(57)【要約】  光学検出器（１１０）が開示されており、  −  光ビーム（１２０）を検出するように、および、少なくとも１個のセンサ信号を発生させるように適合されている、少なくとも１個の光学センサ（１２２）であって、少なくとも１個のセンサ領域（１２４）を有しており、光学センサ（１２２）のセンサ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビーム（１２０）によるセンサ領域（１２４）の照射に対して非線形の依存性を示している、少なくとも１個の光学センサ（１２２）と、  −  少なくとも１個のイメージセンサ（１２８）であって、イメージピクセル（１７６）のピクセルマトリックス（１７４）を含むピクセル化されたセンサであり、イメージピクセル（１７６）は、光ビーム（１２０）を検出するように、および、少なくとも１個のイメージ信号を発生させるように適合されており、イメージ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビーム（１２０）によるイメージピクセル（１７６）の照射に対して線形の依存性を示している、少なくとも１個のイメージセンサ（１２８）と、  −  センサ信号およびイメージ信号を評価するように適合されている、少なくとも１個の評価デバイス（１３２）と、を含む。  とりわけ好適な実施形態では、光学センサ（１２２）の照射の合計パワーに対するセンサ信号の非線形の依存性は、線形部分および非線形部分を含む非線形関数によって表現可能であり、評価デバイスは、センサ信号およびイメージ信号の両方を評価することによって、非線形関数の線形部分および／または非線形部分を決定するように適合されている。その場合に、好ましくは、評価デバイスは、処理回路（１３６）を含み、処理回路（１３６）は、非線形関数の非線形部分を決定するために、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供するように適合されている。
2018507389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビーム（１２０）を検出するように、および、少なくとも１個のセンサ信号を発生させるように適合されている、少なくとも１個の光学センサ（１２２）であって、少なくとも１個のセンサ領域（１２４）を有しており、前記光学センサ（１２２）の前記センサ信号は、照射の合計パワーに関して、前記光ビーム（１２０）による前記センサ領域（１２４）の前記照射に対して非線形の依存性を示している、少なくとも１個の光学センサ（１２２）と、
少なくとも１個のイメージセンサ（１２８）であって、イメージピクセル（１７６）のピクセルマトリックス（１７４）を含むピクセル化されたセンサであり、前記イメージピクセル（１７６）は、前記光ビーム（１２０）を検出するように、および、少なくとも１個のイメージ信号を発生させるように適合されており、前記イメージ信号は、前記照射の前記合計パワーに関して、前記光ビーム（１２０）による前記イメージピクセル（１７６）の前記照射に対して線形の依存性を示している、少なくとも１個のイメージセンサ（１２８）と、
前記センサ信号および前記イメージ信号を評価するように適合されている、少なくとも１個の評価デバイス（１３２）と、
を含む、光学検出器（１１０）。
【請求項２】
前記光学センサ（１２２）の前記照射の前記合計パワーに対する前記センサ信号の前記非線形の依存性は、線形部分および非線形部分を含む非線形関数によって表現可能であり、前記評価デバイスは、前記センサ信号および前記イメージ信号の両方を評価することによって、前記非線形関数の前記線形部分および／または前記非線形部分を決定するように適合されている、請求項１に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項３】
前記評価デバイスは、処理回路（１３６）を含み、前記処理回路（１３６）は、前記非線形関数の前記非線形部分を決定するために、前記センサ信号と前記イメージ信号との間の差を提供するように適合されている、請求項２に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項４】
少なくとも１個のハイブリッドセンサ（１５６）を含み、前記ハイブリッドセンサ（１５６）は、前記光学センサ（１２２）のうちの少なくとも１個、および、前記イメージセンサ（１２８）のうちの少なくとも１個を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項５】
前記光学センサ（１２２）は、前記イメージセンサ（１２８）のすぐ近くに位置する、請求項１から４のいずれか一項に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項６】
前記光学センサ（１２２）および前記イメージセンサ（１２８）は、少なくとも部分的に互いに接触している、請求項５に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項７】
前記光ビーム（１２０）が、前記イメージセンサ（１２８）に衝突する前に、最初に、前記光学センサ（１２２）に衝突するように、前記光学センサ（１２２）および前記イメージセンサ（１２８）が配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項８】
前記イメージセンサ（１２８）は、好ましくは、ＣＣＤデバイスまたはＣＭＯＳデバイスを含む、無機イメージセンサである、請求項１から７のいずれか一項に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項９】
前記光学センサ（１２２）は、大面積光学センサ（１８７）またはピクセル化された光学センサ（１６２）である、請求項１から８のいずれか一項に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項１０】
前記光学センサ（１２２）は、センサピクセル（１６６）のピクセルアレイ（１６４）を含む、ピクセル化された光学センサ（１６２）である、請求項９に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項１１】
少なくとも１個の電子エレメントは、表面の上の前記センサピクセル（１６６）の付近に設置されており、前記少なくとも１個の電子エレメントおよび前記センサピクセル（１６６）の両方が、前記表面の上に位置し、前記少なくとも１個の電子エレメントは、前記センサピクセル（１６６）によって提供される前記信号の評価に寄与するように適合され得、前記少なくとも１個の電子エレメントは、好ましくは、コネクタ、キャパシティ、ダイオード、トランジスタのうちの１個または複数を含む、請求項１０に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項１２】
少なくとも２個のピクセル化された光学センサ（１６２、１６２’）が、互いの上に配置されており、前記少なくとも２個のピクセル化された光学センサ（１６２、１６２’）の場所は、互いに対して所定の程度（１９０）だけシフトされている、請求項１０または１１に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項１３】
前記センサピクセル（１６６）は、前記イメージセンサ（１２８）の前記イメージピクセル（１７６）によって提供される上部コンタクト（１８５、１８５’）に電気的に接続されている、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項１４】
前記イメージセンサ（１２８）は、第１のピクセル分解能を有しており、前記ピクセル化された光学センサ（１６２）は、第２のピクセル分解能を有しており、前記第１のピクセル分解能は、前記第２のピクセル分解能に等しいか、または、それを超えている、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項１５】
前記センサピクセル（１６６）に関して、少なくとも４ｘ４ディスプレイピクセル（１７６）のピクセルアレイ（１７４）、好ましくは、少なくとも１６ｘ１６ディスプレイピクセル（１７６）のピクセルアレイ（１７４）、より好ましくは、少なくとも６４ｘ６４ディスプレイピクセル（１７６）のピクセルアレイ（１７４）が含まれる、請求項１４に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項１６】
前記光学センサ（１２２）は、少なくとも１個の第１の電極と、少なくとも１個の第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に挟まれている少なくとも１個の光起電材料とを含み、前記第１の電極または前記第２の電極のいずれかは、ピクセル化された電極である、請求項１から１５のいずれか一項に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項１７】
少なくとも１個の横方向光学センサをさらに含み、前記横方向光学センサは、前記光ビーム（１２０）の横方向位置、前記光ビーム（１２０）がそこから前記光学検出器（１１０）に向けて伝播する対象物（１１８）の横方向位置、または、前記光ビーム（１２０）によって発生される光スポット（１２６）の横方向位置のうちの１個または複数を決定するように適合されており、前記横方向位置は、前記光学検出器（１１０）の光学軸（１１２）に対して垂直な少なくとも１個の寸法の中の位置であり、前記横方向光学センサは、少なくとも１個の横方向センサ信号を発生させるように適合されている、請求項１から１６のいずれか一項に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項１８】
イメージを記録するように適合されている少なくとも１個のイメージングデバイス（１５２）をさらに含む、請求項１から１７のいずれか一項に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項１９】
前記ハイブリッドセンサ（１５６）は、前記イメージングデバイス（１５２）として使用されている、請求項１８に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項２０】
少なくとも１個の対象物（１１８）の位置を決定するための検出器システム（１９４）であって、請求項１から１９のいずれか一項に記載の少なくとも１個の光学検出器（１１０）を含み、少なくとも１個の光ビーム（１２０）を前記光学検出器（１１０）に向けて方向付けするように適合されている少なくとも１個のビーコンデバイス（２０８）をさらに含み、前記ビーコンデバイス（２０８）は、前記対象物（１１８）に取り付け可能であること、前記対象物（１１８）によって保持可能であること、および、前記対象物（１１８）の中へ一体化可能であることのうちの少なくとも１個になっている、検出器システム（１９４）。
【請求項２１】
少なくとも１つの情報をユーザ（２０６）とマシン（２１４）との間で交換するためのヒューマンマシンインターフェース（１９６）であって、光学検出器（１１０）を参照する請求項１から１９のいずれか一項に記載の少なくとも１個の光学検出器（１１０）を含む、ヒューマンマシンインターフェース（１９６）。
【請求項２２】
少なくとも１個のエンターテイメント機能を実施するためのエンターテイメントデバイス（１９８）であって、請求項２１に記載の少なくとも１個のヒューマンマシンインターフェース（１９６）を含み、少なくとも１つの情報が前記ヒューマンマシンインターフェース（１９６）を介してプレイヤによって入力されることを可能にするように設計されており、前記情報に従って前記エンターテイメント機能を変化させるように設計されている、エンターテイメントデバイス（１９８）。
【請求項２３】
少なくとも１個の移動可能な対象物（１１８）の位置をトラッキングするためのトラッキングシステム（２００）であって、光学検出器（１１０）を参照する請求項１から１９のいずれか一項に記載の少なくとも１個の光学検出器（１１０）、および／または、検出器システム（１９４）を参照する請求項２０に記載の少なくとも１個の検出器システム（１９４）を含み、少なくとも１個のトラックコントローラ（２１６）をさらに含み、前記トラックコントローラ（２１６）は、特定の時点における前記対象物（１１８）の一連の位置をトラッキングするように適合されている、トラッキングシステム（２００）。
【請求項２４】
少なくとも１個の対象物（１１８）をイメージングするためのカメラ（１５４）であって、光学検出器（１１０）を参照する請求項１から１９のいずれか一項に記載の少なくとも１個の光学検出器（１１０）を含む、カメラ（１５４）。
【請求項２５】
光学的な検出の方法であって、
少なくとも１個の光学センサ（１２２）および少なくとも１個のイメージセンサ（１２８）を使用することによって少なくとも１個の光ビーム（１２０）を検出する工程であって、前記光学センサ（１２２）は、少なくとも１個のセンサ領域（１２４）を有しており、前記イメージセンサ（１２８）は、イメージピクセル（１７６）のピクセルマトリックス（１７４）を含むピクセル化されたセンサである、工程と、
少なくとも１個のセンサ信号および少なくとも１個のイメージ信号を発生させる工程であって、前記光学センサ（１２２）の前記センサ信号は、前記照射の合計パワーに関して、前記光ビーム（１２０）による前記センサ領域（１２４）の照射に対して非線形の依存性を示しており、前記イメージセンサ（１２８）の前記イメージ信号は、前記照射の前記合計パワーに関して、前記光ビーム（１２０）による前記イメージピクセルの前記照射に対して線形の依存性を示している、工程と、
少なくとも１個の評価デバイス（１３２）を使用することによって、前記センサ信号および前記イメージ信号を評価する工程と
を含む、方法。
【請求項２６】
前記光学センサ（１２２）の前記照射の前記合計パワーに対する前記センサ信号の前記非線形の依存性は、線形部分および非線形部分を含む非線形関数によって表現され得、前記非線形関数の前記線形部分および／または前記非線形部分は、前記センサ信号および前記イメージ信号の両方を評価することによって決定される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記センサ信号と前記イメージ信号との間の差は、とりわけ、前記センサ信号と前記イメージ信号との間の差を提供するように適合されている処理回路（１３６）を使用することによって、前記非線形関数の前記非線形部分を提供するために決定される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
交通技術における位置測定；エンターテイメントの用途；セキュリティの用途；ヒューマンマシンインターフェースの用途；トラッキングの用途；写真撮影の用途；イメージングの用途またはカメラの用途；少なくとも１個の空間のマップを発生させるためのマッピングの用途；モバイルの用途；ウェブカム；コンピュータ周辺デバイス；ゲーミングの用途；オーディオ用途；カメラ（１５４）またはビデオの用途；セキュリティの用途；監視の用途；自動車の用途；輸送の用途；医療の用途；農業の用途；植物または動物の繁殖に関連する用途；作物保護の用途；スポーツの用途；マシンビジョンの用途；車両の用途；飛行機の用途；船舶の用途；宇宙船の用途；建物の用途；建築の用途；地図製作の用途；製造の用途；品質制御の用途；少なくとも１個の飛行時間検出器との組み合わせによる使用；ローカルポジショニングシステムにおける用途；グローバルポジショニングシステムにおける用途；ランドマークを基礎とするポジショニングシステムにおける用途；インドアナビゲーションシステムにおける用途；アウトドアナビゲーションシステムにおける用途；家庭内アプリケーションにおける用途；ロボットの用途；自動ドア開閉装置における用途；光通信システムにおける用途からなる群から選択された使用の目的のための、光学検出器（１１０）に関する請求項１から１９のいずれか一項に記載の光学検出器（１１０）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１、ＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１、またはＷＯ２０１５／０２４８７１Ａ１に記述されているような光学検出器に関する一般的な概念に基づいており、その内容全体は、参照により本明細書に含まれる。
【０００２】
本発明は、具体的には、少なくとも１個の対象物の位置を決定するための、光学検出器、検出器システム、および、光学的な検出の方法に関する。本発明は、さらに、ユーザ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、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム、カメラ、および、光学検出器のさまざまな使用に関する。本発明によるデバイス、システム、方法、および使用は、具体的には、例えば、日常生活、ゲーミング、交通技術、生産技術、セキュリティ技術、写真撮影、例えば、芸術作品、ドキュメンテーション、もしくは技術的な目的のためのデジタル写真撮影もしくはビデオ写真撮影など、医療技術、または、科学のさまざまなエリアにおいて、用いられ得る。追加的にまたは代替的に、本願は、例えば、１個もしくは複数の部屋、１個もしくは複数の建物、または、１個もしくは複数の街路のマップを発生させるために、空間のマッピングの分野において適用され得る。しかし、他の用途も可能である。
【背景技術】
【０００３】
多数の光学検出器、光学センサ、および光起電デバイスが、先行技術から公知である。光起電デバイスは、一般的に、電磁放射を、例えば、紫外線光、可視光、または赤外線光を、電気信号または電気エネルギーに変換するために使用されるが、光学検出器は、一般的に、イメージ情報をピックアップするために使用され、および／または、少なくとも１個の光学パラメータ、例えば、輝度を検出するために使用される。
【０００４】
一般的に無機センサ材料および／または有機センサ材料の使用に基づくことができる多数の光学センサが、先行技術から公知である。そのようなセンサの例は、ＵＳ２００７／０１７６１６５Ａ１、ＵＳ６，９９５，４４５Ｂ２、ＤＥ２５０１１２４Ａ１、ＤＥ３２２５３７２Ａ１に開示されており、または、多数の他の先行技術文献に開示されている。ＵＳ２００７／０１７６１６５Ａ１に説明されているように、とりわけ、コスト上の理由のために、および、処理が大面積に及ぶという理由のために、少なくとも１個の有機センサ材料を含むセンサがますます使用されるようになってきている。とりわけ、いわゆる色素太陽電池の重要度が一層高まってきており、それは、一般的に、例えばＷＯ２００９／０１３２８２Ａ１に説明されている。
【０００５】
さらなる例として、ＷＯ２０１３／１４４１７７Ａ１は、フッ素化カウンタアニオンを有するキノリニウム色素と、フッ素化カウンタアニオンを有するこれらの種類のキノリニウム色素によって感光性にされた酸化物半導体微粒子から作製された多孔性のフィルムを含む電極層と、そのような種類の電極層を含む光電変換デバイスと、そのような光電変換デバイスを含む色素増感太陽電池とを開示している。
【０００６】
少なくとも１個の対象物を検出するための多数の検出器が、そのような光学センサに基づいて公知である。そのような検出器は、それぞれの使用の目的に応じて、種々の方式で具現化され得る。そのような検出器の例は、イメージングデバイス、例えば、カメラおよび／または顕微鏡である。高分解能の共焦点顕微鏡が公知であり、例えば、それは、とりわけ、医療技術および生物学の分野において、高い光学的な分解能によって生物学的なサンプルを検査するために使用され得る。少なくとも１個の対象物を光学的に検出するための検出器のさらなる例は、例えばレーザーパルスなどの、対応する光信号の伝播時間方法に基づく距離測定デバイスである。対象物を光学的に検出するための検出器のさらなる例は、三角測量システムであり、それによって、距離測定が同様に実施され得る。
【０００７】
ＵＳ２００７／００８０９２５Ａ１には、低電力消費のディスプレイデバイスが開示されている。そのデバイスでは、光活性層が利用されており、それは、電気エネルギーに反応し、ディスプレイデバイスが情報を表示することを可能にするとともに、入射放射に応答して電気エネルギーを発生させる。単一のディスプレイデバイスのディスプレイピクセルは、表示用ピクセルと発電用ピクセルに分割され得る。表示用ピクセルは、情報を表示することが可能であり、発電用ピクセルは、電気エネルギーを発生させることが可能である。発生された電気エネルギーは、イメージを駆動するための電力を提供するために使用され得る。
【０００８】
ＥＰ１６６７２４６Ａ１には、同じ空間的な場所を用いて電磁放射の２個以上のスペクトルバンドを感知することができるセンサエレメントが開示されている。そのエレメントは、電磁放射の異なるスペクトルバンドをそれぞれ感知することができるサブエレメントのスタックから構成されている。サブエレメントは、非シリコン半導体をそれぞれ含有しており、ここで、それぞれのサブエレメントの中の非シリコン半導体は、電磁放射の異なるスペクトルバンドに対して敏感であり、および／または、電磁放射の異なるスペクトルバンドに対して敏感となるように感光性にされている。
【０００９】
ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１およびＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１において、少なくとも１個の対象物を光学的に検出するための検出器が提案されており、その内容全体は、参照により本明細書に含まれる。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個のセンサ領域を有する。光学センサは、センサ領域の照射に依存するように、少なくとも１個のセンサ信号を発生させるように設計されている。センサ信号は、照射の合計パワーが同じであることを所与として、照射の幾何学形状に依存しており、とりわけ、センサエリアの上の照射のビーム断面に依存する。そのうえ、検出器は、少なくとも１個の評価デバイスを有する。評価デバイスは、センサ信号から幾何学的な少なくとも１つの情報を発生させるように設計されており、とりわけ、照射および／または対象物についての幾何学的な少なくとも１つの情報を発生させるように設計されている。
【００１０】
ＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１およびＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１は、少なくとも１個の縦方向光学センサおよび少なくとも１個の横方向光学センサを使用することによって、少なくとも１個の対象物の位置を決定するための方法および検出器を開示しており、その内容全体は、参照により本明細書に含まれる。具体的には、曖昧性を生じることなく高い精度で対象物の縦方向位置を決定するために、センサスタックの使用が開示されている。
【００１１】
ＷＯ２０１４／１９８６２５Ａ１は、基板と、その基板の上に配設されている少なくとも１個の感光層セットアップとを有する光学センサを含む光学検出器を開示しており、その内容全体は、参照により本明細書に含まれる。感光層セットアップは、少なくとも１個の第１の電極と、少なくとも１個の第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に挟まれている少なくとも１個の光起電材料とを有する。光起電材料は、少なくとも１個の有機材料を含む。第１の電極は、複数の第１の電極ストリップを含み、第２の電極は、複数の第２の電極ストリップを含み、第１の電極ストリップおよび第２の電極ストリップの交差部においてピクセルのマトリックスが形成されるように、第１の電極ストリップおよび第２の電極ストリップは交差している。光学検出器は、少なくとも１個の読み出しデバイスをさらに含み、読み出しデバイスは、第２の電極ストリップに接続されている複数の電気的な測定デバイスと、第１の電極ストリップを電気的な測定デバイスに連続的に接続するためのスイッチングデバイスとを含む。
【００１２】
ＷＯ２０１４／１９８６２５Ａ１は、少なくとも１個の対象物の配向を決定するための検出器デバイスを開示しており、その内容全体も、参照により本明細書に含まれる。この検出器デバイスは、少なくとも２個のビーコンデバイスを含み、少なくとも２個のビーコンデバイスは、対象物に取り付けられている、対象物によって保持されている、および、対象物に一体化されている、うちの少なくとも１個となるように適合されており、ビーコンデバイスは、それぞれ、光ビームを検出器に向けて方向付けするように適合されており、ビーコンデバイスは、対象物の座標系において、所定の座標を有する。検出器デバイスは、ビーコンデバイスから検出器に向けて進行する光ビームを検出するように適合されている少なくとも１個の検出器と、少なくとも１個の評価デバイスとをさらに含み、評価デバイスは、検出器の座標系において、ビーコンデバイスのそれぞれの縦方向座標を決定するように適合されている。評価デバイスは、さらに、ビーコンデバイスの縦方向座標を使用することによって、検出器の座標系において対象物の配向を決定するように適合されている。
【００１３】
ＷＯ２０１４／１９８６２９Ａ１は、少なくとも１個の対象物の位置を決定するための検出器を開示しており、その内容全体は、参照により本明細書に含まれる。検出器は、対象物から検出器に向けて進行する光ビームを検出するように適合されている少なくとも１個の光学センサを含み、光学センサは、ピクセルの少なくとも１個のマトリックスを有する。検出器は、少なくとも１個の評価デバイスをさらに含み、評価デバイスは、光ビームによって照射されている光学センサのピクセルの数Ｎを決定するように適合されている。評価デバイスは、さらに、光ビームによって照射されているピクセルの数Ｎを使用することによって、対象物の少なくとも１個の縦方向座標を決定するように適合されている。
【００１４】
上述のデバイスおよび検出器によって、具体的には、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＷＯ２０１４／１９８６２５Ａ１、ＷＯ２０１４／１９８６２６Ａ１、およびＷＯ２０１４／１９８６２９Ａ１に開示されている検出器によって暗示されている利点にかかわらず、いくつかの技術的な課題が残っている。したがって、一般的に、信頼性が高く、かつ、低コストで製造され得る、空間内の対象物の位置を検出するための検出器に対する必要性が存在している。具体的には、対象物の位置に関するイメージおよび／または情報を発生させるために、大量に低コストで実現化され得、かつ、高い分解能およびイメージ品質を依然として提供する、高い分解能を有する検出器に対する強力な必要性が存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】ＵＳ２００７／０１７６１６５Ａ１
【特許文献２】ＵＳ６，９９５，４４５Ｂ２
【特許文献３】ＤＥ２５０１１２４Ａ１
【特許文献４】ＤＥ３２２５３７２Ａ１
【特許文献５】ＷＯ２００９／０１３２８２Ａ１
【特許文献６】ＷＯ２０１３／１４４１７７Ａ１
【特許文献７】ＵＳ２００７／００８０９２５Ａ１
【特許文献８】ＥＰ１６６７２４６Ａ１
【特許文献９】ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１
【特許文献１０】ＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１
【特許文献１１】ＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１
【特許文献１２】ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１
【特許文献１３】ＷＯ２０１４／１９８６２５Ａ１
【特許文献１４】ＷＯ２０１４／１９８６２９Ａ１
【特許文献１５】ＷＯ２０１４／１９８６２６Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
したがって、本発明の目的は、公知のデバイスおよび方法の上述の技術的な課題を解決する、デバイスおよび方法を提供することである。具体的には、本発明の目的は、好ましくは、技術的な労力が低く、また、技術的な資源およびコストの観点からの要求が低いにもかかわらず、空間内の対象物の位置を信頼性高く決定することができるデバイスおよび方法を提供することである。より具体的には、本発明のさらなる目的は、入射光ビームによるセンサ領域の照射に対するセンサ信号の依存を決定することを改善することができる、デバイス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】
【００１７】
この問題は、独立請求項の特徴を備えている、光学検出器、検出器システム、光学的な検出の方法、ヒューマンマシンインターフェース、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム、カメラ、および、光学検出器のさまざまな使用によって解決される。隔離された方式で、または、任意の組み合わせで実現化され得る好適な実施形態は、従属請求項に列挙されている。
【００１８】
以下において使用されているように、「有する」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、もしくは「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」という用語、または、それらの文法上の任意の変形例は、非排他的に使用されている。したがって、これらの用語は、これらの用語によって導入される特徴以外に、この文脈において説明されているエンティティの中にはさらなる特徴が存在していないという状況、および、１個または複数のさらなる特徴が存在しているという状況の両方を表している可能性がある。例として、「ＡはＢを有する」、「ＡはＢを含む（Ａ  ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ  Ｂ）」、および「ＡはＢを含む（Ａ  ｉｎｃｌｕｄｅｓ  Ｂ）」という表現は、Ｂ以外に他のエレメントがＡの中に存在しないという状況（すなわち、Ａは専らおよび排他的にＢだけから構成されているという状況）、および、Ｂ以外に、エレメントＣ、エレメントＣおよびＤ、または、さらに別のエレメントなどのような、１個または複数のさらにエレメントが、エンティティＡの中に存在しているという状況の両方を表している可能性がある。
【００１９】
さらに、以下において使用されているように、「好ましくは」、「より好ましくは」、「とりわけ」、「さらに具体的には」、「具体的には」、「より具体的には」という用語、または、同様の用語は、代替的な可能性を制限することなく、任意の特徴を伴って使用されている。したがって、これらの用語によって導入される特徴は、任意の特徴であり、決して、特許請求の範囲を制限することは意図していない。当業者は認識することになるように、本発明は、代替的な特徴を使用して実施され得る。同様に、「本発明の実施形態では」または同様の表現によって導入される特徴は、任意の特徴であることが意図されており、本発明の代替的な実施形態に関していかなる制限を課すものではなく、本発明の範囲に関していかなる制限を課すものではなく、また、そのようにして導入される特徴と本発明の他の任意の特徴または非任意の特徴を組み合わせることの可能性に関していかなる制限を課すものではない。
【００２０】
本発明の第１の態様では、光学検出器が開示されている。光学検出器は、
−  光ビームを検出するように、および、少なくとも１個のセンサ信号を発生させるように適合されている、少なくとも１個の光学センサであって、少なくとも１個のセンサ領域を有しており、光学センサのセンサ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるセンサ領域の照射に対して非線形の依存性を示している、少なくとも１個の光学センサと、
−  少なくとも１個のイメージセンサであって、イメージピクセルのピクセルマトリックスを含むピクセル化されたセンサであり、イメージピクセルは、光ビームを検出するように、および、少なくとも１個のイメージ信号を発生させるように適合されており、イメージ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるイメージピクセルの照射に対して線形の依存性を示している、少なくとも１個のイメージセンサと、
−  センサ信号およびイメージ信号を評価するように適合されている、少なくとも１個の評価デバイスと
を含む。
【００２１】
本明細書で使用されているように、「光学検出器」（または、以下では、単に「検出器」と称される）は、一般的に、１個または複数の光源による照射に応答して、および／または、検出器の周囲の光学的な特性に応答して、少なくとも１個の検出器信号および／または少なくとも１個のイメージを発生させることができるデバイスを表している。したがって、検出器は、光学的な測定およびイメージングプロセスのうちの少なくとも１個を実施するように適合されている任意のデバイスであることが可能である。
【００２２】
具体的には、さらに詳細に下記に概説されることになるように、光学検出器は、少なくとも１個の対象物の位置を決定するための検出器であることが可能である。本明細書で使用されているように、「位置」という用語は、一般的に、空間内の対象物および／または対象物の少なくとも１個の部分の場所および／または配向に関する少なくとも１つの情報を表している。したがって、少なくとも１つの情報は、対象物の少なくとも１個のポイントと少なくとも１個の検出器との間の少なくとも１個の距離を暗示することが可能である。さらに詳細に下記に概説されることになるように、距離は、縦方向座標であることが可能であり、または、対象物のポイントの縦方向座標を決定することに寄与することが可能である。追加的にまたは代替的に、対象物および／または対象物の少なくとも１個の部分の場所および／または配向に関する１つまたは複数の他の情報が決定され得る。例として、対象物および／または対象物の少なくとも１個の部分の少なくとも１個の横方向座標が決定され得る。したがって、対象物の位置は、対象物および／または対象物の少なくとも１個の部分の少なくとも１個の縦方向座標を暗示することが可能である。追加的にまたは代替的に、対象物の位置は、対象物および／または対象物の少なくとも１個の部分の少なくとも１個の横方向座標を暗示することが可能である。追加的にまたは代替的に、対象物の位置は、空間内の対象物の配向を示す、対象物の少なくとも１個の配向情報を暗示することが可能である。
【００２３】
本明細書で使用されているように、「光ビーム」は、一般的に、程度の差こそあれ同じ方向に進行するある量の光である。具体的には、光ビームは、光線の束および／もしくは光の共通の波面であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。したがって、好ましくは、光ビームは、当業者に知られているようなガウシアン光ビームを表すことが可能である。しかし、非ガウシアン光ビームなどのような他の光ビームも可能である。さらに詳細に下記に概説されているように、光ビームは、対象物によって、放出および／または反射され得る。さらに、光ビームは、少なくとも１個のビーコンデバイスによって反射および／または放出され得、少なくとも１個のビーコンデバイスは、好ましくは、対象物に取り付けられるか、または、対象物に一体化されるかのうちの１個または複数であることが可能である。
【００２４】
さらに、本発明が、「光ビームを検出する」、「進行する光ビームを検出する」、または、同様の表現を参照するときはいつでも、これらの用語は、一般的に、光学検出器、光学検出器の一部、または、任意の他の一部によって、光ビームの任意の相互作用を検出するプロセスを表している。したがって、例として、光学検出器および／または光学センサは、光学センサのセンサ領域の中のものなどのような、任意の表面の上の光ビームによって発生される光スポットを検出するように適合され得る。
【００２５】
本明細書でさらに使用されているように、「光学センサ」という用語は、一般的に、例えば、光ビームによって発生される照射および／または光スポットを検出するなど、光ビームおよび／またはその一部分を検出するための感光性デバイスを表している。さらに詳細に下記に概説されているように、評価デバイスを伴う光学センサは、対象物および／または対象物の少なくとも１個の部分の少なくとも１個の縦方向座標を決定するように適合され得、対象物の少なくとも１個の部分は、例えば、少なくとも１個の光ビームがそこから検出器に向けて進行する、対象物の少なくとも１個の部分などである。
【００２６】
したがって、さらに詳細に下記に述べられている少なくとも１個の任意の横方向光学センサとは対照的に、一般的に、光学検出器の一部である、上述のような少なくとも１個の光学センサは、少なくとも１個の「縦方向光学センサ」とも称され得る。その理由は、光学センサは、一般的に、対象物および／または対象物の少なくとも１個の部分の少なくとも１個の縦方向座標を決定するように適合され得るからである。さらに、１個または複数の横方向光学センサが設けられている場合には、少なくとも１個の任意の横方向光学センサは、少なくとも１個の縦方向光学センサに完全にもしくは部分的に一体化され得、または、別々の横方向光学センサとして完全にもしくは部分的に具現化され得る。
【００２７】
光学検出器は、１個または複数の光学センサを含むことが可能である。複数の光学センサが含まれる場合には、光学センサは、同一であってもよく、または、少なくとも２個の異なるタイプの光学センサが含まれ得るように、異なっていてもよい。さらに詳細に下記に概説されているように、少なくとも１個の光学センサは、無機光学センサおよび有機光学センサのうちの少なくとも１個を含むことが可能である。本明細書で使用されているように、有機光学センサは、一般的に、少なくとも１個の有機材料、好ましくは、少なくとも１個の有機の感光性材料がその中に含まれる光学センサを表している。さらに、無機材料および有機材料の両方を含む光学センサも使用され得る。
【００２８】
少なくとも１個の光学センサは、具体的には、少なくとも１個の縦方向光学センサであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。追加的に、上記に概説されているように、および、さらに詳細に下記に概説されているように、１個または複数の横方向光学センサは、光学検出器の一部であることが可能である。「縦方向光学センサ」および「横方向光学センサ」という用語の考えられる定義に関して、ならびに、これらのセンサの考えられる実施形態に関して、例として、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１に示されているような少なくとも１個の縦方向光学センサおよび／または少なくとも１個の横方向光学センサが参照され得る。他のセットアップも実行可能である。
【００２９】
好ましくは、少なくとも１個の光学センサは、少なくとも１個の縦方向光学センサを含有しており、すなわち、対象物の少なくとも１個のｚ座標などのような、少なくとも１個の対象物の縦方向位置を決定するように適合されている光学センサを含有する。
【００３０】
好ましくは、光学センサは、または、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサの少なくとも１個は、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１もしくはＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１に開示されているような、および／または、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１もしくはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１に開示されている少なくとも１個の縦方向光学センサの文脈において開示されているような、セットアップを有することが可能であり、および／または、光学センサの機能を提供することが可能である。
【００３１】
少なくとも１個の光学センサは、および／または、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサの１個または複数は、少なくとも１個のセンサ領域を有しており、光学センサのセンサ信号は、光ビームによるセンサ領域の照射に依存しており、センサ信号は、照射の合計パワーが同じであることを所与として、センサ領域の中の光ビームの幾何学形状に依存し、具体的には、センサ領域の中の光ビームの幅に依存する。照射の合計パワーｐが同じであることを所与として、センサ信号ｉは、光子束Ｆに依存し、すなわち、単位面積当たりの光子の数に依存するので、以下では、この効果は、一般的に、ＦｉＰ効果と称されることになる。評価デバイスは、センサ信号を評価するように適合されており、好ましくは、センサ信号を評価することによって幅を決定するように適合されている。
【００３２】
追加的に、１個または複数の他のタイプの縦方向光学センサも使用され得る。したがって、以下において、ＦｉＰセンサが参照される場合には、一般的に、その代わりに、他のタイプの縦方向光学センサも使用され得ることが留意されるべきである。それにもかかわらず、ＦｉＰセンサの優れた特性に起因して、および、ＦｉＰセンサの利点に起因して、少なくとも１個のＦｉＰセンサを使用することが好適である。
【００３３】
ＦｉＰ効果は、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１、またはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１のうちの１個または複数にさらに開示されており、ＦｉＰ効果は、具体的には、光ビームがそこから検出器に向けて進行または伝播する対象物の縦方向位置を決定するために使用され得る。したがって、好ましくは非ピクセル化されたセンサ領域であり得るセンサ領域の上の光ビームを備えるビームは、光ビームの直径または半径などのような、光ビームの幅に依存しており、さらに、光ビームは、検出器と対象物との間の距離に依存するので、センサ信号は、対象物の縦方向座標を決定するために使用され得る。したがって、例として、評価デバイスは、縦方向座標を決定するために、対象物の縦方向座標とセンサ信号との間の所定の関係を使用するように適合され得る。所定の関係は、経験的な較正測定を使用することによって、および／または、ガウシアンビーム伝播特性などのような、公知のビーム伝播特性を使用することによって、導出され得る。さらなる詳細に関して、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１もしくはＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１のうちの１個または複数が参照され得、または、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１もしくはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１に開示されているような縦方向光学センサが参照され得る。具体的には、簡単な較正方法が実施され得、光学検出器に向けて光ビームを放出および／または反射する対象物が、ｚ軸に沿って異なる縦方向位置にシーケンシャルに設置され、それによって、光学検出器と対象物との間に異なる空間的な分離を提供し、また、光学センサのセンサ信号は、それぞれの測定に関して登録され、それによって、センサ信号と対象物またはその一部の縦方向位置との間の一義的な関係を決定する。
【００３４】
好ましくは、光学センサのスタックなどのような、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサの少なくとも２個は、ＦｉＰ効果を提供するように適合され得る。具体的には、ＦｉＰ効果を示す１個または複数の光学センサが設けられ得、好ましくは、ＦｉＰ効果を示す光学センサは、ピクセル化された光学センサであるというよりも、均一なセンサ表面を有する大面積光学センサである。
【００３５】
したがって、光ビームによって連続的に照射される光学センサからの信号を評価することによって、例えば、センサスタックの連続的な光学センサからの信号を評価することによって、および、上述のＦｉＰ効果を使用することによって、具体的には、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１またはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１に開示されているように、ビームプロファイルの曖昧性が解消され得る。したがって、ガウシアン光ビームは、焦点ポイントの前および後の距離ｚにおいて、同じビーム幅を提供することが可能である。少なくとも２個の位置に沿ってビーム幅を測定することによって、光ビームが依然として細くなり続けているかまたは太くなり続けているかを決定することによって、この曖昧性が解消され得る。したがって、ＦｉＰ効果を有する２個以上の光学センサを提供することによって、より高い精度が提供され得る。評価デバイスは、少なくとも２個の光学センサのセンサ領域の中の光ビームの幅を決定するように適合され得、また、評価デバイスは、幅を評価することによって、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する対象物の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を発生させるようにさらに適合され得る。
【００３６】
具体的には、このＦｉＰ効果は、太陽電池などのような光検出器の中で、より好ましくは、有機半導体検出器などのような有機光検出器の中で観察され得る。したがって、少なくとも１個の光学センサ、または、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサの１個または複数は、好ましくは、少なくとも１個の有機半導体検出器および／もしくは少なくとも１個の無機半導体検出器であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。したがって、一般的に、光学検出器は、少なくとも１個の半導体検出器を含むことが可能である。最も好ましくは、半導体検出器、または、半導体検出器の少なくとも１個は、少なくとも１個の有機材料を含む有機半導体検出器であることが可能である。したがって、本明細書で使用されているように、有機半導体検出器は、有機色素および／または有機半導体材料などのような、少なくとも１個の有機材料を含む光学検出器である。少なくとも１個の有機材料の他に、有機材料または無機材料から選択され得る、１個または複数のさらなる材料が含まれ得る。したがって、有機半導体検出器は、有機材料だけを含む全有機半導体検出器として、または、１個または複数の有機材料および１個または複数の無機材料を含むハイブリッド検出器として、設計され得る。さらに、他の実施形態も実行可能である。したがって、１個または複数の有機半導体検出器および／または１個または複数の無機半導体検出器の組み合わせも実行可能である。
【００３７】
例として、半導体検出器は、有機太陽電池、色素太陽電池、色素増感太陽電池、固体色素太陽電池、固体色素増感太陽電池からなる群から選択され得る。例として、具体的には、光学センサの１個または複数が上述のＦｉＰ効果を提供する場合には、少なくとも１個の光学センサは、または、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサの１個または複数は、色素増感太陽電池（ＤＳＣ）、好ましくは、固体色素増感太陽電池（ｓＤＳＣ）であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。本明細書で使用されているように、ＤＳＣは、一般的に、少なくとも２個の電極を有するセットアップを表しており、電極の少なくとも１個は、少なくとも部分的に透明であり、少なくとも１個のｎ型半導体金属酸化物、少なくとも１個の色素および少なくとも１個の電解質、またはｐ型半導体材料が、電極同士の間に埋め込まれている。ｓＤＳＣでは、電解質またはｐ型半導体材料は、固体材料である。一般的に、また本発明の中の光学センサの１個または複数に関して使用され得るｓＤＳＣの考えられるセットアップに関して、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１、またはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１のうちの１個または複数が参照され得る。上述のＦｉＰ効果は、例えば、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１において実証されているように、具体的には、ｓＤＳＣの中に存在することが可能である。さらに、他の実施形態も実行可能である。
【００３８】
したがって、一般的に、少なくとも１個の光学センサは、少なくとも１個の第１の電極、少なくとも１個のｎ型半導体金属酸化物、少なくとも１個の色素、少なくとも１個のｐ型半導体有機材料、好ましくは、固体ｐ型半導体有機材料、および少なくとも１個の第２の電極を含む層セットアップを有する少なくとも１個の光学センサを含むことが可能である。上記に概説されているように、第１の電極および第２の電極のうちの少なくとも１個は、透明であることが可能である。最も好ましくは、具体的には、透過型光学センサが設けられるべき場合には、第１の電極および第２の電極の両方が透明であることが可能である。
【００３９】
すでに上述されているように、少なくとも１個の光学センサは、大面積光学センサであることが可能であり、大面積光学センサは、均一なセンサ表面を示すことが可能であり、したがって、対応する光学センサのセンサ領域を構成することが可能である。しかし、好適な代替的な実施形態では、少なくとも１個の光学センサは、ピクセル化された光学センサであることが可能である。本明細書では、ピクセル化された光学センサは、完全にまたは少なくとも部分的にピクセルアレイによって確立され得、ピクセルアレイは、複数の個々のセンサピクセルを含むことが可能であり、それは、このように、センサ領域を構成することが可能である。より詳細に後に実証されることになるように、ピクセル化された光学センサは、それぞれの目的に関して適切でありまたは必要とされ得る任意の数のセンサピクセルを含むことが可能である。この点に関して、ピクセル化された光学センサの中のセンサピクセルは、ピクセル化された光学センサの周辺部における周辺部に位置し得る周辺部のセンサピクセルのうちの１個であることが可能であり、または、ピクセルアレイが少なくとも３ｘ３もしくはそれ以上のセンサピクセルを含むケースでは、ピクセルアレイの周辺部から離れて位置する非周辺部のセンサピクセルのうちの１個であることが可能であることを述べることが可能である。
【００４０】
さらなる実施形態では、少なくとも２個の個々のピクセル化された光学センサが、同時に用いられ得、ピクセル化された光学センサのそれぞれは、複数の個々のセンサピクセルを含むピクセルアレイによって、完全にまたは少なくとも部分的に確立され得る。好ましくは、少なくとも２個の個々のピクセル化された光学センサのそれぞれは、同じ種類のピクセルアレイを含むことが可能であり、ピクセルアレイは、したがって、同じ数のセンサピクセルを示すことが可能である。しかし、他の実施形態も実行可能であり得、例えば、個々のピクセル化された光学センサが、複数のセンサピクセルを含むことが可能であり、それは、少なくとも２個の別々のピクセル化された光学センサのうちの別のものによって含まれるようなセンサピクセルの数の倍数になっているという配置なども実行可能であり得る。
【００４１】
この点に関して、特定の実施形態では、少なくとも１個の電子エレメントが、それぞれのセンサピクセルと同じ表面の上に、センサピクセルの付近に、とりわけ、センサピクセルのそれぞれの付近に設置され得る。本明細書では、電子エレメントは、対応するセンサピクセルによって提供されるような信号の評価に寄与するように適合され得、したがって、コネクタ、キャパシティ、ダイオード、トランジスタのうちの１個または複数を含むことが可能である。この種類の配置は、例えば、個々のセンサピクセルから光学センサの周辺部への１個または複数の直接的な電気接続を提供する機会を開くことなどによって、個々のセンサピクセルによって提供されるような信号のより高速の読み出しを可能にすることができるので、とりわけ有利である可能性がある。
【００４２】
しかし、上述の電子エレメントは、入射光ビームによって引き起こされるような照射に対して敏感ではないので、それらは、ピクセル化されたセンサのセンサ信号に寄与しない。したがって、結果的に、それぞれのピクセル化されたセンサの表面の上のエリアだけが、部分的な程度にまで、センサ信号に寄与することが可能であり、したがって、関心の光学センサの中のセンサ領域の広がりを減少させる。そのうえ、２個の隣接している個々のセンサピクセルは、さらに、分離ストリップによって互いから分離され得、ストリップは、フォトレジストなどのような非導電性材料を含むことが可能であり、それは、とりわけ、２個の隣接するセンサピクセルの間のクロストークを回避するように適合され得る。したがって、結果として、関心の光学センサの上のセンサ領域の広がりは、追加的に縮小され得る。
【００４３】
しかし、この特定の問題に対する解決策は、少なくとも２個の個々のピクセル化された光学センサによって提供され得、少なくとも２個の個々のピクセル化された光学センサは、少なくとも２個のピクセル化された光学センサが、とりわけ、互いの上に直接的に設置されているように、光学検出器の光学軸に対して垂直の平面の中に配置され得る。さらに、少なくとも２個のピクセル化された光学センサのそれぞれの場所は、さらに、好ましくは、上述の平面の中でｘ方向およびｙ方向の両方に、互いに対して所定の程度だけシフトされ得る。本明細書では、少なくとも２個のピクセル化された光学センサが互いに対してシフトされている程度は、好ましくは、関係するピクセル化された光学センサの側縁部のそれぞれの長さよりも小さい値を示すことが可能である。したがって、少なくとも２個のピクセル化された光学センサのうちの一方（それは、好ましくは、透過性であることが可能である）が、上記に説明されているような電子エレメントを含むことができる少なくとも２個のピクセル化された光学センサのうちの少なくとも１個の他方の上のエリアをカバーすることができる態様で、少なくとも２個のピクセル化された光学センサは互いに対してシフトされ得る。結果として、衝突する光ビームの視線から考慮されるように、光学センサの中のセンサ領域は、したがって、単一のピクセル化された光学センサだけを含むことができる光学センサの中のセンサ領域と比較して増加され得る。例として、２個のピクセル化された光学センサのそれぞれがＮ個のピクセルを含むことが可能であるケースでは、光学センサが、したがって、２Ｎセンサピクセルに等しくなり得る分解能を示すことができるセンサ領域を提供することが可能である。３個以上の個々の透過性のピクセル化された光学センサが同様に互いの上に配置されており、それによって、それぞれの光学センサのセンサ信号に寄与することができない光学センサの表面の上のそれらの領域をカバーするというケースでは、この２という係数は、さらに高くなる可能性がある。
