KR20170136502A - 하나 이상의 물체의 광학적 검출을 위한 검출기 - Google Patents

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Abstract

본원에서는 하나 이상의 물체(112)의 광학적 검출을 위한 검출기(110)가 제안된다. 검출기(110)는 하나 이상의 종방향 광학 센서(114) 및 하나 이상의 평가 장치(140)를 포함하고, 종방향 광학 센서(114)는 하나 이상의 센서 영역(130)을 갖고, 종방향 광학 센서(114)는, 광 빔(132)에 의한 센서 영역(130)의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면(174)에 의존적이고, 센서 영역(130)은 하나 이상의 광전도성 물질(134)을 포함하고, 광전도성 물질(134)의 전기 전도도는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면(174)에 의존적이고, 상기 종방향 센서 신호는 상기 전기 전도도에 의존적이고, 평가 장치(140)는, 종방향 광학 센서(114)의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된다. 이로써, 공간 내에서 하나 이상의 물체(112)의 위치를 정확히 결정하기 위한 간단하고 또한 효과적인 검출기(110)가 제공된다.

Description

하나 이상의 물체의 광학적 검출을 위한 검출기
본 발명은, 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한, 특히, 구체적으로 하나 이상의 물체의 깊이, 또는 깊이 및 폭 둘 다에 대하여, 하나 이상의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 스캐닝 장치, 추적 시스템, 입체경 시스템 및 카메라에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 하나 이상의 물체의 광학적 검출을 위한 방법 및 검출기의 다양한 이용에 관한 것이다. 상기 장치, 방법 및 이용은, 예를 들면, 일상 생활, 게임, 교통 기술, 공간 맵핑, 생산 기술, 보안 기술, 의료 기술의 다양한 영역에서 또는 과학에서 사용될 수 있다. 그러나, 다른 용도도 가능하다.
광학 센서에 기초하여 하나 이상의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 다양한 검출기가 알려져 있다. 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호는 하나 이상의 광학 센서를 포함하는 검출기를 개시하고 있으며, 여기서 광학 센서는 하나 이상의 센서 영역을 나타낸다. 상기 출원에서, 광학 센서는 센서 영역의 조명(illumination)에 의존적인 방식으로 하나 이상의 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 소위 "FiP 효과"에 따르면, 센서 신호는, 상기 조명의 총 전력이 동일한 경우, 조명의 기하구조, 특히 센서 영역 상의 조사의 빔 단면에 의존적이다. 검출기는 또한, 센서 신호로부터의 하나 이상의 기하학적 정보 항목, 특히, 상기 조사 및/또는 물체에 대한 하나 이상의 기하학적 정보 항목을 생성하도록 설계된 하나 이상의 평가 장치를 갖는다.
국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호는, 하나 이상의 횡방향(traversal) 광학 센서 및 하나 이상의 종방향(longitudinal) 광학 센서를 이용하여, 하나 이상의 물체의 위치를 결정하는 방법 및 검출기를 개시하고 있다. 바람직하게, 특히 높은 정확도로 모호성(ambiguity) 없이 물체의 종방향 위치를 결정하기 위해, 종방향 광학 센서들의 적층체가 이용된다. 또한, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호는, 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 하나 이상의 검출기를 각각 포함하는, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템 및 카메라를 개시하고 있다.
국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/198629 A1 호는, 하나 이상의 종방향 광학 센서를 포함하는, 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기를 개시하고 있으며, 상기 광학 센서는, 상기 물체로부터 상기 검출기 쪽으로 이동하는 광 빔을 검출하도록 구성된다. 여기서, 상기 종방향 광학 센서는 픽셀들의 하나 이상의 매트릭스 및 하나 이상의 평가 장치를 가지며, 상기 평가 장치는, 상기 광 빔에 의해 조사되는 상기 광학 센서의 픽셀의 개수(N)를 결정하도록 구성되고, 상기 평가 장치는 또한, 상기 광 빔에 의해 조사되는 픽셀의 개수를 사용하여 상기 물체의 하나 이상의 종방향 좌표를 결정하도록 구성된다.
다른 용도 중에서, 금속 칼코게나이드 박막은, 예를 들어 문헌[B. Heimann, W. Heimann, Fernsehkamerarohren-Eigenschaften und Anwendungen , Sonderdruck aus Fernseh- und Kino-Technik, 32, 1-12, 1978], 또는 문헌[R.S. Mane, C.D. Lokhande, Chemical deposition method for metal chalcogenide thin films, Materials Chemistry and Physics 65, 1-31, 2000]에 기술된 바와 같이, 광전도성 물질로서 적용가능한 것으로 공지되어 있다. 특히, 대면적 광전도체를 제조하는 경우, 이의 필름은 진공 증발, 스퍼터링 및 화학적 방법, 예컨대 화학적 증착, 분무 열분해, 전착, 양극산화(anodization), 전기-전환, 무전해 침지 성장, 연속적 이온 흡착 및 반응, 화학욕 침착, 또는 용액-기체 계면 기술에 의해 수행될 수 있다.
특히, 이러한 광전도성 물질의 층을 기판(예컨대, 세라믹 기판) 상에 침착하고, 각각의 전기 전도성 접촉부를 제공함으로써, 광전도성 셀("광전지"로도 축약됨)을 수득할 수 있다. 광전도성 셀은 다양한 유형의 회로 및 제품에, 특히 가시광 및 적외선(IR) 스펙트럼 범위에 대한 광학적 검출기로서 사용될 수 있다. 여기서, 광전도성 물질의 저항률은 조사 증가에 따라 감소하여, 더 많은 광전류가 흐르도록 한다. 따라서, 광전도성 검출기로부터의 신호 전류는 적용된 전압을 변조함으로써 폭넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있다.
분광광도법에서 검출기 선형성의 중요성을 입증하기 위해, 문헌[E. Theo-charous, Absolute linearity measurements on a PbS detector in the infrared, Appl. Optics, 45, 2381-86, 2006]은, 납 설파이드(PbS) IR 검출기의 선형성을 다룬다. 상기 목적을 위하여, 선형성 인자 대 상이한 조사 조건에 대한 방사 조사(irradiance)(예컨대, IR 검출기의 센서 영역 상의 상이한 스팟 크기)를 조사하였다. 여기서, 방사 조사는, (센서 영역에 대한 입사 전력)/(센서 영역의 면적)을 기술하는 μW/mm2 단위의 물리적 양이다. 시험 결과는, 10 nW/mm2의 방사 조사의 경우, 선형성으로부터의 편차가 유의해짐(1% 초과)을 보여주었다. 1 μW/mm2의 더 큰 방사 조사의 경우, 상기 선형성은 센서 영역의 스팟 크기에 의존적이다. 또한, 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTE; MCT)에서 FiP 효과가 발생됨이 문헌[E. Theo-charous, J. Ishii, and N.P. Fox, Absolute linearity measurements on HgCdTe detectors in the infrared region, Appl. Optics, 43, 4182-88, 2004]의 도 3에서 입증되었다.
