用于確定至少一個對象的位置的檢測器的制作方法

本發明涉及用于確定至少一個對象的位置的檢測器、人機界面、用于執行至少一個娛樂功能的娛樂裝置、跟蹤系統、相機、用于確定至少一個對象的位置的方法，以及檢測器的各種用途。這種裝置和這種方法可以用于例如日常生活的各個領域(交通技術、生產技術、安全技術、醫療技術、娛樂技術或科學)中。另外或可替代地，該應用可以應用于空間測繪領域，諸如用于生成一個或多個房間、一個或多個建筑物或一個或多個街道的地圖。此外，檢測器可以形成相機或者可以是用于對至少一個對象成像的相機的一部分。然而，其它應用原則上同樣是可能的。

背景技術：

被配置為確定對象的位置的大量檢測器從現有技術中是已知的。用于確定對象的位置的這種檢測器基于光學傳感器和光伏裝置是已知的。

雖然光伏裝置通常用于將電磁輻射(例如紫外線、可見光或紅外光)轉換成電信號或電能，但光學檢測器通常用于拾取圖像信息和/或用于檢測至少一個光學參數，例如亮度。通常，光學傳感器可以基于無機和/或有機傳感器材料的使用。這種傳感器的示例在US 2007/0176165 A1、US 6,995,445 B2、DE 2501124 A1、DE 3225372 A1中或者在許多其它現有技術文獻中公開。在越來越大的程度上，特別是出于成本原因和出于大面積加工的原因，正在使用包括至少一種有機傳感器材料的傳感器，如例如在US 2007/0176165 A1中所描述的。特別地，所謂的染料太陽能電池在此越來越重要，其通常在例如WO2009/013282A1中描述。

基于用于確定至少一個對象的位置的這種光學傳感器的檢測器可以取決于相應的使用目的以多種方式實施。這種檢測器的示例是成像裝置，例如相機和/或顯微鏡。高分辨率共聚焦顯微鏡是已知的，例如，其可以特別地用于醫學技術和生物學領域，以便采用高光學分辨率檢查生物樣品。用于光學檢測對象的檢測器的其它示例是三角測量系統，借助于該三角測量系統可以執行距離測量。

用于光學地檢測至少一個對象的檢測器的其它示例是基于例如對應的光學信號(例如激光脈沖)的傳播時間方法的距離測量裝置。一般來說，這些檢測器可包括照射源，例如，燈或激光器，以及光檢測裝置。照射源可以發射光，特別是由透鏡和/或透鏡系統聚焦的一個或多個光束。發射的光可以由對象反射。反射光可以由光檢測裝置檢測。一般來說，這些檢測器可使用作為飛行時間分析、結構光分析的技術或例如用于執行三角測量方法的多個檢測器，用于確定對象的位置。其它方法轉而基于復雜的脈沖序列，諸如例如借助于激光脈沖的距離測量。

各種位置檢測器在本領域中是已知的。因此，在JP 8-159714 A中，公開了一種距離測量裝置。其中，通過使用檢測器和陰影形成元件，基于對象的陰影形成取決于距離的事實來確定對象和檢測器之間的距離。在US 2008/0259310 A1中，公開了一種光學位置檢測器。通過使用各種已知距離和測量角度來確定透射系統的位置。在US 2005/0184301 A1中，公開了一種距離測量裝置。測量裝置使用具有不同波長的多個發光二極管。在CN 101650173 A中，公開了一種基于使用幾何原理的位置檢測器。此外，在JP 10-221064 A中，公開了與全息術中使用的光學設置類似的復雜光學設置。

在US 4,767,211中，公開了一種用于光學測量和成像的裝置和方法。其中，通過使用不同的光電檢測器和分頻器來確定沿著光軸行進的反射光與偏軸行進的反射光的比率。通過使用該原理，可以檢測樣品中的凹陷。

在US 4,647,193中，通過使用具有多個部件的檢測器來確定目標對象的范圍。檢測器被放置為遠離透鏡的焦平面。來自對象的光的光斑的尺寸隨對象的范圍而變化，并且因此取決于對象的范圍。通過使用不同的光電檢測器，可以通過比較由光電檢測器生成的信號來確定光斑的尺寸并且因此確定對象的范圍。

在US 6,995,445和US 2007/0176165 A1中，公開了一種位置敏感有機檢測器。其中，使用電阻底部電極，其通過使用至少兩個電觸點而電接觸。通過形成來自電觸點的電流的電流比，可以檢測有機檢測器上的光斑的位置。

在WO 2010/088032 A2和US 2011/0055846 A1中，提出了一種被配置為獲得一個或多個目標的深度圖像的捕獲裝置。捕獲裝置可以包括深度相機、視頻相機、立體相機和/或其它合適的捕獲裝置。捕獲裝置可以包括圖像相機部件，其可以包括IR光部件、三維(3D)相機和/或RGB相機。在WO 2010/088032 A2中，捕獲裝置可以被配置為通過任何合適的技術(例如，飛行時間、結構光、立體圖像等)捕獲具有深度信息的視頻。除了在WO 2010/088032 A2中使用的技術之外，在US 2011/0055846 A1中，輸出光波的相位可以與輸入光波的相位進行比較以確定相移，其被用于確定對象的物理距離。

此外，在本領域中通常已知使用透明或至少部分透明的位置檢測器。WO 2012/110924 A1公開了一種用于光學檢測至少一個對象的檢測器，其內容通過引用并入在此。檢測器包括至少一個光學傳感器。光學傳感器具有至少一個傳感器區域。光學傳感器被設計成以取決于傳感器區域的照射的方式生成至少一個傳感器信號。假定照射的相同總功率，傳感器信號取決于照射的幾何形狀，特別是取決于在傳感器區域上的照射的光束橫截面。此外，檢測器具有至少一個評估裝置。評估裝置被設計成從傳感器信號生成至少一項幾何信息，特別是關于照射和/或對象的至少一項幾何信息。

然而，僅使用一個透明或部分透明的位置傳感器來確定對象的縱向位置可能導致縱向位置的測量的模糊性的問題，特別是如果對象位于焦點或焦點區域之前或之后。為了克服模糊性問題，從現有技術中已知使用多個透明或部分透明的位置傳感器或相應的傳感器堆疊。

2012年12月19日提交的美國臨時申請61/739,173，2013年1月8日提交的61/749,964和2013年8月19日提交的61/867,169以及根據在2013年12月18日提交的在WO2014/097181 A1下公開的國際專利申請PCT/IB2013/061095(其全部內容通過引用并入在此)公開了用于通過使用至少一個橫向光學傳感器和至少一個光學傳感器來確定至少一個對象的位置的方法和檢測器。具體地，公開了傳感器堆疊的使用，以便采用高精度和無模糊性地確定對象的縱向位置。

于2013年6月13日提交的歐洲專利申請號EP 13171898.3、于2014年3月12日提交的德國專利申請號10 2014 007 775.6和于2014年6月5日提交的國際專利申請號PCT/EP2014/061695(其全部公開內容通過引用并入在此)公開了一種光學檢測器，其包括具有基板和設置在其上的至少一個光敏層設置的光學傳感器。光敏層設置具有至少一個第一電極、至少一個第二電極，以及夾在第一電極和第二電極之間的至少一種光伏材料。光伏材料包括至少一種有機材料。第一電極包括多個第一電極條帶，而第二電極包括多個第二電極條帶，其中第一電極條帶和第二電極條帶相交，以使得像素矩陣形成在第一電極條帶和第二電極條帶的相交處。光學檢測器進一步包括至少一個讀出裝置，該讀出裝置包括連接到第二電極條帶的多個電測量裝置和用于隨后將第一電極條帶連接到電測量裝置的開關裝置。

于2013年6月13日提交的歐洲專利申請號EP 13171900.7，于2014年2月14日提交的歐洲專利申請號14155161.4和于2014年6月5日提交的國際專利申請號PCT/EP2014/061691(其全部內容通過引用并入在此)公開了一種用于確定至少一個對象的取向的檢測器裝置，包括至少兩個信標裝置，其適于下列方式中的至少一個：附接到對象、由對象保持以及集成到對象中。信標裝置每一個適于將光束引導朝向檢測器，并且信標裝置在對象的坐標系中具有預定坐標。檢測器裝置進一步包括適于檢測從信標裝置朝向檢測器行進的光束的至少一個檢測器和至少一個評估裝置，該評估裝置適于確定在檢測器的坐標系中的信標裝置中的每一個信標裝置的縱向坐標。評估裝置進一步適于通過使用信標裝置的縱向坐標來確定在檢測器的坐標系中的對象取向。

于2013年6月13日提交的歐洲專利申請號EP 13171901.5，于2014年3月12日提交的德國專利申請號10 2014 006 280.5和于2014年6月5日提交的國際專利申請號PCT/EP2014/061695(其全部內容通過引用包括在此)公開了用于確定至少一個對象的位置的檢測器。檢測器包括適于檢測從對象朝向檢測器行進的光束的至少一個光學傳感器，該光學傳感器具有至少一個像素矩陣。檢測器進一步包括至少一個評估裝置，該評估裝置適于確定由光束照射的光學傳感器的像素的數量N。評估裝置進一步適于通過使用由光束照射的像素的數量N來確定對象的至少一個縱向坐標。

然而，使用多個(特別是三個或更多個)縱向光學傳感器來測量對象的縱向位置以實現高精度和明確的測量可能是資源和成本密集的。因此，期望采用所需的最小量的光學傳感器來確定對象的縱向位置。

由本發明解決的問題

因此，本發明所解決的問題是指定用于確定至少一個對象的位置的裝置和方法，其至少基本上避免了這種類型的已知裝置和方法的缺點。特別地，所提出的裝置和方法旨在使得可以以低的技術努力采用高精度和無模糊性地確定至少一個對象的位置。

技術實現要素：

該問題通過具有獨立專利權利要求的特征的檢測器、人機界面、跟蹤系統、方法來解決。可能以孤立方式或以任意組合實現的優選實施例在從屬權利要求中列出。

如在下面使用的，術語“具有”、“包括”或“包含”或其任何的任意語法變體以非排它方式使用。因此，這些術語都可指如下的情況，其中除了由這些術語引入的特征之外，沒有其它特征存在在該上下文中描述的整體中，以及是指存在一個或多個其它特征的情況。作為示例，表述“A具有B”、“A包括B”以及“A包含B”可以都指如下情況：即除了B之外，沒有其它元件存在于A中(即其中A單獨和排它地由B組成的情況)；并且指如下情況：其中除了B之外，一個或多個其它元件，諸如元件C、元件C和D，或甚至其它元件，存在于實體A中。

此外，如在下面使用的，術語“優選”、“更優選地”、“更可優選地”、“特別地”、“更特別地”、“具體地”、“更具體地”或類似術語可結合可選特征使用，并不限制替代可能性。因此，由這些術語中引入的特征是可選的特征，并且不旨在以任何方式限制權利要求的范圍。如本領域技術人員將認識的，本發明可以通過使用替代特征來實施。同樣地，通過“在本發明的實施例中”或類似表述引入的特征旨在是可選特征，而沒有關于本發明替代實施例的任何限制，沒有關于本發明的范圍的任何限制，并且沒有關于將以這種方式引入的特征與本發明的其它可選或非可選特征組合的可能性的任何限制。

在本發明的第一方面中，提出了一種用于確定至少一個對象的位置的檢測器。檢測器包括：

-至少一個傳送裝置，用于將對象成像到圖像平面中，所述傳送裝置具有焦平面，

-至少一個縱向光學傳感器，其中所述縱向光學傳感器具有至少一個傳感器區域，其中縱向光學傳感器是至少部分透明的，其中縱向光學傳感器被設計成以取決于由從對象傳播到檢測器的至少一個光束對傳感器區域的照射的方式來生成至少一個縱向傳感器信號，其中給定相同的照射總功率，縱向傳感器信號取決于在傳感器區域中的光束的束橫截面；以及

-至少一個評估裝置，其中所述評估裝置被設計成通過評估縱向傳感器信號來生成關于對象的縱向位置的至少一項信息。

在此，至少一個縱向光學傳感器包括焦點縱向光學傳感器。焦點縱向光學傳感器至少基本上被布置在焦平面中。

如在此所使用的，檢測器通常是指能夠響應于一個或多個照射源的照射和/或響應于檢測器周圍的光學特性而生成至少一個檢測器信號和/或至少一個圖像的裝置。因此，檢測器可以是適于執行光學測量和成像處理中的至少一個的任意裝置。

具體地，檢測器適于確定至少一個對象的位置。如在此所使用的，術語位置通常是指關于對象的位置和/或取向和/或空間中對象的至少一個部分的至少一項信息。至少一項信息可以意味著對象的至少一個點和至少一個檢測器之間的至少一個距離。如下面將進一步詳細描述的，距離可以是縱向坐標或者可以有助于確定對象的點的縱向坐標。另外或可替代地，可以確定關于對象的位置和/或取向和/或對象的至少一個部分的一個或多個其它項信息。作為示例，可以確定對象和/或對象的至少一個部分的至少一個橫向坐標。因此，對象的位置可以意味著對象和/或對象的至少一個部分的至少一個縱向坐標。另外或可替代地，對象的位置可以意味著對象和/或對象的至少一個部分的至少一個橫向坐標。另外或可替代地，對象的位置可以意味著對象的至少一個取向信息，指示在空間中的對象取向。該位置可以涉及整個對象或者僅僅是對象的一部分，例如點、面積或區域。所述部件可以布置在對象的表面上或者至少部分地布置在對象內。

為此目的，作為示例，可以使用一個或多個坐標系，并且可以通過使用一個、兩個、三個或更多個坐標來確定對象的位置。作為示例，可以使用一個或多個笛卡爾坐標系和/或其它類型的坐標系。在一個示例中，坐標系可以是檢測器的坐標系，其中檢測器具有預定的位置和/或取向。如下面將進一步詳細描述的，檢測器可以具有光軸，其可以構成檢測器的主視方向。光軸可以形成坐標系的軸，諸如z軸。此外，可以提供一個或多個附加軸，優選地垂直于z軸。

因此，作為示例，檢測器可以構成坐標系，其中光軸形成z軸，并且另外，可以提供垂直于z軸以及彼此垂直的x軸和y軸。作為示例，檢測器和/或檢測器的一部分可以位于在該坐標系中的特定點處，諸如在該坐標系的原點處。在該坐標系中，與z軸平行或反平行的方向可以被認為是縱向方向，并且沿著z軸的坐標可以被認為是縱向坐標。垂直于縱向方向的任意方向可以被認為是橫向方向，并且x和/或y坐標可以被認為是橫向坐標。

可替代地，可以使用其它類型的坐標系。因此，作為示例，可以使用極坐標系，其中光軸形成z軸，并且其中距z軸的距離和極角可以用作附加坐標。此外，與z軸平行或反平行的方向可以被認為是縱向方向，并且沿著z軸的坐標可以被認為是縱向坐標。垂直于z軸的任何方向可以被認為是橫向方向，并且極坐標和/或極角可以被認為是橫向坐標。

對象通常可以是任意對象。在一個實施例中，對象可以是剛性對象。其它實施例是可行的，諸如其中對象是非剛性對象或可以改變其形狀的對象的實施例。對象可以借助于檢測器完全或部分地檢測到。對象通常可以是從活動對象和非活動對象中選擇的任意對象。因此，作為示例，至少一個對象可以包括一個或多個物品和/或物品的一個或多個部分。另外或可替代地，對象可以是或可以包括一個或多個生物和/或其一個或多個部分，諸如人(例如用戶)和/或動物的一個或多個身體部分。

如下面將進一步詳細描述的，本發明可以具體地用于跟蹤人的位置和/或移動，諸如用于控制機器、游戲或運動模擬的目的。在該實施例或其它實施例中，具體地，對象可以選自由以下組成的組：運動器材物品，優選選自由球拍、球桿、球棒組成的物品；衣服物品；帽子；鞋。

檢測器包括用于將對象成像到圖像平面中的至少一個傳送裝置。如在此所使用的，傳送裝置通常是對源自至少一個對象的光(例如由于一個或多個照射源的照射和/或響應于對象的周圍的光學特性的來自至少一個對象的光)具有聚焦或散焦效應中的一種或兩種的裝置，特別是光學裝置。光學裝置可以包括選自由以下組成的組的至少一個元件：透鏡，特別是聚焦和/或散焦透鏡；聚焦反射鏡；散焦反射鏡。至少一個傳送裝置可以完全或部分地定位在縱向光學傳感器和對象之間的束路徑中，并且可以適于使得從對象行進到檢測器的光束穿過傳送裝置。如在此所使用的，術語“光束路徑”是指光束在其上行進或傳播的路徑。

此外，如在此所使用的，圖像平面通常是如下平面，其優選地垂直于傳送裝置和/或縱向光學傳感器的光軸，通過傳送裝置在該平面上對對象成像。因此，圖像平面包括對象的畫面。光軸可以平行于z軸和/或平行于檢測器的主視方向。嚴格地說，該定義僅適用于在對象距離的維度中沒有擴展的二維對象。相對于三維對象，圖像平面通常是垂直于傳送裝置和/或縱向光學傳感器的光軸的平面，對象的至少一個點，特別是對象的表面的至少一個點在該平面上成像。如在此所使用的，“對對象成像”是指對象的投影、聚焦和散焦中的一種或多種，特別是源自至少一個對象的光，例如由于一個或多個照射源的照射和/或響應于對象周圍的光學特性的來自至少一個對象的光。

傳送裝置具有焦平面。如在此所使用的，“焦平面”是指包括傳送裝置的焦距(同樣稱為焦點)并且優選地與傳送裝置和/或縱向光學傳感器的光軸正交的平面。如在此所使用的，“焦點”或“像點”是指源自對象的至少一個點的光(特別是光射線)會聚的點。

在這種情況下，應當仔細地注意，諸如透鏡或透鏡組合的傳送裝置的焦平面不一定必須與檢測器的圖像平面相同，雖然在攝影中，術語“焦平面”和“圖像平面”經常被用作同義詞。焦平面是包括傳送裝置的焦點的平面，其優選地正交于傳送裝置的光軸和/或檢測器的光軸。反過來，圖像平面是其中由傳送裝置創建的至少一個對象的實際圖像的平面。在對象從傳送裝置朝向無限遠距離移動的情況下，圖像平面朝向焦平面移動。

檢測器包括至少一個縱向光學傳感器。如在此所使用的，縱向光學傳感器通常是被設計為以取決于由從對象行進到檢測器的至少一個光束對傳感器區域的照射的方式來生成至少一個縱向傳感器信號的裝置。給定照射的相同總功率，縱向傳感器信號取決于傳感器區域中的光束的束橫截面。對于至少一個縱向光學傳感器的可能設置，可以參考WO 2012/110924 A1和/或WO2014/097181 A1。然而，其它實施例是可行的。

縱向光學傳感器包括至少一個焦點縱向光學傳感器。例如，縱向光學傳感器可以恰好包括一個焦點縱向光學傳感器。如在此所使用的，“焦點縱向光學傳感器”是指至少基本上布置在傳送裝置的焦平面中的縱向光學傳感器。焦點縱向光學傳感器優選地位于焦平面內。然而，焦點縱向光學傳感器可以與焦平面間隔開距離±ε，其中|ε|≤0.2·f，其中f是傳送裝置的焦距。該距離可以是|ε|≤0.1·f，優選|ε|≤0.05·f，更優選|ε|≤0.02·f，并且最優選|ε|≤0.01·f。焦點縱向光學傳感器可以布置成使得焦點縱向光學傳感器的傳感器區域基本上垂直于檢測器的光軸取向。因此，如在此所使用的，術語“至少基本上布置在焦平面中”通常是指在焦平面中的放置，公差為±ε，其中|ε|≤0.2·f。

除了焦點縱向光學傳感器之外，至少一個縱向光學傳感器還可以包括至少一個另外的縱向光學傳感器。至少一個縱向光學傳感器可包括縱向光學傳感器的傳感器堆疊。焦點縱向光學傳感器可以形成縱向光學傳感器的堆疊的一部分。縱向光學傳感器的堆疊可以包括不超過三個的縱向光學傳感器。傳感器堆疊可以由縱向光學傳感器組成，該縱向光學傳感器布置成使得縱向光學傳感器的傳感器區域基本上垂直于檢測器的光軸取向。

在包括多個縱向光學傳感器(例如縱向光學傳感器的堆疊)的情況下，縱向光學傳感器可以是相同的或可以是不同的，以使得可以包括至少兩種不同類型的光學傳感器。如下面進一步詳細描述的，至少一個縱向光學傳感器可以包括無機光學傳感器和有機光學傳感器中的至少一種傳感器。如在此所使用的，有機光學傳感器通常是指其中包含至少一種有機材料的光學傳感器，優選至少一種有機光敏材料。此外，可以使用包括無機和有機材料二者的混合光學傳感器。

對于縱向光學傳感器的潛在實施例，可以參考在WO 2012/110924 A1中公開的光學傳感器。然而，優選地，如下面將進一步詳細描述的，根據本發明的檢測器可以包括多個光學傳感器，諸如在WO 2012/110924 A1中公開的多個光學傳感器，優選地作為傳感器堆疊。因此，作為示例，根據本發明的檢測器可以包括如在WO 2012/110924 A1中公開的光學傳感器的堆疊。

在檢測器包括至少一個光學傳感器堆疊的情況下，堆疊包括至少兩個縱向光學傳感器，堆疊可選地可以部分地或完全地浸入一個或多個透明浸沒基質中，諸如在一種或多種浸沒液體中，諸如在如以下中的一種或多種中：油；避免和/或減少界面處的反射的液體；樹脂，聚合物。浸沒基質通常可以適于避免和/或減少界面處的反射和/或可以適于機械地完全或部分地穩定堆疊，和/或可以適于完全或部分地保護堆疊免受外部影響，諸如機械、化學或環境影響。因此，堆疊的光學傳感器中的至少一個可以完全或部分地浸沒在至少一種浸沒基質中和/或可以完全或部分地嵌入在至少一種浸沒基質中。

