KR20180088820A - 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기 - Google Patents
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Abstract
적어도 하나의 물체(112)의 광학적 검출을 위한 검출기(110)가 개시된다. 검출기(110)는, 적어도 하나의 종방향 광학 센서(114) - 적어도 하나의 종방향 광학 센서(114)는 적어도 하나의 센서 영역(130)을 갖고, 종방향 광학 센서(114)는 광 빔(132)에 의한 센서 영역(130)의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되며, 조명의 총 전력이 동일한 경우, 종방향 센서 신호는 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면에 의존하고, 종방향 센서 신호는 또한 종방향 광학 센서(114)의 적어도 하나의 특성에 의존하며, 종방향 광학 센서(114)의 특성은 조정 가능함 - 와, 적어도 하나의 평가 장치(138) - 평가 장치(138)는 종방향 광학 센서(114)의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계됨 - 를 포함한다.
Description
본 발명은 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기, 검출기 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 사용자와 머신, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템, 카메라, 스캐닝 시스템 및 다양한 용도의 검출기 장치 사이에서 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-머신 인터페이스에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치, 시스템, 방법 및 사용은 특히 일상생활, 게임, 교통 기술, 생산 기술, 보안 기술, 예술을 위한 디지털 사진촬영 기법 또는 비디오 촬영 기법과 같은 사진촬영 기법, 문서 또는 기술적 목적, 의료 기술 또는 과학 분야의 다양한 영역에서 채용될 수 있다. 그러나, 다른 응용도 가능하다.
많은 수의 광학 센서 및 광전지 장치가 종래 기술로부터 알려져 있다. 광전지 장치는 일반적으로 전자기 방사선, 예를 들어, 자외선, 가시광선 또는 적외선을 전기 신호 또는 전기 에너지로 변환하는데 사용되지만, 광 검출기는 일반적으로 이미지 정보를 수집하고/하거나 적어도 하나의 광학 파라미터, 예를 들어, 밝기를 검출하는데 사용된다.
일반적으로 무기 및/또는 유기 센서 물질의 사용에 기초할 수 있는 다수의 광학 센서가 선행 기술로부터 알려져 있다. 이러한 센서의 예는, 미국 특허 출원 공개 제 US2007/0176165A1 호, 미국 특허 제 US6,995,445B2 호, 독일 특허 출원 공개 제 DE2501124A1 호, 독일 특허 출원 공개 제 DE3225372A1 호 또는 다수의 다른 선행 기술 문헌에 개시되어 있다. 특히 비용면에서 그리고 대면적 처리의 이유로 인해, 미국 특허 출원 공개 제 US2007/0176165A1 호에 기술된 바와 같이, 적어도 하나의 유기 센서 물질을 포함하는 센서가 사용되고 있다. 특히, 소위 염료 태양 전지(dye solar cell)가 점차 중요성을 가지며, 이는 예를 들어, 국제 특허 출원 공개 제 WO2009/013282A1 호에 일반적으로 기술되어 있다. 그러나, 본 발명은 유기 장치의 사용으로 제한되지 않는다. 따라서, 특히, CCD 센서 및/또는 CMOS 센서, 특히 픽셀화된 센서와 같은 무기 장치가 사용될 수도 있다.
이러한 광학 센서에 기초하여 적어도 하나의 물체를 검출하기 위한 다수의 검출기가 공지되어 있다. 이러한 검출기는 제각기 사용 목적에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 이러한 검출기의 예로는 이미지화 장치, 예를 들어, 카메라 및/또는 현미경이 있다. 예를 들어, 고해상도 공초점형 현미경(high-resolution confocal microscope)은 높은 광학 해상도로 생물학적 샘플을 검사하기 위해 의료 기술 및 생물학 분야에서 특히 사용될 수 있다. 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기에 관한 다른 예들은, 예를 들어, 대응하는 광학 신호, 예를 들어 레이저 펄스의 전파 시간 방법에 기초한 거리 측정 장치이다. 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기의 또 다른 예는 거리 측정이 마찬가지로 수행될 수 있는 삼각 측량 시스템(triangulation system)이다.
국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호에서, 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기가 제안되고, 그 내용은 본 명세서에 참고 문헌으로 포함된다. 검출기는 적어도 하나의 광학 센서를 포함한다. 광학 센서는 적어도 하나의 센서 영역을 갖는다. 광학 센서는 센서 영역의 조명(illumination)에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 조명의 동일한 총 전력이 주어지면, 센서 신호는 조명의 기하구조, 특히 센서 영역 상의 조명의 빔 단면에 의존한다. 검출기는 적어도 하나의 평가 장치를 갖는다. 평가 장치는 센서 신호로부터 기하학적 정보의 적어도 하나의 항목, 특히 조명 및/또는 물체에 대한 기하학적 정보의 적어도 하나의 항목을 생성하도록 설계된다.
국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호는 적어도 하나의 횡방향 광학 센서 및 적어도 하나의 광학 센서를 사용하여 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하는 방법 및 검출기를 개시하고, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고 문헌으로 포함된다. 구체적으로, 모호함 없이 고도의 정확도로 물체의 종방향(longitudinal) 위치를 결정하기 위해 센서 스택의 사용이 개시된다.
국제 특허 출원 공개 제 WO 2015/024871 A1 호는, 다음을 포함하는 광학 검출기를 개시하고, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다:
- 픽셀 매트릭스를 갖고 공간적으로 분해된 방식으로 광 빔의 적어도 하나의 특성을 변경하도록 구성된 적어도 하나의 공간 광 변조기, 각각의 픽셀은 픽셀을 통과하는 광 빔의 일부분의 적어도 하나의 광학 특성을 개별적으로 변경하도록 제어 가능함;
- 공간 광 변조기의 픽셀 매트릭스를 통과한 후에 광 빔을 검출하고 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 광학 센서;
- 상이한 변조 주파수를 갖는 픽셀들 중 적어도 2개의 픽셀을 주기적으로 제어하도록 구성된 적어도 하나의 변조기 장치; 및
- 변조 주파수들에 대한 센서 신호의 신호 컴포넌트들을 결정하기 위해 주파수 분석을 수행하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치.
국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/198629 A1 호는 다음을 포함하고 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기를 개시하고, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다:
- 물체로부터 검출기를 향해 전파하는 광 빔을 검출하도록 구성된 적어도 하나의 광학 센서, 광학 센서는 적어도 하나의 픽셀 매트릭스(152)를 구비함; 및
- 광 빔에 의해 조명되는 광학 센서의 픽셀 수 N을 결정하도록 구성된 적어도 하나의 평가 장치, 평가 장치는 광 빔에 의해 조명되는 N개의 픽셀을 사용하여 물체의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하도록 또한 구성됨.
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 호가 참조될 수 있고, 이의 전체 내용은 본 명세서에 참고로서 포함된다. 또한, 본 발명의 맥락에서 채용될 수도 있는 잠재적인 물질 및 광학 센서와 관련 있는, 2015년 1월 30일에 출원된 유럽 특허 출원 제 EP 15 153 215.7호, 2015년 3월 3일에 출원된 유럽 특허 출원 제 EP 15 157 363.1호, 및 2015년 4월 22일에 출원된 유럽 특허 출원 제 EP 15 164 653.6호, 2015년 7월 17일에 출원된 유럽 특허 출원 제 EP 15177275.3 호, 2015년 8월 10일에 출원된 유럽 특허 출원 제 EP 15180354.1 호 및 제 EP 15180353.3 호, 및 2015년 9월 14일에 출원된 유럽 특허 출원 제 EP 15 185 005.4 호에 대한 참조가 행해지며, 이의 전체 내용 또한 본 명세서에 참고로서 포함된다.
전술한 장치 및 검출기에 의해 암시된 이점에도 불구하고, 몇 가지 기술적 과제가 남아있다. 따라서, 일반적으로 신뢰성이 있고 저 비용으로 제조될 수 있고 공간에서의 물체의 위치를 검출하기 위한 검출기가 필요성이 존재한다. 특히, 3D 감지 개념에 대한 필요성이 존재한다. 전술된 개념들 중 여러 개념과 같은 다양한 공지된 개념들은 소위 FiP 센서를 사용하는 것에 적어도 부분적으로 기초한다. 소위 FiP 센서를 사용하는 3D 감지 개념은 전형적으로 적어도 하나의 FiP-센서 및 다른 비-FiP 검출기를 포함하는 하나의 검출기를 사용하는 것에 의존한다. 예를 들어, FiP 검출기 및 비 FiP 검출기는 서로 뒤에 쌓여 배열될 수 있다. 대안적으로, FiP 검출기 및 비 FiP 검출기는, 예를 들어, 빔 스플리터에 의해, 분할된 광 빔의 광이 FiP 검출기 및 비 FiP 검출기 둘 모두에 충돌하도록 배열될 수 있다. 따라서, 투명 검출기 또는 비싼 검출기가 필요하다.
전술한 여러 종래 기술 문서의 개념들과 같이 공지된 개념에 대한 논의는 일부 기술적 도전과제가 여전히 남아 있음을 명백히 보여준다. 전술된 장치 및 검출기, 특히 국제특허출원 제WO 2012/110924 A1호에 개시된 검출기에 의해 암시되는 이점에도 불구하고, 간단하고, 비용효율적이며, 여전히 신뢰성 있는 공간 검출기에 대한 개선이 여전히 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 알려진 전술된 공지의 장치들 및 방법들의 기술적 과제를 직면하는 장치들 및 시스템들을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 바람직하게는 적은 기술적 노력 및 기술적 자원과 비용 측면에서의 적은 요구 사항으로 공간 내 물체의 위치를 신뢰성 있게 결정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
이 문제는 독립 특허 청구 범위의 특징을 갖는 본 발명에 의해 해결된다. 개별적으로 또는 조합하여 실현될 수 있는 본 발명의 유리한 개발은 종속항 및/또는 하기의 명세서 및 상세한 실시예에서 제시된다.
다음에서 사용되는 바와 같이, "갖다(have)", "포함하다(comprise)" 또는 "포함하다(include)" 또는 이들의 임의의 문법적 변형은 비 배타적인 방식으로 사용된다. 따라서, 이들 이러한 용어들에 의해 소개된 특징 외에 이 문맥에서 설명된 개체에 더 이상의 특징이 존재하지 않은 상황 및 하나 이상의 추가 특징이 존재하는 상황 둘 모두를 지칭할 수 있다. 일 예로서, "A는 B를 갖는다", "A는 B를 포함한다", 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 모두를 지칭할 수 있다.
또한, 특징 또는 요소가 전형적으로 한번 이상 존재할 수 있음을 나타내는 용어 "적어도 하나의", "하나 이상의" 또는 유사 표현은 각각의 특징 또는 요소를 도입할 때 한 번만 사용될 것이라는 점을 유의해야 한다. 이하에서, 대부분의 경우, 각각의 특징 또는 요소를 언급할 때, 각각의 특징 또는 요소가 한 번 이상 제시될 수 있다는 사실에 부합하지 않는 "적어도 하나" 또는 "하나 이상의"라는 표현은 반복되지 않을 것이다.
또한, 이하에서 사용된 바와 같이, 용어 "바람직하게", "더 바람직하게", "특히", "특히 더", "구체적으로", "보다 구체적으로" 또는 유사 용어는 대안적인 가능성을 제한하지 않으면서 선택적인 특징과 함께 사용된다. 따라서, 이러한 용어들에 의해 도입된 특징들은 선택적인 특징이며 어떠한 방식으로도 청구 범위를 제한하지 않는다. 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 본 발명은 대안적인 특징들을 사용함으로써 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, "본 발명의 일 실시예에서" 또는 유사 표현에 의해 도입된 특징은 본 발명의 대안적인 실시예에 관한 임의의 제한 없이, 본 발명의 범주에 관한 임의의 제한 없이, 그리고 그러한 방식으로 도입된 특징들을 본 발명의 다른 선택적 또는 비 선택적 특징과 조합할 가능성에 관한 임의의 제한 없이 선택적 특징인 것으로 의도된다.
본 발명의 제 1 양태에서, 적어도 하나의 물체의 광학적 검출을 위한, 구체적으로는 적어도 하나의 물체의 깊이와 관련하여 또는 깊이 및 폭 둘 모두와 관련하여, 특히 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한, 검출기가 개시된다.
"물체"는 일반적으로 살아있는 생물체 및 비 생물체 중에서 선택되는 임의의 물체일 수 있다. 따라서, 일례로, 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.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "위치"는 공간에서 물체의 위치 및/또는 방향 및/또는 물체의 적어도 하나의 부분에 관한 정보의 적어도 하나의 항목을 지칭한다. 따라서, 적어도 하나의 정보의 항목은 물체의 적어도 하나의 지점과 적어도 하나의 검출기 사이의 적어도 하나의 거리를 암시할 수 있다. 이하에서 보다 상세하게 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 부분의 위치 및/또는 방향에 관한 정보의 하나 이상의 다른 항목이 결정될 수도 있다. 예로서, 물체 및/또는 물체의 적어도 하나의 부분의 적어도 하나의 횡방향 좌표가 결정될 수 있다. 따라서, 물체의 위치는 물체 및/또는 물체의 적어도 하나의 부분의 적어도 하나의 종방향 좌표를 암시할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 물체의 위치는 물체 및/또는 물체의 적어도 하나의 부분의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 암시할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 물체의 위치는 물체의 적어도 하나의 방향 정보를 암시할 수 있고, 이는 물체의 공간에서의 방향을 나타낸다.
이를 위해, 예로서, 하나 이상의 좌표계가 사용될 수 있고, 물체의 위치는 1, 2, 3 또는 그 이상의 좌표를 사용하여 결정될 수 있다. 예로서, 하나 이상의 직교 좌표계 및/또는 다른 유형의 좌표계가 사용될 수 있다. 일 예에서, 좌표계는 검출기가 소정의 위치 및/또는 방향을 갖는 검출기의 좌표계일 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 검출기는 검출기의 주된 방향을 구성할 수 있는 광축을 가질 수 있다. 광축은 z축과 같은 좌표계의 축을 형성할 수 있다. 또한, 하나 이상의 추가 축이 제공될 수 있으며, 바람직하게는 z축에 수직이다.
따라서, 일례로서, 검출기는 광축이 z축을 형성하는 좌표계를 구성할 수 있고, 여기서 추가적으로 z축에 수직인 x축 및 y축이 제공될 수 있으며, 이들은 z축에 대해 수직이고 서로에 대해 수직이다. 일례로, 검출기 및/또는 검출기의 일부는 이 좌표계의 원점과 같이 이러한 좌표계의 특정 지점에 놓일 수 있다. 이러한 좌표계에서, z축에 평행이거나 역평행인 방향은 종방향으로 고려될 수 있고, z축에 따른 좌표는 종방향 좌표로 고려될 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, 일례로서, 광축이 z축을 형성하고 z축으로부터의 거리 및 편각(polar angle)이 추가 좌표로 사용될 수 있는 극좌표계가 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, 극좌표 및/또는 편각은 횡방향 좌표로 고려될 수 있다.
본원에 사용되는 바와 같이, 광학 검출을 위한 검출기는 적어도 하나의 물체의 위치에 대한 정보의 적어도 하나의 항목을 제공하도록 구성되는 장치이다. 검출기는 고정식 장치 또는 이동식 장치일 수 있다. 또한, 검출기는 독립형 장치일 수 있거나 또는 컴퓨터, 차량 또는 임의의 다른 장치와 같은 다른 장치의 일부를 형성할 수 있다. 또한, 검출기는 핸드헬드 장치일 수도 있다. 검출기의 다른 실시예들이 가능하다.
검출기는 적어도 하나의 물체의 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 임의의 실행가능한 방식으로 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 이러한 정보는, 예를 들어, 전자적인 방식으로, 시각적인 방식으로, 음향적인 방식으로 또는 이들의 임의의 조합의 방식으로 제공될 수 있다. 이러한 정보는 또한 검출기의 데이터 저장소 또는 별개의 장치에 저장될 수 있고/있거나 적어도 하나의 인터페이스, 예컨대, 무선 인터페이스 및/또는 유선 인터페이스를 통해 제공될 수도 있다.
본 발명에 따른, 적어도 하나의 물체의 광학적 검출을 위한 검출기는, 적어도 하나의 종방향 광학 센서 및 적어도 하나의 평가 장치를 포함하되, 종방향 광학 센서는 적어도 하나의 센서 영역을 갖고, 종방향 광학 센서는, 광 빔에 의한 센서 영역의 조명(illumination)에 의존적인 방식으로 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되며, 종방향 센서 신호는, 조명의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 종방향 센서 신호는 또한 종방향 광학 센서의 적어도 하나의 특성에 의존하며, 종방향 광학 센서의 특성은 조정 가능하고, 평가 장치는 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
본원에서, 열거된 구성요소는 별도의 구성요소일 수 있다. 대안적으로, 위에서 열거된 바와 같은 구성요소들 중 둘 이상이 하나의 구성요소 내에 통합될 수도 있다. 더욱이, 적어도 하나의 평가 장치는 전송 장치 및 종방향 광학 센서와는 독립적인 별도의 평가 장치로서 형성될 수 있지만, 바람직하게는, 종방향 센서 신호를 수신하기 위해 종방향 광학 센서에 접속될 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 평가 장치는 종방향 광학 센서 내에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 광학 센서는 일반적으로 광 빔을 검출하기 위한, 예컨대, 광 빔에 의해 생성된 조명 및/또는 광 스폿을 검출하기 위한 광 감지 장치를 지칭한다. 광학 센서는, 이하 더 상세히 설명되는 바와 같이, 물체 및/또는 물체의 적어도 하나의 부분, 예컨대, 적어도 하나의 광 빔이 검출기를 향해 이동하는 물체의 적어도 하나의 부분의 적어도 하나의 종방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "종방향 광학 센서"는, 일반적으로 광 빔에 의한 센서 영역의 조명에 의존적인 방식으로 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되는 장치이고, 종방향 센서 신호는, 조명의 총 전력이 동일한 경우, 소위 "FiP 효과"에 따라, 센서 영역에서의 광 빔의 빔 단면에 의존적이다. 본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "센서 신호"는 일반적으로 조명에 응답하여 종방향 광학 센서에 의해 생성된 임의의 기억 가능하고 변환 가능한 신호를 지칭한다. 일반적으로, 종방향 센서 신호는 깊이로서 표기될 수도 있는 종방향 위치를 나타내는 임의의 신호일 수 있다. 예로서, 종방향 센서 신호는 디지털 및/또는 아날로그 신호이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 예로서, 종방향 센서 신호는 전압 신호 및/또는 전류 신호이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 종방향 센서 신호는 디지털 데이터이거나 이를 포함할 수 있다. 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. 종방향 센서 신호는 단일의 신호 값 및/또는 일련의 신호 값들을 포함할 수 있다. 종방향 센서 신호는, 예컨대, 둘 이상의 신호를 평균화 및/또는 둘 이상의 신호의 몫(quotient)을 형성함으로써, 둘 이상의 개별적인 신호를 조합하여 도출되는 임의의 신호를 더 포함할 수 있다. 종방향 광학 센서 및 종방향 센서 신호의 잠재적인 실시예의 경우, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호에 개시된 바와 같은 광학 센서를 참조할 수 있다. 또한, 미가공(raw) 센서 신호가 사용되거나, 검출기, 광학 센서 또는 임의의 다른 요소가 센서 신호를 처리하도록 구성됨으로써, 필터링 등에 의한 전처리와 같이 센서 신호로서 또한 사용될 수 있는 2차 센서 신호를 생성할 수 있다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "광"은 일반적으로 가시 스펙트럼 범위, 자외선 스펙트럼 범위 및 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상에서의 전자기 방사선을 지칭한다. 여기서, ISO 표준 ISO-21348에 부분적으로 따라, 가시 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 380nm 내지 760nm의 스펙트럼 범위를 지칭한다. 적외선(IR) 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 760nm 내지 1000μm의 범위의 전자기 방사로 지칭하고, 760nm 내지 1.4μm의 범위는 근적외선(NIR) 스펙트럼 범위로 보통 명명되며, 15㎛ 내지 1000㎛는 원적외선(FIR) 스펙트럼 범위로 명명된다. 자외선 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 1nm 내지 380nm, 바람직하게는 100nm 내지 380nm의 범위의 전자기 방사선을 지칭한다. 바람직하게는, 본 발명에서 사용되는 광은 가시광선, 즉 가시 스펙트럼 범위의 광이다.
용어 "광 빔(light beam)"은 일반적으로 특정 방향으로 방출되는 광의 양, 구체적으로는 기본적으로 동일한 각도로 이동하는 광의 양을 의미하며, 이는 확산 각 또는 확대 각을 갖는 광 빔의 가능성을 포함한다. 따라서, 광 빔은 광 빔의 전파 방향에 대해 수직인 방향으로 사전결정된 확장을 갖는 광선(light ray)들의 묶음(bundle)일 수 있다. 바람직하게, 광 빔은 빔 웨이스트(beam waist), 레일레이 길이(Rayleigh-length) 또는 임의의 다른 빔 파라미터 또는 공간에서의 빔 직경 및/또는 빔 전파의 전개를 특징화하기에 적합한 빔 파라미터들의 조합 중 하나 이상과 같이, 하나 이상의 가우스(Gaussian) 빔 파라미터에 의해 특징화될 수 있는 하나 이상의 가우스 광 빔이거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 광 빔은 물체로부터 검출기를 향하여 전파한다.
광 빔은 물체 자체에 의해 허용될 수 있다(즉, 물체로부터 나올 수 있다). 추가적으로 또는 대안적으로, 광 빔의 다른 근원(origin)이 가능하다. 따라서, 이하에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 기본(primary) 광선 또는 빔, 예컨대, 사전결정된 특성을 갖는 하나 이상의 기본 광선 또는 빔을 사용하여, 물체를 조명하는 하나 이상의 조명원이 제공될 수 있다. 후자의 경우, 물체로부터 검출기로 전파되는 광 빔은 물체 및/또는 물체에 연결된 반사 장치에 의해 반사되는 광 빔일 수 있다.
광 빔에 의한 조명의 총 전력이 동일한 경우, FiP 효과에 따라, 적어도 하나의 종방향 센서 신호는, 적어도 하나의 종방향 광학 센서의 센서 영역에서의 광 빔의 빔 단면에 의존한다.
본원에 사용되는 바와 같이, "센서 영역"이라는 용어는 필수적이지는 않지만 바람직하게는 연속적이고 연속 영역을 형성할 수 있는 2차원 또는 3차원 영역을 지칭하고, 센서 영역은 조명에 의존적인 방식으로 적어도 하나의 측정 가능한 특성을 변화시키도록 설계된다. 예로써, 적어도 하나의 특성은, 예를 들어, 센서 영역이 단독으로 또는 광학 센서의 다른 요소들과 상호 작용하여 광전압 및/또는 광전류 및/또는 일부 다른 유형의 신호를 생성하도록 설계된다. 특히, 센서 영역은 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로 균일한, 바람직하게는 단일 신호를 생성하는 방식으로 구현될 수 있다. 따라서, 센서 영역은 균일한 신호, 예를 들어, 전기 신호가 생성되는, 바람직하게는, 예를 들어, 센서 영역의 부분 영역에 대한 부분 신호로 더 이상 세분될 수 없는, 종방향 광학 센서의 최소 단위일 수 있다. 종방향 광학 센서는 하나 또는 그 이상의 센서 영역을 가질 수 있고, 후자의 경우는 예를 들어 복수의 센서 영역이 2차원 및/또는 3차원 매트릭스 배열로 배열된다.
본 발명에 따른 검출기뿐만 아니라 본 발명의 문맥에서 제안되는 다른 장치 및 방법은, 구체적으로, 국제 특허 출원 공개 제WO 2012/110924 A1호 및/또는 국제 특허 출원 공개 제WO 2014/097181 A1호에 상세히 설명되어 있는 소위 "FiP" 효과와 유사한 목적을 구현하는 것으로 고려될 수 있다. 여기서, "FiP"는 조명의 동일한 총 전력 P가 주어지면 광자 밀도, 광속에 의지하고, 따라서 광 빔의 단면 φ(F)에 의존하는 신호 i가 생성될 수 있는 효과를 암시한다.
본원에 사용되는 바와 같이, "빔 단면"은 일반적으로 특정 위치에서 광 빔에 의해 생성된 광 빔 또는 광 스폿의 측면 연장을 지칭한다. 본 명세서에서 더 사용되는 바와 같이, 광 스폿은 일반적으로 광 빔에 의한 특정 위치에서의 가시적인 조명 또는 검출 가능한 원형 또는 비원형 조명을 지칭한다. 광 스폿에서, 광은 완전히 또는 부분적으로 산란되거나 단순히 투과될 수 있다. 원형의 광 스폿이 생성되는 경우, 반경, 직경 또는 가우스 빔 웨이스트(Gaussian beam waist) 또는 가우스 빔 웨이스트의 두 배가 빔 단면의 측정값으로서 기능할 수 있다. 비원형의 광 스폿이 생성되는 경우, 단면은 임의의 다른 가능한 방식으로, 예컨대, 등가 빔 단면이라고도 지칭되는 비원형 광 스폿과 동일한 구역을 갖는 원의 단면을 결정함으로써 결정될 수 있다. 이와 관련하여, 센서 영역이, 예컨대, 센서 영역이 광학 렌즈에 의해 영향을 받는 초점에 또는 그 부근에 위치될 수 있는 경우, 가능한 최소의 단면을 갖는, 광 빔에 의해 충돌될 수 있는 조건하에서 종방향 센서 신호, 특히 전역 극값의 극값, 즉 최대값 또는 최소값의 관찰을 이용하는 것이 가능할 수 있다. 극값이 최대값인 경우, 이 관찰은 양의 FiP 효과로 명명될 수 있고, 극한값이 최소값인 경우 이 관찰은 음의 FiP 효과로 명명될 수 있다.
광 빔에 의한 센서 영역의 조명의 총 전력이 동일하다면, 제 1 빔 직경 또는 빔 단면을 갖는 광 빔은 제 1 종방향 센서 신호를 생성할 수 있고, 제 1 빔 직경 또는 빔 단면과 상이한 제 2 빔 직경 또는 빔-단면을 갖는 광 빔은, 제 1 종방향 센서 신호와 상이한 제 2 종방향 센서 신호를 생성한다. 따라서, 종방향 센서 신호들을 비교함으로써, 빔 단면의 정보(특히, 빔 직경)에 대한 적어도 하나의 항목이 생성될 수 있다. 이러한 효과의 자세한 사항은, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호를 참조할 수 있다. 따라서, 광 빔의 총 전력 및/또는 강도에 대한 정보를 얻기 위해서, 및/또는 종방향 센서 신호 및/또는 총 전력에 대한 물체의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목 및/또는 광 빔의 전체 강도를 정규화하기 위해서, 종방향 광학 센서에 의해 생성된 종방향 센서 신호를 비교할 수 있다. 따라서, 예로서, 종방향 광학 센서 신호의 최대 값이 검출될 수 있고, 모든 종방향 센서 신호가 이러한 최대 값에 의해 나누어질 수 있으며, 그로 인해, 정규화된 종방향 광학 센서 신호를 생성하게 되고, 그 다음 그것은 전술된 공지의 관계를 이용하여 물체에 대한 적어도 하나의 종방향 정보로 변환될 수 있다. 종방향 센서 신호들의 평균 값을 이용하고, 모든 종방향 센서 신호들을 평균 값에 의해 나누는 정규화와 같은 다른 방식의 정규화가 가능하다. 다른 옵션들이 가능하다. 각각의 이들 옵션은, 광 빔의 총 전력 및/또는 강도와는 독립적인 변환을 제공하기에 적합할 수 있다. 또한, 이에 따라, 광 빔의 총 전력 및/또는 강도에 대한 정보가 생성될 수 있다.
구체적으로, 물체로부터 검출기로 전파되는 광 빔의 하나 이상의 빔 특성이 공지된 경우, 이에 따라 물체의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목이 적어도 하나의 종방향 센서 신호와 물체의 종방향 위치 사이의 공지된 관계로부터 도출될 수 있다. 공지된 관계는 평가 장치에서 알고리즘으로서 및/또는 하나 이상의 보정 곡선으로서 저장될 수 있다. 일례로, 구체적으로 가우스 빔에 대해, 빔 직경 또는 빔 웨이스트와 물체의 위치 사이의 관계가, 빔 웨이스트와 종방향 좌표 사이의 가우스 관계를 사용함으로써 쉽게 도출될 수 있다.
종방향 센서 신호는 종방향 광학 센서의 적어도 하나의 특성에 또한 의존하고, 여기서 종방향 광학 센서의 특성은 조정 가능하다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "종방향 광학 센서의 특성"은 일반적으로 종방향 센서의 임의의 특성을 지칭하고, 이는 종방향 광학 센서의 조명에 응답하여 종방향 광학 센서의 응답 거동에 영향을 미친다. 예를 들어, 특성은 종방향 광학 센서, 특히 센서 영역의 물질 특성일 수 있다. 특히, 특성은 종방향 광학 센서의, 특히 센서 영역의 물질의 전기적 특성 및/또는 전기적 특징일 수 있다. 따라서, 특성은 종방향 광학 센서의 물질, 특히 센서 영역의 물질의 전기 전도도일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "조정 가능"은 일반적으로 종방향 광학 센서의 특성을 구성, 변경, 수정, 변화시키는 것 중 하나를 위해 종방향 광학 센서에 영향을 주는 것을 지칭한다. 특성은 의도적으로 조정할 수 있다. 구체적으로 종방향 광학 센서의 특성은 사용자에 의해 및/또는 외부 영향에 의해 조정 가능할 수 있다. 특성은 미리 결정되거나 사전 설정될 수 있다. 특성은 원하는 응용 프로그램에 따라 조정 가능할 수 있다. 검출기는 적어도 하나의 외부 영향 및/또는 적어도 하나의 내부 영향을 행사하도록 구성된 적어도 하나의 스위칭 장치를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "스위칭 장치"는 일반적으로 종방향 광학 센서의 특성을 조정하도록 설계된 임의의 장치를 지칭한다. 본원에 사용된 용어 "내부 영향"은 일반적으로 종 방향 광학 센서의 구성에 의해 종방향 광학 센서의 특성을 조정하는 것을 지칭한다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 검출기는 종방향 광학 센서에 적어도 하나의 전압을 인가하도록 구성된 적어도 하나의 전압원을 포함할 수 있다. 스위칭 장치는 종방향 광학 센서에 인가되는 전압이 수정되도록 전압원에 영향을 가하도록 구성될 수 있다. 또한, 본원에서 사용되는 용어 "외부 영향"은 일반적으로 외부 장치를 구성함으로써 종방향 광학 센서의 특성을 조정하는 것을 지칭한다. 아래에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 검출기는 적어도 하나의 광 빔을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다. 스위칭 장치는 조명원, 예를 들어, 적어도 하나의 전자 신호 및/또는 적어도 하나의 데이터 신호에 영향을 가하도록 구성될 수 있어, 조명원이 수정된다. 예를 들어, 조명원에 의해 방출된 광 빔의 적어도 하나의 특성은 스위칭 장치의 영향으로 인해 수정된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "평가 장치"라는 용어는 일반적으로 정보 항목, 즉 물체의 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된 임의의 장치를 지칭한다. 일례로, 평가 장치는 하나 이상의 집적 회로, 예컨대, 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASIC) 및/또는 하나 이상의 컴퓨터, 바람직하게는 하나 이상의 마이크로컴퓨터 및/또는 마이크로컨트롤러와 같은 하나 이상의 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 하나 이상의 AD 변환기 및/또는 하나 이상의 필터와 같이 센서 신호를 수신 및/또는 전처리하기 위한 하나 이상의 장치와 같은, 하나 이상의 전처리 장치 및/또는 데이터 획득 장치와 같은 추가 구성요소가 포함될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 센서 신호는 종방향 센서 신호 및 적용 가능한 경우 횡방향 센서 신호 중 하나를 일반적으로 지칭할 수 있다. 또한, 평가 장치는 하나 이상의 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 평가 장치는 하나 이상의 무선 인터페이스 및/또는 하나 이상의 유선 인터페이스와 같은 하나 이상의 인터페이스를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 평가 장치는, 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램, 예컨대, 정보 항목을 생성하는 단계를 수행 또는 지원하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 수행하도록 구성될 수 있다. 일례로, 센서 신호를 입력 변수로서 사용함으로써, 물체의 위치로의 사전결정된 변환을 수행할 수 있는 하나 이상의 알고리즘이 구현될 수 있다.
평가 장치는 특히 적어도 하나의 데이터 처리 장치, 특히, 센서 신호를 평가함으로써 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있는 전자 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 평가 장치는 센서 신호를 입력 변수로서 사용하고, 이들 입력 변수를 처리함으로써 물체의 횡방향 위치 및 종방향 위치에 대한 정보 항목을 생성하도록 설계된다. 이러한 처리는 병렬로, 후속적으로 또는 심지어 결합된 방식으로 수행될 수 있다. 평가 장치는, 예컨대, 적어도 하나의 저장된 및/또는 공지된 관계를 계산 및/또는 사용함으로써, 이들 정보 항목을 생성하기 위한 임의의 프로세스를 사용할 수 있다. 센서 신호 이외에, 하나 또는 복수의 추가 파라미터 및/또는 정보 항목이 위에서와 같은 관계, 예를 들면, 변조 주파수에 대한 하나 이상의 정보 항목에 영향을 미칠 수 있다. 관계는 경험적으로, 분석적으로 또는 반경험적으로(semi-empirically) 결정되거나 또는 결정 가능할 수 있다. 특히 바람직하게, 관계는 적어도 하나의 보정 곡선, 적어도 하나의 보정 곡선 세트, 적어도 하나의 함수 또는 언급된 가능성들의 조합을 포함한다. 하나 또는 복수의 보정 곡선은, 예를 들면, 데이터 저장 장치 및/또는 표에, 예를 들면, 값들의 세트 및 그와 관련된 함수 값들의 형태로 저장될 수 있다. 그러나, 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 보정 곡선은, 예를 들면, 파라미터화된 형태로 및/또는 함수 방정식으로서 또한 저장될 수 있다. 센서 신호를 정보 항목으로 처리하기 위한 별도의 관계들이 사용될 수 있다. 대안적으로, 센서 신호를 처리하기 위한 적어도 하나의 조합된 관계가 가능하다. 다양한 가능성들이 고려될 수 있으며, 또한 조합될 수 있다.
예로써, 평가 장치는 정보 항목을 결정하려는 목적을 위한 프로그래밍의 관점에서 설계될 수 있다. 평가 장치는 특히 하나 이상의 컴퓨터, 예를 들면, 하나 이상의 마이크로컴퓨터를 포함할 수 있다. 더욱이, 평가 장치는 하나 또는 복수의 휘발성 또는 비휘발성 데이터 메모리를 포함할 수 있다. 데이터 처리 장치(특히, 하나 이상의 컴퓨터)에 대한 대안으로서 또는 추가적으로, 평가 장치는 정보 항목, 예를 들면, 전자 표 및 특히 하나 이상의 순람표 및/또는 하나 이상의 ASIC을 결정하기 위해 설계되는 하나 또는 복수의 다른 전자 구성요소를 포함할 수 있다.
전술된 바와 같이, 검출기는 적어도 하나의 평가 장치를 갖는다. 특히, 적어도 하나의 평가 장치는 또한, 예를 들면, 검출기의 적어도 하나의 조명원을 제어하고/하거나 검출기의 적어도 하나의 변조 장치를 제어하도록 설계된 평가 장치에 의해, 검출기를 완전하게 또는 부분적으로 제어 또는 구동하도록 설계될 수 있다. 평가 장치는, 특히, 복수의 센서 신호와 같은 하나 또는 복수의 센서 신호, 예를 들면, 조명의 상이한 변조 주파수에서의 연속적인 복수의 센서 신호가 픽업(picked up)되는 적어도 하나의 측정 사이클을 실행하도록 설계될 수 있다.
