(57)【要約】  少なくとも１個の物体（１１２）を光学的に検出するための検出器（１１０）が開示される。検出器（１１０）は  少なくとも１つのセンサ領域（１３０）を有し、光ビーム（１３２）によるセンサ領域（１３０）の照明に依存する形で少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計された、少なくとも１個の縦方向光学センサ（１１４）であって、縦方向センサ信号は、照明の総出力が同じである場合はセンサ領域（１３０）内の光ビーム（１３２）のビーム断面に依存し、縦方向センサ信号はさらに、縦方向光学センサ（１１４）の少なくとも１つの特性に依存し、縦方向光学センサ（１１４）の特性は調節可能である、少なくとも１個の縦方向光学センサ（１１４）と、  縦方向光学センサ（１１４）の縦方向センサ信号を評価することによって、物体（１１２）の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように設計される、少なくとも１個の評価装置（１３８）とを含む。
2018536169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個の物体（１１２）を光学的に検出するための検出器（１１０）であって、
少なくとも１つのセンサ領域（１３０）を有し、光ビーム（１３２）による前記センサ領域（１３０）の照明に依存する形で少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計された、少なくとも１個の縦方向光学センサ（１１４）であって、前記縦方向センサ信号は、前記照明の総出力が同じである場合は前記センサ領域（１３０）内の前記光ビーム（１３２）のビーム断面に依存し、前記縦方向センサ信号はさらに、前記縦方向光学センサ（１１４）の少なくとも１つの特性に依存し、前記縦方向光学センサ（１１４）の前記特性は調節可能である、少なくとも１個の縦方向光学センサ（１１４）と、
前記縦方向光学センサ（１１４）の前記縦方向センサ信号を評価することによって、前記物体（１１２）の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように設計される、少なくとも１個の評価装置（１３８）と
を含む検出器。
【請求項２】
少なくとも１つの外部影響および／または少なくとも１つの内部影響を及ぼすように構成される少なくとも１個の切り替え装置（１４０）を含む請求項１に記載の検出器（１１０）。
【請求項３】
前記縦方向光学センサ（１１４）が少なくとも２つの操作モードで操作可能である請求項１または２に記載の検出器（１１０）。
【請求項４】
前記縦方向光学センサ（１１４）の前記特性の調節によって複数の操作モード間の切り替えおよび／または変更が可能になるように構成される請求項３に記載の検出器（１１０）。
【請求項５】
前記縦方向光学センサ（１１４）の少なくとも２つの操作モードを切り替えるように前記切り替え装置（１４０）が構成される請求項４に記載の検出器（１１０）。
【請求項６】
前記縦方向光学センサ（１１４）の前記特性に応じて少なくとも１つの正の操作モードにおいて、前記センサ領域（１３０）内で前記光ビーム（１３２）によって生じる光点の断面の減少に伴って前記縦方向センサ信号の振幅が増加する請求項３から５のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項７】
前記縦方向光学センサ（１１４）の前記特性に応じて少なくとも１つの負の操作モードにおいて、前記センサ領域（１３０）内で前記光ビーム（１３２）によって生じる光点の断面の減少に伴って前記縦方向センサ信号の前記振幅が減少する請求項３から６のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項８】
前記縦方向センサ信号の前記特性に応じて少なくとも１つのニュートラル操作モードにおいて、前記縦方向センサ信号の前記振幅が本質的に、前記センサ領域（１３０）内で前記光ビーム（１３２）によって生じる光点の前記断面の変動と無関係である請求項３から７のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項９】
正の操作モード、前記負の操作モードおよび前記ニュートラル操作モードから成る群における少なくとも２つの操作モード間の切り替えおよび／または変更が可能になるように構成される請求項８に記載の検出器（１１０）。
【請求項１０】
前記縦方向光学センサ（１１４）の前記操作モードを決定するように前記評価装置（１３８）が設計される請求項３から９のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項１１】
少なくとも２つの操作モードにおいて前記縦方向センサ信号を順次または同時のいずれかまたは両方の形で決定するように前記評価装置（１３８）が設計される請求項１０に記載の検出器。
【請求項１２】
少なくとも２つの異なる操作モードにおいて決定される少なくとも２つの縦方向センサ信号が考慮されて曖昧さを解消するように前記評価装置（１３８）が設計される請求項１０または１１に記載の検出器（１１０）。
【請求項１３】
前記縦方向光学センサ（１１４）の前記特性が電気的および／または光学的に調節可能である請求項１から１２のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項１４】
少なくとも１個のバイアシング装置（１４３）を含む請求項１から１３のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項１５】
少なくとも１つのバイアス電圧を前記縦方向光学センサ（１１４）に印加するように前記バイアシング装置（１４３）が構成される請求項１４に記載の検出器（１１０）。
【請求項１６】
前記縦方向光学センサ（１１４）の前記特性を異なるバイアス電圧を使用することによって調節可能である請求項１５に記載の検出器（１１０）。
【請求項１７】
光伝導モードで駆動される少なくとも１個の光ダイオード（１４７）を前記縦方向光学センサ（１１４）が含み、前記光伝導モードは光ダイオード（１４７）を採用する電気回路を指し、前記少なくとも１個の光ダイオード（１４７）が逆バイアスモードで含まれ、前記光ダイオード（１４７）の陰極が陽極に対して正の電圧で駆動される請求項１４から１６のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項１８】
前記縦方向光学センサ（１１４）の前記特性が前記光ビーム（１３２）の少なくとも１つの特性によって調節可能、特に変更可能である請求項１から１７のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項１９】
前記光ビーム（１３２）の前記特性が波長および／または変調周波数である請求項１８に記載の検出器（１１０）。
【請求項２０】
さらに少なくとも１個の照明源（１５０）をも含む請求項１から１９のいずれかに記載の検出器（１１０）。
【請求項２１】
光が少なくとも２つの異なる波長で放出されるように前記照明源（１５０）が適合される請求項２０に記載の検出器（１１０）。
【請求項２２】
少なくとも１つの第１の波長の光の放出と少なくとも１つの第２の波長の光の放出とを切り替えるように前記照明源（１５０）が構成される請求項２０または２１に記載の検出器（１１０）。
【請求項２３】
前記照明源（１５０）が少なくとも２本の光ビームを放出するように設計され、第１の光ビームの少なくとも１つの特性が第２の光ビームの少なくとも１つの特性と異なり、前記特性が少なくとも１個の光源の少なくとも１つの波長、少なくとも１つの変調周波数、少なくとも１つのサイズから成る群から選択される請求項２０から２２のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項２４】
前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームが同時または順次に放出される請求項２３に記載の検出器（１１０）。
【請求項２５】
前記第１の光ビームが第１の波長を有し、前記第２の光ビームが第２の波長を有し、前記縦方向光学センサ（１１４）の前記特性が前記第１の光ビームおよび前記第２の光ビームでの照明によって調節される、特に変化する請求項２３または２４に記載の検出器（１１０）。
【請求項２６】
さらに照明変調用の変調装置（１５４）をも少なくとも１個有する請求項１から２５のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項２７】
前記光ビーム（１３２）が変調光ビームである請求項１から２６のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項２８】
前記検出器（１１０）が異なる変調の場合に複数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複数のセンサ信号を検出するように設計され、前記評価装置（１３８）が前記複数の縦方向センサ信号を評価することによって前記物体（１１２）の前記縦方向位置に関する前記少なくとも１つの情報を生成するように設計される、請求項２７に記載の検出器（１１０）。
【請求項２９】
前記照明の総出力が同じである場合に前記縦方向センサ信号が前記照明の変調の変調周波数に依存するような形で前記縦方向光学センサ（１１４）がさらに設計される請求項１から２８のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項３０】
前記縦方向センサ信号を正規化し、前記光ビーム（１３２）の強度と無関係に前記物体（１１２）の前記縦方向位置に関する前記情報を生成するように前記評価装置（１３８）が適合される請求項１から２９のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項３１】
前記少なくとも１個の縦方向センサ信号からの前記光ビーム（１３２）の直径の決定によって、前記物体（１１２）の前記縦方向位置に関する前記少なくとも１つの情報を生成するように前記評価装置（１３８）が適合される請求項１から３０のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項３２】
電流を持続する能力のある少なくとも１つの材料を前記センサ領域（１３０）が含み、前記材料の少なくとも１つの特性が前記照明の総出力が同じである場合に前記センサ領域（１３０）内の前記光ビーム（１３２）の前記ビーム断面に依存し、前記縦方向センサ信号が前記少なくとも１つの特性に依存する請求項１から３１のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項３３】
前記材料の前記少なくとも１つの特性が前記材料の導電性または別の材料特性である請求項３２に記載の検出器（１１０）。
【請求項３４】
電流を持続する能力を有する前記材料が非晶質シリコン、非晶質シリコンを含む合金、微結晶シリコンもしくはテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）の１つまたは複数を含む請求項３２または３３に記載の検出器（１１０）。
【請求項３５】
非晶質シリコンを含む前記合金がシリコンと炭素とを含む非晶質合金またはシリコンとゲルマニウムとを含む非晶質合金である請求項３４に記載の検出器（１１０）。
【請求項３６】
前記非晶質シリコンが水素を使用することによって不動態化される請求項３４または３５に記載の検出器（１１０）。
【請求項３７】
前記縦方向光学センサ（１１４）が少なくとも１個の第１の電極、少なくとも１個の第２の電極、および前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する前記非晶質シリコン、非晶質シリコンを含む前記合金、または前記微結晶シリコンを有する光検出器であり、前記第１の電極および前記第２の電極の少なくとも１個が透明な電極である請求項３４から３６のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項３８】
前記検出器（１１０）がさらに少なくとも１個の横方向光学センサ（１９８）をも含み、前記横方向光学センサ（１９８）が前記物体（１１２）から前記検出器（１１０）へと移動中の前記光ビームの横方向位置を決定するように適合され、前記横方向位置が前記検出器（１１０）の光軸（１１６）に対して垂直な少なくとも１つの次元内の位置であり、前記横方向光学センサ（１９８）が少なくとも１個の横方向センサ信号を生成するように適合され、前記評価装置（１３８）がさらに、前記横方向センサ信号を評価することによって前記物体（１１２）の横方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように設計される、請求項１から３７のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項３９】
少なくとも１個の転送装置（１２０）、例えば光学レンズ、特に１個または複数の屈折レンズ（１２２）、特に薄い凸レンズまたは両凸レンズなど薄い収束性屈折レンズ、および／または１個または複数の凸型ミラーを含み、これらがさらに共通の光軸に沿って配置される、請求項１から３８のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項４０】
少なくとも１個の画像処理装置（２０４）を含む請求項１から３９のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項４１】
少なくとも１個の物体（１１２）の位置を決定するための検出器システム（１８８）であって、請求項１から４０のいずれかに記載の少なくとも１個の検出器（１１０）を含み、さらに少なくとも１本の光ビームを前記検出器へと向かわせるように適合される少なくとも１個のビーコン装置（２１０）をも含み、前記ビーコン装置（２１０）が前記物体（１１２）に装着可能、前記物体（１１２）によって保持可能および前記物体（１１２）に一体化可能の少なくとも１つである、検出器システム（１８８）。
【請求項４２】
少なくとも２個のビーコン装置（２１０）を含み、第１のビーコン装置によって放出される光ビームの少なくとも１つの特性が第２のビーコン装置によって放出される光ビームの少なくとも１つの特性と異なる、請求項４１に記載の検出器システム（１８８）。
【請求項４３】
前記第１のビーコン装置の前記光ビームと第２のビーコン装置の前記光ビームが同時または順次に放出される請求項４１または４２に記載の検出器システム（１８８）。
【請求項４４】
特に検出器（１１０）に関する請求項１から４３のいずれか一項に記載の検出器（１１０）を使用して少なくとも１個の物体（１１２）を光学的に検出するための方法であって、
前記縦方向光学センサ（１１４）の少なくとも１つの特性を調節する工程と、
少なくとも１個の縦方向光学センサ（１１４）を使用することによって少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成する工程であって、縦方向センサ信号は光ビーム（１３２）による前記縦方向光学センサ（１１４）のセンサ領域（１３０）の照明に依存し、前記縦方向センサ信号は、前記照明の総出力が同じである場合に前記センサ領域（１３０）内における前記光ビーム（１３２）のビーム断面に依存し、前記縦方向センサ信号はさらに、前記縦方向光学センサ（１１４）の少なくとも１つの特性に依存する、工程と、
少なくとも１個の評価装置（１３８）を使用することによって前記縦方向センサ信号を評価し、前記物体（１１２）の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成する工程と
を含む方法。
【請求項４５】
前記縦方向光学センサ（１１４）の前記特性が使用者（２０８）および／または外部からの影響によって調節される請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記縦方向光学センサ信号が一義的に評価される請求項４４または４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記縦方向光学センサ（１１４）が少なくとも２つの操作モードで操作される方法に言及する請求項４４から４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
少なくとも２つの縦方向センサ信号が評価され、第１の縦方向センサ信号が第１の操作モードにおいて評価され、第２の縦方向センサ信号が第２の操作モードにおいて評価される請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記第１の縦方向センサ信号と前記第２の縦方向センサ信号を比較することによって曖昧さが解消される請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
使用者（２０８）とマシン（２１２）との間で少なくとも１つの情報を交換するためのヒューマンマシンインターフェース（１９２）であって、検出器システム（１８８）に言及する請求項４１から４３のいずれかに一項に記載の少なくとも１つの検出器システム（１８８）を含み、前記少なくとも１個のビーコン装置（２１０）が前記使用者（２０８）に直接または間接的に装着する方式および前記使用者（２０８）が保持する方式の少なくとも１つであるように適合され、前記ヒューマンマシンインターフェース（１９２）が前記検出器システム（１８８）を手段として前記使用者（２０８）の少なくとも１つの位置を決定するように設計され、前記ヒューマンマシンインターフェース（１９２）が前記位置に少なくとも１つの情報を割り当てるように設計されるヒューマンマシンインターフェース（１９２）。
【請求項５１】
少なくとも１つの娯楽機能を実行するための娯楽装置（１９４）であって、請求項５０に記載の少なくとも１つのヒューマンマシンインターフェース（１９２）を含み、前記ヒューマンマシンインターフェース（１９２）を手段としてプレーヤが少なくとも１つの情報を入力可能となるように設計され、前記情報に従って前記娯楽機能を変えるように設計される娯楽装置（１９４）。
【請求項５２】
少なくとも１個の可動物体（１１２）の位置を追跡する追跡システム（１９６）であって、検出器システム（１８８）に言及する請求項４１から４３のいずれか一項に記載の検出器システム（１８８）を少なくとも１つ含み、さらに少なくとも１個の、特定の時点における前記物体（１１２）の一連の位置を追跡するように適合される進路制御装置（２１４）をも含む追跡システム（１９６）。
【請求項５３】
少なくとも１個の物体（１１２）の少なくとも１つの位置を決定するための走査システム（２１６）であって、検出器（１１０）に言及する請求項１から４０のいずれか一項に記載の検出器（１１０）を少なくとも１個含み、さらに前記少なくとも１個の物体（１１２）の少なくとも１つの表面に位置する少なくとも１個のドットを照明するために構成される少なくとも１本の光ビームを放出するように適合される少なくとも１個の照明源（１５０）を含み、前記少なくとも１個のドットと前記走査システム（２１６）との間の前記距離に関する少なくとも１つの情報を前記少なくとも１個の検出器（１１０）の使用によって生成するように設計される走査システム（２１６）。
【請求項５４】
請求項５２に記載の少なくとも１つの追跡システム（１９６）および請求項５３に記載の少なくとも１つの走査システム（２１６）を含む立体装置システムであって、前記追跡システム（１９６）および前記走査システム（２１６）がそれぞれ少なくとも１個の縦方向光学センサ（１１４）を含み、これらが前記立体装置システムの前記光軸と平行な配向で整列される形で平行な配置で位置され、且つ前記立体装置システムの前記光軸に対して垂直な配向に個々の変位を示す、立体装置システム。
【請求項５５】
少なくとも１個の物体（１１２）の画像処理のためのカメラ（１９０）であって、検出器（１１０）に言及する請求項１から４０のいずれか一項に記載の検出器（１１０）を少なくとも１個含むカメラ（１９０）。
【請求項５６】
交通技術における位置測定；娯楽への応用；セキュリティへの応用；監視への応用；安全への応用、ヒューマンマシンインターフェースへの応用；追跡への応用；写真撮影への応用；少なくとも１個の飛行時間検出器との併用；構造化光源との併用；ステレオカメラとの併用；機械視覚への応用；ロボット工学への応用；品質管理への応用；製造への応用、構造化照明源との併用；ステレオカメラとの併用から成る群から選択される使用目的のための、検出器（１１０）に関する請求項１から４０のいずれか一項に記載の検出器（１１０）を使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１個の物体の位置を決定するための検出器、検出器システムおよび方法に関する。本発明はさらに、使用者とマシンとの間で少なくとも１つの情報を交換するためのヒューマンマシンインターフェース、娯楽装置、追跡システム、カメラ、走査システム、および検出装置の様々な使用に関する。本発明に係る装置、システム、方法および使用は具体的には例えば、日常生活、賭け事、交通技術、製造技術、セキュリティ技術、芸術、文書作成もしくは技術目的のデジタル写真撮影もしくはビデオ写真撮影などの写真撮影、医療技術または科学の様々な分野に採用され得る。ただし、他の応用も可能である。
【背景技術】
【０００２】
多数の光学センサおよび光起電装置が、先行技術から知られている。光起電装置は一般的に、紫外光、可視光または赤外光などの電磁放射を電気信号または電気エネルギーに変換する目的で使用される一方、光学検出器は一般的に、画像情報の取得および／または少なくとも１つの光学パラメータ、例えば輝度を検出する目的で使用される。
【０００３】
一般的に無機および／または有機センサ材料の使用に基づき得る、多数の光学センサが先行技術から知られている。このようなセンサの例は、米国特許出願公開第２００７／０１７６１６５Ａ１号、米国特許第６，９９５，４４５Ｂ２号、独国特許出願公開第２５０１１２４Ａ１号、独国特許出願公開第３２２５３７２Ａ１号、または他の多数の先行技術文献において開示されている。特にコストおよび大面積処理の理由から、例えば米国特許出願公開第２００７／０１７６１６５Ａ１号に記載されているような少なくとも１種の有機センサ材料を含むセンサの使用が広まっている。この分野では特に、例えば国際公開第２００９／０１３２８２Ａ１号に全般的に記載されている、いわゆる色素太陽電池の重要性が高まっている。ただし、本発明は有機装置の使用に限定されない。このように、具体的にはＣＣＤセンサおよび／またはＣＭＯＳセンサなど無機装置、具体的にはピクセル化センサも採用され得る。
【０００４】
このような光学センサに基づいて、少なくとも１個の物体を検出する多数の検出器が知られている。このような検出器は、それぞれの使用目的に応じて多様な形で具現化され得る。このような検出器の例として画像処理装置、例えばカメラおよび／または顕微鏡が挙げられる。高分解能共焦点顕微鏡、例えば、特に医療技術および生物学の分野において生物試料を高い光学分解能で調べる目的に使用できる高分解能共焦点顕微鏡が知られている。少なくとも１個の物体を光学的に検出する検出器のさらなる例として、レーザパルスなどの対応する光学信号の伝播時間法に基づく測距装置が挙げられる。物体を光学的に検出する検出器のさらなる例として、同様に測距を実施可能な三角測量システムが挙げられる。
【０００５】
参照によってその内容が本明細書に含まれる国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号では、少なくとも１個の物体を光学的に検出する検出器が提案されている。検出器は少なくとも１個の光学センサを含む。光学センサは少なくとも１つのセンサ領域を有する。光学センサは、センサ領域の照明に依存する形で少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計される。センサ信号は、照明の総出力が同じである場合、照明の幾何学、特にセンサエリア上の照明のビーム断面に依存する。検出器はさらに、少なくとも１個の評価装置をも有する。評価装置は、少なくとも１つの幾何学情報、特に照明および／または物体に関する少なくとも１つの幾何学情報を、センサ信号から生成するように設計される。
【０００６】
参照によってその内容の全体が本明細書に含まれる国際公開第２０１４／０９７１８１号は、少なくとも１個の横方向光学センサおよび少なくとも１個の光学センサを使用することによって少なくとも１個の物体の位置を決定するための方法および検出器を開示している。具体的には、曖昧さを伴わず高い正確度で物体の縦方向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る。
【０００７】
参照によってその内容の全体が本明細書に含まれる国際公開第２０１５／０２４８７１Ａ１号は、
光ビームの少なくとも１つの特性を空間的に分解する形で修正するように適合される少なくとも１個の空間光変調装置であって、複数のピクセルから成るマトリクスを有し、各ピクセルは、ピクセルを通過する光ビームの一部の少なくとも１つの光学特性を個別に修正するよう制御可能である、空間光変調装置と、
空間光変調装置における複数のピクセルから成るマトリクスを通過後に光ビームを検出して少なくとも１つのセンサ信号を生成するように適合される少なくとも１個の光学センサと、
ピクセルの少なくとも２個を別々の変調周波数で周期的に制御するように適合される少なくとも１個の変調装置と、
変調周波数のセンサ信号の信号成分を決定する目的で周波数分析を実行するように適合される少なくとも１個の評価装置と
を含む光学検出器を開示している。
【０００８】
参照によってその内容の全体が本明細書に含まれる国際公開第２０１４／１９８６２９Ａ１号は、少なくとも１個の物体の位置を決定するための検出器であって、
物体から検出器へと伝播する光ビームを検出するように適合され、複数のピクセルから成る少なくとも１つのマトリクスを有する少なくとも１個の光学センサと、
光学センサにおいて光ビームによって照明されるピクセル数Ｎを決定するように適合され、さらに、光ビームによって照明されるピクセル数Ｎの使用によって物体の少なくとも１つの縦方向座標を決定するように適合される少なくとも１個の評価装置と
を含む検出器を開示している。
【０００９】
さらに、一般的に、他の様々な検出器の概念についても国際公開第２０１４／１９８６２６Ａ１号、国際公開第２０１４／１９８６２９Ａ１号および国際公開第２０１４／１９８６２５Ａ１号を参照するとよい。参照によってこれらの文献の内容の全体が本明細書に含まれる。さらに、本発明の文脈において採用され得る潜在的材料および光学センサを参考に、２０１５年１月３０日に出願された欧州特許出願第１５１５３２１５．７号、２０１５年３月３日に出願された欧州特許出願第１５１５７３６３．１号、２０１５年４月２２日に出願された欧州特許出願第１５１６４６５３．６号、２０１５年７月１７日に出願された欧州特許出願第１５１７７２７５．３号、２０１５年８月１０日に出願された欧州特許出願第１５１８０３５４．１号と欧州特許出願第１５１８０３５３．３号、および２０１５年９月１４日に出願された欧州特許出願第１５１８５００５．４号を参照するとよい。参照によってこれらの文献の内容の全体が本明細書に含まれる。
【００１０】
上述の装置および検出器により、様々な優位性が示唆されているものの、いくつかの技術的課題がまだ残っている。このように、一般的に、空間内での物体の位置を検出する、信頼性があると同時に低コストで製造可能な検出器が必要とされている。具体的には、３Ｄセンシングの概念が必要とされている。既知の様々な概念は少なくとも部分的に、上述の概念の複数に該当するような、いわゆるＦｉＰセンサの使用に基づく。ＦｉＰセンサを使用する３Ｄセンシングの概念は、典型的には、少なくとも１個のＦｉＰセンサおよびもう１個の非ＦｉＰ検出器を含む１個の検出器を使用することに頼る。例えば、ＦｉＰ検出器および非ＦｉＰ検出器を互いに背中合わせに積層する形で配置してもよい。代替的に、ＦｉＰ検出器および非ＦｉＰ検出器を、例えばビーム分割装置によって分割された光ビームの光がＦｉＰ検出器と非ＦｉＰ検出器の両方に衝突するように配置してもよい。このように、透明な検出器または高価なビーム分割装置が必要である。
【００１１】
上述の先行技術文書の複数における概念など、既知の概念に関するこの議論は、いくつかの技術的課題が依然残ることを明確に示すものである。上述の装置および検出器により、具体的には国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号において開示されている検出器によって様々な優位性が示唆されているものの、依然、単純で費用効率的でありながらも信頼性が高い空間検出器に関して改善の必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【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】国際公開第２００９／０１３２８２Ａ１号
【特許文献６】国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号
【特許文献７】国際公開第２０１４／０９７１８１号
【特許文献８】国際公開第２０１５／０２４８７１Ａ１号
【特許文献９】国際公開第２０１４／１９８６２９Ａ１号
【特許文献１０】国際公開第２０１４／１９８６２６Ａ１号
【特許文献１１】国際公開第２０１４／１９８６２５Ａ１号
【特許文献１２】欧州特許出願第１５１５３２１５．７号
【特許文献１３】欧州特許出願第１５１５７３６３．１号
【特許文献１４】欧州特許出願第１５１６４６５３．６号
【特許文献１５】欧州特許出願第１５１７７２７５．３号
【特許文献１６】欧州特許出願第１５１８０３５４．１号
【特許文献１７】欧州特許出願第１５１８０３５３．３号
【特許文献１８】欧州特許出願第１５１８５００５．４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、本発明の目的は、既知の装置および方法における上述の技術的課題に直面する装置および方法を提供することにある。具体的には、本発明の目的は、空間内での物体の位置を確実に決定できる、好ましくは技術的労力が少なく済み、技術的なリソースと費用に関する要件も低い装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この課題は、独立特許請求項の特徴を有する本発明によって解決される。個別にまたは組み合わせて実現することができる本発明の有利な発展形態は、従属請求項および／または以下の明細書および詳細な実施形態において提示される。
【００１５】
以下で使用されるとき、用語「有する」、「備える」、または「含む」、あるいはそれらの用語の文法上の任意の異形は、非排他的に使用される。このように、これらの用語は、これらの用語によってもたらされる特徴以外に、その文脈で記述される実体に付加的特徴が存在しない状況と、１つまたは複数の付加的特徴が存在する状況の両方を指す場合がある。一例として、「ＡはＢを有する」、「ＡはＢを備える」および「ＡはＢを含む」という表現は、Ａの中にＢ以外の他の要素が存在しない状況（すなわちＡがもっぱらＢのみで構成される状況）と、実体Ａの中に、Ｂ以外に、要素Ｃ、要素ＣとＤまたはさらに多くの要素など１つまたは複数の付加的要素が存在する状況の両方を指す場合がある。
【００１６】
さらに、注意しなければならない点として、「少なくとも１つ」、「１つまたは複数」または同様の、ある特徴または要素が１回または複数回存在し得ることを示す表現は典型的に、各々の特徴または要素を紹介する場合に限り使用される。以下、ほとんどの場合、各々の特徴または要素に言及する際、各々の特徴または要素が１回または複数回存在し得るという事実に関係なく、「少なくとも１つ」または「１つまたは複数」という表現は反復されない。
【００１７】
さらに、以下で使用されるとき、用語「好ましくは」、「より好ましくは」、「特に」、「具体的には」、「より具体的には」または同様の用語は、代替的な可能性を限定しない任意の特徴と併せて使用される。このように、これらの用語によってもたらされる特徴は任意の特徴であり、特許請求の範囲を何らかの形で限定することを意図するものではない。本発明は、当業者であれば認識すると予想されるとおり、代替的特徴を使用することによって実行することもできる。同様に、「本発明の一実施形態では」または同様の表現によってもたらされる特徴も、任意の特徴であることを意図するものであり、それら任意の特徴は、本発明の代替的実施形態を限定せず、本発明の範囲を限定せず、このような形でもたらされる特徴を本発明における他の任意の特徴または任意でない特徴と組み合わせる可能性を限定しない。
【００１８】
本発明の第１の態様において、少なくとも１個の物体を光学的に検出するための、特に少なくとも１個の物体の位置を、具体的には少なくとも１個の物体の深度または深度と幅の双方に関して決定するための検出器が開示される。
【００１９】
「物体」は一般的に、生物物体および非生物物体から選択される１個の任意の物体であってもよい。このように、一例として、少なくとも１個の物体は１個または複数の物品および／または１個の物品を構成する１個または複数の部分を含み得る。付加的または代替的に、物体は、１つまたは複数の生物および／またはその１つまたは複数の部分、例えば使用者など人間および／または動物の１つまたは複数の身体部分であってもよい。
【００２０】
本明細書で使用されるとき、「位置」は空間内の物体および／または物体の少なくとも一部の配置および／または配向に関する少なくとも１つの情報を指す。このように、少なくとも１つの情報は、物体の少なくとも１つの点と少なくとも１個の検出器との間における少なくとも１つの距離を意味し得る。以下にてさらに詳しく概説するとおり、距離は縦方向座標を指す、または物体における点の縦方向座標の決定に貢献し得る。付加的または代替的に、物体および／または物体の少なくとも一部の配置および／または配向に関する１つまたは複数の他の情報も決定され得る。一例として、物体および／または物体の少なくとも一部の横方向座標が決定され得る。このように、物体の位置は物体および／または物体の少なくとも一部の少なくとも１つの縦方向座標を意味し得る。付加的または代替的に、物体の位置は物体および／または物体の少なくとも一部の少なくとも１つの横方向座標を意味し得る。付加的または代替的に、物体の位置は、空間内での物体の配向を示す、物体の少なくとも１つの配向情報を意味し得る。
【００２１】
これを目的に、一例として、１つまたは複数の座標系を使用してもよく、また物体の位置は１つ、２つ、または３つ以上の座標を使用することによって決定され得る。一例として、１つまたは複数のデカルト座標系および／または他の種類の座標系が使用され得る。一例において、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もよい。以下にてさらに詳しく概説されるとおり、検出器は、検出器の主たる視野方向を構成し得る光軸を有し得る。光軸は、ｚ軸など、座標系における１本の軸を形成し得る。さらに、１本または複数の付加的な軸、好ましくはｚ軸に対して垂直な軸を設けてもよい。
【００２２】
このように、一例として、検出器は、光軸がｚ軸を形成し、また付加的にｚ軸に対して垂直かつ互いに垂直であるｘ軸とｙ軸が提供され得る座標系を構成し得る。一例として、検出器および／または検出器の一部は、この座標系の原点など、この座標系における特定の点に所在し得る。この座標系において、ｚ軸に平行または逆平行な方向を縦方向と見なすことができ、ｚ軸に沿った座標を、縦方向座標と見なすことができる。縦方向に対して垂直な任意の方向を横方向と見なすことができ、ｘ座標および／またはｙ座標を横方向座標と見なすことができる。
【００２３】
あるいは、他の種類の座標系を使用してもよい。このように、一例として、光軸がｚ軸を形成する極座標系を使用することができ、またｚ軸からの距離および極角を付加的座標として使用することができる。同じく、ｚ軸に平行または逆平行な方向を縦方向と見なすことができ、またｚ軸に沿った座標を縦方向座標と見なすことができる。ｚ軸に対して垂直な任意の方向を横方向と見なすことができ、また極座標および／または極角を横方向座標と見なすことができる。
【００２４】
本明細書で使用されるとき、光学的に検出するための検出器は一般的に、少なくとも１個の物体の位置に関する少なくとも１つの情報を提供するように適合される装置である。検出器は、固定式装置である、または移動式装置であってもよい。さらに、検出器は独立型装置である、あるいはコンピュータ、車両または他の装置など別の装置の一部を形成してもよい。さらに、検出器は携帯型装置であってもよい。検出器の他の実施形態も実現可能である。
【００２５】
検出器は、実現可能な何らかの形で少なくとも１個の物体の位置に関する少なくとも１つの情報を提供するように適合され得る。このように、情報は例えば電子的、視覚的、聴覚的に、またはこれらの任意の組み合わせの形で提供され得る。情報はさらに、検出器のデータ記憶装置もしくは別個の装置に保存する、および／または無線インターフェースならびに／もしくは有線インターフェースなど、少なくとも１つのインターフェースを介して提供してもよい。
