(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの物体（１１２）の方位を決定する検出装置（１１１）であって、前記検出装置（１１１）は、少なくとも２つのビーコンデバイス（２０４）と、少なくとも１つの検出器（１１０）と、少なくとも１つの評価装置（１４２）と、を備え
前記ビーコンデバイス（２０４）は、前記物体（１１２）への取り付け、前記物体（１１２）による保持、および、前記物体（１１２）への組み込みのうちの少なくとも１つが行われるように構成され、前記ビーコンデバイス（２０４）のそれぞれは、光線（１３８）を検出器（１１０）へと案内するように構成され、前記ビーコンデバイス（２０４）は、前記物体（１１２）の座標系において所定の座標を有し、
前記検出器（１１０）は、前記ビーコンデバイス（２０４）から前記検出器（１１０）へと進んでくる前記光線（１３８）を検出するように構成され、前記検出器（１１０）は、少なくとも１つの縦方向光学センサ（１３２）を備え、前記縦方向光学センサ（１３２）は、少なくとも１つのセンサ領域（１３６）を有し、前記縦方向光学センサ（１３２）は、前記光線（１３８）による前記センサ領域（１３６）の照射に応じて縦方向センサ信号を生成するように設計され、前記縦方向センサ信号は、前記照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、前記センサ領域（１３６）における前記光線（１３８）のビーム断面によって決まり、前記ビーコンデバイス（２０４）は、前記ビーコンデバイス（２０４）から前記検出器（１１０）へと進む前記光線（１３８）が互いに識別可能となるように構成され、前記検出装置（１１１）は、前記ビーコンデバイス（２０４）を起点とする前記光線（１３８）を識別するとともに、各光線をそれぞれのビーコンデバイス（２０４）に割り当てるように構成され、
前記評価装置（１４２）は、前記検出器（１１０）の座標系において前記ビーコンデバイス（２０４）それぞれの縦方向座標を決定するように構成され、前記評価装置（１４２）は、前記ビーコンデバイス（２０４）の前記縦方向座標を用いることにより、前記検出器（１１０）の前記座標系において前記物体（１１２）の方位を決定するようにさらに構成され、前記評価装置（１４２）は、前記縦方向センサ信号を評価することにより、前記ビーコンデバイス（２０４）の前記縦方向座標を決定するように設計されている、
検出装置（１１１）。
【請求項２】
前記評価装置（１４２）が、前記検出器（１１０）の前記座標系において、前記物体（１１２）の少なくとも１つの点の絶対位置を決定するようにさらに構成されている、
請求項１に記載の検出装置（１１１）。
【請求項３】
少なくとも３つのビーコンデバイス（２０４）を備えている、
請求項１または２のいずれかに記載の検出装置（１１１）。
【請求項４】
前記検出器（１１０）が、前記ビーコンデバイス（２０４）のうちの少なくとも１つに関する少なくとも１つの横方向座標を決定するようにさらに構成され、前記評価装置（１４２）が、前記少なくとも１つの横方向座標をさらに用いることにより、前記座標系において前記物体（１１２）の方位を決定するようにさらに構成されている、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の検出装置（１１１）。
【請求項５】
前記ビーコンデバイス（２０４）がそれぞれ、光を放出するように構成された少なくとも１つの照射光源を有する自己放出ビーコンデバイスと、光を反射するように構成された少なくとも１つの反射器を有する受動ビーコンデバイスと、から成る群から独立して選択される、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の検出装置（１１１）。
【請求項６】
前記光線（１３８）が、スペクトル特性、色、変調周波数、変調振幅、パルス幅、デューティサイクル、位相、から成る群から選択される少なくとも１つの特性に関して互いに識別可能である、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の検出装置（１１１）。
【請求項７】
前記評価装置（１４２）が、少なくとも２つの方位角を提供することにより、前記物体（１１２）の方位を決定するように構成されている、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の検出装置（１１１）。
【請求項８】
前記評価装置（１４２）が、ヨー角（Ψ）とピッチ角（Θ）、ヨー角（Ψ）とピッチ角（Θ）とロール角（Φ）、オイラー角、から成る群から選択される少なくとも１つの角度組み合わせを提供することにより、前記物体（１１２）の方位を決定するように構成されている、
請求項７に記載の検出装置（１１１）。
【請求項９】
前記縦方向光学センサ（１３２）が、透明な光学センサである、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の検出装置（１１１）。
【請求項１０】
前記縦方向光学センサ（１３２）が、少なくとも１つの色素増感太陽電池を備えている、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の検出装置（１１１）。
【請求項１１】
前記評価装置（１４２）が、前記照射の形状と前記検出器（１１０）に対する前記各ビーコンデバイス（２０４）の相対位置との間の少なくとも１つの既定関係により、前記ビーコンデバイス（２０４）の前記縦方向座標を決定するように設計されている、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の検出装置（１１１）。
【請求項１２】
前記検出器（１１０）が、複数の前記縦方向光学センサ（１３２）を有し、前記縦方向光学センサ（１３２）が、積み重ねられた、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の検出装置（１１１）。
【請求項１３】
前記縦方向光学センサ（１３２）が、前記ビーコンデバイス（２０４）のうちの少なくとも１つから前記検出器（１１０）へと進む光線（１３８）がすべての縦方向光学センサ（１３２）を照射するように配置され、各縦方向光学センサ（１３２）により少なくとも１つの縦方向センサ信号が生成され、前記評価装置（１４２）が、前記縦方向センサ信号を正規化するとともに、前記光線（１３８）の強度から独立して、前記各ビーコンデバイスの前記縦方向座標を生成するように構成されている、
請求項１２に記載の検出装置（１１１）。
【請求項１４】
前記評価装置（１４２）が、前記少なくとも１つの縦方向センサ信号から、前記各光線（１３８）の直径を決定することにより、各ビーコンデバイス（２０４）の前記縦方向座標を決定するように構成されている、
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の検出装置（１１１）。
【請求項１５】
前記検出器（１１０）が、
少なくとも１つの横方向光学センサ（１３０）であって、該検出器（１１０）の光軸（１１６）に垂直な少なくとも１つの次元の位置である前記光線（１３８）の横方向位置を決定するように構成され、横方向センサ信号を生成するように構成された、横方向光学センサ（１３０）をさらに備え、
前記評価装置（１４２）が、前記横方向センサ信号を評価することにより、前記ビーコンデバイス（２０４）のうちの少なくとも１つに関する少なくとも１つの横方向座標を決定するように設計されている、
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の検出装置（１１１）。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の検出装置（１１１）を少なくとも１つ備えた検出システム（１１５）であって、
少なくとも１つの物体（１１２）をさらに備え、前記ビーコンデバイス（２０４）が、前記物体（１１２）への取り付け、前記物体（１１２）による保持、および、前記物体（１１２）への組み込みのうちの１つが行われたものである、
検出システム（１１５）。
【請求項１７】
前記物体（１１２）が、剛性物体（１１２）である、
請求項１６に記載の検出システム（１１５）。
【請求項１８】
前記物体（１１２）が、スポーツ用品、衣類、帽子、靴、ポインタ、から成る群から選択される、
請求項１６または１７に記載の検出システム（１１５）。
【請求項１９】
ユーザ（２００）と機械（２０２）との間で少なくとも１つの情報を交換するマンマシンインターフェース（１９６）であって、
前記マンマシンインターフェース（１９６）は、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の検出装置（１１１）を少なくとも１つ備え、前記ビーコンデバイス（２０４）が、前記ユーザ（２００）への直接的または間接的な取り付けおよび前記ユーザ（２００）による保持のうちの少なくとも１つが行われるように構成され、該マンマシンインターフェース（１９６）が、前記検出装置（１１１）によって前記ユーザ（２００）の方位を決定するように設計され、前記方位に少なくとも１つの情報を割り当てるように設計されている、
マンマシンインターフェース（１９６）。
【請求項２０】
少なくとも１つの娯楽機能を実行する娯楽装置（１９８）であって、
前記娯楽装置（１９８）は、請求項１９に記載のマンマシンインターフェース（１９６）を少なくとも１つ備え、前記マンマシンインターフェース（１９６）によって、プレーヤが少なくとも１つの情報を入力できるように設計され、前記情報に従って前記娯楽機能を変更するように設計されている、
娯楽装置（１９８）。
【請求項２１】
少なくとも１つの可動物体（１１２）の方位を追跡する追跡システム（１９９）であって、
前記追跡システム（１９９）は、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の検出装置（１１１）を少なくとも１つ備え、少なくとも１つの追跡制御装置（２０１）をさらに備え、前記追跡制御装置（２０１）が、特定の時点における前記物体（１１２）の一連の方位を追跡するように構成されている、
追跡システム（１９９）。
【請求項２２】
検出装置（１１１）を用いて、少なくとも１つの物体（１１２）の方位を決定する方法であって、前記方法は、少なくとも１つの放出ステップと、少なくとも１つの検出ステップと、少なくとも１つの評価ステップと、を含み、
前記放出ステップでは、少なくとも２つのビーコンデバイス（２０４）が使用され、前記ビーコンデバイス（２０４）は、前記物体（１１２）への取り付け、前記物体（１１２）による保持、および、前記物体（１１２）への組み込みのうちの少なくとも１つが行われたものであり、前記ビーコンデバイス（２０４）がそれぞれ、光線（１３８）を検出器（１１０）へと案内し、前記ビーコンデバイス（２０４）が、前記物体（１１２）の座標系において所定の座標を有し、前記検出器（１１０）が、少なくとも１つの縦方向光学センサ（１３２）を備え、前記縦方向光学センサ（１３２）が、少なくとも１つのセンサ領域（１３６）を有し、前記縦方向光学センサ（１３２）が、前記光線（１３８）による前記センサ領域（１３６）の照射に応じて縦方向センサ信号を生成するように設計され、前記縦方向センサ信号が、前記照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、前記センサ領域（１３６）における前記光線（１３８）のビーム断面によって決まり、前記ビーコンデバイス（２０４）が、該ビーコンデバイス（２０４）から前記検出器（１１０）へと進む前記光線（１３８）が互いに識別可能となるように構成され、前記検出装置（１１１）が、前記ビーコンデバイス（２０４）を起点とする前記光線（１３８）を識別するとともに、各光線をそれぞれのビーコンデバイス（２０４）に割り当てるように構成され、
前記検出ステップでは、前記ビーコンデバイス（２０４）から前記検出器（１１０）へと進む前記光線（１３８）が、該検出器（１１０）により検出され、
前記評価ステップでは、前記ビーコンデバイス（２０４）それぞれの縦方向座標が、前記検出器（１１０）の座標系において決定され、前記物体（１１２）の方位が、前記ビーコンデバイス（２０４）の前記縦方向座標を用いることにより、前記検出器（１１０）の前記座標系において決定され、前記ビーコンデバイス（２０４）の前記縦方向座標が、前記縦方向センサ信号を評価することにより決定される、
方法。
【請求項２３】
交通技術における方位測定のための方法であって、
請求項１〜１５のいずれかに記載の検出装置（１１１）の使用を含む、
方法。
【請求項２４】
娯楽のための方法であって、
請求項１〜１５のいずれかに記載の検出装置（１１１）の使用を含む、
方法。
【請求項２５】
セキュリティのための方法であって、
請求項１〜１５のいずれかに記載の検出装置（１１１）の使用を含む、
方法。
【請求項２６】
マンマシンインターフェースを提供する方法であって、
請求項１〜１５のいずれかに記載の検出装置（１１１）の使用を含む、
方法。
【請求項２７】
少なくとも１つの物体を追跡する方法であって、
請求項１〜１５のいずれかに記載の検出装置（１１１）の使用を含む、
方法。
【請求項２８】
請求項１〜１５のいずれかに記載の検出装置（１１１）の使用を含む、
測位システム。
【請求項２９】
前記スポーツ用品が、ラケット、クラブ、バット、から成る群から選択される物品である、
請求項１８に記載の検出システム（１１５）。
【請求項３０】
前記ポインタが、レーザポインタまたはテレビリモコンである、
請求項１８に記載の検出システム（１１５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの物体の方位を決定する検出装置および方法に関する。また、本発明は、検出装置および少なくとも１つの物体を備えた検出システムに関する。さらに、本発明は、ユーザと機械との間で少なくとも１つの情報を交換するマンマシンインターフェース、娯楽装置、追跡システム、および検出装置のさまざまな使用に関する。本発明に係る装置、方法、および使用は特に、たとえば日常生活、ゲーム、交通技術、製造技術、セキュリティ技術、医療技術のさまざまな分野または科学分野において採用可能である。ただし、他の用途についても可能である。
【背景技術】
【０００２】
従来技術においては、多くの光学センサおよび光起電装置が知られている。光起電装置は一般的に、紫外光、可視光、または赤外光等の電磁放射を電気信号または電気エネルギーに変換するのに用いられるが、光学検出器は一般的に、画像情報の取得および／または輝度等の少なくとも１つの光学パラメータの検出に用いられる。
【０００３】
従来技術においては、一般的に無機および／または有機センサ材料の使用に基づき得る多くの光学センサが知られている。このようなセンサの例は、米国特許出願第２００７／０１７６１６５号明細書、米国特許第６，９９５，４４５号明細書、独国特許出願公開第２５０１１２４号明細書、独国特許出願公開第３２２５３７２号明細書、またはその他多くの従来技術文献に開示されている。特に、コストおよび大面積処理に関する理由から、たとえば米国特許出願第２００７／０１７６１６５号明細書に記載のように、少なくとも１つの有機センサ材料を含むセンサの使用が広まっている。特に、たとえば国際公開第２００９／０１３２８２号明細書に大略記載されているように、いわゆる色素太陽電池がますます重要となっている。
【０００４】
このような光学センサに基づいて、少なくとも１つの物体を検出する多くの検出器が知られている。このような検出器は、それぞれの使用目的に応じて、さまざまに具現化可能である。このような検出器の例は、カメラおよび／または顕微鏡等の撮像装置である。たとえば、特に医療技術および生物学の分野において、高い光学的分解能で生物サンプルを調べるのに使用可能な高分解能共焦点顕微鏡が知られている。少なくとも１つの物体を光学的に検出する検出器の別の例として、たとえばレーザパルス等の対応する光信号の伝搬時間法に基づく測距装置がある。物体を光学的に検出する検出器のさらに別の例として、同様に測距を実施可能な三角測量システムがある。
【０００５】
国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書においては、少なくとも１つの物体を光学的に検出する検出器が提案されており、その内容を本明細書中に援用する。この検出器は、少なくとも１つの光学センサを備える。光学センサは、少なくとも１つのセンサ領域を有する。また、光学センサは、センサ領域の照射に応じて少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計されている。センサ信号は、照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、照射の形状、特に、センサエリア上の照射のビーム断面によって決まる。検出器は、少なくとも１つの評価装置をさらに有する。評価装置は、センサ信号から少なくとも１つの形状情報、特に、照射および／または物体に関する少なくとも１つの形状情報を生成するように設計されている。
【０００６】
２０１２年１２月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書、２０１３年１月８日に出願された米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書、２０１３年８月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／８６７，１６９号明細書、２０１３年１２月１８日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０６１０９５号明細書、および２０１３年１２月１８日に出願された米国特許出願第１４／１３２，５７０号明細書は、少なくとも１つの横方向光学センサおよび少なくとも１つの縦方向光学センサを用いることによって、少なくとも１つの物体の位置を決定する方法および検出器を開示しており、これらすべての全内容を本明細書中に援用する。具体的には、高い精度で明確に物体の縦方向位置を決定するために、センサスタックの使用が開示されている。
【０００７】
上述の装置および検出器、具体的には国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書、米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書、および米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書に開示の検出器が示唆する利点にも関わらず、いくつかの技術的課題が依然として存在する。このように、物体の位置を高精度に決定可能ではあるものの、多くの用途において、空間中の物体、具体的には顕著な形状を有する物体の方位に関する情報が別途必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明は、既知の装置および方法に関する上述の技術的課題に対処する装置および方法を提供することを目的とする。具体的に、本発明は、好ましくは少ない技術的努力で、技術的資源およびコストの観点での要件を抑えつつ、空間中の物体の方位を確実に決定可能な装置および方法を提供することを目的とする。
【０００９】
この問題は、独立請求項の特徴を有する本発明によって解決される。個別または組み合わせにより実現可能な本発明の有利な変形については、従属請求項ならびに／または以下の明細および詳細な実施形態に提示する。
【００１０】
本明細書において、表現「有する」、「備える」、および「含む」ならびにこれらの文法的変異は、非排他的に使用している。したがって、表現「ＡがＢを有する」および表現「ＡがＢを備える」または「ＡがＢを含む」は、ＡがＢ以外の１つまたは複数の別の構成要素および／または成分を含むという事実ならびにＢ以外の構成要素、成分、または要素がＡに存在しない場合の両者を表していてもよい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様においては、少なくとも１つの物体の方位を決定する検出装置であって、
少なくとも２つのビーコンデバイスであり、物体への取り付け、物体による保持、および物体への組み込みのうちの少なくとも１つが行われるように構成され、それぞれが光線を検出器へと案内するように構成され、物体の座標系において所定の座標を有する、ビーコンデバイスと、
ビーコンデバイスから進んでくる光線を検出するように構成された少なくとも１つの検出器と、
少なくとも１つの評価装置であり、検出器の座標系においてビーコンデバイスそれぞれの縦方向座標を決定するように構成され、ビーコンデバイスの縦方向座標を用いることにより、検出器の座標系において物体の方位を決定するようにさらに構成された、評価装置と、
を備えた、検出装置が開示される。
【００１２】
物体が剛性物体である場合は、２つ以上のビーコンデバイスを使用するようにしてもよい。物体が、変形可能な少なくとも部分的に柔軟な物体である場合は、３つ以上のビーコンデバイスを使用するのが好ましい。
【００１３】
評価装置は、検出器の座標系において、物体の少なくとも１つの点の絶対位置を決定するように構成されていてもよい。
【００１４】
検出装置は、２つ、３つ、または４つ以上のビーコンデバイスを備えていてもよい。
【００１５】
検出器は、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つに関する少なくとも１つの横方向座標をさらに決定するように構成されていてもよい。評価装置は、少なくとも１つの横方向座標をさらに用いることにより、上記座標系において物体の方位を決定するようにさらに構成されていてもよい。一実施形態において、評価装置は、ビーコンデバイスそれぞれの少なくとも１つの横方向座標、好ましくは２つの横方向座標を決定するように構成されていてもよい。
【００１６】
ビーコンデバイスはそれぞれ、光を放出するように構成された少なくとも１つの照射光源を有する自己放出ビーコンデバイス、光を反射するように構成された少なくとも１つの反射器を有する受動ビーコンデバイス、から成る群から独立して選択されるようになっていてもよい。
【００１７】
ビーコンデバイスは、該ビーコンデバイスから検出器へと進む光線が互いに識別可能となるように構成されていてもよい。したがって、ビーコンデバイスのうちの１つにより生成または反射された光線は、少なくとも１つの特性に関して、その他のビーコンデバイスにより生成または反射されたその他すべての光線と異なっていてもよい。具体的に、光線は、スペクトル特性、色、変調周波数、変調振幅、パルス幅、デューティサイクル、位相、から成る群から選択される少なくとも１つの特性に関して互いに識別可能であってもよい。
【００１８】
検出装置、具体的には検出器および／または評価装置は、ビーコンデバイスを起点とする光線を識別するとともに、各光線をそれぞれのビーコンデバイスに割り当てるように構成されていてもよい。このため、一例として、各特性を検出することにより、検出器および／または評価装置は、各特性を有する光を各ビーコンデバイスが放出および／または反射することが既知および／または所定の場合があるため、上記少なくとも２つのビーコンデバイス以外の特定のビーコンデバイスにより光線が放出されたものと判定するように構成されていてもよい。一例として、ビーコンデバイスのうちの第１のビーコンデバイスは、第１の所定色および／または第１の変調周波数で光線を放出および／または反射するように構成されていてもよい。一方、ビーコンデバイスのうちの第２のビーコンデバイスは、第１の所定色と異なる第２の所定色および／または第１の変調周波数と異なる第２の変調周波数で光線を放出および／または反射するように構成されていてもよい。これにより、検出装置は、光線を識別可能であるとともに、それぞれのビーコンデバイスに光線を割り当てることができる。
【００１９】
ビーコンデバイスは、同時に、または断続的等の異なる時点で、光線を検出器へと案内するように構成されていてもよい。同時に案内された光線は、前述の通り、各光線の起点として特定のビーコンデバイスを指定する１つまたは複数の異なる特性を用いることにより識別されるようになっていてもよい。断続的等の異なる時点で光線が検出器へと案内された場合は、タイムスケジュールを用いることにより、各光線の起点として特定のビーコンデバイスが検出されるようになっていてもよい。
【００２０】
物体の座標系は一般的に、物体の少なくとも１つの点に取り付けられた少なくとも１つの点、好ましくは座標系の原点、を有する座標系である。したがって、物体の座標系は、物体とともに移動および／または回転するのが好ましい。同様に、検出器の座標系は、検出器の少なくとも１つの点に取り付けられた少なくとも１つの点、好ましくは座標系の原点、を有する座標系である。一般的に、これらの座標系は、好ましくはデカルト座標系であってもよい。ただし、この追加または代替として、極座標系および／または球座標系等、他の種類の座標系を使用するようにしてもよい。
【００２１】
物体の方位は、１つまたは複数の方位角を用いて与えられるようになっていてもよい。当業者が認識するであろう通り、ジャイロスコープ等の技術分野においては、物体の方位を決定するいくつかのシステムが知られている。具体的に、評価装置は、少なくとも２つの方位角を提供することにより、物体の方位を決定するように構成されていてもよい。評価装置は、好ましくは少なくとも２つまたは少なくとも３つの方位角を提供することにより、物体の方位を決定するように構成されていてもよい。
【００２２】
当技術分野において一般的に既知の方位角の一例として、評価装置は、ヨー角（Ψ）とピッチ角（Θ）、ヨー角（Ψ）とピッチ角（Θ）とロール角（Φ）、オイラー角、から成る群から選択される少なくとも１つの角度組み合わせを提供することにより、物体の方位を決定するように構成されていてもよい。例の詳細については、以下に示す。
【００２３】
検出装置は、
少なくとも１つの縦方向光学センサであって、少なくとも１つのセンサ領域を有し、光線によるセンサ領域の照射に応じて縦方向センサ信号を生成するように設計され、縦方向センサ信号が、照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、センサ領域における光線のビーム断面によって決まる、縦方向光学センサを備えていてもよい。
【００２４】
評価装置は、縦方向センサ信号を評価することにより、ビーコンデバイスの縦方向座標を決定するように設計されていてもよい。
【００２５】
縦方向光学センサは、透明な光学センサであってもよい。また、他の実施形態も可能である。
【００２６】
縦方向光学センサは、少なくとも１つの色素増感太陽電池を備えていてもよい。また、他の実施形態も可能である。
【００２７】
縦方向光学センサは、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つのｎ半導体金属酸化物と、少なくとも１つの色素と、少なくとも１つのｐ半導体有機材料、好ましくは固体ｐ半導体有機材料と、少なくとも１つの第２の電極とを備えていてもよい。
【００２８】
第１の電極、第２の電極、または第１の電極および第２の電極の両者は、透明であってもよい。また、他の実施形態も可能である。
【００２９】
評価装置は、照射の形状と検出器に対する各ビーコンデバイスの相対位置との間の少なくとも１つの既定関係により、ビーコンデバイスの縦方向座標を決定するように設計されていてもよい。
【００３０】
検出器は、複数の縦方向光学センサを有していてもよい。具体的に、縦方向光学センサは、積み重ねられることによって、好ましくは縦方向光学センサスタックを構成していてもよい。縦方向光学センサは、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つから検出器へと進む光線がすべての縦方向光学センサを照射するように配置されていてもよい。また、各縦方向光学センサにより少なくとも１つの縦方向センサ信号が生成されるようになっていてもよい。評価装置は、縦方向センサ信号を正規化するとともに、少なくともゼロより大きな光線の強度から独立して、各ビーコンデバイスの少なくとも１つの縦方向座標を生成するように構成されていてもよい。
【００３１】
評価装置は、少なくとも１つの縦方向センサ信号から、各光線の直径を決定することにより、各ビーコンデバイスの縦方向座標を決定するように構成されていてもよい。したがって、評価装置は、光線の直径を光線の既知のビーム特性と比較することにより、縦方向座標を決定するように構成されていてもよい。より詳しく以下に概説する通り、光線の既知のビーム特性は具体的に、縦方向座標と光線のビームウェストとの間の既知の関係等のガウス特性であってもよい。
【００３２】
縦方向光学センサは、照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、照射の変調の変調周波数によって縦方向センサ信号が決まるようにさらに設計されていてもよい。例の詳細については、以下に示す。
【００３３】
検出器は、
少なくとも１つの横方向光学センサであって、該検出器の光軸に垂直な少なくとも１つの次元の位置である光線の横方向位置を決定するように構成され、横方向センサ信号を生成するように構成された、横方向光学センサをさらに備えていてもよい。
【００３４】
評価装置は、横方向センサ信号を評価することにより、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つ、好ましくは複数のビーコンデバイス、最も好ましくはすべてのビーコンデバイスに関する少なくとも１つの横方向座標を決定するように設計されていてもよい。
【００３５】
横方向光学センサは、少なくとも１つの第１の電極、少なくとも１つの第２の電極、および少なくとも１つの光起電材料を有する光検出器であってもよい。光起電材料は、具体的には第１の電極と第２の電極との間に埋め込まれていてもよく、該光起電材料の光照射に応答して電荷を生成するように構成されており、第２の電極が、少なくとも２つの部分電極を有する分割電極であり、横方向光学センサがセンサ領域を有し、少なくとも１つの横方向センサ信号が、センサ領域における光線の位置を示す。部分電極を流れる電流は、センサ領域における光線の位置に依存していてもよく、横方向光学センサは、部分電極を流れる電流に従って、横方向センサ信号を生成するように構成されている。検出装置は、部分電極を流れる電流の少なくとも１つの比率から横方向座標を導出するように構成されていてもよい。また、他の実施形態も実現可能である。
【００３６】
上記少なくとも１つの任意選択としての横方向光学センサの少なくとも１つの任意選択としての光検出器は、色素増感太陽電池であってもよい。また、他の実施形態も実現可能である。
【００３７】
上記少なくとも１つの任意選択としての横方向光学センサの少なくとも１つの任意選択としての光検出器の第１の電極は、少なくとも一部が少なくとも１つの透明な導電性酸化物で構成されていてもよく、第２の電極は、少なくとも一部が導電性ポリマー、好ましくは透明な導電性ポリマーで構成されている。また、他の実施形態も実現可能である。
【００３８】
横方向光学センサは、不透明な光学センサであってもよいし、好ましくは透明な光学センサであってもよい。
【００３９】
したがって、上記少なくとも１つの任意選択としての横方向光学センサは具体的に、有機デバイス、具体的には１つまたは複数の有機層を有する光起電装置等の有機光起電装置として全部または一部が埋め込まれていてもよい。複数の横方向光学センサが設けられる場合は、これら横方向光学センサのうちの１つまたは複数またはすべてが有機横方向光学センサとして埋め込まれていてもよい。可能な例としては、より詳しく以下に開示する有機横方向光学センサまたは２０１２年１２月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書、２０１３年１月８日に出願された米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書、２０１３年８月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／８６７，１６９号明細書、２０１３年１２月１８日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０６１０９５号明細書、および２０１３年１２月１８日に出願された米国特許出願第１４／１３２，５７０号明細書のうちの１つもしくは複数に開示の有機横方向光学センサのうちの１つまたは複数を使用するようにしてもよい。
【００４０】
少なくとも１つの有機横方向光学センサを使用することの追加または代替として、１つまたは複数の無機横方向光学センサが存在していてもよい。これにより、一例として、少なくとも１つの横方向光学センサは、少なくとも１つの無機横方向光学センサであってもよいし、少なくとも１つの無機横方向光学センサを備えていてもよい。したがって、一例としては、シリコン、ゲルマニウム、または他の無機半導体を含むオーク製の１つまたは複数のダイオード等の１つまたは複数の無機半導体ダイオード等、少なくとも１つの透明な無機横方向光学センサおよび／または少なくとも１つの不透明な横方向光学センサを使用するようにしてもよい。上記少なくとも１つの任意選択としての無機横方向光学センサおよび上記少なくとも１つの任意選択としての有機横方向光学センサは、画素化されていてもよいし、画素化されていなくてもよい。
【００４１】
横方向光学センサおよび縦方向光学センサは、光軸に沿って進む光線が該横方向光学センサおよび該縦方向光学センサの両者に衝突するように、光軸に沿って積み重ねられているのが好ましい。
【００４２】
検出装置は、少なくとも１つの照射光源をさらに備えていてもよい。これにより、検出装置は、ビーコンデバイスのうちの１つ、２つ以上、またはすべてを照射するように構成された少なくとも１つの照射光源を備えていてもよい。上記概説の通り、ビーコンデバイスは、全部または一部に反射特性を有することにより、検出器へと案内される１つまたは複数の反射光線を生成するようになっていてもよい。これにより、ビーコンデバイスは、全部または一部が受動ビーコンデバイスとして具現化されていてもよい。ただし、この追加または代替として、ビーコンデバイスのうちの１つ、２つ以上、またはすべては、光を放出するように構成された少なくとも１つの照射光源が備わることにより、自己放出ビーコンデバイスであってもよい。
【００４３】
本発明の別の態様は、ノイズの問題に対処する。このように、一般的かつ通常のこととして、距離検知方法では、１つまたは複数の物体の距離の決定においてノイズが問題となる。ノイズは、数学的な観点から、空間中の検出点の座標に付加された小さなランダムベクトルとして表すことができる。
【００４４】
この問題の少なくとも一部を解決するとともに距離検知をより確実なものとするため、通常、この場合の少なくとも１つの縦方向光学センサ等、少なくとも１つの検出器により測定された距離に対して、１つもしくは複数の統計アルゴリズムならびに／または１つもしくは複数のフィルタリングアルゴリズムを適用する。これにより、一例としては、ビーコンデバイスのうちの１つもしくは複数またはすべての縦方向座標を時間の関数として監視するようにしてもよい。そして、縦方向座標を監視した各ビーコンデバイスについて、回帰分析等、縦方向座標の統計的分析を実行するようにしてもよい。一例としては、標準的な統計的分析を実行することにより、最小の誤差で時間の関数として最も可能性の高い縦方向座標である関数またはモデル関数（以下、回帰関数とも称する）を導出するようにしてもよい。
