(57)【要約】  光学検出器（１１０）が開示されており、光学検出器（１１０）は、  −  光ビーム（１１６）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（１２６）を有しており、光学センサ（１２２）のセンサ信号は、光ビーム（１１６）によるセンサ領域（１２６）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（１２６）の中の光ビーム（１１６）の幅に依存する、少なくとも１個の光学センサ（１２２）と、  −  光ビーム（１１６）の少なくとも１個のビーム経路（１３２）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（１３０）であって、制御された方式で光ビーム（１１６）の焦点位置を修正するように適合されている、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ（１３０）と、  −  少なくとも１個の焦点変調信号（１３８）を焦点調整可能なレンズ（１３０）に提供す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（１３６）であって、それによって、焦点位置を変調させる、少なくとも１個の焦点変調デバイス（１３６）と、  −  センサ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（１４０）と、を含む。
2018510320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビーム（１１６）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（１２６）を有しており、前記光学センサ（１２２）の前記センサ信号は、前記光ビーム（１１６）による前記センサ領域（１２６）の照射に依存しており、前記センサ信号は、前記照射の合計パワーが同じであることを所与として、前記センサ領域（１２６）の中の前記光ビーム（１１６）の幅に依存する、少なくとも１個の光学センサ（１２２）と、
前記光ビーム（１１６）の少なくとも１個のビーム経路（１３２）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（１３０）であって、制御された方式で前記光ビーム（１１６）の焦点位置を修正するように適合されている、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ（１３０）と、
少なくとも１個の焦点変調信号（１３８）を前記焦点調整可能なレンズ（１３０）に提供す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（１３６）であって、それによって、前記焦点位置を変調させる、少なくとも１個の焦点変調デバイス（１３６）と、
前記センサ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（１４０）と、
を含む、光学検出器（１１０）。
【請求項２】
前記光学センサ（１２２）の前記センサ信号は、前記光ビーム（１１６）の変調周波数にさらに依存する、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（１４０）は、前記センサ信号の中の局所的最大（１４８）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おり、前記評価デバイス（１４０）は、前記局所的最大（１４８）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、前記光ビーム（１１６）がそこから前記光学検出器（１１０）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、請求項１または２に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項４】
前記評価デバイス（１４０）は、前記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、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】
少なくとも１個の横方向光学センサ（１５４）をさらに含み、前記横方向光学センサ（１５４）は、前記光ビーム（１１６）の横方向位置、前記光ビーム（１１６）がそこから前記光学検出器（１１０）に向けて伝播する対象物（１１４）の横方向位置、または、前記光ビーム（１１６）によって発生される光スポット（２０６）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（１５４）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４のいずれか一項に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項６】
少なくとも１個のイメージングデバイス（１６２）をさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項７】
空間的に分解された方式で、前記光ビーム（１１６）の少なくとも１個の特性を修正するように適合されている少なくとも１個の空間光変調器（１８８）であって、ピクセル（１９２）のマトリックス（１９０）を有しており、それぞれのピクセル（１９２）は、前記光ビーム（１１６）が前記少なくとも１個の光学センサ（１２２）に到達する前に、前記ピクセル（１９２）を通過する前記光ビーム（１１６）の一部分の前記少なくとも１個の光学的な特性を個別に修正するように制御可能である、少なくとも１個の空間光変調器（１８８）と、
異なる変調周波数によって、前記ピクセル（１９２）のうちの少なくとも２個を周期的に制御するように適合されている少なくとも１個の変調器デバイス（１９４）と、
をさらに含み、
前記評価デバイス（１４０）は、前記変調周波数に関して前記センサ信号の信号成分を決定するために、周波数分析を実施するように適合されている、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】
前記変調器デバイス（１９４）は、前記ピクセル（１９２）のそれぞれが個別に制御可能となるように適合されている、請求項７に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項９】
前記評価デバイス（１４０）は、前記異なる変調周波数によって前記センサ信号を復調させることによって、前記周波数分析を実施するように適合されている、請求項７または８に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項１０】
前記評価デバイス（１４０）は、前記信号成分のそれぞれを前記マトリックス（１９０）の１個または複数のピクセル（１９２）に割り当てるように適合されている、請求項７から９のいずれか一項に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項１１】
前記評価デバイス（１４０）は、前記信号成分を評価することによって、前記マトリックス（１９０）のどのピクセル（１９２）が前記光ビーム（１１６）によって照射されているかを決定するように適合されている、請求項７から１０のいずれか一項に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項１２】
前記焦点調整可能なレンズ（１３０）は、完全にまたは部分的に前記空間光変調器（１８８）の一部であり、前記空間光変調器（１８８）の前記ピクセル（１９２）は、マイクロレンズ（２２８）を有しており、前記マイクロレンズ（２２８）は、焦点調整可能なレンズ（１３０）である、請求項７から１１のいずれか一項に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項１３】
それぞれのピクセル（１９２）が、個々のマイクロレンズ（２２８）を有する、請求項１２に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項１４】
少なくとも１個のイメージングデバイス（１６２）をさらに有しており、前記イメージングデバイス（１６２）は、前記光学検出器（１１０）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ができ、前記評価デバイス（１４０）は、前記空間光変調器（１８８）の前記ピクセル（１９２）を前記イメージのイメージピクセルに割り当てるように適合されており、前記評価デバイス（１４０）は、前記信号成分を評価することによって、前記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ており、前記評価デバイス（１４０）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、前記イメージピクセルの深度情報を前記イメージと組み合わせるように適合されている、請求項７から１３のいずれか一項に記載の光学検出器（１１０）。
【請求項１５】
少なくとも１個の対象物（１１４）の位置を決定するための検出器システム（１２０）であって、請求項１から１４まで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（１１６）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（１１８）をさらに含み、前記ビーコンデバイス（１１８）は、前記対象物（１１４）に取り付け可能であること、前記対象物（１１４）によって保持可能であること、および、前記対象物（１１４）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（１２０）。
【請求項１６】
少なくとも１つの情報をユーザ（１７８）とマシン（１８４）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（１６６）であって、光学検出器（１１０）を参照する請求項１から１４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（１６６）。
【請求項１７】
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（１６８）であって、請求項１６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（１６６）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（１６６）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、前記情報にしたが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（１６８）。
【請求項１８】
少なくとも１個の移動可能な対象物（１１４）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（１７０）であって、光学検出器（１１０）を参照する請求項１から１４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（１２０）を参照する請求項１５に記載の少なくとも１個の検出器システム（１２０）を含み、少なくとも１個のトラックコントローラ（１８６）をさらに含み、前記トラックコントローラ（１８６）は、特定の時点における前記対象物（１１４）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（１７０）。
【請求項１９】
少なくとも１個の対象物（１１４）をイメージングするためのカメラ（１５２）であって、光学検出器（１１０）を参照する請求項１から１４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（１５２）。
【請求項２０】
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）を使用して少なくとも１個のセンサ信号を発生させることによって、少なくとも１個の光ビーム（１１６）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（１２６）を有しており、前記光学センサ（１２２）の前記センサ信号は、前記光ビーム（１１６）による前記センサ領域（１２６）の照射に依存しており、前記センサ信号は、前記照射の合計パワーが同じであることを所与として、前記センサ領域（１２６）の中の前記光ビーム（１１６）の幅に依存する、工程と、
前記光ビーム（１１６）の少なくとも１つのビーム経路（１３２）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（１３０）を使用することによって、制御された方式で前記光ビーム（１１６）の焦点位置を修正する工程と、
少なくとも１個の焦点変調デバイス（１３６）を使用することによって、少なくとも１個の焦点変調信号（１３８）を前記焦点調整可能なレンズ（１３０）に提供する工程であって、それによって、前記焦点位置を変調させる、工程と、
少なくとも１個の評価デバイス（１４０）を使用することによって、前記センサ信号を評価する工程と
を含む、方法。
【請求項２１】
少なくとも１個の空間光変調器（１８８）を使用することによって、空間的に分解された方式で、前記光ビーム（１１６）の少なくとも１個の特性を修正する工程であって、前記空間光変調器（１８８）は、ピクセル（１９２）のマトリックス（１９０）を有しており、それぞれのピクセル（１９２）は、前記光ビーム（１１６）が前記少なくとも１個の光学センサ（１２２）に到達する前に、前記ピクセル（１９２）を通過する前記光ビーム（１１６）の一部分の前記少なくとも１個の光学的な特性を個別に修正するように制御可能である、工程と、
少なくとも１個の変調器デバイス（１９４）を使用することによって、異なる変調周波数によって、前記ピクセル（１９２）のうちの少なくとも２個を周期的に制御する工程と、
をさらに含み、
前記センサ信号を評価する工程は、前記変調周波数に関する前記センサ信号の信号成分を決定するために、周波数分析を実施する工程を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
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；カメラ（１５２）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；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；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１４のいずれか一項に記載の光学検出器（１１０）を使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１、ＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１、または、２０１３年８月１９日付けのこれまで未公開の米国仮特許出願第６１／８６７，１８０号、２０１３年１１月２０日付けの米国仮出願第６１／９０６，４３０号、および２０１３年１２月１１日付けの米国仮出願第６１／９１４，４０２号、ならびに、２０１４年３月６日付けの未公開の独国特許出願第１０２０１４００６２７９．１号、２０１４年６月１０日付けの未公開の欧州特許出願第１４１７１７５９．５号、２０１４年８月１５日付けの国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１４／０６７４６６、および、２０１４年８月１５日付けの米国特許出願第１４／４６０，５４０号に述べられているような光学検出器の一般的な概念に基づいており、それらの文献のすべての内容は、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】
２０１３年６月１３日に出願された欧州特許出願第ＥＰ１３１７１８９８．３号、および、２０１４年６月５日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１４／０６１６８８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、それらの文献のすべての内容は、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】
２０１３年６月１３日に出願された欧州特許出願第ＥＰ１３１７１９００．７号、および、２０１４年６月５日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１４／０６１６９１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】
２０１３年６月１３日に出願された欧州特許出願第ＥＰ１３１７１９０１．５号、および、２０１４年６月５日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１４／０６１６９５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】
２０１３年８月１９日付けの米国仮特許出願第６１／８６７，１８０号、２０１３年１１月２０日付けの米国仮出願第６１／９０６，４３０号、および、２０１３年１２月１１日付けの米国仮出願第６１／９１４，４０２号、ならびに、２０１４年３月６日付けの未公開の独国特許出願第１０２０１４００６２７９．１号、２０１４年６月１０日付けの未公開の欧州特許出願第１４１７１７５９．５号、および、ともに２０１４年８月１５日付けの国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１４／０６７４６６および米国特許出願第１４／４６０，５４０号は、少なくとも１個の空間光変調器を含む光学検出器を開示しており、少なくとも１個の空間光変調器は、空間的に分解された方式で、光ビームの少なくとも１個の特性を修正するように適合されており、少なくとも１個の空間光変調器は、ピクセルのマトリックスを有しており、それぞれのピクセルは、ピクセルを通過する光ビームの一部分の少なくとも１個の光学的な特性を個別に修正するように制御可能であり、それらの文献のすべての内容は、参照により本明細書に含まれる。光学検出器は、少なくとも１個の光学センサをさらに含み、少なくとも１個の光学センサは、空間光変調器のピクセルのマトリックスを通過した後の光ビームを検出するように適合されており、また、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。光学検出器は、少なくとも１個の変調器デバイスをさらに含み、少なくとも１個の変調器デバイスは、異なる変調周波数によって、ピクセルのうちの少なくとも２個を周期的に制御するように適合されている。光学検出器は、少なくとも１個の評価デバイスをさらに含み、少なくとも１個の評価デバイスは、変調周波数に関するセンサ信号の信号成分を決定するために、周波数分析を実施するように適合されている。
【００１５】
上述のデバイスおよび検出器によって、具体的には、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＵＳ６１／７３９，１７３、ＵＳ６１／７４９，９６４、ＥＰ１３１７１８９８．３、ＥＰ１３１７１９００．７、ＥＰ１３１７１９０１．５、ＰＣＴ／ＥＰ２０１４／０６７４６６およびＵＳ１４／４６０，５４０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】
【００１６】
【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】欧州特許出願第ＥＰ１３１７１８９８．３号
【特許文献１４】国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１４／０６１６８８
【特許文献１５】欧州特許出願第ＥＰ１３１７１９００．７号
【特許文献１６】国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１４／０６１６９１
【特許文献１７】欧州特許出願第ＥＰ１３１７１９０１．５号
【特許文献１８】国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１４／０６１６９５
【特許文献１９】米国仮特許出願第６１／８６７，１８０号
【特許文献２０】米国仮出願第６１／９０６，４３０号
【特許文献２１】米国仮出願第６１／９１４，４０２号
【特許文献２２】独国特許出願第１０２０１４００６２７９．１号
【特許文献２３】欧州特許出願第１４１７１７５９．５号
【特許文献２４】国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１４／０６７４６６
【特許文献２５】米国特許出願第１４／４６０，５４０号
【特許文献２６】ＵＳ６１／７３９，１７３
【特許文献２７】ＵＳ６１／７４９，９６４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、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個の光学センサと、
−  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であって、制御された方式で光ビームの焦点位置を修正するように適合されている、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズと、
−  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ている、少なくとも１個の焦点変調デバイスであって、それによって、焦点位置を変調させる、少なくとも１個の焦点変調デバイスと、
−  センサ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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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ハイブリッド光学センサも使用され得る。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、上述の焦点変調デバイス、上述の焦点調整可能なレンズ、または、さらに詳細に下記に述べられている任意の空間光変調器のうちの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。
【００３８】
たとえば、変調デバイスによる第１の変調、焦点調整可能なレンズによる第２の変調、および、空間光変調器による第３の変調、または、これらの変調のうちの２個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、たとえば、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、たとえば、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、たとえば、任意の追加的な少なくとも１個の変調デバイスによって、および／または、任意の少なくとも１個の空間光変調器などによって、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、たとえば、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、空間光変調器による任意の第２の変調、および、照射源による第３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。
【００３９】
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、２０１４年６月５日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１４／０６１６９１が参照され得る。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。好ましくは、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しており、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。
【００４５】
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有する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くてもよいが、それは、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。
【００４６】
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。具体的には流体効果に基づく、焦点調整可能なレンズの再検討のために、たとえば、Ｎ．Ｎｇｕｙｅｎ：“Ｍｉｃｒｏ−ｏｐｔｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｌｅｎｓｅｓ：Ａ  ｒｅｖｉｅｗ“，Ｂｉｏｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ，４，０３１５０１（２０１０）、および／または、Ｕｒｉｅｌ  Ｌｅｖｙ，Ｒｏｍｉ  Ｓｈａｍａｉ：“Ｔｕｎａｂｌｅ  ｏｐｔｏｆｌｕｉｄｉｃ  ｄｅｖｉｃｅｓ“，Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ  Ｎａｎｏｆｌｕｉｄ，４，９７（２００８）が参照され得る。しかし、焦点調整可能なレンズの他の原理は、それ加えてまたは代替的に使用され得ることが留意されるべきである。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
光学検出器は、少なくとも１個の焦点変調デバイスをさらに含み、少なくとも１個の焦点変調デバイスは、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。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している。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、制御信号にしたが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、２個以上の正弦関数の線形の組み合わせ、２乗正弦関数またはｓｉｎ（ｔ＾２）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。
【００５２】
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、焦点変調信号にしたがって、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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、任意に、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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。レンズを制御する変調信号、および、ロックイン検出方法において使用される変調信号は、信号対ノイズ比が最適とな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。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。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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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、イメージングデバイス、例えば、ＣＣＤデバイスまたはＣＭＯＳデバイスが使用され得、横方向位置は、このイメージングデバイスによって発生される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。
【００６９】
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。
【００７０】
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したが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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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、たとえば、ビームスプリッターなど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。
【００７４】
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。
【００７５】
少なくとも１個の光学センサに加えて、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り、たとえば、１個または複数の追加的な感光性エレメントなどを含むことが可能である。例として、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さらに含むことが可能であり、たとえば、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、シーンの一部のイメージを記録するように適合されているデバイスなどをさらに含むことが可能である。したがって、少なくとも１個のイメージングデバイスは、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、１次元、２次元、またはそれ以上で、空間的に分解された光学的な情報を記録するように適合されている。例として、少なくとも１個の任意のイメージングデバイスは、センサピクセルなどのような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、たとえば、ピクセルの長方形の１次元のアレイまたは２次元のアレイなどを含むことが可能である。例として、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含む。例として、光学検出器は、ＣＣＤデバイスまたはＣＭＯＳデバイスのうちの少なくとも１個を含むことが可能である。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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個または複数と組み合わせられ得る、本発明のさらなる実施形態では、光学検出器は、少なくとも１個の空間光変調器を含むことが可能である。結果的に、上記に開示されているような少なくとも１個の焦点調整可能なレンズを使用する概念は、一般的に、２０１３年８月１９日付けの米国仮特許出願第６１／８６７，１８０号、２０１３年１１月２０日付けの米国仮出願第６１／９０６，４３０号、および２０１３年１２月１１日付けの米国仮出願第６１／９１４，４０２号、ならびに、２０１４年３月６日付けの未公開の独国特許出願第１０２０１４００６２７９．１号、２０１４年６月１０日付けの未公開の欧州特許出願第１４１７１７５９．５号、および、ともに２０１４年８月１５日付けの国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１４／０６７４６６および米国特許出願第１４／４６０，５４０号のうちの１個または複数に開示されているような光学検出器と組み合わせられ得、それらの文献のすべての内容は、参照により本明細書に含まれる。
【００８０】
結果的に、光学検出器は、
−  空間的に分解された方式で、光ビームの少なくとも１個の特性を修正するように適合されている少なくとも１個の空間光変調器であって、ピクセルのマトリックスを有しており、それぞれのピクセルは、光ビームが少なくとも１個の光学センサに到達する前に、ピクセルを通過する光ビームの一部分の少なくとも１個の光学的な特性を個別に修正するように制御可能である、少なくとも１個の空間光変調器と、
−  異なる変調周波数によって、ピクセルのうちの少なくとも２個を周期的に制御するように適合されている少なくとも１個の変調器デバイスと、
をさらに含むことが可能であり、
評価デバイスは、変調周波数に関してセンサ信号の信号成分を決定するために、周波数分析を実施するように適合されている。
【００８１】
本明細書で使用されているように、ＳＬＭとも称される「空間光変調器」は、一般的に、空間的に分解された方式で、具体的には、光ビームの伝播の方向に対して垂直の少なくとも１個の方向に、光ビームの少なくとも１個の特性を、具体的には、少なくとも１個の光学的な特性を修正するように適合されているデバイスである。したがって、例として、空間光変調器は、光ビームの伝播の局所的な方向に対して垂直の平面において、制御された方式で少なくとも１個の光学的な特性を修正するように適合され得る。したがって、空間光変調器は、好ましくは、光ビームの伝播の方向に対して垂直の少なくとも１個の方向に、何らかの形の空間的に可変の変調を光ビームに課すことができる任意のデバイスであることが可能である。少なくとも１個の特性の空間的な変化は、制御された方式で修正され得、伝播の方向に対して垂直の平面の中のそれぞれの制御可能な場所において、空間光変調器が、異なる方式で光ビームのそれぞれの特性を修正することができる少なくとも２個の状態をとることができるようになっている。
【００８２】
空間光変調器は、一般的に、当技術分野において知られており、たとえば、ホログラフィの技術分野、および／または、プロジェクタデバイスの技術分野などにおいて知られている。一般的に当技術分野において公知の空間光変調器の簡単な例は、液晶空間変調器である。透過型液晶空間光変調器および反射型液晶空間光変調器の両方が、公知であり、本発明の中で使用され得る。さらに、個別に制御可能なマイクロミラーのエリアに基づく、マイクロメカニカル空間光変調器が公知である。したがって、反射型の空間光変調器が使用され得、それは、ＤＬＰ（登録商標）技術に基づいており、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓによって市販されており、単一カラーもしくはマルチカラー、または、さらには、フルカラーのマイクロミラーを有する。さらに、本発明の中で空間光変調器として使用され得るマイクロミラーアレイが、Ｖ．Ｖｉｅｒｅｃｋら、Ｐｈｏｔｏｎｉｋ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ２（２００９），４８−４９によって、および／または、ＵＳ７，６７７，７４２Ｂ２（Ｈｉｌｌｍｅｒら）に開示されている。本明細書で、光学軸に対して平行の位置と垂直の位置との間でマイクロミラーを切り替えることができるマイクロミラーアレイが示されている。これらのマイクロミラーアレイは、一般的に、液晶技術の上の透過型の空間光変調器空間と同様に、透過型の空間光変調器として使用され得る。しかし、このタイプの空間光変調器の透明度は、一般的に、一般の液晶空間光変調器の透明度よりも高い。さらに、空間光変調器は、他の光学的な効果、たとえば、音響光学的な効果および／または電気光学的な効果など、たとえば、いわゆるポッケルス効果および／またはいわゆるカー効果などに基づくことが可能である。さらに、干渉法の変調またはＩＭＯＤ技術の使用に基づく１個または複数の空間光変調器が提供され得る。この技術は、それぞれのピクセルの中の切り替え可能な干渉効果に基づいている。後者は、例として、「Ｍｉｒａｓｏｌ（商標）」という商品名で、Ｑｕａｌｃｏｍｍ（登録商標）によって市販されている。
【００８３】
さらに、追加的にまたは代替的に、本明細書で使用されている少なくとも１個の空間光変調器は、調整可能な光学エレメントの少なくとも１個のアレイ、たとえば、焦点調整可能なレンズのアレイ、アダプティブ液体マイクロレンズのエリア、透明なマイクロプリズムのアレイの１個または複数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。結果的に、さらに詳細に下記に概説されることになるように、上述の少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ（その焦点距離は、少なくとも１個の焦点変調デバイス、および、このデバイスによって提供される焦点変調信号によって修正され得る）は、少なくとも１個の任意の空間光変調器から分離され得、および／または、少なくとも１個の任意の空間光変調器に完全にもしくは部分的に一体化され得る。
【００８４】
調整可能な光学エレメントの上述のアレイの任意の組み合わせが使用され得る。アレイの光学エレメントの調整は、例として、電気的におよび／または光学的に実施され得る。例として、調整可能な光学エレメントの１個または複数のアレイは、第１のイメージ平面の中に、たとえば、ＤＬＰ、ＬＣＤ、ＬＣＯＳ、または他のＳＬＭのような他の空間光変調器などの中に設置され得る。マイクロレンズなどのような光学エレメントの焦点、および／または、マイクロプリズムなどのような光学エレメントの屈折が変調され得る。次いで、この変調は、少なくとも１個の光学センサによってモニタリングされ得、また、復調などのような周波数分析を実施することによって、少なくとも１個の評価デバイスによって評価され得る。
【００８５】
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。また、その中に開示されている焦点調整可能なレンズアレイは、本発明による光学検出器のＳＬＭの中で使用され得る。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。
【００８６】
したがって、例として、透過型の空間光変調器または反射型の空間光変調器からなる群から選択される、１個または複数の空間光変調器が使用され得る。さらに、例として、液晶技術に基づく空間光変調器、たとえば、１個または複数の液晶空間光変調器など；マイクロメカニカルシステムに基づく空間光変調器、たとえば、マイクロミラーシステムに基づく空間光変調器など、具体的には、マイクロミラーアレイ；干渉法の変調に基づく空間光変調器；音響光学的な効果に基づく空間光変調器；電気光学的な効果に基づく空間光変調器、具体的には、ポッケルス効果および／またはカー効果に基づく空間光変調器；調整可能な光学エレメントの少なくとも１個のアレイを含む空間光変調器、たとえば、焦点調整可能なレンズのアレイ、アダプティブ液体マイクロレンズのエリア、透明なマイクロプリズムのアレイのうちの１個または複数を含む空間光変調器などからなる群から選択される、１個または複数の空間光変調器が使用され得る。当技術分野で公知の典型的な空間光変調器は、たとえば、光ビームの伝播の方向に対して垂直の平面において、光ビームの強度の空間分布を変調させるように適合されている。しかし、さらに詳細に下記に概説されることになるように、追加的にまたは代替的に、光ビームの他の光学的な特性が変化させられ得、たとえば、光ビームの位相および／または光ビームの色などが変化させられ得る。他の考えられる空間光変調器が、より詳細に下記に説明されることになる。
【００８７】
一般的に、空間光変調器は、コンピュータ制御可能であり得、光ビームの少なくとも１個の特性の変化の状態がコンピュータによって調節され得るようになっている。空間光変調器は、電気的にアドレス可能な空間光変調器、光学的にアドレス可能な空間光変調器、または、任意の他のタイプの空間光変調器であることが可能である。
【００８８】
上記に概説されているように、空間光変調器は、ピクセルのマトリックスを含み、それぞれのピクセルは、ピクセルを通過する光ビームの一部分の少なくとも１個の光学的な特性を個別に修正するように制御可能であり、すなわち、ピクセルを通過することによって、ピクセルによって反射されることによって、または、他の方式の相互作用によって、ピクセルと相互作用する光ビームの一部分の少なくとも１個の光学的な特性を個別に修正するように制御可能である。本明細書で使用されているように、「ピクセル」は、したがって、一般的に、ピクセルを通過する光ビームの一部分の少なくとも１個の光学的な特性を修正するように適合されている空間光変調器のユニタリーエレメントを表している。結果的に、ピクセルは、ピクセルを通過する光ビームの一部分の少なくとも１個の光学的な特性を修正するように適合されている空間光変調器の最小単位であることが可能である。例として、それぞれのピクセルは、液晶セルおよび／またはマイクロミラーであることが可能である。それぞれのピクセルは、個別に制御可能である。