【００２６】
本発明に係る少なくとも１個の物体を光学的に検出するための検出器は、
少なくとも１つのセンサ領域を有し、光ビームによるセンサ領域の照明に依存する形で少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計された、少なくとも１個の縦方向光学センサであって、縦方向センサ信号は、照明の総出力が同じである場合はセンサ領域内の光ビームのビーム断面に依存し、
縦方向センサ信号はさらに、縦方向光学センサの少なくとも１つの特性に依存し、縦方向光学センサの特性は調節可能である、少なくとも１個の縦方向光学センサと
縦方向光学センサの縦方向センサ信号を評価することによって、物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように設計される、少なくとも１個の評価装置と
を含む。
【００２７】
本発明では、上に挙げた構成要素は別々の構成要素であってもよい。代替的に、上に挙げた構成要素のうち複数を１つの構成要素に一体化してもよい。さらに、少なくとも１個の評価装置は、転送装置および縦方向光学センサから独立した別個の評価装置として形成されてもよいが、好ましくは縦方向センサ信号を受信できるように縦方向光学センサに接続されてもよい。代替的に、少なくとも１個の評価装置を完全にまたは部分的に、縦方向光学センサに一体化してもよい。
【００２８】
本明細書で使用されるとき、「光学センサ」は一般的に、光ビームによって生成される照明および／または光点を検出するためなど、光ビームを検出するための感光性装置を指す。光学センサは、以下にてさらに詳しく概説するとおり、物体および／または物体の少なくとも一部、例えば物体において少なくとも１本の光ビームが検出器へと移動する起点となる少なくとも一部の少なくとも１つの縦方向座標を決定するように適合され得る。
【００２９】
本明細書で使用されるとき、「縦方向光学センサ」は一般的に、光ビームによるセンサ領域の照明に依存する形で少なくとも１個の縦方向センサ信号を生成するように設計される装置であり、縦方向センサ信号は、照明の総出力が同じである場合、いわゆる「ＦｉＰ効果」に従って、センサ領域内の光ビームのビーム断面に依存する。本明細書で使用されるとき、「センサ信号」という用語は一般的に、照明に応答して縦方向光学センサによって生成される任意の記憶可能かつ転送可能な信号を指す。縦方向センサ信号は一般的に、深度として表される場合もある縦方向位置を示す任意の信号であってもよい。一例として、縦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、またはそれを含んでもよい。一例として、縦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、またはそれを含んでもよい。付加的に、代替的に、縦方向センサ信号はデジタルデータである、またはそれを含んでもよい。一例として、センサ信号は、少なくとも１つの電子信号である、またはそれを含んでもよく、少なくとも１つの電子信号はデジタル電子信号および／またはアナログ電子信号である、またはそれらを含んでもよい。縦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もよい。縦方向センサ信号はさらに、複数の個別の信号を組み合わせることにより、例えば複数の信号の平均化および／または複数の信号の商の形成によって導き出される任意の信号を含んでもよい。縦方向光学センサおよび縦方向センサ信号の潜在的実施形態については、国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号において開示されている光学センサを参照するとよい。さらに、生のセンサ信号が使用され得る、または検出器、光学センサもしくは任意の他の要素がセンサ信号を処理または前処理するように適合されることにより、フィルタリングなどによる前処理などセンサ信号としても使用され得る二次センサ信号を生成し得る。
【００３０】
本明細書で使用されるとき、「光」という用語は一般的に、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うちの１つまたは複数のスペクトル範囲の電磁放射を指す。その中で、部分的にＩＳＯ−２１３４８規格に従って、「可視スペクトル範囲」という用語は一般的に３８０ｎｍ〜７６０ｎｍのスペクトル範囲を指す。「赤外（ＩＲ）スペクトル範囲」という用語は一般的に７６０ｎｍ〜１０００μｍの範囲の電磁放射を指し、７６０ｎｍ〜１．４μｍの範囲は通常、近赤外（ＮＩＲ）スペクトル範囲として表され、１５μｍ〜１０００μｍの範囲は遠赤外（ＦＩＲ）スペクトル範囲として表される。「紫外スペクトル範囲」という用語は一般的に１ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲、好ましくは１００ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲の電磁放射を指す。好ましくは、本発明の範囲内で使用される光は可視光、すなわち可視スペクトル範囲内の光である。
【００３１】
「光ビーム」という用語は一般的に、ある量の光、具体的には本質的に同じ方向で移動し、拡散角度または拡幅角度を有する光ビームの可能性を含む、特定の方向へ放出される、ある量の光を指す。このように、光ビームは、光ビームの伝播方向に対して垂直な方向に所定の拡がりを有する光線の束であってもよい。好ましくは、光ビームは１つまたは複数のガウスビームパラメータ、例えばビームウエスト、レイリー長もしくはその他、空間内でのビーム直径および／またはビーム伝播の発達を特徴付けることに適する任意のビームパラメータもしくは複数のビームパラメータの組み合わせの１つまたは複数によって特徴付けられ得る１本または複数のガウス光ビームである、またはそれを含んでもよい。光ビームは物体から検出器へと伝播する。
【００３２】
光ビームは物体自体によって発せられ得る、すなわち物体を発生源とし得る。付加的に、代替的に、光ビームの別の発生源も実現可能である。このように、以下にてさらに詳しく概説するとおり、物体を照明する１個または複数の照明源は、１本または複数の一次光線もしくはビームなど、例えば所定の特徴を有する１本または複数の一次光線もしくはビームを使用することによって提供されてもよい。後者の場合、物体から検出器へと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装置によって反射される光ビームであってもよい。
【００３３】
少なくとも１個の縦方向センサ信号は、光ビームによる照明の総出力が同じである場合は、ＦｉＰ効果に従って、少なくとも１個の縦方向光学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。
【００３４】
本明細書で使用されるとき、「センサ領域」という用語は一般的に、好ましくは連続しており（ただし必ずしもそうでなくてもよい）、かつ連続的領域を形成し得る、２次元または３次元の、照明に依存する形で少なくとも１つの測定可能な特性を変動させるように設計される領域を意味する。一例として、前記少なくとも１つの特性は、例えば、単独もしくは光学センサの他の要素と相互作用する形で、光電圧および／または光電流および／または他の何らかの種類の信号を生成するように設計されるセンサ領域による電気的特性を含んでもよい。特に、センサ領域は、均一な、好ましくは単一の信号を、センサ領域の照明に依存する形で生成するような形で具現化され得る。センサ領域はこのように、例えば、好ましくはセンサ領域の部分領域を対象にそれ以上部分信号に再分割できない電気信号など、均一な信号が生成される縦方向光学センサの最小単位であってもよい。縦方向光学センサは１つまたは複数のこのようなセンサ領域を有してもよく、複数の場合は例えば２次元および／または３次元のマトリクス配置の形で配置される複数のこのようなセンサ領域を有してもよい。
【００３５】
本発明に係る検出器のほか、本発明の文脈で提案される他の装置および方法は、具体的には、いわゆる「ＦｉＰ」効果と同様の発想の実装として捉えることができ、ＦｉＰ効果は国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号および／または国際公開第２０１４／０９７１８１Ａ１においてさらに詳しく説明されている。これらの文献において、「ＦｉＰ」は、信号ｉが生成され得る効果を示唆し、これは照明の総出力Ｐが同じである場合、光子密度、光子束、および結果的に入射ビームの断面φ（Ｆ）に依存する。
【００３６】
本明細書で使用されるとき、「ビーム断面」という用語は一般的に、特定の位置における光ビームまたは光ビームによって生じる光点の横方向の拡がりを指す。本明細書でさらに使用されるとき、「光点」は一般的に、視認可能または検出可能な円形または非円形の、特定の位置における光ビームによる照明を指す。光点内では光が完全にもしくは部分的に散乱される、または単純に伝送され得る。円形の光点が生成される場合、半径、直径、またはガウスビームウエスト、あるいはガウスビームウエストの２倍が、ビーム断面の尺度として機能し得る。非円形の光スポットが生成される場合、実現可能な他の方式により、例えば非円形光点と同じ面積を有する円の断面を決定することにより、断面を決定することができ、これは等価ビーム断面とも呼ばれる。これに関する限り、極限値、すなわち縦方向センサ信号の最大値または最小値、特に大域的極限値の観測を、センサ領域に衝突する光ビームの断面が最小限となり得る条件、例えば光学レンズによる影響に応じてセンサ領域が焦点または焦点付近に位置し得るという条件下で採用することが可能となり得る。極限値が最大値である場合、この観測を正のＦｉＰ効果として表すことができる一方、極限値が最小値である場合はこの観測を負のＦｉＰ効果として表すことができる。
【００３７】
光ビームによるセンサ領域の照明の総出力が同じである場合、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生成し得る一方、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は、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生成する。このように、複数の縦方向センサ信号を比較することにより、ビーム断面、具体的にはビーム直径に関する少なくとも１つの情報が生成され得る。この効果について詳しくは、国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号を参照するとよい。相応に、光ビームの総出力および／もしくは強度に関する情報を得るため、かつ／または縦方向センサ信号ならびに／あるいは光ビームの総出力および／もしくは総強度についての物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を正規化するために、縦方向光学センサによって生成される複数の縦方向センサ信号を比較することができる。このように、一例として、縦方向光学センサ信号の最大値が検出され得、またすべての縦方向センサ信号がこの最大値によって分割され得ることにより、正規化された縦方向光学センサ信号が生成され、その後、この信号が、上述の既知の関係を使用することにより、物体の少なくとも１つの縦方向情報へと変換され得る。他の正規化方法、例えば縦方向センサ信号の平均値を使用して正規化し、平均値ですべての縦方向センサ信号を割るという方法も実現可能である。他の選択肢も可能である。これらの選択肢はそれぞれ、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場合に適切となり得る。加えて、結果的に光ビームの総出力および／または強度に関する情報が生成され得る。
【００３８】
このように、具体的には、物体から検出器へと伝播する光ビームの１つまたは複数の特性が既知である場合、物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を、少なくとも１個の縦方向センサ信号と物体の縦方向位置との間における既知の関係から導き出すことができる。既知の関係を、１つのアルゴリズムおよび／または１個もしくは複数の較正曲線として評価装置に保存してもよい。一例として、具体的には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の位置との間の関係を、ビームウエストと縦方向座標との間のガウス関係を使用することにより、容易に導き出すことができる。
【００３９】
縦方向センサ信号はさらに、縦方向光学センサの少なくとも１つの特性にも依存し、縦方向光学センサの特性は調節可能である。本明細書で使用されるとき、「縦方向光学センサの特性」という用語は一般的に、照明に応答しての縦方向光学センサの応答挙動に影響を及ぼす、縦方向センサの任意の特性を指す。例えば、特性は縦方向光学センサの材料特性、具体的にはセンサ領域の材料特性であってもよい。特に、特性は縦方向光学センサ、特にセンサ領域の材料の電気的特性および／または電気的特徴であってもよい。特に、特性は縦方向光学センサ、特にセンサ領域の材料の導電性であってもよい。本明細書で使用されるとき、「調節可能」という用語は一般的に、縦方向光学センサの特性の構成、変更、修正、変動の少なくとも１つを目的に縦方向光学センサに影響を及ぼすことを指す。特性は意図的に調節可能であってもよい。具体的には、縦方向光学センサの特性は、使用者および／または外部からの影響によって調節可能であってもよい。特性は予め決定される、および／または予め設定されてもよい。特性は所望の応用に依存する形で調節可能であってもよい。検出器は少なくとも１つの外部影響および／または少なくとも１つの内部影響を及ぼすように構成される少なくとも１個の切り替え装置を含んでもよい。本明細書で使用されるとき、「切り替え装置」という用語は一般的に、縦方向光学センサの特性を調節するように設計される任意の装置を指す。本明細書で使用されるとき、「内部影響」という用語は一般的に、縦方向光学センサの構成によって縦方向光学センサの特性を調節することを指す。以下にてさらに詳しく概説するとおり、検出器は少なくとも１つの電圧を縦方向光学センサに印加するように構成される少なくとも１個の電圧ソースを含んでもよい。切り替え装置は、縦方向光学センサに印加される電圧が修正される結果となるように電圧ソースに対して影響を及ぼすように構成され得る。さらに、本明細書で使用されるとき、「外部影響」という用語は一般的に、外部装置を構成することによって縦方向光学センサの特性を調節することを指す。以下にてさらに詳しく概説するとおり、検出器は少なくとも１本の光ビームを放出するように構成される少なくとも１個の照明源を含んでもよい。切り替え装置は、照明源が修正される結果となるように、例えば少なくとも１つの電気信号および／または少なくとも１つのデータ信号など、照明源に影響を及ぼすように構成され得る。例えば、照明源によって放出される光ビームの少なくとも１つの特性は、切り替え装置の影響を受けて修正される。
【００４０】
本明細書で使用されるとき、「評価装置」という用語は一般的に、情報、すなわち物体の位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように設計された任意の装置を指す。一例として、評価装置は、１個または複数の用途別集積回路（ＡＳＩＣ）など１個または複数の集積回路、ならびに／または１個または複数のコンピュータ、好ましくは１個または複数のマイクロコンピュータおよび／もしくはマイクロコントローラなど１個または複数のデータ処理装置である、またはこれらを含んでもよい。付加的な構成要素、例えばセンサ信号を受信および／または前処理するための、１個もしくは複数のＡＤコンバータおよび／または１個もしくは複数のフィルタなど１個または複数の前処理装置および／またはデータ取得装置が含まれてもよい。本明細書で使用されるとき、「センサ信号」は一般的に、縦方向センサ信号および該当する場合は横方向センサ信号の１つを指す。さらに、評価装置は１個または数個のデータ保存装置を含んでもよい。さらに、上記にて概説のとおり、評価装置は、１つもしくは複数の無線インターフェースおよび／または１つもしくは複数の有線インターフェースなど、１つまたは複数のインターフェースを含んでもよい。
【００４１】
少なくとも１個の評価装置は、情報を生成する工程を実行または補助する少なくとも１つのコンピュータプログラムなど、少なくとも１つのコンピュータプログラムを実行するように適合され得る。一例として、センサ信号を入力変数として使用することによって物体の位置への所定の変換を実行し得る１つまたは複数のアルゴリズムが実装され得る。
【００４２】
評価装置は特に、センサ信号を評価することによって情報を生成するように設計され得る少なくとも１個のデータ処理装置、特に電子データ処理装置を含んでもよい。このように、評価装置は、センサ信号を入力変数として使用し、これらの入力変数を処理することによって、物体の横方向位置および縦方向位置に関する情報を生成するように設計される。処理は並行して、または続発的に、またはさらに複合的な形で実行され得る。評価装置は、例えば少なくとも１つ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／または使用することによって、これらの情報を生成するための任意のプロセスを使用し得る。センサ信号に加え、１つまたは複数のさらなるパラメータおよび／または情報が、前記関係、例えば変調周波数に関する少なくとも１つの情報に影響し得る。この関係は、経験的、解析的または準経験的に決定され得る。特に好ましくは、この関係は、少なくとも１つの較正曲線、複数の校正曲線から成る少なくとも１つの組、少なくとも１つの関数または上述の可能性の組み合わせを含む。１つまたは複数の較正曲線は、例えば一連の値およびそれらに関連する関数値の形で、例えばデータ保存装置および／またはテーブルに保存され得る。ただし付加的に、代替的に、少なくとも１つの較正曲線を、例えばパラメータ化された形および／または関数式の形で保存してもよい。センサ信号を情報へと処理するための別々の関係を使用してもよい。代替的に、センサ信号を処理するための少なくとも１つの複合的な関係が実現可能である。様々な可能性が考えられ、これらを組み合わせることもできる。
【００４３】
一例として、評価装置は、情報を決定するためのプログラミングに関して設計され得る。評価装置は、特に少なくとも１個のコンピュータ、例えば少なくとも１個のマイクロコンピュータを含んでもよい。さらに、評価装置は１個または複数の揮発性もしくは不揮発性のデータメモリを含んでもよい。データ処理装置、特に少なくとも１個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、例えば電子テーブル、特に少なくとも１つのルックアップテーブルおよび／または少なくとも１つの用途別集積回路（ＡＳＩＣ）などの情報を決定するように設計された１個または複数のさらなる電子構成要素を含んでもよい。
【００４４】
検出器は、上述のとおり、少なくとも１個の評価装置を有する。特に、少なくとも１個の評価装置は、検出器を完全にまたは部分的に制御もしくは駆動するように設計されてもよく、これは例えば評価装置を少なくとも１個の照明源を制御するように設計する、および／または検出器の少なくとも１個の変調装置を制御するように設計することによる。評価装置は、特に、複数のセンサ信号など１つまたは複数のセンサ信号、例えば連続的な複数のセンサ信号が異なる照明変調周波数において取得される、少なくとも１つの測定周期を実行するように設計され得る。
【００４５】
評価装置は、上述のとおり、少なくとも１つのセンサ信号を評価することによって物体の位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように設計される。前記物体の位置は静的であってもよく、またはさらに物体の少なくとも１つの運動、例えば検出器またはその一部と物体またはその一部との間での相対運動を含んでもよい。この場合、相対位置は一般的に、少なくとも１つの線形運動および／または少なくとも１つの回転運動を含んでもよい。運動情報は、例えば、異なる時点で取得される複数の情報の比較によっても得られ、その結果、例えば少なくとも１つの位置情報はまた、少なくとも１つの速度情報および／または少なくとも１つの加速度情報、例えば物体またはその一部と検出器またはその一部との間における少なくとも１つの相対速度に関する少なくとも１つの情報を含んでもよい。特に、少なくとも１つの位置情報は一般的に、物体またはその一部と検出器またはその一部との間の距離、特に光路長に関する情報；物体またはその一部と任意の転送装置またはその一部との間の距離または光学的距離に関する情報；物体またはその一部の検出器またはその一部との相対的な位置に関する情報；物体および／またはその一部の検出器またはその一部との相対的な配向に関する情報；物体またはその一部と検出器またはその一部との間の相対運動に関する情報；物体またはその一部の２次元または３次元空間構成、特に物体の幾何学または形態に関する情報、これらの情報から選択され得る。したがって、一般的に、少なくとも１つの位置情報は、例えば、物体または少なくともその一部の少なくとも１つの位置に関する情報；物体またはその一部の少なくとも１つの配向に関する情報；物体またはその一部の幾何学または形態に関する情報；物体またはその一部の速度に関する情報；物体またはその一部の加速度に関する情報；検出器の可視範囲内における物体またはその一部の存在または不存在に関する情報から成る群から選択され得る。
【００４６】
少なくとも１つの位置情報は、例えば少なくとも１つの座標系、例えば検出器またはその一部が存在する座標系において指定され得る。代替的に付加的に、位置情報は単純に、例えば検出器またはその一部と物体またはその一部との間の距離のみを含む情報であってもよい。上述の可能性の組み合わせも考えられる。
【００４７】
評価装置は、少なくとも１個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って、物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように適合され得る。本発明に係る評価装置を採用することによる、物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を決定することに関するさらなる詳細については、国際公開第２０１４／０９７１８１Ａ１号の記載内容を参照するとよい。このように、一般的に、評価装置は好ましくは光ビームの伝播方向における少なくとも１つの伝播座標に対する光ビームのビーム直径の既知の依存性から、および／または光ビームの既知のガウスプロファイルから、物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を決定するために、光ビームのビーム断面および／または直径を光ビームの既知の特性と比較するように適合され得る。
【００４８】
評価装置は縦方向光学センサ信号を一義的に評価するように設計され得る。評価装置は光ビームのビーム断面と物体の縦方向位置との間における既知の関係の曖昧さを解消するように構成され得る。このように、たとえ物体から検出器へと伝播する光ビームのビーム特性が完全にまたは部分的に既知であっても、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ことが知られている。このように、光ビームのビーム断面が最も狭くなる焦点の前後において、光ビームの伝播の軸に沿って、光ビームの断面が同じになる位置が複数生じる。このように、一例として、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。
【００４９】
この文脈で、２０１５年１０月２８日に出願された欧州特許出願第１５１９１９６０．２号を参照するとよい。同出願の全内容が参照によって本明細書に組み込まれる。特異的なスペクトル感度を有する縦方向光学センサを１個だけ使用する場合、光ビームの総体的な出力または強度が既知であれば、光ビームの比断面が決定され得る。この情報を使用することにより、焦点からの各縦方向光学センサの距離ｚ０が決定され得る。ただし、各縦方向光学センサが焦点の前または後のどちらに位置するかを決定するには、付加的な情報、例えば物体および／もしくは検出器の動きの履歴および／または検出器が焦点の前もしくは後のどちらにあるかに関する情報が必要となる。典型的な状況では、この付加的情報が提供されない場合もある。このように、曖昧さを解消するために、検出器は複数の縦方向光学センサを含んでもよい。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の縦方向光学センサ上の光ビームのビーム断面が第２の縦方向光学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の縦方向光学センサが第１の縦方向光学センサの後に位置する場合、評価装置は、光ビームが引き続き狭まる途中であり、第１の縦方向光学センサの位置は光ビームの焦点より前に位置すると決定し得る。反対に、第１の縦方向光学センサ上の光ビームのビーム断面が第２の縦方向光学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、光ビームが拡大中であり、第２の縦方向光学センサの位置が焦点より後方にあると決定し得る。一般的に、評価装置は、異なる縦方向光学センサの縦方向センサ信号を比較することにより、光ビームが拡がるか狭まるかを認識するように適合され得る。
【００５０】
ただし、具体的には費用効率と空間要件を視野に、物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を一義的に、単一の縦方向光学センサを使用することによって決定するのが望ましい場合がある。このように、縦方向光学センサは少なくとも２つの操作モードで操作可能であってもよい。本明細書で使用されるとき、「操作モード」という用語は、縦方向光学センサにおける１つの状態、特に操作状態を指す。操作モードは縦方向光学センサにおける調節可能な特性に依存し得る。光ビームが縦方向光学センサに衝突する場合、縦方向光学センサは第１の操作モードにおいて、第２の操作モードで生成される縦方向センサ信号と比べて異なる縦方向センサ信号を生成し得る。本明細書で使用されるとき、「少なくとも２つの操作モードで操作可能」という用語は一般的に、縦方向光学センサが各操作モードにおいて縦方向センサ信号を生成するように構成されている状態を指す。このように、縦方向光学センサは、少なくとも２つの操作モードにおいて少なくとも１個の物体を光学的に検出するように構成され得る。
【００５１】
検出器は、縦方向光学センサの特性の調節によって複数の操作モード間の切り替えおよび／または変更が可能になるように構成され得る。具体的には、切り替え装置を、縦方向光学センサにおける少なくとも２つの操作モードを切り替えるように構成してもよい。切り替え装置は、ＦｉＰベースの検出器における複数の操作状態を切り替える、特に、ＦｉＰ検出器がＦｉＰベースの検出を実行できる操作状態と、ＦｉＰ検出器がＦｉＰベースの検出を実行できない状態とを切り替えるように構成され得る。
【００５２】
例えば、縦方向光学センサの特性に応じて少なくとも１つの正の操作モードにおいて、センサ領域内で光ビームによって生じる光点の断面の減少に伴って縦方向センサ信号の振幅が増加し得る。上記にて概説のとおり、少なくとも１個の縦方向センサ信号は、光ビームによる照明の総出力が同じである場合、少なくとも１個の縦方向光学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。正の操作モードでは、縦方向センサ信号は、総出力が同じである場合、センサ領域上またはセンサ領域内の光点における１つもしくは複数の集束および／または１つもしくは複数の特定のサイズについて、少なくとも１つの顕著な最大値を示し得る。比較を目的に、センサ領域に衝突する光ビームの断面が最小限であるという条件、例えば光学レンズによる影響に応じてセンサ領域が焦点または焦点付近に位置し得るという条件で縦方向センサ信号の最大値が観測される状態を、「正のＦｉＰ効果」と呼ぶことができる。
【００５３】
さらに、例えば、縦方向光学センサの特性に応じて少なくとも１つの負の操作モードにおいて、センサ領域内で光ビームによって生じる光点の断面の減少に伴って縦方向センサ信号の振幅が減少し得る。上記にて概説のとおり、少なくとも１個の縦方向センサ信号は、光ビームによる照明の総出力が同じである場合、少なくとも１個の縦方向光学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。負の操作モードでは、縦方向センサ信号は、総出力が同じである場合、センサ領域上またはセンサ領域内の光点における１つもしくは複数の集束および／または１つもしくは複数の特定のサイズについて、少なくとも１つの顕著な最小値を示し得る。比較を目的に、センサ領域に衝突する光ビームの断面が最小限であるという条件、例えば光学レンズによる影響に応じてセンサ領域が焦点または焦点付近に位置し得るという条件で縦方向センサ信号の最小値が観測される状態を、「負のＦｉＰ効果」と呼ぶことができる。
【００５４】
さらに、例えば、縦方向センサの特性に応じて少なくとも１つのニュートラル操作モードにおいて、縦方向センサ信号の振幅は本質的に、センサ領域内で光ビームによって生じる光点の断面の変動と無関係と考えられる。特に、縦方向センサ信号は本質的に焦点と無関係と考えられる。本明細書で使用されるとき、「本質的に断面の変動と無関係」という用語は、縦方向センサ信号が断面の変動と無関係な状態を指し、発生し得る縦方向センサ信号の振幅の変動が少なくとも±１０％、好ましくは±５％、より好ましくは±１％の範囲である。特に、ニュートラルモードでは大域的極限値が観測されない場合がある。
【００５５】
検出器は、正の操作モード、負の操作モードおよびニュートラル操作モードから成る群における少なくとも２つの操作モード間の切り替えおよび／または変更が可能になるように構成され得る。このように、例えば、縦方向光学センサは正の操作モードであってもよい。切り替え装置は、縦方向光学センサの操作モードが例えば負の操作モードまたはニュートラル操作モードへと変化する結果となるように少なくとも１つの外部影響および／または少なくとも１つの内部影響を及ぼすように構成され得る。例えば、縦方向光学センサは負の操作モードであってもよい。切り替え装置は、縦方向光学センサの操作モードが例えば正の操作モードまたはニュートラル操作モードへと変化する結果となるように少なくとも１つの外部影響および／または少なくとも１つの内部影響を及ぼすように構成され得る。例えば、縦方向光学センサはニュートラル操作モードであってもよい。切り替え装置は、縦方向光学センサの操作モードが例えば正の操作モードまたは負の操作モードへと変化する結果となるように少なくとも１つの外部影響および／または少なくとも１つの内部影響を及ぼすように構成され得る。
【００５６】
評価装置は、縦方向光学センサの操作モードを決定するように設計され得る。評価装置を、縦方向光学センサの操作モードを分類するように構成してもよい。特に、評価装置を、大域的最小値または大域的最大値など、大域的極限値を観測および／または識別するように構成してもよい。極限値が観測または識別されない場合、評価装置は操作モードをニュートラル操作モードとして分類してもよい。評価装置は、縦方向センサ信号の分析、特に縦方向センサ信号の曲線分析を実行するように構成され得る。
【００５７】
評価装置は、縦方向センサ信号の振幅を決定するように構成され得る。評価装置は、少なくとも２つの操作モードにおいて縦方向センサ信号を順次または同時のいずれかまたは両方の形で決定するように設計され得る。このように、評価装置は少なくとも２つの縦方向センサ信号を同時に評価するように構成され得る。評価装置は、少なくとも２つの異なる操作モードにおいて決定される少なくとも２つの縦方向センサ信号を考察することによって曖昧さを解消するように設計され得る。このように、少なくとも２つの縦方向センサ信号が評価され、第１の縦方向センサ信号が第１の操作モードにおいて評価され、第２の縦方向センサ信号が第２の操作モードにおいて評価されてもよい。評価装置を、第１の縦方向センサ信号と第２の縦方向センサ信号を比較することによって曖昧さを解消するように構成してもよい。縦方向センサ信号を正規化し、光ビームの強度と無関係に物体の縦方向位置に関する情報を生成するよう、評価装置を適合させてもよい。例えば、第１または第２の縦方向センサ信号の１つが、参照信号として選択され得る。例えば、ニュートラル操作モードにおいて評価される縦方向センサ信号が参照信号として選択され得る。例えば、正の操作モードまたは負の操作モードにおいて評価される縦方向センサ信号の少なくとも１つが参照信号として選択され得る。選択される参照信号と他の縦方向信号との比較により、曖昧さが排除され得る。光ビームの総出力および／もしくは強度に関する情報を得るため、かつ／あるいは縦方向センサ信号ならびに／または光ビームの総出力および／もしくは総強度についての物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を正規化するために、複数の縦方向センサ信号を比較することができる。例えば、選択される参照縦方向センサ信号、特にニュートラル操作モードにおいて評価される縦方向センサ信号による分割によって縦方向センサ信号が正規化される結果、正規化後の縦方向光学センサ信号を生成しその後、上述の既知の関係を使用することによって、物体の少なくとも１つの縦方向情報へと変換することができる。このように、変換は光ビームの総出力および／または強度と無関係であってもよい。例えば、正の操作モードまたは負の操作モードの片方において評価される少なくとも１つの縦方向センサ信号を、正の操作モードまたは負の操作モードのもう片方において評価される縦方向センサ信号で割ってもよい。このように、分割によって曖昧さが排除され得る。
【００５８】
縦方向光学センサの特性は、電気的および／または光学的に調節可能であってもよい。
【００５９】
検出器は、少なくとも１個のバイアシング装置を含んでもよい。本明細書で使用されるとき、「バイアシング装置」という用語は一般的に、縦方向光学センサの材料にわたりバイアス電圧を印加するように構成される装置を指す。縦方向光学センサの特性は、バイアシング装置によって電気的に調節可能であってもよい。縦方向光学センサに少なくとも１つのバイアス電圧を印加するように、バイアシング装置を構成してもよい。以下にてさらに詳しく概説するとおり、縦方向光学センサの特性は、異なるバイアス電圧を使用することによって調節可能であってもよい。
【００６０】
縦方向光学センサは、光伝導モードで駆動される少なくとも１個の光ダイオードを含んでもよく、その場合、光伝導モードとは光ダイオードを採用する電気回路を指し、少なくとも１個の光ダイオードが逆バイアスモードで含まれ、光ダイオードの陰極が陽極に対して正の電圧によって駆動される。本発明によれば、少なくとも１個の縦方向光学センサは少なくとも１つのセンサ領域を示してもよく、センサ領域は少なくとも１個の光伝導性材料を含んでもよい。本明細書で使用されるとき、「光伝導性材料」という用語は、電流を持続する能力があることから特異的な導電性を示す材料を指し、具体的には導電性は材料の照明に依存する。電気抵抗は導電性の逆値として定義されることから、代替的に「光抵抗性材料」という用語も同種の材料の命名に使用され得る。この種の材料において、電流を少なくとも１個の第１の電気接点経由でこの材料を通って少なくとも１個の第２の電気接点へと誘導することができ、第１の電気接点は第２の電気接点から隔離され得る一方、第１の電気接点および第２の電気接点はいずれも材料と直接接続されている状態である。これを目的に、直接接続は、高導電性物質、特に金、銀、白金またはパラジウムなどの金属のほか、これらの金属の少なくとも１つを含む合金に、接点領域におけるめっき、溶接、はんだ付け、または蒸着など最新技術から既知の任意の措置を施すことによって提供され得る。
【００６１】
さらに、縦方向光学センサのセンサ領域は少なくとも１本の光ビームによって照明され得る。照明の総出力が同じである場合、センサ領域の導電性は結果的に、センサ領域内の光ビームのビーム断面に依存してもよく、ビーム断面積はセンサ領域内で入射ビームによって生成される「スポットサイズ」として表すことができる。このように、光伝導性材料の導電性が、光伝導性材料を含むセンサ領域における入射光ビームによる照明の範囲に依存するという観察可能な特性は特に、同じ総出力を含むがセンサ領域上で生成するスポットサイズが異なる２本の光ビームはセンサ領域内での光伝導性材料の伝導性について異なる値を提供し、結果的に相互に区別可能であるという状況を達成するものである。
【００６２】