【００４４】
本発明による光学検出器は、少なくとも１個のイメージセンサ、とりわけ、少なくとも１個のピクセル化されたイメージセンサ、好ましくは、少なくとも１個のピクセル化された無機イメージセンサ、とりわけ、少なくとも１個の電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、および／または、相補性金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）技術に基づく少なくとも１個のイメージングデバイスをさらに含む。
【００４５】
両方の技術は、一般的に、カメラまたはカメラチップに適していることが知られ、線形アレイおよび２次元のアレイの両方に適していることが知られている。ＣＣＤデバイスおよびＣＭＯＳデバイスの両方は、ピクセルのマトリックスをそれぞれ含み、それは、とりわけ、他の場所で説明されているようなピクセル化された光学センサの中に含まれ得る「センサピクセル」とは対照的に、ここでは、「イメージピクセル」と命名される。イメージセンサでは、それぞれのイメージピクセルは、少なくとも１個の入射光ビームに対して敏感であり得、しかし、光学センサのセンサ信号とは対照的に、イメージセンサのセンサ信号は、一般的に、入射光ビームによるセンサ領域の照射に依存しておらず、とりわけ、センサ領域に衝突する光ビームの幅に依存していない。例として、ＣＭＯＳ技術を使用するカメラセンサは、いわゆる「アクティブピクセルセンサ」（ＡＰＳ）の１次元のマトリックスまたは２次元のマトリックスの適用に基づいていることが多い。アクティブピクセルセンサは、アクティブピクセルのマトリックスを含むイメージセンサであり、それぞれのピクセルは、少なくとも１個のフォトダイオードの他に、一体化された読み出し回路を含み、読み出し回路は、ＭＯＳ−ＦＥＴトランジスタなどのような、３個以上のトランジスタを含み、それは、ピクセルに一体化されている。アクティブピクセルは、それぞれのフォトダイオードの照射に応じて、フォトダイオードによって発生される信号の事前増幅を可能にし、増幅された信号は、ＣＣＤ技術とは対照的に、電圧として直接的に読み出され得、ＣＣＤ技術において、フォトダイオードの電荷は、ピクセルごとに、マトリックスを通して、外部増幅器へ伝送される。
【００４６】
本発明のとりわけ好適な実施形態では、光学センサおよびイメージセンサは、いわゆるハイブリッドセンサを構成することが可能であり、「ハイブリッドセンサ」という用語は、とりわけ、上記および／または下記に説明されているような１個または複数のＦｉＰセンサ、とりわけ、本発明による１個または複数の光学センサ、好ましくは、１個または複数の有機光学センサと、１個または複数のピクセル化された光学検出器、とりわけ、イメージセンサ、好ましくは、１個または複数の無機イメージセンサ、とりわけ、上記に説明されているような１個もしくは複数のＣＣＤデバイスまたは１個もしくは複数のＣＭＯＳデバイスとの組み合わせで、１個または複数の有機材料および／または無機材料を同時に含むことができるアッセンブリを表すことが可能である。結果的に、ハイブリッドセンサは、１個または複数の光学センサと１個または複数のイメージセンサとを含み、１個または複数の光学センサでは、センサ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるセンサ領域の照射に対して非線形の依存性を示しており、また、１個または複数のイメージセンサでは、イメージ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるイメージピクセルの照射に対して線形の依存性を示している。したがって、ハイブリッドセンサは、入射光ビームによって引き起こされるような照射の合計パワーに関して、線形関数および非線形関数の両方を検出することが可能であり得る。
【００４７】
この特徴は、従来のハイブリッドセンサとは対照的であり、従来のハイブリッドセンサは、一般的にそれらの製造の方法に関して相性の悪い異なる種類の材料を含む異なるタイプの無機イメージセンサが組み合わせられ得るアセンブリから知られている。したがって、従来のハイブリッドセンサは、異なる材料の用途に基づいてさまざまなタスクを実施することを可能にする複合センサを提供することを可能にする。同様に、本発明によるハイブリッドセンサは、したがって、無機イメージセンサの利点を有機光学センサの利点と組み合わせることが可能である。しかし、ハイブリッドセンサは、有機光学センサに関して使用されるような材料だけを含むことができる少なくとも１個のイメージセンサを含むことが可能である。とりわけ、アセンブリは、ハイブリッドセンサの空間的配置を表すことが可能であり、光学センサは、さらなる光学エレメントが光学センサとイメージセンサとの間に設置されることができないように、イメージセンサのすぐ近くに位置し得る。したがって、直接的に、または、ハイブリッドデバイスの構成要素の少なくとも２個の間のボンドを提供することのいずれかによって、２個の異なるタイプのセンサまたは少なくとも１個のその一部が互いに接触することができるようになっていることが可能である特定の空間的配置が提供され得る。
【００４８】
本明細書では、ピクセル化された光学センサのセンサピクセルのうちの少なくとも１個が、例えば、ワイヤボンディング、直接的なボンディング、ボールボンディング、または接着剤ボンディングなどのような、周知のボンディング技法を使用することなどによって、光学センサの付近のイメージセンサの中に含まれるようなイメージピクセルのうちの１個または複数によって提供されるような上部コンタクトに電気的に接続され得ることが、とりわけ好適である可能性がある。代替的にまたはそれに加えて、透明なコンタクトを用いることによって、直接的なコンタクトが使用され得、透明なコンタクトは、１個または複数のイメージピクセルと少なくとも１個の隣接しているセンサピクセルとの間に位置し得、繰り返しになるが、透明なコンタクトは、イメージセンサのイメージピクセルのコネクタにつながるビアとして作用することができる上部コンタクトに直接的に接触させられ得る。しかし、他の種類のボンディング技法も用いられ得る。この種類の空間的配置は、区分化された光学センサをイメージセンサの上部に直接的に設置するのにとりわけ有利である可能性がある。その理由は、それが、とりわけ、区分化された光学センサの非周辺部のセンサピクセルに、すなわち、区分化された光学センサの平易にアクセス可能な周辺部に位置しないそれらのセンサピクセルに、電気的接点を容易に提供することを可能にするからである。したがって、例として、電気的接点は、隣接しているイメージセンサの上部コンタクトのうちの１個または複数を使用することによって、光学センサの非周辺部のセンサピクセルのそれぞれに提供され得るが、一方、例えば電線などの形態の電気的接点が光学センサの周辺部のセンサピクセルのそれぞれに直接的に取り付けられ得る。しかし、電気的接点を提供する他の方式も実行可能であり得る。
【００４９】
この種類の配置または他の種類の配置に関して、１個または複数の光学センサおよび少なくとも１個のイメージセンサのアセンブリは、入射光ビームが、イメージセンサに達する前に、１個または複数の光学センサに最初に衝突することができるようになっていることが可能であり、光学センサおよびイメージセンサの両方は、検出器の光学軸に対して垂直にそれぞれ配置され得るセンサ領域を含むことが可能である。光学センサが完全にまたは少なくとも部分的に透過性であることが可能であり、一方、１個のイメージセンサ、とりわけ、入射光ビームの方向に関して最後のイメージセンサが不透過性であることが可能であるという実施形態では、この種類のアセンブリが、とりわけ有用である可能性がある。さらに、この種類のアセンブリは、以下の場合には、特に有用である可能性がある。その場合では、光学センサが、記録されたシーンの中の縦方向位置を決定するように適合されている縦方向光学検出器として用いられ得、一方、イメージセンサが、代替的にまたはそれに加えて、記録されたシーンの中の少なくとも１個の横方向位置を決定するように構成されている横方向光学センサとして用いられ得、横方向位置は、光学検出器の光学軸に対して垂直な少なくとも１次元の位置であり、横方向光学センサは、少なくとも１個の横方向センサ信号を発生させるように適合され得、それは、評価デバイスによって評価され得る。しかし、とりわけ、光学検出器の所望の目的に応じて、ハイブリッドセンサの中の２個のタイプのセンサの他の空間的配置も実行可能であり得る。本明細書では、２種類のセンサの上述の機能性は、ハイブリッドセンサの中の２種類のセンサの他の空間的配置が実現化され得る場合にも用いられ得る。
【００５０】
この点に関して、それぞれの種類のセンサは、特定のピクセル分解能を示すことが可能であり、「ピクセル分解能」という用語は、一般的に、特定の面積の中に、例えば、１ｍｍ２または１ｃｍ２のそれぞれのセンサの表面積の中に含まれ得る、対応するセンサのピクセルの数を表すことが可能である。したがって、イメージセンサは、そのセンサピクセルおよびセンサエリアに関して、第１のピクセル分解能を示すことが可能であり、一方、ピクセル化された光学センサは、そのイメージピクセルおよびセンサエリアに関して、第２のピクセル分解能を示すことが可能である。好適な実施形態では、イメージセンサに割り当てられている第１のピクセル分解能は、光学センサに割り当てられている第２のピクセル分解能に等しいか、または、それを超えていることが可能である。例として、ＦｉＰデバイスのピクセル分解能が関連のイメージセンサのピクセル分解能よりも低下され得るように、ハイブリッドセンサは設計され得る。したがって、例示的なアセンブリとして、光学センサのそれぞれのセンサピクセルに関して、４ｘ４、１６ｘ１６、３２ｘ３２、６４ｘ６４、１２８ｘ１２８、２５６ｘ２５６、１０２４ｘ１０２４、または、それ以上のイメージピクセルなどのイメージピクセルのマトリックスが、対応するＣＣＤデバイスまたはＣＭＯＳデバイスの中に含まれ得る。しかし、センサピクセルと比較して、他の数のイメージピクセルも実行可能であり得る。ハイブリッドデバイスをより容易に製造することを可能にすることの他に、１個の光学センサ当たりイメージピクセルの１個のマトリックスを使用するこの種類の配置が、横方向分解能および／または色分解能に関して有利である可能性がある。
【００５１】
本明細書でさらに使用されているように、「評価デバイス」という用語は、一般的に、センサ信号から少なくとも１つの情報を導出するために、センサ信号を評価するように適合されている任意のデバイスを表している。したがって、さらに、「評価する」という用語は、一般的に、センサ信号などのような入力から、少なくとも１つの情報を導出するプロセスを表している。評価デバイスは、ユニタリーの中央集中型の評価デバイスであることが可能であり、または、複数の協働デバイスから構成され得る。例として、少なくとも１個の評価デバイスは、少なくとも１個のプロセッサおよび／または少なくとも１個の集積回路、例えば、少なくとも１個の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などを含むことが可能である。評価デバイスは、コンピュータプログラムをその上で走らせるプログラマブルデバイスであることが可能であり、それは、少なくとも１個の評価アルゴリズムを実施するように適合されている。追加的にまたは代替的に、非プログラマブルデバイスも使用され得る。評価デバイスは、少なくとも１個の光学センサから分離され得、または、少なくとも１個の光学センサに完全にもしくは部分的に一体化され得る。
【００５２】
評価デバイスは、具体的には、センサ信号を評価することによって、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する少なくとも１個の対象物の縦方向位置の少なくとも１つの情報を発生させるように適合され得る。「縦方向位置」という用語の定義、および、縦方向位置を決定する考えられる方式に関して、上述の文献ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１、またはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１のうちの１個または複数、および、その中に開示されているＦｉＰ効果の使用が参照され得る。したがって、センサ信号は、一般的に、センサ領域の中の光ビームによって発生される光スポットの幅に依存する。したがって、特定の時点における焦点調整可能なレンズの焦点距離、および、対象物から検出器に向けて伝播する光ビームの特性が知られているときはいつでも、センサ信号は、対象物の縦方向位置を、例えば、対象物と光学検出器との間の距離などを示している。したがって、一般的に、縦方向位置という用語は、一般的に、光学検出器の対称軸線などのような、光学検出器の光学軸に平行な軸線の上の、対象物またはその一部の位置を表すことが可能である。例として、対象物の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報は、単に、対象物と検出器との間の距離を表すことが可能であり、および／または、単に、対象物のいわゆるｚ座標を表すことが可能であり、ｚ軸は、光学軸に対して平行に選ばれており、および／または、光学軸は、ｚ軸として選ばれている。さらなる詳細に関して、上述の文献のうちの１件または複数が参照され得る。したがって、一般的に、例えば、焦点調整可能なレンズの焦点距離が修正される、センサ信号の中の最大の位置は、さらに例示的な実施形態において下記に説明されることになるように、対象物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を可能にする。
【００５３】
上記に概説されているように、縦方向位置とセンサ信号との間の少なくとも１個の所定の関係または決定可能な関係を決定するために、分析的なアプローチ、または、経験的なアプローチ、または、さらには、半経験的なアプローチのいずれかが使用され得る。分析的に、光ビームのガウシアン伝播を仮定することによって、センサ信号は、センサ領域の上の光スポットの幅とセンサ信号との間の関係が知られているときに、光学検出器セットアップの光学的な特性から導出され得る。経験的に、上記に概説されているように、例えば、光学検出器から異なる距離に対象物を設置し、それぞれの距離に関してセンサ信号を記録することなどによって、光学検出器のセットアップを較正するために、簡単な実験が実施され得る。例として、それぞれの距離に関して、局所的最小および／または局所的最大の少なくとも１個の位相角度が、周期的なセンサ信号に関して決定され得、また、少なくとも１個の位相角度と対象物の距離との間の経験的な関係が決定され得る。他の経験的な較正測定も実行可能である。
【００５４】
さらに、評価デバイスは、センサ信号およびイメージ信号の両方を評価するように適合されている。上記に概説されているように、光学センサのセンサ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるセンサ領域の照射に対して非線形の依存性を示しており、一方、イメージ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるイメージピクセルの照射に対して線形の依存性を示している。本明細書で使用されているように、イメージ信号と対応するイメージピクセルの照射との間の「線形の依存性」は、イメージ信号の挙動を説明しており、それは、対応するイメージピクセルの照射が増加したのと同じようにイメージ信号が増加するという観察によって特徴付けられる。例として、イメージピクセルの照射の合計パワーの１０％、５０％、１００％、または２００％の増加は、したがって、電流または電圧を含むことが可能である、対応するイメージ信号の１０％、５０％、１００％、または２００％の増加につながることが可能である。一般的に知られているように、そのような線形の挙動は、通常、対応するデバイスの特定のセットアップに依存し得る特定の限界値内でのみ観察可能であり得、その限界値は、とりわけ、対応するイメージピクセルの照射の異常に高い合計パワーの下でのイメージ信号の飽和などのような、追加的な効果が明確に無視され得るように選択される。
【００５５】
この挙動とは対照的に、センサ信号と対応するセンサ領域の照射との間の「非線形の依存性」は、センサ信号が上記に説明されている線形のようには上昇しないという観察によって特徴付けられる。ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１およびＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１においてすでに説明されているように、それぞれの光学センサによって発生されるようなセンサ信号は、照射の合計パワーが同じであることを所与として、照射の幾何学形状に依存しており、とりわけ、センサエリアの照射のビーム断面に依存する。結果として、センサ信号の増加は、照射の合計パワーの増加に依存するだけでなく、上述の非線形の挙動を結果として生じさせ得るさらなる技術的効果に依存することが可能である。本発明によれば、センサ信号は、したがって、照射の合計パワーに対する依存性を示すことが可能であり、また、上記に説明されているＦｉＰ効果の結果として、照射の幾何学形状に対する依存性を示すことが可能である。したがって、第１の観点では、センサ信号は、イメージセンサと同じように、照射のパワーに対して線形の依存性を示し、それは、しかし、第２の観点では、光学センサの照射の幾何学形状に対する追加的な非線形の依存性によって重ね合わせられ得る。
【００５６】
したがって、光学センサの照射の合計パワーに対するセンサ信号の非線形の依存性は、好適な例では、線形部分および非線形部分の両方を含む非線形関数によって表現可能であり得、両方の部分の総和は、上記に説明されている飽和などのようなさらなる効果は別として、センサ領域の照射に関して、センサ信号の非線形の挙動を極めて正確に説明する。この点に関して、線形部分および非線形部分の両方のそれぞれの総和は、とりわけ、特定の時点に関して導出され得る。さらに、イメージ信号は、光ビームによるイメージピクセルの照射に対して線形の依存性を示すので、イメージ信号は、同様に、非線形関数の線形部分のみによって表現され得る。
【００５７】
したがって、非線形関数の線形部分および／または非線形部分の両方を決定することができるようにするための設備を備えた評価デバイスを装備することが有利である可能性がある。この目的のために、評価デバイスは、上記に説明されているように、センサ信号およびイメージ信号の両方を評価することが可能であり、また、追加的に、上述のイメージ信号から非線形関数の線形部分を導出することが可能であり、一方、合計の非線形関数は、センサ信号から獲得され得る。したがって、好適な例では、評価デバイスは、処理回路を含むことが可能であり、処理回路は、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供するように適合され得る。本明細書では、「差を提供する」という用語は、２個の値の差として通常示される単一の値の形態で、とりわけ、特定の時点に関して、同じ物理量の２個の値の間の差違を獲得するように、例えば、２個の異なる電流値または２個の異なる電圧値の間の差違を獲得するように適合されている、プロセスおよび機器の両方を表すことが可能である。上記に説明されているように、センサ信号は、センサの照射の合計パワーに関して、非線形関数の線形部分および非線形部分の両方を含むことが可能であるが、イメージ信号は、この同じ非線形関数の非線形部分だけを提供することが可能であるので、この好適な例では、非線形関数の非線形部分を決定するために、とりわけ、１個または複数の特定の時点に関して、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供することが有利である可能性がある。
【００５８】
処理回路は、好ましくは、評価デバイスの一部であることが可能であり、処理回路は、１個または複数の演算増幅器を含むことが可能であり、１個または複数の演算増幅器は、公知の配置で、１個の時点または所望の時点における信号同士の間の差を提供するように適合され得る。この目的のために有用であり得るとりわけ好適な例が、より詳細に後に説明されることになり、それは、例えば、演算増幅器が、差動増幅器を提供するように構成されている回路の一部であることが可能である場合などである。しかし、上述の差を提供するための他の設備も用いられ得、例えば、他の電子デバイスなども用いられ得る。代替的にまたはそれに加えて、上述の差は、また、上述のタスクを実施するために適合されているソフトウェアを使用することによって決定され得、それは、しかし、評価デバイスの中または外側で実行可能であり得る。
【００５９】
したがって、結果として、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供することによって、電流または電圧などのような、対応する物理量の純粋に非線形の部分が獲得され得る。観察され得るように、ＦｉＰセンサのセンサ信号から導出されるような純粋に非線形の部分は、典型的に、入射光ビームの低い強度に関して、支配的になり得る強力な寄与を示すことが可能であり、しかし、一方、ＦｉＰセンサのセンサ信号の一部としての純粋に非線形の部分は、入射光ビームの強度を増加させるために、弱くなることが可能である。この点に関して、非線形関数の線形部分は、ある種の漸近的な背景（ａｓｙｍｐｔｏｔｉｃ  ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ）として考えられ得、それは、好ましくは、所望の信号から減算され得、すなわち、上記に説明されているＦｉＰ効果に直接的に関連し得る純粋に非線形の部分から減算され得る。したがって、本発明の方法およびデバイスは、とりわけ、入射光ビームの中の一般的な低い強度において、ＦｉＰ効果によって提供されるような非線形の寄与を決定するために特に有用である可能性がある。したがって、有利には、特に、低い強度のみが利用可能であり得るときに、センサ信号の信号品質をこのように増加させることが可能であり得る。
【００６０】
したがって、この点に関して、上記および／または下記に説明されているような少なくとも１個の光学センサおよび少なくとも１個のイメージセンサを含むハイブリッドセンサが用いられ得ることが、とりわけ好適である可能性がある。特に、さらなる光学エレメントが光学センサとイメージセンサとの間に設置されることができないように、２個の異なるタイプのセンサが互いに対してすぐ近くに位置決めされ得るという空間的配置を使用することによって、光学センサによって獲得されるような上述の非線形関数の線形部分、および、イメージセンサによって記録されるような線形関数が、本質的に同一であり得ることが確保され得る。したがって、とりわけ照射のパワーに関して、本質的に同じ条件がハイブリッドセンサの中の光学センサおよびイメージセンサのそれぞれの場所に存在し得ることを確実にするために、ハイブリッドセンサの中の光学センサとイメージセンサとの間の距離が、可能な限り低くなり得ることが、とりわけ好適である可能性がある。したがって、上記および／または下記に説明されているようなハイブリッドデバイスは、とりわけ好適であることが可能であり、より好ましくは、光学センサのセンサピクセルが、隣接するイメージセンサの上部コンタクトのうちの１個または複数を使用することによって電気的に接続され得るハイブリッドデバイスが好適であることが可能である。その理由は、この配置は、２種類のセンサの間のより低い距離を可能にすることができるからである。
【００６１】
そのうえ、この種類の配置は、好ましくは、光学センサがピクセル化された光学センサであるケースにおいて適用可能であることが可能であり、ピクセル化された光学センサの使用は、光学検出器の光学軸に対して垂直の平面の中の複数のセンサ信号を決定することを可能にすることができる。イメージセンサは、ピクセル化されたセンサの形態ですでに提供されているので、したがって、ピクセル単位でセンサ信号およびイメージ信号を比較することが可能であり得る。しかし、他の実施形態も可能であり、例えば、光学センサのそれぞれのセンサピクセルに関して、４ｘ４、１６ｘ１６、３２ｘ３２、６４ｘ６４、１２８ｘ１２８、２５６ｘ２５６、１０２４ｘ１０２４、または、それ以上のイメージピクセルなどのような、イメージピクセルのマトリックスが、対応するイメージセンサの中に含まれ得るという、とりわけ好適な実施形態も可能である。この特定の実施形態では、上述のマトリックスの中のそれぞれのイメージピクセルのイメージ信号は平均化され得、それぞれのセンサピクセルに関する単一の値に関して、イメージ信号の単一の値を獲得するようになっており、とりわけ、イメージピクセルのマトリックスにわたって平均化されるようにそれぞれのセンサ信号とイメージ信号との間の差を提供することをより容易に可能にするようになっている。
【００６２】
上記に概説されているように、好ましくは、少なくとも１個のハイブリッドセンサおよび少なくとも１個の評価デバイスの中へ組み込まれ得る、少なくとも１個の縦方向光学センサおよび少なくとも１個のイメージセンサの他に、光学検出器は、１個または複数の追加的なエレメントを含むことが可能である。したがって、例として、光学検出器は、より詳細に下記に説明されることになる、少なくとも１個の変調デバイス、少なくとも１個の横方向光学センサ、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ、少なくとも１個の焦点変調デバイス、少なくとも１個のイメージングデバイス、および／または、少なくとも１個のビームスプリッティングデバイスをさらに含むことが可能である。
【００６３】
具体的には、少なくとも１個の光学センサ、または、光学センサの１個または複数が、上述のＦｉＰ効果を提供する場合には、光学センサのセンサ信号は、光ビームの変調周波数に依存することが可能である。例として、ＦｉＰ効果は、０．１Ｈｚから１０ｋＨｚの変調周波数として機能することが可能である。したがって、さらに詳細に下記に概説されることになるように、光学検出器は、少なくとも１個の変調デバイスをさらに含むことが可能であり、少なくとも１個の変調デバイスは、光ビームの振幅変調のために、および／または、光ビームの少なくとも１個の光学的な特性の任意の他のタイプの変調のために適合されている。したがって、変調デバイスは、下記に述べられている焦点調整可能なレンズまたは焦点変調デバイスのうちの１個または複数と同一であることが可能である。追加的にまたは代替的に、チョッパ、変調された光源、または、光ビームの強度を変調させるように適合された他のタイプの変調デバイスなどのような、少なくとも１個の追加的な変調デバイスが設けられ得る。追加的にまたは代替的に、例えば、変調された方式で光ビームを放出するように適合されている１個または複数の照射源を使用することなどによって、追加的な変調が提供され得る。
【００６４】
例えば、変調デバイスによる第１の変調、および、焦点調整可能なレンズによる第２の変調、または、これらの２個の変調の任意の組み合わせなど、複数の変調が使用される場合には、変調は、同じ周波数範囲で、または、異なる周波数範囲で実施され得る。したがって、例として、焦点調整可能なレンズによる変調は、第１の周波数範囲の中に、例えば、０．１Ｈｚから１００Ｈｚの範囲の中にあることが可能であり、一方、追加的に、光ビーム自身は、少なくとも１個の第２の変調周波数によって、例えば、１００Ｈｚから１０ｋＨｚの第２の周波数範囲の中の周波数などによって、例えば、任意の追加的な少なくとも１個の変調デバイスなどによって、任意に追加的に変調され得る。さらに、１個または複数のビーコンデバイスに一体化された１個または複数の照射源などのような、１個または複数の変調された光源および／または照射源が使用される場合には、これらの照射源は、異なる照射源から生じる光を区別するために、異なる変調周波数で変調され得る。したがって、例えば、２個以上の変調が使用され得、そのときには、焦点調整可能なレンズによって発生される少なくとも１個の第１の変調が使用され、また、照射源による第２の変調が使用される。周波数分析を実施することによって、これらの異なる変調が分離され得る。
【００６５】
上記に概説されているように、ＦｉＰ効果は、適当な変調によって有効化および／または強化され得る。最適な変調は、例えば、異なる変調周波数を有する光ビームを使用することなどによって、および、最適なセンサ信号などのような、容易に測定可能なセンサ信号を有する周波数を選ぶことなどによって、実験によって容易に識別され得る。変調の異なる目的のさらなる詳細に関して、ＷＯ２０１４／１９８６２５Ａ１が参照され得る。
【００６６】
上述のＦｉＰ効果を示すさまざまなタイプの光学センサが選ばれ得る。光学センサが上述のＦｉＰ効果を示しているかどうかを決定するために、簡単な実験が実施され得、その実験において、光ビームは、光学センサの上に方向付けされ、それによって、光スポットを発生させ、そして、光スポットのサイズが変化させられ、光学センサによって発生されるセンサ信号を記録する。このセンサ信号は、例えば、変調器、変調デバイス、または変調用デバイスなどによる光ビームの変調、例えば、チョッパホイール、シャッタホイール、電気光学的な変調デバイス、および音響光学的な変調デバイスなどによる光ビームの変調に依存することが可能である。具体的には、センサ信号は、光ビームの変調周波数に依存することが可能である。照射の合計パワーが同じであることを所与として、センサ信号が、光スポットのサイズに依存し、すなわち、センサ領域の中の光ビームの幅に依存する場合には、光学センサは、ＦｉＰ効果光学センサとして使用されるのに適している。
【００６７】
上記に概説されているように、光学検出器の少なくとも１個の光学センサは、少なくとも１個の縦方向光学センサであることが可能であり、または、少なくとも１個の縦方向光学センサを含むことが可能であり、または、少なくとも１個の縦方向光学センサとして機能することが可能であり、少なくとも１個の縦方向光学センサは、縦方向光学センサ信号を発生させるように適合されており、縦方向光学センサ信号から、評価デバイスは、光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を導出することが可能である。しかし、追加的に、光学検出器は、さらに、対象物の横方向位置に関する少なくとも１つの情報を導出するように適合され得る。「横方向位置」という用語の考えられる定義に関して、および、この横方向位置を測定する考えられる方式に関して、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１またはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１のうちの１個または複数が参照され得る。したがって、例として、横方向位置は、光学検出器の光学軸に対して平行な上述の軸線に対して垂直な平面の中の、および／または、検出器の光学軸自身に対して垂直な平面の中の、対象物またはその一部の位置であることが可能である。例として、この平面は、ｘ−ｙ平面と称され得る。換言すれば、デカルト座標系が使用され得、それは、ｚ軸として光学軸を備え、または、ｚ軸としての光学軸に対して平行な軸線を備え、ｚ軸に対して垂直なｘ軸およびｙ軸を備えている。さらに、極座標系などのような、他の座標系も使用され得、それは、上述のｚ軸、ならびに、さらなる座標としての半径および極角度を備えており、半径および極角度は、横方向座標と称され得る。
【００６８】
したがって、一般的に、光学検出器は、少なくとも１個の横方向光学センサをさらに含むことが可能であり、横方向光学センサは、光ビームの横方向位置を決定するように適合されており、横方向位置は、検出器の光学軸に対して垂直な少なくとも１次元の位置であり、横方向光学センサは、少なくとも１個の横方向センサ信号を発生させるように適合されている。評価デバイスは、横方向センサ信号を評価することによって、対象物の横方向位置に関する少なくとも１つの情報を発生させるようにさらに適合され得る。
【００６９】
横方向センサ信号を発生させる多くの方式が実行可能である。例として、対象物の横方向位置を決定するために、上記および／または下記に説明されているような、イメージングデバイス、例えば、イメージセンサを含むイメージングデバイスなど、好ましくは、ＣＣＤデバイスもしくはＣＭＯＳデバイス、または、この種類の追加的なイメージングデバイスが使用され得、横方向位置は、イメージングデバイスまたは追加的なイメージングデバイスによって発生されるようなイメージを評価することによって、簡単に決定され得る。しかし、追加的にまたは代替的に、他のタイプの横方向光学センサも使用され得、それは、例として、センサ信号を直接的に発生させるように適合され得、センサ信号から、対象物の横方向位置が導出され得る。
【００７０】
少なくとも１個の任意の横方向光学センサの考えられる例示的な実施形態に関して、および、この少なくとも１個の任意の横方向光学センサによって発生される１個または複数の横方向光学センサ信号の評価に関して、繰り返しになるが、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１またはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１のうちの１個または複数が参照され得る。また、その中に開示されている横方向光学センサのセットアップが、本発明による光学検出器の中で使用され得る。
【００７１】
したがって、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１またはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１のうちの１個または複数に開示されているように、少なくとも１個の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検出器であることが可能であり、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おり、光起電材料は、光による光起電材料の照射に応答して、電荷を発生させるように適合されており、第２の電極は、少なくとも２個の部分的な電極を有するスプリット電極であり、横方向光学センサは、センサ領域を有しており、少なくとも１個の横方向センサ信号は、センサ領域の中の光ビームの位置を示している。そこでは、部分的な電極を通る電流は、センサ領域の中の光ビームの位置に依存することが可能であり、横方向光学センサは、部分的な電極を通る電流に従って横方向センサ信号を発生させるように適合されている。検出器は、具体的には、評価デバイスは、部分的な電極を通る電流の少なくとも１個の比率から、対象物の横方向位置に関する情報を導出するように適合され得る。このタイプのセンサ信号の評価のさらなる詳細および例示的な実施形態に関して、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１またはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１が参照され得る。
【００７２】
具体的には、少なくとも１個の横方向光学センサは、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１またはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１にも開示されているように、少なくとも１個の色素増感太陽電池であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。第１の電極は、少なくとも部分的に、少なくとも１個の透明な導電性酸化物から作製され得、第２の電極は、少なくとも部分的に、導電性ポリマー、好ましくは、透明な導電性ポリマーから作製され得る。さらに、他の実施形態も実行可能である。
【００７３】
上記に概説されているように、光学検出器は、１個または複数の光学センサを含むことが可能であり、好ましくは、光学センサの少なくとも１個は、縦方向光学センサの上述の目的を充足し、センサ信号を発生させ、少なくとも１個の評価デバイスは、センサ信号から、光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を導出することが可能である。追加的に、１個または複数の横方向光学センサが設けられ得る。少なくとも１個の任意の横方向光学センサは、少なくとも１個の縦方向光学センサから分離され得、または、少なくとも１個の縦方向光学センサに完全にもしくは部分的に一体化され得る。さまざまなセットアップが実行可能である。
【００７４】
複数の光学センサが使用されているケースでは、光学センサは、さまざまな方式で設置され得る。例として、光学センサは、光ビームの１個の同じビーム経路の中に設置され得る。追加的にまたは代替的に、２個以上の光学センサは、セットアップの異なる分岐の中に設置され得、それによって、例えば、ビームスプリッティングエレメントを使用することなどによって、異なる部分的なビーム経路の中に設置されている。
【００７５】
具体的には、複数の光学センサが使用されているケースでは、光学センサの２個以上が、光学センサのスタックとして配置され得る。したがって、一般的に、少なくとも１個の光学センサは、例えば、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１またはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１に開示されているように、少なくとも２個の光学センサのスタックを含むことが可能である。スタックの光学センサのうちの少なくとも１個は、少なくとも部分的に透過性の光学センサであることが可能である。
【００７６】
上記に概説されているように、光学検出器は、光ビームの少なくとも１個のビーム経路の中に位置する少なくとも１個の焦点調整可能なレンズをさらに含むことが可能である。好ましくは、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズは、フレキシブルレンズとして命名され得、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズは、少なくとも１個の光学センサの前の、または、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサの少なくとも１個の前の、ビーム経路の中に位置することが可能であり、光ビームが、少なくとも１個の光学センサに達する前に、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズを、または、複数の焦点調整可能なレンズが設けられている場合には、焦点調整可能なレンズの少なくとも１個を、通過するようになっている。
【００７７】
本明細書で使用されているように、「焦点調整可能なレンズ」という用語は、一般的に、制御された方式で焦点調整可能なレンズを通過する光ビームの焦点位置を修正するように適合されている光学エレメントを表している。焦点調整可能なレンズは、１個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したミラーなどのような、調節可能なまたは調整可能な焦点距離を備える１個または複数のレンズエレメントであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。１個または複数のレンズは、例として、両凸形レンズ、両凹形レンズ、平凸形レンズ、平凹形レンズ、凸凹形レンズ、または凹凸形レンズのうちの１個または複数を含むことが可能である。１個もしくは複数の湾曲したミラーは、凹形ミラー、凸形ミラー、または、１個もしくは複数の湾曲した反射表面を有する任意の他のタイプのミラーのうちの１個もしくは複数であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。当業者が認識することになるように、それらの任意の組み合わせが、一般的に実行可能である。ここでは、「焦点位置」は、一般的に、光ビームが最も狭い幅を有する位置を表している。さらに、光学的な設計点の当業者には明らかであるように、「焦点位置」という用語は、一般的に、広がりまたはレイリー長などのような、他のビームパラメータを表すことが可能であり、したがって、例として、焦点調整可能なレンズは、少なくとも１個のレンズであることが可能であり、または、それを含むことが可能であり、少なくとも１個のレンズの焦点距離は、例えば、外部影響光、制御信号、電圧、または電流などによって、制御された方式で変化または修正され得る。また、焦点位置の変化は、切り替え可能な屈折率を含む光学エレメントによって実現され得、それは、それだけでフォーカシングデバイスではない可能性があるが、光ビームの中へ設置されるときに、固定焦点レンズの焦点ポイントを依然として変化させることが可能である。この文脈においてさらに使用されるように、「制御された方式で」という用語は、一般的に、焦点調整可能なレンズの上に及ぼされ得る影響に起因して修正が起こるという事実を表しており、焦点調整可能なレンズに外部影響を及ぼすことによって、例えば、デジタル制御信号、アナログ制御信号、制御電圧、または制御電流のうちの１個または複数などのような、制御信号を、焦点調整可能なレンズに適用することなどによって、焦点調整可能なレンズを通過する光ビームの実際の焦点位置、および／または、焦点調整可能なレンズの焦点距離が、１個または複数の所望の値に調節され得るようになっている。具体的には、焦点調整可能なレンズは、レンズまたは湾曲したミラーなどのような、レンズエレメントであることが可能であり、または、それを含むことが可能であり、その焦点距離は、電気的な制御信号などのような、適当な制御信号を適用することによって調節され得る。
【００７８】
焦点調整可能なレンズの例は、文献の中で幅広く知られており、また、市販されている。例として、Ｏｐｔｏｔｕｎｅ  ＡＧ、ＣＨ−８９５３  Ｄｉｅｔｉｋｏｎ、Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄによって入手可能であるような、調整可能なレンズ、好ましくは、電気的に調整可能なレンズが参照され得、それは、本発明の文脈において用いられ得る。さらに、Ｖａｒｉｏｐｔｉｃ、６９００７  Ｌｙｏｎ、Ｆｒａｎｃｅから市販されているような、焦点調整可能なレンズも使用され得る。さらに、Ｎ．  Ｎｇｕｙｅｎ，  Ｍｉｃｒｏ−ｏｐｔｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｌｅｎｓｅｓ：  Ａ  ｒｅｖｉｅｗ，  Ｂｉｏｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ，  ４，  ｐ．  ０３１５０１，  ２０１０、または、Ｕｒｉｅｌ  ＬｅｖｙおよびＲｏｍｉ  Ｓｈａｍａｉ，  Ｔｕｎａｂｌｅ  ｏｐｔｏｆｌｕｉｄｉｃ  ｄｅｖｉｃｅｓ，  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ  Ｎａｎｏｆｌｕｉｄ，  ４，  ｐ．  ９７，  ２００８が参照され得る。
【００７９】
焦点調整可能なレンズのさまざまな原理が、当技術分野で知られており、本発明の中で使用され得る。したがって、第１に、焦点調整可能なレンズは、少なくとも１個の透明な成形可能材料を、好ましくは、その形状を変化させることができる成形可能材料を含むことが可能であり、したがって、機械的な影響および／または電気的な影響などのような、外部影響に起因して、その光学的な特性および／または光学的な境界面を変化させることが可能である。影響を及ぼすアクチュエータは、具体的には、焦点調整可能なレンズの一部であることが可能である。追加的にまたは代替的に、焦点調整可能なレンズは、少なくとも１個の制御信号を焦点調整可能なレンズに提供するための１個または複数のポートを、例えば、１個または複数の電気的なポートなどを有することが可能である。成形可能材料は、具体的には、透明な液体および透明な有機材料、好ましくは、ポリマー、より好ましくは、電気活性ポリマーからなる群から選択され得る。さらに、組み合わせも可能である。したがって、例として、成形可能材料は、親水性の液体および親油性の液体などのような、２個の異なるタイプの液体を含むことが可能である。他のタイプの材料も実行可能である。
【００８０】
焦点調整可能なレンズは、成形可能材料の少なくとも１個の境界面を成形するための少なくとも１個のアクチュエータをさらに含むことが可能である。アクチュエータは、具体的には、焦点調整可能なレンズのレンズゾーンの中の液体の量を制御するための液体アクチュエータ、または、成形可能材料の境界面の形状を電気的に変化させるように適合された電気アクチュエータからなる群から選択され得る。
【００８１】
焦点調整可能なレンズの１個の実施形態は、静電的な焦点調整可能なレンズである。したがって、焦点調整可能なレンズは、少なくとも１個の液体および少なくとも２個の電極を含むことが可能であり、液体の少なくとも１個の境界面の形状は、好ましくはエレクトロウェッティングによって、電圧または電流の一方または両方を電極に印加することによって変化可能である。追加的にまたは代替的に、焦点調整可能なレンズは、１個または複数の電気活性ポリマーの使用に基づくことが可能であり、その形状は、電圧および／または電界を印加することによって変化させられ得る。
【００８２】
さらに詳細に下記に概説されることになるように、１個の焦点調整可能なレンズまたは複数の焦点調整可能なレンズが使用され得る。したがって、焦点調整可能なレンズは、単一レンズエレメントまたは複数の単一レンズエレメントであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。追加的にまたは代替的に、例えば１個または複数のモジュールの中などで相互接続される複数のレンズエレメントが使用され得、それぞれのモジュールは、複数の焦点調整可能なレンズを有する。したがって、さらに詳細に下記に概説されることになるように、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズは、例えば、Ｃ．Ｕ．  Ｍｕｒａｄｅら，  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，  Ｖｏｌ．  ２０，  Ｎｏ．  １６，  １８１８０−１８１８７  （２０１２）に開示されているような、マイクロレンズアレイなどのような少なくとも１個のレンズアレイであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。他の実施形態も実行可能である。
【００８３】
少なくとも１個の焦点変調信号を焦点調整可能なレンズに提供し、それによって、焦点位置を変調させるように適合されている、少なくとも１個の焦点変調デバイスを適用することによって、焦点調整可能なレンズの調整が達成され得る。本明細書で使用されているように、「焦点変調デバイス」という用語は、一般的に、少なくとも１個の焦点変調信号を焦点調整可能なレンズに提供するように適合された任意のデバイスを表すことが可能である。具体的には、焦点変調デバイスは、少なくとも１個の制御信号を、例えば、少なくとも１個の電気的な制御信号などを、例えば、デジタル制御信号および／またはアナログ制御信号などを、例えば、電圧および／または電流などを、焦点調整可能なレンズに提供するように適合され得、焦点調整可能なレンズは、光ビームの焦点位置を修正するように適合されており、および／または、制御信号に従ってその焦点距離を適合させるように適合されている。したがって、例として、焦点変調デバイスは、制御信号を提供するように適合された少なくとも１個の信号発生器を含むことが可能である。例として、焦点変調デバイスは、電子信号、より好ましくは、周期的な電子信号、例えば、正弦波の信号、方形波の信号、または三角波の信号、より好ましくは、正弦波の電圧もしくは三角波の電圧および／または正弦波の電流もしくは三角波の電流を発生させるように適合された信号発生器および／または発振器であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。したがって、例として、焦点変調デバイスは、電子信号発生器であることが可能であり、もしくは、それを含むことが可能であり、および／または、電子回路が、少なくとも１個の電子信号を提供するように適合されている。信号は、さらに、正弦関数の線形の組み合わせ、例えば、２乗正弦関数またはｓｉｎ（ｔ２）関数などであることが可能である。追加的にまたは代替的に、焦点変調デバイスは、周期的な制御信号などのような少なくとも１個の制御信号を提供するように適合されている、少なくとも１個の処理デバイス、例えば、少なくとも１個のプロセッサおよび／または少なくとも１個の集積回路などであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。
【００８４】
結果的に、「焦点変調信号」という用語は、本明細書で使用されているように、一般的に、焦点調整可能なレンズによって読み取られるように適合されている制御信号を表しており、焦点調整可能なレンズは、焦点変調信号に従って、光ビームの少なくとも１個の焦点位置および／または少なくとも１個の焦点距離を調節するように適合されている。焦点変調信号の考えられる実施形態に関して、制御信号は焦点変調信号と称され得るので、制御信号の上述の実施形態が参照され得る。
【００８５】
焦点変調デバイスは、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズから分離された別々のデバイスとして、完全にまたは部分的に具現化され得る。また、追加的にまたは代替的に、焦点変調デバイスは、例えば、少なくとも１個の焦点変調デバイスを少なくとも１個の焦点調整可能なレンズに完全にまたは部分的に一体化させることなどによって、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズの一部として完全にまたは部分的に具現化され得る。
【００８６】
焦点変調デバイスは、追加的にまたは代替的に、例えば、それらのエレメントを１個の同じコンピュータおよび／またはプロセッサに一体化させることなどによって、さらに詳細に下記に説明されている少なくとも１個の評価デバイスに完全にまたは部分的に一体化され得る。追加的にまたは代替的に、少なくとも１個の焦点変調デバイスは、同様に、例えば、少なくとも１個の無線接続または有線結合接続を使用することなどによって、少なくとも１個の評価デバイスに接続され得る。繰り返しになるが、代替的に、焦点変調デバイスと少なくとも１個の評価デバイスとの間に、物理的な接続は存在していなくてもよい。
【００８７】
上記に概説されているように、光学検出器は、光学検出器によってキャプチャされるようなイメージを記録するように適合され得る、少なくとも１個のイメージングデバイスをさらに含むことが可能である。本明細書では、「イメージング」という用語は、空間分解されたように、すなわち、シーンまたはその一部に関して定義され得る、少なくとも１個の空間座標に関して、好ましくは、２個の空間座標または３個の空間座標に関して、シーンまたはその一部の中の光量の値、とりわけ、照射、波長、例えば、色など；偏光；ルミネッセンス、例えば、蛍光など；または、伝送を獲得することを表すことが可能である。したがって、イメージは、全シーンまたはシーンの一部の１次元の、２次元の、または３次元のイメージを含むことが可能であり、「シーン」は、例として、１個または複数の対象物を含む、光学検出器の任意の周囲を表すことが可能であり、シーンのイメージが撮像され得る。本明細書では、シーンは、建物もしくは部屋またはその一部の内側のシーンであることが可能であり、または、建物または部屋の外側のシーンであることが可能である。さらに、少なくとも１個のイメージは、単一のイメージ、または、ビデオもしくはビデオクリップなどのような、イメージの進行性のシーケンスを含むことが可能である。
【００８８】
したがって、少なくとも１個のイメージングデバイスは、一般的に、少なくとも１個の感光性エレメントを含む任意のデバイスを表すことが可能であり、少なくとも１個の感光性エレメントは、空間的に分解可能であり得、したがって、空間的に分解された光学的情報を、１次元で、２次元で、または３次元で記録するように適合されている。同様に、空間内の少なくとも１個の感光性エレメントの空間移動と時間移動との間の関係が知られている場合には、少なくとも１個の感光性エレメントは、等しく時間分解可能であり、および、したがって、依然として、空間的に分解された光学的情報を、１次元で、２次元で、または３次元で記録するように適合され得る。
【００８９】
第１の実施形態では、上記におよび／または下記に説明されているような光学センサは、とりわけ、光学センサが実際にイメージングデバイスを構成するように、すなわち、イメージングデバイスが光学センサと同一であるように、使用され得る。したがって、有利には、単一のセンサは、空間的に分解された光学的情報を依然として記録するために十分であり得る。
【００９０】
第２の実施形態では、上述の光学センサに関して同一の特性または同様の特性を示し得る、少なくとも１個の追加的な縦方向光学センサが、少なくとも１個のイメージングデバイスとして用いられ得る。両方の実施形態では、少なくとも１個の光学センサは、とりわけ、大面積光学センサとして、上記に説明されているＦｉＰ効果を示すことが可能であり、大面積光学センサは、一般的に複数の別々のセンサピクセルを含む、ピクセル化された光学センサであるというよりも、センサ領域を構成する均一なセンサ表面を有する。結果として、これらの特定の実施形態におけるイメージングデバイスは、シーンの深度に関してのみイメージを提供することが可能であり得る。
【００９１】