【００８９】
本明細書で使用されているように、「制御」という用語は、一般的に、少なくとも２個の異なる状態をとるように、ピクセルが少なくとも１個の光学的な特性を修正する方式が調節され得ることを表している。調節は、任意のタイプの制御によって、好ましくは、電気的な調節によって起こることが可能である。したがって、たとえば、特定の電圧および／または特定の電流をピクセルに印加することなどによって、それぞれのピクセルの状態を調節するために、それぞれのピクセルは、好ましくは、個別に電気的にアドレス可能であり得る。
【００９０】
さらに本明細書で使用されているように、「個別に」という用語は、一般的に、マトリックスの１個のピクセルが、他のピクセルをアドレッシングすることから少なくとも実質的に独立してアドレッシングされ得、ピクセルの状態が、および、したがって、それぞれのピクセルが、光ビームのそれぞれの部分に影響を与える方式が、他のピクセルの１個もしくは複数の実際の状態から、または、さらには、他のピクセルのすべての実際の状態から独立して調節され得るようになっているという事実を表している。
【００９１】
さらに本明細書で使用されているように、「光ビームの少なくとも１個の特性を修正する」という用語は、一般的に、少なくともある程度はピクセルを通過する光ビームの一部分に関して、ピクセルが光ビームの少なくとも１個の特性を変化させることができるという事実を表している。好ましくは、特性の変化の程度は、少なくとも２個の異なる値のうちの一方が光ビームの一部分の不変の通過を暗示するという可能性を含む、少なくとも２個の異なる値をとるように調節され得る。光ビームの少なくとも１個の特性の修正は、吸収、透過、反射、位相変化、または、他のタイプの光学的な相互作用のうちの１個または複数を含む、ピクセルと光ビームの任意の実行可能な相互作用によって、任意の実行可能な方式で起こることが可能である。したがって、例として、それぞれのピクセルは、少なくとも２個の異なる状態をとることが可能であり、ピクセルの実際の状態は、制御された方式で調節可能であり得、それぞれのピクセルに関して、少なくとも２個の状態は、それぞれのピクセルとそれぞれのピクセルを通過する光ビームの一部分とのそれらの相互作用に関して異なっており、たとえば、吸収、透過、反射、位相変化、または、ピクセルと光ビームの一部分との任意の他のタイプの相互作用のうちの１個または複数に関して異なっている。
【００９２】
したがって、「ピクセル」は、一般的に、制御された方式で光ビームの一部分の少なくとも１個の特性を修正するように適合されている空間光変調器の均一な最小単位を表すことが可能である。例として、それぞれのピクセルは、ピクセル面積とも称される、１μｍ２から５，０００，０００μｍ２、好ましくは、１００μｍ２から４，０００，０００μｍ２、好ましくは、１，０００μｍ２から１，０００，０００μｍ２、より好ましくは、２，５００μｍ２から５０，０００μｍ２の、光ビームとの相互作用の面積を有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。
【００９３】
「マトリックス」という表現は、一般的に、空間内の複数のピクセルの配置を表しており、それは、線形の配置または面積的な配置であることが可能である。したがって、一般的に、マトリックスは、好ましくは、１次元のマトリックスおよび２次元のマトリックスからなる群から選択され得る。マトリックスのピクセルは、規則的なパターンを形成するように配置され得、長方形のパターン、多角形のパターン、六角形のパターン、円形のパターン、または、別のタイプのパターンのうちの少なくとも１個であることが可能である。したがって、例として、マトリックスのピクセルは、デカルト座標系のそれぞれの次元において、および／または、極座標系において、独立して等距離に配置され得る。例として、マトリックスは、１００個から１００，０００，０００個のピクセル、好ましくは、１，０００個から１，０００，０００個のピクセル、より好ましくは、１０，０００個から５００，０００個のピクセルを含むことが可能である。最も好ましくは、マトリックスは、行および列で配置されているピクセルを有する長方形のマトリックスである。
【００９４】
さらに詳細に下記に概説されることになるように、マトリックスのピクセルは、同一であってもよく、または、変化していてもよい。したがって、例として、マトリックスのすべてのピクセルは、同じスペクトル特性を有することが可能であり、および／または、同じ状態を有することが可能である。例として、それぞれのピクセルは、オン状態およびオフ状態を有することが可能であり、オン状態では、光は、ピクセルを通過することが可能であり、または、通過の方向または光学センサの方向へピクセルによって反射され得、また、オフ状態では、光は、ピクセルによって遮断もしくは減衰され、または、遮断方向に反射され、たとえば、光学センサから離れてビームダンプに反射される。さらに、ピクセルは、異なる特性を有することが可能であり、たとえば、異なる状態を有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例として、ピクセルは、異なるスペクトル特性を含む色付きのピクセルであることが可能であり、たとえば、光の透過波長および／または反射波長に関して異なるフィルタ特性などを含む色付きのピクセルであることが可能である。したがって、例として、マトリックスは、赤色ピクセル、緑色ピクセル、および青色ピクセル、または、異なる色を有する他のタイプのピクセルを有するマトリックスであることが可能である。例として、ＳＬＭは、フルカラーのＳＬＭであることが可能であり、たとえば、フルカラーの液晶デバイス、および／または、異なるスペクトル特性のミラーを有するマイクロミラーデバイスなどであることが可能である。
【００９５】
空間光変調器を含む実施形態では、光学検出器は、上記に概説されているように、異なる変調周波数によってピクセルのうちの少なくとも２個を周期的に制御するように適合されている少なくとも１個の変調器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、「変調器デバイス」という用語は、一般的に、マトリックスのピクセルの２個以上、または、マトリックスのピクセルのすべてを制御するように適合されているデバイスを表しており、それぞれのピクセルに関して、少なくとも２個の異なる状態のうちの１個をとるように、それぞれのピクセルを調節するようになっており、ここで、それぞれの状態は、ピクセルとそれぞれのピクセルを通過する光ビームの一部分との相互作用の特定のタイプを有する。したがって、例として、変調器デバイスは、２個の異なるタイプの電圧、および／または、少なくとも２個の異なるタイプの電流を、変調器デバイスによって制御されるピクセルのそれぞれに選択的に印加するように適合され得る。
【００９６】
少なくとも１個の変調器デバイスは、ピクセルのうちの少なくとも２個を周期的に制御するように適合されており、好ましくは、マトリックスのピクセルのより多く、または、さらには、ピクセルのすべてを、異なる変調周波数で周期的に制御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、「変調周波数」という用語は、一般的に、ピクセルの制御の変調の周波数ｆおよび変調の位相φのうちの一方または両方を表している。したがって、周期的な制御または変調の周波数および／または位相のうちの一方または両方は、さらに詳細に下記に議論されることになるように、光学的な情報をエンコードおよび／またはデコードするために使用され得る。
【００９７】
本明細書で使用されているように、「周期的に制御する」という用語は、一般的に、変調器デバイスがそれぞれのピクセルの少なくとも２個の異なる状態の間で周期的に切り替わるように適合されているという事実を表しており、ここで、それぞれのピクセルの少なくとも２個の異なる状態は、ピクセルを通過する光ビームの一部分と相互作用するそれらの方式に関して異なっており、したがって、ピクセルを通過する光ビームの一部分を修正するそれらの程度または方式に関して異なっている。変調周波数は、一般的に、それぞれのピクセルの少なくとも２個の状態の間での周期的な切り替えの周波数および／または位相からなる群から選択されている。切り替えは、一般的に、段階的な切り替えもしくはデジタル式の切り替え、または、それぞれのピクセルの状態が第１の状態と第２の状態との間で連続的に変化させられる連続的な切り替えであることが可能である。最も一般的な例として、ピクセルは、それぞれの変調周波数において、すなわち、特定の周波数ｆにおいて、および／または、特定の位相φにおいて、周期的にスイッチオンまたはスイッチオフされ得る。
【００９８】
少なくとも１個の空間光変調器を含む実施形態では、少なくとも１個の評価デバイスは、変調周波数に関するセンサ信号の信号成分を決定するために、周波数分析を実施するように適合されている。したがって、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うちの少なくとも１個は、空間光変調器のピクセルのマトリックスを通過した後の、すなわち、空間光変調器によって伝送された後の、および／または、空間光変調器によって反射された後の、光ビームを検出するように適合され得る。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
評価デバイスは、１個または複数のサブデバイスを含有することが可能であり、たとえば、測定デバイス、周波数アナライザ、好ましくは、位相感応周波数アナライザ、フーリエアナライザ、および復調デバイスのうちの１個または複数など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、特定の変調周波数を検出器信号と混合させるように適合されている少なくとも１個の周波数混合デバイスを含むことが可能である。この方式で取得された混合信号は、復調された信号を取得するために、ローパスフィルタを使用することによってフィルタリングされ得る。周波数のセットを使用することによって、さまざまな周波数に関して復調された信号が、評価デバイスによって発生され、したがって、周波数分析を提供することが可能である。周波数分析は、周波数または位相の所定の範囲にわたる完全な周波数分析であることが可能であり、または、１個、２個、もしくは、それ以上の所定のまたは調節可能な周波数および／または位相に関する選択的な周波数アナライザであることが可能である。
【０１０２】
本明細書で使用されているように、「周波数分析」という用語は、一般的に、評価デバイスが、周波数選択的な方式で検出器信号を評価するように適合され得、したがって、センサ信号の信号成分を少なくとも２個の異なる周波数および／または位相に分離させるように、すなわち、それらの周波数ｆにしたがって、および／または、位相φにしたがって分離させるように適合され得るという事実を表している。したがって、信号成分は、周波数ｆおよび／または位相φにしたがって分離され得、これらの信号成分が同じ周波数ｆを有し得る場合には後者である。したがって、周波数分析は、一般的に、周波数および位相のうちの１個または複数にしたがって、信号成分を分離させるように適合され得る。結果的に、それぞれの変調周波数に関して、１個または複数の信号成分が、周波数分析によって決定され得る。したがって、一般的に、周波数分析は、位相感応方式で実施されてもよく、または、非位相感応方式で実施されてもよい。
【０１０３】
周波数分析は、１個、２個、またはそれ以上の異なる周波数において起こることが可能であり、したがって、これらの１個、２個、またはそれ以上の異なる周波数において、センサ信号の信号成分を取得することが可能である。２個以上の異なる周波数は、離散的な周波数であることが可能であり、または、連続的な周波数範囲であることが可能であり、たとえば、周波数間隔における連続的な周波数範囲などであることが可能である。周波数アナライザは、一般的に、高周波数電子機器の技術分野において公知である。
【０１０４】
評価デバイスは、具体的には、変調周波数に関する周波数分析を実施するように適合され得る。したがって、好ましくは、評価デバイスは、少なくとも、変調器デバイスによって使用される異なる変調周波数に関して、センサ信号の周波数成分を決定するように適合されている。実際に、変調器デバイスは、さらには完全にまたは部分的に評価デバイスの一部であることが可能であり、または、その逆もまた同様である。したがって、例として、１個または複数の信号発生器が設けられ得、それは、変調器デバイスによって使用される変調周波数、および、周波数分析のための周波数の両方を提供する。例として、発生される少なくとも１個の信号は、少なくとも２個のピクセル、好ましくは、ピクセルのより多く、または、さらには、ピクセルのすべてを周期的に制御するための変調周波数のセットを提供するために使用され得るとともに、周波数分析のために変調周波数の同じセットを提供するために使用され得る。したがって、変調周波数のセットのそれぞれの変調周波数が、それぞれのピクセルに提供され得る。さらに、それぞれの変調周波数によってセンサ信号を復調させ、それによって、それぞれの変調周波数の信号成分を取得するために変調周波数のセットのそれぞれの変調周波数は、評価デバイスの復調デバイスに提供され得る。したがって、信号成分のセットは、評価デバイスによって発生され得、信号成分のセットのそれぞれの信号成分は、変調周波数のセットのそれぞれの変調周波数に対応しており、したがって、マトリックスのそれぞれのピクセルに対応している。したがって、好ましくは、評価デバイスは、信号成分のそれぞれと空間光変調器のピクセルのマトリックスのピクセルとの間の明確な相関関係を確立するように適合され得る。換言すれば、評価デバイスは、少なくとも１個の光学センサによって提供されるセンサ信号を、それぞれのピクセルを通過する光の部分によって発生される信号成分に分離させるように適合され得、および／または、信号成分をマトリックスの特定のピクセルに割り当てるように適合され得る。
【０１０５】
複数の光学センサが設けられている場合に、評価デバイスは、光学センサのそれぞれに関して、個別にまたは共通して上述の周波数分析を実施するように適合され得、または、光学センサのうちの１個または複数のみに関して、上述の周波数分析を実施するように適合され得る。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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、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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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、雄雌同体コネクタ、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。
【０１１０】
評価デバイスは、それぞれの信号成分をその変調周波数にしたがってそれぞれのピクセルに割り当てるようにさらに適合され得る。好ましくは、固有の変調周波数または個々の変調周波数において、ピクセルのそれぞれが個別に制御されるかまたは制御可能であるように、変調器デバイスは適合され得る。しかし、代替的に、さらに詳細に下記に概説されることになるように、ピクセルの１個または複数のグループ、たとえば、ピクセルの１個または複数のセットまたはサブセットなどは、組み合わせられた方式で制御され得、それによって、イメージの中の１個または複数のスーパーピクセルを画定することを可能にし、それぞれのスーパーピクセルは、複数のピクセルを含み、スーパーピクセルのピクセルは、たとえば、共通の変調周波数などによって、組み合わせられた方式で制御される。
【０１１１】
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。
【０１１２】
空間的に分解された方式で空間光変調器によって修正される光ビームの少なくとも１個の光学的な特性について、さらに考えられる詳細が言及される。上記に概説されているように、空間的に分解された方式で空間光変調器によって修正される光ビームの少なくとも１個の特性は、具体的には、光ビームの一部分の強度；光ビームの一部分の位相；光ビームの一部分のスペクトル特性、好ましくは、色；光ビームの一部分の偏光；光ビームの一部分の伝播の方向；光ビームの焦点位置；光ビームの発散；光ビームの幅からなる群から選択される少なくとも１個の特性であることが可能である。少なくとも１個の空間光変調器は、具体的には、以下のものからなる群から選択される少なくとも１個の空間光変調器を含むことが可能である。すなわち、それは、光ビームが、ピクセルのマトリックスを通過し、また、ピクセルが、それぞれのピクセルを通過する光ビームのそれぞれの部分に関する光学的な特性を個別に制御可能な方式で修正するように適合されている、透過型の空間光変調器；ピクセルが、個別に制御可能な反射特性を有しており、また、それぞれのピクセルによって反射される光ビームのそれぞれの部分に関する伝播の方向を個別に変化させるように適合されている、反射型の空間光変調器；ピクセルが、それぞれのピクセルに印加される電圧によって個別に制御可能である制御可能なスペクトル特性を有する、エレクトロクロミック空間光変調器；ピクセルの複屈折が音波によって制御可能である、音響光学的な空間光変調器；ピクセルの複屈折が電界によって制御可能である、電気光学的な空間光変調器；マイクロレンズの焦点距離が、好ましくは個別に調整可能である、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイである。具体的には、少なくとも１個の空間光変調器は、以下のものからなる群から選択される少なくとも１個の空間光変調器を含むことが可能である。すなわち、それは、ピクセルが液晶デバイスの個別に制御可能なセルである、液晶デバイス、好ましくは、アクティブマトリックス液晶デバイス；ピクセルが、それらの反射表面の配向に関して個別に制御可能なマイクロミラーデバイスのマイクロミラーである、マイクロミラーデバイス；ピクセルが、それぞれのセルに印加される電圧によって個別に制御可能なスペクトル特性を有するエレクトロクロミックデバイスのセルである、エレクトロクロミックデバイス；ピクセルが、セルに印加される音波によって個別に制御可能な複屈折を有する音響光学的なデバイスのセルである、音響光学的なデバイス；ピクセルが、セルに印加される電界によって個別に制御可能な複屈折を有する電気光学的なデバイスのセルである、電気光学的なデバイス；マイクロレンズの焦点距離が、好ましくは個別に調整可能である、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイである。しかし、それに加えてまたは代替的に、他のタイプの空間光変調器も使用され得ることが留意されるべきである。
【０１１３】
評価デバイスは、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に割り当てるように適合され得る。そこでは、上記に説明されているように、ピクセルがそれぞれ異なる変調周波数によって個別に制御されるケースでは、信号成分が、個々のピクセルに割り当てられ得る。１個または複数のスーパーピクセルなどのような、ピクセルの１個または複数のグループが、たとえば、スーパーピクセルのすべてのピクセルに関して共通の変調周波数などによって、共通の方式で制御されるケースでは、信号成分が、ピクセルのそれぞれのグループに割り当てられ得、ピクセルのそれぞれのグループが、ピクセルのそれぞれのグループに関して使用される変調周波数、および、それぞれの信号成分の変調周波数にしたがって、個々の信号成分に割り当てられているようになっている。
【０１１４】
評価デバイスは、具体的には、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、それらの変調周波数にしたがって、それぞれのピクセルに割り当てられている信号成分が検出される場合に、それぞれのピクセルが光ビームによって照射されていることが検出され得る。信号成分が登録されていない、他のピクセルが、照射されていないピクセルとして識別され得る。照射されていないピクセル、または、関心のものではないとして識別されているさらなるピクセルは、変調されなくてもよく、または、関心のピクセルに関するセンサ応答を最適化するように変調されてもよい。具体的には、ピクセルは、センサ応答が低い、非常に高い周波数において、変調されなくても変調されてもよく、または、評価デバイスによって容易にフィルタリングされ得る周波数において変調されてもよい。
【０１１５】
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個を識別するように適合され得る。したがって、評価デバイスが、照射されているピクセルおよび照射されていないピクセルを決定するように適合されている場合に、照射されているピクセルの位置から、光ビームによって発生されている光スポットの横方向位置が決定され得る。それについて、上記に概説されているように、空間光変調器の上の光スポットの横方向位置は、一般的に、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に依存するので、光ビームがそこから光学検出器に向けて伝播する少なくとも１個の対象物の横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、評価デバイスは、光スポットの横方向位置と対象物の横方向位置に関する少なくとも１つの情報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ために適合され得る。繰り返しになるが、少なくとも１個の所定の関係または決定可能な関係は、経験的にまたは半経験的に、分析的なアルゴリズムの１個または複数によって決定され得る。したがって、繰り返しになるが、たとえば、異なる横方向位置に対象物を設置することによって、および、光スポットの横方向位置を登録することなどによって、関係を導出するために、簡単な較正実験が使用され得る。しかし、代替的にまたは追加的に、簡単な分析的な光線光学的な考察は、当業者が認識することになるように、光スポットの横方向位置と対象物の横方向位置との間の関係をもたらすことが可能である。
【０１１６】
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さらに適合され得る。したがって、例として、光ビームの幅、または、同等に、空間光変調器の上の光ビームによって発生される光スポットの幅は、照射されているピクセルをカウントすることによって決定され得る。例として、複数の照射されているピクセルが決定される場合に、これらの照射されているピクセルは、円形光スポットを形成しているものとして考えられ得、光スポットの等価直径が導出され得る。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、空間光変調器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。
【０１１７】
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。しかし、追加的に、上記に概説されているように、空間光変調器の上に発生される光スポットの幅も決定され得る。この幅から、同様の方式で、対象物の縦方向位置に関する少なくとも１つのさらなる情報が導出され得る。したがって、一般的に、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、空間光変調器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空間光変調器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して、評価デバイスは、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つ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空間光変調器のピクセルの数、または、空間光変調器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。
【０１１８】
空間光変調器は、１個の同じ色のピクセルから構成され得、または、異なる色のピクセルを含むことが可能である。後者の場合に、評価デバイスは、具体的には、信号成分を異なる色に割り当てるように適合され得る。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。ビームスプリッティングエレメントは、少なくとも１個の任意の空間光変調器から分離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、代替的にまたは追加的に、少なくとも１個の任意のビームスプリッティングエレメントは、完全にもしくは部分的に空間光変調器に一体化され得、または、さらには、空間光変調器を含むことが可能である。
【０１２１】
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。具体的には、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、光学センサのスタックを含むことが可能である。光学センサのスタックは、部分的なビーム経路のうちの少なくとも１個の中に位置し得る。
【０１２２】
焦点調整可能なレンズは、完全にもしくは部分的に空間光変調器の一部であること、または、完全にもしくは部分的に空間光変調器から分離されていることのうちの一方または両方であることが可能である。上記に概説されているように、焦点調整可能なレンズは、少なくとも１個の任意の空間光変調器から分離され得る。しかし、追加的にまたは代替的に、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少なくとも１個は、また、完全にまたは部分的に少なくとも１個の空間光変調器に組み合わせられ得る。結果的に、焦点調整可能なレンズは、完全にまたは部分的に空間光変調器の一部であることが可能である。焦点調整可能なレンズを少なくとも１個の空間光変調器に一体化することは、具体的には、マイクロレンズのアレイなどのような、マイクロレンズを有する空間光変調器を使用することによって実現化され得、ここで、マイクロレンズは、焦点調整可能なレンズである。空間光変調器のそれぞれのピクセルは、個々のマイクロレンズを有することが可能である。マイクロレンズのアレイを使用する空間光変調器の考えられる実施形態に関して、上記に引用されている文献が参照され得、具体的には、ＵＳ２０１４／０１３２７２４Ａ１が参照され得、または、Ｃ．Ｕ．Ｍｕｒａｄｅら、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．１６，１８１８０−１８１８７（２０１２）に開示されているような液体マイクロレンズアレイが参照され得る。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。
【０１２３】
上記に概説されているように、変調器デバイスは、具体的には、ピクセルのうちの少なくとも２個を周期的に制御するように適合され得、好ましくは、３個以上のピクセル、または、さらには、ピクセルのすべてを周期的に制御するように適合され得る。空間光変調器が、焦点調整可能なレンズ、および、焦点調整可能なレンズのアレイ、より好ましくは、焦点調整可能なマイクロレンズのアレイを含む場合に、変調器デバイスは、具体的には、マイクロレンズの少なくとも１個の焦点距離を周期的に制御するように適合され得、より好ましくは、少なくとも２個のマイクロレンズの焦点距離、最も好ましくは、アレイのマイクロレンズのすべての焦点距離を周期的に制御するように適合され得る。
【０１２４】
上記に概説されているように、少なくとも１個の光学センサおよび少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ、焦点変調デバイス、少なくとも１個の評価デバイス、任意の少なくとも１個の空間光変調器、ならびに、任意の少なくとも１個の変調器デバイスの他に、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、すでに上述されているように、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個のイメージングデバイスは、１個または複数のＣＣＤデバイス、および／または、１個または複数のＣＭＯＳ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、他のタイプのイメージングデバイスも使用され得る。１個または複数のイメージングデバイスは、具体的には、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が可能であり得、すなわち、全シーンのイメージ、または、シーンの一部のイメージを獲得することが可能であり得る。本明細書で使用されているように、「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。シーンは、建物もしくは部屋の内側のシーンであることが可能であり、または、建物もしくは部屋の外側のシーンであることが可能である。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、一連のイメージを含むことが可能である。
【０１２５】
評価デバイスは、空間光変調器のピクセルをイメージのイメージピクセルに割り当てるように適合され得る。この割り当ては、例として、光線光学によって起こることが可能であり、空間光変調器の特定のピクセルを通過する光ビームまたは部分的な光ビームが、また、イメージのそれぞれの割り当てられたイメージピクセルに到達するようになっており、または、その逆もまた同様である。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
基本的に、本発明は、周波数成分を空間光変調器の特定のピクセルに割り当てるために、周波数分析を使用することが可能である。一般的に、高性能のディスプレイ技術、ならびに、高い分解能および／または高い品質を有する適当な高性能の空間光変調器が、幅広く低コストで利用可能であるが、一方、光学センサの空間分解能は、一般的に技術的な課題を伴う。結果的に、ピクセル化された光学センサを使用する代わりに、本発明は、周波数分析を介して、センサ信号の信号成分をピクセル化された空間光変調器のそれぞれのピクセルに割り当てることとともに、ピクセル化された空間光変調器と組み合わせて、大面積光学センサまたは低い分解能を有する光学センサを使用することができるという利点を提供する。結果的に、低コストの光学センサが使用され得、または、透明度、低いノイズ、および、高い信号品質または色などのような、分解能に代わる他のパラメータに関して最適化され得る光学センサが使用され得る。空間分解能、および、それによって課された技術的な課題は、光学センサから空間光変調器へ移行され得る。
【０１３１】
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、ＳＬＭと共にまたはＳＬＭなしで使用することは、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。
【０１３２】
空間光変調器は、一般的に、時間多重化モードで動作され得、エリアが、測定されている間にのみオン状態に変えられ次々に測定されるようになっている。また、ＳＬＭにおける周波数多重化および時間多重化の組み合わせも可能であることになる。
【０１３３】
焦点調整可能なレンズは、一般的に、信号強度を増加させるので、典型的に吸収を示す空間光変調器が使用され得、たとえば、液晶ベースのＳＬＭなどが使用され得る。従来のセットアップでは、これらのタイプの吸収性の空間光変調器は不利である。その理由は、それらが、光ビームの光の一部を吸収することによって、信号強度を減少させるからである。液晶技術に基づく空間光変調器の例は、ＬＣＤまたはＬＣＯＳ空間光変調器である。これらのデバイスの中に典型的に使用されている偏光子に起因して、液晶ベースのＳＬＭは、本質的に、典型的に、光の約５０％を吸収し、したがって、信号強度を低下させる。少なくとも１個の焦点調整可能なレンズを使用することによって、これらの不利益は補償され得る。その理由は、信号強度が、焦点距離の変調によって増加されるからである。
【０１３４】
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。したがって、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、また、深度を決定することもできる、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。従来のカメラシステムにおいて、オートフォーカスが使用されるときでも、レンズシステムは、限定された範囲の距離だけをカバーすることが可能である。その理由は、焦点は、通常、測定の間に変化させられないままになっているからである。しかし、焦点調整可能なレンズに基づく測定概念は、はるかに幅広い範囲をカバーすることが可能である。その理由は、大きい範囲にわたって焦点を変化させることは、その測定概念の一部であり得るからである。
【０１３５】
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。
【０１３６】
したがって、一般的に、具体的には、少なくとも１個の空間光変調器が使用されている場合に、少なくとも１個の評価デバイスは、高速フーリエ変換などのような、フーリエ変換の少なくとも１個の工程を含む、少なくとも１個の信号分析および／または周波数分析を実施するように適合され得る。
【０１３７】
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。
【０１３８】
ＣＭＯＳデバイスおよび／またはＣＣＤ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る場合には、イメージングデバイスのピクセル、例えば、ＦｉＰピクセルの下の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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
１個のさらなる利点は、マイクロレンズの焦点にかかわらず、背景光が、依然として伝送され得、したがって、背景光が、ＤＣ信号として存在することが可能であるという事実にあり得る。背景光から結果として生じる信号成分は、たとえば、これらのＤＣ信号成分を減算することによって、および／または、ハイパスフィルタを使用することなどによって、容易に排除され得る。
【０１４１】
本発明のさらなる利点は、線形のセットアップが可能であるという事実にある。これは、上記に概説されているように、ＬＣＤベースの空間光変調器などのような、透過型の空間光変調器が使用され得るという事実に主に起因している。一般的に、反射型の空間光変調器は、非線形のビーム経路につながり、それは、透過型の空間光変調器を使用することによって回避され得る。さらに、反射型の空間光変調器を使用するときに、典型的に、近焦点イメージが、空間光変調器および光学センサの上に必要である。この制約は、典型的に、光学的な構築を空間的に要求の多いものにする。マイクロレンズアレイでは、典型的に短い焦点距離に起因して、および、レンズが振動することができるという事実に起因して、典型的に、レンズアレイの上の近焦点イメージだけが必要である。次いで、レンズは、センサの上の部分的なイメージに焦点を再び合わせることになる。レンズアレイとＦｉＰセンサとの間に、追加的なオプティクスは必要とされなくてもよい。
【０１４２】
少なくとも１個の空間光変調器は、１個または複数の光パターンを提供するようにさらに適合および／または制御され得る。したがって、１個または複数の光パターンが、少なくとも１個の光学センサに向けて、たとえば、少なくとも１個の縦方向光学センサなどに向けて、反射および／または透過されるような方式で、少なくとも１個の空間光変調器が制御され得る。少なくとも１個の光パターンは、一般的に、少なくとも１個の汎用的な光パターン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、光学検出器によってキャプチャされるスペースもしくはシーンに依存する少なくとも１個の光パターン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、光学検出器によってキャプチャされるシーンの特定の分析に依存することが可能である。汎用的なパターンに関する例は、フリンジに基づくパターン（たとえば、ｈｔｔｐ：／／ｄｒｕｍ．ｌｉｂ．ｕｍｄ．ｅｄｕ／／ｈａｎｄｌｅ／１９０３／６６５４においてオンラインで入手可能である、Ｔ．Ｐｅｎｇ：“Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ  ａｎｄ  ｍｏｄｅｌｓ  ｆｏｒ  ３−Ｄ  ｓｈａｐｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｕｓｉｎｇ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｆｒｉｎｇｅ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ”，Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｍａｒｙｌａｎｄ（Ｃｏｌｌｅｇｅ  Ｐａｒｋ，Ｍｄ．），２００７年１月１６日を参照）、および／または、グレイコードに基づくパターン（たとえば、ｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｇｒａｙ＿ｃｏｄｅを参照）である。これらのタイプのパターンは、３Ｄ認識に基づく構造化された光照射（たとえば、ｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｗｉｋｉｐｅｄｉａ．ｏｒｇ／ｗｉｋｉ／Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ−ｌｉｇｈｔ＿３Ｄ＿ｓｃａｎｎｅｒを参照）またはフリンジ投影において一般に使用されている。
【０１４３】
空間光変調器および光学センサは、たとえば、これらのコンポーネントを光学検出器の別々のコンポーネントとして確立することなどによって、空間的に分離され得る。例として、光学検出器の光学軸に沿って、空間光変調器は、少なくとも１個の光学センサから、少なくとも０．５ｍｍだけ、好ましくは、少なくとも１ｍｍだけ、より好ましくは、少なくとも２ｍｍだけ分離され得る。しかし、たとえば、空間光変調器を完全にまたは部分的に光学センサに一体化することなどによって、他の実施形態も実行可能である。具体的には、ＳＬＭがマイクロレンズアレイであるか、または、ＳＬＭがマイクロレンズアレイを含む場合に、さらに詳細に下記に概説されることになるように、光学センサとＳＬＭとの間の距離が、当業者が認識することになるように、レンズアレイの焦点距離程度になっていることが可能である。
【０１４４】
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。
【０１４５】
したがって、上記に概説されているように、評価デバイスは、それぞれの信号成分を、その変調周波数にしたがって、それぞれのピクセルに割り当てるようにさらに適合され得る。さらなる詳細に関して、上記に与えられている実施形態が参照され得る。したがって、例として、変調周波数のセットが使用され得、それぞれの変調周波数は、マトリックスの特定のピクセルに割り当てられており、評価デバイスは、少なくとも変調周波数のセットの変調周波数に関してセンサ信号の周波数分析を実施し、それによって、少なくともこれらの変調周波数に関する信号成分を導出するように適合され得る。上記に概説されているように、同じ信号発生器が、変調器デバイスおよび周波数分析の両方のために使用され得る。好ましくは、変調器デバイスは、ピクセルのそれぞれが固有の変調周波数において制御されるかまたは制御可能であるように適合され得る。したがって、固有の変調周波数を使用することによって、変調周波数とそれぞれのピクセルとの間の明確に規定された関係が確立され得、それぞれの信号成分が、変調周波数を介してそれぞれのピクセルに割り当てられ得るようになっている。さらに、たとえば、光学センサおよび／または空間光変調器を２個以上の領域に細分化することなどによって、他の実施形態も実行可能である。その場合に、光学センサおよび／またはその一部と関連して、空間光変調器のそれぞれの領域が、上述の割り当てを実施するように適合され得る。したがって、例として、変調周波数のセットは、空間光変調器の第１の領域、および、空間光変調器の少なくとも１個の第２の領域の両方に提供され得る。第１の領域から発生するセンサ信号と第２の領域から発生するセンサ信号との間のセンサ信号の信号成分における曖昧性は、たとえば、追加的な変調を使用することなどによって、他の手段によって解消され得る。
【０１４６】