さらに、縦方向センサ信号は電圧信号および／または電流信号など電気信号の印加によって決定され得ることから、縦方向センサ信号の決定時に、電気信号が横切る材料の導電性を考慮に入れてもよい。以下にてさらに詳しく説明するとおり、縦方向光学センサと直列の形で採用されるバイアス電圧ソースおよび負荷抵抗器の適用が、好ましくは本発明において使用され得る。結果として、センサ領域内に光伝導性材料を含む縦方向光学センサは原則として、センサ領域内の光ビームのビーム断面を、縦方向センサ信号の記録から、例えば少なくとも２つの縦方向センサ信号や、ビーム断面に関する少なくとも１つの情報、具体的にはビーム直径を比較することなどによって決定することを可能にする。
【００６３】
国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号から既知であるとおり、縦方向光学センサはセンサ領域の照明に依存する形で少なくとも１個の縦方向センサ信号を生成するように設計され、センサ信号は、照明の総出力が同じである場合、センサ領域上での照明のビーム断面に依存する。一例として、光電流Ｉの測定結果がレンズの位置の関数として提供される場合、レンズは縦方向光学センサのセンサ領域に対する電磁放射に焦点を合わせるように構成される。測定中、レンズはセンサ領域に対して垂直の方向を向いている縦方向光学センサを基準として、結果的にセンサ領域上の光点の直径が変化する形で動かされる。この特定の例では、光起電装置、特に色素太陽電池がセンサ領域内の材料として採用され、縦方向光学センサの信号、この例で言えば光電流が明らかに照明の幾何形状に依存する結果、レンズの焦点の最大値の範囲外では光電流がその最大値の１０％未満にまで低下する。
【００６４】
この効果は、センサ領域内の材料としてシリコンダイオードやゲルマニウムダイオードを使用することによって実行される同様の測定に関して、特に顕著である。この場合、従来型の光学センサが使用されるが、センサ信号は、総出力が同じである場合、センサ信号の照明の幾何形状とは実質的に無関係である。このように、ＦｉＰ効果に従って、縦方向センサ信号は、総出力が同じである場合、センサ領域上またはセンサ領域内の光点における１つもしくは複数の集束および／または１つもしくは複数の特定のサイズについて、少なくとも１つの顕著な最大値を示す。比較を目的に、対応する材料に衝突する光ビームの断面が最小限であるという条件、例えば光学レンズによる影響に応じて材料が焦点または焦点付近に位置し得るという条件で縦方向センサ信号の最大値が観測される場合、これを「正のＦｉＰ効果」と呼ぶことができる。これまでに認められた範囲で言えば、上述の光起電装置、特に色素太陽電池は、上記のような状況下で正のＦｉＰ効果をもたらす。
【００６５】
この文脈で、２０１５年１０月２８日に出願された欧州特許出願第１５１９１９６０．２号を参照するとよい。同出願の全内容が参照によって本明細書に組み込まれる。センサ領域の照明に依存する形で少なくとも１個の縦方向センサ信号を生成するように設計される縦方向光学センサにおける採用に適する材料のさらなる区分として、光伝導性材料が提案され、センサ信号は、照明の総出力が同じである場合、センサ領域上での照明のビーム断面に依存する。この区分に該当する光伝導性材料は「負のＦｉＰ効果」を示す可能性があり、これは正のＦｉＰ効果の定義に対応する形で、対応する材料に衝突する光ビームの断面が最小限であるという条件、特に光学レンズによる影響に応じて材料が焦点または焦点付近に位置し得るという条件下における縦方向センサ信号の最小値の観測を指す。結果的に、光伝導性材料は、好ましくは負のＦｉＰ効果の出現が有利または必要となり得る状況下で使用され得る。
【００６６】
これに関する限り、本明細書において光伝導性材料と光起電材料との違いを取り上げることができる。光起電材料を含む縦方向光学センサでは、個々のセンサ領域の照明が、決定対象となる光電流または光電圧を提供し得る電荷担体を生成し得る。一例として、光ビームが光起電材料に入射し得る場合、材料の価電子帯内に存在し得る電子がエネルギーを吸収することによって励起され、電子が遊離導電性電子として挙動し得る伝導帯へとジャンプし得る。反対に、光伝導性材料を含む縦方向光学センサでは、センサ領域の抵抗性が対応するセンサ領域の照明によって変化し得ることにより、材料中で観測可能な導電性の変化を、材料にわたり印加される電圧の変動によって、または材料経由で印加される電流の値が変化する状態で、例えば材料にわたるバイアス電圧の印加によって、監視することができる。これを目的に、バイアス電圧ソースおよび負荷抵抗器を、特に縦方向光学センサと直列接続する形で採用することができる。
【００６７】
光伝導性材料の挙動を光起電材料と比較した場合のこの違いは、生成される電荷担体の密度が光子放射照度に比例し得るという合理的想定によって説明され得るが、担体密度が高くなると、電子ホール再結合の確率が高くなる可能性があり、この状態は「オージェ再結合」とも呼ばれ得る。本発明では、オージェ再結合を支配的損失機構と捉えることができる。したがって、光子放射強度が増大し得る場合、担体の寿命が短くなる可能性があり、これは光伝導性材料において前述の効果をもたらす結果となり得る。結果として、光伝導性材料を含む縦方向光学センサは、概して、光起電材料を含む既知の縦方向光学センサの特性とは著しく異なり、変動し得る挙動を示し得る。
【００６８】
本発明の目的上、縦方向光学センサのセンサ領域に使用される光伝導性材料は、好ましくは無機光伝導性材料、有機光伝導性材料またはそれらの組み合わせを含んでもよい。例えば、使用できる光伝導性材料は２０１５年１０月２８日に出願された欧州特許出願第１５１９１９６０．２号に記載されている場合がある。これに関する限り、無機光伝導性材料は特に、セレン、テルル、セレン−テルル合金、金属酸化物、第４族の元素または化合物、すなわち第４族に属する元素または少なくとも１つの第４族元素を含む化合物、第３族−第５族化合物、すなわち少なくとも１つの第３族元素と少なくとも１つの第５族元素を含む化合物、第２族−第６族化合物、すなわち少なくとも１つの第２族元素と少なくとも１つの第６族元素を含む化合物、および／または好ましくは硫化物カルコゲニド、セレン化物カルコゲニド、三元カルコゲニド、四元以上のカルコゲニドから成る群から選択され得るカルコゲニドの１つまたは複数を含んでもよい。ただし、他の無機光伝導性材料も同様に適切となり得る。
【００６９】
セレン（Ｓｅ）に関して、この材料は長年にわたり、光伝導特性を示すことから初期のテレビジョン、ビジコンカメラチューブおよび乾式複写法において採用されてきたことが知られており、さらに光伝導性セルのセンサ領域にも使用することができると言える。セレン−テルル合金に関して、Ｐ．Ｈ．Ｋｅｃｋ、Ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｉｎ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｃｏａｔｅｄ  Ｓｅｌｅｎｉｕｍ  Ｆｉｌｍｓ、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ、４２、２２１−２２５頁、１９５２に、５〜９質量％のテルルの添加を含む結果、テルルの添加を含まないセレン層と比べ光伝導性を高める能力を有し、さらに、４００ｎｍ〜８００ｎｍの光学スペクトル範囲全体にわたり高いスペクトル応答を生み出す光伝導性セレン層が記載されている。さらに、光伝導特性を提供するため、米国特許第４，２８６，０３５Ａ号では、セレン−テルル合金において、少なくとも１種のハロゲンの濃縮物を５ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの範囲で光伝導層へ同時に追加することにより、テルル量をさらに５質量％〜最大２０質量％増やすことができ、ハロゲンはフッ素、塩素、臭素およびヨウ素から成る群から選択されるということを開示している。
【００７０】
金属酸化物に関して、この種の半導体材料は、光伝導特性を示し得る既知の金属酸化物、特に酸化銅（ＩＩ）（ＣｕＯ）、酸化銅（Ｉ）（ＣｕＯ２）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化銀（Ａｇ２Ｏ）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）を含む群から選択され得る。さらに、三元または四元以上の金属酸化物も適用可能となり得る。後でさらに詳しく説明するとおり、透明特性または半透明特性をも同時に示し得る金属酸化物の選択が好ましい場合がある。
【００７１】
第４族の元素または化合物に関して、この種の半導体材料はドープダイヤモンド（Ｃ）、ドープシリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、およびシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む群から選択され得る。高い抵抗性、長い電荷担体寿命、および低い表面再結合率を、特に同時に示し得る、シリコンベースの光伝導体を提供するため、低いドーパント濃度および低い欠陥密度を含むドープシリコン、例えばシリコンフロートゾーンウェハー内に存在するシリコンが、好ましくは選択され得る。この目的に対し、シリコンウェハーは特に、
ドーパント材料の原子における１０１３ｃｍ−３、１０１２ｃｍ−３、１０１１ｃｍ−３またはもっと低いドーパント濃度と、
１０３・Ωｃｍ、好ましくは５・１０３・Ωｃｍ、より好ましくは１０４・Ω・ｃｍ以上の電気抵抗と、
５００μｍ、より好ましくは３００μｍから１μｍ、より好ましくは１０μｍの範囲の厚さとを、一方では所望の長い電荷担体寿命を提供するために、他方では目標波長において有意な量の光を吸収する上で十分な量の材料を提供するために
示し得る。
【００７２】
第３族−第５族化合物に関して、この種の半導体材料はアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、リン化ホウ素（ＢＰ）、ヒ化ホウ素（ＢＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、リン化アルミニウム（ＡｌＰ）、ヒ化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、およびアンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）を含む群から選択され得る。
【００７３】
第２族−第６族化合物に関して、この種の半導体材料は硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、硫化水銀（ＨｇＳ）、セレン化水銀（ＨｇＳｅ）、テルル化水銀（ＨｇＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣｄＺｎＴｅ）、テルル化水銀カドミウム（ＨｇＣｄＴｅ）、テルル化水銀亜鉛（ＨｇＺｎＴｅ）、およびセレン化水銀亜鉛（ＣｄＺｎＳｅ）を含む群から選択され得る。ただし、他の第２族−第６族化合物も実現可能と考えられる。
【００７４】
特に好適な一実施形態において、光伝導性材料はいわゆる「オーム接触」によって接触され得る。本発明で使用されるとき、オーム接触とは、オームの法則に従って線形の電流対電圧比を示すが、上述の光起電特性を一切含まない電気的接合を指し得る。オーム接触を提供するため、金、銀、銀−ニッケル、銀−鉄、銀−黒鉛、銀−酸化カドミウム、銀−酸化スズ、銅、白金、パラジウム、パリネイ合金、インジウム、ガリウム、またはインジウムアマルガムを採用することができ、インジウムまたはガリウムは好ましくは硫化カドミウム（ＣｄＳ）と組み合わせて使用することができる一方、インジウムアマルガムは特に他の第２族−第６族の化合物との使用に適切となり得る。
【００７５】
上述のとおり、カルコゲニドは、好ましくは硫化物カルコゲニド、セレン化物カルコゲニド、テルル化物カルコゲニド、三元カルコゲニド、四元以上のカルコゲニドを含む群から選択され、好ましくは縦方向光学センサのセンサ領域内で光伝導性材料としての使用に適切となり得る。この選好は特に、この種の材料が既に、赤外スペクトル範囲向けの光学検出器を含め、多数の様々な応用分野において費用効率と信頼性の双方を有することが既知であるという理由に基づくものであってもよい。
【００７６】
特に、硫化物カルコゲニドは硫化鉛（ＰｂＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化水銀（ＨｇＳ）、硫化銀（Ａｇ２Ｓ）、硫化マンガン（ＭｎＳ）、三硫化ビスマス（Ｂｉ２Ｓ３）、三硫化アンチモン（Ｓｂ２Ｓ３）、三硫化ヒ素（Ａｓ２Ｓ３）、硫化スズ（ＩＩ）（ＳｎＳ）、二硫化スズ（ＩＶ）（ＳｎＳ２）、硫化インジウム（Ｉｎ２Ｓ３）、硫化銅（ＣｕＳ）、硫化コバルト（ＣｏＳ）、硫化ニッケル（ＮｉＳ）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、二硫化鉄（ＦｅＳ２）、および三硫化クロム（ＣｒＳ３）を含む群から選択され得る。
【００７７】
特に、セレン化物カルコゲニドはセレン化鉛（ＰｂＳｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、三セレン化ビスマス（Ｂｉ２Ｓｅ３）、セレン化水銀（ＨｇＳｅ）、三セレン化アンチモン（Ｓｂ２Ｓｅ３）、三セレン化ヒ素（Ａｓ２Ｓｅ３）、セレン化ニッケル（ＮｉＳｅ）、セレン化タリウム（ＴｌＳｅ）、セレン化銅（ＣｕＳｅ）、二セレン化モリブデン（ＭｏＳｅ２）、セレン化スズ（ＳｎＳｅ）、セレン化コバルト（ＣｏＳｅ）、およびセレン化インジウム（Ｉｎ２Ｓｅ３）を含む群から選択され得る。
【００７８】
特に、テルル化物カルコゲニドはテルル化鉛（ＰｂＴｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、テルル化水銀（ＨｇＴｅ）、三テルル化ビスマス（Ｂｉ２Ｔｅ３）、三テルル化ヒ素（Ａｓ２Ｔｅ３）、三テルル化アンチモン（Ｓｂ２Ｔｅ３）、テルル化ニッケル（ＮｉＴｅ）、テルル化タリウム（ＴｌＴｅ）、テルル化銅（ＣｕＴｅ）、二テルル化モリブデン（ＭｏＴｅ２）、テルル化スズ（ＳｎＴｅ）、テルル化コバルト（ＣｏＴｅ）、テルル化銀（Ａｇ２Ｔｅ）、およびテルル化インジウム（Ｉｎ２Ｔｅ３）を含む群から選択され得る。
【００７９】
特に、三元カルコゲニドはテルル化水銀カドミウム（ＨｇＣｄＴｅ）、テルル化水銀亜鉛（ＨｇＺｎＴｅ）、硫化水銀カドミウム（ＨｇＣｄＳ）、硫化鉛カドミウム（ＰｂＣｄＳ）、硫化鉛水銀（ＰｂＨｇＳ）、二硫化銅インジウム（ＣｕＩｎＳ２）、硫セレン化カドミウム（ＣｄＳＳｅ）、硫セレン化亜鉛（ＺｎＳＳｅ）、硫セレン化タリウム（ＴｌＳＳｅ）、硫化カドミウム亜鉛（ＣｄＺｎＳ）、硫化カドミウムクロム（ＣｄＣｒ２Ｓ４）、硫化水銀クロム（ＨｇＣｒ２Ｓ４）、硫化銅クロム（ＣｕＣｒ２Ｓ４）、セレン化カドミウム鉛（ＣｄＰｂＳｅ）、二セレン化銅インジウム（ＣｕＩｎＳｅ２）、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）、硫化一酸化鉛（Ｐｂ２ＯＳ）、セレン化一酸化鉛（Ｐｂ２ＯＳｅ）、硫セレン化鉛（ＰｂＳＳｅ）、セレン化テルル化ヒ素（Ａｓ２Ｓｅ２Ｔｅ）、リン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＰ）、ヒ化リン化ガリウム（ＧａＡｓＰ）、リン化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＰ）、亜セレンカドミウム（ＣｄＳｅＯ３）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣｄＺｎＴｅ）、およびセレン化カドミウム亜鉛（ＣｄＺｎＳｅ）、前述の２成分カルコゲニドおよび／または２成分第３族−第５族化合物に属する化合物の適用によるさらなる組み合わせを含む群から選択され得る。
【００８０】
四元以上のカルコゲニドに関して、この種の材料は適切な光伝導特性を示すことが既知と考えられる四元以上のカルコゲニドから選択され得る。
【００８１】
一般的に、三次元結晶構造を有し、光学ギャップが用途のスペクトル領域に近いまたはそれ未満である半導体材料が関心の的になると考えられるのは、さらなる材料でのドーピング、またはナノ結晶質、微晶質もしくは非晶質の構造の獲得のいずれかによってトラップレベルが導入され得る場合である。ドーピングは特に、半導体の帯構造、好ましくは伝導帯をドーピング材料のエネルギーレベルによって、好ましくはエネルギー的に伝導帯より高いまたは低いエネルギーレベルによって増強し得る形で、金属原子または塩を半導体へ追加することによって達成され得る。特定の一例として、Ｆ．Ｓｔｏｅｃｋｍａｎｎ、Ｓｕｐｅｒｌｉｎｅａｒ  ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ、Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓｏｌｉｄｉ  ３４、７５１−７５７、１９６９によれば、正のＦｉＰ効果および負のＦｉＰ効果の両方を光伝導性材料中で達成することができ、この場合、光伝導性材料は、選択された光伝導性材料内でのトラップおよび／または再結合の中心の位置および／または濃度が異なる状態の影響を受ける可能性がある。
【００８２】
代替的に、付加的に、有機光伝導性材料は特に、有機化合物、特に適切な光伝導特性を含むことが既知と考えられる有機化合物、好ましくは一般的に乾式複写法で使用される化合物であるポリビニルカルバゾールである、またはこれを含んでもよい。ただし他にも、以下にて詳述する多数の有機分子が実現可能と考えられる。
【００８３】
印刷システムおよび画像処理システムについては、Ｐ．Ｇｒｅｇｏｒｙ編、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｏｆ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ａｎｄ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｃｈａｐｍａｎ  ＆  Ｈａｌｌ、１９９６、第４章、Ｒ．Ｓ．Ｇａｉｒｎｓ、Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ、７６−１１２頁の記事を参照するとよく、同文献には乾式複写法技術や、乾式複写法で使用される個々の光伝導体が記載されている。本明細書では、特定の一例として、Ｒ．Ｍ．Ｓｃｈａｆｆｅｒｔ、ＩＢＭ  Ｊ．Ｒｅｓ．Ｄｅｖｅｌｏｐ．、１９７１、７５−８９頁によって初めて紹介された、以下の
【化１】
2018536169.tif 000003
におけるドナー分子としてのポリビニルカルバゾール（１）および受容体モジュールとしてのトリニトロフルオレノン（２）に基づく電荷移動錯体を含むシステムを使用してもよい。
【００８４】
この例から導き出すことができるのは、有機光伝導体が概して無機光伝導体と比べ、特に、対応する光伝導工程の性質に対する賜物として、異なる２種類の有機材料から成るシステムを含み得るという点が異なるということである。この選択の理由は、電界内に位置する有機光伝導体に衝突する光が吸収され得、その後、一対の電荷を生成し得、これがさらに、有機光伝導体の光伝導性に影響を及ぼし得る電流の形で輸送され得るという観測に見て取ることができる。
【００８５】
有機光伝導体を使用する場合、このように、上述の２種類の工程、すなわち一方での電荷の生成を他方での電荷からの輸送と分離することが、異なる２種類の有機材料を採用することによって実現可能となり得、これらの有機材料をドナーに似た「電子ドナー材料」または「電荷生成材料」、略して「ＣＧＭ」、および受容体に似た「電子受容体材料」または「電荷輸送材料」、略して「ＣＴＭ」として表すことができる。上述の例から導き出すことができるとおり、ポリビニルカルバゾール（１）を電荷生成材料として捉えることができる一方、トリニトロフルオレノン（２）を電荷輸送材料として捉えることができ、これらはそれぞれ、有機電荷輸送錯体を含む上述のシステムにおいてドナー分子および受容体分子として働く。
【００８６】
特に好適な一実施形態において、有機光伝導体はこのように、少なくとも１個の共役芳香族分子、好ましくは高度共役芳香族分子、特に染料または顔料を、好ましくは電荷生成材料として採用する形で含んでもよい。これに関する限り、光伝導特性を示す共役芳香族分子の特に好適な例として、フタロシアニン（金属フタロシアン、特にＴｉＯフタロシアニンなど）、ナフタロシアニン（金属ナフタロシアニン、特にＴｉＯナフタロシアニンなど）、サブフタロシアニン（金属サブフタロシアニンなど）、ペリレン、アントラセン、ピレン、オリゴチオフェン、ポリチオフェン、フラーレン、インジゴイド色素（チオインジゴなど）、ビスアゾ顔料、スクアリリウム色素、チアピリリウム色素、アゼレニウム色素、ジチオケトピロロピロール、キナクリドンおよびその他、ジブロモアンタンスロンなど光伝導特性を示し得る有機材料、またはそれらの誘導体もしくは組み合わせが挙げられる。ただし、さらなる共役芳香族分子、または付加的に、他の種類の有機材料も、無機材料と組み合わさる形で実現可能となり得る。
【００８７】
フタロシアニンについては、Ｆｒａｎｋ  Ｈ．Ｍｏｓｅｒ  ａｎｄ  Ａｒｔｈｕｒ  Ｌ．Ｔｈｏｍａｓ、Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、Ｒｅｉｎｈｏｌｄ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１９６３、６９−７６頁、およびＡｒｔｈｕｒ  Ｌ．Ｔｈｏｍａｓ、Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ、Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ、１９９０、２５３−２７２頁を参照するとよい。これらの文献に記載されているとおり、以下の
【化２】
2018536169.tif 000004
におけるジヒドロゲンフタロシアニン（３）または金属フタロシアニン（４）を好ましくは本発明に係る検出器に使用してもよく、式中、金属フタロシアニン（４）は好ましくはマグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）または亜鉛（Ｚｎ）から、あるいはＡｌ−Ｃｌ、Ｇａ−Ｃｌ、Ｉｎ−Ｃｌ、ＴｉＯＣｌ、ＶＯ、ＴｉＯ、ＨＧａ、Ｓｉ（ＯＨ）２、Ｇｅ（ＯＨ）２、Ｓｎ（ＯＨ）２またはＧａ（ＯＨ）のうちいずれか１つなど無機化合物中に含まれる金属から選択される金属Ｍを含んでもよい。
【００８８】
インジゴイド色素については米国特許第４，９５２，４７２Ａ号を参照するとよく、同文献では以下の３つの構造（５ａ、５ｂ、５ｃ）
【化３】
2018536169.tif 000005
が開示されており、式中、ＸはＯ、ＳまたはＳｅであってもよい。
【００８９】
本発明では、好適なインジゴイドは以下の化合物４，４’，７，７’−テトラクロロチオインジゴ（６）
【化４】
2018536169.tif 000006
を含んでもよく、これは例えばＫ．Ｆｕｋｕｓｈｉｍａ  ｅｔ  ａｌ．、Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｃａｒｒｉｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｈｉｏｉｎｄｉｇｏ  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｂ、１０２、１９８８、５９８５−５９９０頁において開示されている。
【００９０】
ビスアゾ顔料に関して、好適な一例としてクロロジアンブルー（７）が挙げられ、これは以下の構造
【化５】
2018536169.tif 000007
を含む。
【００９１】
ペリレン誘導体に関して、好ましくは以下の
【化６】
2018536169.tif 000008
におけるペリレンビスイミド（８ａ）またはペリレンモノイミド（８ｂ）を光伝導性有機材料として使用してもよく、式中、Ｒは有機残留物、好ましくは分岐または非分岐のアルキル鎖である。
【００９２】
スクアリリウム色素に関して、好適な一例は以下の
【化７】
2018536169.tif 000009
の分子（９）を含んでもよい。
【００９３】
チアピリリウム色素に関して、好適な一例は以下の構造を有する
【化８】
2018536169.tif 000010
の分子（１０）を含んでもよい。
【００９４】
さらに、米国特許第４，５６５，７６１Ａ号では、以下の好適な化合物（１１）
【化９】
2018536169.tif 000011
など、多数のアズレニウム色素を開示している。
【００９５】
ジチオケトピロロピロールに関して、米国特許第４，７６０，１５１Ａ号では、以下の好適な化合物（１２）
【化１０】
2018536169.tif 000012
など、多数の化合物を開示している。
【００９６】
キナクリドンに関して、米国特許第４，７６０，００４Ａ号では、以下の好適な光伝導性化合物（１３）
【化１１】
2018536169.tif 000013
を含め、様々なチオキナクリドンおよびイソチオキナクリドンを開示している。
【００９７】
上述のとおり、以下のジブロモアンタントロン（１４）
【化１２】
2018536169.tif 000014
などさらなる有機材料も、本発明に係る検出器に使用する上で十分な光伝導特性を示し得る。
【００９８】
さらに、例えば米国特許第３，１１２，１９７Ａ号もしくは欧州特許第０１１２１６９Ａ２号またはこれらの文献に記載の個々の参考文献においてさらに指定されているものなど、少なくとも１つの光伝導体および少なくとも１個の増感剤を含む混合物も、本発明に係る検出器での使用に適切となり得る。相応に、色素増感剤を含む光伝導層をこの目的に使用してもよい。
【００９９】
好ましくは、電子ドナー材料および電子受容体材料は光伝導性材料を混合物の形で含む層内に含まれ得る。一般的な用法として、「混合物」という用語は複数の個別の化合物の配合に関し、個別の化合物は混合物内で各々の化学的同一性を維持する。特に好適な一実施形態において、混合物は電子ドナー材料および電子受容体材料を１：１００〜１００：１、より好ましくは１：１０〜１０：１、特に好ましくは１：２〜２：１、例えば１：１の比率で含んでもよい。ただし、個々の化合物の他の比率も、特に関係する個々の化合物の種類および数に応じて適用可能となり得る。好ましくは、混合物の形で含まれる電子ドナー材料および電子受容体材料は、電子ドナー材料が支配的に、特に完全に存在し得るドナー領域の相互浸透性ネットワークと、電子受容体材料が支配的に、特に完全に存在し得る受容体領域の相互浸透性ネットワークとを構成し得、その場合、ドナー領域と受容体領域との間に界面区域が存在し得、また伝導性経路がパーコレーション経路の形で、対応する領域を個々の電極へ接続し得る。
【０１００】
さらなる好適な一実施形態において、光伝導層中の電子ドナー材料はドナーポリマー、特に有機ドナーポリマーを含んでもよい一方、電子受容体材料は、好ましくはフラーレンベースの電子受容体材料、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）、ペリレン誘導体、および受容体ポリマーを含む群から選択される受容体小分子を含んでもよい。このように、電子ドナー材料はドナーポリマーを含み得る一方、電子受容体材料は受容体ポリマーを含み得る結果、全ポリマー光伝導層の基礎を提供する。特定の一実施形態において、コポリマーが同時に、ドナーポリマーの１つおよび受容体ポリマーの１つから構成されてもよく、これは結果的にコポリマーの成分各々の機能に基づいて「プッシュプルコポリマー」として表すこともできる。一般的な用法として、「ポリマー」という用語は、通常は「モノマー」または「単量体単位」として表される多数の分子の繰り返し単位を一般的に含むマクロ分子組成物を指す。ただし本発明の目的上、合成有機ポリマーが好適な場合もある。これに関する限り、「有機ポリマー」という用語は、一般的に有機化合物として帰属され得る単量体単位の性質を指す。本明細書で使用されるとき、「ドナーポリマー」という用語は、特に電子を電子ドナー材料として提供するように適合され得るポリマーを指す。同様に、「受容体ポリマー」という用語は、特に電子を電子受容体材料として受け取るように適合され得るポリマーを指す。好ましくは、有機電子ドナー材料および有機電子受容体材料を含む層は、厚さが１００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲を示してよい。
【０１０１】
このように、少なくとも１つの電子ドナー材料はドナーポリマー、特に有機ドナーポリマーを含んでもよい。好ましくは、ドナーポリマーは、単一結合と多重結合とを交互に入れ替えることによって、一体的に結合している複数の原子から成る群にわたり、非局在化電子が分配され得る共役系を含んでもよく、共役系は環式、非環式および線形の１つまたは複数であってもよい。このように、有機ドナーポリマーは、好ましくは以下のポリマー、
ポリ［３−ヘキシルチオフェン−２，５．ジイル］（Ｐ３ＨＴ）、
ポリ［３−（４−ｎ−オクチル）−フェニルチオフェン］（ＰＯＰＴ）、
ポリ［３−１０−ｎ−オクチル−３−フェノチアジン−ビニレンチオフェン−コ−２，５−チオフェン］（ＰＴＺＶ−ＰＴ）、
ポリ［４，８−ビス［（２−エチルヘキシル）オキシ］ベンゾ［１，２−ｂ：４，５−ｂ’］ジチオフェン−２，６−ジイル］［３−フルオロ−２−［（２−エチルヘキシル）カルボニル］チエノ［３，４−ｂ］チオフェンジイル］（ＰＴＢ７）、
ポリ［チオフェン−２，５−ジイル−オルト−［５，６−ビス（ドデシルオキシ）ベンゾ［ｃ］［１，２，５］チアジアゾール］−４，７−ジイル］（ＰＢＴ−Ｔ１）、
ポリ［２，６−（４，４−ビス−（２−エチルヘキシル）−４Ｈ−シクロペンタ［２，１−ｂ；３，４−ｂ’］ジチオフェン）−オルト−４，７（２，１，３−ベンゾチアジアゾール）］（ＰＣＰＤＴＢＴ）、
ポリ［５，７−ビス（４−デカニル−２−チエニル）−チエノ（３，４−ｂ）ジアチアゾールチオフェン−２，５］（ＰＤＤＴＴ）、
ポリ［Ｎ−９’−ヘプタデカニル−２，７−カルバゾール−オルト−５，５−（４’，７’−ジ−２−チエニル−２’，１’，３’−ベンゾチアジアゾール）］（ＰＣＤＴＢＴ）、または
ポリ［（４，４’−ビス（２−エチルヘキシル）ジチエノ［３，２−ｂ；２’，３’−ｄ］シロール）−２，６−ジイル−オルト−（２，１，３−ベンゾチアジアゾール）−４，７−ジイル］（ＰＳＢＴＢＴ）、
ポリ［３−フェニルヒドラゾンチオフェン］（ＰＰＨＴ）、
ポリ［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、
ポリ［２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキシルオキシ）−１，４−フェニレン−１，２−エテニレン−２，５−ジメトキシ−１，４−フェニレン−１，２−エテニレン］（Ｍ３ＥＨ−ＰＰＶ）、
ポリ［２−メトキシ−５−（３’，７’−ジメチルオクチルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＤＭＯ−ＰＰＶ）、
ポリ［９，９−ジ−オクチルフルオレン−コ−ビス−Ｎ，Ｎ−４−ブチルフェニル−ビス−Ｎ，Ｎ−フェニル−１，４−フェニレンジアミン］（ＰＦＢ）、
またはこれらの誘導体、修飾体もしくは混合物
の１つまたは複数から選択され得る。
【０１０２】
ただし、他の種類のドナーポリマーまたはさらなる電子ドナー材料、特に赤外スペクトル範囲、特に１０００ｎｍ超の範囲で感受性であるポリマー、好ましくはジケトピロロピロールポリマー、特に欧州特許第２８１８４９３Ａ１号に記載のポリマー、より好ましくは同文献において「Ｐ−１」から「Ｐ−１０」として表されているポリマー、国際公開第２０１４／０８６７２２Ａ１号において開示されているベンゾチオフェンポリマー、特にベンゾジチオフェン単位を含むジケトピロロピロールポリマー、米国特許第２０１５／０１３２８８７Ａ１号に記載のジチオベンゾフランポリマー、特にジケトピロロピロール単位を含むジチエノベンゾフランポリマー、米国特許第２０１５／０１１１３３７Ａ１号に記載のフェナントロ［９，１０−Ｂ］フランポリマー、特にジケトピロロピロール単位を含むフェナントロ［９，１０−Ｂ］フランポリマー、および米国特許２０１４／０２１７３２９Ａ１号に記載のようなジケトピロロピロールオリゴマーを特に１：１０または１：１００のオリゴマー対ポリマー比で含むポリマー組成物も適切となり得る。
【０１０３】
さらに上述のとおり、電子受容体材料は、好ましくはフラーレンベースの電子受容体材料を含んでもよい。一般的な用法として、「フラーレン」という用語は、バックミンスターフラーレン（Ｃ６０）および関連する球体フラーレンを含む、純粋な炭素から成るケージ状の分子を指す。原則として、Ｃ２０〜Ｃ２０００の範囲のフラーレンを使用してもよく、Ｃ６０〜Ｃ９６の範囲、特にＣ６０、Ｃ７０およびＣ８４が好適である。最も好適なのは、化学的に修飾されたフラーレン、特に
［６，６］−フェニル−Ｃ６１−酪酸メチルエステル（ＰＣ６０ＢＭ）、
［６，６］−フェニル−Ｃ７１−酪酸メチルエステル（ＰＣ７０ＢＭ）、
［６，６］−フェニル−Ｃ８４−酪酸メチルエステル（ＰＣ８４ＢＭ）、または
インデン−Ｃ６０ビス付加体（ＩＣＢＡ），
のほか、Ｃ６０またはＣ７０の成分を１種または複数含む二量体、特に
１つの付着オリゴエーテル（ＯＥ）鎖（Ｃ７０−ＤＰＭ−ＯＥ）を含むジフェニルメタノフラーレン（ＤＰＭ）成分、または
２つの付着オリゴエーテル（ＯＥ）鎖（Ｃ７０−ＤＰＭ−ＯＥ）を含むジフェニルメタノフラーレン（ＤＰＭ）成分、
またはこれらの誘導体、修飾体もしくは混合物
の１つまたは複数である。ただし、ＴＣＮＱまたはペリレン誘導体も適切となり得る。
【０１０４】
代替的に、付加的に、電子受容体材料は好ましくは受容体ポリマーを含んでもよい。一般的に、シアネート化ポリ（フェニレンビニレン）、ベンゾチアジアゾール、ペリレンまたはナフタレンジイミドに基づく共役ポリマーがこの目的に対し好適である。特に、受容体ポリマーは、好ましくは以下のポリマー、
シアノ−ポリ［フェニレンビニレン］（ＣＮ−ＰＰＶ）（Ｃ６−ＣＮ−ＰＰＶまたはＣ８−ＣＮ−ＰＰＶなど）、
ポリ［５−（２−（エチルヘキシルオキシ）−２−メトキシシアノテレフタリリデン］（ＭＥＨ−ＣＮ−ＰＰＶ）、
ポリ［オキサ−１，４−フェニレン−１，２−（１−シアノ）−エチレン−２，５−ジオクチルオキシ−１，４−フェニレン−１，２−（２−シアノ）−エチレン−１，４−フェニレン］（ＣＮ−エーテル−ＰＰＶ）、
ポリ［１，４−ジオクチルオキシ−ｐ−２，５−ジシアノフェニレンビニレン］（ＤＯＣＮ−ＰＰＶ）、
ポリ［９，９’−ジオクチルフルオレン−コ−ベンゾチアジアゾール］（ＰＦ８ＢＴ）、
またはこれらの誘導体、修飾体もしくは混合物
の１つまたは複数から選択され得る。ただし、他の種類の受容体ポリマーも適切となり得る。
【０１０５】
ドナーポリマーまたは電子受容体材料として使用され得る上述の化合物について詳しくは、Ｌ．Ｂｉａｎａ、Ｅ．Ｚｈｕａ、Ｊ．Ｔａｎｇａ、Ｗ．Ｔａｎｇａ、ａｎｄ  Ｆ．Ｚｈａｎｇ、Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｉｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３７、２０１２、１２９２−１３３１頁、Ａ．Ｆａｃｃｈｅｔｔｉ、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｔｏｄａｙ、第１６巻、第４号、２０１３、１２３−１３２頁、およびＳ．Ｇｕｅｎｅｓ  ａｎｄ  Ｎ．Ｓ．Ｓａｒｉｃｉｆｔｃｉ、Ｉｎｏｒｇａｎｉｃａ  Ｃｈｉｍｉｃａ  Ａｃｔａ  ３６１、２００８、５８１−５８８頁、ならびにこれらの文献に記載の個々の参考文献によるレビュー記事を参照するとよい。さらなる化合物はＦ．Ａ．Ｓｐｅｒｌｉｃｈの論文、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｏｆ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ａｎｄ  Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅｓ  ｆｏｒ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ、Ｊｕｌｉｕｓ−Ｍａｘｉｍｉｌｉａｎｓ−Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｅｔ  Ｗｕｅｒｚｂｕｒｇ、２０１３および同文献にて引用の参考文献に記載されている。
【０１０６】
