(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の横方向光センサ（１３０）と、１つ以上の縦方向光センサ（１３２）と、１つ以上の評価装置（１４２）と、を備える、１つ以上の物体（１１２）の位置を決定するための検出器（１１０）であって、
前記横方向光センサ（１３０）は、前記物体（１１２）から前記検出器（１１０）へと伝播する１つ以上の光ビーム（１３８）の横方向位置を決定するように適合されており、前記横方向位置は、前記検出器（１１０）の光軸（１１６）に垂直な１つ以上の次元における位置であり、前記横方向光センサ（１３０）は１つ以上の横方向センサ信号を形成するように適合されており、
前記横方向光センサ（１３０）は、１つ以上の第１電極（１６０）と、１つ以上の第２電極（１７０）と、１つ以上の光起電力材料層（１６４、１６６、１６８）と、を含む光検出器であり、
前記光起電力材料層（１６４、１６６、１６８）は、少なくとも１つの有機材料を含み、
前記１つ以上の縦方向光センサ（１３２）は、１つ以上のセンサ領域（１３６）を有しており、前記縦方向光センサ（１３２）は、前記光ビーム（１３８）による前記センサ領域（１３６）の照射に依存して１つ以上の縦方向センサ信号を形成するように設計されており、前記縦方向センサ信号は、前記照射の合計出力が同一の場合、前記センサ領域（１３６）内の前記光ビーム（１３８）のビーム断面に依存しており、
前記評価装置（１４２）は、前記横方向センサ信号を評価することにより、前記物体（１１２）の横方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成し、かつ、前記縦方向センサ信号を評価することにより、前記物体（１１２）の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成するように設計されており、
前記第２電極（１７０）は、２つ以上の部分電極（１７６）を含む分割電極である、
ことを特徴とする検出器（１１０）。
【請求項２】
前記光起電力材料層（１６４、１６６、１６８）は前記第１電極（１６０）と前記第２電極（１７０）との間に設けられており、
前記光起電力材料層（１６４、１６６、１６８）は、光による前記光起電力材料層（１６４、１６６、１６８）の照射に応じて電荷を形成するように適合されており、
前記横方向光センサ（１３０）はセンサ領域（１３６）を有しており、
前記１つ以上の横方向センサ信号は、前記センサ領域（１３６）内の前記光ビーム（１３８）の位置を示す、
請求項１記載の検出器（１１０）。
【請求項３】
前記部分電極（１７６）を通る電流は、前記センサ領域（１３６）内の前記光ビーム（１３８）の位置に依存しており、
前記横方向光センサ（１３０）は、前記部分電極（１７６）を通る電流に応じて前記横方向センサ信号を形成するように適合されている、
請求項２記載の検出器（１１０）。
【請求項４】
前記検出器（１１０）は、前記各部分電極（１７６）を通る電流の１つ以上の比から、前記物体（１１２）の横方向位置についての情報を得るように適合されている、
請求項３記載の検出器（１１０）。
【請求項５】
前記検出器は、色素増感太陽電池である、
請求項２から４のいずれか１項記載の検出器（１１０）。
【請求項６】
前記第１電極（１６０）は、少なくとも部分的に１種以上の透明導電性酸化物で作製されており、
前記第２電極（１７０）は、少なくとも部分的に導電性ポリマー（１８８）で作製されている、
請求項２から５のいずれか１項記載の検出器（１１０）。
【請求項７】
前記横方向光センサ（１３０）および前記縦方向光センサ（１３２）の少なくとも一方は、透明な光センサである、
請求項１から６のいずれか１項記載の検出器（１１０）。
【請求項８】
前記横方向光センサ（１３０）および前記縦方向光センサ（１３２）は、前記光軸（１１６）に沿って伝播する光ビーム（１３８）が、前記横方向光センサ（１３０）および前記縦方向光センサ（１３２）の両方に当たるように、前記光軸（１１６）に沿ってスタックされている、
請求項１から７のいずれか１項記載の検出器（１１０）。
【請求項９】
前記縦方向光センサ（１３２）は、１つ以上の色素増感太陽電池を含む、
請求項１から８のいずれか１項記載の検出器（１１０）。
【請求項１０】
前記縦方向光センサ（１３２）は、１つ以上の第１電極（１６０）と、１つ以上のｎ型半導体金属酸化物層（１６４）と、１種以上の色素（１６６）と、１つ以上のｐ型半導体有機材料層（１６８）と、１つ以上の第２電極（１７０）と、を含む、
請求項９記載の検出器（１１０）。
【請求項１１】
前記第１電極（１６０）および前記第２電極（１７０）は、いずれも透明である、
請求項１０記載の検出器（１１０）。
【請求項１２】
前記評価装置（１４２）は、前記照射の幾何形状と、前記検出器（１１０）に対する前記物体（１１２）の相対位置と、の間の１つ以上の所定の関係から、前記物体（１１２）の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成するように設計されている、
請求項１から１１のいずれか１項記載の検出器（１１０）。
【請求項１３】
１つ以上の照射源（１９２）をさらに含む、
請求項１から１２のいずれか１項記載の検出器（１１０）。
【請求項１４】
前記検出器（１１０）は、スタックされた複数の縦方向光センサ（１３２）を含む、
請求項１から１３のいずれか１項記載の検出器（１１０）。
【請求項１５】
前記縦方向光センサ（１３２）は、前記物体（１１２）からの光ビーム（１３８）が全ての縦方向光センサ（１３２）を照射するように配置されており、
１つ以上の縦方向センサ信号が、各縦方向光センサ（１３２）によって形成され、
前記評価装置（１４２）は、前記縦方向センサ信号を正規化し、かつ、前記光ビーム（１３８）の強度に独立に、前記物体（１１２）の縦方向位置についての前記情報を形成するように適合されている、
請求項１４記載の検出器（１１０）。
【請求項１６】
最後列の縦方向光センサ（１４４）は、前記光ビーム（１３８）が前記最後列の縦方向光センサ（１４４）に当たるまで、前記最後列の縦方向光センサ（１４４）を除く全ての他の縦方向光センサ（１３２）を前記光ビーム（１３８）が照射するように配置されており、
前記最後列の縦方向光センサ（１４４）は、前記光ビーム（１３８）に対して不透明である、
請求項１４または１５記載の検出器（１１０）。
【請求項１７】
２つ以上の光センサからなる前記スタックが、油、液体または固体材料からなる群から選択される１種以上の材料中に部分的にまたは完全に沈められている、
請求項１４から１６のいずれか１項記載の検出器（１１０）。
【請求項１８】
前記１つ以上の横方向光センサまたは前記１つ以上の縦方向光センサからなる群から選択される１つ以上のセンサは、２つ以上の異なる透明基板を用いている、
請求項１から１７のいずれか１項記載の検出器（１１０）。
【請求項１９】
前記検出器（１１０）は、１つ以上のイメージング装置（１５７）をさらに含む、
請求項１から１８のいずれか１項記載の検出器（１１０）。
【請求項２０】
前記検出器（１１０）は、１つ以上の感光性要素（１６１）をさらに含む、
請求項１から１９のいずれか１項記載の検出器（１１０）。
【請求項２１】
前記感光性要素（１６１）は、カラーホイール（１６３）、カラードラム、または、楕円偏光フィルムを用いたフィルタホイールからなる群から選択される１つ以上の要素を含む、
請求項２０記載の検出器（１１０）。
【請求項２２】
評価装置（１４２）は、前記１つ以上の縦方向センサ信号から前記光ビーム（１３８）の直径を決定することにより、前記物体（１１２）の縦方向位置についての前記情報の１つ以上の要素を形成するように適合されている、
請求項１から２１のいずれか１項記載の検出器（１１０）。
【請求項２３】
前記評価装置（１４２）は、前記光ビーム（１３８）の直径を、前記光ビーム（１３８）の既知のビーム特性と比較し、これにより、前記物体（１１２）の縦方向位置についての前記情報の１つ以上の要素を決定するように適合されている、
請求項２２記載の検出器（１１０）。
【請求項２４】
前記縦方向光センサ（１３２）は、前記照射の合計出力が同一の場合、前記縦方向センサ信号が前記照射の変調の変調周波数に依存するようにさらに設計されている、
請求項１から２３のいずれか１項記載の検出器（１１０）。
【請求項２５】
ユーザ（２００）とマシンとの間で情報の１つ以上の要素を交換するためのヒューマンマシンインタフェース（１９６）であって、
前記ヒューマンマシンインタフェース（１９６）は、請求項１から２４のいずれか１項記載の１つ以上の検出器（１１０）を含み、
前記ヒューマンマシンインタフェース（１９６）は、前記検出器（１１０）によって前記ユーザ（２００）の幾何情報の１つ以上の要素を形成するように設計されており、
前記ヒューマンマシンインタフェース（１９６）は、前記幾何情報に情報の１つ以上の要素を割り当てるように設計されている、
ことを特徴とするヒューマンマシンインタフェース（１９６）。
【請求項２６】
１つ以上のエンタテインメント機能を実行するためのエンタテインメント装置（１９８）であって、
前記エンタテインメント装置（１９８）は、１つ以上の請求項２５に記載のヒューマンマシンインタフェース（１９６）を含み、
前記エンタテインメント装置（１９８）は、前記ヒューマンマシンインタフェース（１９６）によってプレーヤが情報の１つ以上の要素を入力可能であるよう設計されており、
前記エンタテインメント装置（１９８）は、前記情報に応じて前記エンタテインメント機能を変化させるよう設計されている、
ことを特徴とするエンタテインメント装置（１９８）。
【請求項２７】
１つ以上の可動な物体（１１２）の位置を追跡するための追跡システム（１９９）であって、
前記追跡システム（１９９）は、請求項１から２４のいずれか１項に記載の１つ以上の検出器（１１０）を含み、
前記追跡システム（１９９）は、１つ以上の追跡コントローラ（２０１）をさらに含み、
前記追跡コントローラ（２０１）は、前記物体（１１２）の一連の位置を追跡するように適合されており、
前記各位置は特定の時点における前記物体（１１２）の横方向位置についての情報の１つ以上の要素、および、特定の時点における前記物体（１１２）の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を含む、
ことを特徴とする追跡システム。
【請求項２８】
１つ以上の物体（１１２）をイメージングするためのカメラ（１１１）であって、
前記カメラ（１１１）は、請求項１〜２４のいずれか１項記載の検出器（１１０）を１つ以上含む、
ことを特徴とするカメラ（１１１）。
【請求項２９】
１つ以上の物体（１１２）の位置を決定する方法であって、
検出器（１１０）の１つ以上の横方向光センサ（１３０）を用い、但し、前記横方向光センサ（１３０）が前記物体（１１２）から前記検出器（１１０）へ伝播する１つ以上の光ビーム（１３８）の横方向位置を決定し、前記横方向位置は、前記検出器（１１０）の光軸（１１６）に垂直な１つ以上の次元における位置であり、前記横方向光センサ（１３０）は、１つ以上の横方向センサ信号を形成し、
前記横方向光センサ（１３０）は、１つ以上の第１電極（１６０）と、１つ以上の第２電極（１７０）と、１つ以上の光起電力材料層（１６４、１６６、１６８）と、を含む光検出器であり、
前記光起電力材料層（１６４、１６６、１６８）は、少なくとも１つの有機材料を含み、
前記検出器（１１０）の１つ以上の縦方向光センサ（１３２）を用い、但し、前記縦方向光センサ（１３２）は、１つ以上のセンサ領域（１３６）を有しており、前記縦方向光センサ（１３２）は、光ビーム（１３８）による前記センサ領域（１３６）の照射に依存して１つ以上の縦方向センサ信号を形成し、前記縦方向センサ信号は、前記照射の合計出力が同一の場合、前記センサ領域（１３６）内の前記光ビーム（１３８）のビーム断面に依存し、
１つ以上の評価装置（１４２）を用い、但し、前記評価装置（１４２）は、前記横方向センサ信号を評価することにより、前記物体（１１２）の横方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成し、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、前記物体（１１２）の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素をさらに形成し、
前記第２電極（１７０）は、２つ以上の部分電極（１７６）を含む分割電極である、
ことを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項１から２４のいずれか１項記載の検出器（１１０）の使用を含む、距離測定のための方法。
【請求項３１】
請求項１から２４のいずれか１項記載の検出器（１１０）の使用を含む、位置測定のための方法。
【請求項３２】
請求項１から２４のいずれか１項記載の検出器（１１０）の使用を含む、物体追跡のための方法。
【請求項３３】
請求項１から２４のいずれか１項記載の検出器（１１０）の使用を含む、エンタテインメントのための方法。
【請求項３４】
請求項１から２４のいずれか１項記載の検出器（１１０）の使用を含む、カメラ画像を得るための方法。
【請求項３５】
請求項１から２４のいずれか１項記載の検出器（１１０）の使用を含む、ヒューマンマシンインタフェース（１９６）を提供するための方法。
【請求項３６】
請求項１から２４のいずれか１項記載の検出器（１１０）の使用を含む、マッピングのための方法。
【請求項３７】
請求項１から２４のいずれか１項記載の検出器（１１０）の使用を含み、距離測定、位置測定および追跡用途の１つ以上を含む、マシン処理の自動化のための方法。
【請求項３８】
請求項１から２４のいずれか１項記載の検出器（１１０）の使用を含む、高精細計測のための方法。
【請求項３９】
請求項１から２４のいずれか１項記載の検出器（１１０）の使用を含む、製造部品のモデリングのための方法。
【請求項４０】
請求項１から２４のいずれか１項記載の検出器（１１０）の使用を含む、医療手術のための方法。
【請求項４１】
前記導電性ポリマー（１８８）は、透明導電性ポリマー（１８８）である、
請求項６記載の検出器（１１０）。
【請求項４２】
前記１つ以上のｐ型半導体有機材料層（１６８）は、固体ｐ型半導体有機材料層（１６８）である、
請求項１０記載の検出器（１１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つ以上の物体の位置を決定するための検出器に関する。さらに、本発明は、ヒューマンマシンインタフェース、エンタテインメント装置、追跡装置およびカメラに関する。さらに、本発明は、１つ以上の物体の位置を光学的に決定するための方法および検出器の種々の使用に関する。このような装置、方法および使用は、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、医療技術の様々な分野または科学において用いることができる。付加的にまたは代替的に、本願は、たとえば、１つ以上の部屋、１つ以上の建物または１つ以上の街路のマップを形成するための空間マッピングに用いることができる。しかし、他の用途も基本的に可能である。
【背景技術】
【０００２】
多くの光センサおよび光起電力装置が従来技術において知られている。光起電力装置は、一般的に電磁放射たとえば紫外光、可視光または赤外光を電気信号または電気エネルギーに変換するために用いられ、光検出器は、概して、画像情報をピックアップするため、および／または、１つ以上の光学パラメタたとえば輝度を検出するために用いられている。
【０００３】
有機および／または無機光センサ材料に一般的に基づきうる多くの光センサが従来技術において知られている。このようなセンサの例は、特許文献１〜４または他の多数の従来技術文献に開示されている。特にコスト的理由および大面積処理の理由において、１つ以上の有機センサ材料を含むセンサが次第に広く用いられており、たとえば、特許文献１に記載されている。特に、所謂色素太陽電池の重要性が増しており、これについては、たとえば、特許文献５に概略的に記載されている。
【０００４】
別の例として、特許文献６には、フッ素化対アニオンを有するキノリン色素と、フッ素化対アニオンを有するこの種のキノリン色素で増感された酸化物半導体微粒子でできた多孔性膜を含む電極層と、この種の電極層を含む光電変換装置と、この種の光電変換装置を含む色素増感太陽電池とが開示されている。
【０００５】
この種の光センサに基づく、１つ以上の物体を検出するための検出器が多く知られている。このような検出器は、それぞれの使用目的に依存して、多様なやり方で実現可能である。このような検出器の例は、イメージング装置、たとえばカメラおよび／または顕微鏡である。高解像度の共焦点顕微鏡で、たとえば、特に、高い光学解像度で生物サンプルを検査するため、医用技術および生物学の分野で使用可能なものが知られている。１つ以上の物体を光学的に検出するための検出器の他の例は、たとえば、対応する光学信号たとえばレーザパルスの伝播時間法に基づいた距離測定装置である。物体を光学的に検出するための他の例は、距離測定を同様に実行可能な三角測量システムである。
【０００６】
物体を光学的に検出するためのこのような既知の検出器および方法を進めると、多くの場合、十分な精度でこの物体検出を行うためには、かなりの技術的経費が必要となることが確実である。
【０００７】
たとえば、顕微鏡において、光ビームの正確な焦点を得るためおよび／またはイメージングされるサンプルに関する深度情報を得るため、装置に関してかなりの経費が必要とされる。
【０００８】
深度検出を記録するための別の例は、信号を放射し、１つ以上の物体によって生じる信号の反射を測定することによって通常機能するアクティブセンサである。アクティブセンサは、特に、コンピュータのビジョンに関連した用途において広く用いられている。非特許文献１には、赤外線（ＩＲ）の点パターンを１つ以上の物体上に投射し、ＩＲカメラの使用によりその反射パターンを測定する深度センサが記載されている。この論文によれば、著者らは、この深度センサが、特にこの種の手順の実行に必要とされる多量の計算力のために、装置が電源オンされてから信頼できる深度振動が得られるまで約３０秒の整定時間が必要であることを観察している。同じく、深度センサが回転され、異なるシーンに対して高速に向けられる際の、同様の整定時間が観察される。
【０００９】
別の問題は、複数のアクティブセンサを、特に測定範囲を拡げるための、深度情報を得るために用いる時に生じる。１つ以上の異なるまたは同一のアクティブセンサから生じる信号が重なるとすぐ、信号源は識別不可能となり、これにより、信号が重なる領域において、深度情報が記録できなくなる。同様の問題は、複数のアクティブセンサが互いに向かい合うときに生じる。特に、光センサの測定ボリュームはほぼ円錐として記述可能であるため、多くの測定ボリュームは多数のアクティブセンサによってカバーされ、しかしこれは、ボリュームの重なり、すなわち、カバーされていない領域を生じさせる。
【００１０】
対して、距離測定は、多くの場合、技術的に不十分な仮定、たとえば、イメージング評価における物体の特定のサイズの推定に基づいている。一方で、他の方法は、複雑なパルスシーケンス、たとえば、レーザパルスによる距離測定に基づいている。また別の方法は、複数の検出器、たとえば、三角測量法の使用に基づいている。
【００１１】
特許文献７には、有機太陽電池の構成が開示されている。入射光に応じて光電流が生じる。さらに、有機太陽電池の製造方法が開示されている。これには、欠陥またはトラップが有機太陽電池の効率を減少させうるという事実について言及されている。
【００１２】
種々の位置検出器が従来技術で知られている。すなわち、特許文献８には、距離測定装置が開示されている。これにおいては、検出器と陰形成要素を用いることにより、物体の陰の形成が距離に依存しているという事に基づいて、物体と検出器との間の距離が決定される。特許文献９には、光学位置検出器が開示されている。伝送系の位置が種々の既知の距離および測定角度によって決定される。特許文献１０には、距離測定装置が開示されている。この測定装置は、異なる波長を有する複数の発光ダイオードを使用する。特許文献１１には、幾何原理の使用に基づく位置検出器が開示されている。さらに、特許文献１２には、ホログラフィに用いられる光学構成と同様の複雑な光学構成が開示されている。
【００１３】
特許文献１３には、光学測定およびイメージングのための装置および方法が開示されている。これにおいては、光軸に沿って伝播する反射光と軸を外れて伝播する反射光との比が、異なる光検出器およびディバイダを用いることにより決定される。この原理を用いることにより、サンプルにおける凹みが検出できる。
【００１４】
特許文献１４には、複数のコンポーネントを有する検出器の使用によって目標物体の範囲が決定される。検出器は、レンズの焦平面から離れて配置される。物体からの光の光点のサイズは物体の範囲と共に変化し、すなわち、物体の範囲に依存している。異なる光検出器を用いることにより、光点のサイズすなわち物体の範囲を、光検出器が形成する信号の比較によって決定できる。
【００１５】
特許文献１および２には、位置に感度を有する有機検出器が開示されている。これにおいては、２つ以上の電気コンタクトを用いて電気的にコンタクトされる抵抗性下部電極が用いられている。これらの電気コンタクトからの電流の電流比を形成することにより、有機検出器上の光点の位置が検出できる。
【００１６】
特許文献１５には、低消費電力表示装置が開示されている。これにおいては、電気エネルギーに応じて表示装置に情報を表示させ、かつ、入射光に応じて電気エネルギーを生じる光活性層が用いられている。単一の表示装置の表示画素は、表示画素と発電画素とに分けることができる。表示画素は、情報を表示することができ、発電画素は電気エネルギーを形成できる。生成された電気エネルギーは画像を駆動するための電力の供給に用いられうる。
【００１７】
特許文献１６および１７（その全体が本明細書中に参照により含まれる）には、１つ以上の横方向（transversal）光センサおよび１つ以上の光センサを用いて、１つ以上の物体の位置を決定するための検出器および方法が開示されている。詳細には、高精度で明確な、物体の縦方向（longitudinal）位置を決定するためのセンサスタックの使用が開示されている。
【００１８】
特許文献１８（その全体が本明細書中に参照により含まれる）には、基板と、基板上に配置された１つ以上の感光性層構成とを含む光検出器が開示されている。感光性層構成は、１つ以上の第１電極および１つ以上の第２電極と、第１電極と第２電極との間に挟まれた光起電力材料層とを含んでいる。光起電力材料層は、１種以上の有機材料を含んでいる。第１電極は、複数の第１電極ストライプを含み、第２電極は複数の第２電極ストライプを含み、第１電極ストライプと第２電極ストライプとは交差しており、画素マトリックスが第１電極ストライプと第２電極ストライプとの交点で形成される。光検出器は、さらに、１つ以上の読み出し装置を含み、当該読み出し装置は、第２電極ストライプに接続された複数の電気測定装置と、第１電極ストライプを電気測定装置にさらに接続するスイッチング装置とを含んでいる。
【００１９】
特許文献１９（その全体が本明細書中に参照により含まれる）には、１つ以上の物体の配向を決定するための検出器装置が開示されており、当該検出器装置は、１つ以上の物体に取り付けられ、物体に保持され、物体と一体化される２つ以上のビーコン装置を含み、ビーコン装置はそれぞれ光ビームを検出器に向けるように適合されており、物体の座標系内の所定の座標を有している。検出器装置はさらに、検出器および１つ以上の評価装置に対してビーコン装置から伝播する光ビームを検出するよう適合された１つ以上の検出器を含み、評価装置は、検出器の座標系内の各ビーコン装置の縦方向座標を決定するよう適合されている。評価装置は、さらに、ビーコン装置の縦方向座標を用いて検出器の座標系内の物体の配向を決定するよう適合されている。
【００２０】
特許文献２０（その全体が本明細書中に参照により含まれる）には、１つ以上の物体の位置を決定するための検出器が開示されている。検出器は、物体から検出器へと伝播する光ビームを検出するよう適合された１つ以上の光センサを含み、光センサは１つ以上の画素マトリクスを有している。検出器は、さらに、１つ以上の評価装置を含み、評価装置は、光ビームにより照射された光センサのＮ個の画素を決定するよう適合されている。評価装置は、さらに、光ビームにより照射されたＮ個の画素を用いて物体の１つ以上の縦方向座標を決定するよう適合されている。
【００２１】
特許文献２１（本発明が基づいており、その内容は本明細書中に参照により含まれる）では、１つ以上の物体を光学的に検出する検出器が提案されている。光センサは１つ以上の光センサを有している。光センサは１つ以上のセンサ領域を有している。光センサは、センサ領域の照射に依存して１つ以上のセンサ信号を形成するよう設計されている。照射出力が同一の場合、センサ信号は、照射の幾何形状、特に、センサ範囲における照射のビーム断面に依存している。検出器は、さらに、１つ以上の評価装置を有している。評価装置は、センサ信号からの１つ以上の幾何情報、特に、照射および／または物体からの幾何情報の１つ以上の要素を形成するよう設計されている。
【００２２】
上述の装置および検出器により、特に特許文献２１に開示された検出器により示される利点にもかかわらず、簡単で、コスト効率的であって、それでも信頼できる空間検出器に対するニーズが未だ存在する。すなわち、空間内の物体の追跡の可能性に関連した物体の改善された空間解像が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０１７６１６５Ａ１号
【特許文献２】米国特許第６，９９５，４４５Ｂ２号
【特許文献３】独国特許出願公開第２５０１１２４Ａ１号
【特許文献４】独国特許出願公開第３２２５３７２Ａ１号
【特許文献５】国際特許出願公開第２００９／０１３２８２Ａ１号
【特許文献６】国際特許出願公開第２０１３／１４４１７７Ａ１号
【特許文献７】国際特許出願公開第２００５／１０６９６５Ａ１号
【特許文献８】特開平８−１５９７１４号
【特許文献９】米国特許出願公開第２００８／０２５９３１０Ａ１号
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００５／０１８４３０１Ａ１号
【特許文献１１】中国特許出願公開第１０１６５０１７３Ａ号
【特許文献１２】特開平１０−２２１０６４号
【特許文献１３】米国特許第４，７６７，２１１号
【特許文献１４】米国特許第４，６４７，１９３号
【特許文献１５】米国特許出願公開第２００７／００８０９２５Ａ１号
【特許文献１６】米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号、２０１２年１２月１９日出願
【特許文献１７】米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号、２０１３年１月８日出願
【特許文献１８】欧州特許出願第１３１７１８９８．３号、２０１３年６月１３日出願
【特許文献１９】欧州特許出願第１３１７１９００．７号、２０１３年６月１３日出願
【特許文献２０】欧州特許出願第１３１７１９０１．５号、２０１３年６月１３日出願
【特許文献２１】国際特許出願公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】Ｒ．Ａｎｄｅｒｓｅｎ，Ｔ．Ｊｅｎｓｅｎ，Ｐ．Ｌｉｓｏｕｓｋｉ，Ａ．Ｋ．Ｍｏｒｔｅｎｓｅｎ，．Ｋ．Ｈａｎｓｅｎ，Ｔ．Ｇｒｅｇｅｒｓｅｎ，  ａｎｄ  Ｐ．Ａｈｒｅｎｄｔ，Ｋｉｎｅｃｔ  Ｄｅｐｔｈ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｖｉｓｉｏｎ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  ｒｅｐｏｒｔ  ＥＣＥ−ＴＲ−６，２０１２，Ｄｅｐｔ．  ｏｆ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａａｒｈｕｓ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄｅｎｍａｒｋ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
したがって、本発明の課題は、この種の既知の装置および方法の不都合さを少なくとも実質的になくす、１つ以上の物体を光学的に検出するための装置および方法の特定化することである。特に、空間内の物体の位置を決定するための、好ましくは、空間内の物体を信頼性をもって追跡するための改善された検出器が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記課題は、独立請求項に記載の特徴を備えた発明によって解決される。本発明の有利な実施形態は、単独でまたは組み合わせて実現可能であり、従属請求項および／または以下の詳細な説明および詳細な実施形態に記載されている。
【００２７】
本明細書に用いられるとき、「有する」、「含む」、「備える」やその文法的なバリエーションの表現は、非排他的に用いられている。すなわち、「ＡはＢを有する」や「ＡはＢを含む」や「ＡはＢを備える」といった表現は、ＡがＢの他にも、１つ以上の別の構成要素および／または構成物を含むことと、Ｂの他に、何らの他の構成要素、構成物または要素がＡに存在していないことの両方を意味しうる。
【００２８】
本発明の第１の態様では、１つ以上の物体の位置を決定する検出器が開示されている。
【００２９】
物体は、概して、生物的物体および非生物的物体から選択される任意の物体であってよい。すなわち、たとえば、１つ以上の物体は、１つ以上の物および／または物の１つ以上の部分を含んでよい。付加的にまたは代替的に、物体は、１つ以上の生物および／またはその１つ以上の部分、たとえば、人間たとえばユーザおよび／または動物の１つ以上の体の部分であってよい。
【００３０】
本明細書中で用いられるとき、位置は、概して、空間内の物体の位置および／または配向についての情報の任意の要素を指す。このため、たとえば、１つ以上の座標系を用いてよく、物体の位置は１つ、２つまたは３つの座標を用いて決定されてよい。たとえば、１つ以上のデカルト座標系および／または他の種類の座標系を用いてよい。１つの例では、座標系は、検出器が所定の位置および／または配向を有する、検出器の座標系であってよい。以下でより詳細に記載するように、検出器は、検出器の主たる視野方向を構成しうる光軸を有してよい。光軸は、座標系の軸、たとえばｚ軸を有してよい。さらに、好ましくはｚ軸に垂直な、１つ以上の付加的な軸を設けてもよい。
【００３１】
すなわち、たとえば、検出器は、光軸がｚ軸を構成し、さらに、ｚ軸に垂直であり、かつ、互いに垂直なｘ軸およびｙ軸が用いられる座標系を構成してよい。たとえば、検出器および／または検出器の一部は、この座標系内の特定の点としてあり、たとえば、この座標系の原点としてある。この座標系では、ｚ軸に平行又は逆平行な検出器は、縦方向と見なすことができ、ｚ軸に沿った座標は縦方向と見なすことができる。縦方向に垂直な任意の方向は、横方向と見なすことができ、ｘ座標および／またはｙ座標は横方向座標と見なすことができる。
【００３２】
あるいは、他の種類の座標系を用いてもよい。すなわち、たとえば、極座標系を用いてよく、その中で、光軸はｚ軸を構成し、ｚ軸からの距離および角座標を付加的な座標として用いることができる。また、ｚ軸に平行または逆平行な方向を縦方向と見なしてもよく、ｚ軸に沿った座標を縦方向座標とみなしてもよい。ｚ軸に垂直な任意の方向を横方向と見なしてもよく、極座標および／または角座標を横方向座標と見なしてもよい。
【００３３】
本明細書中で用いられるとき、１つ以上の物体の位置を決定する検出器は、概して、１つ以上の物体の位置についての情報の１つ以上の要素を提供するために適合された装置である。検出器は、固定式装置または可動式装置であってよい。また、検出器は、独立型装置であってよく、または、別の装置例えばコンピュータ、自動車または他の装置の一部を構成してもよい。さらに、検出器は携帯式装置であってもよい。検出器の他の実施形態も用いることができる。
【００３４】
検出器は、任意の使用可能なやり方で１つ以上の物体の位置についての情報の１つ以上の要素を提供するように適合されてよい。すなわち、情報は、たとえば、電気的、可視的、音響的またはこれらの任意の組み合わせで提供されうる。情報は、さらに、検出器または別個の装置のデータ保存装置に保存されてよく、および／または、１つ以上のインタフェースたとえば無線インタフェースおよび／または有線インタフェースを介して、提供されてもよい。
【００３５】
検出器は、
１つ以上の横方向光センサと、１つ以上の縦方向光センサと、１つ以上の評価装置とを備えており、
横方向光センサは、物体から検出器へと伝播する１つ以上の光ビームの横方向位置を決定するように適合されており、横方向位置は検出器の光軸に垂直な１つ以上の次元における位置であり、横方向光センサは１つ以上の横方向センサ信号を形成するように適合されており、
１つ以上の縦方向光センサは１つ以上のセンサ領域を有しており、縦方向光センサは、光ビームによるセンサ領域の照射に依存して１つ以上の縦方向センサ信号を形成するように設計されており、縦方向センサ信号は、照射の総出力が同一の場合、センサ領域内の光ビームのビーム断面に依存しており、
評価装置は、横方向センサ信号を評価することにより、物体の横方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成し、かつ、縦方向センサ信号を評価することにより、物体の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成するように設計されている。
【００３６】
以下でより詳細に記載するように、上に挙げた構成要素は、個別の構成要素であってよい。あるいは、上に挙げた複数の構成要素が１つの構成要素に一体化されてもよい。すなわち、１つ以上の横方向光センサおよび１つ以上の縦方向光センサは、少なくとも部分的に１つの光センサに一体化されてもよい。あるいは、１つ以上の横方向光センサとは別個の１つ以上の縦方向光センサが設けられてもよい。さらに、１つ以上の評価装置は、１つ以上の横方向光センサおよび１つ以上の縦方向光センサから独立した別個の評価装置として構成されてよいが、好ましくは、横方向センサ信号および縦方向センサ信号を受信するため、１つ以上の横方向光センサおよび１つ以上の縦方向光センサに接続されていてよい。あるいは、１つ以上の評価装置は、１つ以上の横方向光センサおよび／または１つ以上の縦方向光センサと完全にまたは部分的に一体化されてよい。
【００３７】
本明細書中で用いられるとき、横方向光センサの語は、物体から検出器へと伝播する１つ以上の光ビームの横方向位置を決定するように適合された装置を指す。横方向位置の語に関して、上述の定義を参照できる。すなわち、好ましくは、横方向位置とは、検出器の光軸に垂直な１つ以上の次元における１つ以上の座標であってよく、または、これを含んでよい。たとえば、横方向位置は、光軸に垂直な平面内、たとえば、横方向光センサの感光性センサ表面上に光ビームによって形成される光点の位置であってよい。たとえば、平面内の位置は、デカルト座標および／または極座標で得ることができる。他の実施形態も用いることができる。
【００３８】
横方向光センサの可能な実施形態について、特許文献１および２に開示された位置感受性有機検出器を参照できる。しかし、他の実施形態も用いることができ、以下でさらに詳細に記載される。
【００３９】
１つ以上の横方向センサ信号は、概して、横方向位置を指す任意の信号であってよい。たとえば、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るか、または、これを含んでよい。たとえば、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るかまたはこれを含んでよい。付加的にまたは代替的に、横方向センサ信号は、デジタルデータであるか、または、これを含んでよい。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よい。横方向光センサは、さらに、複数の独立な信号を組み合わせることによって、たとえば、２つ以上の信号を平均化することによって、および／または、２つ以上の信号の商を形成することによって得られる任意の信号を含んでよく、これは以下でより詳細に記載される。
【００４０】
本明細書中で用いられるとき、縦方向光センサは、概して、光ビームによるセンサ領域の照射に依存して１つ以上の縦方向センサ信号を形成するよう設計された装置であり、縦方向センサ信号は、照射の総出力が同一の場合、センサ領域内の光ビームのビーム断面に依存する。縦方向光センサの可能な実施形態について、特許文献２１に開示される光センサが参照できる。しかし、好ましくは、以下により詳細に記載されるように、本発明に係る検出器は、複数の光センサ、たとえば、特許文献２１に開示されるような複数の光センサを、好ましくはセンサスタックとして含む。
【００４１】
すなわち、たとえば、本発明に係る検出器は、特許文献２１に開示されるような光センサのスタックを、１つ以上の横方向光センサと組み合わせて含んでよい。たとえば、１つ以上の横方向光センサは、物体に面する縦方向光センサのスタックの１つの側に配置されてよい。代替的にまたは付加的に、１つ以上の横方向光センサは、物体に面しない縦方向光センサのスタックの１つの側に配置されてよい。また、付加的にまたは代替的に、１つ以上の横方向光センサがスタックの縦方向光センサの間に中間配置されていてもよい。
【００４２】
以下でより詳細に記載されるように、好ましくは、１つ以上の横方向光センサおよび１つ以上の縦方向光センサの両方が、１つ以上の光検出器、好ましくは、１つ以上の有機光検出器、最も好ましくは、１種以上の色素増感有機太陽電池（ＤＳＣ，色素太陽電池ともいう）、たとえば、１つ以上の固体型色素増感有機太陽電池（ｓＤＳＣ）を含んでよい。すなわち、好ましくは、検出器は、１つ以上の横方向光センサとして機能する１つ以上のＤＳＣ（たとえば１つ以上のｓＤＳＣ）、および、１つ以上の縦方向光センサとして機能する１つ以上のＤＳＣ（たとえば１つ以上のｓＤＳＣ）、好ましくは、１つ以上の縦方向光センサとして機能する複数のＤＳＣのスタック（好ましくは、複数のｓＤＳＣのスタック）を含んでよい。
【００４３】
本明細書中で用いられるとき、評価装置の語は、概して、物体の横方向位置および物体の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成するよう設計された任意の装置を指す。たとえば、評価装置は、１つ以上の集積回路、たとえば、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、および／または、１つ以上のデータ処理装置、たとえば、１つ以上のコンピュータ、好ましくは、１つ以上のマイクロコンピュータおよび／またはマイクロコントローラであるか、または、これらを含んでよい。付加的な構成要素は、たとえば、１つ以上の処理装置および／またはデータ取得装置、たとえば、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および／または処理するための１つ以上の装置、たとえば、１つ以上のＡＤコンバータおよび／または１つ以上のフィルタから構成されてもよい。さらに、評価装置は、１つ以上のデータ保存装置を含んでよい。さらに、上記で記載したように、評価装置は、１つ以上のインタフェース、たとえば、１つ以上の無線インタフェースおよび／または１つ以上の有線インタフェースを含んでよい。
【００４４】
１つ以上の評価装置は、１つ以上のコンピュータプログラム、たとえば、横方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成するステップ、および／または、縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成するステップを実行またはサポートする１つ以上のコンピュータプログラムを実行するよう適合されてよい。たとえば、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、物体の横方向位置および／または縦方向位置への所定の変換を実行可能な１つ以上のアルゴリズムが、実現可能である。
【００４５】
上述のように、好ましくは、横方向光センサは、１つ以上の第１電極、１つ以上の第２電極、および、第１電極と第２電極との間に設けられた１つ以上の光起電力材料層含む光検出器である。本明細書中で用いられるとき、光起電力材料は、概して、光による光起電力材料の照射に応じて電荷を形成する１種の材料または複数種の材料の組み合わせである。
【００４６】
本明細書中で用いられるとき、光は、概して、可視スペクトル範囲、紫外スペクトル範囲および赤外スペクトル範囲の１つ以上の電磁放射を指す。可視スペクトル範囲は、概して、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍのスペクトル範囲を指す。赤外（ＩＲ）スペクトル範囲は、概して、７８０ｎｍ〜１０００μｍの範囲、好ましくは、７８０ｎｍ〜３．０μｍの範囲の電磁放射を指す。紫外スペクトル範囲は、概して、１ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲、好ましくは、１００ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲の電磁放射を指す。好ましくは、本発明で用いられる光は可視光、すなわち、可視スペクトル範囲の光である。
【００４７】
光ビームの語は、概して、特定の方向に放射された一定量の光を指す。すなわち、光ビームは、光ビームの伝播方向に垂直な方向に所定の拡がりを有する光線の束であってよい。好ましくは、光ビームは、１つ以上のガウスビームパラメタ、たとえば、１つ以上のビームウエスト、レーリー長または任意の他のビームパラメタあるいは空間内のビーム伝播および／またはビーム直径の拡がりを特徴づけるのに適したビームパラメタの組み合わせにより特徴づけ可能な１つ以上のガウス光ビームであるか、または、これを含んでよい。
【００４８】
好ましくは、横方向光センサの第２電極は、２つ以上の部分電極を有する分割電極であってよく、横方向光センサはセンサ範囲を有し、１つ以上の横方向光センサが当該センサ範囲内の光ビームの位置を示す。すなわち、上述のように、横方向光センサは、１つ以上の光検出器、好ましくは、１つ以上の有機光検出器、より好ましくは、１つ以上のＤＳＣまたはｓＤＳＣであるか、または、これらを含んでよい。センサ範囲は、物体に面する光検出器の表面であってよい。センサ範囲は、好ましくは、光軸に垂直な方向に配向されてよい。すなわち、横方向光センサは、横方向光センサのセンサ範囲の平面内に光ビームにより形成される光点の位置を示しうる。
【００４９】
本明細書中で用いられるとき、部分電極の語は、概して、好ましくは他の部分電極から独立して、１つ以上の電流および／または電圧信号を測定するように適合された複数の電極のうちの１つの電極を指す。すなわち、複数の部分電極が設けられている場合、第２電極は、２つ以上の部分電極によって複数の電気ポテンシャルおよび／または電流および／または電圧を供給するよう適合されており、これが独立に測定および／または使用されうる。
【００５０】
第２電極として、２つ以上の部分電極を有する１つ以上の分割電極を有する１つ以上の横方向光センサを用いる場合、部分電極を通る電流は、センサ範囲内の光ビームの位置に依存しうる。これは、概して、部分電極に光が当たることによって電荷が形成された位置からの経路の途中でオーム損または抵抗損失が生じうるということによる。すなわち、部分電極の他に、第２電極は、部分電極に接続された１つ以上の電極材料層を含んでよく、当該１つ以上の付加的な電極材料層が電気抵抗を提供する。すなわち、１つ以上の付加的な電極材料層を通る電荷の形成位置から部分電極への経路の途中のオーム損のために、部分電極を通る電流は、電荷の形成位置に、すなわち、センサ範囲内の光ビームの位置に依存する。センサ範囲内の光ビームの位置を決定するこの基準の詳細に関して、以下の好適な実施形態および／またはたとえば特許文献１および２に開示されるような物理原則および装置のオプションが参照できる。
【００５１】
横方向光センサは、さらに、各部分電極を通る電流に従って横方向センサ信号を形成するよう適合されてよい。すなわち、２つの横軸方向の部分電極を通る電流の比が形成されて、ｘ座標を形成でき、および／または、縦軸方向の部分電極を通る電流の比が形成されて、ｙ座標を形成できる。検出器、好ましくは、横方向光センサおよび／または評価装置は、各部分電極を通る電流の１つ以上の比から物体の横方向位置についての情報を得ることができる。部分電極を通る電流を比較することによる位置座標の形成の他の方法も用いることができる。