전술된 바와 같이, 평가 장치는 적어도 하나의 센서 신호를 평가함으로써 물체의 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다. 물체의 위치는 고정일 수 있거나 심지어 물체의 하나 이상의 이동, 예를 들면, 검출기 또는 그 일부분과 물체 또는 그 일부분 사이의 상대적인 이동을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상대적인 이동은 일반적으로 적어도 하나의 선형 이동 및/또는 적어도 하나의 회전 이동을 포함할 수 있다. 이동 정보의 항목은, 예를 들면, 상이한 시간들에 픽업된 적어도 2개의 정보 항목의 비교에 의해 또한 획득될 수 있어서, 예를 들면, 적어도 하나의 위치 정보 항목이 적어도 하나의 속도 정보 항목 및/또는 적어도 하나의 가속도 정보 항목, 예를 들면, 물체 또는 그 일부분과 검출기 또는 그 일부분 사이의 적어도 하나의 상대 속도에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 또한 포함할 수 있다. 특히, 적어도 하나의 위치 정보 항목은 일반적으로, 물체 또는 그 부분들과 검출기 또는 그 부분들 사이의 거리, 특히, 광 경로 길이에 대한 정보의 항목; 물체 또는 그 부분들과 선택적 전달 장치 또는 그 부분들 사이의 거리 또는 광 거리에 대한 정보의 항목; 검출기 또는 그 부분들에 대한 물체 또는 그 부분들의 위치선정에 대한 정보의 항목; 검출기 또는 그 부분들에 대한 물체 및/또는 그 부분들의 방향에 대한 정보의 항목; 물체 또는 그 부분들과 검출기 또는 그 부분들 사이의 상대적인 이동에 대한 정보의 항목; 물체 또는 그 부분들의 2차원 또는 3차원 공간 구성, 특히, 물체의 기하구조 또는 형태에 대한 정보 항목으로부터 일반적으로 선택될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 적어도 하나의 위치 정보 항목은, 예를 들면 물체 또는 그의 일부분의 적어도 하나의 위치에 대한 정보의 항목; 물체 또는 그의 일부분의 적어도 하나의 방향에 대한 정보의 항목; 물체 또는 그의 일부분의 기하구조 또는 형태에 대한 정보의 항목; 물체 또는 그의 일부분의 속도에 대한 정보의 항목; 물체 또는 그의 일부분의 가속도에 대한 정보 항목; 및 검출기의 가시 범위 내에 물체 또는 그의 일부분의 존재 또는 부재에 대한 정보 항목으로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
적어도 하나의 위치 정보 항목은, 예를 들면, 적어도 하나의 좌표계, 예를 들어, 검출기 또는 그 부분들이 놓이는 좌표계에서 지정될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 위치 정보는 또한 단순히, 예를 들면, 검출기 또는 그 부분들과 물체 또는 그 부분들 사이의 거리를 포함할 수 있다. 언급된 가능성들의 조합이 또한 고려될 수 있다.
평가 장치는 적어도 하나의 종방향 센서 신호로부터 광 빔의 직경을 결정함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 정보의 적어도 하나의 항목을 생성하도록 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 평가 장치를 사용하여 물체의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 결정하는 것에 관한 더 상세한 내용에 대해서는 국제 특허 출원 공개 제WO 2014/097181 A1호의 설명을 참조할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 평가 장치는 바람직하게는 광 빔의 전파 방향에서 적어도 하나의 전파 좌표에 대한 광 빔의 빔 직경의 공지된 의존성으로부터 및/또는 광 빔의 공지된 가우시안(Gaussian) 프로파일로부터 광 빔의 종방향 위치에 관한 정보의 적어도 하나의 항목을 결정하기 위해, 광 빔의 빔 단면 및/또는 직경을 광 빔의 공지된 빔 특성과 비교하도록 구성될 수 있다.
평가 장치는 종방향 광학 센서 신호를 명확하게 평가하도록 설계될 수 있다. 평가 장치는 광 빔의 빔 단면과 물체의 종방향 위치 사이의 알려진 관계에서 모호성을 해결하도록 구성될 수 있다. 따라서, 물체로부터 검출기로 전파하는 광 빔의 빔 특성이 완전히 또는 부분적으로 알려지더라도, 많은 빔에서, 빔 단면은 초점에 도달하기 전에 좁아지고, 이후에 다시 넓어지는 것으로 알려진다. 따라서, 광 빔이 가장 좁은 빔 단면을 갖는 초점 전후에서, 광 빔이 동일한 단면을 갖는 광 빔의 전파 축을 따르는 위치가 발생한다. 따라서, 일례로, 초점 전후의 거리 z0에서, 광 빔의 단면은 동일하다.
이와 관련하여, 2015년 10월 28일자로 출원된 유럽 특허 출원 제15191960.2호를 참조할 수 있으며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다. 특정한 스펙트럼 감도를 갖는 하나의 종방향 광학 센서만 사용되는 경우, 광 빔의 전체적인 세기 또는 강도가 알려진 경우, 광 빔의 특정 단면이 결정될 수도 있다. 이러한 정보를 사용함으로써, 초점으로부터 각각의 종방향 광학 센서의 거리 z0가 결정될 수 있다. 그러나, 각각의 종방향 광학 센서가 초점 전후에 위치하는지 결정하기 위해, 추가 정보, 예컨대, 물체 및/또는 검출기의 이동 이력 및/또는 검출기가 초점 전후에 위치하는지에 대한 정보가 요구된다. 일반적인 상황에서, 이러한 추가 정보가 제공되지 않을 수도 있다. 따라서, 모호성을 해결하기 위해, 검출기는 적어도 2개의 종방향 광학 센서를 포함할 수 있다. 평가 장치는 종방향 센서 신호를 평가함으로써, 제 1 종방향 광학 센서 상의 광 빔의 빔 단면이 제 2 종방향 광학 센서 상의 광 빔의 빔 단면보다 크다는 것을 인식하면, 제 2 종방향 광학 센서는 제 1 종방향 광학 센서 뒤에 위치하고, 평가 장치는 광 빔이 여전히 좁아지고 있고 제 1 종방향 광학 센서의 위치가 광 빔의 초점 전에 위치하는 것으로 결정할 수 있다. 반대로, 제 1 종방향 광학 센서 상의 광 빔의 빔 단면이 제 2 종방향 광학 센서 상의 광 빔의 빔 단면보다 작은 경우, 평가 장치는 광 빔이 넓어지고 지고 있는 것으로 결정할 수 있고, 제 2 종방향 광학 센서의 위치는 초점 뒤쪽에 위치한다고 결정할 수 있다. 일반적으로, 평가 장치는 상이한 종방향 센서의 종방향 센서 신호를 비교함으로써 광 빔이 넓어지거나 좁아지는지를 인식하도록 구성될 수 있다.
그러나, 특히 비용 효율성 및 공간 요구사항의 관점에서, 단일 종방향 광학 센서를 사용함으로써 모호성 없이 물체의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 결정하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 종방향 광학 센서는 적어도 2개의 동작 모드로 동작할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "동작 모드"라는 용어는 종방향 광학 센서의 상태, 특히 동작 상태를 지칭한다. 동작 모드는 종 방향 광학 센서의 조정 가능한 특성에 의존할 수 있다. 광 빔이 종방향 광학 센서에 충돌하는 경우, 제 1 동작 모드의 종방향 광학 센서는 제 2 동작 모드에서 생성된 종방향 센서 신호와 비교하여 상이한 종방향 센서 신호를 생성할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "적어도 2개의 동작 모드에서 동작 가능한"이라는 용어는 일반적으로 종방향 광학 센서가 각 동작 모드에서 종방향 센서 신호를 생성하도록 구성되는 것을 지칭한다. 따라서, 종방향 광학 센서는 적어도 2개의 동작 모드에서 적어도 하나의 물체의 광학적 검출을 위해 구성될 수 있다.
검출기는 종방향 광학 센서의 특성을 조정함으로써 동작 모드들 사이에서 스위칭하고/하거나 변경할 수 있도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 스위칭 장치는 종방향 광학 센서의 적어도 2개의 동작 모드 사이에서 스위칭하도록 구성될 수 있다. 스위칭 장치는 FiP 기반 검출기의 동작 상태들, 특히 FiP 검출기가 FiP 기반 검출을 수행할 수 있는 동작 상태와 FiP 검출기가 FiP 기반 검출을 수행할 수 없는 상태 사이에서 스위칭하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 종방향 광학 센서의 특성에 의존하는 적어도 하나의 양의 동작 모드에서 종방향 센서 신호의 진폭은 센서 영역에서 광 빔에 의해 생성된 광 스폿의 단면이 감소함에 따라 증가할 수 있다. 전술된 바와 같이, 광 빔에 의한 조명의 총 전력이 동일한 경우 적어도 하나의 종 방향 센서 신호는 적어도 하나의 종방향 광학 센서의 센서 영역에서의 광 빔의 빔 단면에 의존한다. 양의 동작 모드에서, 동일한 총 전력을 고려해 볼 때, 종방향 센서 신호는 센서 영역 상에서 또는 센서 영역 내에서 하나 또는 복수의 초점에 대해 및/또는 하나 또는 복수의 특정 크기의 광 스폿에 대해 적어도 하나의 현저한 최대값을 나타낼 수 있다. 비교를 위해, 센서 영역이 가능한 가장 작은 단면을 갖는 광 빔에 의해 충돌되는 조건에서, 예컨대, 센서 영역이 광학 렌즈의 영향을 받는 초점에 또는 그 근처에 위치할 수 있는 경우, 종방향 센서 신호의 최대값의 관찰은 "양의 FiP 효과"로 명명될 수 있다.
또한, 예를 들어, 종방향 광학 센서의 특성에 의존하는 적어도 하나의 음의 동작 모드에서 종방향 센서 신호의 진폭은 센서 영역에서 광 빔에 의해 생성된 광 스폿의 단면이 감소함에 따라 감소할 수 있다. 전술한 바와 같이, 광 빔에 의한 조명의 총 전력이 동일한 경우, 적어도 하나의 종방향 센서 신호는 적어도 하나의 종방향 광학 센서의 센서 영역에서의 광 빔의 빔 단면에 의존한다. 음의 동작 모드에서, 동일한 총 전력을 고려해 볼 때, 종방향 센서 신호는 센서 영역 상에서 또는 센서 영역 내에서 하나 또는 복수의 초점에 대해 및/또는 하나 또는 복수의 특정 크기의 광 스폿에 대해 적어도 하나의 현저한 최소값을 나타낼 수 있다. 비교를 위해, 센서 영역이 가능한 가장 작은 단면을 갖는 광 빔에 의해 충돌되는 조건에서, 예컨대, 센서 영역이 광학 렌즈의 영향을 받는 초점에 또는 그 근처에 위치할 수 있는 경우, 종방향 센서 신호의 최소값의 관찰은 "음의 FiP 효과"로 명명될 수 있다.
또한, 예를 들어, 종방향 센서의 특성에 의존하는 적어도 하나의 중립 동작 모드에서 종방향 센서 신호의 진폭은 기본적으로 센서 영역 내의 광 빔에 의해 생성된 광 스폿의 단면의 변화로부터 본질적으로 독립적일 수 있다. 특히, 종방향 센서 신호는 기본적으로 초점 독립형일 수 있다. 본원에서 사용되는 "기본적으로 단면의 변화에 독립적인"이라는 용어는 종방향 센서 신호가 단면의 변화로부터 독립적인 것을 의미하며, 여기서 종방향 센서 신호의 적어도 ±10%, 바람직하게는 ±5%, 가장 바람직하게는 ±1%의 진폭 변화가 발생할 수 있다. 특히, 중성 모드에서 전역 극값(global extremum)은 관찰되지 않을 수 있다.
검출기는, 양의 동작 모드; 음의 동작 모드; 중립 동작 모드로 구성된 그룹 중 적어도 2개의 선택적 모드 사이에서 스위칭 및.또는 변경 가능하도록 구성될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 종방향 광학 센서는 양의 동작 모드에 있을 수 있다. 스위칭 장치는 종방향 광학 센서의 동작 모드가, 예를 들어, 음의 동작 모드 또는 중립 동작 모드로 변경되도록 적어도 하나의 외부 영향 및/또는 적어도 하나의 내부 영향을 가하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 종방향 광학 센서는 음의 동작 모드에 있을 수 있다. 스위칭 장치는 종방향 광학 센서의 동작 모드가, 예를 들어, 양의 동작 모드 또는 중립 동작 모드로 변경되도록 적어도 하나의 외부 영향 및/또는 적어도 하나의 내부 영향을 가하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 종방향 광학 센서는 중립 동작 모드에 있을 수 있다. 스위칭 장치는 종방향 광학 센서의 동작 모드가, 예를 들어, 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드로 변경되도록 적어도 하나의 외부 영향 및/또는 적어도 하나의 내부 영향을 가하도록 구성될 수 있다.
평가 장치는 종방향 광학 센서의 동작 모드를 결정하도록 설계될 수 있다. 평가 장치는 종방향 광학 센서의 동작 모드를 분류하도록 구성될 수 있다. 특히, 평가 장치는 전역 극값, 예를 들어, 전역 최소값 또는 전역 최대값을 관찰하고/하거나 식별하도록 구성될 수 있다. 어떠한 극값도 관찰되거나 식별되지 않는 경우, 평가 장치는 동작 모드를 중립 동작 모드로 분류할 수 있다. 평가 장치는 종방향 센서 신호의 분석, 특히 종방향 센서 신호의 곡선 분석을 수행하도록 구성될 수 있다.
평가 장치는 종방향 센서 신호의 진폭을 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 적어도 2개의 동작 모드에서 종방향 센서 신호를 순차적으로 또는 동시에 중 하나 또는 둘 모두로 결정하도록 설계될 수 있다. 따라서, 평가 장치는 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 동시에 평가하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 적어도 2개의 상이한 동작 모드에서 결정된 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 고려함으로써 모호성을 해결하도록 설계될 수 있다. 따라서, 적어도 2개의 종방향 센서 신호가 평가될 수 있고, 여기서 제 1 종방향 센서 신호가 제 1 동작 모드에서 평가될 수 있고 제 2 종방향 센서 신호가 제 2 동작 모드에서 평가될 수 있다. 평가 장치는 제 1 종방향 센서 신호와 제 2 종방향 센서 신호를 비교함으로써 모호성을 해결하도록 구성될 수 있다. 평가 장치는 종방향 센서 신호를 정규화하고 광 빔의 강도에 독립적인 물체의 종방향 위치에 대한 정보를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 종방향 센서 신호 또는 제 2 종방향 센서 신호 중 하나가 기준 신호로서 선택될 수 있다. 예를 들어, 중립 동작 모드에서 평가된 종방향 센서 신호가 기준 신호로서 선택될 수 있다. 예를 들어, 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드에서 평가된 종방향 센서 신호들 중 적어도 하나가 기준 신호로서 선택될 수 있다. 선택된 기준 신호와 다른 종방향 신호를 비교함으로써 모호성이 제거될 수 있다. 종방향 센서 신호들은, 광 빔의 총 전력 및/또는 강도에 관한 정보를 얻기 위해 및/또는 광 빔의 총 전력 및/또는 총 강도에 대해 물체의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목 및 종방향 센서 신호를 정규화하기 위해, 비교될 수 있다. 예를 들어, 종방향 센서 신호는 선택된 기준 종방향 센서 신호, 특히 중립 동작 모드에서 평가된 종방향 센서 신호에 의한 나눗셈에 의해 정규화됨으로써, 그 이후 전술된 공지의 관계를 사용함으로써 물체에 대한 적어도 하나의 종방향 정보 항목으로 변환될 수 있는 정규화된 종방향 광학 센서 신호를 생성할 수 있다. 따라서, 변환은 광 빔의 총 전력 및/또는 강도에 대해 독립적일 수 있다. 예를 들어, 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드 중 하나에서 평가된 적어도 하나의 종방향 센서 신호는 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드 중 다른 하나에서 평가된 종방향 센서 신호에 의해 나눗셈될 수 있다. 따라서, 나눗셈에 의해, 모호성이 제거될 수 있다.
종방향 광학 센서의 특성은 전기적으로 및/또는 광학적으로 조정 가능하다.
검출기는 적어도 하나의 바이어싱 장치를 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, "바이어싱 장치"라는 용어는 일반적으로 종방향의 광학 센서의 물질에 걸쳐 바이어스 전압을 인가하도록 구성된 장치를 지칭한다. 종방향 광학 센서의 특성은 바이어싱 장치에 의해 전기적으로 조정될 수 있다. 바이어싱 장치는 종방향 광학 센서에 적어도 하나의 바이어스 전압을 인가하도록 구성될 수 있다. 이하에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 종방향 광학 센서의 특성은 상이한 바이어스 전압을 사용함으로써 조정 가능할 수 있다.
종방향 광학 센서는 광전도성 모드로 구동되는 적어도 하나의 광 다이오드를 포함할 수 있고, 광전도성 모드는 전기 회로가 광 다이오드를 채용하는 것을 지칭하고, 적어도 하나의 광 다이오드는 역 바이어스된 모드로 포함될 수 있으며, 광 다이오드의 캐소드는 애노드에 대하여 양의 전압으로 구동된다. 본 발명에 따라, 적어도 하나의 종방향 광학 센서는 적어도 하나의 센서 영역을 나타낼 수 있고, 여기서 센서 영역은 적어도 하나의 광전도성 물질을 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "광전도성 물질"은, 전류를 유지할 수 있고 이에 따라 특정 전기 전도도를 나타내는 물질을 지칭하며, 이때 특히, 전기 전도도는 물질의 조명에 의존적이다. 전기 저항률은 전기 전도율의 역수로서 정의되기 때문에, 대안적으로, 동일한 종류의 물질을 명명하기 위해 용어 "광저항성(photoresistive) 물질"이 또한 사용될 수 있다. 이러한 종류의 물질에서, 전류는 물질을 통해 적어도 하나의 제 1 전기 접촉부를 거쳐 적어도 하나의 제 2 전기 접촉부로 안내될 수 있고, 제 1 전기 접촉부는 제 2 전기 접촉부로부터 격리되고, 제 1 전기 접촉부 및 제 2 전기 접촉부 둘 모두는 물질과 직접 연결된다. 이를 위하여, 직접 연결은 최신의 임의의 공지된 수단에 의해, 예컨대, 고도의 전기 전도성 성분(특히, 금, 은, 백금 또는 팔라듐뿐만 아니라 언급된 금속들 중 하나 이상을 포함하는 합금과 같은 금속)을 접촉 구역에 도금, 용접, 납땜, 또는 증착함으로써 제공될 수 있다.
또한, 종방향 광학 센서의 센서 영역은 하나 이상의 광 빔에 의해 조명된다(illuminated). 따라서, 조명의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역의 전기 전도도는, 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면(이는, 센서 영역 내의 입사 빔에 의해 생성되는 "스폿 크기"로 명명됨)에 따라 다를 수 있다. 따라서, 광전도성 물질의 전기 전도도가 입사 광 빔에 의한 광전도성 물질을 포함하는 센서 영역의 조명 정도에 따라 달라지는 관측 가능한 특성은 특히, 동일한 총 전력을 포함하지만 센서 영역 상에 상이한 스폿 크기를 생성하는 2개의 광 빔이 센서 영역 내의 광전도성 물질의 전기 전도도에 대한 상이한 값을 제공하고 동시에 서로에 대해 구별 가능함을 달성한다.
또한, 종방향 센서 신호는 전기 신호(예컨대, 전압 신호 및/또는 전류 신호)를 인가함으로써 결정되므로, 이에 따라, 종방향 센서 신호를 결정할 때, 전기 신호에 의해 지나가는 물질의 전기 전도도가 고려될 수 있다. 이하에 더 자세히 설명되는 바와 같이, 종방향 광학 센서와 직렬로 사용되는 부하 저항기 및 바이어스 전압원의 적용이 바람직하게는 본원에서 사용된다. 결과적으로, 센서 영역 내에 광전도성 물질을 포함하는 종방향 광학 센서는 원칙적으로, 예컨대, 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 비교함으로써, 종방향 센서 신호의 기록으로부터 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면, 즉, 빔 단면(특히, 빔 직경)에 대한 하나 이상의 정보 항목을 결정하는 것을 허용한다.
국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호로부터 이미 공지된 바와 같이, 종방향 광학 센서는, 센서 영역의 조명에 의존적인 방식으로 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 센서 신호는, 조명의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역에 대한 조명의 빔 단면에 의존적이다. 일례로, 광전류(I)의 측정이 렌즈의 위치의 함수로서 상기 출원에 제공되며, 이때 렌즈는 종방향 광학 센서의 센서 영역 상에 전자기 복사선을 집중시키도록 구성된다. 측정 동안, 렌즈는, 결과적으로 센서 영역 상의 광 스폿의 직경이 변하는 방식으로, 센서 영역에 수직인 방향으로, 종방향 광학 센서에 대해 옮겨진다. 광전지 장치, 특히 염료 태양 전지가 센서 영역 내의 물질로서 포함되는 특별한 예에서, 종방향 광학 센서의 신호(이 경우, 광전류)는, 렌즈의 초점에서 최대값 밖에서, 광전류가 이의 최대값의 10% 미만으로 떨어지도록, 조명의 기하구조에 분명히 의존적이다.
이러한 효과는 특히, 센서 영역 내 물질로서 규소 다이오드 및 게르마늄 다이오드를 사용하여 수행된 유사한 측정에 대해 두드러진다. 통상적인 유형의 광학 센서가 사용되는 경우, 센서 신호는, 총 전력이 동일하다면, 센서 영역의 조명의 기하구조에 실질적으로 독립적이다. 따라서, FiP-효과에 따라, 종방향 센서 신호는, 총 전력이 동일하다면, 1개 또는 복수개의 포커싱에 대해 및/또는 센서 영역 상의 또는 센서 영역 내의 광 스폿의 1개 또는 복수개의 특정 크기에 대해 적어도 하나의 확연한 최대값을 나타낼 수 있다. 비교를 위해, 가능한 최소 단면을 갖는 광 빔에 충돌하는 조건에서, 예컨대, 광학 렌즈에 의해 영향을 받는 것처럼 물질이 초점 또는 그 근처에 위치할 수 있을 때, 종방향 센서 신호의 최대값의 관찰은 "양의 FiP-효과"로서 명명될 수 있다. 지금까지 살펴본 바와 같이, 전술된 광전지 장치(특히, 염료 태양 전지)는 이러한 환경 하에서 양의 FiP-효과를 제공한다.
이러한 문맥에서, 2015년 10월 28일에 출원된 유럽 특허 출원 제15191960.2호에 대한 참조가 이뤄지고, 그 전체 내용은 본원에 참조로써 포함된다. 센서 영역의 조명에 의존적인 방식으로 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계된 종방향 광학 센서에 사용하기에 적절한 다른 부류의 물질로서 광전도성 물질이 제안되며, 센서 신호는, 조명의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역의 조명의 빔 단면에 의존적이다. 이러한 부류의 광전도성 물질은 "음의 FiP-효과"를 나타낼 수 있으며, 이는, 양의 FiP-효과의 정의에 대응하여, 이용 가능한 최소 빔 단면을 갖는 광 빔과 대응 물질이 충돌하는 조건 하에, 특히, 광학 렌즈에 의해 영향을 받는 것처럼 물질이 초점에 또는 그 근처에 위치할 수 있을 때, 종방향 센서 신호의 최소값이 관찰됨을 설명하는 것이다. 결과적으로, 광전도성 물질은, 이에 따라, 바람직하게는, 음의 FiP-효과의 발생이 유리하거나 필요할 수 있는 환경 하에 사용될 수 있다.
이와 관련하여, 광전도성 물질과 광전자 물질의 차이가 본원에서 다루어질 수 있다. 광전자 물질을 포함하는 종방향 광학 센서에서, 각각의 센서 영역의 조명은, 결정될 광전자 전류 또는 광전자 전압을 제공할 수 있는 전하 캐리어를 생성할 수 있다. 일례로, 광 빔이 광전자 물질 상에 입사될 수 있는 경우, 물질의 원자가 밴드 내에 존재할 수 있는 전자는 에너지를 흡수할 수 있고, 이에 따라 여기되어, 자유 전도성 전자로서 거동할 수 있는 경우 전도 밴드로 점핑할 수 있다. 반대로, 광전도성 물질을 포함하는 종방향 광학 센서에서는, 대응 센서 영역의 조명에 의해 센서 영역의 저항률이 달라질 수 있으며, 이로써, 물질의 전기 전도도에서의 관찰 가능한 변화는, 물질에 걸쳐 인가되는 전압의 변화에 의해 또는 물질을 통해 인가되는 전류의 값의 변경에서의 변화에 의해, 예컨대, 물질에 걸쳐 바이어스 전압을 인가하는 것에 의해, 모니터링될 수 있다. 이를 위해, 바이어스 전압원 및 부하 저항기가 특히 종방향 광학 센서와 직렬로 사용될 수 있다.
광기전 물질 대비 광전도성 물질의 거동의 차이는, 생성된 전하-캐리어의 밀도가 광자 방사 조도에 비례할 수 있다는 타당한 가정에 의해 설명될 수 있지만, 더 높은 캐리어 밀도에서는, 전자-정공 재조합(이는, "아우거 재조합(Auger recombination)"으로도 지칭됨)의 가능성이 더 높을 수 있다. 본원에서, 아우거 재조합은 지배적 손실 매커니즘으로 간주될 수 있다. 따라서, 광자 방사 조도의 밀도가 증가함에 따라, 캐리어의 수명이 감소될 수 있으며, 이는, 광전도성 물질의 목적하는 효과를 제공할 수 있다. 결과적으로, 광전도성 물질을 포함하는 종방향 광학 센서는 일반적으로, 광기전 물질을 포함하는 공지된 종방향 광학 센서의 특성과 상당히 다를 수 있는 거동을 나타낼 수 있다.
본 발명의 목적을 위해, 종방향 광학 센서의 센서 영역에 사용되는 광전도성 물질은 바람직하게는, 무기 광전도성 물질, 유기 광전도성 물질, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가능한 광전도성 물질은 2015년 10월 28일에 출원된 유럽 특허 출원 제 15191960.2 호에서 설명될 수 있다. 이와 관련하여, 무기 광전도성 물질은 특히, 셀루륨, 텔루륨, 셀루륨-텔루륨 합금, 금속 옥사이드, IV족 원소 또는 화합물, 즉, IV족으로부터의 원소, 또는 적어도 하나의 IV족 원소를 갖는 화학적 화합물, III-V 화합물, 즉, 적어도 하나의 III족 원소와 적어도 하나의 V족 원소를 갖는 화학적 화합물, II-VI 화합물, 즉, 적어도 하나의 II족 원소와 적어도 하나의 VI족 원소를 갖는 화학적 화합물, 및/또는 칼코게나이드(이는 바람직하게는, 설파이드 칼코게나이드, 셀레나이드 칼코게나이드, 3상 칼코게나이드, 4상 및 그보다 많은 상의 칼코게나이드를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있음)를 갖는 화학적 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 무기 광전도성 물질도 동등하게 적절할 수 있다.
셀루륨(Se)과 관련하여, 이 물질은 광전도 특성을 나타내는 것으로 오랫동안 알려져 왔고, 따라서 초기 텔레비전, 비디콘 촬상관 및 제로그라피에 사용되었으며, 광전도 셀의 센서 영역에 여전히 사용될 수 있다는 것이 언급될 수 있다. 셀루륨-텔루륨 합금과 관련하여, 문헌[P.H. Keck, Photoconductivity in Vacuum Coated Selenium Films, J. Opt. Soc. of America, 42, p.221-225, 1952]은, 5 내지 9 중량%의 텔루륨의 첨가를 포함하며, 이에 따라, 추가적인 텔루륨을 갖지 않는 셀루륨 층에 비해 광전도도를 증가시킬 수 있고, 더욱이, 400nm 내지 800nm의 전체 광학 스펙트럼에 걸쳐 높은 스펙트럼 반응을 나타내는, 광전도성 셀루륨 층을 기술하고 있다. 또한, 광전도 특성을 제공하기 위해, 미국 특허 제 4 286 035 A 호는, 광전도성 층 내에 적어도 하나의 할로겐의 농도를 5ppm 내지 500ppm 범위로 동시에 가함으로써, 셀루륨-텔루륨 합금 내 텔루륨의 양이 추가로 5 중량% 내지 20 중량% 증가될 수 있음을 개시하고 있으며, 이때 할로겐은 불소, 염소, 브롬, 및 요오드로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
금속 옥사이드와 관련하여, 이러한 종류의 반-전도성 물질은, 광전도 특성을 나타낼 수 있는 공지된 금속 옥사이드, 특히 구리(II) 옥사이드(CuO), 구리(I) 옥사이드(CuO2), 니켈 옥사이드(NiO), 아연 옥사이드(ZnO), 은 옥사이드(Ag2O), 망간 옥사이드(MnO), 티타늄 다이옥사이드(TiO2), 바륨 옥사이드(BaO), 납 옥사이드(PbO), 세륨 옥사이드(CeO2), 비스무트 옥사이드(Bi2O3), 및 카드뮴 옥사이드(CdO)를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 또한, 3상, 4상 또는 그보다 많은 상의 금속 옥사이드 역시 적용가능할 수 있다. 이후에 더 자세히 설명되는 바와 같이, 투명하거나 반투명한 특성을 동시에 나타낼 수도 있는 금속 옥사이드를 선택하는 것이 바람직할 수 있다.
IV족 원소 또는 화합물과 관련하여, 이러한 종류의 반-전도성 물질은, 도핑된 다이아몬드(C), 도핑된 규소(Si), 규소 카바이드(SiC), 및 규소 게르마늄(SiGe)을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 특히, 고 저항률, 고 전하-캐리어 수명 및 낮은 표면 재조합 속도를 동시에 나타낼 수 있는 규소계 광전도체를 제공하기 위해, 저 도판트 농도 및 저 결함 밀도를 포함하는 도핑된 규소(예컨대, 규소 부유 대역 웨이퍼에 존재함)가 바람직하게 선택될 수 있다. 이를 위하여, 규소 웨이퍼는 특히 하기를 나타낸다:
- 1013 cm-3, 1012 cm-3, 1011 cm-3 이하의 도판트 물질의 원자들의 도판트 농도;
- 103 Ω· cm, 바람직하게는 5×103 Ω· cm, 더욱 바람직하게는 104 Ω· cm 이상의 전기 저항률; 및
- 한편으로는, 목적하는 높은 전하-캐리어 수명, 및 다른 한편으로는, 표적 파장의 광의 상당량을 흡수하기에 충분한 물질의 양을 제공하기 위한, 500 μm, 더욱 바람직하게는 300 μm 내지 1 μm, 더욱 바람직하게는 10 μm 범위의 두께.
III-V 화합물과 관련하여, 이러한 종류의 반-전도성 물질은, 인듐 안티모나이드(InSb), 붕소 나이트라이드(BN), 붕소 포스파이드(BP), 붕소 아르세나이드(BAs), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 알루미늄 포스파이드(AlP), 알루미늄 아르세나이드(AlAs), 알루미늄 안티모나이드(AlSb), 인듐 나이트라이드(InN), 인듐 포스파이드(InP), 인듐 아르세나이드(InAs), 인듐 안티모나이드(InSb), 갈륨 나이트라이드(GaN), 갈륨 포스파이드(GaP), 갈륨 아르세나이드(GaAs), 및 갈륨 안티모나이드(GaSb)를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
II-VI 화합물과 관련하여, 이러한 종류의 반-전도성 물질은, 카드뮴 설파이드(CdS), 카드뮴 셀레나이드(CdSe), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 아연 설파이드(ZnS), 아연 셀레나이드(ZnSe), 아연 텔루라이드(ZnTe), 수은 설파이드(HgS), 수은 셀레나이드(HgSe), 수은 텔루라이드(HgTe), 카드뮴 아연 텔루라이드(CdZnTe), 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe), 수은 아연 텔루라이드(HgZnTe), 및 수은 아연 셀레나이드(CdZnSe)를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 그러나, 다른 II-VI 화합물도 가능할 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 광전도성 물질은 소위 "옴 접촉(Ohmic contact)"에 의해 접촉될 수 있다. 본원에서 "옴 접촉"은, 옴(Ohm)의 법칙에 따라 선형 전류-전압 비를 나타내지만, 전술된 바와 같은 임의의 광기전 특성은 포함하지 않는 전기 접합을 지칭할 수 있다. 옴-접촉을 제공하기 위해, 금, 은, 은-니켈, 은-철, 은-흑연, 은-카드뮴 옥사이드, 은-주석 옥사이드, 구리, 백금, 팔라듐, 팔리니(paliney) 합금, 인듐, 갈륨, 또는 인듐 아말감이 사용될 수 있으며, 이때 인듐 또는 갈륨은 바람직하게는 카드뮴 설파이드(CdS)와 조합으로 사용될 수 있고, 인듐 아말감은 기타 II-VI 화합물과 함께 사용하기에 특히 적합할 수 있다.
전술된 바와 같이, 바람직하게는 설파이드 칼코게나이드, 셀레나이드 칼코게나이드, 텔루라이드 칼코게나이드, 3상 칼코게나이드, 4상 및 그보다 많은 상의 칼코게나이드를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 칼코게나이트가, 바람직하게는 종방향 광학 센서의 센서 영역 내의 광전도성 물질로서 사용되기에 적절할 수 있다. 이러한 선호도는 특히, 이러한 종류의 물질이 적외선 스펙트럼 범위에 대한 광학적 검출기를 포함하는 상이한 영역의 용도에서 비용-효율적이면서 신뢰 가능한 것으로 이미 공지되어 있다는 이유에 기초할 수 있다.
특히, 설파이드 칼코게나이드는, 납 설파이드(PbS), 카드뮴 설파이드(CdS), 아연 설파이드(ZnS), 수은 설파이드(HgS), 은 설파이드(Ag2S), 망간 설파이드(MnS), 비스무트 트라이설파이드(Bi2S3), 안티몬 트라이설파이드(Sb2S3), 비소 트라이설파이드(As2S3), 주석(II) 설파이드(SnS), 주석(IV) 다이설파이드(SnS2), 인듐 설파이드(In2S3), 구리 설파이드(CuS), 코발트 설파이드(CoS), 니켈 설파이드(NiS), 몰리브덴 다이설파이드(MoS2), 철 다이설파이드(FeS2), 및 크롬 트라이설파이드(CrS3)를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
특히, 셀레나이드 칼코게나이드는, 납 셀레나이드(PbSe), 카드뮴 셀레나이드(CdSe), 아연 셀레나이드(ZnSe), 비스무트 트라이셀레나이드(Bi2Se3), 수은 셀레나이드(HgSe), 안티몬 트라이셀레나이드(Sb2Se3), 비소 트라이셀레나이드(As2Se3), 니켈 셀레나이드(NiSe), 탈륨 셀레나이드(TlSe), 구리 셀레나이드(CuSe), 몰리브덴 다이셀레나이드(MoSe2), 주석 셀레나이드(SnSe), 및 코발트 셀레나이드(CoSe), 및 인듐 셀레나이드(In2Se3)를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
특히, 텔루라이드 칼코게나이드는, 납 텔루라이드(PbTe), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 아연 텔루라이드(ZnTe), 수은 텔루라이드(HgTe), 비스무트 트라이텔루라이드(Bi2Te3), 비소 트라이텔루라이드(As2Te3), 안티몬 트라이텔루라이드(Sb2Te3), 니켈 텔루라이드(NiTe), 탈륨 텔루라이드(TlTe), 구리 텔루라이드(CuTe), 몰리브덴 다이텔루라이드(MoTe2), 주석 텔루라이드(SnTe), 및 코발트 텔루라이드(CoTe), 은 텔루라이드(Ag2Te), 및 인듐 텔루라이드(In2Te3)를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
특히, 3상 칼코게나이드는, 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe), 수은 아연 텔루라이드(HgZnTe), 수은 카드뮴 설파이드(HgCdS), 납 카드뮴 설파이드(PbCdS), 납 수은 설파이드(PbHgS), 구리 인듐 다이설파이드(CuInS2), 카드뮴 설포셀레나이드(CdSSe), 아연 설포셀레나이드(ZnSSe), 탈륨 설포셀레나이드(TlSSe), 카드뮴 아연 설파이드(CdZnS), 카드뮴 크롬 설파이드(CdCr2S4), 수은 크롬 설파이드(HgCr2S4), 구리 크롬 설파이드(CuCr2S4), 카드뮴 납 셀레나이드(CdPbSe), 구리 인듐 다이셀레나이드(CuInSe2), 인듐 갈륨 아르세나이드(InGaAs), 납 옥사이드 설파이드(Pb2OS), 납 옥사이드 셀레나이드(Pb2OSe), 납 설포셀레나이드(PbSSe), 비소 셀레나이드 텔루라이드(As2Se2Te), 인듐 갈륨 포스파이드(InGaP), 갈륨 아르세나이드 포스파이드(GaAsP), 알루미늄 갈륨 포스파이드(AlGaP), 카드뮴 셀레나이트(CdSeO3), 카드뮴 아연 텔루라이드(CdZnTe), 및 카드뮴 아연 셀레나이드(CdZnSe), 상기 열거된 2상 칼코게나이드 및/또는 2상 III족-V족-화합물로부터의 화합물을 적용함으로써 수득된 추가의 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
4상 및 그보다 많은 상의 칼코게나이드와 관련하여, 이러한 종류의 물질은, 적합한 광전도 특성을 나타내는 것으로 공지될 수 있는 4상 및 그보다 많은 상의 칼코게나이드로부터 선택될 수 있다.
