KR20180086198A - 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기 - Google Patents
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Abstract
적어도 하나의 물체(162)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110)가 개시된다. 검출기(110)는,
- 물체(162)로부터 검출기(110)로 이동하는 적어도 하나의 광 빔(174)의 종방향 위치를 결정하기 위한 적어도 하나의 종방향 광학 센서(155);
- 물체(162)로부터 검출기(110)로 이동하는 적어도 하나의 광 빔(174)의 적어도 하나의 횡방향 위치를 결정하기 위한 적어도 하나의 횡방향 광학 센서(112)(이때, 횡방향 광학 센서(112)는 적어도 하나의 형광 도파 시트(114), 및 형광 도파 시트(114)의 적어도 2개의 모서리(132, 134, 136, 138)에 위치하는 적어도 2개의 감광 부재(124, 126, 128, 130)를 포함하고, 형광 도파 시트(114)는, 광 빔(174)에 의한 조사에 반응하여 형광 광을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 형광 물질(122)을 포함하고, 감광 부재(124, 126, 128, 130)는 횡방향 센서 신호를 생성할 수 있음); 및
- 적어도 하나의 평가 장치(140)(이때, 평가 장치(140)는, 물체(162)의 적어도 하나의 종방향 좌표 및 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하도록 구성됨)
를 포함한다. 또한, 검출기(110)를 포함하는, 카메라(156), 검출기 시스템(158), 인간-기계 인터페이스(164), 엔터테인먼트 장치(166), 추적 시스템(168), 및 스캐닝 시스템(170)이 개시된다.
- 물체(162)로부터 검출기(110)로 이동하는 적어도 하나의 광 빔(174)의 종방향 위치를 결정하기 위한 적어도 하나의 종방향 광학 센서(155);
- 물체(162)로부터 검출기(110)로 이동하는 적어도 하나의 광 빔(174)의 적어도 하나의 횡방향 위치를 결정하기 위한 적어도 하나의 횡방향 광학 센서(112)(이때, 횡방향 광학 센서(112)는 적어도 하나의 형광 도파 시트(114), 및 형광 도파 시트(114)의 적어도 2개의 모서리(132, 134, 136, 138)에 위치하는 적어도 2개의 감광 부재(124, 126, 128, 130)를 포함하고, 형광 도파 시트(114)는, 광 빔(174)에 의한 조사에 반응하여 형광 광을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 형광 물질(122)을 포함하고, 감광 부재(124, 126, 128, 130)는 횡방향 센서 신호를 생성할 수 있음); 및
- 적어도 하나의 평가 장치(140)(이때, 평가 장치(140)는, 물체(162)의 적어도 하나의 종방향 좌표 및 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하도록 구성됨)
를 포함한다. 또한, 검출기(110)를 포함하는, 카메라(156), 검출기 시스템(158), 인간-기계 인터페이스(164), 엔터테인먼트 장치(166), 추적 시스템(168), 및 스캐닝 시스템(170)이 개시된다.
Description
본 발명은, 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기, 검출기 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 사용자와 기계 사이에서 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템, 카메라, 스캐닝 시스템 및 다양한 용도의 검출기 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치, 시스템, 방법 및 용도는 특히, 예를 들어 일상생활, 게임, 교통 기술, 생산 기술, 보안 기술, 사진술(예컨대, 예술, 기록 또는 기술적 목적을 위한 디지털 사진술 또는 비디오 촬영술), 의료 기술 또는 과학 분야의 다양한 영역에서 사용될 수 있다. 그러나, 다른 용도도 가능하다.
다수의 광학 센서 및 광전지 장치가 종래 기술로부터 공지되어 있다. 광전지 장치는 일반적으로 전자기 복사선, 예를 들어, 자외선, 가시광선 또는 적외선을 전기 신호 또는 전기 에너지로 변환하는데 사용되고, 광학 검출기는 일반적으로 이미지 정보를 수집하고/하거나 적어도 하나의 광학 파라미터, 예를 들어, 휘도를 검출하는데 사용된다.
일반적으로 무기 및/또는 유기 센서 물질의 사용에 기초할 수 있는 다수의 광학 센서가 선행 기술로부터 공지되어 있다. 이러한 센서의 예는, 미국 특허 출원 공개 제 2007/0176165A1 호, 미국 특허 제 6,995,445B2 호, 독일 특허 출원 공개 제 2501124A1 호, 독일 특허 출원 공개 제 3225372A1 호 또는 다수의 다른 선행 기술 문헌에 개시되어 있다. 특히, 비용상의 이유 및 대면적 공정 처리 이유로, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제 2007/0176165A1 호에 기술된 바와 같이, 적어도 하나의 유기 센서 물질을 포함하는 센서가 사용되고 있다. 특히, 예를 들어, 국제 특허 출원 공개 제 WO2009/013282A1 호에 일반적으로 기술되어 있는 소위 염료 태양 전지가 점차 중요해지고 있다. 그러나, 본 발명은 유기 장치의 용도에 제한되지 않는다. 따라서, 특히, 무기 장치, 예를 들면 CCD 센서 및/또는 CMOS 센서, 특히 픽셀화된 센서가 사용될 수도 있다.
이러한 광학 센서에 기초하여 적어도 하나의 물체를 검출하기 위한 다수의 검출기가 공지되어 있다. 이러한 검출기는 각각의 사용 목적에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 이러한 검출기의 예는 이미지화 장치, 예를 들어, 카메라 및/또는 현미경이다. 예를 들어, 생물학적 샘플을 높은 광학 해상도로 검사하기 위해 의료 기술 및 생물학 분야에서 특히 사용될 수 있는 고해상도 공초점형 현미경(high-resolution confocal microscope)이 공지되어 있다. 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기의 다른 예는, 예를 들어, 대응 광학 신호(예컨대, 레이저 펄스)의 전파 시간 방법에 기초한 거리 측정 장치이다. 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기의 또 다른 예는, 마찬가지로 이에 의해 거리 측정이 수행될 수 있는 삼각 측량 시스템(triangulation system)이다.
국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호에서는, 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기가 제안되었으며, 상기 출원의 내용을 본원에 참고로 인용한다. 상기 검출기는 적어도 하나의 종방향 광학 센서를 포함한다. 광학 센서는 적어도 하나의 센서 영역을 갖는다. 상기 종방향 광학 센서는, 센서 영역의 조사(illumination)에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 상기 종방향 센서 신호는, 조사의 총 파워가 동일하다면, 조사의 기하학적 구조, 특히 종방향 감응 영역 상의 조사의 빔 단면에 의존한다. 상기 검출기는 적어도 하나의 평가 장치를 갖는다. 상기 평가 장치는, 상기 종방향 센서 신호로부터 적어도 하나의 기하학적 정보 항목, 특히 조사 및/또는 물체에 대한 적어도 하나의 기하학적 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호에서는, 적어도 하나의 종방향 광학 센서 및 적어도 하나의 횡방향 광학 센서를 사용하여 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하는 방법 및 검출기가 개시되어 있으며, 상기 출원의 전체 내용을 본원에 참고로 인용한다. 특히, 모호함 없이 고도의 정확도로 물체의 종방향 위치 및 적어도 하나의 횡방향 위치 둘 다를 결정하기 위해 센서 스택의 사용이 개시된다.
국제 특허 출원 공개 제 WO 2015/024871 A1 호는,
- 픽셀 매트릭스를 갖고 광 빔의 적어도 하나의 특성을 공간 분할 방식으로 변조하도록 구성된 적어도 하나의 공간 광 변조기(이때, 각각의 픽셀은 상기 픽셀을 통과하는 광 빔의 일부의 적어도 하나의 광학 특성을 개별적으로 변조하도록 제어될 수 있음);
- 상기 공간 광 변조기의 픽셀 매트릭스를 통과한 이후의 광 빔을 검출하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 광학 센서;
- 상이한 변조 주파수를 갖는 픽셀들 중 적어도 2개를 주기적으로 제어하도록 구성된 적어도 하나의 변조기 장치; 및
- 변조 주파수에 대한 센서 신호의 신호 컴포넌트를 결정하기 위해 주파수 분석을 수행하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치
를 포함하는 광학 검출기를 개시하고 있으며, 상기 출원의 전체 내용을 본원에 참고로 인용한다.
국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/198629 A1 호는,
- 물체로부터 검출기 쪽으로 전파되는 광 빔을 검출하도록 구성된 적어도 하나의 광학 센서(이때, 상기 광학 센서는 적어도 하나의 픽셀 매트릭스(152)를 가짐); 및
- 광 빔에 의해 조사되는 광학 센서의 픽셀 수(N)을 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치(이때, 상기 평가 장치는 또한, 광 빔에 의해 조사되는 픽셀 수(N)를 이용하여 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하도록 구성됨)
를 포함하는, 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기를 개시하고 있으며, 상기 출원의 전체 내용을 본원에 참고로 인용한다.
또한, 일반적으로, 다양한 다른 검출기 개념에 대하여, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/198626 A1 호, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/198629 A1 호 및 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/198625 A1 호를 참조할 수 있고, 이들 출원의 전체 내용을 본원에 참고로 인용한다. 또한, 본 발명의 맥락에서 채용될 수도 있는 잠재적인 물질 및 광학 센서에 대해서는, 2015년 1월 30일자로 출원된 유럽 특허 출원 제 15 153 215.7 호, 2015년 3월 3일자로 출원된 유럽 특허 출원 제 15 157 363.1 호, 2015년 4월 22일자로 출원된 유럽 특허 출원 제 15 164 653.6 호, 2015년 7월 17일자로 출원된 유럽 특허 출원 제 15177275.3 호, 둘 다 2015년 8월 10일자로 출원된 유럽 특허 출원 제 15180354.1 호 및 제 15180353.3 호, 및 2015년 9월 14일자로 출원된 유럽 특허 출원 제 15 185 005.4 호를 참조하며, 이들 출원의 전체 내용을 본원에 참고로 인용한다.
전술된 장치 및 검출기에 의해 암시된 이점에도 불구하고, 몇 가지 기술적 과제가 남아있다. 따라서, 일반적으로, 신뢰성이 있고 저 비용으로 제조될 수 있는, 공간 내 물체의 위치를 검출하기 위한 검출기가 필요하다. 특히, 3D-감지 개념이 필요하다. 다양한 공지된 개념은, 소위 FiP 센서를 사용하는 것, 예를 들어 전술된 개념들 중 몇몇에 적어도 부분적으로 기초한다. 여기서는, 하나의 예로서, 개별 센서 픽셀이 광 스팟보다 상당히 더 크고 특정 크기로 고정된, 대면적 센서가 사용될 수 있다. 또한, 대면적 센서는, 많은 경우, FiP 측정 원리의 사용 시에, 특히 하나 초과의 광 스팟을 동시에 조사해야 하는 경우에 본질적으로 제한된다.
또한, FiP 센서를 이용하는 추적을 위한 3D-감지 개념은 전형적으로, 하나 이상의 FiP 센서, 및 임의적으로 위치-감응 검출기(PSD 또는 PIF)의 조합을 필요로 한다. FiP 센서 및 PSD 장치는 전형적으로, 전기적으로 조합되거나(예를 들어, 연료-감응 태양 전지), FiP-검출기 및 PSD로 분리된다. 광학 시스템의 경우, 전형적으로, 검출기들 중 적어도 하나를 반투명 방식으로 설계하는 것이 바람직하다. 그러나, 반투명성은 FiP-검출기 및 PSD-검출기 물질 둘 다에 대한 선택 옵션을 제한한다. 따라서, FiP 및/또는 PSD 검출기의 투명성은 기술적 과제로 남아 있다. FiP 또는 PSD 검출기를 사용하는데 있어서의 다른 과제는 검출기 면적 또는 활성 면적이다. 전형적으로, 거리 측정의 경우, 큰 활성 면적의 검출기가 사용되거나 심지어 요구된다. 그러나, 상기 면적은, 특히, 4개의 측방향(tetralateral) 전도도 개념을 PSD 구성에 사용하는 경우, 노이즈 문제를 유발할 수 있다. 이는 흔히, 검출기의 직렬 저항과 관련된 큰 정전 용량(capacitance)으로 인해, 불량한 신호-대-노이즈 비(signal-to-noise-ratio) 및 느린 검출기 응답 시간을 제공한다.
다르게는, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/198629 A1호에 개시된 픽셀 카운팅 개념에서와 같이, 픽셀화된 광학 센서가 사용될 수도 있다. 이러한 개념이 3D 좌표를 효율적으로 결정할 수 있게 하고 이러한 개념이 공지된 3D 감지 개념(예컨대, 삼각 측량)보다 훨씬 우수함에도 불구하고, 특히 파워 및 자원의 계산 필요성뿐만 아니라 효율성을 높이기 위한 일부 과제들이 남아 있다. 일반적으로, 시판 횡방향 광학 센서(예컨대, CCD 및/또는 CMOS 센서) 및/또는 광다이오드(예컨대, 무기 광다이오드 또는 유기 광다이오드)를 사용하는 것이 또한 바람직할 수 있다.
또한, 문헌[P. Bartu, R. Koeppe, N. Arnold, A. Neulinger, L. Fallon, and S. Bauer, Conformable large-area position-sensitive photodetectors based on luminescence collecting silicone waveguides, J. Appl. Phys. 107, 123101 (2010)]은, 대면적 및 만곡된 표면에 적합할 수 있는, 한 종류의 위치-감응 검출기(PSD)를 기술하고 있다. 이러한 종류의 PSD 장치는, 규칙적인 패턴으로(예를 들어, 장치의 모서리에) 배열될 수 있거나 장치에 걸쳐 분포될 수 있는, 소형 실리콘 광다이오드와 함께 사용되는 형광 염료가 함입된 평면형 실리콘 도파관에 기초한다. 충돌하는 레이저 광은 PSD 장치 내의 염료에 의해 흡수될 수 있으며, 더 큰 파장에서 형광 광으로서 재-방출될 수 있다. 형광 염료 분자로부터의 주로 등방성 방출로 인해, 재방출된 광은 평면형 실리콘 도파관에 적어도 부분적으로 커플링되어, 실리콘 광다이오드로 유도될 수 있으며, 이때 광 신호는 실리콘 광다이오드를 통해 검출될 수 있다. GPS(Global Positioning System)로서 공지된 알고리즘을 사용하여 광 스팟의 위치를 결정할 수 있다. 이러한 종류의 PSD 장치와 관련된 이후의 개발에 대한 자세한 내용 및 정보는 국제 특허 출원 공개 제 WO 2009/105801 A1 호, 제 WO 2010/118409 A2 호, 제 WO 2010/118450 A1 호, 제 WO 2013/090960 A1 호, 제 WO 2013/116883 A1 호, 및 제 WO2015/081362 A1 호에 기재되어있다. 그러나 이러한 종류의 PSD 장치는 3D-감지에 적합하지 않으므로, 이러한 목적에 잘 맞는 광학 검출기를 제공하기 위해서는 추가의 개발이 필요하다.
공지된 개념, 예를 들어 전술된 선행 기술 문서의 몇몇 개념에 대한 논의는 일부 기술적 과제가 여전히 남아 있음을 명백히 보여준다. 특히, 거리 측정, 2차원 감지 또는 심지어 3차원 감지를 위한 위치 검출기의 증가된 정확성 면에서 추가의 개선의 여지가 존재한다. 또한, 광학 시스템의 복잡성은 여전히, 해결될 수 있는 문제로 남아있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 공지된 전술된 공지된 장치 및 방법의 기술적 과제를 직면하는 장치 및 시스템을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은, 바람직하게는 적은 기술적 노력, 및 기술적 자원 및 비용 측면에서의 적은 요구 사항으로, 공간 내 물체의 위치를 신뢰성 있게 결정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 문제는, 첨부된 청구범위의 독립항의 특징을 갖는 본 발명에 의해 해결된다. 개별적으로 또는 조합으로 실현될 수 있는 본 발명의 유리한 개발은 종속항 및/또는 하기의 명세서 및 상세한 실시예에서 제시된다.
본 발명의 추가적인 임의적 세부 사항 및 특징은, 첨부된 청구범위의 종속항과 조합되는, 후속되는 바람직한 실시양태에 관한 설명으로부터 명백하다. 이러한 맥락에서, 특정 특징들은 단독으로 또는 여러 조합으로 실행될 수 있다. 본 발명이 이러한 예시적인 실시양태로 제한되는 것은 아니다. 예시적인 실시양태는 도면에 개략적으로 도시된다. 각 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 기능을 갖는 동일한 부재(들), 또는 이의 기능과 관련하여 서로 대응하는 부재들을 지칭한다.
특히, 도면에서,
도 1a 및 1b는, 본 발명에 따른 검출기의 횡방향 파티션의 예시적 실시양태를 횡방향 감응 영역에 대한 평면도(도 1a) 및 단면도(도 1b)로 상이하게 도시한 것이다.
도 2는, 광 빔에 의해 생성된 광 스팟을 사용하여, 도 1a의 횡방향 감응 영역에 대한 평면도를 도시한 것이다.
도 3은, 평가 장치의 예시적이고 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 4는, 본 발명에 따른 검출기, 검출기 시스템, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치 및 추적 시스템에 관한 예시적인 실시양태를 도시한 것이다.
도 5는, 시험 번호 1.1 및 2.1 내지 2.4(즉, 화합물 1, 2, 3 및 4 사용)의 흡수 스펙트럼에 대한 개요이다(실시예 I.1 및 I.2 참조).
도 6은, 시험 번호 1.1의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1, 화합물 4 참조).
도 7은, 시험 번호 2.3의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.2, 화합물 3 참조).
도 8은, 시험 번호 2.1의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.2, 화합물 1 참조).
도 9는, 시험 번호 2.2의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.2, 화합물 2 참조).
도 10은, 표 1의 화합물 1 및 화합물 2(시험 번호 2.1 및 2.2)를 사용한 플라스틱 필름에 대해 측정된 흡수 및 방출 스펙트럼이다.
도 11은, 표 1의 화합물 1 및 화합물 2(시험 번호 2.1 및 2.2)를 사용한 플라스틱 필름에 대해 측정된 흡수 및 방출 스펙트럼이다.
도 12는, 시험 번호 1.2의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1, 화합물 11 참조).
도 13은, 시험 번호 1.3 내지 1.10의 흡수 스펙트럼에 대한 개요이다(실시예 참조 I.1).
도 14는, 시험 번호 1.5의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1 참조).
도 15는, 시험 번호 1.3의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1 참조).
도 16은, 시험 번호 1.9의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1 참조).
도 17은, 시험 번호 1.4의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1 참조).
도 18은, 시험 번호 1.10의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1 참조).
도 19는, 시험 번호 1.6의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1 참조).
도 20은, 시험 번호 1.8의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1 참조).
도 21은, 시험 번호 1.7의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1 참조).
도 22는, 0.02%의 루모겐(Lumogen) F를 갖는 플라스틱 시트의 흡수 측정이다(실시예 III 참조).
도 23 내지 도 30은, 실시예 IV에 따른 다양한 형광 착색제를 0.02% 포함하는 플라스틱 시트의 특성을 평가한 것이다.
도면 상의 참조 번호 목록
특히, 도면에서,
도 1a 및 1b는, 본 발명에 따른 검출기의 횡방향 파티션의 예시적 실시양태를 횡방향 감응 영역에 대한 평면도(도 1a) 및 단면도(도 1b)로 상이하게 도시한 것이다.
도 2는, 광 빔에 의해 생성된 광 스팟을 사용하여, 도 1a의 횡방향 감응 영역에 대한 평면도를 도시한 것이다.
도 3은, 평가 장치의 예시적이고 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 4는, 본 발명에 따른 검출기, 검출기 시스템, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치 및 추적 시스템에 관한 예시적인 실시양태를 도시한 것이다.
도 5는, 시험 번호 1.1 및 2.1 내지 2.4(즉, 화합물 1, 2, 3 및 4 사용)의 흡수 스펙트럼에 대한 개요이다(실시예 I.1 및 I.2 참조).
도 6은, 시험 번호 1.1의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1, 화합물 4 참조).
도 7은, 시험 번호 2.3의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.2, 화합물 3 참조).
도 8은, 시험 번호 2.1의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.2, 화합물 1 참조).
도 9는, 시험 번호 2.2의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.2, 화합물 2 참조).
도 10은, 표 1의 화합물 1 및 화합물 2(시험 번호 2.1 및 2.2)를 사용한 플라스틱 필름에 대해 측정된 흡수 및 방출 스펙트럼이다.
도 11은, 표 1의 화합물 1 및 화합물 2(시험 번호 2.1 및 2.2)를 사용한 플라스틱 필름에 대해 측정된 흡수 및 방출 스펙트럼이다.
도 12는, 시험 번호 1.2의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1, 화합물 11 참조).
도 13은, 시험 번호 1.3 내지 1.10의 흡수 스펙트럼에 대한 개요이다(실시예 참조 I.1).
도 14는, 시험 번호 1.5의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1 참조).
도 15는, 시험 번호 1.3의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1 참조).
도 16은, 시험 번호 1.9의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1 참조).
도 17은, 시험 번호 1.4의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1 참조).
도 18은, 시험 번호 1.10의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1 참조).
도 19는, 시험 번호 1.6의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1 참조).
도 20은, 시험 번호 1.8의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1 참조).
도 21은, 시험 번호 1.7의 흡수 스펙트럼이다(실시예 I.1 참조).
도 22는, 0.02%의 루모겐(Lumogen) F를 갖는 플라스틱 시트의 흡수 측정이다(실시예 III 참조).
도 23 내지 도 30은, 실시예 IV에 따른 다양한 형광 착색제를 0.02% 포함하는 플라스틱 시트의 특성을 평가한 것이다.
도면 상의 참조 번호 목록
하기에 사용되는 "갖다", "가지다", "포함하다" 또는 이들의 임의의 문법적 변형은 비-배타적인 방식으로 사용된다. 따라서, 이들 용어는, 이들 용어에 의해 도입된 특징 외에 이 문맥에서 설명된 개체에 더 이상의 특징이 존재하지 않은 상황 및 하나 이상의 추가 특징이 존재하는 상황 둘 다를 지칭할 수 있다. 하나의 예로서, "A는 B를 가진다" 및 "A는 B를 포함한다"라는 표현은, B 이외에 다른 요소가 A에 존재하지 않은 상황(즉, A가 오로지 배타적으로 B로 구성되는 상황) 및 B 이외에, 요소 C, 요소 C 및 D 또는 심지어 다른 요소와 같은 하나 이상의 추가 요소가 개체 A에 존재하는 상황 둘 다를 지칭할 수 있다.
또한, 특징 또는 요소가 전형적으로 하나보다 많이 존재할 수 있음을 나타내는 용어 "적어도 하나", "하나 이상" 또는 유사 표현은 각각의 특징 또는 요소를 도입할 때 한 번만 사용될 것이라는 점을 유의해야 한다. 하기에서, 대부분의 경우, 각각의 특징 또는 요소를 언급할 때, 각각의 특징 또는 요소가 한 번 이상 존재할 수 있다는 사실에도 불구하고, "적어도 하나" 또는 "하나 이상의"라는 표현은 반복되지 않을 것이다.
또한, 하기에서 사용되는 용어 "바람직하게", "더 바람직하게", "특히", "더욱 특히" 또는 유사 용어는, 대안적인 가능성을 제한하지 않으면서 임의적인 특징과 함께 사용된다. 따라서, 이러한 용어들에 의해 도입된 특징들은 임의적인 특징이며 어떠한 방식으로도 청구범위의 범주를 제한하지 않는다. 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 본 발명은 대안적인 특징들을 사용함으로써 수행될 수 있다. 이와 마찬가지로, "본 발명의 하나의 실시양태에서" 또는 유사 표현에 의해 도입된 특징은, 본 발명의 대안적 실시양태에 관한 임의의 제한 없이, 본 발명의 범주에 관한 임의의 제한 없이, 및 이러한 방식으로 도입된 특징들을 본 발명의 다른 임의적 또는 비-임의적 특징과 조합할 가능성에 관한 임의의 제한 없이, 임의적 특징인 것으로 의도된다.
본 발명의 제 1 양태에서, 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기가 개시된다. 본원에서 사용되는 용어 "위치"는, 물체의 위치 및/또는 방향 및/또는 공간에서 물체의 적어도 하나의 일부에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 지칭한다. 따라서, 적어도 하나의 정보 항목은 물체의 적어도 하나의 지점과 적어도 하나의 검출기 사이의 적어도 하나의 거리를 암시할 수 있다. 하기에서 보다 자세히 설명되는 바와 같이, 거리는 종방향 좌표일 수 있거나 또는 물체의 지점의 종방향 좌표를 결정하는데 기여할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 물체 및/또는 물체의 적어도 하나의 일부의 위치 및/또는 방향에 관한 하나 이상의 다른 정보 항목이 결정될 수도 있다. 하나의 예로서, 물체 및/또는 물체의 적어도 하나의 일부의 적어도 하나의 횡방향 좌표가 결정될 수 있다. 따라서, 물체의 위치는 물체 및/또는 물체의 적어도 하나의 일부의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 의미할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 물체의 위치는 물체 및/또는 물체의 적어도 하나의 일부의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 의미할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 물체의 위치는 물체의 적어도 하나의 방향 정보를 의미할 수 있고, 이는 물체의 공간에서의 방향을 나타낸다.
상기 검출기는,
- 물체로부터 검출기로 이동하는 적어도 하나의 광 빔의 종방향 위치를 결정하기 위한 적어도 하나의 종방향 광학 센서(이때, 상기 종방향 광학 센서는, 종방향 감응 영역을 형성하는 적어도 하나의 종방향 센서 영역을 갖고, 상기 종방향 광학 센서는, 광 빔에 의한 상기 종방향 감응 영역의 조사에 의존적인 방식으로, 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 상기 종방향 센서 신호는, 조사의 총 파워가 동일하다면, 상기 종방향 감응 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적임);
- 물체로부터 검출기로 이동하는 적어도 하나의 광 빔의 적어도 하나의 횡방향 위치를 결정하기 위한 적어도 하나의 횡방향 광학 센서(이때, 상기 횡방향 광학 센서는, 횡방향 감응 영역을 형성하는 적어도 하나의 형광 도파 시트, 및 상기 형광 도파 시트의 적어도 2개의 모서리에 위치하는 적어도 2개의 감광 부재를 포함하고, 상기 형광 도파 시트는, 물체로부터 검출기 쪽으로 전파되는 적어도 하나의 광 빔이 상기 횡방향 감응 영역 내에서 적어도 하나의 광 스팟을 생성하도록 물체 쪽으로 배향되고, 상기 형광 도파 시트는 적어도 하나의 형광 물질을 포함하고, 상기 형광 물질은, 광 빔에 의한 조사에 반응하여 형광 광을 생성하도록 구성되고, 상기 적어도 2개의 감광 부재는, 상기 형광 도파 시트에 의해 광 스팟으로부터 감광 부재 쪽으로 안내된 형광 광(형광성 광으로도 지칭됨)을 검출할 수 있고 횡방향 센서 신호를 생성할 수 있음); 및
- 적어도 하나의 평가 장치(이때, 상기 평가 장치는, 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하도록 구성되고, 상기 평가 장치는 또한, 감광 부재의 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하도록 구성됨)
를 포함한다.
달리 명시하지 않는 한, 본원에서 용어 "광학 센서" 또는 이의 임의의 일부(예컨대, 감응 영역), 또는 이와 관련된 임의의 특징(예컨대, 센서 신호)은 종방향 광학 센서 및 횡방향 광학 센서 중 하나 또는 둘 다를 지칭할 수 있다. 본 발명에 따르면, 종방향 광학 센서는, 물체로부터 검출기로 이동하는 적어도 하나의 광 빔의 종방향 위치를 결정하는데 사용되고, 또한 평가 장치를 사용함으로써 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하는데 사용되며; 횡방향 광학 센서는, 물체로부터 검출기로 이동하는 적어도 하나의 광 빔의 횡방향 위치를 결정하는데 사용되고, 또한 감광 부재의 횡방향 센서 신호를 평가하기 위한 평가 장치를 사용함으로써 물체의 횡방향 좌표(x, y) 중 적어도 하나를 결정하는데 사용된다. 본원에서 횡방향 광학 센서는 바람직하게는, 물체의 공간 위치의 2개의 측방향 컴포넌트를 둘 다, 특히, 동시에 제공할 수 있음으로써, "위치-감응 검출기"(PSD)로서 기능하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표와 조합함으로써, 이에 따라, 평가 장치를 사용하여, 상기 정의된 바와 같은 물체의 3차원 위치를 결정할 수 있다.
본원에서 사용되는 "광학 센서"는 일반적으로, 광 빔을 검출하기 위한, 예컨대, 광 빔에 의해 생성된 조사 및/또는 광 스팟을 검출하기 위한 광 감지 장치를 지칭한다. 광학 센서는, 이하 더 자세히 설명되는 바와 같이, 물체 및/또는 물체의 적어도 하나의 일부, 예컨대, 이로부터 적어도 하나의 광 빔이 검출기를 향해 이동하는 물체의 적어도 하나의 일부의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다.
또한, 본원에서 "형광 도파 시트"는 일반적으로, 도파 특성 및 형광 특성을 둘 다 갖는 부재를 지칭한다. 여기서, "도파"는 일반적으로, 내부 반사, 특히 내부 전반사에 의한 자외선, 가시광선 또는 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상의 광을 안내하는 특성 또는 복수개의 요소를 지칭한다. 용어 "형광"은 일반적으로, 전자기 복사선(1차 복사선 또는 여기 복사선으로도 지칭됨)(예컨대, 1차 광 또는 여기 광)에 의한 여기에 응답하여, 자외선, 가시광선 또는 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상의 2차 광(형광 광으로도 지칭됨)을 방출하는 부재 또는 물질의 특성을 지칭한다. 대부분의 경우, 방출된 광, 형광 광 또는 2차 광은 1차 복사선보다 더 긴 파장 및 더 낮은 에너지를 가진다. 1차 복사선은 전형적으로, 소위 엑시톤(exciton)과 같은 형광 물질 내 여기 상태의 존재를 유도한다. 전형적으로, UV에서 근적외선까지의 에너지를 갖는 광자 방출의 여기 상태 소멸 시간은 0.5 내지 20 나노초 범위 이내이다. 그러나, 본 발명에서 전자기 복사선은, 더 자세히 후술되는 바와 같이, 바람직하게는 400 nm 내지 900 nm의 파장 범위에서 주로 흡수되며, 이때 최대 흡수는 바람직하게는 500 nm 내지 850 nm의 파장 범위에서 일어나고, 바람직하게는, 방출된 광은 더 긴 파장, 즉, 바람직하게는 가시광 스펙트럼 범위 또는 적외선 스펙트럼 범위, 더 바람직하게는 적외선 스펙트럼 범위, 특히 780 nm 내지 3.0 마이크로 미터의 범위의 파장을 가진다. 유사하게, 본원에서 용어 "형광 물질"은 일반적으로, 형광 특성을 갖는 물질을 지칭한다. "형광 광"이라는 용어는 일반적으로, 전술된 형광 과정 중에 생성된 2차 광을 지칭한다.
형광 도파 시트는, 하기에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 특히, 시트-유사 형태를 갖거나 시트인 부재일 수 있거나, 이를 포함할 수 있다. 본원에서 "시트"는 일반적으로, 부재의 두께를 상당히(예를 들어, 5배 이상, 더 바람직하게는 10배 이상, 또는 더더욱 바람직하게는 20배 이상, 50배 또는 심지어 100배) 초과하는 측방향 연장(예컨대, 직경 또는 등가 직경)을 갖는 부재를 지칭한다. 시트는 특히 가요성이거나, 변형가능하거나 또는 강성일 수 있다.
하기에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 형광 도파 시트는 특히, 투명 물질일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. "투명도"는, 가시광 스펙트럼 범위 또는 이의 일부(예컨대, 500 nm 내지 700 nm 범위) 내의 적어도 50 내지 70%의 투명도일 수 있다. 다른 실시양태도 가능하다.
또한, 본원에서 용어 "감응 영역"은 일반적으로, 외부 영향에 감응성인(예를 들어, 외부 자극에 응답하여 적어도 하나의 반응을 생성하는) 부재의 2차원 또는 3차원 영역을 지칭한다. 특히, 횡방향 광학 센서의 형광 도파 시트의 본 발명의 경우, 횡방향 감응 영역은 광학 여기에 감응성일 수 있다. 횡방향 감응 영역은 특히, 형광 도파 시트의 표면 또는 부피의 일부, 예컨대 형광 도파 시트의 전체 표면 또는 이의 일부일 수 있다.
일반적으로, 형광 물질 또는 형광 도파 시트는 비선형 특징, 즉 형광 특성을 나타내며, 이때 형광은, 광 빔(즉, 여기 광)에 의한 조사 강도의 파워의 비선형 함수이다. 비선형 형광 특성은 형광 물질 분야에 널리 공지되어 있다. 형광의 비선형 특징은 일반적으로, 다양한 물리적 과정으로 인해 발생한다. 따라서, 이론에 구속되고자 하지 않으면서, 비선형 형광은, 특히 엑시톤-엑시톤-켄칭 또는 엑시톤-엑시톤-재조합에 기인할 수 있는 포화 효과로 인해 발생할 수 있다. 다른 켄칭 과정이 일반적으로 공지되어 있으며, 형광 문헌에 기술되어 있다. 가장 통상적으로, 광 빔 또는 여기 광의 더 높은 강도 쪽으로, 형광 광의 총 파워는 광빔의 강도를 비례에 못미치게(sub-proportionally) 따른다. 가장 흔히, 포화 효과가 관찰된다. 이러한 비선형 형광 특성은, 본 발명의 맥락에서, 물체의 횡방향 좌표를 결정하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 경우, 종방향 감응 영역은, 특히, 종방향 감응 영역에 대한 조사의 빔 단면에 대하여, 조사의 기하구조에 감응성일 수 있다. 이를 위해, 종방향 광학 센서는 하나 이상의 광검출기, 바람직하게는 하나 이상의 염료-감응 유기 태양 전지(DSC), 예컨대 하나 이상의 고체 염료-감응 유기 태양 전지(SDSC)를 포함할 수 있다. 따라서, 종방향 감응 영역은, 광검출기의 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 함입된 적어도 하나의 광기전 물질에 의해 형성될 수 있으며, 이때 광기전 물질은 광을 사용한 조사에 감응성일 수 있으며, 이에 따라, 이에 응답하여 전하를 생성하도록 구성될 수 있다. 더 자세한 내용은, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호 및 제 WO 2014/097181 A1 호를 참조할 수 있다.
다르게는, 종방향 감응 영역은 적어도 하나의 광전도 물질에 의해 형성될 수 있으며, 이때 광전도 물질은 광을 사용하는 조사에 감응성일 수 있으며, 이에 따라 광전도 물질의 전기 전도도를 변화시킬 수 있다. 따라서, 특정 예로서, 종방향 감응 영역은, 광전도 모드로 구동된 적어도 하나의 광다이오드에 의해 형성될 수 있다. 적합한 광전도 물질에 대해서는, 상기 언급된, 2015년 1월 30일자로 출원된 유럽 특허 출원 제 15 153 215.7호, 2015년 3월 3일자로 출원된 유럽 특허 출원 제 15 157 363.1 호, 2015년 4월 22일자로 출원된 유럽 특허 출원 제 15 164 653.6 호, 2015년 7월 17일자로 출원된 유럽 특허 출원 제 15177275.3 호, 둘 다 2015년 8월 10일자로 출원된 유럽 특허 출원 제 15180354.1 호 및 제 15180353.3 호, 및 2015년 9월 14일자로 출원된 유럽 특허 출원 제 15 185 005.4 호를 참조할 수 있다.
본 발명의 맥락에서 제안된, 종방향 광학 센서 및 방법은 특히, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호 및/또는 제 WO 2014/097181 A1 호에 더 자세히 설명되는, 소위 "FiP" 효과를 실행하는 것으로 간주될 수 있다. 여기서, "FiP"는, 조사의 총 파워(P)이 동일하다면, 입사 빔의 광자 밀도, 광자 플럭스, 및 이에 따라, 단면 φ(F)에 의존하는 신호(i)를 생성할 수 있는 효과를 암시한다. 결과적으로, 종방향 좌표를 결정하는 것은, 종방향 좌표(z)를 직접 결정하는 것을 암시하거나, 광 스팟의 크기를 한정하는 하나 이상의 파라미터를 결정하는 것을 암시하거나, 이 둘 다를 동시에 또는 단계적 방식으로 암시하는 것일 수 있다.
또한, FiP-효과는, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호에 개시된 바와 같이, 광 빔의 적절한 변조에 의존할 수 있거나 이에 의해 강조될 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 상기 검출기는 또한, 조사를 변조하기 위한 적어도 하나의 변조 장치를 가질 수 있다. 따라서, 상기 검출기는, 상이한 변조의 경우의 적어도 2개의 종방향 센서 신호, 특히, 상이한 변조 주파수를 포함하는 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 검출하도록 설계될 수 있다. 이 경우, 상기 평가 장치는, 적어도 2개의 변조된 종방향 센서 신호를 평가함으로써, 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 종방향 광학 센서는, 조사의 총 파워가 동일하다면, 적어도 하나의 종방향 센서 신호가 조사의 변조의 변조 주파수에 의존적일 수 있도록 하는 방식으로 설계될 수 있다.
또한, 상기 검출기는, 달리, 또는 바람직하게는 추가적으로, 상이한 변조의 경우의 적어도 2개의 횡방향 센서 신호, 특히, 상이한 변조 주파수를 포함하는 적어도 2개의 횡방향 센서 신호를 검출하도록 설계될 수 있다. 이 경우, 상기 평가 장치는 또한, 적어도 2개의 변조된 횡방향 센서 신호를 평가함으로써, 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 횡방향 광학 센서는, 적어도 하나의 횡방향 센서 신호가 또한 조사의 변조의 변조 주파수에 의존적일 수 있는 방식으로 설계될 수 있다.
또한, 본원에서 용어 "물체 쪽으로 배향된"은 일반적으로, 형광 도파 시트의 표면 또는 상기 표면의 일부, 특히 감응 영역이 물체로부터 완전히 또는 부분적으로 가시적임을 지칭한다. 특히, 물체의 적어도 하나의 포인트와 감응 영역의 적어도 하나의 포인트 간의 상호연결 선은, 감응 영역 또는 형광 도파 시트의 표면 부재와 0°가 아닌 각도, 예컨대 20° 내지 90° 범위의 각도를 형성할 수 있다. 그러나, 다른 실시양태도 가능하다.
그러나, 가장 바람직하게는, 적어도 하나의 형광 도파 시트, 횡방향 감응 영역 또는 이의 일부는 본질적으로, 상기 횡방향 광학 센서 및/또는 상기 검출기의 광학 축에 수직으로 배향된다. 바람직하게는, 상기 종방향 감응 영역 또는 이의 일부는 본질적으로 동일한 방식으로, 특히, 횡방향 감응 영역에 대해 평행한 배열로 배열된다. 결과적으로, 특히, 물체의 종방향 좌표 및 횡방향 좌표 둘 다의 결정에 있어서의 임의의 편차를 최소화하는 것이 가능할 수 있다. 따라서, 물체가 광학 축 상에 또는 광학 축 가까이 위치하는 경우, 물체로부터 검출기 쪽으로 전파되는 광 빔은 본질적으로 광학 축에 평행할 수 있다. 본원에서 용어 "본질적으로 수직인"은, 예를 들어 ±20° 이하의 허용 오차(tolerance), 바람직하게는 ±10° 이하의 허용오차, 더욱 바람직하게는 ±5° 이하의 허용오차를 갖는, 수직 배향의 조건을 지칭한다. 유사하게, 용어 "본질적으로 평행한"은, 예를 들어 ±20° 이하의 허용 오차, 바람직하게는 ±10° 이하의 허용오차, 더욱 바람직하게는 ±5° 이하의 허용오차를 갖는, 수평 배향의 조건을 지칭한다.
적어도 2개의 광학 센서(즉, 횡방향 광학 센서 및 적어도 하나의 종방향 광학 센서)가 본 발명에 따라 사용되기 때문에, 상기 광학 센서는 하나의 동일한 빔 경로에 위치할 수 있으며, 특히, 바람직한 경우, 상기 광학 센서들 중 하나 이상은 투명하거나 반투명하다. 특히, 횡방향 감응 영역을 형성하는 적어도 하나의 형광 도파 시트를 포함하는 횡방향 광학 센서는 바람직하게는 투명 또는 반투명 특성을 나타낼 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 입사 광 빔이 상기 종방향 광학 센서들 중 하나와 충돌하기 이전에 상기 횡방향 광학 센서에 충돌하는 방식으로, 상기 적어도 하나의 종방향 광학 센서와 동일한 빔 경로 내에, 상기 종방향 광학 센서들 중 적어도 하나의 전면에, 상기 횡방향 광학 센서가 위치하는 것이 가능할 수 있다. 이 경우, 마지막이 아닌 모든 종방향 광학 센서는 동일하게 투명 또는 반투명 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 관점에서, 상기 종방향 광학 센서들 중 적어도 하나의 전면에서 동일한 빔 경로 내에 상기 횡방향 광학 센서가 위치할 가능성이, 본 발명의 배열의 특정 이점을 구성한다는 것이 강조될 수 있으며, 그 이유는, 이러한 특징이 일반적으로, 시판되는 횡방향 광학 센서(특히, 일반적으로 불투명한 무기 물질에 기초하는 위치-감응 장치, 예컨대 공지된 CCD 센서 및/또는 CMOS 센서)로는 실현될 수 없기 때문이다.
대안적으로 또는 추가적으로, 상기 광학 센서들 중 적어도 2개는 상기 검출기의 상이한 부분 빔 경로 내에 위치할 수 있다. 따라서, 상기 검출기의 빔 경로는, 예를 들어 하나 이상의 빔 분할 부재, 특히 하나 이상의 반투명 미러 및/또는 빔 분할 큐브를 사용하여, 2개 이상의 부분 빔 경로로 분할될 수 있다. 다른 실시양태도 가능할 수 있다.
또한, 본원에서 "광 스팟"은 일반적으로, 광 빔에 의한 가시적이거나 검출가능한 원형 또는 비-원형 조사를 지칭한다. 광 스팟 내에서, 광은 완전히 또는 부분적으로 산란되거나 단순히 투과될 수 있다.
광 빔은 물체로부터 검출기 쪽으로 전파된다. 하기에서 더 자세히 개시되는 바와 같이, 광 빔은, 예를 들어 물체에 의해 및/또는 광 빔을 방출하는 물체에 통합되거나 부착된 적어도 하나의 조명원에 의해 물체로부터 유래할 수 있거나, 상이한 조명원으로부터, 예를 들면 물체를 직접적으로 또는 간접적으로 조사하는 조명원으로부터 유래할 수 있으며, 이때 광 빔은 물체에 의해 반사되거나 산란되고, 이에 따라 적어도 부분적으로 검출기 쪽으로 유도된다. 본원에서, 적어도 하나의 조명원은 바람직하게는 400 nm 내지 900 nm 범위, 더욱 바람직하게는 550 nm 내지 850 nm 범위, 특히 600 nm 내지 800 nm 범위를 커버하는 파장 범위의 광을 방출할 수 있으며, 여기서 형광 물질, 예컨대 형광 착색제, 특히 하기에 더 자세히 기술되는 염료는 최대 흡수를 나타낼 수 있다.
또한, 본원에서 용어 "광 빔"은 일반적으로, 광의 양, 특히, 본질적으로 동일한 방향으로 이동하는 광의 양을 지칭한다(확산각(spreading angle) 또는 확장각(widening angle)을 갖는 광 빔의 가능성 포함). 광 빔은 특히, 하기 더 자세히 개시되는 바와 같은 가우시안(Gaussian) 광 빔일 수 있다. 그러나, 다른 실시양태도 가능하다.