【００５２】
部分電流は、概して、センサ範囲内の光ビームの位置を決定するための種々の方法で決定することができる。すなわち、２つ以上の横軸方向の部分電極を、横軸座標またはｘ座標を決定するために設けてよく、２つ以上の縦軸方向の部分電極を縦軸座標またはｙ座標を決定するために設けてもよい。すなわち、部分電極は、センサ範囲の縁に設けられてよく、このとき、センサ範囲の内側空間は空いており、１種以上の付加的な電極材料で覆うことができる。以下でより詳細に記載するように、付加的な電極材料は、好ましくは、透明な付加的電極材料、たとえば透明な金属および／または透明な導電性酸化物、最も好ましくは、透明な導電性ポリマーであってよい。
【００５３】
さらに好ましい実施形態は、光起電力材料に関する。すなわち、横方向光センサの光起電力材料は、１種以上の光起電力材料を含んでよい。すなわち、概して、横方向光センサは、有機光検出器であってよい。好ましくは、有機光検出器は色素増感太陽電池であってよい。色素増感太陽電池は、好ましくは、第１電極と第２電極との間に設けられた層構成を含む固体型色素増感材料であってよく、この層構成は、１つ以上のｎ型半導体金属酸化物層と、１種以上の色素と、１つ以上の半導体有機材料層とを含む。色素増感太陽電池（ＤＳＣ）のさらなる詳細および任意選択的な実施形態は、以下に記載されている。
【００５４】
横方向光センサの１つ以上の第１電極は、好ましくは透明である。本発明において用いられるとき、透明の語は、概して、透明な物体を通った後の光の強度が、透明な物体を透過する前の光の強度の１０％以上、好ましくは４０％以上、より好ましくは６０％以上であることを指す。より好ましくは、透明な光センサの１つ以上の第１電極は１つ以上の透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）で完全にまたは部分的に作製されてよい。たとえば、インジウムドープスズ酸化物（ＩＴＯ）および／またはフッ素ドープスズ酸化物（ＦＴＯ）が挙げられる。他の例は以下に挙げられている。
【００５５】
さらに、横方向光センサの１つ以上の第２電極は、好ましくは、完全にまたは十分に透明であってよい。すなわち、特に、１つ以上の第２電極は、２つ以上の部分電極、および、２つ以上の部分電極をコンタクトする１つ以上の付加的電極材料層を含んでよい。２つ以上の部分電極は、不透明であってよい。たとえば、２つ以上の部分電極は、完全にまたは部分的に金属で作製されていてよい。すなわち、２つ以上の部分電極は、好ましくは、センサ範囲の縁に配置されている。しかし、２つ以上の部分電極は、好ましくは透明な１つ以上の電極材料によって電気的に接続されてよい。すなわち、第２電極は、２つ以上の部分電極、および、１つ以上の透明な付加的な材料層を含む透明な内側範囲を含んでよい。より好ましくは、横方向光センサの１つ以上の第２電極、たとえば、上述の１つ以上の付加的な電極材料層は、１種以上の導電性ポリマー、好ましくは、透明な導電性ポリマーで完全にまたは部分的に作製されていてよい。たとえば、０．０１Ｓ／ｃｍ以上、好ましくは、０．１Ｓ／ｃｍ以上、より好ましくは１Ｓ／ｃｍ以上あるいはさらには１０Ｓ／ｃｍ以上または１００ｓ／ｃｍ以上の導電性を有する導電性ポリマーを用いることができる。たとえば、１種以上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、１種以上の対イオンで電気的にドープされたＰＥＤＯＴ、より好ましくは、ナトリウムポリスチレンスルホネートでドープされたＰＥＤＯＴ（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）；ポリアニリン（ＰＡＮＩ）；ポリチオフェンからなる群から選択でされうる。
【００５６】
上述のように、導電性ポリマー層は、２つ以上の部分電極の間の電気的接続を提供しうる。導電性ポリマー層は、オーム損を生じ、電荷形成位置を決定可能とする。好ましくは、導電性ポリマー層は、部分電極間に０．１〜２０ｋΩの電気抵抗、好ましくは、０．５ｋ〜５．０ｋΩ、より好ましくは、１．０〜３．０ｋΩの電気抵抗を提供する。
【００５７】
本明細書中で用いられるとき、概して、導電性材料とは、１０４Ωｍ未満、１０３Ωｍ未満、１０２Ωｍ未満または１０Ωｍ未満の比抵抗を有しうる。好ましくは、導電性材料は、１０−１Ωｍ未満、１０−２Ωｍ未満、１０−３Ωｍ未満、１０−５Ωｍ未満、１０−６Ωｍ未満の比電気抵抗を有する。最も好ましくは、導電性材料の比抵抗は、５ｘ１０−７Ωｍ未満、または、１ｘ１０−７Ωｍ未満、特に、アルミニウムの比抵抗の範囲内にある。
【００５８】
上述のように、１つ以上の横方向光センサおよび縦方向光センサは、透明な光センサである。すなわち、１つ以上の横方向光センサは、透明な横方向光センサであってよく、および／または、１つ以上の透明な横方向光センサを含みうる。代替的にまたは付加的に、１つ以上の縦方向光センサは、透明な縦方向光センサであってよく、および／または、１つ以上の透明な横方向光センサを含んでよい。複数の縦方向光センサが、たとえば、縦方向光センサのスタックとして、設けられている場合、好ましくは、複数のおよび／またはスタックの全ての縦方向光センサ、または、複数のおよび／またはスタックの、１つの縦方向光センサを除いて全ての縦方向光センサが透明である。たとえば、縦方向光センサのスタックが設けられており、縦方向光センサが検出器の光軸に沿って配置されている場合、好ましくは、物体に面していない最後列の縦方向光センサを除く全ての縦方向光センサが透明な縦方向光センサであってよい。最後列の縦方向光センサ、すなわち、物体に面していないスタックの１つの側の縦方向光センサは透明な横方向光センサであってよく、または、不透明な横方向光センサであってよい。例示的な実施形態は以下に挙げられている。
【００５９】
横方向光センサおよび縦方向光センサの一方が透明な光センサであるか、または、１つ以上の透明な光センサを含む場合、光ビームは透明な光センサを通り、その後、横方向光センサおよび縦方向光センサの他方に当たる。すなわち、物体からの光ビームは、その後、横方向光センサおよび縦方向光センサ、またはその逆、に達する。
【００６０】
別の実施形態は、横方向光センサと縦方向光センサとの間の関係に関する。すなわち、上述のように、基本的に、横方向光センサおよび縦方向光センサは、少なくとも部分的に同一であってよい。しかし、好ましくは、横方向光センサおよび縦方向光センサは、少なくとも部分的に、独立な光センサ、たとえば独立な光検出器、より好ましくは、独立なＤＳＣまたはｓＤＳＣであってよい。
【００６１】
上述のように、横方向光センサおよび縦方向光センサは、好ましくは、光軸に沿ってスタックされていてよい。すなわち、光軸に沿って伝播する光ビームは、横方向光センサおよび縦方向光センサの両方に、好ましくは続けて当たってよい。すなわち、光ビームは、横方向光センサおよび縦方向光センサ、またはその逆、を連続的に通過しうる。
【００６２】
本発明の別の実施形態では、物体から検出器へ伝播する光ビームの性質に関する。光ビームは、物体自体によって発せられてよく、すなわち、物体から生じてよい。付加的にまたは代替的に、別の光ビーム源を用いることができる。すなわち、以下でより詳細に記載するように、たとえば一次光線またはビーム、たとえば所定の特性を有する一次光線またはビームを用いた、物体を照射する１つ以上の照射源を設けてもよい。後者の場合、物体から検出器に伝播する光ビームは、物体および／または物体に接続された反射体によって反射される光ビームであってよい。
【００６３】
上述のように、照射の総出力が同一の場合、１つ以上の縦方向センサ信号は、１つ以上の縦方向光センサのセンサ領域内の光ビームのビーム断面に依存する。本明細書中で用いられるとき、ビーム断面の語は、概して、特定の位置に光ビームにより形成される光点または光ビームの横方向の拡がりを指す。環状の光点が形成される場合、径、直径またはガウスビームウエストまたはガウスビームウエストの２倍がビーム断面の基準として機能しうる。非環状の光点が形成される場合、断面は任意の他の使用可能なやり方で、たとえば、非環状の光点（等価ビーム断面ともいう）と同じ面積を有する円の断面を定めることにより決定できる。
【００６４】
すなわち、光ビームによるセンサ領域の照射の総出力が同一の場合、第１のビーム直径またはビーム断面を有する光ビームは第１の縦方向センサ信号を形成することができ、第１のビーム直径またはビーム断面とは異なる第２のビーム直径またはビーム断面を有する光ビームが第１の縦方向センサ信号とは異なる第２の縦方向センサ信号を形成することができる。すなわち、これらの縦方向センサ信号を比較することにより、ビーム断面、特にビーム直径についての情報または情報の１つ以上の要素が形成可能である。この効果に関する詳細は、特許文献２１を参照できる。詳細には、物体から検出器へ伝播する光ビームの１つ以上のビーム特性が既知である場合、物体の縦方向位置に関する１つ以上の情報の要素は、物体の１つ以上の縦方向センサ信号と縦方向位置との既知の関係性から得ることができる。既知の関係性は、アルゴリズムおよび／または１つ以上の較正曲線として評価装置に保存されていてよい。たとえば、特にガウスビームに関して、ビーム直径またはビームウエストと物体との位置との間の関係性がビームウエストと縦方向座標との間のガウス関係を用いて容易に得ることができる。
【００６５】
上述の効果は、ＦｉＰ効果（ビーム断面部分φが、縦方向光センサによって生成される電力Ｐに影響することを意味する）ともいうが、特許文献２１に開示されているように、光ビームの適当な変調に依存し、または、強調されうる。すなわち、好ましくは、検出器は、さらに、照射を変調するための１つ以上の変調装置を有してよい。検出器は、異なる変調の場合に、２つ以上の縦方向センサ信号、特に、それぞれ異なる変調周波数における２つ以上のセンサ信号を検出するよう設計されている。この場合、評価装置は、２つ以上の縦方向センサ信号を評価することにより、物体の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成するよう設計されていてよい。
【００６６】
概して、縦方向光センサは、照射の総出力が同一の場合、１つ以上の縦方向センサ信号が、照射の変調の変調周波数に依存するように設計されていてよい。さらなる詳細および例示的実施形態は、以下に記載されている。周波数依存のこの性質は、特にＤＳＣ、より好ましくは、ｓＤＳＣにある。しかし、他の種類の光センサ、好ましくは光検出器、より好ましくは、有機光検出器も、この効果を示しうる。
【００６７】
好ましくは、横方向光センサおよび縦方向光センサはいずれも、電極および光起電力材料層を含む層構成を含む薄膜装置であり、この層構成は、好ましくは１ｍｍ以下、より好ましくは５００μｍ以下の厚さを有する。すなわち、横方向光センサのセンサ領域および／または縦方向光センサのセンサ領域はそれぞれ、各装置の表面によって形成されうるセンサ範囲であるか、または、これを含み、この表面は物体に面しているか、または、物体に面していなくともよい。１つ以上の横方向光センサおよび１つ以上の縦方向光センサを、センサ範囲を含むいくつかの表面が物体に面し、他の表面が物体に面していないように配置してもよい。各装置のこのような構成は、スタックを通る光ビームの経路を最適化するため、および／または、光路内の反射を低減するために有用であるが、いかなる理由または目的に関しても、変更可能に実施されてよく、たとえば、センサ範囲が物体に面してよい１つ、２つ、３つまたはそれ以上の装置を、センサ領域が物体と面しない１つ、２つ、３つまたはそれ以上の他の装置と変えてもよい。
【００６８】
好ましくは、横方向光センサのセンサ領域および／または縦方向光センサのセンサ領域は、１つの連続したセンサ領域、たとえば、１つの連続したセンサ範囲または装置毎のセンサ表面によって形成されてよい。すなわち、好ましくは、縦方向光センサのセンサ領域、または、複数の縦方向光センサが設けられている場合には、縦方向光センサの各センサ領域は、ただ１つの連続したセンサ領域によって形成されてよい。縦方向センサ信号は、好ましくは、縦方向光センサのセンサ領域全体について均一なセンサ信号であり、または、複数の縦方向光センサが設けられている場合には、各縦方向光センサの各センサ領域について均一なセンサ信号である。
【００６９】
１つ以上の横方向光センサおよび／または１つ以上の縦方向光センサは、それぞれ独立に、感度範囲（センサ範囲ともいう）を提供するセンサ領域を有してよく、感度範囲は、１ｍｍ２以上、好ましくは５ｍｍ２以上、たとえば、５ｍｍ２〜１０００ｃｍ２のセンサ範囲、好ましくは７ｍｍ２〜１００ｃｍ２のセンサ範囲、より好ましくは１ｃｍ２のセンサ範囲である。センサ範囲は、好ましくは、長方形の幾何形状、たとえば、正方形の幾何形状を有している。しかし、他の幾何形状および／またはセンサ範囲も使用可能である。
【００７０】
縦方向センサ信号は、好ましくは、電流（たとえば光電流）および電圧（例えば光電圧）からなる群から選択されてよい。同様に、横方向センサ信号は、好ましくは、電流（たとえば光電流）および電圧（たとえば光電圧）またはこれより得られる任意の信号（たとえば、電流および／または電圧の商）からなる群から選択されてよい。さらに、縦方向センサ信号および／または横方向センサ信号は、生センサ信号から洗練されたセンサ信号を得るために、たとえば、平均化および／またはフィルタリングによって、予備的処理がされてもよい。
【００７１】
縦方向光センサは、概して、１つ以上の半導体検出器、とくに、１種以上の有機材料を含む有機半導体検出器、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、固体型色素太陽電池または固体型色素増感太陽電池を含んでよい。好ましくは、縦方向光センサは、ＤＳＣまたはｓＤＳＣであるかまたはこれを含む。すなわち、好ましくは、縦方向光センサは、１つ以上の第１電極、１つ以上のｎ型半導体金属酸化物層、１種以上の色素、１つ以上のｐ型半導体有機材料層、好ましくは、固体半導体有機材料層、および、１つ以上の第２電極を含む。好ましい実施形態では、縦方向光センサは、１つ以上のＤＳＣ、より好ましくは、１つ以上のｓＤＳＣを含む。上述のように、好ましくは、１つ以上の縦方向光センサは、透明な縦方向光センサであるか、または、１つ以上の透明な縦方向光センサを含む。すなわち、好ましくは、第１電極および第２電極は透明であり、または、複数の縦方向光センサが設けられている場合には、１つ以上縦方向の光センサは第１電極および第２電極の両方が透明であるように設計されている。
【００７２】
上述のように、縦方向光センサのスタックが設けられている場合、好ましくは、スタックのいくつかのまたは全ての縦方向光センサが、スタックの最後列の縦方向光センサを除いて、透明である。スタックの最後列の縦方向光センサ、すなわち、物体から最も離れたスタックの縦方向光センサは、透明または不透明であってよい。スタックは、１つ以上の横方向光センサおよび１つ以上の縦方向光センサの他に、１つ以上の横方向光センサ、縦方向光センサおよびイメージングセンサ（イメージング装置ともいう）として機能しうる１つ以上の別の光センサを含んでよい。
【００７３】
すなわち、光ビームの光路において、光ビームが透明な縦方向光センサのスタックを通り、イメージング装置に当たるまで伝播するように、イメージング装置を配置してもよい。
【００７４】
すなわち、概して、検出器は、１つ以上のイメージング装置、すなわち、１つ以上の画像を取得可能な装置をさらに有してよい。イメージング装置は、種々のやり方で実現可能である。すなわち、イメージング装置は、たとえば、検出器ケーシング内の検出器の一部であってもよい。しかし、代替的にまたは付加的に、イメージング装置は、検出器ケーシングの外部に、たとえば、別個のイメージング装置として配置されてもよい。代替的にまたは付加的に、イメージング装置は、検出器に接続されてもよく、または、検出器の一部であってもよい。好ましい実施形態では、透明な縦方向光センサのスタックおよびイメージング装置は、光ビームが伝播する共通の光軸に沿って、配列されている。しかし、他の構成も可能である。
【００７５】
さらに、検出器は、１つ以上の伝送装置、たとえば光学レンズを有してよく（以下により詳細に記載）、共通の光軸に沿って配列されてよい。たとえば、この場合、物体からの出る光ビームは、まず、１つ以上の伝送装置を通り、次いで、透明な縦方向光センサのスタックを通って伝播し、最終的にイメージング装置に当たる。
【００７６】
本明細書中で用いられるとき、イメージング装置は、概して、物体またはその一部の一次元、二次元または三次元画像を形成可能な装置として理解される。特に、検出器は、１つ以上の任意選択的なイメージング装置を用いてまたは用いずに、カメラ、たとえばＩＲカメラまたはＲＧＢカメラすなわち、３つの別個の接続において赤、緑および青として設計された三原色を送達するよう設計されたカメラとして、完全にまたは部分的に使用されうる。すなわち、たとえば、１つ以上のイメージング装置は、画素化有機カメラ要素、好ましくは画素化有機カメラチップ；画素化無機カメラ要素、好ましくは画素化無機カメラチップ、より好ましくはＣＣＤチップまたはＣＭＯＳチップ；単色カメラ要素、好ましくは単色カメラチップ；多色カメラ要素、好ましくは多色カメラチップ；全色カメラ要素、好ましくは全色カメラチップからなる群から選択される１つ以上のイメージング装置であるかまたはこれを含んでよい。イメージング装置は、単色イメージング装置、多色イメージング装置および１つ以上の全色イメージング装置からなる群から選択される１つ以上の装置であるか、または、これを含んでよい。多色イメージング装置および／または全色イメージング装置は、フィルタ技術を用いて、および／または、固有の色感度または当業者に認識されるような他の技術を用いて、形成できる。イメージング装置の他の実施形態も可能である。
【００７７】
イメージング装置は、物体の複数の部分領域を連続的におよび／または同時にイメージングするよう設計されていてよい。たとえば、物体の部分領域は、たとえばイメージング装置の解像限界によって定められ、電磁放射が発せられる物体の一次元、二次元または三次元領域であってよい。この文脈において、イメージングとは、物体の各部分領域から出た電磁放射が、たとえば、検出器の１つ以上の任意選択的な伝送装置によって、イメージング装置に供給されることを意味すると理解されるべきである。電磁線は、物体自体によって、たとえば、発光放射の形態で形成されてよい。代替的にまたは付加的に、１つ以上の検出器は、物体を照射する１つ以上の照射源を含んでよい。
【００７８】
特に、イメージング装置は、たとえば、特に、１つ以上の列走査および／または行走査を用いる走査法により、複数の部分領域を連続的にイメージングするよう設計されてよい。しかし、他の実施形態も可能であり、たとえば、複数の部分領域が同時にイメージングされる実施形態も可能である。イメージング装置は、物体の部分領域のイメージングの間に、部分領域に関連づけられた信号、好ましくは、電子信号を形成するよう設計されている。信号は、アナログ信号および／またはデジタル信号であってよい。たとえば、電子信号は各部分領域と関連づけられてよい。電子信号は、したがって、同時にあるいは時間的に重なるやり方で形成されてよい。たとえば、列走査または行走査の間に、たとえば行において結びつけられた、物体の部分領域に対応する電子信号のシーケンスを形成することができる。さらに、イメージング装置は、１つ以上の信号処理装置、たとえば、１つ以上のフィルタ、および／または、電子信号を処理および／または前処理するためのアナログデジタルコンバータを含んでよい。
【００７９】
上述のように、１つ以上の縦方向光センサは、透明または不透明であってよく、または、１つ以上の透明な縦方向光センサを含んでよい。１つ以上の透明な縦方向光センサおよび１つ以上の不透明な縦方向光センサの組み合わせも可能である。
【００８０】
別の好ましい実施形態では、最後列の縦方向光センサは、不透明であってよい。このため、物体から伝播し、最後列の縦方向光センサに当たる光ビームにより照射される最後列の縦方向光センサの少なくともこれらの部分は、不透明な光学特性を示す光センサ材料、好ましくは、無機光センサ材料、および／または、有機光センサ材料、および／または、ハイブリッド有機／無機光センサ材料を含んでよい。不透明性は、１つ以上の不透明電極の使用によって実現されてもよい。この実施形態では、最後列の縦方向光センサは、物体に面する電極が透明であり、物体に面しない電極が不透明であるように、またはその逆に設計されてよい。代替的にまたは付加的に、最後列の縦方向光センサを含みうる、１つ以上のｎ型半導体金属酸化物層、１種以上の色素、および／または、１つ以上のｐ型半導体有機材料層に対して、不透明な光学特性を示す各材料が選択されてよい。
【００８１】
上述のように、検出器は、１つ以上のイメージング装置を含みうる。イメージング装置は、１つ以上の横方向光センサおよび１つ以上の縦方向光センサから独立した、独立したイメージング装置として完全にまたは部分的に実現されてよい。付加的にまたは代替的に、１つ以上の任意選択的なイメージング装置は、１つ以上の横方向光センサおよび１つ以上の縦方向光センサの一方または両方に完全にまたは部分的に一体化されてよい。すなわち、たとえば、イメージング装置は、光点の横方向位置を決定するために用いることができ、すなわち、横方向光センサまたはその一部として用いることができる。
【００８２】
上述のように、検出器は、２つ以上の光検出器のスタックを含んでよく、当該２つ以上の光検出器は、１つ以上の横方向光センサおよび１つ以上の縦方向光センサを含み、任意選択的に、１つ以上のイメージング装置を含む。すなわち、たとえば、スタックは、１つ以上の横方向光センサと、１つ以上の縦方向光センサ（好ましくは、１つ以上の透明な縦方向光センサ）と、任意選択的に、物体から最も遠い位置の１つ以上のイメージング装置、好ましくは、１つ以上の不透明なイメージング装置たとえばＣＣＤ、ＣＭＯＳチップを含んでよい。
【００８３】
２つ以上の光センサのスタックが、界面における反射を回避または低減するために、任意選択的に、油中に、液体中におよび／または固体材料中に部分的にまたは完全に沈められていてもよい。この場合、油、液体および／または固体材料は、好ましくは、有利には高いレベルで、少なくとも、紫外、可視および／または赤外スペクトル範囲の部分に少なくともわたって、透明であってよい。好ましい実施形態では、固体材料は以下のように形成でき、すなわち、１種以上の硬化性物質を２つ以上の光センサの間の範囲に入れ、この硬化性物質を、たとえば入射光、特に、紫外範囲の光によって、および／または、室温以下または室温以上の温度を加えることによって処理し、この処理によって硬化性物質が、有利には、硬化性物質の固体材料への硬化により硬化されうる。代替的に、上記処理を伴ってまたは伴わずに固体材料とされるように選択される２種以上の異なる硬化性物質を、２つ以上の光センサの間の領域に入れてもよい。しかし、透明固体材料を提供するさらなる処理および／または他の処理も可能である。すなわち、スタックの１つ以上の光センサは、完全にまたは部分的に、油中および／または液体中に沈められ、および／または、固体材料で覆われてもよい。
【００８４】
代替的にまたは付加的に、２つ以上の光センサの間の領域は、物質たとえば、油、液体および／または固体材料で部分的にまたは完全に満たされてよい。この場合、物質は、好ましくは、領域の一方の側または両方の側に隣接する光センサのものとは異なる値を有する屈折率を示しうる。しかし、領域に付加的な物質を入れるには、それらの間の最小の空隙を観察するために、スタック内の光センサが必要とされうる。
【００８５】
２つ以上の光センサのスタックを用いる場合、スタックの最後列の光センサは透明であるかまたは不透明であってよい。すなわち、不透明な無機光センサが、物体から最も遠い位置に用いられてよい。たとえば、スタックの最後列の光センサは、１つ以上の任意選択的なイメージング装置、たとえば、１つ以上のＣＣＤまたはＣＭＯＳチップ、好ましくは、全色ＣＣＤまたはＣＭＯＳチップであるかまたはこれを含んでよい。
【００８６】
すなわち、不透明な最後列の光センサは、透明な光センサのスタックを通って伝播した光ビームが当たるイメージング装置として用いることができる。特に、イメージング装置には、上述のように、カメラ、たとえば、ＩＲカメラまたはＲＧＢカメラとして完全にまたは部分的に用いられうる。この場合、透明な最後列の光センサは、イメージング装置として種々のやり方で具体化可能である。すなわち、透明な最後列の光センサは、たとえば、検出器ケーシング中の検出器の一部であってよい。しかし、代替的にまたは付加的に、不透明な最後列の光センサは、たとえば別個のイメージング装置として、検出器ケーシングの外部に配置されてもよい。
【００８７】
１つ以上の横方向光センサ、１つ以上の縦方向光センサおよび任意選択的な１つ以上のイメージング装置を含むスタックは、スタックの各要素が検出器の光軸に沿って配置されるように設計されていてよい。スタックの最後列の要素は、不透明な光センサであってよく、好ましくは、不透明な横方向光センサ、不透明な縦方向光センサおよび不透明なイメージング装置たとえば不透明なＣＣＤチップまたはＣＭＯＳチップからなる群から選択されうる。
【００８８】
好ましい実施形態では、１つ以上の横方向光センサ、１つ以上の縦方向光センサおよび任意選択的に１つ以上のイメージング装置を含むスタックは、検出器の共通の光軸に沿って配置されてよく、光軸に沿って、光ビームが伝播しうる。スタックが複数の光センサを含む場合であって、光センサが、１つ以上の横方向光センサ、１つ以上の縦方向光センサおよび任意選択的な１つ以上のイメージング装置を含み、１つ以上の光センサが透明な光センサであり、１つ以上の光センサが不透明な光センサである場合、透明な光センサ、および、好ましくは物体から最も遠くに位置する不透明な光センサは、検出器の光軸に沿って配置されてよい。しかし、他の構成も可能である。
【００８９】
別の好ましい実施形態では、不透明な最後列の光センサは、１つ以上の画素マトリクスを有しており、「マトリクス」とは、概して、線状の配列または面状の配列であってよい、空間内の複数の画素の配列をいう。概して、マトリクスは、好ましくは、一次元マトリクスおよび二次元マトリクスからなる群から選択されうる。たとえば、マトリクスは、１００〜１００，０００，０００画素、好ましくは、１，０００〜１，０００，０００画素、より好ましくは１０，０００〜５００，０００画素を含みうる。最も好ましくは、マトリクスは、行と列とに配列された画素を有する長方形のマトリクスである。
【００９０】
また、本明細書中で用いられるとき、画素は、概して、光センサの感光性要素、たとえば、光信号を形成するよう適合された光センサの最小の均一な単位をいう。たとえば、各画素は、１μｍ２〜５，０００，０００μｍ２、好ましくは、１００μｍ２〜４，０００，０００μｍ２、好ましくは、１，０００μｍ２〜１，０００，０００μｍ２、より好ましくは、２，５００μｍ２〜５０，０００μｍ２の感光性範囲を有しうる。しかし、他の実施形態も用いることができる。不透明な最後列の光センサは、各画素に関する照射強度を示す１つ以上の信号を形成するように適合されている。すなわち、たとえば、不透明な最後列のセンサは、各画素について１つ以上の電子信号を形成するように適合されてよく、各信号は、各画素に関する照射強度を示す。信号は、アナログ信号および／またはデジタル信号であってよい。さらに、検出器は、１つ以上の信号処理装置、たとえば、１つ以上の信号を処理および／または前処理するための１つ以上のフィルタおよび／またはアナログデジタルコンバータを有してよい。
【００９１】
画素マトリクスを有する不透明な最後列のセンサは、無機半導体センサ装置たとえばＣＣＤチップおよび／またはＣＭＯＳチップ；有機半導体センサ装置からなる群から選択できる。後者の場合、例として、光センサは、たとえば、画素マトリクスを有する１つ以上の有機光起電力装置を含んでよい。本明細書中で用いられるとき、有機光起電力装置は、概して、１つ以上の有機感光性要素および／または１つ以上の有機層を含む装置を指す。ここでは、概して、任意の種類の有機光起電力装置、たとえば、有機太陽電池、および／または、１つ以上の有機光起電力層を有する任意の装置を用いることができる。たとえば、有機太陽電池および／または色素増感太陽電池で構成されてもよい。さらに、有機−無機光起電力装置などのハイブリッド装置も用いることができる。
【００９２】
さらに好ましい実施形態は評価装置に関する。すなわち、評価装置は、好ましくは、照射の既知の出力を考慮して、および、任意選択的に、照射が変調される変調周波数を考慮して、照射の幾何形状と、検出器を基準とした物体の相対位置との間の１つ以上の所定の関係から、物体の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成するよう設計されていてよい。
【００９３】
別の好ましい実施形態では、検出器は、さらに、横方向光センサおよび縦方向光センサに対して、好ましくはこの順に、物体から発せられる光を供給するよう設計された１つ以上の伝送装置を有してよい。詳細および好ましい実施形態は以下に記載されている。
【００９４】
上述のように、物体から伝播する検出器の光ビームは、物体を始点としてよく、または、任意の他の源を始点としてよい。すなわち、物体自体が光ビームを発してよい。付加的にまたは代替的に、物体は、一次光を形成する照射源を用いて照射されてよく、物体は一次光を弾性的にまたは非弾性的に反射し、これにより、検出器に向かって伝播する光ビームを生じる。照射源自体は、検出器の一部であってよい。すなわち、検出器は、１つ以上の照射源を含んでよい。照射源は、概して、物体に少なくとも部分的に接続されたおよび／または物体と少なくとも部分的に同一である照射源；一次放射、好ましくは一次光で物体を少なくとも部分的に照射するよう設計された照射源から選択でき、光ビームは、好ましくは物体上での一次放射の反射によって、および／または、一次放射によって刺激された物体自体の光放射によって、形成される。
【００９５】
上述のように、検出器は好ましくは複数の縦方向光センサを有する。より好ましくは、複数の縦方向光センサは、たとえば検出器の光軸に沿って、スタックされている。すなわち、縦方向光センサは、縦方向光センサスタックを形成してよい。縦方向光センサスタックは、好ましくは、縦方向光センサのセンサ領域が光軸に垂直に配向されるように配向されてよい。すなわち、たとえば、単一の縦方向光センサのセンサ範囲またはセンサ表面は、平行に配列されており、わずかな角度公差、たとえば、１０°以下、好ましくは５°以下の角度公差が許容されうる。
【００９６】
スタックされた縦方向光センサが設けられている場合、１つ以上の横方向光センサは、好ましくは、スタックされた縦方向光センサの物体に面する１つの側に完全にまたは部分的に配置されている。しかし、他の実施形態も可能である。すなわち、１つ以上の横方向光センサが、物体と面していない、横方向光センサスタックの１つの側に完全にまたは部分的に配置されている実施形態が可能である。また、代替的にまたは付加的に、１つ以上の横方向光センサが縦方向光センサスタックの間に完全にまたは部分的に配置されている実施形態も可能である。
【００９７】
縦方向光センサは、好ましくは、物体からの光ビームが全ての縦方向光センサを、好ましくは順に、照射するように配置されている。詳細には、この場合、好ましくは、１つ以上の縦方向センサ信号が、各縦方向光センサによって形成される。この実施形態は特に好ましく、というのも、縦方向光センサのスタックされた構成によって、光ビームの総出力または強度が未知であっても、信号を簡単かつ効率的に正規化できるからである。すなわち、特定の複数の縦方向センサ信号（single longitudinal sensor signals）が１つの同一の光ビームによって形成されることが知ることができる。すなわち、評価装置は、縦方向センサ信号を正規化し、かつ、光ビームの強度から独立した物体の縦方向位置についての情報を形成するように適合されてよい。このために、特定の複数の縦方向センサ信号が１つの同一の光ビームによって形成される場合、縦方向センサ信号における差は、縦方向光センサの各センサ領域の位置での光ビームの断面における差にのみ起因するという事実を用いることができる。すなわち、特定の複数の縦方向センサ信号を比較することにより、光ビームの総出力が未知であっても、ビーム断面についての情報を形成できる。ビーム断面から、特に、物体の縦方向位置と光ビームの断面との間の既知の関係を用いることによって、物体の縦方向位置についての情報が得られる。
【００９８】
さらに、光ビームのビーム断面と物体の縦方向位置との間の既知の関係における不明確さを解消するため、上述の縦方向光センサのスタック化と、これらのスタック化した縦方向光センサによる複数の縦方向光センサの形成とが、評価装置によって用いられうる。すなわち、物体から検出器へ伝播する光ビームのビーム特性が十分または部分的に既知である場合でも、多くのビームにおいて、ビーム断面は焦点に達する前に狭まり、その後は再び拡がる。すなわち、光ビームが最も狭いビーム断面を有する焦点の前、多くの場合焦点において、光ビームの伝播の軸に沿って、光ビームが同じ断面を有する複数の位置が生じる。すなわち、たとえば、焦点の前後の距離ｚ０において、光ビームの断面は同一である。すなわち、ただ１つの縦方向光センサが用いられる場合、光ビームの総出力および強度が既知である場合、光ビームの特定の断面が決定される。この情報を用いることにより、焦点からの各縦方向光センサの距離ｚ０が決定される。しかし、各縦方向光センサが焦点の前または後のいずれに位置するかを決定するため、付加的な情報、たとえば、物体および／または検出器の動きの履歴および／または検出器が焦点の前または後のいずれにあるかについての情報が必要とされる。典型的な状況では、この付加的な情報は得られない。したがって、複数の縦方向光センサを用いることにより、付加的な情報が上述の不明確さを解消するために得られうる。すなわち、評価装置が、複数の縦方向センサ信号を評価することにより、第１の縦方向光センサ上の光ビームのビーム断面が第２の縦方向光センサ上の光ビームのビーム断面よりも大きいと認識し、第２の縦方向光センサが第１の縦方向光センサの後に位置する場合、評価装置は、光ビームが未だ狭まっており、第１の縦方向光センサの位置は光ビームの焦点の前に位置することを決定できる。反対に、第１の縦方向光センサ上の光ビームのビーム断面が第２の縦方向光センサ上の光ビームのビーム断面よりも小さい場合、評価装置は、光ビームが拡がっており、第２の縦方向光センサの位置が焦点の後にあることを決定できる。すなわち、概して、評価装置は、異なる縦方向光センサの縦方向センサ信号を比較することにより、光ビームが拡がっているかまたは狭まっているか否かを認識するように適合されてよい。
【００９９】
物体の１つ以上の縦方向座標に加えて、物体の１つ以上の座標を決定してもよい。すなわち、概して、評価装置はさらに、１つ以上の横方向光センサ上の光ビームの位置を決定することにより、物体の１つ以上の横方向座標を決定してもよく、光センサは、画素化された、セグメント化された、または、大面積の横方向光センサであってよく、これについては以下でさらに詳細に記載される。
【０１００】
すなわち、画素化した横方向光センサを用いる場合、および／または、１つ以上の横方向光センサが画素マトリクスを有する１つ以上の画素化光センサを含む場合、評価装置は、光ビームによって１つ以上のマトリクスの照射中心を決定するように適合されてよく、この際、物体の１つ以上の横方向座標が照射中心の１つ以上の座標の評価によって決定される。すなわち、照射中心の座標は、照射中心の画素座標であってよい。たとえば、マトリクスは画素の行と列とを有し、マトリクス内の光ビームの中心、および／または、光ビームの列の数がｘ座標を提供してよく、マトリクス内の光ビームの中心および／または光ビームの行の数がｙ座標を提供してよい。
【０１０１】
上述のように、検出器は、１つ以上の横方向光センサおよび１つ以上の縦方向光センサおよび任意選択的にイメージング装置を含む１つ以上の光センサのスタックを有してよい。光センサのスタックは、２つ以上の縦方向光センサをスタック状態で有する縦方向光センサのスタックである１つ以上の縦方向光センサスタックを有してよい。縦方向光センサスタックは、好ましくは、３つ以上の縦方向光センサ、より好ましくは４つ以上の縦方向光センサ、さらに好ましくは５つ以上の縦方向光センサまたはさらには６つ以上の縦方向光センサを含んでよい。縦方向光センサの縦方向センサ信号の追跡により、光ビームのビームプロフィルも評価できる。
【０１０２】
複数の縦方向光センサを用いる場合、複数の光センサはスタック化されて、および／または、別の構成で配置されてよく、縦方向光センサは同一のスペクトル感度を有してよく、または、異なるスペクトル感度を有してよい。すなわち、たとえば、２つ以上の縦方向光センサが異なるスペクトル感度を有してよい。本明細書中で用いられるとき、スペクトル感度の語は、概して、光センサのセンサ信号が、同じ光ビームの出力について、光ビームの波長と共に変わるうることを意味している。すなわち、概して、２つ以上の光センサは、そのスペクトル特性に関して異なっていてよい。この実施形態は、概して、光センサのための異なる種類の吸収材料、たとえば、異なる種類の色素または他の吸収材料を用いることにより実現可能である。
【０１０３】
好ましくは、１つ以上の横方向光センサは、１つ以上の透明基板を用いる。同様に、好ましくは、１つ以上の縦方向光センサは、１つ以上の透明基板を有する。複数の縦方向光センサ、たとえば、縦方向光センサのスタック、を用いる場合、好ましくは、これらの縦方向光センサの１つ以上が透明基板を用いている。この場合、複数の光センサに用いられる基板は、同一の性質を示すか、または、特に、基板に関連する幾何学的量および／または材料の量、たとえば各基板の厚さ、形状および／または屈折率に関して互いに異なってもよい。すなわち、同一の平面状ガラスプレートを、スタック内の複数の光センサに用いてもよい。他方、特に、スタック内の光路を最適化するために（本願の他の部分に記載されるようにＦｉＰ効果の活用に特に適しうる）、特に光軸上の領域に沿って光路を導くために、異なる基板が複数の光センサのうちのいくつかの光センサ、または、各光センサについて用いられてもよい。これに関して、各基板またはいくつかの基板の厚さは、各基板を通って伝播する光ビームが進む光路によって定められるが、特に、光ビームの反射を低減または増大に対して、または、最大化に対して可変であってよい。
【０１０４】
代替的にまたは付加的に、複数の光センサに用いられる基板は、異なる形状を示すことにより異なっていてもよく、その形状は、平面状、平面凸状、平面凹状、両凸状、または、光学目的で使用されうる任意の他の形状たとえばレンズまたはプリズムを含む群から選択されうる。この場合、基板は、硬質であるかまたは軟質である。適切な基板は、金属箔の他に、特に、プラスチックシートまたはフィルム、特に、ガラスシートまたはガラスフィルムであってよい。形状変化材料、たとえば、形状変化ポリマーが、軟質な基板として有利に使用可能な材料の例を構成する。さらに、基板は、特に入射光ビームの反射を低減および／または修正するため、覆われまたは被覆されてよい。たとえば、基板は、ミラー効果、例えばダイクロイックミラーの効果を示すように形状化されてよく、これは、基板の後ろで光軸を分割することが何らかの目的で必要とされうる構成で特に有用でありうる。
【０１０５】
代替的にまたは付加的に、光センサのスペクトル特性の変化は、光センサおよび／または検出器において実現される他の手段によって、たとえば、光センサの前の１つ以上の波長選択要素、たとえば１つ以上のフィルタ（たとえばカラーフィルタ）を用いることによって、および／または、１つ以上のダイクロイックミラーを用いることによって、および／または１つ以上の色変換要素を用いることによって、形成されてもよい。すなわち、複数の縦方向光センサが設けられる場合、１つ以上の縦方向光センサは、特定の伝送または反射特性を有するカラーフィルタなどの波長選択要素を含んでよく、これにより、光センサのスペクトル特性の変化が形成される。さらに、縦方向光センサは、すべて有機光センサであってよく、すべて無機光センサであってよく、すべてハイブリッド有機−無機センサであってよく、または、無機光センサ、有機光センサおよびハイブリッド有機−無機光センサからなる群から選択される２つ以上の光センサの任意の組み合わせを含んでよい。
【０１０６】
複数の縦方向光センサが用いられ、２つ以上の縦方向光センサがそれぞれのスペクトル感度に関して異なっている場合、評価装置は、概して、異なるスペクトル感度を有する縦方向光センサのセンサ信号を比較することにより光ビームの色を決定するように適合されてよい。本明細書中で用いられるとき、「色を決定する」といった表現は、概して、光ビームに関するスペクトル情報の１つ以上の要素を形成するステップを意味する。スペクトル情報の１つ以上の要素は、波長、特にピーク波長；色座標、たとえばＣＩＥ座標からなる群から選択されうる。さらに、本明細書中で用いられるとき、光ビームの「色」は、概して、光ビームのスペクトル組成を意味する。詳細には、光ビームの色は、任意の座標系でおよび／またはスペクトル単位で、たとえば、光のスペクトルの主ピークの波長を与えることにより、与えられうる。他の実施形態も用いることができる。光ビームが狭帯域光ビーム、たとえば半導体装置たとえば発光ダイオードが生じるレーザ光ビームおよび／または光ビームである場合、光ビームのピーク波長は、光ビームの色を特徴化するために与えられうる。光ビームの色の決定は、当業者に概して知られる種々の方法で行うことができる。すなわち、縦方向光センサのスペクトル感度は、色空間内の座標系に拡がり、光センサが与える信号は、たとえばＣＩＥ座標を決定する方法から当業者には既知のように、この色空間内の座標を供給しうる。たとえば、検出器は、スタック内に２つ、３つまたはそれ以上の縦方向光センサを有してよい。そのうち、２つ以上、好ましくは３つ以上の光センサは、異なるスペクトル感度を有してよく、６００ｎｍ〜７８０ｎｍ（赤色）、４９０ｎｍ〜６００ｎｍ（緑色）および３８０ｎｍ〜４９０ｎｍ（青色）のスペクトル範囲に吸収波長を有する３つの異なる縦方向光センサが概して好ましい。さらに、評価装置は、異なるスペクトル感度を有する縦方向光センサの信号を評価することにより、光ビームに関する色情報の１つ以上の要素を形成するように適合されてよい。
【０１０７】
評価装置は、２つ以上の色座標、好ましくは、３つの色座標を形成でき、この場合、各色座標は、正規化された値によってスペクトル的に感度を有する光センサのうちの１つの信号を分割することにより決定される。たとえば、正規化された値は、全てのスペクトル的に感度を有する複数の光センサの信号の合計を含みうる。付加的にまたは代替的に、正規化された値は、１つの白色の検出器の検出器信号を含みうる。色情報の１つ以上の要素は、色座標を含みうる。色座標の１つ以上の要素は、たとえば、ＣＩＥ座標を含みうる。
【０１０８】
さらに、２つ以上の光センサが各スペクトル感度に関して異なっている、特に、２つ以上の縦方向光センサのスペクトル感度が色空間内の座標系に拡がる、好ましくは２つ以上、より好ましくは３つ以上のスペクトル的に感度を有する縦方向光センサに加えて、スタックは、最後列の縦方向光センサを含んでよく、最後列の縦方向光センサは不透明であってよい。縦方向光センサの不透明さは、有機光センサ材料、無機光センサ材料およびハイブリッド有機−無機光センサ材料からなる群から光学的に不透明な材料を選択することにより実現できる。
【０１０９】
好ましい実施形態では、不透明な最後列の縦方向光センサは、２つ以上の異なる光センサのスペクトル範囲にわたって全く変わらないか、または、僅かな程度しか変わらない吸収スペクトルを示すよう構成されてよい。２つ以上の異なる光センサのそれぞれは特別なスペクトル感度を示し、上述のように、特定の色に感度を有するようにそのスペクトル範囲にわたって大きく異なってよいが、不透明な最後列の縦方向光センサは、異なるスペクトル感度を有する２つ以上の縦方向光センサのスペクトル範囲にわたって実質的に全ての色を吸収しうる。この性質により、最後列の縦方向光センサは、可視スペクトル範囲を含む吸収範囲内の光を吸収するように適合されうる白色の検出器として記述されうる。この構成には以下の利点がある。すなわち、特定の色にかかわらず、不透明な最後列の縦方向光センサに当たるまで２つ以上の光センサを通って伝播する各ビームが、２つ以上の異なる光センサによって、すなわち、第１の縦方向光センサとしての色に感度を有する２つ以上の異なる光センサによって、および、第２の縦方向光センサとしての不透明な縦方向光センサによって、記録される。上述のように、第１の縦方向光センサおよび第２の縦方向光センサの両方によって１つ以上の物体を記録することにより、光ビームのビーム断面と、１つ以上の物体の縦方向位置との間の既知の関係における不明確さを解消することができ、不明確さの解消は、記録されうる各色について個別に行われうる。さらに、第１の縦方向光センサによって記録される第１の信号を、第２の縦方向光センサによって記録される第２の信号と関連して、たとえば、商または関係する関連性を計算することにより、設定することが有利でありうる。このような関連性を形成することにより得られる結果は、この構成による特定の色の認識を特に容易にしうる。
