KR20200002830A - 광 검출기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 검출용 검출기(110)에 관한 것으로, 적어도 하나의 층을 지지하도록 설계된 회로 캐리어(130) - 여기서, 회로 캐리어(130)는 인쇄 회로 기판(132)이거나 또는 이를 포함함 - 와, 회로 캐리어(130)의 파티션 상에 배치되는 반사층(138) - 여기서, 반사층(138)은 입사광빔(120)을 반사하도록 설계되어 적어도 하나의 반사광빔(124)을 생성함 - 과, 반사층(138)에 직접 또는 간접적으로 인접한 기판층(114) - 여기서, 기판층(114)은 입사광빔(120)에 대하여 적어도 부분적으로 투명함 - 과, 기판층(114)상에 배치되는 센서층(122) - 여기서, 센서층(122)은 입사광빔과 반사광빔(124)에 의한 센서층(122)의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계됨 - 과, 센서 신호를 평가함으로써 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된 평가 장치(150), 및 센서층(122)과 접촉하는 2개 이상의 개별 전기 접점(148, 148') - 여기서, 전기 접점(148, 148')은, 센서 신호를 회로 캐리어(130)를 거쳐 평가 장치(150)로 전송하도록 설계됨 - 을 포함한다. 검출기(110)는 특히, 입사광의 손실을 피할 수 있는 투과율, 흡수, 방출 및 반사율 중 적어도 하나의 감지와 관련하여, 특히, 적외선 스펙트럼 범위 내에서 광 방사선을 검출하기 위한 검출기를 구성한다.
Description
본 발명은 광 검출용 검출기에 관한 것으로, 특히, 대상체의 적어도 하나의 광학적으로 생각할 수 있는 특성을 감지하는 것과 관련하여, 적외선 스펙트럼 범위 내의 방사선의 광 검출용 검출기에 관한 것이다. 특히, 검출기는 투과율, 흡수, 방출, 반사율 및/또는 적어도 하나의 대상체의 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 스캐닝 시스템, 추적 시스템, 입체 시스템 및 카메라에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 광 검출기의 제조 방법, 및 광 검출기의 다양한 용도에 관한 것이다. 이러한 장치, 방법 및 용도는, 예를 들어, 일상 생활, 게임, 교통 기술, 공간 매핑, 생산 기술, 보안 기술, 의료 기술 또는 과학 분야의 다양한 영역에서 채용될 수 있다. 그러나 다른 응용도 가능하다.
적외선 스펙트럼 범위에서 감지하도록 설계된 광 검출기(IR 검출기)는, 특히, 투명한 기판상에 배치된 황화 납(PbS)이나 셀렌화 납(PbSe) 광전도체의 박층(thin layer)를 포함한다. 여기서, 고성능을 달성하기 위해, 광전도층은 얇은 층이지만, 특히, 입사광빔의 장파장(long wavelength)에 대해서는 여전히 적어도 부분적으로 투명하다는 것을 증명한다. IR 스펙트럼 범위는 760nm 내지 1,000㎛의 파장으로 구성되기 때문에, 측정 애플리케이션에서 입사광의 큰 파티션이 손실될 수 있다. 따라서, IR 검출기에서의 측정 동안, 이러한 입사광의 손실을 감소시키기 위해, 유리 기판의 후면(backside) 상에 반사성 금 코팅(gold coating)을 배치하는 것이 알려져 있다. 그러나 유리 기판의 후면에 금층(gold layer)을 추가로 배치하기 위해서는, 정교한 제조 단계가 필요하다.
WO 2016/120392 A1은 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된 종 방향 광학 센서(longitudinal optical sensor)를 개시한다. 소위 "FiP 효과"에 따르면, 조명에 동일한 총 전력이 공급되면, 센서 신호는 조명의 기하학적 구조, 특히, 센서 영역의 조명의 빔 단면에 좌우된다. 또한, 센서 신호로부터 적어도 하나의 기하학적 정보 항목, 특히, 조명 및/또는 대상체에 관한 적어도 하나의 기하학적 정보 항목을 생성하도록 지정된 적어도 하나의 평가 장치를 구비하는 광 검출기가 개시된다. 여기에서, 종 방향 광학 센서의 센서 영역은 광전도성 재료를 포함하며, 광전도성 재료의 전기 전도도는, 조명에 동일한 총 전력이 주어지면, 센서 영역 내의 광빔의 빔 단면에 좌우된다. 따라서 종 방향 센서 신호는 광전도성 재료의 전기 전도도에 의존한다. 바람직하게는 황화 납(PbS), 셀렌화 납(PbSe), 텔루르화 납(PbTe), 텔루르화 카드뮴(CdTe), 인화 인듐(InP), 황화 카드뮴(CdS), 셀렌화 카드뮴(CdSe), 안티몬화 인듐(InSb), MCT(HgCdTe; Mercury Cadmium Telluride), CIS(Copper Indium Sulfide), CIGS(Copper Indium Gallium Selenide), 황화 아연(ZnS), 셀렌화 아연(ZnSe) 또는 CZTS(copper zinc tin sulfide) 중에서 광전도성 재료가 선택된다. 또한, 이들의 고용체(solid solution) 및/또는 도핑된 변이체(doped variant)로도 실현 가능하다. 또한, 센서 영역이 마련된 횡 방향 광학 센서가 개시되고, 여기서, 센서 영역은 광전도성 재료의 층, 바람직하게는, 투명한 전도성 산화물의 두 층 사이에 매립된 광전도성 재료의 층 및 적어도 2개의 전극을 포함한다. 바람직하게는, 적어도 하나의 전극은 2개 이상의 부분 전극을 구비하는 분할 전극(split electrode)이고, 여기서, 부분 전극에 의해 제공된 횡 방향 센서 신호는 센서 영역 내에서 입사광빔의 x 및/또는 y 위치를 나타낸다.
US 2014/124782 A1은 반도체 재료, 예컨대, Si, Ge 또는 Si/Ge뿐만 아니라 판독 집적 회로를 포함하도록 구성된 기판과, 흡수층 및 변환층(conversion layer)으로서 기능할 수 있는 칼코겐화물을 포함하는 센서층과, 센서층과 전기적으로 연결되고 입사 적외선이나 그로부터 발생되는 열에 의한 센서층의 저항 변화를 검출하도록 구성되는 검출부와, 기판과 센서층 사이에 위치된 개재층(interposition layer)을 포함하되, 여기서, 개재층은 기판 상에 순차적으로 적층된 격리층뿐만 아니라 반사층을 포함한다.
US 2012/146028 A1은 기판, 특히, 저알칼리 유리 기판이나 석영 기판과 같은 반투명 유리 기판과, 기판층으로서의 베이스층과, 센서층으로서 적어도 하나의 n형 영역과 p형 영역이 마련된 반도체층, 및 반사층으로서의 금속 산화층을 포함하되, 여기서, 반도체층을 통과한 입사광의 일부는 뒤이어 베이스층을 통과하고, 결국, 금속 산화층의 상면에 도달하는 광 검출기를 개시한다. 금속 산화층의 상면 상에 임의의 요철(random asperities)이 제공되기 때문에, 입사광은 금속 산화층을 통과할 수 없고, 오히려 금속 산화층은 입사광을 확산 반사시킨다.
상술한 장치에서 암시하는 장점에도 불구하고, 단순하고, 비용면에서 효율적이고, 여전히 신뢰할 수 있는 광 검출기에 대한 개선이 여전히 필요하다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이러한 유형의 공지된 장치 및 방법의 단점을 적어도 실질적으로 회피하는 광 검출용 장치 및 방법을 특정하는 것이다.
특히, 적외선 스펙트럼 범위 내에서, 광 방사선을 검출하기 위한, 단순성이 향상되고, 비용이 효율적이며, 여전히 신뢰성 있는 광 검출기를 제공하는 것은, 투과율, 흡수, 방출 및 반사율 중 적어도 하나를 감지하는 것과 관련하여 특히, 바람직할 것이다. 이에 의해, 광 검출기는, 바람직하게는 입사광, 특히, 적외선 스펙트럼 범위로부터의 광의 손실을 가능한 멀리 감소시키거나 회피할 수 있는 방식으로 배열될 수 있으며, 여기서, 광 검출기는 용이한 제조 공정을 적용함으로써 제조될 수 있다.
이 문제는 특허 청구 범위의 독립항의 특징을 갖는 본 발명에 의해 해결된다. 개별적으로 또는 조합하여 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 전개는 종속항 및/또는 하기의 명세서 및 상세한 실시예에서 제시된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 표현들 "구비하다", "포함하다" 및 "함유하다"와 이들의 문법적 변형은 비배타적인 방식으로 사용된다. 따라서, "A는 B를 구비한다" 또는 "A는 B를 포함한다"뿐만 아니라, "A는 B를 함유한다"라는 표현은 B 이외에 A가 하나 이상의 추가 구성 요소 및/또는 성분을 포함하고, B 이외에 A에 다른 구성 요소, 성분 또는 요소가 존재하지 않는 경우를 모두 의미할 수 있다.
본 발명의 제 1 양태에서, 입사광빔의 광 검출용 광 검출기가 개시된다. 여기서, 본 발명에 따른 광 검출기는,
- 적어도 하나의 층을 지지하도록 설계된 회로 캐리어와,
- 회로 캐리어의 파티션 상에 배치되는 반사층 - 반사층은 입사광빔을 반사시키도록 설계되어 적어도 하나의 반사광빔을 생성함 - 과,
- 반사층에 직접 또는 간접적으로 인접한 기판층 - 기판층은 입사광빔과 반사광빔에 대하여 적어도 부분적으로 투명함 - 과,
- 기판층상에 배치되는 센서층 - 센서층은 입사광빔과 반사광빔에 의한 센서층의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계됨 -, 및
- 센서 신호를 평가함으로써 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된 평가 장치를 포함한다.
본 원에서 열거된 구성 요소는 개별 구성 요소일 수 있다. 대안적으로, 2개 이상의 구성 요소가 하나의 구성 요소로 통합될 수 있다. 바람직하게는, 평가 장치는 다른 광학 구성 요소와는 독립적인 별개의 평가 장치로서 형성될 수 있지만, 센서 신호를 수신하기 위해 센서층에 연결되는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 다른 유형의 배열체도 가능할 수 있다.
일반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 "광 검출기"는, 특히, 스펙트럼 범위의 적어도 하나의 파티션에서 적어도 하나의 파장을 검출하도록 설계될 수 있고, 여기서, 스펙트럼 범위의 목적하는 파티션은 자외선(UV) 스펙트럼 범위, 가시광선(VIS) 스펙트럼 범위 및/또는 적외선(IR) 스펙트럼 범위 중에서 선택될 수 있다. 본 발명에 따른 광 검출기나 단순히 검출기에 있어서는, IR 범위, 즉, 760nm 내지 1,000㎛의 스펙트럼 범위가, 특히, 바람직할 수 있다.
본 발명에 따르면, 검출기는, 이하에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 적어도 하나의 층, 특히, 적어도 하나의 반사층을 지지하도록 설계된 회로 캐리어를 포함한다. 본 명세서에 사용된 용어 "회로 캐리어"는 적어도 하나의 전자, 전기 및/또는 광학 소자, 특히, 복수의 이러한 소자를 지지하기 위해 제공되는 캐리어를 지칭하며, 여기서, 캐리어는 이들 전자, 전기 및/또는 광학 소자를 기계적으로 지지하고 전기적으로 연결하도록 설계된다. 바람직한 실시예에서, 회로 캐리어는 평면 회로 캐리어일 수 있다. 일반적으로 사용되는 용어 "평면(planar)"은 통상적으로 평면 본체의 "표면(surface)"으로 표시되는 2차원의 확장을 포함하는 본체를 지칭하며, 이는 일반적으로 평면 본체의 "두께"로 표시되는 제 3의 차원에서의 연장부를 10배 이상, 바람직하게는 100배 이상, 더욱 바람직하게는 1,000배 이상 초과한다. 대안적인 실시예에서, 비평면 회로 캐리어는, 특히, FPC(Flex Printed Circuit) 또는 MID(Mechatronic Integrated Device) 중 하나가 적용될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 회로 캐리어는 일반적으로 "PCB"로 약칭되는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board)이거나 이를 포함할 수 있으며, 이는 전기적으로 비전도성인 평면 기판을 지칭하며, 이는 또한 전기 전도성 재료, 특히, 적어도 하나의 구리층의 시트가 기판상에 적용되는, 특히, 적층되는 기판으로 표시될 수 있다. 또한 하나 이상의 전자, 전기 및/또는 광학 소자를 추가로 포함하는 이러한 유형의 회로 캐리어를 지칭하는 다른 용어는 인쇄회로 어셈블리, 약어로는 "PCA(Printed Circuit Assembly)", 인쇄회로판 어셈블리, 약어로는 "PCB(Printed Circuit Board) 어셈블리" 또는 "PCBA(Printed Circuit Board Assembly)", 또는 회로카드 어셈블리, 약어로는 "CCA(Circuit Card Assembly)" 또는 "카드(card)"로 표시될 수 있다. PCB에서, 절연 기판은 유리 에폭시를 포함할 수 있으며, 일반적으로 황갈색 또는 갈색의 페놀 수지가 스며든 면지(cotton paper)가 또한 기판 재료로서 사용될 수 있다. 시트의 개수에 따라, 인쇄 회로 기판은 단면 PCB, 2층 또는 양면 PCB, 또는 다층 PCB일 수 있으며, 여기서, 상이한 시트는 소위 "비아(vias)"를 사용하여 서로 연결된다. 본 발명의 목적을 위해서는, 단면 PCB의 적용만으로 충분할 수 있지만, 다른 종류의 인쇄 회로 기판도 또한 적용될 수 있다. 양면 PCB는 양면상에 금속을 구비할 수 있는 반면, 다층 PCB는 추가적인 절연 재료층 사이에 추가 금속층을 개재함으로써 설계될 수 있다. 또한, 2개의 양면 PCB를 사용함으로써, 4층의 PCB가 생성될 수 있고, 여기서, 2개의 제 1 층은 전력 공급 장치 및 접지면으로 사용될 수 있는 반면, 2개의 제 2 층은 전기 구성 요소 사이의 신호 배선으로서 사용될 수 있다. 다층 PCB에서, 층들은 금속, 기판, 금속, 기판, 금속 등과 같은 순서로 번갈아 함께 적층될 수 있으며, 여기서, 각 금속층은 개별적으로 에칭될 수 있고, 임의의 내부 비아는 다층이 함께 적층되기 전에 도금될 수 있다. 또한, 비아는, 바람직하게는, 절연 기판을 통한 전기 터널로서 설계될 수 있는 구리 도금된 홀이거나 이를 포함할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 일반적으로 기판을 통과하는 와이어 리드에 의해 장착되고, 다른 쪽의 트랙이나 트레이스에 납땜될 수 있는 관통홀(through-hole) 구성 요소가 사용될 수도 있다.
인접한 시트 사이의 연결을 생성하기 위한 트랙, 트레이스, 패드, 비아와 같은 전기 전도성 패턴이나 구조체 또는 고체 전도성 영역과 같은 특징부는, 바람직하게는 시트의 파티션을 제거, 특히, 시트의 선택된 영역에서 에칭, 실크 스크린 인쇄, 사진 제판, PCB 밀링 또는 레이저 레지스트 제거에 의해 하나 이상의 시트로 도입될 수 있고, 이로 인해 원하는 구조체가 생성될 수 있다. 에칭은 바람직하게는 PCB상에 코팅된 포토레지스트 재료를 사용하여 수행될 수 있고, 뒤이어 노광되어 원하는 패턴이 생성될 수 있다. 여기서, 포토레지스트 재료는 금속이 에칭액에 용해되는 것을 방지하도록 적응될 수 있다. 에칭 후, PCB는 최종적으로 세정될 수 있다. 이러한 공정을 사용함으로써, 특정 PCB 패턴을 대량 생산할 수 있다. 그러나 다른 종류의 분할 프로세스 또는 연결 프로세스도 적용될 수 있다. 예를 들어, PCB에 도입된 트랙은 선택된 위치에 고정되는 와이어로서 기능할 수 있고, 여기서, 인접 트랙은, 한편으로는, 기판 재료에 의해, 그리고 다른 한편으로는, PCB가 사용되는 조건하에서, 특히, 인접한 트랙 사이의 갭에 존재할 수 있는 공기 또는 보호용 가스와 같은 전기 절연 유체에 의해 서로 절연될 수 있다. 또한, PCB의 표면은 적어도 하나의 시트 내의 금속, 특히, 구리를 부식과 같은 유해한 환경적 영향으로부터 보호하기 위해 설계된 솔더 레지스트로도 불리는 코팅 처리가 행해질 수도 있어, 원하지 않은 단락이 땜납이나 제위치를 벗어난 노출 와이어에 의해 생성될 가능성을 감소시킬 수 있다. 다층 PCB에서, 내부 금속층은 인접한 기판층에 의해 보호되므로, 외부 금속층만이 이러한 방식으로 코팅될 수 있다.
또한, 전자, 전기 및/또는 광학 소자 또는 구성 요소는, 예컨대, 납땜, 용접 또는 증착에 의해 기판 상에 배치될 수 있거나, 추가로 또는 대안으로서, 예컨대, 이러한 목적을 위해 기판 내의 지정된 시트 내에 이들을 배치함으로써 및/또는 회로 캐리어의 파티션을 의도적으로 제거함으로써 회로 캐리어에 내장될 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 표면 실장 구성 요소, 특히, 트랜지스터, 다이오드, IC 칩, 저항 및 커패시터는 각각의 구성 요소를 PCB의 동일면 상의 금속 트랙, 트레이스 또는 영역에 인접한 전기 전도성 리드를 사용하여 기판에 부착될 수 있다. 대안으로서, 특히, 전해 커패시터나 커넥터와 같이 확장되거나 부피가 큰 구성 요소에 대해 관통홀을 마련하여 사용할 수 있다. 다른 대안으로서, 구성 요소는 기판 내에 내장될 수 있다. 또한, PCB는 PCB상의 영역을 추가로 포함할 수 있고, 일반적으로 "실크 스크린(silkscreen)"이라는 용어로 표시되며, 구성 요소나 테스트 위치를 식별하는 범례와 같은 식별 텍스트가 인쇄될 수 있다. 인쇄 회로 기판의 추가 실시예에 대해서는, https://en.wikipedia.org/wiki/Printed_circuit_board.를 참조할 수 있다. 그러나 다른 종류의 회로 캐리어가 적합할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 검출기는 반사층을 포함하고, 여기서, 반사층은 회로 캐리어의 파티션, 특히, 회로 캐리어의 표면의 파티션, 더 구체적으로는 인쇄 회로 기판의 표면의 파티션 상에 배치된다. 본 명세서에서, 용어 "반사층"은 바람직하게는 입사광빔이 이전에 센서층을 적어도 부분적으로 투과된 후에 센서층으로 다시 반사될 수 있는 방식으로 입사광빔을 반사시키도록 설계된 층을 지칭한다. 따라서, 이러한 배열을 통해 입사광빔을 센서층으로 재지향시킬 수 있으므로, 이러한 종류의 검출기에서 측정하는 동안 입사광의 손실을 감소시킬 수 있다.
특별히 바람직한 실시예에서, 반사층, 특히, 입사광빔에 의해 충돌하도록 설계된 반사층의 적어도 표면은 금속층, 또는 적어도 금속 표면, 바람직하게는 금층(gold layer), 은층(silver layer) 또는 구리층을 포함한다. 여기서, 금층, 은층 및 구리층은, 예컨대, 전체 IR 스펙트럼 범위, 특히, 760nm 내지 20㎛에 걸쳐 90% 초과의 반사율을 나타내는 것과 같이, IR에서 높은 반사율을 나타내기 때문에, 특히, 바람직하다. 또한, 금층은 회로 캐리어, 특히, PCB의 수용 표면 상에 금을 증착시킴으로써 제조될 수 있기 때문에 더욱 바람직하다. 그러나 알루미늄과 같은 다른 종류의 금속층도 적합할 수 있는 데, 이는 1㎛ 내지 20㎛에서 90% 초과의 반사율을 나타낸다. PCB의 접점 제조에 사용되는 다른 일반적인 재료는 주석, 팔라듐, 니켈 또는 납이며, 이는 각각 반사층으로 사용될 수 있다. 또한, 일반적으로 사용되는 실크 스크린 인쇄, 땜납 스톱 래커(solder stop lacquer) 및 PCB 생산에서 흔히 볼 수 있는 다른 유기 오버레이어는 양호한 반사 특성을 보여준다. 예를 들어, 백색 실크 스크린은, 특히, 층에서 백색 안료의 사용으로 인해 상당히 높은 광대역 확산 반사를 나타낸다. 특히, 반사층은 10nm 내지 100㎛, 바람직하게는 20㎚ 내지 10㎛, 더욱 바람직하게는 40㎚ 내지 2㎛의 두께를 나타낼 수 있다.
특정 실시예에서, 반사층은 여기에서 확산 반사가 생성될 수 있는 방식으로 입사광빔을 반사시키도록 설계될 수 있고, 여기서 "확산 반사"라는 용어는 다양한 방향으로 충돌하는 광빔의 산란과 관련된다. 이를 위해, 반사층은 반사층의 평탄한 표면과 대조되는 거친 표면을 나타낼 수 있다. 바람직하게는, 거친 표면은 적어도 0.01㎛의 조도(roughness)의 Ra 값을 나타낼 수 있다. 결과적으로, 이 특정 실시예에서 반사층의 거친 표면에 충돌할 수 있는 입사광빔은 일반적으로 표면에 대해 더 좁은 각도로 반사될 수 있고, 그에 따라 반사된 광빔이 센서층을 통해 더 긴 거리에 걸쳐 이동하여 높은 확률로 흡수될 수 있다. 결과적으로, 이 특정 실시예에서 반사층의 거친 표면은 입사광의 바람직한 흡수를 위해 유리한 각도로 각각의 빔을 센서층으로 재지향시킴으로써 입사광의 손실을 감소시킬 수 있다.
반사층의 거친 표면을 얻기 위해, 추가의 표면층이 회로 캐리어와 반사층 사이에 위치될 수 있다. 또한, 거친 표면을 얻기 위해, 회로 캐리어는 조도화 처리(roughening process), 바람직하게는 브러싱, 에칭, 제트 푸미스(jet pumice) 또는 레이저 처리에 의해 처리될 수 있고, 특히, 처리 영역의 상부에 적용될 때, 반사층의 표면 조도를 증가시킬 수 있다. 대부분의 PCB 표면 마감재의 경우, 표면 조도(surface roughness)는, 초기 세정 단계에서, 금속층, 특히, 구리층의 전처리에 의해, 바람직하게는 조도화 처리, 바람직하게는 제트 푸미스, 에칭 또는 브러싱의 애플리케이션에 의해 미리 구현된다. 바람직하게는 니켈, 금, 팔라듐, 주석, 납, 알루미늄, 은 또는 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함하는 후속적으로 증착된 층은 하부 구리층의 조도를 따를 수 있다. PCB 구리층에서 발견되는 조도의 전형적인 Ra 및 Rz 값은 Ra가 대략 0.3㎛ 내지 0.4㎛이고, Rz가 3㎛ 내지 4㎛이다.
또한, 본 발명에 따르면, 검출기는 적어도 하나의 감광 재료를 포함하는 센서층을 포함하며, 센서층은 검출기의 센서 영역으로서 기능할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "센서 영역"은 광빔에 의해 검출기의 조명을 수신하도록 설계된 검출기의 파티션으로 간주되며, 센서 영역에 의해 수신되는 방식의 조명은 적어도 하나의 센서 신호의 생성을 트리거할 수 있고, 여기서, 센서 신호의 생성은 상기 센서 신호와 센서 영역의 조명 방식 간에 정의된 관계에 의해 제어될 수 있다.
센서 신호는 일반적으로 측정하고자 하는 소망의 광학 특성을 가리키는 임의의 신호, 특히, 입사광빔의 투과율, 흡수, 방출 및 반사율, 또는 대상체의 위치일 수 있다. 일 예로서, 센서 신호는 디지털 신호 및/또는 아날로그 신호이거나 이들을 포함할 수 있다. 일 예로서, 센서 신호는 전압 신호 및/또는 전류 신호이거나 이들을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 센서 신호는 디지털 데이터이거나 이를 포함할 수 있다. 센서 신호는 단일 신호값 및/또는 일련의 신호값을 포함할 수 있다. 센서 신호는, 2개 이상의 신호를 평균화하는 것 및/또는 2개 이상의 신호의 몫을 형성하는 것과 같이, 2개 이상의 개별 신호를 결합함으로써 도출되는 임의의 신호를 더 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 센서층에 의해 포함되는 적어도 하나의 감광성 재료는 염료 태양 전지(dye solar cells), 광전도성 재료 및 양자점(quantum dots)으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있고, 여기서는 광전도성 재료가 특히 바람직하다. 염료 태양 전지에 대한 더욱 상세한 내용은 WO 2012/110924 A1 및 WO 2014/097181 A1을 참조할 수 있다.
특히, WO 2016/120392 A1에 기초하여, 본 명세서에 사용되는 용어 "광전도성 재료"는, 전류를 유지할 수 있고, 그에 따라 특정한 전기 전도도를 나타낼 수 있는 재료를 지칭하고, 여기서, 특히 전기 전도도는 재료의 조명에 의존한다. 전기 저항성은 전기 전도도의 역수 값으로 정의되기 때문에, "감광성 재료"라는 용어는 동일한 종류의 재료를 표시하는 데 사용될 수도 있다. 따라서, 광전도성 재료는, 바람직하게는, 특히, 박막 반도체 또는 나노 입자 광전도성 재료와 같은 무기 광전도성 재료, 특히, 유기 반도체와 같은 유기 광전도성 재료, 및 이들의 조합체, 고용체 및/또는 도핑된 변형체를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 용어 "고용체"는 적어도 하나의 용질이 용매에 포함될 수 있는 광전도성 재료의 상태를 말하고, 이로 인해 균질한 상(homogeneous phase)이 형성되며, 용매의 결정 구조는 일반적으로 용질의 존재에 의해 변형되지 않을 수 있다. 예를 들어, 이성분계 CdTe는 ZnTe에 용해되어 Cd1-xZnxTe로 유도될 수 있으며, 여기서, x는 0 내지 1까지 변할 수 있다. 본 명세서에서 또한 사용되는 용어 "도핑된 변이체"는 재료 자체의 성분과는 별개인 단일 원자가 도핑되지 않은 상태의 고유 원자가 차지하는 결정 내의 사이트 상에 도입되는 광전도성 재료의 상태를 지칭할 수 있다.
이와 관련하여, 무기 광전도성 재료는, 특히, 하나 이상의 셀레늄, 텔루륨, 셀레늄-텔루륨 합금, 금속 산화물, IV족 원소 또는 화합물, 즉, IV족 원소 또는 적어도 하나의 IV족 원소를 함유하는 화학적 화합물, Ⅲ-Ⅴ족 화합물, 즉, 적어도 하나의 Ⅲ족 원소 및 적어도 하나의 Ⅴ족 원소를 함유하는 화학적 화합물, Ⅱ-Ⅵ족 화합물, 즉, 한편으로는 적어도 하나의 Ⅱ족 원소 또는 적어도 하나의 XⅡ 족 원소, 및 다른 한편으로는 적어도 하나의 VI족 원소 및/또는 칼코겐화물을 함유하는 화학적 화합물을 포함한다. 그러나 다른 무기 광전도성 재료도 마찬가지로 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 칼코겐화물은 바람직하게는 칼코겐화 설파이드, 칼코겐화 셀레나이드, 칼코겐화 텔루라이드, 삼원 칼코겐화물(ternary chalcogenides), 사원 이상의 칼코겐화물(quaternary and higher chalcogenides)을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있고, 바람직하게는 센서층에 사용하는데 적합할 수 있다. 일반적으로 사용되는 용어 "칼코겐화물"은 산화물로부터 떨어진 주기율표의 16족 원소, 즉, 황화물, 셀렌화물 및 텔루르화물을 포함할 수 있는 화합물을 지칭한다. 특히, 광전도성 재료는 칼코겐화 설파이드, 바람직하게는 황화 납(PbS), 칼코겐화 셀레나이드, 바람직하게는 셀렌화 납(PbSe), 칼코겐화 텔루라이드, 바람직하게는 텔루르화 카드뮴(CdTe) 또는 삼원 칼코겐화물, 바람직하게는 MZT(HgZnTe; Mercury Zinc Telluride)일 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 앞서 언급한 바람직한 광전도성 재료는 일반적으로 적외선 스펙트럼 범위 내에서 특유의 흡수 특성을 나타내는 것으로 알려져 있기 때문에, 상술한 광전도성 재료 중 하나를 포함하는 센서층은 바람직하게는 적외선 센서로서 사용될 수 있다. 그러나 다른 실시예 및/또는 다른 광전도성 재료, 특히, 후술하는 바와 같은 광전도성 재료도 또한 가능할 수 있다.