如下面將進一步概述的，優選地，縱向光學傳感器可以包括一個或多個光檢測器，優選一個或多個有機光檢測器，并且最優選一個或多個染料敏化有機太陽能電池(DSC，同樣稱為染料太陽能電池)，諸如一種或多種固體染料敏化有機太陽能電池(sDSC)。因此，優選地，檢測器可以包括充當至少一個縱向光學傳感器的一個或多個DSC(諸如一個或多個sDSC)和充當至少一個縱向光學傳感器的一個或多個DSC(諸如一個或多個sDSC)，優選地充當至少一個縱向光學傳感器的多個DSC的堆疊(優選地，多個sDSC的堆疊)。

縱向光學傳感器具有至少一個傳感器區域。優選地，縱向光學傳感器的傳感器區域可以由一個連續的傳感器區域形成，諸如每個裝置一個連續的傳感器區域或傳感器表面。因此，優選地，縱向光學傳感器的傳感器區域或者在提供多個縱向光學傳感器(諸如縱向光學傳感器的堆疊)的情況下，縱向光學傳感器的每一個傳感器區域可以正好由一個連續傳感器區域形成。

至少一個縱向光學傳感器可以具有提供至少1mm²，優選至少5mm²的敏感區域(同樣稱為傳感器區)的傳感器區域，諸如5mm²至1000cm²的傳感器區，優選7mm²至100cm²的傳感器區，更優選1cm²的傳感器區。傳感器區優選地具有矩形幾何形狀，諸如正方形幾何形狀。然而，其它幾何形狀和/或傳感器區是可行的。

優選地，縱向光學傳感器可以是薄膜器件，其具有包括電極和光伏材料的層的層設置，所述層設置具有優選不超過1mm，更優選至多100μm，至多5μm或甚至更小的厚度。因此，縱向光學傳感器的傳感器區域優選地可以是或可以包括傳感器區，其可以由面向對象的相應裝置的表面形成。

縱向光學傳感器是至少部分透明的。因此，通常，縱向光學傳感器可以包括至少一個至少部分透明的光學傳感器，以使得光束至少部分地可穿過縱向光學傳感器。如在此所使用的，術語“至少部分透明”可以都指的是整個縱向光學傳感器是透明的或者縱向光學傳感器的一部分(諸如敏感區域)是透明的選項和/或縱向光學傳感器或縱向光學傳感器的至少透明部分可以以衰減或非衰減的方式傳輸光束的選項。因此，作為示例，透明縱向光學傳感器可以具有至少10％，優選至少20％，至少40％，至少50％或至少70％的透明度。為了提供感覺(sensory)效應，通常，縱向光學傳感器通常必須在光束和縱向光學傳感器之間提供一些類型的相互作用，這通常導致透明度的損失。縱向光學傳感器的透明度可以取決于光束的波長，導致縱向光學傳感器的靈敏度、吸收度或透明度的光譜分布。在提供多個縱向光學傳感器(諸如縱向光學傳感器的堆疊)的情況下，優選地，多個縱向光學傳感器和/或堆疊中的所有縱向光學傳感器是透明的。

如以上所概述，在提供多個縱向光學傳感器的情況下，光學傳感器的光譜特性不一定必須相同。因此，縱向光學傳感器中的一個縱向光學傳感器可以在紅色光譜區域中提供強吸收(諸如吸收峰值)，縱向光學傳感器中的另一個縱向光學傳感器可以在綠色光譜區域中提供強吸收，而縱向光學傳感器中的另一個縱向光學傳感器可以在藍色光譜區域中提供強吸收。其它實施例是可行的。如在此所使用的，術語光通常是指在可見光譜范圍、紫外光譜范圍和紅外光譜范圍的一個或多個范圍中的電磁輻射。其中，術語可見光譜范圍通常指380nm至780nm的光譜范圍。術語紅外光譜范圍通常是指在780nm至1mm范圍中，優選在780nm至3.0微米范圍中的電磁輻射。術語紫外光譜范圍通常是指在1nm至380nm范圍中，優選在100nm至380nm范圍中的電磁輻射。此外，600nm至780nm的光譜范圍可以被定義為紅色光譜范圍，490nm至600nm的范圍作為綠色光譜范圍，以及380nm至490nm的范圍作為藍色光譜范圍。

縱向傳感器信號優選地可以選自由電流(諸如光電流)和電壓(諸如光電壓)組成的組。此外，可以預處理縱向傳感器信號，以便諸如通過平均和/或濾波從原始傳感器信號導出細化的傳感器信號。另外或可替代地，縱向傳感器信號可取決于光束的其它特性，諸如光束的寬度。縱向傳感器信號優選地可以是電信號，諸如電流和/或電壓。縱向傳感器信號可以是連續或不連續的信號。此外，縱向傳感器信號可以是模擬信號或數字信號。此外，縱向光學傳感器本身和/或與縱向光學傳感器的其它部件結合的縱向光學傳感器可以適于諸如通過濾波和/或平均來處理或預處理縱向傳感器信號，以便提供處理的縱向傳感器信號。因此，作為示例，可以使用帶通濾波器，以便僅發送特定頻率范圍的縱向傳感器信號。其它類型的預處理是可行的。在下面，當參考縱向傳感器信號時，在其中使用原始縱向傳感器信號的情況和其中使用預處理的縱向傳感器信號用于進一步評估的情況之間不會產生差別。

如在此所使用的，“光束”通常是行進到或多或少相同方向中的光的量。因此，優選地，如本領域技術人員已知的，光束可以指代高斯光束。然而，其它光束，諸如非高斯光束也是可能的。如下面進一步詳細描述的，光束可以由對象發射和/或反射。此外，光束可以被反射和/或發射。光束可以至少部分地基本上平行于檢測器的光軸傳播。如在此所使用的，“基本上平行”是指偏離光軸不超過±20°，優選不超過±10°，更優選不超過±5°的束軸。

如以上所概述，給定光束照射的相同總功率，至少一個縱向傳感器信號取決于在至少一個縱向光學傳感器的傳感器區域中的光束的束橫截面。如在此所使用的，術語“束橫截面”通常是指光束的橫向延伸或由特定位置處的光束生成的光斑。在生成圓形光斑的情況下，半徑、直徑或高斯束腰或高斯束腰的兩倍可用作光束橫截面的量度。在生成非圓形光斑的情況下，可以以任何其它可行的方式確定橫截面，諸如通過確定具有與非圓形光斑相同的面積的圓的橫截面，其同樣稱為等效束橫截面。

因此，給定由光束對傳感器區域的照射的相同總功率，具有第一光束直徑或束橫截面的光束可生成第一縱向傳感器信號，而具有與第一束直徑或束橫截面不同的第二束直徑或束橫截面的光束生成與第一縱向傳感器信號不同的第二縱向傳感器信號。因此，通過比較縱向傳感器信號，可以生成關于束橫截面，特別是束直徑的信息或至少一項信息。關于該效應的細節，可以參考WO 2012/110924 A1。

在下面，該效應通常被稱為FiP效應，因為給定相同的照射總功率p，傳感器信號i取決于光子通量F，即每單位面積的光子數。

在美國臨時申請61/739,173和61/749,964中進一步公開的該效應可以用于確定光束從其朝向檢測器行進的對象的縱向位置。因此，由于縱向光學傳感器的傳感器信號取決于傳感器區域上的光束的寬度，諸如直徑或半徑，其又取決于檢測器和對象之間的距離，所以縱向傳感器信號可以用于確定對象的縱向坐標。傳感器區域優選地可以是非像素化的傳感器區域。因此，作為示例，評估裝置可以適于使用對象的縱向坐標和傳感器信號之間的預定關系，以便確定縱向坐標。預定關系可以通過使用經驗校準測量和/或通過使用已知的束傳播特性(諸如高斯束傳播特性)來導出。對于進一步的細節，可以參考WO 2012/110924 A1和/或美國臨時申請61/739,173和61/749,964。

對于這種FiP效應的細節，可以參考WO 2012/110924 A1或2012年12月19日提交的美國臨時申請61/739,173，2013年1月8日提交的61/749,964，和2013年8月19日提交的61/867,169以及WO2014/097181 A1。具體地，在已知從對象傳播到檢測器的光束的一個或多個束特性的情況下，關于對象的縱向位置的至少一項信息可以因此從至少一個縱向傳感器信號和對象的縱向位置之間的已知關系導出。已知關系可以作為算法和/或作為一個或多個校準曲線存儲在評估裝置中。作為示例，具體地，對于高斯束，通過使用束腰和縱向坐標之間的高斯關系，可以容易地導出束直徑或束腰與對象的位置之間的關系。

檢測器包括至少一個縱向光學傳感器。因此，檢測器可以包括一個或多個縱向光學傳感器。在提供多個兩個或更多個縱向光學傳感器的情況下，縱向光學傳感器可以以各種方式布置，諸如通過以堆疊方式提供包括兩個或更多個縱向光學傳感器的傳感器堆疊。

除了至少一個縱向光學傳感器之外，檢測器還可以可選地包括一個或多個附加光學傳感器，其不是根據在此給出的定義的縱向光學傳感器。因此，作為示例，檢測器可以包括光學傳感器的堆疊，其中光學傳感器中的至少一個光學傳感器是縱向光學傳感器，并且其中光學傳感器中的至少另一個光學傳感器是不同類型的光學傳感器，諸如橫向光學傳感器和/或成像裝置，諸如有機成像傳感器和/或諸如CCD和/或CMOS芯片的無機成像傳感器。

因此，檢測器可以進一步包括至少一個橫向光學傳感器，該橫向光學傳感器適于確定從對象行進到檢測器的至少一個光束的橫向位置，該橫向位置是在至少一個維度上垂直于檢測器的光軸的位置，該橫向光學傳感器適于生成至少一個橫向傳感器信號。評估裝置可以被設計成通過評估橫向傳感器信號來生成關于對象的橫向位置的至少一項信息。

如在此所使用的，術語橫向光學傳感器通常是指適于確定從對象行進到檢測器的至少一個光束的橫向位置的裝置。關于術語橫向位置，可以參考上面給出的定義。因此，優選地，橫向位置可以是或可以包括在垂直于檢測器的光軸的至少一個維度上的至少一個坐標。作為示例，橫向位置可以是由光束在垂直于光軸的平面中(諸如在橫向光學傳感器的光敏傳感器表面上)生成的光斑的位置。作為示例，平面中的位置可以在笛卡爾坐標和/或極坐標中給出。其它實施例是可行的。

對于橫向光學傳感器的潛在實施例，可以參考如在US 6,995,445和US 2007/0176165 A1中公開的位置敏感有機檢測器。此外，可以參考WO 2014/097181 A1，并且其中公開的橫向光學傳感器的一個或多個實施例同樣可以用于本發明的上下文中。然而，其它實施例是可行的，并且將在下面進一步詳細描述。

應當注意，至少一個可選的橫向光學傳感器可以被實施為檢測器的至少一個單獨部件，其可以形成與至少一個縱向光學傳感器分離的獨立部件。然而，另外或可替代地，至少一個橫向光學傳感器同樣可以完全或部分地實現為與和/或至少一個縱向光學傳感器是相同的和/或可以完全或部分地集成到至少一個縱向光學傳感器中。

至少一個橫向傳感器信號通常可以是指示橫向位置的任意信號。作為示例，橫向傳感器信號可以是或可以包括數字和/或模擬信號。作為示例，橫向傳感器信號可以是或可以包括電壓信號和/或電流信號。另外或可替代地，橫向傳感器信號可以是或可以包括數字數據。橫向傳感器信號可以包括單個信號值和/或一系列信號值。橫向傳感器信號可以進一步包括通過組合兩個或更多個單獨信號而導出的任意信號，諸如通過對兩個或更多個信號平均化和/或通過形成兩個或更多個信號的商值，如下面將進一步詳細描述的。

因此，作為示例，根據本發明的檢測器可以包括與一個或多個橫向光學傳感器結合的WO 2012/110924 A1中公開的光學傳感器的堆疊。作為示例，一個或多個橫向光學傳感器可以設置在面向對象的縱向光學傳感器的堆疊的一側上。可替代地或另外地，一個或多個橫向光學傳感器可以設置在縱向光學傳感器的堆疊的背離對象的一側上。此外，另外或可替代地，一個或多個橫向光學傳感器可以插入在堆疊的縱向光學傳感器之間。

如下面將進一步概述的，優選地，至少一個橫向光學傳感器和至少一個縱向光學傳感器二者都可以包括一個或多個光檢測器，優選一個或多個有機光電檢測器，并且最優選一個或多個染料敏化有機太陽能電池(DSC，同樣稱為染料太陽能電池)，諸如一種或多種固體染料敏化有機太陽能電池(sDSC)。因此，優選地，檢測器可以包括充當至少一個橫向光學傳感器的一個或多個DSC(諸如一個或多個sDSC)和充當至少一個縱向光學傳感器的一個或多個DSC(諸如一個或多個sDSC)，優選地充當至少一個縱向光學傳感器的多個DSC的堆疊(優選地，多個sDSC的堆疊)。

在提供至少一個橫向光學傳感器的情況下，優選地，橫向光學傳感器是具有至少一個第一電極、至少一個第二電極和至少一種光伏材料的光檢測器，其中光伏材料嵌入在第一電極和第二電極之間。如在此所使用的，光伏材料通常是適于響應于用光照射光伏材料而生成電荷的材料或材料的組合。

優選地，橫向光學傳感器的第二電極可以是具有至少兩個部分電極的分叉電極(split electrode)，其中橫向光學傳感器具有傳感器區，其中至少一個橫向傳感器信號指示在傳感器區中的光束位置。因此，如以上所概述，橫向光學傳感器可以是或可以包括一個或多個光檢測器，優選一個或多個有機光檢測器，更優選一個或多個DSC或sDSC。傳感器區可以是面向對象的光電檢測器的表面。傳感器區優選地可以垂直于光軸取向。因此，橫向傳感器信號可以指示由光束在橫向光學傳感器的傳感器區的面中生成的光斑的位置。

通常，如在此所使用的，術語部分電極是指多個電極中的適于測量至少一個電流和/或電壓信號，優選獨立于其它部分電極的電極。因此，在提供多個部分電極的情況下，第二電極適于經由至少兩個部分電極提供多個電勢和/或電流和/或電壓，這可以獨立地測量和/或使用。

當使用具有至少一個具有兩個或更多個部分電極的分叉電極作為第二電極的至少一個橫向光學傳感器時，通過部分電極的電流可取決于光束在傳感器區中的位置。這通常可能是由于以下事實：歐姆損耗或電阻損耗可能發生在從由于入射到部分電極的光而生成電荷的位置的路徑上。因此，除了部分電極之外，第二電極還可以包括連接到部分電極的一種或多種附加電極材料，其中一種或多種附加電極材料提供電阻。因此，由于通過一種或多種附加電極材料從電荷生成的位置到部分電極的路徑上的歐姆損耗，通過部分電極的電流取決于電荷生成的位置并且因此取決于在傳感器區中的光束的位置。對于確定光束在傳感器區中的位置的這種原理的細節，可以參考下面的優選實施例和/或如在US 6,995,445和/或US 2007/0176165 A1中公開的物理原理和裝置選項。

橫向光學傳感器可以進一步適于根據通過部分電極的電流來生成橫向傳感器信號。因此，可以形成通過兩個水平部分電極的電流比率，從而生成x坐標，和/或可以形成通過豎直部分電極的電流比率，從而生成y坐標。檢測器，優選橫向光學傳感器和/或評估裝置可以適于從通過部分電極的電流的至少一個比率導出關于對象的橫向位置的信息。通過比較通過部分電極的電流來生成位置坐標的其它方式是可行的。

部分電極通常可以以各種方式限定，以便確定光束在傳感器區中的位置。因此，可以提供兩個或更多個水平部分電極以便確定水平坐標或x坐標，并且可以提供兩個或更多個豎直部分電極以便確定豎直坐標或y坐標。因此，部分電極可以設置在傳感器區的邊緣處，其中傳感器區的內部空間保持自由并且可以由一個或多個附加電極材料覆蓋。如下面將進一步詳細描述的，附加電極材料優選地可以是透明的附加電極材料，諸如透明金屬和/或透明導電氧化物和/或最優選透明導電聚合物。

另外的優選實施例可以涉及光伏材料。因此，橫向光學傳感器的光伏材料可以包括至少一種有機光伏材料。因此，通常，橫向光學傳感器可以是有機光檢測器。優選地，有機光檢測器可以是染料敏化太陽能電池。染料敏化太陽能電池優選可以是固體染料敏化太陽能電池，其包括嵌入在第一電極和第二電極之間的層設置，層設置包括至少一種n半導電金屬氧化物、至少一種染料、以及至少一種固體p半導電有機材料。下面將公開染料敏化太陽能電池(DSC)的進一步的細節和可選的實施例。

橫向光學傳感器的至少一個第一電極優選是透明的。如在本發明中所使用的，術語透明通常是指透射通過透明對象之后的光強度等于或超過透射通過透明對象之前的光強度的10％，優選40％，以及更優選60％的事實。更優選地，橫向光學傳感器的至少一個第一電極可以完全或部分地由至少一種透明導電氧化物(TCO)制成。作為示例，可以命名為銦摻雜的氧化錫(ITO)和/或氟摻雜的氧化錫(FTO)。下面將給出進一步的示例。

此外，橫向光學傳感器的至少一個第二電極優選地可以完全或部分是透明的。因此，具體地，至少一個第二電極可以包括兩個或更多個部分電極和與兩個或更多個部分電極接觸的至少一種附加電極材料。兩個或更多個部分電極可以是不透明的。特別優選的是，使最終電極不透明，因為該電極然后可以被優化以將所有剩余的光轉換成傳感器信號。在此，“最終”電極可以是至少一個橫向光學傳感器的背離對象的電極。通常，不透明電極比透明電極更有效。因此，通常有利的是將透明傳感器的數量和/或透明電極的數量減少到最小。在該上下文中，作為示例，可以參考如在WO2014/097181 A1中所示的至少一個橫向光學傳感器的電位設置。然而，其它設置是可行的。

作為示例，兩個或更多個部分電極可以完全或部分地由金屬制成。因此，兩個或更多個部分電極優選地位于傳感器區的邊緣處。然而，兩個或更多個部分電極可以通過優選地是透明的至少一種附加電極材料電連接。因此，第二電極可以包括具有兩個或更多個部分電極的不透明邊緣和具有至少一種透明附加電極材料的透明內部區域。更優選地，橫向光學傳感器的至少一個第二電極，諸如上述至少一種附加電極材料，可以完全或部分地由至少一種導電聚合物，優選透明導電聚合物制成。作為示例，可以使用具有導電率為至少0.01S/cm，優選至少0.1S/cm或更優選至少1S/cm或甚至至少10S/cm或至少100S/cm的導電聚合物。作為示例，至少一種導電聚合物可以選自：聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)，優選PEDOT電摻雜有至少一種抗衡離子，更優選摻雜有聚苯乙烯磺酸鈉的PEDOT(PEDOT：PSS)；聚苯胺(PANI)；聚噻吩。

如以上所概述，導電聚合物可以在至少兩個部分電極之間提供電連接。導電聚合物可以提供歐姆電阻率，允許確定電荷生成的位置。優選地，導電聚合物在部分電極之間提供0.1-20kΩ的電阻率，優選地為0.5-5.0kΩ的電阻率，以及更優選地為1.0-3.0kΩ的電阻率。

通常，如在此所使用的，導電材料可以是具有小于10⁴，小于10³，小于10²或小于10Ωm的比電阻的材料。優選地，導電材料具有小于10^-1，小于10^-2，小于10^-3，小于10^-5或小于10^-6Ωm的比電阻。最優選地，導電材料的比電阻小于5×10^-7Ωm或小于1×10^-7Ωm，特別是在鋁的比電阻的范圍中。

如以上所概述，優選地，橫向光學傳感器和縱向光學傳感器中的至少一個光學傳感器是透明光學傳感器。因此，至少一個橫向光學傳感器可以是透明橫向光學傳感器和/或可以包括至少一個透明橫向光學傳感器。另外或可替代地，至少一個縱向光學傳感器可以是透明的縱向光學傳感器和/或可以包括至少一個透明的縱向光學傳感器。在提供多個縱向光學傳感器的情況下，諸如縱向光學傳感器的堆疊，優選地多個和/或堆疊的所有縱向光學傳感器，或多個和/或堆疊的所有縱向光學傳感器但是除一個縱向光學傳感器之外是透明的。作為示例，在提供縱向光學傳感器的堆疊的情況下，其中縱向光學傳感器沿著檢測器的光軸布置，優選地，所有縱向光學傳感器但是除了遠離對象的最后一個縱向光學傳感器之外可以是透明的縱向光學傳感器。最后一個縱向光學傳感器，即在背離對象的堆疊側上的縱向光學傳感器可以是透明的縱向光學傳感器或不透明的縱向光學傳感器。下面將給出示例性實施例。

光束可在入射在橫向光學傳感器和縱向光學傳感器中的另一個光學傳感器之前穿過透明光學傳感器。因此，來自對象的光束可以隨后到達橫向光學傳感器和縱向光學傳感器，反之亦然。

優選地，具體地(在一個或多個縱向光學傳感器提供上述FiP效應的情況下)至少一個縱向光學傳感器或者(在設置多個縱向光學傳感器的情況下)一個或多個縱向光學傳感器可以是或可以包括DSC，優選sDSC。如在此所使用的，DSC通常是指具有至少兩個電極的設置，其中電極中的至少一個電極是至少部分透明的，其中至少一種n半導電金屬氧化物、至少一種染料和至少一種電解質或p半導電材料嵌入在電極之間。在sDSC中，電解質或p半導電材料是固體材料。通常，對于同樣可以用于本發明內的一個或多個光學傳感器的sDSC的可能設置，可以參考WO 2012/110924 A1、美國臨時申請61/739,173和61/749,964、EP 13171898.3、EP 13171900.7或EP 13171901.5中的一個或多個。其它實施例是可行的。如WO 2012/110924 A1中所證明的，上述FIP效應具體地可以存在于sDSC中。

因此，通常，至少一個縱向光學傳感器可以包括具有層設置的至少一個縱向光學傳感器。縱向光學傳感器可以包括至少一個第一電極、至少一種n半導電金屬氧化物、至少一種染料、至少一種p半導電有機材料，優選固體p半導電有機材料、以及至少一個第二電極。第一電極和第二電極二者都可以是透明的。