【０１１０】
上述のように、不透明な最後列の縦方向光センサは、単一の感度範囲を有する大面積センサであってよく、または、１つ以上の画素マトリクスを含んでよく、すなわち、画素化された光センサまたはイメージングセンサであってよい。別の好ましい実施形態では、各画素自体が、異なるスペクトル感度を有し、特定の色に感度を有しうるようになっていてもよい。この場合、特定の色が任意の方法で、たとえば、ランダムに、最後列の縦方向光センサの範囲にわたって分散されてよい。しかし、特定の色に感度を有する画素が不透明な最後列の縦方向光センサの範囲にわたって変化するように配置されている構成が好ましい。たとえば、異なる感度を有する２つ、３つまたは４つの画素、たとえば、赤色、緑色および青色に異なる感度を有する３つの画素が、最後列の縦方向光センサの範囲にわたって、一次元的に、または好ましくは二次元的に、互い違いになっている。この構成は、さらに、白色の画素、すなわち、広いスペクトル範囲にわたって、たとえば、可視スペクトルにわたって、または、紫外または赤外と重なるスペクトルにわたって、スペクトル感度を示す画素が間に挟まれていてもよい。
【０１１１】
別の好ましい実施形態では、検出器は、たとえば１つ以上の感光性要素を用いて適合化されてよい。さらに本明細書中で用いられるとき、「感光性要素」は、光学特性の特定の値または特定の値の範囲が光ビームの他の値に対して好ましいように感光性要素に当たりうる光ビームの光学特性の特定の値に、または、光学特性の特定の値の範囲に感度を有しうる任意の光学要素とみなすことができる。本明細書中で用いられる光学特性は、光ビームに関し、波長、位相および偏光からなる群から選択されうる。すなわち、感光性要素は、波長感受性要素、位相感受性要素および／または偏光感受性要素としてそれぞれ表されてよい。波長感受性要素の例には、１つ以上のプリズム、回折格子、ダイクロイックミラー、カラーホイールまたはカラードラムが含まれる。
【０１１２】
感光性要素を用いることにより、光ビームは、当該光ビームと感光性要素との相互作用の直前、相互作用の最中および／または相互作用の直後に、１つ以上の光学特性に関連した光学的効果によって影響されうる。結果的に、「感光性要素を通る」といった表現は、光ビームが各要素と相互作用しうる間の期間を指しうる。概して、感光性要素は、たとえば、当たる光ビームの伝送または反射によって、感光性要素に当たる光ビームへの光学的効果を誘起しうる。
【０１１３】
この特定の実施形態では、異なる光学特性、たとえば異なる色、異なる位相および／または異なる偏光に関する検出器信号を連続的に検出するために、１つ以上の感光性要素が光ビームに連続的に影響するよう適合されうる。連続的なプロセスの例として、光ビームに周期的に影響するための、異なる伝送特性のフィルタセグメントを有する回転フィルタが用いられうる。すなわち、フィルタホイールの回転の各サイクルは、異なる光学特性、たとえば、異なる色、異なる位相および／または異なる偏光にそれぞれ対応してよい複数の時間セグメントに分けられてよい。各セグメントが異なる偏光に対応するフィルタホイールに関して、フィルタホイールは、好ましくは、フィルタホイールの周に沿って、たとえば、不連続にまたは連続的に変化しうる楕円偏光、特に円偏光を示しうる。しかし、他の実施形態、たとえば、異なるセグメント内の線偏光の異なる配向を用いうるフィルタホイールを用いてもよい。
【０１１４】
概して、１つ以上の組み合わされた検出器信号を形成するため、１つ以上の光センサがフィルタホイールの後に配置されてよい。時間分解して、たとえば、位相感受性検出を用いて、１つ以上の組み合わされた検出器信号を評価することにより、組み合わされた検出器信号を、異なる時間セグメントに対応する、すなわち、光ビームの異なる色に対応する複数の部分検出器信号に分割してもよい。これにより、検出器に当たる光ビームに対応しうる、各色、各位相および／または各偏光に対する検出器信号が形成できる。異なる光学特性、すなわち、異なる色または位相または偏光に関するデータを、広く吸収する光センサスタックから収集することで、全体の分布を得ることができる。結果的に、フィルタホイールの使用によって、各光学特性、たとえば、色、位相または偏光と、本発明による検出器を用いて強度および深度とを同時に決定でき、これにより、異なる吸収スペクトルを示す太陽電池を用いる上述の必要性がなくなる。
【０１１５】
概して、上述のように、評価装置は、１つ以上の縦方向センサ信号から光ビームの直径を決定することにより、物体の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成するように適合されている。本明細書中および以下で用いられるとき、光ビームの直径、または同等に、光ビームのビームウエストは、特定の位置における光ビームのビーム断面を特徴づけるために用いられうる。上述のように、物体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、１つ以上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を決定することができる。たとえば、上述のように、光ビームが少なくともほぼガウス状に伝播すると仮定して、ガウス関係を用いることができる。このために、光ビームは、たとえば、既知の伝播特性たとえば既知のガウスプロフィルを有する光ビームを形成する照射源を用いることにより、適切に整形されうる。このために、たとえば、照射源自体が、当業者に既知のような多くの種類のレーザに関して当てはまる既知の特性を有する光ビームを形成してよい。付加的にまたは代替的に、照射源および／または検出器は、当業者が認識するように、既知の特性を有する光ビームを供給するため、１つ以上のビーム整形要素、たとえば１つ以上のレンズおよび／または１つ以上の絞りを有してよい。すなわち、たとえば、１つ以上の伝送要素、たとえば、ビーム整形特性を有する１つ以上の伝送要素が設けられてよい。付加的にまたは代替的に、照射源および／または検出器、たとえば、１つ以上の任意選択的な伝送要素は、１つ以上の波長選択要素、たとえば、１つ以上のフィルタ、たとえば、１つ以上の横方向光センサおよび／または１つ以上の縦方向光センサの励起最大の外側の波長をフィルタ除去する１つ以上のフィルタ要素を含んでよい。
【０１１６】
すなわち、概して、評価装置は、好ましくは、光ビームの既知のガウスプロフィルから、および／または、光ビームの伝播方向における１つ以上の伝播座標への光ビームのビーム直径の既知の依存性から、物体の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を決定するために、光ビームのビーム断面または直径を光ビームの既知の特性と比較するよう適合されてよい。
【０１１７】
特定の実施形態では、評価装置は、検出器、たとえば、最後列の縦方向光センサの１つ以上の画素化光センサの、光ビームで照射されたＮ個の画素を決定するように適合されてよく、評価装置はさらに光ビームで照射されたＮ個の画素を用いて物体の１つ以上の縦方向座標を決定するように適合されてよい。したがって、評価装置は、画素が照射された画素か否かを決定するため、各画素について、信号を１つ以上の閾値と比較するように適合されてよい。この１つ以上の閾値は、各画素について個別の閾値であってよく、または、マトリクス全体について均一な閾値であってよい。複数の光センサが設けられている場合、１つ以上の閾値が、光センサのそれぞれについて、および／または、２つ以上の光センサを含む一群について設けられてよく、２つの光センサについて、各閾値が同一であっても異なっていてもよい。すなわち、光センサのそれぞれについて、個別の閾値を設けてもよい。閾値は、予め定められているか、および／または、固定されていてもよい。あるいは、１つ以上の閾値は可変であってもよい。すなわち、１つ以上の閾値は、各測定または測定群について個別に決定されてもよい。すなわち、１つ以上のアルゴリズムが閾値の決定に用いられうる。
【０１１８】
評価装置は、概して、画素の信号を比較することにより、画素のうちから、最も高い照度を有する１つ以上の画素を決定するよう適合されてよい。すなわち、検出器は、概して、光ビームによる照射の最大の強度を有するマトリクスの範囲又は領域および／または１つ以上の画素を決定するように適合されてよい。たとえば、このように、光ビームによる照射の中心が決定されてもよい。最大の照射および／または最大の照射の１つ以上の範囲又は領域についての情報が、種々の方法で用いられうる。すなわち、上述のように、１つ以上の上述の閾値は、可変な閾値であってよい。たとえば、評価装置は、最大の照射を有するほんの一部の１つ以上の画素の信号として、上述の１つ以上の閾値を選択してよい。すなわち、評価装置は、最大の照射を有する１つ以上の画素の信号を、１／ｅ２倍することにより、閾値を選択するように適合されてよい。閾値１／ｅ２は概して、光センサ上にガウス光ビームによって形成されるビーム径またはビームウエストを有する光点の境界を定めるため、このオプションは、ガウス伝播特性が１つ以上の光ビームについて仮定される場合に、特に好ましい。
【０１１９】
本発明の他の実施形態では、本発明に係る２つ以上の検出器が使用され、この際、このような検出器のそれぞれは、上述のまたは以下でより詳細に記載される１つ以上の実施形態に係る１つ以上の検出器のものとして選択されうる。すなわち、本方法の任意選択的な実施形態に関して、検出器の各実施形態が参照されうる。
【０１２０】
好ましい実施形態では、１つ以上の物体は一次光を形成する１つ以上の照射源を用いて照射され、この１つ以上の物体は、弾性的にまたは非弾性的に一次光を反射し、これにより、２つ以上の検出器のうちの１つへ伝播する複数の光ビームが形成される。１つ以上の照射源は、２つ以上の検出器のそれぞれの構成部分を構成するか、または、これを構成しない。すなわち、１つ以上の照射源は、２つ以上の検出器から独立に形成されてよく、したがって、２つ以上の検出器から分けられた１つ以上の位置に特に配置されてよい。たとえば、１つ以上の照射源自体は、環境光源であるかまたはこれを含んでよく、および／または、人工照射源であるかまたはこれを含んでよい。この実施形態は、好ましくは、２つ以上の検出器、好ましくは２つの同一の検出器が深度情報の取得のために、特に、単一の検出器の固有の測定ボリュームにある測定ボリュームを提供するために、用いられる。
【０１２１】
単一の検出器の固有の測定ボリュームは、多くの場合、略半円錐として記載でき、この場合、固有の測定ボリューム内に位置する第１の物体は、単一の検出器によって検出可能であり、固有の測定ボリュームの外側に位置する第２の物体は、単一の検出器によって異本的に検出できない。略半円錐の円錐状表面は、１つ以上の光センサが発する実質的に逆の光ビームによって形成されうる。すなわち、実質的に逆の光ビームは、１つ以上の光センサの表面から出るが、しかし、光センサは、点光源を構成せずに、拡がった範囲を構成する。簡単な幾何的考察から、このようにして１つ以上の光センサが出す実質的に逆の光ビームが、１つ以上の光センサを囲むボリューム内の全方向における全ての位置に到達しえないことが推論できる。しかし、実質的に逆の光ビームが実質的に当たりうる位置は、単一の検出器の固有の測定ボリュームとして表すことができる略半円錐を形成する。
【０１２２】
したがって、単一の検出器の固有の測定ボリュームを超える広い測定ボリュームをカバーできるように、２つ以上の検出器を用いることができ、この場合、２つ以上の検出器は、本明細書のいずれかに記載されるような１つ以上の特定の技術特性に関して、互いに同一であるか、または、異なってもよい。概して、大きい測定ボリュームは、空間内の一領域を示す、干渉してもそうでなくてもよい重なるボリュームを含み、ここにおいて、二重またはそれ以上の多重の検出が行われてよく、すなわち、特定の物体が２つまたはそれ以上の検出器によって独立に、同時にまたは異なる時間で検出されうる。２つ以上の検出器、特に２つ以上の同一の検出器が用いられる場合であっても、特定の物体の二重またはそれ以上の多重の検出によって、重なるボリューム内の特定の物体に関する深度情報の信頼性のある取得は損なわれない。１つ以上の照射源が２つ以上の検出器に独立に形成されうるため、典型的には、特定の照射源と特定の検出器との間に関係性は存在しない。したがって、２つ以上の検出器が互いを指すときにも、深度情報の信頼性ある取得が可能である。特定の照射源と特定の検出器とがこのように分かれていることから、特定の物体に関する深度情報の記録は、特定の物体が重なるボリューム内に位置しうる場合に、損なわれない。反対に、特定の物体に関係する重なりボリューム内の深度情報は、複数の検出器によって同時に独立に取得でき、すなわち、特定に物体に関する深度測定の精度を向上するために用いることができる。たとえば、２つ以上の別個の単一の検出器による同一の物体について同時にまたは連続的に記録される各深度値を比較することにより、この向上を実現することができる。
【０１２３】
本発明の別の実施形態では、ユーザとマシンとの間の情報の１つ以上の要素を交換するためのヒューマンマシンインタフェースが提案される。提案されるヒューマンマシンインタフェースは、上述のまたは以下でより詳細に記載される１つ以上の実施形態の上述の検出器が、１人以上のユーザによって、マシンに情報および／または命令を供給するために用いられうるという事実を利用しうる。すなわち、好ましくは、ヒューマンマシンインタフェースは、制御命令の入力に用いられうる。
【０１２４】
ヒューマンマシンインタフェースは、本発明に係る１つ以上の検出器、たとえば、上述の１つ以上の実施形態にかかる、および／または、以下でより詳細に記載される１つ以上の実施形態にかかる検出器を含み、ヒューマンマシンインタフェースは、検出器によるユーザの幾何情報の１つ以上の要素を形成するよう設計されており、ヒューマンマシンインタフェースは、幾何情報に、情報の１つ以上の要素、特に、１つ以上の制御命令に割り当てるよう設計されている。
【０１２５】
概して、本明細書中で用いられるとき、ユーザの幾何情報の１つ以上の要素は、ユーザおよび／またはユーザの１つ以上の体の部分の縦方向位置および／または横方向位置についての情報の１つ以上の要素を意味しうる。すなわち、好ましくは、ユーザの幾何情報は、検出器の評価装置により提供される、横方向位置および／または縦方向位置に関する１つ以上の要素を意味しうる。ユーザ、ユーザの体の一部またはユーザの体の複数の部分は、１つ以上の検出器により検出可能な１つ以上の物体と見なすことができる。この場合、ただ１つの検出器が設けられてよく、または、複数の検出器の組み合わせが設けられてもよい。たとえば、複数の検出器が、ユーザの体の複数の部分の位置を決定するため、および／または、ユーザの１つ以上の体の部分の配向を決定するために設けられても良い。ヒューマンマシンインタフェースは、１つ以上の検出器を含んでよく、複数の検出器が設けられている場合、検出器は、同一でも異なっていてもよい。複数の検出器が設けられている場合、複数の検出器、特に複数の同一の検出器によって、重なるボリューム内の１つ以上の物体に関する深度情報の信頼性ある取得がそれでも可能であり、これは、上述のように、複数の検出器によって記録されうる。
【０１２６】
すなわち、好ましくは、ユーザの幾何情報の１つ以上の要素は、ユーザの体の位置；ユーザの１つ以上の体の部分の位置；ユーザの体の配向；ユーザの１つ以上の体の部分の配向からなる群から選択される。
【０１２７】
ヒューマンマシンインタフェースは、さらに、ユーザに接続可能な１つ以上のビーコン装置を含んでよい。本明細書中で用いられるとき、ビーコン装置は、概して、１つ以上の検出器によって検出可能な、および／または、１つ以上の検出器による検出を容易とする任意の装置である。すなわち、以下でより詳細に記載するように、ビーコン装置は、たとえば、１つ以上の光ビームを形成する１つ以上の照射源を有することにより、検出器によって検出される１つ以上の光ビームを形成するアクティブビーコン装置であってよい。付加的にまたは代替的に、ビーコン装置は、個別の照射源により形成される光ビームを反射する１つ以上の反射要素を設けることにより、パッシブビーコン装置として完全にまたは部分的に設計されてよい。１つ以上のビーコン装置は、恒久的にまたは一時的に取り付けられてよい。取り付けは、１つ以上の取り付け手段を用いることにより、および／または、ユーザ自身により、たとえば、手で１つ以上のビーコン装置を保持することにより、および／または、ビーコン装置をユーザが装着することにより、行われうる。
【０１２８】
ヒューマンマシンインタフェースは、検出器が１つ以上のビーコン装置の位置についての情報を形成するように適合されてよい。詳細には、ユーザへの１つ以上のビーコン装置の取り付け方法が既知である場合、１つ以上のビーコン装置の位置についての情報の１つ以上の要素から、ユーザまたはユーザの１つ以上の体の部分の位置および／または配向に関する情報の１つ以上の要素が得られる。
【０１２９】
ビーコン装置は、好ましくは、ユーザが保持しうるビーコン装置およびユーザの体または体の部分に取り付け可能なビーコン装置の１つである。上述のように、ビーコン装置は、アクティブビーコン装置として完全にまたは部分的に設計されうる。すなわち、ビーコン装置は、検出器に送られる１つ以上の光ビーム、好ましくは、既知のビーム特性を有する１つ以上の光ビームを形成するように適合された１つ以上の照射源を含んでよい。付加的にまたは代替的に、ビーコン装置は、照射源により形成される光を反射するように適合された１つ以上の反射体を含んでよく、これにより、検出器に送られる反射された光ビームが形成される。
【０１３０】
ビーコン装置は、好ましくは、ユーザが装着する装具、好ましくは、手袋、ジャケット、帽子、靴、ズボンおよびスーツからなる群から選択される装具；手で保持可能なスティック；バット；クラブ；ラケット；ケーン；玩具たとえばトイガンの１つ以上を含んでよい。
【０１３１】
本発明の別の実施形態では、１つ以上のエンタテインメント機能を実行するエンタテインメント装置が開示される。本明細書中で用いられるとき、エンタテインメント装置とは、１人以上のユーザ（以下では、１人以上のプレーヤともいう）の、レジャーおよび／またはエンタテインメントの目的で用いられうる装置である。たとえば、エンタテインメント装置は、ゲーム、好ましくはコンピュータゲームの目的で用いられうる。付加的にまたは代替的に、エンタテインメント装置は、概して、他の目的、たとえば、エクササイズ、スポーツ、理学療法またはモーショントラッキングのために用いられてもよい。すなわち、エンタテインメント装置は、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現されてよく、または、１つ以上のゲームソフトウェアプログラムを実行するコンピュータ、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含んでよい。
【０１３２】
エンタテインメント装置は、本発明に係る、たとえば、上述の１つ以上の実施形態に係るおよび／または以下に示す１つ以上の実施形態に係る、１つ以上のヒューマンマシンインタフェースを含む。エンタテインメント装置は、ヒューマンマシンインタフェースによってプレーヤが情報の１つ以上の要素を入力可能であるよう設計されている。情報の１つ以上の要素は、エンタテインメント装置のコントローラおよび／またはコンピュータに送られ、および／または、エンタテインメント装置のコントローラおよび／またはコンピュータによって使用されうる。
【０１３３】
情報の１つ以上の要素は、好ましくは、ゲームの進行に作用するよう適合された１つ以上の命令を含んでよい。すなわち、たとえば、情報の１つ以上の要素は、プレーヤおよび／またはプレーヤの１つ以上の体の部分の動き、配向および位置のうちの１つ以上についての情報の１つ以上の要素を含んでよく、これにより、プレーヤは、ゲームに必要な特定の位置および／または動作をシミュレートできる。たとえば、ダンス；ランニング；ジャンプ；ラケットのスイング；バットのスイング；クラブのスイング；ある物体の別の物体へのポインティング、たとえば、標的へのトイガンのポインティングのうちの１つ以上の動きが、シミュレートでき、エンタテインメント装置のコントローラおよび／またはコンピュータに通信可能である。
【０１３４】
エンタテインメント装置、好ましくは、エンタテインメント装置のコントローラおよび／またはコンピュータは、情報にしたがって、エンタテインメント機能を変更するよう設計されている。すなわち、上述のように、ゲームの進行は、情報の１つ以上の要素に従って影響されうる。すなわち、エンタテインメント装置は、１つ以上のコントローラを含み、このコントローラは、１つ以上の検出器の評価装置とは別であってよく、および／または、１つ以上の評価装置と完全にまたは部分的に同一であってよく、または、１つ以上の評価装置を含んでもよい。好ましくは、１つ以上のコントローラは、１つ以上のデータ処理装置、たとえば、１つ以上のコンピュータおよび／またはマイクロコントローラを含んでよい。
【０１３５】
本発明の別の実施形態では、エンタテインメント装置は、モバイル部品または特に非モバイル部品である設備の一部であってよく、この設備は、少なくとも部分的にエンタテインメント装置を含んでよい。この設備は、固定位置または少なくとも間欠的に変化する位置に配置される単一の、別個の部品を含むが、この設備は、２つ以上の部品、好ましくは、２〜１０個の部品、たとえば３、４、５または６個の部品を含んでもよく、２つ以上の部品は、範囲、たとえば、部屋またはその一部の中の互いに異なる２つ以上の位置にわたって分けられてもよい。この場合、エンタテインメント装置は、設備の一部であってよく、この場合、好ましくは、設備のいくつかのまたは各部品は、本発明に係る１つ以上の検出器またはその一部、たとえばセンサを含むように、エンタテインメント装置の一部を示してよい。本明細書中で用いられるとき、「非モバイル設備」は、特に、コンシューマ電子機器として表される非モバイル電子商品を含んでよく、「コンシューマ電子機器」には、好適には日常での使用を目的とした、主にエンタテインメント、通信およびオフィスの物事における電子的物品、たとえば、ラジオレシーバ、モニタ、テレビジョン、オーディオプレーヤ、ビデオプレーヤ、パーソナルコンピュータおよび／または電話が含まれる。非モバイル設備を構成する特別な例は、たとえば、設備の２、３、４、５、６個またはそれ以上の別個の部品、たとえば個別のモニタまたはオーディオプレーヤ（ラウドスピーカを含む）で構成されうるサラウンドシステムであり、これらの部品は、好適には特別なやり方で、たとえば、部屋またはその一部を囲むアーチ型の構成を形成する所定範囲にわたって分散配置されうる。
【０１３６】
付加的にまたは代替的に、エンタテインメント装置またはその一部、たとえば設備の１つの、いくつかのまたは各部品は、さらに、写真装置たとえばカメラ特に２Ｄカメラ、画像解析ソフトウェア、特に２Ｄ画像解析ソフトウェア、および、基準物体、特に幾何対称の基準物体、たとえは本または特別に形成された玩具のうちの１つ以上を含んでよい。この場合、基準物体は、非モバイル設備の一部であってもよく、かつ、上述のおよび／または下記のエンタテインメント装置の別の機能を満たしてよく、この場合、基準物体は、さらに、検出器、２Ｄカメラまたは別の写真装置をさらに含んでよい。好ましくは、写真装置の構成的相互作用、画像解析ソフトウェアおよび特別な対称の基準物体は、写真装置によって記録された対象の物体の２Ｄ画像の、１つ以上の検出器によって決定されるものと同じ物体の３Ｄ位置との位置あわせを容易にしうる。
【０１３７】
本発明の別の実施形態では、エンタテインメント装置の１つ以上のヒューマンマシンインタフェースに含まれる１つ以上の検出器の標的を構成しうる物体は、モバイル設備に含まれるコントローラの一部であってよく、この場合、モバイル設備は、別のモバイル設備または非モバイル設備を制御するよう構成されてよい。本明細書中で用いられるとき、「モバイル設備」は、特にコンシューマ電子機器として表されるモバイル電子製品、たとえば、携帯電話、ラジオレシーバ、ビデオレコーダ、オーディオプレーヤ、デジタルカメラ、カムコーダ、モバイルコンピュータ、ビデオゲームコンソールおよび／または遠隔制御に適合された他の装置を含んでよい。この実施形態は、任意の種類のモバイル設備を用いて、特に、好ましくは、設備のより少ない数の部品を用いて、非モバイル設備を制御できる。非限定的な例として、たとえば、携帯電話を用いたゲームコンソールおよびテレビジョンの両方を同時に制御することもできる。
【０１３８】
代替的にまたは付加的に、検出器の目標を構成しうる物体は、さらに、特に物体に関連する物理的および／または化学的な量を決定するよう構成された付加的なセンサ（検出器内に含まれるセンサとは別）、たとえば、物体の慣性運動を測定するための慣性センサ、または、物体の加速度を決定するための加速度センサを備えてもよい。しかし、これらの好ましい例の他に、物体に関連する別のパラメタを取得するよう適合された他の種類のセンサ、たとえば、物体の振動を決定する振動センサ、物体の温度を記録する温度センサ、または、物体の湿度を記録する湿度センサが用いられてもよい。物体内の付加的なセンサの使用によって、物体の位置の検出の質および／または範囲が向上可能である。非限定的な例として、付加的な慣性センサおよび／または加速度センサは、特に、物体の付加的な動き、たとえば、物体の回転を記録するよう構成されてよく、これらのセンサは、特に、物体の検出の精度を向上させるために用いることができる。さらに、付加的な慣性センサおよび／または加速度センサは、好適には、これらのセンサの１つ以上を備えた物体が、エンタテインメント装置のヒューマンマシンインタフェース内に含まれる検出器の可視範囲から出る可能がある場合にも、対応できる。この場合、それにもかかわらず、物体が検出器の可視範囲を出た後にも、これらのセンサの１つ以上から出る信号を依然として記録でき、その実際の慣性および加速度の値を考慮してこれらの値から位置を計算することによって物体の位置決定にこれらの信号を用いることにより、物体を追うことができる。
【０１３９】
代替的にまたは付加的に、検出器の目標を構成しうる物体は、さらに、たとえば物体の動きをシミュレートすることにより（この場合、コントローラによって制御されうる物体は仮想的であっても現実のものであってもよい）、および／または、コントローラを対応して用いることによって物体の動きを誘導することにより、動きのシミュレートおよび／または誘導を可能とする別の特徴を備えてもよい。この特徴は、特に、ユーザに対してより現実的なエンタテインメントの経験を与えるために用いられうる。例として、エンタテインメント装置で用いられるようなステアリングホイールが振動し、その振動の振幅は仮想的な車が走行している地面の性質に依存しうる。別の実施形態として、物体の動きが、たとえば、以下のアドレスにおいて記載されているような、航空機の安定化のために用いられうるジャイロスコープを用いることにより誘導可能である：en.wikipedia.org/wiki/gyroscope
【０１４０】
本発明の別の実施形態では、１つ以上の検出器の目標を構成しうる物体は、照射を変調するための、特に周期的な変調のための、１つ以上の変調装置を備えてよい。好ましくは、物体は、物体の一部であってよくまたは代替的にまたは付加的に物体によって保持されるかまたはこれに取り付けられうる１つ以上の照射源を含んでよく、このような物体は、本願のいずれかに記載されたようなやり方でビーコンとして動作しうる。照射は、検出器に送られる１つ以上の光ビームを形成するよう適合されてよく、この場合、照射源は、照射を変調するための変調装置を含み、および／または、変調装置は、照射源の放射を制御するよう構成された別個の装置であってよい。この実施形態によれば、照射源の基本変調とは別に、変調装置は、付加的な変調周波数（「上音」ともいう）を形成してもよく、この付加的な変調周波数は、付加的な情報の任意の要素またはデータを物体から検出器へ送るために用いられうる。この実施形態（「変調逆反射体」とも表すことができる）は、基本変調周波数および付加的な変調周波数の両方を遠隔制御として形成するために構成された変調装置を備えた物体を用いる道を開くことができる。さらに、既存の遠隔制御を、記載された変調装置を備えた物体によって置き換えることができる。この背景に対して、遠隔制御のために構成されたこの種の物体および部品が、本発明に係る検出器を含む構成に交換可能に用いられうる。
【０１４１】
本発明の別の実施形態では、エンタテインメント装置は、さらに、このような環境内で概して用いられているアイテムなどの付加的なアイテムを備えてよい。プレーヤの頭の中に３Ｄ映像を形成するよう構成された眼鏡または他の装置が特定の例を構成しうる。
【０１４２】
本発明の別の実施形態では、エンタテインメント装置は、さらに、拡張現実アプリケーションを備えてよい。また、本明細書中で用いられるとき、「拡張現実」とは、物理的現象たとえば音、画像その他に本質的に関連するコンピュータが形成するデータによって修正可能な要素を含む現実のライブ認識を描写しうる。一例は、拡張現実アプリケーションに特に適合された眼鏡であってよい。別の例は、部屋または好ましくはその大部分のうちの所定範囲をカバーするように特に配置された２つ以上の検出器、好ましくは多数の検出器と、写真装置、たとえばカメラ、特に２Ｄカメラと、拡張現実アプリケーションとを含む構成を含んでよく、この構成は、現実の範囲をプレイフィールド（エンタテインメントフィールドとも表せる）に変換するために用いられうる。
【０１４３】
本発明の別の態様では、１つ以上の可動な物体の位置を追跡する追跡システムが設けられている。本明細書中で用いられるとき、追跡システムは、１つ以上の物体または１つ以上の物体の部分の一連の過去の位置についての情報を集めるよう適合された装置である。さらに、追跡システムは、１つ以上の物体または１つ以上の物体の部分の、１つ以上の予測される将来の位置についての情報を提供するよう適合されてよい。追跡システムは、１つ以上の追跡コントローラを用いてよく、追跡コントローラは、完全にまたは部分的に電子装置の一部、好ましくは１つ以上のデータ処理装置、より好ましくは１つ以上のコンピュータまたはマイクロコントローラとして実現されてよい。また、１つ以上の追跡コントローラは、１つ以上の評価装置を含んでよく、および／または、１つ以上の評価装置の部分であってよく、および／または、１つ以上の評価装置と完全にまたは部分的に同一であってよい。
【０１４４】
追跡システムは、本発明に係る１つ以上の検出器、たとえば、上述の１つ以上の実施形態および／または下記の１つ以上の実施形態に記載された１つ以上の検出器を含む。追跡システムは、さらに、１つ以上の追跡コントローラを含む。追跡システムは、２つ以上の検出器の間の重なるボリューム内の１つ以上の物体に関する深度情報の信頼性のある取得を可能にする１つ、２つまたはそれ以上の検出器、特に２つ以上の同一の検出器を含んでよい。追跡コントローラは、物体の一連の位置を追跡し、各位置は、特定の時点における物体の横方向位置についての情報の１つ以上の要素、および、特定の時点における縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を含む。
【０１４５】
追跡システムは、さらに、物体に接続可能な１つ以上のビーコン装置をさらに含んでよい。ビーコン装置の可能な定義に関して、上記開示を参照できる。追跡システムは、好ましくは、検出器が１つ以上のビーコン装置の物体の位置についての情報を形成可能なように適合されている。ビーコン装置の可能な実施形態について、上記開示が参照できる。すなわち、ビーコン装置は、アクティブビーコン装置および／またはパッシブビーコン装置として完全にまたは部分的に実現されてよい。たとえば、ビーコン装置は、検出器に送られる１つ以上の光ビームを形成するように適合された１つ以上の照射源を含んでよい。付加的にまたは代替的に、ビーコン装置は、照射源が形成した光を反射するよう適合された１つ以上の反射体を含んでよく、これにより、検出器に送られる反射された光ビームが形成される。
【０１４６】
追跡システムは、追跡システム自体および／または１つ以上の別個の装置の１つ以上の動作を開始するよう適合されてよい。後者のために、追跡システム、好ましくは、追跡コントローラは、１つ以上の動作を開始するための、１つ以上の無線および／または有線インタフェースおよび／または他の種類の制御接続を有してよい。好ましくは、１つ以上の追跡コントローラは、物体の１つ以上の実際の位置に従って、１つ以上の動作を開始するよう適合されてよい。たとえば、動作は、物体の将来の位置の予測；物体への１つ以上の装置のポインティング；検出器への１つ以上の装置のポインティング；物体の照射；検出器の照射からなる群から選択されうる。
【０１４７】
追跡システムの適用の例として、追跡システムは、１つ以上の第１の物体を、１つ以上の第２の物体に、第１の物体および／または第２の物体が動いても継続的にポインティングするために用いられうる。また、工業分野、たとえば、ロボティクスに、および／または、たとえば製造ラインまたは組立ラインでの製造中に商品が動いていても商品に継続的に作用するために、可能な例を見ることができる。付加的にまたは代替的、追跡システムは、照射目的、たとえば、物体が動いていても照射源を物体に継続的にポインティングすることによって物体を継続的に照射するために用いられてよい。たとえば、移動物体に対してトランスミッタをポインティングすることにより継続的に情報を移動物体に送るための通信システムに、別の用途を見ることができる。
【０１４８】
本発明の別の態様では、１つ以上の物体をイメージングするためのカメラが開示される。カメラは、たとえば、上述の、または、以下でより詳細に記載される１つ以上の実施形態に記載のような、本発明に係る１つ以上の検出器を含む。
【０１４９】
すなわち、詳細には、本願は、写真の分野に適用されうる。すなわち、検出器は、写真装置、詳細にはデジタルカメラの一部であってよい。詳細には、検出器は、３Ｄ写真、詳細にはデジタル３Ｄ写真に用いられてよい。すなわち、検出器は、デジタル３Ｄカメラを構成し、または、デジタル３Ｄカメラの一部であってよい。本明細書中で用いられるとき、「写真」の語は、概して、１つ以上の物体の画像情報を取得する技術を指す。また、本明細書中で用いられるとき、「カメラ」は、概して、写真を行うよう適合された装置である。また、本明細書中で用いられるとき、「デジタル写真」の語は、概して、照射の強度および／または色を示す電気信号、好ましくは、デジタル電気信号を形成するよう適合された複数の感光性要素を用いることにより、１つ以上の物体の画像情報を取得する技術を指す。また、本明細書中で用いられるとき、「３Ｄ写真」の語は、概して、３つの空間次元における１つ以上の物体の画像情報を取得する技術を指す。したがって、３Ｄカメラは、３Ｄ写真を行うよう適合された装置である。カメラは、概して、単一の画像、たとえば、単一の３Ｄ画像を取得するために適合されてよく、または、複数の画像、たとえば、一連の画像を取得するように適合されてよい。すなわち、カメラは、たとえばデジタル映像シーケンスを取得するための、映像用途に適合されたビデオカメラであってもよい。
【０１５０】
すなわち、概して、本発明は、さらに、１つ以上の物体をイメージングするための、カメラ、詳細には、デジタルカメラ、より詳細には、３Ｄカメラまたはデジタル３Ｄカメラを指す。上述のように、イメージングの語は、本明細書中で用いられるとき、概して、１つ以上の物体の画像情報を取得することを指す。カメラは本発明に係る１つ以上の検出器を含む。カメラは、上述のように、単一の画像を取得するためにまたは複数の画像たとえば画像シーケンスを取得するために、好ましくはデジタルビデオシーケンスを取得するために、適合されてよい。すなわち、たとえば、カメラは、ビデオカメラであるかまたはこれを含んでよい。後者の場合、カメラは、好ましくは、画像シーケンスを保存するためのデータメモリを含む。
【０１５１】
本発明において用いられるとき、「位置」の表現は、概して、物体の１つ以上の点の絶対的な位置および配向に関する情報の１つ以上の要素をいう。すなわち、詳細には、位置は、検出器の座標系、たとえば、デカルト座標系において決定されうる。しかし、付加的にまたは代替的に、他の種類の座標系、たとえば、極座標系および／または球座標系を用いてもよい。
【０１５２】
本発明の別の実施形態では、１つ以上の物体の位置を決定するための方法が開示される。本方法は、好ましくは、本発明に係る１つ以上の検出器、たとえば、上述のまたは以下でより詳細に開示される１つ以上の実施形態を利用しうる。すなわち、本方法の任意選択的な実施形態に関して、検出器の実施形態が参照できる。
【０１５３】
本方法は、記載の順で、または、異なる順で実行されうる以下のステップを含む。さらに、記載されていない付加的な方法ステップが設けられてもよい。さらに、２つ以上のまたは全ての方法ステップが少なくとも一部同時に実行されてもよい。さらに、２つ以上のまたは全ての方法ステップが２回または３回以上繰り返して実行されてもよい。
【０１５４】
第１の方法ステップ（１つ以上の横方向位置を決定するステップともいう）では、１つ以上の横方向光センサが用いられる。横方向光センサは、物体から検出器へと伝播する１つ以上の光ビームの横方向位置を決定し、この横方向位置は、検出器の光軸に垂直な１つ以上の次元における位置である。横方向光センサは、１つ以上の横方向センサ信号を形成する。
【０１５５】
別の方法ステップ（１つ以上の縦方向位置を決定するステップともいう）では、１つ以上の縦方向光センサが用いられる。縦方向光センサは、１つ以上のセンサ領域を有する。縦方向光センサは、光ビームによるセンサ領域の照射に依存して、１つ以上の縦方向センサ信号を形成する。縦方向センサ信号は、照射の総出力が同一の場合、センサ領域内の光ビームのビーム断面に依存する。
【０１５６】
別の方法ステップ（評価ステップともいう）では、１つ以上の評価装置が用いられる。評価装置は、横方向センサ信号の評価により物体の横方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成し、評価装置はさらに、縦方向センサ信号の評価により物体の縦方向位置に関する情報の１つ以上の要素を形成する。
【０１５７】
本発明の別の態様では、本発明に係る検出器の使用が開示されている。これにおいては、距離測定、特に交通技術における距離測定；位置測定、特に交通技術における位置測定；エンタテインメント用途；セキュリティ用途；ヒューマンマシンインタフェース用途；追跡用途；写真用途；イメージング用途またはカメラ用途；１つ以上の空間のマップ形成用のマッピング用途からなる群から選択される使用を目的とした検出器の使用が提案されている。
【０１５８】
以下では、本発明に係る検出器、ヒューマンマシンインタフェース、追跡システムおよび方法の可能な実施形態に関するいくつかの付加的な事項が記載されている。上述のように、好ましくは、１つ以上の横方向光検出器および１つ以上の縦方向光検出器の構成の可能な詳細に関して、詳細には、可能な電極材料、有機材料、無機材料、層構成および他の詳細に関して、特許文献２１が参照できる。
【０１５９】
物体は、概して、生体または非生体の物体であってよい。検出器によって完全にまたは部分的に検出可能な物体の例は、以下により詳細に記載されている。
【０１６０】
さらに、任意選択的な伝送装置の可能な実施形態に関して、特許文献２１が参照できる。すなわち、この任意選択的な伝送装置は、たとえば、１つ以上のビーム経路を含む。伝送装置は、電磁放射の方向に作用するため、たとえば、１つ以上のミラーおよび／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含んでよい。代替的にまたは付加的に、伝送装置は、収束レンズおよび／または発散レンズの効果を有しうる１つ以上の結像要素を含んでよい。たとえば、任意選択的な伝送装置は、１つ以上のレンズおよび／または１つ以上の凸面ミラーおよび／または凹面ミラーを含んでよい。また、代替的にまたは付加的に、伝送装置は、１つ以上の波長選択要素、たとえば、１つ以上の光学フィルタを含んでよい。また、代替的にまたは付加的に、伝送装置は、たとえば、センサ領域の位置、特にセンサ範囲において、電磁放射の所定のビームプロフィルを生じさせるように設計されてよい。任意選択的な伝送装置の上述の任意選択的な実施形態は、基本的に、個別にまたは所望の任意の組み合わせで実現可能である。
【０１６１】
さらに、概して、本発明の文脈において、光センサは、１つ以上の光学信号を異なる信号形態、好ましくは１つ以上の電気信号、たとえば、電圧信号および／または電流信号に変換するように設計された任意の要素を指しうることに留意すべきである。特に、光センサは、１つ以上の電気コンバータ要素、好ましくは、１つ以上の光ダイオードおよび／または１つ以上の太陽電池を含んでよい。以下でさらにより詳細に説明されるように、本発明の文脈において、１つ以上の有機光センサ、すなわち、１種以上の有機材料、たとえば、１種以上の半導体材料を含む光センサの使用が特に好ましい。
【０１６２】
本発明の文脈において、センサ領域は、好ましくは（不可欠ではなく）連続しており、かつ、連続した領域を形成しうる二次元または三次元の領域を意味し、センサ領域は、照射に依存して、１つ以上の測定可能な特性を変えるように設計されていると理解されるべきである。たとえば、上記の１つ以上の特性は、例えば、単独でまたは光センサの他の要素と相互作用して、光電圧および／または光電流および／またはいくつかの他の種類の信号を形成するよう設計されているセンサ領域による電気的特性であってよい。特に、センサ領域は、均一な、好ましくは、単一の信号を、センサ領域の照射に依存して形成するよう実現されてよい。すなわち、センサ領域は、均一な信号、たとえば、好ましくは、たとえば、センサ領域の部分領域のための部分信号にもはや再分割できない電気信号が形成される光センサの最小の単位であってよい。横方向光センサおよび／または縦方向光センサは、それぞれ、１つ以上のこのようなセンサ領域を有してよく、後者の場合は、たとえば、二次元および／または三次元のマトリクス配置で配置されたこのような複数のセンサ領域による。
【０１６３】
１つ以上のセンサ領域は、たとえば、１つ以上のセンサ範囲、すなわち、横方向の拡がりがセンサ領域の厚さを大きく、たとえば１０倍以上、好ましくは１００倍以上、最も好ましくは１０００倍以上超えるセンサ領域を含みうる。このようなセンサ範囲の例は、たとえば上述の従来技術による、または、以下でより詳細に記載される例示的実施形態による、有機または無機光起電力要素において見いだすことができる。検出器は、１つ以上のこのような光センサおよび／またはセンサ領域を有してよい。たとえば、複数の光センサは、線形に離間して、または、二次元配置または三次元配置で、たとえば、使用される光起電力要素、好ましくは有機光起電力要素のスタック、好ましくは、光起電力要素のセンサ範囲が互いに平行に配置されたスタックによって、配置されてよい。他の実施形態も可能である。
【０１６４】
任意選択的な伝送装置は、上述のように、物体から検出器に伝播する光を、横方向光センサおよび／または縦方向光センサに、好ましくは連続的に供給するように設計されてよい。上述のように、この供給は、伝送装置の非結像特性によってまたは結像特性によって任意選択的に行うことができる。特に、伝送装置は、電磁放射が横方向光センサおよび／または縦方向光センサに供給される前に、電磁放射を収集するように設計されてもよい。任意選択的な伝送装置は、以下でさらに詳細に説明されるように、完全にまたは部分的に１つ以上の照射源の構成部分であってよく、この照明源は、たとえば、光ビーム、たとえば定められたまたは正確に知られるビームプロフィルを有する光ビーム、たとえば１つ以上のガウスビーム、特に既知のビームプロフィルを有する１つ以上のレーザビームを供給するように設計されている。
【０１６５】
任意選択的な照射源の可能な実施形態に関して、特許文献２１が参照できる。しかし、他の実施形態も用いることができる。物体から出る光は、物体自体から生じてよいが、任意選択的に、異なる始点を有してよく、この始点から物体に、その後、横方向および／または縦方向光センサに伝播してもよい。後者の場合は、たとえば、使用される１つ以上の照射源によって行われてもよい。この照射源は、たとえば、環境光源であるかこれを含んでよく、および／または、人工照射源であるかまたはこれを含んでよい。たとえば、検出器自体は、１つ以上の照射源、たとえば、１つ以上のレーザおよび／または１つ以上の白熱ランプおよび／または１つ以上の半導体光源、たとえば、１つ以上の発光ダイオード、特に有機および／または無機発光ダイオードを含んでよい。概して定義されたビームプロフィルおよび操作性の他の特性のために、照射源またはその一部としての１つ以上のレーザの使用が特に好ましい。照射源自体は、検出器の構成部分であってよく、または、検出器の独立に形成されてもよい。照射源は、特に、検出器、たとえば、検出器のケーシングに一体化されてよい。代替的にまたは付加的に、１つ以上の照射源は、物体に一体化されてもよく、または、物体に接続されまたは空間的に結合されてもよい。