일반적으로, 다른 물질로 도핑함으로써 또는 나노결정질, 미세결정질 또는 비결정질 구조를 획득함으로써 트랩 수준이 도입될 수 있는 경우, 3차원 결정 구조 및 적용되는 스펙트럼 영역 아래쪽에 가까운 광학 갭을 갖는 반도체 물질이 중요할 수 있다. 도핑은 특히, 반도체의 밴드 구조(바람직하게는 전도 밴드)가, 바람직하게는 전도 밴드보다 에너지적으로 높거나 또는 낮은 에너지 수준을 갖는 도핑 물질의 에너지 수준에 의해 증가될 수 있는 방식으로, 반도체에 금속 원자 또는 염을 가함으로써 달성될 수 있다. 특정 예로서, 문헌[F. Stockmann, Superlinear photoconductivity, Phys. Stat. Solidi 34, 751-757, 1969]에 따르면, 광전도성 물질에서는 양의 FiP-효과 및 음의 FiP-효과 둘 모두를 달성하는 것이 가능할 수 있으며, 이때 광전도성 물질은, 선택된 광전도성 물질 내 트랩 및/또는 재조합 중심의 위치 및/또는 농도가 상이할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 유기 광전도성 물질은 특히, 유기 화합물, 특히 적절한 광전도 특성, 바람직하게는 폴리비닐카바졸(일반적으로 제로그라피에 사용되는 화합물)을 포함하는 것으로 공지될 수 있는 유기 화합물일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 그러나, 하기에서 더 자세히 설명되는 다수의 다른 유기 분자 역시 가능할 수 있다.
인쇄 및 이미지화 시스템과 관련하여, 문헌[P. Gregory, Ed., Chemistry and Technology of printing and imaging systems, Chapman & Hall, 1996, Chap. 4, R.S. Gairns, Electrophotography, p. 76-112]을 참고할 수 있으며, 여기에서는 제로그라피 기술 및 제로그라피에 사용되는 각각의 광전도체가 설명된다. 여기에서는, 특정 예로서, 문헌[R. M. Schaffert, IBM J. Res. Develop., 1971, p. 75-89]에서 제일 먼저 제시되고 공여체 분자로서의 폴리비닐카바졸(1) 및 수용체 분자로서의 트라이나이트로플루오레논(2)에 기초한 전하-이동 복합체를 포함하는 시스템이 사용될 수 있다.
상기 예로부터, 특히, 대응 광전도 공정의 특성에 대한 영향을 입증하는 것으로서, 유기 광전도체가 2개의 상이한 종류의 유기 물질의 시스템을 포함한다는 면에서, 유기 광전도체가 일반적으로 이의 무기 대응부분과 상이하다는 것을 유추할 수 있다. 이러한 선택의 이유는, 전기장 내에 위치하는 유기 광전도체에 부딪히는 광은 흡수될 수 있으며, 후속적으로 한 쌍의 전기 전하를 생성할 수 있고, 이는 추가로 유기 광전도체의 광전도도에 영향을 주는 전류 형태로 이동될 수 있다는 관찰에서 확인될 수 있다.
따라서, 유기 광전도체를 사용하는 경우, 한편으로는, 전기 전하의 전송으로부터 전하를 생성하고, 다른 한편으로는, 공여체-유사 "전자 공여체 물질" 또는 "전하-생성 물질"(약어: "CGM")로서 및 수용체 유사 "전자 수용체 물질" 또는 "전하-수송 물질"(약어: "CTM")로서의 2가지 상이한 종류의 유기 물질을 사용하여, 상기 언급된 2 종류의 공정을 분리하는 것이 가능할 수 있다. 전술된 바와 같은 예로부터 유추될 수 있는 바와 같이, 폴리비닐카바졸(1)은 전하-생성 물질로서 간주될 수 있고, 트라이나이트로플루오레논(2)은 전하-수송 물질로서 간주될 수 있으며, 이들은 각각, 유기 전하-전달 복합체를 포함하는 전술된 시스템에서 공여체 분자 및 수용체 분자로서 기능한다.
따라서, 특히 바람직한 실시예에서, 유기 광전도체는, 전하-생성 물질로서 사용되는 적어도 하나의 공액결합된 방향족 분자, 바람직하게는 고도로 공액결합된 방향족 분자, 특히 염료 또는 안료를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 특히 광전도 특성을 나타내는 공액결합된 방향족 분자의 바람직한 예는, 프탈로시아닌, 예컨대 금속 프탈로시아닌, 특히 TiO-프탈로시아닌; 나프탈로시아닌, 예컨대 금속-나프탈로시아닌, 특히 TiO-나프탈로-시아닌; 서브프탈로시아닌, 예컨대 금속-서브프탈로시아닌; 페릴렌, 안트라센; 피렌; 올리고- 및 폴리티오펜; 풀러렌; 인디고이드 염료, 예컨대 티오인디고; 비스-아조 안료; 스쿠아릴륨 염료; 티아피릴륨 염료; 아줄레늄 염료; 다이티오케토-피롤로피롤; 퀸아크리돈; 및 광전도 특성을 나타낼 수 있는 기타 유기 물질, 예컨대 다이브로모안탄트론, 또는 이들의 유도체 또는 조합물을 포함한다. 그러나, 다른 공액결합된 방향족 분자, 또는 추가로, 또한 무기 물질과 조합된 다른 종류의 유기 물질 역시 가능할 수 있다.
프탈로시아닌과 관련하여, 문헌[Frank H. Moser and Arthur L. Thomas, Phthalocyanine Compounds, Reinhold Publishing, New York, 1963, p. 69-76] 뿐만 아니라 문헌[Arthur L. Thomas, Phthalocyanine Research and Applications, CRC Press, Boca Raton, 1990, p. 253-272]을 참조할 수 있다. 상기 문헌에서 제시되는 바와 같이, 이수소프탈로시아닌(3) 또는 금속 프탈로시아닌(4)이 바람직하게는 본 발명에 따른 검출기에 사용될 수 있다:
여기서, 금속 프탈로시아닌(4)은 바람직하게는, 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 게르마늄(Ge), 또는 아연(Zn), 또는 무기 화합물에 포함된 금속, 예컨대 Al-Cl, Ga-Cl, In-Cl, TiOCl, VO, TiO, HGa, Si(OH)2, Ge(OH)2, Sn(OH)2, 또는 Ga(OH) 중 하나로부터 선택되는 금속(M)을 포함할 수 있다.
인디고이드 염료와 관련하여, 미국 특허 제 4 952 472 A 호를 참조할 수 있으며, 여기서는 하기 3가지 구조(5a, 5b, 5c)가 개시되며, 이때 X는 O, S, 또는 Se일 수 있다:
여기서, 바람직한 인디고이드는, 예를 들어, 문헌[K. Fukushima et al., Crystal Structures and Photocarrier Generation of Thioindigo Derivatives, J. Chem. Phys. B, 102, 1988, p. 5985-5990]에 개시되어 있는 화합물 4,4',7,7'-테트라클로로티오인디고(6)를 포함할 수 있다:
비스-아조 안료와 관련하여, 바람직한 예는, 하기 구조를 포함하는 클로로다이안 블루(7)일 수 있다:
페릴렌 유도체와 관련하여, 바람직하게는 페릴렌비스이미드(8a) 또는 페릴렌모노이미드(8b)(이때, R은 유기 잔기, 바람직하게는 분지되거나 비분지된 알킬 쇄임)가 광전도성 유기 물질로서 사용될 수 있다:
스쿠아릴륨 염료와 관련하여, 바람직한 예는 하기 분자(9)를 포함할 수 있다:
티아피릴륨 염료와 관련하여, 바람직한 예는, 하기 구조를 갖는 분자(10)를 포함할 수 있다:
.
또한, 미국 특허 제 4 565 761 A 호는, 다수의 아줄레늄 염료, 예컨대 하기 바람직한 화합물(11)을 개시하고 있다:
다이티오케토-피롤로피롤과 관련하여, 미국 특허 제 4 760 151 A 호는, 다수의 화합물, 예컨대 하기 바람직한 분자(12)를 개시하고 있다:
퀸아크리돈과 관련하여, 미국 특허 제 4 760 004 A 호는, 상이한 티오퀸아크리돈 및 이소티오-퀸아크리돈을 개시하며, 이는 하기 바람직한 광전도성 화합물(13)을 포함한다:
전술된 바와 같이, 다른 유기 물질, 예컨대 다이브로모안탄트론(14) 역시, 본 발명에 따른 검출기에 사용되기에 충분한 광전도 특성을 나타낼 수 있다:
또한, 적어도 하나의 광전도체 및 적어도 하나의 감광제를 포함하는 혼합물(예컨대, 미국 특허 제 3 112 197 A 호 또는 유럽 특허 출원 제 0 112 169 A2 호 및 이들 각각의 참고문헌에 추가로 명시됨) 역시, 본 발명에 따른 검출기에 사용되기에 적합할 수 있다. 따라서, 염료 감광제를 포함하는 광전도성 층이 이러한 목적을 위하여 사용될 수 있다.
바람직하게는, 전자 공여체 물질 및 전자 수용체 물질은, 광전도성 물질을 혼합물 형태로 포함하는 층 내에 포함될 수 있다. 일반적으로 용어 "혼합물"은, 2종 이상의 개별적인 화합물의 배합물에 관한 것이며, 이때 혼합물 내의 개별적인 화합물은 이들의 화학적 정체성을 유지한다. 특히 바람직한 실시예에서, 혼합물은 전자 공여체 물질 및 전자 수용체 물질을 1:100 내지 100:1, 더욱 바람직하게는 1:10 내지 10:1의 비, 특히 1:2 내지 2:1, 예컨대 1:1의 비로 포함할 수 있다. 그러나, 특히, 포함되는 개별적인 화합물의 종류 및 개수에 따라, 각각의 화합물의 다른 비 역시 적용할 수 있다. 바람직하게는, 혼합물 형태로 포함되는 전자 공여체 물질 및 전자 수용체 물질은 공여체 도메인(여기에는, 전자 공여체 물질이 주로, 특히 완전히 존재할 수 있음) 및 수용체 도메인(여기에는, 전자 수용체 물질이 주로, 특히 완전히 존재할 수 있음)의 상호침투형 네트워크를 구성할 수 있으며, 공여체 도메인과 수용체 도메인 사이에 계면 영역이 존재할 수 있고, 퍼콜레이션(percolation) 경로 형태의 전도성 경로로서 각각의 전극에 대응 도메인을 연결할 수 있다.
다른 바람직한 실시예에서, 광전도성 층 내의 전자 공여체 물질은 공여체 중합체, 특히 유기 공여체 중합체를 포함할 수 있으며, 전자 수용체 물질은, 바람직하게는 풀러렌계 전자 수용체 물질, 테트라시아노퀴노다이메탄(TCNQ), 페릴렌 유도체, 및 수용체 중합체를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 수용체 소분자를 포함할 수 있다. 따라서, 전자 공여체 물질은 공여체 중합체를 포함할 수 있고, 전자 수용체 물질은 수용체 중합체를 포함하여, 모든-중합체 광전도성 층에 대한 기반을 제공할 수 있다. 특정 실시예에서, 공여체 중합체 중 하나 및 수용체 중합체 중 하나로부터 공중합체가 구성될 수 있으며, 따라서, 이는, 공중합체의 각각의 구성요소들의 각각의 기능에 기초한 "푸시-풀(push-pull) 공중합체"로도 명명될 수 있다. 일반적으로 용어 "중합체"는, 일반적으로 다수의 분자 반복 단위(이는, 일반적으로 "단량체" 또는 "단량체 단우"로서 명명됨)를 포함하는 거대분자를 지칭한다. 본 발명의 목적을 위하여, 그러나, 합성 유기 중합체가 바람직할 수 있다. 이와 관련하여, 용어 "유기 중합체"는, 일반적으로 유기 화학적 화합물로서 귀속될 수 있는 단량체 단위의 성질을 지칭한다. 본원에서 용어 "공여체 중합체"는, 특히 전자 공여체 물질로서 전자를 제공하기에 적합할 수 있는 중합체를 지칭한다. 유사하게, 용어 "수용체 중합체"는, 특히 전자 수용체 물질로서 전자를 수용하기에 적합할 수 있는 중합체를 지칭한다. 바람직하게는, 유기 전자 공여체 물질 및 유기 전자 수용체 물질을 포함하는 층은 100nm 내지 2000nm의 두께를 나타낼 수 있다.
따라서, 적어도 하나의 전자 공여체 물질은 공여체 중합체, 특히 유기 공여체 중합체를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 공여체 중합체는 공액결합된 시스템을 포함할 수 있으며, 여기서는 탈-국소화된(delocalized) 전자가, 교대하는 단일 및 다중 결합과 함께 결합된 원자들의 그룹 위쪽에 분배될 수 있으며, 공액결합된 시스템은 환형, 비환형 및 선형 중 하나 이상일 수 있다. 따라서, 유기 공여체 중합체는 바람직하게는, 하기 중합체 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다:
- 폴리[3-헥실티오펜-2,5-다이일](P3HT),
- 폴리[3-(4-n-옥틸)-페닐티오펜](POPT),
- 폴리[3-10-n-옥틸-3-페노티아진-비닐렌티오펜-코-2,5-티오펜](PTZV-PT), 폴리[4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]벤조[1,2-b:4,5-b']다이티오펜-2,6-다이일][3-플루오로-2-[(2-에틸헥실)카보닐]티에노[3,4-b]티오펜다이일](PTB7),
- 폴리[티오펜-2,5-다이일-알트-[5,6-비스(도데실옥시)벤조[c][1,2,5]티아다이아졸]-4,7-다이일](PBT-T1),
- 폴리[2,6-(4,4-비스-(2-에틸-헥실)-4H-사이클로펜타[2,1-b;3,4-b']다이티오펜)-알트-4,7(2,1,3-벤조티아다이아졸)](PCPDTBT),
- 폴리[5,7-비스(4-데칸일-2-티엔일)-티에노(3,4-b)다이아티아졸티오펜-2,5](PDDTT),
- 폴리[N-9'-헵타데칸일-2,7-카바졸-알트-5,5-(4',7'-다이-2-티엔일-2',1',3'-벤조티아다이아졸)](PCDTBT), 또는
- 폴리[(4,4'-비스(2-에틸-헥실)다이티에노[3,2-b;2',3'-d]실롤)-2,6-다이일-알트-(2,1,3-벤조티아다이아졸)-4,7-다이일](PSBTBT),
- 폴리[3-페닐하이드라존 티오펜](PPHT),
- 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌](MEH-PPV),
- 폴리[2-메톡시-5-(2'-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌-1,2-에틸렌-2,5-다이메톡시-1,4-페닐렌-1,2-에틸렌](M3EH-PPV),
- 폴리[2-메톡시-5-(3',7'-다이메틸-옥틸-옥시)-1,4-페닐렌비닐렌](MDMO-PPV),
- 폴리[9,9-다이-옥틸플루오렌-코-비스-N,N-4-부틸페닐-비스-N,N-페닐-1,4-페닐렌다이아민](PFB),
또는 이들의 유도체, 변형체 또는 혼합물.
그러나, 다른 종류의 공여체 중합체 또는 추가의 전자 공여체 물질, 특히, 적외선 스펙트럼 범위(특히, 1000nm 초과) 내에서 민감한 중합체, 바람직하게는 다이케토피롤로피롤 중합체, 특히 유럽 특허 출원 제 2 818 493 A1 호에 기술된 바와 같은 중합체, 더욱 바람직하게는 상기 출원에서 "P-1" 내지 "P-10"으로 지칭된 중합체; 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/086722 A1 호에 개시된 바와 같은 벤조다이티오펜 중합체, 특히 벤조다이티오펜 단위를 포함하는 다이케토피롤로피롤 중합체; 미국 특허 출원 공개 제 2015/0132887 A1 호에 따른 다이티에노벤조퓨란 중합체, 특히 다이케토피롤로피롤 단위를 포함하는 다이티에노벤조퓨란 중합체; 미국 특허 출원 공개 제 2015/0111337 A1 호에 기술된 바와 같은 페난트로[9, 10-B]퓨란 중합체, 특히 다이케토피롤로피롤 단위를 포함하는 페난트로[9, 10-B]퓨란 중합체; 및 특히 다이케토피롤로피롤 올리고머를 1:10 또는 1:100의 올리고머-중합체 비로 포함하는 중합체 조성물, 예컨대 미국 특허 출원 공개 제 2014/0217329 A1 호에 개시된 것이 또한 적합할 수 있다.
상기에 추가로 언급된 바와 같이, 전자 수용체 물질은 바람직하게는 풀러렌계 전자 수용체 물질을 포함할 수 있다. 일반적으로 용어 "풀러렌"은, 순수한 탄소의 케이지형 분자, 예컨대 부크민스터(Buckminster) 풀러렌(C60) 및 관련된 구형 풀러렌을 지칭한다. 원칙적으로, C20 내지 C2000 범위의 풀러렌이 사용될 수 있으며, C60 내지 C96 범위, 특히 C60, C70 및 C84가 바람직하다. 화학적으로 개질된 풀러렌, 특히
- [6,6]-페닐-C61-부티르산 메틸 에스터(PC60BM),
- [6,6]-페닐-C71-부티르산 메틸 에스터(PC70BM),
- [6,6]-페닐 C84 부티르산 메틸 에스터(PC84BM), 또는
- 인덴-C60 비스부가물(ICBA)
중 하나 이상뿐만 아니라,
1개 또는 2개의 C60 또는 C70 잔기를 포함하는 이량체, 특히
- 1개의 부착된 올리고에터(OE) 쇄를 포함하는 다이페닐메타노풀러렌(DPM) 잔기(C70-DPM-OE), 또는
- 2개의 부착된 올리고에터(OE) 쇄를 포함하는 다이페닐메타노풀러렌(DPM) 잔기(C70-DPM-OE2),
또는 이들의 유도체, 변형체 또는 혼합물
이 바람직하다. 그러나, TCNQ, 또는 페릴렌 유도체 역시 적합할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 전자 수용체 물질은 바람직하게는 수용체 중합체를 포함할 수 있다. 일반적으로, 이를 위하여, 시아네이트화된 폴리(페닐렌비닐렌), 벤조티아다이아졸, 페릴렌 또는 나프탈렌다이이미드에 기초한 공액결합된 중합체가 바람직하다. 특히, 수용체 중합체는 바람직하게는, 하기 중합체 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다:
- 시아노-폴리[페닐렌비닐렌](CN-PPV), 예컨대 C6-CN-PPV 또는 C8-CN-PPV,
- 폴리[5-(2-(에틸헥실옥시)-2-메톡시시아노테레프탈릴리덴](MEH-CN-PPV),
- 폴리[옥사-1,4-페닐렌-1,2-(1-시아노)-에틸렌-2,5-다이옥틸옥시-1,4-페닐렌-1,2-(2-시아노)-에틸렌-1,4-페닐렌](CN-에터-PPV),
- 폴리[1,4-다이옥틸옥실-p-2,5-다이시아노페닐렌비닐렌](DOCN-PPV),
- 폴리[9,9'-다이옥틸플루오렌-코-벤조티아다이아졸](PF8BT),
또는 이들의 유도체, 변형체 또는 혼합물.
그러나, 다른 종류의 수용체 중합체 역시 적합할 수 있다.
공여체 중합체 또는 전자 수용체 물질로서 사용될 수 있는 상기 언급된 화합물에 대한 자세한 사항은, 문헌[L. Biana, E. Zhua, J. Tanga, W. Tanga, and F. Zhang, Progress in Polymer Science 37, 2012, p. 1292-1331], 문헌[A. Facchetti, Materials Today, Vol. 16, No. 4, 2013, p. 123-132], 및 문헌[S. Gunes and N. S. Sariciftci, Inorganica Chimica Acta 361, 2008, p. 581-588] 뿐만 아니라 이들 문헌에 인용된 각각의 참고문헌에서의 논의를 참고할 수 있다. 추가적인 화합물은 논문[F.A. Sperlich, Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy of Conjugated Polymers and Fullerenes for Organic Photovoltaics, Julius-Maximilians-Universitat Wurzburg, 2013] 및 이에 인용된 참고문헌에 기술되어 있다.
본원에서 "광전도성 모드"는, 광 다이오드를 사용하는 전기 회로를 지칭하며, 이때 적어도 하나의 광 다이오드는 역 바이어스된 모드로 구성되며, 즉, 광 다이오드의 캐소드는, 애노드에 대해 양의 전압을 사용하여 구동된다. 이는, 제로 바이어스를 사용하는 소위 "광기전 모드"와 대조적이다. 광전도성 모드를 광 다이오드에 적용하면, 일반적으로, 조명의 총 전력이 동일하다면, 광전류가 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적인 것으로 밝혀진다. 결과적으로, 종방향 센서 신호는 전기 전도도에 의존적이기 때문에, 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 기록함으로써, 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면을 결정하고, 이로써, 전술된 바와 같이, 물체의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 한다.
위에서 설명한 바와 같이 광전도 모드를 광 다이오드에 적용하면, 일반적으로 조명의 총 전력이 동일하면 광전류는 센서 영역의 광속 단면에 의존하는 것으로 밝혀진다. 종방향 광학 센서의 특성은 광 다이오드에 상이한 바이어스 전압을 인가함으로써 전기적으로 조정될 수 있다. 바이어싱 장치는 바이어스 전압원을 포함할 수 있다. 종방향 광학 센서의 특성은 바이어싱 장치에 의해 전기적으로 조정될 수 있다. 바이어싱 장치는 종방향 광학 센서의 동작 모드들 사이에서 스위칭하는 것이 가능할 수 있도록 광 다이오드에 적어도 2개의 상이한 바이어스 전압을 인가하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 다이오드가 바이어스되지 않고 광기전 모드에 있도록 제로 바이어스가 사용될 수 있다. 이 조건에서, 종방향 광학 센서는 중립 동작 모드에 있을 수 있다. 예를 들어, 비제로 바이어스 전압, 특히 역 바이어스가 광 다이오드에 인가될 수 있는데, 예를 들어, 양의 전압이 캐소드에 인가될 수 있다. 이 조건 하에서, 종방향 광학 센서는 양 또는 음의 동작 모드일 수 있다. 스위칭 장치는 바이어스 전압을 설정하기 위해 바이어스 전압원에 영향을 미치도록 구성될 수 있다. 종방향 광학 센서의 특성을 조정하는 것은 전압 변화 후 일정 시간을 필요로 할 수도 있다. 그러나, 제 1 동작 모드에서의 검출과 제 2 동작 모드에서의 검출 사이의 시간은 가능한 한 짧을 수 있다.
센서 영역은 금속 또는 반도체 물질과 같이 전류를 유지할 수 있는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 여기서, 물질의 전기 전도성 또는 다른 물질 특성, 예컨대, 열전도도, 흡광도, 산란성, 유전 특성, 자기 특성, 또는 물질의 광학 특성, 특히 물질의 분극, 반사율, 굴절률 또는 투과율과 같은 물질의 적어도 하나의 특성은 조명의 총 출력이 동일한 경우에 센서 영역에서 광 빔의 빔 단면에 의존한다.
결과적으로, 종방향 센서 신호는 본 발명에 따른 검출기의 목적을 위해 본 명세서에서 채용되는 물질의 적어도 하나의 특성에 의존할 수 있다. 결과적으로, 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 기록함으로써 적어도 하나의 특성을 측정하는 것은 센서 영역에서 광 빔의 빔 단면을 결정할 수 있게 함으로써, 전술한 바와 같이, 물체의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성한다. 여기에서, 종방향 신호는 전압 또는 전류와 같은 전기 신호일 수 있지만, 먼저, 상이한 종류의 물리적 신호, 특히 광학 신호일 수도 있고, 이후에 전기 신호로 변환될 수 있으며, 그 이후 종방향 센서 신호로서 추가로 처리될 수 있다. 본 발명의 이러한 양태에 관한 더 상세한 설명을 위해, 상기 및/또는 이하에 제공된 광 검출기의 다른 양태들의 설명이 참조될 수 있다.
전류를 유지할 수 있는 물질은 비결정질 규소, 비결정질 규소를 포함하는 합금, 미세결정질 규소 또는 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일반적으로 사용되는 용어 "비결정질 규소"(a-Si라고도 약칭함)는 비결정질 동소체 형태의 규소에 관한 것이다. 비결정질 규소를 포함하는 합금은 규소 및 탄소를 포함하는 비결정질 합금 또는 규소 및 게르마늄을 포함하는 비결정질 합금일 수 있다. 최신 기술로부터 추가로 공지된 바와 같이, 비결정질 규소는, 이를 층으로서, 특히 박막으로서, 적절한 기판 상에 증착함으로써 획득될 수 있다. 그러나, 다른 방법도 적용가능할 수 있다. 또한, 비결정질 규소는 특히, 수소를 이용하여 부동태화될 수 있으며, 이로써, 비결정질 규소 내 다수의 댕글링(dangling) 결합의 적용이 수십배 감소될 수 있다. 그 결과, 수소화된 비결정질 규소(일반적으로, "a-Si:H"로 축약됨)는 약간의 결함을 나타낼 수 있어서, 광학 장치에서의 사용을 허용한다.
이러한 특정 실시예에서, 종방향 광학 센서는, 적어도 하나의 제 1 전극 및 적어도 하나의 제 2 전극을 갖는 광 검출기일 수 있고, 비결정질 규소는, 바람직하게는, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치할 수 있다. 특히, 종방향 광학 센서와 충돌할 수 있는 광 빔이 비결정질 규소를 포함하는 층에 도달할 수 있게 하기 위해, 전극들 중 적어도 하나, 특히 입사 광 빔의 경로 내에 위치할 수 있는 전극은, 적어도 부분적으로 광학적으로 투명하도록 선택될 수 있다. 본원에서, 적어도 부분적으로 광학적으로 투명한 전극은 적어도 하나의 투명한 전도성 옥사이드(TCO), 특히 인듐-도핑된 주석 옥사이드(ITO), 불소-도핑된 주석 옥사이드(FTO), 및 알루미늄-도핑된 아연 옥사이드(AZO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 전극 물질로서 적합할 수 있는 다른 종류의 광학적으로 투명한 물질이 또한 적용 가능할 수 있다. 하나 이상의 나머지 전극("후면 전극"으로도 명명됨)은 또한, 특히 종방향 광학 센서 내의 광 빔의 경로 바깥쪽에 위치하는 한, 광학적으로 불투명할 수 있다. 본원에서, 적어도 하나의 광학적으로 불투명한 전극은 바람직하게는, 금속 전극, 특히 은(Ag) 전극, 백금(Pt) 전극, 알루미늄(Al) 전극, 및 금(Au) 전극 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 광학적으로 불투명한 전극은 균일한 금속 층을 포함할 수 있다. 대안적으로, 광학적으로 불투명한 전극은, 다수의 부분 전극으로서 또는 금속 그리드 형태로 배열되는 분할 전극일 수 있다.
바람직하게는, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하는 비결정질 규소는 PIN 다이오드 형태로 배열될 수 있다. 일반적으로 용어 "PIN 다이오드"는, n형 반도체 층과 p형 반도체 층 사이에 위치하는 i형 반도체 층을 포함하는 전자 장치를 지칭한다. 최신 기술로부터 공지된 바와 같이, n형 반전도성 층에서는, 전하 캐리어가 전자에 의해 주로 제공되고, p형 반전도성 층에서는 전하 캐리어가 정공에 의해 주로 제공된다. 바람직한 실시예에서, p형 반전도성 층은 부분적으로 또는 전체적으로, 비결정질 규소 카바이드로 구성될 수 있다. 또한, i형 반전도성 층은 비도핑된 진성 비결정질 규소를 포함한다. 특히, 본 발명에 따른 종방향 광학 센서에서, i형 반도체 층은, n형 반도체 층 및 p형 반도체 층의 각각의 두께를 특히 적어도 2배, 바람직하게는 적어도 5배, 더욱 바람직하게는 적어도 10배 이상 초과할 수 있는 두께를 나타낼 수 있다. 예로서, i형 반전도성 층의 두께는 100nm 내지 3000nm, 특히 600nm 내지 800nm일 수 있는 반면, n형 및 p형 반도체 층 둘 모두의 두께는 5nm 내지 100nm, 특히 10nm 내지 60nm일 수 있다.
비결정질 규소를 포함하는 PIN 다이오드 형태로 제공되는 광기전 다이오드는 일반적으로, 비-선형 주파수 응답성을 나타내는 것으로 공지되어 있다. 그 결과, 양의 및/또는 음의 FiP 효과가, 종방향 센서에서 관찰 가능할 수 있고, 이는 또한, 0Hz 내지 50kHz의 광 빔의 변조 주파수 범위 내에서 실질적으로 주파수-독립적일 수 있다. 언급된 특징의 발생을 입증하는 시험 결과가 하기에서 더 자세히 제공될 것이다. 또한, 비결정질 규소를 포함하는 광 검출기는, 풍부한 각각의 반전도성 물질, 용이한 생산 경로, 및 다른 공지된 FiP 장치에 비해 상당히 높은 신호 대 잡음 비의 특정 이점을 나타낼 수 있다.
또한, 입사 빔의 파장에 대한 PIN 다이오드의 외부 양자 효율의 거동을 고려하면, PIN 다이오드가 특히 적합할 수 있는 입사 빔의 파장 범위에 대한 통찰을 제공할 수 있다. 본원에서, 용어 "외부 양자 효율"은, 본 발명의 센서에서 광전류에 기여할 수 있는 광속의 분획을 지칭한다. 결과적으로, 비결정질 규소를 포함하는 PIN 다이오드는, 380nm 내지 700nm로 연장될 수 있는 파장 범위 내에서 외부 양자 효율에 대해 특히 높은 값을 나타낼 수 있는 반면, 외주 양자 효율은 범위 바깥쪽의 파장, 특히 380nm 미만의 파장, 즉, UV 범위 이내의 파장, 및 700nm 초과의 파장, 특히 NIR 범위 이내의 파장에 대해 더 낮을 수 있으며, 이에 따라, 800nm 초과에서는 사라지도록 작아진다. 결과적으로, 적어도 하나의 반도체 층 내에 비결정질 규소를 포함하는 PIN 다이오드는 바람직하게는, 입사 빔이 대부분의 가시광 스펙트럼 범위, 특히 380nm 내지 700nm를 커버하는 범위 내의 파장을 갖는 경우, 적어도 하나의 물체의 광학적 검출을 위해 본 발명에 따른 검출기에 사용될 수 있다.
대안적으로, 입사 빔이 UV 스펙트럼 범위 내의 파장을 가질 수 있는 경우, 바람직하게는 본 발명에 따른 검출기 내에 사용될 수 있는 다른 PIN 다이오드가 제공될 수 있다. 본원에서 용어 "UV 스펙트럼 범위"는, 1nm 내지 400nm, 특히 100nm 내지 400nm의 전자기 스펙트럼의 부분을 포함할 수 있고, ISO 표준 ISO-21348에서 권고되는 바와 같이 다수의 범위로 세분될 수 있으며, 본원에서 제공되는 대안적 PIN 다이오드는 400nm 내지 315nm의 자외선 A 범위("UVA"로 축약됨) 및/또는 315nm 내지 280nm의 자외선 B 범위("UVB"로 축약됨)에 특히 적합할 수 있다. 이를 위하여, 대안적 PIN 다이오드는, 상기 및/또는 하기에 기술되는 바와 같은 비결정질 규소를 포함하는 PIN 다이오드와 동일하거나 유사한 배열을 나타낼 수 있고, 비결정질 규소(a-Si) 또는 수소화된 비결정질 규소(a-Si:H)는 각각, 규소 및 탄소의 비결정질 합금(a-SiC)으로, 또는 바람직하게는, 수소화된 비결정질 규소 탄소 합금(a-SiC:H)으로 적어도 부분적으로 대체될 수 있다. 이러한 종류의 대안적 PIN 다이오드는 UV 파장 범위 내에서, 바람직하게는 280nm 내지 400nm의 완전한 UVA 및 UVB 파장 범위에 걸쳐 높은 외부 양자 효율을 나타낼 수 있다. 본원에서, 수소화된 비결정질 규소 탄소 합금(a-SiC:H)은 바람직하게는, 전형적으로 공정 기체로서 SiH4 및 CH4를 사용하여, 플라즈마-강화형 증착 공정에 사용될 수 있다. 그러나, a-SiC:H를 제공하기 위한 다른 제조 방법 역시 적용 가능할 수 있다.
선행 기술로부터 공지된 바와 같이, 수소화된 비결정질 규소 탄소 합금(a-SiC:H)을 포함하는 층은 일반적으로, 수소화된 비결정질 규소(a-Si:H)를 포함하는 층의 전자 이동도에 비해 상당히 더 작을 수 있는 정공 이동도를 나타낼 수 있다. 따라서, a-SiC:H를 포함하는 층은, 광 빔이 장치에 들어갈 수 있는 장치의 면 상에 특히 배열된 p-도핑된 정공 추출 층으로서 사용될 수 있다. 이러한 배열의 결과로서, 광전류에 기여할 수 있기 위해 정공이 이동해야 하는 거리가 상당히 감소될 수 있다. 따라서, 결과적으로, 본 발명에 따른 검출기에 PIN 다이오드를 제공하는 것이 유리할 수 있으며, 이때 p형 반도체 층은 2nm 내지 20nm, 바람직하게는 4nm 내지 10nm, 예컨대 약 5nm의 두께를 나타낼 수 있다. 또한, UV 스펙트럼 범위, 특히 UVA 스펙트럼 범위 및/또는 UVB 스펙트럼 범위 내의 파장을 갖는 특정 광 빔(이는, 이러한 종류의 박형의 p형 반도체 층을 포함하는 PIN 다이오드의 면 상에 충돌할 수 있음)이 여기에 흡수될 수 있다. 추가로, 이러한 종류의 박층은 또한, 전자가 층을 횡단하여 PIN 다이오드의 인접 i형 반도체 층 내로 들어갈 수 있도록 할 수 있다. 본원에서, 바람직하게는 a-SiC:H를 또한 포함할 수 있는 i형 반도체 층은 2nm 내지 20nm, 바람직하게는 4nm 내지 10nm, 예컨대 약 5nm의 두께를 동일하게 나타낼 수 있다. 그러나, 적어도 하나의 반도체 층이 적어도 부분적으로 a-SiC:H를 포함할 수 있는, 다른 종류의 PIN 다이오드가 또한 가능할 수도 있다.
전술된 바와 같이, 광전류의 생성에 수반되는 비-선형 효과는, 이러한 종류의 반도체 층을 포함하는 IN 다이오드를 구비한 종방향 센서에서 FiP 효과의 발생에 대한 기반을 구성할 수 있다. 결과적으로, 이러한 종류의 종방향 센서는 특히, UV 응답성이 요구될 수 있는 응용분야에서, 예컨대, UV 스펙트럼 범위 내의 광학 현상을 관찰할 수 있기 위해, 또는 UV 스펙트럼 범위 내의 하나 이상의 파장을 방출할 수 있는 활동 표적이 사용될 수 있는 경우에 사용될 수 있다.
대안적으로, 입사 빔이 NIR 스펙트럼 범위 내의 파장을 가질 수 있는 경우, 본 발명에 따른 검출기에 바람직하게 사용될 수 있는 다른 PIN 다이오드가 제공될 수 있다. 본원에서 용어 "NIR 스펙트럼 범위"(이는, "IR-A"로도 축약될 수 있음)는, ISO 표준 ISO-21348에서 권고되는 바와 같은 760nm 내지 1400nm의 전자기 스펙트럼의 분할을 커버할 수 있다. 이를 위하여, 대안적 PIN 다이오드는, 상기 및/또는 하기에 기술되는 바와 같은 비결정질 규소를 포함하는 PIN 다이오드와 동일하거나 유사한 배열을 나타낼 수 있으며, 비결정질 규소(a-Si) 또는 수소화된 비결정질 규소(a-Si:H)는 각각, 미세결정질 규소(μc-Si), 바람직하게는 수소화된 미세결정질 규소(μc-Si:H), 또는 게르마늄과 규소의 비결정질 합금(a-GeSi), 바람직하게는 수소화된 비결정질 게르마늄 규소 합금(a-GeSi:H) 중 하나로 적어도 부분적으로 대체될 수 있다. 이러한 추가의 종류의 PIN 다이오드는, 760nm 내지 1400nm, 특히 적어도 760nm 내지 1000nm의 NIR 파장 범위를 적어도 부분적으로 커버할 수 있는 파장 범위에 걸쳐 높은 외부 양자 효율을 나타낼 수 있다. 예로서, μc-Si를 포함하는 PIN 다이오드는, 대략 500nm로부터 1100nm로 연장되는 파장 범위에 걸쳐, 무시할 수 없는 양자 효율을 가진다.