如以上所概述，至少一個縱向光學傳感器或者在提供多個縱向光學傳感器的情況下，縱向光學傳感器中的至少一個縱向光學傳感器可以是有機光學傳感器，其包括具有至少兩個電極以及嵌入在這些電極之間的至少一種光伏材料的光敏層設置。在下面，將給出光敏層設置的優選設置的示例，特別是關于可在光敏層設置中使用的材料。光敏層設置優選是太陽能電池，更優選有機太陽能電池和/或染料敏化太陽能電池(DSC)，更優選固體染料敏化太陽能電池(sDSC)的光敏層設置。然而，其它實施例是可行的。

優選地，光敏層設置包括夾在第一電極和第二電極之間的至少一種光伏材料，諸如包括至少兩個層的至少一個光伏層設置。優選地，光敏層設置和光伏材料包括至少一層n半導電金屬氧化物、至少一種染料和至少一種p半導電有機材料。作為示例，光伏材料可以包括具有n半導電金屬氧化物(諸如二氧化鈦)的至少一種致密層、接觸n半導電金屬氧化物的致密層的n半導電金屬氧化物的至少一個納米多孔層(諸如二氧化鈦的至少一個納米多孔層)、對n半導電金屬氧化物的納米多孔層敏化的至少一種染料(優選有機染料)，以及接觸n半導電金屬氧化物的染料和/或納米多孔層的至少一種p半導電有機材料的至少一層的層設置。

正如將在下面進一步詳細解釋的，n半導電金屬氧化物的致密層可以在第一電極和至少一層納米多孔n半導電金屬氧化物之間形成至少一個阻擋層。然而，應注意，其它實施例是可行的，諸如具有其它類型的緩沖層的實施例。

至少兩個電極包括至少一個第一電極和至少一個第二電極。第一電極可以是陽極或陰極中的一個，優選為陽極。第二電極可以是陽極或陰極中的另一個，優選為陰極。第一電極優選接觸n半導電金屬氧化物的至少一層，并且第二電極優選接觸p半導電有機材料的至少一層。第一電極可以是接觸基板的底部電極，并且第二電極可以是背離基板的頂部電極。可替代地，第二電極可以是接觸基板的底部電極，并且第一電極可以是背離基板的頂部電極。優選地，第一電極和第二電極二者都是透明的。

在下面，將公開關于第一電極、第二電極和光伏材料的一些選項，優選地包括兩種或更多種光伏材料的層設置。然而，應當注意，其它實施例是可行的。

a)基板、第一電極和n半導體金屬氧化物

通常，對于第一電極和n半導電金屬氧化物的優選實施例，可以參考WO 2012/110924 A1、美國臨時申請號61/739,173或美國臨時申請號61/708,058中的一個或多個，其全部內容通過參考包括在此。其它實施例是可行的。

在下面，應當假設第一電極是直接或間接地接觸基板的底部電極。然而，應當指出其它設置是可行的，其中第一電極是頂部電極。

n半導電金屬氧化物可以是單一金屬氧化物或不同的氧化物的混合物，該n半導體金屬氧化物可用在光敏層設置中，諸如在n半導體金屬氧化物的至少一個致密膜(同樣稱為固體膜)中，和/或在n半導電金屬氧化物的至少一個納米多孔膜(同樣稱為納米顆粒膜)中。同樣可以使用混合的氧化物。n半導電金屬氧化物可以特別是多孔的和/或以納米顆粒氧化物的形式使用，在該情況下納米顆粒被理解為是指具有小于0.1微米的平均顆粒尺寸的顆粒。納米顆粒氧化物通常通過燒結方法施加到導電基板(即，具有導電層作為第一電極的載體)作為具有大的表面積的薄多孔膜。

優選地，縱向光學傳感器使用至少一個透明基板。基板可以是剛性的或者柔性的。合適的基板(以下也稱為載體)與金屬箔一樣，特別是塑料片或膜，并且特別是玻璃片或玻璃膜。特別用于根據上述優選結構的第一電極的特別合適的電極材料是導電材料，例如透明導電氧化物(TCO)，例如氟和/或銦摻雜的氧化錫(FTO或ITO)和/或鋁摻雜的氧化鋅(AZO)、碳納米管或金屬膜。可替代地或另外，然而同樣可以使用仍具有足夠透明度的薄金屬膜。

基板可以覆蓋或涂覆有這些導電材料。因為一般僅單個基板在提出的結構中需要，但是柔性單元的形成同樣是可能的。這使得如果完全采用剛性基板則實現起來具有難度的大量最終用途可行，例如在銀行卡、服裝等中的使用。

第一電極，特別是TCO層，可另外覆蓋或涂覆有固體或致密的金屬氧化物緩沖層(例如10nm至200nm的厚度)，以便防止p型半導體與TCO層的直接接觸(參見Peng et al.,Coord.Chem.Rev.248,1479(2004))。然而，在固體p半導電電解質與第一電極的接觸與液體或凝膠形式的電解質相比顯著減少的情況下，固體p半導電電解質的使用使該緩沖層在許多情況下不是必需的，以使得在許多情況下可以省掉該層，該層同樣具有電流限制效果，并且同樣可以惡化p半導電金屬氧化物與第一電極的接觸。這增強了部件的效率。另一方面，這種緩沖層可以進而以受控的方式利用，以便將染料太陽能電池的電流分量與有機太陽能電池的電流分量匹配。此外，在其中緩沖層已經特別在固體電池中省掉的電池的情況下，隨著電荷載體的不希望的復合而經常發生問題。在這方面，在許多情況下，特別地在固體單元中，緩沖層是特別有利的。

如眾所周知的，金屬氧化物的薄層或薄膜通常是便宜的固體半導體材料(n型半導體)，但由于大的帶隙，其吸收通常不在電磁光譜的可見區域內，而是通常在紫外光譜區域中。對于在太陽能電池中的使用，如在染料太陽能電池中的情況下，金屬氧化物因此通常必須與作為光敏劑的染料組合，該光敏劑在太陽光的波長范圍(即在300nm至2000nm處)中吸收，并且在電子激發態中，將電子注入半導體的導帶。借助于在電池中附加用作進而在反電極處還原的電解質的固體p型半導體，電子可以再循環到敏化劑，以使得其再生。

用于有機太陽能電池中使用的特別關注的是半導體氧化鋅、二氧化錫、二氧化鈦或這些金屬氧化物的混合物。金屬氧化物可以以納米晶體多孔層的形式使用。這些層具有涂覆有作為敏化劑的染料的大表面積，以使得實現太陽光的高吸收。結構化的例如納米棒的金屬氧化物層給出如下優點，諸如更高的電子遷移率或由染料填充的改善孔隙。

金屬氧化物半導體可以單獨或以混合物的形式使用。同樣可以采用一種或多種其它金屬氧化物涂覆金屬氧化物。此外，金屬氧化物同樣可以作為涂層施加到另一個半導體，例如GaP、ZnP或ZnS。

特別優選的半導體是在銳鈦礦多晶型物的氧化鋅和二氧化鈦，其優選以納米晶體形式使用。

此外，敏化劑可以有利地與通常找到在這些太陽能電池中的用途的所有n型半導體相結合。優選的示例包括：在陶瓷中使用的金屬氧化物，諸如二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫(IV)、氧化鎢(VI)、氧化鉭(V)、氧化鈮(V)、氧化銫、鈦酸鍶、錫酸鋅；鈣鈦礦型復合氧化物，例如鈦酸鋇；以及二元和三元鐵氧化物，它們同樣可以以納米晶體或無定形形式存在。

由于慣常的有機染料和釕、酞菁和卟啉具有的強烈吸收，甚至n半導體金屬氧化物的薄層或膜足以吸收所需量的染料。薄的金屬氧化物膜進而具有如下優點，即不需要的復合過程的可能性下降，并且染料子單元的內部電阻減小。對于n半導電金屬氧化物，可以優先使用100nm至最多20微米，更優選在500nm和約3微米之間的范圍中的層厚度。

b)染料

在本發明的上下文中，如一般特別用于DSC，術語“染料”、“敏化劑染料”以及“敏化劑”基本上同義使用，而沒有可能的配置的任何限制。在本發明的上下文中可用的許多染料從現有技術中是已知的，并且因此對于可能的材料示例，同樣可以參考關于染料太陽能電池的現有技術的以上描述。作為優選的示例，可以使用在WO 2012/110924 A1、美國臨時申請號61/739,173或美國臨時申請號61/708,058中公開的一種或多種染料，其全部內容通過參考包括在此。另外或可替代地，可以使用如在WO 2007/054470 A1和/或WO 2012/085803 A1中公開的一種或多種染料，其全部內容也通過引用包括在此。

基于二氧化鈦的染料敏化太陽能電池例如在“自然”雜志353期第737至740頁(1991年)的US-A-4 927 721和同樣是“自然”雜志395期第583至585頁(1998年)的US-A-5 350 644，以及EP-A-1 176 646中描述為半導體材料。在這些文獻中描述的染料原則上也可以有利地在本發明的上下文中使用。這些染料太陽能電池優選包括過渡金屬絡合物的單分子膜，特別是釕絡合物，其經由酸基團鍵合到二氧化鈦層作為敏化劑。

已經提出的許多敏化劑包括不含金屬的有機染料，它們同樣可以在本發明的上下文中可用。特別是在固體染料太陽能電池中，例如采用二氫吲哚染料(例如參見Schmidt-Mende等人的Adv.Mater.2005,17,813)可以實現超過4％的高效率。US-A-6 359 211描述了在花青、惡嗪、噻嗪和吖啶染料(具有經由烯烴基鍵合的羧基基團，用于固定到二氧化鈦半導體)的本發明的上下文中同樣可實施的用途。

在所提出的染料太陽能電池中特別優選的敏化劑染料是在DE 10 2005 053 995 A1或WO 2007/054470 A1中描述的二萘嵌苯衍生物、三萘嵌二苯(terrylene)衍生物和四萘嵌三苯(quaterrylene)衍生物。此外，如以上所概述的，可以使用如在WO 2012/085803 A1中公開的一種或多種染料。另外或可替代地，可以使用WO 2013/144177 A1中公開的一種或多種染料。WO 2013/144177 A1和/或EP 12162526.3的全部內容通過引用并入在此。具體地，可以使用染料D-5和/或染料R-3，其也稱為ID1338：

染料D-5的制備和特性在WO 2013/144177 A1中公開。在本發明的上下文中同樣可能的這些染料的使用導致具有高效率和同時高穩定性的光伏元件。

萘嵌苯(rylene)在太陽光的波長范圍中表現出強吸收，并且可以取決于共軛系統的長度，覆蓋從約400nm(來自DE 10 2005 053 995 A1的二萘嵌苯衍生物)到高至900nm(來自DE 10 2005 053 995 A1的四萘嵌三苯衍生物I)的范圍。基于三萘嵌二苯的萘嵌苯衍生物I根據其組分以吸附到二氧化鈦的固態在從約400nm至800nm的范圍中吸收。為了實現從可見光到近紅外區域的入射太陽光的非常可觀的利用率，有利的是使用不同萘嵌苯衍生物的混合物。有時，同樣使用不同萘嵌苯的同源物同樣是可取的。

萘嵌苯衍生物I可以容易地并以永久的方式固定到n半導電金屬氧化膜。經由酐官能團(×1)或在原位形成的羧基基團-COOH或-COO-，或經由在酰亞胺或縮合物基團(condensate radicals)((×2)或(×3))中存在的酸基團A實現鍵合。在DE 10 2005 053 995 A1中所述的萘嵌苯衍生物I具有在本發明上下文中的染料敏化太陽能電池中使用的良好適合性。

特別優選的萘嵌苯染料是ID1187：

和/或ID1167：

特別優選的是，何時在分子的一端的染料具有使其固定到n型半導體膜可行的錨固基團。在分子的另一端，染料優選包括電子供體Y，其促進在電子釋放到n型半導體之后的染料再生，并且同樣防止與已經釋放到半導體的電子的復合。

對于關于合適染料的可能選擇的進一步細節，例如可以再參考DE 10 2005 053 995 A1。借助于示例，可以特別使用釕絡合物、卟啉、其它有機敏化劑，以及優選為萘嵌苯。

染料可以以簡單的方式固定到n半導電金屬氧化膜(諸如納米多孔n半導電金屬氧化物層)上或中。例如，n半導體金屬氧化物膜可以以新鮮燒結(仍溫熱)的狀態與在合適有機溶劑中的染料溶液或懸浮液接觸足夠的時長(例如約0.5小時至24小時)。這可以例如通過浸漬金屬氧化物涂覆的基板到染料溶液中來實現。

如果將要使用不同染料的組合，則它們例如可以從包括一種或多種染料的一種或多種溶液或懸浮液施加。另外可以使用由例如CuSCN的層分離的兩種染料(關于這個問題，例如參見Tennakone,K.J.,Phys.Chem.B.2003,107,13758)。最方便的方法在個別情況下比較容易確定。

在選擇染料和n半導電金屬氧化物的氧化物顆粒的尺寸時，有機太陽能電池應當被配置為使得最大量的光被吸收。氧化物層應結構化以使得固體p型半導體可以有效地填充孔隙。例如，較小的顆粒具有較大的表面積，并且因此能夠吸收更大量的染料。另一方面，較大的顆粒一般具有較大的孔隙，其使通過p導體的更好滲透可行。

c)p半導電有機材料

如以上所述，諸如DSC或sDSC的光敏層設置的至少一個光敏層設置可以特別包括至少一種p半導電有機材料，優選至少一種固體p半導電材料，其在下文同樣指定為p型半導體或p型導體。下文中，給定這種有機p型半導體的一系列優選實施例的描述，這種有機p型半導體可單獨或另外以任何希望的組合使用，例如具有各自的p型半導體的多個層的組合和/或在一個層中的多種p型半導體的組合。

為了防止在n半導電金屬氧化物的電子與固體p導體的復合，在n半導電金屬氧化物和p型半導體之間可以使用具有鈍化材料的至少一個鈍化層。該層應當非常薄，并且應當盡可能僅覆蓋n半導電金屬氧化物的尚未覆蓋的位置。在某些情況下，鈍化材料同樣可以施加到在染料前面的金屬氧化物。優選的鈍化材料特別是以下物質中的一種或多種：Al₂O₃；硅烷，例如CH₃SiCl₃；Al³⁺；4-叔丁基吡啶(TBP)；MgO；GBA(4-胍基丁酸)以及類似的衍生物；烷基酸；十六烷基丙二酸(HDMA)。

如以上所概述，優選一種或多種固體有機p型半導體單獨或者與在特性上是有機或無機的一種或多種另外的p型半導體組合使用。在本發明的上下文中，p型半導體一般理解為是指一種材料，特別是能夠傳導空穴的有機材料，也就是說正電荷載流子。更具體地，它可以是具有廣泛的π電子體系的有機材料，其可以穩定地氧化至少一次以例如形成所謂的基陽離子。例如，p型半導體可以包括具有所提特性的至少一種有機基體材料。此外，p型半導體可以可選地包括強化p半導電特性的一種或多種摻雜劑。影響p型半導體的選擇的重要參數是空穴遷移率，因為這部分地確定了空穴擴散長度(參見Kumara,G.,Langmuir,2002,18,10493-10495)。在不同的螺環化合物中的電荷載流子遷移率的比較例如可以在T.Saragi,Adv.Funct.Mater.2006,16,966-974中找到。

優選地，在本發明的上下文中，使用有機半導體(即一種或多種低分子量的低聚或聚合半導體或這種半導體的混合物)。特別優選的是給出可從液相處理的p型半導體。在此的示例是這樣的p型半導體，其基于諸如聚噻吩和聚芳基胺的聚合物，或基于無定形的、可逆可氧化的非聚合的有機化合物，諸如在開始時提到的螺二芴(例如參見US 2006/0049397和在其中公開為p型半導體的螺環化合物，其在本發明的上下文中同樣可使用)。優選的是假設使用低分子量有機半導體，諸如在WO 2012/110924 A1中公開的低分子量的p型半導體材料，優選螺-MeOTAD，和/或在Leijtens等人在ACS Nano,VOL.6,NO.2,1455-1462(2012)中公開的一種或多種p型半導體材料。另外或可替代地，可以使用如在WO 2010/094636中公開的一種或多種p型半導電材料，其全部內容通過引用包括在此。此外，同樣可以從現有技術的以上描述中參考關于p半導電材料和摻雜劑的評論。

p型半導體優選是可產生的或通過施加至少一個p導電有機材料到至少一個載體元件來產生，其中施加例如從包括至少一種p導電有機材料的液相沉積來實現。在該情況下，沉積原則上可以通過任何所需的沉積工藝再次實現，例如通過旋涂、刮涂、刀涂、印刷或所述和/或其它沉積方法的組合。

有機p型半導體可特別包括諸如螺環-MeOTAD的至少一個螺環化合物，和/或具有如下結構式的至少一種化合物：

其中

A¹、A²、A³每一個是獨立可選取代的芳基基團或雜芳基基團，

R¹、R²、R³每一個獨立地選自由取代基-R、-OR、-NR₂、-A⁴-OR以及-A⁴-NR₂組成的組，

其中R選自由烷基、芳基和雜芳基組成的組，

以及

其中A⁴為芳基基團或雜芳基基團，以及

其中n在每一種情況下在式I中獨立地為0、1、2或3的值，

其條件是單獨的n個值的總和為至少2，并且至少R¹、R²以及R³基中的兩個是-OR和/或-NR₂。

優選地，A²和A³是相同的；相應地，式(I)的化合物優選具有以下結構(Ia)

更特別地，如以上所概述，p型半導體可以因此具有至少一個低分子量的有機p型半導體。低分子量材料通常理解為是指以單體、非聚合或非低聚形式存在的材料。如在本發明上下文中使用的術語“低分子量”優選是指p型半導體具有在從100g/mol至25000g/mol范圍中的分子量。優選地，低分子量物質具有500g/mol至2000g/mol的分子量。

一般地，在本發明的上下文中，p半導電特性被理解是指材料特性，特別是形成空穴和/或輸送這些空穴和/或傳遞它們到相鄰分子的有機分子。更具體地，這些分子的穩定氧化應當是可能的。此外，所提及的低分子量的有機p型半導體可以特別具有廣泛的π電子體系。更具體地，至少一種低分子量的p型半導體可以是從溶液可處理的。低分子量的p型半導體可以特別包括至少一個三苯胺。特別優選地，當低分子量的有機p型半導體包括至少一種螺環化合物。螺環化合物被理解為是指多環有機化合物，其環僅在也被稱為螺原子的一個原子處結合。更具體地，螺原子可以是sp³雜合的，以使得經由螺原子彼此連接的螺環化合物的成分例如在彼此相對的不同平面中設置。

更優選地，螺環化合物具有下式的結構：

其中aryl¹、aryl²、aryl³、aryl⁴、aryl⁵、aryl⁶、aryl⁷以及aryl⁸基每一個獨立地選自取代的芳基和雜芳基，特別是選自取代的苯基，其中芳基和雜芳基，優選苯基，每一個獨立地(優選在每種情況下由選自-O-烷基、-OH、-F、-Cl、-Br以及-I的一個或多個取代基)取代，其中烷基優選是甲基、乙基、丙基或異丙基。更優選地，在每種情況下苯基每一個由選自-O-Me、-OH、-F、-Cl、-Br和-I組成的組的一種或多種取代基獨立地取代。

此外優選地，螺環化合物是下式的化合物：

其中R^r、R^s、R^t、R^u、R^v、R^w、R^x以及R^y每一個獨立地選自由-O-烷基、-OH、-F、-Cl、-Br和-I組成的組，其中烷基優選是甲基、乙基、丙基或異丙基。更優選地，R^r、R^s、R^t、R^u、R^v、R^w、R^x以及R^y每一個獨立地選自由-O-Me、-OH、-F、-Cl、-Br和-I組成的組。

更特別地，p型半導體可以包括螺環-MeOTAD或由螺環-MeOTAD組成，即下式的化合物(可從德國的達姆施塔特市的Merck KGaA在商業上獲得)：

可替代地或另外，同樣可以使用其它p半導電化合物，特別是低分子量和/或低聚和/或聚合p半導電化合物。

在替代實施例中，低分子量的有機p型半導體包括上述通式I中的一種或多種化合物，其例如可參考PCT申請號PCT/EP2010/051826。對于上述的螺環化合物附加或可替代地，p型半導體可以包括上述通式I中的至少一種化合物。

如在本發明的上下文中使用的術語“烷基”或“烷基基團”或“烷基團”一般應理解為是指被取代的或未取代的C₁-C₂₀-烷基。優選的是C₁-至C₁₀-烷基，特別優選的是C₁-至C₈-烷基。烷基可以是直鏈或支鏈的。此外，烷基可由選自由C₁-C₂₀-烷氧基、鹵素(優選F)以及C₆-C₃₀-芳基(可進而被取代或未被取代)組成的組中的一個或多個取代基取代。合適的烷基基團的示例是甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基和辛基，以及同樣異丙基、異丁基、異戊基、仲丁基、叔丁基、新戊基、3,3-二甲基丁基、2-乙基己基，以及同樣由C₆-C₃₀-芳基、C₁-C₂₀-烷氧基和/或鹵素(特別是F，例如CF₃)取代的上述烷基基團的衍生物。

如在本發明的上下文中使用的術語“芳基”或“芳基基團”或“芳基”應理解為是指從單環、二環、三環或其它多環芳族環得到的可選被取代的C₆-C₃₀-芳基，其中芳族環不包括任何環雜原子。芳基優選包括五元和/或六元芳族環。當芳基不是單環體系時，在用于第二環的術語“芳基”的情況下，飽和形式(全氫化形式)或部分不飽和形式(例如二氫形式或四氫形式)同樣是可以的，假設特定形式是已知的和穩定的。在本發明的上下文中的術語“芳基”因此例如同樣包括雙環或三環基，其中兩個或所有三個基是芳族；以及同樣雙環或三環基，其中僅一個環是芳族的；以及同樣三環基，其中兩個環是芳族的。芳基的示例是：苯基、萘基、茚滿基、1,2-二氫萘基、1,4-二氫萘基、芴基、茚基、蒽基、菲基或1,2,3,4-四氫萘基。特別優選的是給出C₆-C₁₀-芳基，例如苯基或萘基，非常特別優選的是C₆-芳基，例如苯基。此外，術語“芳基”同樣包括環體系，該環體系包括經由單鍵或雙鍵彼此結合的至少兩個單環、雙環或多環芳族環。一個示例是聯苯基團。

