(57)【要約】  少なくとも１つの物体（１１８）の位置を決定する検出器（１１０）を開示する。この検出器（１１０）は、少なくとも１つの光学センサ（１１２）であって、物体（１１８）から該検出器（１１０）へと進む光線（１５０）を検出するように構成され、画素（１５４）の少なくとも１つのマトリクス（１５２）を有する、光学センサ（１１２）と、少なくとも１つの評価装置（１２６）であって、光線（１５０）により照射された光学センサ（１１２）の画素（１５４）の強度分布を決定するように構成され、該強度分布を用いることにより、物体（１１８）の少なくとも１つの縦方向座標を決定するようにさらに構成された、評価装置（１２６）と、を備える。
2016529473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの物体（１１８）の位置を決定する検出器（１１０）であって、
少なくとも１つの光学センサ（１１２）であり、前記物体（１１８）から該検出器（１１０）へと進む光線（１５０）を検出するように構成され、画素（１５４）の少なくとも１つのマトリクス（１５２）を有する、光学センサ（１１２）と、
少なくとも１つの評価装置（１２６）であり、前記光線（１５０）により照射された前記光学センサ（１１２）の画素（１５４）の強度分布を決定するように構成され、前記強度分布を用いることにより、前記物体（１１８）の少なくとも１つの縦方向座標を決定するようにさらに構成された、評価装置（１２６）と、
を備えた検出器（１１０）。
【請求項２】
前記評価装置（１２６）が、前記強度分布と前記縦方向座標との間の所定の関係を用いることにより、前記物体（１１８）の前記縦方向座標を決定するように構成された、
請求項１に記載の検出器（１１０）。
【請求項３】
前記評価装置（１２６）が、前記強度分布を近似した少なくとも１つの強度分布関数を決定するように構成された、
請求項１または２に記載の検出器（１１０）。
【請求項４】
前記評価装置（１２６）が、縦方向座標と前記強度分布関数および／または該強度分布関数から導出された少なくとも１つのパラメータとの間の所定の関係を用いることにより、前記物体（１１８）の前記縦方向座標を決定するように構成された、
請求項３に記載の検出器（１１０）。
【請求項５】
前記強度分布関数が、前記光線（１５０）のビーム形状関数である、
請求項３または４に記載の検出器（１１０）。
【請求項６】
前記強度分布関数が、前記光学センサ（１１２）の前記画素（１５４）の少なくとも一部に含まれる強度情報を近似した２次元または３次元の数学関数を含む、
請求項３〜５のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項７】
前記２次元または３次元の数学関数が、釣鐘型関数、ガウス分布関数、ベッセル関数、エルミート−ガウス関数、ラゲール−ガウス関数、ローレンツ分布関数、二項分布関数、ポアソン分布関数、これら関数のうちの１つまたは複数を含む少なくとも１つの導関数、少なくとも１つの線形結合、または少なくとも１つの積、から成る群から選択される少なくとも１つの数学関数を含む、
請求項６に記載の検出器（１１０）。
【請求項８】
複数の平面における強度分布を決定するように構成された、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項９】
複数の光学センサ（１１２）を備えた、
請求項８に記載の検出器（１１０）。
【請求項１０】
前記評価装置（１２６）が、光軸（１４２）に沿った縦方向座標の関数として、前記強度分布の変化を評価することにより、前記物体（１１８）の前記縦方向座標を決定するように構成された、
請求項８または９に記載の検出器（１１０）。
【請求項１１】
前記評価装置（１２６）が、それぞれ前記平面のうちの１つにおける前記強度分布を近似した複数の強度分布関数を決定するように構成され、前記複数の強度分布関数から、前記物体（１１８）の前記縦方向座標を導出するようにさらに構成された、
請求項８〜１０のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項１２】
前記強度分布関数がそれぞれ、前記各平面における前記光線（１５０）のビーム形状関数である、
請求項１１に記載の検出器（１１０）。
【請求項１３】
前記評価装置（１２６）が、各強度分布関数から少なくとも１つのビームパラメータを導出するように構成された、
請求項１１または１２に記載の検出器（１１０）。
【請求項１４】
前記評価装置（１２６）が、前記光軸（１４２）に沿った縦方向座標の関数として、前記少なくとも１つのビームパラメータの変化を評価することにより、前記物体（１１８）の前記縦方向座標を決定するように構成された、
請求項１３に記載の検出器（１１０）。
【請求項１５】
少なくとも１つの物体（１１８）の位置を決定する検出システム（１１４）であって、
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の少なくとも１つの検出器（１１０）を備え、少なくとも１つの光線（１５０）を前記検出器（１１０）へと案内するように構成された少なくとも１つのビーコンデバイス（１１６）をさらに備え、前記ビーコンデバイス（１１６）が、前記物体（１１８）への取り付け、前記物体（１１８）による保持、および前記物体（１１８）への組み込みのうちの少なくとも１つが可能である、
検出システム（１１４）。
【請求項１６】
ユーザ（１３４）と機械（１７６）との間で少なくとも１つの情報を交換するマンマシンインターフェース（１２０）であって、
請求項１５に記載の少なくとも１つの検出システム（１１４）を備え、前記少なくとも１つのビーコンデバイス（１１６）が、前記ユーザ（１３４）への直接的または間接的な取り付けおよび前記ユーザ（１３４）による保持のうちの少なくとも１つが行われるように構成されており、該マンマシンインターフェース（１２０）が、前記検出システム（１１４）によって前記ユーザ（１３４）の少なくとも１つの位置を決定するように設計されるとともに、少なくとも１つの情報を前記位置に割り当てるように設計された、
マンマシンインターフェース（１２０）。
【請求項１７】
少なくとも１つの娯楽機能を実行する娯楽装置（１２２）であって、
請求項１６に記載の少なくとも１つのマンマシンインターフェース（１２０）を備え、前記マンマシンインターフェース（１２０）によって、プレーヤが少なくとも１つの情報を入力できるように設計され、前記情報に従って前記娯楽機能を変更するように設計された、
娯楽装置（１２２）。
【請求項１８】
少なくとも１つの可動物体（１１８）の位置を追跡する追跡システム（１２４）であって、
請求項１５に記載の少なくとも１つの検出システム（１１４）を備え、少なくとも１つの追跡制御装置（１７２）をさらに備え、前記追跡制御装置（１７２）が、特定の時点における前記物体（１１８）の一連の位置を追跡するように構成された、
追跡システム（１２４）。
【請求項１９】
少なくとも１つの物体（１１８）を撮像するカメラ（１１１）であって、
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の少なくとも１つの検出器（１１０）を備えた、カメラ（１１１）。
【請求項２０】
少なくとも１つの物体（１１８）の位置を決定する方法であって、
前記方法は、少なくとも１つの検出ステップおよび少なくとも１つの評価ステップを含み、
前記少なくとも１つの検出ステップでは、前記物体（１１８）から検出器（１１０）へと進む少なくとも１つの光線（１５０）が、前記検出器（１１０）の少なくとも１つの光学センサ（１１２）により検出され、前記少なくとも１つの光学センサ（１１２）が、画素（１５４）の少なくとも１つのマトリクス（１５２）を有し、
前記少なくとも１つの評価ステップでは、前記光線（１５０）により照射された前記光学センサ（１１２）の画素（１５４）の強度分布が決定され、前記強度分布を用いることにより、前記物体（１１８）の少なくとも１つの縦方向座標が決定される、
方法。
【請求項２１】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の検出器（１１０）の使用であって、交通技術における位置測定、娯楽用途、セキュリティ用途、安全用途、マンマシンインターフェース（１２０）用途、追跡用途、写真撮影用途、少なくとも１つの飛行時間型検出器（１９８）との組み合わせによる使用、から成る群から選択される使用目的での使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、先の欧州特許出願第１３１７１９０１．５号明細書に基づき、その全内容を本明細書中に援用する。本発明は、少なくとも１つの物体の位置を決定する検出器、検出システム、および方法に関する。さらに、本発明は、ユーザと機械との間で少なくとも１つの情報を交換するマンマシンインターフェース、娯楽装置、追跡システム、カメラ、および検出装置のさまざまな使用に関する。本発明に係る装置、システム、方法、および使用は特に、たとえば日常生活、ゲーム、交通技術、生産技術、セキュリティ技術、芸術、記録、または技術目的のデジタル写真またはビデオ写真等の写真撮影、医療技術のさまざまな分野または科学分野において採用可能である。ただし、他の用途についても可能である。
【背景技術】
【０００２】
従来技術においては、多くの光学センサおよび光起電装置が知られている。光起電装置は一般的に、紫外光、可視光、または赤外光等の電磁放射を電気信号または電気エネルギーに変換するのに用いられるが、光学検出器は一般的に、画像情報の取得および／または輝度等の少なくとも１つの光学パラメータの検出に用いられる。
【０００３】
従来技術においては、一般的に無機および／または有機センサ材料の使用に基づき得る多くの光学センサが知られている。このようなセンサの例は、米国特許出願第２００７／０１７６１６５Ａ１号明細書、米国特許第６，９９５，４４５Ｂ２号明細書、独国特許出願公開第２５０１１２４Ａ１号明細書、独国特許出願公開第３２２５３７２Ａ１号明細書、またはその他多くの従来技術文献に開示されている。特に、コストおよび大面積処理に関する理由から、たとえば米国特許出願第２００７／０１７６１６５Ａ１号明細書に記載のように、少なくとも１つの有機センサ材料を含むセンサの使用が広まっている。特に、たとえば国際公開第２００９／０１３２８２Ａ１号明細書に大略記載されているように、いわゆる色素太陽電池がますます重要となっている。
【０００４】
このような光学センサに基づいて、少なくとも１つの物体を検出する多くの検出器が知られている。このような検出器は、それぞれの使用目的に応じて、さまざまに具現化可能である。このような検出器の例は、カメラおよび／または顕微鏡等の撮像装置である。たとえば、特に医療技術および生物学の分野において、高い光学的分解能で生物サンプルを調べるのに使用可能な高分解能共焦点顕微鏡が知られている。少なくとも１つの物体を光学的に検出する検出器の別の例として、たとえばレーザパルス等の対応する光信号の伝搬時間法に基づく測距装置がある。物体を光学的に検出する検出器のさらに別の例として、同様に測距を実施可能な三角測量システムがある。
【０００５】
米国特許出願第２００７／００８０９２５Ａ１号明細書には、低消費電力の表示装置が開示されている。ここでは、電気エネルギーに応答して表示装置による情報表示を可能にするとともに、入射放射線に応答して電気エネルギーを生成する光活性層が利用されている。単一の表示装置の表示画素は、表示用の画素および発電用の画素に分割されていてもよい。表示用の画素が情報を表示するようになっていてもよく、発電用の画素が電気エネルギーを生成するようになっていてもよい。生成された電気エネルギーを用いて、画像を駆動する電力が提供されるようになっていてもよい。
【０００６】
欧州特許出願第１６６７２４６Ａ１号明細書には、同じ空間位置で電磁放射の２つ以上のスペクトル帯を検知可能なセンサ要素が開示されている。この要素は、電磁放射の異なるスペクトル帯をそれぞれ検知可能な部分要素のスタックから成る。部分要素はそれぞれ、非シリコン半導体を含み、各部分要素の非シリコン半導体は、電磁放射の異なるスペクトル帯に反応するものおよび／または反応するように増感されたものである。
【０００７】
国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号明細書においては、少なくとも１つの物体を光学的に検出する検出器が提案されており、その内容を本明細書中に援用する。この検出器は、少なくとも１つの光学センサを備える。光学センサは、少なくとも１つのセンサ領域を有する。また、光学センサは、センサ領域の照射に応じて少なくとも１つのセンサ信号を生成するように設計されている。センサ信号は、照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、照射の形状、特に、センサエリア上の照射のビーム断面によって決まる。検出器は、少なくとも１つの評価装置をさらに有する。評価装置は、センサ信号から少なくとも１つの形状情報、特に、照射および／または物体に関する少なくとも１つの形状情報を生成するように設計されている。
【０００８】
２０１２年１２月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書、２０１３年１月８日に出願された米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書、２０１３年８月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／８６７，１６９号明細書、および２０１３年１２月１８日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０６１０９５号明細書は、少なくとも１つの横方向光学センサおよび少なくとも１つの光学センサを用いることによって、少なくとも１つの物体の位置を決定する方法および検出器を開示しており、これらすべての全内容を本明細書中に援用する。具体的には、高い精度で明確に物体の縦方向位置を決定するために、センサスタックの使用が開示されている。
【０００９】
上述の装置および検出器、具体的には国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号明細書、米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書、および米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書に開示の検出器が示唆する利点にも関わらず、いくつかの技術的課題が依然として存在する。これにより、一般的には、空間中の物体の位置を検出する検出器であって、信頼性が高く、低コストで製造可能なものが求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明は、既知の装置および方法に関する上述の技術的課題に対処する装置および方法を提供することを目的とする。具体的に、本発明は、好ましくは少ない技術的努力で、技術的資源およびコストの観点での要件を抑えつつ、空間中の物体の位置を確実に決定可能な装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この問題は、独立請求項の特徴を有する本発明によって解決される。個別または組み合わせにより実現可能な本発明の有利な変形については、従属請求項ならびに／または以下の明細および詳細な実施形態に提示する。
【００１２】
以下で使用するように、用語「有する」、「備える」、「具備する」、またはこれらの任意適当な文法的変異は、非排他的に使用している。したがって、これらの用語は、この背景で説明する実体において、これらの用語が導入する以外の特徴が存在しない状況と、１つまたは複数の別の特徴が存在する状況とを表していてもよい。一例として、表現「ＡがＢを有する」、「ＡがＢを備える」、および「ＡがＢを具備する」は、ＡにおいてＢ以外の要素が存在しない状況（すなわち、Ａが唯一かつ排他的にＢから成る状況）と、要素Ｃ、要素ＣおよびＤ、または別の要素等、実体ＡにおいてＢ以外に１つもしくは複数の別の要素が存在する状況との両方を表していてもよい。
【００１３】
さらに、特徴または要素が１つまたは２つ以上存在していてもよいことを示す用語「少なくとも１つ」、「１つまたは複数」、または類似の表現は通常、各特徴または要素の導入時に１回だけ用いられることに留意するものとする。以下、ほとんどの場合、各特徴または要素に言及する際には、各特徴または要素が１つまたは２つ以上存在していてもよいという事実にも関わらず、表現「少なくとも１つ」または「１つまたは複数」を繰り返すことはない。
【００１４】
さらに、以下のように、用語「好ましく」、「より好ましく」、「詳細に」、「より詳細に」、「具体的に」、「より具体的に」、または類似の用語は、任意選択的な特徴と併せて、別の可能性を制限することなく使用する。したがって、これらの用語が導入する特徴は、任意選択的な特徴であり、特許請求の範囲を何ら制限するよう意図されるものではない。本発明は、当業者が認識する通り、別の特徴を用いて実施されるようになっていてもよい。同様に、「本発明の一実施形態において」または類似の表現が導入する特徴は、本発明の別の実施形態に関する制限、本発明の範囲に関する制限、およびこのように導入した特徴と本発明の他の任意選択的または非任意選択的な特徴との組み合わせの可能性に関する制限を一切伴うことなく、任意選択的な特徴を意図している。
【００１５】
本発明の第１の態様においては、少なくとも１つの物体の位置を決定する検出器が開示される。本明細書において、位置という用語は、物体および／または該物体の少なくとも一部の空間中での位置および／または方位に関する少なくとも１つの情報を表す。したがって、上記少なくとも１つの情報は、物体の少なくとも１つの点と少なくとも１つの検出器との間の少なくとも１つの距離を示唆していてもよい。より詳しく以下に概説する通り、この距離は、縦方向座標であってもよいし、物体の点の縦方向座標の決定に寄与するものであってもよい。この追加または代替として、物体および／または該物体の少なくとも一部の位置および／または方位に関する１つまたは複数の他の情報が決定されるようになっていてもよい。一例としては、物体および／または該物体の少なくとも一部の少なくとも１つの横方向座標が決定されるようになっていてもよい。このように、物体の位置は、物体および／または該物体の少なくとも一部の少なくとも１つの縦方向座標を示唆していてもよい。この追加または代替として、物体の位置は、物体および／または該物体の少なくとも一部の少なくとも１つの横方向座標を示唆していてもよい。この追加または代替として、物体の位置は、空間中での物体の方位を示す、物体の少なくとも１つの方位情報を示唆していてもよい。
【００１６】
検出器は、
少なくとも１つの光学センサであり、物体から該検出器へと進む光線を検出するように構成され、画素の少なくとも１つのマトリクスを有する、光学センサと、
少なくとも１つの評価装置であり、光線により照射された光学センサの画素の強度分布を決定するように構成され、該強度分布を用いることにより、物体の少なくとも１つの縦方向座標を決定するようにさらに構成された、評価装置と、
を備える。
【００１７】
本明細書において、光学センサは一般的に、光線が生成する照射および／または光スポットの検出等、光線の検出を行う感光装置を表す。より詳しく以下に概説する通り、光学センサは、物体および／または少なくとも１つの光線が検出器へと進んでいく物体の少なくとも一部等、該物体の少なくとも一部の少なくとも１つの縦方向座標を決定するように構成されていてもよい。
【００１８】
本明細書において、用語「縦方向座標」は一般的に、座標系における座標を表しており、物体の縦方向座標の変化は一般的に、物体と検出器との間の距離の変化を示唆している。これにより、一例として、縦方向座標は、検出器から離れるように延びる座標系の縦軸ならびに／または検出器の光軸と平行および／もしくは同一である座標系の縦軸上の座標であってもよい。したがって、物体の縦方向座標は一般的に、検出器と物体との間の距離を構成するものおよび／または検出器と物体との間の距離に寄与するものであってもよい。
【００１９】
同様に、より詳しく以下に概説する通り、横方向座標は単に、上述の座標系の縦軸に垂直な平面における座標を表していてもよい。一例としては、検出器から離れるように縦軸が延び、該縦軸と垂直に２つの横軸が延びたデカルト座標系を使用するようにしてもよい。
【００２０】
さらに、本明細書において、画素は一般的に、光信号を生成するように構成された光学センサの最小均一単位等、光学センサの感光要素を表す。一例として、各画素は、１μｍ２〜５００００００μｍ２、好ましくは１００μｍ２〜４００００００μｍ２、好ましくは１０００μｍ２〜１００００００μｍ２、より好ましくは２５００μｍ２〜５００００μｍ２の感光面積を有していてもよい。さらに、他の実施形態も実現可能である。マトリクスという表現は一般的に、空間中での複数の画素の配置を表しており、線状配置であってもよいし、面状配置であってもよい。したがって、マトリクスは一般的に、好ましくは１次元マトリクスおよび２次元マトリクスから成る群から選択されるようになっていてもよい。一例として、マトリクスは、１００〜１００００００００画素、好ましくは１０００〜１００００００画素、より好ましくは１００００〜５０００００画素を含んでいてもよい。マトリクスは、行および列に画素が配置された矩形であるのが最も好ましい。
【００２１】
さらに、本発明において、評価装置という用語は一般的に、好ましくは少なくとも１つのデータ処理装置、より好ましくは少なくとも１つのプロセッサを用いて上記動作を行うように構成された任意の装置を表す。これにより、一例として、上記少なくとも１つの評価装置は、多くのコンピュータコマンドを含むソフトウェアコードが格納された少なくとも１つのデータ処理装置を備えていてもよい。
【００２２】
光学センサは、画素それぞれの照射強度を示す少なくとも１つの信号を生成するように構成されていてもよい。これにより、一例として、光学センサは、それぞれが各画素の照射強度を示す少なくとも１つの電子信号を画素ごとに生成するように構成されていてもよい。以下、この信号は、画素の強度および／または画素強度とも称する。この信号は、アナログおよび／またはデジタル信号であってもよい。さらに、検出器は、上記少なくとも１つの信号の処理および／または前処理を行う１つもしくは複数のフィルタならびに／またはアナログ−デジタル変換器等、１つまたは複数の信号処理装置を備えていてもよい。
【００２３】
さらに、本明細書において、強度分布は一般的に、光学センサの画素等、該光学センサが各強度値を測定した複数の局所位置の複数の強度値もしくは強度情報、またはこれらの実体を表す。これにより、一例として、強度分布は、強度値または強度情報のマトリクスを含んでいてもよく、マトリクス内の強度値または強度情報の位置は、光学センサ上の局所位置を表す。強度分布は具体的に、光学センサの光軸に垂直な平面における各画素の横方向位置の関数としての強度値を含んでいてもよい。この追加または代替として、強度分布は、マトリクスの画素の画素座標の関数としての強度値を含んでいてもよい。また、この追加または代替として、強度分布は、強度の関数として、特定の強度を有する画素の数＃の分布を含んでいてもよい。
【００２４】
さらに、本明細書において、強度分布を用いた物体の少なくとも１つの縦方向座標の決定は一般的に、物体の縦方向位置を決定するために強度分布が評価されるという事実を表す。一例として、評価装置は、強度分布と縦方向座標との間の所定の関係を用いることにより、物体の縦方向座標を決定するように構成されていてもよい。この所定の関係は、ルックアップテーブル等、評価装置のデータストレージに格納されていてもよい。この追加または代替として、強度分布と縦方向座標との間の所定の関係として、経験的な評価関数を使用するようにしてもよい。
【００２５】
強度分布は一般的に、ガウス光線による照射の強度分布を近似したものであってもよい。ただし、具体的には非ガウス光線を使用する場合、他の強度分布も可能である。
【００２６】
物体の少なくとも１つの縦方向座標を決定するため、評価装置は、単に強度分布と縦方向座標との間の所定の関係を使用することならびに／または１つもしくは複数の評価アルゴリズムを適用することが可能である。具体的に、評価装置は、強度分布を近似した少なくとも１つの強度分布関数を決定するように構成されていてもよい。本明細書において、強度分布関数は一般的に、少なくとも１つの光学センサおよび／またはその一部の実際の強度分布を近似した２次元の関数ｆ（ｘ）または３次元の関数ｆ（ｘ，ｙ）等の数学関数である。このため、強度分布関数は、最小二乗フィッティングといった回帰分析等、１つまたは複数の周知のフィッティングまたは近似アルゴリズムを適用することにより導出されたフィッティング関数であってもよい。これらのフィッティングアルゴリズムは一般的に、当業者には既知である。一例としては、強度分布に対する最良のフィッティングが実現されるように選定された１つまたは複数のパラメータを含む１つまたは複数の所定のフィッティング関数が与えられるようになっていてもよい。
【００２７】
上記概説の通り、強度分布関数は、強度分布全体またはその一部を近似したものであってもよい。これにより、一例としては、マトリクスの一領域を使用して評価することにより、３次元の強度分布関数ｆ（ｘ，ｙ）等の強度分布関数を決定するようにしてもよい。この追加または代替として、たとえばマトリクスを通る軸または線に沿った２次元の強度分布関数ｆ（ｘ）を使用するようにしてもよい。一例としては、たとえば最大照射の少なくとも１つの画素を決定することによって、光線による照射の中心を決定するようにしてもよく、この照射の中心を通じて断面軸を選定するようにしてもよい。強度分布関数は、照射の中心を通るこの断面軸に沿う座標の関数として、２次元の強度分布関数を導出するようにしてもよい。また、他の評価アルゴリズムも実現可能である。
【００２８】
上記概説の通り、評価装置は、縦方向座標と強度分布関数との間の所定の関係を用いることにより、物体の縦方向座標を決定するように構成されている。この追加または代替として、具体的には１つまたは複数の強度分布関数を実際の強度分布にフィッティングする場合、強度分布関数から導出された少なくとも１つのパラメータを決定するようにしてもよく、この少なくとも１つのフィッティングパラメータ等の少なくとも１つのパラメータと、物体と検出器との間の距離等の物体の縦方向座標との間の所定の関係を用いることにより、物体の縦方向座標を決定するようにしてもよい。
【００２９】
別の実施形態は、上記少なくとも１つの強度分布関数の性質に関する。具体的に、強度分布関数は、以下においてビーム形状とも称する少なくとも１つの光線の形状を記述した関数であってもよい。したがって、強度分布関数は一般的に、光線のビーム形状関数であってもよいし、光線のビーム形状関数を含んでいてもよい。本明細書において、ビーム形状関数は一般的に、電界および／または光線の強度の空間的分布を記述した数学関数を表す。一例として、ビーム形状関数は、光線の伝搬軸に垂直な平面における光線の強度を記述した関数であってもよく、任意選択として、伝搬軸に沿った位置が付加的な座標であってもよい。ここで、一般的には、任意の種類の座標系を用いて、電界および／または強度の空間的分布を記述するようにしてもよい。ただし、検出器の光軸に垂直な平面における位置を含む座標系を使用するのが好ましい。
【００３０】
上記概説の通り、強度分布関数は、光学センサの画素の少なくとも一部に含まれる強度情報を近似した２次元または３次元の数学関数を含む。したがって、上記詳細な概説の通り、１つまたは複数のフィッティングアルゴリズムを用いることにより、好ましくは少なくとも１つの光学センサに平行な少なくとも１つの平面において、上記少なくとも１つの強度分布関数を決定するようにしてもよい。２次元または３次元の数学関数は具体的に、画素のマトリクスの少なくとも１つの画素座標の関数であってもよい。この追加または代替として、上記概説の通り、少なくとも１つの光学センサ上の光線の最大強度を通る断面線等、該少なくとも１つの光学センサの平面における１つまたは複数の線または軸に沿った１つまたは複数の座標等の他の座標を使用するようにしてもよい。したがって、具体的に、上記少なくとも１つの強度分布関数は、照射の中心を通る強度分布を記述した断面強度分布関数であってもよい。
【００３１】
１つまたは複数の数学関数を使用する場合、マトリクスの画素の画素位置は具体的に、ｘ、ｙを画素座標として、（ｘ，ｙ）により規定されるようになっていてもよい。この追加または代替として、ｒを中心点または中心軸からの距離とする座標等、円柱座標または球座標を使用するようにしてもよい。後者は具体的に、たとえば光線の伝搬軸に垂直な表面をガウス光線が照射する場合に一般的な円対称強度分布に有用となる場合がある（たとえば、以下の方程式（２）を参照）。２次元または３次元の数学関数は具体的に、ｆ（ｘ）、ｆ（ｙ）、ｆ（ｘ，ｙ）から成る群から選択される１つまたは複数の関数を含んでいてもよい。ただし、上記概説の通り、これらの座標系は、好ましくはマトリクスの平面において、１つまたは複数の座標ｘ’および／またはｙ’とともに使用するようにしてもよい。したがって、上記概説の通り、光線によるマトリクスの照射の中心と交差する軸上に、座標ｘ’を選定するようにしてもよい。これにより、照射の中心を通る断面強度分布を記述または近似した強度分布関数ｆ（ｘ’）が導出されるようになっていてもよい。
【００３２】
上記概説の通り、強度分布関数は一般的に、ガウス光線等の光線により表面が照射された場合に通常生じる任意の関数であってもよい。ここで、実際の照射または強度分布に対する関数のフィッティングのため、１つまたは複数のフィッティングパラメータを使用するようにしてもよい。一例として、より詳しく以下に説明するガウス関数の場合（たとえば、以下の方程式（２）を参照）は、幅ｗ０および／または縦方向座標ｚが適当なフィッティングパラメータであってもよい。
【００３３】
２次元または３次元の数学関数は具体的に、釣鐘型関数、ガウス分布関数、ベッセル関数、エルミート−ガウス関数、ラゲール−ガウス関数、ローレンツ分布関数、二項分布関数、ポアソン分布関数から成る群から選択される。これらの強度分布関数および／または他の強度分布関数の組み合わせも可能である。
【００３４】
上述の強度分布は、１つの平面において決定されるようになっていてもよいし、複数の平面において決定されるようになっていてもよい。したがって、上記概説の通り、検出器は、センサ平面のみを規定する１つの光学センサ等、１つの光学センサを備えていてもよい。あるいは、検出器は、それぞれセンサ平面を規定する複数の光学センサを含むセンサスタック等、複数の光学センサを備えていてもよい。その結果、検出器は、単一の光学センサのセンサ平面等、１つの平面における強度分布を決定するように構成されていてもよいし、あるいは、複数の平行平面等、複数の平面における強度分布を決定するように構成されていてもよい。一例として、検出器は、各センサ平面等の平面当たり、少なくとも１つの強度分布を決定するように構成されていてもよい。検出器が複数の平面において強度分布を決定するように構成されている場合、これらの平面は具体的に、検出器の光軸に垂直であってもよい。また、これらの平面は、センサスタックの光学センサのセンサ平面等、光学センサのセンサ平面等の光学センサによって決定されるようになっていてもよい。これにより、具体的にはセンサスタックを用いて、検出器は、その光軸に沿った異なる縦方向位置の複数の強度分布を決定するように構成されていてもよい。
【００３５】
複数の光学センサ、具体的には光学センサのスタックを使用する場合、これらの光学センサは、より詳しく以下に概説する通り、全部または一部が透明であるのが好ましい。これにより、光学センサの少なくとも２つのセンサ平面について強度分布が測定可能となるように、好ましくはスタックの光学センサまたは少なくともスタックの光学センサのうちの１つもしくは複数を光線が透過するようになっていてもよい。ただし、他の実施形態も実現可能である。
【００３６】
光軸に垂直な複数の平面について検出器が強度分布を決定するように構成されている場合、評価装置は具体的に、強度分布の変化を評価するように構成されていてもよいし、強度分布を相互および／または共通基準と比較するように構成されていてもよい。その結果、評価装置は、一例として、光軸に沿った縦方向座標の関数として、強度分布の変化を評価するように構成されていてもよい。一例として、強度分布は、光線が光軸に沿って伝搬する際に変化する場合がある。評価装置は具体的に、光軸に沿った縦方向座標の関数として強度分布の変化を評価することにより、物体の縦方向座標を決定するように構成されていてもよい。これにより、一例として、ガウス光線の場合は、当業者に明らかであるとともに以下の方程式（３）に示す通り、光線の幅が伝搬に伴って変化する。強度分布の変化を評価することによって、光線の幅および光線の幅の変化が決定されることにより、光線の焦点の決定ひいては検出器へと光線が伝搬していく物体の縦方向座標の決定が可能であってもよい。
【００３７】
複数の平面において強度分布を決定する場合は、これら平面のうちの１つ、２つ以上、あるいはすべてについて強度分布関数が導出されるようになっていてもよい。強度分布関数、具体的にはビーム形状関数を導出するための可能な実施形態については、上記実施形態を参照可能である。具体的に、評価装置は、強度分布当たり１つまたは２つ以上の強度分布関数等、複数の強度分布関数を決定するように構成されていてもよく、各強度分布関数は、これら平面のうちの１つにおける強度分布を近似したものである。評価装置は、複数の強度分布関数から、物体の縦方向座標を導出するようにさらに構成されていてもよい。ここでも、単純なルックアップテーブル等、強度分布関数と物体の縦方向座標との間の所定の関係を使用するようにしてもよい。この追加または代替として、光線が光軸に沿って進む際のビームウェストまたはビーム径の変化等、光軸に沿った光学センサの位置および／または縦方向位置に対する強度分布関数の少なくとも１つのパラメータの依存性が決定されるようになっていてもよい。このうち、以下の方程式（３）の使用等によって、光線の焦点位置が導出されるようになっていてもよく、これにより、物体の縦方向座標に関する情報が得られるようになっていてもよい。
【００３８】
上記概説の通り、複数の強度分布関数を決定する場合、強度分布関数は具体的に、ビーム形状関数であってもよい。具体的に、強度分布それぞれには、同じ種類のビーム形状関数を使用および／またはフィッティングするようにしてもよい。フィッティングパラメータまたはパラメータは、物体の位置に関する有益な情報を含んでいてもよい。
【００３９】
上記概説の通り、評価装置は具体的に、強度分布関数を評価するように構成されていてもよい。具体的に、評価装置は、各強度分布関数から、少なくとも１つのビームパラメータを導出するように構成されていてもよい。これにより、一例としては、強度の中心が導出されるようになっていてもよい。この追加または代替として、以下の方程式（３）に係るガウスビームウェスト等、ビーム幅、ビームウェスト、またはビーム径が導出されるようになっていてもよい。上記概説およびより詳しく以下にする通り、ビームウェストを用いて、縦方向座標を決定するようにしてもよい。評価装置は具体的に、光軸に沿った縦方向座標の関数として少なくとも１つのビームパラメータの変化を評価することにより、物体の縦方向座標を決定するように構成されていてもよい。また、より詳しく以下に概説する通り、強度分布関数、具体的にはビーム形状関数を評価することにより導出された少なくとも１つのパラメータの評価等によって、少なくとも１つの横方向座標等の横方向位置が導出されるようになっていてもよい。これにより、一例として、上述の照射の中心は、少なくとも１つの横方向座標の提供等によって、物体の横方向位置に関する有益な情報を提供するようになっていてもよい。また、光学センサのスタックの照射の中心の位置を追跡することによって、ビーム追跡を行うことにより、物体の１つまたは２つ以上の横方向座標等の横方向位置を決定可能であってもよい。
【００４０】
検出器の光軸に垂直な複数の平面等において複数のビーム形状関数から導出可能な上述の少なくとも１つのビームパラメータは一般的に、任意のビームパラメータであってもよいし、ビームパラメータの組み合わせであってもよい。具体的に、上記少なくとも１つのビームパラメータは、ビーム径、ビームウェスト、ガウスビームパラメータから成る群から選択されるようになっていてもよい。この追加または代替として、上記概説の通り、照射の中心が決定されるようになっていてもよい。