【０１６６】
物体から出る光は、したがって、光が物体自身を始点とするというオプションの代わりにまたはこれに加えて、照射源から出てよく、および／または、照射源によって励起されてよい。たとえば、物体から出る電磁的な光は、物体自身から出てよく、および／または、光センサに供給される前に物体によって反射されるか、および／または、物体によって散乱されてもよい。この場合、電子放射の放射および／または散乱は、電磁放射のスペクトル的影響なく、または、このような影響に影響されうる。すなわち、たとえば、波長シフトが、散乱の間に、たとえば、ストークスまたはラマンに従って生じてもよい。さらに、光の放出は、たとえば、一次光源により、たとえば、ルミネセンス、特に、蛍光および／またはリン光に影響するよう励起される物体または物体の部分領域によって励起されてもよい。他の放出プロセスも基本的に可能である。反射が生じるとき、物体はたとえば１つ以上の反射領域、特に、１つ以上の反射表面を有しうる。この反射面は、物体自身の一部であってよいが、たとえば、物体に接続または空間的に結合された反射体、たとえば、物体に接続された反射体プラックであってよい。１つ以上の反射体が用いられるとき、反射体は、たとえば、検出器の他の構成部分から独立に、物体に接続された検出器の一部とみなしてもよい。
【０１６７】
検出器の１つ以上の照射源は、概して、物体の放出および／または反射特性、たとえば、波長に関して、適合されてもよい。種々の実施形態が可能である。
【０１６８】
１つ以上の任意選択的な照射源は、概して、紫外スペクトル範囲、好ましくは２００ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲；可視スペクトル範囲（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）；赤外スペクトル範囲、好ましくは７８０ｎｍ〜３．０μｍの範囲の内の１つ以上の光を放出してよい。最も好ましくは、１つ以上の照射源は、可視スペクトル範囲、好ましくは５００ｎｍ〜７８０ｎｍ、最も好ましくは６５０ｎｍ〜７５０ｎｍまたは６９０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の光を放出するよう適合されている。
【０１６９】
横方向および／または縦方向光センサへの光の供給は、特に、光点、たとえば、円形、楕円形または他の構成の断面を有する光点が、横方向および／または縦方向光センサの光センサ範囲上に形成されるように、行われてよい。たとえば、検出器は、可視範囲、特に、固定角度範囲および／または空間範囲を有してよく、その中で物体が検出可能である。好ましくは、任意選択的な伝送装置は、たとえば、物体が検出器の可視範囲に配置されている場合に、光点がセンサ領域特にセンサ範囲に完全に配置されるように設計されている。たとえば、センサ範囲は、この条件が確実であるように、対応するサイズを有するよう選択されてよい。
【０１７０】
１つ以上の縦方向光センサは、上述のように、たとえば、照射出力が同一の場合に、すなわち、たとえば、センサ範囲上の照射強度にわたって同じ積分の場合に、縦方向センサ信号が、照射の幾何形状、すなわち、たとえばセンサスポットについての直径および／または同等の直径に依存するように設計されていてよい。たとえば、縦方向光センサは、同じ総出力の場合にビーム断面が２倍になると、信号の変化が３倍以上で、好ましくは４倍以上で、特に、５倍、または１０倍でも生じるように設計されてよい。この条件は、たとえば、特定の焦点化範囲、たとえば、１つ以上の特定のビーム断面に当てはまりうる。すなわち、たとえば、信号がたとえば１つ以上の極大値または最大値を有しうる１つ以上の最適な焦点化と、当該１つ以上の最適な焦点化の外側の焦点化との間において、縦方向センサ信号は、３倍以上、好ましくは４倍以上、特に好ましくは５倍以上、さらには１０倍以上の信号差を有してよい。特に、縦方向センサ信号は、照射の幾何形状に基づいて、たとえば、光点の直径または同等の直径に基づいて、たとえば、３倍以上、特に好ましくは４倍以上、特に好ましくは１０倍以上の増大を有する顕著な１つ以上の最大値を有してよい。結果的に、縦方向光センサは、特許文献２１により詳細に開示されている上述のＦｉＰ効果に基づいてよい。すなわち、特にｓＤＳＣにおいて、光ビームの焦点化は重要な役割を果たし、すなわち、特定の数の上（auf）光子（ｎｐｈ）が入射する断面または断面範囲が重要である。より密に光ビームが焦点化される、すなわち、断面がより小さくなるほど、より大きい光電流となりうる。「ＦｉＰ」の語は、入射ビームの断面φ（Ｆｉ）と太陽電池の電力（Ｐ）との間の関係を表している。
【０１７１】
１つ以上の縦方向光センサは、好ましくは、物体の適当な位置情報を供給するため、１つ以上の縦方向光センサと組み合わされる。
【０１７２】
ビーム幾何形状、好ましくは１つ以上の光ビームのビーム断面への１つ以上の縦方向センサ信号の依存性のこのような効果が、特に、有機光起電力コンポーネント、すなわち、１つ以上の有機材料層、たとえば、１つ以上の有機ｐ型半導体材料層および／または１種以上の有機色素を含む光起電力コンポーネント、たとえば太陽電池の場合に、本発明につながる調査の文脈において観察された。たとえば、このような効果は、実施例によって以下でより詳細に説明されるように、色素太陽電池、すなわち、１つ以上の第１電極、１つ以上のｎ型半導体金属酸化物層、１種以上の色素、１つ以上のｐ型有機材料層、好ましくは、固体有機ｐ型半導体層、および、１つ以上の第２電極を含むコンポーネントの場合に観察された。このような色素太陽電池、好ましくは固体型色素太陽電池（固体型色素増感太陽電池、ｓＤＳＣ）が、基本的に、文献の多数のバリエーションにおいて既知である。しかし、センサ範囲上の照射幾何形状へのセンサ信号の依存性の述べた効果およびこの効果の使用は、これまで記載されていない。
【０１７３】
特に、１つ以上の縦方向光センサは、照射出力が同一の場合に、特に、照射の光点がセンサ領域、特にセンサ範囲内に完全に存在する限り、センサ信号が、センサ領域のサイズ、特に、センサ範囲のサイズに実質的に依存するように設計されてよい。結果的に、縦方向センサ信号は、センサ範囲上の電磁線の焦点化にのみ依存しうる。特に、センサ信号は、センサ範囲当たりの光電流および／または光電圧が、同じ照射の場合に、たとえば、光点のサイズが同じ場合に、同じ値をとるように実現されうる。
【０１７４】
評価装置は、１つ以上の横方向センサ信号を評価することにより物体の横方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成し、かつ、１つ以上の縦方向センサ信号を評価することにより物体の縦方向についての情報の１つ以上の要素を形成するように設計された１つ以上のデータ処理装置、特に、電子データ処理装置を特に有してよい。すなわち、評価装置は、入力変数として１つ以上の横方向センサ信号および１つ以上の縦方向センサ信号を用い、かつ、これらの入力変数を処理することにより、物体の横方向位置および縦方向位置についての情報の要素を形成するように設計されている。処理は、並列に、順に、または組み合わせて行われてよい。評価装置は、たとえば、１つ以上の保存された関係および／または既知の関係を計算および／または使用して、これらの情報の要素を形成するための任意のプロセスを用いることができる。１つ以上の横方向センサ信号および１つ以上の縦方向センサ信号の他に、１つ以上の別のパラメタおよび／または情報の要素が、上記関係、たとえば、変調周波数についての情報の１つ以上の要素に影響しうる。この関係は、経験的に、解析的にまたは半経験的に決定できる。特に好ましくは、この関係は、１つ以上の較正曲線、較正曲線の１つ以上の組、上述の可能性の１つ以上の関数または組み合わせを含む。１つ以上の構成曲線は、たとえば、値の組および関連するその関数値の形態で、たとえば、データ保存装置および／またはテーブルに保存可能である。しかし、代替的にまたは付加的に、１つ以上の較正曲線はたとえば、パラメタ化された形態で、および／または、関数式の形態で保存されてもよい。１つ以上の横方向センサ信号の横方向位置についての情報の１つ以上の要素への処理について、および、１つ以上の縦方向センサ信号の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素への処理について、個別の関係を用いてもよい。代替的に、センサ信号の処理についての１つ以上の組み合わされた関係も用いることができる。種々の可能性が考えられ、組み合わせも可能である。
【０１７５】
たとえば、評価装置は、情報の要素を決定するためのプログラミングに関して設計されていてよい。評価装置は、有利には、１つ以上のコンピュータ、たとえば、１つ以上のマイクロコントローラを含んでよい。さらに、評価装置は、１つ以上の揮発性または不揮発性のデータメモリを含んでよい。データ処理装置、特に１つ以上のコンピュータの代わりにまたはこれに加えて、評価装置は、情報の要素たとえば電子テーブル、特に１つ以上のルックアップテーブルおよび／または１つ以上の特定目的集積回路（ＡＳＩＣ）を決定するよう設計された１つ以上の別の電子コンポーネントを有してよい。
【０１７６】
横方向位置についての情報の１つ以上の要素および縦方向位置についての情報の１つ以上の要素の組み合わせによって、検出器の多数の可能な使用が可能となり、これについて以下に例によって記載されている。特許文献２１により詳細に記載されているように、１つ以上の縦方向光センサのセンサ領域の光点の特定の直径または同等の直径となる光ビームの断面は、物体および検出器との間の距離に依存して、および／または、検出器の任意選択的な伝送装置、たとえば、１つ以上の検出器レンズに依存しうる。たとえば、物体と任意選択的な伝送装置のレンズとの間の距離のバリエーションは、照射の幾何形状の変化、例えば、光点の拡大を伴うセンサ領域の焦点はずれにつながり、これは、複数の縦方向光センサが用いられる場合に、対応して変化する縦方向センサ信号または多数の変化した縦方向センサ信号を伴う。伝送装置を用いなくとも、たとえばセンサ信号からの既知のビームプロフィルおよび／またはそのバリエーションから、たとえば、光ビームの既知のビームプロフィルおよび／または光ビームの既知の伝播によって、焦点外れおよび／または幾何情報を推測することができる。たとえば、既知の総出力の照射の場合、縦方向光センサの縦方向センサ信号から、照射の幾何形状およびこれより今度は幾何情報、特に、物体の位置情報の１つ以上の要素を推測することができる。
【０１７７】
同様に、１つ以上の横方向光センサによって、物体の横方向位置の容易な検出が可能となる。このために、物体の横方向位置の変化が、概して、１つ以上の横方向光センサのセンサ領域における光ビームの横方向位置における変化をもたらすということを用いることができる。すなわち、たとえば、横方向光センサのセンサ領域たとえばセンサ範囲に当たる光ビームにより生じる光点の横方向位置を検出することにより、物体の横方向位置についての情報の１つ以上の要素または横方向位置が形成されうる。すなわち、横方向光センサの部分電極の電流および／または電圧信号を比較することにより、たとえば、２つ以上の異なる部分電極を通って流れる２つ以上の電流の１つ以上の比を形成することにより、光点の位置を決定できる。この測定原理に関して、たとえば、特許文献１および２を参照できる。上述の、１つ以上の横方向センサ信号と物体の横方向位置についての情報の１つ以上との関係は、横方向光センサのセンサ領域上の光点の横方向位置と物体の横方向位置との間の既知の関係を含みうる。このために、検出器の既知の結像特性、特に検出器の１つ以上の伝送装置の既知の結像特性を用いることができる。すなわち、たとえば、伝送装置は、１つ以上のレンズを含んでよく、既知の結像特性はレンズの既知のレンズ式を利用するものであり、当業者には理解されるように、これにより光点の１つ以上の横方向座標を物体の１つ以上の横方向座標に変換できる。この場合、既知の関係は付加的な情報、たとえば、１つ以上の縦方向センサ信号および／または物体の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素も利用できる。すなわち、１つ以上の縦方向センサ信号を用いることにより、評価装置は、たとえば、まず物体の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素、たとえば、物体と検出器、詳細には伝送装置、より好ましくは伝送装置の１つ以上のレンズとの間の１つ以上の距離を決定する。物体の縦方向位置についての情報のこの要素は、次いで、１つ以上の横方向センサ信号を、たとえば１つ以上の横方向光センサのセンサ領域内の光点の１つ以上の横方向座標を物体の１つ以上の横方向位置に変換することにより、物体の横方向位置についての情報の１つ以上の要素に変換するために、レンズ式に用いられうる。他のアルゴリズムも使用可能である。
【０１７８】
上述のように、光ビームの総出力の総強度は、多くの場合わからず、というのも、この総出力はたとえば、物体の特性、たとえば、反射特定に依存し、および／または、照射源の総出力に依存し、および／または、多数の環境条件に依存しうるからである。１つ以上の縦方向センサ信号と、１つ以上の縦方向光センサの１つ以上のセンサ領域内の光ビームのビーム断面との間の上述の既知の関係、すなわち、１つ以上の縦方向センサ信号と物体の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素との間の既知の関係は、光ビームの総強度の総出力に依存しうるため、この不確実性を克服する種々の方法を用いることができる。すなわち、特許文献２１に非常に詳細に記載されているように、複数の縦方向センサ信号は同じ縦方向光センサによって、たとえば、物体の照射の異なる複数の変調周波数を用いて、検出できる。すなわち、２つ以上の縦方向センサ信号が、照射の変調の異なる周波数で取得でき、この２つ以上のセンサ信号から、たとえば、対応する較正曲線の比較により、照射の総出力および／または幾何形状、および／または、これより、直接にまたは間接的に、物体の縦方向位置に関する１つ以上の情報を推測できる。
【０１７９】
しかし、付加的にまたは代替的に、上述のように、検出器は、複数の縦方向光センサを含み、各縦方向光センサは、１つ以上の縦方向センサ信号を形成するよう適合されている。光ビームの総出力および／または強度についての情報を得るため、および／または、縦方向センサ信号および／または光ビームの総出力および／または総強度に対する物体の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を正規化するために、縦方向光センサによって形成される縦方向センサ信号同士が比較されてもよい。すなわち、たとえば、縦方向光センサ信号の最大値が検出されてよく、全ての縦方向センサ信号が最大値によって分けられてよく、これにより、正規化された縦方向センサ信号が形成され、この信号が、次いで、上述の既知の関係を用いることにより、物体の縦方向情報の１つ以上の要素に変換されうる。正規化の他の方法も用いることができ、たとえば、縦方向センサ信号の平均値を用いて正規化し、平均値によって全ての縦方向センサ信号を分けてもよい。他のオプションも可能である。これらの各オプションは、光ビームの総出力および／または強度から独立した変換を行うことに適している。さらに、光ビームの総出力および／または強度についての情報が形成されうる。
【０１８０】
記載される検出器は、有利には、種々のやり方で開発可能である。すなわち、検出器は、さらに、照射の変調、特に周期的な変調のための１つ以上の変調装置、特に周期ビーム遮断装置を含んでよい。照射の変調は、照射の総出力が、好ましくは周期的に、特に１つ以上の変調周波数で変化するプロセスを意味すると理解されるべきである。特に、周期的変調は、照射の総出力の最大値と最小値との間で作用されうる。最小値は０であってよいが、＞０であってもよく、たとえば、完全な変調が行われる必要はない。変調は、物体と光センサとの間のビーム経路において、たとえば、このビーム経路に配置された１つ以上の変調装置によって行われてよい。しかし、代替的にまたは付加的に、変調は、物体を照射するための任意選択的な照射源（以下でより詳細に記載される）と物体との間のビーム経路において、ビーム経路に配置された１つ以上の変調装置によって行われてもよい。これらの可能性の組み合わせも考えられる。１つ以上の変調装置は、たとえば、ビームチョッパ、または、たとえば、好ましくは低速回転して周期的に照射を遮断可能な１つ以上の遮断ブレードまたは遮断ホイールを含む他の周期ビーム遮断装置を含んでよい。しかし、代替的にまたは付加的に、１つ以上の異なる種類の変調装置、たとえば、光電効果および／または光音響効果に基づいた変調装置を用いてもよい。また、代替的にまたは付加的に、１つ以上の任意選択的な照射源自体は、変調された照射を形成するように設計されてもよく、かかる照射源自体が、たとえば、変調された強度および／または総出力、たとえば、周期的に変調された総出力を有してよく、および／または、パルス化された照射源、たとえば、パルスレーザとして実現されてもよい。すなわち、たとえば、１つ以上の変調装置は、照射源に全体にまたは部分的に一体化されてもよい。種々の可能性が考えられる。
【０１８１】
検出器は、異なる変調の場合の２つ以上のセンサ信号、特に、各異なる変調周波数における２つ以上のセンサ信号を検出するよう特に設計されている。評価装置は、２つ以上のセンサ信号から幾何情報を形成するよう設計されてよい。上述のように、このようにして、たとえば、不明確さを解消でき、および／または、たとえば、照射の総出力が概してわからないことを考慮することができる。
【０１８２】
検出器の別の可能な実施形態は、１つ以上の任意選択的な伝送装置の実施形態に関する。上述のように、この１つ以上の伝送装置は、結像特性を有してよく、そうでなければ、照射の焦点化に何ら影響しない純粋な非結像伝送装置として実現されてよい。しかし、伝送装置が１つ以上の結像要素、たとえば、１つ以上のレンズおよび／または１つ以上の曲面ミラーを有さなければ、このような結像要素の場合には、たとえば、センサ領域上の照射の幾何形状が伝送装置と物体との間の相対的な位置取りたとえば距離に依存しうる。概して、伝送装置が以下のように設計されていることが特に望ましく、すなわち、特に物体が検出器の可視範囲にある場合に、物体から出る電磁放射がセンサ領域に完全に送られ、たとえば、センサ領域特にセンサ範囲上に完全に焦点化されることが望ましい。
【０１８３】
上述のように、光センサはさらに、照射の総出力が同一の場合、センサ信号が照射の変調の変調周波数に依存するように設計されてよい。検出器は、特に、上述のように、異なる変調周波数のセンサ信号が、たとえば、物体についての情報の１つ以上の要素を形成するために、選択されるように実現可能である。上述のように、例えば、２つ以上の異なる変調周波数における１つのセンサ信号が各場合に選択されてよく、たとえば、このようにして、照射の総出力についての情報の欠落が補われうる。たとえば、検出器のデータ保存装置にたとえば保存されうる１つ以上の較正曲線を用いた異なる変調周波数で取り出された２つ以上のセンサ信号の比較により、照射の総出力がわからない場合でも、照射の幾何形状、たとえばセンサ範囲上の光点の直径または同等の直径を推測できる。このために、たとえば、上述の１つ以上の評価装置、たとえば１つ以上のデータ処理装置を用いることができ、評価装置は、異なる周波数におけるセンサ信号のこのようなピックアップを制御可能に設計されており、かつ、信号から幾何情報、たとえば、照射の幾何形状についての情報、たとえば、光センサのセンサ範囲上の照射の光点の直径または同等の直径についての情報を形成するために、１つ以上の較正曲線を用いてこれらのセンサ信号を比較しうる。さらに、以下でより詳細に記載されるように、評価装置は、代替的にまたは付加的に、物体に関する幾何情報の１つ以上の要素、たとえば、位置情報の１つ以上の要素を形成するよう設計されてよい。この１つ以上の幾何情報の形成は、上述のように、たとえば検出器および／または伝送装置またはその一部に対する物体の位置取りと、光点のサイズとの間の１つ以上の関係を考慮して、経験的、半経験的または対応する結像式を用いて解析的に、作用可能である。
【０１８４】
空間解像および／または物体のイメージングが、概して、最小の可能なセンサ範囲たとえばＣＣＤチップの最小の可能な画素が用いられるということに縛られる既知の検出器と異なり、提案される検出器のセンサ領域は、基本的に、非常に広く実現可能であり、というのも、たとえば、物体に関する幾何情報、特に、位置情報の１つ以上の要素は、照射の幾何形状とセンサ信号との間の既知の関係から形成可能であるからである。したがって、センサ領域は、たとえば、０．００１ｍｍ２以上、特に０．０１ｍｍ２以上、好ましくは０．１ｍｍ２以上、より好ましくは１ｍｍ２以上、より好ましくは５ｍｍ２以上、より好ましくは１０ｍｍ２以上、特に１００ｍｍ２以上または１０００ｍｍ２以上さらには１０，０００ｍｍ２のセンサ範囲、たとえば光センサ範囲を有してよい。特に、１００ｃｍ２以上のセンサ範囲を用いることができる。センサ範囲は、概して、用途に適合可能である。特に、センサ範囲は、少なくとも物体が検出器の視界範囲内、好ましくは所定の視野角内、および／または、検出器から所定の距離にある場合に、光点が常にセンサ範囲内にあるように選択されるべきである。このようにして、信号の崩壊が生じた結果として、光点がセンサ領域の制限によって欠けないことを確実にできる。
【０１８５】
上述のように、センサ領域は、特に、好ましくは、均一な、特に、単一のセンサ信号を形成しうる連続的なセンサ領域、特に連続的なセンサ範囲であってよい。結果的に、センサ信号は、特にセンサ範囲全体に対して均一なセンサ信号、すなわち、センサ領域の各部分領域が、たとえば付加的に、寄与するセンサ信号、でありうる。センサ信号は、概して、上述のように、光電流および光電圧からなる群から選択されうる。
【０１８６】
光センサは、特に、１つ以上の半導体検出器および／または１つ以上の半導体検出器を含んでよい。特に、光センサは、１つ以上の有機半導体検出器であるかまたはこれを含んでよく、すなわち、半導体検出器は、１種以上の半導体材料および／または１種以上の有機センサ材料たとえば１種以上の有機色素を含む。好ましくは、有機半導体検出器は、１つ以上の有機太陽電池、特に好ましくは色素太陽電池、特に固体型色素太陽電池を含んでよい。このような好ましい固定色素太陽電池の実施形態は以下でさらに詳細に説明される。
【０１８７】
特に、光センサは、１つ以上の第１電極、１つ以上のｎ型半導体金属酸化物層、１種以上の色素、１つ以上のｐ型半導体有機材料層、好ましくは１つ以上の固体ｐ型半導体有機材料層、および、１つ以上に第２電極を含んでよい。しかし、概して、センサ信号が、照射の総出力が同一の場合、センサ領域の照射の幾何形状に依存するという記載した効果は、高い確率で、有機太陽電池、特に色素太陽電池に限定されないことが指摘される。この理論による本発明の保護範囲を限定する意図は無く、かつ、本発明がこの理論の正しさに縛られることなく、概して、光起電力要素は、捕捉状態を有する１つ以上の半導体材料が用いられる光センサに適していることが予想される。結果的に、光センサは、たとえば、伝導帯および価電子帯を有してよい１種以上のｎ型半導体材料および／または１種以上のｐ型半導体材料を含んでよく、有機材料の場合、伝導帯および価電子帯は、対応して、ＬＵＭＯ（最低空軌道）およびＨＯＭＯ（最高被占軌道）で置き換えられる。捕捉状態は、伝導帯（またはＬＵＭＯ）と価電子帯（またはＨＯＭＯ）との間にあり、電荷キャリアによって占められうるエネルギー的に可能な状態を意味すると理解されるべきである。たとえば、１つ以上の差ΔＥｈで価電子帯（またはＨＯＭＯ）の上にあるホール伝導のための捕捉状態、および／または、１つ以上の差ΔＥｅで伝導帯（またはＬＵＭＯ）の下にある電子伝導のための捕捉状態を設けることができる。このような捕捉は、たとえば、任意選択的にターゲットとして導入できまたは固有に存在してよい不純物および／または欠陥によって実現できる。たとえば、低強度の場合、すなわちたとえば大きな直径を有する光点の場合には、低い電流しか流れず、というのも、まず、伝導帯中のホールまたは価電子帯中の電子が光電流に寄与する前に、捕捉状態が占められるからである。より高い強度から始まるときのみ、すなわちたとえばセンサ領域内の光点のより強い焦点化から始まるときのみ、大きな光電流が流れる。記載した周波数依存性は、たとえば、電荷キャリアが滞留時間Ｔの後に捕捉から再び逃れ、これにより、記載した効果が、高い変調周波数で変調された照射の場合にのみ生じることによって説明されうる。
【０１８８】
たとえば、検出器は、物体および／または検出器の１つ以上のセンサ領域、たとえば、１つ以上の縦方向光センサの１つ以上のセンサ領域の、０．０５Ｈｚ〜１ＭＨｚ、たとえば０．１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数での照射の変調をもたらすよう設計されてよい。上述のように、このために、検出器は１つ以上の変調装置を備えてよく、変調装置は、１つ以上の任意選択的な照射源と一体化されてよく、および／または、この照射源から独立であってもよい。すなわち、１つ以上の照射源は、それ自体、照射の上記の変調を形成するよう適合されてよく、および／または、１つ以上の独立な変調装置、たとえばチョッパおよび／または変調される透過性を有する１つ以上の装置、たとえば１つ以上の電子光学装置および／または１つ以上の音響光学装置が設けられてよい。
【０１８９】
上述の捕捉状態は、ｎ型半導体材料および／またはｐ型半導体材料および／または色素に対して、たとえば、１０−５〜１０−１の密度で存在してよい。伝導帯に対する、および、価電子帯に対するエネルギー差ΔＥは、特に０．０５〜０．３ｅＶであってよい。
【０１９０】
検出器は、上述のように、１つ以上の評価装置を有している。特に、１つ以上の評価装置は、たとえば、検出器の１つ以上の変調装置を制御し、および／または、検出器の１つ以上の照射源を制御するよう設計された評価装置によって、検出器を完全にまたは部分的に制御または駆動するよう設計されてもよい。評価装置は、特に、１つ以上の測定サイクルを実行するよう設計されてよく、各サイクルにおいて、１つ以上のセンサ信号、たとえば、複数の縦方向センサ信号が、たとえば、異なる照射の変調周波数で連続的に、複数のセンサ信号が取り出される。
【０１９１】
しかし、たとえば入射光の吸収がｐ型導体において生じる従来の半導体装置とは異なり、本検出器における入射光の吸収は、色素増感太陽電池（ＤＳＣ）における電荷キャリアの移動から空間的に分離されていてよく、電池において、入射光によって光吸収有機色素は励起状態、たとえばフレンケル励起子、すなわち、励起し、強く結合した電子−ホール対に切り換わりうる。ｐ型導体およびｎ型導体の両方のエネルギーレベルが、励起した光吸収有機色素のエネルギー状態とよく一致している限り、励起子は分離され、すなわち、電子とホールはそれぞれｎ型およびｐ型導体を通って適切なコンタクト電極へと伝播しうる。この場合、移動する電荷キャリアは主たる電荷キャリアであってよく、すなわち、ｎ型導体中を電子が伝播し、ｐ型導体中をホールが伝播する。光吸収有機色素自体は非導電性物質であるため、有効な電荷輸送は、光吸収色素の分子がｐ型導体およびｎ型導体の両方と近接にコンタクトしている程度に依存しうる。ＤＳＣの可能な詳細については、Ｕ．Ｂａｃｈ，．Ｇｒａｅｔｚｅｌ，Ｄ．Ｌｕｐｏ，Ｐ．Ｃｏｍｔｅ，Ｊ．Ｅ．Ｍｏｓｅｒ，Ｆ．Ｗｅｉｓｓｏｅｒｔｅｌ，Ｊ．Ｓａｌｂｅｃｋ，  ａｎｄ  Ｈ．Ｓｐｒｅｉｔｚｅｒ．“Ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ  ｄｙｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ  ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ  ＴｉＯ２  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈ  ｐｒｏｔｏｎ−ｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ”．Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．３９５，ｎｏ．６７０２，ｐｐ．５８３−５８５，１９９８を参照できる。
【０１９２】
上述のように、光が電池に入ると、光吸収色素によって吸収され、励起子が形成されうる。吸収された光子のエネルギーが、光吸収色素の最高被占軌道（ＨＯＭＯ）と最低空軌道（ＬＵＭＯ）との間のエネルギーギャップよりも大きければ、ＨＯＭＯの電子が光励起した色素のＬＵＭＯに上がり、ナノ多孔性二酸化チタンである半導体と色素との間の境界で荷電分離が生じうる。そこから、電子がフェムト秒〜ピコ秒の間にさらにナノ多孔性二酸化チタンの伝導帯に伝播しうる。好ましくは、励起状態のエネルギーレベルは、電子遷移の間のエネルギー損失を最少化するために二酸化チタンの伝導帯の下限と一致し、ＬＵＭＯのレベルは二酸化チタンの伝導帯の下限を十分超えて存在するべきである。ホール導体の酸化ポテンシャルは、励起した色素のホールが外部に輸送可能であるように、色素のＨＯＭＯレベルを超えて存在するべきである。外部回路に負荷が接続されると、電流が二酸化チタンとアノードを超えて流れうる。還元された色素はｐ型導体による色素への電子供与を通じて再生され、これによって、二酸化チタンの伝導帯からの電子と酸化された色素との間の再結合が妨げられる。ｐ型導体は、対電極を通じて再生可能であり、これによって、入射光からのエネルギーの電気エネルギーの恒久的な化学変化を必要としない一定の変換が確実とできる。
【０１９３】
上述のように、評価装置は、横方向センサ信号を評価することにより物体の横方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成し、かつ、縦方向センサ信号を評価することにより物体の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成するように設計されている。物体の上記位置は、一定であってよく、または、物体の１つ以上の動き、たとえば、検出器または検出器の部分と、物体またはその部分との間の相対的な動きを含んでよい。この場合、相対的な動きは、概して、１つ以上の線形の動きおよび／または１つ以上の回転的な動きを含む。動きの情報の要素は、たとえば、異なる時間に得られた情報の２つ以上の要素の比較によって得られてもよく、その結果、たとえば、位置情報の１つ以上の要素は、さらに、速度情報の１つ以上の要素および／または加速度情報の１つ以上の要素、たとえば、物体またはその部分と検出器またはその部分との間の１つ以上の相対速度についての情報の１つ以上の要素を含んでよい。特に、位置情報の１つ以上の要素は、概して、物体またはその部分と検出器またはその部分との間の距離についての情報の要素、特に、光路長；物体またはその部分と任意選択的な伝送装置またはその部分との間の距離；検出器またはその部分に対する物体またはその部分の位置付けについての情報の１つ以上の要素；検出器または検出器の部分に対する物体および／またはその部分の配向についての情報の要素；物体またはその部分と検出器またはその部分との間の相対的な動きについての情報の要素；物体またはその部分の二次元または三次元の空間構成についての情報の要素、特に物体の幾何形状または形態、から選択できる。概して、位置情報の１つ以上の要素は、したがって、たとえば、物体またはその１つ以上の部分の１つ以上の位置についての情報の要素；物体またはその部分の１つ以上の配向についての情報の要素；物体またはその部分の幾何形状または形態についての情報の要素；物体またはその部分の速度についての情報の要素；物体またはその部分の加速度についての情報の要素；検出器の視野内にある物体またはその部分の有無についての情報の要素、からなる群から選択されうる。
【０１９４】
位置情報の１つ以上の要素は、たとえば、１つ以上の座標系、たとえば、検出器またはその部分が存在する座標系において特定されてよい。付加的にまたは代替的に、位置情報は、また、たとえば、検出器またはその部分と物体またはその部分との間の距離を含んでよい。上述の可能性の組み合わせもまた考えられる。
【０１９５】
上記で記載したように、検出器は、１つ以上の照射源を含んでよい。照射源は種々のやり方で実現可能である。すなわち、照射源は、たとえば、検出器ケーシング内の検出器の部分であってよい。しかし、付加的にまたは代替的に、１つ以上の照射源は、検出器ケーシングの外部に、たとえば別個の光源として、配置されてもよい。照射源が、物とは別個に設けられて、物体を所定距離から照射してもよい。代替的にまたは付加的に、照射源は、物体またはその一部に接続されてよく、その結果、たとえば、物体から出る電磁放射もまた照射源から直接形成されてもよい。たとえば、１つ以上の照射源は、物体の上および／または中に設けられてよく、センサ領域を照射する電磁放射を直接に形成してもよい。たとえば、１つ以上の赤外線放射器および／または１つ以上の可視光放射器および／または１つ以上の紫外光放射器が物体に設けられても良い。たとえば、１つ以上の発光ダイオードおよび／または１つ以上のレーザダイオードが物体の上および／または中に設けられてもよい。照射源は、以下の照射源、すなわち、レーザ、特に、レーザダイオード（しかし、原則的に、代替的にまたは付加的に、他の種類のレーザを用いてもよい）；発光ダイオード；白熱ランプ；有機光源、特に有機発光ダイオード、の１つ以上を含んでよい。代替的にまたは付加的に、他の照射源を用いてもよい。たとえば多くのレーザにおいて少なくともおおよそあてはまるように、照射源がガウスビームプロフィルを有する１つ以上の光ビームを形成するよう設計されている場合が特に好ましい。しかし、原則的に、他の実施形態も可能である。
【０１９６】
上述のように、本発明の別の実施形態は、ユーザとマシンとの間の情報の１つ以上の要素を交換するためのヒューマンマシンインタフェースを提案する。ヒューマンマシンインタフェースは、概して、このような情報を交換可能な装置を意味すると理解されるべきである。マシンは、有利には、データ処理装置を含んでよい。情報の１つ以上の要素は、概して、データおよび／または制御命令を含んでよい。すなわち、ヒューマンマシンインタフェースは、特に、ユーザによる制御命令を入力するために設計されていてよい。
【０１９７】
ヒューマンマシンインタフェースは、上述の実施形態による１つ以上の検出器を有する。ヒューマンマシンインタフェースは、検出器によりユーザの幾何情報の１つ以上の要素を形成するよう設計されており、この場合、ヒューマンマシンインタフェースは、情報の１つ以上の要素、特に、１つ以上の制御命令を幾何情報に割り当てるように設計されている。たとえば、上述の幾何情報の１つ以上の要素は、ユーザの体および／または１つ以上の体の部分に関する位置情報および／または位置情報および／または配向情報の１つの要素、たとえば、ユーザの手の姿勢および／または他の体の部分の姿勢に関する位置情報の１つの要素であるか、または、これらを含んでよい。
【０１９８】
この場合、ユーザの語は、広く解釈されるべきであり、たとえば、ユーザにより直接影響される１つ以上の物を含みうる。すなわち、ユーザは、たとえば、１つ以上の手袋および／または他の装具を着用してよく、この場合、幾何情報はこの１つ以上の装具の幾何情報の１つ以上の要素である。たとえば、このような装具は、たとえば１つ以上の反射体の使用による、１つ以上の照射源から出る一次放射に対する反射として実現可能である。また、代替的にまたは付加的に、ユーザは、たとえば、自体の幾何情報を検出可能な１つ以上の物を空間的に動かし、これは同様に、ユーザの１つ以上の幾何情報の１つ以上の要素の形成に組み入れ可能とされる。たとえば、ユーザは、たとえばユーザの手によって、１つ以上の反射性のロッドおよび／または他の種類の物を動かしてよい。
【０１９９】
幾何情報の１つ以上の要素は、静的であってよく、すなわち、たとえば、スナップショットを含んでよいが、たとえば１つ以上の動きおよび／または幾何情報の一連の連続した要素を含んでもよい。たとえば、異なる時間で取られた幾何情報の２つ以上の要素が比較されてよく、この際、たとえば、幾何情報の１つ以上の要素は、動きの速度および／または加速度についての情報の１つ以上の要素を含んでもよい。したがって、幾何情報の１つ以上の要素は、たとえば、ユーザの１つ以上の体の姿勢および／または１つ以上の動きについての情報の１つ以上の要素を含んでよい。
【０２００】
ヒューマンマシンインタフェースは、情報の１つ以上の要素、特に、１つ以上の制御命令を幾何情報に割り当てるよう設計されている。上述のように、情報の語は、この場合、広く解釈されるべきであり、たとえばデータおよび／または制御命令を含んでよい。たとえば、ヒューマンマシンインタフェースは、たとえば、対応する割り当てアルゴリズムおよび／または保存された割り当て仕様によって、情報の１つ以上の要素を幾何情報の１つ以上の要素に割り当てるように設計されていてよい。たとえば、幾何情報の要素の組と、対応する情報の要素との間のユニークな割り当てが保存されうる。このように、たとえば、ユーザの対応する体の姿勢および／または動きによって、情報の１つ以上の要素の入力が実行できる。
【０２０１】
このようなヒューマンマシンインタフェースは、概して、マシン制御に、または、たとえば仮想現実に用いることができる。たとえば、産業用コントローラ、製造コントローラ、一般的なマシンコントローラ、ロボットコントローラ、車両コントローラ、または、同様のコントローラが、１つ以上の検出器を有するヒューマンマシンインタフェースによって可能となる。しかし、このようなヒューマンマシンインタフェースの使用が特に好ましい。
【０２０２】
したがって、上述のように、本発明の別の態様では、１つ以上のエンタテインメント機能、特にゲームを実行するためのエンタテインメント装置が提案される。エンタテインメント機能は、特に、１つ以上のゲーム機能を含んでよい。たとえば、１つ以上のゲームは、ユーザ（以下では文脈においてプレーヤともいう）により実行されうる１つ以上のゲームが保存可能である。たとえば、エンタテインメント装置は、１つ以上の表示装置、たとえば、１つ以上のスクリーンおよび／または１つ以上のプロジェクタおよび／または１組のディスプレイ眼鏡を含みうる。
【０２０３】
エンタテインメント装置は、さらに、上述の１つ以上の実施形態に係る１つ以上のヒューマンマシンインタフェースを含む。エンタテインメント装置は、プレーヤの情報の１つ以上の要素がヒューマンマシンインタフェースによって入力可能に設計されている。たとえば、プレーヤは、上述のように、このために、１つ以上の体の姿勢を取りまたは変えうる。これには、たとえば、このための対応する物、たとえば装具たとえば手袋、たとえば検出器の電磁放射を反射するための１つ以上の反射器を備えた装具を用いた、プレーヤの可能性が含まれる。情報の１つ以上の要素は、たとえば、上述のように、１つ以上の制御命令を含んでよい。たとえば、このように、方向の変更が実行でき、入力が確定でき、メニューからの選択ができ、特定のゲームオプションが開始でき、仮想空間内の動きに作用ででき、または、エンタテインメント機能を作用または変更する同様のインスタンスが実行できる。
【０２０４】
上述の検出器、方法、ヒューマンマシンインタフェースおよびエンタテインメント装置ならびに提案される使用は、従来技術に対して大きな利点を有している。すなわち、概して、空間内の１つ以上の物体の位置を決定するための簡単で、それでいて効率的な検出器が提供されうる。これにおいては、たとえば、物体または物体の部分の三次元座標が高速かつ効率的に決定できる。詳細には、それぞれがコスト効率的に設計可能な、１つ以上の横方向光センサおよび１つ以上の縦方向光センサの組み合わせは、コンパクトでコスト効率的で、それでいて高精度の装置をもたらしうる。横方向光センサおよび縦方向光センサの両方は、好ましくは、完全にまたは部分的に、有機起電力装置として、たとえば、これらの光センサそれぞれについて色素増感太陽電池、好ましくはｓＤＳＣを用いることにより、設計されている。
【０２０５】
複雑な三角測量法に基づいている当該分野で既知の装置と比較して、提案される検出器は、特に検出器の光学的構成に関して、非常に簡単なものである。すなわち、基本的に、好ましくは適切な伝送装置、特に適したレンズと組み合わされた、１つ以上のｓＤＳＣのシンプルな組み合わせは、適切な評価装置とともに、高精度の位置検出に十分である。
【０２０６】
高いシンプル性は、高精度の測定の可能性と組み合わさって、たとえばヒューマンマシンインタフェース、より好ましくはゲームにおけるマシン制御に特に適している。すなわち、多くのゲーム目的に使用可能なコスト効率的なエンタテインメント装置が提供できる。
【０２０７】
すなわち、特許文献２１、１６、１７に記載される光検出器および装置について、本発明に係る光検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインタフェース、エンタテインメント装置、追跡システムまたはカメラ（以下単に「本発明に係る装置」または「ＦｉＰ装置」という）は、複数の用途目的、たとえば、以下でさらに詳細に記載される１つ以上の目的のために用いることができる。
【０２０８】
すなわち、まず、ＦｉＰ装置は、携帯電話、タブレットコンピュータ、ラップトップ、スマートパネルまたは他の固定型またはモバイルコンピュータまたは通信用途に用いることができる。すなわち、ＦｉＰ装置は、性能向上のため、１つ以上のアクティブな光源、たとえば、可視範囲または赤外スペクトル範囲の光を発する光源と組み合わせることができる。すなわち、たとえば、ＦｉＰ装置は、たとえば走査環境、物体および生物のためのモバイルソフトウェア、と組み合わせて、カメラおよび／またはセンサとして用いることができる。ＦｉＰ装置は、イメージング効果を高めるために、２Ｄカメラ、たとえば従来のカメラと組み合わされてもよい。ＦｉＰ装置は、さらに、特にジェスチャ認識と組み合わされて、監視用、および／または、記録用、または、モバイル装置を制御するための入力装置として、用いることができる。すなわち、詳細には、ヒューマンマシンインタフェースとして動作するＦｉＰ装置（ＦｉＰ入力装置ともいう）は、たとえば、他の電子装置またはコンポーネントを携帯電話などのモバイル装置を介して制御するために、モバイル用途で用いることができる。たとえば、１つ以上のＦｉＰ装置を含むモバイル用途は、テレビジョン、ゲームコンソール、音楽プレーヤまたは音楽装置または他のエンタテインメント装置の制御のために用いられうる。
【０２０９】
さらに、ＦｉＰ装置は、コンピューティング用途のためのウェブカムまたは他の周辺装置において用いることができる。すなわち、たとえば、ＦｉＰ装置は、イメージング、記録、監視、走査またはモーション検出用のソフトウェアと組み合わせて用いることができる。ヒューマンマシンインタフェースおよび／またはエンタテインメント装置の文脈で記載したように、ＦｉＰ装置は、顔の表現および／または体の表現により命令を与えるために、特に有用である。ＦｉＰ装置は、他の入力生成装置、たとえば、マウス、キーボード、タッチパッドなどと組み合わせてよい。さらに、ＦｉＰ装置は、たとえばウェブカムを用いることにより、ゲーム用途に用いることができる。さらに、ＦｉＰ装置は、仮想トレーニング用途および／またはビデオ会議に用いることができる。
【０２１０】
さらに、ＦｉＰ装置は、一部上述したように、モバイル音楽装置、テレビ装置およびゲーム装置に用いることができる。詳細には、ＦｉＰ装置は、電子装置、エンタテインメント装置などのコントロールまたは制御装置として用いることができる。さらに、ＦｉＰ装置は、特に拡張現実用の透明なディスプレイとともに、２Ｄおよび３Ｄ表示技術などにおいて、目の検出または目の追跡に用いることができる。
【０２１１】
また、ＦｉＰ装置は、デジタルカメラたとえばＤＳＣカメラとしてまたはその中に、および／または、レフレックスカメラたとえばＳＬＲカメラとしてまたはその中に用いることができる。これらの用途に関しては、上述のような、携帯電話などのモバイル用途におけるＦｉＰの使用が参照できる。
【０２１２】