특히, 칼코겐화 설파이드는 황화 납(PbS), 황화 카드뮴(CdS), 황화 아연(ZnS), 황화 수은(HgS), 황화 은(Ag2S), 황화 망간(MnS), 삼황화 비스무트(Bi2S3), 삼황화 안티몬(Sb2S3), 삼황화 비소(As2S3), 황화 주석(Ⅱ)(SnS), 이황화 주석(IV)(SnS2), 황화 인듐(In2S3), 황화 구리(CuS 또는 Cu2S), 황화 코발트(CoS), 황화 니켈(NiS), 이황화 몰리브덴(MoS2), 이황화 철(FeS2) 및 삼황화 크롬(CrS3)을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
특히, 칼코겐화 셀레나이드는 셀렌화 납(PbSe), 셀렌화 카드뮴(CdSe), 셀렌화 아연(ZnSe), 삼셀렌화 비스무트(Bi2Se3), 셀렌화 수은(HgSe), 삼셀렌화 안티몬(Sb2Se3), 삼셀렌화 비소(As2Se3), 셀렌화 니켈(NiSe), 셀렌화 탈륨(TlSe), 셀렌화 구리(CuSe 또는 Cu2Se), 디셀렌화 몰리브덴(MoSe2), 셀렌화 주석(SnSe), 셀렌화 코발트(CoSe) 및 셀렌화 인듐(In2Se3)을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상술한 화합물 또는 이런 종류의 다른 화합물의 고용체 및/또는 도핑된 변이체도 가능할 수 있다.
특히, 칼코겐화 텔루라이드는 텔루르화 납(PbTe), 텔루르화 카드뮴(CdTe), 텔루르화 아연(ZnTe), 텔루르화 은(HgTe), 삼텔루르화 비스무트(Bi2Te3), 삼텔루르화 비소(As2Te3), 삼텔루르화 안티몬(Sb2Te3), 텔루르화 니켈(NiTe), 텔루르화 탈륨(TlTe), 텔루르화 구리(CuTe), 디텔루르화 몰리브덴(MoTe2), 텔루르화 주석(SnTe), 텔루르화 코발트(CoTe), 텔루르화 은(Ag2Te) 및 텔루르화 인듐(In2Te3)을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상술한 화합물 또는 이런 종류의 다른 화합물의 고용체 및/또는 도핑된 변이체도 가능할 수 있다.
특히, 삼원 칼코겐화물은 MCT(HgCdTe; Mercury Cadmium Telluride), 텔루르화 수은 아연(HgZnTe), 황화 수은 카드뮴(HgCdS), 황화 납 카드뮴(PbCdS), 황화 납 수은(PbHgS), CIS(CuInS2; Copper Indium Sulfide), 설포셀렌화 카드뮴(CdSSe), 설포셀렌화 아연(ZnSSe), 설포셀렌화 탈륨(TlSSe), 황화 카드뮴 아연(CdZnS), 황화 카드뮴 크롬(CdCr2S4), 황화 수은 크롬(HgCr2S4), 황화 구리 크롬(CuCr2S4), 셀렌화 카드뮴 납(CdPbSe), 디셀렌화 구리 인듐(CuInSe2), 인듐 갈륨 비소(InGaAs), 황화 산화 납(Pb2OS), 셀렌화 산화물(Pb2OSe), 설포셀렌화 납(PbSSe), 텔루르화 비소 셀레나이드(As2Se2Te), 카드뮴 셀레나이트(CdSeO3), 텔루르화 카드뮴 아연(CdZnTe) 및 셀렌화 카드뮴 아연(CdZnSe)을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있고, 상기에 열거한 이원 칼코겐화물 및/또는 이하에 열거한 바와 같은 이원 Ⅲ-V족 화합물로부터의 화합물을 적용하여 추가 조합할 수 있다. 또한, 상술한 화합물 또는 이런 종류의 다른 화합물의 고용체 및/또는 도핑된 변이체도 가능할 수 있다.
4원 이상의 칼코겐화물과 관련하여, 이러한 종류의 재료는 적절한 광전도성을 나타내는 것으로 알려진 4원 이상의 칼코겐화물로부터 선택될 수 있다. 특히, Cu(In, Ga)S/Se2 또는 Cu2ZnSn(S/Se)4의 조성을 함유하는 화합물은 이 목적을 실현 가능하게 할 수 있다.
Ⅲ-V족 화합물에 대해, 이러한 종류의 반전도성 재료는 안티몬화 인듐(InSb), 질화 붕소(BN), 인화 붕소(BP), 비소화 붕소(BAs), 질화 알루미늄(AlN), 인화 알루미늄(AlP), 비소화 알루미늄(AlAs), 안티몬화 알루미늄(AlSb), 질화 인듐(InN), 인화 인듐(InP), 비소화 인듐(InAs), 안티몬화 인듐(InSb), 질화 갈륨(GaN), 인화 갈륨(GaP), 비소화 갈륨(GaAs) 및 안티몬화 갈륨(GaSb)를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상술한 화합물 또는 이런 종류의 다른 화합물의 고용체 및/또는 도핑된 변이체도 가능할 수 있다.
Ⅱ-VI족 화합물에 대해서는, 이러한 종류의 반도체 재료는 황화 카드뮴(CdS), 셀렌화 카드뮴(CdSe), 텔루르화 카드뮴(CdTe), 황화 아연(ZnS), 셀렌화 아연(ZnSe) , 텔루르화 아연(ZnTe), 황화 수은(HgS), 셀렌화 수은(HgSe), 텔루르화 수은(HgTe), 텔루르화 카드뮴 아연(CdZnTe), 텔루르화 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe), 텔루르화 수은 아연(HgZnTe), 및 셀렌화 수은 아연(CdZnSe)을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 그러나 다른 Ⅱ-VI족 화합물도 가능할 수 있다. 또한, 상술한 화합물 또는 이런 종류의 다른 화합물의 고용체도 또한 적용 가능할 수 있다.
금속 산화물과 관련하여, 이러한 종류의 반도체 재료는 광전도성을 나타낼 수 있는 공지된 금속 산화물, 특히, 산화 구리(Ⅱ)(CuO), 산화 구리(I)(CuO2), 산화 니켈(NiO), 산화 아연(ZnO), 산화 은(Ag2O), 산화 망간(MnO), 이산화 티탄(TiO2), 산화 바륨(BaO), 산화 납(PbO), 산화 세륨(CeO2), 산화 비스무트(Bi2O3), 산화 카드뮴(CdO), 페라이트(Fe3O4) 및 페로브스카이트 산화물(ABO3, 여기서, A는 2가의 양이온이고, B는 4가의 양이온임)을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 또한, 삼원, 사원 또는 그 이상의 금속 산화물도 적용될 수 있다. 또한, 화학량론적 화합물(stoichiometric compound) 또는 비화학량론적 화합물(off-stoichiometric compound)일 수 있는 상술한 화합물 또는 이런 종류의 다른 화합물의 고용체 및/또는 도핑된 변이체도 가능할 수 있다. 보다 상세히 후술하는 바와 같이, 투명하거나 반투명한 특성을 동시에 나타낼 수 있는 금속 산화물을 선택하는 것이 바람직할 수 있다.
IV족 원소 또는 화합물과 관련하여, 이러한 종류의 반도체 재료는 도핑된 다이아몬드(C), 도핑된 실리콘(Si), 탄화 규소(SiC) 및 실리콘 게르마늄(SiGe)을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있으며, 상기 반도체 재료는 결정질 재료, 미정질 재료(microcrystalline material), 또는 바람직하게는 비정질 재료로부터 선택될 수 있다. 일반적으로 사용되는 용어 "비정질"은 반도체 재료의 비결정성 동소체 상(non-crystalline allotropic phase)을 지칭한다. 특히, 광전도성 재료는 적어도 하나의 수소화된 비정질 반도체 재료를 포함할 수 있으며, 여기서, 비정질 재료는, 또한, 수소를 그 재료에 적용함으로써 패시베이팅되고, 이로써 이론상으로는 제한되지 않고, 그 재료 내의 댄글링 결합(dangling bonds)의 수는 몇 자리수나 감소된 것으로 나타난다. 특히, 수소화 비정질 반도체 재료는 수소화 비정질 실리콘(a-Si:H), 수소화 비정질 실리콘 탄소 합금(a-SiC:H) 또는 수소화 비정질 게르마늄 실리콘 합금(a-GeSi:H)으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 그러나 수소화 미정질 실리콘(μc-Si:H)과 같은 다른 종류의 재료도 이러한 목적으로 사용될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 유기 광전도성 재료는 유기 화합물, 특히, 적합한 광전도성을 포함하는 것으로 알려진 유기 화합물, 바람직하게는 폴리비닐카바졸, 일반적으로 제로그래피(xerography)에서 사용되는 화합물일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 그러나 보다 상세하게는 WO 2016/120392 A1에 기술된 다수의 다른 유기 분자도 또한 가능할 수 있다.
추가의 바람직한 실시예에서, 광전도성 재료는 양자점을 포함할 수 있는 콜로이드 필름(colloidal film)의 형태로 제공될 수 있다. 따라서, 동일한 재료의 동종층(homogeneous layer)에 대해 약간 또는 상당히 변형된 화학적 및/또는 물리적 특성을 나타낼 수 있는 광전도성 재료의 이러한 특정 상태는 또한 CQD(Colloidal Quantum Dot)으로 표시될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 용어 "양자점(quantum dot)"이란 광전도성 재료의 상태를 지칭하는 것으로, 광전도성 재료가 전자 또는 정공과 같은 전기 전도성 입자를 포함할 수 있으며, 이는, 3차원 공간에서, 통상적으로 "점"으로 명명되는 작은 체적으로 규정된다.
본 원에서, 양자점은, 단순화를 위해, 언급된 입자의 부피에 근사할 수 있는 구(sphere)의 직경으로서 간주될 수 있는 크기를 나타낼 수 있다. 바람직한 실시예에서, 광전도성 재료의 양자점은, 특히, 특정 박막에 실제로 구성된 양자점이 특정 박막의 두께보다 작은 크기를 나타낼 수 있다는 조건하에, 1㎚ 내지 100㎚, 바람직하게는 2㎚ 내지 100㎚, 보다 바람직하게는 2㎚ 내지 15㎚의 크기를 나타낼 수 있다. 실제로, 양자점은, 콜로이드 필름을 형성하기 위해, 계면 활성제 분자로 캡핑되고, 용액에 분해될 수 있는 나노미터 크기의 반도체 결정을 포함할 수 있다. 여기서, 계면 활성제 분자는, 특히, 선택된 계면 활성제 분자의 대략적인 공간 확장의 결과로서, 콜로이드 필름 내의 개별 양자점 사이의 평균 거리를 결정할 수 있도록 선택될 수 있다. 또한, 리간드의 합성에 따라, 양자점은 친수성 또는 소수성을 나타낼 수 있다. CQD는 기상, 액상 또는 고체상 접근법을 적용하여 제조될 수 있다. 이에 따라, 특히, 열 분사, 콜로이드 합성 또는 플라즈마 합성과 같은 공지의 프로세스를 채용함으로써, CQD의 합성을 위한 다양한 방법이 가능해진다. 그러나 다른 제조 공정도 가능할 수 있다.
또한, 바람직한 실시예에서, 양자점에 사용되는 광전도성 재료는 바람직하게는 전술한 바와 같은 광전도성 재료 중 하나, 보다 구체적으로는 황화 납(PbS), 셀렌화 납(PbSe), 텔루르화 납(PbTe), 텔루르화 카드뮴(CdTe), 인화 인듐(InP), 황화 카드뮴(CdS), 셀렌화 카드뮴(CdSe), 안티몬화 인듐(InSb), MCT(HgCdTe; Mercury Cadmium Telluride), CIS(Copper Indium Sulfide), CIGS(Copper Indium Gallium Selenide), 황화 아연(ZnS), 셀렌화 아연(ZnSe), 페로브스카이트 구조 재료(ABC3, 여기서, A는 알칼리 금속 또는 유기 양 이온, B는 Pb, Sn 또는 Cu, C는 할라이드를 나타냄) 및 CZTS(Copper Zinc Tin Sulfide)을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상술한 화합물 또는 이런 종류의 다른 화합물의 고용체 및/또는 도핑된 변이체도 가능할 수 있다. 이런 종류의 재료의 코어 쉘 구조(core shell structures)의 재료도 가능할 수 있다. 그러나 다른 종류의 광전도성 재료도 또한 가능할 수 있다.
본 원에서, 특히, 적어도 하나의 감광성 재료를 포함하는 센서층은, 센서층을 기판층의 표면상에 증착시키기 위한 적어도 하나의 증착 방법을 적용함으로써 제조될 수 있고, 여기서, 증착 방법은 바람직하게는 화학적 용액 성장(chemical bath deposition), 진공 증착, 스퍼터링, 원자층 증착, 화학적 기상 성장(chemical vapor deposition), 스프레이 열 분해(spray pyrolysis), 전착법(electrodeposition), 양극 산화, 전자 변환, 무전해 딥 성장(electroless dip growth), 연속 이온 흡착 및 반응(successive ionic adsorption and reaction), 분자 빔 에피택시(molecular beam epitaxy), 분자 기상 에피택시(molecular vapor phase epitaxy), 액상 에피택시(liquid phase epitaxy), 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅(gravure printing), 플렉소 프린팅(flexo printing), 스크린 프린팅, 스텐실 프린팅, 슬롯 다이 코팅, 닥터 블레이딩(doctor blading), 딥 코팅 및 용액-가스 인터페이스 기술(solution-gas interface techniques)로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 결과적으로, 센서층의 두께는 10㎚ 내지 100㎛, 바람직하게는 100㎚ 내지 10㎛, 특히, 300㎚ 내지 5㎛ 범위의 두께를 나타낼 수 있고, 따라서, IR 스펙트럼 범위, 즉, 760㎚ 내지 1,000㎛에서, 특히, MidIR 스펙트럼 범위, 즉, 1.5㎛ 내지 15㎛의 파장의 1/2 또는 1/4과 같은 입사광빔의 파장 또는 그것의 일부의 이하일 수 있다. 결과적으로, 입사광의 손실은, 특히, 충돌하는 광빔이 센서층을 한 번만 통과할 수 있는 한, 다소 가능성이 있는 것으로 보일 수 있고, 이는 본 명세서의 다른 곳에서 설명한 바와 같이 반사층을 사용하여 해결할 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 센서층은, 특히, 센서층과 기판층 사이에 갭이 남지 않거나 생성되지 않는 방식으로 기판층에 직접 또는 간접적으로 적용될 수 있다. 그 결과, 센서층은 바람직하게는 정확히 하나의 연속적인 센서층일 수 있다. 입사광빔 및 반사광빔 양쪽 모두의 높은 투과율을 허용하기 위해, 기판층은 입사광빔 및 반사광빔 양쪽 모두에 대해 적어도 부분적으로 투명하다. 이러한 목적을 위해, 기판층은, 바람직하게는 유리, 석영, 실리콘(Si), TCO(Transparent Conducting Oxide) 또는 투명한 유기 폴리머 중에서 선택될 수 있는 기판 재료를 포함할 수 있다. 특히, 상기 TCO는 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 티탄(TiO2), ITO(Indium Tin Oxide), FTO(SnO2:F, Fluorine Doped Tin Oxide), AZO(Aluminum doped Zinc Oxide), 산화 마그네슘(MgO) 또는 페로브스카이트 투명 전도성 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 그러나 원하는 파장 범위에 따라, 다른 종류의 기판 재료가 또한 기판층으로서 사용될 수 있다.
특정 실시예에서, 본 발명에 따른 검출기는 기판층과 반사층 사이에 위치될 수 있는 접착제층을 더 포함할 수 있다. 일반적으로 사용되는 용어 "접착제층"은 2개의 인접한 층 사이에 배치될 수 있는 추가층을 지칭하고, 여기서, 접착제층은, 예를 들어, 접착제를 통한 인접층의 결합과 비교하여 증가된 힘의 적용을 통해서만 분리를 가능하게 함으로써, 2개의 인접층이 분리에 저항적인 방식으로 조립되도록 설계된 접착성 물질을 포함한다. 여기서, 접착제층은, 특히, 한편으로는 반사층과 접착제층 사이 및 다른 한편으로는 접착제층과 기판층 사이에 갭이 남지 않거나 생성되지 않는 방식으로 적용될 수 있다. 다시, 접착제층은 바람직하게는 기판층과 반사층 양쪽 모두에 대해 인접하여 배치될 수 있는 정확히 하나의 연속층일 수 있다. 여기서, 접착제층은 입사광빔에 대해 적어도 부분적으로 투명하거나, 대안으로서 입사광빔에 대하여 부분적으로 반사성일 수 있다. 따라서, 두 종류의 실시예는, 필요에 따라, 입사광빔을 기판층을 거쳐 센서층을 향해 반사시킬 수 있다. 이를 위해, 접착제층은 기판층과 반사층 사이에 밀접하고 안정적인 연결을 제공하기 위해 선택될 수 있는 두께를 나타낼 수 있다. 여기서, 접착제층은, 특히, 바람직하게는 확산적 또는 정반사적으로(specularly) 반사하는 입자로 채워질 수 있는 유기 접착제를 포함할 수 있다. 특히, 접착제층용으로 선택된 재료에 따라, 접착제층의 두께는 100㎚ 내지 10㎛, 보다 바람직하게는 250㎚ 내지 5㎛일 수 있다.
추가의 실시예에서, 접착제층은, 대안적으로 또는 부가적으로, 광학 센서에 대해 유리할 수 있는 하나 이상의 화학적 또는 물리적 특성을 나타낼 수 있다. 따라서, 바람직한 실시예에서, 접착제층은, 특히, 광학적 반사 방지층이거나 이를 포함하는 것에 의해, 기판층과 반사층 사이의 굴절률의 차이를 감소시키는 데 적합하도록 함으로써 반사 방지 광학 특성을 가질 수 있다. 추가 특성도 고려될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 검출기는 센서 신호를 평가함으로써 입사광빔에 의해 제공되는 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된 평가 장치를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 용어 "평가 장치"는 일반적으로 정보 항목을 생성하도록 설계된 임의의 장치를 지칭한다. 일 예로서, 평가 장치는 하나 이상의 ASICs(Application-Specific Integrated Circuits) 및/또는 하나 이상의 DSPs(Digital Signal Processors) 및/또는 하나 이상의 FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 및/또는 하나 이상의 컴퓨터, 바람직하게는 하나 이상의 마이크로 컴퓨터 및/또는 마이크로컨트롤러와 같은 하나 이상의 데이터 처리 장치와 같은 하나 이상의 집적회로이거나 이를 포함할 수 있다. 하나 이상의 AD 변환기 및/또는 하나 이상의 필터와 같은 센서 신호의 수신 및/또는 전처리를 위한 하나 이상의 장치와 같은 하나 이상의 전처리 장치 및/또는 데이터 획득 장치와 같은 추가 구성 요소가 포함될 수 있다. 또한, 평가 장치는 하나 이상의 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다. 또한, 상술한 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 정보 항목을 생성하는 단계를 수행하거나 지원하는 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램과 같은 적어도 하나의 컴퓨터 프로그램을 수행하도록 적응될 수 있다. 일 예로서, 센서 신호를 입력 변수로서 이용함으로써, 대상체의 위치로의 사전 결정된 변환을 수행할 수 있는 하나 이상의 알고리즘이 구현될 수 있다.
평가 장치는, 특히, 센서 신호를 평가함으로써, 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있는 적어도 하나의 데이터 처리 장치, 특히, 전자 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 평가 장치는 센서 신호를 입력 변수로 사용하고, 이들 입력 변수를 처리함으로써 입사광빔에 의해 제공된 정보 항목을 생성하도록 설계된다. 처리는 병렬로, 연속해서 또는 심지어 조합 방식으로도 수행될 수 있다. 평가 장치는, 예를 들어, 적어도 하나의 저장 및/또는 알려진 관계를 계산 및/또는 사용하여, 이들의 정보 항목을 생성하는 임의의 프로세스를 사용할 수 있다. 센서 신호 이외에, 하나 또는 복수의 추가 파라미터 및/또는 정보 항목이 위의 관계, 예를 들어, 변조 주파수에 관한 적어도 하나의 정보 항목에 영향을 미칠 수 있다. 관계식은 경험적으로, 분석적으로 또는 반경험적인 다른 방식으로 결정되거나 결정 가능하다. 특히, 바람직하게, 관계식은 적어도 하나의 검량선(calibration curve), 적어도 하나의 검량선 세트, 적어도 하나의 함수 또는 언급된 가능성의 조합을 포함한다. 하나 또는 복수의 검량선은, 예를 들어, 데이터 저장 장치 및/또는 테이블 내에 값들의 세트(a set of values) 및 그와 관련된 함수값의 형태로 저장될 수 있다. 그러나 대안적으로 또는 부가적으로, 적어도 하나의 검량선은, 예를 들어, 파라미터 형태 및/또는 함수 방정식으로서 저장될 수도 있다. 센서 신호를 정보 항목으로 처리하기 위해 별도의 관계식이 사용될 수 있다. 대안적으로, 센서 신호를 처리하기 위해 적어도 하나의 조합된 관계가 이용 가능하다. 다양한 가능성을 생각할 수 있고, 또한 조합될 수도 있다.
예를 들어, 평가 장치는 정보 항목을 결정할 목적으로 프로그래밍의 관점에서 설계될 수 있다. 평가 장치는, 특히, 적어도 하나의 컴퓨터, 예를 들어, 적어도 하나의 마이크로컴퓨터를 포함할 수 있다. 또한, 평가 장치는 하나 또는 복수의 휘발성 또는 비휘발성 데이터 메모리를 포함할 수 있다. 데이터 처리 장치, 특히, 적어도 하나의 컴퓨터에 대한 대안으로서 또는 부가적으로, 평가 장치는, 예를 들어, 전자 테이블과, 특히, 적어도 하나의 룩업 테이블 및/또는 적어도 하나의 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit) 및/또는 적어도 하나의 DSP(Digital Signal Processor) 및/또는 적어도 하나의 FPGA(Field Programmable Gate Array)와 같은 정보 항목을 결정하기 위해 설계된 하나 또는 복수의 추가 전자 구성 요소를 포함할 수 있다.
검출기는 적어도 하나의 평가 장치를 구비한다. 특히, 적어도 하나의 평가 장치는, 예를 들어, 적어도 하나의 조명원을 제어하고/하거나 검출기의 적어도 하나의 변조 장치를 제어하도록 설계되는 평가 장치에 의해 검출기를 완전히 또는 부분적으로 제어하거나 구동하도록 설계될 수도 있다. 평가 장치는, 특히, 복수의 센서 신호와 같은 하나 또는 복수의 센서 신호, 예를 들어, 조명의 상이한 변조 주파수에서 연속적으로 복수의 센서 신호가 포착되는 적어도 하나의 측정 사이클을 수행하도록 설계될 수 있다.
상술한 바와 같이, 평가 장치는, 적어도 하나의 센서 신호를 평가함으로써, 입사광빔에 의해 제공되는 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다. 특정 실시예에서, 상기 정보 항목은 대상체의 종 방향 위치 및/또는, 적용 가능한 경우, 대상체의 횡 방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 포함할 수 있다. "대상체"는 일반적으로 생물체 및 무생물체 중에서 선택되는 임의의 대상체일 수 있다. 따라서, 일 예로서, 적어도 하나의 대상체는 하나 이상의 물품 및/또는 물품의 하나 이상의 부분을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 대상체는 하나 이상의 생명체(예컨대, 사용자 및/또는 동물) 및/또는 그 생명체의 하나 이상의 부분(예컨대, 인간의 하나 이상의 신체 부위)이거나 이를 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "위치"는 일반적으로 공간에서의 대상체의 위치 및/또는 방위에 관한 임의의 정보 항목을 지칭한다. 이를 위해, 일 예로서, 하나 이상의 좌표계가 사용될 수 있고, 대상체의 위치는 1, 2, 3 또는 그 이상의 좌표를 사용하여 결정될 수 있다. 일 예로서, 하나 이상의 직교 좌표계 및/또는 다른 유형의 좌표계가 사용될 수 있다. 일 예에서, 좌표계는 검출기가 사전 결정된 위치 및/또는 방위를 갖는 검출기의 좌표계일 수 있다. 상기 대상체의 위치는 정적일 수 있거나 또는 대상체의 적어도 한 번의 이동, 예를 들어, 검출기 또는 그 일부와 대상체 또는 그 일부 사이의 상대 이동을 포함할 수도 있다. 이 경우, 상대적 이동은 일반적으로 적어도 하나의 직선 이동 및/또는 적어도 하나의 회전 이동을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이동 정보 항목은 상이한 시간에 수집된 적어도 2개의 정보 항목, 예를 들어, 대상체 또는 그 일부와, 검출기 또는 그 일부 사이의 적어도 하나의 상대 속도에 관한 적어도 하나의 정보 항목의 비교에 의해 또한 획득될 수 있으며, 예컨대, 적어도 하나의 위치 정보 항목은 적어도 하나의 속도 정보 항목 및/또는 적어도 하나의 가속도 정보 항목을 또한 포함할 수 있다. 특히, 적어도 하나의 위치 정보 항목은, 대상체 또는 그 일부와 검출기 또는 그 일부 사이의 거리에 관한 정보 항목, 특히, 광학 경로 길이와, 대상체 또는 그 일부와 광 전송 장치 또는 그 일부 사이의 거리 또는 광학 거리에 관한 정보 항목과, 검출기 또는 그 일부에 대한 대상체 또는 그 일부의 위치 결정에 관한 정보 항목과, 검출기 또는 그 일부에 대한 대상체 및/또는 그 일부의 방향에 관한 정보 항목과, 대상체 또는 그 일부와 검출기 또는 그 일부 사이의 상대 이동에 관한 정보 항목, 및 대상체 또는 그 일부, 특히, 대상체의 기하학적 형상 또는 형태의 2차원 또는 3차원 공간적 구성에 관한 정보 항목으로부터 일반적으로 선택될 수 있다. 일반적으로, 적어도 하나의 위치 정보 항목은, 예를 들어, 대상체 또는 그 대상체의 적어도 하나의 위치에 관한 정보 항목과, 상기 대상체 또는 그 대상체의 일부의 적어도 하나의 방위에 관한 정보 항목과, 대상체 또는 그 일부의 기하학적 형상 또는 형태에 관한 정보 항목과, 대상체 또는 그 일부의 속도에 관한 정보 항목과, 대상체 또는 그 일부의 가속에 관한 정보 항목, 및 검출기의 가시 범위에서의 대상체 또는 그 일부의 존재 유무에 관한 정보 항목으로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
적어도 하나의 위치 정보 항목은, 예를 들어, 적어도 하나의 좌표계, 예컨대, 검출기 또는 그 일부가 위치하는 좌표계에서 특정될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 위치 정보는, 예를 들어, 단순히 검출기 또는 그 일부와, 대상체 또는 그 일부 사이의 거리를 포함할 수도 있다. 언급된 가능성의 조합도 또한 고려할 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 검출기는 센서층과 접촉하고 회로 캐리어를 거쳐 센서 신호를 평가 장치로 전송하도록 설계된 적어도 2개의 개별 전기 접점을 더 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 용어 "센서층 접촉"은 각각의 전기 접점이 센서층의 표면상의 위치에 배치되는 방식으로 배열될 수 있는 각각의 접점과 센서층 사이의 전기적 도전 접속을 지칭한다. 이를 위해, 적어도 개별적인 2개의 전기 접점은 광전도성 재료의 층의 상이한 위치, 특히, 개개의 전기 접점 중 적어도 2개가 서로에 대해 전기적으로 절연되는 방식으로 적용될 수 있다. 여기서, 적어도 2개의 전기 접점의 각각은, 바람직하게는, 예를 들어, 센서층과 평가 장치 사이의 전송 경로에서의 부가적인 저항으로 인한 손실을 가능한 한 적게 하여 센서 신호를 획득하기 위해, 각각의 전극과 센서층 사이의 직접적인 전기적 접촉이 달성될 수 있는 방식으로 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 센서층은 평가 장치에 비접촉으로 센서 신호를 전송할 수 있게 하는 구성으로 배열될 수 있다.