또한, 미국 특허 제 4,767,211 A 호는, 시료의 경계 표면을 측정하기 위한 장치 및 방법을 개시하고 있다. 여기서, 광축으로부터 사전결정된 거리만큼 벗어난 위치로 유도되는 반사된 광의 다른 부분의 광량에 대한, 반사된 광의 광축의 근처에서 이동하는 시료로부터 반사된 광의 일부의 광량의 비를 사용하여, 시료의 경계 표면을 정확히 측정한다. 상기 비를 사용하여 측정의 정확도가 증가되기 때문에, 시료를 통과할 수 있는 광을 입사광으로 사용할 수 있다. 따라서, 선행 기술로는 측정할 수 없는, 상기 시료의 표면 내의 깊은 구멍 및 기공(예컨대, 시료 내에 존재하는 공기 방울)을 매우 정확하게 측정할 수 있다.
미국 특허 제 3,035,176 A 호는, 물체로부터의 가시광을 이용하여, 물체의 범위를 결정하기 위한 네이게이션 장치를 개시하고 있다. 광은 집광 렌즈를 통해 수용되고, 2개의 동일한 이미지를 2개의 광전지에 제공하는 빔 분할 펠리클(pellicle)로 유도된다. 상기 광전지 중 하나는 고정형이고, 나머지 하나는 이동가능하다. 고정형 광전지는, 이동가능한 광전지가 수용하는 것보다 물체로부터의 조사를 덜 수용하며, 그 이유는, 고정형 광전지의 감광성 표면이 펠리클로부터의 광 플럭스의 더 작은 분획을 수용하도록, 고정형 광전지가 펠리클에 더 가깝기 때문이다. 고정형 광전지에서 빔의 단면적은 상기 광전지의 감광성 면적보다 더 크다. 렌즈의 초점 거리는, 렌즈로부터 펠리클까지 및 펠리클로부터 고정형 광전지까지의 총 거리보다 다소 더 크다. 나머지 광전지는, 렌즈의 초점 거리보다 약간 더 큰 작은 범위의 거리를 통해 이동가능하다. 상기 장치는, 상기 이동가능한 광전지를 이동시킴으로써 및 2개의 광전지를 통해 제공되는 전류들을 비교함으로써, 물체 상에 초점을 맞춘다. 상기 장치가 초점을 맞추도록 상기 이동가능한 광전지가 이미지 평면 내에 있는 경우, 전류들의 비가 최대가 된다. 따라서, 일반적으로, 미국 특허 제 3,035,176 A 호는, 광 빔의 일부만 검출기에 의해 검출될 수 있다는 사실을 이용한다(여기서, 실질적으로 검출되는 상기 일부는 광 빔 자체 및 물체에 대한 광검출기의 위치선정의 특정 세부사항에 의존하여, 거리 측정을 가능하게 한다). 그러나, 이러한 거리 측정은 복수개의 센서의 사용 및 이동하는 부품의 사용을 포함하며, 이에 따라 더 복잡하고 부피가 큰 광학 장비를 사용한다.
미국 특허 제 3,937,950 A 호는, 물체의 이미지 차이를 검출하기 위한 시스템을 개시하고 있으며, 상기 시스템의 특징은, 광전자 반도체의 더 긴 쪽을 따라 양쪽 말단 상에 상기 긴 쪽에 비해 상당히 짧은 쪽을 제공하는 전극을 제공하는 광전자 변환 소자 상에, 및 광전자 반도체의 더 짧은 쪽을 따라 양쪽 말단 상에 상기 긴 쪽에 비해 상당히 짧은 쪽을 제공하는 전극을 제공하는 광전자 변환 소자 상에, 각각, 물체 이미지가 광학 수단에 의해 형성되며, 상기 언급된 물체 이미지의 차이는, 상기 언급된 광전자 변환 소자의 각각의 상기 언급된 물체 이미지의 차이에 대응하여 가변적인 전기 특성을 검출함으로써 검출된다는 것이다. 상기 시스템은, 이동가능한 이미지 형성 광학 시스템, 상기 광학 시스템 뒤쪽에 위치하여 상기 광학 시스템에 의해 형성된 이미지를 수용하는 광전자 변환 수단, 상기 광변환 수단 상의 광의 강도 분포에 반응하여 전기 신호를 생성하기 위한 소자에 커플링된 전기 회로 수단, 상기 회로 수단에 연결되어 제 1 변환 수단의 출력과 제 2 변환 수단의 출력을 합쳐 전기 신호를 생성하는 제 1 변환 수단 및 제 2 변환 수단, 및 이미지 선명도를 검출하기 위해 이미지 형성 광학 시스템으로부터의 광의 경로 내에서 상기 전기 회로 수단에 커플링된 신호 대응 수단을 포함한다. 여기서, 상기 광전자 변환 수단은, 반도체 및 상기 반도체의 양쪽 긴 쪽에 침착된 전극을 갖는 제 1 긴 광전자 변환 소자, 및 반도체 및 상기 반도체의 양쪽 짧은 쪽에 침착된 전극을 갖는 제 2 긴 광전자 변환 소자를 가진다. 또한, 상기 제 1 변환 수단 및 상기 제 2 변환 수단은, 물체로부터의 광을 수용하기 위해 상기 이미지 형성 광학 시스템으로부터의 광의 경로 내에 위치한다. 다시, 미국 특허 제 3,035,176 A 호에서와 같이, 개시된 바와 같은 시스템은 복수개의 센서 및 대응 빔 분할 수단을 사용하며, 이때 단일 센서의 센서 신호로부터의 합쳐진 센서 신호가 전자적으로 생성된다. 따라서, 더 부피가 크고 복잡한 시스템이 제안되며, 이의 소형화가 관건이 된다. 또한, 다시, 움직이는 부품이 사용되며, 이는 상기 시스템의 복잡성을 추가로 증가시킨다.
미국 특허 제 3,562,785 A 호에서는, 이미지의 초점 정확성을 결정하는 방법이 개시된다. 여기서는, 이미지의 초점 정도의 측정값을 결정하고, 한쌍의 감광성 소자를 상기 이미지에 노출시킨다. 제 1 실시양태에서, 한쌍의 광전도 소자가 상이한 초점 평면 내에 물리적으로 위치되고, 제 2 실시양태에서, 광 확산 매질이 한쌍의 감광성 소자 중 하나와 조합되어, 상기 소자가 평균 또는 배경 조명만 흡수할 것이다. 상기 두 실시양태에서, 이미지의 초점 정도가 변하면, 초점에 비례하는 전기 출력 신호가 생성된다.
미국 특허 제 3,384,752 A 호에서는, 이미지, 주로 물체의 이미지의 최대 선명도를 확인하기 위한 배열이 개시된다. 상기 배열은, 상기 이미지를 수용하여, 생성된 광의 반응의 비-선형 곡선 대 상기 이미지의 상이한 지점에서 수용되는 광에 따라 상기 이미지의 모형(replica)을 생성하도록 구성된 광발광 소자; 및 상기 광발광 소자에 의해 생성된 광의 평균 강도를 측정하기 위한 감광성 소자를 포함한다.