【００４５】
本明細書において、かつ、統計学の分野において一般的に知られているように、回帰分析は変数間の関係を推定する統計的プロセスである。回帰分析によって、従属変数と１つまたは複数の独立変数との間の関係を表す１つまたは複数のモデルが得られる。この場合は、少なくとも１つの縦方向座標と、任意選択として以下に詳述する通り、少なくとも１つの横方向座標と時間との関係が導出可能である。推定対象（モデル関数とも称する）は、回帰関数と称する独立変数の関数であってもよい。これにより、一般的に、かつ本明細書において、回帰関数は、少なくとも１つの独立変数と少なくとも１つの従属変数との間の関係を統計的に特徴付けるモデル関数であってもよい。また、回帰関数は、少なくとも１つの外挿関数および／または少なくとも１つの内挿関数を示唆していてもよい。これにより、待ち時間を使用する場合は、外挿関数および／または内挿関数が具体的に可能であり、評価装置から出力される位置は、検出器が最も新しく検出した位置よりも遅れた少なくとも１つの位置である。待ち時間は具体的に、内挿と併用可能である一方、外挿関数は具体的に、待ち時間と併用しなくてもよい。
【００４６】
さらに、回帰分析によって、少なくとも１つの確率分布の使用等により、回帰関数周りの従属変数の変化の少なくとも１つの特性化が得られる。当業者には、線形回帰、非線形回帰、最小二乗回帰、具体的には最小二乗を最尤推定量として用いる最小二乗回帰、Ｍ推定値、Ｌ推定値、またはＲ推定値等の局所推定値を用いた方法、３次スプライン、内挿または外挿技術、具体的には３次スプライン、双３次スプライン、または双３次補間等の多項式または有理関数内挿または外挿技術、カルマンフィルタ等の線形または非線形推定技術のうちの１つまたは複数等、回帰分析を実行するための多くの技術が既知であり、現在適用可能である。また、上記技術の組み合わせも実現可能である。３次スプライン等、これら技術のほとんどは、いわゆるパラメトリック手法すなわち時間の関数として監視した少なくとも１つの縦方向位置等のデータから推定される有限個の未知のパラメータに関して回帰関数（内挿および／または外挿関数の可能性を含む）を規定する手法の例である。この追加または代替として、非パラメトリック手法を適用するようにしてもよい。非パラメトリック回帰手法は一般的に、無限次元が可能な規定の関数集合中に回帰関数が存在可能な手法を表す。本明細書に含まれる回帰分析の範囲内で適用可能な別の方法は、たとえばＮｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｒｅｃｉｐｅｓ：Ｔｈｅ  Ａｒｔ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ、Ｔｈｉｒｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ（２００７）、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ、ＩＳＢＮ−１０：０５２１８８０６８８、７７３〜８３６ページおよびＲ．Ｗ．Ｈａｍｍｉｎｇ「Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ」、Ｓｅｃｏｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ（１９８７）、Ｄｏｖｅｒ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ、ＩＳＢＮ−１０：０４８６６５２４１６、４２７〜４９５ページに記載されている。
【００４７】
一般的には、回帰分析を用いることによって、誤差の減少を仮定した対応点（モデル関数）に対する測定点の距離（誤差を含む）が最小限に抑えられる。用途に応じて最小二乗、３次スプライン等の方法を用いることにより、適当な回帰関数が求められる。このように、監視するビーコンデバイスそれぞれについて、統計的分析によりモデル関数が導出されるようになっていてもよい。
【００４８】
任意選択として、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つ、好ましくは複数のビーコンデバイス、より好ましくはすべてのビーコンデバイスの１つまたは複数の横方向座標等、他の座標に同一または同様のアルゴリズムが適用されるようになっていてもよい。これにより、１つまたは複数の横方向光学センサを使用する場合は、少なくとも１つのビーコンデバイスの１つまたは複数の横方向座標が時間の関数として監視されるようになっていてもよく、回帰関数が導出されることによって、該少なくとも１つのビーコンデバイスの少なくとも１つの座標のモデル関数が決定されるようになっていてもよい。
【００４９】
このように、評価装置は一般的に、縦方向座標のうちの少なくとも１つを時間の関数として監視するとともに、該少なくとも１つの縦方向座標の少なくとも１つの回帰関数を決定するように構成されていてもよい。さらに、上記概説の通り、検出器は、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つに関する少なくとも１つの横方向座標を決定するように構成されていてもよく、評価装置は、該横方向座標を時間の関数として監視するとともに、該少なくとも１つの縦方向座標の少なくとも１つの回帰関数を決定するようにさらに構成されていてもよい。
【００５０】
一般的な統計的方法の使用、具体的には回帰分析の使用は、付加情報が分析に含まれる場合に、さらに改善可能である。そして、本発明に係る検出装置においては一般的に、２つ以上のビーコンデバイスが設けられ、これらの座標の全部または一部が少なくとも１つの検出器によって決定可能であるという事実から、付加情報を利用可能である。したがって、上記概説の通り、評価装置は、検出器の座標系におけるビーコンデバイスすなわち少なくとも２つのビーコンデバイスそれぞれの縦方向座標を決定するように構成されている。この追加または任意選択として、上記座標系においては、ビーコンデバイスのうちの１つまたは複数に関する１つまたは複数の横方向座標が決定されるようになっていてもよい。
【００５１】
ただし、多くの場合、ビーコンデバイスは、物体の座標系等の空間において、既知または決定可能な関係を有する。したがって、多くの場合、少なくとも２つのビーコンデバイス間の距離は、該ビーコンデバイス間に固定距離を与えること等により既知であるか、または決定可能である。一般的には、物体の全部または一部が剛性物体である場合に固定距離となる。
【００５２】
ただし、統計的分析、具体的には回帰分析を改善するには、空間中の２つ以上の点の既知または決定可能な関係を使用するようにしてもよい。堅固または剛性物体の２つ以上の点等、距離が既知で固定された２つ以上の点を測定する場合、回帰フィルタには、これら２つ以上の点間の距離が付加的な統計的制約として全時点で一定であるという事実を利用可能である。これによって、測定する点の数は２倍になるものの、測定の不確実性は大幅に抑えられる。いずれにせよ、特に本発明と同様に回転を測定する場合は、少なくとも２つの縦方向座標、より好ましくは付加的な座標の測定が必要である。点間の固定距離によって、精度は高くなる。
【００５３】
したがって、少なくとも１つの縦方向座標の少なくとも１つの回帰関数は一般的に、ビーコンデバイスのうちの少なくとも２つの間の既知または決定可能な距離を考慮することに基づいていてもよい。同様に、少なくとも１つの横方向座標の少なくとも１つの任意選択としての回帰関数は、ビーコンデバイスのうちの少なくとも２つの間の既知または決定可能な距離を考慮することに基づいていてもよい。
【００５４】
本発明に係る検出装置は、１つまたは複数の付加的なセンサおよび／または検出器をさらに備えていてもよい。これにより、一例として、検出装置は、一例として物体への取り付けまたは組み込みが可能な１つまたは複数の運動センサを備えていてもよい。具体的に、１つまたは複数の運動センサは、少なくとも２つのビーコンデバイスのうちの少なくとも１つに組み込まれていてもよい。これにより、一例として、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つは、位置センサ、傾斜センサ、加速度センサ、振動センサ、ジャイロセンサ、から成る群から選択される１つまたは複数のセンサ等、１つまたは複数の運動センサを備えていてもよい。また、他の種類の運動センサを使用するようにしてもよい。本明細書において、運動センサは一般的に、センサならびに／またはセンサの取り付けおよび／もしくはセンサの組み込みが可能な物体の位置、速度、加速度、および傾斜または方位のうちの少なくとも１つを決定するように構成されたセンサを表す。
【００５５】
上記少なくとも１つの運動センサは具体的に、１つまたは複数の信号を検出器および／または評価装置に送信するように構成されていてもよい。この少なくとも１つの信号の伝送は、好ましくは電波、赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、またはその他任意の種類の無線伝送等によって、無線で行われるようになっていてもよい。さらに、この追加または代替として、有線伝送等、他の伝送方法を使用するようにしてもよい。
【００５６】
ただし、この伝送は、少なくとも１つの光線自体を介して行われるのが最も好ましい。したがって、具体的には能動ビーコンデバイスを使用する場合、該ビーコンデバイスは、１つまたは複数の所定の周波数または周波数範囲の使用等によって、光線を変調するように構成されていてもよい。少なくとも１つの運動センサが提供する信号または情報は、この変調光線内に符号化されていてもよい。このようにして、運動センサが提供する情報を検出器に送信することができる。
【００５７】
運動センサが提供する少なくとも１つの信号または情報を使用することによって、検出装置の精度をさらに高くすることができる。したがって、検出器は、少なくとも１つの評価装置との組み合わせにより、少なくとも２つのビーコンデバイスの１つまたは複数の縦方向および／または横方向座標を決定するように構成されていてもよい。具体的に、少なくとも１つの評価装置は、検出器とビーコンデバイスのうちの１つまたは複数との間の距離を決定するように構成されていてもよい。そして、少なくとも１つの運動センサが提供する少なくとも１つの信号または情報を用いることにより、距離検知のノイズを低減するようにしてもよい。最も簡単な場合、距離が動かないものとして決定される物体および／または少なくとも１つのビーコンデバイスは、少なくとも１つの運動センサにより確認されるようになっていてもよい。そして、検知した位置を不変とする制約の下、誤差をフィルタリングするようにしてもよい。
【００５８】
これにより、検出装置は一般的に、物体への取り付けまたは物体への組み込みの一方または両方が可能な少なくとも１つの運動センサを備えていてもよい。運動センサは、検出器または評価装置の一方または両方に対して少なくとも１つの信号を送信するように構成されていてもよい。運動センサは具体的に、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つへの接続および／または組み込み等、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つに結合されていてもよい。運動センサが結合されたビーコンデバイスは具体的に、光線を変調することによって、運動センサの信号を該光線中に符号化するように構成されていてもよい。評価装置は、運動センサの少なくとも１つの信号を考慮することにより、物体の方位を決定するように構成されていてもよい。
【００５９】
本発明のさらに別の態様においては、検出システムが開示される。この検出システムは、上記開示の実施形態またはより詳しく以下に開示する実施形態のうちの１つまたは複数等、本発明に係る少なくとも１つの検出装置を備える。また、この検出システムは、少なくとも１つの物体をさらに備え、ビーコンデバイスが、物体への取り付け、物体による保持、または物体への組み込みのうちの少なくとも１つが行われたものである。
【００６０】
物体は、好ましくは剛性物体であってもよい。これにより、物体は、全部または一部が剛性であるのが好ましい。本明細書において、剛性という用語は、物体の座標系において、物体の各点または物体の少なくとも１つの領域の少なくとも各点が時間とともに変化しない一定の位置に留まるという事実を表す。さらに、他の実施形態も実現可能である。したがって、物体の全部または一部は、柔軟な物体ならびに／または全部もしくは一部が変形可能な物体として具現化されていてもよい。後者の場合は、３つ以上のビーコンデバイスを使用するのが好ましい。全部もしくは一部が柔軟ならびに／または全部もしくは一部が変形可能な物体を使用する場合は、物体の通常の動きおよび／または変形が既知および／または所定であってもよい。したがって、一例としては、腕および／または他の身体部位の通常の動きが既知であり、実装されるようになっていてもよい。
【００６１】
より詳しく以下に概説する通り、本発明は、好ましくはマンマシンインターフェースの分野、スポーツの分野、および／またはコンピュータゲームの分野に適用されるようになっていてもよい。したがって、物体は、好ましくはラケット、クラブ、バット、から成る群から選択される物品であるスポーツ用品、衣類、帽子、靴、ポインタ、具体的にはレーザポインタまたはテレビリモコンであるポインタ、から成る群から選択されるようになっていてもよい。また、他の実施形態も実現可能である。ただし、この追加または代替として、より詳しく以下に概説する通り、物体は、ユーザの身体部位等、生物または生物の一部であってもよい。これにより、一例として、物体は、手、腕、頭、胴、脚、もしくは足、ならびに／またはその１つもしくは複数の部位、から成る群から選択されるようになっていてもよい。
【００６２】
本発明のさらに別の態様においては、ユーザと機械との間で少なくとも１つの情報を交換するマンマシンインターフェースが開示される。このマンマシンインターフェースは、上記開示の実施形態またはより詳しく以下に開示する実施形態のうちの１つまたは複数等、本発明に係る少なくとも１つの検出装置を備える。ビーコンデバイスは、ユーザへの直接的または間接的な取り付けおよびユーザによる保持のうちの少なくとも１つが行われるように構成されている。マンマシンインターフェースは、検出装置によってユーザの方位を決定するように設計されている。マンマシンインターフェースは、方位に少なくとも１つの情報を割り当てるようにさらに設計されている。
【００６３】
本発明のさらに別の態様においては、少なくとも１つの娯楽機能を実行する娯楽装置が開示される。この娯楽装置は、上記開示の実施形態のうちの１つもしくは複数ならびに／またはより詳しく以下に開示する実施形態のうちの１つもしくは複数等、本発明に係る少なくとも１つのマンマシンインターフェースを備える。娯楽装置は、マンマシンインターフェースによって、プレーヤが少なくとも１つの情報を入力できるように設計されている。娯楽装置は、この情報に従って娯楽機能を変更するようにさらに設計されている。
【００６４】
本発明のさらに別の態様においては、少なくとも１つの可動物体の方位を追跡する追跡システムが開示される。この追跡システムは、上記開示の実施形態のうちの１つもしくは複数ならびに／またはより詳しく以下に開示する実施形態のうちの１つもしくは複数等、本発明に係る少なくとも１つの検出装置を備える。追跡システムは、少なくとも１つの追跡制御装置をさらに備え、該追跡制御装置が、連続時点等の特定の時点における物体の一連の方位を追跡するように構成されている。
【００６５】
本発明のさらに別の態様においては、少なくとも１つの物体の方位を決定する方法が開示される。この方法は、
少なくとも１つの放出ステップであり、少なくとも２つのビーコンデバイスが使用され、該ビーコンデバイスが、物体への取り付け、物体による保持、および物体への組み込みのうちの少なくとも１つが行われたものであり、ビーコンデバイスがそれぞれ、光線を検出器へと案内し、ビーコンデバイスが、物体の座標系において所定の座標を有する、ステップと、
少なくとも１つの検出ステップであり、ビーコンデバイスから検出器へと進む光線が、該検出器により検出される、ステップと、
少なくとも１つの評価ステップであり、検出器の座標系においてビーコンデバイスそれぞれの縦方向座標が決定され、ビーコンデバイスの縦方向座標を用いることにより、検出器の座標系において物体の方位が決定される、ステップと、
を含む。
【００６６】
この方法は、好ましくは上述の実施形態のうちの１つもしくは複数ならびに／またはより詳しく以下に開示する実施形態のうちの１つもしくは複数に係る検出装置等、本発明に係る検出装置の使用を示唆していてもよい。
【００６７】
本発明のさらに別の態様においては、本発明に係る検出装置の使用であって、交通技術における方位測定、娯楽用途、セキュリティ用途、マンマシンインターフェース用途、追跡用途、測位システム、から成る群から選択される使用目的での使用が開示される。
【００６８】
本明細書において、物体は一般的に、生物および／または無生物から選定される任意の物体であってもよく、少なくとも１つの生物と少なくとも１つの無生物との組み合わせが実現可能である。これにより、一例として、少なくとも１つの物体は、１つまたは複数の物品ならびに／または物品の１つもしくは複数の部分を含んでいてもよい。この追加または代替として、物体は、ユーザ等の人間および／または動物の１つまたは複数の身体部位等、１つもしくは複数の生物ならびに／またはその１つもしくは複数の部位であってもよいし、１つもしくは複数の生物ならびに／またはその１つもしくは複数の部位を含んでいてもよい。
【００６９】
検出器は、その座標系に関して、該検出器の光軸がｚ軸を構成し、また、さらに、ｚ軸に垂直かつ互いに垂直なｘ軸およびｙ軸を提供可能な座標系を構成するようにしてもよい。一例として、検出器および／または検出器の一部は、この座標系の原点等、座標系における特定点に置かれていてもよい。この座標系においては、ｚ軸に平行または逆平行な方向を縦方向と見なし、ｚ軸に沿った座標を縦方向座標と考えるようにしてもよい。また、縦方向に垂直な任意の方向を横方向と考え、ｘおよび／またはｙ座標を横方向座標と考えるようにしてもよい。
【００７０】
あるいは、他の種類の座標系を使用するようにしてもよい。これにより、一例としては、光軸がｚ軸を構成し、ｚ軸からの距離および極角を付加的な座標として使用可能な極座標系を使用するようにしてもよい。この場合も、ｚ軸に平行または逆平行な方向を縦方向と考え、ｚ軸に沿った座標を縦方向座標と考えるようにしてもよい。また、ｚ軸に垂直な任意の方向を横方向と考え、極座標および／または極角を横方向座標と考えるようにしてもよい。
【００７１】
物体の方位は、少なくとも２つのビーコンデバイスの少なくとも２つの縦方向座標と、任意選択として、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つ、好ましくはビーコンデバイスのうちの少なくとも２つまたはすべてのビーコンデバイスの少なくとも１つの横方向座標等、ビーコンデバイスのうちの１つもしくは複数またはすべてに関する１つまたは複数の付加情報を用いることにより、さまざまな方法で決定可能である。上記概説の通り、評価装置は、ヨー角（Ψ）とピッチ角（Θ）、ヨー角（Ψ）とピッチ角（Θ）とロール角（Φ）、オイラー角、から成る群から選択される少なくとも１つの角度組み合わせを提供することにより、物体の方位を決定するように構成されていてもよい。
【００７２】
最も簡単な場合の方位決定のため、ビーコンデバイスの縦方向座標の差すなわちビーコン座標のｚ座標の差は、十分であってもよい。これにより、一例として、少なくとも２つのビーコンデバイスのｚ座標が同一であることが分かった場合は、これら少なくとも２つのビーコンデバイスを含む物体の平面が検出器の光軸と垂直に配向しているものと判定するようにしてもよい。同様に、２つのビーコンデバイスのｚ座標がΔｚだけ異なる場合は、物体の座標系におけるビーコンデバイス間の既知の距離ｄおよび簡単な三角関数（ｓｉｎΘ＝Δｚ／ｄ等または類似の関数）を用いて、ビーコンデバイス間の接続線と光軸との間の角度を決定するようにしてもよい。一般的に、具体的には任意の形状を有し、少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つの複数のビーコンデバイスを有するか、または複数のビーコンデバイスに接続されている剛性物体の場合は、少なくとも２つのビーコンデバイスの少なくとも２つの縦方向座標、好ましくは少なくとも３つのビーコンデバイスの少なくとも３つの縦方向座標と、好ましくは負荷情報とが既知となった場合に、検出器の座標系において物体の方位に関する少なくとも１つの情報を決定可能な変換を求めることができる。変換の別の例については、以下に詳しく示す。
【００７３】
一例として、この変換は、変換行列を用いて行うようにしてもよい。この追加または代替としては、物体の方位に関する少なくとも１つの情報を決定する他のアルゴリズムを使用するようにしてもよい。
【００７４】
本明細書において、少なくとも１つの物体の方位を決定する検出装置は一般的に、該少なくとも１つの物体および／またはその一部の方位に関する少なくとも１つの情報を提供するように構成された装置である。したがって、方位とは、検出器の座標系において、物体またはその一部の方位を完全に記述した情報を表していてもよいし、検出器の座標系において、特定の平面に関する場合等、方位を部分的にしか記述していない部分的な情報を表していてもよい。検出装置の一部である検出器は一般的に、ビーコンデバイスから検出器へと進む光線等の光線を検出するように構成された装置である。
【００７５】
上記概説の通り、検出装置は、複数の構成要素、すなわち少なくとも２つのビーコンデバイス、検出器、および評価装置、を少なくとも備える。これら少なくとも２つのビーコンデバイスは、検出器から独立して取り扱われることにより、独立した実体を構成しているのが好ましい。ただし、評価装置および検出器は、全部または一部が単一の装置に組み込まれていてもよい。したがって、一般的には、評価装置も検出器の一部を構成していてもよい。あるいは、評価装置および検出器は、別個の装置を構成していてもよい。また、検出装置は、別の構成要素を備えていてもよい。
【００７６】
検出器は、固定装置であってもよいし、モバイル装置であってもよい。さらに、検出器は、独立型の装置であってもよいし、コンピュータ、車両、またはその他任意の装置等の別の装置の一部を構成していてもよい。さらに、検出器は、手持ち式の装置であってもよい。検出器の他の実施形態も実現可能である。
【００７７】
検出器の可能な構成については、国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書、米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書、および米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書のうちの１つまたは複数に開示の検出器のうちの１つまたは複数を参照可能である。また、他の実施形態も実現可能である。
【００７８】
上記少なくとも１つの任意選択としての横方向光学センサおよび上記少なくとも１つの任意選択としての縦方向光学センサは、少なくとも一部が１つの光学センサに組み込まれていてもよい。あるいは、少なくとも１つの横方向光学センサとは別個の少なくとも１つの縦方向光学センサが設けられていてもよい。さらに、上記少なくとも１つの評価装置は、少なくとも１つの横方向光学センサおよび少なくとも１つの縦方向光学センサから独立した別個の評価装置として構成されていてもよいが、好ましくは、上記少なくとも１つの任意選択としての横方向光学センサおよび上記少なくとも１つの任意選択としての縦方向光学センサに接続されることにより、横方向センサ信号および／または縦方向センサ信号を受信するようになっていてもよい。あるいは、上記少なくとも１つの評価装置は、全部または一部が少なくとも１つの横方向光学センサおよび／または少なくとも１つの縦方向光学センサに組み込まれていてもよい。
【００７９】
本明細書において、横方向光学センサという用語は一般的に、物体から検出器へと進む少なくとも１つの光線の横方向位置を決定するように構成された装置を表す。横方向位置という用語に関しては、上述の定義を参照可能である。したがって、横方向位置は、好ましくは検出器の光軸に垂直な少なくとも１つの次元における少なくとも１つの座標であってもよいし、このような少なくとも１つの座標を含んでいてもよい。一例として、横方向位置は、横方向光学センサの感光センサ表面等、光軸に垂直な平面において光線が生成する光スポットの位置であってもよい。一例として、上記平面における位置は、デカルト座標および／または極座標で与えられるようになっていてもよい。また、他の実施形態も実現可能である。
【００８０】
横方向光学センサの可能な実施形態については、米国特許第６，９９５，４４５号明細書および米国特許出願第２００７／０１７６１６５号明細書に開示の位置感応有機検出器を参照可能である。ただし、他の実施形態も実現可能であり、より詳しく以下に概説する。
【００８１】
上記少なくとも１つの横方向センサ信号は一般的に、横方向位置を示す任意の信号であってもよい。一例として、横方向センサ信号は、デジタル信号および／またはアナログ信号であってもよいし、デジタル信号および／またはアナログ信号を含んでいてもよい。一例として、横方向センサ信号は、電圧信号および／または電流信号であってもよいし、電圧信号および／または電流信号を含んでいてもよい。この追加または代替として、横方向センサ信号は、デジタルデータであってもよいし、デジタルデータを含んでいてもよい。横方向センサ信号は、単一の信号値および／または一連の信号値を含んでいてもよい。より詳しく以下に概説する通り、横方向センサ信号は、２つ以上の信号の平均および／または２つ以上の信号の割合構成等、２つ以上の個別信号の組み合わせによって導出された任意の信号をさらに含んでいてもよい。
【００８２】
本明細書において、縦方向光学センサは一般的に、光線によるセンサ領域の照射に応じて少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計された装置であり、縦方向センサ信号は、照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、センサ領域における光線のビーム断面によって決まる。
【００８３】
縦方向光学センサの可能な実施形態については、国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書、米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書、および米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書のうちの１つまたは複数に開示の光学センサを参照可能である。より詳しく以下に概説する通り、本発明に係る検出器は、好ましくはセンサスタックとして、複数の光学センサを備えているのが好ましい。
【００８４】
これにより、一例として、検出器は、１つまたは複数の横方向光学センサとの組み合わせとして、国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書に開示されているような光学センサのスタックを備えていてもよい。一例としては、米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書および米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書のうちの１つまたは複数に開示の検出器を参照可能である。一例として、縦方向光学センサのスタックの、物体に対向する側には、１つまたは複数の横方向光学センサが配設されていてもよい。この代替または追加として、縦方向光学センサのスタックの、物体に対向しない側に、１つまたは複数の横方向光学センサが配設されていてもよい。また、この追加または代替として、スタックの縦方向光学センサ間に１つまたは複数の横方向光学センサが介在していてもよい。
【００８５】
より詳しく以下に概説する通り、上記少なくとも１つの横方向光学センサおよび上記少なくとも１つの縦方向光学センサの両者はそれぞれ、互いに独立して、好ましくは１つまたは複数の光検出器、好ましくは１つまたは複数の有機光検出器、最も好ましくは、１つまたは複数の固体色素増感有機太陽電池（ｓ−ＤＳＣ）等の１つまたは複数の色素増感有機太陽電池（ＤＳＣ（色素太陽電池とも称する））を備えていてもよい。したがって、検出器は、好ましくは少なくとも１つの横方向光学センサとして動作する１つまたは複数のＤＳＣ（１つまたは複数のｓＤＳＣ等）および少なくとも１つの縦方向光学センサとして動作する１つまたは複数のＤＳＣ（１つまたは複数のｓＤＳＣ等）、好ましくは少なくとも１つの縦方向光学センサおよび／または縦方向光学センサのスタックとして動作する複数のＤＳＣのスタック（複数のｓＤＳＣのスタックが好ましい）を備えていてもよく、縦方向光学センサのうちの少なくとも１つがＤＳＣおよび／またはｓＤＳＣである。
【００８６】
本明細書において、評価装置という用語は一般的に、検出器の座標系においてビーコンデバイスの縦方向座標を決定するとともに、ビーコンデバイスの縦方向座標を用いることにより、検出器の座標系において物体の方位を決定するように設計された任意の装置を表す。
【００８７】
上記概説の通り、少なくとも２つのビーコンデバイスが存在していてもよい。ビーコンデバイスが２つだけ存在する場合は、少なくとも１つの別の情報を用いて方位を決定するのが好ましい。これにより、一例としては、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つに関する少なくとも１つの横方向座標、好ましくはより詳しく以下に概説する通り、両ビーコンデバイスまたはすべてのビーコンデバイスの横方向座標を、少なくとも１つの別の情報として用いるようにしてもよい。ビーコンデバイスが３つ以上存在する場合は一般的に、物体の方位を決定するのに、これら３つ以上のビーコンデバイスの縦方向座標で十分である。これにより、一例として、物体の回転等の方位は、より詳しく以下に概説する通り、これら３つ以上のビーコンデバイスの縦方向座標の差によって決定可能である。具体的には、物体の座標系におけるビーコンデバイスの所定の座標を用いるとともに、検出器の座標系におけるビーコンデバイスの縦方向座標を決定することによって、評価装置を用いることにより、座標変換の実行および／または上述の方位角の決定を行うようにしてもよい。したがって、評価装置は、ビーコンデバイスの縦方向座標および任意選択としての１つまたは複数の付加情報を、検出器の座標系における物体の方位に関する少なくとも１つの情報に変換する１つまたは複数の変換アルゴリズムを使用するように構成されていてもよい。
【００８８】
一例として、評価装置は、１つもしくは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の１つもしくは複数の集積回路ならび／または１つもしくは複数のコンピュータ、好ましくは１つもしくは複数のマイクロコンピュータおよび／もしくはマイクロコントローラ等の１つもしくは複数のデータ処理装置であってもよいし、このような集積回路ならびに／またはデータ処理装置を備えていてもよい。１つもしくは複数のＡＤ変換器ならびに／または１つもしくは複数のフィルタ等、横方向センサ信号および／または縦方向センサ信号の受信および／または前処理を行う１つまたは複数の装置等の１つまたは複数の前処理装置および／またはデータ取得装置等、別の構成要素が備わっていてもよい。さらに、評価装置は、１つまたは複数のデータ記憶装置を備えていてもよい。さらに、評価装置は、１つもしくは複数の無線インターフェースならびに／または１つもしくは複数の有線インターフェース等、１つまたは複数のインターフェースを備えていてもよい。
【００８９】
上記少なくとも１つの評価装置は、検出器の座標系におけるビーコンデバイスそれぞれの縦方向座標の決定および／またはビーコンデバイスの縦方向座標を用いた検出器の座標系における物体の方位の決定のステップを実行または支援する少なくとも１つのコンピュータプログラム等、少なくとも１つのコンピュータプログラムを実行するように構成されていてもよい。一例としては、横方向センサ信号および／または縦方向センサ信号を入力変数として用いることにより、物体の方位への所定の変換を実行可能な１つまたは複数のアルゴリズムが実装されるようになっていてもよい。
【００９０】
上記概説の通り、横方向光学センサは、少なくとも１つの第１の電極、少なくとも１つの第２の電極、および少なくとも１つの光起電材料を有する光検出器であるのが好ましく、光起電材料は、第１の電極と第２の電極との間に埋め込まれている。本明細書において、光起電材料は一般的に、該光起電材料の光照射に応答して電荷を生成するように構成された材料または材料の組み合わせである。
【００９１】
本明細書において、光という用語は一般的に、可視スペクトル域、紫外スペクトル域、および赤外スペクトル域のうちの１つまたは複数における電磁放射を表す。ここで、可視スペクトル域という用語は一般的に、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍのスペクトル域を表す。赤外スペクトル域という用語は一般的に、７８０ｎｍ〜１ｍｍの範囲、好ましくは７８０ｎｍ〜３．０マイクロメートルの範囲の電磁放射を表す。紫外スペクトル域という用語は一般的に、１ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲、好ましくは１００ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲の電磁放射を表す。本発明において使用する光は、可視光すなわち可視スペクトル域の光であるのが好ましい。
【００９２】
光線という用語は一般的に、特定の方向に放出および／または反射される光量を表す。したがって、光線は、その伝搬方向と垂直な方向に所定の拡がりを有する光線の束であってもよい。光線は、好ましくはビームウェスト、レイリー長、もしくはその他任意のビームパラメータ、または空間中のビーム径および／もしくはビーム伝搬の展開を特徴付けるのに適したビームパラメータの組み合わせのうちの１つまたは複数等、１つまたは複数のガウスビームパラメータを特徴とし得る１つまたは複数のガウス光線であってもよいし、このようなガウス光線を含んでいてもよい。
【００９３】
横方向光学センサの第２の電極は、好ましくは少なくとも２つの部分電極を有する分割電極であってもよく、横方向光学センサがセンサエリアを有し、少なくとも１つの横方向センサ信号が、センサエリアにおける光線の位置を示す。したがって、上記概説の通り、横方向光学センサは、１つまたは複数の光検出器、好ましくは１つまたは複数の有機光検出器、より好ましくは１つまたは複数のＤＳＣまたはｓＤＳＣであってもよいし、このような光検出器を備えていてもよい。センサエリアは、光検出器の、物体に対向する表面であってもよい。また、センサエリアは、好ましくは光軸に垂直に配向していてもよい。したがって、横方向センサ信号は、横方向光学センサのセンサエリアの平面において光線が生成する光スポットの位置を示していてもよい。