本明細書で使用されるとき、「光伝導モード」は光ダイオードを採用する電気回路を指し、このモードでは少なくとも１個の光ダイオードが逆バイアスモードで含まれる、すなわち光ダイオードの陰極が陽極に対して正の電圧で駆動される。これは、ゼロバイアスを使用するいわゆる「光起電モード」と対照的である。光伝導モードを光ダイオードに適用すると、一般的に、照明の総出力が同じである場合に光電流はセンサ領域内での光ビームのビーム断面に依存することが認められるという観測に繋がる。結果的に、縦方向センサ信号が導電性に依存することから、少なくとも１つの縦方向センサ信号を記録すれば、センサ領域内の光ビームのビーム断面を決定可能となることにより、上述のとおり、物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成可能となる。
【０１０７】
上記にて概説のとおり、光伝導モードを光ダイオードに適用すると、一般的に、照明の総出力が同じである場合に光電流はセンサ領域内での光ビームのビーム断面に依存することが認められるという観測に繋がる。縦方向光学センサの特性は、異なるバイアス電圧を光ダイオードに印加することによって電気的に調節可能であってもよい。バイアシング装置はバイアス電圧ソースを含んでもよい。縦方向光学センサの特性は、バイアシング装置によって電気的に調節可能であってもよい。バイアシング装置は、縦方向光学センサの操作モードの間での切り替えが可能となり得る形で、少なくとも２つの異なるバイアス電圧を光ダイオードに印加するように構成され得る。例えば、光ダイオードを非バイアス状態にして光起電モードとなるように、ゼロバイアスを使用してもよい。この条件下では、縦方向光学センサはニュートラル操作モードであってもよい。例えば、非ゼロのバイアス電圧を光ダイオードに印加する、具体的には正の電圧など逆バイアスを陰極に印加してもよい。この条件下では、縦方向光学センサは正または負の操作モードであってもよい。バイアス電圧を設定するために、バイアス電圧ソースに影響を及ぼすように切り替え装置を適合させてもよい。縦方向光学センサの特性を調節するには、電圧が変化した後、一定の期間が必要となり得る。ただし、第１の操作モードでの検出とその後の第２の操作モードでの検出の間の期間を可能な限り短く設定することができる。
【０１０８】
センサ領域は、金属または半導体材料など、電流を持続する能力のある少なくとも１つの材料を含んでもよい。本発明では、材料の少なくとも１つの特性、すなわち材料の導電性または別の材料の特性、例えば材料の伝熱性、吸収性、散乱特性、誘電特性、磁気特性、もしくは光学特性、特に材料の偏光、反射率、屈折率、または伝送率などは、照明の総出力が同じである場合、センサ領域内の光ビームのビーム断面に依存する。
【０１０９】
結果として、縦方向センサ信号は、本発明に係る検出器の目的のために採用される材料の少なくとも１つの特性に依存し得る。結果的に、少なくとも１つの縦方向センサ信号の記録によって少なくとも１つの特性を測定すれば、センサ領域内の光ビームのビーム断面の決定が可能となることにより、上述のとおり、物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成可能となり得る。本発明では、縦方向信号は電圧または電流など電気信号であってもよいが、最初は異なる種類の物理信号、特に光学信号であってもよく、次いでこの信号が電気信号へと変換され、次いでこれがさらに縦方向センサ信号として処理されてもよい。本発明のこの態様に関するさらなる詳細については、上述および／または後述の、光学検出器の他の態様に関する説明を参照するとよい。
【０１１０】
電流を持続する能力を有する材料は、非晶質シリコン、非晶質シリコンを含む合金、微結晶シリコンもしくはテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）の１つまたは複数を含んでもよい。一般的な用法として、「非晶質シリコン」という用語は、略して「ａ−Ｓｉ」とも呼ばれ、シリコンの非晶質同素形態に関する。非晶質シリコンを含む合金は、シリコンと炭素を含む非晶質合金またはシリコンとゲルマニウムを含む非晶質合金であってもよい。最新技術からさらに既知のとおり、非晶質シリコンはそれを１つの層、特に薄膜として、適切な基板上に蒸着させることによって取得することができる。ただし、他の方法も適用可能となり得る。さらに、非晶質シリコンは特に水素を使用することによって不動態化することができ、これの適用により、非晶質シリコン内の多数のダングリングボンドを桁違いに減らすことができる。結果として、水素化非晶質シリコン、通常は略して「ａ−Ｓｉ：Ｈ」は、示し得る欠陥量が少ないことから、光学装置に使用することができる。
【０１１１】
この特定の実施形態において、縦方向光学センサは、少なくとも１個の第１の電極および少なくとも１個の第２の電極を有する光検出器であってもよい一方、非晶質シリコンは、好ましくは第１の電極と第２の電極との間に配置されてもよい。特に、縦方向光学センサに衝突し得る光ビームが非晶質シリコンを含む層に到達することを促すことを目的に、複数の電極の少なくとも１個、特に入射光ビームの経路内に配置され得る電極は、少なくとも一部が光学的に透明であるものが選択され得る。本発明では、少なくとも一部が光学的に透明な電極は少なくとも１つの透明導電性酸化物（ＴＣＯ）、特に少なくとも１つのインジウムドープスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッソドープスズ酸化物（ＦＴＯ）、およびアルミニウムドープ亜鉛酸化物（ＡＺＯ）を含んでもよい。ただし、電極材料として適切となり得る、光学的に透明な他の種類の材料も適用可能となり得る。残りの１個または複数の電極は、「背後電極」とも表され、これらは特に縦方向光学センサ内の光ビームの経路外に位置する限り、光学的に不透明であってもよい。本発明では、少なくとも１個の光学的に不透明な電極は、好ましくは金属電極、特に銀（Ａｇ）電極、白金（Ｐｔ）電極、アルミニウム（Ａｌ）電極、および金（Ａｕ）電極のうち１つまたは複数を含んでもよい。好ましくは、光学的に不透明な電極は均一な金属層を含んでもよい。代替的に、光学的に不透明な電極は、多数の部分電極として配置される分割電極、または金属格子形式の分割電極であってもよい。
【０１１２】
好ましくは、第１の電極と第２の電極との間に配置される非晶質シリコンは、ＰＩＮダイオードの形で配置され得る。一般的な用法として、「ＰＩＮダイオード」という用語は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に配置されるｉ型半導体層を含む電子装置を指す。最新技術から既知であるとおり、ｎ型半導体層では電荷担体が圧倒的に電子によって提供される一方、ｐ型半導体層では電荷担体が圧倒的にホールによって提供される。好適な一実施形態において、ｐ型半導体層は部分的にまたは完全に、非晶質シリコンカーバイドで構成され得る。さらに、ｉ型半導体層は、非ドープ固有非晶質シリコンを含む。特に、本発明に係る縦方向光学センサにおいて、ｉ型半導体層は、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層それぞれの厚さを超える、特に少なくとも２倍、好ましくは少なくとも５倍、より好ましくは少なくとも１０倍以上の厚さを示し得る。一例として、ｉ型半導体層の厚さは１００ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲、特に６００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲であってもよい一方、ｎ型およびｐ型両方の半導体層の厚さは５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲、特に１０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲であってもよい。
【０１１３】
非晶質シリコンを含むＰＩＮダイオードの形で提供される光起電ダイオードは一般的に、非線形の周波数応答を示すことが知られている。結果として、正および／または負のＦｉＰ効果は縦方向センサにおいて観測され得、そのうえ、縦方向センサは実質的に、０Ｈｚ〜５０ｋＨｚの光ビームの変調周波数範囲では周波数に依存しない状態となり得る。上述の特徴の発生を実証する実験結果を、以下にて詳しく説明する。さらに、非晶質シリコンを含む光学検出器は、個々の半導体材料の豊富な存在、容易な生産経路、および他の既知のＦｉＰ装置と比べ大幅に高い信号対ノイズ比という、特別な優位性を示し得る。
【０１１４】
さらに、ＰＩＮダイオードの外部量子効率を入射ビームの波長と対比した場合の挙動を考慮に入れると、ＰＩＮダイオードが特に適切となり得る入射ビームの波長範囲に関する見識がもたらされ得る。本発明において、「外部量子効率」という用語は、本発明のセンサにおける光電流に寄与し得る光子束の割合を指す。結果として、非晶質シリコンを含むＰＩＮダイオードは３８０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲にまで拡大し得る波長範囲内での外部量子効率について特に高い値を示し得る一方、外部量子効率はこの範囲外の波長、特に３８０ｎｍ未満の波長、すなわちＵＶ範囲内と、７００ｎｍ超の波長、特にＮＩＲ範囲内では低くなる結果、８００ｎｍを超えると消えてしまいそうなほど小さくなり得る。結果的に、複数の半導体層の少なくとも１つにおいて非晶質シリコンを含むＰＩＮダイオードを、好ましくは、可視スペクトル範囲の大部分、特に３８０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲をカバーする範囲内に入射ビームが波長を有する場合に、少なくとも１個の物体を光学的に検出するための本発明に係る検出器に採用することができる。
【０１１５】
代替的に、好ましくは入射ビームがＵＶスペクトル範囲内の波長を有し得る場合に本発明に係る検出器において採用され得る、さらなるＰＩＮダイオードが提供され得る。本明細書で使用されるとき、「ＵＶスペクトル範囲」という用語は１ｎｍ〜４００ｎｍの電磁スペクトル部分、特に１００ｎｍ〜４００ｎｍの部分をカバーし得、またＩＳＯ規格ＩＳＯ−２１３４８により勧告されているとおり、多数の範囲に細分化することができ、本発明で提供される代替的ＰＩＮダイオードは特に、４００ｎｍ〜３１５ｎｍの紫外Ａ範囲、略して「ＵＶＡ」および／または３１５ｎｍ〜２８０ｎｍの紫外Ｂ範囲、略して「ＵＶＢ」について適切となり得る。これを目的に、代替的ＰＩＮダイオードは上述および／または後述の非晶質シリコンを含むＰＩＮダイオードと同一または同様の配置を示し得、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）または水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）はそれぞれ、少なくとも部分的にシリコンおよび炭素の非晶質合金（ａ−ＳｉＣ）または好ましくは水素化非晶質シリコン炭素合金（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）に置き換えることができる。この種の代替的ＰＩＮダイオードは、ＵＶ波長範囲内、好ましくは２８０ｎｍ〜４００ｎｍの完全なＵＶＡおよびＵＶＢの波長範囲にわたり、高い外部量子効率を示し得る。本発明では、水素化非晶質シリコン炭素合金（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）を、好ましくはプラズマ強化蒸着工程において、典型的にはＳｉＨ４およびＣＨ４をプロセスガスとして使用することによって生産することができる。ただし、ａ−ＳｉＣ：Ｈを提供するための他の生産方法も適用可能となり得る。
【０１１６】
先行技術から既知であるとおり、水素化非晶質シリコン炭素合金ａ−ＳｉＣ：Ｈを含む層は通常、水素化非晶質シリコンａ−Ｓｉ：Ｈを含む層内での電子移動性と比べ、著しく小さいホール移動性を示し得る。このように、ａ−ＳｉＣ：Ｈを含む層を、ｐドープホール抽出層として、特に装置において光ビームが装置に進入し得る側に配置する形で採用することができる。この配置の結果として、ホールが光電流に貢献できるようになるために移動していなければならないと考えられる距離を、大幅に低減することができる。結果的に、ｐ型半導体層が２ｎｍ〜２０ｎｍ、好ましくは４ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば５ｎｍの厚さを示し得るＰＩＮダイオードを、本発明に係る検出器に提供すれば、有利となり得る。さらに、ＵＶスペクトル範囲内、特にＵＶＡスペクトル範囲および／またはＵＶＢスペクトル範囲内の波長を有し、この種の薄いｐ型半導体層を含むＰＩＮダイオードの側面に衝突し得る特定の光ビームが吸収され得る。加えて、この種の薄層はさらに、電子が層を横断することを可能にする結果、ＰＩＮダイオードにおいて隣接するｉ型半導体層に進入することを可能にし得る。本発明では、好ましくはａ−ＳｉＣ：Ｈを含み得るｉ型半導体層は同様に、２ｎｍ〜２０ｎｍ、好ましくは４ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば５ｎｍの厚さを示し得る。ただし、複数の半導体層の少なくとも１つが少なくとも部分的にａ−ＳｉＣ：Ｈを含み得る、他の種類のＰＩＮダイオードも実現可能となり得る。
【０１１７】
上述のとおり、光電流の生産に関係する非線形効果は、これらの種類の半導体層を含むＰＩＮダイオードを備える縦方向センサにおいて、ＦｉＰ効果の発生の基礎を構成し得る。結果として、この種の縦方向センサは、特にＵＶ応答が要求され得る用途、例えばＵＶスペクトル範囲内で光学的現象を観測する能力を持たせるために使用され得る、またはＵＶスペクトル範囲内の少なくとも１つの波長を放出し得るアクティブ標的が使用され得る場合などに適切となり得る。
【０１１８】
代替的に、好ましくは入射ビームがＮＩＲスペクトル範囲内の波長を有し得る場合に本発明に係る検出器に採用され得る、さらなるＰＩＮダイオードが提供され得る。本明細書で使用されるとき、「ＮＩＲスペクトル範囲」という用語は略して「ＩＲ−Ａ」とも呼ばれ、ＩＳＯ規格ＩＳＯ−２１３４８により勧告されているとおり、７６０ｎｍ〜１４００ｎｍの電磁スペクトル部分をカバーし得る。これを目的に、代替的ＰＩＮダイオードは上述および／または後述の非晶質シリコンを含むＰＩＮダイオードと同一または同様の配置を示し得、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）または水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）はそれぞれ、少なくとも部分的に微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）の１種、好ましくは水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）、またはゲルマニウムおよびシリコンの非晶質合金（ａ−ＧｅＳｉ）、好ましくは水素化非晶質ゲルマニウムシリコン合金（ａ−ＧｅＳｉ：Ｈ）に置き換えることができる。このさらなる種類のＰＩＮダイオードは、少なくとも部分的に７６０ｎｍ〜１４００ｎｍ、特に７６０ｎｍ〜１０００ｎｍのＮＩＲ波長範囲をカバーし得る波長範囲にわたり、高い外部量子効率を示し得る。一例として、μｃ−Ｓｉを含むＰＩＮダイオードは、おおよそ５００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲に及ぶ波長範囲にわたり、無視できない量子効率を有する。
【０１１９】
本発明では、水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）を、好ましくはＳｉＨ４とＣＨ４の気体混合物から生産することができる。結果として、典型的なサイズが５ｎｍ〜３０ｎｍの範囲であり、互いに１０ｎｍ〜２００ｎｍの間隔の秩序正しい基板材料の列の間に配置された微結晶を含む基板上の、２相の材料を得ることができる。ただし、必ずしもそうとは限らないが、μｃ−Ｓｉ：Ｈの代替的配置に繋がり得る、μｃ−Ｓｉ：Ｈを提供するための別の生産方法も適用可能となり得る。さらに、水素化非晶質ゲルマニウムシリコン合金（ａ−ＧｅＳｉ：Ｈ）を、好ましくはＳｉＨ４、ＧｅＨ４、およびＨ２を共通の反応装置内でプロセスガスとして使用することによって生産することができる。この場合も同じく、ａ−ＧｅＳｉ：Ｈを提供するための他の生産方法が実現可能となり得る。
【０１２０】
μｃ−Ｓｉ：Ｈおよびａ−ＧｅＳｉ：Ｈをａ−Ｓｉ：Ｈと比較すると、μｃ−Ｓｉ：Ｈおよびａ−ＧｅＳｉ：Ｈを含む半導体層は電荷担体の無秩序置換に起因する局在化が同等または増加し得る結果、大幅に非線形の周波数応答を示す。上述のとおり、これは、これらの種類の半導体層を含むＰＩＮダイオードを備える縦方向センサにおいて、ＦｉＰ効果の発生の基礎を構成し得る。結果として、この種の縦方向センサは、特にＮＩＲ応答が要求され得る用途、例えば暗視能力または霧中視界などの用途に使用され得る、またはＮＩＲスペクトル範囲内の少なくとも１つの波長を放出するアクティブ標的が使用され得る場合、例えばＮＩＲ照明源を使用することにより、動物または人間を未撹乱の状態に維持し得る場合に有利となり得る事例などに適切となり得る。
【０１２１】
縦方向光学センサの特性は、光ビームの少なくとも１つの特性によって調節可能、特に変更可能であってもよい。本発明では、光ビームの少なくとも１つの特性は、光ビームの波長、変調周波数もしくは強度の１つまたは複数であってもよい。光ビームは１つまたは複数の変調周波数によって変調され得る。例えば、光ビームの焦点は、１つまたは複数の変調周波数を使用する光ビームの変調によって調節可能、特に変更可能であってもよい。特に、光ビームは縦方向光学センサに衝突する際、合焦する場合もあれば焦点が外れる場合もある。光ビームの少なくとも１つの特性は、少なくとも１個の照明源など少なくとも１個の光源の特性である、またはそれに関連する特性であってもよい。光ビームの特性は、光源のサイズに関する特性であってもよい。このように、光源のサイズは、例えば拡散装置、特に少なくとも１個の拡散ディスク、少なくとも１個のレンズもしくは少なくとも１個のマスク、特に少なくとも１つのドットパターンの１つまたは複数によって可変および／または調節可能であってもよい。例えば、一実施形態において、少なくとも１個のＬＥＤが拡散装置と組み合わせて使用され得る。検出器はさらに、少なくとも１個の照明源を含んでもよく。物体から出る光は、物体自体から生じてもよいが、任意で、異なる起点を有していてもよく、この起点から物体へと伝播し、その後、光学センサへと伝播してもよい。後者の場合、例えば使用中の少なくとも１個の照明源に影響され得る。照明源は様々な形で具現化され得る。このように、照明源は例えば検出器ハウジング内の検出器の一部であってもよい。ただし、代替的に、付加的に、少なくとも１個の照明源は検出器ハウジング外に、例えば別個の光源として配置されてもよい。照明源は物体から離れて配置され、ある距離から物体を照明してもよい。代替的に、付加的に、照明源は物体に接続される、またはさらに物体の一部とされてもよく、その結果、一例として、物体から発生する電磁放射は照明源によって直接生成されてもよい。一例として、少なくとも１個の照明源は物体の表面および／または内部に配置されてもよく、センサ領域を照明する手段となる電磁放射を直接生成してもよい。この照明源は、例えば環境光源である、もしくはそれを含む、および／または人工照明源である、またはそれを含んでもよい。一例として、少なくとも１個の赤外線放出装置および／または少なくとも１個の可視光放出装置および／または少なくとも１個の紫外光放出装置を、物体の表面に配置してもよい。一例として、少なくとも１個の発光ダイオードおよび／もしくは少なくとも１個のレーザダイオードを、物体の表面および／または内部に配置してもよい。照明源は特に、レーザ、特にレーザダイオード（ただし原則として、代替的に、付加的に、他の種類のレーザも使用され得る）、発光ダイオード、白熱電球、ネオンライト、炎源、熱源、有機光源（特に有機発光ダイオード）、構造化された光源、これらの照明源の１つまたは複数を含んでもよい。代替的に、付加的に、他の照明源を使用してもよい。特に好適なのは、例えば多数のレーザの場合に少なくともおおよそ当てはまるとおり、ガウスビームプロファイルを有する１本または複数の光ビームを生成するように照明源が設計される場合である。任意の照明源のさらなる潜在的実施形態については、国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号および国際公開第２０１４／０９７１８１Ａ１号の１つを参照するとよい。さらに、他の実施形態も実現可能である。
【０１２２】
少なくとも１個の任意の照明源は、一般的に、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の範囲の少なくとも１つに該当する光を放出し得る。最も好ましくは、少なくとも１個の照明源は、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に適合される。本発明において特に好適なのは、縦方向センサのスペクトル感度に関連付けられ得るスペクトル範囲を照明源が示し得る場合、特に、個々の照明源によって照明され得る縦方向センサが高い強度のセンサ信号を提供し得ることを確保する結果、十分な信号対ノイズ比での高光分解能評価が可能となり得る場合である。
【０１２３】
照明源を、波長が異なる少なくとも２本の光を放出するように適合させてもよい。少なくとも１つの第１の波長での光の放出と少なくとも１つの第２の波長での光の放出を切り替えるように、照明源を構成してもよい。照明源を少なくとも２本の光ビームを放出するように設計してもよく、その場合、第１の光ビームの少なくとも１つの特性は第２の光ビームの少なくとも１つの特性と異なってもよく、特性は光ビームの波長、変調周波数、または強度から成る群から選択され得る。光ビームは１つまたは複数の変調周波数によって変調され得る。例えば、光ビームの焦点は、１つまたは複数の変調周波数を使用する光ビームの変調によって調節可能、特に変更可能であってもよい。特に、光ビームは縦方向光学センサに衝突する際、合焦する場合もあれば焦点が外れる場合もある。光ビームの少なくとも１つの特性は、少なくとも１個の照明源など少なくとも１個の光源の特性である、またはそれに関連する特性であってもよい。光ビームの特性は、光源のサイズに関する特性であってもよい。このように、光源のサイズは、例えば拡散装置、特に少なくとも１個の拡散ディスク、少なくとも１個のレンズもしくは少なくとも１個のマスク、特に少なくとも１つのドットパターンの１つまたは複数によって可変および／または調節可能であってもよい。例えば、一実施形態において、少なくとも１個のＬＥＤが拡散装置と組み合わせて使用され得る。例えば、使用者および／または評価装置および／または切り替え装置による影響など、少なくとも１つの外部影響が、照明装置による波長切り替えの誘因となり得る。例えば、照明源は、波長が異なる光を放出するように適合される少なくとも１個の光源を含んでもよく、その場合、放出される光ビームの波長は、特に外部影響によって調節可能であってもよい。切り替え装置を、放出される光ビームの波長および／または放出される少なくとも２本の光ビームの波長を設定するために照明源に影響を及ぼすように適合させてもよい。例えば、照明源は複数の光源を含んでもよく、その場合、複数の光源は波長が異なる光を放出するように構成される。このように、第１の光源が第１の波長を有する光ビームを提供し、第２の光源が第２の波長を有する光ビームを提供してもよい。第１の光ビームと第２の光ビームは同時または順次に放出され得る。例えば、照明源が２個の光源を含む場合、第１の光ビームを提供する第１の光源は、第２の光源が第２の光ビームを提供し得る間、スイッチが入ったままの状態であってもよい。第１の光ビームが第１の波長を有し、第２の光ビームが第２の波長を有してもよく、その場合、縦方向光学センサの特性は第１の光ビームおよび第２の光ビームでの照明によって調節される、特に変化し得る。第１の光ビームによる照明の結果、縦方向光学センサがニュートラル操作モード、正の操作モードまたは負の操作モードのいずれかとなるように縦方向光学センサの特性が調節され得る。光ビームの１つの特性から光ビームの別の特性への切り替え、例えば１つの波長から別の波長への変化が、位相感受性測定の一部であってもよい。これは例えばロックイン増幅器測定における測定結果の直接参照を可能にし得る。第２の光ビームによる照明の結果、縦方向光学センサが第１の光ビームによる照明中の操作モードとは異なる別の操作モードになるように縦方向光学センサの特性が調節され得る。少なくとも２つの波長の切り替えにより、縦方向光学センサが少なくとも２つの操作モードで操作可能となるように縦方向光学センサの特性が調節され得る。上記にて概説のとおり、評価装置は、少なくとも２つの操作モードにおいて決定される少なくとも２つの縦方向センサ信号の考察によって曖昧さを解消するように設計され得る。
【０１２４】
例えば、第１の波長は第２の波長と比べ短い波長であってもよい。特に、第１の波長は可視スペクトル範囲、好ましくは３８０〜４５０ｎｍの範囲、より好ましくは３９０〜４２０ｎｍの範囲、最も好ましくは４００〜４１０ｎｍの範囲であってもよい。例えば、第２の波長も可視スペクトル範囲、好ましくは５００〜５６０ｎｍの範囲、より好ましくは５１０〜５５０ｎｍの範囲、最も好ましくは５２０〜５４０ｎｍの範囲であってもよい。
【０１２５】
照明源は、物体に少なくとも部分的に接続され、および／または物体と少なくとも部分的に同一である照明源と、物体を少なくとも部分的に一次放射で照明するように設計された照明源から選択され得る。光ビームは、物体表面での一次放射の反射および／または物体自体による発光が一次放射によって刺激されることによって生成され得る。縦方向光学センサのスペクトル感度は照明源のスペクトル範囲によってカバーされ得る
【０１２６】
照明源は、人工照明源、特に少なくとも１個のレーザ光源および／または少なくとも１個の白熱電球および／または少なくとも１個の半導体光源、例えば少なくとも１個の発光ダイオード、特に有機および／または無機の発光ダイオードを含み得る。一般的に定義されるビームプロファイルおよび他の操作特性の関係上、少なくとも１個のレーザ光源を照明源として使用するのが特に好適である。例えば、照明源は波長が異なる光ビームを生成するように適合された単一のレーザ光源を含んでもよい。代替的に、波長が異なる少なくとも２本の光ビームを提供するように、照明源は波長が異なる光を放出する少なくとも２個のレーザ光源を含んでもよい。照明源は少なくとも２本のレーザビームを放出してもよい。レーザビームはそれぞれ、物体の表面に位置する単一のドットを照明するように構成され得る。このように、本発明に係る検出器を少なくとも１個使用することにより、少なくとも１個のドットと走査システムとの間の距離に関する少なくとも１つの情報が生成され得る。本発明により、好ましくは、照明システムと照明源によって生成されるドットとの間の距離は、少なくとも１個の検出器に含まれる評価装置の採用などによって決定され得る。さらに、照明源、特に少なくとも２個のレーザ光源を、少なくとも１個のダイクロイックミラーおよび／またはダイクロイックミラーアセンブリーと組み合わせてもよい。
【０１２７】
さらに、検出器は照明の変調、特に周期的変調のための少なくとも１個の変調装置、特に周期的ビーム遮断装置を有してもよい。照明変調は、照明の総出力を、好ましくは周期的に、特に１つまたは複数の変調周波数で変化させる工程を意味すると理解されるべきである。特に、周期的変調は、照明の総出力の最大値と最小値との間で有効化され得る。最小値は０であってもよいが、例えば完全な変調を有効化する必要がないように、最小値は０より大きい値であってもよい。変調は、例えば物体と光学センサとの間のビーム経路において、例えば前記ビーム経路内に配置されている少なくとも１個の変調装置によって有効化され得る。ただし、あるいは付加的に、以下にてさらに詳しく記載されるとおり、物体を照明するための任意の照明源と物体との間のビーム経路において、例えば前記ビーム経路内に配置される少なくとも１個の変調装置によって変調を有効化することもできる。これらの可能性の組み合わせも考えられる。少なくとも１個の変調装置は、例えば、好ましくは一定速度で回転し、したがって照明を周期的に遮断することができる、少なくとも１個の遮断ブレードまたは遮断ホイールを含むビームチョッパまたは他の種類の周期的ビーム遮断装置を含み得る。ただし、あるいは付加的に、１個または複数の異なる種類の変調装置、例えば電気光学効果および／または音響光学効果に基づく変調装置の使用も可能である。同じく、あるいは付加的に、少なくとも１個の任意の照明源自体を、例えば前記照明源自体が変調強度および／または総出力、例えば周期的変調総出力を有することによって、および／または前記照明源がパルス照明源、例えばパルスレーザとして具現化されることによって、変調照明を生成するように設計することもできる。このように、一例として、少なくとも１個の変調装置を照明源に完全にまたは部分的に一体化してもよい。様々な可能性が考えられる。
【０１２８】
相応に、特に異なる変調の場合に複数の縦方向センサ信号を検出するように、特に複数の縦方向センサ信号をそれぞれ異なる変調周波数にて検出するように、検出器を設計することができる。評価装置は、複数の縦方向センサ信号から幾何学情報を生成するように設計され得る。国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号および国際公開第２０１４／０９７１８１Ａ１号に記載のとおり、曖昧さを解消することができ、および／または例えば照明の総出力は一般的に未知であるという事実を考慮に入れることができる。一例として、検出器は、少なくとも１個の縦方向光学センサの少なくとも１つのセンサ領域など、物体および／または検出器の少なくとも１つのセンサ領域における、０．０５Ｈｚ〜１ＭＨｚ、例えば０．１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯で照明変調をもたらすように設計され得る。上記にて概説のとおり、これを目的に、検出器は少なくとも１個の変調装置を含んでもよく、変調装置は少なくとも１個の任意の照明源に組み込まれる、および／または照明源から独立した状態であってもよい。このように、少なくとも１個の照明源はそれ自体、上述の照明変調を生成するように適合される、および／または少なくとも１個の独立した変調装置、例えば少なくとも１個のチョッパおよび／または変調された伝送性を有する少なくとも１個の装置、例えば少なくとも１個の電気光学装置および／または少なくとも１個の音響光学装置が存在してもよい。
【０１２９】
例えば、光ビームは変調光ビームであってもよい。検出器は、異なる変調の場合に複数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複数のセンサ信号を検出するように設計されてもよく、評価装置は複数の縦方向センサ信号を評価することによって物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように設計され得る。縦方向光学センサはさらに、照明の総出力が同じである場合に縦方向センサ信号が照明変調の変調周波数に依存するような形で設計され得る。例えば、光ビームは非変調の連続波の光ビームであってもよい。
【０１３０】
本発明によれば、上述のとおり、少なくとも１つの変調周波数を光学検出器に適用することが有利となり得る。ただし、変調周波数を光学検出器に適用せずに縦方向センサ信号を直接決定することもやはり可能となり得る。以下にて詳しく実証するとおり、変調周波数の適用は、物体に関する所望の縦方向情報の取得を目的に、関連のある多数の状況下において必ずしも必要とは限らない。結果として、光学検出器は、空間検出器の単純かつ費用効果的な設定にさらに貢献し得る変調装置を含む必要はない。さらに結果として、空間光変調装置を、周波数多重化モードではなく時間多重化モードで、あるいはこれらを組み合わせる形で使用してもよい。
【０１３１】
検出器は複数の縦方向光学センサを含んでもよく、その場合、各縦方向光学センサを少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように適合させもよい。一例として、縦方向光学センサのセンサ領域またはセンサ表面の向きを平行にしてもよく、その場合、１０°以下、好ましくは５°以下など、角度のわずかな許容差が許容可能となり得る。本発明では、好ましくは検出器の光軸に沿ったスタックの形で配置され得る、検出器の縦方向光学センサのすべてが、好ましくは透明であってもよい。このように、光ビームは第１の透明な縦方向光学センサを通過した後、他の縦方向光学センサに、好ましくは順次、衝突し得る。このように、物体からの光ビームは順次、光学検出器内に存在するすべての縦方向光学センサに到達し得る。本発明では、異なる縦方向光学センサが、入射光ビームと同一または異なるスペクトル感度を示し得る。
【０１３２】
本発明に係る記載の検出器は、国際公開第２０１４／０９７１８１Ａ１号において開示されているような複数の縦方向光学センサから成るスタックを、特に１個または複数の横方向光学センサと組み合わされる形で含み得る。一例として、１個または複数の横方向光学センサは、物体と向かい合う複数の縦方向光学センサから成るスタックの１つの側に配置され得る。代替的に、付加的に、１個または複数の横方向光学センサは、物体から見て外方を向いている複数の縦方向光学センサから成るスタックの１つの側に配置され得る。同じく付加的に、代替的に、１個または複数の横方向光学センサは、スタックの縦方向光学センサの中間に配置され得る。ただし、横方向光学センサを含まず、単一の縦方向光学センサのみ含み得る実施形態もやはり可能であり、例えば物体の深度のみ決定すればよい場合などが挙げられる。
【０１３３】
好ましくは、検出器はさらに少なくとも１個の横方向光学センサを含んでもよく、その場合、横方向光学センサは物体から検出器へと移動中の光ビームの横方向位置を決定するように適合されてもよく、横方向位置は検出器の光軸に対して垂直な少なくとも１つの次元内での位置であり、横方向光学センサは少なくとも１つの横方向センサ信号を生成するように適合されてよく、その場合、評価装置はさらに横方向センサ信号の評価によって物体の横方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように設計され得る。
【０１３４】
本明細書で使用されるとき、「横方向光学センサ」という用語は一般的に、物体から検出器へと移動する少なくとも１本の光ビームの横方向位置を決定するように適合される装置を指す。「位置」という用語については、上述の定義を参照するとよい。したがって、好ましくは、横方向位置は検出器の光軸に対して垂直な少なくとも１つの次元における少なくとも１つの座標である、またはそれを含んでもよい。一例として、横方向位置は、光軸に対して垂直な平面内、例えば横方向光学センサの感光性センサ表面上に光ビームによって生成される光点の位置であってもよい。一例として、平面内の位置はデカルト座標および／または極座標において示され得る。他の実施形態も実現可能である。横方向光学センサの潜在的な実施形態については、国際公開第２０１４／０９７１８１Ａ１号を参照するとよい。ただし、他の実施形態も実現可能であり、これらについて以下でさらに詳しく概説する。
【０１３５】
横方向光学センサは、少なくとも１つの横方向センサ信号を提供し得る。本発明では、横方向センサ信号は一般的に、横方向位置を示す任意の信号であってもよい。一例として、横方向センサ信号はデジタル信号および／またはアナログ信号である、またはそれを含んでもよい。一例として、横方向センサ信号は電圧信号および／または電流信号である、またはこれを含んでもよい。付加的に、代替的に、横方向センサ信号はデジタルデータである、またはそれを含んでもよい。横方向センサ信号は単一の信号値および／または一連の信号値を含み得る。横方向センサ信号はさらに、複数の個別の信号を組み合わせることにより、例えば複数の信号の平均化および／または複数の信号の商の形成によって導き出される任意の信号を含んでもよい。
【０１３６】
国際公開第２０１４／０９７１８１Ａ１号に記載の開示と似た第１の実施形態において、横方向光学センサは、少なくとも１個の第１の電極、少なくとも１個の第２の電極および少なくとも１個の光起電材料を有する光学検出器であってもよく、光起電材料は第１の電極と第２の電極との間に埋め込まれてもよい。このように、横方向光学センサは、１個もしくは複数の有機光学検出器など１個または複数の光学検出器、最も好ましくは１個または複数の色素増感有機太陽電池（ＤＳＣ、色素太陽電池ともいう）、例えば１個または複数の固体色素増感有機太陽電池（ｓ−ＤＳＣ）である、あるいはこれらを１個または複数含んでもよい。このように、検出器は少なくとも１個の横方向光学センサとして働く１個または複数のＤＳＣ（１個または複数のｓＤＳＣなど）および少なくとも１個の縦方向光学センサとして働く１個または複数のＤＳＣ（１個または複数のｓＤＳＣなど）を含み得る。
【０１３７】