또한, 본원에서 용어 "감광 부재"는 일반적으로, 자외선, 가시광 또는 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상에서의 조사에 대해 감응성인 부재를 지칭한다. 특히, 상기 감광 부재는, 광다이오드, 광전지, 광전도체, 광트랜지스터 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 부재일 수 있거나 이를 포함할 수 이다. 임의의 다른 유형의 감광 부재가 사용될 수 있다. 하기에서 더 자세히 개시되는 바와 같이, 상기 감광 부재는 일반적으로 무기 물질로 완전히 부분적으로 제조될 수 있고/있거나, 유기 물질로 완전히 부분적으로 제조될 수 있다. 가장 통상적으로, 하기에서 더 자세히 개시되는 바와 같이, 하나 이상의 광다이오드, 예를 들면 시판 광다이오드, 예컨대 무기 반도체 광다이오드가 사용될 수 있다.
또한, 본원에서 용어 "모서리"는 일반적으로, 적어도 하나의 형광 도파 시트의 경계, 예컨대 형광 도파 시트의 전면 또는 후면의 측면 경계 또는 측면 모서리를 지칭한다. 따라서, 당업자가 인식하는 바와 같이, 용어 "모서리"는 일반적으로, 형광 도파 시트와 주위 대기(예컨대, 공기) 간의 계면 또는 경계를 지칭할 수 있다. 특히, 모서리는, 형광 도파 시트에 의해 형성된 광-감응 영역의 경계일 수 있다. 용어 "~에 위치하는"은 일반적으로, 상기 모서리 상에 직접 또는 모서리에 인접하여 위치한다는 사실을 지칭한다. 하나의 예로서, 상기 모서리로부터 상기 감광 부재 방향으로 나타나는 광의 적어도 50%가, 산란, 빔 확장 또는 다른 손실 없이, 각각의 감광 부재에 의해 수집된다. 하나의 예로서, 상기 감광 부재는 상기 모서리로부터 10 mm 이하, 더욱 바람직하게는 5 mm 이하로 이격된 위치에 위치할 수 있다. 그러나, 형광과 관련된 다른 실시양태도 가능함에 주목해야 한다. 가장 바람직하게는, 모든 감광 부재가, 모든 감광 부재에 대해 유사한 측정 조건을 제공하기 위해, 형광 도파 시트의 각각의 모서리에 대해 동일한 방식으로 위치한다.
상기 형광 도파 시트의 적어도 2개의 모서리에 위치하는 감광 부재는, 하나의 예로서, 상기 형광 도파 시트와 동일한 평면 내에 완전히 또는 부분적으로 위치하고/위치하거나, 상이한 평면 내에 완전히 또는 부분적으로 위치할 수 있다. 후자의 경우, 하기에서 더 자세히 개시되는 바와 같이, 하나의 예로서, 상기 형광 도파 시트의 각각의 모서리와 각각의 감광 부재 간의 광학 커플링은, 적어도 하나의 광학 커플링 부재를 사용함으로써 발생할 수 있다. 또한, 상기 감광 부재들 중 적어도 하나는 상기 형광 도파 시트와 동일한 평면 내에 위치할 수 있고, 상기 감광 부재들 중 적어도 하나는 상기 형광 도파 시트의 평면 바깥쪽에 위치할 수 있다. 또한, 상기 감광 부재 중 적어도 하나 또는 심지어 모두의 시인 방향은 상기 형광 도파 시트의 평면에 평행하거나, 달리(예컨대, 상기 평면에 수직으로) 유도될 수 있다. 여기서, 상기 형광 도파 시트의 "평면"에 대해 이야기할 때, 상기 용어가, 상기 형광 도파 시트가 완전히 평면임을 반드시 암시할 필요는 없다. 따라서, 하나의 예로서, 상기 형광 도파 시트는 또한 만곡되거나 굽을 수 있으며, 각각의 감광 부재의 위치에서 상기 형광 도파 시트의 평면은 국부적 접선(tangential) 평면일 수 있다.
본원에서 용어 "모서리"는, 상기 형광 도파 시트의 직선 또는 직선 경계(하기에서는 "직선 모서리"로도 지칭됨)를 지칭할 수 있거나, 상기 형광 도파 시트의 비-직선 또는 비-직선 경계 영역(예컨대, 상기 형광 도파 시트의 모퉁이)를 지칭할 수도 있다. 따라서, 상기 감광 부재들 중 적어도 하나, 복수개의 상기 감광 부재, 또는 심지어 상기 감광 부재 전부가 또한 상기 형광 도파 시트의 적어도 하나의 모퉁이에, 예컨대 상기 형광 도파 시트에 의해 형성된 제 2 광-감응 영역의 적어도 하나의 모퉁이에 위치할 수 있다. 따라서, 특히, 상기 모서리는 상기 형광 도파 시트의 림(rim) 또는 상기 림의 적어도 일부, 예컨대 모퉁이 및/또는 직선 림 부분을 포함할 수 있다. 그러나, 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 모서리는 또한 상기 형광 도파 시트의 편평한 표면, 예컨대 전면 또는 후면을 포함할 수 있다.
이미 전술된 바와 같이, 광 스팟으로부터 적어도 하나의 감광 부재 쪽으로 적어도 하나의 각각의 감광 부재 내로 안내되는 형광을 공급하는 것을 개선하기 위해, 상기 형광 도파 시트와 각각의 상기 감광 부재 사이에 적어도 하나의 광학 커플링 부재를 사용함으로써, 적어도 하나의 광학 커플링이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 감광 부재들 중 적어도 하나, 복수개의 상기 감광 부재, 또는 심지어 상기 감광 부재 전부가, 상기 형광 도파 시트에 의해 상기 형광 도파 시트 밖으로 안내된 형광을 적어도 부분적으로 커플링하도록 구성된 적어도 하나의 광학 커플링 부재에 의해, 상기 형광 도파 시트에, 또한 바람직하게는 적어도 부분적으로 상기 감광 부재에 광학적으로 커플링될 수 있다. 본원에서 용어 "광학 커플링 부재"는 일반적으로, 형광 도파 시트 내에서 도파 동안 발생하는 상기 형광 도파 시트 내 내부 총 반사를 교란, 감소 또는 차단하도록 구성된 임의의 부재를 지칭한다. 따라서, 하나의 예로서, 상기 광학 커플링 부재는, 상기 형광 도파 시트의 굴절률과 상기 감광 부재 및/또는 주위 대기(예컨대, 공기)의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 임의의 투명 부재일 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 상기 형광 도파 시트의 굴절률이 n1으로 지칭되고 상기 감광 부재의 굴절률이 n2로 지칭되는 경우, 상기 광학 커플링 부재의 굴절률(n3)은 n1< n3 < n2 또는 n1 > n3 > n2일 수 있다.
상기 광학 커플링 부재는 상기 형광 도파 시트, 예컨대 상기 형광 도파 시트의 적어도 하나의 표면(예컨대, 물체와 대면하는 표면 및/또는 물체와 접해있지 않은 표면)과 직접 접촉할 수 있다. 또한, 상기 광학 커플링 부재는 또한 각각의 감광 부재와 직접 접촉할 수 있다. 또한, 각각의 감광 부재의 경우, 독립적인 광학 커플링 부재가 제공될 수 있거나, 다르게는, 복수개의 감광 부재가 공통의 광학 커플링 부재를 공유할 수 있거나, 또는 다르게는, 복수개의 광학 커플링 부재가 하나의 감광 부재에 커플링될 수 있다.
광학 커플링의 다양한 방식은 일반적으로 당업자에게 공지되어 있고, 또한 상기 형광 도파 시트로부터의 형광을 각각의 감광 부재로 커플링하는데 사용될 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 적어도 하나의 광학 커플링 부재는, 상기 감광 부재를 상기 형광 도파 시트에 부착하는 투명한 부착제의 일부; 상기 형광 도파 시트 내의 에칭된 부분, 예를 들면 상기 형광 도파 시트의 표면(예컨대, 물체와 대면하는 표면 및/또는 물체와 접해있지 않은 표면); 상기 형광 도파 시트 내의 스크래치, 예를 들면 상기 형광 도파 시트의 표면(예컨대, 물체와 대면하는 표면 및/또는 물체와 접해있지 않은 표면) 내의 스크래치; 및 프리즘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 부재를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 광학 커플링 부재가 일반적으로 공지되어 있고, 또한 본 발명에 사용될 수 있다. 대부분의 단순한 경우, 적어도 하나의 감광 부재는, 예를 들어 적어도 하나의 투명 글루 또는 접착제(예컨대, 투명 에폭시)에 의해, 상기 형광 도파 시트의 표면에 단순히 부착되거나 접착될 수 있다. 광학 커플링의 다른 방식도 가능하다.
적어도 2개의 감광 부재의 배치와 관련하여, 복수개의 가능성이 존재한다. 따라서, 하나의 예로서, 적어도 2개의 감광 부재가, 상기 형광 도파 시트의 적어도 2개의 직선 모서리, 예를 들면 적어도 2개의 대향 모서리, 예컨대 대향 직선 림 부분; 상기 형광 도파 시트의 적어도 2개의 모퉁이, 예컨대 적어도 2개의 대향 모퉁이; 상기 형광 도파 시트의 적어도 하나의 모퉁이 및 상기 형광 도파 시트의 적어도 하나의 직선 모서리, 예컨대 직선 림 부분 중 하나 이상에 위치할 수 있다. 일반적으로, 다른 가능성도 제시된다.
본원에서 "센서 신호"는 일반적으로, 조사에 응답하여, 적어도 하나의 상기 광학 센서에 의해, 특히, 동시에 상기 종방향 감응 영역과 상기 감광 부재에 의해 생성되는 임의의 기억가능하고 전달가능한 신호를 지칭한다. 따라서, 하나의 예로서, 센서 신호는, 디지털 전자 신호 및/또는 아날로그 전자 신호일 수 있거나 이를 포함할 수 있는 적어도 하나의 전자 신호일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 센서 신호는 적어도 하나의 전압 신호 및/또는 적어도 하나의 전류 신호이거나 이를 포함할 수 있다. 또한, 미가공(raw) 센서 신호가 사용될 수 있거나, 검출기, 광학 센서 또는 임의의 다른 부재가 센서 신호를 처리 또는 전처리하여 제 2 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있으며, 상기 제 2 센서 신호는 또한, 필터링 등의 전처리에 의해 센서 신호로서 사용될 수 있다.
또한, 본원에서 용어 "평가 장치"는, 바람직하게는 적어도 하나의 데이터 처리 장치를 사용하여, 더 바람직하게는 적어도 하나의 프로세서 및/또는 적어도 하나의 주문형 집적 회로를 사용하여, 지정된 동작을 수행하도록 구성된 임의의 장치를 일반적으로 지칭한다. 따라서, 하나의 예로서, 적어도 하나의 평가 장치는 다수의 컴퓨터 커맨드를 포함하는 소프트웨어 코드가 저장된 적어도 하나의 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다.
특히, 하기에서 더 자세히 개시되는 바와 같이, 상기 평가 장치는, 종방향 센서 신호의 크기와 물체의 종방향 좌표 간의 적어도 하나의 공지되고 결정가능하거나 사전결정된 관계를 이용하여, 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 평가 장치는 추가적으로, 적어도 2개의 감광 부제의 횡방향 센서 신호의 상대적 크기와 물체의 횡방향 좌표 간의 적어도 하나의 공지되고 결정가능하거나 사전결정된 관계를 이용하여, 물체의 횡방향 좌표(x, y) 중 적어도 하나를 결정하도록 구성될 수 있다.
이에 따라, 상기 평가 장치는 임의적으로, 조사가 변조될 수 있는 변조 주파수를 고려하도록 구성될 수 있다. 따라서, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호에 더 자세히 개시된 바와 같이, 복수개의 종방향 센서 신호는, 물체의 조사의 상이한 변조 주파수를 사용함으로써, 동일한 종방향 광학 센서에 의해 검출될 수 있다. 따라서, 적어도 2개의 종방향 센서 신호는 조사의 변조의 상이한 주파수에서 획득될 수 있으며, 이때, 적어도 2개의 센서 신호로부터, 예를 들어, 대응 보정 곡선과 비교함으로써, 조사의 총 파워 및/또는 기하구조를 추론할 수 있고/있거나, 이로부터 직접적으로 또는 간접적으로, 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 추론할 수 있고/있거나, 상이한 변조 주파수를 갖는 광으로 조사될 수 있는 2개의 상이한 물체 또는 이들의 일부를 구별할 수 있다.
다르게는, 또는 바람직하게는 추가적으로, 복수개의 횡방향 센서 신호는 또한, 물체의 조사의 상이한 변조 주파수를 사용함으로써, 동일한 횡방향 광학 센서에 의해 검출될 수 있다. 따라서, 적어도 2개의 횡방향 센서 신호는 조사의 변조의 상이한 주파수에서 획득될 수 있으며, 이때, 적어도 2개의 센서 신호로부터, 예를 들어, 대응 보정 곡선과 비교함으로써, 조사의 총 파워 및/또는 기하구조를 추론할 수 있고/있거나, 이로부터 직접적으로 또는 간접적으로, 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 추론할 수 있고/있거나, 다시, 상이한 변조 주파수를 갖는 광으로 조사될 수 있는 2개의 상이한 물체 또는 이들의 일부를 구별할 수 있다.
또한, 따라서, 상이한 변조 주파수에서 획득된 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 동일한 변조 주파수에서 획득된 적어도 2개의 횡방향 센서 신호와, 및 바람직하게는, 종방향 센서 신호와 동시에 조합함으로써, 2개의 상이한 물체 또는 이의 일부의 공간적 구별을 제공할 수 있다. 달리 말하면, 본 발명에 따른 검출기는, 2개의 개별적인 물체 간의 및/또는 단일 물체, 심지어 동일한 시인 방향 내에 위치할 수 있는 물체들의 2개의 개별적인 일부 간의 구별을 용이하게 할 수 있는 특정 이점을 나타낼 수 있다. 또한, 2개의 상이한 종류의 광학 센서에 의해 상이한 물체 또는 이의 일부를 검출하는 유사한 방법을 사용하면, 상기 평가 장치 내의 대응 결정 절차를 단순화할 수 있다.
물체의 적어도 하나의 종방향 좌표 및 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하는 것을 포함하는 전술된 조작들은 적어도 하나의 평가 장치에 의해 수행된다. 따라서, 하나의 예로서, 전술된 관계 중 하나 이상은, 예를 들어 하나 이상의 룩업 테이블을 실행함으로써, 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 상기 평가 장치는, 한편으로는, 비선형 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하고, 다른 한편으로는, 횡방향 센서 신호들을 평가하고 조합함으로써 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하기 위해, 전술된 평가를 수행하도록 구성된 하나 이상의 컴퓨터, ASIC(application-specific integrated circuits) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Arrays)와 같은 하나 이상의 프로그램가능 장치를 포함할 수 있다. 그러나, 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 평가 장치는 하드웨어에 의해 완전히 또는 부분적으로 구현될 수도 있다.
또한, 상기 광학 센서 및 상기 평가 장치를 포함하는 전술된 장치 중 2개 이상이 하나 이상의 장치 내로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있음에 주목해야 한다. 일반적으로, 상기 평가 장치는 상기 광학 센서 중 적어도 하나 내로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 평가 장치는, 두 기능을 모두 수행하고, 하나의 예로서, 하나 이상의 하드웨어 컴포넌트(예컨대, 하나 이상의 ASIC 및/또는 하나 이상의 FPGA)를 포함할 수 있는 통상적 장치 내로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 평가 장치는 또한, 하나 이상의 소프트웨어 컴포넌트를 사용함으로써, 완전히 또는 부분적으로 실행될 수 있다. 통합의 정도는 또한, 평가 속도 및 최대 주파수에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 전술된 바와 같이, 상기 검출기는 또한 카메라로서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있고/있거나, 정지 이미지를 획득하기에 적합하거나 비디오 클립을 획득하기에 적합한 카메라에 사용될 수 있다.
전술된 실시양태 중 하나 이상에 따른 검출기는, 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 하기에서 간략하게 논의되고 다양한 임의의 조합으로 또한 구현될 수 있는 다양한 방식들로 개질되고 개선되거나 심지어 최적화될 수 있다.
상기 검출기는 단일 종방향 광학 센서 또는 복수개의 종방향 광학 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 참고로 인용되는 전술된 다양한 특허 출원, 특히는 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호에서 논의된 바와 같이, 초점 거리 전후의 동일한 거리에서 광 스팟의 크기의 모호성이 존재한다. 따라서, 특히 이러한 모호성을 해결하기 위해, 하나보다 많은 종방향 광학 센서가 사용될 수 있으며, 이때 상기 종방향 광학 센서는 광 빔의 하나 이상의 빔 경로를 따라 상이한 위치에 위치한다. 따라서, 2개 이상의 종방향 광학 센서에 의해 검색된 신호 및/또는 결과를 비교함으로써, 초점이 종방향 광학 센서들 앞에 위치하는지(빔이 전형적으로 넓어짐), 종방향 광학 센서들 뒤에 위치하는지(빔이 전형적으로 좁아짐) 또는 그들 사이에 위치하는지 결정될 수 있고, 후자는 종종 3개 이상의 종방향 광학 센서를 사용해야 한다. 따라서, 특히, 상기 평가 장치는 광학 센서들 중 적어도 2개의 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성될 수 있다. 종방향 광학 센서들 중 적어도 2개는, 물체와 적어도 2개의 종방향 광학 센서 사이의 광학 경로 길이가 동일하지 않도록, 광 빔의 적어도 하나의 빔 경로를 따라 상이한 위치에 위치할 수 있다. 상기 평가 장치는 특히, 종방향 센서 신호와 종방향 좌표(z) 간의 관계에서의 모호성을 해결하기 위해 종방향 광학 센서들 중 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 사용하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 검출기는, 조사를 변조(특히, 주기적으로 변조)하기 위한 적어도 하나의 변조 장치, 특히 주기적 빔 차단(interrupting) 장치를 포함할 수 있다. "조사의 변조"는, 조사의 총 파워가, 바람직하게는 주기적으로, 특히 한개 또는 복수개의 변조 주파수를 사용하여, 예로서 0.05 Hz 내지 1 MHz, 예컨대 0.1 Hz 내지 10 kHz의 주파수를 사용하여 변할 수 있는 공정을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 주기적 변조는, 조사의 총 파워의 최대값과 최소값 사이에서 수행될 수 있다. 상기 최소값은 0일 수 있지만, 하나의 예로서, 완전한 변조가 수행될 필요가 없도록 0을 초과할 수도 있다. 상기 변조는, 예를 들어, 물체와 광학 센서 사이의 빔 경로 내에서, 예를 들어 상기 빔 경로 내에 배열되는 적어도 하나의 변조 장치에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 변조는 또한, 하기 더 자세히 기술되는 바와 같이, 물체를 조사하기 위한 임의적 조명원과 물체 사이의 빔 경로 내에서, 예를 들어 상기 빔 경로 내에 배열되는 적어도 하나의 변조 장치에 의해 수행될 수 있다. 이러한 가능성들의 조합을 또한 생각할 수 있다.
적어도 하나의 변조 장치는, 예를 들어 빔 초퍼(chopper) 또는, 예를 들어 적어도 하나의 단속기(interrupter) 블레이드 또는 단속기 휠(이는 바람직하게는, 일정한 속도로 회전하며, 따라서 주기적으로 조사를 차단할 수 있음) 포함하는 몇몇 다른 종류의 주기적 빔 차단 장치를 포함할 수 있다. 그러나, 대안적으로 또는 추가적으로, 1개 또는 복수개의 상이한 유형의 변조 장치, 예를 들어 전광 효과 및/또는 음향-광학(acousto-optical) 효과에 기초한 변조 장치를 사용할 수도 있다. 다시, 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 임의적 조명원 자체는 또한, 예를 들어 상기 조명원 자체가 변조된 강도 및/또는 총 파워(예컨대, 주기적으로 변조된 총 파워)을 가짐으로써, 및/또는 상기 조명원이 펄스화된 조명원(예컨대, 펄스화된 레이저)으로서 구현됨으로써, 변조된 조사를 생성하도록 설계될 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 적어도 하나의 변조 장치는 또한 조명원 내로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 다양한 다른 가능성이 또한 가능할 수 있다.
이미 전술된 바와 같이, 따라서, 상기 검출기는, 상이한 변조의 경우 적어도 2개의 센서 신호, 특히, 각각의 상이한 변조 주파수에서의 적어도 2개의 센서 신호를, 동시에 및/또는 연속적으로 검출하도록 설계될 수 있다. 또한, 상기 평가 장치는 적어도 2개의 센서 신호로부터의 기하학적 좌표를 생성하도록 설계될 수 있다. 이러한 방식으로, 하나의 예로서, 모호성을 해결할 수 있고/있거나, 예를 들어, 조사의 총 파워가 일반적으로 공지될 수 없다는 사실을 고려할 수 있다. 또한, 상이한 변조 주파수를 갖는 개별적인 광 빔에 의해 생성되는 적어도 2개의 상이한 광 스팟은, 이에 따라, 서로에 대해 구별될 수 있다.
상기 검출기는 하나 이상의 추가적 임의적 부재를 추가로 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 검출기 및/또는 상기 광학 센서는, 전달 장치의 맥락에서 하기에 더 자세히 개시되는, 하나 이상의 렌즈 및/또는 하나 이상의 편평하거나 만곡된 반사 부재를 포함할 수 있다. 그러나, 특히, 상기 광학 센서 및/또는 상기 검출기는, 필터 부재의 적어도 하나의 광학 필터로도 지칭되는 적어도 하나의 파장 임의적 부재를 추가로 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 광학 필터는, 하나의 예로서, 적어도 하나의 투과 필터 또는 흡수 필터, 적어도 하나의 격자(grating), 적어도 하나의 이색성 미러 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 다른 유형의 파장 임의적 부재가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 적어도 하나의 광학 센서는, 적어도 하나의 광학 숏-패스(short-pass) 필터를 갖는 적어도 하나의 광학 필터 부재를 포함한다. 하나의 예로서, 상기 광학 숏-패스 필터는, 먼저, 적어도 하나의 형광 도파 시트와 마찬가지로, 바람직하게는 이후에, 둘째로, 광 빔이 적어도 하나의 숏-패스 필터를 통과하도록, 적어도 하나의 형광 도파 시트 뒤쪽의 빔 경로 내에 위치할 수 있다. 적어도 하나의 숏-패스 필터 뒤쪽의 빔 경로 내에, 바람직하게는, 적어도 하나의 추가의 부재, 예컨대 적어도 하나의 기준 감광 부재가 위치할 수 있다.
따라서, 일반적으로, 전술된 바와 같이, 상기 횡방향 광학 센서는, 기준 광센서, 기준 검출기 또는 광감응 기준 부재로도 지칭되는 적어도 하나의 기준 감광 부재를 추가로 포함할 수 있다. 상기 기준 감광 부재는 일반적으로, 적어도 하나의 형광 도파 시트를 통과하기 이전 또는 이후의 광 빔 또는 상기 광 빔의 일부를 검출하도록 구성되고/되거나 배열되는 임의적 감광 부재일 수 있다. 전술된 바와 같이, 상기 적어도 하나의 감광 부재는 특히, 예를 들어 광 빔의 총 파워에 다소 독립적인 전술된 수단 및 방법을 제공하는 보정 및/또는 표준화 목적을 위해 사용될 수 있다. 상기 적어도 하나의 기준 감광 부재는 일반적으로 상기 적어도 하나의 감광 부재와 유사한 방식으로 설계될 수 있고, 하나의 예로서, 광다이오드, 광전지, 광전도체, 광트랜지스터 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 기준 감광 부재는 특히, 유기 감광 부재 및 무기 감광 부재로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 기준 감광 부재는 특히, 하나의 예로서, 상기 형광 도파 시트의 영역 및/또는 이의 감응 영역의 적어도 10%, 예컨대 10% 내지 100%를 커버하는 대면적 감광 부재일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 기준 감광 부재는 특히, 상기 형광 도파 시트를 통과한 이후의 광 빔의 광을 검출하여 적어도 하나의 기준 센서 신호를 생성하도록 설계될 수 있다. 전술된 바와 같이, 상기 적어도 하나의 기준 센서 신호는 특히 상기 감광 부재의 횡방향 센서 신호를 표준화하는데 사용될 수 있다. 상기 평가 장치는 특히, 하기에 더 자세히 개시되는 바와 같이, 물체의 위치를 결정하기 위한, 바람직하게는 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표(x, y)를 결정하기 위한 기준 센서 신호를 고려하도록 구성될 수 있다.
전술된 바와 같이, 상기 검출기는 전체 물체 또는 그의 하나 이상의 일부의 종방향 좌표를 결정하는 옵션을 포함하여, 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정할 수 있다. 그러나, 물체의 다른 좌표(예컨대, 하나 이상의 횡방향 좌표 및/또는 회전 좌표)가 상기 검출기, 특히 상기 평가 장치에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 횡방향 감응 영역 내에서, 광 스팟의 중심의 좌표 및/또는 광 스팟의 최대 강도의 좌표를 결정함으로써, 광 빔에 의해 생성된 광 스팟의 횡방향 위치가 평가될 수 있다. 전형적으로, 예를 들어, 검출기의 하나 이상의 빔 경로에 위치된 하나 이상의 렌즈 또는 다른 굴절 부재의 위치 및/또는 특성이 공지됨으로써, 검출기의 광학적 구성의 속성이 공지되기 때문에, 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표는 상기 평가 장치에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 상기 평가 장치는, 적어도 하나의 형광 도파 시트의 횡방향 감응 영역 상의 광 빔의 위치를 결정함으로써 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표(x, y)를 결정하도록 또한 구성될 수 있다.
따라서, 일반적으로, 상기 평가 장치는, 상기 감광 부재의 센서 신호를 평가함으로써, 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표(x, y)를 결정하도록 구성된다. 하나 이상의 방향에서 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하기 위하여, 상기 감광 부재의 횡방향 센서 신호들을 비교할 수 있다. 따라서, 당업자에게 자명한 바와 같이, 상기 형광 도파 시트에 의해 광 스팟으로부터 및 이에 따라 형광의 생성 위치로부터 상기 감광 부재로 안내되는 형광 광을 나타내는 각각의 감광 부재의 센서 신호는 광 스팟과 각각의 감광 부재 사이의 거리에 의존한다. 일반적으로, 광 스팟과 상기 감광 부재 사이의 거리가 증가하면, 각각의 감광 부재의 센서 신호는, 예를 들어 도파 동안의 손실로 인해 및/또는 형광의 퍼짐으로 인해 감소할 것이다. 상이한 공지된 위치에 위치하는 감광 부재의 센서 신호를 비교함으로써, 상기 형광 도파 시트 상의 광 스팟의 측방향 또는 횡방향 위치를 결정할 수 있고, 이로부터, 예를 들어 광 스팟의 횡방향 위치와 물체의 횡방향 좌표 간의 공지되거나 결정가능한 관계를 이용함으로써, 물체의 횡방향 좌표를 결정할 수 있다. 또한, 실험적 관계 및/또는 반실험적 관계 및/또는 분석적 관계(예컨대, 당업자에게 일반적으로 공지된 렌즈 방정식)를 이용할 수 있다.
하나의 예로서, 적어도 2개의 감광 부재의 적어도 2개의 횡방향 센서 신호의 적어도 하나의 신호 차이는, 이들 센서 신호를 비교하고 이에 따라 횡방향 좌표를 결정함으로써 생성될 수 있다. 결과적으로, 상기 평가 장치는, 상기 감광 부재들 중 적어도 2개에 의해 생성된 적어도 2개의 횡방향 센서 신호들 간의 적어도 하나의 신호 차(D)를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 추출 장치를 포함할 수 있다. 상기 횡방향 센서 신호는 적어도 하나의 제 1 센서 신호(s1) 및 적어도 하나의 제 2 센서 신호(s2)를 포함할 수 있고, 이때 적어도 하나의 신호 차(D)는 특히 [a·s1 - b·s2]에 비례할 수 있고, 여기서 a 및 b는 실수 계수이고, 바람직하게는 a=1 및 b=1이다. 이러한 단순한 예에서, 적어도 하나의 신호 차(D)는 특히 하기 수학식 1에 따라 유도될 수 있다.
[수학식 1]
D = (a·s1 - b·s2)/( a·s1 + b·s2)
상기 추출 장치는 특히, 적어도 하나의 제 1 신호 차(D)x(이로부터, 물체의 적어도 하나의 제 1 횡방향 좌표(x)가 유도됨)를 형성하도록 구성될 수 있다. 상기 추출 장치는 또한, 적어도 하나의 제 2 신호 차(D)y(이로부터, 물체의 적어도 하나의 제 2 횡방향 좌표(y)가 유도됨)를 형성하도록 구성될 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 물체의 데카르트 좌표(Cartesian coordinate)가 유도될 수 있다. 그러나, 예를 들어 전체 구성의 기하구조에 따라, 다른 좌표계(예컨대, 극좌표계)가 사용될 수 있음에 주목해야 한다.
제 1 신호 차(D)x는 특히, x-방향 또는 x-치수로도 지칭될 수 있는 제 1 치수의 도파 시트의 대향 모서리에 위치하는 적어도 2개의 감광 부재의 적어도 2개의 횡방향 센서 신호(sx1, sx2)로부터 생성될 수 있다. 유사하게, 제 2 신호 차(D)y는, y-방향 또는 y-치수로도 지칭될 수 있는 제 2 치수의 도파 시트의 대향 모서리에 위치하는 적어도 2개의 감광 부재의 적어도 2개의 횡방향 센서 신호(sy1, sy2)로부터 생성될 수 있다. 따라서, 상기 좌표계는, z-축인 상기 검출기의 광학 축, 및 예를 들어 z-축에 수직인 평면 내의, 상기 형광 도파 시트의 평면 내 2개의 축(x 및 y)을 사용하여 정의될 수 있다.
적어도 하나의 제 1 신호 차(D)x는 특히 하기 수학식 2에 따라 생성될 수 있으며, 따라서, 적어도 하나의 제 2 신호 차(D)y는 하기 수학식 3에 따라 생성될 수 있다:
[수학식 2]
Dx = (a·sx1 - b·sx2)/( a·sx1 + b·sx2)
[수학식 3]
Dy = (c·sy1 - d·sy2)/( c·sy1 + d·sy2)
상기 식에서, a, b, c, 및 d는 실수 계수이고, 바람직하게는 a=1, b=1, c=1 및 d=1이다.
그러나 다른 예도 가능하다.
상기 검출기의 다른 임의적 세부사항은 상기 감광 부재, 및 임의적으로, 상기 적어도 하나의 기준 감광 부재를 참조할 수 있다. 따라서, 상기 감광 부재는, 상기 형광 도파 시트의 대향 모서리(예컨대, 대향 직선 림 부분)에 위치하는 적어도 2개의 감광 부재를 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 형광 도파 시트는 적어도 하나의 직사각형 형광 도파 시트일 수 있거나 이를 포함할 수 있으며, 적어도 2개의 감광 부재가 상기 직사각형 형광 도파 시트의 평행한 대향 모서리(예컨대, 대향 직선 림 부분)에 위치할 수 있다. 하나의 예로서, 2개의 평행한 모서리(예컨대, 2개의 평행한 림 부분)이 x-방향으로 대향 방식으로 위치할 수 있고/있거나(이때, 각각의 모서리는 적어도 하나의 감광 부재를 가짐), 2개의 평행한 모서리(예컨대 2개의 평행한 림 부분)이 y-방향으로 대향 방식으로 위치할 수 있다(이때, 각각의 모서리는 적어도 하나의 감광 부재를 가짐). 따라서, 일반적으로, 상기 직사각형 형광 도파 시트의 모서리 또는 림 부분은 x-y-좌표계의 축에 수직으로 배향될 수 있다. 그러나, 다른 기하학적 형태 및/또는 다른 좌표계도 가능함에 주목해야 한다. 그러나, 기술된 데카르트 좌표계는 기술적 관점으로부터 상당히 용이하며, 센서 신호의 평가는, 예를 들어 하나 이상의 전술된 수학식을 이용함으로써, 다소 단순하다.
상기 감광 부재는 특히, 좌표계의 제 1 치수(예컨대, x-치수)의 상기 형광 도파 시트의 대향 모서리에 위치하는 적어도 하나의 제 1 쌍의 감광 부재를 포함할 수 있고, 상기 감광 부재는, 좌표계의 제 2 치수(예컨대, y-치수)의 상기 형광 도파 시트의 대향 모서리에 위치하는 적어도 하나의 제 2 쌍의 감광 부재를 추가로 포함한다.
다른 임의적 세부사항은 상기 적어도 하나의 형광 도파 시트 및/또는 상기 횡방향 감응 영역을 참조한다. 따라서, 하나의 예로서, 상기 횡방향 감응 영역은 특히 균질(homogeneous) 감응 영역일 수 있다. 따라서, 상기 횡방향 감응 영역은 물질적으로 부분 영역(예컨대, 픽셀)으로 세분될 수 없다. 반대로, 상기 횡방향 감응 영역은, 균일한 형광을 형성하는 하나의 균질 영역일 수 있다. 바람직하게는, 상기 종방향 감응 영역 또는 이의 일부는, 본질적으로 동일한 방식으로(따라서, 역시 균질 감응 영역을 포함함) 구현될 수 있다.
상기 감응 영역은 특히 대형 감응 영역일 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 상기 감응 영역은 적어도 5 mm2, 바람직하게는 적어도 10 mm2, 더욱 바람직하게는 적어도 100 mm2, 더욱 바람직하게는 적어도 400 mm2의 표면을 가질 수 있다. 하나의 예로서, 상기 감응 영역은 5 mm2 내지 10,000 mm2, 예컨대 100 mm2 내지 2500 mm2의 표면을 가질 수 있다. 상기 감응 영역의 대면적 설계는 여러모로 유리하다. 따라서, 특히, 상기 감응 영역의 표면을 증가시킴으로써, 횡방향 좌표의 결정의 해결이 증가될 수 있다. 또한, 상기 검출기의 시야, 예를 들어 시야각이, 대형 감응 영역을 사용함으로써 확장될 수 있다.
또한, 이에 따라, 예를 들어, 서로의 인근에 위치할 수 있는 상기 횡방향 광학 센서 및 상기 적어도 하나의 종방향 광학 센서 둘 다에 의해, 바람직하게는 연속적인 방식으로, 동일한 입사 광 빔이 기록될 수 있는 감응 영역의 동일한 크기의 연장을 이용함으로써, 상기 횡방향 광학 센서 및 적어도 하나의 종방향 광학 센서의 균질 감응 영역을 조절하는 것이 가능할 수 있다. 본원에서 "동일한 크기(magnitude)"는, 상기 종방향 감응 영역 및 상기 횡방향 감응 영역 둘 다의 측방향 치수가 0.1 내지 10의 인자, 바람직하게는 0.3 내지 3의 인자, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1.1의 인자 내에서 동일함을 의미한다. 이와 관련하여, 이러한 실시양태는, 픽셀화된 감응 영역을 포함하는 시판 PSD 장치(예컨대, CCD 센서 및/또는 CMOS 센서)(이에 따라, 일반적으로 10,000 mm2 이상까지의 대형 균질 감응 영역을 사용하는 FiP 기술과 호환성인 본 발명 내에서 사용되는 PSD 장치와 분명히 대조적임)를 사용함으로써는 실현될 수 없음을 언급할 수 있다.
다르게는, 대면적 다이오드를 포함하는 다른 시판 PSD 장치, 특히, 무기 반도체 센서(예컨대, 규소, 게르마늄 또는 CdTe 센서) 또는 투명 태양 전지는 일반적으로, 상이한 전극에 대한 상이한 횡방향 센서 신호를 수용하도록 구성된 저항성 중간층을 가진다. 그러나, 일반적으로, 대면적 다이오드는 더 높은 용량(C), 및 이에 따라, "시간 상수"로도 명명되는 더 높은 RC 곱 값을 가지며, 이때 R은 다이오드의 대응 전기 저항을 나타낸다. 그러나, 시판 PSD 장치의 시간 상수에 대한 더 높은 값의 결과로서, 이의 주파수 응답은 낮은 주파수에서 다소 제한된다. 따라서, 이러한 단점을 피하기 위해, 소형 다이오드, 예컨대 점형 광다이오드 또는 긴(elongated) 광다이오드를, 본 발명에 따른 형광 도파 시트의 적어도 2개의 모서리에 위치하는 감광 부재로서 사용할 수 있으며, 그 이유는, 이들의 작은 연장으로 인해, 이들이 작은 시간 상수를 포함하기 때문이다. 따라서, 대응 횡방향 센서 신호의 더 높은 판독 주파수뿐만 아니라 조사의 더 높은 변조 주파수가 가능할 수 있다. 그러나, 더 높은 판독 주파수 및/또는 변조 주파수가 본 발명에 대하여 특히 유리할 수 있으며, 그 이유는, 조사되지 않거나 불량하게 조사된 FiP 센서가 일반적으로 시간 상수에 대해 작은 값을 나타내기 때문이다. 따라서, 감광 부재로 구성된 소형 다이오드의 횡방향 센서 신호를 평가함으로써, 횡방향 좌표(x, y)에 대한 물체의 움직임을 아는 경우, 시간 상수 값이 용이하게 보정될 수 있다. 결과적으로, 완전히, 이러한 방식으로 더 빠른 검출기가 수득될 수 있다.
상기 형광 도파 시트는 특히 적어도 하나의 편평 시트를 포함할 수 있다. 그러나, 여기서, 약간의 곡률이 여전히 허용될 수 있다. 그러나, 다른 실시양태에서, 상기 형광 도파 시트는 또한, 예를 들어 특정 용도에 바람직할 수 있는 특정 광학 효과를 제공하기 위해, 만곡된 형광 도파 시트로서 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 검출기의 이점 중 하나는, 상기 형광 도파 시트가 특히 만곡되거나 가요성이거나 특정 기하구조를 가질 수 있다는 사실에 있을 수 있다.
상기 형광 도파 시트는 10 μm 내지 3 mm의 두께, 바람직하게는 100 μm 내지 1 mm의 두께, 예를 들어 50 μm 내지 2 mm의 두께를 가진다. 도파 시트의 두께는 특히, 상기 검출기의 광학 축을 따르는 도파 시트의 치수일 수 있다. 상기 두께는, 형광의 도파 특성을 개선하거나 최적화하도록 구성될 수 있다.
전술된 바와 같이, 상기 형광 도파 시트는 완전히 또는 부분적으로 강성일 수 있거나, 다르게는, 완전히 또는 부분적으로 가요성이거나 변형가능하게 구현될 수 있다.
상기 형광 도파 시트는 적어도 하나의 매트릭스 물질을 포함할 수 있다. 본원에서 용어 "매트릭스 물질"은 일반적으로, 상기 형광 도파 시트의 주요 일부를 형성하고 상기 형광 도파 시트의 주요 바디를 한정하는 물질을 지칭한다. 하나의 예로서, 상기 매트릭스 물질은, 예를 들어 상호혼합, 화학적 결합, 분산 또는 용해에 의해 내부에 하나 이상의 추가적인 물질을 수용할 수 있는 물질일 수 있다. 따라서, 상기 적어도 하나의 형광 물질은 바람직하게는 매트릭스 내에 함입될 수 있다(즉, 상기 형광 물질은, 매트릭스 물질 내로 혼합되는 것, 매트릭스 물질에 분산되는 것, 매트릭스 물질에 화학적으로 결합되는 것 또는 매트릭스 물질에 용해되는 것 중 하나 이상일 수 있다).
상기 매트릭스 물질은 특히 적어도 하나의 플라스틱 물질일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 상기 플라스틱 물질은 특히 적어도 하나의 중합체 물질일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 상기 플라스틱 물질은, 하나의 예로서,
- C2-C10-모노올레핀, 1,3-부타다이엔, 2-클로로-1,3-부타다이엔, 비닐 알코올 및 이의 C2-C10-알킬 에스터, 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 글리시딜 아크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트, C1-C10-알코올의 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 비닐방향족, (메트)아크릴로나이트릴, 말레산 무수물, 및 에틸렌형 불포화된 모노- 및 다이카복실산으로부터 선택되는 적어도 하나의 공중합된 단량체를 포함하는 단독중합체 또는 공중합체,
- 비닐 아세탈의 단독중합체 또는 공중합체,
- 폴리비닐 에스터,
- 폴리비닐클로라이드,
- 폴리카보네이트,
- 폴리에스터,
- 폴리에터,
- 폴리에터 케톤,
- 열가소성 폴리우레탄,
- 폴리설파이드,
- 폴리설폰,
- 폴리에터 설폰,
- 셀룰로스 알킬 에스터,
- 폴리프로필렌,
- 폴리에틸렌 테레프탈레이트,
및 이들 중 2종 이상의 혼합물
로부터 선택되는 적어도 하나의 물질일 수 있거나 이를 포함할 수 있다
예로서, C4-C8-알코올(특히, 부탄올, 헥산올, 옥탄올, 및 2-에틸헥산올), 폴리카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 메틸 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트 공중합체, 아크릴로나이트릴-부타다이엔-스타이렌 공중합체(ABS), 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-프로필렌-다이엔 공중합체(EPDM), 폴리스타이렌(PS), 스타이렌-아크릴로나이트릴 공중합체(SAN), 아크릴로나이트릴-스타이렌-아크릴레이트(ASA), 스타이렌-부타다이엔-메틸 메타크릴레이트 공중합체(SBMMA), 스타이렌-말레산 무수물 공중합체, 스타이렌-메타크릴산 공중합체(SMA), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리비닐 알코올(PVAL), 폴리비닐 아세테이트(PVA), 폴리비닐부티랄(PVB), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리하이드록시부티르산(PHB), 폴리하이드록시발레르산(PHV), 폴리락트산(PLA), 에틸셀룰로스(EC), 셀룰로스 아세테이트(CA), 셀룰로스 프로피오네이트(CP), 및 셀룰로스 아세테이트/부티레이트(CAB)의 군으로부터 선택되는 동일하거나 상이한 알코올 잔기를 갖는 폴리아크릴레이트를 언급할 수 있다.
바람직하게는, 플라스틱 물질은, 폴리카보네이트, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리스타이렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 및 폴리비닐클로라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 물질도 가능하다. 폴리카보네이트 또는 폴리(메틸-메타크릴레이트)가 특히 바람직하다.
상기 매트릭스 물질은 상기 중합체를 안정화시키는 적합한 안정화제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 안정화제는 당업자에게 공지되어 있고, 산화방지제, UV 흡수제, 광 안정화제, 입체장애 아민 광 안정화제, 오존 분해 방지제, 특히 입체장애 아민 광 안정화제를 포함한다. 용어 "입체장애 아민 광 안정화제"는, 2,2,6,6-테트라알킬 피페리딘으로 제시되는 화합물의 부류의 입체장애 아민을 지칭한다.
상기 매트릭스 물질이 안정화제를 포함하는 경우, 상기 매트릭스 물질은 바람직하게는 안정화제를, 모든 매트릭스 물질의 합의 총 중량을 기준으로 0.001 중량% 내지 10 중량%의 양으로 포함한다.
하나의 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 매트릭스 물질은 중합체성 물질로 이루어진다.
상기 형광 물질은 일반적으로 임의의 형광단(fluorophore)을 포함할 수 있다. 특히, 적어도 하나의 상기 형광 물질은 적어도 하나의 형광 착색제, 바람직하게는 적어도 하나의 형광 염료를 포함할 수 있다. 특히, 적어도 하나의 상기 형광 물질은 형광 착색제, 바람직하게는 형광 염료이다.
각종 다양한 형광 착색제, 바람직하게는 염료는 일반적으로 당업자에게 공지되어 있다. 전술된 바와 같이, 대부분의 형광 염료는 전술된 포화 효과를 나타냄으로써, 여기의 비선형 함수인 형광을 제공한다. 하나의 예로서, 형광 염료는, 형광 염료에 의해 생성된 형광 광의 총 파워가 광 빔의 강도의 비선형 함수가 되도록, 광 빔에 의해 포화될 수 있다. 특히, 형광 광의 총 파워는 광 빔의 강도에 정비례함에 못미칠 수 있다.
형광 염료는 특히 적어도 하나의 유기 형광 염료를 포함할 수 있다. 그러나, 무기 염료가 추가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있다.