したがって、一般的に、変調器デバイスは、少なくとも２個のピクセルを制御するように適合され得、好ましくは、それぞれ正確に１個の変調周波数によって、または、それぞれ２個以上の変調周波数によって、ピクセルのより多く、または、さらには、マトリックスのピクセルのすべてを制御するように適合され得る。したがって、単一のピクセルは、１個の変調周波数、２個の変調周波数、または、さらに多くの変調周波数によって変調され得る。これらのタイプの多周波数変調は、一般的に、高周波数電子機器の技術分野において公知である。
【０１４７】
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。より好ましくは、上記に議論されているように、変調器デバイスは、変調周波数のセットを提供することが可能であり、または、変調周波数のセットを利用することが可能であり、変調周波数のセットのそれぞれの変調周波数は、特定のピクセルに割り当てられている。例として、変調周波数のセットは、少なくとも２個の変調周波数、より好ましくは、少なくとも５個の変調周波数、最も好ましくは、少なくとも１０個の変調周波数、少なくとも５０個の変調周波数、少なくとも１００個の変調周波数、少なくとも５００個の変調周波数、または、少なくとも１０００個の変調周波数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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
上記に議論されているように、評価デバイスは、好ましくは、変調器デバイスによっても使用される変調周波数の同じセットを使用するように適合され得、変調器デバイスによる空間光変調器の変調、および、評価デバイスによるセンサ信号の復調が、好ましくは、変調周波数の同じセットによって起こるようになっている。
【０１５０】
さらに好適な実施形態は、空間光変調器によって空間的に分解された方式で修正される光ビームの少なくとも１個の特性に関し、好ましくは、少なくとも１個の光学的な特性に関する。したがって、好ましくは、空間的に分解された方式で空間光変調器によって修正される光ビームの少なくとも１個の特性は、光ビームの一部分の強度；光ビームの一部分の位相；光ビームの一部分のスペクトル特性、好ましくは、色；光ビームの一部分の偏光；光ビームの一部分の伝播の方向からなる群から選択される少なくとも１個の特性である。例として、上記に概説されているように、空間光変調器は、それぞれのピクセルに関して、それぞれのピクセルを通過する光の一部分をスイッチオン又はスイッチオフするように適合され得、すなわち、空間光変調器は、第１の状態と第２の状態との間で切り替わるように適合されており、第１の状態では、光の一部分が、光学センサに向けて進むことが可能であり、第２の状態では、光の一部分は、光学センサに向けて進むことを妨げられる。さらに、他のオプションも実行可能であり、たとえば、ピクセルの第１の透過率を有する第１の状態と、第１の透過率とは異なるピクセルの第２の透過率を有する第２の状態との間の強度変調なども実行可能である。他のオプションも実行可能である。
【０１５１】
少なくとも１個の空間光変調器は、好ましくは、以下のものからなる群から選択される少なくとも１個の空間光変調器を含むことが可能である。すなわち、それは、液晶技術に基づく空間光変調器、たとえば、１個または複数の液晶空間光変調器など；マイクロメカニカルシステムに基づく空間光変調器、たとえば、マイクロミラーシステムに基づく空間光変調器など、具体的には、マイクロミラーアレイ；干渉法の変調に基づく空間光変調器；音響光学的な効果に基づく空間光変調器；電気光学的な効果に基づく空間光変調器、具体的には、ポッケルス効果および／またはカー効果に基づく空間光変調器；光ビームが、ピクセルのマトリックスを通過し、また、ピクセルが、それぞれのピクセルを通過する光ビームのそれぞれの部分に関する光学的な特性を個別に制御可能な方式で修正するように適合されている、透過型の空間光変調器；ピクセルが、個別に制御可能な反射特性を有しており、また、それぞれのピクセルによって反射される光ビームのそれぞれの部分に関する伝播の方向を個別に変化させるように適合されている、反射型の空間光変調器；ピクセルが、個別に制御可能な反射特性を有しており、また、ピクセルが、それぞれのピクセルに割り当てられているマイクロミラーの位置を制御することによって、それぞれのピクセルに関する透過率を個別に変化させるように適合されている、透過型の空間光変調器；光ビームが、ピクセルのマトリックスを通過し、また、ピクセルが、ピクセルの干渉法の効果を修正することによって、それぞれのピクセルを通過する光ビームのそれぞれの部分に関する光学的な特性を修正するように適合されている、干渉法の変調に基づく空間光変調器；ピクセルが、それぞれのピクセルに印加される電圧によって個別に制御可能である制御可能なスペクトル特性を有する、エレクトロクロミック空間光変調器；ピクセルの複屈折が音波によって制御可能である、音響光学的な空間光変調器；ピクセルの複屈折が電界によって制御可能である、電気光学的な空間光変調器、好ましくは、ポッケルス効果および／またはカー効果に基づく空間光変調器；調整可能な光学エレメントの少なくとも１個のアレイを含む空間光変調器、たとえば、焦点調整可能なレンズのアレイ、アダプティブ液体マイクロレンズのエリア、透明なマイクロプリズムのアレイのうちの１個または複数などを含む、空間光変調器である。これらのタイプの空間光変調器は、一般的に、当業者に公知であり、少なくとも部分的に市販されている。したがって、例として、少なくとも１個の空間光変調器は、以下のものからなる群から選択される少なくとも１個の空間光変調器を含むことが可能である。すなわち、それは、ピクセルが液晶デバイスの個別に制御可能なセルである、液晶デバイス、好ましくは、アクティブマトリックス液晶デバイス；ピクセルが、それらの反射表面の配向に関して個別に制御可能なマイクロミラーデバイスのマイクロミラーである、マイクロミラーデバイス；ピクセルが、それぞれのセルに印加される電圧によって個別に制御可能なスペクトル特性を有するエレクトロクロミックデバイスのセルである、エレクトロクロミックデバイス；ピクセルが、セルに印加される音波によって個別に制御可能な複屈折を有する音響光学的なデバイスのセルである、音響光学的なデバイス；ピクセルが、セルに印加される電界によって個別に制御可能な複屈折を有する電気光学的なデバイスのセルである、電気光学的なデバイスである。上述の技術のうちの２個以上の組み合わせも実行可能である。マイクロミラーデバイスは、一般的に市販されており、たとえば、いわゆるＤＬＰ（登録商標）技術を実装するマイクロミラーデバイスなどが市販されている。
【０１５２】
上記に概説されているように、光ビームの少なくとも１個の特性を修正するピクセルの能力は、ピクセルのマトリックスにわたって均一になっていることが可能である。代替的に、少なくとも１個の特性を修正するピクセルの能力は、ピクセル同士の間で異なっていることが可能であり、ピクセルのマトリックスの少なくとも１個の第１のピクセルが、特性を修正する第１の能力を有するようになっており、また、ピクセルのマトリックスの少なくとも１個の第２のピクセルが、特性を修正する第２の能力を有するようになっている。さらに、光ビームの２個以上の特性が、ピクセルによって修正され得る。繰り返しになるが、ピクセルは、光ビームの同じ特性を修正することが可能であり得、または、光ビームの異なるタイプの特性を修正することが可能であり得る。したがって、例として、少なくとも１個の第１のピクセルは、光ビームの第１の特性を修正するように適合され得、また、少なくとも１個の第２のピクセルは、光ビームの第１の特性とは異なる光ビームの第２の特性を修正するように適合され得る。さらに、それぞれのピクセルを通過する光ビームの一部分の少なくとも１個の光学的な特性を修正するピクセルの能力は、光ビームのスペクトル特性に依存することが可能であり、具体的には、光ビームの色に依存することが可能である。したがって、例として、光ビームの少なくとも１個の特性を修正するピクセルの能力は、光ビームの波長、および／または、光ビームの色に依存することが可能であり、「色」という用語は、一般的に、光ビームの強度のスペクトル分布を表している。繰り返しになるが、ピクセルは、均一な特性を有していてもよく、または、異なる特性を有していてもよい。したがって、例として、少なくとも１個の第１のピクセル、または、ピクセルの少なくとも１個の第１のグループは、青色のスペクトル範囲における高い透過率を有するフィルタリング特性を有することが可能であり、ピクセルの第２のグループは、赤色スペクトル範囲における高い透過率を有するフィルタリング特性を有することが可能であり、ピクセルの第３のグループは、緑色のスペクトル範囲における高い透過率を有するフィルタリング特性を有することが可能である。一般的に、ピクセルの少なくとも２個のグループは、異なる透過率範囲を有する光ビームに関するフィルタリング特性を有するように存在することが可能であり、それぞれのグループの中のピクセルは、追加的に、少なくとも１個の低透過状態と少なくとも１個の高透過状態との間で切り替えられ得る。他の実施形態も実行可能である。
【０１５３】
上記に概説されているように、空間光変調器は、透過型の空間光変調器であってもよく、または、非透過型の空間光変調器もしくは不透明な空間光変調器であってもよい。後者の場合、好ましくは、空間光変調器は、反射型の空間光変調器であり、たとえば、複数のマイクロミラーを有するマイクロミラーデバイスであり、それぞれのマイクロミラーがマイクロミラーデバイスのピクセルを形成しており、それぞれのマイクロミラーは、少なくとも２個の配向の間で個別に切り替え可能である。したがって、例として、それぞれのマイクロミラーの第１の配向は、マイクロミラーを通過する光ビームの一部分、すなわち、マイクロミラーに衝突する光ビームの一部分が、光学センサに向けて方向付けされる配向であることが可能であり、また、第２の配向は、マイクロミラーを通過する光ビームの一部分、すなわち、マイクロミラーに衝突する光ビームの一部分が、別の方向に向けて方向付けされ、たとえば、ビームダンプの中へ方向付けされることによって、光学センサに到達しない配向であることが可能である。
【０１５４】
追加的にまたは代替的に、空間光変調器は、透過型の空間光変調器であることが可能であり、好ましくは、ピクセルの透過率が好ましくは個別に切り替え可能である、透過型の空間光変調器であることが可能である。したがって、例として、空間光変調器は、少なくとも１個の透明な液晶デバイスを含むことが可能であり、たとえば、プレゼンテーション目的のために使用されるＢｅａｍｅｒにおいて、投影目的のために幅広く使用されている液晶デバイスなどを含むことが可能である。液晶デバイスは、同一のスペクトル特性のピクセルを有するモノクロ液晶デバイスであることが可能であり、または、赤色ピクセル、緑色ピクセル、および青色ピクセルなどのような、異なるスペクトル特性のピクセルを有する、マルチカラーの液晶デバイス、もしくは、さらには、フルカラーの液晶デバイスであることが可能である。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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、欧州特許出願第ＥＰ１３１７１９０１．５号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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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、欧州特許出願第ＥＰ１３１７１９０１．５号、米国仮出願第６１／７３９，１７３号または米国仮出願第６１／７４９，９６４号のうちの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。
【０１６１】
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、評価デバイスは、以下のもの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。すなわち、それは、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；空間光変調器のピクセルのマトリックスの上の光ビームの横方向位置；空間光変調器のピクセルのマトリックスの位置における光ビームの幅；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である。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。
【０１６２】
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、空間光変調器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、空間光変調器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、光ビームによる空間光変調器の照射の空間分布に変換され得、それによって、空間光変調器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。
【０１６３】
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、ＥＰ１３１７１９０１．５、米国仮出願第６１／７３９，１７３号または米国仮出願第６１／７４９，９６４号のうちの１個または複数が参照され得る。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
【数１】
2018510320.tif 000003
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
【数２】
2018510320.tif 000004
【０１７４】
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、以下の式にしたがう。
【０１７５】
【数３】
2018510320.tif 000005
【０１７６】
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、複数の空間光変調器ｉ＝１、．．．、ｎが使用される場合に、それぞれの空間光変調器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】
2018510320.tif 000006
または
【数５】
2018510320.tif 000007
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。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。
【０１７９】
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る。
【０１８０】
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。
【０１８１】
したがって、それぞれのピクセルを通過する光ビームの一部分の少なくとも１個の光学的な特性を修正するピクセルの能力は、光ビームのスペクトル特性に依存することが可能であり、具体的には、光ビームの色に依存することが可能である。評価デバイスは、具体的には、異なるスペクトル特性を有する光ビームの成分に信号成分を割り当てるように適合され得る。したがって、例として、１個または複数の第１の信号成分は、第１のスペクトル範囲にある光ビームの部分を伝送または反射するように適合されている１個または複数のピクセルに割り当てられ得、１個または複数の第２の信号成分は、第２のスペクトル範囲にある光ビームの部分を伝送または反射するように適合されている１個または複数のピクセルに割り当てられ得、１個または複数の第３の信号成分は、第３のスペクトル範囲にある光ビームの部分を伝送または反射するように適合されている１個または複数のピクセルに割り当てられ得る。したがって、ピクセルのマトリックスは、異なるスペクトル特性を有するピクセルの少なくとも２個の異なるグループを有することが可能であり、また、評価デバイスは、これらのグループの信号成分を区別し、それによって、光ビームの完全なまたは部分的なスペクトルの分析を可能にするように適合され得る。例として、マトリックスは、赤色、緑色、および青色のピクセルを有することが可能であり、それは、それぞれ、個別に制御され得、評価デバイスは、グループのうちの１個に信号成分を割り当てるように適合され得る。たとえば、フルカラー液晶ＳＬＭが、この目的のために使用され得る。
【０１８２】
したがって、一般的に、評価デバイスは、異なるスペクトル特性を有する光ビームの成分に割り当てられている信号成分を比較することによって、具体的には、異なる波長を有する光ビームの成分に割り当てられている信号成分を比較することによって、光ビームの色を決定するように適合され得る。ピクセルのマトリックスは、異なるスペクトル特性を有するピクセルを含むことが可能であり、好ましくは、異なる色を有するピクセルを含むことが可能であり、評価デバイスは、異なるスペクトル特性を有するそれぞれのピクセルに信号成分を割り当てるように適合され得る。変調器デバイスは、第１の色を有するピクセルを、第２の色を有するピクセルとは異なる方式で制御するように適合され得る。
【０１８３】
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ＳＬＭ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ＳＬＭ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、ＳＬＭ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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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、空間光変調器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。
【０１８７】
スタックは、インターフェースにおける反射を回避および／または減少させるために、部分的にまたは完全に油および／または液体の中に浸漬され得る。したがって、スタックの光学センサのうちの少なくとも１個は、完全にまたは部分的に、油および／または液体の中に浸漬され得る。
【０１８８】
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、空間光変調器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センサであることが可能である。
【０１８９】
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個の空間光変調器を有する。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、任意の空間光変調器の後ろに位置しており、空間光変調器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、空間光変調器を通過する前に、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、空間光変調器と少なくとも１個の光学センサとの間に設置され得る。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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、空間光変調器および光学センサのうちの１個または複数の上に光の焦点を合わせるように、および／または、光をコリメートさせ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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
したがって、光学検出器は、一般的に、少なくとも１個のイメージ、好ましくは、２Ｄイメージをキャプチャするように適合され得る。さらに、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、イメージの中に少なくとも２個の領域を規定するように適合され得、また、空間光変調器のピクセルのマトリックスの対応するスーパーピクセルを、それらの領域の少なくとも１個に、好ましくは、それらの領域のそれぞれに割り当て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、領域は、一般的に、イメージのエリアであることが可能であり、または、そのエリアに対応するイメージをキャプチャするイメージングデバイスのピクセルのグループであることが可能であり、そのエリアの中に、同一のまたは同様の強度または色が存在することが可能である。したがって、一般的に、領域は、少なくとも１個の対象物のイメージであることが可能であり、少なくとも１個の対象物のイメージは、光学検出器によってキャプチャされるイメージの部分的なイメージを形成している。したがって、光学検出器は、シーンのイメージを獲得することが可能であり、そこでは、シーンの中に、少なくとも１個の対象物が存在しており、対象物は、部分的なイメージの上にイメージ化される。
【０１９６】
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、たとえば、適当なアルゴリズムを使用することなどによって、イメージにおいて、少なくとも２個の領域が識別され得る。一般的に、たとえば、既知のイメージング等式および／またはマトリックスオプティクスを使用することなどによって、光学検出器のイメージング特性は既知であるので、イメージの領域は、空間光変調器の対応するピクセルに割り当てられ得る。したがって、空間光変調器のピクセルのマトリックスの特定のピクセルを通過する少なくとも１個の光ビームの成分は、イメージングデバイスの対応するピクセルに連続的に衝突することが可能である。したがって、イメージを２個以上の領域に細分化することによって、空間光変調器のピクセルのマトリックスが、２個以上のスーパーピクセルに細分化され得、それぞれのスーパーピクセルは、イメージのそれぞれの領域に対応している。
【０１９７】
上記に概説されているように、１個または複数のイメージ認識アルゴリズムが、少なくとも２個の領域を決定するために使用され得る。したがって、一般的に、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、少なくとも１個のイメージ認識アルゴリズムを使用することによって、イメージの中の少なくとも２個の領域を規定するように適合され得る。イメージ認識に関する手段およびアルゴリズムは、一般的に、当業者に公知である。したがって、例として、少なくとも１個のイメージ認識アルゴリズムは、コントラスト、色、または強度のうちの少なくとも１個の境界線を認識することによって、少なくとも２個の領域を規定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、境界線は、一般的に、所定の線であり、その線を越えるときに、少なくとも１個のパラメータの有意な変化がその線に沿って起こる。したがって、例として、１個または複数のパラメータの勾配が決定され得、例として、それは、１個または複数の閾値と比較され得る。具体的には、少なくとも１個のイメージ認識アルゴリズムは、Ｆｅｌｚｅｎｓｚｗａｌｂの効率グラフベースのセグメンテーション；Ｑｕｉｃｋｓｈｉｆｔイメージセグメンテーション；ＳＬＩＣ−Ｋ−Ｍｅａｎｓベースのイメージセグメンテーション；Ｅｎｅｒｇｙ−Ｄｒｉｖｅｎサンプリング；Ｃａｎｎｙアルゴリズムなどのようなエッジ検出アルゴリズム；Ｍｅａｎシフトアルゴリズム、たとえば、Ｃａｍシフトアルゴリズム（Ｃａｍ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｍｅａｎ  ｓｈｉｆｔ）など；Ｃｏｎｔｏｕｒ抽出アルゴリズムからなる群から選択され得る。追加的にまたは代替的に、他のアルゴリズムも使用され得、たとえば、エッジ、リッジ、コーナー、ブロブ、または特徴を検出するためのアルゴリズム；次元低減のためのアルゴリズム；テクスチャ分類のためのアルゴリズム；テクスチャセグメンテーションのためのアルゴリズムのうちの１個または複数なども使用され得る。これらのアルゴリズムは、一般的に当業者に公知である。本発明の文脈において、これらのアルゴリズムは、イメージ認識アルゴリズム、および、イメージ区分化アルゴリズムまたはスーパーピクセルアルゴリズムと称され得る。上記に概説されているように、少なくとも１個のイメージ認識アルゴリズムは、イメージの中の１個または複数の対象物を認識するように適合されている。それによって、例として、関心の１個または複数の対象物、および／または、関心の１個または複数の領域が、さらなる分析のために、たとえば、対応するｚ座標の決定などのために決定され得る。
【０１９８】
上記に概説されているように、スーパーピクセルおよびそれらの対応する領域が光ビームの同じ成分によって照射されるように、スーパーピクセルが選ばれ得る。したがって、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、空間光変調器のピクセルのマトリックスのスーパーピクセルを、領域のうちの少なくとも１個に、好ましくは、領域のそれぞれに割り当てるように適合され得、ピクセルのマトリックスの特定のピクセル（特定のピクセルは、特定のスーパーピクセルに属している）を通過する光ビームのそれぞれの成分が、少なくとも２個の領域の特定の領域に連続的に衝突するようになっており、特定の領域は、特定のスーパーピクセルに対応している。
【０１９９】
上記に示されているように、スーパーピクセルの割り当てが、変調を簡単化するために使用され得る。したがって、スーパーピクセルをイメージの対応する領域に割り当てることによって、変調周波数の数が低減され得、それによって、ピクセルのそれぞれに関して個々の変調周波数が使用されるプロセスと比較して、より少ない数の変調周波数を使用することを可能にする。したがって、例として、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、少なくとも１個の第１の変調周波数を、スーパーピクセルの少なくとも１個の第１のスーパーピクセルに割り当てるように適合され得、および、少なくとも１個の第２の変調周波数を、スーパーピクセルの少なくとも１個の第２のスーパーピクセルに割り当てるように適合され得、第１の変調周波数は、第２の変調周波数とは異なっており、少なくとも１個の変調器デバイスは、少なくとも１個の第１の変調周波数によって、第１のスーパーピクセルのピクセルを周期的に制御するように適合されており、また、少なくとも１個の第２の変調周波数によって、第２のスーパーピクセルのピクセルを周期的に制御するように適合されている。それによって、特定のスーパーピクセルのピクセルは、特定のスーパーピクセルに割り当てられている均一な変調周波数を使用することによって変調され得る。さらに、任意に、スーパーピクセルは、サブピクセルに細分化され得、および／または、追加的な変調が、スーパーピクセルの中に適用され得る。たとえば、イメージの中で識別される対象物に対応するスーパーピクセルに関して、均一な変調周波数を使用することは、評価を大幅に簡単化する。その理由は、例として、対象物のｚ座標の決定は、対象物のスーパーピクセルに割り当てられているそれぞれの変調周波数を有するセンサ信号を選択的に評価することによって、周波数選択的な方式で、少なくとも１個のセンサ信号（たとえば、光学検出器の少なくとも１個のＦｉＰセンサ、または、ＦｉＰセンサのスタックの少なくとも１個のセンサ信号など）を評価することによって実施され得る。それによって、光学検出器によってキャプチャされるシーンの中において、対象物が、イメージの中で識別され得、少なくとも１個のスーパーピクセルが、対象物に割り当てられ得、また、ｚ座標を決定するように適合されている少なくとも１個の光学センサを使用することによって、および、周波数選択的な方式で、前記光学センサ少なくとも１個のセンサ信号を評価することによって、対象物のｚ座標が決定され得る。
【０２００】
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。
【０２０１】
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、空間光変調器、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。
【０２０２】
少なくとも２個の領域の上述の任意の規定、および／または、少なくとも２個のスーパーピクセルの規定は、１回または２回以上、実施され得る。したがって、具体的には、領域のうちの少なくとも１個の規定、および／または、スーパーピクセルのうちの少なくとも１個の規定は、反復的な方式で実施され得る。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、イメージの中の少なくとも２個の領域を反復的に洗練するように適合され得、または、イメージの中の少なくとも２個の領域のうちの少なくとも１個を反復的に洗練するように適合され得、結果的に、少なくとも１個の対応するスーパーピクセルを洗練する。この反復的な手順によって、例として、検出器によってキャプチャされるシーンの中の少なくとも１個の対象物に割り当てられている少なくとも１個の特定のスーパーピクセルは、２個以上のサブピクセルを識別することによって、たとえば、異なるｚ座標を有する少なくとも１個の対象物の異なる一部に対応するサブピクセルなどを識別することによって、洗練され得る。それによって、この反復的な手順によって、少なくとも１個の対象物の洗練された３Ｄイメージが発生され得る。その理由は、典型的に、対象物が、空間内で異なる配向および／または場所を有する複数のパーツを含むからである。
【０２０３】
２個以上のスーパーピクセルを規定するように適合されている光学センサの上述の実施形態は、多数の利点を提供する。したがって、具体的には、典型的なセットアップでは、限定された数の変調周波数が利用可能である。結果的に、限定された数のピクセルおよび／または変調周波数だけが、光学検出器によって分解され得、距離センシングのために利用可能であり得る。さらに、典型的な用途において、高いコントラストの境界線領域が、正確な距離センシングのために必要である。２個以上のスーパーピクセルを規定することによって、および、したがって、空間光変調器のピクセルのマトリックスをスーパーピクセルに区分化（テッセレーティングとも称される）することによって、イメージングプロセスは、記録されることになるシーンに適合され得る。
【０２０４】
空間光変調器は、具体的には、ピクセルの長方形のマトリックスを有することが可能である。いくつかのピクセルがスーパーピクセルを形成することが可能であり、そのピクセルは、直接的に隣接していてもよく、または、直接的に隣接していなくてもよく、また、接続されたエリアを形成することが可能である。ＣＭＯＳおよび／またはＣＣＤなどのような、ピクセル化されたセンサによって記録される２Ｄイメージは、評価デバイスの上で走るイメージ認識ソフトウェアなどのような適当なソフトウェアによって分析され得、結果的に、イメージは、２個以上の領域に区分化され得る。空間光変調器のテッセレーションは、２個以上の領域へのイメージのこの細分化にしたがって起こることが可能である。例として、大きいスーパーピクセルまたは非常に大きいスーパーピクセルは、壁部、建物、空などのような、記録されたシーンの中の特定の対象物に対応することが可能である。さらに、多くの小さいピクセルまたはスーパーピクセルは、顔などを区分化するために使用され得る。十分な量のスーパーピクセルが利用可能である場合に、より大きいスーパーピクセルが、サブピクセルにさらに区分化され得る。少なくとも２個のスーパーピクセルは、一般的に、それぞれのスーパーピクセルに属する空間光変調器のピクセルの数に関して異なっていることが可能である。したがって、２個の異なるスーパーピクセルは、必ずしも、同じ数のピクセルを含まなければならないわけではない。
【０２０５】
一般的に、領域またはスーパーピクセルの境界線は、イメージ処理およびイメージ認識の分野において一般的に知られている任意の手段によって設定され得る。したがって、例として、境界線は、コントラスト、色、または輝度エッジによって選ばれ得る。
【０２０６】
２個以上の領域の規定、および／または、２個以上のスーパーピクセルの規定は、後に、ジェスチャー分析、身体認識、または対象物認識などのような、さらなるイメージ分析のためにも使用され得る。セグメンテーションのための例示的なアルゴリズムは、Ｆｅｌｚｅｎｓｚｗａｌｂの効率グラフベースのセグメンテーション、Ｑｕｉｃｋｓｈｉｆｔイメージセグメンテーション、ＳＬＩＣ−Ｋ−Ｍｅａｎｓベースのイメージセグメンテーション、エネルギー駆動サンプリングを介して抽出されるスーパーピクセル、Ｃａｎｎｙアルゴリズムなどのような１個または複数のエッジ検出アルゴリズムを介して抽出されるスーパーピクセル、ＣａｍシフトアルゴリズムなどのようなＭｅａｎシフトアルゴリズムを介して抽出されるスーパーピクセル、Ｃｏｎｔｏｕｒ抽出アルゴリズムを介して抽出されるスーパーピクセル、エッジ、リッジ、コーナー、ブロブ、または特徴の検出を介して抽出されるスーパーピクセル、次元低減を介して抽出されるスーパーピクセル、テクスチャ分類によって取得されるスーパーピクセル、および、テクスチャセグメンテーションを使用することによって取得されるスーパーピクセルである。上述の技法および／または他の技法の組み合わせも可能である。
【０２０７】
また、スーパーピクセル化は、イメージ記録の間に変化することが可能である。したがって、スーパーピクセルへの粗いピクセル化は、迅速な距離センシングのために選ばれ得る。次いで、より精密なグリッドまたはスーパーピクセル化は、より詳細な分析のために選ばれ得、および／または、高い距離勾配が２個の隣接するスーパーピクセルの間に認識される場合に選ばれ得、および／または、コントラスト、色、または強度などのうちの１個または複数において高い勾配が２個の隣接するスーパーピクセルの間に認識される場合に選ばれ得る。したがって、高分解能３Ｄイメージは、反復的なアプローチで記録され得、そこでは、第１のイメージは、粗い分解能を有しており、次のイメージは、洗練された分解能などを有する。
【０２０８】
１個または複数の領域を決定する上述のオプション、および、１個または複数のスーパーピクセルをこれらの領域に割り当てる上述のオプションは、さらにアイトラッキングのために使用され得る。したがって、安全の用途および／またはエンターテイメントの用途などのような多くの用途において、ユーザ、別の人、または別の生き物の目の位置および／または配向を決定することは、重要な役割を担う可能性がある。例として、エンターテイメントの用途では、視聴者の目線が役割を担う。たとえば、３Ｄ映像の用途において、視聴者の目線は、イメージのセットアップを変化させることが可能である。したがって、観察者の視聴位置を知ることおよび／またはトラッキングすることへの関心は非常に高い可能性がある。自動車安全の用途などのような安全の用途では、衝突を回避するために、動物の検出が重要となる。
【０２０９】
１個、２個、または、それ以上のスーパーピクセルの上述の規定は、光条件を改善するために、または、さらには、光条件を最適化するために、さらに使用され得る。したがって、一般的に、光学センサの周波数応答は、より高い変調周波数が使用されるときには、たとえば、ＳＬＭのより高い変調周波数など、具体的には、ＤＬＰのより高い変調周波数が使用されるときには、典型的に、より弱いセンサ信号につながる。したがって、イメージおよび／またはシーンの中で高い光強度を有するエリアは、高い周波数によって変調され得、一方、低い光強度の領域は、低い周波数によって変調され得る。
【０２１０】
この効果を使用するために、光学検出器は、イメージの中の少なくとも１個の第１のエリアを検出するように適合され得、第１のエリアは、第１の照射、たとえば、第１の平均照射などを有しており、光学検出器は、イメージの中の少なくとも１個の第２のエリアを検出するようにさらに適合され得、第２のエリアは、第２の照射、たとえば、第２の平均照射などを有しており、第２の照射は、第１の照射よりも低くなっている。第１のエリアは、少なくとも１個の第１のスーパーピクセルに割り当てられ得、第２のエリアは、少なくとも１個の第２のスーパーピクセルに割り当てられ得る。換言すれば、光学検出器は、光学検出器によってキャプチャされるシーンまたはシーンのイメージの照射にしたがって、少なくとも２個のスーパーピクセルを選ぶように適合され得る。
【０２１１】
光学検出器は、少なくとも２個のスーパーピクセルのピクセルを、その照射にしたがって変調させるようにさらに適合され得る。したがって、より高い照射を有するスーパーピクセルは、より高い変調周波数において変調され得、また、より低い照射を有するスーパーピクセルは、より低い変調周波数において変調され得る。換言すれば、光学検出器は、少なくとも１個の第１の変調周波数によって、第１のスーパーピクセルのピクセルを変調させるようにさらに適合され得、また、光学検出器は、少なくとも１個の第２の変調周波数によって、第２のスーパーピクセルのピクセルを変調させるようにさらに適合され得、第１の変調周波数は、第２の変調周波数よりも高くなっている。他の実施形態も実行可能である。
【０２１２】
したがって、本発明による光学検出器は、少なくとも一方の目を検出するように適合され得、好ましくは、少なくとも一方の目または両目の位置および／または配向をトラッキングするように適合され得る。
【０２１３】
観察者の視聴位置または動物の位置を検出するための簡単な解決策は、変調された目の反射を使用することである。多数の哺乳類は、網膜の後ろの反射層、いわゆる輝板を持っている。輝板反射は、異なる動物に関して、わずかに異なる色の見え方のものであるが、ほとんどは、緑色の可視範囲において良好に反射する。輝板反射は、一般的に、簡単な拡散光源を使用して、動物が暗闇の中で遠い距離にわたって見ることができるようにすることを可能にする。
【０２１４】
人間は、一般的に、輝板を持っていない。しかし、写真においては、写真撮影の際のフラッシュによって誘発されるいわゆるヘム放射（ｈｅｍｅ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ）が記録されることが多く、これは、「赤目効果」とも称される。また、７００ｎｍを超えるスペクトル範囲においては人間の目の感度が低いことに起因して、人間の目には直接的に見えないとしても、この効果は、人間の目の検出のために使用され得る。赤目効果は、具体的には、変調された赤色照射によって誘発され得、また、少なくとも１個のＦｉＰセンサなどのような、光学検出器の少なくとも１個の光学センサによって感知され得、少なくとも１個の光学センサは、ヘム放射波長において敏感である。
【０２１５】
したがって、本発明による光学検出器は、少なくとも１個の光源とも称される、少なくとも１個の照射源を含むことが可能であり、それは、光学検出器によってキャプチャされる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、光源は、哺乳類における反射、たとえば、哺乳類の輝板における反射を引き起こすように適合されており、および／または、人間の目の中の上述の赤目効果を引き起こすように適合されている。具体的には、赤外線スペクトル範囲、赤色のスペクトル範囲、黄色のスペクトル範囲、緑色のスペクトル範囲、青色のスペクトル範囲にある光、または、単純に白色光も使用され得る。さらに、追加的にまたは代替的に、他のスペクトル範囲および／または広帯域光源も使用され得る。
【０２１６】
追加的にまたは代替的に、目の検出は、また、専用の照射源を用いずに行うことが可能である。例として、周囲光、または、他の光源からの光、たとえば、ランタン、街灯、または、車もしくは他の車両のヘッドライトなどからの光も使用され得、目によって反射され得る。
【０２１７】
少なくとも１個の照射源が使用されている場合に、少なくとも１個の照射源は、光を連続的に放出することが可能であり、または、変調された光源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個の変調されたアクティブ光源が使用され得る。
【０２１８】
反射は、具体的には、たとえば、変調されたアクティブ光源を使用することなどによって、長距離にわたって、動物および／または人間を検出するために使用され得る。少なくとも１個の光学センサ、具体的には、少なくとも１個のＦｉＰセンサは、たとえば、目の反射の上述のＦｉＰ効果を評価することなどによって、目の少なくとも１個の縦方向座標を測定するために使用され得る。この効果は、具体的には、たとえば、人間または動物との衝突を回避するために、車の安全の用途において使用され得る。考えられるさらなる用途は、特に、３Ｄ映像を使用する場合には、特に、３Ｄ映像が観察者の視聴角度に依存する場合には、エンターテイメントデバイスに関する観察者の位置決めである。
【０２１９】