결과적으로, 광빔에 의한 센서 영역의 충돌 시, 적어도 2개의 전기 접점은 센서층의 조명에 의존하는 센서 신호를 평가 장치에 제공할 수 있다. 여기서, 전기 접점은 공지된 증착 기술에 의해 용이하게 제공될 수 있는 증착된 금속층을 포함할 수 있다. 특히, 증착된 금속층은 금, 은, 알루미늄, 백금, 마그네슘, 크롬 또는 티타늄 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 대안적으로, 전기 접점 중 적어도 하나는 높은 전도성 그래핀층을 포함할 수 있다.
이러한 종류의 재료에서, 전류는 적어도 하나의 제 1 전기 접점을 통해 상기 재료를 거쳐 적어도 하나의 제 2 전기 접점으로 안내될 수 있고, 여기서, 제 1 전기 접점은 제 2 전기 접점으로부터 단리될 수 있는 반면, 제 1 전기 접점 및 제 2 전기 접점 모두는 상기 재료와 직접 연결될 수 있다. 이를 위해, 직접 연결은 와이어 본딩, 도금, 용접, 납땜, 열 초음파 접합, 스티치 본딩(stitch bonding), 볼 본딩(ball bonding), 웨지 본딩(wedge bonding), 유연 접착(compliant bonding), 열압축 본딩(thermocompression bonding), 어노딕 본딩(anodic bonding), 직접 접착(direct bonding), 플라즈마 활성화 접착(plasma-activated bonding), 유테틱 본딩(eutectic bonding), 글래스 프릿 본딩(glass frit bonding), 접착제 접합(adhesive bonding), 천이 액상 확산 접합(transient liquid phase diffusion bonding), 표면 활성화 접합(surface activated bonding), 테이프 자동 접합(TAB, Tape-Automated Bonding) 또는 높은 전기 전도성을 가진 물질, 특히, 금, 베릴륨 도핑된 금, 구리, 알루미늄, 은, 백금 또는 팔라듐과 같은 금속뿐만 아니라 상기의 금속 중 적어도 하나를 포함하는 합금을 접촉 대역에서 증착하는 것과 같은 종래 기술로부터 공지된 임의의 공지 수단에 의해 제공될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 와이어 본딩은 센서층과 접촉하는 전기 접점의 각각과 접촉 패드와 같은 대응하는 수신 접점 사이에 직접 연결을 제공하는 데 사용될 수 있으며, 바람직하게는 회로 캐리어, 특히, PCB(Printed Circuit Board) 상에 추가로 배치될 수 있다. 이러한 종류의 배열체는 센서층을 평가 장치에 용이하게 접촉시킬 수 있고, 여기서, 전기 접점은 센서 신호를 회로 캐리어로, 이어서 평가 장치로 전송하도록 설계될 수 있다.
특히, 본 발명의 추가의 바람직한 실시예에서, 검출기는 추가적으로 커버층을 포함할 수 있다. 여기서, 커버층은 바람직하게는 센서층에 직접 접촉할 수 있는 방식으로 센서층 상에 증착될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 커버층은 센서층의 액세스 가능한 표면을 완전히 덮을 수 있는 방식으로 센서층 상에 증착될 수 있다. 바람직하게, 커버층은 적어도 하나의 금속 함유 화합물을 포함하는 비정질층일 수 있다. 그러나 다른 종류의 커버층이 가능할 수도 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 증착 방법이 센서층 상에 커버층을 증착하는 데 사용될 수 있다. 이를 위해, 적어도 하나의 증착 방법은, 특히, 원자층 증착, CVD(Chemical Vapor Deposition), PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition), 졸겔 증착(sol-gel deposition) 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 결과적으로, 커버층은 원자 증착층, CVD층, 또는 PVD층, 또는 졸-겔 증착층, 또는 PECVD층일 수 있거나 포함할 수 있다. 커버층에 대한 추가의 대안은 에폭시 수지층 또는 유리층을 포함할 수 있다. 본 명세서에서, "원자층 증착(Atomic Layer Deposition)", "원자층 에피택시(Atomic Layer Epitaxy)" 또는 "분자층 증착(Molecular Layer Deposition)" 및 이들 각각의 약어 "ALD", "ALE" 또는 "MLD"와 같은 등가 용어는 일반적으로 자체 제한 프로세스 단계(self-limiting process step) 및 후속 자체 제한 재동작 단계(subsequent self-limiting re-action step)를 포함할 수 있는 증착 프로세스를 지칭하는 데 사용된다. 따라서, 본 발명에 따라 적용되는 프로세스는 또한 "ALD 프로세스"로 지칭될 수 있다. ALD 공정에 대한 더 상세한 설명은 George, Chem.(2010년 p.111-131, 개정판 110)에 의해 참조될 수 있다. 또한, 일반적으로 "CVD"로 약기되는 "화학 기상 증착"이라는 용어는 기판 또는 기판 상에 위치한 층의 표면이 적어도 하나의 휘발성 전구체에 노출될 수 있는 방법을 지칭하며, 여기서, 전구체는 소망의 증착물을 생성하기 위해 표면상에서 반응 및/또는 분해될 수 있다. 빈번한 경우, 가능한 부산물은 표면 위로 가스 흐름을 적용함으로써 제거될 수 있다. 대안적으로, 바람직하게는, PECVD 프로세스는, 특히, 질화 실리콘(Si3N4)의 막을 얻기 위한 증착 프로세스로서 적용될 수 있다. 본 명세서에서, "PECVD 프로세스"라는 용어는 반응 챔버 내에서의 방전의 적용과 같이 전구체가 플라즈마로서 제공될 수 있는 특정 CVD 프로세스를 지칭한다.
상술한 바와 같이, 커버층은 우선적으로 적어도 하나의 금속 함유 화합물을 포함할 수 있다. 여기서, 바람직하게는, 상기 금속 함유 화합물은, 특히, Li, Be, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os Ir, Pt, Au, Hg, Tl, 및 Bi로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있는 금속을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 금속 함유 화합물은, 대안적으로, "메탈로이드(metalloid)"로 지칭될 수 있는 반금속(semimetal)을 포함할 수 있고, 이 반금속은 B, Ge, As, Sb 및 Te로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 금속 함유 화합물은 Al, Ti, Ta, Mn, Mo, Zr, Hf 및 W로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
본 원에서, 적어도 하나의 금속 함유 화합물은, 바람직하게는, 산화물, 수산화물, 칼코겐화물, 프닉타이드, 카바이드 또는 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 전술한 바와 같이, 용어 "칼코겐화물"은 산화물로부터 떨어진 주기율표의 16족 원소, 즉, 황화물, 셀렌화물 및 텔루르화물을 포함할 수 있는 화합물을 지칭한다. 유사한 방식으로, 용어 "프닉타이드"는, 바람직하게, 주기율표의 15족 원소, 즉, 질화물, 인화물, 비소 및 안티몬화물을 포함할 수 있는 2원 화합물을 지칭한다. 이하에 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 금속 함유 화합물은, 바람직하게는, Al, Ti, Zr 또는 Hf의 적어도 하나의 산화물, 적어도 하나의 수산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 커버층은 적어도 2개의 인접층을 구비할 수 있는 적층체이거나 적층체를 포함할 수 있으며, 여기서, 인접층은, 특히, 인접층의 하나, 둘, 일부 또는 모두가 금속 함유 화합물 중 하나를 포함할 수 있는 방식으로 그들 각각의 성분에 따라 다를 수 있다. 여기서, 인접층은 비정질 구조를 제공하는, 상술한 바와 같은 2개의 서로 다른 금속 함유 화합물을 포함할 수 있다. 예로서, 커버층은 Al 함유 화합물 및 Zr 또는 Hf 함유 화합물의 교차 인접층을 포함할 수 있다. 그러나 금속 함유 화합물의 다른 조합도 또한 가능할 수 있다. 또한, 적층체는, 본 출원의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 추가적인 인접층을 포함할 수 있고, 이 인접층은 금속 함유 화합물 중 어느 것도 갖지 않을 수 있지만, 오히려 금속 화합물, 고분자 화합물, 실리콘 화합물, 또는 유리 화합물 중 적어도 하나이거나 이것(들)을 포함할 수 있다. 여기에 다른 종류의 재료가 가능할 수도 있다. 결과적으로, 적층체는 비정질일 수 있는 추가의 인접층을 포함할 수 있지만, 대안적으로, 결정질 또는 나노결정질 층이거나 이것(들)을 포함할 수도 있다.
특히, 바람직한 실시예에서, 커버층은 센서층의 접근 가능한 표면을 완전히 덮을 수 있다. 따라서, 커버층은 우선 센서층을 위한 캡슐화를 제공하도록 적응될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어, "캡슐화"는, 특히, 외부 영향, 예컨대, 습기 및/또는 주위의 대기에 포함된 산소에 의한 센서층 또는 그 파티션의 부분적 또는 전체적인 열화를 가능한 한 피하기 위해 패키지, 바람직하게는 밀폐된 패키지를 지칭할 수 있다. 여기서, 패키지는, 바람직하게는, 센서층의 모든 접근 가능한 표면을 덮도록 적응될 수 있으며, 여기서, 센서층이 이미 센서층 표면의 파티션을 보호하기 위해 적응될 수 있는 기판층 상에 증착될 수 있다는 점을 고려할 수 있다. 즉, 기판층 및 커버층은 센서층의 패키징, 바람직하게는 밀폐된 패키징을 달성하기 위해 그들이 협력할 수 있는 방식으로 적응될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 커버층의 비정질 특성은, 전술한 바와 같이, 광전도성 재료의 보호 캡슐을 개선할 뿐만 아니라, 본질적으로 광전도성 재료의 광전도 특성의 활성화에 기여할 수 있으며, 이러한 현상은 우선적으로, 광전도성 재료의 층 상에 커버층을 증착시키고, 계속해서 광전도성 재료 상에 직접 증착된 커버층을 포함하는 화합물 구조체를 열적으로 처리한 후에 광전도성 재료의 광전도 특성이 상당히 개선될 수 있다는 점에서 커버층과 직접 접촉할 수 있다.
이론에 구애되지 않고, 광전도성 재료 상의 커버층의 증착은 커버층 각각의 표면과 광전도성 재료 사이에 직접 접촉하는 결과를 초래할 수 있다. 또한, 화합물 구조체의 열 처리는 부분적으로 광전도성 재료로 침투시키기 위해 커버층 또는 그것의 적어도 한 파티션에 포함된 재료를 자극할 수 있고, 따라서, 특히, 광전도성 재료의 상세한 구조 및/또는 구성과 관련하여 물리적 및/또는 화학적 효과가 얻어진다. 이 효과는 커버층에 포함된 재료의 작은 파티션이 상 경계(phase boundary), 공극(vacancy) 또는 기공(pore)과 같은 광전도성 재료의 수용 부분으로 침투하게 할 수 있는 것으로 보인다. 따라서, 이 효과는, 특히, 커버층의 비정질 구조와 관련이 있는 것으로 보인다.
특히, 바람직한 실시예에서, 커버층은 10㎚ 내지 600㎚, 바람직하게는 20㎚ 내지 200㎚, 더 바람직하게는 40㎚ 내지 100㎚, 가장 바람직하게는 50 내지 75㎚의 두께를 나타낼 수 있다. 이 두께는, 특히, 센서층에 대한 캡슐화 및/또는 활성화를 제공하는 기능을 달성하는 데 유리할 수 있는 커버층 내의 금속 함유 화합물의 양을 반영할 수 있다. 여기서, 커버층은 센서층의 인접 표면에 대한 컨포멀 층(conformal layer)일 수 있다. 따라서, 일반적으로 사용되는 바와 같이, 컨포멀 층의 두께는 ±50㎚, 바람직하게는 ±20㎚, 가장 바람직하게는 ±10㎚의 편차 내에서 센서층의 상응하는 표면을 따를 수 있으며, 여기서, 편차는 적어도 90% 이상, 바람직하게는 95% 이상, 가장 바람직하게는 99% 이상이고, 이로 인해 커버층의 표면에 존재할 수 있는 오염이나 불완전성을 제외할 수 있다.
또한, 커버층은 캡슐화 및/또는 활성화를 제공하는 기능에 부가하여 적어도 하나의 추가 기능을 나타내기 위해 적응될 수 있다. 예로서, 커버층은 적절한 반사 방지층으로서의 자격을 얻기 위해 적어도 1.2, 바람직하게는 적어도 1.5와 같은 고굴절률을 나타낼 수 있다. 결과적으로, 커버층에 사용되는 재료를, 바람직하게는, 원하는 파장 범위 내에서, 특히, 적합한 흡수 특성을 나타내도록 광학적으로 투명하게 선택하는 것이 유리할 수 있다. 다른 한편으로, 기판층은 이미 적어도 부분적으로 투명하기 때문에, 광학적으로 불투명한 재료를 포함하는 더 많은 다양한 다른 재료가 커버층에 사용될 수 있다. 다른 예는 제 2 광학 필터, 스크래치 방지층(scratch-resistant layer), 친수성 층(hydrophilic layer), 소수성 층(hydrophobic layer), 자정층(self-cleaning layer), 방담층(anti-fog layer) 및 전도층을 포함할 수 있다. 다른 기능도 가능할 수 있다.
특히, 커버층은 사전 정의된 파장 범위를 필터링하도록 설계된 광학 필터로서 기능할 수 있다. 이와 관련하여, 적층체이거나 적층체를 포함하는 커버층을 사용할 수도 있다. 특히, 적어도 2종의 상이한 금속 산화물을 이용하는 스택(stack)이 간섭 필터로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 서로의 상면에 교대로 적층된 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화티탄(TiO2)을 포함하는 스택이 이러한 목적에 적합할 수 있다.
특정 실시예에서, 특히, 커버층에 원하는 추가 기능을 제공하는 것이 적절하지 않거나, 선택된 커버층에 의해 제공되는 추가 기능의 범위가 충분하지 않을 수 있는 경우에, 커버층은, 추가적으로, 커버층 상에 적어도 부분적으로 증착된 적어도 하나의 추가층에 의해 적어도 부분적으로 덮일 수 있다. 바람직하게는, 추가층은 추가의 기능일 수 있거나 또는 그 기능을 나타낼 수 있으며, 따라서 반사 방지층, 제 2 광학 필터, 스크래치 방지층, 친수성 층, 소수성 층, 자정층, 방담층 또는 전도층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기에서, 당업자는 적어도 하나의 추가층을 용이하게 선택하여 제공할 수 있다. 그러나 다른 실시예도 가능할 수도 있다.
바람직한 실시예에서, 커버층은, 특히, 외부 회로에 대한 하나 이상의 리드와 같이, 접착 가능하게 구성될 수 있는 전기 접점을 부분적으로 또는 전체적으로 덮을 수 있다. 여기서, 전기 접점은, 바람직하게는, 커버층을 통해 접착 가능한 금이나 알루미늄 와이어와 같은 와이어를 사용하여 접착할 수 있다. 특정 실시예에서, 전기 접점에 추가의 접착제층이 제공될 수 있고, 여기서, 추가의 접착제층은, 특히, 접착용으로 적응될 수 있다. 이를 위해, 추가의 접착제층은 Ni, Cr, Ti 또는 Pd 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 검출기는 바람직하게는, 자외선(UV), 가시광 및 적외선(IR) 스펙트럼 범위와 같이 상당히 넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐 전자기 방사선(electromagnetic radiation)을 검출하도록 설계될 수 있고, 여기서, IR 스펙트럼 범위가 특히 바람직할 것이다. 여기서, 이하의 광전도성 재료는, 특히,
- UV 스펙트럼 범위의 경우, 도핑된 다이아몬드(C), 산화 아연(ZnO), 산화 티탄(TiO2), 질화 갈륨(GaN), 인화 갈륨(GaP) 또는 탄화 규소(SiC);
- 가시광 스펙트럼 범위의 경우, 실리콘(Si), 비소화 갈륨(GaAs), 황화 카드뮴(CdS), 텔루르화 카드뮴(CdTe), CIS(CuInS2, Copper Indium Sulfide), CIGS(Copper Indium Gallium Selenide), CZTS(Copper Zinc Tin Sulfide);
- IR 스펙트럼 범위의 경우, NIR 스펙트럼 범위 760㎚ 내지 1.5㎛에 대해 인듐 갈륨 비소(InGaAs), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 텔루르화 카드뮴(CdTe), CIS(CuInS2, Copper Indium Sulfide), CIGS(Copper Indium Gallium Selenide), CZTS(Copper Zinc Tin Sulfide), 여기서, 850㎚ 이상의 파장에 대해서는 CdTe, CIS, CIGS 및 CZTS가 특히, 바람직하고; 최대 2.6㎛의 파장에 대해서는 인듐 갈륨 비소(InGaAs); 최대 3.1㎛의 파장에 대해서는 인듐 비소(InAs); 최대 3.5㎛의 파장에 대해서는 황화 납(PbS); 최대 5㎛의 파장에 대해서는 셀렌화 납(PbSe); 최대 5.5㎛의 파장에 대해서는 안티몬화 인듐(InSb); 최대 16㎛ 파장에 대해서는 MCT(HgCdTe, Mercury Cadmium Telluride)가 검출기 내의 센서층에 대해 선택될 수 있다.
이미 상술한 바와 같이, 광 검출용 검출기는 일반적으로 적어도 하나의 대상체의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 제공하도록 적응될 수 있는 장치이다. 검출기는 고정형 장치(stationary device) 또는 이동형 장치(mobile device)일 수 있다. 또한, 검출기는 독립형 장치(stand-alone device)이거나, 컴퓨터, 차량 또는 임의의 다른 장치와 같은 다른 장치의 일부를 형성할 수도 있다. 또한, 검출기는 휴대용 장치일 수 있다. 검출기의 다른 실시예가 가능하다.
본 명세서에 사용되는 용어 "위치"는 일반적으로 공간에서의 대상체의 위치 및/또는 방향에 관한 임의의 정보 항목을 지칭한다. 이를 위해, 예를 들어, 하나 이상의 좌표계가 사용될 수 있고, 대상체의 위치는 1, 2, 3 또는 그 이상의 좌표를 사용하여 결정될 수 있다. 일 예로서, 하나 이상의 직교 좌표계 및/또는 다른 유형의 좌표계가 사용될 수 있다. 일 예에서, 좌표계는 검출기가 사전 결정된 위치 및/또는 방위를 갖는 검출기의 좌표계일 수 있다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 검출기는 검출기의 주된 시야 방향을 구성할 수 있는 광축을 가질 수 있다. 광축은 z축과 같은 좌표계의 축을 형성할 수 있다. 또한, 바람직하게는, z축에 수직인 하나 이상의 추가 축이 제공될 수 있다.
따라서, 일 예로서, 검출기는 광축이 z축을 형성하고, z축에 수직인 x축 및 y축이 추가적으로 제공될 수 있고, 또한 이들 x축과 y축도 서로 수직인 좌표계를 구성할 수 있다. 일 예로서, 검출기 및/또는 검출기의 일부는 이 좌표계의 원점과 같은 이 좌표계 내의 특정 지점에 위치될 수 있다. 이 좌표계에서, z축에 평행하거나 역평행한(antiparallel) 방향은 종 방향으로 간주될 수 있고, z축을 따르는 좌표는 종 방향 좌표로 간주될 수 있다. 종 방향에 수직인 임의의 방향은 횡 방향으로 간주될 수 있고, x 및/또는 y 좌표는 횡 방향 좌표로 간주될 수 있다.
대안적으로, 다른 유형의 좌표계가 사용될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 광축이 z축을 형성하고, z축으로부터의 거리 및 극각(polar angle)이 추가 좌표로서 사용될 수 있는 극 좌표계가 사용될 수 있다. 다시, z축에 평행하거나 역평행한 방향은 종 방향으로 간주될 수 있고, z축을 따르는 좌표는 종 방향 좌표로 간주될 수 있다. z축에 수직인 임의의 방향은 횡 방향으로 간주될 수 있고, 극 좌표 및/또는 극각은 횡 방향 좌표로 간주될 수 있다.
검출기는, 특히, 임의의 가능한 방식으로 적어도 하나의 대상체의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 제공하도록 적응될 수 있다. 따라서, 정보는, 예컨대, 전자적, 시각적, 음향적 또는 이들의 임의의 조합으로 제공될 수 있다. 정보는 검출기 또는 별도의 장치의 데이터 저장부에 추가로 저장될 수 있고/있거나, 무선 인터페이스 및/또는 유선 접속 인터페이스와 같은 적어도 하나의 인터페이스를 통해 제공될 수도 있다.
특히, 바람직한 실시예에서, 검출기는 종 방향 광학 센서이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "종 방향 광학 센서"는 일반적으로 광빔에 의해 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 종 방향 센서 신호를 생성하도록 설계된 장치이며, 여기서, 조명에 동일한 총 전력이 주어지면, 종 방향 센서 신호는, 센서 영역에서 광빔의 빔 단면에 대한 소위 "FiP 효과"에 따라 좌우된다. 종 방향 센서 신호는 일반적으로 깊이로도 표시될 수 있는 종 방향 위치를 나타내는 임의의 신호일 수 있다. 일 예로서, 종 방향 센서 신호는 디지털 신호 및/또는 아날로그 신호이거나 이들을 포함할 수 있다. 일 예로서, 종 방향 센서 신호는 전압 신호 및/또는 전류 신호이거나 이들을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 종 방향 센서 신호는 디지털 데이터이거나 이를 포함할 수 있다. 종 방향 센서 신호는 단일 신호값 및/또는 일련의 신호값을 포함할 수 있다. 종 방향 센서 신호는, 2개 이상의 신호를 평균화하는 것 및/또는 2개 이상의 신호의 몫을 형성하는 것과 같이, 2개 이상의 개별 신호를 결합함으로써 도출되는 임의의 신호를 더 포함할 수 있다. 종 방향 광학 센서 및 종 방향 센서 신호의 잠재적인 실시예에 대하여, WO 2012/110924 A1 및 WO 2014/097181 A1을 참조할 수 있다.
또한, 종 방향 광학 센서의 센서 영역은 적어도 하나의 광빔에 의해 조명될 수 있다. 그러므로, 조명에 동일한 총 전력이 주어지면, 센서 영역의 전기 전도도는 센서 영역 내의 광빔의 빔 단면에 의존할 수 있고, 이는 센서 영역 내의 입사광빔에 의해 생성된 "스폿 크기"로 표시될 수 있다. 따라서, 광전도성 재료의 전기 전도도가 입사광빔에 의한 광전도성 재료를 포함하는 센서 영역의 조명 정도에 의존한다는 관찰 가능한 특성은, 특히, 동일한 총 전력을 포함하지만 센서 영역에서 서로 다른 스폿 크기를 생성하는 2개의 광빔이 광전도성 재료의 전기 전도도에 대해 서로 다른 값을 제공하므로 서로에 대해 구별 가능하다는 것을 얻게 된다.
또한, 종 방향 센서 신호는 전압 신호 및/또는 전류 신호와 같은 전기 신호를 인가하는 것에 의해 결정될 수 있기 때문에, 종 방향 센서 신호를 결정할 때, 전기 신호에 의해 횡단되는 재료의 전기 전도도가 고려될 수 있다. 또한, 종 방향 광학 센서와 직렬로 사용되는 바이어스 전압원 및 부하 저항이 여기에 바람직하게 사용될 수 있다. 결과적으로, 종 방향 광학 센서는, 예컨대, 적어도 두 개의 종 방향 센서 신호를 빔 단면, 특히, 빔 직경에 대한 적어도 하나의 정보 항목과 비교하는 것에 의해, 기본적으로 종 방향 센서 신호의 기록으로부터 센서 영역에서의 광빔의 빔 단면을 결정하는 것을 허용할 수 있다. 또한, 센서 영역에서의 광빔의 빔 단면은, 상술한 FiP 효과에 따라, 동일한 총 전력의 조명이 주어지면, 센서 영역에 충돌하는 광빔을 방출 또는 반사하는 대상체의 종 방향 위치 또는 깊이에 의존하기 때문에, 각각의 대상체의 종 방향 위치를 결정하는 데 종 방향 광학 센서가 적용될 수 있다.
WO 2012/110924 A1에 이미 공지된 바와 같이, 종 방향 광학 센서는 센서 영역의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 종 방향 센서 신호를 생성하도록 설계되며, 여기서, 조명의 총 전력이 동일하게 주어지면, 센서 신호는 센서 영역상의 조명의 빔 단면에 좌우된다. 일 예로, 렌즈의 위치의 함수로서 광전류(I)의 측정이 제공되며, 여기서, 렌즈는 종 방향 광학 센서의 센서 영역 상에 전자기 방사선을 포커싱하도록 구성된다. 측정 동안, 렌즈는 센서 영역에 수직인 방향으로 종 방향 광학 센서에 대해 상대적으로 변위되어, 결과적으로 센서 영역의 광 스폿의 직경이 변경된다. 이 특정예에서는, 광전 변환 장치, 특히, 염료 태양 전지가 센서 영역에서의 재료로서 사용되고, 이 경우 광전류인 종 방향 광학 센서의 신호는 분명히 조명의 기하학적 구조에 의존하기 때문에 렌즈의 초점에서 최대값을 벗어나면 광전류가 최대값의 10% 미만으로 떨어지게 된다.
상술한 바와 같이, 광빔에 의해 조명에 동일한 총 전력이 공급되면, 적어도 하나의 종 방향 센서 신호는, FiP 효과에 따라, 적어도 하나의 종 방향 광학 센서의 센서 영역 내의 광빔의 빔 단면에 의존한다. 본 명세서에 사용되는 용어 "빔 단면"은 일반적으로 특정 위치에서 광빔에 의해 발생된 광 스폿이나 광빔의 측면 방향 연장을 지칭한다. 원형의 광 스폿이 생성되는 경우, 반경, 직경 또는 가우스 빔 웨이스트 또는 2배의 가우스 빔 웨이스트가 빔 단면의 척도(measure)로서 기능할 수 있다. 비원형 광 스폿이 발생되는 경우, 등가 빔 단면이라고도 지칭되는, 비원형 광 스폿과 면적이 동일한 원의 단면을 결정하는 것과 같은 임의의 다른 가능한 방법으로 단면이 결정될 수 있다. 이와 관련하여, 태양 광 재료(photovoltaic material)와 같은 상응하는 재료가 광 렌즈에 의해 영향을 받는 초점 또는 그 부근에 재료가 위치될 수 있는 경우와 같이, 가능한 한 단면 크기가 최소인 광빔에 의해 충돌될 수 있는 조건하에서, 종 방향 센서 신호의 극값, 즉, 최대값 또는 최소값, 특히, 전역의 극값(global extremum)의 관측을 이용하는 것이 가능할 수 있다. 극값이 최대값인 경우, 이 관찰은 양의 FiP 효과로 명명될 수 있는 반면, 극값이 최소값인 경우, 이 관찰은 음의 FiP 효과로 명명될 수 있다.