しかし、そのような制限を克服するために、イメージングデバイスは、さらなる実施形態として、代替的にまたはそれに加えて、上記および／または下記に述べられているような任意の横方向光学センサのうちの少なくとも１個を追加的に含むことが可能であり、それは、イメージに関して少なくとも１個の横方向座標を記録するように適合されている。本明細書では、横方向光学センサは、好ましくは、センサ領域を構成する均一なセンサ表面および少なくとも１対の電極を有する大面積光検出器であることが可能であり、電極の少なくとも１個は、少なくとも２個の部分的な電極を有するスプリット電極であることが可能である。したがって、対応する横方向センサ信号は、したがって、部分的な電極を通る電流に従って発生され得、横方向位置に関する情報は、好ましくは、部分的な電極を通るそれぞれの電流の少なくとも１個の比率から導出され得る。したがって、この特定の実施形態では、少なくとも１個の横方向光学センサを含むイメージングデバイスは、２次元の平面的なイメージを提供することが可能であり、または、少なくとも１個の含まれたまたは追加的な縦方向光学センサと組み合わせて、記録されたシーンまたは記録されたその一部に関して、３次元空間的イメージを提供することが可能である。
【００９２】
さらなるとりわけ好適な実施形態では、少なくとも１個のイメージングデバイスは、他方では、感光性エレメントの１個または複数のマトリックスまたはアレイを含むことが可能であり、感光性エレメントはここでは、「ピクセル」（ピクチャエレメント）と命名され得る。この点に関して、ピクセルの長方形の１次元の配置または２次元の配置、好ましくは、例えば、４ｘ４、１６ｘ１６、３２ｘ３２、６４ｘ６４、１２８ｘ１２８、２５６ｘ２５６、１０２４ｘ１０２４、または、それ以上のピクセルを含む２次元の正方形配置などが、特に、好適であることが可能である。しかし、異なる数のピクセルを備える他の配置も用いられ得る。したがって、この実施形態に関して、光学検出器は、１個または複数のイメージングデバイスを含むことが可能であり、それぞれのイメージングデバイスは、複数の感光性ピクセルを有することが可能である。
【００９３】
この点に関して、本発明による光学センサは、好ましくは、いわゆる「センサピクセル」のアレイを有する、ピクセル化された光学センサの形態で提供され得、それぞれのセンサピクセルは、ＦｉＰ効果を示すことが可能である。さらなる詳細に関して、ここで、ＷＯ２０１４／１９８６２９Ａ１が参照され得、それは、数Ｎのセンサピクセルを備えた光学センサを説明している。
【００９４】
本発明によれば、複数のイメージピクセルをすでに含むイメージセンサが、イメージングデバイスとして使用され得る。とりわけ、少なくとも１個の光学センサおよび少なくとも１個のイメージセンサを含むハイブリッドセンサが、また、イメージングデバイスとして用いられ得る。代替的にまたはそれに加えて、ハイブリッドデバイスの中のイメージセンサは別として、さらなるイメージセンサが、また、この目的のために使用され得る。
【００９５】
具体的には、少なくとも１個の評価デバイスは、センサ信号の中の局所的最大または局所的最小のうちの一方または両方を検出するように適合され得る。したがって、具体的には、例えば、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズの焦点距離を周期的に変調されることなどによって、焦点調整可能なレンズの周期的な変調が、焦点変調デバイスによって起こるケースでは、センサ信号は、周期的なセンサ信号であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。評価デバイスは、センサ信号の中の局所的最大および／または局所的最小の振幅、位相、または位置のうちの１個または複数を決定するように適合され得る。さらに詳細に下記に概説されることになるように、具体的には、センサ信号の中の最大の位置、ＦｉＰセンサによって発生される信号の中の最大の位置は、センサ信号を発生させる光学センサが焦点の合った状態になっており、その最小ビーム直径を有しており、したがって、光ビームは、光学センサのセンサ領域の位置において、その最も高い光子密度を有することを示すことが可能である。この点において、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１、またはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１のうちの１個または複数の開示が参照され得る。
【００９６】
したがって、評価デバイスは、少なくとも１個のセンサ信号の中の局所的最小または局所的最大のうちの一方または両方を検出するように適合され得、また、例えば、位相角度などのような位相、または、局所的最大および／もしくは局所的最小が起こる時間のうちの１個または複数を決定することによって、これらの局所的最小および／または局所的最大の位置を決定するように適合され得る。追加的にまたは代替的に、評価デバイスは、局所的最大または局所的最小を、内部クロック信号などのようなクロック信号と比較するように適合され得る。したがって、一般的に、評価デバイスは、局所的最大および／または局所的最小の位相および／または周波数を評価することが可能である。追加的にまたは代替的に、評価デバイスは、局所的最大および／または局所的最小の間の位相シフト差を検出するように適合され得る。当業者は認識することになるように、位置、周波数、位相、もしくは、センサ信号の他の属性、ならびに／または、局所的最小および／または局所的最大のうちの一方または両方を評価するさまざまな他の方式が可能である。
【００９７】
焦点調整可能なレンズの変調の位相などのような、焦点調整可能なレンズの変調は、一般的に、センサ信号の中の局所的最小および／または局所的最大の位置から知られるので、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する対象物の位置に関する少なくとも１つの情報、例えば、対象物の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報が、決定され得る。繰り返しになるが、この対象物の位置に関する少なくとも１つの情報を決定することは、センサ信号の中の局所的最小および／もしくは局所的最大の位置、例えば、位相角度など、または、これらの局所的最小および／もしくは局所的最大が起こる時間と、対象物の位置に関する情報、例えば、対象物の縦方向位置に関する情報などとの間の、少なくとも１個の所定の関係または決定可能な関係を使用することによって、実施され得る。上述の文献ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１、またはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１のうちの１個または複数に開示されているように、その関係は、例えば、対象物から検出器へ伝播するときの光ビームのガウシアン特性を仮定することなどによって、経験的に決定され得る。繰り返しになるが、追加的にまたは代替的に、その関係は、例えば、簡単な実験などによって、経験的に決定され得、その簡単な実験では、対象物が異なる位置に連続的に設置され、毎回、センサ信号が測定され、センサ信号の中の局所的最小および／または局所的最大が決定され、それによって、例えば、ルックアップテーブル、曲線、等式、または、一方では、局所的最小および／もしくは局所的最大の位置と、他方では、対象物の位置に関する少なくとも１つの情報、例えば、対象物の縦方向位置に関する少なくとも１個の情報との間の関連を示す、任意の他の経験的な関係などのような関係を発生させる。したがって、例として、局所的最小および／または局所的最大の位置から導出される少なくとも１個の入力変数が使用され得、また、対象物の位置に関する少なくとも１つの情報を含有する出力変数が、例えば、アルゴリズム、等式、ルックアップテーブル、曲線、またはグラフなどのうちの１個または複数を使用することなどによって、それから発生され得る。繰り返しになるが、関係は、分析的に、経験的に、または半経験的に発生され得る。
【００９８】
したがって、一般的に、評価デバイスは、局所的最大または局所的最小のうちの一方または両方を評価することによって、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する少なくとも１個の対象物の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を導出するように適合され得る。この目的のために、繰り返しになるが、評価デバイスは、例として、この工程を実施するのに適合されている１個もしくは複数のプロセッサ、および／または、１個もしくは複数の集積回路を含むことが可能である。例として、１個または複数のコンピュータプログラムが、工程を実施するために使用され得、コンピュータプログラムは、プロセッサの上で走らせられるときに、上述の工程を実行するためのプログラム工程を含む。
【００９９】
上記に概説されているように、評価デバイスは、具体的には、センサ信号の位相感応評価を実施するように適合され得る。本明細書で使用されているように、位相感応評価は、一般的に、位相軸または時間軸の上の信号のシフティングに対して敏感な信号の評価を表しており、時間における信号のシフト、例えば、遅れた信号および／または加速された信号が、登録され得るようになっている。具体的には、評価は、位相角度および／もしくは時間、ならびに／または、周期信号を評価するときの位相シフトを示す任意の他の変数を登録することを暗示することが可能である。したがって、例として、周期信号の位相感応評価は、一般的に、周期信号の中の特定の特徴の１個または複数の位相角度および／または時間、例えば、最小および／または最大の位相角度などを登録することを暗示することが可能である。位相感応評価は、具体的には、センサ信号の中の局所的最大または局所的最小のうちの一方または両方の位置を決定すること、または、ロックイン検出のうちの一方または両方を含むことが可能である。ロックイン検出方法は、一般的に、当業者に知られている。したがって、例として、周期信号であり得る焦点変調信号、および、センサ信号は、両方とも、ロックイン増幅器の中へ給送され得る。レンズを制御する変調信号、および、ロックイン検出方法で使用される変調信号は、信号対ノイズ比がとりわけ最適な方式で増加され得るように、適合され得る。さらに、変調信号は、信号対ノイズ比を改善するために、評価デバイスと変調デバイスとの間のフィードバックループを使用して調節され得る。さらに、例えば、センサ信号の中の任意の他のタイプの特徴を評価することによって、および／または、センサ信号と１個もしくは複数の他の信号を比較することなどによって、センサ信号を評価する他の方式が実行可能である。
【０１００】
上記に概説されているように、光学検出器は、少なくとも１個の光学センサを含み、好ましくは、少なくとも１個の光学センサは、または、複数の光学センサが設けられている場合には、これらの光学センサの少なくとも１個は、縦方向光学センサとして機能し、縦方向光学センサ信号を発生させることが可能であり、縦方向光学センサ信号から、評価デバイスは、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する対象物の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を導出することが可能である。少なくとも１個の任意の縦方向光学センサの考えられるセットアップに関して、例えば、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１またはＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１に開示されているセンサセットアップが参照され得る。その理由は、その中に開示されている光学センサは、距離センサなどのような縦方向光学センサとして機能することが可能であるからである。少なくとも１個の焦点調整可能なレンズの焦点距離を周期的に変調させることによって、光学検出器からの対象物の距離などのような、縦方向位置が導出され得る。少なくとも１個の縦方向光学センサのさらなる考えられるセットアップに関して、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１またはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１のうちの一方または両方に開示されている縦方向光学センサが参照され得る。繰り返しになるが、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズの焦点距離を周期的に変調させることによって、光学検出器からの対象物の距離などのような、縦方向位置が導出され得る。しかし、少なくとも１個の縦方向光学センサの他のセットアップも実行可能であることが留意されるべきである。
【０１０１】
一般的に、少なくとも１個の光学センサは、具体的には、少なくとも１個の縦方向光学センサは、少なくとも１個の半導体検出器を含むことが可能である。光学センサは、少なくとも２個の電極と、少なくとも２個の電極の間に埋め込まれている少なくとも１個の光起電材料とを含むことが可能である。光学センサは、少なくとも１個の有機半導体検出器を含むことが可能であり、少なくとも１個の有機半導体検出器は、少なくとも１個の有機材料、好ましくは、有機太陽電池、および、とりわけ、好ましくは、色素太陽電池または色素増感太陽電池、とりわけ、固体色素太陽電池または固体色素増感太陽電池を有する。光学センサ、具体的には、縦方向光学センサは、少なくとも１個の第１の電極、少なくとも１個のｎ型半導体金属酸化物、少なくとも１個の色素、少なくとも１個のｐ型半導体有機材料、好ましくは、固体ｐ型半導体有機材料、および、少なくとも１個の第２の電極を含むことが可能である。その場合には、第１の電極または第２の電極のうちの少なくとも１個は、透明であることが可能である。透過型光学センサを生成するために、第１の電極および第２の電極の両方が透明であることも可能である。さらなる詳細に関して、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１、またはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１のうちの１個または複数が参照され得る。しかし、その中に開示されている実施形態が、具体的には、本発明の目的のために有用であるとしても、少なくとも１個の光学センサの他の実施形態も実行可能であることが留意されるべきである。
【０１０２】
さらに詳細に下記に概説されることになるように、光学検出器は、上記に開示されているエレメントの他に、１個または複数の追加的なエレメントを含むことが可能である。したがって、例として、光学検出器は、１個または複数のハウジングを含むことが可能であり、１個または複数のハウジングは、上述のコンポーネントの１個もしくは複数、または、さらに詳細に下記に開示されているコンポーネントの１個もしくは複数を入れている。
【０１０３】
さらに、光学検出器は、少なくとも１個の伝送デバイスを含むことが可能であり、伝送デバイスは、対象物から横方向光学センサおよび縦方向光学センサへ放出する光を給送するように設計されている。本明細書で使用されているように、結果的に、「伝送デバイス」という用語は、一般的に、好ましくは、レンズまたは湾曲したミラーが行うような明確に規定された方式で、ビーム形状、ビーム幅、または、光ビームの拡幅角度のうちの１個または複数に影響を与えることによって、光ビームを光学検出器および／または少なくとも１個の光学センサの上または中へガイドおよび／または給送するように適合された、任意のデバイス、または、デバイスの組み合わせを表している。結果的に、伝送デバイスは、レンズ、フォーカシングミラー、デフォーカシングミラー、リフレクタ、プリズム、光学フィルタ、ダイヤフラムのうちの１個または複数であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。他の実施形態も実行可能である。考えられる伝送デバイスのさらなる例示的な実施形態が、詳細に下記に開示されることになる。
【０１０４】
少なくとも１個の焦点調整可能なレンズは、少なくとも１個の伝送デバイスから分離され得、または、好ましくは、少なくとも１個の伝送デバイスに完全にもしくは部分的に一体化され得、または、少なくとも１個の伝送デバイスの一部であることが可能である。
【０１０５】
焦点調整可能なレンズなどのような調整可能な光学エレメントは、異なる距離にある対象物が異なる焦点ポイントを有するという事実を補正することができるという追加的な利点を提供する。焦点調整可能なレンズアレイは、例として、ＵＳ２０１４／０１３２７２４Ａ１に開示されている。しかし、他の実施形態も実行可能である。さらに、液体マイクロレンズアレイの考えられる例に関して、Ｃ．Ｕ．ＭｕｒａｄｅらのＯｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ１６，１８１８０−１８１８７（２０１２）が参照され得る。繰り返しになるが、他の実施形態も実行可能である。さらに、アレイ化されたエレクトロウェッティングマイクロプリズムなどのような、マイクロプリズムアレイの考えられる例に関して、Ｊ．ＨｅｉｋｅｎｆｅｌｄらのＯｐｔｉｃｓ＆Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｎｅｗｓ，２００９年１月，２０−２６が参照され得る。繰り返しになるが、マイクロプリズムの他の実施形態も使用され得る。
【０１０６】
上記に概説されているように、または、さらに詳細に下記に概説されることになるように、少なくとも１個の光学センサのセンサ信号は、照射の合計パワーが同じであることを所与として、センサ領域の中の光ビームの幅に依存する。したがって、少なくとも１個の光学センサは、上記に説明されているＦｉＰ効果を有する少なくとも１個のセンサを含む。しかし、少なくとも１個のＦｉＰセンサに加えて、他のタイプの光学センサも使用され得ることが留意されるべきである。
【０１０７】
センサ信号は、好ましくは、電流および／または電圧などのような、電気信号であることが可能である。センサ信号は、連続的な信号または不連続的な信号であることが可能である。さらに、センサ信号は、アナログ信号またはデジタル信号であることが可能である。さらに、光学センサは、それ自身で、および／または、光学検出器の他のコンポーネントとともに、例えば、処理された検出器信号を提供するために、フィルタリングおよび／または平均化することなどによって、検出器信号を処理または事前処理するように適合され得る。したがって、例として、特定の周波数範囲の検出器信号だけを伝送するために、バンドパスフィルタが使用され得る。他のタイプの事前処理も実行可能である。以下では、検出器信号を参照するときに、さらなる評価のために、生の検出器信号が使用されているケースと、事前処理された検出器信号が使用されているケースとの間で区別はされないことになる。
【０１０８】
さらに詳細に下記に概説されることになるように、評価デバイスは、少なくとも１個のマイクロコントローラまたはプロセッサなどのような、少なくとも１個のデータ処理デバイスを含むことが可能である。したがって、例として、少なくとも１個の評価デバイスは、複数のコンピュータコマンドを含むソフトウェアコードがその上に記憶されている少なくとも１個のデータ処理デバイスを含むことが可能である。追加的にまたは代替的に、評価デバイスは、１個または複数の電子コンポーネントを含むことが可能であり、例えば、１個もしくは複数の周波数混合デバイスおよび／または１個もしくは複数のフィルタなど、例えば、１個もしくは複数のバンドパスフィルタおよび／または１個もしくは複数のローパスフィルタを含むことが可能である。したがって、例として、評価デバイスは、周波数分析を実施するために、少なくとも１個のフーリエアナライザおよび／または少なくとも１個のロックイン増幅器、または、好ましくは、ロックイン増幅器のセットを含むことが可能である。したがって、例として、変調周波数のセットが設けられている場合には、評価デバイスは、変調周波数のセットのそれぞれの変調周波数に関して別々のロックイン増幅器を含むことが可能であり、または、例えば、シーケンシャルにもしくは同時に、変調周波数の２個以上の周波数分析を実施するように適合されている１個または複数のロックイン増幅器を含むことが可能である。このタイプのロックイン増幅器は、一般的に、当技術分野で知られている。
【０１０９】
評価デバイスは、少なくとも１個のさらなるデータ処理デバイスに接続され得、または、それを含むことが可能であり、少なくとも１個のさらなるデータ処理デバイスは、光学センサおよび／または評価デバイスによって得られる情報などのような、情報を表示すること、可視化すること、分析すること、配布すること、通信すること、または、さらに処理することのうちの１個または複数のために使用され得る。例として、データ処理デバイスは、ディスプレイ、プロジェクタ、モニタ、ＬＣＤ、ＴＦＴ、ＬＥＤパターン、または、さらなる可視化デバイスのうちの少なくとも１個に接続され得、または、それらを組み込むことが可能である。それは、通信デバイスまたは通信インターフェース、オーディオデバイス、スピーカ、コネクタまたはポートのうちの少なくとも１個にさらに接続され得、または、それを組み込むことが可能であり、それは、Ｅメール、テキストメッセージ、電話、ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、赤外線またはインターネットインターフェース、ポートまたは接続部のうちの１個または複数を使用して、暗号化された情報または暗号化されていない情報を送ることができる。データ処理デバイスは、例として、プロトコルファミリまたはスイートの通信プロトコルを使用し、評価デバイスまたはさらなるデバイスと情報を交換することが可能であり、通信プロトコルは、具体的には、ＴＣＰ、ＩＰ、ＵＤＰ、ＦＴＰ、ＨＴＴＰ、ＩＭＡＰ、ＰＯＰ３、ＩＣＭＰ、ＩＩＯＰ、ＲＭＩ、ＤＣＯＭ、ＳＯＡＰ、ＤＤＥ、ＮＮＴＰ、ＰＰＰ、ＴＬＳ、Ｅ６、ＮＴＰ、ＳＳＬ、ＳＦＴＰ、ＨＴＴＰｓ、Ｔｅｌｎｅｔ、ＳＭＴＰ、ＲＴＰＳ、ＡＣＬ、ＳＣＯ、Ｌ２ＣＡＰ、ＲＩＰ、または、さらなるプロトコルのうちの１個以上であることが可能である。プロトコルファミリまたはスイートは、具体的には、ＴＣＰ／ＩＰ、ＩＰＸ／ＳＰＸ、Ｘ．２５、ＡＸ．２５、ＯＳＩ、ＡｐｐｌｅＴａｌｋ、または、さらなるプロトコルファミリまたはスイートのうちの１個または複数であることが可能である。データ処理デバイスは、プロセッサ、グラフィックプロセッサ、ＣＰＵ、Ｏｐｅｎ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｐｌａｔｆｏｒｍ（ＯＭＡＰＴＭ）、集積回路、Ａｐｐｌｅ  ＡシリーズまたはＳａｍｓｕｎｇ  Ｓ３Ｃ２シリーズの製品、マイクロコントローラ、またはマイクロプロセッサなどのようなシステム−オン−チップ、１個または複数のメモリブロック、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、またはフラッシュメモリなど、タイミング供給源、例えば、発振器もしくは位相同期ループ、カウンタタイマ、リアルタイムタイマ、またはパワーオン−リセット−ジェネレーターなど、電圧調整器、電力管理回路、またはＤＭＡコントローラのうちの少なくとも１個にさらに接続され得、または、それを組み込むことが可能である。個々のユニットは、ＡＭＢＡバスなどのようなバスによって、さらに接続され得る。
【０１１０】
評価デバイスおよび／またはデータ処理デバイスは、例えば、シリアルインターフェースもしくはシリアルポート、または、パラレルインターフェースもしくはパラレルポート、ＵＳＢ、Ｃｅｎｔｒｏｎｉｃｓ  Ｐｏｒｔ、ＦｉｒｅＷｉｒｅ、ＨＤＭＩ（登録商標）、イーサネット（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＲＦＩＤ、Ｗｉ−Ｆｉ、ＵＳＡＲＴ、もしくはＳＰＩのうちの１個または複数など、または、アナログインターフェースまたはアナログポート、例えば、ＡＤＣもしくはＤＡＣ、または、標準化されたインターフェースもしくは標準化されたポートのうちの１個または複数などによって、ＣａｍｅｒａＬｉｎｋなどのようなＲＧＢインターフェースを使用する２Ｄカメラデバイスなどのようなさらなるデバイスに接続され、またはさらなる外部インターフェースまたは外部ポートを有し得、または、それらを有することが可能である。さらに、評価デバイスおよび／またはデータ処理デバイスは、プロセッサ間インターフェースもしくはプロセッサ間ポート、ＦＰＧＡ−ＦＰＧＡ−インターフェース、または、シリアルインターフェースポートもしくはパラレルインターフェースポートのうちの１個または複数によって接続され得る。さらに、評価デバイスおよびデータ処理デバイスは、光学ディスクドライブ、ＣＤ−ＲＷドライブ、ＤＶＤ＋ＲＷドライブ、フラッシュドライブ、メモリカード、ディスクドライブ、ハードディスクドライブ、ソリッドステートディスク、またはソリッドステートハードディスクのうちの１個または複数に接続され得る。
【０１１１】
評価デバイスおよび／またはデータ処理デバイスは、１個または複数のさらなる外部コネクタ、例えば、フォンコネクタ、ＲＣＡコネクタ、ＶＧＡコネクタ、雌雄同体コネクタ、ＵＳＢコネクタ、ＨＤＭＩ（登録商標）コネクタ、８Ｐ８Ｃコネクタ、ＢＣＮコネクタ、ＩＥＣ６０３２０  Ｃ１４コネクタ、光ファイバコネクタ、Ｄサブミニチュアコネクタ、ＲＦコネクタ、同軸コネクタ、ＳＣＡＲＴコネクタ、ＸＬＲコネクタのうちの１個または複数などによって接続され得、または、それらを有することが可能であり、および／または、これらのコネクタのうちの１個または複数のための少なくとも１個の適切なソケットを組み込むことが可能である。
【０１１２】
上記に概説されているように、変調器デバイスは、異なる変調周波数によって、少なくとも２個のピクセルを周期的に変調させるように適合され得る。評価デバイスは、具体的には、異なる変調周波数によってセンサ信号を復調させることによって、周波数分析を実施するように適合され得る。
【０１１３】
上記に概説されているように、本発明による光学検出器では、評価デバイスは、ＦｉＰセンサである少なくとも１個の光学センサの少なくとも１個のセンサ信号から、対象物の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を分割するように適合され得る。その理由は、少なくとも１個の光学センサのセンサ信号は、光学センサのセンサ領域の中の光ビームによって発生される光スポットの幅に依存するからである。したがって、一般的に、評価デバイスは、光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の縦方向座標と、光ビームによって照射される光学センサの位置における光ビームの幅のうちの一方または両方との間の公知の関係または決定可能な関係を使用して、対象物の縦方向座標を決定するように適合され得、および／または、対象物の縦方向位置に関する少なくとも１個のさらなる情報を決定するように適合され得る。繰り返しになるが、所定の関係または決定可能な関係は、さまざまな方式で決定され得、例えば、ガウシアン光ビームであるという仮定を使用するアプローチなどのような、分析的なアプローチを使用することによって、または、簡単な経験的な較正アプローチを使用することなどによって、例えば、光学検出器からさまざまな距離に対象物を設置することによって、光ビームによって照射される光学センサのピクセルの数、または、光学センサの位置において光ビームによって発生される光ビームもしくは光スポットの幅のうちの一方もしくは両方を決定することなどによって、決定され得る。
【０１１４】
少なくとも１個の光学センサは、複数のピクセルを通過する光ビームの複数の部分を検出するように適合されている少なくとも１個の大面積光学センサを含むことが可能である。
【０１１５】
光学検出器は、単一のビーム経路を含有することが可能であり、または、上記に概説されているように、複数の少なくとも２個の異なる部分的なビーム経路を含有することが可能である。後者のケースでは、光学検出器は、具体的には、光ビームのビーム経路を少なくとも２個の部分的なビーム経路へと分割するように適合された少なくとも１個のビームスプリッティングエレメントを含むことが可能である。複数の部分的なビーム経路が設けられている場合には、少なくとも１個の光学センサが、部分的なビーム経路の１個または複数の中に位置し得る。
【０１１６】
評価デバイスは、信号成分を評価することによって、イメージピクセルに関する深度情報を決定するようにさらに適合され得る。したがって、特定のイメージピクセル、または、イメージのイメージピクセルのグループに関して、光ビームまたは部分的な光ビームがそこから検出器に向けて伝播してそれぞれのイメージピクセルに到達する対象物の縦方向位置に関する情報が、例えば、ＦｉＰ効果を使用することなどによって、少なくとも１個の光学センサのセンサ信号を評価する上述の手段を使用することなどによって、発生され得る。したがって、すべてのピクセルに関して、または、ピクセルのうちのいくつかに関して、深度情報が発生され得る。イメージングデバイスによってキャプチャされる２次元のイメージ、および、イメージピクセルのいくつかまたはさらにはすべてに関して発生される追加的な深度情報は、３次元のイメージ情報にまとまることが可能であるので、評価デバイスは、少なくとも１個の３次元のイメージを発生させるために、イメージピクセルの深度情報をイメージと組み合わせるように適合され得る。
【０１１７】
本発明による１個または複数の光学検出器、評価デバイス、またはデータ処理デバイスを組み込む単一のデバイス、例えば、光学センサ、光学システム、評価デバイス、通信デバイス、データ処理デバイス、インターフェース、システム−オン−チップ、ディスプレイデバイス、またはさらなる電子デバイスのうちの１個または複数などを組み込む単一のデバイスの考えられる実施形態は、モバイルフォン、パーソナルコンピュータ、タブレットＰＣ、テレビジョン、ゲームコンソール、または、さらなるエンターテイメントデバイスである。さらなる実施形態では、さらに詳細に下記に概説されることになる３Ｄカメラ機能性は、デバイスのハウジングまたは外見における顕著な相違なしに、従来の２Ｄデジタルカメラとともに利用可能なデバイスの中に一体化され得、ユーザにとっての顕著な相違は、３Ｄ情報を取得および／または処理することの機能性だけであることが可能である。
【０１１８】
具体的には、光学検出器および／またはその一部、例えば、評価デバイスおよび／またはデータ処理デバイスなどを組み込む実施形態は、３Ｄカメラの機能性に関して、ディスプレイデバイス、データ処理デバイス、光学センサ、任意のセンサオプティクス、および、評価デバイスを組み込む、モバイルフォンであることが可能である。本発明による光学検出器は、具体的には、エンターテイメントデバイスおよび／または通信デバイスの中に、例えば、モバイルフォンなどの中に一体化するのに適切であることが可能である。
【０１１９】
本発明のさらなる実施形態は、光学検出器またはその一部、例えば、自動車において使用するための、自動運転において使用するための、または、Ｄａｉｍｌｅｒ社のＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｄｒｉｖｅシステムなどのようなカーセーフティシステムにおいて使用するための、デバイスの中の評価デバイスおよび／またはデータ処理デバイスの組み込みであることが可能であり、例として、光学センサ、任意の１個または複数の光学システム、評価デバイス、任意の通信デバイス、任意のデータ処理デバイス、任意の１個もしくは複数のインターフェース、任意のシステム−オン−チップ、任意の１個もしくは複数のディスプレイデバイス、または、任意のさらなる電子デバイスのうちの１個または複数を組み込むデバイスは、車両、車、トラック、列車、自転車、飛行機、船舶、オートバイの一部であることが可能である。自動車の用途において、自動車設計へのデバイスの一体化は、外部または内部からの最小の可視性で、光学センサ、任意のオプティクス、またはデバイスを一体化することを必要とする可能性がある。光学検出器またはその一部、例えば、評価デバイスおよび／またはデータ処理デバイスなどは、自動車設計の中へのそのような一体化のために特に適切であることが可能である。
【０１２０】
少なくとも１個の焦点調整可能なレンズを使用する上述の概念は、具体的には、例えば、周波数変調などに関して、光ビームまたはその一部を変調させるためにフレキシブルの焦点距離を有する振動レンズは、複数の利点を提供する。したがって、一般的に、周波数変調に関して、振動するフレキシブルの焦点距離を組み合わせて使用することは、典型的に、ＦｉＰセンサのセンサ信号の信号強度をおおよそ５０％だけ増加させる。
【０１２１】
少なくとも１個の焦点調整可能なレンズは、単一のレンズであることが可能であり、もしくは、それを含むことが可能であり、または、焦点調整可能なレンズアレイなどのような、複数の焦点調整可能なレンズを含むことが可能である。これらの焦点調整可能なレンズの焦点距離は、全体のアレイに関して、または、アレイの選択されたエリアに関して、周期的に振動することが可能であり、例えば、最小焦点距離から最大焦点距離へ、また、また、その反対に、変化させられるようになっている。焦点の振幅およびオフセットを変化させることによって、異なる焦点レベルが分析され得る。例えば、前方にある対象物は、マイクロレンズの対応するエリアの短焦点を使用して詳細に分析され得、一方、後方にある対象物が、同時に分析され得る。異なる焦点レベルを区別するために、マイクロレンズは、異なる周波数で振動することが可能であり、それは、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）または周波数選択の他の手段を使用することなどによって、これらの周波数による分離を可能にする。焦点が振動している間に、ＦｉＰセンサの信号は、対象物がそれぞれの光学センサの中で焦点の合った状態になっているときに、局所的最小または局所的最大を示すことが可能である。
【０１２２】
したがって、本発明の概念は、光学検出器、および／または、光学検出器を含むカメラのセットアップを簡単化するために使用され得る。とりわけ、少なくとも１個のＦｉＰセンサは、対象物が焦点の合った状態になっているかまたは焦点がはずれた状態になっているかを本質的に決定することが可能である。焦点調整可能なレンズの焦点位置および／または焦点距離を変化させるときに、ＦｉＰセンサは、光ビームがそこから出てくる対象物が焦点の合った状態になっているときに、ＦｉＰ電流などのようなセンサ信号の中の局所的最大および／または局所的最小を示すことが可能である。すべての対象物を焦点の合った状態で示し、好ましくは、同時に、深度を決定することができる、光学検出器および／またはカメラを構築するために、この概念は使用され得る。
【０１２３】
本発明に従って、ＣＣＤデバイスおよび／またはＣＭＯＳデバイスなどのような、イメージングデバイスが使用され得るので、ＦｉＰピクセルの下に配置され得るイメージングデバイスのピクセル、例えば、ＣＭＯＳピクセルなどは、焦点距離にあるピクチャを記録することが可能であり、焦点距離では、ＦｉＰ曲線が、局所的最小または局所的最大を示している。したがって、すべての対象物が焦点の合った状態になっているイメージを記録するために、簡単なスキームが取得され得る。
【０１２４】
ＦｉＰピクセルが対象物を焦点の合った状態で検出する焦点距離が、対応する対象物の相対的なまたは絶対的な深度を計算するために使用され得る。イメージ分析および／またはフィルタと関連して、３Ｄイメージが計算され得る。
【０１２５】
本発明のこの基本原理による光学検出器が、隔離されて、または、任意の実行可能な組み合わせで使用され得るさまざまな実施形態によって、さらに開発され得る。
【０１２６】
さらに詳細に上記に概説されているように、評価デバイスは、好ましくは、異なる変調周波数でセンサ信号を復調させることによって、周波数分析を実施するように適合され得る。この目的のために、評価デバイスは、１個または複数の復調デバイスを含有することが可能であり、例えば、１個または複数の周波数混合デバイス、１個または複数の周波数フィルタ、例えば、１個または複数のローパスフィルタもしくは１個または複数のロックイン増幅器など、および／またはフーリエアナライザなどを含有することが可能である。好ましくは、評価デバイスは、周波数の所定の範囲および／または調節可能な範囲にわたって離散フーリエ分析または連続フーリエ分析を実施するように適合され得る。
【０１２７】
上記に概説されているように、評価デバイスは、好ましくは、信号成分のそれぞれをマトリックスの１個または複数のピクセルを割り当てるように適合されている。評価デバイスは、信号成分を評価することによって、マトリックスのどのピクセルが光ビームによって照射されているかを決定するようにさらに適合され得る。したがって、それぞれの信号成分は、一義的な相関関係を介して、特定のピクセルに対応することが可能であるので、スペクトルの成分の評価は、ピクセルの照射の評価につながることが可能である。例として、評価デバイスは、照射されているピクセルを決定するために、信号成分を少なくとも１個の閾値と比較するように適合され得る。少なくとも１個の閾値は、固定された閾値もしくは所定の閾値であることが可能であり、または、可変のもしくは調節可能な閾値であることが可能である。例として、信号成分の典型的なノイズを上回る所定の閾値が選ばれ得、また、それぞれのピクセルの信号成分が閾値を超える場合に、ピクセルの照射が決定され得る。少なくとも１個の閾値は、すべての信号成分に関して均一な閾値であることが可能であり、または、それぞれの信号成分に関して個々の閾値であることが可能である。したがって、異なる信号成分が異なる程度のノイズを示す傾向にある場合には、これらの個々のノイズを考慮に入れるために、個々の閾値が選ばれ得る。
【０１２８】
評価デバイスは、光ビームによって照射されているマトリックスのピクセルの横方向位置を識別することによって、光ビームの少なくとも１個の横方向位置、および／または、光ビームの配向、例えば、検出器の光学軸に関する配向などを識別するようにさらに適合され得る。したがって、例として、信号成分を評価することによって最も高い照射を有する少なくとも１個のピクセルを識別することによって、ピクセルのマトリックスの上の光ビームの中心が識別され得る。最も高い照射を有する少なくとも１個のピクセルは、マトリックスの特定の位置に位置し得、それは、繰り返しになるが、次いで、光ビームの横方向位置として識別され得る。この点において、他のオプションも実行可能ではあるが、一般的に、ＷＯ２０１４／１９８６２９Ａ１に開示されているような、光ビームの横方向位置を決定する原理が参照され得る。
【０１２９】
一般的に、以下で使用されることになるように、検出器のいくつかの方向が定義され得る。したがって、対象物の位置および／または配向は、座標系において定義され得、それは、好ましくは、検出器の座標系であることが可能である。したがって、検出器は、座標系を構成することが可能であり、その座標系において、検出器の光学軸は、ｚ軸を形成しており、また、その座標系において、追加的に、ｘ軸およびｙ軸も設けられ得、ｘ軸およびｙ軸は、ｚ軸に対して垂直になっており、また、互いに対して垂直になっている。例として、検出器、および／または、検出器の一部は、この座標系の中の特定の点に存在することが可能であり、例えば、この座標系の原点などに存在することが可能である。この座標系において、ｚ軸に対して平行または逆平行の方向は、縦方向とみなされ得、また、ｚ軸に沿った座標は、縦方向座標と考えられ得る。縦方向に対して垂直の任意の方向は、横方向と考えられ得、また、ｘ座標および／またはｙ座標は、横方向座標と考えられ得る。
【０１３０】
代替的に、他のタイプの座標系も使用され得る。したがって、例として、極座標系も使用され得、極座標系において、光学軸は、ｚ軸を形成しており、また、極座標系において、ｚ軸からの距離および極角度は、追加的な座標として使用され得る。繰り返しになるが、ｚ軸に対して平行または逆平行の方向は、縦方向と考えられ得、また、ｚ軸に沿った座標は、縦方向座標と考えられ得る。ｚ軸に対して垂直の任意の方向は、横方向と考えられ得、極座標および／または極角度は、横方向座標と考えられ得る。
【０１３１】
ピクセルのマトリックスの上の光ビームの中心は、ピクセルのマトリックスの上の光ビーム中心スポットまたは中心エリアであることが可能であり、それは、さまざまな方式で使用され得る。したがって、光ビームの中心に関する少なくとも１個の横方向座標が決定され得、それは、以下では、光ビームの中心のｘｙ座標とも称されることになる。
【０１３２】
さらに、光ビームの中心の位置は、横方向位置に関する情報、および／または、光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の相対的な方向を獲得することを可能にすることができる。したがって、光ビームによって照射されているマトリックスのピクセルの横方向位置は、光ビームによる最も高い照射を有する１個または複数のピクセルを決定することによって決定される。この目的のために、検出器の既知のイメージング特性が使用され得る。例として、対象物から検出器へと伝播する光ビームは、特定のエリアに直接的に衝突することが可能であり、また、このエリアの場所から、または、具体的には、光ビームの中心の位置から、対象物の横方向位置および／または方向が導出され得る。任意に、検出器は、光学的な特性を有する少なくとも１個の伝送デバイスを含むことが可能であり、例えば、少なくとも１個のレンズまたはレンズシステムなどを含むことが可能である。典型的に、例えば、公知のイメージング等式、および／または、光線オプティクスもしくはマトリックスオプティクスから知られている幾何学的な関係を使用することなどによって、伝送デバイスの光学的な特性が知られているので、１個または複数の伝送デバイスが使用される場合に、対象物の横方向位置に関する情報を導出するために、ピクセルのマトリックスの上の光ビームの中心の位置も使用され得る。したがって、一般的に、評価デバイスは、光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の横方向位置、および、光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の相対的な方向の１個または複数を、光ビームの横方向位置および光ビームの配向のうちの少なくとも１個を評価することによって識別するように適合され得る。この点において、例として、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１およびＷＯ２０１４／１９８６２９Ａ１のうちの１個または複数に開示されているような、横方向光学センサの１個または複数も参照され得る。さらに、他のオプションも実行可能である。
【０１３３】
評価デバイスは、スペクトル分析の結果をさらに評価することによって、具体的には、信号成分を評価することによって、光ビームに関する情報、および／または、光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の位置に関する１つまたは複数の他の情報を導出するようにさらに適合され得る。したがって、例として、デバイスを評価することは、光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の位置；光ビームの横方向位置；光ビームの幅；光ビームの色、および／または、光ビームのスペクトル特性；光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の縦方向座標からなる群から選択される１つまたは複数の情報を導出するように適合され得る。これらの情報の例、および、これらの情報を導出することの例が、さらに詳細に下記に与えられることになる。
【０１３４】
したがって、例として、評価デバイスは、信号成分を評価することによって、光ビームの幅を決定するように適合され得る。一般的に、本明細書で使用されているように、「光ビームの幅」という用語は、ピクセルのマトリックスの上において、具体的には、上述のｚ軸などのような、光ビームの伝播の局所的な方向に対して垂直な平面において、光ビームによって発生される照射のスポットの横方向の広がりの任意の測定値を表している。したがって、例として、光ビームの幅は、光スポットの面積、光スポットの直径、光スポットの等価直径、光スポットの半径、または、光スポットの等価半径のうちの１個または複数を提供することによって特定され得る。例として、さらに詳細に下記に概説されることになるように、光学センサの位置における光ビームの幅を決定するために、いわゆるビームウエストが特定され得る。具体的には、評価デバイスは、光ビームによって照射されているピクセルに割り当てられている信号成分を識別するように適合され得、また、ピクセルの配置の既知の幾何学的特性から、光学センサの位置における光ビームの幅を決定するように適合され得る。したがって、具体的には、マトリックスのピクセルがマトリックスの既知の位置に位置する場合には（それは、典型的に事実である）、周波数分析によって導出されるようなそれぞれのピクセルの信号成分は、光ビームによる光学センサの照射の空間分布に変換され得、それによって、光学センサの位置における光ビームの幅に関する少なくとも１つの情報を導出することができる。
【０１３５】
光ビームの幅が既知である場合には、幅は、光ビームがそこから検出器に向けて進行する対象物の位置に関する１つまたは複数の情報を導出するために使用され得る。したがって、評価デバイス、光ビームの幅と光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の間の距離との間の公知の関係または決定可能な関係を使用して、対象物の縦方向座標を決定するように適合され得る。光ビームの幅を評価することによって、対象物の縦方向座標を導出する一般的原理に関して、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＷＯ２０１４／１９８６２９Ａ１、およびＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１のうちの１個または複数が参照され得る。
【０１３６】
したがって、例として、ピクセルが照射されているピクセルであるかどうかを決定するために、評価デバイスは、ピクセルのそれぞれに関して、それぞれのピクセルの信号成分を少なくとも１個の閾値と比較するように適合され得る。この少なくとも１個の閾値は、ピクセルのそれぞれに関する個々の閾値であることが可能であり、または、マトリックス全体にわたって均一な閾値になっている、閾値であることが可能である。上記に概説されることになるように、閾値は、所定の閾値および／または固定された閾値であることが可能である。代替的に、少なくとも１個の閾値は、可変であることが可能である。したがって、少なくとも１個の閾値は、それぞれの測定に関して、または、測定のグループに関して、個別に決定され得る。したがって、閾値を決定するように適合された少なくとも１個のアルゴリズムが設けられ得る。
【０１３７】
一般的に、評価デバイスは、ピクセルの信号を比較することによって、ピクセルの中から最も高い照射を有する少なくとも１個のピクセルを決定するように適合され得る。したがって、検出器は、一般的に、光ビームによる照射の最も高い強度を有する、１個または複数のピクセル、および／または、マトリックスのエリアもしくは領域を決定するように適合され得る。例として、このように、光ビームによる照射の中心が決定され得る。
【０１３８】
最も高い照射、および／または、最も高い照射の少なくとも１個のエリアまたは領域についての情報が、さまざまな方式で使用され得る。したがって、上記に概説されているように、少なくとも１個の上述の閾値は、可変の閾値であることが可能である。例として、評価デバイスは、最も高い照射を有する少なくとも１個のピクセルの信号の何分の１かとして、上述の少なくとも１個の閾値を選ぶように適合され得る。したがって、評価デバイスは、最も高い照射を有する少なくとも１個のピクセルの信号に係数１／ｅ２を掛けることによって、閾値を選ぶように適合され得る。さらに詳細に下記に概説されることになるように、このオプションは、少なくとも１個の光ビームに関してガウシアン伝播特性が仮定される場合に、とりわけ好適である。その理由は、閾値１／ｅ２は、一般的に、光学センサの上のガウシアン光ビームによって発生されるビーム半径またはビームウエストｗを有する光スポットの境界線を決定するからである。
【０１３９】
評価デバイスは、光ビームの幅、または、これと等価である、光ビームによって照射されているピクセルの数Ｎと、対象物の縦方向座標との間の所定の関係を使用することによって、対象物の縦方向座標を決定するように適合され得る。したがって、一般的に、光ビームの直径は、当業者に一般的に知られている伝播特性に起因して、伝播とともに変化し、例えば、伝播の縦方向座標などとともに変化する。照射されているピクセルの数と対象物の縦方向座標との間の関係は、経験的に決定された関係であることが可能であり、および／または、分析的に決定され得る。
【０１４０】
したがって、例として、較正プロセスは、光ビームの幅および／または照射されているピクセルの数と縦方向座標との間の関係を決定するために使用され得る。追加的にまたは代替的に、上述のように、所定の関係は、光ビームがガウシアン光ビームであるという仮定に基づくことが可能である。光ビームは、正確に１個の波長λを有する単色光ビームであることが可能であり、または、複数の波長もしくは波長スペクトルを有する光ビームであることが可能であり、例として、スペクトルの中心波長、および／または、スペクトルの特性ピークの波長は、光ビームの波長λとして選ばれ得る。
【０１４１】
分析的に決定される関係の例として、光ビームのガウシアン特性を仮定することによって導出され得る所定の関係は、次式であることが可能である。
【０１４２】
【数１】
2018507389.tif 000003
【０１４３】
ここで、ｚは、縦方向座標であり、
ｗ０は、空間内を伝播するときの光ビームの最小ビーム半径であり、
ｚ０は、光ビームのレイリー長であり、ｚ０＝πｗ０２／λであり、λは、光ビームの波長である。
【０１４４】
この関係は、一般的に、座標系のｚ軸に沿って進行するガウシアン光ビームの強度Ｉの一般式から導出され得、ｒは、ｚ軸に対して垂直の座標であり、Ｅは、光ビームの電界である。
【０１４５】
【数２】
2018507389.tif 000004
【０１４６】
ガウシアン曲線を一般的に表すガウシアン光ビームの横断方向プロファイルのビーム半径ｗが、特定のｚ値に関して、ｚ軸からの特定の距離として定義され、その距離において、振幅Ｅは、１／ｅの値（おおよそ３６％）に降下し、また、強度Ｉは、１／ｅ２に降下する。最小ビーム半径は、上記で与えられているガウシアン式において、座標ｚ＝０において起こり（それは、例えば、ｚ座標変換を実施するときなどに、他のｚ値においても起こり得る）、それは、ｗ０によって示されている。ｚ座標に応じて、ビーム半径は、光ビームがｚ軸に沿って伝播するときに、一般的に、以下の式に従う。
【０１４７】
【数３】
2018507389.tif 000005
【０１４８】
照射されているピクセルの数Ｎが、光学センサの照射されている面積Ａに比例しており、
Ｎ〜Ａ  （４）
または、複数の光学センサｉ＝１、．．．、ｎが使用される場合に、それぞれの光学センサに関して照射されているピクセルの数Ｎｉが、それぞれの光学センサの照射されている面積Ａｉに比例しており、
Ｎｉ〜Ａｉ  （４’）
かつ、半径ｗを有する円形の一般的な面積は次式であるとき、
Ａ＝π・ｗ２  （５）
照射されているピクセルの数とｚ座標との間の以下の関係が、次式でそれぞれ導出され得、
【数４】
2018507389.tif 000006
または
【数５】
2018507389.tif 000007
ここで、上述のように、ｚ０＝πｗ０２／λである。したがって、ＮまたはＮｉは、それぞれ、Ｉ≧Ｉ０／ｅ２の強度で照射されている円形の中のピクセルの数であり、例として、ＮまたはＮｉは、ピクセルを単純に数えることによって、および／または、他の方法によって、例えば、ヒストグラム分析などによって、決定され得る。換言すれば、ｚ座標と照射されているピクセルの数ＮまたはＮｉとの間の明確に規定された関係は、それぞれ、対象物の縦方向座標ｚ、および／または、対象物の少なくとも１個のポイントの縦方向座標を決定するために使用され得、例えば、対象物に一体化されているおよび／または対象物に取り付けられているうちの一方である、少なくとも１個のビーコンデバイスの少なくとも１個の縦方向座標などを決定するために使用され得る。
【０１４９】
式（１）などのような、上記に与えられている式では、光ビームが位置ｚ＝０において焦点を有することが仮定されている。しかし、例えば、特定の値を加算および／または減算することなどによって、ｚ座標の座標変換が可能であることが留意されるべきである。したがって、例として、焦点の位置は、典型的に、検出器からの対象物の距離、および／または、光ビームの他の特性に依存する。したがって、焦点および／または焦点の位置を決定することによって、対象物の位置が、具体的には、対象物の縦方向座標が、例えば、焦点の位置と対象物および／またはビーコンデバイスの縦方向座標との間の経験的な関係および／または分析的な関係を使用することなどによって決定され得る。
【０１５０】
さらに、少なくとも１個の任意のレンズなどのような、少なくとも１個の任意の伝送デバイスのイメージング特性が考慮に入れられ得る。したがって、例として、対象物から検出器に向けて方向付けされている光ビームのビーム特性が既知である場合には、例えば、ビーコンデバイスの中に含有されている照射デバイスの放出特性が既知である場合などには、対象物から伝送デバイスへの伝播を表す適当なガウシアン伝達行列、伝送デバイスのイメージングを表す適当なガウシアン伝達行列、および、伝送デバイスから少なくとも１個の光学センサへのビーム伝播を表す適当なガウシアン伝達行列を使用することによって、ビームウエストと対象物および／またはビーコンデバイスの位置との間の相関関係が、分析的に容易に決定され得る。追加的にまたは代替的に、相関関係は、適当な較正測定によって、経験的に決定され得る。
【０１５１】
上記に概説されているように、ピクセルのマトリックスは、好ましくは、２次元のマトリックスであることが可能である。しかし、１次元のマトリックスなどのような、他の実施形態も実行可能である。より好ましくは、上記に概説されているように、ピクセルのマトリックスは、長方形マトリックスであり、とりわけ、正方形マトリックスである。
【０１５２】
上記に概説されているように、周波数分析によって導出される情報は、対象物および／または光ビームに関する他のタイプの情報を導出するためにさらに使用され得る。横方向位置および／または縦方向位置の情報に対して追加的にまたは代替的に導出され得る情報のさらなる例として、対象物および／または光ビームの色および／またはスペクトル特性を挙げることが可能である。
【０１５３】