미국 특허 제 4,053,240 호에서는, 광학 장치(예컨대, 카메라)에 적합한 물체 이미지의 선명도를 검출하기 위한, 및 비-선형 저항-조사 특성을 제공하는 광전자 수단(예컨대, CdS 또는 CdSe)에 의해 광학의 초점을 변조하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 상기 물체 이미지는, 광전자 반도체(이의 더 긴 쪽은 더 짧은 쪽에 비해 지극히 김)의 더 긴 쪽을 따라 양쪽 말단에 전극을 제공하는 상기 언급된 광전자 수단 상에 뿐만 아니라, 광전자 반도체의 더 짧은 쪽을 따라 양쪽 말단에 전극을 제공하는 상기 언급된 광전자 수단 상에, 광학 수단에 의해 형성될 수 있다. 자동 초점 작업이 수행될 때 카메라와 촬영 물체 간의 거리를 디지털 방식으로 표시하는 물체 거리 측정 시스템이 또한 개시된다.
문헌[P. Pargas, A Lens Measuring Method using Photoconductive Cells, J. SMPTE 74, 1965, pp. 501-504]에서는, 고-콘트라스트 표적이 초점을 통해 움질일 때 이미지 평면 내에서 발생하는 광 분포 차이에 기초한 방법을 사용하여 렌즈 특성을 평가하는 것이 개시된다. 이미지 평면 내의 광전도 표면은 이미지에서 정보를 측정한다. 제안된 장치의 출력은 이미지의 선명도 정도를 나타낸다. 유사하게, 문헌[P. Pargas, Phenomena of Image Sharpness Recognition of CdS and CdSe Photoconductors, J. Opt. Soc. America. 54, 1964, pp. 516-519]에서는, 가장 선명한 초점에서 이미지가 투사될 때 광전도 셀이 검출할 수 있다는 사실을 설명하기 위한 이론이 제시된다. 여기서는, 광전도 표면 상의 광의 분포가 변할 때 광전도 셀의 전도도가 변한다는 발견을 이용한다. 상기 이론은, 광전도 표면 내의 가장 작은 입자가, 모든 다른 입자와의 직병렬 접속하는 개별적인 광전도체로서 취급된다는 가정에 기초한다.
유사하게, 문헌[J. T. Billings, An Improved Method for Critical Focus of Motion-Picture Optical Printers, J. SMPTE 80, 1971, pp. 624-628]에서는, 영화 광학 프린터 상의 최적 초점을 결정하기 위한 도구로서 선명도 측정기가 개시된다. 그 개념은, CdS 또는 CdSe 셀의 광전도 거동에 기초한다. 전체 셀의 저항은, 상기 셀 상에 충돌하는 광의 양 및 상기 광의 분포 둘 다에 의존적이다. 상기 장치에서는, 2개의 광전지(하나는 확산기를 갖고 다른 하나는 갖지 않음)의 전기 반응의 차이가 증폭된다. 가장 선명한 초점(이는 광의 총량과 독립적임)에서 측정기의 최대 굴절이 검출된다.
또한, 문헌[M. Popescu, Disordered Chalcogenide optoelectronic materials: phenomena and applications, J. Optoelectronics and Adv. Mat. 7,2005, pp. 2189-220]은, 광전자 용도에 적합할 수 있는 다수의 유리질, 비결정질, 및 무질서한 칼코게나이드 물질뿐만 아니라, 이러한 종류의 물질에서 관찰될 수 있는 물리적 및/또는 화학적 효과를 기술하고 있다.
문헌[W. Hermes, D. Waldmann, M. Agari, K. Schierle-Arndt, and P. Erk, Emerging Thin-Film Photovoltaic Technologies, Chem. Ing. Tech. 2015, 87, No. 4, 376-389]은 박막 광기전 기술에 대한 개요를 제공한다. 여기서는, 특히 염료-감응성 태양 전지(DSSC), 케스터라이트 태양 전지(특히, 구리 아연 주석 설파이드(CZTS)의 박막을 포함할 수 있음) 및 유기-무기 할라이드 페로브스카이트 흡수제(특히, 메틸암모늄 납 요오다이드(CH3NH3PbI3))에 기초한 하이브리드 태양 전지에서의 유기계 태양 전지가 높은 태양 효율을 위한 유망한 후보로서 제공된다.
또한, 문헌[J.P. Clifford, G. Konstantatos, K.W. Johnston, S. Hoogland, L. Levina, and E.H. Sargent, Fast, sensitive and spectrally tunable colloidal quantum-dot photodetectors, Nature Nanotechnology 4, Jan. 2009]은, 가시광 및 적외선 둘 다에서 작동하는 용액-공정 콜로이드성 양자점(CQD)에 기초한 극감도(ultrasensitive) 광검출기를 기술하고 있다. 따라서, 개별적인 CQD 간의 간격은, 이의 표면을 부동태화하는데 사용되는 유기 리간드의 길이에 의해 제어될 수 있으며, 이는, 전자-캐리어 이동도 및 결과적으로 CQD 필름 전도도에 대한 결정 인자인 것으로 판명되었다. 조명에 대한 변화에 대해 수 초의 크기로 상당히 긴 반응 시간을 나타내거나 낮은 감도로 고생하는 최신 장치와 달리, 상기 문헌의 저자들은, CQD 장치의 시간 응답성이 2개의 요소(즉, 빠른 공정인 전자 드리프트(drift) 및 느린 공정인 전자 확산)에 의해 결정됨을 보여준다. 이러한 관찰을 감안하여, 상기 확산 성분을 배제할 수 있는 가시광 및/또는 적외선 스펙트럼 내에서 조작가능한 조정가능한 CQD 광다이오드(이는, 감도와 밴드폭의 곱(product)에 대해 상당한 개선을 나타냄)가 제공되었다. 이를 위하여, PbS CQD 필름과 알루미늄 접촉부 간의 계면에서의 쇼트키(Schottky) 장벽에 기초한 광다이오드가 사용되었으며, 유리 기판 상의 편평하고 투명한 인듐 주석 옥사이드(ITO) 박막이 대향 옴 접촉(Ohmic contact)을 형성한다. 유리 기판을 통한 입사 광 빔은 상기 CQD 필름 내에 전자 및 정공을 생성하며, 이들은 상기 알루미늄 접촉부 및 상기 ITO 필름에서 각각 수집된다. 결과적으로, 공핍(depletion) 영역이 금속-CQD 계면에서 상기 CQD 필름 내에 형성될 수 있으며, 상기 CQD 필름의 나머지 부피는 p형 반도체로서 간주될 수 있다. 여기에서 사용되는 PbS CQD는 약 6 nm의 직경을 가져서, 0.86 eV의 증가된 유효 밴드갭 값을 제공하며(벌크 PbS의 경우 0.42 eV와 대비됨), 이는, 1450 nm 근처에서 흡수 특징을 제공한다.