따라서, 실제로 센서 영역에 포함되는 감광성 재료에 관계없이, 광빔에 의해 센서 영역에 주어진 조명의 총 전력이 동일하면, 제 1 빔 직경 또는 빔 단면을 갖는 광빔은 제 1 종 방향 센서 신호를 생성할 수 있는 반면, 제 1 빔 직경 또는 빔 단면과 상이한 제 2 빔 직경 또는 빔 단면을 갖는 광빔은 제 1 종 방향 센서 신호와 상이한 제 2 종 방향 센서 신호를 생성한다. 따라서, 종 방향 센서 신호들을 비교함으로써, 빔 단면, 특히, 빔 직경에 관한 적어도 하나의 정보 항목이 생성될 수 있다. 이러한 효과의 상세에 대해서는 WO 2012/110924 A1를 참조할 수 있다. 따라서, 종 방향 광학 센서에 의해 생성된 종 방향 센서 신호는, 광빔의 총 전력 및/또는 강도에 대한 정보를 얻기 위해, 및/또는 광빔의 총 전력 및/또는 총 강도에 대한 대상체의 종 방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목 및/또는 종 방향 센서 신호를 정규화하기 위해, 비교될 수 있다. 따라서, 일 예로, 종 방향 광학 센서 신호의 최대값이 검출되고, 모든 종 방향 센서 신호가 이러한 최대값에 의해 분할되어, 정규화된 종 방향 광학 센서 신호를 생성한 후, 상술한 알려진 관계식을 이용하여, 대상체에 대한 적어도 하나의 종 방향의 정보 항목으로 변환될 수 있다. 종 방향 센서 신호의 평균값(mean value)을 사용하고, 모든 종 방향 센서 신호를 이 평균값으로 나누는 정규화(normalization)와 같은 다른 정규화 방법이 가능하다. 다른 옵션도 가능하다. 이들 옵션의 각각은 변환이 광빔의 총 전력 및/또는 강도와는 독립적으로 행해지도록 하는 데 적합할 수 있다. 그러므로, 광 빔의 총 전력 및/또는 강도에 대한 정보가 추가로 생성될 수 있다.
특히, 대상체로부터 검출기로 전파하는 광빔의 하나 이상의 빔 특성이 알려져 있는 경우, 대상체의 종 방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목은 대상체의 종 방향 위치 및 적어도 하나의 종 방향 센서 신호 사이의 알려진 관계로부터 도출될 수 있다. 알려진 관계는 알고리즘 및/또는 하나 이상의 교정 곡선으로서 평가 장치에 저장될 수 있다. 일 예로, 특히, 가우스 빔의 경우, 빔 직경 또는 빔 웨이스트와 대상체의 위치 사이의 관계가 빔 웨이스트와 종 방향 좌표 간의 가우스 관계식을 이용하여 용이하게 도출될 수 있다.
본 실시예는, 특히, 광빔의 빔 단면과 대상체의 종 방향 위치 사이의 알려진 관계의 모호성을 해결하기 위해 평가 장치에서 사용될 수 있다. 따라서, 대상체로부터 검출기로 전파하는 광빔의 빔 특성을 완전히 또는 부분적으로 알고 있더라도, 많은 빔에서, 빔 단면이 초점에 도달하기 전에 좁아지고, 이후에 다시 넓어지는 것으로 알려져 있다. 따라서, 광빔의 빔 단면이 가장 좁은 초점의 전후에서, 광빔의 단면이 동일한 광빔의 전파 축을 따르는 위치가 발생한다. 따라서, 일 예로, 초점 전후의 거리 z0 에서, 광빔의 단면은 동일하다. 따라서, 특정 스펙트럼 감도를 구비하는 하나의 종 방향 광학 센서만 사용되는 경우에, 광빔의 총 전력이나 강도를 알고 있으면, 광빔의 특정 단면이 결정될 수 있다. 이 정보를 사용함으로써, 초점으로부터 종 방향 광학 센서 각각의 거리 z0이 결정될 수 있다. 그러나 각각의 종 방향 광학 센서가 초점 전후에 위치하는지 여부를 결정하기 위해, 대상체 및/또는 검출기의 이동 이력, 및/또는 검출기가 초점의 전후에 위치되는지 여부에 관한 정보와 같은 추가 정보가 요구된다. 일반적인 상황에서는, 이 추가 정보가 제공되지 않을 수도 있다. 그러므로, 상술한 모호성을 해결하기 위해 부가적인 정보가 얻어질 수도 있다. 따라서, 종 방향 센서 신호를 평가함으로써, 평가 장치가 제 1 종 방향 광학 센서상의 광빔의 빔 단면이 제 2 종 방향 광학 센서상의 광빔의 광 단면보다 큰 것을 인식하는 경우 - 여기서, 제 2 종 방향 광학 센서는 상기 제 1 종 방향 광학 센서의 뒤에 위치함 -, 상기 평가 장치는 상기 광빔이 여전히 좁아지고 제 1 종 방향 광학 센서의 위치가 광빔의 초점 전에 위치하는 것으로 결정할 수 있다. 이에 반하여, 제 1 종 방향 광학 센서상의 광빔의 빔 단면이 제 2 종 방향 광학 센서상의 광빔의 빔 단면보다 작은 경우, 평가 장치는 광빔이 넓어지고 제 2 종 방향 광학 센서의 위치가 초점 뒤쪽에 위치하는 것으로 결정할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 평가 장치는 상이한 종 방향 센서의 종 방향 센서 신호를 비교함으로써 광빔이 넓어지거나 좁아지는지를 인식하도록 적응될 수 있다.
본 발명에 따른 평가 장치를 사용함으로써, 대상체의 종 방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 결정하는 것에 대한 추가적인 상세는 WO 2014/097181 A1의 설명을 참조할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 평가 장치는, 바람직하게는 광빔의 전파 방향에서 적어도 하나의 전파 좌표 상의 광빔의 빔 직경의 알려진 의존도로부터 및/또는 광빔의 알려진 가우스 프로파일로부터 대상체의 종 방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 결정하기 위해, 광빔의 알려진 빔 특성과 광빔의 빔 단면 및/또는 직경을 비교하도록 구성될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 대상체의 적어도 하나의 횡 방향 좌표가 결정될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 평가 장치는 적어도 하나의 횡 방향 광학 센서상의 광빔의 위치를 결정함으로써 대상체의 적어도 하나의 횡 방향 좌표를 결정하도록 적응될 수도 있으며, 이는 또한 WO 2014/097181 A1에도 개략적으로 설명된 바와 같이, 픽셀화되거나, 세그먼트화되거나, 대면적인 횡 방향 광학 센서일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 검출기는 횡 방향 광학 센서이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 용어 "횡 방향 광학 센서"는 일반적으로 대상체로부터 검출기로 이동하는 적어도 하나의 광빔의 횡 방향 위치를 결정하도록 적응되는 장치를 지칭한다. "위치"라는 용어에 관해서는 상술한 정의를 참조할 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 횡 방향 위치는 검출기의 광축에 수직인 적어도 1차원의 적어도 하나의 좌표이거나 이를 포함할 수 있다. 일 예로, 횡 방향 위치는, 횡 방향 광학 센서의 광 감지 센서 표면과 같이, 광축에 수직인 평면에서 광빔에 의해 생성된 광 스폿의 위치일 수 있다. 예로서, 평면 내의 위치는 데카르트 좌표 및/또는 극 좌표로 주어질 수 있다. 다른 실시예도 가능하다. 본 실시예에서, 반사층까지의 거리 및 반사층의 조도를 최소화하는 것이 특히 유리할 수 있다. WO 2014/097181 A1에 개시된 바람직한 실시예에서, 횡 방향 광학 센서의 센서층은 광검출기일 수 있다. WO 2016/120392 A1에 개시된 추가의 바람직한 실시예에서, 횡 방향 광학 센서의 센서층은 광전도성 재료의 층을 포함할 수 있으며, 보다 상세하게는 전술한 재료 중에서 선택된다.
횡 방향 광학 센서는 적어도 하나의 횡 방향 센서 신호를 제공할 수 있다. 여기서, 횡 방향 센서 신호는 일반적으로 횡 방향 위치를 나타내는 임의의 신호일 수 있다. 일 예로서, 횡 방향 센서 신호는 디지털 신호 및/또는 아날로그 신호이거나 이들을 포함할 수 있다. 일 예로서, 횡 방향 센서 신호는 전압 신호 및/또는 전류 신호일 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 횡 방향 센서 신호는 디지털 데이터일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 횡 방향 센서 신호는 단일 신호값 및/또는 일련의 신호값을 포함할 수 있다. 횡 방향 센서 신호는 2개 이상의 신호를 평균화하는 것 및/또는 2개 이상의 신호의 몫을 형성하는 것과 같이, 2개 이상의 개별 신호를 결합함으로써 도출될 수 있는 임의의 신호를 더 포함할 수 있다.
본 원에서, 적어도 2개의 전극은 횡 방향 광학 신호를 기록하기 위해 존재할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 적어도 2개의 전극은 실제로 적어도 2개의 물리적 전극의 형태로, 바람직하게는 T자형의 형태로 배열될 수 있으며, 여기서, 각각의 물리 전극은 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 횡 방향 광학 센서의 적어도 하나의 전극은, 바람직하게는, 적어도 두 개의 부분 전극을 구비하는 분할 전극(split electrode)일 수 있고, 여기서, 횡 방향 광학 센서에는 센서 영역이 마련될 수 있고, 적어도 하나의 횡 방향 센서 신호는 센서 영역 내에서 입사광빔의 x 및/또는 y 위치를 나타낼 수 있다. 센서 영역은 대상체를 향하는 광검출기의 표면일 수 있다. 센서 영역은 바람직하게 광축에 수직으로 지향될 수 있다. 따라서, 횡 방향 센서 신호는 횡 방향 광학 센서의 센서 영역 평면에서 광빔에 의해 생성된 광 스폿의 위치를 나타낼 수 있다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용되는 용어 "부분 전극"은 적어도 하나의 전류 및/또는 전압 신호를 측정하도록 적응된, 바람직하게는 다른 부분 전극과는 독립적인, 복수의 전극 이외의 전극을 지칭한다. 따라서, 복수의 부분 전극이 제공되는 경우, 각각의 전극은 적어도 2개의 부분 전극을 통해, 독립적으로 측정 및/또는 사용될 수 있는 복수의 전위 및/또는 전류 및/또는 전압을 제공하도록 구성된다.
횡 방향 광학 센서는 부분 전극을 통한 전류에 따라 횡 방향 센서 신호를 생성하도록 추가 구성될 수 있다. 따라서, 2개의 수평 부분 전극을 흐르는 전류의 비율을 형성하여 x 좌표를 생성하고/생성하거나 수직 부분 전극을 흐르는 전류의 비율을 형성하여 y 좌표를 생성할 수 있다. 검출기, 바람직하게는 횡 방향 광학 센서 및/또는 평가 장치는 부분 전극을 흐르는 전류의 적어도 하나의 비율로부터 대상체의 횡 방향 위치에 대한 정보를 도출하도록 적응될 수 있다. 부분 전극을 통해 전류를 비교하여 위치 좌표를 생성하는 다른 방법도 가능하다.
부분 전극은, 일반적으로, 센서 영역에서 광빔의 위치를 결정하기 위해 다양한 방법으로 정의될 수 있다. 따라서, 수평 좌표 또는 x 좌표를 결정하기 위해 2개 이상의 수평 부분 전극이 제공될 수 있고, 수직 좌표 또는 y 좌표를 결정하기 위해 2개 이상의 수직 부분 전극이 제공될 수 있다. 따라서, 부분 전극은 센서 영역의 가장자리에 제공될 수 있고, 센서 영역의 내부 공간은 비어 있고, 하나 이상의 추가 전극 재료에 의해 덮일 수 있다. 여기서, 추가 전극 재료는 바람직하게는 투명 금속 및/또는 투명 전도성 산화물 및/또는 가장 바람직하게는 투명 전도성 중합체와 같은 추가의 투명 전극 재료일 수 있다.
하나의 전극이 3개 이상의 부분 전극을 구비하는 분할 전극인 횡 방향 광학 센서를 사용함으로써, 부분 전극을 흐르는 전류는 센서 영역에서의 광빔의 위치에 의존할 수 있다. 이것은 일반적으로 부분 전극상의 광 충돌에 기인하는 전하 생성 위치로부터의 도중에 오믹 손실 또는 저항 손실이 발생할 수 있다는 사실에 기인할 수 있다. 따라서, 부분 전극 이외에, 분할 전극은 부분 전극에 접속된 하나 이상의 추가 전극 재료를 포함할 수 있고, 여기서, 하나 이상의 추가 전극 재료는 전기 저항을 제공한다. 따라서, 전하의 생성 위치로부터 하나 이상의 추가 전극 재료를 통한 부분 전극까지의 오옴 손실로 인해, 부분 전극을 통과하는 전류는 전하 생성 위치와 센서 영역 내의 광빔의 위치에 따라 달라진다. 센서 영역에서 광빔의 위치를 결정하는 이러한 원리에 대한 상세한 설명은 하기의 바람직한 실시예 및/또는 WO 2014/097181 A1, WO 2016/120392 A1 및 거기에 인용된 각각의 참조 문헌에 개시된 물리적 원리 및 장치 옵션을 참조할 수 있다.
본 발명의 추가 실시예는 대상체로부터 검출기로 전파하는 광빔의 본질을 언급한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "광"은 일반적으로 가시 스펙트럼 범위, 자외선 스펙트럼 범위 및 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상의 전자기 방사선을 지칭한다. 여기서, 본 출원의 출원일에 유효한 버전인 표준 ISO-21348에 따른 부분에서, 가시 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 380㎚ 내지 760㎚의 스펙트럼 범위를 나타낸다. 적외선(IR) 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 760㎚ 내지 1,000㎛의 범위의 전자기 방사선을 지칭하며, 여기서, 760㎚ 내지 1.4㎛의 범위는 일반적으로 근적외선(NIR) 스펙트럼 범위, 1.5㎛ 내지 15㎛의 범위는 중적외선(MIR) 스펙트럼 범위, 15㎛ 내지 1,000㎛ 범위는 원적외선(FIR) 스펙트럼 범위로서 명명된다. 자외선 스펙트럼 범위라는 용어는 일반적으로 1㎚ 내지 380㎚의 범위, 바람직하게는 100㎚ 내지 380㎚ 범위의 전자기 방사선을 지칭한다. 바람직하게는, 본 발명에서 사용되는 광은 가시광, 즉, 가시 스펙트럼 범위 내의 광이다.
"광빔"이라는 용어는 일반적으로 특정 방향으로 방출되는 빛의 양을 지칭한다. 따라서, 광빔은 광빔의 전파 방향에 수직인 방향으로 사전 결정된 연장을 갖는 광선(light rays)의 묶음일 수 있다. 바람직하게는, 광빔은 빔 웨이스트(beam waist), 레일레이 길이(Rayleigh-length) 또는 임의의 다른 빔 파라미터 또는 빔 직경 및/또는 공간에서의 빔 전파의 전개를 특성화하는 데 적합한 빔 파라미터들의 조합 중 하나 이상과 같은 하나 이상의 가우스 빔 파라미터에 의해 특성화될 수 있는 하나 이상의 가우스 광빔이거나 이를 포함할 수 있다.
광빔은 대상체 자체에 의해 허용될 수 있고, 즉, 대상체로부터 비롯될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 다른 기원의 광빔도 가능하다. 따라서, 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 사전 결정된 특성을 갖는 하나 이상의 1차 광선 및 광빔과 같이, 하나 이상의 1차 광선 또는 광빔을 이용함으로써, 대상체를 조명하는 하나 이상의 조명원이 제공될 수 있다. 후자의 경우, 대상체로부터 검출기로 전파하는 광빔은 대상체 및/또는 대상체에 연결된 반사 장치에 의해 반사되는 광빔일 수 있다.
또한, 검출기는 조명을 변조하기 위한, 특히, 주기 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 주파수로 변화되는 프로세스를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 조명의 총 전력의 최대값과 최소값 사이에서 주기적인 변조가 발생할 수 있다. 최소값은 0일 수 있지만, 예를 들어, 완전한 변조가 영향을 받지 않도록 >0일 수도 있다. 변조는, 예를 들어, 대상체와 센서층 사이의 빔 경로에서, 예컨대, 상기 빔 경로 내에 배열되는 적어도 하나의 변조 장치에 의해 영향을 받을 수 있다. 그러나 대안적으로 또는 부가적으로, 변조는, 예를 들어, 상기 빔 경로 내에 배열되어 있는 적어도 하나의 변조 장치에 의해, 상기 대상체를 조명하기 위한 선택적 조명원 - 이하에 더욱 상세히 설명됨 - 과 상기 대상체 사이의 빔 경로에 영향을 받을 수도 있다. 이들 가능성의 조합도 생각할 수 있다. 적어도 하나의 변조 장치는, 예를 들어, 바람직하게는 일정한 속도로 회전하고 조명을 주기적으로 차단할 수 있는, 예를 들어, 적어도 하나의 인터럽터 블레이드(interrupter blade) 또는 인터럽터 휠(interrupter wheel)을 포함하는 빔 초퍼(beam chopper)나 몇몇 다른 유형의 주기적 빔 차단 장치를 포함할 수 있다. 그러나 대안적으로 또는 부가적으로, 하나 또는 복수의 상이한 유형의 변조 장치, 예를 들어, 전자 광학 효과 및/또는 음향 광학 효과에 기초한 변조 장치를 사용할 수도 있다. 다시 한번, 대안적으로 또는 부가적으로, 적어도 하나의 선택 조명원 자체는, 예를 들어, 변조된 강도 및/또는 총 전력(예를 들어, 주기적으로 변조된 총 전력)을 갖는 상기 조명원 자체에 의해, 및/또는 펄스 조명원(예를 들어, 펄스 레이저)으로서 구현되어 있는 상기 조명원에 의해, 변조된 조명을 생성하도록 설계될 수도 있다. 따라서, 일 예로서, 적어도 하나의 변조 장치는 전체적으로 또는 부분적으로 조명원에 통합될 수도 있다. 다양한 가능성이 생각될 수 있다.
따라서, 검출기는, 특히, 상이한 변조의 경우에 적어도 2개의 센서 신호, 특히, 상이한 변조 주파수 각각에서 적어도 2개의 종 방향 센서 신호를 검출하도록 설계될 수 있다. 평가 장치는 적어도 2개의 종 방향 센서 신호로부터 기하학적 정보를 생성하도록 설계될 수 있다. WO 2012/110924 A1 및 WO 2014/097181 A1에 기술된 바와 같이, 모호성을 해결할 수 있고/있거나, 예를 들어, 조명의 총 전력이 일반적으로 알려지지 않았다는 사실을 고려하는 것이 가능하다. 예를 들어, 검출기는 0.05Hz 내지 1MHz, 예컨대, 0.1Hz 내지 10kHz의 주파수로 대상체 및/또는 검출기의 적어도 하나의 센서 영역의 조명을 변조하도록 설계될 수 있다. 상술한 바와 같이, 이를 위해, 검출기는 적어도 하나의 선택 조명원에 통합될 수 있고/있거나 조명원과는 독립적일 수 있는 적어도 하나의 변조 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 조명원이 그 자체로 조명의 변조를 생성하도록 적응될 수 있고/있거나, 예를 들어, 적어도 하나의 초퍼, 및/또는 적어도 하나의 전자 광학 장치 및/또는 적어도 하나의 음향 광학 장치와 같은 적어도 하나의 투과율이 변조된 적어도 하나의 장치와 같은 적어도 하나의 독립적인 변조 장치가 존재할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상술한 바와 같이, 검출기에 적어도 하나의 변조 주파수를 인가하는 것이 유리할 수 있다. 그러나 검출기에 변조 주파수를 적용하지 않고, 종 방향 센서 신호를 직접 결정하는 것이 여전히 가능할 수 있다. 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 대상체에 대하여 원하는 종 방향 정보를 획득하기 위해, 많은 관련 상황하에서 변조 주파수의 적용이 요구되지 않을 수도 있다. 그 결과, 검출기는 공간 검출기의 간단하고 비용 효율적인 구성에 추가로 기여할 수 있는 변조 장치를 포함할 필요가 없다. 그 결과, 공간 광 변조기는 주파수-멀티플렉싱 모드보다는 시간-멀티플렉싱 모드에서 또는 이들의 조합에서 사용될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 사용자와 기계간에 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스가 제안된다. 제안된 인간-기계 인터페이스는, 전술하거나 이하에서 더 상세히 언급되는 하나 이상의 실시예에서, 전술한 검출기가 정보 및/또는 명령을 기계에 제공하기 위해 하나 이상의 사용자에 의해 사용될 수 있다는 사실을 이용할 수 있다. 따라서, 인간-기계 인터페이스는 제어 명령을 입력하는 데 사용될 수 있는 것이 바람직하다.
인간-기계 인터페이스는, 전술한 하나 이상의 실시예 및/또는 이하에 더 상세히 개시되는 하나 이상의 실시예와 같은 본 발명의 실시예에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 여기서, 인간-기계 인터페이스는 검출기에 의해 사용자의 적어도 하나의 기하학적 정보 항목을 생성하도록 설계되며, 인간-기계 인터페이스는 기하학적 정보를 적어도 하나의 정보 항목, 특히, 적어도 하나의 제어 명령에 할당하도록 설계된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치가 개시된다. 본 명세서에 사용되는 엔터테인먼트 장치는 한 명 이상의 사용자(이하에서는 한 명 이상의 플레이어라고도 함)의 여가 및/또는 오락의 목적으로 제공될 수 있는 장치이다. 일 예로서, 엔터테인먼트 장치는 게임, 바람직하게는 컴퓨터 게임을 목적으로 제공될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 엔터테인먼트 장치는 일반적으로 운동, 스포츠, 물리 치료 또는 모션 추적과 같은 다른 목적으로도 사용될 수 있다. 따라서, 엔터테인먼트 장치는 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 시스템으로 구현될 수 있거나, 하나 이상의 게임 소프트웨어 프로그램을 구동하는 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다.
엔터테인먼트 장치는, 예컨대, 전술한 하나 이상의 실시예 및/또는 이하에 개시된 하나 이상의 실시예와 같은 본 발명에 따른 적어도 하나의 인간-기계 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 장치는 인간-기계 인터페이스를 통해 플레이어가 적어도 하나의 정보 항목을 입력할 수 있도록 설계된다. 적어도 하나의 정보 항목은 엔터테인먼트 장치의 제어기 및/또는 컴퓨터에 의해 전송 및/또는 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 적어도 하나의 이동 가능한 대상체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템이 제공된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 추적 시스템은 적어도 하나의 대상체나 대상체의 적어도 일부에 대한 일련의 과거 위치에 관한 정보를 수집하도록 적응된 장치이다. 또한, 추적 시스템은 적어도 하나의 대상체 또는 대상체의 적어도 일부에 대한 적어도 하나의 예측되는 향후의 위치에 관한 정보를 제공하도록 적응될 수 있다. 추적 시스템은 전자 장치, 바람직하게는 적어도 하나의 데이터 처리 장치, 더 바람직하게는 적어도 하나의 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러에 의해 전체적 또는 부분적으로 구현될 수 있는 적어도 하나의 추적 제어기를 포함할 수 있다. 다시, 적어도 하나의 추적 제어기는 적어도 하나의 평가 장치를 포함할 수 있고/있거나 적어도 하나의 평가 장치의 일부일 수 있고/있거나 적어도 하나의 평가 장치와 완전히 또는 부분적으로 동일할 수 있다.
추적 시스템은 상술한 하나 이상의 실시예 및/또는 이하의 하나 이상의 실시예에 개시된 적어도 하나의 검출기와 같이, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 추적 시스템은 적어도 하나의 추적 제어기를 더 포함한다. 추적 시스템은 1개, 2개 또는 그 이상의 검출기, 특히, 2개 이상의 동일한 검출기를 포함할 수 있고, 이를 통해 2개 이상의 검출기 사이에 중첩하는 볼륨에서 적어도 하나의 대상체에 대한 신뢰할 수 있는 깊이 정보를 획득할 수 있다. 추적 제어기는 대상체의 일련의 위치를 추적하도록 적응되고, 각 위치는 특정 시점에서 대상체의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 포함한다.
상기 추적 시스템은 상기 대상체에 연결할 수 있는 적어도 하나의 비콘 장치를 더 포함할 수 있다. 비콘 장치의 잠재적인 정의에 대해서는 WO 2014/097181 A1을 참조할 수 있다. 추적 시스템은, 바람직하게는, 검출기가 적어도 하나의 비콘 장치의 대상체 위치에 대한 정보를 생성할 수 있도록, 특히, 특정 스펙트럼 감도를 나타내는 특정 비콘 장치를 포함하는 대상체의 위치에 대한 정보를 생성하도록 적응된다. 따라서, 상이한 스펙트럼 감도를 나타내는 하나 초과의 비콘 장치는 바람직하게는 동시에 본 발명의 검출기에 의해 추적될 수 있다. 여기서, 비콘 장치는 능동 비콘 장치 및/또는 수동 비콘 장치로 전체 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 비콘 장치는 검출기로 전송될 적어도 하나의 광빔을 생성하도록 적응된 적어도 하나의 조명원을 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 비콘 장치는 조명원에 의해 생성된 광을 반사시키도록 적응된 적어도 하나의 반사기를 포함할 수 있고, 이를 통해 검출기로 전송될 반사광빔을 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 대상체의 적어도 하나의 위치를 결정하기 위한 스캐닝 시스템이 제공된다. 본 명세서에서 사용되는 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 대상체의 적어도 하나의 표면에 위치한 적어도 하나의 도트를 조명하기 위해, 또한 적어도 하나의 도트와 스캐닝 시스템 간의 거리에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하기 위해 구성되는 적어도 하나의 광빔을 방출하도록 적응된 장치이다. 적어도 하나의 도트와 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하기 위해, 스캐닝 시스템은 위에 열거한 적어도 하나 이상의 실시예 및/또는 이하의 하나 이상의 실시예에서 개시된 바와 같은 본 발명에 따른 검출기 중 적어도 하나를 포함한다.
따라서, 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 대상체의 적어도 하나의 표면에 위치된 적어도 하나의 도트 조명용으로 구성되어 있는 적어도 하나의 광빔을 방출하도록 적응된 적어도 하나의 조명원을 포함한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "도트(dot)"라는 용어는, 예를 들어, 스캐닝 시스템의 사용자가, 조명원에 의해 조명되도록 선택할 수 있는 대상체 표면의 일부분의 작은 영역을 지칭한다. 스캐닝 시스템이 스캐닝 시스템에 포함된 조명원과, 도트가 가능한 한 정확하게 위치될 수 있는 대상체 표면의 일부분 사이의 거리에 대한 값을 결정할 수 있게 하기 위해, 도트는 가능한 한 작은 크기를 나타낼 수 있는 것이 바람직한 반면에, 스캐닝 시스템의 사용자 또는 스캐닝 시스템 자체, 특히, 자동화 절차에 의해 대상체 표면의 관련된 부분 상의 도트의 존재를 검출할 수 있게 하기 위해, 도트는 가능한 한 크게 형성될 수도 있다.