上記に概説されているように、本発明の利点のうちの１個は、光学センサの緻密なピクセル化が回避され得るという事実に存在する。その代わりに、ピクセル化されたイメージングデバイスが使用され得、それによって、事実上、ピクセル化を実際の光学センサからイメージングデバイスへ移行させる。具体的には、少なくとも１個の光学センサは、複数のピクセルを通過する光ビームの複数の部分を検出するように適合されている少なくとも１個の大面積光学センサであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。したがって、少なくとも１個の光学センサは、ユニタリーのセンサ信号を提供するように適合されている、単一のセグメント化されていないユニタリーのセンサ領域を提供することが可能であり、センサ領域は、少なくとも、検出器に進入して光学軸に対して平行に通過する光ビームに関して、イメージングデバイスを通過する光ビームのすべての部分を検出するように適合されている。例として、ユニタリーのセンサ領域は、少なくとも２５ｍｍ２の感応エリア、好ましくは、少なくとも１００ｍｍ２の感応エリア、より好ましくは、少なくとも４００ｍｍ２の感応エリアを有することが可能である。さらに、２個以上のセンサ領域を有する実施形態などのような、他の実施形態も実行可能である。さらに、２個以上の光学センサが使用されている場合には、光学センサは、必ずしも同一になっている必要があるわけではない。したがって、１個または複数の大面積光学センサは、さらに詳細に下記に概説されることになるように、１個または複数のピクセル化された光学センサと組み合わせられ得、例えば、１個または複数のカメラチップと、例えば、１個もしくは複数のＣＣＤチップまたはＣＭＯＳチップなどと組み合わせられ得る。
【０１５４】
少なくとも１個の光学センサは、または、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサの少なくとも１個は、好ましくは、完全にまたは部分的に透過性であることが可能である。したがって、一般的に、少なくとも１個の光学センサは、少なくとも１個の少なくとも部分的に透過性の光学センサを含むことが可能であり、光ビームが、少なくとも部分的に、透過型光学センサを通過することができるようになっている。本明細書で使用されているように、「少なくとも部分的に透過性である」という用語は、光学センサ全体が透過性であるか、または、光学センサの一部（例えば、感応領域など）が透過性であるというオプション、および／または、光学センサが、または、少なくとも光学センサの透過性の部分が、減衰される方式で、または、減衰されない方式で、光ビームを伝送することができるオプションの両方を表すことが可能である。したがって、例として、透過型光学センサは、少なくとも１０％、好ましくは、少なくとも２０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、または、少なくとも７０％の透明度を有することが可能である。透明度は、光ビームの波長に依存することが可能であり、所与の透明度は、赤外線スペクトル範囲、可視光スペクトル範囲、および紫外線スペクトル範囲のうちの少なくとも１個の中の少なくとも１個の波長に関して有効であることが可能である。一般的に、本明細書で使用されているように、赤外線スペクトル範囲は、７８０ｎｍから１ｍｍまでの範囲、好ましくは、７８０ｎｍから５０μｍまでの範囲、より好ましくは、７８０ｎｍから３．０μｍまでの範囲を表している。可視光スペクトル範囲は、３８０ｎｍから７８０ｎｍまでの範囲を表している。その場合に、紫色のスペクトル範囲を含む、青色のスペクトル範囲は、３８０ｎｍから４９０ｎｍとして定義され得、純粋な青色のスペクトル範囲は、４３０ｎｍから４９０ｎｍとして定義され得る。黄色のスペクトル範囲を含む、緑色のスペクトル範囲は、４９０ｎｍから６００ｎｍとして定義され得、純粋な緑色のスペクトル範囲は、４９０ｎｍから４７０ｎｍとして定義され得る。オレンジ色のスペクトル範囲を含む、赤色のスペクトル範囲は、６００ｎｍから７８０ｎｍとして定義され得、純粋な赤色のスペクトル範囲は、６４０ｎｍから７８０ｎｍとして定義され得る。紫外線スペクトル範囲は、１ｎｍから３８０ｎｍ、好ましくは、５０ｎｍから、３８０ｎｍ、より好ましくは、２００ｎｍから３８０ｎｍとして定義され得る。
【０１５５】
一般的に、センサの効果を提供するために、光学センサは、典型的に、光ビームと光学センサとの間の何らかの相互作用を提供しなければならず、それは、典型的に、透明度の喪失を結果として生じさせる。光学センサの透明度は、光ビームの波長に依存することが可能であり、光学センサの感度、吸収、または透明度のスペクトルプロファイルを結果として生じさせる。上記に概説されているように、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサのスペクトル特性は、必ずしも同一になっていなければならないわけではない。したがって、光学センサのうちの１個は、赤色のスペクトルの領域において強力な吸収（例えば、吸光度ピーク、吸光係数ピーク、または吸収ピークのうちの１個または複数など）を提供することが可能であり、光学センサのうちの別の１個は、緑色のスペクトルの領域において強力な吸収を提供することが可能であり、別の１個は、青色のスペクトルの領域において強力な吸収を提供することが可能である。他の実施形態も実行可能である。
【０１５６】
上記に概説されているように、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサは、スタックを形成することが可能である。したがって、少なくとも１個の光学センサは、少なくとも２個の光学センサのスタックを含む。スタックの光学センサのうちの少なくとも１個は、少なくとも部分的に透過性の光学センサであることが可能である。したがって、好ましくは、光学センサのスタックは、少なくとも１個の少なくとも部分的に透過性の光学センサと、透過性であっても不透過性であってもよい、少なくとも１個のさらなる光学センサを含むことが可能である。好ましくは、少なくとも２個の透過型光学センサが設けられる。また、具体的には、焦点調整可能なレンズから最も遠くに離れている側の光学センサは、不透過性のセンサなどのような、不透過型光学センサであることが可能であり、有機光学センサまたは無機光学センサが使用され得、例えば、ＣＣＤチップまたはＣＭＯＳチップのような無機半導体センサなどが使用され得る。
【０１５７】
上記に概説されているように、少なくとも１個の光学センサは、必ずしも、ピクセル化された光学センサでなければならないわけではない。したがって、周波数分析を実施する一般的な概念を使用することによって、ピクセル化は省略され得る。さらに、具体的には、複数の光学センサが設けられている場合には、１個または複数のピクセル化された光学センサが使用され得る。したがって、具体的には、光学センサのスタックが使用される場合には、スタックの光学センサのうちの少なくとも１個は、複数の感光性ピクセルを有する、ピクセル化された光学センサであることが可能である。例として、ピクセル化された光学センサは、ピクセル化された有機光学センサおよび／または無機光学センサであることが可能である。最も好ましくは、具体的には、それらが市販のものであることに起因して、ピクセル化された光学センサは、無機のピクセル化された光学センサ、好ましくは、ＣＣＤチップまたはＣＭＯＳチップであることが可能である。したがって、例として、スタックは、１個または複数の透過性の大面積の非ピクセル化された光学センサ、例えば、１個または複数のＤＳＣ、および、より好ましくは、（さらに詳細に下記に概説されることになるような）ｓＤＳＣなどを含むことが可能であり、また、少なくとも１個の無機のピクセル化された光学センサ、例えば、ＣＣＤチップまたはＣＭＯＳチップなどを含むことが可能である。例として、少なくとも１個の無機のピクセル化された光学センサは、焦点調整可能なレンズから最も遠くに離れているスタックの側に位置し得る。具体的には、ピクセル化された光学センサは、カメラチップであり、より好ましくは、フルカラーカメラチップであることが可能である。一般的に、ピクセル化された光学センサは、感色性であることが可能であり、すなわち、例えば、異なる色感度を有する、少なくとも２個の異なるタイプのピクセルを設けることによって、より好ましくは、少なくとも３個の異なるタイプのピクセルを設けることによって、光ビームの色成分同士の間を区別するように適合されているピクセル化された光学センサであることが可能である。したがって、例として、ピクセル化された光学センサは、フルカラーイメージングデバイスであることが可能である。
【０１５８】
上記にさらに概説されているように、光学検出器は、１個または複数のさらにデバイスを含有することが可能であり、具体的には、１個または複数のさらなる光学的なデバイス、例えば、１個もしくは複数の追加的なレンズおよび／または１個もしくは複数の反射デバイスを含有することが可能である。したがって、最も好ましくは、光学検出器は、チューブ状の方式で配置されているセットアップなどのような、セットアップを含むことが可能であり、セットアップは、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズおよび少なくとも１個の光学センサ、ならびに、任意に、少なくとも１個のイメージングデバイスを有する。上記に概説されているように、少なくとも１個の光学センサは、好ましくは、少なくとも２個の光学センサのスタックを含むことが可能であり、それは、焦点調整可能なレンズの後ろに位置しており、焦点調整可能なレンズを通過した光ビームが、１個または複数の光学センサを連続的に通過するようになっている。好ましくは、焦点調整可能なレンズを通過する前に、光ビームは、１個または複数のレンズなどのような１個または複数の光学的なデバイスを通過することが可能であり、好ましくは、明確に規定された方式で、ビーム形状および／またはビームの拡幅化もしくは狭小化に影響を与えるように適合されている、１個または複数の光学的なデバイスを通過することが可能である。追加的にまたは代替的に、１個または複数のレンズなどのような１個または複数の光学的なデバイスは、焦点調整可能なレンズと少なくとも１個の光学センサとの間に設置され得る。
【０１５９】
１個または複数の光学的なデバイスは、一般的に、伝送デバイスと称され得る。その理由は、伝送デバイスの目的のうちの１個は、光学検出器の中への光ビームの明確に規定された伝送に存在し得るからである。本明細書で使用されているように、結果的に、一般的に、「伝送デバイス」という用語は、好ましくは、レンズまたは湾曲したミラーが行うような明確に規定された方式で、ビーム形状、ビーム幅、または、光ビームの拡幅角度のうちの１個または複数に影響を与えることによって、光学検出器および／または少なくとも１個の光学センサの上に光ビームを案内および／または給送するように適合された、任意のデバイス、または、デバイスの組み合わせを表すことが可能である。上記に概説されているように、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズは、または、複数の焦点調整可能なレンズが設けられている場合には、焦点調整可能なレンズのうちの１個または複数は、少なくとも１個の伝送デバイスの一部であることが可能である。
【０１６０】
したがって、一般的に、光学検出器は、光学検出器の中へ光を給送するように適合されている少なくとも１個の伝送デバイスをさらに含むことが可能である。伝送デバイスは、光学センサの上に光の焦点を合わせおよび／またはコリメートするように適合され得る。伝送デバイスは、具体的には、レンズ、フォーカシングミラー、デフォーカシングミラー、リフレクタ、プリズム、光学フィルタ、ダイヤフラムからなる群から選択される１個または複数のデバイスを含むことが可能である。他の実施形態も実行可能である。
【０１６１】
本発明のさらなる態様は、イメージ認識、パターン認識、および、光学検出器によってキャプチャされるイメージの異なる領域のｚ座標を個別に決定することのオプションを表すことが可能である。したがって、一般的に、上記に概説されているように、光学検出器は、２Ｄイメージなどのような、少なくとも１個のイメージをキャプチャするように適合され得る。この目的のために、上記に概説されているように、光学検出器は、少なくとも１個のピクセル化された光学センサなどのような、少なくとも１個のイメージングデバイスを含むことが可能である。例として、少なくとも１個のピクセル化された光学センサは、少なくとも１個のＣＣＤセンサおよび／または少なくとも１個のＣＭＯＳセンサを含むことが可能である。この少なくとも１個のイメージングデバイスを使用することによって、光学検出器は、シーンおよび／または少なくとも１個の対象物の少なくとも１個の通常の２次元のイメージをキャプチャするように適合され得る。少なくとも１個のイメージは、少なくとも１個のモノクロイメージおよび／または少なくとも１個のマルチカラーイメージおよび／または少なくとも１個のフルカラーイメージであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。さらに、少なくとも１個のイメージは、単一のイメージであることが可能であり、または、それを含むことが可能であり、または、一連のイメージを含むことが可能である。
【０１６２】
さらに、上記に概説されているように、光学検出器は、ｚ座標とも称される、光学検出器からの少なくとも１個の対象物の距離を決定するように適合されている、少なくとも１個の距離センサを含むことが可能である。したがって、具体的には、上述のＦｉＰ効果が使用され得る。通常の２Ｄイメージをキャプチャすることと、ｚ座標を決定することが可能であることとの組み合わせを使用することによって、３Ｄイメージングが実行可能である。
【０１６３】
少なくとも１個のイメージの中にキャプチャされたシーンの中に含有されている１個または複数の対象物および／またはコンポーネントを個別に評価するために、少なくとも１個のイメージは、２個以上の領域へと細分化され得、２個以上の領域、または、２個以上の領域のうちの少なくとも１個が、個別に評価され得る。この目的のために、少なくとも２個の領域に対応する信号の周波数選択的な分離が実施され得る。
【０１６４】
したがって、一般的に、上記に概説されているように、光学検出器は、好ましくは、少なくとも１個の評価デバイスは、領域のそれぞれに関して、または、領域のうちの少なくとも１個に関して、例えば、対象物のイメージなどのような部分的なイメージとして認識されたイメージの中の領域などに関して、ｚ座標を個別に決定するように適合され得る。少なくとも１個のｚ座標を決定するために、ＦｉＰ効果に言及する上述の先行技術文献のうちの１件または複数に概説されているように、ＦｉＰ効果が使用され得る。したがって、光学検出器は、少なくとも１個のＦｉＰセンサを含むことが可能であり、すなわち、少なくとも１個のセンサ領域を有する少なくとも１個の光学センサを含むことが可能であり、光学センサのセンサ信号は、光ビームによるセンサ領域の照射に依存しており、センサ信号は、照射の合計パワーが同じであることを所与として、センサ領域の中の光ビームの幅に依存する。個々のＦｉＰセンサが使用され得、または、好ましくは、ＦｉＰセンサのスタック、すなわち、上述の特性を有する光学センサのスタックが使用され得る。光学検出器の評価デバイスは、周波数選択的な方式でセンサ信号を個別に評価することによって、領域のうちの少なくとも１個に関して、または、領域のそれぞれに関して、ｚ座標を決定するように適合され得る。
【０１６５】
光学検出器の中で少なくとも１個のＦｉＰセンサを使用するために、さまざまなセットアップが、少なくとも１個のＦｉＰセンサおよび少なくとも１個のイメージングデバイス、例えば、少なくとも１個のピクセル化されたセンサなど、好ましくは、少なくとも１個のＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサを組み合わせるために使用され得る。したがって、一般的に、上述のエレメントは、光学検出器の１個の同じビーム経路の中に配置され得、または、２個以上の部分的なビーム経路にわたって分配され得る。上記に概説されているように、任意に、光学検出器は、光ビームのビーム経路を少なくとも２個の部分的なビーム経路に分割するように適合されている少なくとも１個のビームスプリッティングエレメントを含有することが可能である。それによって、２Ｄイメージをキャプチャするための少なくとも１個のイメージングデバイス、および、少なくとも１個のＦｉＰセンサが、異なる部分的なビーム経路の中に配置され得る。したがって、少なくとも１個のセンサ領域を有する少なくとも１個の光学センサであって、光学センサのセンサ信号は、光ビームによるセンサ領域の照射に依存しており、センサ信号は、照射の合計パワーが同じであることを所与として、センサ領域の中の光ビームの幅に依存する、少なくとも１個の光学センサ（すなわち、少なくとも１個のＦｉＰセンサ）が、ビーム経路のうちの第１の部分的なビーム経路の中に配置され得、また、少なくとも１個のイメージをキャプチャするための少なくとも１個のピクセル化された光学センサ（すなわち、少なくとも１個のイメージングデバイス）、好ましくは、少なくとも１個の無機のピクセル化された光学センサ、より好ましくは、ＣＣＤセンサおよび／またはＣＭＯＳセンサのうちの少なくとも１個が、ビーム経路のうちの第２の部分的なビーム経路の中に配置され得る。
【０１６６】
上記に概説されているように、少なくとも１個の光ビームは、対象物自身から、および／または、人工的な照射源および／または自然の照射源などのような、少なくとも１個の追加的な照射源から、完全にまたは部分的に生じることが可能である。したがって、対象物は、少なくとも１個の一次的な光ビームによって照射され得、また、光学検出器に向けて伝播する実際の光ビームは、二次的な光ビームであることが可能であり、または、それを含むことが可能であり、二次的な光ビームは、弾性的な反射および／または非弾性的な反射などのような、対象物における一次的な光ビームの反射によって発生され、および／または、散乱によって発生される。反射によって検出可能な対象物の非限定的な例は、太陽光の反射、目の中での人工光の反射、表面の上での反射などである。少なくとも１個の光ビームが対象物自身から完全にまたは部分的に生じる、対象物の非限定的な例は、車または飛行機におけるエンジン排気である。上記に概説されているように、目の反射は、アイトラッカーにとって特に有用である可能性がある。
【０１６７】
さらに、上記に概説されているように、光学検出器は、少なくとも１個の変調器デバイスを含む。しかし、光学検出器、追加的にまたは代替的に、光ビームの所与の変調を使用することが可能である。したがって、多くの場合では、光ビームは、すでに、所与の変調を示している。例として、変調は、周期的な変調などのような、対象物の移動から生じることが可能であり、および／または、光ビームを発生させる光源または照射源の変調から生じることが可能である。したがって、例えば反射および／または散乱などによって、変調された光を発生させるように適合されている、対象物を移動させるための非限定的な例は、それ自身によって変調される対象物であり、例えば、風力タービンまたは飛行機のローターなどである。変調された光を発生させるように適合されている照射源の非限定的な例は、蛍光ランプ、または、蛍光ランプの反射である。
【０１６８】
光学検出器は、少なくとも１個の光ビームの所与の変調を検出するように適合され得る。例として、光学検出器は、少なくとも１個の変調周波数を有する光などのような、変調された光を放出または反射する、光学検出器によってキャプチャされるイメージまたはシーンの中の少なくとも１個の対象物、または、対象物の少なくとも１個の部分を決定するように適合され得る。この場合には、光学検出器は、すでに変調された光を追加的に変調させることなく、この所与の変調を使用するように適合され得る。例として、光学検出器は、光学検出器によってキャプチャされるイメージまたはシーンの中の少なくとも１個の対象物が、変調された光を放出または反射するかどうかを決定するように適合され得る。光学検出器は、具体的には、評価デバイスは、変調周波数を使用することによって、前記対象物の位置および／または配向を決定および／またはトラッキングするようにさらに適合され得る。したがって、例として、検出器は、例えば、変調デバイスを「開放」位置に切り替えることなどによって、対象物に関する変調を回避するように適合され得る。次いで、評価デバイスは、ランプの周波数をトラッキングすることが可能である。
【０１６９】
上記に概説されているように、光学検出器は、一般的に、少なくとも１個のイメージングデバイスを含むことが可能であり、および／または、光学検出器の視野内のシーンの少なくとも１個のイメージなどのような、少なくとも１個のイメージをキャプチャするように適合され得る。例えば、一般的に公知のパターン検出アルゴリズム、および／または、当業者には一般的に公知のソフトウェアイメージ評価手段などの、１個または複数のイメージ評価アルゴリズムを使用することによって、光学検出器は、少なくとも１個のイメージの中の少なくとも１個の対象物を検出するように適合され得る。したがって、例として、交通技術においては、検出器は、より具体的には、評価デバイスは、イメージの中の特定の所定のパターンを探索するように適合され得、例えば、車の輪郭；別の車両の輪郭；歩行者の輪郭；道路標識；信号；ナビゲーションのためのランドマークのうちの１個または複数などを探索するように適合され得る。また、検出器は、グローバルポジショニングシステムまたはローカルポジショニングシステムと組み合わせて使用され得る。同様に、生物測定の目的のために、例えば、人の認識および／またはトラッキングの目的のために、検出器は、より具体的には、評価デバイスは、顔の輪郭、目、耳たぶ、唇、鼻、指、手、指先、または、それらのプロファイルを探索するように適合され得る。他の実施形態も実行可能である。
【０１７０】
１個または複数の対象物が検出される場合には、光学検出器は、シーンの進行中のムービーまたはフィルムなどのような、一連のイメージの中の対象物をトラッキングするように適合され得る。したがって、一般的に、光学検出器は、具体的には、評価デバイスは、例えば、一連の連続的なイメージなど、一連のイメージの中の少なくとも１個の対象物をトラッキングおよび／または追従するように適合され得る。
【０１７１】
本発明による光学検出器は、３次元のイメージを獲得するようにさらに具現化され得る。したがって、具体的には、光学軸に対して垂直の異なる平面において、イメージの同時の獲得が実施され得、すなわち、異なる焦点面におけるイメージの獲得が実施され得る。したがって、具体的には、光学検出器は、例えば同時に、複数の焦点面においてイメージを獲得するように適合されているライトフィールドカメラとして具現化され得る。ライトフィールドという用語は、本明細書で使用されているように、一般的に、カメラの内側の光の空間光伝播を表している。これに反して、市販のプレノティックカメラまたはライトフィールドカメラにおいて、マイクロレンズは、光学検出器の上部に設置され得る。これらのマイクロレンズは、光ビームの方向を記録することを可能にし、したがって、焦点が後天的に変更され得るピクチャを記録することを可能にする。しかし、マイクロレンズを備えたカメラの分解能は、一般的に、従来のカメラと比較して、おおよそ１０倍だけ低減されている。さまざまな距離に焦点が合わせられているピクチャを計算するために、イメージの後処理が必要とされる。現在のライトフィールドカメラの別の不利益は、典型的に、ＣＭＯＳチップなどのようなイメージングチップの上部に製造されなければならない、多数のマイクロレンズを使用する必要性があることである。
【０１７２】
本発明による光学検出器を使用することによって、マイクロレンズを使用する必要性なしに、非常に簡単化されたライトフィールドカメラが作製され得る。具体的には、単一のレンズまたはレンズシステムが使用され得る。評価デバイスは、固有の深度計算のために適合され得、また、複数のレベルで、または、さらにすべてのレベルで焦点を合わせられているピクチャの簡単で固有の生成のために適合され得る。
【０１７３】
これらの利点は、複数の光学センサを使用することによって実現され得る。したがって、上記に概説されているように、光学検出器は、光学センサの少なくとも１個のスタックを含むことが可能である。スタックの光学センサ、または、スタックの光学センサのうちの少なくともいくつかは、好ましくは、少なくとも部分的に透過性である。したがって、例として、ピクセル化された光学センサまたは大面積光学センサが、スタックの中で使用され得る。光学センサの考えられる実施形態に関する例として、有機光学センサが参照され得、具体的には、有機太陽電池が参照され得、より具体的には、上記に開示されているような、または、さらに詳細に下記に開示されているような、ＤＳＣ光学センサまたはｓＤＳＣ光学センサが参照され得る。したがって、例として、スタックは、例えば、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１、もしくはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１に開示されているような、または、上記に議論されている任意の他のＦｉＰ関連の文献に開示されているような、複数のＦｉＰセンサを含むことが可能であり、すなわち、深度検出に関して光子密度依存性の光電流を有する複数の光学センサを含むことが可能である。したがって、具体的には、スタックは、透過型の色素増感有機太陽電池のスタックであることが可能である。例として、スタックは、少なくとも２個の、好ましくは、少なくとも３個の、より好ましくは、少なくとも４個の、少なくとも５個の、少なくとも６個の、または、さらにそれ以上の光学センサを含むことが可能であり、例えば、２〜３０個の光学センサ、好ましくは、４〜２０個の光学センサを含むことが可能である。他の実施形態も実行可能である。光学センサのスタックを使用することによって、光学検出器は、具体的には、少なくとも１個の評価デバイスは、例えば、異なる焦点深度において、好ましくは同時にイメージを獲得することなどによって、光学検出器の視野の中のシーンの３次元のイメージを獲得するように適合され得、異なる焦点深度は、一般的に、光学検出器の光学軸に沿ったスタックの光学センサの位置によって定義され得る。光学センサのピクセル化が一般的に存在し得るとしても、ピクセル化は、しかし、一般的には必要とされない。したがって、例として、ｓＤＳＣのスタックなどのような、有機太陽電池のスタックが、有機太陽電池をピクセルへと細分化する必要性なしに使用され得る。
【０１７４】
一般的に、光学センサのスタックによって作り出される信号を使用することによって、および、追加的に、少なくとも１個の任意のイメージングデバイスを使用することによって２次元のイメージを記録することによって、深度マップが記録され得る。伝送デバイスからの、例えば、レンズなどからの異なる距離において、複数の２次元のイメージが記録され得る。したがって、有機太陽電池のスタックなどのような、太陽電池のスタックによって、深度マップが記録され得るり、また、少なくとも１個の任意のＣＣＤチップおよび／またはＣＭＯＳチップなどのようなイメージングデバイスを使用することによって２次元のイメージをさらに記録することによって、深度マップが記録され得る。次いで、３次元のイメージを取得するために、２次元のイメージが、スタックの信号とマッチングされ得る。光学センサのセンサ信号を評価することによって、例えば、センサ信号を復調させることによって、および／または、上記に議論されているように周波数分析を実施することなどによって、２次元のピクチャが、それぞれの光学センサ信号から導出され得る。それによって、光学センサのそれぞれに関する２次元のイメージが、再構築され得る。したがって、透過型の太陽電池のスタックなどのような、光学センサのスタックを使用することは、光学検出器の光学軸に沿った異なる位置において、例えば、異なる焦点位置などにおいて獲得された２次元のイメージを記録することを可能にする。複数の２次元の光学的なイメージの獲得は、同時におよび／または瞬時に実施され得る。
【０１７５】
結果的に、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズおよび少なくとも１個の光学センサを含む光学検出器は、例えば、光学センサのスタックなどは、少なくとも１個の光ビームに関する、好ましくは、２個のビームまたは３個以上の光ビームに関する、少なくとも１個のビームパラメータ、好ましくは、少なくとも２個以上のビームパラメータを決定するように適合され得、また、さらなる使用のために、これらのビームパラメータを記憶するように適合され得る。さらに、光学検出器は、具体的には、評価デバイスは、これらのビームパラメータを使用することによって、例えば、上述のベクトル表現を使用することなどによって、光学検出器によってキャプチャされるシーンのイメージまたは部分的なイメージを計算するように適合され得る。
【０１７６】
したがって、一般的に、光学検出器は、光学センサのスタックを含むことが可能であり、スタックの光学センサは、異なるスペクトル特性を有する。具体的には、スタックは、第１のスペクトル感度を有する少なくとも１個の第１の光学センサと、第２のスペクトル感度を有する少なくとも１個の第２の光学センサとを含むことが可能であり、第１のスペクトル感度および第２のスペクトル感度は異なっている。例として、スタックは、異なるスペクトル特性を交互のシーケンスで有する光学センサを含むことが可能である。光学検出器は、異なるスペクトル特性を有する光学センサのセンサ信号を評価することによって、マルチカラー３次元イメージを、好ましくは、フルカラー３次元イメージを獲得するように適合され得る。
【０１７７】
色分解能のこのオプションは、公知の感色性のカメラセットアップを上回る多数の利点を提供する。したがって、光学センサが異なるスペクトル感度を有する、スタックの中の光学センサを使用することによって、フルカラーＣＣＤまたはＣＭＯＳチップなどのような、ピクセル化されたフルカラーカメラと比較して、それぞれのセンサの全センサエリアが検出のために使用され得る。それによって、イメージの分解能は、著しく増加され得る。その理由は、色付きのピクセルは隣接する配置で設けられなければならないという事実に起因して、典型的なピクセル化されたフルカラーカメラチップが、イメージングのためにチップ表面の３分の１もしくは４分の１、または、さらにそれよりも小さい面積しか使用することができないからである。
【０１７８】
異なるスペクトル感度を有する少なくとも２個の任意の光学センサは、具体的には、有機太陽電池を使用するときに、より具体的には、ｓＤＳＣを使用するときに、異なるタイプの色素を含有することが可能である。その場合には、それぞれのタイプが均一なスペクトル感度を有する、２個以上のタイプの光学センサを含有するスタックが使用され得る。したがって、スタックは、第１のスペクトル感度を有する第１のタイプの少なくとも１個の光学センサと、第２のスペクトル感度を有する第２のタイプの少なくとも１個の光学センサとを含有することが可能である。さらに、スタックは、任意に、第３のおよび第４のスペクトル感度をそれぞれ有する、第３のタイプの光学センサ、および、任意に、さらに第４のタイプの光学センサを含有することが可能である。スタックは、第１のタイプおよび第２のタイプの光学センサを交互の方式で含有することが可能であり、第１のタイプ、第２のタイプ、および第３のタイプの光学センサを交互の方式で含有することが可能であり、または、さらには、第１のタイプ、第２のタイプ、第３のタイプ、および第４のタイプのセンサを交互の方式で含有することが可能である。
【０１７９】
したがって、色検出、または、さらには、フルカラーイメージの獲得は、例えば、交互の方式などで、第１のタイプおよび第２のタイプの光学センサだけを用いて可能であり得る。したがって、例として、スタックは、第１の吸収色素を有する第１のタイプの有機太陽電池、具体的には、ｓＤＳＣと、第２の吸収色素を有する第２のタイプの有機太陽電池、具体的には、ｓＤＳＣとを含有することが可能である。第１および第２のタイプの有機太陽電池は、交互の方式でスタックの中に配置され得る。例えば、少なくとも１個の吸収ピークと、少なくとも３０ｎｍの範囲、好ましくは、少なくとも１００ｎｍの範囲、少なくとも２００ｎｍの範囲、または、少なくとも３００ｎｍの範囲をカバーする広範な吸収とを有する、吸収スペクトルを提供することなどによって、色素は、具体的には、広範に吸収することが可能であり、それは、例えば、３０〜２００ｎｍの幅、および／または、６０〜３００ｎｍの幅、および／または、１００〜４００ｎｍの幅などを有するようになっている。
【０１８０】
したがって、広範に吸収する２個の色素は、色検出に関して十分であることが可能である。透過型のまたは半透過型の太陽電池の中で、異なる吸収プロファイルを有する２個の広範に吸収する色素を使用して、異なる波長は、光電効率（ＰＣＥ）の複雑な波長依存性に起因して、異なる電流などのような異なるセンサ信号を引き起こすことになる。２個の太陽電池の電流を異なる色素と比較することによって、色が決定され得る。
【０１８１】
したがって、一般的に、異なるスペクトル感度を有する少なくとも２個の光学センサを備える光学センサのスタックなどのような、複数の光学センサを有する光学検出器は、異なるスペクトル感度を有する少なくとも２個の光学センサのセンサ信号を比較することによって、少なくとも１個の色、および／または、色少なくとも１つの情報を決定するように適合され得る。例として、アルゴリズムは、センサ信号から色情報の色を決定するために使用され得る。追加的にまたは代替的に、ルックアップテーブルなどのような、センサ信号を評価する他の方式も使用され得る。例として、センサ信号のそれぞれのペアに関して、例えば、電流のそれぞれのペアなどに関して、一義的な色が列挙されている、ルックアップテーブルが生成され得る。追加的にまたは代替的に、例えば、光学センサ信号の商（ｑｕｏｔｉｅｎｔ）を形成すること、および、その色、色情報、または色座標を導出することなどによって、他の評価スキームも使用され得る。
【０１８２】
異なるスペクトル感度を有する光学センサのスタックを使用することによって、例えば、２個の異なるスペクトル感度を有する光学センサのペアのスタックなどを使用することによって、さまざまな測定が行われ得る。したがって、例として、スタックを使用することによって、３次元のマルチカラー、または、さらにはフルカラーイメージを記録することが実行可能であり、および／または、いくつかの焦点面においてイメージを記録することが実行可能である。さらに、デプス−フロム−デフォーカス（ｄｅｐｔｈ−ｆｒｏｍ−ｄｅｆｏｃｕｓ）アルゴリズムを使用して、深度イメージが計算され得る。
【０１８３】
異なるスペクトル感度を有する２個のタイプの光学センサを使用することによって、失われている色情報が、周囲の色ポイント同士の間で外挿され得る。周囲ポイントを考慮に入れるだけで、より滑らかな関数が取得され得る。また、これは、測定エラーを低減させるために使用され得るが、後処理のための計算コストは増加する。
【０１８４】
平面内の色情報は、スタックの２個の隣接する光学センサのセンサ信号から取得され得、隣接する光学センサは、異なるスペクトル感度、例えば、異なる色など、より具体的には、異なるタイプの色素を有する。上記に概説されているように、異なる波長感度を有する光学センサのセンサ信号を評価する評価アルゴリズムによって、例えば、１個または複数のルックアップテーブルを使用することなどによって、色情報が発生され得る。さらに、例えば、後処理工程などにおいて、隣接するエリアの色を比較することによって、色情報のスムージングが実施され得る。また、隣接する光学センサおよびスタック、例えば、スタックの中の隣接する太陽電池などを比較することによって、ｚ方向における色情報、すなわち、光学軸に沿った色情報が取得され得る。色情報のスムージングは、いくつかの光学センサからの色情報をして行われ得る。
【０１８５】
少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ、光学センサ、および、少なくとも１個のイメージングデバイスを含む、本発明による光学検出器は、１個または複数の他のタイプのセンサまたは検出器とさらに組み合わせられ得る。したがって、光学検出器は、少なくとも１個の追加的な検出器をさらに含むことが可能である。少なくとも１個の追加的な検出器は、少なくとも１個のパラメータを検出するように適合され得、例えば、周囲環境のパラメータ、例えば、周囲環境の温度および／または輝度など；検出器の位置および／または配向に関するパラメータ；検出されることになる対象物の状態を特定するパラメータ、例えば、対象物の位置など、例えば、空間内の対象物の絶対的な位置および／または対象物の配向、のうちの少なくとも１個を検出するように適合され得る。したがって、一般的に、追加情報を得るために、および／または、測定結果を検証するために、または、測定エラーもしくはノイズを低減させるために、本発明の原理は、他の測定原理と組み合わせられ得る。
【０１８６】
具体的には、本発明による光学検出器は、少なくとも１個の飛行時間（ＴｏＦ）検出器をさらに含むことが可能であり、少なくとも１個の飛行時間（ＴｏＦ）検出器は、少なくとも１個の飛行時間測定を実施することによって、少なくとも１個の対象物と光学検出器との間の少なくとも１個の距離を検出するように適合されている。本明細書で使用されているように、飛行時間測定は、一般的に、信号が２個の対象物の間を伝播するのに必要とする時間に基づく測定、または、一方の対象物から第２の対象物へ、そして、その逆へ、信号が伝播するのに必要とする時間に基づく測定を表している。本ケースにおいて、信号は、具体的には、音響信号または電磁信号のうちの１個または複数であることが可能であり、例えば、光信号であることが可能である。飛行時間検出器は、結果的に、飛行時間測定を実施するように適合されている検出器を表している。飛行時間測定は、さまざまな技術分野において周知であり、例えば、市販の距離測定デバイスにおいて、または、超音波流量計などのような市販の流量計において周知である。飛行時間検出器は、さらに、飛行時間カメラとして具現化され得る。これらのタイプのカメラは、レンジイメージングカメラシステムとして市販されており、それは、既知の光の速度に基づいて対象物同士の間の距離を分解することができる。
【０１８７】
現在利用可能なＴｏＦ検出器は、一般的に、パルス信号の使用に基づいていており、任意に、ＣＭＯＳセンサなどのような１個または複数の光センサと組み合わせられる。光センサによって作り出されるセンサ信号は積分され得る。積分は、２個の異なる時点において開始することが可能である。距離は、２個の積分結果の間の相対的な信号強度から計算され得る。
【０１８８】
さらに、上記に概説されているように、ＴｏＦカメラは、公知であり、また、一般的に、本発明の文脈においても使用され得る。これらのＴｏＦカメラは、ピクセル化された光センサを含有することが可能である。しかし、それぞれのピクセルは、一般的に、２個の積分を実施することを可能にしなければならないので、ピクセル構築は、一般的により複雑になり、市販のＴｏＦカメラの分解能は、かなり低い（典型的に、２００ｘ２００ピクセル）。４０ｃｍを下回る距離、および、数メートルを上回る距離は、典型的に、検出することが困難であり、または、検出することが不可能である。そのうえ、１周期の中のパルスの相対的なシフトしか測定されないので、パルスの周期性は、不明確な距離につながる。
【０１８９】
ＴｏＦ検出器は、スタンドアロンのデバイスとして、典型的に、さまざまな短所および技術的な課題に直面している。したがって、一般的に、ＴｏＦ検出器は、より具体的には、ＴｏＦカメラは、光路の中の雨および他の透明な対象物の影響を受ける。その理由は、パルスが過度に速く反射され得、雨滴の後ろの対象物が隠され、または、部分的な反射では、積分が誤った結果につながることになるからである。さらに、測定におけるエラーを回避するために、および、パルスを明確に区別することを可能にするために、ＴｏＦ測定に関して、低い光条件が好適である。明るい太陽光などのような、明るい光は、ＴｏＦ測定を不可能にする可能性がある。さらに、パルスは、反射されて戻されるように、および、依然としてカメラによって検出可能であるように、十分に明るくなければならないので、典型的なＴｏＦカメラのエネルギー消費はむしろ高い。しかし、パルスの輝度は、目もしくは他のセンサにとって有害となり得るか、または、２個以上のＴｏＦ測定が互いに干渉するときに、測定エラーを引き起こす可能性がある。要約すると、現在のＴｏＦ検出器は、具体的には、現在のＴｏＦカメラは、低分解能、距離測定における曖昧性、限定的な使用範囲、限定的な光条件、光路の中の透明な対象物に対する感度、天候条件に対する感度、および、高いエネルギー消費などのような、いくつかの不利益に悩まされている。これらの技術的な課題は、一般的に、日常の用途に関して、例えば、車における安全用途、日常の使用のためのカメラ、または、ヒューマンマシンインターフェースなどに関して、具体的には、ゲーミングの用途における使用に関して、現在のＴｏＦカメラの適性を低下させている。
【０１９０】
少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ、少なくとも１個の光学センサ、および、少なくとも１個のイメージングデバイス、ならびに、例えば周波数分析などによって、センサ信号を評価する上述の原理を提供する、本発明による検出器と組み合わせて、両方のシステムの利点および能力が、有益な方式で組み合わせられ得る。したがって、光学検出器は、すなわち、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ、少なくとも１個の光学センサ、および、少なくとも１個のイメージングデバイスの組み合わせは、明るい光条件において利点を提供することが可能であるが、ＴｏＦ検出器は、一般的に、低い光条件においてより良好な結果を提供する。したがって、組み合わせられたデバイスは、すなわち、少なくとも１個のＴｏＦ検出器をさらに含む本発明による光学検出器は、両方の単一のシステムと比較して、光条件に関して、より高い許容度を提供する。これは、例えば、車または他の車両などにおいて、安全用途に関して特に重要である。
【０１９１】
具体的には、光学検出器は、本発明の光学検出器を使用することによって実施された少なくとも１個の測定を補正するために、少なくとも１個のＴｏＦ測定を使用するように設計され得、またその逆も同様である。さらに、ＴｏＦ測定の曖昧性は、本発明による光学検出器を使用することによって解消され得る。ＦｉＰ測定は、具体的には、ＴｏＦ測定の分析の結果として曖昧性の可能性が高い場合にはいつも実施され得る。追加的にまたは代替的に、ＴｏＦ測定の曖昧性に起因して通常除外される領域まで、ＴｏＦ検出器の動作範囲を拡張させるために、ＦｉＰ測定が連続的に実施され得る。追加的にまたは代替的に、ＦｉＰ検出器は、より広範な距離測定領域を可能にするために、より広範なまたは追加的な範囲をカバーすることが可能である。ＦｉＰ検出器は、具体的には、ＦｉＰカメラは、エネルギー消費を低減させるために、または、目を保護するために、測定に関する１個または複数の重要な領域を決定するためにさらに使用され得る。追加的にまたは代替的に、ＦｉＰ検出器は、光学検出器によってキャプチャされるシーンの中の１個または複数の対象物の粗い深度マップを決定するために使用され得、粗い深度マップは、１個または複数のＴｏＦ測定によって重要な領域において洗練され得る。さらに、ＦｉＰ検出器は、ＴｏＦカメラなどのようなＴｏＦ検出器を、要求される距離領域に調節するために使用され得る。それによって、ＴｏＦ測定のパルス長さおよび／または周波数は、例えば、ＴｏＦ測定における曖昧性の可能性を除去または低減させるために、事前設定され得る。したがって、一般的に、ＦｉＰ検出器は、ＴｏＦカメラなどのようなＴｏＦ検出器に関して、オートフォーカスを提供するために使用され得る。
【０１９２】
上記に概説されているように、粗い深度マップは、ＦｉＰカメラなどのようなＦｉＰ検出器によって記録され得る。さらに、光学検出器によってキャプチャされるシーンの中の１個または複数の対象物に関する深度情報またはｚ情報を含有する、粗い深度マップは、１個または複数のＴｏＦ測定を使用することによって洗練され得る。具体的には、ＴｏＦ測定は、重要な領域においてのみ実施され得る。追加的にまたは代替的に、粗い深度マップは、ＴｏＦ検出器を調節するために、具体的には、ＴｏＦカメラを調節するために使用され得る。
【０１９３】
さらに、少なくとも１個のＴｏＦ検出器と組み合わせてＦｉＰ検出器を使用することは、検出されることになる対象物の性質に対するＴｏＦ検出器の感度、または、検出器と検出されることになる対象物との間の光路の中の障害物または媒体に対するＴｏＦ検出器の感度、例えば、雨または天候条件に対する感度などの、上述の問題を解決することが可能である。ＴｏＦ信号から重要な情報を抽出するために、または、いくつかの透明な層または半透明な層を備える複雑な対象物を測定するために、ＦｉＰ／ＴｏＦ測定の組み合わせが使用され得る。したがって、ガラス、水晶、液体構造体、相転移、液体運動などから作製された対象物が観察され得る。さらに、ＦｉＰ検出器および少なくとも１個のＴｏＦ検出器の組み合わせは、雨の天候においても依然として機能することになり、また、全体的な光学検出器は、一般的に、天候条件への依存性は低くなることになる。例として、ＦｉＰ検出器によって提供される測定結果は、雨によって誘発されるエラーをＴｏＦ測定結果から除去するために使用され得、それは、具体的には、この組み合わせを、例えば、車または他の車両などにおける安全用途にとって有用なものにする。
【０１９４】
本発明による光学検出器の中への少なくとも１個のＴｏＦ検出器の実装は、さまざまな方式で実現化され得る。したがって、少なくとも１個のＦｉＰ検出器および少なくとも１個のＴｏＦ検出器は、同じ光路の中に連続的に配置され得る。追加的にまたは代替的に、ＦｉＰ検出器およびＴｏＦ検出器に関して、別々の光路またはスプリットされた光路が使用され得る。その場合には、例として、光路は、１個または複数のビームスプリッティングエレメントによって、例えば、上記に列挙されているビームスプリッティングエレメント、および、さらに詳細に下記に列挙されているビームスプリッティングエレメントのうちの１個または複数などによって、分離され得る。例として、波長選択的なエレメントによるビーム経路の分離が実施され得る。したがって、例えば、ＴｏＦ検出器は、赤外線光を使用することが可能であり、一方、ＦｉＰ検出器は、異なる波長の光を使用することが可能である。この例では、ＴｏＦ検出器に関する赤外線光は、ホットミラーなどのような波長選択的なビームスプリッティングエレメントを使用することによって分離され得る。追加的にまたは代替的に、ＦｉＰ測定に関して使用される光ビーム、および、ＴｏＦ測定に関して使用される光ビームは、１個または複数のビームスプリッティングエレメントによって、例えば、１個または複数の半透明のミラー、ビームスプリッタキューブ、偏光ビームスプリッタ、または、それらの組み合わせなどによって、分離され得る。さらに、少なくとも１個のＦｉＰ検出器および少なくとも１個のＴｏＦ検出器は、別個の光路を使用して、同じデバイスの中で互いに隣に設置され得る。さまざまな他のセットアップも実行可能である。
【０１９５】
上記に概説されているように、本発明による光学検出器、および、本発明によって提案されているような他のデバイスの１個または複数は、１個または複数の他のタイプの測定デバイスと組み合わせられ得る。したがって、非限定的な例として、光学検出器は、例として、少なくとも１個の任意のＴｏＦ検出器に加えて、または、少なくとも１個の任意のＴｏＦ検出器の代替として、上述のＴｏＦ検出器以外の少なくとも１個の距離センサをさらに含むことが可能である。距離センサは、例えば、上述のＦｉＰ効果に基づくことが可能である。結果的に、光学検出器は、少なくとも１個のアクティブ距離センサをさらに含むことが可能である。本明細書で使用されているように、「アクティブ距離センサ」は、少なくとも１個のアクティブ光学センサおよび少なくとも１個のアクティブ照射源を有するセンサであり、アクティブ距離センサは、対象物とアクティブ距離センサとの間の距離を決定するように適合されている。アクティブ距離センサは、少なくとも１個のアクティブ光学センサを含み、少なくとも１個のアクティブ光学センサは、対象物からアクティブ光学センサへ伝播する光ビームによって照射されるときに、センサ信号を発生させるように適合されており、センサ信号は、照射の合計パワーが同じであることを所与として、照射の幾何学形状に依存しており、とりわけ、センサエリアの上の照射のビーム断面に依存する。アクティブ距離センサは、対象物を照射するための少なくとも１個のアクティブ照射源をさらに含む。したがって、アクティブ照射源は、対象物を照射することが可能であり、照射源によって発生される照射光または一次的な光ビームは、対象物またはその一部によって反射または散乱され、それによって、アクティブ距離センサの光学センサに向けて伝播する光ビームを発生させることが可能である。
【０１９６】
アクティブ距離センサの少なくとも１個のアクティブ光学センサの考えられるセットアップに関して、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１またはＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１のうちの１個または複数が参照され得、その内容全体は、参照により本明細書に含まれる。また、これらの文献のうちの一方または両方に開示されている少なくとも１個の縦方向光学センサは、本発明による光学検出器の中へ含まれ得る任意のアクティブ距離センサに関して使用され得る。
【０１９７】
上記に概説されているように、アクティブ距離センサ、および、光学検出器の残りのコンポーネントは、別々のコンポーネントであることが可能であり、または、代替的に、完全にもしくは部分的に一体化されるようにすることが可能である。結果的に、アクティブ距離センサの少なくとも１個のアクティブ光学センサは、少なくとも１個の光学センサから完全にもしくは部分的に別々になっていることが可能であり、または、光学検出器の少なくとも１個の光学センサと完全にもしくは部分的に同一になっていることが可能である。同様に、少なくとも１個のアクティブ照射源は、光学検出器の照射源から完全にもしくは部分的に別々になっていることが可能であり、または、完全にもしくは部分的に同一になっていることが可能である。
【０１９８】
少なくとも１個のアクティブ距離センサは、少なくとも１個のアクティブ評価デバイスをさらに含むことが可能であり、少なくとも１個のアクティブ評価デバイスは、光学検出器の評価デバイスに完全にもしくは部分的に同一になっていることが可能であり、または、少なくとも１個のアクティブ評価デバイスは、別々のデバイスであることが可能である。少なくとも１個のアクティブ評価デバイスは、少なくとも１個のアクティブ光学センサの少なくとも１個のセンサ信号を評価するように適合され得、また、対象物とアクティブ距離センサとの間の距離を決定するように適合され得る。この評価に関して、少なくとも１個のセンサ信号と距離との間の所定の関係または決定可能な関係が使用され得、例えば、経験的な測定によって決定される所定の関係、および／または、距離に対するセンサ信号の理論的な依存性に完全にまたは部分的に基づく所定の関係が使用され得る。この評価の考えられる実施形態に関して、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１またはＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１のうちの１個または複数が参照され得、その内容全体は、参照により本明細書に含まれる。
【０１９９】
少なくとも１個のアクティブ照射源は、変調された照射源または連続的な照射源であることが可能である。このアクティブ照射源の考えられる実施形態に関して、照射源の文脈において上記に開示されているオプションが参照され得る。具体的には、少なくとも１個のアクティブ光学センサは、この少なくとも１個のアクティブ光学センサによって発生されるセンサ信号が光ビームの変調周波数に依存するように、適合され得る。
【０２００】
少なくとも１個のアクティブ照射源は、軸上の方式で少なくとも１個の対象物を照射することが可能であり、照射光が、光学検出器のおよび／またはアクティブ距離センサの光学軸の上を対象物に向けて伝播するようになっている。追加的にまたは代替的に、少なくとも１個の照射源は、軸外の方式で少なくとも１個の対象物を照射するように適合され得、対象物に向けて伝播する照射光、および、対象物からアクティブ距離センサへ伝播する光ビームが、非平行の方式で配向されるようになっている。
【０２０１】
アクティブ照射源は、均質な照射源であることが可能であり、または、パターン化または構造化された照射源であることが可能である。したがって、例として、少なくとも１個のアクティブ照射源は、均質な光および／またはパターン化された光を用いて光学検出器によってキャプチャされたシーンまたはシーンの一部を照射するように適合され得る。したがって、例として、１個または複数の光パターンは、シーンの中へ、および／または、シーンの一部の中へ、投影され得、それによって、少なくとも１個の対象物の検出のコントラストが増加され得る。例として、ラインパターンまたはポイントパターン、例えば、光ポイントの長方形のラインパターンおよび／または長方形マトリックスなどが、シーンの中へ、または、シーンの一部の中へ、投影され得る。光パターンを発生させるために、少なくとも１個のアクティブ照射源自身は、パターン化された光を発生させるように適合され得、および／または、フィルタ、グレーティング、ミラー、または、他のタイプの光パターニングデバイスなどのような、１個もしくは複数の光パターニングデバイスが使用され得る。追加的にまたは代替的に、他のタイプのパターニングデバイスも使用され得る。
【０２０２】
少なくとも１個の焦点調整可能なレンズおよび少なくとも１個の光学的なＦｉＰセンサ、ならびに、任意に、少なくとも１個のイメージングデバイスを有する、ＦｉＰ検出器とも称される本発明による光学検出器と、少なくとも１個の任意のアクティブ距離センサの組み合わせは、複数の利点を提供する。したがって、構造化されたアクティブ距離センサ、例えば、少なくとも１個のパターン化または構造化されたアクティブ照射源を有するアクティブ距離センサなどとの組み合わせは、全体的なシステムをより信頼性の高いものにすることが可能である。例として、例えば、光学検出器によってキャプチャされるシーンのコントラストが低いことなどに起因して、光学センサ、ピクセルの変調を使用する光学検出器の上述の原理が、適正に機能することができないときに、アクティブ距離センサが使用され得る。これに反して、例えば、霧または雨に起因する、透明な対象物の上の少なくとも１個のアクティブ照射源の反射などに起因して、アクティブ距離センサが適正に機能することができないときに、ピクセルの変調を使用する光学検出器の基本原理は、依然として、適正なコントラストによって対象物を分解することが可能である。結果的に、飛行時間検出器に関しては、アクティブ距離センサは、光学検出器によって発生される測定の信頼性および安定性を改善することが可能である。