如在本發明的上下文中使用的術語“雜芳基”或“雜芳基基團”或“雜芳基團”應理解為是指可選取代的五元或六元芳族環和多環環，例如具有在至少一個環中的至少一個雜原子的二環和三環化合物。在本發明的上下文中的雜芳基優選包括5至30個環原子。它們可以是單環、二環或三環，并且一些可以通過用雜原子取代在芳基基本骨架中的至少一個碳原子來從前述芳基得到。優選的雜原子為N、O和S。雜芳基基團更優選具有5至13個環原子。雜芳基的基本骨架特別優選選自諸如吡啶和五元雜芳族化合物(諸如噻吩、吡咯、咪唑或呋喃)的體系。這些基本骨架可以可選地稠合到一個或兩個六元芳基。此外，術語“雜芳基”同樣包括環體系，該環體系包括至少兩個經由單鍵或雙鍵彼此結合的單環、雙環或多環芳族環，其中至少一個環包括雜原子。當雜芳基不是單環體系時，在用于至少一個環的術語“雜芳基”的情況下，飽和形式(全氫化形式)或部分不飽和形式(例如二氫形式或四氫形式)同樣是可以的，假設特定形式是已知的和穩定的。在本發明的上下文中，術語“雜芳基”因此包括例如同樣雙環或三環基，其中兩個或所有的三個基是芳族；以及同樣雙環或三環基，其中僅一個環是芳族的；以及同樣三環基，其中兩個環都是芳族的，其中環中的至少一個環，即至少一個芳族或一個非芳香族環具有雜原子。合適的稠合雜芳族例如是咔唑基、苯并咪唑基、苯并呋喃基、二苯并呋喃基或二苯并噻吩。基本骨架可以在一個、多于一個或所有可取代的位置處取代，合適的取代基可以與已經在C₆-C₁₀-芳基的定義下指定的相同。然而，雜芳基優選是未取代的。合適的雜芳基是例如吡啶-2-基、吡啶-3-基、吡啶-4-基、噻吩-2-基、噻吩-3-基、吡咯-2-基、吡咯-3-基、呋喃-2-基、呋喃-3-基和咪唑-2-基和相應的苯并稠合基團，特別是咔唑基、苯并咪唑基、苯并呋喃基、二苯并呋喃基或二苯并噻吩基。

在本發明的上下文中，術語“可選取代”是指其中烷基基團、芳基基團或雜芳基基團中的至少一個氫基已由取代基取代的基團。關于該取代基的類型，優選的是烷基，例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基和辛基，以及異丙基、異丁基、異戊基、仲丁基、叔丁基、新戊基、3,3-二甲基丁基和2-乙基己基、芳基，例如C₆-C₁₀-芳基，特別是苯基或萘基，最優選是C₆-芳基，例如苯基和雜芳基，例如吡啶-2-基、吡啶-3-基、吡啶-4-基、噻吩-2-基、噻吩-3-基、吡咯-2-基、吡咯-3-基、呋喃-2-基、呋喃-3-基和咪唑-2-基，以及同樣相應的苯并稠合基團，特別是咔唑基、苯并咪唑基、苯并呋喃基、二苯并呋喃基或二苯并噻吩。另外的示例包括以下取代基：烯基、炔基、鹵素、羥基。

在此取代的程度可能從單取代基到高至最多數量的可能取代基而改變。

用于根據本發明使用的式I的優選化合物是值得注意的，因為R¹、R²和R³基中的至少兩個是對位-OR和/或-NR₂取代基。至少兩個基團在此可以是僅-OR基、僅-NR₂基、或至少一個-OR和至少一個-NR₂基團。

用于根據本發明使用的式I的特別優選化合物是值得注意的，因為R¹、R²和R³基中的至少四個是對位-OR和/或-NR₂取代基。至少四個基在此可以是僅-OR基、僅-NR₂基、或-OR和-NR₂基的混合物。

用于根據本發明使用的式I的特別優選化合物是值得注意的，因為R¹、R²和R³基中的全部是對位-OR和/或-NR₂取代基。它們可以是僅-OR基、僅-NR₂基、或-OR和-NR₂基的混合物。

在所有情況下，在-NR₂基中的兩個R可以彼此不同，但它們優選是相同的。

優選地，A¹、A²和A³每個獨立地選自如下組成的組：

m是從1到18的整數，

R⁴是烷基、芳基或雜芳基，其中R⁴優選是芳基，更優選是苯基，

R⁵、R⁶每個獨立為H、烷基、芳基或雜芳基，

其中示出的結構的芳族環和雜芳環可以可選地具有進一步的取代。在此芳族環和雜芳環的取代度可以從單取代基到高至最大數量的可能取代基而改變。

在芳族環和雜芳環的進一步取代的情況下，優選的取代基包括用于一個、兩個或三個可選的取代芳族環和雜芳環基團的上述的取代基。

優選地，示出的結構的芳族環和雜芳環沒有進一步的取代基。

更優選地，A¹、A²和A³每一個獨立為，

更優選地

更優選地，式(I)的至少一種化合物具有以下結構中的一個結構：

在替代實施例中，有機p型半導體包括具有以下結構的類型ID322的化合物：

用于根據本發明使用的化合物可通過對本領域的技術人員已知的有機合成的常規方法來制備。相關(專利)文獻的引用可另外在下面引證的合成示例中找到。

d)第二電極

第二電極可以是面向基板的底部電極或另外面向遠離基板的頂部電極。如以上所概述，第二電極可以是完全或部分透明的。如在此所使用的，術語部分透明是指如下事實，即第二電極可以包括透明區域和不透明區域。

可以使用以下組的材料中的一種或多種材料：至少一種金屬材料，優選選自由鋁、銀、鉑、金組成的組的金屬材料；至少一種非金屬無機材料，優選LiF；至少一種有機導電或半導電材料，優選至少一種導電聚合物，以及更優選至少一種透明導電聚合物。

第二電極可包括至少一個金屬電極，其中可使用以純的形式或作為混合物/合金的一種或多種金屬，諸如特別是鋁或銀。

另外或可替代地，可以單獨以及與金屬電極組合來使用非金屬材料，諸如無機材料和/或有機材料。作為示例，無機/有機混合電極或多層電極的使用是可能的，例如LiF/鋁電極的使用。另外或可替代地，可以使用導電聚合物。因此，光學傳感器的第二電極優選地可以包括一種或多種導電聚合物。

因此，作為示例，第二電極可包括與一個或多個金屬層結合的一種或多種導電聚合物。優選地，至少一種導電聚合物是透明的導電聚合物。該組合允許通過仍提供足夠的導電率來提供非常薄且因此透明的金屬層，以便使第二電極呈現透明和高度導電。因此，作為示例，每一個或組合的一個或多個金屬層可具有小于50nm，優選小于40nm或甚至小于30nm的厚度。

作為示例，可以使用選自如下組成的組的一種或多種導電聚合物：聚苯胺(PANI)和/或它的化學相關物；聚噻吩和/或它的化學相關物，諸如聚(3-己基噻吩)(P3HT)和/或PEDOT：PSS(聚(3,4-亞乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸鹽))。另外或可替代地，一個或多個導電聚合物如在EP 2507286 A2、EP 2205657 A1或EP 2220141 A1中公開。例如，對于另外的示例性實施例，可參考美國臨時申請號61/739,173或美國臨時申請號61/708,058，其全部內容通過引用包括在此。

另外或可替代地，可以使用無機導電材料，諸如無機導電碳材料，諸如選自如下組成的組的碳材料：石墨、石墨烯、碳納米管、碳納米線。

此外，同樣可以使用電極設計，其中部件的量子效率借助于適當的反射以迫使光子穿過吸收層至少兩次來增加。這種層結構同樣被稱為“聚光器(concentrator)”，并同樣例如在WO 02/101838(特別是頁23-24)中描述。

如以上所概述，評估裝置被設計成通過評估縱向傳感器信號來生成關于對象的縱向位置的至少一項信息。然而，高斯光束可以在焦點之前和之后的距離z處提供相同的束寬度，以使得束輪廓中的模糊性可能發生。

通常，例如從WO2012/110924A1或2012年12月19日提交的美國臨時申請61/739,173，2013年1月8日提交的61/749,964和2013年8月19日提交的61/867,169以及WO2014/097181A1中已知通過提供多個縱向光學傳感器(例如，適于提供FiP效應的至少兩個縱向光學傳感器，諸如縱向光學傳感器的堆疊)來克服模糊性的發生。因此，通過評估來自隨后由光束照射的縱向光學傳感器(諸如傳感器堆疊的后續縱向光學傳感器)的信號，可以解決束輪廓中的模糊性。通過沿著至少兩個位置測量束寬度，可以通過確定光束是否仍在變窄或變寬來解決這種模糊性。通過提供具有FiP效應的兩個或更多個縱向光學傳感器，可以提供更高的精度。評估裝置可以適于確定光束在至少兩個光學傳感器的傳感器區域中的寬度，并且評估裝置通過評估寬度可以進一步適于生成關于對象的縱向位置的至少一項信息，其中光束從該對象朝向光學檢測器傳播。

根據本發明的檢測器可以提供減少解決模糊性所需的縱向光學傳感器的量的可能性。關于光束光學器件的以下公式，可以參考“Fundamentals of Photonics”，Bahaa EA Saleh，Malvin Carl Teich，1991John Wiley&Sons，Inc.，Chapter 3”。通常，縱向光學傳感器的效率η，特別是功率與電流轉換效率，可以取決于入射光的強度I：

其中C_η是常數，P是入射光的功率，A是照射面積。此外，效率由j＝η·P定義，其中j是縱向光學傳感器信號電流。因此，縱向光學傳感器信號電流由如下給出

高斯束的功率由束面積A上的積分給出：

對于沿著z軸與位于z＝0處的傳送裝置對準的光學系統。至少一個對象可以位于距離z_t處。z可以是軸向距離，并且ρ可以是徑向距離。

由強度I的高斯束引起的縱向光學傳感器信號電流因此由如下給出

聚焦光束的強度I_f可由如下給出

其中l_0f和W_0f是焦點處的強度和寬度，并且W_f是聚焦束的z相關寬度。強度l_0f取決于對象的距離。

對于高斯束，束寬度由如下給出

其中z_f是焦點的z坐標，并且z₀是瑞利范圍。對于射線光學的等效公式，可以參考例如“Fundamentals of Photonics”，Bahaa E.A.Saleh，Malvin Carl Teich，1991 John Wiley&Sons，Inc.，Chapter 3。

因此，在焦點中的縱向光學傳感器信號電流由如下給出

在射線光學中，這些公式由如下給出

其中θ是Heaviside階躍函數。

因此，對于高斯束和經典束，縱向光學傳感器信號電流由如下給出

其中C_FiP是常數。在焦點處，縱向光學傳感器信號電流由如下給出

因此，通常縱向光學傳感器信號電流可以寫為

縱向光學傳感器信號電流可以隨著與焦點z_f的距離的增加而減小。

可以考慮在分別相對于它們的聚焦電流j_focal(z_f)、j_focal(z’_f)歸一化的兩個不同距離z_f和z’_f處的相同對象的兩個縱向光學傳感器信號電流j(z,z_f)和j(z,z’_f)。這些曲線可以在z＝z_cross處相交，如果

對于高斯束，等式簡化為

盡管曲線的相交取決于于每一條曲線的焦點位置，但令人驚訝地發現，對于給定的光學系統，不同焦距下的z_cross的差異較小，并且z_cross落入其中縱向光學傳感器電流較少z相關的的區域中。此外，通常，給定的光學系統限于某些光學范圍。令人驚訝的是，在光學系統的典型范圍內，發現接近焦點、焦距或焦平面的小z范圍或點，其中所有歸一化電流曲線相交。因此，在該位置或在該相交范圍內測量縱向光學傳感器電流可以屈服于作為j_focal的曲線的歸一化。如以上所概述，焦點縱向光學傳感器可以與焦平面間隔開距離±ε，其中|ε|≤0.2·f，其中f是傳送裝置的焦距。例如，|ε|≤0.1·f，優選|ε|≤0.05·f，更優選|ε|≤0.02·f，以及最優選|ε|≤0.01·f。至少一個焦點縱向光學傳感器可以布置到焦平面，以使得至少一個焦點縱向光學傳感器位于曲線相交的范圍或點內。此外，將至少一個焦點縱向光學傳感器放置在該相交范圍中可以避免歸因于焦點隨著對象的移動而改變的對準和調節，因為相交范圍可以僅僅是系統相關的。

評估裝置可以適于評估焦點縱向光學傳感器的至少一個縱向傳感器信號j_focal，并且導出圖像平面中的假設縱向光學傳感器的理論縱向傳感器信號j_image。評估裝置可以適于使用如下假設用于確定理論縱向傳感器信號j_image：理論縱向傳感器信號j_image與焦點縱向光學傳感器的縱向傳感器信號j_focal成比例。用于確定理論縱向傳感器信號j_image的評估裝置可以適于使用以下關系：

其中const.為預定或可確定的常數。其中用于確定理論縱向傳感器信號j_image的評估裝置可適于使用以下關系：

其中c(h_target,f_lens,l_lens)是取決于對象的尺寸h_target、傳送裝置的焦距f_lens和傳送裝置的孔徑l_lens的預定或可確定的函數，特別是對于具有直徑的光點，h_target可以是光點的直徑。如果確定焦點縱向光學傳感器電流j_focal并且c(h_target,f_lens,l_lens)是已知的，則可以確定理論傳感器信號j_image。因此，可以避免將縱向光學傳感器放置在圖像平面中或靠近圖像平面以確定圖像平面中的傳感器信號。此外，可以減少解決模糊性所需的縱向光學傳感器的量。如果取決于對象的尺寸h_targe、傳送裝置的焦距f_lens和傳送裝置的孔徑l_lens的預定或可確定的函數是已知的，則包括焦點縱向光學傳感器的一個、兩個或三個縱向光學傳感器足以用于確定至少一個對象的縱向位置。因此，包括不超過三個的縱向光學傳感器的縱向光學傳感器的堆疊基本上足以精確測量至少一個對象的縱向位置。然而，仍然可以使用超過三個的縱向光學傳感器。

與其它傳感器堆疊相比，減少縱向光學傳感器的數量提供了若干優點。因此，可以減少系統成本，因為可以減少部件的總數量。此外，通常可以減少檢測器的復雜性，從而提供減小檢測器的整體尺寸以及檢測器的總誤差率的可能性。此外，可以改善光學質量，因為通過減少傳感器堆疊內的縱向光學傳感器的數量，可以使用具有較低透明度并因此具有較高量子效率的縱向光學傳感器。這是由于在具有大量光學傳感器的傳感器堆疊中，必須使用具有高透明度的光學傳感器，以便光束甚至到達堆疊內的最后一個光學傳感器的事實。通過減少堆疊內的縱向光學傳感器的數量，每一個縱向光學傳感器可以被設計成吸收增加量的光，并且因此可以產生更高的縱向光學傳感器信號。因此，可以提高信噪比，并且可以增加確定至少一個對象的位置的精度。進一步應當注意，除了縱向光學傳感器之外，傳感器堆疊還可以包括一個或多個其它類型的傳感器和/或一個或多個其它元件，諸如至少一個橫向光學傳感器和/或至少一個其它類型的諸如透鏡的光學元件。此外，堆疊可以包括至少一個成像裝置，諸如圖像檢測器，例如CCD和/或CMOS芯片。

為了確定縱向光學傳感器信號電流的完整曲線，并且特別確定聚焦位置z_f，縱向光學傳感器信號電流的至少兩個測量可能是必需的。通常，如果焦點位置z_f是完全未知的，兩個測量值是必需的，因為由于曲線的對稱性兩個z值可以分配給每一個縱向光學傳感器信號電流。然而，如果可能的z_f值的范圍是已知的，則一個測量可能是足夠的，即，如果測量已知總是在z_f和傳送裝置之間。這可以進一步減少堆疊中的光學傳感器的數量。

對于一般對象，對象的尺寸h_target可是未知的。對象的尺寸可以由像素化CMOS檢測器和/或非像素化無機二極管來確定。在像素化CMOS檢測器中，可以對像素進行計數以確定對象的尺寸。在非像素化二極管中，例如非像素化的Si二極管，二極管電流可以僅取決于光子的數量。對象的尺寸可以由二極管電流和強度依賴的縱向光學傳感器信號電流之間的比率給出。

在一個實施例中，檢測器可以包括混合有機/無機檢測器。混合有機/無機檢測器可以包括來自由如下組成的組的檢測器的組合：縱向光學傳感器，特別是有機縱向光學傳感器和CMOS檢測器的組合；縱向檢測器，特別是有機縱向光學傳感器和二極管，特別是光電二極管(例如Si-、Ge-等光電二極管)的組合；包括傳感器堆疊和CMOS檢測器的縱向光學傳感器。例如，檢測器可以包括至少一個縱向光學傳感器和CMOS檢測器。在該實施例中，光學元件f_lens和l_lens的特性可以是已知的，但不是對象的尺寸，其可以通過對像素化CMOS檢測器的像素進行計數來確定。例如，檢測器可以包括傳感器堆疊和CMOS檢測器，其可以用于確定對象尺寸。然而，相對于現有技術中使用的傳感器堆疊，在此可能需要堆疊內減少數量的傳感器。

在另一實施例中，檢測器可以包括純有機檢測器。有機檢測器可以包括來自如下組成的組的檢測器的組合：傳感器堆疊；像素化和非像素化縱向光學傳感器的組合；光場相機、像素化焦點縱向光學傳感器和與焦平面間隔放置的另一像素化縱向光學傳感器的組合。例如，檢測器可以包括像素化和非像素化縱向光學傳感器的組合，其中可以使用像素化縱向光學傳感器來確定對象尺寸。

在另一實施例中，檢測器可包括基于在傳送裝置后面的若干像素化CMOS芯片的相機。例如，分束元件可以在與傳送裝置不同的距離處將圖像發送到CMOS芯片。CMOS芯片中的一個CMOS芯片可以布置在傳送裝置的焦平面中。可以通過信號強度和根據例如通過像素計數確定的對象的尺寸來計算每面積的光子來確定對象的距離。這種布置可以允許在畫面平面中計算進一步的信息。其它實施例在原理上是可行的。

檢測器可以包括用于照射對象的至少一個照射源。照射源可以以各種方式實施。因此，照射源可以例如是檢測器殼體中的檢測器的一部分。然而，可替代地或另外，至少一個照射源同樣可以布置在檢測器殼體外側，例如作為單獨的光源。照射源可以與對象分開布置并且從一定距離處照射對象。然而，實施例是可行的，其中對象可以另外或可替代地由環境光照射。由于諸如人造光源或自然光源的附加光源，可能存在環境光。光源可以進一步包括光束均化器和/或光管均化器。光源可以是或可以包括至少一個均勻光源和/或可以是或可以包括至少一個結構化光源和/或圖案化光源。作為示例，可以通過使用一個或多個空間光調制器(SLM)來提供結構或圖案化光源，諸如一個或多個液晶空間光調制器和/或一個或多個微機械鏡器件，諸如使用技術。

照射光優選地可以具有在紅外光譜范圍中的波長。照射源可以特別地包括一個或多個以下照射源：激光器，特別是激光二極管，例如具有在電磁光譜的紅外部分中的輸出波長的IR激光二極管，但是原則上可替代地或者另外，同樣可以使用其它類型的激光器；發光二極管；白熾燈；有機光源，特別是有機發光二極管。電磁光譜的紅外部分優選指的是780nm至1mm，優選780nm至3.0μm的光譜范圍。可替代地或另外，同樣可以使用其它照射源。特別優選的是，照射源被設計為生成具有高斯束分布的一個或多個光束，如至少大致在例如許多激光器中的情況。然而，原則上其它實施例同樣是可能的。

如在此所使用的，術語評估裝置通常是指被設計成通過評估縱向傳感器信號來生成關于對象的縱向位置的至少一項信息的任意裝置。作為示例，評估裝置可以是或可以包括一個或多個集成電路，諸如一個或多個專用集成電路(ASIC)、和/或一個或多個數據處理裝置，諸如一個或多個計算機，優選地一個或多個微計算機和/或微控制器。可以包括附加部件，諸如一個或多個預處理裝置和/或數據采集裝置，諸如用于接收和/或預處理橫向傳感器信號和/或縱向傳感器信號的一個或多個裝置，諸如一個或多個AD轉換器和/或一個或多個濾波器。此外，評估裝置可以包括一個或多個數據存儲裝置。此外，如以上所概述，評估裝置可以包括一個或多個接口，諸如一個或多個無線接口和/或一個或多個有線接口。

此外，至少一個評估裝置可以形成為獨立于至少一個縱向光學傳感器的單獨的評估裝置，但是優選地可以連接到至少一個縱向光學感測以便接收縱向傳感器信號。可替代地，至少一個評估裝置可以完全或部分地集成到至少一個縱向光學傳感器中。

至少一個評估裝置可以適于執行至少一個計算機程序，諸如執行或支持生成關于縱向位置的至少一項信息的至少一個計算機程序。作為示例，可以實現一個或多個算法，其通過使用縱向傳感器信號作為輸入變量，可以執行到對象的縱向位置的預定變換。評估裝置可以包括至少一個數據處理裝置，諸如至少一個微控制器或處理器。因此，作為示例，至少一個評估裝置可以包括具有存儲在其上的包括多個計算機命令的軟件代碼的至少一個數據處理裝置。