하나의 바람직한 실시양태에 따르면, 형광 착색제, 바람직하게는 형광 염료는 스틸벤, 벤즈옥사졸, 스쿠아레인, 비스다이페닐에틸렌, 쿠마린, 메로시아닌, 벤조피란, 나프탈이미드, 릴렌, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 시아닌, 잔텐, 옥사진, 옥사다이아졸, 스쿠아레인, 옥사다이올, 안트라시논, 아크리딘, 아릴메탄, 붕소-다이피로메텐, 아자-붕소-다이피로메텐, 비올란트론, 이소비올란트론 및 다이케토피롤로피롤로 이루어진 군으로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 형광 착색제는 릴렌, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 시아닌, 잔텐, 옥사진, 붕소-다이피로메텐, 아자-붕소-다이피로메텐 및 다이케토피롤로피롤로 이루어진 군, 더더욱 바람직하게는 릴렌, 잔텐 및 프탈로시아닌으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
다른 바람직한 실시양태에 따르면, 형광 염료는 특히, 잔텐 유도체, 바람직하게는 플루오레세인, 로다민, 오레곤 그린, 에오신, 텍사스 레드, 또는 임의의 이들 성분의 유도체 중 하나 이상; 시아닌 유도체, 바람직하게는 시아닌, 인도카보시아닌, 옥사카보시아닌, 티아카보시아닌, 메로시아닌, 또는 임의의 이들 성분의 유도체 중 하나 이상; 스쿠아레인 유도체 또는 고리-치환된 스쿠아레인, 바람직하게는 Seta, SeTau, 및 스퀘어(Square) 염료, 또는 임의의 이들 성분의 유도체 중 하나 이상; 나프탈렌 유도체, 바람직하게는 이의 단실 또는 프로단 유도체 중 하나 이상; 쿠마린 유도체; 옥사다이아졸 유도체, 바람직하게는 피리딜옥사졸, 나이트로벤즈옥사다이아졸, 벤즈옥사다이아졸, 또는 임의의 이들 성분의 유도체 중 하나 이상; 안트라센 유도체, 바람직하게는 안트라퀴논, DRAQ5, DRAQ7, CyTRAK 오렌지, 또는 임의의 이들 성분의 유도체 중 하나 이상; 피렌 유도체, 바람직하게는 케스케이드 블루; 옥사진 유도체, 바람직하게는 나일 레드, 나일 블루, 크레실 바이올렛, 옥사진 170, 또는 임의의 이들 성분의 유도체 중 하나 이상; 아크리딘 유도체, 바람직하게는 프로플라빈, 아크리딘 오렌지, 아크리딘 옐로우, 또는 임의의 이들 성분의 유도체 중 하나 이상; 아릴메틴 유도체, 바람직하게는 아우라민, 크리스탈 바이올렛, 말라카이트 그린, 또는 임의의 이들 성분의 유도체 중 하나 이상; 테트라피롤 유도체, 바람직하게는 포르핀, 프탈로시아닌, 빌리루빈 중 하나 이상; 릴렌 염료 또는 이의 임의의 유도체, 예컨대 페릴렌 염료; 나프탈렌 이미드 또는 페릴렌 이미드; 나프토일렌 벤즈이미다졸 염료, 예컨대 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/168395 A1 호에 공개된 것; 또는 열거된 성분의 임의의 성분의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 그러나, 다른 염료가 추가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있음에 주목해야 한다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 형광 물질은, 500 nm 내지 850 nm의 파장 범위에서 나타나는 흡수 최대를 400 nm 내지 900 nm의 파장 범위에서 갖는 적어도 하나의 형광 착색제, 바람직하게는 적어도 하나의 형광 염료를 포함한다.
일반적으로 용어 "흡수"는, 특히, 물질과 충돌하는 광 빔의 입사 복사선을 반사하거나 투과하기보다 이의 분배를 수용하고 유지하는 것과 관련된, 형광 착색제와 같은 물질의 광학 특성을 지칭한다. 따라서, 반사를 무시하면, 물질을 통과한 입사 복사선의 투과가 불완전해질 수 있으며, 이는 충돌 광 빔의 감쇠를 초래한다. 그러나, 일반적으로, 물질에 의한 입사 복사선의 흡수는 입사 광 빔의 파장에 의존하며, 이로 인해 물질의 흡수는 증가 또는 감소 파장에 걸쳐 변할 수 있다. 이와 관련하여, 용어 "흡수 최대"는, 대응 파장에 대한 흡수 값의 과정에 걸쳐, 물질에 의한 입사 복사선의 흡수가, 인접 파장 또는 파장 범위에 비해 더 큰 값을 취할 수 있는 하나 이상의 특정 파장 또는 파장 범위를 지칭할 수 있다.
특히 바람직한 실시양태에서, 흡수 최대는 사전-정의된 파장 범위에 걸쳐, 특히 400 nm 내지 900 nm의 상기 언급된 전체 파장 범위에 걸쳐 절대 최대일 수 있다. 결론적으로, "절대 최대"라는 용어는, 사전-정의된 파장 범위 내에서 가장 높은 값을 취하여, 이에 따라, 사전-정의된 파장 범위 내의 모든 다른 파장에서의 물질의 흡수를 초과하는, 물질의 흡수 유형을 나타낸다. 그러나, "상대적 최대"가 또한 가능할 수 있다. 즉, 특정 파장에서의 흡수가 인접 파장 범위에서의 흡수를 초과하는 한, 최대 흡수가 착색제의 가장 높은 값을 취할 필요는 없다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 있어서, 400 nm 내지 900 nm의 파장 범위를 고려하면, 형광 착색제, 바람직하게는 형광 염료는 500 nm 내지 850 nm의 파장 범위에서 나타나는 흡수 최대를 나타내는 흡수 특성을 가진다. 이러한 특징은, 형광 착색제가, 400 nm 미만의 파장 범위에서 나타날 수 있는 다른 흡수 최대를 나타낼 수 있는 것으로 이해해야한다. 바람직하게는, 500 nm 내지 850 nm의 파장 범위에서 나타나는 흡수 최대는, 전술된 바와 같이 400 nm 내지 900 nm의 파장 범위 내에서, 절대 최대이다. 더 바람직하게는, 500 nm 내지 850 nm의 파장 범위에서 나타나는 흡수 최대는, 350 내지 900 nm 범위에 걸쳐 절대 최대이다(즉, 400 nm 미만의 파장 범위에서 임의적으로 나타날 수 있는 임의의 가능한 추가적 최대가 바람직하게는 상대적 최대이다).
바람직하게는, 형광 착색제, 특히 염료는, 바람직하게는 매트릭스 물질에 함입된 착색제로 측정시, 400 nm 내지 900 nm의 범위 내에서, 550 nm 내지 850 nm의 파장 범위, 더 바람직하게는 600 nm 내지 800 nm의 파장 범위의 최대 흡수를 나타낼 수 있다. 원칙적으로, 당업자에게 공지된 임의의 형광 착색제, 바람직하게는 형광 착색제가 사용될 수 있되, 단, 상기 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 착색제는 상기에서 정의된 원하는 흡수 최대를 나타낸다. 근적외선 스펙트럼 범위 내에서 형광을 나타낼 수 있는 형광 착색제를 사용하는 특정 이점은, 인간 눈이 민감하지 않은 파장 영역에서 형광이 발생할 수 있다는 것일 수 있다.
일반적으로, 사전-정의된 파장 범위에 걸친 형광 착색제의 흡수 과정은 형광 착색제만을 사용하여 측정될 수 있다. 그러나, 바람직한 실시양태에서, 사전-정의된 파장 범위에 걸친 형광 착색제의 흡수 과정은, 매트릭스 물질 내에 함입된 형광 착색제를 사용하고, 이에 따라, 형광 착색제가 배치되는 매트릭스 물질의 흡수 특성을 고려하여, 측정될 수 있다.
따라서, 바람직하게는, 형광 착색제는, 400 nm 내지 900 nm의 파장 범위 내에서, 500 nm 내지 850 nm의 파장 범위에서 나타나는 흡수 최대를 갖고, 스틸벤, 벤즈옥사졸, 스쿠아레인, 비스다이페닐에틸렌, 쿠마린, 메로시아닌, 벤조피란, 나프탈이미드, 릴렌, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 시아닌, 잔텐, 옥사진, 옥사다이아졸, 스쿠아레인, 옥사다이올, 안트라시논, 아크리딘, 아릴메탄, 붕소-다이피로메텐, 아자-붕소-다이피로메텐, 비올란트론, 이소비올란트론 및 다이케토피롤로피롤로 이루어진 군, 더욱 바람직하게는 릴렌, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 시아닌, 잔텐, 옥사진, 붕소-다이피로메텐, 아자-붕소-다이피로메텐 및 다이케토피롤로피롤로 이루어진 군, 더더욱 바람직하게는 릴렌, 잔텐 및 프탈로시아닌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 형광 착색제, 특히 염료이다.
릴렌 착색제
본원에 사용된 용어 릴렌 착색제는 페리-위치에 연결된 나프탈렌 단위의 릴렌 골격을 포함하는 착색제를 나타낸다. 이러한 릴렌계 골격구조는, 비제한적으로, 페릴렌, 테릴렌 및 쿼터릴렌을 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 릴렌 착색제는 릴렌 골격, 특히 페릴렌, 테릴렌 또는 쿼터릴렌 코어 구조에 기초한 코어 구조를 포함한다.
본 발명의 문맥에서 사용된 "코어 구조를 포함하는"이라는 용어는, 도시된 구조가 적합하게 치환될 수 있음을 의미한다.
바람직하게는, 상기 릴렌 착색제는 다환형 기 Pr을 포함하며, 상기 다환형 기는 상기 릴렌 골격, 특히 적어도 하나의 Rr 기(라디칼)로 치환된 페릴렌, 테릴렌 또는 쿼터릴렌 코어 구조를 포함하며, 이때 Rr은 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로헤테로알킬, -O- 알킬, -O- 아릴, -O-헤테로아릴, -O-사이클로알킬 및 -O-사이클로헤테로알킬로 이루어진 군으로부터 선택된다. 각각의 잔기 Rr은 서로 동일하거나 상이할 수 있음을 이해해야한다. 둘 이상의 Rr 기가 존재하는 경우, 바람직하게는 모든 Rr 기는 동일하다.
본 발명의 의미에서, 용어 "알킬"은 비-분지형 알킬 잔기 및 분지형 알킬 잔기에 관한 것이다. 이 용어는 또한, 하나 이상의 적합한 치환기에 의해 추가로 치환된 알킬기를 포함한다. 본원에서 사용된 용어 "치환된 알킬"은 바람직하게는 1개 이상의 치환기, 바람직하게는 1, 2, 3, 4, 5 또는 6개의 치환기, 더 바람직하게는 1개, 2개 또는 3개의 치환기를 가질 수 있다. 2개 이상의 치환기가 존재하는 경우, 각각의 치환기는 동일하거나 적어도 하나의 다른 치환기와 다를 수 있다. 일반적으로 치환기에 대한 제한은 없다. 상기 치호나기는, 예를 들어 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 알켄일, 알킨일, 할로겐, 하이드록시, 알킬카보닐옥시, 아릴카보닐옥시, 알콕시카보닐옥시, 아릴옥시카보닐옥시, 카복실레이트, 알킬카보닐, 아릴카보닐, 알콕시카보닐, 아미노카보닐, 알킬아미노카보닐, 다이알킬아미노카보닐, 알킬티오카보닐, 알콕시, 포스페이트, 포스포네이토, 포스피네이토, 아미노, 아실아미노, 예컨대 아미노카보닐아미노, 아릴카보닐아미노, 카바모일, 우레이도, 아마이디노, 나이트로, 이미노, 설프하이드릴, 알킬티오, 아릴티오, 티오카복실레이트, 설페이트, 알킬설핀일, 설포네이트, 설파모일, 트라이플루오로메틸, 시아노 및 아자이도로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 유기 잔기의 바람직한 치환기는, 예를 들어 할로겐, 예컨대 불소, 염소, 브롬 또는 요오드, 아미노 기, 하이드록실 기, 카보닐 기, 티올 기 및 카복실 기이다.
용어 "헤테로알킬"은, 하나 이상의 헤테로원자 또는 작용기, 예를 들어 -O-, -S-, -NH-, -NH-C(=O)-, -C(=O)NH- 등을 포함하는 알킬 잔기를 지칭한다.
용어 "사이클로알킬"은, 5원, 6원 또는 7원 고리와 같은 고리를 형성하는 알킬 기, 예컨대 사이클로펜틸 또는 사이클로헥실을 지칭한다.
용어 "헤테로사이클로알킬"은, 하나 이상의 헤테로원자 또는 작용기, 예를 들어 -O-, -S-, -NH-, -NH-C(=O)-, -C(=O)-NH- 등을 포함하는 사이클로알킬 기, 예컨대 모폴리노, 피페라진일 또는 피페리딘일, 알킬아릴, 아릴알킬 및 헤테로아릴을 지칭한다.
본 발명의 의미 내에서, 용어 "아릴"은, 비제한적으로, 임의적으로 적합하게 치환된 5원 및 6원 단일환 방향족 기뿐만 아니라, 임의적으로 적합하게 치환된 다환 기, 예를 들어 이환형 또는 삼환형 아릴 기이다. 따라서, 용어 "아릴"은, 예를 들어 임의적으로 치환된 페닐 기 또는 임의적으로 적합하게 치환된 나프틸 기를 포함한다. 아릴 기는, 방향족이 아닌 지환족 또는 헤테로사이클로알킬 고리와 융합되거나 가교되어 폴리사이클, 예컨대 벤조다이옥솔릴 또는 테트랄린을 형성할 수 있다.
본 발명의 의미 내에서 사용된 용어 "헤테로아릴"은, 임의적으로 적합하게 치환된 5원 및 6원 단일환 방향족 기뿐만 아니라, 하나 이상, 바람직하게는 1 내지 4개, 예를 들어 1, 2, 3 또는 4개의 헤테로원자를 포함하는 치환되거나 비치환된 다환형 아릴 기, 예를 들어 삼환형 또는 이환형 아릴 기를 포함하며, 이? 아릴 잔기가 하나보다 많은 헤테로원자를 포함하는 경우, 상기 헤테로원자는 동일하거나 상이할 수 있다. 1 내지 4개의 헤테로원자를 포함하는 헤테로아릴 기는, 예를 들어 벤조다이옥솔릴, 피롤릴, 퓨란일, 티오페닐, 티아졸릴, 이소티아졸릴, 이미다졸릴, 트라이아졸릴, 테트라졸릴, 피라졸릴, 옥사졸릴, 이속사졸릴, 피리딘일, 피라진일, 피리다진일, 벤즈옥사졸릴, 벤조다이옥사졸릴, 벤조티아졸릴, 벤조이미다졸릴, 벤조티오페닐, 메틸렌다이옥시페닐릴, 나프티리딘일, 퀴놀린일, 이소퀴놀린일, 인돌릴, 벤조퓨란일, 푸린일, 데아자푸린일 또는 인돌리진일이다.
본 발명의 맥락에서 사용되는 용어 "임의적으로 치환된 아릴" 및 용어 "임의적으로 치환된 헤테로아릴"은, 아릴 또는 헤테로아릴 잔기의 하나 이상의 원자(예컨대, C 또는 N) 상의 수소를 대체하는 치환기를 갖는 잔기를 의미한다. 또한, 일반적으로 치환기에 대한 제한은 없다. 상기 치환기는, 예를 들어 알킬, 알켄일, 알킨일, 할로겐, 하이드록실, 알킬카보닐옥시, 아릴카보닐옥시, 알콕시카보닐옥시, 아릴옥시카보닐옥시, 카복실레이트, 알킬카보닐, 아릴카보닐, 알콕시카보닐, 아미노카보닐, 알킬아미노카보닐, 다이알킬아미노카보닐, 알킬티오카보닐, 알콕시, 포스페이트, 포스포네이토, 포스피네이토, 아미노, 아실아미노, 예컨대 알킬카보닐아미노, 아릴카보닐아미노, 카바모일 및 우레이도, 아마이디노, 나이트로, 이미노, 설프하이드릴, 알킬티오, 아릴티오, 티오카복실레이트, 설페이트, 알킬설핀일, 설포네이트, 설파모일, 설폰아마이도, 트라이플루오로메틸, 시아노, 아자이도, 사이클로알킬, 예컨대 사이클로펜틸 또는 사이클로헥실, 헤테로사이클로알킬, 예컨대 모폴리노, 피페라진일 또는 피페리딘일, 알킬아릴, 아릴알킬 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 유기 잔기의 바람직한 치환기는, 예를 들어 할로겐, 예컨대 불소, 염소, 브롬 또는 요오드, 아미노 기, 하이드록실 기, 카보닐 기, 티올 기 및 카복실 기이다.
바람직하게는, 적어도 하나의 Rr 기는 -O- 아릴 또는 -O- 헤테로아릴, 더 바람직하게는 -O- 알킬이고, 가장 바람직하게는 상기 기는 하기 구조를 갖는다:
상기 식에서, Rr1, Rr2 및 Rr3은 바람직하게는, 서로 독립적으로, H, 알킬, 헤테로알킬, 아릴, 헤테로아릴, -O-알킬, O-아릴 및 O-헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는, Rr1, Rr2 및 Rr3은, 서로 독립적으로, H 및 알킬, 더욱 바람직하게는 H 및 C1-C8 알킬로부터 선택된다.
바람직하게는, Rr1, Rr2 및 Rr3은, 서로 독립적으로, H, 이소프로필 및 -C(CH3)2-CH2-C(CH3)3로 이루어진 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, Rr은 하기 라디칼로부터 선택된다:
다환형 기 Pr은 바람직하게는 하기 코어 구조:
더욱 바람직하게는 하기 코어 구조 중 하나:
를 포함하며, 상기 식에서, Rr4 및 Rr5는, 서로 독립적으로, 알킬 또는 아릴, 바람직하게는 아릴, 더욱 바람직하게는 알킬 치환된 아릴, 더욱 바람직하게는 알킬 치환된 페닐, 더욱 바람직하게는 C1-C6 알킬 치환된 페닐, 더더욱 바람직하게는 오르쏘 및 메타 위치에서 C1-C6 알킬 기로 치환된 페닐이고, Rr4 및 Rr5 중 대부분 적어도 하나, 바람직하게는 둘 다는
이고, 이때 상기 코어 구조는 바람직하게는 적어도 하나의 라디칼 Rr로 치환되며, 이때 Rr은 전술된 바와 같고, 바람직하게는 Rr은 하기 라디칼로부터 선택되거나:
상기 코어 구조는 추가적 치환기를 포함하지 않는다.
더욱 바람직하게는, 상기 코어 구조는, 하기 라디칼로부터 선택되는 적어도 하나의 라디칼 Rr로 치환된다:
상기 착색제가 하기 코어 구조를 포함하는 경우:
상기 착색제가 하기의 각각의 이성질체성 코어 구조를 추가로 포함할 수 있음을 이해해야 한다:
유사하게, 상기 착색제가 하기 코어 구조를 포함하는 경우:
상기 착색제는 하기의 각각의 이성질체성 코어 구조를 추가로 포함할 수 있다:
따라서, 상기 착색제는 이들 두 이성질체의 혼합물일 수 있다. 다르게는, 상기 착색제는 순수한 이성질체일 수 있다.
더더욱 바람직하게는, 상기 릴렌 착색제는 하기 구조 중 하나를 가진다:
특히 바람직하게는, 본 발명에 따른 릴렌 형광 착색제는, 하기 구조로 이루어진 군으로부터 선택된다:
상기 식에서, Rr은 
(4-3급-옥틸페녹시)이다.
따라서, 바람직하게는, 본 발명에 따른 릴렌 형광 착색제는 특히, 표 1의 화합물 1, 표 1의 화합물 2, 표 1의 화합물 3, 및 표 1의 화합물 4로 이루어진 군으로부터 선택된다.
더욱 바람직하게는, 상기 릴렌 형광 착색제, 더더욱 바람직하게는 상기 형광 착색제는
(이때, Rr은 
(4-3급-옥틸페녹시)임)
(이때, Rr은 
(4-3급-옥틸페녹시)임)
이고, (2,13-비스[2,6-비스(1-메틸에틸)페닐]-5,10,16,21-테트라키스[4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페녹시]안트라[9",1",2":6,5,10;10",5",6":6',5',10']다이안트라[2,1,9-def:2',1',9'-d'e'f']다이이소퀴놀린-1,3,12,14(2H,13H)-테트론)이 특히 바람직하다.
다른 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 릴렌 형광 착색제, 더더욱 바람직하게는 상기 형광 착색제는 표 1의 화합물 15, 표 1의 화합물 16 및 표 1의 화합물 17로 이루어진 군으로부터 선택된다.
따라서, 본 발명에 다른 바람직한 릴렌 착색제는 표 1의 화합물 1, 표 1의 화합물 2, 표 1의 화합물 3, 표 1의 화합물 4, 표 1의 화합물 15, 표 1의 화합물 16 및 표 1의 화합물 17이다. 그러나, 더욱 바람직하게는, 이미 전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 릴렌 형광 착색제는 특히 표 1의 화합물 1, 표 1의 화합물 2, 표 1의 화합물 3 및 표 1의 화합물 4로 이루어진 군으로부터 선택되고, 가장 바람직하게는 화합물 4이다.
전술된 릴렌 착색제뿐만 아니라 다른 적합한 릴렌 착색제의 제조는 당업자에게 공지되어 있다. 상기 제조는, 예를 들어, 유럽 특허 제 1373272 B1 호, 미국 특허 출원 공개 제 2006/0075585 호, 국제 특허 출원 공개 제 WO2016/083914 호 및 제 WO 2007/006717 호에 기술되어 있으며, 이들 각각의 내용을 본원에 참고로 인용한다. 2,13-비스[2,6-비스(1-메틸에틸)페닐]-5,10,16,21-테트라키스[4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)-페녹시]안트라[9",1",2":6,5,10;10",5",6":6',5',10']다이안트라[2,1,9-def:2',1',9'-d'e'f']다이이소퀴놀린-1,3,12,14(2H,13H)-테트론)(표 1, 화합물 4 참조)은, 예를 들어 국제 특허 출원 공개 제 WO2016/083914 호의 실시예 4에 따라 제조할 수 있으며, 상기 출원의 내용을 본원에 참고로 인용하고, 2,11-비스[2,6-비스(1-메틸에틸)페닐]-5,8,14,17-테트라[2,6-비스(1-메틸에틸)페녹시] 벤조[13,14]펜타페노[3,4,5-def:10,9,8-d'e'f']다이이소퀴놀린-1,3,10,12(2H,11H)-테트론(표 1, 화합물 3 참조)은, 예를 들어 국제 특허 출원 공개 제 WO2007/006717 호의 실시예 2에 따라 제조할 수 있으며, 상기 출원의 내용을 본원에 참고로 인용한다.
나프탈이미드 착색제
본원에서 용어 "나프탈이미드 착색제"는, 하기의 나프탈이미드 코어 구조를 포함하는 착색제를 지칭한다:
상기 식에서, Rni1은, 알킬, 헤테로알킬, 아릴, 헤테로아릴, 사이클로알킬 및 사이클로헤테로알킬로 이루어진 군으로부터 선택된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 나프탈이미드 착색제는 하기 구조식에 따른 구조를 가진다:
상기 식에서, Rni2, Rni3, Rni4, Rni5, Rni6 및 Rni7은, 서로 독립적으로, H, 알킬, 아릴, 헤테로알킬, 헤테로아릴, 알콕시, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 알킬아민(알킬-NH-), 아릴아민(아릴-NH-), 알킬아릴아민(아릴-알킬-NH-), 헤테로아릴아민(헤테로아릴-NH-) 및 헤테로알킬아릴아민(헤테로아릴-알킬-NH-)으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 Rni2, Rni3, Rni4, Rni5, Rni6 및 Rni7 중 적어도 하나는, 알킬아민(알킬-NH-), 아릴아민(아릴- NH-), 알킬아릴아민(아릴-알킬-NH-), 헤테로아릴아민(헤테로아릴- NH-), 헤테로알킬아릴아민 및(헤테로아릴-알킬-NH-)로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 나프탈이미드 착색제는, 예를 들어 문헌[FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe 2009, Vol. 17, No. 2 (73) pp. 91-95]에 기술되어 있으며, 상기 문헌의 내용을 본원에 참고로 인용한다. 다른 적합한 나프탈이미드 착색제 및 이의 제조는 당업자에게 공지되어 있다.
프탈로시아닌 착색제
본원에서 용어 "프탈로시아닌 착색제"는, 금속뿐만 아니라 금속-함유 프탈로시아닌, 따라서, 하기 구조식(이들 구조식은 바람직하게는 적합하게 치환됨) 중 하나를 포함하는 착색제에 관한 것이다:
상기 식에서, M은 금속, 또는 M1, M2(Rp1), M3(Rp2)(RP3) 및 M4(=Rp4)로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속성 성분이고, M1은 Zn, Fe, Co, Ni, Pd, Pt 및 Mn으로 이루어진 군으로부터 선택되고, M2는 Al, In, La, 및 란탄족으로 이루어진 군으로부터 선택되고, M3은 Ge, Si, Ti, 및 V로 이루어진 군으로부터 선택되고, M4 는 Ti 또는 V이고, Rp1은 할로겐, OH, 알킬, -O-알킬, -O-아릴, -S-알킬, 알킬, -OSi(알킬)3, -O-알콕시, 예컨대 바람직하게는 -O-(알킬-O)1-5-알킬2, 및 -O-Bp1-O-L로 이루어진 군으로부터 선택되고, Bp1은 C1-C12알킬렌, 하나 이상의 산소 원자가 개재된 C1-C12알킬렌, 또는 적어도 하나의 OH 기로 치환된 C1-C12알킬렌이고, L은 추가의 프탈로시아닌 착색제 기이고, Rp2 및 Rp3은, 서로 독립적으로, 할로겐, OH, -O-알킬, -O-아릴, -O-알콕시, 예컨대 바람직하게는 -O-(알킬-O)1-5-알킬2, 및 -M5(Rp5)(Rp6)(Rp7)로 이루어진 군으로부터 선택되고, Rp5, Rp6 및 Rp7은, 서로 독립적으로, 알킬, 알켄일, 알켄일, 사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 트라이알킬실록시, -CO2H, -SO3H, -O-(알킬-O)1-5-알킬2 및 트라이알킬암모늄 치환된 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고, M5는 Ge, Si, Ti, 및 V로 이루어진 군으로부터 선택되고, Rp4는 O 또는 S, 바람직하게는 O이고, M5 및 M3은 바람직하게는 동일하다.
M이 M2(Rp1)이고 Rp1이 -O-Bp1-O-L인 경우, 상기 착색제는 바람직하게는 하기 구조를 가진다:
상기 식에서, 방향족 고리는 적합하게 치환될 수 있다.
상기 프탈로시아닌이 금속-함유 프탈로시아닌인 경우, M은 바람직하게는 Si(Rp2)(RP3) 또는 Ge(Rp2)(RP3)이고, 더욱 바람직하게는 M은 Si(Rp2)(RP3)이고, 이때 Rp1은 -O-알킬 또는 -O-알콕시, 더욱 바람직하게는 -O-(알킬-O)1-5-알킬2이고, 알킬2는 바람직하게는 메틸 또는 에틸이고, 더욱 바람직하게는 Rp1은 -O-(CH2CH2O)3-CH3이고, Rp2 및 Rp3은, 서로 독립적으로, 할로겐 OH, -O-알킬, -O-아릴, -O-알콕시, 예컨대 바람직하게는 -O-(알킬-O)1-5-알킬2, 및 -M5(Rp5)(Rp6)(Rp7)로 이루어진 군으로부터 선택되고, Rp5, Rp6 및 Rp7은, 서로 독립적으로, 알킬, 알켄일, 알켄일, 사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 트라이알킬실록시, -CO2H, -SO3H, -O-(알킬-O)1-5-알킬2 및 트라이알킬암모늄 치환된 알킬로 이루어진 군으로부터 선택된다.
바람직하게는, 상기 프탈로시아닌 착색제는 금속-비함유 착색제이다.
상기 및 하기에 기술되는 프탈로시아닌 착색제뿐만 아니라 다른 적합한 프탈로시아닌 착색제 및 이들 각각의 제조는, 예를 들어 국제 특허 출원 공개 제 WO 2008/122531 호뿐만 아니라 문헌[Dyes and Pigments 99 (2013), 613-619]에 기술되어 있으며, 이들 각각의 내용을 본원에 참고로 인용한다. 또한, 적합한 제조 방법은 문헌[Hairong Li, Ngan Nguyen, Frank R. Fronczek, M. Graㅷa H. Vicente, Tetrahedron 65 (2009) 3357??3363]에 기술되어 있다.
전술된 바와 같이, 하기 구조는 바람직하게는 적합하게 치환된다:
바람직하게는, 본 발명에 따른 프탈로시아닌 착색제는 하기 구조 중 하나를 가진다:
상기 식에서, ZP1, ZP2, ZP3 및 ZP4는 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 할로겐, 나이트로, -OH, -CN, 아미노, 알킬, 알켄일, 알킨일, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴, -O-아릴, -O-헤테로아릴, -O-사이클로알킬, -O-헤테로사이클로알킬, -O-알킬, -S-알킬, -S-아릴, -S-헤테로아릴, -S-사이클로알킬, 및 -S-헤테로사이클로알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고, YP1, YP2, YP3 및 YP4는 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 H, 할로겐, 나이트로, -OH, -CN, 아미노, 알킬, 알켄일, 알킨일, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴, -O-아릴, -O-헤테로아릴, -O-사이클로알킬, -O-헤테로사이클로알킬, -O-알킬, -S-알킬, -S-아릴, -S-헤테로아릴, -S-사이클로알킬 및 -S-헤테로사이클로알킬로 이루어진 군으로부터 선택된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 프탈로시아닌 착색제는,
하기 구조 중 하나:
더욱 바람직하게는, 하기 구조 중 하나:
특히, 하기 구조:
를 가진다
바람직하게는, ZP1, ZP2, ZP3 및 ZP4는, 서로 독립적으로, -O-아릴, -O-헤테로아릴, -S-아릴 및 -S-헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는, ZP1, ZP2, ZP3 및 ZP4는, 서로 독립적으로, 하기 잔기로 이루어진 군으로부터 선택된다:
상기 식에서, Xpz는 O 또는 S, 바람직하게는 O이다.
바람직하게는, ZP1, ZP2, ZP3 및 ZP4는 모두 동일하다.
바람직하게는, YP1, YP2, YP3 및 YP4는, 서로 독립적으로, H, -O-아릴, -O-헤테로아릴, -S-아릴 및 -S-헤테로아릴 이루어진 군으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는, YP1, YP2, YP3 및 YP4는, 서로 독립적으로, 하기로 이루어진 군으로부터 선택되고:
Ypz는 O 또는 S, 바람직하게는 O이다.
더욱 바람직하게는, YP1, YP2, YP3 및 YP4는, 서로 독립적으로, H 또는 
이다.
바람직하게는, YP1, YP2, YP3 및 YP4는 모두 동일하다.
가장 바람직하게는 YP1, YP2, YP3 및 YP4는 H이다.
특히, 상기 프탈로시아닌 착색제, 더욱 바람직하게는 상기 형광 착색제는 표 1의 화합물 5, 표 1의 화합물 6, 표 1의 화합물 7, 표 1의 화합물 8, 표 1의 화합물 9, 표 1의 화합물 10, 및 표 1의 화합물 14로 이루어진 군으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 상기 프탈로시아닌 착색제는 표 1의 화합물 14, 또는 표 1의 화합물 10이고, 가장 바람직하게는, 상기 프탈로시아닌 착색제는 표 1의 화합물 14이다.
상기 화합물의 제조에 적합한 제조 방법은 당업자에게 공지되어 있고, 예를 들어 문헌[Hairong Li, Ngan Nguyen, Frank R. Fronczek, M. Graㅷa H. Vicente, Tetrahedron 65 (2009) 3357??3363]에 기술되어 있다.
나프탈로시아닌 착색제
본원에서 용어 "나프탈로시아닌 착색제"는 금속-비함유 뿐만 아니라 금속-함유 나프탈로시아닌, 따라서 하기 코어 구조(이 구조는 적합하게 치환될 수 있음) 중 하나를 포함하는 착색제를 지칭한다:
상기 식에서, Mn은 금속, 또는 Mn1, Mn2(Rp1), Mn3(Rn2)(Rn3) 및 Mn4(=Rn4)로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속성 성분이고, 이때 Mn1은 Zn, Fe, Co, Ni, Pd, Pt 및 Mn으로 이루어진 군으로부터 선택되고, Mn2는 Al, In, La, 및 란탄족으로 이루어진 군으로부터 선택되고, Mn3은 Ge, Si, Ti, 및 V로 이루어진 군으로부터 선택되고, Mn4는 Ti 또는 V이고, Rn1은 할로겐, OH, 알킬, -O-알킬, -O-아릴, -S-알킬, 알킬, -OSi(알킬)3, -O-알콕시, 예컨대 바람직하게는 -O-(알킬-O)1-5-알킬2, 및 -O-Bn1-O-L로 이루어진 군으로부터 선택되고, Bn1은 C1-C12알킬렌, 하나 이상의 산소 원자가 개재된 C1-C12알킬렌, 또는 적어도 하나의 OH 기로 치환된 C1-C12알킬렌이고, L은 추가의 나프탈로시아닌 착색제 기이고, Rn2 및 Rn3은, 할로겐, OH, -O-알킬, -O-아릴, -O-알콕시, 예컨대 바람직하게는 -O-(알킬-O)1-5-알킬2, 및 Mn5(Rn5)(Rn6)(Rn7)로 이루어진 군으로부터 선택되고, Rn5, Rn6 및 Rn7은, 서로 독립적으로, 알킬, 알켄일, 알켄일, 사이클로알킬, 아릴, 아릴알킬, 트라이알킬실록시, -CO2H, -SO3H, -O-(알킬-O)1-5-알킬2 및 트라이알킬암모늄 치환된 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고, Mn5는 Ge, Si, Ti, 및 V로 이루어진 군으로부터 선택되고, Rp4는 O 또는 S, 바람직하게는 O이고, Mn5 및 Mn3은 바람직하게는 동일하다.
상기 및 하기에 기술되는 나프탈로시아닌 착색제뿐만 아니라 다른 적합한 나프탈로시아닌 착색제 및 이들 각각의 제조는 당업자에게 공지되어 있다.
전술된 바와 같이, 하기 구조는 적합하게 치환될 수 있다:
따라서, 본 발명에 따른 나프탈로시아닌 착색제는 하기 구조 중 하나를 가지다:
상기 식에서, Zn1, Zn2, Zn3 및 Zn4는 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로, H, 할로겐, 나이트로, -OH, -CN, 아미노, 알킬, 알켄일, 알킨일, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴, -O-아릴, -O-헤테로아릴, -O-사이클로알킬, -O-헤테로사이클로알킬, -O-알킬, -S-알킬, -S-아릴, -S-헤테로아릴, -S-사이클로알킬 및 -S-헤테로사이클로알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고, ZP1, ZP2, ZP3 및 ZP4는 바람직하게는 모두 동일하다. 가장 바람직하게는, Zn1, Zn2, Zn3 및 Zn4는 H이다.
Yn1, Yn2, Yn3 및 Yn4는 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로, H, 할로겐, 나이트로, -OH, -CN, 아미노, 알킬, 알켄일, 알킨일, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴, -O-아릴, -O-헤테로아릴, -O-사이클로알킬, -O-헤테로사이클로알킬, -O-알킬, -S-알킬, -S-아릴, -S-헤테로아릴, -S-사이클로알킬 및 -S-헤테로사이클로알킬로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, Yn1, Yn2, Yn3 및 Yn4는 모두 동일하다. 가장 바람직하게는, YP1, YP2, YP3 및 YP4는 H이다.
시아닌 착색제
본원에서 용어 "시아닌 착색제"는, 폴리메틴 기를 포함하는, 따라서, 교대하는 단일 및 이중 결합에 의해 함께 결합된 적어도 3개의 메틴 기(CH)를 포함하는 착색제를 지칭한다. 상기 시아닌 착색제는, 예를 들어 인도카보시아닌, 옥사카보시아닌, 티아카보시아닌, 메로시아닌, 또는 임의의 전술된 화합물의 유도체를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 시아닌 착색제는 하기 화학식 (Ic) 또는 (IIc)를 가진다:
상기 식에서, Rc2 및 Rc4는, 서로 독립적으로, 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, Rc1은 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되거나, Rc6과 함께, 임의적으로 치환된 환형 고리, 예컨대 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 고리를 형성하고, Rc3은 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되거나, Rc4와 함께, 임의적으로 치환된 환형 고리, 예컨대 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 고리를 형성하고, Rc6은 H, 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되거나, Rc1과 함께, 임의적으로 치환된 환형 고리, 예컨대 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 고리를 형성하고, Rc5는 H, 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되거나, Rc5와 함께, 임의적으로 치환된 환형 고리, 예컨대 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 고리를 형성하고, Rc2 및 Rc4는, 서로 독립적으로, H, 알킬 및 사이클로알킬로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 서로와 함께 환형 고리를 형성하고, n은 1 내지 10, 바람직하게는 1 내지 10, 더욱 바람직하게는 1 내지 5 범위의 정수이고, 가장 바람직하게는 n은 2이다.
상기 착색제는 당분야에 공지되어 있고, 예를 들어, 상표명 Cy3, Cy5, Cy7, Cy3.5, Cy5.5, Cy7.5, S 0315(3-부틸-2-[5-(3-부틸-1,3-다이하이드로-1,1-다이메틸-2H-벤조[e]인돌-2-일리덴)-펜타-1,3-다이엔일]-1,1-다이메틸-1H-벤조[e]인돌륨 퍼클로레이트) 및 S 0944(1,3,3-트라이메틸-2-[5-(1,3,3-트라이메틸-1,3-다이하이드로-인돌-2-일리덴)-펜타-1,3-다이엔일]-3H-인돌륨 클로라이드) 하에 시판된다. S 0315 및 S 0944는, 예를 들어 에프이더블유 케이칼스 게엠베하 도이칠란트(FEW Chemicals GmbH Deutschland)로부터 시판된다.
다른 적합한 화합물 및 이의 제조는, 예를 들어 문헌[Ullmann's Encyclopediaof Industrial Chemistry, Vol. 23 (2012), Chapter "Methine Dyes and Pigments"]에 기술되어 있다.
더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 시아닌 착색제는 화학식 (Ic)를 가지며, 이때 Rc2 및 Rc4는, 서로 독립적으로, 임의적으로 치환된 알킬 기이고, 상기 알킬 기는 상이하거나 동일할 수 있고, 바람직하게는 C1-C10 알킬, 더욱 바람직하게는, 임의적으로 치환된, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 및 헥실로 이루어진 군으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 상기 알킬 기는 메틸, 부틸 또는 펜틸이고, 상기 메틸, 부틸 또는 펜틸 기는, 예를 들어 카복시 기(-COOH)로 적합하게 치환될 수 있고, Rc1은 Rc6과 함께, 임의적으로 치환된 환형 고리를 형성하고, Rc3은 Rc4와 함께, 임의적으로 치환된 환형 고리를 형성하고, n은 바람직하게는 1 내지 10, 더욱 바람직하게는 1 내지 5의 정수이고, 가장 바람직하게는 n은 2이다.
더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 시아닌 착색제는 하기 화학식 (Ica) 또는 (IIcb), 더욱 바람직하게는 하기 화학식 (Ica)에 따른 구조를 가진다:
상기 식에서, Rc2 및 Rc4는, 서로 독립적으로, 임의적으로 치환된 알킬 기이고, 상기 알킬 기는 상이하거나 동일할 수 있고, 바람직하게는 C1-C10 알킬, 더욱 바람직하게는, 임의적으로 치환된, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 및 헥실로 이루어진 군으로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 상기 알킬 기는 메틸, 부틸 또는 펜틸이고, 상기 메틸, 부틸 또는 펜틸 기는, 예를 들어 카복시 기(-COOH)로 적합하게 치환될 수 있고, 더욱 바람직하게는, Rc4는 메틸 또는 부틸이고, Rc2는 부틸 또는 -C5H10-COOH이고, 더욱 바람직하게는 Rc2 및 Rc4는 둘 다 부틸이고, n은 바람직하게는 1 내지 5, 더욱 바람직하게는 2이다.
가장 바람직하게는, 상기 시아닌 착색제는 S 0315(표 1 화합물 12; 3-부틸-2-[5-(3-부틸-1,3-다이하이드로-1,1-다이메틸-2H-벤조[e]인돌-2-일리덴)-펜타-1,3-다이엔일]-1,1-다이메틸-1H-벤조[e]인돌륨 퍼클로레이트) 또는 S0944(표 1의 화합물 13; 1,3,3-트라이메틸-2-[5-(1,3,3-트라이메틸-1,3-다이하이드로-인돌-2-일리덴)-펜타-1,3-다이엔일]-3H-인돌륨 클로라이드), 더욱 바람직하게는 S 0315이다.
잔텐 착색제
본원에서 용어 "잔텐 착색제"는, 잔텐 유도체, 따라서 하기 코어 구조(이는, 적합하게 치환됨)를 포함하는 착색제를 지칭한다.
상기 착색제는, 비제한적으로, 로다민 착색제, 예컨대 피라노[3,2-g:5,6-g']다이퀴놀린-13-윰, 6-[2-(부톡시카보닐)페닐]-1,11-다이에틸-1,2,10,11-테트라하이드로-2,2,4,8,10,10-헥사메틸-, 퍼클로레이트, 로다민 B, 로다민 6G, 로다민 123, 에오신, 텍사스 레드, 임의의 상기 성분의 설폰-로다민 착색제 유도체를 포함한다.
또한, 적합한 화합물은, 국제 특허 출원 공개 제 WO2003098617 A2 호뿐만 아니라, 문헌[Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 22953-62]에 기술되어 있으며, 이들 각각의 내용을 본원에 참고로 인용한다.
상기 화합물은 시판되거나, 이의 합성이 당업자에게 주지되어 있다. 상기 화합물을 제조하기에 적합한 방법은, 예를 들어 문헌[E. Noelting, K. Dziewonski,: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. Band 38, 1905, S. 3516-3527]뿐만 아니라 문헌[T. Nedelcev, D. Racko, I. Krupa, Dyes and Pigments. Band 76, 2008, S. 550-556]에 기술되어 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 잔텐 착색제는 피라노[3,2-g:5,6-g']다이퀴놀린-13-윰, 6-[2-(부톡시카보닐)페닐]-1,11-다이에틸-1,2,10,11-테트라하이드로-2,2,4,8,10,10-헥사메틸-, 하기 구조를 갖는 퍼클로레이트(표 1의 화합물 11)이다:
옥사진 착색제
용어 "옥사진 착색제"는, 옥사진 고리를 포함하는 임의의 착색제를 지칭한다. 상기 착색제는, 비제한적으로, 바람직하게는 나일 레드(7-다이에틸아미노-3,4-벤조페녹사진-2-온), 나일 블루 [9-(다이에틸아미노)벤조[a]페녹사진-5-일리덴]아자늄;설페이트), 옥사진 170(에틸-[9-(에틸아미노)-10-메틸벤조[a]페녹사진-5-일리덴]아자늄;퍼클로레이트), 또는 임의의 이들 성분의 유도체 중 하나 이상을 포함한다. 상기 화합물은 시판되거나, 이의 합성이 당업자에게 주지되어 있다.
붕소-다이피로메텐 착색제 및 아자-붕소-다이피로메텐 착색제
용어 "붕소-다이피로메텐 착색제"는, 이치환된 붕소 원자와 복합체화된 다이피로메텐(예컨대, BF2 단위)을 포함하는 착색제를 지칭한다. 바람직하게는, 상기 착색제는 BODIPY 코어, 즉, 4,4-다이플루오로-4-보라-3a,4a-다이아자-s-인다센 코어 구조(상기 구조는 바람직하게는 적합하게 치환됨)를 포함한다.