【０２０３】
上記に概説されているように、光学検出器は、光学検出器のビーム経路を２個以上の部分的なビーム経路へスプリットするように適合されている１個または複数のビームスプリッティングエレメントを含むことが可能である。さまざまなタイプのビームスプリッティングエレメントが使用され得、例えば、プリズム、グレーティング、半透明なミラー、ビームスプリッタキューブ、反射型空間光変調器、または、それらの組み合わせなどが使用され得る。他の可能性も実行可能である。
【０２０４】
ビームスプリッティングエレメントは、同一の強度または異なる強度を有する少なくとも２個の部分へ光ビームを分割するように適合され得る。後者のケースでは、部分的な光ビームおよびそれらの強度は、それらのそれぞれの目的に適合され得る。したがって、部分的なビーム経路のそれぞれにおいて、１個または複数の光学センサなどのような、１個または複数の光学エレメントが位置し得る。同一の強度または異なる強度を有する少なくとも２個の部分へ光ビームを分割するように適合されている少なくとも１個のビームスプリッティングエレメントを使用することによって、部分的な光ビームの強度は、少なくとも２個の光学センサの特定の要求に適合され得る。
【０２０５】
ビームスプリッティングエレメントは、具体的には、第１の部分的なビーム経路に沿って進行する第１の部分と、少なくとも１個の第２の部分的なビーム経路に沿って進行する少なくとも１個の第２の部分とに、光ビームを分割するように適合され得、第１の部分は、第２の部分よりも低い強度を有する。光学検出器は、少なくとも１個のイメージングデバイス、好ましくは、無機のイメージングデバイス、より好ましくは、ＣＣＤチップおよび／またはＣＭＯＳチップを含有することが可能である。典型的に、イメージングデバイスは、他の光学センサと比較して、例えば、少なくとも１個のＦｉＰセンサなどのような、少なくとも１個の縦方向光学センサと比較して、より低い強度を必要とするので、少なくとも１個のイメージングデバイスは、具体的には、第１の部分的なビーム経路の中に位置し得る。例として、第１の部分は、第２の部分の強度の２分の１よりも低い強度を有することが可能である。他の実施形態も実行可能である。
【０２０６】
少なくとも２個の部分の強度は、さまざまな方式で調節され得、例えば、ビームスプリッティングエレメントの透過率および／もしくは反射率を調節することによって、ビームスプリッティングエレメントの表面積を調節することによって、または、他の方式などによって、調節され得る。ビームスプリッティングエレメントは、一般的に、光ビームの起こり得る偏光に関して重要でないビームスプリッティングエレメントであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。しかし、さらに、少なくとも１個のビームスプリッティングエレメントは、また、少なくとも１個の偏光選択的なビームスプリッティングエレメントであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。さまざまなタイプの偏光選択的なビームスプリッティングエレメントが、一般的に、当技術分野で知られている。したがって、例として、偏光選択的なビームスプリッティングエレメントは、偏光ビームスプリッタキューブであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。部分的な光ビームの強度の比率が、偏光選択的なビームスプリッティングエレメントに進入する光ビームの偏光を調節することによって調節され得るという点において、偏光選択的なビームスプリッティングエレメントは、一般的に好適である。
【０２０７】
光学検出器は、部分的なビーム経路に沿ってビームスプリッティングエレメントに向けて進行する１個または複数の部分的な光ビームを少なくとも部分的に後方反射させるように適合され得る。したがって、例として、光学検出器は、ビームスプリッティングエレメントに向けて部分的な光ビームを少なくとも部分的に後方反射させるように適合されている１個または複数の反射エレメントを含むことが可能である。少なくとも１個の反射エレメントは、少なくとも１個のミラーであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。追加的にまたは代替的に、他のタイプの反射エレメントも使用され得、例えば、反射プリズムおよび／または少なくとも１個の空間光変調器などが使用され得、少なくとも１個の空間光変調器は、具体的には、反射型空間光変調器であることが可能であり、また、ビームスプリッティングエレメントに向けて部分的な光ビームを少なくとも部分的に後方反射させるように配置され得る。ビームスプリッティングエレメントは、少なくとも１個の共通の光ビームを形成するために、後方反射された部分的な光ビームを少なくとも部分的に再結合させるように適合され得る。光学検出器は、再結合された共通の光ビームを、少なくとも１個の光学センサの中へ、好ましくは、少なくとも１個の縦方向光学センサの中へ、具体的には、少なくとも１個のＦｉＰセンサの中へ、より好ましくは、ＦｉＰセンサのスタックなどのような、光学センサのスタックの中へ給送するように適合され得る。
【０２０８】
本発明のさらなる態様では、少なくとも１個の対象物の位置を決定するための検出器システムが開示されている。検出器システムは、本発明による少なくとも１個の光学検出器を含み、例えば、上記に開示されている実施形態またはさらに詳細に下記に開示されている実施形態のうちの１個または複数による少なくとも１個の光学検出器を含む。検出器システムは、少なくとも１個の光ビームを光学検出器に向けて方向付けするように適合されている少なくとも１個のビーコンデバイスをさらに含み、ビーコンデバイスは、対象物に取り付け可能である、対象物によって保持可能である、および、対象物に一体化可能であるうちの少なくとも１個である。
【０２０９】
本明細書で使用されているように、「検出器システム」は、一般的に、少なくとも１個の検出器機能、好ましくは、少なくとも１個の光学検出器機能、例えば、少なくとも１個の光学的な測定機能および／または少なくとも１個のイメージングオフカメラ機能などを提供するように相互作用するデバイスまたはデバイスの配置を表している。上記に概説されているように、検出器システムは、少なくとも１個の光学検出器を含むことが可能であり、また、１個または複数の追加的なデバイスをさらに含むことが可能である。検出器システムは、単一のユニタリーのデバイスに一体化され得、または、検出器機能を提供するために相互作用する複数のデバイスの配置として具現化され得る。
【０２１０】
検出器システムは、少なくとも１個の光ビームを検出器に向けて方向付けするように適合されている少なくとも１個のビーコンデバイスをさらに含む。本明細書で使用されているように、および、さらに詳細に下記に開示されることになるように、「ビーコンデバイス」は、一般的に、少なくとも１個の光ビームを検出器に向けて方向付けするように適合されている任意のデバイスを表している。ビーコンデバイスは、アクティブビーコンデバイスとして完全にまたは部分的に具現化され得、光ビームを発生させるための少なくとも１個の照射源を含む。追加的にまたは代替的に、ビーコンデバイスは、独立して発生される一次的な光ビームをビーコンデバイスから検出器に向けて反射するように適合されている少なくとも１個の反射エレメントを含むパッシブビーコンデバイスとして、完全にまたは部分的に具現化され得る。
【０２１１】
ビーコンデバイスは、対象物に取り付け可能である、対象物によって保持可能である、および、対象物に一体化可能である、のうちの少なくとも１個である。したがって、ビーコンデバイスは、１個または複数の接続エレメントなどのような、任意の取り付け手段によって、対象物に取り付けられ得る。追加的にまたは代替的に、対象物は、例えば、１個または複数の適当な保持手段などによって、ビーコンデバイスを保持するように適合され得る。追加的にまたは代替的に、繰り返しになるが、ビーコンデバイスは、対象物に完全にまたは部分的に一体化され得、および、したがって、対象物の一部を形成することが可能であり、または、さらには、対象物を形成することが可能である。
【０２１２】
一般的に、ビーコンデバイスの考えられる実施形態に関して、ＷＯ２０１４／０９７８１８１Ａ１が参照され得る。さらに、他の実施形態も実行可能である。
【０２１３】
上記に概説されているように、ビーコンデバイスは、アクティブビーコンデバイスとして完全にまたは部分的に具現化され得、また、少なくとも１個の照射源を含むことが可能である。したがって、例として、ビーコンデバイスは、一般的に、任意の照射源を含むことが可能であり、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、電球、白熱ランプ、および蛍光ランプからなる群から選択される照射源などを含むことが可能である。他の実施形態も実行可能である。
【０２１４】
追加的にまたは代替的に、上記に概説されているように、ビーコンデバイスは、パッシブビーコンデバイスとして完全にまたは部分的に具現化され得、また、対象物から独立した照射源によって発生される一次的な光ビームを反射させるように適合されている少なくとも１個の反射デバイスを含むことが可能である。したがって、光ビームを発生させること加えて、または、その代替として、ビーコンデバイスは、一次的な光ビームを検出器に向けて反射するように適合され得る。
【０２１５】
追加的な照射源が光学検出器によって使用される場合には、少なくとも１個の照射源は、光学検出器の一部であることが可能である。追加的にまたは代替的に、他のタイプの照射源が使用され得る。照射源は、シーンを完全にまたは部分的に照射するように適合され得る。さらに、照射源は、少なくとも１個のビーコンデバイスによって完全にまたは部分的に反射される１個または複数の一次的な光ビームを提供するように適合され得る。さらに、照射源は、空間内で固定されている１個または複数の一次的な光ビームを提供するように適合され得、および／または、空間内の特定の領域を通ってスキャンする１個または複数の一次的な光ビームなどのような、移動可能な１個または複数の一次的な光ビームを提供するように適合され得る。したがって、例として、移動可能である１個または複数の照射源が設けられ得、および／または、例えば、光学検出器によってキャプチャされる特定のシーンを通して少なくとも１個の一次的な光ビームをスキャンすることなどによって、空間内の少なくとも１個の一次的な光ビームの位置および／または配向を調節または修正するための１個または複数の移動可能なミラーを含む１個または複数の照射源が設けられ得る。１個または複数の移動可能なミラーが使用される場合には、移動可能なミラーは、また、１個または複数のマイクロミラーなどのような、１個または複数の空間光変調器を含むことが可能である。
【０２１６】
検出器システムは、１個、２個、３個、または、それ以上のビーコンデバイスを含むことが可能である。したがって、一般的に、対象物が、少なくとも顕微鏡スケールではその形状を変化させないリジッドの対象物である場合には、好ましくは、少なくとも２個のビーコンデバイスが使用され得る。対象物が完全にまたは部分的に可撓性であるか、または、完全にまたは部分的にその形状を変化させるように適合されている場合には、好ましくは、３個以上のビーコンデバイスが使用され得る。一般的に、ビーコンデバイスの数は、対象物の可撓性の程度に適合され得る。好ましくは、検出器システムは、少なくとも３個のビーコンデバイスを含む。
【０２１７】
対象物自身は、検出器システムの一部であることが可能であり、または、検出器システムから独立していることが可能である。したがって、一般的に、検出器システムは、少なくとも１個の対象物をさらに含むことが可能である。１個または複数の対象物が使用され得る。対象物は、リジッドの対象物および／または可撓性の対象物であることが可能である。
【０２１８】
対象物は、一般的に、生物であってもよく、または、非生物であってもよい。さらには、検出器システムは、少なくとも１個の対象物を含むことが可能であり、それによって、対象物は、検出器システムの一部を形成している。好ましくは、しかし、対象物は、少なくとも１個の空間的次元において、検出器から独立して移動することが可能である。
【０２１９】
対象物は、一般的に、任意の対象物であることが可能である。１個の実施形態では、対象物は、リジッドの対象物であることが可能である。例えば、対象物が非リジッドの対象物である実施形態、または、その形状を変化させ得る対象物などの、他の実施形態も実行可能である。
【０２２０】
さらに詳細に下記に概説されることになるように、本発明は、具体的には、人の位置および／または運動をトラッキングするために使用され得、例えば、マシンの制御、ゲーミング、または、スポーツのシミュレーションなどの目的のために使用され得る。この実施形態または他の実施形態では、具体的には、対象物は、スポーツ用品、好ましくは、ラケット、クラブ、バットからなる群から選択される物品；衣類；帽子；靴からなる群から選択され得る。
【０２２１】
任意の伝送デバイスは、上記に説明されているように、対象物から光学検出器へ伝播する光を給送するように設計され得る。上記に説明されているように、この給送は、任意に、伝送デバイスのイメージングによって、または、非イメージング特性によって、達成され得る。とりわけ、また、伝送デバイスは、電磁放射が光学センサに給送される前に、電磁放射を収集するように設計され得る。また、例えば、照射源が所定の光学的な特性を有する光ビームを提供するように設計されることによって、例えば、照射源が、所定のビームプロファイルまたは正確に既知のビームプロファイル、例えば、少なくとも１個のガウシアンビーム、とりわけ、公知のビームプロファイルを有する少なくとも１個のレーザービームを提供するように設計されることによって、任意の伝送デバイスは、完全にまたは部分的に、少なくとも１個の任意の照射源の構成要素部であることが可能である。
【０２２２】
任意の照射源の考えられる実施形態に関して、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１が参照され得る。さらに、他の実施形態も実行可能である。対象物から出てくる光は、対象物自身の中から生じることが可能であるが、また、任意に、異なる起源を有することが可能であり、この起源から対象物へ、また、その後で光学センサに向けて伝播することが可能である。例えば、後者は、少なくとも１個の照射源が使用されることによって達成され得る。例えば、この照射源は、周囲の照射源であることが可能であり、もしくは、それを含むことが可能であり、および／または、人工的な照射源であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。例として、検出器自身は、少なくとも１個の照射源を含むことが可能であり、例えば少なくとも１個のレーザーおよび／または少なくとも１個の白熱ランプおよび／または少なくとも１個の半導体照射源、例えば、少なくとも１個の発光ダイオード、とりわけ、有機発光ダイオードおよび／または無機発光ダイオードを含むことが可能である。一般的に規定されているそのビームプロファイル、および、取り扱い性の他の特性の理由で、１個または複数のレーザーを照射源またはその一部として使用することは、とりわけ好適である。照射源自身は、検出器の構成要素部であることが可能であり、または、その他、光学検出器から独立して形成され得る。照射源は、とりわけ、光学検出器に、例えば、検出器のハウジングに一体化され得る。代替的にまたは追加的に、少なくとも１個の照射源は、また、少なくとも１個のビーコンデバイスに一体化され得、または、ビーコンデバイスのうちの１個または複数に一体化され得、および／または、対象物に一体化され得、または、対象物に接続され得、または、対象物に空間的に連結され得る。
【０２２３】
したがって、前記光がそれぞれのビーコンデバイス自身の中において生じるオプションの代替として、または、追加的に、１個または複数のビーコンデバイスから出てくる光は、照射源から出てくることが可能であり、および／または、照射源によって励起され得る。例として、ビーコンデバイスから出てくる電磁光は、ビーコンデバイス自身によって放出され得、および／または、ビーコンデバイスによって反射され得、および／または、それが検出器に給送される前に、ビーコンデバイスによって散乱され得る。このケースでは、電磁放射の放出および／または散乱は、スペクトル的な影響なしに達成され得、または、そのような影響を伴って達成され得る。したがって、例として、波長シフトが、また、例えば、ＳｔｏｋｅｓまたはＲａｍａｎに従って、散乱の間に起こる可能性がある。そのうえ、光の放出は、例えば、一次的な照射源によって励起され得、例えば、ルミネッセンス、とりわけ、燐光および／または蛍光を発生させるように励起されている対象物、または、対象物の部分的な領域によって励起され得る。また、原理的には、他の放出プロセスも可能である。反射が起こる場合には、対象物は、例えば、少なくとも１個の反射領域を有することが可能であり、とりわけ、少なくとも１個の反射表面を有することが可能である。前記反射表面は、対象物自身の一部であることが可能であるが、また、例えば、対象物に接続されているかまたは空間的に連結されているリフレクタであることが可能であり、例えば、対象物に接続されているリフレクタプラークであることが可能である。少なくとも１個のリフレクタが使用される場合には、それは、次に、例えば、光学検出器の他の構成要素部から独立して、対象物に接続されている検出器の一部ともみなされ得る。
【０２２４】
ビーコンデバイスおよび／または少なくとも１個の任意の照射源は、互いに独立して具現化され得、また、一般的に、紫外線スペクトル範囲、好ましくは、２００ｎｍから３８０ｎｍの範囲；可視光スペクトル範囲（３８０ｎｍから７８０ｎｍ）；赤外線スペクトル範囲、好ましくは、７８０ｎｍから３．０マイクロメートルの範囲のうちの少なくとも１個の範囲内の光を放出することが可能である。最も好ましくは、少なくとも１個の照射源は、可視光スペクトル範囲、好ましくは、５００ｎｍから７８０ｎｍの範囲、最も好ましくは、６５０ｎｍから７５０ｎｍ、または、６９０ｎｍから７００ｎｍの範囲内にある光を放出するように適合されている。
【０２２５】
とりわけ、例えば、丸形、楕円形、または異なって構成された断面を有する光スポットが、光学センサの任意のセンサエリアの上に作り出されるように、光学センサへの光ビームの給送が達成され得る。例として、検出器は、対象物がその中で検出され得る視覚範囲、とりわけ、立体角範囲および／または空間的範囲を有することが可能である。好ましくは、例えば、対象物が検出器の視覚範囲の中に配置されている場合に、光スポットが、センサ領域の上におよび／または光学センサのセンサエリアの上に完全に配置されるように、任意の伝送デバイスは設計されている。例として、センサエリアは、この条件を確実にするために、対応するサイズを有するように選ばれ得る。
【０２２６】
評価デバイスは、とりわけ少なくとも１個のデータ処理デバイス、とりわけ、電子的なデータ処理デバイスを含むことが可能であり、それは、対象物の位置に関する少なくとも１つの情報を発生させるように設計され得る。したがって、評価デバイスは、光学センサの照射されているピクセルの数；光学センサのうちの１個または複数の上の光ビームのビーム幅、具体的には、上述のＦｉＰ効果を有する光学センサの１個または複数の上の光ビームのビーム幅；ＣＣＤチップまたはＣＭＯＳチップなどのような、ピクセル化された光学センサの照射されているピクセルの数、のうちの１個または複数を使用するように設計され得る。評価デバイスは、１個または複数の入力変数として、これらのタイプの情報のうちの１個または複数を使用するように設計され得、また、これらの入力変数を処理することによって、対象物の位置に関する少なくとも１つの情報を発生させるように設計され得る。処理は、並行して、連続的に、または、さらには、組み合わせたように、行われ得る。評価デバイスは、例えば、計算によって、および／または、少なくとも１個の記憶されている関係および／または既知の関係を使用することなどによって、これらの情報を発生させるための任意のプロセスを使用することが可能である。関係は、所定の分析的な関係であることが可能であり、または、経験的に、分析的に、または、その他、半経験的に決定され得るかまたは決定可能である。とりわけ好ましくは、関係は、少なくとも１個の較正曲線、較正曲線の少なくとも１個のセット、少なくとも１個の関数、または、上述の可能性の組み合わせを含む。１個または複数の較正曲線は、例えば、値のセットの形態で、および、その関連の関数値の形態で、例えば、データストレージデバイスおよび／またはテーブルの中に記憶され得る。しかし、代替的にまたは追加的に、少なくとも１個の較正曲線は、例えば、パラメータ化された形態で、および／または、関数方程式として、記憶され得る。
【０２２７】
例として、評価デバイスは、情報を決定する目的のためのプログラミングの観点から設計され得る。評価デバイスは、とりわけ、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むことが可能である。そのうえ、評価デバイスは、１個または複数の揮発性のまたは不揮発性のデータメモリを含むことが可能である。データ処理デバイス、とりわけ、少なくとも１個のコンピュータの代替として、または、それに加えて、評価デバイスは、情報を決定するために設計されている１個または複数のさらなる電子コンポーネントを含むことが可能であり、例えば、電子的なテーブル、とりわけ、少なくとも１個のルックアップテーブルおよび／または少なくとも１個の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含むことが可能である。
【０２２８】
本発明のさらなる態様では、ユーザ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開示されている。ヒューマンマシンインターフェースは、本発明による少なくとも１個の光学検出器および／または少なくとも１個の検出器システムを含み、例えば、上記に開示されている実施形態またはさらに詳細に下記に開示されている実施形態のうちの１個または複数による、少なくとも１個の光学検出器および／または少なくとも１個の検出器システムを含む。
【０２２９】
ヒューマンマシンインターフェースが本発明による少なくとも１個の検出器システムを含む場合に、検出器システムの少なくとも１個のビーコンデバイスは、ユーザに直接的にまたは間接的に取り付けられること、および、ユーザによって直接的にまたは間接的に保持されること、のうちの少なくとも１個となるように適合され得る。ヒューマンマシンインターフェースは、検出器システムによってユーザの少なくとも１個の位置を決定するように設計され得、また、少なくとも１つの情報を位置に割り当てるように設計されている。
【０２３０】
本明細書で使用されているように、「ヒューマンマシンインターフェース」という用語は、一般的に、少なくとも１個のデータ処理デバイスを有するマシンなどのようなマシンとユーザとの間で、少なくとも１つの情報、具体的には、電子的な少なくとも１つの情報を交換するように適合されている任意のデバイスまたはデバイスの組み合わせを表している。情報の交換は、単方向方式で、および／または、双方向方式で、実施され得る。具体的には、ヒューマンマシンインターフェースは、ユーザが機械可読の方式で１個または複数のコマンドをマシンに提供することを可能にするように適合され得る。
【０２３１】
本発明のさらなる態様では、少なくとも１個のエンターテイメント機能を実施するためのエンターテイメントデバイスが開示されている。エンターテイメントデバイスは、本発明による少なくとも１個のヒューマンマシンインターフェースを含み、例えば、上記に開示されている実施形態、または、さらに詳細に下記に開示されている実施形態のうちの１個または複数に開示されているものなどを含む。エンターテイメントデバイスは、少なくとも１つの情報がヒューマンマシンインターフェースを用いてプレイヤによって入力されることを可能にするように設計されており、エンターテイメントデバイスは、情報に従ってエンターテイメント機能を変化させるように設計されている。
【０２３２】
本明細書で使用されているように、「エンターテイメントデバイス」は、以下では１人または複数人のプレイヤとも称される、１人または複数人のユーザのレジャーおよび／またはエンターテイメントの目的を果たすことができるデバイスである。例として、エンターテイメントデバイスは、ゲーミングの目的、好ましくは、コンピュータゲーミングの目的を果たすことが可能である。また、追加的にまたは代替的に、エンターテイメントデバイスは、一般的に、エクササイズ、スポーツ、物理療法、またはモーショントラッキングなどのような、他の目的のために使用され得る。したがって、エンターテイメントデバイスは、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の中へ実装され得、または、１個または複数のゲーミングソフトウェアプログラムを走らせる、コンピュータ、コンピュータネットワーク、またはコンピュータシステムを含むことが可能である。
【０２３３】
エンターテイメントデバイスは、本発明による少なくとも１個のヒューマンマシンインターフェースを含み、例えば、上記に開示されている実施形態のうちの１個または複数によるヒューマンマシンインターフェース、および／または、下記に開示されている実施形態のうちの１個または複数によるヒューマンマシンインターフェースなどを含む。エンターテイメントデバイスは、ヒューマンマシンインターフェースを用いてプレイヤによって少なくとも１つの情報が入力されることを可能にするように設計されている。少なくとも１つの情報は、エンターテイメントデバイスのコントローラおよび／もしくはコンピュータに伝送され得、ならびに／または、エンターテイメントデバイスのコントローラおよび／もしくはコンピュータによって使用され得る。
【０２３４】
少なくとも１つの情報は、好ましくは、ゲームの進行に影響を与えるように適合された少なくとも１個のコマンドを含むことが可能である。したがって、例として、少なくとも１つの情報は、プレイヤおよび／またはプレイヤの１個または複数の身体部分の少なくとも１個の配向に関する少なくとも１つの情報を含むことが可能であり、それによって、プレイヤがゲーミングのために必要とされる特定の位置および／または配向および／またはアクションをシミュレートすることを可能にする。例として、以下の動き、すなわち、ダンス；ランニング；ジャンプ；ラケットのスイング；バットのスイング；クラブのスイング；対象物を別の対象物に向けること、例えば、モデルガンをターゲットに向けることなどのうちの１個または複数が、シミュレートされ得、また、エンターテイメントデバイスのコントローラおよび／またはコンピュータに伝達され得る。
【０２３５】
一部としてまたは全体としてのエンターテイメントデバイスは、好ましくは、エンターテイメントデバイスのコントローラおよび／またはコンピュータは、情報に従ってエンターテイメント機能を変化させるように設計されている。したがって、上記に概説されているように、ゲームの進行は、少なくとも１つの情報に従って影響を受ける可能性がある。したがって、エンターテイメントデバイスは、１個または複数のコントローラを含むことが可能であり、１個または複数のコントローラは、少なくとも１個の検出器の評価デバイスから分離されていてもよく、および／または、１個または複数のコントローラは、少なくとも１個の評価デバイスに完全にまたは部分的に同一になっていてもよく、または、さらには、１個または複数のコントローラは、少なくとも１個の評価デバイスを含んでいてもよい。好ましくは、少なくとも１個のコントローラは、１個または複数のコンピュータおよび／またはマイクロコントローラなどのような、１個または複数のデータ処理デバイスを含むことが可能である。
【０２３６】
本発明のさらなる態様では、少なくとも１個の移動可能な対象物の位置をトラッキングするためのトラッキングシステムが開示されている。トラッキングシステムは、本発明による少なくとも１個の光学検出器および／または少なくとも１個の検出器システムを含み、例えば、上記に与えられている実施形態またはさらに詳細に下記に与えられている実施形態のうちの１個または複数の中に開示されているものなどを含む。トラッキングシステムは、少なくとも１個のトラックコントローラをさらに含み、トラックコントローラは、特定の時点における対象物の一連の位置をトラッキングするように適合されている。
【０２３７】
本明細書で使用されているように、「トラッキングシステム」は、少なくとも１個の対象物および／または対象物の少なくとも１個の部分の一連の過去の位置に関する情報を集めるように適合されているデバイスである。追加的に、トラッキングシステムは、少なくとも１個の対象物または対象物の少なくとも１個の部分の少なくとも１個の予測される未来の位置および／または配向に関する情報を提供するように適合され得る。トラッキングシステムは、少なくとも１個のトラックコントローラを有することが可能であり、少なくとも１個のトラックコントローラは、電子デバイスとして、好ましくは、少なくとも１個のデータ処理デバイスとして、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、完全にまたは部分的に具現化され得る。繰り返しになるが、少なくとも１個のトラックコントローラは、少なくとも１個の評価デバイスを完全にもしくは部分的に含むことが可能であり、および／または、少なくとも１個の評価デバイスの一部になっていてもよく、および／または、少なくとも１個の評価デバイスに完全にまたは部分的に同一になっていてもよい。
【０２３８】
トラッキングシステムは、本発明による少なくとも１個の光学検出器を含み、例えば、上記に列挙されている実施形態のうちの１個または複数に開示されているような少なくとも１個の検出器、および／または、下記の実施形態のうちの１個または複数に開示されているような少なくとも１個の検出器などを含む。トラッキングシステムは、少なくとも１個のトラックコントローラをさらに含む。トラックコントローラは、例えば、データのグループまたはデータペアを記録することなどによって、特定の時点における対象物の一連の位置をトラッキングするように適合されており、それぞれのデータのグループまたはデータペアは、少なくとも１個の位置情報および少なくとも１個の時間情報を含む。
【０２３９】
少なくとも１個の光学検出器、および、少なくとも１個の評価デバイス、および、任意の少なくとも１個のビーコンデバイスの他に、トラッキングシステムは、対象物自身または対象物の一部をさらに含むことが可能であり、例えば、ビーコンデバイスまたは少なくとも１個のビーコンデバイスを含む少なくとも１個のコントロールエレメントなどを含むことが可能であり、コントロールエレメントは、トラッキングされることになる対象物に直接的にまたは間接的に取り付け可能または一体化可能である。
【０２４０】
トラッキングシステムは、トラッキングシステム自身の１個または複数、および／または、１個または複数の別々のデバイスの１個または複数のアクションを開始させるように適合され得る。後者の目的に関して、トラッキングシステムは、好ましくは、トラックコントローラは、１個または複数の無線インターフェースおよび／もしくは有線結合インターフェース、ならびに／または、少なくとも１個のアクションを開始させるための他のタイプ制御接続を有することが可能である。好ましくは、少なくとも１個のトラックコントローラは、対象物の少なくとも１個の実際の位置に従って少なくとも１個のアクションを開始させるように適合され得る。例として、アクションは、対象物の未来の位置の予測；少なくとも１個のデバイスを対象物に向けること；少なくとも１個のデバイスを検出器に向けること；対象物を照射すること；検出器を照射することからなる群から選択され得る。
【０２４１】
トラッキングシステムの用途の例として、トラッキングシステムは、第１の対象物および／または第２の対象物が移動し得るものであったとしても、少なくとも１個の第１の対象物を少なくとも１個の第２の対象物に連続的に向けるために使用され得る。考えられる例は、繰り返しになるが、ロボティクスなどのような、産業用途において見出され得、および／または、例えば、製造ラインまたは組み立てラインにおいて製造している間などに、物品が移動しているとしても、物品に対して連続的に作業を行うための用途において見出され得る。追加的にまたは代替的に、トラッキングシステムは、照射目的のために使用され得、例えば、対象物が移動し得るとしても、照射源を対象物に連続的に向けることによって、対象物を連続的に照射することなどのために使用され得る。さらなる用途は、通信システムにおいて見出され得、例えば、トランスミッターを移動している対象物に向けることによって、移動する対象物についての情報を連続的に伝送するための通信システムにおいて見出され得る。
【０２４２】
本発明のさらなる態様では、少なくとも１個の対象物のイメージングに関するカメラが開示されている。カメラは、本発明による少なくとも１個の光学検出器を含み、例えば、上記に与えられている実施形態またはさらに詳細に下記に与えられている実施形態のうちの１個または複数の中に開示されているものなどを含む。
【０２４３】
したがって、具体的には、本出願は、写真撮影の分野に適用され得る。したがって、検出器は、写真撮影デバイスの一部であることが可能であり、具体的には、デジタルカメラの一部であることが可能である。具体的には、検出器は、３Ｄ写真撮影に関して使用され得、具体的には、デジタル３Ｄ写真撮影に関して使用され得る。したがって、検出器は、デジタル３Ｄカメラを形成することが可能であり、または、デジタル３Ｄカメラの一部であることが可能である。本明細書で使用されているように、「写真撮影」は、一般的に、少なくとも１個の対象物のイメージ情報を獲得する技術を表している。本明細書でさらに使用されているように、「カメラ」は、一般的に、写真撮影を実施するように適合されているデバイスである。本明細書でさらに使用されているように、「デジタル写真撮影」という用語は、一般的に、照射の強度および／または色を示す電気信号、好ましくは、デジタル電気信号を発生させるように適合されている複数の感光性エレメントを使用することによって、少なくとも１個の対象物のイメージ情報を獲得する技術を表している。本明細書でさらに使用されているように、「３Ｄ写真撮影」という用語は、一般的に、３次元空間的な少なくとも１個の対象物のイメージ情報を獲得する技術を表している。したがって、３Ｄカメラは、３Ｄ写真撮影を実施するように適合されているデバイスである。カメラは、一般的に、単一の３Ｄイメージなどのような、単一のイメージを獲得するために適合され得、または、一連のイメージなどのような、複数のイメージを獲得するように適合され得る。したがって、カメラは、ビデオカメラであることも可能であり、ビデオカメラは、ビデオの用途のために適合され得、例えば、デジタルビデオシーケンスを獲得するように適合され得る。
【０２４４】
したがって、一般的に、本発明は、少なくとも１個の対象物をイメージングするためのカメラをさらに表しており、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カメラを表している。上記に概説されているように、イメージングという用語は、本明細書で使用されているように、一般的に、少なくとも１個の対象物のイメージ情報を獲得することを表している。カメラは、本発明による少なくとも１個の光学検出器を含む。カメラは、上記に概説されているように、単一のイメージを獲得するように適合され得、または、イメージシーケンスなどのような、複数のイメージを獲得するように適合され得、好ましくは、デジタルビデオシーケンスを獲得するように適合され得る。したがって、例として、カメラは、ビデオカメラであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。後者のケースでは、カメラは、好ましくは、イメージシーケンスを記憶するためのデータメモリを含む。
【０２４５】
少なくとも１個の光学センサを、具体的には、上述のＦｉＰセンサを有する光学検出器、または、光学検出器を含むカメラは、１個または複数の追加的なセンサとさらに組み合わせられ得る。したがって、少なくとも１個の光学センサを、具体的には、少なくとも１個の上述のＦｉＰセンサを有する少なくとも１個のカメラは、少なくとも１個のさらなるカメラと組み合わせられ得、少なくとも１個のさらなるカメラは、従来のカメラ、および／または、例えばステレオカメラであることが可能である。さらに、少なくとも１個の光学センサを、具体的には、少なくとも１個の上述のＦｉＰセンサを有する１個、２個、または、それ以上のカメラは、１個、２個、または、それ以上のデジタルカメラと組み合わせられ得る。例として、１個、２個、または、それ以上の２次元のデジタルカメラは、本発明による光学検出器によって得られるステレオ情報および深度情報から、深度を計算するために使用され得る。
【０２４６】
具体的には、自動車技術の分野において、カメラが機能しなくなった場合に、本発明による光学検出器が、依然として、対象物の縦方向座標を測定するために存在することが可能であり、例えば、視野の中の対象物の距離を測定するなどのために存在することが可能である。したがって、自動車技術の分野において本発明による光学検出器を使用することによって、フェイルセーフ機能が実装され得る。具体的には、自動車の用途に関して、本発明による光学検出器は、データ低減の利点を提供する。したがって、従来のデジタルカメラのカメラデータと比較して、本発明による光学検出器を使用することによって、すなわち、少なくとも１個の光学センサを、具体的には、少なくとも１個のＦｉＰセンサを有する光学検出器を使用することによって取得されるデータは、著しく低い容量を有するデータを提供することが可能である。具体的には、自動車技術の分野において、自動車データネットワークは、一般的に、データ伝送レートの観点から、より低い能力を提供するので、データの量の低減が好ましい。
【０２４７】
本発明による光学検出器は、１個または複数の光源をさらに含むことが可能である。したがって、光学検出器は、少なくとも１個の対象物を照射するための１個または複数の光源を含むことが可能であり、例えば、照射された光が、対象物によって反射されるようになっている。光源は、連続的な光源であることが可能であり、または、パルス式の光源などのような、不連続的に放出する光源であることが可能である。光源は、均一な光源であることが可能であり、または、不均一な光源もしくはパターン化された光源であることが可能である。したがって、例として、光学検出器が少なくとも１個の縦方向座標を測定するために、例えば、光学検出器が少なくとも１個の対象物の深度を測定するなどのために、照射の中のコントラストが有利であり、または、光学検出器によってキャプチャされるシーンの中のコントラストが有利である。自然の照射によってコントラストが存在しない場合には、光学検出器は、少なくとも１個の任意の光源を介して、好ましくは、パターン化された光を用いて、シーン、および／または、シーンの中の少なくとも１個の対象物を、完全にまたは部分的に照射するように適合され得る。したがって、例として、光学検出器によってキャプチャされるイメージの中にコントラストの増加を生成するために、光源は、シーンの中へ、壁の上に、または、少なくとも１個の対象物の上に、パターンを投影することが可能である。
【０２４８】
少なくとも１個の任意の光源は、一般的に、可視光スペクトル範囲、赤外線スペクトル範囲、または紫外線スペクトル範囲のうちの１個または複数の中の光を放出することが可能である。好ましくは、少なくとも１個の光源は、少なくとも赤外線スペクトル範囲の中の光を放出する。
【０２４９】
また、光学検出器は、シーンを自動的に照射するように適合され得る。したがって、光学検出器は、例えば、評価デバイスなどは、光学検出器またはその一部によってキャプチャされるシーンの照射を自動的に制御するように適合され得る。したがって、例として、光学検出器は、大面積が低いコントラストを提供するケースを認識するように適合され得、そのケースでは、それによって、これらのエリアの中の縦方向座標を、例えば、深度などを測定することを困難にする。これらのケースでは、例として、光学検出器は、例えば、１個または複数のパターンをこれらのエリアの中へ投影することなどによって、パターン化された光を用いてこれらのエリアを自動的に照射するように適合され得る。
【０２５０】
本発明の中で使用されているように、「位置」という表現は、一般的に、対象物の１個または複数のポイントの絶対的な位置および配向のうちの１個または複数に関する少なくとも１つの情報を表している。したがって、具体的には、位置は、検出器の座標系において決定され得、例えば、デカルト座標系において決定され得る。しかし、追加的にまたは代替的に、極座標系および／または球面座標系などのような、他のタイプの座標系が使用され得る。
【０２５１】
本発明のさらなる態様では、光学的な検出の方法が開示されており、具体的には、少なくとも１個の対象物の位置を決定するための方法が開示されている。本方法は、以下の工程を含み、以下の工程は、所与の順序で、または、異なる順序で実施され得る。さらに、本方法工程のうちの２個以上は、または、さらには本方法工程のすべては、同時に、および／または、時間的に重複するように、実施され得る。さらに、本方法工程のうちの１個、２個、もしくは、それ以上は、または、さらには本方法工程のすべては、繰り返して実施され得る。本方法は、追加的な方法工程をさらに含むことが可能である。本方法は、
−  少なくとも１個の光学センサおよび少なくとも１個のイメージセンサを使用することによって少なくとも１個の光ビームを検出する工程であって、光学センサは、少なくとも１個のセンサ領域を有しており、イメージセンサは、イメージピクセルのマトリックスを含むピクセル化されたセンサである、工程と、
−  少なくとも１個のセンサ信号および少なくとも１個のイメージ信号を発生させる工程であって、光学センサのセンサ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるセンサ領域の照射に対して非線形の依存性を示しており、イメージセンサのイメージ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるイメージピクセルの照射に対して線形の依存性を示している、工程と、
−  少なくとも１個の評価デバイスを使用することによって、センサ信号およびイメージ信号を評価する工程と
を含む。
【０２５２】
本方法は、好ましくは、本発明による光学検出器を使用することによって実施され得、例えば、上記に与えられている実施形態またはさらに詳細に下記に与えられている実施形態のうちの１個または複数の中に開示されているものなどを使用することによって実施され得る。したがって、本方法の定義および考えられる実施形態に関して、光学検出器が参照され得る。さらに、他の実施形態も実行可能である。
【０２５３】
したがって、焦点変調信号を提供することは、具体的には、周期的な焦点変調信号、好ましくは、正弦波の信号を提供することを含むことが可能である。
【０２５４】
さらに、光学センサの照射の合計パワーに対するセンサ信号の非線形の依存性は、好ましくは、線形部分および非線形部分を含む非線形関数によって表現され得る。したがって、本明細書では、非線形関数の線形部分および／または非線形部分は、センサ信号およびイメージ信号の両方を評価することによって決定され得る。より好適には、センサ信号とイメージ信号との間の差は、非線形関数の非線形部分を提供するために決定され得る。
【０２５５】
センサ信号を評価することは、具体的には、センサ信号の中の局所的最大または局所的最小のうちの一方または両方を検出することを含むことが可能である。さらに、センサ信号を評価することは、局所的最大または局所的最小のうちの一方または両方を評価することによって、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する少なくとも１個の対象物の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を提供することをさらに含むことが可能である。
【０２５６】
センサ信号を評価することは、センサ信号の位相感応評価を実施することをさらに含むことが可能である。位相感応評価は、センサ信号の中の局所的最大または局所的最小のうちの一方または両方の位置を決定すること、または、ロックイン検出のうちの一方または両方を含むことが可能である。
【０２５７】
センサ信号を評価することは、センサ信号を評価することによって、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する少なくとも１個の対象物の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を発生させることをさらに含むことが可能である。少なくとも１個の対象物の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を発生させることは、具体的には、縦方向位置とセンサ信号との間の所定の関係または決定可能な関係を使用することが可能である。
【０２５８】
本方法は、少なくとも１個の任意の横方向光学センサを使用することによって、少なくとも１個の横方向センサ信号を発生させることをさらに含むことが可能であり、横方向光学センサは、光ビームの横方向位置、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する対象物の横方向位置、または、光ビームによって発生される光スポットの横方向位置のうちの１個または複数を決定するように適合され得、横方向位置は、検出器の光学軸に対して垂直である少なくとも１次元の位置である。本方法は、横方向センサ信号を評価することによって、対象物の横方向位置に関する少なくとも１つの情報を発生させることをさらに含むことが可能である。
【０２５９】
センサ信号を評価することは、その変調周波数に従って、それぞれの信号成分をそれぞれのピクセルに割り当てることをさらに含むことが可能である。センサ信号を評価することは、センサ信号を異なる変調周波数で復調させることによって、周波数分析を実施することを含むことが可能である。センサ信号を評価することは、信号成分を評価することによって、マトリックスのどのピクセルが光ビームによって照射されているかを決定することをさらに含むことが可能である。センサ信号を評価することは、光ビームによって照射されているマトリックスのピクセルの横方向位置を識別することによって、光ビームの横方向位置、光スポットの横方向位置、または、光ビームの配向のうちの少なくとも１個を識別することを含むことが可能である。センサ信号を評価することは、信号成分を評価することによって、光ビームの幅を決定することをさらに含むことが可能である。センサ信号を評価することは、光ビームによって照射されているピクセルに割り当てられている信号成分を識別すること、および、ピクセルの配置の既知の幾何学的特性から、光学センサの位置における光ビームの幅を決定することをさらに含むことが可能である。センサ信号を評価することは、光ビームがそこから検出器に向けて伝播する対象物の縦方向座標と、光学センサの位置における光ビームの幅、または、光ビームによって照射されている光学センサのピクセルの数のうちの一方または両方との間の既知の関係または決定可能な関係を使用することによって、対象物の縦方向座標を決定することをさらに含むことが可能である。
【０２６０】
本方法は、少なくとも１個のイメージングデバイスを使用することによって、光学検出器によってキャプチャされるシーンの少なくとも１個のイメージを獲得することをさらに含む。その場合に、本方法は、光学センサのピクセルをイメージに割り当てることをさらに含むことが可能である。本方法は、信号成分を評価することによって、イメージピクセルに関する深度情報を決定することをさらに含むことが可能である。
【０２６１】
本方法は、少なくとも１個の３次元のイメージを発生させるために、イメージピクセルの深度情報をイメージと組み合わせることをさらに含むことが可能である。
【０２６２】
上述の方法工程のさらなる詳細に関して、光学検出器の機能は本方法工程に対応することが可能であるので、上記に列挙されている実施形態またはさらに詳細に下記に列挙されている実施形態のうちの１個または複数による光学検出器の説明が参照され得る。
【０２６３】
本発明のさらなる態様では、本発明による光学検出器を使用すること、例えば、上記に議論されている実施形態の１個または複数の中に開示されているもの、および／または、さらに詳細に下記に与えられている実施形態の１個または複数の中に開示されているものなどを使用することが、以下のものからなる群から選択される使用の目的に関して開示されている。すなわち、それは、交通技術における位置測定；エンターテイメントの用途；セキュリティの用途；ヒューマンマシンインターフェースの用途；トラッキングの用途；写真撮影の用途；少なくとも１個の空間のマップを発生させるためのマッピングの用途、例えば、部屋、建物、および街路からなる群から選択される少なくとも１個の空間のマップを発生させるためのマッピングの用途など；モバイルの用途；ウェブカム；コンピュータ周辺デバイス；ゲーミングの用途；オーディオ用途；カメラまたはビデオの用途；セキュリティの用途；監視の用途；自動車の用途；輸送の用途；医療の用途；農業の用途；植物または動物の繁殖に関連する用途；作物保護の用途；スポーツの用途；マシンビジョンの用途；車両の用途；飛行機の用途；船舶の用途；宇宙船の用途；建物の用途；建築の用途；地図製作の用途；製造の用途；品質制御の用途；少なくとも１個の飛行時間検出器と組み合わせた使用である。追加的にまたは代替的に、ローカルポジショニングシステムおよび／またはグローバルポジショニングシステムにおける用途も挙げることが可能であり、特に、ランドマークを基礎とする位置決めおよび／またはインドアナビゲーションおよび／またはアウトドアナビゲーション、具体的には、車または他の車両（例えば、列車、オートバイ、自転車、貨物輸送のためのトラックなど）、ロボットにおける使用のための、または、歩行者による使用のためのものも挙げることが可能である。さらに、インドアポジショニングシステムは、例えば、家庭内アプリケーションに関して、および／または、製造技術において使用されるロボットなどに関して、考えられる用途として挙げられ得る。さらに、本発明による光学検出器は、自動ドア開閉装置において使用され得、例えば、いわゆるスマートスライディングドア、例えば、Ｊｉｅ−ＣｉＹａｎｇら、Ｓｅｎｓｏｒｓ２０１３、１３（５）、５９２３−５９３６；ｄｏｉ：１０．３３９０／ｓ１３０５０５９２３に開示されているスマートスライディングドアなどにおいて使用され得る。本発明による少なくとも１個の光学検出器は、人または対象物がドアに接近するときを検出するために使用され得、ドアが自動的に開くことが可能である。
【０２６４】
上記に概説されているように、さらなる用途は、グローバルポジショニングシステム、ローカルポジショニングシステム、またはインドアナビゲーションシステムなどであることが可能である。したがって、本発明によるデバイス、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、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム、またはカメラのうちの１個または複数は、具体的には、ローカルポジショニングシステムまたはグローバルポジショニングシステムの一部であることが可能である。追加的にまたは代替的に、デバイスは、可視光通信システムの一部であることが可能である。他の使用も実行可能である。
【０２６５】
本発明によるデバイス、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、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム、またはカメラのうちの１個または複数は、さらに具体的には、例えば、インドアナビゲーションまたはアウトドアナビゲーションなどに関して、ローカルポジショニングシステムまたはグローバルポジショニングシステムと組み合わせて使用され得る。例として、本発明による１個または複数のデバイスは、Ｇｏｏｇｌｅ  Ｍａｐｓ（登録商標）またはＧｏｏｇｌｅ  Ｓｔｒｅｅｔ  Ｖｉｅｗ（登録商標）などのような、ソフトウェア／データベースの組み合わせと組み合わせられ得る。さらに、本発明によるデバイスは、周囲にある対象物までの距離を分析するために使用され得、その位置は、データベースの中に見出され得る。既知の対象物の位置までの距離から、ユーザのローカル位置またはグローバル位置が計算され得る。
【０２６６】
したがって、本発明による光学検出器、検出器システム、ヒューマンマシンインターフェース、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム、またはカメラ（以下では、単に、「本発明によるデバイス」、または、ＦｉＰ効果の潜在的な使用に本発明を限定することなく、「ＦｉＰデバイス」と称される）は、複数の用途の目的に関して使用され得、例えば、さらに詳細に以下に開示されている目的のうちの１個または複数などに関して使用され得る。
【０２６７】
したがって、第１に、ＦｉＰデバイスは、モバイルフォン、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、スマートパネル、または、他の据置型コンピュータもしくはモバイルコンピュータ、または通信の用途において使用され得る。したがって、ＦｉＰデバイスは、性能を向上させるために、少なくとも１個のアクティブ光源と組み合わせられ得、例えば、可視光範囲または赤外線スペクトル範囲にある光を放出する光源などと組み合わせられ得る。したがって、例として、ＦｉＰデバイスは、カメラおよび／またはセンサとして使用され得、例えば、環境、対象物、および生物をスキャンするためのモバイルソフトウェアと組み合わせて使用され得る。さらには、ＦｉＰデバイスは、イメージング効果を高めるために、従来のカメラなどのような、２Ｄカメラと組み合わせられ得る。ＦｉＰデバイスは、さらに、監視のために、および／もしくは、記録目的のために使用され得、または、モバイルデバイスを制御するための入力デバイスとして、特に、ジェスチャー認識と組み合わせて使用され得る。したがって、具体的には、ヒューマンマシンインターフェースとして作用するＦｉＰデバイス（ＦｉＰ入力デバイスとも称される）は、モバイルの用途において使用され得、例えば、モバイルフォンなどのようなモバイルデバイスを介して、他の電子デバイスまたはコンポーネントを制御するためなどのために使用され得る。例として、少なくとも１個のＦｉＰデバイスを含むモバイルの用途は、テレビジョンセット、ゲームコンソール、音楽プレイヤもしくは音楽デバイス、または、他のエンターテイメントデバイスを制御するために使用され得る。