また、ＦｉＰ装置は、セキュリティおよび監視用途に用いることができる。詳細には、ＦｉＰ装置は、光暗号化に用いることができる。ＦｉＰに基づく検出は、波長を補足する他の検出装置、たとえば、赤外線検出器、ｘ線検出器、紫外−可視光検出器、レーダ検出器または超音波検出器と組み合わせることができる。ＦｉＰ装置は、さらに、低光環境における検出を可能にするため、アクティブな赤外光源と組み合わせてもよい。ＦｉＰ装置たとえばＦｉＰに基づくセンサは、概して、アクティブな検出システムと比較して有利であり、これは詳細には、ＦｉＰ装置が、たとえばレーダ用途、超音波用途、ＬＩＤＡＲまたは同様のアクティブな検出器装置においてあてはまるような、第三者によって検出可能な信号をアクティブに送信することを避けるからである。すなわち、概して、ＦｉＰ装置は、動く物体の、認識できず、検出できない追跡に対して用いることができる。さらに、ＦｉＰ装置は、概して、従来の装置に対して、操作が少なくおよび苛立ちが少ない傾向にある。
【０２１３】
さらに、ＦｉＰ装置を用いることによる３Ｄ検出の容易さおよび精度において、ＦｉＰ装置は、顔、体および人間の認識および識別に用いることができる。この場合、ＦｉＰ装置は、認識または個人化目的の他の検出手段、たとえば、パスワード、指紋、虹彩検出、声認証、または他の手段と組み合わせてもよい。すなわち、概して、ＦｉＰ装置は、セキュリティ装置および他の個人化用途に用いることができる。
【０２１４】
また、ＦｉＰ装置は、製品識別用の３Ｄバーコードリーダとして用いてもよい。
【０２１５】
上述のセキュリティおよび監視用途に加えて、ＦｉＰ装置は、概して、空間および範囲の監視およびモニタに用いることができる。すなわち、ＦｉＰ装置は、空間および範囲の調査およびモニタ、たとえば、禁止範囲の侵入の場合の警告のトリガまたは実行のために用いられうる。すなわち、概して、ＦｉＰ装置は、ビルまたは美術館の監視において監視目的で、任意選択的に他の種類のセンサと組み合わせて、たとえば、モーションセンサまたは温度センサと組み合わせて、画像増倍管または画像強調装置および／または光電子増倍管と組み合わせて用いてもよい。
【０２１６】
また、ＦｉＰ装置は、有利には、カメラ用途たとえばビデオおよびカムコーダ用途に用いてもよい。すなわち、ＦｉＰ装置は、モーションキャプチャおよび３Ｄムービー記録に用いてもよい。その際、ＦｉＰ装置は、概して、従来の光学装置に対する多くの利点を提供する。すなわち、ＦｉＰ装置は、概して、光学的コンポーネントに関してより低い複雑性を必要とする。すなわち、たとえば、レンズの数を、たとえば、ただ１つのレンズを有するＦｉＰ装置を提供することにより、従来の光学装置と比較して低減できる。より複雑性が低下したことにより、たとえばモバイル用途に対して、非常にコンパクトな装置が可能である。２つ以上のレンズを有する高品質の従来の光学システムは、たとえば、かさばるビームスプリッタが概して必要であるため、概して、かさばる。さらに、ＦｉＰ装置は、概して、フォーカス／オートフォーカス装置、たとえばオートフォーカスカメラに用いることができる。また、ＦｉＰ装置は、光学顕微鏡、特に、共焦点顕微鏡にも用いることができる。
【０２１７】
また、ＦｉＰ装置は、概して、自動車技術および輸送技術の技術分野に用いることができる。すなわち、たとえば、ＦｉＰ装置は、距離および監視センサとして、たとえば、適応的クルーズコントロール、非常用ブレーキアシスト、車線逸脱警報、サラウンドビュー、死角検出、リアクロストラフィックアラートおよび他の自動車および交通用途に用いることができる。この場合、ＦｉＰ装置は、独立な装置として、または、他のセンサ装置と組み合わせて、たとえば、レーザおよび／または超音波装置と組み合わせて用いることができる。詳細には、ＦｉＰ装置は、自律走行および安全の問題に用いることができる。さらに、これらの用途において、ＦｉＰ装置は、赤外センサ、レーダセンサ（超音波センサ）、二次元カメラまたは他の種類のセンサと組み合わせて用いることができる。これらの用途において、典型的なＦｉＰ装置の概してパッシブな性質が有利である。すなわち、ＦｉＰ装置は、概して、信号を出す必要が無いため、他の信号源とのアクティブセンサ信号の干渉のリスクが避けられる。ＦｉＰ装置は、詳細には、認識ソフトウェア、たとえば標準的な画像認識ソフトウェアと組み合わせて用いることができる。すなわち、ＦｉＰ装置によって提供される信号およびデータは典型的には、容易に処理可能であり、したがって、概して、ＬＩＤＡＲなどの確立された立体映像システムよりも少ない計算力しか必要としない。少ない空間しか必要としないため、ＦｉＰ装置たとえばＦｉＰ効果を用いたカメラは、車両内の実質的に任意の場所、たとえば、ウインドウスクリーンの上、フロントフードの上、バンパーの上、ライトの上、ミラーの上または他の場所などに配置できる。自律的な車両の走行を可能にするため、または、アクティブな安全コンセプトのパフォーマンスを高めるために、ＦｉＰ効果に基づく種々の検出器が組み合わせ可能である。すなわち、たとえばウインドウ、たとえばリアウインドウ、サイドウインドウまたはフロントウインドウに、またはバンパーの上にまたはライトの上に、種々のＦｉＰに基づくセンサを、他のＦｉＰに基づくセンサおよび／または従来のセンサと組み合わせることができる。
【０２１８】
ＦｉＰセンサの１つ以上の雨検出センサとの組み合わせも可能である。これは、ＦｉＰ装置が概して、従来のセンサ技術、たとえば、レーダに対して、特にひどい雨のときに、有利であるということによる。１つ以上のＦｉＰ装置と１つ以上の従来のセンサ技術例えばレーダとの組み合わせによって、ソフトウェアは、気象条件に応じた信号の正しい組み合わせを選択することができる。
【０２１９】
また、ＦｉＰ装置は、概して、ブレーキアシストとしておよび／またはパーキングアシストとしておよび／または速度測定のために用いることができる。速度測定は、車両と一体化されてよく、または、たとえば、交通制御のために他の車の速度を測定するために、車両外で用いられてもよい。また、ＦｉＰ装置は、駐車場における空いている駐車スペースを検出するために用いられてもよい。
【０２２０】
また、ＦｉＰ装置は、医療システムおよびスポーツの分野に用いられてもよい。すなわち、医療技術の分野では、たとえば内視鏡用の手術ロボットを挙げることができ、というのも、上述のように、ＦｉＰ装置は、小さい空間しか必要ではなく、他の装置に組み込めるからである。詳細には、最大でも１つのレンズしか有さないＦｉＰ装置は、医療装置たとえば内視鏡における３Ｄ情報の取得に用いることができる。また、ＦｉＰ装置は、動きの追跡および解析のために、適切なモニタ装置と組み合わされてもよい。これらの用途は、たとえば、医療処置および遠隔診断および遠隔治療に特に価値がある。
【０２２１】
また、ＦｉＰ装置は、たとえばトレーニング、遠隔指導または試合のため、スポーツおよびエクササイズの分野に用いることができる。詳細には、ＦｉＰ装置は、ダンス、エアロビクス、アメリカンフットボール、サッカー、バスケットボール、クリケット、ホッケー、陸上競技、水泳、ポロ、ハンドボール、バレーボール、ラグビー、相撲、柔道、フェンシング、ボクシングなどの分野に用いることができる。ＦｉＰ装置は、スポーツおよびゲームの両方において、たとえば、ゲームをモニタし、審判を助け、または、スポーツにおける特定の状況のジャッジ特に自動ジャッジのために、たとえば、点またはゴールが実際に入ったか否かをジャッジするために、ボール、バット、剣、動きなどの位置を検出するために用いることができる。
【０２２２】
ＦｉＰ装置は、さらに、楽器の演奏のサポート、特に、遠隔レッスン、たとえば、弦楽器のたとえばフィドル、バイオリン、ビオラ、チェロ、バス、ハープ、ギター、バンジョーまたはウクレレ、鍵盤楽器たとえばピアノ、オルガン、キーボード、ハープシコード、ハルモニアまたはアコーディオン、および／または、打楽器たとえばドラム、ティンパニ、マリンバ、サイロフォン、ビブラフォン、ボンゴ、コンガ、ケトルドラム、ジャンベ、タブラのレッスンに用いることができる。
【０２２３】
ＦｉＰ装置はさらに、トレーニングを助けるため，および／または、動きを調べ、修正するために、リハビリテーションおよび理学療法に用いることができる。この場合、ＦｉＰ装置は、距離診断にも用いることができる。
【０２２４】
また、ＦｉＰ装置は、マシンビジョンの分野にも用いられうる。すなわち、１つ以上のＦｉＰ装置は、たとえば、ロボットの自律的な駆動および作業のためのパッシブ制御ユニットとして用いることができる。ロボットの動きと組み合わせて、ＦｉＰ装置は、自律動作および／または部品の故障の自律的な検出を可能としうる。ＦｉＰ装置は、また、ロボット、製造部品および生物の間の衝突を含む（しかしこれらに限られない）事故を避けるために、製造および安全の監視に用いてもよい。ＦｉＰ装置のパッシブな性質によって、ＦｉＰ装置がアクティブな装置に対して有利な場合があり、および／または、既存の手段、たとえば、レーダ、超音波、２Ｄカメラ、ＩＲ検出などに補足的に用いられうる。ＦｉＰ装置の特別な利点は、信号干渉の確率の低さである。したがって、低い信号干渉リスクで、複数のセンサを同じ環境に同時に用いることができる。すなわち、ＦｉＰ装置は、概して、高度に自動化された生産環境、たとえば、自動車、鉱業、鋼（これらに限られない）に対して有用でありうる。ＦｉＰ装置は、たとえば品質制御または他の目的のために、たとえば２Ｄイメージング、レーダ、超音波、ＩＲなどの他のセンサと組み合わせて、製造における品質制御にも用いることができる。さらに、ＦｉＰ装置は、たとえば、製品の表面平坦性および詳細なサイズ（μｍの範囲からｍの範囲）が守られているかの調査のための、表面品質の評価のために用いることができる。他の品質制御用途も可能である。
【０２２５】
また、ＦｉＰ装置は、ポーリング（polls）、航空機、船舶、宇宙船、および他の交通用途に用いることができる。すなわち、交通用途の文脈における上述の用途の他に、航空機、乗用車などのためのパッシブな追跡システムも挙げられる。移動物体の速度および／または方向をモニタするためのＦｉＰ効果に基づく検出システムも可能である。特に、地上、海上、および、宇宙を含む空中の高速移動物体の追跡が挙げられる。１つ以上のＦｉＰ検出器が、特に、静止しているおよび／または移動している物体に設けられうる。１つ以上のＦｉＰ装置の出力信号は、たとえば自律的なまたは誘導された別の物体の動きに対する誘導機構と組み合わされてもよい。すなわち、追跡され誘導される物体間の衝突を避ける、または、衝突できるようにする用途も可能である。ＦｉＰ装置は、概して、必要とされる計算能力が少ないこと、即時応答可能なこと、および、たとえばレーダなどのアクティブシステムと比較して検出および妨害が概してより難しい検出システムのパッシブな性質によって、有用であり有利である。ＦｉＰ装置は、速度制御装置および航空交通制御装置に特に有用でありうるが、これらのものに限られない。
【０２２６】
ＦｉＰ装置は、概して、パッシブ用途に用いられうる。パッシブな用途には、港湾内または危険地帯にある船舶および離陸または着陸時の航空機の誘導が含まれる。この場合、固定された、既知のアクティブな目標が正確な誘導のために用いられてよい。同じことが、危険だが十分定められたルートを走行する車両、たとえば、採掘用車両についても用いられうる。
【０２２７】
また、上述のように、ＦｉＰ装置は、ゲーム分野に用いられてもよい。すなわち、ＦｉＰ装置は、サイズ、色、形状などが同じまたは異なる複数の物体を用いた使用に対して、たとえば、検出の移動のために、動きを内容に組み入れるソフトウェアと組み合わせた動きの検出に対して、パッシブであってよい。特に、画像出力において動きを実現することにアプリケーションを用いることができる。また、たとえばジェスチャまたは顔認証のための１つ以上のＦｉＰ装置の使用による、命令を与えるためのＦｉＰ装置の適用も可能である。たとえば低い光条件の下で、または、環境条件の強化が必要とされる他の状況下において動作するように、ＦｉＰ装置は、アクティブなシステムと組み合わされてもよい。代替的にまたは付加的に、１つ以上のＦｉＰ装置と１つ以上のＩＲまたはＶＩＳ光源との組み合わせ、たとえば、ＦｉＰ効果に基づいた検出装置との組み合わせが可能である。システムおよびそのソフトウェアによって、たとえば、特別な色、形状、他の装置に対する相対位置、動きの速度、光、装置の光源の変調に用いられる周波数、表面特性、使用材料、反射特性、透明度、吸収特性など（これらに限られない）を容易に区別できる、特別な装置とＦｉＰに基づく検出器との組み合わせもまた可能である。装置は、とりわけ、スティック、ラケット、クラブ、銃、ナイフ、ホイール、リング、ステアリングホイール、ボトル、ボール、グラス、花瓶、スプーン、フォーク、立方体、サイコロ、像、人形、テディベア、ビーカ、ペダル、スイッチ、手袋、宝石、楽器、または、楽器演奏のための補助装置たとえばピック、ドラムスティック、などと似ていてよい。他のオプションも可能である。
【０２２８】
また、ＦｉＰ装置は、概して、建築、建設および地図作成の分野に用いられてもよい。すなわち、概して、ＦｉＰに基づく装置は、環境範囲、たとえば、地域の境または建造物を測定および／またはモニタするために用いられてもよい。この際、１つ以上のＦｉＰ装置が、建築プロジェクト、変化する物体、家などの進捗および精度をモニタするために、他の方法および装置と組み合わされてよく、または、単独で用いられてもよい。ＦｉＰ装置は、部屋、街路、家、コミュニティまたは景観を建設するために、地上からおよび／または空中から、走査される環境の３次元モデルを形成するために用いられてもよい。用途の可能な分野は、建設、地図作成、不動産管理、土地調査などであってよい。
【０２２９】
ＦｉＰ装置は、家庭内の基本的な家電関連するサービスを相互接続し、自動化しおよび制御するためのＣＨＡＩＮ（Cedec Home Appliances Interoperating Network）などの家電の相互接続ネットワーク内で用いられてよく、このようなサービスは、たとえば、エネルギーまたは負荷管理、遠隔診断、ペット関連家電、子供関連家電、子供の監視、監視に関連する家電、高齢者または病人に対するサポートまたはサービス、ホームセキュリティおよび／または監視、家電操作の遠隔制御、および、自動メンテナンスサポートである。
【０２３０】
ＦｉＰ装置は、また、農業、たとえば、害虫、雑草および／または罹病した収穫植物（たとえば、菌や昆虫によって感染）を、完全にまたは一部を、発見しおよび除外するために用いられうる。また、作物の収穫のため、ＦｉＰ検出器は、収穫装置によってさもなければ傷つけられうる動物たとえばシカを検出するために用いられてもよい。
【０２３１】
ＦｉＰ装置は、また、物体の走査のために、たとえば、ＣＡＤまたは同様のソフトウェアと組み合わせて、たとえば、添加剤製造および／または３Ｄ印刷のために用いられてもよい。この場合、たとえばｘ、ｙまたはｚ方向におけるまたはこれらの方向の内の任意の組み合わせにおける、ＦｉＰ装置の高いサイズ精度が、たとえば同時に、用いられうる。また、ＦｉＰ装置は、検査および維持に、たとえばパイプライン検査ゲージに用いられてもよい。
【０２３２】
上述のように、ＦｉＰ装置は、また、製造、品質管理または識別用途、たとえば製品の識別またはサイズの識別（たとえば、最適な配置またはパッケージを見いだすため、廃棄物削減のため、など）に用いられうる。また、ＦｉＰ装置は、ロジスティクス用途に用いられてもよい。また、ＦｉＰ装置は、コンテナまたは車両の最適化された積み込みまたは出荷に用いられてもよい。また、ＦｉＰ装置は、製造分野における表面損傷のモニタまたは制御のため、レンタル物件たとえばレンタル車両のモニタおよび管理のため、および／または、保険用途たとえば、損害の評価のために、用いられてもよい。また、ＦｉＰ装置は、材料、物体またはツールたとえば最適な材料の取り扱いのために、特にロボットと組み合わせて、識別するために用いられてもよい。また、ＦｉＰ装置は、製造におけるプロセス制御のため、たとえば、タンクの充填レベルの観察のため、用いられてもよい。また、ＦｉＰ装置は、製造資産、たとえば、タンク、管、反応器、ツールなど（これらに限定されない）のメンテナンスのために用いられてもよい。また、ＦｉＰ装置は、３Ｄ品質マークの解析に用いられてもよい。また、ＦｉＰ装置は、特注品たとえばインレー、歯列矯正具、義歯、衣服などの製造に用いられてもよい。ＦｉＰ装置は、高速プロトタイピング、３Ｄ複製などのために１つ以上の３Ｄプリンタと組み合わされてもよい。また、ＦｉＰ装置は、１つ以上の物品の形状の検出に、たとえば、海賊版対策および模造品対策のために、用いられてもよい。
【０２３３】
上述のように、好ましくは、１つ以上の横方向光センサおよび／または１つ以上の縦方向光センサは、いずれも、１つ以上の有機半導体検出器、特に好ましくは、１種以上の色素太陽電池、ＤＳＣまたはｓＤＳＣを含んでよい。特に、横方向光センサおよび縦方向光センサはそれぞれ、１つ以上の第１電極、１つ以上のｎ型半導体金属酸化物層、１種以上の色素、１つ以上のｐ型半導体材料層、および、第２電極を、好ましくはこの順で含みうる。これらの要素は、たとえば、層構成における層として存在しうる。層構成は、たとえば、基板、好ましくは透明基板、たとえばガラス基板に設けられていてよい。
【０２３４】
好ましい光センサの上述の要素の好ましい実施形態は、例えば以下に記載されており、これらの実施形態は、任意の組み合わせで用いることができる。しかし、多くの他の構成も原則的に可能であり、たとえば、上述の特許文献１〜５、２１が参照できる。
【０２３５】
上述のように、１つ以上の横方向光センサは、色素増感太陽電池（ＤＳＣ）、好ましくは固体型色素増感太陽電池（ｓＤＳＣ）として設計されてよい。同様に、１つ以上の縦方向光センサは、１種以上の色素増感太陽電池（ＤＳＣ）として設計されてよく、または、１種以上の色素増感太陽電池（ＤＳＣ）、好ましくは固体型色素増感太陽電池（ｓＤＳＣ）を含んでもよい。より好ましくは、１つ以上の縦方向光センサは、ＤＳＣのスタック、好ましくはｓＤＳＣのスタックを含む。ＤＳＣまたはｓＤＳＣの好ましい構成要素は、以下に記載されている。しかし、他の実施形態も可能であることは理解されるべきである。
【０２３６】
第１電極およびｎ型半導体金属酸化物
横方向光センサおよび／または縦方向光センサの層構成に使用可能な、第１電極およびｎ型半導体金属酸化物の好ましい実施形態に関して、概して、特許文献２１が参照できる。横方向光センサおよび／または縦方向光センサの色素太陽電池に使用されるｎ型半導体金属酸化物は、単一の金属酸化物または異なる酸化物の混合物であってよい。混合した複数の酸化物を用いてもよい。ｎ型半導体金属酸化物は、特に、多孔質であってよく、および／または、ナノ微粒子酸化物の形態で用いることができ、この文脈において、ナノ微粒子とは、０．１μｍ未満の平均粒子サイズを有する粒子と理解される。ナノ微粒子酸化物は、典型的には、大きな表面積を有する薄い多孔質膜として、焼結プロセスによって、導電性基板（すなわち、第１電極としての導電性層を有する支持体）に対して塗膜される。
【０２３７】
好ましくは、１つ以上の横方向光センサは、１つ以上の透明基板を用いている。同様に、好ましくは、１つ以上の縦方向光センサは、１つ以上の透明基板を用いている。複数の縦方向光センサ、たとえば縦方向光センサのスタックを用いている場合、好ましくは、これらの縦方向光センサの１つ以上が透明基板を用いている。すなわち、たとえば、物体に面していない最後列の縦方向光センサ以外のすべての縦方向光センサは、それぞれが透明基板を用いていてよい。最後列の縦方向光センサは、透明基板または不透明基板のいずれを用いていてよい。
【０２３８】
同様に、１つ以上の横方向光センサは、１つ以上の透明な第１電極を用いている。また、１つ以上の縦方向光センサは、１つ以上の第１電極を用いてよい。複数の縦方向光センサ、たとえば縦方向光センサのスタックを用いる場合、好ましくは、これらの１つ以上の縦方向光センサは透明な第１電極を用いている。すなわち、たとえば、物体に面していない最後列の縦方向光センサ以外のすべての縦方向光センサは、透明な第１電極を用いていてよい。最後列の縦方向光センサは、透明な第１電極または不透明な第１電極のいずれを用いてもよい。
【０２３９】
基板は、硬質または軟質であってよい。適切な基板（以下支持体ともいう）は、金属箔だけでなく、特に、プラスチックのシートまたはフィルム、とりわけガラスシートまたはガラスフィルムである。とりわけ上述の好ましい構造による第１電極に特に適切な電極材料は、導電性材料、たとえば、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）、たとえば、フッ素および／またはインジウムドープスズ酸化物（ＦＴＯまたはＩＴＯ）および／またはアルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、カーボンナノチューブまたは金属膜である。しかし、代替的にまたは付加的に、十分な透明性を未だ有する薄い金属膜を用いることもできる。不透明な第１電極が望ましく用いられ、厚い金属膜が用いられてもよい。
【０２４０】
基板は、これらの導電性材料で被覆されまたはコートすることができる。概して、提案される構造ではただ１つの基板が必要であるため、軟質の電池の形成も可能である。これによって、せいぜい硬質基板を用いる困難さしか伴わずに実現可能な、多数の最終用途、たとえば、銀行のカード、装具などにおける使用が可能となる。
【０２４１】
第１電極、とりわけＴＣＯ層は、付加的に、ｐ型半導体とＴＣＯ層との直接のコンタクトを防ぐため、固体金属酸化物バッファ層（たとえば厚さ１０〜２００ｎｍ）で被覆またはコートされていてよい（Ｐｅｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，Ｃｏｏｒｄ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２４８，１４７９（２００４）参照）。しかし、電解質の第１電極との接触が液体またはゲル形態の電解質と比較して大きく低減される場合、固体ｐ型半導体電解質の本発明の使用によって、このバッファ層は多くの場合に不要となり、これにより、多くの場合に、電流制限効果を有し、ｎ型半導体金属酸化物層と第１電極との接触を悪化させうるこの層を不要とすることができる。これにより、コンポーネントの効率が向上する。一方、このようなバッファ層は、逆に、色素太陽電池の電流成分を有機太陽電池の電流成分と一致させるために、制御されたやり方で用いることができる。さらに、バッファ層が、とりわけ固体電池において不要とされた電池の場合、不所望の電荷キャリアの再結合を含む問題が生じる。これに関して、バッファ層は、多くの場合、特に固体電池において有利である。
【０２４２】
よく知られているように、金属酸化物の層または膜は、概して廉価な固体半導体材料（ｎ型半導体）であるが、その吸収は、広いバンドギャップのために、典型的には電磁スペクトルの可視領域になく、通常、紫外スペクトル領域にある。したがって、太陽電池における使用のため、金属酸化物は、概して、色素太陽電池の場合のように、光増感剤としての色素と組み合わせる必要があり、この色素が、電子励起状態で太陽光の波長範囲（すなわち３００〜２０００ｎｍ）において吸収し、半導体の伝導帯に電子を注入する。また対電極で低減される、電解質として電池中に付加的に用いられる固体ｐ型半導体によって、電子は増感剤に再使用され、これにより、光増感剤は再生されうる。
【０２４３】
有機太陽電池における使用について特に関心があるのは、半導体酸化亜鉛、スズ酸化物、チタン酸化物またはこれらの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用いることができる。これらの層は、感光剤としての色素で被覆された大きな表面積を有し、その結果、太陽光の高い吸収率が実現される。たとえばナノロッドとして構成された金属酸化物層は、より高い電子移動度または増大された色素での細孔充填などの利点をもたらす。
【０２４４】
金属酸化物半導体は、単独でまたは混合物の形態で用いることができる。１種以上の他の金属酸化物で金属酸化物層を被覆してもよい。さらに、金属酸化物は、別の半導体、たとえば、ＧａＰ、ＺｎＰまたはＺｎＳに対するコーティングとして塗膜されてもよい。
【０２４５】
特に好ましい半導体は、好ましくはナノ結晶形態で用いられる、アナタース多形の酸化亜鉛および二酸化チタンである。
【０２４６】
さらに、増感剤は、有利には、典型的にはこれらの太陽電池において使用されるｎ型半導体と組み合わされてもよい。好ましい例には、セラミック中で用いられる金属酸化物が含まれ、たとえば、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、ペロブスカイト型の錯体酸化物、たとえば、チタン酸バリウム、および、二元および三元の酸化鉄が含まれ、これらはナノ結晶またはアモルファス形態で存在しうる。
【０２４７】
通例の有機色素およびフタロシアニンおよびポルフィリンが有する強い吸収のため、ｎ型半導体金属酸化物層の薄い層または膜であっても、色素の必要量を吸収するのに十分である。薄い金属酸化物膜は、一方で、不所望の再結合過程の確率を低下させ、色素の小電池の内部抵抗が低下するという利点を有している。ｎ型半導体金属酸化物層に関して、１００ｎｍ〜２０μｍ、より好ましくは５００ｎｍ〜約３μｍの層厚さを好ましく用いることができる。
【０２４８】
色素
本発明の文脈において、特にＤＳＣについて通例のように、「色素」、「増感剤色素」および「増感剤」の語は、可能な構成を何ら限定せず、基本的に同義に用いられている。本発明の文脈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り、可能な材料の例に関しては、色素太陽電池に関する従来技術の上記記載も参照できる。好ましい例として、特許文献２１に記載の１種以上の色素を用いることができる。
【０２４９】
付加的にまたは代替的に、フッ素化対アニオンを用いた１つ以上のキノリニウム色素、たとえば、特許文献６に記載の１種以上の色素を、本発明に係る検出器に用いることができる。詳細には、以下に記載の１種以上の色素を、１つ以上の縦方向光センサおよび／または１つ以上の横方向光センサに用いることができる。これらの色素の詳細およびこれらの未公開出願の記載を以下に示す。詳細には、以下で詳述する色素Ｄ−５を用いることができる。しかし、１つ以上の他の色素を、付加的にまたは代替的に用いることができる。
【０２５０】
列記した、および、請求項に記載された全ての色素は、基本的に、ピグメントとして存在しうる。半導体材料としての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４，９２７，７２１Ａ号、Ｎａｔｕｒｅ  ３５３，ｐ．７３７−７４０（１９９１）および米国特許５，３５０，６４４Ａ号およびＮａｔｕｒｅ  ３９５，ｐ．５８３−５８５（１９９８）および欧州特許出願公開第１１７６６４６Ａ１号に記載されている。これらの文献に記載の色素は、基本的に本発明の文脈において有利に用いることができる。これらの色素太陽電池は、好ましくは、増感剤として酸基を介して二酸化チタン層に結合した、遷移金属錯体、とりわけルテニウム錯体の単分子膜を含む。
【０２５１】
ルテニウム錯体を含みうる色素増感太陽電池に用いられる色素は、特にルテニウムが高価であることから、これまでは学問的な関心の対象であった。しかし、本発明に係る検出器に使用されうる色素増感太陽電池は、特に、物体から伝播する１つ以上のビームが、少なくとも部分的に、赤外領域すなわち約７５０ｎｍ〜１０００μｍの範囲野電磁放射スペクトル部分、好ましくは近赤外（ＮＩＲ）領域と通常よばれ、通常約７５０ｎｍ〜１．５μｍの範囲をみなされる部分を含むスペクトル範囲を含む場合に、１つ以上の物体の位置を決定するための本発明の方法における使用に対する魅力的な特徴によって、コストの議論が容易に退けられる程度の僅かな量のルテニウムしか必要としない。本発明に係る検出器における使用に適しうるルテニウム錯体の既知の例は、以下のものである：
0006415447.tif 000002
【０２５２】
別の例は、Ｔ．Ｋｉｎｏｓｈｉｔａ，Ｊ．Ｔ．Ｄｙ，Ｓ．Ｕｃｈｉｄａ，Ｔ．Ｋｕｂｏ，  ａｎｄ  Ｈ．Ｓｅｇａｗａ，Ｗｉｄｅｂａｎｄ  ｄｙｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ  ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ  ａ  ｐｈｏｓｐｈｉｎｅ−ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ  ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ  ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｒ，Ｎａｔｕｒｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ，７，５３５−５３９（２０１３）に見ることができ、これには、ホスフィンが配位したルテニウム錯体が記載されており、この錯体はＮＩＲ、特に７５０ｎｍ〜９５０ｎｍの範囲において強い吸収を示し、すなわち、有望な効率を有する色素増感太陽電池が得られる：
0006415447.tif 000003
【０２５３】
ほとんどの既知の色素はＩＲ領域（ＮＩＲ領域を含む）に弱い吸収特性を有することから、ルテニウム錯体を含む色素は、本発明に係る検出器の範囲を、ＩＲ領域、特にＮＩＲ領域に設けることができ、たとえば、アクティブ深度センサとして、本願のいずれかに記載のように、ＩＲ光が重要な役割を果たしうる、特にコンピュータビジョンに関連した用途において用いられる。
【０２５４】
提案されている多くの増感剤には、金属を含まない有機色素が含まれ、これらの色素は、本願発明の文脈においても同様に使用できる。とりわけ固体型色素太陽電池において４％超の高い効率が、たとえば、インドリン色素を用いて実現可能である（たとえば、Ｓｃｈｍｉｄｔ−Ｍｅｎｄｅ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００５，１７，８１３参照）。米国特許第６，３５９，２１１Ａ号には、二酸化チタン半導体への固定のためにアルキレンラジカルを介して結合されるカルボキシル基を有するシアニン色素、オキサジン色素、チアジン色素およびアクリジン色素の使用が記載されており、本発明の文脈においても実施可能である。
【０２５５】
有機色素は、今や、液状電池中で、ほぼ１２．１％の効率を実現している（たとえば、Ｐ．Ｗａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，ＡＣＳ．Ｎａｎｏ  ２０１０参照）。ピリジン含有色素も報告されており、本発明において使用可能であり、有望な効率を示す。
【０２５６】
提案される色素太陽電池において特に好ましい増感剤色素は、独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５Ａ１号または国際特許出願公開第２００７／０５４４７０Ａ１号に記載されるペリレン誘導体、テリレン誘導体およびクアテリレン誘導体である。これらの色素の使用によって、高効率と同時に高い安定性を有する光起電力要素が得られ、本発明の文脈においても可能である。
【０２５７】
リレンは、太陽光の波長域に強い吸収を示し、共役系の長さに依存して、約４００ｎｍ（独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５Ａ１号のペリレン誘導体Ｉ）から約９００ｎｍ（独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５Ａ１号のクアテリレン誘導体Ｉ）の範囲をカバーしうる。テリレンベースのリレン誘導体Ｉは、その組成によって、二酸化チタン上に吸着された固体状態において、約４００〜８００ｎｍの範囲において吸収する。可視領域から近赤外領域の入射太陽光の非常に実際的な使用を実現するため、異なるリレン誘導体Ｉの混合物の使用が有利である。場合により、異なるリレン同族体の使用も勧められる。
【０２５８】
リレン誘導体Ｉは、ｎ型半導体金属酸化物層膜に、容易に、恒久的に固定することができる。結合は、インサイチュで形成される無水物官能基（ｘ１）またはカルボキシル基−ＣＯＯＨまたは−ＣＯＯ−によって、または、イミドまたは縮合ラジカル（（ｘ２）または（ｘ３））中に存在する酸性基Ａによって、形成される。独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５Ａ１号に記載のリレン誘導体Ｉは、本発明の文脈における色素増感太陽電池における使用に良好な適合性を有している。
【０２５９】
色素が分子の一端にｎ型半導体膜へのその固定を可能とするアンカー基を有する場合が好ましい。色素は、分子の他端に、好ましくは、電子供与基Ｙを有し、この電子供与基Ｙは、ｎ型半導体への電子放出後の色素の再生を容易にし、さらに、同時に半導体に対して既に放出された電子の再結合を防ぐ。
【０２６０】
適切な色素の可能な選択に関するさらなる詳細について、たとえば、独国特許出願公開第１０２００５０５３９９５Ａ１号をさらに参照することができる。たとえば、とりわけ、ルテニウム錯体、ポルフィリン、他の有機増感剤および好ましくはリレンを用いることができる。
【０２６１】
色素は、簡単なやり方で、ｎ型半導体金属酸化物層膜の上または中に固定化することができる。たとえば、ｎ型半導体金属酸化物層膜は、焼結したばかりの（未だ温かい）状態で十分な期間（たとえば約０．５〜２４ｈ）、色素の適切な有機溶媒の溶液または懸濁液と接触させればよい。これは、たとえば、金属酸化物で被覆した基板を色素の溶液に沈めることによって実現可能である。
【０２６２】
異なる色素の組み合わせも用いることができ、たとえば、その組み合わせは、１種以上の色素を含む１つ以上の溶液または懸濁液から連続的に用いられる。たとえばＣｕＳＣＮの層で分けられた２種の色素を用いることもできる（このテーマに関して、たとえば、Ｔｅｎｎａｋｏｎｅ，Ｋ．Ｊ．，Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ．２００３，１０７，１３７５８を参照）。最も簡便な方法は、個々のケースで比較的容易に決定することができる。
【０２６３】
色素と、ｎ型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、光の最大量が吸収されるように構成されるべきである。酸化物層は、固体ｐ型半導体が細孔を効率的に充填可能なように構成されるべきである。たとえば、より小さな粒子は、より大きな表面積を有し、したがって、色素のより多くの量を吸着できる。他方、より大きな粒子は概して、ｐ型導体をより通過しやすいものとするより大きい細孔を有する。
【０２６４】
ｐ型半導体有機材料
上述のように、１つ以上の横方向光センサおよび／または１つ以上の縦方向光センサの１つ以上のＤＳＣまたはｓＤＳＣは、特に、１種以上のｐ型半導体有機材料、好ましくは、１種以上の固体ｐ型半導体材料（以下では、ｐ型半導体またはｐ型導体とも表される）を含む。以下には、個別にまたは任意の所望の組み合わせ、たとえば、それぞれｐ型半導体を含む複数の層の組み合わせで、および／または、１つの層中の複数のｐ型半導体の組み合わせで、用いることができる、このような有機ｐ型半導体の一連の好ましい例が記載されている。
【０２６５】
ｎ型半導体金属酸化物中の電子の固体ｐ型導体との再結合を防ぐため、ｎ型半導体金属酸化物層とｐ型半導体層との間に、パッシベーション材料を含む１つ以上のパッシベーション層を用いてもよい。この層は、非常に薄く、できるだけｎ型半導体金属酸化物層の未だ被覆されていない側のみを被覆するべきである。パッシベーション材料は、いくつかの状況では、色素の前に、金属酸化物層に塗布されてもよい。好ましいパッシベーション材料は、とりわけ、以下の物質の１つ以上である：Ａｌ２Ｏ３；シラン、たとえばＣＨ３ＳｉＣｌ３；Ａｌ３＋；４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン（ＴＢＰ）；ＭｇＯ；ＧＢＡ（４−グアニジノブチル酸）および同様の誘導体；アルキル酸；ヘキサデシルマロン酸（ＨＤＭＡ）。
【０２６６】
上述のように、有機太陽電池の文脈において、好ましくは、１つ以上の固体有機ｐ型半導体が、単独で、またはそうでなければ、性質上有機または無機である１つ以上の別のｐ型半導体と組み合わせて用いられる。本発明の文脈において、ｐ型半導体は、概して、ホール、すなわち正の電荷キャリアを伝導可能な材料、とりわけ有機材料を意味すると理解される。より詳細には、この材料は、少なくとも一度安定的に酸化されると、たとえばいわゆるフリーラジカルカチオンを形成しうる、広いπ電子系を有する有機材料であってよい。たとえば、ｐ型半導体は、上記特性を有する１種以上の有機マトリクス材料を含んでよい。さらに、ｐ型半導体は、任意選択的に、ｐ型半導体特性を強める１種以上のドーパントを含んでよい。ｐ型半導体の選択に影響する重要なパラメタは、ホール移動度であり、それはホール移動度がホール拡散距離を一部決定するからである（Ｋｕｍａｒａ，Ｇ．，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２００２，１８，１０４９３−１０４９５参照）。種々のスピロ化合物中の電荷キャリア移動度の比較は、たとえば、Ｔ．Ｓａｒａｇｉ，Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒ．２００６，１６，９６６−９７４に見ることができる。
【０２６７】
好ましくは、本発明の文脈において、有機半導体（すなわち、低分子量のオリゴマーまたはポリマー半導体あるいはこのような半導体の混合物）が用いられる。特に好ましくは、液相から処理可能なｐ型半導体が挙げられる。本明細書中の例は、ポリチオフェンまたはポリアールアミンなどのポリマーに基づく、あるいは、アモルファスの、可逆酸化可能な非ポリマー有機化合物、たとえば最初に記載したスピロビフルオレン（たとえば、米国特許出願公開第２００６／００４９３９７号およびこれにｐ型半導体として記載されたスピロ化合物（本発明の文脈においても使用可能）を参照）に基づくｐ型半導体である。低分子量有機半導体、たとえば、特許文献２１に記載の低分子量ｐ型半導体材料、好ましくは、スピロ−ＭｅＯＴＡＤ、および／または、Ｌｅｉｊｔｅｎｓ  ｅｔ  ａｌ．，ＡＣＳ  Ｎａｎｏ，ＶＯＬ．６，ＮＯ．２，１４５５−１４６２（２０１２）に記載の１種以上のｐ型半導体材料の使用が好ましい。付加的にまたは代替的に、国際特許出願公開第２０１０／０９４６３６Ａ１号（その全ての記載は本明細書中に参照により含まれる）に記載の１種以上のｐ型半導体材料を使用できる。さらに、従来技術の上記記載のｐ型半導体材料およびドーパントに関する記載も参照できる。
【０２６８】
ｐ型半導体層は、好ましくは、１種以上のｐ型半導体有機材料を１つ以上の支持体要素に塗膜することにより製造できまたは製造され、この際、塗膜は、たとえば、１種以上のｐ型半導体有機材料を含む液相からの堆積によってなされる。堆積は、この場合、基本的に、任意の所望の堆積法、たとえば、スピンコーティング、ナイフコーティング、プリント、または、上述のおよび／または他の堆積法の組み合わせによって、再度行ってもよい。
【０２６９】
有機ｐ型半導体は、とりわけ１種以上のスピロ化合物を含み、および／または、とりわけ、スピロ化合物、とりわけスピロ−ＭｅＯＴＡＤ；下記構造式の化合物から選択できる：
0006415447.tif 000004
式中、
Ａ１、Ａ２およびＡ３は互いに独立に、任意選択的に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およびＲ３は、互いに独立に、置換基−Ｒ、−ＯＲ、−ＮＲ２、−Ａ４−ＯＲおよび−Ａ４−ＮＲ２からなる群から選択され、
Ｒは、アルキル、アリールおよびヘテロアリールからなる群から選択され、
Ａ４はアリール基またはヘテロアリール基であり、
ｎは、式Ｉの各場合において、独立に０、１、２または３の値であり、
個々のｎの値の合計が２以上の場合、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３ラジカルの２つ以上は−ＯＲおよび／または−ＮＲ２である。
【０２７０】
好ましくは、Ａ２およびＡ３は同一である；したがって、式（Ｉ）の化合物は、好ましくは以下の構造式（Ｉａ）を有する：
0006415447.tif 000005
【０２７１】
より特に、上述したように、ｐ型半導体は１種以上の低分子量有機ｐ型半導体を含んで良い。低分子量材料とは、概して、モノマーの、非ポリマー化または非オリゴマー化した形態で存在する材料を意味すると理解される。本発明の文脈において用いられるとき「低分子量」の語は、ｐ型半導体が１００〜２５，０００ｇ／ｍｏｌの範囲の分子量を有することを好ましくは意味する。好ましくは、低分子量物質は、５００〜２０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有する。
【０２７２】
概して、本発明の文脈において、ｐ型半導体特性とは、ホールを形成し、このホールを隣接分子に輸送および／または渡すための、材料、とりわけ有機分子の特性を意味すると理解される。より特に、これらの分子の安定な酸化が可能でなければならない。さらに、挙げられる低分子量有機ｐ型半導体は、とりわけ、広いπ電子系を有しうる。より特に、１つ以上の低分子量ｐ型半導体は、溶液から処理可能であってよい。より特に、１種以上の低分子量ｐ型半導体は、溶液から処理可能であってよい。低分子量ｐ型半導体は、１種以上のトリフェニルアミンを含んでよい。低分子量ｐ型半導体が１つ以上のスピロ化合物を含むことが特に好ましい。スピロ化合物とは、複数の環がただ１つの原子（スピロ原子ともいう）に結合した多環式有機化合物を意味すると理解される。より詳細には、スピロ原子は、ｓｐ３混成であってよく、これにより、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同士が、たとえば、互いに対して異なる平面に配置される。
【０２７３】
より詳細には、スピロ化合物は、下記式の構造を有している：
0006415447.tif 000006
式中、アリール１、アリール２、アリール３、アリール４、アリール５、アリール６、アリール７およびアリール８ラジカルは、それぞれ独立に、置換されたアリールラジカルおよびヘテロアリールラジカル、特に、置換された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、互いに独立に、好ましくは各場合において、−Ｏ−アルキル、−ＯＨ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒおよび−Ｉからなる群から選択される１つ以上の置換基によって置換されており、アルキルは、好ましくは、メチル、エチル、プロピルまたはイソプロピルである。より好ましくは、フェニルラジカルは、それぞれ独立に、各場合において、−Ｏ−Ｍｅ、−ＯＨ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒおよび−Ｉからなる群から選択される１つ以上の置換基によって置換されている。
【０２７４】
さらに好ましくは、スピロ化合物は、下記式の化合物である：
0006415447.tif 000007
式中、Ｒｒ、Ｒｓ、Ｒｔ、Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ、ＲｘおよびＲｙは、それぞれ独立に、−Ｏ−アルキル、−ＯＨ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒおよび−Ｉからなる群から選択され、アルキルは、好ましくは、メチル、エチル、プロピル、イソプロピルである。より好ましくは、Ｒｒ、Ｒｓ、Ｒｔ、Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ、ＲｘおよびＲｙは、それぞれ独立に、−Ｏ−Ｍｅ、−ＯＨ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒおよび−Ｉからなる群から選択される。
【０２７５】
より特に、ｐ型半導体は、スピロ−ＭｅＯＴＡＤ、すなわち、下記式の化合物（たとえば、Ｍｅｒｃｋ  ＫＧａＡ（ダルムシュタット、独国）より商業的に入手可能）を含み、または、これよりなる：
0006415447.tif 000008
【０２７６】
代替的にまたは付加的に、他のｐ型半導体、とりわけ、低分子量および／またはオリゴマーおよび／またはポリマーのｐ型半導体化合物を用いることもできる。
【０２７７】
代替的な実施形態では、低分子量ｐ型半導体は、上述の一般式Ｉの１種以上の化合物を含み、これに関しては、たとえば、国際特許出願番号第ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５１８２６（本願の優先日後に公開）を参照することができる。ｐ型半導体は、上述のスピロ化合物に加えてまたはこれの代わりに、上述の一般式Ｉの１種以上の化合物を含んでもよい。