용어 "아자-붕소-다이피로메텐 착색제"는, 다이플루오로-보라-1,3,5,7-테트라페닐-아자-다이피로메텐 코어 구조(상기 구조는 바람직하게는 적합하게 치환됨)를 포함하는 착색제를 지칭한다.
다양한 붕소-다이피로메텐 착색제 및 아자-붕소-다이피로메텐 착색제가 당업자에게 공지되어 있고, 예를 들어 문헌[Loudet et al., Chem. Revㅄ. 2007, 107, 4891-4932]에 기술되어 있으며, 상기 문헌의 내용을 본원에 참고로 인용한다.
예로서, 하기 적합한 붕소-다이피로메텐 착색제 및 아자-붕소-다이피로메텐 착색제가 언급된다:
상기 화합물 및 이의 제조는, 예를 들어 국제 특허 출원 공개 제 WO 2008/145172 A1 호 및 문헌[W. Zhao et al, Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 1677-79]에 기술되어 있으며, 이들의 내용을 본원에 참고로 인용한다.
다이케토피롤로피롤 착색제
용어 본 발명에 따른 "다이케토피롤로피롤 착색제"(DPP 착색제)는, 이환형 헤테로환형 화합물인 다이케토피롤로피롤, 즉, 2,5-다이하이드로피롤로[3,4-c]피롤-1,4-다이온, 또는 이의 임의의 유도체에 기초하는 착색제를 지칭한다. 상기 착색제 및 이의 제조는 당업자에게 공지되어 있다.
다이케토피롤로피롤 착색제는 또한 다이케토피롤로피롤의 헤테로환형 유도체에 기초한 착색제, 예를 들어, 예로서 언급되는 하기 착색제를 포함함을 이해해야 한다:
상기 식에서, X는, H, BF2 및 BPH2로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 착색제는, 예를 들어 문헌[E Daltrozzo, A. Zumbusch et al, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 3750-3753]에 기술되어 있으며, 이의 내용을 본원에 참고로 인용한다.
다른 적합한 착색제
전술된 바와 같이, 상기 자세히 논의된 착색제 이외에, 스틸벤, 벤즈옥사졸, 쿠마린, 벤조피란, 스쿠아레인, 옥사다이올, 안트라시논, 아크리딘, 아릴메탄, 비올란트론, 이소비올란트론, 및 옥사진을 또한 본 발명에 따른 바람직한 착색제로서 언급할 수 있다.
바람직한 스틸벤으로서, 400 nm 내지 900 nm의 파장 범위 내에서, 500 nm 내지 850 nm의 파장 범위에서 나타나는 최대 흡수를 갖는 임의의 스틸벤 착색제가 사용될 수 있다. 이러한 맥락에서, 다이비닐 스틸벤, 트라이아진 스틸빈, 스틸벤 트라이아졸 및 스틸벤 벤즈옥사졸을 예로서 언급한다.
400 nm 내지 900 nm의 파장 범위 내에서, 500 nm 내지 850 nm의 파장 범위에서 나타나는 최대 흡수를 갖는 벤즈옥사졸은, 예를 들어. 나프탈렌 벤즈옥사졸, 비스-벤즈옥사졸, 벤즈옥사졸 티오펜 등이다.
바람직한 아릴메탄은, 예를 들어 크리스탈 바이올렛((4-(4,4'-비스(다이메틸아미노페닐) 벤즈하이드릴리덴)사이클로헥사-2,5-다이엔-1-일리덴)다이메틸암모늄클로라이드), 말라카이트 그린(4-{[4-(다이메틸아미노)페닐](페닐)메틸리덴}-N,N-다이메틸사이클로헥사-2,5-다이엔-1-이미늄 클로라이드), 또는 전술된 착색제의 유도체이다.
메로시아닌, 쿠마린 및 벤조피란 착색제로서, 임의의 메로시아닌, 쿠마린 또는 벤조피란, 특히, 400 nm 내지 900 nm의 파장 범위 내에서, 500 nm 내지 850 nm의 파장 범위에서 나타나는 최대 흡수를 갖는 임의의 메로시아닌, 쿠마린 또는 벤조피란을 사용할 수 있다. 예로서, 하기 바람직한 착색제가 언급된다:
스쿠아레인 착색제로서, 임의의 스쿠아레인, 바람직하게는, 400 nm 내지 900 nm의 파장 범위 내에서, 500 nm 내지 850 nm의 파장 범위에서 나타나는 최대 흡수를 갖는 임의의 스쿠아레인을 사용할 수 있다. 이는, 스쿠아레인 유도체 또는 고리-치환된 스쿠아레인, 예컨대, 하기를 포함한다:
상기 스쿠아레인 착색제 및 이의 제조는 당업자에게 공지되어 있으며, 예를 들어 문헌[Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2020-2068]에 기술되어 있으며, 이의 내용을 본원에 참고로 인용한다.
적합한 안트라시논 착색제로서, 하나의 예로서, 디스퍼스 블루(Disperse Blue) 60(4,11-다이아미노-2-(3-메톡시프로필)나프토[2,3-f]이소인돌-1,3,5,10-테트론)을 언급할 수 있다:
그러나, 그러나 안트라시논 착색제를 생각할 수 있다.
아크리딘으로서, 아크리딘 오렌지(N,N,N',N'-테트라메틸아크리딘-3,6-다이아민, CAS 65-61-2), 뉴트럴 레드(neutral red)(3-아미노-7-다이메틸아미노-2-메틸페나진 하이드로클로라이드, CAS 553-24-2) 및 사프라닌(Safranin) O(3,7-다이아미노-2,8-다이메틸-5-페닐-페나지늄클로라이드, CAS 477-73-6)를 예로서 언급한다. 그러나, 다른 아크리딘 착색제를 생각할 수 있다.
적합한 옥사진 착색제로서, 하나의 예로서, 하기 구조를 갖는 다로우 레드(Darrow Red)(CAS 15391-59-0)가 언급된다:
그러나, 다른 옥사진 착색제를 생각할 수 있다.
언급된 착색제 이외에, 이소비올란트론 착색제가 특히 바람직하다. 상기 착색제는, 하기 코어 구조(이 코어 구조는 적합하게 치환됨) 또는 이의 혼합물 중 하나를 포함한다:
바람직한 비올란트론 착색제로서, 하기 구조를 갖는 착색제가 언급된다:
상기 식에서, Xv는 
이다.
이소비올란트론 착색제로서, 하기 구조를 갖는 착색제가 언급된다:
상기 식에서, Xiv는 
이다.
상기 착색제는, 예를 들어 문헌[Dyes and Pigments 11 (1989) 303-317](특히, 페이지 309-311)에 기술되어 있으며, 이의 내용을 본원에 참고로 인용한다. 그러나, 특히, 400 nm 내지 900 nm의 파장 범위 내에서, 500 nm 내지 850 nm의 파장 범위에서 나타나는 최대 흡수를 갖는 다른 비올란트론 또는 이소비올란트론 착색제를 생각할 수 있음을 이해해야 한다.
이 조립체로부터 도출될 수 있는 바와 같이, 다수의 상이한 형광 염료가 본 발명에 따른 횡방향 광학 센서에서 사용하기 위해 이용가능할 수 있다. 이와 관련하여, 형광 도파 시트에 사용되는 형광 물질은 재료의 비용 및 이용가능성에 대한 고려뿐만 아니라, 물질 특성과 관련된 물질의 성능 (예컨대, 특정 파장 범위에서의 형광 게인(gain))에 대한 고려에 따라 선택될 수 있다. 또한, PSD 장치 및 FiP 센서 둘 다에 유기 물질을 사용하는 경우, 서로에 대해 조정될 수 있는 언급된 센서 및/또는 장치의 각 구성 요소에 대해 물질이 선택될 수 있다. 이러한 고려 사항 및/또는 특성은 특히, 합리적인 제조 비용으로 조절가능한 감지 성능을 갖는 3D 감지 개념을 실현하는데 적합한 검출기를 제조할 수 있게 한다.
상기 검출기의 다른 임의적 세부사항은 감광 부재를 참조한다. 전술된 것과 동일한 옵션은 또한, 일반적으로 임의적인 적어도 하나의 기준 감광 부재를 참조할 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 상기 감광 부재는 적어도 하나의 광다이오드, 바람직하게는 적어도 하나의 무기 광다이오드를 포함할 수 있다. 상기 감광 부재는 각각, 상기 도파 시트의 모서리의 측면 또는 모퉁이에 위치할 수 있는 점형 감광 부재를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 감광 부재는 바람직하게는, 상기 도파 시트의 모서리의 적어도 하나의 분절을 따라 연장되는 적어도 하나의 긴 감광 부재를 포함할 수 있다. 이러한 실시양태는, 특히 낮은 조사 파워에서 광 스팟의 위치의 더 정확한 결정을 가능하게 하는 데 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 횡방향 광학 센서에 사용되는 감광 부재의 특정 실시양태와 무관하게, 횡방향 감지 영역의 모서리에만 위치된 감광 부재는 소형으로, 따라서, 일반적으로 픽셀화된 감응 영역 및/또는 저항성 중간층의 어레이를 포함하는 통상적으로 이용가능한 PSD 장치에 비해, 원하는 횡방향 센서 신호를 제공하는데 단지 짧은 시간을 요구하는 고속 전자 장치로서 구현될 수 있다. 시너지 효과로서, 횡방향 광학 센서의 이러한 이점은 횡방향 광학 센서 및 종방향 위치를 결정하는데 사용되는 평가 장치의 대응하는 파티션에 이용가능한 더 많은 시간을 갖는데 사용될 수 있다. 결과적으로, 공지된 종래 기술과 대조적으로, 여기서 사용된 PSD 장치를 언급된 하나 이상의 상기 FiP 센서와 함께 조합하면, 더 빠른 방식으로 및/또는 향상된 정확도로 물체 또는 이의 일부의 3D 위치를 결정할 수 있게 한다.
전술된 바와 같이, 상기 형광 도파 시트는 특히, 직사각형 형광 도파 시트, 바람직하게는 사각형 도파 시트일 수 있다. 구성에서, 하나의 예로서, 상기 감광 부재는 상기 도파 시트의 4개의 모서리 각각에, 예를 들어 4개의 림 부분 및/또는 모퉁이 각각에 위치할 수 있다. 다른 실시양태도 가능하다.
전술된 바와 같이, 상기 검출기는 하나 이상의 추가적 부재, 예컨대 하나 이상의 광학 부재를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 검출기는 적어도 하나의 하우징에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 상기 검출기는 특히, 적어도 하나의 전달 장치를 포함할 수 있으며, 상기 전달 장치는 적어도 두개의 광학 센서 상으로 광 빔을 안내하도록 구성된다. 상기 전달 장치는 적어도 하나의 렌즈, 바람직하게는 적어도 하나의 초점-조정가능 렌즈; 적어도 하나의 빔 편향 부재, 바람직하게는 적어도 하나의 미러; 적어도 하나의 빔 분할 부재, 바람직하게는 빔 분할 큐브 또는 빔 분할 미러 중 적어도 하나; 적어도 하나의 멀티 렌즈 시스템 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
전술된 바와 같이, 상기 검출기는 하나 이상의 광학 부재, 예를 들면 하나 이상의 렌즈 및/또는 하나 이상의 굴절 부재, 하나 이상의 미러, 하나 이상의 다이어프램 등을 추가로 포함할 수 있다. 상기 및 하기에서, 예를 들어, 광 빔의 빔 파라미터, 광 빔의 폭 또는 광 빔의 방향 중 하나 이상을 변조함으로써, 광 빔을 변조하도록 구성된 이러한 광학 부재는 "전달 부재"로도 지칭된다. 따라서, 상기 검출기는 적어도 하나의 전달 장치를 추가로 포함할 수 있고, 이때 상기 전달 장치는, 예를 들어, 광 빔을 편향하는 것, 포커싱하는 것 또는 디포커싱하는 것 중 하나 이상에 의해, 광 빔을 적어도 2개의 광학 센서 상으로 안내하도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 전달 장치는 하나 이상의 렌즈 및/또는 하나 이상의 곡면 미러 및/또는 하나 이상의 다른 유형의 굴절 부재를 포함할 수 있다.
상기 검출기가 하나 이상의 전달 장치를 포함하는 경우, 적어도 하나의 전달 장치는 특히, 적어도 하나의 초점 길이를 가질 수 있다. 여기서, 초점 길이는 고정되거나 가변적일 수 있다. 후자의 경우, 특히, 하나 이상의 포커싱된 조정가능 렌즈가 적어도 하나의 전달 장치에 포함될 수 있다. 이러한 맥락에서, 하나의 예로서, 2014년 12월 9일에 출원된 유럽 특허 출원 제 14 196 944.4 호를 참조할 수 있으며, 이의 전체 내용을 본원에 참고로 인용한다. 본원에 개시된 초점-조정가능 렌즈는 본 발명에 따른 검출기의 적어도 하나의 임의적인 전달 장치에 또한 사용될 수 있다.
본원에서 용어 "초점-조정가능 렌즈"는 일반적으로, 초점-조정가능 렌즈를 통과하는 광 빔의 초점 위치를 제어된 방식으로 변조하도록 구성된 광학 부재를 지칭한다. 초점-조정가능 렌즈는 조절가능하거나 조정가능한 초점 길이를 갖는 하나 이상의 렌즈 및/또는 하나 이상의 렌즈 부재, 예컨대 하나 이상의 곡면 미러일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 렌즈는, 하나의 예로서, 양면 볼록 렌즈, 양면 오목 렌즈, 평철-볼록 렌즈, 평철-오목 렌즈, 볼록-오목 렌즈 또는 오목-볼록 렌즈 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 하나 이상의 곡면 미러는 하나 이상의 오목 미러, 볼록 미러, 또는 하나 이상의 곡면 반사 면을 갖는 임의의 다른 유형의 미러일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 이들의 임의의 조합이 일반적으로 가능하다. 여기서, "초점 위치"는 일반적으로, 광 빔이 가장 좁은 폭을 갖는 위치를 지칭한다. 또한, "초점 위치"라는 용어는 일반적으로 광학 설계 분야의 당업자에게 자명한 바와 같이, 발산(divergence), 롤리 길이(Raleigh length) 등과 같은 다른 빔 파라미터를 지칭할 수도 있다. 따라서, 하나의 예로서, 초점-조정가능 렌즈는 적어도 하나의 렌즈일 수 있거나 이를 포함할 수 있고, 이의 초점 거리는, 예를 들어 외부 영향 광, 제어 신호, 전압 또는 전류에 의해, 제어된 방식으로 변경되거나 변조될 수 있다. 초점 위치의 변화는 또한, 그 자체가 포커싱 장치가 될 수는 없지만 광 빔 내로 배치될 때 고정 초점 렌즈의 초점을 변경할 수 있는 전환가능한 굴절률을 갖는 광학 부재에 의해 달성될 수 있다. 이러한 맥락에서 추가로 사용되는 용어 "제어된 방식으로"는 일반적으로, 초점-조정가능 렌즈에 외부 영향을 가함으로써, 예를 들어 초점-조정가능 렌즈에 디지털 제어 신호, 아날로그 제어 신호, 제어 전압 또는 제어 전류 중 하나 이상과 같은 제어 신호를 인가함으로써, 초점-조정가능 렌즈를 통과하는 광 빔의 실제 초점 위치 및/또는 초점-조정가능 렌즈의 초점 길이가 하나 이상의 원하는 값으로 조정될 수 있도록, 초점-조정가능 렌즈 상에 가해질 수 있는 영향으로 인해 변조가 발생한다는 사실을 일반적으로 지칭한다. 특히, 초점-조정가능 렌즈는, 렌즈 또는 곡면 미러와 같은 렌즈 부재일 수 있거나 이를 포함할 수 있고, 이의 초점 길이는 전자 제어 신호와 같은 적절한 제어 신호를 적용함으로써 조정될 수 있다. 초점-조정가능 렌즈의 예는 문헌에 공지되어 있으며 시판된다. 하나의 예로서, 조정가능 렌즈, 바람직하게는 옵토튠 아게(Optotune AG, 스위스 체하-8953 디티콘 소재)에서 입수가능한 전기적 조정가능 렌즈를 참조할 수 있으며, 이를 본 발명의 맥락에서 사용될 수 있다. 또한, 바리옵틱(Varioptic, 프랑스 69007 리옹 소재)으로부터 시판되는 초점-조정가능 렌즈를 사용할 수 있다. 특히 유체 효과에 기초한 초점-조정가능 렌즈에 대한 논의는, 예를 들어, 문헌[N. Nguyen, "Micro-optofluidic Leses: A review", Biomicrofluidics, 4, 031501 (2010)] 및/또는 문헌[Uriel Levy, Romi Shamai: "Tunable optofluidic devices", Microfluid Nanofluid, 4, 97 (2008)]을 참조할 수 있다. 그러나, 초점-조정가능 렌즈의 다른 원리가 추가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
초점-조정가능 렌즈의 다양한 원리는 당분야에 공지되어 있고, 본 발명에서 사용될 수 있다. 따라서, 초점-조정가능 렌즈는 적어도 하나의 투명한 성형가능 물질, 바람직하게는 그 형상을 변경할 수 있어서, 이에 따라, 기계적 영향 및/또는 전기적 영향과 같은 외부의 영향으로 인해 이의 광학 특성 및/또는 광학 인터페이스를 변경할 수 있는 성형가능 물질을 포함한다. 영향을 미치는 작동기는 특히 초점-조정가능 렌즈의 일부일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 초점-조정가능 렌즈는, 초점-조정가능 렌즈에 적어도 하나의 제어 신호를 제공하기 위한 하나 이상의 포트, 예컨대, 하나 이상의 전기 포트를 가질 수 있다. 상기 성형가능 물질은 투명 액체 및 투명 유기 물질, 바람직하게는 중합체, 더욱 바람직하게는 전기활성 중합체로 이루어진 군으로부터 특히 선택될 수 있다. 이들의 조합 또한 가능하다. 따라서, 하나의 예로서, 상기 성형가능 물질은 2가지 상이한 유형의 액체, 예컨대 친수성 액체 및 친유성 액체를 포함할 수 있다. 다른 유형의 재료도 가능하다. 상기 초점-조정가능 렌즈는 상기 성형가능 물질의 적어도 하나의 경계면을 성형하기 위한 적어도 하나의 작동기를 추가로 포함할 수 있다. 상기 작동기는 특히, 초점-조정가능 렌즈의 렌즈 구역 내의 액체의 양을 제어하기 위한 액체 작동기 또는 상기 성형가능 물질의 경계면의 형상을 전기적으로 변경하도록 구성된 전기 작동기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 초점-조정가능 렌즈의 하나의 실시양태는 정전 초점-조정가능 렌즈이다. 따라서, 초점-조정가능 렌즈는 적어도 하나의 액체 및 적어도 두개의 전극을 포함할 수 있고, 이때 액체의 적어도 하나의 경계면의 형상은 전압 또는 전류 중 하나 또는 둘 다를 전극에 인가함으로써, 바람직하게는 전기-습윤(electro-wetting)에 의해, 변경할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 초점-조정가능 렌즈는, 전압 및/또는 전기장을 인가함으로써 이의 형상이 변화될 수 있는 하나 이상의 전기 활성 중합체의 사용에 기초할 수 있다.
단일 초점-조정가능 렌즈 또는 복수개의 초점-조정가능 렌즈가 사용될 수 있다. 따라서, 초점-조정가능 렌즈는 단일 렌즈 부재 또는 복수개의 단일 렌즈 부재일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 예를 들어 하나 이상의 모듈 내에서, 상호접속된 복수개의 렌즈 부재가 사용될 수 있고, 각 모듈은 복수개의 초점-조정가능 렌즈를 갖는다. 따라서, 하나의 예로서, 적어도 하나의 초점-조정가능 렌즈는, 예를 들어 문헌[C.U. Murade et al., Optics Express, Vol. 20, No. 16, 18180-18187 (2012)]에 개시된 바와 같이, 마이크로-렌즈 어레이와 같은 적어도 하나의 렌즈 어레이일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 단일 초점-조정가능 렌즈와 같은 다른 실시양태도 가능하다.
적어도 하나의 초점-조정가능 렌즈는 다양한 방식으로 사용될 수 있다. 따라서, 특히, 적어도 하나의 임의적인 전달 장치에 적어도 하나의 초점-조정가능 렌즈를 사용함으로써, z 좌표 결정에서의 모호성이 해결될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 국제 특허 출원 공개 제 WO2014/097181A1 호에서 설명된 바와 같이, 광 빔, 특히 가우시안 광 빔의 빔 웨이스트 또는 빔 직경은 초점 전후에서 대칭이고, 따라서 광 스팟의 크기가 하나의 종방향 위치에서만 결정되는 경우에는 모호성이 존재한다. 따라서, 국제 특허 출원 공개 제 WO2014/097181A1 호에서 제안된 바와 같이, 모호성을 해결하고 적어도 물체의 적어도 하나의 z 좌표를 모호하지 않은 방식으로 결정하기 위해, 상이한 위치로의 광 스팟의 크기가 결정될 수 있고, 이는 본 발명의 맥락에서 또한 가능하다. 이 목적을 위해, 하나의 예로서, 하기에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 바람직하게는 광학 빔 경로를 따라 상이한 위치에 위치되고/되거나 상이한 부분 빔 경로들에 위치되는 2개 이상의 종방향 광학 센서가 사용될 수 있다. 그러나, 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 임의적 초점-조정가능 렌즈가 사용될 수 있고, 본 발명에 따른 평가가 적어도 두개의 상이한 조정으로, 즉 적어도 하나의 초점-조정가능 렌즈의 적어도 2개의 상이한 초점 위치에서 발생할 수 있다. 초점 위치를 이동시킴으로써 전술된 모호성이 해결될 수 있으며, 그 이유는, 첫번째 경우, 초점 위치 이전의 일정 거리에서 측정되고, 두번째 경우, 초점 뒤의 일정 거리에서 측정되는, 빔 스팟의 크기가 초점 위치가 변경될 때 상이하게 거동할 것이기 때문이다. 따라서, 예를 들어, 국제 특허 출원 공개 제 WO2014/097181A1 호의 도 5a 또는 도 5b를 보면서 당업자가 용이하게 도출할 수 있는 바와 같이, 하나의 경우에는 광 스팟의 크기는 증가할 것이고, 다른 경우에는 감소할 것이며, 그 역 또한 성립한다.
따라서, 적어도 하나의 초점-조정가능 렌즈를 사용함으로써, 빔 분할기(splitter) 또는 빔 경로를 2개 이상의 부분 빔 경로로 분할하는 것을 피할 수 있다. 또한, 하나 이상의 불투명한 광학 센서가 사용될 수 있다. 적어도 하나의 초점-조정가능 렌즈는, 하나의 예로서, 평가 장치에 대한 입력 신호로서 사용될 수 있는 2개 이상의 이미지를 연이어 기록하는데 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 적어도 하나의 초점-조정가능 렌즈의 상이한 렌즈 초점을 사용하여 2개 이상의 이미지를 연이어 기록함으로써, 단지 하나의 빔 경로만 갖는 검출기 또는 카메라가 실현될 수 있다. 이미지는 적어도 하나의 평가 장치에 대한 입력으로서 사용될 수 있다.
둘째로, 적어도 하나의 초점-조정가능 렌즈는 상이한 물체 평면들에서 이미지를 기록하는데 사용될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 초점-조정가능 렌즈의 초점 길이를 변경함으로써, 3D 이미지화가 발생할 수 있다.
따라서, 일반적으로, 적어도 하나의 임의적인 전달 장치는 적어도 하나의 초점-조정가능 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 검출기, 특히 평가 장치는 다른 물체 평면에 이미지를 연속적으로 기록하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 검출기, 특히 평가 장치는, 적어도 하나의 초점-조정가능 렌즈의 적어도 2개의 다른 조정에서 획득된 적어도 2개의 상이한 종방향 센서 신호를 평가함으로써 상이한 종방향 좌표(z)를 갖는 물체의 적어도 2개의 상이한 부분의 종방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 검출기, 특히 상기 평가 장치는, 적어도 하나의 초점-조정가능 렌즈의 적어도 2개의 상이한 조정에서 획득된 결과를 비교함으로써, 적어도 하나의 종방향 좌표(z)의 결정 시 모호성을 해결하도록 구성될 수 있다.
또한, 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 전달 장치는 적어도 하나의 렌즈 어레이, 특히 적어도 하나의 마이크로-렌즈 어레이와 같은 적어도 하나의 다중 렌즈 시스템을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "다중 렌즈" 시스템은 일반적으로 복수개의 렌즈를 지칭하고, "렌즈 어레이"는 특히 검출기의 광학 축에 직교하는 평면 내에, 직사각형, 원형, 육각형 또는 별 모양 패턴과 같은 패턴으로 배치된 복수개의 렌즈 지칭한다. "마이크로-렌즈 어레이"는, 1밀리미터 이하, 특히 500마이크로미터 이하, 보다 특히는 300마이크로미터 이하의 직경 또는 등가 직경을 갖는 것과 같이 서브-밀리미터 범위 내의 직경 또는 등가 직경을 갖는 렌즈 어레이를 지칭한다. 임의적으로, 적어도 하나의 주요 렌즈와 같은 적어도 하나의 추가 렌즈와 함께, 특히 적어도 하나의 렌즈 어레이, 보다 특히 적어도 하나의 마이크로-렌즈 어레이를 사용함으로써, 상기 검출기는 명시야(light-field) 카메라 및/또는 플레놉틱(plenoptic) 카메라 중 하나 또는 둘 다로서 포함될 수 있다. 본원에 사용된 "명시야 검출기"는 일반적으로 적어도 2개의 상이한 물체 평면으로부터, 바람직하게는 동시에 정보를 기록하도록 구성된 광학 검출기를 지칭한다. 또한, 본원에 사용되는 "명시야 카메라"는 일반적으로, 적어도 2개의 상이한 물체 평면으로부터, 바람직하게는 동시에 이미지를 기록하도록 구성된 카메라를 지칭한다. 본원에서 또한 사용되는 바와 같이, "플레놉틱 검출기"는 일반적으로, 상이한 초점을 갖는 복수개의 렌즈 및/또는 복수개의 곡면 미러, 예를 들면 검출기의 광학 축에 직교하는 평면 내에 위치하는 복수개의 렌즈 및/또는 복수개의 곡면 미러를 갖는 검출기를 지칭한다. 이와 마찬가지로, 본원에서 사용되는 "플레놉틱 카메라"는 일반적으로, 카메라의 광학 축에 직교하는 평면 내에 위치하는 복수개의 렌즈 및/또는 복수개의 곡면 미러와 같이 상이한 초점을 갖는 복수개의 렌즈 및/또는 복수개의 곡면 미러를 갖는 카메라를 지칭한다. 명시야 검출기 및/또는 명시야 카메라의 광학은 특히 적어도 하나의 주요 렌즈 또는 주요 렌즈 시스템을 포함할 수 있고, 추가적으로, 적어도 하나의 다중 렌즈 시스템, 특히 적어도 하나의 렌즈 어레이, 더 특히는 적어도 하나의 마이크로-렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 명시야 검출기 및/또는 명시야 카메라는 적어도 하나의 CCD 및/또는 CMOS 센서와 같은 적어도 하나의 광학 센서를 추가로 포함하며, 이때 상기 광학 센서는 특히 이미지 센서일 수도 있다. 이미지를 기록하는 동안, 제 1 물체 평면 내의 물체들이 초점이 맞아서, 이미지 평면이 다중 렌즈 시스템의 평면의 렌즈, 특히 렌즈의 적어도 하나의 어레이, 보다 특히 적어도 하나의 마이크로-렌즈 어레이와 일치할 수 있다. 상기 물체 평면에 초점을 맞춘 이미지는, 각각의 렌즈 아래의(예를 들면, 각각의 마이크로-렌즈 아래의) 비선형 센서 신호 또는 강도를 합산함으로써 획득될 수 있다.
전술된 바와 같이, 상기 검출기는 적어도 하나의 종방향 광학 센서 및 적어도 하나의 횡방향 광학 센서를 포함한다. 일반적으로, 상기 광학 센서는 투명하거나, 반투명하거나, 또는 투명할 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 상기 광학 센서는 투명하고 광 빔의 파워의 50% 이상, 바람직하게는 적어도 90%, 더 바람직하게는 적어도 99%를 투과시키거나, 또는 반투명하고 광 빔의 파워의 적어도 1% 이상, 바람직하게는 10% 이상, 더 바람직하게는 25% 이상 50% 이하를 투과시킬 수 있다.
복수개의 광학 센서가 적층된 형태로 제공되는 경우, 적어도 하나의 광학 센서는 반투명하거나 바람직하게는 투명하다. 특정 실시양태에서, 상기 광학 센서들 중 적어도 하나는 하나 이상의 사전-정의된 파장 범위에 걸쳐 투명하거나 반투명할 수 있다. 예를 들어, 입사광 빔에 의해 먼저 투영되는 제 1 광학 센서는 제 1 파장 범위 내에서 투명하거나 반투명일 수 있는 반면, 입사광 빔에 의해 충돌되는 제 2 광학 센서는 이후로 제 1 파장 범위 내에서 특히 감응성일 수 있다. 다른 예로서, 제 2 광학 센서는 특히, 제 1 파장 범위 내에서 제 2 광학 센서에 의해 비교적 높은 신호를 획득하는 것을 여전히 허용하기 위해 제 1 광학 센서가 특히 투명할 수 있는 제 1 파장 범위 내에서 불감성일 수 있다. 그러나 다른 방법도 가능할 수 있다. 또한, 본 발명의 주요 이점들 중 하나는, 통상적인 카메라 칩들이 통상적으로 투명하지 않은 광학 센서들로서 사용될 수 있다는 사실에 있다. 이 경우, 복수개의 광학 센서가 사용되는 경우 투명 광학 센서를 사용할 필요가 없도록 빔 경로의 분할이 전형적으로 바람직하다.
복수개의 동일한 종류의 광학 센서, 즉 스택 방식으로 및/또는 다른 배열로 배열될 수 있는 복수개의 종방향 광학 센서 또는 복수개의 횡방향 광학 센서가 제공되는 경우, 각각의 종류의 광학 센서는 동일한 분광 감도를 갖거나 상이한 분광 감도를 제공할 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 이러한 종류의 광학 센서 중 적어도 2개가 서로 다른 분광 감도를 가질 수 있다. 본원에서 사용된 용어 "스펙트럼 감도"는 일반적으로, 광 빔의 동일한 파워에 대해 대응 광학 센서의 각각의 센서 신호가 광 빔의 파장에 따라 변할 수 있다는 사실을 지칭한다. 따라서, 일반적으로, 동일한 종류의 광학 센서 중 적어도 2개는 그 스펙트럼 특성에 따라 다를 수 있다. 이러한 실시양태는 일반적으로, 상이한 유형의 광학 필터 및/또는 상이한 유형의 흡수 물질(예컨대, 염료 또는 다른 흡수 물질)을 사용함으로써 달성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 광학 센서의 상이한 스펙트럼 특성은, 광학 센서 앞의 하나 이상의 파장 선택 부재, 예를 들면 하나 이상의 필터(예컨대, 칼라 필터)를 사용함으로써 및/또는 하나 이상의 프리즘(prism)을 사용함으로써 및/또는 하나 이상의 이색성(dichroitic) 미러를 사용함으로써, 광학 센서 및/또는 검출기로 실행되는 다른 수단에 의해 생성될 수 있다. 따라서, 한 종류의 광학 센서가 복수개 제공되는 경우, 상기 광학 센서들 중 적어도 하나는, 특정 투과 또는 반사 특성을 가져서 광학 센서의 상이한 스펙트럼 특성을 생성하는, 파장-임의적 부재, 예컨대 칼라 필터를 포함할 수 있다.
동일한 종류의 복수개의 광학 센서들이 사용되는 경우, 상기 광학 센서들 중 적어도 2개는 그들 각각의 스펙트럼 감도에 대해 상이하며, 상기 평가 장치는 일반적으로, 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 광학 센서의 센서 신호를 비교함으로써 광 빔의 색을 결정하도록 구성될 수 있다. 본원에 사용되는 표현 "색을 결정하는"은 일반적으로, 광 빔에 대한 적어도 하나의 스펙트럼 정보 항목을 생성하는 단계를 지칭한다. 적어도 하나의 스펙트럼 정보 항목은 파장, 특히 피크 파장, CIE 좌표와 같은 색 좌표로 이루어진 군 중에서 선택될 수 있다.
광 빔의 색의 결정은 당업자에게 일반적으로 공지된 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 따라서, 광학 센서의 스펙트럼 감도는 색 공간에서의 좌표계에 걸쳐있을 수 있고, 광학 센서에 의해 제공된 신호는, 예를 들어, CIE 좌표를 결정하는 방식으로부터 당업자에게 공지된 바와 같이 색 공간에 좌표를 제공할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 검출기는 동일한 종류의 2개, 3개 또는 그 이상의 광학 센서를 스택에 포함할 수 있다. 광학 센서 중 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3개는 서로 다른 스펙트럼 감도를 가질 수 있다. 또한, 평가 장치는 상이한 스펙트럼 감도를 갖는 광학 센서의 신호를 평가함으로써 광 빔에 대한 색 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 구성될 수 있다.
하나의 예로서, 스펙트럼적으로 감응성인 광학 센서인 동일한 종류의 적어도 3개의 광학 센서가 스택에 포함될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 스펙트럼적으로 민감한 광학 센서는, 600nm < λr < 780nm의 스펙트럼 범위에서 최대 흡수 파장 λr을 갖는 적어도 하나의 적색 감응 광학 센서를 포함할 수 있고, 스펙트럼적으로 민감한 광학 센서는, 스펙트럼 범위 490nm < λg < 600nm에서 최대 흡수 파장 λg를 갖는 녹색 감응 광학 센서를 추가로 포함하며, 스펙트럼적으로 민감한 광학 센서는, 스펙트럼 범위 380nm < λb < 490nm에서 최대 흡수 파장 λb을 갖는 청색 감응 광학 센서를 추가로 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 적색 감응 광학 센서, 녹색 감응 광학 센서 및 청색 감응 광학 센서는, 이 순서대로 또는 다른 순서대로, 물체 쪽으로 대면하는 광학 센서 스택의 제 1 광학 센서일 수 있다.
상기 평가 장치는 적어도 2개의 색 좌표, 바람직하게는 적어도 3개의 색 좌표를 생성하도록 구성될 수 있고, 각각의 색 좌표는 스펙트럼 감응 광학 센서 중 하나의 신호를 표준화 값으로 나눔으로써 결정된다. 하나의 예로서, 표준화 값은 모든 스펙트럼 감응 광학 센서들의 신호들의 합을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 표준화 값은 백색 검출기의 검출기 신호를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 색 정보 항목은 색 좌표를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 색 정보 항목은, 하나의 예로서 CIE 좌표를 포함할 수 있다.
바람직하게는 적어도 2개, 더 바람직하게는 적어도 3개의, 스펙트럼 감응 광학 센서들 외에, 상기 검출기는 적어도 하나의 백색 광학 센서를 추가로 포함할 수 있고, 백색 검출기는 모든 스펙트럼 감응 검출기의 흡수 범위의 광을 흡수하도록 구성될 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 백색 광학 센서는 가시광 스펙트럼 범위 전체에 걸쳐 광을 흡수하는 흡수 스펙트럼을 가질 수 있다.
또한, 복수개의 광학 센서가 제공되는 경우, 상기 복수개의 광학 센서는 장치 설정 및/또는 광학 센서에 사용된 물질과 관련하여 상이할 수 있다. 특히, 광학 센서들은 본질적으로 그들의 유기적 또는 무기적 성질과 관련하여 다를 수 있다. 따라서, 복수개의 광학 센서는 하나 이상의 유기 광학 센서, 하나 이상의 무기 광학 센서, 하나 이상의 하이브리드 유기-무기 광학 센서 또는 이들 광학 센서 중 적어도 2개의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 상기 검출기는 유기 광학 센서만으로 구성되거나, 무기 광학 센서만으로 구성되거나, 하이브리드 유기-무기 광학 센서로 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 검출기는 적어도 하나의 유기 광학 센서 및 적어도 하나의 무기 광학 센서를 포함할 수 있거나 적어도 하나의 유기 광학 센서 및 적어도 하나의 하이브리드 유기-무기 광학 센서를 포함할 수 있거나 적어도 하나의 유기 광학 센서 및 적어도 하나의 하이브리드 유기-무기 광학 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템이 개시된다. 상기 검출기 시스템은, 전술된 실시양태 중 하나 이상에 따라 또는 이하에 더욱 자세히 개시되는 실시양태 중 하나 이상에 따라, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 상기 검출기 시스템은, 검출기 쪽으로 적어도 하나의 광 빔을 유도하도록 구성된 적어도 하나의 비콘 장치를 추가로 포함하고, 상기 비콘 장치는, 물체에 부착가능한 것, 물체에 의해 보유가능한 것, 및 물체에 통합가능한 것 중 적어도 하나이다. 상기 비콘 장치에 관한 보다 상세한 내용은 그 잠재적인 실시예를 포함하여 이하에 주어질 것이다. 따라서, 적어도 하나의 비콘 장치는 레이저, LED, 전구 등과 같은 하나 이상의 광원과 같은 하나 이상의 조명 공급원을 포함하는 적어도 하나의 활성 비콘 장치일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 조명원에 의해 방출되는 광은 300 내지 50 nm의 파장을 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 비콘 장치, 예를 들어 하나 이상의 반사 부재를 포함함으로써, 검출기 쪽으로 하나 이상의 광 빔을 반사시키도록 구성될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 비콘 장치는 광 빔을 산란시키도록 구성된 하나 이상의 산란 부재일 수도 있고 이를 포함할 수도 있다. 여기서, 탄성 또는 비탄성 산란이 사용될 수 있다. 적어도 하나의 비콘 장치가 검출기 쪽으로 1차 광 빔을 반사 및/또는 산란하도록 구성되는 경우, 비콘 장치는 광 빔의 스펙트럼 특성을 영향을 받지 않은 상태로 남겨 두거나, 또는 이와 달리 광 빔의 파장을 수정함으로써 광 빔의 스펙트럼 특성을 변경하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 사용자와 기계 사이에 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스가 개시된다. 인간-기계 인터페이스는 전술된 실시양태에 따르고/따르거나 하기에서 더 자세히 개시되는 실시양태 중 하나 이상에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함한다. 여기서, 적어도 하나의 비콘 장치는 사용자에게 직접 또는 간접적으로 부착되는 것 또는 사용자에 의해 보유되는 것 중 적어도 하나가 되도록 구성된다. 인간-기계 인터페이스는, 검출기 시스템에 의해 사용자의 적어도 하나의 위치를 결정하도록 설계되고, 인간-기계 인터페이스는 상기 위치에 적어도 하나의 정보 항목을 할당하도록 설계된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 실행하기 위한 엔터테인먼트 장치가 개시된다. 엔터테인먼트 장치는 전술된 실시양태에 따르고/따르거나 하기에서 더 자세히 설명되는 실시양태 중 하나 이상에 따른 적어도 하나의 인간-기계 인터페이스를 포함한다. 상기 엔터테인먼트 장치는, 인간-기계 인터페이스에 의해, 적어도 하나의 정보 항목이 플레이어에 의해 입력될 수 있도록 구성된다. 엔터테인먼트 장치는 또한 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 적어도 하나의 이동 가능한 물체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템이 개시된다. 추적 시스템은 전술된 바와 같이 및/또는 하기에서 더 자세히 개시되는 바와 같이, 적어도 하나의 검출기 시스템을 참조하는 실시양태 중 하나 이상의 실시양태에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함한다. 추적 시스템은 적어도 하나의 트랙 제어기를 추가로 포함한다. 트랙 제어기는 특정 시점에 물체의 일련의 위치를 추적하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 적어도 하나의 물체를 이미지화하기 위한 카메라가 개시된다. 카메라는 전술된 바와 같이 또는 하기에 더 자세히 개시되는 바와 같이, 검출기를 참조하는 실시양태 중 임의의 하나 실시예에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위한 스캐닝 시스템이 제공된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 상기 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 표면에 위치한 적어도 하나의 점의 조명을 위해 구성되는 적어도 하나의 광 빔을 방출하고, 적어도 하나의 점과 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 구성된 장치이다. 적어도 하나의 점과 스캐닝 시스템 사이의 거리에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하기 위해, 상기 스캐닝 시스템은 전술된 실시양태들 중 하나 이상 및/또는 이하의 실시양태 중 하나 이상에 개시되는 바와 같은 검출기들 중 적어도 하나와 같은, 본 발명에 따른 검출기들 중 적어도 하나를 포함한다.
따라서, 상기 스캐닝 시스템은, 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 표면에 위치한 적어도 하나의 점을 조사하도록 구성된 적어도 하나의 광 빔을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 조명원을 포함한다. 본원에 사용된 용어 "점(dot)"은, 예를 들어, 스캐닝 시스템의 사용자에 의해, 조명원에 의해 조사되도록 선택될 수 있는 물체 표면의 일부분 상의 영역, 특히 작은 영역을 지칭한다. 바람직하게는, 상기 점은, 한편으로서는, 상기 스캐닝 시스템에 포함된 조명원과, 상부에 점이 가능한 정확히 위치할 수 있는 물체의 표면의 일부 간의 거리에 대한 값을 결정할 수 있도록, 가능한 작은 크기를 나타낼 수 있고, 다른 한편으로, 스캐닝 시스템의 사용자 또는 스캐닝 시스템 자체가, 특히 자동 절차에 의해, 물체의 표면의 관련 부분 상의 점트의 존재를 검출할 수 있도록, 가능한 큰 크기를 나타낼 수도 있다.
이 목적을 위해, 조명원은 인공 조명원, 특히 적어도 하나의 레이저 공급원 및/또는 적어도 하나의 백열 램프 및/또는 적어도 하나의 반도체 광원, 예를 들어, 적어도 하나의 발광다이오드, 특히 유기 및/또는 무기 발광다이오드를 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 조명원에 의해 방출된 광은 300 내지 500 nm의 파장을 가질 수 있다. 일반적으로 정의된 빔 프로파일 및 다른 처리 속성 때문에, 적어도 하나의 레이저 공급원을 조명원으로 사용하는 것이 특히 선호된다. 본원에서, 단일 레이저 공급원의 사용이 선호될 수 있고, 특히 사용자가 용이하게 저장 및 이송할 수 있는 소형 스캐닝 시스템을 제공하는 경우에 중요할 수 있다. 따라서, 조명원은 바람직하게는 검출기의 구성 부분일 수 있고, 따라서 특히 검출기의 하우징과 같은 검출기에 통합될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 특히 스캐닝 시스템의 하우징은 읽기 쉬운 방식으로 사용자에게 거리-관련 정보를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 디스플레이를 포함할 수 있다. 또 다른 바람직한 실시양태에서, 특히 스캐닝 시스템의 하우징은 하나 이상의 동작 모드를 설정하는 것과 같이 스캐닝 시스템과 관련된 적어도 하나의 기능을 동작하도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 버튼을 포함할 수 있다. 다른 바람직한 실시양태에서, 특히 스캐닝 시스템의 하우징은 스캐닝 시스템을 고무발(rubber foot), 특히 사용자에 의한 스캐닝 시스템의 거리 측정 및/또는 취급의 정확성을 증가시키기 위해, 자성 재료를 포함하는 베이스 플레이트 또는 홀더와 같은 베이스 플레이트 또는 벽 홀더와 같은 다른 표면에 고정하도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 고정 유닛을 포함할 수 있다.
특히, 상기 스캐닝 시스템의 조명원은, 물체의 표면에 위치한 단일 점의 조사를 위해 구성될 수 있는 단일 레이저 빔을 방출할 수 있다. 본 발명에 따른 검출기들 중 적어도 하나를 사용함으로써, 적어도 하나의 점과 스캐닝 시스템 사이의 거리에 관한 적어도 하나의 정보 항목이 생성될 수 있다. 이로써, 바람직하게는, 스캐닝 시스템에 포함된 조명 시스템과 조명원에 의해 생성된 단일 점 사이의 거리는, 예컨대, 적어도 하나의 검출기에 포함된 평가 장치를 채용함으로써 결정될 수 있다. 그러나, 상기 스캐닝 시스템은 특히 이러한 목적을 위해 구성될 수 있는 추가 평가 시스템을 추가로 포함할 수 있다. 임의적으로 또는 추가적으로, 스캐닝 시스템의 크기, 특히 스캐닝 시스템의 하우징의 크기가 고려될 수 있고, 따라서 하우징의 전방 모서리 또는 후방 모서리와 같은 스캐닝 시스템의 하우징 상의 특정 지점과 단일 점 사이의 거리가 대안적으로 결정될 수 있다.