또한, 문헌[G.H. Carey, A.L. Abdelhady, Z. Ning, S.M. Thon, O.M. Bakr, and E.H. Sargent, Colloidal Quantum Dot Solar Cells, Chem. Rev. 115 (23), 2015, pp 12732-12763]은, 완전한 태양 전지를 생성하기 위해, 비대칭 전극과 함께, 금속과 함께 또는 또다른 반도체와 함께 조합된 도핑된 반도체 CQD 필름을 포함하는 광기전 장치에 대한 논의를 제공한다. 결과적으로, 쇼트키 장벽 셀이 상기 금속을 사용하여 수득될 수 있으며, 바람직하게는 2개 이상의 반도체가 CQD-CQD p-n 접합, CQD-디타늄 다이옥사이드 p-n 접합, 또는 CQD-CQD-아연 옥사이드 p-i-n 접합 중 하나로 조합될 수 있다. 본원에서 밴드갭, 흡수 및 분산성과 관련하여 목적하는 특성을 포함할 수 있는 양자점 용액을 합성하고, 상기 용액을, 양자점 충진(packing)에 대해 목적하는 특성을 포함할 수 있는 CQD 필름으로 전환시키고, 완전한 태양 전지를 생성하기 위해 상기 CQD 필름 주위에 물질 적층체를 구성하는 것과 관련된 최신 기술이 다루어졌다.
전술된 장치 및 검출기에 의해 제시된 장점에도 불구하고, 단순하고 비용-효율적이며 또한 신뢰할만한 공간 검출기에 대한 개선이 필요하다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 문제는, 공지된 유형의 장치 및 방법의 단점을 적어도 실질적으로 피하면서, 하나 이상의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 장치 및 방법이다. 특히, 가시광 스펙트럼 범위 이내일 뿐만 아니라 적외선 스펙트럼 범위 이내, 특히 근적외선 스펙트럼 범위 이내의 광 빔을 사용하여 공간에서 물체의 위치를 결정하기 위한, 개선되고 단순하며 비용-효율적이고 또한 신뢰할만한 공간 검출기가 바람직할 것이다.
본 발명의 다른 임의적인 세부사항 및 특징은, 종속항과 함께 후술되는 바람직한 예시적인 실시양태의 설명으로부터 자명하다. 이러한 문맥에서, 특정한 특징이 단독으로 또는 조합된 특징으로 구현될 수 있다. 본 발명은 예시적인 실시양태로 제한되지 않는다. 예시적인 실시양태는 도면에서 도식적으로 도시된다. 개별적인 도면들에서의 동일한 참조 번호들은 동일한 요소 또는 동일한 기능을 갖는 요소, 또는 그들의 기능에 대하여 서로 대응하는 요소를 나타낸다.
구체적으로, 도면에서,
도 1은, 센서 영역을 갖는 종방향 광학 센서를 포함하는 본 발명에 따른 검출기의 예시적 실시양태를 도시하는 것이며, 상기 센서 영역은 광전도성 물질을 포함한다.
도 2a 및 2b는, 센서 영역을 갖는 종방향 광학 센서의 예시적 실시양태를 도시하는 것이며, 상기 센서 영역은 광전도체로서 배열된 광전도성 물질을 포함한다.
도 3a 내지 3c는, 센서 영역을 갖는 종방향 광학 센서를 사용하여 음의 FiP 효과를 입증하는 실험 결과를 도시하는 것이며, 상기 센서 영역은 광전도성 물질로서 납 설파이드(PbS)를 포함한다.
도 4a 내지 4d는, 센서 영역을 갖는 종방향 광학 센서를 사용하여 음의 FiP 효과를 입증하는 실험 결과를 도시하는 것이며, 상기 센서 영역은 광전도성 물질로서 납 설파이드(PbS)를 포함한다.
도 5는, 센서 영역을 갖는 종방향 광학 센서를 사용하여 추가의 실험 결과를 도시하는 것이며, 상기 센서 영역은 광전도성 물질로서 납 설파이드(PbS)를 포함하고, 입사 광 빔에 대한 변조를 적용하지 않고도 상기 FiP 효과가 관찰된다.
도 6a 내지 6h는, 센서 영역을 갖는 종방향 광학 센서를 사용하여 음의 FiP 효과를 입증하는 추가의 실험 결과를 도시하는 것이며, 상기 센서 영역은, 납 설파이드(PbS)가 아닌 다른 광전도성 물질, 즉, 셀레나이드(PbSe; 도 6a), 유기 공여체 중합체와 풀러렌계 전자 수용체 물질의 혼합물(도 6b 내지 6d), 안티몬 트라이설파이드(Sb2S3; 도 6e 내지 6g), 및 낮은 도판트 농도 및 낮은 결함 밀도(도 6h)를 포함하는 p형 도핑된 결정질 규소를 포함한다
도 7a 및 7b는, 광전도체로서 배열된 광전도성 물질 층을 갖는 횡방향 광학 센서의 다른 예시적 실시양태를 도시하는 것이다.
도 8은, 본 발명에 따른 광학적 검출기, 검출기 시스템, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템 및 카메라의 예시적 실시양태를 도시하는 것이다.
도 9는, 종방향 광학 센서들의 상호연결된 어레이를 갖는 검출기에서 종방향 센서 신호의 저항 변화의 모의시험을 도시하는 것이다.
도 10a 내지 10g는, 광다이오드(도 10a)로서 배열된 종방향 광학 센서의 추가의 예시적 실시양태뿐만 아니라, 비결정질 규소 층(a-Si:H; 도 10b 내지 10e), 미세결정질 규소 층(μc-Si; 도 10f), 및 갈륨 포스파이드 층(GaP; 도 10g)을 포함하는 상기 배열을 사용하여 수득된 양의 FiP 효과를 입증하는 실험 결과를 도시하는 것이다.
도 11a 내지 11j는, 종방향 광학 센서(도 11a 및 11b)의 센서 영역 내에서 광다이오드로서 사용되는 박막 태양 전지로서 배열된 종방향 광학 센서의 추가의 예시적 실시양태; p형 흡수제 물질로서, 카드뮴 텔루라이드(CdTe; 도 11c), 아연 카드뮴 텔루라이드(ZnCdTe; 도 11d), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS; 도 11e) 또는 구리 아연 주석 설파이드(CZTS; 도 11f 내지 11h)를 포함하는 광다이오드 내에서 상기 FiP 효과의 발생을 입증하는 실험 결과; 및 종방향 광학 센서가, 광다이오드(도 11j)를 포함하는 센서 영역을 갖는, 본 발명에 따른 검출기의 추가의 예시적 실시양태를 도시하는 것이다.
도 12a 내지 12d는, 광다이오드 내의 광전도성 물질이, 양자점을 포함하는 필름으로서 제공되는, 종방향 광학 센서들의 상이한 배열의 추가의 예시적 실시양태(도 12a, 12c 및 12d), 및 도 12a에 따른 종방향 광학 센서에서 상기 FiP 효과의 발생을 입증하는 실험 결과(도 12b)를 도시하는 것이다.