이를 위해, 조명원은 인공 조명원, 특히, 적어도 하나의 레이저 광원 및/또는 적어도 하나의 백열 램프 및/또는 적어도 하나의 반도체 광원, 예를 들어, 적어도 하나의 발광 다이오드, 특히, 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 일반적으로 정의된 빔 프로파일 및 처리 가능한 다른 특성으로 인해, 적어도 하나의 레이저 광원을 조명원으로서 사용하는 것이, 특히, 바람직하다. 여기서, 사용자가 쉽게 저장 및 전송할 수 있는 소형 스캐닝 시스템을 제공하는 것이 중요한 경우에는, 단일 레이저 광원을 사용하는 것이, 특히, 바람직할 수 있다. 따라서, 조명원은 바람직하게는 검출기의 구성 요소일 수 있고, 그에 따라, 특히, 검출기, 예컨대, 검출기의 하우징에 통합될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 특히, 스캐닝 시스템의 하우징은 읽기 쉬운 방식으로 사용자에게 거리 관련 정보를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 디스플레이를 포함할 수 있다. 추가의 바람직한 실시예에서, 특히, 스캐닝 시스템의 하우징은 하나 이상의 동작 모드를 설정하는 것과 같이, 스캐닝 시스템에 관한 적어도 하나의 기능을 동작하도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 버튼을 더 포함할 수 있다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 특히, 스캐닝 시스템의 하우징은 특히, 사용자에 의해 스캐닝 시스템의 거리 측정 및/또는 처리의 정확도를 증가시키기 위해, 자성 재료를 포함하는 고무 받침(rubber foot), 베이스 플레이트 또는 벽 홀더(wall holder)와 같은 다른 표면에 스캐닝 시스템을 고정하도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 고정 유닛을 포함할 수 있다.
따라서, 특히, 바람직한 실시예에서, 스캐닝 시스템의 조명원은 대상체의 표면에 위치한 단일 도트의 조명을 위해 구성될 수 있는 단일 레이저 빔을 방출할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 사용함으로써, 적어도 하나의 점과 스캐닝 시스템 사이의 거리에 관한 적어도 하나의 정보 항목이 생성될 수 있다. 이로써, 바람직하게는, 예컨대, 적어도 하나의 검출기에 포함된 평가 장치를 사용함으로써, 스캐닝 시스템에 포함된 조명 시스템과, 조명원에 의해 생성된 단일 점 사이의 거리가 결정될 수 있다. 그러나 스캐닝 시스템은, 특히, 이러한 목적을 위해 적응될 수 있는 추가의 평가 시스템을 포함할 수도 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 스캐닝 시스템의 크기, 특히, 스캐닝 시스템의 하우징의 크기가 고려될 수 있고, 따라서 스캐닝 시스템의 하우징상의 특정 지점, 예컨대, 하우징의 전방 에지 또는 후방 에지와 단일 점 사이의 거리가 대안적으로 결정될 수 있다.
대안으로, 스캐닝 시스템의 조명원은 빔의 방출 방향 사이에 직각과 같은 개별 각도를 제공하도록 구성될 수 있는 2개의 개별 레이저 빔을 방출할 수 있고, 이에 의해 동일한 대상체의 표면 또는 2개의 개별 대상체에서 2개의 상이한 표면에 위치된 2개의 도트 각각이 조명될 수 있다. 그러나 2개의 개별 레이저 빔 사이의 각도에 대한 다른 값도 가능할 수 있다. 이 특징은, 예를 들어, 스캐닝 시스템과 도트 사이에 하나 이상의 장애물이 존재하는 것으로 인해, 직접적으로 접근할 수 없는 간접 거리를 도출하는 것과 같은 간접 측정 함수를 위해 사용될 수 있거나, 그렇지 않은 경우 도달하기가 어렵다. 예를 들어, 2개의 개별 거리를 측정하고 피타고라스 공식을 사용하여 높이를 도출함으로써, 대상체의 높이 값을 결정할 수 있다. 특히, 대상체에 대해 사전 정의된 레벨을 유지할 수 있기 때문에, 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 레벨링 유닛, 특히, 사용자에 의해 사전 정의된 레벨을 유지하는 데 사용될 수 있는 일체화된 버블 바이알(bubble vial)을 더 포함할 수 있다.
또 다른 대안으로서, 스캐닝 시스템의 조명원은 서로에 대해 각각의 피치, 특히, 정규 피치(regular pitch)를 나타낼 수 있고, 적어도 하나의 대상체의 적어도 하나의 표면상에 위치된 도트의 어레이를 생성하기 위한 방식으로 배치되는 레이저 빔의 어레이와 같은 복수의 개별 레이저 빔을 방출할 수 있다. 이 목적을 위해, 빔 분할 장치 및 미러와 같은 특별히 적응된 광학 소자가 제공되어, 레이저 빔의 상술한 어레이를 생성하게 할 수 있다.
따라서, 스캐닝 시스템은 하나 이상의 대상체의 하나 이상의 표면 상에 위치된 하나 이상의 도트의 정적 배열을 제공할 수 있다. 대안적으로, 스캐닝 시스템의 조명원, 특히, 상술한 레이저 빔의 어레이와 같은 하나 이상의 레이저 빔은 시간 경과에 따라 변화하는 강도를 나타낼 수 있는 하나 이상의 광빔 및/또는 시간의 경과에 따라 방출 방향이 교대로 적용될 수 있는 하나 이상의 광빔을 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 조명원은 스캐닝 장치의 적어도 하나의 조명원에 의해 생성된 교번 특징(alternating features)을 갖는 하나 이상의 광빔을 사용함으로써 이미지로서 적어도 하나의 대상체의 적어도 하나의 표면의 일부를 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 따라서, 스캐닝 시스템은, 특히, 하나 이상의 대상체의 하나 이상의 표면을 순차적으로 또는 동시에 스캐닝하는 것과 같이, 적어도 하나의 행 스캔 및/또는 라인 스캔을 사용할 수 있다. 따라서, 스캐닝 시스템은, 3개 이상의 도트를 측정함으로써, 각도를 측정하도록 적응될 수 있거나, 또는 스캐닝 시스템은 종래의 측정 스틱을 사용하여 접근하기 어려울 수 있는 지붕의 게이블(gable)과 같은 모서리 또는 좁은 영역을 측정하도록 적응될 수 있다.
비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 삼각대에 장착될 수 있고, 몇몇 코너 및 표면으로 이루어진 대상체 또는 영역을 지향할 수 있다. 하나 이상의 유연한 이동식 레이저 광원이 스캐닝 시스템에 장착된다. 하나 이상의 레이저 광원은 관심 지점을 조명하도록 이동된다. 스캐닝 시스템에 대한 조명 지점의 위치는 스캐닝 시스템상의 지정된 버튼을 누를 때 측정되고, 위치 정보는 무선 인터페이스를 통해 이동 전화로 전송된다. 위치 정보는 이동 전화 애플리케이션에 저장된다. 레이저 광원은 그 위치가 측정되어 휴대 전화 애플리케이션으로 전송되는 추가의 관심 지점을 조명하도록 이동된다. 이동 전화 애플리케이션은 인접한 지점들을 평면으로 연결하여 지점들의 집합을 3D 모델로 변환할 수 있다. 3D 모델은 추가로 저장 및 처리될 수 있다. 측정된 지점들 또는 표면들 사이의 거리 및/또는 각도는 위치 정보가 전송되는 스캐닝 시스템이나 이동 전화에 장착된 디스플레이 상에 직접 디스플레이될 수 있다.
비제한적 예로서, 스캐닝 시스템은 지점을 투영하는 2개 이상의 가요성 가동 레이저 광원과, 추가로 라인을 투영하는 하나의 가동 레이저 광원을 포함할 수 있다. 라인은 라인을 따라 2개 이상의 레이저 스폿을 배열하는 데 사용될 수 있고, 스캐닝 장치의 디스플레이는, 예컨대, 등거리로 라인을 따라 배열될 수 있는 2개 이상의 레이저 스폿 간의 거리를 디스플레이할 수 있다. 2개의 레이저 스폿의 경우, 단일 레이저 광원이 사용될 수 있는 반면, 투영된 지점의 거리는 하나 이상의 빔 스플리터 또는 프리즘을 사용하여 수정되며, 여기서, 빔 스플리터 또는 프리즘은 투영된 레이저 스폿들이 서로 멀거나 가깝게 이동될 수 있다. 또한, 스캐닝 시스템은, 예컨대, 직각, 원, 정사각형, 삼각형 등의 추가의 패턴을 투영하도록 적응될 수 있고, 이 과정에서 레이저 스폿을 투영하고 그들의 위치를 측정함으로써, 측정이 수행될 수 있다.
비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 톱, 드릴 등과 같은 목재나 금속 가공 공구와 같은 공구로 작업을 지원하도록 적응될 수 있다. 따라서, 스캐닝 시스템은 2개의 반대 방향에서 거리를 측정하고, 디스플레이에서 2개의 측정된 거리 또는 그 거리의 합을 표시하도록 적응될 수 있다. 또한, 스캐닝 시스템은 표면 가장자리까지의 거리를 측정하기 위해, 스캐닝 시스템이 표면에 배치되면, 거리 측정이 표면의 모서리 또는 가장자리로 인해 급격한 변화를 보일 때까지, 레이저 포인트가 표면을 따라 스캐닝 시스템으로부터 자동적으로 멀리 이동되도록 적응될 수 있다. 이것은 스캐닝 장치가 나무 판자상에 배치되지만, 그 끝으로부터 멀리 떨어져 있는 동안, 나무 판자 끝까지의 거리를 측정할 수 있게 한다. 또한, 스캐닝 시스템은 한 방향에서 나무 판자의 일단까지의 거리를 측정하고, 반대 방향에서 지정된 거리 내에 라인 또는 원 또는 지점을 투영할 수 있다. 스캐닝 시스템은, 반대 방향에서 측정된 거리, 예컨대, 사전 결정된 총 거리에 따라 거리 내의 선 또는 원 또는 지점을 투영하도록 적응될 수 있다. 이를 통해 공구로부터 안전한 거리에 스캐닝 시스템을 배치하는 동시에 투영된 위치에서 톱이나 드릴과 같은 공구로 작업할 수 있으며, 동시에 판자의 가장자리까지 사전 결정된 거리에서 공구를 사용하여 프로세스를 수행할 수 있다. 또한, 스캐닝 시스템은 사전 결정된 거리에서 2개의 반대 방향으로 지점 또는 라인 등을 투영하도록 적응될 수 있다. 거리의 합이 변경되면, 투영된 거리 중 하나만 변경된다.
비제한적인 예로서, 스캐닝 시스템은 표면, 예를 들어, 절단, 톱질, 드릴링 등과 같은 작업이 수행되는 표면 상에 배치되도록, 또한, 예를 들어, 스캐닝 장치 상의 버튼을 이용하여 조정될 수 있는 사전 결정된 거리의 표면 상에 라인을 투영하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 대상체의 적어도 하나의 단일 원형 3차원 이미지를 생성하기 위한 입체 시스템이 제공된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 이상 및/또는 이하에 개시된 입체 시스템은 종 방향 광학 센서로서 적어도 2개의 FiP 센서를 포함할 수 있고, 제 1 FiP 센서는 추적 시스템, 특히, 본 발명에 따른 추적 시스템에 포함될 수 있고, 제 2 FiP 센서는 추적 시스템, 특히, 본 발명에 따른 추적 시스템에 포함될 수 있다. 여기에서, FiP 센서는, 바람직하게는, 예를 들어, FiP 센서를 광축에 평행하게 정렬시킴으로써 시준된 배열의 별도의 빔 경로에 배열되고, 입체 시스템의 광축에 수직으로 개별 배치될 수 있다. 따라서, FiP 센서는, 특히, 시야가 중복되고, 바람직하게는, 개별 변조 주파수에 민감한 개별 FiP 센서로부터 유도된 시각 정보의 조합에 의해 깊이 정보를 얻음으로써, 깊이 정보의 인식 결과를 생성 또는 증가시킬 수 있다. 이러한 목적을 위해, 개별 FiP 센서는, 바람직하게는, 광축에 수직인 방향으로 결정되도록 1cm 내지 100cm, 바람직하게는 10cm 내지 25cm의 거리만큼 서로 이격될 수 있다. 따라서, 이러한 바람직한 실시예에서, 추적 시스템은 변조된 활성 타겟(active target)의 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있고, 반면에 1개 이상의 대상체의 하나 이상의 표면 상에 하나 이상의 도트를 투영시키도록 적응된 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 도트와 스캐닝 시스템 간의 거리에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하는 데 사용될 수 있다. 또한, 입체 시스템은, 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 바와 같이, 이미지 내의 적어도 하나의 대상체의 횡 방향 위치에 관한 정보 항목을 생성하기 위해 적응되어 있는 별도의 위치 감지 장치를 더 포함할 수 있다.
입체 시각을 허용하는 것 외에, 주로 하나 초과의 종 방향 광학 센서의 사용에 기초하는 입체 시스템의 또 다른 특별한 이점은, 특히, 총 강도 및/또는 낮은 검출 임계값의 증가를 포함할 수 있다. 또한, 적어도 2개의 종래의 위치 감지 장치를 포함하는 종래의 입체 시스템에서, 각각의 이미지의 상응하는 픽셀은 상당한 계산 노력을 적용하여 결정해야 하는 반면, 적어도 2개의 FiP 센서를 포함하는 본 발명에 따른 입체 시스템에서, 각각이 서로 다른 변조 주파수로 동작될 수 있는 FiP 센서를 사용하여 기록되어 있는 각각의 이미지의 상응하는 픽셀은 명백하게 서로에 대해 할당될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 입체 시스템은 적은 노력으로 대상체의 횡 방향 위치뿐만 아니라 대상체의 종 방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성할 수 있게 한다는 것을 강조할 수 있다.
입체 시스템의 더 상세한 설명을 위해, 추적 시스템 및 스캐닝 시스템 각각의 설명을 참조할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 적어도 하나의 대상체를 촬상하기 위한 카메라가 개시된다. 카메라는 상술하거나 이하에 상세하게 설명될 하나 이상의 실시예에 개시된 바와 같이 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 따라서, 검출기는 사진기, 특히, 디지털 카메라의 일부일 수 있다. 특히, 검출기는 3D 포토그래피, 특히, 디지털 3D 포토그래피에 사용될 수 있다. 따라서, 검출기는 디지털 3D 카메라를 형성하거나, 디지털 3D 카메라의 일부일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "포토그래피(photography)"라는 용어는 일반적으로 적어도 하나의 대상체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 본 명세서에서 또한 사용되는 바와 같이, "카메라"는 일반적으로 포토그래피를 수행하는 데 적응된 장치이다. 본 명세서에서 또한 사용되는 바와 같이, "디지털 포토그래피"라는 용어는 일반적으로 조명 강도, 바람직하게는, 디지털 전기 신호를 나타내는 전기 신호를 생성하도록 적응된 복수의 감광 요소를 사용함으로써 적어도 하나의 대상체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 본 명세서에서 또한 사용되는 바와 같이, "3D 포토그래피"라는 용어는 일반적으로 3개의 공간 차원에서 적어도 하나의 대상체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 따라서, 3D 카메라는 3D 포토그래피를 수행하도록 적응된 장치이다. 카메라는 일반적으로 단일 3D 이미지와 같은 단일 이미지를 획득하도록 적응될 수 있거나, 일련의 이미지와 같은 복수의 이미지를 획득하도록 적응될 수도 있다. 따라서, 카메라는 또한 디지털 비디오 시퀀스를 획득하는 것과 같은 비디오 애플리케이션에 적응된 비디오 카메라일 수 있다.
따라서, 일반적으로, 본 발명은 또한 적어도 하나의 대상체를 촬상하기 위한 카메라, 특히, 디지털 카메라, 보다 구체적으로는 3D 카메라 또는 디지털 3D 카메라를 지칭한다. 전술한 바와 같이, 본 명세서에서 사용된 촬상(imaging)이라는 용어는 일반적으로 적어도 하나의 대상체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 카메라는 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 전술한 바와 같이, 카메라는 단일 이미지를 획득하거나, 이미지 시퀀스와 같은 복수의 이미지를 획득하기 위해, 바람직하게는 디지털 비디오 시퀀스를 획득하기 위해 적응될 수 있다. 따라서, 일 예로서, 카메라는 비디오 카메라일 수 있거나 이를 포함할 수도 있다. 후자의 경우, 카메라는 이미지 시퀀스를 저장하기 위한 데이터 메모리를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태에서, 입사광빔의 광 검출을 위한 광 검출기를 제조하기 위한 방법이 개시된다. 이 방법은, 바람직하게는, 본 발명에 따른 적어도 하나의 검출기, 예를 들어, 본 명세서의 이하의 다른 곳에서 더 상세하게 개시된 하나 이상의 실시예에 따른 적어도 하나의 검출기를 제조하거나 생산하는데 사용될 수 있다. 따라서, 본 방법의 선택적인 실시예에서, 검출기의 다양한 실시예에 대한 설명이 참조될 수 있다.
상기 방법은 주어진 순서 또는 상이한 순서로 수행될 수 있는 다음의 단계들을 포함한다. 또한, 열거되지 않은 추가적인 방법 단계가 제공될 수 있다. 달리 명시하지 않는 한, 2개 이상 또는 심지어 모든 방법 단계가 적어도 부분적으로 동시에 수행될 수 있다. 또한, 2개 이상 또는 심지어 모든 방법 단계가 2회 또는 심지어 2회 이상 반복적으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 광 검출기의 제조 방법은,
a) 회로 캐리어의 파티션 상에 반사층을 증착하는 단계 - 반사층은 입사광빔을 적어도 부분적으로 반사시키도록 설계됨 - 와,
b) 적어도 부분적으로 투명한 기판층 상에 감광성 재료를 증착함으로써 센서층을 생성하는 단계 - 여기서, 센서층은 입사광빔과 반사광빔에 의한 센서층의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계됨 - 와,
c) 센서층을 지지하는 기판층을 반사층 상에 배치하는 단계, 및
d) 센서 신호를 수신하고, 그 센서 신호를 평가함으로써 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된 평가 장치를 제공하는 단계를 포함한다.
따라서, 단계 a)에 따르면, 반사층은 먼저 회로 캐리어의 파티션, 특히, PCB(Printed Circuit Board) 상에 증착될 수 있다. 독립적으로, 적어도 부분적으로 투명한 기판층 상에 감광성 재료를 증착함으로써 단계 b)에 따라 센서층이 생성된다. 이어서, 센서층을 지지하는 기판층은 단계 c)에 따라 반사층 상에, 바람직하게는 접착제층을 도포함으로써 배치될 수 있고, 이에 의해 반사층은 입사광빔, 특히, 센서층으로 다시 반사할 수 있도록 원하는 위치에 배치될 수 있다. 결과적으로, 입사광의 바람직한 흡수를 위해 충돌하는 광빔을 센서층으로 다시 재지향시킴으로써 입사광의 손실이 감소될 수 있다. 그 후, 적어도 2개의 개별 전기 접점이 센서층과 접촉하도록 제공될 수 있고, 여기서, 전기 접점은 센서 신호를 회로 캐리어를 통해 평가 장치로 전송하도록 설계된다. 따라서, 센서층과 평가 장치 사이에 전기적 연결을 제공하기 위한 적어도 2개의 개별 전기 접점이 적용될 수 있고, 여기서, 전기적 접속은 바람직하게는 개별 전기 접점과 접촉 패드와 같은 대응하는 수신 접점 사이에 와이어 본딩을 적용함으로써 얻어질 수 있고, 접촉 패드는 바람직하게는 PCB와 같은 회로 캐리어 상에 추가로 배치될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 센서층은 가급적 기판층과 센서층 사이에 갭이 남지 않거나 생성되지 않는 방식으로 기판층에 직접 또는 간접적으로 적용될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 센서층은 증착 방법을 사용함으로써 적용될 수 있고, 여기서 증착 방법은 진공 증착, 스퍼터링, 원자층 증착, 화학적 기상 성장, 스프레이 열 분해, 전착법, 양극 산화, 전자 변환, 무전해 딥 성장, 연속 이온 흡착 및 반응, 분자 빔 에피택시, 분자 기상 에피택시, 액상 에피택시, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 플렉소 프린팅, 스크린 프린팅, 스텐실 프린팅, 슬롯 다이 코팅, 닥터 블레이딩 및 용액-가스 인터페이스 기술로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
특정 실시예에서, 접착제층이 기판층과 반사층 사이에 추가적으로 위치될 수 있다. 접착제층에 대한 추가의 상세한 설명은 본 명세서에서 제공되는 접착제층에 대한 상세한 설명을 참조할 수 있다.
전술한 바와 같이, 소정의 검출기는 일반적으로 입사광빔에 의해 센서층의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 이러한 목적을 위해, 센서층에 전기 접촉하도록 적응되어 있는 적어도 2개의 전기 접점이 더 제공될 수 있다. 일반적으로, 전기 접점은 방법 단계 a) 내지 c) 중 어느 하나의 이전 또는 도중에 제공될 수 있다. 특히, 바람직한 실시예에서, 전기 접점은 공지된 증착 기술에 의한 것과 같이 증착된 금속층을 사용함으로써 제공될 수 있고, 여기서 금속층은, 특히, 은, 알루미늄, 백금, 마그네슘, 크롬, 티타늄, 금, 또는 고전도성 그래핀 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 대안적으로, 전기 접점은 무전해 Ni, 무전해 Au, 갈바닉 Ni 또는 갈바닉 Au와 같이 갈바닉 또는 화학적 증착 프로세스에 의해 제공될 수 있다.
또한, 커버층은 전기 접점을 전체 또는 부분적으로 덮을 수 있는 방식으로 센서층상에 증착될 수 있다. 이 특정 실시예에서, 전기 접점은 커버층에 의해 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히 덮여 있으므로, 전기 전도성 리드, 바람직하게는 와이어 형태, 특히, Au, Al 또는 Cu 와이어 형태의 전도성 리드를 사용하여 적어도 하나의 외부 연결부에 결합될 수 있으며, 특히, 전기 전도성 리드는, 특히, 커버층을 통해 전기 접점에 결합될 수 있다. 예로서, 커버층에 의해 덮인 Au 접점은 이후 와이어 본딩에 의해 접촉될 수 있다.
이미 전술한 바와 같이, 적어도 하나의 추가층이 또한 커버층 또는 커버층의 파티션 상에 증착될 수 있다. 여기서, 추가층은 추가의 광학 필터층, 반사 방지층, 접착제층, 캡슐화 층, 스크래치 방지층, 친수성 층, 소수성 층, 자정층, 방담층 또는 전도층 중 적어도 하나를 선택하거나 포함할 수 있다.
또한 광 검출기의 제조 프로세스에 관한 상세한 설명은 본 명세서의 다른 곳에서 찾을 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 범프 칩 캐리어(bump chip carrier), 세라믹 리드리스 칩 캐리어(ceramic leadless chip carrier), 리드리스 칩 캐리어, 납 첨가 칩 캐리어(leaded chip carrier), 납 첨가 세라믹 칩 캐리어, 듀얼 리드리스 칩 캐리어, 납 첨가 플라스틱 칩 캐리어, 패키지 칩 캐리어 상의 캐리어 등과 같은 표면 실장 기술 패키지(surface mount technology package)와 함께 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 DO-204, DO-213, 금속 전극 리프리스 페이스(Metal electrode leafless face), DO-214, SMA, SMB, SMC, GF1, SOD, SOT, TSOT, TO-3, TO-5, TO-8, TO-18, TO-39, TO-46, TO-66, TO-92, TO-99, TO-100, TO-126, TO-220, TO-226, TO-247, TO-252, TO-263, TO-263 THIN, SIP, SIPP, DFN, DIP, DIL, 플랫 팩, SO, SOIC, SOP, SSOP, TSOP, TSSOP, ZIP, LCC, PLCC, QFN, QFP, QUIP, QUIL, BGA, eWLB, LGA, PGA, COB, COF, COG, CSP, 플립 칩, PoP, QP, UICC, WL-CSP, WLP, MDIP, PDIP, SDIP, CCGA, CGA, CERPACK, CQGP, LLP, LGA, LTCC, MCM, MICRO SMDXT 등과 같이, 표준 관통홀 또는 소스 실장 기술 반도체 패키지(source mount technology semiconductor packages)와 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 OPGA, FCPGA, PAC, PGA, CPGA 등과 같은 PGA(Pin Grid Array)와 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 CFP, CQFP, BQFP, DFN, ETQFP, PQFN, PQFP, LQFP, QFN, QFP, MQFP, HVQFP, SIDEBRAZE, TQFP, TQFN, VQFP, ODFN 등과 같은 플랫 패키지(flat package)와 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 SOP, CSOP MSOP, PSOP, PSON, PSON, QSOP, SOIC, SSOP, TSOP, TSSOP, TVSOP, ㎛AX, WSON 등과 같은 소형 아웃 라인 패키지(small outline package)와 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 CSP, TCSP, TDSP, MICRO SMD, COB, COF, COG 등과 같은 칩 스케일 패키지(chip-scale package)와 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 FBGA, LBGA, TEPBGA, CBGA, OBGA, TFBGA, PBGA, MAP-BGA, UCSP, μBGA, LFBGA, TBGA, SBGA, UFBGA 등과 같은 볼 그리드 어레이(ball grid array)와 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 SiP, PoP, 3D-SiC, WSI, 근접 통신 등과 같은 멀티 칩 패키지 내의 칩과 같은 추가의 전자 장치와 결합될 수 있다. 통합 회로 패킹에 관한 추가 정보는 https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_integrated_circuit_packaging_types 또는 https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_integrated_circuit_package_dimensions 에서 다음 소스를 참조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 본 발명에 따른 광 검출기의 사용이 개시된다. 여기에서, 대상체의 위치, 특히, 대상체의 횡 방향 위치를 결정하기 위한 검출기의 사용은, 특히, 위치 측정, 특히, 교통 기술에서의 위치 측정과, 엔터테인먼트 애플리케이션과, 보안 애플리케이션과, 인간-기계 인터페이스 애플리케이션과, 추적 애플리케이션과, 스캐닝 애플리케이션과, 입체 시각 애플리케이션과, 포토그래피 애플리케이션과, 촬상 애플리케이션 또는 카메라 애플리케이션과, 적어도 하나의 공간의 맵을 생성하는 맵핑 애플리케이션과, 차량용 호밍(homing) 또는 비콘 추적 검출기와, (배경보다 뜨겁거나 차가운) 열 시그니처를 가진 대상체의 위치 측정과, 기계 시각 애플리케이션과, 로봇 애플리케이션으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 사용 목적을 위해 제안된다.
바람직하게는, 광 검출기, 방법, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템, 카메라 및 검출기의 다양한 용도, 특히, 광학 센서, 평가 장치 및 적용 가능한 경우, 종 방향의 광학 센서, 변조 장치, 조명원 및 촬상 장치, 특히, 잠재적인 재료, 셋업 및 추가의 세부 사항들에 관하여, 하나 이상의 WO 2012/110924 A1, US 2012/206336 A1, WO 2014/097181 A1, US 2014/291480 A1 및 WO 2016/120392 A1에 개시되어 있으며, 여기에 그 전체 내용이 참조로서 포함된다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 적외선 검출 애플리케이션, 열 검출 애플리케이션, 온도계 애플리케이션, 열 탐색 애플리케이션, 화염 검출 애플리케이션, 화재 검출 애플리케이션, 연기 검출 애플리케이션, 온도 감지 애플리케이션, 분광학 애플리케이션 등에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 복사 또는 제로그래피 애플리케이션에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 배기 가스를 모니터링하고, 연소 프로세스를 모니터링하고, 오염을 모니터링하고, 산업 프로세스를 모니터링하고, 화학 프로세스를 모니터링하고, 식품 가공 프로세스를 모니터링하고, 수질을 평가하고, 공기 품질을 평가하는 것 등에서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 품질 제어, 온도 제어, 모션 제어, 배기 제어, 가스 감지, 가스 분석, 모션 감지, 화학적 감지 등에 사용될 수 있다.
검출기 중 적어도 하나를 포함하는 상술한 광 검출기, 방법, 인간-기계 인터페이스 및 엔터테인먼트 장치 및 제안된 용도는 종래 기술에 비해 상당한 이점을 갖는다. 따라서, 일반적으로, 공간 내에서 적어도 하나의 대상체의 위치를 정확하게 결정하기 위한, 특히, 적어도 하나의 대상체의 투과율, 흡수, 방출 및 반사율 중 적어도 하나를 감지하는 것과 관련하여 간단하고 여전히 효율적인 검출기가 제공될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 검출기는 IR 스펙트럼 범위, 특히, MidIR 스펙트럼 범위, 예컨대, 1.5㎛ 내지 15㎛의 적어도 하나의 파티션에 걸쳐, 특히, 민감할 수 있으므로, 적외선에 대해 효율적이고, 신뢰할 수 있고, 대면적의 위치 감지 장치일 수 있다.