【００９４】
一般的に、本明細書において、部分電極という用語は、好ましくは他の部分電極から独立して、少なくとも１つの電流および／または電圧信号を測定するように構成された複数の電極のうちの１つを表す。したがって、複数の部分電極が設けられている場合、第２の電極は、少なくとも２つの部分電極を介して、独立した測定および／または使用が可能な複数の電位および／または電流および／または電圧を与えるように構成されている。
【００９５】
第２の電極として２つ以上の部分電極を有する少なくとも１つの分割電極を有する少なくとも１つの横方向光学センサを使用する場合、これら部分電極を流れる電流は、センサエリアにおける光線の位置に依存していてもよい。これは一般的に、衝突する光によって電荷が発生する位置から部分電極までの途中でオーム損すなわち抵抗損が生じるという事実に起因していてもよい。したがって、第２の電極は、部分電極のほかに、該部分電極に接続された１つまたは複数の別の電極材料を含んでいてもよく、これら１つまたは複数の別の電極材料が電気抵抗を与える。このように、電荷が発生する位置から部分電極までの途中での１つまたは複数の別の電極材料によるオーム損のため、部分電極を流れる電流は、電荷が発生する位置ひいてはセンサエリアにおける光線の位置によって決まる。センサエリアにおける光線の位置を決定するこの原理の詳細については、以下の好適な実施形態ならびに／またはたとえば米国特許第６，９９５，４４５号明細書および／もしくは米国特許出願第２００７／０１７６１６５号明細書に開示の自然原理および装置選択肢を参照可能である。
【００９６】
横方向光学センサは、部分電極を流れる電流に従って横方向センサ信号を生成するようにさらに構成されていてもよい。このようにして、２つの水平な部分電極を流れる電流の比率構成によるｘ座標の生成および／または２つの垂直な部分電極を流れる電流の比率構成によるｙ座標の生成が行われるようになっていてもよい。検出器、好ましくは横方向光学センサおよび／または評価装置は、部分電極を流れる電流の少なくとも１つの比率から、物体の横方向位置に関する情報を導出するように構成されていてもよい。また、部分電極を流れる電流の比較によって位置座標を生成する他の方法も実現可能である。
【００９７】
センサエリアにおける光線の位置を決定するため、部分電極は一般的に、さまざまな方法で規定されていてもよい。このように、水平座標すなわちｘ座標を決定するために２つ以上の水平な部分電極が設けられていてもよく、垂直座標すなわちｙ座標を決定するために２つ以上の垂直な部分電極が設けられていてもよい。したがって、部分電極は、センサエリアの周縁に設けられていてもよく、センサエリアの内部空間は、何もない状態のままで、１つまたは複数の別の電極材料により覆われていてもよい。より詳しく以下に概説する通り、この別の電極材料は、好ましくは透明な金属および／または透明な導電性酸化物および／または最も好ましくは透明な導電性ポリマー等の透明な別の電極材料であってもよい。
【００９８】
さらに好適な実施形態では、光起電材料に言及していてもよい。これにより、横方向光学センサの光起電材料は、少なくとも１つの有機光起電材料を含んでいてもよい。したがって、一般的に、横方向光学センサは、有機光検出器であってもよい。有機光検出器は、好ましくは色素増感太陽電池であってもよい。色素増感太陽電池は、好ましくは第１の電極と第２の電極との間に埋め込まれ、少なくとも１つのｎ半導体金属酸化物、少なくとも１つの色素、および少なくとも１つの固体ｐ半導体有機材料を含む層構成を備えた固体色素増感太陽電池であってもよい。色素増感太陽電池（ＤＳＣ）のさらなる詳細および任意選択としての実施形態については、以下に開示する。
【００９９】
横方向光学センサの少なくとも１つの第１の電極は、透明であるのが好ましい。本発明において、透明という用語は一般的に、透明な物体を透過した後の光の強度が、透明な物体を透過する前の光の強度の１０％、好ましくは４０％、より好ましくは６０％以上であるという事実を表す。横方向光学センサの少なくとも１つの第１の電極は、より好ましくは全部または一部が少なくとも１つの透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）で構成されていてもよい。一例としては、インジウムドープ酸化スズ（ＩＴＯ）および／またはフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）が挙げられる。別の例については、以下に示す。
【０１００】
さらに、横方向光学センサの少なくとも１つの第２の電極は、好ましくは全部または一部が透明であってもよい。したがって、具体的に、この少なくとも１つの第２の電極は、２つ以上の部分電極と、該２つ以上の部分電極に接触した少なくとも１つの別の電極材料とを備えていてもよい。これら２つ以上の部分電極は、不透明であってもよい。一例として、これら２つ以上の部分電極は、全部または一部が金属で構成されていてもよい。したがって、これら２つ以上の部分電極は、センサエリアの周縁に配置されているのが好ましい。ただし、これら２つ以上の部分電極は、好ましくは透明な少なくとも１つの別の電極材料によって、電気的に接続されていてもよい。したがって、第２の電極は、上記２つ以上の部分電極を有する不透明な周縁と、上記少なくとも１つの透明な別の電極材料を有する透明な内部領域とを備えていてもよい。上述の少なくとも１つの別の電極材料等、横方向光学センサの少なくとも１つの第２の電極は、より好ましくは全部または一部が少なくとも１つの導電性ポリマー、好ましくは透明な導電性ポリマーで構成されていてもよい。一例としては、導電率が少なくとも０．０１Ｓ／ｃｍ、好ましくは少なくとも０．１Ｓ／ｃｍ、より好ましくは少なくとも１Ｓ／ｃｍ、さらには少なくとも１０Ｓ／ｃｍ、または少なくとも１００Ｓ／ｃｍの導電性ポリマーを使用するようにしてもよい。一例として、上記少なくとも１つの導電性ポリマーは、ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、好ましくは少なくとも１つの対イオンを電気的にドープしたＰＥＤＯＴ、より好ましくはポリスチレンスルホン酸ナトリウムをドープしたＰＥＤＯＴ（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリチオフェン、から成る群から選択されるようになっていてもよい。
【０１０１】
上記概説の通り、導電性ポリマーは、少なくとも２つの部分電極間を電気的に接続していてもよい。また、導電性ポリマーは、電荷発生位置を決定可能なオーム抵抗を与えていてもよい。導電性ポリマーは、好ましくは部分電極間に０．１〜２０ｋΩの電気抵抗、好ましくは０．５〜５．０ｋΩの電気抵抗、より好ましくは１．０〜３．０ｋΩの電気抵抗を与えていてもよい。一例としては、表面導電率が少なくとも０．００００１Ｓ／ｃｍ、少なくとも０．００１Ｓ／ｃｍ、または少なくとも０．０１Ｓ／ｃｍ、好ましくは少なくとも０．１Ｓ／ｃｍ、より好ましくは少なくとも１Ｓ／ｃｍ、さらには少なくとも１０Ｓ／ｃｍ、または少なくとも１００Ｓ／ｃｍの１つまたは複数の導電性ポリマー膜を使用するようにしてもよい。
【０１０２】
一般的に、本明細書において、導電性材料は、電気比抵抗が１０４未満、１０３未満、１０２未満、または１０Ωｍ未満の材料であってもよい。導電性材料は、電気比抵抗が１０−１未満、１０−２未満、１０−３未満、１０−５未満、または１０−６Ωｍ未満であるのが好ましい。導電性材料の電気比抵抗は、５×１０−７Ωｍ未満または１×１０−７Ωｍ未満、特にアルミニウムの電気比抵抗の範囲内であるのが最も好ましい。
【０１０３】
上記概説の通り、横方向光学センサおよび縦方向光学センサの少なくとも一方は、透明な光学センサであるのが好ましい。したがって、上記少なくとも１つの横方向光学センサは、透明な横方向光学センサであることおよび／または少なくとも１つの透明な横方向光学センサを備えることが可能である。この追加または代替として、上記少なくとも１つの縦方向光学センサは、透明な縦方向光学センサであることおよび／または少なくとも１つの透明な縦方向光学センサを備えることが可能である。縦方向光学センサのスタック等、複数の縦方向光学センサが設けられている場合は、複数および／もしくはスタックのすべての縦方向光学センサまたは複数および／もしくはスタックの１つを除くすべての縦方向光学センサが透明であるのが好ましい。一例として、縦方向光学センサのスタックが設けられ、該縦方向光学センサが検出器の光軸に沿って配置されている場合は、好ましくは、物体に対向しない最後の縦方向光学センサを除くすべての縦方向光学センサが透明な縦方向光学センサであってもよい。最後の縦方向光学センサ、すなわち、スタックの、物体に対向しない側の縦方向光学センサは、透明な縦方向光学センサであってもよいし、不透明な縦方向光学センサであってもよい。例示的な実施形態については、以下に示す。
【０１０４】
横方向光学センサおよび縦方向光学センサの一方が透明な光学センサであるか、または少なくとも１つの透明な光学センサを含む場合、光線は、この透明な光学センサを通過した後、横方向光学センサおよび縦方向光学センサの他方に衝突するようになっていてもよい。したがって、物体からの光線は、横方向光学センサおよび縦方向光学センサまたはその逆に連続して到達するようになっていてもよい。
【０１０５】
別の実施形態では、横方向光学センサと縦方向光学センサとの間の関係に言及する。これにより、原理上、横方向光学センサおよび縦方向光学センサは、上記概説の通り、少なくとも一部が同一であってもよい。ただし、横方向光学センサおよび縦方向光学センサは、好ましくは独立した光検出器、より好ましくは独立したＤＳＣまたはｓＤＳＣ等、少なくとも一部が独立した光学センサであってもよい。
【０１０６】
上記概説の通り、横方向光学センサおよび縦方向光学センサは、好ましくは光軸に沿って積み重ねられていてもよい。したがって、光軸に沿って進む光線は、好ましくは連続して、横方向光学センサおよび縦方向光学センサの両者に衝突するようになっていてもよい。これにより、光線は、横方向光学センサおよび縦方向光学センサをこの順またはその逆に連続して通過するようになっていてもよい。
【０１０７】
本発明の別の実施形態では、ビーコンデバイスから検出器まで伝搬する光線の性質に言及する。光線は独立して、ビーコンデバイス自体により放出されるようになっていてもよい。すなわち、各ビーコンデバイスを起点としていてもよい。この追加または代替として、光線の別の起点も実現可能である。したがって、より詳しく以下に概説する通り、所定の特性を有する１つまたは複数の主線または主ビーム等の１つまたは複数の主線または主ビームの使用等によってビーコンデバイスを照射する１つまたは複数の照射光源が設けられていてもよい。後者の場合、ビーコンデバイスから検出器まで伝搬する光線は、ビーコンデバイスのうちの１つまたは複数によって全部または一部が反射される光線であってもよい。
【０１０８】
上記概説の通り、上記少なくとも１つの縦方向センサ信号は、光線による照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、上記少なくとも１つの縦方向光学センサのセンサ領域における各光線のビーム断面に依存していてもよい。本明細書において、ビーム断面という用語は一般的に、光線の横方向の拡がりまたは特定の位置で光線が生成する光スポットを表す。円形の光スポットが生成される場合は、半径、直径、またはガウスビームウェストもしくはガウスビームウェストの２倍がビーム断面の尺度として機能するようになっていてもよい。非円形の光スポットが生成される場合、断面は、等価ビーム断面とも称する、非円形光スポットと同面積の円の断面の決定等、その他任意の実現可能な方法により決定されるようになっていてもよい。
【０１０９】
したがって、光線によるセンサ領域の照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、第１のビーム径またはビーム断面を有する光線によって、第１の縦方向センサ信号が生成されるようになっていてもよい。一方、第１のビーム径またはビーム断面と異なる第２のビーム径またはビーム断面を有する光線によって、第１の縦方向センサ信号と異なる第２の縦方向センサ信号が生成される。これにより、縦方向センサ信号の比較によって、ビーム断面、具体的にはビーム径に関する情報または少なくとも１つの情報が生成されるようになっていてもよい。この効果の詳細については、国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書、米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書、および米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書のうちの１つまたは複数を参照可能である。具体的に、ビーコンデバイスから検出器まで伝搬する光線の１つまたは複数のビーム特性が既知である場合、ビーコンデバイスの縦方向座標は、上記少なくとも１つの縦方向センサ信号とビーコンデバイスの縦方向位置との間の既知の関係からこのように導出されるようになっていてもよい。この既知の関係は、アルゴリズムおよび／または１つもしくは複数の校正曲線として評価装置に格納されていてもよい。一例として、具体的にはガウスビームの場合、ビーム径またはビームウェストと検出器に向かって各光線が伝搬していくビーコンデバイスの各縦方向座標との間の関係は、ビームウェストと縦方向座標との間のガウス関係を用いて容易に導出されるようになっていてもよい。
【０１１０】
ＦｉＰ効果（縦方向光学センサが生成する電力Ｐにビーム断面φが影響する効果を示唆）とも称する上述の効果は、国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書、米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書、および米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書のうちの１つまたは複数に開示されている通り、光線の適当な変調に依存していてもよいし、光線の適当な変調により強調されるようになっていてもよい。したがって、検出装置は、好ましくは光線または該光線のうちの１つもしくは複数を変調する少なくとも１つの変調装置をさらに有していてもよい。変調装置は、少なくとも１つの照射光源および／もしくは照射光源のうちの少なくとも１つへの全部もしくは一部の実装ならびに／または別個の変調装置としての全部もしくは一部の設計が可能である。
【０１１１】
検出器は、異なる変調の場合の少なくとも２つの縦方向センサ信号、特にそれぞれ異なる変調周波数での少なくとも２つのセンサ信号を検出するように設計されていてもよい。この場合、評価装置は、これら少なくとも２つの縦方向センサ信号を評価することによって、物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように設計されていてもよい。
【０１１２】
一般的に、縦方向光学センサは、照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、照射の変調の変調周波数によって少なくとも１つの縦方向センサ信号が決まるように設計されていてもよい。さらなる詳細および例示的な実施形態については、以下に示す。この周波数依存特性は、具体的にはＤＳＣ、より好ましくはｓＤＳＣにおいてもたらされる。ただし、他の種類の光学センサ、好ましくは光検出器、より好ましくは有機光検出器もこの効果を示し得る。
【０１１３】
横方向光学センサおよび縦方向光学センサの両者は、電極および光起電材料を含む層であって、厚さが好ましくは１ｍｍ以下、より好ましくは高々５００μｍ以下である層構成を有する薄膜装置であるのが好ましい。したがって、横方向光学センサのセンサ領域および／または縦方向光学センサのセンサ領域はそれぞれ、好ましくは、各装置の、物体に対向する表面で構成可能なセンサエリアであってもよいし、このようなセンサエリアを備えていてもよい。
【０１１４】
横方向光学センサのセンサ領域および／または縦方向光学センサのセンサ領域は、好ましくは装置当たり１つの連続センサエリアまたはセンサ表面等、１つの連続センサ領域で構成されていてもよい。したがって、縦方向光学センサのセンサ領域または複数の縦方向光学センサ（縦方向光学センサのスタック等）が設けられている場合の縦方向光学センサの各センサ領域は、好ましくは厳密に１つの連続センサ領域で構成されていてもよい。縦方向センサ信号は、縦方向光学センサのセンサ領域全体に均一なセンサ信号であるか、または複数の縦方向光学センサが設けられている場合、各縦方向光学センサの各センサ領域に均一なセンサ信号であるのが好ましい。
【０１１５】
上記少なくとも１つの横方向光学センサおよび／または上記少なくとも１つの縦方向光学センサはそれぞれ、少なくとも１ｍｍ２、好ましくは少なくとも５ｍｍ２、たとえば５ｍｍ２〜１０００ｃｍ２、好ましくは７ｍｍ２〜１００ｃｍ２、より好ましくは１ｃｍ２の、センサエリアとも称する感応エリアを提供するセンサ領域を独立して有していてもよい。センサエリアは、正方形状等の矩形状であるのが好ましい。ただし、他の形状および／またはセンサエリアも実現可能である。
【０１１６】
縦方向センサ信号は、好ましくは電流（光電流等）および電圧（光電圧等）、から成る群から選択されるようになっていてもよい。同様に、横方向センサ信号は、好ましくは電流（光電流等）および電圧（光電圧等）またはこれらから導出される任意の信号、たとえば電流および／または電圧の割合、から成る群から選択されるようになっていてもよい。さらに、平均化および／またはフィルタリング等によって生のセンサ信号から加工されたセンサ信号を導出するために、縦方向センサ信号および／または横方向センサ信号が前処理されるようになっていてもよい。
【０１１７】
一般的に、縦方向光学センサは、少なくとも１つの有機材料、好ましくは有機太陽電池、特に好ましくは色素太陽電池または色素増感太陽電池、特に固体色素太陽電池または固体色素増感太陽電池を含む少なくとも１つの半導体検出器、特に有機半導体検出器を備えていてもよい。縦方向光学センサは、ＤＳＣもしくはｓＤＳＣであるか、またはＤＳＣもしくはｓＤＳＣを備えるのが好ましい。したがって、縦方向光学センサは、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つのｎ半導体金属酸化物と、少なくとも１つの色素と、少なくとも１つのｐ半導体有機材料、好ましくは固体ｐ半導体有機材料と、少なくとも１つの第２の電極とを備えるのが好ましい。好適な一実施形態において、縦方向光学センサは、少なくとも１つのＤＳＣ、より好ましくは少なくとも１つのｓＤＳＣを備える。上記概説の通り、上記少なくとも１つの縦方向光学センサは、透明な縦方向光学センサであるか、または少なくとも１つの透明な縦方向光学センサを備えるのが好ましい。したがって、第１の電極および第２の電極の両者は、透明であるのが好ましく、複数の縦方向光学センサが設けられている場合は、第１の電極および第２の電極の両者が透明となるように縦方向光学センサのうちの少なくとも１つが設計されているのが好ましい。上記概説の通り、縦方向光学センサのスタックが設けられている場合は、スタックの、物体から最も遠い最後の縦方向光学センサを除くスタックのすべての縦方向光学センサが透明であるのが好ましい。この最後の縦方向光学センサは、透明であってもよいし、不透明であってもよい。後者の場合、最後の縦方向光学センサは、その物体に対向する電極が透明である一方、その物体に対向しない電極が不透明となるように設計されていてもよい。
【０１１８】
上記概説の通り、検出器は、複数の縦方向光学センサを有するのが好ましい。複数の縦方向光学センサは、検出器の光軸等に沿って、積み重ねられているのがより好ましい。これにより、縦方向光学センサは、縦方向光学センサスタックを構成していてもよい。縦方向光学センサスタックは、好ましくは縦方向光学センサのセンサ領域が光軸と垂直になるように配向していてもよい。これにより、一例としては、一連の縦方向光学センサのセンサエリアまたはセンサ表面が平行に配向していてもよく、１０°以下、好ましくは５°以下の角度公差等、わずかな角度公差が許容されていてもよい。
【０１１９】
縦方向光学センサが積み重ねられている場合、上記少なくとも１つの横方向光学センサは、積み重ねられた縦方向光学センサの物体に対向する側に全部または一部が配置されているのが好ましい。ただし、他の実施形態も実現可能である。したがって、縦方向光学センサスタックの、物体に対向しない側に上記少なくとも１つの横方向光学センサの全部または一部が配置された実施形態も実現可能である。また、この追加または代替として、縦方向光学センサスタック中に上記少なくとも１つの横方向光学センサの全部または一部が配置された実施形態も実現可能である。
【０１２０】
縦方向光学センサは、ビーコンデバイスのうちの１つからの各光線が、好ましくは連続してすべての縦方向光学センサを照射するように配置されているのが好ましい。この場合は具体的に、各縦方向光学センサにより少なくとも１つの縦方向センサ信号が生成されるのが好ましい。本実施形態は、光線の全パワーまたは強度が未知であっても、縦方向光学センサの積み重ね構成によって信号を簡単かつ効率的に正規化可能であることから、特に好ましい。したがって、一連の縦方向センサ信号は、１つの同じ光線により生成されることが知られていてもよい。これにより、評価装置は、縦方向センサ信号を正規化するとともに、光線の強度から独立して、物体の縦方向位置に関する情報を生成するように構成されていてもよい。この目的のため、一連の縦方向センサ信号が１つの同じ光線により生成される場合、これら一連の縦方向センサ信号の差は、該一連の縦方向センサ信号の各センサ領域の位置における光線の断面の差のみに起因するという事実を使用するようにしてもよい。このように、一連の縦方向センサ信号の比較によって、光線の全パワーが未知であっても、ビーム断面に関する情報が生成されるようになっていてもよい。ビーム断面から、具体的には光線の断面とビーコンデバイスの縦方向位置との間の既知の関係を利用することにより、各ビーコンデバイスの縦方向位置ひいてはビーコンデバイスの縦方向座標に関する情報が得られる。
【０１２１】
さらには、上述の縦方向光学センサの積み重ねおよびこれら積み重ねた縦方向光学センサによる複数の縦方向センサ信号の生成を評価装置で用いることにより、光線のビーム断面とビーコンデバイスの縦方向座標との間の既知の関係の曖昧さを解消するようにしてもよい。これにより、ビーコンデバイスから検出器まで伝搬する光線のビーム特性の全部または一部が既知であったとしても、多くのビームにおいて、焦点に到達する前にビーム断面が狭まり、その後再び拡がることが分かる。このため、光線のビーム断面が最も狭くなる焦点の前、多くの場合はその焦点として、光線の断面が同じとなる位置が光線の伝搬軸に沿って現れる。これにより、一例としては、焦点前後の距離ｚ０で光線の断面が同一である。したがって、使用している縦方向光学センサが１つだけの場合、光線の全パワーまたは強度が既知の場合は、光線の特定の断面が決定されるようになっていてもよい。この情報を用いることにより、各縦方向光学センサの焦点からの距離ｚ０が決定されるようになっていてもよい。ただし、各縦方向光学センサが焦点の前後いずれに配置されているかを判定するには、物体および／もしくは検出器の移動の履歴ならびに／または検出器が焦点の前後いずれに配置されているかに関する情報等、付加情報が必要となる場合がある。通常の状況において、この付加情報は、利用できない場合がある。したがって、複数の縦方向光学センサを用いることにより付加情報を取得して、上述の曖昧さを解消するようにしてもよい。このため、縦方向センサ信号を評価することによって、第１の縦方向光学センサ上の光線のビーム断面が第２の縦方向光学センサ上の光線のビーム断面よりも大きいことを評価装置が認識しており、第２の縦方向光学センサが第１の縦方向光学センサの後ろに配置されている場合、評価装置は、光線が依然として狭まっており、第１の縦方向光学センサの位置が光線の焦点の前であると判定するようにしてもよい。これに対して、第１の縦方向光学センサ上の光線のビーム断面が第２の縦方向光学センサ上の光線のビーム断面よりも小さい場合、評価装置は、光線が拡がっており、第２の縦方向光学センサの位置が焦点の後ろであると判定するようにしてもよい。このように、評価装置は一般的に、異なる縦方向センサの縦方向センサ信号の比較によって、光線が拡がっているか狭まっているかを認識するように構成されていてもよい。
【０１２２】
縦方向光学センサスタックは、好ましくは少なくとも３つの縦方向光学センサ、より好ましくは少なくとも４つの縦方向光学センサ、さらに好ましくは少なくとも５つの縦方向光学センサ、さらには少なくとも６つの縦方向光学センサを備えていてもよい。縦方向光学センサの縦方向センサ信号を追跡することによって、光線のビームプロファイルまでもが評価されるようになっていてもよい。
【０１２３】
本明細書においては、以下のように、光線の直径すなわち光線のビームウェストを用いることにより、特定の位置における光線のビーム断面を特性化するようにしてもよい。上記概説の通り、各ビーコンデバイスすなわち光線を放出および／または反射しているビーコンデバイスの縦方向位置とビーム断面との間の既知の関係を用いて、上記少なくとも１つの縦方向センサ信号を評価することにより、ビーコンデバイスの縦方向座標を決定するようにしてもよい。一例としては、上記概説の通り、光線が少なくとも略ガウス状に伝搬することを仮定したガウス関係を使用するようにしてもよい。この目的のため、光線は、既知のガウスプロファイル等の既知の伝搬特性を有する光線を生成する照射光源の使用等によって、適当に成形されていてもよい。このため、当業者には既知の通り、たとえば多種のレーザの場合のように既知の特性を有する光線を照射光源自体が生成するようにしてもよい。この追加または代替として、照射光源および／または検出器は、当業者が認識するような既知の特性を有する光線を提供するため、１つもしくは複数のレンズならびに／または１つもしくは複数のダイヤフラム等、１つまたは複数のビーム成形要素を有していてもよい。このように、一例としては、既知のビーム成形特性を有する１つまたは複数の伝達要素等、１つまたは複数の伝達要素が設けられていてもよい。この追加または代替として、上記少なくとも１つの任意選択としての伝達要素等の照射光源および／または検出器は、上記少なくとも１つの横方向光学センサおよび／または上記少なくとも１つの縦方向光学センサの励起極大の外側の波長を除去する１つまたは複数のフィルタ要素等、１つまたは複数のフィルタ等の１つまたは複数の波長選択要素を有していてもよい。
【０１２４】
したがって、評価装置は一般的に、光線のビーム断面および／または直径を光線の既知のビーム特性と比較することによって、好ましくは光線の伝搬方向の少なくとも１つの伝搬座標に対する光線のビーム径の既知の依存性および／または光線の既知のガウスプロファイルから、物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を決定するように構成されていてもよい。
【０１２５】
上記概説の通り、本発明はさらに、ユーザと機械との間で少なくとも１つの情報を交換するマンマシンインターフェースに関する。本提案のマンマシンインターフェースは、上述または以下に詳述する実施形態のうちの１つまたは複数の上記検出装置を１人または複数のユーザが用いることにより、情報および／またはコマンドを機械に与えることができるという事実を利用するようにしてもよい。このように、好ましくはマンマシンインターフェースを用いて、制御コマンドを入力するようにしてもよい。
【０１２６】
一般的に、本明細書において、ユーザの少なくとも１つの方位は、全体としてユーザの方位に関する１つもしくは複数の情報ならびに／またはユーザの１つもしくは複数の身体部位を示唆していてもよい。このように、ユーザの方位は、好ましくは検出器の評価装置が提供するユーザの方位に関する１つまたは複数の情報を示唆していてもよい。ユーザ、ユーザの身体部位、またはユーザの複数の身体部位は、少なくとも１つの検出装置が方位を検出可能な１つまたは複数の物体と見なすことができる。ここでは、厳密に１つの検出器が設けられていてもよいし、複数の検出器の組み合わせが設けられていてもよい。一例としては、複数の検出器を設けることにより、ユーザの複数の身体部位の方位の決定および／またはユーザの少なくとも１つの身体部位の方位の決定を行うようにしてもよい。
【０１２７】
上記概説の通り、マンマシンインターフェースは、ユーザへの直接的または間接的な取り付けおよびユーザによる保持のうちの少なくとも１つが行われるように構成された複数のビーコンデバイスを備える。したがって、ビーコンデバイスはそれぞれ、適当な固定装置等の任意適当な手段によってユーザに独立して取り付けられていてもよい。この追加または代替として、ユーザは、少なくとも１つのビーコンデバイスまたはビーコンデバイスのうちの１つもしくは複数の保持ならびに／または手中での携行ならびに／または少なくとも１つのビーコンデバイスおよび／もしくはビーコンデバイスを含む衣服の身体部位への着用等による携行を行うようにしてもよい。
【０１２８】
本明細書において、ビーコンデバイスは一般的に、少なくとも１つの検出器が検出可能な任意の装置および／または少なくとも１つの検出器による検出を容易化する任意の装置である。したがって、上記概説またはより詳しく以下に概説する通り、ビーコンデバイスは、少なくとも１つの光線を生成する１つまたは複数の照射光源を有すること等により、検出器が検出する少なくとも１つの光線を生成するように構成された能動ビーコンデバイスであってもよい。この追加または代替として、ビーコンデバイスは、別個の照射光源が生成した光線を反射するように構成された１つまたは複数の反射要素の提供等によって、全部または一部が受動ビーコンデバイスとして設計されていてもよい。上記少なくとも１つのビーコンデバイスは、ユーザへの直接的または間接的な取り付けならびに／またはユーザによる携行もしくは保持が永久的または一時的に行われるようになっていてもよい。また、１つもしくは複数の取り付け手段の使用ならびに／またはユーザの手による少なくとも１つのビーコンデバイスの保持および／もしくはユーザによるビーコンデバイスの着用等のユーザ自身による取り付けを行うようにしてもよい。
【０１２９】
この追加または代替として、ビーコンデバイスは、ユーザが保持する物体への取り付けおよび組み込みの少なくとも一方が行われるようになっていてもよく、これは、本発明の意味において、ユーザがビーコンデバイスを保持する選択肢の意味に含まれるものとする。したがって、より詳しく以下に概説する通り、ビーコンデバイスは、マンマシンインターフェースの一部であってもよく、またユーザが保持または携行可能であってもよく、検出装置がその方位を認識可能な制御要素に取り付けられていてもよいし、組み込まれていてもよい。このため、本発明は一般的に、本発明に係る少なくとも１つの検出装置と、少なくとも１つの物体とをさらに備え、ビーコンデバイスが、物体への取り付け、物体による保持、または物体への組み込みのうちの１つが行われたものである、検出システムにも言及する。上記概説の通り、物体は、好ましくはユーザがその方位を認識可能な制御要素を構成していてもよい。したがって、検出システムは、上記概説またはより詳しく以下に概説する通り、マンマシンインターフェースの一部であってもよい。一例として、ユーザは、特定の方法で制御要素を取り扱うことにより、１つまたは複数のコマンドの機械への送信等、１つまたは複数の情報の機械への送信を行うようにしてもよい。
【０１３０】
あるいは、他の方法で検出システムを使用するようにしてもよい。これにより、一例として、検出システムの物体は、ユーザまたは該ユーザの身体部位と異なっていてもよく、一例として、ユーザから独立して動く物体であってもよい。一例としては、装置ならびに／または製造プロセスおよび／もしくはロボットプロセス等の産業プロセスの制御にこの検出システムを使用するようにしてもよい。これにより、一例として、物体は、検出システムを用いて方位を検出可能な機械および／またはロボットアーム等の機械の一部であってもよい。
【０１３１】
マンマシンインターフェースは、ユーザまたはユーザの少なくとも１つの身体部位の方位に関する少なくとも１つの情報を検出装置が生成するように構成されていてもよい。
【０１３２】
ビーコンデバイスは、ユーザの身体または身体部位に取り付け可能なビーコンデバイスおよびユーザが保持可能なビーコンデバイスの一方であるのが好ましい。上記概説の通り、ビーコンデバイスは、全部または一部が能動ビーコンデバイスとして設計されていてもよい。これにより、ビーコンデバイスは、検出器まで透過する少なくとも１つの光線、好ましくは既知のビーム特性を有する少なくとも１つの光線を生成するように構成された少なくとも１つの照射光源を備えていてもよい。この追加または代替として、ビーコンデバイスは、照射光源が生成した光を反射することにより、検出器まで透過する反射光線を生成するように構成された少なくとも１つの反射器を備えていてもよい。
【０１３３】
検出システムの一部を構成可能な物体は一般的に、任意の形状を有していてもよい。上記概説の通り、検出システムの一部である物体は、好ましくは手動等によりユーザが取り扱い可能な制御要素であってもよい。一例として、制御要素は、グローブ、ジャケット、帽子、靴、ズボン、およびスーツ、手に持てる杖、バット、クラブ、ラケット、ステッキ、モデルガン等の玩具、具体的にはレーザポインタまたはテレビリモコンであるポインタ、から成る群から選択される少なくとも１つの要素であってもよいし、このような要素を含んでいてもよい。これにより、一例として、検出システムは、マンマシンインターフェースおよび／または娯楽装置の一部であってもよい。
【０１３４】
物体が検出システムの一部である場合、検出装置、具体的には検出装置の検出器は、物品への取り付けまたは組み込みの一方または両方が行われるようになっていてもよい。具体的に、検出器は、好ましくは透明または半透明の検出器であってもよいが、該検出器を通して物品が依然として視認できるように、該物品の前方に配置されていてもよい。具体的に、検出器は、柔軟な検出器箔の使用等により、柔軟な検出器として具現化されていてもよい。検出器は具体的に、透明な検出器箔等の透明な検出器の物品への接合等によって、該物品に取り付けられていてもよい。
【０１３５】
したがって、物体は一般的に、テレビ、ゲーム、または他のマンマシンインターフェースアプリケーションを制御する制御要素であってもよい。一例として、現在のテレビ受像機は通常、押しボタン等の１つまたは複数のボタンを有するリモコンによって制御される。同様に、コンピュータは通常、キーボードまたはマウスを入力装置として用いることにより制御され、マウスは、ユーザの動きを直接入力することができる。テレビの場合は、ユーザの動きを直接入力できる便利なマンマシンインターフェースソリューションを利用できない。本発明に係る検出装置および／または検出システムを用いることによって、この市販の制御要素の欠点を克服可能である。したがって、上記概説の通り、検出器、具体的には透明な有機センサスクリーン等の透明または半透明の検出器は、テレビスクリーンまたは別種の物品等の物品の前方に配置可能である。一般的には、ｓＤＳＣ等の有機光学センサを使用することにより、無機材料の使用では通常不可能な大面積検出器、具体的には柔軟な大面積検出器を製造可能であるため、検出器は、物品の可視表面全体または少なくともその大部分を対象にすることができる。さらには、上記概説の通り、検出器を透明に生産するようにしてもよい。