上記に概説されているように、または、さらに詳細に以下に概説されているように、光学検出器などのような本発明によるデバイスは、具体的には、１個または複数のスーパーピクセルを少なくとも１個の対象物に割り当てることによって、イメージの中の、および／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、１個または複数の対象物を識別および／またはトラッキングするように適合され得る。さらに、対象物の２個以上の部分が識別され得、また、イメージの中のこれらの部分の縦方向位置および／または横方向位置、たとえば、相対的な縦方向位置および／または横方向位置などを決定および／またはトラッキングすることによって、対象物の少なくとも１個の配向が決定および／またはトラッキングされ得る。したがって、例として、イメージの中の車両の２個以上のホイールを決定することによって、および、これらのホイールの位置、具体的には、相対的な位置を決定および／またはトラッキングすることによって、車両の配向、および／または、車両の配向の変化が決定され得、たとえば、計算され得、および／またはトラッキングされ得る。たとえば、車において、ホイール同士の間の距離は一般的に既知であるか、または、ホイール同士の間の距離は変化しないことが知られている。さらに、ホイールは矩形を成すように位置合わせされていることが一般的に知られている。したがって、ホイールの位置を検出することは、車などのような車両または飛行機などの配向を計算することを可能にする。
【０２２０】
さらなる例では、上記に概説されているように、目の位置は、決定および／またはトラッキングされ得る。したがって、目またはその一部、たとえば、瞳孔、および／または他の顔の特徴部の距離および／または位置が、アイトラッカーのために使用され得、または、どの方向に顔が配向されているかを決定するために使用され得る。
【０２２１】
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。
【０２２２】
さらに、上記に概説されているように、光学検出器は、ＳＬＭなどの少なくとも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。
【０２２３】
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、変調された光を、たとえば、ＳＬＭの影響を受けずにそれ自身が少なくとも１個の変調周波数を有する光などを、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、特に、評価デバイスは、少なくとも１個のスーパーピクセルを前記対象物に割り当てるようにさらに適合され得、その場合に、前記対象物から出てくる光または前記対象物によって反射される光のさらなる変調を回避するために、スーパーピクセルのピクセルは、具体的には、変調されなくてもよい。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。
【０２２４】
イメージ検出器によってキャプチャされる少なくとも１個のイメージの簡単化されたイメージ分析のために、および／または、光学検出器によってキャプチャされるシーンの分析のために、空間光変調器が使用され得る。したがって、一般的に、少なくとも１個の空間光変調器および少なくとも１個の縦方向光学センサの組み合わせが使用され得、たとえば、少なくとも１個のＦｉＰセンサとＤＬＰなどのような少なくとも１個の空間光変調器との組み合わせなどが使用され得る。反復的なスキームを使用することによって、分析が実施され得る。ＦｉＰ信号を生じさせる焦点ポイントが、縦方向光学センサのより大きい領域の一部である場合には、ＦｉＰ信号が検出され得る。空間光変調器は、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を２個以上の領域に分離することが可能である。ＦｉＰ効果が領域のうちの少なくとも１個の中で測定される場合には、領域は、さらに細分化され得る。この細分化は、考えられる領域の最大数に到達するまで継続され得、この最大数は、空間光変調器の利用可能な変調周波数の最大数によって限定され得る。より複雑なパターンも可能である。
【０２２５】
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、鼻もしくはそのプロファイル、指、手、または指先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。
【０２２６】
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。
【０２２７】
対象物の追従の目的のために、光学検出器は、上記に説明されているように、少なくとも１個の対象物をイメージまたは一連のイメージの中の領域に割り当てるように適合され得る。先に議論されているように、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、空間光変調器のピクセルのマトリックスの少なくとも１個のスーパーピクセルを、少なくとも１個の対象物に対応する少なくとも１個の領域に割り当てるように適合され得る。特定の方式で、たとえば、特定の変調周波数を使用することなどによって、スーパーピクセルのピクセルを変調させることによって、対象物がトラッキングされ得、また、少なくとも１個の任意の縦方向センサを使用することによって、たとえば、少なくとも１個のＦｉＰ検出器を使用することなどによって、少なくとも１個の対象物の少なくとも１個のｚ座標が追従され得、また、この特定の変調周波数にしたがって、少なくとも１個のＦｉＰ検出器などのような縦方向センサの対応する信号を復調させるかまたは隔離させることが可能である。光学検出器は、一連のイメージのうちのイメージに関する少なくとも１個のスーパーピクセルの割り当てを調節するように適合され得る。したがって、例として、イメージングデバイスは、シーンのイメージを連続的に獲得することが可能であり、また、それぞれのイメージに関して、少なくとも１個の対象物が認識され得る。連続的に、少なくとも１個のスーパーピクセルは、対象物に割り当てられ得、また、次のイメージに切り替わる前に、少なくとも１個の縦方向光学センサを使用することによって、具体的には、少なくとも１個のＦｉＰセンサを使用することによって、対象物のｚ座標が決定され得る。したがって、少なくとも１個の対象物が空間内で追従され得る。
【０２２８】
この実施形態は、光学検出器の非常に簡単化されたセットアップを可能にする。光学検出器は、標準的な２Ｄ−ＣＣＤカメラなどのようなイメージングデバイスによってキャプチャされるシーンの分析を実施するように適合され得る。シーンのピクチャ分析が、アクティブなおよび／またはパッシブな対象物の位置を認識するために使用され得る。光学検出器は、所定のパターンまたは同様のパターンなどのような、特定の対象物を認識するようにトレーニングされ得る。１個または複数の対象物が認識される場合に、空間光変調器は、１個または複数の対象物が位置する領域のみを変調させるように適合され得、および／または、特定の方式でこれらの領域を変調させるように適合され得る。残りのエリアは、変調されていないままであることが可能であり、および／または、異なる方式で変調され得、残りのエリアは、一般的に、縦方向センサおよび／または評価デバイスに既知であり得る。
【０２２９】
この効果を使用することによって、空間光変調器によって使用される変調周波数の数が、非常に低減され得る。典型的に、限定された数の変調周波数のみが、全シーンを分析するために利用可能である。重要な対象物または認識された対象物のみが追従される場合には、非常に小さい数の周波数しか必要とされない。
【０２３０】
次いで、縦方向光学センサまたは距離センサは、非ピクセル化された大面積センサとして使用され得、または、小さい数のスーパーピクセルのみを有する大面積センサとして使用され得、たとえば、少なくとも１個の対象物に対応する少なくとも１個のスーパーピクセル、および、周囲のエリアに対応する残りのスーパーピクセルなどを有する大面積センサとして使用され得、後者のスーパーピクセルは、変調されないままであることが可能である。したがって、変調周波数の数、および、したがって、センサ信号のデータ分析の複雑さは、本発明の基本的なＳＬＭ検出器と比較して、非常に低減され得る。
【０２３１】
上記に概説されているように、この実施形態は、具体的には、交通技術において使用され得、および／または、人の識別などのような、生物測定の目的のために、および／または、アイトラッキングの目的のために使用され得る。他の用途も実行可能である。
【０２３２】
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。
【０２３３】
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。
【０２３４】
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することが可能であるとしても、しかし、上記に概説されているように、少なくとも１個の空間光変調器の使用が仮想的なピクセル化を可能にするという事実に起因して、ピクセル化は一般的に不必要である。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。
【０２３５】
したがって、具体的には、ライトフィールドカメラとして使用するために、および／または、３次元のイメージを獲得するために、光学検出器は、光学センサの少なくとも１個のスタック、および、少なくとも１個の空間光変調器を含むことが可能であり、少なくとも１個の空間光変調器は、上記に概説されているように、少なくとも１個の透過型の空間光変調器および／または少なくとも１個の反射型の空間光変調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。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、具体的には、少なくとも１個のレンズまたはレンズシステム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、写真撮影の分野において公知であるように、少なくとも１個のカメラレンズを含むことが可能であり、具体的には、シーンをイメージングするための少なくとも１個のカメラレンズを含むことが可能である。
【０２３６】
上記に開示されているような光学検出器のセットアップは、具体的には、以下のような順序で配置され得る（検出されることになる対象物またはシーンに向かう方向で列挙されている）：
（１）  好ましくは、深度検出のための光子密度に依存する光電流を有するピクセルのない、光学センサの少なくとも１個のスタック、たとえば、透過性の光学センサまたは半透過性の光学センサのスタックなど、より具体的には、太陽電池のスタック、たとえば、ｓＤＳＣのような有機太陽電池など；
（２）  好ましくは、高分解能ピクセルおよびピクセルを切り替えるための高周波数を有する、少なくとも１個の空間光変調器、たとえば、透過型の空間光変調器または反射型の空間光変調器などの；
（３）  少なくとも１個の伝送デバイス、たとえば、少なくとも１個のレンズまたはレンズシステムなど、より好ましくは、少なくとも１個の適切なカメラレンズシステム、たとえば、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズを含むレンズまたはレンズシステム。
【０２３７】
１個または複数のビームスプリッターなどのような、追加的なデバイスが含まれ得る。さらに、上記に概説されているように、この実施形態では、または、他の実施形態では、光学検出器は、イメージングデバイスとして具現化されている１個または複数の光学センサを含むことが可能であり、モノクロ、マルチカラー、またはフルカラーのイメージングデバイスが使用され得る。したがって、例として、光学検出器は、少なくとも１個のＣＣＤチップおよび／または少なくとも１個のＣＭＯＳチップなどのような、少なくとも１個のイメージングデバイスをさらに含むことが可能である。上記に概説されているように、少なくとも１個のイメージングデバイスは、具体的には、２次元のイメージを獲得するために使用され得、および／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対象物の認識のために使用され得る。
【０２３８】
さらに詳細に上記に概説されているように、空間光変調器のピクセルは変調され得る。その際に、ピクセルは、異なる周波数において変調され得、および／または、ピクセルは、たとえば、スーパーピクセルを形成する目的などのために、シーンに対応するピクセルの少なくとも２個のグループにグループ化され得る。この点において、上記に開示されている可能性が参照され得る。ピクセルに関する情報は、異なる変調周波数を使用することによって取得され得る。詳細に関して、上記に議論されている可能性が参照され得る。
【０２３９】
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、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。しかし、追加的にまたは代替的に、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なく、３次元のイメージの記録を行うことも可能である。したがって、空間光変調器を暗示する上述のプロセスを使用することによって、２次元のイメージをそれぞれ記録するために、それぞれの光学センサ、または、光学センサのスタックのうちの光学センサの２個以上が使用され得る。これは、ＳＬＭ変調によって、ピクセル位置、サイズ、および輝度に関する情報が既知である可能性があるので可能である。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。したがって、空間光変調器と組み合わせて光学センサのスタックを使用することによって、光学的な状況の同時的な「トモグラフィ」が獲得され得る。それによって、マイクロレンズなしのライトフィールドカメラが実現化され得る。
【０２４０】
さらには、光学検出器は、空間光変調器および光学センサのスタックを使用することによって獲得される情報のさらなる後処理を可能にする。しかし、シーンの３次元のイメージを取得するために、他のセンサと比較して、少ない後処理が必要とされ得るか、または、さらには、後処理がまったく必要されない。さらに、完全に焦点を合わせられたピクチャが取得され得る。
【０２４１】
さらに、本発明による光学検出器は、レンズエラーなどのようなイメージングエラーを補正することの典型的な問題を回避するか、または少なくとも部分的に避けることが可能である。したがって、顕微鏡または望遠鏡などのような多くの光学的なデバイスにおいて、レンズエラーは、深刻な問題を引き起こす可能性がある。例として、顕微鏡においては、共通のレンズエラーは、球面収差の周知のエラーであり、それは、光線の屈折が光学軸からの距離に依存する可能性があるという現象につながる。さらに、温度効果が起こる可能性があり、たとえば、望遠鏡における焦点位置の温度依存性が起こる可能性がある。静的なエラーは、一般的に、一度エラーを決定することによって、および、焦点の合わせられたイメージを構築するためにＳＬＭピクセルと太陽電池の組み合わせの固定されたセットを使用することによって、補正され得る。光学的なシステムが同一のままである場合に、多くの場合には、ソフトウェアによる調節で十分である可能性がある。さらに、具体的には、時間の経過とともにエラーが変化する場合に、これらの従来の補正は、もはや十分ではない可能性がある。この場合には、少なくとも１個の空間光変調器および光学センサの少なくとも１個のスタックを有する本発明による光学検出器を使用することによって、具体的には、正しい補正焦点面においてイメージを自動的に獲得することによって、エラーを本質的に補正するために使用され得る。
【０２４２】
異なるｚ位置において光学センサのスタックを有する光学検出器の上述の概念は、現在のライトフィールドカメラを上回るさらなる利点を提供する。したがって、典型的なライトフィールドカメラは、レンズから特定の距離にあるピクチャが再構築されるという点において、ピクチャベースのものまたはピクセルベースのものである。記憶されることになる情報は、典型的に、ピクセルの数およびピクチャの数に線形に依存する。これに反して、具体的には少なくとも１個の空間光変調器と組み合わせて光学センサのスタックを有する本発明による光学検出器は、たとえばレンズの後方にある、光学検出器またはカメラの中のライトフィールドを直接的に記録する能力を有することが可能である。したがって、光学検出器は、一般的に、光学検出器に進入する１個または複数の光ビームに関する１個または複数のビームパラメータを記録するために適合され得る。例として、光ビームのそれぞれに関して、ガウシアンビームパラメータなどのような１個または複数のビームパラメータが記録され得、たとえば、焦点ポイント、方向、および拡がり関数幅などが記録され得る。その場合に、焦点ポイントは、ビームが焦点を合わせられている点または座標であることが可能であり、方向は、光ビームの拡散または伝播に関する情報を提供することが可能である。他のビームパラメータは、代替的にまたは追加的に使用され得る。拡がり関数幅は、その焦点ポイントの外側のビームを表す関数の幅であることが可能である。拡がり関数は、簡単なケースでは、ガウシアン関数であることが可能であり、また、幅パラメータは、ガウシアン関数の指数または指数の一部であることが可能である。
【０２４３】
したがって、一般的に、本発明による光学検出器は、少なくとも１個の光ビームの１個または複数のビームパラメータを直接的に記録することが可能であり得、たとえば、光ビームの少なくとも１個の焦点ポイント、光ビームの伝播方向、および、光ビームの拡散パラメータなどを直接的に記録することが可能であり得る。これらのビームパラメータは、光学センサのスタックの光学センサの１個または複数のセンサ信号の分析から直接的に導出され得、たとえば、ＦｉＰ信号の分析から直接的に導出され得る。光学検出器は、具体的には、カメラとして設計され得、したがって、光学検出器は、ライトフィールドのベクトル表現を記録することが可能であり、それは、コンパクトでスケーリング可能であり得、したがって、２次元のピクチャおよび深度マップと比較して、より多くの情報を含むことが可能である。
【０２４４】
したがって、焦点スタッキングカメラおよび／または焦点スイープカメラは、ライトフィールドの異なるカット平面においてピクチャを記録することが可能である。情報は、ピクチャの数にピクセルの数を掛けたものとして記憶され得る。これに反して、本発明による光学検出器は、具体的には、光学センサのスタックおよび少なくとも１個の空間光変調器を、より具体的には、ＦｉＰセンサのスタックおよび空間光変調器を含む光学検出器は、ビームパラメータの数としての情報を記憶するように適合され得、たとえば、それぞれの光ビームに関して、上述の少なくとも１個の拡散パラメータ、焦点ポイント、および伝播方向を記憶するように適合され得る。したがって、一般的に、光学センサの間のピクチャは、ベクトル表現から計算され得る。したがって、一般的に、内挿または外挿が回避され得る。ベクトル表現は、一般的に、たとえば、ピクセル表現に基づく公知のライトフィールドカメラに対して要求されるストレージスペースと比較して、データストレージスペースに対する要求が非常に低い。さらに、ベクトル表現は、当業者には公知のイメージ圧縮方法と組み合わせられ得る。イメージ圧縮方法とのそのような組み合わせは、記録されたライトフィールドに関するストレージ要件をさらに低減させることが可能である。圧縮方法は、色空間変換、ダウンサンプリング、チェインコード、フーリエ関連の変換、ブロックスプリッティング、離散コサイン変換、フラクタル圧縮、クロマサブサンプリング、量子化、デフレート圧縮、ＤＰＣＭ、ＬＺＷ、エントロピーコーディング、ウェーブレット変換、ｊｐｅｇ圧縮、または、さらに可逆性圧縮方法または不可逆性圧縮方法のうちの１個または複数であることが可能である。
【０２４５】
結果的に、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ、任意の少なくとも１個の空間光変調器、および、少なくとも１個の光学センサ、たとえば、光学センサのスタックなどを含む光学検出器は、少なくとも１個の光ビームに関して、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して、少なくとも１個のビームパラメータを、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、さらなる使用に関して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。ベクトル表現に起因して、ライトフィールドカメラとして設計されている光学検出器は、また、光学センサによって画定されるピクチャ平面同士の間のフィールドを検出および／または計算することが可能である。
【０２４６】
さらに、光学検出器は、具体的には、評価デバイスは、観察者の位置および／または光学検出器自身の位置を考慮に入れるように設計され得る。これは、伝送デバイスを通して、たとえば、少なくとも１個のレンズを通して、検出器に進入するすべての情報またはほとんどすべての情報が、ライトフィールドカメラなどのような光学検出器によって検出され得るという事実に起因している。対象物の後方にあるスペースの一部への見通しを提供するホログラムと同様に、光学センサのスタックおよび少なくとも１個の空間光変調器を有する光学検出器によって検出されるかまたは検出可能なライトフィールドは、具体的には、上述のビームパラメータまたはベクトル表現を与えられることによって、固定されたカメラレンズに対して観察者が移動する状況に関する情報などのような、付加的な情報を含有することが可能である。したがって、ライトフィールドの既知の特性に起因して、ライトフィールドを通る断面平面が、移動および／または傾斜され得る。追加的にまたは代替的に、さらには、ライトフィールドを通る非平面的な断面も発生され得る。後者は、具体的には、レンズエラーを補正するのに有益である可能性がある。観察者の位置が移動されるときに、たとえば、光学検出器の座標系における観察者の位置などが移動されるときに、たとえば、第２の対象物が第１の対象物の後方において可視になる場合に、１個または複数の対象物の可視性が変化する可能性がある。
【０２４７】
上記に概説されているように、光学検出器は、モノクロ、マルチカラー、または、さらには、フルカラーの光学検出器であることが可能である。したがって、上記に概説されているように、少なくとも１個のマルチカラーの空間光変調器またはフルカラーの空間光変調器を使用することによって、色感度が発生され得る。追加的にまたは代替的に、２個以上の光学センサが含まれる場合に、２個以上の光学センサが、異なるスペクトル感度を提供することが可能である。具体的には、光学センサのスタックが使用されている場合に、具体的には、太陽電池、有機太陽電池、色素増感太陽電池、固体色素増感太陽電池、またはＦｉＰセンサから群から選択される１個または複数の光学センサのスタックが使用されている場合に、異なるスペクトル感度を有する光学センサを使用することによって、色感度が一般に発生され得る。具体的には、２個以上の光学センサを含む、光学センサのスタックが使用されている場合に、光学センサは、異なるスペクトル感度を有することが可能であり、たとえば、異なる吸収スペクトルを有することが可能である。
【０２４８】
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。
【０２４９】
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。
【０２５０】
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。
【０２５１】
そうなると、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。
【０２５２】
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。
【０２５３】
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。
【０２５４】
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。
【０２５５】
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。
【０２５６】
一般的に、本発明による光学検出器は、したがって、マルチカラーもしくはフルカラーのライトフィールドカメラ、または、色検出ライトフィールドカメラとして設計され得る。交互に色付きの光学センサのスタックが使用され得、たとえば、透明な太陽電池または半透明の太陽電池、具体的には、有機太陽電池、および、より具体的には、ｓＤＳＣが使用され得る。これらの光学検出器は、たとえば、仮想的なピクセル化を提供する目的のために、少なくとも１個の空間光変調器と組み合わせて使用される。したがって、光学検出器は、ピクセル化なしの大面積光学検出器であることが可能であり、ピクセル化は、空間光変調器によって、および、光学センサのセンサ信号の評価によって、具体的には、周波数分析によって、事実上生成される。
【０２５７】
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。
【０２５８】
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。
【０２５９】
少なくとも１個の焦点調整可能なレンズおよび光学センサ、ならびに任意に、少なくとも１個の空間光変調器を含む、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。
【０２６０】
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。
【０２６１】
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。
【０２６２】
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。
【０２６３】
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。
【０２６４】
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、および任意に、少なくとも１個の空間光変調器、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、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個の空間光変調器の組み合わせは、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。
【０２６５】
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。ＳＬＭ測定または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、ＳＬＭまたは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、ＳＬＭまたは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。ＳＬＭまたはＦｉＰ検出器は、具体的には、ＳＬＭカメラまたは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。したがって、上記に概説されているように、ＳＬＭ検出器は、１個または複数の関心の領域を検出するように適合され得る。追加的にまたは代替的に、ＳＬＭまたは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、ＳＬＭまたは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、ＳＬＭまたは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。
【０２６６】
上記に概説されているように、粗い深度マップは、ＳＬＭまたはＦｉＰカメラなどのようなＳＬＭまたは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。
【０２６７】
さらに、少なくとも１個のＴｏＦ検出器と組み合わせてＳＬＭまたは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、ＳＬＭまたは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、ＳＬＭまたは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、ＳＬＭまたは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。
【０２６８】
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ＳＬＭまたは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。例として、少なくとも１個の透明なＳＬＭ検出器は、少なくとも１個のＴｏＦ検出器の前方に設置され得る。追加的にまたは代替的に、ＳＬＭまたは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、ＳＬＭまたは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、ＳＬＭまたは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ＳＬＭまたは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。
【０２６９】
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、少なくとも１個の空間光変調器および少なくとも１個の光学センサを含む、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組み合わせられ得、たとえば、上述のＴｏＦ検出器と組み合わせられ得る。本発明による光学検出器を１個または複数の他のタイプのセンサまたは検出器と組み合わせるときに、光学検出器および少なくとも１個のさらなるセンサまたは検出器は、独立したデバイスとして設計され得、光学検出器の少なくとも１個の光学センサおよび空間光変調器は、少なくとも１個のさらなるセンサまたは検出器から分離されている。代替的に、これらのコンポーネントのうちの１個または複数は、完全にまたは部分的に、さらなるセンサもしくは検出器のためにも使用され得、または、光学センサ、ならびに、空間光変調器および少なくとも１個のさらなるセンサまたは検出器は、完全にまたは部分的に、別の方式で組み合わせられ得る。
【０２７０】
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。
【０２７１】
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。したがって、単一の光学センサが使用され得、または、複数の光学センサの組み合わせ、たとえば、センサスタックなどが使用され得る。
【０２７２】
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。
【０２７３】
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。
【０２７４】
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。
【０２７５】
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。
【０２７６】
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。さらに、追加的にまたは代替的に、空間光変調器を有する１個または複数の光パターニングデバイスが使用され得る。アクティブ距離センサの空間光変調器は、上述の空間光変調器から分離された別個のものであることが可能であり、または、完全にまたは部分的に同一であることが可能である。したがって、パターン化された光を発生させるために、マイクロミラーが使用され得、たとえば、上述のＤＬＰ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。
【０２７７】
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個の空間光変調器を有する、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、空間光変調器、および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、空間光変調器および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。
【０２７８】
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。
【０２７９】
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。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。
【０２８０】
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。
【０２８１】
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ティング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。
【０２８２】
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。
【０２８３】
光学検出器は、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。複数の空間光変調器が含まれる場合に、たとえば、２個以上の空間光変調器が含まれる場合に、少なくとも２個の空間光変調器は、同じビーム経路の中に配置され得、または、異なる部分的なビーム経路の中に配置され得る。空間光変調器が異なるビーム経路の中に配置されている場合に、光学検出器は、具体的には、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、共通の光ビームを形成するように、空間光変調器を通過する部分的な光ビームを再結合させるように適合され得る。
【０２８４】
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。
【０２８５】
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。
【０２８６】
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。
【０２８７】
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。
【０２８８】
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、２０１２年１２月１９日に出願された米国仮出願第６１／７３９，１７３号、２０１３年１月８日に出願された米国仮出願第６１／７４９，９６４号、および、２０１３年８月に出願された米国仮出願第６１／８６７，１６９号、および／または、欧州特許出願第ＥＰ１３１７１９０１．５号、または、２０１３年１２月１８日にともに出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０６１０９５もしくは米国特許出願第１４／１３２，５７０号のうちの１個または複数が参照され得る。さらに、他の実施形態も実行可能である。
【０２８９】
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。
【０２９０】
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。
【０２９１】
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個または複数の可動ミラーが使用される場合に、可動ミラーは、また、上記に開示されているように、１個または複数の空間光変調器を含むことが可能であり、たとえば、１個または複数のマイクロミラー、具体的には、ＤＬＰ（登録商標）技術に基づく１個または複数のマイクロミラー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個の第１の空間光変調器を使用することによって、シーンが照射され得、また、光学検出器を介した実際の測定が、少なくとも１個の第２の空間光変調器を使用することによって実施され得る。
【０２９２】
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。
【０２９３】
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。
【０２９４】
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。
【０２９５】
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。
【０２９６】
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。
【０２９７】
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、電磁放射が空間光変調器および／または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。
【０２９８】
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、その後で空間光変調器および／または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。
【０２９９】
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にしたがって、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。
【０３００】
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。
【０３０１】
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。
【０３０２】
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、空間光変調器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。
【０３０３】
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。
【０３０４】
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。
【０３０５】
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。
【０３０６】
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。
【０３０７】
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、情報にしたが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。
【０３０８】
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。
【０３０９】
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。
【０３１０】
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。
【０３１１】
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、情報にしたが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つの情報にしたが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。
【０３１２】
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。
【０３１３】
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。