この既知の実施形態と対照的に、本発明に記載の横方向光学センサの好適な一実施形態は、光伝導性材料層、好ましくは前述および／または後述の光伝導性材料のうち１種など、特にカルコゲニド、好ましくは、硫化鉛（ＰｂＳ）、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）またはシリコンベースの光伝導体または別の適切な材料、無機光伝導性材料を含み得る。本発明では、光伝導性材料層は、均質な結晶相、ポリ結晶相、微細結晶相、ナノ結晶相および／または非晶質相から選択される組成物を含み得る。好ましくは、光伝導性材料層は、透明な伝導性酸化物から成る、好ましくはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素ドープスズ酸化物（ＦＴＯ）、または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含む２つの層の間に埋め込まれてもよい。ただし、他の材料も、特に所望の透明スペクトル範囲に応じて実現可能となり得る。
【０１３８】
さらに、少なくとも２個の電極が横方向光学信号の記録用として存在してもよい。好適な一実施形態において、少なくとも２個の電極を実際には少なくとも２個の物理的電極の形で配置することができ、この場合、各物理的電極は導電性材料、好ましくは金属製導電性材料、より好ましくは金属製高導電性材料、例えば銅、銀、金もしくは合金またはこれらの種類の材料を含む組成物を含み得る。本発明では、少なくとも２個の物理的電極を各々、好ましくは個々の電極と光学センサ内の光伝導層との間での直接の電気的接触が達成され得る形で、特に縦方向センサ信号を、例えば光学センサと評価装置との間の輸送経路における付加的抵抗に起因する損失が可能な限り少ない状態で取得することを目的に、配置することができる。
【０１３９】
ただし、特定の一実施形態において、上述の物理的電極の１個または複数を、少なくとも部分的に、導電性ビーム、特に導電性粒子のビーム、好ましくは電子に置き換えることができ、これを導電性ビームがセンサ領域に衝突する形で配置することにより、個々の導電性ビームと光学センサ内の光伝導層との間に直接の電気的接触を生成する能力を持たせることができる。この直接の電気的接触を光伝導層に提供することにより、導電性ビームは同様に、光学センサからの縦方向センサ信号の少なくとも一部を評価装置へと輸送する手段として働き得る。
【０１４０】
好ましくは、横方向光学センサの電極の少なくとも１個は複数の部分電極を有する分割電極であってもよく、横方向光学センサはセンサエリアを有してもよく、少なくとも１つの横方向センサ信号はセンサエリア内での入射光ビームのｘ位置および／またはｙ位置を示し得る。センサエリアは、物体と向かい合う光学検出器の表面であってもよい。センサエリアは、好ましくは光軸に対して垂直に配向され得る。このように、横方向光学センサ信号は、横方向光学センサのセンサエリアの平面内で光ビームによって生成される光点の位置を示し得る。一般的に、本明細書で使用されるとき、「部分電極」という用語は、少なくとも１つの電流および／または電圧信号を測定するように適合された、好ましくは他の部分電極から独立した状態の、複数の電極のうちの１個の電極を指す。このように、複数の部分電極が提供される場合、それぞれの電極は複数の電位および／または電流および／または電圧を複数の部分電極を介して提供するように適合され、これらは独立的に測定および／または使用され得る。
【０１４１】
横方向光学センサはさらに、部分電極を通る電流に従って横方向センサ信号を生成するように適合され得る。このように、２個の横軸方向部分電極を通る複数の電流の比率が形成される結果、ｘ座標が生成され得、および／または縦軸方向部分電極を通る複数の電流の比率が形成される結果、ｙ座標が生成され得る。検出器、好ましくは横方向光学センサおよび／または評価装置は、物体の横方向位置に関する情報を、部分電極を通る複数の電流の少なくとも１つの比率から導き出すように適合され得る。部分電極を通る複数の電流の比較によって位置座標を生成する他の方法も実現可能である。
【０１４２】
部分電極は一般的に、センサエリア内での光ビームの位置を決定するために、様々な形で定義され得る。このように、横方向座標またはｘ座標を決定するために複数の横方向部分電極を提供してもよく、また縦方向座標またはｙ座標を決定するために複数の縦方向部分電極を提供してもよい。このように、部分電極をセンサエリアの周縁部に提供してもよく、この場合、センサエリアの内部空間は自由な状態を維持し、またこの空間を１つまたは複数の付加的電極材料で被覆してもよい。以下にてさらに詳しく概説するとおり、付加的電極材料は好ましくは透明の付加的電極材料、例えば透明な金属および／または透明な導電性酸化物、および／または最も好ましくは透明な導電性ポリマーであってもよい。
【０１４３】
電極のうち１個が３個以上の部分電極を有する分割電極である場合に横方向光学センサを使用することにより、部分電極を通る電流は、センサエリア内での光ビームの位置に依存し得る。これは一般的に、部分電極の表面に衝突する光に起因する電荷の生成位置からの途中でオーム損失または抵抗損失が発生し得るという事実が背景にあると考えられる。このように、部分電極に加え、分割電極は部分電極に接続された１つまたは複数の付加的電極材料を含んでもよく、その場合、１つまたは複数の付加的電極材料は電気抵抗をもたらす。このように、電荷生成位置から１つまたは複数の付加的電極材料を経て部分電極に至る途中でのオーム損失を背景に、部分電極を通る電流は電荷発生位置に依存し、したがってセンサエリア内での光ビームの位置に依存する。センサエリア内での光ビームの位置の決定に関するこの原理について詳しくは、下記の好適な実施形態および／または国際公開第２０１４／０９７１８１Ａ１号および同文献に記載の個々の参考文献において開示されている物理的原理および装置オプションを参照するとよい。
【０１４４】
相応に、横方向光学センサはセンサエリアを含んでもよく、センサエリアは好ましくは物体から検出器へと移動する光ビームに対して透明であってもよい。したがって、横方向光学センサは、１つまたは複数の横方向、例えばｘ方向および／またはｙ方向における、光ビームの横方向位置を決定するように適合され得る。これを目的に、少なくとも１個の横方向光学センサはさらに、少なくとも１つの横方向センサ信号を生成するように適合されてもよい。このように、縦方向光学センサの横方向センサ信号を評価することによって、物体の横方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように、評価装置を設計することができる。
【０１４５】
物体の少なくとも１つの縦方向座標に加え、物体の少なくとも１つの横方向座標も決定され得る。このように、一般的に、評価装置はさらに、物体の１つ以上の少なくとも１つの横方向座標を、少なくとも１個の横方向光学センサ上での光ビームの位置の決定によって決定するように適合させることができ、少なくとも１個の横方向光学センサはピクセル化された、セグメント化された、または大面積の横方向光学センサであってもよく、これについては国際公開第２０１４／０９７１８１Ａ１号においてさらに詳しく概説されている。
【０１４６】
加えて、検出器はさらに、１つまたは複数の付加的光学要素など、１つまたは複数の付加的要素を含んでもよい。さらに、検出器は少なくとも１つのハウジングに完全にまたは部分的に一体化され得る。検出器は具体的には少なくとも１個の転送装置を含んでもよく、転送装置は光ビームを光学センサへと誘導するように適合される。転送装置は以下の１つまたは複数、すなわち少なくとも１枚のレンズ、好ましくは少なくとも１枚の可変焦点レンズ；少なくとも１つのビーム偏向要素、好ましくは少なくとも１個のミラー；少なくとも１つのビーム分割要素、好ましくはビーム分割キューブまたはビーム分割ミラーの少なくとも１つ；少なくとも１つのマルチレンズを含み得る。
【０１４７】
上記にて概説のとおり、検出器はさらに、例えば１枚もしくは複数のレンズおよび／または１つもしくは複数の屈折要素、１個もしくは複数のミラー、１枚もしくは複数のダイヤフラムなど、１つまたは複数の光学要素を含んでもよい。上述および／または後述のように光ビームのビームパラメータの１つまたは複数、光ビームの幅、または光ビームの方向の修正などによって光ビームを修正するように適合されるこれらの光学要素は「転送要素」とも呼ばれる。このように、検出器はさらに少なくとも１個の転送装置を含んでもよく、転送装置は光ビームの偏向、合焦または焦点外しの１つまたは複数などにより、光ビームを光学センサへと誘導するように適合され得る。具体的には、転送装置は１枚もしくは複数のレンズおよび／または１個もしくは複数の湾曲側ミラーおよび／または１つもしくは複数の他の種類の屈折要素を含んでもよい。
【０１４８】
最も好ましくは、物体から発生する光ビームはこの場合、まず少なくとも１個の転送装置を通り、次いで単一の透明な縦方向光学センサまたは複数の透明な縦方向光学センサから成るスタックを通って移動し、最終的に画像処理装置に衝突し得る。本明細書で使用されるとき、「転送装置」という用語は、物体から発生する少なくとも１本の光ビームを検出器内の光学センサへと転送するように構成され得る光学要素を指す。このように、物体から検出器へと伝播する光を光学センサへ供給するように転送装置を設計することができ、この供給を任意で、転送装置の画像処理手段により、そうでなければ非画像処理手段の特性によって有効化することができる。特に、転送装置は、電磁放射が横方向光学センサおよび／または縦方向光学センサに供給される前に、電磁放射を収集するように設計されてもよい。
【０１４９】
上記にて概説のとおり、少なくとも１個の物体に関して曖昧さのない決定は、単一の縦方向光学センサを使用することによって可能となり得る。この単純な構成により、転送装置後方で利用可能な空間が拡大し得る結果、付加的なセンサ装置を使用する構成と比べ短い焦点距離を使用できるようになる。加えて、この構成は光学的設定における柔軟性、より少ない空間要件、および光学的要素とセンサの費用削減も可能にし得る。
【０１５０】
加えて、少なくとも１個の転送装置は画像処理特性を有してもよい。結果的に、転送装置は少なくとも１つの画像処理要素、例えば少なくとも１個のレンズおよび／または少なくとも１個の曲面鏡を含むが、何故ならそのような画像処理要素の場合、例えばセンサ領域上での照明の幾何学は相対的配置、例えば転送装置と物体との間の距離に依存し得るからである。本発明で使用されるとき、転送装置は、物体から発生する電磁放射が完全にセンサ領域へ転送されるような形で、例えば、特に物体が検出器の可視範囲内に配置される場合に電磁放射がセンサ領域上で完全に集束するような形で設計され得る。
【０１５１】
一般的に、検出器はさらに、少なくとも１個の画像処理装置、すなわち少なくとも１個の画像を取得可能な装置を含んでもよい。画像処理装置は様々な形で具現化され得る。このように、画像処理装置は例えば検出器ハウジング内の検出器の一部であってもよい。ただし、代替的に、付加的に、画像処理装置は検出器ハウジング外に、例えば別個の画像処理装置として配置されてもよい。代替的に、付加的に、画像処理装置を検出器へ、またはさらに検出器の一部へ接続してもよい。好適な一実施形態において、透明な縦方向光学センサのスタックおよび画像処理装置は、光ビームが移動する共通の光軸に沿って配列される。このように、光ビームの光路内に、光ビームが透明な縦方向光学センサのスタックを通り、画像処理装置に衝突するまで移動する形で、画像処理装置を配置してもよい。ただし、他の配置も可能である。
【０１５２】
本明細書で使用されるとき、「画像処理装置」は一般的に、１次元、２次元または３次元の、物体または物体の一部の画像を生成可能な装置として理解される。特に、検出器は、少なくとも１個の任意の画像処理装置を使用して、または使用せずに、カメラ、例えばＩＲカメラまたはＲＧＢカメラ、すなわち３つの別々の接続において赤色、緑色および青色として設計された３原色を送達するように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得る。このように、一例として、少なくとも１個の画像処理装置は、ピクセル化有機カメラ要素、好ましくはピクセル化有機カメラチップ；ピクセル化無機カメラ要素、好ましくはピクセル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；モノクロムカメラ要素、好ましくはモノクロムカメラチップ；多色カメラ要素、好ましくは多色カメラチップ；フルカラーカメラ要素、好ましくはフルカラーカメラチップから成る群から選択される少なくとも１個の画像処理装置である、またはそれを含んでもよい。画像処理装置は、モノクロム画像処理装置、マルチクロム画像処理装置および少なくとも１個のフルカラー画像処理装置から成る群から選択される少なくとも１個の装置である、またはそれを含んでもよい。マルチクロム画像処理装置および／またはフルカラー画像処理装置は、当業者であれば認識するとおり、フィルタ技術を使用することにより、および／または固有の色感度技法あるいは他の技法を使用することにより生成され得る。画像処理装置の他の実施形態も可能である。
【０１５３】
画像処理装置は、物体の複数の部分領域を連続的におよび／または同時に画像処理するように設計され得る。一例として、物体の部分領域は、例えば画像処理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１次元、２次元または３次元領域であってもよい。この文脈で言えば、画像処理とは、物体の各部分領域から発生する電磁放射が、例えば検出器の少なくとも１個の任意の伝送装置によって画像処理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、例えば発光放射の形で生成され得る。代替的に、付加的に、少なくとも１個の検出器は物体を照明する少なくとも１個の照明源を含んでもよい。
【０１５４】
特に、画像処理装置は、例えば、特に少なくとも１つの列走査および／または線走査を使用する走査法により、複数の部分領域を連続的に画像処理するように設計され得る。ただし、他の実施形態も可能であり、例えば複数の部分領域が同時に画像処理される実施形態も可能である。画像処理装置は、物体の部分領域の画像処理中、部分領域に関連付けられた信号、好ましくは電子信号を生成するように設計される。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もよい。一例として、電子信号は各部分領域と関連付けられ得る。相応に、電子信号は同時に生成される、または時間的にずれる形で生成されてもよい。一例として、列走査中または線走査中、例えば１本の線内で結び付けられる、物体の部分領域に対応する電子信号のシーケンスの生成が可能である。さらに、画像処理装置は、１個または複数の信号処理装置、例えば１個または複数のフィルタ、および／または電子信号を処理および／もしくは前処理するアナログデジタルコンバータを含んでもよい。
【０１５５】
本発明のさらなる一態様において、少なくとも１個の物体の位置を判定するための検出器システムが開示される。検出器システムは、上記にて開示の実施形態の１つもしくは複数および／または以下にてさらに詳しく開示される実施形態の１つもしくは複数に記載のような、本発明に係る少なくとも１個の検出器を含む。検出器システムはさらに、少なくとも１本の光ビームを検出器へと向かわせるように適合された少なくとも１個のビーコン装置をも含み、ビーコン装置は物体に装着可能、物体によって保持可能および物体に一体化可能の少なくとも１つである。
【０１５６】
ビーコン装置に関するさらなる詳細を、潜在的実施形態を含め、以下に記載する。このように、少なくとも１個のビーコン装置は、レーザ、ＬＥＤ、電球または同様の１個または複数の光源など１個または複数の照明源を含む少なくとも１個の能動型ビーコン装置である、またはそれを含み得る。付加的または代替的に、少なくとも１個のビーコン装置は検出器へと向かう１本または複数の光ビームを例えば１つまたは複数の反射要素を含むことによって反射するように適合され得る。さらに、少なくとも１個のビーコン装置は光ビームを散乱させるように適合される１つまたは複数の散乱要素である、またはそれを含み得る。その場合、弾性または非弾性の散乱が使用され得る。少なくとも１個のビーコン装置が検出器へと向かう主要な光ビームを反射および／または散乱させるように適合される場合、ビーコン装置は光ビームのスペクトル特性が影響を受けない状態のまま残すように適合され得る、あるいは、光ビームの波長の修正などによって光ビームのスペクトル特性を変えるように適合され得る。
【０１５７】
ビーコン装置から発生する光は、前記の光が各ビーコン装置自体を起点とするという選択の代わりにまたはこれに加えて、照明源から発生してもよく、および／または照明源によって励起されてもよい。一例として、ビーコン装置から発生する電磁光はビーコン装置自体から発生してもよく、および／または検出器へと供給される前にビーコン装置によって反射され、および／またはビーコン装置によって散乱されてもよい。この場合、電磁放射の放出および／または散乱は、電磁放射のスペクトル的影響を受けずに有効化される場合もあれば、そのような影響を伴う場合もある。このように、一例として、例えばストークスまたはラマンに従って散乱中に波長シフトが発生する可能性もある。さらに、光の放出は、例えば一次照明源により、例えば、ルミネセンス、特にリン光および／または蛍光を生成するように励起される物体もしくは物体の部分領域によって励起されてもよい。他の放出工程も原則として可能である。反射が生じる場合、物体は例えば少なくとも１つの反射領域、特に少なくとも１つの反射表面を有し得る。前記反射表面は、物体自体の一部であってもよいが、例えば物体に接続または空間的に結合された反射体、例えば物体に接続された反射体プラークであってもよい。少なくとも１個の反射体を使用する場合、これを例えば検出器の他の構成要素から独立に、物体に接続された検出器の一部と見なしてもよい。
【０１５８】
ビーコン装置および／または少なくとも１個の任意の照明源は、一般的に、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の範囲の少なくとも１つに該当する光を放出し得る。赤外線画像処理への応用には、標的は遠赤外スペクトル範囲、好ましくは３．０μｍ〜２０μｍの範囲の光を放出し得る。最も好ましくは、少なくとも１個の照明源は、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に適合される。
【０１５９】
検出器システムは少なくとも２個のビーコン装置を含んでもよく、その場合、第１のビーコン装置によって放出される光ビームの少なくとも１つの特性が第２のビーコン装置によって放出される光ビームの少なくとも１つの特性と異なってもよい。第１のビーコン装置の光ビームと第２のビーコン装置の光ビームは同時または順次に放出され得る。例えば、第１のビーコン装置は、第２のビーコン装置が第２の光ビームを提供し得る間、スイッチが入った状態を維持し、第１の光ビームを提供してもよい。第１の光ビームが第１の波長を有し、第２の光ビームが第２の波長を有してもよく、その場合、縦方向光学センサの特性は第１の光ビームおよび第２の光ビームでの照明によって調節される、特に変化し得る。第１の光ビームによる照明の結果、縦方向光学センサがニュートラル操作モード、正の操作モードまたは負の操作モードのいずれかとなるように縦方向光学センサの特性が調節され得る。第２の光ビームによる照明の結果、縦方向光学センサが第１の光ビームによる照明中の操作モードとは異なる別の操作モードになるように縦方向光学センサの特性が調節され得る。少なくとも２つの波長の切り替えにより、縦方向光学センサが少なくとも２つの操作モードで操作可能となるように縦方向光学センサの特性が調節され得る。上記にて概説のとおり、評価装置は、少なくとも２つの異なる操作モードにおいて決定される少なくとも２つの縦方向センサ信号の考察によって曖昧さを解消するように設計され得る。例えば、第１の波長は第２の波長と比べ短い波長であってもよい。特に、第１の波長は可視スペクトル範囲、好ましくは３８０〜４５０ｎｍの範囲、より好ましくは３９０〜４２０ｎｍの範囲、最も好ましくは４００〜４１０ｎｍの範囲であってもよい。例えば、第２の波長も可視スペクトル範囲、好ましくは５００〜５６０ｎｍの範囲、より好ましくは５１０〜５５０ｎｍの範囲、最も好ましくは５２０〜５４０ｎｍの範囲であってもよい。
【０１６０】
さらに、本発明では、特に本発明に係る検出器、例えば上記にて開示の検出器または以下にてさらに詳しく開示される検出器に言及する実施形態の１つまたは複数に記載の検出器を使用して少なくとも１つの物体を光学的に検出するための方法も開示する。さらに、他の種類の検出器を使用してもよい。
【０１６１】
該方法は、以下の方法工程を含み、これらの方法工程は、記載の順序で実行してもよく、または異なる順序で実行してもよい。さらに、列記されていない１つまたは複数の付加的な方法工程も存在し得る。さらに、これらの方法工程の１つ、２つ以上、またはさらにすべての方法工程を繰り返して実行してもよい。
【０１６２】
該方法工程は、
縦方向光学センサの少なくとも１つの特性を調節する工程と、
少なくとも１個の縦方向光学センサを使用することによって少なくとも１つの第１の縦方向センサ信号を生成する工程であって、縦方向センサ信号は光ビームによる縦方向光学センサのセンサ領域の照明に依存し、縦方向センサ信号は、照明の総出力が同じである場合にセンサ領域内の光ビームのビーム断面に依存し、縦方向センサ信号はさらに、縦方向光学センサの少なくとも１つの特性に依存する、工程と、
少なくとも１個の評価装置を使用することによって縦方向センサ信号を評価し、物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成する工程と
を含む。
【０１６３】
詳細、選択肢および定義については上述の検出器を参照するとよい。このように、具体的には、上述のとおり、該方法は本発明に係る検出器、例えば上記の実施形態または以下にてさらに詳しく記載される実施形態の１つまたは複数に係る検出器の使用を含む。
【０１６４】
縦方向光学センサの特性は、使用者および／または外部からの影響によって調節されてもよい。縦方向光学センサ信号は一義的に評価され得る。縦方向光学センサは少なくとも２つの操作モードで操作され得る。少なくとも２つの縦方向センサ信号が生成および評価され、第１の縦方向センサ信号が第１の操作モードにおいて評価され、第２の縦方向センサ信号が第２の操作モードにおいて評価されてもよい。第１の縦方向センサ信号は、ニュートラル操作モード、正の操作モードおよび負の操作モードから成る群から選択される操作モードなど、縦方向光学センサの第１の操作モードにおいて生成され得る。第２の縦方向センサ信号は、縦方向光学センサの第１の縦方向センサ信号とは別の操作モードで生成され得る。第１の縦方向センサ信号と第２の縦方向センサ信号の比較によって、曖昧さが解消され得る。
【０１６５】
該方法はさらに、縦方向光学センサの操作モードを決定および／または分類する工程を含んでもよい。このように、該方法は縦方向信号が分析され得る分析工程を含んでもよい。特に、曲線の特徴および進行が決定され得、より具体的には大域的極限値、例えば大域的最小値または大域的最大値が決定され得る。極限値が観測または識別されない場合、操作モードはニュートラル操作モードとして分類され得る。例えば、縦方向センサ信号の振幅が決定され得る。
【０１６６】
縦方向光学センサの特性は反復的に、例えば２回または３回調節されてもよい。このように、縦方向光学センサの複数の操作モード間での反復的な切り替えが可能であってもよい。例えば、正の操作モードまたは負の操作モードの１つからニュートラル操作モードへの切り替えおよびそれに続くニュートラルモードから正の操作モードまたは負の操作モードの１つへの切り替えが実行され得る。
【０１６７】
少なくとも２つの縦方向センサ信号が同時に評価され得る。少なくとも２つの操作モードにおいて決定される少なくとも２つの縦方向センサ信号の考察によって曖昧さが解消され得る。このように、少なくとも２つの縦方向センサ信号が評価され、第１の縦方向センサ信号が第１の操作モードにおいて評価され、第２の縦方向センサ信号が第２の操作モードにおいて評価されてもよい。該方法はさらに、第１の縦方向センサ信号と第２の縦方向センサ信号が比較される比較工程を含んでもよい。例えば、比較工程において、縦方向センサ信号が正規化されることにより、光ビームの強度と無関係に物体の縦方向位置に関する情報が生成され得る。例えば、第１または第２の縦方向センサ信号の１つが、参照信号として選択され得る。例えば、ニュートラル操作モードにおいて評価される縦方向センサ信号が参照信号として選択され得る。例えば、正の操作モードまたは負の操作モードにおいて評価される縦方向センサ信号の少なくとも１つが参照信号として選択され得る。選択される参照信号と他の縦方向信号との比較により、曖昧さが排除され得る。光ビームの総出力および／または強度に関する情報を得るため、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／または総強度についての物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を正規化するために、複数の縦方向センサ信号を比較することができる。例えば、選択される参照縦方向センサ信号、特にニュートラル操作モードにおいて評価される縦方向センサ信号による分割によって縦方向センサ信号が正規化される結果、正規化後の縦方向光学センサ信号を生成しその後、上述の既知の関係を使用することによって、物体の少なくとも１つの縦方向情報へと変換することができる。このように、変換は光ビームの総出力および／または強度と無関係であってもよい。例えば、正の操作モードまたは負の操作モードの片方において評価される少なくとも１つの縦方向センサ信号を、正の操作モードまたは負の操作モードのもう片方において評価される縦方向センサ信号で割ってもよい。このように、分割によって曖昧さが排除され得る。
【０１６８】
本発明のさらなる一態様において、使用者とマシンとの間で少なくとも１つの情報を交換するためのヒューマンマシンインター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ーフェースは、上述のまたは以下にてさらに詳しく記載される１つまたは複数の実施形態において、上述の検出器が１人または複数の使用者によって、マシンに情報および／または命令を提供するために使用され得るという事実を活用し得る。このように、好ましくは、ヒューマンマシンインターフェースは制御命令の入力に使用され得る。
【０１６９】
ヒューマンマシンインターフェースは、本発明に記載の、例えば上記にて開示されている１つまたは複数の実施形態および／または以下にてさらに詳しく開示される１つまたは複数の実施形態に記載の少なくとも１個の検出器を含み、ヒューマンマシンインターフェースは使用者の少なくとも１つの幾何学的情報を検出器によって生成するように設計され、ヒューマンマシンインターフェースは幾何学的情報に対し、少なくとも１つの情報、特に少なくとも１つの制御命令を割り当てるように設計される。
【０１７０】
本発明のさらなる一態様において、少なくとも１つの娯楽機能を実行する娯楽装置が開示される。本明細書で使用されるとき、娯楽装置は、１人または複数の使用者（以下では１人または複数のプレーヤともいう）のレジャーおよび／または娯楽の目的に役立ち得る装置である。一例として、娯楽装置はゲーム、好ましくはコンピュータゲームの目的に役立ち得る。付加的に、代替的に、娯楽装置は他の目的、例えばエクササイズ、スポーツ、理学療法または運動追跡全般などの目的にも使用され得る。このように、娯楽装置は、コンピュータ、コンピュータネットワークまたはコンピュータシステムに実装される、または１つもしくは複数のゲーム用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もよい。
【０１７１】
娯楽装置は、本発明に係る、例えば上記にて開示されている１つもしくは複数の実施形態および／または以下にて開示される１つもしくは複数の実施形態に記載の少なくとも１つのヒューマンマシンインターフェースを含む。娯楽装置は、ヒューマンマシンインターフェースを手段として少なくとも１つの情報をプレーヤが入力可能となるように設計される。少なくとも１つの情報は、娯楽装置の制御装置および／またはコンピュータへと伝送される、および／またはそれらによって使用されてもよい。
【０１７２】
本発明のさらなる一態様において、少なくとも１個の可動物体の位置を追跡する追跡装置が提供される。本発明で使用されるとき、追跡システムは、少なくとも１個の物体または物体の少なくとも一部における、一連の過去の位置に関する情報を収集するように適合される装置である。付加的に、追跡システムは、少なくとも１個の物体または物体の少なくとも一部について予測される少なくとも１つの将来の位置に関する情報を提供するように適合され得る。追跡システムは少なくとも１個の進路制御装置を有してもよく、進路制御装置は完全にまたは部分的に電子装置として、好ましくは少なくとも１個のデータ処理装置、より好ましくは少なくとも１個のコンピュータまたはマイクロコントローラとして具現化され得る。同じく、少なくとも１個の進路制御装置は少なくとも１個の評価装置を含んでもよく、および／または少なくとも１個の評価装置の一部であってもよく、および／または完全にもしくは部分的に少なくとも１個の評価装置と同一であってもよい。
【０１７３】
追跡システムは、本発明に記載の少なくとも１個の検出器、例えば上記に挙げた１つもしくは複数の実施形態において開示されているような、および／または下記の１つもしくは複数の実施形態において開示されているような、少なくとも１個の検出器を含む。上記にて概説のとおり、少なくとも１個の物体に関して曖昧さのない決定は、単一の縦方向光学センサを使用することによって可能となり得る。このように、単純かつ費用効果的なｘ−ｙ−ｚ追跡システムの構成が可能である。追跡システムはさらに、少なくとも１個の進路制御装置を含んでもよい。追跡システムは、複数の検出器間において重複する容積内での少なくとも１個の物体に関して信頼性のある深度情報の取得を可能にする１つ、２つまたは複数の検出器、特に複数の同一の検出器を含んでもよい。進路制御装置は物体の一連の位置を追跡するように適合され、個々の位置は、少なくとも１つの位置情報および少なくとも１つの時間情報を各々が含む複数のデータ群またはデータペアの記録などにより、特定の時点での物体の位置に関する少なくとも１つの情報を含む。
【０１７４】
追跡システムはさらに、本発明に係る少なくとも１つの検出器システムを含んでもよい。このように、少なくとも１個の検出器および少なくとも１個の評価装置および任意の少なくとも１個のビーコン装置に加え、追跡システムはさらに、物体自体またはその一部、例えばビーコン装置を含む少なくとも１つの制御要素または少なくとも１個のビーコン装置を含んでもよく、その場合、制御要素は追跡対象物体に直接または間接的に装着可能または一体化可能である。
【０１７５】
追跡システムは、追跡システム自体における１つまたは複数の動作および／または１個もしくは複数の別個の装置における１つまたは複数の動作を開始するように適合され得る。後者を目的とする場合、追跡システム、好ましくは、進路制御装置は、少なくとも１つの動作を開始するための、１個もしくは複数の無線および／または有線のインターフェースおよび／または他の種類の制御接続を有し得る。好ましくは、少なくとも１個の進路制御装置は、物体の少なくとも１つの実際の位置に従って、少なくとも１つの動作を開始するように適合され得る。一例として、動作は、物体の将来の位置の予測；物体に対する少なくとも１個の装置のポインティング；検出器に対する少なくとも１個の装置のポインティング；物体の照明；検出器の照明から成る群から選択され得る。
【０１７６】
追跡システムの応用の一例として、追跡システムは、少なくとも１個の第１の物体を、少なくとも１個の第２の物体に、たとえ第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使用され得る。同じく潜在的な例は、ロボット工学など産業への応用、および／または製造ラインもしくは組み立てラインにおける製造途中など、たとえ物品が移動中であっても物品に対する作業を継続する目的に見出すことができる。付加的に、代替的に、追跡システムは、たとえ物体が移動中であっても物体に対して照明源を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明する目的など、照明目的に使用され得る。さらなる応用は、移動中の物体に対して送信機をポインティングすることによって、移動中の物体に情報を継続的に伝送する目的など、通信システムに見出すことができる。
【０１７７】
追跡システムはさらに、物体に接続可能な少なくとも１個のビーコン装置を含んでもよい。ビーコン装置の潜在的定義については国際公開第２０１４／０９７１８１Ａ１号を参照するとよい。追跡システムは、好ましくは、検出器が少なくとも１個のビーコン装置の物体の位置に関する情報を生成し得るように、特に特異的なスペクトル感度を示す特定のビーコン装置を含む物体の位置に関する情報を生成するように適合される。このように、異なるスペクトル感度を示す複数のビーコンを、本発明の検出器により、好ましくは同時に追跡することができる。本発明では、ビーコン装置は、完全にまたは部分的に能動型ビーコン装置および／または受動型ビーコン装置として具現化され得る。一例として、ビーコン装置は、検出器へと伝送されることになる少なくとも１本の光ビームを生成するように適合された少なくとも１個の照明源を含んでもよい。付加的に、代替的に、ビーコン装置は、照明源により生成される光を反射するように適合された少なくとも１個の反射体を含むことにより、検出器へと伝送されることになる反射後の光ビームを生成し得る。
【０１７８】
本発明のさらなる一態様において、少なくとも１個の物体の少なくとも１つの位置を決定するための走査システムが提供される。本明細書で使用されるとき、走査システムは少なくとも１本の光ビームを放出するように適合される装置であり、少なくとも１個の物体の少なくとも１つの表面に位置する少なくとも１個のドットを照明するために、また少なくとも１個のドットと走査システムとの間の距離に関する少なくとも１つの情報を生成するために構成される。少なくとも１個のドットと走査システムとの間の距離に関する少なくとも１つの情報の生成という目的に対し、走査システムは本発明に係る検出器の少なくとも１個、例えば上記に挙げた実施形態の１つもしくは複数および／または下記の実施形態の１つまたは複数において開示されるような検出器の少なくとも１個など、本発明に係る検出器を少なくとも１個含む。
【０１７９】
このように、走査システムは、少なくとも１個の物体の少なくとも１つの表面に位置する少なくとも１個のドットを照明するために構成される少なくとも１本の光ビームを放出するように適合される少なくとも１個の照明源を含む。本明細書で使用されるとき、「ドット」という用語は、例えば走査システムの使用者によって、照明源によって照明されるよう選択され得る、物体の表面の一部に存在する小さい区域を指す。好ましくは、ドットは走査システムに含まれる照明源と、物体の表面上でドットが位置し得る部分との間の距離の値を、走査システムが可能な限り正確に決定できるように、可能な限り小さいサイズを示すものであってもよい一方、他方では走査システムの使用者または走査システム自体が、特に自動手順により、物体の表面上の関連部分におけるドットの存在を検出できる程度に大きいサイズであってもよい。
【０１８０】
これを目的に、照明源は人工照明源、特に少なくとも１個のレーザ光源および／または少なくとも１個の白熱電球および／または少なくとも１個の半導体光源、例えば少なくとも１個の発光ダイオード、特に有機および／または無機の発光ダイオードを含み得る。一般的に定義されるビームプロファイルおよび他の操作特性の関係上、少なくとも１個のレーザ光源を照明源として使用するのが特に好適である。本発明では、単一のレーザ光源の使用が好適と考えられ、特に、使用者にとって保管しやすく運びやすいと考えられる小型走査システムの提供が重要となり得る場合がそうである。好ましくは、照明源は波長が異なる光ビームを生成するように適合された単一のレーザ光源を含んでもよい。照明源はこのように、好ましくは検出器の構成要素であってもよく、したがって特に、検出器のハウジングへの一体化といった形で検出器に一体化され得る。好適な一実施形態において、特に走査システムのハウジングは、距離関連情報を使用者に例えば判読しやすい形で提供するように構成される少なくとも１個のディスプレイを含み得る。さらに好適な一実施形態において、特に走査システムのハウジングは付加的に、１つまたは複数の操作モードを設定するなど走査システムに関連する少なくとも１つの機能を操作するために構成され得る少なくとも１個のボタンを含み得る。さらなる好適な一実施形態において、特に走査システムのハウジングは付加的に、特に距離測定の正確性および／または使用者による走査システムの操作性の向上を目的に、走査システムを別の表面、例えばゴム製脚、ベースプレートまたは壁ホルダ、磁性材料を含むそのようなものに固定するように構成され得る少なくとも１つの固定用ユニットを含み得る。
【０１８１】