【０１３６】
上記概説の通り、検出器は、少なくとも１つの縦方向光学センサおよび／または少なくとも１つの横方向光学センサを備えていてもよい。これら光学センサの構成の可能な詳細については、上記実施形態またはより詳しく以下に示す実施形態を参照可能である。さらに、一例として、横方向光学センサの可能な構成については、米国特許第６，９９５，４４５Ｂ２号明細書を参照可能である。
【０１３７】
透明な有機検出器スクリーン等の少なくとも１つの検出器を用いることによって、少なくとも２つのビーコンデバイスを有する物体および検出器に向かう結像光線の位置および／または方位を決定することができる。上記概説の通り、ビーコンデバイスは、さらなる変調によって、バックグラウンド信号、具体的には別の入射光またはバックグラウンド照射等の他の信号から信号を識別するようにしてもよい。
【０１３８】
上記少なくとも２つのビーコンデバイスは具体的に、リモコンを構成する物体に埋め込まれていてもよい。検出器は、横方向座標および／または縦方向座標を決定するように構成されていてもよい。これにより、リモコンの横方向位置、縦方向位置（定量的な距離検知等）、または方位のうちの１つまたは複数が決定されるようになっていてもよい。
【０１３９】
ビーコンデバイスは具体的に、コヒーレントな発散光線等の発散光線を放出するように構成されていてもよい。このように、ビーコンデバイスは、距離方向において小さいが検出可能に拡がったコヒーレント光を放出するようにしてもよい。上記少なくとも１つの検出器を用いることにより、上述のＦｉＰ効果の使用等によって、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つに関する少なくとも１つの縦方向座標を決定可能である。したがって、ＦｉＰ効果を用いることによりスポットサイズを測定可能であるため、１つまたは複数の光スポットの検出により距離情報を導出可能である。
【０１４０】
さらに、本実施形態または他の実施形態の検出器は、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つに関する少なくとも１つの縦方向座標の変化を決定するように構成されていてもよい。したがって、一般的には、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つに関する少なくとも１つの縦方向座標の変化等、絶対座標を決定する代わりに相対的な座標の変化が検出されるようになっていてもよい。さらに、上記少なくとも１つの検出器が与える信号が正規化されるようになっていてもよい。一例としては、相対距離の測定の間に、ＦｉＰ信号が正規化されるようになっていてもよい。
【０１４１】
本明細書において、娯楽装置は、以下で１人または複数のプレーヤとも称する１人または複数のユーザの余暇および／または娯楽の目的に適合し得る装置である。一例として、娯楽装置は、ゲーム、好ましくはコンピュータゲームの目的に適合し得る。したがって、娯楽装置は、コンピュータ、コンピュータネットワーク、またはコンピュータシステムに実装されていてもよいし、１つまたは複数のゲームソフトウェアプログラムを動作させるコンピュータ、コンピュータネットワーク、またはコンピュータシステムを備えていてもよい。
【０１４２】
娯楽装置は、上記開示の実施形態のうちの１つもしくは複数ならびに／または以下に開示の実施形態のうちの１つもしくは複数等、本発明に係る少なくとも１つのマンマシンインターフェースを備える。娯楽装置は、マンマシンインターフェースによって、プレーヤが少なくとも１つの情報を入力できるように設計されている。上記少なくとも１つの情報は、娯楽装置のコントローラおよび／もしくはコンピュータへの送信ならびに／または娯楽装置のコントローラおよび／もしくはコンピュータによる使用がなされるようになっていてもよい。
【０１４３】
上記少なくとも１つの情報には、好ましくはゲームの成り行きに影響を及ぼすように構成された少なくとも１つのコマンドを含んでいてもよい。これにより、一例として、上記少なくとも１つの情報に、プレーヤならびに／またはプレーヤの１つもしくは複数の身体部位の少なくとも１つの方位に関する少なくとも１つの情報を含むことにより、ゲームに必要な特定の位置および／または方位および／または動作をプレーヤがシミュレーション可能となる。一例としては、ダンス、ランニング、ジャンプ、ラケットスイング、バットスイング、クラブスイング、物体による別の物体の指向（たとえばモデルガンによるターゲットの指向）、少なくとも１つの物体を手で把持すること、少なくとも１つの物体を手で移動させること等の１つまたは複数の動きのシミュレーションがなされ、娯楽装置のコントローラおよび／またはコンピュータに伝達されるようになっていてもよい。
【０１４４】
娯楽装置の一部または全体、好ましくは娯楽装置のコントローラおよび／またはコンピュータは、この情報に従って娯楽機能を変更するように設計されている。したがって、上記概説の通り、上記少なくとも１つの情報に従って、ゲームの成り行きが影響を受ける場合がある。したがって、娯楽装置は、上記少なくとも１つの検出器の評価装置から分離可能ならびに／または少なくとも１つの評価装置と全部もしくは一部が同一または少なくとも１つの評価装置を含み得る１つまたは複数のコントローラを具備していてもよい。上記少なくとも１つのコントローラは、好ましくは１つまたは複数のコンピュータおよび／またはマイクロコントローラ等、１つまたは複数のデータ処理装置を具備していてもよい。
【０１４５】
本明細書においてさらに、追跡システムは、少なくとも１つの物体および／または物体の少なくとも１つの部分の過去の一連の方位に関する情報を収集するように構成された装置である。また、追跡システムは、少なくとも１つの物体または物体の少なくとも１つの部分の少なくとも１つの将来予測位置および／または方位に関する情報を提供するように構成されていてもよい。追跡システムは、電子装置、好ましくは少なくとも１つのデータ処理装置、より好ましくは少なくとも１つのコンピュータまたはマイクロコントローラとして全部または一部を具現化可能な少なくとも１つの追跡制御装置を有していてもよい。また、上記少なくとも１つの追跡制御装置は、上記少なくとも１つの評価装置の全部もしくは一部を含むこと、および／または上記少なくとも１つの評価装置の一部であること、および／または上記少なくとも１つの評価装置の全部または一部と同一であることが可能である。
【０１４６】
追跡システムは、上掲の実施形態のうちの１つもしくは複数ならびに／または以下の実施形態のうちの１つもしくは複数に開示の少なくとも１つの検出器等、本発明に係る少なくとも１つの検出器を備える。追跡システムは、少なくとも１つの追跡制御装置をさらに備える。追跡制御装置は、それぞれが少なくとも１つの方位情報および少なくとも１つの時間情報を含むデータ群またはデータ対の記録等によって、特定の時点における物体の一連の方位を追跡するように構成されている。
【０１４７】
追跡システムは、本発明に係る少なくとも１つの検出システムをさらに備えていてもよい。したがって、少なくとも１つの検出器、少なくとも１つの評価装置、およびビーコンデバイスのほか、追跡システムは、上記ビーコンデバイスまたは少なくとも１つのビーコンデバイスを含む少なくとも１つの制御要素等、物体自体または物体の一部をさらに備えていてもよく、この制御要素は、追跡する物体に対して直接的または間接的に取り付けまたは組み込み可能である。
【０１４８】
追跡システムは、該追跡システム自体ならびに／または１つもしくは複数の別個の装置の１つまたは複数の動作を開始するように構成されていてもよい。後者の目的のため、追跡システム、好ましくは追跡制御装置は、少なくとも１つの動作を開始する１つもしくは複数の無線インターフェースおよび／もしくは有線インターフェースならびに／または他の種類の制御接続を有していてもよい。上記少なくとも１つの追跡制御装置は、好ましくは物体の少なくとも１つの実際の位置に従って、少なくとも１つの動作を開始するように構成されていてもよい。一例として、この動作は、物体の将来位置の予測、少なくとも１つの装置による物体の指向、少なくとも１つの装置による検出器の指向、物体の照射、検出器の照射、から成る群から選択されるようになっていてもよい。
【０１４９】
追跡システムの用途の一例として、該追跡システムは、少なくとも１つの第１の物体および／または少なくとも１つの第２の物体が移動する場合であっても、該第１の物体によって該第２の物体を連続的に指向するのに使用可能である。また、ロボット等の産業用途ならびに／または製造ラインもしくは組み立てラインにおける製造中等に物品が移動する際でも該物品に連続的に作業を行う場合において、可能な例が見られる。この追加または代替として、追跡システムは、物体が移動している場合であっても照射光源によって該物体を連続的に指向することにより該物体を連続的に照射する場合等、照射目的で使用するようにしてもよい。また、送信機によって移動物体を指向することにより該移動物体に対して連続的に情報を送信する場合等、通信システムにおいても別の用途が見られる。
【０１５０】
上記概説の通り、本発明は、そのさらに別の態様において、少なくとも１つの物体の方位を決定する方法に言及する。この方法は、好ましくは上記開示の実施形態またはより詳しく以下に開示する実施形態のうちの１つまたは複数に係る少なくとも１つの検出器等、本発明に係る少なくとも１つの検出器を利用するようにしてもよい。したがって、この方法の任意選択としての実施形態については、検出器の実施形態を参照可能である。
【０１５１】
この方法は、所与の順序または異なる順序で実行可能な上述の方法ステップを含む。さらには、挙げていない別の方法ステップが設けられていてもよい。さらに、これら方法ステップのうちの２つ以上またはすべての少なくとも一部が同時に実行されるようになっていてもよい。さらに、これら方法ステップのうちの２つ以上またはすべてが２回または３回以上繰り返し実行されるようになっていてもよい。
【０１５２】
上記概説の通り、上記少なくとも１つの検出器の構成の可能な詳細、好ましくは上記少なくとも１つの任意選択としての横方向光学検出器、上記少なくとも１つの任意選択としての縦方向光学検出器、上記少なくとも１つの任意選択としての伝達装置、および評価装置のうちの１つまたは複数の可能な構成、具体的には可能な電極材料、有機材料、無機材料、層構成、およびさらなる詳細については、好ましくは国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書、米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書、および米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書のうちの１つまたは複数を参照可能である。
【０１５３】
伝達装置は、たとえば１つまたは複数のミラーおよび／またはビームスプリッタおよび／またはビーム偏向要素を備えることにより、電磁放射の方向に影響を及ぼすことができる。この代替または追加として、伝達装置は、収束レンズおよび／または発散レンズの効果を有し得る１つまたは複数の結像要素を備えることができる。一例として、この任意選択としての伝達装置は、１つもしくは複数のレンズならびに／または１つもしくは複数の凸ミラーおよび／もしくは凹ミラーを有することができる。再度、この代替または追加として、伝達装置は、少なくとも１つの光学フィルタ等の少なくとも１つの波長選択要素を有することができる。また、この代替または追加として、伝達装置は、たとえばセンサ領域、特にセンサエリアの位置において、既定のビームプロファイルを電磁放射に与えるように設計可能である。上記任意選択としての伝達装置の任意選択としての実施形態は、原理上、個別または任意所望の組み合わせにて実現可能である。
【０１５４】
さらに、一般的には、本発明の背景において、少なくとも１つの光信号を異なる信号形態、好ましくは電圧信号および／または電流信号等の少なくとも１つの電気信号に変換するように設計された任意の要素を光学センサが表していてもよいことに留意するものとする。特に、光学センサは、少なくとも１つの光電気変換要素、好ましくは少なくとも１つのフォトダイオードおよび／または少なくとも１つの太陽電池を備えることができる。より詳しく以下に説明する通り、本発明の背景においては、少なくとも１つの有機光学センサすなわち少なくとも１つの有機半導体材料等の少なくとも１つの有機材料を含む光学センサの使用が特に好ましい。
【０１５５】
本発明の背景において、センサ領域とは、連続していて、連続領域を構成可能であり、照射に応じて少なくとも１つの測定可能な特性を変化させるように設計されているのが好ましいが、必ずしもそうではない２次元または３次元の領域を意味するものと理解すべきである。一例として、前記少なくとも１つの特性には、たとえば光電圧および／または光電流および／またはその他何らかの信号をセンサ領域が単独または光学センサの他の要素との相互作用により生成するように設計されたことによる電気的特性を含むことができる。特に、センサ領域は、該センサ領域の照射に応じて均一、好ましくは単一の信号を生成するように具現化可能である。したがって、センサ領域は、好ましくはその部分領域等に対する部分信号への細分化が不可能な電気信号等の均一な信号が生成される光学センサの最小単位とすることができる。横方向光学センサおよび／または縦方向光学センサはそれぞれ、１つもしくは複数のこのようなセンサ領域を有することができ、後者の場合は、たとえば複数のこのようなセンサ領域が２次元および／または３次元のマトリクス配列に配置されている。
【０１５６】
上記少なくとも１つのセンサ領域は、たとえば少なくとも１つのセンサエリアすなわち横方向の拡がりが少なくとも１０倍、好ましくは少なくとも１００倍、特に好ましくは少なくとも１０００倍等、該センサ領域の厚さをはるかに超えているセンサ領域を含むことができる。このようなセンサエリアの例は、たとえば上述の従来技術またはより詳しく以下に説明する例示的な実施形態に係る有機または無機光起電要素に見られる。検出器は、１つまたは複数のこのような光学センサおよび／またはセンサ領域を有することができる。一例としては、たとえば光起電要素、好ましくは有機光起電要素のスタックの使用、好ましくは光起電要素のセンサエリアが互いに平行に配置されたスタックの使用により、離間様態または２次元配列または３次元配列で複数の光学センサを直線的に配置可能である。また、他の実施形態も可能である。
【０１５７】
上記任意選択としての伝達装置は、上記説明の通り、物体から検出器まで伝搬する光を、好ましくは連続して横方向光学センサおよび／または縦方向光学センサに供給するように設計可能である。上記説明の通り、この供給は任意選択として、伝達装置の結像特性または非結像特性により実現可能である。特に、伝達装置は、横方向および／または縦方向光学センサへの供給前に、電磁放射を収集するようにも設計可能である。また、上記任意選択としての伝達装置の全体または一部は、より詳しく以下に説明する通り、たとえば少なくとも１つのガウスビーム等、規定または正確に既知のビームプロファイル等の規定の光学特性を有する光線、特に既知のビームプロファイルを有する少なくとも１つのレーザビームを供給するように設計された少なくとも１つの任意選択としての照射光源の構成要素とすることができる。
【０１５８】
上記任意選択としての照射光源の可能な実施形態については、国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書を参照可能である。さらに、他の実施形態も実現可能である。物体から出る光は、該物体自体を起点とすることができるが、任意選択として、別の起点を有し、この起点から物体へと伝搬した後、横方向および／または縦方向光学センサへと向かうようにすることも可能である。後者の場合は、たとえば少なくとも１つの照射光源を用いることによって実現可能である。この照射光源は、たとえば環境照射光源および／または人工照射光源とすることもできるし、このような光源を含むこともできる。一例として、検出器自体は、少なくとも１つのレーザおよび／または少なくとも１つの白熱灯および／または少なくとも１つの発光ダイオード、特に有機および／または無機発光ダイオード等の少なくとも１つの半導体照射光源等、少なくとも１つの照射光源を備えることができる。照射光源またはその一部としては、ビームプロファイルおよび他の取り扱い特性が大略規定されていることから、１つまたは複数のレーザの使用が特に好ましい。照射光源自体は、検出器の構成要素とすることもできるし、検出器とは独立に構成することもできる。また、照射光源は、特に検出器、たとえば検出器のハウジングに組み込み可能である。また、この代替または追加として、少なくとも１つの照射光源は、ビーコンデバイスまたはビーコンデバイスのうちの１つもしくは複数および／または物体への組み込みまたは物体との接続または空間結合が可能である。
【０１５９】
したがって、ビーコンデバイスから出る光は、代替または追加として、前記光が各ビーコンデバイス自体を起点とする任意選択により、照射光源からの出射および／または照射光源による励起が可能である。一例として、ビーコンデバイスから出る電磁光は、該ビーコンデバイス自体による放出および／または該ビーコンデバイスによる反射および／または該ビーコンデバイスによる散乱の後、検出器に供給可能である。この場合、電磁放射の放出および／もしくは散乱は、電磁放射のスペクトルの影響がなくても、または該影響があっても実現可能である。これにより、一例として、散乱中には、たとえばストークスまたはラマンによる波長シフトも発生する可能性がある。さらには、たとえば主照射光源により、たとえば物体または物体の部分領域の励起による発光、特にリン光および／または蛍光の発生によって、光の放出が励起可能である。原理上は、他の放出プロセスも可能である。反射が起こると、物体は、たとえば少なくとも１つの反射領域、特に少なくとも１つの反射表面を有することができる。前記反射表面は、物体自体の一部とすることができるが、たとえば物体に接続された反射板等、物体に接続または空間結合された反射器とすることも可能である。少なくとも１つの反射器を使用する場合は、たとえば検出器の他の構成要素とは独立に、物体に接続された該検出器の一部と見なすこともできる。
【０１６０】
ビーコンデバイスおよび／または上記少なくとも１つの任意選択としての照射光源は互いに独立して、一般的に、紫外スペクトル域（好ましくは２００ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲）、可視スペクトル域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）、赤外スペクトル域（好ましくは７８０ｎｍ〜３．０マイクロメートルの範囲）のうちの少なくとも１つの光を放出するようにしてもよい。上記少なくとも１つの照射光源は、可視スペクトル域、好ましくは５００ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲、最も好ましくは６５０ｎｍ〜７５０ｎｍまたは６９０ｎｍ〜７００ｎｍの光を放出するように構成されているのが最も好ましい。
【０１６１】
横方向および／または縦方向光学センサへの光の供給は、特に、たとえば円形、長円形、または異なる構成の断面を有する光スポットが横方向および／または縦方向光学センサの任意選択としてのセンサエリアに生成されるように実現可能である。一例として、検出器は、物体を検出可能な視程、特に立体角範囲および／または空間的範囲を有することができる。上記任意選択としての伝達装置は、たとえば検出器の視程内に配置された物体の場合に、光スポットが完全にセンサ領域、特にセンサエリアに配置されるように設計されているのが好ましい。一例としては、この条件を保証する対応サイズを有するようにセンサエリアを選定可能である。
【０１６２】
上記概説の通り、上記少なくとも１つの縦方向光学センサは、たとえば照射のパワーが同じであるという仮定すなわち、たとえばセンサエリア上の照射強度の積分が同じであるという仮定の下、照射の形状すなわち、たとえばセンサスポットの直径および／または等価直径によって縦方向センサ信号が決まるように設計可能である。一例として、縦方向光学センサは、総パワーが同じであるという仮定でビーム断面を２倍にした場合に、少なくとも３倍、好ましくは少なくとも４倍、特に５倍、さらには１０倍の信号変化が発生するように設計可能である。この条件は、たとえば少なくとも１つの特定のビーム断面等の特定の集束範囲に当てはまり得る。これにより、一例として、縦方向センサ信号は、たとえば信号が少なくとも最大または極大となり得る少なくとも１つの最適集束と前記少なくとも１つの最適集束の外側の集束との間において、少なくとも３倍、好ましくは少なくとも４倍、特に５倍、さらには１０倍の信号差を有する可能性がある。特に、縦方向センサ信号は、光スポットの直径または等価直径等の照射の形状の関数として、たとえば少なくとも３倍、特に好ましくは少なくとも４倍、特に好ましくは少なくとも１０倍大きな少なくとも１つの顕著な最大値を有することができる。結果として、縦方向光学センサは、国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書に詳しく開示された上述のＦｉＰ効果に基づいていてもよい。これにより、具体的にはｓＤＳＣにおいて、一定数または一定割合の光子（ｎｐｈ）が入射する断面または断面積に対し、光線の集束が決定的な役割を果たしていてもよい。光線の集束が密になるほど、すなわち断面が小さくなるほど、光電流が大きくなる可能性がある。用語「ＦｉＰ」は、入射ビームの断面φ（Ｆｉ）と太陽電池のパワー（Ｐ）との間の関係を表す。
【０１６３】
上記少なくとも１つの縦方向光学センサは、少なくとも１つの横方向光学センサと組み合わされることにより、好ましくは物体の適当な位置情報を提供するようにしてもよい。
【０１６４】
少なくとも１つの光線のビーム形状、好ましくはビーム断面に対する上記少なくとも１つの縦方向センサ信号の依存性に関するこのような効果は、特に少なくとも１つの有機ｐ半導体材料および／または少なくとも１つの有機色素等の少なくとも１つの有機材料を含む有機光起電構成要素すなわち太陽電池等の光起電構成要素の場合に、本発明に至る研究の背景において観測されている。一例として、このような効果は、一例としてより詳しく以下に説明する通り、色素太陽電池すなわち少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つのｎ半導体金属酸化物と、少なくとも１つの色素と、少なくとも１つのｐ半導体有機材料、好ましくは固体有機ｐ型半導体と、少なくとも１つの第２の電極とを有する構成要素の場合に観測されている。このような色素太陽電池、好ましくは固体色素太陽電池（固体色素増感太陽電池（ｓＤＳＣ））は原理上、文献からの多くの変形例が知られている。
【０１６５】
特に、上記少なくとも１つの縦方向光学センサは、照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、特に照射の光スポットが完全にセンサ領域、特にセンサエリア内にある限り、センサ信号がセンサ領域のサイズ、特にセンサエリアのサイズから実質的に独立となるように設計可能である。その結果、縦方向センサ信号は、センサエリア上の電磁波の集束のみによって決めることができる。特に、センサ信号は、光スポットのサイズが同じであるものと仮定した場合等、照射が同じであるものと仮定した場合に、センサエリア当たりの光電流および／または光電圧が同じ値を有するように具現化可能である。
【０１６６】
評価装置は特に、少なくとも１つの横方向センサ信号を評価することによってビーコンデバイスの横方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成するとともに、少なくとも１つの縦方向センサ信号を評価することによってビーコンデバイスの縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように設計可能な少なくとも１つのデータ処理装置、特に電子データ処理装置を備えることができる。したがって、評価装置は、少なくとも１つの横方向センサ信号および少なくとも１つの縦方向センサ信号を入力変数として使用するとともに、これらの入力変数を処理することによって、ビーコンデバイスの横方向位置および縦方向位置に関する情報を生成するように設計されていてもよい。この処理は、並列、連続、あるいは組み合わせて実行可能である。評価装置は、少なくとも１つの格納および／または既知関係の計算および／または使用等によって、これらの情報を生成する任意のプロセスを使用するようにしてもよい。上記少なくとも１つの横方向センサ信号および少なくとも１つの縦方向センサ信号のほか、変調周波数に関する少なくとも１つの情報等、１つまたは複数の別のパラメータおよび／または情報が前記関係に影響を及ぼす可能性がある。この関係は、経験的、分析的、または半経験的に決定可能または決定できる可能性がある。特に、この関係は、少なくとも１つの校正曲線、少なくとも１つの校正曲線集合、少なくとも１つの関数、またはこれらの可能性の組み合わせを含むのが好ましい。たとえばデータ記憶装置および／またはテーブルには、たとえば値集合およびその関連する関数値の形態で、１つまたは複数の校正曲線を格納可能である。ただし、この代替または追加として、上記少なくとも１つの校正曲線は、たとえばパラメータ化形態での格納および／または関数方程式としての格納も可能である。また、少なくとも１つの横方向センサ信号を横方向位置に関する少なくとも１つの情報に処理するとともに、少なくとも１つの縦方向センサ信号を縦方向位置に関する少なくとも１つの情報に処理する独立した関係を使用するようにしてもよい。あるいは、センサ信号を処理する少なくとも１つの組み合わせ関係も実現可能である。さまざまな可能性が考えられ、組み合わせることも可能である。
【０１６７】
一例として、評価装置は、情報を決定するためのプログラミングに関して設計可能である。評価装置は特に、少なくとも１つのマイクロコンピュータ等の少なくとも１つのコンピュータを備えることができる。さらに、評価装置は、１つまたは複数の揮発性または不揮発性データメモリを備えることができる。データ処理装置、特に少なくとも１つのコンピュータの代替または追加として、評価装置は、電子テーブル、特に少なくとも１つのルックアップテーブルおよび／または少なくとも１つの特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等、情報を決定するように設計された１つまたは複数の別の電子構成要素を備えることができる。
【０１６８】
上記概説の通り、たとえば、光線の総パワーは、反射特性および／もしくは放出特性等のビーコンデバイスの特性ならびに／または照射光源の総パワーならびに／または多くの環境条件によって決まり得るため、その全強度は未知である場合が多い。上記少なくとも１つの縦方向光学センサ信号と上記少なくとも１つの縦方向光学センサの少なくとも１つのセンサ領域における光線のビーム断面との間の上記既知の関係ひいては上記少なくとも１つの縦方向光学センサ信号と物体の方位に関する上記少なくとも１つの情報との間の既知の関係は、光線の全強度の総パワーによって決まり得るため、この不確実性を克服するさまざまな方法が実現可能である。したがって、国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書において詳しく概説されている通り、物体の照射についての異なる変調周波数の使用等により、同じ縦方向光学センサで複数の縦方向センサ信号を検出するようにしてもよい。このように、照射の異なる変調周波数で少なくとも２つの縦方向センサ信号が取得されるようになっていてもよく、これら少なくとも２つのセンサ信号により、たとえば対応する校正曲線との比較によって、照射の総パワーおよび／もしくは形状の推定ならびに／またはこれによる物体の方位に関する少なくとも１つの情報の直接的または間接的な推定が可能である。
【０１６９】
ただし、この追加または代替として、上記概説の通り、検出器は、それぞれ少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように構成された複数の縦方向光学センサを備えていてもよい。また、縦方向光学センサにより生成された縦方向センサ信号を比較することによって、光線の総パワーおよび／もしくは強度に関する情報の取得、ならびに／または縦方向センサ信号および／もしくは各ビーコンデバイスの縦方向位置に関する少なくとも１つの情報の正規化による光線の総パワーおよび／もしくは強度の取得を行うようにしてもよい。このように、一例としては、縦方向光学センサ信号の最大値の検出および該最大値によるすべての縦方向センサ信号の除算により、上述の既知の関係を用いてビーコンデバイスに関する少なくとも１つの縦方向情報ひいては各ビーコンデバイスの各縦方向座標への変換が可能な正規化縦方向光学センサ信号を生成するようにしてもよい。縦方向センサ信号の平均値を用い、該平均値によりすべての縦方向センサ信号を除算する正規化等、他の正規化方法も実現可能である。また、他の選択肢も可能である。これらの選択肢はそれぞれ、各光線の総パワーおよび／または強度から独立して変換を行うのに適している。また、各光線の総パワーおよび／または強度に関する情報が生成されるようになっていてもよい。
【０１７０】
上記概説の通り、振幅変調および／または位相変調、最も好ましくは振幅変調によって、光線のうちの１つ、２つ以上、またはすべてが変調されるようになっていてもよい。また、上記概説の通り、この変調、好ましくは振幅変調は、さまざまな目的で行われるようになっていてもよい。したがって、まず、検出器の座標系においてビーコンデバイスの縦方向座標を検出するのに利用可能なＦｉＰ効果自体は、上記概説およびより詳しく以下に概説する通り、変調周波数に依存していてもよい。これにより、変調は、ＦｉＰ効果を高めることによって、ビーコンデバイスの縦方向座標の決定の精度を高めるように選定可能である。この追加または代替として、上記概説の通り、変調は、検出器へと各光線が進んでいく各ビーコンデバイスを識別するために使用可能である。したがって、変調周波数が異なる光線を識別することによって、各光線を放出および／または反射しているビーコンデバイスを識別することができる。これにより、一例としては、ビーコンデバイスのうちの第１のビーコンデバイスが変調周波数ｆ１の光線を放出および／または反射する一方、ビーコンデバイスのうちの第２のビーコンデバイスが変調周波数ｆ２≠ｆ１の光線を放出および／または反射し、以下同様であってもよい。変調周波数は、検出器信号が変調周波数によって決まるように選定可能である。したがって、縦方向光学センサは、縦方向センサ信号を生成する各光線の変調周波数と該縦方向センサ信号の変調周波数とが同じになるようにしてもよい。このように、変調周波数を識別パラメータとして用いることにより、上記少なくとも１つの縦方向光学センサを各ビーコンデバイスに割り当てることによって、ビーコンデバイスの縦方向座標が独立して決まるようになっていてもよい。一例として、ビーコンデバイスが放出および／または反射した光線は、周波数範囲＞０Ｈｚ、好ましくは周波数範囲０．１Ｈｚ〜１０００００Ｈｚ、より好ましくは１Ｈｚ〜１００００Ｈｚ、最も好ましくは１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚで変調されるようになっていてもよい。
【０１７１】
ＦｉＰ効果の向上および光線識別の両者を目的とした光線の変調は、異なる周波数範囲での実行および／またはさまざまな方法での確立が可能である。したがって、検出器は、少なくとも１つの変調装置をさらに有することができる。一般的に、光線の変調は、各光線の総パワーおよび／または位相、最も好ましくは総パワーが、好ましくは周期的に、特に１つまたは複数の変調周波数に応じて変化するプロセスを意味するものと理解すべきである。特に、照射の総パワーの最大値と最小値との間の周期的な変調を実現可能である。最小値は、０とすることができるが、一例として、完全な変調が実現される必要のないように、０より大きくすることも可能である。変調は、たとえばビーコンデバイスと光学センサとの間のビーム経路中に上記少なくとも１つの変調装置を配置すること等により、該ビーム経路において実現可能である。ただし、この代替または追加として、変調は、たとえばビーコンデバイスを照射する任意選択としての照射光源と物体との間のビーム経路中に上記少なくとも１つの変調装置を配置することにより、該ビーム経路において実現することも可能である。また、これらの可能性の組み合わせも考えられる。上記少なくとも１つの変調装置は、たとえば、好ましくは一定速度で回転することによって周期的に照射を遮断可能な少なくとも１つの遮断翼または遮断輪を備えたビームチョッパまたはその他何らかの周期的ビーム遮断装置等を備えることができる。ただし、この代替または追加として、電気光学効果および／または音響光学効果に基づく変調装置等、１つまたは複数の異なる種類の変調装置を使用することも可能である。再度、この代替または追加として、上記少なくとも１つの任意選択としての照射光源自体は、たとえば変調強度および／もしくは周期的変調総パワー等の変調総パワーを有することならびに／またはパルスレーザ等のパルス照射光源としての該照射光源の具現化によって、変調照射を生成するように設計することも可能である。これにより、一例として、上記少なくとも１つの変調装置は、全体または一部を照射光源に組み込むことも可能である。また、さまざまな可能性が考えられる。
【０１７２】
一例として、検出器は、具体的にはＦｉＰ効果を目的として、０．１Ｈｚ〜１０ｋＨｚ等、０．０５Ｈｚ〜１ＭＨｚの周波数で、物体および／または上記少なくとも１つの縦方向光学センサの少なくとも１つのセンサ領域等、検出器の少なくとも１つのセンサ領域の照射の変調をもたらすように設計可能である。
【０１７３】
上記少なくとも１つの任意選択としての縦方向光学センサおよび／または上記少なくとも１つの任意選択としての横方向光学センサ等、検出器の上記要素の可能な実施形態については、たとえば国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書、米国特許出願第２００７／０１７６１６５号明細書、米国特許第６，９９５，４４５Ｂ２号明細書、独国特許出願公開第２５０１１２４号明細書、独国特許出願公開第３２２５３７２号明細書、国際公開第２００９／０１３２８２号明細書、米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書、および米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書のうちの１つまたは複数等、さまざまな文献を参照可能である。したがって、具体的には、上記少なくとも１つの任意選択としての縦方向光学センサおよび／または上記少なくとも１つの任意選択としての横方向光学センサにおいて示唆可能な、第１の電極およびｎ半導体金属酸化物、色素、ｐ半導体有機材料、第２の電極（具体的には横方向光学センサの第２の電極および／または縦方向光学センサの第２の電極）、被包、といった構成要素のうちの１つまたは複数に関して、国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書、米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書、および米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書のうちの１つまたは複数を参照可能である。さらに、他の実施形態も実現可能である。さらに、合成例に関しては、上記文献のうちの１つまたは複数、具体的には国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書、米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書のうちの１つまたは複数を参照可能である。これらの文献のほか、縦方向光学センサおよび／または横方向光学センサの可能な構成に関するいくつかの例を以下に示す。複数の縦方向光学センサが設けられている場合は、所与の実施形態のうちの１つまたは複数に従って、縦方向光学センサのうちの１つ、複数、またはすべてが具現化可能であることに留意するものとする。また、構成が異なる１つまたは複数の縦方向光学センサが存在していてもよい。複数の横方向光学センサが設けられている場合は、所与の実施形態のうちの１つまたは複数に従って、横方向光学センサのうちの１つ、複数、またはすべてが具現化可能である。さらに、構成が異なる１つまたは複数の横方向光学センサが存在していてもよい。