評估裝置可以連接到或可以包括至少一個另外的數據處理裝置，其可以用于信息(例如由光學傳感器和/或由評估裝置獲得的信息)的顯示、可視化、分析、分布、通信或進一步的處理中的一個或多個。作為示例，數據處理裝置可以連接或并入顯示器、投影儀、監視器、LCD、TFT、揚聲器、多通道聲音系統、LED模式或另外的可視化裝置中的至少一個。其可以進一步連接到或并入能夠使用電子郵件、文本消息、電話、藍牙、無線電、Wi-Fi、紅外或互聯網接口、端口或連接中的一個或多個來發送加密或未加密信息的通信裝置或通信接口、數據鏈路、時間數據鏈路、連接器或端口中的至少一個。其可以進一步連接到或并入處理器、圖形處理器、CPU、開放式多媒體應用平臺(OMAP^TM)、集成電路、片上系統(諸如來自蘋果A系列或三星S3C2系列的產品)、微控制器或微處理器、諸如ROM、RAM、EEPROM或閃存的一個或多個存儲器塊、諸如振蕩器或鎖相環、計數器定時器、實時定時器的定時源或上電復位發生器、電壓調節器、電源管理電路或DMA控制器。各個單元可以進一步通過諸如AMBA總線的總線連接和/或可以包含一個或多個發射器和/或接收器。

評估裝置和/或數據處理裝置可以通過另外的外部接口或端口，諸如串行或并行接口或端口、USB、Centronic端口、FireWire、HDMI、以太網、藍牙、RFID、無線電、數據鏈路、Wi-Fi、USART或SPI、或諸如ADC或DAC中的一個或多個的模擬接口或端口、或者到諸如使用諸如CameraLink的RGB接口的2D相機裝置的另外裝置的標準化接口或端口來連接(或具有如上所述的這些接口或端口)。評估裝置和/或數據處理裝置可以進一步通過處理器間接口或端口、FPGA-FPGA接口或串行或并行接口或端口中的一個或多個來連接。評估裝置和數據處理裝置可以進一步連接到光盤驅動器、CD-RW驅動器、DVD+RW驅動器、閃存驅動器、存儲卡、磁盤驅動器、硬盤驅動器、固態盤或固態硬盤中的一個或多個。

評估裝置和/或數據處理裝置可以通過一個或多個其它外部連接器，諸如電話連接器、RCA連接器、VGA連接器、雙性(hermaphrodite)連接器、USB連接器、HDMI連接器、8P8C連接器、BCN連接器、IEC 60320C14連接器、光纖連接器、D超小型連接器、RF連接器、同軸連接器、SCART連接器、XLR連接器來連接(或具有如上所述的這些連接器)，和/或可以并入用于這些連接器中的一個或多個的至少一個合適的插座。

諸如并入根據本發明的檢測器、評估裝置或數據處理裝置中的一個或多個的單個裝置的裝置的可能實施例，諸如并入光學傳感器、光學系統、評估裝置、通信裝置、數據處理裝置、接口、片上系統、顯示裝置或另外的電子裝置中的一個或多個的裝置的可能實施例為：移動電話、個人計算機、平板PC、電視、游戲控制臺或另外的娛樂裝置。在另一實施例中，將在下面進一步詳細描述的3D相機功能可以集成在可與常規2D數字相機一起使用的裝置中，在裝置的殼體或外觀上沒有顯著差異，其中顯著差異對于用戶而言可以僅是獲得和/或處理3D信息的功能。

具體地，并入檢測器和/或其一部分(諸如評估裝置和/或數據處理裝置)的實施例可以是：并入顯示裝置、數據處理裝置、光學傳感器、可選地傳感器光學裝置和評估裝置的移動電話，用于3D相機的功能。根據本發明的檢測器具體地可以適于集成在娛樂裝置和/或諸如移動電話的通信裝置中。

本發明的另一實施例可以是將檢測器或其一部分(諸如評估裝置和/或數據處理裝置)并入裝置中以用于汽車中，用于自主駕駛或用于諸如戴姆勒智能驅動系統的汽車安全系統，其中作為示例，并入一個或多個光學傳感器、可選地一個或多個光學系統、評估裝置、可選地通信裝置、可選地數據處理裝置、可選地一個或多個接口、可選地芯片上系統、可選地一個或多個顯示裝置或可選地另外的電子裝置中的一個或多個的裝置可以是車輛、汽車、卡車、火車、自行車、飛機、船舶、摩托車的一部分。在汽車應用中，將裝置集成到汽車設計中可能需要將光學傳感器、可選的光學器件或裝置以來自外部或內部的最小可見度集成。檢測器或其一部分，諸如評估裝置和/或數據處理裝置可以特別適于到汽車設計中的這種集成。根據本發明的裝置可以特別適于集成在汽車應用中，特別是由于與常規3D感測技術相比減少所生成的數據量的可能性。

如以上所概述，至少一個照射源適于采用照射光照射至少一個對象。例如，可以用通過縱向光學傳感器的光照射至少一個對象。另外或可替代地，進一步適于以其它方式照射至少一個對象，諸如通過不透射通過至少一個縱向光學傳感器的照射光。因此，至少一個照射源可以放置在檢測器的束路徑的外側，以便以離軸方式照射至少一個對象。

在發生通過縱向光學傳感器的照射的情況下和/或在使用不同類型的照射的情況下，照射光通常可選地可以意味著在照射光照射至少一個對象之前的照射光的至少一次反射。因此，通常，檢測器可以進一步包括至少一個反射元件，其中反射元件適于在照射對象之前反射照射光。使用至少一個反射元件通常意味著幾個優點。因此，通常，通過使用至少一個反射元件，可以通過調節至少一個反射元件來執行照射光(諸如照射光束)的取向的調節。此外，如下面將進一步詳細描述的，至少一個反射元件可以是波長選擇反射元件，其反射特性可以取決于波長。因此，通常，波長選擇反射元件可以是或可以包括在紅外光譜區域中表現出反射特性的至少一個紅外反射元件，而在諸如可見光譜區域的其它光譜區域中，沒有反射特性或與紅外光譜區域相比可能存在顯著更低的反射特性。因此，通常，至少一個照射源可以包括至少一個紅外照射源，用于采用紅外照射光照射至少一個對象，并且至少一個反射元件可以包括在紅外光譜區域中表現出反射特性的至少一個反射元件，諸如所謂的“熱”鏡。

當采用照射光照射至少一個對象時，通過至少一個縱向光學傳感器和/或以不同的方式，至少一個照射光可以在方向和/或空間上固定和/或可以在方向和/或空間上可調節或可移動。因此，作為示例，反射元件可以是或可以包括適于被調節到至少兩個不同位置的至少一個可移動反射元件，其中在至少兩個不同位置中，照射光被反射到不同方向中。如在此所使用的，術語“位置”通常可以指可移動反射鏡的任何類型的絕對位置和/或任何類型的取向。因此，可移動反射鏡的至少一個縱向平移和/或至少一個可移動反射鏡的至少一個旋轉移動可以是可行的。

因此，作為示例，至少一個可移動反射元件可為反射元件，其取向可調節到至少一個第一取向和不同于至少一個第一取向的至少一個第二取向。調節可以以步進或連續的方式進行。

在至少一個反射元件包括至少一個可移動反射元件的情況下，可移動反射元件可為單個可移動反射元件或可為或可包括多個可移動反射元件。因此，至少一個反射元件可以包括多個可移動反射元件，諸如多個可移動反射鏡，優選多個微反射鏡。因此，作為示例，至少一個可移動反射元件可包括多個微反射鏡，特別是微反射鏡的區域，諸如基于壓電技術的微反射鏡。作為示例，可以使用在投影技術中使用的微反射鏡，諸如可用于卷軸機(beamer)或其它類型的投影儀的微反射鏡。作為示例，可以使用數字光處理技術，諸如可從德州儀器獲得的光處理技術。更具體地，可以使用至少一個芯片。更一般地，可以使用反射空間光調制器，和/或至少一個可移動反射元件可以包括至少一個反射空間光調制器。

通過使用多個可移動反射元件，照射光可細分為多個照射光束，其照射光的位置/取向優選地可單獨地由多個可移動反射元件控制。因此，作為示例，各種圖案的投影和/或照射光束的點和/或圖案的調制是可行的。在使用多個可移動反射元件的情況下，可發生可移動反射元件的單獨控制，諸如在不同控制頻率下的單獨控制。因此，通過多個照射光束和/或通過不同頻率的照射光束的圖案對至少一個對象的照射是可行的。因此，照射可以以調制方式發生，諸如通過以不同的調制頻率周期性地控制可移動反射元件。然后可以通過檢測器，諸如通過包含在其中的一個或多個FiP傳感器，諸如通過解調一個或多個檢測器信號和/或通過頻率分析，來解析照射。

通過使用多個可移動反射元件(具體是陣列)，具體來說是反射鏡陣列和/或反射空間光調制器，且更具體來說，陣列，可執行照射光圖案的投影，諸如用于投影通用圖案和/或專用圖案到檢測器的視場中，諸如用于覆蓋檢測器的完整或部分測量空間。

此外，通過使用多個可移動反射元件(更具體來說，可移動反射元件的陣列，諸如反射鏡陣列、反射性空間光調制器和/或陣列)，多個可移動反射元件可用于投影照射光的點和/或圖案到空間中，具體是進入檢測器的視場中，諸如進入相機的圖像中，具體用于跟蹤空間中的一個或多個特定對象，諸如用于肢體、玩具或其它對象或其部分。

在使用可移動反射元件的圖案和/或陣列(諸如一個或多個芯片)的情況下，圖案本身可為通用圖案或可為用于檢測器的專用圖案，諸如取決于RGB相機畫面的圖案。

在至少一個反射元件是或包括至少一個可移動反射元件的情況下，至少一個可移動反射元件可適于通過空間中的至少一個掃描區域掃描照射光。此外，掃描過程可以以連續方式或以步進方式進行。因此，作為示例，至少一個可移動反射元件可包括至少一個可移動反射鏡，諸如電流計掃描器或任何其它類型的可移動反射鏡，其位置和/或取向可被調節。

在使用至少一個可移動反射元件的情況下，至少一個可移動反射元件的調節可以手動方式和/或以自動方式進行。因此，作為示例，至少一個檢測器可以包括適于調節至少一個可移動反射鏡的位置的至少一個致動器。作為示例，至少一個致動器可以是或可以包括至少一個調節螺絲和/或至少一個其它類型的致動器，諸如至少一個壓電致動器。

作為示例，至少一個可選的可移動反射元件可包括可移動反射元件的矩陣。因此，作為示例，可以使用微機械反射鏡裝置，其包括可移動微反射鏡陣列，諸如通過使用德克薩斯儀器公司的所謂的技術。通過使用一個或多個可移動反射元件，可生成和/或投影一個或多個圖案和/或條紋。

如以上所概述，照射源通常并且具體地可以適于發射在可見光譜范圍、紅外光譜范圍和紫外光譜范圍中的一個或多個范圍的照射光。具體地，照射光可以是紅外光譜范圍中的照射光。因此，如以上所概述，反射元件可以適于反射紅外光譜范圍中的光，其中可見光譜范圍中的光被透射。在不同光譜范圍中的反射特性的其它組合是可行的。具體地，至少一個反射元件可以包括在紅外光譜范圍中具有反射特性的至少一個可移動反射元件，諸如可移動紅外反射鏡，具體是可移動“熱”反射鏡。

至少一個反射元件通常可以是適于完全或部分地反射或重定向空間中的照射光的任意元件。如技術人員將認識到的，各種類型的反射元件是通常已知的并且可以在此使用。具體地，反射元件可以選自如下組成的組：反射鏡；半透明鏡；僅反射特定光譜區域(諸如紅外光譜范圍中的光)的反射鏡或半透明反射鏡；棱鏡；二向色鏡；分束器立方體。所述元件和/或其它類型的反射元件的組合是可行的。具體地，如下面將進一步詳細描述的，至少一個反射元件可以表現出分束特性，并且因此，至少一個反射元件，不管是剛性反射元件或可移動反射元件，可以完全或部分地與可存在于檢測器中的至少一個分束裝置相同。

使用至少一個反射元件，具體地使用至少一個可移動反射元件，更具體地使用在紅外光譜范圍中具有反射特性的至少一個可移動反射元件提供大量優點，如以上部分地概述的。因此，作為示例，當前的距離傳感器例如在游戲領域中是商業上可得的，通常可以將點圖案投影到要分析的空間中。可以通過使用至少一個相機來監視點圖案，并且可以應用適當的測量算法。該過程需要大量的計算能力。反過來，根據本發明的檢測器提供了簡化檢測過程的簡單方法。諸如紅外照射光，更具體地單個紅外光束的照射光可以通過使用諸如可移動紅外反射鏡的可移動反射元件而移動通過要分析的空間。在該設置中，與常規檢測器相比，可以顯著減少所需的計算資源。

因此，如以上所概述的，可以應用掃描處理。可移動反射鏡允許讀出例如線圖案、正方形圖案或其它圖案。因此，檢測器，具體是包括一個或多個縱向光學傳感器，更具體地包括一個或多個有機太陽能電池和/或DSC和/或sDSC的檢測器，可以提供直接和快速的縱向信息，諸如距離信息。可移動反射元件(諸如可移動反射鏡)通常可適于通過根據對象的位置調節至少一個可移動反射元件的至少一個位置來跟蹤至少一個對象。因此，檢測器可以適于跟蹤和/或分析特定對象，諸如人、面部、肢體或其它可移動對象或可移動對象的組合。

至少一個對象可以包括或可以與至少一個信標裝置(同樣稱為目標裝置)組合，該信標裝置可以適于發射至少一個光束和/或朝向檢測器發射至少一個光束。對于至少一個信標裝置的潛在實施例，可以參考例如WO 2012/110924 A1。其它實施例是可行的。因此，通常，至少一個信標裝置可以是或可以包括適于反射諸如照射光的光的至少一個無源信標裝置，和/或可以是或可以包括適于發射光的至少一個有源裝置。因此，通常，可以使用一個或多個有源發射目標裝置和/或反射目標裝置，特別是與可移動反射裝置組合。在該設置中，作為示例，可移動紅外光束可以用作照射光和/或作為照射光的一部分，并且檢測器可以適于測量空間中的圖案和/或特定區域和/或可以適于跟蹤特定對象。

如下面將進一步詳細描述的，檢測器可以進一步包括至少一個成像裝置，諸如至少一個相機，更具體地，全色相機，諸如RGB相機。在該設置中，可以使用可移動紅外照射光，諸如可移動紅外光束，以便分析RGB畫面中看起來特別重要的區域，諸如移動和/或改變對象。該特征可以通過簡單的畫面分析算法來實現。因此，快速和簡單地跟蹤面部、肢體或其它可移動的對象是可行的。

在游戲的上下文中，如將在下面進一步詳細描述的，諸如在游戲控制臺和/或增強現實應用的上下文中，根據本發明的檢測器(具體地具有至少一個可移動反射元件)提供了另外的優點。因此，當前的圖像傳感器通常不能分析空間中的對象的距離。因此，這些類型的傳感器通常在其對增強現實信息的解釋方面受到限制。因此，商業上可用的圖像傳感器和檢測器通常不能分析深度信息。這些傳感器或檢測器能夠檢測2D位置。然而，由于沒有諸如手、腳或其它身體部分的對象的深度信息可用，增強現實通常僅受2D圖像的影響。反過來，在本發明的上下文中，在空間中的對象的跟蹤變得可行，特別是在機器控制、游戲或增強現實的上下文中。仍然，如以上所概述，本發明可以通過使用標準計算資源或通常很低的低計算資源來執行。

檢測器進一步可以包括至少一個成像裝置，其中成像裝置可以適于使得從對象行進到檢測器的光束在入射在成像裝置上之前通過縱向光學傳感器。

如在此所使用的，成像裝置通常被理解為可以生成對象或其一部分的一維、二維或三維圖像的裝置。特別地，成像裝置可以完全或部分地用作相機。例如，成像裝置可以是從由如下組成的組中選擇的相機：RGB相機，即被設計成在三個單獨的連接上傳送被指定為紅色、綠色和藍色的三種基本顏色的相機；IR相機，即被設計為記錄在紅外光譜范圍中的光束的部分的相機；盡管原則上，可替代地或另外，同樣可以使用其它類型的相機。成像裝置的其它實施例也是可能的。

成像裝置可以被設計為連續地和/或同時地對對象的多個部分區域成像。作為示例，對象的部分區域可以是對象的一維、二維或三維區域，其例如由成像裝置的分辨率極限限定，并且從該區域中電磁輻射出現。

在該上下文中，成像應當被理解為意指從對象的相應部分區域出現的電磁輻射例如借助于檢測器的至少一個可選傳送裝置被饋送到成像裝置中。

特別地，成像裝置可以被設計成例如借助于掃描方法，特別是使用至少一個行掃描和/或線掃描順序地對多個部分區域進行順序成像。然而，其它實施例同樣是可能的，例如其中同時成像多個部分區域的實施例。成像裝置被設計成在對象的部分區域的該成像期間生成與部分區域相關聯的信號，優選地電子信號。該信號可以是模擬和/或數字信號。作為示例，電子信號可以與每一個部分區域相關聯。因此，電子信號可以同時或者以時間交錯的方式生成。作為示例，在行掃描或線掃描期間，可以生成對應于樣品的部分區域的電子信號序列，其例如串聯在一起。此外，成像裝置可以包括一個或多個信號處理裝置，諸如用于處理和/或預處理電子信號的一個或多個濾波器和/或模數轉換器。

成像裝置可以包括相機芯片，例如CCD芯片和/或CMOS芯片。優選地，成像裝置可以包括無機成像裝置。成像裝置可以包括像素矩陣。如在此所使用的，像素通常是指成像裝置的光敏元件。如在此所使用的，“矩陣”通常是指空間中的多個像素的排列，其可以是線性排列或面排列。因此，通常，矩陣優選地可以選自如下組成的組：一維矩陣；二維矩陣。最優選地，矩陣是具有以行和列布置的像素的矩形矩陣。成像裝置可以包括從由CMOS芯片和CCD芯片組成的組中選擇的芯片。此外，成像裝置可以適于分辨顏色。至少一個成像裝置可以是或可以包括至少一個全色CCD芯片和/或至少一個全色CMOS芯片。在優選實施例中，成像裝置可以是RGB相機和/或IR相機。

檢測器進一步可以包括至少一個分束裝置，其中分束裝置可以適于將通過縱向光學傳感器之前的由照射源發射的照射光與通過縱向光學傳感器之后的從對象行進到檢測器光束分離。如在此所使用的，分束裝置是適于將由照射裝置發射的光束分成兩個或更多個光束并且使光束在光軸的方向(特別是平行于光軸的方向)上偏轉的裝置。分束裝置可以選自由如下組成的組：半透明反射鏡；僅反射特定光譜區域(諸如紅外光譜范圍中的光)的反射鏡或半透明反射鏡；棱鏡；二向色鏡；分束器立方體。

如以上所概述，至少一個可選的分束裝置可以與至少一個可選的反射元件完全或部分相同。因此，如以上所概述，分束裝置可以是或可以包括適于調節到至少兩個不同位置的至少一個可移動反射元件，其中在至少兩個不同位置中，照射光反射到不同的方向中。具體地，至少一個分束裝置可以是或可以包括至少一個紅外反射元件，更具體地是至少一個可移動紅外反射元件。

其中，在穿過縱向光學傳感器之后從對象行進到檢測器的至少一個光束的位置和/或取向可以在穿過至少一個反射元件時保持至少基本上不變，特別是當穿過至少一個可移動反射元件。因此，具體地，至少一個可移動反射元件可適于使得當移動可移動反射元件時，照射光的位置和/或取向通過可移動反射元件的移動而改變，而該光束的位置和/或取向可以至少基本上獨立于可移動反射元件的移動而保持。

縱向傳感器信號可以進一步取決于光束的調制頻率。特別地，FiP效應可以取決于或者可以通過光束的適當調制來強調，如WO 2012/110924A1中所公開的。具體地，在至少一個縱向光學傳感器提供上述FiP效應的情況下，縱向光傳感器的傳感器信號可取決于光束的調制頻率。作為示例，FiP效應可以與0.1Hz至10kHz的調制頻率一起使用。

照射源可以適于周期性地調制照射光的至少一個光學特性。因此，照射源可以適于以調制方式和/或可以使用附加的調制裝置發射光束，其可以適于周期性地調制照射光的至少一個光學特性。另外或可替代地，檢測器可以包括用于周期性地調制照射光的至少一個光學特性的至少一個調制裝置。例如，至少一個光學特性可以選自由照射光的幅度和相位組成的組。作為示例，調制裝置可以包括空間光調制器，優選地是微反射鏡裝置，以及更優選地是裝置。可以使用其它調制裝置。調制可以用于一個或多個不同的目的，諸如用于增強和/或啟用FiP效應和/或用于識別以特定調制頻率發射的一個或多個照射源。后一目的可以用于區分在不同調制頻率的兩個或更多個不同的調制光束。對于進一步的細節，可參考2013年6月13日提交的EP 13171900.7。

照射源適于發出具有不同光學特性的至少兩個光束。例如，至少兩個光束可以具有不同的光譜特性。例如，光束的光譜特性可以是光束的部分的顏色和/或偏振。優選地，至少兩個光束用不同的調制頻率調制。

至少一個縱向傳感器信號可以進一步取決于光束的調制頻率。評估裝置優選地可以適于通過用不同的調制頻率解調縱向傳感器信號來執行頻率分析。由照射源發出的光束的調制和由評估裝置對縱向傳感器信號的解調優選地以相同的調制頻率集合進行。為此目的，評估裝置可以包含一個或多個解調裝置，諸如一個或多個混頻裝置、一個或多個頻率濾波器，諸如一個或多個低通濾波器或一個或多個鎖定放大器和/或傅立葉分析儀。評估裝置優選地可以適于在預定和/或可調節的頻率范圍上執行離散或連續傅立葉分析。

評估裝置可以包括一個或多個電子部件，諸如一個或多個混頻裝置和/或一個或多個濾波器，諸如一個或多個帶通濾波器和/或一個或多個低通濾波器。因此，作為示例，評估裝置可以包括用于執行頻率分析的至少一個鎖定放大器或優選地一組鎖定放大器。因此，作為示例，在提供一組調制頻率的情況下，評估裝置可以包括用于該組調制頻率中的每一個調制頻率的單獨的鎖定放大器，或者可以包括一個或多個鎖定放大器，其適用于執行諸如順序地或同時地對兩個或更多個調制頻率的頻率分析。該類型的鎖定放大器通常在本領域中是已知的。

