데이터 프로세싱 디바이스(154)를 포함하는 적어도 하나의 컴퓨터 및/또는 컴퓨터 시스템일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 다른 실시예가 실현 가능하다. 평가 디바이스는 컴퓨터일 수 있고 및/또는 컴퓨터를 포함할 수 있고 및/또는 전체적으로 또는 부분적으로 별개의 디바이스로서 구현될 수 있고 및/또는 전체적으로 또는 부분적으로 머신(224), 특히 컴퓨터에 통합될 수 있다. 전체적으로 또는 부분적으로 평가 디바이스 및/또는 머신(224)의 일부를 형성할 수 있는 추적 시스템(208)의 추적 컨트롤러(226)에 대해서도 마찬가지이다.
유사하게, 위에서 개요된 바와 같이, 인간-머신 인터페이스(204)는 엔터테인먼트 디바이스(206)의 일부를 형성할 수 있다. 따라서, 물체(112)로서 기능하는 사용자(220)에 의해 및/또는 물체(112) 및/또는 물체(112)로서 기능하는 제어 요소(218)를 다루는 사용자(220)에 의해, 사용자(220)는 적어도 하나의 제어 커맨드와 같은 적어도 하나의 정보 항목을 머신(224), 특히 컴퓨터에 입력할 수 있고, 이렇게 함으로써, 컴퓨터 게임의 코스를 제어하는 것과 같은 엔터테인먼트 기능을 변경시킬 수 있다.
110: 검출기
112: 물체
114: 종방향 광센서
116: 광 축
118: 하우징
120: 전달 디바이스
122: 굴절 렌즈
124: 개구
126: 시야 방향
128: 좌표계
130: 센서 영역
132: 광 빔
134: 변조된 광 빔
136: 변조 디바이스
138: 변조 주파수
140: 조명원
142: 발광 다이오드
144: 변조된 조명원
146: 방출된 광 빔
148: 변조된 전달 디바이스
150: 평가 디바이스
152: 종방향 평가 디바이스
154: 데이터 프로세싱 디바이스
156: 신호 리드
158: 신호 분할기
160: 제 1 프로세싱 유닛
162: 제 2 프로세싱 유닛
164: 증폭기
166: 실험 다이어그램
168: 출력 전압
170: 시간
172: 제 1 곡선
174: 제 2 곡선
176: 변조 진폭
178: 구형파형 변조
180: 일정한 제 1 진폭
182: 일정한 제 2 진폭
184: 단계 높이
186: 종료 값
188: 적분
190: 광감지 다이오드
192: 하이 패스 필터
194: 로우 패스 필터
196: FiP 신호
198: 기준 조명 신호
200: 검출기 시스템
202: 카메라
204: 인간-머신 인터페이스
206: 엔터테인먼트 디바이스
208: 추적 시스템
210: 횡방향 광센서
212: 횡방향 평가 디바이스
214: 위치 정보
216: 이미징 디바이스
218: 제어 요소
220: 사용자
222: 비콘 디바이스
224: 머신
226: 추적 컨트롤러

Claims (32)

  1. 적어도 하나의 물체(112)의 광 검출을 위한 검출기(110)로서,
    적어도 하나의 변조 디바이스(136) - 상기 변조 디바이스(136)는 상기 물체(112)로부터 상기 검출기(110)로 진행하는 적어도 하나의 변조된 광 빔(134)을 생성할 수 있음 - 와,
    적어도 하나의 종방향 광센서(114) - 상기 종방향 광센서(114)는 적어도 하나의 센서 영역(130)을 갖고, 상기 종방향 광센서(114)는 상기 변조된 광 빔(134)에 의한 상기 센서 영역(130)의 조명에 종속하는 방식으로 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되며, 상기 종방향 센서 신호는 상기 조명의 전체 전력이 동일할 경우, 상기 센서 영역(130)에서의 상기 변조된 광 빔의 빔 단면 및 상기 조명의 변조의 변조 주파수(138)에 종속하고, 상기 종방향 센서 신호는 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 포함하며, 상기 제 1 컴포넌트는 상기 변조된 광 빔(134)의 변조의 변동에 대한 상기 종방향 광센서(114)의 응답에 종속하고 상기 제 2 컴포넌트는 상기 조명의 상기 전체 전력에 종속함 - 와,
    적어도 하나의 평가 디바이스(150) - 상기 평가 디바이스(150)는 상기 종방향 센서 신호로부터 상기 제 1 컴포넌트 및 상기 제 2 컴포넌트를 도출함으로써 상기 물체(112)의 종방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계되고, 상기 물체(112)의 종방향 위치에 관한 정보 항목은 상기 제 1 컴포넌트 및 상기 제 2 컴포넌트에 종속함 - 를 포함하는
    검출기(110).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 물체(112)의 상기 종방향 위치에 관한 상기 정보 항목을 결정하는 것은 상기 제 2 컴포넌트를 사용하여 상기 제 1 컴포넌트를 정규화하는 것을 포함하는
    검출기(110).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 검출기(110)는 단일의 대면적 종방향 광센서(114) 또는 단일의 픽셀형 광센서를 포함하는
    검출기(110).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스(150)는 상기 종방향 센서 신호의 상기 제 2 컴포넌트를 사용하여 상기 제 1 컴포넌트를 정규화함으로써 상기 변조된 광 빔(134)의 직경을 결정하도록 구성되는