참조번호 목록
110: 검출기,
112: 물체,
114: 종방향 광학 센서,
116: 광축,
118: 하우징,
120: 전달 장치,
122: 굴절 렌즈,
124: 개구,
126: 시인 방향,
128: 좌표계,
130: 센서 영역,
132: 광 빔,
134: 광전도성 물질,
136: 칼코게나이드,
138: 신호 인출선,
140: 평가 장치,
142: 초점,
144: 작동기,
146: 작동기 제어 유닛,
148: 종방향 평가 유닛,
150: 바이어스 전압원,
152: 접지,
154: 증폭기,
156: 조명원,
158: 발광 다이오드,
160: 변조된 조명원,
162: 변조 장치,
164: 록-인(lock-in) 증폭기,
166: 데이터 처리 장치,
168: 광전도성 물질 층,
170: 기판,
172: 세라믹 기판,
174: 빔 단면,
176: 제 1 전극,
178: 제 2 전극,
180: 투명 기판,
182: 반투명 기판,
184: 횡방향 광학 센서,
186: 투명한 전도성 옥사이드 층,
188: 투명한 전도성 옥사이드,
190: 제 1 전극,
192: 제 2 전극,
194: 제 1 분할 전극,
196: 제 2 분할 전극,
198: 센서 영역,
200: 검출기 시스템,
202: 카메라,
204: 인간-기계 인터페이스,
206: 엔터테인먼트 장치,
208: 추적 시스템,
210: 횡방향 평가 유닛,
212: 위치 정보,
214: 이미지화 장치,
216: 제어 요소,
218: 사용자,
220: 비콘(beacon) 장치,
222: 기계,
224: 추적 제어기,
226: 전류를 유지할 수 있는 물질 층,
228: 제 1 전극,
230: 제 2 전극,
232: 빔 경로,
234: PIN 다이오드,
236: i형 반도체 층,
238: n형 반도체 층,
240: p형 반도체 층,
242: 박막 태양 전지,
244: p형 흡수제 물질,
246: 후면-접촉 층,
248: 경계 층,
250: 완충 층,
252: 보호 층,
254: 전하-캐리어 수집 층,
256: 투명한 전도성 옥사이드 층,
258: 광다이오드,
260: 스위칭 장치,
262: 콜로이드성 필름,
264: 양자점,
266: 쇼트키 다이오드,
268: 제 1 전극,
270: 제 2 전극,
272: 광학적으로 투명한 전극,
274: 인듐-도핑된 주석 옥사이드(ITO) 전극,
276: 금속 전극,
278: 알루미늄(Al) 전극,
280: 쇼트키 장벽,
282: 차단 층,
284: 디타늄 다이옥사이드(TiO2) 층,
286: 불소-도핑된 주석 옥사이드(SnO2:F, FTO) 전극,
288: 전기 전도성 중합체,
290: PEDOT 층,
292: 분할 전극,
294: 은(Ag) 전극,
296: 중기공성 디타늄 옥사이드(TiO2) 층.
이러한 문제들은 본 발명의 특허청구범위의 독립항들에 의해 해결된다. 개별적으로 구현되거나 조합적으로 구현될 수 있는 본 발명의 효과적인 특징들은 종속항 및/또는 아래의 상세한 설명 및 세부 실시양태에 제시된다.
본원에서 표현 "~을 갖는", "~을 포함하는" 및 "~을 함유하는" 뿐만 아니라 이들의 문법적 변형은 비 배타적인 방식으로 사용된다. 따라서, 표현 "A가 B를 갖는다" 뿐만 아니라 표현 "A가 B를 포함한다" 또는 "A가 B를 함유한다"는 A가 B이외에도 하나 이상의 다른 구성요소 및/또는 성분을 포함한다는 사실과, B 이외에는 A에 그 어떠한 다른 구성요소, 성분 또는 요소가 제공되지 않는 경우 모두를 지칭할 수 있다.
본 발명의 제 1 양태에서, 광학적 검출을 위한, 특히 하나 이상의 물체의 깊이에 대해 또는 이의 깊이 및 폭 둘 다에 대해 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기가 개시된다.
"물체"는 일반적으로 생명체 및 비-생명체로부터 선택되는 임의의 물체일 수 있다. 따라서, 하나의 예로서, 하나 이상의 물체는 하나 이상의 물품 및/또는 하나의 물품의 하나 이상의 부분를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안으로서, 물체는 하나 이상의 생명체 및/또는 생명체의 하나 이상의 부분, 가령 사용자와 같은 인간 및/또는 동물의 하나 이상의 신체 부분일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
본원에서 용어 "위치"는 일반적으로, 물체의 공간적인 위치 및/또는 방향에 대한 정보의 임의의 항목을 지칭한다. 이를 위하여, 하나의 예로서, 하나 이상의 좌표계가 사용될 수 있으며, 물체의 위치는 하나, 둘, 세 개 또는 그보다 많은 좌표들을 사용하여 결정될 수 있다. 하나의 예로서, 하나 이상의 직각 좌표계 및/또는 다른 유형의 좌표계가 사용될 수 있다. 일 예에서, 상기 좌표계는, 검출기가 사전결정된 위치 및/또는 방향을 갖는 검출기의 좌표계일 수 있다. 하기에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 검출기는 검출기의 주요 시야 방향을 구성할 수 있는 광축을 가질 수 있다. 광축은 Z 축과 같은 좌표계의 광축을 형성할 수 있다. 또한, 하나 이상의 추가적인 축, 바람직하게는 Z 축에 대해 수직인 축이 제공될 수 있다.
따라서, 하나의 예로서, 검출기는 광축이 Z 축을 형성하고 또한 Z 축에 대해 수직인 동시에 서로 수직인 x-축 및 y-축이 제공되는 좌표계를 구성할 수 있다. 하나의 예로서, 검출기 및/또는 검출기의 일부는 좌표계 내의 특정 지점, 가령 좌표계의 원점에 존재할 수 있다. 이러한 좌표계에서, Z 축에 평행하거나 역평행한 방향은 종방향으로서 간주될 수 있으며, Z 축을 따르는 좌표는 종방향 좌표로서 간주될 수 있다. 종방향 좌표에 대해 수직인 임의의 방향은 횡방향으로 간주될 수 있으며 X 좌표 및/또는 Y 좌표가 횡방향 좌표로 간주될 수도 있다.
대안적으로, 다른 유형의 좌표계가 사용될 수도 있다. 따라서, 하나의 예로서, 광축이 Z 축을 형성하고 Z 축으로부터의 거리와 편각(polar angle)이 추가적인 좌표로서 사용될 수 있는 극좌표계가 사용될 수도 있다. 또한, Z 축에 대해 평행하거나 역평행한 방향은 종방향으로 간주될 수 있으며, Z 축을 따르는 좌표는 종방향 좌표로 간주될 수도 있다. Z 축에 대해 수직인 임의의 방향은 횡방향으로 간주될 수 있으며 극 좌표 및/또는 편각은 횡방향 좌표로 간주될 수도 있다.