대안적으로, 스캐닝 시스템의 조명원은 빔의 방출 방향들 사이에 각각의 각도(예컨대, 직각)를 제공하도록 구성될 수 있는 2개의 개별 레이저 빔을 방출할 수 있고, 이로써 동일한 물체 또는 2개의 별도의 물체들에서의 2개의 상이한 표면에 위치한 2개의 각 점들이 조명될 수 있다. 그러나, 2개의 개별 레이저 빔들 사이의 각각의 각도에 대한 다른 값들이 또한 가능할 수 있다. 이러한 특징은, 특히, 스캐닝 시스템과 점 사이에 하나 이상의 장애물의 존재로 인해 직접적으로 접근할 수 없거나 달리 도달하는데 어려움이 있는 간접 거리를 도출하는 것과 같은 간접 측정 기능에 사용될 수 있다. 예로서, 2개의 개별 거리를 측정하고 피타고라스 수식을 사용하여 높이를 도출함으로써 물체의 높이 값을 결정하는 것이 가능할 수 있다. 특히, 물체에 대하여 사전-정의된 레벨을 유지할 수 있기 때문에, 상기 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 레벨링 유닛, 특히 사용자에 의해 사전결정된 레벨을 유지하는데 사용될 수 있는 통합된 버블 바이알(integrated bubble vial)을 추가로 포함할 수 있다.
또 다른 대안적으로서, 스캐닝 시스템의 조명원은 서로에 대해 각각의 피치, 특히 규칙적인 피치를 나타낼 수 있고, 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 표면 상에 위치한 점들의 어레이를 생성하기 위한 방식으로 배치될 수 있는, 레이저 빔의 어레이와 같은 복수개의 개별 레이저 빔을 방출할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 빔 분할 장치 및 미러와 같은 특별히 구성된 광학 부재가 제공되어 설명된 레이저 빔 어레이의 생성을 허용할 수 있다. 특히, 조명원은, 주기적 또는 비주기적 방식으로 광 빔을 재유도하기 위해 하나 이상의 이동 가능한 미러를 사용함으로써 영역 또는 볼륨을 스캐닝하도록 유도될 수 있다. 조명원은 또한, 이러한 방식으로 구조화된 광원을 제공하기 위해 마이크로-미러 어레이를 사용하여 재유도될 수 있다. 구조화된 광원은 포인트 또는 프린지(fringe)와 같은 광학적 특징을 투사하는 데 사용될 수 있다.
따라서, 상기 스캐닝 시스템은 하나 이상의 물체의 하나 이상의 표면 상에 배치된 하나 이상의 점의 정적 배열을 제공할 수 있다. 이와 달리, 스캐닝 시스템의 조명원, 특히 전술된 레이저 빔 어레이와 같은 하나 이상의 레이저 빔은 시간에 걸쳐 변화하는 강도를 나타내고/나타내거나 언급된 마이크로-미러 어레이 내에 포함된 마이크로-미러와 같은 하나 이상의 미러를 이동시킴으로써 시간의 경과에 따라 교번하는 방출 방향의 물체일 수 있는 하나 이상의 광 빔을 제공하도록 구성될 수 있다. 그 결과, 조명원은 스캐닝 장치의 적어도 하나의 조명원에 의해 생성된 교대하는 특징 갖는 하나 이상의 광 빔을 사용함으로써 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 표면의 일부를 이미지로서 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 따라서, 특히 스캐닝 시스템은 하나 이상의 물체의 하나 이상의 표면을 순차적으로 또는 동시에 스캐닝하기 위해 적어도 하나의 행(row) 스캐닝 및/또는 라인(line) 스캐닝을 사용할 수 있다. 비제한적인 예로서, 상기 스캐닝 시스템은 생산 환경에서와 같은 안전 레이저 스캐너에서 및/또는 예컨대, 3D 인쇄, 신체 스캐닝, 품질 제어와 관련하여 물체의 형상을 결정하는데 사용되는 3D-스캐닝 장치에서, 거리 계량기와 같은 건축 용도에서, 소포의 크기 또는 부피를 결정하기 위한 로지스틱스 용도에서, 로봇 진공청소기 또는 잔디 깎는 기계와 같은 가정 용도에서, 또는 스캐닝 단계를 포함할 수 있는 다른 종류의 용도에서 사용될 수 있다.
전술된 바와 같은 임의적 전달 장치는 바람직하게는, 물체로부터 검출기로 또한 적어도 2개의 광학 센서로, 바람직하게는 연속적으로, 전파되는 광을 광학 센서로 공급하도록 설계될 수 있다. 전술된 바와 같이, 이러한 공급은 임의적으로 이미지화 수단에 의해 영향받거나 달리 전달 장치의 비 이미지화 속성에 의해 영향을 받을 수 있다. 특히, 상기 전달 장치는 전자기 복사선이 하나 이상의 광학 센서에 공급되기 전에 전자기 복사선을 수집하도록 설계될 수도 있다. 임의적인 전달 장치는 또한, 아래에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 예를 들어, 정의된 광학 속성을 갖는 광 빔, 예를 들어, 적어도 하나의 가우시안 빔, 특히 공지된 빔 프로파일을 갖는 적어도 하나의 레이저 빔을 갖는, 정의되거나 정확하게 공지된 빔 프로파일을 갖는 레이저를 제공하도록 설계된 조명원에 의해, 적어도 하나의 임의적인 조명원의 구성 부분의 전부 또는 일부일 수 있다.
임의적 조명원의 가능한 실시예에 대해서는, 국제특허공개 제 WO 2012/110924 A1 호를 참조할 수 있다. 여전히, 다른 실시양태도 가능하다. 물체에서 나오는 광은 물체 자체에서 기인할 수 있지만, 임의적으로 다른 원점을 갖고 이 원점에서 물체로 전파되고 후속하여 횡방향 및/또는 종방향 광학 센서를 향하여 전파될 수 있다. 후자의 경우는, 예를 들어, 적어도 하나의 조명원이 사용되는 것에 영향을 받을 수 있다. 이러한 조명원은, 예를 들어, 주위 조명원일 수 있고/있거나 인공 조명원이거나 포함할 수 있다. 예로서, 검출기 자체는 적어도 하나의 조명원, 예를 들어, 적어도 하나의 레이저 및/또는 적어도 하나의 백열 램프 및/또는 적어도 하나의 반도체 조명원, 예를 들어, 적어도 하나의 발광다이오드 특히 유기 및/또는 무기 발광다이오드를 포함할 수 있다. 일반적으로 정의된 빔 프로파일 및 다른 취급 속성으로 인해, 하나 또는 복수개의 레이저를 조명원 또는 그 일부로서 사용하는 것이 특히 바람직하다. 조명원 자체는 검출기의 구성 부분일 수 있고 그렇지 않으면 검출기에 대해 독립적으로 형성될 수 있다. 조명원은 특히 검출기, 예를 들어, 검출기의 하우징에 통합될 수 있다. 임의적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 조명원은 적어도 하나의 비콘 장치 또는 하나 이상의 비콘 장치 및/또는 물체에 통합될 수 있거나 물체에 연결되거나 공간적으로 결합될 수 있다.
따라서, 비콘 장치로부터 나오는 광은 해당 광이 각각의 비콘 장치 자체에서 기인하는 옵션에 대해 대안적으로 또는 추가로 조명원으로부터 나올 수 있고/있거나 조명원에 의해 여기될 수 있다. 예로서, 비콘 장치로부터 나오는 전자기 광은 비콘 장치 자체에 의해 방출될 수 있고/있거나 비콘 장치에 의해 반사될 수 있고 있고/있거나 비콘 장치가 검출기에 공급되기 전에 비콘 장치에 의해 산란될 수 있다. 이 경우, 전자기 복사선의 방출 및/또는 산란은 전자기 복사선의 스펙트럼 영향 없이 또는 그러한 영향과 함께 수행될 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 파장 이동이, 예를 들어, 스톡스(Stokes) 또는 라만(Raman)에 따라, 산란 동안 또한 발생할 수 있다. 더욱이, 광의 방출은, 예를 들어, 1차 조명원에 의해, 예컨대, 물체 또는 물체의 부분 영역이 발광체, 특히 인광 및/또는 형광을 생성하기 위해 여기되는 것에 의해, 여기될 수 있다. 원칙적으로 다른 방출 공정도 가능하다. 반사가 발생하면, 그 이후 물체는, 예를 들어, 적어도 하나의 반사 영역, 특히 적어도 하나의 반사면을 가질 수 있다. 반사면은 물체 자체의 일부일 수 있지만, 예를 들어, 물체에 연결되거나 공간적으로 결합된 반사기, 예를 들어, 물체에 연결된 반사기 판(reflector plaque)일 수도 있다. 적어도 하나의 반사기가 사용된다면, 이는 또한, 예를 들어, 검출기의 다른 구성 부분과 독립적으로 물체에 연결된 검출기의 일부로 고려될 수 있다.
비콘 장치 및/또는 하나 이상의 임의적 조명원은 일반적으로 자외선 스펙트럼 범위(바람직하게는 200nm 내지 380nm의 범위), 가시광 스펙트럼 범위(380nm 내지 780nm), 적외선 스펙트럼 범위(바람직하게는 780nm 내지 3.0 마이크로미터 범위) 중 적어도 하나에서 광을 방출할 수 있다. 열 이미지화 용도의 경우, 타겟은 원적외선 스펙트럼 범위(바람직하게는 3.0 마이크로미터 내지 20 마이크로미터)에서 광을 방출할 수 있다. 가장 바람직하게는, 적어도 하나의 조명원은 가시광 스펙트럼 범위, 바람직하게는 500nm 내지 780nm, 가장 바람직하게는 650nm 내지 750nm 또는 690nm 내지 700nm의 범위에서 광을 방출하도록 구성된다.
광 빔을 광학 센서에 공급하는 것은 특히, 예를 들어 원형, 타원형 또는 다르게 구성된 단면을 갖는 광 스팟이 광학 센서의 감응 센서 영역 상에 생성되는 방식으로 수행될 수 있다. 예로서, 상기 검출기는 물체가 검출될 수 있는 시각적 범위, 특히 입체각 범위 및/또는 공간 범위를 가질 수 있다. 바람직하게는, 임의적 전달 장치는, 예를 들어, 물체가 검출기의 가시 범위 내에 배치된 경우에 광 스팟이 광학 센서의 센서 영역 및/또는 센서 구역 상에 완전히 배치되도록 설계된다. 예로서, 센서 영역은 이 조건을 보장하기 위해 대응하는 크기를 갖도록 선택될 수 있다.
또한, 본 발명은, 검출기(예컨대, 상술한 바와 같이 또는 하기에서 더 자세히 설명되는 바와 같은 검출기를 참조하는 실시양태 중 하나 이상에 따른 본 발명에 따른 검출기)를 사용함으로써 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 방법을 개시한다. 또한, 다른 유형의 검출기가 사용될 수도 있다.
상기 방법은 다음의 방법 단계들을 포함하고, 이러한 방법 단계들은 제시된 순서로 수행될 수 있거나 다른 순서로 수행될 수 있다. 또한, 나열되지 않은 하나 이상의 추가 방법 단계가 존재할 수도 있다. 또한, 하나, 둘 또는 그 이상의 모든 방법 단계가 반복적으로 수행될 수 있다.
이러한 방법 단계는 다음과 같다:
- 적어도 하나의 종방향 광학 센서의 적어도 하나의 종방향 센서 영역 내의 적어도 하나의 종방향 감응 영역을, 광 빔에 의한 상기 종방향 감응 영역의 조사에 의존적인 적어도 하나의 종방향 센서 신호가 생성되는 방식으로 조사하는 단계(이때, 상기 종방향 센서 신호는, 조사의 총 파워가 동일하다면, 상기 종방향 감응 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적임);
- 상기 검출기의 적어도 하나의 횡방향 광학 센서의 적어도 하나의 형광 도파 시트의 적어도 하나의 횡방향 감응 영역을, 물체로부터 검출기 쪽으로 전파되는 적어도 하나의 광 빔으로 조사하는 단계(이때, 상기 광 빔은 상기 횡방향 감응 영역 내에 적어도 하나의 광 스팟을 생성하고, 상기 형광 도파 시트는 적어도 하나의 형광 물질을 포함함);
- 상기 형광 도파 시트에 의해, 광 빔의 조사에 반응하여 형광 광을 생성하는 단계;
- 상기 광 스팟으로부터, 상기 형광 도파 시트의 적어도 2개의 모서리에 위치하는 적어도 2개의 감광 부재 쪽으로 상기 형광 광을 안내하는 단계;
- 상기 감광 부재를 사용함으로써 형광 광을 검출하여, 횡방향 센서 신호를 생성하는 단계;
- 적어도 하나의 평가 장치를 사용함으로써 상기 종방향 센서 신호를 평가하고, 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하는 단계; 및
- 적어도 하나의 평가 장치를 사용함으로써, 상기 감광 부재의 횡방향 센서 신호를 평가하고, 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하는 단계.
세부 사항, 옵션 및 정의에 대하여, 전술된 바와 같이 검출기를 참조할 수 있다. 따라서, 특히, 전술된 바와 같이, 상기 방법은, 본 발명에 따른 검출기, 예컨대, 상기 제시되거나 하기에서 더 자세히 제시되는 실시양태들 중 하나 이상에 따른 검출기를 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 본 발명에 따른 검출기, 예를 들어 상기 제시되거나 하기에서 더 자세히 제시되는 실시양태 중 하나 이상에 따른 검출기의 용도는, 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 용도; 보안 용도; 감시 용도; 안전 용도; 인간-기계 인터페이스 용도; 추적 용도; 사진 촬영 용도; 적어도 하나의 비행 시간 검출기와의 조합 용도; 구조화된 광원과의 조합 용도; 스테레오 카메라와의 조합 용도; 머신 비젼 용도; 로봇 용도; 품질 관리 용도; 제조 용도; 구조화된 조명원과의 조합 용도; 스테레오 카메라와의 조합 용도로 이루어진 군으로부터 선택되는 용도를 위해 제안된다.
상기 광학 센서는 적어도 하나의 신호를 처리 및/또는 전처리하기 위한 하나 이상의 필터 및/또는 아날로그-디지털 변환기와 같은 하나 이상의 신호 처리 장치를 포함할 수 있다. 하나 이상의 신호 처리 장치는 상기 광학 센서 내로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있고/있거나 독립 소프트웨어 및/또는 하드웨어 컴포넌트로서 완전히 또는 부분적으로 포함될 수 있다.
물체는 일반적으로 생물체 또는 비-생물체일 수 있다. 상기 검출기 시스템은 적어도 하나의 물체를 포함할 수도 있고, 이로써 물체는 검출기 시스템의 일부를 형성한다. 그러나 바람직하게는, 물체는 적어도 하나의 공간차원에서 검출기로부터 독립적으로 이동할 수 있다.
물체는 일반적으로 임의의 물체일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 물체는 강성 물체일 수 있다. 다른 실시양태, 예컨대 물체가 비-강성 물체 또는 이의 형태가 변할 수 있는 물체인 실시양태가 가능하다.
하기에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 본 발명은 특히 기계, 게임 또는 스포츠 시뮬레이션을 제어하기 위한 목적으로 사람의 위치 및/또는 동작을 추적하는 데 사용될 수도 있다. 이러한 실시양태 또는 다른 실시양태서, 특히, 물체는 스포츠 장비 중의 물품, 바람직하게는 라켓, 클럽, 방망이로 이루어진 군으로부터 선택된 물품, 의류, 모자, 신발 중의 물품으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 하나의 양태에서, 전술된 바와 같이, 사용자와 기계 사이에서 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스가 개시된다. 인간-기계 인터페이스는, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템, 예를 들어 전술된 실시양태 중 하나 이상 및/또는 하기에 더 자세히 개시되는 실시양태 중 하나 이상에 따른 검출기 시스템을 포함한다. 비콘 장치는 사용자에게 직접 또는 간접적으로 부착되거나 사용자에 의해 보유되도록 구성된다. 인간-기계 인터페이스는 검출기 시스템을 통해 사용자의 적어도 하나의 위치를 결정하도록 설계된다. 인간-기계 인터페이스는 상기 위치에 적어도 하나의 정보 항목을 할당하도록 또한 설계된다.
본 발명의 하나의 양태에서, 전술된 바와 같이, 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 실행하기 위한 엔터테인먼트 장치가 개시된다. 상기 엔터테인먼트 장치는 본 발명에 따른 적어도 하나의 인간-기계 인터페이스를 포함한다. 상기 엔터테인먼트 장치는, 인간-기계 인터페이스에 의해, 적어도 하나의 정보 항목이 플레이어에 의해 입력될 수 있도록 설계된다. 상기 엔터테인먼트 장치는 또한 상기 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변경하도록 설계된다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 양태에서, 적어도 하나의 이동 가능한 물체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템이 개시된다. 추적 시스템은, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템, 예를 들어 전술된 실시양태 중 하나 이상 및/또는 하기에 더 자세히 개시된 실시양태 중 하나 이상의 실시양태에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함한다. 추적 시스템은 적어도 하나의 트랙 제어기를 추가로 포함하고, 트랙 제어기는 특정 시점에 물체의 연속 위치를 추적하도록 구성된다.
따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치, 예컨대 상기 검출기는 다양한 분야의 용도에 적용될 수 있다. 특히, 상기 검출기는, 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 용도; 보안 용도; 인간-기계 인터페이스 용도; 추적 용도; 사진 촬영 용도; 하나 이상의 공간, 예컨대 방, 건물 및 거리의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 공간의 지도를 생성하기 위한 맵핑 용도; 모바일 용도; 웹캠; 오디오 장치; 돌비 사운드 오디오 시스템; 컴퓨터 주변 장치; 게임 용도; 카메라 또는 비디오 용도; 보안 용도; 감시 용도; 자동차 용도; 수송 용도; 의학 용도; 스포츠 용도; 머신 비전 용도; 차량 용도; 항공기 용도; 선박 용도; 우주선 용도; 건물 용도; 건설 용도; 지도제작 용도; 제조 용도; 적어도 하나의 비행시간 검출기와의 조합 용도로 이루어진 군으로부터 선택되는 용도에 적용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 특히 자동차 또는 다른 차량(예컨대, 기차, 오토바이, 자전거, 화물 수송용 트럭) 또는 로봇에 사용하기 위한 또는 보행자가 사용하기 위한, 특히 랜드마크-기반 위치선정 및/또는 내비게이션을 위한 국부적 및/또는 전체적 위치선정 시스템에서의 용도가 거론될 수 있다. 또한, 예를 들어 가정 용도 및/또는 제조 기술에 사용되는 로봇을 위한 잠재적 용도로서 실내 위치선정 시스템이 거론될 수 있다.
따라서, 먼저, 본 발명에 따른 장치는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 랩탑, 스마트 패널 또는 다른 고정식 또는 이동식 또는 착용식 컴퓨터 또는 커뮤니케이션 용도에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는, 성능 개선을 위해 하나 이상의 활동 광원, 예컨대 가시광 범위 또는 적외선 스펙트럼 범위의 광을 방출하는 광원과 조합될 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 환경, 물체 및 생명체를 스캐닝하기 위한 모바일 소프트웨어와 조합된 카메라 및/또는 센서로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 심지어, 이미지화 효과를 증가시키기 위해 2D 카메라, 예컨대 통상적인 카메라와 조합될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한, 특히 음성 및/또는 몸짓 인식과 조합된, 감시 및/또는 기록 목적을 위한 또는 모바일 장치를 제어하기 위한 입력 장치로서 사용될 수 있다. 따라서, 특히, 인간-기계 인터페이스로서 기능하는 본 발명에 따른 장치(입력 장치로도 지칭됨)는, 예를 들어 모바일 장치(예컨대, 휴대폰)를 통해 다른 전자 장치 또는 컴포넌트를 제어하기 위한 모바일 제품에 사용될 수 있다. 예로서, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치를 포함하는 모바일 제품은, 텔레비전 세트, 게임 콘솔, 음악 재생기 또는 음악 장치 또는 다른 엔터테인먼트 장치를 제어하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 웹캠, 또는 계산 용도를 위한 다른 주변 장치에 사용될 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 본 발명에 따른 장치는, 이미지화, 기록, 감시, 스캐닝, 또는 또는 움직임 검출용 소프트웨어와 조합으로 사용될 수 있다. 상기 인간-기계 인터페이스 및/또는 엔터테인먼트 장치의 문맥에서 기술된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 표정 및/또는 신체 표현에 의해 명령을 제공하는데 특히 유용하다. 본 발명에 따른 장치는, 다른 입력 값 생성 장치, 예컨대 마우스, 키보드, 마이크와 조합으로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 웹캠을 사용하여, 게임 용도에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 가상 훈련 용도 및/또는 이미지 회의에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히 머리 장착식 디스플레이를 착용하는 경우, 가상 또는 증강 현실 용도에 사용되는 손, 팔, 또는 물체를 인지 또는 추적하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 상기 부분적으로 설명된 바와 같은 모바일 오디오 장치, 텔레비전 장치 및 게임 장치에 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 장치는 전자 장치 또는 엔터테인먼트 장치용 조정 장치 또는 제어 장치로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 증강 현실을 위해 및/또는 디스플레이를 보고 있는지 여부 및/또는 어떤 관점에서 디스플레이를 보고 있는지를 인식하기 위해, 특히 투명한 디스플레이를 사용하는 2D- 및 3D-디스플레이 기술에서 눈 검출 또는 눈 추적에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히 머리-장착식 디스플레이를 착용하는 경우, 가상 또는 증강 현실 제품과 연결되어 방, 경계, 장애물을 탐험하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 디지털 카메라(예컨대, DSC 카메라)에 또는 이로서 및/또는 리플렉스형 카메라(예컨대, SLR 카메라)에 또는 이로서 사용될 수 있다. 이러한 용도를 위해, 모바일 용도(예컨대, 휴대폰)에서 전술된 바와 같은 본 발명에 따른 장치의 용도를 참조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 보안 또는 감시 용도를 위해 사용될 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치는, 사전결정된 영역 내에 또는 바깥쪽에 물체가 존재하는 경우 신호를 제공하는 하나 이상의 디지털 및/또는 아날로그 전자제품과 조합될 수 있다(예컨대, 은행 또는 박물관에서의 감시 용도를 위해). 특히, 본 발명에 따른 장치는 광학 암호화에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 하나 이상의 장치를 사용하는 검출은, 예를 들어 IR, x-선, UV-VIS, 레이더 또는 초음파 검출기를 사용하여, 파장을 보완하는 다른 검출 장치와 조합될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한, 저광 환경에서의 검출을 허용하기 위해 능동 적외선 광원과 조합될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 능동 검출기 시스템에 비해 유리하며, 그 이유는 특히, 예를 들어 레이저 용도, 초음파 용도, 광 빔 레이더 또는 유사한 능동 검출기 장치에서 흔히 있는 것처럼, 제 3 자에 의해 검출될 수 있는 송출 신호를 능동적으로 방지하기 때문이다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는, 움직이는 물체를 인식하지 못하게 및 검출가능하지 않게 추적하는데 사용될 수 있다. 추가적으로, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 통상적인 장치에 비해 조작 및 짜증이 줄어드는 경향이 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치를 사용함에 의한 3D 검출의 용이성 및 정확성을 고려하면, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 안면, 신체 및 사람 인식 및 식별에 사용될 수 있다. 본원에서, 본 발명에 따른 장치는 식별 또는 개인화 목적을 위해 다른 검출 수단(예컨대, 비밀번호, 지문, 홍채 검출, 음성 인식 또는 다른 수단)과 조합될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는 보안 장치 및 다른 개인화 용도에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 제품 식별을 위한 3D 바코드 판독기로서 사용될 수 있다.
추가로, 상기 언급된 보안 및 감시 용도를 위해, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 공간 및 영역의 감시 및 모니터링에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 공간 및 영역의 조사 및 모니터링을 위해, 하나의 예로서, 금지 영역이 침해당한 경우 알람을 촉발 또는 실행하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는, 임의적으로 다른 유형의 센서와 조합으로, 예를 들어 움직임 또는 열 센서와 조합으로, 이미지 증폭기 또는 이미지 강화 장치 및/또는 광전자 배증관과 조합으로, 건물 감시 또는 박물관에서 감시 목적으로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 공공 공간 또는 붐비는 공간에서 잠재적으로 위험한 행동, 예를 들면 범죄 행위, 예컨대 주차장에서 또는 주인이 없는 물체(예컨대, 공항에서 주인이 없는 수하물)의 절도를 검출하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 카메라 용도, 예컨대 비디오 및 캠코더 용도에 유리하게 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 움직임 캡쳐 및 3D-영화 기록을 위해 사용될 수 있다. 본원에서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 통상적인 광학 장치에 비해 다수의 이점을 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 광학 컴포넌트에 비해 복잡성을 덜 필요로 한다. 따라서, 하나의 예로서, 예를 들어 하나의 렌즈만 갖는 본 발명에 따른 장치를 제공함으로써, 통상적인 광학 장치에 비해 렌즈의 개수가 감소될 수 있다. 감소된 복잡성으로 인해, 예를 들어 모바일 용도를 위한 매우 소형의 장치가 가능하다. 고품질의 2개 이상의 렌즈를 갖는 통상적인 광학 시스템은 일반적으로, 예를 들어 부피가 큰 빔-분할기가 일반적으로 필요하기 때문에, 부피가 크다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 초점/자동초점 장치, 예컨대 자동초점 카메라에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 광학 현미경, 특히 공초점 현미경에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 자동차 기술 및 수송 기술의 기술 분야에 적용가능하다. 따라서, 하나의 예로서, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 조정식 순항 제어, 비상 브레이크 보조, 차로 이탈 경고, 주위 시야, 사각 지대 검출, 후방 교차 교통 경보 및 기타 운전자 보조 시스템, 예컨대 첨단 운전자 보조 시스템, 또는 기타 자동차 및 교통 용도를 위한, 거리 및 감시 센서로서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 본 발명에 따른 검출기를 사용하여 획득된 위치 정보의 제 1 및 제 2 시간-도함수를 분석함으로써, 속도 및/또는 가속도 측정에도 사용될 수 있다. 이러한 특징은 일반적으로 자동차 기술, 수송 기술 또는 일반 교통 기술에 적용가능할 수 있다. 다른 분야의 기술에서의 용도도 가능하다. 실내 위치선정 시스템에서의 특정 용도는, 수송에서 승객의 위치선정의 검출, 더욱 특히 안전 시스템, 예컨대 에어백의 사용을 전자적으로 제어하는 것일 수 있다. 에어백의 사용은 에어백의 사용이 심한 부상을 유발할 수 있는 방식으로 승객이 차량 내에 위치할 수 있는 경우에는 금지될 수 있다.
이러한 용도 또는 다른 용도에서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는 독립형 장치로서, 또는 다른 센서 장치와의 조합으로, 예컨대 레이더 및/또는 초음파 장치와의 조합으로 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 장치는 자율주행 및 안전 문제를 위해 사용될 수 있다. 또한, 이러한 용도에서, 본 발명에 따른 장치는 적외선 센서, 레이더 센서(이는 음파 센서임), 2차원 카메라 또는 다른 유형의 센서와 조합으로 사용될 수 있다. 이러한 용도에서는, 본 발명에 따른 장치의 수동적인 성질이 유리하다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 방출 신호를 필요로 하지 않기 때문에, 다른 신호원과의 활동 센서 신호의 간섭 위험이 방지될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 특히, 인식 소프트웨어, 예컨대 표준 이미지 인식 소프트웨어와 조합으로 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치에 의해 제공되는 신호 및 데이터는 전형적으로 용이하게 처리 가능하며, 따라서, 일반적으로, 확립된 입체시 시스템(예컨대, 광 빔 레이더)보다 더 적은 계산 파워를 필요로 한다. 적은 공간 명령을 고려하면, 본 발명에 따른 장치, 예컨대 카메라는 실제적으로 차량 내 임의의 위치, 예컨대 창문 스크린의 위에, 전방 후드 위에, 범퍼 위에, 라이트 위에, 미러 위에 또는 다른 곳에 위치할 수 있다. 본 발명에 따른 다양한 검출기, 예컨대 본 발명에 개시된 효과에 기초하는 하나 이상의 검출기는, 예를 들어 자율주행 차량을 허용하기 위해 또는 활동 안전성 개념의 성능을 증가시키기 위해 조합될 수 있다. 따라서, 다양한 본 발명에 따른 장치는, 예를 들면 창문(예컨대, 뒷창문, 옆창문 또는 앞창문)에서, 범퍼 상에서 또는 라이트 상에서, 본 발명에 따른 하나 이상의 다른 장치 및/또는 통상적인 센서와 조합될 수 있다.
본 발명에 따른 하나 이상의 장치, 예컨대 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기와 하나 이상의 비(rain) 검출 센서와의 조합도 가능하다. 그 이유는, 본 발명에 따른 장치가 일반적으로 폭우 동안 통상적인 센서 기술(예컨대 레이더)보다 유리하다는 사실 때문이다. 본 발명에 따른 하나 이상의 장치와 하나 이상의 통상적인 감지 기술(예컨대, 레이더)의 조합은, 소프트웨어가 기상 조건에 따라 신호의 정확한 조합을 선택하게할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 브레이크 보조 및/또는 주차 보조로서 및/또는 속도 측정을 위해 사용될 수 있다. 속도 측정은, 예를 들어 교통 제어시 다른 자동차의 속도를 측정하기 위해 차량에 통합되거나 차량 바깥쪽에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 주차장에서 빈 주차 공간을 검색하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 의료 시스템 및 스포츠 분야에서 사용될 수 있다. 따라서, 의료 기술 분야에서는, 예를 들어 내시경에 사용하기 위한 수술 로봇을 거론할 수 있으며, 그 이유는, 상기 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치가 적은 부피만 필요로할 수 있고 다른 장치 내로 통할될 수 있기 때문이다. 특히, 렌즈를 갖는 본 발명에 따른 장치는 의료 장치(예컨대, 내시경)에서 3D 정보를 캡쳐하기 위해 최대한 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 움직임의 추적 및 분석을 가능하게 하도록, 적절한 모니터링 소프트웨어와 조합될 수 있다. 이는, 의료 장치(예컨대, 내시경 또는 메스)와, 예를 들어, 자기 공명 이미지화, x-선 이미지화 또는 초음파 이미지화로부터 획득된 의료 이미지화로부터의 결과와의 위치의 즉각적인 중첩을 허용할 수 있다. 이러한 용도는 특히, 예를 들어 정확한 위치 정보가 중요한 의학적 치료, 예컨대 뇌 수술, 장거리 진단 및 원격 의료에서 가치가 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 3D-신체 스캐닝에 사용될 수 있다. 신체 스캐닝은 의료 맥락에서, 예컨대 치과 수술, 외과 수술, 비만 수술 또는 성형 수술에 적용될 수 있거나, 의료 진단 맥락에서, 예컨대 근막동통 증후군, 암, 신체 기형 장애 또는 다른 질환의 진단에 적용될 수 있다. 신체 스캐닝은 또한, 스포츠 장비의 인체공학적 사용 또는 피팅을 평가하기 위해 스포츠 분야에 적용될 수 있다.
신체 스캐닝은 또한 의복 맥락에서, 예를 들어 의복의 적합한 크기 및 피팅을 결정하는데 사용될 수 있다. 이러한 기술은 맞춤복 맥락에서, 주문 의복의 맥락에서 또는 인터넷으로부터의 주문 의복 또는 신발의 맥락에서 또는 무인 쇼핑 장치, 예컨대, 마이크로 키오스크(kiosk) 장치 또는 고객 안내(concierge) 장치에 사용될 수 있다. 의복 맥락에서의 신체 스캐닝은 완전히 차려입은 고객을 스캐닝하는데 특히 중요하다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 사람 집계 시스템의 맥락에서, 엘리베이터, 기차, 버스, 자동차 또는 항공기 내의 사람의 수를 집계하는데 또는 낭하(hallway), 문, 통로(aisle), 소매점, 스타디움, 엔터테인먼트 장소, 박물관, 도서관, 공공 위치, 영화관, 극장 등을 통과하는 사람의 수를 집계하는데 사용될 수 있다. 또한, 사람 집계 시스템에서의 3D-기능은, 만나는 사람에 대한 추가의 정보, 예컨대 키, 무게, 나이, 체력 등을 획득하거나 추정하는데 사용될 수 있다. 이러한 정보는 기업 정보수집 메트릭스(metrics)를 위해 및/또는 사람들이 계수될 수 있는 곳을 더욱 매력적으로 또는 안전하게 만드는 것을 추가로 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 소매 환경에서, 사람 집계의 맥락에서의 본 발명에 따른 장치는 재방문(returning) 고객 또는 교차 쇼핑객(cross shopper)을 인식하는데, 쇼핑 행동을 평가하는데, 구입하는 방문객의 백분율을 평가하는데, 직원 교대를 최적화하는데, 또는 방문객 당 쇼핑몰의 경비를 모니터링하는데 사용될 수 있다. 또한, 사람 집계 시스템은 인체측정학적 조사에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 수송 거리에 따라 승객에게 자동으로 요금을 매기는 대중 교통 시스템에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 아동 놀이터에서 부상당한 어린이 또는 위험한 행동과 관련된 어린이를 인식하기 위해, 놀이터 장난감과의 추가적인 상호작용을 허용하기 위해, 놀이터 장난감의 안정한 사용을 보장하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 공사 도구, 예컨대 물체 또는 벽에 대한 거리를 결정하기 위한, 표면이 편평한지를 평가하기 위한, 물체를 정렬하거나 물체를 정돈된 방식으로 놓기 위한 범위 계기, 또는 공사 현장에 사용하기 위한 검사 카메라에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 스포츠 및 운동 분야에서, 예를 들어 훈련, 원격 지시 또는 경쟁 목적을 위해 적용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 장치는 댄스, 에어로빅, 풋볼, 축구, 농구, 야구, 크리켓, 하키, 트랙 및 필드, 수영, 폴로, 핸드볼, 배구, 럭비, 스모, 유도, 펜싱, 권투, 골브, 자동차 경주, 레이저 태그, 전투 모의시험 등의 분야에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는, 게임을 모니터링하기 위해, 심판을 지원하기 위해, 스포츠에서 특정 상황의 판단, 특히 자동 판단을 위해, 예를 들면 포인트 또는 골이 실제로 이루어졌는지를 평가하기 위해, 예를 들어 스포츠 및 게임 둘 다에서 공, 배트, 칼, 움직임 등 검출하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 자동차 경주, 자동차 운전자 훈련, 자동차 안전 훈련 등의 분야에서 자동차 또는 자동차 트랙의 위치, 또는 이전 트랙 또는 이상적인 트랙으로부터의 벗어남을 결정하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 또한, 특히 원격 레슨, 예를 들어 현악기(예컨대, 피들(fiddle), 바이올린, 비올라, 첼로, 베이스, 하프, 기타, 밴조 또는 우크렐레), 건반 안기(예컨대, 피아노, 오르간, 키보드, 하프시코드, 하모늄 또는 아코디언), 및/또는 타악기(예컨대, 드럼, 팀파니, 마림바, 실로폰, 비브라폰, 봉고, 콩가, 팀발레스, 젬베 또는 타블라)의 레슨에서 악기 연주를 지원하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 또한, 훈련을 격려하기 위해 및/또는 움직임을 조사하고 교정하기 위해 재활 및 물리치료에 사용될 수 있다. 본원에서, 본 발명에 따른 장치는 또한 거리 진단에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 머신 비전 분야에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치 중 적어도 하나는, 예를 들어 수동 제어 유닛 및/또는 로봇 작동을 위한 수동 제어 유닛으로서 사용될 수 있다. 움직이는 로봇과 조합시, 본 발명에 따른 장치는, 자율 움직임 및/또는 부품에서 불량의 자율 검출을 허용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 사고(예컨대, 비제한적으로 로봇, 제조 부품 및 생명체 간의 충돌)를 예방하기 위한 제조 및 안정성 감시에 사용될 수 있다. 로봇공학에서는, 인간과 로봇의 안전하고 직접적인 상호작용이 흔히 문제가 되며, 그 이유는, 인간을 인지하지 못하는 경우 로봇이 인간에게 심한 손상을 입힐 수 있기 때문이다. 본 발명에 따른 장치는 로봇이 물체 및 인간을 더 잘 더 빨리 위치시키는 것을 돕고, 안전한 상호작용을 허용할 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 수동적 성질을 고려하면, 본 발명에 따른 장치는 능동 장치보다 유리할 수 있고/있거나, 레이더, 초음파, 2D 카메라, IR 검출 등과 같은 기존 해결책에 상호보완적으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 하나의 특정 이점은 신호 간섭의 가능성이 낮다는 것이다. 따라서, 복수개의 센서가 동일한 환경에서 동시에 작동할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 고도로 자동화된 제조 환경, 예컨대 비제한적으로 자동차, 광업, 철강 등에 유용할 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한, 예를 들어 2-D 이미지화, 레이더, 초음파, IR 들과 같은 다른 센서와 조합으로, 제조시 품질 제어를 위해, 예컨대 품질 제어 또는 다른 목적을 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 표면 품질의 평가를 위해, 예를 들어 제품의 표면 균일성 또는 수 마이크로 범위 내지 수 미터 범위의 규정된차원에 대한 접착력을 조사하는데 사용될 수 있다. 다른 품질 제어 용도도 가능하다. 제조 환경에서, 본 발명에 따른 장치는, 천연 제품(예컨대, 음식 또는 목재)을 복잡한 3-차원 구조로 가공하는 경우, 다량의 폐기물을 방지하는데 데 특히 유용하다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 저장탑(silos), 탱크 등의 충전 수준을 모니터링하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 인쇄 회로 기판의 자동 광검사, 조립체 또는 하위-조립체의 검사, 엔지니어링 부품의 확인, 엔진 부품 검사, 목재 품질 검사, 라벨 검사, 의료 장치 검사, 제품 방향 검사, 포장 검사, 식품 팩 검사 등에서, 손실된 부품, 불완전한 부품, 느슨한 부품, 저 품질 부품 등에 대해 복합 제품을 검사하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 차량, 기차, 항공기, 선박, 우주선 및 다른 교통 용도에 사용될 수 있다. 따라서, 교통 용도의 맥락에서 전술된 용도 이외에, 항공기, 차량 등에 대한 수동 추적 시스템을 거론할 수 있다. 움직이는 물체의 속도 및/또는 방향을 모니터링하기 위한, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치, 예컨대 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기의 용도가 가능하다. 특히, 육상, 해상 및 공중(우주 포함)에서 빨리 움직이는 물체를 추적하는 것을 거론할 수 있다. 하나 이상의 본 발명에 따른 장치, 예컨대 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기는 특히, 가만히 있는 및/또는 움직이는 장치 상에 장착될 수 있다. 본 발명에 따른 하나 이상의 장치의 출력 신호는, 예를 들어 또 다른 물체의 자율적인 또는 안내된 움직임에 대한 안내 메커니즘과 조합될 수 있다. 따라서, 충돌을 피하거나, 추적된 물체와 조정된 물체 간의 충돌을 가능하게 하기 위한 용도가 가능하다. 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 유용하고 이로우며, 그 이유는, 적게 요구되는 계산 파워, 즉각적인 응답성, 및 능동 시스템(예컨대, 레이더)에 비해 검출하고 방해하기가 좀 더 어려운 상기 검출 시스템의 수동적 성질 때문이다. 본 발명에 따른 장치는, ??너대 비제한적으로, 속도 제어 및 항공 교통 제어 장치에 특히 유용하다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 도로 요금의 자동화된 요금지불(tolling) 시스템에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 수동 용도에 사용될 수 있다. 수동 용도는 항구 또는 위험 지역에서 선박의 안내, 및 착륙 또는 이륙시 항공기의 안내를 포함한다. 본원에서는, 정확한 안내를 위해 고정되고 공지된 활동 표적이 사용될 수 있다. 이는, 위험하지만 잘 정의된 경로를 주행하는 차량, 예컨대 채굴 차량에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 빠르게 접근하는 물체(예컨대, 자동차, 기차, 비행 물체, 동물 등)을 검출하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 물체의 속도 또는 가속도를 검출하거나, 시간에 따라 위치, 속도 및/또는 가속도 중 적어도 하나를 추적함으로써 물체의 움직임을 예측하는데 사용될 수 있다.