당업계에 공지된 장치와 비교하여, 본 명세서에 제안된 검출기는, 바람직하게는 입사광, 특히, 적외선 스펙트럼 범위로부터의 광의 손실을 효율적으로 감소시키거나 회피할 수 있는 방식으로 배열될 수 있으며, 여기서, 광 검출기는 쉬운 제조 공정을 적용함으로써 제조될 수 있다. 본 명세서에서, 검출기는 패키지에 쉽게 통합될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 검출기는, 바람직하게는, 부피가 크지 않은 밀봉 패키지로서 제공될 수 있고, 그럼에도 불구하고 승온 및/또는 높은 습기에서도 습기 및/또는 산소와 같은 외부 영향에 의해 발생할 수 있는 열화로부터 높은 수준의 보호를 제공할 수 있다. 또한, 센서층의 커버층 및 부피가 크지 않은 밀폐 패키지를 통해서도 전기 접점의 접합성은 PCB(Printed Circuit Board)와 같은 회로 캐리어 상에의 용이한 통합을 가능하게 할 수 있다. 여기서, 검출기에 사용되는 재료는 센서층이 소정 스펙트럼 범위, 특히, IR 스펙트럼 범위의 파티션 내, 특히, MidIR 스펙트럼 범위에 대해 적절한 흡수 특성을 나타낼 수 있도록 선택될 수 있다.
요약하면, 본 발명의 맥락에서, 다음의 실시예가, 특히, 바람직한 것으로 생각된다.
실시예 1: 입사광빔의 광 검출용 검출기로서,
- 적어도 하나의 층을 운반하도록 설계된 회로 캐리어와,
- 회로 캐리어의 파티션 상에 배치되는 반사층 - 반사층은 입사광빔을 반사시키도록 설계되어, 적어도 하나의 반사광빔을 생성함 - 과,
- 반사층에 직접 또는 간접적으로 인접한 기판층 - 기판층은 입사광빔과 반사광빔에 대하여 적어도 부분적으로 투명함 - 과,
- 기판층상에 위치되는 센서층 - 센서층은 입사광빔과 반사광빔에 의한 센서층의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계됨 -, 및
- 센서 신호를 평가함으로써, 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된 평가 장치를 포함한다.
실시예 2: 실시예 1에 따른 검출기에 있어서, 상기 검출기는 자외선 스펙트럼 범위, 가시 스펙트럼 범위 및 적외선 스펙트럼 범위로부터 선택된 스펙트럼 범위 중 적어도 하나의 파티션에서 적어도 하나의 파장을 검출하도록 설계된다.
실시예 3: 실시예 2에 따른 검출기에 있어서, 상기 검출기는 적외선 스펙트럼 범위 중 적어도 하나의 파티션 내에서 적어도 하나의 파장을 검출하도록 설계되고, 적외선 스펙트럼 범위는 760㎚ 내지 1,000㎛ 범위이다.
실시예 4: 실시예 3에 따른 검출기에 있어서, 상기 검출기는 중간 적외선 스펙트럼 범위 중 적어도 하나의 파티션 내에서 적어도 하나의 파장을 검출하도록 설계되고, 중간 적외선 스펙트럼 범위는 1.5㎛ 내지 15㎛ 범위이다.
실시예 5: 실시예 1 내지 실시예 4 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 회로 캐리어는 검출기를 기계적으로 지지하고 전기적으로 연결하도록 설계된다.
실시예 6: 실시예 1 내지 실시예 5 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 상기 회로 캐리어는 PCB(Printed Circuit Board), 바람직하게는, 단면 PCB이거나 이를 포함한다.
실시예 7: 실시예 6에 따른 검출기에 있어서, PCB는, 전기 전도성 구조체가 시트 내로 에칭될 수 있는 방식으로, 전기 전도성 재료의 적어도 하나의 시트가 기판 상에 적층되는 전기적으로 비전도성인 평면 기판이다.
실시예 8: 실시예 1 내지 실시예 7 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 반사층은 회로 캐리어 표면의 파티션상에 배치된다.
실시예 9: 실시예 8에 따른 검출기에 있어서, 반사층은 PCB 표면의 파티션상에 배치된다.
실시예 10: 실시예 1 내지 실시예 9 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 반사층은, 입사광빔이 적어도 부분적으로 센서층을 투과한 후에 센서층으로 다시 반사되는 방식으로, 입사광빔을 반사시키도록 설계된다.
실시예 11: 실시예 1 내지 실시예 10 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 반사층은 입사광빔에 확산 반사를 제공하도록 설계된다.
실시예 12: 실시예 1 내지 실시예 11 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 반사층은 거친 표면을 나타내고, 그 거친 표면은 바람직하게는 0.01㎛ 이상의 Ra 값을 나타낸다.
실시예 13: 실시예 1 내지 실시예 12 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 반사층은 금속층이나 적어도 금속 표면을 포함하고, 여기서, 반사층은 바람직하게는 금층(gold layer), 은층(silver layer) 또는 구리층 중 적어도 하나이다.
실시예 14: 실시예 1 내지 실시예 13 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 반사층의 두께는 10㎚ 내지 100㎛, 바람직하게는 20㎚ 내지 10㎛, 더욱 바람직하게는 40㎚ 내지 2㎛이다.
실시예 15: 실시예 1 내지 실시예 14 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 기판층의 재료는 유리, 석영, 실리콘(Si), TCO(Transparent Conducting Oxide) 또는 투명한 유기 폴리머 중에서 선택된다.
실시예 16: 실시예 15에 따른 검출기에 있어서, TCO는 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 티탄(TiO2), ITO(Indium Tin Oxide), FTO(SnO2:F, Fluorine doped Tin Oxide), AZO(Aluminum doped Zinc Oxide), 산화 마그네슘(MgO) 또는 페로브스카이트 투명 전도성 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
실시예 17: 실시예 1 내지 실시예 16 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 센서층은 정확히 하나의 연속 센서층이다.
실시예 18: 실시예 1 내지 실시예 17 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 센서층은 기판층에 직접 또는 간접적으로 적용된다.
실시예 19: 실시예 18에 따른 검출기에 있어서, 기판층과 센서층 사이에는 갭이 남지 않거나 생성되지 않는다.
실시예 20: 실시예 18 또는 실시예 19 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 센서층은 증착 방법을 사용하여 적용된다.
실시예 21: 상술한 실시예에 따른 검출기에 있어서, 증착 방법은 화학적 용액 성장(chemical bath deposition), 진공 증착, 스퍼터링, 원자층 증착, 화학 기상 증착, 스프레이 열분해(spray pyrolysis), 양극 산화(anodization), 전착(electrodeposition), 전자 변환(electro-conversion), 무전해 딥 성장(electro-less dip growth), 연속 이온 흡착 및 반응(successive ionic adsorption and reaction), 분자 빔 에피택시(molecular beam epitaxy), 분자 기상 에피택시(molecular vapor phase epitaxy), 액상 에피택시(liquid phase epitaxy), 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅(gravure printing), 플렉소 프린팅(flexo printing), 스크린 프린팅, 스텐실 프린팅, 슬롯 다이 코팅, 닥터 블레이딩(doctor blading) 및 용액-가스 인터페이스 기술(solution-gas interface techniques)로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
실시예 22: 실시예 1 내지 실시예 21 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 검출기는 기판과 반사층 사이에 배치된 접착제층을 추가로 포함한다.
실시예 23: 실시예 1 내지 실시예 22 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 접착제층은 접착성 물질이거나 이를 포함하며, 여기서, 접착성 물질은 기판과 반사층을 조립하도록 설계된다.
실시예 24: 실시예 1 내지 실시예 23 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 접착제층은, 입사광빔 및 반사광빔에 대하여 적어도 부분적으로 투명하거나, 입사광빔에 대하여 적어도 부분적으로 반사성이다.
실시예 25: 실시예 1 내지 실시예 24 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 접착성 물질은 바람직하게는 확산적 또는 정반사적으로(specularly) 반사하는 입자로 채워진 유기 접착제로부터 선택된다.
실시예 26: 실시예 1 내지 실시예 25 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 센서층은 염료 태양 전지, 광전도성 재료 및 양자점의 그룹으로부터 선택된 감광성 재료를 포함하고, 여기서는 광전도성 재료가 특히 바람직하다.
실시예 27: 실시예 1 내지 실시예 26 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 광전도성 재료는 무기 광전도성 재료, 유기 광전도성 재료 또는 이들의 조합을 포함한다.
실시예 28: 실시예 27에 따른 검출기에 있어서, 무기 광전도성 재료는 셀레늄, 텔루륨, 셀레늄-텔루륨 합금, 금속 산화물, Ⅳ족 원소 또는 화합물, Ⅲ-Ⅴ족 화합물, Ⅱ-Ⅵ족 화합물, 칼코겐화물, 닉토겐화물, 할로겐화물, 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변이체 중 하나 이상을 포함한다.
실시예 29: 실시예 28에 따른 검출기에 있어서, 칼코겐화물은 칼코겐화 설파이드, 칼코겐화 셀레나이드, 칼코겐화 텔루라이드, 삼원 칼코겐화물, 사원 이상의 칼코겐화물을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
실시예 30: 실시예 29에 따른 검출기에 있어서, 칼코겐화 설파이드는 황화 납(PbS), 황화 카드뮴(CdS), 황화 아연(ZnS), 황화 수은(HgS), 황화 은(Ag2S), 황화 망간(MnS), 삼황화 비스무트(Bi2S3), 삼황화 안티몬(Sb2S3), 삼황화 비소(As2S3), 황화 주석(Ⅱ)(SnS), 이황화 주석(IV)(SnS2), 황화 인듐(In2S3), 황화 구리(CuS), 황화 코발트(CoS), 황화 니켈(NiS), 이황화 몰리브덴(MoS2), 이황화 철(FeS2), 삼황화 크롬(CrS3), CIS(Copper Indium Sulfide), CIGS(Copper Indium Gallium Selenide), CZTS(Copper Zinc Tin Sulfide) 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변이체를 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
실시예 31: 실시예 29 또는 30에 따른 검출기에 있어서, 칼코겐화 셀레나이드는 셀렌화 납(PbSe), 셀렌화 카드뮴(CdSe), 셀렌화 아연(ZnSe), 삼셀렌화 비스무트(Bi2Se3), 셀렌화 수은(HgSe), 삼셀렌화 안티몬(Sb2Se3), 삼셀렌화 비소(As2Se3), 셀렌화 니켈(NiSe), 셀렌화 탈륨(TlSe), 셀렌화 구리(CuSe), 디셀렌화 몰리브덴(MoSe2), 셀렌화 주석(SnSe), 셀렌화 코발트(CoSe), 셀렌화 인듐(In2Se3), CZTSe(Copper Zinc Tin Selenide), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변이체를 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
실시예 32: 실시예 29 내지 실시예 31 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 칼코겐화 텔루라이드는 텔루르화 납(PbTe), 텔루르화 카드뮴(CdTe), 텔루르화 아연(ZnTe), 텔루르화 은(HgTe), 삼텔루르화 비스무트(Bi2Te3), 삼텔루르화 비소(As2Te3), 삼텔루르화 안티몬(Sb2Te3), 텔루르화 니켈(NiTe), 텔루르화 탈륨(TlTe), 텔루르화 구리(CuTe), 디텔루르화 몰리브덴(MoTe2), 텔루르화 주석(SnTe), 텔루르화 코발트(CoTe), 텔루르화 은(Ag2Te), 텔루르화 인듐(In2Te3), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변이체를 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
실시예 33: 실시예 29 내지 실시예 32 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 삼원 칼코겐화물은 텔루르화 카드뮴 수은(HgCdTe), 텔루르화 수은 아연(HgZnTe), 황화 수은 카드뮴(HgCdS), 황화 납 카드뮴(PbCdS), 황화 납 수은(PbHgS), 이황화 인듐 구리(CuInS2), 설포셀렌화 카드뮴(CdSSe), 설포셀렌화 아연(ZnSSe), 설포셀렌화 탈륨(TlSSe), 황화 카드뮴 아연(CdZnS), 황화 카드뮴 크롬(CdCr2S4), 황화 수은 크롬(HgCr2S4), 황화 구리 크롬(CuCr2S4), 셀렌화 카드뮴 납(CdPbSe), 디셀렌화 구리 인듐(CuInSe2), 인듐 비소화 갈륨(InGaAs), 황화 산화 납(Pb2OS), 셀렌화 산화 납(Pb2OSe), 설포셀렌화 납(PbSSe), 텔루르화 비소 셀레나이드(As2Se2Te), 인듐 갈륨 포스파이드(InGaP), 갈륨 아세나이드 포스파이드(GaAsP), 알루미늄 갈륨 포스파이드(AlGaP), 카드뮴 셀레나이드(CdSeO3), 텔루르화 카드뮴 아연(CdZnTe), 셀렌화 카드뮴 아연(CdZnSe), CZTSSe(Copper-Zinc-Tin Sulfur-Selenium chalcogenide), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변이체를 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
실시예 34: 실시예 28 내지 실시예 33 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, Ⅱ-Ⅵ족 화합물은 황화 카드뮴(CdS), 셀렌화 카드뮴(CdSe), 텔루르화 카드뮴(CdTe), 황화 아연(ZnS), 셀렌화 아연(ZnSe), 텔루르화 아연(ZnTe), 황화 수은(HgS), 셀렌화 수은(HgSe), 텔루르화 수은(HgTe), 텔루르화 카드뮴 아연(CdZnTe), 텔루르화 카드뮴 수은(HgCdTe), 텔루르화 수은 아연(HgZnTe), 셀렌화 수은 아연(CdZnSe), 셀렌화 수은 아연(CdZnSe) 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변이체를 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
실시예 35: 실시예 28 내지 실시예 34 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, Ⅲ-V족 화합물은 안티몬화 인듐(InSb), 질화 붕소(BN), 인화 붕소(BP), 비소화 붕소(BAs), 질화 알루미늄(AlN), 인화 알루미늄(AlP), 비소화 알루미늄(AlAs), 안티몬화 알루미늄(AlSb), 질화 인듐(InN), 인화 인듐(InP), 비소화 인듐(InAs), 안티몬화 인듐(InSb), 질화 갈륨(GaN), 인화 갈륨(GaP), 비소화 갈륨(GaAs), 안티몬화 갈륨(GaSb), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변이체를 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
실시예 36: 실시예 28 내지 실시예 35 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 금속 산화물은 산화 구리(Ⅱ)(CuO), 산화 구리(I)(CuO2), 산화 니켈(NiO), 산화 아연(ZnO), 산화 은(Ag2O), 산화 망간(MnO), 이산화 티탄(TiO2), 산화 바륨(BaO), 산화 납(PbO), 산화 세륨(CeO2), 산화 비스무트(Bi2O3), 산화 카드뮴(CdO) 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변이체를 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
실시예 37: 실시예 28 내지 실시예 36 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, Ⅳ족 원소 또는 화합물은 도핑된 다이아몬드(C), 도핑된 실리콘(Si), 탄화 규소(SiC), 실리콘 게르마늄(SiGe), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변이체를 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
실시예 38: 실시예 28 내지 실시예 37 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 광전도성 재료는 양자점을 포함하는 콜로이드 필름으로서 제공된다.
실시예 39: 실시예 38에 따른 검출기에 있어서, 상기 광전도성 재료는 황화 납(PbS), 셀렌화 납(PbSe), 텔루르화 납(PbTe), 텔루르화 카드뮴(CdTe), 인화 인듐(InP), 황화 카드뮴(CdS), 셀렌화 카드뮴(CdSe), 안티몬화 인듐(InSb), 텔루르화 카드뮴 수은(HgCdTe), CIS(Copper Indium Sulfide), CIGS(Copper Indium Gallium Selenide) 및 CZTS(Copper Zinc Tin Sulfide)을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
실시예 40: 실시예 39에 따른 검출기에 있어서, 센서층은 1㎚ 내지 100㎛, 바람직하게는 10㎚ 내지 10㎛, 더욱 바람직하게는 100㎚ 내지 1㎛의 두께를 나타낸다.
실시예 41: 실시예 1 내지 실시예 40 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 센서층에 접촉되는 적어도 2개의 개별적인 전기 접점을 더 포함하고, 여기서, 전기 접점은 센서 신호를 회로 캐리어를 거쳐 평가 장치로 전송하도록 설계된다.
실시예 42: 실시예 41에 따른 검출기에 있어서, 와이어 본딩은 센서층과 접촉하는 각각의 전기 접점과 대응하는 수신 접점 사이에 직접 연결을 제공한다.
실시예 43: 실시예 42에 따른 검출기에 있어서, 수신 접점은 회로 캐리어, 바람직하게는 PCB(Printed Circuit Board) 상에 추가로 배치된다.
실시예 44: 실시예 42 또는 실시예 43에 따른 검출기에 있어서, 수신 접점은 접촉 패드이다.
실시예 45: 실시예 1 내지 실시예 44 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 센서층상에 증착되는 커버층을 더 포함한다.
실시예 46: 실시예 45에 따른 검출기에 있어서, 커버층은 적어도 하나의 금속 함유 화합물을 포함하는 비정질층이다.
실시예 47: 실시예 46에 따른 검출기에 있어서, 적어도 하나의 금속 함유 화합물은 금속 또는 반금속을 포함하고, 여기서, 금속은 Li, Be, Na, Mg, Al, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os Ir, Pt, Au, Hg, Tl, 및 Bi로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 반금속은 B, Ge, As, Sb 및 Te로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
실시예 48: 실시예 47에 따른 검출기에 있어서, 적어도 하나의 금속 함유 화합물은 Al, Ti, Ta, Mn, Mo, Zr, Hf 및 W로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 금속을 포함한다.
실시예 49: 실시예 46 내지 실시예 48 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 적어도 하나의 금속 함유 화합물은, 산화물, 수산화물, 칼코겐화물, 프닉타이드, 카바이드 또는 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된다.
실시예 50: 실시예 49에 따른 검출기에 있어서, 적어도 하나의 금속 함유 화합물은 적어도 하나의 산화물, 적어도 하나의 수산화물, 또는 Al, Ti, Zr 또는 Hf의 조합을 포함한다.
실시예 51: 실시예 45 내지 실시예 50 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 커버층의 두께는 10㎚ 내지 600㎚, 바람직하게는 20㎚ 내지 200㎚, 더욱 바람직하게는 40㎚ 내지 100㎚, 가장 바람직하게는 50㎚ 내지 75㎚이다.
실시예 52: 실시예 45 내지 실시예 51 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 커버층은 화학적 용액 성장(chemical bath deposition), 진공 증착, 스퍼터링, 원자층 증착, 화학 기상 증착, 스프레이 열분해(spray pyrolysis), 양극 산화(anodization), 전착(electrodeposition), 전자 변환(electro-conversion), 무전해 딥 성장(electro-less dip growth), 연속 이온 흡착 및 반응(successive ionic adsorption and reaction), 분자 빔 에피택시(molecular beam epitaxy),분자 기상 에피택시(molecular vapor phase epitaxy), 액상 에피택시(liquid phase epitaxy), 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅(gravure printing), 플렉소 프린팅(flexo printing), 스크린 프린팅, 스텐실 프린팅, 슬롯 다이 코팅, 닥터 블레이딩(doctor blading), 딥 코팅(dip coating) 및 용액-가스 인터페이스 기술(solution-gas interface techniques)로 형성되거나, 이를 포함한다.
실시예 53: 실시예 45 내지 실시예 52 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 커버층은 광학 필터, 반사 방지층(anti-reflective layer), 캡슐화 층(encapsulating layer), 접착제층, 스크래치 방지층(scratch-resistant layer), 친수성층(hydrophilic layer), 소수성층(hydrophobic layer), 자정층(self-cleaning layer), 방담층(anti-fog layer) 또는 전도층 중 적어도 하나의 특성을 추가로 포함한다.
실시예 54: 실시예 45 내지 실시예 53 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 커버층은 센서층과 직접 접촉한다.
실시예 55: 실시예 54에 따른 검출기에 있어서, 커버층은 센서층의 접근 가능한 표면을 완전히 덮는다.
실시예 56: 실시예 54 또는 실시예 55에 따른 검출기에 있어서, 커버층은 전기 접점을 적어도 부분적으로 덮는다.
실시예 57: 실시예 56에 따른 검출기에 있어서, 전기 접점은 커버층을 통해 접합 가능하다.
실시예 58: 실시예 1 내지 실시예 57 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 전기 접점은 바람직하게는 와이어 본딩, 특히, Au, Al 또는 Cu 와이어를 사용하여 접합 가능하다.
실시예 59: 실시예 1 내지 실시예 58 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 적어도 2개의 개별 전기 접점은 센서층의 상이한 위치에 적용된다.
실시예 60: 실시예 1 내지 실시예 59 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 전기 접점은 Ag, Pt, Mo, Al, Au 및 고전도성 그래핀으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 전극 재료를 포함한다.
실시예 61: 실시예 60에 따른 검출기에 있어서, 추가 접착제층은 전기 접점에 제공되고, 여기서, 추가 접착제층은 본딩에 적합하다.
실시예 62: 실시예 61에 따른 검출기에 있어서, 추가 접착제층은 Ni, Cr, Ti 또는 Pd 중 적어도 하나를 포함한다.
실시예 63: 실시예 1 내지 실시예 62 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 검출기는 센서층의 적어도 일부분의 전기 저항이나 전기 전도도 중 하나 이상을 측정하여 센서 신호를 생성하도록 적응된다.
실시예 64: 실시예 63에 따른 검출기에 있어서, 검출기는 적어도 하나의 전류-전압 측정 및/또는 적어도 하나의 전압-전류 측정을 수행함으로써, 센서 신호를 생성하도록 적응된다.
실시예 65: 실시예 1 내지 실시예 64 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 검출기는 바이어스 전압원을 더 포함한다.
실시예 66: 실시예 65에 따른 검출기에 있어서, 바이어스 전압원 및 부하 저항은 센서층과 직렬로 배치된다.
실시예 67: 실시예 65 또는 실시예 66에 따른 검출기에 있어서, 센서층의 감광성 재료에 걸쳐 바이어스 전압이 인가된다.
실시예 68: 실시예 1 내지 실시예 67 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 검출기는 조명을 변조하기 위한 적어도 하나의 변조 장치를 더 포함한다.
실시예 69: 실시예 68에 따른 검출기에 있어서, 광빔은 변조된 광빔이다.
실시예 70: 실시예 69에 따른 검출기에 있어서, 검출기는 상이한 변조의 경우에 적어도 2개의 센서 신호, 특히, 각각 상이한 변조 주파수에서 적어도 2개의 센서 신호를 검출하도록 설계되고, 평가 장치는 각각 상이한 변조 주파수에서 적어도 2개의 센서 신호를 평가함으로써 대상체의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
실시예 71: 실시예 69 또는 실시예 70에 따른 검출기에 있어서, 광학 센서는, 조명에 동일한 총 전력이 주어지면, 센서 신호가 조명 변조의 변조 주파수에 의존하도록 추가 설계된다.
실시예 72: 실시예 71에 따른 검출기에 있어서, 광빔은 비변조된 연속파 광빔이다.
실시예 73: 실시예 1 내지 실시예 72 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 센서 신호는 종 방향 센서 신호이고, 여기서, 종 방향 센서 신호는, 조명에 동일한 총 전력이 주어지면, 센서층 내의 광빔의 빔 단면에 의존하고, 종 방향 센서 신호는, 조명에 동일한 총 전력이 주어지면, 센서층 내의 광빔의 빔 단면에 의존하며, 평가 장치는, 종 방향 센서 신호를 평가함으로써 대상체의 종 방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
실시예 74: 실시예 73에 따른 검출기에 있어서, 평가 장치는 바람직하게는 조명의 알려진 전력을 고려하고, 조명이 변조되는 변조 주파수를 선택적으로 고려하여 조명의 기하학적 구조와 검출기에 대한 대상체의 상대적 위치 결정 사이의 적어도 하나의 사전 결정된 관계로부터 대상체의 종 방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
실시예 75: 실시예 73 또는 실시예 74에 따른 검출기에 있어서, 센서 신호는 전체 센서층에 대해 균일한 센서 신호이다.
실시예 76: 실시예 73 내지 실시예 75 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 평가 장치는 종 방향 센서 신호를 정규화하고 변경된 광빔의 강도와 무관하게 대상체의 종 방향 위치에 대한 정보를 생성하도록 적응된다.
실시예 77: 실시예 76에 따른 검출기에 있어서, 평가 장치는, 서로 다른 종 방향 센서의 종 방향 센서 신호를 비교함으로써, 변경된 광빔이 넓어지거나 좁아지는지 여부를 인식하도록 적응될 수 있다.
실시예 78: 실시예 73 내지 실시예 77 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 평가 장치는, 적어도 하나의 종 방향 센서 신호로부터 변경된 광빔의 직경을 결정함으로써, 대상체의 종 방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 적응된다.
실시예 79: 실시예 78에 따른 검출기에 있어서, 평가 장치는, 바람직하게는, 변경된 광빔의 전파 방향의 적어도 하나의 전파 좌표 상의 변경된 광빔의 빔 직경의 알려진 의존도로부터 및/또는 변경된 광빔의 알려진 가우스 프로파일로부터 대상체의 종 방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 결정하기 위해, 광빔의 알려진 빔 특성과 변경된 광빔의 직경을 비교하도록 적응된다.
실시예 80: 실시예 1 내지 실시예 79 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 센서 신호는 횡 방향 센서 신호이고, 여기서, 횡 방향 센서 신호는 센서층과 접촉하는 전기 접점에 의해 제공된다.
실시예 81: 실시예 80에 따른 검출기에 있어서, 전기 접점은 적어도 하나의 분할 전극(split electrode)으로 구성되고, 바이어스 전압원은 적어도 하나의 분할 전극에 적용 가능하고, 평가 장치는, 또한, 바이어스 전압원과 적어도 하나의 분할 전극을 인가하고 횡 방향 센서 신호를 평가함으로써, 대상체의 횡 방향 위치에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
실시예 82: 실시예 81에 따른 검출기에 있어서, 분할 전극은 적어도 2개의 부분 전극을 포함한다.
실시예 83: 실시예 82에 따른 검출기에 있어서, 적어도 4개의 부분 전극이 제공되고, 여기서, 각 부분 전극은 바람직하게는 T자 형상을 포함하는 형태로 제공된다.
실시예 84: 실시예 82 또는 실시예 83에 따른 검출기에 있어서, 부분 전극을 흐르는 전류는 센서층 내의 변경된 광빔의 위치에 의존한다.
실시예 85: 실시예 84에 따른 검출기에 있어서, 횡 방향 센서 신호는 부분 전극을 흐르는 전류에 따라 생성되고, 평가 장치는 부분 전극을 흐르는 적어도 하나의 전류비로부터 대상체의 횡 방향 위치에 대한 정보를 생성하도록 적응된다.
실시예 86: 실시예 1 내지 실시예 85 중 어느 하나에 따른 검출기에 있어서, 적어도 하나의 조명원을 더 포함한다.
실시예 87: 실시예 86에 따른 검출기에 있어서, 조명원은 대상체에 적어도 부분적으로 연결되고/연결되거나 대상체와 적어도 부분적으로 동일한 조명원과, 1차 방사선으로 대상체를 적어도 부분적으로 조명하도록 설계된 조명원 중에서 선택된다.
실시예 88: 실시예 87에 따른 검출기에 있어서, 광빔은 대상체에 대한 1차 방사선의 반사 및/또는 1차 방사선에 의해 자극받은 대상체 자체에 의해 방출되는 광에 의해 생성된다.
실시예 89: 실시예 88에 따른 검출기에 있어서, 센서층의 스펙트럼 감도는 조명원의 스펙트럼 범위에 의해 커버된다.