【０２６８】
さらに、ＦｉＰデバイスは、ウェブカム、または、コンピューティングの用途のための他の周辺デバイスにおいて使用され得る。したがって、例として、ＦｉＰデバイスは、イメージング、記録、監視、スキャニング、または運動検出に関する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／またはエンターテイメントデバイスの文脈において概説されているように、ＦｉＰデバイスは、顔表現および／または身体表現によってコマンドを与えることに関して、とりわけ有用である。ＦｉＰデバイスは、例えば、マウス、キーボード、タッチパッドなどのような他の入力発生デバイスと組み合わせられ得る。さらに、ＦｉＰデバイスは、例えば、ウェブカムを使用することなどによって、ゲーミングに関する用途において使用され得る。さらに、ＦｉＰデバイスは、バーチャルトレーニングの用途および／またはビデオ会議において使用され得る。
【０２６９】
さらに、ＦｉＰデバイスは、部分的に上記に説明されているように、モバイルオーディオデバイス、テレビジョンデバイス、およびゲーミングデバイスにおいて使用され得る。具体的には、ＦｉＰデバイスは、電子デバイスまたはエンターテイメントデバイスなどのためのコントロールまたは制御デバイスとして使用され得る。さらに、ＦｉＰデバイスは、例えば、２Ｄディスプレイ技法および３Ｄディスプレイ技法において、視線検出またはアイトラッキングに関して使用され得、特に、オーグメンテッドリアリティの用途のために、透明なディスプレイとともに使用され得る。
【０２７０】
さらに、ＦｉＰデバイスは、ＤＳＣカメラなどのようなデジタルカメラの中で使用され得、または、デジタルカメラとして使用され得、および／または、ＳＬＲカメラなどのようなレフレックスカメラの中で使用され得、または、レフレックスカメラとして使用され得る。これらの用途に関して、上記に開示されているように、モバイルフォンなどのようなモバイルの用途における、ＦｉＰデバイスの使用が参照され得る。
【０２７１】
さらに、ＦｉＰデバイスは、セキュリティおよび監視の用途のために使用され得る。したがって、例として、ＦｉＰセンサは、一般的に、１個または複数のデジタル電子機器および／またはアナログ電子機器と組み合わせられ得、１個または複数のデジタル電子機器および／またはアナログ電子機器は、（例えば、銀行または博物館における監視の用途に関して）対象物が所定のエリアの中または外側にある場合に、信号を与えることになる。具体的には、ＦｉＰデバイスは、光学的な暗号化のために使用され得る。ＦｉＰベースの検出は、ＩＲ、Ｘ線、ＵＶ−ＶＩＳ、などのような波長を補完する他の検出デバイス、レーダー、または超音波検出器と組み合わせられ得る。ＦｉＰデバイスは、さらに、アクティブ赤外線光源と組み合わせられ得、低い光の周囲の中での検出を可能にする。ＦｉＰベースのセンサなどのような、ＦｉＰデバイスは、一般的に、アクティブ検出器システムと比較して有利である。その理由は、例えば、レーダーの用途、超音波の用途、ＬＩＤＡＲまたは同様のアクティブ検出器デバイスにおいてそうであるように、具体的には、ＦｉＰデバイスは、第三者によって検出され得る信号をアクティブに送ることを回避するからである。したがって、一般的に、ＦｉＰデバイスは、移動している対象物を認識されずに検出不可能にトラッキングするために使用され得る。追加的に、ＦｉＰデバイスは、一般的に、従来のデバイスと比較して、不正操作されにくく、また過敏になりにくい。
【０２７２】
さらに、ＦｉＰデバイスを使用することによる３Ｄ検出の容易さおよび精度を所与として、ＦｉＰデバイスは、一般的に、顔、身体、および人の認識および識別のために使用され得る。その場合に、ＦｉＰデバイスは、パスワード、指紋、虹彩検出、音声認識、または他の手段などのような、識別目的またはパーソナルライゼーション目的のための他の検出手段と組み合わせられ得る。したがって、一般的に、ＦｉＰデバイスは、セキュリティデバイスおよび他のパーソナライズされた用途において使用され得る。
【０２７３】
さらに、ＦｉＰデバイスは、製品の識別のための３Ｄバーコードリーダーとして使用され得る。
【０２７４】
上述のセキュリティおよび監視の用途に加えて、ＦｉＰデバイスは、一般的に、空間およびエリアの監視およびモニタリングのために使用され得る。したがって、ＦｉＰデバイスは、空間およびエリアを監視およびモニタリングするために使用され得、また、例として、禁止エリアが侵入された場合にアラームをトリガまたは実行するために使用され得る。したがって、一般的に、ＦｉＰデバイスは、建物監視または博物館における監視目的のために使用され得、任意に、他のタイプのセンサと組み合わせて使用され得、例えば、モーションセンサまたは熱センサと組み合わせて、イメージインテンシファイアーまたはイメージエンハンスメントデバイスおよび／または光電子増倍管と組み合わせて使用され得る。
【０２７５】
さらに、ＦｉＰデバイスは、有利には、ビデオおよびカムコーダーの用途などのようなカメラの用途において適用され得る。したがって、ＦｉＰデバイスは、モーションキャプチャおよび３Ｄムービー記録のために使用され得る。その場合に、ＦｉＰデバイスは、一般的に、従来の光学的なデバイスを上回る多数の利点を提供する。したがって、ＦｉＰデバイスは、一般的に、光学コンポーネントに関して、より低い複雑さしか必要としない。したがって、例として、レンズの数は、例えば、１個のレンズだけを有するＦｉＰデバイスを提供することなどによって、従来の光学的なデバイスと比較して低減され得る。低減された複雑さに起因して、例えば、モバイルの用途などに関して、非常にコンパクトなデバイスが可能である。高い品質を備える２個以上のレンズを有する従来の光学システムは、一般的に、例えば、体積の大きいビームスプリッタを一般的に必要とすることなどに起因して、体積が大きい。さらに、ＦｉＰデバイスは、一般的に、オートフォーカスカメラなどのような、フォーカス／オートフォーカスデバイスのために使用され得る。さらに、ＦｉＰデバイスは、また、光学顕微鏡において、特に、共焦点顕微鏡において使用され得る。
【０２７６】
さらに、ＦｉＰデバイスは、自動車技術および輸送技術の技術分野において適用可能である。したがって、例として、ＦｉＰデバイスは、距離センサおよび監視センサとして使用され得、例えば、アダプティブクルーズコントロール、緊急ブレーキアシスト、車線逸脱警報、サラウンドビュー、ブラインドスポット検出、リヤクロストラフィックアラート、および、他の自動車および交通の用途などに関して使用され得る。さらに、ＦｉＰセンサは、また、例えば、ＦｉＰセンサを使用することによって得られる位置情報の１次時間微分および２次時間微分を分析することなどによって、速度測定および／または加速度測定のために使用され得る。この特徴は、一般的に、自動車技術、輸送技術、または、一般的な交通技術に適用可能であり得る。他の技術分野における用途も実行可能である。
【０２７７】
これらの用途または他の用途では、一般的に、ＦｉＰデバイスは、スタンドアロンのデバイスとして使用され得、または、他のセンサデバイスと組み合わせて、例えば、レーダーおよび／または超音波デバイスと組み合わせて使用され得る。具体的には、ＦｉＰデバイスは、自動運転および安全性問題に関して使用され得る。さらに、これらの用途では、ＦｉＰデバイスは、赤外線センサ、音波センサであるレーダーセンサ、２次元カメラ、または、他のタイプのセンサと組み合わせて使用され得る。これらの用途では、一般的に、典型的なＦｉＰデバイスのパッシブな性質が有利である。したがって、ＦｉＰデバイスは、一般的に、信号を放出することを必要としないので、アクティブセンサ信号と他の信号供給源との干渉のリスクが回避され得る。ＦｉＰデバイスは、具体的には、標準的なイメージ認識ソフトウェアなどのような、認識ソフトウェアと組み合わせて使用され得る。したがって、ＦｉＰデバイスによって提供されるような信号およびデータは、典型的に、平易に処理することが可能であり、したがって、一般的に、ＬＩＤＡＲなどのような確立されたステレオビジョンシステムよりも低い計算しか必要としない。低い空間要求を所与として、ＦｉＰ効果を使用するカメラなどのような、ＦｉＰデバイスは、車両の中の事実上任意の場所に設置され得、例えば、ウィンドウスクリーンの上、フロントフードの上、バンパーの上、ライトの上、ミラーの上、または、他の場所などに設置され得る。例えば、車両を自動的に運転することを可能にするために、または、アクティブセーフティコンセプトの性能を向上させるなどのために、ＦｉＰ効果に基づくさまざまな検出器が組み合わせられ得る。したがって、さまざまなＦｉＰベースのセンサは、他のＦｉＰベースのセンサおよび／または従来のセンサと組み合わせられ得、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のようなウィンドウの中に、バンパーの上に、または、ライトの上などに組み合わせられ得る。
【０２７８】
ＦｉＰセンサを、１個または複数の雨検出センサと組み合わせることも可能である。これは、ＦｉＰデバイスが、一般的に、具体的には、激しい雨の間に、レーダーなどのような従来のセンサ技法よりも有利であるという事実に起因している。少なくとも１個のＦｉＰデバイスを、レーダーなどのような少なくとも１個の従来のセンシング技法と組み合わせることは、天候条件に従って正しい信号の組み合わせを選定するためのソフトウェアを可能にすることができる。
【０２７９】
さらに、ＦｉＰデバイスは、一般的に、ブレーキアシストおよび／もしくはパーキングアシストとして使用され得、および／または、速度測定に関して使用され得る。速度測定は、例えば、交通制御において他の車の速度を測定するために、車両の中に一体化され得、または、車両の外側に使用され得る。さらに、ＦｉＰデバイスは、駐車場の中で空いている駐車スペースを検出するために使用され得る。
【０２８０】
さらに、ＦｉＰデバイスは、医療システムおよびスポーツの分野において使用され得る。したがって、医療技術の分野において、手術用ロボティクス、例えば、内視鏡において使用するための手術用ロボティクスを挙げることが可能である。その理由は、上記に概説されているように、ＦｉＰデバイスは、低い体積しか必要とせず、他のデバイスに一体化され得るからである。具体的には、最大でも１個のレンズだけを有するＦｉＰデバイスが、内視鏡などのような医療用デバイスにおいて、３Ｄ情報をキャプチャするために使用され得る。さらに、ＦｉＰデバイスは、動きのトラッキングおよび分析を可能にするために、適当なモニタリングソフトウェアと組み合わせられ得る。これらの用途は、具体的には、例えば、治療および長距離診断および遠隔医療において価値がある。
【０２８１】
さらに、ＦｉＰデバイスは、例えば、トレーニング、遠隔インストラクション、または競争の目的などのために、スポーツおよびエクササイズの分野において適用され得る。具体的には、ＦｉＰデバイスは、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、ベースボール、クリケット、ホッケー、陸上競技、水泳、ポロ、ハンドボール、バレーボール、ラグビー、相撲、柔道、フェンシング、ボクシングなどの分野において適用され得る。ＦｉＰデバイスは、スポーツおよびゲームの両方において、ボール、バット、剣、モーションなどの位置を検出するために使用され得、例えば、ゲームをモニタリングするために、審判をサポートするために、または、スポーツにおける特定の状況の判定のために、具体的には、自動的な判定のために使用され得、例えば、ポイントまたはゴールが実際に入ったかどうかを判定することなどのために使用され得る。
【０２８２】
ＦｉＰデバイスは、トレーニングを促すために、および／または、動きを監視および補正するためにリハビリテーションおよび理学療法においてさらに使用され得る。その場合に、ＦｉＰデバイスは、また、距離診断に関して適用され得る。
【０２８３】
さらに、ＦｉＰデバイスは、マシンビジョンの分野において適用され得る。したがって、ＦｉＰデバイスのうちの１個または複数は、例えば、自動運転および／またはロボットの作業に関するパッシブ制御ユニットとして使用され得る。移動しているロボットと組み合わせて、ＦｉＰデバイスは、自律的な移動、および／または、パーツの欠陥の自律的な検出を可能にすることができる。また、ＦｉＰデバイスは、製造および安全性の監視のために使用され得、例えば、それに限定されないが、ロボット、生産パーツ、および生物との間の衝突を含む、事故を回避するなどのために使用され得る。ＦｉＰデバイスのパッシブな性質を所与として、ＦｉＰデバイスは、アクティブデバイスよりも有利である可能性があり、および／または、レーダー、超音波、２Ｄカメラ、ＩＲ検出などのような既存の解決策に対して相補的に使用され得る。ＦｉＰデバイスの１個の特定の利点は、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、信号干渉のリスクなしに、同じ環境で同時に動作することが可能である。したがって、ＦｉＰデバイスは、一般的に、例えば、それに限定されないが、自動車、採鉱、鉄鋼などのような、高度に自動化された生産環境において有用である可能性がある。また、ＦｉＰデバイスは、生産における品質制御のために使用され得、例えば、品質制御または他の目的のために、２Ｄイメージング、レーダー、超音波、ＩＲなどのような他のセンサと組み合わせて使用され得る。さらに、ＦｉＰデバイスは、例えば、製品の表面平坦性を監視するために、または、マイクロメートルの範囲からメートルの範囲までの特定の寸法の遵守を監視するためなどに、表面品質の査定のために使用され得る。他の品質制御の用途も実行可能である。さらに、ＦｉＰデバイスは、投票、飛行機、船舶、宇宙船、および、他の交通の用途において使用され得る。したがって、交通の用途の文脈において、上述の用途の他にも、航空機および車両などのためのパッシブトラッキングシステムを挙げることが可能である。移動している対象物の速度および／または方向をモニタリングするための、ＦｉＰ効果に基づく検出デバイスも実行可能である。具体的には、陸において、海において、および、宇宙空間を含む空において高速に移動している対象物のトラッキングを挙げることが可能である。少なくとも１個のＦｉＰ検出器は、具体的には、静置式デバイスの上に、および／または、可動式のデバイスの上に装着され得る。少なくとも１個のＦｉＰデバイスの出力信号は、例えば、別の対象物の自律的な移動またはガイドされた移動のためのガイディングメカニズムと組み合わせられ得る。したがって、衝突を回避するための用途、または、トラッキングされている対象物と操縦されている対象物との間の衝突を可能にするための用途も実行可能である。ＦｉＰデバイスは、一般的に、低い計算パワーが必要とされ、応答が速いことに起因して、有用および有利であり、また、一般的に、例えばレーダーのようなアクティブシステムと比較して、検出および阻害することがより困難な検出システムのパッシブな性質に起因して、有用および有利である。ＦｉＰデバイスは、それに限定されないが、例えば、速度制御デバイスおよび航空交通制御デバイスにとりわけ有用である。
【０２８４】
ＦｉＰデバイスは、一般的に、パッシブ用途において使用され得る。パッシブ用途は、港湾または危険エリアにおける船舶の誘導、および、着陸または出発時における航空機のための誘導を含み、固定された既知のアクティブなターゲットが、正確な誘導のために使用され得る。それは、危険ではあるが明確に規定されたルートにおける車両の運転に関して利用され得、例えば、採鉱車両などに関して使用され得る。
【０２８５】
さらに、上記に概説されているように、ＦｉＰデバイスは、ゲーミングの分野において使用され得る。したがって、ＦｉＰデバイスは、同じまたは異なるサイズ、色、形状などの複数の対象物を用いる使用に関してパッシブであることが可能であり、例えば、移動をそのコンテンツに組み込むソフトウェアと組み合わせされた移動検出に関してパッシブであることが可能である。とりわけ、グラフィック出力の中へ移動を実装する際の用途が実行可能である。さらに、例えば、ジェスチャー認識または顔認識のためにＦｉＰデバイスのうちの１個または複数を使用することなどによって、コマンドを与えるためのＦｉＰデバイスの用途も実行可能である。ＦｉＰデバイスは、例えば、低い光条件の下で作業するために、または、周囲条件の改善が必要とされる他の状況における作業するために、アクティブシステムと組み合わせられ得る。追加的にまたは代替的に、ＦｉＰデバイスのうちの１個または複数と、１個または複数のＩＲ光源またはＶＩＳ光源との組み合わせも可能であり、例えば、ＦｉＰ効果に基づく検出デバイスとの組み合わせも可能である。また、ＦｉＰベースの検出器と特殊デバイスの組み合わせも可能であり、それは、特殊デバイスは、システムおよびそのソフトウェアによって、例えば、および、それに限定されないが、特別な色、形状、他のデバイスに対する相対位置、移動の速度、光、デバイスの上の光源を変調させるために使用される周波数、表面特性、使用される材料、反射特性、透明度、吸収特質などによって、容易に区別され得る。デバイスは、他の可能性の中でも、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、ガラス、花瓶、スプーン、フォーク、キューブ、ダイス、フィギュア、人形、テディー、ビーカー、ペダル、スイッチ、グローブ、宝飾品、楽器、または、楽器を演奏するための補助デバイス、例えば、ピックもしくはドラムスティックなどに似ていることが可能である。他のオプションも実行可能である。
【０２８６】
さらに、ＦｉＰデバイスは、一般的に、建築、建設、および地図製作の分野において使用され得る。したがって、一般的に、ＦｉＰベースのデバイスは、例えば、田舎または建物などの、周囲環境エリアを測定および／またはモニタリングするために使用され得る。その場合に、１個または複数のＦｉＰデバイスは、他の方法およびデバイスと組み合わせられ得、または、単に、建築プロジェクトの進捗および精度、変化する対象物、家屋などをモニタリングするために使用され得る。ＦｉＰデバイスは、スキャンされた環境の３次元モデルを発生させるために使用され得、地上または空の両方からから、部屋、街路、家屋、コミュニティ、または風景のマップを構築するようになっている。考えられる適用分野は、建設、内部アーキテクチャー；インドア家具設置；地図製作、不動産管理、または土地測量などであることが可能である。
【０２８７】
ＦｉＰベースのデバイスは、例えば、ＣＡＤまたは同様のソフトウェアなどと組み合わせて、対象物のスキャニングのためにさらに使用され得、例えば、アディティブマニュファクチャリングおよび／または３Ｄプリンティングなどのために使用され得る。その場合に、例えば、ｘ方向、ｙ方向、もしくはｚ方向において、または、これらの方向の任意の組み合わせにおいて、例えば同時に、ＦｉＰデバイスの高い寸法精度が使用され得る。さらに、ＦｉＰデバイスは、パイプライン検査ゲージなどのような、検査およびメンテナンスにおいて使用され得る。
【０２８８】
上記に概説されているように、ＦｉＰデバイスは、製造用途、品質制御用途、または識別用途において、さらに使用され得、例えば、製品識別またはサイズ識別などにおいて使用され得る（例えば、最適な場所またはパッケージを見出すために、また、廃棄物を低減させるために使用され得る）。さらに、ＦｉＰデバイスは、ロジスティクスの用途において使用され得る。したがって、ＦｉＰデバイスは、コンテナまたは車両への最適化された積載またはパッキングのために使用され得る。さらに、ＦｉＰデバイスは、製造の分野において表面損傷をモニタリングまたは制御するために使用され得、レンタル車両などのような、レンタル対象物をモニタリングまたは制御するために使用され得、および／または、保険の用途のために、例えば、損傷の査定のために使用され得る。さらに、ＦｉＰデバイスは、材料、対象物、またはツールのサイズを識別するために使用され得、例えば、最適な材料の取り扱いのために、特に、ロボットと組み合わせて使用され得る。さらに、ＦｉＰデバイスは、生産におけるプロセス制御に関して使用され得、例えば、タンクの充填レベルを観察するために使用され得る。さらに、ＦｉＰデバイスは、それに限定されないが、タンク、パイプ、反応器、ツールなどのような、製品資産のメンテナンスのために使用され得る。さらに、ＦｉＰデバイスは、３Ｄ品質マークを分析するために使用され得る。さらに、ＦｉＰデバイスは、歯のインレー、歯列矯正具、プロテーゼ、または衣服などのような、オーダーメイドのグッズを製造する際に使用され得る。また、ＦｉＰデバイスは、ラピッドプロトタイピングまたは３Ｄコピーなどのために、１個または複数の３Ｄプリンタと組み合わせられ得る。さらに、ＦｉＰデバイスは、例えば、海賊品防止および模倣品防止の目的などのために、１個または複数の物品の形状を検出するために使用され得る。
【０２８９】
上記に概説されているように、少なくとも１個の光学センサは、または、複数の光学センサが設けられている場合には、光学センサのうちの少なくとも１個は、少なくとも２個の電極と、これらの電極の間に埋め込まれている少なくとも１個の光起電材料とを有する感光層セットアップを含む有機光学センサであることが可能である。以下では、感光層セットアップの好適なセットアップの例が、具体的には、この感光層セットアップの中で使用され得る材料に関して与えられることになる。感光層セットアップは、好ましくは、太陽電池の感光層セットアップであり、より好ましくは、有機太陽電池および／または色素増感太陽電池（ＤＳＣ）、より好ましくは、固体色素増感太陽電池（ｓＤＳＣ）の感光層セットアップである。しかし、他の実施形態も実行可能である。
【０２９０】
好ましくは、感光層セットアップは、少なくとも１個の光起電材料を含み、例えば、第１の電極と第２の電極との間に挟まれている少なくとも２個の層を含む少なくとも１個の光起電層セットアップなどを含む。好ましくは、感光層セットアップおよび光起電材料は、ｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１個の層、少なくとも１個の色素、および、少なくとも１個のｐ型半導体有機材料を含む。例として、光起電材料は、二酸化チタンなどのようなｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１個の緻密層、ｎ型半導体金属酸化物の緻密層に接触しているｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１個のナノ多孔性の層、例えば、二酸化チタンの少なくとも１個のナノ多孔性の層など、ｎ型半導体金属酸化物のナノ多孔性の層を感光性にする少なくとも１個の色素、好ましくは、有機色素、および、色素に接触している少なくとも１個のｐ型半導体有機材料の少なくとも１個の層、および／または、ｎ型半導体金属酸化物のナノ多孔性の層を有する層セットアップを含むことが可能である。
【０２９１】
ｎ型半導体金属酸化物の緻密層は、さらに詳細に下記に説明されることになるように、第１の電極とナノ多孔性のｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１個の層との間に、少なくとも１個のバリア層を形成することが可能である。しかし、例えば、他のタイプのバッファー層を有する実施形態などのような、他の実施形態も実行可能であることが留意されるべきである。
【０２９２】
少なくとも２個の電極は、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の電極を含む。第１の電極は、アノードまたはカソードのうちの１個であることが可能であり、好ましくは、アノードであることが可能である。第２の電極は、アノードまたはカソードのうちの他の１個であることが可能であり、好ましくは、カソードであることが可能である。第１の電極は、好ましくは、ｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１個の層に接触しており、第２の電極は、好ましくは、ｐ型半導体有機材料の少なくとも１個の層を接触している。第１の電極は、基板に接触している下部電極であることが可能であり、第２の電極は、基板から離れる方を向く上部電極であることが可能である。代替的に、第２の電極は、基板に接触している下部電極であることが可能であり、第１の電極は、基板から離れる方を向く上部電極であることが可能である。好ましくは、第１の電極および第２の電極のうちの一方または両方が透明である。
【０２９３】
以下では、第１の電極、第２の電極、および光起電材料に関するいくつかのオプション、好ましくは、２個以上の光起電材料を含む層セットアップが開示されることになる。しかし、他の実施形態も実行可能であることが留意されるべきである。
【０２９４】
ａ）基板、第１の電極、およびｎ型半導体金属酸化物
一般的に、第１の電極およびｎ型半導体金属酸化物の好適な実施形態に関して、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１、またはＷＯ２０１５／０２４８７１Ａ１が参照され得、そのすべての内容全体は、参照により本明細書に含まれ得る。他の実施形態も実行可能である。
【０２９５】
以下では、第１の電極が、基板に直接的にまたは間接的に接触している下部電極であることが仮定されることになる。しかし、第１の電極が上部電極である、他のセットアップも実行可能であることが留意されるべきである。
【０２９６】
感光層セットアップにおいて、例えば、ｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１個の緻密フィルム（固体フィルムとも称される）において、および／または、ｎ型半導体金属酸化物の少なくとも１個のナノ多孔性のフィルム（ナノ粒子フィルムとも称される）などにおいて、使用され得るｎ型半導体金属酸化物は、単一の金属酸化物であることが可能であり、または、異なる酸化物の混合物であることが可能である。混合酸化物を使用することも可能である。ｎ型半導体金属酸化物は、特に、多孔性であることが可能であり、および／または、ナノ粒子酸化物の形態で使用され得、この文脈において、ナノ粒子は、０．１マイクロメートル未満の平均粒子サイズを有する粒子を意味するものと理解される。ナノ粒子酸化物は、典型的に、焼結プロセスによって、大きい表面積を有する薄い多孔性のフィルムとして、導電性基板（すなわち、第１の電極として導電層を備えるキャリア）に適用されている。
【０２９７】
好ましくは、光学センサは、少なくとも１個の透明である基板を使用する。しかし、１個または複数の不透明な基板を使用するセットアップも実行可能である。
【０２９８】
基板は、リジッドであることが可能であり、または、その他に、可撓性であることが可能である。適切な基板（以降では、キャリアとも称される）は、金属箔だけでなく、とりわけ、プラスチックシートまたはフィルムであり、特に、ガラスシートまたはガラスフィルムである。特に、上記に説明されている好適な構造による第１の電極に関して、とりわけ適切な電極材料は、導電性材料であり、例えば、透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）、例えば、フッ素がドープされたスズ酸化物および／またはインジウムがドープされたスズ酸化物（ＦＴＯまたはＩＴＯ）、および／または、アルミニウムがドープされた酸化亜鉛（ＡＺＯ）、カーボンナノチューブ、または金属フィルムである。代替的にまたは追加的に、しかし、依然として十分な透明度を有する薄い金属フィルムを使用することも可能であることになる。不透明な第１の電極が望まれて使用される場合に、厚い金属フィルムが使用され得る。
【０２９９】
基板は、これらの導電性材料でカバーまたはコーティングされ得る。一般的に、提案されている構造体の中に、単一の基板だけしか必要とされないので、フレキシブルセルの形成も可能である。これは、多数の最終使用を可能にし、それは、仮にあったとしても、リジッドの基板によって、例えば、銀行カード、衣料品などにおける使用によって、困難を伴ってのみ実現可能であることになる。
【０３００】
第１の電極は、特に、ＴＣＯ層は、ｐ型半導体がＴＣＯ層と直接的に接触することを防止するために、（例えば、厚さ１０から２００ｎｍの）固体金属酸化物バッファー層または緻密金属酸化物バッファー層によって、追加的にカバーまたはコーティングされ得る（Ｐｅｎｇら、Ｃｏｏｒｄ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２４８，１４７９（２００４）を参照）。固体ｐ型半導体電解質の使用のケースでは、電解質と第１の電極との接触が液体またはゲル形態の電解質と比較して非常に低減されるが、しかし、固体ｐ型半導体電解質の使用は、多くのケースでは、このバッファー層を不必要なものとし、多くのケースでは、この層をなしで済ますことが可能であるようになっており、この層は、また、電流制限効果を有しており、また、ｎ型半導体金属酸化物と第１の電極との接触を悪化させる可能性がある。これは、コンポーネントの効率を高める。そして、他方では、そのようなバッファー層は、色素太陽電池の電流成分を有機太陽電池の電流成分にマッチさせるために、制御されたように利用され得る。それに加えて、バッファー層がなしで済まされたセルのケースでは、特に、固体電池では、電荷キャリアの望まれない再結合を伴う問題が頻繁に起こる。この点において、バッファー層は、多くのケースでは、具体的には、固体電池において有利である。
【０３０１】
よく知られているように、金属酸化物の薄い層またはフィルムは、一般的に、安価な固体半導体材料（ｎ型半導体）であるが、その吸収は、バンドギャップが大きいことに起因して、典型的に、電磁スペクトルの可視領域の中にはなく、むしろ、通常は、紫外線スペクトルの領域の中にある。したがって、太陽電池における使用に関して、金属酸化物は、一般的に、色素太陽電池においてそうであるように、光増感剤としての色素と組み合わせられなければならず、光増感剤は、太陽光の波長範囲において、すなわち、３００から２０００ｎｍにおいて吸収し、また、電子的に励起された状態において、半導体の伝導バンドの中へ電子を注入する。セルの中で追加的に電解質（そして、それは、対電極において低減されている）として使用される固体ｐ型半導体の支援によって、電子は、増感剤にリサイクルされ得、それが、再生されるようになっている。
【０３０２】
有機太陽電池における使用に関して特に関心があることは、酸化亜鉛、二酸化スズ、二酸化チタン、または、これらの金属酸化物の混合物の半導体である。金属酸化物は、マイクロ結晶性またはナノ結晶性の多孔性の層の形態で使用され得る。これらの層は、増感剤としての色素でコーティングされている大きい表面積を有しており、太陽光の高い吸収が実現されるようになっている。構造化されている金属酸化物層、例えば、ナノロッドは、より高い電子移動度、色素による細孔充填の改善、色素による表面増感の改善、または、表面積の増加などのような、利点を与える。
【０３０３】
金属酸化物半導体は、単独で、または、混合物の形態で使用され得る。また、１個または複数の他の金属酸化物で金属酸化物をコーディングすることも可能である。それに加えて、金属酸化物は、別の半導体、例えば、ＧａＰ、ＺｎＰまたはＺｎＳに対するコーティングとしても適用され得る。
【０３０４】
とりわけ、好適な半導体は、アナターゼ型の多形体の酸化亜鉛および二酸化チタンであり、それは、好ましくは、ナノ結晶性の形態で使用される。
【０３０５】
それに加えて、増感剤は、有利には、典型的にこれらの太陽電池の中で使用されるすべてのｎ型半導体と組み合わせられ得る。好適な例は、セラミックにおいて使用される金属酸化物を含み、例えば、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ（ＩＶ）、酸化タングステン（ＶＩ）、酸化タンタル（Ｖ）、酸化ニオブ（Ｖ）、酸化セシウム、チタン酸ストロンチウム、スズ酸亜鉛、ペロブスカイトタイプの複雑な酸化物、例えば、チタン酸バリウム、ならびに、２価および３価の酸化鉄などを含み、これらは、また、ナノ結晶性またはアモルファスの形態で存在することが可能である。
【０３０６】
従来の有機色素、ならびに、ルテニウム、フタロシアニン、およびポルフィリンが有する強力な吸収に起因して、ｎ型半導体金属酸化物の薄い層またはフィルムでさえも、必要とされる量の色素を吸収するのに十分である。そして、薄い金属酸化物フィルムは、望まれない再結合プロセスの確率が低下するという利点、および、色素サブセルの内部抵抗が低減されるという利点を有する。ｎ型半導体金属酸化物に関して、好ましくは、１００ｎｍから最大２０マイクロメートルまでの層厚さ、より好ましくは、５００ｎｍからおおよそ３マイクロメートルの間の範囲にある層厚さを使用することが可能である。
【０３０７】
ｂ）色素
本発明の状況において、特にＤＳＣの場合に一般的であるように、「色素」、「増感剤色素」、および「増感剤」という用語は、本質的に同義に使用されており、可能な構成に何らかの制限を設けるものではない。本発明の状況において使用可能な色素が先行技術から多数知られているので、可能な材料の例について、色素太陽電池に関する先行技術の上述の説明も参照してもよい。好ましい例として、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１、またはＷＯ２０１５／０２４８７１Ａ１に開示されている色素のうちの１種または複数が使用されてもよく、それらすべての内容全体は参照によって本明細書に含まれる。
【０３０８】
追加的にまたは代替的に、ＷＯ２００７／０５４４７０Ａ１および／またはＷＯ２０１３／１４４１７７Ａ１および／またはＷＯ２０１２／０８５８０３Ａ１に開示されるような色素のうちの１種または複数が使用されてもよく、それらの内容全体も参照により含まれる。
【０３０９】
半導体材料として二酸化チタンをベースとする色素増感太陽電池は、例えば、米国特許第４９２７７２１号、Ｎａｔｕｒｅ  ３５３、７３７〜７４０頁（１９９１年）、および米国特許第５３５０６４４号に記載されており、Ｎａｔｕｒｅ  ３９５、５８３〜５８５頁（１９９８年）、およびＥＰ−Ａ−１１７６６４６にも記載されている。これらの文献に記載されている色素も、本発明の状況において、原理上有利に使用することができる。これらの色素太陽電池は、好ましくは、増感剤として遷移金属錯体、とりわけルテニウム錯体の単分子薄膜を含み、それは酸基を介して二酸化チタン層に結合されている。
【０３１０】
提示されてきた多くの増感剤は、無金属有機色素を含んでおり、それらも同様に本発明の状況において使用可能である。４％を上回る高効率を、とりわけ固体色素太陽電池において、例えばインドリン色素を用いて、達成することができる（例えば、Ｓｃｈｍｉｄｔ−Ｍｅｎｄｅら、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００５年、１７、８１３を参照されたい）。米国特許第６３５９２１１号は、二酸化チタン半導体に固定するためにアルキレンラジカルを介して結合されたカルボキシル基を有する、シアニン、オキサジン、チアジン、およびアクリジン色素の使用を記載しており、それも本発明の状況において実施可能である。
【０３１１】
提示された色素太陽電池における好ましい増感剤色素は、ＤＥ１０２００５０５３９９５Ａ１またはＷＯ２００７／０５４４７０Ａ１に記載されている、ペリレン誘導体、テリレン誘導体、およびクアテリレン誘導体である。さらに、上で概説したように、ＷＯ２０１２／０８５８０３Ａ１に開示されているような色素のうちの１種または複数が使用されてもよい。追加的にまたは代替的に、ＷＯ２０１３／１４４１７７Ａ１に開示されているような色素のうちの１種または複数が使用されてもよい。ＷＯ２０１３／１４４１７７Ａ１およびＥＰ１２１６２５２６．３の内容全体は、参照によって本明細書に含まれる。具体的には、色素Ｄ−５および／または色素Ｒ−３が使用されてもよく、それは、ＩＤ１３３８：
【化１】
2018507389.tif 000008
とも呼ばれる。色素Ｄ−５および色素Ｒ−３の製造および性質は、ＷＯ２０１３／１４４１７７Ａ１に開示されている。
【０３１２】
これらの色素の使用は本発明の状況においても可能であり、それらを使用すると、高効率であると同時に高安定性の光起電力素子がもたらされる。
【０３１３】
さらに、追加的にまたは代替的に、以下の色素が使用されてもよく、それは、ＷＯ２０１３／１４４１７７Ａ１にも開示されており、ＩＤ１４５６：
【化２】
2018507389.tif 000009
と呼ばれている。
【０３１４】
さらに、以下のリレン色素のうちの一方または両方が、本発明によるデバイス、具体的には少なくとも１種の光学センサに使用されてもよい：
【化３】
2018507389.tif 000010
【０３１５】
これらの色素、ＩＤ１１８７およびＩＤ１１６７は、ＷＯ２００７／０５４４７０Ａ１に開示されているようなリレン色素の範囲内に含まれており、当業者であればわかるように、そこに開示されている一般的合成経路を使用して合成することができる。
【０３１６】
リレン類は太陽光の波長帯で強い吸収を呈し、共役系の長さに応じて約４００ｎｍ（ＤＥ１０２００５０５３９９５Ａ１からのペリレン誘導体Ｉ）から約９００ｎｍ（ＤＥ１０２００５０５３９９５Ａ１からのクアテリレン誘導体Ｉ）までの範囲を網羅することができる。テリレンをベースとするリレン誘導体Ｉは、その組成に従い、二酸化チタン上に吸着した固体の状態で、約４００〜８００ｎｍの範囲内で吸収する。入射太陽光の可視領域から近赤外領域内までの極めて大幅な利用を実現するために、さまざまなリレン誘導体Ｉの混合物を使用することが有利である。場合によっては、さまざまなリレン同族体も使用することも得策であり得る。
【０３１７】
リレン誘導体Ｉは、ｎ半導体金属酸化物薄膜に容易にかつ永久的に固定することができる。その結合は、無水物官能基（×１）またはその場で形成されるカルボキシル基−ＣＯＯＨもしくは−ＣＯＯ−を介して、あるいはイミドまたは縮合ラジカル（（×２）または（×３））に存在する酸基Ａを介して行われる。ＤＥ１０２００５０５３９９５Ａ１に記載されているリレン誘導体Ｉは、本発明の状況における色素増感太陽電池で使用するのに良く適している。
【０３１８】
色素が、その分子の一端に、それをｎ型半導体薄膜に固定できるようにするアンカー基を有すると、特に好ましい。色素は、その分子の他端に電子供与体Ｙを有すると好ましく、それによって、電子をｎ型半導体に放出した後に色素が再生しやすくなり、またすでに半導体に放出した電子との再結合が防止される。
【０３１９】
適切な色素の可能な選択に関するさらなる詳細については、例えば、やはりＤＥ１０２００５０５３９９５Ａ１を参照することができる。例として、とりわけ、ルテニウム錯体、ポルフィリン、他の有機増感剤、好ましくはリレンを使用することができる。
【０３２０】
色素は、ナノ多孔性ｎ半導体金属酸化物層などのｎ半導体金属酸化物薄膜の上または中に、単純な方式で固定することができる。例えば、ｎ半導体金属酸化物薄膜は、焼結したばかりの（まだ温かい）状態で、適切な有機溶媒中の色素の溶液または懸濁液に、十分な期間（例えば、約０．５〜２４時間）接触させることができる。これは、例えば、金属酸化物でコーティングされた基板を色素の溶液中に浸漬させることによって遂行することができる。
【０３２１】
さまざまな色素の組み合わせを使用しようとするならば、それらは、例えば、色素のうちの１種または複数を含む１種または複数の溶液または懸濁液から連続的に施用されてもよい。ある層、例えば、ＣｕＳＣＮの層によって分離された２種の色素を使用することも可能である（この件に関しては、例えば、Ｔｅｎｎａｋｏｎｅ、Ｋ．Ｊ．、Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ．２００３年、１０７、１３７５８を参照されたい）。最も好都合な方法は、個々の事例において比較的容易に決定することができる。
【０３２２】
色素およびｎ半導体金属酸化物の酸化物粒子サイズの選択に際し、有機太陽電池は、最大量の光を吸収するように構成されるべきである。酸化物層は、固体ｐ型半導体が細孔を効率的に充填することができるように構築されるべきである。例えば、粒子が小さくなると表面積が大きくなるので、吸着できる色素の量が多くなる。反対に、粒子が大きくなると一般に細孔が大きくなり、それによって、ｐ導体への侵入を良くすることができる。
【０３２３】
ｃ）ｐ半導体有機材料
上で述べたように、少なくとも１組の感光層構造、例えば、ＤＳＣまたはｓＤＳＣの感光層構造は、特に、少なくとも１種のｐ半導体有機材料、好ましくは少なくとも１種の固体ｐ半導体材料を含むことができ、これは、以降ｐ型半導体またはｐ型導体とも称される。以降、かかる有機ｐ型半導体の一連の好ましい例について説明する。これらの有機ｐ型半導体は、個々に、さもなければ任意の所望の組み合わせで使用することができ、例えば、それぞれがｐ型半導体を有する複数の層の組み合わせ、および／または１つの層に複数のｐ型半導体が含まれる組み合わせで使用することができる。
【０３２４】
ｎ半導体金属酸化物中の電子と固体ｐ導体との再結合を防止するために、ｎ半導体金属酸化物とｐ型半導体の間に、不活性化材料を有する少なくとも１層の不活性化層を使用することができる。この層は、極めて薄くあるべきであり、できる限り、ｎ半導体金属酸化物のまだ覆われていない部位のみを覆うべきである。パッシベーション材料はまた、ある状況下では、色素の前に金属酸化物に施用されてもよい。好ましいパッシベーション材料は、とりわけ、次の物質：Ａｌ２Ｏ３；シラン、例えば、ＣＨ３ＳｉＣｌ３；Ａｌ３＋；４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン（ＴＢＰ）；ＭｇＯ；ＧＢＡ（４−グアニジノ酪酸）および類似の誘導体；アルキル酸；ヘキサデシルマロン酸（ＨＤＭＡ）のうちの１種または複数である。
【０３２５】
上で述べたように、好ましくは、１種または複数の固体有機ｐ型半導体は、単独で使用されるか、さもなければ有機または無機の１種または複数のさらなるｐ型半導体と組み合わせて使用される。本発明の状況において、ｐ型半導体とは一般に、正孔、すなわち、正の電荷キャリアを伝導する能力のある材料、とりわけ有機材料を意味することが理解される。より詳細には、それは、広範なπ電子系を有する有機材料であって、少なくとも１回は安定に酸化されて、例えば、いわゆるフリーラジカルカチオンを形成することができる材料であり得る。例えば、ｐ型半導体は、上述の性質を有する少なくとも１種の有機マトリックス材料を含んでもよい。さらに、ｐ型半導体は、ｐ半導体の性質を強化する１種または複数のドーパントを任意に含むことができる。ｐ型半導体の選択に影響を及ぼす重要なパラメータは正孔移動度であり、その理由は、これによって正孔拡散距離がある程度決定されるからである（Ｋｕｍａｒａ，Ｇ．、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、２００２年、１８、１０４９３〜１０４９５を参照されたい）。さまざまなスピロ化合物における電荷キャリア移動度の比較を、例えば、Ｔ．Ｓａｒａｇｉ、Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒ．２００６年、１６、９６６〜９７４に見出すことができる。
【０３２６】
好ましくは、本発明の状況において、有機半導体が使用される（すなわち、低分子量のオリゴマーもしくはポリマー半導体、またはかかる半導体の混合物のうちの１種または複数）。特に好ましいのは、液相から加工することができるｐ型半導体である。ここでの例は、ポリマー、例えば、ポリチオフェンおよびポリアリールアミン、または非晶質で可逆的に酸化可能な非ポリマー有機化合物、例えば、先に述べられたスピロビフルオレン（例えば、米国特許出願公開第２００６／００４９３９７号、およびそこにｐ型半導体として開示されているスピロ化合物を参照されたい。それらもまた本発明の状況において使用可能である）をベースとするｐ型半導体である。低分子量の有機半導体、例えば、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１に開示されているような低分子量のｐ型半導体材料、好ましくは、スピロ−ＭｅＯＴＡＤ、および／またはＬｅｉｊｔｅｎｓら、ＡＣＳ  Ｎａｎｏ、第１６巻、第２号、１４５５〜１４６２（２０１２年）に開示されているｐ型半導体材料のうちの１種もしくは複数を使用することもまた好ましい。追加的にまたは代替的に、ＷＯ２０１０／０９４６３６Ａ１に開示されているようなｐ型半導体材料のうちの１種または複数が使用されてもよく、その内容全体は参照により本明細書に含まれる。加えて、上述の先行技術の説明から、ｐ半導体材料およびドーパントに関する注釈を参照してもよい。
【０３２７】
ｐ型半導体は、好ましくは、少なくとも１種のｐ導体有機材料を少なくとも１種のキャリア素子に施用することによって生成可能であるか、または生成され、ここで、その施用は、例えば、少なくとも１種のｐ導体有機材料を含む液相からの堆積によって行われる。堆積は、この場合においてもまた、原理上、任意の所望の堆積方法によって、例えば、スピンコーティング、ドクターブレード法、ナイフコーティング、印刷、もしくは述べた方法の組み合わせ、および／または他の堆積方法によって行うことができる。
【０３２８】
有機ｐ型半導体は、とりわけ、少なくとも１種のスピロ化合物、例えば、スピロ−ＭｅＯＴＡＤ、および／または以下の構造式を有する少なくとも１種の化合物を含んでもよい：
【化４】
2018507389.tif 000011
（式中、
Ａ１、Ａ２、Ａ３は、それぞれ独立に、任意に置換されているアリール基またはヘテロアリール基であり、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、それぞれ独立に、置換基−Ｒ、−ＯＲ、−ＮＲ２、−Ａ４−ＯＲ、および−Ａ４−ＮＲ２からなる群から選択され、
この場合、Ｒは、アルキル、アリール、およびヘテロアリールからなる群から選択され、
Ａ４は、アリール基またはヘテロアリール基であり、
ｎは、式Ｉにおけるそれぞれの場合、独立に、０、１、２、または３の値であり、
但し、個々のｎの値の合計は少なくとも２であり、かつ、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３ラジカルのうちの少なくとも２個は、−ＯＲおよび／または−ＮＲ２である）。
【０３２９】
好ましくは、Ａ２およびＡ３は同じであり、したがって、式（Ｉ）の化合物は、好ましくは以下の構造（Ｉａ）を有する：
【０３３０】
【化５】
2018507389.tif 000012
【０３３１】
より詳細には、上で説明したように、ｐ型半導体は、そのように少なくとも１種の低分子量の有機ｐ型半導体を有していてもよい。低分子量の材料とは、一般に、モノマーの形態であるか、重合されていない形態であるか、またはオリゴマー化されていない形態で存在することが理解される。「低分子量」という用語は、本発明の状況において使用される場合、好ましくは、ｐ型半導体が１００〜２５０００ｇ／ｍｏｌの範囲内の分子量を有することを意味している。好ましくは、低分子量の物質は、５００〜２０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有する。
【０３３２】
一般に、本発明の状況において、ｐ半導体の性質とは、材料の、とりわけの有機分子の、正孔を形成する性質、およびこれらの正孔を輸送する性質、および／またはそれらを隣接する分子に引き渡す性質を意味することが理解される。より詳細には、これらの分子の安定な酸化が可能であるべきである。加えて、上述の低分子量の有機ｐ型半導体は、とりわけ、広範なπ電子系を有していてもよい。より詳細には、少なくとも１種の低分子量のｐ型半導体は、溶液から加工可能であってもよい。低分子量のｐ型半導体は、とりわけ、少なくとも１種のトリフェニルアミンを含んでもよい。低分子量の有機ｐ型半導体が少なくとも１種のスピロ化合物を含んでいると、特に好ましい。スピロ化合物とは、多環式有機化合物であって、その環が、スピロ原子とも呼ばれる１個の原子のみで結合されている有機化合物を意味することが理解される。より詳細には、スピロ原子を介して互いに連結されたスピロ化合物の構成要素が、例えば、互いに対して異なる平面に配置されるように、スピロ原子はｓｐ３混成されていてもよい。
【０３３３】
より好ましくは、スピロ化合物は、以下の式の構造を有する：
【化６】
2018507389.tif 000013
（式中、アリール１、アリール２、アリール３、アリール４、アリール５、アリール６、アリール７、およびアリール８ラジカルは、それぞれ独立に、置換アリールラジカルおよびヘテロアリールラジカルから選択され、とりわけ置換フェニルラジカルから選択され、この場合、アリールラジカルおよびヘテロアリールラジカル、好ましくはフェニルラジカルは、それぞれ独立に置換されており、好ましくは、各場合において、−Ｏ−アルキル、−ＯＨ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、および−Ｉからなる群から選択される１種または複数の置換基によって置換されており、この場合、アルキルは、好ましくは、メチル、エチル、プロピル、またはイソプロピルである。より好ましくは、フェニルラジカルは、それぞれ独立に置換されており、各場合において、−Ｏ−Ｍｅ、−ＯＨ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、および−Ｉからなる群から選択される１種または複数の置換基によって置換されている）。
【０３３４】
さらに好ましくは、スピロ化合物は、以下の式の化合物である：
【化７】
2018507389.tif 000014
（式中、Ｒｒ、Ｒｓ、Ｒｔ、Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ、Ｒｘ、およびＲｙは、それぞれ独立に、−Ｏ−アルキル、−ＯＨ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、および−Ｉからなる群から選択され、この場合、アルキルは、好ましくは、メチル、エチル、プロピル、またはイソプロピルである。より好ましくは、Ｒｒ、Ｒｓ、Ｒｔ、Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ、Ｒｘ、およびＲｙは、それぞれ独立に、−Ｏ−Ｍｅ、−ＯＨ、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、および−Ｉからなる群から選択され、好ましくは、米国特許出願公開第２０１４／００６６６５６（Ａ１）号に開示されているように選択される）。
【０３３５】
より詳細には、ｐ型半導体は、Ｍｅｒｃｋ  ＫＧａＡ（ダルムシュタット、ドイツ）から市販される下の式の化合物である、スピロ−ＭｅＯＴＡＤを含むか、またはスピロ−ＭｅＯＴＡＤから構成されていてもよい：
【化８】
2018507389.tif 000015
【０３３６】
代替的にまたは追加的に、他のｐ半導体化合物、とりわけ、低分子量のおよび／またはオリゴマーのおよび／またはポリマーのｐ半導体化合物を使用することも可能である。
【０３３７】
代替実施形態では、低分子量の有機ｐ型半導体は、上述の一般式Ｉのうちの１種または複数の化合物を含み、それに関して、例えば、ＷＯ／２０１０／０９４６３６Ａ１を参照してもよい。ｐ型半導体は、上述のスピロ化合物に追加的にまたは代替的に、少なくとも１種の上述の一般式Ｉの化合物を含んでもよい。
【０３３８】
「アルキル」または「アルキル基」または「アルキルラジカル」という用語は、本発明の状況において使用される場合、概して、置換または非置換のＣ１−Ｃ２０アルキルラジカルを意味することが理解される。好ましいのはＣ１からＣ１０アルキルラジカルであり、特に好ましいのは、Ｃ１からＣ８アルキルラジカルである。アルキルラジカルは、直鎖であっても分岐していてもよい。加えて、アルキルラジカルは、Ｃ１−Ｃ２０アルコキシ、ハロゲン、好ましくはＦ、およびＣ６−Ｃ３０アリール（これらもまた置換されていても非置換であってもよい）からなる群から選択される１種または複数の置換基によって置換されていてもよい。適切なアルキル基の例は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、およびオクチル、およびまた、イソプロピル、イソブチル、イソペンチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ネオペンチル、３，３−ジメチルブチル、２−エチルヘキシルであり、ならびにまた、Ｃ６−Ｃ３０アリール、Ｃ１−Ｃ２０アルコキシ、および／またはハロゲン、とりわけＦによって置換されている上述のアルキル基の誘導体、例えばＣＦ３である。
【０３３９】
「アリール」または「アリール基」または「アリールラジカル」という用語は、本発明の状況において使用される場合、単環式、二環式、三環式、さもなければ多環式芳香族環から誘導された、任意に置換されているＣ６−Ｃ３０アリールラジカルであって、芳香族環が環ヘテロ原子を何も含んでいないものを意味することが理解される。アリールラジカルは、好ましくは５員および／または６員の芳香族環を含む。アリールが単環式系ではないとき、「アリール」という用語は、第２の環に関する場合、飽和した形態（パーヒドロ形態）または部分的に不飽和な形態（例えば、ジヒドロ形態またはテトラヒドロ形態）も、特定の形態が公知でありかつ安定していれば可能である。よって、「アリール」という用語は、本発明の状況において使用される場合、例えば、２個ともまたは３個すべてのラジカルが芳香族である二環式または三環式ラジカルも、１個の環だけが芳香族である二環式または三環式ラジカルも、２個の環が芳香族である三環式ラジカルも含む。アリールの例は、フェニル、ナフチル、インダニル、１，２−ジヒドロナフテニル、１，４−ジヒドロナフテニル、フルオレニル、インデニル、アントラセニル、フェナントレニル、または１，２，３，４−テトラヒドロナフチルである。特に好ましいのは、Ｃ６−Ｃ１０アリールラジカル、例えば、フェニルまたはナフチルであり、極めて特に好ましいのは、Ｃ６アリールラジカル、例えばフェニルである。加えて、「アリール」という用語は、一重または二重結合を介して互いに結合された少なくとも２個の単環式、二環式、または多環式芳香族環を含む環系も含む。一例は、ビフェニル基の例である。
【０３４０】