【００４１】
上記概説の通り、評価装置は具体的に、ビームパラメータと縦方向座標との間の所定の関係を用いることにより、物体の縦方向座標を決定するように構成されていてもよい。この所定の関係は、たとえば以下の式（２）または式（３）で与えられるように、ガウス光線の既知の伝搬特性等の分析的な関係であってもよいし、このような関係を含んでいてもよい。この追加または代替として、経験的または半経験的な関係等、他の種類の所定関係を使用するようにしてもよい。また、この追加または代替として、この所定の関係は、少なくとも１つのパラメータの関数として少なくとも１つの縦方向座標を示すルックアップテーブルとして提供されていてもよい。さまざまな種類の評価ルーチンが可能であり、評価装置において容易に実装可能であってもよい。
【００４２】
検出器は、複数の平面において強度分布を評価することにより、画像スタックすなわち複数の平面における画素マトリクスの強度値のスタックを記録するように構成されていてもよい。画像スタックは、画素の３次元マトリクスとして記録されるようになっていてもよい。複数の平面における強度分布関数の導出等、複数の平面における強度分布関数の評価によって、さまざまな種類の画像評価が実現可能である。具体的には、光線の光照射野の３次元画像が導出および／または記録されるようになっていてもよい。したがって、具体的にはより詳しく以下に概説するような画素化された透明または半透明の有機光学センサ等の画素化された光学センサを用いることにより、検出器は、そのレンズまたはレンズ系までの異なる距離等、光軸に沿った異なる縦方向位置における写真スタックを記録するように構成されていてもよい。光学センサのスタックを用いて複数の画像を記録する場合は、順次または同時に記録を行うようにしてもよい。
【００４３】
上記概説の通り、写真スタックを分析することによって、３Ｄ情報を取得するようにしてもよい。写真スタックを分析するため、検出器、具体的には評価装置は、ビーム形状関数のフィッティングを行って、写真スタックの写真における強度分布のモデル化等、画素の照射のモデル化を行うように構成されていてもよい。ビーム形状関数は、写真スタックの写真の中で比較することにより、光線に関する情報を取得して、物体の縦方向位置および任意選択として物体の横方向位置に関する情報を取得するようにしてもよい。一例として、また、上記概説の通り、レンズからの距離の関数等、光軸に沿った縦方向座標の関数としてのビーム幅またはビームウェストの評価等によって、光線の拡がりまたは集束が決定されるようになっていてもよい。また、光学分野の当業者が一般的に把握している通り、検出器の伝達装置のレンズ等の要素の集束または拡散特性を考慮に入れるようにしてもよい。これにより、一例として、レンズ特性が既知であるとともに強度分布関数、具体的にはビーム形状関数を評価することにより光線の拡がりまたは集束が決定される場合、光線が検出器へと伝搬していく物体の距離は、すべての既知の所定関係の計算または使用等によって決定されるようになっていてもよい。
【００４４】
複数の平面における強度分布の評価に対して、１つの平面における強度分布の評価は、さまざまな方法で実施可能である。したがって、上記概説の通り、さまざまな種類の強度分布関数を使用するようにしてもよい。一例としては、平面上の照射の中心に関して回転対称な回転対称強度分布関数を使用するようにしてもよい。この追加または代替として、より低い対称度等、他の種類の対称性を有する１つまたは複数の強度分布関数を使用するようにしてもよい。さらに、１つまたは複数の点対称および／または鏡面対称強度分布関数を使用するようにしてもよい。さらに、１つまたは複数のガウス関数と１つまたは複数の多項式との組み合わせ等、２つ以上の強度分布関数の組み合わせを使用するようにしてもよい。さらに、回転対称関数の導関数および／または複数の関数の積を使用するようにしてもよい。さらには、指数が異なる２つ以上のガウス関数の線形結合等、２つ以上の関数の線形結合である少なくとも１つの強度分布関数を使用するようにしてもよい。また、他の種類の強度分布関数を使用するようにしてもよい。ここで、強度は、さまざまな方法で評価可能である。画像とも称する強度分布を分析する効率的な方法は、強度分布内のエッジの分析であってもよい。強度分布内のエッジの分析は、ビーム形状の評価の追加または代替として実施するようにしてもよい。さらに、エッジの分析は、構造またはコントラストがほとんどまたは全くない物体の縦方向座標の推定が一般的に可能であるため、好ましい場合がある。したがって、検出器および評価装置は一般的に、少なくとも１つの強度分布または画像スタックとも称する複数の平面における複数の強度分布内のエッジを決定するように構成されていてもよい。画像スタックの画像内のエッジの変化および／またはエッジの比較によって、物体の縦方向位置情報を導出可能となる場合がある。
【００４５】
評価装置は、画素それぞれについて、信号を少なくとも１つの閾値と比較することにより、該画素が照射された画素であるか否かを判定するようにさらに構成されていてもよい。この少なくとも１つの閾値は、画素それぞれの個別の閾値であってもよいし、マトリクス全体に均一な閾値であってもよい。複数の光学センサが設けられている場合は、各光学センサおよび／または光学センサのうちの少なくとも２つを含む群に少なくとも１つの閾値を与えるようにしてもよく、２つの光学センサに関して、それぞれの閾値は同一であってもよいし、異なっていてもよい。このように、光学センサそれぞれについて、個別の閾値が与えられるようになっていてもよい。
【００４６】
より詳しく以下に概説する通り、閾値は、所定および／または固定であってもよい。あるいは、上記少なくとも１つの閾値が可変であってもよい。このため、上記少なくとも１つの閾値は、各測定または測定群ごとに個別に決定されるようになっていてもよい。したがって、閾値を決定するように構成された少なくとも１つのアルゴリズムが提供されるようになっていてもよい。
【００４７】
評価装置は一般的に、画素の信号を比較することによって、該画素のうちの最大照射の少なくとも１つの画素を決定するように構成されていてもよい。したがって、検出器は一般的に、光線による照射の最大強度を有するマトリクスの１つもしくは複数の画素ならびに／またはエリアもしくは領域を決定するように構成されていてもよい。一例としては、このように、光線による照射の中心が決定されるようになっていてもよい。
【００４８】
最大照射ならびに／または少なくとも１つの最大照射エリアもしくは領域に関する情報は、さまざまな方法で使用可能である。したがって、上記概説の通り、上述の少なくとも１つの閾値は、可変閾値であってもよい。一例として、評価装置は、最大照射の少なくとも１つの画素の信号の割合として、上述の少なくとも１つの閾値を選定するように構成されていてもよい。したがって、評価装置は、最大照射の少なくとも１つの画素の信号に係数１／ｅ２を乗算することによって、閾値を選定するように構成されていてもよい。より詳しく以下に概説する通り、この選択肢は、上記少なくとも１つの光線がガウス伝搬特性と考えられる場合に特に好ましい。一般的には、１／ｅ２という閾値によって、ガウス光線により光学センサ上に生成されたビーム半径またはビームウェストｗの光スポットの境界が決まるためである。
【００４９】
上述の実施形態のうちの１つもしくは複数ならびに／またはより詳しく以下に開示する別の選択肢のうちの１つもしくは複数との組み合わせも可能な本発明の別の実施形態において、強度分布の決定には、光線により照射された光学センサの画素の数Ｎの決定が含まれていてもよく、物体の少なくとも１つの縦方向座標の決定には、光線により照射された画素の数Ｎの使用を含む。
【００５０】
本明細書において、用語「光線により照射された光学センサの画素の数Ｎの決定」は一般的に、光学センサの画素を定量的に評価することによって少なくとも１つの数値（本明細書においては「Ｎ」で示す）を生成するプロセスを表す。ここで、Ｎは一般的に、単一の整数値等の単一の数値を表していてもよい。一例として、本実施形態は、単に画素を照射画素および非照射画素に細分化することによって実施されるようになっていてもよく、Ｎは単に、照射画素の部分集合における画素の数として表されていてもよい。
【００５１】
この追加または代替として、画素は、それぞれの位置、照射、または照射度のうちの１つまたは複数に応じた部分集合等、３つ以上の集合または部分集合に細分化されるようになっていてもよい。これにより、一例として、評価装置は、光線により照射された画素の少なくとも一部の強度分布を決定するように構成されていてもよい。言い換えると、評価装置は、画素全体または照射画素等の一部をそれぞれの照射および／または位置に応じた複数の集合に細分化するように構成されていてもよい。これにより、一例として、評価装置は、たとえばエッジもしくは形状検出等の写真分析アルゴリズムまたはコントラスト、彩度、色相等が類似する領域への分離に基づいて、画素全体またはその一部を部分集合に細分化するように構成されていてもよい。画素全体を２つ以上の部分集合に細分化する他のアルゴリズムも可能である。
【００５２】
評価装置は、光線により照射された画素の数Ｎと物体の縦方向座標との間の所定の関係を用いることにより、物体の縦方向座標を決定するように構成されていてもよい。したがって、光線の直径は一般的に、当業者が一般的に把握している伝搬特性によって、伝搬の縦方向座標等、伝搬に伴って変化する。照射画素の数と物体の縦方向座標との間の関係は、経験的に決定される関係および／または分析的に決定される関係であってもよい。これにより、一例としては、校正プロセスを用いることにより、照射画素の数と縦方向座標との間の関係を決定するようにしてもよい。この追加または代替として、上述の通り、上記所定の関係は、光線がガウス光線であるという仮定に基づいていてもよい。光線は、厳密に１つの波長λを有する単色光線であってもよいし、複数の波長または波長スペクトルを有する光線であってもよく、一例としては、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が光線の波長λとして選定されるようになっていてもよい。複数の光学センサを使用している場合は、光学センサそれぞれの照射画素の数と縦方向座標との間の特定の所定関係を使用するようにしてもよい。これにより、一例としては、光学センサごとに、照射画素の数と縦方向座標との間の所定の関係が与えられるようになっていてもよい。より詳しく以下に概説する通り、光学センサは、スタック配置されていてもよい。さらに、各光学センサは、画素のマトリクスおよび／または画素の異なる形状等、異なる形状等の異なる特性を有していてもよい。さらに、各光学センサは、異なるスペクトル感度等の異なる感度を有していてもよい。光学センサそれぞれの照射画素の数の間の特定の所定関係を与えることによって、これら光学センサの異なる特性を考慮に入れるようにしてもよい。
【００５３】
分析的に決定される関係の一例として、光線のガウス特性を仮定することにより導出可能な上記所定の関係は、以下の通りであってもよい。
【数１】
2016529473.tif 000003
ここで、ｚは、縦方向座標であり、
ｗ０は、光線が空間中を伝搬する際の最小ビーム半径であり、
ｚ０は、光線のレイリー長であって、ｚ０＝π・ｗ０２／λであるとともに、λは光線の波長である。
【００５４】
Ｎが整数である場合、式（１）は、その右辺の項以下または以上の最も近い整数を探索する関数等の付加的な関数の使用等による整数の構成を示唆していてもよい。また、他の整数構成関数も実現可能である。
【００５５】
この関係は一般的に、座標系のｚ軸に沿って進むガウス光線の強度Ｉの一般方程式から導出されるようになっていてもよく、ｒがｚ軸に垂直な座標、Ｅが光線の電界である。
【数２】
2016529473.tif 000004
【００５６】
一般的にガウス曲線を表すガウス光線の横方向プロファイルのビーム半径ｗは、特定のｚ値に関して、振幅Ｅが１／ｅの値（およそ３６％）まで低下し、強度Ｉが１／ｅ２まで低下したｚ軸からの特定の距離として規定される。上記に示したガウス方程式（ｚ座標変換の実行時等に他のｚ値でも起こり得る）において座標ｚ＝０で生じる最小ビーム半径は、ｗ０によって規定される。ｚ座標に応じて、ビーム半径は一般的に、光線がｚ軸に沿って伝搬する場合、以下の方程式に従う。
【数３】
2016529473.tif 000005
【００５７】
照射画素の数Ｎが光学センサの照射エリアＡに比例する状態、
Ｎ〜Ａ          （４）
または、複数の光学センサｉ＝１、・・・、ｎを使用する場合に、各光学センサの照射画素の数Ｎｉが各光学センサの照射エリアＡｉに比例する状態で、
Ｎｉ〜Ａｉ          （４’）
半径ｗの円の一般的な面積が以下の通りであることから、
Ａ＝π・ｗ２          （５）
照射画素の数とｚ座標との間に、それぞれ以下の関係が導出されるようになっていてもよい。
【数４】
2016529473.tif 000006
ただし、上述の通り、ｚ０＝π・ｗ０２／λである。このように、ＮまたはＮｉは、それぞれＩ≧Ｉ０／ｅ２の強度で照射された円内の画素の数であることから、一例として、画素の単純な計数および／またはヒストグラム解析等の他の方法で決定されるようになっていてもよい。言い換えると、ｚ座標と照射画素の数ＮまたはＮｉそれぞれとの間の明確に定められた関係を用いることにより、物体への組み込みおよび／または取り付けがなされた少なくとも１つのビーコンデバイスの少なくとも１つの縦方向座標等、物体および／または該物体の少なくとも１つの点の縦方向座標ｚを決定するようにしてもよい。
【００５８】
また、上記概説の通り、方程式（２）または方程式（３）に示すような上述の関数は、１つまたは複数の平面、具体的には検出器の光軸に垂直な１つまたは複数の平面における強度分布を近似するビーム形状関数または強度分布関数として使用するようにしてもよい。
【００５９】
上記概説の通り、本発明は一般的に、強度分布に対する１つまたは複数のビーム形状関数のフィッティングを行う上述のフィッティングプロセスの使用および／または光線により照射された光学センサの画素の数Ｎを決定する上述のプロセスの使用等、１つまたは複数の強度分布関数によって近似可能な強度分布の使用により物体の少なくとも１つの縦方向座標を決定することに基づく。方程式（１）、方程式（２）、または方程式（３）等、上記に示す方程式においては、光線が位置ｚ＝０に焦点を有するものと仮定している。ただし、特定の値の加算および／または減算等によってｚ座標の座標変換が可能であることに留意するものとする。これにより、一例として、焦点の位置は通常、物体の検出器からの距離および／または光線の他の特性によって決まる。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り、焦点の位置と物体および／またはビーコンデバイスの縦方向座標との間の経験的および／または分析的な関係の使用等によって、物体の位置、具体的には物体の縦方向座標が決定されるようになっていてもよい。さらには、上記少なくとも１つの任意選択としてのレンズ等の少なくとも１つの任意選択としての伝達装置の結像特性を考慮に入れるようにしてもよい。これにより、一例として、ビーコンデバイスに含まれる照射装置の放出特性が既知である場合等、物体から検出器へと案内される光線のビーム特性が既知の場合は、物体から伝達装置までの伝搬、伝達装置の結像、および伝達装置から上記少なくとも１つの光学センサまでのビーム伝搬を表す適当なガウス伝送行列を用いることにより、ビームウェストと物体および／またはビーコンデバイスの位置との間の相関が分析的に容易に決定されるようになっていてもよい。この追加または代替として、適当な校正測定により相関が経験的に決定されるようになっていてもよい。
【００６０】
上記概説の通り、画素のマトリクスは、好ましくは２次元マトリクスであってもよい。ただし、１次元マトリクス等、他の実施形態も実現可能である。上記概説の通り、画素のマトリクスは、矩形マトリクスであるのがより好ましい。
【００６１】
検出器は、厳密に１つの光学センサを備えていてもよいし、複数の光学センサを備えていてもよい。複数の光学センサが設けられている場合、これらの光学センサは、さまざまに配置可能である。これにより、一例として、光線は、２つ以上のビームに分割され、各ビームが光学センサのうちの１つまたは複数に案内されるようになっていてもよい。この追加または代替として、好ましくはそれぞれの感応エリアが同じ方向を向いた状態で、検出器の光軸等の軸に沿って光学センサのうちの２つ以上が積み重ねられていてもよい。これにより、一例として、検出器は、複数の光学センサを備えていてもよく、該光学センサは、検出器の光軸に沿って積み重ねられている。
【００６２】
一例として、検出器は、ｎ個（ｎ＞１）の光学センサを備えていてもよい。ここで、ｎは、正の整数であるのが好ましい。上記概説の通り、強度分布は、ｎ個の光学センサのセンサ平面それぞれについての強度分布関数の導出等により、センサ平面において評価されるようになっていてもよい。この追加または代替として、評価装置は一般的に、光学センサそれぞれについて、光線により照射された画素の数Ｎｉを決定するように構成されていてもよく、ｉ∈｛１，ｎ｝は、各光学センサを示している。本明細書において、「各」は、光線の非照射および／または他の目的での使用によって結果的に照射画素の数が決定されることのない光学センサが存在し得るという事実にも関わらず、複数の光学センサの各光学センサ部について照射画素の数が決定されるという事実を表す。
【００６３】
評価装置は、各光学センサについて、光線により照射された画素の数Ｎｉを少なくとも１つの隣接する光学センサと比較することにより、物体の縦方向座標の曖昧さを解消するように構成されていてもよい。
【００６４】
光学センサのセンサ信号は、さまざまに使用可能である。これにより、一例としては、センサ信号の冗長性を利用することにより、光線のパワーに関する未知の情報をなくすようにしてもよい。このため、最も強いセンサ信号の値１または１００への設定およびこの最も強いセンサ信号の一部としてのその他センサ信号の提供等によって、センサ信号を正規化するようにしてもよい。したがって、一般的に、評価装置は、光線のパワーに関して、光学センサのセンサ信号を正規化するように構成されていてもよい。ただし、この追加または代替として、上記概説の通り、適当な閾値を設定して光線により照射された画素および光線により照射されていない画素を決定すること等のため、各光学センサにおいて正規化を行うようにしてもよい。
【００６５】
上記少なくとも１つの光学センサは一般的に、透明であってもよいし、不透明であってもよい。これにより、一例として、光学センサは、透明であって、光線のパワーの少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％、より好ましくは少なくとも５０％を透過させるように構成されていてもよい。スタック状等、複数の光学センサが設けられている場合は、これら光学センサのうちの少なくとも１つが透明であるのが好ましい。
【００６６】
スタック状および／または別の構成に配置可能な複数の光学センサが設けられている場合、これらの光学センサは、同一のスペクトル感度を有していてもよいし、異なるスペクトル感度を与えていてもよい。これにより、一例として、光学センサのうちの少なくとも２つが異なるスペクトル感度を有していてもよい。本明細書において、スペクトル感度という用語は一般的に、光線のパワーが同じである場合に、光学センサのセンサ信号が光線の波長とともに変化し得るという事実を表す。したがって、一般的には、光学センサのうちの少なくとも２つのスペクトル特性が異なっていてもよい。本実施形態は一般的に、異なる種類の色素または他の吸収材料等、光学センサに対して異なる種類の吸収材料を用いることにより実現されるようになっていてもよい。この追加または代替として、光学センサの前方における１つもしくは複数のフィルタ（たとえば、カラーフィルタ）等の１つもしくは複数の波長選択要素の使用ならびに／または１つもしくは複数のプリズムの使用ならびに／または１つもしくは複数のダイクロイックミラーの使用等、光学センサおよび／または検出器に実装する他の手段によって、光学センサの異なるスペクトル特性が生成されるようになっていてもよい。したがって、複数の光学センサが設けられている場合は、特定の透過または反射特性を有することにより光学センサの異なるスペクトル特性を生成するカラーフィルタ等の波長選択要素を光学センサのうちの少なくとも１つが有していてもよい。さらに、より詳しく以下に概説する通り、複数の光学センサを使用している場合、これらの光学センサは、すべてが有機光学センサであってもよいし、すべてが無機光学センサであってもよいし、すべてが混成有機−無機光学センサであってもよいし、有機光学センサ、無機光学センサ、および混成有機−無機光学センサから成る群から選択される少なくとも２つの光学センサの任意の組み合わせであってもよい。
【００６７】
複数の光学センサを使用し、これら光学センサのうちの少なくとも２つのスペクトル感度が異なる場合、評価装置は一般的に、スペクトル感度が異なる光学センサのセンサ信号を比較することによって、光線の色を決定するように構成されていてもよい。本明細書において、表現「色を決定する」は一般的に、光線に関する少なくとも１つのスペクトル情報を生成するステップを表す。この少なくとも１つのスペクトル情報は、波長、具体的にはピーク波長、ＣＩＥ座標等の色座標から成る群から選択されるようになっていてもよい。
【００６８】
光線の色の決定は、当業者が一般的に把握しているさまざまな方法で実施可能である。したがって、光学センサのスペクトル感度は、色空間の座標系に広がっていてもよく、たとえばＣＩＥ座標を決定する方法によって当業者が把握している通り、光学センサが与える信号によって、この色空間の座標が与えられるようになっていてもよい。
【００６９】
一例として、検出器は、スタック状の２つまたは３つ以上の光学センサを備えていてもよい。したがって、光学センサのうちの少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つが異なるスペクトル感度を有していてもよい。さらに、評価装置は、スペクトル感度が異なる光学センサの信号を評価することによって、光線の少なくとも１つの色情報を生成するように構成されていてもよい。
【００７０】
一例として、スタックには、スペクトル感応光学センサである少なくとも３つの光学センサが含まれていてもよい。したがって、たとえばスペクトル感応光学センサは、最大吸収波長λｒのスペクトル域が６００ｎｍ＜λｒ＜７８０ｎｍである少なくとも１つの赤色感応光学センサを備えていてもよく、これらスペクトル感応光学センサは、最大吸収波長λｇのスペクトル域が４９０ｎｍ＜λｇ＜６００ｎｍである少なくとも１つの緑色感応光学センサをさらに備えるとともに、これらスペクトル感応光学センサは、最大吸収波長λｂのスペクトル域が３８０ｎｍ＜λｂ＜４９０ｎｍである少なくとも１つの青色感応光学センサをさらに備える。一例として、赤色感応光学センサ、緑色感応光学センサ、および青色感応光学センサは、この順序または異なる順序にて、物体に対向する光学センサスタックの第１の光学センサであってもよい。
【００７１】
評価装置は、少なくとも２つの色座標、好ましくは少なくとも３つの色座標を生成するように構成されていてもよく、色座標はそれぞれ、スペクトル感応光学センサのうちの１つの信号を正規化値で除算することによって決定される。一例として、正規化値には、すべてのスペクトル感応光学センサの信号の合計を含んでいてもよい。この追加または代替として、正規化値には、白色検出器の検出器信号を含んでいてもよい。
【００７２】
上記少なくとも１つの色情報には、色座標を含んでいてもよい。一例として、上記少なくとも１つの色情報には、ＣＩＥ座標を含んでいてもよい。
【００７３】
好ましくは少なくとも２つ、より好ましくは少なくとも３つのスペクトル感応光学センサのほか、スタックは、少なくとも１つの白色検出器をさらに備えていてもよく、この白色検出器は、すべてのスペクトル感応検出器の吸収域の光を吸収するように構成されていてもよい。これにより、一例として、白色検出器は、可視スペクトル域全体の光を吸収する吸収スペクトルを有していてもよい。
【００７４】
スペクトル感応光学センサはそれぞれ、可視スペクトル域、紫外スペクトル域、および赤外スペクトル域のうちの１つまたは複数の光を不均一な吸収スペクトルで吸収するように構成された少なくとも１つの色素を含んでいてもよい。一例として、色素はそれぞれ、少なくとも１つの吸収ピークを有する吸収スペクトルを有していてもよい。骨格材料（たとえば、ＴｉＯ２）上の固体、フィルム、または増感剤として、吸収ピークは、可視、赤外、または紫外スペクトル域のうちの１つまたは複数の全体で吸収する色素の使用等によって広げることができる半値全幅（ＦＷＨＭ）または３００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下、より好ましくは８０ｎｍ以下、６０ｎｍ以下、もしくは４０ｎｍ以下のＦＷＨＭを有する色素の使用等によって狭めることができるＦＷＨＭ等の幅を有していてもよい。各色素の吸収ピークは、少なくとも６０ｎｍ、好ましくは少なくとも８０ｎｍ、より好ましくは少なくとも１００ｎｍだけ離間していてもよい。また、他の実施形態も実現可能である。
【００７５】
上記概説の通り、検出器が複数の光学センサを備える場合、これらの光学センサは、好ましくはスタック配置されていてもよい。複数の光学センサが設けられている場合、これらの光学センサは、同一であってもよいし、幾何学的特性、装置構成の特性、または上記概説の通り、スペクトル感度等、少なくとも１つの特性に関して、これら光学センサのうちの少なくとも２つが異なっていてもよい。
【００７６】
一例として、上記概説の通り、複数の光学センサは、赤色スペクトル域（Ｒ）における感度を有する光学センサ、緑色スペクトル域（Ｇ）におけるスペクトル感度を有する光学センサ、および青色スペクトル域（Ｂ）におけるスペクトル感度を有する光学センサ等、異なるスペクトル感度を与えていてもよい。上記概説の通り、異なるスペクトル感度は、スペクトル感度が異なる吸収材料の提供ならびに／または１つもしくは複数の波長選択要素の提供等、さまざまな手段によって提供可能である。このため、光学センサのスタックおよび／または複数の光学センサの別の配置においては、スペクトル感度が異なる光学センサのさまざまな組み合わせが与えられていてもよい。一例としては、所与の順序または異なる順序のＲＧＢスタックが設けられていてもよい。この追加または代替として、スペクトル感度が異なる光学センサのセンサ信号の比率の評価等によって色情報を導出するのに、スペクトル感度が異なる２つの光学センサがあれば十分な場合がある。
【００７７】
さらに、複数の光学センサが設けられている場合、これら複数の光学センサは、装置構成および／または使用材料に関して異なっていてもよい。具体的に、光学センサは、性質が有機か無機かで異なっていてもよい。したがって、上記複数の光学センサ、より具体的にはスタックは、１つもしくは複数の有機光学センサ、１つもしくは複数の無機光学センサ、１つもしくは複数の混成有機−無機光学センサ、またはこれら光学センサのうちの少なくとも２つの任意の組み合わせを含んでいてもよい。これにより、一例として、スタックは、有機光学センサのみから成っていてもよいし、無機光学センサのみから成っていてもよいし、混成有機−無機光学センサのみから成っていてもよい。この追加または代替として、スタックは、少なくとも１つの有機光学センサおよび少なくとも１つの無機光学センサを備えていてもよいし、少なくとも１つの有機光学センサおよび少なくとも１つの混成有機−無機光学センサを備えていてもよいし、少なくとも１つの無機光学センサおよび少なくとも１つの混成有機−無機光学センサを備えていてもよい。スタックは、好ましくは少なくとも１つの有機光学センサを備えていてもよく、さらに、好ましくは、スタックの、物体から最も遠い側に、少なくとも１つの無機光学センサを備えていてもよい。これにより、一例として、より詳しく以下に概説する通り、スタックは、少なくとも１つのＤＳＣまたはｓＤＳＣ等の少なくとも１つの有機光学センサを備えていてもよく、さらに、より好ましくは、スタックの、物体から最も遠い側に、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサチップ等の少なくとも１つの無機センサを備えていてもよい。
【００７８】
さらに、複数の光学センサが設けられている場合、これらの光学センサは、それぞれの透明性に関して異なっていてもよい。これにより、一例としては、すべての光学センサの全部または一部が透明であってもよい。あるいは、すべての光学センサの全部または一部が不透明（遮光性とも称する）であってもよい。さらに、具体的には複数の光学センサがスタックとして配置されている場合は、少なくとも１つの少なくとも部分的に透明な光学センサと少なくとも１つの少なくとも部分的に不透明な光学センサとの組み合わせを使用するようにしてもよい。したがって、スタックは、１つまたは複数の透明な光学センサを備えていてもよく、さらに、好ましくは、スタックの、物体から最も遠い側に、少なくとも１つの不透明な光学センサを備えていてもよい。このため、上記概説の通り、１つまたは複数の透明なＤＳＣまたはｓＤＳＣ等の１つまたは複数の透明な有機光学センサを用いて、１つまたは複数の少なくとも部分的に透明な光学センサが設けられていてもよい。この追加または代替として、極薄の無機光学センサまたは入射光線の少なくとも一部が透過するようにバンドギャップが設計された無機光学センサ等の無機センサを用いることにより、少なくとも部分的に透明な光学センサが設けられていてもよい。また、不透明な電極ならびに／または有機および／もしくは無機材料等の不透明な吸収材料を用いて、不透明な光学センサが設けられていてもよい。一例としては、厚さが５０ｎｍ超、好ましくは１００ｎｍ超の金属電極等、厚い金属電極を有する有機光学センサが設けられていてもよい。この追加または代替として、不透明な半導体材料を有する無機光学センサが設けられていてもよい。一例として、通常のＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラチップは、不透明な特性を与える。また、一例として、スタックは、１つまたは複数の少なくとも部分的に透明なＤＳＣまたはｓＤＳＣと、物体から最も遠い側に、不透明なＣＭＯＳまたはＣＣＤチップとを備えていてもよい。また、他の実施形態も実現可能である。
【００７９】
上記概説の通り、検出器は、少なくとも１つの伝達装置をさらに備えていてもよい。伝達装置は、好ましくは物体と検出器との間の光路に位置決めされていてもよい。本明細書において、伝達装置は一般的に、光学センサ上へ光線を案内するように構成された任意の光学素子である。この案内は、光線の未修正の特性により行われるようになっていてもよいし、結像または修正特性により行われるようになっていてもよい。したがって、一般的に、伝達装置は、結像特性および／またはビーム成形特性を有していてもよい。すなわち、光線が該伝達装置を通過する際に、ビームウェストおよび／または光線の拡がり角および／または光線の断面の形状が変化するようになっていてもよい。一例として、伝達装置は、レンズおよびミラーから成る群から選択される１つまたは複数の要素を備えていてもよい。ミラーは、平面ミラー、凸面ミラー、および凹面ミラーから成る群から選択されるようになっていてもよい。この追加または代替として、１つまたは複数のプリズムが備わっていてもよい。また、この追加または代替として、１つもしくは複数のフィルタ、具体的にはカラーフィルタならびに／または１つもしくは複数のダイクロイックミラー等、１つまたは複数の波長選択要素が備わっていてもよい。さらに、この追加または代替として、伝達装置は、１つもしくは複数のピンホールダイヤフラムおよび／または虹彩ダイヤフラム等、１つまたは複数のダイヤフラムを備えていてもよい。
【００８０】
伝達装置は、たとえば１つまたは複数のミラーおよび／またはビームスプリッタおよび／またはビーム偏向要素を備えることにより、電磁放射の方向に影響を及ぼすことができる。この代替または追加として、伝達装置は、収束レンズおよび／または発散レンズの効果を有し得る１つまたは複数の結像要素を備えることができる。一例として、この任意選択としての伝達装置は、１つもしくは複数のレンズならびに／または１つもしくは複数の凸ミラーおよび／もしくは凹ミラーを有することができる。再度、この代替または追加として、伝達装置は、少なくとも１つの光学フィルタ等の少なくとも１つの波長選択要素を有することができる。また、この代替または追加として、伝達装置は、たとえばセンサ領域、特にセンサエリアの位置において、既定のビームプロファイルを電磁放射に与えるように設計可能である。上記任意選択としての伝達装置の任意選択としての実施形態は、原理上、個別または任意所望の組み合わせにて実現可能である。一例として、上記少なくとも１つの伝達装置は、検出器の前方、すなわち、検出器の、物体に対向する側に位置決めされていてもよい。
【００８１】
物体の少なくとも１つの縦方向座標のほか、物体の少なくとも１つの横方向座標が決定されるようになっていてもよい。したがって、一般的に、評価装置は、画素のマトリクス上での光線の位置を決定することにより、物体の少なくとも１つの横方向座標を決定するようにさらに構成されていてもよい。この追加または代替として、光学センサのスタックを通る照射の中心の追跡等によって、光線のビーム経路に追従することにより、物体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してもよい。
【００８２】
照射の中心の決定の一例として、評価装置は、光線による少なくとも１つのマトリクスの照射の中心を決定するように構成されていてもよく、物体の少なくとも１つの横方向座標は、照射の中心の少なくとも１つの座標を評価することによって決定される。したがって、照射の中心の座標は、照射の中心の画素座標であってもよい。一例として、マトリクスは、画素の行および列を備えていてもよく、マトリクスにおける光線の行番号および／または光線の中心によってｘ座標が与えられ、マトリクスにおける光線の列番号および／または光線の中心によってｙ座標が与えられるようになっていてもよい。
【００８３】
ｘ座標および／またはｙ座標等の１つまたは複数の横方向座標を与えることにより、評価装置は、物体の少なくとも１つの３次元位置を与えるように構成されている。この追加または代替として、上記概説の通り、評価装置は、シーンの３次元画像を取得するように構成されていてもよい。具体的に、評価装置は、検出器により取得されたシーンの少なくとも１つの３次元画像を提供するように構成されていてもよい。
【００８４】
本発明の別の選択肢は、上記少なくとも１つの光学センサの可能な実施形態を表す。一般的には、ＣＣＤチップおよび／またはＣＭＯＳチップ等の無機半導体センサ装置、有機半導体センサ装置から成る群から選択される光学センサ装置等、画素のマトリクスを有する任意の光学センサ装置を使用する。後者の場合、一例として、光学センサは、たとえば画素のマトリクスを有する少なくとも１つの有機光起電装置を備えていてもよい。本明細書において、有機光起電装置は一般的に、少なくとも１つの有機感光要素および／または少なくとも１つの有機層を有する装置を表す。ここで、一般的には、有機太陽電池および／または少なくとも１つの有機感光層を有する任意の装置等、任意の種類の有機光起電装置を使用するようにしてもよい。一例としては、有機太陽電池および／または色素増感有機太陽電池が備わっていてもよい。さらに、無機−有機光起電装置等の混成装置を使用するようにしてもよい。検出器は、１つもしくは複数の有機光起電装置を備えることならびに／または１つもしくは複数の無機光起電装置を備えることならびに／または１つもしくは複数の有機光起電装置および１つもしくは複数の無機光起電装置から成る組み合わせを備えることが可能である。
【００８５】