評估裝置可以被設計成從光束對傳感器區域的照射的幾何形狀與對象相對于檢測器的相對定位之間的至少一個預定關系來生成關于對象的縱向位置的至少一項信息。通過光束對傳感器區域的照射的幾何形狀和對象相對于檢測器的相對定位之間的預定關系可以考慮照射的已知功率。已知關系可以作為算法和/或作為一個或多個校準曲線存儲在評估裝置中。作為示例，具體地，對于高斯束，通過使用束腰和縱向坐標之間的高斯關系，可以容易地導出束直徑或束腰和對象的位置之間的關系。通過光束對傳感器區域的照射的幾何形狀與對象相對于檢測器的相對定位之間的預定關系可以考慮照射被調制的調制頻率。

檢測器可以包括至少一個另外的光學裝置，其中光學裝置包括至少一個元件，該元件在照射光和光束中的至少一個上具有聚焦或散焦效應中的一種或兩種。至少一個另外的光學裝置可以完全或部分地位于以下位置中的一個或多個位置中

·在照射源和縱向光學傳感器之間的束路徑中；

·在縱向光學傳感器和對象之間的束路徑中；

·在縱向光學傳感器和成像裝置之間的束路徑中。至少一個另外的光學裝置可以適于使得從對象行進到檢測器的光束在穿過光學裝置并入射在成像裝置上之前穿過縱向光學傳感器。

照射光可以至少部分地基本上平行于檢測器的光軸行進。如在此所使用的，術語“基本上平行”是指偏離光軸不超過±20°，優選不超過±10°，更優選不超過±5°的束軸。縱向光學傳感器、照射源和可選地成像裝置相對于檢測器的光軸同軸地布置。

至少一個縱向光學傳感器，優選地至少一個焦點縱向光學傳感器可以包括至少一個半導體檢測器。半導體檢測器可以是包括至少一種有機材料的有機半導體。半導體檢測器可以選自由有機太陽能電池、染料太陽能電池、染料敏化太陽能電池、固體染料太陽能電池、固體染料敏化太陽能電池組成的組。在提供多個縱向光學傳感器的情況下，一個或多個縱向光學傳感器優選可以是或可以包括至少一個有機半導體檢測器和/或至少一個無機半導體檢測器。最優選地，半導體檢測器可以是包括至少一種有機材料的有機半導體檢測器。然而，其它實施例是可行的。因此，一個或多個有機半導體檢測器和/或一個或多個無機半導體檢測器的組合是可行的。

縱向光學傳感器，特別是焦點縱向光學傳感器，以及例如至少一個另外的縱向光學傳感器以及傳送裝置具體地可以布置在一個共同的光軸上。例如，至少一個對象可以由至少一個照射源照射，該照射源也可以布置在公共光軸上，或者可以布置成離開公共光軸。縱向光學傳感器和傳送裝置可以布置成使得源自被照射的至少一個對象的光可以在入射到縱向光學傳感器之前行進通過傳送裝置。在至少一個傳送裝置和縱向光學傳感器之間，可以布置一個或多個反射元件，例如一個或多個分束器，其可以例如部分地從公共光軸反射光到諸如CMOS檢測器或照相機的另外檢測器。

在一個實施例中，照射源、傳送裝置和縱向光學傳感器和/或縱向光學傳感器的堆疊可以布置在一個軸上。該對準可以允許使檢測器緊湊并且更便宜。從照射源行進到對象的光可以入射并穿過縱向光學傳感器，其可以生成縱向傳感器信號。然后，光可以由對象反射，可以行進通過至少一個傳送裝置并且將再次入射在縱向光學傳感器上。縱向傳感器信號可以由于從對象行進到縱向光學傳感器的入射光而改變。縱向傳感器信號上的變化可以允許確定至少一個對象的位置。

為了同時確定至少一個對象的位置并記錄圖像，例如彩色視頻，縱向光學傳感器可以布置在成像裝置(例如RGB相機)的前面。在該實施例中，由于成像裝置和照射源的不透明性，照射源(例如聚焦IR燈)可以被布置為偏離公共光軸。照射光可以通過反射鏡傳送到公共軸，該反射鏡可以被配置為反射電磁光譜的紅外范圍中的光，并且對于電磁光譜的可見范圍中的光是透明的。電磁光譜的紅外部分通常是指780nm至1mm，優選780nm至3.0μm的光譜范圍。電磁光譜的可見光范圍通常指380nm至780nm，優選380nm至640nm的光譜范圍。

檢測器可以用于確定一個或多個對象的多于一個的位置。照射源可以被配置為發射多個集中的光束，每一個以不同的調制頻率調制。所確定的縱向傳感器信號可以通過傅立葉變換來評估。因此，可以通過使用傅立葉變換來確定具有相同縱向光學傳感器的對象的每一個照射點和/或區域的貢獻。

此外，檢測器，特別是縱向光學傳感器，可以被配置為確定對象的x坐標和/或y坐標。因此，如以上所概述，檢測器可以包括一個或多個橫向光學傳感器。

在本發明的另一方面，公開了一種用于在用戶和機器之間交換至少一項信息的人機界面。人機界面包括根據本發明的至少一個檢測器，諸如根據上面公開或下面進一步詳細公開的一個或多個實施例。人機界面被設計為借助于檢測器生成用戶的至少一項幾何信息。人機界面被設計為向幾何信息分配至少一項信息，特別是至少一個控制命令。

如在此所使用的，術語“人機界面”通常是指適于在用戶和機器(諸如具有至少一個數據處理裝置的機器)之間交換至少一項信息，特別是至少一項電子信息的任意裝置或裝置組合。信息項的生成可以通過用戶的身體姿勢和/或運動來實現。信息的交換可以以單向方式和/或以雙向方式執行。具體地，人機界面可以適于允許用戶以機器可讀的方式向機器提供一個或多個命令。

在本發明的另一方面，公開了一種用于執行至少一個娛樂功能的娛樂裝置。娛樂裝置包括根據本發明的至少一個人機界面，諸如在上面公開或下面進一步詳細公開的一個或多個實施例中公開的。娛樂裝置被設計為使得能夠通過人機界面由玩家(即，使用娛樂裝置用于娛樂目的的用戶)輸入至少一項信息，其中娛樂裝置被設計為根據信息來改變娛樂功能。

如在此所使用的，“娛樂裝置”是可以用于一個或多個用戶(在下文中也被稱為一個或多個玩家)的休閑和/或娛樂目的的裝置。作為示例，娛樂裝置可以服務于游戲的目的，優選地是計算機游戲。另外或可替代地，娛樂裝置同樣可用于其它目的，諸如用于一般的鍛煉、運動、物理治療或運動跟蹤。因此，娛樂裝置可以被實現為計算機、計算機網絡或計算機系統，或者可以包括運行一個或多個游戲軟件程序的計算機、計算機網絡或計算機系統。

娛樂裝置包括根據本發明(諸如根據上面公開的一個或多個實施例和/或根據下面公開的一個或多個實施例)的至少一個人機界面。娛樂裝置被設計為使得能夠由玩家通過人機界面輸入至少一項信息。至少一項信息可以被發送到娛樂裝置的控制器和/或計算機和/或由娛樂裝置的控制器和/或計算機使用。

至少一項信息優選地可以包括適于影響游戲過程的至少一個命令。因此，作為示例，至少一項信息可以包括關于玩家和/或玩家的一個或多個身體部分的至少一個取向的至少一項信息，從而允許玩家模擬游戲所需的特定位置和/或取向和/或動作。作為示例，以下移動中的一個或多個可以被模擬并傳送到娛樂裝置的控制器和/或計算機：跳舞；跑步；跳躍；球拍的擺動；桿的擺動；棒的擺動；將對象指向另一對象，諸如玩具槍朝向目標的指向。

作為一部分或整體的娛樂裝置，優選地娛樂裝置的控制器和/或計算機，被設計為根據信息來改變娛樂功能。因此，如以上所概述，可以根據至少一項信息影響游戲的過程。因此，娛樂裝置可能包括一個或多個控制器，其可以與至少一個檢測器的評估裝置分離和/或可能完全或部分地與至少一個評估裝置相同或甚至可以包括至少一個評估裝置。優選地，至少一個控制器可能包括一個或多個數據處理裝置，諸如一個或多個計算機和/或微控制器。

在本發明的另一方面中，公開了一種用于跟蹤至少一個可移動對象的位置的跟蹤系統。跟蹤系統包括根據本發明的至少一個檢測器，諸如在上面給出或在下面進一步詳細給出的一個或多個實施例中所公開的。跟蹤系統進一步包括至少一個軌道控制器，其中軌道控制器適于在特定時間點跟蹤對象的一系列位置。例如，可以通過記錄數據組或數據對來追蹤對象的一系列位置，每一個數據組或數據對包括至少一個位置信息和至少一個時間信息。軌道控制器可以適于從一系列位置確定對象的移動。

如在此所使用的，“跟蹤系統”是適于收集關于至少一個對象和/或對象的至少一部分的一系列過去位置的信息的裝置。另外，跟蹤系統可以適于提供關于至少一個對象或對象的至少一個部分的至少一個預測的未來位置和/或取向的信息。跟蹤系統可以具有至少一個軌道控制器，其可以完全或部分地實施為電子裝置，優選地作為至少一個數據處理裝置，更優選地作為至少一個計算機或微控制器。此外，至少一個軌道控制器可以完全或部分地包括至少一個評估裝置和/或可以是至少一個評估裝置的一部分和/或可以完全或部分地與至少一個評估裝置相同。

跟蹤系統可以適于啟動跟蹤系統本身和/或一個或多個單獨裝置的一個或多個動作。為了后一目的，跟蹤系統，優選地跟蹤控制器可以具有一個或多個無線和/或有線接口和/或其它類型的控制連接，用于啟動至少一個動作。優選地，至少一個軌道控制器可以適于根據對象的至少一個實際位置啟動至少一個動作。作為示例，動作可以從包括如下組成的組中選擇：對象的未來位置的預測；將至少一個裝置指向對象；將至少一個裝置指向檢測器；照射對象；照射檢測器。

作為跟蹤系統的應用的示例，跟蹤系統可以用于連續地將至少一個第一對象指向至少一個第二對象，即使第一對象和/或第二對象可能移動。同樣，潛在的示例可以在工業應用中發現，諸如在機器人中和/或用于進行連續加工，即使物品諸如在制造生產線或裝配線中的制造期間正在移動。另外或可替代地，跟蹤系統可以用于照射目的，諸如用于通過連續地將照射源指向對象來連續照射對象，即使對象可能正在移動。可以在通信系統中找到進一步的應用，諸如以便通過將發射器指向移動對象來連續地向移動對象發送信息。

跟蹤系統具體可以是本地或全球定位系統的一部分。另外或可替代地，跟蹤系統可以是可見光通信系統的一部分。其它使用是可行的。

根據本發明的裝置，即檢測器、人機界面、娛樂裝置、跟蹤系統或相機，具體地可以與本地或全球定位系統結合使用，例如用于室內或室外導航。作為示例，根據本發明的一個或多個裝置可以與諸如或Google Street的軟件/數據庫組合相結合。根據本發明的裝置可以進一步用于分析與周圍對象的距離，其位置可以在數據庫中找到。從到已知對象的位置的距離，可以計算用戶的本地或全球位置。

在本發明的另一方面中，公開了一種用于對至少一個對象成像的相機。相機包括根據本發明的至少一個檢測器，諸如在上面給出或在下面進一步詳細給出的一個或多個實施例中公開的。

因此，具體地，本申請可以應用于攝影領域。因此，檢測器可以是攝影裝置，具體是數碼相機的一部分。具體地，檢測器可以用于3D攝影，特別是用于數字3D攝影。因此，檢測器可以形成數字3D相機或者可以是數字3D相機的一部分。如在此所使用的，術語“攝影”通常是指獲取至少一個對象的圖像信息的技術。如在此進一步使用的，“相機”通常是適于執行攝影的裝置。如在此進一步使用的，術語“數字攝影”通常是指通過使用適于生成指示照射的強度和/或顏色的電信號(優選地數字電信號)的多個光敏元件來獲取至少一個對象的圖像信息的技術。如在此進一步使用的，術語“3D攝影”通常是指在三個空間維度上獲取至少一個對象的圖像信息的技術。因此，3D相機是適于執行3D攝影的裝置。相機通常可以適于獲取單個圖像，諸如單個3D圖像，或者可以適于獲取多個圖像，諸如圖像序列。因此，相機同樣可以是適于視頻應用的視頻相機，諸如用于獲取數字視頻序列。

因此，通常，本發明進一步涉及用于對至少一個對象進行成像的相機，具體是數字相機，更具體地，3D相機或數字3D相機。如以上所概述，如在此所使用的術語成像通常是指獲取至少一個對象的圖像信息。相機包括根據本發明的至少一個檢測器。如以上所概述，相機可以適于獲取單個圖像或用于獲取多個圖像，諸如圖像序列，優選地用于獲取數字視頻序列。因此，作為示例，相機可以是或可以包括視頻相機。在后一種情況下，相機優選地包括用于存儲圖像序列的數據存儲器。

如本發明中所使用的，表述“位置”通常是指關于對象的一個或多個點的絕對位置和取向中的一個或多個的至少一項信息。因此，具體地，可以在檢測器的坐標系中(諸如在笛卡爾坐標系中)確定位置。然而，另外或可替代地，可以使用其它類型的坐標系，諸如極坐標系和/或球坐標系。

在本發明的另一方面中，公開了一種用于確定至少一個對象的位置的方法，具體地，一種用于確定至少一個對象的位置的方法。該方法包括以下步驟，其可以以給定的順序或以不同的順序執行。此外，兩個或更多個或甚至所有方法步驟可以同時和/或在時間上重疊。此外，可以重復執行一個、兩個或更多個或甚至所有的方法步驟。該方法可以進一步包括附加的方法步驟。

該方法包括以下方法步驟：

-通過使用至少一個傳送裝置將對象成像到圖像平面中，傳送裝置具有焦平面，

-提供檢測器的至少一個縱向光學傳感器，其中縱向光學傳感器具有至少一個傳感器區域，其中縱向光學傳感器是至少部分透明的，并且生成至少一個縱向傳感器信號，其中至少一個縱向傳感器信號取決于由從對象行進到檢測器的至少一個光束對傳感器區域的照射，其中給定照射的相同總功率，縱向傳感器信號取決于在傳感器區域中的光束的束橫截面，以及

-通過評估縱向傳感器信號來生成關于對象的縱向位置的至少一項信息，

其中至少一個縱向光學傳感器包括焦點縱向光學傳感器，其中焦點縱向光學傳感器至少基本上布置在焦平面中。

該方法可以包括使用根據本發明的檢測器，諸如在上面給出或在下面進一步詳細給出的一個或多個實施例中公開的。因此，關于該方法的定義和潛在實施例，可以參考檢測器。然而，其它實施例是可行的。

如以上所概述，當考慮在分別相對于它們的聚焦電流j_focal(z_f)、j_focal(z’_f)歸一化的兩個不同距離z_f和z’_f處的相同對象的兩個縱向光學傳感器信號電流j(z,z_f)和j(z,z’_f)時，這些曲線可以在z＝z_cross處相交，如果

如以上所概述，參見(17)和(18)，對于高斯束，這些簡化為

此外，如以上所概述，雖然曲線的交點取決于每一個曲線的焦點位置，但令人驚訝地發現對于給定的光學系統，不同焦距的z_cross的差異小，并且z_cross落入其中縱向光學傳感器電流較少z依賴的區域。通常，給定的光學系統限于某些光學范圍。令人驚訝的是，在光學系統的典型范圍內，發現接近焦點的小z范圍或點，其中所有歸一化電流曲線相交。因此，在該位置或在該相交范圍內測量縱向光學傳感器電流可以屈服于作為j_focal的曲線的歸一化。焦點縱向光學傳感器可以與焦平面間隔開距離±ε，其中|ε|≤0.2·f，其中f是傳送裝置的焦距。例如，縱向光學傳感器可以與焦平面間隔開|ε|≤0.1·f，優選|ε|≤0.05·f，更優選|ε|≤0.02·f，并且最優選|ε|≤0.01·f。至少一個焦點縱向光學傳感器可以布置到焦平面，以使得至少一個焦點縱向光學傳感器位于曲線相交的范圍或點內。此外，將至少一個焦點縱向光學傳感器放置在該相交范圍內可以避免由于焦點隨著對象的移動而改變的對準和調節，因為相交范圍可以僅僅是系統依賴的。

該方法可以進一步包括評估焦點縱向光學傳感器的至少一個縱向傳感器信號j_focal，并且導出圖像平面中的假設縱向光學傳感器的理論縱向傳感器信號j_image。為了確定理論縱向傳感器信號j_image，可以使用焦點縱向光學傳感器的縱向傳感器信號j_focal和理論縱向傳感器信號j_image之間的預定或可確定的關系。特別地，已經發現，為了確定理論縱向傳感器信號j_image，可以使用如下假設：理論縱向傳感器信號j_image與焦點縱向光學傳感器的縱向傳感器信號j_focal成比例。例如，為了確定理論縱向傳感器信號j_image，可以使用上述等式(19)：

其中const.為預定或可確定的常數。優選地，為了確定理論縱向傳感器信號j_image，可使用上述等式(20)：

其中c(h_target,f_lens,l_lens)是取決于對象的尺寸h_target、傳送裝置的焦距f_lens和傳送裝置的孔徑l_lens的預定或可確定的函數。如果確定焦點縱向光學傳感器電流j_focal并且c(h_target,f_lens,l_lens)是已知的，則可以確定理論傳感器信號j_image。因此，可以避免將縱向光學傳感器放置在圖像平面中或靠近圖像平面以確定圖像平面中的傳感器信號。此外，可以減少解決模糊性所需的縱向光學傳感器的量。如果取決于對象的尺寸h_target、傳送裝置的焦距f_lens和傳送裝置的孔徑l_lens的預定或可確定的函數是已知的，則至少一個縱向光學傳感器足以測量至少一個對象的位置。

如以上所概述，減少縱向光學傳感器的數量或保持傳感器堆疊內的縱向光學傳感器的數量低的可能性提供了多個優點，包括改進的系統穩定性、改進的測量結果、系統的較低復雜性以及減少的成本。

為了確定縱向光學傳感器信號電流的完整曲線，特別是確定焦點位置z_f，縱向光學傳感器信號電流的至少兩個測量可能是需要的。通常，如果焦點位置z_f是完全未知的，兩個測量值是必需的，因為由于曲線的對稱性兩個z值可以分配給每一個縱向光學傳感器信號電流。然而，如果可能的z_f值的范圍是已知的，則一個測量可能就足夠了，即，如果已知測量總是在z_f和傳送裝置之間。

對于一般對象，對象的尺寸h_target可能是未知的。對象的尺寸可以由像素化CMOS檢測器和/或非像素化無機二極管來確定。在像素化CMOS檢測器中，可以對像素進行計數以確定對象的尺寸。在非像素化二極管中，例如非像素化的Si二極管中，二極管電流可能僅取決于光子的數量。對象的尺寸可以由二極管電流和強度依賴的縱向光學傳感器信號電流之間的比率給出。此外，傳感器信號可以受到對象的尺寸的影響，并且可以進一步取決于對象的對比度。對于一般對象，因此可以通過分析CMOS檢測器上的像素值的數量和強度來獲得h_target值。

對于進一步的細節和實施例，特別是焦點縱向光學傳感器和上述公式的推導，可以參考對檢測器的描述。然而，其它實施例是可行的。

在生成步驟中，可以通過考慮照射源的輸入信號來生成關于縱向位置的信息項。照射光可以從照射源行進到對象，并且可以照射在其面對照射源的縱向光學傳感器的一側上的路徑上。縱向檢測器可以生成取決于入射照射光的功率的縱向傳感器信號，其被稱為照射源的輸入信號。照射光可以穿過縱向光學傳感器并且可以照射可以反射照射光的至少一個對象。反射光可以行進回到縱向光學傳感器并且可以入射在其面對對象的縱向光學傳感器的另一側上的路徑上。縱向檢測器可以生成取決于入射反射光的功率的縱向傳感器信號。關于對象的縱向位置的至少一項信息可以從縱向傳感器信號生成。為此，可以從縱向傳感器信號中減去照射源的輸入信號。

在本發明的另一方面中，根據本發明的檢測器的使用，諸如在上面討論的一個或多個實施例中公開的和/或在下面進一步詳細描述的一個或多個實施例中公開的，為了使用目的，公開了選自如下組成的組：交通技術中的位置測量；娛樂應用；安全應用；人機界面應用；跟蹤應用；攝影應用；成像應用或相機應用；用于生成至少一個空間(諸如從房間、建筑物和街道的組中選擇的至少一個空間)的地圖的繪制應用；與至少一個飛行時間測量結合的使用。

因此，通常，根據本發明的檢測器可以應用于各種使用領域。具體地，檢測器可以應用于使用目的，選自由如下組成的組：交通技術中的位置測量；娛樂應用；安全應用；人機界面應用；跟蹤應用；攝影應用；用于生成至少一個空間(例如從房間，建筑物和街道的組中選擇的至少一個空間)的地圖的繪制應用；移動應用；光學頭戴式顯示器；網絡攝像頭；音頻裝置；杜比環繞音響系統；計算機外圍裝置；游戲應用；相機或視頻應用；安全性應用；監視應用；汽車應用；運輸應用；醫療應用；運動應用；機器視覺應用；車輛應用；飛機應用；船舶應用；航天器應用；建筑應用；施工應用；制圖應用；制造應用；與至少一個飛行時間檢測器結合的使用。另外或可替代地，可以命名本地和/或全球定位系統中的應用，特別是用于汽車或其它車輛(諸如火車、摩托車、自行車、用于貨物運輸的卡車)、機器人或供行人使用中的基于地標的定位和/或導航。此外，室內定位系統可以被稱為潛在應用，諸如用于家庭應用和/或用于制造技術中的機器人。

因此，對于在WO 2012/110924 A1或2012年12月19日提交的美國臨時申請61/739,173、2013年1月8日提交的61/749,964和2013年8月19日提交的美國臨時申請61/867,169以及WO2014/097181 A1中公開的光學檢測器和裝置，根據本發明的檢測器、檢測器系統、人機界面、娛樂裝置、跟蹤系統或相機(在下文中簡稱為“根據本發明的裝置”)可以用于多個應用目的，諸如下面進一步詳細公開的一個或多個目的。