실시예 90: 사용자와 기계 사이에서, 특히, 제어 명령을 입력하기 위해 적어도 하나의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스로서, 인간-기계 인터페이스는 검출기에 관한 실시예 1 내지 89 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 인간-기계 인터페이스는 검출기에 의해 사용자의 적어도 하나의 기하학적 정보 항목을 생성하도록 설계되고, 인간-기계 인터페이스는 적어도 하나의 정보 항목, 특히, 적어도 하나의 제어 명령을 기하학적 정보에 할당하도록 설계된다.
실시예 91: 실시예 90에 따른 인간-기계 인터페이스에 있어서, 사용자의 적어도 하나의 기하학적 정보 항목은 사용자의 신체의 위치와 사용자의 적어도 하나의 신체 부위의 위치와 사용자의 몸의 방향, 및 사용자의 적어도 하나의 신체 부분의 방향으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
실시예 92: 실시예 90 또는 실시예 91에 따른 인간-기계 인터페이스에 있어서, 인간-기계 인터페이스는 사용자에게 연결 가능한 적어도 하나의 비콘 장치를 더 포함하고, 여기서, 인간-기계 인터페이스는 검출기가 적어도 하나의 비콘 장치의 위치에 관한 정보를 생성할 수 있다.
실시예 93: 실시예 92에 따른 인간-기계 인터페이스에 있어서, 비콘 장치는 검출기로 전송되는 적어도 하나의 광빔을 생성하도록 적응된 적어도 하나의 조명원을 포함한다.
실시예 94: 특히, 게임에서, 적어도 하나의 엔터테인먼트 기능을 실행하기 위한 엔터테인먼트 장치로서, 엔터테인먼트 장치는 인간-기계 인터페이스를 참조하는 실시예 90 내지 실시예 93 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 인간-기계 인터페이스를 포함하고, 엔터테인먼트 장치는 인간-기계 인터페이스를 통해 플레이어에 의해 적어도 하나의 정보 항목이 입력될 수 있도록 설계되며, 엔터테인먼트 장치는 그 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변경시키도록 설계된다.
실시예 95: 적어도 하나의 이동 가능한 대상체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템으로서, 추적 시스템은 검출기에 관한 실시예 1 내지 실시예 89 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 추적 시스템은 적어도 하나의 추적 제어기를 더 포함하며, 여기서, 추적 제어기는 대상체의 일련의 위치를 추적하도록 적응되며, 각각의 추적 제어기는 특정 시점에서 대상체의 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 포함한다.
실시예 96: 실시예 95에 따른 추적 시스템에 있어서, 추적 시스템은 대상체에 연결 가능한 적어도 하나의 비콘 장치를 더 포함하고, 추적 시스템은 검출기가 적어도 하나의 비콘 장치의 대상체 위치에 관한 정보를 생성할 수 있도록 적응된다.
실시예 97: 적어도 하나의 대상체의 적어도 하나의 위치를 결정하는 스캐닝 시스템으로서, 스캐닝 시스템은 검출기에 관한 실시예 1 내지 실시예 89 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함하고, 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 대상체의 적어도 하나의 표면에 위치한 적어도 하나의 도트 조명용으로 구성된 적어도 하나의 광빔을 방출하도록 적응된 적어도 하나의 조명원을 더 포함하되, 여기서, 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 도트와 적어도 하나의 검출기를 사용하는 스캐닝 시스템간의 거리에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
실시예 98: 실시예 97에 따른 스캐닝 시스템에 있어서, 조명원은 적어도 하나의 인공 조명원, 특히, 적어도 하나의 레이저 소스 및/또는 적어도 하나의 백열 램프 및/또는 적어도 하나의 반도체 광원을 포함한다.
실시예 99: 실시예 97 또는 실시예 98에 따른 스캐닝 시스템에 있어서, 조명원은 복수의 개별 광빔, 특히, 각각의 피치, 특히, 정규 피치를 나타내는 광빔의 어레이를 방출한다.
실시예 100: 실시예 97 내지 실시예 99 중 어느 하나에 따른 스캐닝 시스템에 있어서, 스캐닝 시스템은 적어도 하나의 하우징을 포함하고, 적어도 하나의 도트와 스캐닝 시스템 사이의 거리에 관한 적어도 하나의 정보 항목은 적어도 하나의 도트와 스캐닝 시스템의 하우징상의 특정 지점, 특히, 하우징의 전방 에지 또는 후방 에지의 사이에서 결정된다.
실시예 101: 실시예 100에 따른 스캐닝 시스템에 있어서, 하우징은 디스플레이, 버튼, 고정 유닛 및 레벨링 유닛 중 적어도 하나를 포함한다.
실시예 102: 실시예 95 또는 실시예 96에 따른 추적 시스템 및 실시예 97 내지 실시예 101에 중 어느 하나에 따른 스캐닝 시스템을 포함하는 입체 시스템(stereoscopic system)으로서, 추적 시스템 및 스캐닝 시스템의 각각은 적어도 하나의 광 검출기를 포함하고, 이 검출기는 입체 시스템의 광축에 평행한 방향으로 정렬되고, 동시에 입체 시스템의 광축에 수직인 방향에 대해 개별적인 변위를 나타내는 방식으로 시준된 배열(collimated arrangement)로 배치된다.
실시예 103: 실시예 102에 따른 입체 시스템에 있어서, 트래킹 시스템 및 스캐닝 시스템의 각각은 적어도 하나의 종 방향 광학 센서를 포함하고, 여기서, 종 방향 광학 센서의 센서 신호는 대상체의 종 방향 위치에 관한 정보 항목을 결정하기 위해 결합된다.
실시예 104: 실시예 103에 따른 입체 시스템에 있어서, 종 방향 광학 센서의 센서 신호는 상이한 변조 주파수를 적용함으로써 서로에 대해 구별될 수 있다.
실시예 105: 실시예 102 내지 실시예 104 중 어느 하나에 따른 입체 시스템에 있어서, 입체 시스템은 적어도 하나의 횡 방향 광학 센서를 더 포함하고, 여기서, 횡 방향 광학 센서의 센서 신호는 대상체의 횡 방향 위치에 관한 정보 항목을 결정하기 위해 사용된다.
실시예 106: 실시예 105에 따른 입체 시스템에 있어서, 대상체의 종 방향 위치에 관한 정보 항목과 대상체의 횡 방향 위치에 관한 정보 항목을 조합함으로써, 대상체의 입체적인 뷰가 얻어진다.
실시예 107: 카메라는 실시예 1 내지 실시예 89 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 검출기를 포함한다.
실시예 108: 입사광빔의 광 검출용 광 검출기의 제조 방법으로서,
a) 회로 캐리어의 파티션 상에 반사층을 증착하는 단계 - 반사층은 입사광빔을 적어도 부분적으로 반사시키도록 설계됨 - 와,
b) 적어도 부분적으로 투명한 기판층 상에 감광성 재료를 증착함으로써 센서층을 생성하는 단계 - 여기서, 센서층은 입사광빔과 반사광빔에 의한 센서층의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계됨 - 와,
c) 센서층을 지지하는 기판층을 반사층 상에 배치하는 단계, 및
d) 센서 신호를 수신하고, 그 센서 신호를 평가함으로써 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된 평가 장치를 제공하는 단계를 포함한다.
실시예 109: 실시예 108에 따른 방법에 있어서, 반사층은 회로 캐리어의 파티션, 특히, PCB(Printed Circuit Board) 상에 증착된다.
실시예 110: 실시예 108 또는 실시예 109에 따른 방법에 있어서, 센서층을 지지하는 기판층은 접착제층을 적용함으로써 반사층 상에 배치된다.
실시예 111: 실시예 108 내지 실시예 110 중 어느 하나에 따른 방법에 있어서, 반사층은 금속층을 증착시킴으로써 얻어지고, 바람직하게는, 금층(gold layer), 은층(silver layer), 또는 구리층 중 적어도 하나를 증착시킴으로써 얻어진다.
실시예 112: 실시예 108 내지 실시예 111 중 어느 하나에 따른 방법에 있어서, 반사층은 10㎚ 내지 100㎛, 바람직하게는 20㎚ 내지 10㎛, 더욱 바람직하게는, 40㎚ 내지 2㎛의 두께를 나타낼 때까지 증착된다.
실시예 113: 실시예 108 내지 실시예 112 중 어느 하나에 따른 방법에 있어서, 기판층에 직접 또는 간접적으로 센서층을 적용하는 단계를 더 포함한다.
실시예 114: 실시예 113에 따른 방법에 있어서, 기판층과 센서층 사이에는 갭이 남지 않거나 생성되지 않는다.
실시예 115: 실시예 113 또는 실시예 114에 따른 방법에 있어서, 센서층은 증착 방법을 사용하여 적용되고, 여기서, 증착 방법은 화학적 용액 성장, 진공 증착, 스퍼터링, 원자층 증착, 화학적 기상 성장, 스프레이 열 분해, 전착법, 양극 산화, 전자 변환, 무전해 딥 성장, 연속 이온 흡착 및 반응, 분자 빔 에피택시, 분자 기상 에피택시, 액상 에피택시, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 플렉소 프린팅, 스크린 프린팅, 스텐실 프린팅, 슬롯 다이 코팅, 닥터 블레이딩, 딥 코팅 및 용액-가스 인터페이스 기술로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
실시예 116: 실시예 108 내지 실시예 115 중 어느 하나에 따른 방법에 있어서, 센서층용으로 사용되는 감광성 재료는 염료 태양 전지(dye solar cells), 광전도성 재료 및 양자점(quantum dots)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 여기서는 광전도성 재료가 특히 바람직하다.
실시예 117: 실시예 108 내지 실시예 116 중 어느 하나에 따른 방법에 있어서, 센서층과 접촉하기 위한 적어도 2개의 개별 전기 접점이 제공되고, 전기 접점은 회로 캐리어를 거쳐 센서 신호를 평가 장치로 전송하도록 설계된다.
실시예 118: 실시예 108 내지 실시예 117 중 어느 하나에 따른 방법에 있어서, 전기 접점은 바람직하게는 와이어 본딩, 특히, Au, Al 또는 Cu 와이어 본딩의 형태로 전기 전도성 납을 사용하여 적어도 하나의 외부 연결부에 접착된다.
실시예 119: 실시예 118에 따른 방법에 있어서, 전기적 연결은 개별 전기 접점 및 대응하는 수신 접점 사이에 와이어 본딩을 적용함으로써 얻어진다.
실시예 120: 실시예 119에 따른 방법에 있어서, 수신 접점은 바람직하게는 회로 캐리어, 특히, PCB(Printed Circuit Board) 상에 추가 배치되는 접촉 패드이다.
실시예 121: 실시예 108 내지 실시예 120 중 어느 하나에 따른 방법에 있어서, 커버층을 생성하여, 센서층을 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히 덮는다.
실시예 122: 실시예 121에 따른 방법에 있어서, 전기 전도성 납은 커버층을 통해 전기 접점에 접착된다.
실시예 123: 실시예 1 내지 실시예 89 중 어느 하나에 따른 검출기의 용도로서, 특히, 교통 기술 분야에서의 거리 측정 및 위치 측정과, 엔터테인먼트 애플리케이션과, 보안 애플리케이션과, 인간-기계 인터페이스 애플리케이션과, 추적 애플리케이션과, 스캐닝 애플리케이션과, 입체 시각 분야와, 사진 애플리케이션과, 촬상 애플리케이션 또는 카메라 애플리케이션과, 적어도 하나의 공간의 맵을 생성하는 맵핑 애플리케이션과, 차량용 호밍 또는 추적 비콘 검출기와, 열 시그니처를 포함하는 대상체의 거리 및/또는 위치 측정과, 머신 비전 애플리케이션과, 로봇 애플리케이션과, 물류 애플리케이션과, 차량 애플리케이션과, 항공기 애플리케이션과, 선박 애플리케이션과, 우주선 애플리케이션과, 로봇 애플리케이션과, 의료 애플리케이션과, 스포츠 애플리케이션과, 건물 애플리케이션과, 건설 애플리케이션과, 제조 애플리케이션과, 머신 비전 애플리케이션과, TOF 검출기, 레이더, 라이다(Lidar), 초음파 센서 또는 간섭계로부터 선택된 적어도 하나의 감지 기술과 조합한 사용과, 적외선 검출 애플리케이션과, 열 검출 애플리케이션과, 온도계 애플리케이션과, 열 탐색 애플리케이션과, 화염 검출 애플리케이션과, 화재 검출 애플리케이션과, 연기 검출 애플리케이션과, 온도 감지 애플리케이션과, 분광 애플리케이션과, 포토카피 애플리케이션과, 제로그래피 애플리케이션(xerography application)과, 배기 가스 모니터링 애플리케이션과, 연소 프로세스 모니터링 애플리케이션과, 오염 모니터링 애플리케이션과, 산업 프로세스 모니터링 애플리케이션과, 화학 프로세스 모니터링 애플리케이션과, 식품 처리 프로세스 모니터링 애플리케이션과, 수질 모니터링 애플리케이션과, 공기질 모니터링 애플리케이션과, 품질 관리 애플리케이션과, 온도 제어 애플리케이션과, 동작 제어 애플리케이션과, 배기 제어 애플리케이션과, 가스 감지 애플리케이션과, 가스 분석 애플리케이션과, 동작 감지 애플리케이션과, 화학적 감지 애플리케이션으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 특징 및 추가의 선택적인 상세한 설명은 종속항과 함께 이하의 바람직한 예시적인 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다. 이러한 맥락에서, 특정 특징들은 단독으로 또는 특징들을 조합하여 구현될 수 있다. 본 발명은 예시적인 실시예로 제한되지 않는다. 예시적인 실시예가 도면에 개략적으로 도시된다. 각 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 요소 또는 동일한 기능을 갖는 요소, 또는 그 기능과 관련하여 서로 상응하는 요소를 지칭한다.
특히, 도면에서,
도 1은 반사층을 포함하는 본 발명에 따른 광 검출기의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 2는 커버층을 더 포함하는 검출기의 다른 예시적인 실시예를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 광 검출기와 반사층이 없는 광 검출기 사이에서 실험적으로 결정된 검출기 신호의 비교를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 검출기, 검출기 시스템, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템 및 카메라의 예시적인 실시예를 도시한다.
특히, 도면에서,
도 1은 반사층을 포함하는 본 발명에 따른 광 검출기의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 2는 커버층을 더 포함하는 검출기의 다른 예시적인 실시예를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 광 검출기와 반사층이 없는 광 검출기 사이에서 실험적으로 결정된 검출기 신호의 비교를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 검출기, 검출기 시스템, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템 및 카메라의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 광 검출기(110)의 예시적인 실시예를 매우 개략적인 방식으로 도시한다. 여기에서, 검출기(110)는, 특히, 스펙트럼 범위의 적어도 하나의 파티션에서 적어도 하나의 파장을 검출하기 위한 광 검출에 적응되고, 스펙트럼 범위의 소정 파티션은 자외선(UV), 가시광(VIS) 및/또는 적외선(IR) 스펙트럼 범위 중에서 선택될 수 있고, 여기서, IR 범위는, 즉, 760㎚ 내지 1,000㎛의 스펙트럼 범위인 것이 특히 바람직할 수 있다.
구체적으로, 검출기는 적어도 하나의 대상체(112)의 적어도 하나의 광학적으로 상정 가능한 특성을 감지하도록 설계될 수 있다. 특히, 검출기(110)에 의해 결정할 수 있는 광학적으로 상정 가능한 특성은 대상체(112)의 광학 특성 및/또는 기하학적 특성 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 광학 특성은, 바람직하게는, 대상체(112)의 투과율, 흡수, 방출 및/또는 반사율 중에서 선택될 수 있는 반면에, 기하학적 특성은, 특히, 검출기(110)와 관련하여 대상체(112)의 위치를 참조할 수 있다. 단순화를 위해, 대상체(112)는 도 4에 단지 개략적으로 도시되어 있지만, 대상체(112)는 또한 도 1 내지 도 3에 따른 실시예에도 존재한다고 가정할 수 있다.
검출기(110)는 적어도 제 1 면(116) 및 제 2 면(118)이 마련된 적어도 하나의 기판층(114)을 포함하고, 여기서, 제 2 면(118)은 제 1 면(116)에 대하여 대향 배치된다. 여기서, 기판층(114)의 제 1 면(116) 및/또는 제 2 면(118)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 평탄한 표면인 것이 바람직할 수 있다. 그러나 대안적인 실시예(여기에 도시하지 않음)에서, 기판층(114)의 제 1 면(116) 및 제 2 면(118) 중 적어도 하나는 곡면을 나타낼 수 있고, 여기서, 곡면은 평면인 것으로부터 벗어날 수 있는 영역을 말한다. 여기서, 특히, 곡면은 입사광빔(120)이 검출기(110)를 통과하는 경로에서 발생할 수 있는 수차를 보정하도록 설계될 수 있다. 특히, 곡면은 볼록 표면 또는 오목 표면 중에서 선택될 수 있다. 그러나 다른 종류의 곡면이 상정될 수도 있다.
본 발명의 목적을 위해, 입사광빔(120)은 기판층(114)의 제 2 표면(118)에 간접적으로 또는 바람직하게는 직접적으로 적용될 수 있는 센서층(122)에 충돌할 수 있으며, 바람직하게는 기판층(114) 및 센서층(122) 사이에 갭이 남지 않을 수 있다. 본 명세서에서, 센서층(122)은, 여기에 나타내는 바와 같이, 정확히 하나의 연속하는 센서층일 수 있다. 이 목적을 위해, 센서층(122)은, 바람직하게는, 증착 방법, 유리하게는 배쓰 증착 공정(bath deposition process)을 사용함으로써, 기판층(114) 상에 증착될 수 있고, 1㎚ 내지 100㎛, 바람직하게는 10㎚ 내지 10㎛의 두께, 보다 바람직하게는 100㎚ 내지 1㎛의 두께로 용이하게 생성될 수 있다. 그러나 센서층(122)의 대안적인 배열 또는 센서층(122)을 생성하기 위한 다른 증착 방법이 또한 가능할 수 있다.
여기서, 센서층(122)은 입사광빔(120)에 의해 그리고, 보다 상세히 후술되는 바와 같이, 반사광빔(124)에 의해 센서층(122)의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 본 발명에 따르면, 센서층(122)은 적어도 하나의 감광성 재료(126)를 포함한다. 특히, 바람직한 실시예에서, 감광성 재료(122)는 광전도성 재료(128), 바람직하게는, 황화 납(PbS), 셀렌화 납(PbSe), 텔루르화 납(PbTe), 텔루르화 카드뮴(CdTe), 또는 인화 인듐(InP), 황화 카드뮴(CdS), 셀렌화 카드뮴(CdSe), 안티몬화 인듐(InSb), MCT(HgCdTe; Mercury Cadmium Telluride), CIS(Copper Indium Sulfide), CIGS(Copper Indium Gallium Selenide), 황화 아연(ZnS), 셀렌화 아연(ZnSe) 또는 CZTS(Copper Zinc Tin Sulfide)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 칼코겐화물 재료를 포함할 수 있다. 그러나 다른 칼코겐화물 또는 다른 종류의 광전도성 재료(128)도 또한 사용될 수 있다. 다른 실시예(여기에 도시하지 않음)에서, 센서층(122)에 포함되는 감광성 재료(126)는 염료 태양 전지나 양자점층(quantum dot layer) 중에서 선택될 수 있다.
또한, 검출기(110)는 회로 캐리어(130)를 포함한다. 일반적으로 사용되는 바와 같이, 회로 캐리어(130)는, 검출기(110)나 그의 파티션과 같이, 전자적, 전기적 및/또는 광학 소자를 기계적으로 지지하고 전기적으로 연결하도록 설계되어 있는 플랫폼을 지칭한다. 특히, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 회로 캐리어(130)는 PCB(132, Printed Circuit Board)일 수 있거나, 이를 포함할 수 있다. 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, PCB(132)는 단일 시트만을 포함하고, 따라서 단면 PCB(134)로 표시될 수 있다. 그러나 양면 PCB 또는 다층 PCB와 같은 복수의 시트를 포함하는 PCB가 또한 적용될 수 있고, 여기서, 상이한 시트는, 소위, "비아(via)"를 사용하여 서로 다른 시트들이 서로 연결될 수 있다. 그러나 다른 유형의 회로 캐리어(130)가 또한 가능할 수도 있다. 일반적으로, 전자적, 전기적 및/또는 광학 소자는, 예컨대, 납땜, 용접 또는 증착에 의해, 또는 추가로 또는 대안으로, 회로 캐리어(130)에 내장됨으로써, PCB(132)의 표면(136) 상에 배치될 수 있고, 예컨대, 이러한 목적을 위해 회로 캐리어(130) 내의 지정된 시트에 배치 및/또는 회로 캐리어(130)의 파티션을 제거함으로써, PCB(132)의 표면(136) 상에 배치될 수 있다.
또한, 검출기(110)는 회로 캐리어(130)의 파티션, 특히, PCB(132)의 표면(136)의 파티션 상에 배치되는 반사층(138)을 포함한다. 여기서, 반사층(138)은, 특히, 입사광빔(120)이 이전에 센서층(122)을 적어도 부분적으로 그러나 바람직하게는 완전히 투과된 후에, 그 입사광빔(120)이 반사광빔(124)으로서 센서층(122)으로 반사될 수 있는 방식으로, 입사광빔(120)을 반사하도록 설계된다. 따라서, 이러한 종류의 배열을 통해 반사광빔(124)으로서의 입사광빔(120)을 센서층(122) 내로 재지향시킬 수 있으므로, 이러한 종류의 검출기(110)에서의 측정 동안 입사광빔의 손실이 감소될 수 있다.
바람직하게, 반사층(138), 특히, 입사광빔(120)에 의해 충돌하도록 설계된 반사층(138)의 적어도 표면(140)은 그 층이나 적어도 그 표면이, 바람직하게는 금, 은 또는 구리를 포함한다. 여기서, 금, 은 및 구리는, 예컨대, 전체 IR 스펙트럼 범위, 특히, 760㎚ 내지 20㎛에 걸쳐 90% 초과의 반사율을 나타내는 것과 같이 IR에서 높은 반사율을 나타내기 때문에 특히 바람직하다. 또한, 금층(142)은 추가적으로 회로 캐리어(130), 특히, PCB(132)의 수용 표면(136) 상에 금을 증착시킴으로써 용이하게 제조될 수 있기 때문에 바람직하다. 그러나 다른 종류의 금속층도 또한 반사층(138)으로 적합할 수 있다. 특히, 반사층은 10㎚ 내지 100㎛, 바람직하게는 20㎚ 내지 10㎛, 더욱 바람직하게는 40㎚ 내지 2㎛의 두께를 나타낼 수 있다.
여기에서, 반사층(138)은 확산 반사(여기에 도시되지 않음)가 생성될 수 있는 방식으로 입사광빔(120)을 반사시키도록 설계될 수 있어서, 입사광빔(120)을 다양한 방향으로 산란시킨다. 이를 위해, 반사층의 표면(140)은, 특히, 평평한 표면과 비교하여, 입사광빔(120)을 표면(140)에 대해 더 좁은 각도로 반사할 수 있는 거친 표면(144)이거나 이를 포함할 수 있고, 그에 따라, 반사광빔(124)이 센서층(122)을 거쳐 더 먼 거리를 이동하게 되어 높은 확률로 흡수될 수 있다. 결과적으로, 반사층(138)의 거친 표면(144)은, 특히, 입사광의 손실을 감소시키기 위해 제공될 수 있다.
결과적으로, 기판층(114)은 입사광빔(120) 및 반사광빔(124) 양쪽 모두에 대해 적어도 부분적으로 투명하다. 이를 위해, 기판층은 바람직하게는 유리, 석영, 실리콘(Si), 투명 유기 폴리머 또는 투명 전도성 산화물(TCO)로부터 선택될 수 있는 재료를 포함할 수 있고, TCO(Transparent Conducting Oxide)은, 특히, 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 티탄(TiO2), ITO(Indium Tin Oxide), FTO(SnO2:F; Fluorine doped Tin Oxide), AZO(Aluminum doped Zinc Oxide), 산화 마그네슘(MgO) 또는 페로브스카이트 투명 전도성 산화물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 그러나 검출기(110)의 소정 파장 범위에 따라, 다른 종류의 재료도 가능할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같은 바람직한 예시적인 실시예에서, 검출기(110)는 기판층(114)과 반사층(138) 사이, 특히, 기판층(114)의 제 2 표면(118)과 반사층(138)의 표면(140) 사이에 배치될 수 있는 접착제층(146)을 더 포함할 수 있다. 2개의 인접하는 기판층(114)과 반사층(138)이 분리에 저항성이 있도록 조립하기 위해, 접착제층(146)은 접착성 물질을 포함한다. 도 1에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 접착제층(146)은, 특히, 한편으로는 반사층(138)과 접착제층(146) 사이 및 다른 한편으로는 접착제층(146)과 기판층(114) 사이에 갭이 남지 않거나 생성되지 않는 방식으로 적용될 수 있다. 여기서, 접착제층(146)은 바람직하게는 기판층(114)과 반사층(138)의 양쪽에 대해 인접하여 배치될 수 있는 정확히 하나의 연속층일 수 있다. 따라서, 도 1의 특히 바람직한 실시예는, 바람직하게는 접착제층(146)을 적용함으로써, 센서층(122)을 지지하는 기판층(114)을 반사층(138) 상에 배치하는 것을 허용할 수 있고, 이로써 반사층(138)은 입사광빔(120)을, 특히, 반사광빔(124)으로서 가능한 한 효과적으로 센서층(122)으로 다시 반사시키도록 원하는 위치에 배열될 수 있다.
여기서, 접착제층(146)은 입사광빔(120)에 대해 적어도 부분적으로 투명하거나, 대안으로서 입사광빔(120)에 대하여 부분적으로 반사성일 수 있으며, 그에 따라 반사층(138)의 효과를 지원할 수 있다. 어떤 실시예를 사용할 수 있는지에 관계없이, 입사광빔(120)은 필요에 따라 기판층(114)을 거쳐 센서층(122)을 향해 반사광빔(124)으로서 반사될 수 있다. 이를 위해, 접착제층(146)은 기판층(114)과 반사층(138) 사이에 밀착하고 안정적인 연결을 제공하기 위해 선택될 수 있는 두께를 나타낼 수 있다. 접착제층(146)용으로 선택된 재료에 따라, 접착제층(146)의 두께는 100㎚ 내지 10㎛, 더욱 바람직하게는 250㎚ 내지 5㎛일 수 있다.
또한, 검출기(110)는 바람직하게는 센서층(122)에서 생성된 적어도 하나의 센서 신호를 평가 장치(150)(여기에 도시되지 않음)에 직접 또는 간접적으로 전송하도록 설계된 전기 접점(148, 148')을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 전기 접점(148,148')은 Ag, Pt, Mo, Al, Au 및 고전도성 그래핀으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 전극 재료를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전기 접점(148, 148')은 또한 본딩 와이어나 본딩 와이어(152, 152')를 사용하여 접착될 수 있으며, 여기서, 본딩 와이어(152, 152')는, 특히, Au, Al, 또는 Cu 와이어이거나 이를 포함할 수 있다. 특히, 본딩 와이어(152, 152')와, 전기 접점(148, 148')의 전극 재료 사이의 접착을 지원하기 위해, 전기 접점(148, 148')에 추가 접착제층(여기에 도시되지 않음)이 추가로 제공될 수 있고, 여기서, 추가 접착제층은 Ni, Cr, Ti 또는 Pd 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나 다른 종류의 본딩 와이어 및/또는 추가 접착제층이 또한 가능할 수 있다. 도 1에 추가로 도시된 바와 같이, 센서 신호를 전달하는 본딩 와이어(152, 152')는 회로 캐리어(130)의 표면(136) 상에 위치되고, 전기 전도성 재료를 포함하는 접촉 패드(154, 154')로 안내되어, 센서 신호가 직접적 또는 간접적인 방식으로 평가 장치(150)로 안내될 수 있다. 이 배열체는 바람직하게는 회로 캐리어(130)상의 선택된 위치상에 센서층(122) 및 전기 접점(148, 148')을 지지하는 기판층(114)을 자동적으로 위치시키고, 이어서 본딩 와이어(152, 152')를 제공함으로써, 검출기(110)의 용이한 취급 및 접촉을 가능하게 할 수 있다.