光学センサは具体的に、少なくとも１つのパターン化電極を有する少なくとも１つの色素増感太陽電池を備えていてもよい。色素増感太陽電池の可能な実施形態については、国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号明細書、米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書および米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書を参照可能である。これらに開示されている色素増感太陽電池、具体的にはこれらに開示されている光学センサの装置構成は一般的に、本発明にも適用可能である。ただし、複数の画素を提供するため、これら色素増感太陽電池の電極のうちの少なくとも１つがパターン化されている。これにより、一例としては、上記文献に開示されている色素増感太陽電池の第１および第２の電極の一方または両方がパターン化されていてもよい。一例としては、第１の電極がパターン化によって複数の平行な水平ストライプを提供し、第２の電極がパターン化によって複数の平行な垂直ストライプを提供していてもよいし、この逆であってもよい。これにより、第１の電極のストライプと第２の電極のストライプとの各交差点において、各電極ストライプの電気的接触ならびに電流および／もしくは電圧の測定により読み出し可能な画素が設けられていてもよい。
【００８６】
光学センサは具体的に、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つのｎ半導体金属酸化物と、少なくとも１つの色素と、少なくとも１つのｐ半導体有機材料、好ましくは固体ｐ半導体有機材料と、少なくとも１つの第２の電極とを備え、上記少なくとも１つのｎ半導体金属酸化物、少なくとも１つの色素、および少なくとも１つのｐ半導体有機材料が、第１の電極と第２の電極との間に埋め込まれていてもよい。
【００８７】
上述するとともにより詳しく以下に概説する通り、一般的に、第１の電極、少なくとも１つのｎ半導体金属酸化物、少なくとも１つの色素、少なくとも１つのｐ半導体有機材料、および少なくとも１つの第２の電極に使用可能な材料または層組み合わせの可能な実施形態については、上述の国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号明細書のほか、２０１２年１２月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書、および２０１３年１月８日に出願された米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書を参照可能である。さらに、他の実施形態も実現可能である。これにより、一例として、ｎ半導体金属酸化物は、金属酸化物のナノ多孔質層と、金属酸化物の高密度層とを備えていてもよい。金属酸化物は、好ましくは二酸化チタンであってもよいし、二酸化チタンを含んでいてもよい。可能な色素については、色素ＩＤ５０４等、上述の文献に記載の色素を参照可能である。さらに、可能なｐ半導体有機材料に関しては、一例として、上述の文献のうちの１つまたは複数に開示の通り、スピロＭｅＯＴＡＤを使用するようにしてもよい。同様に、可能な電極材料については、透明であっても不透明であっても、これらの文献を参照可能である。上記概説の通り、他の実施形態も実現可能である。
【００８８】
第１の電極および第２の電極の両者は、透明であってもよい。ただし、他の電極構成についても可能である。
【００８９】
上記概説の通り、第１の電極および第２の電極の少なくとも一方がパターン化電極であるのが好ましい。これにより、一例として、第１の電極および第２の電極の一方または両方は、水平な電極ストライプおよび／または垂直な電極ストライプ等、複数の電極ストライプを備えていてもよい。本発明の背景においても使用可能な画素化された光学センサの一例としては、欧州特許出願第１３１７１８９８．３号明細書を参照可能であり、その全内容を本明細書中に援用する。さらに、画素化された他の光学センサを使用するようにしてもよい。
【００９０】
一例としては、上記概説の通り、第１の電極が複数の電極ストライプを備え、第２の電極が複数の電極ストライプを備えていてもよく、第１の電極の電極ストライプは、第２の電極の電極ストライプに対して垂直に配向している。上記概説の通り、第１の電極の電極ストライプと第２の電極の電極ストライプとの各交差点においては、独立して読み出し可能な画素が形成されている。
【００９１】
検出器は、第１の電極の電極ストライプのうちの１つに接触するとともに第２の電極の電極ストライプのうちの１つに接触して、ストライプを流れる電流の測定および／または各ストライプの電圧の測定を行うように構成された読み出し電子機器等、適当な読み出し電子機器をさらに備えていてもよい。また、画素の読み出しのため、順次読み出し方式および／または多重化方式が選定されるようになっていてもよい。これにより、一例としては、１つの行のすべての画素を同時に読み出した後、マトリクスの次の行に切り替わって、すべての画素行を順次読み出すようにしてもよい。あるいは、行多重化を選定することによって、１つの列のすべての画素を自発的に読み出した後、次の列に切り替わるようにしてもよい。ただし、複数のトランジスタを用いた読み出し方式等、他の読み出し方式も可能である。一般的には、受動的なマトリクス読み出し方式および／または能動的なマトリクス読み出し方式を使用するようにしてもよい。使用可能な読み出し方式の一例としては、米国特許出願第２００７／００８０９２５Ａ１号明細書を参照可能である。また、他の読み出し方式も実現可能である。
【００９２】
可能な電極材料については、国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号明細書、米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書および米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書を参照可能である。また、他の実施形態も可能である。具体的には、第１の電極および第２の電極の少なくとも一方が導電性ポリマーを含んでいてもよい。具体的には、透明な導電性ポリマーを使用するようにしてもよい。導電性ポリマーの可能な実施形態については、上記文献を参照可能である。
【００９３】
ただし、本発明においては、複数の画素を有するその他任意の種類の光学センサ、好ましくは透明な光学センサを使用可能であることに留意するものとする。
【００９４】
本発明の別の態様においては、少なくとも１つの物体の位置を決定する検出システムが開示される。検出システムは、上記実施形態のうちの１つもしくは複数ならびに／またはより詳しく以下に開示する実施形態のうちの１つもしくは複数に開示の少なくとも１つの検出器等、本発明に係る少なくとも１つの検出器を備える。
【００９５】
検出システムは、少なくとも１つの光線を検出器へと案内するように構成された少なくとも１つのビーコンデバイスをさらに備える。本明細書においては、より詳しく以下に開示する通り、ビーコンデバイスは一般的に、少なくとも１つの光線を検出器へと案内するように構成された任意の装置を表す。ビーコンデバイスは、光線を発する少なくとも１つの照射光源を備えた能動ビーコンデバイスとして、全部または一部が具現化されていてもよい。この追加または代替として、ビーコンデバイスは、生成された主光線を該ビーコンデバイスから検出器へと独立して反射するように構成された少なくとも１つの反射要素を備えた受動ビーコンデバイスとして、全部または一部が具現化されていてもよい。
【００９６】
ビーコンデバイスは、物体への取り付け、物体による保持、および物体への組み込みのうちの少なくとも１つが可能であってもよい。したがって、ビーコンデバイスは、１つまたは複数の接続要素等の任意の取り付け手段によって物体に取り付けられていてもよい。この追加または代替として、物体は、１つまたは複数の適当な保持手段等によって、ビーコンデバイスを保持するように構成されていてもよい。さらに、この追加または代替として、ビーコンデバイスは、全部または一部が物体に組み込まれることにより、物体の一部または物体そのものを構成していてもよい。
【００９７】
一般的に、ビーコンデバイスの可能な実施形態に関しては、２０１２年１２月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書および２０１３年１月８日に出願された米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書のうちの１つまたは複数を参照可能である。さらに、他の実施形態も実現可能である。
【００９８】
上記概説の通り、ビーコンデバイスは、全部または一部が能動ビーコンデバイスとして具現化されていてもよく、少なくとも１つの照射光源を備えていてもよい。これにより、一例として、ビーコンデバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、電球、白熱灯、および蛍光灯から成る群から選択される照射光源等、大略任意の照射光源を備えていてもよい。また、他の実施形態も実現可能である。
【００９９】
この追加または代替として、上記概説の通り、ビーコンデバイスは、全部または一部が受動ビーコンデバイスとして具現化されていてもよく、照射光源が発する主光線を物体から独立して反射するように構成された少なくとも１つの反射装置を備えていてもよい。このため、光線の生成の追加または代替として、ビーコンデバイスは、主光線を検出器へと反射するように構成されていてもよい。
【０１００】
検出システムは、１つ、２つ、または３つ以上のビーコンデバイスを備えていてもよい。したがって、一般的に、物体が剛性物体のため少なくとも顕微鏡レベルでは形状が変化しない場合は、好ましくは少なくとも２つのビーコンデバイスを使用するようにしてもよい。物体の全部または一部が柔軟であるか、または形状を変化するように構成されている場合は、好ましくは３つ以上のビーコンデバイスを使用するようにしてもよい。一般的に、ビーコンデバイスの数は、物体の柔軟性に適応していてもよい。検出システムは、少なくとも３つのビーコンデバイスを備えるのが好ましい。
【０１０１】
物体は一般的に、生物であってもよいし、無生物であってもよい。検出システムは、上記少なくとも１つの物体を含んでいてもよく、これにより、該物体が検出システムの一部を構成していてもよい。ただし、物体は、好ましくは少なくとも１つの空間次元において、検出器から独立して移動するようになっていてもよい。
【０１０２】
物体は一般的に、任意の物体であってもよい。一実施形態において、物体は、剛性物体であってもよい。物体が非剛性物体である実施形態または物体の形状が変化し得る実施形態等、他の実施形態も実現可能である。
【０１０３】
より詳しく以下に概説する通り、本発明は具体的に、機械の制御、ゲーム、またはスポーツのシミュレーション等を目的として、人物の位置および／または動きの追跡に使用するようにしてもよい。本実施形態または他の実施形態において、物体は具体的に、好ましくはラケット、クラブ、バット、から成る群から選択される物品であるスポーツ用品、衣類、帽子、靴、から成る群から選択されるようになっていてもよい。
【０１０４】
本発明のさらに別の態様においては、ユーザと機械との間で少なくとも１つの情報を交換するマンマシンインターフェースが開示される。このマンマシンインターフェースは、上記開示の実施形態のうちの１つもしくは複数ならびに／またはより詳しく以下に開示する実施形態のうちの１つもしくは複数等、本発明に係る少なくとも１つの検出システムを備える。ビーコンデバイスは、ユーザへの直接的または間接的な取り付けおよびユーザによる保持のうちの少なくとも１つが行われるように構成されている。マンマシンインターフェースは、検出システムによってユーザの少なくとも１つの位置を決定するように設計されている。また、マンマシンインターフェースは、位置に少なくとも１つの情報を割り当てるように設計されている。
【０１０５】
本発明のさらに別の態様においては、少なくとも１つの娯楽機能を実行する娯楽装置が開示される。この娯楽装置は、本発明に係る少なくとも１つのマンマシンインターフェースを備える。さらに、娯楽装置は、マンマシンインターフェースによって、プレーヤが少なくとも１つの情報を入力できるように設計されている。また、娯楽装置は、この情報に従って娯楽機能を変更するようにさらに設計されている。
【０１０６】
本発明のさらに別の態様においては、少なくとも１つの可動物体の位置を追跡する追跡システムが開示される。この追跡システムは、上記開示の実施形態のうちの１つもしくは複数ならびに／またはより詳しく以下に開示する実施形態のうちの１つもしくは複数等、本発明に係る少なくとも１つの検出システムを備える。追跡システムは、少なくとも１つの追跡制御装置をさらに備え、該追跡制御装置が、特定の時点における物体の一連の位置を追跡するように構成されている。
【０１０７】
本発明のさらに別の態様においては、少なくとも１つの物体の位置を決定する方法が開示される。この方法は、所与の順序または異なる順序で実行可能な以下のステップを含む。さらに、これら方法ステップのうちの２つ以上もしくはすべてについて、同時の実行および／または時間的に重なる実行がなされるようになっていてもよい。さらに、これら方法ステップのうちの１つ、２つ以上、あるいはすべてが繰り返し実行されるようになっていてもよい。この方法は、付加的な方法ステップをさらに含んでいてもよい。この方法は、
少なくとも１つの検出ステップであって、物体から検出器へと進む少なくとも１つの光線が、検出器の少なくとも１つの光学センサにより検出され、該少なくとも１つの光学センサが、画素のマトリクスを有する、ステップと、
少なくとも１つの評価ステップであって、光線により照射された光学センサの画素の強度分布が決定され、該強度分布を用いることにより、物体の少なくとも１つの縦方向座標が決定される、ステップと、
を含む。
【０１０８】
この方法は、好ましくは上記開示の実施形態のうちの１つもしくは複数ならびに／またはより詳しく以下に開示する実施形態のうちの１つもしくは複数等、本発明に係る少なくとも１つの検出器を用いて実行されるようになっていてもよい。したがって、この方法の任意選択としての好適な実施形態については、検出器の開示内容を参照可能であり、その逆も可能である。さらに、この方法は、本発明に係る検出システム、マンマシンインターフェース、娯楽装置、または追跡システムを用いて実行されるようになっていてもよい。また、他の実施形態も実現可能である。
【０１０９】
この方法は具体的に、画素それぞれの照射強度を示す少なくとも１つの信号を光学センサが生成するように実行可能である。この信号またはそこから導出される信号もしくは情報は、強度値または強度情報とも称する場合がある。複数の信号、強度値、または強度情報の実体は、画像とも称する場合がある。複数の光学センサを使用している場合は、画像のスタックまたは３次元画像が生成されるようになっていてもよい。
【０１１０】
このため、画素それぞれについて、アナログおよび／またはデジタルの強度信号が生成されるようになっていてもよい。デジタル強度信号の直接生成またはたとえばアナログ−デジタル変換後の生成の場合、各画素のデジタル信号は、１ビット信号であってもよいし、好ましくは４ビット、８ビット、１６ビット、または別のビット数等、２ビット以上の情報深さを有する信号であってもよい。
【０１１１】
上記概説の通り、物体の縦方向座標は、強度分布と縦方向座標との間の所定の関係を用いて決定されるようになっていてもよい。
【０１１２】
強度分布は具体的に、
光学センサの光軸に垂直な平面における各画素の横方向位置の関数としての強度、
画素座標の関数としての強度、
強度の関数としての特定の強度を有する画素の数＃の分布、
のうちの１つまたは複数を含んでいてもよい。
【０１１３】
強度分布は具体的に、ガウス光線による照射の強度分布を近似したものであってもよい。
【０１１４】
この方法は具体的に、強度分布を近似した少なくとも１つの強度分布関数を決定するように実行可能である。物体の縦方向座標は、該縦方向座標と強度分布関数および／または該強度分布関数から導出される少なくとも１つのパラメータとの間の所定の関係を用いて決定されるようになっていてもよい。強度分布関数は具体的に、光線のビーム形状関数であってもよい。強度分布は具体的に、数学関数、具体的には光学センサの画素の少なくとも一部に含まれる強度情報を近似した２次元または３次元の数学関数を含んでいてもよい。この数学関数は具体的に、画素のマトリクスの少なくとも１つの画素座標の関数を含んでいてもよい。マトリクスの画素の画素位置は、ｘ、ｙを画素座標として（ｘ，ｙ）により規定されるようになっていてもよく、２次元または３次元の数学関数は、ｆ（ｘ）、ｆ（ｙ）、ｆ（ｘ，ｙ）から成る群から選択される１つまたは複数の関数を含んでいてもよい。ここで、ｆ（ｘ）またはｆ（ｙ）は２次元の関数と考えられ、ｆ（ｘ，ｙ）は３次元の関数と考えられる。２次元または３次元の数学関数は具体的に、釣鐘型関数、ガウス分布関数、ベッセル関数、エルミート−ガウス関数、ラゲール−ガウス関数、ローレンツ分布関数、二項分布関数、ポアソン分布関数、またはこれら関数のうちの１つもしくは複数を含む少なくとも１つの導関数、少なくとも１つの線形結合、もしくは少なくとも１つの積、から成る群から選択される１つまたは複数の数学関数を含んでいてもよい。さらに、２つ以上の数学関数の組み合わせも可能である。これにより、上記概説の通り、２次元または３次元の数学関数は、上掲の数学関数のうちの２つ以上等、２つ以上の数学関数の少なくとも１つの積、少なくとも１つの線形結合、または少なくとも１つの導関数等の組み合わせを含んでいてもよい。
【０１１５】
数学関数が２つ以上の関数の積を含む場合は、一例として、該積がｆ（ｘ，ｙ）＝ｐ（ｘ）・ｑ（ｙ）の形態であってもよい。ここで、ｐ（ｘ）およびｑ（ｙ）は数学関数であって、たとえばガウス関数、エルミート−ガウス関数、ベッセル関数から成る群から独立して選択される数学関数である。また、他の関数も可能である。さらに、ｆ（ｘ，ｙ）は一般的に、ｆ（ｘ，ｙ）＝ｆ（ｘ２，ｙ２）および／またはｆ（ｘ，ｙ）＝ｆ（ｘ２＋ｙ２）等の回転対称関数であってもよい。この回転対称関数は一般的に、２つの関数の積の特殊な場合と考えられる。ただし、これらの例は、説明目的のみで示しており、その他多くの関数が実現可能であることに留意するものとする。
【０１１６】
上記概説の通り、上記少なくとも１つの強度分布が決定されるようになっていてもよい。具体的には、複数の平面において複数の強度分布が決定されるようになっていてもよく、平面それぞれについて少なくとも１つの強度分布が決定されるのが好ましく、これらの平面は、検出器の光軸に垂直であるのが好ましく、また、これら複数の平面は、光軸に沿って互いにオフセットしているのが好ましい。この目的のため、具体的に、検出器は、複数の光学センサ、具体的には光学センサのスタックを備えていてもよい。また、光軸に沿った縦方向座標の関数として強度分布の変化を決定することにより、物体の縦方向座標が決定されるようになっていてもよい。また、それぞれが上記平面のうちの１つにおける強度分布を近似した複数の強度分布関数が決定されるようになっていてもよく、物体の縦方向座標はさらに、これら複数の強度分布関数から得られるものであってもよい。強度分布関数はそれぞれ、各平面における光線のビーム形状関数であってもよい。各強度分布関数からは、少なくとも１つのビームパラメータが導出されるようになっていてもよい。また、光軸に沿った縦方向座標の関数として少なくとも１つのビームパラメータの変化を決定することにより、物体の縦方向座標が決定されるようになっていてもよい。上記少なくとも１つのビームパラメータは具体的に、ビーム径、ビームウェスト、ガウスビームパラメータから成る群から選択されるようになっていてもよい。物体の縦方向座標は具体的に、ビームパラメータと縦方向座標との間の所定の関係を用いて決定されるようになっていてもよい。
【０１１７】
評価ステップにおいては、画素それぞれについて、各画素の信号を少なくとも１つの閾値と比較することにより、該画素が照射された画素であるか否かが判定されるようになっていてもよい。
【０１１８】
上記概説の通り、この閾値は、所定の閾値であってもよいし、少なくとも１つの所定のアルゴリズムに従って決定可能な可変閾値であってもよい。
【０１１９】
評価ステップにおいては、画素の信号を比較することによって、該画素のうちの最大照射の少なくとも１つの画素が決定される。これにより、マトリクスの画素のうちの最大照射の１つまたは複数の画素が決定されるようになっていてもよい。
【０１２０】
最大照射の１つまたは複数の画素に関する情報は、さまざまに使用可能である。これにより、一例として、この情報は、上述の閾値の決定に使用するようにしてもよい。一例として、閾値は、最大照射の少なくとも１つの画素の信号の割合として選定されるようになっていてもよい。上記概説の通り、一例として、閾値は、最大照射の少なくとも１つの画素の信号に係数１／ｅ２を乗算することによって選定さるようになっていてもよい。
【０１２１】
上記概説の通り、強度分布の決定には、光線により照射された光学センサの画素の数Ｎの決定が含まれていてもよく、物体の少なくとも１つの縦方向座標の決定には、光線により照射された画素の数Ｎの使用を含む。物体の縦方向座標は具体的に、光線により照射された画素の数Ｎと縦方向座標との間の所定の関係を用いて決定されるようになっていてもよい。
【０１２２】
物体の縦方向座標は、光線により照射された画素の数Ｎと縦方向座標との間の所定の関係を用いて決定されるようになっていてもよい。上記概説の通り、この所定の関係は、経験的な関係および／または分析的な関係であってもよい。一例として、この所定の関係は、光線がガウス光線であるという仮定に基づいていてもよい。したがって、検出器に関する上記説明の通り、この所定の関係は、以下の通りであってもよい。
【数５】
2016529473.tif 000007
ここで、ｚは、縦方向座標であり、
ｗ０は、光線が空間中を伝搬する際の最小ビーム半径であり、
ｚ０は、光線のレイリー長であって、ｚ０＝π・ｗ０２／λであるとともに、λは光線の波長である。
【０１２３】
ここでも、画素のマトリクスは、好ましくは２次元マトリクスであってもよい。画素のマトリクスは、より好ましくは矩形マトリクスであってもよい。
【０１２４】
検出器については、１つの光学センサ、好ましくは複数の光学センサを備えていてもよい。光学センサは、検出器の光軸に沿って積み重ねられていてもよい。
【０１２５】
検出器は、ｎ個の光学センサを備えていてもよい。ここで、光学センサそれぞれについて、光線により照射された画素の数Ｎｉが決定されるようになっていてもよく、ｉ∈｛１，ｎ｝は、各光学センサを示している。
【０１２６】
各光学センサについて、光線により照射された画素の数Ｎｉを少なくとも１つの隣接する光学センサと比較することにより、物体の縦方向座標の曖昧さが解消されるようになっていてもよい。さらに、この追加または代替として、光学センサのセンサ信号が光線のパワーに関して正規化されるようになっていてもよい。
【０１２７】
本発明の別の態様においては、交通技術における位置測定、娯楽用途、セキュリティ用途、安全用途、マンマシンインターフェース用途、追跡用途、芸術、記録、または技術目的のデジタル写真の用途等の写真撮影用途、少なくとも１つの飛行時間型検出器との組み合わせによる使用、から成る群から選択される使用目的で、上記開示の実施形態のうちの１つもしくは複数ならびに／またはより詳しく以下に開示する実施形態のうちの１つもしくは複数等、本発明に係る検出器の使用が開示される。
【０１２８】
したがって、本発明に係る検出器は一般的に、さまざまな使用分野において適用可能である。具体的に、検出器は、交通技術における位置測定、娯楽用途、セキュリティ用途、マンマシンインターフェース用途、追跡用途、写真撮影用途、室内、建造物、および街路、から成る群から選択される少なくとも１つの空間等、少なくとも１つの空間のマップを生成するマッピング用途、モバイル用途、ウェブカメラ、オーディオ装置、ドルビーサラウンドオーディオシステム、コンピュータ周辺装置、ゲーム用途、カメラまたはビデオ用途、監視用途、自動車用途、輸送用途、医療用途、スポーツ用途、マシンビジョン用途、車両用途、航空機用途、船舶用途、宇宙船用途、建造物用途、建設用途、地図作成用途、製造用途、少なくとも１つの飛行時間型検出器との組み合わせによる使用、から成る群から選択される使用目的で適用可能である。この追加または代替として、具体的には自動車等の車両（列車、バイク、自転車、貨物輸送トラック等）、ロボットでの使用または歩行者による使用を目的とした局所および／または全地球測位システム、特にランドマークに基づく測位および／またはナビゲーションの用途が挙げられる。さらに、家庭用途および／または製造技術において用いられるロボット等に対する可能な用途として、屋内測位システムも挙げられる。
【０１２９】
したがって、国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号明細書、２０１２年１２月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書、２０１３年１月８日に出願された米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書、２０１３年８月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／８６７，１６９号明細書、および２０１３年１２月１８日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０６１０９５号明細書に開示の光学検出器および装置については、より詳しく以下に開示する目的のうちの１つまたは複数等、複数の用途に対して、本発明に係る検出器、検出システム、マンマシンインターフェース、娯楽装置、追跡システム、またはカメラ（以下、単に「本発明に係る装置」と称する）を使用可能である。
【０１３０】
したがって、本発明に係る装置はまず、携帯電話、タブレットコンピュータ、ラップトップ、スマートフォン等の固定式または移動式コンピュータまたは通信用途に使用可能である。このため、本発明に係る装置は、可視域または赤外スペクトル域の光を放出する光源等、少なくとも１つの能動光源と組み合わせることによって、性能を向上させるようにしてもよい。これにより、一例として、本発明に係る装置は、環境、物体、および生物をスキャンするモバイルソフトウェアとの組み合わせ等において、カメラおよび／またはセンサとして使用するようにしてもよい。本発明に係る装置は、従来カメラ等の２Ｄカメラと組み合わせることによって、撮像効果を高めるようにしてもよい。本発明に係る装置は、監視および／もしくは記録目的または特に音声および／もしくはジェスチャ認識と組み合わせた移動装置を制御する入力装置としてさらに使用可能である。これにより、特に、入力装置とも称するマンマシンインターフェースとして作用する本発明に係る装置は、携帯電話等の移動装置を介した他の電子装置または構成要素の制御等、モバイル用途に使用可能である。一例として、本発明に係る少なくとも１つの装置を含むモバイル用途は、テレビ受像機、ゲームコンソール、音楽プレーヤまたは音楽機器等の娯楽装置の制御に使用可能である。
【０１３１】
さらに、本発明に係る装置は、ウェブカメラまたはコンピューティング用途の他の周辺装置に使用可能である。これにより、一例として、本発明に係る装置は、撮像、記録、監視、スキャン、または動き検出用のソフトウェアと組み合わせて使用するようにしてもよい。マンマシンインターフェースおよび／または娯楽装置の背景における概説の通り、本発明に係る装置は、特に表情および／または身体表現によるコマンドの付与に有用である。本発明に係る装置は、たとえばマウス、キーボード、タッチパッド、マイク等の他の入力発生装置と組み合わせることができる。さらに、本発明に係る装置は、ウェブカメラの使用等によって、ゲーム用途に使用可能である。さらに、本発明に係る装置は、仮想トレーニング用途および／またはテレビ会議に使用可能である。
【０１３２】
さらに、本発明に係る装置は、一部を上述した通り、移動式オーディオ装置、テレビ装置、およびゲーム装置に使用可能である。具体的に、本発明に係る装置は、電子装置、娯楽装置等のコントローラまたは制御装置として使用可能である。さらに、本発明に係る装置は、特に拡張現実用途ならびに／またはディスプレイの視認の有無および／もしくはディスプレイに対する視点の認識のための透明なディスプレイを用いた２Ｄおよび３Ｄ表示技術等において、視線検出または視標追跡に使用可能である。
【０１３３】
さらに、本発明に係る装置は、ＤＳＣカメラ等のデジタルカメラおよび／もしくはＳＬＲカメラ等のレフカメラにおける使用またはこのようなカメラとしての使用が可能である。これらの用途については、上記開示の携帯電話等のモバイル用途における本発明に係る装置の使用を参照可能である。
【０１３４】
さらに、本発明に係る装置は、セキュリティまたは監視用途に使用可能である。これにより、一例として、本発明に係る少なくとも１つの装置は、物体が所定区域の内側または外側となった場合に信号を発する１つまたは複数のデジタルおよび／またはアナログ電子機器と組み合わせることができる（たとえば、銀行または博物館における監視用途）。具体的に、本発明に係る装置は、光暗号化に使用可能である。本発明に係る少なくとも１つの装置を用いた検出は、他の検出装置と組み合わせることによって、ＩＲ、Ｘ線、ＵＶ−ＶＩＳ、レーダ、または超音波検出器等による波長を補完可能である。さらに、本発明に係る装置は、能動赤外光源との組み合わせによって、微光環境での検出が可能であってもよい。本発明に係る装置は一般的に、能動検出システムと比較して都合が良い。具体的に、本発明に係る装置は、たとえばレーダ用途、超音波用途、ＬＩＤＡＲまたは類似の能動検出装置と同様に、第三者が検出し得る能動的な信号送信を回避するためである。したがって、本発明に係る装置は一般的に、移動物体の認識されない検出不可能な追跡に使用可能である。また、本発明に係る装置は一般的に、従来の装置と比較して、操作および刺激が生じ難い。
【０１３５】
さらに、本発明に係る装置による３Ｄ検出が簡単かつ正確であるものと仮定すると、該本発明に係る装置は一般的に、顔、身体、および人物の認識および識別に使用可能である。ここで、本発明に係る装置は、パスワード、指紋、虹彩検出、音声認識、または他の手段等、識別または個人特定のための他の検出手段と組み合わせるようにしてもよい。したがって、本発明に係る装置は一般的に、セキュリティ装置および他の個人向け用途に使用可能である。
【０１３６】
さらに、本発明に係る装置は、製品識別用の３Ｄバーコードリーダに使用可能である。
【０１３７】
上述のセキュリティおよび監視用途のほか、本発明に係る装置は一般的に、空間およびエリアの監視およびモニタリングに使用可能である。したがって、本発明に係る装置は、空間およびエリアの調査およびモニタリングに使用可能であり、一例として、禁止エリアへの侵入の場合の警報の起動または実行に使用可能である。これにより、本発明に係る装置は一般的に、任意選択として、運動センサまたは熱センサとの組み合わせ等、他の種類のセンサとの組み合わせ、画像増強器もしくは画像増強装置ならびに／または光電子増倍管との組み合わせにより、建造物の監視または博物館の監視における監視目的で使用可能である。
【０１３８】
さらに、本発明に係る装置は、ビデオおよびビデオカメラ用途等のカメラ用途に適用可能であり都合が良い。したがって、本発明に係る装置を用いることにより、モーションキャプチャおよび３Ｄムービー記録を行うようにしてもよい。ここで、本発明に係る装置は一般的に、従来の光学装置に対して多くの利点がある。このように、本発明に係る装置が光学部品に関して必要とする複雑性は、一般的に低くなる。これにより、一例として、本発明に係る装置は、たとえばレンズを１つだけ有することにより、従来の光学装置と比較してレンズの数を減らすことができる。複雑性の低減によって、モバイル用途等、非常にコンパクトな装置が可能となる。高品質な２つ以上のレンズを有する従来の光学系は通常、大きなビームスプリッタが一般的に必要であること等により、大型である。さらに、本発明に係る装置は一般的に、オートフォーカスカメラ等のフォーカス／オートフォーカス装置に使用可能である。さらに、本発明に係る装置は、光学顕微鏡法、特に共焦点顕微鏡法にも使用可能である。
【０１３９】
さらに、本発明に係る装置は一般的に、自動車技術および輸送技術の技術分野において適用可能である。これにより、一例として、本発明に係る装置は、適応走行制御、緊急ブレーキアシスト、車線逸脱警報、サラウンドビュー、死角検出、後退時支援、ならびに他の自動車および交通用途等の距離および監視センサとして使用可能である。さらに、本発明に係る装置は、本発明に係る検出器を用いて得られた位置情報の１次および２次時間導関数の解析等によって、速度および／または加速度の測定にも使用可能である。この特徴は一般的に、自動車技術、輸送技術、または総合交通技術において適用可能であってもよい。また、他の技術分野における用途も実現可能である。屋内測位システムにおける特定の用途は、より具体的にはエアバッグ等の安全システムの使用を電子的に制御するための移動時の乗員位置の検出であってもよい。エアバッグの使用によって重症を負う位置に乗員が存在する場合は、エアバッグの使用が阻止されるようになっていてもよい。
【０１４０】
上記または他の用途において、本発明に係る装置は一般的に、独立した装置として使用するようにしてもよいし、レーダおよび／または超音波装置等の他のセンサ装置と組み合わせて使用するようにしてもよい。具体的に、本発明に係る装置は、自律走行または安全上の課題に使用可能である。さらに、これらの用途において、本発明に係る装置は、赤外線センサ、音響センサであるレーダセンサ、２次元カメラ、または他の種類のセンサと組み合わせて使用可能である。これらの用途においては、本発明に係る装置の大略受動的な性質が好都合である。したがって、本発明に係る装置は一般的に、信号を発する必要がないため、他の信号源による能動センサ信号の干渉の危険性を回避可能である。本発明に係る装置は具体的に、標準的な画像認識ソフトウェア等の認識ソフトウェアと組み合わせて使用可能である。したがって、本発明に係る装置が提供する信号およびデータは通常、容易に処理可能であるため、必要となる計算パワーは一般的に、ＬＩＤＡＲ等の確立された立体視システムよりも低い。所要空間が抑えられるものと仮定すると、カメラ等の本発明に係る装置は、ウィンドウスクリーン、フロントボンネット、バンパー、ライト、ミラー、または他の位置等、車両の仮想的な任意位置に配置可能である。本発明に開示の効果に基づく１つまたは複数の検出器等、本発明に係る種々検出器は、車両の自律走行または能動的安全（アクティブセーフティ）の概念の能力向上等のため、組み合わせることができる。したがって、本発明に係る種々装置は、リアウィンドウ、サイドウィンドウ、もしくはフロントウィンドウ等のウィンドウ、バンパー、またはライト等において、本発明に係る１つもしくは複数の他の装置ならびに／または従来のセンサと組み合わせるようにしてもよい。
【０１４１】
本発明に係る少なくとも１つの検出器等、本発明に係る少なくとも１つの装置は、１つ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、特に大雨の際に、本発明に係る装置が一般的にレーダ等の従来のセンサ技術よりも好都合であるという事実による。本発明に係る少なくとも１つの装置をレーダ等の少なくとも１つの従来の検知技術と組み合わせることにより、ソフトウェアによって、気象条件に応じた信号の適切な組み合わせを採用可能であってもよい。
【０１４２】
さらに、本発明に係る装置は一般的に、ブレーキアシストおよび／または駐車支援および／または速度計測に使用可能である。速度計測は、交通管制における他車の速度の計測等のため、車内への組み込みまたは車外での使用が可能である。さらに、本発明に係る装置は、駐車場における空き駐車スペースの検出に使用可能である。
【０１４３】
さらに、本発明に係る装置は、医療システムおよびスポーツの分野において使用可能である。したがって、医療技術の分野においては、たとえば内視鏡に使用する外科手術用ロボット工学が挙げられる。上記概説の通り、本発明に係る装置は、必要な容積が少なく、他の装置に組み込まれていてもよいためである。具体的に、レンズを多くても１つしか持たない本発明に係る装置は、内視鏡等の医療装置における３Ｄ情報の取得に使用可能である。さらに、本発明に係る装置は、適当なモニタリングソフトウェアと組み合わせることにより、移動の追跡および分析が可能であってもよい。これらの用途は具体的に、たとえば治療、遠隔診断、および遠隔治療において有益である。
【０１４４】