【０３１４】
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。
【０３１５】
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。
【０３１６】
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個の実際の位置にしたがって少なくとも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。
【０３１７】
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。
【０３１８】
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。
【０３１９】
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。
【０３２０】
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。
【０３２１】
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。
【０３２２】
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。
【０３２３】
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。
【０３２４】
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。
【０３２５】
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。
【０３２６】
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。
【０３２７】
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個の空間光変調器は、具体的には、ＤＬＰなどのような少なくとも１個の反射型の空間光変調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。１個または複数の反射型の空間光変調器が使用されている場合に、光学検出器は、単に上述の目的だけでなくその他の目的のためにも、この少なくとも１個の反射型の空間光変調器を使用するようにさらに適合され得る。したがって、具体的には、光学検出器は、少なくとも１個の空間光変調器を追加的に使用するように適合され得、具体的には、たとえば、シーンの中へおよび／またはスクリーンの上などに、光を空間へ投影するために、少なくとも１個の反射型の空間光変調器を追加的に使用するように適合され得る。したがって、検出器は、具体的には、少なくとも１個のプロジェクタ機能を追加的に提供するように適合され得る。
【０３２８】
したがって、例として、ＤＬＰ技術は、主に、プロジェクタのために開発され、たとえば、モバイルフォンのような通信デバイスの中のプロジェクタのために開発されたものである。それによって、一体化されたプロジェクタが、多種多様なデバイスの中へ実装され得る。本発明においては、空間光変調器は、具体的には、距離センシングのために、および／または、対象物の少なくとも１個の縦方向座標を決定するために使用され得る。しかし、これらの２個の機能が組み合わせられ得る。したがって、１個のデバイスの中でのプロジェクタおよび距離センサの組み合わせが実現され得る。
【０３２９】
これは、空間光変調器が、具体的には、反射型の空間光変調器が、評価デバイスと組み合わせて、距離センシングのタスク、または、対象物の少なくとも１個の縦方向座標を決定するタスク、および、プロジェクタのタスク、たとえば、少なくとも１個のイメージを空間の中へ、シーンの中へ、またはスクリーンの上に投影するためのタスクの両方を実行することができるという事実に起因している。両方のタスクを実行するために、少なくとも１個の空間光変調器は、具体的には、たとえば、距離センシングのための変調周期および間欠的に投影するための変調周期を使用することなどによって、間欠的に変調され得る。したがって、ＤＬＰなどのような反射型の空間光変調器は、一般的に、１ｋＨｚを上回る変調周波数において変調せられ得る。結果的に、リアルタイムビデオ周波数は、ＤＬＰなどのような単一の空間光変調器を用いて同時に行われる投影および距離測定のために到達され得る。これは、たとえば、３Ｄシーンを記録するために、および、同時にそれを投影するために、モバイルフォンを使用することを可能にする。
【０３３０】
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。
【０３３１】
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個の光学センサを使用して少なくとも１個のセンサ信号を発生させることによって、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、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、工程と、
−  光ビーム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使用することによって、制御された方式で光ビームの焦点位置を修正する工程と、
−  少なくとも１個の焦点変調デバイスを使用することによって、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工程であって、それによって、焦点位置を変調させる、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。
【０３３２】
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。
【０３３３】
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。
【０３３４】
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。
【０３３５】
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。
【０３３６】
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。
【０３３７】
本方法は、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。
【０３３８】
方法は、以下の任意の工程、すなわち、
−  少なくとも１個の空間光変調器を使用することによって、空間的に分解された方式で、光ビームの少なくとも１個の特性を修正する工程であって、空間光変調器は、ピクセルのマトリックスを有しており、それぞれのピクセルは、光ビームが少なくとも１個の光学センサに到達する前に、ピクセルを通過する光ビームの一部分の少なくとも１個の光学的な特性を個別に修正するように制御可能である、工程と、
−  少なくとも１個の変調器デバイスを使用することによって、異なる変調周波数によって、ピクセルのうちの少なくとも２個を周期的に制御する工程と、
をさらに含むことが可能であり、
センサ信号を評価する工程は、変調周波数に関するセンサ信号の信号成分を決定するために、周波数分析を実施する工程を含む。
【０３３９】
そこでは、センサ信号を評価することは、その変調周波数にしたがって、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。異なる変調周波数によってピクセルの少なくとも２個を周期的に制御することは、好ましくは、固有の変調周波数または個々の変調周波数において、ピクセルのそれぞれを個別に制御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、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、空間光変調器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、空間光変調器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空間光変調器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。焦点調整可能なレンズは、具体的には、完全にもしくは部分的に空間光変調器の一部であるか、または、完全にまたは部分的に空間光変調器からから分離されているかの両方のうちの１個であることが可能である。焦点調整可能なレンズは、完全にまたは部分的に空間光変調器の一部であることが可能であり、空間光変調器のピクセルは、マイクロレンズを有することが可能であり、マイクロレンズは、焦点調整可能なレンズであることが可能である。具体的には、それぞれのピクセルは、個々のマイクロレンズを有することが可能である。少なくとも２個のピクセルを周期的に制御することは、具体的には、マイクロレンズの少なくとも１個の焦点距離を周期的に制御することを含むことが可能である。
【０３４０】
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ことが可能である。その場合に、本方法は、空間光変調器のピクセルをイメージのイメージ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。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。
【０３４１】
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。
【０３４２】
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。
【０３４３】
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；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。
【０３４４】
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。
【０３４５】
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。
【０３４６】
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。
【０３４７】
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。
【０３４８】
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。
【０３４９】
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使用され得る。
【０３５０】
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。
【０３５１】
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、一般的に、ＦｉＰセンサは、具体的には、本発明のＳＬＭベースの光学検出器は、（たとえば、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内側または外側にある場合に信号を与えることになる、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。
【０３５２】
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。
【０３５３】
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。
【０３５４】
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。
【０３５５】
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。
【０３５６】
さらに、ＦｉＰデバイスは、一般的に、自動車技術および輸送技術の技術分野において適用可能である。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、一般的には、ＦｉＰセンサは、より具体的には、本発明のＳＬＭベースの光学検出器は、たとえば、ＦｉＰセンサを使用することによって取得される位置情報の一次時間微分および二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。
【０３５７】
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。
【０３５８】
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、天候条件にしたが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。
【０３５９】
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。
【０３６０】
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。
【０３６１】
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。
【０３６２】
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。
【０３６３】
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。
【０３６４】
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、速度制御および航空交通制御デバイスにとって、とりわけ有用である。
【０３６５】
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。
【０３６６】
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。
【０３６７】
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。
【０３６８】
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。
【０３６９】
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。
【０３７０】
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。
【０３７１】
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。
【０３７２】
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。
【０３７３】
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。
【０３７４】
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。
【０３７５】
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、米国仮出願第６１／７３９，１７３号、または米国仮出願第６１／７０８，０５８号が参照され得、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。
【０３７６】
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。
【０３７７】
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。
【０３７８】
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。
【０３７９】
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。
【０３８０】
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。
【０３８１】
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。
【０３８２】
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。
【０３８３】
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。
【０３８４】
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。
【０３８５】
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。
【０３８６】
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。
【０３８７】
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。
【０３８８】
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、米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号または米国仮特許出願第６１／７０８，０５８号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。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。
【０３８９】
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。
【０３９０】
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。
【０３９１】
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】
2018510320.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。
【０３９２】
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。
【０３９３】
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】
2018510320.tif 000009
と呼ばれている。
【０３９４】
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】
2018510320.tif 000010
【０３９５】
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。
【０３９６】
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、様々なリレン誘導体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、様々なリレン同族体も使用することも得策であり得る。
【０３９７】
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。
【０３９８】
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、また既に半導体に放出した電子との再結合が防止される。
【０３９９】
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。
【０４００】
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。
【０４０１】
様々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。
【０４０２】
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。
【０４０３】
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。
【０４０４】
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。
【０４０５】
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）。様々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。
【０４０６】
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。
【０４０７】
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。
【０４０８】
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】
2018510320.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）。
【０４０９】
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：
【化５】
2018510320.tif 000012
【０４１０】
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。
【０４１１】
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。
【０４１２】
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】
2018510320.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）。
【０４１３】
本発明の状況でも使用してもよい、可能なスピロ化合物については、米国特許出願第２０１４／００６６６５６（Ａ１）号を参照してもよい。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】
2018510320.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る。さらなる可能な置換基、具体的にはアリール１〜８置換基については、米国特許出願第２０１４／００６６６５６（Ａ１）号を参照してもよい。しかし、他の実施形態が実施可能である）。
【０４１４】
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】
2018510320.tif 000015
【０４１５】
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。
【０４１６】
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、ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０５１８２６号を参照してもよい。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。
【０４１７】
「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。
【０４１８】
「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。
【０４１９】
「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既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。
【０４２０】
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。
【０４２１】
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。
【０４２２】
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。
【０４２３】
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。
【０４２４】
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。
【０４２５】
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。
【０４２６】
好ましくは、Ａ１、Ａ２、およびＡ３は、それぞれ独立に、
【化９】
2018510320.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。
【０４２７】
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既に述べた置換基が挙げられる。
【０４２８】
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。
【０４２９】
より好ましくは、Ａ１、Ａ２、およびＡ３は、それぞれ独立に、
【化１０】
2018510320.tif 000017
であり、より好ましくは
【化１１】
2018510320.tif 000018
である。
【０４３０】
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】
2018510320.tif 000019
【０４３１】
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】
2018510320.tif 000020
【０４３２】
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。
【０４３３】
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。
【０４３４】
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。
【０４３５】
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。
【０４３６】
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。
【０４３７】
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。
【０４３８】
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、米国仮出願第６１／７３９，１７３号または米国仮出願第６１／７０８，０５８号が参照され得、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。
【０４３９】
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。
【０４４０】
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。
【０４４１】
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。
【０４４２】
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。
【０４４３】
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。
【０４４４】
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。
【０４４５】
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。
【０４４６】
したがって、一般的に、周波数分析によって信号成分を分離するために変調周波数を使用する一般的な概念と関連させて、１個または複数の空間光変調器を１個または複数の光学センサと組み合わせることによって、技術的に簡単な方式で、かつ、ピクセル化された光学センサを使用する必要なしに、高分解能イメージングの可能性、好ましくは、高分解能３Ｄイメージングの可能性、対象物の横方向座標および／または縦方向座標を決定する可能性、簡単化された方式で色を分離する可能性、および、多くの他の可能性を提供することができる、光学検出器が提供され得る。
【０４４７】
したがって、カメラの現在のセットアップは、具体的には、３Ｄカメラは、典型的に、複雑な測定セットアップおよび複雑な測定アルゴリズムを必要とする。本発明においては、大面積光学センサが全体として使用され得、たとえば、太陽電池、および、より好ましくは、ＤＳＣまたはｓＤＳＣが使用され得、これらの光学センサをピクセルに細分化する必要はない。空間光変調器に関して、例として、ディスプレイおよび／または投影デバイスにおいて一般に使用されるような液晶スクリーンは、１個または複数の太陽電池の上に設置され得、たとえば、太陽電池のスタックの上に設置され得、より好ましくは、ＤＳＣのスタックの上に設置され得る。ＤＳＣは、同じ光学的な特性および／または異なる光学的な特性を有することが可能である。したがって、異なる吸収特性を有する少なくとも２個のＤＳＣが使用され得、たとえば、赤色スペクトルの領域の中の吸収を有する少なくとも１個のＤＳＣ、緑色スペクトルの領域の中の吸収を有する１個のＤＳＣ、および、青色スペクトルの領域の中の吸収を有する１個のＤＳＣなどが使用され得る。他のセットアップも実行可能である。ＤＳＣは、１個または複数の無機のセンサと組み合わせられ得、たとえば、標準的なデジタルカメラの中で使用されているような１個または複数のＣＣＤチップ、具体的には、高い分解能を有する１個または複数の非透過型のＣＣＤチップと組み合わせられ得る。したがって、具体的には、ＦｉＰ効果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目的のために、空間光変調器から最も離れた位置においてＣＣＤチップを有するスタックセットアップが使用され得、好ましくはピクセルを有していない、１個、２個、または、それ以上の少なくとも部分的に透過性のＤＳＣまたはｓＤＳＣのスタックが使用され得る。このスタックに続けて、１個または複数の空間光変調器を設けることが可能であり、たとえば、１個または複数の透明なまたは半透明のＬＣＤ、および／または、たとえば、ｗｗｗ．ｄｌｐ．ｃｏｍ／ｄｅ／ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／ｈｏｗ−ｄｌｐ−ｗｏｒｋｓに開示されているような、いわゆるＤＬＰ技術を使用する１個または複数のデバイスを設けることが可能である。このスタックは、１個または複数の伝送デバイスと組み合わせられ得、たとえば、１個または複数のカメラレンズシステムなどと組み合わせられ得る。
【０４４８】
標準的なフーリエ変換アルゴリズムを使用して周波数分析が実施され得る。
【０４４９】
通常のカメラシステムと同様に、ｘ情報、ｙ情報、および色情報を取得するために、任意の非透過型のＣＣＤチップが、高い分解能で使用され得る。縦方向の情報（ｚ情報）を取得するために、ＳＬＭおよび１個または複数の大面積光学センサの組み合わせが使用され得る。たとえば、高い周波数で開閉することなどによって、ＳＬＭのピクセルのそれぞれが振動することが可能であり、また、ピクセルのそれぞれは、明確に規定された固有の周波数において振動することが可能である。
【０４５０】
光子密度依存型の透過性のＤＳＣが、深度情報を決定するために使用され得、それは、上述のＦｉＰ効果として公知である。したがって、集光レンズおよび２個の透過性のＤＳＣを通過する光ビームが、ＤＳＣの感応領域の異なる表面積をカバーすることになる。これは、異なる光電流を引き起こすことが可能であり、深度情報がそれから推定され得る。太陽電池を通過するビームは、ＬＣＤおよび／またはマイクロミラーデバイスなどのような、ＳＬＭの振動ピクセルによってパルス化され得る。ＤＳＣから取得される電流電圧情報は、それぞれのピクセルの後方の電流電圧情報を取得するために、周波数分析によって、たとえば、フーリエ変換などによって処理され得る。周波数は、それぞれのピクセルを一義的に識別することが可能であり、したがって、その横方向位置（ｘｙ位置）識別することが可能である。それぞれのピクセルの光電流は、上記に議論されているように、対応する深度情報を取得するために使用され得る。
【０４５１】
さらに、上記に議論されているように、光学検出器は、少なくとも１個の光ビームの色を認識および／または決定するように適合されている、マルチカラーまたはフルカラーの検出器として実現化され得る。したがって、一般的に、光学検出器は、マルチカラーおよび／またはフルカラーの光学検出器であることが可能であり、それは、カメラの中で使用され得る。それによって、技術的に簡単な方式で、簡単なセットアップが実現化され得、また、少なくとも１個の対象物の横方向位置および／または縦方向位置をイメージングおよび／または決定するためのマルチカラー検出器が実現化され得る。したがって、異なる色の少なくとも２個のタイプのピクセル、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有する空間光変調器が使用され得る。
【０４５２】
例として、好ましくは、少なくとも２個の異なる色、好ましくは、少なくとも３個の異なる色のピクセルを有する、液晶空間光変調器が使用され得、たとえば、薄膜トランジスタスペクトル光変調器が使用され得る。これらのタイプの空間光変調器は、赤色、緑色、および青色のチャネルを備えるものとして市販されており、そのそれぞれは、好ましくはピクセルごとに、開けられ得（透明な状態にする）、また、閉じられ得る（暗い状態にする）。追加的にまたは代替的に、たとえば、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓにより市販されている上述のＤＬＰ（登録商標）技術を使用することなどによって、反射型ＳＬＭが使用され得、それは、単一カラーもしくはマルチカラー、または、さらには、フルカラーのマイクロミラーを有する。繰り返しになるが、追加的にまたは代替的に、たとえば、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｅｙｓｏｐ．ｃｏｍ／ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ＿ｐｏｃｋｅｌｓ＿ｃｅｌｌ．ｈｔｍに説明されているような、音響光学的な効果に基づくＳＬＭ、および／または、電気光学的な効果に基づくＳＬＭが使用され得る。したがって、例として、液晶技術またはマイクロミラーにおいて、カラーフィルタが使用され得、たとえば、ピクセルの直ぐ上部にカラーフィルタが使用され得る。したがって、それぞれのピクセルは、チャネルを開閉することが可能であり、光が、ＳＬＭを通過し、少なくとも１個の光学センサに向けて進むことが可能である。少なくとも１個のＤＳＣまたはｓＤＳＣなどのような、少なくとも１個の光学センサは、ＳＬＭを通過する光ビームを完全にまたは部分的に吸収することが可能である。例として、青色チャネルのみが開かれている場合に、青色の光のみが光学センサによって吸収され得る。赤色、緑色および青色の光が、位相を異にして、および／または、異なる周波数でパルス化されるとき、周波数分析は、３個の色を同時に検出することを可能にし得る。したがって、一般的に、少なくとも１個の光学センサは、マルチカラーまたはフルカラーのＳＬＭのスペクトル領域において吸収するように適合されている広帯域光学センサであることが可能である。したがって、赤色、緑色、および青色のスペクトル領域において吸収する広帯域光学センサが使用され得る。追加的にまたは代替的に、異なる光学センサが、異なるスペクトル領域に関して使用され得る。一般的に、上述の周波数分析は、それらの変調の周波数および／または位相にしたがって、信号成分を識別するように適合され得る。したがって、信号成分の周波数および／または位相を識別することによって、信号成分は、光ビームの特定の色成分に割り当てられ得る。したがって、評価デバイスは、光ビームを異なる色に分離するように適合され得る。
【０４５３】
異なる変調周波数において、すなわち、異なる周波数および／または異なる位相において、２個以上のチャネルがパルス化されるときに、それぞれのチャネルが個別に開くことできることがあり、すべてのチャネルが開くことができることがあり、また、２個の異なるチャネルが同時に開くことができることがあり得る。これは、追加的な後処理がほとんどない状態で、より多数の異なる色を同時に検出することが可能である。複数のチャネル信号を検出するために、１個のチャネル信号および複数のチャネル信号が後処理において比較され得るときに、精度または色選択性が増加され得る。
【０４５４】
上記に概説されているように、空間光変調器は、さまざまな方式で具現化され得る。したがって、例として、空間光変調器は、好ましくは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）技術とともに、液晶技術を使用することが可能である。追加的にまたは代替的に、マイクロメカニカルデバイスが使用され得、たとえば、反射型マイクロメカニカルデバイスなどが使用され得、たとえば、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓによって市販されているＤＬＰ（登録商標）技術によるマイクロミラーデバイスなどが使用され得る。追加的にまたは代替的に、エレクトロクロミックおよび／またはダイクロイックフィルタが空間光変調器として使用され得る。追加的にまたは代替的に、エレクトロクロミック空間光変調器、音響光学的な空間光変調器、または電気光学的な空間光変調器のうちの１個または複数が使用され得る。一般的に、空間光変調器は、さまざまな方式で、たとえば、透過性の状態と不透過性の状態との間でピクセルを切り替えることによって、透過性の状態とより透過性の状態との間でピクセルを切り替えることによって、または、透過性の状態と着色状態との間でピクセルを切り替えることなどによって、光ビームの少なくとも１個の光学的な特性を変調させるように適合され得る。
【０４５５】
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。
【０４５６】
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個の空間光変調器は、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、空間光変調器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る。
【０４５７】
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。
【０４５８】
上述の可能性は、さまざまな方式で具現化され得る。したがって、一般的に、空間光変調器は、上記に概説されているように、反射型の空間光変調器であることが可能である。したがって、上記に議論されているように、反射型の空間光変調器は、たとえば、上述のＤＬＰ（登録商標）技術を使用することなどによって、マイクロミラーシステ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る。したがって、空間光変調器は、光ビームおよび／またはその一部を偏向または反射させるために使用され得、たとえば、光ビームをその起点の方向へ反射させるために使用され得る。したがって、光学検出器の少なくとも１個の光学センサは、１個の透過型光学センサを含むことが可能である。光学検出器は、光ビームが空間光変調器に到達する前に透過型光学センサを通過するようなセットアップであることが可能である。空間光変調器は、光ビームを少なくとも部分的に反射させて光学センサに向けて戻すように適合され得る。この実施形態では、光ビームは、透過型光学センサを２回通過することが可能である。したがって、第１に、光ビームは、１回目は変調されていない方式で透過型光学センサを通過し、空間光変調器に到達することが可能である。上記に議論されているように、空間光変調器は、光ビームを変調させるように適合され得、また、同時に、光ビームを反射させて透過型光学センサに向けて戻すように適合され得、光ビームが、２回目には、変調された方式で透過型光学センサを通過するようになっており、光学センサによって検出されるようになっている。
【０４５９】