본 명세서에 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 "검출기"는 일반적으로, 하나 이상의 물체의 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 제공하도록 구성된 장치이다. 상기 검출기는 고정식 장치이거나 이동식 장치일 수 있다. 또한, 상기 검출기는 독립형 장치일 수 있거나 또다른 장치, 가령 컴퓨터, 차량 또는 임의의 다른 장치의 일부일 수 있다. 또한, 상기 검출기는 핸드헬드형 장치일 수 있다. 상기 검출기의 다른 실시양태도 이용가능하다.
상기 검출기는 하나 이상의 물체의 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 임의의 실행가능한 방식으로 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 이러한 정보는 가령 전자적인 방식으로, 시각적인 방식으로, 음향적인 방식으로 또는 이들의 임의의 조합의 방식으로 제공될 수 있다. 이러한 정보는 또한 검출기의 데이터 저장소 또는 별개의 장치에 저장될 수 있고 및/또는 적어도 하나의 인터페이스, 가령 무선 인터페이스 및/또는 유선 인터페이스를 통해 제공될 수도 있다.
본 발명에 따른, 하나 이상의 물체의 광학적 검출을 위한 검출기는 하나 이상의 종방향 광학 센서 및 하나 이상의 평가 장치를 포함하며, 상기 종방향 광학 센서는 하나 이상의 센서 영역을 갖고, 상기 종방향 광학 센서는, 광 빔에 의한 상기 센서 영역의 조사(illumination)에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 센서 영역은 하나 이상의 광전도성 물질을 포함하고, 상기 광전도성 물질 내의 전기 전도도는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 종방향 센서 신호는 상기 전기 전도도에 의존적이고, 상기 평가 장치는, 상기 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
본원에서, 상기 열거된 구성요소는 별도의 구성요소일 수 있다. 대안적으로, 위에서 열거된 바와 같은 구성요소들 중 둘 이상이 하나의 구성요소 내에 통합될 수 있다. 더욱이, 하나 이상의 평가 장치는 전송 장치 및 종방향 광학 센서와는 독립적인 분리된 평가 장치로서 형성될 수 있지만, 바람직하게는, 종방향 센서 신호를 수신하기 위해 종방향 광학 센서에 접속될 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 평가 장치는 종방향 광학 센서 내에 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다.
본원에서 "종방향 광학 센서"는, 일반적으로 광 빔에 의한 센서 영역의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되는 장치가고, 종방향 센서 신호는, 상기 조명의 총 전력이 동일한 경우, 소위 "FiP 효과"에 따라, 센서 영역에서의 광 빔의 빔 단면에 의존적이다. 일반적으로, 종방향 센서 신호는 깊이로서 표기될 수도 있는 종방향 위치를 나타내는 임의의 신호일 수 있다. 예로서, 종방향 센서 신호는 디지털 및/또는 아날로그 신호이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 예로서, 종방향 센서 신호는 전압 신호 및/또는 전류 신호이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 종방향 센서 신호는 디지털 데이터이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 종방향 센서 신호는 단일의 신호 값 및/또는 일련의 신호 값들을 포함할 수 있다. 종방향 센서 신호는 둘 이상의 신호를 평균화 및/또는 둘 이상의 신호의 몫(quotient)을 형성하는 것과 같이, 둘 이상의 개별적인 신호를 조합하여 도출되는 임의의 신호를 더 포함할 수 있다. 종방향 광학 센서 및 종방향 센서 신호의 잠재적인 실시양태의 경우, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호에 개시된 바와 같은 광학 센서를 참조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 하나 이상의 종방향 광학 센서는 하나 이상의 센서 영역을 나타내고, 상기 센서 영역은 하나 이상의 광전도성 물질을 포함한다. 본원에서 용어 "광전도성 물질"은, 전류를 유지할 수 있고 이에 따라 특정 전기 전도도를 나타내는 물질을 지칭하며, 이때 특히, 상기 전기 전도도는 상기 물질의 조사에 의존적이다. 전기 저항률은 전기 전도도의 역수로서 정의되기 때문에, 대안적으로, 동일한 종류의 물질을 명명하기 위해 용어 "광저항성(photoresistive) 물질"이 또한 사용될 수 있다. 이러한 종류의 물질에서, 전류는 상기 물질을 통과하는 하나 이상의 제 1 전기 접촉부를 통해 하나 이상의 제 2 전기 접촉부로 안내될 수 있으며, 상기 제 1 전기 접촉부는 상기 제 2 전기 접촉부로부터 단리되고, 상기 제 1 전기 접촉부 및 상기 제 2 전기 접촉부는 둘 다 상기 물질과 직접 연결된다. 이를 위하여, 상기 직접 연결은 최신의 임의의 공지된 수단에 의해, 예컨대 고도의 전기 전도성 성분(특히, 금속, 예컨대, 금, 은, 백금 또는 팔라듐뿐만 아니라 언급된 금속들 중 하나 이상을 포함하는 합금)을 접촉 대역에 도금, 용접, 납땜, 또는 침착함으로써 제공될 수 있다.
또한, 상기 종방향 광학 센서의 센서 영역은 하나 이상의 광 빔에 의해 조사된다(illuminated). 따라서, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역의 전기 전도도는, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면(이는, 상기 센서 영역 내의 입사 빔에 의해 생성되는 "스팟 크기"로서 명명)에 의존적이다. 따라서, 입사 광 빔에 의한 상기 광전도성 물질을 포함하는 상기 센서 영역의 조사 정도에 상기 광전도성 물질의 전기 전도도가 의존적이라는 관찰가능한 특성은 특히, 동일한 총 전력을 포함하지만 상기 센서 영역 상에 상이한 스팟 크기를 생성하는 2개의 광 빔이 상기 센서 영역 내의 상기 광전도성 물질의 전기 전도도의 상이한 값을 제공하고 동시에 서로에 대해 구별가능함을 달성한다.
또한, 상기 종방향 센서 신호는 전기 신호(예컨대, 전압 신호 및/또는 전류 신호)를 인가함으로써 결정되므로, 따라서, 상기 종방향 센서 신호를 결정하는 경우, 상기 전기 신호가 가로지르는 물질의 전기 전도도가 고려된다. 하기에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 상기 종방향 광학 센서와 직렬로 사용되는 부하 저항기, 및 바이어스 전압원의 적용이 바람직하게는 본원에서 사용된다. 결과적으로, 상기 센서 영역 내에 광전도성 물질을 포함하는 종방향 광학 센서는 원칙적으로, 예를 들어 2개 이상의 종방향 센서 신호를 비교함으로써, 상기 종방향 센서 신호의 기록으로부터 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면, 즉, 빔 단면(특히, 빔 직경)에 대한 하나 이상의 정보 항목을 결정하는 것을 허용한다.