【０２７８】
本発明の文脈において使用されるとき、「アルキル」または「アルキル基」または「アルキルラジカル」の語は、概して、置換または非置換のＣ１〜Ｃ２０−アルキルラジカルを意味すると理解される。Ｃ１〜Ｃ１０−アルキルラジカル、特に、Ｃ１〜Ｃ８−アルキルラジカルが好ましい。アルキルラジカルは、直鎖状または分枝状であってよい。さらに、アルキルラジカルは、Ｃ１〜Ｃ２０−アルコキシ、ハロゲン、好ましくはＦ、および、置換または非置換のＣ６〜Ｃ３０−アリールからなる群から選択される１つ以上の置換基によって置換されていてよい。適切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、およびさらにイソプロピル、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、およびさらに、Ｃ６〜Ｃ３０−アリール、Ｃ１〜Ｃ２０−アルコキシおよび／またはハロゲン、とりわけＦ、で置換された上述のアルキル基の誘導体、たとえばＣＦ３である。
【０２７９】
「アリール」または「アリール基」または「アリールラジカル」の語は、本発明の文脈においても使用されるとき、単環式、二環式、三環式または多環式芳香環から得られる任意選択的に置換されたＣ６〜Ｃ３０−アリールラジカルであって、芳香環はいかなる環ヘテロ原子も含まないものを意味すると理解される。アリールラジカルは、好ましくは、５員環および／または６員環芳香環を含む。アリールが単環系でない場合に、第２の環について「アリール」の語が用いられる場合、飽和した形態（パーヒドロ型）または部分的に飽和した形態（たとえばジヒドロ型またはテトラヒドロ型）も、特定の形態が既知であり安定である限り、可能である。「アリール」の語は、本発明の文脈において、たとえば、いずれか２つまたは３つ全てのラジカルが芳香族である二環式または三環式ラジカル、ただ１つの環が芳香族である二環式または三環式ラジカル、および、２つの環が芳香族である三環式ラジカルを含む。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。Ｃ６〜Ｃ１０−アリールラジカル、たとえばフェニルまたはナフチルが好ましく、Ｃ６−アリールラジカル、たとえばフェニルが非常に好ましい。さらに、「アリール」の語は、単結合または二重結合を介して互いに結合された２つ以上の単環式、二環式または多環式芳香環を含む環系も含む。１つの例は、ビフェニル基のものである。
【０２８０】
「ヘテロアリール」または「ヘテロアリール基」または「ヘテロアリールラジカル」の語は、本発明の文脈においても使用されるとき、任意選択的に置換された５員環または６員環芳香環および多環式の環、たとえば１つ以上の環中に１つ以上のヘテロ原子を有する二環式および三環式化合物を意味すると理解される。ヘテロアリールは、本発明の文脈において、好ましくは、５〜３０個の環原子を含む。これらは単環式、二環式または三環式であってよく、いくつかは上述のアリールからアリール基本骨格中の１つ以上の炭素原子をヘテロ原子で置き換えることにより得られる。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、さらに好ましくは５〜１３個の環原子を有する。ヘテロアリールラジカルの基本骨格は、とりわけ好ましくは、ピリジンおよび５員環ヘテロ芳香族、たとえば、チオフェン、ピロール、イミダゾールまたはフランの系から選択される。これらの基本骨格は任意選択的に１つまたは２つの６員環芳香族ラジカルに融合される。さらに、「ヘテロアリール」の語は、また、単結合または二重結合を介して互いに結合された２つ以上の単環式、二環式または多環式芳香環を含み、１つ以上の環がヘテロ原子を含む環系を含む。ヘテロアリールが単環系でない場合、「ヘテロアリール」の語が１つ以上の環について用いられる場合、飽和した形態（パーヒドロ型）または部分的に飽和した形態（たとえばジヒドロ型またはテトラヒドロ型）も、特定の形態が既知であり安定である限り、可能である。「ヘテロアリール」の語は、本発明の文脈において、たとえば、ラジカルのいずれか２つまたは３つ全てが芳香族である二環式または三環式ラジカル、ただ１つの環が芳香族である二環式または三環式ラジカル、および、２つの環が芳香族であり、１つ以上の環すなわち１つ以上の芳香環または１つの非芳香環がヘテロ原子を有する三環式ラジカルを含む。適切に融合したヘテロ芳香族は、たとえば、カルバゾリル、ベンズイミダゾリル、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つの、複数のまたはすべての置換可能な位置において置換可能であり、適切な置換基は、Ｃ６〜Ｃ３０−アリールの定義において既に特定したのと同じである。しかし、ヘタリールラジカルは、好ましくは、非置換である。適切なヘタリールラジカルは、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−イルおよび対応するベンゾ融合ラジカル、とりわけカルバゾリル、ベンズイミダゾリル、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。
【０２８１】
本発明の文脈において、「任意選択的に置換された」とは、アルキル基、アリール基またはヘテロアリール基の１つ以上の水素ラジカルが置換基によって置換されたラジカルを意味する。この置換基の種類に関しては、アルキルラジカル、たとえばメチル、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、およびさらにイソプロピル、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、アリールラジカル、たとえばＣ６〜Ｃ１０−アリールラジカル、とりわけフェニルまたはナフチルが好ましく、最も好ましくはＣ６−アリールラジカル、たとえばフェニル、およびヘタリールラジカル、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、およびさらに、対応するベンゾ融合ラジカル、とりわけカルバゾリル、ベンズイミダゾリル、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が好ましい。さらなる例には以下の置換基：アルケニル、アルキニル、ハロゲン、ヒドロキシルが含まれる。
【０２８２】
置換の程度は、単置換から可能な置換基の最大の置換まで変わりうる。
【０２８３】
本発明に係る使用のための式Ｉの好ましい化合物は、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３ラジカルの２つ以上がパラ−ＯＲおよび／または−ＮＲ２置換基であることが特徴的である。２つ以上のラジカルは、−ＯＲラジカルのみ、−ＮＲ２ラジカルのみ、または、１つ以上の−ＯＲおよび１つ以上の−ＮＲ２ラジカルであってよい。
【０２８４】
本発明に係る使用のための式Ｉの特に好ましい化合物は、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３ラジカルの４つ以上がパラ−ＯＲおよび／または−ＮＲ２置換基であることが特徴的である。４つ以上のラジカルは−ＯＲラジカルのみ、−ＮＲ２ラジカルのみ、または、−ＯＲラジカルおよび−ＮＲ２ラジカルの混合物であってよい。
【０２８５】
本発明に係る使用のための式Ｉのきわめて特に好ましい化合物は、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３ラジカルのすべてがパラ−ＯＲおよび／または−ＮＲ２置換基であることが特徴的である。これらは−ＯＲラジカルのみ、−ＮＲ２ラジカルのみ、または、−ＯＲおよび−ＮＲ２ラジカルの混合物であってよい。
【０２８６】
全ての場合に、−ＮＲ２ラジカル中の２つのＲは互いに異なっていてよいが、これらは好ましくは同一である。
【０２８７】
好ましくは、Ａ１、Ａ２およびＡ３は、それぞれ独立に、以下のものよりなる基から選択される：
0006415447.tif 000009
式中、
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、Ｒ４は、好ましくは、アリールラジカル、より好ましくはフェニルラジカルであり、
Ｒ５、Ｒ６は、互いに独立に、Ｈ、アルキル、アリールまたはヘテロアリールであり、
示される構造の芳香環およびヘテロ芳香環は、別の置換を任意選択的に有してよい。芳香環およびヘテロ芳香環は、単置換から、可能な置換基の最大数の置換まで変わりうる。
【０２８８】
芳香環およびヘテロ芳香環の別の置換の場合の好ましい置換基は、１つ、２つまたは３つの任意選択的に置換された芳香族またはヘテロ芳香族基に関して上述した置換基を含む。
【０２８９】
好ましくは、示した構造の芳香族およびヘテロ芳香環は、さらなる置換を有しない。
【０２９０】
より好ましくは、Ａ１、Ａ２およびＡ３は、それぞれ独立に、下記のものであり：
0006415447.tif 000010
より好ましくは、下記のものである：
0006415447.tif 000011
【０２９１】
より好ましくは、式（Ｉ）の１種以上の化合物は以下の構造のうちの１つを有している：
0006415447.tif 000012
0006415447.tif 000013
【０２９２】
代替的な実施形態では、有機ｐ型半導体は、以下の構造を有する型式がＩＤ３２２の化合物である：
0006415447.tif 000014
【０２９３】
本発明に係る使用のための化合物は、当業者に既知の有機合成の通例の方法によって合成可能である。関連する（特許）文献についての参照は、以下の合成実施例においてさらに参照できる。
【０２９４】
第２電極
ａ）概略
第２電極は、基板に面する底部電極か、または、基板に面しない上部電極であってよい。上述のように、第２電極は、部分的にまたは完全に透明であってよく、または、不透明であってよい。本明細書中で用いられる場合、部分的に透明であるとは、第２電極が透明領域または不透明領域を含みうることを意味している。
【０２９５】
第２電極が完全にまたは部分的に透明である場合、第２電極は、無機透明導電性材料；有機透明導電性材料からなる群から選択されうる１種以上の透明な導電性電極材料を含んでよい。無機透明導電性材料の例として、金属酸化物、たとえば、ＩＴＯおよび／またはＦＴＯを用いることができる。有機透明導電性材料としては、１種以上の導電性ポリマー材料を用いることができる。本明細書中で用いる場合、「透明」の語は、第２電極の実際の層または層構成を指す。すなわち、透明性は、薄層、たとえば、１００ｎｍ未満、より好ましくは５０ｎｍ未満の薄さを有する層を用いることによって形成可能である。
【０２９６】
以下の群の材料の１種以上の材料を用いることができる：１種以上の金属材料、好ましくは、アルミニウム、銀、白金、金からなる群から選択される金属材料；１種以上の非金属無機材料、好ましくはＬｉＦ；１種以上の有機導電性材料、好ましくは、１種以上の導電性ポリマー、より好ましくは透明導電性ポリマー。
【０２９７】
第２電極は、純粋な形態の１種以上の金属を含んでよく、および／または、１種以上の金属合金を含んでよい。第２電極は、さらに、単一層を含んでよく、および／または、２つ以上の層からなる層構成を含んでよく、好ましくは、１つ以上の層は、１種以上の金属または金属合金を含む金属層である。たとえば、第２電極は、前段落に挙げた群から選択される１種以上の金属を純粋な形態および／または合金の一成分として含んでよい。たとえば、第２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なる群から選択される１種以上の合金を含んでよい。最も好ましくは、第２電極は、ＭｏＮｂ；ＡｌＮｂ；ＭｏＮｂからなる群から選択される１種以上の合金を含んでよい。たとえば、２種以上の上掲の合金の２つ以上の層を含む層構成を用いてよく、たとえば、この層構成は以下の層を含む：ＭｏＮｂ／ＡｌＮｂ／ＭｏＮｂ。たとえば、以下の層厚さを用いてよい：ＭｏＮｂ  ３０ｎｍ／ＡｌＮｂ  １００ｎｍ／ＭｏＮｂ  ３０ｎｍ。しかし、代替的にまたは付加的に、他の構成および／または他の層厚さを用いてもよい。
【０２９８】
第２電極は、１種以上の金属電極を含んでよく、この場合、純粋な形態または混合物／合金としての１種以上の金属、たとえば、とりわけアルミニウムまたは銀を用いてよい。
【０２９９】
付加的にまたは代替的に、非金属材料、たとえば、無機材料および／または有機材料を、単独でまたは金属電極との組み合わせで用いてよい。たとえば、無機／有機混合電極または多層電極、たとえば、ＬｉＦ／Ａｌ電極を使用することができる。付加的にまたは代替的に、導電性材料を用いてよい。すなわち、１つ以上の横方向光センサの第２電極および／または１つ以上の縦方向光センサの第２電極は、好ましくは、１種以上の導電性ポリマーを含んでよい。
【０３００】
たとえば、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）および／またはその化学的誘導体；ポリチオフェンおよび／またはその化学的誘導体、たとえばポリ（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塩））からなる群から選択される１種以上の導電性ポリマーを用いてよい。代替的にまたは付加的に、欧州特許出願公開第２５０７２８６Ａ２号、欧州特許出願公開第２２０５６５７Ａ１号または欧州特許出願公開第２２２０１４１Ａ１号に記載される１種以上の導電性ポリマーを用いてよい。
【０３０１】
代替的にまたは付加的に、無機導電性材料、たとえば、無機導電性炭素材料、たとえば、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なる群から選択される炭素材料を用いてもよい。
【０３０２】
さらに、適切な反射によって２回以上吸収層を通される光子によって、コンポーネントの量子効率が高められる電極設計を用いることもできる。このような層構成は、「コンセントレータ」とも呼ばれ、たとえば、国際特許出願公開第０２／０１８３８号（とりわけ２３〜２４頁）に同様に記載されている。
【０３０３】
第２電極は、１つ以上の横方向光センサおよび１つ以上の縦方向光センサについて同じであってもよい。しかし、横方向光センサおよび縦方向光センサに対して異なる第２電極の構成を用いてもよい。
【０３０４】
ｂ）横方向光センサの第２電極
好ましくは、１つ以上の横方向光センサのための第２電極は、少なくとも部分的に透明である。たとえば、横方向光センサの第２電極は、横方向光センサのセンサ領域、好ましくは、センサ範囲を覆う１つ以上の透明電極層を含んでよい。上述のように、１つ以上の透明電極層は、好ましくは、導電性ポリマー、好ましくは、透明導電性ポリマーの１つ以上の層を含んでよい。
【０３０５】
付加的に、横方向センサ装置の第２電極は、好ましくは、１種以上の金属、たとえば、上掲の１種以上の金属および／または金属合金からなってよい２つ以上の部分電極を有してよい。たとえば、２つ以上の部分電極が、横方向光センサのセンサ領域、好ましくはセンサ範囲を囲むフレームを形成してもよい。フレームは、多角形、たとえば、長方形、または好ましくは正方形の形状を有してよい。好ましくは、多角形、好ましくは長方形または正方形の各辺に、１つの部分電極、たとえば、辺の全体または一部に沿って延在するバーとして形成された部分電極が設けられている。
【０３０６】
１種以上の導電性ポリマーは、部分電極の材料の導電性より一桁以上低い、好ましくは二桁以上低い導電性を有しうる。１種以上の導電性ポリマーは、部分電極同士を電気的に相互接続しうる。すなわち、上述のように、部分電極は、横方向光センサのセンサ領域、好ましくはセンサ範囲を囲むフレームを形成してよい。導電性ポリマーの１つ以上の層は、センサ領域を完全にまたは部分的に覆い、部分電極同士を電気的にコンタクトする透明な導電性層を形成しうる。たとえば、各部分電極は、長方形の各辺に沿った金属ストリップまたは金属バーを含み、長方形の内部領域がセンサ領域を形成し、導電性ポリマーの１つ以上の層が長方形の内部領域を完全にまたは部分的に覆い、金属ストリップまたは金属バー同士を電気的にコンタクトする１つ以上の透明電極層を形成する。
【０３０７】
好ましくは導電性ポリマーの１つ以上の層により電気的に相互接続される２つ以上の部分電極が用いられる場合、各部分電極は、たとえば、１つ以上の電気リードまたはコンタクトパッドによって個別にコンタクトされてよい。すなわち、部分電極同士を電気的にコンタクトすることによって、各部分電極を通る電流を、たとえば個別の電流測定装置を用いることにより、および／または、各部分電極を通る電流を個別に測定するための連続測定スキームを用いることにより、個別に測定できる。各部分電極を通る電流を測定するため、検出器は、１つ以上の電流測定装置を含む適当な測定構成を提供しうる。
【０３０８】
ｃ）縦方向光センサの第２電極
概して、１つ以上の縦方向センサ装置の１つ以上の第２電極に関して、横方向光センサ装置に関する上述の詳細を適宜用いることができる。また、１つ以上の縦方向光センサの第２電極は、好ましくは透明である。複数の縦方向センサ装置を、たとえばスタックで設ける場合、好ましくは、縦方向光センサ装置の全ての第２電極は、物体に面していない最後列の縦方向センサ装置の第２電極を除いて、透明である。最後列の縦方向センサ装置の第２の電極は、透明または不透明であってよい。
【０３０９】
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、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されうる上掲の材料を参照できる。
【０３１０】
また、縦方向光センサの第２電極、または、複数の縦方向光センサを用いる場合には１つ以上の縦方向光センサの第２電極は、個別にコンタクトしうる複数の部分電極に任意選択的に副分割されてもよい。しかし、１つ以上の縦方向光センサについては、概して縦方向光センサ毎にただ１つの独立な縦方向センサ信号が必要とされるため、１つ以上の縦方向光センサの第２電極は、単一のセンサ信号を提供するように同様に設計され、すなわち、単一の電極コンタクトのみを提供する。
【０３１１】
縦方向光センサの第２電極は、また、好ましくは、導電性ポリマー、たとえば１種以上の上掲の導電性ポリマーの１つ以上の層を含んでよい。好ましくは透明の、１種以上の導電性ポリマーは、縦方向光センサのセンサ領域、好ましくはセンサ範囲を、完全にまたは部分的に覆ってよい。さらに、１つ以上の導電性ポリマー層と電気的にコンタクトする１つ以上のコンタクトパッドを設けてもよい。縦方向光センサの第２電極のためのこの１つ以上のコンタクトパッドは、好ましくは、１つ以上の金属から、たとえば、１つ以上の上述の方法によって作成でき、および／または、１種以上の無機導電性材料、たとえば、１種以上の透明導電性酸化物、たとえば、第１電極に関して上述した１種以上の導電性酸化物から完全にまたは部分的に作製されてよい。
【０３１２】
封止
１つ以上の横方向光センサおよび／または１つ以上の縦方向光センサは、さらに、環境影響、たとえば酸素および／または湿分に対する保護を提供するために、封止および／またはパッケージ化されてよい。これにより、改善された長期の安定性が提供されうる。
【０３１３】
この場合、各光センサは、個別に封止されてよい。すなわち、各光センサに対する個別の封止、たとえば、横方向光センサまたは各横方向光センサに対する封止、および、縦方向光センサに対する封止または各横方向光センサに対する封止が設けられてよい。付加的にまたは代替的に、複数の光センサは、グループとして封止されてよい。すなわち、複数の光センサ、たとえば、複数の横方向光センサ、複数の縦方向光センサ、または、１つ以上の横方向光センサおよび１つ以上の縦方向光センサを封止する封止が設けられてよい。
【０３１４】
封止のため、種々の技術を用いることができる。すなわち、検出器は、光センサを保護する気密なケーシングを有してよい。付加的にまたは代替的に、とりわけ有機光検出器、より好ましくは、ＤＳＣまたはｓＤＣＳが用いられる場合、光センサの基板と相互作用する１つ以上の蓋による封止を用いてもよい。すなわち、金属、セラミック材料またはガラス材料からなる蓋を、光センサの基板に接着してよく、この場合、層構成が蓋の内部空間内に位置する。１つ以上の第１電極と１つ以上の第２電極とをコンタクトするための、蓋の外側からコンタクトしうる２つ以上のコンタクトリードを設けてもよい。
【０３１５】
種々の他の封止技術を代替的にまたは付加的に用いてもよい。すなわち、１つ以上の封止層による封止が設けられてもよい。１つ以上の封止層が装置の層構成の最上部に堆積されてもよい。すなわち、１種以上の有機および／または無機封止材料、たとえば、１種以上のバリヤ材料が用いられてもよい。
【０３１６】
合成実施例
本発明の文脈における色素太陽電池に用いられうる種々の化合物、特にｐ型半導体の合成は、特許文献２１の実施例に挙げられている（その内容は本明細書中に参照により含まれる）。
【０３１７】
とりわけ、本発明の文脈において、以下の実施形態が特に好ましいと見なされる。
【０３１８】
実施形態１：
１つ以上の横方向光センサと、１つ以上の縦方向光センサと、１つ以上の評価装置とを備える、１つ以上の物体の位置を決定するための検出器であって、
横方向光センサは、物体から検出器へと伝播する１つ以上の光ビームの横方向位置を決定するように適合されており、横方向位置は検出器の光軸に垂直な１つ以上の次元における位置であり、横方向光センサは１つ以上の横方向センサ信号を形成するように適合されており、
１つ以上の縦方向光センサは１つ以上のセンサ領域を有しており、縦方向光センサは、光ビームによるセンサ領域の照射に依存して１つ以上の縦方向センサ信号を形成するように設計されており、縦方向センサ信号は、照射の総出力が同一の場合、センサ領域内の光ビームのビーム断面に依存しており、
評価装置は、横方向センサ信号を評価することにより、物体の横方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成し、かつ、縦方向センサ信号を評価することにより、物体の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成するように設計されている、
ことを特徴とする検出器。
【０３１９】
実施形態２：
横方向光センサは、１つ以上の第１電極と、１つ以上の第２電極と、１つ以上の光起電力材料層とを含む光検出器であり、
光起電力材料層は第１電極と第２電極との間に設けられており、
光起電力材料層は、光による当該光起電力材料層の照射に応じて電荷を形成するように適合されており、
第２電極は、２つ以上の部分電極を含む分割電極であり、
横方向光センサはセンサ領域を有しており、
１つ以上の横方向センサ信号は、センサ領域内、好ましくはセンサ範囲内の光ビームの位置を示す、
直前の実施形態に記載の検出器。
【０３２０】
実施形態３：
部分電極を通る電流は、センサ領域内の光ビームの位置に依存している、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３２１】
実施形態４：
横方向光センサは、部分電極を通る電流に従って横方向センサ信号を形成するように適合されている、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３２２】
実施形態５：
検出器、好ましくは、横方向光センサおよび／または評価装置は、部分電流を通る複数の電流の１つ以上の比から物体の横方向位置についての情報を得るように適合されている、直前の２つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３２３】
実施形態６：
４つ以上の部分電極が設けられている、直前の４つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３２４】
実施形態７：
光起電力材料層は、１種以上の光起電力材料を含み、横方向光センサは、有機光検出器である、直前の５つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３２５】
実施形態８：
有機光検出器は、色素増感太陽電池である、直前の６つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３２６】
実施形態９：
色素増感太陽電池は、第１電極と第２電極との間に設けられた層構成を含む固体型色素増感太陽電池であり、当該層構成は、１つ以上の金属酸化物層と、１種以上の色素と、１つ以上の固体ｐ型半導体有機材料層とを含む、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３２７】
実施形態１０：
第１電極は少なくとも部分的に１種以上の透明導電性酸化物で作製されており、
第２電極は少なくとも部分的に導電性ポリマー、好ましくは、透明導電性ポリマーで作製されている、
直前の８つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３２８】
実施形態１１：
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、１つ以上の対イオンで電気的にドープされたＰＥＤＯＴ、より好ましくは、ナトリウムポリスチレンスルホネートでドープされたＰＥＤＯＴ（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）；ポリアニリン（ＰＡＮＩ）；ポリチオフェンからなる群から選択される、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３２９】
実施形態１２：
導電性ポリマーは、部分電極間に、０．１〜２０ｋΩの電気抵抗率、好ましくは、０．５〜５．０ｋΩの電気抵抗率、より好ましくは、１．０〜３．０ｋΩの電気抵抗率をもたらす、直前の２つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３３０】
実施形態１３：
１つ以上の横方向光センサおよび縦方向光センサは、透明な光センサである、上記の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３３１】
実施形態１４：
光ビームは、他の横方向光センサおよび縦方向光センサに当たるまで、透明な光センサを通過する、上記の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３３２】
実施形態１５：
検出器は、１つ以上のイメージング装置をさらに含む、上記の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３３３】
実施形態１６：
検出器は、１つ以上の横方向光センサおよび１つ以上の縦方向光センサを含む光センサのスタックを含み、当該スタックは、イメージング装置をさらに含む、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３３４】
実施形態１７：
イメージング装置はスタックの、物体から元も離れた位置に配置されている、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３３５】
実施形態１８：
光ビームは、１つ以上の縦方向光センサを通った後、イメージング装置を照射する、直前の３つの実施形態に記載の検出器。
【０３３６】
実施形態１９：
イメージング装置は、カメラを含む、直前の４つの実施形態に記載の検出器。
【０３３７】
実施形態２０：
イメージング装置は、無機カメラ；単色カメラ；多色カメラ；全色カメラ；画素化無機チップ；画素化有機カメラ；ＣＣＤチップ、好ましくは、多色ＣＣＤチップまたは全色ＣＣＤチップ；ＣＭＯＳチップ；赤外カメラ；ＲＧＢカメラのうちの１つを含む、直前の５つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３３８】
実施形態２１：
横方向光センサおよび縦方向光センサは、少なくとも部分的に同一である、上記の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３３９】
実施形態２２：
横方向光センサおよび縦方向光センサは、少なくとも部分的に、独立な光センサである、上記の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３４０】
実施形態２３：
横方向光センサおよび縦方向光センサは、光軸に沿って伝播する光ビームが、横方向光センサおよび縦方向光センサの両方に当たるように、光軸に沿ってスタックされている、上記の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３４１】
実施形態２４：
光ビームは、横方向光センサおよび縦方向光センサを順に、またはその逆で、通過する、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３４２】
実施形態２５：
検出器は、照射を変調するための１つ以上の変調装置をさらに含む、上記の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３４３】
実施形態２６：
検出器は、異なる変調の場合に、２つ以上の縦方向センサ信号、特に、それぞれ異なる変調周波数にある２つ以上のセンサ信号を検出するよう設計されており、
評価装置は、当該２つ以上の縦方向センサ信号を評価することにより、物体の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成するよう設計されている、
直前の実施形態に記載の検出器。
【０３４４】
実施形態２７：
縦方向光センサは、照射の総出力が同一の場合、縦方向センサ信号が照射の変調の変調周波数に依存するようにさらに設計されている、上記の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３４５】
実施形態２８：
縦方向光センサのセンサ領域は、ただ１つの連続したセンサ領域であり、
縦方向センサ信号は全体のセンサ領域に関する均一なセンサ信号である、
上記の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３４６】
実施形態２９：
横方向光センサのセンサ領域および／または縦方向光センサのセンサ領域は、各装置の表面によって形成される１つのセンサ領域であるかまたはこれを含み、
各表面は、物体に面しているか、または、面していない、
上記の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３４７】
実施形態３０：
縦方向センサ信号は、電流および電圧からなる群から選択される、上記の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３４８】
実施形態３１：
横方向センサ信号は、電流および電圧またはこれよりなる任意の信号からなる群から選択される、上記の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３４９】
実施形態３２：
縦方向光センサは、１つ以上の半導体検出器、特に、有機半導体検出器を含み、当該有機半導体検出器は、１つ以上の有機材料層、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、固体型色素太陽電池または固体色素増感太陽電池を含む、上記の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３５０】
実施形態３３：
縦方向光センサは、１つ以上の第１電極と、１つ以上のｎ型半導体金属酸化物層と、１種以上の色素と、１つ以上のｐ型半導体有機材料層、好ましくは固体ｐ型半導体有機材料層と、１つ以上の第２電極とを含む、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３５１】
実施形態３４：
第１電極および第２電極はいずれも透明である、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３５２】
実施形態３５
評価装置は、照射の幾何形状と、検出器に対する物体の相対位置との間の１つ以上の所定の関係から、好ましくは照射の既知の出力を考慮して、任意選択的に照射が変調される変調周波数を考慮して、物体の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成するように設計されている、上記の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３５３】
実施形態３６：
１つ以上の伝送装置をさらに含んでおり、当該伝送装置は、物体から出る光を横方向光センサおよび縦方向光センサに供給するように設計されている、上述の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３５４】
実施形態３７：
１つ以上の照射源をさらに含む、上述の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３５５】
実施形態３８：
照射源は、少なくとも部分的に物体に接続された、および／または、少なくとも部分的に物体と同一の照射源；少なくとも部分的に一次放射で物体を照射する照射源から選択され、
光ビームは、好ましくは、一次放射の物体上での反射により、および／または、一次放射によって刺激された、物体自体の光の放射によって形成される、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３５６】
実施形態３９：
検出器は、スタックされた複数の縦方向光センサを含む、上記の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３５７】
実施形態４０：
縦方向光センサは、光軸に沿ってスタックされている、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３５８】
実施形態４１：
複数の縦方向光センサは、１つの縦方向光センサスタックを形成し、縦方向センサのセンサ領域は、光軸に垂直に配向されている、直前の２つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３５９】
実施形態４２：
横方向光センサは、物体に面するスタックされた縦方向光センサの１つの側に配置されている、直前の３つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３６０】
実施形態４３：
縦方向光センサは物体からの光ビームが全ての縦方向光センサを、好ましくは順に照射するように配置されており、
１つ以上の縦方向センサ信号が各縦方向光センサによって形成される、
直前の４つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３６１】
実施形態４４：
最後列の縦方向光センサが、光ビームが当該最後列の縦方向光センサに当たるまで、当該最後列の縦方向光センサを除く全ての他の縦方向光センサを光ビームが照射するように配置されている、直前の５つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３６２】
実施形態４５：
最後列の縦方向光センサは光ビームに対して不透明である、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３６３】
実施形態４６：
２つ以上の縦方向光センサが異なるスペクトル感度を有している、直前の７つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３６４】
実施形態４７：
異なるスペクトル感度は、２つ以上の縦方向光センサそれぞれが特定の色に感度を有するようなスペクトル範囲に設定されている、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３６５】
実施形態４８：
縦方向光センサは、第１スペクトル範囲の光を吸収する１つ以上の第１光センサを含み、
縦方向光センサは、第１スペクトル範囲とは異なる第２スペクトル範囲の光を吸収する１つ以上の第２縦方向光センサをさらに含み、
縦方向光センサは、第１スペクトル範囲および第２スペクトル範囲の両方を含む第３スペクトル範囲の光を吸収する１つ以上の第３縦方向光センサをさらに含む、
直前の実施形態に記載の検出器。
【０３６６】
実施形態４９：
評価装置は、縦方向センサ信号を正規化し、光ビームの強度に依存しない物体の縦方向位置についての情報を形成するように設計されている、直前の６つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３６７】
実施形態５０：
評価装置は、異なる縦方向光センサの縦方向センサ信号を比較することにより、光ビームが拡がっているかまたは狭まっているかを認識するように適合されている、直前の７つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３６８】
実施形態５１：
２つ以上の光センサからなるスタックが、油中、液体中および／または固体材料中に部分的にまたは完全に沈められている、上記の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３６９】
実施形態５２：
油、液体および／または固体材料は、少なくとも紫外、可視および／または赤外スペクトル範囲の一部にわたって透明である、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３７０】
実施形態５３：
固体材料は、１種以上の硬化性物質を用い、当該硬化性物質を固体材料に硬化させる処理を行うことにより、形成可能である、直前の２つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３７１】
実施形態５４：
２つ以上の光センサの間の領域は、所定物質で部分的にまたは完全に充填されている、直前の３つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３７２】
実施形態５５：
物質は、領域の１つのまたは両方の側において当該物質に隣接する光センサの屈折率とは異なる屈折率を示す、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３７３】
実施形態５６：
１つ以上の横方向光センサおよび／または１つ以上の縦方向光センサは、２つ以上の異なる透明基板が用いられている、上記の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３７４】
実施形態５７：
基板は、同一の特性を示す、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３７５】
実施形態５８：
基板は、基板に関する幾何的量および／または材料量に関して、互いに異なっている、直前の２つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３７６】
実施形態５９：
基板は、厚さにおいて互いに異なっている、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３７７】
実施形態６０：
基板は、形状において互いに異なっている、直前の２つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３７８】
実施形態６１：
形状は、平面状、平面状凸型、平面状凹型、両凸型、両凹型または光学目的で使用される任意の形状を含む群から選択される、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３７９】
実施形態６２：
基板は、硬質であるかまたは軟質である、直前の６つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３８０】
実施形態６３：
基板は、覆われているかまたはコートされている、直前の７つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３８１】
実施形態６３：
基板は、ミラー効果を示すような形状を有している、直前の８つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３８２】
実施形態６４：
基板は、ダイクロイックミラーの効果を示すような形状を有している、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３８３】
実施形態６５：
評価装置は、１つ以上の縦方向センサ信号から光ビームの直径を決定することにより、物体の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成するように適合されている、上記の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３８４】
実施形態６６：
評価装置は、好ましくは光ビームのビーム直径の、光ビームの伝播方向における１つ以上の伝播座標への依存性から、および／または、光ビームの既知のガウスプロフィルから、物体の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を決定するために、光ビームの既知のビーム特性と光ビームの直径を比較するように適合されている、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３８５】
実施形態６７：
検出器は、感光性要素を含む、上述の実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３８６】
実施形態６８：
感光性要素は、伝送装置と光センサとの間に配置されている、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３８７】
実施形態６９：
感光性要素は、波長感受性要素、位相感受性要素および／または偏光感受性要素を含む、直前の２つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３８８】
実施形態７０：
波長感受性要素は、プリズム、回折格子、ダイクロイックミラー、カラーホイールまたはカラードラムのうちの１つ以上を含む、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３８９】
実施形態７１：
カラーホイールは、連続カラーリキャプチャホイールを含む、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３９０】
実施形態７２：
カラーホイールまたはカラードラムは、赤、緑、青、白、シアン、イエローまたはマゼンタの１つ以上のセグメントの２つ以上を含む、直前の２つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３９１】
実施形態７３：
偏光感受性要素は、楕円偏光フィルタを用いたフィルタホイールを含む、実施形態５４に記載の検出器。
【０３９２】
実施形態７４：
偏光感受性要素は、環状偏光フィルタを用いたフィルタホイールを含む、直前の実施形態に記載の検出器。
【０３９３】
実施形態７５：
感光性要素は、２つ以上のホイール、すなわち、１つ以上の第１ホイールおよび１つ以上の第２ホイールを含み、第１ホイールはカラーホイールを構成し、第２ホイールは、楕円偏光フィルタを構成する、直前の２つの実施形態のいずれか１つに記載の検出器。
【０３９４】
実施形態７６：
上記の実施形態のいずれか１つに記載の２つ以上の検出器を含む、ことを特徴とする装置。
【０３９５】
実施形態７７：
２つ以上の検出器が同一の光学特性を有している、直前の実施形態に記載の装置。
【０３９６】
実施形態７８：
装置がさらに１つ以上の照射源を有している、直前の実施形態に記載の装置。
【０３９７】
実施形態７９：
ユーザとマシンとの間で情報の１つ以上の要素を交換するためのヒューマンマシンインタフェースであって、
ヒューマンマシンインタフェースは、上記の検出器に関する実施形態のいずれか１つに記載の１つ以上の検出器を含み、
ヒューマンマシンインタフェースは、検出器によってユーザの幾何情報の１つ以上の要素を形成するように設計されており、
ヒューマンマシンインタフェースは、幾何情報に情報の１つ以上の要素、特に１つ以上の制御命令を割り当てるように設計されている、
ことを特徴とするヒューマンマシンインタフェース。
【０３９８】
実施形態８０：