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、空間光変調器、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。したがって、一般的に、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、少なくとも１個の空間光変調器を含むことが可能である。この実施形態では、具体的には、空間光変調器は、たとえば、上述のマイクロミラー技術、具体的には、上述のＤＬＰ（登録商標）技術を使用することなどによって、反射型の空間光変調器であることが可能である。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、イメージングセンサおよび／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、イメージングセンサ、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。
【０４６０】
上記に概説されているように、空間光変調器は、ビームスプリッティングエレメント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、少なくとも１個の空間光変調器、および／または、複数の空間光変調器のうちの少なくとも１個は、それ自体を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。したがって、例として、空間光変調器は、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、すなわち、たとえば、上述のＦｉＰ効果を有する光学センサのスタックなど、光学センサのスタックを有する部分的なビーム経路の中に位置し得る。したがって、光学センサのスタックは、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り、たとえば、ＦｉＰ効果を有する少なくとも１個の大面積光学センサを含むことが可能である。
【０４６１】
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。
【０４６２】
光学センサおよび／または光学検出器のより複雑なセットアップの上述の可能性を使用することによって、具体的には、その透明度、反射特性、または他の特性に関して、空間光変調器の高いフレキシビリティが使用され得る。したがって、上記に概説されているように、空間光変調器自身が、光ビームまたは部分的な光ビームを反射または偏向させるために使用され得る。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。反射型の空間光変調器が使用されている場合に、具体的には、マイクロミラーシステムにおいて、空間光変調器は、一般的に、光ビームを２個以上の方向に反射または偏向させるように適合されているという事実が使用され得る。したがって、第１の部分的なビーム経路は、空間光変調器の偏向または反射の第１の方向へのセットアップであることが可能であり、また、少なくとも１個の第２の部分的なビーム経路は、空間光変調器の偏向または反射の少なくとも１個の第２の方向へのセットアップであることが可能である。したがって、空間光変調器は、入射光ビームを少なくとも１個の第１の方向および少なくとも１個の第２の方向へスプリットさせるように適合されているビームスプリッティングエレメントを形成することが可能である。したがって、例として、空間光変調器のマイクロミラーは、少なくとも１個の第１の部分的なビーム経路に向けて、たとえば、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を有する第１の部分的なビーム経路に向けて、光ビームおよび／またはその一部を反射させるかまたは偏向させるかのいずれかのために位置決めされ得、または、少なくとも１個の第２の部分的なビーム経路に向けて、たとえば、イメージングセンサ、具体的には、少なくとも１個のＣＣＤチップおよび／または少なくとも１個のＣＭＯＳチップなどのような、不透過型光学センサを有する少なくとも１個の第２の部分的なビーム経路に向けて、光ビームおよび／またはその一部を反射させるかまたは偏向させるかのいずれかのために位置決めされ得る。それによって、さまざまなビーム経路の中のエレメントを照射する一般的な光量が増加され得る。そのうえ、この構築は、２個以上の部分的なビーム経路において、たとえば、フルカラーのセンサＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサなどのような、光学センサおよびイメージングセンサのスタックの上などにおいて、同一の焦点を有するピクチャなどのような、同一のピクチャを取得することを可能にすることができる。
【０４６３】
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個のイメージング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。
【０４６４】
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、反射型の空間光変調器と、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、イメージング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ングセンサ、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ングセンサとの間に、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、イメージング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。
【０４６５】
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、空間光変調器、具体的には、反射型の空間光変調器と、光学センサのスタックとの間に、および／または、空間光変調器とイメージングセンサなどのような不透過型光学センサとの間に、１個または複数のレンズが位置し得る。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、イメージングセンサ、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。
【０４６６】
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。
【０４６７】
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。
【０４６８】
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。
【０４６９】
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。
【０４７０】
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。
【０４７１】
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。
【０４７２】
特に、本明細書で開示されているようなＳＬＭベースのカメラのためのこれらのデバイスにおいて、たとえば、ＦｉＰデバイスなどにおいて、センサピクセルの２ｘＮアレイが非常に適している。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。
【０４７３】
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、空間光変調器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ＳＬＭのピクセルまたはスーパーピクセルの数が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。
【０４７４】
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。
【０４７５】
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。
【０４７６】
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。
【０４７７】
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、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個の光学センサと、
−  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であって、制御された方式で光ビームの焦点位置を修正するように適合されている、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズと、
−  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ている、少なくとも１個の焦点変調デバイスであって、それによって、焦点位置を変調させる、少なくとも１個の焦点変調デバイスと、
−  センサ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。
【０４７８】
実施形態２：実施形態１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。
【０４７９】
実施形態３：実施形態２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。
【０４８０】
実施形態４：実施形態２または３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。
【０４８１】
実施形態５：実施形態４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。
【０４８２】
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、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。
【０４８３】
実施形態７：実施形態１から６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。
【０４８４】
実施形態８：実施形態１から７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。
【０４８５】
実施形態９：実施形態８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。
【０４８６】
実施形態１０：実施形態１から９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。
【０４８７】
実施形態１１：実施形態１０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。
【０４８８】
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、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。
【０４８９】
実施形態１３：実施形態１０から１２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。
【０４９０】
実施形態１４：実施形態１から１３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。
【０４９１】
実施形態１５：実施形態１４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。
【０４９２】
実施形態１６：実施形態１から１５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。
【０４９３】
実施形態１７：実施形態１６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。
【０４９４】
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、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。
【０４９５】
実施形態１９：実施形態１８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。
【０４９６】
実施形態２０：実施形態１８または１９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、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。
【０４９７】
実施形態２１：実施形態２０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したが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。
【０４９８】
実施形態２２：実施形態２１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。
【０４９９】
実施形態２３：実施形態２０から２２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。
【０５００】
実施形態２４：実施形態２０から２３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。
【０５０１】
実施形態２５：実施形態１から２４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。
【０５０２】
実施形態２６：実施形態２５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個は、少なくとも部分的に透過性の光学センサである、光学検出器。
【０５０３】
実施形態２７：実施形態１から２６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個のイメージングデバイスをさらに含む、光学検出器。
【０５０４】
実施形態２８：実施形態２７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。
【０５０５】
実施形態２９：実施形態２７または２８に記載の光学検出器であって、イメージングデバイスは、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。
【０５０６】
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、光学センサは、少なくとも１個の半導体検出器を含む、光学検出器。
【０５０７】
実施形態３１：実施形態１から３０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。
【０５０８】
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、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。
【０５０９】
実施形態３３：実施形態３２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。
【０５１０】
実施形態３４：実施形態３３に記載の光学検出器であって、第１の電極および第２の電極は両方とも透明である、光学検出器。
【０５１１】
実施形態３５：実施形態１から３４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、そのうえ、少なくとも１個の伝送デバイスを含み、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光を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。
【０５１２】
実施形態３６：実施形態３５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。
【０５１３】
実施形態３７：実施形態１から３６のいずれか１個に記載の光学検出器であって、
−  空間的に分解された方式で、光ビームの少なくとも１個の特性を修正するように適合されている少なくとも１個の空間光変調器であって、ピクセルのマトリックスを有しており、それぞれのピクセルは、光ビームが少なくとも１個の光学センサに到達する前に、ピクセルを通過する光ビームの一部分の少なくとも１個の光学的な特性を個別に修正するように制御可能である、少なくとも１個の空間光変調器と、
−  異なる変調周波数によって、ピクセルのうちの少なくとも２個を周期的に制御するように適合されている少なくとも１個の変調器デバイスと、
をさらに含み、
評価デバイスは、変調周波数に関してセンサ信号の信号成分を決定するために、周波数分析を実施するように適合されている、光学検出器。
【０５１４】
実施形態３８：実施形態３７に記載の光学検出器であって、評価デバイスは、その変調周波数にしたがって、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ようにさらに適合されている、光学検出器。
【０５１５】
実施形態３９：実施形態３７または３８に記載の光学検出器であって、変調器デバイスは、好ましくは、固有の変調周波数または個々の変調周波数において、ピクセルのそれぞれが個別に制御可能となるように適合されている、光学検出器。
【０５１６】
実施形態４０：実施形態３７から３９のいずれか１個に記載の光学検出器であって、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ている、光学検出器。
【０５１７】
実施形態４１：実施形態３７から４０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、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ている、光学検出器。
【０５１８】
実施形態４２：実施形態３７から４１のいずれか１個に記載の光学検出器であって、空間的に分解された方式で空間光変調器によって修正される光ビームの少なくとも１個の特性は、光ビームの一部分の強度；光ビームの一部分の位相；光ビームの一部分のスペクトル特性、好ましくは、色；光ビームの一部分の偏光；光ビームの一部分の伝播の方向；光ビームの焦点位置；光ビームの発散；光ビームの幅からなる群から選択される少なくとも１個の特性である、光学検出器。
【０５１９】
実施形態４３：実施形態３７から４２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個の空間光変調器は、光ビームが、ピクセルのマトリックスを通過し、また、ピクセルが、それぞれのピクセルを通過する光ビームのそれぞれの部分に関する光学的な特性を個別に制御可能な方式で修正するように適合されている、透過型の空間光変調器；ピクセルが、個別に制御可能な反射特性を有しており、また、それぞれのピクセルによって反射される光ビームのそれぞれの部分に関する伝播の方向を個別に変化させるように適合されている、反射型の空間光変調器；ピクセルが、それぞれのピクセルに印加される電圧によって個別に制御可能である制御可能なスペクトル特性を有する、エレクトロクロミック空間光変調器；ピクセルの複屈折が音波によって制御可能である、音響光学的な空間光変調器；ピクセルの複屈折が電界によって制御可能である、電気光学的な空間光変調器；マイクロレンズの焦点距離が、好ましくは個別に調整可能である、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイからなる群から選択される少なくとも１個の空間光変調器を含む、光学検出器。
【０５２０】
実施形態４４：実施形態３７から４３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個の空間光変調器は、ピクセルが液晶デバイスの個別に制御可能なセルである、液晶デバイス、好ましくは、アクティブマトリックス液晶デバイス；ピクセルが、それらの反射表面の配向に関して個別に制御可能なマイクロミラーデバイスのマイクロミラーである、マイクロミラーデバイス；ピクセルが、それぞれのセルに印加される電圧によって個別に制御可能なスペクトル特性を有するエレクトロクロミックデバイスのセルである、エレクトロクロミックデバイス；ピクセルが、セルに印加される音波によって個別に制御可能な複屈折を有する音響光学的なデバイスのセルである、音響光学的なデバイス；ピクセルが、セルに印加される電界によって個別に制御可能な複屈折を有する電気光学的なデバイスのセルである、電気光学的なデバイス；マイクロレンズの焦点距離が、好ましくは個別に調整可能である、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイからなる群から選択される少なくとも１個の空間光変調器を含む、光学検出器。
【０５２１】
実施形態４５：実施形態３７から４４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、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に割り当てるように適合されている、光学検出器。
【０５２２】
実施形態４６：実施形態３７から４５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、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適合されている、光学検出器。
【０５２３】
実施形態４７：実施形態３７から４６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、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および光ビームの配向のうちの少なくとも１個を識別するように適合されている、光学検出器。
【０５２４】
実施形態４８：実施形態３７から４７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、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ている、光学検出器。
【０５２５】
実施形態４９：実施形態３７から４８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、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ており、また、ピクセルの配置の既知の幾何学的特性から、空間光変調器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ている、光学検出器。
【０５２６】
実施形態５０：実施形態３７から４９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、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、空間光変調器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空間光変調器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して、対象物の縦方向座標を決定するように適合されている、光学検出器。
【０５２７】
実施形態５１：実施形態３７から５０のいずれか１個に記載の光学検出器であって、空間光変調器は、異なる色のピクセルを含み、評価デバイスは、信号成分を異なる色に割り当てるように適合されている、光学検出器。
【０５２８】
実施形態５２：実施形態３７から５１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、複数のピクセルを通過する光ビームを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、光学検出器。
【０５２９】
実施形態５３：実施形態３７から５２のいずれか１個に記載の光学検出器であって、光ビームの少なくとも１個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、光学検出器。
【０５３０】
実施形態５４：実施形態５３に記載の光学検出器であって、ビームスプリッティングエレメントは、空間光変調器を含む、光学検出器。
【０５３１】
実施形態５５：実施形態５４に記載の光学検出器であって、光学センサの少なくとも１個のスタックが、部分的なビーム経路のうちの少なくとも１個の中に位置する、光学検出器。
【０５３２】
実施形態５６：実施形態３７から５５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、完全にもしくは部分的に空間光変調器の一部であるか、または、完全にもしくは部分的に空間光変調器から分離されている、の１個または両方であある、光学検出器。
【０５３３】
実施形態５７：実施形態３７から５６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、完全にまたは部分的に空間光変調器の一部であり、空間光変調器のピクセルは、マイクロレンズを有しており、マイクロレンズは、焦点調整可能なレンズである、光学検出器。
【０５３４】
実施形態５８：実施形態５７に記載の光学検出器であって、それぞれのピクセルは、個々のマイクロレンズを有する、光学検出器。
【０５３５】
実施形態５９：実施形態５７または５８に記載の光学検出器であって、変調器デバイスは、マイクロレンズの少なくとも１個の焦点距離を周期的に制御するように適合されている、光学検出器。
【０５３６】
実施形態６０：実施形態３７から５９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個のイメージングデバイスをさらに有しており、イメージングデバイスは、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ができ、評価デバイスは、空間光変調器のピクセルをイメージのイメージピクセルに割り当てるように適合されており、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ている、光学検出器。
【０５３７】
実施形態６１：実施形態６０に記載の光学検出器であって、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ている、光学検出器。
【０５３８】
実施形態６２：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６１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。
【０５３９】
実施形態６３：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６１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。
【０５４０】
実施形態６４：実施形態６３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６２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。
【０５４１】
実施形態６５：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６４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、情報にしたが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。
【０５４２】
実施形態６６：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６１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６２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。
【０５４３】
実施形態６７：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６１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。
【０５４４】
実施形態６８：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個の光学センサを使用して少なくとも１個のセンサ信号を発生させることによって、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、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、工程と、
−  光ビームの少なくとも１つ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使用することによって、制御された方式で光ビームの焦点位置を修正する工程と、
−  少なくとも１個の焦点変調デバイスを使用することによって、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工程であって、それによって、焦点位置を変調させる、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。
【０５４５】
実施形態６９：方法の実施形態６８に記載の方法であって、焦点変調信号を提供する工程は、周期的な焦点変調信号、好ましくは、正弦波の信号、方形波の信号、または、三角波の信号を提供する工程を含む、方法。
【０５４６】
実施形態７０：方法の実施形態６８または６９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工程を含む、方法。
【０５４７】
実施形態７１：方法の実施形態７０に記載の方法であって、センサ信号を評価する工程は、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工程をさらに含む、方法。
【０５４８】
実施形態７２：方法の実施形態６８から７１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、センサ信号の位相感応評価を実施する工程をさらに含む、方法。
【０５４９】
実施形態７３：方法の実施形態７２に記載の方法であって、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方法。
【０５５０】
実施形態７４：方法の実施形態６８から７３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。
【０５５１】
実施形態７５：方法の実施形態７４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。
【０５５２】
実施形態７６：方法の実施形態６８から７５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。
【０５５３】
実施形態７７：方法の実施形態６８から７６のいずれか１個に記載の方法であって、
−  少なくとも１個の空間光変調器を使用することによって、空間的に分解された方式で、光ビームの少なくとも１個の特性を修正する工程であって、空間光変調器は、ピクセルのマトリックスを有しており、それぞれのピクセルは、光ビームが少なくとも１個の光学センサに到達する前に、ピクセルを通過する光ビームの一部分の少なくとも１個の光学的な特性を個別に修正するように制御可能である、工程と、
−  少なくとも１個の変調器デバイスを使用することによって、異なる変調周波数によって、ピクセルのうちの少なくとも２個を周期的に制御する工程と、
をさらに含み、
センサ信号を評価する工程は、変調周波数に関するセンサ信号の信号成分を決定するために、周波数分析を実施する工程を含む、方法。
【０５５４】
実施形態７８：方法の実施形態７７に記載の方法であって、センサ信号を評価する工程は、その変調周波数にしたがって、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工程をさらに含む、方法。
【０５５５】
実施形態７９：方法の実施形態７７または７８に記載の方法であって、異なる変調周波数によってピクセルのうちの少なくとも２個を周期的に制御する工程は、好ましくは、固有の変調周波数または個々の変調周波数で、ピクセルのそれぞれを個別に制御する工程を含む、方法。
【０５５６】
実施形態８０：方法の実施形態７７から７９のいずれか１個に記載の光学検出器であって、センサ信号を評価する工程は、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工程を含む、方法。
【０５５７】
実施形態８１：方法の実施形態７７から８０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、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工程を含む、方法。
【０５５８】
実施形態８２：方法の実施形態７７から８１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、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および光ビームの配向のうちの少なくとも１個を識別する工程を含む、方法。
【０５５９】
実施形態８３：方法の実施形態７７から８２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、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工程を含む、方法。
【０５６０】
実施形態８４：方法の実施形態７７から８３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、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工程と、ピクセルの配置の既知の幾何学的特性から、空間光変調器の位置における光ビームの幅を決定する工程とを含む、方法。
【０５６１】
実施形態８５：方法の実施形態７７から８４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、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、空間光変調器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空間光変調器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工程を含む、方法。
【０５６２】
実施形態８６：方法の実施形態７７から８５のいずれか１個に記載の方法であって、焦点調整可能なレンズは、完全にもしくは部分的に空間光変調器であるか、または、完全にもしくは部分的に空間光変調器から分離されている、方法。
【０５６３】
実施形態８７：方法の実施形態７７から８６のいずれか１個に記載の方法であって、焦点調整可能なレンズは、完全にまたは部分的に空間光変調器の一部であり、空間光変調器のピクセルは、マイクロレンズを有しており、マイクロレンズは、焦点調整可能なレンズである、方法。
【０５６４】
実施形態８８：方法の実施形態８７に記載の方法であって、それぞれのピクセルは、個々のマイクロレンズを有する、方法。
【０５６５】
実施形態８９：方法の実施形態８７または８８に記載の方法であって、少なくとも２個のピクセルを周期的に制御する工程は、マイクロレンズの少なくとも１個の焦点距離を周期的に制御する工程を含む、方法。
【０５６６】
実施形態９０：方法の実施形態７７から８９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工程をさらに含み、空間光変調器のピクセルをイメージのイメージピクセルに割り当てる工程をさらに含み、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工程をさらに含む、方法。
【０５６７】
実施形態９１：方法の実施形態９０に記載の方法であって、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工程をさらに含む、方法。
【０５６８】
実施形態９２：方法の実施形態６８から９１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。
【０５６９】
実施形態９３：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；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；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；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を使用する方法。
【０５７０】
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】
【０５７１】
【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、焦点調整可能なレンズおよび１つまたは複数の光学センサを含むことを示す図である。
【図２】焦点調整可能なレンズの焦点距離の変調、および、図１に示されている実施形態の中の光学センサのうちの１個の対応するセンサ信号の例示的な実施形態を示す図である。
【図３】本発明による、光学検出器およびカメラのさらなる実施形態を示す図である。
【図４】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。
【図５】少なくとも１個の空間光変調器をさらに有する、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る。
【図６】空間光変調器を使用する、図５のセットアップを使用する測定の概略的な説明を示す図である。
【図７】空間光変調器を使用する、図５のセットアップを使用する測定の概略的な説明を示す図である。
【図８】少なくとも１個の空間光変調器および分岐したビーム経路を有する光学検出器の代替的な実施形態を示す図である。
【図９】焦点調整可能なレンズを有するマイクロレンズアレイを備えた空間光変調器を有する光学検出器の実施形態を示す図である。
【図１０】図９に示されている実施形態において、マイクロレンズアレイのマイクロレンズを制御する実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０５７２】
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、対象物１１４またはその一部を検出するために使用され得る。対象物１１４は、１個または複数の光ビーム１１６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。この目的のために、対象物１１４は、例として、光源として具現化され得、および／または、１個もしくは複数のビーコンデバイス１１８が、対象物１１４の中へ一体化されるか、対象物１１４によって保持されるか、または、対象物１１４に取り付けられるかのうちの１個もしくは複数であることが可能である。ビーコンデバイス１１８は、１個または複数の照射源および／または反射エレメントを含むことが可能である。１個または複数の反射エレメントが使用されている場合に、光学検出器１１０のセットアップは、ビーコンデバイス１１８を照射するための１個または複数の照射源をさらに含むことが可能であり、それは、図１の例示的な実施形態には示されていない。ビーコンデバイス１１８の考えられる実施形態に関して、たとえば、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１および／またはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１の中のビーコンデバイスの開示が参照され得る。しかし、他の実施形態も実行可能である。光学検出器１１０および少なくとも１個のビーコンデバイス１１８の組み合わせは、検出器システム１２０と称され得ることが留意されるべきである。結果的に、図１に示されている例示的な実施形態は、また、検出器システム１２０の例示的な実施形態を示している。
【０５７３】