또한, 전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 게임 분야에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 동일하거나 상이한 크기, 칼라, 형태의 복수개의 물체와 함께 사용하기에, 예를 들어 움직임을 이의 항목에 통합하는 소프트웨어와 조합으로 움직임을 검출하기에 수동적일 수 있다. 특히, 그래픽 출력 내로의 움직임을 수행하는 용도가 가능하다. 또한, 예를 들어 본 발명에 따른 장치 중 하나 이상을 몸짓 또는 얼굴 인식에 사용하여 명령을 내리기 위한 본 발명에 따른 장치의 용도가 가능하다. 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 저광 조건 또는 환경 조건이 필요한 다른 상황 하에 능동 시스템과 조합될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치와 하나 이상의 IR 또는 VIS 광원의 조합이 가능하다. 본 발명에 따른 검출기와 특수 장치의 조합이 역시 가능하며, 이는, 상기 시스템 및 이의 소프트웨어, 예컨대 비제한적으로, 특수한 칼라, 형태, 다른 장치에 대한 상대적 위치, 움직임의 속도, 광, 장치 상의 광원을 변조하는데 사용되는 광 주파수, 표면 특성, 사용되는 물질, 반사 특성, 투명도, 흡수 특성 등에 의해 용이하게 구별될 수 있다. 상기 장치는, 다른 가능성 중에서도 특히, 막대, 라켓, 곤봉, 총, 칼, 바퀴, 고리, 핸들, 병, 공, 유리, 화병, 숟가락, 포크, 큐브, 주사위, 피규어, 손가락인형, 테디 베어, 비이커, 페달, 스위치, 장갑, 보석, 악기 또는 악기 연주를 위한 보조 장치, 예컨대 플렉트럼(plectrum), 드럼스틱 등)을 닮을 수 있다. 다른 옵션도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 고온 또는 다른 발광 공정으로 인해 그 자체로 광을 방출하는 물체를 검출하거나 추적하는데 사용될 수 있다. 발광 부품은 배기 스트림 등일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 반사 물체를 추적하고 상기 물체의 회전 또는 방향을 분석하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 건물, 건축 및 지도제작 분야에 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치는, 환경 영역(예컨대, 전원 지대 또는 건물)을 측정하고/하거나 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 본원에서, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치는 다른 방법 및 장치와 조합될 수 있거나, 단지 건축 프로젝트의 진행 및 정확성, 변하는 물체, 집을 모니터링하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는, 땅 또는 공중 둘 다로부터, 방, 거리, 하우스, 커뮤너티 또는 풍경의 지도를 구축하기 위해, 스캐닝된 환경의 3차원 모델을 생성하는데 사용될 수 있다. 잠재적 적용 분야는, 건설, 지도제작, 부동산, 토지 측량 등일 수 있다. 예로서, 본 발명에 따른 장치는, 빌딩, 굴뚝, 생산 현장, 농경지, 생산 공장 또는 조경과 같은 농산물 생산 환경을 감시하기 위해, 구조 작업을 지원하기 위해, 마이크로콥터에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, CHAIN(Cedec Home Appliances Interoperating Network)과 같은 가전 기기의 상호접속 네트워크 내에서, 가정 내의 기본 기기 관련 서비스, 예를 들면 에너지 또는 부하 관리, 원격 진단, 애완동물 관련 기기, 아동 관련 기기, 아동 감시, 감시 관련 기기, 고령자 또는 환자에 대한 지원 또는 서비스, 주택 보안 및/또는 감시, 기기 작동의 원격 제어 및 자동 유지보수 지원에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히 하나 이상의 사람의 위치에 따라, 방의 어느 부분이 특정 온도 또는 습도가 되도록 하기 위해, 공조 시스템과 같은 가열 또는 냉각 시스템에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 가사 노동에 사용될 수 있는 서비스 로봇 또는 자율 로봇과 같은 가정용 로봇에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 다수의 상이한 목적을 위해, 예를 들면 충돌을 피하거나 환경을 맵핑하는 것뿐만 아니라, 사용자를 식별하기 위해, 제시된 사용자에 대해 로봇의 성능을 개인화하기 위해, 보안 목적을 위해, 또는 몸짓 또는 얼굴 인식을 위해 사용될 수 있다. 예로서, 본 발명에 따른 장치는 로봇 진공 청소기, 바닥 세척 로봇, 건식 청소 로봇, 의류 다림질용 다림질 로봇, 동물 배설물 처리 로봇(예컨대, 고양이 배설물 처리 로봇), 침입자를 검출하는 보안 로봇, 로봇식 잔디깎기 기계, 자동화된 풀장 청소기, 낙수받이 청소 로봇, 유리창 청소 로봇, 장난감 로봇, 텔레프레전스 로봇, 거동이 불편한(less mobile) 사람에게 회사를 제공하는 소셜 로봇, 말을 수화로 또는 수화를 말로 번역하는 로봇에 사용될 수 있다. 고령자와 같이 거동이 불편한 사람들의 맥락에서, 본 발명에 따른 장치를 갖는 가정용 로봇은 물체를 집어들고, 물체를 운반하고, 물체와 사용자가 안전하게 상호작용하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 위험 물질 또는 물체를 사용하거나 위험한 환경에서 작동하는 로봇에 사용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 본 발명에 따른 장치는, 특히 재해 이후 위험 물질(예컨대, 화학 물질 또는 방사성 물질)과 함께 또는 다른 위험하거나 잠재적으로 위험한 물체(예컨대, 지뢰, 불발된 무기 등)와 함께 작업하기 위해, 불안전한 환경(예컨대, 불타는 물체 근처 또는 재해 후 여역)에서 작업하거나 이를 조사하기 위해, 또는 공중, 바다, 지하 등에서 유인 또는 무인 구조 작업을 하기 위해, 로봇 또는 무인 원격 제어 차량에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 사람의 존재를 검출하거나, 장치의 내용 또는 기능을 모니터하거나, 사람과 상호작용하고/하거나, 사람에 대한 정보를 다른 가정용, 모바일 또는 엔터테인먼트 장치와 공유하기 위해, 가정용, 모바일 또는 엔터테인먼트 장치, 예컨대 냉장고, 전자렌지, 세탁기, 윈도우 블라인드 또는 셔터, 가정용 알람, 공기 조화 장치, 가열 장치, 텔레비전, 오디오 장치, 스마트 워치, 휴대 전화, 전화기, 식기 세척기, 스토브 등에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 또한 농업에서, 예를 들어 해충, 잡초 및/또는 감염된 작물을 완전히 또는 부분적으로 검출 및 선별하기 위해 사용될 수 있으며, 이때 작물은 균류 또는 곤충에 의해 감염될 수 있다. 또한, 작물을 수확하기 위해, 본 발명에 따른 장치는, 수확 장치에 의해 달리 해를 입을 수 있는 동물(예컨대, 사슴)을 검출하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 밭 또는 온실에서 식물 성장을 모니터링하는데, 특히 밭 또는 온실의 제시된 영역에 대한 물 또는 비료 또는 작물 보호 제품의 양 또는 심지어 제시된 작물을 변조하는데 사용될 수 있다. 또한, 농업 생명 공학에서, 본 발명에 따른 장치는 식물의 크기 및 모양을 모니터하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 화학 물질 또는 오염물을 검출하기 위한 센서, 전자 냄새검출(nose) 칩, 박테리아 또는 바이러스 등을 검출하기 위한 마이크로 센서 칩, 가이거(Geiger) 카운터, 촉각 센서, 열 센서 등과 조합될 수 있다. 이는, 예를 들어, 고도의 전염성 환자 치료, 고도의 위험 물질 취급 또는 제거, 고도로 오염된 지역(예를 들어, 고도의 방사성 구역 또는 화학 물질 유출) 청소와 같은 위험하거나 어려운 작업을 처리하기 위해 또는 농업에서 해충 방제를 위해 구성된 스마트 로봇을 제조하는 데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 하나 이상의 장치는 또한, 예를 들어 CAD 또는 유사한 소프트웨어와 조합으로 물체를 스캐닝하기 위해, 예를 들면 첨삭 가공 및/또는 3D 인쇄를 위해 사용될 수 있다. 여기에서, 예를 들어 x-, y- 또는 z-방향에서 또는 이들 방향의 임의의 조합에서, 예컨대 동시에, 본 발명에 따른 장치의 높은 치수 정확도를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 검사 및 유지 보수, 예를 들어 배관 검사 게이지(pipeline inspection gauges)에 사용될 수 있다. 또한, 생산 환경에서, 본 발명에 따른 장치는, 불규칙하게(badly) 정의된 형태의 물체(예를 들면, 자연적으로 자라는 물체, 예컨대 야채, 또는 다른 천연 제품)를 모양 또는 크기로 분류하거나, 제품(예컨대, 고기, 또는 가공 단계에서 필요한 정밀도보다 더 낮은 정밀도로 제조된 물체)을 절단하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 지역 내비게이션 시스템에 사용되어, 자율주행 또는 부분적 자율주행 차량 또는 멀티콥터 등이 실내 또는 실외 공간을 통해 이동할 수 있게 한다. 비제한적인 예는 물체를 집어 다른 위치에 배치하기 위해 자동화 창고를 통해 이동하는 차량을 포함할 수 있다. 실내 내비게이션은 쇼핑몰, 소매점, 박물관, 공항 또는 기차역에서 사용되어 모바일 용품, 모바일 장치, 수하물, 고객 또는 직원의 위치를 추적하거나 사용자에게 특정 위치 정보(예컨대, 지도상의 현재 위치) 또는 판매된 상품에 대한 정보 등을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 속도, 경사, 다가올 장애물, 도로의 불균일성 또는 커브 등을 모니터링함으로써, 오토바이의 운전 보조와 같은 오토바이의 안전한 운전을 보장하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 충돌을 피하기 위해 열차 또는 트램에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 물류 프로세스를 최적화하기 위해 포장 또는 소포를 스캐닝하는 것과 같은 핸드헬드 장치에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 다른 핸드헬드 장치, 예컨대 개인 쇼핑 장치, RFID 판독기, 예컨대 의료 용도를 위해 또는 환자 또는 환자 건강 관련 정보 획득하거나 교환하거나 기록하기 위해 병원 또는 헬스 환경에서 사용하기 위한 핸드헬드 장치, 또는 소매 또는 건강 환경을 위한 스마트 배지 등을 포함할 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 또한, 제조, 품질 관리 또는 식별용도에, 예를 들어 제품 식별 또는 크기 식별(예컨대, 최적의 장소 또는 패키지를 발견하기 위해, 폐기물을 줄이기 위해)에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 물류 용도에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 최적화된 적재 또는 포장 콘테이너 또는 차량에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 제조 분야에서 표면 손상을 모니터링 또는 제어하기 위해, 렌탈 물체(예컨대, 렌탈 차량)를 모니터링 또는 제어하기 위해, 및/또는 보험 용도를 위해, 예컨대 손해 보상을 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히 로봇과 조합으로, 물질, 물체 또는 공구의 크기를 식별하기 위해, 예컨대 최적의 물질 취급을 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 생산 공정 제어를 위해, 예컨대 탱크의 충전 수준을 관찰하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 생산 자산, 예컨대 비제한적으로, 탱크, 파이프, 반응기, 공구 등의 유지 보수를 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 3D 품질 마크를 분석하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 치아 인레이, 치아 교정기, 보철물, 의복 등과 같은 맞춤형 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한, 신속한 시제품화, 3D 복사 등을 위한 하나 이상의 3D 프린터와 조합될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 하나 이상의 제품의 형상을 검출하기 위해, 예를 들어 제품 무단 복제 방지 및 위조 방지 목적을 위해 사용될 수 있다.
따라서, 특히, 본 출원은 사진 촬영 분야에 적용될 수 있다. 따라서, 상기 검출기는 사진 촬영 장치, 특히 디지털 카메라의 일부일 수 있다. 특히, 상기 검출기는 3D 사진 촬영, 특히 디지털 3D 사진 촬영에 사용될 수 있다. 따라서, 상기 검출기는 디지털 3D 카메라를 형성하거나 디지털 3D 카메라의 일부일 수 있다. 본원에 사용되는 바와 같이, 촬영이라는 용어는 일반적으로 적어도 하나의 물체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 본원에 또한 사용되는 바와 같이, 카메라는 일반적으로 사진 촬영을 수행하기에 적합한 장치이다. 본원에 또한 사용되는 바와 같이, 디지털 사진 촬용이라는 용어는 일반적으로 조명의 강도 및/또는 색상, 바람직하게는 디지털 전기 신호를 나타내는 전기 신호를 생성하도록 구성된 복수개의 감광 부재를 사용함으로써 적어도 하나의 물체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 본원에 또한 사용된 바와 같이, 3D 촬영이라는 용어는 일반적으로 3개의 공간차원에서 적어도 하나의 물체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 따라서, 3D 카메라는 3D 촬영을 수행하기에 적합한 장치이다. 카메라는 일반적으로 단일 3D 이미지와 같은 단일 이미지를 획득하기 위해 구성될 수 있거나 일련의 이미지와 같은 복수개의 이미지를 획득하도록 구성될 수 있다. 따라서, 카메라는 또한 디지털 비디오 시퀀스를 획득하는 것과 같은 비디오 용도에 적합한 비디오 카메라일 수도 있다.
따라서, 일반적으로, 본 발명은 또한 적어도 하나의 물체를 이미지화하는 카메라, 특히 디지털 카메라, 더 특히는 3D 카메라 또는 디지털 3D 카메라를 또한 지칭한다. 전술된 바와 같이, 본원에서 사용되는 이미지화라는 용어는 일반적으로 적어도 하나의 물체의 이미지 정보를 획득하는 것을 지칭한다. 카메라는 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 전술된 바와 같이, 카메라는 단일 이미지를 획득하거나 또는 바람직하게는 디지털 비디오 시퀀스와 같은 복수개의 이미지를 획득하도록 구성될 수 있고, 더 바람직하게는 디지털 비디오 시퀀스를 획득하도록 구성될 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 카메라는 비디오 카메라일 수도 있고 비디오 카메라를 포함할 수도 있다. 후자의 경우, 카메라는 이미지 시퀀스를 저장하기 위한 데이터 메모리를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 바와 같이, 표현 "위치"는 일반적으로, 물체의 하나 이상의 지점의 절대 위치 및 배향 중 하나 이상에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 지칭한다. 따라서, 특히, 위치는 데카르트 좌표계와 같이 검출기의 좌표계에서 결정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 극 좌표계 및/또는 구 좌표계와 같은 다른 유형의 좌표계가 사용될 수도 있다.
전술된 바와 같이, 또한 이하에 더욱 자세히 설명하는 바와 같이, 본 발명은 인간-기계 인터페이스 분야, 스포츠 분야 및/또는 컴퓨터 게임 분야에 바람직하게 적용될 수 있다. 따라서, 바람직하게, 물체는 스포츠 용품의 용품, 바람직하게는 라켓, 클럽, 방망이로 이루어진 군으로부터 선택된 물품, 의류 중의 물품, 모자, 신발로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 다른 실시양태가 가능하다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 물체는 일반적으로 살아있는 생물체 및 비 생물체 중에서 선택되는 임의의 물체일 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 적어도 하나의 물체는 하나 이상의 물품 및/또는 물품의 하나 이상의 부분을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 물체는 하나 이상의 생물체 및/또는 생물체의 하나 이상의 부분, 예컨대, 사용자인 사람 및/또는 동물의 하나 이상의 신체 일부를 포함할 수도 있다.
검출기의 좌표계일 수 있는, 물체의 위치를 결정하기 위한 좌표계와 관련하여, 상기 검출기는 검출기의 광학 축이 z축을 형성하고, z축에 수직이고 서로 수직인 x축 및 y축이 제공될 수 있는 좌표계를 구성할 수 있다. 하나의 예로서, 검출기 및/또는 검출기의 일부는 이 좌표계의 원점과 같이 좌표계의 특정 지점에 놓일 수 있다. 이러한 좌표계에서, z축에 평행이거나 역평행인 방향은 종방향으로 고려될 수 있고, z축에 따른 좌표는 종방향 좌표로 간주될 수 있다. 종방향에 수직인 임의의 방향은 횡방향으로 고려될 수 있고, x 및/또는 y 좌표는 횡방향 좌표로 고려될 수 있다.
이와 달리, 다른 유형의 좌표계가 사용될 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 광학 축이 z축을 형성하고 z축으로부터의 거리 및 편각(polar angle)이 추가 좌표로 사용될 수 있는 극좌표 시스템이 사용될 수도 있다. 다시, z축에 평행하거나 역평행인 방향은 종방향으로 고려될 수 있고, z축을 따른 좌표는 종방향 좌표로 고려될 수 있다. z축에 직교하는 임의의 방향은 횡방향으로 고려될 수 있고, 극 좌표 및/또는 편각은 횡방향 좌표로 고려될 수 있다.
상기 검출기는 적어도 하나의 물체의 위치 및/또는 그 일부에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 제공하도록 구성된 장치일 수 있다. 따라서, 위치는 바람직하게는 검출기의 좌표계에서 물체 또는 그 일부의 위치를 완전히 기술하는 정보 항목을 지칭할 수 있거나 위치를 부분적으로만 기술하는 부분 정보를 나타낼 수 있다. 상기 검출기는 일반적으로, 비콘 장치로부터 검출기 쪽으로 전파되는 광 빔과 같은 광 빔을 검출하도록 구성된 장치일 수 있다.
상기 평가 장치와 상기 검출기는 완전히 또는 부분적으로 단일 장치에 통합될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 상기 평가 장치는 또한 상기 검출기의 일부를 형성할 수 있다. 이와 달리, 상기 평가 장치 및 상기 검출기는 완전히 또는 부분적으로 별개의 장치로 채용될 수도 있다. 상기 검출기는 추가의 컴포넌트를 포함할 수도 있다.
상기 검출기는 고정식 장치 또는 이동식 장치일 수 있다. 또한, 상기 검출기는 독립형 장치일 수 있거나 또는 컴퓨터, 차량 또는 임의의 다른 장치와 같은 다른 장치의 일부를 형성할 수 있다. 또한, 상기 검출기는 핸드헬드 장치일 수도 있다. 상기 검출기의 다른 실시양태도 가능하다.
특히, 상기 검출기는 검출기의 렌즈 또는 렌즈 시스템 뒤에 명시야를 기록하는 데 사용할 수 있고, 이는 플레놉틱 또는 명시야 카메라와 유사하다. 따라서, 특히, 상기 검출기는 복수개의 초점 평면에서 동시에 이미지를 획득하도록 구성된 명시야 카메라로서 구현될 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 명시야는 일반적으로 카메라 내부와 같이 검출기 내의 광의 공간 광 전파를 지칭한다. 본 발명에 따른 검출기는, 특히 광학 센서들의 스택을 갖고, 렌즈 뒤와 같이 검출기 또는 카메라 내의 명시야를 직접 기록할 수 있는 능력을 가질 수 있다. 복수개의 센서는 렌즈로부터 상이한 거리에서 이미지를 기록할 수 있다. "초점으로부터의 깊이" 또는 "초점이탈(defocus) 깊이"와 같은 콘볼루션(convolution) 기반 알고리즘을 사용하여, 렌즈 뒤의 전파 방향, 초점 및 광의 확산이 모델링될 수 있다. 모델링된 렌즈 뒤 광의 전파로부터 렌즈에 대한 다양한 거리에서의 이미지가 추출되고 시야의 깊이가 최적화될 수 있으며, 다양한 거리에서 초점이 맞춰진 그림이 추출되거나 물체의 거리가 계산될 수 있다. 추가 정보가 추출될 수도 있다.
일단 검출기의 렌즈 뒤쪽과 같이 검출기 내부의 광 전파가 모델링되고/되거나 기록되면, 광 전파에 대한 이러한 지식은 많은 장점을 제공한다. 따라서, 명시야는 검출기에 의해 캡처된 장면의 하나 이상의 광 빔에 대한 빔 파라미터의 관점에서 기록될 수 있다. 하나의 예로서, 기록된 각각의 광 빔에 대해, 하나 이상의 가우시안 빔 파라미터, 예를 들어, 빔 웨이스트, 초점과 같은 최소 빔 웨이스트, 레일리 길이, 또는 다른 빔 파라미터와 같은 둘 이상의 빔 파라미터가 기록될 수 있다. 광 빔의 여러 표현을 사용될 수 있고 그에 따라 빔 파라미터가 선택될 수 있다.
하나의 예로서, 광 전파에 대한이 지식은 이미지 처리 기술을 사용하여 이미지 스택을 기록한 후 관찰자 위치를 약간 수정하는 것을 허용한다. 단일 이미지에서 물체는 다른 물체 뒤에 숨겨져 보이지 않을 수 있다. 그러나, 숨겨진 물체에 의해 산란된 광이 렌즈에 도달하고 하나 이상의 센서를 통해 렌즈에 도달하면, 물체는 광학 축에 대해 렌즈 및/또는 이미지면과의 거리를 변경하거나 심지어 평면이 아닌 이미지 평면을 사용함으로써 가시화될 수 있다. 관찰자 위치의 변경은 홀로그램을 보는 것과 비교될 수 있고, 여기서 관찰자 위치를 변경하면 이미지가 약간 변경된다.
예를 들어, 렌즈 뒤쪽의 광 전파를 모델링함으로써, 검출기 내부의 광 전파를 아는 것은, 각각의 개별 광학 센서에 의해 기록된 각각의 이미지를 저장하는 기존 기술과 비교하여 이미지 정보를 더 간결하게 저장할 수 있게 한다. 광 전파의 메모리 요구량은 모델링된 광 빔의 수와 광 빔 당 파라미터의 수를 곱하여 조정된다. 광 빔에 대한 전형적인 모델 함수는 가우시안, 로렌츠, 베셀 함수, 특히 구형 베셀 함수, 물리학에서 회절 효과를 설명하기 위해 일반적으로 사용되는 다른 함수, 또는 점 확산 함수, 선 확산 함수 또는 모서리 확산 함수와 같은 디초점 기술로부터 깊이에 사용된 전형적인 확산 함수일 수 있다.
몇몇 광학 센서를 사용하면, 이미지를 기록한 후 이미지 처리 단계에서 렌즈 오류를 보정할 수 있다. 광학 기기는 종종 렌즈 오류를 보정해야 하는 경우 구성 비용이 많이 들고 어렵다. 이들은 현미경과 망원경에서 특히 문제가 된다. 현미경에서, 전형적인 렌즈 오차는 광학 축에 대해 변화하는 거리의 광 빔이 다르게 왜곡된다는 것이다(구면 수차(spherical aberration)). 망원경에서, 변화하는 초점은 대기의 상이한 온도로부터 발생할 수 있다. 구면 수차 또는 생산에서의 추가 오류와 같은 정적 오류는 조정 단계에서 오류를 결정한 다음 고정된 픽셀 및 센서 세트와 같은 고정 이미지 처리를 사용하거나 광 전파 정보를 사용하는 더 복잡한 처리 기술을 사용하여 보정될 수 있다. 렌즈 오류가 매우 시간 의존적인 경우, 즉 망원경의 기상 조건에 의존하는 경우, 렌즈 뒤의 광 전파를 사용하고, 확장된 피사계 심도(depth of field)를 계산하고, 초점 기술로부터 깊이를 사용함으로써 렌즈 오차가 보정될 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 검출기는 칼라 검출을 또한 허용할 수 있다. 다수의 광학 센서의 스택에서 색상을 감지하기 위해, 단일 스택은, 소위 베이어(Bayer) 패턴과 같거나 비슷한 흡수 속성을 갖는 광학 센서를 가질 수 있고, 색상 정보는 보간 기법을 통해 획득될 수 있다. 다른 방법은 교대 색상의 센서를 사용하는 것이며, 이때 스택 내 상이한 센서들은 상이한 색을 기록할 수 있다. 베이어 패턴에서 동일한 색상의 픽셀들 사이에서 색상이 보간될 수 있다. 센서 스택에서, 색상 및 휘도 등과 같은 이미지 정보는 또한 보간 기술을 통해 획득될 수 있다.
상기 평가 장치는 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASIC) 및/또는 하나 이상의 컴퓨터, 바람직하게는 하나 이상의 마이크로컴퓨터 및/또는 마이크로컨트롤러와 같은 하나 이상의 데이터 처리 장치와 같은 하나 이상의 집적 회로일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 추가적인 컴포넌트는, 예를 들어 하나 이상의 전처리 장치 및/또는 데이터 획득 장치, 예를 들면 센서 신호의 수신 및/또는 전처리를 위한 하나 이상의 장치, 예컨대 하나 이상의 AD 컨버터 및/또는 하나 이상의 필터; 및/또는 록-인(lock-in) 측정 기술에 기초한 하나 이상의 상-감응 전자 소자로 구성될 수 있다. 또한, 상기 평가 장치는 전류 및/또는 전압을 측정하기 위한 하나 이상의 측정 장치와 같은 하나 이상의 측정 장치를 포함할 수 있다. 또한, 평가 장치는 하나 이상의 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다. 또한, 평가 장치는 하나 이상의 무선 인터페이스 및/또는 하나 이상의 유선(wire-bound) 인터페이스와 같은 하나 이상의 인터페이스를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 평가 장치는 본 발명에 따른 방법의 방법 단계들 중 하나 이상 또는 모두를 수행하거나 지원하도록 구성된 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램과 같이 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램을 수행하도록 구성될 수 있다. 하나의 예로서, 센서 신호를 입력 변수로서 사용함으로써, 물체의 위치를 결정할 수 있는 하나 이상의 알고리즘이 구현될 수 있다.
평가 장치는 광학 센서 및/또는 평가 장치에 의해 얻어진 정보와 같은 정보의 디스플레이, 시각화, 분석, 분배, 통신 또는 추가 처리 중 하나 이상에 사용될 수 있는 적어도 하나의 다른 데이터 처리 장치에 연결되거나 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 데이터 처리 장치는 디스플레이, 프로젝터, 모니터, LCD, TFT, 라우드스피커, 멀티 채널 사운드 시스템, LED 패턴, 또는 다른 시각화 장치 중 적어도 하나에 연결되거나 통합할 수 있다. 또한, 전자 메일, 텍스트 메시지, 전화, 블루투스, Wi-Fi, 적외선 또는 인터넷 인터페이스, 포트 또는 접속부 중 하나 이상을 사용하여 암호화되거나 암호화되지 않은 정보를 송신할 수 있는 통신 장치 또는 통신 인터페이스, 커넥터 또는 포트 중 적어도 하나에 연결되거나 통합할 수 있다. 또한, 이는 프로세서, 그래픽 프로세서, CPU, OMAP™(Open Multimedia Applications Platform), 집적 회로, 애플 A 시리즈 또는 삼성 S3C2 시리즈 제품과 같은 시스템 온 칩, 마이크로컨트롤러 또는 마이크로프로세서, ROM, RAM, EEPROM 또는 플래시 메모리와 같은 하나 이상의 메모리 블록, 발진기 또는 위상 고정 루프와 같은 타이밍 공급원, 카운터 타이머, 실시간 타이머 또는 파워 온 리셋 전압 발전기, 전압 조정기, 파워 관리 회로, 또는 DMA 컨트롤러에 연결되거나 통합할 수 있다. 개별 유닛은 AMBA 버스와 같은 버스들에 의해 또한 연결될 수 있다.
평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치는 직렬 또는 병렬 인터페이스 또는 포트, USB, 센트로닉스 포트, 파이어와이어, HDMI, 이더넷, 블루투스, RFID, Wi-Fi, USART, 또는 SPI 또는 하나 이상의 ADC 또는 DAC와 같은 아날로그 인터페이스 또는 카메라링크(CameraLink)와 같은 RGB 인터페이스를 사용하는 2D 카메라 장치와 같은 추가 장치에 대한 표준화된 인터페이스 또는 포트 중 하나 이상과 같은 추가 외부 인터페이스에 의해 연결되거나 이를 가질 수 있다. 평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치는 인터프로세서 인터페이스 또는 포트, FPGA-FPGA 인터페이스, 또는 직렬 또는 병렬 인터페이스 포트 중 하나 이상에 의해 추가로 연결될 수 있다. 평가 장치 및 데이터 처리 장치는 광디스크 드라이브, CD-RW 드라이브, DVD+RW 드라이브, 플래시 드라이브, 메모리 카드, 디스크 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 솔리드 스테이트 디스크 또는 솔리드 스테이트 하드 디스크 중 하나 이상에 또한 연결될 수 있다.
평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치는 전화 커넥터, RCA 커넥터, VGA 커넥터, 헤르마프로디테(hermaphrodite) 커넥터, USB 커넥터, HDMI 커넥터, 8P8C 커넥터, BCN 커넥터, IEC 60320 C14 커넥터, 광섬유 커넥터, D-초소형 커넥터, RF 커넥터, 동축 커넥터, SCART 커넥터, XLR 커넥터 중 하나 이상과 같은 하나 이상의 crnk 외부 커넥터에 의해 연결되거나 가질 수 있고/있거나 이러한 커넥터 중 하나 이상에 적합한 소켓을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
광학 센서, 광학 시스템, 평가 장치, 통신 장치, 데이터 처리 장치, 인터페이스, 시스템 온 칩, 디스플레이 장치, 또는 추가 전자 장치 중 하나 이상을 통합하는 것과 같이, 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기, 평가 장치 또는 데이터 처리 장치를 통합하는 단일 장치의 가능한 실시예는, 모바일폰, 개인용 컴퓨터, 태블릿 PC, 텔레비전, 게임 콘솔 또는 기타 엔터테인먼트 장치이다. 또다른 실시양태에서, 이하 더 자세히 설명될 3D 카메라 기능은 장치의 하우징 또는 외관에 현저한 차이가 없이 기존 2D 디지털 카메라로 이용가능한 장치에 통합될 수 있고, 여기서 사용자게 눈에 띄는 차이는 3D 정보를 획득하거나 처리하는 기능뿐일 수도 있다.
특히, 검출기 및/또는 이의 일부, 예컨대, 평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치를 포함하는 하나의 실시양태는, 3D 카메라의 기능을 위한, 디스플레이 장치, 데이터 처리 장치, 광학 센서, 임의적으로 센서 광학 장치 및 평가 장치 포함하는 모바일폰일 수도 있다. 본 발명에 따른 검출기는 특히 엔터테인먼트 장치 및/또는 모바일 폰과 같은 통신 장치에 통합하기에 적합할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시양태는 차량용, 다임러 지능형 운전 시스템과 같은 자율 주행 또는 자동차 안전 시스템용 장치에 평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치와 같은 검출기 또는 그 일부를 통합한 것일 수 있고, 하나의 예로서, 광학 센서, 임의적으로 하나 이상의 광학 시스템, 평가 장치, 임의적으로 통신 장치, 임의적으로 데이터 처리 장치, 임의적으로 하나 이상의 인터페이스, 임의적으로 시스템 온 칩, 임의적으로 하나 이상의 디스플레이 장치, 또는 임의적으로 추가 전자 장치 중 하나 이상을 포함하는 장치는, 차량, 자동차, 트럭, 기차, 자전거, 비행기, 선박, 오토바이의 일부일 수 있다. 자동차 용도에서, 자동차 설계에 장치를 통합하려면 외부 또는 내부에서 최소한의 가시성으로 광학 센서, 임의적으로 광학 장치 또는 장치를 통합해야할 수 있다. 상기 검출기 또는 그의 일부, 예컨대, 평가 장치 및/또는 데이터 처리 장치는 그러한 자동차 설계에 대한 통합에 특히 적합할 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "광"은 일반적으로, 가시광 스펙트럼 범위, 자외선 스펙트럼 범위 및 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상의 전자기 복사선을 지칭한다. 여기서, 가시광 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 380nm 내지 780nm의 스펙트럼 범위를 지칭한다. 적외선 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 780nm 내지 1mm의 범위, 바람직하게는 780nm 내지 3.0 마이크로미터 범위의 전자기 복사선을 지칭한다. 자외선 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 1nm 내지 380nm, 바람직하게는 100nm 내지 380nm의 범위의 전자기 복사선을 지칭한다. 바람직하게는, 본 발명에서 사용되는 광은 가시광, 즉 가시광 스펙트럼 범위의 광이다.
용어 "광 빔"은 일반적으로, 특정 방향으로 방출 및/또는 반사되는 광량을 지칭한다. 따라서, 광 빔은 광 빔의 전파 방향에 직교하는 방향으로 사전결정된 연장선을 갖는 광 빔의 묶음일 수 있다. 바람직하게는, 광 빔은, 가우시안 빔 파라미터(예를 들면 빔 웨이스트, 레일리 길이(Rayleigh-length), 임의의 다른 빔 파라미터, 또는 빔 직경 및/또는 공간 내 빔 전파의 발달을 특징으로할 수 있는 빔 파라미터들의 조합 중 하나 이상)를 특징으로할 수 있는 하나 이상의 가우시안 광 빔일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명은 또한 사용자와 기계 사이에 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스에 관한 것이다. 제안된 바와 같은 인간-기계 인터페이스는, 전술되거나 하기에서 더 자세히 설명되는 바와 같은 실시양태 중 하나 이상에서, 정보 및/또는 커맨드를 기계에게 제공하기 위해 하나 이상의 사용자에 의해, 전술된 검출기가 사용될 수 있다는 사실을 이용할 수 있다. 따라서, 바람직하게는 인간-기계 인터페이스는 제어 커맨드를 입력하는데 사용될 수 있다.
일반적으로, 본원에 사용되는 바와 같이, 사용자의 적어도 하나의 위치는 사용자의 전체 및/또는 하나 이상의 신체 부위와 같이 사용자의 위치에 관한 하나 이상의 정보 항목을 포함할 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 사용자의 위치는 검출기의 평가 장치에 의해 제공되는 바와 같이 사용자의 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 의미할 수 있다. 사용자, 사용자의 신체 부위 또는 사용자의 복수개의 신체 부위는 적어도 하나의 검출기 장치에 의해 위치가 검출될 수 있는 하나 이상의 물체로 고려될 수 있다. 여기서, 정확하게 하나의 검출기가 제공될 수 있거나, 복수개의 검출기의 조합이 제공될 수 있다. 예를 들어, 사용자의 복수개의 신체 부위의 위치를 결정하고/하거나 사용자의 적어도 하나의 신체 부위의 위치를 결정하기 위해 복수개의 검출기가 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 검출기는 하나 이상의 다른 유형의 센서 또는 검출기와 또한 조합될 수 있다. 따라서, 상기 검출기는 적어도 하나의 추가 검출기를 추가로 포함할 수 있다. 적어도 하나의 추가 검출기는, 적어도 하나의 파라미터, 예컨대, 주변 환경의 온도 및/또는 휘도와 같은 주변 환경의 파라미터, 검출기의 위치 및/또는 방향에 관한 파라미터, 물체의 위치와 같은 검출될 물체의 상태(예를 들어, 물체의 절대 위치 및/또는 공간에서의 물체의 방향)를 명시하는 파라미터 중 적어도 하나를 검출하도록 구성될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명의 원리는 추가 정보를 얻기 위해 및/또는 측정 결과를 검증하거나 측정 오류 또는 잡음을 감소시키기 위해 다른 측정 원리와 조합될 수도 있다.
특히, 본 발명에 따른 검출기는 적어도 하나의 비행 시간 측정을 수행함으로써 적어도 하나의 물체와 검출기 사이의 적어도 하나의 거리를 검출하도록 구성된 적어도 하나의 비행 시간(ToF) 검출기를 추가로 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 비행 시간 측정은 일반적으로 신호가 두개의 물체 사이 또는 한 물체에서 두 번째 물체로 그리고 그 뒤로 전파하기 위해 필요한 시간에 기초한 측정을 지칭한다. 본 경우에서, 신호는 특히 음향 신호 또는 광학 신호와 같은 전자기 신호 중 하나 이상일 수 있다. 결과적으로 비행 시간 검출기는 비행 시간 측정을 수행하는 데 적합한 검출기를 지칭한다. 비행 시간 측정은 상업적으로 입수 가능한 거리 측정 장치 또는 초음파 유량계와 같은 상업적으로 입수 가능한 유량계와 같은 다양한 기술 분야에서 잘 공지되어 있다. 비행 시간 검출기는 심지어 비행 시간 카메라로도 구현될 수 있다. 이러한 유형의 카메라는 거리-이미지화 카메라(range-imaging 카메라) 시스템과 같이 상업적으로 입수 가능하고 공지의 광속에 기초하여 물체들 사이의 거리를 분석할 수 있다.
현재 이용가능한 ToF 검출기는 일반적으로 CMOS 센서와 같은 하나 이상의 광학 센서와 임의적으로 조합된 펄스 신호의 사용에 기초한다. 광학 센서에 의해 생성된 센서 신호는 통합될 수 있다. 통합은 두 가지 시점에서 시작될 수 있다. 거리는 2개의 적분 결과 사이의 상대적인 신호 강도로부터 계산될 수 있다.
또한, 전술된 바와 같이, ToF 카메라는 공지되어 있고, 또한 본 발명과 관련하여 일반적으로 사용될 수 있다. 이러한 ToF 카메라는 픽셀화된 광학 센서가 포함할 수 있다. 그러나 각 픽셀은 일반적으로 두개의 통합을 수행할 수 있어야 하므로 일반적으로 픽셀 구성이 더 복잡하고 상업적으로 이용가능한 ToF 카메라의 해상도는 다소 낮다(일반적으로 200x200 픽셀). 40cm 이하 및 수 미터 이상의 거리는 일반적으로 검출하기 어렵거나 불가능하다. 또한, 한 주기 내에서 펄스의 상대적인 이동만 측정되기 때문에, 펄스의 주기성은 모호한 거리를 야기한다.
독립형 장치로서의 ToF 검출기는 일반적으로 다양한 단점과 기술적 문제로 어려움을 겪고 있다. 따라서, 일반적으로 ToF 검출기, 특히 ToF 카메라는 펄스가 너무 일찍 반사되거나 빗방울 뒤에 있는 물체가 숨겨지거나 부분 반사에서 통합이 오류 결과로 이어지기 때문에 광 경로 내의 비 및 다른 투명 물체로 어려움을 겪는다. 또한, 측정 오류를 피하고 펄스의 명확한 구분을 허용하기 위해 낮은 광 조건이 ToF 측정에 선호된다. 밝은 태양광과 같은 밝은 광은 ToF 측정을 불가능하게 만들 수도 있다. 또한, 펄스는 역 반사되고 여전히 카메라에 의해 검출될 수 있을 정도로 충분히 밝아야 하기 때문에 일반적인 ToF 카메라의 에너지 소비는 다소 높다. 그러나 펄스의 휘도는 눈이나 다른 센서에 유해할 수 있고 두 개 이상의 ToF 측정 값이 서로 간섭할 때 측정 오류를 야기할 수 있다. 요약하면, 현재의 ToF 검출기 및 특히 현재의 ToF 카메라는 저 해상도, 거리 측정의 모호성, 제한된 사용 범위, 제한된 조명 조건, 광 경로의 투명 물체에 대한 민감도, 날씨 및 고 에너지 소비에 대한 민감도와 같은 여러 단점을 겪을 수도 있다. 이러한 기술적 과제는 일반적으로 자동차의 안전 용도, 일상 사용 또는 인간-기계 인터페이스를 위한, 특히 게임 용도에서의 사용을 위한 카메라와 같은 일상 용도를 위한 현재 ToF 카메라의 능력을 일반적으로 낮춘다.
본 발명에 따른 검출기와 함께, 상기 두 시스템의 이점 및 능력은 유익한 방식으로 조합될 수 있다. 따라서, 상기 검출기는 밝은 광 조건에서 이점을 제공할 수 있지만, ToF 검출기는 일반적으로 저조도 조건에서 더 나은 결과를 제공한다. 조합된 장치, 즉 적어도 하나의 ToF 검출기를 추가로 포함하는 본 발명에 따른 검출기는, 단일 시스템 둘 다에 비해, 광 조건과 관련하여 허용오차를 증가시킨다. 이는 특히 자동차 또는 다른 차량과 같은 안전 분야에 중요하다.
특히, 상기 검출기는 본 발명에 따른 검출기를 사용하여 수행되는 적어도 하나의 측정을 보정하기 위해 적어도 하나의 ToF 측정을 사용하도록 설계될 수 있고, 그 역도 가능하다. 또한, ToF 측정의 모호성이 상기 검출기를 사용함으로써 해결될 수 있다.
적어도 하나의 임의적인 ToF 검출기는 기본적으로 본 발명에 따른 검출기의 실시양태 중 임의의 실시양태와 조합될 수 있다. 특히, 단일 ToF 검출기 또는 ToF 카메라일 수 있는 적어도 하나의 ToF 검출기는 단일 광학 센서 또는 센서 스택과 같은 복수개의 광학 센서와 조합될 수 있다. 또한, 상기 검출기는 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩과 같은 하나 이상의 무기 이미지화 장치, 바람직하게는 하나 이상의 풀 칼라 CCD 칩 또는 풀칼라 CMOS 칩과 같은 하나 이상의 이미지화 장치를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 검출기는 하나 이상의 열이미지 카메라를 추가로 포함할 수 있다.
전술된 바와 같이, 인간-기계 인터페이스는 사용자에게 직접적으로 또는 간접적으로 부착되거나 사용자에 의해 보유되도록 구성된 복수개의 비콘 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 비콘 장치는 임의의 적합한 수단에 의해, 예컨대, 적절한 고정 장치에 의해, 임의의 적절한 수단에 의해 사용자에게 독립적으로 각각 부착될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 사용자는 적어도 하나의 비콘 장치 또는 하나 이상의 비콘 장치를 그의 손으로 및/또는 적어도 하나의 비콘 장치 및/또는 비콘을 포함하는 의복을 신체 일부에 착용함으로써 보유하고/하거나 운반할 수 있다.
비콘 장치는 일반적으로 적어도 하나의 검출기에 의해 검출될 수 있고/있거나 적어도 하나의 검출기에 의한 검출을 용이하게 하는 임의의 장치일 수 있다. 따라서, 전술된 바와 같이 또는 하기에서 더욱 자세히 설명되는 바와 같이, 비콘 장치는, 예를 들어, 적어도 하나의 광 빔을 생성하기 위한 하나 이상의 조명원을 가짐으로써, 검출기에 의해 검출될 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 구성된 활성 비콘 장치일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 비콘 장치는, 예컨대, 별도의 조명원에 의해 생성된 광 빔을 반사하도록 구성된 하나 이상의 반사 부재를 제공함으로써, 수동 비콘 장치로서 완전히 또는 부분적으로 설계될 수 있다. 적어도 하나의 비콘 장치는 사용자에게 직접적으로 또는 간접적으로 사용자에게 영구적으로 또는 일시적으로 부착될 수 있고/있거나 사용자에 의해 운반되거나 보유될 수 있다. 부착은, 하나 이상의 부착 수단을 사용하여 발생하고/하거나 사용자 스스로, 예컨대, 적어도 하나의 비콘 장치를 손으로 잡고/잡거나 사용자가 비콘 장치를 착용함으로써, 발생할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 비콘 장치는 물체에 부착되거나 사용자가 보유한 물체에 통합될 수 있고, 이는 본 발명의 의미에서 비콘 장치를 보유하는 사용자 선택의 의미로 포함되어야 한다. 따라서, 하기에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 비콘 장치는 인간-기계 인터페이스의 일부일 수 있고 사용자에 의해 보유되거나 운반될 수 있으며, 검출기 장치에 의해 방향이 인식될 수 있는 제어 부재에 부착되거나 통합될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명은 또한 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 장치를 포함하고, 또한 적어도 하나의 물체를 포함할 수 있는 검출기 시스템에 관한 것으로, 비콘 장치는 물체에 부착되거나 물체에 의해 보유되고 물체에 통합된다. 하나의 예로서, 물체는 바람직하게 사용자에 의해 그 방향이 인식될 수 있는 제어 부재를 형성할 수 있다. 따라서, 검출기 시스템은 전술된 바와 같이 또는 이하에 더욱 자세히 설명되는 바와 같이 인간-기계 인터페이스의 일부일 수 있다. 하나의 예로서, 사용자는 하나 이상의 정보 항목을 기계에 전송하기 위해, 예컨대, 하나 이상의 커맨드를 기계에 전송하기 위해, 제어 부재를 특정 방식으로 처리할 수 있다.
달리, 검출기 시스템은 다른 방식으로 사용될 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 검출기 시스템의 물체는 사용자 또는 사용자의 신체 일부와 상이할 수 있고, 예로서 사용자로부터 독립적으로 움직이는 물체일 수 있다. 하나의 예로서, 검출기 시스템은 장치 및/또는 산업 공정, 예컨대, 제조 공정 및/또는 로봇 공정을 제어하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 물체는 기계 및/또는 로봇 아암(arm)과 같은 기계 일부일 수 있고, 그 방향은 검출기 시스템을 사용하여 검출될 수 있다.
인간-기계 인터페이스는 검출기 장치가 사용자 또는 사용자의 적어도 하나의 신체 일부의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하는 방식으로 구성될 수 있다. 특히, 적어도 하나의 비콘 장치를 사용자에게 부착하는 방식이 알려지면, 적어도 하나의 비콘 장치의 위치를 평가함으로써, 사용자 또는 사용자의 신체 일부의 위치 및/또는 방향에 관한 적어도 하나의 정보 항목이 얻어질 수 있다.
비콘 장치는 바람직하게는 사용자의 신체 또는 신체 부분에 부착 가능한 비콘 장치 및 사용자에 의해 보유될 수 있는 비콘 장치 중 하나이다. 전술된 바와 같이, 비콘 장치는 전체 또는 부분적으로 활성 비콘 장치로 설계될 수 있다. 따라서, 비콘 장치는 검출기로 전송될 적어도 하나의 광 빔, 바람직하게는 공지된 빔 속성을 갖는 적어도 하나의 광 빔을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 비콘 장치는 조명원에 의해 생성된 광을 반사 하도록 구성된 적어도 하나의 반사기를 포함함으로써, 검출기로 전송될 반사된 광 빔을 생성할 수 있다.
검출기 시스템의 일부를 형성할 수 있는 물체는 일반적으로 임의의 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 전술된 바와 같이, 검출기 시스템의 일부인 물체는 사용자에 의해, 예컨대, 수동으로, 처리될 수 있는 제어 부재일 수 있다. 하나의 예로서, 제어 부재는 장갑, 재킷, 모자, 신발, 바지 및 정장, 손으로 잡을 수 있는 막대기, 방망이, 클럽, 라켓, 지팡이, 장난감 총과 같은 장난감으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 부재일 수도 있고 이를 포함할 수도 있다. 따라서, 하나의 예로서, 검출기 시스템은 인간-기계 인터페이스 및/또는 엔터테인먼트 장치의 일부일 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 엔터테인먼트 장치는 하나 이상의 사용자(하기에서, 하나 이상의 플레이어로도 언급됨)의 여가 및/또는 엔터테인먼트의 목적에 적합한 장치이다. 하나의 예로서, 엔터테인먼트 장치는 게임, 바람직하게는 컴퓨터 게임에 알맞을 수 있다. 따라서, 엔터테인먼트 장치는 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 장치는, 본 발명에 따른 적어도 하나의 인간-기계 인터페이스, 예를 들어, 전술된 실시양태 중 하나 이상 및/또는 하기에서 설명되는 실시양태 중 하나 이상에 따른 적어도 하나의 인간-기계 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 장치는 인간-기계 인터페이스에 의해 적어도 하나의 정보 항목이 플레이어에 의해 입력되게 하도록 설계된다. 적어도 하나의 정보 항목은 엔터테인먼트 장치의 제어기 및/또는 컴퓨터에 의해 전송되고/되거나 사용될 수 있다.