因此，首先，根據本發明的裝置可以用于移動電話、平板計算機、可穿戴計算機、膝上型計算機、智能面板或其它固定或移動計算機或通信應用中。因此，根據本發明的裝置可以與至少一個有源光源(諸如發射在可見光范圍或紅外光譜范圍中的光的光源)組合，以便增強性能。至少一個可選的有源光源可以是或可以包括至少一個永久發射光源，或者可以是或可以包括至少一個不連續發射光源。作為示例，后一種情況可以通過使用至少一個閃存來實現。作為示例，根據本發明的裝置可以用作相機和/或傳感器，例如與用于掃描環境、對象和生物的移動軟件組合。根據本發明的裝置甚至可以與諸如常規相機的2D相機組合，以便增加成像效果。根據本發明的裝置可以進一步用于監視和/或用于記錄目的或者用作控制移動裝置的輸入裝置，特別是結合語音和/或手勢識別和/或眼睛跟蹤。因此，具體地，充當人機界面(同樣稱為輸入裝置)的根據本發明的裝置可以用在移動應用中，諸如用于經由移動裝置控制其它電子裝置或部件，諸如移動電話。作為示例，包括根據本發明的至少一個裝置的移動應用可以用于控制電視機、游戲控制臺、音樂播放器或音樂裝置或其它娛樂裝置。

此外，根據本發明的裝置可以用于網絡攝像頭或用于計算應用的其它外圍裝置。因此，作為示例，根據本發明的裝置可以與用于成像、記錄、監視、掃描或運動檢測的軟件結合使用。如在人機界面和/或娛樂裝置的上下文中所概述的，根據本發明的裝置對于通過面部表情和/或身體表達來給出命令特別有用。根據本發明的裝置可以與其它輸入生成裝置組合，如例如鼠標、鍵盤、觸摸板、麥克風、眼睛跟蹤器等。此外，根據本發明的裝置可以用在諸如通過使用網絡攝像頭的游戲的應用中。此外，根據本發明的裝置可以用于虛擬訓練應用和/或視頻會議中。

此外，如上面部分解釋的，根據本發明的裝置可以用在移動音頻裝置、電視裝置和游戲裝置中。具體地，根據本發明的裝置可以用作用于電子裝置、娛樂裝置等的控制器或控制裝置。此外，根據本發明的裝置可以用于眼睛檢測或眼睛跟蹤，諸如在2D和3D顯示技術中，特別是用于虛擬和/或增強現實應用的透明顯示器和/或用于識別顯示器是否正在被觀看和/或從哪個角度觀看顯示器。

此外，根據本發明的裝置可以用于或用作數碼相機。作為可以利用根據本發明的一個或多個裝置的潛在實施例的示例，可以使用數字靜止相機和/或反射相機，諸如SLR相機。另外或可替代地，可以實現使用一個或多個染料敏化太陽能電池的相機，諸如在WO2014/097181 A1中公開的一個或多個裝置。對于這些應用，可以參考如上所公開的根據本發明的裝置在諸如移動電話和/或智能電話的移動應用中的使用。

此外，根據本發明的裝置可以用于安全或監視應用。因此，作為示例，根據本發明的至少一個裝置可以與一個或多個數字和/或模擬電子裝置組合，如果對象在預定區域之內或之外則給出信號(例如，用于銀行中的監視應用或博物館)。具體地，根據本發明的裝置可以用于光學加密。通過使用根據本發明的至少一個裝置的檢測可以與其它檢測裝置組合以補充波長，諸如利用IR、x射線、UV-VIS、雷達或超聲檢測器。根據本發明的裝置可以進一步與至少一個有源紅外光源和/或至少一個有源結構光源組合，以允許在低光環境中進行檢測。

此外，考慮到通過使用根據本發明的裝置的3D檢測的容易性和準確性，根據本發明的裝置通常可以用于面部、身體和人的識別和標識。其中，根據本發明的裝置可以與用于識別或個性化目的的其它檢測手段組合，諸如密碼、指紋、虹膜檢測、語音識別或其它手段。因此，通常，根據本發明的裝置可以用于安全裝置和其它個性化應用中。

此外，根據本發明的裝置可以用作用于產品標識的3D條形碼讀取器。

除了上述的安全和監視應用之外，根據本發明的裝置通常可以用于空間和區域的監查和監視。因此，根據本發明的裝置可以用于監查和監視空間和區域，并且作為示例，用于在違反禁止區域的情況下觸發或執行警報。因此，通常，根據本發明的裝置可以用于建筑物監查或博物館中的監查目的，可選地結合其它類型的傳感器，例如結合運動或熱傳感器，結合圖像增強器或圖像增強裝置和/或光電倍增管。

此外，根據本發明的裝置可以有利地應用于諸如視頻和攝像機應用的相機應用中。因此，根據本發明的裝置可以用于運動捕獲和3D電影記錄。其中，根據本發明的裝置通常提供優于常規光學裝置的大量優點。因此，根據本發明的裝置通常需要關于光學部件的更低的復雜性。因此，作為示例，與常規光學裝置相比，諸如通過提供根據本發明的僅具有一個透鏡的裝置，可以減少透鏡的數量。由于降低的復雜性，非常緊湊的裝置是可能的，諸如用于移動使用。具有高質量的兩個或更多個透鏡的常規光學系統通常體積龐大，諸如由于對大體積分束器的一般需要。作為根據本發明的裝置的潛在應用中的用于運動捕獲的另一個優點，可以命名用于覆蓋場景的若干相機的簡化組合，因為可以獲得絕對3D信息。這同樣可以簡化由兩個或更多個3D相機記錄的場景的合并。此外，根據本發明的裝置通常可以用于聚焦/自動聚焦裝置，諸如自動聚焦相機。此外，根據本發明的裝置同樣可以用于光學顯微鏡，特別是共聚焦顯微鏡。

此外，根據本發明的裝置通常可應用于汽車技術和運輸技術的技術領域。因此，作為示例，根據本發明的裝置可以用作距離和監查傳感器，諸如用于自適應巡航控制、緊急制動輔助、車道偏離警告、環境查看、盲點檢測、后橫向交通警報，以及其它汽車和交通應用。此外，根據本發明的裝置同樣可以用于速度和/或加速度測量，諸如通過分析通過使用根據本發明的檢測器獲得的位置信息的第一和第二時間導數。該特征通常可以應用于汽車技術、運輸技術或一般交通技術。在其它技術領域中的應用是可行的。室內定位系統中的具體應用可以是在運輸中乘客的定位檢測，更具體地用于電子地控制諸如安全氣囊的安全系統的使用。在乘客如此定位的情況下可以防止使用氣囊，即氣囊的使用將導致嚴重的傷害。在其它技術領域中的應用是可行的。為了在汽車系統中使用，根據本發明的裝置可以連接到車輛的一個或多個電子控制單元，并且可以經由控制器局域網等實現進一步的連接。為了在汽車或其它復雜應用中的測試目的，特別是與其它傳感器和/或致動器組合使用，在硬件在環仿真系統中的集成是可能的。

在這些或其它應用中，通常，根據本發明的裝置可以用作獨立裝置或與其它傳感器裝置組合(諸如與雷達和/或超聲波裝置組合)使用。具體地，根據本發明的裝置可以用于自動駕駛和安全問題。此外，在這些應用中，根據本發明的裝置可以與作為聲音傳感器、二維相機或其它類型的傳感器的紅外傳感器、雷達傳感器組合使用。根據本發明的裝置具體地可以與識別軟件(諸如標準圖像識別軟件)組合使用。因此，由根據本發明的裝置提供的信號和數據通常是可容易地處理的，并且因此通常比諸如LIDAR的已建立的立體視覺系統需要更低的計算能力。假定低的空間需求，根據本發明的裝置，諸如相機可以放置在車輛中的幾乎任何地方，諸如在窗戶屏幕上、在前罩上、在保險杠上、在燈上、在鏡子上或其它地方等。可以組合根據本發明的各種檢測器，諸如基于本發明中公開的效應的一個或多個檢測器，諸如以便允許自主駕駛車輛或者為了提高主動安全概念的性能。因此，根據本發明的各種裝置可以與根據本發明的(諸如在如后窗、側窗或前窗的窗口中，在保險杠上或在燈上)一個或多個其它裝置和/或常規傳感器組合。

根據本發明的至少一個裝置，諸如根據本發明的至少一個檢測器與一個或多個雨水檢測傳感器的組合同樣是可能的。這是因為根據本發明的裝置通常比諸如雷達的常規傳感器技術有利，特別是在大雨期間。根據本發明的至少一個裝置與諸如雷達的至少一個常規感測技術的組合可以允許軟件根據天氣狀況選擇正確的信號組合。

此外，根據本發明的裝置通常可以用作中斷輔助和/或駐車輔助和/或用于速度測量。速度測量可以集成在車輛中或者可以在車輛外側使用，例如以便測量交通控制中的其它車輛的速度。此外，根據本發明的裝置可以用于檢測停車場中的免費停車位。

此外，根據本發明的裝置可以用于醫療系統和運動領域。因此，在醫療技術領域(例如用于內窺鏡中的手術機器人)中，因為如以上所概述，根據本發明的裝置可能僅需要小體積并且可以集成到其它裝置中。具體地，根據本發明的具有一個透鏡的裝置最多可以用于在諸如內窺鏡的醫療裝置中捕獲3D信息。此外，根據本發明的裝置可以與適當的監視軟件組合，以便能夠跟蹤和分析運動。這些應用在例如在醫療和遠程診斷和遠程醫療中是特別有價值的。此外，在斷層攝影或放射治療中用于定位患者身體或者用于在手術之前測量患者的身體形狀以檢測疾病等的應用是可能的。

此外，根據本發明的裝置可以應用于運動和鍛煉領域，諸如用于訓練、遠程指令或競賽目的。具體地，根據本發明的裝置可以應用于跳舞、有氧運動、足球、英式足球、籃球、棒球、板球、曲棍球、田徑、游泳、馬球、手球、排球、橄欖球、擊劍、拳擊等。根據本發明的裝置可用于在運動和游戲中檢測球、球棒、劍、運動等的位置，諸如監視游戲，支持裁判或用于判斷，特別是自動判斷運動中的具體情況，諸如用于判斷是否實際上是點或目標。

根據本發明的裝置進一步可以用于康復和物理治療，以便鼓勵訓練和/或以便調查并校正運動。其中，根據本發明的裝置同樣可以應用于距離診斷。

此外，根據本發明的裝置可以應用于機器視覺領域。因此，可以使用根據本發明的一個或多個裝置，例如作為用于機器人的自主驅動和/或工作的控制單元。與移動機器人組合，根據本發明的裝置可允許自主移動和/或自主檢測部件中的故障。根據本發明的裝置同樣可以用于制造和安全監查，諸如以便避免包括但不限于機器人、生產部件和生物之間的碰撞的事故。在機器人中，人和機器人的安全和直接的相互作用通常是一個問題，因為當人們不被識別時，機器人可能嚴重傷害到人。根據本發明的裝置可以幫助機器人更好更快地定位對象和人，并允許安全的交互。根據本發明的裝置的一個特別的優點是信號干擾的低可能性。因此，多個傳感器可以在相同的環境中同時工作，沒有信號干擾的風險。因此，根據本發明的裝置通常可用于高度自動化的生產環境，例如但不限于汽車、采礦、鋼鐵等。根據本發明的裝置同樣可以用于生產中的質量控制，例如與諸如2D成像、雷達、超聲波、IR等的其它傳感器結合，諸如用于質量控制或其它目的。此外，根據本發明的裝置可用于評估表面質量，諸如用于調查產品從微米的范圍到米的范圍的表面均勻性或對特定尺寸的粘附性。其它質量控制應用是可行的。在制造環境中，根據本發明的裝置特別適用于加工具有復雜的三維結構的天然產品諸如食物或木材，以避免大量廢料。此外，根據本發明的裝置可以用于監視罐、筒倉等的填充水平。此外，根據本發明的裝置可以用于通信目的，諸如用于可見光通信。

此外，根據本發明的裝置可以用于探詢(poll)、飛機、船舶、航天器和其它交通應用中。因此，除了在交通應用的上下文中提到的應用之外，可以命名用于飛機、車輛等的跟蹤系統。用于監視移動對象的速度和/或方向，根據本發明的至少一個裝置(諸如根據本發明的至少一個檢測器)的使用是可行的。具體地，可以命名在陸地、海洋和包括太空的空中的快速移動對象的跟蹤。根據本發明的至少一個裝置，諸如根據本發明的至少一個檢測器，具體地可以安裝在靜止的和/或移動的裝置上。根據本發明的至少一個裝置的輸出信號可以與用于另一對象的自主或引導運動的引導機構組合。因此，用于避免碰撞或者使得能夠在跟蹤對象和轉向對象之間進行碰撞的應用是可行的。根據本發明的裝置由于所需的低計算能力和由于檢測系統的即時響應而通常是有用的和有利的。根據本發明的裝置是特別有用的，但不限于例如速度控制和空中交通管制裝置。

根據本發明的裝置通常可用于各種應用中，包括在港口或危險區域中的船舶的引導，以及在著陸或起飛時的飛機的引導。其中，固定的已知的主動和/或被動目標可以用于精確引導。同樣可以用于在危險但明確限定的路線中駕駛的車輛，諸如采礦車輛。

此外，如以上所概述，根據本發明的裝置可以用于游戲領域。因此，根據本發明的裝置可以與相同或不同尺寸、顏色、形狀等的多個對象一起使用，諸如用于結合將運動并入其內容中的軟件的運動檢測。特別地，應用在將運動實現為圖形輸出上是可行的。此外，根據本發明的裝置用于給出命令的應用是可行的，諸如通過使用根據本發明的裝置中的一個或多個用于手勢或面部識別。根據本發明的裝置可以與主動系統組合，以便在例如低光條件或在需要增強周圍環境的其它情況下工作。另外或可替代地，根據本發明的一個或多個裝置與一個或多個IR或VIS光源的組合是可能的。根據本發明的檢測器與特殊裝置的組合同樣是可能的，其可以例如通過系統及其軟件容易地區分，并且不限于特別的顏色、形狀、對其它裝置的相對位置、移動速度、光、用于調制裝置上的光源的頻率、表面性質、使用的材料、反射特性、透明度、吸收特性等。除了其它可能性之外，該裝置可以類似于棒、球拍、球桿、槍、刀、輪、環、方向盤、瓶、球、玻璃、花瓶、勺子、叉子、立方體、骰子、圖形、木偶、泰迪玩具熊、燒杯、踏板、帽子、一副眼鏡、頭盔、開關、手套、首飾、樂器或用于演奏諸如琴鍵、鼓棒等的樂器的輔助裝置。其它選擇是可行的。

此外，根據本發明的裝置通常可以用于建筑、施工和制圖領域。因此，通常，可以使用根據本發明的一個或多個裝置，以便測量和/或監視環境區域，例如鄉村或建筑物。其中，根據本發明的一個或多個裝置可以與其它方法和裝置組合，或者可以單獨使用以便監視建筑項目、變化對象、房屋等的進度和準確性。根據本發明的裝置可以用于生成掃描環境的三維模型，以便從地面或空中構建房間、街道、房屋、社區或風景的地圖。潛在的應用領域可以是建筑、制圖、房地產管理、土地測量等。

根據本發明的一個或多個裝置可以進一步用于對象的掃描，諸如與CAD或類似軟件結合，諸如用于附加制造和/或3D打印。其中，可以使用根據本發明的裝置的高尺寸精度，例如，諸如同時在x-、y-或z-方向中或這些方向的任何任意組合中時。此外，根據本發明的裝置可以用于諸如管道檢查計的檢查和維護。

如以上所概述，根據本發明的裝置可以進一步用于制造、質量控制或標識應用中，諸如在產品標識或尺寸標識(諸如用于尋找最佳位置或包裝，用于減少浪費等)中。此外，根據本發明的裝置可以用于物流應用。因此，根據本發明的裝置可以用于優化裝載或包裝集裝箱或車輛。此外，根據本發明的裝置可以用于監視或控制制造領域中的表面損傷，用于監視或控制租賃對象(諸如租賃車輛)和/或用于保險應用(諸如用于損壞評估)。此外，根據本發明的裝置可以用于識別材料、對象或工具的尺寸，諸如用于最佳材料處理，特別是與機器人組合和/或用于確保制造過程中的質量或精度，諸如制造的透鏡的產品尺寸或體積的準確性或光學精度。此外，根據本發明的裝置可以用于生產中的過程控制，例如，用于觀察罐的填充液位。此外，根據本發明的裝置可以用于生產資產的維護，例如但不限于罐、管道、反應器、工具等。此外，根據本發明的裝置可以用于分析3D質量分數。此外，根據本發明的裝置可以用于制造定制產品，諸如牙嵌體、牙套、假體、衣服等。根據本發明的裝置同樣可以與一個或多個3D打印機組合以用于快速原型制作、3D復制等。此外，根據本發明的裝置可以用于檢測一個或多個物品的形狀，諸如用于防產品盜版和用于防偽目的。

總結上述發現，在本發明中優選以下實施例：

實施例1：一種檢測器，用于確定至少一個對象的位置，所述檢測器包括：

-至少一個傳送裝置，用于將對象成像到圖像平面中，所述傳送裝置具有焦平面，

-至少一個縱向光學傳感器，其中縱向光學傳感器具有至少一個傳感器區域，其中縱向光學傳感器是至少部分透明的，其中縱向光學傳感器被設計成以取決于由從對象傳播到檢測器的至少一個光束對傳感器區域的照射的方式來生成至少一個縱向傳感器信號，其中給定相同的照射總功率，縱向傳感器信號取決于在傳感器區域中的光束的束橫截面；以及

-至少一個評估裝置，其中評估裝置被設計成通過評估縱向傳感器信號來生成關于對象的縱向位置的至少一項信息，

其中至少一個縱向光學傳感器包括焦點縱向光學傳感器，其中焦點縱向光學傳感器至少基本上布置在焦平面中。

實施例2：根據前述實施例所述的檢測器，其中焦點縱向光學傳感器與焦平面間隔開距離±ε，其中|ε|≤0.2·f，其中f為傳送裝置的焦距。

實施例3：根據前述實施例所述的檢測器，其中|ε|≤0.1·f，優選|ε|≤0.05·f，更優選|ε|≤0.02·f，并且最優選|ε|≤0.01·f。

實施例4：根據前述實施例中任一項所述的檢測器，其中評估裝置適于評估焦點縱向光學傳感器的至少一個縱向傳感器信號j_focal，并且導出在圖像平面中的假設縱向光學傳感器的理論縱向傳感器信號j_image。

實施例5：根據前述實施例所述的檢測器，其中評估裝置適于使用在焦點縱向光學傳感器的縱向傳感器信號j_focal與理論縱向傳感器信號j_image之間的預定或可確定關系，用于確定理論縱向傳感器信號j_image。

實施例6：根據兩個前述實施例中任一項所述的檢測器，其中評估裝置適于使用如下假設用于確定理論縱向傳感器信號j_image：理論縱向傳感器信號j_image與焦點縱向光學傳感器的縱向傳感器信號j_focal成比例。

實施例7：根據前述實施例所述的檢測器，其中用于確定理論縱向傳感器信號j_image的評估裝置適于使用以下關系：

其中const.為預定或可確定的常數。

實施例8：根據兩個前述實施例中任一項所述的檢測器，其中用于確定理論縱向傳感器信號j_image的評估裝置適于使用以下關系：

其中c(h_target,f_lens,l_lens)是取決于對象的尺寸h_target、傳送裝置的焦距f_lens和傳送裝置的孔徑l_lens的預定或可確定的函數。

實施例9：根據前述實施例中任一項所述的檢測器，其中除了焦點縱向光學傳感器之外，至少一個縱向光學傳感器還包括至少一個另外的縱向光學傳感器。

實施例10：根據前述實施例所述的檢測器，其中至少一個縱向光學傳感器包括縱向光學傳感器的堆疊。

實施例11：根據前述實施例所述的檢測器，其中焦點縱向光學傳感器形成縱向光學傳感器的堆疊的一部分。

實施例12：根據兩個前述實施例中任一項所述的檢測器，其中縱向光學傳感器的堆疊包括不超過三個縱向光學傳感器。

實施例13：根據三個前述實施例中任一項所述的檢測器，其中堆疊由縱向光學傳感器組成，所述縱向光學傳感器被布置為使得縱向光學傳感器的傳感器區域基本上垂直于檢測器的光軸取向。

實施例14：根據前述五個實施例中任一項所述的檢測器，其中傳送裝置包括從由透鏡、聚焦反射鏡(focusing mirror)、散焦反射鏡(defocusing miror)組成的組中選擇的至少一個光學元件。

實施例15：根據前述實施例中任一項所述的檢測器，其中檢測器進一步包括至少一個成像裝置，其中成像裝置適于使得從對象行進到檢測器的光束在入射在成像裝置上之前穿過縱向光學傳感器。

實施例16：根據前述實施例的檢測器，其中成像裝置包括相機芯片。

實施例17：根據兩個前述實施例中任一項所述的檢測器，其中成像裝置包括無機成像裝置。

實施例18：根據三個前述實施例中任一項所述的檢測器，其中成像裝置包括像素矩陣。

實施例19：根據四個前述實施例中任一項所述的檢測器，其中成像裝置包括選自由CMOS芯片和CCD芯片組成的組中的芯片。

實施例20：根據五個前述實施例中任一項所述的檢測器，其中成像裝置適于解析顏色。

實施例21：根據前述實施例所述的檢測器，其中成像裝置是全色CCD或CMOS芯片。

實施例22：根據前述實施例中任一項所述的檢測器，其中縱向傳感器信號進一步取決于光束的調制頻率。

實施例23：根據前述實施例中任一項所述的檢測器，其中檢測器進一步包括用于照射對象的至少一個照射源。

實施例24：根據前述實施例所述的檢測器，其中照射源適于周期性地調制照射光的至少一個光學特性。

實施例25：根據前述實施例所述的檢測器，其中至少一個光學特性選自由照射光的振幅和相位組成的組。

實施例26：根據三個前述實施例中任一項所述的檢測器，其中檢測器包括用于周期性地調制照射光的至少一個特性的至少一個調制裝置。

實施例27：根據前述實施例所述的檢測器，其中調制裝置包括空間光調制器，優選微反射鏡裝置，并且更優選是裝置。

實施例28：根據前述實施例中任一項所述的檢測器，其中光束至少部分地基本上平行于檢測器的光軸傳播。

實施例29：根據前述實施例中任一項所述的檢測器，其中至少一個縱向光學傳感器，優選地至少一個焦點縱向光學傳感器包括至少一個半導體檢測器。

實施例30：根據前述實施例所述的檢測器，其中半導體檢測器是包括至少一種有機材料的有機半導體檢測器。

實施例31：根據兩個前述實施例中任一項所述的檢測器，其中半導體檢測器選自由有機太陽能電池、染料太陽能電池、染料敏化太陽能電池、固體染料太陽能電池、固體染料敏化太陽能電池組成的組。