光学検出器１１０は、少なくとも１個の光学センサ１２２を含む。図１に示されている例示的な実施形態では、光学センサ１２２のスタック１２４が示されており、それは、例として、４個の光学センサ１２２を有しており、光学センサ１２２のうちの少なくともいくつかは、完全にまたは部分的に透過性である。最後の光学センサ１２２、すなわち、対象物１１４から離れる方を向くスタック１２４の側の光学センサ１２２は、透過特性なしに、不透過型光学センサ１２２であることが可能である。
【０５７４】
光学センサ１２２は、ＦｉＰセンサとしてそれぞれ具現化されており、すなわち、センサ領域１２６をそれぞれ有する光学センサ１２２としてそれぞれ具現化されており、センサ領域１２６は、光ビーム１１６によって照射され得、それによって、センサ領域１２６の中に光スポット１２８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１２６の中の光ビーム１１６の幅に依存しており、例えば、光スポット１２８の直径または等価直径などに依存する。
【０５７５】
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。
【０５７６】
光学検出器１１０は、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０をさらに含み、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０は、ＦＴＬとも称され、光ビーム１１６のビーム経路１３２の中に位置しており、好ましくは、光ビーム１１６が、少なくとも１個の光学センサ１２２に到達する前に、焦点調整可能なレンズ１３０を通過するようになっている。焦点調整可能なレンズ１３０は、光ビーム１１６の焦点位置を修正するように適合されており、すなわち、制御された方式でそれ自身の焦点距離を変化させるように適合されている。図１に示されている例示的な実施形態では、焦点距離変調は、参照数字１３４によって象徴的に示されている。例として、少なくとも１個の電気的に調整可能なレンズなどのような、少なくとも１個の市販の焦点調整可能なレンズ１３０が使用され得る。例として、Ｏｐｔｏｔｕｎｅ  ＡＧ，８９５３  Ｄｉｅｔｉｋｏｎ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄによって市販されているシリーズＩＬ−６−１８、ＩＬ−１０−３０、ＩＬ−１０−３０−Ｃ、またはＩＬ−１０−４２−ＬＰの焦点調整可能なレンズが使用され得る。追加的にまたは代替的に、Ｖａｒｉｏｐｔｉｃ，６９００７  Ｌｙｏｎ，Ｆｒａｎｃｅによって市販されているモデルＡｒｃｔｉｃ３１６またはＡｒｃｔｉｃ３９Ｎ０などのような、１個または複数の可変焦点液体レンズが使用され得る。しかし、それに加えてまたは代替的に、他のタイプの焦点調整可能なレンズ１３０も使用され得ることが留意されるべきである。
【０５７７】
光学検出器１１０は、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０に接続されている少なくとも１個の焦点変調デバイス１３６をさらに含む。少なくとも１個の焦点変調デバイス１３６は、少なくとも１個の焦点変調信号（図１では、参照数字１３８によって象徴的に示されている）を、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０に提供するように適合されている。焦点変調デバイス１３６は、焦点調整可能なレンズ１３０から分離され得、および／または、焦点調整可能なレンズ１３０に完全にもしくは部分的に一体化され得る。例として、焦点変調信号１３８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１３８は、周期信号であることが可能であり、より好ましくは、正弦波もしくは矩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１３０への信号伝送は、有線結合の方式で、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、焦点変調デバイス１３６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、信号発生器であり得るか、または、信号発生器を含むことが可能である。それに加えて、焦点変調信号１３８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。
【０５７８】
光学検出器１１０は、少なくとも１個の評価デバイス１４０をさらに含む。例として、評価デバイス１４０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個の光学センサ１２２に接続され得る。さらに、図１に示されているように、評価デバイス１４０は、少なくとも１個の焦点変調デバイス１３６に接続され得、および／または焦点変調デバイス１３６は、さらに、評価デバイス１４０に完全にまたは部分的に一体化され得る。例として、評価デバイス１４０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。
【０５７９】
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、対象物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。したがって、たとえば、座標系１４２は、図１に象徴的に示されているように、光学検出器１１０の光学軸１１２に平行なｚ軸を伴って使用され得る。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、ｚ座標などのような、対象物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。光学センサ１２２のスタック１２４を使用することによって、センサ信号の評価の中の曖昧性が解消され得る。
【０５８０】
さらに、上述の先行技術文献から公知のこのセットアップは、具体的には、光学的な設計のセットアップに関して、および、センサ信号の評価に関して、いくつかの技術的な課題を課す。具体的には、対象物１１４および／またはその一部のｚ座標の評価の精度、たとえば、ビーコンデバイス１１８などのｚ座標の評価の精度が改善され得る。
【０５８１】
少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０の焦点距離を変調させることによって、測定の精度のかなりの改善、および、光学センサ１１０の光学的なセットアップの複雑さのかなりの低減が、実現され得る。したがって、例えば、上述の先行技術文献ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１、ＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１、またはＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１のうちの１個または複数に概説されているように、ＦｉＰセンサは、本質的に、対象物に焦点が合っているかどうかを決定することが可能である。ＦＴＬ１３０の焦点距離を変化させるときに、対象物に焦点が合うたびに、ＦｉＰセンサは、ＦｉＰ電流の中の局所的最大および／または局所的最小を示す。この効果は、図２に示されている。そこでは、横軸について、時間が、秒で与えられている。左側の縦軸について、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０の焦点距離ｆが、ミリメートルで与えられており、焦点距離のグラフは、参照数字１４４によって示されている。右側の縦軸について、図１のセットアップの中の光学センサ１２２の１つの例示的なセンサ信号が示されており、それは、Ｉによって示され、任意の単位（ａ．ｕ．）で与えられている。対応する曲線は、参照数字１４６によって示されている。焦点距離１４６は、周期的に振動しており、焦点が、最小焦点距離（この例示的な実施形態では３．５０ｍｍであり、他の最小焦点距離も使用され得る）から最大焦点距離（この例示的な実施形態では５．５０ｍｍであり、他の最大焦点距離も使用され得る）へ、また、その反対に、変化させられるようになっている。例として、焦点距離の正弦波的な変化が使用され得、それは、焦点距離を変調させるために効率的なタイプの信号であることが判明した。しかし、他のタイプの信号（好ましくは、周期信号）も、焦点距離を変調させるために使用され得ることが留意されるべきである。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、前方にある対象物が、短い焦点距離を使用して詳細に分析され得、一方、光学検出器１１０によってキャプチャされるシーンの後方にある対象物が、例えば、同時に分析され得る。
【０５８２】
図２の中の曲線において見ることができるように、光ビーム１１６がそこから出てくる対象物１１４、その一部またはビーコンデバイス１１８が、センサ信号１４６を発生させるＦｉＰセンサ１２２に焦点が合うたびに、センサ信号１４６は、鋭い最大１４８を示すことが可能である。これらの鋭い最大１４８は、常に、特定の焦点距離において起こり、それは、図２では、参照数字１５０によって示されており、対象物−イン−フォーカス−ライン（ｏｂｊｅｃｔ−ｉｎ−ｆｏｃｕｓ−ｌｉｎｅ）を示している。
【０５８３】
結果的に、図２に示されている変調は、センサ信号１４６の中の最大１４８を決定する速くて効率的な方式を提供している。センサ信号１４６を分析することによって、最大１４８の位置（または、同様のセットアップにおいて、対応する最小の位置）が決定され得る。したがって、対象物−イン−フォーカス−ライン１５０を決定することによって、および／または、対象物１１４（または、それに対応して、ビーコンデバイス１１８）が焦点の合った状態になっている焦点距離ｆ（図２ではｆ＊によって示されている）を決定することによって、対象物１１４の縦方向位置ｚを決定するためのすべてのパラメータが知られる。したがって、例として、簡単なレンズの式が使用され得る。
【０５８４】
１／ｚ＝１／ｆ＊−１／ｄ
【０５８５】
ここで、ｚは、対象物１１４の縦方向座標であることが可能であり、ｆ＊は、最大１４８が起こる焦点距離であることが可能であり、ｄは、焦点調整可能なレンズ１３０とセンサ信号を発生させる光学センサ１２２との間の距離であることが可能である。結果的に、評価デバイス１４０は、対象物１１４またはその少なくとも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。しかし、センサ信号１４６と、対象物１１４の縦方向座標に関する少なくとも１つの情報との間の他の相関関係も、使用され得ることが留意されるべきである。しかし、要約すると、少なくとも１個の光学センサ１２２は、縦方向光学センサとして機能することが可能であり、また、対象物１１４の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を決定するために使用され得る。
【０５８６】
固定された焦点距離を有するレンズを使用するセットアップと比較したときに、図１に示されているセットアップの利点は明らかである。したがって、図２の中の曲線において見ることができるように、センサ信号１４６の中の最大は、かなり鋭くなっている。結果的に、光学センサ１２２のスタック１２４を使用するときに、光学センサ１２２同士の間の距離は、高い分解能を実現するために、および、距離測定の分解能を立証するために、かなり低くなっていなければならない。これに反して、図１に示されているセットアップを変調させることによって、これらの技術的な制約が低下され、光学センサ１２２が、さらに間隔を離して配置され得る。さらに、焦点調整可能なレンズ１３０を使用することによって、少なくとも対象物１１４の距離の特定の範囲の中で、焦点変調の間に、光学センサ１２２が焦点の合った状態に持っていかれ得るので、単一の光学センサ１２２でも十分である。結果的に、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０は、光学的なレンズのより複雑なセットアップの中に構成されている、単一の焦点調整可能なレンズまたは少なくとも１個の焦点調整可能なレンズであることが可能であり、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１２８は、光学検出器１１０の光学システムの複雑さを著しく低減させることが可能である。
【０５８７】
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個の焦点調整可能なレンズ１３０および１個または複数の光学センサ１２２は、チューブ状のハウジングに一体化され得る。さらに、コンポーネント１３６および／または１４０は、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、追加の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。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ＣＣＤおよび／またはＣＭＯＳデバイスなどのような、１個または複数のイメージングデバイスは一体化され得る。さらに、図１に示されているセットアップは、ビーム経路１３２の線形のセットアップである。しかし、１個または複数の反射エレメントを含み、および／または、例えば、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使用することなどによって、ビーム経路１３２が２個以上の部分的なビーム経路へと分割されるセットアップを含む、曲げられた光路１３２を備えるセットアップなどのような、他のセットアップが実行可能であることが留意されるべきである。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。
【０５８８】
図３では、光学検出器１１０の実施形態が、図１のような同様の図に示されており、光学検出器１１０は、図１の実施形態の修正例を含む、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。光学検出器１１０は、図１に示されている実施形態のものと同様に、カメラ１５２として具現化され得、または、カメラ１５２の一部であることが可能である。光学検出器１１０の詳細、および、光学検出器１１０を含む検出器システム１２０の詳細のほとんどに関して、図１および対応する説明が参照され得る。
【０５８９】
繰り返しになるが、図１にあるように、光学検出器１１０は、上述のＦｉＰ効果を示す少なくとも１個の光学センサ１２２を含み、少なくとも１個の光学センサ１２２は、図１にあるように、少なくとも１個の縦方向光学センサとして使用され得、それは、図３においてｚによって示されている。繰り返しになるが、単一の光学センサ１２２または複数の光学センサ１２２が使用され得、たとえば、縦方向光学センサ１２２のスタック１２４などが使用され得る。
【０５９０】
それに加えて、光学検出器１１０は、少なくとも１個の横方向光学センサ１５４を含むことが可能であり、それは、図３においてｘｙによって示されている。少なくとも１個の横方向光学センサ１５４は、少なくとも１個の光学センサ１２２から分離され得、および／または、少なくとも１個の縦方向光学センサ１２２に完全にまたは部分的に一体化され得る。横方向光学センサ１５４は、光ビーム１１６の少なくとも１個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、光学検出器１１０の光学軸１１２に対して垂直の少なくとも１個の平面などのような、少なくとも１次元の位置である。したがって、図１にあるように、座標系１４２が使用され得、それは、光学軸１１２に平行なｚ軸と、光学軸１１２に対して垂直の次元の１個または複数の座標、たとえば、デカルト座標ｘ、ｙなどとを含む。少なくとも１個の横方向光学センサ１５４の考えられるセットアップに関して、および、少なくとも１個の横方向光学センサ１５４と少なくとも１個の縦方向光学センサ１２２との組み合わせに関して、例として、ＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１またはＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１が参照され得る。具体的には、少なくとも１個の横方向光学センサの考えられるセンサセットアップに関して、これらの文献の図２Ａおよび図２Ｂ、ならびに、対応する説明が参照され得る。さらに、少なくとも１個の縦方向光学センサ１２２の考えられるセットアップに関して、これらの文献の図４Ａから図４Ｃ、および、対応する説明が参照され得る。同様に、光学センサ１５４、１２２の測定原理および／またはセットアップに関して、ＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１またはＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１の図１Ａ、図１Ｂ、または図１Ｃのうちの１個または複数、および、対応する説明が参照され得、これらのセットアップにおいて、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズが追加され得る。しかし、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。
【０５９１】
図３に示されている実施形態では、評価デバイス１４０は、対象物１１４の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を決定するための少なくとも１個のｚ評価デバイスの他に、少なくとも１個のｘｙ評価デバイス１５８を含むことが可能であり、ｘｙ評価デバイス１５８は、横方向センサを評価することによって、少なくとも１個の横方向光学センサ１５４の信号として、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適合され得る。また、デバイス１５６、１５８は、単一のデバイスの中へ組み合わせられ得、および／または、ソフトウェアコンポーネントとして具現化され得、それは、コンピュータまたはコンピュータデバイスの上で走るときに上述の評価を実施するように適合されているソフトウェアエンコーデッド方法工程を有する。ｚ評価デバイス１５６による縦方向光学センサ信号の評価に関して、たとえば図２に開示されている方法、すなわち、上記に説明されている最大１４８の検出および対応するアルゴリズムが参照され得る。ｘｙ評価デバイス１５８に関して、たとえばＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１およびＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１の開示、ならびに、その中に開示されているｘｙ検出が参照され得る。対象物１１４に関する３次元の情報を発生させるために、デバイス１５６、１５８によって発生される情報は、たとえば、任意の３Ｄ評価デバイス１６０などの中で組み合わせられ得る。繰り返しになるが、デバイス１６０は、デバイス１５６、１５８のうちの一方もしくは両方と完全にもしくは部分的に組み合わせられ得、および／または、ソフトウェアコンポーネントとして完全にもしくは部分的に具現化され得る。
【０５９２】
横方向光学センサ１５４に加えて、または、横方向光学センサ１５４の代替例として、図３に示されている実施形態の中の光学検出器１１０は、１個または複数のイメージングデバイス１６２を含むことが可能である。例として、図３に示されているように、少なくとも１個のイメージングデバイス１６２は、少なくとも１個のＣＣＤチップおよび／もしくは少なくとも１個のＣＭＯＳチップ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。図３に示されている実施形態、好ましくは、光学センサ１２２および横方向光学センサ１５４は、完全にまたは部分的に透過性であり、光ビーム１１６が完全にまたは部分的にイメージングデバイス１６２に到達するようになっている。しかし、追加的にまたは代替的に、上記に述べられているように、ビーム経路１３２を２個以上の部分的なビーム経路に分割することによって、分岐したセットアップが使用され得、イメージングデバイス１６２は、また、部分的なビーム経路の中に位置し得る。イメージングデバイス１６２は、ビデオクリップなどのような、光学検出器１１０によってキャプチャされるシーンの１個もしくは複数のイメージ、または、イメージのシーケンスをも発生させることが可能である。例として、イメージは、少なくとも１個の任意のイメージ評価デバイス１６４によって評価され得、または評価デバイス１４０の一部であることが可能であり、または、代替的に、それは、別々のデバイスとして具現化され得る。例として、イメージ評価デバイス１６４は、イメージングデバイス１６２によって発生されるイメージを保存するためのストレージデバイスを含むことが可能である。しかし、追加的にまたは代替的に、イメージ評価デバイス１６４は、また、イメージの中の特定の特徴のフィルタリングおよび／または検出などのような、イメージ分析および／またはイメージ処理を実施するように具現化され得る。したがって、例として、パターン認識アルゴリズムは、イメージ評価デバイス１６４、および／または、対象物認識に関する任意のタイプのデバイスの中に具現化され得る。繰り返しになるが、イメージ評価デバイス１６４は、デバイス１５６、１５８、もしくは１６０の１個もしくは複数に完全にもしくは部分的に一体化され得、および／または、１個または複数のソフトウェアエンコーデッド処理工程を有するソフトウェアコンポーネントとして完全にもしくは部分的に具現化され得る。イメージ評価デバイス１６４によって発生される情報は、３Ｄ評価デバイス１６０によって発生される情報と組み合わせられ得る。
【０５９３】
上記に概説されているように、光学検出器１１０、検出器システム１２０およびカメラ１５２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。したがって、カメラ１５２は、具体的には、３Ｄイメージングに関して使用され得、また、静止イメージ、および／または、デジタルビデオクリップなどのような、イメージシーケンスを獲得するために作製され得る。図４は、例として、検出器システム１２０を示しており、それは、少なくとも１個の光学検出器１１０を含み、たとえば、図１もしくは図３に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ような光学検出器１１０、または、さらに詳細に下記に示されている実施形態のうちの１個または複数に示されているような光学検出器１１０を含む。この点において、具体的には、考えられる実施形態に関して、上記に与えられている開示、または、さらに詳細に下記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３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４に示されている。図４は、ヒューマンマシンインターフェース１６６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１２０を含み、また、ヒューマンマシンインターフェース１６６を含むエンターテイメントデバイス１６８の例示的な実施形態をさらに示している。図４は、検出器１１０および／または検出器システム１１２を備える少なくとも１個の対象物１１４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１７０の実施形態をさらに示している。
【０５９４】
光学検出器１１０および検出器システム１１２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４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１４０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ＦｉＰセンサ１２２に接続され得る。評価デバイス１４０は、少なくとも１個の任意の横方向光学センサ１５４、および／または、少なくとも１個の任意のイメージングデバイス１６２にさらに接続され得る。さらに、繰り返しになるが、少なくとも１個の焦点変調デバイス１３６および少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０が提供されており、任意に、少なくとも１個の焦点変調デバイス１３６は、図４に示されているように、評価デバイス１４０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１２２、１５４、１６２および１３０を、少なくとも１個の評価デバイス１４０に接続するために、例として、少なくとも１個のコネクタ１７２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１７２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１４０は、光学センサ１２２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１７４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１７４は、例として、コンポーネント１２２、１５４、１６２または１３０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１４０は、ハウジング１７４および／または別々のハウジングの中へ入れられ得る。
【０５９５】
図４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１１４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１７６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１７８によって操作され得る。したがって、一般的に、図４に示されている実施形態では、または、検出器システム１２０、ヒューマンマシンインターフェース１６６、エンターテイメントデバイス１６８、もしくはトラッキングシステム１７０の任意の他の実施形態では、対象物１１４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１７６、具体的には、１個または複数のビーコンデバイス１１８を有する少なくとも１個のコントロールエレメント１７６を含むことが可能であり、コントロールエレメント１７６の位置および／または配向は、好ましくは、ユーザ１７８によって操作され得る。例として、対象物１１４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１１４も可能である。さらに、ユーザ１７８自身は、対象物１１４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１７８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１１８のうちの１個または複数を携行することが可能である。
【０５９６】
光学検出器１１０は、ビーコンデバイス１１８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１１４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１１４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１１４をイメージングするように適合され得る。ハウジング１７４の中の開口部１８０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１８２を画定している。
【０５９７】
光学検出器１１０は、少なくとも１個の対象物１１４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１５２を含む実施形態を有しており、対象物１１４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、光学検出器１１０および／または検出器システム１２０を使用することによる、対象物１１４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１６６を提供するために使用され得、マシン１８４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４に概略的に示されている実施形態では、マシン１８４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１４０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１８４、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１７０のトラックコントローラ１８６にも当てはまり、トラックコントローラ１８６は、評価デバイス１４０および／またはマシン１９０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。
【０５９８】
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１６６は、エンターテイメントデバイス１６８の一部を形成することが可能である。したがって、ユーザ１７８が対象物１１４として機能することによって、および／または、ユーザ１７８が対象物１１４および／または対象物１１４として機能するコントロールエレメント１７６を取り扱うことによって、ユーザ１７８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１８４、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。
【０５９９】
上記に概説されているように、光学検出器１１０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を有することが可能である。さらに、光ビーム１１６は、それぞれのビーム経路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、少なくとも１個の光学センサ１２２の前方に、および／または、少なくとも１個の光学センサ１２２の後方に、完全にまたは部分的に位置し得る。
【０６００】
本発明による光学検出器１１０は、追加的なエレメントをさらに含むことが可能である。したがって、例として、光学検出器１１０は、図５に示されている実施形態の中に概略的に示されているように、少なくとも１個の空間光変調器（ＳＬＭ）１８８を含むことが可能である。その中に示されている光学検出器１１０の実施形態は、任意に、少なくとも１個のイメージングデバイス１６２を備える、図１に示されている実施形態に幅広く対応している。結果的に、実施形態のほとんどの詳細に関して、具体的には、その中に示されているエレメントに関して、図１および図３のうちの１個または複数が参照され得る。したがって、繰り返しになるが、光学検出器１１０は、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０と、ＦｉＰセンサとして具現化されている１個または複数の光学センサ１２２とを含み、それは、縦方向光学センサとして作用することが可能である。さらに、上記に概説されているように、任意に、少なくとも１個のイメージングデバイス１６２が設けられ得る。追加的に、光学検出器１１０は、少なくとも１個の空間光変調器１８８を含み、少なくとも１個の空間光変調器１８８は、空間的に分解された方式で、光ビーム１１６の少なくとも１個の特性を修正するように適合されている。空間光変調器１８８は、ピクセル１９２のマトリックス１９０を含み、それぞれのピクセル１９２は、ピクセル１９２を通過する光ビーム１１６の一部分の少なくとも１個の光学的な特性を個別に修正するように制御可能である。光学検出器１１０は、少なくとも１個の変調器デバイス１９４をさらに含み、少なくとも１個の変調器デバイス１９４は、異なる変調周波数によってピクセル１９２のうちの少なくとも２個を周期的に制御するように適合されている。評価デバイス１４０は、変調周波数に関するセンサ信号の信号成分を決定するために、周波数分析を実施するように適合されている。
【０６０１】
少なくとも１個の空間光変調器１８８を含む検出器１１０の機能性に関して、２０１３年８月１９日付けの米国仮出願第６１／８６７，１８０号、２０１３年１１月２０日付けの米国仮出願第６１／９０６，４３０号、および、２０１３年１２月１１日付けの米国仮出願第６１／９１４，４０２号、ならびに、２０１４年３月６日付けの未公開の独国特許出願第１０２０１４００６２７９．１号、２０１４年６月１０日付けの未公開の欧州特許出願第１４１７１７５９．５号、および、ともに２０１４年８月１５日付けの国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１４／０６７４６６および米国特許出願第１４／４６０，５４０号のうちの１個または複数が幅広く参照され得、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。図５の中のセットアップの機能性は、もっとも重要な特徴を参照して、図６および図７を参照して説明されることになる。
【０６０２】
したがって、図６は、図５に示されているような光学検出器１１０の実施形態のセットアップを部分的に示しており、焦点調整可能なレンズ１３０、空間光変調器１８８、および、この概略図では、２個の光学センサ１２２を備えている。しかし、たとえば、光学検出器の上述の実施形態のうちの１個または複数の中にあるように、および／または、後に続く実施形態のうちの１個または複数の中にあるように、セットアップは、追加的なエレメントを含むことが可能であることが留意されるべきである。原理的には、単一の光学センサ１２２で十分である。しかし、複数の光学センサ１２２は、測定の精度を向上させることが可能である。さらに、図６に示されているような空間光変調器の機能性の概略的な説明において、たとえば図１および図３に示されている機能性に対応する、焦点変調デバイス１３６、および、焦点変調デバイス１３６によって発生される信号を使用する評価は、簡単化目的のために示されていない。
【０６０３】
上記に概説されているように、光学検出器１１０は、少なくとも１個の空間光変調器１８８、少なくとも１個の光学センサ１２２、ならびに、さらに、少なくとも１個の変調器デバイス１９４および少なくとも１個の評価デバイス１４０を含む。少なくとも１個の光学検出器１１０の他にも、検出器システム１２０は、少なくとも１個のビーコンデバイス１１８を含むことが可能であり、少なくとも１個のビーコンデバイス１１８は、対象物１１４に取り付け可能であること、対象物１１４に一体化可能であること、または、対象物１１４によって保持可能であることのうちの少なくとも１個になっている。
【０６０４】
この実施形態または他の実施形態では、光学検出器１１０は、１個または複数の伝送デバイス１９６をさらに含むことが可能であり、たとえば、１個または複数のレンズなど、好ましくは、１個または複数のカメラレンズを含むことが可能である。少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０は、少なくとも１個の伝送デバイス１９６の一部であることが可能である。
【０６０５】
図６に示されている例示的な実施形態では、空間光変調器１８８、光学センサ１２２、および伝送デバイス１９６は、スタックされた方式で、光学軸１１２に沿って配置されている。光学軸１１２は、縦方向軸線またはｚ軸を定義しており、光学軸１１２に対して垂直の平面は、ｘｙ平面を定義している。したがって、図６では、座標系１４２が示されており、座標系１４２は、光学検出器１１０の座標系であることが可能であり、また、座標系１４２において、対象物１１４の位置および／または配向に関する少なくとも１つの情報が、完全にまたは部分的に決定され得る。しかし、他の座標系も使用され得、たとえば、対象物１１４の座標系、ならびに／または、光学検出器１１０および／もしくは対象物１１４が自由にその中を移動することができる周囲の座標系なども使用され得ることが留意されるべきである。
【０６０６】
図６に示されている例示的な実施形態では、空間光変調器１８８は、示されているように、透過型の空間光変調器であることが可能であり、または、反射型の空間光変調器１８８などのような、不透過型の空間光変調器であることが可能である。さらなる詳細に関して、上記に議論されている考えられる実施形態が参照され得る。空間光変調器１８８は、ピクセル１９２のマトリックス１９０を含み、それは、好ましくは、それぞれのピクセル１９２を通過する光ビーム１１６の一部分の少なくとも１個の特性を個別に修正するように個別に制御可能である。図６に示されている例示的で概略的な実施形態では、光ビームは、参照数字１１６によって示されており、また、１個または複数のビーコンデバイス１１８によって放出されることおよび／または反射されることの１つまたは複数が行われ得る。例として、ピクセル１９２は、透過性の状態もしくは不透過性の状態の間で切り替えられ得、および／または、ピクセルの透過は、２個以上の透過性の状態の間で切り替えられ得、および／または、透過性の状態と不透過性の状態との間で切り替えられ得る。反射型の空間光変調器１８８、および／または、任意の他のタイプの空間光変調器１８８が使用されるケースでは、他のタイプの光学的な特性も切り替えられ得る。図６に示されている実施形態では、４個のピクセル１９２が照射されており、光ビーム１１６が４個の部分にスプリットされ得るようになっており、その部分のそれぞれが異なるピクセル１９２を通過する。したがって、光ビーム１１６のその部分の光学的な特性は、それぞれのピクセル１９２の状態を制御することによって、個別に制御され得る。
【０６０７】
変調器デバイス１９４は、マトリックス１９０のピクセル１９２を、好ましくは、ピクセル１９２のすべてを個別に制御するように適合されている。したがって、図６の例示的な実施形態の中に示されているように、ピクセル１９２は、異なる変調周波数で制御され得、それは、簡単にするために、マトリックス１９０の中のそれぞれのピクセル１９２の位置によって示されている。したがって、たとえば、変調周波数ｆ１１からｆｍｎが、ｍｘｎマトリックス１９０に関して提供されている。上記に概説されているように、「変調周波数」という用語は、変調の実際の周波数および位相のうちの１個または複数が制御され得るという事実を表すことが可能である。
【０６０８】
空間光変調器１８８を通過すると、光ビーム１１６は、今では空間光変調器１８８によって影響を受けた状態になっており、１個または複数の光学センサ１２２に到達する。好ましくは、少なくとも１個の光学センサ１２２は、単一で均一なセンサ領域１２６を有する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。ビーム伝播特性に起因して、光ビーム１１６が光学軸１１２に沿って伝播するときに、ビーム幅ｗは変化することになる。
【０６０９】
少なくとも１個の光学センサ１２２は、少なくとも１個のセンサ信号Ｓを発生させ、少なくとも１個のセンサ信号Ｓは、図６に示されている実施形態では、Ｓ１およびＳ２によって示されている。センサ信号のうちの少なくとも１個（図６に示されている実施形態では、センサ信号Ｓ１）は、評価デバイス１４０に、および、その中の復調デバイス１９８に提供される。復調デバイス１９８は、例として、１個または複数の周波数混合器、および／または、１個または複数の周波数フィルタ、たとえば、ローパスフィルタなどを含有することが可能であり、周波数分析を実施するように適合され得る。例として、復調デバイス１９８は、ロックインデバイスおよび／またはフーリエアナライザを含有することが可能である。変調器デバイス１９４および／または共通の周波数発生器は、復調デバイス１９８に変調周波数をさらに提供することが可能である。結果として、変調周波数に関して少なくとも１個のセンサ信号の信号成分を含有する周波数分析が提供され得る。図６では、周波数分析の結果が、参照数字２００によって象徴的に示されている。例として、周波数分析の結果２００は、ヒストグラムを含有することが可能であり、ヒストグラムは、２次元以上で、変調周波数のそれぞれに関する信号成分を示しており、すなわち、変調の周波数および／または位相のそれぞれに関する信号成分を示している。
【０６１０】
評価デバイス１４０は、１個もしくは複数のデータ処理デバイス２０２、および／または、１個もしくは複数のデータメモリー２０４を含有することが可能であり、評価デバイス１４０は、たとえば、それぞれの変調周波数とピクセル１９２との間の一義的な関係によって、周波数分析の結果２００の信号成分をそれらのそれぞれのピクセル１９２に割り当てるようにさらに適合され得る。結果的に、信号成分のそれぞれに関して、それぞれのピクセル１９２が決定され得、それぞれのピクセル１９２を通過する光ビーム１１６の部分が導出され得る。
【０６１１】
したがって、大面積光学センサ１２２が使用され得るとしても、ピクセル１９２の変調と信号成分との間の好適な一義的な関係を使用して、さまざまなタイプの情報が、周波数分析から導出され得る。