「ヘテロアリール」または「ヘテロアリール基」または「ヘテロアリールラジカル」という用語は、本発明の状況において使用される場合、少なくとも１個の環に少なくとも１個のヘテロ原子を有する、任意に置換されている５員または６員の芳香族環および多環式環、例えば、二環式および三環式の化合物を意味することが理解される。本発明の状況におけるヘテロアリールは、好ましくは５〜３０個の環原子を含む。それらは、単環式、二環式、または三環式であってもよく、上述のアリールから、アリールの基本骨格中の少なくとも１個の炭素原子をヘテロ原子に置き換えることによって誘導されたものである場合もある。好ましいヘテロ原子は、Ｎ、Ｏ、およびＳである。ヘタリールラジカルは、より好ましくは５〜１３個の環原子を有する。ヘテロアリールラジカルの基本骨格は、とりわけ好ましくは、ピリジン、および５員ヘテロ芳香族、例えば、チオフェン、ピロール、イミダゾール、またはフランなどの系から選択される。これらの基本骨格は、任意に、１個または２個の６員芳香族ラジカルと縮合されていてもよい。加えて、「ヘテロアリール」という用語は、一重または二重結合を介して互いに結合している少なくとも２個の単環式、二環式、または多環式芳香族環を含む環系も含み、この場合、少なくとも１個の環がヘテロ原子を含む。ヘテロアリールが単環式系ではないとき、「ヘテロアリール」という用語は、少なくとも１個の環に関する場合、飽和した形態（ペルヒドロ形態）または部分的に不飽和な形態（例えば、ジヒドロ形態またはテトラヒドロ形態）も、特定の形態が公知でありかつ安定していれば可能である。よって、「ヘテロアリール」という用語は、本発明の状況において使用される場合、例えば、２個ともまたは３個すべてのラジカルが芳香族である二環式または三環式ラジカルも、１個の環だけが芳香族である二環式または三環式ラジカルも、２個の環が芳香族である三環式ラジカルも含み、この場合、環のうちの少なくとも１個が、すなわち、少なくとも１個の芳香族環または少なくとも１個の非芳香族環がヘテロ原子を有する。適切な縮合ヘテロ芳香族は、例えば、カルバゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンゾフリル、ジベンゾフリル、またはジベンゾチオフェニルである。基本骨格は、１つの、複数の、またはすべての置換可能な位置で置換されていてもよく、適切な置換基は、Ｃ６−Ｃ３０アリールを定義した際にすでに指定したものと同じである。しかし、ヘタリールラジカルは、好ましくは非置換である。適切なヘタリールラジカルは、例えば、ピリジン−２−イル、ピリジン−３−イル、ピリジン−４−イル、チオフェン−２−イル、チオフェン−３−イル、ピロール−２−イル、ピロール−３−イル、フラン−２−イル、フラン−３−イル、およびイミダゾール−２−イル、ならびに対応するベンゾ縮合ラジカル、とりわけ、カルバゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンゾフリル、ジベンゾフリル、またはジベンゾチオフェニルである。
【０３４１】
本発明の状況において、「任意に置換されている」という用語は、アルキル基、アリール基、またはヘテロアリール基のうちの少なくとも１個の水素ラジカルが、置換基によって置き換えられているラジカルを指す。この置換基の種類について、好ましいのは、アルキルラジカル（例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、およびオクチル、ならびにまたイソプロピル、イソブチル、イソペンチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ネオペンチル、３，３−ジメチルブチル、および２−エチルヘキシル）、アリールラジカル（例えばＣ６−Ｃ１０アリールラジカル、とりわけフェニルまたはナフチル）、最も好ましくはＣ６アリールラジカル（例えばフェニル）、およびヘタリールラジカル（例えば、ピリジン−２−イル、ピリジン−３−イル、ピリジン−４−イル、チオフェン−２−イル、チオフェン−３−イル、ピロール−２−イル、ピロール−３−イル、フラン−２−イル、フラン−３−イル、およびイミダゾール−２−イル）であり、対応するベンゾ縮合ラジカル、とりわけ、カルバゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンゾフリル、ジベンゾフリル、またはジベンゾチオフェニルも好ましい。さらなる例として、次の置換基、すなわち、アルケニル、アルキニル、ハロゲン、ヒドロキシルが挙げられる。
【０３４２】
置換度は、ここでは一置換から可能な置換基の最大数まで変動してもよい。
【０３４３】
本発明によって使用するための式Ｉの好ましい化合物は、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３ラジカルのうちの少なくとも２個がパラ−ＯＲおよび／または−ＮＲ２置換基であるという点で注目に値する。ここでは、少なくとも２個のラジカルは、−ＯＲラジカルだけであっても、−ＮＲ２ラジカルだけであっても、または少なくとも１個の−ＯＲおよび少なくとも１個の−ＮＲ２ラジカルであってもよい。
【０３４４】
本発明によって使用するための式Ｉの特に好ましい化合物は、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３ラジカルのうちの少なくとも４個がパラ−ＯＲおよび／または−ＮＲ２置換基であるという点で注目に値する。ここでは、少なくとも４個のラジカルは、−ＯＲラジカルだけであっても、−ＮＲ２ラジカルだけであっても、または−ＯＲラジカルと−ＮＲ２ラジカルとの混合物であってもよい。
【０３４５】
本発明によって使用するための式Ｉの極めて特に好ましい化合物は、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３ラジカルのうちのすべてがパラ−ＯＲおよび／または−ＮＲ２置換基であるという点で注目に値する。それらは、−ＯＲラジカルだけであっても、−ＮＲ２ラジカルだけであっても、または−ＯＲラジカルと−ＮＲ２ラジカルとの混合物であってもよい。
【０３４６】
すべての場合において、−ＮＲ２ラジカルにおける２個のＲは互いに異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
【０３４７】
好ましくは、Ａ１、Ａ２、およびＡ３は、それぞれ独立に、
【化９】
2018507389.tif 000016
からなる群から選択され、式中、
ｍは、１〜１８の整数であり、
Ｒ４は、アルキル、アリール、またはヘテロアリールであり、この場合、Ｒ４は、好ましくはアリールラジカルであり、より好ましくはフェニルラジカルであり、
Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ独立に、Ｈ、アルキル、アリール、またはヘテロアリールであり、
この場合、示した構造の芳香族環およびヘテロ芳香族環は、任意にさらに置換されていてもよい。芳香族環およびヘテロ芳香族環の置換度は、ここでは一置換から可能な置換基の最大数まで変動してもよい。
【０３４８】
芳香族環およびヘテロ芳香族環がさらに置換されている場合の好ましい置換基として、任意に１、２、または３置換されている芳香族環またはヘテロ芳香族基に関して上ですでに述べた置換基が挙げられる。
【０３４９】
好ましくは、示した構造の芳香族環およびヘテロ芳香族環は、さらには置換されていない。
【０３５０】
より好ましくは、Ａ１、Ａ２、およびＡ３は、それぞれ独立に、
【化１０】
2018507389.tif 000017
であり、より好ましくは
【化１１】
2018507389.tif 000018
である。
【０３５１】
より好ましくは、式（Ｉ）の少なくとも１種の化合物は、以下の構造のうちの一方である：
【化１２】
2018507389.tif 000019
【０３５２】
代替実施形態では、有機ｐ型半導体は、以下の構造を有するＩＤ３２２型の化合物を含む：
【化１３】
2018507389.tif 000020
【０３５３】
本発明によって使用するための化合物は、当業者に公知の従来通りの有機合成法によって製造することができる。関連する（特許）文献への言及は、以降に示す合成例にさらに見出すことができる。
【０３５４】
ｄ）第２の電極
第２の電極は、基板の方を向く下部電極であることが可能であり、または、その他では、基板から離れる方を向く上部電極であることが可能である。上記に概説されているように、第２の電極は、完全にまたは部分的に透明であってもよく、または、その他では、不透明であってもよい。本明細書で使用されているように、部分的に透明であるという用語は、第２の電極が透明な領域および不透明な領域を含むことが可能であるという事実を表している。
【０３５５】
以下の材料の群の１個または複数の材料が使用され得る：少なくとも１個の金属材料、好ましくは、アルミニウム、銀、プラチナ、金からなる群から選択される金属材料；少なくとも１個の非金属無機材料、好ましくは、ＬｉＦ；少なくとも１個の有機導電性材料、好ましくは、少なくとも１個の導電性ポリマー、および、より好ましくは、少なくとも１個の透明な導電性ポリマー。
【０３５６】
第２の電極は、少なくとも１個の金属電極を含むことが可能であり、純金属の形態の、または、混合物／合金としての、１個または複数の金属が使用され得、例えば、特にアルミニウムまたは銀などが使用され得る。
【０３５７】
追加的にまたは代替的に、無機材料および／または有機材料などのような、非金属材料は、単独で、および、金属電極と組み合わせて使用され得る。例として、無機／有機の混合電極または多層電極の使用が可能であり、例えば、ＬｉＦ／Ａｌ電極の使用が可能である。追加的にまたは代替的に、導電性ポリマーが使用され得る。したがって、光学センサの第２の電極は、好ましくは、１個または複数の導電性ポリマーを含むことが可能である。
【０３５８】
したがって、例として、第２の電極は、金属の１個または複数の層と組み合わせて、１個または複数の導電性ポリマーを含むことが可能である。好ましくは、少なくとも１個の導電性ポリマーは、透明な導電性ポリマーである。この組み合わせは、非常に薄くて、したがって透明な金属層を提供することを可能にし、十分な電気伝導性を依然として提供することによって、第２の電極を透明かつ高い電気伝導性のものにするようになっている。したがって、例として、１個または複数の金属層は、それぞれ、または、組み合わせて、５０ｎｍ未満の厚さ、好ましくは、４０ｎｍ未満の厚さ、または、さらには、３０ｎｍ未満の厚さを有することが可能である。
【０３５９】
例として、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）および／またはその化学的類似物；ポリチオフェンおよび／またはその化学的類似物、例えば、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）および／またはＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルホネート））からなる群から選択される、１個または複数の導電性ポリマーが使用され得る。追加的にまたは代替的に、ＥＰ２５０７２８６Ａ２、ＥＰ２２０５６５７Ａ１、またはＥＰ２２２０１４１Ａ１に開示されているような導電性ポリマーのうちの１個または複数が使用され得る。さらなる例示的な実施形態に関して、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１またはＷＯ２０１５／０２４８７１Ａ１が参照され得、そのすべての内容全体は、参照により本明細書に含まれる。
【０３６０】
それに加えてまたは代替的に、無機導電性材料が使用され得、例えば、無機の導電性炭素材料などが使用され得、例えば、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤからなる群から選択される炭素材料などが使用され得る。
【０３６１】
それに加えて、適当な反射によって、光子が吸収層を少なくとも２回通過されることによって、コンポーネントの量子効率が向上されている、電極設計を使用するも可能である。そのような層構造は、「コンセントレーター」とも称され、例えば、ＷＯ０２／１０１８３８（特に、第２３〜２４頁）に同様に説明されている。
【０３６２】
光学センサの少なくとも１個の第２の電極は、単一の電極であることが可能であり、または、複数の部分的な電極を含むことが可能である。したがって、単一の第２の電極が使用され得、または、より複雑なセットアップが使用され得、例えば、スプリット電極などが使用され得る。
【０３６３】
さらに、少なくとも１個の光学センサの少なくとも１個の第２の電極は、具体的には、少なくとも１個の縦方向光学センサおよび／または少なくとも１個の横方向光学センサであることが可能であり、または、それを含むことが可能であり、好ましくは、完全にまたは部分的に透明であることが可能である。したがって、具体的には、少なくとも１個の第２の電極は、１個、２個、または、それ以上の電極を含むことが可能であり、例えば、１個の電極または２個以上の部分的な電極、および、任意に、電極または２個以上の部分的な電極に接触している少なくとも１個の追加的な電極材料を含むことが可能である。
【０３６４】
さらに、第２の電極は、完全にまたは部分的に不透明であることが可能である。具体的には、２個以上の部分的な電極は、不透明であることが可能である。最後の電極を不透明にすることが特に好ましい可能性があり、例えば、対象物から離れる方を向く電極、および／または、光学センサのスタックの最後の電極などを不透明にすることが特に好ましい可能性がある。結果的に、この最後の電極は、次いで、すべての残りの光をセンサ信号に変換するように最適化され得る。本明細書で、「最後の」電極は、対象物から離れる方を向く少なくとも１個の光学センサの電極であることが可能である。一般的に、不透明な電極は、透明な電極よりも効率的である。
【０３６５】
したがって、一般的に、透過型センサの数、および／または、透明な電極の数を最小にまで低減させることが有益である。この文脈において、例として、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１に示されているような、少なくとも１個の縦方向光学センサおよび／または少なくとも１個の横方向光学センサの考えられるセットアップが参照され得る。しかし、他のセットアップも実行可能である。
【０３６６】
光学検出器、検出器システム、方法、ヒューマンマシンインターフェース、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム、カメラ、および、光学検出器の使用は、公知のデバイス、方法、および、このタイプの使用を上回る多数の利点を提供する。
【０３６７】
さらなる実施形態は、光学検出器の中の光ビームまたはその一部のビーム経路に関する。本明細書で使用されているように、および、以下において使用されているように、「ビーム経路」は、一般的に、光ビームまたはその一部がそれに沿って伝播することができる経路である。したがって、一般的に、光学検出器の中の光ビームは、単一のビーム経路に沿って進行することが可能である。単一のビーム経路は、直線的な単一のビーム経路であることが可能であり、または、折り畳まれたビーム経路、分岐したビーム経路、長方形ビーム経路、または、Ｚ字形状のビーム経路などのような、１個または複数の偏向部を有するビーム経路であることが可能である。代替的に、２個以上のビーム経路が、光学検出器の中に存在することが可能である。したがって、光学検出器に進入する光ビームは、２個以上の部分的な光ビームにスプリットされ得、部分的な光ビームのそれぞれは、１個または複数の部分的なビーム経路を辿る。部分的なビーム経路のそれぞれは、独立して、直線的な部分的なビーム経路であることが可能であり、または、上記に概説されているように、折り畳まれた部分的なビーム経路、長方形部分的なビーム経路、または、Ｚ字形状の部分的なビーム経路などのような、１個または複数の偏向部を有する部分的なビーム経路であることが可能である。当業者は認識することになるように、一般的に、さまざまなタイプのビーム経路の任意のタイプの組み合わせが実行可能である。したがって、少なくとも２個の部分的なビーム経路が存在し、全体として、Ｗ字形状のセットアップを形成することが可能である。
【０３６８】
ビーム経路を２個以上の部分的なビーム経路にスプリットすることによって、光学検出器のエレメントは、２個以上の部分的なビーム経路にわたって分配され得る。したがって、少なくとも１個の光学センサ、例えば、少なくとも１個の大面積光学センサ、および／または、大面積光学センサの少なくとも１個のスタックなど、例えば、上述のＦｉＰ効果を有する１個または複数の光学センサなどは、第１の部分的なビーム経路の中に位置し得る。少なくとも１個の追加的な光学センサ、例えば、不透過型光学センサなど、例えば、ＣＣＤセンサおよび／またはＣＭＯＳセンサなどのようなイメージセンサは、第２の部分的なビーム経路の中に位置し得る。さらに、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズは、部分的なビーム経路のうちの１個または複数の中に位置し得、および／または、共通のビーム経路を２個以上の部分的なビーム経路にスプリットする前の共通のビーム経路の中に位置し得る。さまざまなセットアップが実行可能である。さらに、光ビームおよび／または部分的な光ビームは、ビーム経路または部分的なビーム経路に沿って単方向の方式で進行することが可能であり、例えば、一回だけ、または、単一進行方式で、進行することが可能である。代替的に、光ビームまたは部分的な光ビームは、ビーム経路または部分的なビーム経路に沿って繰り返して進行することが可能であり、例えば、リング形状のセットアップにおいて、および／または、双方向の方式で進行することが可能であり、例えば、光ビームまたは部分的な光ビームが、同じビーム経路または部分的なビーム経路に沿って進行して戻るように、１個または複数の反射エレメントによって反射される、セットアップにおいて進行することが可能である。少なくとも１個のリフレクタエレメントは、焦点調整可能なレンズ自身であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。同様に、ビーム経路を２個以上の部分的なビーム経路にスプリットするために、空間光変調器自身が使用され得、または、代替的に、他のタイプの反射エレメントが使用され得る。
【０３６９】
光学検出器の中に２個以上の部分的なビーム経路を使用することによって、および／または、ビーム経路または部分的なビーム経路に沿って繰り返してもしくは双方向の方式で進行する光ビームもしくは部分的な光ビームを有することによって、光学検出器のさまざまなセットアップが実行可能であり、それは、光学検出器のセットアップの高いフレキシビリティを可能にする。したがって、光学検出器の機能性は、異なる部分的なビーム経路にわたってスプリットおよび／または分配され得る。したがって、第１の部分的なビーム経路は、例えば、上述のＦｉＰ効果を有する１個または複数の光学センサを使用することなどによって、対象物のｚ検出に特化され得、第２のビーム経路は、例えば、イメージング用の１個もしくは複数のＣＣＤチップまたはＣＭＯＳチップなどのような１個または複数のイメージセンサを提供することなどによって、イメージングのために使用され得る。したがって、部分的なビーム経路のうちの１個、２個、もしくは、それ以上、またはすべての中で、独立した座標系または依存した座標系が定義され得、対象物の１個または複数の座標が、これらの座標系の中で決定され得る。光学検出器の一般的なセットアップは既知であるので、座標系が相関付けられ得、また、光学検出器の共通の座標系において座標を組み合わせるために、簡単な座標変換が使用され得る。
【０３７０】
上記に概説されているように、追加的にまたは代替的に、光学検出器は、光ビームのビーム経路を少なくとも２個の部分的なビーム経路に分割するように適合されている少なくとも１個のビームスプリッティングエレメントを含有することが可能である。ビームスプリッティングエレメントは、さまざまな方式で、および／または、ビームスプリッティングエレメントの組み合わせを使用することによって、具現化され得る。したがって、例として、ビームスプリッティングエレメントは、ビームスプリッティングプリズム、グレーティング、半透明なミラー、ダイクロイックミラー、空間光変調器からなる群から選択される少なくとも１個のエレメントを含むことが可能である。上述のエレメントおよび／または他のエレメントの組み合わせが実行可能である。上記に概説されているように、光学検出器のエレメントは、ビーム経路をスプリットする前および／または後に、ビーム経路にわたって分配され得る。したがって、例として、少なくとも１個の光学センサは、部分的なビーム経路のそれぞれの中に位置し得る。したがって、例えば、光学センサの少なくとも１個のスタック、例えば、大面積光学センサの少なくとも１個のスタックなど、および、より好ましくは、上述のＦｉＰ効果を有する光学センサの少なくとも１個のスタックは、部分的なビーム経路のうちの少なくとも１個の中に位置し得、例えば、部分的なビーム経路のうちの第１のものの中に位置し得る。追加的にまたは代替的に、少なくとも１個の不透過型光学センサは、部分的なビーム経路のうちの少なくとも１個の中に位置し得、例えば、部分的なビーム経路のうちの少なくとも第２のものの中に位置し得る。したがって、例として、少なくとも１個の無機光学センサ、例えば、無機半導体光学センサなど、例えば、イメージセンサおよび／またはカメラチップなど、より好ましくは、ＣＣＤチップおよび／またはＣＭＯＳチップは、第２の部分的なビーム経路の中に位置し得、モノクロチップおよび／またはマルチカラーチップもしくはフルカラーチップの両方が使用され得る。したがって、上記に概説されているように、第１の部分的なビーム経路は、光学センサのスタックを使用することによって、対象物のｚ座標を検出するために使用され得、第２の部分的なビーム経路は、例えば、イメージセンサ、具体的には、カメラチップを使用することなどによって、イメージングのために使用され得る。
【０３７１】
例えば、部分的なビーム経路のうちの１個または複数の中に、例えば、第２の部分的なビーム経路の中に、１個または複数の不透過型光学センサが使用されている場合に、不透過型光学センサは、好ましくは、ピクセル化された光学センサ、好ましくは、無機のピクセル化された光学センサ、より好ましくは、カメラチップ、最も好ましくは、ＣＣＤチップおよびＣＭＯＳチップのうちの少なくとも１個であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。しかし、他の実施形態も実行可能であり、また、部分的な光学的なビーム経路のうちの１個または複数の中において、ピクセル化された不透過型光学センサと非ピクセル化された不透過型光学センサを組み合わせることも実行可能である。
【０３７２】
その場合に、光学検出器の線形のセットアップまたは非線形のセットアップも実行可能である。したがって、上記に概説されているように、Ｗ字形状のセットアップ、Ｚ字形状のセットアップ、または、他のセットアップも実行可能である。線形のセットアップとは対照的に、非線形のセットアップ、例えば、２個以上の部分的なビーム経路を有するセットアップなど、例えば、分岐したセットアップおよび／またはＷ字状のセットアップなどは、部分的なビーム経路のセットアップを個別に最適化することを可能にすることができる。したがって、少なくとも１個のイメージセンサによるイメージング機能、および、ｚ検出の機能が、別々の部分的なビーム経路の中に分離されている場合に、これらの部分的なビーム経路およびその中に配設されているエレメントの独立した最適化が実行可能である。したがって、例として、透過型の太陽電池などのような、異なるタイプの光学センサが、ｚ検出のために適合されている部分的なビーム経路の中で使用され得る。その理由は、透明度は、同じ光ビームがイメージング検出器によるイメージングのために使用されなければならないケースほど重要ではないからである。したがって、さまざまなタイプのカメラの組み合わせが実行可能である。例として、光学検出器のより厚いスタックが使用され得、より正確なｚ情報を可能にする。結果的に、光学センサのスタックの焦点がはずれている場合であっても、対象物のｚ位置の検出が実行可能である。
【０３７３】
さらに、１個または複数の追加的なエレメントが、部分的なビーム経路のうちの１個または複数の中に位置し得る。例として、１個または複数の光学的なシャッタが、部分的なビーム経路のうちの１個または複数の中に配設され得る。したがって、１個または複数のシャッタが、焦点調整可能なレンズと、光学センサおよび／または不透過型光学センサのスタック、例えば、イメージセンサのスタックとの間に位置し得る。部分的なビーム経路のシャッタは、独立して使用され、および／または、作動され得る。したがって、例として、１個または複数のイメージセンサ、具体的には、１個または複数のイメージングチップ、例えば、ＣＣＤチップおよび／またはＣＭＯＳチップなど、ならびに、大面積光学センサ、および／または、大面積光学センサのスタックは、一般的に、異なるタイプの最適な光応答を示すことが可能である。線形の配置において、例えば、大面積光学センサまたは大面積光学センサのスタックとイメージセンサとの間に、１個だけの追加的なシャッタがあることも可能であり得る。２個以上の部分的なビーム経路を有するスプリットセットアップにおいて、例えば、上述のＷ字状のセットアップなどにおいて、１個または複数のシャッタが、光学センサのスタックの前に、および／または、イメージセンサの前に設置され得る。それによって、両方のタイプのセンサにとって最適な光強度が実行可能であり得る。
【０３７４】
追加的にまたは代替的に、１個または複数のレンズは、部分的なビーム経路のうちの１個または複数の中に配設され得る。したがって、１個または複数のレンズが、焦点調整可能なレンズと光学センサのスタックとの間に位置し得る。したがって、例として、部分的なビーム経路の１個もしくは複数またはすべての中で１個または複数のレンズを使用することによって、少なくとも１個のレンズを含むそれぞれの部分的なビーム経路または複数の部分的なビーム経路に関して、ビーム成形が起こることが可能である。したがって、イメージセンサ、具体的には、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサは、２Ｄピクチャを撮影するように適合され得、光学センサスタックなどのような少なくとも１個の光学センサは、対象物のｚ座標または深度を測定するように適合され得る。これらの部分的なビーム経路における焦点またはビーム成形は、一般的に、これらの部分的なビーム経路のそれぞれのレンズによって決定され得、必ずしも同一である必要はない。したがって、部分的なビーム経路に沿って伝播する部分的な光ビームのビーム特性は、例えば、イメージング、ｘｙ検出、またはｚ検出などのために、個別に最適化され得る。
【０３７５】
さらなる実施形態は、一般的に、少なくとも１個の光学センサを表している。一般的に、少なくとも１個の光学センサの考えられる実施形態に関して、上記に概説されているように、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１および／またはＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１などのような、上記に列挙されている先行技術文献の１個または複数が参照され得る。したがって、上記に概説されているように、少なくとも１個の光学センサは、例えば、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１に説明されているような、少なくとも１個の縦方向光学センサおよび／または少なくとも１個の横方向光学センサを含むことが可能である。具体的には、少なくとも１個の光学センサは、少なくとも１個の有機光検出器、例えば、少なくとも１個の有機太陽電池など、より好ましくは、色素増感太陽電池、さらに好ましくは、固体色素増感太陽電池であることが可能であり、または、それを含むことが可能であり、それは、少なくとも１個の第１の電極と、少なくとも１個のｎ型半導体金属酸化物と、少なくとも１個の色素と、少なくとも１個のｐ型半導体有機材料、好ましくは、固体ｐ型半導体有機材料と、少なくとも１個の第２の電極とを含む、層セットアップを有する。この層セットアップの考えられる実施形態に関して、上述の先行技術文献のうちの１件または複数が参照され得る。
【０３７６】
少なくとも１個の光学センサは、単一の光学的に高感度のセンサ領域を有する、少なくとも１個の大面積光学センサであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。さらに、追加的にまたは代替的に、少なくとも１個の光学センサは、同様に、２個以上の高感度のセンサ領域、すなわち、２個以上のセンサピクセルを有する、少なくとも１個のピクセル化された光学センサであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。したがって、少なくとも１個の光学センサは、２個以上のセンサピクセルを有するセンサマトリックスを含むことが可能である。
【０３７７】
上記に概説されているように、少なくとも１個の光学センサは、少なくとも１個の不透過型光学センサであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。追加的にまたは代替的に、少なくとも１個の光学センサは、少なくとも１個の透過型光学センサもしくは半透過型光学センサであることが可能であり、または、それを含むことが可能である。しかし、一般的に、当技術分野で知られている多くのデバイスにおいて、１個または複数のピクセル化された透過型光学センサが使用される場合に、透明度とピクセル化との組み合わせは、技術的な課題を課す。したがって、一般的に、当技術分野で知られている光学センサは、感応エリアおよび適当な駆動電子機器の両方を含有する。さらに、この文脈において、透過型の電子機器を作製する問題は、一般的に、解決されていないままである。
【０３７８】
本発明の文脈において判明しているように、少なくとも１個の光学センサのアクティブエリアを、２ｘＮ個のセンサピクセルのアレイにスプリットすることが好ましい可能性があり、ここで、Ｎは、整数であり、好ましくは、Ｎ≧１であり、例えば、Ｎ＝１、Ｎ＝２、Ｎ＝３、Ｎ＝４であるか、または、Ｎは４よりも大きい整数である。したがって、一般的に、少なくとも１個の光学センサは、２ｘＮ個のセンサピクセルを有するセンサピクセルのマトリックスを含むことが可能であり、ここで、Ｎは整数である。例として、マトリックスは、センサピクセルの２個の行を形成することが可能であり、例として、第１の行のセンサピクセルは、光学センサの第１の側部から電気的に接触しており、第２の行のセンサピクセルは、第１の側部に対向する光学センサの第２の側部から電気的に接触している。さらなる実施形態では、Ｎ個のピクセルの２個の行の第１のピクセルおよび最後のピクセルは、センサの第３の側部および第４の側部から電気的に接触されているピクセルにさらにスプリットされ得る。例として、これは、２ｘＭ＋２ｘＮ個のピクセルのセットアップにつながることになる。さらなる実施形態も実行可能である。
【０３７９】
２個以上の光学センサが光学検出器の中に含まれる場合に、１個、２個、または、それ以上の光学センサは、センサピクセルの上述のアレイを含むことが可能である。したがって、複数の光学センサが設けられている場合に、１個の光学センサ、２個以上の光学センサ、または、さらには、すべての光学センサが、ピクセル化された光学センサであることが可能である。代替的に、１個の光学センサ、２個以上の光学センサ、または、さらには、すべての光学センサは、非ピクセル化された光学センサ、すなわち、大面積光学センサであることが可能である。
【０３８０】
少なくとも１個の第１の電極と、少なくとも１個のｎ型半導体金属酸化物と、少なくとも１個の色素と、少なくとも１個のｐ型半導体有機材料、好ましくは、固体ｐ型半導体有機材料と、少なくとも１個の第２の電極とを含む層セットアップを有する少なくとも１個の光学センサを含む、光学センサの上述のセットアップが使用されている場合に、センサピクセルのマトリックスの使用が、具体的には有利である。上記に概説されているように、これらのタイプのデバイスは、具体的には、ＦｉＰ効果を示すことが可能である。
【０３８１】
ＦｉＰデバイスなどのような、これらのデバイスにおいて、センサピクセルの２ｘＮアレイは、非常に良く適している。したがって、一般的に、１個または複数の層がそれらの間に挟まれている、少なくとも１個の第１の透明な電極および少なくとも１個の第２の電極、ならびに、２個以上のセンサピクセルへのピクセル化は、具体的には、第１の電極および第２の電極のうちの一方または両方を電極のアレイにスプリットすることによって実現され得る。例として、好ましくは、透明である基板の上に配設されている、フッ素化スズ酸化物および／または別の透明な導電性酸化物を含む透明な電極などのような、透明な電極に関して、ピクセル化は、適当なパターニング技法によって容易に実現され得、例えば、リソグラフィーおよび／またはレーザーパターニングを使用することによるパターニングなどによって、容易に実現され得る。それによって、電極は、部分的な電極のエリアに容易にスプリットされ得、それぞれの部分的な電極は、センサピクセルのアレイのセンサピクセルのピクセル電極を形成している。残りの層、および、任意に、第２の電極は、パターン化されていないままであることが可能であり、または、代替的に、同様にパターン化されていることも可能である。フッ素化スズ酸化物などのような、スプリットされた透明な導電性酸化物が、パターン化されていないさらなる層とともに使用されている場合に、残りの層におけるクロス伝導度は、一般的に、少なくとも、色素増感太陽電池に関して、無視され得る。したがって、一般的に、センサピクセル同士の間のクロストークは無視され得る。それぞれのセンサピクセルは、単一の銀電極などのような、単一の対電極を含むことが可能である。
【０３８２】
センサピクセルのアレイ、具体的には、２ｘＮアレイを有する、少なくとも１個の光学センサを使用することは、本発明の中に、すなわち、本発明によって開示されているデバイスのうちの１個または複数の中に、いくつかの利点を提供する。したがって、第１に、アレイを使用することは、信号品質を改善させることが可能である。光学検出器の変調器デバイスは、例えば、別個の変調周波数などによって、光学センサのそれぞれのピクセルを変調させることが可能であり、それによって、例えば、別個の周波数によって、それぞれの深度エリアを変調させる。しかし、高い周波数において、少なくとも１個のＦｉＰセンサなどのような、少なくとも１個の光学センサの信号は、一般的に減少し、それによって、低い信号強度につながる。したがって、一般的に、限定された数の変調周波数だけが、変調器デバイスにおいて使用され得る。しかし、光学センサがセンサピクセルにスプリットされる場合には、検出され得る考えられる深度ポイントの数は、ピクセルの数と掛けられ得る。したがって、例として、２個のピクセルは、検出され得る変調周波数の数が２倍になることを結果として生じさせ得、したがって、変調され得るピクセルの数が２倍になることを結果として生じさせ得、および／または、深度ポイントの数が２倍になることを結果として生じさせ得る。
【０３８３】
さらに、従来のカメラとは対照的に、ピクセルの形状は、ピクチャの外見とは関係がない。したがって、一般的に、センサピクセルの形状および／またはサイズは、制約なしに、または、ほとんど制約なしに選ばれ得、それによって、センサピクセルのアレイの適当な設計を選ぶことを可能にする。
【０３８４】
さらに、センサピクセルは、一般的に、かなり小さく選ばれ得る。一般的にセンサピクセルによって検出され得る周波数範囲は、センサピクセルのサイズを減少させることによって、典型的に増加される。より小さいセンサまたはセンサピクセルが使用されるときに、周波数範囲は、典型的に改善する。小さいセンサピクセルにおいて、大きいセンサピクセルと比較して、より多くの周波数が検出され得る。結果的に、より小さいセンサピクセルを使用することによって、大きいピクセルを使用することと比較して、より大きい数の深度ポイントが検出され得る。
【０３８５】
上述の発見を要約すると、本発明の中で以下の実施形態が好適である。
【０３８６】
実施形態１：
−  光ビームを検出するように、および、少なくとも１個のセンサ信号を発生させるように適合されている、少なくとも１個の光学センサであって、少なくとも１個のセンサ領域を有しており、光学センサのセンサ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるセンサ領域の照射に対して非線形の依存性を示している、少なくとも１個の光学センサと、
−  少なくとも１個のイメージセンサであって、イメージピクセルのピクセルマトリックスを含むピクセル化されたセンサであり、イメージピクセルは、光ビームを検出するように、および、少なくとも１個のイメージ信号を発生させるように適合されており、イメージ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるイメージピクセルの照射に対して線形の依存性を示している、少なくとも１個のイメージセンサと、
−  センサ信号およびイメージ信号を評価するように適合されている、少なくとも１個の評価デバイスと
を含む、光学検出器。
【０３８７】
実施形態２：実施形態１に記載の光学検出器であって、光学センサの照射の合計パワーに対するセンサ信号の非線形の依存性は、線形部分および非線形部分を含む非線形関数によって表現可能であり、評価デバイスは、センサ信号およびイメージ信号の両方を評価することによって、非線形関数の線形部分および／または非線形部分を決定するように適合されている、光学検出器。
【０３８８】
実施形態３：実施形態２に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、処理回路を含み、処理回路は、非線形関数の非線形部分を決定するために、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供するように適合されている、光学検出器。
【０３８９】
実施形態４：実施形態３に記載の光学検出器であって、処理回路は、少なくとも１個の演算増幅器を含み、演算増幅器は、差動増幅器を提供するように構成されている回路の一部である、光学検出器。
【０３９０】
実施形態５：実施形態１から４のいずれか１個に記載の光学検出器であって、イメージセンサは、無機イメージセンサ、好ましくは、ＣＣＤデバイスまたはＣＭＯＳデバイスのうちの少なくとも１個を含む、光学検出器。
【０３９１】
実施形態６：実施形態１から５のいずれか１個に記載の光学検出器であって、少なくとも１個のハイブリッドセンサを含み、ハイブリッドセンサは、光学センサのうちの少なくとも１個、および、イメージセンサのうちの少なくとも１個を含む、光学検出器。
【０３９２】
実施形態７：実施形態６に記載の光学検出器であって、ハイブリッドセンサの中の光学センサおよびイメージセンサは、互いの付近に配置されている、光学検出器。
【０３９３】
実施形態８：実施形態７に記載の光学検出器であって、光学センサまたはその一部、および、イメージセンサまたはその一部が、互いに接触している、光学検出器。
【０３９４】
実施形態９：実施形態６から８のいずれか１個に記載の光学検出器であって、ハイブリッドセンサの中の光学センサおよびイメージセンサは、光ビームがイメージセンサに衝突する前に最初に光学センサに衝突するように配置されている、光学検出器。
【０３９５】
実施形態１０：実施形態６から９のいずれか１個に記載の光学検出器であって、ハイブリッドセンサの中のピクセル化された光学センサおよびイメージセンサは、電気的に接続されている、光学検出器。
【０３９６】
実施形態１１：実施形態１０に記載の光学検出器であって、光学センサおよびイメージセンサは、ボンディング技法を使用することによって、とりわけ、ワイヤボンディング、直接的なボンディング、ボールボンディング、または接着剤ボンディングのうちの１個または複数を使用することによって、電気的に接続されている、光学検出器。
【０３９７】
実施形態１２：実施形態１０または１１に記載の光学検出器であって、ピクセル化された光学センサのセンサピクセルは、イメージセンサのイメージピクセルによって提供される上部コンタクトに電気的に接続されている、光学検出器。
【０３９８】
実施形態１３：実施形態１から１２のいずれか１個に記載の光学検出器であって、光学センサは、大面積光学センサまたはピクセル化された光学センサである、光学検出器。
【０３９９】
実施形態１４：実施形態１３に記載の光学検出器であって、光学センサは、センサピクセルのピクセルアレイを含む、ピクセル化された光学センサである、光学検出器。
【０４００】
実施形態１５：実施形態１４に記載の光学検出器であって、少なくとも１個の電子エレメントは、表面の上のセンサピクセルの付近に設置されており、少なくとも１個の電子エレメントおよびセンサピクセルの両方が、表面の上に位置し、少なくとも１個の電子エレメントは、センサピクセルによって提供される信号の評価に寄与するように適合され得る、光学検出器。
【０４０１】
実施形態１６：実施形態１５に記載の光学検出器であって、少なくとも１個の電子エレメントは、好ましくは、コネクタ、キャパシティ、ダイオード、トランジスタのうちの１個または複数を含む、光学検出器。
【０４０２】
実施形態１７：実施形態１４から１６のいずれか１個に記載の光学検出器であって、少なくとも２個のピクセル化された光学センサが、互いの上に配置されており、少なくとも２個のピクセル化された光学センサの場所は、互いに対して所定の程度だけシフトされている、光学検出器。
【０４０３】
実施形態１８：実施形態１から１７のいずれか１個に記載の光学検出器であって、光学センサは、センサピクセルのアレイを含む、ピクセル化された光学センサである、光学検出器。
【０４０４】
実施形態１９：実施形態１８に記載の光学検出器であって、イメージセンサは、第１のピクセル分解能を有しており、ピクセル化された光学センサは、第２のピクセル分解能を有しており、第１のピクセル分解能は、第２のピクセル分解能に等しいか、または、それを超えている、光学検出器。
【０４０５】
実施形態２０：実施形態１９に記載の光学検出器であって、センサピクセルに関して、少なくとも４ｘ４イメージピクセルのピクセルマトリックス、好ましくは、少なくとも１６ｘ１６イメージピクセルのピクセルマトリックス、より好ましくは、少なくとも６４ｘ６４イメージピクセルのピクセルマトリックスが含まれる、光学検出器。
【０４０６】
実施形態２１：実施形態１から２０のいずれか１個に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、センサ信号を評価することによって、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する少なくとも１個の対象物の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を発生させるように適合されている、光学検出器。
【０４０７】
実施形態２２：実施形態２１に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、縦方向位置とセンサ信号との間の少なくとも１個の所定の関係または決定可能な関係を使用するように適合されている、光学検出器。
【０４０８】
実施形態２３：実施形態１から２２のいずれか１個に記載の光学検出器であって、光学検出器は、少なくとも１個の横方向光学センサをさらに含み、横方向光学センサは、光ビームの横方向位置、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する対象物の横方向位置、または、光ビームによって発生される光スポットの横方向位置のうちの１個または複数を決定するように適合されており、横方向位置は、光学検出器の光学軸に対して垂直な少なくとも１個の寸法の中の位置であり、横方向光学センサは、少なくとも１個の横方向センサ信号を発生させるように適合されている、光学検出器。
【０４０９】
実施形態２４：実施形態２３に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、横方向センサ信号を評価することによって、対象物の横方向位置に関する少なくとも１つの情報を発生させるようにさらに適合されている、光学検出器。
【０４１０】
実施形態２５：実施形態２３または２４に記載の光学検出器であって、横方向光学センサは、少なくとも１個の第１の電極と、少なくとも１個の第２の電極と、少なくとも１個の光起電材料とを有する光検出器であり、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おり、光起電材料は、光による光起電材料の照射に応答して電荷を発生させるように適合されており、第２の電極は、少なくとも２個の部分的な電極を有するスプリット電極であり、横方向光学センサは、センサ領域を有しており、少なくとも１個の横方向センサ信号は、センサ領域の中の光ビームの位置を示している、光学検出器。
【０４１１】
実施形態２６：実施形態２５に記載の光学検出器であって、部分的な電極を通る電流は、センサ領域の中の光ビームの位置に依存しており、横方向光学センサは、部分的な電極を通る電流に従って横方向センサ信号を発生させるように適合されている、光学検出器。
【０４１２】
実施形態２７：実施形態２６に記載の光学検出器であって、部分的な電極を通る電流の少なくとも１個の比率から、対象物の横方向位置に関する情報を導出するように適合されている、光学検出器。
【０４１３】
実施形態２８：実施形態２５から２７のいずれか１個に記載の光学検出器であって、光検出器は、色素増感太陽電池である、光学検出器。
【０４１４】
実施形態２９：実施形態２５から２８のいずれか１個に記載の光学検出器であって、第１の電極は、少なくとも部分的に、少なくとも１個の透明な導電性酸化物から作製されており、第２の電極は、少なくとも部分的に、導電性ポリマー、好ましくは、透明な導電性ポリマーから作製されている、光学検出器。
【０４１５】
実施形態３０：実施形態１から２９のいずれか１個に記載の光学検出器であって、少なくとも１個の光学センサは、少なくとも２個の光学センサのスタックを含む、光学検出器。
【０４１６】
実施形態３１：実施形態３０に記載の光学検出器であって、スタックの光学センサのうちの少なくとも１個が、少なくとも部分的に透過型光学センサである、光学検出器。
【０４１７】
実施形態３２：実施形態１から３１のいずれか１個に記載の光学検出器であって、イメージを記録するように適合されている少なくとも１個のイメージングデバイスをさらに含む、光学検出器。
【０４１８】
実施形態３３：実施形態３２に記載の光学検出器であって、イメージングデバイスは、複数の感光性ピクセルを含む、光学検出器。
【０４１９】
実施形態３４：実施形態３２または３３に記載の光学検出器であって、ハイブリッドセンサが、イメージングデバイスとして使用されている、光学検出器。
【０４２０】
実施形態３５：実施形態３２から３４のいずれか１個に記載の光学検出器であって、イメージセンサは、イメージングデバイスを構成している、光学検出器。
【０４２１】
実施形態３６：実施形態３２から３５のいずれか１個に記載の光学検出器であって、イメージセンサは、横方向光学センサとして用いられ得、横方向光学センサは、光ビームの横方向位置、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する対象物の横方向位置、または、光ビームによって発生される光スポットの横方向位置のうちの１個または複数を決定するように適合されており、横方向位置は、光学検出器の光学軸に対して垂直である少なくとも１次元の位置であり、横方向光学センサは、少なくとも１個の横方向センサ信号を発生させるように適合されている、光学検出器。
【０４２２】
実施形態３７：実施形態３２から３６のいずれか１個に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、横方向センサ信号を評価することによって、対象物の横方向位置に関する少なくとも１つの情報を発生させるようにさらに適合されている、光学検出器。
【０４２３】
実施形態３８：実施形態１から３７のいずれか１個に記載の光学検出器であって、光学センサは、少なくとも２個の電極と、少なくとも２個の電極の間に埋め込まれている少なくとも１個の光起電材料とを含む、光学検出器。
【０４２４】
実施形態３９：実施形態１から３８のいずれか１個に記載の光学検出器であって、光学センサは、少なくとも１個の有機材料を有する少なくとも１個の有機半導体検出器を含み、好ましくは、有機太陽電池を含み、とりわけ好ましくは、色素太陽電池または色素増感太陽電池、とりわけ、固体色素太陽電池または固体色素増感太陽電池を含む、光学検出器。
【０４２５】
実施形態４０：実施形態３９に記載の光学検出器であって、光学センサは、少なくとも１個の第１の電極と、少なくとも１個のｎ型半導体金属酸化物と、少なくとも１個の色素と、少なくとも１個のｐ型半導体有機材料、好ましくは、固体ｐ型半導体有機材料と、少なくとも１個の第２の電極とを含む、光学検出器。
【０４２６】
実施形態４１：実施形態４０に記載の光学検出器であって、第１の電極および第２の電極は透明である、光学検出器。
【０４２７】
実施形態４２：実施形態１から４１のいずれか１個に記載の光学検出器であって、少なくとも１個の伝送デバイスをさらに含み、伝送デバイスは、対象物から横方向光学センサおよび縦方向光学センサへ放出する光を給送するように設計されている、光学検出器。
【０４２８】
実施形態４３：実施形態４２に記載の光学検出器であって、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズは、完全にまたは部分的に、伝送デバイスの一部である、光学検出器。
【０４２９】
実施形態４４：実施形態４３に記載の光学検出器であって、焦点調整可能なレンズは、少なくとも１個の透明な成形可能材料を含む、光学検出器。
【０４３０】
実施形態４５：実施形態４４に記載の光学検出器であって、成形可能材料は、透明な液体および透明な有機材料からなる群から選択され、好ましくは、ポリマーであり、より好ましくは、電気活性ポリマーである、光学検出器。
【０４３１】
実施形態４６：実施形態４４または４５に記載の光学検出器であって、焦点調整可能なレンズは、成形可能材料の少なくとも１個のインターフェースを成形するための少なくとも１個のアクチュエータをさらに含む、光学検出器。
【０４３２】
実施形態４７：実施形態４６に記載の光学検出器であって、アクチュエータは、焦点調整可能なレンズのレンズゾーンの中の液体の量を制御するための液体アクチュエータ、または、成形可能材料のインターフェースの形状を電気的に変化させるように適合されている電気アクチュエータからなる群から選択される、光学検出器。
【０４３３】
実施形態４８：実施形態１から４７のいずれか１個に記載の光学検出器であって、焦点調整可能なレンズは、少なくとも１個の液体および少なくとも２個の電極を含み、液体の少なくとも１個のインターフェースの形状は、好ましくは、エレクトロウェッティングによって、電圧または電流のうちの一方または両方を電極に印加することによって変化可能である、光学検出器。
【０４３４】
実施形態４９：実施形態１から４８のいずれか１個に記載の光学検出器であって、光学センサのセンサ信号は、光ビームの変調周波数にさらに依存する、光学検出器。
【０４３５】
実施形態５０：実施形態１から４９のいずれか１個に記載の光学検出器であって、焦点変調デバイスは、周期的な焦点変調信号を提供するように適合されている、光学検出器。
【０４３６】
実施形態５１：実施形態５０に記載の光学検出器であって、周期的な焦点変調信号は、正弦波の信号、方形波の信号、または、三角波の信号である、光学検出器。
【０４３７】
実施形態５２：実施形態１から５１のいずれか１個に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、センサ信号の中の局所的最大または局所的最小のうちの一方または両方を検出するように適合されている、光学検出器。
【０４３８】
実施形態５３：実施形態５２に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、局所的最大および／または局所的最小を内部クロック信号と比較するように適合されている、光学検出器。
【０４３９】
実施形態５４：実施形態５２または５３に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、局所的最大および／または局所的最小の間の位相シフト差を検出するように適合されている、光学検出器。
【０４４０】
実施形態５５：実施形態５２から５４のいずれか１個に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、局所的最大または局所的最小の一方または両方を評価することによって、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する少なくとも１個の対象物の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を導出するように適合されている、光学検出器。
【０４４１】
実施形態５６：実施形態１から５５のいずれか１個に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、センサ信号の位相感応評価を実施するように適合されている、光学検出器。
【０４４２】
実施形態５７：実施形態５６に記載の光学検出器であって、位相感応評価は、センサ信号の中の局所的最大または局所的最小のうちの一方または両方の位置を決定すること、または、ロックイン検出のうちの一方または両方を含む、光学検出器。
【０４４３】
実施形態５８：少なくとも１個の対象物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５７までのいずれか１個に記載の少なくとも１個の光学検出器を含み、少なくとも１個の光ビームを光学検出器に向けて方向付けするように適合されている少なくとも１個のビーコンデバイスをさらに含み、ビーコンデバイスは、対象物に取り付け可能であること、対象物によって保持可能であること、および、対象物の中へ一体化可能であることのうちの少なくとも１個になっている、検出器システム。
【０４４４】
実施形態５９：少なくとも１つの情報をユーザとマシンとの間で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、光学検出器を参照する実施形態１から５７のいずれか１個に記載の少なくとも１個の光学検出器を含む、ヒューマンマシンインターフェース。
【０４４５】
実施形態６０：実施形態５９に記載のヒューマンマシンインターフェースであって、検出器システムを参照する実施形態５８に記載の少なくとも１個の検出器システムを含み、少なくとも１個のビーコンデバイスは、ユーザに直接的にまたは間接的に取り付けられること、および、ユーザによって直接的にまたは間接的に保持されること、のうちの少なくとも１個となるように適合されており、検出器システムによってユーザの少なくとも１個の位置を決定するように設計されており、少なくとも１つの情報を位置に割り当てるように設計されている、ヒューマンマシンインターフェース。