さらに、本発明に係る装置は、トレーニング、遠隔指導、または試合目的等、スポーツおよび運動の分野において適用可能である。具体的に、本発明に係る装置は、ダンス、エアロビクス、フットボール、サッカー、バスケットボール、野球、クリケット、ホッケー、陸上競技、水泳、ポロ、ハンドボール、バレーボール、ラグビー、相撲、柔道、フェンシング、ボクシング等の分野において適用可能である。本発明に係る装置は、ゲームのモニタリング、審判の補助、ポイントまたはゴールが実際に発生したか否かの判定等、スポーツの特定の状況の判定、具体的には自動判定等、スポーツおよびゲームの両者におけるボール、バット、剣、動き等の位置を検出するのに用いることができる。
【０１４５】
さらに、本発明に係る装置は、トレーニングの励ましならびに／または動きの調査および矯正のため、リハビリおよび理学療法において使用可能である。ここで、本発明に係る装置は、遠隔診断にも適用可能である。
【０１４６】
さらに、本発明に係る装置は、マシンビジョンの分野において適用可能である。これにより、たとえばロボットの自律走行および／または作業用の受動制御ユニットとして、本発明に係る装置のうちの１つまたは複数を使用可能である。移動ロボットとの組み合わせにより、本発明に係る装置は、自律移動および／または部品の故障の自律検出を可能とする。また、本発明に係る装置は、ロボット、製造部品、および生物間の衝突を含むがこれらに限定されない事故の回避等を目的として、製造および安全監視に使用可能である。ロボット工学においては、人間とロボットとの安全かつ直接的な相互作用が課題となる場合が多い。ロボットは、人間を認識していない場合、人間に重傷を負わせる場合があるためである。本発明に係る装置は、ロボットが物体および人間を良好かつ高速に位置決めして、安全な相互作用を可能とするのに役立ち得る。本発明に係る装置が受動的な性質を有するものと仮定すると、該本発明に係る装置は、能動装置よりも好都合となる場合および／またはレーダ、超音波、２Ｄカメラ、ＩＲ検出等の既存のソリューションとの相補的な使用が可能となる場合がある。本発明に係る装置の具体的な利点として、信号干渉の可能性が低いことが挙げられる。したがって、信号干渉の危険性なく、複数のセンサが同じ環境で同時に作業可能である。これにより、本発明に係る装置は一般的に、自動車、採鉱、製鋼等、およびこれらに限定されない高度に自動化された製造環境において有用となり得る。また、本発明に係る装置は、たとえば品質管理等を目的とした２Ｄ撮像、レーダ、超音波、ＩＲ等の他のセンサとの組み合わせとして、製造上の品質管理に使用可能である。さらに、本発明に係る装置は、マイクロメートルの範囲からメートルの範囲まで、製品の表面均一性または指定寸法の順守の調査等、表面品質の評価に使用可能である。また、他の品質管理用途も実現可能である。製造環境において、本発明に係る装置は、複雑な３次元構造を有する食料品または木材等の天然産物を処理して廃棄物の増加を回避するのに特に有用である。さらに、本発明に係る装置は、タンク、サイロ等の充填レベルの監視に使用可能である。
【０１４７】
さらに、本発明に係る装置は、ポーリング、航空機、船舶、宇宙船、および他の交通用途に使用可能である。したがって、交通用途の背景において上述した用途のほか、航空機、車両等に用いる受動追跡システムが挙げられる。移動物体の速度および／または方向のモニタリングに対して、本発明に係る少なくとも１つの検出器等、本発明に係る少なくとも１つの装置を使用することが実現可能である。具体的には、地上、海上、および宇宙を含む空中での高速移動物体の追跡が挙げられる。本発明に係る少なくとも１つの検出器等、本発明に係る少なくとも１つの装置は具体的に、静止および／または移動装置に搭載可能である。本発明に係る少なくとも１つの装置の出力信号は、たとえば別の物体の自律または誘導移動のための誘導機構と組み合わせることができる。したがって、追跡物体と操縦物体との間の衝突を回避または許可する用途が実現可能である。本発明に係る装置は一般的に、必要な計算パワーが低く、瞬時に応答し、たとえばレーダ等の能動システムと比較して検出および阻止が一般的に困難な検出システムの受動的な性質を有するため、有用かつ好都合である。本発明に係る装置は、たとえば速度制御および航空管制装置に特に有用であるが、これらに限定されない。
【０１４８】
本発明に係る装置は一般的に、受動的な用途に使用可能である。受動的な用途としては、港湾または危険区域における船舶の誘導および離着陸時の航空機の誘導等が挙げられる。ここでは、固定された既知の能動ターゲットを用いて、精密な誘導を行うようにしてもよい。以上は、採鉱車両等、危険ではあるものの明確に定められた経路を走行する車両にも使用可能である。
【０１４９】
さらに、上記概説の通り、本発明に係る装置は、ゲームの分野において使用可能である。したがって、本発明に係る装置は、その内容に移動を組み込んだソフトウェアとの組み合わせによる移動検出等、サイズ、色、形状等が同じまたは異なる複数の物体との併用に対して受動的とすることができる。特に、グラフィック出力に移動を実装する用途が実現可能である。さらに、本発明に係る装置のうちの１つまたは複数のジェスチャまたは顔認識への使用等によって、本発明に係る装置のコマンドを付与する用途が実現可能である。本発明に係る装置は、能動システムと組み合わせることにより、たとえば微光条件または周囲条件の増強が必要な他の状況において動作するようにしてもよい。この追加または代替として、本発明に係る装置のうちの１つまたは複数は、１つまたは複数のＩＲまたはＶＩＳ光源と組み合わせることも可能である。また、本発明に係る検出器と特殊な装置とを組み合わせることも可能であり、たとえば特殊な色、形状、他の装置に対する相対位置、移動速度、光、装置上で光源を変調するための周波数、表面特性、使用材料、反射特性、透明度、吸収特性等、システムおよびそのソフトウェアによって容易に区別可能であるが、これらに限定されない。この装置は、いくつかある可能性の中で特に、杖、ラケット、クラブ、銃、ナイフ、ホイール、リング、ハンドル、ボトル、ボール、グラス、花瓶、スプーン、フォーク、立方体、サイコロ、指、指人形、テディ、ビーカー、ペダル、スイッチ、グローブ、宝石、楽器、またはピック、ドラムスティック等の楽器を演奏する補助装置に類似している可能性がある。また、他の選択肢も実現可能である。
【０１５０】
さらに、本発明に係る装置は一般的に、建造、建設、および地図作成の分野において使用可能である。したがって、本発明に係る１つまたは複数の装置は一般的に、たとえば地方または建造物等の環境エリアの測定および／またはモニタリングに使用可能である。ここで、本発明に係る装置のうちの１つまたは複数は、他の方法および装置と組み合わせるようにしてもよいし、単独で使用することによって、建築プロジェクト、変化する物体、家屋等の進展および精度をモニタリングすることも可能である。本発明に係る装置は、スキャンした環境の３次元モデルの生成に使用することにより、地上または空中の両者から、室内、街路、家屋、地域、または地形の地図を構成することができる。また、可能な応用分野は、建設、地図作成、不動産管理、測地等であってもよい。
【０１５１】
本発明に係る１つまたは複数の装置は、積層造形および／または３Ｄ印刷等のため、ＣＡＤまたは類似のソフトウェアとの組み合わせ等により、物体のスキャンにさらに使用できる。ここでは、たとえばｘ、ｙ、もしくはｚ方向またはこれら方向の同時組み合わせ等の任意の組み合わせにおいて、本発明に係る装置の高い寸法精度を利用するようにしてもよい。さらに、本発明に係る装置は、パイプライン検査ゲージ等、検査および保守に使用可能である。
【０１５２】
上記概説の通り、本発明に係る装置は、製造、品質管理、または製品識別もしくはサイズ識別（たとえば、廃棄物削減等のための最適な配置またはパッケージの探索）等の識別用途にさらに使用可能である。さらに、本発明に係る装置は、物流用途に使用可能である。したがって、本発明に係る装置を用いることにより、荷役または梱包コンテナまたは車両を最適化するようにしてもよい。さらに、本発明に係る装置は、製造分野における表面損傷のモニタリングもしくは管理、レンタカー等のレンタル物体のモニタリングもしくは管理、ならびに／または損害査定等の保険用途に使用可能である。さらに、本発明に係る装置は、特にロボットとの組み合わせによる最適な材料の取り扱い等、材料、物体、またはツールのサイズの識別に使用可能である。さらに、本発明に係る装置は、たとえばタンクの充填レベルの観測等、生産のプロセス制御に使用可能である。さらに、本発明に係る装置は、タンク、パイプ、反応炉、ツール等の製造資産の保守に使用可能であるが、これらに限定されない。さらに、本発明に係る装置は、３Ｄ品質マークの分析に使用可能である。さらに、本発明に係る装置は、歯のインレー、歯列矯正具、プロテーゼ、衣服等のオーダーメイド品の製造に使用可能である。また、本発明に係る装置は、１つまたは複数の３Ｄプリンタと組み合わせることにより、迅速な試作、３Ｄコピー等を行うようにしてもよい。さらに、本発明に係る装置は、製品侵害防止および偽造防止等のため、１つまたは複数の物品の形状の検出に使用可能である。
【０１５３】
したがって、具体的に、本願は、写真撮影の分野に適用可能である。このため、検出器は、写真撮影装置、具体的にはデジタルカメラの一部であってもよい。具体的に、検出器は、３Ｄ写真撮影、具体的にはデジタル３Ｄ写真撮影に使用可能である。このため、検出器は、デジタル３Ｄカメラを構成していてもよいし、デジタル３Ｄカメラの一部であってもよい。本明細書において、写真撮影という用語は一般的に、少なくとも１つの物体の画像情報を取得する技術を表す。さらに、本明細書において、カメラは一般的に、写真撮影を行うように構成された装置である。さらに、本明細書において、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生成するように構成された複数の感光要素を用いて少なくとも１つの物体の画像情報を取得する技術を表す。さらに、本明細書において、３Ｄ写真撮影という用語は一般的に、３つの空間次元において少なくとも１つの物体の画像情報を取得する技術を表す。したがって、３Ｄカメラは、３Ｄ写真撮影を行うように構成された装置である。カメラは一般的に、単一の３Ｄ画像等の単一の画像を取得するように構成されていてもよいし、一連の画像等の複数の画像を取得するように構成されていてもよい。このため、カメラは、デジタル動画像列の取得等、ビデオ用途に適応されたビデオカメラであってもよい。
【０１５４】
したがって、一般的に、本発明は、少なくとも１つの物体を撮像するカメラ、具体的にはデジタルカメラ、より具体的には３Ｄカメラまたはデジタル３Ｄカメラをさらに表す。上記概説の通り、本明細書において、撮像という用語は一般的に、少なくとも１つの物体の画像情報の取得を表す。カメラは、本発明に係る少なくとも１つの検出器を備える。上記概説の通り、カメラは、単一の画像を取得するように構成されていてもよいし、画像列等の複数の画像、好ましくはデジタル動画列を取得するように構成されていてもよい。これにより、一例として、カメラは、ビデオカメラであってもよいし、ビデオカメラを含んでいてもよい。後者の場合、カメラは、画像列を格納するためのデータメモリを備えているのが好ましい。
【０１５５】
上記少なくとも１つの光学センサ、具体的には上述のＦｉＰセンサを有する検出器または検出器を含むカメラは、１つまたは複数の付加的なセンサとさらに組み合わせるようにしてもよい。これにより、上記少なくとも１つの光学センサ、具体的には上記少なくとも１つのＦｉＰセンサを有する少なくとも１つのカメラは、従来のカメラおよび／またはたとえばステレオカメラであってもよい少なくとも１つの別のカメラと組み合わせるようにしてもよい。さらに、上記少なくとも１つの光学センサ、具体的には上記少なくとも１つのＦｉＰセンサを有する１つまたは２つ以上のカメラは、１つまたは２つ以上のデジタルカメラと組み合わせるようにしてもよい。一例としては、１つまたは２つ以上の２次元デジタルカメラを用いることによって、本発明に係る検出器により得られたステレオ情報および奥行き情報から奥行きを計算するようにしてもよい。
【０１５６】
具体的には自動車技術の分野において、カメラが故障した場合、本発明に係る検出器は依然として、視野内の物体の距離の測定等、物体の縦方向座標の測定を持続していてもよい。このため、自動車技術の分野において本発明に係る検出器を使用することにより、フェイルセーフ機能が実装されるようになっていてもよい。具体的には自動車用途の場合、本発明に係る検出器には、データを削減できる利点がある。このため、従来のデジタルカメラのカメラデータと比較して、本発明に係る検出器すなわち上記少なくとも１つの光学センサ、具体的には上記少なくとも１つのＦｉＰセンサを有する検出器を用いて得られたデータは、データ量が非常に少ないデータであってもよい。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、データ伝送速度の点で性能が劣っているため、データ量は削減するのが好ましい。
【０１５７】
本発明に係る検出器は、１つまたは複数の光源をさらに備えていてもよい。したがって、検出器は、上記少なくとも１つの物体を照射する１つまたは複数の光源を備えることで、たとえば照射光が物体により反射されるようになっていてもよい。光源は、連続光源であってもよいし、パルス光源等の不連続放出光源であってもよい。また、光源は、均一な光源であってもよいし、不均一な光源またはパターン化された光源であってもよい。これにより、一例として、検出器が少なくとも１つの縦方向座標を測定して少なくとも１つの物体の奥行きの測定等を行うには、検出器が取得した照射またはシーン中にコントラストがあると都合が良い。自然照射によりコントラストが存在しない場合、検出器は、上記少なくとも１つの任意選択としての光源を介して、好ましくはパターン化された光により、シーンおよび／またはシーン内の少なくとも１つの物体の全部または一部を照射するように構成されていてもよい。これにより、一例として、光源は、パターンをシーン中、壁上、または少なくとも１つの物体上に投射することにより、検出器が取得する画像内のコントラストを高くするようにしてもよい。
【０１５８】
上記少なくとも１つの任意選択としての光源は一般的に、可視スペクトル域、赤外スペクトル域、または紫外スペクトル域のうちの１つまたは複数の光を放出するようにしてもよい。上記少なくとも１つの光源は、少なくとも赤外スペクトル域の光を放出するのが好ましい。
【０１５９】
また、検出器は、シーンを自動的に照射するように構成されていてもよい。したがって、評価装置等の検出器は、該検出器またはその一部が取得したシーンの照射を自動的に制御するように構成されていてもよい。これにより、一例として、検出器は、大きなエリアが低コントラストであるため、これらエリア内の奥行き等の縦方向座標の測定が困難である場合に、これを認識するように構成されていてもよい。これらの場合、一例として、検出器は、これらエリアへの１つまたは複数のパターンの投射等、パターン化された光によりこれらのエリアを自動的に照射するように構成されていてもよい。
【０１６０】
本発明において、表現「位置」は一般的に、物体の１つまたは複数の点の絶対位置および方位のうちの１つまたは複数に関する少なくとも１つの情報を表す。したがって、具体的に、位置は、デカルト座標系等の検出器の座標系において決定されるようになっていてもよい。ただし、この追加または代替として、極座標系および／または球座標系等、他の種類の座標系を使用するようにしてもよい。
【０１６１】
上記概説およびより詳しく以下に概説する通り、本発明は、好ましくはマンマシンインターフェースの分野、スポーツの分野、および／またはコンピュータゲームの分野に適用されるようになっていてもよい。したがって、好ましくは、物体は、好ましくはラケット、クラブ、バット、から成る群から選択される物品であるスポーツ用品、衣類、帽子、靴、から成る群から選択されるようになっていてもよい。また、他の実施形態も実現可能である。
【０１６２】
本明細書において、物体は一般的に、生物および無生物から選定される任意の物体であってもよい。これにより、一例として、少なくとも１つの物体は、１つまたは複数の物品ならびに／または物品の１つもしくは複数の部分を含んでいてもよい。この追加または代替として、物体は、ユーザ等の人間および／または動物の１つまたは複数の身体部位等、１つもしくは複数の生物ならびに／またはその１つもしくは複数の部位であってもよいし、１つもしくは複数の生物ならびに／またはその１つもしくは複数の部位を含んでいてもよい。
【０１６３】
物体の位置を決定する座標系は検出器の座標系であってもよいが、その座標系に関して検出器は、該検出器の光軸がｚ軸を構成し、また、ｚ軸に垂直かつ互いに垂直なｘ軸およびｙ軸を提供可能な座標系を構成するようにしてもよい。一例として、検出器および／または検出器の一部は、この座標系の原点等の特定点に置かれていてもよい。この座標系においては、ｚ軸に平行または逆平行な方向を縦方向と見なし、ｚ軸に沿った座標を縦方向座標と考えるようにしてもよい。また、縦方向に垂直な任意の方向を横方向と考え、ｘおよび／またはｙ座標を横方向座標と考えるようにしてもよい。
【０１６４】
あるいは、他の種類の座標系を使用するようにしてもよい。これにより、一例としては、光軸がｚ軸を構成し、ｚ軸からの距離および極角を付加的な座標として使用可能な極座標系を使用するようにしてもよい。この場合も、ｚ軸に平行または逆平行な方向を縦方向と考え、ｚ軸に沿った座標を縦方向座標と考えるようにしてもよい。また、ｚ軸に垂直な任意の方向を横方向と考え、極座標および／または極角を横方向座標と考えるようにしてもよい。
【０１６５】
本明細書において、少なくとも１つの物体の位置を決定する検出器は一般的に、該少なくとも１つの物体および／またはその一部の位置に関する少なくとも１つの情報を提供するように構成された装置である。したがって、位置とは、好ましくは検出器の座標系において、物体またはその一部の位置を完全に記述した情報を表していてもよいし、位置を部分的にしか記述していない部分的な情報を表していてもよい。検出器は一般的に、ビーコンデバイスから該検出器へと進む光線等の光線を検出するように構成された装置であってもよい。
【０１６６】
評価装置および検出器は、全部または一部が単一の装置に組み込まれていてもよい。したがって、一般的には、評価装置も検出器の一部を構成していてもよい。あるいは、評価装置および検出器は、全部または一部が別個の装置として具現化されていてもよい。また、検出器は、別の構成要素を備えていてもよい。
【０１６７】
検出器は、固定装置であってもよいし、モバイル装置であってもよい。さらに、検出器は、独立型の装置であってもよいし、コンピュータ、車両、またはその他任意の装置等の別の装置の一部を構成していてもよい。さらに、検出器は、手持ち式の装置であってもよい。検出器の他の実施形態も実現可能である。
【０１６８】
本明細書において、光学センサは一般的に、光線による該光学センサの照射に応じて少なくとも１つの縦方向センサ信号を生成するように設計された装置である。上記概説およびより詳しく以下に概説する通り、本発明に係る検出器は、好ましくはセンサスタックとして、複数の光学センサを備えているのが好ましい。
【０１６９】
上記少なくとも１つの光学センサは、１つまたは複数の光検出器、好ましくは１つまたは複数の有機光検出器、最も好ましくは、１つまたは複数の固体色素増感有機太陽電池（ｓＤＳＣ）等の１つまたは複数の色素増感有機太陽電池（ＤＳＣ（色素太陽電池とも称する））を備えていてもよい。したがって、検出器は、好ましくは少なくとも１つの光学センサとして動作する１つまたは複数のＤＳＣ（１つまたは複数のｓＤＳＣ等）、好ましくは少なくとも１つの光学センサとして動作する複数のＤＳＣのスタック（複数のｓＤＳＣのスタックが好ましい）を備えていてもよい。この追加または代替として、検出器は、より詳しく以下に概説する通り、他の種類の光学センサを備えていてもよい。
【０１７０】
上記概説の通り、本発明に係る検出器は具体的に、画素化センサまたは画素化光学センサとも称する複数の光学センサを備えていてもよい。具体的に、検出器は、透明な光学センサのスタック等、光学センサのスタックを備えていてもよい。
【０１７１】
したがって、検出器は、光学センサの少なくとも１つのスタックを備えていてもよく、その視野内のシーンの３次元画像を取得するように構成されていてもよい。スタックの光学センサは、同一または均一な吸収スペクトル等、スペクトル特性が同一であってもよい。あるいは、スタックの光学センサは、スペクトル特性が異なっていてもよい。したがって、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つの第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つの第２の光学センサとを備え、第１のスペクトル感度と第２のスペクトル感度とが異なっていてもよい。スタックは具体的に、スペクトル特性が交互に異なる光学センサを備えていてもよい。検出器は、スペクトル特性が異なる光学センサのセンサ信号を評価することにより、多色３次元画像、好ましくはフルカラー３次元画像を取得するように構成されていてもよい。
【０１７２】
したがって、一般的には、画素化センサ、具体的には透明な画素化センサを用いることにより、上記少なくとも１つの任意選択としての伝達装置、より具体的には検出器の少なくとも１つのレンズまでの異なる距離等、検出器までの異なる距離で画像を記録するようにしてもよい。２つ以上の画素化センサを使用する場合は、検出器までの異なる距離で複数の画像が同時に記録されるようになっていてもよい。レンズまでの距離は、画像の異なる部分の焦点が合うような距離であるのが好ましい。したがって、画像は、フォーカススタッキング、ｚスタッキング、焦点面合成として既知の画像処理技術に使用することができる。これらの技術の用途として、被写界深度が大きな画像の取得が挙げられ、接写撮影または光学顕微鏡法等の被写界深度が一般的に極浅い撮像技術において特に役立つ。別の用途としては、アルゴリズム、たとえばＤＦＦ（Ｄｅｐｔｈ  ｆｒｏｍ  Ｆｏｃｕｓ）法またはＤＦＤ（Ｄｅｐｔｈ  ｆｒｏｍ  Ｄｅｆｏｃｕｓ）法等の畳み込みベースのアルゴリズムを用いた距離情報の取得が挙げられる。また、別の用途としては、画像の最適化による大きな芸術的または科学的メリットの享受が挙げられる。
【０１７３】
また、複数の画素化センサを有する検出器を用いることにより、複眼または光照射野カメラに匹敵する検出器のレンズまたはレンズ系後方の光照射野を記録するようにしてもよい。したがって、具体的に、検出器は、たとえば同時に、複数の焦点面における画像を取得するように構成された光照射野カメラとして具現化されていてもよい。本明細書において、光照射野という用語は一般的に、カメラの内側等の検出器の内側の光の空間的伝搬を表す。具体的には光学センサのスタックを有する本発明に係る検出器は、レンズ後方等の検出器またはカメラ内の照射野を直接的に記録可能であってもよい。複数の画素化センサは、レンズからの異なる距離で画像を記録するようにしてもよい。たとえばＤＦＦまたはＤＦＤ等の畳み込みベースのアルゴリズムを用いることによって、伝搬方向、焦点、およびレンズ後方の光の拡がりをモデル化することができる。レンズ後方の光伝搬のモデル化によって、レンズまでのさまざまな距離での画像の抽出、被写界深度の最適化、さまざまな距離で焦点が合った写真の抽出、または物体の距離の計算が可能である。また、別の情報を抽出するようにしてもよい。
【０１７４】
検出器のレンズ後方等、検出器の内側の光伝搬のモデル化および／または記録を行うと、光伝搬に関するこの情報によって、多くの利点が得られる。したがって、光照射野は、検出器が取得したシーンの１つまたは複数の光線のビームパラメータの観点で記録するようにしてもよい。一例としては、記録した各光線に対して、たとえばビームウェスト、焦点としての最小ビームウェスト、レイリー長等の１つもしくは複数のガウスビームパラメータ、または他のビームパラメータ等、２つ以上のビームパラメータを記録するようにしてもよい。また、光線の複数の表現を使用するようにしてもよく、これに応じてビームパラメータを選定するようにしてもよい。
【０１７５】
一例としては、光伝搬に関するこの情報によって、画像処理技術を用いた画像スタックの記録後、観測者の位置をわずかに修正することができる。単一の画像では、物体が別の物体の背後に隠れて見えない場合がある。ただし、隠れた物体により散乱された光がセンサのうちの１つまたは複数のレンズに到達して通過する場合、光軸に対するレンズおよび／もしくは像面までの距離の変更または非平面状の像面の使用によって、該物体が可視化される場合がある。観測者の位置の変更は、観測者の位置のわずかな変更によって画像が変化するホログラムを見るのに匹敵していてもよい。
【０１７６】
さらに、レンズ後方の光伝搬のモデル化等による検出器内側の光伝搬に関する情報によって、個別の光学センサが記録した各画像を格納する従来の技術よりもコンパクトに画像情報を格納することが可能であってもよい。各光学センサのすべての画像を格納するためのメモリ要件は通常、センサ数と画素数との積に対応する。また、光伝搬のメモリ要件は、モデル化光線数と光線当たりのパラメータ数との積に対応する。光線の一般的なモデル関数は、ガウス関数、ローレンツ関数、ベッセル関数、特に球ベッセル関数、物理学において回折効果を記述するのに通常用いる他の関数、または点拡がり関数、線拡がり関数、もしくはエッジ拡がり関数等、ＤＦＤ技術において用いられる通常の拡がり関数であってもよい。
【０１７７】
さらに、複数の画素化センサを用いることによって、画像記録後の画像処理ステップにおけるレンズ誤差の補正が可能である。光学機器は、レンズ誤差の補正が必要な場合、高価で構成が困難となる場合が多い。これらは、顕微鏡および望遠鏡において特に問題となる。顕微鏡において、典型的なレンズ誤差は、光軸までの距離が異なる光線の異なる歪み（球面収差）である。望遠鏡においては、大気の温度が変化すると、焦点が変動する場合がある。球面収差等の静的な誤差および生産に起因する別の誤差は、校正ステップにおいて誤差を決定した後、画素およびセンサの固定集合等の固定画像処理または光伝搬情報を用いたより複雑な処理技術を用いて補正するようにしてもよい。レンズ誤差が時間に大きく依存する場合すなわち望遠鏡において気象条件に依存する場合、該レンズ誤差は、レンズ後方の光伝搬の使用、被写界深度が拡張された画像の計算、ＤＦＦ技術の使用等によって補正するようにしてもよい。
【０１７８】
上記概説の通り、本発明に係る検出器は、色の検出がさらに可能であってもよい。複数の画素化センサのスタックにおける色検出のため、この一連のスタックは、いわゆるベイヤーパターンと同等または類似の吸収特性が異なる画素を有していてもよく、補間技術によって色情報が得られるようになっていてもよい。別の方法では、交互色のセンサを使用し、スタックの異なるセンサが異なる色を記録するようになっていてもよい。ベイヤーパターンにおいては、同色画素間で色が補間されるようになっていてもよい。また、センサのスタックにおいては、色および輝度等の画像情報についても補間技術によって取得可能である。
【０１７９】
評価装置は、１つもしくは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の１つもしくは複数の集積回路ならび／または１つもしくは複数のコンピュータ、好ましくは１つもしくは複数のマイクロコンピュータおよび／もしくはマイクロコントローラ等の１つもしくは複数のデータ処理装置であってもよいし、このような集積回路ならびに／またはデータ処理装置を備えていてもよい。１つもしくは複数のＡＤ変換器ならびに／または１つもしくは複数のフィルタ等、センサ信号の受信および／または前処理を行う１つまたは複数の装置等の１つまたは複数の前処理装置および／またはデータ取得装置等、別の構成要素が備わっていてもよい。さらに、評価装置は、電流および／または電圧を測定する１つまたは複数の測定装置等、１つまたは複数の測定装置を備えていてもよい。これにより、一例として、評価装置は、画素の電流および／または電圧を測定する１つまたは複数の測定装置を備えていてもよい。さらに、評価装置は、１つまたは複数のデータ記憶装置を備えていてもよい。評価装置は、１つもしくは複数の無線インターフェースならびに／または１つもしくは複数の有線インターフェース等、１つまたは複数のインターフェースを備えていてもよい。
【０１８０】
上記少なくとも１つの評価装置は、本発明に係る方法の１つまたは複数またはすべての方法ステップを実行または支援するように構成された少なくとも１つのコンピュータプログラム等、少なくとも１つのコンピュータプログラムを実行するように構成されていてもよい。一例としては、センサ信号を入力変数として用いることにより、物体の位置を決定可能な１つまたは複数のアルゴリズムが実装されるようになっていてもよい。
【０１８１】
評価装置は、表示、視覚化、分析、配信、通信、または光学センサおよび／もしくは該評価装置が取得した情報等の別の処理のうちの１つまたは複数を行う際に使用可能な少なくとも１つの別のデータ処理装置に接続可能であるか、またはこのようなデータ処理装置を備えていてもよい。一例として、データ処理装置は、ディスプレイ、プロジェクタ、モニタ、ＬＣＤ、ＴＦＴ、スピーカ、多チャンネル音響システム、ＬＥＤパターン、または別の視覚化装置のうちの少なくとも１つに接続されていてもよいし、組み込まれていてもよい。さらには、電子メール、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、または接続のうちの１つまたは複数を用いて暗号化または非暗号化情報を送信可能な通信装置または通信インターフェース、コネクタまたはポートのうちの少なくとも１つに接続されていてもよいし、組み込まれていてもよい。さらには、プロセッサ、グラフィックプロセッサ、ＣＰＵ、ＯＭＡＰ（Ｏｐｅｎ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｐｌａｔｆｏｒｍ（商標））、集積回路、ＡｐｐｌｅのＡシリーズもしくはＳａｍｓｕｎｇのＳ３Ｃ２シリーズといった製品等のシステムオンチップ、マイクロコントローラもしくはマイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、もしくはフラッシュメモリ等の１つもしくは複数のメモリブロック、発振器もしくは位相ロックループ等のタイミング源、カウンタタイマー、実時間タイマー、パワーオンリセットジェネレータ、電圧レギュレータ、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つに接続されていてもよいし、組み込まれていてもよい。さらに、個々のユニットは、ＡＭＢＡバス等のバスによって接続されていてもよい。
【０１８２】
評価装置および／またはデータ処理装置は、シリアルもしくはパラレルインターフェースもしくはポート、ＵＳＢ、セントロニクスポート、ＦｉｒｅＷｉｒｅ、ＨＤＭＩ、イーサネット、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＲＦＩＤ、Ｗｉ−Ｆｉ、ＵＳＡＲＴ、もしくはＳＰＩのうちの１つもしくは複数等の外部インターフェースもしくはポート、ＡＤＣもしくはＤＡＣのうちの１つもしくは複数等のアナログインターフェースもしくはポート、またはＣａｍｅｒａＬｉｎｋ等のＲＧＢインターフェースを用いた２Ｄカメラ装置等の別の装置との標準化インターフェースもしくはポートによって接続されていてもよいし、このようなインターフェースもしくはポートを有していてもよい。評価装置および／またはデータ処理装置は、プロセッサ間インターフェースもしくはポート、ＦＰＧＡ−ＦＰＧＡインターフェース、またはシリアルもしくはパラレルインターフェースもしくはポートのうちの１つまたは複数によってさらに接続されていてもよい。さらに、評価装置およびデータ処理装置は、光ディスクドライブ、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、固体ディスク、または固体ハードディスクのうちの１つまたは複数に接続されていてもよい。
【０１８３】
評価装置および／またはデータ処理装置は、電話コネクタ、ＲＣＡコネクタ、ＶＧＡコネクタ、オスメスコネクタ、ＵＳＢコネクタ、ＨＤＭＩコネクタ、８Ｐ８Ｃコネクタ、ＢＣＮコネクタ、ＩＥＣ６０３２０Ｃ１４コネクタ、光ファイバコネクタ、Ｄサブコネクタ、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つもしくは複数等、１つもしくは複数の別の外部コネクタによる接続もしくはこのようなコネクタを有すること、ならびに／またはこれらコネクタのうちの１つもしくは複数に適した少なくとも１つのソケットを組み込むことが可能である。
【０１８４】
光学センサ、光学系、評価装置、通信装置、データ処理装置、インターフェース、システムオンチップ、表示装置、または別の電子装置のうちの１つまたは複数等、本発明に係る検出器、評価装置、またはデータ処理装置のうちの１つまたは複数を組み込んだ単一の装置の可能な実施形態は、携帯電話、パーソナルコンピュータ、タブレットＰＣ、テレビ、ゲームコンソール、または別の娯楽装置である。別の実施形態において、より詳しく以下に概説する３Ｄカメラ機能は、装置のハウジングまたは外観に顕著な差異なく従来の２Ｄデジタルカメラとともに利用可能な装置に組み込まれていてもよく、ユーザに顕著な差異は、３Ｄ情報の取得および／または処理の機能のみであってもよい。
【０１８５】
具体的に、検出器および／またはその一部、たとえば評価装置および／またはデータ処理装置を組み込んだ一実施形態は、３Ｄカメラの機能のために表示装置、データ処理装置、光学センサ、任意選択としてセンサ光学系、および評価装置を組み込んだ携帯電話であってもよい。本発明に係る検出器は具体的に、娯楽装置および／または携帯電話等の通信装置への組み込みに適していてもよい。
【０１８６】
本発明の別の実施形態は、自動車、自律走行、またはＤａｉｍｌｅｒのインテリジェントドライブシステム等の自動車安全システムに使用する装置に対する検出器またはその一部、たとえば評価装置および／またはデータ処理装置の組み込みであってもよく、一例として、光学センサ、任意選択として１つまたは複数の光学系、評価装置、任意選択として通信装置、任意選択としてデータ処理装置、任意選択として１つもしくは複数のインターフェース、任意選択としてシステムオンチップ、任意選択として１つもしくは複数の表示装置、または任意選択として別の電子装置のうちの１つまたは複数を組み込んだ装置は、車両、自動車、トラック、列車、自転車、航空機、船舶、バイクの一部であってもよい。自動車用途において、この装置の自動車設計への組み込みには、外部または内部からの視認性が最小限での光学センサ、任意選択として光学系、または装置の組み込みが必要であってもよい。検出器またはその一部、たとえば評価装置および／またはデータ処理装置は、自動車設計へのこのような組み込みに特に適していてもよい。
【０１８７】
本明細書において、光という用語は一般的に、可視スペクトル域、紫外スペクトル域、および赤外スペクトル域のうちの１つまたは複数における電磁放射を表す。ここで、可視スペクトル域という用語は一般的に、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍのスペクトル域を表す。赤外スペクトル域という用語は一般的に、７８０ｎｍ〜１ｍｍの範囲、好ましくは７８０ｎｍ〜３．０マイクロメートルの範囲の電磁放射を表す。紫外スペクトル域という用語は一般的に、１ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲、好ましくは１００ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲の電磁放射を表す。本発明において使用する光は、可視光すなわち可視スペクトル域の光であるのが好ましい。
【０１８８】
光線という用語は一般的に、特定の方向に放出および／または反射される光量を表す。したがって、光線は、その伝搬方向と垂直な方向に所定の拡がりを有する光線の束であってもよい。光線は、好ましくはビームウェスト、レイリー長、もしくはその他任意のビームパラメータ、または空間中のビーム径および／もしくはビーム伝搬の展開を特徴付けるのに適したビームパラメータの組み合わせのうちの１つまたは複数等、１つまたは複数のガウスビームパラメータを特徴とし得る１つまたは複数のガウス光線であってもよいし、このようなガウス光線を含んでいてもよい。