【０６１２】
したがって、第１の例として、空間光変調器１８８の上の照射されたエリアまたは光スポット２０６の横位置に関する情報が決定され得る（ｘｙ位置）。したがって、図６に象徴的に示されているように、変調周波数ｆ２３、ｆ１４、ｆ１３、およびｆ２４に関して、有意な信号成分が生じる。この例示的な実施形態は、照射されているピクセルの位置、および、照射の程度を決定することを可能にする。この実施形態では、ピクセル（１、３）、（１、４）、（２、３）、および（２、４）が照射されている。マトリックス１９０の中のピクセル１９２の位置は一般的に既知であるので、照射の中心が、これらのピクセルの間のどこかに位置すること、主として、ピクセル（１、３）の中に位置することが導出され得る。具体的には、多数のピクセル１９２が照射されている場合には（それは通常のケースである）、照射のより徹底的な分析が実施され得る。したがって、最も高い振幅を有する信号成分を識別することによって、照射の中心、および／または、照射の半径、および／または、光スポット２０６のスポットサイズもしくはスポット形状が決定され得る。横方向座標を決定するこのオプションは、一般的に、図６の中のｘ、ｙによって示されている。したがって、少なくとも１個の光学センサ１２２の１個または複数のセンサ信号の分析とともに、光学検出器１１０の中の空間光変調器１８８は、たとえば図３および図４の実施形態に示されているような少なくとも１個の任意の横方向光学センサ１５４の機能を交換することが可能である。したがって、象徴的に、図５に示されている評価デバイス１４０において、ｘｙ評価デバイス１５８は、評価デバイス１４０の一部として示されており、ｘｙ評価デバイス１５８は、変調情報およびセンサ信号を受け取るために、変調器デバイス１９４および少なくとも１個の光学センサ１２２に接続されている。しかし、たとえば、図１および図３に関連して上記に説明されているものなどのような、他のタイプの横方向光学センサ１５４がそれに加えて使用され得ることが留意されるべきである。
【０６１３】
照射されているピクセル１９２を評価することによって、すなわち、センサ信号の中の有意な成分を決定することによって、および、これらの成分を空間光変調器１８８のそれぞれのピクセル１９２に割り当てることによって、光スポット２０６のサイズが、さらに決定および評価され得る。それについて、たとえば、２０１３年８月１９日付けの米国仮特許出願第６１／８６７，１８０号、２０１３年１１月２０日付けの米国仮特許出願第６１／９０６，４３０号、および２０１３年１２月１１日付けの米国仮特許出願第６１／９１４，４０２号、ならびに、２０１４年３月６日付けの未公開の独国特許出願第１０２０１４００６２７９．１号、２０１４年６月１０日付けの未公開の欧州特許出願第１４１７１７５９．５号、および、ともに２０１４年８月１５日付けの国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１４／０６７４６６および米国特許出願第１４／４６０，５４０号に説明されているように、対象物１１４および／もしくはその一部の縦方向位置、ならびに／または、少なくとも１個のビーコンデバイス１１８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さらなる可能性が生じる。その理由は、たとえば、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１、ＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１、またはＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１のうちの１個または複数に説明されているように、光ビーム１１６の幅が対象物１１４の縦方向位置に相関付けられ得るからである。図６では、空間光変調器１１４の上の光スポット２０６の幅を決定するオプションが、ｗ０によって象徴的に示されている。
【０６１４】
伝送デバイス１９６の既知のイメージング特性を使用して、空間光変調器１８８の上の光スポット２０６の横方向位置または横位置を決定することによって、対象物１１４の横方向座標、および／または、少なくとも１個のビーコンデバイス１１８の横方向座標が決定され得る。したがって、対象物１１４の横方向位置に関する少なくとも１つの情報が発生され得る。
【０６１５】
さらに、たとえば、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１、ＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１、またはＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１に開示されているように、（たとえば、明確に規定された伝播特性を有する光ビーム１１６を放出する１個または複数のビーコンデバイス１１８を使用することなどによって、）光ビーム１１６のビーム特性が既知であるかまたは決定され得る場合には、ビーム幅ｗ０は一般的に既知であるので、ビーム幅ｗ０は、単独でさらに使用され得、または、光学センサ１２２を使用することによって決定されるビームウエストｗ１および／またはｗ２と関連させて使用され得、対象物１１４の縦方向座標（ｚ座標）、および／または、少なくとも１個のビーコンデバイス１１８の縦方向座標（ｚ座標）を決定するようになっている。
【０６１６】
少なくとも１個の横方向座標ｘ、ｙのうちの一方または両方を決定するオプション、および／または、少なくとも１個の縦方向座標ｚを決定するオプションに加えて、または、それらのオプションの代替として、周波数分析によって導出される情報が、色情報を導出するためにさらに使用され得る。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、ピクセル１９２は、異なるスペクトル特性を有することが可能であり、具体的には、異なる色を有することが可能である。したがって、例として、空間光変調器１８８は、マルチカラーの、または、さらには、フルカラーの空間光変調器１８８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２個の、好ましくは、少なくとも３個の異なるタイプのピクセル１９２が設けられ得、それぞれのタイプのピクセル１９２は、たとえば、赤色、緑色、または青色のスペクトル範囲において高い透過性を有する、特定のフィルタ特質を有する。本明細書で使用されているように、赤色のスペクトル範囲という用語は、６００ｎｍから７８０ｎｍのスペクトル範囲を表しており、緑色のスペクトル範囲は、４９０ｎｍから６００ｎｍの範囲を表しており、青色のスペクトル範囲は、３８０ｎｍから４９０ｎｍの範囲を表している。異なるスペクトル範囲を使用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。
【０６１７】
それぞれのピクセル１９２を識別することによって、および、信号成分のそれぞれを特定のピクセル１９２に割り当てることによって、光ビーム１３６の色成分が決定され得る。したがって、具体的には、これらの隣接するピクセルの上の光ビーム１１６の強度がほぼ同一であるという仮定の下で、異なる透過スペクトルを有する隣接するピクセル１９２の信号成分を分析することによって、光ビーム１１６の色成分が決定され得る。したがって、一般的に、この実施形態では、または、他の実施形態では、たとえば、少なくとも１個の波長を提供することによって、および／または、ＣＩＥ色度図などのような、光ビーム１１６の色座標を提供することなどによって、評価デバイス１４０は、光ビーム１１６に関する色少なくとも１つの情報を導出するように適合され得る。
【０６１８】
上記に概説されているように、対象物１１４および／または少なくとも１個のビーコンデバイス１１８の少なくとも１個の縦方向座標を決定するために、ビームの幅ｗと縦方向座標との間の関係が使用され得、たとえば、上記の公式（３）に開示されているようなガウシアン光ビームの関係などが使用され得る。この公式は、光ビーム１３６の焦点が位置ｚ＝０にあることを仮定している。焦点のシフトから、すなわち、ｚ軸に沿った座標変換から、対象物１１４の縦方向位置が導出され得る。
【０６１９】
空間光変調器１８８の位置におけるビーム幅ｗ０を使用することに加えて、または、その代替的として、少なくとも１個の光学センサ１２２の位置におけるビーム幅ｗが、対象物１１４および／またはビーコンデバイス１１８の縦方向位置を決定するために、導出および／または使用され得る。したがって、上記に概説されているように、少なくとも１個の光学センサ１２２は、上記に議論されているような、および、たとえば、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１、ＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１、またはＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１にさらに詳細に議論されているような、ＦｉＰセンサである。したがって、照射の合計パワーが同じであることを所与として、信号Ｓは、光学センサ１２２のセンサ領域１２６の上のそれぞれの光スポット２０６のビーム幅ｗに依存する。この効果は、空間光変調器１８８、および／または、焦点調整可能なレンズ１３０の任意の他の変調デバイスによって、光ビーム１１６を変調させることによってもたらされ得る。この変調は、変調器デバイス１９４によって提供されるものと同じ変調であることが可能であり、および／または、異なる変調、たとえば、より高い周波数またはより低い周波数における変調など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個のビーコンデバイス１１８による少なくとも１個の光ビーム１１６の放出および／または反射が、変調された方式で起こることが可能である。したがって、例として、少なくとも１個のビーコンデバイス１１８は、個別に変調され得る少なくとも１個の照射源を含むことが可能である。
【０６２０】
図２に関連して上記に概説されているように、および、ＷＯ２０１２／１１０９２４Ａ１、ＵＳ２０１２／０２０６３３６Ａ１、ＵＳ２０１４／０２９１４８０Ａ１、またはＷＯ２０１４／０９７１８１Ａ１のうちの１個または複数にかなり詳細に説明されているように、ＦｉＰ効果に起因して、信号Ｓ１および／またはＳ２は、それぞれ、ビーム幅ｗ１またはｗ２に依存する。したがって、たとえば、上記に与えられている等式（３）を使用することによって、ｚ０および／またはｚ軸の原点（ｚ＝０）などのような、光ビーム１１６のビームパラメータが導出され得る。これらのパラメータから、対象物１１４の縦方向座標ｚ、および／または、ビーコンデバイス１１８のうちの１個または複数の縦方向座標ｚが導出され得る。
【０６２１】
したがって、少なくとも１個の空間光変調器１８８を使用するセットアップは、対象物１１４および／またはその少なくとも１個の部分に関するｘｙ情報、たとえば、ビーコンデバイス１１８のうちの１個または複数のｘｙ情報を発生させるために簡単に使用され得る。対象物１１４および／またはその少なくとも１個の部分に関する深度情報、すなわち、ｚ情報、たとえば、少なくとも１個のビーコンデバイス１１８の深度情報、すなわち、ｚ情報が、ＦｉＰ効果を示す少なくとも１個の光学センサ１２２の少なくとも１個のセンサ信号を評価することによって発生され得る。しかし、空間光変調器１８８は、それぞれのピクセルに関する深度情報を備えたピクセル化されたイメージを発生させるためにさらに使用され得、その理由は、光学検出器１１０、および／または、光学検出器１１０を含むカメラ１５２によってキャプチャされるイメージのそれぞれの部分または少なくともいくつかの部分に関して、深度情報が、それぞれのピクセル１９２に関して、ピクセル１９２のうちのいくつかに関して、または、たとえば複数のピクセル１９２を含むスーパーピクセルなどに関するピクセル１９２のグループに関して、評価され得ることが留意されるべきである。さらに、１個または複数のイメージングデバイス１６２は、たとえば図３および図５に示されているセットアップなどにおいて、イメージ発生のために使用され得、また、ピクセルに関する深度情報、または、少なくとも１個の任意のイメージングデバイス１６２によって発生される１個または複数のイメージのピクセルの少なくともいくつかに関する深度情報が発生され得る。
【０６２２】
図７では、象徴的に、変調器デバイス１９４のセットアップ、および、復調デバイス１９８のセットアップが、象徴的な方式で開示されており、それは、ｍｘｎマトリックス１９０のピクセル１９２に関して、信号成分を分離させることが可能である（Ｓ１１からＳｍｎによって示されている）。したがって、変調器デバイス１９４は、マトリックス１９０全体および／またはその一部に関して、たとえば、複数のピクセル１９２を含む１個または複数のスーパーピクセルなどに関して、変調周波数ｆ１１からｆｍｎのセットを発生されるように適合され得る。上記に概説されているように、変調周波数ｆ１１からｆｍｎのそれぞれは、インデックスｉ、ｊ（ただし、ｉ＝１…ｍ、および、ｊ＝１…ｎ）によって示されているピクセル１９２に関するそれぞれの周波数および／またはそれぞれの位相を含むことが可能である。周波数ｆ１１からｆｍｎのセットは、ピクセル１９２を変調させるために、空間光変調器１８８に提供されるとともに、復調デバイス１９８にも提供される。復調デバイス１９８において、変調周波数ｆ１１からｆｍｎは、たとえば、１個または複数の周波数混合器２０８を使用することなどによって、同時にまたは連続的に、分析されることになるそれぞれの信号Ｓと混合される。それに続いて、混合された信号は、１個または複数のローパスフィルタ２１０などのような、１個または複数の周波数フィルタによって、好ましくは、明確に規定されたカットオフ周波数を用いてフィルタリングされ得る。１個または複数の周波数混合器２０８および１個または複数のローパスフィルタ２１０を含むセットアップは、一般的に、ロックインアナライザの中で使用されており、また、一般的に当業者に知られている。
【０６２３】
復調デバイス１９８を使用することによって、信号成分Ｓ１１からＳｍｎが導出され得、それぞれの信号成分は、そのインデックスにしたがって、特定のピクセル１９２に割り当てられている。しかし、フーリエアナライザなどのような、他のタイプの周波数アナライザも使用され得ること、および／または、たとえば、異なるチャネルに関して、１個の同じ周波数混合器２０８および／または１個の同じローパスフィルタ２１０を連続的にしようすることなどによって、図７に示されているコンポーネントのうちの１個または複数が組み合わせられ得ることが留意されるべきである。
【０６２４】
上記に概説されているように、光学検出器１１０のさまざまなセットアップが可能である。したがって、例として、たとえば図１、図３、図４、または図５に示されているような光学検出器１１０は、１個または複数の光学センサ１２２を含むことが可能である。これらの光学センサ１２２は、同一であってもよく、異なっていてもよい。したがって、例として、１個または複数の大面積光学センサ１２２が使用され、単一のセンサ領域１２６を提供することが可能である。追加的にまたは代替的に、１個または複数のピクセル化された光学センサ１２２が使用され得る。さらに、上述のＦｉＰ効果を示す１個または複数の光学センサ１２２の他に、必ずしもＦｉＰ効果を示す必要がない１個または複数のさらなる光学センサが含まれ得る。さらに、複数の光学センサ１２２が設けられている場合に、光学センサ１２２は、同一のスペクトル特性を提供することが可能であり、または、異なるスペクトル特性を提供することが可能であり、たとえば、同一の吸収スペクトルを提供することが可能であり、または、異なる吸収スペクトルを提供することが可能である。さらに、複数の光学センサ１２２が設けられている場合に、光学センサ１２２のうちの１個または複数は、有機光学センサであることが可能であり、および／または、光学センサ１２２のうちの１個または複数は、無機光学センサであることが可能である。有機光学センサ１２２および無機光学センサ１２２の組み合わせが使用され得る。
【０６２５】
光学検出器１１０のセットアップのさらに任意の修正例は、ビーム経路１３２の設計を参照する。したがって、上記に概説されているように、少なくとも１個の光ビーム１１６がそれに沿って光学検出器１１０の中を伝播するビーム経路１３２は、単一のビーム経路１３２であることが可能であり、または、複数の部分的なビーム経路にスプリットされ得る。さらに、ビーム経路１３２は、当業者が認識することになるように、直線的なビーム経路であることが可能であり、または、曲げられるか、傾斜されるか、または後方反射などされ得る。スプリットされたビーム経路を有する光学検出器１１０の例示的な実施形態が、図８に示されている。図８では、光ビーム１１６は、少なくとも１個の伝送デバイス１９６を通過することによって、左側から光学検出器１１０に進入しており、少なくとも１個の伝送デバイス１９６は、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１３０を含むことが可能である。光ビーム１１６は、光学軸１１２および／またはビーム経路１３２に沿って伝播する。それに続いて、１個もしくは複数のプリズム、１個もしくは複数の半透明のミラー、または１個もしくは複数のダイクロイックミラーなどのような、１個または複数のビームスプリッティングエレメント２１２によって、光ビーム１１６は、第１の部分的なビーム経路２１６に沿って進行する第１の部分的な光ビーム２１４と、第２の部分的なビーム経路２２０に沿って伝播する第２の部分的な光ビーム２１８とにスプリットされる。空間光変調器１８８は、第１の部分的なビーム経路２１６の中に位置し得る。この実施形態では、空間光変調器１８８は、反射型の空間光変調器として示されており、第１の部分的な光ビーム２１４を光学センサ１２２のスタック１２４に向けて偏向させている。代替的に、他のセットアップも実行可能である。したがって、例として、たとえば、液晶に基づく空間光変調器１８８を使用することなどによって、透過型の空間光変調器１８８が使用され、それによって、第１の部分的なビーム経路２１６を直線的にすることも可能である。
【０６２６】
部分的なビーム経路２１６、２２０のうちの一方または両方の中に、少なくとも１個のイメージングデバイス１６２などのような、少なくとも１個の不透過型光学センサエレメントが位置し得る。図８に示されているセットアップでは、イメージングデバイス１６２が、第２の部分的なビーム経路２２０の中に位置し、一方、光学センサ１２２のスタックが、第１の部分的なビーム経路２１６の中に位置する。繰り返しになるが、例として、少なくとも１個のイメージングデバイス１６２は、少なくとも１個のＣＣＤチップおよび／またはＣＭＯＳチップ、より好ましくは、フルカラーまたはＲＧＢのＣＣＤチップまたはＣＭＯＳチップ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、図８のセットアップにあるように、第２の部分的なビーム経路２２０は、ｘ座標および／またはｙ座標をイメージングおよび／または決定することを専用にすることが可能であり、一方、第１の部分的なビーム経路２１６は、ｚ座標を決定することを専用にすることが可能であり、さらに、この実施形態では、または、他の実施形態では、ｘｙ検出器が、第１の部分的なビーム経路２１６の中に存在することが可能である。１個または複数のレンズ、フィルタ、ダイヤフラム、または、他の光学エレメントなどのような、１個または複数の個々の追加的な光学エレメント２２２、２２４が、部分的なビーム経路２１６、２２０の中に存在することが可能である。
【０６２７】
図８に示されているセットアップの中の空間光変調器１８８は、ビームスプリッティングエレメント２１２から分離され得ることがさらに留意されるべきである。追加的にまたは代替的に、しかし、反射型の空間光変調器１８８が使用されているケースでは、空間光変調器１８８は、ビームスプリッティングエレメント２１２の一部であることも可能である。
【０６２８】
図５および図８に示されている例示的な実施形態では、少なくとも１個の任意の空間光変調器１８８は、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０から分離されている。しかし、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０を空間光変調器１８８と完全にまたは部分的に一体化することも可能であり、または、その逆も同様である。このタイプの例示的な実施形態が、図９に示されている。図９に示されているセットアップは、光学検出器１１０の他の実施形態と組み合わせられ得、たとえば、より複雑なビーム経路１３２、スプリットされたビーム経路、および／または、１個もしくは複数のビームスプリッティングエレメントなどと組み合わせられ得ることが留意されるべきである。したがって、図９は、光学検出器１１０のさらなる実施形態を制限することなく、空間光変調器１８８への少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０の一体化の例を単に示している。
【０６２９】
したがって、図９に示されている実施形態は、図５に示されている光学検出器および／またはカメラ１５２の実施形態に幅広く対応することが可能である。結果的に、光学検出器１１０のほとんどのコンポーネントに関して、上記の図５の説明が参照され得る。しかし、この実施形態では、ピクセル１９２のマトリックスを有するマイクロレンズアレイ２２６を有する空間光変調器１８８を使用することによって、少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０が、空間光変調器１８８と一体化されており、それぞれのピクセル１９２は、好ましくは、焦点調整可能なレンズ１３０として具現化されている少なくとも１個のマイクロレンズ２２８を有する。考えられる実施形態およびセットアップに関して、たとえば、Ｃ．Ｕ．Ｍｕｒａｄｅら、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．１６，１８１８０−１８１８７（２０１２）に開示されているようなレンズアレイのセットアップが参照され得る。しかし、マイクロレンズアレイ２２６および／または焦点調整可能なマイクロレンズ２２８、１３０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。
【０６３０】
少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０が少なくとも１個の空間光変調器１８８と組み合わせられているケースでは、空間光変調器１８８によって修正される部分的な光ビームの少なくとも１個の特性は、具体的には、光ビーム１１６および／またはそれぞれのピクセル１９２を通過する部分的な光ビームの焦点位置であることが可能である。結果的に、光ビーム１１６は、光ビーム１１６のこれらの部分が通過するマイクロレンズ２２８にしたがって、複数の部分的な光ビームにスプリットされ得、焦点位置などのようなビーム特性、および／または、それぞれの部分的な光ビームのガウシアンビーム特性は、マイクロレンズ２２８によって変調および／または修正され得る。結果的に、この実施形態では、または、空間光変調器１８８および少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０が完全にもしくは部分的に組み合わせられている他の実施形態では、少なくとも１個の焦点変調デバイス１３６は、空間光変調器１８８の少なくとも１個の変調器デバイス１９４と完全にまたは部分的に組み合わせられ得る。結果的に、焦点変調デバイス１３６によって発生される少なくとも１個の焦点変調信号１３８は、空間光変調器１８８の変調器デバイス１９４によって発生される少なくとも１個の変調信号と完全にまたは部分的に同一であることが可能である。そのときに、好ましくは、それぞれのピクセル１９２は、すなわち、好ましくは、それぞれのマイクロレンズ２２８は、対応する焦点変調信号１３８によって個別に制御され得る。焦点変調信号１３８をそれぞれのピクセル１９２に提供するために、パッシブマトリックス液晶デバイスにおいて知られているような、適当な多重化スキームが使用され得、および／または、焦点変調信号１３８が、たとえば、アクティブマトリックスディスプレイデバイスにおいて知られているように、すべてのピクセル１９２に、および／または、複数のピクセル１９２に同時に提供され得る。
【０６３１】
少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０が少なくとも１個の任意の空間光変調器１８８から完全にまたは部分的に分離されている、たとえば図５または図８に示されているセットアップでは、たとえば、上記の図２の文脈において示されているようなセンサ信号の評価は、空間光変調器１８８の機能性から分離され得る。結果的に、焦点変調は、空間光変調器１８８のすべてのピクセル１９２に関して起こることが可能である。たとえば、マイクロレンズアレイ２２６を使用することなどによって、空間光変調器１８８が少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０と完全にまたは部分的に一体化されているセットアップでは、ピクセル１９２を通過する部分的な光ビームの個々の評価が可能である。したがって、それぞれのピクセル１９２、または、複数の個々のピクセル１９２を有するスーパーピクセルなどのような、ピクセル１９２の１個もしくは複数のグループは、一義的で共通の変調周波数によって制御され得、それによって、これらのピクセルのそれぞれ、ピクセルのグループ、またはスーパーピクセルに関して、たとえば上記の図２の文脈において開示されているような評価スキームを使用することを可能にし、これらのピクセルに関する深度情報を評価および決定するようになっている。ピクセルのグループまたはスーパーピクセルを、光学検出器１１０によってキャプチャされたシーンの中の特定のエレメントに割り当てるために、少なくとも１個のイメージングデバイス１６２が使用され得る。したがって、たとえば、従来のイメージ認識アルゴリズムを使用することによって、たとえば、イメージ検出器１６２によってキャプチャされるイメージの中の特定のエレメントまたは対象物を検出するように適合されているアルゴリズムなどを使用することによって、イメージの中のエリアが識別され得、また、マトリックス１９０の中のスーパーピクセルが、それに対応して識別され得る。
【０６３２】
この評価スキームの例示的で簡単化された実施形態が、図１０に示されている。図１０は、マイクロレンズアレイ２２６のピクセル１９２のマトリックス１９０の上の上面図を示している。それぞれのピクセル１９２は、マイクロレンズ２２８として具現化されている焦点調整可能なレンズ１３０を含む。
【０６３３】
この簡単化された実施形態では、ピクセル１９２のマトリックス１９０の中に、２個のスーパーピクセル２３０、２３０’が画定されており、それぞれが、スーパーピクセル２３０、２３０’にそれぞれ割り当てられた複数のピクセル２３２、２３２’を有する。少なくとも１個のスーパーピクセル２３０、２３０’の定義は、例として、イメージングデバイス１６２によって発生される１個または複数のイメージの評価の結果にしたがって行われ得る。したがって、例として、それぞれのスーパーピクセル２３０、２３０’は、少なくとも１個のイメージの中に検出される対象物および／またはパターンに対応することが可能である。さらに、たとえば、ビデオクリップの中などで、一連のイメージが発生される場合に、少なくとも１個のスーパーピクセル２３０、２３０’の定義は、固定され得るか、または、たとえば、イメージシーケンスのイメージごとに変化することが可能である。それによって、例として、光学検出器１１０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１１４がトラッキングされ得る。それぞれのイメージにおいて、少なくとも１個の対象物１１４またはそのイメージが識別され得、また、それに対応して、１個または複数のスーパーピクセル２３０、２３０’が、空間光変調器１８８の上に画定され得、スーパーピクセル２３０、２３０’に割り当てているピクセル２３２、２３２’は、少なくとも１個の対象物１１４から光学検出器１１０に向けて伝播する部分的な光ビームが実際に通過するピクセルである。
【０６３４】
１個または複数のスーパーピクセル２３０、２３０’に割り当てられているピクセル２３２、２３２’は、たとえば、これらのピクセル２３２、２３２’のマイクロレンズ２２８を周期的に変調させることなどによって、共通の変調周波数において制御され得る。２個以上のスーパーピクセル２３０、２３０’が画定されている場合に、スーパーピクセル２３０、２３０’は、異なる変調周波数に割り当てられ得、それは、たとえば、第１のスーパーピクセル２３０のピクセル２３２に関する第１の変調周波数ｆ１、および、第２のスーパーピクセル２３０’のピクセル２３２’に関する第２の変調周波数ｆ２などであり、ｆ１≠ｆ２である。マトリックス１９０の残りのピクセル２３４は、少なくとも１個のスーパーピクセル２３０、２３０’に割り当てられておらず、変調されないままになっていることが可能であり、または、１個または複数のスーパーピクセル２３０、２３０’に割り当てられているピクセル２３２、２３２’の変調周波数とは異なる変調周波数、たとえば、第３の変調周波数ｆ３などにおいて変調され得、ここで、ｆ３≠ｆ１、ｆ３≠ｆ２である。
【０６３５】
たとえば図２に示されている評価スキームを使用することによって、少なくとも１個のスーパーピクセル２３０、２３０’に対応する、少なくとも１個の対象物１１４またはその一部に関する深度情報が発生され得る。したがって、図１０に示されている簡単化された例では、対象物１１４は、概略的な人間であることが可能であり、それは、イメージングデバイス１６２によって発生されるイメージのイメージ評価によって識別される。対象物１１４のスーパーピクセル２３０、２３０’に割り当てられているピクセル２３２を周期的に変調させることによって、この対象物１１４から光学検出器１１０へ伝播する光ビーム１１６によって発生される信号が、背景信号から分離され得、また、追加的に、たとえば、図２の文脈において上記に議論されている評価スキームを使用して、対象物１１４に関する深度情報が発生され得る。結果的に、図２の焦点距離信号１４４は、スーパーピクセル２３０に割り当てられているピクセル２３２の変調周波数を有する焦点距離曲線であることが可能であり、結果的に、最大１４８は、対象物１１４に割り当てられ得る。これらの最大を位置することによって、および、これらの最大が起こる焦点距離ｆ＊を決定することによって、対象物１１４の縦方向位置に関する少なくとも１個の情報が発生され得る。図１０のスーパーピクセル２３０、２３０’などのような、２個以上のスーパーピクセルが画定されている場合に、上記に概説されているように、ピクセル２３２、２３２’は、異なる変調周波数ｆ１、ｆ２において変調され得る。たとえば図２に示されているような周波数分析によって、最大１４８（および／または、同様に、最小）の分離が起こることが可能であり、また、これらの最大１４８は、それぞれの周波数に割り当てられ得る。したがって、例として、第１のタイプの最大１４８が、第１の変調周波数ｆ１に対応する周期性で、曲線１４６の中に起こることが可能であり、また、第２のタイプの最大１４８が、第２の変調周波数ｆ２に対応する周期性で、曲線１４６の中に起こることが可能である。周波数分離によって、たとえば、電子的なフィルタリングによって、および／または、曲線１４６の分析などによって、これらの最大１４８は分離され得、また、それぞれの周波数に関して、焦点距離ｆ＊１、ｆ＊２が発生され得、焦点距離ｆ＊１、ｆ＊２において、それぞれのスーパーピクセル２３０、２３０’に対応する対象物１１４が焦点の合った状態になっている。それについて、たとえば、上述のレンズ等式を使用することなどによって、対象物１１４のそれぞれに関する縦方向の少なくとも１つの情報が発生され得る。
【０６３６】
したがって、上記に概説されているように、図２の文脈において開示されている評価スキームは、一般的に、複数の対象物１１４に関しても可能であり得る。したがって、図２において見ることができるように、最大１４８は、焦点距離曲線１４４の周波数に対応する、変調の特定の周波数において起こる。異なる変調周波数を有する複数のスーパーピクセル２３０、２３０’が使用されている場合に、たとえば、ハードウェアフィルタおよび／もしくは電子的なフィルタを使用することによって、ならびに／または、図６に示されている周波数分析と同様のヒストグラムを発生させることなどによって、周波数分離が実施され得る。それによって、信号および最大１４８が、変調周波数にしたがって分離され得、したがって、最大１４８および／または最小は、対応するスーパーピクセル２３０、２３０’に割り当てられ得る。
【０６３７】
このタイプの評価スキームを使用することによって、空間光変調器１８８の特定のピクセル１９２に関する深度情報、および／または、イメージングデバイス１６２によって発生される１個もしくは複数のイメージの特定のピクセル１９２に関する深度情報、２個以上のピクセル１９２に関する深度情報、ピクセル１９２のグループもしくはスーパーピクセル２３０、２３０’に関する深度情報、または、さらには、イメージングデバイス１６２によって発生されるイメージのピクセルのすべてに関する深度情報が発生され得る。イメージングデバイス１６２によって発生されるイメージを、光学検出器を使用することによって発生される深度情報と組み合わせることによって、３次元のイメージ、または、少なくとも、イメージの中の１個または複数の領域に関する深度情報を有するイメージが発生され得る。
【０６３８】
少なくとも１個の焦点調整可能なレンズ１３０および少なくとも１個の任意の空間光変調器１８８が組み合わされている、光学検出器１１０のセットアップが、光学検出器１１０によってキャプチャされるシーンの中の対象物すべてまたは少なくともいくつかを焦点の合った状態で示すカメラ１５２を設計するために使用され得、それは、また、深度を決定することが可能である。したがって、カメラレンズは、焦点調整可能なマイクロレンズ２２８、１３０のマイクロレンズアレイ２２６を有する少なくとも１個の焦点調整可能なレンズアレイによって、完全にまたは部分的に交換され得る。これらのマイクロレンズのレンズ焦点は、たとえば、アレイ１９０の１個または複数の選択されたエリアに関して、たとえば、１個または複数のスーパーピクセル２３０、２３０’に関して、周期的に振動していることが可能である。したがって、これらの変調されたマイクロレンズ２２８に関して、焦点は、最小焦点距離から最大焦点距離まで、および、その逆に変化させられ得る。焦点の振幅および／または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。たとえば、前方にある対象物１１４は、対応するスーパーピクセル２３０、２３０’またはマイクロレンズのアレイの短い焦点距離を使用して、詳細に分析され得、一方、シーンの後方にある対象物１１４は、たとえば同時に、より長い焦点距離を使用することによって分析され得る。異なる焦点レベルを区別するために、マイクロレンズ２２８は、異なる周波数で振動され得、それは、たとえば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）および／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、分離を可能にする。
【０６３９】
焦点が振動している間に、ＦｉＰセンサとして具現化されている少なくとも１個の光学センサ１２２の少なくとも１個のセンサ信号は、局所的最小および／または局所的最大を示すことになり、そこでは、対象物は、対応する光学センサ１２２に焦点が合っている。ＣＣＤチップおよび／またはＣＭＯＳチップなどのような、複数のイメージングピクセルを有するイメージングデバイス１６２は、その焦点距離にあるイメージを記録することが可能であり、そこでは、ＦｉＰ曲線は、最小または最大を示している。したがって、したがって、すべての対象物または少なくともいくつかの対象物が焦点の合った状態になっているイメージを取得するために、簡単なスキームが取得され得る。
【０６４０】
ＦｉＰセンサとして具現化されている特定の光学センサ１２２が焦点の合った状態で対象物を検出する焦点距離が、対応する対象物１１４の相対的な深度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／またはフィルタに関連して、３Ｄイメージが計算され得る。
【０６４１】
複数の焦点調整可能なレンズ１３０から構成されたマイクロレンズアレイ２２６を有する空間光変調器１８８の使用は、マイクロミラーシステムに基づく空間光変調器などのような、他のタイプの空間光変調器を上回る利点を提供する。したがって、利点として、典型的に、背景光が、マイクロレンズの焦点にかかわらず、依然として伝送され得、したがって、光学センサ１２２のセンサ信号の中のＤＣ信号などのような背景信号として存在し得ることが強調され得る。しかし、この背景信号は、たとえば、ハイパスフィルタを使用することなどによって、実際の変調された信号から容易に減算され得る。マイクロミラーアレイなどのような、反射型の空間光変調器１８８が使用されている場合に、焦点の合った状態にある対象物の信号、および、背景光の信号は、典型的に、ともに同じ周波数において変調され、それは、対象物および背景信号の所望の信号の分離を困難にする。
【０６４２】
さらなる利点は、カメラ１５２の構成的な側において、反射型の空間光変調器を使用するときの折り畳まれたセットアップとは対照的に、たとえば図９に示されているような線形のセットアップが可能であるという事実であり得る。さらに、反射型の空間光変調器を使用する光学検出器１１０のセットアップでは、近焦点イメージが、典型的に、空間光変調器および光学センサの両方の上に必要とされる。しかし、この要件は、光学的な構成に厳しい制約を課し、光学検出器の光学的な設計を要求の多いものにする。少なくとも１個のマイクロレンズアレイ２２６を有する空間光変調器１８８を使用するセットアップでは、その中で使用されているマイクロレンズ２２８の典型的に短い焦点距離に起因して、および、典型的にレンズが振動する方式で動作されるという事実に起因して、マイクロレンズアレイ２２６の上の近焦点イメージだけが必要である。次いで、マイクロレンズ２２８は、典型的に、部分的なイメージを光学センサ１２２の上に焦点を再び合わせることになる。結果的に、マイクロレンズアレイ２２６と少なくとも１個の光学センサ１２２との間に、追加的な光学エレメントは必要とされないが、これらの追加的な光学エレメントはさまざまな目的のために依然として存在していてもよい。
【符号の説明】
【０６４３】
１１０  光学検出器
１１２  光学軸
１１４  対象物
１１６  光ビーム
１１８  ビーコンデバイス
１２０  検出器システム
１２２  光学センサ
１２４  スタック
１２６  センサ領域
１２８  光スポット
１３０  焦点調整可能なレンズ
１３２  ビーム経路
１３４  焦点距離変調
１３６  焦点変調デバイス
１３８  焦点変調信号
１４０  評価デバイス
１４２  座標系
１４４  焦点距離
１４６  センサ信号
１４８  最大
１５０  対象物−イン−フォーカス−ライン
１５２  カメラ
１５４  横方向光学センサ
１５６  ｚ評価デバイス
１５８  ｘｙ評価デバイス
１６０  ３Ｄ評価デバイス
１６２  イメージングデバイス
１６４  イメージング評価デバイス
１６６  ヒューマンマシンデバイス
１６８  エンターテイメントデバイス
１７０  トラッキングシステム
１７２  コネクタ
１７４  ハウジング
１７６  コントロールエレメント
１７８  ユーザ
１８０  開口部
１８２  視線の方向
１８４  マシン
１８６  トラックコントローラ
１８８  空間光変調器
１９０  マトリックス
１９２  ピクセル
１９４  変調器デバイス
１９６  伝送デバイス
１９８  復調デバイス
２００  周波数分析の結果
２０２  データ処理デバイス
２０４  データメモリー
２０６  光スポット
２０８  周波数混合器
２１０  ローパスフィルタ
２１２  ビームスプリッティングエレメント
２１４  第１の部分的な光ビーム
２１６  第１の部分的なビーム経路
２１８  第２の部分的な光ビーム
２２０  第２の部分的なビーム経路
２２２  追加的な光学エレメント
２２４  追加的な光学エレメント
２２６  マイクロレンズアレイ
２２８  マイクロレンズ
２３０、２３０’  スーパーピクセル
２３２、２３２’  スーパーピクセル２３０、２３０’にそれぞれ割り当てられているピクセル
２３４  残りのピクセル
【図１】
2018510320.tif 000021
【図２】
2018510320.tif 000022
【図３】
2018510320.tif 000023
【図４】
2018510320.tif 000024
【図５】
2018510320.tif 000025
【図６】
2018510320.tif 000026
【図７】
2018510320.tif 000027
【図８】
2018510320.tif 000028
【図９】
2018510320.tif 000029
【図１０】
2018510320.tif 000030
【国際調査報告】
2018510320.tif 000031
2018510320.tif 000032