본원에서, 수소화된 미세결정질 규소(μc-Si:H)는 바람직하게는, SiH4와 CH4의 기체 혼합물로부터 제조될 수 있다. 결과적으로, 5nm 내지 30nm의 전형적인 크기를 갖는 미세결정영역(microcrystallite)을 포함하고, 서로에 대해 10nm 내지 200nm 이격되어 배치된 기판 물질의 배열된 칼럼들 사이에 위치하는, 기판 상의 2상 물질을 수득할 수 있다. 그러나, 필수적으로는 아니지만, μc-Si:H의 대안적 배열을 유발할 수 있는, μc-Si:H를 제공하는 또 다른 제조 방법이 또한 적용 가능할 수 있다. 또한, 수소화된 비결정질 게르마늄 규소 합금(a-GeSi:H)은 바람직하게는, 통상적인 반응기 내의 공정 기체로서 SiH4, GeH4, 및 H2를 사용하여 제조될 수 있다. 본원에서는 또한, a-GeSi:H를 제공하는 다른 제조 방법도 가능할 수 있다.
μc-Si:H 및 a-GeSi:H 둘 다를 a-Si:H와 비교하면, μc-Si:H 및 a-GeSi:H를 포함하는 반도체 층은 전하 캐리어의 유사하거나 증가된 무질서-유도된 국부화를 가짐으로써, 상당한 비-선형 주파수 응답성을 나타낼 수 있다. 전술된 바와 같이, 이는, 이러한 종류의 반도체 층을 포함하는 PIN 다이오드를 구비한 종방향 센서에서 FiP 효과의 발생에 대한 기반을 구성할 수 있다. 결과적으로, 이러한 종류의 종방향 센서는 특히, 예컨대, 야간 시야 또는 안개 시야에서 NIR 응답성이 필요할 수 있는 용도에 사용될 수 있거나, 예를 들어, NIR 조명원을 사용하여 동물 또는 인간이 방해받지 않을 수 있을 때 유리할 수 있는 경우에, NIR 스펙트럼 범위 내의 적어도 하나의 파장을 방출하는 활동 표적이 사용될 수 있는 경우에 적합할 수 있다.
종방향 광학 센서의 특성은 광 빔의 적어도 하나의 특성에 의해 조정 가능하고, 특히 변경 가능할 수 있다. 본원에서, 광 빔의 적어도 하나의 특성은 광 빔의 파장, 변조 주파수 또는 세기 중 하나 이상일 수 있다. 광 빔은 하나 이상의 변조 주파수에 의해 변조될 수 있다. 예를 들어, 광 빔의 초점은 하나 이상의 변조 주파수를 사용하여 광 빔을 변조함으로써 조정 가능할 수 있고, 특히 변경 가능할 수 있다. 특히, 광 빔은 포커싱될 수 있거나, 종방향 광학 센서에 충돌할 때 포커싱되지 않을 수 있다. 광 빔의 적어도 하나의 특성은 적어도 하나의 광원, 예를 들어, 적어도 하나의 조명원의 특성일 수 있거나 관련될 수 있다. 광 빔의 특성은 광원의 크기와 관련될 수 있다. 따라서, 광원의 크기는, 예를 들어, 확산기, 특히 적어도 하나의 확산기 디스크, 적어도 하나의 렌즈 또는 적어도 하나의 마스크, 특히 적어도 하나의 도트 패턴 중 적어도 하나에 의해, 가변적이고/이거나 조정 가능할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 확산기와 조합된 적어도 하나의 LED가 사용될 수 있다. 또한, 검출기는 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다. 물체로부터 나오는 광은 물체 자체에서 발생할 수 있지만, 또한 임의적으로 상이한 근원을 갖고, 이러한 근원으로부터 물체로, 그리고 후속적으로 광학 센서 쪽으로 전파될 수도 있다. 후자의 경우는, 예를 들면, 사용되는 적어도 하나의 조명원에 의해 영향받을 수 있다. 조명원은 다양한 방식으로 채용될 수 있다. 따라서, 조명원은 예를 들면, 검출기 하우징 내의 검출기의 일부일 수 있다. 그러나, 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 조명원은 또한 검출기 하우징 외부에, 예를 들면, 분리된 광원으로서 배열될 수 있다. 조명원은 물체로부터 분리되어 배열될 수 있고, 소정의 거리로부터 물체를 조명할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 조명원은 또한 물체에 접속되거나 또는 물체의 일부일 수 있으므로, 예로써, 물체로부터 나오는 전자기 복사선이 또한 조명원에 의해 직접적으로 생성될 수 있다. 예로써, 적어도 하나의 조명원은 물체 상에 및/또는 내에 배열될 수 있고, 센서 영역을 조명하는 전자기 복사선을 직접 생성할 수 있다. 이러한 조명원은, 예를 들면, 주변 광원이거나 포함할 수 있고/있거나 인공 조명원이거나 포함할 수 있다. 예로써, 적어도 하나의 적외선 방출기(emitter) 및/또는 가시 광을 위한 적어도 하나의 방출기 및/또는 자외선 광을 위한 적어도 하나의 방출기가 물체 상에 배열될 수 있다. 예로써, 적어도 하나의 발광 다이오드 및/또는 적어도 하나의 레이저 다이오드가 물체 상에 및/또는 내에 배열될 수 있다. 조명원은 레이저, 특히 레이저 다이오드(비록 원칙적으로는, 대안적으로 또는 추가적으로, 다른 유형의 레이저가 사용될 수도 있음); 발광 다이오드; 백열등(incandescent lamp); 네온 광; 화염원; 열원; 유기 광원, 특히 유기 발광 다이오드; 구조화된 광원과 같은 조명원들 중 특히 하나 또는 다수를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 다른 조명원이 또한 사용될 수 있다. 조명원이, 적어도 대략적으로 예를 들면, 많은 레이저에서의 경우와 같이 가우스 빔 프로파일을 갖는 하나 이상의 광 빔을 생성하도록 설계된다면 특히 바람직하다. 임의적 조명원의 다른 잠재적인 예에 대해, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호 및 제 WO 2014/097181 A1 호 중 하나를 참조할 수 있다. 또한, 다른 실시예도 가능하다.
적어도 하나의 임의적 조명원은 일반적으로, 자외선 스펙트럼 범위, 바람직하게 200nm 내지 380nm의 범위에 있는 것; 가시 스펙트럼 범위(380nm 내지 780nm); 적외선 스펙트럼 범위, 바람직하게 780nm 내지 3.0μm의 범위에 있는 것 중 적어도 하나에서 광을 방출할 수 있다. 가장 바람직하게, 적어도 하나의 조명원은 가시 스펙트럼 범위, 바람직하게 500nm 내지 780nm의 범위에서, 가장 바람직하게는 650nm 내지 750nm 또는 690nm 내지 700nm에서 광을 방출하도록 구성된다. 본원에서, 조명원이 종방향 센서의 스펙트럼 감도와 관련될 수 있는 스펙트럼 범위를, 특히, 각각의 조명원에 의해 조명될 수 있는 종방향 센서가 충분한 신호 대 잡음 비를 갖는 고해상도 평가를 가능하게 할 수 있는 높은 강도의 센서 신호를 제공할 수 있도록 보장하는 방식으로 나타낼 수 있을 때 특히 바람직하다.
조명원은 적어도 2개의 상이한 파장으로 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 조명원은 적어도 하나의 제 1 파장의 광을 방출하는 것과 적어도 하나의 제 2 파장의 광을 방출하는 것 사이에서 스위칭하도록 구성될 수 있다. 조명원은 적어도 2개의 광 빔을 방출하도록 설계될 수 있고, 여기서 제 1 광 빔의 적어도 하나의 특성은 제 2 광 빔의 적어도 하나의 특성과 다를 수 있고, 이때 특성은 광 빔의 파장, 변조 주파수 또는 강도로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 광 빔은 하나 이상의 변조 주파수에 의해 변조될 수 있다. 예를 들어, 광 빔의 초점은 하나 이상의 변조 주파수를 사용하여 광 빔을 변조함으로써 조정 가능할 수 있고, 특히 변경 가능할 수 있다. 특히, 광 빔은 종방향 광학 센서에 충돌할 때 포커싱될 수 있거나 포커싱되지 않을 수도 있다. 광 빔의 적어도 하나의 특성은 적어도 하나의 광원, 예를 들어, 적어도 하나의 조명원의 특성일 수 있거나 관련될 수 있다. 광 빔의 특성은 광원의 크기와 관련될 수도 있다. 따라서, 광원의 크기는, 예를 들어, 확산기, 특히 적어도 하나의 확산기 디스크, 적어도 하나의 렌즈 또는 적어도 하나의 마스크, 특히 적어도 하나의 도트 패턴 중 하나 이상에 의해, 가변적이고/이거나 조정 가능할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 확산기와 조합된 적어도 하나의 LED가 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용자 및/또는 평가 장치 및/또는 스위칭 장치에 의한 영향과 같은 적어도 하나의 외부 영향은 파장들 사이에서 스위칭하도록 조명 장치를 트리거할 수 있다. 예를 들어, 조명원은 상이한 파장의 광을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있고, 방출된 광 빔의 파장은 특히 외부 영향에 의해 조정 가능할 수 있다. 스위칭 장치는 방출된 광 빔의 파장 및/또는 방출된 적어도 2개의 광 빔의 파장을 설정하기 위해 조명원에 영향을 미치도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 조명원은 적어도 두 개의 광원을 포함할 수 있고, 여기서 적어도 2개의 광원은 상이한 파장의 광을 방출하도록 구성된다. 따라서, 제 1 광원은 제 1 파장의 광 빔을 제공할 수 있고, 제 2 광원은 제 2 파장의 광 빔을 제공할 수 있다. 제 1 광 빔 및 제 2 광 빔은 동시에 또는 순차적으로 방출될 수 있다. 예를 들어, 조명원이 2개의 광원을 포함하는 경우, 제 1 광 빔을 제공하는 제 1 광원은 스위치 온 상태를 유지하고, 제 2 광원은 제 2 광 빔을 제공할 수 있다. 제 1 광 빔은 제 1 파장을 가질 수 있고 제 2 광 빔은 제 2 파장을 가질 수 있으며, 여기서 종방향 광학 센서의 특성은 조정될 수 있고, 특히 제 1 광 빔 및 제 2 광 빔에 의한 조명에 의해 변화될 수 있다. 제 1 광 빔에 의한 조명은 종방향 광학 센서가 중립 동작 모드, 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드 중 하나가 되도록 종 방향 광학 센서의 특성을 조정하게 할 수 있다. 광 빔의 한 특성에서 광 빔의 다른 특성으로 스위칭하는 것, 예를 들어, 한 파장에서 다른 파장으로의 변화는 위상에 민감한 측정의 일부일 수 있다. 이는 측정시, 예를 들어, 록인 증폭기 측정에서 직접 참조할 수 있게 한다. 제 2 광 빔에 의한 조명은 종방향 광학 센서가 제 1 광 빔에 의한 조명 동안의 동작 모드와 상이한 다른 동작 모드에 있을 수 있도록 종방향 광학 센서의 특성을 조정하게 할 수 있다. 적어도 2개의 파장 사이를 스위칭함으로써, 종방향 광학 센서가 적어도 2개의 동작 모드로 동작할 수 있도록 종방향 광학 센서의 특성이 조정될 수 있다. 전술된 평가 장치는 적어도 2개의 상이한 동작 모드에서 결정된 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 고려함으로써 모호성을 해결하도록 설계될 수 있다.
예를 들어, 제 1 파장은 제 2 파장에 비해 짧은 파장일 수 있다. 특히, 제 1 파장은 가시 스펙트럼 범위, 바람직하게는 380 내지 450nm의 범위, 보다 바람직하게는 390 내지 420nm의 범위, 가장 바람직하게는 400 내지 410nm의 범위일 수 있다. 예를 들어, 제 2 파장 또한 가시 스펙트럼 범위, 바람직하게는 500 내지 560nm, 보다 바람직하게는 510 내지 550nm, 가장 바람직하게는 520 내지 540nm의 범위일 수 있다.
조명원은, 물체에 적어도 부분적으로 접속되고/되거나 물체와 적어도 부분적으로 동일한 조명원, 1차 방사선으로 물체를 적어도 부분적으로 조명하도록 설계된 조명원 중 선택될 수 있다. 광 빔은 물체에 대한 1차 방사선의 반사 및/또는 1차 방사선에 의해 자극된 물체 자체에 의한 발광에 의해 생성될 수 있다. 종방향 광학 센서의 스펙트럼 감도는 조명원의 스펙트럼 범위에 의해 커버될 수 있다.
조명원은 인공 조명원, 특히 적어도 하나의 레이저원 및/또는 적어도 하나의 백열등 및/또는 적어도 하나의 반도체 광원, 예를 들어, 적어도 하나의 발광 다이오드, 특히 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 일반적으로 정의되는 빔 프로파일 및 취급성으로 인해, 조명원으로서 하나 이상의 레이저원을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 예를 들어, 조명원은 상이한 파장의 광 빔을 생성하도록 구성된 단일 레이저원을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 상이한 파장을 갖는 적어도 2개의 광 빔을 제공하기 위해, 조명원은 상이한 파장의 광을 방출하는 2개의 레이저원을 포함할 수도 있다. 조명원은 적어도 2개의 레이저 빔을 방출할 수 있다. 각각의 레이저 빔은 물체의 표면에 위치한 단일 점을 조명하도록 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 검출기들 중 적어도 하나를 사용함에 따라, 적어도 하나의 점과 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 적어도 하나의 정보 항목이 생성될 수 있다. 이로써, 바람직하게는, 예컨대, 적어도 하나의 검출기로 구성된 평가 장치를 채용함으로써, 조명 시스템과 조명원에 의해 생성되는 단일 점 사이의 거리가 결정될 수 있다. 또한, 조명원 특히, 적어도 2개의 레이저원은 적어도 하나의 이색성 거울 및/또는 이색성 거울 어셈블리와 조합될 수 있다.
또한, 검출기는 조명을 변조하기 위한, 특히 주기적 변조를 위한 적어도 하나의 변조 장치, 특히 주기적인 빔 차단 장치를 가질 수 있다. 조명의 변조는 조명의 총 전력이, 바람직하게는 주기적으로, 특히 하나 또는 복수의 변조 주파수들을 사용하여 변경되는 프로세스를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 주기적인 변조는 조명의 총 전력의 최대값과 최소값 사이에서 이루어질 수 있다. 최소값은 0일 수 있지만, 예로써, 완전한 변조가 이뤄지지 않도록 0보다 작을 수도 있다. 변조는, 예를 들어, 빔 경로 내에 배치되는 적어도 하나의 변조 장치에 의해, 물체와 광학 센서 사이의 빔 경로에서 이뤄질 수 있다. 그러나, 대안적으로 또는 추가적으로, 변조는, 예를 들어, 빔 경로 내에 배치되는 적어도 하나의 변조 장치에 의해 물체 및 물체를 조명하기 위한(이하 더욱 상세히 설명됨) 선택적 조명원 사이의 빔 경로에서 이뤄질 수 있다. 이러한 가능성들의 조합도 고려될 수 있다. 하나 이상의 변조 장치는 예를 들면, 빔 초퍼(beam chopper), 또는 예를 들면, 바람직하게 일정한 속도에서 회전하고, 따라서 조명을 주기적으로 인터럽트할 수 있는 하나 이상의 인터럽터 블레이드(interrupter blade) 또는 인터럽터 휠을 포함하는 일부 다른 유형의 주기적 빔 중단 장치를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 그러나, 하나 또는 복수의 상이한 유형의 변조 장치, 예를 들면, 전기 광학(electro-optical) 효과 및/또는 음향 광학(acousto-optical) 효과에 기초한 변조 장치를 사용하는 것 또한 가능할 수 있다. 다시, 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 임의적 조명원 자체가, 예를 들면, 조명원 자체가 변조된 강도 및/또는 총 전력, 예를 들면, 주기적으로 변조된 총 전력을 가짐으로써 및/또는 조명원이 펄스형 레이저와 같은 펄스형 조명원로서 구현됨으로써, 변조된 조명을 생성하도록 또한 설계될 수 있다. 따라서, 예로써, 적어도 하나의 변조 장치는 전체적으로 또는 부분적으로 조명원 내에 통합될 수도 있다. 다양한 가능성들이 고려될 수 있다.
따라서, 검출기는 특히 상이한 변조들의 경우에 적어도 2개의 종방향 센서 신호, 특히, 각각의 상이한 변조 주파수들에서 2개 이상의 종방향 센서 신호를 검출하도록 설계될 수 있다. 평가 장치는 적어도 2개의 종방향 센서 신호로부터 기하학적 정보를 생성하도록 설계될 수 있다. 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호 및 제 WO 2014/097181 A1 호에 기술된 바와 같이, 모호성을 해결하고/하거나, 예를 들면, 조명의 총 전력이 일반적으로 공지되지 않는다는 사실을 고려할 수 있다. 예로써, 검출기는 물체 및/또는 0.1Hz 내지 10kHz와 같은 0.05Hz 내지 1MHz의 주파수를 이용한, 적어도 하나의 종방향 광학 센서의 적어도 하나의 센서 범위와 같은 검출기의 적어도 하나의 센서 영역의 조명의 변조를 유발하도록 설계될 수 있다. 전술된 바와 같이, 이러한 목적을 위해, 검출기는 적어도 하나의 임의적 조명원 내에 통합될 수 있고/있거나 조명원과는 독립적일 수 있는 적어도 하나의 변조 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 조명원은 저절로 전술된 조명의 변조를 생성하도록 구성될 수 있고/있거나, 적어도 하나의 전기 광학 장치 및/또는 하나 이상의 음향 광학 장치와 같이, 적어도 하나의 초퍼 및/또는 변조된 전달률을 갖는 적어도 하나의 장치와 같은 적어도 하나의 독립적인 변조 장치가 제시될 수 있다.
예를 들어, 광 빔은 변조된 광 빔일 수 있다. 검출기는 상이한 변조의 경우에 적어도 2개의 종방향 센서 신호, 특히 각각의 상이한 변조 주파수에서 적어도 2개의 센서 신호를 검출하도록 설계될 수 있고, 여기서 평가 장치는 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있다. 종방향 광학 센서는 또한 조명의 총 전력이 동일하다면 종방향 센서 신호가 조명의 변조의 변조 주파수에 의존하는 방식으로 설계될 수 있다. 예를 들어, 광 빔은 비-변조된 연속파 광 빔일 수 있다.
본 발명에 따르면, 이는, 전술된 바와 같은 광 검출기에 하나 이상의 변조 주파수를 적용하는데 유리할 수 있다. 그러나, 광 검출기에 변조 주파수를 적용하지 않고, 종방향 센서 신호를 직접 결정하는 것이 여전히 가능할 수 있다. 하기에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 많은 관련 상황 하에서는, 물체에 대한 원하는 종방향 정보를 획득하는데 변조 주파수의 적용이 필요하지 않을 수도 있다. 따라서, 결과적으로, 광 검출기는, 단순하고 비용-효율적인 구성의 공간 검출기에 추가로 기여할 수 있는 변조 장치를 포함하는 것이 필요하지 않을 수 있다. 다른 결과로서, 공간 광 변조기는 주파수-다중화(frequency-multiplexing) 모드 또는 이의 조합보다는 시간-다중화(time-multiplexing) 모드로 사용될 수 있다.
검출기는 적어도 2개의 종방향 광학 센서를 포함할 수 있으며, 각각의 종방향 광학 센서는 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 예로서, 종방향 광학 센서의 센서 영역 또는 센서 표면은 이에 따라 평행하게 배향될 수 있고, 여기서 약간의 각 허용오차(tolerance), 예컨대 10° 이하, 바람직하게는 5° 이하가 허용 가능할 수 있다. 본원에서, 바람직하게는, 검출기의 모든 종방향 광학 센서(이들은, 검출기의 광축을 따라 적층체 형태로 배열될 수 있음)는 투명할 수 있다. 따라서, 광 빔은, 다른 종방향 광학 센서 상에 충돌하기 이전에, 바람직하게는 후속적으로 제 1 투명한 종방향 광학 센서를 통과할 수 있다. 따라서, 물체로부터의 광 빔은 후속적으로, 광 검출기 내에 존재하는 모든 종방향 광학 센서에 도달할 수 있다. 본원에서, 상이한 종방향 광학 센서는, 입사 광 빔에 대해 동일하거나 상이한 스펙트럼 민감도를 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 검출기는, 특히 하나 이상의 횡방향 광학 센서와 함께, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호에 개시된 바와 같은 종방향 광학 센서들의 적층체를 포함할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 횡방향 광학 센서는, 종방향 광학 센서들의 적층체의 물체 쪽으로 대면하는 한 면 상에 위치될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 횡방향 광학 센서는, 종방향 광학 센서들의 적층체의 물체와 떨어진 쪽의 면 상에 위치될 수 있다. 다시, 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 횡방향 광학 센서는 적층체의 종방향 광학 센서들 사이에 놓일 수도 있다. 그러나, 예를 들어, 물체의 깊이를 결정하는 것만 목적으로 하는 경우, 단일 종방향 광학 센서만 포함할 수 있고 횡방향 광학 센서는 포함하지 않는 실시예가 여전히 가능할 수 있다.
바람직하게는, 검출기는 적어도 하나의 횡방향 광학 센서를 더 포함할 수 있고, 횡방향 광학 센서는 물체로부터 검출기로 진행하는 광 빔의 횡방향 위치를 결정하도록 구성될 수 있으며, 횡방향 위치는 검출기의 광축에 수직하는 적어도 하나의 차원에서의 위치이고, 횡방향 광학 센서는 적어도 하나의 횡방향 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있으며, 평가 장치는 또한 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 횡방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있다.
본원에서 용어 "횡방향 광학 센서"는 일반적으로, 물체로부터 검출기로 이동하는 적어도 하나의 광 빔의 횡방향 위치를 결정하도록 구성되는 장치를 지칭한다. 용어 "위치"와 관련하여, 상기 정의를 참조할 수 있다. 따라서, 바람직하게, 횡방향 위치는 검출기의 광축에 대해 수직인 적어도 하나의 차원에서의 적어도 하나의 좌표이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 일례로, 횡방향 위치는 횡방향 광학 센서의 감광성 센서 표면 상에서와 같이, 광축에 대해 수직인 평면에서 광 빔에 의해 생성된 광 스폿(light spot)의 위치일 수 있다. 일례로, 평면에서의 위치는 데카르트 좌표 및/또는 극좌표에서 주어질 수 있다. 다른 실시예들이 가능하다. 횡방향 광학 센서의 잠재적인 실시예들을 위해, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호를 참조할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들이 가능하며, 이하에 더욱 상세히 기술될 것이다.
횡방향 광학 센서는 적어도 하나의 횡방향 센서 신호를 제공할 수 있다. 본원에서, 일반적으로 횡방향 센서 신호는 횡방향 위치를 나타내는 임의의 신호일 수 있다. 일례로, 횡방향 센서 신호는 디지털 및/또는 아날로그 신호이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 일례로, 횡방향 센서 신호는 전압 신호 및/또는 전류 신호이거나 그것을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 횡방향 센서 신호는 디지털 데이터이거나 그것을 포함할 수 있다. 횡방향 센서 신호는 단일의 신호 값 및/또는 일련의 신호 값들을 포함할 수 있다. 횡방향 센서 신호는 둘 이상의 신호를 평균화하고/하거나 둘 이상의 신호의 몫을 형성하는 것과 같이, 둘 이상의 개별적인 신호를 결합함으로써 도출될 수 있는 임의의 신호를 더 포함할 수 있다.
국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호에 따른 개시내용과 유사한 제 1 실시예에서, 횡방향 광학 센서는, 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 제 2 전극 및 적어도 하나의 광기전 물질을 갖는 광 검출기일 수 있고, 이때 광기전 물질은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 임베디드될 수 있다. 따라서, 횡방향 광학 센서는 하나 이상의 광 검출기, 예컨대 하나 이상의 유기 광검출기, 가장 바람직하게는, 하나 이상의 염료-감응성 유기 태양 전지(DSC, 염료 태양 전지로도 지칭됨), 예컨대 하나 이상의 고체 염료-감응성 유기 태양 전지(s-DSC)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 따라서, 검출기는, 적어도 하나의 횡방향 광학 센서로서 기능하는 하나 이상의 DSC(예컨대, 하나 이상의 sDSC), 및 적어도 하나의 종방향 광학 센서로서 기능하는 하나 이상의 DSC(예컨대, 하나 이상의 sDSC)를 포함할 수 있다.
이러한 공지된 실시예와 대조적으로, 본 발명에 따른 횡방향 광학 센서의 바람직한 실시예는, 광전도성 물질, 바람직하게는 무기 광전도성 물질, 예컨대 상기 및/또는 하기에 기술되는 바와 같은 광전도성 물질들 중 하나, 특히 칼코게나이드, 바람직하게는 납 설파이드(PbS), 셀레나이드(PbSe), 또는 규소계 광전도체, 또는 다른 적절한 물질의 층을 포함할 수 있다. 본원에서, 광전도성 물질 층은, 균질, 결정질, 다결정질, 미세결정질, 나노결정질 및/또는 비결정질 상으로부터 선택되는 조성을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 광전도성 물질 층은, 바람직하게는 인듐 주석 옥사이드(ITO), 불소 도핑된 주석 옥사이드(FTO), 또는 마그네슘 옥사이드(MgO)를 포함하는 투명한 전도성 옥사이드의 2개의 층 사이에 임베디드될 수 있다. 그러나, 특히, 목적하는 투명한 스펙트럼 범위에 따라, 다른 물질이 가능할 수 있다.
또한, 횡방향 광학 신호를 기록하기 위해 적어도 2개의 전극이 존재할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 적어도 2개의 전극은 실제로, 적어도 2개의 물리적 전극 형태로 배열될 수 있고, 이때 각각의 물리적 전극은 전기 전도성 물질, 바람직하게는 금속 전도성 물질, 더욱 바람직하게는 고도의 금속 전도성 물질, 예컨대 구리, 은, 금, 이러한 종류의 물질을 포함하는 합금 또는 조성물을 포함할 수 있다. 본원에서, 적어도 2개의 물리적 전극은 각각, 예컨대 광학 센서와 평가 장치 사이의 수송 경로 내의 추가적인 저항으로 인해, 특히, 가능한 한 적은 손실을 갖는 종방향 센서 신호를 달성하기 위해, 바람직하게는, 광학 센서 내의 각각의 전극과 광전도성 층 사이에 직접적인 전기 접촉이 달성되는 방식으로 배열될 수 있다.
그러나, 특정 실시예에서, 상기 언급된 물리적 전극들 중 하나 이상은 전기 전도성 빔(특히, 전기 전도성 빔이 센서 영역에 충돌함으로써 광학 센서 내의 각각의 전기 전도성 빔과 광전도성 층 사이에 직접적인 전기 접촉을 생성할 수 있는 방식으로 배열될 수 있는 전기 전도성 입자(바람직하게는, 전자)의 빔)에 의해 적어도 부분적으로 대체될 수 있다. 이러한 직접적인 전기 접촉을 광전도성 층에 제공함으로써, 전기 전도성 빔은, 유사하게, 광학 센서로부터 평가 장치로 종방향 센서 신호의 적어도 일부를 수송하기 위한 수단으로서 기능할 수 있다.
바람직하게는, 횡방향 광학 센서의 전극들 중 적어도 하나는, 적어도 2개의 부분 전극을 갖는 분할 전극일 수 있고, 횡방향 광학 센서는 센서 영역을 가질 수 있으며, 적어도 하나의 횡방향 센서 신호는 센서 영역 내의 입사 광 빔의 x- 및/또는 y-위치를 나타낼 수 있다. 센서 영역은 물체 쪽으로 대면하는 광 검출기의 표면일 수 있다. 센서 영역은 바람직하게는 광축에 대해 수직으로 배향될 수 있다. 따라서, 횡방향 센서 신호는, 횡방향 광학 센서의 센서 영역의 평면 내의 광 빔에 의해 생성되는 광 스폿의 위치를 나타낼 수 있다. 일반적으로, 본원에서 용어 "부분 전극"은, 바람직하게는 다른 부분 전극과 독립적으로, 적어도 하나의 전류 및/또는 전압 신호를 측정하도록 구성된 복수의 전극 중의 하나를 지칭한다. 따라서, 복수의 부분 전극이 제공되는 경우, 각각의 전극은, 독립적으로 측정되고/되거나 사용될 수 있는 적어도 2개의 부분 전극을 통해 복수의 전위 및/또는 전류 및/또는 전압을 제공하도록 구성된다.
횡방향 광학 센서는 또한, 부분 전극을 통한 전류에 따라 횡방향 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 따라서, 2개의 수평 부분 전극을 통한 전류의 비가 형성되어 x-좌표를 생성할 수 있고/있거나, 수직 부분 전극을 통한 전류의 비가 형성되어 y-좌표를 생성할 수 있다. 검출기, 바람직하게는 횡방향 광학 센서 및/또는 평가 장치는, 부분 전극을 통한 전류의 적어도 하나의 비로부터 물체의 횡방향 위치에 대한 정보를 도출하도록 구성될 수 있다. 부분 전극을 통한 전류를 비교함으로써 위치 좌표를 생성하는 다른 방법도 가능하다.
부분 전극은 일반적으로, 센서 영역에서의 광 빔의 위치를 결정하기 위해, 다양한 방식으로 정의될 수 있다. 따라서, 수평 좌표 또는 x 좌표를 결정하기 위해 둘 이상의 수평 부분 전극이 제공될 수 있고, 수직 좌표 또는 y 좌표를 결정하기 위해 둘 이상의 수직 부분 전극이 제공될 수 있다. 따라서, 부분 전극이 센서 영역의 가장자리에 제공될 수 있고, 센서 영역의 내부 공간은 자유롭게 유지되고 하나 이상의 추가적인 전극 물질에 의해 커버될 수 있다. 이하에 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 추가적인 전극 물질은 바람직하게, 투명 금속 및/또는 투명 도전성 옥사이드 및/또는 가장 바람직하게 투명 도전성 폴리머와 같은 투명한 추가적인 전극 물질일 수 있다.
전극들 중 하나가 3개 이상의 부분 전극을 갖는 분할 전극인, 횡방향 광학 센서를 사용하면, 부분 전극들을 통한 전류가 센서 영역에서의 광 빔의 위치에 의존적일 수 있다. 이는 일반적으로, 옴 손실(Ohmic loss) 또는 저항성 손실(resistive loss)이 부분 전극들 상에 부딪히는 광으로 인한 전하의 생성 위치로부터 도중에 발생될 수 있다는 사실 때문일 수 있다. 따라서, 부분 전극들 이외에, 분할 전극은 부분 전극에 접속된 하나 이상의 추가적인 전극 물질을 포함할 수 있고, 하나 이상의 추가적인 전극 물질은 전기 저항을 제공한다. 따라서, 전하의 생성의 위치로부터 하나 이상의 추가적인 전극 물질을 통한 부분 전극까지의 도중에서의 옴 손실로 인해, 부분 전극을 통한 전류는 전하의 생성의 위치에 의존적이고, 그에 따라, 센서 영역에서의 광 빔의 위치에 의존적이다. 센서 영역에서의 광 빔의 위치를 결정하는 이러한 원칙의 세부 사항을 위해, 하기의 바람직한 실시예 및/또는 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호 및 이의 각각의 참고문헌에 개시된 바와 같은 물리적인 원칙 및 장치 옵션을 참조할 수 있다.
따라서, 횡방향 광학 센서는, 바람직하게는 물체로부터 검출기로 이동하는 광 빔에 투명할 수 있는 센서 영역을 포함할 수 있다. 따라서, 횡방향 광학 센서는, 하나 이상의 횡방향에서, 예컨대 x- 및/또는 y-방향에서 광 빔의 횡방향 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, 적어도 하나의 횡방향 광학 센서는 또한, 적어도 하나의 횡방향 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 따라서, 평가 장치는, 종방향 광학 센서의 횡방향 센서 신호를 평가함으로써, 물체의 횡방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있다.
물체의 적어도 하나의 종방향 좌표 외에, 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표가 결정될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 또한 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181A1 호에 더 설명되는 바와 같이, 평가 장치는 픽셀화되거나 세그먼트화되거나 대면적 횡방향 광학 센서일 수도 있는 적어도 하나의 횡방향 광학 센서 상의 광 빔의 위치를 결정함으로써 물체의 적어도 하나의 횡방향 좌표를 결정하도록 또한 구성될 수 있다.
또한, 검출기는 하나 이상의 추가 광학 소자와 같은 하나 이상의 추가 소자를 더 포함할 수 있다. 또한, 검출기는 적어도 하나의 하우징에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 검출기는 구체적으로 적어도 하나의 전달 장치를 포함할 수 있으며, 전달 장치는 광 빔을 광학 센서 상으로 유도하도록 구성된다. 전달 장치는 적어도 하나의 렌즈, 바람직하게는 적어도 하나의 초점 조정 가능한 렌즈; 적어도 하나의 빔 편향 소자, 바람직하게는 적어도 하나의 거울; 적어도 하나의 빔 분할 소자, 바람직하게는 빔 분할 큐브 또는 빔 분할 거울 중 적어도 하나; 적어도 하나의 멀티 렌즈 시스템 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 검출기는 하나 이상의 렌즈 및/또는 하나 이상의 굴절 소자, 하나 이상의 거울, 하나 이상의 다이어프램 등과 같은 하나 이상의 광학 소자를 더 포함할 수 있다. 이상 및 이하에서, 예컨대, 광 빔의 빔 파라미터, 즉 광 빔의 폭 또는 광 빔의 방향 중 하나 이상을 변경함으로써, 광 빔을 변경하도록 구성된 광학 소자는, "전달 소자(transfer element)"로 또한 지칭된다. 따라서, 검출기는 적어도 하나의 전달 장치를 더 포함할 수 있고, 여기서 전달 장치는, 예컨대, 광 빔을 편향, 포커싱 또는 디포커싱함으로써, 광 빔을 광학 센서 상으로 안내하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 전달 장치는 하나 이상의 렌즈 및/또는 하나 이상의 곡면 거울 및/또는 하나 이상의 다른 유형의 굴절 소자를 포함할 수 있다.
가장 바람직하게는, 이 경우, 물체로부터 나오는 광 빔은, 광 빔이 이미지화 장치에 최종적으로 충돌할 수 있을 때까지, 먼저 적어도 하나의 전달 장치를 통과하고 이후로 단일의 투명한 종방향 광학 센서 또는 투명한 종방향 광학 센서들의 적층체를 통과하여 이동할 수 있다. 본원에서 용어 "전달 장치"는, 물체로부터 나오는 적어도 하나의 광 빔을 검출기 내의 광학 센서로 전달하도록 구성될 수 있는 광학 소자를 지칭한다. 따라서, 전달 장치는 물체로부터 검출기로 전파되는 광을 광학 센서로 공급하도록 설계될 수 있고, 여기서 이러한 공급은 전달 장치의 이미지화에 의해 또는 비이미지화 특성에 의해 임의적으로 행해질 수 있다. 특히, 전달 장치는 후자가 횡방향 및/또는 종방향 광학 센서에 공급되기 전에 전자기 복사선을 수집하도록 또한 설계될 수 있다.
전술된 바와 같이, 단일의 종방향 광학 센서를 사용하여 적어도 하나의 물체를 명확하게 결정할 수 있다. 이러한 간단한 구성은 추가 센서 장치를 사용하는 구성에 비해 짧은 초점 길이가 사용될 수 있도록 전달 장치 뒤의 사용 가능한 공간을 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 구성은 광학적 설정의 유연성을 허용하고, 공간 요건을 줄이며, 광학 소자 및 센서에 대한 비용을 절감할 수 있다.
또한, 하나 이상의 전달 장치는 이미지화 특성을 갖는다. 따라서, 전달 장치는 적어도 하나의 이미지화 소자, 예를 들면, 적어도 하나의 렌즈 및/또는 적어도 하나의 곡면 거울(curved mirror)을 포함하는데, 그 이유는, 이미지화 소자의 경우, 예를 들어, 센서 영역에 대한 조명의 기하구조가 상대적인 위치결정, 예를 들어, 전달 장치와 물체 사이의 거리에 의존할 수 있기 때문이다. 본원에서, 전달 장치는, 특히, 물체가 검출기의 시각적 범위 내에 배열되는 경우, 물체로부터 나온 전자기 복사선이 센서 영역으로 완전히 전달되도록, 예를 들어, 센서 영역 상에 완전히 포커싱되도록 하는 방식으로 설계될 수 있다.
일반적으로, 검출기는 적어도 하나의 이미지화 장치, 즉, 적어도 하나의 이미지를 획득할 수 있는 장치를 더 포함할 수 있다. 이미지화 장치는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 따라서, 이미지화 장치는, 예를 들면, 검출기 하우징에서 검출기의 일부일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 그러나, 이미지화 장치는 또한 검출기 하우징 외부에, 예를 들면, 분리된 이미지화 장치로서 배열될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 이미지화 장치는 또한 검출기에 접속될 수 있거나, 심지어 검출기의 일부일 수 있다. 바람직한 배열에서, 이미지화 장치 및 투명 종방향 광학 센서들의 적층체가, 광 빔이 따라서 이동하는 공통 광축을 따라 정렬된다. 따라서, 광 빔이 투명 종방향 광학 센서들의 적층체를 통해, 그것이 이미지화 장치 상에 부딪힐 때까지 이동하는 방식으로, 이미지화 장치를 광 빔의 광학적 경로에 위치시킬 수 있다. 그러나, 다른 배열들이 가능하다.