【０１８９】
上記概説の通り、具体的には複数の光学センサが設けられている場合は、これら光学センサのうちの少なくとも１つが透明な光学センサであるのが好ましい。したがって、光学センサのスタックが設けられている場合は、複数および／もしくはスタックのすべての光学センサまたは複数および／もしくはスタックの１つを除くすべての光学センサが透明であるのが好ましい。一例として、光学センサのスタックが設けられ、該光学センサが検出器の光軸に沿って配置されている場合は、好ましくは物体から最も遠い最後の光学センサを除くすべての光学センサが透明な光学センサであってもよい。最後の光学センサ、すなわち、スタックの、物体に対向しない側の光学センサは、透明な光学センサであってもよいし、不透明な光学センサであってもよい。例示的な実施形態については、以下に示す。
【０１９０】
上記概説の通り、光学センサは、有機太陽電池および／またはｓＤＳＣ等の有機光検出器を備えているのが好ましい。透明な光学センサを提供するため、この光学センサは、２つの透明電極を有していてもよい。したがって、光学センサの少なくとも１つの第１の電極および／または少なくとも１つの第２の電極は、好ましくは全部または一部が透明であってもよい。透明な電極を提供するため、インジウムドープ酸化スズ（ＩＴＯ）および／またはフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）等の透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）を使用するようにしてもよい。この追加または代替として、厚さが５０ｎｍ未満、好ましくは４０ｎｍ未満の金属層等、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、およびＰｔから成る群から選択される１つまたは複数の金属の薄層等の金属層を使用するようにしてもよい。この追加または代替として、接続性の補助のため、導電性ポリマー等の導電性有機材料を使用するようにしてもよい。これにより、一例として、上記少なくとも１つの光学センサの電極のうちの１つまたは複数は、１つまたは複数の透明な導電性ポリマーを含んでいてもよい。一例としては、表面導電率が少なくとも０．００００１Ｓ／ｃｍ、少なくとも０．００１Ｓ／ｃｍ、または少なくとも０．０１Ｓ／ｃｍ、好ましくは少なくとも０．１Ｓ／ｃｍ、より好ましくは少なくとも１Ｓ／ｃｍ、さらには少なくとも１０Ｓ／ｃｍ、または少なくとも１００Ｓ／ｃｍの１つまたは複数の導電性ポリマー膜を使用するようにしてもよい。一例として、上記少なくとも１つの導電性ポリマーは、ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、好ましくは少なくとも１つの対イオンを電気的にドープしたＰＥＤＯＴ、より好ましくはポリスチレンスルホン酸ナトリウムをドープしたＰＥＤＯＴ（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリチオフェン、から成る群から選択されるようになっていてもよい。導電性ポリマーは、好ましくは部分電極間に０．１〜２０ｋΩの電気抵抗、好ましくは０．５〜５．０ｋΩの電気抵抗、より好ましくは１．０〜３．０ｋΩの電気抵抗を与えていてもよい。一般的に、本明細書において、導電性材料は、電気比抵抗が１０４未満、１０３未満、１０２未満、または１０Ωｍ未満の材料であってもよい。導電性材料は、電気比抵抗が１０−１未満、１０−２未満、１０−３未満、１０−５未満、または１０−６Ωｍ未満であるのが好ましい。導電性材料の電気比抵抗は、５×１０−７Ωｍ未満または１×１０−７Ωｍ未満、特にアルミニウムの電気比抵抗の範囲であるのが最も好ましい。
【０１９１】
一般的に、光学センサは、マトリクス状に配置された複数の画素を有する任意の光学センサを含んでいてもよい。上記概説の通り、例示のみを目的として、光学センサは、少なくとも１つの有機材料、好ましくは有機太陽電池、特に好ましくは色素太陽電池または色素増感太陽電池、特に固体色素太陽電池または固体色素増感太陽電池を含む少なくとも１つの半導体検出器、特に有機半導体検出器を備えていてもよい。光学センサは、ＤＳＣもしくはｓＤＳＣであるか、またはＤＳＣもしくはｓＤＳＣを備えるのが好ましい。したがって、光学センサは、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つのｎ半導体金属酸化物と、少なくとも１つの色素と、少なくとも１つのｐ半導体有機材料、好ましくは固体ｐ半導体有機材料と、少なくとも１つの第２の電極とを備えるのが好ましい。好適な一実施形態において、光学センサは、少なくとも１つのＤＳＣ、より好ましくは少なくとも１つのｓＤＳＣを備える。上記概説の通り、上記少なくとも１つの光学センサは、透明な光学センサであるか、または少なくとも１つの透明な光学センサを備えるのが好ましい。したがって、第１の電極および第２の電極の両者は、透明であるのが好ましく、複数の光学センサが設けられている場合は、第１の電極および第２の電極の両者が透明となるように光学センサのうちの少なくとも１つが設計されているのが好ましい。上記概説の通り、光学センサのスタックが設けられている場合は、物体から最も遠い最後の光学センサを除くスタックのすべての光学センサが透明であるのが好ましい。この最後の光学センサは、透明であってもよいし、不透明であってもよい。後者の場合、最後の光学センサは、その物体に対向する電極が透明である一方、その物体に対向しない電極が不透明となるように設計されていてもよい。
【０１９２】
上記概説の通り、検出器は、複数の光学センサを有するのが好ましい。複数の光学センサは、検出器の光軸等に沿って、積み重ねられているのがより好ましい。これにより、光学センサは、光学センサスタックを構成していてもよい。光学センサスタックは、好ましくは光学センサのセンサ領域が光軸と垂直になるように配向していてもよい。これにより、一例としては、一連の光学センサのセンサエリアまたはセンサ表面が平行に配向していてもよく、１０°以下、好ましくは５°以下の角度公差等、わずかな角度公差が許容されていてもよい。
【０１９３】
光学センサが積み重ねられている場合、上記少なくとも１つの横方向光学センサは、好ましくは積み重ねられた光学センサの、物体に対向する側に、全部または一部が配置されていてもよい。上記少なくとも１つの任意選択としての横方向光学センサは、センサスタックの一部であっても差し支えない。一般的には、その他任意の構成も実現可能である。光学センサは、物体から検出器へと進む少なくとも１つの光線が、好ましくは連続してすべての光学センサを照射するように配置されているのが好ましい。光学センサのセンサ信号を正規化するため、一連の縦方向センサ信号が１つの同じ光線により生成される場合、これら一連の縦方向センサ信号の差は一般的に、該一連の光学センサの各センサ領域の位置における光線の断面の差のみに起因するという事実を使用するようにしてもよい。このように、一連の縦方向センサ信号の比較によって、光線の全パワーが未知であっても、ビーム断面に関する情報が生成されるようになっていてもよい。
【０１９４】
さらには、上述の光学センサの積み重ねおよびこれら積み重ねた光学センサによる複数の縦方向センサ信号の生成を評価装置で用いることにより、光線のビーム断面とビーコンデバイスの縦方向座標との間の既知の関係の曖昧さを解消するようにしてもよい。これにより、ビーコンデバイスから検出器まで伝搬する光線のビーム特性の全部または一部が既知であったとしても、多くのビームにおいて、焦点に到達する前にビーム断面が狭まり、その後再び拡がることが分かる。これは、たとえばガウス光線の場合にも当てはまる。このため、光線のビーム断面が最も狭くなる焦点の前後において、光線の断面が同じとなる位置が光線の伝搬軸に沿って現れる。これにより、一例として、焦点前後の距離ｚ０においては、光線の断面が同一である。したがって、使用している光学センサが１つだけの場合、光線の全パワーまたは強度が既知の場合は、光線の特定の断面が決定されるようになっていてもよい。この情報を用いることにより、各光学センサの焦点からの距離ｚ０が決定されるようになっていてもよい。ただし、各光学センサが焦点の前後いずれに配置されているかを判定するには、物体および／もしくは検出器の移動の履歴ならびに／または検出器が焦点の前後いずれに配置されているかに関する情報等、付加情報が必要となる場合がある。通常の状況において、この付加情報は、利用できない場合がある。したがって、複数の光学センサを用いることにより付加情報を取得して、上述の曖昧さを解消するようにしてもよい。このため、縦方向センサ信号を評価することによって、第１の光学センサ上の光線のビーム断面が第２の光学センサ上の光線のビーム断面よりも大きいことを評価装置が認識しており、第２の光学センサが第１の光学センサの後ろに配置されている場合、評価装置は、光線が依然として狭まっており、第１の光学センサの位置が光線の焦点の前であると判定するようにしてもよい。これに対して、第１の光学センサ上の光線のビーム断面が第２の光学センサ上の光線のビーム断面よりも小さい場合、評価装置は、光線が拡がっており、第２の光学センサの位置が焦点の後ろであると判定するようにしてもよい。このように、評価装置は一般的に、異なる縦方向センサの縦方向センサ信号の比較によって、光線が拡がっているか狭まっているかを認識するように構成されていてもよい。
【０１９５】
光学センサスタックは、好ましくは少なくとも３つの光学センサ、より好ましくは少なくとも４つの光学センサ、さらに好ましくは少なくとも５つの光学センサ、さらには少なくとも６つの光学センサを備えていてもよい。光学センサの縦方向センサ信号を追跡することによって、光線のビームプロファイルまでもが評価されるようになっていてもよい。
【０１９６】
本明細書においては、以下のように、光線の直径すなわち光線のビームウェストまたはビームウェストの２倍を用いることにより、特定の位置における光線のビーム断面を特性化するようにしてもよい。上記概説の通り、物体および／または各ビーコンデバイスすなわち光線を放出および／または反射しているビーコンデバイスの縦方向位置とビーム断面との間の既知の関係を用いて、上記少なくとも１つの縦方向センサ信号を評価することにより、ビーコンデバイスの縦方向座標を決定するようにしてもよい。一例としては、上記概説の通り、光線が少なくとも略ガウス状に伝搬することを仮定したガウス関係を使用するようにしてもよい。この目的のため、光線は、既知のガウスプロファイル等の既知の伝搬特性を有する光線を生成する照射光源の使用等によって、適当に成形されていてもよい。このため、当業者には既知の通り、たとえば多種レーザの場合のように既知の特性を有する光線を照射光源自体が生成するようにしてもよい。この追加または代替として、照射光源および／または検出器は、当業者が認識するような既知の特性を有する光線を提供するため、１つもしくは複数のレンズならびに／または１つもしくは複数のダイヤフラム等の１つまたは複数のビーム成形要素等、１つまたは複数の伝達装置を有していてもよい。このように、一例としては、既知のビーム成形特性を有する１つまたは複数の伝達装置等、１つまたは複数の伝達装置が設けられていてもよい。この追加または代替として、上記少なくとも１つの任意選択としての伝達装置等の照射光源および／または検出器は、上記少なくとも１つの横方向光学センサおよび／または上記少なくとも１つの光学センサの励起極大の外側の波長を除去する１つまたは複数のフィルタ要素等、１つまたは複数のフィルタ等の１つまたは複数の波長選択要素を有していてもよい。
【０１９７】
したがって、評価装置は一般的に、光線のビーム断面および／または直径を光線の既知のビーム特性と比較することによって、好ましくは光線の伝搬方向の少なくとも１つの伝搬座標に対する光線のビーム径の既知の依存性および／または光線の既知のガウスプロファイルから、物体の縦方向位置に関する少なくとも１つの情報を決定するように構成されていてもよい。
【０１９８】
上記概説の通り、検出器の少なくとも１つの光学センサまたは画素化センサは、一例として、少なくとも１つの有機光学センサであってもよいし、少なくとも１つの有機光学センサを含んでいてもよい。一例として、上記少なくとも１つの光学センサは、少なくとも１つの色素増感太陽電池（ＤＳＣ）、好ましくは少なくとも１つの固体ＤＳＣすなわちｓＤＳＣ等、少なくとも１つの有機太陽電池であってもよいし、このような有機太陽電池を備えていてもよい。具体的に、上記少なくとも１つの光学センサは、センサ信号が光子密度または光子束によって決まる効果を示し得る少なくとも１つの光学センサであってもよいし、このような光学センサを含んでいてもよい。ＦｉＰセンサにおいては、照射の総パワーｐが同じであるものと仮定すると、センサ信号ｉは一般的に、光子束Ｆすなわち単位面積当たりの光子数によって決まる。言い換えると、上記少なくとも１つの光学センサは、ＦｉＰセンサすなわちセンサ信号を提供可能であり、たとえば画素等の複数のセンサ領域等、少なくとも１つのセンサ領域を有する光学センサとして規定された少なくとも１つの光学センサを含んでいてもよく、センサ信号は、光線によるセンサ領域の照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、照射の形状、特にセンサエリア上の照射のビーム断面によって決まる。この効果を示す光学センサ（ｓＤＳＣ等）の可能な実施形態を含めて、この効果は、国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号明細書、２０１２年１２月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書、２０１３年１月８日に出願された米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書、２０１３年８月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／８６７，１６９号明細書、および２０１３年１２月１８日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／０６１０９５号明細書に、より詳しく開示されている。これらの従来技術文献は、そのすべてを本明細書中に援用するが、これら文献に開示されているようなＦｉＰ効果を示す光学センサの実施形態は、光学センサまたは光学センサのうちの少なくとも１つが画素化されているという事実を除いて、本発明に係る検出器の光学センサとしても使用可能である。したがって、上述の従来技術文献のうちの１つまたは複数において使用されている光学センサは、画素化された様態で、本発明の背景においても使用可能である。画素化は単に、これら光学センサの第１および／または第２の電極の適当なパターン化によって実現されるようになっていてもよい。したがって、上述のＦｉＰ効果を示す画素化光学センサの画素はそれぞれ、それ自体がＦｉＰセンサを構成していてもよい。
【０１９９】
したがって、本発明に係る検出器は具体的に、画素化ＦｉＰカメラすなわち少なくとも１つ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は該光学センサのうちの少なくとも１つが画素化ＦｉＰセンサとして具現化されたカメラとして、全部または一部が具現化されていてもよい。画素化ＦｉＰカメラにおいては、光照射野カメラの構成において上記開示したのと同様の方法で写真が記録されるようになっていてもよい。したがって、検出器は、それぞれが画素化ＦｉＰセンサとして具現化された光学センサのスタックを備えていてもよい。また、レンズからの異なる距離で写真が記録されるようになっていてもよい。これらの写真からは、ＤＦＦおよび／またはＤＦＤ等の手法を用いて奥行きを計算することができる。
【０２００】
ＦｉＰ測定では通常、ＦｉＰ効果を示す有機太陽電池等、２つ以上のＦｉＰセンサが必要となる。異なる電池上の光子密度は、焦点に近い電池と焦点から外れた電池との間の電流比が少なくとも１／１００となるように異なっていてもよい。この比率が１に近い場合は、測定が正確でない可能性がある。
【０２０１】
上記少なくとも１つの評価装置は具体的に、検出器の光軸に平行な線上に配置された異なる光学センサの画素により生成された信号を比較するように具現化されていてもよい。また、光線の光円錐が焦点領域の単一画素に対応していてもよい。焦点から外れた領域においては、光円錐の微小部分のみが該画素に対応する。このため、画素化ＦｉＰセンサのスタックにおいて、焦点から外れたセンサの画素の信号は一般的に、焦点が合っているセンサの画素の信号よりもはるかに小さくなる。結果として、信号比が改善される。物体と検出器との間の距離を計算するため、３つ以上の光学センサを用いて、精度をさらに高くするようにしてもよい。
【０２０２】
したがって、一般的に、上記少なくとも１つの光学センサは、それぞれが少なくとも１つのセンサ領域を有し、少なくとも１つのセンサ信号を提供可能な光学センサの少なくとも１つのスタックを備えていてもよく、センサ信号は、光線によるセンサ領域の照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、照射の形状、特にセンサエリア上の照射のビーム断面によって決まり、評価装置は、上記光学センサのうちの第１の光学センサの少なくとも１つの画素により生成された少なくとも１つのセンサ信号と上記光学センサのうちの第２の光学センサの少なくとも１つの画素により生成された少なくとも１つのセンサ信号とを比較することにより、具体的には物体と検出器との間の距離および／または物体のｚ座標を決定するように構成されていてもよい。評価装置は、画素のセンサ信号を評価するようにさらに構成されていてもよい。したがって、１つまたは複数の評価アルゴリズムを使用するようにしてもよい。この追加または代替として、ＦｉＰセンサ信号値またはその比率ならびに物体の対応するｚ座標および／もしくは物体と検出器との間の対応する距離を含む１つまたは複数のルックアップテーブル等、１つまたは複数のルックアップテーブルの使用等の他の評価手段を使用するようにしてもよい。また、レンズまでの距離および／または光学センサ間の距離を考慮に入れて複数のＦｉＰ信号を分析することにより、光線の拡がり等の光線に関する情報および従来のＦｉＰ距離に関する情報が得られる。
【０２０３】
上記概説の通り、本発明はさらに、ユーザと機械との間で少なくとも１つの情報を交換するマンマシンインターフェースに関する。本提案のマンマシンインターフェースは、上述または以下に詳述する実施形態のうちの１つまたは複数の上記検出器を１人または複数のユーザが用いることにより、情報および／またはコマンドを機械に与えることができるという事実を利用するようにしてもよい。このように、好ましくはマンマシンインターフェースを用いて、制御コマンドを入力するようにしてもよい。
【０２０４】
一般的に、本明細書において、ユーザの少なくとも１つの位置は、全体としてユーザの位置に関する１つもしくは複数の情報ならびに／またはユーザの１つもしくは複数の身体部位を示唆していてもよい。このように、ユーザの位置は、好ましくは検出器の評価装置が提供するユーザの位置に関する１つまたは複数の情報を示唆していてもよい。ユーザ、ユーザの身体部位、またはユーザの複数の身体部位は、少なくとも１つの検出装置が位置を検出可能な１つまたは複数の物体と見なすことができる。ここでは、厳密に１つの検出器が設けられていてもよいし、複数の検出器の組み合わせが設けられていてもよい。一例としては、複数の検出器を設けることにより、ユーザの複数の身体部位の位置の決定および／またはユーザの少なくとも１つの身体部位の位置の決定を行うようにしてもよい。
【０２０５】
上記少なくとも１つの光学センサおよび上記少なくとも１つの評価装置を備えた本発明に係る検出器は、１つまたは複数の他の種類のセンサまたは検出器とさらに組み合わせるようにしてもよい。したがって、画素のマトリクスを有する上記少なくとも１つの光学センサ（以下、単に画素化光学センサおよび／または画素化センサとも称する）および上記少なくとも１つの評価装置を備えた検出器は、少なくとも１つの付加的な検出器をさらに備えていてもよい。上記少なくとも１つの付加的な検出器は、周囲環境の温度および／または明るさ等の周囲環境のパラメータ、検出器の位置および／または方位に関するパラメータ、物体の位置、たとえば空間中の物体の絶対位置および／または物体の方位等、検出する物体の状態を規定するパラメータのうちの少なくとも１つ等、少なくとも１つのパラメータを検出するように構成されていてもよい。したがって、一般的には、本発明の原理を他の測定原理と組み合わせることにより、付加的な情報の取得ならびに／または測定結果の確認もしくは測定誤差もしくはノイズの低減を行うようにしてもよい。
【０２０６】
具体的に、本発明に係る検出器は、少なくとも１つの飛行時間型測定を行って少なくとも１つの物体との間の少なくとも１つの距離を検出するように構成された少なくとも１つの飛行時間型（ＴｏＦ）検出器をさらに備えていてもよい。本明細書において、飛行時間型測定は一般的に、信号が２つの物体間を伝搬するのに必要な時間または信号が１つの物体から第２の物体まで伝搬して戻ってくるのに必要な時間に基づく測定を表す。この場合、信号は具体的に、音響信号または光信号等の電磁信号のうちの１つまたは複数であってもよい。結果として、飛行時間型検出器は、飛行時間型測定を行うように構成された検出器を表す。飛行時間型測定は、市販の距離測定装置または超音波流量計等の市販の流量計等、さまざまな技術分野において周知である。飛行時間型検出器は、飛行時間型カメラとしての具現化も可能である。このような種類のカメラは、光の既知の速度に基づいて物体間の距離を解析可能な距離画像カメラシステムとして市販されている。
【０２０７】
現在入手可能なＴｏＦ検出器は一般的に、任意選択としてＣＭＯＳセンサ等の１つまたは複数の光センサと組み合わせたパルス信号の使用に基づく。また、光センサにより生成されたセンサ信号が積分されるようになっていてもよい。この積分は、２つの異なる時点で開始するようにしてもよい。距離は、これら２つの積分結果の間の相対的な信号強度から計算されるようになっていてもよい。
【０２０８】
さらに、上記概説の通り、ＴｏＦカメラは既知であり、一般的には、本発明の背景においても使用可能である。これらのＴｏＦカメラは、画素化光センサを含んでいてもよい。ただし、一般的には各画素で２つの積分を行える必要があるため、画素の構成は一般的に、非常に複雑であり、市販のＴｏＦカメラの解像度はかなり低い（通常、２００×２００画素）。約４０ｃｍ未満までの距離および数メートルを超える距離は通常、検出が困難または不可能である。さらには、パルスの周期性によって、距離が曖昧になる。１周期内のパルスの相対的なシフトのみを測定するためである。
【０２０９】
独立した装置としてのＴｏＦ検出器には通常、さまざまな欠点および技術的課題がある。したがって、一般的に、ＴｏＦ検出器、より具体的にはＴｏＦカメラは、光路中の雨等の透明な物体に悩まされる。パルスの反射が早過ぎるか、物体が雨滴の後方に隠れるか、または部分反射において、積分により誤った結果が導かれるためである。さらに、測定の誤差を回避するとともにパルスの明確な区別を可能とするため、ＴｏＦ測定には微光条件が好ましい。明るい日光等の明るい光では、ＴｏＦ測定が不可能となる可能性がある。さらに、通常のＴｏＦカメラのエネルギー消費はかなり多い。背面反射してカメラでなお検出できるように、パルスを十分に明るくする必要があるためである。ただし、パルスの明るさは、眼または他のセンサに有害となるか、または２つ以上のＴｏＦ測定が互いに干渉する場合に測定誤差を生じる場合がある。要約すると、現在のＴｏＦ検出器、具体的には現在のＴｏＦカメラには、低解像度、距離測定の曖昧さ、使用範囲の制約、光条件の制約、光路中の透明な物体に対する感度、気象条件に対する感度、および高いエネルギー消費等、いくつかの不都合がある。一般的には、これらの技術的課題によって、自動車の安全用途、日常使用のカメラ、またはマンマシンインターフェース、具体的にはゲーム用途での使用等の日常用途に対する現在のＴｏＦカメラの能力が低下する。
【０２１０】
画素のマトリクスおよび照射画素の数を評価する上述の原理を含む上記少なくとも１つの光学センサを有する本発明に係る検出器と組み合わせて、両システムの利点および能力を有益に組み合わせるようにしてもよい。したがって、検出器が明光条件で利点をもたらす一方、ＴｏＦ検出器は一般的に、微光条件でより良い結果をもたらす。したがって、組み合わせ装置すなわち少なくとも１つのＴｏＦ検出器をさらに具備した本発明に係る検出器は、両方の単一システムと比較して、光の条件に対する公差が高い。これは、自動車または他の車両等における安全用途に特に重要である。
【０２１１】
具体的に、検出器は、少なくとも１つのＴｏＦ測定を用いることにより、本発明に係る検出器を用いて行った少なくとも１つの測定を補正するように設計されていてもよいし、その逆も可能である。さらには、検出器を用いることにより、ＴｏＦ測定の曖昧さを解消するようにしてもよい。具体的には、ＴｏＦ測定の分析が曖昧になる可能性がある場合はいつでも、画素化検出器を用いた測定を行うようにしてもよい。この追加または代替として、画素化検出器を用いた測定を連続して行うことにより、ＴｏＦ測定の曖昧さのために通例は除外される領域までＴｏＦ検出器の作動範囲を拡張するようにしてもよい。また、この追加または代替として、画素化検出器は、より広い範囲または付加的な範囲に対応することにより、より広い領域の距離測定が可能であってもよい。さらには、画素化検出器、具体的には画素化カメラを用いて、エネルギー消費の低減または眼の保護に重要な１つまたは複数の測定領域を決定するようにしてもよい。したがって、画素化検出器は、１つまたは複数の関心領域を検出するように構成されていてもよい。この追加または代替として、画素化検出器は、該検出器が取得するシーン内の１つまたは複数の物体の粗い奥行きマップを決定するのに使用可能であり、この粗い奥行きマップは、１つまたは複数のＴｏＦ測定により、重要な領域で精緻化されるようになっていてもよい。さらに、画素化検出器は、ＴｏＦカメラ等のＴｏＦ検出器を所要の距離領域まで調整するのに使用可能である。これにより、ＴｏＦ測定のパルス長および／または周波数が予め設定されることによって、ＴｏＦ測定における曖昧さの可能性の除去または低減等が可能となる。したがって、一般的には、画素化検出器を用いることにより、ＴｏＦカメラ等のＴｏＦ検出器の自動焦点を行うようにしてもよい。
【０２１２】
上記概説の通り、粗い奥行きマップは、画素化カメラ等の画素化検出器により記録されるようになっていてもよい。さらに、検出器が取得するシーン内の１つまたは複数の物体に関する奥行き情報またはｚ情報を含む粗い奥行きマップは、１つまたは複数のＴｏＦ測定を用いて精緻化されるようになっていてもよい。ＴｏＦ測定は具体的に、重要な領域においてのみ行われるようになっていてもよい。この追加または代替として、粗い奥行きマップは、ＴｏＦ検出器、具体的にはＴｏＦカメラの調整に使用可能である。
【０２１３】
さらには、上記少なくとも１つのＴｏＦ検出器と組み合わせた画素化検出器の使用により、雨または気象条件に対する感度等、検出する物体の性質に対するＴｏＦ検出器の感度または検出器と検出する物体との間の光路内の障害物もしくは媒体に対するＴｏＦ検出器の感度に関する上述の問題が解決されるようになっていてもよい。組み合わせ画素化／ＴｏＦ測定を用いることにより、ＴｏＦ信号からの重要な情報の抽出または複数の透明もしくは半透明層を備えた複雑な物体の測定を行うようにしてもよい。このようにして、ガラス製の物体、結晶、液体構造、相転移、液体運動等が観測されるようになっていてもよい。さらに、画素化検出器と少なくとも１つのＴｏＦ検出器との組み合わせは、雨天でも機能し、検出器全体は一般的に、気象条件に対する依存性が少ない。一例としては、画素化検出器が提供する測定結果を用いることにより、ＴｏＦ測定結果から、雨に起因する誤差を除去するようにしてもよく、これにより具体的には、自動車または他の車両等における安全用途に対してこの組み合わせが有用となる。
【０２１４】
本発明に係る検出器に対する少なくとも１つのＴｏＦ検出器の実装は、さまざまに実現されるようになっていてもよい。したがって、上記少なくとも１つの画素化検出器および上記少なくとも１つのＴｏＦ検出器は、同じ光路内に並んで配置されていてもよい。一例としては、少なくとも１つのＴｏＦ検出器の前方に少なくとも１つの透明な画素化検出器が配置されていてもよい。この追加または代替として、画素化検出器およびＴｏＦ検出器に別個の光路または分割された光路を使用するようにしてもよい。ここでは、一例として、上掲またはより詳しく以下に挙げるビーム分割要素のうちの１つまたは複数等、１つまたは複数のビーム分割要素により光路が分離されていてもよい。一例としては、波長選択要素によりビーム経路が分離されていてもよい。これにより、たとえばＴｏＦ検出器が赤外光を利用し、画素化検出器が異なる波長の光を利用するようになっていてもよい。この例において、ＴｏＦ検出器の赤外光は、ホットミラー等の波長選択性ビーム分割要素を用いることにより分離されていてもよい。この追加または代替として、画素化検出器を使用した測定に用いられる光線およびＴｏＦ測定に用いられる光線は、１つもしくは複数の半透明ミラー、ビーム分割立方体、偏光ビームスプリッタ、またはこれらの組み合わせ等、１つまたは複数のビーム分割要素により分離されていてもよい。さらに、上記少なくとも１つの画素化検出器および上記少なくとも１つのＴｏＦ検出器は、異なる光学経路を用いた同じ装置において互いに隣接して配置されていてもよい。また、その他さまざまな構成も実現可能である。
【０２１５】
上記少なくとも１つの任意選択としてのＴｏＦ検出器は、基本的には本発明に係る検出器の実施形態のうちのいずれかと組み合わせ可能である。具体的に、上記少なくとも１つのＴｏＦ検出器は、単一のＴｏＦ検出器またはＴｏＦカメラであってもよいが、単一の光学センサまたはセンサスタック等の複数の光学センサと組み合わせ可能である。さらに、検出器は、ＣＣＤチップおよび／またはＣＭＯＳチップ、好ましくは１つもしくは複数のフルカラーＣＣＤチップまたはフルカラーＣＭＯＳチップといった１つまたは複数の無機撮像装置等、１つまたは複数の撮像装置を備えていてもよい。この追加または代替として、検出器は、１つまたは複数のサーモグラフィカメラをさらに備えていてもよい。
【０２１６】
上記概説の通り、マンマシンインターフェースは、ユーザへの直接的または間接的な取り付けおよびユーザによる保持のうちの少なくとも１つが行われるように構成された複数のビーコンデバイスを備えていてもよい。したがって、ビーコンデバイスはそれぞれ、適当な固定装置等の任意適当な手段によってユーザに独立して取り付けられていてもよい。この追加または代替として、ユーザは、少なくとも１つのビーコンデバイスまたはビーコンデバイスのうちの１つもしくは複数の保持ならびに／または手中での携行ならびに／または少なくとも１つのビーコンデバイスおよび／もしくはビーコンデバイスを含む衣服の身体部位への着用による携行を行うようにしてもよい。
【０２１７】
ビーコンデバイスは一般的に、少なくとも１つの検出器が検出可能な任意の装置および／または少なくとも１つの検出器による検出を容易化する任意の装置であってもよい。したがって、上記概説またはより詳しく以下に概説する通り、ビーコンデバイスは、少なくとも１つの光線を生成する１つまたは複数の照射光源を有すること等により、検出器が検出する少なくとも１つの光線を生成するように構成された能動ビーコンデバイスであってもよい。この追加または代替として、ビーコンデバイスは、別個の照射光源が生成した光線を反射するように構成された１つまたは複数の反射要素の提供等によって、全部または一部が受動ビーコンデバイスとして設計されていてもよい。上記少なくとも１つのビーコンデバイスは、ユーザへの直接的または間接的な取り付けならびに／またはユーザによる携行もしくは保持が永久的または一時的に行われるようになっていてもよい。また、１つもしくは複数の取り付け手段の使用ならびに／またはユーザの手による少なくとも１つのビーコンデバイスの保持および／もしくはユーザによるビーコンデバイスの着用等のユーザ自身による取り付けを行うようにしてもよい。
【０２１８】
この追加または代替として、ビーコンデバイスは、ユーザが保持する物体への取り付けおよび組み込みの少なくとも一方が行われるようになっていてもよく、これは、本発明の意味において、ユーザがビーコンデバイスを保持する選択肢の意味に含まれるものとする。したがって、より詳しく以下に概説する通り、ビーコンデバイスは、マンマシンインターフェースの一部としてユーザが保持または携行可能であり、検出装置がその方位を認識可能な制御要素に取り付けられていてもよいし、組み込まれていてもよい。このため、本発明は一般的に、本発明に係る少なくとも１つの検出装置を備えるとともに、少なくとも１つの物体をさらに備えることができ、ビーコンデバイスが、物体への取り付け、物体による保持、または物体への組み込みのうちの少なくとも１つが行われたものである検出システムにも言及する。一例として、物体は、好ましくはユーザがその方位を認識可能な制御要素を構成していてもよい。したがって、検出システムは、上記概説またはより詳しく以下に概説する通り、マンマシンインターフェースの一部であってもよい。一例として、ユーザは、特定の方法で制御要素を取り扱うことにより、１つまたは複数のコマンドの機械への送信等、１つまたは複数の情報の機械への送信を行うようにしてもよい。
【０２１９】
あるいは、他の方法で検出システムを使用するようにしてもよい。これにより、一例として、検出システムの物体は、ユーザまたは該ユーザの身体部位と異なっていてもよく、一例として、ユーザから独立して動く物体であってもよい。一例としては、装置ならびに／または製造プロセスおよび／もしくはロボットプロセス等の産業プロセスの制御にこの検出システムを使用するようにしてもよい。これにより、一例として、物体は、検出システムを用いて方位を検出可能な機械および／またはロボットアーム等の機械の一部であってもよい。
【０２２０】
マンマシンインターフェースは、ユーザまたはユーザの少なくとも１つの身体部位の位置に関する少なくとも１つの情報を検出装置が生成するように構成されていてもよい。具体的に、上記少なくとも１つのビーコンデバイスのユーザへの取り付け様態が既知である場合は、この少なくとも１つのビーコンデバイスの位置を評価することによって、ユーザまたはユーザの身体部位の位置および／または方位に関する少なくとも１つの情報が得られるようになっていてもよい。
【０２２１】
ビーコンデバイスは、ユーザの身体または身体部位に取り付け可能なビーコンデバイスおよびユーザが保持可能なビーコンデバイスの一方であるのが好ましい。上記概説の通り、ビーコンデバイスは、全部または一部が能動ビーコンデバイスとして設計されていてもよい。これにより、ビーコンデバイスは、検出器まで透過する少なくとも１つの光線、好ましくは既知のビーム特性を有する少なくとも１つの光線を生成するように構成された少なくとも１つの照射光源を備えていてもよい。この追加または代替として、ビーコンデバイスは、照射光源が生成した光を反射することにより、検出器まで透過する反射光線を生成するように構成された少なくとも１つの反射器を備えていてもよい。
【０２２２】
検出システムの一部を構成可能な物体は一般的に、任意の形状を有していてもよい。上記概説の通り、検出システムの一部である物体は、好ましくは手動等によりユーザが取り扱い可能な制御要素であってもよい。一例として、制御要素は、グローブ、ジャケット、帽子、靴、ズボン、およびスーツ、手に持てる杖、バット、クラブ、ラケット、ステッキ、モデルガン等の玩具、から成る群から選択される少なくとも１つの要素であってもよいし、このような要素を含んでいてもよい。これにより、一例として、検出システムは、マンマシンインターフェースおよび／または娯楽装置の一部であってもよい。
【０２２３】
本明細書において、娯楽装置は、以下で１人または複数のプレーヤとも称する１人または複数のユーザの余暇および／または娯楽の目的に適合し得る装置である。一例として、娯楽装置は、ゲーム、好ましくはコンピュータゲームの目的に適合し得る。したがって、娯楽装置は、コンピュータ、コンピュータネットワーク、またはコンピュータシステムに実装されていてもよいし、１つまたは複数のゲームソフトウェアプログラムを動作させるコンピュータ、コンピュータネットワーク、またはコンピュータシステムを備えていてもよい。
【０２２４】