따라서, 전기 접점(148, 148')은 센서층(122)에 의해 생성된 센서 신호를 평가 장치(150)로 전송하도록 설계될 수 있다. 대안적으로, 센서 신호는 무선 방식으로 센서층(122)으로부터 평가 장치(150)로 전송될 수 있다. 결과적으로, 입사광빔(120)과 반사광빔(124)의 양쪽에 의한 충돌 시, 센서층(122)에 의해 제공되는 최종 센서 신호는 센서층(122)에 포함된 감광성 재료(126), 특히, 광전도성 재료(128)의 특성에 의존한다. 일반적으로, 평가 장치(150)는, 센서 신호를 평가함으로써, 적어도 하나의 대상체(112)의 하나 이상의 광학적으로 상정 가능한 특성에 대하여 입사광빔(120)과 반사광빔(124)의 양쪽에서 제공된 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된다. 이를 위해, 평가 장치(150)는 센서 신호를 평가하기 위해 하나 이상의 전자 장치 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 구성 요소를 포함할 수 있다. 따라서, 평가 장치(150)는 센서층(122)에 의해 획득된 하나 초과의 센서 신호를 비교함으로써 적어도 하나의 정보 항목을 결정하도록 적응될 수 있다.
이 특정 실시예에서, 평가 장치(150)는, 바람직하게는, 종 방향 광학 센서로 배열될 수 있는 센서층(122)의 하나 초과의 종 방향 센서 신호를 비교함으로써, 대상체(112)의 종 방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 결정하도록 적응될 수 있다. 이를 위해, 검출기(110)는, 특히, 적어도 하나의 전류-전압 측정 및/또는 적어도 하나의 전압-전류 측정을 수행함으로써, 센서 신호를 생성하도록 적응될 수 있다. FiP 장치에 대해 알려진 바와 같이, 조명에 동일한 총 전력이 제공되면, 종 방향 센서 신호는 센서층(122)에서 입사광빔(120)의 빔 단면에 의존할 수 있다. 따라서, 평가 장치(150)는, 대상체(112)의 종 방향 위치의 적어도 하나의 정보 항목을 생성하기 위해, 조명의 기하학적 구조와 검출기(110)에 대한 대상체(112)의 상대 위치 사이의 적어도 하나의 사전 정의된 관계를 이용하도록 설계될 수 있고, 그로 인해, 바람직하게 조명의 이미 알려진 전력을 고려할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 평가 장치(150)는, 예컨대, 대상체(112)의 투과율, 흡수, 방출 및/또는 반사율로부터 선택되는 대상체(112)의 적어도 하나의 광학적 특성을 결정하도록 적응될 수 있다. 그러나 다른 종류의 평가 과정의 적용이 가능할 수도 있다.
일반적으로, 평가 장치(150)는 데이터 처리 장치의 일부일 수 있고/있거나 하나 이상의 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 평가 장치(150)는 회로 캐리어(130)에 전체적 또는 부분적으로 통합될 수 있고/있거나 센서층(122)에 무선 또는 유선 방식으로 전기적으로 접속될 수 있는 개별 장치로서 전체적 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 평가 장치(150)는 하나 이상의 추가적인 구성 요소, 예를 들어, 하나 이상의 측정 유닛 및/또는 하나 이상의 평가 유닛 및/또는 하나 이상의 제어 유닛(여기에 도시되지 않음)과 같은 하나 이상의 전자 하드웨어 구성 요소 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 구성 요소를 더 포함할 수 있다.
검출기(110)를 조명하기 위한 광빔(120)은 발광 대상체(112)에 의해 생성될 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 광빔(120)은 발광 다이오드와 같이, 대상체(112)를 조명하도록 적응되어 있는 인공 광원 및/또는 주변 광원을 포함할 수 있는 별도의 조명원(여기에 도시하지 않음)에 의해 생성될 수 있고, 여기서, 대상체(112)는, 광빔(120)이 광 검출기(110)에 충돌하도록 구성될 수 있는 방식으로 조명원에 의해 생성된 광의 적어도 일부를 반사할 수 있다. 특정 실시예에서, 조명원은 변조된 광원일 수 있고, 조명원의 하나 이상의 변조 특성은 적어도 하나의 선택적인 변조 장치에 의해 제어될 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 변조는 조명원과 대상체(112) 사이 및/또는 대상체(112)와 검출기(110) 사이의 빔 경로에 영향을 미칠 수 있다. 다른 가능성이 고려될 수 있다. 이 특정 실시예에서, 대상체(112)에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 결정하기 위해 센서 신호를 평가할 때, 하나 이상의 변조 특성, 특히, 변조 주파수를 고려하는 것이 유리할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 검출기(110)의 추가의 예시적인 실시예에 따르면, 검출기(110)는 바람직하게는 센서층(122) 상에 직접 증착될 수 있는 선택적인 커버층(156)을 더 포함할 수 있다. 여기에서, 커버층(156)은, 특히, 적어도 하나의 금속 함유 화합물을 포함하는 비정질층일 수 있고, 여기서, 금속 함유 화합물은 유리하게는 산화물, 수산화물, 칼코겐화물, 프닉타이드 또는 Al, Ti, Ta, Mn, Mo, Zr, Hf 또는 W의 카바이드 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 여기서, 특히, 10㎚ 내지 600㎚, 바람직하게는, 20㎚ 내지 200㎚의 두께를 나타낼 수 있는 커버층은 원자 증착층(158)일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 선택적으로, 커버층(156)은 PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정과 같은 CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정을 사용함으로써 생성될 수 있다. 또한, 스핀 코팅 또는 잉크젯 인쇄와 같은 다른 증착 방법이 또한 적용될 수 있다.
커버층(156)은, 특히, 주변 대기에 포함된 습도 및/또는 산소와 같은 외부 영향에 의해 센서층(122)의 열화를 가능한 한 피하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 커버층(156)은, 특히, 센서층(122)의 임의의 접근 가능한 표면을 완전히 덮음으로써, 센서층(122)의 캡슐화, 바람직하게는 진공 패키징을 제공할 수 있다. 또한, 커버층은 본질적으로 광전도성 재료(128)의 광전도 특성의 활성화에 기여할 수 있으며, 이는 우선 센서층(122) 상의 커버층(156)의 증착 및 후속 열처리 후에, 광전도성 재료(128)의 광전도 특성이 상당히 개선될 수 있다는 점에서 커버층(156)과 직접 접촉할 수 있다.
도 2에 개략적으로 도시하는 바와 같이, 커버층(156)은, 특히, 센서층(122)의 상이한 위치에서 센서층(122)과 접촉하도록 설계된 전기 접점(148, 148')을 추가로 덮을 수 있다. 또한, 전기 접점(148, 148')은 커버층(156)을 통해 접합될 수 있으며, 이에 따라 바람직하게는 본딩 와이어(152, 152')가 사용될 수 있다.
도 2에 도시된 특징에 관한 추가 세부 사항에 대해서는, 도 1의 설명을 참조할 수 있다.
도 3은 센서층(122)으로부터 수신된 센서 신호 IS의 그래프를 나타내고, 입사광빔(120)의 파장 λ에 대하여 임의의 단위(㎚ 단위)로 평가 장치(150)에 의해 제공된다. 이에 의해, 회로 캐리어(130) 상에 배치되는 임의의 반사층을 포함하지 않은 비교 광 검출기에서 얻어진 제 2 그래프(162)와 비교하여, 회로 캐리어(130) 상에 배치된 반사층(138)으로서 금층(142)을 포함하는 본 발명의 도 2에 도시된 실시예에 따른 검출기(110)를 나타내는 제 1 그래프(160)에 대해 센서 신호 IS의 뚜렷한 증가가 관찰될 수 있다. 이 특정 예에서, 센서 신호 IS의 뚜렷한 증가는 mid-IR 범위, 특히, 1.5㎛ 내지 2.7㎛ 범위에서 관찰될 수 있다. 그러나 다른 예시도 가능할 수도 있다.
추가의 예로서, 도 4는, 전술한 바와 같이, 회로 캐리어(130), 특히, PCB(132), 더욱 상세하게는 단면 PCB(134)상에 배치되는 적어도 하나의 검출기(110)를 포함하는 검출기 시스템(200)의 예시적인 실시예를 나타낸다. 특히, 도 1 또는 도 2에 도시된 하나 이상의 다른 실시예에 개시된 바와 같은 검출기(110)는 이러한 목적으로 실현 가능할 수 있다. 여기에서, 검출기(110)는, 특히, 디지털 비디오 클립과 같이 이미지 및/또는 이미지 시퀀스를 획득하기 위해 만들어질 수 있는 3D 촬상을 위한 카메라(202)로서 사용될 수 있다. 또한, 도 4는 적어도 하나의 검출기(110) 및/또는 적어도 하나의 검출기 시스템(200)을 포함하는 인간-기계 인터페이스(204)의 예시적인 실시예를 나타내고, 또한 인간-기계 인터페이스(204)를 포함하는 엔터테인먼트 장치(206)의 예시적인 실시예를 나타낸다. 도 4는 검출기(110) 및/또는 검출기 시스템(200)을 포함하는 적어도 하나의 대상체(112)의 위치를 추적하도록 적응된 추적 시스템(208)의 실시예를 또한 나타낸다. 검출기(110)에 관하여, 본 출원의 전체 내용이 참조될 수 있다. 기본적으로, 검출기(110)의 모든 잠재적인 실시예는 도 4에 도시된 실시예에서 또한 구현될 수 있다. 이 특정 실시예에서, 검출기(110)는 도 2에 제공된 바와 같은 예시적인 배열에 따른 설정을 갖는다. 따라서, 검출기(110)는 적어도 제 1 면(116) 및 제 2 면(118)이 마련된 기판층(114)을 갖고, 여기서, 제 2 면(118)은 제 1 면(116)에 대해 대향 배치된다. 여기서, 기판층(114)은 기판층(114)의 제 2 면(118)상에 증착된 감광성 재료(126), 특히, 광전도성 재료(128)를 포함하는 센서층(122)을 지지한다. 이를 위해, 센서층(122)은 입사광빔(120)과 반사광빔(124)의 모두에 의해 센서층(122)의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 특히, 검출기(110)는, 예컨대, 대상체(112)의 투과율, 흡수, 방출 및/또는 반사율로부터 선택된 대상체(112)의 적어도 하나의 광학적 특성을 결정하는 데 이용될 수 있다. 또한, 센서층(122)은, 전술한 바와 같이, 커버층(156)에 의해 보호된다.
또한, 센서층(122)에 의해 생성된 센서 신호는 센서 신호를 평가함으로써 입사광빔(112) 및 반사광빔(124)의 양쪽 모두에 의해 제공되는, 대상체(124)에 대한 적어도 하나의 정보 항목을 생성하기 위해, 평가 장치(150)에 제공된다. 이를 위해, 센서 신호는 전극(148, 148'), 본딩 와이어(152, 152'), 회로 캐리어(130) 상에 위치된 접촉 패드(154, 154') 및 신호 리드(210, 210', signal leads)를 거쳐 평가 디바이스(150)로 안내된다. 여기서, 신호 리드(210, 210')는 무선 인터페이스 및/또는 유선 접속 인터페이스일 수 있다. 또한, 신호 리드(210, 210')는 센서 신호를 변형하기 위한 하나 이상의 드라이버 및/또는 하나 이상의 측정 장치를 포함할 수 있다. 평가 장치(150)는 검출기(110)의 하나 이상의 구성 요소에 전체적 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 평가 장치(150)는 또한 검출기(110)를 포함하는 하우징 내 및/또는 별도의 하우징 내에 포함될 수 있다. 평가 장치(150)는, 예컨대, 종 방향 평가 유닛(212)("z"로 표시됨) 및/또는 횡 방향 평가 유닛(212')("xy"로 표시됨)에 의해 센서 신호를 평가하기 위해 하나 이상의 전자 장치 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 구성 요소를 포함할 수 있다. 이들 평가 유닛(212, 212)에 의해 도출된 결과를 조합함으로써, 위치 정보(214), 바람직하게는 3차원 위치 정보("x, y, z"로 표시됨)가 생성될 수 있다. 그러나 전술한 바와 같이, 대상체(112)의 투과율, 흡수, 방출 및/또는 반사율로부터 선택된 것과 같은 대상체(112)의 하나 이상의 광학 특성은 바람직하게는 평가 장치(150)를 사용하여 결정될 수 있다.
도 4에 도시된 예시적인 실시예에서, 검출될 대상체(112)는, 예컨대, 스포츠 장비의 용품으로서 설계될 수 있고/있거나, 위치 및/또는 방향이 사용자(218)에 의해 조작될 수 있는 제어 요소(216)를 형성할 수 있다. 따라서, 일반적으로 도 4에 도시된 실시예 또는 검출기 시스템(200), 인간-기계 인터페이스(204), 엔터테인먼트 장치(206) 또는 추적 시스템(208)의 임의의 다른 실시예에서, 대상체(112) 자체는 명명된 장치의 일부분일 수 있고, 특히, 적어도 하나의 제어 요소(216)를 포함할 수 있고, 여기서, 적어도 하나의 제어 요소(216)는, 특히, 하나 이상의 비콘 장치(220)를 구비하며, 제어 요소(216)의 위치 및/또는 방향은 바람직하게는 사용자(218)에 의해 조작될 수 있다. 예로서, 대상체(112)는 배트, 라켓, 클럽 또는 임의의 다른 스포츠 장비 용품 및/또는 가짜 스포츠 장비(fake sports equipment)이거나 이를 포함할 수 있다. 다른 유형의 대상체(112)가 가능하다. 또한, 사용자(218)는 위치가 검출되어야 하는 대상체(112)로 간주될 수 있다. 예로서, 사용자(218)는 자신의 몸에 직접 또는 간접적으로 부착된 하나 이상의 비콘 장치(220)를 운반할 수 있다.
검출기(110)는 하나 이상의 비콘 장치(220)의 종 방향 위치상의 적어도 하나의 항목과, 선택적으로, 그것의 횡 방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목 및/또는 대상체(112)의 종 방향 위치에 관한 적어도 하나의 다른 정보 항목과, 선택적으로, 대상체(112)의 횡 방향 위치에 관한 적어도 하나의 정보 항목을 결정하도록 적응될 수 있다. 특히, 검출기(110)는, 예컨대, 대상체(112)의 상이한 컬러, 보다 구체적으로는, 상이한 컬러를 포함할 수 있는 비콘 장치(220)의 컬러와 같이, 컬러를 식별하고/하거나 대상체(112)를 이미징하도록 적응될 수 있다.
따라서, 검출기(110)는 적어도 하나의 대상체(112)의 위치를 결정하도록 적응될 수 있다. 또한, 검출기(110), 특히, 카메라(202)를 포함하는 실시예는 대상체(112)의 적어도 하나의 이미지, 바람직하게는 3D 이미지를 획득하도록 적응될 수 있다. 전술한 바와 같이, 검출기(110) 및/또는 검출기 시스템(200)을 사용하여 대상체(112)의 위치 및/또는 그것의 일부분의 위치를 결정하는 것은, 적어도 하나의 정보 항목을 기계(222)에 제공하기 위해, 인간-기계 인터페이스(204)를 제공하는 데 사용될 수 있다. 도 4에 개략적으로 도시된 실시예에서, 기계(222)는 적어도 하나의 컴퓨터 및/또는 데이터 처리 장치를 포함하는 컴퓨터 시스템일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 다른 실시예도 가능하다. 평가 장치(150)는 컴퓨터일 수 있고/있거나 컴퓨터를 포함할 수 있고/있거나 전체적으로 또는 부분적으로 별도의 장치로 구현될 수도 있고/있거나 기계(222), 특히, 컴퓨터에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수도 있다. 평가 장치(150) 및/또는 기계(222)의 일부를 전체적으로 또는 부분적으로 형성할 수 있는 추적 시스템(208)의 추적 제어기(224)에 대해서도 마찬가지이다.
유사하게, 전술한 바와 같이, 인간-기계 인터페이스(204)는 엔터테인먼트 장치(206)의 일부를 형성할 수 있다. 따라서, 사용자(218)가 대상체(112)로서 기능하고/하거나 사용자(218)가 대상체(112), 및/또는 대상체(112)로서 기능하는 제어 요소(216)를 취급하는 것에 의해, 사용자(218)는 적어도 하나의 제어 명령과 같은 적어도 하나의 정보 항목을 기계(222), 특히, 컴퓨터에 입력할 수 있고, 그로 인해 컴퓨터 게임의 과정을 제어하는 것과 같은 엔터테인먼트 기능을 변화시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 검출기(110)는 직선 빔 경로 또는 경사진 빔 경로, 각진 빔 경로, 분기된 빔 경로, 편향된 또는 분할된 빔 경로 또는 다른 유형의 빔 경로를 가질 수 있다. 또한, 입사광빔(120)은 각각의 빔 경로 또는 부분 빔 경로를 따라 한 번 또는 반복적으로, 단방향 또는 양방향으로 전파될 수 있다.
110 검출기
112 대상체
114 기판층
116 제 1 면
118 제 2 면
120 입사광빔
122 센서층
124 반사광빔
126 감광성 재료
128 광전도성 재료
130 회로 캐리어
132 PCB(Printed Circuit Board)
134 단면 PCB
136 표면
138 반사층
140 표면
142 금층(gold layer)
144 거친 표면
146 접착제층
148, 148' 전기 접점
150 평가 장치
152, 152' 본딩 와이어
154, 154' 접촉 패드
156 커버층
158 원자 증착층
160 제 1 그래프
162 제 2 그래프
200 검출기 시스템
202 카메라
204 인간-기계 인터페이스
206 엔터테인먼트 장치
208 추적 시스템
210, 210' 신호 리드
212, 212' 종 방향 평가 유닛, 횡 방향 평가 유닛
214 위치 정보
216 제어 요소
218 사용자
220 비콘 장치
222 기계
224 추적 제어기
112 대상체
114 기판층
116 제 1 면
118 제 2 면
120 입사광빔
122 센서층
124 반사광빔
126 감광성 재료
128 광전도성 재료
130 회로 캐리어
132 PCB(Printed Circuit Board)
134 단면 PCB
136 표면
138 반사층
140 표면
142 금층(gold layer)
144 거친 표면
146 접착제층
148, 148' 전기 접점
150 평가 장치
152, 152' 본딩 와이어
154, 154' 접촉 패드
156 커버층
158 원자 증착층
160 제 1 그래프
162 제 2 그래프
200 검출기 시스템
202 카메라
204 인간-기계 인터페이스
206 엔터테인먼트 장치
208 추적 시스템
210, 210' 신호 리드
212, 212' 종 방향 평가 유닛, 횡 방향 평가 유닛
214 위치 정보
216 제어 요소
218 사용자
220 비콘 장치
222 기계
224 추적 제어기
Claims (18)
- 입사광빔(120)의 광 검출용 검출기(110)로서,
a) 적어도 하나의 층을 지지하도록 설계된 회로 캐리어(130) - 상기 회로 캐리어(130)는 인쇄 회로 기판(132)이거나 또는 이를 포함함 - 와,
b) 상기 회로 캐리어(130)의 파티션 상에 배치되는 반사층(138) - 상기 반사층(138)은 상기 입사광빔(120)을 반사하도록 설계되어 적어도 하나의 반사광빔(124)을 생성함 - 과,
c) 상기 반사층(138)에 직접 또는 간접적으로 인접한 기판층(114) - 상기 기판층(114)은 상기 입사광빔(120)과 상기 반사광빔(124)에 대하여 적어도 부분적으로 투명함 - 과,
d) 상기 기판층(114) 상에 배치되는 센서층(122) - 상기 센서층(122)은 상기 입사광빔과 상기 반사광빔(124)에 의한 상기 센서층(122)의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계됨 -, 및
e) 상기 센서 신호를 평가함으로써 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된 평가 장치(150)를 포함하는
검출기(110). - 제 1 항에 있어서,
상기 검출기(110)는 적외선 스펙트럼 범위의 적어도 하나의 파티션에서 적어도 하나의 파장을 검출하도록 설계되고, 상기 적외선 스펙트럼 범위는 760㎚ 내지 1,000㎛인,
검출기(110). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 반사층(138)은 상기 입사광빔(120)이 이전에 적어도 부분적으로 상기 센서층(120)을 투과한 후에 상기 센서층(120)으로 다시 반사되는 방식으로 상기 입사광빔(120)을 반사시키도록 설계되는,
검출기(110). - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반사층(138)은 상기 입사광빔(120)에 확산 반사를 제공하도록 설계되는,
검출기(110). - 제 4 항에 있어서,
상기 반사층(138)은 거친 표면을 나타내고, 상기 거친 표면은 적어도 0.01㎛인 Ra 값을 갖는,
검출기(110). - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반사층(138)은 금층(142, gold layer), 은층(silver layer), 니켈층, 주석층, 납층, 팔라듐층, 백금층, 알루미늄층, 구리층 또는 이들의 합금층 중 적어도 하나인,
검출기(110). - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출기(110)는 상기 기판층(114)과 상기 반사층(138) 사이에 배치된 접착제층(146)을 더 포함하고,
상기 접착제층(146)은 접착제 물질이거나 또는 이를 포함하며,
상기 접착제 물질은 상기 기판층(114)과 상기 반사층(138)을 조립하도록 설계되는,
검출기(110). - 제 7 항에 있어서,
상기 접착제층(146)은 상기 입사광빔(120) 및 상기 반사광빔(124)에 대해 적어도 부분적으로 투명하거나, 또는 상기 접착제층(138)은 상기 입사광빔(120)에 대해 적어도 부분적으로 반사성인,
검출기(110). - 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 접착제 물질은 확산적 또는 정반사적으로(specularly) 반사하는 입자로 채워진 유기 접착제로부터 선택되는,
검출기(110). - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서층(122)은 감광성 재료(126)를 포함하며, 상기 감광성 재료(126)는, 셀레늄, 텔루륨, 셀레늄-텔루륨 합금, 금속 산화물, IV족 원소 또는 화합물, Ⅲ-V족 화합물, Ⅱ-VI족 화합물, 칼코겐화물, 닉토겐화물, 할로겐화물, 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변이체 중 하나 이상을 포함하는 무기 광전도성 재료(128)인,
검출기(110). - 제 10 항에 있어서,
상기 칼코겐화물은 황화 납(PbS), CIS(Copper Indium Sulfide), CIGS(Copper Indium Gallium Selenide), CZTS(Copper Zinc Tin Sulfide), 셀렌화 납(PbSe), CZTSe(Copper Zinc Tin Selenide), 텔루르화 카드뮴(CdTe), 텔루르화 수은 카드뮴(HgCdTe), 텔루르화 수은 아연(HgZnTe), 설포셀렌화 납(PbSSe), CZTSSe(Copper-Zinc-Tin Sulfur-Selenium chalcogenide), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변이체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
검출기(110). - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서층(122)과 접촉하는 적어도 2개의 개별 전기 접점(148, 148')을 더 포함하고,
상기 전기 접점(148, 148')은 상기 센서 신호를 상기 회로 캐리어(130)를 거쳐 상기 평가 장치(150)로 전송하도록 설계된,
검출기(110). - 제 12 항에 있어서,
각각의 전기 접점(148, 148')에 대해, 적어도 하나의 본딩 와이어(152, 152')는 상기 전기 접점(148, 148')과 상기 회로 캐리어(130) 상에 추가로 배치된 적어도 하나의 대응하는 수신 접점을 접촉시키는,
검출기(110). - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 상기 센서층(122) 상에 배치된 커버층(156)을 더 포함하고,
상기 커버층(156)은 상기 입사광빔(120)에 대해 적어도 부분적으로 투명한,
검출기(110). - 제 14 항에 있어서,
상기 커버층(156)은 적어도 하나의 산화물, 적어도 하나의 수산화물 또는 알루미늄, 티탄, 지르코늄, 하프늄, 이들의 혼합물 및/또는 적층체의 조합을 포함하는,
검출기(110). - 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 신호는 종 방향 센서 신호이고,
상기 종 방향 센서 신호는 상기 조명에 동일한 총 전력이 제공되면, 상기 센서층 내의 상기 입사광빔(120)의 빔 단면에 의존하며,
상기 평가 장치(150)는 상기 종 방향 센서 신호를 평가함으로써 대상체(112)의 종 방향 위치상에서 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 추가로 설계되는,
검출기(110). - 입사광빔(120)의 광 검출용 검출기(110)의 제조 방법으로서,
a) 회로 캐리어(130)의 파티션 상에 반사층(138)을 증착시키는 단계 - 상기 반사층(138)은 상기 입사광빔(120)을 적어도 부분적으로 반사시키도록 설계되며, 상기 회로 캐리어(130)는 인쇄 회로 기판(132)이거나 또는 이를 포함함 - 와,
b) 적어도 부분적으로 투명한 기판층(114) 상에서 감광성 재료(126)를 증착함으로써 센서층(122)을 생성하는 단계 - 상기 센서층(122)은 상기 입사광빔(120)과 상기 반사광빔(124)에 의한 상기 센서층(122)의 조명에 의존하는 방식으로 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 설계됨 - 와,
c) 상기 센서층(122)을 지지하는 기판층(114)을 상기 반사층(138) 상에 배치하는 단계, 및
d) 상기 센서 신호를 수신하고, 상기 센서 신호를 평가함으로써 적어도 하나의 정보 항목을 생성하도록 설계된 평가 장치(150)를 제공하는 단계를 포함하는
방법. - 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 광 검출기(110)의 용도로서,
거리 측정, 위치 측정, 엔터테인먼트 애플리케이션, 보안 애플리케이션, 인간-기계 인터페이스 애플리케이션, 추적 애플리케이션, 스캐닝 애플리케이션, 입체 시각, 사진 애플리케이션, 촬상 애플리케이션 또는 카메라 애플리케이션, 적어도 하나의 공간의 맵을 생성하는 맵핑 애플리케이션, 차량용 호밍 또는 추적 비콘 검출기, 열 시그니처를 가진 대상체의 거리 및/또는 위치 측정, 머신 비전 애플리케이션, 로봇 애플리케이션, 물류 애플리케이션, 차량 애플리케이션, 항공기 애플리케이션, 선박 애플리케이션, 우주선 애플리케이션, 로봇 애플리케이션, 의료 애플리케이션, 스포츠 애플리케이션, 건물 애플리케이션, 건설 애플리케이션, 제조 애플리케이션, 머신 비전 애플리케이션; TOF(time-of-flight) 검출기, 레이더, 라이다(Lidar), 초음파 센서 또는 간섭계로부터 선택된 적어도 하나의 감지 기술과 조합한 사용; 적외선 검출 애플리케이션, 열 검출 애플리케이션, 온도계 애플리케이션, 열 탐색 애플리케이션, 화염 검출 애플리케이션, 화재 검출 애플리케이션, 연기 검출 애플리케이션, 온도 감지 애플리케이션, 분광 애플리케이션, 포토카피 애플리케이션, 제로그래피 애플리케이션(xerography application), 배기 가스 모니터링 애플리케이션, 연소 프로세스 모니터링 애플리케이션, 오염 모니터링 애플리케이션, 산업 프로세스 모니터링 애플리케이션, 화학 프로세스 모니터링 애플리케이션, 식품 처리 프로세스 모니터링 애플리케이션, 수질 모니터링 애플리케이션, 공기질 모니터링 애플리케이션, 품질 관리 애플리케이션, 온도 제어 애플리케이션, 동작 제어 애플리케이션, 배기 제어 애플리케이션, 가스 감지 애플리케이션, 가스 분석 애플리케이션, 동작 감지 애플리케이션, 화학적 감지 애플리케이션으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 용도를 목적으로 하는
광 검출기(110)의 용도.
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EP (1) | EP3612805A1 (ko) |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR102636746B1 (ko) * | 2022-09-19 | 2024-02-14 | 성균관대학교산학협력단 | 적외선 검지소자 및 그 제조방법 |
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