본원에서 "이미지화 장치"는 일반적으로, 물체 또는 이의 일부의 1차원, 2차원 또는 3차원 이미지를 생성할 수 있는 장치로서 이해된다. 특히, 적어도 하나의 임의적인 이미지화 장치를 갖거나 또는 갖지 않는 검출기가, IR 카메라 또는 RGB 카메라와 같은 카메라, 즉, 3개의 분리된 접속 상에 적색, 녹색 및 청색으로서 지정되는 3개의 기본 컬러를 전달하도록 설계되는 카메라로서 완전하게 또는 부분적으로 사용될 수 있다. 따라서, 일례로, 적어도 하나의 이미지화 장치는 픽셀화된(pixelated) 유기 카메라 소자, 바람직하게는 픽셀화된 유기 카메라 칩; 픽셀화된 무기 카메라 소자, 바람직하게는 픽셀화된 무기 카메라 칩, 더욱 바람직하게는 CCD- 또는 CMOS-칩; 흑백 카메라 소자, 바람직하게는 흑백 카메라 칩; 멀티 컬러 카메라 소자, 바람직하게는 멀티 컬러 카메라 칩; 풀-컬러 카메라 소자, 바람직하게는 풀-컬러 카메라 칩으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 이미지화 장치이거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 이미지화 장치는 흑백 이미지화 장치, 다색(multi-chrome) 이미지화 장치 및 적어도 하나의 풀 컬러 이미지화 장치로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 장치이거나 그것을 포함할 수 있다. 다색 이미지화 장치 및/또는 풀 컬러 이미지화 장치는, 당업자라면 인식할 수 있듯이, 필터 기술을 사용하고/하거나 고유 색감도 또는 다른 기술을 사용함으로써 생성될 수 있다. 이미지화 장치의 다른 실시예들이 또한 가능하다.
이미지화 장치는 물체의 복수의 부분 영역을 연속적으로 및/또는 동시에 이미지화하도록 설계될 수 있다. 예로써, 물체의 부분 영역은 예를 들면, 이미지화 장치의 해상도 제한에 의해 구분되며, 그로부터 전자기 복사선이 발생하게 되는, 물체의 1차원, 2차원 또는 3차원 영역일 수 있다. 이러한 문맥에서, 이미지화는 물체의 각각의 부분 영역으로부터 발생되는 전자기 복사선이, 예를 들면, 검출기의 하나 이상의 임의적인 전달 장치에 의해, 이미지화 장치로 공급됨을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 전자기 광선은 물체 자체에 의해, 예를 들면, 발광 복사선(luminescent radiation)의 형태로 생성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 적어도 하나의 검출기는 물체를 조명하기 위한 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다.
특히, 이미지화 장치는, 예를 들면, 스캐닝 방법에 의해, 특히, 적어도 하나의 행 스캔 및/또는 라인 스캔을 사용하여, 복수의 부분 영역을 순차적으로 순차 이미지화하도록 설계될 수 있다. 그러나, 다른 실시예, 예를 들면, 복수의 부분 영역이 동시에 이미지화되는 실시예가 또한 가능하다. 이미지화 장치는 물체의 부분 영역의 이러한 이미지화 동안에, 부분적 영역과 관련된 신호, 바람직하게는 전자 신호를 생성하도록 설계된다. 신호는 아날로그 및/또는 디지털 신호일 수 있다. 예로써, 전자 신호는 각각의 부분 영역과 관련될 수 있다. 그에 따라, 전자 신호는 동시에 또는 시간적으로 시차를 둔 방식으로 생성될 수 있다. 예로써, 행 스캔 또는 라인 스캔 동안에, 예를 들면, 라인에서 함께 스트링되는 물체의 부분 영역에 대응하는 전자 신호들의 순서를 생성할 수 있다. 더욱이, 이미지화 장치는 전자 신호를 처리 및/또는 전처리하기 위한 하나 이상의 필터 및/또는 아날로그-디지털 변환기와 같은, 하나 이상의 신호 처리 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 추가 양태에서, 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템이 개시된다. 검출기 시스템은 이상에서 설명된 실시예들 중 하나 이상에 따르거나 이하에서 더 상세히 설명될 실시예들 중 하나 이상에 따르는 것과 같이 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 적어도 하나의 광 빔을 검출기 쪽으로 조향하도록 구성된 적어도 하나의 비콘 장치를 더 포함하고, 여기서 비콘 장치는 물체에 부착할 수 있거나, 물체에 거치할 수 있거나, 물체에 통합할 수 있다.
비콘 장치에 관한 보다 상세한 내용은 그 잠재적인 실시 예를 포함하여 이하에 주어질 것이다. 따라서, 적어도 하나의 비콘 장치는 레이저, LED, 전구 등과 같은 하나 이상의 광원과 같은 하나 이상의 조명원을 포함하는 적어도 하나의 액티브 비콘 장치일 수 있거나 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 비콘 장치는, 예컨대, 하나 이상의 반사 소자를 포함함으로써, 검출기 쪽으로 하나 이상의 광 빔을 반사하도록 구성될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 비콘 장치는 광 빔을 산란시키도록 구성된 하나 이상의 산란 소자일 수 있거나 포함할 수 있다. 그 안에서, 탄성 또는 비탄성 산란이 사용될 수 있다. 적어도 하나의 비콘 장치가 1차 광 빔을 반사 및/또는 산란시키도록 구성되는 경우, 비콘 장치 광 빔의 스펙트럼 특성을 영향을 받지 않은 상태로 남겨 두거나, 또는 대안적으로, 예컨대, 광 빔의 파장을 수정함으로써, 광 빔의 스펙트럼 특성을 변경하도록 구성될 수 있다.
비콘 장치로부터 나오는 광은 대안적으로 또는 추가적으로, 광이 각각의 비콘 장치 자체에서 발생하고, 조명원으로부터 나오고/나오거나 조명원에 의해 여기되는 것 중에서 선택될 수 있다. 예로서, 비콘 장치로부터 나오는 전자기 광은 비콘 장치 자체에 의해 방출될 수 있고/있거나 비콘 장치에 의해 반사될 수 있고/있거나 비콘 장치가 검출기에 공급되기 전에 비콘 장치에 의해 산란될 수 있다. 이 경우, 전자기 방사선의 방출 및/또는 산란은 전자기 방사선의 스펙트럼 영향 없이 수행되거나 그러한 영향과 함께 수행될 수 있다. 따라서, 예로써, 파장 시프트는 또한 산란 동안, 예를 들어, 스토크스(Stokes) 또는 라만(Raman)에 따라 발생할 수 있다. 더욱이, 광의 방출은, 예를 들어, 일차 조명원에 의해 물체 또는 물체의 부분 영역이 여기되어 발광, 특히 인광 및/또는 형광을 생성함으로써, 여기될 수 있다. 원칙적으로 다른 방출 공정도 가능하다. 반사가 발생하면, 물체는, 예를 들어, 적어도 하나의 반사 영역, 특히 적어도 하나의 반사면을 가질 수 있다. 반사면은 물체 자체의 일부일 수 있지만, 예를 들어, 물체에 접속되거나 공간적으로 결합된 반사기, 예를 들어, 물체에 접속된 반사기 플라크일 수도 있다. 적어도 하나의 반사기가 사용된다면, 이는 결과적으로 또한 검출기의 다른 구성 부분에 독립적으로 물체에 접속된 검출기의 부분으로서 고려될 수도 있다.
비콘 장치 및/또는 적어도 하나의 선택적 조명원은 일반적으로, 자외선 스펙트럼 범위, 바람직하게는 200nm 내지 380nm의 범위; 가시 스펙트럼 범위(380nm 내지 780nm); 적외선 스펙트럼 범위, 바람직하게는 780nm 내지 3.0μm 범위 중 적어도 하나에서 광을 방출할 수 있다. 열 이미지화 응용분야에서, 타겟은 원적외선 스펙트럼 범위, 바람직하게는 3.0μm 내지 20μm 범위에서 광을 방출할 수 있다. 가장 바람직하게는, 적어도 하나의 조명원은 가시 스펙트럼 범위, 바람직하게는 500nm 내지 780nm, 가장 바람직하게는 650nm 내지 750nm 또는 690nm 내지 700nm의 범위에서 광을 방출하도록 구성된다.
검출기 시스템은 적어도 두 개의 비콘 장치를 포함할 수 있으며, 여기서 제 1 비콘 장치에 의해 방출된 광 빔의 적어도 하나의 특성은 제 2 비콘 장치에 의해 방출된 광 빔의 적어도 하나의 특성과 상이할 수 있다. 제 1 비콘 장치의 광 빔 및 제 2 비콘 장치의 광 빔은 동시에 또는 순차적으로 방출될 수 있다. 예를 들어, 제 1 비콘 장치가 스위치 온 상태를 유지하고 제 1 광 빔을 제공하는 동안, 제 2 비콘 장치는 제 2 광 빔을 제공할 수 있다. 제 1 광 빔은 제 1 파장을 가질 수 있고 제 2 광 빔은 제 2 파장을 가질 수 있으며, 종방향 광학 센서의 특성은 제 1 광 빔 및 제 2 광 빔을 이용한 조명에 의해 조정될 수 있고, 특히 변화될 수 있다. 제 1 광 빔에 의한 조명은 종방향 광학 센서가 중립 동작 모드, 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드 중 하나가 되도록 종방향 광학 센서의 특성을 조정하게 할 수 있다. 제 2 광 빔에 의한 조명은 종방향 광학 센서가 제 1 광 빔에 의한 조명 동안 동작 모드와 상이한 다른 동작 모드에 있을 수 있도록 종방향 광학 센서의 특성을 조정하게 할 수 있다. 적어도 2개의 파장 사이를 스위칭함으로써, 종방향 광학 센서의 특성이 종방향 광학 센서가 적어도 2개의 동작 모드로 동작할 수 있도록 조정될 수 있다. 상술한 바와 같이, 평가 장치는 적어도 2개의 상이한 동작 모드에서 결정된 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 고려함으로써 모호성을 해결하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 제 1 파장은 제 2 파장에 비해 짧은 파장일 수 있다. 특히, 제 1 파장은 가시 스펙트럼 범위, 바람직하게는 380 내지 450nm의 범위, 보다 바람직하게는 390 내지 420nm의 범위, 가장 바람직하게는 400 내지 410nm의 범위일 수 있다. 예를 들어, 제 2 파장은 또한 가시 스펙트럼 범위, 바람직하게는 500 내지 560nm, 보다 바람직하게는 510 내지 550nm, 가장 바람직하게는 520 내지 540nm의 범위일 수 있다.
또한, 본 발명은 특히 검출기, 예컨대, 전술되거나 이하에 더 상세히 설명되는 검출기와 관련된 실시예들 중 하나 이상의 실시예와 같은 본 발명에 따른 검출기를 사용하여, 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 방법을 개시한다. 또한, 다른 유형의 검출기가 사용될 수도 있다.
방법은 다음의 방법 단계들을 포함하고, 방법 단계들은 주어진 순서대로 수행되거나 상이한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 나열되지 않은 하나 이상의 추가 방법 단계가 존재할 수 있다. 또한, 방법 단계들 중 하나, 하나 이상 또는 심지어 전체가 반복적으로 수행될 수 있다.
방법 단계는 다음과 같다.
- 종방향 광학 센서의 적어도 하나의 특성을 조정하는 단계;
- 적어도 하나의 종방향 광학 센서를 사용하여 적어도 제1 종방향 센서 신호를 생성하는 단계로서, 종방향 센서 신호는 광 빔에 의한 종방향 광학 센서의 센서 영역의 조명에 의존하며, 종방향 센서 신호는 조명의 총 전력이 동일한 경우에 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존하고, 종방향 센서 신호는 종방향 광학 센서의 적어도 하나의 특성에 또한 의존함; 및
- 적어도 하나의 평가 장치를 사용하여 종방향 센서 신호를 평가하고 물체의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하는 단계.
세부 사항, 옵션 및 정의에 대해, 전술한 바와 같은 검출기가 참조될 수 있다. 따라서, 구체적으로, 전술한 바와 같이, 상기 방법은 전술한 실시예들 또는 이하에서 더 상세히 설명될 실시예들 중 하나 이상에 따른 본 발명의 검출기를 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
종방향 광학 센서의 특성은 사용자 및/또는 외부 영향에 의해 조정될 수 있다. 종방향 광학 센서 신호는 명확하게 평가될 수 있다. 종방향 광학 센서는 적어도 2개의 동작 모드에서 동작될 수 있다. 적어도 2개의 종방향 센서 신호가 생성되고 평가될 수 있고, 여기서 제1 종방향 센서 신호는 제1 동작 모드에서 평가될 수 있고 제2 종방향 센서 신호는 제2 동작 모드에서 평가될 수 있다. 제 1 종방향 센서 신호는 중립 동작 모드, 양의 동작 모드 및 음의 동작 모드로 구성된 그룹으로부터 선택된 동작 모드와 같은 종방향 광학 센서의 제 1 동작 모드에서 생성될 수 있다. 제 2 종방향 센서 신호는 제 1 종방향 센서 신호와 같이 종방향 광학 센서의 다른 동작 모드에서 생성될 수 있다. 제 1 종방향 센서 신호와 제 2 종방향 센서 신호를 비교함으로써 모호성이 해결될 수 있다.
방법은 종방향 광학 센서의 동작 모드를 결정 및/또는 분류하는 단계를 더 포함할 수 있다. 따라서, 방법은 종방향 신호가 분석될 수 있는 분석 단계를 포함할 수 있다. 특히, 곡선 특성 및 진행이 결정될 수 있고, 보다 구체적으로는 전역적 극값, 예를 들어, 전역적 최소값 또는 전역적 최대값이 결정될 수 있다. 극값이 관찰되거나 식별되지 않는 경우, 동작 모드는 중립 동작 모드로 분류될 수 있다. 예를 들어, 종방향 센서 신호의 진폭이 결정될 수 있다.
종방향 광학 센서의 특성은, 예를 들어, 2번 또는 3번 반복적으로 조정될 수 있다. 따라서, 종방향 광학 센서의 동작 모드들 사이의 반복적인 스위칭이 가능할 수 있다. 예를 들어, 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드 중 하나에서 중립 동작으로의 스위칭 및 중립 모드에서 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드 중 하나로의 후속 스위칭이 수행될 수 있다.
적어도 2개의 종방향 센서 신호가 동시에 평가될 수 있다. 모호성은 적어도 2개의 다른 동작 모드에서 결정된 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 고려함으로써 해결될 수 있다. 따라서, 적어도 2개의 종방향 센서 신호가 평가될 수 있고, 여기서 제 1 종방향 센서 신호는 제 1 동작 모드에서 평가될 수 있고 제 2 종방향 센서 신호가 제 2 동작 모드에서 평가될 수 있다. 이 방법은 비교 단계를 더 포함할 수 있으며, 여기서 제 1 종방향 센서 신호 및 제 2 종방향 센서 신호가 비교된다. 예를 들어, 비교 단계에서, 종방향 센서 신호는 광 빔의 강도에 독립적인 물체의 종방향 위치에 대한 정보를 생성하도록 정규화될 수 있다. 예를 들어, 제 1 종방향 센서 신호 또는 제 2 종방향 센서 신호 중 하나가 기준 신호로서 선택될 수 있다. 예를 들어, 중립 동작 모드에서 평가된 종방향 센서 신호가 기준 신호로서 선택될 수 있다. 예를 들어, 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드에서 평가된 종방향 센서 신호들 중 적어도 하나는 기준 신호로서 선택될 수 있다. 선택된 기준 신호와 다른 종방향 신호를 비교함으로써 모호성을 제거할 수 있다. 종방향 센서 신호는 광 빔의 총 전력 및/또는 강도에 관한 정보를 얻기 위해 및/또는 종방향 센서 신호 및/또는 종방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 정규화하기 위해 비교될 수 있다. 예를 들어, 종방향 센서 신호는 선택된 기준 종방향 센서 신호, 특히 중립 동작 모드에서 평가된 종방향 센서 신호에 의한 나눗셈에 의해 정규화될 수 있고, 이로써 정규화된 종방향 광학 센서 신호를 생성하고, 그 이후 전술된 공지의 관계를 사용하여 물체에 대한 적어도 하나의 종방향 정보 항목으로 변환될 수 있다. 따라서, 변환은 광 빔의 총 전력 및/또는 강도에 독립적일 수 있다. 예를 들어, 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드 중 하나에서 평가된 적어도 하나의 종방향 센서 신호는 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드 중 다른 하나에서 평가된 종방향 센서 신호에 의해 분할될 수 있다. 따라서, 나눗셈에 의해 모호성을 제거할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 사용자와 머신 사이에서 하나 이상의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-머신 인터페이스가 제안된다. 제안된 바와 같은 인간-머신 인터페이스는, 전술된 실시예들 또는 이하에 더욱 상세히 언급되는 실시예들 중 하나 이상에서 전술된 검출기가 머신에 정보 및/또는 명령을 제공하기 위해 하나 이상의 사용자에 의해 사용될 수 있다는 사실을 이용할 수 있다. 따라서, 바람직하게, 인간-머신 인터페이스는 제어 명령을 입력하기 위해 사용될 수 있다.
인간-머신 인터페이스는, 전술된 실시예 중 하나 이상 및/또는 이하에 더욱 상세히 개시된 바와 같은 실시예들 중 하나 이상에 따른 것과 같이, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 인간-머신 인터페이스는 인간-머신 인터페이스가 적어도 하나의 정보 항목에, 특히, 적어도 하나의 제어 명령에 기하학적 정보를 할당하도록 설계된 검출기에 의해 사용자의 적어도 하나의 기하구조 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 실행하기 위한 엔터테인먼트 장치가 개시된다. 본원에서 사용되는 엔터테인먼트 장치는 이하에서 하나 이상의 플레이어라고도 지칭되는 하나 이상의 사용자의 레저 및/또는 엔터테인먼트의 목적에 알맞은 장치이다. 일례로, 엔터테인먼트 장치는 게임, 바람직하게는 컴퓨터 게임의 목적에 알맞을 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 엔터테인먼트 장치는 또한, 일반적으로 운동, 스포츠, 물리 치료 또는 모션 추적과 같은 다른 목적을 위해 사용될 수도 있다. 따라서, 엔터테인먼트 장치는 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 시스템 내에 구현될 수 있으며, 또는 하나 이상의 게임 소프트웨어 프로그램을 실행하는 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다.
엔터테인먼트 장치는 본 발명에 따른, 예컨대, 전술된 실시예들 중 하나 이상에 따른 및/또는 이하에 개시된 실시예들 중 하나 이상에 따른, 적어도 하나의 인간-머신 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 장치는, 플레이어가 인간-머신 인터페이스에 의해 하나 이상의 정보 항목을 입력할 수 있도록 설계된다. 적어도 하나의 정보 항목은 엔터테인먼트 장치의 제어기 및/또는 컴퓨터에 전송되고/되거나 그것에 의해 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 하나 이상의 이동가능 물체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템이 제공된다. 본원에서 사용된 바와 같이, 추적 시스템은 적어도 하나의 물체 또는 물체의 적어도 하나의 부분의 일련의 과거 위치에 대한 정보를 수집하도록 구성되는 장치이다. 추가적으로, 추적 시스템은 적어도 하나의 물체 또는 물체의 적어도 하나의 부분에 관한 적어도 하나의 예측된 미래 위치에 대한 정보를 제공하도록 구성될 수 있다. 추적 시스템은 전자 장치로서, 바람직하게는 적어도 하나의 데이터 처리 장치로서, 더욱 바람직하게는 적어도 하나의 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러로서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있는 적어도 하나의 추적 제어기를 구비할 수 있다. 다시, 적어도 하나의 추적 제어기는 적어도 하나의 평가 장치를 포함할 수 있고/있거나, 적어도 하나의 평가 장치의 일부일 수 있고/있거나, 완전히 또는 부분적으로 적어도 하나의 평가 장치와 동일할 수 있다.
추적 시스템은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기, 예컨대, 위에서 열거된 실시예들 중 하나 이상에서 개시된 바와 같은 및/또는 이하의 실시예들 중 하나 이상에서 개시된 바와 같은 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 전술된 바와 같이, 적어도 하나의 물체의 확실한 결정은 단일의 종방향 광학 센서를 사용함으로써 가능할 수 있다. 따라서, 단순하고 비용 효율적인 구성의 x-y-z 추적 시스템이 가능하다. 추적 시스템은 적어도 하나의 추적 제어기를 더 포함한다. 추적 시스템은 둘 이상의 검출기들 사이의 중첩하는 부피에서의 적어도 하나의 물체에 관한 깊이 정보의 신뢰할 수 있는 획득을 허용하는, 하나, 둘 이상의 검출기, 특히 둘 이상의 동일한 검출기를 포함할 수 있다. 추적 제어기는 물체의 일련의 위치를 추적하도록 구성되고, 각각의 위치는, 예컨대, 데이터 그룹 또는 데이터 쌍을 기록함으로써, 특정한 시점에서의 물체의 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 포함하고, 데이터 그룹 또는 데이터 쌍 각각은 적어도 하나의 위치 정보 및 적어도 하나의 시간 정보를 포함한다.
추적 시스템은 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 더 포함할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 검출기 및 적어도 하나의 평가 장치 및 선택적인 적어도 하나의 비콘 장치 외에, 추적 시스템은 비콘 장치 또는 적어도 하나의 비콘 장치를 포함하는 적어도 하나의 제어 소자와 같이 물체 그 자체 또는 물체의 일부를 더 포함할 수 있고, 제어 소자는 추적될 물체에 직접적으로 또는 간접적으로 부착 가능하거나 통합 가능하다.
추적 시스템은 추적 시스템 자체 및/또는 하나 이상의 개별 장치의 하나 이상의 기능을 개시하도록 구성될 수 있다. 후자의 목적을 위해, 추적 시스템, 바람직하게 트랙 제어기는 하나 이상의 무선 및/또는 유선 결합 인터페이스 및/또는 적어도 하나의 기능을 개시하기 위한 다른 유형의 제어 접속을 가질 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 트랙 제어기는 물체의 적어도 하나의 실제 위치에 따라 적어도 하나의 기능을 개시하도록 구성될 수 있다. 일례로, 기능은, 물체의 미래 위치의 예측; 적어도 하나의 장치를 물체에 포인팅하는 것; 적어도 하나의 장치를 검출기에 포인팅하는 것; 물체를 조명하는 것; 검출기를 조명하는 것으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.
추적 시스템의 응용의 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, 예컨대, 로보틱스 및/또는 제조 라인이나 조립 라인에서 제조 중일 때와 같이 물품이 움직이고 있더라도 제품에 지속적으로 작업하기 위한 산업 응용 분야에서 잠재적인 예가 있을 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 추적 시스템은, 물체가 움직이고 있더라도 조명원을 물체에 지속적으로 포인팅함으로써 물체를 계속 조명하는 것과 같은 조명 목적으로 사용될 수도 있다. 예컨대, 송신기를 움직이는 물체로 포인팅함으로써 움직이는 물체에 정보를 연속적으로 전송하기 위한 통신 시스템에서 더 많은 응용이 발견될 수도 있다.
추적 시스템은 물체에 접속 가능한 하나 이상의 비콘 장치를 더 포함할 수 있다. 비콘 장치의 잠재적인 정의를 위해, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호를 참조할 수 있다. 추적 시스템은 바람직하게 검출기가 적어도 하나의 비콘 장치의 물체의 위치에 대한 정보를 생성하도록, 특히, 특정 스펙트럼 감도를 나타내는 특정 비콘 장치를 포함하는 물체의 위치에 대한 정보를 생성하도록 구성된다. 따라서, 상이한 스펙트럼 감도를 나타내는 하나보다 많은 비콘이 본 발명의 검출기에 의해, 특히, 동시적인 방식으로 추적될 수 있다. 본원에서, 비콘 장치는 액티브 비콘 장치로서 및/또는 패시브 비콘 장치로서 완전히 또는 부분적으로 채용될 수 있다. 일례로, 비콘 장치는 검출기로 송신될 하나 이상의 광 빔을 생성하도록 구성된 하나 이상의 조명원을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 비콘 장치는 조명원에 의해 생성된 광을 반사하도록, 그에 따라, 검출기로 송신될 반사된 광 빔을 생성하도록 구성된 하나 이상의 반사기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위한 스캐닝 시스템이 제공된다. 본원에서, 스캐닝 시스템은, 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 표면에 위치하는 적어도 하나의 점을 조명하도록 그리고 적어도 하나의 점과 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 광 빔을 방출하도록 구성된 장치이다. 적어도 하나의 점과 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하기 위하여, 스캐닝 시스템은 본 발명에 따른 검출기 중 적어도 하나, 예컨대, 상기 열거되는 실시예 중 하나 이상 개시되고/되거나 하기 실시예 중 적어도 하나에 개시된 검출기 중 적어도 하나를 포함한다.
따라서, 스캐닝 시스템은, 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 표면에 위치하는 적어도 하나의 점을 조명하도록 구성된 적어도 하나의 광 빔을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 조명원을 포함한다. 본원에서, 용어 "점"은, 예를 들어, 스캐닝 시스템의 사용자에 의해, 조명원에 의해 조명되도록 선택될 수 있는 물체의 표면의 일부 상의 작은 영역을 지칭한다. 바람직하게는, 점은, 한편으로는, 스캐닝 시스템으로 구성된 조명원과 점이 가능한 한 정확히 위치될 수 있는 물체의 표면의 일부 사이의 거리에 대한 값을 스캐닝 시스템이 결정하도록 하기 위해 가능한 한 작을 수 있는 크기, 다른 한편으로는, 스캐닝 시스템의 사용자 또는 스캐닝 시스템 자체가, 특히 자동 절차에 의해, 물체의 표면의 관련 부분 상의 점의 존재를 검출하도록 하기 위해 가능한 클 수 있는 크기를 나타낼 수 있다.
이를 위하여, 조명원은 인공 조명원, 특히 적어도 하나의 레이저원 및/또는 적어도 하나의 백열등 및/또는 적어도 하나의 반도체 광원, 예를 들어, 적어도 하나의 발광 다이오드, 특히 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 조명원으로서 적어도 하나의 레이저원을 사용하는 것이, 이의 일반적으로 정의된 빔 프로파일 및 취급성으로 인해 특히 바람직하다. 본원에서는, 사용자에 의해 용이하게 저장 가능하고 수송 가능할 수 있는 소형(compact) 스캐닝 시스템을 제공하는 것이 중요할 수 있는 경우, 단일 레이저 공급원의 사용이 바람직할 수 있다. 바람직하게는, 조명원이 상이한 파장을 갖는 광 빔들을 생성하도록 구성된 단일 레이저원을 포함할 수 있다. 이에 따라, 조명원은 바람직하게는 검출기의 구성요소 일부일 수 있고, 따라서, 특히 검출기 내로, 예를 들어, 검출기의 하우징 내로 통합될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 스캐닝 시스템의 하우징은 특히, 예컨대, 읽기 쉬운 방식으로, 사용자에게 거리-관련 정보를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 디스플레이를 포함할 수 있다. 다른 바람직한 실시예에서, 특히, 스캐닝 시스템의 하우징은, 예컨대, 하나 이상의 동작 모드를 설정하기 위한, 스캐닝 시스템과 관련된 하나 이상의 기능을 동작시키도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 버튼을 추가로 포함할 수 있다. 다른 바람직한 실시예에서, 스캐닝 시스템의 하우징은 특히, 예를 들어, 특히 거리 측정의 정확성 및/또는 사용자에 의한 스캐닝 시스템의 취급성을 증가시키기 위한 자기 물질을 포함하는 다른 표면(예컨대, 고무 발, 베이스 플레이트 또는 벽 홀더)에 스캐닝 시스템을 고정하도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 고정(fastening) 유닛을 추가로 포함할 수 있다.
따라서, 특히 바람직한 실시예에서, 스캐닝 시스템의 조명원은, 물체의 표면에 위치하는 단일 점을 조명하도록 구성될 수 있는 단일 레이저 빔을 방출할 수 있다. 본 발명에 따른 검출기 중 적어도 하나를 사용하여, 적어도 하나의 점과 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성할 수 있다. 이로써, 바람직하게는, 예를 들어 하나 이상의 검출기로 구성된 평가 장치를 사용하여, 스캐닝 시스템으로 구성된 조명 시스템과 조명원에 의해 생성되는 단일 점 사이의 거리가 결정될 수 있다. 그러나, 스캐닝 시스템은, 특히 이를 위하여 구성될 수 있는 추가적인 평가 시스템을 더 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 스캐닝 시스템, 특히 스캐닝 시스템의 하우징의 크기를 고려할 수 있으며, 이에 따라, 스캐닝 시스템의 하우징의 특정 지점(예컨대, 하우징의 전면 모서리 또는 후면 모서리)과 단일 점 사이의 거리가 대안적으로 결정될 수 있다.
대안적으로, 상이한 파장을 갖는 적어도 2개의 광 빔을 제공하기 위해, 조명원은 상이한 파장으로 광을 방출하는 2개의 레이저원을 포함할 수 있다. 조명원은 적어도 2개의 레이저 빔을 방출할 수 있다. 각각의 레이저 빔은 물체의 표면 상에 위치한 단일 점을 조명하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 스캐닝 시스템의 조명원은, 2개의 개별적인 빔의 방출 거리 사이의 각각의 각도(예컨대, 직각)를 제공하여, 동일한 물체의 표면 또는 2개의 별도의 물체의 2개의 상이한 표면에 위치하는 2개의 각각의 점이 조명될 수 있도록 구성될 수 있는 2개의 개별적인 레이저 빔을 방출할 수 있다. 그러나, 2개의 개별적인 레이저 빔들 간의 각각의 각도에 대한 다른 값이 또한 가능할 수 있다. 이러한 특징은, 예컨대, 스캐닝 시스템과 점 사이에 하나 이상의 장애물의 존재로 인해, 직접 접근 가능할 수 없거나 달리 도달하기 어려울 수 있는 간접 거리를 도출하기 위한 특히 간접 측정 기능을 위해 사용될 수 있다. 이에 따라, 예로서, 2개의 개별적인 거리를 측정하고, 피타고라스 식을 이용하여 높이를 도출함으로써, 물체의 높이에 대한 값을 결정하는 것이 가능할 수 있다. 특히, 물체에 대한 사전정의된 수준을 유지할 수 있도록, 스캐닝 시스템은, 사용자에 의해 사전정의된 수준을 유지하기 위해 사용될 수 있는 적어도 하나의 레벨링(leveling) 유닛, 특히 통합된 버블 바이알(bubble vial)을 더 포함할 수 있다.
다른 대안으로서, 스캐닝 시스템의 조명원은, 서로에 대해 각각의 피치를 나타낼 수 있고 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 표면 상에 위치하는 점들의 어레이를 생성하도록 하는 방식으로 배열될 수 있는 복수의 개별적인 레이저 빔, 예컨대, 레이저 빔들의 어레이를 방출할 수 있다. 이를 위하여, 전술된 레이저 빔들의 어레이의 생성을 허용할 수 있는 특수하게 구성된 광학 소자(예컨대, 빔-분할 장치 및 거울)가 제공될 수 있다.
따라서, 스캐닝 시스템은, 하나 이상의 물체의 하나 이상의 표면 상에 배치된 하나 이상의 점들의 정적 배열을 제공할 수 있다. 대안적으로, 스캐닝 시스템의 조명원, 특히 전술된 레이저 빔들의 어레이와 같은 하나 이상의 레이저 빔은, 시간이 지남에 따라 다른 강도를 나타낼 수 있고/있거나 시간 경과시 교대 방향으로 방출될 수 있는 하나 이상의 광 빔을 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 조명원은, 스캐닝 장치의 적어도 하나의 조명원에 의해 생성되는 교대 특징을 갖는 하나 이상의 광 빔을 사용하여, 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 표면의 일부를 이미지로서 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 특히, 스캐닝 시스템은, 예컨대, 하나 이상의 물체의 하나 이상의 표면을 순차적으로 또는 동시에 스캐닝하기 위해, 하나 이상의 열(row) 스캐닝 및/또는 라인 스캐닝을 사용할 수 있다. 비 제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은, 안전 레이저 스캐너에서(예를 들어, 생산 환경에서) 및/또는 물체의 형상을 결정하는데 사용되는 3D 스캐닝 장치(예컨대, 3D 프린팅, 바디 스캐닝, 품질 제어와 관련)에서, 건축 용도(예를 들어, 거리 계량기)에서, 물류 용도에(예를 들어, 소포의 크기 또는 부피를 결정할 때), 가정 용도에(예를 들어, 로봇 진공청소기 또는 잔디 깎는 기계에), 또는 스캐닝 단계를 포함할 수 있는 다른 용도에 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 하나 이상의 물체의 적어도 하나의 단일 원형 3차원 이미지를 생성하기 위한 입체경 시스템이 제공된다. 본원에서, 상기 및 하기 개시되는 바와 같은 입체경 시스템은 광학 센서로서 적어도 2개의 FiP 센서를 포함할 수 있고, 제 1 FiP 센서는 추적 시스템, 특히 본 발명에 따른 추적 시스템에 포함될 수 있으며, 제 2 FiP 센서는 스캐닝 시스템, 특히 본 발명에 따른 스캐닝 시스템에 포함될 수 있다. 본원에서, FiP 센서는 바람직하게는, 예컨대, FiP 센서를 광축에 평행하게 정렬하고 개별적으로 입체경 시스템의 광축에 대해 수직으로 배치함으로써, 콜리메이트 배열(collimated arrangement)의 개별적인 빔 경로로 배열될 수 있다. 따라서, FiP 센서는 또한, 특히, 중첩되는 시계를 갖고 바람직하게는 개별적인 변조 주파수에 민감한 개별적인 FiP 센서로부터 도출된 시각 정보의 조합에 의해 깊이 정보를 획득함으로써, 깊이 정보의 지각을 생성하거나 증가시킬 수 있다. 이를 위하여, 개별적인 FiP 센서는 바람직하게는, 광축에 대해 수직인 방향으로 결정시, 1cm 내지 100cm, 바람직하게는 10cm 내지 25cm의 거리만큼 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이에 따라, 이러한 바람직한 실시예에서, 추적 시스템은, 변조된 활동 표적의 위치를 결정하는데 사용될 수 있으며, 하나 이상의 물체의 하나 이상의 표면 상에 하나 이상의 점을 투사하도록 구성된 스캐닝 시스템이, 적어도 하나의 점과 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하는데 사용될 수 있다. 추가로, 입체경 시스템은, 본원에 기술된 바와 같이 이미지 내의 적어도 하나의 물체의 횡방향 위치에 대한 정보 항목을 생성하도록 구성된 별도의 위치 감지 장치를 더 포함할 수 있다.
입체 시각을 허용하는 것 이외에, 하나보다 많은 광학 센서를 사용하는 것에 주로 기초하는 입체경 시스템의 다른 특정 이점은 특히 총 강도의 증가 및/또는 더 낮은 검출 임계치를 포함할 수 있다. 또한, 적어도 2개의 통상적인 위치 감지 장치를 포함하는 통상적인 입체경 시스템에서는, 상당한 계산 노력을 적용함으로써 각각의 이미지의 대응 픽셀이 결정되어야 하지만, 적어도 2개의 FiP 센서를 포함하는 본 발명에 따른 입체경 시스템에서는, 각각의 이미지의 대응 픽셀이 FiP 센서를 사용하여 기록되며, 이때 각각의 FiP 센서는 상이한 변조 주파수를 사용하여 동작될 수 있고, 서로에 대해 명백하게 할당될 수 있다. 따라서, 감소된 노력으로, 물체의 종방향 위치뿐만 아니라 물체의 횡방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 할 수 있음이 강조될 수 있다.