特に好適な一実施形態において、走査システムの照明源はこのように、物体の表面に位置する単一のドットを照明するように構成され得る単一のレーザビームを放出し得る。このように、本発明に係る検出器を少なくとも１個使用することにより、少なくとも１個のドットと走査システムとの間の距離に関する少なくとも１つの情報が生成され得る。本発明により、好ましくは、走査システムに含まれる照明システムと照明源によって生成される単一のドットとの間の距離は、少なくとも１個の検出器に含まれる評価装置の採用などによって決定され得る。ただし、走査システムはさらに、特にこれを目的に適合され得る付加的な評価システムを含んでもよい。付加的または代替的に、走査システムのサイズ、特に走査システムのハウジングのサイズを考慮に入れることができ、またこのように、走査システムのハウジングの前端または後端などハウジング表面の特定の点と単一のドットとの間の距離を選択的に決定することができる。
【０１８２】
代替的に、波長が異なる少なくとも２本の光ビームを提供するように、照明源は波長が異なる光を放出する少なくとも２個のレーザ光源を含んでもよい。照明源は少なくとも２本のレーザビームを放出してもよい。レーザビームはそれぞれ、物体の表面に位置する単一のドットを照明するように構成され得る。さらに、走査システムの照明源は、ビームの放出方向間に直角など個別の角度を提供することにより、同じ物体の表面または２個の別々の物体における２つの異なる表面に位置する２個の個別のドットを照明することができるように構成され得る２本の個別のレーザビームを放出し得る。ただし、２本の個別のレーザビーム間における個別の角度について、他の値も実現可能である。この特徴は特に、例えば走査システムとドットとの間における１個または複数の障害物の存在などが原因で直接アクセスできない可能性のある、または別段に到達困難となり得る間接距離の導出などを目的とする間接測定機能向けに採用され得る。このように、一例として、２つの個別の距離を測定し、ピタゴラスの定理の使用によって高さを導出することによって、物体の高さの値の決定が実現可能となり得る。特に、物体を基準に既定の水平の維持を可能にするために、走査システムはさらに、使用者が既定の水平を維持するために使用し得る、少なくとも１つの水平調整ユニット、特に一体型気泡バイアルを含んでもよい。
【０１８３】
さらなる一選択肢として、走査システムの照明源は、個別のピッチ、特に規則的なピッチを、互いを基準に示し得る、少なくとも１個の物体の少なくとも１つの表面上に位置する複数のドットから成る配置を生成する形で配置され得る、複数のレーザビームから成る配置など複数の個別のレーザビームを放出し得る。これを目的に、特別に適合された光学要素、例えばビーム分割装置および鏡などが提供され得、これにより上述の複数のレーザビームから成る配置の生成が可能となり得る。
【０１８４】
このように、走査システムは、１個または複数の物体の１つまたは複数の表面上に配置された１個または複数のドットの静的配置を提供し得る。あるいは、走査システムの照明源、特に上述の複数のレーザビームから成る配置など１本または複数のレーザビームは、時間の経過につれ変化する強度を示し得る、および／または時間が経過する中で放出方向が交互に変化し得る、１本または複数の光ビームを提供するように構成され得る。このように、照明源は、走査装置の少なくとも１個の照明源によって生成される交互に変化する特徴と併せて１本または複数の光ビームを使用することにより、少なくとも１個の物体の少なくとも１つの表面の一部を１個の画像として走査するように構成され得る。このように、特に、走査システムは少なくとも１回の列走査および／または線走査、例えば１個または複数の物体の１つまたは複数の表面の連続的走査または同時走査を使用し得る。非限定的な例として、走査システムは生産環境などでの安全レーザスキャナ、および／または３Ｄ印刷接続、身体走査、品質管理など物体の形状決定に使用されるような３Ｄ走査装置、距離計など建設への応用、小包のサイズもしくは容積の決定など物流への応用、ロボット掃除機もしくは芝刈り機など家庭用品、またはその他、走査工程を含み得る応用に使用され得る。
【０１８５】
本発明のさらなる一態様において、少なくとも１個の物体の少なくとも１つの単一の円形３次元画像を生成する立体装置システムが提供される。本明細書で使用されるとき、上記および／または下記にて開示される立体装置システムは少なくとも２個のＦｉＰセンサを光学センサとして含んでもよく、第１のＦｉＰセンサは追跡システム、特に本発明に記載の追跡システムに含まれてもよい一方、第２のＦｉＰセンサは走査システム、特に本発明に係る走査システムに含まれてもよい。本発明では、ＦｉＰセンサを、好ましくは立体装置システムの光軸に対して平行に整列し、個別に光軸に対して垂直に変位させることなどにより、平行配置の別々のビーム経路内に配置してもよい。このように、ＦｉＰセンサは、特に、重なり合う視野を有し、好ましくは個別の変調周波数に対して感受性である、個別のＦｉＰセンサから引き出される視覚情報の統合によって深度情報を得ることにより、深度情報の認知を生成または増加させる能力を有し得る。これを目的に、個別のＦｉＰセンサを、好ましくは光軸に対して垂直の方向で決定されるとおり、互いに１ｃｍ〜１００ｃｍ、好ましくは１０ｃｍ〜２５ｃｍの間隔を空けて配置してもよい。この好適な実施形態において、追跡システムをこのように、変調アクティブ標的の位置を決定するために採用され得る一方、１個または複数の物体の１つまたは複数の表面に１個または複数のドットを投影するように適合された走査システムを、少なくとも１個のドットと走査システムとの間の距離に関する少なくとも１つの情報を生成するために使用してもよい。加えて、立体装置システムはさらに、本出願において別途記載の画像内の少なくとも１個の物体の横方向位置に関する情報を生成するように適合された、別個の位置感受性装置を含んでもよい。
【０１８６】
立体視を可能にすることに加え、主として複数の光学センサの使用に基づく立体装置システムのさらなる特定の優位性として特に、総強度の増加および／または検出閾値の引き下げが挙げられる。さらに、少なくとも２個の従来型の位置感受性装置を含む従来型の立体装置システムでは、個々の画像において対応するピクセルを、多大なコンピュータ処理労力の適用によって決定せざるを得ない一方、少なくとも２個のＦｉＰセンサを含む本発明に係る立体装置システムでは、個々の画像内の対応するピクセルをＦｉＰセンサを使用することによって記録し、各ＦｉＰセンサを異なる周波数変調で操作し、見掛け上は交互に割り当てることができる。このように、本発明に係る立体装置システムは、物体の縦方向位置に関する情報のほか、物体の横方向位置に関する少なくとも１つの情報も、労力を低減する形で生成することを可能にし得るという点を強調することができる。
【０１８７】
立体装置システムについて詳しくは、追跡システムおよび走査システムそれぞれの説明を参照するとよい。
【０１８８】
本発明のさらなる一態様において、少なくとも１個の物体の画像処理用カメラが開示される。カメラは、本発明に係る、例えば上記または下記にてさらに詳述される１つまたは複数の実施形態において開示されるような、少なくとも１個の検出器を含む。このように、検出器は写真装置、具体的にはデジタルカメラの一部であってもよい。具体的には、検出器は３Ｄ写真撮影、具体的にはデジタル３Ｄ写真撮影に使用され得る。このように、検出器はデジタル３Ｄカメラを形成する、またはデジタル３Ｄカメラの一部であってもよい。本明細書で使用されるとき、「写真撮影」という用語は一般的に、少なくとも１個の物体の画像情報を取得する技術を指す。本明細書でさらに使用されるとき、「カメラ」は一般的に、写真撮影の実施向けに適合される装置を指す。本明細書でさらに使用されるとき、「デジタル写真撮影」という用語は一般的に、照明の強度を示す電気信号、好ましくは、デジタル電気信号を生成するように適合された複数の感光性要素の使用によって、少なくとも１個の物体の画像情報を取得する技術を指す。本明細書でさらに使用されるとき、「３Ｄ写真撮影」という用語は一般的に、３次元空間における少なくとも１個の物体の画像情報を取得する技術を指す。相応に、３Ｄカメラは３Ｄ写真撮影の実施向けに適合された装置を指す。カメラは一般的に、単一の画像、例えば単一の３Ｄ画像を取得するために適合され得る、または複数の画像、例えば一連の画像を取得するために適合され得る。このように、カメラは、例えばデジタルビデオシーケンスの取得など、ビデオへの応用向けに適合されたビデオカメラであってもよい。
【０１８９】
このように、一般的に、本発明はさらに、少なくとも１個の物体の画像処理用のカメラ、具体的にはデジタルカメラ、より具体的には３Ｄカメラまたはデジタル３Ｄカメラを指す。上記にて概説のとおり、「画像処理」という用語は、本明細書で使用されるとき、一般的に、少なくとも１個の物体の画像情報の取得を指す。カメラは本発明に係る少なくとも１個の検出器を含む。カメラは、上記にて概説のとおり、単一の画像の取得、あるいは画像シーケンスなど複数の画像の取得、好ましくはデジタルビデオシーケンスの取得向けに適合され得る。このように、一例として、カメラはビデオカメラである、またはビデオカメラを含むものであってもよい。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。
【０１９０】
本発明のさらなる一態様において、上述の実施形態の１つもしくは複数および／または以下にてさらに詳しく記載する実施形態の１つもしくは複数において開示されるものなど、本発明に係る光学検出器を使用する方法が、交通技術における位置測定；娯楽への応用；セキュリティへの応用；ヒューマンマシンインターフェースへの応用；追跡への応用；走査への応用；写真撮影への応用；部屋、建物および街路の群から選択される少なくとも１つの空間など少なくとも１つの空間の地図を作成するための地図作成への応用；モバイルアプリケーション；ウェブカム；音響装置；ドルビーサラウンド音響システム；コンピュータ周辺機器；ゲーミングへの応用；音響への応用；カメラまたはビデオへの応用；セキュリティへの応用；監視への応用；自動車への応用：輸送への応用；医療への応用；農業への応用；植物または動物の繁殖に関連する応用；作物保護への応用；スポーツへの応用；機械視覚への応用；車両への応用；航空機への応用；船舶への応用；宇宙船への応用；建築への応用；建設への応用；地図製作への応用；製造への応用；ロボット工学への応用；品質管理への応用；製造への応用；ステレオカメラとの併用；品質管理への応用；少なくとも１個の飛行時間検出器との併用；構造化光源との併用；ステレオカメラとの併用から成る群から選択される使用目的について開示される。付加的または代替的に、局所測位システムおよび／または全地球測位システムでの応用、特に乗用車または他の車両（例：鉄道、自動二輪車、自転車、貨物輸送トラック）、ロボットまたは歩行者用の陸標ベースの測位および／または屋内および／または屋外のナビゲーションでの応用も挙げられる。さらに、屋内測位システムも潜在的応用として、例えば家庭用品および／または製造技術で使用されるロボットも挙げられる。
【０１９１】
さらに、本発明に係る光学検出器は、Ｊｉｅ−Ｃｉ  Ｙａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｅｎｓｏｒｓ  ２０１３，１３（５），５９２３−５９３６；ｄｏｉ：１０．３３９０／ｓ１３０５０５９２３において開示されているスマート引き戸のようないわゆるスマート引き戸など、自動扉開放装置にも使用され得る。本発明に係る少なくとも１個の光学検出器を、人または物体が扉に接近すると検出し、扉が自動で開くという目的に使用することができる。
【０１９２】
上記にて概説のとおり、さらなる応用例として全地球測位システム、局所測位システム、屋内ナビゲーションシステムなどが挙げられる。このように、本発明に係る様々な装置、すなわち光学検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインターフェース、娯楽装置、追跡システムまたはカメラの１つまたは複数が、具体的には局所測位システムまたは全地球測位システムの一部であってもよい。付加的に、代替的に、これらの装置は可視光通信システムの一部であってもよい。他の用途も実現可能である。
【０１９３】
本発明に係る様々な装置、すなわち光学検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインターフェース、娯楽装置、追跡システム、走査システムまたはカメラの１つまたは複数がさらに、具体的には局所測位システムまたは全地球測位システムと併用される形で、例えば屋内または屋外のナビゲーション用として使用され得る。一例として、本発明に係る１つまたは複数の装置をＧｏｏｇｌｅ  Ｍａｐｓ（登録商標）またはＧｏｏｇｌｅ  Ｓｔｒｅｅｔ  Ｖｉｅｗ（登録商標）などソフトウェア／データベースの組み合わせることができる。本発明に係る装置をさらに、周囲に存在する、その位置がデータベース内で発見され得る物体までの距離の分析にも使用することができる。既知の物体の位置までの距離を基に、使用者の局所位置または大域的位置を計算することができる。
【０１９４】
このように、本発明に係る光学検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインターフェース、娯楽装置、追跡システム、走査システムもしくはカメラ（以下、単に「本発明に係る装置」または本発明をＦｉＰ効果の潜在的使用方法に制限することなく「ＦｉＰ装置」という）は多様な応用目的、例えば以下にてさらに詳しく開示する目的の１つまたは複数に使用され得る。
【０１９５】
このように、第１に、「ＦｉＰ装置」と表すこともできる本発明に係る装置は携帯電話機、タブレットコンピュータ、ラップトップ、スマートパネルあるいは他の固定型または移動型のコンピュータまたは通信アプリケーションにおいて使用され得る。このように、本発明に係る装置は少なくとも１個の活性光源、例えば可視光範囲または赤外光スペクトル範囲の光を放出する光源と、性能向上を目的に組み合わされ得る。このように、一例として、本発明に係る装置はカメラおよび／またはセンサとして、例えば環境、物体および生物を走査するモバイルソフトウェアと組み合わせて使用され得る。本発明に係る装置はさらに、画像処理効果を高めるために、従来型カメラなど２Ｄカメラと組み合わせることもできる。本発明に係る装置はさらに、監視および／または記録目的に、あるいはモバイル機器を制御する入力装置として、特にジェスチャ認識と組み合わせて使用することもできる。このように、具体的には、ヒューマンマシンインターフェースとして働く、ＦｉＰ入力装置とも呼ばれる本発明に係る装置は、携帯電話機などモバイル機器を介して他の電子装置または構成要素を制御する目的などモバイルへの応用に使用され得る。一例として、少なくとも１個のＦｉＰ装置を含むモバイルアプリケーションを、テレビジョン、ゲームコンソール、音楽再生機器または音楽装置または他の娯楽装置の制御用として使用することができる。
【０１９６】
さらに、本発明に係る装置はコンピューティングへの応用向けのウェブカムまたは他の周辺機器にも使用され得る。このように、一例として、本発明に係る装置は画像処理、記録、監視、走査、または運動検出用のソフトウェアと組み合わせて使用され得る。ヒューマンマシンインターフェースおよび／または娯楽装置の文脈で概説されているとおり、本発明に係る装置は特に、顔面表現および／または身体表現による命令付与に有用である。本発明に係る装置は、マウス、キーボード、タッチパッドなどのような他の入力生成装置と組み合わせることができる。さらに、本発明に係る装置は例えばウェブカムを使用することによって、賭け事向けの応用にも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は仮想トレーニングへの応用および／またはビデオ会議にも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は、仮想現実または拡張現実への応用において、特に頭部装着型ディスプレイを着用する際、使用される手、腕または物体の認識または追跡にも使用され得る。
【０１９７】
さらに、本発明に係る装置は、上記にて部分的に説明したとおり、携帯型音響装置、テレビジョン装置および賭け事装置にも使用され得る。具体的には、本発明に係る装置は、電子装置、娯楽装置などの制御装置として使用され得る。さらに、本発明に係る装置は、２Ｄ表示技法および３Ｄ表示技法などにおける眼球検出または視線追跡向けに、特に拡張現実への応用および／またはディスプレイに視線が向けられているか否かの認識および／またはディスプレイに視線が向けられている方向の認識向けの透明ディスプレイと併せて使用され得る。さらに、本発明に係る装置は、仮想現実または拡張現実への応用との関連において、特に頭部装着型ディスプレイを着用する際、部屋、境界または障害物を探索する目的にも使用され得る。
【０１９８】
さらに、本発明に係る装置は、例えばＤＳＣカメラなどデジタルカメラおよび／またはＳＬＲカメラなどレフレックスカメラにおいて、あるいはそれらとして使用され得る。これらの応用については、上記に開示するような携帯電話機などモバイルアプリケーションにおける本発明に係る装置を使用する方法を参照するとよい。
【０１９９】
さらに、本発明に係る装置はセキュリティへの応用および監視への応用にも使用され得る。このように、一例として、ＦｉＰセンサ全般を、ある物体が既定の区域内または区域外に存在する場合に信号を発する１個または複数のデジタルおよび／またはアナログの電子機器と組み合わせることができる（例：銀行または博物館での監視への応用）。具体的には、本発明に係る装置は光学的暗号化に使用され得る。ＦｉＰベースの検出を、ＩＲ、Ｘ線、ＵＶ−ＶＩＳ、レーダまたは超音波検出器など、波長を補完する他の検出装置と組み合わせることができる。本発明に係る装置をさらに、低光量環境での検出を可能にする、活性赤外光源と組み合わせることもできる。ＦｉＰベースのセンサなど本発明に係る装置は一般的に、能動型検出器システムと比べ有利であるが、何故なら具体的には、本発明に係る装置は第三者によって検出され得る信号を能動的に送信することを回避するからであり、例えばレーダへの応用、超音波への応用、ＬＩＤＡＲまたは同様の能動型検出装置の場合がそうである。このように、一般的に、本発明に係る装置は、移動中の物体を、認識されず、かつ気付かれずに追跡および／または走査するために使用され得る。加えて、本発明に係る装置は一般的に、従来の装置と比べ、不正操作されにくく、過敏になりにくい。
【０２００】
さらに、本発明に係る装置を使用することによって３Ｄ検出が容易かつ正確になることを踏まえ、本発明に係る装置は一般的に、顔面、身体および人の認識および識別に使用され得る。その場合、本発明に係る装置は、識別または個人化を目的とする他の検出手段、例えばパスワード、指紋、虹彩検出、音声認識または他の手段と組み合わされ得る。このように、本発明に係る装置は一般的に、セキュリティ装置および他の個人化への応用に使用され得る。
【０２０１】
さらに、本発明に係る装置は生産物識別用３Ｄバーコードリーダとして使用され得る。
【０２０２】
前述のセキュリティおよび監視への応用に加え、本発明に係る装置は一般的に、空間および区域の監視およびモニタリングにも使用され得る。このように、本発明に係る装置は、空間および区域の測量およびモニタリング向けに、また一例として、禁止区域への侵入が発生した場合の警報の発動または実行に使用され得る。このように、本発明に係る装置は一般的に、建物監視または博物館において、任意で他の種類のセンサと組み合わせて、例えば運動センサまたは熱センサと組み合わせて、あるいは画像増倍管または画像拡大装置および／または光電子増倍管と組み合わせて、監視目的に使用され得る。さらに、本発明に係る装置は公共空間または混雑空間において、潜在的に危険有害な活動、特に犯罪、例えば駐車場での窃盗の実行、または空港における置き去りの手荷物など置き去りの物体の検出にも使用され得る。
【０２０３】
さらに、本発明に係る装置は、有利にはビデオおよびカムコーダへの応用など、カメラにも応用され得る。このように、本発明に係る装置は運動捕捉および３Ｄ映画撮影に使用され得る。その場合、本発明に係る装置は一般的に、従来の光学装置と比べ、多数の利点を提供する。このように、本発明に係る装置は一般的に、光学構成要素に関して要求される複雑性が低く済む。このように、一例として、レンズを１個だけ有する本発明に係る装置の提供などにより、従来の光学装置と比べ、レンズ数を少なくすることができる。複雑性が低減されることから、超小型装置が、例えばモバイルへの応用向けに可能である。高品質のレンズを複数有する従来の光学システムは一般的に、概して大型のビーム分割装置が必要となるといった理由により、大型である。さらに、本発明に係る装置は一般的に、自動焦点カメラなど、合焦／自動合焦装置向けにも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は光学顕微鏡法、特に共焦点顕微鏡法にも使用され得る。
【０２０４】
さらに、本発明に係る装置は、自動車技術および輸送技術の技術分野においても適用可能である。したがって、一例として、本発明に係る装置は例えば適応型クルーズコントロール、非常用ブレーキアシスト、車線離脱警告、サラウンドビュー、死角検出、後退時横断通行警告および他の自動車への応用および交通への応用など、距離センサおよび監視センサとして使用され得る。さらに、ＦｉＰセンサは、ＦｉＰセンサの使用によって得られる位置情報の第１および第２の時間導関数の分析などにより、速度および／または加速度の測定にも使用され得る。この特徴は一般的に、自動車技術、輸送技術または全般的交通技術に適用可能である。他の分野の技術への応用も実現可能である。屋内測位システムにおける具体的応用として、輸送における乗客の配置の検出、より具体的にはエアバッグなど安全システムの使用の電子制御が挙げられる。エアバッグの使用を、エアバッグの使用が重傷の原因になると予想されるような形で乗員が車両内に位置する状況において防ぐことができる。
【０２０５】
これらまたは他の応用において、本発明に係る装置は一般的に単独の装置として、あるいは他のセンサ装置と組み合わせて、例えばレーダおよび／または超音波装置と組み合わせて使用され得る。具体的には、本発明に係る装置は自律型運転および安全対策向けに使用され得る。さらに、これらへの応用において、本発明に係る装置は、赤外センサ、音波センサであるレーダセンサ、２次元カメラまたは他の種類のセンサと組み合わせて使用され得る。これらの応用では、本発明に係る典型的な装置の概して受動的な性質が有利である。このように、本発明に係る装置は一般的に信号放出を必要としないことから、能動型センサ信号が他の信号源と干渉するリスクを回避することができる。本発明に係る装置は具体的には、標準的な画像認識ソフトウェアなど、認識ソフトウェアと組み合わせて使用され得る。このように、本発明に係る装置によって提供されるような信号およびデータは一般的に、容易に処理可能であり、したがって一般的に、計算能力に対する要求は、ＬＩＤＡＲなど確立された立体視システムよりも低い。空間要求が低いことから、ＦｉＰ効果を使用するカメラなど本発明に係る装置を車両内の事実上どこにでも、例えばフロントガラス、前方フード、バンパ、灯火類、ミラーまたは他の場所に設置することができる。ＦｉＰ効果に基づく様々な検出器を、例えば車両の自律運転を可能にするために、またはアクティブセーフティの概念の性能を向上させるために組み合わせることができる。このように、様々なＦｉＰベースのセンサを、他のＦｉＰベースのセンサおよび／または従来型のセンサと、例えばリアウィンドウ、サイドウィンドウまたはフロントウィンドウ、バンパまたは灯火類において、組み合わせることができる。
【０２０６】
本発明に係る少なくとも１個の検出器など、本発明に係る少なくとも１個の装置を、１個または複数の降雨検出センサと組み合わせることも可能である。これは、本発明に係る装置が一般的に、とりわけ豪雨の間は、レーダなど従来型のセンサ技術よりも有利であるという事実による。少なくとも１個のＦｉＰ装置を、少なくとも１つの従来型センシング技術、例えばレーダと組み合わせることにより、気象条件に応じた複数の信号の適正な組み合わせを選択するソフトウェアを実現することができる。
【０２０７】
さらに、本発明に係る装置は一般的に、ブレーキアシストおよび／またはパーキングアシストおよび／または速度測定にも使用され得る。速度測定を車両と一体化する、または車両外において、例えば交通規制時における他の車両の速度測定向けに使用することができる。さらに、本発明に係る装置は、駐車場で空き駐車スペースを検出する目的にも使用され得る。
【０２０８】
さらに、本発明に係る装置は、医療システムおよびスポーツの分野にも使用され得る。このように、医療技術分野では、内視鏡などに使われる外科用ロボット工学が挙げられるが、何故なら上記にて概説のとおり、本発明に係る装置は必要な容積が少なく済み、他の装置に組み込むことができるからである。具体的には、内視鏡など医療用装置において３Ｄ情報を捕捉するために使用され得る、本発明に係る装置は、レンズが１個あればよい。さらに、本発明に係る装置は、運動の追跡および／または走査および分析を可能にするために、適切なモニタリングソフトウェアと組み合わされ得る。これにより、内視鏡または外科用メスなど医療用装置の位置を瞬間的に、磁気共鳴映像法、Ｘ線撮影または超音波撮影などから取得された医療用画像処理結果と重ね合わせることができる。これらの応用は具体的には、医療処置および遠隔診断および遠隔治療において有益である。さらに、本発明に係る装置は３Ｄ身体走査に使用され得る。身体走査は医療分野において、歯科手術、形成手術、肥満手術または美容整形手術などに適用され得る、あるいは筋膜疼痛症候群、癌、身体醜形障害または他の疾患の診断などに適用され得る。身体走査はさらに、スポーツ用具の人間工学的な使用または適合を評価する目的で、スポーツ分野にも適用され得る。
【０２０９】
身体走査はさらに、衣類の文脈において、衣類の適切なサイズやフィッティングの決定などにも使用され得る。この技術はテーラーメードの衣類、あるいはインターネットまたはセルフサービスのショッピング装置、例えばマイクロキオスク装置または顧客コンシェルジュ装置などから注文した衣類または履物の文脈で使用され得る。衣類の文脈における身体走査は、正装した顧客を走査する場合に特に重要である。
【０２１０】
さらに、本発明に係る装置は、人数計数システムの文脈において、例えばエレベーター、列車、バス、乗用車、または航空機内の人数の計数、あるいは玄関、扉、通路、小売店舗、スタジアム、娯楽会場、博物館、図書館、公共の場所、映画館、劇場などを通過する人数の計数を目的に使用され得る。さらに、人数計数システムにおける３Ｄ機能は、計数される人々に関する詳細情報、例えば身長、体重、年齢、体力などの情報を取得または推定する目的にも使用され得る。この情報は、ビジネスインテリジェンス測定基準向けに、および／または地域社会において人数を数えることによって魅力または安全性を高めるためのさらなる最適化に使用され得る。小売環境では、本発明に係る装置は人数計数の文脈で言えば、再来店顧客または買物客の往来の認識、買物行動の評価、実際に購入する来訪者の割合の評価、交代勤務の最適化、あるいは商店街における来訪者１人当たり原価のモニタリングなどに使用され得る。さらに、人数計数システムは、スーパーマーケット、ショッピングモールなどを通る顧客の経路の評価にも使用され得る。さらに、人数計数システムは身体計測調査にも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は公共輸送システムにおいて、輸送距離に応じた自動運賃課金にも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は児童の遊び場において、特に負傷した児童または危険な活動に関わっている児童の認識による、遊具との付加的な相互交流の実現、遊具の安全な使用の確保などにも使用され得る。
【０２１１】
さらに、本発明に係る装置は建設用具、例えば物体もしくは壁までの距離を決定する距離計、または表面が平面かどうかを評価する道具、物体を順序通りに整列または配置するための道具、または建設環境などで使用するための検査用カメラにおいて使用され得る。
【０２１２】
さらに、本発明に係る装置はトレーニング、遠隔指導または競技目的など、スポーツおよび運動の分野にも適用され得る。具体的には、本発明に係る装置はダンス、エアロビクス、フットボール、サッカー、バスケットボール、野球、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も適用され得る。本発明に係る装置はスポーツと試合の両方において、ボール、バットまたは剣の位置および運動などを検出するため、例えば試合を監視するため、審判をサポートするため、またはスポーツにおける特定の状況において決定を行うため、とりわけ自動決定を行うため、例えば、実際に得点またはゴールがあったか否の決定を行うために使用され得る。
【０２１３】
本発明に係る装置はさらに、楽器の練習の補助、特に遠隔レッスン、例えばフィドル、バイオリン、ヴィオラ、チェロ、ベース、ハープ、ギター、バンジョーまたはウクレレなど弦楽器、ピアノ、オルガン、キーボード、ハープシコード、ハーモニウムまたはアコーディオンなど鍵盤楽器、および／またはドラム、ティンパニ、マリンバ、木琴、ビブラホン、ボンゴ、コンガ、タンバル、ジャンベまたはタブラなど打楽器のレッスンの補助にも使用され得る。
【０２１４】
本発明に係る装置はさらに、トレーニングの奨励および／または運動の調査および是正を目的に、リハビリテーションおよび理学療法にも使用され得る。その場合、本発明に係る装置を遠隔診断に応用することもできる。
【０２１５】
さらに、本発明に係る装置は、機械視覚の分野にも適用され得る。このように、本発明に係る１個または複数の装置を、例えば自律運転および／またはロボットの作業に関する受動的制御ユニットとして使用することができる。移動するロボットと組み合わせることにより、本発明に係る装置は、自律的な移動および／または部品の不具合の自律的な検出を実現し得る。本発明に係る装置は、これに限らないが、例えばロボットと生産部品と生物との間での衝突などの事故を回避するために、製造および安全性の監視にも使用され得る。ロボット工学では、ロボットが人間を認識しないと人間に重傷を負わせてしまうおそれがあることから、人間とロボットとの安全な直接の相互作用が争点となることが多い。本発明に係る装置は、ロボットが物体や人間の位置をより良好かつ迅速に決定し、安全な相互作用を可能にする上で役立ち得る。本発明に係る装置の受動的性質を踏まえ、本発明に係る装置は能動型装置よりも有利と考えられ、および／またはレーダ、超音波、２Ｄカメラ、ＩＲ検出など、既存の解決手段を補う目的に使用され得る。本発明に係る装置における１つの特別な利点は、信号干渉の可能性が低いことである。したがって、複数のセンサが同じ環境で同時に、信号干渉のリスクを伴うことなく作動し得る。このように、本発明に係る装置は一般的に、高度に自動化された生産環境、これに限らないが、例えば自動車産業、鉱業、鉄鋼産業などにおいて有用となり得る。本発明に係る装置は、例えば２Ｄ画像処理、レーダ、超音波、ＩＲなど他のセンサと組み合わせて、品質管理または他の目的など、生産における品質管理にも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は表面品質の評価向けに、例えば製品の表面平坦性または指定された寸法の遵守状況の調査などを目的に、数マイクロメートルから数メートルの範囲に至るまで使用することができる。他の品質管理への応用も実現可能である。製造環境において、本発明に係る装置は食品または木材など天然生産物の加工に特に有用であり、複雑な３次元構造によって大量の廃棄物の発生を回避する。さらに、本発明に係る装置は、タンクやサイロなどの充填レベルのモニタリングにも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は複雑な製品の部品検査、特に欠落部品、不完全な部品、緩んでいる部品、または低品質の部品の検査向けに、例えば自動光学検査または印刷回路基板に関連する検査、組立品または部分組立品の検査、工学的構成要素の検証、エンジン部品検査、木材品質検査、ラベル検査、医療用具検査、製品配向検査、包装検査、食品包装検査、あるいは他の種類の部品に関連する検査にも使用され得る。
【０２１６】
特に、本発明に係る装置は産業品質管理において、製品、特に非固相、特に液体、乳剤、ガス、エアロゾル、またはこれらの混合物など流体を含む製品の製造、包装および流通に関連する特性の識別に使用され得る。一般的に化学、製薬、化粧品、飲食料品産業はもとより、他の産業分野にも存在し得るこれらの種類の製品は通常、コンテナ、ケース、またはボトルとして表され得る固体容器を必要とし、容器は好ましくは完全にまたは少なくとも部分的に透明であってもよい。簡略化のため、以下では「ボトル」という用語を特定の頻繁な例として使用する場合があるが、容器の形状または材料などに対する実際の如何なる制限も意図しない。したがって、対応する製品を含むボトルは、好ましくは本発明に係る光学検出器またはそれを含むシステムの採用によって品質管理に使用され得る多数の光学的パラメータによって特徴付けられ得る。これに関する限り、光学検出器は特にボトル内の製品充填レベル、ボトルの形状、およびボトルにラベルを貼り付ける場合における特に各製品の情報を記載するためのラベルの特性を含む、光学的パラメータの１つまたは複数の検出に使用され得る。
【０２１７】
最新技術によれば、この種の産業品質管理は通常、産業用カメラを使用することおよびそれに続く画像分析を使用することにより、上述の光学的パラメータの１つまたは複数を各画像の記録および評価によって見極めるために実行され得るが、その場合、産業品質管理によって通常要求されるような応答は、ＴＲＵＥ（すなわち品質が十分である）またはＦＡＬＳＥ（すなわち品質が不十分）いずれかの値を得ることしかできない論理的ステートメントであることから、光学的パラメータに関して得られる複雑な情報のほとんどが、概して、破棄され得る。一例として、ボトルの画像を記録するには産業用カメラが必要となる場合があり、その場合、充填レベル、ボトルの形状に発生し得る変形および／またはボトルに貼り付けられる対応するラベルの記載内容の誤りおよび／もしくは欠落を検出するために、記録後の画像分析において画像が評価され得る。特に、逸脱は通常かなり小さいことから、同じ製品について記録される様々な画像はすべて類似性が高い。したがって、色レベルまたはグレイスケールなど単純なツールを採用し得る画像分析は概して不十分である。さらに、従来型の大面積画像センサは得られる情報が少なく、これは特に入射光ビームの出力からの独立性が線形であることに起因する。
【０２１８】
これとは対照的に、本発明に係る光学検出器は入射光ビームの出力からの既知の依存性を示す１個または複数の光学センサを使用する設定を既に含み、これは特に、ボトル内の製品充填レベル、ボトルの形状、およびボトルに貼り付けられるラベルの少なくとも１つの特性など、上述の光学的パラメータに関して製品の画像に及ぼす影響が大きくなるという結果をもたらし得る。したがって、特に、製品の画像内に含まれる複雑な情報を直接、１つまたは複数のセンサ信号、例えば容易にアクセス可能な電流信号に凝縮するように光学センサを適合させることにより、従来の高度な画像分析を実行する必要性を回避することができる。そのうえ、上述のとおり、本発明における、特に自動焦点装置の提供を指し、個々の時間間隔内でのセンサ電流における局所的な最大値または最小値などのセンサ信号が調査対象製品が実際に合焦状態であることを示唆し得る物体はさらに、対応する製品の画像からの上述の光学的パラメータの評価を支援し得る。たとえ最新技術から既知のカメラにおいて自動焦点装置が使用され得る場合であっても、レンズシステムは一般的に、焦点が通常は測定中に不変のままであることから、限られた範囲の距離しかカバーしない。しかし、可変焦点レンズの使用に基づく本発明に係る測定の概念は、１つの大きな範囲にわたる焦点の変動が本明細書に記載の測定の概念の採用によって可能となり得ることから、はるかに広い範囲をカバーし得る。さらに、特異的に適合される転送装置、照明源、例えば対称破壊および／もしくは変調照明を提供するように構成される装置、変調装置および／またはセンサスタックなどの使用はさらに、品質管理過程で取得される情報の信頼性を増進し得る。
【０２１９】