적어도 하나의 정보 항목은 바람직하게 게임의 진행에 영향을 미치도록 구성된 적어도 하나의 커맨드를 포함할 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 적어도 하나의 정보 항목은 플레이어 및/또는 플레이어의 하나 이상의 몸체 부분의 적어도 하나의 방향에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 포함할 수 있고, 이로써 플레이어가 게임에 요구되는 특정 위치 및/또는 방향 및/또는 동작을 시뮬레이션하게 한다. 하나의 예로서, 다음 움직임, 즉, 댄싱, 러닝, 라켓의 스윙, 방망이의 스윙, 클럽의 스윙, 타겟을 향한 장난감 총의 포인팅과 같이 다른 물체를 향한 물체의 포인팅이 시뮬레이션될 수 있고 제어기 및/또는 엔터테인먼트 장치의 컴퓨터의 제어기 및/또는 컴퓨터에 전달될 수 있다.
엔터테인먼트 장치의 일부 또는 전체, 바람직하게는 엔터테인먼트 장치의 제어기 및/또는 컴퓨터는 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 설계된다. 따라서, 전술된 바와 같이, 게임 코스는 적어도 하나의 정보 항목에 따라 영향을 받을 수 있다. 따라서, 엔터테인먼트 장치는 적어도 하나의 검출기의 평가 장치로부터 분리될 수 있고/있거나 적어도 하나의 평가 장치와 완전히 또는 부분적으로 동일하거나 적어도 하나의 평가 장치를 포함할 수도 있는 하나 이상의 제어기를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 제어기는 하나 이상의 컴퓨터 및/또는 마이크로컨트롤러와 같은 하나 이상의 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다.
본원에서 또한 사용되는 바와 같이, 추적 시스템은 적어도 하나의 물체 및/또는 물체의 적어도 일부의 일련의 과거 위치에 관한 정보를 수집하도록 구성된 장치이다. 추가적으로, 추적 시스템은 적어도 하나의 물체 또는 물체의 적어도 하나의 일부의 적어도 하나의 예상 미래 위치 및/또는 방향에 관한 정보를 제공하도록 구성될 수 있다. 추적 시스템은 전자 장치로서, 바람직하게는 적어도 하나의 데이터 처리 장치로서, 더 바람직하게는 적어도 하나의 컴퓨터나 마이크로컨트롤러로서 완전히 또는 부분적으로 채용될 수 있는 적어도 하나의 트랙 제어기를 포함할 수 있다. 다시, 적어도 하나의 트랙 제어기는 적어도 하나의 평가 장치를 완전히 또는 부분적으로 포함할 수 있고/있거나 적어도 하나의 평가 장치의 일부일 수 있고/있거나 적어도 하나의 평가 장치와 완전히 또는 부분적으로 동일할 수 있다.
추적 시스템은 앞에서 열거된 실시양태 중 하나 이상에 개시된 및/또는 이하의 실시양태 중 하나 이상에 개시된 바와 같은 적어도 하나의 검출기와 같은, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 추적 시스템은 적어도 하나의 트랙 제어기를 추가로 포함한다. 트랙 제어기는 데이터 또는 데이터 쌍들의 그룹들을 기록함으로써, 특정 시점에서 물체의 일련의 위치들을 추적하도록 구성되고, 데이터 또는 데이터 쌍의 각각의 그룹은 적어도 하나의 위치 정보 및 적어도 하나의 시간 정보를 포함한다.
추적 시스템은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 검출기 및 적어도 하나의 평가 장치 및 임의적인 적어도 하나의 비콘 장치 외에, 추적 시스템은 비콘 장치 또는 적어도 하나의 비콘 장치를 포함하는 적어도 하나의 제어 부재와 같이 물체 그 자체 또는 물체의 일부를 추가로 포함할 수 있고, 여기서 제어 부재는 추적될 물체에 직접적으로 또는 간접적으로 부착 가능하거나 통합 가능하다.
추적 시스템은 추적 시스템 자체 및/또는 하나 이상의 별도의 장치의 하나 이상의 동작을 개시하도록 구성될 수 있다. 후자의 목적을 위해, 추적 시스템, 바람직하게 트랙 제어기는 하나 이상의 무선 및/또는 유선 인터페이스 및/또는 적어도 하나의 동작을 개시하기 위한 다른 유형의 제어 접속을 가질 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 트랙 제어기는 물체의 적어도 하나의 실제 위치에 따라 적어도 하나의 동작을 개시하도록 구성될 수 있다. 하나의 예로서, 동작은 물체의 미래 위치에 관한 예측, 물체를 향하여 적어도 하나의 장치를 포인팅하는 것; 검출기를 향하여 적어도 하나의 물체를 포인팅하는 것, 물체를 조명하는 것, 검출기를 조명하는 것으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
추적 시스템의 용도에 관한 하나의 예로서, 추적 시스템은 제 1 물체 및/또는 제 2 물체가 이동하더라도, 적어도 하나의 제 1 물체를 적어도 하나의 제 2 물체에 지속적으로 포인팅하기 위해 사용될 수 있다. 다시, 제조 라인이나 조립 라인에서 제조 중일 때와 같이 물품이 움직이는 경우에도 물품에 대해 지속적으로 작업하기 위해 및/또는 로봇공학에서와 같은 산업 응용 분야에서 잠재적인 예가 있을 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 추적 시스템은, 물체가 움직이고 있더라도 조명원을 물체에 지속적으로 포인팅함으로써 물체를 계속 조명하는 것과 같이, 조명을 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 전송기를 움직이는 물체를 향하여 포인팅함으로써 움직이는 물체에 정보를 지속적으로 전송하기 위해, 추가 응용이 통신 시스템에서 발견될 수 있다.
상기 검출기, 검출기 시스템, 인간 기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치 또는 추적 시스템은 적어도 하나의 조명원을 추가로 포함할 수 있거나 적어도 하나의 조명원과 관련하여 사용될 수 있다. 특히, 적어도 하나의 조명원은 적어도 하나의 구조화되거나 패터닝된 조명원일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 구조화된 조명원의 사용은 물체의 위치 검출의 해상도를 증가시키고/증가시키거나 대비(contrast)를 증가시킬 수 있다.
제안된 장치 및 방법은 이러한 종류의 공지된 검출기에 비해 많은 이점을 제공한다. 따라서, 상기 검출기는 거리 측정 또는 z 좌표 측정의 기능성과 횡방향 좌표 측정의 추가 옵션을 결합하여 PSD 장치의 기능을 통합하는 간단한 장치로 구현될 수 있다. 상기 검출기는 형광 시트와 형광 시트의 가장자리에 4개의 점형 또는 바람직하게는 스트라이프형 다이오드를 사용할 수 있다. 또한, 하나 이상의 기준 감광 부재가 제공될 수 있다. 형광 시트는 발광 콜렉터로서 사용될 수 있는데, 이는 광 스팟 위치로부터의 형광 광이 형광 시트의 도파관 모드에서 안내될 수 있음을 의미한다. 이 개념은 집광 태양 전지 분야와 같이 태양 전지 분야의 당업자에게 일반적으로 공지되어있다.
적어도 하나의 횡방향 좌표, 예컨대 광 스팟 및/또는 물체의 xy 좌표를 측정하기 위해, 모서리에서 점형 또는 바람직하게 스트라이프형 감광 부재의 4개의 횡방향 센서 신호가 측정될 수 있다. 신호 진폭들 간의 관계가 xy 좌표를 나타낼 수 있다. 신호 평가의 목적을 위해, 특히 록-인 기반의 기술을 사용하는 위상 감응형 전자 소자가 사용될 수 있다. 또한, 감광 부재에 가까운 광 스팟은 다른 감광 부재에 비해, 상기 광감 부재에서 더 강한 신호를 생성할 것이다. 이는, 도파관 감쇠와 감광 부재의 조사의 기하학적 충전율의 조합된 효과일 수 있으며, 그 이유는, 전형적으로, 검출기에 가까운 광 스팟은 광이 원으로 방출됨으로써 더 많은 형광 광이 보이고 광 스팟에 가까운 검출기는 더 큰 각이 보이기 때문이다.
횡방향 센서 신호들의 합, 예컨대 4개의 광다이오드 신호는 전형적으로, 동일한 양의 파워가 광 빔에 있는 경우, 더 작은 초점 크기에서는 더 작고 큰 크기에서는 더 큰 신호를 생성한다. 광 빔의 파워가 공지되지 않은 경우, 적어도 하나의 임의적인 기준 감광 부재를 사용할 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 형광 시트 뒤의 또 다른 광다이오드가 기준 신호를 제공하는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 하나 이상의 숏-패스 필터와 같은 하나 이상의 필터 부재는 적어도 하나의 기준 감광 부재로부터 형광 광을 배제하는데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 형광 도파 시트는 투명하다. 형광 도파 시트의 투명성 때문에, 적어도 하나의 기준 감광 부재는 간단하게 형광 도파 시트 뒤에 배치될 수 있다. 특히, 형광 도파 시트의 투명성은, 유기 또는 무기 광다이오드 또는 태양 전지와 같은 통상적인 광학 검출기에서 투명성을 달성하는 것에 비해 달성하기가 훨씬 간단하다.
광학 센서는 복수개의 광다이오드를 포함할 수 있다. 감광 부재는, 예를 들어 감광 부재를 직선 모서리 및/또는 모퉁이에 매우 근접한 위치에 배치함으로써, 모서리, 예를 들면 직선 모서리, 예컨대 림 부분 및/또는 모퉁이 및/또는 형광 도파 시트의 하나 이상의 다른 표면에 위치될 수 있다. 또한, 형광 도파 시트는 일반적으로 완전히 또는 부분적으로 투명한 방식으로 설계될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 광학 센서는 완전히 또는 부분적으로 투명한 PSD로서 생성될 수 있다. 상기 검출기 내에는 PSD가 필요하지 않을 수 있다.
상기 개시된 바와 같이, 형광 도파 시트로부터의 형광 광의 아웃커플링(outcoupling)은 매우 간단한 방식으로, 예를 들어 접착제의 드롭, 에칭, 스크래치 등을 포함할 수 있다. 아웃커플링은 형광 도파 시트의 직선 모서리 및/또는 코너 부근에 특히 일어날 수 있다.
감광 부재를 참조하면, 이러한 감광 부재는 예로서 매우 작거나 스팟형으로 렌더링될 수 있다. 일반적으로, 전자 공학 분야에서, 광다이오드의 작은 크기는 일반적으로 낮은 전기 용량으로 인하여 광다이오드를 매우 빠르게 만든다. 그러나, 추가적으로 또는 대안적으로, 스트립형 광다이오드와 같은 다른 유형의 감광 부재가 사용될 수 있다.
이미 위에서 언급한 바와 같이, 적어도 하나의 FiP 센서 전면의 동일한 빔 경로 내에 (반-)투명 PSD 장치를 위치시킬 수 있는 가능성은, 전술된 통상적으로 이용가능한 PSD와는 대조적으로, 상기 특징이, 본 발명에 따른 투명 형광 도파 시트를 포함하는 PSD로 구현될 수 있기 때문에, 본 발명의 배열의 특정 이점을 구성할 수 있다. 또한, 상기 조합은, 하나보다 많은 물체 또는 이의 하나 보다 많은 일부의 동시적인 3D 결정에 적합할 수 있다. 결과적으로, (반-)투명 PSD 장치와 FiP 센서의 이러한 결합은 특히, 소형화, 강건성(robustness), 결정 시간, 결정 정확도 및 비용 효율 중 하나 이상에 대해 개선된 성능을 나타내는 3D-감지 개념을 실현할 수 있는 검출기를 제공하는데 적합할 수 있다,
전체적으로, 본 발명의 맥락에서, 하기 실시양태가 바람직한 것으로 간주된다:
실시양태 1: 적어도 하나의 물체의 위치를 검출하기 위한 검출기로서, 상기 검출기가,
- 물체로부터 검출기로 이동하는 적어도 하나의 광 빔의 종방향 위치를 결정하기 위한 적어도 하나의 종방향 광학 센서(이때, 상기 종방향 광학 센서는, 종방향 감응 영역을 형성하는 적어도 하나의 종방향 센서 영역을 갖고, 상기 종방향 광학 센서는, 광 빔에 의한 상기 종방향 감응 영역의 조사에 의존적인 방식으로, 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 상기 종방향 센서 신호는, 조사의 총 파워가 동일하다면, 상기 종방향 감응 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적임);
- 물체로부터 검출기로 이동하는 적어도 하나의 광 빔의 적어도 하나의 횡방향 위치를 결정하기 위한 적어도 하나의 횡방향 광학 센서(이때, 상기 횡방향 광학 센서는, 횡방향 감응 영역을 형성하는 적어도 하나의 형광 도파 시트, 및 상기 형광 도파 시트의 적어도 2개의 모서리에 위치하는 적어도 2개의 감광 부재를 포함하고, 상기 형광 도파 시트는, 물체로부터 검출기 쪽으로 전파되는 적어도 하나의 광 빔이 상기 횡방향 감응 영역 내에서 적어도 하나의 광 스팟을 생성하도록 물체 쪽으로 배향되고, 상기 형광 도파 시트는 적어도 하나의 형광 물질을 포함하고, 상기 형광 물질은, 광 빔에 의한 조사에 반응하여 형광 광을 생성하도록 구성되고, 상기 적어도 2개의 감광 부재는, 상기 형광 도파 시트에 의해 광 스팟으로부터 감광 부재 쪽으로 안내된 형광 광을 검출할 수 있고 횡방향 센서 신호를 생성할 수 있음); 및
- 적어도 하나의 평가 장치(이때, 상기 평가 장치는, 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성되고, 상기 평가 장치는 또한, 감광 부재의 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하도록 구성됨)
를 포함하는, 검출기.
실시양태 2: 실시양태 1에 있어서, 상기 형광 광의 총 파워가 상기 광 빔에 의한 조사의 강도에 비선형적으로 의존하는, 검출기.
실시양태 3: 실시양태 1 또는 2에 있어서, 상기 평가 장치가, 상기 종방향 센서 신호와 상기 종방향 좌표(z) 간의 적어도 하나의 사전결정된 관계를 이용함으로써, 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정하도록 구성된, 검출기.
실시양태 4. 실시양태 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 상기 횡방향 광학 센서가 적어도 하나의 광학 필터 부재, 바람직하게는 적어도 하나의 광학 숏-패스 필터를 추가로 포함하는, 검출기.
실시양태 5: 실시양태 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 상기 횡방향 광학 센서가 적어도 하나의 기준 감광 부재를 추가로 포함하고, 상기 기준 감광 부재가, 상기 형광 도파 시트를 통과한 이후의 광 빔의 광을 검출하여 적어도 하나의 기준 센서 신호를 생성하도록 배열된, 검출기.
실시양태 6: 실시양태 5에 있어서, 상기 평가 장치가, 물체의 위치를 결정하기 위해, 바람직하게는 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표(x, y)를 결정하기 위해 기준 센서 신호를 고려하도록 구성된, 검출기.
실시양태 7: 실시양태 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치가, 상기 감광 부재들 중 적어도 2개에 의해 생성된 횡방향 센서 신호들 간의 적어도 하나의 신호 차(D)를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 추출 장치를 포함하는, 검출기.
실시양태 8: 실시양태 7에 있어서, 상기 횡방향 센서 신호가 적어도 하나의 제 1 센서 신호(s1) 및 적어도 하나의 제 2 센서 신호(s2)를 포함할 수 있고, 이때 적어도 하나의 신호 차(D)는 특히 [a·s1 - b·s2,]에 비례할 수 있고, 여기서 a 및 b는 실수 계수이고, 바람직하게는 a=1 및 b=1인, 검출기.
실시양태 9: 실시양태 8에 있어서, 상기 적어도 하나의 신호 차(D)가 수학식 D = (a·s1 - b·s2)/( a·s1 + b·s2)에 따라 유도되는, 검출기.
실시양태 10: 실시양태 7 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 추출 장치가 적어도 하나의 제 1 신호 차(D)x를 형성하도록 구성되고, 이로부터 물체의 적어도 하나의 제 1 횡방향 좌표(x)가 유도되고, 상기 추출 장치가 추가로, 적어도 하나의 제 2 신호 차(D)y를 형성하도록 구성되고, 이로부터 물체의 적어도 하나의 제 2 횡방향 좌표(y)가 유도되는, 검출기.
실시양태 11: 실시양태 10에 있어서, 상기 제 1 신호 차(D)x가, 제 1 치수의 도파 시트의 대향 모서리에 위치하는 적어도 2개의 감광 부재의 적어도 2개의 횡방향 센서 신호(sx1, sx2)로부터 생성되고, 상기 제 2 신호 차(D)y가, 제 2 치수의 도파 시트의 대향 모서리에 위치하는 적어도 2개의 감광 부재의 적어도 2개의 횡방향 센서 신호(sy1, sy2)로부터 생성되는, 검출기.
실시양태 12: 실시양태 11에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 1 신호 차(D)x가, 수학식 Dx = (a·sx1 - b·sx2)/( a·sx1 + b·sx2)에 따라 유도되고, 적어도 하나의 제 2 신호 차(D)y가 수학식 Dy = (c·sy1 - d·sy2)/( c·sy1 + d·sy2)에 따라 유도되고, 이때 a, b, c, 및 d는 실수 계수이고, 바람직하게는 a=1, b=1, c=1 및 d=1인, 검출기.
실시양태 13: 실시양태 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 상기 감광 부재가, 상기 형광 도파 시트의 대향 모서리에 위치하는 적어도 2개의 감광 부재를 포함하는, 검출기.
실시양태 14: 실시양태 1 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 상기 감광 부재가, 좌표계의 제 1 치수로 상기 형광 도파 시트의 대향 모서리에 위치하는 적어도 하나의 제 1 쌍의 감광 부재를 포함하고, 상기 감광 부재가, 좌표계의 제 2 치수로 상기 형광 도파 시트의 대향 모서리에 위치하는 적어도 하나의 제 2 쌍의 감광 부재를 추가로 포함하는, 검출기.
실시양태 15: 실시양태 1 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 상기 감광 부재가, 상기 형광 도파 시트의 대향 모서리, 바람직하게는 직선 모서리, 예컨대 직선 림 부분에 위치하는 적어도 2개의 감광 부재를 포함하는, 검출기.
실시양태 16: 실시양태 1 내지 15 중 어느 하나에 있어서, 상기 감광 부재가, 좌표계의 제 1 치수로 상기 형광 도파 시트의 대향 모서리에 위치하는 적어도 하나의 제 1 쌍의 감광 부재를 포함하고, 상기 형광 부재가, 좌표계의 제 2 치수로 상기 형광 도파 시트의 대향 모서리에 위치하는 적어도 하나의 제 2 쌍의 감광 부재를 추가로 포함하는, 검출기.
실시양태 17: 실시양태 1 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 상기 종방향 감응 영역이 균질 감응 영역인, 검출기.
실시양태 18: 실시양태 1 내지 17 중 어느 하나에 있어서, 상기 종방향 감응 영역이 적어도 5 mm2, 바람직하게는 적어도 10 mm2, 더욱 바람직하게는 적어도 100 mm2, 더욱 바람직하게는 적어도 400 mm2의 표면을 갖는, 검출기.
실시양태 19: 실시양태 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 상기 횡방향 감응 영역이 균질 감응 영역인, 검출기.
실시양태 20: 실시양태 1 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 상기 횡방향 감응 영역이 적어도 5 mm2, 바람직하게는 적어도 10 mm2, 더욱 바람직하게는 적어도 100 mm2, 더욱 바람직하게는 적어도 400 mm2의 표면을 갖는, 검출기.
실시양태 21: 실시양태 1 내지 20 중 어느 하나에 있어서, 상기 종방향 광학 센서 및 상기 횡방향 광학 센서가, 상기 종방향 감응 영역 및 상기 횡방향 감응 영역의 측방향 치수가 0.1 내지 10의 인자 내에서 동일한 방식으로 배열된, 검출기.
실시양태 22: 실시양태 1 내지 21 중 어느 하나에 있어서, 상기 종방향 감응 영역이 상기 횡방향 감응 영역에 대해 평행한 배열로 배향된, 검출기.
실시양태 23: 실시양태 1 내지 22 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 도파 시트가 적어도 하나의 편평 시트를 포함하는, 검출기.
실시양태 24: 실시양태 1 내지 23 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 도파 시트가 10 μm 내지 3 mm의 두께, 바람직하게는 100 μm 내지 1 mm의 두께, 예컨대 50 μm 내지 2 mm의 두께를 갖는, 검출기.
실시양태 25: 실시양태 1 내지 24 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 도파 시트가 가요성이거나 변형가능한, 검출기.
실시양태 26: 실시양태 1 내지 25 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 도파 시트가 적어도 하나의 매트릭스 물질을 포함하고, 상기 적어도 하나의 형광 물질이, 상기 매트릭스 물질 내로 혼합되는 것, 상기 매트릭스 물질 내에 분산되는 것, 상기 매트릭스 물질에 화학적으로 결합되는 것 또는 상기 매트릭스 물질에 용해되는 것 중 하나 이상인, 검출기.
실시양태 27: 실시양태 26에 있어서, 상기 매트릭스 물질이 적어도 하나의 플라스틱 물질을 포함하는, 검출기.
실시양태 28: 실시양태 27에 있어서, 상기 플라스틱 물질이 적어도 하나의 중합체 물질을 포함하는, 검출기.
실시양태 29: 실시양태 27 또는 28에 있어서, 상기 플라스틱 물질이, 폴리카보네이트, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리스타이렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐클로라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함하는, 검출기.
실시양태 30: 실시양태 1 내지 29 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 물질이 적어도 하나의 형광 착색제, 바람직하게는 적어도 하나의 형광 염료를 포함하고, 더욱 바람직하게는, 상기 형광 물질이 형광 착색제, 바람직하게는 형광 염료인, 검출기.
실시양태 31: 실시양태 30에 있어서, 상기 형광 염료가, 형광 염료에 의해 생성된 형광 광의 총 파워가 광 빔의 강도의 비선형 함수가 되도록, 광 빔에 의해 포화될 수 있는, 검출기.
실시양태 32: 실시양태 31에 있어서, 상기 형광 광의 총 파워가 광 빔의 강도에 대해 비례에 못미치는, 검출기.
실시양태 33: 실시양태 30 내지 32 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 염료가 적어도 하나의 유기 형광 염료를 포함하는, 검출기.
실시양태 34: 실시양태 30 내지 33 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 염료가, 잔텐 유도체, 바람직하게는 플루오레세인, 로다민, 오레곤 그린, 에오신, 텍사스 레드, 또는 임의의 이들 성분의 유도체 중 하나 이상; 시아닌 유도체, 바람직하게는 시아닌, 인도카보시아닌, 옥사카보시아닌, 티아카보시아닌, 메로시아닌, 또는 임의의 이들 성분의 유도체 중 하나 이상; 스쿠아레인 유도체 또는 고리-치환된 스쿠아레인, 바람직하게는 Seta, SeTau, 및 스퀘어 염료, 또는 임의의 이들 성분의 유도체 중 하나 이상; 나프탈렌 유도체, 바람직하게는 단실 또는 이의 프로단 유도체 중 하나 이상; 쿠마린 유도체; 옥사다이아졸 유도체, 바람직하게는 피리딜옥사졸, 나이트로벤즈옥사다이아졸, 벤즈옥사다이아졸, 또는 임의의 이들 성분의 유도체 중 하나 이상; 안트라센 유도체, 바람직하게는 안트라퀴논, DRAQ5, DRAQ7, CyTRAK 오렌지, 또는 임의의 이들 성분의 유도체 중 하나 이상; 피렌 유도체, 바람직하게는 케스케이드 블루; 옥사진 유도체, 바람직하게는 나일 레드, 나일 블루, 크레실 바이올렛, 옥사진 170, 또는 임의의 이들 성분의 유도체 중 하나 이상; 아크리딘 유도체, 바람직하게는 프로플라빈, 아크리딘 오렌지, 아크리딘 옐로우, 또는 임의의 이들 성분의 유도체 중 하나 이상; 아릴메틴 유도체, 바람직하게는 아우라민, 크리스탈 바이올렛, 말라카이트 그린, 또는 임의의 이들 성분의 유도체 중 하나 이상; 테트라피롤 유도체, 바람직하게는 포르핀, 프탈로시아닌, 또는 빌리루빈 중 하나 이상; 릴렌 염료 또는 이의 임의의 유도체, 예컨대 페릴렌 염료; 나프탈렌 이미드 또는 페릴렌 이미드; 나프토일렌 벤즈이미다졸 염료, 예컨대 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/168395 A1 호에 개시된 것; 또는 임의의 이들 성분의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 35: 실시양태 34에 있어서, 상기 흡수 최대가, 상기 매트릭스 물질에 함입된 착색제로 측정되는, 검출기.
실시양태 36: 실시양태 34 또는 35에 있어서, 상기 흡수 최대가, 400 nm 내지 900 nm의 범위에 걸친 절대 최대인, 검출기.
실시양태 37: 실시양태 1 내지 36 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 물질이 적어도 하나의 형광 착색제를 포함하고, 상기 형광 착색제가, 550 nm 내지 850 nm의 파장 범위의 흡수 최대를 400 nm 내지 900 nm의 범위에서 갖는, 검출기.
실시양태 38: 실시양태 1 내지 37 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 물질이 적어도 하나의 형광 착색제를 포함하고, 상기 형광 착색제가, 600 nm 내지 800 nm의 범위의 흡수 최대를 400 nm 내지 900 nm에서 갖는, 검출기.
실시양태 39: 실시양태 1 내지 38 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 물질이 적어도 하나의 형광 착색제를 포함하고, 상기 형광 착색제가, 스틸벤, 벤즈옥사졸, 스쿠아레인, 비스다이페닐에틸렌, 메로시아닌, 쿠마린, 벤조피란, 나프탈이미드s, 릴렌, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 시아닌, 잔텐, 옥사진, 옥사다이아졸, 스쿠아레인, 옥사다이올, 안트라시논, 아크리딘, 아릴메탄, 붕소-다이피로메텐, 아자-붕소-다이피로메텐, 비올란트론, 이소비올란트론 및 다이케토피롤로피롤로 이루어진 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 40: 실시양태 1 내지 39에 있어서, 상기 형광 물질이 적어도 하나의 형광 착색제를 포함하고, 상기 형광 착색제가, 릴렌, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 시아닌, 잔텐, 옥사진, 붕소-다이피로메텐, 아자-붕소-다이피로메텐 및 다이케토피롤로피롤로 이루어진 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 41: 실시양태 1 내지 40 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 물질이 적어도 하나의 형광 착색제를 포함하고, 상기 형광 착색제가 릴렌 착색제이고, 바람직하게는 상기 착색제가, 표 1의 화합물 1, 표 1의 화합물 2, 표 1의 화합물 3, 표 1의 화합물 15, 표 1의 화합물 16, 표 1의 화합물 17, 및 표 1의 화합물 4로 이루어진 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 42: 실시양태 1 내지 41 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 물질이 적어도 하나의 형광 착색제를 포함하고, 상기 착색제가, 표 1의 화합물 1, 표 1의 화합물 2, 표 1의 화합물 3, 및 표 1의 화합물 4로 이루어진 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 상기 착색제가 표 1의 화합물 3 또는 표 1의 화합물 4이고, 화합물 4(2,13-비스[2,6-비스(1-메틸에틸)페닐]-5,10,16,21-테트라키스[4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페녹시]-안트라[9",1",2":6,5,10;10",5",6":6',5',10']다이안트라[2,1,9-def:2',1',9'-d'e'f']다이이소퀴놀린-1,3,12,14(2H,13H)-테트론)가 특히 바람직한, 검출기.
실시양태 43: 실시양태 1 내지 42 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 물질이 적어도 하나의 형광 착색제를 포함하고, 상기 형광 착색제가 나프탈이미드 착색제이고, 상기 착색제가 바람직하게는 하기 구조식의 구조를 갖는, 검출기:
상기 식에서, Rni2, Rni3, Rni4, Rni5, Rni6 및 Rni7은, 서로 독립적으로, H, 알킬, 아릴, 헤테로알킬, 헤테로아릴, 알콕시, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 알킬아민(알킬-NH-), 아릴아민(아릴- NH-), 알킬아릴아민(아릴-알킬-NH-), 헤테로아릴아민(헤테로아릴- NH-) 및 헤테로알킬아릴아민(헤테로아릴-알킬-NH-)로 이루어진 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 Rni2, Rni3, Rni4, Rni5, Rni6 및 Rni7 중 적어도 하나가, 알킬아민(알킬-NH-), 아릴아민(아릴- NH-), 알킬아릴아민(아릴-알킬-NH-), 헤테로아릴아민(헤테로아릴- NH-), 헤테로알킬아릴아민 및(헤테로아릴-알킬-NH-)로 이루어진 군으로부터 선택된다.
실시양태 44: 실시양태 1 내지 43 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 물질이 적어도 하나의 형광 착색제를 포함하고, 상기 형광 착색제가 프탈로시아닌 착색제이고, 상기 프탈로시아닌 착색제가 바람직하게는 표 1의 화합물 5, 화합물 6, 화합물 7, 화합물 8, 화합물 9, 화합물 10 및 화합물 14로부터 선택되고, 더욱 바람직하게는 상기 프탈로시아닌 착색제가 표 1의 화합물 14 또는 표 1의 화합물 10이고, 가장 바람직하게는, 상기 프탈로시아닌 착색제가 표 1의 화합물 14인, 검출기.
실시양태 45: 실시양태 1 내지 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 물질이 적어도 하나의 형광 착색제를 포함하고, 상기 형광 착색제가 나프탈로시아닌 착색제인, 검출기.
실시양태 46: 실시양태 1 내지 45 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 물질이 적어도 하나의 형광 착색제를 포함하고, 상기 형광 착색제가 하기 화학식 (Ic) 또는 (IIc)를 갖는 시아닌인, 검출기:
상기 식에서, Rc2 및 Rc4는, 서로 독립적으로, 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고, Rc1은 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되거나, Rc6과 함께, 임의적으로 치환된 환형 고리, 예컨대 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 고리를 형성하고, Rc3은 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되거나, Rc4와 함께, 임의적으로 치환된 환형 고리, 예컨대 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 고리를 형성하고, Rc6은 H, 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되거나, Rc1과 함께, 임의적으로 치환된 환형 고리, 예컨대 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 고리를 형성하고, Rc5는 H, 알킬, 헤테로알킬, 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴로 이루어진 군으로부터 선택되거나, Rc5와 함께, 임의적으로 치환된 환형 고리, 예컨대 사이클로알킬, 헤테로사이클로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 고리를 형성하고, Rc2 및 Rc4는, 서로 독립적으로, H, 알킬 및 사이클로알킬로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 서로 함께 환형 고리를 형성하고, n은 1 내지 10, 바람직하게는 1 내지 10, 더욱 바람직하게는 1 내지 5 범위의 정수이고, 가장 바람직하게는 n은 2이고, 바람직하게는, 본 발명에 따른 시아닌 착색제는 하기 화학식 (Ica) 또는 (IIcb), 더욱 바람직하게는 하기 화학식 (Ica)에 따른 구조를 갖는, 검출기:
상기 식에서, Rc4는 메틸 또는 부틸이고, Rc2는 부틸 또는 -C5H10-COOH이고, 더욱 바람직하게는 Rc2 및 Rc4가 둘 다 부틸이고, n은 바람직하게는 1 내지 5, 더욱 바람직하게는 2이고, 상기 시아닌 착색제는 더욱 바람직하게는 S 0315(3-부틸-2-[5-(3-부틸-1,3-다이하이드로-1,1-다이메틸-2H-벤조[e]인돌-2-일리덴)-펜타-1,3-다이엔일]-1,1-다이메틸-1H-벤조[e]인돌륨 퍼클로레이트) 또는 S 0944(1,3,3-트라이메틸-2-[5-(1,3,3-트라이메틸-1,3-다이하이드로-인돌-2-일리덴)-펜타-1,3-다이엔일]-3H인돌륨 클로라이드), 더욱 바람직하게는 S 0315인, 검출기.
실시양태 47: 실시양태 1 내지 46 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 물질이 적어도 하나의 형광 착색제를 포함하고, 상기 형광 착색제가 잔텐 착색제, 바람직하게는 로다민 착색제이고, 더욱 바람직하게는 상기 착색제가 하기 구조를 갖는, 검출기:
실시양태 48: 실시양태 1 내지 47 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 물질이 적어도 하나의 형광 착색제를 포함하고, 상기 형광 착색제가, 표 1의 화합물 1, 표 1의 화합물 2, 표 1의 화합물 3, 표 1의 화합물 4, 표 1의 화합물 5, 표 1의 화합물 6, 표 1의 화합물 7, 표 1의 화합물 8, 표 1의 화합물 9, 표 1의 화합물 10, 표 1의 화합물 11, 표 1의 화합물 12, 표 1의 화합물 13, 표 1의 화합물 14, 표 1의 화합물 15, 표 1의 화합물 16, 표 1의 화합물 17, 표 1의 화합물 18, 표 1의 화합물 19 및 표 1의 화합물 20으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 상기 형광 착색제가, 화합물 1, 표 1의 화합물 2, 표 1의 화합물 3, 표 1의 화합물 4, 표 1의 화합물 5, 표 1의 화합물 6, 표 1의 화합물 7, 표 1의 화합물 8, 표 1의 화합물 9, 표 1의 화합물 10, 표 1의 화합물 11, 표 1의 화합물 12, 표 1의 화합물 13 및 표 1의 화합물 14로 이루어진 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 49: 실시양태 1 내지 48 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 물질이 적어도 하나의 형광 착색제를 포함하고, 상기 형광 착색제가, 표 1의 화합물 3, 표 1의 화합물 14, 표 1의 화합물 11 및 표 1의 화합물 5로 이루어진 군으로부터 선택되고, 표 1의 화합물 4가 특히 바람직한, 검출기.
실시양태 50: 실시양태 1 내지 49 중 어느 하나에 있어서, 상기 감광 부재가 적어도 하나의 광다이오드, 바람직하게는 적어도 하나의 무기 광다이오드를 포함하는, 검출기.
실시양태 51: 실시양태 1 내지 50 중 어느 하나에 있어서, 상기 감광 부재가, 상기 도파 시트의 모퉁이에 및/또는 모서리를 따라 위치하는 적어도 하나의 점형 감광 부재를 포함하는, 검출기.
실시양태 52: 실시양태 1 내지 51 중 어느 하나에 있어서, 상기 감광 부재가, 상기 도파 시트의 모서리의 적어도 하나의 단편을 따라, 예컨대 림 부분에서 연장되는 적어도 하나의 긴 감광 부재를 포함하는, 검출기.
실시양태 53: 실시양태 1 내지 52 중 어느 하나에 있어서, 상기 형광 도파 시트가 직사각형 형광 도파 시트, 바람직하게는 정사각형 형광 도파 시트이고, 상기 감광 부재가 상기 도파 시트의 4개의 모서리 각각에 위치하는, 검출기.
실시양태 54: 실시양태 1 내지 53 중 어느 하나에 있어서, 상기 광 빔이 물체로부터 또는 적어도 하나의 조명원으로부터 유래하고, 상기 조명원은 광 빔을 방출하는 물체에 통합되거나 부착되거나, 물체를 직접적으로 또는 간접적으로 조사하는 다른 조명원인, 검출기.
실시양태 55: 실시양태 54에 있어서, 상기 조명원이, 400 nm 내지 900 nm 범위, 더욱 바람직하게는 550 nm 내지 850 nm 범위, 특히, 600 nm 내지 800 nm 범위를 커버하는 파장 범위의 광을 방출하고, 여기서 상기 형광 물질이 흡수 최대를 나타내는, 검출기.
실시양태 56: 실시양태 1 내지 55 중 어느 하나에 있어서, 상기 종방향 광학 센서가또한, 상기 종방향 센서 신호 및/또는 횡방향 센서 신호가 조사의 변조의 변조 주파수에 의존적인 방식으로 설계된, 검출기.
실시양태 57: 실시양태 1 내지 56 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기가, 각각의 상이한 변조 주파수에서 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 검출하도록 구성되고, 상기 평가 장치가, 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 상기 종방향 좌표를 결정하도록 구성된, 검출기.
실시양태 58: 실시양태 1 내지 57 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기가, 각각의 상이한 변조 주파수에서 적어도 2개의 횡방향 센서 신호를 검출하도록 구성되고, 상기 평가 장치가, 적어도 2개의 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 상기 횡방향 좌표를 결정하도록 구성된, 검출기.
실시양태 59: 실시양태 1 내지 58 중 어느 하나에 있어서, 상기 광 빔이, 변조된 광 빔인, 검출기.
실시양태 60: 실시양태 1 내지 59 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기가, 조사를 변조하기 위한 적어도 하나의 변조 장치를 추가로 갖는, 검출기.
실시양태 61: 실시양태 1 내지 60 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기가 적어도 하나의 전달 장치를 추가로 포함하고, 상기 전달 장치가 광 빔을 상기 광학 센서 상으로 안내하도록 구성된, 검출기.
실시양태 62: 실시양태 61에 있어서, 상기 전달 장치가, 적어도 하나의 렌즈, 바람직하게는 적어도 하나의 초점-조절가능 렌즈; 적어도 하나의 빔 편향 부재, 바람직하게는 적어도 하나의 미러; 적어도 하나의 빔 분할 부재, 바람직하게는 빔 분할 큐브 또는 빔 분할 미러 중 적어도 하나; 적어도 하나의 멀티-렌즈 시스템 중 하나 이상을 포함하는, 검출기.
실시양태 63: 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템으로서, 상기 검출기 시스템은 실시양태 1 내지 62 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 상기 검출기 시스템은, 적어도 하나의 광 빔을 상기 검출기 쪽으로 유도하도록 구성된 적어도 하나의 비콘 장치를 추가로 포함하고, 상기 비콘 장치는, 물체에 부착가능한 것, 물체에 의해 보유가능한 것, 및 물체 내로 통합가능한 것 중 적어도 하나인, 검출기 시스템.
실시양태 64: 사용자와 기계 사이에 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스로서, 상기 인간-기계 인터페이스는 실시양태 63에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함하고, 상기 적어도 하나의 비콘 장치는, 사용자에게 직접적으로 또는 간접적으로 부착되는 것 또는 사용자에 의해 보유되는 것 중 적어도 하나가 되도록 구성되고, 상기 인간-기계 인터페이스는, 상기 검출기 시스템에 의해 사용자의 적어도 하나의 위치를 결정하도록 설계되고, 상기 인간-기계 인터페이스는, 적어도 하나의 정보 항목을 위치에 지정하도록 설계된, 인간-기계 인터페이스.
실시양태 65: 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치로서, 상기 엔터테인먼트 장치는 실시양태 64에 따른 적어도 하나의 인간-기계 인터페이스를 포함하고, 상기 엔터테인먼트 장치는, 상기 인간-기계 인터페이스에 의해, 플레이어가 적어도 하나의 정보 항목을 입력할 수 있도록 설계되고, 상기 엔터테인먼트 장치는 상기 정보에 따라 상기 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 설계된, 엔터테인먼트 장치.
실시양태 66: 적어도 하나의 이동가능한 물체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템으로서, 상기 추적 시스템은 실시양태 63에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함하고, 상기 추적 시스템은 적어도 하나의 추적 제어기를 추가로 포함하고, 상기 추적 제어기는 특정 시점에 물체의 일련의 위치를 추적하도룩 구성된, 추적 시스템.
실시양태 67: 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위한 스캐닝 시스템으로서, 상기 스캐닝 시스템은 실시양태 1 내지 62 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 상기 스캐닝 시스템은, 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 표면에 위치한 적어도 하나의 점을 조사하도록 구성된 적어도 하나의 광 빔을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 조명원을 추가로 포함하고, 상기 스캐닝 시스템은, 상기 적어도 하나의 검출기를 사용하여, 적어도 하나의 점과 상기 스캐닝 시스템 간의 거리에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 스캐닝 시스템
실시양태 68: 실시양태 1 내지 62 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하는, 적어도 하나의 물체를 이미지화하기 위한 카메라.
실시양태 69: 적어도 하나의 검출기, 특히 실시양태 1 내지 62 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 사용하여 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하는 방법으로서, 상기 방법이,
- 적어도 하나의 종방향 광학 센서의 적어도 하나의 종방향 센서 영역 내의 적어도 하나의 종방향 감응 영역을, 광 빔에 의한 종방향 감응 영역의 조사에 의존적인 적어도 하나의 종방향 센서 신호가 생성되는 방식으로 조사하는 단계(이때, 상기 종방향 센서 신호는, 조사의 총 파워가 동일하다면, 상기 종방향 감응 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적임);
- 상기 검출기의 적어도 하나의 횡방향 광학 센서의 적어도 하나의 형광 도파 시트의 적어도 하나의 횡방향 감응 영역을, 물체로부터 상기 검출기 쪽으로 전파되는 적어도 하나의 광 빔으로 조사하는 단계(이때, 상기 광 빔은, 상기 횡방향 감응 영역 내에 적어도 하나의 광 스팟을 생성하고, 상기 형광 도파 시트는 적어도 하나의 형광 물질을 포함함);
- 상기 형광 도파 시트에 의해, 광 빔에 의한 조사에 반응하여 형광 광을 생성하는 단계;
- 상기 광 스팟으로부터, 상기 형광 도파 시트의 적어도 2개의 모서리에 위치하는 적어도 2개의 감광 부재 쪽으로 형광 광을 안내하는 단계;
- 감광 부재를 사용하여 상기 형광 광을 검출하여 횡방향 센서 신호를 생성하는 단계;
- 적어도 하나의 평가 장치를 사용하여 상기 종방향 센서 신호를 평가하고, 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하는 단계; 및
- 적어도 하나의 평가 장치를 사용하여 상기 감광 부재의 횡방향 센서 신호를 평가하고, 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하는 단계
를 포함하는, 방법.
실시양태 70: 실시양태 69에 있어서, 상기 방법이, 상기 평가 장치에 의해 상기 종방향 센서 신호 및/또는 상기 횡방향 센서 신호의 변조 주파수에 대한 의존성을 평가함으로써, 상기 종방향 감응 영역 및/또는 상기 횡방향 감응 영역을 조사하는 적어도 2개의 개별적인 광 빔을 구별하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
실시양태 71: 실시양태 1 내지 62에 따른 검출기의 용도로서, 교통 기술에서의 위치 측정, 엔터테인먼트 용도, 보안 용도, 감시 용도, 안전 용도, 인간-기계 인터페이스(164) 용도, 추적 용도, 사진술 용도, 적어도 하나의 비행 시간(time-of-flight) 검출기와의 조합 용도, 구조화된 광원과의 조합 용도, 스테레오 카메라와의 조합 용도, 머신 비젼(machine vision) 용도, 로봇공학 용도, 품질 관리 용도, 제조 용도, 구조화된 조명원과의 조합 용도, 스테레오 카메라와의 조합 용도로 이루어진 군 중에서 선택된 용도를 위한 것인 용도.
예시적 실시양태
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 검출기(110)의 횡방향 파티션(111)의 예시적인 실시양태를 개략도로 도시한다. 여기서, 도 1a는 평면도를 도시하고, 도 1b는 단면도를 도시한다.