입체경 시스템의 추가의 세부사항에 대해서는, 추적 시스템 및 스캐닝 시스템의 설명을 각각 참조할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 하나 이상의 물체를 이미지화하기 위한 카메라가 개시된다. 카메라는 위에서 주어지거나 또는 아래에서 더욱 상세히 주어진 실시예들 중 하나 이상에서 개시된 바와 같은, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 따라서, 검출기는 사진촬영 장치, 구체적으로, 디지털 카메라의 일부일 수 있다. 구체적으로, 검출기는 3D 사진촬영을 위해, 특히 디지털 3D 사진촬영을 위해 사용될 수 있다. 따라서, 검출기는 디지털 3D 카메라를 형성하거나 디지털 3D 카메라의 일부일 수 있다. 본원에서 용어 "사진촬영"은 일반적으로, 적어도 하나의 물체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 본원에서 또한 "카메라"는 일반적으로 사진촬영을 수행하도록 구성된 장치이다. 본원에서 또한 용어 "디지털 사진촬영"은 일반적으로, 조명의 강도를 나타내는 전기 신호, 바람직하게는 디지털 전기 신호를 생성하도록 구성된 복수의 광 감지 소자를 사용함으로써 적어도 하나의 물체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 본원에서 또한 용어 "3D 사진촬영"은 일반적으로, 3개의 공간적 차원에서 적어도 하나의 물체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 따라서, 3D 카메라는 3D 사진촬영을 수행하도록 구성된 장치이다. 일반적으로, 카메라는 단일의 3D 이미지와 같은 단일의 이미지를 획득하도록 구성되거나, 일련의 이미지와 같은 복수의 이미지를 획득하도록 구성될 수 있다. 따라서, 카메라는 또한 비디오 용도, 예컨대, 디지털 비디오 시퀀스를 획득하기 위해 구성된 비디오 카메라일 수 있다.
따라서, 일반적으로, 본 발명은 또한 적어도 하나의 물체를 이미지화하기 위한 카메라, 구체적으로 디지털 카메라, 보다 구체적으로 3D 카메라 또는 디지털 3D 카메라를 언급한다. 전술된 바와 같이, 용어 "이미지화"는, 본원에서 일반적으로 적어도 하나의 물체의 이미지 정보를 획득하는 것을 지칭한다. 카메라는 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 카메라는, 전술된 바와 같이, 단일의 이미지를 획득하도록 또는 이미지 시퀀스와 같은 복수의 이미지를 획득하도록, 바람직하게는 디지털 비디오 시퀀스를 획득하도록 구성될 수 있다. 따라서, 일례로, 카메라는 비디오 카메라일 수 있거나 그것을 포함할 수 있다. 후자의 경우, 카메라는 바람직하게 이미지 시퀀스를 저장하기 위한 데이터 메모리를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에서, 전술된 실시예들 중 하나 이상 및 이하에서 더 상세히 설명되는 실시예들 중 하나 이상에 개시된 것과 같은 본 발명에 따른 광 검출기의 용도는, 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 용도; 보안 용도; 인간-머신 인터페이스 용도; 추적 용도; 스캐닝 용도; 사진촬영 용도; 방, 빌딩 및 거리 중에서 선택된 적어도 하나의 공간과 같은 적어도 하나의 공간의 지도를 생성하기 위한 맵핑 용도; 모바일 용도; 웹캠; 오디오 장치; 돌비 주변 음향 시스템; 컴퓨터 주변 장치; 게임 용도; 오디오 용도; 카메라 또는 비디오 용도; 보안 용도; 감시 용도; 자동차 용도; 수송 용도; 의료 용도; 농업 용도; 식물 및 동물 사육 용도; 농작물 보호 용도; 스포츠 용도; 머신 비전 용도; 차량 용도; 항공기 용도; 선박 용도; 우주선 용도; 빌딩 용도; 건설 용도; 지도 제작 용도; 제조 용도; 로보틱스 용도; 품질 제어 용도; 제조 용도; 스테레오 카메라와의 조합 용도; 품질 제어 용도; 적어도 하나의 TOF(time of flight) 검출기와의 조합 용도; 구조화된 조명원과의 조합 용도; 스테레오 카메라와의 조합 용도로 구성된 그룹으로부터 선택되는 사용 목적을 위해 개시된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 특히 랜드마크 기반 포지셔닝 및/또는 실내 및/또는 실외 내비게이션, 구체적으로 자동차 또는 다른 차량(예컨대, 기차, 오토바이, 자전거, 화물 수송용 트럭), 로보트 또는 보행자가 사용하기 위한, 특히 랜드마크-기반 위치결정 및/또는 내비게이션을 위한 국부적 및/또는 전역적 위치결정 시스템에서의 용도가 거론될 수 있다. 또한, 실내 위치결정 시스템은 제조 기술에 사용된 가정 용도 및/또는 로봇과 같은 잠재적 용도로 거론될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 검출기는 자동 도어 오프너에서, 예컨대, Jie-Ci Yang 등의 Sensors 2013, 13(5), 5923-5936; doi: 10.3390/s130505923에 개시된 스마트 슬라이딩 도어와 같은 소위 스마트 슬라이딩 도어에서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 적어도 하나의 광 검출기는 사람 또는 물체가 문에 접근할 때를 검출하는데 사용될 수 있으며, 문은 자동으로 열릴 수 있다.
전술한 바와 같은 추가 용도는 국부적 위치결정 시스템, 전역적 위치결정 시스템, 실내 내비게이션 시스템 등일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치들, 즉 광 검출기, 검출기 시스템, 인간-머신 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템 또는 카메라 중 하나 이상은 특히 국부적 또는 전역적 위치결정 시스템의 일부일 수도 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 장치는 가시광선 통신 시스템의 일부일 수 있다. 다른 용도도 가능하다.
본 발명에 따른 장치들, 즉 광 검출기, 검출기 시스템, 인간-머신 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템, 스캐닝 시스템 또는 카메라 중 하나 이상이 또한 구체적으로, 예컨대, 실내 또는 실외 내비게이션을 위한, 국부적 또는 전역적 위치결정 시스템과 조합하여 사용될 수 있다. 일례로, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치는 Google Maps® 또는 Google Street View®와 같은 소프트웨어/데이터베이스 조합과 조합될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한 그 위치가 데이터베이스에서 발견될 수 있는 주변의 물체에 대한 거리를 분석하는 데 사용될 수 있다. 거리로부터 알려진 물체의 위치까지, 사용자의 국부적 또는 전역적 위치가 계산될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 광 검출기, 검출기 시스템, 인간-머신 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템, 스캐닝 시스템 또는 카메라(이하 "본 발명에 따른 장치" 또는 본 발명을 FiP 효과의 잠재적인 사용으로 제한하지 않으면서 "FiP 장치"로 간단히 언급됨)는 이하에 더욱 상세하게 개시된 하나 이상의 목적과 같은 복수의 용도로 사용될 수 있다.
따라서, 먼저, "FiP 장치"로도 명명되는 본 발명에 따른 장치는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 랩톱, 스마트 패널 또는 다른 고정식 또는 이동식 컴퓨터 또는 커뮤니케이션 용도에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는, 성능 개선을 위해 적어도 하나의 활성 광원, 예컨대 가시 범위 또는 적외선 스펙트럼 범위의 광을 방출하는 광원과 조합될 수 있다. 따라서, 일례로, 본 발명에 따른 장치는, 예컨대, 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 제스처 인식과 조합된, 감시 및/또는 기록 목적을 위한 또는 모바일 장치를 제어하기 위한 입력 장치로서 사용될 수 있다. 따라서, 특히, 인간-머신 인터페이스로서 기능하는 본 발명에 따른 장치(FiP 입력 장치로도 지칭됨)는, 예를 들어, 모바일 장치(예컨대, 휴대폰)를 통해 다른 전자 장치 또는 컴포넌트를 제어하기 위한 모바일 애플리케이션에 사용될 수 있다. 일례로, 적어도 하나의 FiP 장치를 포함하는 모바일 애플리케이션은, 텔레비전 세트, 게임 콘솔, 음악 재생기 또는 음악 장치 또는 다른 엔터테인먼트 장치를 제어하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 웹캠, 또는 컴퓨팅 용도를 위한 다른 주변 장치에 사용될 수 있다. 따라서, 일례로, 본 발명에 따른 장치는, 이미지화, 기록, 감시, 스캐닝, 또는 움직임 검출용 소프트웨어와 조합으로 사용될 수 있다. 인간-머신 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 입력값 생성 장치, 예컨대, 마우스, 키보드, 터치패드 등과 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 응용 및/또는 화상 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, 위에서 부분적으로 설명된 바와 같은 모바일 오디오 장치, 텔레비전 장치 및 게임 장치에 사용될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 장치는 전자 장치 또는 엔터테인먼트 장치 등을 위한 제어기 또는 제어 장치로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 증강 현실 용도 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 애플리케이션과 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 사용을 참조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 보안 또는 감시 용도를 위해 사용될 수 있다. 따라서, 일례로, 일반적으로 FiP-센서는 물체가 (예를 들어, 은행 또는 박물관 내 감시 용도를 위한) 사전결정된 영역 내부 또는 외부에 있는 경우 신호를 제공하는 하나 이상의 디지털 및/또는 아날로그 전자장치와 조합될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 장치는, 광 암호화를 위해 사용될 수도 있다. FiP-기반 검출은 IR, x-선, UV-VIS, 레이더 또는 초음파 검출기와 같이 파장을 보완하는 다른 검출 장치와 조합될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한, 저광 환경에서의 검출을 허용하기 위해 능동 적외선 광원과 조합될 수 있다. FiP 기반 센서와 같은 본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 능동 검출기 시스템에 비해 유리하며, 그 이유는 구체적으로, 예를 들어, 레이더 용도, 초음파 용도, LIDAR 또는 유사한 능동 검출기 장치에서 흔히 있는 것처럼, 제3자에 의해 검출될 수 있는 송신 신호를 능동적으로 방지하기 때문이다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는, 물체에 관한 인지되지 않고 검출할 수 없는 움직이는 추적 및/또는 스캐닝에 사용될 수 있다. 추가적으로, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 기존 장치에 비해 조작 및 짜증이 줄어드는 경향이 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치를 사용하는 것에 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 개인화된 용도에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 제품 식별을 위한 3D 바코드 판독기로서 사용될 수도 있다.
상기 언급된 보안 및 감시 용도 외에, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 공간 및 영역의 감시 및 모니터링에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 공간 및 영역을 조명하고 모니터링하기 위해, 일례로, 금지 영역이 침해된 경우 알람을 트리거링 또는 실행하기 위해, 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는, 임의적으로 다른 유형의 센서와 조합으로, 예컨대, 움직임 또는 열 센서와 조합으로, 이미지 강화기 또는 이미지 향상 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, 예컨대, 주차장에서 또는 주인이 없는 물체(예컨대, 공항에서 주인이 없는 수하물)의 절도와 같은 범죄 행위를 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 캡처 및 3D-영화 기록을 위해 사용될 수 있다. 본원에서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 기존 광학 장치에 비해 다수의 이점을 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 광학 컴포넌트에 비해 복잡성을 덜 필요로 한다. 따라서, 일례로, 예를 들어, 하나의 렌즈만 갖는 본 발명에 따른 장치를 제공함으로써, 통상적인 광학 장치에 비해 렌즈의 개수가 감소될 수 있다. 감소된 복잡성으로 인해, 예컨대, 모바일 사용을 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 자동차 기술 및 수송 기술의 기술 분야에 적용가능하다. 따라서, 일례로, 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 용도를 위한, 거리 및 감시 센서로서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, FiP-센서를 사용하여 얻은 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 적용 가능할 수 있다. 다른 기술 분야에서의 응용도 가능하다. 실내 위치결정 시스템에서의 특정 용도는, 수송시 승객의 위치결정에 관한 검출, 더 구체적으로 에어백과 같은 안전 시스템의 사용을 전자적으로 제어하는 것일 수 있다. 특히, 에어백의 사용이 승객에게 심한 부상을 유발할 것 같은 위치에 승객이 있는 경우에, 에어백의 사용이 금지될 수도 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 일반적으로 수동적인 성질이 유리하다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 방출 신호를 필요로 하지 않기 때문에, 다른 신호원을 사용한 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, 수립된 입체시 시스템(예컨대, LIDAR)보다 적은 계산 전력을 요구한다. 적은 공간 요구사항을 고려하면, 본 발명에 따른 장치, 예컨대, FiP-효과를 사용하는 카메라는 사실상 차량 내 임의의 위치, 예컨대, 창문 스크린의 위에, 전방 후드 위에, 범퍼 위에, 라이트 위에, 거울 위에 또는 다른 곳에 위치할 수 있다. FiP-효과에 기초한 다양한 검출기는, 예컨대, 자율주행 차량을 허용하기 위해 또는 활동 안전성 개념의 성능을 증가시키기 위해 조합될 수 있다. 따라서, 다양한 FiP 기반 센서는, 예컨대, 뒷창문, 옆창문 또는 앞창문에서, 범퍼 상에서 또는 라이트 상에서, 다른 FiP 기반 센서 및/또는 통상적인 센서와 조합될 수 있다.
본 발명에 따른 적어도 하나의 장치, 예컨대, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기와 하나 이상의 비(rain) 검출 센서와의 조합도 가능하다. 그 이유는, 본 발명에 따른 장치가 일반적으로 폭우 동안 레이더와 같은 통상적인 센서 기술보다 유리하다는 사실 때문이다. 적어도 하나의 FiP-장치와 적어도 하나의 통상적인 감지 기술(예컨대, 레이더)의 조합은, 소프트웨어가 기상 조건에 따라 신호의 정확한 조합을 선택하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 브레이크 보조 및/또는 주차 보조로서 및/또는 속도 측정을 위해 사용될 수 있다. 속도 측정은, 예컨대, 교통 제어시 다른 자동차의 속도를 측정하기 위해, 차량 내에 통합되거나 차량 외부에서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 주차장에서 빈 주차 공간을 검색하는데 사용될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 의료 시스템 및 스포츠 분야에 사용될 수 있다. 따라서, 의료 기술 분야에서는, 예를 들어, 내시경에 사용하기 위한 수술 로봇을 거론할 수 있으며, 그 이유는, 전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치가 적은 부피만 필요로 할 수 있고 다른 장치 내로 통합될 수 있기 때문이다. 구체적으로, 최대한 하나의 렌즈를 갖는 본 발명에 따른 장치는 의료 장치(예컨대, 내시경)에서 3D 정보를 캡쳐하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 움직임의 추적 및/또는 스캐닝 및 분석을 가능하게 하도록, 적절한 모니터링 소프트웨어와 조합될 수 있다. 이는, 의료 장치(예컨대, 내시경 또는 메스)의 위치와, 예컨대, 자기 공명 이미지화, x-선 이미지화 또는 초음파 이미지화로부터 획득되는 의료 이미지화로부터의 결과의 즉각적인 중첩을 허용할 수 있다. 이러한 용도는, 예를 들어, 의학적 치료 및 장거리 진단 및 원격 의료에서 특히 가치가 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 3D-신체 스캔에 사용될 수 있다. 신체 스캔은 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 스캔은 또한, 스포츠 장비의 인체공학적 사용 또는 피팅을 평가하기 위해 스포츠 분야에 적용될 수 있다.
신체 스캔은 또한 의복 맥락에서, 예컨대, 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 스캔은 완전히 차려입은 고객을 스캐닝하는데 특히 중요하다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 사람 집계 시스템의 맥락에서, 엘레베이터, 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 인식하거나, 쇼핑 행동을 평가하거나, 구입하는 방문객의 백분율을 평가하거나, 직원 교대를 최적화하거나, 방문객 당 쇼핑몰의 경비를 모니터링하는데 사용될 수 있다. 또한, 사람 집계 시스템은 슈퍼마켓, 쇼핑몰 등을 통과하는 고객 통로를 평가하는데 사용될 수 있다. 또한, 사람 집계 시스템은 인체측정학적 조명에 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 행동에 참여한 어린이를 인식하거나, 놀이터 장난감과의 추가적인 상호작용을 허용하거나, 놀이터 장난감의 안정한 사용을 보장하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 공사 도구, 예컨대 물체 또는 벽에 대한 거리를 결정하거나, 표면이 편평한지 평가하거나, 물체를 정렬하거나 물체를 정돈된 방식으로 놓기 위한 거리 계량기에, 또는 공사 현장 등에 사용하기 위한 검사 카메라에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 스포츠 및 운동 분야에서, 예컨대, 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 등의 분야에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는, 게임을 모니터링하기 위해, 심판을 지원하기 위해, 스포츠에서 특정 상황의 판단, 특히 자동 판단을 위해, 예컨대, 포인트 또는 골이 실제로 이루어졌는지를 평가하기 위해, 스포츠 및 게임 둘 모두에서 공, 배트, 칼, 움직임 등의 위치를 검출하는데 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 정확한 움직임을 조명하고 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 하나 이상의 장치는, 예를 들어, 자율 주행 및/또는 로봇 동작을 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, 생산 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 신호 간섭의 위험 없이 동일한 환경에서 동시에 동작할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 고도로 자동화된 생산 환경, 예컨대, 비제한적으로 자동차, 광업, 철강 등에 유용할 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한, 예를 들어, 2-D 이미지화, 레이더, 초음파, IR 등과 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 규정된 차원에 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 특히 유용하다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 저장탑(silos), 탱크 등의 충전 수준을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예컨대, 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 검사하는 데 사용될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 장치는 제품의 제조, 포장 및 분배, 특히 비고체 상태, 특히 유체, 예를 들어, 액체, 에멀젼, 기체, 에어로졸 또는 이들의 혼합물을 포함하는 제품을 제조, 포장 및 분배하는 것과 관련된 특성을 식별하기 위한 산업 품질 제어에 사용될 수 있다. 일반적으로 화학, 제약, 화장품, 식품 및 음료 산업 및 다른 산업 분야에 존재할 수 있는 이러한 종류의 제품은 보통 컨테이너, 케이스 또는 병으로 나타낼 수 있는 견고한 용기를 필요로 하고, 용기는 바람직하게는 전체 또는 적어도 부분적으로 투명할 수 있다. 단순화를 위해, 이하 "병(bottle)"이라는 용어는 용기의 형상 또는 재료와 같은 임의의 실제 제한을 의도하지 않으면서 특정한 빈번한 예로서 사용될 수 있다. 결과적으로, 대응하는 제품을 포함하는 병은 바람직하게는 광학 검출기 또는 본 발명에 따른 광학 검출기를 포함하는 시스템을 채용함으로써 품질 제어에 사용될 수 있는 다수의 광학 파라미터에 의해 특징화될 수 있다. 이와 관련하여, 광 검출기는 특히, 병 내의 제품의 충전 레벨, 병의 형상, 및 특히 각각의 제품 정보를 포함하기 위해 병에 부착된 라벨의 특성을 포함할 수 있는 광학 파라미터들 중 하나 이상을 검출하는 데 사용될 수 있다.
최신 기술에 따르면, 이러한 종류의 산업 품질 관리는 보통 각각의 이미지를 기록하고 평가함으로써 상기에 언급된 광학 파라미터 중 하나 이상을 평가하기 위해 산업용 카메라 및 후속 이미지 분석을 사용함으로써 수행될 수 있고, 이로써, 산업 품질 관리에서 보통 요구되는 답변이 TRUE(즉, 충분한 품질) 또는 FALSE(즉, 불충분한 품질)만 얻을 수 있는 논리 진술이기 때문에, 광학 파라미터와 관련하여 획득된 복합 정보의 대부분은 일반적으로 폐기된다. 예로써, 산업용 카메라는 병의 이미지를 기록하는데 요구될 수 있으며, 여기서 이미지는 충진 라벨, 병 모양의 임의의 가능한 변형 및 병에 부착된 대응하는 라벨에 포함된 임의의 오류 및/또는 누락을 검출하기 위해 후속 이미지 분석시 액세스될 수 있다. 특히, 편차가 보통 작기 때문에, 동일한 제품의 상이하게 기록된 이미지는 모두 매우 유사하다. 결과적으로, 컬러 레벨이나 그레이스케일과 같은 간단한 도구를 채용할 수 있는 이미지 분석은 일반적으로 충분하지 않다. 또한, 종래의 대면적 이미지 센서는 특히 입사광 빔의 전력으로부터의 선형 독립성으로 인해 정보를 거의 산출하지 못한다.
이와 달리, 본 발명에 따른 광 검출기는 입사 광 빔의 전력으로부터 공지된 의존성을 나타내는 하나 이상의 광학 센서를 갖는 구성을 이미 포함하는데, 이는 특히 전술된 광학 파라미터(예컨대, 병 내의 제품의 충전 레벨, 병의 형상, 병에 부착된 라벨의 적어도 하나의 특성)와 관련하여 제품의 이미지에 큰 영향을 야기할 수 있다. 특히, 광학 센서는 제품의 이미지 내에 포함된 복잡한 정보를 하나 이상의 센서 신호, 예컨대, 용이하게 액세스 가능한 전류 신호로 직접 압축하도록 구성될 수 있고, 이에 따라 정교한 이미지 분석을 수행할 기존의 필요성을 피할 수 있다. 더욱이, 이미 앞에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 목적은 특히 자동 초점 장치를 제공하는 것을 말하며, 여기서 각각의 시간 간격 내에서 센서 전류의 국부적 최대값 또는 최소값과 같은 센서 신호는 조명 중인 제품이 실제로 초점이 맞춰져 있음을 나타낼 수 있고, 또한 대응하는 제품의 이미지로부터 전술된 광학 파라미터의 평가를 지원할 수 있다. 자동 초점 장치가 최신 기술에 공지된 카메라에 사용될 수 있는 경우에도, 초점이 통상적으로 측정 중에 변하지 않기 때문에 렌즈 시스템은 일반적으로 거리의 제한된 범위만을 커버할 수 있다. 그러나, 초점 조정 가능한 렌즈의 사용에 기초한 본 발명에 따른 측정 개념은, 넓은 범위에 걸쳐 초점을 변화시키는 것이 본원에 설명된 바와 같은 측정 개념을 채용함으로써 가능할 수 있기 때문에 보다 넓은 범위를 커버할 수 있다. 더욱이, 대칭 차단 및/또는 변조된 조명, 변조 장치 및/또는 센서 스택을 제공하도록 구성된 장치와 같이 특수하게 구성된 전달 장치, 조명원의 사용은 품질 제어 동안 획득된 정보의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 폴(poll), 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 시스템이 거론될 수 있다. 움직이는 물체의 속도 및/또는 방향을 모니터링하기 위한, 본 발명에 따른 적어도 하나의 장치, 예컨대 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기의 사용이 가능하다. 특히, 육상, 해상 및 공중(우주 포함)에서 빠르게 움직이는 물체를 추적하는 것이 거론될 수 있다. 구체적으로, 적어도 하나의 FiP 검출기는 가만히 있고/있거나 움직이는 장치 상에 장착될 수 있다. 적어도 하나의 FiP 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 전력, 즉각적인 응답성, 및 능동 시스템(예컨대, 레이더)에 비해 일반적으로 검출하고 방해하기가 좀 더 어려운 검출 시스템의 수동적 성질 때문이다. 본 발명에 따른 장치는 특히 레이더 시스템이 충분히 정확히 동작하지 않을 수도 있는 활주로에 아주 근접한 곳에서 착륙 또는 이륙 과정 동안 비행기를 보조하는데 사용될 수 있다. 그러한 착륙 또는 이륙 보조 장치는 항공기에 고정되거나 활주로와 같은 지면에 고정된 비콘 장치에 의해 또는 항공기 또는 지면 또는 둘 모두에 고정된 조명 및 측정 장치에 의해, 인식될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 특히 속도 제어 및 항공 교통 제어 장치에 유용할 수 있지만 이로 제한되지 않는다. 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 포함하고, 여기서 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)를 검출하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 물체의 속도 또는 가속도를 검출하거나, 시간에 따라 위치, 속도 및/또는 가속도 중 하나 이상을 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, 컬러, 형상 등의 복수의 물체와 함께 사용하기에, 예컨대, 움직임을 이의 항목에 통합하는 소프트웨어와의 조합으로 움직임을 검출하기에 수동적일 수 있다. 특히, 그래픽 출력 내로의 움직임을 수행하는 용도가 가능하다. 또한, 예컨대, 본 발명에 따른 장치 중 하나 이상을 몸짓 또는 얼굴 인식에 사용함으로써, 명령을 내리기 위한 본 발명에 따른 장치의 용도가 가능하다. 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 저광 조건 또는 주변 조건의 강화가 요구되는 다른 상황 하에서 작업하기 위해 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, 시스템 및 이의 소프트웨어, 예를 들어, 비제한적으로, 특수한 컬러, 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. 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)과 유사할 수 있다. 다른 옵션도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 예컨대, 고온 또는 추가 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 대상을 추적하고 그러한 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 지역(예를 들어, 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, 집 등을 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는, 지면 또는 공중 둘 모두로부터, 방, 거리, 집, 커뮤너티 또는 풍경의 지도를 구축하기 위해, 스캔된 환경의 3차원 모델을 생성하는데 사용될 수 있다. 잠재적 응용 분야는, 건설, 인테리어 아키텍처, 내부 가구 배치, 지도제작, 부동산 관리, 토지 측량 등일 수 있다. 일례로, 본 발명에 따른 장치는, 빌딩, 밭과 같은 농업 생산 환경, 생산 공장 또는 풍경을 모니터링하기 위해, 구조 작업을 지원하기 위해, 또는 하나 이상의 사람 또는 동물을 발견하거나 모니터링하기 위한 멀티콥터에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 파이프라인의 길이, 탱크 부피 또는 생산 공장이나 리액터와 관련된 추가 기하학적 구조를 측정하기 위한 생산 환경에 사용될 수도 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 동작의 원격 제어 및 자동 유지보수 지원을 상호접속하고, 자동화하고, 제어하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히 하나 이상의 사람의 위치에 따라, 방의 어느 부분이 특정 온도 또는 습도가 되어야 하는지 위치를 찾기 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, 예컨대, 충돌을 피하거나 환경을 맵핑하는 것뿐만 아니라, 사용자를 식별하기 위해, 주어진 사용자에 대해 로봇의 성능을 개인화하기 위해, 보안 목적을 위해, 또는 몸짓 또는 안면 인식을 위해 사용될 수 있다. 일례로, 본 발명에 따른 장치는 로봇식 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 잔디 깎는 머신, 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, 물체 및 사용자와 안전하게 상호작용하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 위험 물질 또는 물체를 사용하거나 위험한 환경에서 동작하는 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, 또는 안전하지 않은 환경(예컨대, 불타는 물체 근처 또는 재해 후의 지역)에서 작업하거나 이를 조명하기 위해, 로봇 또는 무인 원격 제어 차량에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 혈압, 심박수, 온도 등과 같은 건강 기능을 평가하는 로봇에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 사람의 존재를 검출하거나, 장치의 콘텐츠 또는 기능을 모니터링하거나, 사람과 상호작용하고/하거나, 사람에 대한 정보를 다른 가정용 장치, 모바일 장치 또는 엔터테인먼트 장치와 공유하기 위해, 가정용 장치, 모바일 장치 또는 엔터테인먼트 장치, 예컨대, 냉장고, 전자렌지, 세탁기, 윈도우 블라인드 또는 셔터, 가정용 알람, 공기 조화 장치, 난방 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 주어진 영역에 대해 또는 심지어 주어진 작물에 대해 물이나 비료 또는 작물 보호 제품의 양을 조정하는데 사용될 수 있다. 또한, 농업 생명 공학에서, 본 발명에 따른 장치는 식물의 크기 및 모양을 모니터링하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 농업 또는 가축 사육 환경, 예컨대, 마구간 청소, 자동화된 우유 받침대, 잡초, 건초, 짚 등의 가공, 알을 획득하는 것, 작물, 잡초, 또는 잔디를 깎을 때, 동물을 도살할 때, 새털을 뽑을 때 등에 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 지역 또는 화학 물질 유출) 청소와 같은 위험하거나 어려운 작업을 처리하기 위해 또는 농업에서 해충 방제를 위해 구성된 스마트 로봇을 구성하는 데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 감시 용도, 예컨대, 의심스러운 물체, 사람 또는 행동에 대해 한 지역을 모니터링하는데 사용될 수도 있다.
본 발명에 따른 하나 이상의 장치는 또한, 예컨대, 적층 제조 및/또는 3D 인쇄를 위해, 예컨대, CAD 또는 유사한 소프트웨어와 조합하여 물체를 스캐닝하는 데 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 파이프라인 검사 측정기(pipeline inspection gauges)와 같이 검사 및 유지에 사용될 수 있다. 또한, 생산 환경에서, 본 발명에 따른 장치는, 불규칙하게(badly) 정의된 형상의 물체(예컨대, 자연적으로 자라는 물체)를 작업하는데, 예컨대, 야채나 다른 자연 제품을 형상 또는 크기로 분류하거나, 고기, 과일, 빵, 두부, 야채, 계란 등, 또는 가공 단계에서 필요한 정밀도보다 더 낮은 정밀도로 제조된 물체와 같은 제품을 절단하는데 사용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 본 발명에 따른 장치는 생산 환경의 포장 단계 이전 또는 이후에 사소한 품질의 자연 제품을 분류하는데 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 자동화된 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 제공하는데 또한 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예컨대, 로봇 팔을 사용하여 물체를 픽업하고, 예컨대, 컨베이어 벨트 상의 어딘가 다른 곳에 해당 물체를 배치하기 위한 제조 환경에서 사용될 수 있다. 비 제한적인 예로서, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치와 조합 된 로봇 팔은 박스로부터 스크류를 픽업하여 컨베이어 벨트 상에 수송된 물체의 특정 위치에 해당 스크류를 스크류핑할 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, 예컨대, 포장 또는 소포를 스캐닝하기 위한, 핸드헬드 장치에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 다른 핸드헬드 장치, 예컨대, 개인 쇼핑 장치, RFID 판독기, 위 병원 또는 헬스 환경에서 사용하기 위한, 예컨대, 의료 용도를 위해 또는 환자 또는 환자 건강 관련 정보를 획득하거나 교환하거나 기록하기 위한 핸드헬드 장치, 소매 또는 건강 환경을 위한 스마트 배지 등을 포함할 수 있다.
전술한 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)을 모니터링 또는 제어하기 위해, 및/또는 보험 용도(예컨대 손해 보상을 위해)로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히 로봇과 조합으로, 물질, 물체 또는 공구의 크기를 식별하기 위해, 예컨대, 최적의 물질 취급을 위해, 특히 로봇과 조합하여, 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 생산 공정 제어를 위해, 예를 들어, 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, 예컨대, 제품 무단 복제 방지 및 위조 방지 목적을 위해 사용될 수 있다.
바람직하게는, 광학적 검출기, 방법, 인간-머신 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템, 카메라, 및 특히 전달 장치, 종방향 광학 센서, 평가 장치 및 적용가능한 경우 횡방향 광학 센서, 변조 장치, 조명원 및 이미지화 장치, 특히 잠재적 물질, 구성 및 추가의 세부사항에 대한 검출기의 다양한 용도에 대한 추가의 세부사항에 대해서는, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호, 미국 특허 출원 공개 제 2012/206336 A1 호, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호 및 미국 특허 출원 공개 제 2014/291480 A1 호에 개시되어 있으며, 이들 출원의 전체 내용을 본원에 참고로 인용한다.
전술된 검출기, 방법, 인간-머신 인터페이스 및 엔터테인먼트 장치 및 또한 제안된 용도는 종래 기술에 비해 상당한 이점을 갖는다. 따라서, 일반적으로, 공간에서의 적어도 하나의 물체의 위치를 정확하게 결정하기 위한 단순하고 또한 효율적인 검출기가 제공될 수 있다. 본원에서, 일례로, 물체 또는 이의 일부의 3차원 좌표가 빠르고 효율적인 방식으로 결정될 수 있다.
본 기술분야에 공지된 장치에 비해, 본원에서 제안된 검출기는, 특히 검출기의 광학 구성과 관련하여 고도의 단순성을 제공한다. 따라서, 단일의 종방향 광학 센서가 분명한 위치 검출을 위해 충분하다. 이러한 고도의 단순성는 특히 머신 제어에, 예컨대, 인간-머신 인터페이스, 및 더 바람직하게는, 게임, 추적, 스캐닝, 및 입체에 특히 적합하다. 따라서, 다수의 게임, 엔터테인먼트, 추적, 스캐닝 및 입체시 목적을 위해 사용될 수 있는 비용-효율적인 엔터테인먼트 장치가 제공될 수 있다.
요약하면, 본 발명과 관련하여, 다음의 실시예들이 특히 바람직하다고 간주된다:
실시예 1: 적어도 하나의 물체의 광학적 검출을 위한 검출기로서,
적어도 하나의 종방향 광학 센서 - 종방향 광학 센서는 적어도 하나의 센서 영역을 가지며, 종방향 광학 센서는 광 빔에 의한 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 종방향 방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 조명의 총 전력이 동일한 경우, 종방향 센서 신호는 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존함 - 와,
적어도 하나의 평가 장치 - 평가 장치는 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계됨 - 를 포함하되,
종방향 센서 신호는 종방향 광학 센서의 적어도 하나의 특성에 또한 의존하고, 종방향 광학 센서의 특성은 조정 가능하다.
실시예 2: 실시예 1에 따른 검출기로서, 검출기는 적어도 하나의 외부 영향 및/또는 적어도 하나의 내부 영향을 가하도록 구성된 적어도 하나의 스위칭 장치를 포함한다.
실시예 3: 실시예 1 또는 실시예 2 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 평가 장치는 종방향 광학 센서 신호를 명확하게 평가하도록 설계된다.
실시예 4: 실시예 1 내지 실시예 3 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 종방향 광학 센서는 적어도 2개의 동작 모드에서 동작 가능하다.
실시예 5: 실시예 4에 따른 검출기로서, 검출기는 종방향 광학 센서의 특성을 조정함으로써 동작 모드들 사이에서 스위칭하고/하거나 변경할 수 있도록 구성된다.
실시예 6: 실시예 5에 따른 검출기로서, 스위칭 장치는 종방향 광학 센서의 적어도 2개의 동작 모드 사이에서 스위칭하도록 구성된다.
실시예 7: 실시예 4 내지 실시예 6 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 종방향 광학 센서의 특성에 의존하는 적어도 하나의 양의 동작 모드에서, 종방향 센서 신호의 진폭은 센서 영역 내의 광 빔에 의해 생성된 광 스폿의 단면이 감소함에 따라 증가한다.
실시예 8: 실시예 4 내지 실시예 7 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 종방향 광학 센서의 특성에 의존하는 적어도 하나의 음의 동작 모드에서, 종방향 센서 신호의 진폭은 센서 영역 내의 광 빔에 의해 생성된 광 스폿의 단면이 감소함에 따라 감소한다.
실시예 9: 실시예 4 내지 실시예 8 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 종방향 센서 신호의 특성에 의존하는 적어도 하나의 중립 동작 모드에서, 종방향 센서 신호의 진폭은 센서 영역 내의 광 빔에 의해 생성된 광 스폿의 단면의 변화에 본질적으로 독립적이다.
실시예 10: 실시예 9에 따른 검출기로서, 검출기는, 양의 동작 모드, 음의 동작 모드; 및 중립 동작 모드로 구성된 그룹 중 적어도 2개의 동작 모드 사이에서 스위칭하고/하거나 변경할 수 있도록 구성된다.
실시예 11: 실시예 4 내지 실시예 10 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 평가 장치는 종방향 광학 센서의 동작 모드를 결정하도록 설계된다.
실시예 12: 실시예 11에 따른 검출기로서, 평가 장치는 적어도 2개의 동작 모드에서 순차적으로 또는 동시에 하나 또는 둘 모두의 종방향 센서 신호를 결정하도록 설계된다.
실시예 13: 실시예 11 또는 실시예 12 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 평가 장치는 적어도 2개의 상이한 동작 모드에서 결정된 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 고려함으로써 모호성을 해결하도록 설계된다.
실시예 14: 실시예 1 내지 실시예 13 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 종방향 광학 센서의 특성은 전기적으로 및/또는 광학적으로 조정 가능하다.
실시예 15: 실시예 1 내지 실시예 14 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 검출기는 적어도 하나의 바이어싱 장치를 포함한다.
실시예 16: 실시예 15에 따른 검출기로서, 바이어싱 장치는 종방향 광학 센서에 적어도 하나의 바이어스 전압을 인가하도록 구성된다.
실시예 17: 실시예 16에 따른 검출기로서, 종방향 광학 센서의 특성은 상이한 바이어스 전압을 사용함으로써 조정 가능하다.
실시예 18: 실시예 15 내지 실시예 17 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 종방향 광학 센서는 광전도성 모드로 구동되는 적어도 하나의 광 다이오드를 포함하고, 광전도성 모드는 광 다이오드를 포함하는 전기 회로와 관련되며, 적어도 하나의 광 다이오드는 역 바이어스된 모드로 포함될 수 있으며, 광 다이오드의 캐소드는 애노드에 대하여 양의 전압으로 구동된다.
실시예 19: 실시예 1 내지 실시예 18 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 종방향 광학 센서의 특성은 광 빔의 적어도 하나의 특성에 의해 조정 가능하거나, 특히 변경 가능하다.
실시예 20: 실시예 19에 따른 검출기로서, 광 빔의 특성은 파장 및/또는 변조 주파수이다.
실시예 21: 실시예 1 내지 실시예 20 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 적어도 하나의 조명원을 더 포함한다.