ユーザの幾何情報の１つ以上の要素は、ユーザの体の位置；ユーザの１つ以上の体の一部の位置；ユーザの体の配向；ユーザの１つ以上の体の一部の配向からなる群から選択される、直前の実施形態に記載のヒューマンマシンインタフェース。
【０３９９】
実施形態８１：
ヒューマンマシンインタフェースはユーザに接続可能な１つ以上のビーコン装置をさらに含み、
ヒューマンマシンインタフェースは、１つ以上のビーコン装置の位置についての情報を形成しうるように適合されている、
直前の２つの実施形態のいずれか１つに記載のヒューマンマシンインタフェース。
【０４００】
実施形態８２：
ビーコン装置は、ユーザの体または体の一部に取り付け可能なビーコン装置、および、ユーザが保持できるビーコン装置のうちの１つである、直前の実施形態に記載のヒューマンマシンインタフェース。
【０４０１】
実施形態８３：
ビーコン装置は、検出器に送られる１つ以上のビームを形成するための１つ以上の照射源を含む、直前の実施形態に記載のヒューマンマシンインタフェース。
【０４０２】
実施形態８４：
ビーコン装置は、照射源により形成される光を反射するように適合された１つ以上の反射器を含み、これにより、検出器に送られる反射された光ビームが形成される、直前の２つの実施形態のいずれか１つに記載のヒューマンマシンインタフェース。
【０４０３】
実施形態８５：
ビーコン装置は、ユーザが着用する装具、好ましくは、手袋、ジャケット、帽子、靴、ズボンおよびスーツからなる群から選択される装具；手で持てるスティック；バット；クラブ；ラケット；ケーン；玩具、たとえばトイガンのうちの１つ以上を含む、直前の３つの実施形態のいずれか１つに記載ヒューマンマシンインタフェース。
【０４０４】
実施形態８６：
１つ以上のエンタテインメント機能、特にゲームを実行するためのエンタテインメント装置であって、
エンタテインメント装置は、上記のヒューマンマシンインタフェースに関する実施形態に記載の１つ以上のヒューマンマシンインタフェースを含み、
エンタテインメント装置は、ヒューマンマシンインタフェースによってプレーヤが情報の１つ以上の要素を入力可能であるよう設計されており、
エンタテインメント装置は、情報に応じてエンタテインメント機能を変化させるよう設計されている、
ことを特徴とするエンタテインメント装置。
【０４０５】
実施形態８７：
１つ以上の可動な物体の位置を追跡するための追跡システムであって、
追跡システムは、上記の検出器に関する実施形態のいずれか１つに記載の１つ以上の検出器を含み、
追跡システムは、１つ以上の追跡コントローラをさらに含み、
追跡コントローラは、物体の一連の位置を追跡するように適合されており、
当該各位置は特定の時点における物体の横方向位置についての情報の１つ以上の要素、および、特定の時点における物体の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を含む、
ことを特徴とする追跡システム。
【０４０６】
実施形態８８：
追跡システムは、物体に接続可能な１つ以上のビーコン装置をさらに含み、
追跡システムは、検出器が１つ以上のビーコン装置の物体の位置についての情報を形成しうるように適合されている、
直前の実施形態に記載の追跡システム。
【０４０７】
実施形態８９：
ビーコン装置は、検出器に送られる１つ以上の光ビームを形成するよう適合された１つ以上の照射源を含む、直前の実施形態に記載の追跡システム。
【０４０８】
実施形態９０：
ビーコン装置は、照射源が形成する光を反射するように適合された１つ以上の反射体を含み、これにより、検出器に送られる反射されたビームが形成される、直前の２つの実施形態のいずれか１つに記載の追跡システム。
【０４０９】
実施形態９１：
追跡コントローラは、物体の実際に位置に従って１つ以上の処理を開始するように適合されている、上記の実施形態に記載の追跡システム。
【０４１０】
実施形態９２：
処理は、物体の将来の位置の予測；１つ以上の装置の物体へのポインティング；１つ以上の装置の検出器へのポインティング；物体の照射；検出器の照射からなる群から選択される、直前の実施形態に記載の追跡システム。
【０４１１】
実施形態９３：
１つ以上の物体をイメージングするためのカメラであって、
当該カメラは、上記の検出器に関する実施形態のいずれか１つに記載の検出器を含む、
ことを特徴とするカメラ。
【０４１２】
実施形態９４：
特に上記の検出器に関する実施形態のいずれか１項に記載の検出器を用いて、１つ以上の物体の位置を決定する方法であって、
検出器の１つ以上の横方向光センサを用い、但し、横方向光センサが物体から検出器へ伝播する１つ以上のビームの横方向位置を決定し、当該横方向位置は、検出器の光軸に垂直な１つ以上の次元における位置であり、横方向光センサは１つ以上の横方向センサ信号を形成し、
検出器の１つ以上の縦方向光センサを用い、但し、縦方向光センサは１つ以上のセンサ領域を有しており、縦方向センサは、光ビームによるセンサ領域の照射に依存して１つ以上の縦方向センサ信号を形成し、縦方向センサ信号は、照射の総出力が同一の場合、センサ領域内の光ビームのビーム断面に依存し、
１つ以上の評価装置を用い、但し、評価装置は横方向センサ信号を評価することにより、物体の横方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成し、評価装置は、縦方向センサ信号を評価することにより、物体の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素をさらに形成する、
ことを特徴とする方法。
【０４１３】
実施形態９５：
距離測定、特に交通技術における距離測定；位置測定、特に交通技術における位置測定；エンタテインメント用途；セキュリティ用途；ヒューマンマシンインタフェース用途；追跡用途；写真用途；イメージング用途またはカメラ用途；１つ以上の空間のマップ形成のためのマッピング用途からなる群から選択される使用を目的とする、上記の検出器に関する実施形態のいずれか１つに記載の検出器の使用。
【０４１４】
本発明の別の任意選択的な詳細および特徴は、特許請求の範囲に従う好ましい例示的な実施形態の記載から明らかである。この文脈において、特定の特徴は、単独でまたは複数の組み合わせで実施可能である。本発明は、例示的な実施形態に限定されない。例示的な実施形態が図面において概略的に示されている。個々の図面において同一の参照番号は同一の機能を有する同一の要素、または、その機能に関して互いに対応する要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【０４１５】
【図１Ａ】本発明に係る検出器の例示的な実施形態を示す。
【図１Ｂ】本発明に係る検出器の別の例示的実施形態を示す。
【図１Ｃ】本発明に係る検出器の別の例示的実施形態を示す。
【図２】ＡおよびＢは、本発明の検出器に使用可能な横方向の検出器の実施形態の図を示す。
【図３】Ａ〜Ｄは、横方向センサ信号を形成し、物体の横方向位置についての情報を得る原理を示す。
【図４】Ａ〜Ｃは、本発明に係る検出器において使用可能な縦方向光センサの実施形態の異なる方向から見た図を示す。
【図５】Ａ〜Ｅは、縦方向光センサを形成し、物体の縦方向位置についての情報を得る原理を示す。
【図６】本発明に係るヒューマンマシンインタフェースおよびエンタテインメント装置の概略的実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０４１６】
例示的実施形態
検出器
図１Ａは、きわめて概略的に記載した、１つ以上の物体１１２の位置を決定するための本発明に係る検出器１１０の例示的実施形態を示す。検出器１１０は、好ましくは、カメラ１１１を形成しうる、または、カメラ１１１の一部となりうる。他の実施形態も可能である。
【０４１７】
検出器１１０は、複数の光センサ１１４を有し、特定の実施形態において、光センサは、検出器１１０の光軸１１６に沿って全てがスタックされている。特に、光軸１１６は、光センサ１１４の構成の対称軸および／または回転軸であってよい。光センサ１１４は、検出器１１０のケーシング１１８内に位置してよい。また、１つ以上の伝送装置１２０は、たとえば、好ましくは１つ以上のレンズ１２２を含む１つ以上の光学系を含んでなる。ケーシング１１８内の開口１２４は、好ましくは、光軸１１６に関して同軸に位置しており、好ましくは、検出器１１０の視野方向１２６を定める。座標系１２８が定められてよく、これにおいては、光軸１１６に平行または逆平行な方向が縦方向として定められ、光軸１１６に垂直な方向が横方向として定められていてよい。図１Ａに符号を用いて示されているように、座標系１２８において、縦方向はｚで示されており、横方向はｘおよびｙとしてそれぞれ定められている。他の座標系の種類も用いることができる。
【０４１８】
光センサ１１４は、１つ以上の横方向光センサ１３０と、この実施形態では、複数の縦方向光センサ１３２を含む。複数の縦方向光センサ１３２は、縦方向光センサスタック１３４を形成する。図１Ａに示す実施形態には、５つの縦方向光センサ１３２が示されている。しかし、異なる数の縦方向光センサ１３２を含む実施形態も可能である。
【０４１９】
横方向光センサ１３０は、センサ領域１３６を有し、センサ領域は、好ましくは、物体１１２から検出器１１０へ伝播する光ビーム１３８に対して透明である。横方向光センサ１３０は、１つ以上の横方向、たとえば、ｘ方向および／またはｙ方向における光ビーム１３８の横方向位置を定める。ただ１つの横方向における横方向位置が定められる実施形態、２つ以上の横方向における横方向位置が１つの同じ横方向光センサ１３０によって定められる実施形態、および、第１横方向における横方向位置が第１横方向光センサによって定められ、１つ以上の第２横方向における１つ以上の第２横方向位置が１つ以上の第２横方向光センサによって定められる実施形態が可能である。
【０４２０】
１つ以上の横方向光センサ１３０は、１つ以上の横方向センサ信号を形成するよう適合されている。この横方向センサ信号は、１つ以上の横方向信号によって検出器１１０の１つ以上の評価装置１４２に送信され、これは以下でより詳細に説明する。
【０４２１】
縦方向光センサ１３２もまた、それぞれ、１つ以上のセンサ領域１３６を有している。好ましくは、縦方向光センサスタック１３４の最後列の光センサ１４４、すなわち、物体１１２に面しないスタック１３４の側にある縦方向光センサ１３２を除いて、１つ以上のまたは全ての縦方向光センサ１３２は透明である。この最後列の縦方向光センサ１４４は、完全にまたは部分的に不透明であってよい。
【０４２２】
各縦方向光センサ１３２は、光ビーム１３８による各センサ領域１３６の照射に依存して、１つ以上の縦方向センサ信号を形成するよう設計されている。縦方向センサ信号は、照射の総出力が同一の場合、各センサ領域１３６内の光ビーム１３８のビーム断面に依存し、これは以下により詳細に記載されている。１つ以上の縦方向信号リード１４６を介して、縦方向センサ信号は評価装置１４２に送信されうる。以下でさらに詳細に記載されるように、評価装置は、１つ以上の横方向センサ信号を評価することにより、物体１１２の１つ以上の横方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成し、かつ、縦方向センサ信号を評価することにより物体１１２の１つ以上の縦方向位置についての情報の１つ以上の要素を形成するよう設計されていてよい。このために、評価装置１４２は、横方向評価ユニット１４８および縦方向評価ユニット１５０によってセンサ信号（それぞれ「ｘ，ｙ」、「ｚ」と符号を用いて示されている）を評価するために、１つ以上の電子装置および／または１つ以上のソフトウェアコンポーネントを含んでよい。これらの評価ユニット１４８、１５０により得られる結果を組み合わせることにより、位置情報１５２、好ましくは３次元位置情報（「ｘ，ｙ，ｚ」で示されている）が形成可能である。
【０４２３】
評価装置１４２は、データ処理装置１５４の一部であってよく、および／または、１つ以上のデータ処理装置１５４を含んでよい。評価装置１４２は、ケーシング１１８内に完全にまたは部分的に一体化されてよく、および／または、光センサ１１４に有線または無線で電気的に接続された別個の装置として完全にまたは部分的に実現されてもよい。評価装置１４２は、さらに、１つ以上の付加的なコンポーネント、たとえば、１つ以上の電子ハードウェアコンポーネントおよび／または１つ以上のソフトウェアコンポーネント、たとえば、１つ以上の測定ユニット（図１Ａ中図示せず）および／または１つ以上の変換ユニット１５６を含んでよい。図１Ａ中では、２つ以上の横方向センサ信号を共通の信号または共通の情報に変換するように適合されうる１つの任意選択的な変換ユニット１５６が象徴的に示されている。
【０４２４】
以下では、横方向光センサ１３０および１つ以上の縦方向光センサ１３２の実施形態が記載されている。しかし、他の実施形態も用いることができる。すなわち、以下に記載の実施形態では、光センサ１１４は、固体型色素増感太陽電池（ｓＤＳＣ）としてすべて設計されている。しかし、他の実施形態も用いることは留意されるべきである。
【０４２５】
図１Ｂは、きわめて概略的な記載で、本発明に係る、１つ以上の物体１１２の位置を決定するための検出器１１０の別の例示的実施形態を示す。この特定の実施形態では、図１Ｂに示されているように、検出器１１０は、環境光源および／または人工光源を含んでよい１つ以上の照射源１９２を含んでよく、および／または、たとえば１つ以上の一次光ビーム２０６を反射するための物体１１２に接続されていてよい１つ以上の反射要素を含んでよい。代替的にまたは付加的に、物体１１２から生じる光ビーム１３８は、たとえば発光放射の形態で、物体１１２自体によって完全にまたは部分的に形成されてもよい。
【０４２６】
光センサ１１４は、１つ以上の横方向光センサ１３０、および、この実施形態では、複数の縦方向光センサ１３２を含む。縦方向光センサ１３２は縦方向光センサスタック１３４を形成している。図１Ｂに示される実施形態では、５つの縦方向光センサ１３２が示されており、そのうち、最後列の縦方向光センサ１４４は、物体１１２に面しない、縦方向光センサスタック１３４内の複数の縦方向光センサのうちの１つの縦方向光センサ１３２を含む。この実施形態では、光ビーム１３８が最初に縦方向光センサスタック１３４の複数の縦方向光センサ１３２を通過し、最後列の縦方向光センサ１４４に当たるまで伝播するように、縦方向光センサスタック１３４の最後列の縦方向光センサ１４４を配置することが特に好ましい。
【０４２７】
最後列の縦方向光センサ１４４は、種々のように構成されてよい。すなわち、最後列の縦方向光センサ１４４はたとえば検出器ケーシング１１８内の検出器１１０の一部であってよい。あるいは、最後列の縦方向光センサ１４４は検出器ケーシング１１８の外部に配置されてもよい。縦方向光センサスタック１３４に異なる数の縦方向光センサ１３２を有する実施形態も可能なことは強調されるべきである。
【０４２８】
最後列の縦方向光センサ１４４を除き、縦方向光センサスタック１３４内の複数の縦方向光センサ１３２は、好ましくは少なくとも部分的に透明であり、特に、これらの縦方向光センサ１３２のそれぞれにおける高い相対強度を可能とする一方で、最後列の縦方向光センサ１４４は透明または不透明であってよい。最後列の縦方向光センサ１４４が透明である場合、縦方向光センサスタック１３４の後に付加的な光センサをさらに配置することもでき、たとえば、光ビーム１３８が最初に最後列の縦方向光センサ１４４を含む複数の縦方向光センサ１３２を通過して、イメージング装置１５７に当たるまで伝播するように、別個のイメージング装置１５７を配置してもよい。
【０４２９】
イメージング装置１５７は、種々のように構成されていてよい。すなわち、イメージング装置１５７は、たとえば、検出器ケーシング１１８内の検出器１１０の一部であってよい。あるいは、イメージング装置１５７は、検出器ケーシング１１８の外部に別個に配置されてもよい。イメージング装置１５７は、完全にまたは部分的に透明または不透明であってよい。イメージング装置１５７は、有機イメージング装置または無機イメージング装置であるかまたはこれらを含んでよい。好ましくは、イメージング装置１５７は、１つ以上の画素マトリクスを含んでよく、この場合、画素マトリクスは、特に、無機半導体センサ装置、たとえば、ＣＣＤチップおよび／またはＣＭＯＳチップ；有機半導体センサ装置からなる群から選択される。イメージング装置の信号は、１つ以上のイメージング装置信号リード１５９によって、検出器１１０の１つ以上の評価装置１４２に送信されてよく、これは以下でより詳細に説明される。
【０４３０】
さらに好ましい実施形態では、２つ以上の縦方向光センサ１３２は、異なるスペクトル感度を示す。好ましくは、最後列の縦方向光センサ１４４は、好ましくは不透明であるが、異なるスペクトル感度を有する２つ以上の縦方向光センサのスペクトル範囲全体にわたって吸収するよう構成されている。たとえば、２つ以上の縦方向光センサ１３２が特定の色に対して感度を有する一方で、不透明な最後列の縦方向光センサ１４４が可視スペクトル範囲の全ての色に対して感度を有するように適合されているように、２つ以上の縦方向光センサ１３２の異なるスペクトル感度はスペクトル範囲にわたって異なっている。特定の実施形態では、最後列の縦方向光センサ１４４を除く縦方向光センサ１３２は、ほとんど重なり無く、異なる特定の色に対してそれぞれ感度を有している。この特徴によって、特に、物体１１２の特定の色にかかわらずに、上述のように２つ以上の縦方向光センサ１３２が必要とされる、有色の物体１１２に対する深度情報を、高い信頼性で取得することができる。この特徴は、各色について、少なくとも、縦方向光センサ１３２の２つにおいて、すなわち、物体１１２の特定の色に感度を有する縦方向光センサ１３２の１つと、全ての色に感度を有する最後列の縦方向光センサ１４４とにおいて、光ビーム１１８の吸収が常に生じるという事によって実現される。
【０４３１】
図１Ｂにおいて例示的なやり方で表されているような他の特徴に関して、図１の上記記載が参照される。
【０４３２】
本発明に係る検出器１１０の別の例示的実施形態が、図１Ｃに非常に簡略化して示されている。この特定の実施形態では、検出器１１０は、特に検出器１１０の光軸１１６に沿って配置されうる１つ以上の感光性要素１６１を有してよい。本明細書中に記載されるように、感光性要素１６１は、好ましくは、伝送装置１２０（この場合１つのレンズ１２２を有する）と光センサ１１４（本実施形態では、１つ以上の横方向光センサ１３０と、縦方向光センサスタック１３４を形成する縦方向光センサ１３２とを含む）との間に配置されてよい。感光性要素１６１は、種々の方法で構成されてよく、波長感受性要素、位相感受性要素あるいは偏光感受性要素で構成されてよい。
【０４３３】
非限定的な例として、カラーホイール１６３を有する波長感受性要素を、この場合、感光性要素１６１として用いることができる。代替的な波長感受性要素は、プリズム、回折格子および／またはダイクロイックミラーのうちの１つ以上を有してよい。カラーホイール１６３は、とりわけ、円を有し、その周りに、２つ以上の、好ましくは、２〜８の個別のセグメントが配置されており、各セグメントは、当たる光ビーム１３８に対するその光学的効果、特に、伝送の度合いが異なってよい。この場合、個別のセグメントは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の寄与を決定可能にするフィルタとしてそれぞれ機能しうる（「ＲＧＢカラーホイール」とも示す）。代わりに、通例「ＲＧＢ−Ｗカラーホイール」として表され、白（Ｗ）セグメントを含むカラーホイール１６３が用いられてよい。さらに他に、カラーホイール１６３は、視感度効率を向上させるために使用されうる、澄んだまたは透明なセグメントを有してよい。さらに、カラーホイール１６３は、代替的にまたは付加的に、シアン、イエローおよびマゼンタのうちの１つ以上の色を含んでよい。別の代替例は、各セグメントがドラムの内側表面に配置され、入射光ビームが光センサにあたるように方向付けされて通される、所謂「カラードラム」を含んでよい。
【０４３４】
さらに、連続カラーリキャプチャホイール（sequential color recapture wheel：ＳＣＲホイール）が、アルキメデスの螺旋パターンで配置されたＲＧＢダイクロイックコーティングから形成されてよい。この場合、アルキメデスの螺旋は、２つのセグメントの間の境界が放射方向に一定速度で動くという性質を表しうる。さらに、この場合、白または澄んだセグメントをさらに含めることが可能である。たとえば、ビデオビーマ装置からの回転カラーホイール、および、カラードラムに関する別の例は、www.hcinema.de/farbrad.htmのアドレスにおいて見ることができる。
【０４３５】
図１Ｃに例示的に表される他の特徴に関して、図１Ａおよび／または１Ｂに関する上記記載が参照される。
【０４３６】
図２Ａおよび２Ｂには、横方向光センサ１３０の可能な実施形態の異なる方向から見た図が示されている。図２Ａは、横方向光センサ１３０の層構成の上面図を示し、図２Ｂは、概略的構成における層構成の部分断面図を示す。層構成の代替的実施形態に関して、上記記載が参照できる。
【０４３７】
横方向光センサ１３０は、たとえばガラスおよび／または透明プラスチック材料からなる透明基板１５８を含む。この構成はさらに、第１電極１６０、光学ブロック層１６２、１種以上の色素１６６で増感された１つ以上の半導体金属酸化物層１６４、１つ以上の導電性ポリマー有機材料層１６８、および、１つ以上の第２電極１７０を含む。これらの要素は、図２Ｂに示されている。この構成は、さらに、図２Ｂに示されていないが図２Ａの上面図に符号を用いて示されている、横方向光センサ１３０のセンサ領域１３６を覆いうる１つ以上の封止層１７２を含んでよい。
【０４３８】
例示的実施形態として、基板１５８は、ガラスから作製されてよく、第１電極１６０は完全にまたは部分的にフッ素ドープスズ酸化物（ＦＴＯ）から作製されてよく、ブロック層１６２は、密な酸化チタン（ＴｉＯ２）から作製されてよく、ｎ型半導体金属酸化物層１６４は、無孔の酸化チタンから作製されてよく、ｐ型半導体有機材料層１６８は、スピロ−ＭｅＯＴＡＤから作製されてよく、第２電極１７０はＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含んでよい。さらに、たとえば、特許文献２１に記載されるような、色素ＩＤ５０４を用いることができる。他の実施形態も用いることができる。
【０４３９】
図２Ａおよび２Ｂに記載されるように、第１電極１６０は、単一の電極コンタクト１７４でコンタクト可能な大面積の電極であってよい。図２Ａの上面図に示されるように、第１電極１６０の電極コンタクト１７４は、横方向光センサ１３０の隅に配置されてよい。複数の電極コンタクト１７４を設けることにより、冗長性を持たせることができ、第１電極１６０にわたる抵抗損失を低減でき、これにより、第１電極１６０に対する共通の信号が形成される。
【０４４０】
一方、第２電極１７０は、２つ以上の部分電極１７６を含む。図２Ａの上面図に見られるように、第２電極１７０は、ｘ方向用の２つ以上の部分電極１７８を有し、コンタクトリード１８２を介したｙ方向用の２つ以上の部分電極１７８を有し、これらの部分電極１７６は、封止層１７２を通して電気的にコンタクトされてよい。
【０４４１】
部分電極１７６は、この特定の実施形態では、センサ領域１３６を囲むフレームを形成する。たとえば、長方形、より好ましくは、正方形のフレームが形成されてよい。適切な電流測定装置を用いることにより、部分電極１７６を通る電極電流が、たとえば、評価装置１４２に設けられた電流測定装置によって、個別に決定できる。２つの個々のｘ方向部分電極１７８を通る電極電流同士を比較し、個々のｙ方向部分電極１８０を通る電極電流同士を比較することにより、図３Ａ〜３Ｄに関して以下に記載されるように、センサ領域１３６内に光ビーム１３８によって形成される光点１８４のｘ座標およびｙ座標が決定できる。
【０４４２】
図３Ａ〜３Ｄにおいて、物体１１２の位置の２つの異なる状態が示されている。すなわち、図３Ａおよび３Ｂは、物体１１２が検出器１１０の光軸１１６上に位置している状態を示す。図３Ａは横方向光センサ１３０の側面図を示し、図３Ｂは横方向光センサ１３０のセンサ領域１３６の上面図を示す。縦方向光センサ１３２はこの構成には示されていない。
【０４４３】
図３Ｃおよび３Ｄには、物体１１２が横方向に軸位置から外れてシフトした同様の図が示されている。
【０４４４】
図３Ａおよび３Ｃ中、物体１１２は、１つ以上の光ビーム１３８の源として示されている。特に図６に関して以下でより詳細に記載されるように、検出器１１０は、さらに、１つ以上の照射源を有してよく、照射源は、物体１１２に接続されてよく、すなわち、光ビーム１３８を発してよく、および／または、物体１１２を照射し、一次光ビームを反射する物体１１２によって、反射および／または拡散により光ビーム１３８を形成するよう適合されてよい。
【０４４５】
よく知られた結像式によれば、物体１１２は、横方向光センサ１３０のセンサ領域１３６上に結像され、これにより、センサ領域１３６上に物体１１２の像１８６（以下では、１つ以上の光点１８４とみなされる）が形成される。
【０４４６】
部分図３Ｂおよび３Ｄに見られるように、センサ領域１３６上の光点１８４によって、ｓＤＳＣの層構成中に電荷が生じることにより、各場合においてｉ１〜ｉ４と記載される電極電流が生じる。ここで、電極電流ｉ１、ｉ２は、ｙ方向において部分電極１８０を通る電極電流を示し、ｉ３、ｉ４はｘ方向において部分電極１７８を通る電極電流を示す。これらの電極電流は、１つ以上の適当な電極測定装置によって同時にまたは連続的に測定されうる。これらの電極電流を評価することにより、ｘ座標およびｙ座標を決定できる。すなわち、下記式を用いることができる：
0006415447.tif 000015
式中、ｆは任意の既知の関数、たとえば、既知の拡大係数での電流の商の単純な乗算、および／または、オフセットの加算である。すなわち、概して、電極電流ｉ１〜ｉ４は、横方向光センサ１３０により生じる横方向センサ信号を形成し、評価装置１４２は、所定のまたは決定可能な変換アルゴリズムおよび／または既知の関係を用いた横方向センサ信号の変換により、横方向位置についての情報、たとえば、１つ以上のｘ座標および／または１つ以上のｙ座標を形成するよう適合されうる。
【０４４７】
図４Ａ〜４Ｃにおいて、縦方向光センサ１３２の異なる方向から見た図が示されている。図４Ａは、可能な層構成の断面図を示し、図４Ｂおよび４Ｃは、可能な縦方向光センサ１３２の２つの実施形態の上面図を示す。図４Ｃは、最後列の縦方向光センサ１４４の可能な実施形態を示し、図４Ｂは、縦方向光センサスタック１３４のその他の縦方向光センサ１３２の可能な実施形態を示す。すなわち、図４Ｂの実施形態は、透明な縦方向光センサ１３２であってよく、図４Ｃの実施形態は、不透明な縦方向光センサ１３２であってよい。他の実施形態も用いることができる。すなわち、代替的に、最後列の縦方向光センサ１４４は透明な縦方向光センサ１３２として実現されてもよい。
【０４４８】
図４Ａの概略断面図に見られるように、縦方向光センサ１３２は、有機光検出器、好ましくは、ｓＤＳＣとして実現可能である。すなわち、図２Ｂの構成と同様に、基板１５８、第１電極１６０、ブロック層１６２、色素１６６で増感されたｎ型半導体金属酸化物層１６４、ｐ型半導体有機材料層１６８および第２電極１７０を用いた層構成を用いることができる。付加的に、封止層１７２を用いることができる。各層の可能な材料について、上記図２Ｂが参照できる。付加的にまたは代替的に、材料の他の種類も使用可能である。
【０４４９】
図２Ｂ中、上方からの照射が象徴的に示されており、すなわち、第２電極１７０の側面からの光ビーム１３８による照射が象徴的に示されている。代わりに、下方から、すなわち、基板１５８の側面から、基板１５８を通る照射を用いてもよい。同じことは図４Ａの構成についてもあてはまる。
【０４５０】
しかし、図４Ａに示されるように、縦方向光センサ１３２の好ましい配向において、光ビーム１３８による照射は、好ましくは、下方から、すなわち、透明基板１５８を通して行われる。これは、第１電極１６０が透明電極として、たとえば、透明導電性酸化物、たとえばＦＴＯを用いて容易に実現できるという事に起因しうる。第２電極１７０は、以下でより詳細に記載されるように、透明であるか、または、特に最後列の縦方向光センサ１４４に関して不透明であってよい。
【０４５１】
図４Ｂおよび４Ｃにおいて、第２電極１７０の種々の構成が示されている。図４Ｂは、図４Ａの断面図に対応しており、第１電極１６０は、たとえば、１つ以上の金属パッドを含んでよい１つ以上の電極コンタクト１７４によってコンタクト可能であり、図２Ｂの構成と同様である。これらの電極コンタクト１７４は、基板１５８の隅に配置されていてよい。他の実施形態も可能である。
【０４５２】
しかし、第２電極１７０は、図４Ｂの構成において、透明導電性ポリマー層１８８の１つ以上の層を含んでよい。たとえば、図２Ａおよび２Ｂの構成と同様に、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを用いることができる。さらに、金属材料、たとえばアルミニウムおよび／または銀から作製されていてよい１つ以上のコンタクト１９０を設けてもよい。封止層１７２を通ってガイドする１つまたは複数のコンタクトリードを用いることにより、この上部コンタクト１９０は、電気的にコンタクト可能である。
【０４５３】
図４Ｂに示される例示的実施形態において、上部コンタクト１９０はセンサ領域１３６を囲む閉鎖開放フレームを形成する。すなわち、図２Ａおよび２Ｂ中の複数の部分電極１７６とは異なり、１つの上部コンタクト１９０しか必要とされない。しかし、縦方向光センサ１３２および横方向光センサ１３０は、たとえば、図４Ａ〜４Ｃの構成において複数の部分電極を設けることにより、ただ１つの装置に組み合わされていてもよい。すなわち、以下でより詳細に記載されているＦｉＰ効果に加えて、横方向センサ信号は縦方向光センサ１３２でもって形成されてもよい。これにより、組み合わされた横方向および縦方向光センサが提供されうる。
【０４５４】
透明導電性ポリマー層１８８の使用によって、第１電極１６０および第２電極１７０の両方が少なくとも部分的に透明な縦方向光センサ１３２の実施形態が可能となる。好ましくは、横方向光センサ１３０についても同じことが当てはまる。しかし、図４Ｃには、不透明な第２電極１７０を用いる縦方向光センサ１３２の構成が記載されている。すなわち、たとえば、第２電極１７０は、１つ以上の導電性ポリマー層１８８の代わりにまたはこれに加えて、１つ以上の金属層たとえばアルミニウムおよび／または銀を用いて実現されてよい。すなわち、たとえば、導電性ポリマー層１８８は、好ましくはセンサ領域１３６全体を覆ってよい１つ以上の金属層によって置き換えられまたは補強されてもよい。
【０４５５】
図５Ａ〜５Ｅにおいて、上述のＦｉＰ効果が説明される。図５Ａは、図１、３Ａおよび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の一部の側面図を示す。検出器１１０のうち、縦方向光センサ１３２および伝送装置１２０が示されている。１つ以上の横方向光センサ１３０は示されていない。この横方向光センサ１３０は、個別の光センサ１１４として実現されてよく、および／または、１つ以上の縦方向光センサ１３２と組み合わされてもよい。
【０４５６】
測定は、１つ以上の物体１１２による１つ以上の光ビーム１３８の放射および／または反射でもって始まる。物体１１２が照射源１９２を有してもよく、照射源は、検出器１１０の一部と見なすことができる。付加的にまたは代替的に、別個の照射源１９２を用いてもよい。
【０４５７】
光ビーム１３８自体の特性、および／または、伝送装置１２０、好ましくは、１つ以上のレンズ１２２のビーム整形特性によって、縦方向光センサ１３２の領域における光ビーム１３８のビーム特性は、少なくとも部分的に既知である。すなわち、図５Ａに示されているように、１つ以上の焦点１９４が生じうる。焦点１９４において、光ビーム１３８のビームウエストまたは断面は最小値を仮定することができる。
【０４５８】
図５Ｂには、図５Ａの縦方向光センサ１３２のセンサ領域１３６の上面図において、センサ領域１３６に当たる光ビーム１３８によって形成される光点１８４の拡がりが示されている。わかるように、焦点１９４の近くの光点１８４の断面が最小値と仮定される。
【０４５９】
図５Ｃ中、上述のＦｉＰ効果を示す縦方向光センサ１３２が用いられる場合の、縦方向光センサ１３２の光電流Ｉが、図５Ｂ中の光点１８４の５つの断面について示されている。すなわち、例示的実施形態では、図５Ｂに示される各点の断面についての５つの異なる光電流Ｉが、典型的なＤＳＣ装置好ましくはｓＤＳＣ装置について示されている。光電流Ｉは、光点１８４の断面の測定値である、光点１８４の領域Ａの関数として示されている。
【０４６０】
図５Ｃに見られるように、全ての縦方向光センサ１３２が、同一の照射の総出力で照射された場合でも、光電流Ｉは、たとえば、光ビーム１３８の断面Ａおよび／またはビームウエストへの強い依存性を示すことにより、光ビーム１３８の断面に依存している。すなわち、光電流は、光ビーム１３８の出力および光ビーム１３８の断面の両方の関数である：
Ｉ＝ｆ（ｎ，ａ）
式中、Ｉは各縦方向光センサ１３２によって供給される光電流を示し、たとえば、１つ以上の測定抵抗器にわたる電圧として、任意の単位、および／または、アンペアで測定された光電流を示す。ｎはセンサ領域１３６に当たる光子の総数、および／または、センサ領域１３６における光ビームの総出力を表す。ａは、ビームウエスト、ビーム径のビーム直径、または、光点１８４の面積として、任意の単位で与えられる、光ビーム１３８の断面を表す。たとえば、ビーム断面は、光点１８４の１／ｅ２直径、すなわち、光点１８４の最大強度と比較して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の他の側の点までの断面距離、で計算できる。ビーム断面を定量化する他のオプションも用いることができる。
【０４６１】
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センサ１３２の光電流を示し、上述のＦｉＰ効果を示す。図５Ｄには、図５Ｃに対応する図において、図５Ａに記載のものと同じ構成について、伝統的な光センサの光電流が示されている。たとえば、シリコン光検出器がこの測定に用いられてよい。見てのとおり、この伝統的な測定では、検出器の光電流または光信号は、ビーム断面Ａに依存しない。
【０４６２】
すなわち、検出器１１０の縦方向光センサ１３２の光電流および／または他のタイプの縦方向センサ信号を評価することにより、光ビーム１３８を特徴づけることができる。光ビーム１３８の光学特性は、検出器１１０からの物体１１２の距離に依存するため、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に沿った物体の位置、すなわちｚ方向位置を決定できる。このために、縦方向光センサ１３２の光電流を、たとえば、光電流Ｉと物体１１２の位置との間の１つ以上の既知の関係を用いることにより、物体１１２の縦方向位置すなわちｚ方向位置についての情報の１つ以上の要素に変換できる。すなわち、たとえば、焦点１９４の位置は、センサ信号の評価により決定でき、ｚ方向における物体１１２の位置と焦点１９４との間の相関性が上述の情報を形成するために用いられうる。代替的にまたは付加的に、光ビーム１３８の拡大および／または縮小を、縦方向光センサ１３２のセンサ信号を比較することにより評価できる。たとえば、１つ以上のガウスビームパラメタを用いて、既知のビーム特性、たとえば、ガウス則に従う光ビーム１３８のビーム伝播などを推定できる。
【０４６３】
さらに、複数の縦方向光センサ１３２の使用は、単一の縦方向光センサ１３２の使用に対して付加的な利点がある。すなわち、上記に記載したように、光ビーム１３８の総出力は、概してわからない。縦方向センサ信号を、たとえば、最大値に対して正規化することにより、縦方向センサ信号に光ビーム１３８の総出力に依存しないものとすることができ、正規化した光電流および／または正規化した縦方向センサ信号を用いることにより、関係
Ｉｎ＝ｇ（Ａ）
を用いることができ、この関係は光ビーム１３８の総出力に依存しない。
【０４６４】
さらに、複数の縦方向光センサ１３２を用いることにより、縦方向センサ信号の不明確さを解消することができる。すなわち、図５Ｂの最初と最後の像を比較することにより、および／または、図５Ｂの２番目と４番目の像を比較することにより、および／または、図５Ｃの対応する光電流同士を比較することにより、焦点１９４の前または後の特定距離に位置する縦方向光センサ１３２は同じ縦方向センサ信号をもたらしうる。光ビーム１３８が光軸１１６に沿って伝播するうちに弱まる場合、同様の不明確さが生じる可能性があり、この不明確さは、概して経験的におよび／または計算により訂正できる。複数の縦方向センサ信号は、焦点の位置と最大の位置を明確に示し、ｚ方向位置における不明確さを解消する。すなわち、たとえば、１つ以上の隣り合う縦方向センサ信号同士を比較することにより、特定の縦方向光センサ１３２が光軸上の焦点の前または後に位置するか否かを決定することができる。
【０４６５】
図５Ｅには、ｓＤＳＣの典型的な例に関する縦方向センサ信号が示されており、縦方向センサ信号の可能性、および、変調周波数に依存する上述のＦｉＰ効果が実証される。この図中、ショート電流ＩＳＣが種々の変調周波数ｆに対して縦軸（任意の単位）に、縦方向センサ信号として示されている。横軸には、縦方向座標ｚが示されている。縦方向座標ｚ（μｍで示されている）は、ｚ軸上の光ビームの焦点位置が位置０で示されるように選択されており、これにより、横軸上のすべての縦方向座標ｚは光ビームの焦点位置を基準とした距離として示される。したがって、光ビームのビーム断面は、焦点からの距離に依存するため、図５Ｅの縦方向座標は、任意の単位のビーム断面を表す。たとえば、既知のまたは決定可能なビームパラメタを用いて、ガウス光ビームを仮定して、縦方向座標を特定のビームウエストまたはビーム断面積に変換できる。
【０４６６】
この実験では、０Ｈｚ（変調無し）、７Ｈｚ、３７７Ｈｚおよび７７７Ｈｚの、光ビームの種々の変調周波数に対して縦方向センサ信号が得られている。図に見られるように、０Ｈｚの変調周波数について、ＦｉＰ効果は検出されないか、または、縦方向センサ信号から容易に区別できない非常に小さいＦｉＰ効果しか検出されない。より高い変調周波数については、縦方向センサ信号の光ビーム断面への強い依存性が観察できる。典型的には、０．１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの範囲の変調周波数、たとえば、０．３Ｈｚの変調周波数が本発明の検出器について用いることができる。
【０４６７】
ヒューマンマシンインタフェース、エンタテインメント装置および追跡システム
図６には、本発明に係るエンタテインメント装置１９８の例示的実施形態としても同時に実現可能な、または、このようなエンタテインメント装置１９８の構成部品となり得る、本発明に係るヒューマンマシンインタフェース１９６の例示的実施形態が示されている。さらに、ヒューマンマシンインタフェース１９６および／またはエンタテインメント装置１９８は、同様に、ユーザ２００および／またはユーザ２００の１つ以上の体の部分を追跡するよう適合された追跡装置１９９の例示的実施形態を形成しうる。すなわり、ユーザ２００の１つ以上の体の部分の動きが追跡されうる。
【０４６８】
たとえば、本発明に係る１つ以上の検出器１１０は、たとえば、上述の１つ以上の実施形態による、１つ以上の横方向光センサ１３０および１つ以上の縦方向光センサ１３２を含みうる１つ以上の光センサ１１４を有して提供されうる。図６に示されていない、たとえば、任意選択的な伝送装置１２０の要素である検出器１１０の別の要素が設けられてもよい。可能な実施形態に関して、図１Ａおよび／または１Ｂが参照できる。さらに、１つ以上の照射源１９２が設けられてもよい。概して、検出器１１０のこれらの可能な実施形態に関して、たとえば上記記載を参照できる。
【０４６９】
ヒューマンマシンインタフェース１９６は、ユーザ２００と、図６にのみ記載されているマシン２０２との間の情報の１つ以上の要素を交換可能とするために設計されてよい。たとえば、制御コマンドおよび／または命令の交換において、ヒューマンマシンインタフェース１９６を用いて実行可能である。マシン２０２は、基本的に、何らかの方法で制御および／または影響されうる１つ以上の機能を有する任意の所望の装置を含んでよい。１つ以上の検出器１１０および／またはその一部の１つ以上の評価装置１４２は、図６に示されるように、マシン２０１に完全にまたは部分的に統合されてよいが、基本的に、マシン２０２から完全に構成されまたは部分的に分離されていてもよい。
【０４７０】
ヒューマンマシンインタフェース１９６は、たとえば、検出器１１０によって、ユーザ２００の幾何情報の１つ以上の要素を形成するよう設計され、かつ、幾何情報を、情報の１つ以上の要素、特に１つ以上の制御コマンドに割り当てることができる。このために、たとえば、検出器１１０によって、ユーザ２００の動きおよび／または姿勢の変化が識別されうる。たとえば、図６に示されるように、ユーザの手の動きおよび／または特定の手の姿勢が検出されうる。付加的にまたは代替的に、ユーザ２００の他の種類の幾何情報が１つ以上の検出器１１０によって検出されてもよい。このために、ユーザ２００および／またはユーザ２００の１つ以上の体の部分に関する１つ以上の位置および／または１つ以上の位置情報が、１つ以上の検出器１１０によって識別されてもよい。たとえば、対応する命令リストの比較により、ユーザ２００が特定の入力を行いたいこと、たとえば、マシン２０２に制御命令を与えたいことを認識することができる。実際のユーザ２００に関する距離的情報を指示する代わりにまたはこれに加えて、たとえば、ユーザ２００に取り付けられた１つ以上のビーコン装置２０４についての幾何情報の１つ以上の要素、たとえば、ユーザ２００の装具および／または手袋および／またはユーザ２００が動かす物、たとえば、スティック、バット、クラブ、ラケット、ケーン、玩具たとえばトイガンに関する幾何情報の１つ以上の要素を形成することもできる。１つ以上のビーコン装置２０４を用いてもよい。ビーコン装置２０４は、アクティブビーコン装置および／またはパッシブビーコン装置として実現されてもよい。すなわち、図６に示されるように、ビーコン装置２０４は、１つ以上の照射源１９２を含んでよく、および／または、１つ以上の一次光ビーム２０６を反射するための１つ以上の反射要素を含んでよい。
【０４７１】
マシン２０２はさらに、本発明の実現に必ずしも必要ではない１つ以上の別のヒューマンマシンインタフェースを含んでよく、このヒューマンマシンインタフェースは、たとえば、図６に示されるように、１つ以上のディスプレイ２０８および／または１つ以上のキーボード２１０であってよい。付加的にまたは代替的に、他の種類のヒューマンマシンインタフェースが設けられてもよい。マシン２０２は、基本的に、任意の種類のマシン、またはマシンの組み合わせ、たとえば、パーソナルコンピュータであってよい。
【０４７２】
１つ以上の評価装置１４２および／またはその部分は、さらに、追跡システム１９９の追跡コントローラ２０１として機能してよい。代替的にまたは付加的に、１つ以上の別の追跡コントローラ２０１、たとえば、１つ以上の付加的なデータ評価装置が設けられてよい。追跡コントローラ２０１は、１つ以上のデータメモリ、たとえば、１つ以上の揮発性および／または不揮発異性メモリであるかまたはこれを含んでよい。この１つ以上のデータメモリには、過去の軌跡を保存するために、１つ以上の物体または物体の一部の複数の連続する位置および／または配向が保存されてよい。付加的にまたは代替的に、たとえば、計算、補外または任意の他の適切なアルゴリズムによって、物体およびその一部の将来の軌跡を予測できる。たとえば、物体またはその一部の将来の位置、将来の配向および将来の軌跡の１つ以上を予測するため、物体またはその一部の過去の軌跡が未来の値に対して補外されてよい。
【０４７３】
エンタテインメント装置１９８の文脈において、マシン２０２は、たとえば、１つ以上のエンタテインメント機能、たとえば、特にディスプレイ２０８上の１つ以上の画像表示および、任意選択的に、対応する音声出力を伴う１つ以上のゲームを実行するように設計することができる。ユーザ２００は、たとえば、ヒューマンマシンインタフェース１９６および／または１つ以上の他のインタフェースを介して、情報の１つ以上の要素を入力でき、エンタテインメント装置１９８は、情報に従ってエンタテインメント機能を変更するよう設計されている。たとえば、ゲーム中の１つ以上の仮想的な物たとえば仮想的な人間の特定の動き、および／または、ゲーム中の仮想的な車両の動きは、ユーザ２００および／またはユーザ２００の１つ以上の体の部分の対応する動きによって制御でき、この動きが検出器１００によって認識されうる。１つ以上の検出器１００を用いた、ユーザ２００による１つ以上のエンタテインメント機能の他の種類の制御も可能である。