    검출기(110).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스는 또한 상기 제 1 컴포넌트로부터 도출된 상기 변조된 광 빔(134)의 직경을 상기 제 2 컴포넌트로부터 도출된 상기 변조된 광 빔(134)의 알려진 빔 특성과 비교하도록 구성되는
    검출기(110).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 컴포넌트는 상기 변조의 변동에 대한 응답 내의 상기 종방향 센서 신호의 적어도 하나의 시간적 변동과 관련되는
    검출기(110).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 컴포넌트는 상기 변조의 변동에 대한 응답 내의 상기 종방향 센서 신호의 상승 시간 및 하강 시간 중 적어도 하나와 관련되는
    검출기(110).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 컴포넌트는 상기 조명의 전체 전력의 변동에 대한 응답의 적어도 일부를 포함하는 시간 간격에 걸친 상기 종방향 센서 신호의 적분과 관련되는
    검출기(110).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변조 디바이스는 상기 변조된 광 빔(134)의 세기를 주기적으로 변조하도록 구성되며, 이에 따라 상기 변조된 광 빔(134)의 세기에 대해 반복 주기가 생성되는
    검출기(110).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 컴포넌트는 상기 변조의 반복 주기 중 적어도 하나의 주기 내에서 상기 종방향 센서 신호의 상기 상승 시간 및 상기 하강 시간 중 적어도 하나와 관련되는
    검출기(110).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 컴포넌트는 상기 변조의 반복 주기 중 적어도 하나의 주기 동안 상기 종방향 센서 신호의 적분과 관련되는
    검출기(110).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스(150)는 상기 종방향 센서 신호의 상기 제 1 컴포넌트를 상기 종방향 센서 신호의 상기 제 2 컴포넌트로부터 분리함으로써 상기 물체(112)의 상기 종방향 위치에 관한 정보 항목을 결정하도록 구성되는
    검출기(110).
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스(150)는 상기 종방향 센서 신호를 적어도 두 개의 분리된 신호로 분할하기 위한 적어도 하나의 신호 분할기(158)를 더 포함하는
    검출기(110).
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스(150)는 상기 종방향 센서 신호의 상기 제 1 컴포넌트를 도출하기 위한 적어도 하나의 제 1 프로세싱 유닛(160) 및 상기 종방향 센서 신호의 제 2 컴포넌트를 도출하기 위한 적어도 하나의 제 2 프로세싱 유닛(162)을 포함하는
    검출기(110).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 프로세싱 유닛(160)은 상기 종방향 센서 신호의 상기 제 1 컴포넌트를 도출하기 위한 적어도 하나의 하이 패스 필터(192)를 포함하고, 상기 제 2 프로세싱 유닛(162)은 상기 종방향 센서 신호의 상기 제 2 컴포넌트를 도출하기 위한 적어도 하나의 로우 패스 필터(194)를 포함하는
    검출기(110).
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 디바이스(150)는 상기 종방향 센서 신호 또는 그 일부를 증폭하도록 구성된 적어도 하나의 증폭기(164)를 더 포함하는
    검출기(110).
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기(110)는 횡방향 광센서(210)를 더 포함하고, 상기 횡방향 광센서(210)는 상기 물체(112)로부터 상기 검출기(110)로 진행하는 상기 변조된 광 빔(134)의 횡방향 위치를 결정하도록 구성되며, 상기 횡방향 위치는 상기 검출기(110)의 광 축(116)에 수직인 적어도 일차원의 위치이고, 상기 횡방향 광센서(210)는 적어도 하나의 횡방향 센서 신호를 생성하도록 구성되며, 상기 평가 디바이스(150)는 또한 상기 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 상기 물체(112)의 횡방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계되는
    검출기(110).
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 횡방향 광센서(210)는 적어도 하나의 분할 전극을 더 포함하고, 상기 분할 전극은 적어도 두 개의 부분 전극을 가지며, 상기 부분 전극을 통한 전류는 상기 센서 영역에서의 상기 변조된 광 빔(134)의 위치에 종속하고, 상기 횡방향 광센서(210)는 상기 부분 전극을 통한 전류에 따라 상기 횡방향 센서 신호를 생성하도록 구성되는
    검출기(110).
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기(110)는 적어도 하나의 종방향 광센서(114) 및 적어도 하나의 횡방향 광센서(210)를 포함하는 스택을 포함하고, 상기 종방향 광센서(114) 및 상기 횡방향 광센서(210)는 투명한 광센서인
    검출기(110).