실시예 22: 실시예 21에 따른 검출기로서, 조명원은 적어도 2개의 상이한 파장의 광을 방출하도록 구성된다.
실시예 23: 실시예 21 또는 실시예 22 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 조명원은 적어도 하나의 제 1 파장의 광을 방출하는 것과 적어도 하나의 제 2 파장의 광을 방출하는 것 사이에서 전환하도록 구성된다.
실시예 24: 실시예 21 내지 실시예 23 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 조명원은 적어도 2개의 광 빔을 방출하도록 설계되고, 제 1 광 빔의 적어도 하나의 특성은 제 2 광 빔의 적어도 하나의 특성과 상이하며, 특성은 적어도 하나의 광원의 적어도 하나의 파장, 적어도 하나의 변조 주파수, 적어도 하나의 강도, 적어도 하나의 크기로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
실시예 25: 실시예 24에 따른 검출기로서, 제 1 광 빔 및 제 2 광 빔은 동시에 또는 순차적으로 방출된다.
실시예 26: 실시예 24 또는 실시예 25 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 제 1 광 빔은 제 1 파장을 갖고 제 2 광 빔은 제 2 파장을 갖고, 종방향 광학 센서의 특성은, 제 1 광 빔 및 제 2 광 빔을 갖는 조명에 의해 조정되고, 특히 변경된다.
실시예 27: 실시예 21 내지 실시예 26 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 조명원은, 물체에 적어도 부분적으로 연결되고/되거나 물체와 적어도 부분적으로 동일한 조명원; 1차 방사선으로 물체를 적어도 부분적으로 조명하도록 설계된 조명원 중에서 선택된다.
실시예 28: 실시예 27에 따른 검출기로서, 광 빔은 물체에 대한 1차 방사선의 반사 및/또는 1차 방사선에 의해 자극된 물체 자체에 의한 발광에 의해 생성된다.
실시예 29: 실시예 28에 따른 검출기로서, 종방향 광학 센서의 스펙트럼 민감도는 조명원의 스펙트럼 범위에 의해 커버된다.
실시예 30: 실시예 1 내지 실시예 29 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 검출기는 조명을 변조하기 위한 적어도 하나의 변조 장치를 더 포함한다.
실시예 31: 실시예 1 내지 실시예 30 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 광 빔은 변조된 광 빔이다.
실시예 32: 실시예 31에 따른 검출기로서, 검출기는 상이한 변조의 경우에 적어도 2개의 종방향 센서 신호, 특히 각각 상이한 변조 주파수에서의 적어도 2개의 센서 신호를 검출하도록 설계되고, 평가 장치는 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
실시예 33: 실시예 1 내지 실시예 32 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 조명의 총 전력이 동일한 경우, 종방향 광학 센서는 또한 조명 변조의 변조 주파수에 의존하는 방식으로 설계된다.
실시예 34: 실시예 33에 따른 검출기로서, 광 빔은 무변조 연속파 광 빔이다.
실시예 35: 실시예 1 내지 실시예 34 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 평가 장치는 종방향 센서 신호를 정규화하고 광 빔의 강도에 독립적인 물체의 종방향 위치에 관한 정보를 생성하도록 구성된다.
실시예 36: 실시예 1 내지 실시예 35 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 평가 장치는 적어도 하나의 종방향 센서 신호로부터 광 빔의 직경을 결정함으로써 물체의 종방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 구성된다.
실시예 37: 실시예 36에 따른 검출기로서, 평가 장치는 바람직하게는 광 빔의 전파 방향에서 적어도 하나의 전파 좌표에 대한 광 빔의 빔 직경의 공지된 의존성으로부터 및/또는 광 빔의 공지된 가우시안(Gaussian) 프로파일로부터 광 빔의 종방향 위치에 관한 정보의 적어도 하나의 항목을 결정하기 위해, 광 빔의 빔 단면 및/또는 직경을 광 빔의 공지된 빔 특성과 비교하도록 구성된다.
실시예 38: 실시예 1 내지 실시예 37 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 센서 영역은 전류를 유지할 수 있는 적어도 하나의 물질을 포함하고, 조명의 총 전력이 동일한 경우, 물질의 적어도 하나의 특성은, 센서 영역에서 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 종방향 센서 신호는 적어도 하나의 특성에 의존한다.
실시예 39: 실시예 38에 따른 검출기로서, 물질의 하나 이상의 특성은 물질 또는 다른 물질 특성의 전기 전도도이다.
실시예 40: 실시예 38 또는 실시예 39 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 전류를 유지할 수 있는 물질은 비결정질 규소, 비결정질 규소를 포함하는 합금, 미세 결정질 규소 또는 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 중 하나 이상을 포함한다.
실시예 41: 실시예 40에 따른 검출기로서, 비결정질 규소를 포함하는 합금은 규소 및 탄소를 포함하는 비결정질 합금 또는 규소 및 게르마늄을 포함하는 비결정질 합금이다.
실시예 42: 실시예 41 또는 실시예 42 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 비결정질 규소는 수소를 사용하여 부동태화된다.
실시예 43: 실시예 40 내지 실시예 42 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 종방향 광학 센서는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 제 2 전극 및 비결정질 규소, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치한 비결정질 규소를 포함하는 합금, 또는 미세결정질 규소를 갖는 광 검출기이고, 제 1 전극 및 제 2 전극 중 적어도 하나는 투명 전극이다.
실시예 44: 실시예 43에 따른 검출기로서, 투명 전극은 투명한 전도성 옥사이드(TCO), 특히 인듐 주석 옥사이드(ITO)를 포함한다.
실시예 45: 실시예 43 또는 실시예 44 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 비결정질 규소, 비결정질 규소를 포함하는 합금, 또는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치한 미세결정질 규소가 PIN 다이오드로서 배열되고, PIN 다이오드는 n형 반도체 층과 p형 반도체 층 사이에 위치하는 i형 반도체 층을 포함한다.
실시예 46: 실시예 45에 따른 검출기로서, i형 반도체 층은 비결정질 규소를 포함하고 n형 반도체 층 및 p형 반도체 층 각각의 두께를 초과하는, 특히 2배 이상, 바람직하게는 5배 이상, 보다 바람직하게는 10배 이상의 두께를 나타낸다.
실시예 47: 실시예 46에 따른 검출기로서, p형 반도체 층은 규소와 탄소의 합금을 포함하고 2nm 내지 20nm, 바람직하게는 4nm 내지 10nm의 두께를 나타낸다.
실시예 48: 실시예 47에 따른 검출기로서, i형 반도체 층은 규소와 탄소의 합금을 포함하고 2nm 내지 20nm, 바람직하게는 4nm 내지 10nm의 두께를 나타낸다.
실시예 49: 실시예 1 내지 실시예 48 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 적어도 하나의 횡방향 광학 센서를 더 포함하고, 횡방향 광학 센서는 물체로부터 검출기로 진행하는 광 빔의 횡방향 위치를 결정하도록 구성되고, 횡방향 위치는 검출기의 광 축에 숙직인 적어도 하나의 차원에서의 위치이며, 횡방향 광학 센서는 적어도 하나의 횡방향 센서 신호를 생성하도록 구성되고, 평가 장치는 또한 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 횡방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
실시예 50: 실시예 49에 따른 검출기로서, 횡방향 광학 센서는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 제 2 전극, 및 투명한 전도성 옥사이드의 2개의 분리된 층 사이에 임베디드되는 적어도 하나의 광전도성 물질을 갖는 광 검출기이고, 횡방향 광학 센서는 센서 영역을 가지며, 제 1 전극 및 제 2 전극은 투명한 전도성 옥사이드의 층들 중 하나의 상이한 위치에 적용되고, 적어도 하나의 횡방향 센서 신호는 센서 영역 내의 광 빔의 위치를 나타낸다.
실시예 51: 실시예 1 내지 실시예 50 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 검출기는 광학 렌즈, 특히 볼록 또는 양면이 볼록한 얇은 렌즈, 및/또는 공통 광축을 따라 추가로 배열되는 하나 이상의 볼록 거울과 같은 얇은 굴절 렌즈를 특히 포함하는 하나 이상의 굴절 렌즈와 같은 적어도 하나의 전달 장치를 포함한다.
실시예 52: 실시예 1 내지 실시예 51 중 어느 하나에 따른 검출기로서, 검출기는 하나 이상의 이미지화 장치를 포함한다.
실시예 53: 적어도 하나의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템으로서, 검출기 시스템은 실시예 1 내지 실시예 52 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 검출기 시스템은 적어도 하나의 광 빔을 검출기 쪽으로 조향하도록 구성된 적어도 하나의 비콘 장치를 더 포함하며, 비콘 장치는 물체에 부착할 수 있거나, 물체에 거치할 수 있거나, 물체에 통합할 수 있다.
실시예 54: 실시예 53에 따른 검출기 시스템으로서, 검출기 시스템은 적어도 2개의 비콘 장치를 포함하고, 제 1 비콘 장치에 의해 방출된 광 빔의 적어도 하나의 특성은 제 2 비콘 장치에 의해 방출된 광 빔의 적어도 하나의 특성과 상이하다.
실시예 55: 실시예 53 또는 실시예 54 중 어느 하나에 따른 검출기 시스템으로서, 제 1 비콘 장치의 광 빔 및 제 2 비콘 장치의 광 빔은 동시에 또는 순차적으로 방출된다.
실시예 56: 적어도 하나의 물체의 광학적 검출을 위한 방법으로서, 검출기와 관련된 실시예 1 내지 실시예 52 중 어느 하나에 따른 검출기를 사용하고,
종방향 광학 센서의 적어도 하나의 특성을 조정하는 단계와,
적어도 하나의 종방향 광학 센서를 사용하여 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하는 단계 - 종방향 센서 신호는 광 빔에 의해 종방향 광학 센서의 센서 영역의 조명에 의존하고, 종방향 센서 신호는 조명의 총 전력이 동일한 경우 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존하며, 종방향 센서 신호는 종방향 광학 센서의 적어도 하나의 특성에 또한 의존함 - 와,
적어도 하나의 평가 장치를 사용하여 종방향 센서 신호를 평가하고 물체의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하는 단계
를 포함한다.
실시예 57: 실시예 56에 따른 방법으로서, 종방향 광학 센서의 특성은 사용자에 의해 및/또는 외부 영향에 의해 조정된다.
실시예 58: 실시예 56 또는 실시예 57에 따른 방법으로서, 종방향 광학 센서 신호는 명확하게 평가된다.
실시예 59: 실시예 56 내지 실시예 58 중 어느 하나에 따른 방법으로서, 종방향 광학 센서는 적어도 2개의 동작 모드로 동작된다.
실시예 60: 실시예 59에 따른 방법으로서, 적어도 2개의 종방향 센서 신호가 평가되고, 제 1 종방향 센서 신호는 제 1 동작 모드에서 평가되고 제 2 종방향 센서 신호는 제 2 동작 모드에서 평가된다.
실시예 61: 실시예 60에 따른 방법으로서, 제 1 종방향 센서 신호와 제 2 종방향 센서 신호를 비교함으로써 모호성이 해결된다.
실시예 62: 사용자와 머신 사이에 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-머신 인터페이스로서, 인간-머신 인터페이스는 검출기 시스템과 관련된 실시예 53 내지 실시예 55 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함하고, 적어도 하나의 비콘 장치는 사용자에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 부착되거나 사용자에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 거치되도록 구성되며, 인간-머신 인터페이스는 검출기 시스템에 의해 사용자의 적어도 하나의 위치를 결정하도록 설계되고, 인간-머신 인터페이스는 적어도 하나의 정보 항목을 위치에 할당하도록 설계된다.
실시예 63: 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치로서, 실시예 62에 따른 적어도 하나의 인간-머신 인터페이스를 포함하고, 엔터테인먼트 장치는 인간-머신 인터페이스에 의해 플레이어가 적어도 하나의 정보 항목을 입력할 수 있도록 설계되며, 엔터테인먼트 장치는 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 설계된다.
실시예 64: 적어도 하나의 이동 가능한 물체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템으로서, 추적 시스템은 검출기 시스템과 관련된 실시예 53 내지 실시예 55 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템을 포함하고, 추적 시스템은 적어도 하나의 트랙 제어기를 더 포함하며, 트랙 제어기는 특정 시점에 물체의 일련의 위치를 추적하도록 구성된다.
실시예 65: 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위한 스캐닝 시스템으로서, 스캐닝 시스템은 검출기와 관련된 실시예 1 내지 실시예 52 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 물체의 적어도 하나의 표면 상에 위치한 적어도 하나의 점의 조명을 위해 구성된 적어도 하나의 광 빔을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 조명원을 더 포함하며, 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 검출기를 사용하여 적어도 하나의 점과 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
실시예 66: 실시예 64에 따른 적어도 하나의 추적 시스템 및 실시예 65에 따른 적어도 하나의 스캐닝 시스템을 포함하는 입체 시스템으로서, 추적 시스템 및 스캐닝 시스템은, 입체 시스템의 광축에 평행한 배향으로 정렬되고 입체 시스템의 광축에 수직인 배향에서 개별적인 변위를 나타내는 방식으로 콜리메이트 배열로 위치하는 적어도 하나의 종방향 광학 센서를 각각 포함한다.
실시예 67: 적어도 하나의 물체를 이미지화하기 위한 카메라로서, 카메라는 검출기에 관련된 실시예 1 내지 실시예 52 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다.
실시예 68: 실시예 1 내지 실시예 52 중 어느 하나에 따른 검출기의 용도로서, 용도는, 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 용도; 보안 용도; 감시 용도; 안전 용도; 인간-머신 인터페이스 용도; 추적 용도; 사진촬영 용도; 적어도 하나의 TOF(time of flight) 검출기와의 조합 용도; 구조화된 광원과의 조합 용도; 스테레오 카메라와의 조합 용도; 머신 비전 용도; 로보틱스 용도; 품질 제어 용도; 제조 용도; 구조화된 조명원과의 조합 용도; 스테레오 카메라와의 조합 용도로 구성된 그룹 중에서 선택될 수 있다.
본 발명의 추가적인 선택적 세부 사항 및 특징은 종속항과 함께 이어지는 바람직한 실시예에 관한 설명으로부터 명백하다. 이러한 맥락에서, 특정 특징들은 단독으로 또는 여러 가지 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명은 예시적인 실시예들로 제한되지 않는다. 예시적인 실시예들은 도면들에 개략적으로 도시된다. 각 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 기능을 갖는 동일한 요소 또는 요소들, 또는 그 기능과 관련하여 서로에 대응하는 요소들을 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 검출기의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 2는 도 1의 검출기의 예시적인 개략적인 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 적어도 하나의 물체의 광학적 검출을 위한 방법의 예시적인 개략적인 구성을 도시한다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 종방향 센서 신호의 파장에 대한 의존성을 보여주는 실험 결과를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 검출기, 검출기 시스템, 인간-머신 인터페이스, 엔터테인먼트 장치 및 추적 시스템의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 검출기의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 2는 도 1의 검출기의 예시적인 개략적인 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 적어도 하나의 물체의 광학적 검출을 위한 방법의 예시적인 개략적인 구성을 도시한다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 종방향 센서 신호의 파장에 대한 의존성을 보여주는 실험 결과를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 검출기, 검출기 시스템, 인간-머신 인터페이스, 엔터테인먼트 장치 및 추적 시스템의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 1은 적어도 하나의 물체(112)의 위치를 결정하기 위한, 본 발명에 따른 광 검출기(110)의 예시적인 실시예를 매우 개략적인 방식으로 도시한다. 그러나, 다른 실시예가 가능하다. 광 검출기(110)는 이 특정 실시예에서 검출기(110)의 광축(116)을 따라 배치된 적어도 하나의 종방향 광학 센서(114)를 포함한다. 특히, 광축(116)은 광학 센서(114)의 구조의 대칭 및/또는 회전의 축일 수 있다. 광학 센서(114)는 검출기(110)의 하우징(118) 내에 위치할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 전달 장치(120), 바람직하게는 굴절 렌즈(122)가 포함될 수 있다. 하우징(118) 내의 개구부(124)는 광축(116)에 대하여 동심으로 위치될 수 있고, 바람직하게는 검출기(110)의 시야 방향(126)을 한정한다. 광축(116)에 평행한 방향 또는 역평행한 방향은 종방향으로 정의되는 반면, 광축(116)에 수직인 방향은 횡방향으로 정의될 수 있는 좌표계(128)가 정의될 수 있다. 도 1에 상징적으로 도시된 좌표계(128)에서, 종방향은 z로 표시되고 횡방향은 x 및 y로 각각 표시된다. 그러나, 다른 유형의 좌표계(128)가 실행 가능하다.
또한, 종방향 광학 센서(114)는 광 빔(132)에 의한 센서 영역(130)의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 따라서, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, FiP 효과에 따라 종방향 센서 신호는 조명의 총 전력이 동일한 경우 각각의 센서 영역(130)에서 광 빔(132)의 빔 단면에 의존한다.
본 발명에 따르면, 센서 영역(130)은 적어도 하나의 광 전도성 물질, 특히 비결정질 규소, 비결정질 규소를 포함하는 합금 또는 미세결정질 규소를 포함할 수 있다. 센서 영역(130)에서의 광 전도성 물질(134)의 사용의 결과로서, 조명의 총 전력이 동일한 경우, 센서 영역(130)의 전기 전도성은 센서 영역(130)의 광 빔(132)의 빔 단면에 의존할 수 있다. 결과적으로, 광 빔(132)에 의한 충돌 시 종방향 광학 센서(114)에 의해 제공되는 바와 같은 결과적인 종방향 센서 신호는 센서 영역(130) 내의 광전도성 물질(134)의 전기 전도성에 의존할 수 있고, 따라서, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면을 결정하도록 허용한다. 종방향 신호 리드(136)를 통해, 종방향 센서 신호는 이하에서 더 상세히 설명될 평가 장치(138)에 전송될 수 있다. 바람직하게는, 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130)은 물체(112)로부터 검출기(110)로 이동하는 광 빔(132)에 대해 투명하거나 반투명할 수 있다. 그러나, 이러한 특징은 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역이 불투명할 수도 있기 때문에 요구되지 않을 수도 있다.
종방향 센서 신호는 종방향 광학 센서(114)의 적어도 하나의 특성에 또한 의지한다. 종방향 광학 센서(114)의 특성은 조정 가능하다. 검출기는 적어도 하나의 외부 영향 및/또는 적어도 하나의 내부 영향을 가하도록 구성된 적어도 하나의 스위칭 장치(140)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 장치(140)는 평가 장치(138)의 일부일 수 있다. 종방향 광학 센서(114)의 특성은 전기적 및/또는 광학적으로 조정 가능할 수 있다. 종방향 광학 센서(114)의 특성은 바이어싱 장치(140)에 의해 전기적으로 조정될 수 있다.
평가 장치(138)는 일반적으로 종방향 광학 센서(114)의 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다. 이러한 목적을 위해, 평가 장치(138)는 종방향 평가 유닛(142)("z"로 표시됨)에 의해 상징적으로 표시되는 센서 신호를 평가하기 위해 하나 이상의 전자 장치 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 구성요소를 포함할 수 있다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 평가 장치(138)는 종방향 광학 센서(114)의 하나 이상의 종방향 센서 신호를 비교함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 결정하도록 구성될 수 있다.
종방향 광학 센서(114)는 적어도 2개의 동작 모드에서 동작할 수 있다. 동작 모드는 종방향 광학 센서(114)의 조정 가능한 특성에 의존할 수 있다. 광 빔(132)이 종방향 광학 센서(114)에 충돌하는 경우, 제 1 동작 모드의 종방향 광학 센서(114)는 제 2 동작 모드에서 생성된 종방향 센서 신호와 비교하여 상이한 종방향 센서 신호를 생성할 수 있다. 종방향 광학 센서(114)는 적어도 2개의 동작 모드에서 적어도 하나의 물체의 광학적 검출을 위해 구성될 수 있다. 검출기(110)는 종방향 광학 센서(114)의 특성을 조정함으로써 동작 모드들 사이에서 스위칭하고/하거나 변경할 수 있도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 스위칭 장치(140)는 종방향 광학 센서(114)의 적어도 2개의 동작 모드 사이에서 스위칭하도록 구성될 수 있다. 스위칭 장치(140)는 FiP-기반 검출기의 동작 상태들 사이에서, 특히 FiP가 FiP-기반 검출을 수행하도록 구성될 수 있는 동작 상태와, 종방향 센서 신호가 적어도 하나의 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면에 본질적으로 독립적인 검출을 수행하도록 FiP 검출기가 구성되는 상태 사이에서 스위칭하도록 구성될 수 있다.
종방향 광학 센서(114)의 특성에 따른 적어도 하나의 양의 동작 모드에서 종 방향 센서 신호의 진폭은 센서 영역(130)에서 광 빔(132)에 의해 생성된 광 스폿의 단면이 감소함에 따라 증가할 수 있다. 광 빔(132)에 의한 조명의 총 전력이 동일한 경우 적어도 하나의 종방향 센서 신호는 적어도 하나의 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130)에서 광 빔(132)의 빔 단면에 의존한다. 양의 동작 모드에서, 총 전력이 동일한 경우, 종방향 센서 신호는 하나 또는 복수의 초점에 대해 및/또는 센서 영역 상에서 또는 센서 영역(130) 내에서 광 스폿의 하나 또는 복수의 특정 크기에 대해 적어도 하나의 현저한 최대값을 나타낼 수 있다.
종방향 광학 센서(114)의 특성에 따른 적어도 하나의 음의 동작 모드에서, 종방향 센서 신호의 진폭은 센서 영역(130)에서 광 빔(132)에 의해 생성된 광 스폿의 단면이 감소함에 따라 감소할 수 있다. 광 빔(132)에 의한 조명의 총 전력이 동일한 경우 적어도 하나의 종방향 센서 신호는 적어도 하나의 종방향 광학 센서의 센서 영역(130)에서 광 빔(132)의 빔 단면에 의존한다. 음의 동작 모드에서, 총 전력이 동일한 경우 종방향 센서 신호는 하나 또는 복수의 초점에 대해 및/또는 센서 영역(130) 상에서 또는 센서 영역(130) 내에서 광 스폿의 하나 또는 복수의 특정 크기에 대해 적어도 하나의 현저한 최소값을 나타낼 수 있다.
종방향 센서(114)의 특성에 따른 적어도 하나의 중립 동작 모드에서, 종방향 센서 신호의 진폭은 센서 영역에서 광 빔(132)에 의해 생성된 광 스폿의 단면의 변화로부터 본질적으로 독립적일 수 있다. 특히, 종방향 센서 신호는 본질적으로 초점에 독립적일 수 있다. 특히, 중립 모드에서 전역적 극값은 관찰되지 않을 수도 있다.
검출기(110)는, 양의 동작 모드; 음의 동작 모드; 및 중립 동작 모드로 구성된 그룹의 적어도 2개의 동작 모드 사이에서 스위칭하고/하거나 변할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 종방향 광학 센서(114)는 양의 동작 모드에 있을 수 있다. 스위칭 장치(140)는 종방향 광학 센서(114)의 동작 모드가, 예를 들어, 음의 동작 모드 또는 중립 동작 모드로 변경되도록 적어도 하나의 영향을 미치도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 종방향 광학 센서(114)는 음의 동작 모드일 수 있다. 스위칭 장치(140)는 종방향 광학 센서(114)의 동작 모드가, 예를 들어, 양의 동작 모드 또는 중립 동작 모드로 변경되도록 적어도 하나의 내부 영향을 가하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 종방향 광학 센서(114)는 중립 동작 모드에 있을 수 있다. 스위칭 장치(140)는 종방향 광학 센서(114)의 동작 모드가, 예를 들어, 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드로 변경되도록 적어도 하나의 영향을 가하도록 구성될 수 있다.
평가 장치(138)는 종방향 광학 센서(114)의 동작 모드를 결정하도록 설계될 수 있다. 평가 장치(138)는 종방향 광학 센서(114)의 동작 모드를 분류하도록 구성될 수 있다. 특히, 평가 장치(138)는 전역적 극한값, 예를 들면, 전역적 최소값 또는 전역적 최대값을 관찰 및/또는 식별하도록 구성될 수 있다. 극값이 관찰되거나 식별되지 않는 경우, 평가 장치(138)는 동작 모드를 중립 동작 모드로 분류할 수 있다. 평가 장치(138)는 종방향 센서 신호의 분석, 특히 종방향 센서 신호의 곡선 분석을 수행하도록 구성될 수 있다.
평가 장치(138)는 종방향 센서 신호의 진폭을 결정하도록 구성될 수 있다. 평가 장치(138)는 종방향 센서 신호를 적어도 2개의 동작 모드에서 순차적으로 또는 동시에 하나 또는 둘 모두를 결정하도록 설계될 수 있다. 따라서, 평가 장치(138)는 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 동시에 평가하도록 구성될 수 있다. 평가 장치(138)는 적어도 2개의 상이한 동작 모드에서 결정된 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 고려함으로써 모호성을 해결하도록 설계될 수 있다. 따라서, 제 1 종방향 센서 신호가 제 1 동작 모드에서 평가될 수 있고 제 2 종방향 센서 신호가 제 2 동작 모드에서 평가될 수 있는 적어도 2개의 종방향 센서 신호가 평가될 수 있다. 평가 장치(138)는 제 1 종방향 센서 신호와 제 2 종방향 종 방향 센서 신호를 비교함으로써 모호성을 해결하도록 구성될 수 있다. 평가 장치(138)는 종방향 센서 신호를 정규화하고 광 빔(132)의 세기에 독립적인 물체(112)의 종방향 위치에 대한 정보를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 종방향 센서 신호 또는 제 2 종방향 센서 신호 중 하나가 기준 신호로서 선택될 수 있다. 예를 들어, 중립 동작 모드에서 평가된 종방향 센서 신호는 기준 신호로서 선택될 수 있다. 예를 들어, 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드에서 평가된 종방향 센서 신호들 중 적어도 하나가 기준 신호로서 선택될 수 있다. 선택된 기준 신호와 다른 종방향 신호를 비교함으로써 모호성이 제거될 수 있다. 종방향 센서 신호는 광 빔(132)의 총 전력 및/또는 세기에 대한 정보를 얻기 위해 및/또는 광 빔(132)의 총 전력 및/또는 총 세기에 대해 종방향 센서 신호 및/또는 물체(112)의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 정규화하기 위해 비교될 수 있다. 예를 들어, 종방향 센서 신호는 선택된 기준 종방향 센서 신호, 특히 중립 동작 모드에서 평가된 종방향 센서 신호에 의한 나눗셈에 의해 정규화됨으로써, 정규화된 종방향 광학 센서 신호를 생성할 수 있고, 정규화된 종방향 광학 센서 신호는 이후에 전술된 공지의 관계를 사용하여 물체의 종방향 정보의 적어도 하나의 항목으로 변형될 수 있다. 따라서, 변형은 광 빔(132)의 총 전력 및/또는 세기에 대해 독립적일 수 있다. 예를 들어, 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드 중 하나에서 평가된 적어도 하나의 종방향 센서 신호는 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드 중 다른 하나에서 평가된 종방향 센서 신호로 나눗셈될 수 있다. 따라서, 나눗셈에 의해 모호성이 제거될 수 있다.
전술한 바와 같이, 광 빔(132)에 의한 충돌 시 종방향 광학 센서(114)에 의해 제공되는 종방향 센서 신호는 센서 영역(130)에서의 광 전도성 물질(134)의 전기 전도도에 의존할 수 있다. 광 전도성 물질(134)의 전기 전도도의 변화를 결정하기 위해, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 종방향 광학 센서(114)를 통해 "광전류"로 명명될 수도 있는 전류를 측정하는 것이 유리할 수 있다. 이 목적을 위해, 검출기는 종방향 광학 센서(114)에 적어도 하나의 바이어스 전압을 인가하도록 구성된 적어도 하나의 바이어싱 장치(143)를 포함할 수 있다. 바이어싱 장치(143)는 바이어스 전압원(144)을 포함할 수 있다. 바이어싱 전압원(144)은 접지(146) 위에 바이어스 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 스위칭 장치(140)는 바이어스 전압을 설정하기 위해 바이어스 전압원(144)에 영향을 가하도록 구성될 수 있다. 종방향 광학 센서(114)의 특성을 상이한 바이어스 전압을 사용함으로써 조정 가능할 수 있다. 종방향 광학 센서(114)는 광 전도 모드로 구동되는 적어도 하나의 광 다이오드(147)를 포함할 수 있고, 광 전도 모드는 광 다이오드를 채용한 전기 회로를 지칭하며, 적어도 하나의 광 다이오드는 역 바이어스된 모드로 포함되고, 광 다이오드의 캐소드는 애노드에 대해 양의 전압으로 구동된다. 종방향 광학 센서(114)의 특성은 광 다이오드(147)에 상이한 바이어스 전압을 인가함으로써 전기적으로 조정 가능할 수 있다. 바이어싱 장치(143)는 종방향 광학 센서(114)의 동작 모드들 사이에서 스위칭하는 것이 가능할 수 있도록 적어도 2개의 상이한 바이어스 전압을 광 다이오드(147)에 인가하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광 다이오드(147)가 바이어스되지 않고 광전지 모드일 수 있도록 0 바이어스가 사용될 수 있다. 이러한 조건하에서, 종방향 광학 센서는 중립 동작 모드에 있을 수 있다. 예를 들어, 광 다이오드(147)에 0이 아닌 바이어스 전압, 구체적으로 역 바이어스가 인가될 수 있는데, 예를 들어, 양의 전압이 캐소드에 인가될 수 있다. 이러한 조건 하에서, 종방향 광학 센서(114)는 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드일 수 있다. 또한, 종방향 광학 센서(114)에 의해 제공되는 종방향 센서 신호는 종방향 평가 유닛(142)에 공급되기 전에 증폭기(148)의 적용에 의해 우선 증폭될 수 있다.
종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130)을 조명하기 위한 광 빔(132)은 발광 물체(112)에 의해 생성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 광 빔(132)은 주변 광원 및/또는 인공 광원, 예컨대, 적어도 하나의 레이저원 및/또는 적어도 하나의 백열등 및/또는 적어도 하나의 반도체 광원(예를 들어, 적어도 하나의 발광 다이오드, 특히 유기 및/또는 무기 발광 다이오드)을 포함할 수 있고, 이는 광 빔(132)이, 바람직하게는 광축(116)을 따라 개구부(124)를 통해 광 검출기(110)의 하우징(118)에 진입함으로써, 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130)에 도달하도록 구성될 수 있는 방식으로 조명원(150)에 의해 생성된 광의 적어도 일부분을 반사할 수 있는 물체(112)를 조명하도록 구성된다.
특정 실시예에서, 조명원(150)은 변조된 광원(152) 일 수 있고, 조명원(150)의 하나 이상의 변조 특성은 적어도 하나의 선택적인 변조 장치(154)에 의해 제어될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 변조는 조명원(150)과 물체(112) 사이 및/또는 물체(112)와 종방향 광학 센서(114) 사이의 빔 경로에서 수행될 수 있다. 다른 가능성이 고려될 수 있다. 이러한 특정 실시예에서, 물체(112)의 위치에 대한적어도 하나의 정보 항목을 결정하기 위해 종방향 광학 센서(114)의 센서 신호를 평가할 때 하나 이상의 변조 특성, 특히 변조 주파수를 고려하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 변조 장치(154)에 의해 제공되는 각각의 특성은 또한 증폭기(148)(이러한 특정 실시예에서 록인 증폭기(156)일 수 있음)에 공급될 수 있다. 스위칭 장치(140)는 방출된 광 빔의 변조 주파수를 설정하기 위해 변조 장치(150)에 영향을 가하도록 구성될 수 있다. 조명원(150)은 상이한 변조 주파수를 갖는 적어도 2개의 광 빔을 방출하도록 구성될 수 있다. 조명원(150)이 2개 이상의 광 빔을 방출할 수 있는 경우, 스위칭 장치(140)는 방출된 광 빔의 변조 주파수를 설정하기 위해 변조 장치(154)에 영향을 가하도록 구성될 수 있다.
조명원(150)은 적어도 2개의 상이한 파장으로 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 조명원(150)은 적어도 하나의 제 1 파장의 광을 방출하는 것과 적어도 하나의 제 2 파장의 광을 방출하는 것 사이에서 스위칭하도록 구성될 수 있다. 조명원(150)은 적어도 2개의 광 빔을 방출하도록 설계될 수 있고, 여기서 제 1 광 빔의 적어도 하나의 특성은 제 2 광 빔의 적어도 하나의 특성과 상이할 수 있으며, 특성은 파장, 변조 주파수로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 상이한 파장을 갖는 적어도 2개의 광 빔을 제공하기 위해, 조명원(150)은 2개의 광원, 특히 2개의 인공 광원, 예를 들어, 상이한 파장의 광을 방출하는 레이저원 및/또는 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 제 1 광 빔 및 제 2 광 빔은 동시에 또는 순차적으로 방출될 수 있다. 대안적으로, 조명원(150)은 상이한 파장을 갖는 광 빔을 생성하도록 구성된 단일 레이저원를 포함할 수 있다. 스위칭 장치(140)는 방출된 광 빔의 파장 및/또는 방출된 적어도 2개의 광 빔의 파장을 설정하기 위해 조명원(150)에 영향을 가하도록 구성될 수 있다. 종방향 광학 센서(114)의 특성은 광 빔(132)의 적어도 하나의 특성에 의해 조정될 수 있다. 여기에서, 광 빔(132)의 적어도 하나의 특성은 파장 및/또는 변조 주파수이다.
일반적으로, 평가 장치(138)는 데이터 처리 장치(158)의 일부일 수 있고/있거나 하나 이상의 데이터 처리 장치(158)를 포함할 수 있다. 평가 장치(138)는 하우징(118) 내에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있고/있거나 종방향 광학 센서(114)에 무선 또는 유선 방식으로 전기적으로 연결된 별도의 장치로서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 평가 장치(138)는 하나 이상의 추가 구성요소, 예컨대, 하나 이상의 제어 유닛 및/또는 하나 이상의 평가 유닛 및/또는 하나 이상의 제어 유닛(도 1에 도시되지 않음)과 같은 하나 이상의 전자 하드웨어 구성요소 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 구성요소를 포함한다.