【０４７４】
３Ｄ位置センサのためのｓＤＳＣの例示的実施形態
３Ｄセンサの形態のｓＤＳＣのＦｉＰ効果の実際の実現、および、ｘ，ｙ方向およびｚ方向の両方における良好な空間解像の実現は、典型的には、おおよそ１ｃｍ×１ｃｍの活性範囲を有し、所定の要件を満たす電池を必要としうる。したがって、以下では、１つ以上の横方向光センサおよび／または１つ以上の縦方向光センサの個別の電池についての好ましい要件について記載される。しかし、他の実施形態も用いることができることに留意すべきである。
【０４７５】
１つ以上の横方向光センサおよび／または１つ以上の縦方向光センサの光学特性
図５Ａ〜５Ｃに見られるように、１つの特定の電流信号が２つの異なる空間点を示しうる（焦点の前方と後方）。ｚ軸上の明確な深度情報を得るため、好ましくは２つ以上の電池が、相前後して配置されなければならない。明確な情報が、２つの電池の電流信号の間の比から得られる。正確なｚ方向情報のために、このセンサは、相前後してスタックされた６つの電池を有する。これには電池が透明であることが必要であり、すなわち、通常その全面にわたって蒸着された銀からなる背後電極を、透明な導電性材料によって置き換える必要がある。
【０４７６】
十分な照射が確実に最後列の電池に到達し、有用な電流信号が確実に供給されるようにするため、その前列の５つの電池は、励起波長において最低の吸収しか有しえない。励起のために用いられる波長は、約７００ｎｍである。
【０４７７】
横方向光センサの横断抵抗（cross resistance）
高精度のｘ，ｙ方向解像を実現するため、この正方形の電池中の各対向辺対の間の十分な電位差が必要とされる。図２Ａには、ｘ，ｙ方向解像が可能なこのような透明電池が示されている。
【０４７８】
銀の背後電極がなくとも、電池の表面全体にわたってｐ型導体から酸化された色素への十分良好な電子輸送が確実とされ、色素が電子の供給によって高速に再生されるようにしなければならない。ｐ型導体自体は非常にコンダクタンスが低い（１０−５Ｓ／ｃｍ）ため、導電層がｐ型導体上にコートされる必要がある。この付加的な層によって、この正方形の電池の対向する辺の間で所定の横断抵抗Ｒが実現される。
【０４７９】
横方向光センサの透明性
良好なコンダクタンスのため、通常の太陽電池は、銀製の背後電極（第２電極）を有している。しかし、ここで用いられる電池は透明でなければならず、これを理由として、１ｃｍ２の電池範囲は典型的には透明な背後電極を必要とする。このために好ましく用いられる材料は、水性分散液中の導電性ポリマー、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）である。共役ポリマーであるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、非常に透明である：この材料は、かなりの層厚さでのみ、青色〜緑色範囲（４５０〜５５０ｎｍ）のみを吸収し、赤色スペクトル範囲では僅かしか吸収しない。
【０４８０】
付加的なＰＥＤＯＴ層は、ｐ型導体における良好な電子輸送を可能とする。この層のコンダクタンスを向上させ、コンタクトを提供するため、長さ１ｃｍの４つの銀電極が正方形の電池の周囲に蒸着される。銀電極の配置が、図３．３ａに示されている。図３．３ｂは、透明なＰＥＤＯＴ背後電極を有する電池を示す。
【０４８１】
１つ以上の横方向光センサおよび／または１つ以上の縦方向光センサの電池の吸光度
透明である必要があるのは、背後電極だけではなく、電池全体である。確実に十分な量の光がスタックの最後列の電池に到達するよう、前方の５つの電池はできるだけ透明でなければならない。これは、まず色素の吸収によって決定される。太陽電池の吸光度、すなわち、色素による光の吸収は、電池の出力電流に重要な影響をもたらす。典型的には、波長に依存する吸収スペクトルは最大を有し、最大の吸収波長が、使用される特定の色素の特性である。色素がナノ多孔性ＴｉＯ２層中に吸着されるほど、電池の吸収は大きくなる。より多くの色素分子が吸着されるほど、より多くの電子が光励起を通じてＴｉＯ２のｃｂに到達し、電流はより多くなる。したがって、吸光度が高い電池ほど、吸光度の低いものよりも出力電流は大きくなる。
【０４８２】
ここでの目的は、全体の電池構成から最大の総電流を得ることであり、理想的な場合、電流は全ての電池に等しく分けられる。光の強度は電池における吸収によって減衰されるため、スタックのより後列にあるものほど、より少ない光を受け取る。それにもかかわらず、６つの電池全てから同様の出力電流を得るためには、前列の電池が後列のものよりもより低い吸光度を有することに意味がある。結果的に、後列の電池に達する光がより少なくならないようにされ、後列の電池ではすでに弱められた光のより大きな割合が吸収される。スタック中の複数の電池の位置における吸光度の最適な調整を通じて、このように理論的に、全ての電池から同じ電流を得ることができる。太陽電池の吸光度は、色素での染色およびナノ多孔性ＴｉＯ２層の厚さの制御によって調整可能である。
【０４８３】
縦方向光センサスタックの電池の吸光度および出力電流の最適化
スタック中の最後列の電池は、ほぼ全ての入射光を吸収すべきである。このために、この電池は、最大の吸光度を有するべきである。最後列の電池での最大の吸光度で得られる電流に基づいて、その前方の電池の吸光度は、全ての電池があわせて最大の総電流を供給するように調整され、電流は、全ての電池にわたってできるだけ均一にわけられる。
【０４８４】
スタックの出力電流の最適化は、以下のように行われる：
・色素の選択
・最後列の電池の最大の吸光度／最大の出力電流
・最後列の電池の染色の色素濃度
・最後列の電池の染色時間
・最後列の電池のナノ多孔性ＴｉＯ２層の最適な厚さ
・スタック全体の最大出力電流
・前列の５つの電池のナノ多孔性ＴｉＯ２層の最適な厚さ
【０４８５】
吸光度は、ＺｅｉｓｓのランプＭＣＳ５００を用いたＺｅｉｓｓの分光計ＭＣＳ  ５０１  ＵＶ−ＮＩＲで測定した。結果はＡｓｐｅｃｔ  Ｐｌｕｓのソフトウェアプログラムで評価した。
【０４８６】
色素の選択
最初に、約７００ｎｍの励起波長で十分に吸収する色素を見いださなければならない。太陽電池に理想的な色素は、典型的には、広い範囲の吸収スペクトルを有し、約９２０ｎｍの波長以下の入射光を完全に吸収しなければならない。実際、ほとんどの色素は、４５０〜６００ｎｍの波長範囲に吸収最大を有している：６５０ｎｍ超では、ほとんどの色素は弱く吸収するか、または、全く吸収しない。
【０４８７】
最初の実験を行った色素は、たとえば特許文献２１に開示されたようなＩＤ５０４であった。しかし、この色素は、７００ｎｍの範囲に低い吸収を示すことがわかった。したがって、スタックのために、色素Ｄ−５（ＩＤ１３３８ともいう）を用いた：
0006415447.tif 000016
【０４８８】
色素式Ｄ−５の調製および特性は、特許文献６に開示されている。
【０４８９】
しかし、付加的にまたは代替的に、他の色素を用いてもよい。染色時間、すなわち、ＴｉＯ２層の各色素を用いた染色の継続時間が、吸収特性に影響することがわかった。試験は、１．３μｍの厚さを有するナノ多孔性ＴｉＯ２層を有する電池で行った。Ｄ−５の吸収最大は、約５５０〜５６０ｎｍであり、これは、この最大において、吸光度ε≒５９０００を示す。
【０４９０】
この一連の実験において、色素濃度は０．３ｍＭであり、染色時間は１０〜３０分となるように増大させた。より長い染色時間での吸光度において顕著な増大が見られ、最終的に３０分の染色時間がＤ−５に用いられた。
【０４９１】
染色時間を最大化した後であっても、吸収は非常に低かった。したがって、概して、吸収は色素濃度、染色時間およびナノ多孔性ＴｉＯ２層の厚さを増加させることにより最大化されるべきである。
【０４９２】
縦方向光センサスタックの最後列の電池の色素濃度および染色時間
染色時間および色素濃度に関するいくつかの実験を行った。１〜２μｍのＴｉＯ２層の層厚さのための色素溶液の標準濃度は、０．５ｍＭであった。この濃度で、色素は、既に過剰に存在しなければならない。この場合、色素濃度を０．７ｍＭに増加させた。電池の範囲にわたる不均一性を防ぐため、電池を入れる前に、色素溶液を、０．２μｍのシリンジフィルタを用いて、溶けていない色素粒子および他の不純物を除いてろ過した。
【０４９３】
色素が過剰に存在すれば、１時間の染色時間の後に、色素の単一層がナノ多孔性ＴｉＯ２層の表面に吸着され、これにより、使用される色素による最大吸収がもたらされる。ここで試験した最大の染色時間は７５分であり、これを電池について最終的に用いた。
【０４９４】
最後に、１．３μｍのＴｉＯ２層の層厚さを有する電池、０．７ｍＭの色素濃度および７５分の染色時間を用いた。電池の吸光度は７００ｎｍで０．４であることがわかった。
【０４９５】
縦方向光センサスタックの最後列の電池のナノ多孔性ＴｉＯ２層の厚さ
最終的に、ナノ多孔性（ｎｐ）層、すなわち色素吸着に利用可能なＴｉＯ２の表面範囲が、吸収挙動、したがって電池の出力電流に影響する重要な要因である。これまで、吸光度の最大化を、厚さ１．３μｍのナノ多孔性ＴｉＯ２層を有する電池において行った。より厚いナノ多孔性ＴｉＯ２層に、より多くの色素が吸着可能であるため、ＴｉＯ２層の厚さは複数ステップで３μｍに増加し、最大の出力電流が生じた厚さが決定された。
【０４９６】
ナノ多孔性ＴｉＯ２層をスピンコーティングによって塗膜した。スピンコーティングは、高揮発性溶媒（この場合：テルピネオール）中に溶解させた低揮発性物質の塗膜に適している。出発生成物として、Ｄｙｅｓｏｌ（登録商標）（ＤＳＬ１８ＮＲ−Ｔ）で作成したＴｉＯ２ペーストを用いた。このペーストをテルピネオールと混合して、ペーストの粘性を減少させる。ペースト：テルピネオール混合物の組成比に依存して、一定のスピン速度４５００  １／分で、種々の厚さのナノ多孔性ＴｉＯ２層を得る。テルピネオールの割合が高いほど、希釈したペーストの粘性はより低く、電池はより薄くなる。
【０４９７】
希釈したＴｉＯ２ペーストは、１．２μｍシリンジフィルタを用いてろ過して、大きい粒子を除き、翌日、スピンコーティングにより、ブロック層でコートした電池上にペーストを塗膜した。
【０４９８】
ＴｉＯ２層の厚さを変える際、クロロベンゼン中に溶解させたｐ型導体の濃度を調整する必要があることに留意すべきである。ナノ多孔性層が厚いほど、ｐ型導体で充填すべきキャビティ空間はより大きい。このため、ナノ多孔性層がより厚い場合、ナノ多孔性層の上のｐ型導体溶液の上清の量はより少なくなる。スピンコーティング後にＴｉＯ２層上に残る固体ｐ型導体層が確実に一定の厚さを有するように（溶媒はスピンコーティング中に蒸発する）、厚いナノ多孔性ＴｉＯ２層には、薄いものと比べて、より高いｐ型導体濃度が必要である。最適なｐ型導体濃度は、この場合に試験したすべてのＴｉＯ２層の厚さについて未知である。このため、ｐ型導体濃度は、異なるｐ型導体濃度ではなく、等しい層厚さに対して比較される未知の層厚さおよび出力電流について変える。
【０４９９】
層厚さのバリエーションについての選択した開始値は、ナノ多孔性ＴｉＯ２層について１．３μｍであった。１．３μｍはＴｉＯ２ペースト：テルピネオールの質量組成比５ｇ：５ｇに対応する。ナノ多孔性ＴｉＯ２層が１．３μｍよりも厚い電池を用いた一連の試験は、どの層厚さにおいて、スタックの最後列の電池から最大の出力電流が得られるかを示す。
【０５００】
これらの電池は、最大吸光度に対する上述の最適化したパラメタ（Ｄ−５；ｃ＝０．７ｍＭ；染色時間：７５分）を用いて染色した。これらの電池の吸光度は、７００ｎｍで約０．６であることがわかった。
【０５０１】
最後列の電池は概して透明である必要は無いので、背後電極は、ｐ型導体の直上の、全体で１ｃｍ２の範囲に蒸着させた（ＰＥＤＯＴなし）。
【０５０２】
測定結果は、予想されたように、全体範囲の背後電極（第２電極）を用いた電池の出力電流が非常に大きいことを示した。最大の出力電流は、ＴｉＯ２：テルピネオールの質量比５：３で得られた。これは、２〜３μｍのＴｉＯ２層の層厚さに対応する。
【０５０３】
したがって、その後の実験で、ＴｉＯ２ペースト：テルピネオールの質量比５：３を、スタックの最後列の電池に用いた。背後電極は、全体で１ｃｍ２の電池範囲にわたって蒸着させた。
【０５０４】
縦方向光センサスタックの前列の電池のナノ多孔性ＴｉＯ２層の厚さ
最後列のセルで得られた最大出力電流に基づいて、前列の電池のナノ多孔性ＴｉＯ２層の厚さを、スタックの全てのセルが最大の可能な出力電流を形成するように調整する。これには、前列の電池の低い吸光度値が必要である。
【０５０５】
実験において、実際的な意味で、色素濃度および染色時間パラメタを通じて再現可能な低い吸光度を得ることは困難であることがわかった。したがって、低い、再現可能な吸光度を有する電池を作成するためには、薄いナノ多孔性ＴｉＯ２層を有する電池を作成し、ナノ多孔性ＴｉＯ２表面の色素飽和を確実にするのに必要な時間の間、色素溶液中でこれを維持することに意味がある。ＴｉＯ２層中のテルピネオールの割合を段階的に高めた。全ての電池は、同一条件で染色した。吸光度は大きく低下させることが意図されるため、色素濃度はこの場合、０．５ｍＭ、染色時間は６０分であった。
【０５０６】
驚くべきことに、この一連の実験において、電池の出力電圧は、ナノ多孔性ＴｉＯ２層の厚さの減少に伴う出力電流において増大し始めることがわかった。試験したＴｉＯ２ペーストの希釈度の最適なものは５：６であることがわかった。より高い希釈度、すなわちより薄いナノ多孔性ＴｉＯ２層では、出力電流は低下する傾向にある。希釈度５：９におけるこの傾向の例外についての理由は、この層厚さに対する１００ｍｇ／ｍｌのｐ型導体濃度の最適な調整であろう。
【０５０７】
しかし、出力電流の減少に対する吸光度の減少を考えるとき、５：６の希釈度の場合よりも、後列の電池がはるかに多くの光を確実に受け取るように、より低い出力電流を受け入れることに意味がある。ＴｉＯ２：テルピネオールの、５：４．１、５：６および５：１０の混合物を用いた電池の、この効果を示す写真を撮影した。不均一性の影響が観察された。１ｃｍ２の電池における均一な層を実現するために、ＴｉＯ２範囲を最後列の電池について大きくし、その結果、スピンコーティングの間にＴｉＯ２が土手を築く領域は、銀電極の外側、すなわち、電池の外側にある。
【０５０８】
電池のＴｉＯ２層の厚さおよびそのスタック内の位置付けに関する電池スタックの構築を、種々の厚さのナノ多孔性ＴｉＯ２層の種々の構成を試験することによって行った。
【０５０９】
色素Ｄ−５で調製した色素増感太陽電池（ＤＳＣ）の調製および特性
ＦＴＯ（フッ素ドープチタン酸化物）ガラス基板（＜１２Ω／ｓｑ、Ａ１１ＤＵ８０、ＡＧＣ  Ｆａｂｌｉｔｅｃｈ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．から入手）をベース材料として用い、これをガラスクリーナ（セミコクリーン（フルウチ化学株式会社））、完全脱イオン水およびアセトンを用いた、各場合に５分間の超音波浴中で連続的に処理し、イソプロパノール中で１０分間焼成し、窒素流中で乾燥させた。
【０５１０】
噴霧熱分解法を用いて固体ＴｉＯ２バッファ層を形成した。ＴｉＯ２ペースト（ＰＳＴ１８ＮＲ、Ｃａｔａｌｙｓｔｓ＆Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｉｎｄ．  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．より入手）を、スクリーン印刷法によってＦＴＯガラス基板上に塗膜した。１２０℃で５分乾燥後、４５０℃で３０分、５００℃で３０分の熱処理を施して、厚さ１．６μｍの作用電極層を得た。次いで、Ｍ．Ｇｒａｅｔｚｅｌらが、たとえば、Ｇｒａｅｔｚｅｌ  Ｍ．  ｅｔ  ａｌ．，Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００６，１８，１２０２に記載するように、得られた作用電極をＴｉＣｌ４で処理した。サンプルを焼結後、６０〜８０℃に冷却した。その後、国際特許出願公開第２０１２／００１６２８Ａ１号に記載のようにサンプルを添加物で処理した。エタノール中の５ｍＭの添加物を調製し、中間物を１７時間浸漬し、純粋エタノール浴中で洗浄し、窒素流中で簡単に乾燥させ、続いて、アセトニトリル＋ｔ−ブチルアルコール（１：１）混合溶媒中の０．５ｍＭの色素Ｄ−５の溶液中に２時間浸漬し、色素を吸着させた。溶液の除去後、続いて試験体をアセトニトリルで洗浄し、窒素流中で乾燥させた。
【０５１１】
次に、ｐ型半導体溶液をスピンコーティングした。このために、０．１６５Ｍの２，２’，７，７’−テトラキス（Ｎ，Ｎ−ジ−ｐ−メトキシフェニル−アミン）−９，９’−スピロビフルオレン（スピロ−ＭｅＯＴＡＤ）および２０ｍＭのＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２（和光純薬工業株式会社）のクロロベンゼン溶液を用いた。２０μｌ／ｃｍ２のこの溶液を試験体上に塗布し、６０秒作用させた。その後、３０秒、２０００ｒｐｍで遠心させ、上清溶液を除いた。基板を環境条件下で一晩保存した。そして、ＨＴＭを酸化させ、これによって、導電性を高めた。
【０５１２】
金属の背後電極として、１×１０−５ｍｂａｒの減圧下で熱金属蒸着によって０．５ｎｍ／秒の速度で銀を蒸着させて、約１００ｎｍの厚さの銀層を得た。
【０５１３】
上記の光電変換装置の光電力変換効率ηを決定するため、ショート電流密度ＪＳＣなどの各電流／電圧特性、開回路電圧ＶＯＣおよび充填率ＦＦを、Ｓｏｕｒｃｅ  Ｍｅｔｅｒ  Ｍｏｄｅｌ  ２４００（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｉｎｃ．）を用いて、太陽シミュレータ（Ｐｅｃｃｅｌｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ）によって形成した人工太陽光の照射下（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２強度）で得た。結果として、色素Ｄ−５を用いて調製したＤＳＣは、以下のパラメタを示した：
0006415447.tif 000017
【０５１４】
縦方向光センサスタックに関する最適化出力電流の結果
電池スタックの出力電流に関する最良の結果は、縦方向光センサスタックの５つ全ての透明な電池が、０．４５μｍのナノ多孔性ＴｉＯ２層の厚さ（すなわち、５：１０のＴｉＯ２ペースト希釈度）を有する場合に得られた。０．４５μｍのＴｉＯ２層の厚さを有するこれらの電池を、６０分間、０．５ｍＭの色素溶液中で染色した。最後列の電池のみが、ちょうど３μｍ以下のナノ多孔性ＴｉＯ２層を有し、７５分間染色した（０．７ｍＭ）。最後列の電池は透明である必要がないため、最後列の電池の背後電極（第２電極）は、全体で１ｃｍ２範囲にわたる蒸着された銀層であり、最大可能電流が得られる。このスタックを用いて、以下の光電流が観察された（スタックの最初の電池から最後列の電池の順）：
電流［μＡ］：３７  ９．７  ７．６  ４．０  １．６  １．９
【０５１５】
前列の５つの電池は同一に作成された。最後列の電池は、より厚いナノ多孔性ＴｉＯ２層と、全体の電池範囲にわたって蒸着された銀の背後電極とを有していた。２番目の電池の電流がすでに１番目の電池のものよりも１／４に低下していることがわかる。これらの５つの非常に透明な電池においても、最後列の電池は、１番目の電池の電流のわずかな割合でしかない。電池は、電池範囲の中心に向けた赤色レーザ（６９０ｎｍ、１ｍＷ）で励起した。
【０５１６】
ＴｉＯ２：テルピネオールの希釈度が５：９、５：８または５：７の電池（すなわち、より厚い電池）によって得られた電流は、希釈度が５：１０のＴｉＯ２ペーストの電流よりも大きく、最大１０μＡであった。しかし、これらの電池は、はるかにより高い励起を示し、これにより、後続の電池の出力電流は大きく低下する。
【０５１７】
ＴｉＯ２の希釈度が５：６の電池は、ＴｉＯ２の希釈度が５：９、５：８および５：７のものと比較して、はるかに大きい電流が得られたが、それにもかかわらず、多くの光を吸収し、スタックの最後列の電池に光はもはや到達しない。これらの電池のただ１つを、４つの前列の４５０ｎｍの薄い電池とともに５番目の位置に配置するときでさえも、最後列の電池の出力電流は大きく低下し、最後列の電池は実際上、電流を供給しない。
【０５１８】
試験スタック中のこれらの各電池は、周囲影響に対する保護のために付加的なガラスプレートで封止したことには言及する必要がある。しかし、このガラスプレートは、多くの付加的な界面を形成し、界面において、６９０ｎｍレーザ（１ｍＷ）の光ビームが反射、散乱され、その結果として、このような封止した電池の吸光度はより高い。より後の装置では、電池スタックは窒素中に維持し、これによって、封止が不必要となり、電池が直接互いの上に配置される。カバーガラスにおける散乱から生じる損失がもはや生じないため、これはスタックの吸光度を低下させる。
【０５１９】
横方向光センサの横断抵抗
正方形の電池の対向辺の間の定められた横断抵抗は、正確なｘ，ｙ方向解像を可能とする。ｘ，ｙ方向解像の成分は、図３Ａ〜３Ｄに記載されている。電池の範囲にわたる横断抵抗は、ｐ型導体と、電池を境界づける銀電極との間に存在するＰＥＤＯＴ層によって定められる。非ドープ状態で、ＰＥＤＯＴは半導体である。導電性は、負荷電対イオンでのドープと組み合わされて、分子全体にわたって拡がる共役二重結合系によって実現される。本実験に用いられたＰＥＤＯＴは、全て、負荷電のポリマーポリスチレンスルホネート（ＰＳＳ）でドープされていた。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、コンダクタンス、固体含量、イオン化ポテンシャル（ＩＰ）、粘性およびｐＨに関して、広い範囲の実施形態で使用できる。
【０５２０】
横断抵抗に影響する要因
ＰＥＤＯＴはスピンコーティングによって電池に塗布した。スピンコーティングプロセスの間、溶媒のエタノールおよびイソプロパノールは蒸発し、低揮発性のＰＥＤＯＴは膜の形態で基板上に残る。この層の抵抗は、用いられるＰＥＤＯＴのコンダクタンスおよび層の厚さに依存する：
0006415447.tif 000018
式中、ρは抵抗率であり、ｌは抵抗が測定される間の距離であり、Ａは電荷キャリアが流れる断面積である（ＡはＰＥＤＯＴ層の厚さに依存する）。
【０５２１】
スピンコーティングの既知の原理によれば、コーティングが非ニュートン流体である場合に予想される層厚さは下記式により決定できる：
0006415447.tif 000019
式中、ｘｓは混合希釈溶液中のＰＥＤＯＴの割合（％）であり、ｕｋは動粘度であり、ｅは溶媒の蒸発速度であり、ωはスピンコーティング中の角速度である。蒸発速度はω１／２に比例する。
【０５２２】
したがって、ＰＥＤＯＴ層の厚さは種々のパラメタ、すなわち、角速度、ＰＥＤＯＴ溶液の粘度および溶液中のＰＥＤＯＴの割合（％）によって影響されうる。角速度は直接変更できる。溶液中のＰＥＤＯＴの粘度および割合（％）は、間接的に、すなわち、ＰＥＤＯＴをエタノールおよびイソプロパノールと混合する比率によってのみ影響される。
【０５２３】
したがって、以下のパラメタを、横断抵抗を調整するために用いることができ、これらは適宜最適化される：
・ＰＥＤＯＴの選択
・ＰＥＤＯＴの層厚さ
・ＰＥＤＯＴ／溶媒比
・ＰＥＤＯＴのスピンコーティング中のスピン速度
・ＰＥＤＯＴ層の数
・ＰＥＤＯＴの塗布とスピンコーティングとの間の時間間隔Δｔ
【０５２４】
横断抵抗の最適化
ＰＥＤＯＴ溶液を、エタノールおよびイソプロパノールと、１：１：１の標準量論比で混合し、比較的大きい粒子は０．４５μｍシリンジフィルタで除去した。電池全体をこの希釈ＰＥＤＯＴ溶液で覆い（基板１つ当たり約９００μｌが必要であった）、２０００  １／秒の速度でスピンコーティングした。この速度では、溶媒であるエタノールおよびイソプロパノールを除去するためには３０秒で十分なことがわかった。
【０５２５】
上述のパラメタは、正方形の電池の対向する電極の間に約２ｋΩの横断抵抗を得るために、系統的に変更した。
【０５２６】
ＰＥＤＯＴの選択
ＰＥＤＯＴ層の横断抵抗に最も影響するのは、使用するＰＥＤＯＴ溶液のコンダクタンスであることがわかった。１ｃｍにわたるこのようなＰＥＤＯＴ層の抵抗の大きさのオーダの最初の影響を得るため、大きくコンダクタンスの異なる３つのＰＥＤＯＴ製品を試験した：
・Ｃｌｅｖｉｏｓ（登録商標）ＰＶＰ  ＡＩ４０８３（Ｈｅｒａｅｕｓより入手）
・Ｃｌｅｖｉｏｓ（登録商標）ＰＨ１０００（Ｈｅｒａｅｕｓより入手）
・Ｏｒｇａｃｏｎ（登録商標）Ｎ−１００５（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈより入手）
【０５２７】
関連パラメタ、すなわち、動粘度ηｄ、イオン化ポテンシャル（ＩＰ）および抵抗率を表１にまとめている。イオン化ポテンシャルはＰＥＤＯＴに関する重要な選択基準である。電池の良好な機能を確実にするため、ＰＥＤＯＴのイオン化ポテンシャルは概して５ｅＶ未満でなければならない。
【０５２８】
0006415447.tif 000020
表１：種々のＰＥＤＯＴの関連パラメタ
【０５２９】
これらの最初の試験に関して、１．３μｍのナノ多孔性ＴｉＯ２層を、ＦＴＯの無いガラス基板上にコートした。この最初の一連の実験において、３つの調製したＰＥＤＯＴ溶液の各３００μｌのみをナノ多孔性ＴｉＯ２層上に直接コートした（ｐ型導体のコーティングステップなし）。各ＰＥＤＯＴ溶液について、１つ、２つおよび３つのＰＥＤＯＴ層を有する３つの基板を作成した。各基板上の複数の位置において１ｃｍ間隔で導電性の銀ペイントの層を塗膜することにより、抵抗を測定した。
【０５３０】
このようにして作成した基板の抵抗は、平滑なｐ型導体層上へのＰＥＤＯＴの塗布から得られる抵抗よりも小さいことが予想される。
【０５３１】
予想されたように、実験から、層の数の増大、すなわち、ＰＥＤＯＴの総厚さの増大に伴う横断抵抗の減少が示された。ＡＩ４０８３の横断抵抗は、３つの層を用いた場合でもＭΩの範囲であり、したがって、これ以上の試験には用いなかった。ＰＨ１０００は、２つの用いた層について、必要とされる範囲にあった。Ｎ１００５の横断抵抗もｋΩの範囲にあり、最適化により低減できる。しかし、ＰＥＤＯＴを平滑なｐ型導体の表面に塗布した場合、抵抗は、この一連の試験においてナノ多孔性ＴｉＯ２層に直接塗布した場合よりも大きくなると推定でき、さらなる最適化はＰＨ１０００に絞られる。
【０５３２】
複数のＰＥＤＯＴ層の塗膜
ＰＥＤＯＴ層の総厚さを増加させるための別のオプションは、複数のＰＥＤＯＴ層を連続的に塗膜することである。１つまたは２つの塗膜ＰＥＤＯＴ層について試験を行った。ＰＨ１０００をエタノールおよびイソプロパノールと、１：１：１の量論比で混合した。電池を９００μｌのＰＥＤＯＴ溶液で完全に覆い、過剰な溶液を２０００  １／分でのスピンコーティングによって除去した。
【０５３３】
最初の一連の実験と異なり、これらの試験は、「完全な」電池、すなわち、ｐ型導体でコートした、染色を施した電池について行った。ＰＥＤＯＴ／導電性銀ペイント、および、ＰＥＤＯＴ／蒸着銀の異なる接触抵抗から生じる誤差を除くため、横断抵抗を、約２ｍｍ離れた２つの環状の蒸着した電極の間で測定した。さらに、電池効率の測定をこの電極構成で自動化できる。これらの試験電池は、正方形の透明なものよりも、はるかに簡単で早く作成できるが、これらの試験の要件に関しては十分ではない（１つには、この場合ＰＥＤＯＴ層の所定部分にわたる横断抵抗が測定されるべきであり；もう１つは、電池は、機能に関して、すなわち、ｐ型導体とＰＥＤＯＴとの間の良好なコンタクトがあるか、ＰＥＤＯＴのイオン化ポテンシャルがｐ型導体のエネルギーレベルと一致するかが、試験されるべきである）。１ｃｍにわたる横断抵抗は、式３．１を用いて（層厚さが等しい、したがって、面積Ａが等しいと仮定）、５倍することにより（溶液の抵抗率は一定）、計算される。
【０５３４】
表２は、２つの環状の蒸着した背後電極の間の抵抗測定、および、１つおよび２つのＰＥＤＯＴ層についての、１ｃｍ間の計算した横断抵抗の結果を示す。
【０５３５】
0006415447.tif 000021
表２：１つおよび２つのＰＥＤＯＴ層に関する抵抗測定の結果
【０５３６】
１つおよび２つの塗膜ＰＥＤＯＴ層の間の横断抵抗の違いを明確に見てとることができる。１つのＰＥＤＯＴ層に関して、横断抵抗は必要とされる２ｋΩよりもはるかに高く、２つのＰＥＤＯＴ層に関して、横断抵抗ははるかにより低い。しかし、２つのＰＥＤＯＴ層を用いた電池の効率は非常に低いことも明らかであり、これは、２つのＰＥＤＯＴ層の間のコンタクトが乏しいことを意味する。この場合に測定される効率は、環状の電池、すなわち、全体面にわたって蒸着された背後電極を有する電池を指していることに留意すべきである。したがって、正方形の透明な電池の効率は、未だはるかに低く、このため、複数のＰＥＤＯＴ層を連続的に設けるという考えは捨てなければならない。さらなる実験では、１つのＰＥＤＯＴ層のみの横断抵抗を最少化することを試みる。
【０５３７】
２つの塗布ＰＥＤＯＴ層による抵抗は、ＰＥＤＯＴがナノ多孔性ＴｉＯ２層上に直接塗膜される最初の一連の試験におけるよりも低い。おそらく、この矛盾の理由は、第１の実験においては、最初のＰＥＤＯＴ層が完全に乾かないうちに、層を互いに連続して形成したことである。この実験では、電池は、２つの層の塗膜の間、６０℃のホットプレート上に置いていた。
【０５３８】
予想されたように、ＰＥＤＯＴをｐ型導体上に塗膜したこの一連の実験で、１つの塗膜ＰＥＤＯＴ層のみによる横断抵抗は、ナノ多孔性ＴｉＯ２層の粗な表面上にＰＥＤＯＴを塗膜したときよりも高かった。
【０５３９】
溶液のＰＥＤＯＴ濃度の増大
上述のように、通常、ＰＥＤＯＴ溶液は、溶液の粘度を低下させてスピンコーティングにおいて均一な層を得るため、エタノールおよびイソプロパノールと、１：１：１の量比で混合される。混合物中のＰＥＤＯＴの割合が増大すると、溶液の粘度は上昇する。より高い粘度のため、スピンコーティング後に電池上に残るＰＥＤＯＴ層の厚さの増大が予想される（比較として、ηｄ，エタノール，２０℃＝１．１９ｍＰａｓ；ηｄ，イソプロパノール，２０℃＝２．４３ｍＰａｓ；ηｄ，ＰＥＤＯＴ＝５−５０ｍＰａｓ）。
【０５４０】
ＰＥＤＯＴ溶液の粘度およびそれが含む物質の量の、層の厚さ、すなわち横断抵抗への実際の影響を調べるため、ＰＥＤＯＴの割合を僅かのものから始めて大きいものまで増加させた。試験したエタノール：イソプロパノール：ＰＥＤＯＴの量論的混合比は、以下の通りである：
１：１：１
１：１：２
１：１：５
１：１：１０
２：２：１
【０５４１】
ＰＥＤＯＴ濃度の僅かな変化は、抵抗に関する限り大きな違いとならないことが予備的な実験で示されていたため、混合用液中のＰＥＤＯＴ割合を大きく変化させた。これは、電池の構成および電極の配置が、実際の正方形の電池のものに対応する、最初の一連の実験である。
【０５４２】
電池のナノ多孔性ＴｉＯ２層の厚さは１．３μｍであった。各回において、異なる割合のＰＨ１０００を含むＰＥＤＯＴ層を塗膜した。ＰＥＤＯＴ溶液は２０００または１５００  １／分で９０秒間スピンさせた。その後、ＰＥＤＯＴ層を高温空気ブロワで約１分乾燥させ、次いで、銀電極（約２μｍ厚）を蒸着させた。
【０５４３】
0006415447.tif 000022
表３：ＰＥＤＯＴ層の種々の混合比およびスピン速度に対する横断抵抗
【０５４４】
表３に見られるように、予想されたように、塗布溶液中のＰＥＤＯＴの割合の増加に伴って、横断抵抗は減少していない。２０００および１５００  １／分のいずれの角速度においても、横断抵抗は溶液中のＰＥＤＯＴ濃度の増大にともなって増大した。しかし、抵抗は、同じＰＥＤＯＴの割合に対するＲＰＭの増大につれて、減少する傾向があるが、未だ１０〜１５のオーダと大きさは非常に高いことに留意すべきである。
【０５４５】
塗布とＰＥＤＯＴのスピンコーティングとの間の時間間隔（Δｔ）の調整、および、スピンコーティング時のＲＰＭの最少化
スピンコーティングにおいて層厚さを増加させるための古典的な方法は、角速度を低下させる方法である。このようにして、層厚さは容易に増大でき、横断抵抗は減少させることができる。これまでの一連の実験において、これは実際的な結果に至る唯一のバリエーションであった。しかし、スピンコーティング中の角速度は任意の値に減少させることはできず、というのも、過剰に低いＲＰＭでは、溶媒はもはや十分早く蒸発せず、これは不均一なＰＥＤＯＴ層をもたらすからである。
【０５４６】
しかし、試験は、ＰＥＤＯＴ溶液の基板への塗布と、スピンコーティングの開始（およびすなわち、基板からの過剰の溶液の除去）との間の時間間隔が、横断抵抗に大きな影響を有することを示した。したがって、結果的に２つのパラメタ、すなわちΔｔおよびスピンコーティング時の角速度の反復的な最適化によって、横断抵抗は最少化された。
【０５４７】
したがって、いくつかの一連の試験において、ＰＥＤＯＴ溶液の電池への塗布とスピンコーティングの開始との間の時間間隔Δｔを、３０秒から２分まで段階的に増加させ、後に、１分から３分、最終的に３．５分から５分のＲＰＭの最適化と組み合わせた。これには、ＲＰＭの２０００  １／分から３５０  １／分への減少も含まれる。ＲＰＭを１０００  １／分以下に低下させると、３０秒が溶媒の完全な蒸発にもはや十分であることがわかった。したがって、この時間は、各場合において、２分に延ばした。その後、高温ブロワを用いて約１分間乾燥させ、その後、電極を蒸着させた。
ＲＰＭ［１／分］  ２０００  １０００  ７５０  ６００  ５００  ４５０  ４００  ３５０
【０５４８】
最適化の結果は表４〜７にまとめられている。
【０５４９】
１０００  １／分のＲＰＭにおいて、ＰＥＤＯＴ溶液の電池への塗布と一定の角速度での回転までの時間間隔Δｔを増大させた最終的な最適化の最初の一連の試験では（表４）、Δｔ＝６０秒（４．１−４．２ｋΩ）において最適であると思われる。この時間間隔について、さらにＲＰＭを減少させて、新たな最小が６００  １／分について得られた（２．６−２．７ｋΩ）。
【０５５０】
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表４：ＰＥＤＯＴ溶液スピンコーティング時の時間間隔Δｔおよび角速度の最適化による横断抵抗の最適化−一連の実験１
【０５５１】
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表５：ＰＥＤＯＴ溶液スピンコーティング時の時間間隔Δｔおよび角速度の最適化による横断抵抗の最適化−一連の実験２
【０５５２】
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表６：ＰＥＤＯＴ溶液スピンコーティング時の時間間隔Δｔおよび角速度の最適化による横断抵抗の最適化−一連の実験３
【０５５３】
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表７：ＰＥＤＯＴ溶液スピンコーティング時の時間間隔Δｔおよび角速度の最適化による横断抵抗の最適化−一連の実験４
【０５５４】
しかし、結果は６００  １／分と５００  １／分との間で実質的に変わらないため、次の一連の実験では、両方のＲＰＭ値に関して時間間隔Δｔをさらに段階的に増大させた。結果を表５に示す。
【０５５５】
ＲＰＭのさらなる減少とΔｔの増加は、さらなる改善を示さなかった。実際、横断抵抗は、ＲＰＭ＜４５０  １／分で増加しさえした（表６参照）。
【０５５６】
５００  １／分および４５０  １／分に関する値は、非常に近いため最後の比較試験を行った（表７参照）。
【０５５７】
４５０  １／分のＲＰＭでの横断抵抗は、５００  １／分における値よりわずかに低かった。しかし、これによる大きな相違はなく、過剰に低いＲＰＭでコートしたＰＥＤＯＴ層はもはや均一ではないため、５００  １／分が最適なＲＰＭとして選択された。時間間隔Δｔは１８０秒である。
【０５５８】
概して、ＰＥＤＯＴ溶液の電池への塗布とスピンの開始との間に時間間隔のあった、一連の実験の最後の組における抵抗値は、一定のパラメタに関する１つの一連の実験において前より大きく変動しないことに留意すべきである。最後の一連の実験において（表７参照）、２つの横断抵抗を４つの電池のそれぞれについて測定したが（上下左右）、結果はほぼ１ｋΩしか変わらなかった。いくつかの場合には、異なる一連の実験からの結果が、同じ実験パラメタについて大きく異なるという事実は、それぞれにおける個々の一連の実験がそれ自体整合した結果をも提供するので、ＰＥＤＯＴ溶液の製造に起因する可能性がある。
【０５５９】
時間間隔Δｔの間のスピンコータの開放された蓋は、これらの実験における重要な干渉要因でありうる。１つの一連の実験において、ＰＥＤＯＴ溶液を電池に塗布した直後には閉じられず、スピンコーティングの前にのみ閉じた。この一連の実験において測定された横断抵抗は、非常により大きく、各基板の間でその値における大きな変化がある（しかし、任意の１つの基板についてはない）。横断抵抗がＰＥＤＯＴ溶液のスピンコーティング前の時間間隔Δｔによってどうしてこれほど大きく影響されるかは正確に判断することができない。おそらく、ＰＥＤＯＴ溶液のいくらかが乾燥し、この時間の間に電池に固着し、結果、より厚いＰＥＤＯＴ層となる。
【０５６０】
最適化パラメタの結果
このようにして得られた最小の横断抵抗は１〜３ｋΩにある。この場合に最小の横断抵抗をもたらすパラメタは以下の通りである：
・ＰＥＤＯＴ：Ｃｌｅｖｉｏｓ（登録商標）・ＰＨ１０００（Ｈｅｒａｅｕｓより入手）
・層の数：１
・ＰＥＤＯＴ：エタノール：イソプロパノールの比＝１：１：１
・ＰＥＤＯＴの塗布とスピンコーティングの間の時間間隔：Δｔ＝１８０秒
・ＰＥＤＯＴスピンコーティング時のＲＰＭ：ｎ＝５００  １／分（ｔ＝１２０秒）
【０５６１】
実験に用いた最終的な電池
これまでの最適化プロセスにおいて用いた電池は、厚さ２．５ｍｍのＴＥＣガラスキャリア上に、製造プロセスにおいて既に設けたＦＴＯ層を含んで作成される。電池は非常に均一なＦＴＯ層を有しており、その上に、均一なナノ多孔性ＴｉＯ２層の塗膜が可能である。これにより、人の目には均一にみえる電池の製造が可能となる。
【０５６２】
しかし、センサスタックの技術的実現のため、電池は、薄い１ｍｍの、石英ガラスからなる特殊なガラスキャリア上に作成され、その上にその後ＦＴＯがコートされる。この場合、ベベルした端部を有する欠損支持体を用いた。ベベルした端部を電池のコンタクトのためのベースとして用いた。銀コンタクトを、ベベルの端部まで蒸着した。これにより、スタック中で直接に互いに隣接する電池同士をピンで独立にコンタクトさせることができる。
【０５６３】
これらの特殊なキャリア上の、その後に塗膜されたＦＴＯ層は、製造プロセスに起因する部分的な不均一性を示した。これらのキャリアの上への均一な電池の製造は、最終的な電池の電流図を作成することによって示されたように、非常に困難であることがわかった。全体領域にわたって均一な電流を供給するスタックの１番目の電池においてさえ、不均一性に起因して比較的低い電流を供給する４つの位置が認められた。電流図は、６９０ｎｍの波長のレーザで、電池を励起させることによって得た。レーザは１ｍｍ間隔で電池を走査した。電池は、スタックとしての最終的な配置で走査され、すなわち、最後列の電池の電流図は最後列の電池の前に位置する５つの「薄い」電池を用いて記録された。
【０５６４】
開発した電池は、６９０ｎｍの励起波長において０．１３の吸光度を有していた。これらの電池の吸光度は、最大（約５５０ｎｍ）において約０．４であった。電池によるこの低い吸収、および、背後電極が導電性の乏しい（銀とは異なる）透明層からなることにもかかわらず、このような電池の効率は、未だ〜０．３％（ＡＭ１．５＊）であり、最後列の電池の効率は〜２％である。
【０５６５】
図２Ａ、４Ｂおよび４Ｃは、１ｍｍの特殊なガラスキャリア上の最終的な電池を示す。横方向光センサとして機能するスタック中の最初の電池は、ｘ，ｙ方向解像に関する特殊な電極配置を必要とする。縦方向光センサスタックを構成する２番目から５番目の電池に関して、ｚ方向解像のための全電流のみが必要とされ、このために、銀電極のコンタクトはこの場合、電池を囲む１つの電極中に組み込まれている。しかし、そうでなければ、最初の５つの電池は同一に作成した。
【０５６６】
縦方向光センサスタックの最後列の電池は、残りの光を好ましくは完全に吸収することを目的としており、このため、前列の電池よりも比較的大きい励起を有するよう選択された。さらに、最大の出力電流を供給するため、全体の領域を覆う背後電極を有する。
【０５６７】
横方向光センサを構成する図２Ａに示される電池は、この実験では、スタック中の１番目の位置におけるｘ，ｙ方向解像のために一度だけ用いられた。図４Ｂの電池は光センサの全体スタックにおいて４回、すなわち、全体スタックの２〜５番目の位置について用いられた。図４Ｃに示す最後列の電池は、光センサの全体スタックの６番目の位置において用いられた。すなわち、概して、光センサのスタックは、横方向光センサである最初の光センサ（図２Ａ）と、その後の４つの透明な縦方向光センサ（図４Ｂ）と、図４Ｃの構成を有する最後列の縦方向光センサとで形成された。
【０５６８】
赤色レーザ（６９０ｎｍ、１ｍＷ）で、これらの単一の最終的な電池の１つを照射すると、この電池は、３０〜４０μＡの電流を供給した。最後列の縦方向光センサは、約７０μＡの電流を供給した。特殊なガラス支持体上の任意の２つの対向する電極の間の横断抵抗は、０．１および０．３ｋΩであることがわかった。
【０５６９】
特殊なガラス支持体上の透明な電池の製造は、悪いＦＴＯコーティングのために問題があったので、これらの電池は多数作成しなければならなかった。電池をスクリーニングして、選択した電池のみをプロトタイプの３Ｄセンサを形成する検出器の最終的な構成に用いた。このスクリーニング処理のために、横方向光センサについて特別に、電池の中心でレーザビーム（６９０ｎｍ、１ｍＷ）を用いて電池を励起した。電池が均一であれば、４つのコンタクトの全てで電流は等しい（Ｉ１＝Ｉ２＝Ｉ３＝Ｉ４）。電流を比較することにより、特別な電池をプロトタイプに用いるために選択した。
【０５７０】
この構成の検出器で実現したｘ，ｙ方向解像度は、３ｍの距離で約１ｍｍであることがわかった。この検出器の構成のｚ方向解像度は、約１ｃｍであることがわかった。
【符号の説明】
【０５７１】
１１０  検出器
１１１  カメラ
１１２  物体
１１４  光センサ
１１６  光軸
１１８  ケーシング
１２０  伝送装置
１２２  レンズ
１２４  開口
１２６  視野方向
１２８  座標系
１３０  横方向光センサ
１３２  縦方向光センサ
１３４  縦方向光センサスタック
１３６  センサ領域
１３８  光ビーム
１４０  横方向信号リード
１４２  評価装置
１４４  最後列の縦方向光センサ
１４６  縦方向信号リード
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
１５７  イメージング装置
１５８  基板
１５９  イメージング装置信号リード
１６０  第１電極
１６１  感光性要素
１６２  ブロック層
１６３  カラーホイール
１６４  ｎ型半導体金属酸化物層
１６６  色素
１６８  ｐ型半導体有機材料層
１７０  第２電極
１７２  封止層
１７４  電極コンタクト
１７６  部分電極
１７８  部分電極、ｘ
１８０  部分電極、ｙ
１８２  コンタクトリード
１８４  光点
１８６  像
１８８  導電性ポリマー
１９０  上部コンタクト
１９２  照射源
１９４  焦点
１９６  ヒューマンマシンインタフェース
１９８  エンタテインメント装置
１９９  追跡システム
２００  ユーザ
２０１  追跡コントローラ
２０２  マシン
２０４  ビーコン装置
２０６  一次光ビーム
２０８  ディスプレイ
２１０  キーボード
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
0006415447.tif 000037
【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
0006415447.tif 000039
【図５Ｂ】
0006415447.tif 000040
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
0006415447.tif 000042
【図５Ｅ】
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【図６】
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