【０１７４】
上記概説の通り、上記少なくとも１つの横方向光学センサおよび／または上記少なくとも１つの縦方向光学センサの両者は、好ましくは少なくとも１つの有機半導体検出器、特に好ましくは少なくとも１つの色素太陽電池、ＤＳＣ、またはｓＤＳＣを備えていてもよい。特に、横方向光学センサおよび／または縦方向光学センサはそれぞれ、少なくとも１つの第１の電極、少なくとも１つのｎ半導体金属酸化物、少なくとも１つの色素、少なくとも１つのｐ半導体有機材料、および少なくとも１つの第２の電極を好ましくはこの順序で備えていてもよい。上記要素は、たとえば層構成の各層として存在可能である。この層構成は、たとえば基板、好ましくはガラス基板等の透明基板に適用可能である。
【０１７５】
上記好ましい光学センサの各要素の好適な実施形態については、一例として以下に説明するが、これらの実施形態は、任意所望の組み合わせで使用可能である。ただし、原理上は、その他多くの構成も可能であり、たとえば上掲の国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書、米国特許出願第２００７／０１７６１６５号明細書、米国特許第６，９９５，４４５Ｂ２号明細書、独国特許出願公開第２５０１１２４号明細書、独国特許出願公開第３２２５３７２号明細書、および国際公開第２００９／０１３２８２号明細書を参照可能である。
【０１７６】
上記概説の通り、上記少なくとも１つの横方向光学センサは、色素増感太陽電池（ＤＳＣ）、好ましくは固体色素増感太陽電池（ｓＤＳＣ）として設計されていてもよい。同様に、上記少なくとも１つの縦方向光学センサは、少なくとも１つの色素増感太陽電池（ＤＳＣ）として設計されていてもよいし、少なくとも１つの色素増感太陽電池（ＤＳＣ）、好ましくは固体色素増感太陽電池（ｓＤＳＣ）を備えていてもよい。上記少なくとも１つの縦方向光学センサは、ＤＳＣのスタック、好ましくはｓＤＳＣのスタックを備えているのがより好ましい。ＤＳＣまたはｓＤＳＣの好ましい構成要素については、以下に開示する。ただし、他の実施形態も実現可能であるものと理解すべきである。
【０１７７】
第１の電極およびｎ半導体金属酸化物
一般的に、横方向光学センサおよび／または縦方向光学センサの層構成において使用可能な第１の電極およびｎ半導体金属酸化物の好適な実施形態については、国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書を参照可能である。横方向光学センサおよび／または縦方向光学センサの色素太陽電池に用いられるｎ半導体金属酸化物は、単一の金属酸化物であってもよいし、異なる酸化物の混合物であってもよい。また、混合酸化物を使用することも可能である。ｎ半導体金属酸化物は特に、多孔質であることおよび／またはナノ粒子酸化物の形態での使用が可能である。この背景において、ナノ粒子は、平均粒子サイズが０．１マイクロメートル未満の粒子を意味するものと了解される。ナノ粒子酸化物は通常、焼結プロセスにより、表面積が大きな多孔質薄膜として導電性基板（すなわち、第１の電極として導電層を備えたキャリア）に適用される。
【０１７８】
上記少なくとも１つの横方向光学センサは、少なくとも１つの透明基板を使用するのが好ましい。同様に、上記少なくとも１つの縦方向光学センサは、少なくとも１つの透明基板を使用するのが好ましい。縦方向光学センサのスタック等、複数の縦方向光学センサを使用している場合は、これら縦方向光学センサのうちの少なくとも１つが透明基板を使用するのが好ましい。これにより、一例としては、物体に対向しない最後の縦方向光学センサを除くすべての縦方向光学センサが透明基板を使用するようにしてもよい。この最後の縦方向光学センサは、透明基板を使用するようにしてもよいし、不透明基板を使用するようにしてもよい。
【０１７９】
同様に、上記少なくとも１つの横方向光学センサは、少なくとも１つの第１の透明電極を使用する。さらに、上記少なくとも１つの縦方向光学センサは、少なくとも１つの第１の透明電極を使用するようにしてもよい。縦方向光学センサのスタック等、複数の縦方向光学センサを使用している場合は、これら縦方向光学センサのうちの少なくとも１つが第１の透明電極を使用するのが好ましい。これにより、一例としては、物体に対向しない最後の縦方向光学センサを除くすべての縦方向光学センサが第１の透明電極を使用するようにしてもよい。この最後の縦方向光学センサは、第１の透明電極を使用するようにしてもよいし、第１の不透明電極を使用するようにしてもよい。
【０１８０】
基板は、剛性であってもよいし、柔軟であってもよい。適当な基板（以下、キャリアとも称する）は、金属箔のほか、特にプラスチックシートまたはフィルム、特にはガラスシートまたはフィルムである。特に上述の好ましい構造に係る第１の電極に特に適した電極材料は、フッ素および／もしくはインジウムドープ酸化スズ（ＦＴＯもしくはＩＴＯ）ならびに／またはアルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）等の透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）、カーボンナノチューブ、または金属膜等の導電性材料である。ただし、この代替または追加として、透明性が十分に残った金属薄膜を使用することも可能である。不透明な第１の電極が望まれてこれを使用する場合は、厚い金属膜を使用するようにしてもよい。
【０１８１】
基板は、これらの導電性材料で被覆または被膜することができる。一般的に、本提案の構造において必要な基板は１つだけであることから、柔軟な電池の形成も可能である。これにより、たとえば銀行カード、衣服の用途等、剛性基板では実現したとしても困難を伴うことになる多くの最終用途が可能となる。
【０１８２】
第１の電極、特にＴＣＯ層は、固体金属酸化物緩衝層（たとえば、厚さ１０〜２００ｎｍ）でさらに被覆または被膜することにより、ｐ型半導体のＴＣＯ層との直接的な接触を防止するようにしてもよい（Ｐｅｎｇら、Ｃｏｏｒｄ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２４８、１４７９（２００４）を参照）。ただし、固体ｐ半導体電解質の独創的な使用によって、液体またはゲル状電解質と比較した場合に第１の電極との電解質の接触が大幅に少なくなる場合は、この緩衝層が不要になることが多いため、多くの場合、この層なしで済ますことが可能である。この層は、電流制限効果を有し、第１の電極とのｎ半導体金属酸化物の接触を悪化させる可能性もある。これによって、構成要素の効率が高くなる。一方、このような緩衝層は、制御された様態で利用することにより、色素太陽電池の電流成分を有機太陽電池の電流成分と整合させることができる。また、緩衝層のない電池の場合、特に固体電池においては、電荷担体の不要な再結合の問題が頻繁に生じるため、この点において、多くの場合、特に固体電池においては、緩衝層が好都合である。
【０１８３】
周知の通り、金属酸化物の薄層または薄膜は一般的に、安価な固体半導体材料（ｎ型半導体）であるが、その吸収は通常、バンドギャップが広いために、電磁スペクトルの可視域ではなく、通例は紫外スペクトル域である。したがって、太陽電池での使用の場合、金属酸化物は一般的に、色素太陽電池の場合と同様、日光の波長範囲すなわち３００〜２０００ｎｍで吸収を行うとともに、電子的励起状態において半導体の伝導帯に電子を注入する光増感剤としての色素と組み合わせる必要がある。対向電極で還元される電解質として電池で追加使用される固体ｐ型半導体のおかげで、電子は増感剤へ再循環されることにより、再生可能である。
【０１８４】
有機太陽電池での使用として特に興味深いのは、半導体である酸化亜鉛、二酸化スズ、二酸化チタン、またはこれら金属酸化物の混合物である。金属酸化物は、ナノ結晶多孔質層の形態で使用可能である。これらの層は、増感剤としての色素で被膜された大きな表面積を有するため、日光の高吸収が実現される。たとえばナノロッドとして構造化された金属酸化物層には、高い電子移動度または色素による細孔充填の向上等の利点がある。
【０１８５】
金属酸化物半導体は、単独または混合物の形態で使用可能である。また、金属酸化物を１つまたは複数の他の金属酸化物で被膜することも可能である。さらに、金属酸化物は、コーティングとして、ＧａＰ、ＺｎＰ、またはＺｎＳ等の別の半導体に適用可能である。
【０１８６】
特に好ましい半導体は、アナターゼ多形体の酸化亜鉛および二酸化チタンであり、ナノ結晶の形態で使用するのが好ましい。
【０１８７】
また、増感剤は、これらの太陽電池において通常用いられるｎ型半導体と組み合わせることができて都合が良い。好ましい例としては、ナノ結晶または非晶質の形態でも存在可能な二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ（ＩＶ）、酸化タングステン（ＶＩ）、酸化タンタル（Ｖ）、酸化ニオブ（Ｖ）、酸化セシウム、チタン酸ストロンチウム、スズ酸亜鉛、チタン酸バリウム等のペロブスカイト型の複合酸化物、ならびに二元および三元の酸化鉄等、セラミックで用いられる金属酸化物が挙げられる。
【０１８８】
通常の有機色素、フタロシアニンおよびポルフィリンが有する強い吸収性のため、ｎ半導体金属酸化物の薄層または薄膜であっても、所要量の色素を吸収するのに十分である。そして、金属酸化物薄膜には、不要な再結合プロセスの確率が低くなり、色素サブセルの内部抵抗が低下するという利点がある。ｎ半導体金属酸化物の場合、好ましくは１００ｎｍ〜２０マイクロメートル、より好ましくは５００ｎｍ〜およそ３マイクロメートルの範囲の層厚を使用可能である。
【０１８９】
色素
本発明の背景において、特にＤＳＣにおいて通常、用語「色素」、「増感色素」、および「増感剤」は、考え得る構成を何ら制限することなく、本質的に同意語として使用している。本発明の背景において使用可能な多くの色素は、従来技術において既知であるため、考え得る材料例については、色素太陽電池に関する上記従来技術の説明を参照可能である。好ましい一例として、国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書に開示の色素のうちの１つまたは複数を使用するようにしてもよい。
【０１９０】
この追加または代替として、本発明に係る検出器には、国際公開第２０１３／１４４１７７号明細書に開示の色素のうちの１つまたは複数等、フッ素化対アニオンを有する１つまたは複数のキノリニウム色素を使用するようにしてもよい。具体的に、上記少なくとも１つの縦方向光学センサおよび／または上記少なくとも１つの横方向光学センサには、以下に開示する色素のうちの１つまたは複数を使用するようにしてもよい。これら色素の詳細およびこれら未発表用途の開示の詳細については、以下に示す。具体的には、より詳しく以下に説明する色素Ｄ−５を使用するようにしてもよい。ただし、この追加または代替として、１つまたは複数の他の色素を使用するようにしてもよい。
【０１９１】
上掲および特許請求の範囲に係るすべての色素は、原理上、顔料として存在していてもよい。半導体材料として二酸化チタンに基づく色素増感太陽電池は、たとえば米国特許第４９２７７２１号明細書、Ｎａｔｕｒｅ  ３５３、７３７〜７４０ページ（１９９１）、米国特許第５３５０６４４号明細書、Ｎａｔｕｒｅ  ３９５、５８３〜５８５ページ（１９９８）、および欧州特許出願公開第１１７６６４６号明細書に記載されている。また、これらの文献に記載の色素は、原理上、本発明の背景において使用可能であり都合が良い。これらの色素太陽電池は、増感剤として酸性基により二酸化チタン層に結合された遷移金属錯体、特にルテニウム錯体の単分子膜を備えているのが好ましい。
【０１９２】
ルテニウム錯体を含み得る色素増感太陽電池用の色素は、特にルテニウムが高コストであることから、これまでは学術的な関心に偏っていた。ただし、本発明に係る検出器に使用可能な色素増感太陽電池では、少量のルテニウムしか必要ではないため、特に赤外（ＩＲ）領域の一部すなわちおよそ７５０ｎｍ〜１０００μｍの範囲の電磁スペクトルの一部、優先的には通例およそ７５０ｎｍ〜１．５μｍの範囲と考えられる一般的な近赤外（ＮＩＲ）領域の一部を少なくとも部分的に含み得るスペクトル域を物体からの少なくとも１つの光線が含む可能性がある場合は、少なくとも１つの物体の位置を決定する本方法での使用にとって魅力的な特徴によって、コストの議論を容易に退けることができる。本発明に係る検出器の用途に適し得る既知のルテニウム錯体の例は、以下である。
【化１】
0006440696.tif 000002
ＴＢＡ＝テトラブチルアンモニウム
別の例は、Ｔ．Ｋｉｎｏｓｈｉｔａ、Ｊ．Ｔ．Ｄｙ、Ｓ．Ｕｃｈｉｄａ、Ｔ．Ｋｕｂｏ、およびＨ．Ｓｅｇａｗａ「Ｗｉｄｅｂａｎｄ  ｄｙｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ  ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ  ａ  ｐｈｏｓｐｈｉｎｅ−ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ  ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ  ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｒ」、Ｎａｔｕｒｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ、７、５３５〜５３９ページ（２０１３）に見られ、これには、ＮＩＲ、特に７５０ｎｍ〜９５０ｎｍの範囲で強い吸収性を示し、有望な効率の色素増感太陽電池を提供可能なホスフィン配位ルテニウム錯体が記載されている。
【化２】
0006440696.tif 000003
【０１９３】
ＮＩＲ領域を含むＩＲ領域においては、ほとんどの既知の色素が弱い吸収特性を示すため、ルテニウム錯体を含む色素は、本願の他の部分に記載するように、特に、ＩＲ光が重要な役割を果たすコンピュータビジョン関連の用途において、たとえば能動デプスセンサとしての使用時に、本発明に係る検出器の範囲をＩＲ領域、特にＮＩＲ領域へと拡張することが可能である。
【０１９４】
既に提案されている多くの増感剤は、本発明の背景においても同様に使用可能な無金属有機色素を含む。特に固体色素太陽電池においては、たとえばインドリン色素を用いることによって、４％を超える高い効率が実現可能である（たとえば、Ｓｃｈｍｉｄｔ−Ｍｅｎｄｅら、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００５、１７、８１３を参照）。米国特許第６３５９２１１号明細書には、二酸化チタン半導体への固定用にアルキレンラジカルを介して結合されたカルボキシル基を有するシアニン、オキサジン、チアジン、およびアクリジン色素の使用として、本発明の背景においても実施可能なものが記載されている。
【０１９５】
現在、有機色素は、液体電池において１２．１％近くの効率を実現している（たとえば、Ｐ．Ｗａｎｇら、ＡＣＳ．Ｎａｎｏ  ２０１０を参照）。ピリジニウム含有色素も報告されており、本発明の背景において使用可能であるとともに、有望な効率を示すことができる。
【０１９６】
本提案の色素太陽電池において特に好ましい増感色素は、独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５号明細書または国際公開第２００７／０５４４７０号明細書に記載のペリレン誘導体、テリレン誘導体、およびクアテリレン誘導体である。本発明の背景においても可能なように、これらの色素を使用することによって、高効率および高安定性を同時に備えた光起電要素が得られる。
【０１９７】
上記リレンは、日光の波長範囲において強い吸収性を示し、共役系の長さに応じて、約４００ｎｍ（独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５号明細書のペリレン誘導体Ｉ）〜約９００ｎｍ（独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５号明細書のクアテリレン誘導体Ｉ）の範囲に対応可能である。テリレンに基づくリレン誘導体Ｉは、その組成に従い、二酸化チタンに吸着された固体状態において、約４００〜８００ｎｍの範囲の吸収を行う。可視領域から近赤外領域への入射日光の非常に実質的な利用を実現するため、異なるリレン誘導体Ｉの混合物を使用するのが好都合である。また、異なるリレン同族体を使用するのが望ましい場合もある。
【０１９８】
リレン誘導体Ｉは、ｎ半導体金属酸化物膜に容易かつ永久的に固定可能である。この結合は、無水作用（ｘ１）もしくはその場形成のカルボキシル基−ＣＯＯＨもしくは−ＣＯＯ−、またはイミドもしくはコンデンセートラジカルに存在する酸性基Ａ（（ｘ２）もしくは（ｘ３））を介して実現される。独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５号明細書に記載のリレン誘導体Ｉは、本発明の背景における色素増感太陽電池での使用に適している。
【０１９９】
特に、分子の一端において、ｎ型半導体膜への固定を可能とするアンカー基を色素が有しているのが好ましい。色素は、分子の他端において、ｎ型半導体への電子放出後の色素の再生を容易化するとともに半導体に放出済みの電子との再結合を防止する電子供与体Ｙを備えているのが好ましい。
【０２００】
適当な色素の考え得る選択に関する詳細については、たとえば再度、独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５号明細書を参照可能である。一例としては、特に、ルテニウム錯体、ポルフィリン、他の有機増感剤、好ましくはリレンを使用可能である。
【０２０１】
色素は、ｎ半導体金属酸化物の膜上または膜中に簡単に固定可能である。たとえば、ｎ半導体金属酸化物膜は、新たに焼結した状態（まだ温かい状態）で十分な時間（たとえば、約０．５〜２４時間）にわたり、適当な有機溶媒中の色素の溶液または懸濁液と接触させることができる。これは、たとえば金属酸化物被膜基板を色素の溶液中に浸漬することによって遂行可能である。
【０２０２】
異なる色素の組み合わせを使用する場合は、たとえばこれら色素のうちの１つまたは複数を含む１つまたは複数の溶液または懸濁液から連続して適用するようにしてもよい。また、たとえばＣｕＳＣＮの層で分離された２つの色素を使用することも可能である（この点については、たとえばＴｅｎｎａｋｏｎｅ，Ｋ．、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ．、２００３、１０７、１３７５８を参照）。最も便利な方法は、個々の場合において比較的容易に決定することができる。
【０２０３】
色素およびｎ半導体金属酸化物の酸化物粒子のサイズの選択において、有機太陽電池は、最大量の光が吸収されるように構成すべきである。また、酸化物層は、固体ｐ型半導体が効率的に細孔を充填できるように構造化すべきである。たとえば、小さな粒子ほど表面積が大きくなるため、より多くの色素を吸着可能である。一方、大きな粒子ほど一般的には大きな細孔を有するため、ｐ導体の貫通が良好となり得る。
【０２０４】
ｐ半導体有機材料
上述の通り、上記少なくとも１つの横方向光学センサおよび／または上記少なくとも１つの縦方向光学センサの少なくとも１つのＤＳＣまたはｓＤＳＣは、特に、以下においてｐ型半導体またはｐ型導体とも称する少なくとも１つのｐ半導体有機材料、好ましくは少なくとも１つの固体ｐ半導体材料を含むことができる。以下、個別またはそれぞれｐ型半導体を備えた複数の層の組み合わせおよび／または１つの層における複数のｐ型半導体の組み合わせ等、任意所望の組み合わせで使用できる上記のような有機ｐ型半導体の一連の好ましい例について説明する。
【０２０５】
ｎ半導体金属酸化物中の電子の固体ｐ導体との再結合を防止するため、ｎ半導体金属酸化物とｐ型半導体との間に、保護材料を有する少なくとも１つの保護層を使用可能である。この層は、非常に薄くするとともに、可能な限り、ｎ半導体金属酸化物の未被覆部位のみを覆うようにすべきである。保護材料は、ある状況下においては、色素の前に金属酸化物に適用されるようになっていてもよい。好ましい保護材料は、特に、Ａｌ２Ｏ３、ＣＨ３ＳｉＣｌ３等のシラン、Ａｌ３＋、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン（ＴＢＰ）、ＭｇＯ、ＧＢＡ（４−グアニジノ酪酸）および類似の誘導体、アルキル酸、ヘキサデシルマロン酸（ＨＤＭＡ）といった物質のうちの１つまたは複数である。
【０２０６】
上述の通り、上記有機太陽電池の背景においては、１つまたは複数の固体有機ｐ型半導体を単独または本来有機もしくは無機である１つもしくは複数の別のｐ型半導体との組み合わせで使用するのが好ましい。本発明の背景において、ｐ型半導体は一般的に、ホールすなわち正の電荷担体を伝導可能な材料、特に有機材料を意味するものと了解される。より詳細には、少なくとも１回安定的に酸化して、たとえばいわゆるフリーラジカルカチオンを構成可能な拡張π電子系を有する有機材料であってもよい。たとえば、ｐ型半導体は、上述の特性を有する少なくとも１つの有機マトリクス材料を含んでいてもよい。さらに、ｐ型半導体は、任意選択として、ｐ半導体特性を強化する１つまたは複数のドーパントを含むことができる。ｐ型半導体の選択に影響する重要なパラメータは、ホール拡散距離を部分的に決定付けるホール移動度である（Ｋｕｍａｒａ，Ｇ．、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、２００２、１８、１０４９３〜１０４９５を参照）。異なるスピロ化合物中の電荷担体移動度の比較は、たとえばＴ．Ｓａｒａｇｉ、Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒ、２００６、１６、９６６〜９７４に見られる。
【０２０７】
本発明の背景においては、有機半導体（すなわち、低分子量のオリゴマ―もしくはポリマー半導体またはこのような半導体の混合物）を使用するのが好ましい。特に好ましいのは、液相から処理可能なｐ型半導体である。この場合の例は、ポリチオフェンおよびポリアリールアミン等のポリマーに基づくｐ型半導体または最初に述べたスピロビフルオレン等の非晶質で可逆的に酸化可能な非ポリマー有機化合物に基づくｐ型半導体である（たとえば、米国特許出願公開第２００６／００４９３９７号明細書およびｐ型半導体として開示のスピロ化合物を参照（これらは、本発明の背景においても使用可能））。また、国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書に開示の低分子量ｐ型半導体材料、好ましくはスピロＭｅＯＴＡＤならびに／またはＬｅｉｊｔｅｎｓら、ＡＣＳ  Ｎａｎｏ、ＶＯＬ．６、ＮＯ．２、１４５５〜１４６２（２０１２）に開示のｐ型半導体材料のうちの１つもしくは複数等の低分子量有機半導体を使用するのが好ましい。この追加または代替として、国際公開第２０１０／０９４６３６号明細書に開示のｐ型半導体材料のうちの１つまたは複数を使用するようにしてもよく、その全内容を本明細書中に援用する。また、従来技術に関する上記説明から、ｐ半導体材料およびドーパントに関する記述も参照可能である。
【０２０８】
ｐ型半導体は、少なくとも１つのｐ導電性有機材料を少なくとも１つのキャリア要素に適用することによって製造可能であるか、または製造するのが好ましく、この適用は、たとえば上記少なくとも１つのｐ導電性有機材料を含む液相からの堆積によって実現される。また、この場合の堆積は、原理上、スピンコーティング、ナイフコーティング、印刷、またはこれらおよび／もしくは他の堆積方法の組み合わせ等、任意所望の堆積プロセスによって再度実現可能である。
【０２０９】
有機ｐ型半導体は、特に少なくとも１つのスピロ化合物を含むことおよび／またはスピロ化合物（特にスピロＭｅＯＴＡＤ）、以下の構造式の化合物からの選択が可能である。
【化３】
0006440696.tif 000004
ここで、
Ａ１、Ａ２、Ａ３はそれぞれ、独立的に任意選択として置換されたアリール基またはヘテロアリール基であり、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はそれぞれ、置換基−Ｒ、−ＯＲ、−ＮＲ２、−Ａ４−ＯＲ、および−Ａ４−ＮＲ２、から成る群から独立して選択され、
Ｒは、アルキル、アリール、およびヘテロアリール、から成る群から選択され、
また、
Ａ４は、アリール基またはヘテロアリール基であり、
式Ｉ中の各例のｎは独立して、値０、１、２、または３である。
ただし、個別のｎの値の合計は少なくとも２であり、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３ラジカルのうちの少なくとも２つは、−ＯＲおよび／または−ＮＲ２である。
【０２１０】
Ａ２およびＡ３は、同じであるのが好ましい。したがって、式（Ｉ）の化合物は、以下の構造（Ｉａ）を有するのが好ましい。
【化４】
0006440696.tif 000005
【０２１１】
より詳細には、上記説明の通り、ｐ型半導体は、このように少なくとも１つの低分子量有機ｐ型半導体を有していてもよい。低分子量材料は一般的に、モノマー、非ポリマー、または非オリゴマ―の形態で存在する材料を意味するものと了解される。本背景において使用する用語「低分子量」は、ｐ型半導体が１００〜２５０００ｇ／ｍｏｌの範囲の分子量を有することを意味するのが好ましい。低分子量物質は、５００〜２０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有するのが好ましい。
【０２１２】
一般的に、本発明の背景において、ｐ半導体特性は、ホールの形成ならびにこれらホールの隣接分子への移送および／もしくは受け渡しを行う材料、特に有機分子の特性を意味するものと了解される。より詳細には、これら分子の安定的な酸化が可能となるべきである。また、上述の低分子量有機ｐ型半導体は特に、拡張π電子系を有していてもよい。より詳細に、上記少なくとも１つの低分子量ｐ型半導体は、溶液から処理可能であってもよい。低分子量ｐ型半導体は特に、少なくとも１つのトリフェニルアミンを含んでいてもよい。低分子量有機ｐ型半導体は、少なくとも１つのスピロ化合物を含んでいるのが特に好ましい。スピロ化合物は、スピロ原子とも称する１つの原子のみで環が接合された多環式有機化合物を意味するものと了解される。より詳細に、スピロ原子は、ｓｐ３混成であってもよく、たとえば、スピロ原子を介して互いに接続されたスピロ化合物の構成要素が互いに異なる平面に配置されている。
【０２１３】
スピロ化合物は、以下の式の構造を有するのがより好ましい。
【化５】
0006440696.tif 000006
ここで、ａｒｙｌ１、ａｒｙｌ２、ａｒｙｌ３、ａｒｙｌ４、ａｒｙｌ５、ａｒｙｌ６、ａｒｙｉ７、およびａｒｙｌ８ラジカルはそれぞれ独立して、置換アリールラジカルおよびヘテロアリールラジカル、特に置換フェニルラジカルから選択され、アリールラジカルおよびヘテロアリールラジカル、好ましくはフェニルラジカルはそれぞれ独立して、好ましくはいずれの場合にも、−Ｏ−アルキル、−ＯＨ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、および−Ｉ、から成る群から選択される１つまたは複数の置換基によって置換され、アルキルは、メチル、エチル、プロピル、またはイソプロピルであるのが好ましい。フェニルラジカルはそれぞれ独立して、いずれの場合にも、−Ｏ−Ｍｅ、−ＯＨ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、および−Ｉ、から成る群から選択される１つまたは複数の置換基によって置換されるのがより好ましい。
【０２１４】
スピロ化合物は、以下の式の化合物であるのがさらに好ましい。
【化６】
0006440696.tif 000007
ここで、Ｒｒ、Ｒｓ、Ｒｔ、Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ、Ｒｘ、およびＲｙはそれぞれ独立して、−Ｏ−アルキル、−ＯＨ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、および−Ｉ、から成る群から選択され、アルキルは、メチル、エチル、プロピル、またはイソプロピルであるのが好ましい。Ｒｒ、Ｒｓ、Ｒｔ、Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ、Ｒｘ、およびＲｙはそれぞれ独立して、−Ｏ−Ｍｅ、−ＯＨ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、および−Ｉ、から成る群から選択されるのがより好ましい。
【０２１５】
より詳細に、ｐ型半導体は、スピロＭｅＯＴＡＤすなわちＭｅｒｃｋ  ＫＧａＡ（ドイツ、ダルムシュタット）等から市販されている以下の式の化合物を含んでいてもよいし、このような化合物から成っていてもよい。
【化７】
0006440696.tif 000008
【０２１６】
この代替または追加として、他のｐ半導体化合物、特に低分子量および／またはオリゴマ―および／またはポリマーｐ半導体化合物を使用することも可能である。
【０２１７】
別の実施形態において、低分子量有機ｐ型半導体は、上述の一般式Ｉの１つまたは複数の化合物を含み、これについては、たとえば本願の優先日の後に公開されるＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５１８２６号明細書を参照可能である。ｐ型半導体は、上述のスピロ化合物の追加または代替として、上述の一般式Ｉの上記少なくとも１つの化合物を含んでいてもよい。
【０２１８】
本発明の背景において使用する用語「アルキル」、「アルキル基」、または「アルキルラジカル」は一般的に、置換または非置換のＣ１−Ｃ２０−アルキルラジカルを意味するものと了解される。Ｃ１−〜Ｃ１０−アルキルラジカルが好ましく、Ｃ１−〜Ｃ８−アルキルラジカルが特に好ましい。アルキルラジカルは、直鎖であってもよいし、分枝鎖であってもよい。また、アルキルラジカルは、さらに置換または非置換が可能なＣ１−Ｃ２０−アルコキシ、ハロゲン、好ましくはＦ、およびＣ６−Ｃ３０−アリール、から成る群から選択される１つまたは複数の置換基によって置換されるようになっていてもよい。適当なアルキル基の例は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、およびオクチルのほか、イソプロピル、イソブチル、イソペンチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ネオペンチル、３，３−ジメチルブチル、２−エチルヘキシル、ならびにＣ６−Ｃ３０−アリール、Ｃ１−Ｃ２０−アルコキシ、および／またはハロゲン、特にＦ、たとえばＣＦ３によって置換された上述のアルキル基の誘導体である。
【０２１９】
本発明の背景において使用する用語「アリール」、「アリール基」、または「アリールラジカル」は、ヘテロ原子環を一切含まない単環式、二環式、三環式、または多環式の芳香環から抽出される任意選択として置換されたＣ６−Ｃ３０−アリールラジカルを意味するものと了解される。アリールラジカルは、五員および／または六員芳香環を含んでいるのが好ましい。アリールが単環系でない場合、用語「アリール」が第２環に対する場合は、特定の型が既知かつ安定であることを前提として、飽和型（ペルヒドロ型）または部分不飽和型（たとえば、ジヒドロ型またはテトラヒドロ型）も可能である。したがって、本発明の背景における用語「アリール」は、たとえば両方または全３つのラジカルが芳香族である二環式または三環式のラジカル、１つの環のみが芳香族である二環式または三環式のラジカル、および２つの環が芳香族である三環式のラジカルを含む。アリールの例は、フェニル、ナフチル、インダニル、１，２−ジヒドロナフテニル、１，４−ジヒドロナフテニル、フルオレニル、インデニル、アントラセニル、フェナントレニル、または１，２，３，４−テトラヒドロナフチルである。フェニルまたはナフチル等のＣ６−Ｃ１０−アリールラジカルが特に好ましく、フェニル等のＣ６−アリールラジカルがさらに好ましい。また、用語「アリール」は、単結合または二重結合で互いに接合された少なくとも２つの単環式、二環式、または多環式芳香環を有する環系も含む。一例は、ビフェニル基の環系である。
【０２２０】
本発明の背景において使用する用語「ヘテロアリール」、「ヘテロアリール基」、または「ヘテロアリールラジカル」は、少なくとも１つの環に少なくとも１つのヘテロ原子を有する二環式および三環式の化合物等、任意選択として置換された五員または六員芳香環および多環を意味するものと了解される。本発明の背景におけるヘテロアリールは、５〜３０個の環原子を含んでいるのが好ましい。これらは、単環式であってもよいし、二環式であってもよいし、三環式であってもよく、一部は、アリール基本骨格中の少なくとも１つの炭素原子をヘテロ原子で置き換えることによって、上述のアリールから抽出可能である。好ましいヘテロ原子は、Ｎ、Ｏ、およびＳである。ヘタリールラジカルは、５〜１３個の環原子を有するのがより好ましい。ヘテロアリールラジカルの基本骨格は、ピリジンおよびチオフェン、ピロール、イミダゾール、またはフラン等の五員ヘテロ芳香族等の系から選択されるのが特に好ましい。これらの基本骨格は、任意選択として、１つまたは２つの六員芳香族ラジカルへと結合されるようになっていてもよい。また、用語「ヘテロアリール」は、単結合または二重結合で互いに接合された少なくとも２つの単環式、二環式、または多環式芳香環を有する環系も含み、少なくとも１つの環はヘテロ原子を含む。ヘテロアリールが単環系でない場合、用語「ヘテロアリール」が少なくとも１つの環に対する場合は、特定の型が既知かつ安定であることを前提として、飽和型（ペルヒドロ型）または部分不飽和型（たとえば、ジヒドロ型またはテトラヒドロ型）も可能である。したがって、本発明の背景における用語「ヘテロアリール」は、たとえば両方または全３つのラジカルが芳香族である二環式または三環式のラジカル、１つの環のみが芳香族である二環式または三環式のラジカル、および２つの環が芳香族である三環式のラジカルを含み、上記環のうちの少なくとも１つすなわち少なくとも１つの芳香環または非芳香環は、ヘテロ原子を有する。適当な結合ヘテロ芳香族は、たとえばカルバゾリル、ベンゾイミダゾリル、ベンゾフリル、ジベンゾフリル、またはジベンゾチオフェニルである。基本骨格は、１つ、２つ以上、またはすべての置換可能位置で置換されるようになっていてもよく、適当な置換基は、Ｃ６−Ｃ３０−アリールの定義下で規定済みものと同じである。ただし、ヘタリールラジカルは、非置換であるのが好ましい。適当なヘタリールラジカルラジカルは、たとえばピリジン−２−イル、ピリジン−３−イル、ピリジン−４−イル、チオフェン−２−イル、チオフェン−３−イル、ピロール−２−イル、ピロール−３−イル、フラン−２−イル、フラン−３−イル、およびイミダゾール−２−イル、ならびに対応するベンゾ結合ラジカル、特にカルバゾリル、ベンゾイミダゾリル、ベンゾフリル、ジベンゾフリル、またはジベンゾチオフェニルである。