【０４４６】
実施形態６１：少なくとも１個のエンターテイメント機能を実施するためのエンターテイメントデバイスであって、実施形態６０に記載の少なくとも１個のヒューマンマシンインターフェースを含み、少なくとも１つの情報がヒューマンマシンインターフェースを介してプレイヤによって入力されることを可能にするように設計されており、情報に従ってエンターテイメント機能を変化させるように設計されている、エンターテイメントデバイス。
【０４４７】
実施形態６２：少なくとも１個の移動可能な対象物の位置をトラッキングするためのトラッキングシステムであって、光学検出器を参照する実施形態１から５７のいずれか１個に記載の少なくとも１個の光学検出器、および／または、検出器システムを参照する実施形態５８に記載の少なくとも１個の検出器システムを含み、少なくとも１個のトラックコントローラをさらに含み、トラックコントローラは、特定の時点における対象物の一連の位置をトラッキングするように適合されている、トラッキングシステム。
【０４４８】
実施形態６３：少なくとも１個の対象物をイメージングするためのカメラであって、光学検出器を参照する実施形態１から５７のいずれか１個に記載の少なくとも１個の光学検出器を含む、カメラ。
【０４４９】
実施形態６４：具体的には、少なくとも１個の対象物の位置を決定するための、光学的な検出の方法であって、
−  少なくとも１個の光学センサおよび少なくとも１個のイメージセンサを使用することによって少なくとも１個の光ビームを検出する工程であって、光学センサは、少なくとも１個のセンサ領域を有しており、イメージセンサは、イメージピクセルのピクセルマトリックスを含むピクセル化されたセンサである、工程と、
−  少なくとも１個のセンサ信号および少なくとも１個のイメージ信号を発生させる工程であって、光学センサのセンサ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるセンサ領域の照射に対して非線形の依存性を示しており、イメージセンサのイメージ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビームによるイメージピクセルの照射に対して線形の依存性を示している、工程と、
−  少なくとも１個の評価デバイスを使用することによって、センサ信号を評価する工程と
を含む、方法。
【０４５０】
実施形態６５：実施形態６４に記載の方法であって、光学センサの照射の合計パワーに対するセンサ信号の非線形の依存性は、線形部分および非線形部分を含む非線形関数によって表現され得、非線形関数の線形部分および／または非線形部分は、センサ信号およびイメージ信号の両方を評価することによって決定される、方法。
【０４５１】
実施形態６６：実施形態６５に記載の方法であって、センサ信号とイメージ信号との間の差は、非線形関数の非線形部分を提供するために決定される、方法。
【０４５２】
実施形態６７：実施形態６６に記載の方法であって、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供するように適合されている処理回路が使用されている、方法。
【０４５３】
実施形態６８：方法の実施形態６４から６７のいずれか１個に記載の方法であって、センサ信号を評価する工程は、センサ信号を評価することによって、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する少なくとも１個の対象物の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を発生させる工程をさらに含む、方法。
【０４５４】
実施形態６９：方法の実施形態６８に記載の方法であって、少なくとも１個の対象物の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を発生させる工程は、縦方向位置とセンサ信号との間の所定の関係または決定可能な関係を使用する、方法。
【０４５５】
実施形態７０：方法の実施形態６４から６９のいずれか１個に記載の方法であって、少なくとも１個の横方向光学センサを使用することによって、少なくとも１個の横方向センサ信号を発生させる工程をさらに含み、横方向光学センサは、光ビームの横方向位置を決定するように適合されており、横方向位置は、検出器の光学軸に対して垂直である少なくとも１次元の位置であり、横方向センサ信号を評価することによって、対象物の横方向位置に関する少なくとも１つの情報を発生させる工程をさらに含む、方法。
【０４５６】
実施形態７１：方法の実施形態６４から７０のいずれか１個に記載の方法であって、光学検出器を参照する実施形態１から５５のいずれか１個に記載の光学検出器を使用する工程を含む、方法。
【０４５７】
実施形態７２：交通技術における位置測定；エンターテイメントの用途；セキュリティの用途；ヒューマンマシンインターフェースの用途；トラッキングの用途；写真撮影の用途；イメージングの用途またはカメラの用途；少なくとも１個の空間のマップを発生させるためのマッピングの用途；モバイルの用途；ウェブカム；コンピュータ周辺デバイス；ゲーミングの用途；オーディオ用途；カメラまたはビデオの用途；セキュリティの用途；監視の用途；自動車の用途；輸送の用途；医療の用途；農業の用途；植物または動物の繁殖に関連する用途；作物保護の用途；スポーツの用途；マシンビジョンの用途；車両の用途；飛行機の用途；船舶の用途；宇宙船の用途；建物の用途；建築の用途；地図製作の用途；製造の用途；品質制御の用途；少なくとも１個の飛行時間検出器との組み合わせによる使用；ローカルポジショニングシステムにおける用途；グローバルポジショニングシステムにおける用途；ランドマークを基礎とするポジショニングシステムにおける用途；インドアナビゲーションシステムにおける用途；アウトドアナビゲーションシステムにおける用途；家庭内アプリケーションにおける用途；ロボットの用途；自動ドア開閉装置における用途；光通信システムにおける用途からなる群から選択された使用の目的のための、光学検出器に関する実施形態１から５５のいずれか１個に記載の光学検出器の使用。
【０４５８】
本発明のさらなる任意の詳細および特徴は、従属請求項に関連して下記に続く好適な例示的な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、任意の合理的な組み合わせで実装され得る。本発明は、例示的な実施形態に限定されない。例示的な実施形態は、図の中に概略的に示されている。個々の図における同一の参照番号は、同一のエレメント、もしくは、同一の機能を備えるエレメント、または、それらの機能に関して互いに対応しているエレメントを表している。
【図面の簡単な説明】
【０４５９】
【図１】本発明による光学検出器の第１の実施形態を示す図であり、それは、光学センサと、別々のイメージセンサと、具体的に適合された評価デバイスとを含むことを示す図である。
【図２】本発明による光学検出器のさらなる実施形態を示す図であり、光学センサおよびイメージセンサが、ハイブリッドセンサを構成することを示す図である。
【図３】本発明による特定の実施形態を示す図であり、光学センサのセンサピクセルへの電気的な接続が、イメージセンサのイメージピクセルの上部コンタクトによって提供されていることを示す図である。
【図４】光学センサの３個の例示的な実施形態、すなわち、大面積光学センサ（図４Ａ）、ピクセル化された光学センサ（図４Ｂ）、および、互いに対してシフトされている２個のピクセル化された光学センサの配置（図４Ｃ）を示す図である。
【図５】本発明による、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、エンターテイメントデバイス、トラッキングシステム、およびカメラの例示的な実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０４６０】
図１では、本発明による光学検出器１１０の第１の例示的な実施形態が、光学検出器１１０の光学軸１１２に平行な平面において、非常に概略的な断面図で示されている。光学検出器１１０は、シーン１１４またはその一部を検出するために使用され得、シーン１１４は、光学検出器１１０の周囲１１６を表しており、シーン１１４またはその一部のイメージが撮影され得る。シーン１１４またはその一部の少なくとも１個のイメージは、単一のイメージ、または、ビデオもしくはビデオクリップなどのような、進行性のシーケンスのイメージを含むことが可能である。この特定の例では、シーンは、単に、対象物１１８を含む。対象物１１８は、１個または複数の光ビーム１２０を光学検出器１１０に向けて放出および／または反射するように適合され得る。
【０４６１】
光学検出器１１０は、少なくとも１個の光学センサ１２２を含み、それは、ＦｉＰセンサとして具現化されており、すなわち、光学センサ１２２は、センサ領域１２４を有しており、センサ領域１２４は、光ビーム１２０によって照射され得、それによって、センサ領域１２４の中に光スポット１２６を生成する。ＦｉＰセンサ１２２は、少なくとも１個のセンサ信号を発生させるようにさらに適合されており、センサ信号は、照射の合計パワーが同じであることを所与として、センサ領域１２４の中の光ビーム１２０の幅に依存しており、例えば、光スポット１２６の直径または等価直径などに依存する。したがって、光学センサ１２２のセンサ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビーム１２０によるセンサ領域１２６の照射に対して非線形の依存性を示す。
【０４６２】
ＦｉＰセンサ１２２の考えられるセットアップに関するさらなる詳細に関して、例えば、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１もしくはＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１、例えば、図２に示されている実施形態および対応する説明が参照され得、および／または、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１もしくはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１、例えば、図４Ａから図４Ｃに示されている縦方向光学センサおよび対応する説明が参照され得る。しかし、例えば、上記に詳細に説明されている実施形態のうちの１個または複数を使用することなどによって、光学センサ１２２の他の実施形態、具体的には、ＦｉＰセンサが、実行可能であることが留意されるべきである。
【０４６３】
光学検出器１１０は、少なくとも１個のイメージセンサ１２８をさらに含み、少なくとも１個のイメージセンサ１２８は、好ましくは、ビーム経路１３０の中に位置し得、ビーム経路１３０の中には、光学センサ１２２も位置し得る。本発明によれば、イメージセンサ１２８は、そのセンサ領域１２４の中にイメージピクセルのピクセルマトリックスを含む無機のピクセル化されたセンサであり、それは、例えば、図２により詳細に図示されることになる。この目的のために、イメージセンサ１２８のセンサ領域は、好ましくは、すでに上述されているようなＣＣＤデバイスまたはＣＭＯＳデバイスを含むことが可能である。しかし、イメージセンサ１２８が、そのセンサ領域１２４の中のイメージピクセルのピクセルマトリックスを含む有機のピクセル化されたセンサであることが可能であるという実施形態も実行可能であり得る。本明細書では、イメージセンサ１２８のセンサ領域１２４の中のイメージピクセルは、光ビーム１２０を検出するように、および、少なくとも１個のイメージ信号を発生させるように適合されている。光学センサ１２によって発生されるようなセンサ信号とは対照的に、イメージ信号は、イメージセンサ１２８のセンサ領域１２４の照射の合計パワーに関して、光ビーム１２０によるイメージピクセルの照射に対して線形の依存性を示す。
【０４６４】
光学検出器１１０は、少なくとも１個の評価デバイス１３２をさらに含む。好ましくは、評価デバイス１３２は、少なくとも１個の光学センサ１２２からセンサ信号を受け取るために、少なくとも１個のコネクタ１３４によって、少なくとも１個の光学センサ１２２に接続され得る。上記に説明されているように、光学センサ１２２から受け取られるようなセンサ信号は、縦方向光学センサ信号を含むが、光学センサ１２２のセットアップに応じて、横方向センサ信号をさらに含むことが可能である。同様に、評価デバイス１３２は、好ましくは、少なくとも１個のイメージセンサ１２８からイメージ信号を受け取るために、少なくとも１個のさらにコネクタ１３４によって、少なくとも１個のイメージセンサ１２８にさらに接続され得る。本明細書では、評価デバイス１３２への信号伝送は、有線結合で、または、さらには、無線方式で起こることが可能である。例として、評価デバイス１３２は、１個もしくは複数のプロセッサ、および／または、１個もしくは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などのような、１個または複数のコンピュータを含むことが可能である。
【０４６５】
本発明によれば、評価デバイス１３２は、センサ信号およびイメージ信号の両方を評価するように適合されている。上記に概説されているように、光学センサ１２２のセンサ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビーム１２０によるセンサ領域１２４の照射に対して非線形の依存性を示しており、一方、イメージ信号は、照射の合計パワーに関して、光ビーム１２０によるイメージピクセルを含むセンサ領域１２４の照射に対して線形の依存性を示している。したがって、センサ信号は、照射の合計パワーに対する依存性を示すことが可能であり、また、上記に説明されているＦｉＰ効果の結果として、照射の幾何学形状に対する依存性を示すことが可能である。したがって、第１の観点では、光学センサ１２２によって発生されるようなセンサ信号は、イメージセンサ１２８と同じように、照射のパワーに対して線形の依存性を示し、それは、しかし、第２の観点では、光学センサ１２２の照射の幾何学形状に対する追加的な非線形の依存性によって重ね合わせられ得る。
【０４６６】
図１に示されているような例に使用されるように、光学センサの照射の合計パワーに対するセンサ信号の非線形の依存性は、線形部分および非線形部分の両方を含む非線形関数によって表現され得、両方の部分の総和は、さらなる効果は別として、センサ領域１２４の照射に関して、センサ信号の非線形の挙動を説明することが可能である。同様に、イメージ信号は、上述の非線形関数の線形部分のみによって表現され得る。その理由は、イメージ信号は、光ビーム１２０によるイメージピクセルの照射に対して線形の依存性を示すからである。
【０４６７】
したがって、評価デバイス１３２は、好ましくは、処理回路１３６を含むことが可能であり、処理回路１３６は、その出力１３８において、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供するように適合され得る。上述のように、ＦｉＰセンサのセンサ信号から導出されるような純粋に非線形の部分は、典型的に、入射光ビーム１２０の低い強度に関して、支配的になり得る強力な寄与を示すことが可能であり、一方、光学センサ１２２のセンサ信号の一部としての純粋に非線形の部分は、入射光ビーム１２０の強度が増加するのに対して減少することが可能である。この点に関して、非線形関数の線形部分は、ある種の漸近的な背景として考えられ得、それは、好ましくは、所望の信号から減算され得、すなわち、上記に説明されているＦｉＰ効果に直接的に関連し得る純粋に非線形の部分から減算され得る。処理回路１３６の出力１３８において非線形関数の純粋に非線形の部分を提供することができるようにするために、処理回路１３６の第１の入力１４０は、光学センサ１２２からセンサ信号を獲得することによって、合計非線形関数を受け取るように適合され得、一方、第２の入力１４２は、イメージセンサ１２８からイメージ信号を獲得することによって、非線形関数の線形部分を受け取るように適合され得る。
【０４６８】
図１に概略的に示されているように、処理回路１３６は、好ましくは、評価デバイス１３２の一部であり得、処理回路１３６は、したがって、１個または複数の演算増幅器１４４を含むことが可能であり、１個または複数の演算増幅器１４４は、公知の配置で、その出力１３８において、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供するように構成され得る。結果として、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供することによって、センサ電流またはセンサ電圧などのような、対応する物理量の純粋に非線形の部分が、したがって、処理回路１３６の出力１３８に提供され得る。したがって、図１に図示されているような実施形態は、したがって、とりわけ、入射光ビーム１２０の低い強度において、ＦｉＰ効果によって提供される非線形の寄与を決定するために有用である可能性がある。したがって、有利には、このように、とりわけ、低い強度に関して、信号対ノイズ比などのような、センサ信号の信号品質を向上させることが可能であり得る。しかし、上述の差を提供するための他のデバイスも用いられ得、例えば、他の電子デバイス（ここでは図示せず）などが用いられ得、または、代替的にもしくはそれに加えて、同じタスクを実施するために適合され得るソフトウェアを使用することによってそれが行われ、ソフトウェアは、評価デバイス１３２の中または外側で実行可能であり得る。
【０４６９】
この特定の例では、上記に説明されているＦｉＰ効果を示す光学センサ１２２は、異なるように開発され得る。第１の代替例では、光学センサ１２２のセンサ領域１２４は、好ましくは、均一なセンサ表面であることが可能であり、光学センサ１２２が大面積光学センサとも命名され得るようになっている。一般的に、例えば、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１、またはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１のうちの１個または複数に開示されているように、図１に示されているようなセットアップにおいて、シーン１１４またはその一部の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報が決定され得る。少なくとも１個の光学センサ１２２のセンサ信号を評価することによって、座標系１４６に概略的に示されているｚ座標などのような、シーン１１４の縦方向座標が決定され得る。この目的のために、少なくとも１個のセンサ信号とｚ座標との間の公知の関係または決定可能な関係が使用され得る。例示的な実施形態に関して、上述の先行技術文献が参照され得る。さらに、スタックの形態の２個以上の光学センサ１２２を用いることによって、センサ信号の評価の中の曖昧性が解消され得る。
【０４７０】
それに加えて、光学検出器１１０は、少なくとも１個のレンズ１４８をさらに含むことが可能であり、少なくとも１個のレンズ１４８は、光ビーム１２０のビーム経路１３０の中に位置し得、好ましくは、光ビーム１２０が、少なくとも１個の光学センサ１２２に到達する前に、および、好ましくは、その後で少なくとも１個のイメージセンサ１２８に到達する前に、レンズ１４８を通ることができるようになっている。この種類の配置は、ある実施形態では、とりわけ好適であり、その実施形態では、光学センサ１２２は、少なくとも部分的に透過性であることが可能であり、一方、イメージセンサ１２８は、透過性であるか、または、代替的に、不透過性であることが可能である。したがって、後者は、先行技術から公知であるような不透過型のイメージセンサ１２８を使用することを可能にすることができる。本明細書では、レンズ１４８は、好ましくは、焦点調整可能なレンズ１５０であることが可能であり、焦点調整可能なレンズ１５０は、光ビーム１２０の焦点位置を修正するように適合され得、その理由は、それが、とりわけ、制御された方式でその自身の焦点距離を変化させるように適合され得るからである。したがって、例として、少なくとも１個の市販の焦点調整可能なレンズが使用され得、例えば、少なくとも１個の電気的に調整可能なレンズなどが使用され得る。しかし、それに加えてまたは代替的に、他のタイプのレンズも使用され得ることが留意されるべきである。
【０４７１】
さらに、イメージセンサ１２８は、イメージングデバイス１５２として使用され得、イメージングデバイス１５２は、光学検出器１１０によってキャプチャされるようなイメージを記録するように適合されている。一般的に、イメージングデバイス１５２は、少なくとも１個の感光性エレメントを含むことが可能である任意のデバイスに関連することが可能であり、少なくとも１個の感光性エレメントは、時間的におよび／または空間的に分解可能であり、したがって、空間的に分解された光学的情報を、１次元、２次元、または３次元で記録するように適合されている。
【０４７２】
図１に示されている光学検出器１１０のセットアップは、さまざまな方式で、修正および／または改善され得る。したがって、光学検出器１１０のコンポーネントは、図１に示されていない１個または複数のハウジングに完全にまたは部分的に一体化され得る。例として、少なくとも１個の光学センサ１２２および１個または複数のイメージセンサ１２８は、チューブ状のハウジングに一体化され得る。さらに、レンズ１４８、とりわけ、焦点調整可能なレンズ１５０、および／または、評価デバイス１３２も、同じまたは異なるハウジングに完全にまたは部分的に一体化され得る。さらに、上記に概説されているように、少なくとも１個の光学検出器１１０は、追加的な光学コンポーネントを含むことが可能であり、および／または、追加的に、光学センサを含むことが可能であり、その光学センサは、上述のＦｉＰ効果を示してもよく、または、示さなくてもよい。図１に示されている一般的原理から逸脱しないさまざまな他の修正例が実行可能である。例として、図１に示されているような光学検出器１１０は、カメラ１５４として具現化され得、または、カメラ１５４の一部であることが可能である。したがって、カメラ１５４は、具体的には、３Ｄイメージングのために使用され得、また、静止イメージおよび／またはイメージシーケンス、例えば、デジタルビデオクリップなどを獲得するために作製され得る。
【０４７３】
図２では、光学検出器１１０のさらなる実施形態が示されており、それは、カメラ１５４としても使用され得る。本明細書では、光学検出器１１０は、図１の実施形態に関して複数の修正例を含む修正されたセットアップを含み、それは、隔離された方式で、または、組み合わせて実現化され得る。したがって、光学センサ１２２およびイメージセンサ１２８は、ハイブリッドセンサ１５６を構成し、とりわけ、ハイブリッドセンサ１５６は、１個または複数の光学センサ１２２、とりわけ、上記に説明されているような１個または複数のＦｉＰセンサと、１個または複数のイメージセンサ１２８、好ましくは、１個または複数の無機イメージセンサ１２８、とりわけ、１個もしくは複数のＣＣＤデバイスまたは１個もしくは複数のＣＭＯＳデバイスとを同時に含むことができる、アッセンブリを表すことが可能である。したがって、光学センサ１２２は、上記に説明されているような目的に関して、とりわけ、対象物１１８の深度を決定するために、使用され得るが、一方、イメージセンサ１２８は、イメージングデバイス１５２として用いられ得る。
【０４７４】
図２に概略的に示されているように、ハイブリッドセンサ１５６は、所定の空間的配置を含むことが可能であり、その空間的配置において、光学センサ１２２は、イメージセンサ１２８のすぐ近くに位置し得、すなわち、さらなる光学エレメントは、光学センサ１２２とイメージセンサ１２８との間に出現し得る体積１５８の中に設置されていないことが可能であり、光学センサ１２２およびイメージセンサ１２８は、互いに対して距離１６０の中に位置する。明確化の目的のために、図２に示されているように、光学センサ１２２とイメージセンサ１２８との間の距離１６０、ひいては、２個の異なるタイプのセンサ１２２、１２８の間の体積１５８は、誇張されたように示されているが、実際には、とりわけ、光学センサ１２２とイメージセンサ１２８との間の接触を提供するための労力および出費を低く維持するために、距離１６０、ひいては、体積１５８は、かなり小さく維持されている。さらに、光学センサ１２２とイメージセンサ１２８との間の距離１６０を低く維持することは、有利には、ハイブリッドデバイス１５６の両方の構成要素が光ビーム１２０の焦点に関して依然として許容差範囲内に位置し得るという特徴を、結果として生じさせることが可能である。結果的に、光学センサ１２２（それは、特定の時間間隔において、焦点の合った状態になっていることが可能である）とイメージセンサ１５６（それは、わずかに焦点がはずれている可能性がある）との間の距離１６０は、同じ時間間隔の間に、依然として、シーン１１４の中の対象物１１８の許容可能に鮮明なイメージを獲得することに関して許容され得る。
【０４７５】
図２に示されているように、ハイブリッドセンサ１５６の中の光学センサ１２２およびイメージセンサは、スタックされたように配置されている。結果的に、入射光ビーム１２０は、それがイメージセンサ１２８に達する前に、最初に、光学センサ１２２に衝突する。本明細書では、光学センサ１２２およびイメージセンサ１２８の両方によって構成されるようなセンサ領域１２４が、光学検出器１１０の光学軸１１２に対して垂直に配置されている。ハイブリッドセンサ１５６のこの特定のセットアップの中のイメージセンサ１２８のセンサ領域１２４の中に最大照射強度を提供するために、光学センサ１２２は、完全にまたは少なくとも部分的に透過性であることが可能であり、したがって、光学センサ１２２を通る入射光ビーム１２０の照射の最大伝送を可能にする。しかし、照射の伝送に関するそのような制限は、イメージセンサ１２８に等しく課されない可能性がある。例として、ハイブリッドセンサ１５６の中で使用されるような単一のイメージセンサ１２８、または、ハイブリッドセンサ１５６の中で用いられるようなイメージセンサ１２８のスタックの中の最後のイメージセンサ１２８は、依然として、不透過性であることが可能である。この特徴は、それぞれのイメージセンサ１２８の中で広範囲の材料を使用することを可能にすることができるので、有利である可能性がある。
【０４７６】
ハイブリッドデバイス１５６の中の有機光学センサ１２２は、依然として、図１に図示されているような例示的なセットアップの中の光学センサ１２２のように、同じまたは同様にセンサ領域１２４を含む均一なセンサ表面を有する大面積光学センサであることが可能である。しかし、それは、区分化されたまたはピクセル化された光学センサ１６２をハイブリッドセンサ１５６の中で用いるために、かなり好適である可能性があり、ピクセル化された光学センサ１６２のセンサ領域１２４は、別々のセンサピクセル１６６のピクセルアレイ１６４によって完全にまたは少なくとも部分的に確立され得る。図２による、簡単化された光学検出器１１０に概略的に示されているように、ピクセル化された光学センサ１６２のピクセルアレイ１６４は、３ｘ３センサピクセル１６６を含む。すでに上記に説明されているように、光学センサ１２２は、それぞれの目的に関して適切でありまたは必要とされ得る、任意の数のセンサピクセル１６６を含むことが可能である。この点に関して、ピクセル化された光学センサ１６２は、ピクセル化された光学センサ１６２の周辺部１７０における周辺部のセンサピクセル１６８と、ピクセルアレイ１６４が少なくとも３ｘ３センサピクセル１６６を含むことが可能である場合には、周辺部１７０から離れてピクセルアレイ１６４の中に位置する少なくとも１個の非周辺部のセンサピクセル１７２と、を含むことが述べられ得る。周辺部のセンサピクセル１６８から少なくとも１個の非周辺部のセンサピクセル１７２を区別するために、非周辺部のセンサピクセル１７２は、ハッチングされたように、図２に示されている。
【０４７７】
他方では、ハイブリッドセンサ１５６の中でさらに使用されるようなイメージセンサ１２８は無機イメージセンサ１２８であり得、したがって、少なくとも１個のＣＣＤデバイスまたは少なくとも１個のＣＭＯＳデバイスを含むことが可能である。また、とりわけ、イメージセンサ１２８は、横方向光学センサとして用いられ得、横方向光学センサは、光学検出器１１０の周囲１１６の中のシーン１１４の中の少なくとも１個の対象物１１８の１個または複数の横方向成分を決定するように適合され得る。本明細書では、イメージセンサ１２８は、一般的に、別々のイメージピクセル１７６のピクセルマトリックス１７４の形態で形状決めされ得る。光学センサ１２２と同様に、イメージセンサ１２８は、意図した目的に関して特に適切でありまたは必要とされ得る数などのような、任意の数のイメージピクセル１７６を含むことが可能である。さらに、イメージセンサ１２８の中のイメージピクセル１７６のマトリックス１７４は、一般的に、同じ数のピクセルを含むことが可能であり、または、好ましくは、図２に示されているように、ピクセル化された光学センサ１６２の中のセンサピクセル１６６のアレイ１７４の中のピクセルの数と比較したときに、より高い数のピクセルを含むことが可能である。例として、光学センサ１６２の中のそれぞれのセンサピクセル１６６に関して、隣接しているイメージセンサ１２８のピクセルマトリックス１７４は、４ｘ４イメージピクセルのマトリックス１７８を示している。しかし、１６ｘ１６イメージピクセル、６４ｘ６４イメージピクセル、または、それ以上などのような、他の数も可能である。この特徴は、イメージセンサ１２８の中のマトリックス１７８のハッチングによって、さらに図示されており、マトリックス１７８は、図２の中で同じハッチングされたように等しく示されている、非周辺部のセンサピクセル１７２のすぐ近くに位置するそれらのイメージピクセル１７６を含む。比較の目的のために、第１のピクセル分解能は、したがって、イメージセンサ１２８に起因することが可能であり、一方、第２のピクセル分解能は、ピクセル化された光学センサ１６２に起因することが可能である。図２の例示的なセットアップから導出され得るように、第１のピクセル分解能は、したがって、第２のピクセル分解能を超えている。
【０４７８】
すでに上述されているように、ピクセル化された光学センサ１６２は、ピクセル化された光学センサ１２２の周辺部１７０に位置する周辺部のセンサピクセル１６８と、周辺部１７０から離れてピクセルアレイ１６４の中に位置する非周辺部のセンサピクセル１７２と、を含む。しかし、ピクセル化された光学センサ１６２をイメージセンサ１２８の上に直接的に置くことが望ましい可能性があるので（ここで、「の上に」という用語は、座標系１４６の中のｚ座標に関して解釈され得る）、ピクセルアレイ１６４の中の非周辺部のセンサピクセル１７２への電気的接点を提供することに関する問題が起こる可能性がある。電気的接点は、ピクセル化された光学センサ１６２の容易にアクセス可能な周辺部のセンサピクセル１６８のそれぞれに直接的に取り付けられ得るのに対して、少なくとも１個の非周辺部のセンサピクセル１７２、すなわち、ピクセル化された光学センサ１６２の平易にアクセス可能な周辺部１７０に位置しないセンサピクセル１７２に関する問題は、本発明に従って、上部コンタクト（ここでは図示せず）のうちの１個または複数を含み得るイメージセンサ１２８を使用することによって、解決され得る。
【０４７９】
したがって、図２に示されているように、ピクセル化された光学センサ１６２の非周辺部のセンサピクセル１７２は、イメージセンサ１２８のマトリックス１７８の中のイメージピクセル１７６のうちの少なくとも１個によって提供されるような上部コンタクトに電気的に接続され得、それは、それぞれの光学センサ１２２の付近に位置する。本明細書では、電気的な接続は、好ましくは、ワイヤボンディング、直接的なボンディング、ボールボンディング、または接着剤ボンディングなどのような、周知のボンディング技法を使用して提供される。しかし、他の種のボンディング技法も用いられ得る。したがって、ボンディング技法はここでは、イメージセンサ１２８の中に構成されているようなイメージピクセル１７６のうちの１個または複数によって提供されるようなそれぞれの上部コンタクトと、ピクセル化された光学センサ１６２の中の隣接している非周辺部のセンサピクセル１７２との間に、ボンド接触１８０を発生させる。
【０４８０】
図２に概略的に示されているような光学検出器１１０は、１に示されているような実施形態からすでに知られているような少なくとも１個の評価デバイス１３２をさらに含む。本明細書では、ハイブリッドセンサ１５６の少なくとも２個の構成要素、すなわち、ピクセル化された光学センサ１６２およびイメージセンサ１２８は、コネクタ１３４によって評価デバイス１３２に接続され得る。この特定の例では、繰り返しになるが、評価デバイス１３２は、処理回路１３６を含み、処理回路１３６は、出力１３８において、非線形関数の純粋に非線形の部分として、センサ信号とイメージ信号との間の差を提供するように適合されている。ここで、処理回路１３６は、好ましくは、評価デバイス１３２の一部であることが可能であり、また、図１に概略的に図示されているものと同じセットアップを示すことが可能である。しかし、ここでも、上述の差を提供するための他のデバイスも用いられ得、例えば、他の電子デバイス（ここでは図示せず）などが用いられ得、または、代替的にもしくはそれに加えて、同じタスクを実施するために適合され得るソフトウェアを使用することによってそれが行われ、ソフトウェアは、評価デバイス１３２の中または外側で実行可能であり得る。
【０４８１】
さらに、処理回路１３６によって発生されるような情報は、例えば、ピクセル化された光学センサ１６２によって提供されるセンサ信号から導出される深度情報、または、イメージセンサ１２８によるイメージ信号から導出されるようなイメージ情報など、評価デバイス１３２によって発生されるような他の情報と組み合わせられ得、イメージ評価デバイス１８２の中で連続的に評価され得、イメージ評価デバイス１８２は、評価デバイス１３２の一部、および／または、イメージセンサ１２８の一部であることが可能である。しかし、他の配置も実行可能である。
【０４８２】
光学検出器１１０は、少なくとも１個の焦点変調デバイス１８４をさらに含むことが可能であり、少なくとも１個の焦点変調デバイス１８４は、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１５０に接続され得る。したがって、少なくとも１個の焦点変調デバイス１８４は、少なくとも１個の焦点変調信号を少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１５０に提供するように適合され得る。本明細書では、焦点変調デバイス１８４は、焦点調整可能なレンズ１５０から分離されている個々のユニットであることが可能であり、および／または、焦点調整可能なレンズ１５０に完全にもしくは部分的に一体化され得る。図２に示されているように、評価デバイス１３２は、追加的に、少なくとも１個の焦点変調デバイス１８４に接続され得、少なくとも１個の焦点変調デバイス１８４は、評価デバイス１３２の完全にまたは部分的に一体化され得る。例として、焦点変調信号は、好ましくは、電気信号であることが可能であり、焦点変調信号は、周期信号であることが可能であり、より好ましくは、正弦波、正方形、または三角形の周期信号であることが可能である。焦点調整可能なレンズ１５０への信号伝送は、有線結合で、または、無線方式で、起こることが可能である。例として、焦点変調デバイス１８４は、周期信号などのような電子信号を発生させる電子発振器などのような、信号発生器であることが可能であり、または、それを含むことが可能である。それに加えて、焦点変調信号を増幅させるために、１個または複数の増幅器が存在することが可能である。
【０４８３】
図３は、特定の実施形態を示しており、ピクセル化された光学センサ１６２のセンサピクセル１６６は、イメージセンサ１２８のイメージピクセル１７６のうちの１個によって提供されるような上部コンタクト１８５に電気的に接続され得、ピクセル化された光学センサ１６２およびイメージセンサ１２８は、ハイブリッドデバイス１５６の中に構成されている。この点に関して、上部コンタクト１８５は、非周辺部のセンサピクセル１７２のうちの１個と、マトリックス１７８の中に構成されているようなイメージピクセル１７６のうちの１個との間に、電気的な接続を提供することが可能であることが好適である可能性がある。しかし、ピクセル化された光学センサ１６２の周辺部のセンサピクセル１６８への電気的な接続を、同じように提供することが、等しく実行可能である可能性がある。
【０４８４】
図３に概略的に示されているように、イメージセンサ１２８の例示的に図示されているイメージピクセル１７６は、この特定の実施形態では、２個の個々の上部コンタクト１８５、１８５’を含むことが可能であり、それらは、それぞれ、イメージピクセル１７６の側部にそれぞれ位置し得る。入射光ビーム１２０の方向に関して、イメージピクセル１７６のすぐ上部に、透明なコンタクト１８６が設置され得る。この好適な例では、透明なコンタクト１８６は、ピクセル化された光学センサ１６２の例示的に図示されているセンサピクセル１６６の接続手段のうちの１個を構成することが可能であるが、一方、別の透明なコンタクト１８６’が、センサピクセル１６６の上部に設置され得る。例として、ここで表示されているような２個の透明なコンタクト１８６、１８６’が、センサピクセル１６６の透明な電極のうちの１個にそれぞれ接続され得、それは、好ましくは、それぞれのセンサピクセル１６６の上部および下部に位置し得る。しかし、この点に関して、他の実施形態も実行可能であり得る。ここで示されているように、透明なコンタクト１８６、１８６’のそれぞれは、個々の上部コンタクト１８５、１８５’のうちの１個に電気的に接続され得、コンタクト１８５、１８５’は、ハイブリッドセンサ１５６と評価デバイス１３２との間のコネクタ１３４などのような、他のコネクタへのさらなるリードを提供するように配置され得る。
【０４８５】
図４は、光学センサ１２２の３個の異なる実施形態を概略的に示しており、光学センサ１２２は、ＦｉＰ効果を示し、したがって、光学センサ１２２は、本発明に従って、図１、図２、図３、および図５に提示されているような光学検出器１１０の中で用いられ得る。
【０４８６】
第１の実施形態では、少なくとも１個の光学センサ１２２は、図４Ａに概略的に示されているように、大面積光学センサ１８８であることが可能である。本明細書では、大面積光学センサ１８８は、均一なセンサ表面を示しており、均一なセンサ表面は、したがって、対応する光学センサ１２２のセンサ領域１２４を構成することが可能である。
【０４８７】
さらなる実施形態として、図４Ｂは、繰り返しになるが、ピクセル化された光学センサ１６２を図示しており、ピクセル化された光学センサ１６２は、少なくとも部分的にピクセルアレイ１６４によって確立され得、ピクセルアレイ１６４は、別々のセンサピクセル１６６を含み、したがって、センサピクセル１６６は、センサ領域１２４を構成する。すでに上記に説明されているように、ピクセル化された光学センサ１６２は、それぞれの目的に関して適切でありまたは必要とされ得る任意の数のセンサピクセル１６６を含むことが可能である。この点に関して、ピクセル化された光学センサ１６２の中のセンサピクセル１６６は、ピクセル化された光学センサ１６２の周辺部１７０における周辺部のセンサピクセル１６８のうちの１個であることが可能であり、または、ピクセルアレイ１６４が少なくとも３ｘ３センサピクセル１６６を含むケースでは、ピクセルアレイ１６４の周辺部１７０から離れて位置する非周辺部のセンサピクセル１７２のうちの１個であることが可能であることを述べることが可能である。
【０４８８】
さらなる実施形態として、図４Ｃは、２個の個々のピクセル化された光学センサ１６２、１６２’を概略的に示しており、ピクセル化された光学センサ１６２、１６２’のそれぞれは、図４Ｂに示されているように、複数の個々のセンサピクセル１６６を含むピクセルアレイ１６４によって、少なくとも部分的に確立され得る。図４Ｃに示されているような特定の実施形態では、２個の個々のピクセル化された光学センサ１６２、１６２’のそれぞれは、同じ種類のピクセルアレイ１６４を含み、ピクセルアレイ１６４は、同じ数のセンサピクセル１６６を示している。しかし、他の実施形態も実行可能であり得、例えば、２個の個々のピクセル化された光学センサのうちの一方１６２は、複数のセンサピクセル１６６を含み、それは、２個の別々のピクセル化された光学センサのうちの他方１６２’によって含まれるようなセンサピクセル１６６の数の倍数になっているという配置なども実行可能であり得る。
【０４８９】
しかし、特定の実施形態では、少なくとも１個の電子エレメント（ここでは図示せず）が、センサピクセル１６６と同じ表面の上に、センサピクセル１６６の付近に、とりわけ、センサピクセル１６６のそれぞれの付近に設置され得る。本明細書では、電子エレメントは、対応するセンサピクセル１６６によって提供されるような信号の評価に寄与するように適合され得、したがって、コネクタ、キャパシティ、ダイオード、トランジスタのうちの１個または複数を含むことが可能である。しかし、電子エレメントは、上記に説明されているように、それらが、ピクセル化されたセンサ１６２、１６２’のセンサ信号に寄与しないという意味で、入射光ビームによる照射に対して敏感ではないので、それぞれのピクセル化されたセンサ１６２、１６２’の表面の上のエリアだけが、センサ領域１２４として、部分的な程度にまで、センサ信号に寄与することが可能である。それに加えて、２個の隣接しているセンサピクセル１６６は、分離ストリップによって互いから分離され得、ストリップは、フォトレジストなどのような非導電性材料を含むことが可能であり、それは、とりわけ、２個の隣接するセンサピクセル１６６の間のクロストークを回避するように適合され得、ストリップが、センサ信号に寄与することもできないようになっている。
【０４９０】
しかし、図４Ｃに提示されているような実施形態は、この特定の問題に対する解決策を提供することが可能である。したがって、少なくとも２個の個々のピクセル化された光学センサ１６２、１６２’は、２個のピクセル化された光学センサ１６２、１６２’が、とりわけ、互いの上に直接的に設置されているように、座標系１４６によるｘｙ平面の中に配置されている。さらに、２個のピクセル化された光学センサ１６２、１６２’のそれぞれの場所は、好ましくは、ｘ方向およびｙ方向の両方に、互いに対して所定の程度１９０だけシフトされ得る。本明細書では、２個のピクセル化された光学センサ１６２、１６２’が互いに対してシフトされている程度１９０は、好ましくは、対応するピクセル化された光学センサ１６２、１６２’の側縁部のそれぞれの長さよりも小さい値を示すことが可能である。したがって、２個のピクセル化された光学センサのうちの一方１６２（それは、好ましくは、透過性であることが可能であり、また、それは、最初に、入射光ビーム１２０によって衝突され得る）が、上記に説明されているような電子エレメントを含む２個のピクセル化された光学センサのうちの他方１６２’の上のエリアをカバーすることができる態様で、２個のピクセル化された光学センサ１６２、１６２’は互いに対してシフトされ得る。結果として、衝突する光ビーム１２０の視線から考慮されるように、図４Ｃによる光学センサ１２２の中のセンサ領域１２４は、したがって、図４Ｂに示されているような単一のピクセル化された光学センサ１６２の中のセンサ領域１２４と比較して増加され得る。
【０４９１】
上記に概説されているように、光学検出器１１０およびカメラ１５４は、さまざまなデバイスまたはシステムの中で使用され得る。図５は、さらなる例として、検出器システム１９４を示しており、それは、例えば、図１または図２に示されている実施形態の１個または複数に開示されているような光学検出器１１０など、少なくとも１個の光学検出器１１０を含む。この点に関して、特に考えられる実施形態に関して、上記にさらに詳細に与えられている開示が参照され得る。例示的な実施形態では、図１に示されているセットアップと同様の検出器セットアップが、図５に示されている。図５は、ヒューマンマシンインターフェース１９６の例示的な実施形態をさらに示しており、それは、少なくとも１個の検出器１１０および／または少なくとも１個の検出器システム１９４を含み、また、ヒューマンマシンインターフェース１９６を含むエンターテイメントデバイス１９８の例示的な実施形態をさらに示している。図５は、光学検出器１１０および／または検出器システム１９４の周囲１１６の中のシーン１１４の中の少なくとも１個の対象物１１８の位置をトラッキングするように適合されたトラッキングシステム２００の実施形態をさらに示している。
【０４９２】
光学検出器１１０に関して、上記に与えられた開示、または、さらに詳細に下記に与えられる開示が参照され得る。基本的に、検出器１１０のすべての考えられる実施形態は、また、図１または図２に示されている実施形態の中で具現化され得る。評価デバイス１３２は、少なくとも１個のハイブリッドセンサ１５６に接続され得、少なくとも１個のハイブリッドセンサ１５６は、少なくとも１個の光学センサ１２２、具体的には、少なくとも１個のピクセル化されたセンサ１６２と、少なくとも１個のイメージセンサ１２８とを含み得、光学センサ１２２の位置が焦点位置と一致することができるように、入射光ビーム１２０の焦点位置が焦点調整可能なレンズ１５０によって修正され得るように、少なくとも１個の光学センサ１２２は位置しており、また、少なくとも１個のイメージセンサ１２８は、少なくとも１個のイメージングデバイス１５２として用いられ得る。さらに、少なくとも１個の焦点変調デバイス１８４が提供され得、任意に、少なくとも１個の焦点変調デバイス１８４は、図５に示されているように、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１５０を変調させるように適合され得、したがって、評価デバイス１３２に完全にまたは部分的に一体化され得る。上述のデバイス、すなわち、少なくとも１個のピクセル化されたセンサ１６２、少なくとも１個のイメージセンサ１２８、および、任意に、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１５０を、少なくとも１個の評価デバイス１３２に接続するために、例として、少なくとも１個のコネクタ１３４が提供され得、および／または、１個または複数のインターフェースが提供され得、１個または複数のインターフェースは、無線インターフェースおよび／または有線結合インターフェースであることが可能である。さらに、コネクタ１３４は、センサ信号を発生させるための、および／または、センサ信号を修正するための、１個もしくは複数のドライバーおよび／または１個もしくは複数の測定デバイスを含むことが可能である。さらに、評価デバイス１３２は、ハイブリッドセンサ１５６に、および／または、光学検出器１１０の他のコンポーネントに完全にまたは部分的に一体化され得る。光学検出器１１０は、少なくとも１個のハウジング２０２をさらに含むことが可能であり、少なくとも１個のハウジング２０２は、例として、コンポーネント１２２または１２８のうちの１個または複数を入れることが可能である。また、評価デバイス１３２は、ハウジング２０２および／または別々のハウジングの中へ入れられ得る。
【０４９３】
図５に示されている例示的な実施形態では、検出されることになる対象物１１８は、例として、スポーツ用品として設計され得、および／または、コントロールエレメント２０４を形成することが可能であり、その位置および／または配向は、ユーザ２０６によって操作され得る。したがって、一般的に、図５に示されている実施形態では、または、検出器システム１９４、ヒューマンマシンインターフェース１９６、エンターテイメントデバイス１９８、もしくはトラッキングシステム２００の任意の他の実施形態では、対象物１１８自身は、上述のデバイスの一部であることが可能であり、および、具体的には、少なくとも１個のコントロールエレメント２０４、具体的には、１個または複数のビーコンデバイス２０８  １１８を有する少なくとも１個のコントロールエレメント２０４を含むことが可能であり、コントロールエレメント２０４の位置および／または配向は、好ましくは、ユーザ２０６によって操作され得る。例として、対象物１１８は、バット、ラケット、クラブ、または、任意の他のスポーツ用品および／もしくは擬似スポーツ用品のうちの１個または複数であることが可能であり、または、それらを含むことが可能である。他のタイプの対象物１１８も可能である。さらに、ユーザ２０６は、対象物１１８として考えられ得、その位置は、検出されるべきである。例として、ユーザ２０６は、自身の身体に直接的にまたは間接的に取り付けられているビーコンデバイス２０８のうちの１個または複数を携行することが可能である。
【０４９４】
光学検出器１１０は、ビーコンデバイス２０８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、および、任意に、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、対象物１１８の縦方向位置に関する少なくとも１個の他の情報、および、任意に、対象物１１８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れ得る。追加的に、光学検出器１１０は、色を識別するように、および／または、対象物１１８をイメージングするように適合され得る。ハウジング２０２の中の開口部２１０は、好ましくは、検出器１１０の光学軸１１２に関して同心円状に位置し得、それは、好ましくは、光学検出器１１０の視線の方向２１２を画定している。
【０４９５】
光学検出器１１０は、少なくとも１個の対象物１１８の位置を決定するように適合され得る。追加的に、光学検出器１１０は、具体的には、カメラ１５４を含む実施形態を有しており、対象物１１８の少なくとも１個のイメージ、好ましくは、３Ｄイメージを獲得するように適合され得る。上記に概説されているように、シーン１１４の中で、光学検出器１１０および／または検出器システム１９４を使用することによる、対象物１１８および／またはその一部の位置の決定は、ヒューマンマシンインターフェース１９６を提供するために使用され得、マシン２１４への少なくとも１つの情報を提供するようになっている。図５に概略的に示されている実施形態では、マシン２１４は、少なくとも１個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ことが可能であるか、または、それを含むことが可能である。他の実施形態も実行可能である。評価デバイス１３２は、コンピュータであることが可能であり、および／または、コンピュータを含むことが可能であり、および／または、別々のデバイスとして完全にもしくは部分的に具現化され得、および／または、マシン２１４、とりわけ、コンピュータに完全にもしくは部分的に一体化され得る。同じことが、トラッキングシステム２００のトラックコントローラ２１６にも当てはまり、トラックコントローラ２１６は、評価デバイス１３２および／またはマシン２１４の一部を完全にまたは部分的に形成することが可能である。
【０４９６】
同様に、上記に概説されているように、ヒューマンマシンインターフェース１９６は、エンターテイメントデバイス１９８の一部を形成することが可能である。したがって、ユーザ２０６が対象物１１８として機能することによって、および／または、ユーザ２０６が対象物１１８および／または対象物１１８として機能するコントロールエレメント２０４を取り扱うことによって、ユーザ２０６は、少なくとも１個の制御コマンドなどのような、少なくとも１つの情報を、マシン２１４、とりわけコンピュータの中へ入力し、それによって、エンターテイメント機能を変化させることが可能であり、例えば、コンピュータゲームの進行を制御することなどが可能である。
【０４９７】
上記に概説されているように、光学検出器１１０は、ビーム経路１３０を有することが可能であり、ビーム経路１３０は、直線的なビーム経路もしくは傾斜を付けられたビーム経路、角度を付けられたビーム経路、分岐したビーム経路、偏向されたもしくはスプリットされたビーム経路、または、他のタイプのビーム経路であることが可能である。さらに、光ビーム１２０は、それぞれのビーム経路１３０または部分的なビーム経路に沿って、一回だけ単方向に伝播させるか、または、繰り返して双方向に伝播させることが可能である。それによって、上記に列挙されているコンポーネント、または、さらに詳細に下記に列挙されている任意のさらなるコンポーネントは、図２に示されているように、少なくとも１個のハイブリッドセンサ１５６の前方に、および／または、少なくとも１個のハイブリッドセンサ１５６の後方に、完全にまたは部分的に位置し得る。
【符号の説明】
【０４９８】
１１０  光学検出器
１１２  光学軸
１１４  シーン
１１６  周囲
１１８  対象物
１２０  光ビーム
１２２  光学センサ、ＦｉＰセンサ
１２４  センサ領域
１２６  光スポット
１２８  イメージセンサ
１３０  ビーム経路
１３２  評価デバイス
１３４  コネクタ
１３６  処理回路
１３８  処理回路の出力
１４０  処理回路の第１の入力
１４２  処理回路の第２の入力
１４４  演算増幅器
１４６  座標系
１４８  レンズ
１５０  焦点調整可能なレンズ
１５２  イメージングデバイス
１５４  カメラ
１５６  ハイブリッドセンサ
１５８  体積
１６０  距離
１６２、１６２’  ピクセル化された光学センサ
１６４  ピクセルアレイ
１６６  センサピクセル
１６８  周辺部のセンサピクセル
１７０  周辺部
１７２  非周辺部のセンサピクセル
１７４  ピクセルマトリックス
１７６  イメージピクセル
１７８  マトリックス
１８０  ボンド接触
１８２  イメージ評価デバイス
１８４  変調デバイス
１８５、１８５’  上部コンタクト
１８６、１８６’  透明なコンタクト
１８８  大面積光学センサ
１９０  シフトの程度
１９２  側縁部の長さ
１９４  検出器システム
１９６  ヒューマンマシンデバイス
１９８  エンターテイメントデバイス
２００  トラッキングシステム
２０２  ハウジング
２０４  コントロールエレメント
２０６  ユーザ
２０８  ビーコンデバイス
２１０  開口部
２１２  視線の方向
２１４  マシン
２１６  トラックコントローラ
【図１】
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【図２】
2018507389.tif 000022
【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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