實施例32：根據前述實施例中任一項所述的檢測器，其中至少一個縱向光學傳感器，優選至少一個有機半導體檢測器包括至少一個第一電極、至少一種n半導電金屬氧化物、至少一種染料、至少一種p半導電有機材料，優選固態p半導體有機材料，以及至少一個第二電極。

實施例33：根據前述實施例所述的檢測器，其中第一電極和第二電極兩者都是透明的。

實施例34：根據前述實施例中任一項所述的檢測器，其中評估裝置被設計為從由光束對傳感器區域的照射的幾何形狀與對象相對于檢測器的相對定位之間的至少一個預定關系來生成關于對象的縱向位置的至少一項信息。

實施例35：根據前述實施例所述的檢測器，其中由光束對傳感器區域的照射的幾何形狀與對象相對于檢測器的相對定位之間的預定關系考慮照射的已知功率。

實施例36：根據兩個前述實施例中任一項所述的檢測器，其中由光束對傳感器區域的照射的幾何形狀與對象相對于檢測器的相對定位之間的預定關系考慮調制光束的調制頻率。

實施例37：一種人機界面，用于在用戶和機器之間交換至少一項信息，其中人機界面包括根據前述實施例中任一項所述的至少一個檢測器，其中人機界面被設計成借助于檢測器生成用戶的至少一項幾何信息，其中人機界面被設計成向幾何信息分配至少一項信息，特別是至少一個控制命令。

實施例38：根據前述實施例所述的人機界面，其中通過用戶的身體姿勢和/或移動來實現信息項的生成。

實施例39：一種娛樂裝置，用于執行至少一個娛樂功能，其中娛樂裝置包括根據兩個前述權利要求中任一項所述的至少一個人機界面，其中娛樂裝置被設計成使得能夠由玩家借助于人機界面輸入至少一項信息，其中娛樂裝置被設計成根據信息來改變娛樂功能。

實施例40：一種跟蹤系統，用于跟蹤至少一個可移動對象的位置，跟蹤系統包括根據與檢測器相關的前述實施例中任一項所述的檢測器，跟蹤系統進一步包括至少一個軌道控制器，其中軌道控制器適于跟蹤在特定時間點的對象的一系列位置。

實施例41：根據前述實施例所述的跟蹤系統，其中軌道控制器適于從一系列位置確定對象的移動。

實施例42：根據兩個前述實施例中任一項所述的跟蹤系統，其中跟蹤系統是本地或全球定位系統的一部分。

實施例43：根據三個前述實施例中任一項所述的跟蹤系統，其中跟蹤系統是可見光通信系統的一部分。

實施例44：一種相機，用于對至少一個對象成像，所述相機包括根據涉及檢測器的前述實施例中任一項所述的至少一個檢測器。

實施例45：一種方法，用于確定至少一個對象的位置，所述方法包括：

-通過使用至少一個傳送裝置將對象成像到圖像平面中，傳送裝置具有焦平面，

-提供至少一個縱向光學傳感器，其中縱向光學傳感器具有至少一個傳感器區域，其中縱向光學傳感器是至少部分透明的，并且通過使用至少一個縱向光學傳感器來生成至少一個縱向傳感器信號，其中至少一個縱向傳感器信號取決于由從對象傳播到縱向光學傳感器的至少一個光束對傳感器區域的照射，其中給定照射的相同總功率，縱向傳感器信號取決于在傳感器區域中的光束的束橫截面；以及

-通過評估縱向傳感器信號來生成關于對象的縱向位置的至少一項信息，

其中至少一個縱向光學傳感器包括焦點縱向光學傳感器，其中焦點縱向光學傳感器至少基本上布置在焦平面中。

實施例46：根據前述實施例所述的方法，其中方法包括使用根據涉及檢測器的前述實施例中任一項所述的檢測器。

實施例47：根據與方法相關的前述實施例中任一項所述的方法，其中焦點縱向光學傳感器與焦平面間隔開距離±ε，其中|ε|≤0.2·f，其中f是傳送裝置的焦距。

實施例48：根據前述實施例所述的方法，其中|ε|≤0.1·f，優選|ε|≤0.05·f，更優選|ε|≤0.02·f，并且最優選|ε|≤0.01·f。

實施例49：根據與方法相關的前述實施例中任一項所述的方法，該方法進一步包括評估焦點縱向光學傳感器的至少一個縱向傳感器信號j_focal，并且導出在圖像平面中的假設縱向光學傳感器的理論縱向傳感器信號j_image。

實施例50：根據前述實施例所述的方法，其中使用在焦點縱向光學傳感器的縱向傳感器信號j_focal與理論縱向傳感器信號j_image之間的預定或可確定關系，用于確定理論縱向傳感器信號j_image。

實施例51：根據兩個前述實施例中任一項所述的方法，其中使用如下假設用于確定理論縱向傳感器信號j_image：理論縱向傳感器信號j_image與焦點縱向光學傳感器的縱向傳感器信號j_focal成比例。

實施例52：根據前述實施例所述的方法，其中為了確定理論縱向傳感器信號j_image，使用以下關系：

其中const.為預定或可確定的常數。

實施例53：根據兩個前述實施例中任一項所述的方法，其中為了確定理論縱向傳感器信號j_image，使用以下關系：

其中c(h_target,f_lens,l_lens)是取決于對象的尺寸h_target、傳送裝置的焦距f_lens和傳送裝置的孔徑l_lens的預定或可確定的函數。

實施例54：根據前述實施例中任一項所述的方法，其中除了焦點縱向光學傳感器之外，至少一個縱向光學傳感器還包括至少一個另外的縱向光學傳感器。

實施例55：根據前述實施例所述的方法，其中至少一個縱向光學傳感器包括縱向光學傳感器的堆疊。

實施例56：根據前述實施例所述的方法，其中焦點縱向光學傳感器形成縱向光學傳感器的堆疊的一部分。

實施例57：根據兩個前述實施例中任一項所述的方法，其中縱向光學傳感器的堆疊包括不超過三個縱向光學傳感器。

實施例58：根據三個前述實施例中任一項所述的方法，其中堆疊由縱向光學傳感器組成，所述縱向光學傳感器被布置為使得縱向光學傳感器的傳感器區域基本上垂直于光軸(特別地，該方法使用的檢測器的光軸)取向。

實施例59：根據與方法相關的前述實施例中任一項所述的方法，其中傳送裝置包括從由透鏡、聚焦反射鏡、散焦反射鏡組成的組中選擇的至少一個光學元件。

實施例60：根據與方法相關的前述實施例中任一項所述的檢測器，其中方法進一步包括使用至少一個成像裝置，其中成像裝置適于使得從對象行進到檢測器的光束在入射在成像裝置上之前穿過縱向光學傳感器。

實施例61：根據前述實施例所述的方法，其中成像裝置包括相機芯片。

實施例62：根據兩個前述實施例中任一項所述的方法，其中成像裝置包括無機成像裝置。

實施例63：根據三個前述實施例中任一項所述的方法，其中成像裝置包括像素矩陣。

實施例64：根據四個前述實施例中任一項所述的方法，其中成像裝置包括選自由CMOS芯片和CCD芯片組成的組中的芯片。

實施例65：根據五個前述實施例中任一項所述的方法，其中成像裝置適于解析顏色。

實施例66：根據前述實施例所述的方法，其中成像裝置是全色CCD或CMOS芯片。

實施例67：根據與方法相關的前述實施例中任一項所述的方法，其中縱向傳感器信號進一步取決于光束的調制頻率。

實施例68：根據與方法相關的前述實施例中任一項所述的方法，其中該方法進一步包括使用用于照射對象的至少一個照射源。

實施例69：根據前述實施例所述的方法，其中照射源適于周期性地調制照射光的至少一個光學特性。

實施例70：根據前述實施例所述的方法，其中至少一個光學特性選自由照射光的幅度和相位組成的組。

實施例71：根據與方法相關的前述實施例中任一項所述的方法，其中光束至少部分地基本上平行于光軸，具體是由所述方法使用的檢測器的光軸來傳播。

實施例72：根據與方法相關的前述實施例中任一項所述的方法，其中至少一個縱向光學傳感器，優選至少一個焦點縱向光學傳感器包括至少一個半導體檢測器。

實施例73：根據前述實施例所述的方法，其中半導體檢測器是包含至少一種有機材料的有機半導體檢測器。

實施例74：根據兩個前述實施例所述的方法，其中半導體檢測器選自由有機太陽能電池、染料太陽能電池、染料敏化太陽能電池、固體染料太陽能電池、固體染料敏化太陽能電池組成的組。

實施例75：根據與方法相關的前述實施例中任一項所述的方法，其中至少一個縱向光學傳感器包括至少一個第一電極、至少一個n半導電金屬氧化物、至少一種染料、至少一種p半導電有機材料，優選固態p半導電有機材料，以及至少一個第二電極。

實施例76：根據前述實施例所述的方法，其中第一電極和第二電極兩者都是透明的。

實施例77：根據與方法相關的前述實施例中任一項所述的方法，其中通過使用由光束對傳感器區域的照射的幾何形狀與對象相對于縱向光學傳感器和/或包括縱向光學傳感器的檢測器的相對定位之間的至少一個預定關系來生成關于對象的縱向位置的至少一項信息。

實施例78：根據前述實施例所述的方法，其中由光束對傳感器區域的照射的幾何形狀與對象相對于縱向光學傳感器和/或包括縱向光學傳感器的檢測器的相對定位之間的預定關系考慮照射的已知功率。

實施例79：根據兩個前述實施例中任一項所述的方法，其中由光束對傳感器區域的照射的幾何形狀與對象相對于縱向光學傳感器和/或包括縱向光學傳感器的檢測器的相對定位之間的預定關系考慮調制光束的調制頻率。

實施例80：根據前述實施例中任一項所述的檢測器的使用，所述檢測器涉及用于使用目的的檢測器，所述檢測器選自由以下組成的組：交通技術中的位置測量；娛樂應用；安全應用(security application)；安全性應用(safety application)；人機界面應用；跟蹤應用；攝影應用；成像應用或相機應用；測繪應用，用于生成至少一個空間的測繪；與至少一個飛行時間測量結合的使用；定位系統，具體是本地或全球定位系統；通信系統，具體是可見光通信系統。

附圖說明

本發明的進一步可選的細節和特征從與從屬權利要求結合遵循的優選示例性實施例的描述中顯而易見。在該上下文中，特定的特征可以單獨或以任何合理的組合實現。本發明并不限于示例性實施例。示例性實施例在附圖中示意性示出。在各個附圖中相同的參考標記表示相同的元件或具有相同功能的元件，或者關于它們的功能彼此對應的元件。

在附圖中：

圖1A示出了根據本發明的檢測器的示例性實施例；

圖1B示出了根據本發明的檢測器的示例性實施例；

圖2A示出了不同焦點位置的縱向傳感器信號曲線；

圖2B示出了相對于焦點縱向光學傳感器的相應縱向傳感器信號歸一化的不同焦點位置的縱向傳感器信號曲線；

圖2C示出了圖2B的相交范圍的放大圖；以及

圖3示出了在人機界面、娛樂裝置和跟蹤系統中使用的檢測器的示例性實施例。

具體實施方式

在圖1A中，描繪了用于確定至少一個對象112的位置的檢測器110的示例性實施例。在本發明的該實施例或其它實施例中的檢測器110可以是獨立檢測器或者可以與一個或多個其它檢測器組合。作為示例，檢測器110可以形成相機或者可以是相機的一部分。另外或可替代地，檢測器110可以是人機界面、娛樂裝置或跟蹤系統的一部分。其它應用是可行的。

檢測器110包括用于將對象成像到圖像平面116中的至少一個傳送裝置114。傳送裝置114具有焦平面118。傳送裝置114可具有到光束126上的聚焦或散焦效應。傳送裝置114可以實現為聚焦透鏡；散焦透鏡；相機鏡頭；曲面鏡；光闌中的一種或多種。在該實施例中，傳送裝置114可以是或可以包括透鏡。

對象112可以由照射光120照射。照射光120可以是來自自然和/或人造光源的環境光。另外或可替代地，檢測器110可以包括至少一個照射源，例如激光器，特別是IR激光二極管、發光二極管、白熾燈、有機光源，特別是有機發光二極管。照射源可以發射照射光120，其可以照射對象112。例如，照射源可以適于發出具有不同光學特性的至少兩個光束，例如，至少兩個光束可以用不同的調制頻率調制。

此外，檢測器110包括至少一個縱向光學傳感器122。檢測器110可包括一個或多個縱向光學傳感器122。縱向光學傳感器122具有至少一個傳感器區域124。縱向光學傳感器122是至少部分透明的。照射的對象112可以反射入射光。因此，至少一個光束126可以從對象112行進到檢測器110。縱向光學傳感器122被設計為以取決于由從對象112傳播到檢測器110的至少一個光束126對傳感器區域124的照射的方式來生成至少一個縱向傳感器信號。至少一個縱向光學傳感器122可以是FiP傳感器，如上所討論并且如下面在WO 2012/110924 A1中進一步詳細討論的。因此，給定照射的相同總功率，縱向傳感器信號取決于傳感器區域124中的光束126的束橫截面。

與縱向光學傳感器122的表面正交的軸可以限定光軸128。光軸128限定縱軸或z軸，其中垂直于光軸128的平面限定x-y平面。因此，在圖1A中，示出了坐標系130，其可以是檢測器110的坐標系，并且可以完全地或部分地確定關于對象112的位置的至少一項信息。

此外，檢測器110包括評估裝置129，其被設計為通過評估縱向傳感器信號來生成關于對象112的縱向位置的至少一項信息。評估裝置129可以包括一個或多個數據處理裝置130和/或一個或多個數據存儲器132。評估裝置129可以適于執行縱向傳感器信號的頻率分析，特別是傅里葉分析。因此，在檢測器包括至少一個照射源的情況下，照射源可以發出超過一個的照射光光束，每一個光束以不同的調制頻率調制，評估裝置129可以適于確定每一個光束的縱向傳感器信號的信號分量。評估裝置129可以連接到縱向光學傳感器122，并且如果存在的話，通過一個或多個連接器134連接到照射源。此外，連接器134可以包括用于生成傳感器信號的一個或多個驅動器和/或一個或多個測量裝置。

縱向光學傳感器122包括焦點縱向光學傳感器136。焦點縱向光學傳感器126至少基本上布置在焦平面118中。焦點縱向光學傳感器136可以與焦平面118間隔開距離±ε，其中|ε|≤0.2·f，其中f是傳送裝置114的焦距。具體地，|ε|≤0.1·f，優選|ε|≤0.05·f，更優選|ε|≤0.02·f，并且最優選|ε|≤0.01·f。

檢測器110的部件可以完全或部分地實施在一個或多個殼體中。因此，縱向光學傳感器122、傳送裝置114以及(如果存在的話)照射源可以完全或部分地包圍在同一殼體內，和/或可以完全或部分地包圍在單獨的殼體內。此外，評估裝置129可以完全或部分地集成到縱向光學傳感器122和/或殼體中。另外或可替代地，評估裝置129可以完全或部分地設計為單獨的獨立裝置。

在圖1B中，除了上面關于圖1A給出的說明之外，還示出了檢測器110的另一實施例。在該實施例中，檢測器118可以包括布置在傳感器堆疊138中的多個縱向光學傳感器122。焦點縱向光學傳感器136可以布置成與傳感器堆疊138分開或者可以形成傳感器堆疊138的一部分。縱向光學傳感器122的堆疊138可以包括不超過三個的縱向光學傳感器122。堆疊138可以由縱向光學傳感器122組成，該縱向光學傳感器122布置成使得縱向光學傳感器122的傳感器區域124基本上垂直于檢測器110的光軸128取向。對于檢測器110的進一步描述，可以參考圖1A中所示的實施例的描述。

如以上所概述，除了縱向光學傳感器122之外，檢測器110，具體地堆疊138可以包括一個或多個附加元件。因此，作為示例，檢測器110，具體地堆疊138，可以包括一個或多個成像裝置。因此，作為示例，檢測器110和/或堆疊138可以包括一個或多個成像裝置，如圖1B中的附圖標記139所象征性地描繪的。作為示例，一個或多個可選的成像裝置139可以包括一個或多個有機和/或一個或多個無機成像裝置，諸如像素化成像裝置。作為示例，可以使用一個或多個CMOS和/或CCD成像裝置，諸如CMOS和/或CCD相機芯片。因此，本身或者與一個或多個附加部件結合的檢測器110可以被實施為相機111。

在圖2A中，示出了作為z的函數的不同焦點位置z_f的縱向傳感器信號曲線j(z)。已經對于相同的光學系統計算了經典射線光學的曲線。如以上所概述，縱向光學傳感器信號電流可以隨著與焦點z_f的距離的增加而減小。此外，如以上所概述，可以考慮在分別歸一化到它們的聚焦電流j_focal(z_f)、j_focal(z’_f)的兩個不同距離z_f和z’_f處的相同對象112的兩個縱向光學傳感器信號電流j(z,z_f)和j(z,z’_f)。如以上所概述，參見等式(15)和(16)，這些曲線可以在z＝z_cross處相交，如果

如以上所概述，參見等式(17)和(18)，對于高斯束，等式簡化為

圖2B示出了相對于焦點縱向光學傳感器136的相應縱向傳感器信號歸一化的不同焦點位置的縱向光學傳感器信號140的曲線142，其中在圖2C中示出了相交區域144的放大率。盡管理論上曲線142的相交取決于每一個曲線142的焦點位置，但令人驚訝地發現對于給定的光學系統，不同焦距下的z_cross的差異較小，并且z_cross落入其中縱向光學傳感器電流較少z依賴的區域中。此外，通常，給定的光學系統限于特定光學范圍。令人驚訝的是，在光學系統的典型范圍內，發現接近焦點的小z范圍或點，其中所有歸一化電流曲線142相交。因此，在該位置或在該相交范圍內測量縱向光學傳感器電流可以屈服于作為j_focal的曲線的歸一化。如以上所概述，焦點縱向光學傳感器136可以與焦平面118間隔開距離±ε，其中|ε|≤0.2·f，其中f是傳送裝置114的焦距。例如，|ε|≤0.1·f，優選|ε|≤0.05·f，更優選|ε|≤0.02·f，以及最優選|ε|≤0.01·f。至少一個焦點縱向光學傳感器136可以布置到焦平面118，以使得至少一個焦點縱向光學傳感器136位于其中曲線142相交的范圍或點內。

評估裝置129可以適于評估焦點縱向光學傳感器136的至少一個縱向傳感器信號j_focal，并且導出圖像平面116中的假設縱向光學傳感器的理論縱向傳感器信號j_image。評估裝置129可以適于使用如下假設用于確定理論縱向傳感器信號j_image：理論縱向傳感器信號j_image與焦點縱向光學傳感器136的縱向傳感器信號j_focal成比例。用于確定理論縱向傳感器信號j_image的評估裝置129可以適于使用上述等式(19)：

其中const.為預定或可確定的常數。用于確定理論縱向傳感器信號j_image的評估裝置129可適于使用上述等式(20)：

其中c(h_target,f_lens,l_lens)是取決于對象112的尺寸h_target、傳送裝置114的焦距f_lens和傳送裝置114的孔徑l_lens的預定或可確定的函數。如果確定焦點縱向光學傳感器電流j_focal并且c(h_target,f_lens,l_lens)是已知的，則可以確定理論傳感器信號j_image。因此，可以避免將縱向光學傳感器122放置在圖像平面116中或靠近圖像平面116以確定圖像平面116中的傳感器信號。此外，可以減少解決模糊性所需的縱向光學傳感器122的量。

在圖3中，示出了在人機界面146中使用的檢測器110的示例性實施例。此外，可選地，檢測器110可以實現為相機111。人機界面146包括至少一個檢測器110。人機界面146可以被設計為借助于檢測器110生成用戶148的至少一項幾何信息。人機界面146可以用于向幾何信息分配至少一項信息，特別是至少一個控制命令，以便向機器150提供至少一項信息。在圖3中示意性地描繪的實施例中，機器150可以是計算機和/或可以包括計算機。其它實施例是可行的。評估裝置129可以完全或部分地集成到機器150中，諸如集成到計算機中。如以上所概述，縱向光學傳感器122和傳送裝置114可以實施在殼體152內。

人機界面146可以形成娛樂裝置154的一部分。機器150，具體是計算機，同樣可以形成娛樂裝置154的一部分。因此，借助于作為對象112的用戶148，用戶148可以將至少一項信息(諸如至少一個控制命令)輸入到計算機中，從而改變娛樂功能，諸如控制計算機游戲的過程。

此外，描繪了用于跟蹤至少一個可移動對象112的位置的跟蹤系統156。跟蹤系統156包括檢測器110以及進一步的至少一個軌道控制器158。軌道控制器158可以完全或部分地形成機器150的計算機的一部分。軌道控制器158適于從對象112在特定時間點的一系列位置跟蹤對象112的移動。

參考標號列表

110 檢測器

111 相機

112 對象

114 傳送裝置

116 圖像平面

118 焦平面

120 照射光

122 縱向光學傳感器

124 傳感器區域

126 光束

128 光軸

129 評價裝置

130 坐標系

131 數據處理裝置

132 數據存儲器

134 連接器

136 焦點縱向光學傳感器

138 傳感器堆疊

139 成像裝置

140 縱向傳感器信號的曲線

142 曲線

144 相交區域

146 人機界面

148 用戶

150 機器

152 殼體

154 娛樂裝置

156 跟蹤系統

158 軌道控制器