【０２２１】
本発明の背景において、用語「任意選択として置換」は、アルキル基、アリール基、またはヘテロアリール基の少なくとも１つの水素ラジカルが置換基によって置き換えられたラジカルを表す。この置換基の種類に関しては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、およびオクチルのほか、イソプロピル、イソブチル、イソペンチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ネオペンチル、３，３−ジメチルブチル、および２−エチルヘキシル等のアルキルラジカル、Ｃ６−Ｃ１０−アリールラジカル、特にフェニルまたはナフチル、最も好ましくはフェニル等のＣ６−アリールラジカル等のアリールラジカル、ならびにピリジン−２−イル、ピリジン−３−イル、ピリジン−４−イル、チオフェン−２−イル、チオフェン−３−イル、ピロール−２−イル、ピロール−３−イル、フラン−２−イル、フラン−３−イル、およびイミダゾール−２−イル、ならびに対応するベンゾ結合ラジカル、特にカルバゾリル、ベンゾイミダゾリル、ベンゾフリル、ジベンゾフリル、またはジベンゾチオフェニル等のヘタリールラジカルが好ましい。別の例としては、アルケニル、アルキニル、ハロゲン、ヒドロキシル等の置換基が挙げられる。
【０２２２】
ここでの置換度は、一置換から考え得る最大の置換基数まで変化し得る。
【０２２３】
本発明に係る使用の場合の式Ｉの好ましい化合物は、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３ラジカルのうちの少なくとも２つがｐａｒａ−ＯＲおよび／または−ＮＲ２置換基であるという点で重要である。この少なくとも２つのラジカルは、−ＯＲラジカルのみであってもよいし、−ＮＲ２ラジカルのみであってもよいし、少なくとも１つの−ＯＲラジカルおよび少なくとも１つの−ＮＲ２ラジカルであってもよい。
【０２２４】
本発明に係る使用の場合の式Ｉの特に好ましい化合物は、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３ラジカルのうちの少なくとも４つがｐａｒａ−ＯＲおよび／または−ＮＲ２置換基であるという点で重要である。この少なくとも４つのラジカルは、−ＯＲラジカルのみであってもよいし、−ＮＲ２ラジカルのみであってもよいし、−ＯＲラジカルおよび−ＮＲ２ラジカルの混合物であってもよい。
【０２２５】
本発明に係る使用の場合の式Ｉのさらに好ましい化合物は、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３ラジカルのすべてがｐａｒａ−ＯＲおよび／または−ＮＲ２置換基であるという点で重要である。これらは、−ＯＲラジカルのみであってもよいし、−ＮＲ２ラジカルのみであってもよいし、−ＯＲラジカルおよび−ＮＲ２ラジカルの混合物であってもよい。
【０２２６】
いずれの場合も、−ＮＲ２ラジカルの２つのＲは、互いに異なっていてもよいが、同一であるのが好ましい。
【０２２７】
Ａ１、Ａ２、およびＡ３はそれぞれ独立して、以下から成る群から選択されるのが好ましい。
【化８】
0006440696.tif 000009
ここで、
ｍは、１〜１８の整数であり、
Ｒ４は、アルキル、アリール、またはヘテロアリールであり、アリールラジカルであるのが好ましく、フェニルラジカルであるのがより好ましく、
Ｒ５、Ｒ６はそれぞれ独立して、Ｈ、アルキル、アリール、またはヘテロアリールであり、
図示の構造の芳香環およびヘテロ芳香環は、任意選択として、別の置換基を有していてもよい。ここで、芳香環およびヘテロ芳香環の置換度は、一置換から考え得る最大の置換基数まで変化し得る。
【０２２８】
芳香環およびヘテロ芳香環をさらに置換する場合の好ましい置換基としては、１つ、２つ、または３つの任意選択として置換された芳香環またはヘテロ芳香環に関する上述の置換基が挙げられる。
【０２２９】
図示の構造の芳香環およびヘテロ芳香環は、別の置換基を有していないのが好ましい。
【０２３０】
Ａ１、Ａ２、およびＡ３はそれぞれ独立して、
【化９】
0006440696.tif 000010
であるのがより好ましく、
【化１０】
0006440696.tif 000011
であるのがさらに好ましい。
【０２３１】
式（Ｉ）の少なくとも１つの化合物は、以下の構造のうちの１つを有するのがより好ましい。
【化１１】
0006440696.tif 000012
【０２３２】
別の実施形態において、有機ｐ型半導体は、以下の構造を有するタイプＩＤ３２２の化合物を含む。
【化１２】
0006440696.tif 000013
【０２３３】
本発明に係る使用の場合の化合物は、当業者に既知の通常の有機合成法により作成可能である。関連（特許）文献の参照は、以下に提示する合成例および／または国際公開第２０１０／０９４６３６号明細書の開示においても見られる。
【０２３４】
第２の電極
ａ）概論
第２の電極は、基板に対向する底面電極あるいは基板に対向しない上面電極であってもよい。上記概説の通り、第２の電極は、全部または一部が透明であってもよいし、不透明であってもよい。本明細書において、一部透明という用語は、第２の電極が透明領域および不透明領域を含んでいてもよいという事実を表す。
【０２３５】
第２の電極は、全部または一部が透明である場合、無機透明導電性材料、有機透明導電性材料、から成る群から選択可能な少なくとも１つの透明導電性電極材料を含んでいてもよい。無機透明導電性材料の一例として、ＩＴＯおよび／またはＦＴＯ等の金属酸化物を使用するようにしてもよい。有機透明導電性材料の一例としては、１つまたは複数の導電性ポリマー材料を使用するようにしてもよい。本明細書において、用語「透明」は、第２の電極の実際の層または層構成を表す。したがって、透明性は、厚さ１００ｎｍ未満、より好ましくは５０ｎｍ未満の層等の薄層を用いることで生じるようになっていてもよい。
【０２３６】
少なくとも１つの金属材料（好ましくはアルミニウム、銀、白金、金、から成る群から選択される金属材料）、少なくとも１つの非金属無機材料（好ましくはＬｉＦ）、少なくとも１つの有機導電性材料（好ましくは少なくとも１つの導電性ポリマー、より好ましくは少なくとも１つの透明導電性ポリマー）といった材料群のうちの１つまたは複数の材料を使用するようにしてもよい。
【０２３７】
第２の電極は、１つもしくは複数の純粋な金属および／または１つもしくは複数の合金を含んでいてもよい。第２の電極は、単一層および／または２つ以上の層の層構成をさらに備えていてもよく、少なくとも１つの層は、１つまたは複数の金属または合金を含む金属層であるのが好ましい。一例として、第２の電極は、前段落に記載の群から選択される少なくとも１つの金属を純粋な形態および／または合金の成分として含んでいてもよい。一例として、第２の電極は、モリブデン合金、ニオブ合金、ネオジム合金、アルミニウム合金、から成る群から選択される少なくとも１つの合金を含んでいてもよい。第２の電極は、最も好ましくはＭｏＮｂ、ＡｌＮｄ、ＭｏＮｂ、から成る群から選択される少なくとも１つの合金を含んでいてもよい。一例としては、ＭｏＮｂ／ＡｌＮｄ／ＭｏＮｂといった層を含む層構成等、上記合金のうちの２つ以上で構成された２つ以上の層を含む層構成を使用するようにしてもよい。また、一例としては、ＭｏＮｂ  ３０ｎｍ／ＡｌＮｄ  １００ｎｍ／ＭｏＮｂ  ３０ｎｍのような層厚を使用するようにしてもよい。ただし、この追加または代替として、他の構成および／または他の層厚を使用するようにしてもよい。
【０２３８】
第２の電極は、少なくとも１つの金属電極を含んでいてもよく、特にアルミニウムまたは銀等、純粋な形態または混合物／合金としての１つまたは複数の金属を使用するようにしてもよい。
【０２３９】
この追加または代替として、無機材料および／または有機材料等の非金属材料を単独または金属電極との組み合わせで使用するようにしてもよい。一例としては、ＬｉＦ／Ａｌ電極の使用等、無機／有機混合電極または多層電極の使用が可能である。この追加または代替として、導電性ポリマーを使用するようにしてもよい。これにより、上記少なくとも１つの横方向光学センサの第２の電極および／または上記少なくとも１つの縦方向光学センサの第２の電極は、好ましくは１つまたは複数の導電性ポリマーを含んでいてもよい。
【０２４０】
一例としては、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）および／またはその化学的近縁種、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）および／またはＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルホン酸））等のポリチオフェンおよび／またはその化学的近縁種、から成る群から選択される１つまたは複数の導電性ポリマーを使用するようにしてもよい。この追加または代替として、欧州特許出願公開第２５０７２８６号明細書、欧州特許出願公開第２２０５６５７号明細書、または欧州特許出願公開第２２２０１４１号明細書に開示の導電性ポリマーのうちの１つまたは複数がある。
【０２４１】
上記の追加または代替として、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤ、から成る群から選択される炭素材料等、無機導電性炭素材料等の無機導電性材料を使用するようにしてもよい。
【０２４２】
また、適当な反射により光子が吸収層を少なくとも２回通過することを強制して構成要素の量子効率を高めた電極設計を使用することも可能である。このような層構造は、「集光器」とも称し、たとえば国際公開第０２／１０１８３８号明細書（特に２３〜２４ページ）において同様に記載されている。
【０２４３】
第２の電極は、上記少なくとも１つの横方向光学センサおよび上記少なくとも１つの縦方向光学センサについて同一であってもよい。さらに、横方向光学センサおよび縦方向光学センサについて、第２の電極の異なる構成を使用するようにしてもよい。
【０２４４】
ｂ）横方向センサ装置の第２の電極
上記少なくとも１つの横方向センサ装置の第２の電極は、少なくとも一部が透明であるのが好ましい。一例として、横方向センサ装置の第２の電極は、横方向光学センサのセンサ領域、好ましくはセンサエリアを覆う少なくとも１つの透明電極層を備えていてもよい。上記概説の通り、この少なくとも１つの透明電極層は、導電性ポリマー、好ましくは透明な導電性ポリマーの少なくとも１つの層を好ましくは備えていてもよい。
【０２４５】
また、横方向センサ装置の第２の電極は、好ましくは上掲の金属および／または合金のうちの１つまたは複数等、１つまたは複数の金属で構成可能な２つ以上の部分電極を含んでいてもよい。一例として、この２つ以上の部分電極は、横方向光学センサのセンサ領域、好ましくはセンサエリアを囲むフレームを構成していてもよい。このフレームは、矩形状、好ましくは正方形状等の多角形状を有していてもよい。多角形、好ましくは矩形または正方形の各辺には、１つの部分電極が設けられ、たとえば該辺に沿って全部または一部が延びたバーとして形成されているのが好ましい。
【０２４６】
上記少なくとも１つの導電性ポリマーは、部分電極の材料の導電率より少なくとも１桁、好ましくは少なくとも２桁低い導電率を有していてもよい。上記少なくとも１つの導電性ポリマーは、部分電極を電気的に相互接続していてもよい。したがって、上記概説の通り、部分電極は、横方向光学センサのセンサ領域、好ましくはセンサエリアを囲むフレームを構成していてもよい。上記導電性ポリマーの少なくとも１つの層は、センサ領域の全部または一部を覆うとともに、部分電極と電気的に接触した透明な導電層を構成していてもよい。一例として、部分電極は、矩形の各辺に沿って金属ストリップまたは金属バーを備えていてもよく、矩形の内部領域がセンサ領域を構成し、上記導電性ポリマーの少なくとも１つの層が、矩形の内部領域の全部または一部を覆うとともに金属ストリップまたはバーと電気的に接触した、１つまたは複数の透明電極層を構成する。
【０２４７】
好ましくは導電性ポリマーの少なくとも１つの層によって電気的に相互接続された２つ以上の部分電極を使用する場合、これら部分電極はそれぞれ、１つまたは複数の導線または導体パッド等によって、個別に接触されていてもよい。したがって、部分電極を電気的に接触させることにより、部分電極を流れる電流を個別に検出する個別の電流測定装置および／または順次測定方式の使用等によって、部分電極それぞれを流れる電流が個別に測定されるようになっていてもよい。部分電極を流れる電流の測定を目的として、検出器は、１つまたは複数の電流測定装置を備えた適当な測定構成を提供するようにしてもよい。
【０２４８】
ｃ）縦方向センサ装置の第２の電極
一般的に、上記少なくとも１つの縦方向センサ装置の少なくとも１つの第２の電極に関しては、横方向センサ装置に関する上述の詳細を準用可能である。上記少なくとも１つの縦方向センサ装置の第２の電極についても、透明であるのが好ましい。スタック等の複数の縦方向センサ装置が設けられている場合は、これら縦方向センサ装置のうちの物体に対向しない最後の縦方向センサ装置の第２の電極を除くすべての第２の電極が透明であるのが好ましい。この最後の縦方向センサ装置の第２の電極は、透明であってもよいし、不透明であってもよい。
【０２４９】
縦方向センサ装置の第２の電極に使用可能な材料に関しては、金属材料、非金属無機材料、および導電性有機材料から選択可能な上述の材料を参照可能である。
【０２５０】
また、縦方向光学センサの第２の電極、あるいは複数の縦方向光学センサが設けられている場合はそのうちの少なくとも１つの第２の電極は、任意選択として、個別に接触可能な部分電極に細分化されていてもよい。ただし、上記少なくとも１つの縦方向光学センサに対して、縦方向光学センサ当たりに必要な個別の縦方向センサ信号は、一般的に１つだけであるため、該少なくとも１つの縦方向光学センサの第２の電極は、単一のセンサ信号を提供するように設計されていても差し支えなく、電極コンタクトも１つだけ設けるようにしてもよい。
【０２５１】
また、縦方向光学センサの第２の電極についても、好ましくは上述のポリマーのうちの１つまたは複数等、導電性ポリマーの１つまたは複数の層を備えていてもよい。透明であることが好ましい上記導電性ポリマーの少なくとも１つの層は、縦方向光学センサのセンサ領域、好ましくはセンサエリアの全部または一部を覆っていてもよい。また、上記少なくとも１つの導電性ポリマー層を電気的に接触させる１つまたは複数の導体パッドが設けられていてもよい。縦方向光学センサの第２の電極に用いるこの少なくとも１つの導体パッドは、好ましくは上述の方法のうちの少なくとも１つ等、少なくとも１つの金属での構成ならびに／または第１の電極に関して上述した導電性酸化物のうちの１つもしくは複数等、１つもしくは複数の透明な導電性酸化物等の少なくとも１つの無機導電性材料での全部または一部の構成が可能である。
【０２５２】
被包
上記少なくとも１つの横方向光学センサおよび／または上記少なくとも１つの縦方向光学センサは、カプセル化および／またはパッケージングをさらに行って、酸素および／または湿気等の環境の影響に対する保護を提供するようにしてもよい。これにより、長期安定性を向上可能である。
【０２５３】
ここで、光学センサはそれぞれ、個別にカプセル化されていてもよい。したがって、横方向光学センサまたは各横方向光学センサの被包および縦方向光学センサまたは各縦方向光学センサの個別の被包等、光学センサごとに個別の被包が設けられていてもよい。この追加または代替として、複数の光学センサが一群としてカプセル化されていてもよい。したがって、複数の横方向光学センサ、複数の縦方向光学センサ、または少なくとも１つの横方向光学センサおよび少なくとも１つの縦方向光学センサ等、２つ以上の光学センサをカプセル化する被包が設けられていてもよい。
【０２５４】
被包を目的として、さまざまな技術が使用可能である。これにより、検出器は、光学センサを保護する気密ハウジングを備えていてもよい。この追加または代替として、具体的には有機光検出器、より好ましくはＤＳＣまたはｓＤＳＣを使用する場合は、光学センサの基板と相互作用する１つまたは複数の蓋による被包を用いるようにしてもよい。これにより、金属、セラミック材料、またはガラス材料で構成された蓋が光学センサの基板に接着されるようになっていてもよく、蓋の内部空間に層構成が配置される。上記少なくとも１つの第１の電極と上記少なくとも１つの第２の電極とを接触させる２つ以上の導体線が設けられ、蓋の外側から接触されるようになっていてもよい。
【０２５５】
上記の代替または追加として、その他さまざまな被包技術を使用するようにしてもよい。これにより、１つまたは複数の被包層による被包が提供されていてもよい。この少なくとも１つの被包層は、装置の層構成上に堆積していてもよい。したがって、１つまたは複数のバリア材料等、１つまたは複数の有機および／または無機被包材料を使用するようにしてもよい。
【０２５６】
本発明の可能な用途
上記概説の通り、本発明の検出装置、検出システム、マンマシンインターフェース、娯楽装置、追跡システム、および方法（以下、本発明に係る装置および方法とも称する）は、さまざまな目的で多くの応用分野に使用可能である。可能な用途のいくつかの例については、上記に示すとともに、より詳しく以下に示す。ここでは、主として検出装置に言及する。ただし、当業者が認識する通り、本発明のその他の装置および本発明の方法も同様に適用可能であることに留意するものとする。
【０２５７】
したがって、本発明に係る検出装置は一般的に、さまざまな使用分野において適用可能である。具体的に、検出装置は、交通技術における位置測定、娯楽用途、セキュリティ用途、マンマシンインターフェース用途、追跡用途、写真用途、モバイル用途、光学ヘッドマウントディスプレイ、ウェブカメラ、オーディオ装置、ドルビーサラウンドオーディオシステム、コンピュータ周辺装置、ゲーム用途、カメラまたはビデオ用途、セキュリティ用途、監視用途、自動車用途、輸送用途、医療用途、スポーツ用途、マシンビジョン用途、車両用途、航空機用途、船舶用途、宇宙船用途、建造物用途、建設用途、地図作成用途、製造用途、少なくとも１つの飛行時間型検出器との組み合わせによる使用、から成る群から選択される使用目的で適用可能である。この追加または代替として、具体的には自動車等の車両（列車、バイク、自転車、貨物運送トラック等）、ロボットでの使用または歩行者による使用を目的とした局所および／または全地球測位システム、特にランドマークに基づく測位および／またはナビゲーションの用途が挙げられる。さらに、家庭用途および／または製造技術において用いられるロボット等に対する可能な用途として、屋内測位システムも挙げられる。本発明に係る装置は一般的に、港湾または危険区域における船舶の誘導および離着陸時の航空機の誘導等、さまざまな用途に使用可能である。ここで、固定された既知の能動ターゲットを用いて、精密な誘導を行うようにしてもよい。以上は、採鉱車両等、危険ではあるものの明確に定められた経路を走行する車両にも使用可能である。
【０２５８】
したがって、本発明に係る装置はまず、携帯電話、タブレットコンピュータ、ウェアラブルコンピュータ、ラップトップ、スマートフォン等の固定式またはモバイル式コンピュータまたは通信用途に使用可能である。本発明に係る装置は、監視および／もしくは記録目的、または特に音声および／もしくはジェスチャ認識および／もしくは視標追跡と組み合わせてモバイル装置を制御する入力装置としてさらに使用可能である。これにより、特に、入力装置とも称するマンマシンインターフェースとして作用する本発明に係る装置は、携帯電話等のモバイル装置を介した他の電子装置または構成要素の制御等、モバイル用途に使用可能である。一例として、本発明に係る少なくとも１つの装置を含むモバイル用途は、テレビ受像機、ゲームコンソール、音楽プレーヤまたは音楽機器等の娯楽装置の制御に使用可能である。
【０２５９】
さらに、本発明に係る装置は、一部を上述した通り、モバイル式オーディオ装置、テレビ装置、およびゲーム装置に使用可能である。具体的に、本発明に係る装置は、電子装置、娯楽装置等のコントローラまたは制御装置として使用可能である。
【０２６０】
さらに、本発明に係る装置は、セキュリティまたは監視用途に使用可能である。これにより、一例として、本発明に係る少なくとも１つの装置は、物体が所定区域の内側または外側となった場合に信号を発する１つまたは複数のデジタルおよび／またはアナログ電子機器と組み合わせることができる（たとえば、銀行または博物館における監視用途）。具体的に、本発明に係る装置は、光暗号化に使用可能である。本発明に係る少なくとも１つの装置を用いた検出は、他の検出装置と組み合わせることによって、ＩＲ、Ｘ線、ＵＶ−ＶＩＳ、レーダ、または超音波検出器等による波長を補完可能である。
【０２６１】
さらに、本発明に係る装置は、ビデオおよびビデオカメラ用途等のカメラ用途に適用可能であり都合が良い。したがって、本発明に係る装置、具体的には検出装置を用いることにより、モーションキャプチャおよび３Ｄムービー記録を行うようにしてもよい。ここで、本発明に係る装置は一般的に、従来の光学装置に対して多くの利点がある。このように、本発明に係る装置が光学部品に関して必要とする複雑性は、一般的に低くなる。これにより、一例として、本発明に係る装置は、たとえばレンズを１つだけ有することにより、従来の光学装置と比較してレンズの数を減らすことができる。複雑性の低減によって、モバイル用途等、非常にコンパクトな装置が可能となる。高品質な２つ以上のレンズを有する従来の光学系は通常、大きなビームスプリッタが一般的に必要であること等により、大型である。モーションキャプチャ用の本発明に係る装置の可能な用途の別の利点として、シーンを網羅するための複数のカメラの簡単な組み合わせが挙げられる。これにより、絶対的な３Ｄ情報が得られるためである。また、これによって、２つ以上の３Ｄカメラにより記録されたシーンの結合が簡単になる場合がある。さらに、本発明に係る装置は一般的に、オートフォーカスカメラ等のフォーカス／オートフォーカス装置に使用可能である。さらに、本発明に係る装置は、光学顕微鏡法、特に共焦点顕微鏡法にも使用可能である。
【０２６２】
さらに、本発明に係る装置は一般的に、自動車技術および輸送技術の技術分野において適用可能である。さらに、本発明に係る装置は、本発明に係る検出器を用いて得られた位置情報の１次および２次時間導関数の解析等によって、速度および／または加速度の測定にも使用可能である。この特徴は一般的に、自動車技術、運送技術、または総合交通技術において適用可能であってもよい。また、他の技術分野における用途も実現可能である。
【０２６３】
さらに、本発明に係る装置は、マシンビジョンの分野において適用可能である。これにより、たとえばロボットの自律走行および／または作業用の制御ユニットとして、検出装置等、本発明に係る装置のうちの１つまたは複数を使用可能である。移動ロボットとの組み合わせにより、本発明に係る装置は、自律移動および／または部品の故障の自律検出を可能とする。また、本発明に係る装置は、ロボット、製造部品、および生物間の衝突、ならびにこれらに限定されない衝突を含む事故の回避等を目的として、製造および安全監視に使用可能である。ロボット工学においては、人間とロボットとの安全かつ直接的な相互作用が問題となる場合が多い。ロボットは、認識されていないと、人間に重傷を負わせる場合があるためである。本発明に係る装置は、ロボットが物体および人間を良好かつ高速に位置決めして、安全な相互作用を可能とするのに役立ち得る。本発明に係る装置の具体的な利点として、信号干渉の可能性が低いことが挙げられる。したがって、信号干渉の危険性なく、複数のセンサが同じ環境で同時に作業可能である。これにより、本発明に係る装置は一般的に、自動車、採鉱、製鋼等、およびこれらに限定されない高度に自動化された製造環境において有用となり得る。また、本発明に係る装置は、たとえば品質管理等を目的とした２Ｄ撮像、レーダ、超音波、ＩＲ等の他のセンサとの組み合わせとして、製造上の品質管理にも使用可能である。さらに、本発明に係る装置は、タンク、サイロ等の充填レベルの監視に使用可能である。
【０２６４】
合成例
本発明の背景において、特にｐ型半導体として色素太陽電池に使用できるさまざまな化合物の合成については、一例として国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書に記載されており、その内容を本明細書中に援用する。
【０２６５】
概して、本発明の背景においては、以下の実施形態が好適と見なされる。
実施形態１：少なくとも１つの物体の方位を決定する検出装置であって、
少なくとも２つのビーコンデバイスであり、物体への取り付け、物体による保持、および物体への組み込みのうちの少なくとも１つが行われるように構成され、それぞれが光線を検出器へと案内するように構成され、物体の座標系において所定の座標を有する、ビーコンデバイスと、
ビーコンデバイスから進んでくる光線を検出するように構成された少なくとも１つの検出器と、
少なくとも１つの評価装置であり、検出器の座標系においてビーコンデバイスそれぞれの縦方向座標を決定するように構成され、ビーコンデバイスの縦方向座標を用いることにより、検出器の座標系において物体の方位を決定するようにさらに構成された、評価装置と、
を備えた、検出装置。
【０２６６】
実施形態２：評価装置が、検出器の座標系において、物体の少なくとも１つの点の絶対位置を決定するようにさらに構成された、実施形態１に係る検出装置。
【０２６７】
実施形態３：少なくとも３つのビーコンデバイスを備えた、実施形態１または２に記載の検出装置。
【０２６８】
実施形態４：検出器が、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つに関する少なくとも１つの横方向座標を決定するようにさらに構成され、評価装置が、上記少なくとも１つの横方向座標をさらに用いることにより、上記座標系において物体の方位を決定するようにさらに構成された、実施形態１〜３のうちの１つに記載の検出装置。
【０２６９】
実施形態５：ビーコンデバイスがそれぞれ、光を放出するように構成された少なくとも１つの照射光源を有する自己放出ビーコンデバイス、光を反射するように構成された少なくとも１つの反射器を有する受動ビーコンデバイス、から成る群から独立して選択される、実施形態１〜４のうちの１つに記載の検出装置。
【０２７０】
実施形態６：ビーコンデバイスが、該ビーコンデバイスから検出器へと進む光線が互いに識別可能となるように構成された、実施形態１〜５のうちの１つに記載の検出装置。
【０２７１】
実施形態７：光線が、スペクトル特性、色、変調周波数、変調振幅、パルス幅、デューティサイクル、位相、から成る群から選択される少なくとも１つの特性に関して互いに識別可能である、実施形態６に記載の検出装置。
【０２７２】
実施形態８：検出装置が、ビーコンデバイスを起点とする光線を識別するとともに、各光線をそれぞれのビーコンデバイスに割り当てるように構成された、実施形態６または７に記載の検出装置。
【０２７３】
実施形態９：評価装置が、少なくとも２つの方位角を提供することにより、物体の方位を決定するように構成された、実施形態１〜８のうちの１つに記載の検出装置。
【０２７４】
実施形態１０：評価装置が、少なくとも３つの方位角を提供することにより、物体の方位を決定するように構成された、実施形態９に記載の検出装置。
【０２７５】
実施形態１１：評価装置が、ヨー角（Ψ）とピッチ角（Θ）、ヨー角（Ψ）とピッチ角（Θ）とロール角（Φ）、オイラー角、から成る群から選択される少なくとも１つの角度組み合わせを提供することにより、物体の方位を決定するように構成された、実施形態９または１０に記載の検出装置。
【０２７６】
実施形態１２：検出器が、
少なくとも１つの縦方向光学センサであって、少なくとも１つのセンサ領域を有し、光線によるセンサ領域の照射に応じて縦方向センサ信号を生成するように設計され、縦方向センサ信号が、照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、センサ領域における光線のビーム断面によって決まる、縦方向光学センサを備え、
評価装置が、縦方向センサ信号を評価することにより、ビーコンデバイスの縦方向座標を決定するように設計された、実施形態１〜１１のうちの１つに記載の検出装置。
【０２７７】
実施形態１３：縦方向光学センサが、透明な光学センサである、実施形態１２に記載の検出装置。
【０２７８】
実施形態１４：縦方向光学センサが、少なくとも１つの色素増感太陽電池を備えた、実施形態１２または１３に記載の検出装置。
【０２７９】
実施形態１５：縦方向光学センサが、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つのｎ半導体金属酸化物と、少なくとも１つの色素と、少なくとも１つのｐ半導体有機材料、好ましくは固体ｐ半導体有機材料と、少なくとも１つの第２の電極とを備えた、実施形態１２〜１４のいずれかに記載の検出装置。
【０２８０】
実施形態１６：第１の電極および第２の電極の両者が透明である、実施形態１５に記載の検出装置。
【０２８１】
実施形態１７：評価装置が、照射の形状と検出器に対する各ビーコンデバイスの相対位置との間の少なくとも１つの既定関係により、ビーコンデバイスの縦方向座標を決定するように設計された、実施形態１２〜１６のいずれかに記載の検出装置。
【０２８２】
実施形態１８：検出器が、複数の縦方向光学センサを有し、該縦方向光学センサが、積み重ねられた、実施形態１２〜１７のいずれかに記載の検出装置。
【０２８３】
実施形態１９：縦方向光学センサが、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つから検出器へと進む光線がすべての縦方向光学センサを照射するように配置され、各縦方向光学センサにより少なくとも１つの縦方向センサ信号が生成され、評価装置が、縦方向センサ信号を正規化するとともに、光線の強度から独立して、各ビーコンデバイスの縦方向座標を生成するように構成された、実施形態１８に記載の検出装置。
【０２８４】
実施形態２０：評価装置が、少なくとも１つの縦方向センサ信号から、各光線の直径を決定することにより、各ビーコンデバイスの縦方向座標を決定するように構成された、実施形態１２〜１９のいずれかに記載の検出装置。
【０２８５】
実施形態２１：評価装置が、光線の直径を光線の既知のビーム特性と比較することにより、縦方向座標を決定するように構成された、実施形態２０に記載の検出装置。
【０２８６】
実施形態２２：縦方向光学センサが、照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、照射の変調の変調周波数によって縦方向センサ信号が決まるようにさらに設計された、実施形態１２〜２１のいずれかに記載の検出装置。
【０２８７】
実施形態２３：検出器が、
少なくとも１つの横方向光学センサであって、該検出器の光軸に垂直な少なくとも１つの次元の位置である光線の横方向位置を決定するように構成され、横方向センサ信号を生成するように構成された、横方向光学センサをさらに備え、
評価装置が、横方向センサ信号を評価することにより、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つに関する少なくとも１つの横方向座標を決定するように設計された、実施形態１２〜２２のいずれかに記載の検出装置。
【０２８８】
実施形態２４：横方向光学センサが、少なくとも１つの第１の電極、少なくとも１つの第２の電極、および少なくとも１つの光起電材料を有する光検出器であり、光起電材料が、第１の電極と第２の電極との間に埋め込まれ、該光起電材料の光照射に応答して電荷を生成するように構成されており、第２の電極が、少なくとも２つの部分電極を有する分割電極であり、横方向光学センサがセンサ領域を有し、少なくとも１つの横方向センサ信号が、センサ領域における光線の位置を示す、実施形態２３に記載の検出装置。
【０２８９】
実施形態２５：部分電極を流れる電流が、センサ領域における光線の位置によって決まり、横方向光学センサが、部分電極を流れる電流に従って、横方向センサ信号を生成するように構成された、実施形態２４に記載の検出装置。
【０２９０】
実施形態２６：部分電極を流れる電流の少なくとも１つの比率から横方向座標を導出するように構成された、実施形態２５に記載の検出装置。
【０２９１】
実施形態２７：光検出器が、色素増感太陽電池である、実施形態２４〜２６のいずれかに記載の検出装置。
【０２９２】
実施形態２８：第１の電極の少なくとも一部が、少なくとも１つの透明な導電性酸化物で構成され、第２の電極の少なくとも一部が、導電性ポリマー、好ましくは透明な導電性ポリマーで構成された、実施形態２４〜２７のいずれかに記載の検出装置。
【０２９３】
実施形態２９：横方向光学センサが、透明な光学センサである、実施形態２４〜２８のいずれかに記載の検出装置。
【０２９４】
実施形態３０：横方向光学センサおよび縦方向光学センサが、光軸に沿って進む光線が該横方向光学センサおよび該縦方向光学センサの両者に衝突するように、光軸に沿って積み重ねられた、実施形態２４〜２９のいずれかに記載の検出装置。
【０２９５】
実施形態３１：少なくとも１つの照射光源をさらに備えた、実施形態１〜３０のいずれかに記載の検出装置。
【０２９６】
実施形態３２：評価装置が、縦方向座標のうちの少なくとも１つを時間の関数として監視するとともに、該少なくとも１つの縦方向座標の少なくとも１つの回帰関数を決定するように構成された、実施形態１〜３１のいずれか１つに記載の検出装置。
【０２９７】
実施形態３３：検出器が、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つに関する少なくとも１つの横方向座標を決定するようにさらに構成され、評価装置が、該横方向座標を時間の関数として監視するとともに、該少なくとも１つの横方向座標の少なくとも１つの回帰関数を決定するようにさらに構成された、実施形態１〜３２に記載の検出装置。
【０２９８】
実施形態３４：上記少なくとも１つの縦方向座標の少なくとも１つの回帰関数が、ビーコンデバイスのうちの少なくとも２つの間の既知または決定可能な距離を考慮することに基づく、実施形態３２または３３に記載の検出装置。
【０２９９】
実施形態３５：上記少なくとも１つの横方向座標の少なくとも１つの回帰関数が、ビーコンデバイスのうちの少なくとも２つの間の既知または決定可能な距離を考慮することに基づく、実施形態３３または３４に記載の検出装置。