또한, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면이, 상기 언급된 FiP 효과에 따라, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 종방향 위치, 또는 상기 센서 영역에 충돌하는 광 빔을 방출하거나 반사하는 물체의 깊이에 의존적이기 때문에, 상기 종방향 광학 센서는, 따라서, 각각의 물체의 종방향 위치를 결정하는데 적용될 수 이다.
국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호로부터 이미 공지된 바와 같이, 상기 종방향 광학 센서는, 상기 센서 영역의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 상기 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역에 대한 조사의 빔 단면에 의존적이다. 예로서, 렌즈의 위치의 함수로서 광전류(I)를 측정하는 것이 상기 출원에 제공되며, 이때 렌즈는 상기 종방향 광학 센서의 센서 영역 상에 전자기 복사선을 집중하도록 구성된다. 측정 동안, 상기 렌즈는, 결과적으로 상기 센서 영역 상의 광 스팟의 직경이 변하는 방식으로, 상기 센서 영역에 대해 수직인 방향으로, 상기 종방향 광학 센서에 대해 대체된다. 광기전 장치, 특히 염료 태양 전지가 상기 센서 영역 내의 물질로서 사용되는 특별한 예에서, 상기 종방향 광학 센서의 신호(이 경우, 광전류)는, 상기 렌즈의 초점에서 최대값 바깥쪽으로, 상기 광전류가 이의 최대값의 10% 미만으로 떨어지도록, 상기 조사의 기하구조에 분명히 의존적이다.
이러한 효과는 특히, 상기 센서 영역 내 물질로서 규소 다이오드 및 게르마늄 다이오드를 사용하여 수행된 유사한 측정에 대해 두드러진다. 통상적인 유형의 광학 센서가 사용되는 경우, 상기 센서 신호는, 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역의 상기 조사의 기하구조에 실질적으로 독립적이다. 따라서, 상기 FiP-효과에 따라, 상기 종방향 센서 신호는, 총 전력이 동일하다면, 1개 또는 복수개의 포커싱에 대해 및/또는 상기 센서 영역 상의 또는 상기 센서 영역 내의 광 스팟의 1개 또는 복수개의 특정 크기에 대해 하나 이상의 확연한 최대값을 나타낼 수 있다. 비교를 위해, 가능한 최소 단면을 갖는 광 빔에 충돌하는 조건에서, 예컨대 광학 렌즈에 의해 영향을 받는 것처럼 상기 물질이 초점 또는 그 근처에 위치할 수 있는 경우, 상기 종방향 센서 신호의 최대값이 관찰됨은 "양의 FiP-효과"로서 명명될 수 있다. 이제까지 밝혀진 바와 같이, 전술된 광기전 장치(특히, 염료 태양 전지)는 상기 환경 하에 양의 FiP-효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 센서 영역의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계된 종방향 광학 센서에 사용하기에 적절한 다른 부류의 물질로서 광전도성 물질이 제안되며, 상기 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역의 조사의 빔 단면에 의존적이다. 하기에서 더 자세히 제시되는 바와 같이, 이러한 부류의 광전도성 물질은 "음의 FiP-효과"를 나타낼 수 있으며, 이는, 상기 양의 FiP-효과의 정의에 대응하여, 이용가능한 최소 빔 단면을 갖는 광 빔과 대응 물질이 충돌하는 조건 하에, 특히, 광학 렌즈에 의해 영향을 받는 것처럼 상기 물질이 초점에 또는 그 근처에 위치할 수 있는 경우, 상기 종방향 센서 신호의 최소값이 관찰됨을 설명하는 것이다. 결과적으로, 상기 광전도성 물질은, 이에 따라, 바람직하게는, 음의 FiP-효과의 발생이 유리하거나 필요할 수 있는 환경 하에 사용될 수 있다.
이와 관련하여, 광전도성 물질과 광기전 물질의 차이가 본원에서 다루어질 수 있다. 광기전 물질을 포함하는 종방향 광학 센서에서, 각각의 센서 영역의 조사은, 측정될 광전자 전류 또는 광전자 전압을 제공할 수 있는 전하-캐리어를 생성할 수 있다. 예로서, 광 빔이 광기전 물질 상에 입사될 수 있는 경우, 상기 물질의 원자가 밴드 내에 존재할 수 있는 전자는 에너지를 흡수할 수 있으며, 이에 따라 여기되어, 자유 전도성 전자로서 거동할 수 있는 경우 전도 밴드로 점핑할 수 있다. 반대로, 광전도성 물질을 포함하는 종방향 광학 센서에서는, 대응 센서 영역의 조사에 의해 상기 센서 영역의 저항률이 달라질 수 있으며, 이로써, 상기 물질의 전기 전도도에서의 관찰가능한 변화를, 상기 물질에 걸쳐 인가되는 전압의 변화에 의해 또는 상기 물질을 통해 인가되는 전류의 값의 변경에서의 변화에 의해, 예컨대 상기 물질에 걸쳐 인가되는 바이어스 전압의 인가에 의해, 모니터링할 수 있다.
이를 위하여, 바이어스 전압원 및 부하 저항기가 특히 상기 종방향 광학 센서와 직렬로 사용될 수 있다. 본원에서 용어 "바이어스 전압원"은 일반적으로, 상기 종방향 광학 센서의 물질에 걸쳐 바이어스 전압을 인가하도록 구성된 장치를 지칭한다. 따라서, 상기 종방향 광학 센서의 특성은, 바이어스화(biasing) 장치에 의해 전기적으로 변조될 수 있다. 본원에서, 상기 바이어스화 장치는, 상기 종방향 광학 센서에 하나 이상의 바이어스 전압을 인가하도록 구성될 수 있다. 하기에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 상기 종방향 광학 센서의 특성은 상이한 바이어스 전압을 사용하여 변조가능할 수 있다.
상기 광기전 물질 대비 상기 광전도성 물질의 거동의 차이는, 생성된 전하-캐리어의 밀도가 광자 방사 조도에 비례할 수 있다는 타당한 가정에 의해 설명될 수 있지만, 더 높은 캐리어 밀도에서는, 전자-정공 재조합(이는, "아우거 재조합(Auger recombination)"으로도 지칭됨)의 가능성이 더 높을 수 있다. 본원에서, 아우거 재조합은 지배적 손실 매커니즘으로 간주될 수 있다. 따라서, 광자 방사 조도의 밀도가 증가함에 따라, 캐리어의 수명이 감소될 수 있으며, 이는, 상기 광전도성 물질의 목적하는 효과를 제공할 수 있다. 결과적으로, 광전도성 물질을 포함하는 종방향 광학 센서는 일반적으로, 광기전 물질을 포함하는 공지된 종방향 광학 센서의 특성과 상당히 다를 수 있는 거동을 나타낼 수 있다
본 발명의 목적을 위해, 상기 종방향 광학 센서의 센서 영역에 사용되는 광전도성 물질은 바람직하게는, 무기 광전도성 물질, 유기 광전도성 물질, 이들의 조합물 및/또는 이들의 고용체 및/또는 이들의 도핑된 변형체를 포함할 수 있다. 본원에서 용어 "고용체"는, 하나 이상의 용질이 용매 내에 포함될 수 있고, 이로써 균질한 상이 형성되고, 용매의 결정 구조가 일반적으로 용질의 존재에 의해 변하지 않을 수 있는, 광전도성 물질의 상태를 지칭한다. 예로서, 2상 CdTe는 ZnTe에 용해되어 Cd1 - xZnxTe를 야기할 수 있으며, 이때 x는 0 내지 1로 변할 수 있다. 본원에서 용어 "도핑된 변형체"은, 물질 자체의 구성성분과 별개의 단일 원자가, 비도핑된 상태에서 고유의 원자에 의해 점유되는 결정 내 부위에 도입되는, 광전도성 물질의 상태를 지칭할 수 있다. 예로서, 순수한 규소 결정은, 특히, 규소 결정의 화학적 및/또는 물리적 특성 개질을 위해, 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 인, 비소, 안티몬, 게르마늄, 또는 다른 원자 중 하나 이상으로 도핑될 수 있다.