娯楽装置は、上記開示の実施形態のうちの１つもしくは複数ならびに／または以下に開示の実施形態のうちの１つもしくは複数等、本発明に係る少なくとも１つのマンマシンインターフェースを備える。娯楽装置は、マンマシンインターフェースによって、プレーヤが少なくとも１つの情報を入力できるように設計されている。上記少なくとも１つの情報は、娯楽装置のコントローラおよび／もしくはコンピュータへの送信ならびに／または娯楽装置のコントローラおよび／もしくはコンピュータによる使用がなされるようになっていてもよい。
【０２２５】
上記少なくとも１つの情報には、好ましくはゲームの成り行きに影響を及ぼすように構成された少なくとも１つのコマンドを含んでいてもよい。これにより、一例として、上記少なくとも１つの情報には、プレーヤならびに／またはプレーヤの１つもしくは複数の身体部位の少なくとも１つの方位に関する少なくとも１つの情報を含むことにより、ゲームに必要な特定の位置および／または方位および／または動作をプレーヤがシミュレーション可能となる。一例としては、ダンス、ランニング、ジャンプ、ラケットスイング、バットスイング、クラブスイング、物体による別の物体の指向、たとえばモデルガンによるターゲットの指向等の１つまたは複数の動きのシミュレーションがなされ、娯楽装置のコントローラおよび／またはコンピュータに伝達されるようになっていてもよい。
【０２２６】
娯楽装置の一部または全体、好ましくは娯楽装置のコントローラおよび／またはコンピュータは、この情報に従って娯楽機能を変更するように設計されている。したがって、上記概説の通り、上記少なくとも１つの情報に従って、ゲームの成り行きが影響を受ける場合がある。したがって、娯楽装置は、上記少なくとも１つの検出器の評価装置から分離可能ならびに／または少なくとも１つの評価装置と全部もしくは一部が同一または少なくとも１つの評価装置を含み得る１つまたは複数のコントローラを具備していてもよい。上記少なくとも１つのコントローラは、好ましくは１つまたは複数のコンピュータおよび／またはマイクロコントローラ等、１つまたは複数のデータ処理装置を具備していてもよい。
【０２２７】
本明細書においてさらに、追跡システムは、少なくとも１つの物体および／または物体の少なくとも１つの部分の過去の一連の位置に関する情報を収集するように構成された装置である。また、追跡システムは、少なくとも１つの物体または物体の少なくとも１つの部分の少なくとも１つの将来予測位置および／または方位に関する情報を提供するように構成されていてもよい。追跡システムは、電子装置、好ましくは少なくとも１つのデータ処理装置、より好ましくは少なくとも１つのコンピュータまたはマイクロコントローラとして全部または一部を具現化可能な少なくとも１つの追跡制御装置を有していてもよい。また、上記少なくとも１つの追跡制御装置は、上記少なくとも１つの評価装置の全部もしくは一部を含むこと、および／または上記少なくとも１つの評価装置の一部であること、および／または上記少なくとも１つの評価装置の全部または一部と同一であることが可能である。
【０２２８】
追跡システムは、上掲の実施形態のうちの１つもしくは複数ならびに／または以下の実施形態のうちの１つもしくは複数に開示の少なくとも１つの検出器等、本発明に係る少なくとも１つの検出器を備える。追跡システムは、少なくとも１つの追跡制御装置をさらに備える。追跡制御装置は、それぞれが少なくとも１つの位置情報および少なくとも１つの時間情報を含むデータ群またはデータ対の記録等によって、特定の時点における物体の一連の位置を追跡するように構成されている。
【０２２９】
追跡システムは、本発明に係る少なくとも１つの検出システムをさらに備えていてもよい。したがって、少なくとも１つの検出器、少なくとも１つの評価装置、および任意選択としての少なくとも１つのビーコンデバイスのほか、追跡システムは、上記ビーコンデバイスまたは少なくとも１つのビーコンデバイスを含む少なくとも１つの制御要素等、物体自体または物体の一部をさらに備えていてもよく、この制御要素は、追跡する物体に対して直接的または間接的に取り付けまたは組み込み可能である。
【０２３０】
追跡システムは、該追跡システム自体ならびに／または１つもしくは複数の別個の装置の１つまたは複数の動作を開始するように構成されていてもよい。後者の目的のため、追跡システム、好ましくは追跡制御装置は、少なくとも１つの動作を開始する１つもしくは複数の無線インターフェースおよび／もしくは有線インターフェースならびに／または他の種類の制御接続を有していてもよい。上記少なくとも１つの追跡制御装置は、好ましくは物体の少なくとも１つの実際の位置に従って、少なくとも１つの動作を開始するように構成されていてもよい。一例として、この動作は、物体の将来位置の予測、少なくとも１つの装置による物体の指向、少なくとも１つの装置による検出器の指向、物体の照射、検出器の照射、から成る群から選択されるようになっていてもよい。
【０２３１】
追跡システムの用途の一例として、該追跡システムは、少なくとも１つの第１の物体および／または少なくとも１つの第２の物体が移動する場合であっても、該第１の物体によって該第２の物体を連続的に指向するのに使用可能である。また、ロボット等の産業用途ならびに／または製造ラインもしくは組み立てラインにおける製造中等に物品が移動する際でも該物品に連続的に作業を行う場合において、可能な例が見られる。この追加または代替として、追跡システムは、物体が移動している場合であっても照射光源によって該物体を連続的に指向することにより該物体を連続的に照射する場合等、照射目的で使用するようにしてもよい。また、送信機によって移動物体を指向することにより該移動物体に対して連続的に情報を送信する場合等、通信システムにおいても別の用途が見られる。
【０２３２】
上記任意選択としての伝達装置は、上記説明の通り、物体から検出器まで伝搬する光を、好ましくは連続して光学センサに供給するように設計可能である。上記説明の通り、この供給は任意選択として、伝達装置の結像特性あるいは非結像特性により実現可能である。特に、伝達装置は、光学センサへの供給前に、電磁放射を収集するようにも設計可能である。また、上記任意選択としての伝達装置の全体または一部は、より詳しく以下に説明する通り、たとえば少なくとも１つのガウスビーム等、規定または正確に既知のビームプロファイル等の規定の光学特性を有する光線、特に既知のビームプロファイルを有する少なくとも１つのレーザビームを供給するように設計された少なくとも１つの任意選択としての照射光源の構成要素とすることができる。
【０２３３】
上記任意選択としての照射光源の可能な実施形態については、国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号明細書を参照可能である。さらに、他の実施形態も実現可能である。物体から出る光は、該物体自体を起点とすることができるが、任意選択として、別の起点を有し、この起点から物体へと伝搬した後、横方向および／または縦方向光学センサへと向かうようにすることも可能である。後者の場合は、たとえば少なくとも１つの照射光源を用いることによって実現可能である。この照射光源は、たとえば環境照射光源および／または人工照射光源とすることもできるし、このような光源を含むこともできる。一例として、検出器自体は、少なくとも１つのレーザおよび／または少なくとも１つの白熱灯および／または少なくとも１つの発光ダイオード、特に有機および／または無機発光ダイオード等の少なくとも１つの半導体照射光源等、少なくとも１つの照射光源を備えることができる。照射光源またはその一部としては、ビームプロファイルおよび他の取り扱い特性が大略規定されていることから、１つまたは複数のレーザの使用が特に好ましい。照射光源自体は、検出器の構成要素とすることもできるし、検出器とは独立に構成することもできる。また、照射光源は、特に検出器、たとえば検出器のハウジングに組み込み可能である。また、この代替または追加として、少なくとも１つの照射光源は、少なくとも１つのビーコンデバイスまたはビーコンデバイスのうちの１つもしくは複数ならびに／または物体への組み込みまたは物体との接続もしくは空間結合が可能である。
【０２３４】
したがって、ビーコンデバイスから出る光は、代替または追加として、前記光が各ビーコンデバイス自体を起点とする任意選択により、照射光源からの出射および／または照射光源による励起が可能である。一例として、ビーコンデバイスから出る電磁光は、該ビーコンデバイス自体による放出および／または該ビーコンデバイスによる反射および／または該ビーコンデバイスによる散乱の後、検出器に供給可能である。この場合、電磁放射の放出および／もしくは散乱は、電磁放射のスペクトルの影響がなくても、または該影響があっても実現可能である。これにより、一例として、散乱中には、たとえばストークスまたはラマンによる波長シフトも発生する可能性がある。さらには、たとえば主照射光源により、たとえば物体または物体の部分領域の励起による発光、特にリン光および／または蛍光の発生によって、光の放出が励起可能である。原理上は、他の放出プロセスも可能である。反射が起こると、物体は、たとえば少なくとも１つの反射領域、特に少なくとも１つの反射表面を有することができる。前記反射表面は、物体自体の一部とすることができるが、たとえば物体に接続された反射板等、物体に接続または空間結合された反射器とすることも可能である。少なくとも１つの反射器を使用する場合は、たとえば検出器の他の構成要素とは独立に、物体に接続された該検出器の一部と見なすこともできる。
【０２３５】
ビーコンデバイスおよび／または上記少なくとも１つの任意選択としての照射光源は互いに独立して、一般的に、紫外スペクトル域（好ましくは２００ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲）、可視スペクトル域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）、赤外スペクトル域（好ましくは７８０ｎｍ〜３．０マイクロメートルの範囲）のうちの少なくとも１つの光を放出するようにしてもよい。上記少なくとも１つの照射光源は、可視スペクトル域、好ましくは５００ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲、最も好ましくは６５０ｎｍ〜７５０ｎｍまたは６９０ｎｍ〜７００ｎｍの光を放出するように構成されているのが最も好ましい。
【０２３６】
光学センサへの光の供給は、特に、たとえば円形、長円形、または異なる構成の断面を有する光スポットが光学センサの任意選択としてのセンサエリアに生成されるように実現可能である。一例として、検出器は、物体を検出可能な視程、特に立体角範囲および／または空間的範囲を有することができる。上記任意選択としての伝達装置は、たとえば検出器の視程内に配置された物体の場合に、光学センサのセンサ領域および／またはセンサエリアに光スポットが完全に配置されるように設計されているのが好ましい。一例としては、この条件を保証する対応サイズを有するようにセンサエリアを選定可能である。
【０２３７】
評価装置は特に、物体の位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように設計可能な少なくとも１つのデータ処理装置、特に電子データ処理装置を備えることができる。したがって、評価装置は、光学センサの照射画素または各光学センサの数を入力変数として使用するとともに、これらの入力変数を処理することによって、物体の位置に関する少なくとも１つの情報を生成するように設計されていてもよい。この処理は、並列、連続、あるいは組み合わせて実行可能である。評価装置は、少なくとも１つの格納および／または既知関係の計算および／または使用等によって、これらの情報を生成する任意のプロセスを使用するようにしてもよい。この関係は、所定の分析的な関係とすることもできるし、経験的、分析的、または半経験的に決定可能または決定できる可能性もある。特に、この関係は、少なくとも１つの校正曲線、少なくとも１つの校正曲線集合、少なくとも１つの関数、またはこれらの可能性の組み合わせを含むのが好ましい。たとえばデータ記憶装置および／またはテーブルには、たとえば値集合およびその関連する関数値の形態で、１つまたは複数の校正曲線を格納可能である。ただし、この代替または追加として、上記少なくとも１つの校正曲線は、たとえばパラメータ化形態での格納および／または関数方程式としての格納も可能である。
【０２３８】
一例として、評価装置は、情報を決定するためのプログラミングに関して設計可能である。評価装置は特に、少なくとも１つのマイクロコンピュータ等の少なくとも１つのコンピュータを備えることができる。さらに、評価装置は、１つまたは複数の揮発性または不揮発性データメモリを備えることができる。データ処理装置、特に少なくとも１つのコンピュータの代替または追加として、評価装置は、電子テーブル、特に少なくとも１つのルックアップテーブルおよび／または少なくとも１つの特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等、情報を決定するように設計された１つまたは複数の別の電子構成要素を備えることができる。
【０２３９】
概して、本発明の背景においては、以下の実施形態が好適と見なされる。
【０２４０】
実施形態１：少なくとも１つの物体の位置を決定する検出器であって、
少なくとも１つの光学センサであり、物体から該検出器へと進む光線を検出するように構成され、画素の少なくとも１つのマトリクスを有する、光学センサと、
少なくとも１つの評価装置であり、光線により照射された光学センサの画素の強度分布を決定するように構成され、該強度分布を用いることにより、物体の少なくとも１つの縦方向座標を決定するようにさらに構成された、評価装置と、
を備えた、検出器。
【０２４１】
実施形態２：評価装置が、強度分布と縦方向座標との間の所定の関係を用いることにより、物体の縦方向座標を決定するように構成された、実施形態１に記載の検出器。
【０２４２】
実施形態３：強度分布が、
光学センサの光軸に垂直な平面における各画素の横方向位置の関数としての強度、
画素座標の関数としての強度、
強度の関数としての特定の強度を有する画素の数＃の分布、
のうちの１つまたは複数を含む、実施形態１または２に記載の検出器。
【０２４３】
実施形態４：強度分布が、ガウス光線による照射の強度分布を近似したものである、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の検出器。
【０２４４】
実施形態５：評価装置が、強度分布を近似した少なくとも１つの強度分布関数を決定するように構成された、実施形態１〜４のいずれか１つに記載の検出器。
【０２４５】
実施形態６：評価装置が、縦方向座標と強度分布関数および／または該強度分布関数から導出される少なくとも１つのパラメータとの間の所定の関係を用いることにより、物体の縦方向座標を決定するように構成された、実施形態５に記載の検出器。
【０２４６】
実施形態７：強度分布関数が、光線のビーム形状関数である、実施形態５または６に記載の検出器。
【０２４７】
実施形態８：強度分布関数が、光学センサの画素の少なくとも一部に含まれる強度情報を近似した２次元または３次元の数学関数を含む、実施形態５〜７のいずれか１つに記載の検出器。
【０２４８】
実施形態９：２次元または３次元の数学関数が、画素のマトリクスの少なくとも１つの画素座標の関数を含む、実施形態８に記載の検出器。
【０２４９】
実施形態１０：マトリクスの画素の画素位置が、ｘ、ｙを画素座標として（ｘ，ｙ）により規定され、２次元または３次元の数学関数が、ｆ（ｘ）、ｆ（ｙ）、ｆ（ｘ，ｙ）から成る群から選択される１つまたは複数の関数を含む、実施形態８または９に記載の検出器。
【０２５０】
実施形態１１：２次元または３次元の数学関数が、釣鐘型関数、ガウス分布関数、ベッセル関数、エルミート−ガウス関数、ラゲール−ガウス関数、ローレンツ分布関数、二項分布関数、ポアソン分布関数から成る群から選択される、実施形態８〜１０のいずれか１つに記載の検出器。
【０２５１】
実施形態１２：複数の平面において強度分布を決定するように構成され、好ましくは平面それぞれについて強度分布を決定するように構成され、平面が、好ましくは検出器の光軸に垂直であり、該複数の平面が、好ましくは光軸に沿って互いにオフセットしている、実施形態１〜１１のいずれか１つに記載の検出器。
【０２５２】
実施形態１３：複数の光学センサ、具体的には光学センサのスタックを備えた、実施形態１２に記載の検出器。
【０２５３】
実施形態１４：評価装置が、光軸に沿った縦方向座標の関数として強度分布の変化を評価することにより、物体の縦方向座標を決定するように構成された、実施形態１２または１３に記載の検出器。
【０２５４】
実施形態１５：評価装置が、それぞれ平面のうちの１つにおける強度分布を近似した複数の強度分布関数を決定するように構成され、該複数の強度分布関数から、物体の縦方向座標を導出するようにさらに構成された、実施形態１２〜１４のいずれか１つに記載の検出器。
【０２５５】
実施形態１６：強度分布関数がそれぞれ、各平面における光線のビーム形状関数である、実施形態１５に記載の検出器。
【０２５６】
実施形態１７：評価装置が、各強度分布関数から少なくとも１つのビームパラメータを導出するように構成された、実施形態１５または１６に記載の検出器。
【０２５７】
実施形態１８：評価装置が、光軸に沿った縦方向座標の関数として上記少なくとも１つのビームパラメータの変化を評価することにより、物体の縦方向座標を決定するように構成された、実施形態１７に記載の検出器。
【０２５８】
実施形態１９：上記少なくとも１つのビームパラメータが、ビーム径、ビームウェスト、ガウスビームパラメータから成る群から選択される、実施形態１７または１８に記載の検出器。
【０２５９】
実施形態２０：評価装置が、ビームパラメータと縦方向座標との間の所定の関係を用いることにより、物体の縦方向座標を決定するように構成された、実施形態１７〜１９のいずれか１つに記載の検出器。
【０２６０】
実施形態２１：光学センサが、画素それぞれの照射強度を示す少なくとも１つの信号を生成するように構成された、実施形態１〜２０のいずれか１つに記載の検出器。
【０２６１】
実施形態２２：評価装置が、画素それぞれについて、信号を少なくとも１つの閾値と比較することにより、該画素が照射された画素であるか否かを判定するように構成された、実施形態１３〜２１のいずれか１つに記載の検出器。
【０２６２】
実施形態２３：評価装置が、画素の信号を比較することによって、該画素のうちの最大照射の少なくとも１つの画素を決定するように構成された、実施形態２２に記載の検出器。
【０２６３】
実施形態２４：評価装置が、最大照射の少なくとも１つの画素の信号の割合として、閾値を選定するようにさらに構成された、実施形態２３に記載の検出器。
【０２６４】
実施形態２５：評価装置が、最大照射の少なくとも１つの画素の信号に係数１／ｅ２を乗算することによって閾値を選定するように構成された、実施形態２４に記載の検出器。
【０２６５】
実施形態２６：強度分布の決定が、光線により照射された光学センサの画素の数Ｎの決定を含み、物体の少なくとも１つの縦方向座標の決定が、光線により照射された画素の数Ｎの使用を含む、実施形態１〜２５のいずれか１つに記載の検出器。
【０２６６】
実施形態２７：評価装置が、光線により照射された画素の数Ｎと縦方向座標との間の所定の関係を用いることにより、物体の縦方向座標を決定するように構成された、実施形態２６に記載の検出器。
【０２６７】
実施形態２８：上記所定の関係が、光線がガウス光線であるという仮定に基づく、実施形態２７に記載の検出器。
【０２６８】
実施形態２９：上記所定の関係が、
【数６】
2016529473.tif 000008
であって、
ここで、ｚは、縦方向座標であり、
ｗ０は、光線が空間中を伝搬する際の最小ビーム半径であり、
ｚ０は、光線のレイリー長であって、ｚ０＝π・ｗ０２／λであるとともに、λは光線の波長である、実施形態２７または２８に記載の検出器。
【０２６９】
実施形態３０：画素のマトリクスが、２次元マトリクスである、実施形態１〜２９のいずれか１つに記載の検出器。
【０２７０】
実施形態３１：画素のマトリクスが、矩形マトリクスである、実施形態１〜３０のいずれか１つに記載の検出器。
【０２７１】
実施形態３２：複数の光学センサを備えた、実施形態１〜３１のいずれか１つに記載の検出器。
【０２７２】
実施形態３３：光学センサが、検出器の光軸に沿って積み重ねられた、実施形態３２に記載の検出器。
【０２７３】
実施形態３４：ｎ個の光学センサを備え、ｎが、好ましくは正の整数であり、評価装置が、光学センサそれぞれについて、光線により照射された画素の数Ｎｉを決定するように構成されており、ｉ∈｛１，ｎ｝が、各光学センサを示す、実施形態３２または３３に記載の検出器。
【０２７４】
実施形態３５：評価装置が、各光学センサについて、光線により照射された画素の数Ｎｉを少なくとも１つの隣接する光学センサと比較することにより、物体の縦方向座標の曖昧さを解消するように構成された、実施形態３２〜３４のいずれか１つに記載の検出器。
【０２７５】
実施形態３６：評価装置が、光線のパワーに関して、光学センサのセンサ信号を正規化するように構成された、実施形態３２〜３５のいずれか１つに記載の検出器。
【０２７６】
実施形態３７：光学センサのうちの少なくとも１つが、透明である、実施形態３２〜３６のいずれか１つに記載の検出器。
【０２７７】
実施形態３８：光学センサのうちの少なくとも２つが、異なるスペクトル感度を有し、評価装置が、スペクトル感度が異なる光学センサのセンサ信号を比較することによって、光線の色を決定するように構成された、実施形態３２〜３７のいずれか１つに記載の検出器。
【０２７８】
実施形態３９：評価装置が、画素のマトリクス上での光線の位置を決定することにより、物体の少なくとも１つの横方向座標を決定するようにさらに構成された、実施形態１〜３８のいずれか１つに記載の検出器。
【０２７９】
実施形態４０：評価装置が、光線によるマトリクスの照射の中心を決定するように構成され、物体の少なくとも１つの横方向座標が、照射の中心の少なくとも１つの座標を評価することによって決定される、実施形態３９に記載の検出器。
【０２８０】
実施形態４１：照射の中心の座標が、照射の中心の画素座標である、実施形態４０に記載の検出器。
【０２８１】
実施形態４２：評価装置が、物体の少なくとも１つの３次元位置を与えるように構成された、実施形態３９〜４１のいずれか１つに記載の検出器。
【０２８２】
実施形態４３：評価装置が、検出器により取得されたシーンの少なくとも１つの３次元画像を提供するように構成された、実施形態４０〜４２のいずれか１つに記載の検出器。
【０２８３】
実施形態４４：光線を光学センサ上に案内するように構成された少なくとも１つの伝達装置をさらに備えた、実施形態１〜４３のいずれか１つに記載の検出器。
【０２８４】
実施形態４５：伝達装置が、結像特性を有する、実施形態４４に記載の検出器。
【０２８５】
実施形態４６：伝達装置が、レンズ、ミラー、プリズム、波長選択要素、ダイヤフラムから成る群から選択される少なくとも１つの要素を備えた、実施形態４４または４５に記載の検出器。
【０２８６】
実施形態４７：光学センサが、少なくとも１つの有機光起電装置を備えた、実施形態１〜４６のいずれか１つに記載の検出器。
【０２８７】
実施形態４８：光学センサが、少なくとも１つのパターン化電極を有する少なくとも１つの色素増感太陽電池を備えた、実施形態１〜４７のいずれか１つに記載の検出器。
【０２８８】
実施形態４９：光学センサが、少なくとも１つの第１の電極、少なくとも１つの第２の電極、および第１の電極と第２の電極との間に埋め込まれた少なくとも１つの感光層を備えた、実施形態１〜４８のいずれか１つに記載の検出器。
【０２８９】
実施形態５０：第１の電極が、複数の第１の電極ストライプを備え、第２の電極が、複数の第２の電極ストライプを備え、第１の電極ストライプが、第２の電極ストライプに対して垂直に配向した、実施形態４９に記載の検出器。
【０２９０】
実施形態５１：光学センサが、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つのｎ半導体金属酸化物と、少なくとも１つの色素と、少なくとも１つのｐ半導体有機材料、好ましくは固体ｐ半導体有機材料と、少なくとも１つの第２の電極とを備え、上記少なくとも１つのｎ半導体金属酸化物、少なくとも１つの色素、および少なくとも１つのｐ半導体有機材料が、第１の電極と第２の電極との間に埋め込まれた、実施形態１〜５０のいずれか１つに記載の検出器。
【０２９１】
実施形態５２：第１の電極および第２の電極の両者が透明である、実施形態５１に記載の検出器。
【０２９２】
実施形態５３：第１の電極および第２の電極の少なくとも一方が、パターン化電極である、実施形態５１または５２に記載の検出器。
【０２９３】
実施形態５４：第１の電極が、複数の第１の電極ストライプを備え、第２の電極が、複数の第２の電極ストライプを備え、第１の電極ストライプが、第２の電極ストライプに対して垂直に配向した、実施形態５１〜５３のいずれか１つに記載の検出器。
【０２９４】
実施形態５５：第１の電極および第２の電極の少なくとも一方が、導電性ポリマーを含む、実施形態５１〜５４のいずれか１つに記載の検出器。
【０２９５】
実施形態５６：光学センサの少なくとも１つのスタックを備え、該検出器の視野内のシーンの３次元画像を取得するように構成された、実施形態１〜５５のいずれか１つに記載の検出器。
【０２９６】
実施形態５７：スタックの光学センサが、異なるスペクトル特性を有する、実施形態５６に記載の検出器。
【０２９７】
実施形態５８：スタックが、第１のスペクトル感度を有する少なくとも１つの第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つの第２の光学センサとを備え、第１のスペクトル感度と第２のスペクトル感度とが異なる、実施形態５７に記載の検出器。
【０２９８】
実施形態態５９：スタックが、スペクトル特性が交互に異なる光学センサを備えた、実施形態５７または５８に記載の検出器。
【０２９９】
実施形態６０：スペクトル特性が異なる光学センサのセンサ信号を評価することにより、多色３次元画像、好ましくはフルカラー３次元画像を取得するように構成された、実施形態５７〜５９のいずれか１つに記載の検出器。
【０３００】
実施形態６１：少なくとも１つの飛行時間型測定を行うことにより、少なくとも１つの物体と該検出器との間の少なくとも１つの距離を検出するように構成された少なくとも１つの飛行時間型検出器をさらに備えた、実施形態１〜６０のいずれか１つに記載の検出器。
【０３０１】
実施形態６２：上記少なくとも１つの光学センサが、少なくとも１つのセンサ領域を有し、少なくとも１つのセンサ信号を提供可能な少なくとも１つの光学センサを含み、センサ信号が、光線によるセンサ領域の照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、照射の形状、特にセンサエリア上の照射のビーム断面によって決まる、実施形態１〜６１のいずれか１つに記載の検出器。
【０３０２】
実施形態６３：上記少なくとも１つの光学センサが、それぞれが少なくとも１つのセンサ領域を有し、少なくとも１つのセンサ信号を提供可能な光学センサの少なくとも１つのスタックを備え、センサ信号が、光線によるセンサ領域の照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、照射の形状、特にセンサエリア上の照射のビーム断面によって決まり、評価装置が、光学センサのうちの第１の光学センサの少なくとも１つの画素により生成された少なくとも１つのセンサ信号と光学センサのうちの第２の光学センサの少なくとも１つの画素により生成された少なくとも１つのセンサ信号とを比較するように構成された、実施形態１〜６２のいずれか１つに記載の検出器。
【０３０３】
実施形態６４：少なくとも１つの物体の位置を決定する検出システムであって、実施形態１〜６３のいずれか１つに記載の少なくとも１つの検出器を備え、少なくとも１つの光線を検出器へと案内するように構成された少なくとも１つのビーコンデバイスをさらに備え、ビーコンデバイスが、物体への取り付け、物体による保持、および物体への組み込みのうちの少なくとも１つが可能である、検出システム。
【０３０４】
実施形態６５：ビーコンデバイスが、少なくとも１つの照射光源を備えた、実施形態６４に記載の検出システム。
【０３０５】
実施形態６６：ビーコンデバイスが、照射光源が発する主光線を物体から独立して反射するように構成された少なくとも１つの反射装置を備えた、実施形態６４または６５に記載の検出システム。
【０３０６】
実施形態６７：少なくとも２つのビーコンデバイス、好ましくは少なくとも３つのビーコンデバイスを備えた、実施形態６４〜６６のいずれか１つに記載の検出システム。
【０３０７】
実施形態６８：上記少なくとも１つの物体をさらに備えた、実施形態６４〜６７のいずれか１つに記載の検出システム。
【０３０８】
実施形態６９：物体が、剛性物体である、実施形態６８に記載の検出システム。
【０３０９】
実施形態７０：物体が、好ましくはラケット、クラブ、バット、から成る群から選択される物品であるスポーツ用品、衣類、帽子、靴、から成る群から選択される、実施形態６８または６９に記載の検出システム。
【０３１０】
実施形態７１：ユーザと機械との間で少なくとも１つの情報を交換するマンマシンインターフェースであって、実施形態６４〜７０のいずれか１つに記載の少なくとも１つの検出システムを備え、上記少なくとも１つのビーコンデバイスが、ユーザへの直接的または間接的な取り付けおよびユーザによる保持のうちの少なくとも１つが行われるように構成され、該マンマシンインターフェースが、検出システムによってユーザの少なくとも１つの位置を決定するように設計され、上記位置に少なくとも１つの情報を割り当てるように設計された、マンマシンインターフェース。
【０３１１】
実施形態７２：少なくとも１つの娯楽機能を実行する娯楽装置であって、実施形態７１に記載の少なくとも１つのマンマシンインターフェースを備え、該マンマシンインターフェースによって、プレーヤが少なくとも１つの情報を入力できるように設計され、該情報に従って娯楽機能を変更するように設計された、娯楽装置。
【０３１２】
実施形態７３：少なくとも１つの可動物体の位置を追跡する追跡システムであって、実施形態６４〜７０のいずれか１つに記載の少なくとも１つの検出システムを備え、少なくとも１つの追跡制御装置をさらに備え、該追跡制御装置が、特定の時点における物体の一連の位置を追跡するように構成された、追跡システム。
【０３１３】
実施形態７４：少なくとも１つの物体を撮像するカメラであって、実施形態１〜６３のいずれか１つに記載の少なくとも１つの検出器を備えた、カメラ。
【０３１４】
実施形態７５：少なくとも１つの物体の位置を決定する方法であって、
少なくとも１つの検出ステップであって、物体から検出器へと進む少なくとも１つの光線が、検出器の少なくとも１つの光学センサにより検出され、該少なくとも１つの光学センサが、画素の少なくとも１つのマトリクスを有する、ステップと、
少なくとも１つの評価ステップであって、光線により照射された光学センサの画素の強度分布が決定され、該強度分布を用いることにより、物体の少なくとも１つの縦方向座標が決定される、ステップと、
を含む、方法。
【０３１５】
実施形態７６：物体の縦方向座標が、強度分布と縦方向座標との間の所定の関係を用いて決定される、実施形態７５に記載の方法。
【０３１６】
実施形態７７：強度分布が、
光学センサの光軸に垂直な平面における各画素の横方向位置の関数としての強度、
画素座標の関数としての強度、
強度の関数としての特定の強度を有する画素の数＃の分布、
のうちの１つまたは複数を含む、実施形態７５または７６に記載の方法。
【０３１７】
実施形態７８：強度分布が、ガウス光線による照射の強度分布を近似したものである、実施形態７５〜７７のいずれか１つに記載の方法。
【０３１８】
実施形態７９：強度分布を近似した少なくとも１つの強度分布関数が決定される、実施形態７５〜７８のいずれか１つに記載の方法。
【０３１９】
実施形態８０：物体の縦方向座標が、縦方向座標と強度分布関数および／または該強度分布関数から導出される少なくとも１つのパラメータとの間の所定の関係を用いて決定される、実施形態７９に記載の方法。
【０３２０】
実施形態８１：強度分布関数が、光線のビーム形状関数である、実施形態７９または８０に記載の方法。
【０３２１】
実施形態８２：強度分布が、光学センサの画素の少なくとも一部に含まれる強度情報を近似した２次元または３次元の数学関数を含む、実施形態７９〜８１のいずれか１つに記載の方法。
【０３２２】
実施形態８３：２次元または３次元の数学関数が、画素のマトリクスの少なくとも１つの画素座標の関数を含む、実施形態８２に記載の方法。
【０３２３】
実施形態８４：マトリクスの画素の画素位置が、ｘ、ｙを画素座標として（ｘ，ｙ）により規定され、２次元または３次元の数学関数が、ｆ（ｘ）、ｆ（ｙ）、ｆ（ｘ，ｙ）から成る群から選択される１つまたは複数の関数を含む、実施形態８２または８３に記載の方法。
【０３２４】
実施形態８５：２次元または３次元の数学関数が、釣鐘型関数、ガウス分布関数、ベッセル関数、エルミート−ガウス関数、ラゲール−ガウス関数、ローレンツ分布関数、二項分布関数、ポアソン分布関数、またはこれら関数のうちの１つもしくは複数を含む少なくとも１つの導関数、少なくとも１つの線形結合、もしくは少なくとも１つの積、から成る群から選択される少なくとも１つの数学関数を含む、実施形態８２〜８４のいずれか１つに記載の方法。
【０３２５】
実施形態８６：複数の平面において強度分布が決定され、好ましくは平面それぞれについて強度分布が決定され、平面が、好ましくは検出器の光軸に垂直であり、該複数の平面が、好ましくは光軸に沿って互いにオフセットしている、実施形態７５〜８５のいずれか１つに記載の方法。
【０３２６】
実施形態８７：検出器が、複数の光学センサ、具体的には光学センサのスタックを備えた、実施形態８６に記載の方法。
【０３２７】
実施形態８８：光軸に沿った縦方向座標の関数として強度分布の変化が決定されることにより、物体の縦方向座標が決定される、実施形態８６または８７に記載の方法。
【０３２８】
実施形態８９：それぞれ平面のうちの１つにおける強度分布を近似した複数の強度分布関数が決定され、該複数の強度分布関数から、物体の縦方向座標がさらに導出される、実施形態８６〜８８のいずれか１つに記載の方法。
【０３２９】
実施形態９０：強度分布関数がそれぞれ、各平面における光線のビーム形状関数である、実施形態８９に記載の方法。
【０３３０】
実施形態９１：各強度分布関数から少なくとも１つのビームパラメータが導出される、実施形態８９または９０に記載の方法。
【０３３１】
実施形態９２：光軸に沿った縦方向座標の関数として上記少なくとも１つのビームパラメータの変化が決定されることにより、物体の縦方向座標が決定される、実施形態９１に記載の方法。
【０３３２】
実施形態９３：上記少なくとも１つのビームパラメータが、ビーム径、ビームウェスト、ガウスビームパラメータから成る群から選択される、実施形態９１または９２に記載の方法。
【０３３３】
実施形態９４：物体の縦方向座標が、ビームパラメータと縦方向座標との間の所定の関係を用いて決定される、実施形態９１〜９３のいずれか１つに記載の方法。
【０３３４】
実施形態９５：光学センサが、画素それぞれの照射強度を示す少なくとも１つの信号を生成する、実施形態７５〜９４のいずれか１つに記載の方法。
【０３３５】
実施形態９６：評価ステップにおいて、画素それぞれについて、信号を少なくとも１つの閾値と比較することにより、該画素が照射された画素であるか否かを判定する、実施形態９５に記載の方法。
【０３３６】
実施形態９７：評価ステップにおいて、画素の信号を比較することにより、該画素のうちの最大照射の少なくとも１つの画素が決定される、実施形態９６に記載の方法。
【０３３７】
実施形態９８：最大照射の少なくとも１つの画素の信号の割合として、閾値が選定される、実施形態９７に記載の方法。
【０３３８】
実施形態９９：最大照射の少なくとも１つの画素の信号に係数１／ｅ２を乗算することによって閾値が選定される、実施形態９８に記載の方法。
【０３３９】
実施形態１００：強度分布の決定が、光線により照射された光学センサの画素の数Ｎの決定を含み、物体の少なくとも１つの縦方向座標の決定が、光線により照射された画素の数Ｎの使用を含む、実施形態７５〜９９のいずれか１つに記載の方法。