【０３００】
実施形態３６：物体への取り付けまたは物体への組み込みのうちの一方または両方が可能な少なくとも１つの運動センサをさらに備えた、実施形態１〜３５のいずれか１つに記載の検出装置。
【０３０１】
実施形態３７：運動センサが、少なくとも１つの信号を検出器または評価装置のうちの一方または両方に送信するように構成された、実施形態３６に記載の検出装置。
【０３０２】
実施形態３８：運動センサが、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つへの接続および／または組み込み等、ビーコンデバイスのうちの少なくとも１つに結合された、実施形態３７に記載の検出装置。
【０３０３】
実施形態３９：運動センサが結合されたビーコンデバイスが、光線を変調することによって、運動センサの信号を該光線中に符号化するように構成された、実施形態３８に記載の検出装置。
【０３０４】
実施形態４０：評価装置が、運動センサの少なくとも１つの信号を考慮することにより、物体の方位を決定するように構成された、実施形態３６〜３９のいずれか１つに記載の検出装置。
【０３０５】
実施形態４１（３２）：実施形態１〜４０のうちの１つに記載の少なくとも１つの検出装置を備え、少なくとも１つの物体をさらに備え、ビーコンデバイスが、物体への取り付け、物体による保持、または物体への組み込みのうちの１つが行われたものである、検出システム。
【０３０６】
実施形態４２（３３）：物体が、剛性物体である、実施形態４１（３２）に記載の検出システム。
【０３０７】
実施形態４３（３４）：物体が、好ましくはラケット、クラブ、バット、から成る群から選択される物品であるスポーツ用品、衣類、帽子、靴、具体的にはレーザポインタまたはテレビリモコンであるポインタ、から成る群から選択される、実施形態４１（３２）または４２（３３）に記載の検出システム。
【０３０８】
実施形態４４（３５）：上記少なくとも１つの検出器が、物品に取り付けられた、実施形態４１（３２）〜４３（３４）のいずれか１つに記載の検出システム。
【０３０９】
実施形態４５（３６）：ユーザと機械との間で少なくとも１つの情報を交換するマンマシンインターフェースであって、実施形態１〜４４のいずれかに記載の少なくとも１つの検出装置を備え、ビーコンデバイスが、ユーザへの直接的または間接的な取り付けおよびユーザによる保持のうちの少なくとも１つが行われるように構成され、該マンマシンインターフェースが、検出装置によってユーザの方位を決定するように設計され、上記方位に少なくとも１つの情報を割り当てるように設計された、マンマシンインターフェース。
【０３１０】
実施形態４６（３７）：少なくとも１つの娯楽機能を実行する娯楽装置であって、実施形態４５（３６）に記載の少なくとも１つのマンマシンインターフェースを備え、該マンマシンインターフェースによって、プレーヤが少なくとも１つの情報を入力できるように設計され、該情報に従って娯楽機能を変更するように設計された、娯楽装置。
【０３１１】
実施形態４７（３８）：少なくとも１つの可動物体の方位を追跡する追跡システムであって、実施形態１〜４６のいずれかに記載の少なくとも１つの検出装置を備え、少なくとも１つの追跡制御装置をさらに備え、該追跡制御装置が、特定の時点における物体の一連の方位を追跡するように構成された、追跡システム。
【０３１２】
実施形態４８（３９）：少なくとも１つの物体の方位を決定する方法であって、
少なくとも１つの放出ステップであり、少なくとも２つのビーコンデバイスが使用され、該ビーコンデバイスが、物体への取り付け、物体による保持、および物体への組み込みのうちの少なくとも１つが行われたものであり、ビーコンデバイスがそれぞれ、光線を検出器へと案内し、ビーコンデバイスが、物体の座標系において所定の座標を有する、ステップと、
少なくとも１つの検出ステップであり、ビーコンデバイスから検出器へと進む光線が、該検出器により検出される、ステップと、
少なくとも１つの評価ステップであり、検出器の座標系においてビーコンデバイスそれぞれの縦方向座標が決定され、ビーコンデバイスの縦方向座標を用いることにより、検出器の座標系において物体の方位が決定される、ステップと、
を含む、方法。
【０３１３】
実施形態４９（４０）：実施形態１〜４８のいずれかに記載の検出装置の使用であって、交通技術における方位測定、娯楽用途、セキュリティ用途、マンマシンインターフェース用途、追跡用途、測位システム、から成る群から選択される使用目的での使用。
【０３１４】
本発明の任意選択としての別の詳細および特徴については、従属請求項と併せて後述する好ましい例示的な実施形態の説明から明らかである。この背景において、これら具体的な特徴は、単独で実装されるようになっていてもよいし、いくつか組み合わせて実装されるようになっていてもよい。本発明は、これらの例示的な実施形態に限定されない。図中、これらの例示的な実施形態は、模式的に示している。個々の図中の同じ符号は、同一の要素、機能が同一の要素、または機能に関して互いに対応する要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【０３１５】
【図１】本発明に係る、検出装置、検出システム、追跡装置、およびマンマシンインターフェースの例示的な一実施形態を示した図である。
【図２Ａ】本発明の検出装置において使用可能な横方向検出器の一実施形態を示した図である。
【図２Ｂ】本発明の検出装置において使用可能な横方向検出器の一実施形態を示した図である。
【図３Ａ】横方向センサ信号の生成および物体の横方向位置に関する情報の導出の原理を示した図である。
【図３Ｂ】横方向センサ信号の生成および物体の横方向位置に関する情報の導出の原理を示した図である。
【図３Ｃ】横方向センサ信号の生成および物体の横方向位置に関する情報の導出の原理を示した図である。
【図３Ｄ】横方向センサ信号の生成および物体の横方向位置に関する情報の導出の原理を示した図である。
【図４Ａ】本発明に係る検出装置において使用可能な縦方向光学センサの一実施形態を示した図である。
【図４Ｂ】本発明に係る検出装置において使用可能な縦方向光学センサの一実施形態を示した図である。
【図４Ｃ】本発明に係る検出装置において使用可能な縦方向光学センサの一実施形態を示した図である。
【図５Ａ】縦方向センサ信号の生成および物体の縦方向位置に関する情報の導出の原理を示した図である。
【図５Ｂ】縦方向センサ信号の生成および物体の縦方向位置に関する情報の導出の原理を示した図である。
【図５Ｃ】縦方向センサ信号の生成および物体の縦方向位置に関する情報の導出の原理を示した図である。
【図５Ｄ】縦方向センサ信号の生成および物体の縦方向位置に関する情報の導出の原理を示した図である。
【図５Ｅ】縦方向センサ信号の生成および物体の縦方向位置に関する情報の導出の原理を示した図である。
【図６】本発明に係る、検出装置、検出システム、追跡装置、マンマシンインターフェース、および娯楽装置の模式的な一実施形態を示した図である。
【図７】本発明に係る、検出装置、検出システム、追跡装置、マンマシンインターフェース、および娯楽装置を用いたビーコンデバイスの縦方向座標の差の測定を示した例示的かつ模式的な図である。
【図８Ａ】３次元物体の方位を決定する座標変換の例示的な一実施形態の方法ステップを示した図である。
【図８Ｂ】３次元物体の方位を決定する座標変換の例示的な一実施形態の方法ステップを示した図である。
【図８Ｃ】３次元物体の方位を決定する座標変換の例示的な一実施形態の方法ステップを示した図である。
【図８Ｄ】３次元物体の方位を決定する座標変換の例示的な一実施形態の方法ステップを示した図である。
【図９】直線状物体の方位を決定する座標変換の例示的な一実施形態を示した図である。
【図１０】３次元物体の方位を決定するビーコンデバイスの座標差の使用を示す例示的な一実施形態を示した図である。
【図１１】検出器が物品に取り付けられた検出システムの例示的な一実施形態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０３１６】
図１は、本発明に係る、少なくとも１つの物体１１２の方位を決定する検出装置１１１の構成要素である検出器１１０の例示的な一実施形態を極めて模式的に示した図である。検出装置１１１は、少なくとも１つの物体１１２の方位を決定する以外に、物体１１２の位置を決定するようにさらに構成されていてもよい。
【０３１７】
検出装置１１１は、検出器１１０のほか、評価装置１４２と、物体１１２への取り付けおよび／または組み込みがなされた複数のビーコンデバイス２０４とを備える。評価装置１４２は、検出器１１０への全部もしくは一部の組み込みならびに／または別個の装置としての全部または一部の設計が可能である。この例示的な実施形態において、物体１１２は、スポーツ用品デバイスとして設計されていてもよく、ユーザ（図示せず）が保持および／または取り扱い可能な制御要素１１３を構成していてもよい。
【０３１８】
したがって、図１は、検出装置１１１のほか、ビーコンデバイス２０４の取り付けおよび／または組み込みがなされた少なくとも１つの物体１１２をさらに備えた検出システム１１５の一実施形態をさらに示している。さらに、より詳しく以下に説明する通り、物体１１２、具体的には制御要素１１３は、ユーザによる取り扱いによって、少なくとも１つの情報を機械２０２、具値的にはデータ処理装置１５４に送信するようになっていてもよいため、図１は、本発明に係る、マンマシンインターフェース１９６の模式的な一実施形態も示している。たとえば、マンマシンインターフェース１９６は、コンピュータゲームおよびゲームに適応したデータ処理装置１５４への制御コマンドの送信に使用可能であるため、データ処理装置１５４は、マンマシンインターフェース１９６と併せて、娯楽装置１９８の一事例を構成していてもよい。
【０３１９】
さらに、データ処理装置１５４は、検出装置１１１と併せて、物体１１２の方位を追跡するように構成されていてもよい。したがって、データ処理装置は、追跡制御装置２０１として作用するようになっていてもよく、このため、データ処理装置１５４、検出装置１１１、および追跡制御装置２０１は、本発明に係る追跡システム１９９の例示的な一実施形態を構成していてもよい。
【０３２０】
検出器１１０は、複数の光学センサ１１４を備え、これらはすべて、特定の実施形態において、検出器の光軸１１６に沿って積み重ねられている。具体的に、光軸１１６は、光学センサ１１４の構成の対称軸および／または回転軸であってもよい。光学センサ１１４は、検出器１１０のハウジング１１８の内部に配置されていてもよい。さらに、好ましくは１つまたは複数のレンズ１２２を備えた１つまたは複数の光学系等、少なくとも１つの伝達装置１２０が備わっていてもよい。また、好ましくは光軸１１６に対して同心円状に配置されたハウジング１１８の開口１２４によって、検出器１１０の視野方向１２６が規定されているのが好ましい。また、光軸１１６に平行または逆平行な方向が縦方向と規定される一方、光軸１１６に垂直な方向が横方向と規定された座標系１２８が規定されていてもよい。座標系１２８においては、図１に記号で示すように、縦方向がｚで、横方向がｘおよびｙでそれぞれ表される。また、他の種類の座標系１２８も実現可能である。
【０３２１】
光学センサ１１４は、任意選択として、少なくとも１つの横方向光学センサ１３０と、本実施形態においては、複数の縦方向光学センサ１３２とを備えていてもよい。縦方向光学センサ１３２は、縦方向光学センサスタック１３４を構成する。図１の実施形態においては、５つの縦方向センサ１３２を示している。ただし、縦方向光学センサ１３２の数が異なる実施形態も実現可能であることに留意するものとする。
【０３２２】
縦方向光学センサ１３２は、好ましくはビーコンデバイス２０４から検出器１１０まで進む光線１３８に対して透明なセンサ領域１３６を備える。横方向光学センサ１３０は、任意選択として、方向ｘおよび／または方向ｙ等、１つまたは複数の横方向において光線１３８の横方向位置を決定するように構成されていてもよい。ここでは、１つのみの横方向における横方向位置が決定される実施形態、１つの同じ横方向光学センサ１３０によって２つ以上の横方向における横方向位置が決定される実施形態、第１の横方向光学センサによって第１の横方向における横方向位置が決定され、および少なくとも１つの別の横方向光学センサによって少なくとも１つの別の横方向における少なくとも１つの別の横方向位置が決定される実施形態も実現可能である。
【０３２３】
上記少なくとも１つの任意選択としての横方向光学センサ１３０は、少なくとも１つの横方向センサ信号を生成するように構成されていてもよい。この横方向センサ信号は、１つまたは複数の横方向信号線１４０によって、検出装置１１１の少なくとも１つの評価装置１４２に送信されるようになっていてもよいが、これについては、より詳しく以下に説明する。
【０３２４】
縦方向光学センサ１３２はそれぞれ、少なくとも１つのセンサ領域１３６を備える。縦方向光学センサスタック１３４の最後の縦方向光学センサ１４４すなわちスタック１３４の物体１１２から最も遠い側の縦方向光学センサ１３２を除いて、縦方向光学センサ１３２のうちの１つ、２つ以上、またはすべてが透明であるのが好ましい。この最後の縦方向光学センサ１４４は、全部または一部が不透明であってもよい。
【０３２５】
縦方向光学センサ１３２はそれぞれ、光線１３８による各センサ領域１３６の照射に応じて少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計されていてもよい。より詳しく以下に概説する通り、縦方向センサ信号は、照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、各センサ領域１３６における光線１３８のビーム断面に依存していてもよい。縦方向センサ信号は、１つまたは複数の縦方向信号線１４６を介して、評価装置１４２に送信されるようになっていてもよい。
【０３２６】
検出装置１１１および検出システム１１５は、２つまたは３つ以上のビーコンデバイス２０４を備え、本実施形態においては、物体１１２への取り付けおよび／または組み込みがなされている。本実施形態および他の実施形態においては、ビーコンデバイスが物体１１２の代表位置に配置されることにより、ビーコンデバイス２０４の位置が、物体１１２の少なくとも１つの方位を決定するための代表的な尺度となるのが好ましい。このため、一般的に、３つ以上のビーコンデバイスが存在する場合、ビーコンデバイス２０４は、１本の直線で相互接続されることのないように位置決めされているのが好ましい。このように、ビーコンデバイス２０４は、平面状に広がっていてもよい。また、ビーコンデバイス２０４のうちの少なくとも２つまたは少なくとも３つが、検出器１１０に対向する物体の表面上に配置されているのが好ましい。４つ以上のビーコンデバイス２０４が設けられている場合は、少なくとも２つまたは少なくとも３つのビーコンデバイス２０４を物体１１２の各主表面上に位置決めすること等により、ビーコンデバイス２０４が物体１１２の両面に位置決めされているのがより好ましい。一例として、制御要素１１３として作用可能な物体１１２は、ラケットとして成形されていてもよく、少なくとも２つまたは少なくとも３つのビーコンデバイス２０４がラケットの各表面上に配置されることにより、検出器１１０に対向するどちらかの表面によって、物体１１２の方位が決定されるようになっていてもよい。
【０３２７】
より詳しく以下に概説する通り、評価装置１４２は、上記少なくとも１つの横方向センサ信号を評価することによって、ビーコンデバイス２０４のうちの１つまたは複数の少なくとも１つの横方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように設計されていてもよい。
【０３２８】
評価装置１４２は、縦方向センサ信号の評価等によって、ビーコンデバイス２０４の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成するようにさらに設計されている。この目的のため、評価装置１４２は、横方向評価ユニット１４８（「ｘｙ」で示す）および縦方向評価ユニット１５０（「ｚ」で示す）として記号で示す１つもしくは複数の電子装置ならびに／または１つもしくは複数のソフトウェアコンポーネントを備えることによって、縦方向センサ信号を評価するようにしてもよい。これらの評価ユニット１４８、１５０により導出された結果を組み合わせることによって、たとえばビーコンデバイス２０４ごとに、位置情報１５２、好ましくは３次元位置情報（「ｘ，ｙ，ｚ」で示す）が生成されるようになっていてもよい。これらの座標を用いて、より詳しく以下に概説する通り、物体１１２の回転が決定されるようになっていてもよい。
【０３２９】
あるいは、上記概説またはより詳しく以下に概説する通り、縦方向評価ユニット１５０のみが存在していてもよく、検出器１１０は、上記少なくとも１つの縦方向光学センサ１３２のみを備えていてもよい。また、ビーコンデバイス２０４のｚ座標および／またはこれら縦方向座標の差Δｚを決定することによって、物体１１２の回転が決定されるようになっていてもよい。
【０３３０】
評価装置１４２は、検出器１１０への全部もしくは一部の組み込みならびに／または全部もしくは一部がデータ処理装置１５４の一部であることならびに／または１つもしくは複数のデータ処理装置１５４を備えることが可能である。評価装置１４２は、ハウジング１１８への全部もしくは一部の組み込みならびに／または光学センサ１１４に対して無線または有線で電気的に接続された別個の装置としての全部もしくは一部の具現化が可能である。評価装置１４２は、１つもしくは複数の測定ユニット（図１には示さず）ならびに／または１つもしくは複数の変換ユニット１５６等、１つもしくは複数の電子ハードウェアコンポーネントならびに／または１つもしくは複数のソフトウェアコンポーネント等の１つまたは複数の付加的な構成要素をさらに備えていてもよい。図１には、少なくとも２つの横方向センサ信号を共通信号または共通情報に変換するように構成可能な任意選択としての１つの変換ユニット１５６を記号で示している。
【０３３１】
以下、横方向光学センサ１３０および少なくとも１つの縦方向光学センサ１３２の実施形態を開示する。ただし、他の実施形態も実現可能であることに留意するものとする。このため、以下に開示する実施形態において、光学センサ１１４はすべて、固体色素増感太陽電池（ｓＤＳＣ）として設計されている。ただし、他の実施形態も実現可能であることに留意するものとする。
【０３３２】
さらに、上記概説の通り、本発明の本実施形態またはその他任意の実施形態において、検出装置１１１は、複数の光線１３８が同時に検出された場合であっても、センサ信号を生成している光線１３８の起点を検出器１１０が決定できるように構成されていてもよい。この目的のため、光線１３８は、検出器１１０および／または評価装置１４２により識別可能な少なくとも１つの特性に関して異なっていてもよい。まず、光線１３８は、パルス方式の使用等によって、断続的に検出器１１０へと送信されるようになっていてもよく、ビーコンデバイス２０４は、パルス周波数、パルス幅、またはデューティサイクルのうちの１つまたは複数等に関して、異なるパルス方式を有していてもよい。この追加または代替として、ビーコンデバイス２０４はそれぞれ、特徴的かつ一意の変調周波数ｆで変調されるようになっていてもよいが、これについては、縦方向光学センサ１３２および任意選択としての横方向光学センサ１３０の各検出器信号もこれら特徴的な変調周波数を示すように選定可能である。したがって、１つもしくは複数の適当な電子フィルタまたはその他任意のフィルタリング手段を用いることにより、センサ信号が分離され、各光線１３８とこれらの光線１３８を検出器１１０へと送信する各ビーコンデバイス２０４とに割り当てられるようになっていてもよい。この少なくとも１つの任意選択としての電子フィルタは、全部または一部が検出器１１０の一部および／または評価装置１４２の一部であってもよい。図１において、特徴的な変調周波数でのビーコンデバイス２０４の変調は、ｆ１、ｆ２、およびｆ３という記号で示している。変調および適当なフィルタリングによる光線１３８の起点の分離の追加または代替として、異なるスペクトル特性を有する光線１３８のビーコンデバイス２０４による放出等により、スペクトル分離が実現可能であってもよい。検出器１１０は、光線１３８をそれぞれのスペクトル特性で分離するように構成された１つもしくは複数の光学フィルタリング要素ならびに／または１つもしくは複数の波長感応要素を有することによって、光線の起点を分離するとともに、各光線１３８を送信する各ビーコンデバイス２０４を識別するようにしてもよい。
【０３３３】
上記概説の通り、図１に示す検出装置１１１または本発明に係るその他任意の検出装置１１１等、検出装置１１１による物体１１２の方位の決定の精度をさらに高めるため、具体的には評価装置１４２によって、統計的手段が適用されるようになっていてもよい。これにより、一例としては、ビーコンデバイス２０４のうちの１つまたは複数の少なくとも１つの縦方向座標および／または少なくとも１つの横方向座標の１つまたは複数の回帰関数の生成によって、統計的手段によりノイズが抑えられるようになっていてもよい。
【０３３４】
さらに、ビーコンデバイス２０４のうちの２つ以上の間の既知の距離等、１つまたは複数の境界条件を使用するようにしてもよい。したがって、具体的には剛性物体１１２の場合、物体１１２の方位が変化したとしても、ビーコンデバイスのうちの２つ以上の間の距離ｄは一定を維持可能である。このビーコンデバイス２０４の特性は、回帰関数の計算において使用するようにしてもよい。これにより、ビーコンデバイス２０４のうちの第１のビーコンデバイスおよび第２のビーコンデバイス２０４について、たとえば線形回帰、非線形回帰、最小二乗回帰、具体的には最小二乗を最尤推定量として用いる最小二乗回帰、Ｍ推定値、Ｌ推定値、またはＲ推定値等の局所推定値を用いた方法、３次スプライン、内挿または外挿技術、具体的には３次スプライン、双３次スプライン、または双３次補間等の多項式または有理関数内挿または外挿技術、カルマンフィルタ等の線形または非線形推定技術のうちの１つまたは複数の使用により、各ビーコンデバイス２０４の１つまたは複数の座標の時間の関数としての監視（すなわち、１つまたは複数の一連の座標の測定値ごとの測定時間の関数としての該一連の座標の記録）およびその回帰関数の計算によって、回帰関数Ｒ１およびＲ２が計算されるようになっていてもよい。回帰関数の計算は、回帰関数間の距離Ａｂｓ（Ｒ１−Ｒ２）が常に一定であるという境界条件すなわちＡｂｓ（Ｒ１−Ｒ２）＝Ｄを用いて行われるようになっていてもよい。
【０３３５】
さらに、上述の通り、検出装置１１１の測定の精度は、１つまたは複数の付加的なセンサを用いることによって、さらに高くすることができる。したがって、図１に示すとともに、本発明の他の実施形態に対して大略適用され得るように、検出装置１１１は、１つまたは複数の運動センサ２１６をさらに備えていてもよい。一例として、この少なくとも１つの任意選択としての運動センサ２１６は、物体１１２への取り付けおよび／または組み込みがなされていてもよい。図１の例示的な実施形態においては、運動センサ２１６を１つだけ示している。ただし、２つ以上の運動センサ２１６が設けられていてもよいことに留意するものとする。これにより、一例として、ビーコンデバイス２０４はそれぞれ、１つもしくは複数の運動センサ２１６を備えることおよび／または１つもしくは複数の運動センサ２１６への接続が可能である。
【０３３６】
上記少なくとも１つの任意選択としての運動センサ２１６は、１つまたは複数の信号を検出器１１０および／または評価装置１４２に送信するように構成されていてもよい。これにより、位置、傾斜、振動、加速度等の運動パラメータのうちの１つまたは複数に関する１つまたは複数の情報等、少なくとも１つの物体１１２の運動に関する１つまたは複数の情報が送信されるようになっていてもよい。送信を目的として、少なくとも１つの運動センサ２１６は、１つまたは複数のデータ送信装置を備えていてもよい。
【０３３７】
上記の追加または代替として、上記少なくとも１つの運動センサ２１６は、全部または一部がビーコンデバイス２０４のうちの１つもしくは複数へ組み込まれていてもよく、ならびに／または接続されていてもよい。したがって、各ビーコンデバイス２０４は、データ送信タスクの全部または一部を引き受けるようにしてもよい。一例として、各ビーコンデバイス２０４により放出または反射された光線１３８は、変調によって、検出器１１０および／または評価装置１４２に送信する情報が符号化されるようになっていてもよい。検出器１１０および／または評価装置１４２は、光線１３８の変調において符号化された情報を復調および／または復号化する１つまたは複数の装置を備えていてもよい。
【０３３８】
したがって、上記少なくとも１つの運動センサ２１６等の少なくとも１つの付加的なセンサは、データ処理、具体的には少なくとも１つの物体１１２の方位の決定時に考慮可能な別の情報を上記少なくとも１つの評価装置１４２に提供するようにしてもよい。このように、別の情報を提供することによって、検出器１１０を用いて決定した物体１１２の方位と運動センサ２１６を用いて決定した物体１１２の方位との比較等により、測定の冗長性を利用するようにしてもよい。この追加または代替として、上記別の情報は、評価装置１４２が行う計算に組み込まれるようになっていてもよい。一般的には、少なくとも１つの付加的なセンサを用いることによって、検出装置１１１の精度を高めることができる。さらに、検出装置１１１は、具体的には検出器１１０による２つ以上のビーコンデバイス２０４の検出に失敗した状況において、信頼性がより高くなるようにしてもよい。このため、検出器１１０とビーコンデバイス２０４との間に不透明な物体が配置された場合等、ビーコンデバイス２０４を検出器１１０によって検出できない場合は、付加的なセンサを用いてビーコンデバイス２０４の位置を検出または推定するようにしてもよい。
【０３３９】
図２Ａおよび図２Ｂには、任意選択としての横方向光学センサ１３０の可能な一実施形態を異なる視点で示している。ここで、図２Ａは、横方向光学センサ１３０の層構成の上面図であり、図２Ｂは、模式的な構成の層構成の部分断面図である。層構成の別の実施形態については、上記開示を参照可能である。
【０３４０】
横方向光学センサ１３０は、ガラスおよび／または透明プラスチック材料で構成された基板等、透明な基板１５８を備える。上記構成は、第１の電極１６０、光遮断層１６２、少なくとも１つの色素１６６で増感した少なくとも１つのｎ半導体金属酸化物１６４、少なくとも１つのｐ半導体有機材料１６８、および少なくとも１つの第２の電極１７０をさらに備える。これらの要素は、図２Ｂに示す。また、上記構成は、図２Ｂには示していないが図２Ａの上面図には記号で示した、横方向光学センサ１３０のセンサ領域１３６を被覆可能な少なくとも１つの被包１７２をさらに備えていてもよい。
【０３４１】
例示的な一実施形態として、基板１５８はガラスで構成されていてもよく、第１の電極１６０は全部または一部がフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）で構成されていてもよく、遮断層１６２は高密度の二酸化チタン（ＴｉＯ２）で構成されていてもよく、ｎ半導体金属酸化物１６４は非多孔質の二酸化チタンで構成されていてもよく、ｐ半導体有機材料１６８はスピロＭｅＯＴＡＤで構成されていてもよく、第２の電極１７０はＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含んでいてもよい。さらには、たとえば国際公開第２０１２／１１０９２４号明細書に開示の色素ＩＤ５０４を使用するようにしてもよい。また、他の実施形態も実現可能である。
【０３４２】
図２Ａおよび図２Ｂに示すように、第１の電極１６０は、単一の電極コンタクト１７４で接触可能な大面積の電極であってもよい。図２Ａの上面図に示すように、第１の電極１６０の電極コンタクト１７４は、横方向光学センサ１３０の隅部に配置されていてもよい。２つ以上の電極コンタクト１７４を設けて冗長性をもたらすようにしてもよく、第１の電極１６０上の抵抗損をなくすことにより、第１の電極１６０の共通信号を生成するようにしてもよい。
【０３４３】
これに対して、第２の電極１７０は、少なくとも２つの部分電極１７６を備える。図２Ａの上面図に見られるように、第２の電極１７０は、導体線１８２を介して、ｘ方向用の少なくとも２つの部分電極１７８およびｙ方向用の少なくとも２つの部分電極１８０を備えていてもよく、これらの部分電極１７６は、被包１７２を介して電気的に接触していてもよい。
【０３４４】
この特定の実施形態において、部分電極１７６は、センサ領域１３６を囲むフレームを構成している。一例としては、矩形、より好ましくは正方形のフレームが形成されていてもよい。評価装置１４２に実装された電流測定装置等、適当な電流測定装置を用いることにより、部分電極１７６を流れる電極電流が個別に決定されるようになっていてもよい。たとえば、一連の２つのｘ部分電極１７８を流れる電極電流の比較および個々のｙ部分電極１８０を流れる電極電流の比較によって、以下の図３Ａ〜図３Ｄに関して概説する通り、センサ領域１３６において光線１３８により生成された光スポット１８４のｘおよびｙ座標が決定されるようになっていてもよい。
【０３４５】
図３Ａ〜図３Ｄには、物体１１２ひいては各光線１３８を放出する各ビーコンデバイス２０４の位置決めに関する２つの異なる状況を示している。このため、図３Ａおよび図３Ｂは、ビーコンデバイス２０４および／または物体１１２が検出器１１０の光軸１１６上に配置されているため、光線１３８が光軸１１６と平行である状況を示している。ここで、図３Ａおよび図３Ｂは、横方向光学センサ１３０のセンサ領域１３６の側面図および上面図をそれぞれ示している。縦方向光学センサ１３２は、この構成には図示していない。
【０３４６】
図３Ｃおよび図３Ｄにおいては、ビーコンデバイス２０４および／または物体１１２が軸外位置まで横方向にシフトした類似の状態で図３Ａおよび図３Ｂの構成を示している。
【０３４７】
図３Ａおよび図３Ｃにおいては、１つまたは複数の光線１３８の光源としてビーコンデバイス２０４を図示していることに留意するものとする。より詳しく以下に概説する通り、具体的には図６の実施形態に関して、検出器１１０は、物体１１２との接続ならびに／またはその他任意の位置への配置および主光線の放出が可能な１つまたは複数の照射光源を備えていても差し支えなく、ビーコンデバイス２０４は、主光線を反射することにより、反射および／または拡散による光線１３８を生成するように構成されていてもよい。
【０３４８】
周知の結像方程式によれば、物体１１２は、横方向光学センサ１３０のセンサ領域１３６上への結像によって、該センサ領域１３６上に物体１１２の像１８６が生成され、これを以下では、光スポット１８４および／または複数の光スポット１８４と考える。
【０３４９】
部分的な図３Ｂおよび３Ｄに見られるように、センサ領域１３６上の光スポット１８４は、ｓＤＳＣの層構成中に電荷を生じることによって、いずれの場合にもｉ１〜ｉ４で示す電極電流を発生する。ここで、電極電流ｉ１、ｉ２は、部分電極１８０をｙ方向に流れる電極電流を表し、電極電流ｉ３、ｉ４は、部分電極１７８をｘ方向に流れる電極電流を表す。これらの電極電流は、１つまたは複数の適当な電極測定装置によって、同時に測定されるようになっていてもよいし、連続して測定されるようになっていてもよい。これらの電極電流を評価することによって、ｘおよびｙ座標が決定されるようになっていてもよい。このため、以下の方程式を使用するようにしてもよい。
【数１】
0006440696.tif 000014
【０３５０】
ここで、ｆは、既知のストレッチ係数および／またはオフセットの加算による電流の割合の単純な乗算等、任意の既知の関数であってもよい。したがって、一般的に、電極電流ｉ１〜ｉ４は、横方向光学センサ１３０により生成された横方向センサ信号を構成していてもよく、評価装置１４２は、所定もしくは決定可能な変換アルゴリズムならびに／または既知の関係を用いて横方向センサ信号を変換することにより、少なくとも１つのｘ座標および／または少なくとも１つのｙ座標等の横方向位置に関する情報を生成するように構成されていてもよい。
【０３５１】
図４Ａ〜図４Ｃには、縦方向光学センサ１３２のさまざまな図を示している。ここで、図４Ａは、可能な層構成の断面図であり、図４Ｂおよび図４Ｃは、可能な縦方向光学センサ１３２の２つの実施形態の上面図である。また、ここで、図４Ｃは、最後の縦方向光学センサ１４４の可能な一実施形態を示しており、図４Ｂは、縦方向光学センサスタック１３４のその他の縦方向光学センサ１３２の可能な実施形態を示している。このため、図４Ｂの実施形態が透明な縦方向光学センサ１３２を構成する一方、図４Ｃの実施形態が不透明な縦方向光学センサ１３２であってもよい。また、他の実施形態も実現可能である。これにより、代替として、最後の縦方向光学センサ１４４も透明な縦方向光学センサ１３２として具現化されていてもよい。
【０３５２】
また、図４Ａの模式的な断面図に見られるように、縦方向光学センサ１３２は、有機光検出器、好ましくはｓＤＳＣとして具現化されていてもよい。したがって、図２Ｂの構成と同様に、基板１５８、第１の電極１６０、遮断層１６２、色素１６６で増感したｎ半導体金属酸化物１６４、ｐ半導体有機材料１６８、および第２の電極１７０を用いた層構成を使用するようにしてもよい。また、被包１７２が設けられていてもよい。各層の可能な材料については、上記図２Ｂを参照可能である。この追加または代替として、他の種類の材料を使用するようにしてもよい。
【０３５３】
図２Ｂにおいては、上面の照射すなわち第２の電極１７０側からの光線１３８による照射を記号で示していることに留意するものとする。あるいは、底面の照射すなわち基板１５８側から該基板１５８を通る照射を使用するようにしてもよい。同じことが図４Ａの構成にも当てはまる。
【０３５４】
ただし、図４Ａに示すように、縦方向光学センサ１３２の好ましい方位においては、光線１３８による照射が底面すなわち透明基板１５８を通して行われるのが好ましい。これは、ＦＴＯ等の透明な導電性酸化物の使用等によって、第１の電極１６０を容易に透明電極として具現化可能であるという事実による。より詳しく以下に概説する通り、第２の電極１７０は、透明であってもよいし、具体的には最後の縦方向光学センサ１４４について、不透明であってもよい。
【０３５５】
図４Ｂおよび図４Ｃには、第２の電極１７０の異なる構成を示している。ここで、図４Ａの断面図に対応する図４Ｂにおいて、第１の電極１６０には、一例として図２Ｂの構成に類似の１つまたは複数の金属パッドを備え得る１つまたは複数の電極コンタクト１７４が接触していてもよい。これらの電極コンタクト１７４は、基板１５８の隅部に配置されていてもよい。また、他の実施形態も実現可能である。
【０３５６】
ただし、図４Ｂの構成の第２の電極１７０は、透明な導電性ポリマー１８８の１つまたは複数の層を備えていてもよい。一例としては、図２Ａおよび図２Ｂの構成と同様に、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを使用するようにしてもよい。さらに、アルミニウムおよび／または銀等の金属材料で構成可能な１つまたは複数の上面コンタクト１９０が設けられていてもよい。この上面コンタクト１９０は、被包１７２を貫通する１つまたは複数の導体線１８２を用いることによって、電気的に接触されていてもよい。
【０３５７】