さらに、本発明に係る装置はポール、車両、列車、航空機、船舶、宇宙船および他の交通への応用にも使用され得る。このように、交通への応用の文脈においては上述の応用に加え、航空機や車両など向けの受動型追跡システムも挙げられる。本発明に係る少なくとも１個の検出器など、本発明に係る少なくとも１個の装置を、移動中の物体の速度および／または方向のモニタリングに使用することが実現可能である。具体的には、陸地、海および空（宇宙空間を含む）における高速移動中の物体の追跡が挙げられる。具体的には、少なくとも１個のＦｉＰ検出器を、固定型および／または移動型の装置に装着することができる少なくとも１個のＦｉＰ装置の出力信号を、例えば別の物体の自律移動または誘導移動のための誘導機構と組み合わせることができる。このように、追跡対象物体と操縦対象物体との間での衝突を回避する、または可能にするための応用が実現可能である。本発明に係る装置は一般的に有用かつ有利であるが、その背景には要求される計算能力が低く、瞬時に応答することと、検出システムの受動的性質のおかげで一般的に、レーダなど能動型システムと比べ、見つかりにくく、撹乱されにくいという点がある。さらに、本発明に係る装置は、着陸または離陸手順中の航空機、特に滑走路に近い、レーダシステムが十分に正確に機能しないおそれのある場所に居る航空機の支援に使用され得る。そのような着陸または離陸の支援装置は、滑走路など地面に固定される、または航空機に固定されるビーコン装置によって、あるいは航空機もしくは地面のいずれかまたは両方に固定される照明／測定装置によって実現され得る。本発明に係る装置は、例えば速度制御装置や航空交通制御装置に特に有用であるが、これらに限られるわけではない。さらに、本発明に係る装置は、有料道路の自動料金徴収システムにも使用され得る。
【０２２０】
本発明に係る装置は一般的に、受動的応用に使用され得る。受動的応用の例として港湾または危険区域での船舶の誘導や、航空機の離着陸時の誘導が挙げられる。この場合、精密誘導を目的に、固定型の既知の能動的標的が使用され得る。同じものを、鉱山用車両など、危険であるが適切に定義された経路上での車両運転に使用することができる。さらに、本発明に係る装置は、自動車、列車、飛行物体、動物など、急速に接近する物体の検出にも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は、物体の速度または加速度の検出、あるいは時間に応じた位置、速度および／または加速度の１つまたは複数の追跡による物体の動きの予測にも使用され得る。
【０２２１】
さらに、上記にて概説のとおり、本発明に係る装置は賭け事分野にも使用され得る。このように、本発明に係る装置は、サイズ、色、形状などが同一または異なる複数の物体と併用する場合、例えば運動を内容に組み入れるソフトウェアとの組み合わせによる運動検出の場合、受動的であってもよい。特に、運動をグラフィック出力へと実装する応用が実現可能である。さらに、命令を付与するための本発明に係る装置の応用が、例えばジェスチャ認識または顔面認識用の、本発明に係る１個または複数の装置を使用することによって実現可能である。本発明に係る装置は、例えば低光量条件またはその他、周囲条件の増強が必要となる状況下で作動できるように、能動型システムと組み合わせることができる。付加的に、代替的に、本発明に係る装置の１個または複数と、１個または複数のＩＲ光源もしくはＶＩＳ光源との組み合わせ、例えばＦｉＰ効果に基づく検出装置との組み合わせも可能である。ＦｉＰベースの検出器を、これに限らないが、例えば特別な色、形状、他の装置に対する相対位置、移動速度、光、装置の光源の変調に使用される周波数、表面特性、使用材料、反射特性、透明度、吸収特性などをシステムとそのソフトウェアによって容易に区別することができる特殊装置と組み合わせることも可能である。装置は、他にも数ある可能性の中で特に、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、キューブ、ダイス、フィギュア、人形、テディ、ビーカ、ペダル、スイッチ、手袋、宝飾品、楽器または楽器用補助用具、例えばピック、ドラムスティックなどに類似するものであってもよい。他の選択肢も実現可能である。
【０２２２】
さらに、本発明に係る装置は、高温または他の発光プロセスなどによってそれ自体が発光する物体の検出および／または追跡にも使用され得る。発光部分は排気流などであってもよい。さらに、本発明に係る装置は、反射性物体の追跡や、これらの物体の回転または配向の分析にも使用され得る。
【０２２３】
さらに、本発明に係る装置は一般的に、建築、建設および地図製作の分野にも使用され得る。このように、本発明に係る１個または複数の装置は一般的に、田園地帯または建物など、環境的区域の測定および／またはモニタリングに使用され得る。その場合、本発明に係る１個または複数の装置を他の方法および装置と組み合わせる、またはもっぱら建築プロジェクト、変化する物体、住宅などの進捗および正確性のモニタリングを目的に使用することができる。本発明に係る装置は、部屋、街路、住宅、コミュニティまたは景観（地上または上空からの双方）に関する地図を作成するために、スキャンされた環境の３次元モデルを生成する目的で使用され得る。潜在的な適用分野の例として建設、内部アーキテクチャ；屋内の家具配置；地図作成、不動産管理、土地測量などが挙げられる。一例として、本発明に係る装置を、畑、製造工場または景観など、建物、農業生産環境について、救難作戦の支援、あるいは単独または複数の人または動物などの発見または観察を目的にモニタリングするために、マルチコプターに搭載して使用することができる。さらに、本発明に係る装置は生産環境において、パイプラインの長さ、タンク容積、あるいは生産プラントまたは反応器に関連するさらなる幾何学の測定にも使用され得る。
【０２２４】
さらに、本発明に係る装置は、家屋内での基本的な電化製品関連サービス、例えばエネルギーまたは負荷の管理、遠隔診断、ペット関連電化製品、児童関連電化製品、児童監視、電化製品関連監視、高齢者または病人の補助またはサービス提供、家屋の保安および／または監視、電化製品の操作の遠隔制御、そして自動保守補助の相互接続、自動化および制御のための、ＣＨＡＩＮ（欧州家電機器委員会相互運用ネットワーク）など、家庭用電化製品の相互接続ネットワーク内でも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は、空調システムなど冷暖房システムにおいて、所望の温度または湿度への調整対象となる部屋の部分を、特に１人または複数の人の位置に応じて決定するためにも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は、家事に使用され得る奉仕ロボットまたは自律型ロボットなど、家庭用ロボットにも使用され得る。本発明に係る装置は多種多様な目的、例えば衝突回避または環境地図作成に使用され得るだけでなく、使用者の識別、任意の使用者についてのロボットの性能の個人化、セキュリティ目的、あるいはジェスチャ認識または顔面認識にも使用され得る。一例として、本発明に係る装置は、ロボット掃除機、床洗浄ロボット、乾拭きロボット、衣類のアイロン掛け用ロボット、動物用トイレロボット（猫用トイレロボットなど）、侵入者を発見するセキュリティロボット、芝刈りロボット、自動プール洗浄機、雨樋洗浄ロボット、窓洗浄ロボット、おもちゃのロボット、テレプレゼンスロボット、移動能力が低い人々の友達になるソーシャルロボット、または手話通訳ロボットにおいて使用され得る。高齢者など移動能力が低い人々の文脈において、本発明に係る装置を有する家庭用ロボットは、物体の拾い上げ、運搬、および物体や使用者との安全な形での相互交流といった目的に使用され得る。さらに、本発明に係る装置は、危険物を扱うロボットまたは危険な環境で働くロボットにも使用され得る。非限定的な一例として、本発明に係る装置は、化学物質または放射性物質など危険物（特に災害発生後）、あるいは地雷、不発弾など他の危険物または潜在的危険物を扱うロボットまたは無人遠隔制御型車両において、あるいは燃えている物体または被災地の付近など不安全な環境での運用またはそのような環境の調査に使用され得る。さらに、本発明に係る装置は、血圧、心拍数、体温など健康機能を評価するロボットにも使用され得る。
【０２２５】
さらに、本発明に係る装置は、家庭用機器、モバイル機器または娯楽装置、例えば冷蔵庫、電子レンジ、洗濯機、窓のブラインドまたはシャッター、家庭用警報器、空調機器、暖房機器、テレビジョン、音響装置、スマートウォッチ、携帯電話機、電話機、食器洗浄機、またはストーブなどにおいて、人の存在の検出、装置の内容または機能のモニタリング、あるいは人との相互交流および／または人に関する情報を別の家庭用機器、モバイル機器または娯楽装置と共有する目的にも使用され得る。
【０２２６】
本発明に係る装置はさらに、農業分野において、例えば害虫、雑草および／または菌類や昆虫によって感染するおそれのある作物植物の感染状況の完全なまたは部分的な検出および選別にも使用され得る。さらに、作物収穫の場合、本発明に係る装置を使用しなければ収穫用機器によって負傷する可能性のあるシカなどの動物の検出に、本発明に係る装置を使用することもできる。さらに、本発明に係る装置は、畑または温室での植物の成長を観察するため、特に畑または温室内の任意の領域について、さらには任意の植物について、水または肥料または作物保護製品の量の調整にも使用され得る。さらに、農業用バイオテクノロジー分野において、本発明に係る装置は植物のサイズおよび形状のモニタリングにも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は、畜舎の清掃など農業または動物繁殖環境、自動搾乳設備、雑草、牧草、藁などの処理、卵の捕獲、作物、雑草または草の刈り取り、動物の屠殺、鳥の毛むしり、といった工程にも使用され得る。
【０２２７】
さらに、本発明に係る装置を、化学物質または汚染物質を検出するセンサ、バクテリアまたはウイルスなどを検出する電子鼻チップ、微生物センサチップ、ガイガーカウンタ、触覚センサ、熱センサなどと組み合わせることもできる。これは例えば危険または困難な作業、例えば感染性の高い患者の治療、極めて危険な物質の取扱いまたは除去、高度汚染区域（高放射能区域または化学物質漏出）の浄化、あるいは農業での害虫駆除向けに構成されるスマートロボットの製造に使用され得る。
【０２２８】
さらに、本発明に係る装置は、ある区域での怪しい物体、人または行動の監視など、セキュリティへの応用にも使用され得る。
【０２２９】
本発明に係る１個または複数の装置はさらに、物体のスキャン向けに、例えばＣＡＤまたは同様のソフトウェアと組み合わせて、例えば添加物製造および／または３Ｄ印刷向けにも使用され得る。その場合、本発明に係る装置の高い寸法精度を、例えばｘ方向、ｙ方向またはｚ方向において、あるいはこれらの方向の任意の組み合わせで、例えば同時に利用することができる。さらに、本発明に係る装置は例えばパイプライン検査ゲージなど、検査および保守の際にも使用され得る。さらに、生産環境において、本発明に係る装置は、自然に成長する物体など定義困難な形状の物体が相手の作業、例えば野菜または他の自然生産物の形状またはサイズによる選別、あるいは加工行程に必要な精度よりも低い精度で製造される食肉、果物、パン、豆腐、野菜、卵など、または物体などの生産物の切断にも使用され得る。非限定的な一例として、本発明に係る装置は、生産環境における包装工程の前または後での低品質な天然産物の選別に使用され得る。
【０２３０】
さらに、本発明に係る装置は、車両またはマルチコプターなどを例えば屋内空間または屋外空間経由で自律移動または部分自律移動させることを可能にするための、局所操縦システムにも使用され得る。非限定的な一例として、物体を拾い上げ、それらを様々な位置に配置するために、自動化された貯蔵施設を通って移動する車両が挙げられる。屋内操縦はさらに、商店街、小売店舗、博物館、空港または鉄道駅における可動物品、可動装置、手荷物、顧客または従業員の位置の追跡、あるいは地図上での現在位置など場所特異的情報、または販売された物品に関する情報の使用者への提供などにも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は製造環境において、ロボットアームなどを使用して物体を拾い上げてそれらを別の場所、例えばコンベアベルトに載せる作業にも使用され得る。非限定的な一例として、ロボットアームを本発明に係る１個または複数の装置と組み合わせて、箱からスクリューを拾い上げ、それをコンベアベルトで運ばれてくる物体の特定の位置にねじ込むという作業を行うことができる。
【０２３１】
さらに、本発明に係る装置は、自動二輪車の安全運転の確保、例えば速度、傾斜、接近中の障害物、道路の凹凸、またはカーブのモニタリングによる自動二輪車運転支援などにも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は、列車または路面電車の衝突回避にも使用され得る。
【０２３２】
さらに、本発明に係る装置は、携帯型装置において、包装物または小包の、物流プロセス最適化のための走査にも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は、さらなる携帯型装置、例えば個人用買物装置、ＲＦＩＤリーダ、病院または保健環境において使用するための医療用携帯型装置、あるいは患者または患者の健康に関連する情報の入手、交換または記録、あるいは小売環境または保健環境向けのスマートバッジなどにも使用され得る。
【０２３３】
上記にて概説のとおり、本発明に係る装置はさらに、製造、品質管理または識別への応用、例えば生産物識別またはサイズ識別（最適な場所または包装物の発見、廃棄物低減などの目的）にも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は物流への応用にも使用され得る。このように、本発明に係る装置は、載荷または包装容器または車両の最適化に使用され得る。さらに、本発明に係る装置は、製造分野における表面損傷のモニタリングまたは制御、レンタル車両などレンタル物品のモニタリングまたは制御、および／または損害評価など保険への応用にも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は、最適な材料の取扱いなど、材料、物体または道具のサイズの識別用として、特にロボットと併用する形でも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は、タンクの充填レベル観察など生産工程管理にも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は、これに限らないが、タンク、パイプ、反応装置、道具など生産用資産の保守にも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は３Ｄ品質マークの分析にも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は、歯の詰め物、歯列矯正具、義歯、衣類などのオーダーメード製品の製造にも使用され得る。本発明に係る装置は、１つまたは複数の３Ｄプリンタとの組み合わせによる、迅速な試作品製作、３Ｄ複製などにも使用され得る。さらに、本発明に係る装置は、１個または複数の物品の形状検出にも、例えば海賊品や偽造品の摘発のために使用され得る。
【０２３４】
好ましくは、光学検出器、方法、ヒューマンマシンインターフェース、娯楽装置、追跡システム、カメラおよび様々な検出器の応用のさらなる潜在的詳細について、特に転送装置、縦方向光学センサ、評価装置、および該当する場合は横方向光学センサ、変調装置、照明源および画像処理装置に関して、具体的には潜在的材料、設定およびさらなる詳細に関して、国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号、米国特許第２０１２／２０６３３６Ａ１号、国際公開第２０１４／０９７１８１Ａ１号、および米国特許第２０１４／２９１４８０Ａ１号の１つまたは複数を参照するとよい。これらの文献すべての全内容が参照によって本明細書に含まれる。
【０２３５】
上述の検出器、方法、ヒューマンマシンインターフェースおよび娯楽装置、ならびに提案される使用方法も、先行技術に対して大幅な利点を有する。このように、一般的に、簡単でありながらも効率的な、空間内での少なくとも１個の物体の位置を正確に決定するための検出器が提供され得る。その中で、一例として、物体または物体の一部の３次元座標を、迅速かつ効率的な形で決定することができる。
【０２３６】
当該技術分野において既知の装置と比べ、提案される検出器は高度な簡素さ、具体的には検出器の光学的設定に関する簡素さを提供する。このように、曖昧さのない位置検出には単一の縦方向光学センサで十分である。この高度な簡素さは、具体的にはヒューマンマシンインターフェースなどにおける機械制御や、より好ましくはゲーミング、追跡、走査、および立体視などに適する。このように、多数のゲーミング、娯楽、追跡、走査、および立体視の目的に使用され得る、費用効率的な娯楽装置が提供され得る。
【０２３７】
要約すると、本発明の文脈においては以下の実施形態が特に好ましいと考えられる。
【０２３８】
実施形態１：少なくとも１個の物体を光学的に検出するための検出器であって、
少なくとも１つのセンサ領域を有し、光ビームによるセンサ領域の照明に依存する形で少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計された、少なくとも１個の縦方向光学センサであって、縦方向センサ信号は、照明の総出力が同じである場合はセンサ領域内の光ビームのビーム断面に依存し、縦方向センサ信号はさらに、縦方向光学センサの少なくとも１つの特性に依存し、縦方向光学センサの特性は調節可能である、少なくとも１個の縦方向光学センサと、
縦方向光学センサの縦方向センサ信号を評価することによって、物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように設計される、少なくとも１個の評価装置と
を含む検出器。
【０２３９】
実施形態２：少なくとも１つの外部影響および／または少なくとも１つの内部影響を及ぼすように構成される少なくとも１個の切り替え装置を含む実施形態１に記載の検出器。
【０２４０】
実施形態３：縦方向光学センサ信号を一義的に評価するように評価装置が設計される実施形態１または２に記載の検出器。
【０２４１】
実施形態４：縦方向光学センサが少なくとも２つの操作モードで操作可能である実施形態１から３のいずれかに記載の検出器。
【０２４２】
実施形態５：縦方向光学センサの特性の調節によって複数の操作モード間の切り替えおよび／または変更が可能になるように構成される実施形態４に記載の検出器。
【０２４３】
実施形態６：縦方向光学センサの少なくとも２つの操作モードを切り替えるように切り替え装置が構成される実施形態５に記載の検出器。
【０２４４】
実施形態７：縦方向光学センサの特性に応じて少なくとも１つの正の操作モードにおいて、センサ領域内で光ビームによって生じる光点の断面の減少に伴って縦方向センサ信号の振幅が増加する実施形態４から６のいずれかに記載の検出器。
【０２４５】
実施形態８：縦方向光学センサの特性に応じて少なくとも１つの負の操作モードにおいて、センサ領域内で光ビームによって生じる光点の断面の減少に伴って縦方向センサ信号の振幅が減少する実施形態４から７のいずれかに記載の検出器。
【０２４６】
実施形態９：縦方向センサ信号の特性に応じて少なくとも１つのニュートラル操作モードにおいて、縦方向センサ信号の振幅が本質的に、センサ領域内で光ビームによって生じる光点の断面の変動と無関係である実施形態４から８のいずれかに記載の検出器。
【０２４７】
実施形態１０：正の操作モード、負の操作モードおよびニュートラル操作モードから成る群における少なくとも２つの操作モード間の切り替えおよび／または変更が可能になるように構成される実施形態９に記載の検出器。
【０２４８】
実施形態１１：縦方向光学センサの操作モードを決定するように評価装置が設計される実施形態４から１０のいずれかに記載の検出器。
【０２４９】
実施形態１２：少なくとも２つの操作モードにおいて縦方向センサ信号を順次または同時のいずれかまたは両方の形で決定するように評価装置が設計される実施形態１１に記載の検出器。
【０２５０】
実施形態１３：少なくとも２つの異なる操作モードにおいて決定される少なくとも２つの縦方向センサ信号の考察によって曖昧さを解消するように評価装置が設計される実施形態１１または１２に記載の検出器。
【０２５１】
実施形態１４：縦方向光学センサの特性が電気的および／または光学的に調節可能である実施形態１から１３のいずれかに記載の検出器。
【０２５２】
実施形態１５：検出器が少なくとも１個のバイアシング装置を含む実施形態１から１４のいずれかに記載の検出器。
【０２５３】
実施形態１６：少なくとも１つのバイアス電圧を縦方向光学センサに印加するようにバイアシング装置が構成される実施形態１５に記載の検出器。
【０２５４】
実施形態１７：縦方向光学センサの特性を異なるバイアス電圧を使用することによって調節可能である実施形態１６に記載の検出器。
【０２５５】
実施形態１８：光伝導モードで駆動される少なくとも１個の光ダイオードを縦方向光学センサが含み、光伝導モードは光ダイオードを採用する電気回路を指し、少なくとも１個の光ダイオードが逆バイアスモードで含まれ、光ダイオードの陰極が陽極に対して正の電圧で駆動される実施形態１５から１７のいずれかに記載の検出器。
【０２５６】
実施形態１９：縦方向光学センサの特性が光ビームの少なくとも１つの特性によって調節可能、特に変更可能である実施形態１から１８のいずれかに記載の検出器。
【０２５７】
実施形態２０：光ビームの特性が波長および／または変調周波数である実施形態１９に記載の検出器。
【０２５８】
実施形態２１：少なくとも１個の照明源をもさらに含む実施形態１から２０のいずれかに記載の検出器。
【０２５９】
実施形態２２：光が少なくとも２つの異なる波長で放出されるように照明源が適合される実施形態２１に記載の検出器。
【０２６０】
実施形態２３：少なくとも１つの第１の波長の光の放出と少なくとも１つの第２の波長の光の放出とを切り替えるように照明源が構成される実施形態２１または２２に記載の検出器。
【０２６１】
実施形態２４：照明源が少なくとも２本の光ビームを放出するように設計され、第１の光ビームの少なくとも１つの特性が第２の光ビームの少なくとも１つの特性と異なり、特性が少なくとも１個の光源の少なくとも１つの波長、少なくとも１つの変調周波数、少なくとも１つの強度、少なくとも１つのサイズから成る群から選択される実施形態２１から２３のいずれかに記載の検出器。
【０２６２】
実施形態２５：第１の光ビームおよび第２の光ビームが同時または順次に放出される実施形態２４に記載の検出器。
【０２６３】
実施形態２６：第１の光ビームが第１の波長を有し、第２の光ビームが第２の波長を有し、縦方向光学センサの特性が第１の光ビームおよび第２の光ビームでの照明によって調節される、特に変化する実施形態２４または２５に記載の検出器。
【０２６４】
実施形態２７：物体に少なくとも部分的に接続され、および／または物体と少なくとも部分的に同一である照明源と、物体を少なくとも部分的に一次放射で照明するように設計された照明源から照明源が選択される実施形態２１から２６のいずれかに記載の検出器。
【０２６５】
実施形態２８：光ビームが物体上での一次放射の反射および／または物体自体による一次放射によって刺激される発光によって生成される実施形態２７に記載の検出器。
【０２６６】
実施形態２９：縦方向光学センサのスペクトル感度が照明源のスペクトル範囲によってカバーされる実施形態２８に記載の検出器。
【０２６７】
実施形態３０：さらに少なくとも１個の照明変調用変調装置をも有する実施形態１から２９のいずれかに記載の検出器。
【０２６８】
実施形態３１：光ビームが変調光ビームである実施形態１から３０のいずれかに記載の検出器。
【０２６９】
実施形態３２：検出器が、異なる変調の場合に複数のセンサ信号、特にそれぞれ異なる変調周波数における複数のセンサ信号を検出するように設計され、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って物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように設計される実施形態３１に記載の検出器。
【０２７０】
実施形態３３：照明の総出力が同じである場合に縦方向センサ信号が照明の変調の変調周波数に依存するような形で縦方向光学センサがさらに設計される実施形態１から３２のいずれかに記載の検出器。
【０２７１】
実施形態３４：光ビームが非変調連続波光ビームである実施形態３３に記載の検出器。
【０２７２】
実施形態３５：縦方向センサ信号を正規化し、光ビームの強度と無関係に物体の縦方向位置に関する情報を生成するように評価装置が適合される実施形態１から３４のいずれかに記載の検出器。
【０２７３】
実施形態３６：少なくとも１個の縦方向センサ信号からの光ビームの直径を決定することによって、物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように評価装置が適合される実施形態１から３５のいずれかに記載の検出器。
【０２７４】
実施形態３７：好ましくは光ビームの伝播方向における少なくとも１つの伝播座標上の光ビームのビーム直径の既知の依存性から、および／または光ビームの既知のガウスプロファイルから、物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を決定するために光ビームの直径を光ビームの既知のビーム特性と比較するように評価装置が適合される実施形態３６に記載の検出器。
【０２７５】
実施形態３８：電流を持続する能力のある少なくとも１つの材料をセンサ領域が含み、材料の少なくとも１つの特性が照明の総出力が同じである場合にセンサ領域内の光ビームのビーム断面に依存し、縦方向センサ信号が少なくとも１つの特性に依存する実施形態１から３７のいずれかに記載の検出器。
【０２７６】
実施形態３９：材料の少なくとも１つの特性が材料の導電性または別の材料特性である実施形態３８に記載の検出器。
【０２７７】
実施形態４０：電流を持続する能力を有する材料が非晶質シリコン、非晶質シリコンを含む合金、微結晶シリコンもしくはテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）の１つまたは複数を含む実施形態３８または３９に記載の検出器。
【０２７８】
実施形態４１：非晶質シリコンを含む合金がシリコンと炭素とを含む非晶質合金またはシリコンとゲルマニウムとを含む非晶質合金である実施形態４０に記載の検出器。
【０２７９】
実施形態４２：非晶質シリコンが水素を使用することによって不動態化される実施形態４０または４１に記載の検出器。
【０２８０】
実施形態４３：縦方向光学センサが少なくとも１個の第１の電極、少なくとも１個の第２の電極、および第１の電極と第２の電極との間に位置する非晶質シリコン、非晶質シリコンを含む合金、または微結晶シリコンを有する光学検出器であり、第１の電極および第２の電極の少なくとも１個が透明な電極である実施形態４０から４２のいずれかに記載の検出器。
【０２８１】
実施形態４４：透明な電極が透明伝導性酸化物（ＴＣＯ）、特にインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を含む実施形態４３に記載の検出器。
【０２８２】
実施形態４５：第１の電極と第２の電極との間に位置する非晶質シリコン、非晶質シリコンを含む合金、または微結晶シリコンがＰＩＮダイオードとして配置され、ＰＩＮダイオードがｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に位置するｉ型半導体層を含む実施形態４３または４４に記載の検出器。
【０２８３】
実施形態４６：ｉ型半導体層が非晶質シリコンを含み、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層それぞれの厚さを超える、特に少なくとも２倍、好ましくは少なくとも５倍、より好ましくは少なくとも１０倍以上の厚さを示す実施形態４５に記載の検出器。
【０２８４】
実施形態４７：ｐ型半導体層がシリコンと炭素の合金を含み、２ｎｍ〜２０ｎｍ、好ましくは４ｎｍ〜１０ｎｍの厚さを示す実施形態４５に記載の検出器。
【０２８５】
実施形態４８：ｉ型半導体層がシリコンと炭素の合金を含み、２ｎｍ〜２０ｎｍ、好ましくは４ｎｍ〜１０ｎｍの厚さを示す実施形態４７に記載の検出器。
【０２８６】
実施形態４９：さらに少なくとも１個の横方向光学センサをも含み、横方向光学センサが物体から検出器へと移動中の光ビームの横方向位置を決定するように適合され、横方向位置が検出器の光軸に対して垂直な少なくとも１つの次元内の位置であり、横方向光学センサが少なくとも１個の横方向センサ信号を生成するように適合され、評価装置がさらに、横方向センサ信号を評価することによって物体の横方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように設計される実施形態１から４８のいずれかに記載の検出器。
【０２８７】
実施形態５０：横方向光学センサが、少なくとも１個の第１の電極、少なくとも１個の第２の電極および２つの別個の透明伝導性酸化物層の間に埋め込まれた少なくとも１つの光伝導性材料を有する光学検出器であり、横方向光学センサがセンサエリアを有し、第１の電極および第２の電極が透明伝導性酸化物層の１つにおいて別々の位置に適用され、少なくとも１個の横方向光学センサ信号がセンサエリア内における光ビームの位置を示す実施形態４９に記載の検出器。
【０２８８】
実施形態５１：検出器が少なくとも１個の転送装置、例えば光学レンズ、特に１個または複数の屈折レンズ、特に薄い凸レンズまたは両凸レンズなど薄い収束性屈折レンズ、および／または１個または複数の凸型ミラーを含み、これらがさらに共通の光軸に沿って配置される実施形態１から５０のいずれかに記載の検出器。
【０２８９】
実施形態５２：検出器が少なくとも１個の画像処理装置を含む実施形態１から５１のいずれかに記載の検出器。
【０２９０】
実施形態５３：少なくとも１個の物体の位置を決定するための検出器システムであって、実施形態１から５２のいずれかに記載の少なくとも１個の検出器を含み、さらに少なくとも１本の光ビームを検出器へと向かわせるように適合された少なくとも１個のビーコン装置をも含み、ビーコン装置が物体に装着可能、物体によって保持可能および物体に一体化可能の少なくとも１つである検出器システム。
【０２９１】
実施形態５４：少なくとも２個のビーコン装置を含み、第１のビーコン装置によって放出される光ビームの少なくとも１つの特性が第２のビーコン装置によって放出される光ビームの少なくとも１つの特性と異なる実施形態５３に記載の検出器システム。
【０２９２】
実施形態５５：第１のビーコン装置の光ビームと第２のビーコン装置の光ビームが同時または順次に放出される実施形態５３または５４に記載の検出器システム。
【０２９３】
実施形態５６：特に検出器に関する実施形態１から５５のいずれかに記載の検出器を使用して少なくとも１個の物体を光学的に検出するための方法であって、
縦方向光学センサの少なくとも１つの特性を調節する工程と、
少なくとも１個の縦方向光学センサを使用することによって少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成する工程であって、縦方向センサ信号は光ビームによる縦方向光学センサのセンサ領域の照明に依存し、縦方向センサ信号は、照明の総出力が同じである場合にセンサ領域内の光ビームのビーム断面に依存し、縦方向センサ信号はさらに、縦方向光学センサの少なくとも１つの特性に依存する、工程と、
少なくとも１個の評価装置を使用することによって縦方向センサ信号を評価し、物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を生成する工程と
を含む方法。
【０２９４】
実施形態５７：縦方向光学センサの特性が使用者および／または外部からの影響によって調節される実施形態５６に記載の方法。
【０２９５】
実施形態５８：縦方向光学センサ信号が一義的に評価される実施形態５６または５７に記載の方法。
【０２９６】
実施形態５９：縦方向光学センサが少なくとも２つの操作モードで操作される方法に言及する実施形態５６から５８のいずれかに記載の方法。
【０２９７】
実施形態６０：少なくとも２つの縦方向センサ信号が評価され、第１の縦方向センサ信号が第１の操作モードにおいて評価され、第２の縦方向センサ信号が第２の操作モードにおいて評価される実施形態５９に記載の方法。
【０２９８】
実施形態６１：第１の縦方向センサ信号と第２の縦方向センサ信号を比較することによって曖昧さが解消される実施形態６０に記載の方法。
【０２９９】
実施形態６２：使用者とマシンとの間で少なくとも１つの情報を交換するためのヒューマンマシンインターフェースであって、検出器システムに言及する実施形態５３から５５のいずれかに記載の少なくとも１つの検出器システムを含み、少なくとも１個のビーコン装置が使用者に直接または間接的に装着する方式および使用者が保持する方式の少なくとも１つであるように適合され、ヒューマンマシンインターフェースが検出器システムを手段として使用者の少なくとも１つの位置を決定するように設計され、ヒューマンマシンインターフェースがその位置に少なくとも１つの情報を割り当てるように設計されるヒューマンマシンインターフェース。
【０３００】
実施形態６３：少なくとも１つの娯楽機能を実行するための娯楽装置であって、実施形態６２に記載の少なくとも１つのヒューマンマシンインターフェースを含み、ヒューマンマシンインターフェースを手段としてプレーヤが少なくとも１つの情報を入力可能となるように設計され、情報に従って娯楽機能を変えるように設計される娯楽装置。
【０３０１】
実施形態６４：少なくとも１個の可動物体の位置を追跡する追跡システムであって、検出器システムに言及する実施形態５３から５５のいずれか１つに記載の検出器システムを少なくとも１つ含み、さらに少なくとも１個の、特定の時点における物体の一連の位置を追跡するように適合される進路制御装置をも含む追跡システム。
【０３０２】
実施形態６５：少なくとも１個の物体の少なくとも１つの位置を決定するための走査システムであって、検出器に言及する実施形態１から５２のいずれか１つに記載の検出器を少なくとも１個含み、さらに少なくとも１個の物体の少なくとも１つの表面に位置する少なくとも１個の点を照明するために構成される少なくとも１本の光ビームを放出するように適合される少なくとも１個の照明源をも含み、少なくとも１個の点と走査システムとの間の距離に関する少なくとも１つの情報を少なくとも１個の検出器の使用によって生成するように設計される走査システム。
【０３０３】
実施形態６６：実施形態６４に記載の少なくとも１つの追跡システムおよび実施形態６５に記載の少なくとも１つの走査システムを含む立体装置システムであって、追跡システムおよび走査システムがそれぞれ少なくとも１個の縦方向光学センサを含み、これらが立体装置システムの光軸と平行な配向で整列される形で平行な配置で位置され、個々の変位が立体装置システムの光軸に対して垂直な配向を示す立体装置システム。
【０３０４】
実施形態６７：少なくとも１個の物体の画像を処理するカメラであって、検出器に言及する実施形態１から５２のいずれか１つに記載の検出器を少なくとも１個含むカメラ。
【０３０５】
実施形態６８：交通技術における位置測定；娯楽への応用；セキュリティへの応用；監視への応用；安全への応用、ヒューマンマシンインターフェースへの応用；追跡への応用；写真撮影への応用；少なくとも１個の飛行時間検出器との併用；構造化光源との併用；ステレオカメラとの併用；機械視覚への応用；ロボット工学への応用；品質管理への応用；製造への応用；構造化照明源との併用；ステレオカメラとの併用から成る群から選択される使用目的のための、検出器に関する実施形態１から５２のいずれか１つに記載の検出器を使用する方法。
【０３０６】
本発明のさらなる任意の詳細および特徴は、従属請求項に関して以下に記載される、好ましい模範的実施形態の説明から明らかである。この文脈において、特定の特徴は、単独でまたはいくつかの特徴と組み合わせて実現可能である。本発明は、模範的実施形態に限定されない。模範的実施形態は図面中で概略的に示されている。個々の図面中の同一の参照番号は、同一の要素または同一の機能を有する１つまたは複数の要素あるいは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】
【０３０７】
【図１】本発明に記載の検出器の模範的実施形態を示す図である。
【図２】図１の検出器の模範的設定を示す概略図である。
【図３】本発明に係る少なくとも１個の物体を光学的に検出するための方法の模範的設定を示す概略図である。
【図４】波長に対する縦方向センサ信号の依存性を実証する実験結果を示す図である。
【図５】本発明に係る検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインターフェース、娯楽装置および追跡装置の模範的な一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０３０８】
模範的実施形態