【０３４０】
実施形態１０１：物体の縦方向座標が、光線により照射された画素の数Ｎと縦方向座標との間の所定の関係を用いて決定される、実施形態１００に記載の方法。
【０３４１】
実施形態１０２：上記所定の関係が、光線がガウス光線であるという仮定に基づく、実施形態１０１に記載の方法。
【０３４２】
実施形態１０３：上記所定の関係が、
【数７】
2016529473.tif 000009
であって、
ここで、ｚは、縦方向座標であり、
ｗ０は、光線が空間中を伝搬する際の最小ビーム半径であり、
ｚ０は、光線のレイリー長であって、ｚ０＝π・ｗ０２／λであるとともに、λは光線の波長である、実施形態１０１または１０２に記載の方法。
【０３４３】
実施形態１０４：画素のマトリクスが、２次元マトリクスである、実施形態７５〜１０３のいずれか１つに記載の方法。
【０３４４】
実施形態１０５：画素のマトリクスが、矩形マトリクスである、実施形態７５〜１０４のいずれか１つに記載の方法。
【０３４５】
実施形態１０６：検出器が、複数の光学センサを備えた、実施形態７５〜１０５のいずれか１つに記載の方法。
【０３４６】
実施形態１０７：光学センサが、検出器の光軸に沿って積み重ねられた、実施形態１０６に記載の方法。
【０３４７】
実施形態１０８：検出器が、ｎ個の光学センサを備え、光学センサそれぞれについて、光線により照射された画素の数Ｎｉが決定され、ｉ∈｛１，ｎ｝が、各光学センサを示す、実施形態１０６または１０７に記載の方法。
【０３４８】
実施形態１０９：各光学センサについて、光線により照射された画素の数Ｎｉを少なくとも１つの隣接する光学センサと比較することにより、物体の縦方向座標の曖昧さを解消する、実施形態１０６〜１０８のいずれか１つに記載の方法。
【０３４９】
実施形態１１０：光線のパワーに関して、光学センサのセンサ信号が正規化される、実施形態１０６〜１０９のいずれか１つに記載の方法。
【０３５０】
実施形態１１１：実施形態１〜６３のいずれか１つに記載の検出器の使用であって、交通技術における位置測定、娯楽用途、セキュリティ用途、安全用途、マンマシンインターフェース用途、追跡用途、写真撮影用途、少なくとも１つの飛行時間型検出器との組み合わせによる使用、から成る群から選択される使用目的での使用。
【０３５１】
本発明の任意選択としての別の詳細および特徴については、従属請求項と併せて後述する好ましい例示的な実施形態の説明から明らかである。この背景において、これら具体的な特徴は、単独で実装されるようになっていてもよいし、いくつか組み合わせて実装されるようになっていてもよい。本発明は、これらの例示的な実施形態に限定されない。図中、これらの例示的な実施形態は、模式的に示している。個々の図中の同じ符号は、同一の要素、機能が同一の要素、または機能に関して互いに対応する要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【０３５２】
【図１】本発明に係る、検出器、検出システム、マンマシンインターフェース、娯楽装置、および追跡システムの例示的な一実施形態を示した図である。
【図２Ａ】本発明に係る、検出器の例示的な一実施形態を示した図である。
【図２Ｂ】図２Ａに係る検出器の光学センサの画素の数Ｎを決定する例示的な一実施形態を示した図である。
【図３Ａ】ガウスビームの典型的な伝搬特性を示した図である。
【図３Ｂ】ガウスビームの典型的な伝搬特性を示した図である。
【図３Ｃ】３つの光学センサ装置のスペクトル感度を示した図である。
【図４Ａ】本発明に係る検出器において使用可能な光学センサを示した図である。
【図４Ｂ】本発明に係る検出器において使用可能な光学センサを示した図である。
【図４Ｃ】本発明に係る検出器において使用可能な光学センサを示した図である。
【図５】検出器、カメラ、および物体の位置決定の別の実施形態を示した図である。
【図６】光照射野カメラとして使用する検出器の一実施形態を示した図である。
【図７】上記検出器に対する飛行時間型検出器の実装の例示的な一構成を示した図である。
【図８】マトリクスの画素の強度分布の強度分布関数を決定する例示的な実施形態を示した図である。
【図９】マトリクスの画素の強度分布の強度分布関数を決定する例示的な実施形態を示した図である。
【図１０】マトリクスの画素の強度分布の強度分布関数を決定する例示的な実施形態を示した図である。
【図１１】マトリクスの画素の強度分布の強度分布関数を決定する例示的な実施形態を示した図である。
【図１２】マトリクスの画素の強度分布の強度分布関数を決定する例示的な実施形態を示した図である。
【図１３】マトリクスの画素の強度分布の強度分布関数を決定する例示的な実施形態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０３５３】
図１は、複数の光学センサ１１２を有する検出器１１０の例示的な一実施形態を極めて模式的に示した図である。検出器１１０は具体的に、カメラ１１１として具現化されていてもよいし、カメラ１１１の一部であってもよい。カメラ１１１は、撮像、具体的には３Ｄ撮像用に構成されていてもよく、静止画像および／またはデジタルビデオクリップ等の画像列を取得するように構成されていてもよい。また、他の実施形態も実現可能である。図１は、検出システム１１４の一実施形態をさらに示しており、上記少なくとも１つの検出器１１０のほか、この例示的な実施形態では検出器１１０を用いて位置を検出する物体１１８への取り付けおよび／または組み込みがなされた１つまたは複数のビーコンデバイス１１６を備える。図１は、マンマシンインターフェース１２０の例示的な一実施形態をさらに示しており、上記少なくとも１つの検出システム１１４を備えるとともに、該マンマシンインターフェース１２０を含む娯楽装置１２２をさらに備える。この図は、物体１１８の位置を追跡する追跡システム１２４の一実施形態をさらに示しており、検出システム１１４を備える。これらの装置およびシステムの構成要素については、より詳しく以下に説明するものとする。
【０３５４】
検出器１１０は、上記１つまたは複数の光学センサ１１２のほか、少なくとも１つの評価装置１２６を備える。評価装置１２６は、１つもしくは複数のコネクタ１２８ならびに／または１つもしくは複数のインターフェースによって、光学センサ１１２に接続されていてもよい。さらに、コネクタ１２８は、図２Ａおよび図２Ｂに関して以下に説明する通り、センサ信号を生成するための１つもしくは複数のドライバならびに／または１つもしくは複数の測定装置を備えていてもよい。さらに、評価装置１２６は、上記少なくとも１つの任意選択としてのコネクタ１２８の使用に代えて、全部または一部が検出器１１０の光学センサ１１２および／またはハウジング１３０に組み込まれていてもよい。この追加または代替として、評価装置１２６は、全部または一部が別個の装置として設計されていてもよい。
【０３５５】
この例示的な実施形態において、位置を検出可能な物体１１８は、スポーツ用品としての設計および／またはユーザ１３４が位置を操作可能な制御要素１３２の構成が可能である。一例として、物体１１８は、バット、ラケット、クラブ、またはその他任意のスポーツ用品および／もしくは疑似スポーツ用品であってもよいし、このようなスポーツ用品を含んでいてもよい。また、他の種類の物体１１８も可能である。さらには、ユーザ１３４自身を、位置を検出する物体１１８として考えることもできる。
【０３５６】
上記概説の通り、検出器１１０は、複数の光学センサ１１２を備える。光学センサ１１２は、検出器１１０のハウジング１３０の内部に配置されていてもよい。さらに、好ましくは１つまたは複数のレンズ１３８を備えた１つまたは複数の光学系等、少なくとも１つの伝達装置１３６が備わっていてもよい。また、好ましくは検出器１１０の光軸１４２に対して同心円状に配置されたハウジング１３０の開口１４０によって、検出器１１０の視野方向１４４が規定されているのが好ましい。また、光軸１４２に平行または逆平行な方向が縦方向と規定される一方、光軸１４２に垂直な方向が横方向と規定された座標系１４６が規定されていてもよい。座標系１４６においては、図１に記号で示すように、縦方向がｚで、横方向がｘおよびｙでそれぞれ表される。また、他の種類の座標系１４６も実現可能である。
【０３５７】
検出器１１０は、光学センサ１１２のうちの１つまたは複数を備えていてもよい。図１に示すように、複数の光学センサ１１２が備わっているのが好ましく、これらが光軸１４２に沿って積み重ねられ、センサスタック１４８を構成しているのがより好ましい。図１の実施形態には、５つの光学センサ１１２を示しているが、光学センサ１１２の数が異なる実施形態も実現可能であることに留意するものとする。
【０３５８】
光学センサ１１２または少なくとも物体１１８に対向しない光学センサ１１２を除くその他の光学センサ１１２は、物体１１８ならびに／またはビーコンデバイス１１６のうちの１つもしくは複数から検出器１１０へと進む少なくとも１つの光線１５０が光学センサ１１２を順次通過するように、該光線１５０に対して透明であるのが好ましい。
【０３５９】
検出器１１０は、上記少なくとも１つの物体１１８の位置を決定するように構成されている。このため、図２Ａおよび該図に示す光学センサ１１２のうちの１つの例示的な実施形態に関して説明する通り、光学センサ１１２はそれぞれ、画素１５４のマトリクス１５２を備える。検出器１１０、具体的には評価装置１２６は、光線１５０により照射された上記少なくとも１つの光学センサ１１２の画素１５４の強度分布を決定するように構成されている。一例として、強度分布は、光線１５０による照射中に画素１５４が取得する強度値の分布またはそこから導出される数値の分布であってもよい。
【０３６０】
この例示的な実施形態において、マトリクス１５２は矩形マトリクスであり、図２Ａの座標系１４６により記号で示すように、ｘ次元の行およびｙ次元の列に画素１５４が配置されている。マトリクス１５２の平面は、検出器１１０の光軸１４２に垂直であってもよく、このため、縦方向座標ｚに垂直であってもよい。ただし、非平面状の光学センサ１１２を有する実施形態および／または画素１５４の非矩形マトリクスを有する実施形態等、他の実施形態も実現可能である。
【０３６１】
検出器１１０は、物体１１８の位置を決定するよう構成されており、光学センサ１１２は、物体１１８、具体的にはビーコンデバイス１１６のうちの１つまたは複数から検出器１１０へと進む光線１５０を検出するよう構成されている。このため、評価装置１２６は、より詳しく以下に概説する通り、画素１５４の強度分布を用いて、物体１１８の少なくとも１つの縦方向座標を決定するように構成されている。
【０３６２】
光線１５０は、直接および／またはレンズ１３８による集束等の伝達装置１３６による修正の後、光学センサ１１２または光学センサ１１２それぞれのセンサ表面１５８に光スポット１５６を形成する。画素１５４はそれぞれ、各画素の照射強度を表すセンサ信号または画素信号として、強度値とも称する個別の信号を生成するように構成されていてもよい。画素１５４のセンサ信号またはそこから導出される値の実体または全体は、画素の強度分布と見なすことができる。
【０３６３】
これにより、一例として、図２Ａには、画素１５４それぞれのセンサ信号の生成に使用可能な多重化測定方式を示している。このように、マトリクス１５２の列はそれぞれ、各電流測定装置１６０に接続されるようになっていてもよい。また、マトリクス１５２の行それぞれを接触させるスイッチ１６２が設けられていてもよい。このようにして、マトリクス１５２の行を順次接触させる多重化測定方式が実現されるようになっていてもよい。このため、第１のステップにおいては、マトリクス１５２の最上行をスイッチ１６２によって接触させることにより、マトリクス１５２の最上行の画素それぞれに測定電流が流れるようにしてもよい。この電流は、アナログ形式での提供ならびに／または１つもしくは複数のアナログ−デジタル変換器の提供等によるデジタル形式への変換が可能である。これにより、４ビットグレースケール値、８ビットグレースケール値、または他の情報形式の提供等によって、マトリクス１５２の最上画素行の画素それぞれの測定値が生成されるようになっていてもよい。画素１５４のセンサ信号を表す各情報値は、１つまたは複数の揮発性および／または不揮発性データメモリ１６４を備え得る評価装置１２６に提供されるようになっていてもよい。その後、スイッチ１６２を切り替えてマトリクス１５２の第２の行に接触させることにより、第２の行の各ビットのセンサ信号が生成された後、後続の行のセンサ値が生成される。マトリクス１５２全体の１回の測定を終えたら、マトリクス１５２の第１の行への再度の接触等、ルーチンを新たに始めるようにしてもよい。こうして、この多重化方式または他の多重化方式を用いることにより、画素１５４それぞれのセンサ信号が生成されるようになっていてもよい。この多重化は、高い繰り返し率で行われるようになっていてもよいため、１回の多重化サイクルにおいては、光線１５０の強度も光スポット１５６の位置も大きくは変化しないと考えられる。ただし、具体的には高速で移動する物体１１８の場合は、マトリクス１５２の各画素１５４のセンサ値を同時に生成する測定方式等、センサ値を生成する他の方式を使用するようにしてもよい。
【０３６４】
上記概説の通り、マトリクス１５２は、少なくとも１０個の画素行および少なくとも１０個の画素列を含んでいるのが好ましい。これにより、一例としては、少なくとも２０個の画素行および少なくとも２０個の画素列、好ましくは少なくとも５０個の画素行および５０個の画素列、より好ましくは少なくとも１００個の画素行および１００個の画素列が存在していてもよい。したがって、具体的には、ＶＧＡおよび／またはＳＶＧＡ等の標準形式を使用するようにしてもよい。
【０３６５】
物体１１８の位置は、画素１５４により提供されるセンサ信号を用いて決定されるようになっていてもよい。このため、まず、図２Ａに概説する通り、画素１５４のセンサ信号を比較することによって、光線１５０による照射の強度が最も高い１つまたは複数の画素が決定されるようになっていてもよい。また、光スポット１５６の中心等、この照射の中心を用いることにより、光スポット１５６の横方向座標を表す座標ｘｍａｘおよびｙｍａｘが決定されるようになっていてもよい。周知のレンズ方程式等の既知の結像方程式を用いることにより、座標ｘｍａｘ、ｙｍａｘから、座標系１４６において光線１５０を放出している物体１１８および／または各ビーコンデバイス１１６の横方向座標が決定されるようになっていてもよい。このように、光学センサ１１２のセンサ表面１５８上の光スポット１５６の横方向位置を決定することによって、物体１１８および／または物体１１８の一部の横方向位置が決定されるようになっていてもよい。
【０３６６】
さらに、上記概説およびより詳しく以下に説明する通り、検出器１１０は、強度分布を用いることにより、物体１１８および／または少なくとも１つのビーコンデバイス１１６の縦方向座標を決定するように構成されていてもよい。このため、以下に例としてより詳しく説明するさまざまなアルゴリズムを使用するようにしてもよい。したがって、一般的に、評価装置１２６は、強度分布と縦方向座標との間の所定の関係を用いることにより、物体１１８の縦方向座標を決定するように構成されていてもよい。具体的に、評価装置１２６は、強度分布を近似した少なくとも１つの強度分布関数を決定するように構成されていてもよい。したがって、評価装置１２６は、縦方向座標と強度分布関数および／または該強度分布関数から導出される少なくとも１つのパラメータとの間の所定の関係を用いることにより、物体１１８の縦方向座標を決定するように構成されていてもよい。一例として、強度分布関数は、図８〜図１３に関して以下に説明する通り、光線１５０のビーム形状関数であってもよい。強度分布関数は具体的に、光学センサ１１２の画素１５４の少なくとも一部に含まれる強度情報を近似した２次元または３次元の数学関数を含んでいてもよい。
【０３６７】
この追加または代替として、図２Ａおよび図２Ｂに関して以下に概説する通り、評価装置１２６は、強度分布を決定するように構成されていてもよく、この強度分布の決定は、光線１５０により照射された光学センサ１１２の画素の数Ｎの決定を含む。物体１１８の少なくとも１つの縦方向座標の決定には、光線１５０により照射された画素の数Ｎと縦方向座標との間の所定の関係の使用等、光線１５０により照射された画素の数Ｎの使用を含んでいてもよい。これらの選択肢は、さまざまに組み合わせ可能である。
【０３６８】
具体的には、縦方向座標を決定するため、以下に説明する通り、光スポット１５６の直径および／または等価直径が評価されるようになっていてもよい。直径および／または等価直径は、強度分布関数を決定する上述の方法および／または光線１５０により照射された光学センサ１１２の画素の数Ｎを決定する上述の方法の使用等、さまざまな方法で決定されるようになっていてもよい。また、両選択肢の組み合わせも実現可能である。
【０３６９】
上記概説の通り、一例として、評価装置１２６は、光線１５０により照射された画素１５２の数Ｎを決定するように構成されていてもよい。このため、画素１５４それぞれが照射されたか否かを判定する１つまたは複数の閾値に対して、各画素１５４のセンサ信号を比較する閾値法を使用するようにしてもよい。この１つまたは複数の閾値によって、図２Ａに示すように、光スポット１５６の境界線１６６を決定するようにしてもよい。一例として、典型的なガウス強度プロファイルを有するガウス照射を仮定すると、境界線１６６は、光スポット１５６の強度が（画素座標ｘｍａｘ、ｙｍａｘでの強度である）中心強度Ｉ０から１／ｅ２・Ｉ０まで低下した線として選定されるようになっていてもよい。
【０３７０】
閾値法は、一例として、図２Ｂに記号で示すように、１つの画像（多重化方式の１スキャンおよび／または同時に取得した画素の１画像等）のセンサ値のヒストグラム解析を用いることにより、容易に実現可能である。図２Ｂのヒストグラム解析は、図２Ａに示す画像に完全には対応していないことに留意するものとする。図２Ｂにおいては、（ビット値またはグレースケール値等、電流以外のセンサ信号も使用可能であるという事実にも関わらず）１つの画像において得られた画素１５４のセンサ信号が「Ｉ」として水平軸上に示されている。垂直軸上には、センサ信号それぞれの数すなわち各センサ信号Ｉを与える画素１５４の数が「＃」として示されている。これにより、一例としては、グレースケール値が水平軸上に示され、１つの画像における各グレースケール値を示す画素の数が垂直軸上に示されていてもよい。この画像における最も高いセンサ信号は、Ｉ０として表示されている。適当な閾値１／ｅ２・Ｉ０（ならびに／または１／ｅ２・Ｉ０より大きな最初の整数値および／もしくは１／ｅ２・Ｉ０より小さな最初の整数値等、この閾値に最も近い整数値（本発明には、これらの選択肢が含まれるものとする））を与えることにより、図２Ｂに記号で示すように、このヒストグラム解析における画素数は、非照射画素１５４の数（図２Ｂに符号１６８で示すとともに白棒で表示）すなわち図２Ａの境界線１６６の外側の画素１５４のセンサ信号と、照射画素の数（図２Ｂに符号１７０で示すとともに黒棒で表示）すなわち図２Ａの境界線１６６内の画素１５４の数とに分割されるようになっていてもよい。したがって、この閾値法および／または他の閾値法を用いることにより、適当なヒストグラム解析の使用等によって、照射画素と非照射画素とが識別されるようになっていてもよい。
【０３７１】
照射画素と非照射画素との識別によって、光線１５０により照射された画素１５４の数Ｎを計数可能である。したがって、図２Ｂの照射画素１７０およびそれぞれの数の積分により、照射画素の数Ｎが得られる。この追加または代替として、照射画素の数Ｎを決定する他の方法を使用するようにしてもよい。
【０３７２】
上記方程式（４）または複数の光学センサ１１２の場合は方程式（４’）に示す通り、照射画素の数Ｎは、光スポット１５６の面積に比例する。したがって、如何なる種類の光線１５０も伝搬に伴って直径が変化することから、照射画素の数Ｎを評価することにより、物体１１８、具体的には各光線１５０を放出する１つまたは複数のビーコンデバイス１１６の縦方向座標が決定されるようになっていてもよい。一例としては、光線１５０のガウス特性を仮定することによって、上記方程式（６）および／または（６’）を使用するようにしてもよい。また、一例としては、光線１５０自体がガウス特性を有していてもよい。この追加または代替として、上記少なくとも１つの任意選択としてのレンズ１３８を備えた上記少なくとも１つの伝達装置１３６をビーム成形に使用するようにしてもよく、この場合もなお、物体１１８、具体的には各ビーコンデバイス１１６の縦方向位置に関する空間情報は、成形された光線１５０の伝搬特性に含まれている。
【０３７３】
検出器１１０の視野角が狭い場合、物体１１８と検出器１１０との間の距離は、ｚ次元のみの距離と考えられる。ただし、マトリクス１５２およびたとえば上記アルゴリズムを用いることにより、横方向座標ｘおよび／またはｙが追加で決定されるようになっていてもよいため、光線１５０の全進行距離は、光軸１４２からの各ビーコンデバイス１１６のオフセットを考慮に入れて容易に計算可能である。具体的に、軸外に配置された物体の場合は、図５に関する以下の説明を参照可能である。
【０３７４】
上記概説の通り、センサスタック１４８の提供等によって、複数の光学センサ１１２が設けられているのが好ましい。光学センサ１１２の冗長性は、さまざまに利用可能である。
【０３７５】
したがって、上記概説の通り、光学センサ１１２のうちの１つの照射画素の数Ｎを決定することにより、ビームウェストが決定されるようになっていてもよい。ただし、上記方程式（３）、（６）、または（６’）のうちの１つまたは複数から容易に導出される通り、そこから導出される縦方向座標ｚは、焦点に関して曖昧である。したがって、ビームウェストを１つおよび／または照射画素の数Ｎを１つ決定しただけでは、ガウス光線１５０の焦点の前後いずれの特定距離ｚで各画像を取得したかという不確実性が生じる場合がある。この曖昧さは、さまざまに解消することができる。したがって、まず、一連の画像および／または追跡システム１２４の追跡制御装置１７２の使用等によって、検出器１１０および／または物体１１８の移動が追跡されるようになっていてもよい。これにより、物体１１８の移動の履歴が追跡され、物体１１８の付加的な空間情報を提供することにより、各光学センサ１１２が光線１５０の焦点の前後いずれに位置決めされているかを判定可能であってもよい。ただし、この追加または代替として、図３Ａおよび図３Ｂに関して以下に説明する通り、この縦方向座標の曖昧さは、光学センサスタック１４８により提供される情報の冗長性を用いて解消されるようになっていてもよい。このため、図３Ａには、ビーコンデバイス１１６のうちの１つまたは複数から検出器１１０へと進む光線１５０の簡単なビーム経路の側面図を示している。図から分かる通り、ガウスビーム伝搬特性のため、センサスタック１４８内の光線１５０は、この例示的な実施形態では中央の光学センサ１１２の近くにある焦点１７４に向かって狭くなる。また、ビーム経路の他の実施形態も実現可能である。図３Ｂには、光学センサのセンサ表面１５８および図３Ａの構成の光学センサ１１２それぞれの各光スポット１５６を示している。光学センサ１１２には、図３Ａのように、番号１〜５を付与している。図から分かる通り、焦点１７４に近い中央の光学センサ１１２の光スポット１５６は、最も小さい。一方、光スポット１５６の直径は、この中央のセンサ（センサ番号３）の右側および左側では広がっている。光学センサ１と５または光学センサ２と４を比較して分かる通り、光スポット１５６の直径は曖昧である。ただし、隣接する光学センサの光スポットの直径に対して特定の直径を比較することにより、光線が拡がっているか狭まっているか、すなわち各光学センサ１１２が焦点１７４の前後いずれに位置決めされているかを判定可能である。このように、上述の曖昧さが解消され、座標系１４６および／または別の座標系等において、ｚ座標が決定されるようになっていてもよい。
【０３７６】
上記概説の通り、センサスタック１４８の光学センサ１１２は、光線１５０に対して透明であるのが好ましい。図３Ａにおいて「５」と命名した光学センサ１１２等、物体１１８に対向しないセンサスタック１４８の最後の光学センサ１１２については、必ずしも透明である必要はない。したがって、この最後の光学センサ１１２は、不透明であってもよい。
【０３７７】
上記詳細な概説の通り、複数の光学センサ１１２をスタック状等に設けることは、追加または代替として、その他の目的のためであってもよい。したがって、光学センサ１１２は、異なるスペクトル感度を与えることにより、光線１５０の色に関する少なくとも１つの情報を提供するようになっていてもよい。このため、図３Ｃにおいては、光学センサ１１２のうちの３つについて、吸光係数を波長λの関数として示している。これらの吸光係数または各光学センサ１１２の吸収スペクトルを示すその他任意の尺度は、適当な色素等の適当な吸収材料を光学センサ１１２内に設けることにより調整されるようになっていてもよい。一例として、光学センサ１１２が色素増感太陽電池（ＤＳＣ、具体的にはｓＤＳＣ）を備える場合は、適当な色素が選定されるようになっていてもよい。一例として、図３Ｃには、一例として波長λの関数として、光学センサ１、２、および３の異なるスペクトル感度（正規化感度等）εを示している。センサ表面１５８上のすべての光スポット１５６について光線の総パワーが同一のままであるという仮定または特定の光学センサ１１２を通過した後の光線１５０の既知の減衰により、吸収特性が異なる各光学センサ１１２のセンサ信号の比率を用いて、光線１５０の色を決定するようにしてもよい。一例としては、光学センサ１１２それぞれについて、画素１５４それぞれのセンサ信号を加算することにより、合計センサ信号が決定されるようになっていてもよい。あるいは、センサ信号のピーク値または最大値等、光学センサ１１２それぞれの代表的なセンサ信号が決定されるようになっていてもよい。また、あるいは、光スポット１５６内の画素１５４のセンサ信号を積分することにより、光学センサ１１２それぞれの代表的なセンサ信号が生成されるようになっていてもよい。図３Ｃに示す例示的な実施形態においては、第３の光学センサ（センサ番号３）のセンサ信号を光学センサ１、２、および３のセンサ信号の合計で除算することにより、たとえば光線１５０の緑色成分に関する情報が決定されるようになっていてもよい。同様に、第１の光学センサのセンサ信号を光学センサ１、２、および３のセンサ信号の合計で除算することにより、光線１５０の黄色成分が決定されるようになっていてもよい。また、同様に、第２の光学センサ１１２のセンサ信号を光学センサ１、２、および３のセンサ信号の合計で除算することにより、光線１５０の赤色成分が決定されるようになっていてもよい。また、色を決定する他の実施形態および／またはアルゴリズムも実現可能である。これにより、一例としては、光学センサ１１２のうちの３つの吸収スペクトルが上述のＣＩＥ座標系の基本として使用する吸収材料と類似することにより、光線１５０のＣＩＥ座標を直接決定可能であってもよい。光線１５０の色の決定は、物体１１８の縦方向座標の上記決定から独立していることに留意するものとする。上述のアルゴリズムは、光線１５０の色とは関係なく、単に照射画素および非照射画素の数にのみ基づくためである。したがって、たとえば図２Ａおよび図２Ｂに関して上述した閾値法およびヒストグラム解析においては、光線の強度および／または光線の色の内部正規化を行うようにしてもよい。上記概説の通り、この閾値は、最大強度および／または最大センサ信号の関数および／または割合として選定されるようになっていてもよいためである。このため、上述の画素数を用いた縦方向座標の決定は、センサスタック１４８内の各光学センサ１１２が異なるスペクトル吸収特性を有していてもよいという事実とは無関係である。
【０３７８】
上記概説の通り、検出器１１０を用いて物体１１８および／またはその一部の位置を決定することにより、マンマシンインターフェース１２０を提供して、少なくとも１つの情報を機械１７６に与えるようにしてもよい。図１に模式的に示す実施形態において、機械１７６は、コンピュータであることおよび／またはコンピュータを含むことが可能である。また、他の実施形態も実現可能である。また、評価装置１２６は、全部または一部がコンピュータ等の機械１７６に組み込まれていてもよい。同じことが追跡制御装置１７２にも当てはまり、その全部または一部が機械１７６のコンピュータの一部を構成していてもよい。
【０３７９】
同様に、上記概説の通り、マンマシンインターフェース１２０は、娯楽装置１２２の一部を構成していてもよい。また、機械１７６、具体的にはコンピュータは、娯楽装置１２２の一部を構成していてもよい。したがって、ユーザ１３４が物体１１８として作用することおよび／または制御装置１３２を取り扱うユーザ１３４が物体１１８として作用することにより、ユーザ１３４は、少なくとも１つの制御コマンド等の少なくとも１つの情報をコンピュータに入力することで、コンピュータゲームの成り行きの制御等、娯楽機能を変更するようにしてもよい。
【０３８０】
上記概説の通り、上記１つの光学センサ１１２ならびに／または光学センサ１１２のうちの１つもしくは複数は、好ましくは全部または一部が光線１５０に対して透明であってもよい。図４Ａ〜図４Ｃには、透明な光学センサ１１２の例示的な一構成をさまざまに示している。ここで、図４Ａは上面図であり、図４Ｂは図４ＡのＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図４Ｃは図４ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【０３８１】
光学センサ１１２は、ガラス基板および／またはプラスチック基板等の透明な基板１７８を備えていてもよい。基板１７８の可能な詳細については、文献、国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号明細書、米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書および米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書を参照可能である。ただし、他の実施形態も実現可能である。光線１５０は、基板１７８を通る照射および／または反対側からの照射が可能である。したがって、図４Ｂの基板１７８の底面は、センサ表面１５８を構成していてもよい。あるいは、反対の表面から照射が行われるようになっていてもよい。
【０３８２】
基板１７８上には、第１の電極１８０が堆積し、本実施形態では、複数の第１の電極ストライプ１８２を備えていてもよい。第１の電極１８０は、全部または一部が透明であるのが好ましい。これにより、一例として、第１の電極１８０は、全部または一部がフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）および／またはインジウムドープ酸化スズ（ＩＴＯ）等の透明な導電性酸化物で構成されていてもよい。第１の電極１８０のさらなる詳細については、国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号明細書ならびに／または米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書および／もしくは米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書のうちの１つもしくは複数を参照可能である。ただし、他の実施形態も実現可能である。また、たとえばエッチングおよび／またはリソグラフィ技術等、ディスプレイ技術分野の当業者が一般的に把握している適当なパターン化技術によって、第１の電極ストライプ１８２のパターン化が行われるようになっていてもよい。これにより、一例としては、ＬＣＤ製造等のディスプレイ製造の技術分野の当業者に既知の通り、第１の電極１８０の材料による大面積コーティングが基板１７８に行われるようになっていてもよく、第１の電極ストライプ１８２のエリアがフォトレジストで覆われ、覆われていない領域が適当なエッチング手段によりエッチングされるようになっていてもよい。
【０３８３】
第１の電極１８０上には、１つ、２つ、または３つ以上の層を含む感光層構成等、１つまたは複数の感光層１８４が堆積している。一例として、感光層１８４は、国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号明細書ならびに／または米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書および／もしくは米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書のうちの１つもしくは複数に開示されているような色素増感太陽電池（ＤＳＣ）、より具体的には固体色素増感太陽電池（ｓＤＳＣ）の層構成を備えていてもよい。したがって、感光層１８４は、第１の電極１８０上に直接的または間接的に堆積可能なＴｉＯ２等のｎ半導体金属酸化物、好ましくはナノ多孔質金属酸化物の１つまたは複数の層を備えていてもよい。さらに、ｎ半導体金属酸化物は、１つまたは複数の有機色素、好ましくは国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号明細書ならびに／または米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書および／もしくは米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書のうちの１つもしくは複数に開示の色素のうちの１つまたは複数等、１つまたは複数の色素によって全部または一部が増感されていてもよい。また、他の実施形態も実現可能である。
【０３８４】
色素増感ｎ半導体金属酸化物上には、ｐ半導体および／または導電性材料の１つまたは複数の層が堆積していてもよい。したがって、好ましくはｎ半導体金属酸化物上に直接的または間接的に堆積可能な１つまたは複数の固体ｐ半導体有機材料を使用するようにしてもよい。一例としては、国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号明細書ならびに／または米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書および／もしくは米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書のうちの１つもしくは複数に開示されているようなｐ半導体材料のうちの１つまたは複数を参照可能である。好適な一例として、スピロＭｅＯＴＡＤを使用するようにしてもよい。
【０３８５】
好ましくは１つまたは複数の有機感光層１８４を含み得る上記感光層１８４は、別の層構成で設けられていてもよいことに留意するものとする。したがって、基本的には、有機、無機、または混成の層構成等、該層構成の照射に応じて電気信号を与えるように構成された如何なる種類の感光材料を使用するようにしてもよい。
【０３８６】
具体的には図４Ａの上面図から分かる通り、上記１つまたは複数の感光層１８４は、第１の電極ストライプ１８２を接触させる１つまたは複数の接触エリア１８６が該感光層１８４によって覆われることのないように、パターン化されているのが好ましい。このパターン化は、さまざまに実行可能である。したがって、感光層１８４の大面積コーティングを適用した後、レーザアブレーションおよび／または機械的アブレーション等によって、接触エリア１８６が露出されるようになっていてもよい。ただし、この追加または代替として、上記１つまたは複数の感光層１８４は、適当な印刷技術の使用等によって、全部または一部がパターン化されて構成に適用されるようになっていてもよい。また、上記技術の組み合わせも実現可能である。
【０３８７】
上記少なくとも１つの感光層１８４上には、少なくとも１つの第２の電極１８８が堆積していてもよい。この少なくとも１つの第２の電極１８８についても、好ましくは複数の電極ストライプを備えていてもよく、本実施形態においては、符号１９０（第２の電極ストライプ）で示している。具体的には図４Ａの上面図から分かる通り、第２の電極ストライプ１９０は、９０°±２０°、好ましくは９０°±１０°、より好ましくは９０°±５°の角度等で、第１の電極ストライプ１８２に対して本質的に垂直に配向しているのが好ましい。ただし、第１の電極１８０および第２の電極１８８は、他の電極形状も実現可能であることに留意するものとする。
【０３８８】