도 2는 도 1에 도시된 검출기(110)의 예시적인 개략적인 구성을 매우 개략적으로 도시한다. 조명원(150)에 의해 방출된 광 빔(132)은 전달 장치(120)에 의해 포커싱되고 종방향 광학 센서(114)에 충돌할 수 있다. 전술된 바와 같이, 조명원(150)은 적어도 2개의 상이한 파장으로 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 도 2에서, 단순화된 표현을 위해, 예시적인 광 빔(132)이 도시된다. 예를 들어, 상이한 파장을 갖는 적어도 2개의 광 빔을 제공하기 위해, 조명원(150)은 2개의 광원, 특히 2개의 인공 광원, 예를 들어, 상이한 파장으로 광을 방출하는 레이저원 및/또는 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 조명원(150)은 적어도 제 1 광원(160) 및 적어도 제 2 광원(162)을 포함할 수 있다. 조명원(150)은 광이 조명원(150)을 빠져나갈 수 있는 적어도 하나의 애퍼처(164)를 포함할 수 있다. 제 1 광 빔 및 제 2 광 빔은 동시에 또는 순차적으로 방출될 수 있다. 대안적으로, 조명원(150)은 상이한 파장을 갖는 광 빔을 생성하도록 구성된 단일 레이저원을 포함할 수 있다. 스위칭 장치(l40)는 방출된 광 빔의 파장 및/또는 방출된 적어도 2개의 광 빔의 파장을 설정하기 위해 조명원(150)에 영향을 가하도록 구성될 수 있다. 제 1 광 빔을 제공하는 제 1 광원(160)은 스위치 온 상태를 유지할 수 있고, 제 2 광원(162)은 제 2 광 빔을 제공할 수 있다. 제 1 광 빔은 제 1 파장을 가질 수 있고 제 2 광 빔은 제 2 파장을 가질 수 있으며, 종방향 광학 센서(114)의 특성은 제 1 광 빔 및 제 2 광 빔을 갖는 조명에 의해 조정, 특히 변화될 수 있다. 제 1 광 빔에 의한 조명은 종방향 광학 센서(114)가 중립 동작 모드, 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드 중 하나가 되도록 종방향 광학 센서(114)의 특성을 조정하게 할 수 있다. 제 2 광 빔에 의한 조명은 종방향 광학 센서가 제 1 광 빔에 의한 조명 동안 동작 모드와 상이한 다른 동작 모드에 있을 수 있도록 종방향 광학 센서(114)의 특성을 조정하게 할 수 있다. 적어도 2개의 파장 사이에서 스위칭함으로써, 종방향 광학 센서(114)가 적어도 2개의 동작 모드에서 동작할 수 있도록 종방향 광학 센서의 특성이 조정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 평가 장치(138)는 적어도 2개의 상이한 동작 모드에서 결정된 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 고려함으로써 모호성을 해결하도록 설계될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 적어도 하나의 물체(112)의 광학적 검출을 위한 방법의 예시적인 개략적인 구성을 도시한다. 이 방법에서, 검출기(110)가 사용될 수 있다. 여전히, 다른 유형의 검출기가 사용될 수도 있다. 도 2에 도시된 예시적인 실시예에서, 방법 단계들은 다음과 같을 수 있다. 먼저, 종방향 광학 센서(114)의 적어도 하나의 특성이 참조 번호(166)로 표시된 바와 같이 조정될 수 있다. 예를 들어, 특성은 바이어스 전압을 설정함으로써 전기적으로 조정될 수 있고/있거나 적어도 하나의 광 빔의 특성을 설정함으로써 특성이 조정될 수 있다. 종방향 광학 센서(114)의 특성은 사용자에 의해 및/또는 외부 영향에 의해 조정될 수 있다. 그 다음, 참조 번호(168)로 표시된 다음 단계에서, 적어도 제 1 종방향 센서 신호가 적어도 하나의 종방향 광학 센서(114)를 사용함으로써 생성될 수 있고, 종방향 센서 신호는 광 빔(132)에 의한 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130)의 조명에 의존하며, 조명의 총 전력이 동일한 경우 종방향 센서 신호는 센서 영역(130)에서 광 빔(132)의 빔 단면에 의존하고, 종방향 센서 신호는 또한 종방향 광학 센서(114)의 적어도 하나의 특성에 의존한다. 후속하여 또는 동시에, 종방향 광학 센서(114)의 특성은, 참조 번호(170)로 표시된 바와 같이, 예를 들어, 바이어스 전압을 상이한 값으로 설정함으로써 및/또는 단일 광 빔의 특성을 상이한 값으로 설정함으로써, 및/또는 2개의 광 빔을 사용한다면, 제 1 광 빔의 특성과 비교하여 제 2 광 빔의 특성을 상이한 값으로 설정함으로써, 새롭게 조정될 수 있다. 단계(168)에 이어서 또는 동시에 수행될 수 있는 참조 번호(172)로 표시된 다음 단계에서, 적어도 하나의 종방향 광학 센서(114)를 사용하여 적어도 제 2 종방향 센서 신호가 생성될 수 있다. 제 1 종방향 센서 신호는 종방향 광학 센서의 제 1 동작 모드, 예컨대, 중립 동작 모드, 양의 동작 모드 및 음의 동작 모드로 구성된 그룹으로부터 선택된 동작 모드에서 생성될 수 있다. 제 2 종방향 센서 신호는 제 1 종방향 센서 신호와 같은 종방향 광학 센서의 다른 동작 모드에서 생성될 수 있다. 적어도 2개의 상이한 동작 모드에서 결정된 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 고려함으로써 모호성이 해결될 수 있다.
참조 번호(174)로 표시되는, 종방향 센서 신호 둘 모두는 평가 장치(138)를 사용하여 평가될 수 있고, 물체(112)의 종방향 위치에 관한 정보의 적어도 하나의 항목이 생성될 수 있다. 종방향 광학 센서 신호는 명확하게 평가될 수 있다. 적어도 2개의 종방향 센서 신호는 동시에 평가될 수 있다. 제 1 종방향 센서 신호와 제 2 종방향 센서 신호를 비교함으로써 모호성이 해결될 수 있다. 이 방법은 비교 단계를 더 포함할 수 있고, 여기서 제 1 종방향 센서 신호와 제 2 종방향 센서 신호가 비교된다. 예를 들어, 비교 단계에서, 종방향 센서 신호는 정규화되어 광 빔(132)의 세기와 무관하게 물체(112)의 종방향 위치에 대한 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 종방향 센서 신호 또는 제 2 종방향 센서 신호 중 하나가 참조 신호로 선택될 수 있다. 예를 들어, 중립 동작 모드에서 평가된 종방향 센서 신호가 기준 신호로서 선택될 수 있다. 예를 들어, 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드에서 평가된 종방향 센서 신호들 중 적어도 하나가 기준 신호로서 선택될 수 있다. 선택된 기준 신호와 다른 종방향 신호를 비교함으로써 모호성이 제거될 수 있다. 종방향 센서 신호는 광 빔의 총 전력 및/또는 강도에 관한 정보를 얻기 위해 및/또는 광 빔의 총 전력 및/또는 총 강도에 대해 종방향 센서 신호 및/또는 물체의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 정규화하기 위해 비교될 수 있다. 예를 들어, 종방향 센서 신호는 선택된 기준 종방향 센서 신호, 특히 중립 동작 모드에서 평가된 종방향 센서 신호에 의한 나눗셈에 의해 정규화될 수 있고, 이로써 정규화된 종방향 광학 센서 신호를 생성하며, 이는 그 이후 전술된 공지의 관계를 사용하여 물체에 대한 적어도 하나의 종방향 정보 항목으로 변환될 수 있다. 따라서, 변환은 광 빔(132)의 총 전력 및/또는 세기에 대해 독립적일 수 있다. 예를 들어, 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드 중 하나에서 평가된 적어도 하나의 종방향 센서 신호는 양의 동작 모드 또는 음의 동작 모드 중 다른 하나에서 평가된 종방향 센서 신호에 의해 나눗셈 될 수 있다. 따라서, 나눗셈에 의해 모호성이 제거될 수 있다.
방법은 종방향 광학 센서(114)의 동작 모드를 결정 및/또는 분류하는 단계를 더 포함할 수 있다. 따라서, 방법은 종방향 신호가 분석될 수 있는 분석 단계를 포함할 수 있다. 특히, 곡선 특성 및 진행이 결정될 수 있고, 더 구체적으로는 전역적 극값, 예를 들어, 전역적 최소값 또는 전역적 최대값이 결정될 수 있다. 극값이 관찰되거나 식별되지 않는 경우, 동작 모드는 중립 동작 모드로 분류될 수 있다. 예를 들어, 종방향 센서 신호의 진폭이 결정될 수 있다.
도 4(a) 및 도 4(b)는 종방향 센서 신호의 파장 의존성을 보여주는 실험 결과를 도시한다. 종방향 광학 센서(114)는 50mm의 거리로 전달 장치(120)의 전방에 위치된다. 두 도면에서 mm 단위의 거리 dz에서 nA 단위의 종방향 센서 신호 I에 대한 의존성이 도시된다.
도 4(a)에서, 조명원은 367mA의 전류로 구동될 수 있고 405nm의 파장을 갖는 광 빔을 방출할 수 있다. 이러한 특정 실험에서, 조명원(150)은 변조 장치(154)를 사용함으로써 상이한 변조 주파수로 변조된다. 측정 곡선(176, 178 및 180)에 있어서, 광 빔의 주파수는 각각 27Hz, 375Hz 및 2177Hz가 된다. 결과적으로, 측정 곡선(176)은 음의 FiP 효과를 나타내지만, 측정 곡선(180)은 본질적인 평편한 곡선 형상을 나타내며, 따라서 본질적으로 초점에 독립적이다. 따라서, 고주파수와 조합된 파장 405nm, 특히 곡선(180)이 기준으로 선택될 수 있다.
도 4(b)에서, 조명원은 367mA의 전류로 구동될 수 있고 530nm의 파장을 갖는 광 빔을 방출할 수 있다. 이 특정 실험에서, 조명원(150)은 변조 장치(154)를 사용함으로써 상이한 변조 주파수로 변조된다. 측정 곡선(182, 184 및 186)에 대하여, 광 빔의 주파수는 각각 27Hz, 375Hz 및 2177Hz가 될 수 있다. 결과적으로, 측정 곡선(182, 184 및 186)은 양의 FiP 효과를 나타낸다.
따라서, 제 1 파장은 제 2 파장에 비해 짧은 파장일 수 있다. 특히, 제 1 파장은 가시 스펙트럼 범위, 바람직하게는 380 내지 450nm의 범위, 더 바람직하게는 390 내지 420nm의 범위, 가장 바람직하게는 400 내지 410nm의 범위일 수 있다. 예를 들어, 제 2 파장은 또한 가시 스펙트럼 범위, 바람직하게는 500 내지 560nm, 더 바람직하게는 510 내지 550nm, 가장 바람직하게는 520 내지 540nm의 범위에 있을 수 있다.
일례로, 도 5는 도 1 내지 도 2에 도시된 실시예들 중 하나 이상에 개시된 광 검출기(110)와 같은 적어도 하나의 광 검출기(110)를 포함하는 검출기 시스템(188)의 예시적인 실시예를 도시한다. 본원에서, 광 검출기(110)는 특히 디지털 비디오 클립과 같은 이미지 및/또는 이미지 시퀀스를 획득하기 위해 행해질 수 있는 3D 이미지화를 위한 카메라(190)로서 구현될 수도 있다. 또한, 도 5는 적어도 하나의 검출기(110) 및/또는 적어도 하나의 검출기 시스템(188)을 포함하는 인간-머신 인터페이스(192)에 관한 예시적인 실시예, 및 인간-머신 인터페이스(192)를 포함하는 엔터테인먼트 장치(194)의 예시적인 실시예를 또한 도시한다. 도 5는 또한 적어도 하나의 물체(112)의 위치를 추적하도록 구성된 추적 시스템(196)을 포함하고, 이는 검출기(110) 및/또는 검출기 시스템(188)을 포함한다.
광 검출기(110) 및 검출기 시스템(188)과 관련하여, 본 출원의 전체 내용을 참조할 수 있다. 기본적으로, 검출기(110)의 모든 잠재적인 실시예는 또한 도 5에 도시된 실시예에서 구체화될 수 있다. 평가 장치(138)는 적어도 하나의 종방향 광학 센서(114), 특히 신호 리드(136)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 2개 또는 바람직하게는 3개의 종방향 광학 센서(114)가 사용될 수 있다. 평가 장치(138)는 특히 신호 리드들(136)에 의해 적어도 하나의 선택적인 횡방향 광학 센서(198)에 추가로 연결될 수 있다. 예를 들어, 신호 리드들(136) 및/또는 무선 인터페이스 및/또는 유선 인터페이스일 수 있는 하나 이상의 인터페이스가 제공될 수 있다. 또한, 신호 리드(136)는 센서 신호를 생성하고/하거나 센서 신호를 수정하기 위한 하나 이상의 드라이버 및/또는 하나 이상의 측정 장치를 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 전달 장치(120)가, 특히 굴절 렌즈(122) 또는 볼록 거울로서 제공될 수 있다. 광학 검출기(110)는, 일례로, 하나 이상의 구성요소(114, 198)를 수용할 수 있는 적어도 하나의 하우징(118)을 더 포함할 수 있다.
또한, 평가 장치(138)는 광학 센서(114, 198) 및/또는 광 검출기(110)의 다른 구성요소에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 평가 장치(138)는 또한 하우징(118) 및/또는 별도의 하우징 내에 둘러싸일 수 있다. 평가 장치(138)는 종방향 평가 유닛(142)("z"로 표시됨) 및 횡방향 평가 유닛(200)("xy"로 표시됨)에 의해 상징적으로 표시되는 센서 신호를 평가하기 위해 하나 이상의 전자 장치 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 구성요소를 포함할 수 있다. 이들 에볼루션 유닛(142, 200)에 의해 도출된 결과를 조합함으로써, 바람직하게는 3차원 위치 정보가 생성될 수 있다("x, y, z"로 표시됨).
도 1에 따른 실시예와 유사하게, 접지(146) 위에 바이어스 전압을 제공하도록 구성된 바이어스 전압원(144)이 제공될 수 있다. 또한, 종방향 광학 센서(114)에 의해 제공되는 종방향 센서 신호는 종방향 평가 유닛(142)에 공급되기 전에 증폭기(148)에 의해 우선 증폭될 수 있다.
또한, 광 검출기(110) 및/또는 검출기 시스템(188)은 다양한 방식으로 구성될 수 있는 이미지화 장치(204)를 포함할 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 이미지화 장치(204)는, 예를 들어, 검출기 하우징(118) 내의 검출기(110)의 일부일 수 있다. 본원에서, 이미지화 장치 신호는 하나 이상의 이미지화 장치 신호 리드(136)에 의해 평가 장치(138)로 전송될 수 있다. 대안적으로, 이미지화 장치(204)는 검출기 하우징(118) 외부에 개별적으로 위치될 수 있다. 이미지화 장치(204)는 완전히 또는 부분적으로 투명하거나 불투명할 수 있다. 이미지화 장치(204)는 유기 이미지화 장치 또는 무기 영상 이미지화 장치일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 이미지화 장치(204)는 적어도 하나의 픽셀 매트릭스를 포함할 수 있고, 픽셀 매트릭스는 CCD 칩 및/또는 CMOS 칩과 같은 무기 반도체 센서 장치; 유기 반도체 센서 장치로 구성된 그룹으로부터 특히 선택될 수 있다.
도 5에 도시된 예시적인 실시예에서, 일례로, 검출될 물체(112)는 스포츠 장비의 제품으로서 설계될 수 있고/있거나, 제어 소자(206)를 형성할 수 있고, 그 위치 및/또는 방향은 사용자(208)에 의해 조작될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 도 5에 도시된 실시예에서 또는 검출기 시스템(188), 인간-머신 인터페이스(192), 엔터테인먼트 장치(194), 또는 추적 시스템(196)의 임의의 다른 실시예에서, 물체(112) 자체는 명명된 장치들의 일부일 수 있고, 구체적으로, 적어도 하나의 제어 소자(206)를 포함할 수 있으며, 구체적으로, 적어도 하나의 제어 소자(206)는 하나 이상의 비콘 장치(210)를 갖고, 제어 소자(206)의 위치 및/또는 방향은 바람직하게는 사용자(208)에 의해 조작될 수 있다. 일례로, 물체(112)는 배트, 라켓, 클럽 또는 스포츠 장비 및/또는 페이크 스포츠 장비의 임의의 다른 물품 중 하나 이상이거나 포함할 수 있다. 다른 유형의 물체(112)가 가능하다. 또한, 사용자(208)는 위치가 검출되어야 하는 물체(112)로 고려될 수도 있다. 일례로, 사용자(208)는 자신의 신체에 직접적으로 또는 간접적으로 부착된 하나 이상의 비콘 장치(210)를 휴대할 수 있다.
광 검출기(110)는 비콘 장치들(210) 중 하나 이상의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 항목, 및 선택적으로, 그 횡방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목, 및/또는 물체(112)의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목 및 선택적으로 물체(112)의 횡방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 결정하도록 구 성될 수 있다. 특히, 광 검출기(110)는 컬러를 식별하고/하거나 물체(112), 예컨대, 물체(112)의 상이한 컬러, 특히, 상이한 컬러를 포함할 수도 있는 비콘 장치들(210)의 컬러를 이미지화하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 검출기(110)의 광축(116)에 대해 동심으로 위치될 수 있는 하우징(118) 내의 개구부(124)가 광 검출기(110)의 시야 방향(126)을 정의할 수 있다.
광 검출기(110)는 적어도 하나의 물체(112)의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 광 검출기(110), 특히 카메라(190)를 포함하는 실시예는 물체(112)의 적어도 하나의 이미지, 바람직하게는 3D 이미지를 획득하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 광학 검출기(110) 및/또는 검출기 시스템(188)을 사용함으로써 물체(112) 및/또는 그의 일부분의 위치를 결정하는 것은 머신(212)에 적어도 하나의 정보 항목을 제공하기 위해 인간-머신 인터페이스(192)를 제공하는데 사용될 수 있다. 도 5에 개략적으로 도시된 실시예에서, 머신(212)는 적어도 하나의 컴퓨터 및/또는 데이터 처리 장치(158)를 포함하는 컴퓨터 시스템일 수 있거나 포함할 수 있다. 다른 실시예가 가능하다. 평가 장치(138)는 컴퓨터 일 수 있고/있거나 컴퓨터를 포함할 수 있고/있거나 별개의 장치로서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있고/있거나 머신(212), 특히 컴퓨터에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 평가 장치(138) 및/또는 머신(212)의 일부를 완전히 또는 부분적으로 형성할 수 있는 추적 시스템(196)의 트랙 제어기(214)에 대해서도 마찬가지이다.
마찬가지로, 인간-머신 인터페이스(192)는 엔터테인먼트 장치(194)의 일부를 형성할 수 있다. 따라서, 물체(112)로서 기능하는 사용자(208)에 의해 및/또는 물체(112)를 취급하는 사용자(208) 및/또는 물체(112)로서 기능하는 제어 소자(206)에 의해, 사용자(208)는 적어도 하나의 제어 명령과 같은 적어도 하나의 정보 항목을 머신(212), 특히 컴퓨터에 입력함으로써, 컴퓨터 게임의 코스를 제어하는 것과 같이 엔터테인먼트 기능을 변화시킬 수 있다.
도 5는 적어도 하나의 물체(112)의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위한 스캐닝 시스템(216)의 예시적인 실시예를 또한 도시한다. 스캐닝 시스템(216)은 적어도 하나의 검출기(110)를 포함하고, 적어도 하나의 물체(112)의 적어도 하나의 표면에 위치한 적어도 하나의 점(예를 들어, 비콘 장치들(210)의 위치들 중 하나 이상에 위치한 점)의 조명에 대해 구성된 적어도 하나의 광 빔(132)을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 조명원(150)을 더 포함한다. 스캐닝 시스템(216)은 적어도 하나의 검출기(110)를 사용함으로써, 적어도 하나의 점과 스캐닝 시스템(216), 특히 검출기(110) 사이의 거리에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
110: 검출기
112: 물체
114: 종방향 광학 센서
116: 광축
118: 하우징
120: 전달 장치
122: 굴절 렌즈
124: 개구부
126: 시야 방향
128: 좌표계
130: 센서 영역
132: 광 빔
134: 광전도성 물질
136: 신호 리드
138: 평가 장치
140: 스위칭 장치
142: 종방향 평가 유닛
143: 바이어싱 장치
144: 바이어스 전압원
146: 접지
147: 광 다이오드
148: 증폭기
150: 조명원
152: 변조된 조명원
154: 변조 장치
156: 록인 증폭기
158: 데이터 처리 장치
160: 제 1 광원
162: 제 2 광원
162: 애퍼처
166: 조정
168: 다음 단계
170: 조정
172: 다음 단계
174: 평가
176: 측정 곡선
178: 측정 곡선
180: 측정 곡선
182: 측정 곡선
184: 측정 곡선
186: 측정 곡선
188: 검출기 시스템
190: 카메라
192: 인간-머신 인터페이스
194: 엔터테인먼트 장치
196: 추적 시스템
198: 횡방향 광 검출기
200: 횡방향 평가 유닛
202: 위치 정보
204: 이미지화 장치
206: 제어 소자
208: 사용자
210: 비콘 장치
212: 머신
214: 트랙 제어기
216: 스캐닝 시스템
112: 물체
114: 종방향 광학 센서
116: 광축
118: 하우징
120: 전달 장치
122: 굴절 렌즈
124: 개구부
126: 시야 방향
128: 좌표계
130: 센서 영역
132: 광 빔
134: 광전도성 물질
136: 신호 리드
138: 평가 장치
140: 스위칭 장치
142: 종방향 평가 유닛
143: 바이어싱 장치
144: 바이어스 전압원
146: 접지
147: 광 다이오드
148: 증폭기
150: 조명원
152: 변조된 조명원
154: 변조 장치
156: 록인 증폭기
158: 데이터 처리 장치
160: 제 1 광원
162: 제 2 광원
162: 애퍼처
166: 조정
168: 다음 단계
170: 조정
172: 다음 단계
174: 평가
176: 측정 곡선
178: 측정 곡선
180: 측정 곡선
182: 측정 곡선
184: 측정 곡선
186: 측정 곡선
188: 검출기 시스템
190: 카메라
192: 인간-머신 인터페이스
194: 엔터테인먼트 장치
196: 추적 시스템
198: 횡방향 광 검출기
200: 횡방향 평가 유닛
202: 위치 정보
204: 이미지화 장치
206: 제어 소자
208: 사용자
210: 비콘 장치
212: 머신
214: 트랙 제어기
216: 스캐닝 시스템
Claims (56)
- 적어도 하나의 물체(112)의 광학적 검출을 위한 검출기(110)로서,
적어도 하나의 종방향 광학 센서(longitudinal optical sensor)(114) - 상기 적어도 하나의 종방향 광학 센서(114)는 적어도 하나의 센서 영역(130)을 갖고, 상기 적어도 하나의 종방향 광학 센서(114)는 광 빔(132)에 의한 상기 센서 영역(130)의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되며, 상기 조명의 총 전력이 동일한 경우, 상기 종방향 센서 신호는 상기 센서 영역(130) 내의 상기 광 빔(132)의 빔 단면에 의존하고, 상기 종방향 센서 신호는 또한 상기 종방향 광학 센서(114)의 적어도 하나의 특성에 의존하며, 상기 종방향 광학 센서(114)의 특성은 조정 가능함 - 와,
적어도 하나의 평가 장치(138) - 상기 평가 장치(138)는 상기 종방향 광학 센서(114)의 상기 종방향 센서 신호를 평가함으로써 상기 물체(112)의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계됨 - 를 포함하는
검출기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 검출기(110)는 적어도 하나의 외부 영향 및/또는 적어도 하나의 내부 영향을 가하도록 구성된 적어도 하나의 스위칭 장치(140)를 포함하는
검출기.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 종방향 광학 센서(114)는 적어도 2개의 동작 모드에서 동작 가능한
검출기.
- 제 3 항에 있어서,
상기 검출기(110)는 상기 종방향 광학 센서(114)의 특성을 조정함으로써 동작 모드 사이에서 스위칭하고/하거나 변경 가능한
검출기.
- 제 4 항에 있어서,
상기 스위칭 장치(140)는 상기 종방향 광학 센서(114)의 적어도 2개의 동작 모드 사이에서 스위칭하도록 구성되는
검출기.
- 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 종방향 광학 센서(114)의 특성에 의존하는 적어도 하나의 양의 동작 모드에서 상기 종방향 센서 신호의 진폭은 상기 센서 영역(130)에 상기 광 빔(132)에 의해 생성되는 광 스폿의 단면이 감소함에 따라 증가하는
검출기.
- 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 종방향 광학 센서(114)의 특성에 의존하는 적어도 하나의 음의 동작 모드에서 상기 종방향 센서 신호의 진폭은 상기 센서 영역(130)에 상기 광 빔(132)에 의해 생성되는 광 스폿의 단면이 감소함에 따라 감소하는
검출기.
- 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 종방향 센서 신호의 특성에 의존하는 적어도 하나의 중립 동작 모드에서, 상기 종방향 센서 신호의 진폭은 상기 센서 영역(130)에 상기 광 빔(132)에 의해 생성되는 광 스폿의 단면의 변화에 본질적으로 독립적인
검출기. - 제 8 항에 있어서,
상기 검출기는, 양의 동작 모드, 음의 동작 모드, 및 중립 동작 모드로 구성된 그룹 중 적어도 2개의 동작 모드 사이에서 스위칭하고/하거나 변경 가능하도록 구성된
검출기.
- 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평가 장치(138)는 상기 종방향 광학 센서(114)의 동작 모드를 결정하도록 설계된
검출기.
- 제 10 항에 있어서,
상기 평가 장치(138)는 적어도 2개의 동작 모드에서 순차적으로 또는 동시에 상기 종방향 센서 신호를 결정하도록 설계된
검출기.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 평가 장치(138)는 적어도 2개의 상이한 동작 모드에서 결정된 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 고려함으로써 모호성을 해결하도록 설계된
검출기.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 종방향 광학 센서(114)의 특성은 전기적 및/또는 광학적으로 조정 가능한
검출기.
- 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출기(110)는 적어도 하나의 바이어싱 장치(143)를 포함하는
검출기.
- 제 14 항에 있어서,
상기 바이어싱 장치(143)는 상기 종방향 광학 센서(114)에 적어도 하나의 바이어스 전압을 인가하도록 구성된
검출기.
- 제 15 항에 있어서,
상기 종방향 광학 센서(114)의 특성은 상이한 바이어스 전압을 사용함으로써 조정 가능한
검출기.
- 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 종방향 광학 센서(110)는 광전도성 모드에서 구동되는 적어도 하나의 광 다이오드(147)를 포함하고, 상기 광전도성 모드는 광 다이오드(147)를 포함하는 전기 회로와 관련되며, 상기 적어도 하나의 광 다이오드(147)는 역 바이어스된 모드에서 포함되고, 상기 광 다이오드(147)의 캐소드는 애노드에 대해 양의 전압으로 구동되는
검출기.
- 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 종방향 광학 센서(114)의 특성은 상기 광 빔(132)의 적어도 하나의 특성에 의해 조정 가능하고, 특히 변경 가능한
검출기.
- 제 18 항에 있어서,
상기 광 빔(132)의 특성은 파장 및/또는 변조 주파수인
검출기.
- 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 조명원(150)을 더 포함하는
검출기.
- 제 20 항에 있어서,
상기 조명원(150)은 적어도 2개의 상이한 파장의 광을 방출하도록 구성된
검출기.
- 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
상기 조명원(150)은 적어도 하나의 제 1 파장의 광을 방출하는 것과 적어도 하나의 제 2 파장의 광을 방출하는 것 사이에서 스위칭하도록 구성된
검출기.
- 제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조명원(150)은 적어도 2개의 광 빔을 방출하도록 설계되고, 제 1 광 빔의 적어도 하나의 특성은 제 2 광 빔의 적어도 하나의 특성과 상이하며, 상기 특성은 적어도 하나의 파장, 적어도 하나의 변조 주파수, 적어도 하나의 광원의 적어도 하나의 크기로 구성되는 그룹으로부터 선택되는
검출기.
- 제 23 항에 있어서,
상기 제 1 광 빔 및 상기 제 2 광 빔은 동시에 또는 순차적으로 방출되는
검출기.
- 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
상기 제 1 광 빔은 제 1 파장을 갖고 상기 제 2 광 빔은 제 2 파장을 가지며, 상기 종방향 광학 센서(114)의 특성은 조정되고, 특히 상기 제 1 광 빔 및 상기 제 2 광 빔에 의한 조명에 의해 변경되는
검출기.
- 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출기(110)는 상기 조명을 변조하기 위한 적어도 하나의 변조 장치(154)를 더 포함하는
검출기.
- 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 빔(132)은 변조된 광 빔인
검출기.
- 제 27 항에 있어서,
상기 검출기(110)는 상이한 변조의 경우에 적어도 2개의 종방향 센서 신호, 특히 각각 상이한 변조 주파수의 적어도 2개의 센서 신호를 검출하도록 설계되고, 상기 평가 장치(138)는 상기 적어도 2개의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 상기 물체(112)의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계되는
검출기.
- 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 종방향 광학 센서(114)는 상기 조명의 총 전력이 동일한 경우에 상기 종방향 센서 신호가 상기 조명의 변조의 변조 주파수에 의존하는 방식으로 또한 설계되는
검출기.
- 제 1 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평가 장치(138)는 상기 종방향 센서 신호를 정규화하고 상기 광 빔(132)의 강도에 독립적인 상기 물체(112)의 종방향 위치에 대한 정보를 생성하도록 구성되는
검출기.
- 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평가 장치(138)는 상기 적어도 하나의 종방향 센서 신호로부터 상기 광 빔(132)의 직경을 결정함으로써 상기 물체(112)의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 구성된
검출기.
- 제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 영역(130)은 전류를 유지할 수 있는 적어도 하나의 물질을 포함하고, 상기 조명의 총 전력이 동일한 경우에 상기 물질의 적어도 하나의 특성은 상기 센서 영역(130) 내의 상기 광 빔(132)의 상기 빔 단면에 의존하고, 상기 종방향 센서 신호는 상기 적어도 하나의 특성에 의존하는
검출기.
- 제 32 항에 있어서,
상기 물질의 적어도 하나의 특성은 상기 물질의 전기 전도도 또는 다른 물질 특성인
검출기. - 제 32 항 또는 제 33 항에 있어서,
상기 전류를 유지할 수 있는 물질은 비결정질 규소, 비결정질 규소를 포함하는 합금, 미세결정질 규소 또는 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 중 하나 이상을 포함하는
검출기.
- 제 34 항에 있어서,
상기 비결정질 규소를 포함하는 합금은 규소 및 탄소를 포함하는 비결정질 합금이거나 규소 및 게르마늄을 포함하는 비결정질 합금인
검출기.
- 제 34 항 또는 제 35 항에 있어서,
상기 비결정질 규소는 수소를 사용하여 부동태화되는(passivated)
검출기.
- 제 34 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 종방향 광학 센서(114)는 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 제 2 전극, 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치한 상기 비결정질 규소, 상기 비결정질 규소를 포함하는 합금, 또는 상기 미세결정질 규소를 포함하는 광 검출기이고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 적어도 하나는 투명 전극인
검출기.
- 제 1 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 횡방향 광학 센서(transversal optical sensor)(198)를 더 포함하고, 상기 횡방향 광학 센서(198)는 상기 물체(112)로부터 상기 검출기(110)로 이동하는 상기 광 빔의 횡방향 위치를 결정하도록 구성되며, 상기 횡방향 위치는 상기 검출기(110)의 광축(116)에 수직인 적어도 하나의 차원에서의 위치이고, 상기 횡방향 광학 센서(198)는 적어도 하나의 횡방향 센서 신호를 생성하도록 구성되며, 상기 평가 장치(138)는 또한 상기 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 상기 물체(112)의 횡방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계되는
검출기.
- 제 1 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출기(110)는 광학 렌즈, 특히 볼록 또는 양면이 볼록한 얇은 렌즈, 및/또는 공통 광축을 따라 추가로 배열되는 하나 이상의 볼록 거울과 같은 얇은 굴절 렌즈를 특히 포함하는 하나 이상의 굴절 렌즈(122)와 같은 적어도 하나의 전달 장치(120)를 포함하는
검출기.
- 제 1 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출기(110)는 적어도 하나의 이미지화 장치(204)를 포함하는
검출기.
- 적어도 하나의 물체(112)의 위치를 결정하기 위한 검출기 시스템(188)으로서,
상기 검출기 시스템(188)은 제 1 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기(110)를 포함하고, 상기 검출기 시스템(188)은 적어도 하나의 광 빔을 검출기 쪽으로 조향하도록 구성된 적어도 하나의 비콘 장치(210)를 더 포함하며, 상기 비콘 장치(210)는 상기 물체(112)에 부착하거나, 상기 물체(112)에 거치하거나, 상기 물체(112)에 통합하는 것 중 적어도 하나가 가능한
검출기 시스템.
- 제 41 항에 있어서,
상기 검출기 시스템(188)은 적어도 2개의 비콘 장치(210)를 포함하고, 제 1 비콘 장치에 의해 방출된 광 빔의 적어도 하나의 특성은 제 2 비콘 장치에 의해 방출된 광 빔의 적어도 하나의 특성과 상이한
검출기 시스템.
- 제 41 항 또는 제 42 항에 있어서,
상기 제 1 비콘 장치의 광 빔 및 상기 제 2 비콘 장치의 광 빔은 동시에 또는 순차적으로 방출되는
검출기 시스템.
- 적어도 하나의 물체(112)의 광학적 검출을 위한 방법으로서,
검출기(110)와 관련된 제 1 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 따른 검출기를 특히 사용하고,
상기 방법은,
종방향 광학 센서(114)의 적어도 하나의 특성을 조정하는 단계와,
상기 적어도 하나의 종방향 광학 센서(114)를 사용하여 적어도 하나의 종방향 센서 신호를 생성하는 단계 - 상기 종방향 센서 신호는 광 빔(132)에 의한 상기 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130)의 조명에 의존하고, 상기 종방향 센서 신호는 상기 조명의 총 전력이 동일한 경우에 상기 센서 영역(130) 내의 상기 광 빔(132)의 빔 단면에 의존하며, 상기 종방향 센서 신호는 상기 종방향 광학 센서(114)의 적어도 하나의 특성에 또한 의존함 - 와,
적어도 하나의 평가 장치(138)를 사용하여 상기 종방향 센서 신호를 평가하고 상기 물체(112)의 종방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하는 단계를 포함하는
광학적 검출 방법.
- 제 44 항에 있어서,
상기 종방향 광학 센서(114)의 특성은 사용자(208)에 의해 및/또는 외부 영향에 의해 조정되는
광학적 검출 방법.
- 제 44 항 또는 제 45 항에 있어서,
상기 종방향 광학 센서 신호는 명확하게 평가되는
광학적 검출 방법. - 제 44 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 종방향 광학 센서(114)는 적어도 2개의 동작 모드에서 동작되는
광학적 검출 방법.
- 제 47 항에 있어서,
적어도 2개의 종방향 센서 신호가 평가되되, 제 1 종방향 센서 신호는 제 1 동작 모드에서 평가되고 제 2 종방향 센서 신호는 제 2 동작 모드에서 평가되는
광학적 검출 방법.
- 제 48 항에 있어서,
상기 제 1 종방향 센서 신호와 상기 제 2 종방향 센서 신호를 비교함으로써 모호성이 해결되는
광학적 검출 방법.
- 사용자(208)와 머신(212) 사이에 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-머신 인터페이스(192)로서,
상기 인간-머신 인터페이스(192)는 검출기 시스템(188)과 관련된 제 41 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템(188)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 비콘 장치(210)는 상기 사용자(208)에게 직접적으로 또는 간접적으로 부착되거나 상기 사용자(208)에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 거치되도록 구성되며, 상기 인간-머신 인터페이스(102)는 상기 검출기 시스템(188)에 의해 상기 사용자(208)의 적어도 하나의 위치를 결정하도록 설계되고, 상기 인간-머신 인터페이스(192)는 적어도 하나의 정보 항목을 상기 위치에 할당하도록 설계되는
인간-머신 인터페이스.
- 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치(194)로서,
제 50 항에 따른 적어도 하나의 인간-머신 인터페이스(192)를 포함하고, 상기 엔터테인먼트 장치(194)는 상기 인간-머신 인터페이스(192)에 의해 플레이어가 적어도 하나의 정보 항목을 입력할 수 있도록 설계되며, 상기 엔터테인먼트 장치(194)는 정보에 따라 상기 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 설계되는
엔터테인먼트 장치.
- 적어도 하나의 이동 가능한 물체(112)의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템(196)으로서,
상기 추적 시스템(196)은 검출기 시스템(188)과 관련된 제 41 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기 시스템(188)을 포함하고,
상기 추적 시스템은 적어도 하나의 트랙 제어기(214)를 더 포함하며, 상기 트랙 제어기(214)는 특정 시점에 상기 물체(112)의 일련의 위치를 추적하도록 구성되는
추적 시스템.
- 적어도 하나의 물체(112)의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위한 스캐닝 시스템(216)으로서,
상기 스캐닝 시스템(216)은 검출기(110)와 관련된 제 1 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기(110)를 포함하고, 상기 스캐닝 시스템(216)은 상기 적어도 하나의 물체(112)의 적어도 하나의 표면에 위치한 적어도 하나의 점을 조명하기 위해 구성된 적어도 하나의 광 빔을 방출하도록 구성되며, 상기 스캐닝 시스템(216)은 상기 적어도 하나의 검출기(110)를 사용하여 상기 적어도 하나의 점과 상기 스캐닝 시스템(216) 사이의 거리에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계되는
스캐닝 시스템.
- 제 52 항에 따른 적어도 하나의 추적 시스템(196) 및 제 53 항에 따른 적어도 하나의 스캐닝 시스템(216)을 포함하는 입체 시스템으로서,
상기 추적 시스템(196) 및 상기 스캐닝 시스템(216)은 상기 입체 시스템의 상기 광축에 평행한 배향으로 정렬되고 상기 입체 시스템의 상기 광축에 수직인 배향에서 개별적인 변위를 나타내는 방식으로 콜리메이트 배열(collimated arrangement)로 위치하는 적어도 하나의 종방향 광학 센서(114)를 각각 포함하는
입체 시스템.
- 적어도 하나의 물체(112)를 이미지화하기 위한 카메라(190)로서,
검출기(110)와 관련된 제 1 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 검출기(110)를 포함하는
카메라.
- 검출기(110)와 관련된 제 1 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 따른 검출기(100)의 용도로서,
교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 용도; 보안 용도; 감시 용도; 안전 용도; 인간-머신 인터페이스 용도; 추적 용도; 사진촬영 용도; 적어도 하나의 TOF(time of flight) 검출기와의 조합 용도; 구조화된 광원과의 조합 용도; 스테레오 카메라와의 조합 용도; 머신 비전 용도; 로보틱스 용도; 품질 제어 용도; 제조 용도; 구조화된 조명원과의 조합 용도; 스테레오 카메라와의 조합 용도로 구성된 그룹 중에서 선택될 수 있는
검출기 용도.
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