図１は、少なくとも１個の物体１１２の位置を決定するための、本発明に係る光学検出器１１０の模範的な一実施形態を、極めて概略的に示す図である。ただし、他の実施形態も実現可能である。光学検出器１１０は少なくとも１個の縦方向光学センサ１１４を含み、これはこの特定の実施形態において、検出器１１０の光軸１１６に沿って配置される。具体的には、光軸１１６は光学センサ１１４の設定における対称軸および／または回転軸であってもよい。光学センサ１１４は、検出器１１０のハウジング１１８の内部に位置してもよい。さらに、少なくとも１個の転送装置１２０、好ましくは屈折レンズ１２２が含まれてもよい。ハウジング１１８における開口１２４は、特に、好ましくは光軸１１６を基準に同心円状に位置してもよく、好ましくは検出器１１０の視野１２６の方向を定義付ける。座標系１２８が定義され得、その場合、光軸１１６に対して平行または逆平行の方向が縦方向として定義される一方、光軸１１６に対して垂直の方向は横方向として定義され得る。座標系１２８において、図１では象徴的に描かれているが、縦方向はｚ、横方向はそれぞれｘおよびｙとして表されている。ただし、他の種類の座標系１２８も実現可能である。
【０３０９】
さらに、縦方向光学センサ１１４は光ビーム１３２によるセンサ領域１３０の照明に依存する形で、少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計される。このように、ＦｉＰ効果に応じて縦方向センサ信号は、以下にてさらに詳しく概説するとおり、照明の総出力が同じである場合に各センサ領域１３０内の光ビーム１３２のビーム断面に依存する。
【０３１０】
本発明によれば、センサ領域１３０は少なくとも１つの光伝導性材料１３４、特に非晶質シリコン、非晶質シリコンを含む合金、または微結晶シリコンを含んでもよい。光伝導性材料１３４をセンサ領域１３０で使用する結果、センサ領域１３０の導電性は、照明の総出力が同じである場合にセンサ領域１３０内の光ビーム１３２のビーム断面に依存し得る。したがって、光ビーム１３２による衝突する際に縦方向光学センサ１１４によって提供される結果的な縦方向センサ信号はセンサ領域１３０内での光伝導性材料１３４の導電性に依存し得ることから、センサ領域１３０内での光ビーム１３２のビーム断面の決定が可能となる。縦方向信号リード線１３６経由で、縦方向センサ信号を評価装置１３８へ転送することができる。これについては以下にてさらに詳しく説明する。好ましくは、縦方向光学センサ１１４のセンサ領域１３０は、物体１１２から検出器１１０へと移動する光ビーム１３２に対して透明または透光性であってもよい。ただし、縦方向光学センサ１１４のセンサ領域１３０が不透明な場合もあることから、この特徴は要求されなくてもよい。
【０３１１】
縦方向センサ信号はさらに、縦方向光学センサ１１４の少なくとも１つの特性にも依存する。縦方向光学センサ１１４の特性は調節可能である。検出器は少なくとも１つの外部影響および／または少なくとも１つの内部影響を及ぼすように構成される少なくとも１個の切り替え装置１４０を含んでもよい。例えば、切り替え装置１４０は評価装置１３８の一部であってもよい。縦方向光学センサ１１４の特性は、電気的および／または光学的に調節可能であってもよい。縦方向光学センサ１１４の特性は、バイアシング装置１４０によって電気的に調節可能であってもよい。
【０３１２】
評価装置１３８は一般的に、縦方向光学センサ１１４のセンサ信号を評価することによって物体１１２の位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように設計される。これを目的に、評価装置１３８は、縦方向評価ユニット１４２によって象徴的に表されるセンサ信号（「ｚ」で表される）を評価するために、１個または複数の電子装置および／または１個または複数のソフトウェアコンポーネントを含んでもよい。以下にてさらに詳しく説明するとおり、縦方向光学センサ１１４の複数の縦方向センサ信号の比較によって物体１１２の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を決定するように、評価装置１３８を適合させてもよい。
【０３１３】
縦方向光学センサ１１４は少なくとも２つの操作モードで操作され得る。操作モードは縦方向光学センサ１１４における調節可能な特性に依存し得る。光ビーム１３２が縦方向光学センサ１１４に衝突する場合、縦方向光学センサ１１４は第１の操作モードにおいて、第２の操作モードで生成される縦方向センサ信号と比べて異なる縦方向センサ信号を生成し得る。縦方向光学センサ１１４を、少なくとも２つの操作モードにおいて少なくとも１個の物体を光学的に検出するように構成してもよい。検出器１１０を、縦方向光学センサ１１４の特性の調節によって複数の操作モード間の切り替えおよび／または変更が可能になるように構成してもよい。具体的には、切り替え装置１４０を、縦方向光学センサ１１４における少なくとも２つの操作モードを切り替えるように構成してもよい。切り替え装置１４０を、ＦｉＰベースの検出器における複数の操作モードを切り替える、特に、ＦｉＰ検出器がＦｉＰベースの検出を実行するように構成され得る操作状態と、縦方向センサ信号が本質的に少なくとも１個の縦方向光学センサ１１４のセンサ領域１３０内の光ビーム１３２のビーム断面と無関係に検出を実行するようにＦｉＰ検出器が構成される状態とを切り替えるように、構成してもよい。
【０３１４】
縦方向光学センサ１１４の特性に応じて少なくとも１つの正の操作モードにおいて、センサ領域１３０内で光ビーム１３２によって生じる光点の断面の減少に伴って縦方向センサ信号の振幅が増加し得る。少なくとも１つの縦方向センサ信号は、光ビーム１３２による照明の総出力が同じである場合、少なくとも１個の縦方向光学センサ１１４のセンサ領域１３０内における光ビーム１３２のビーム断面に依存する。正の操作モードでは、縦方向センサ信号は、総出力が同じである場合、センサ領域１３０上またはセンサ領域１３０内の光点における１つもしくは複数の集束および／または１つもしくは複数の特定のサイズについて、少なくとも１つの顕著な最大値を示し得る。
【０３１５】
縦方向光学センサ１１４の特性に応じて少なくとも１つの負の操作モードにおいて、センサ領域１３０内で光ビーム１３２によって生じる光点の断面の減少に伴って縦方向センサ信号の振幅が減少し得る。少なくとも１つの縦方向センサ信号は、光ビーム１３２による照明の総出力が同じである場合、少なくとも１個の縦方向光学センサのセンサ領域１３０内における光ビーム１３２のビーム断面に依存する。負の操作モードでは、縦方向センサ信号は、総出力が同じである場合、センサ領域１３０上またはセンサ領域１３０内の光点における１つもしくは複数の集束および／または１つもしくは複数の特定のサイズについて、少なくとも１つの顕著な最小値を示し得る。
【０３１６】
縦方向センサ１１４の特性に応じて少なくとも１つのニュートラル操作モードにおいて、縦方向センサ信号の振幅は本質的に、センサ領域１３０内で光ビーム１３２によって生じる光点の断面の変動と無関係と考えられる。特に、縦方向センサ信号は本質的に焦点と無関係と考えられる。特に、ニュートラルモードでは大域的極限値が観測されない場合がある。
【０３１７】
検出器１１０を、正の操作モード、負の操作モードおよびニュートラル操作モードから成る群における少なくとも２つの操作モード間の切り替えおよび／または変更が可能になるように構成してもよい。このように、例えば、縦方向光学センサ１１４は正の操作モードであってもよい。切り替え装置１４０は、縦方向光学センサ１１４の操作モードが例えば負の操作モードまたはニュートラル操作モードへと変化する結果となるように少なくとも１つの影響を及ぼすように構成され得る。例えば、縦方向光学センサ１１４は負の操作モードであってもよい。切り替え装置１４０は、縦方向光学センサ１１４の操作モードが例えば正の操作モードまたはニュートラル操作モードへと変化する結果となるように少なくとも１つの内部影響を及ぼすように構成され得る。例えば、縦方向光学センサ１１４はニュートラル操作モードであってもよい。切り替え装置１４０は、縦方向光学センサ１１４の操作モードが例えば正の操作モードまたは負の操作モードへと変化する結果となるように少なくとも１つの影響を及ぼすように構成され得る。
【０３１８】
評価装置１３８は、縦方向光学センサ１１４の操作モードを決定するように設計され得る。評価装置１３８を、縦方向光学センサ１１４の操作モードを分類するように構成してもよい。特に、評価装置１３８を、大域的最小値または大域的最大値など、大域的極限値を観測および／または識別するように構成してもよい。極限値が観測または識別されない場合、評価装置１３８は操作モードをニュートラル操作モードとして分類してもよい。評価装置１３８は、縦方向センサ信号の分析、特に縦方向センサ信号の曲線分析を実行するように構成され得る。
【０３１９】
評価装置１３８は、縦方向センサ信号の振幅を決定するように構成され得る。評価装置１３８は、少なくとも２つの操作モードにおいて縦方向センサ信号を順次または同時のいずれかまたは両方の形で決定するように設計され得る。このように、評価装置１３８は少なくとも２つの縦方向センサ信号を同時に評価するように構成され得る。評価装置１３８は、少なくとも２つの異なる操作モードにおいて決定される少なくとも２つの縦方向センサ信号の考察によって曖昧さを解消するように設計され得る。このように、少なくとも２つの縦方向センサ信号が評価され、第１の縦方向センサ信号が第１の操作モードにおいて評価され、第２の縦方向センサ信号が第２の操作モードにおいて評価されてもよい。評価装置１３８を、第１の縦方向センサ信号と第２の縦方向センサ信号の比較によって曖昧さを解消するように構成してもよい。縦方向センサ信号を正規化し、光ビーム１３２の強度と無関係に物体１１２の縦方向位置に関する情報を生成するように、評価装置１３８を適合させてもよい。例えば、第１または第２の縦方向センサ信号の１つが、参照信号として選択され得る。例えば、ニュートラル操作モードにおいて評価される縦方向センサ信号が参照信号として選択され得る。例えば、正の操作モードまたは負の操作モードにおいて評価される縦方向センサ信号の少なくとも１つが参照信号として選択され得る。選択される参照信号と他の縦方向信号との比較により、曖昧さが排除され得る。光ビーム１３２の総出力および／または強度に関する情報を得るため、および／または縦方向センサ信号および／または光ビーム１３２の総出力および／または総強度についての物体１１２の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を正規化するために、複数の縦方向センサ信号を比較することができる。例えば、選択される参照縦方向センサ信号、特にニュートラル操作モードにおいて評価される縦方向センサ信号による分割によって縦方向センサ信号が正規化される結果、正規化後の縦方向光学センサ信号をその後、上述の既知の関係を使用することによって、物体の少なくとも１つの縦方向情報へと変換することができる。このように、変換は光ビーム１３２の総出力および／または強度と無関係であってもよい。例えば、正の操作モードまたは負の操作モードの片方において評価される少なくとも１つの縦方向センサ信号を、正の操作モードまたは負の操作モードのもう片方において評価される縦方向センサ信号で割ってもよい。このように、分割によって曖昧さが排除され得る。
【０３２０】
上述のとおり、光ビーム１３２による衝突の際に縦方向光学センサ１１４によって提供される縦方向センサ信号は、センサ領域１３０内での光伝導性材料１３４の導電性に依存し得る。したがって、光伝導性材料１３４の導電性の変動を決定するため、図１の概略図に描かれているとおり、「光電流」と表すこともできる電流を縦方向光学センサ１１４経由で測定すると、有利となり得る。これを目的に、検出器は少なくとも１つのバイアス電圧を縦方向光学センサ１１４に印加するように構成された少なくとも１個のバイアシング装置１４３を含んでもよい。バイアシング装置１４３はバイアス電圧ソース１４４を含んでもよい。バイアス電圧ソース１４４を、接地１４６の上方でバイアス電圧を提供するように構成してもよい。バイアス電圧を設定するために、バイアス電圧ソース１４４に影響を及ぼすように切り替え装置１４０を適合させてもよい。縦方向光学センサ１１４の特性は、異なるバイアス電圧を使用することによって調節可能であってもよい。縦方向光学センサ１１４は、光伝導モードで駆動される少なくとも１個の光ダイオード１４７を含んでもよく、その場合、光伝導モードとは光ダイオードを採用する電気回路を指し、少なくとも１個の光ダイオードが逆バイアスモードで含まれ、光ダイオードの陰極が陽極に対して正の電圧によって駆動される。縦方向光学センサ１１４の特性は、異なるバイアス電圧を光ダイオード１４７に印加することによって電気的に調節可能であってもよい。バイアシング装置１４３は、縦方向光学センサ１１４の操作モードの間での切り替えが可能となり得る形で、少なくとも２つの異なるバイアス電圧を光ダイオード１４７に印加するように構成され得る。例えば、光ダイオード１４７を非バイアス状態にして光起電モードとなるように、ゼロバイアスを使用してもよい。この条件下では、縦方向光学センサはニュートラル操作モードであってもよい。例えば、非ゼロのバイアス電圧を光ダイオード１４７に印加する、具体的には正の電圧など逆バイアスを陰極に印加してもよい。この条件下では、縦方向光学センサ１１４は正または負の操作モードであってもよい。さらに、縦方向光学センサ１１４によって提供される縦方向センサ信号をまず、増幅器１４８の適用によって増幅させた後、縦方向評価装置１４２へ供給してもよい。
【０３２１】
縦方向光学センサ１１４のセンサ領域１３０を照明する光ビーム１３２を、発光性物体１１２によって生成してもよい。代替的に、付加的に、光ビーム１３２を別個の照明源１５０によって生成してもよく、これは、好ましくは光軸１１６に沿った開口１２４経由での光学検出器１１０のハウジング１１８への進入によって光ビーム１３２が縦方向光学センサ１１４のセンサ領域１３０へ到達するように構成され得る形で、照明源１５０によって生成される光の少なくとも一部を物体１１２が反射することができるように物体１１２を照明するように適合される、少なくともレーザ光源および／または少なくとも１個の白熱電球および／または少なくとも１個の半導体光源、例えば少なくとも１個の発光ダイオード、特に有機および／または無機の発光ダイオードなど、周囲光源および／または人工光源を含んでもよい。
【０３２２】
特定の一実施形態において、照明源１５０は変調光源１５２であってもよく、この場合、照明源１５０の１つまたは複数の変調特性を、少なくとも１個の任意の変調装置１５４によって制御してもよい。代替的に、付加的に、照明源１５０と物体１１２との間、および／または物体１１２と縦方向光学センサ１１４との間のビーム経路内で変調を有効化してもよい。さらなる可能性も考えられる。この特定の実施形態において、物体１１２の位置に関する少なくとも１つの情報を決定するために縦方向光学センサ１１４のセンサ信号を評価する際、１つまたは複数の変調特性、特に変調周波数を考慮に入れると有利となり得る。これを目的に、変調装置１５４によって提供される個々の特性を増幅器１４８へ供給してもよく、この特定の実施形態において増幅器１４８はロックイン増幅器１５６であってもよい。放出される光ビームの変調周波数を設定するために、変調装置１５４に影響を及ぼすように切り替え装置１４０を適合させてもよい。照明源１５０を、変調周波数が異なる少なくとも２本の光ビームを放出するように適合させてもよい。照明源１５０が複数の光ビームを放出し得る場合、放出される光ビームの変調周波数を設定するために、変調装置１５４に影響を及ぼすように切り替え装置１４０を適合させてもよい。
【０３２３】
照明源１５０を、波長が異なる少なくとも２本の光を放出するように適合させてもよい。少なくとも１つの第１の波長での光の放出と少なくとも１つの第２の波長での光放出を切り替えるように、照明源１５０を構成してもよい。照明源１５０を少なくとも２本の光ビームを放出するように設計してもよく、その場合、第１の光ビームの少なくとも１つの特性は第２の光ビームの少なくとも１つの特性と異なってもよく、特性は波長と変調周波数から成る群から選択され得る。波長が異なる少なくとも２本の光ビームを提供するために、照明源１５０は波長が異なる光を放出する２個の光源、特に２個の人工光源、例えばレーザ光源および／または発光ダイオードを含んでもよい。第１の光ビームと第２の光ビームは同時または順次に放出され得る。代替的に、照明源１５０は波長が異なる光ビームを生成するように適合される単一のレーザ光源を含んでもよい。切り替え装置１４０を、放出される光ビームの波長および／または放出される少なくとも２本の光ビームの波長を設定するために照明源１５０に影響を及ぼすように適合させてもよい。縦方向光学センサ１１４の特性は、光ビーム１３２の少なくとも１つの特性によって調節可能であってもよい。本発明では、光ビーム１３２の少なくとも１つの特性は波長および／または変調周波数である。
【０３２４】
一般的に、評価装置１３８はデータ処理装置１５８の一部であってもよく、および／または１個もしくは複数のデータ処理装置１５８を含んでもよい。評価装置１３８はハウジング１１８へ完全にまたは部分的に一体化されてもよく、および／または完全にまたは部分的に、無線または有線の形で縦方向光学センサ１１４へ電気的に接続される別個の装置として具現化され得る。評価装置はさらに、１つまたは複数の電子ハードウェアコンポーネントなど１つまたは複数の付加的コンポーネント、および／または１つまたは複数のソフトウェアコンポーネント、例えば１つまたは複数の測定ユニットおよび／または１つまたは複数の評価ユニットおよび／または１つまたは複数の制御ユニット（図１には不記載）を含んでもよい。
【０３２５】
図２は、図１に記載の検出器１１０の模範的設定を示す高度な概略図である。照明源１５０によって放出される光ビーム１３２は転送装置１２０によって合焦し、縦方向光学センサ１１４に衝突し得る。上記にて概説のとおり、照明源１５０を、波長が異なる少なくとも２本の光を放出するように適合させてもよい。図２では、模範的な光ビーム１３２を簡略化した表現で描いている。例えば、波長が異なる少なくとも２本の光ビームを提供するために、照明源１５０は波長が異なる光を放出する２個の光源、特に２個の人工光源、例えばレーザ光源および／または発光ダイオードを含んでもよい。照明源１５０は少なくとも第１の光源１６０および少なくとも第２の光源１６２を含んでもよい。照明源１５０は、光が照明源１５０から出る経路となり得る少なくとも１つのアパーチャ１６４を含んでもよい。第１の光ビームと第２の光ビームは同時または順次に放出され得る。代替的に、照明源１５０は波長が異なる光ビームを生成するように適合される単一のレーザ光源を含んでもよい。切り替え装置１４０を、放出される光ビームの波長および／または放出される少なくとも２本の光ビームの波長を設定するために照明源１５０に影響を及ぼすように適合させてもよい。第１の光ビームを提供する第１の光源１６０は、第２の光源１６２が第２の光ビームを提供し得る間、スイッチが入ったままの状態であってもよい。第１の光ビームが第１の波長を有し、第２の光ビームが第２の波長を有してもよく、その場合、縦方向光学センサ１１４の特性は第１の光ビームおよび第２の光ビームでの照明によって調節される、特に変化し得る。第１の光ビームによる照明の結果、縦方向光学センサ１１４がニュートラル操作モード、正の操作モードまたは負の操作モードのいずれかとなるように縦方向光学センサ１１４の特性が調節され得る。第２の光ビームによる照明の結果、縦方向光学センサが第１の光ビームによる照明中の操作モードとは異なる別の操作モードになるように縦方向光学センサ１１４の特性が調節され得る。少なくとも２つの波長の切り替えにより、縦方向光学センサ１１４が少なくとも２つの操作モードで操作可能となるように縦方向光学センサの特性が調節され得る。上記にて概説のとおり、評価装置１３８は、少なくとも２つの操作モードにおいて決定される少なくとも２つの縦方向センサ信号の考察によって曖昧さを解消するように設計され得る。
【０３２６】
図３は、本発明に係る少なくとも１個の物体１１２を光学的に検出するための方法の模範的設定を示す概略図である。該方法では検出器１１０が使用され得る。さらに、他の種類の検出器を使用してもよい。図２に記載の模範的実施形態における方法工程は以下のとおりであってもよい。まず、参照番号１６６として表される、縦方向光学センサ１１４の少なくとも１つの特性が調節され得る。例えば、この特性を、バイアス電圧の設定によって電気的に調節する、および／または少なくとも１本の光ビームの特性の設定によって調節することができる。縦方向光学センサ１１４の特性は、使用者および／または外部からの影響によって調節可能であってもよい。その後、参照番号１６８として表される次の工程では、少なくとも１つの第１の縦方向センサ信号が少なくとも１個の縦方向光学センサ１１４を使用することによって生成され得、その場合、縦方向センサ信号は縦方向光学センサ１１４のセンサ領域１３０の光ビーム１３２による照明に依存し、縦方向センサ信号は、照明の総出力が同じである場合にセンサ領域１３０内の光ビーム１３２のビーム断面に依存し、縦方向センサ信号はさらに、縦方向光学センサ１１４の少なくとも１つの特性にも依存する。続いてまたは同時に、縦方向光学センサ１１４の特性は参照番号１７０として表されるとおり、例えばバイアス電圧を異なる値に設定することにより電気的に、および／または単一の光ビームの特性を異なる値に設定することにより、および／または、２本の光ビームを使用する場合は第２の光ビームの特性を第１の光ビームの特性と比べ異なる値に設定することにより、再び調節され得る。参照番号１７２として表される、工程１６８に続いて実行または同時に実行され得る次の工程では、少なくとも第２の縦方向センサ信号が、少なくとも１個の縦方向光学センサ１１４を使用することによって生成され得る。第１の縦方向センサ信号は、ニュートラル操作モード、正の操作モードおよび負の操作モードから成る群から選択される操作モードなど、縦方向光学センサの第１の操作モードにおいて生成され得る。第２の縦方向センサ信号は、縦方向光学センサの第１の縦方向センサ信号とは別の操作モードで生成され得る。少なくとも２つの操作モードにおいて決定される少なくとも２つの縦方向センサ信号の考察によって曖昧さが解消され得る。
【０３２７】
両方の縦方向センサ信号が評価装置１３８を使用することによって評価され得、また物体１１２の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報が生成され得、参照番号１７４として表される。縦方向光学センサ信号は一義的に評価され得る。少なくとも２つの縦方向センサ信号は同時に評価されてもよい。第１の縦方向センサ信号と第２の縦方向センサ信号の比較によって、曖昧さが解消され得る。該方法はさらに、第１の縦方向センサ信号と第２の縦方向センサ信号が比較される比較工程を含んでもよい。例えば、比較工程において、縦方向センサ信号が正規化されることにより、光ビーム１３２の強度と無関係に物体１１２の縦方向位置に関する情報が生成され得る。例えば、第１または第２の縦方向センサ信号の１つが、参照信号として選択され得る。例えば、ニュートラル操作モードにおいて評価される縦方向センサ信号が参照信号として選択され得る。例えば、正の操作モードまたは負の操作モードにおいて評価される縦方向センサ信号の少なくとも１つが参照信号として選択され得る。選択される参照信号と他の縦方向信号との比較により、曖昧さが排除され得る。光ビームの総出力および／または強度に関する情報を得るため、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／または総強度についての物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を正規化するために、複数の縦方向センサ信号を比較することができる。例えば、選択される参照縦方向センサ信号、特にニュートラル操作モードにおいて評価される縦方向センサ信号による分割によって縦方向センサ信号が正規化される結果、正規化後の縦方向光学センサ信号をその後生成し、上述の既知の関係を使用することによって、物体の少なくとも１つの縦方向情報へと変換することができる。このように、変換は光ビーム１３２の総出力および／または強度と無関係であってもよい。例えば、正の操作モードまたは負の操作モードの片方において評価される少なくとも１つの縦方向センサ信号を、正の操作モードまたは負の操作モードのもう片方において評価される縦方向センサ信号で割ってもよい。このように、分割によって曖昧さが排除され得る。
【０３２８】
該方法はさらに、縦方向光学センサ１１４の操作モードを決定および／または分類する工程を含んでもよい。このように、該方法は縦方向信号が分析され得る分析工程を含んでもよい。特に、曲線の特徴および進行が決定され得、より具体的には大域的極限値、例えば大域的最小値または大域的最大値が決定され得る。極限値が観測または識別されない場合、操作モードはニュートラル操作モードとして分類され得る。例えば、縦方向センサ信号の振幅が決定され得る。
【０３２９】
図４Ａおよび４Ｂは、波長に対する縦方向センサ信号の依存性を実証する実験結果を示す図である。縦方向光学センサ１１４を転送装置１２０の前方に、５０ｍｍの間隔を取って配置した。どちらの図でも、縦方向センサ信号Ｉ（ｎＡ単位）の距離ｄｚ（ｍｍ単位）に対する依存性が描かれている。
【０３３０】
図４Ａでは、照明源は３６７ｍＡの電流で駆動され得、波長４０５ｎｍの光ビームを放出し得る。この特定の実験では、照明源１５０を、変調装置１５４を使用して異なる変調周波数で変調させた。測定曲線１７６、１７８および１８０について、光ビームの周波数はそれぞれ２７Ｈｚ、３７５Ｈｚおよび２１７７Ｈｚに相当した。結果として、測定曲線１７６は負のＦｉＰ効果を示す一方、測定曲線１８０は本質的に平坦な曲線形状を示し、したがって本質的に焦点と無関係である。このように、４０５ｎｍの波長を高い周波数と組み合わせたもの、特に曲線１８０が参照として選択され得る。
【０３３１】
図４Ｂでは、照明源は３６７ｍＡの電流で駆動され得、波長５３０ｎｍの光ビームを放出し得る。この特定の実験では、照明源１５０を、変調装置１５４を使用して異なる変調周波数で変調させた。測定曲線１８２、１８４および１８６について、光ビームの周波数はそれぞれ２７Ｈｚ、３７５Ｈｚおよび２１７７Ｈｚに相当した。結果として、測定曲線１８２、１８４および１８６は正のＦｉＰ効果を示す。
【０３３２】
このように、第１の波長は第２の波長と比べ短い波長であってもよい。特に、第１の波長は可視スペクトル範囲、好ましくは３８０〜４５０ｎｍの範囲、より好ましくは３９０〜４２０ｎｍの範囲、最も好ましくは４００〜４１０ｎｍの範囲であってもよい。例えば、第２の波長も可視スペクトル範囲、好ましくは５００〜５６０ｎｍの範囲、より好ましくは５１０〜５５０ｎｍの範囲、最も好ましくは５２０〜５４０ｎｍの範囲であってもよい。
【０３３３】
一例として、図５は、図１から２に記載の実施形態の１つまたは複数において開示されている光学検出器１１０など、少なくとも１個の光学検出器１１０を含む、検出器システム１８８の模範的な一実施形態を示す図である。ここでは、光学検出器１１０をカメラ１９０、具体的には３Ｄ画像処理用として採用することができ、これはデジタルビデオクリップなど画像および／または画像シーケンスを取得するために製造されたものであってもよい。さらに、図５では少なくとも１個の検出器１１０および／または少なくとも１つの検出器システム１８８を含むヒューマンマシンインターフェース１９２の模範的な一実施形態、およびさらに、ヒューマンマシンインターフェース１９２を含む娯楽装置１９４の模範的な一実施形態も示している。図５ではさらに、少なくとも１個の物体１１２の位置を追跡するように適合される、検出器１１０および／または検出器システム１８８を含む追跡システム１９６の一実施形態も示している。
【０３３４】
光学検出器１１０および検出器システム１８８については、本出願の全開示を参照するとよい。基本的に、検出器１１０の潜在的実施形態もすべて、図５に記載の実施形態において具現化され得る。評価装置１３８は少なくとも１個の縦方向光学センサ１１４へ、特に信号リード線１３６によって接続され得る。例えば、２個または好ましくは３個の縦方向光学センサ１１４の使用が可能となり得る。評価装置１３８をさらに、少なくとも１個の任意の横方向光学センサ１９８へ、特に信号リード線１３６によって接続してもよい。一例として、信号リード線１３６を提供し、および／または１つもしくは複数のインターフェースを提供してもよく、インターフェースは無線インターフェースおよび／または有線インターフェースであってもよい。さらに、信号リード線１３６はセンサ信号の生成および／またはセンサ信号の修正のための１個もしくは複数のドライバおよび／または１個もしくは複数の測定装置を含んでもよい。さらに、同じく少なくとも１個の転送装置１２０を、特に屈折レンズ１２２または凸ミラーとして提供してもよい。光学検出器１１０はさらに、例えば１つまたは複数の構成要素１１４、１９８を収容し得る少なくとも１個のハウジング１１８を含んでもよい。
【０３３５】
さらに、評価装置１３８を完全にまたは部分的に、光学センサ１１４、１９８および／または光学検出器１１０の他の構成要素に一体化してもよい。評価装置１３８をハウジング１１８および／または別個のハウジング内に閉じ込めてもよい、評価装置１３８は、縦方向評価ユニット１４２（「ｚ」で表される）および横方向評価ユニット２００（「ｘｙ」で表される）によって象徴的に表されているセンサ信号を評価するために、１個もしくは複数の電子装置および／または１個もしくは複数のソフトウェアコンポーネントを含んでもよい。これらの評価ユニット１４２、２００によって導き出される結果を組み合わせることにより、位置情報２０２、好ましくは３次元位置情報（「ｘ，ｙ，ｚ」で表される）が生成され得る。図１に記載の実施形態と同様に、接地１４６より上方でバイアス電圧を提供するように構成されるバイアス電圧ソース１４４も提供され得る。さらに、縦方向光学センサ１１４によって提供される縦方向センサ信号をまず、増幅器１４８を手段として増幅させた後、縦方向評価ユニット１４２へ供給してもよい。
【０３３６】
さらに、光学検出器１１０および／または検出器システム１８８は、様々な形で構成可能な画像処理装置２０４を含んでもよい。このように、図５に記載のとおり、画像処置装置２０４は、例えば検出器ハウジング１１８内の検出器１１０の一部であってもよい。ここでは、画像処理装置信号を、１本または複数の画像処理装置信号リード線１３６により、評価装置１３８へ転送することができる。代替的に、画像処置装置２０４は検出器ハウジング１１８の外部に別々に位置してもよい。画像処置装置２０４は完全にまたは部分的に透明または不透明であってもよい。画像処置装置２０４は、有機画像処置装置もしくは無機画像処理装置である、またはそれらを含んでもよい。好ましくは、画像処置装置２０４は複数のピクセルから成る少なくとも１つのマトリクスを含み、複数のピクセルから成るマトリクスは、特にＣＣＤチップおよび／またはＣＭＯＳチップなど無機半導体センサ装置、有機半導体センサ装置から成る群から選択され得る。
【０３３７】
図５に記載の模範的実施形態において、一例として、検出対象となる物体１１２はスポーツ用品として設計される、および／または制御要素２０６を形成してもよく、その位置および／または配向を使用者２０８が操作可能であってもよい。このように、一般的に、図５に記載の実施形態またはその他、検出器システム１８８、ヒューマンマシンインターフェース１９２、娯楽装置１９４または追跡システム１９６に関する任意の実施形態において、物体１１２自体は指定される装置の一部であってもよく、具体的には少なくとも１つの制御要素２０６を含んでもよく、具体的には少なくとも１つの制御要素２０６は１個または複数のビーコン装置２１０を有し、制御要素２０６の位置および／または配向を好ましくは使用者２０８が操作可能であってもよい。一例として、物体１１２はバット、ラケット、クラブまたはその他、スポーツ用品の１個または複数および／または疑似スポーツ用具である、またはそれらを含んでもよい。他の種類の物体１１２も可能である。さらに、使用者２０８を物体１１２として捉え、その位置が検出されるようにしてもよい。一例として、使用者２０８は自分の身体に直接または間接的に装着される１個または複数のビーコン装置２１０を携行してもよい。
【０３３８】
光学検出器１１０を、ビーコン装置２１０の１個または複数の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報と、任意でその横方向位置に関する少なくとも１つの情報、および／または物体１１２の縦方向位置に関する少なくとも１つの他の情報と、任意で物体１１２の横方向位置に関する少なくとも１つの情報を決定するように適合させてもよい。特に、光学検出器１１０を、物体１１２の色の識別および／または画像処理向けに、例えば物体１１２の様々な色、特に様々な色を含み得るビーコン装置２１０の色について、適合させてもよい。好ましくは検出器１１０の光軸１１６を基準に同心円状に位置し得るハウジング１１８における開口１２４は、好ましくは検出器１１０の視野１２６の方向を定義付けるものであってもよい。
【０３３９】
光学検出器１１０を、少なくとも１個の物体１１２の位置を決定するように適合させてもよい。加えて、光学検出器１１０、具体的にはカメラ１９０を含む実施形態を、物体１１２の少なくとも１つの画像、好ましくは３Ｄ画像の取得向けに適合させてもよい。上記にて概説のとおり、光学検出器１１０および／または検出器システム１８８の使用による物体１１２および／またはその一部の位置の決定を、少なくとも１つの情報をマシン２１２へ提供するように、ヒューマンマシンインターフェース１９２の提供用として使用してもよい。図５に概略図が記載されている実施形態において、マシン２１２は、データ処理装置１５８を含む少なくとも１つのコンピュータおよび／またはコンピュータシステムである、またはそれらを含んでもよい。他の実施形態も実現可能である。評価装置１３８はコンピュータである、および／またはコンピュータを含む、および／または別の装置として完全にまたは部分的に具現化される、および／または完全にもしくは部分的に、マシン２１２、特にコンピュータと一体化され得る。同じことが、追跡システム１９６の進路制御装置２１４にも当てはまり、これは完全にもしくは部分的に評価装置１３８および／またはマシン２１２の一部を形成し得る。
【０３４０】
同様に、上記にて概説のとおり、ヒューマンマシンインターフェース１９２は娯楽装置１９４の一部を形成してもよい。このように、物体１１２として機能する使用者２０８を手段として、および／または物体１１２を保持する使用者２０８を手段として、および／または物体１１２として機能する制御要素２０６を手段として、使用者２０８は、少なくとも１つの制御コマンドなど少なくとも１つの情報をマシン２１２、特にコンピュータへ入力することができる結果、コンピュータゲームの過程の制御など、娯楽機能を変化させることができる。
【０３４１】
図５ではさらに、少なくとも１個の物体１１２の少なくとも１つの位置を決定するための走査システム２１６の模範的な一実施形態を示している。走査システム２１６は少なくとも１個の検出器１１０と、さらに、少なくとも１個の物体１１２の少なくとも１つの表面に位置する少なくとも１つのドット（例えばビーコン装置２１０の位置の１つまたは複数に位置するドット）を照明するように構成される少なくとも１本の光ビーム１３２を放出するように適合される少なくとも１個の照明源１５０を含む。走査システム２１６は、少なくとも１つのドットと走査システム２１６、具体的には検出器１１０との間の距離に関する少なくとも１つの情報を、少なくとも１個の検出器１１０の使用によって生成するように設計される。
【０３４２】
参照番号一覧
１１０  検出器
１１２  物体
１１４  縦方向光学センサ
１１６  光軸
１１８  ハウジング
１２０  転送装置
１２２  屈折レンズ
１２４  開口
１２６  視野方向
１２８  座標系
１３０  センサ領域
１３２  光ビーム
１３４  光伝導性材料
１３６  信号リード線
１３８  評価装置
１４０  切り替え装置
１４２  縦方向評価ユニット
１４３  バイアシング装置
１４４  バイアス電圧ソース
１４６  接地
１４７  光ダイオード
１４８  増幅器
１５０  照明源
１５２  変調光源
１５４  変調装置
１５６  ロックイン増幅器
１５８  データ処理装置
１６０  第１の光源
１６２  第２の光源
１６４  アパーチャ
１６６  調節
１６８  次の工程
１７０  調節
１７２  次の工程
１７４  評価
１７６  測定曲線
１７８  測定曲線
１８０  測定曲線
１８２  測定曲線
１８４  測定曲線
１８６  測定曲線
１８８  検出器システム
１９０  カメラ
１９２  ヒューマンマシンインターフェース
１９４  娯楽装置
１９６  追跡システム
１９８  横方向光学センサ
２００  横方向評価ユニット
２０２  位置情報
２０４  画像処理装置
２０６  制御要素
２０８  使用者
２１０  ビーコン装置
２１２  マシン
２１４  進路制御装置
２１６  走査システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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