図４Ａの上面図から分かる通り、第２の電極ストライプ１９０はそれぞれ、該第２の電極ストライプ１９０の電気的接触を可能とする少なくとも１つの接触エリア１９２を備える。
【０３８９】
図４Ａの上面図からさらに分かる通り、光学センサ１１２の層構成は、第２の電極ストライプ１９０が第１の電極ストライプ１８２と交差する複数のエリアを提供している。これらのエリアはそれぞれ、画素１５４とも称する個別の光学センサをそれ自体が構成していてもよく、各電極ストライプ１８２、１９０の適当な接触エリア１８６、１９２との電気的な接触によって、電気的に接触可能である。したがって、上記説明の通り、これら個別の光学センサを流れる電流を測定することによって、画素１５４それぞれが個別の光信号を提供するようになっていてもよい。本実施形態においては、画素１５４が矩形構成に配置され、矩形マトリクス１５２を構成していてもよい。ただし、非矩形マトリクス構成等、他の構成も実現可能であることに留意するものとする。これにより、一例としては、ハニカム構造または他の幾何学的構成が実現可能である。
【０３９０】
図４Ａ〜図４Ｃに示す層構成のほか、光学センサ１１２は、１つもしくは複数の被包層ならびに／またはガラス蓋および／もしくはプラスチック蓋等の１つもしくは複数のカバー要素等、１つまたは複数の被包要素を備えていてもよい。たとえば後者は、好ましくは接触エリア１８６、１９２を開口したままで、たとえば図４Ｂおよび図４Ｃに示す層構成上に貼り付けられるようになっていてもよい。
【０３９１】
第２の電極ストライプ１９０は、好ましくはＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕから成る群から選択される金属の１つまたは複数の層等、１つまたは複数の金属層を備えていてもよい。この追加または代替として、金属合金等、２つ以上の金属の組み合わせを使用するようにしてもよい。一例としては、ＮｉＣｒ、ＡｌＮｉＣｒ、ＭｏＮｂ、およびＡｌＮｄから成る群から選択される１つまたは複数の金属合金を使用するようにしてもよい。さらに、他の実施形態も実現可能である。好ましくは、第１の電極ストライプ１８２に対して、第２の電極ストライプ１９０の全部または一部が透明であってもよい。この透明性は、さまざまに実現することができる。これにより、一例としては、３０ｎｍ以下または２０ｎｍ以下の厚さ等、５０ｎｍ未満の厚さを有する金属層等の薄い金属層を使用するようにしてもよい。このような層厚さにおいて、一般的な金属は依然として透明である。ただし、この追加または代替として、導電性ポリマー等の非金属導電性材料を使用するようにしてもよい。一例としては、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳおよび／またはＰＡＮＩを使用するようにしてもよい。第２の電極１８８の構成のその他可能な詳細については、上述の通り、国際公開第２０１２／１１０９２４Ａ１号明細書、米国仮特許出願第６１／７３９，１７３号明細書、および／または米国仮特許出願第６１／７４９，９６４号明細書を参照可能である。
【０３９２】
第２の電極ストライプ１９０は、通常の適用技術を用いて層構成に適用されるようになっていてもよい。これにより、一例としては、物理的気相成長法（蒸着および／またはスパッタリング等）を用いて、１つまたは複数の金属層を堆積するようにしてもよい。導電性ポリマー等の非金属導電性材料は、たとえばスピンコーティングおよび／または印刷等の通常のコーティング技術を用いて適用されるようになっていてもよい。また、他の技術も実現可能である。この第２の電極ストライプ１９０のパターン化は、さまざまに実行可能である。したがって、蒸着技術および／または真空蒸着技術を使用する場合は、シャドーマスクを通じた蒸着等のマスク技術を使用するようにしてもよい。この追加または代替として、パターン化による印刷を実行するようにしてもよい。これにより、一例として、導電性ポリマーのパターン化には、スクリーン印刷および／またはインクジェット印刷を使用するようにしてもよい。また、この追加または代替として、第２の電極１８８を第２の電極ストライプ１９０に細分化するフォトレジストパターン等、１つまたは複数の分離パターンが層構成および／または基板１７８上に設けられていてもよい。
【０３９３】
さらに、第１の電極１８０、上記１つまたは複数の感光層１８４、および第２の電極１８８の層構成は、逆になっていても差し支えないことに留意するものとする。これにより、一例として、ＤＳＣ、具体的にはｓＤＳＣの層構成は、上述の層構成と比較して逆になっていてもよい。さらに、この追加または代替として、電極１８０、１８８の構成が逆になっており、第２の電極１８８を基板１７８上に設け、上記１つまたは複数の感光層１８４を直接的または間接的にこの第２の電極上に設け、第１の電極１８０をこの少なくとも１つの感光層１８４上に設けていてもよい。また、構成の種々変形も実現可能である。さらに、電極１８０、１８８のうちの１つまたは複数が不透明であっても差し支えないことに留意するものとする。したがって、上記説明の通り、光学センサ１１２を１つだけ有する検出器１１０が実現可能である。この場合、光学センサ１１２は、必ずしも透明である必要はない。これにより、一例として、光がセンサ表面１５８を介して光学センサ１１２に透過する場合は、厚い金属層の使用等によって、第２の電極１８８が不透明であってもよい。光が他方の面から光学センサ１１２に透過する場合は、第１の電極１８０が不透明な電極であってもよい。さらに、たとえば図１の構成のように、センサスタック１４８を使用する場合は、物体１１８に対向しないセンサスタック１４８の最後の光学センサ１１２が必ずしも透明である必要はない。このように、不透明な光学センサ１１２を使用するようにしてもよい。
【０３９４】
図５には、図２Ａ〜図３Ｂに関する上記説明に加えて、検出器１１０およびカメラ１１１の別の実施形態を部分斜視図として示しており、以下、これを用いて、光線１５０を放出する少なくとも１つの物体１１８（この図には示さず）の位置を決定する一実施形態をさらに説明する。検出器１１０および／またはカメラ１１１は、検出システム１１４、マンマシンインターフェース１２０、娯楽装置１２２、または追跡システム１２４の一部であってもよく、図５に示していない付加的な構成要素を備えていてもよい。これにより、一例として、評価装置１２６は図示していない。評価装置１２６の可能な実施形態および／またはさらなる詳細については、上記実施形態を参照可能である。
【０３９５】
図から分かる通り、本実施形態においても、検出器１１０は、複数の光学センサ１１２を備えており、この場合もセンサスタック１４８として配置されている。光学センサ１１２およびセンサスタック１４８の可能な実施形態については、上記開示の実施形態を参照可能である。
【０３９６】
センサスタック１４８は、少なくとも２つの光学センサ１１２を備え、本実施形態においては２つの光学センサ１１２のみを示しており、１つの光学センサ１１２が物体１１８に対向し（図５の最後の光学センサ１１２）、１つの光学センサ１１２が物体１１８に対向していない（右側の光学センサ１１２）。光線１５０の少なくとも一部が減衰せずまたは減衰して、スペクトル特性が不変または修正された状態で光学センサ１１２を通過するように、光学センサ１１２の少なくとも１つは、光線１５０に対して少なくとも部分的に透明であるのが好ましい。このため、図５においては、左側の光学センサ１１２の全部または一部が透明である一方、右側の光学センサ１１２は不透明であってもよいし、透明であってもよい。
【０３９７】
光線１５０は、好ましくは光学センサ１１２のセンサ表面１５８に直交するｚ軸に平行または非平行となり得る伝搬軸１９６に沿って、伝搬方向１９４に伝搬するようになっていてもよい。
【０３９８】
図２Ａおよび図２Ｂに関する上記概説および図３Ａおよび図３Ｂに関する上記概説の通り、光線１５０によって光学センサ１１２上に形成された光スポット１５６が評価されるようになっていてもよい。したがって、上記概説の通り、光スポット１５６のうちの１つまたは複数に関して、少なくとも、画素１５４が与える解像度の境界内で中心１９８が決定されるようになっていてもよい。一例として、図５においては、光学センサ１１２が画素１５４のマトリクス１５２を含み、各画素がその行（図５に行識別子Ａ〜Ｉの記号で示す）およびその列（図５に列識別子１〜７の記号で示す）を特徴とする。行識別子および列識別子の両者としての数字の使用等、画素座標を識別する他の実施形態も実現可能である。これにより、図５に示す例示的な実施形態において、左側の光学センサ１１２の光スポット１５６の中心１９８は、行ＤとＥ間および列４と５間に配置されているものと識別可能である一方、右側の光学センサ１１２の光スポット１５６の中心１９８は、行Ｄおよび列６に配置されているものと識別可能である。したがって、中心１９８を結ぶことにより、光線１５０の伝搬軸１９６を容易に決定することができる。その結果、検出器１１０に対する物体１１８の方向を決定可能である。このように、右側の光学センサ１１２上の光スポット１５６の中心１９８が右側（すなわち、列番号の高い側）にシフトしているため、物体１１８は、ｚ軸から中心を外れて右側に位置しているものと決定することができる。
【０３９９】
さらに、上記概説の通り、ビームウェストｗ０を評価することによって、物体１１８の縦方向座標が決定されるようになっていてもよい。これにより、一例として、ビームウェストは、上述の関係のうちの１つまたは複数、具体的にはガウス関係に応じて、縦方向座標に依存していてもよい。図５に示すように、伝搬方向１９４が光軸またはｚ座標に平行でない場合、物体１１８の縦方向座標は、伝搬軸１９６に沿った座標であってもよい。たとえば、中心１９８の座標を比較することによって、伝搬軸１９６を容易に決定可能であり、また、ｚ軸と伝搬軸１９６との間の角度関係が既知であるため、座標変換を容易に行うことができる。したがって、一般的には、１つまたは複数の光学センサ１１２の画素数を評価することにより、物体１１８の位置が決定されるようになっていてもよい。さらに、光学センサ１１２それぞれを用いて物体１１８の画像を生成可能であるとともに、物体１１８ならびに／または物体１１８の１つもしくは複数の点の縦方向座標が既知であることから、物体１１８の３次元画像を生成することができる。
【０４００】
上記概説の通り、光線１５０により照射された光学センサ１１２の画素の数Ｎの計数は、画素１５４の強度分布を評価するための１つの選択肢である。この追加または代替として、評価装置１２６は、図８〜図１３に関して以下に説明するように、強度分布を近似した少なくとも１つの強度分布関数を決定するように構成されていてもよい。したがって、評価装置１２６は、縦方向座標と強度分布関数および／または該強度分布関数から導出される少なくとも１つのパラメータとの間の所定の関係を用いることにより、物体１１８の縦方向座標を決定するように構成されていてもよい。一例として、強度分布関数は、図８〜図１３に関して以下に説明する通り、光線１５０のビーム形状関数であってもよい。強度分布関数は具体的に、光学センサ１１２の画素１５４の少なくとも一部に含まれる強度情報を近似した２次元または３次元の数学関数を含んでいてもよい。
【０４０１】
図８〜図１３は、マトリクス１５２の画素１５４の強度分布の強度分布関数を決定する例示的な実施形態を示した図である。これらの実施形態においては、一例として、適当なフィッティングアルゴリズムを用いることにより、２次元の関数が決定される。ここで、図８〜図１３においては、水平軸上の各画素の識別子ｐの関数として、垂直軸上の強度値Ｉ（任意単位）を示すことにより、強度分布を与えている。一例としては、光スポット１５６の中心を通る線等、図２ＡのＡ−Ａ線に沿った画素１５４を示すとともに、それぞれの垂直座標ｐで識別するようにしてもよい。同様に、評価は、図３Ｂの図中のＡ−Ａ水平線で示すように、図３Ａおよび図Ｂ中の光学センサ１１２それぞれについて実施するようにしてもよい。
【０４０２】
図８〜図１３は、単一の光学センサ１１２によって生成された強度分布の例示的な実施形態を示しており、一連の画素１５４の強度を棒状に示している。ただし、Ａ−Ａ線に沿って強度分布を評価する代わりに、３次元強度分布関数の使用等によって、マトリクス１５２のすべての画素１５４を評価する３次元評価等、他の種類の評価も実現可能である。さらに、単一の光学センサ１１２またはその一部の単一のマトリクス１５２を評価する代わりに、センサスタック１４８の光学センサ１１２等、２つ以上の光学センサ１１２を評価するようにしてもよい。
【０４０３】
上記概説の通り、図８〜図１３には、画素１５４の強度を棒状に示している。評価装置１２６は、これらの図において実線として示す強度分布関数を決定するように構成されていてもよい。上記概説の通り、強度分布関数の決定は、１つまたは複数のフィッティングアルゴリズムを用いることにより、たとえば実際の強度分布に対して１つまたは複数の所定のフィッティング関数をフィッティングすることによって行われるようになっていてもよい。一例としては、上記概説の通り、釣鐘型関数、ガウス分布関数、ベッセル関数、エルミート−ガウス関数、ラゲール−ガウス関数、ローレンツ分布関数、二項分布関数、ポアソン分布関数、これら関数のうちの１つもしくは複数を含む少なくとも１つの導関数、少なくとも１つの線形結合、もしくは少なくとも１つの積、から成る群から選択される１つまたは複数の数学関数等、１つまたは複数の数学関数を使用するようにしてもよい。したがって、単一の数学関数または２つ以上の同一、類似、もしくは非同一数学関数の組み合わせをフィッティング関数として使用し、実際の強度分布にフィッティングすることによって、これらフィッティング関数の１つまたは複数のパラメータの適応等により、強度分布関数を生成するようにしてもよい。
【０４０４】
これにより、一例として、図８は、１６画素で測定したガウスビームを展開したものである。強度分布関数を表すフィッティングガウス関数は、実線としてプロットしている。図９は、２つ以上の光線１５０が存在する場合にも評価を実施可能であることを示しており、２つ以上の光スポット１５６が生成されている。したがって、図９は、１６画素で測定した２つのガウスビームを展開したものである。図９において、２つの強度分布関数を表すフィッティングガウス関数は、実線としてプロットしている。
【０４０５】
上記した照射画素の計数の場合について、強度分布をさらに評価するようにしてもよい。このため、フィッティング数学関数から、１つまたは複数のパラメータが決定されるようになっていてもよい。したがって、上記式（２）および式（３）で示すように、図８のフィッティングガウス関数または図９のフィッティングガウス関数それぞれから、１つまたは複数のビームウェストｗが決定されるようになっていてもよい。ビームウェストは、光スポット１５６の直径または等価直径の尺度として使用するようにしてもよい。この追加または代替として、他のパラメータを導出するようにしてもよい。
【０４０６】
導出したパラメータのうちの１つまたは複数を用いて、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ〜図３Ｃ、または図５に関する上記説明の通り、物体１１８の少なくとも１つの縦方向座標が決定されるようになっていてもよい。これにより、一例としては、上記方程式（３）を用いることにより、物体１１８の縦方向座標が決定されるようになっていてもよい。さらには、上記概説の通り、センサスタック１４８を使用するようにしてもよい。図８もしくは図９に示す評価または強度分布関数を決定するその他任意の種類の評価は、センサスタック１４８の光学センサ１１２のうちの２つ以上あるいはすべてに適用可能である。これにより、一例として、図８または図９に示す評価は、スタックの光学センサ１１２それぞれに対して実施することにより、光学センサ１１２それぞれのビーム径またはビーム径を示す尺度を導出するようにしてもよい。これにより、３次元画像が生成および評価されるようになっていてもよく、図３Ａおよび図３Ｂに関して概説した通り、曖昧さが解消されるようになっていてもよい。さらには、単色評価のほか、図３Ｃに関して説明した多色評価を実施するようにしてもよい。
【０４０７】
図１０〜図１３には、評価がガウス強度分布およびガウス強度分布関数に限定されないことを示した例示的な実施形態を示している。したがって、図１０は、１６画素で測定した正方形物体を展開したものである。この場合も、強度分布を示す測定画素電流は、棒状にプロットしている。また、強度分布にフィッティングして、ビーム形状関数またはフィッティングエッジ形状関数を与える強度分布関数は、実線として示している。図１０の本実施形態においては、一例として、たとえば伝達装置１３６によって光学センサ１１２上に結像された正方形物体１１８に焦点が合っているため、鋭いエッジが生成されている。図１１〜図１３においては、物体１１８が焦点から外れていっているため、ぼやけたエッジが生成されている。したがって、図１１は、わずかに焦点から外れた図１０の正方形物体１１８の強度分布を示している。図１２においては、正方形物体１１８が焦点から外れているため、エッジがぼやけてきている。図１３においては、正方形物体１１８が焦点からさらに外れているため、エッジがさらにぼやけるとともに、強度分布全体がぼやけた形状となっている。一例として、図１０〜図１３は、焦点面からの距離が異なるセンサスタック１４８の異なる光学センサ１１２により生成された画像であってもよい。この追加または代替として、図１０〜図１３の画像は、物体１１８を光軸１４２に沿って移動させることにより強度分布を変化させて生成されたものであってもよい。伝達装置１３６の結像特性が一般的に周知であるとともに、ビーム伝搬特性および結像が標準的な光学的方法により計算可能であることから、物体１１８の位置または物体１１８の少なくとも１つの縦方向座標は、ガウス光線に関して上記した方程式（３）を使用する場合と同様に、強度分布関数を評価することにより決定されるようになっていてもよく、当業者が把握する通りのことである。
【０４０８】
図６には、光照射野カメラとして使用する本発明に係る検出器１１０の模式的な構成を示している。基本的に、図６に示す構成は、図１に示す実施形態または本明細書に示すその他任意の実施形態に対応していてもよい。検出器１１０は、画素化センサとも称する光学センサ１１２のセンサスタック１４８を備えており、具体的には透明であってもよい。一例としては、有機太陽電池、具体的にはｓＤＳＣ等、画素化された有機光学センサを使用するようにしてもよい。また、検出器１１０は、物体１１８を結像するように構成された少なくとも１つのレンズ１３８またはレンズ系等の少なくとも１つの伝達装置１３６を備えていてもよい。さらに、本実施形態または他の実施形態において、検出器１１０は、ＣＣＤおよび／またはＣＭＯＳ撮像装置等の少なくとも１つの撮像装置１９６を備えていてもよい。
【０４０９】
上記概説の通り、本明細書に示す実施形態の検出器１１０は、光照射野カメラとしての作用に適している。したがって、図６においてＡ、Ｂ、およびＣの記号で示すさまざまな物体１１８またはビーコンデバイス１１６から伝搬する光線１５０は、伝達装置１３６によって集束され、図６においてＡ’、Ｂ’、およびＣ’で示す対応像となる。光学センサ１１２のスタック１４８を用いることにより、３次元画像が取得されるようになっていてもよい。したがって、具体的には光学センサ１１２がＦｉＰセンサすなわちセンサ信号が光子密度によって決まるセンサの場合、光線１５０それぞれの焦点は、隣接する光学センサ１１２のセンサ信号を評価することにより決定されるようになっていてもよい。このため、スタック１４８のセンサ信号を評価することにより、焦点位置、拡がりパラメータ、または他のパラメータ等、さまざまな光線１５０のビームパラメータが決定されるようになっていてもよい。これにより、一例として、各光線１５０ならびに／または１つもしくは複数の関心光線１５０は、それぞれのビームパラメータの観点で決定されるようになっていてもよく、パラメータ表示および／またはベクトル表示で表されるようになっていてもよい。このように、伝達装置１３６の光学的品質および特性が一般的に既知であることから、スタック１４８を用いて光線１５０のビームパラメータが決定されるとすぐに、１つまたは複数の物体１１８を含む光学検出器１１０により取得されたシーンが簡単なビームパラメータ集合で表されるようになっていてもよい。図６に示す光照射野カメラのさらなる詳細については、上記さまざまな可能性に関する記述を参照可能である。
【０４１０】
さらに、上記概説の通り、光学センサスタック１４８の光学センサ１１２は、波長感度が同一であってもよいし、異なっていてもよい。したがって、スタック１４８は、任意選択としての撮像装置１９６のほか、たとえば交互に２種類の光学センサ１１２を備えていてもよい。ここで、スタック１４８には、第１の種類および第２の種類の光学センサ１１２が設けられていてもよい。第１の種類および第２の種類の光学センサ１１２は具体的に、光軸１４２に沿って交互に配置されていてもよい。第１の種類の光学センサ１１２は、第１の色素により規定された第１の吸収スペクトル等、第１の吸収スペクトル等の第１のスペクトル感度を有していてもよく、第２の種類の光学センサ１１２は、第２の色素により規定された第２の吸収スペクトル等、第１のスペクトル感度とは異なる第２の吸収スペクトル等の第２のスペクトル感度を有していてもよい。これら２種類以上の光学センサ１１２のセンサ信号を評価することにより、色情報が得られる。このように、導出可能なビームパラメータに加えて、上記２種類以上の光学センサ１１２は、フルカラー３次元画像の導出等、付加的な色情報を導出可能であってもよい。これにより、一例としては、異なる色の光学センサ１１２のセンサ信号とルックアップテーブルに格納された値との比較によって、色情報が導出されるようになっていてもよい。したがって、図６の構成は、単色、フルカラー、または多色光照射野カメラとして具現化されていてもよい。
【０４１１】
上記概説の通り、検出器１１０は、１つまたは複数の飛行時間型検出器をさらに備えていてもよい。この可能性を図７に示す。まず、検出器１１０は、センサスタック１４８等、上記１つまたは複数の画素化光学センサ１１２を含む少なくとも１つの構成要素を備える。図７に示す実施形態において、光学センサ１１２を含む上記少なくとも１つのユニットは、カメラ１１１として示している。ただし、他の実施形態も実現可能であることに留意するものとする。カメラ１１１の可能な構成の詳細については、図１に示す実施形態または検出器１１０の他の実施形態等、上記構成を参照可能である。基本的には、上記開示の検出器１１０の任意の構成を、図７に示す実施形態の背景において使用可能である。
【０４１２】
さらに、検出器１１０は、少なくとも１つの飛行時間型（ＴｏＦ）検出器１９８を備える。図７に示すように、ＴｏＦ検出器１９８は、検出器１１０の評価装置１２６に接続されていてもよいし、別個の評価装置が設けられていてもよい。上記概説の通り、ＴｏＦ検出器１９８は、図７に記号で示すように、パルス２００の放出および受信によって、検出器１１０と物体１１８との間の距離すなわち光軸１４２に沿ったｚ座標を決定するように構成されていてもよい。
【０４１３】
上記少なくとも１つの任意選択としてのＴｏＦ検出器１９８は、カメラ１１１等の画素化光学センサ１１２を有する上記少なくとも１つの検出器とさまざまに組み合わされていてもよい。これにより、一例として、また、図７に示すように、上記少なくとも１つのカメラ１１１は、第１の部分ビーム経路２０２に配置されていてもよく、ＴｏＦ検出器１９８は、第２の部分ビーム経路２０４に配置されていてもよい。部分ビーム経路２０２、２０４は、分離されていてもよく、および／または、少なくとも１つのビーム分割要素２０６によって結合されていてもよい。一例として、ビーム分割要素２０６は、半透明ミラー等の波長中立ビーム分割要素２０６であってもよい。この追加または代替として、波長依存性によって、異なる波長を分離可能であってもよい。図７に示す構成の代替または追加として、ＴｏＦ検出器１９８の他の構成を使用するようにしてもよい。したがって、カメラ１１１およびＴｏＦ検出器１９８は、カメラ１１１後方へのＴｏＦ検出器１９８の配置等により、一直線に配置されていてもよい。この場合は、不透明な光学センサがカメラ１１１に設けられておらず、すべての光学センサ１１２が少なくとも部分的に透明であるのが好ましい。また、この代替または追加として、ＴｏＦ検出器１９８は、カメラ１１１から独立して配置されていてもよく、異なる光路を結合することなく使用するようにしてもよい。さまざまな構成が実現可能である。
【０４１４】
上記概説の通り、ＴｏＦ検出器１９８およびカメラ１１１は、曖昧さの解消、光学検出器１１０を使用できる気象条件の範囲の拡大、または物体１１８と光学検出器１１０との間の距離範囲の拡張等のさまざまな目的で、利益が得られるように組み合わされていてもよい。さらなる詳細については、上記説明を参照可能である。
【符号の説明】
【０４１５】
１１０  検出器
１１１  カメラ
１１２  光学センサ
１１４  検出システム
１１６  ビーコンデバイス
１１８  物体
１２０  マンマシンインターフェース
１２２  娯楽装置
１２４  追跡システム
１２６  評価装置
１２８  コネクタ
１３０  ハウジング
１３２  制御装置
１３４  ユーザ
１３６  伝達装置
１３８  レンズ
１４０  開口
１４２  光軸
１４４  視野方向
１４６  座標系
１４８  センサスタック
１５０  光線
１５２  マトリクス
１５４  画素
１５６  光スポット
１５８  センサ表面
１６０  電流測定装置
１６２  スイッチ
１６４  データメモリ
１６６  境界線
１６８  非照射画素
１７０  照射画素
１７２  追跡制御装置
１７４  焦点
１７６  機械
１７８  基板
１８０  第１の電極
１８２  第１の電極ストライプ
１８４  感光層
１８６  接触エリア
１８８  第２の電極
１９０  第２の電極ストライプ
１９２  接触エリア
１９４  伝搬方向
１９６  伝搬軸
１９８  中心
１９６  撮像装置
１９８  飛行時間型検出器
２００  パルス
２０２  第１の部分ビーム経路
２０４  第２の部分ビーム経路
２０６  ビーム分割要素
【図１】
2016529473.tif 000010
【図２Ａ】
2016529473.tif 000011
【図２Ｂ】
2016529473.tif 000012
【図３Ａ】
2016529473.tif 000013
【図３Ｂ】
2016529473.tif 000014
【図３Ｃ】
2016529473.tif 000015
【図４Ａ】
2016529473.tif 000016
【図４Ｂ】
2016529473.tif 000017
【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
2016529473.tif 000020
【図７】
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【図８】
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【図９】
2016529473.tif 000023
【図１０】
2016529473.tif 000024
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年2月15日(2016.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの物体（１１８）の位置を決定する検出器（１１０）であって、
少なくとも１つの光学センサ（１１２）であり、前記物体（１１８）から該検出器（１１０）へと進む光線（１５０）を検出するように構成され、画素（１５４）の少なくとも１つのマトリクス（１５２）を有する、光学センサ（１１２）と、
少なくとも１つの評価装置（１２６）であり、前記光線（１５０）により照射された前記光学センサ（１１２）の画素（１５４）の強度分布を決定するように構成され、前記強度分布を用いることにより、前記物体（１１８）の少なくとも１つの縦方向座標を決定するようにさらに構成された、評価装置（１２６）と、
を備えた検出器（１１０）。
【請求項２】
前記評価装置（１２６）が、前記強度分布と前記縦方向座標との間の所定の関係を用いることにより、前記物体（１１８）の前記縦方向座標を決定するように構成された、
請求項１に記載の検出器（１１０）。
【請求項３】
前記評価装置（１２６）が、前記強度分布を近似した少なくとも１つの強度分布関数を決定するように構成された、
請求項１または２に記載の検出器（１１０）。
【請求項４】
前記評価装置（１２６）が、縦方向座標と前記強度分布関数、該強度分布関数から導出された少なくとも１つのパラメータ、から成る群から選択される少なくとも１つのパラメータとの間の所定の関係を用いることにより、前記物体（１１８）の前記縦方向座標を決定するように構成された、
請求項３に記載の検出器（１１０）。
【請求項５】
前記強度分布関数が、前記光線（１５０）のビーム形状関数である、
請求項３または４に記載の検出器（１１０）。
【請求項６】
前記強度分布関数が、前記光学センサ（１１２）の前記画素（１５４）の少なくとも一部に含まれる強度情報を近似した２次元または３次元の数学関数を含む、
請求項３〜５のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項７】
前記２次元または３次元の数学関数が、釣鐘型関数、ガウス分布関数、ベッセル関数、エルミート−ガウス関数、ラゲール−ガウス関数、ローレンツ分布関数、二項分布関数、ポアソン分布関数、これら関数のうちの１つまたは複数を含む少なくとも１つの導関数、少なくとも１つの線形結合、または少なくとも１つの積、から成る群から選択される少なくとも１つの数学関数を含む、
請求項６に記載の検出器（１１０）。
【請求項８】
複数の平面における強度分布を決定するように構成された、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項９】
複数の光学センサ（１１２）を備えた、
請求項８に記載の検出器（１１０）。
【請求項１０】
前記評価装置（１２６）が、光軸（１４２）に沿った縦方向座標の関数として、前記強度分布の変化を評価することにより、前記物体（１１８）の前記縦方向座標を決定するように構成された、
請求項８または９に記載の検出器（１１０）。
【請求項１１】
前記評価装置（１２６）が、それぞれ前記平面のうちの１つにおける前記強度分布を近似した複数の強度分布関数を決定するように構成され、前記複数の強度分布関数から、前記物体（１１８）の前記縦方向座標を導出するようにさらに構成された、
請求項８〜１０のいずれか一項に記載の検出器（１１０）。
【請求項１２】
前記強度分布関数がそれぞれ、前記各平面における前記光線（１５０）のビーム形状関数である、
請求項１１に記載の検出器（１１０）。
【請求項１３】
前記評価装置（１２６）が、各強度分布関数から少なくとも１つのビームパラメータを導出するように構成された、
請求項１１または１２に記載の検出器（１１０）。
【請求項１４】
前記評価装置（１２６）が、前記光軸（１４２）に沿った縦方向座標の関数として、前記少なくとも１つのビームパラメータの変化を評価することにより、前記物体（１１８）の前記縦方向座標を決定するように構成された、
請求項１３に記載の検出器（１１０）。
【請求項１５】
少なくとも１つの物体（１１８）の位置を決定する検出システム（１１４）であって、
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の少なくとも１つの検出器（１１０）を備え、少なくとも１つの光線（１５０）を前記検出器（１１０）へと案内するように構成された少なくとも１つのビーコンデバイス（１１６）をさらに備え、前記ビーコンデバイス（１１６）が、前記物体（１１８）への取り付け、前記物体（１１８）による保持、および前記物体（１１８）への組み込みのうちの少なくとも１つが可能である、
検出システム（１１４）。
【請求項１６】
ユーザ（１３４）と機械（１７６）との間で少なくとも１つの情報を交換するマンマシンインターフェース（１２０）であって、
請求項１５に記載の少なくとも１つの検出システム（１１４）を備え、前記少なくとも１つのビーコンデバイス（１１６）が、前記ユーザ（１３４）への直接的または間接的な取り付けおよび前記ユーザ（１３４）による保持のうちの少なくとも１つが行われるように構成されており、該マンマシンインターフェース（１２０）が、前記検出システム（１１４）によって前記ユーザ（１３４）の少なくとも１つの位置を決定するように設計されるとともに、少なくとも１つの情報を前記位置に割り当てるように設計された、
マンマシンインターフェース（１２０）。
【請求項１７】
少なくとも１つの娯楽機能を実行する娯楽装置（１２２）であって、
請求項１６に記載の少なくとも１つのマンマシンインターフェース（１２０）を備え、前記マンマシンインターフェース（１２０）によって、プレーヤが少なくとも１つの情報を入力できるように設計され、前記情報に従って前記娯楽機能を変更するように設計された、
娯楽装置（１２２）。
【請求項１８】
少なくとも１つの可動物体（１１８）の位置を追跡する追跡システム（１２４）であって、
請求項１５に記載の少なくとも１つの検出システム（１１４）を備え、少なくとも１つの追跡制御装置（１７２）をさらに備え、前記追跡制御装置（１７２）が、特定の時点における前記物体（１１８）の一連の位置を追跡するように構成された、
追跡システム（１２４）。
【請求項１９】
少なくとも１つの物体（１１８）を撮像するカメラ（１１１）であって、
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の少なくとも１つの検出器（１１０）を備えた、カメラ（１１１）。
【請求項２０】
少なくとも１つの物体（１１８）の位置を決定する方法であって、
前記方法は、少なくとも１つの検出ステップおよび少なくとも１つの評価ステップを含み、
前記少なくとも１つの検出ステップでは、前記物体（１１８）から検出器（１１０）へと進む少なくとも１つの光線（１５０）が、前記検出器（１１０）の少なくとも１つの光学センサ（１１２）により検出され、前記少なくとも１つの光学センサ（１１２）が、画素（１５４）の少なくとも１つのマトリクス（１５２）を有し、
前記少なくとも１つの評価ステップでは、前記光線（１５０）により照射された前記光学センサ（１１２）の画素（１５４）の強度分布が決定され、前記強度分布を用いることにより、前記物体（１１８）の少なくとも１つの縦方向座標が決定される、
方法。
【請求項２１】
交通技術における位置測定のための方法であって、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の検出器（１１０）の使用を含む、方法。
【請求項２２】
娯楽のための方法であって、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の検出器（１１０）の使用を含む、方法。
【請求項２３】
セキュリティのための方法であって、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の検出器（１１０）の使用を含む、方法。
【請求項２４】
安全のための方法であって、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の検出器（１１０）の使用を含む、方法。
【請求項２５】
マンマシンインターフェース（１２０）を提供する方法であって、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の検出器（１１０）の使用を含む、方法。
【請求項２６】
追跡のための方法であって、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の検出器（１１０）の使用を含む、方法。
【請求項２７】
写真撮影のための方法であって、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の検出器（１１０）の使用を含む、方法。
【請求項２８】
少なくとも１つの飛行時間型測定を行う方法であって、少なくとも１つの飛行時間型検出器（１９８）との組み合わせによる請求項１〜１４のいずれか一項に記載の検出器（１１０）の使用を含む、方法。
【国際調査報告】
2016529473.tif 000028
2016529473.tif 000029
2016529473.tif 000030