검출기(110)는 형광 도파 시트(114)를 갖는 횡방향 광학 센서(112)를 포함하며, 형광 도파 시트(114)는, 이 도면에 도시되지 않은, 물체를 향한 횡방향 감응 영역(116)을 형성한다. 이 예시적인 실시양태에서, 형광 도파 시트는 평평한 도파 시트로서 설계될 수 있으며, 화살표 118로 상징적으로 도시된 바와 같이, 내부 반사에 의한 도파가 특히, 내부 전반사, 특히, 형광 도파 시트(114) 내에서 생성된 형광 광의 도파는, 적어도 25 mm2, 예를 들어 적어도 100 mm2, 더 바람직하게는 적어도 400 mm2의 측방향 연장을 가질 수 있다. 예를 들어, 10 mm x 10 mm 정사각형 시트, 20 mm x 20 mm 정사각형 시트, 50 mm x 50 mm 정사각형 시트 또는 다른 치수가 사용될 수 있다. 그러나 원형 또는 타원형 기하 구조와 같은 비-정사각형 기하구조 또는 비-직사각형 기하구조도 사용될 수 있음에 유의해야 한다.
형광 도파 시트(114)는, 하나의 예로서, 매트릭스 물질(120) 및 상기 물질 내에 배치된 적어도 하나의 형광 물질(122), 예를 들어 형광단, 예컨대 형광 염료를 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 상기 언급된 물질, 예컨대 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/168395 A1 호에 열거된 하나 이상의 물질을 참조할 수 있다. 하나의 예로서, 하기 형광 물질을 사용할 수 있다:
상기 형광 물질은, 포텐셜 합성 방법을 포함하는 WO 2012/168395 A1에서 물질 34.2로서 개시되어있다. 상기 물질은 폴리스타이렌에, 예를 들어 0.001 내지 0.5 중량%의 농도로 침지될 수 있다. 형광 물질(122)은 광 빔에 의한 조사에 응답하여 형광 광을 발생시키도록 설계된다. 여기에서, 형광 물질(122)은, 여기에 응답하여 생성된 형광 광의 총 파워가 여기 광(즉, 광 빔)의 조사의 강도의 비선형 함수가 되도록, 비선형 물질(즉, 여기 광에 비선형 응답을 하는 형광 물질)이 되도록 선택된다. 하나의 예로서, 포화 효과를 사용할 수 있다. 물질 특성 이외의 비선형성은 또한, 매트릭스 물질(120) 내의 형광 물질(122)의 농도에 의해 영향을 받을 수 있다. 일반적으로, 하나의 예로서, 0.001 내지 0.5 중량%의 농도가 상기 예시적 실시양태 또는 본 발명의 다른 실시양태에서 바람직하다. 따라서, 일반적으로, 형광 물질(122)의 비선형 형광 특성을 언급하는 용어 "~하도록 설계되는" 또는 "~하도록 구성된"은 둘 다, 형광 물질(122) 자체의 고유 특성 및/또는 매트릭스 물질(120) 내의 형광 물질(122)의 농도를 지칭한다.
횡방향 광학 센서(112)는, 형광 도파 시트(114)의 각각의 모서리(132, 134, 136, 138)에 위치한, 도 1a 및 도 1b에서 PD1 내지 PD4로 지칭되는, 복수개의 감광 부재(124, 126, 128, 130)를 추가로 가진다. 상기 예시적 실시양태에서, 형광 시트(114)는, 모서리 쌍이 서로 대향하도록(예컨대, 모서리 쌍(132, 134) 및 모서리 쌍(136, 138)) 직사각형 형상을 가질 수 있다. 도파 시트(114)의 직사각형 형상의 측면(132 및 134) 사이의 상호연결에 의해 정의된 x-치수 및 모서리(136 및 138) 사이의 상호 연결에 의해 정의된 y-치수를 갖는 데카르트 좌표계를 정의할 수 있다. 그러나 다른 좌표계가 가능하다는 점에 유의해야 한다.
감광 부재(124, 126, 128, 130)는, 하나의 예로서, 광다이오드를 포함할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 다른 감광 부재가 사용될 수 있다. 감광 부재들(124, 126, 128, 130)은, 하나의 예로서, 바람직하게는 각각의 모서리들(132, 134, 136, 138)의 전체 길이를 커버하거나 바람직하게는 적어도 이러한 각각의 모서리(132, 134, 136, 138)의 길이의 저겅도 50%, 바람직하게는 적어도 70%를 커버하는 막대형 광다이오드일 수 있거나 이를 포함하 ㄹ수 있다. 그러나, 다른 실시양태, 예컨대 하나 이상의 감광 부재가 각각의 모서리에 위치하는 실시양태도 가능하다.
감광 부재(124, 126, 128, 130)는, 각각의 감광 부재(124, 126, 128, 130)에 의해 검출된 광, 특히 형광 광에 반응하여 적어도 하나의 센서 신호를 생성한다. 감광 부재(124, 126, 128, 130)는 검출기(110)의 평가 장치(140)에 연결되며, 그 기능은 하기에서 더 자세히 설명될 것이다. 감광 부재들(124, 126, 128, 130)의 센서 신호는 평가 장치(140)에 제공된다. 평가 장치(140)는, 상기 센서 신호를 평가함으로써, 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표 x 및 y(이들 도면에 도시되지 않고, 이로부터 광 빔이 검출기 쪽으로 전파됨)를 결정하도록 구성된다. 추가적으로, 도 3 및 도 4를 참조하여 하기에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 적어도 하나의 종방향 좌표(z)가 결정된다.
횡방향 광학 센서(112)는 또한, 물체와 접해있지 않고 감응 영역(116)과 접해있지 않은 횡방향 광학 센서(112)의 이면(144) 상에 배치될 수 있고 도 1b에서 PD5로도 지칭되는 적어도 하나의 기준 감광 부재(142)를 포함할 수 있다. 또한, 기준 감광 부재(142)는 적어도 하나의 광다이오드, 예컨대 적어도 하나의 대면적 광다이오드일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 기준 감광 부재(142)는, 형광 도파 시트(114)의 이면(144)(배면으로도 지칭될 수 있음)의 적어도 50%를 커버하는 대면적 광다이오드를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시양태, 예컨대 복수개의 기준 감광 부재(142)를 포함하는 실시양태도 가능하다. 하나의 예로서, 복수개의 기준 감광 부재(142)는 이면(144) 상에 위치할 수 있으며, 상기 복수개 전체가 전체 이면(144)을 커버한다. 다른 예로서, 포토레지스트 부재(142)의 매트릭스가 이면(144) 상에, 예를 들어 이미지 센서 또는 이미지 칩 상에, 예컨대 1차원 또는 2차원 CCD 또는 CMOS 칩 상에 위치될 수 있다.
횡방향 광학 센서(112)는 적어도 하나의 광학 필터 소자(146)를 추가로 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 도 1b의 횡방향 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 적어도 하나의 광학 필터 부재(146)는 기준 감광 부재(142) 전면에, 예를 들어 형광 도파 시트(114)와 기준 감광 부재(142) 사이의 빔 경로 내에 놓일 숭 씨다. 하나의 예로서, 층 구성이 사용될 수 있다. 예를 들어, 층 설정이 사용될 수 있다. 따라서, 횡방향 광학 센서(112)는 일반적으로, 상기 실시양태 또는 본 발명의 다른 실시양태에서, 적어도 하나의 형광 도파 시트(114), 적어도 하나의 광학 부재(146) 및 적어도 하나의 기준 감광 부재(142)를 갖는 구성 또는 스택을 제시된 순서로 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 적어도 하나의 광학 필터 부재(146)는, 형광 광이 기준 감광 부재(142)로 들어가는 것을 방지하도록 설계되거나, 적어도 70% 또는 바람직하게는 적어도 80%만큼 형광 광을 감쇠시킬 수 있다. 그러나, 승인(accreditation) 광, 예컨대 광 빔으로부터의 광은, 바람직하게는 40% 이하, 더 바람직하게는 20% 이하의 감쇠로 광학 필터 부재(146)를 통과할 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 상기 예시적인 실시양태 또는 본 발명의 다른 예시적인 실시양태에서, 적어도 하나의 광학 필터 부재(146)는 숏-패스 필터, 예를 들어 400 내지 600 nm 범위, 예컨대 500 내지 550 nm 범위의 역치 파장을 갖는 숏-패스 필터를 포함할 수 있다. 숏-패스 필터는, 적어도 하나의 기준 감광 부재(142)가 일반적으로 형광 광의 측정보다는 광 빔 및/또는 여기 광의 총 파워에 대한 측정을 제공하는 것을 보장할 수 있다.
그러나, 도 1a 및 1b의 제시에도 불구하고, 본 발명에 따른 횡방향 광학 센서(112)에 기준 감광 부재(142)가 필요하지 않을 수 있음을 언급할 수 있다. 이 경우, 횡방향 광학 센서(112)의 상기 실시양태가 완전한 기능성 및 임의적으로 투명한 횡방향 위치 감지 검출기(PSD)를 제공할 수 있도록, 합 신호(sum signal) 자체가 기준 광학 감성 요소(142)의 기능을 대체할 수 있다.
횡방향 광학 센서(112)의 다른 대안적인 실시양태(여기에 도시되지 않음)는 감광 부재(124, 126, 128, 130)의 다양한 특성을 지칭할 수 있다.
따라서, 대향하는 모서리(132, 134, 136, 138)에 위치된 감광 부재(124, 126, 128, 130) 이외에, 추가적인 감광 부재가 형광 도파 시트(114)의 모퉁이에 위치될 수 있고, 이때 상기 모퉁이느 또한 형광 도파 시트(114)의 모서리의 일부일 수 있다. 따라서, 상기 모퉁이에 위치된 추가적 감광 부재는, 도 3에 개략적으로 도시된 것과 유사한 방식으로 평가될 수 있는 추가적인 센서 신호를 제공할 수 있다. 이는, x- 및/또는 y-좌표의 결정의 증가된 정확도를 제공할 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 이들 추가적인 센서 신호는, 상기 수학식 (1)을 사용하여 형성되는 것과 같은 합 신호에 포함될 수 있다. 하나의 예로서, 대향 모퉁이에 위치한 2개의 감광 부재 사이의 신호 차가 형성될 수 있고/있거나, 모퉁이에 위치한 하나의 감광 부재와 직선 모서리에 위치된 하나의 감광 부재 사이의 신호 차가 형성될 수 있다.
또한, 대안적으로 또는 추가적으로, 감광 부재(124, 126, 128, 130) 및/또는 추가적인 감광 부재는 형광 도파 시트(114)에 대한 이의 배치의 변화를 나타낼 수 있다. 감광 부재들(124, 126, 128, 130)은 형광 도파 시트(114)의 평면 내에 위치하며, 임의의 또는 모든 감광 부재(124, 126, 128, 130) 및/또는 추가적인 광 감지 요소는, 대안적으로 또는 추가적으로, 형광 도파 시트(114)의 평면 바깥쪽에 위치할 수 있다. 특히, 감광 부재(124, 126, 128, 130) 및/또는 추가적인 감광 부재는 광학 커플링 부재에 의해 형광 도파 시트(114)에 광학적으로 커플링될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 감광 부재(124, 126, 128, 130) 및/또는 추가적인 감광 부재는, 하나 이상의 투명 접착제(예컨대, 에폭시 접착제)를 사용함으로써 형광 도파 시트(114)에 접착될 수 있다. 그러나, 다른 종류의 공지된 광학 커플링 부재가 사용될 수도 있다.
또한, 대안적으로 또는 추가적으로, 감광 부재(124, 126, 128, 130) 및/또는 추가적인 감광 부재는 크기 및/또는 형상이 변할 수 있다. 따라서, 감광 부재(124, 126, 128, 130) 및/또는 추가적인 감광 부재가, 반드시 도 1a 및 1b에 개략적으로 도시된 바와 같이 스트립형 감광 부재일 필요는 없다. 예를 들어, 직사각형 광다이오드, 스팟형 광다이오드 또는 심지어 포인트형 광다이오드와 같은 매우 작은 광다이오드가 사용될 수 있다. 전술된 바와 같이, 작은 크기의 광다이오드는 일반적으로 더 낮은 전기 용량을 포함할 수 있으며, 따라서 횡방향 광학 센서(112)의 더 빠른 응답을 초래할 수 있다.
도 2에는, 광 빔에 의한 형광 도파 시트(114)의 횡방향 감응 영역(116)의 조사가 도시되어 있다. 여기서는, 검출기(110) 쪽으로 광 빔이 전파되는 물체와 검출기(110) 자체 사이의 상이한 거리를 나타내는 두 가지 상이한 상황이 도시되어 있으며, 이로써, 광 빔에 의해 생성된 두개의 상이한 스팟 크기의 광 스팟(첫째는 작은 광 스팟(148) 및 두번째는 큰 광 스팟(150))이 광 도파 시트(114) 내에 제공된다. 두 경우 모두, 광빔의 전체 파워는 광 스팟(148, 150)에 걸쳐 동일하게 유지된다. 결과적으로, 작은 광 스팟(148)의 강도는 큰 광 스팟(150)에서보다 현저히 높다. 또한, 두 경우 모두, 광 스팟(148,150)의 크기에 관계없이 광 스팟(148, 150)의 중심(152)이 변하지 않고 유지된다. 이 특징은, 평가 장치(140)에 횡방향 센서 신호를 제공하기 위해 여기에 도시된 횡방향 광학 센서(112)의 감광 부재(124, 126, 128, 130)의 성능을 나타내며, 이는, 평가 장치(140)가 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표(x, y)를 모호하지 않게 결정할 수 있도록 구성된다.
광 빔에 의한 조사는, 상기 도 1b에 도시된 바와 같이, 감광 부재(124, 126, 128, 130) 쪽으로의 도파에 의해 완전히 또는 부분적으로 전달되는 형광을 유도한다. 전술된 바와 같이, 대응 센서 신호들은, 감광 부재(124, 126, 128, 130)에 의해 생성되고, 적어도 하나의 기준 감광 부재(142)에 의해 생성된 적어도 하나의 기준 센서 신호와 함께 평가 장치(140)에 제공된다.
평가 장치(140)는, 도 3에 개략적으로 및 기호적으로 도시된 바와 같이(여기서는, 횡방향 센서 신호가 기호 PD1 내지 PD4로 표시되고, 종방향 센서 신호가 FIP로 표시됨), 감광 부재(124, 126, 128, 130)의 는 횡방향 센서 신호를 평가하도록 설계된다. 상기 센서 신호는, 물체에 대한 위치 정보 및/또는 기하학적 정보를 유도하기 위해 평가 장치에 의해 다양한 방식으로 평가될 수 있다.
따라서, 상기 개시된 바와 같이, 적어도 하나의 횡방향 좌표(x, y)가 유도될 수 있다. 이는 주로, 광 스팟(148, 150)의 중심(152)과 감광 부재(124, 126, 128 및 130) 사이의 거리가 동일하지 않기 때문에 발생한다. 따라서, 광 스팟(148,150)의 중심(152)은, l1의 감광 부재(124)로부터의 거리, l2의 감광 부재(126)로부터의 거리, l3의 감광 부재(128)로부터의 거리 및 l4의 감광 부재(130)로부터의 거리를 가진다. 형광 광의 생성 위치와, 형광 광을 검출하는 감광 부재(124, 126, 128, 130) 사이의 거리의 이러한 차이로 인해, 횡방향 센서 신호는 다를 것이다. 이는 다양한 효과 때문이다. 첫째로, 각각의 내부 총 손실은, 경로의 길이에 따라 형광 광이 이의 경로 상에서 감쇠되도록 하는 특정 손실을 암시하기 때문에, 도파 도중 내부 손실이 발생할 것이다. 이동 거리가 길수록, 감쇠가 커지고 손실도 커진다. 또한, 흡수 효과가 발생할 것이다. 셋째로, 광의 퍼짐이 고려되어야 할 것이다. 광 스팟(148, 150)과 각각의 감광 부재(124, 126, 128, 130) 사이의 거리가 길수록, 광자가 감광 부재(124, 126, 128, 130) 이외의 방향으로 유도될 확률이 높아질 것이다. 결과적으로, 감광 부재(124, 126, 128, 130)의 센서 신호를 비교함으로써, 횡방향 위치 정보가 생성된다.
센서 신호들의 비교는 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 평가 장치(140)는, 물체 또는 광 스팟의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 유도하기 위해 횡방향 센서 신호를 비교하도록 설계될 수 있다. 하나의 예로서, 평가 장치(140)는 적어도 하나의 추출 장치(154), 및/또는 적어도 하나의 횡방향 좌표(예컨대, 좌표 x, y)에 의존하는 기능을 제공하는 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 추출 장치(154)는, 적어도 하나의 신호 차(예컨대, 도 2의 치수 x, y 중 하나 또는 각각에 대해 상기 수학식 1에 따른 신호)를 생성하도록 설계될 수 있다. 하나의 예로서, PD1과 PD2의 단순한 차이, 예컨대 (PD1-PD2)/(PD1 + PD2)는 x-좌표에 대한 척도로서 사용될 수 있고, PD3과 PD4의 차이, 예컨대 (PD3-PD4)/(PD3 + PD4)는 y-좌표의 척도로서 사용될 수 있다. 하나의 예로서, 감광 영역(116)의 평면에서의 광 스팟(148, 150)의 횡방향 좌표에서, 검출기(110) 쪽으로 광 빔이 전파되는 물체의 횡방향 좌표의 변환은, 널리 공지된 렌즈 방정식을 사용하여 수해될 수 있다. 추가의 세부사항은, 하나의 예로서, 하나 이상의 전술된 선행 기술 문헌, 예컨대 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호를 참조할 수 있다.
전술된 바와 같이, 종방향 좌표(z)는 또한, 특히, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호 및/또는 제 WO 2014/097181 A1 호에 더 자세하게 설명된 FiP 효과를 실행함으로써 유도될 수 있다. 이 목적을 위해, FIP 센서에 의해 제공되는 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 평가 장치(140)를 사용하여 평가하고, 이로부터 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표(z)를 결정한다.
그러나, 평가 장치(140)에 의해 센서 신호를 처리하기 위한 다른 변환 또는 다른 알고리즘이 실행가능하다는 것에 유의해야 한다. 따라서, 양의 계수 또는 음의 계수를 사용한 빼기 또는 가까운 조합 외에도, 비선형 변환이 일반적으로 가능한다. 예로서, 센서 신호를 z 좌표 및/또는 x, y 좌표로 변환하기 위해, 하나 이상의 공지된 또는 결정가능한 관계를 사용할 수 있으며, 이는, 예를 들어, 검출기(110)로부터 다양한 거리에 배치된 물체를 사용하여 실험을 교정하고/하거나 다양한 횡방향 위치 또는 3차원 위치에 배치된 물체를 사용하여 실험을 교정하고, 각각의 센서 신호를 기록함으로써, 실험적으로 유도될 수 있다.
도 4는, 복수개의 횡방향 광학 센서(112) 및 종방향 광학 센서(155)를 갖는 검출기(110)의 예시적인 실시양태를 고도로 개략적인 도면으로 도시하며, 이때 종방향 광학 센서(155)는 전술된 FiP 효과에 따라 기능하는 FiP 센서이다. 검출기(110)는 특히, 카메라(156)로 구현될 수 있거나 카메라(156)의 일부일 수 있다. 카메라(156)는 이미지화, 특히 3D 이미지화를 제조될 수 있고, 정지 이미지 및/또는 이미지 시퀀스, 예컨대 디지털 비디오 클립을 위해 제조될 수 있다. 다른 실시양태도 가능하다.
도 4는 또한, 적어도 하나의 검출기(110) 이외에, 하나 이상의 비콘 장치(160)(이는, 이러한 예시적인 실시양태에서, 물체(162)에 부착되고/되거나 이에 통합되고, 이의 위치는 검출기(110)를 사용하여 검출될 것임)를 포함하는 검출기 시스템(158)의 실시양태를 도시한다. 도 4는 또한, 적어도 하나의 검출기 시스템(158)을 포함하는 인간-기계 인터페이스(164), 및 추가로, 인간-기계 인터페이스(164)를 포함하는 추가의 엔터테인먼트 장치(166)의 예시적인 실시양태를 도시한다. 상기 도면은 또한, 검출기 시스템(158)을 포함하는, 물체(162)의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템(168)의 실시양태를 도시한다. 상기 장치 및 시스템의 구성 요소는 하기에서 더 자세히 설명될 것이다.
도 4는 또한, 적어도 하나의 물체(162)의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위한 스캐닝 시스템(170)의 예시적인 실시양태를 도시한다. 스캐닝 시스템(170)은 적어도 하나의 검출기(110), 및 추가로, 적어도 하나의 물체(162)의 적어도 하나의 표면에 위치하는 적어도 하나의 점(예를 들어, 비콘 장치(160)의 하나 이상의 위치에 위치하는 점)을 조사하도록 구성된 적어도 하나의 광 빔(174)을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 조명원(172)을 포함한다. 스캐닝 시스템(170)은, 적어도 하나의 검출기(110)를 사용함으로써, 적어도 하나의 점과 스캐닝 시스템(170), 특히 검출기(110) 사이의 거리에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
전술된 바와 같이, 도 1 내지 도 3에 도시된 검출기(110)의 횡방향 파티션(111)의 예시적인 실시양태가 도 4의 구성에 사용될 수 있다. 따라서, 검출기(110)는, 도 4에 기호로 나타낸 바와 같이, 하나 이상의 횡방향 광학 센서(112) 이외에, 하나 이상의 종방향 광학 센서(155) 및 적어도 하나의 평가 장치(140)(예를 들어, 임의적으로 적어도 하나의 추출 장치(154) 및 변조장치(175)를 가짐)를 포함한다. 여기에서, 변조 장치(175)는, 종방향 센서 신호 및/또는 횡방향 센서 신호가 조명의 변조의 변조 주파수에 의존적이 되도록, 조사의 변조에 사용될 수 있다. 평가 장치(140)의 구성 요소는 광학 센서(112, 155) 중 하나 또는 전부 또는 심지어 각각에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있거나, 광학 센서(112, 155)와 독립적인 별도의 구성 요소로서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있다.
2개 이상의 구성 요소를 오나전히 또는 부분적으로 조합하는 전술된 가능성 이외에, 하나 이상의 광학 센서(112, 155) 중 하나 이상 및 평가 장치(140)의 구성 요소 중 하나 이상은, 도 4에 기호적으로 도시된 바와 같이, 하나 이상의 커넥터(176) 및/또는 하나 이상의 인터페이스에 의해 상호연결될 수 있다. 또한, 임의적인 적어도 하나의 커넥터(176)는 센서 신호를 변조하거나 전처리하기 위한 하나 이상의 드라이버 및/또는 하나 이상의 장치를 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 임의적인 커넥터(176)를 사용하는 대신에, 평가 장치(140)는 검출기(110)의 광학 센서(112,155) 및/또는 하우징(178)에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 평가 장치 별도의 장치로서 완전히 또는 부분적으로 설계될 수 있다.
상기 예시적인 실시양태에서, 위치가 검출될 수 있는 물체(162)는 스포츠 용품으로서 설계될 수 있고/있거나, 사용자(182)에 의해 위치가 조작될 수 있는 제어 부재 또는 제어 장치(180)를 형성할 수 있다. 하나의 예로서, 물체(162)는 배트, 라켓, 클럽 또는 스포츠 장비 및/또는 페이크(fake) 스포츠 장비의 임의의 다른 물품일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 다른 유형의 물체(162)가 가능하다. 또한, 사용자(182) 자신이, 위치가 검출되어야 하는 물체(182)로서 간주될 수 있다.
전술된 바와 같이, 검출기(110)는 하나 이상의 광학 센서(112, 155)를 포함한다. 광학 센서(112, 155)는 검출기(110)의 하우징(178) 내부에 위치될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 전달 장치(184), 예를 들어, 바람직하게는 하나 이상의 렌즈(186)를 포함하는 하나 이상의 광학 시스템이 포함될 수 있다.
바람직하게 검출기(110)의 광학 축(190)에 대해 중심이 같에 위치하는, 하우징(178) 내부의 개구(188)는 바람직하게는, 검출기(110)의 시인 방향(192)을 한정한다. 광학 축에(190)에 평행한 방향 또는 역평행한 방향이 종방향으로 정의되고, 광학 축(190)에 수직인 방향이 횡방향으로 정의될 수 있는, 좌표계(194)가 정의될 수 있다. 도 4에 기호적으로 도시된 좌표계(194)에서, 종방향은 z로 표시되고, 횡방향은 각각 x 및 y로 표시된다. 다른 유형의 좌표계(194)도 가능하다.
검출기(110)는 광학 센서(112, 155) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 하나의 예로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 빔 분할 장치(198)에 의해 분할될 수 있는 상이한 부분 빔 경로(196)에 위치할 수 있는 복수개의 광학 센서(112, 155)가 도 4에 도시된 바와 같이 포함된다. 추가로 도 4에 도시되는 바와 같이, 각각의 광학 센서(112, 155)는 바람직하게는, 적어도 하나의 입사광 빔(174)은 종방향 광학 센서(155) 상에 충돌하기 전에 횡방향 광학 센서(112) 상에 먼저 충돌할 수 있는 방식으로, 위치될 수 있다. 이 경우에, 횡방향 광학 센서(112)은 특히, 입사광 빔 174)이 실제로 충분한 강도로 광학 센서(112, 155) 둘 다에 실제로 도달하도록, 투명하거나 또는 적어도 반투명한 성질을 나타낼 수 있다. 이와 관련하여, 도 1에 도시된 횡방향 광학 센서(112)가, 이러한 목적에 특히 적합한 배열을 포함한다는 것을 언급할 수 있다. 그러나, 2개 이상의 횡방향 광학 센서(112) 또는 2개 이상의 종방향 광학 센서(155)의 적층 구성과 같은 다른 옵션이 가능하다는 것에 유의해야 한다. 또한, 상이한 수의 광학 센서(112, 155)를 갖는 실시양태도 가능하다.
하나 이상의 광 빔(174)은 물체(162) 및/또는 비콘 장치(160) 중 하나 이상으로부터 검출기(110) 쪽으로 전파된다. 검출기(110)는, 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하도록 구성된다. 이 목적을 위해, 도 1 내지 도 3의 맥락에서 전술된 바와 같이, 평가 장치(140)는, 하나 이상의 광학 센서(112, 155)에 의해 제공되는 센서 신호를 평가하도록 구성된다. 검출기(110)는 물체(162)의 위치를 결정하도록 구성되고, 광학 센서(112, 155)는, 물체(162)로부터 검출기(110) 쪽으로, 특히 비콘 장치(160) 중 하나 이상으로부터 전파되는 광 빔(174)을 검출하도록 구성된다. 광 빔(174)은, 직접 및/또는 전송 장치(184)에 의해 변조된 이후(예컨대, 렌즈(186)에 의해 포커싱된 이후), 횡방향 광학 센서(112) 또는 각각의 횡방향 광학 센서들(112)의 횡방향 감응 영역(116) 상에 및 종방향 광학 센서(155) 또는 각각의 종방향 광학 센서들(155)의 종방향 감응 영역(도시되지 않음) 상에 광 스팟(148, 150)을 생성한다.
전술된 바와 같이, 검출기(110)를 사용하여 물체(162) 및/또는 그의 일부분의 위치를 결정하는 것은, 적어도 하나의 정보 항목을 기계(200)에 제공하기 위해, 인간-기계 인터페이스(164)를 제공하는데 사용될 수 있다. 도 4에 개략적으로 도시된 실시양태에서, 기계(200)는 컴퓨터일 수 있고/있거나 컴퓨터를 포함할 수 있다. 다른 실시양태도 가능하다. 평가 장치(140)는 심지어 기계(200)에, 예컨대, 컴퓨터에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다.
전술된 바와 같이, 도 4는 또한, 적어도 하나의 물체(162)의 위치를 추적하도록 구성된 추적 시스템(168)의 예를 도시한다. 추적 시스템(168)은 검출기(110) 및 적어도 하나의 트랙 제어기(202)를 포함한다. 트랙 제어기(202)는 특정 시점에서 물체(162)의 일련의 위치를 추적하도록 구성될 수 있다. 트랙 제어기(202)는 독립적인 장치일 수 있고/있거나 기계(200)의 컴퓨터의 일부를 완전히 또는 부분적으로 형성할 수 있다.
유사하게, 전술된 바와 같이, 인간-기계 인터페이스(164)는 엔터테인먼트 장치(166)의 일부를 형성할 수 있다. 기계(200), 특히 컴퓨터는 또한 엔터테인먼트 장치(166)의 일부를 형성할 수 있다. 따라서, 물체(162)로서 기능하는 사용자(182)에 의해 및/또는 물체(162)로서 기능하는 제어 장치(180)을 취급하는 사용자(182에 의해, 적어도 하나의 정보 항목, 예컨대 적어도 하나의 정보 제어 커맨드를 컴퓨터에 입력함으로써, 엔터테인먼트 기능을 변화시킬 수 있다(예컨대, 컴퓨터 게임의 코스를 제어할 수 있다).
작업 실시예
I. 착색된 샘플의 제조
I.1. 매트릭스로서의 PMMA
1000.00g의 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA 6N 클리어, 독일 룀 게엠베하(Rohm GmbH)로부터 입수 가능함)를 90℃의 최대 온도에서 4시간 동안 사전-건조시키고, 이어서 터뷸라 푸크스(Turbula Fuchs) 내에서 0.02 중량%의 형광 착색제 X(표 2 참조)와 20분 동안 혼합하였다. 이 균질 혼합물을 독일 콜린으로부터의 트윈 스크류(Twin Screw) 25mm 압출기(6개의 가열 영역(저온, 150℃, 195℃, 200℃, 200℃, 200℃, 200℃)) 상에서 200℃의 최대 온도로 압출하였다. 압출물을 과립기(쉬어(Scheer), 독일 스투트가르트 소재) 내에서 과립화하였다. 과립을 90℃의 최대 온도에서 4시간 동안 건조하고, 보이 인젝션 몰딩 머신(Boy Injection Molding Machine)(보이(Boy) 30A, 독일 노이스타트 소재의 닥터 보이 게엠베하(Dr. Boy GmbH)로부터) 또는 클뢰크너 페로마티크(Klockner Ferromatik) FM 40(독일 클뢰크너 소재)를 사용하여, 착색된 샘플(30mm x 55mm x 약 1.2mm)로 가공하였다. 수득된 성형물을 건조한 후, 진공 포장기를 사용하여 무산소 플라스틱 백에 포장했다.
I.2. 매트릭스로서의 마크롤론(폴리카보네이트)
1000.00g의 폴리카보네이트(마크롤론(MACROLON) 2805, 바이엘)를 120℃의 최대 온도에서 4시간 동안 사전-건조시키고, 이어서 터뷸라 푸크스 내에서 0.02 중량%의 형광 착색제 X(표 2 참조)와 20분 동안 혼합하였다. 이 균질 혼합물을 독일 콜린으로부터의 트윈 스크류 25mm 압출기(6개의 가열 영역(저온, 150℃, 265℃, 275℃, 280℃, 280℃, 280℃)) 상에서 280℃의 최대 온도로 압출하였다. 압출물을 과립기(쉬어, 독일 스투트가르트 소재) 내에서 과립화하였다. 과립을 120℃의 최대 온도에서 4시간 동안 건조하고, 이어서 보이 인젝션 몰딩 머신(보이 30A, 독일 노이스타트 소재의 닥터 보이 게엠베하로부터) 또는 클뢰크너 페로마티크 FM 40(독일 클뢰크너 소재)를 사용하여, 착색된 샘플로 가공하였다. 수득된 성형물을 건조한 후, 진공 포장기를 사용하여 무산소 플라스틱 백에 포장했다.
II. 0.02%의 형광 착색제를 갖는 플라스틱 시트의 흡수 결정
작업 실시예 I.1 및 I.2에 따라 제조된 플라스틱 시트의 흡수 특성을 측정하였다. 결과를 도 5 내지 도 21에 도시한다.
III. 0.02%의 루모겐(Lumogen) F 바이올렛 570을 갖는 플라스틱 시트의 흡수 결정
착색제로서 0.02%의 루모겐 F 바이올렛 570(바스프(BASF))을 갖는 플라스틱 시트(2 mm 두께, PMMA 7N)의 흡수 특성을 측정하였다. 결과를 도 22에 제시한다.
IV. 0.02%의 다양한 형광 착색제를 혼입한 플라스틱 시트의 특성 평가
0.02%의 다양한 형광 착색제 샘플을 함유하는 플라스틱 시트의 특성을 평가하였다. 필름은, 다양한 방법 및 매트릭스 중합체를 사용하여 실시예 I.1 및 I.2에 따라 제조하였다.
광다이오드를 호일에 붙이고, 광응답을 입사광 스팟(405 nm에서 70 mW 광 출력)까지의 다양한 거리에서 기록하였다.
단거리에서의 절대 응답은, 착색제가 강하게 흡수되고 형광 양자 수율이 크고 형광 광의 재흡수가 작은 경우에 크다.
따라서, 흡수에 의한 광응답의 가중치 부여는, 평가를 위한 의미있는 방법으로 간주된다. 이는, 광응답을 405 nm에서의 호일의 광학 밀도로 나눔으로써 수득된다. 일반적으로 공지된 바와 같이, 광학 밀도는, 제시된 파장에서 샘플을 통과하는 광의 분율을 측정함으로써 결정될 수 있다. 여기에서는, 405 nm의 파장을 선택했으며, 그 이유는, 연구된 모든 착색제가 상기 파장 부근에서 흡수 밴드를 나타내기 때문이다.
형광 광이 플라스틱 시트 내부로 이동해야 하는 거리에 따른 광응답의 감소는 샘플의 도파 특성의 척도가 된다. 덜 바람직한 필름과 표면 품질은 거리에 따른 빠른 감소를 유발하므로, 첨부된 도면에서 큰 기울기를 산출한다.
그 결과를 도 23 내지 도 30에 제시한다.
광 스팟과 광다이오드 사이의 5mm 거리에서 가장 가중된 광응답 값(> 2000)은, 프탈로시아닌 착색제(표 1의 화합물 14) 및 로다민 착색제(화합물 11)뿐만 아니라, 릴렌 착색제(표 1의 화합물 3 및 화합물 4)를 사용하여 달성되었다. 특히, 높은 절대 광응답뿐만 아니라 405 nm 및 660 nm에서의 낮은 흡수율을 나타내는 화합물 4의 최고의 성능은 놀라운 것이다.
Claims (15)
- 적어도 하나의 물체(162)의 위치를 결정하기 위한 검출기(110)로서,
검출기(110)는,
- 물체(162)로부터 검출기(110)로 이동하는 적어도 하나의 광 빔(174)의 종방향 위치를 결정하기 위한 적어도 하나의 종방향 광학 센서(155)(이때, 종방향 광학 센서(155)는, 종방향 감응 영역을 형성하는 적어도 하나의 종방향 센서 영역을 갖고, 종방향 광학 센서(155)는, 광 빔(174)에 의한 종방향 감응 영역의 조사(illumination)에 의존적인 방식으로, 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 종방향 센서 신호는, 조사의 총 파워가 동일하다면, 종방향 감응 영역 내의 광 빔(174)의 빔 단면에 의존적임);
- 물체(162)로부터 검출기(110)로 이동하는 적어도 하나의 광 빔(174)의 적어도 하나의 횡방향 위치를 결정하기 위한 적어도 하나의 횡방향 광학 센서(112)(이때, 횡방향 광학 센서(112)는, 횡방향 감응 영역(116)을 형성하는 적어도 하나의 형광 도파(waveguiding) 시트(114), 및 형광 도파 시트(114)의 적어도 2개의 모서리(132, 134, 136, 138)에 위치하는 적어도 2개의 감광 부재(124, 126, 128, 130)를 포함하고, 형광 도파 시트(114)는, 물체(162)로부터 검출기(110) 쪽으로 전파되는 적어도 하나의 광 빔(174)이 횡방향 감응 영역(116) 내에서 적어도 하나의 광 스팟(148, 150)을 생성하도록 물체(162) 쪽으로 배향되고, 형광 도파 시트(114)는 적어도 하나의 형광 물질(122)을 포함하고, 형광 물질(122)은, 광 빔(174)에 의한 조사에 반응하여 형광 광을 생성하도록 구성되고, 적어도 2개의 감광 부재(124, 126, 128, 130)는, 형광 도파 시트(114)에 의해 광 스팟(148, 150)으로부터 감광 부재(124, 126, 128, 130) 쪽으로 안내된 형광 광을 검출할 수 있고 횡방향 센서 신호를 생성할 수 있음); 및
- 적어도 하나의 평가 장치(140)(이때, 평가 장치(140)는, 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(162)의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하도록 구성되고, 평가 장치(140)는 또한, 감광 부재(124, 126, 128, 130)의 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(162)의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하도록 구성됨)
를 포함하는, 검출기(110). - 제 1 항에 있어서,
평가 장치(140)가, 감광 부재(124, 126, 128, 130) 중 적어도 2개에 의해 생성된 횡방향 센서 신호들 간의 적어도 하나의 신호 차(D)를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 추출 장치(154)를 포함하는, 검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
횡방향 광학 센서(112)가 적어도 하나의 기준 감광 부재(142)를 추가로 포함하고,
기준 감광 부재(142)가, 형광 도파 시트(114)를 통과한 이후의 광 빔(174)의 광을 검출하여 적어도 하나의 기준 센서 신호를 생성하도록 배열되고,
평가 장치(140)가, 물체(162)의 횡방향 위치를 결정하기 위해 기준 센서 신호를 고려하도록 구성된, 검출기(110). - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
형광 도파 시트(114)가 적어도 하나의 매트릭스 물질(120)을 포함하고,
적어도 하나의 형광 물질(122)이, 매트릭스 물질(120) 내로 혼합되는 것, 매트릭스 물질(120) 내로 분산되는 것, 매트릭스 물질(120)에 화학적으로 결합되는 것, 또는 매트릭스 물질(120)에 용해되는 것 중 하나 이상인, 검출기(110). - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
검출기(110)가 또한, 상기 종방향 센서 신호 및/또는 상기 횡방향 센서 신호가 조사의 변조(modulation)의 변조 주파수에 대한 의존성을 나타내는 방식으로 설계된, 검출기(110). - 제 5 항에 있어서,
평가 장치(140)가 또한, 상기 종방향 센서 신호 및/또는 상기 횡방향 센서 신호의 변조 주파수에 대한 의존성을 평가함으로써, 상기 종방향 감응 영역 및/또는 횡방향 감응 영역(116)을 조사하는 적어도 2개의 개별적인 광 빔(174)을 구별하도록 설계된, 검출기(110). - 적어도 하나의 물체(162)의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템(158)으로서,
검출기 시스템(158)은 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기(110)를 포함하고,
검출기 시스템(158)은 또한, 적어도 하나의 광 빔(174)을 검출기(110) 쪽으로 유도하도록 구성된 적어도 하나의 비콘(beacon) 장치(160)를 포함하고,
비콘 장치(160)는, 물체(162)에 부착가능한 것, 물체(162)에 의해 보유가능한 것, 또는 물체(162) 내로 통합가능한 것 중 적어도 하나인, 검출기 시스템(158). - 사용자(182)와 기계 사이에서 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스(164)로서,
인간-기계 인터페이스(164)는 제 7 항에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템(158)을 포함하고,
적어도 하나의 비콘 장치(160)는, 사용자(182)에게 직접적으로 또는 간접적으로 부착되는 것 또는 사용자(182)에 의해 보유(hold)되는 것 중 적어도 하나가 되도록 구성되고,
인간-기계 인터페이스(164)는, 검출기 시스템(158)에 의해 사용자(182)의 적어도 하나의 위치를 결정하도록 설계되고,
인간-기계 인터페이스(164)는, 적어도 하나의 정보 항목을 상기 위치에 지정하도록 설계된, 인간-기계 인터페이스(164). - 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치(166)로서,
엔터테인먼트 장치(166)는 제 8 항에 따른 적어도 하나의 인간-기계 인터페이스(164)를 포함하고,
엔터테인먼트 장치(166)는, 인간-기계 인터페이스(164)에 의해, 적어도 하나의 정보 항목이 플레이어에 의해 입력될 수 있도록 설계되고,
엔터테인먼트 장치(166)는 상기 정보에 따라 상기 엔터테인먼트 기능을 변경하도록 설계된, 엔터테인먼트 장치(166). - 적어도 하나의 이동가능한 물체(162)의 위치를 추적(tracking)하기 위한 추적 시스템(168)으로서,
추적 시스템(168)은 제 7 항에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템(158)을 포함하고,
추적 시스템(168)은 적어도 하나의 추적 제어기(202)를 추가로 포함하고,
추적 제어기(202)는 특정 시점에 물체(162)의 일련의 위치를 추적하도룩 구성된, 추적 시스템(168). - 적어도 하나의 물체(162)의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위한 스캐닝(scanning) 시스템(170)으로서,
스캐닝 시스템(170)은 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기(110)를 포함하고,
스캐닝 시스템(170)은, 적어도 하나의 물체(162)의 적어도 하나의 표면에 위치한 적어도 하나의 점(dot)을 조사하도록 구성된 적어도 하나의 광 빔(174)을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 조명원(172)을 추가로 포함하고,
스캐닝 시스템(170)은, 적어도 하나의 검출기(110)를 사용함으로써, 상기 적어도 하나의 점과 스캐닝 시스템(170) 간의 거리에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 스캐닝 시스템(170). - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기(110)를 포함하는, 적어도 하나의 물체(162)를 이미지화하기 위한 카메라(156)
- 적어도 하나의 검출기(110)를 사용하여 적어도 하나의 물체(162)의 위치를 결정하는 방법으로서,
적어도 하나의 종방향 광학 센서(155)의 적어도 하나의 종방향 센서 영역 내의 적어도 하나의 종방향 감응 영역을, 광 빔(174)에 의한 종방향 감응 영역의 조사에 의존적인 적어도 하나의 종방향 센서 신호가 생성되는 방식으로 조사하는 단계(이때, 종방향 센서 신호는, 조사의 총 파워가 동일하다면, 종방향 감응 영역 내의 광 빔(174)의 빔 단면에 의존적임);
검출기(110)의 적어도 하나의 횡방향 광학 센서(112)의 적어도 하나의 형광 도파 시트(114)의 적어도 하나의 횡방향 감응 영역(116)을, 물체(162)로부터 검출기(110) 쪽으로 전파되는 적어도 하나의 광 빔(174)으로 조사하는 단계(이때, 광 빔(174)은, 횡방향 감응 영역(116) 내에 적어도 하나의 광 스팟(148, 150)을 생성하고, 형광 도파 시트(114)는 적어도 하나의 형광 물질(122)을 포함함);
형광 도파 시트(114)에 의해, 광 빔(174)에 의한 조사에 반응하여 형광 광을 생성하는 단계;
광 스팟(148, 150)으로부터, 형광 도파 시트(114)의 적어도 2개의 모서리(132, 134, 136, 138)에 위치하는 적어도 2개의 감광 부재(124, 126, 128, 130) 쪽으로 형광 광을 안내하는 단계;
- 감광 부재(124, 126, 128, 130)를 사용하여 상기 형광 광을 검출하고, 횡방향 센서 신호를 생성하는 단계;
- 적어도 하나의 평가 장치(140)를 사용하여 종방향 센서 신호를 평가하고, 물체(162)의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하는 단계; 및
- 적어도 하나의 평가 장치(140)를 사용하여 감광 부재(124, 126, 128, 130)의 횡방향 센서 신호를 평가하고, 물체(162)의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하는 단계
를 포함하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 방법이, 평가 장치(140)를 사용하여 상기 종방향 센서 신호 및/또는 상기 횡방향 센서 신호의 변조 주파수에 대한 의존성을 평가함으로써, 상기 종방향 감응 영역 및/또는 횡방향 감응 영역(116)을 조사하는 적어도 2개의 개별적인 광 빔(174)을 구별하는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 검출기(110)의 용도로서,
교통 기술에서의 위치 측정, 엔터테인먼트 용도, 보안 용도, 감시 용도, 안전 용도, 인간-기계 인터페이스(164) 용도, 추적 용도, 사진술 용도, 적어도 하나의 비행 시간(time-of-flight) 검출기와의 조합 용도, 구조화된 광원과의 조합 용도, 스테레오 카메라와의 조합 용도, 머신 비젼(machine vision) 용도, 로봇공학 용도, 품질 관리 용도, 제조 용도, 구조화된 조명원과의 조합 용도, 스테레오 카메라와의 조합 용도로 이루어진 군 중에서 선택된 용도를 위한 것인 용도.
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