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 조명원(140)을 더 포함하는
    검출기(110).
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 변조 디바이스(136)는 상기 조명원(140)을 변조하도록 구성되는
    검출기(110).
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 전달 디바이스(120)를 더 포함하는
    검출기(110).
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 변조 디바이스(136)는 상기 전달 디바이스(120)를 변조하도록 구성되는
    검출기(110).
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 이미징 디바이스(216)를 더 포함하는
    검출기(110).
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 이미징 디바이스(216)는 카메라(202), 특히, 무기 카메라; 단색 카메라; 다색 카메라; 풀 컬러 카메라; 픽셀형 무기 칩; 픽셀형 유기 카메라; CCD 칩, 바람직하게는 멀티 컬러 CCD 칩 또는 풀 컬러 CCD 칩; CMOS 칩; IR 카메라; RGB 카메라 중 적어도 하나를 포함하는
    검출기(110).
  26. 사용자(220)와 머신(224) 사이에서 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-머신 인터페이스(204)로서,
    상기 인간-머신 인터페이스(204)는 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기(110)를 포함하고, 상기 인간-머신 인터페이스(204)는 상기 검출기(110)에 의해 상기 사용자(220)의 기하학적 정보 중 적어도 하나의 항목을 생성하도록 설계되며, 상기 인간-머신 인터페이스(204)는 적어도 하나의 정보 항목을 상기 기하학적 정보에 할당하도록 설계되는
    인간-머신 인터페이스(204).
  27. 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 디바이스(206)로서,
    상기 엔터테인먼트 디바이스(206)는 제 26 항에 따른 적어도 하나의 인간-머신 인터페이스(204)를 포함하고, 상기 엔터테인먼트 디바이스(206)는 인간-머신 인터페이스(204)를 통해 플레이어가 적어도 하나의 정보 항목을 입력할 수 있게 하도록 설계되며, 상기 엔터테인먼트 디바이스는 상기 정보에 따라 상기 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 설계되는
    엔터테인먼트 디바이스(206).
  28. 적어도 하나의 이동 가능한 물체(112)의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템(208)으로서,
    상기 추적 시스템(208)은 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기(110)를 포함하고, 상기 추적 시스템(208)은 적어도 하나의 추적 컨트롤러(226)를 더 포함하며, 상기 추적 컨트롤러(226)는 상기 물체(112)의 일련의 위치를 추적하도록 구성되고, 각각의 위치는 특정 시점에서 적어도 상기 물체(112)의 종방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 포함하는
    추적 시스템(208).
  29. 적어도 하나의 물체(112)를 촬영하기 위한 카메라(202)로서,
    상기 카메라(202)는 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기(110)를 포함하는
    카메라(202).
  30. 적어도 하나의 물체(112)의 광 검출을 위한 방법으로서,
    적어도 하나의 종방향 광센서(114)를 사용하여 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하는 단계 - 상기 종방향 센서 신호는 변조된 광 빔(134)에 의한 상기 종방향 광센서(114)의 센서 영역(130)의 조명에 종속하고, 상기 종방향 센서 신호는 상기 조명의 전체 전력이 동일할 경우, 상기 센서 영역(130)에서의 상기 변조된 광 빔(134)의 빔 단면 및 상기 조명의 변조의 변조 주파수(138)에 종속하며, 상기 종방향 센서 신호는 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트를 포함하고, 상기 제 1 컴포넌트는 상기 변조된 광 빔(134)의 변조의 변동에 대한 종방향 광센서(114)의 응답에 종속하며 상기 제 2 컴포넌트는 상기 조명의 전체 전력에 종속함 - 와,
    상기 종방향 센서 신호로부터 상기 제 1 컴포넌트 및 상기 제 2 컴포넌트를 도출함으로써 상기 종방향 광센서(114)의 상기 종방향 센서 신호를 평가하는 단계 - 상기 물체(112)의 상기 종방향 위치에 관한 상기 정보 항목은 상기 제 1 컴포넌트 및 상기 제 2 컴포넌트를 사용하여 결정됨 - 를 포함하는
    방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 물체(112)의 상기 종방향 위치에 관한 정보 항목을 결정하는 것은 상기 제 2 컴포넌트를 사용하여 상기 제 1 컴포넌트를 정규화하는 것을 포함하는
    방법.
  32. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 따른 검출기(110)의 용도로서,
    특히 교통 기술에서 거리 측정; 특히 교통 기술에서 위치 측정; 엔터테인먼트 애플리케이션; 보안 애플리케이션; 인간-머신 인터페이스 애플리케이션; 추적 애플리케이션; 사진촬영 애플리케이션; 이미징 애플리케이션 또는 카메라 애플리케이션; 적어도 하나의 공간의 맵을 생성하기 위한 맵핑 애플리케이션으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 사용 목적을 위한
    검출기(110)의 용도.
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