図４Ｂに示す例示的な一実施形態において、上面コンタクト１９０は、センサ領域１３６を囲む開閉フレームを構成している。したがって、図２Ａおよび図２Ｂの部分電極１７６とは対照的に、必要な上面コンタクト１９０は１つだけである。ただし、図４Ａ〜図４Ｃの構成に部分電極を設けること等により、縦方向光学センサ１３２および横方向光学センサ１３０が１つの単一装置として組み合わされていてもよい。これにより、より詳しく以下に概説するＦｉＰ効果のほか、上記少なくとも１つの縦方向光学センサ１３２によって横方向センサ信号が生成されるようになっていてもよい。このように、横方向および縦方向組み合わせ光学センサが設けられていてもよい。
【０３５８】
透明な導電性ポリマー１８８を用いることによって、第１の電極１６０および第２の電極１７０の両者が少なくとも部分的に透明となる縦方向光学センサ１３２の一実施形態が可能である。同じことが横方向光学センサ１３０にも当てはまるのが好ましい。ただし、図４Ｃには、不透明な第２の電極１７０を用いた縦方向光学センサ１３２の構成を開示している。これにより、一例として、第２の電極１７０は、上記少なくとも１つの導電性ポリマー１８８の代替または追加として、アルミニウムおよび／または銀等の１つまたは複数の金属層を用いて具現化されていてもよい。このため、一例として、導電性ポリマー１８８は、好ましくはセンサ領域１３６全体を被覆可能な１つまたは複数の金属層による置き換えまたは補強が可能である。
【０３５９】
図５Ａ〜図５Ｅにおいては、上述のＦｉＰ効果と、それを用いたビーコンデバイス２０４の縦方向座標の決定とを説明する。ここで、図５Ａは、図１、図３Ａ、および図３Ｃの構成と同様に、光軸１１６に平行な平面における検出器１１０および検出装置１１１の一部を示した側面図である。検出器１１０のうち、縦方向光学センサ１３２および任意選択としての伝達装置１２０のみを示している。上記少なくとも１つの任意選択としての横方向光学センサ１３０については、図示していない。この横方向光学センサ１３０については、別個の光学センサ１１４としての具現化ならびに／または縦方向光学センサ１３２のうちの１つもしくは複数との組み合わせが可能である。
【０３６０】
図５Ａの構成においては、説明のため、ビーコンデバイス２０４のうちの１つだけを示している。この場合も、測定は、少なくとも１つのビーコンデバイス２０４による１つまたは複数の光線１３８の放出および／または反射によって開始となる。ビーコンデバイス２０４は、少なくとも１つの照射光源１９２を備えていてもよい。すなわち、ビーコンデバイス２０４は、全部または一部が能動ビーコンデバイス２０４として具現化されていてもよい。この追加または代替として、別個の照射光源１９２を使用するようにしてもよく、ビーコンデバイス２０４は、主光線を反射して光線１３８を生成するように構成された１つまたは複数の反射要素および／または反射表面を備えていてもよい。
【０３６１】
光線１３８自体の特性および／または任意選択としての伝達装置１２０、好ましくは少なくとも１つのレンズ１２２のビーム成形特性により、縦方向光学センサ１３２の領域における光線１３８のビーム特性は、少なくとも一部が既知である。これにより、図５Ａに示すように、１つまたは複数の焦点１９４が現れるようになっていてもよい。焦点１９４においては、光線１３８のビームウェストまたは断面が最小値になるものと仮定してもよい。
【０３６２】
図５Ｂには、図５Ａの縦方向光学センサ１３２のセンサ領域１３６の上面図にて、該センサ領域１３６に衝突する光線１３８によって生成される光スポット１８４の変化を示している。図から分かる通り、焦点１９４の近くにおいて、光スポット１８４の断面が最小値になるものと仮定する。
【０３６３】
図５Ｃには、上述のＦｉＰ効果を示す縦方向光学センサ１３２を用いた場合について、図５Ｂの光スポット１８４の５つの断面に関する縦方向光学センサ１３２の光電流Ｉを示している。このように、例示的な一実施形態として、図５Ｂに示すスポット断面に関する５つの異なる光電流Ｉを通常のＤＳＣ装置、好ましくはｓＤＳＣ装置について示している。光電流Ｉは、光スポット１８４の断面の尺度である光スポット１８４の面積Ａの関数として示している。
【０３６４】
図５Ｃに見られるように、光電流Ｉは、すべての縦方向光学センサ１３２の照射の総パワーが同じであっても、光スポット１８４の断面積Ａおよび／またはビームウェストに対する大きな依存性等により、光線１３８の断面によって決まる。したがって、光電流は、光線１３８のパワーおよび光線１３８の断面の両者の関数である。
Ｉ＝ｆ（ｎ，ａ）
ここで、Ｉは、少なくとも１つの測定用抵抗の電圧および／またはアンペア等の任意の単位で測定した光電流等、各縦方向光学センサ１３２が与える光電流を表し、ｎは、センサ領域１３６に衝突する光子の総数および／またはセンサ領域１３６における光線の総パワーを表す。ａは、ビームウェスト、ビームの直径もしくは半径、または光スポット１８４の面積等の任意の単位で与えられる光線１３８のビーム断面を表す。一例として、ビーム断面は、光スポット１８４の１／ｅ２直径、すなわち、光スポット１８４の最大強度の１／ｅ２の強度を有する最大強度の第１の側の第１の点から同じ強度を有する最大強度の他側の点までの断面距離、により計算されるようになっていてもよい。ビーム断面を定量化する他の選択肢も実現可能である。
【０３６５】
図５Ｃの構成は、本発明に係る検出器１１０に使用可能な本発明に係る縦方向光学センサ１３２の光電流であって、上述のＦｉＰ効果を示している。これに対して、図５Ｃのグラフに対応する図５Ｄのグラフには、図５Ａと同じ構成の従来の光学センサの光電流を示している。一例として、この測定には、シリコン光検出器を使用するようにしてもよい。図から分かる通り、これら従来の測定結果において、検出器の光電流または光信号は、ビーム断面Ａに無関係である。
【０３６６】
したがって、検出器１１０の縦方向光学センサ１３２の光電流および／または他の種類の縦方向センサ信号を評価することによって、光線１３８を特性化するようにしてもよい。光線１３８の光学的特性は、各ビーコンデバイス２０４の検出器１１０からの距離によって決まるため、これらの縦方向センサ信号を評価することにより、光軸１１６に沿った物体１１２の位置すなわち縦方向座標またはｚ位置が決定されるようになっていてもよい。この目的のため、光電流Ｉと各ビーコンデバイス２０４の位置との間の１つまたは複数の既知の関係の使用等によって、縦方向光学センサ１３２の光電流が各ビーコンデバイス２０４の縦方向位置すなわちｚ位置に関する少なくとも１つの情報へと変換されるようになっていてもよい。これにより、一例として、焦点１９４の位置は、センサ信号を評価することにより決定されるようになっていてもよく、ｚ方向の焦点１９４と各ビーコンデバイス２０４の位置との間の相関を用いて、上述の情報が生成されるようになっていてもよい。この追加または代替として、縦方向センサ１３２のセンサ信号の比較により、光線１３８の拡がりおよび／または狭まりが評価されるようになっていてもよい。一例としては、１つまたは複数のガウスビームパラメータを用いることにより、ガウスの法則による光線１３８のビーム伝搬等の既知のビーム特性を仮定するようにしてもよい。
【０３６７】
さらに、複数の縦方向光学センサ１３２を用いることによって、単一の縦方向光学センサ１３２を用いる場合とは対照的に、別の利点が得られる。そこで、上記概説の通り、光線１３８の総パワーは一般的に、未知であってもよい。縦方向センサ信号は、最大値等に対して正規化することにより、光線１３８の総パワーと無関係にすることができ、また、光線１３８の総パワーと無関係の正規化光電流および／または正規化縦方向センサ信号を用いることにより、
Ｉｎ＝ｇ（Ａ）
という関係を使用するようにしてもい。
【０３６８】
また、複数の縦方向光学センサ１３２を用いることにより、縦方向センサ信号の曖昧さが解消されるようになっていてもよい。このため、図５Ｂの１番目と最後の像の比較および／または図５Ｂの２番目と４番目の像の比較および／または図５Ｃの対応する光電流の比較によって分かる通り、焦点１９４の前後の特定距離に位置決めされた縦方向光学センサ１３２によって、同じ縦方向センサ信号が得られるようになっていてもよい。光軸１１６に沿った伝播中に光線１３８が弱まる場合にも同様の曖昧さが生じるが、これは一般的に、経験および／または計算によって補正されるようになっていてもよい。このｚ位置の曖昧さを解消するため、複数の縦方向センサ信号は、焦点および最大値の位置を明確に示す。したがって、たとえば１つまたは複数の隣接する縦方向センサ信号との比較により、特定の縦方向光学センサ１３２が縦軸上の焦点の前後いずれに配置されているかが判定されるようになっていてもよい。
【０３６９】
図５Ｅには、縦方向センサ信号および上述のＦｉＰ効果が変調周波数によって決まる可能性を実証するため、ｓＤＳＣの代表例についての縦方向センサ信号を示している。この図においては、さまざまな変調周波数ｆに対して、短絡電流Ｉｓｃを任意の単位で縦方向センサ信号として縦軸に示している。横軸には、縦方向座標ｚを示している。マイクロメートルで与えられる縦方向座標ｚは、ｚ軸上の光線の集束位置が位置０で表され、横軸上のすべての縦方向座標ｚが光線の焦点までの距離として与えられるように選定している。その結果、光線のビーム断面が焦点からの距離によって決まることから、図５Ｅの縦方向座標は、任意の単位のビーム断面を示している。一例としては、縦方向座標を特定のビームウェストまたはビーム断面に変換するため、ビームパラメータが既知または決定可能であるガウス光線を仮定するようにしてもよい。
【０３７０】
この実験においては、光線のさまざまな変調周波数０Ｈｚ（無変調）、７Ｈｚ、３７７Ｈｚ、および７７７Ｈｚに対して、縦方向センサ信号が与えられている。図に見られるように、変調周波数０Ｈｚの場合は、ＦｉＰ効果が全く検出されないか、または、縦方向センサ信号のノイズから容易に識別できない非常に小さなＦｉＰ効果しか検出されない。変調周波数が高くなると、光線の断面に対する縦方向センサ信号の顕著な依存性が観測可能である。通常、本発明に係る検出器においては、０．３Ｈｚの変調周波数等、０．１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの範囲の変調周波数を使用するようにしてもよい。
【０３７１】
ただし、上述のＦｉＰ効果の強調および／または拡大のための図５Ｅに示す変調周波数は、検出器１１０へと光線１３８が進んでいく各ビーコンデバイス２０４の識別を目的とした光線１３８の任意選択としての別の変調とは異なっていてもよいことに留意するものとする。したがって、上記概説の通り、ビーコンデバイス２０４それぞれに対して、ビーコンデバイス２０４ごとに特徴的であるとともに縦方向光学センサ１３２のセンサ信号において認識可能な別の変調が行われるようになっていてもよい。このため、たとえばロックイン技術を用いた１つもしくは複数の帯域通過フィルタおよび／または他のフィルタリング技術の使用等によってセンサ信号からの特徴的な変調周波数をフィルタリングすることにより、一連のビーコンデバイス２０４のセンサ信号がそれぞれの特徴的な変調で分離されるようになっていてもよい。上記概説の通り、断続放出および／またはスペクトル分離等、他の分離技術を使用するようにしてもよい。ビーコンデバイス２０４の特徴的な変調は、好ましくは光線１３８がそれぞれのビーコンデバイス２０４に対して電子的に割り当て可能となるように選定されるようになっていてもよい。したがって、周波数を分離するとともに適正な割り当てを可能とするため、ビーコンデバイス２０４は、少なくとも１Ｈｚ、好ましくは１Ｈｚ〜１００Ｈｚだけ互いに離間した異なる変調周波数で変調されているのが好ましい。
【０３７２】
図６には、本発明に係る娯楽装置１９８の例示的な一実施形態として同時に具現化することまたはこのような娯楽装置１９８の構成要素とすることが可能な本発明に係るマンマシンインターフェース１９６の例示的な一実施形態を示している。さらに、マンマシンインターフェース１９６および／または娯楽装置１９８は、ユーザ２００ならびに／またはユーザ２００の１つもしくは複数の身体部位の方位を追跡するとともに、任意選択として、ユーザ２００ならびに／またはユーザ２００の１つもしくは複数の身体部位の位置を追跡するように構成された追跡システム１９９の例示的な一実施形態を構成していてもよい。これにより、ユーザ２００の身体部位のうちの１つまたは複数の運動が追跡されるようになっていてもよい。一般的に、上記システムおよび装置のほとんどの構成要素については、図１に関して上述した定義を参照可能である。
【０３７３】
一例としては、ここでも、たとえば、上述の実施形態のうちの１つまたは複数に従って、１つまたは複数の横方向光学センサ１３０および１つまたは複数の縦方向光学センサ１３２を備え得る１つまたは複数の光学センサ１１４を備えた、本発明に係る少なくとも１つの検出器１１０を有する少なくとも１つの検出装置１１１を設けることができる。さらに、たとえば任意選択としての伝達装置１２０の要素等、図６に示していない検出器１１０の別の要素も設けることができる。可能な一実施形態については、図１を参照可能である。さらに、１つまたは複数の照射光源１９２が設けられていてもよい。一般的に、検出器１１０のこれら可能な実施形態に関しては、たとえば上記説明を参照可能である。
【０３７４】
マンマシンインターフェース１９６は、図６にのみ示すように、ユーザ２００と機械２０２との間で少なくとも１つの情報を交換できるように設計可能である。たとえば、このマンマシンインターフェース１９６を用いることにより、制御コマンドおよび／または情報の単方向または双方向の交換が行われるようになっていてもよい。機械２０２は原理上、何らかの方法で制御および／または影響が可能な少なくとも１つの機能を有する任意所望の装置を備えることができる。図６に示すように、上記少なくとも１つの検出装置１１１の少なくとも１つの評価装置１４２および／またはその一部は、全体または一部が前記機械２０２に組み込み可能であるが、原理上は、全部または一部を機械２０２から独立して構成可能である。
【０３７５】
マンマシンインターフェース１９６は、たとえば検出装置１１１によって、ユーザ２００の少なくとも１つの形状情報を生成するように設計可能であるとともに、この形状情報を少なくとも１つの情報、特に少なくとも１つの制御コマンドに割り当てることができる。この目的のため、マンマシンインターフェース１９６は、検出装置１１１を用いることにより、ユーザ２００の少なくとも１つの方位を決定するように構成されている。この例示的な実施形態においては、上記概説の通り、制御要素１１３への組み込みまたは取り付けの少なくとも一方がなされた少なくとも２つ、より好ましくは少なくとも３つの複数のビーコンデバイス２０４を有し、ユーザ２００が取り扱い可能な物体１１２として作用する制御要素１１３が用いられる。したがって、制御要素１１３の方位を決定することにより、制御要素１１３を保持している腕および／または手の位置等、ユーザ２００の少なくとも１つの身体部位の方位が決定されるようになっていてもよい。この追加または代替として、異なる方法でのビーコンデバイス２０４のユーザ２００による保持および／またはユーザ２００への取り付け等、他の可能性も実現可能である。
【０３７６】
一例としては、検出装置１１１によって、ユーザ２００および／またはユーザ２００の身体部位の方位の移動および／または変化を識別可能である。たとえば、図６に示すように、ユーザ２００の手の移動および／または手の特定の姿勢が検出されるようになっていてもよい。この追加または代替として、１つまたは複数の検出器１１０を有する検出装置１１１により、ユーザ２００の他の種類の形状情報が検出されるようになっていてもよい。この目的のため、上記少なくとも１つの検出装置１１１によって、ユーザ２００ならびに／またはユーザ２００の１つもしくは複数の身体部位に関する１つもしくは複数の方位ならびに任意選択としての１つもしくは複数の位置ならびに／または１つもしくは複数の位置情報が識別されるようになっていてもよい。そして、たとえば対応するコマンドリストとの比較により、機械２０２への制御コマンドの付与および／または特定の情報の入力等、ユーザ２００が特定の入力を実現したいことを認識可能である。ビーコンデバイス２０４の取り付けおよび／または組み込みがなされ、ユーザ２００による取り扱いおよび／または着用が可能な制御要素１１３は、ユーザ２００の衣服、グローブ、および杖、バット、クラブ、ラケット、ステッキ、モデルガン等の玩具といったユーザ２００が動かす物品から成るリストから選択されるようになっていてもよい。上記概説の通り、ビーコンデバイス２０４はそれぞれ独立して、能動ビーコンデバイスおよび／または受動ビーコンデバイスとして具現化されていてもよい。したがって、図６に示すように、ビーコンデバイス２０４はそれぞれ独立して、１つもしくは複数の照射光源１９２ならびに／または１つもしくは複数の主光線２０６を反射する１つもしくは複数の反射要素を備えることにより、上記少なくとも１つの検出器１１０へと光線１３８を案内するようにそれぞれ構成されていてもよい。図６に示すとともに詳細に上述した通り、光線１３８はそれぞれ、各光線１３８を検出器１１０へと送信する各ビーコンデバイス２０４の識別に使用可能な少なくとも１つの一意の特徴的な特性等、少なくとも１つの特徴的な特性を有していてもよい。上記概説の通り、これらの特徴的な特性は、たとえばビーコンデバイス２０４ごとの異なる変調周波数ｆ１、ｆ２、およびｆ３を示唆していてもよい。
【０３７７】
上記構成および／または機械２０２は、たとえば図６に示す少なくとも１つのディスプレイ２０８および／または少なくとも１つのキーボード２１０等、本発明に従って必ずしも具現化される必要のない１つまたは複数の別のマンマシンインターフェースをさらに備えることができる。この追加または代替として、他の種類のマンマシンインターフェースが設けられていてもよい。機械２０２は原理上、パーソナルコンピュータ等、任意所望の種類の機械または機械の組み合わせが可能である。
【０３７８】
上記少なくとも１つの評価装置１４２ならびに／またはその１つもしくは複数の部分は、追跡システム１９９の追跡制御装置２０１としてさらに機能するようになっていてもよい。この追加または代替として、１つまたは複数の別のデータ評価装置等、１つまたは複数の別の追跡制御装置２０１が設けられていてもよい。追跡制御装置２０１は、１つもしくは複数の揮発性メモリならびに／または不揮発性メモリ等、１つまたは複数のデータメモリであってもよいし、このようなデータメモリを備えていてもよい。この少なくとも１つのデータメモリには、過去の軌跡を格納できるように、１つもしくは複数の物体１１２もしくは物体１１２の部分ならびに／またはユーザ２００および／もしくはユーザ２００の１つもしくは複数の身体部位の複数の連続した方位および／または位置が格納されていてもよい。この追加または代替として、計算、外挿、またはその他任意の適当なアルゴリズム等により、将来の軌跡が予測されるようになっていてもよい。一例として、物体１１２またはその一部の過去の軌跡を将来の値まで外挿することにより、物体１１２またはその一部の将来の方位および／または将来の位置および／または将来の軌跡のうちの少なくとも１つを予測するようにしてもよい。
【０３７９】
娯楽装置１９８の背景において、前記機械２０２は、特にディスプレイ２０８上での少なくとも１つのグラフィック表示と、任意選択として対応する音声出力とを伴う少なくとも１つのゲーム等、たとえば少なくとも１つの娯楽機能を実行するように設計可能である。ユーザ２００は、たとえばマンマシンインターフェース１９６ならびに／または１つもしくは複数の他のインターフェースを介して、少なくとも１つの情報を入力可能であり、娯楽装置１９８は、この情報に従って娯楽機能を変更するように設計されている。一例としては、検出装置１１１によって認識可能なユーザ２００ならびに／またはユーザ２００の１つもしくは複数の身体部位ならびに／または少なくとも１つの制御要素１１３の対応する動きにより、ゲーム中の仮想人物等の１つもしくは複数の仮想物品の特定の動きならびに／またはゲーム中の仮想車両の動きが制御されるようになっていてもよい。また、上記少なくとも１つの検出装置１１１によって、ユーザ２００による少なくとも１つの娯楽機能の他の種類の制御も可能である。
【０３８０】
図７〜図１０には、取り付けまたは組み込みを行ったビーコンデバイス２０４により少なくとも１つの物体１１２、具体的には制御要素１１３の方位を決定するためのさまざまな可能性を示している。したがって、上記概説の通り、本発明に係る検出装置１１１および／または方法を用いることにより、ビーコンデバイス２０４それぞれの少なくとも縦方向座標を決定することによって、物体１１２の方位が決定される。一般的には、ビーコンデバイス２０４のうちの少なくとも１つ、好ましくはビーコンデバイス２０４のうちの２つ以上、最も好ましくはビーコンデバイス２０４のすべてに関して、各ビーコンデバイス２０４の座標一式が決定され、ビーコンデバイス２０４の少なくとも縦方向座標、好ましくは横方向座標等のビーコンデバイス２０４のその他の座標も用いて、検出器１１０の座標系における物体１１２の方位が決定される。その結果、検出装置１１１は、上述の実施形態において説明した通り、縦方向光学センサ１３２のうちの１つまたは複数と、任意選択として、好ましくはこれに追加して、たとえば上述の実施形態のうちの１つまたは複数において説明した少なくとも１つの横方向光学センサ１３０等、少なくとも１つの横方向光学センサ１３０とを備えていてもよい。
【０３８１】
図７には、物体１１２の方位を決定するための一般的な例を開示している。ここで、制御装置１１３等の物体１１２は、物体１１２の座標系２１２において位置Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３に配置された少なくとも２つ、より好ましくは少なくとも３つのビーコンデバイス２０４を備える。一例として、座標系２１２は、デカルト座標系であってもよい。ただし、この追加または代替として、他の種類の座標系を使用するようにしてもよい。一例として、図７に示すように、制御要素１１３は、ゴルフクラブの形状であってもよく、ビーコンのうちの１つ（Ｌ２）が座標系２１２の原点に配置されている。別のビーコン２０４（Ｌ１）は、座標系２１２のｙ’軸上に配置され、３つ目のビーコン２０４（Ｌ３）は、座標系２１２のｘ’軸上に配置されている。
【０３８２】
図７に示すように、上記開示の方法を使用するとともに、ビーコンデバイス２０４から検出装置１１０まで進む光線１３８を解析することによって、検出器１１０の座標系２１４におけるビーコンデバイス２０４の少なくとも縦方向座標（ｚ座標）が決定されるようになっていてもよい。また、図７に示すように、これらの縦方向座標間で異なる値（Δｚ１、Δｚ２、およびΔｚ３で示す）を構成することによって、物体１１２の方位が決定されるようになっていてもよい。これにより、一例としては、検出器１１０の座標系２１４において、ビーコンデバイスＬ１が座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を有し、ビーコンデバイスＬ２が座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を有し、Ｌ３が座標（ｘ３，ｙ３，ｚ３）を有していてもよい。このうち、検出器１１０によってｚ座標のみを決定する場合は通常、これらの縦方向座標があれば、物体１１２の方位を決定するのに十分である。このため、座標差Δｚ１＝ｚ２−ｚ１、Δｚ２＝ｚ３−ｚ２、およびΔｚ３＝ｚ３−ｚ１によって、物体１１２の方位を決定することができる。一例として、Δｚ１＝０かつΔｚ２＞０の場合は、物体１１２が角度ｓｉｎα＝Δｚ２／ｘ３だけ座標系２１４のｙ軸に関して傾斜しているという簡単な三角法の関係によって決定されるようになっていてもよい。他の形状関係についても、ある程度容易に決定可能である。結果として、座標系２１４における物体１１２の方位が決定されるとともに、座標系２１２の座標から座標系２１４の座標への変換またはこの逆の変換を行う適当な座標変換が実行されるようになっていてもよい。
【０３８３】
図８Ａ〜図８Ｄには、検出器１１０の座標系２１４において、物体１１２の方位および任意選択として物体１１２の空間的位置を決定可能な座標変換の一例を開示している。この目的のため、検出器１１０の座標系２１４において、検出器１１０を用いることにより、ビーコンデバイス２０４の座標
0006440696.tif 000015
が決定される。このため、上記概説の通り、ビーコンデバイス２０４は、それぞれ異なる変調周波数ｆ１、ｆ２、およびｆ３を有する光線１３８を提供するように構成されていてもよい。
【０３８４】
この例示的な実施形態において、物体１１２の相対的な方位は、Ψ（ヨー角）、Θ（ピッチ角）、およびΦ（ロール角）という３つの角度によって決まる。物体１１２の絶対的な位置は、座標
0006440696.tif 000016
のうちの１つまたは複数等、１つまたは複数の絶対座標で決定されるようになっていてもよい。例示的な一実施形態においては、角度Ψ、Θ、およびΦを図８Ａに示している。
【０３８５】
まず、座標
0006440696.tif 000017
を用いることによって、以下のように、一連の固有ベクトルＹｅ、Ｚｅと、正規化法線ベクトルｎと、が決定されるようになっていてもよい（Ｙｅ、Ｚｅ、ｎのベクトル矢印を省略して記載）。
【数２】
0006440696.tif 000018
【数３】
0006440696.tif 000019
【数４】
0006440696.tif 000020
【０３８６】
法線ベクトルｎ（ベクトル矢印を省略して記載）は、物体１１２の座標系２１２のロール軸ｘ’に対応する。
【０３８７】
図８Ｃに見られるように、座標系２１４のｘ，ｙ平面上へのロール軸の投射によって、以下のベクトルが得られる。
【数５】
0006440696.tif 000021
【０３８８】
これにより、ヨー角Ψが以下のように決定されるようになっていてもよい。
Ψ＝ａｒｃｔａｎ（ｎｘ／ｎｙ）
【０３８９】
同様に、ピッチ角Θは、ロール軸のｚ座標から決定されるようになっていてもよい。
Θ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎｚ）
【０３９０】
図８Ｄに示すように、ロール角Φは、以下のスカラー積を用いて決定されるようになっていてもよい。
【数６】
0006440696.tif 000022
【数７】
0006440696.tif 000023
【０３９１】
ここで、ロール角Φが曖昧でないことに留意する必要がある。
【数８】
0006440696.tif 000024
【０３９２】
スカラー積およびベクトル積においては、いずれの場合も、正規化ベクトル（値１に正規化）を挿入する必要がある。
【０３９３】
したがって、検出器１１０およびビーコンデバイス２０４の座標を用いることにより、物体１１２の方位と、任意選択として付加的に、物体１１２の位置とが明確に記述されるようになっていてもよい。
【０３９４】
図９には、ビーコンデバイス２０４が２つだけの状況を示している。この場合は、検出器１１０を用いることにより、ビーコンデバイス２０４の座標
0006440696.tif 000025
が決定されるようになっていてもよい。この場合、物体１１２に関する方位情報は、ヨー角Ψおよびピッチ角Θへと少なくなっている。
【０３９５】
この場合も、正規化方向ベクトルを用いることにより、
【数９】
0006440696.tif 000026
であり、ヨー角Ψおよびピッチ角Θは、以下のように導出されるようになっていてもよい。
Ψ＝ａｒｃｔａｎ（ｎｘ／ｎｙ）
Θ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎｚ）
【０３９６】
上記概説の通り、物体２１２は、検出システム１１５の一部である。したがって、一般的には、物体自体および／またはビーコンデバイス２０４の配置が影響を受ける可能性がある。結果として、ビーコンデバイス２０４の位置および配置は、物体１１２の方位を決定するアルゴリズムを簡単化できるように選定されていてもよい。図１０に関して概説するこの一般的な選択肢は通常、本発明の任意の実施形態に適用可能である。
【０３９７】
したがって、図１０に示すように、本実施形態および他の実施形態においては、ビーコンデバイスが以下のうちの１つまたは複数となるように該ビーコンデバイスを位置決めするのが有効となり得る。
−三角形に配置され、該三角形配置が直角三角形を構成すること。
−三角形に配置され、該三角形配置が二等辺三角形を構成すること。
−直角配置であって、該直角配置が直角二等辺三角形を構成すること。
【０３９８】
４つ以上のビーコンデバイスが存在する場合は、これらビーコンデバイスのうちの少なくとも３つが上述の条件を満足するようにしてもよい。
【０３９９】
図１０に示す例示的な実施形態においては、ビーコンデバイスが三角形に配置され、該三角形が直角二等辺三角形を構成し、Ｌ１が三角形の頂点を構成するとともに、Ｌ２およびＬ３がそれぞれＬ１から距離Ｄに配置されている。
【０４００】
これらＦ１からの既知で等しいＦ２およびＦ３の距離によって、座標決定の冗長性および精度が高くなる。したがって、Ｌ２は、以下のように計算されるようになっていてもよい。
【数１０】
0006440696.tif 000027
ただし、以下とする。
【数１１】
0006440696.tif 000028
【０４０１】
結果として、
0006440696.tif 000029
と、ΔｘおよびΔｚ（上記概説の通り）、ΔｘおよびΔｙ、ならびにΔｙおよびΔｚ、から成る群から選択可能な一対の距離とで表されるようになっていてもよい。この事実を用いることにより、ビーコンＦ２の座標ｘ２、ｙ２、およびｚ２の直接測定の精度を高くするようにしてもよい。ビーコンデバイスＦ３についても、同様に表されるようになっていてもよい。
【０４０２】
このように、本発明は、さまざまに利用可能な空間中の物体１１２の方位を決定するための多くの可能な実施形態を提供する。
【０４０３】
上記概説の通り、検出システム１１５は、さまざまに具現化されていてもよく、手持ち式の装置等の独立した装置として検出器１１０および／または検出装置１１１が具現化されていてもよい。具体的には、図１１の検出システム１１５の例示的な一実施形態に示すように、検出器１１０が物品２１８に取り付けられていてもよい。これにより、一例として、検出器１１０は、固定または移動物品２１８に取り付けられていてもよい。例示的な一実施形態として、物品２１８は、テレビ受像機２２０または仮想アーチェリーのターゲットとして具現化されていてもよい。
【０４０４】
上記少なくとも２つのビーコンデバイス２０４の取り付けおよび／または上記少なくとも２つのビーコンデバイス２０４の組み込みがなされた物体１１２は具体的に、検出器１１０を指向可能なポインタ２２２として具現化されていてもよい。
【０４０５】
たとえば、少なくとも１つの横方向光学センサ１３０および／または少なくとも１つの縦方向光学センサ１３２を備えた検出器１１０は具体的に、全部または一部が透明な検出器１１０として具現化されていてもよい。したがって、物品２１８は具体的に、全部または一部が検出器１１０を通して視認可能であってもよい。たとえば、検出器１１０は、テレビ受像機２２０のスクリーン等、物品２１８の前面に接着適用できる透明な検出器箔２２４として全部または一部が具現化されていてもよい。したがって、ポインタ２２２でテレビ受像機２２０のスクリーンを指向することにより、２つ以上の光スポット２２６が検出器１１０上に生成されるようになっていてもよい。上述の横方向光学センサ１３０のｘ−ｙ検出技術を用いることにより、ポインタ２２２の横方向座標が決定されるようになっていてもよい。この追加または代替として、ＦｉＰ効果および上記少なくとも１つの縦方向光学センサ１３２を用いて光スポット２２６ならびに／またはそれぞれの直径もしくは等価直径を評価することにより、ポインタ２２２の縦方向座標が決定されるようになっていてもよい。上記少なくとも１つの縦方向座標には、絶対座標および／または縦方向位置の変化に関する情報を含んでいてもよい。これにより、ポインタ２２２から検出器１１０へと進む光線１３８のうちの１つまたは複数は、直径が徐々に大きくなる発散光線であってもよい。上記少なくとも１つの縦方向光学センサ１３２のセンサ信号を評価することにより、直径の増加ひいてはポインタ２２２と検出器１１０との間の距離の増加が決定されるようになっていてもよい。
【符号の説明】
【０４０６】
１１０  検出器
１１１  検出装置
１１２  物体
１１３  制御要素
１１４  光学センサ
１１５  検出システム
１１６  光軸
１１８  ハウジング
１２０  伝達装置
１２２  レンズ
１２４  開口
１２６  視野方向
１２８  座標系
１３０  横方向光学センサ
１３２  縦方向光学センサ
１３４  縦方向光学センサスタック
１３６  センサ領域
１３８  光線
１４０  横方向信号線
１４２  評価装置
１４４  最後の縦方向光学センサ
１４６  縦方向信号線
１４８  横方向評価ユニット
１５０  縦方向評価ユニット
１５２  位置情報
１５４  データ処理装置
１５６  変換ユニット
１５８  基板
１６０  第１の電極
１６２  遮断層
１６４  ｎ半導体金属酸化物
１６６  色素
１６８  ｐ半導体有機材料
１７０  第２の電極
１７２  被包
１７４  電極コンタクト
１７６  部分電極
１７８  ｘ部分電極
１８０  ｙ部分電極
１８２  導体線
１８４  光スポット
１８６  像
１８８  導電性ポリマー
１９０  上面コンタクト
１９２  照射光源
１９４  焦点
１９６  マンマシンインターフェース
１９８  娯楽装置
１９９  追跡システム
２００  ユーザ
２０１  追跡制御装置
２０２  機械
２０４  ビーコンデバイス
２０６  主光線
２０８  ディスプレイ
２１０  キーボード
２１２  物体の座標系
２１４  検出器の座標系
２１６  運動センサ
２１８  物品
２２０  テレビ受像機
２２２  ポインタ
２２４  透明な検出器箔
２２６  光スポット
【図１】
0006440696.tif 000030
【図２Ａ】
0006440696.tif 000031
【図２Ｂ】
0006440696.tif 000032
【図３Ａ】
0006440696.tif 000033
【図３Ｂ】
0006440696.tif 000034
【図３Ｃ】
0006440696.tif 000035
【図３Ｄ】
0006440696.tif 000036
【図４Ａ】
0006440696.tif 000037
【図４Ｂ】
0006440696.tif 000038
【図４Ｃ】
0006440696.tif 000039
【図５Ａ】
0006440696.tif 000040
【図５Ｂ】
0006440696.tif 000041
【図５Ｃ】
0006440696.tif 000042
【図５Ｄ】
0006440696.tif 000043
【図５Ｅ】
0006440696.tif 000044
【図６】
0006440696.tif 000045
【図７】
0006440696.tif 000046
【図８Ａ】
0006440696.tif 000047
【図８Ｂ】
0006440696.tif 000048
【図８Ｃ】
0006440696.tif 000049
【図８Ｄ】
0006440696.tif 000050
【図９】
0006440696.tif 000051
【図１０】
0006440696.tif 000052
【図１１】
0006440696.tif 000053