이와 관련하여, 상기 무기 광전도성 물질은 특히, 셀루륨, 텔루륨, 셀루륨-텔루륨 합금, 금속 옥사이드, IV족 원소 또는 화합물, 즉, IV족으로부터의 원소, 또는 하나 이상의 IV족 원소를 갖는 화학적 화합물, III-V 화합물, 즉, 하나 이상의 III족 원소와 하나 이상의 V족 원소를 갖는 화학적 화합물, II-VI 화합물, 즉, 한편으로는, 하나 이상의 II족 원소 또는 하나 이상의 XII족 원소, 및 다른 한편으로는 하나 이상의 VI족 원소, 및/또는 칼코게나이드(이는 바람직하게는, 설파이드 칼코게나이드, 셀레나이드 칼코게나이드, 3상 칼코게나이드, 4상 및 그보다 많은 상의 칼코게나이드를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있음)를 갖는 화학적 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 무기 광전도성 물질도 동등하게 적절할 수 있다.
셀루륨(Se)과 관련하여, 상기 물질은 광전도 특성을 나타내는 것으로 오랫동안 공지되어 왔으며, 따라서 초기 텔레비전, 비디콘 촬상관 및 제로그라피에 사용되었고, 광전도 셀의 센서 영역에 여전히 사용될 수 있음을 언급할 수 있다. 셀루륨-텔루륨 합금과 관련하여, 문헌[P.H. Keck, Photoconductivity in Vacuum Coated Selenium Films, J. Opt. Soc. of America, 42, p.221-225, 1952]은, 5 내지 9 중량%의 텔루륨의 첨가를 포함하며, 이에 따라, 추가적인 텔루륨을 갖지 않는 셀루륨 층에 비해 광전도도를 증가시킬 수 있고, 더욱이, 400 nm 내지 800 nm의 전체 광학 스펙트럼에 걸쳐 높은 스펙트럼 반응을 나타내는, 광전도성 셀루륨 층을 기술하고 있다. 또한, 광전도 특성을 제공하기 위해, 미국 특허 제 4 286 035 A 호는, 광전도성 층 내에 하나 이상의 할로겐의 농도를 5 ppm 내지 500 ppm 범위로 동시에 가함으로써, 셀루륨-텔루륨 합금 중의 텔루륨의 양을 추가로 5 중량% 내지 20 중량% 증가킬 수 있음을 개시하고 있으며, 이때 할로겐은 불소, 염소, 브롬, 및 요오드로 이루어진 군으로부터 선택된다.
전술된 바와 같이, 바람직하게는 설파이드 칼코게나이드, 셀레나이드 칼코게나이드, 텔루라이드 칼코게나이드, 3상 칼코게나이드, 4상 및 그보다 많은 상의 칼코게나이드를 포함하는 군으로부터 선택되는 칼코게나이트가, 바람직하게는 상기 종방향 광학 센서의 센서 영역 내의 광전도성 물질로서 사용되기에 적절할 수 있다. 이러한 선호도는 특히, 이러한 종류의 물질이 상이한 영역의 용도(예컨대, 적외선 스펙트럼 범위에 대한 광학적 검출기)에서 비용-효율적이면서 신뢰가능한 것으로 이미 공지되어 있다는 이유에 기초할 수 있다.
특히, 설파이드 칼코게나이드는, 납 설파이드(PbS), 카드뮴 설파이드(CdS), 아연 설파이드(ZnS), 수은 설파이드(HgS), 은 설파이드(Ag2S), 망간 설파이드(MnS), 비스무트 트라이설파이드(Bi2S3), 안티몬 트라이설파이드(Sb2S3), 비소 트라이설파이드(As2S3), 주석(II) 설파이드(SnS), 주석(IV) 다이설파이드(SnS2), 인듐 설파이드(In2S3), 구리 설파이드(CuS 또는 Cu2S), 코발트 설파이드(CoS), 니켈 설파이드(NiS), 몰리브덴 다이설파이드(MoS2), 철 다이설파이드(FeS2), 및 크롬 트라이설파이드(CrS3)를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다.
특히, 셀레나이드 칼코게나이드는, 납 셀레나이드(PbSe), 카드뮴 셀레나이드(CdSe), 아연 셀레나이드(ZnSe), 비스무트 트라이셀레나이드(Bi2Se3), 수은 셀레나이드(HgSe), 안티몬 트라이셀레나이드(Sb2Se3), 비소 트라이셀레나이드(As2Se3), 니켈 셀레나이드(NiSe), 탈륨 셀레나이드(TlSe), 구리 셀레나이드(CuSe 또는 Cu2Se), 몰리브덴 다이셀레나이드(MoSe2), 주석 셀레나이드(SnSe), 및 코발트 셀레나이드(CoSe), 및 인듐 셀레나이드(In2Se3)를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 언급된 화합물의 고용체 및/또는 도핑된 변형체, 또는 이러한 종류의 다른 화합물 역시 가능하다.
특히, 텔루라이드 칼코게나이드는, 납 텔루라이드(PbTe), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 아연 텔루라이드(ZnTe), 수은 텔루라이드(HgTe), 비스무트 트라이텔루라이드(Bi2Te3), 비소 트라이텔루라이드(As2Te3), 안티몬 트라이텔루라이드(Sb2Te3), 니켈 텔루라이드(NiTe), 탈륨 텔루라이드(TlTe), 구리 텔루라이드(CuTe), 몰리브덴 다이텔루라이드(MoTe2), 주석 텔루라이드(SnTe), 및 코발트 텔루라이드(CoTe), 은 텔루라이드(Ag2Te), 및 인듐 텔루라이드(In2Te3)를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 언급된 화합물의 고용체 및/또는 도핑된 변형체, 또는 이러한 종류의 다른 화합물 역시 가능하다.
특히, 3상 칼코게나이드는, 를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe; MCT), 수은 아연 텔루라이드(HgZnTe), 수은 카드뮴 설파이드(HgCdS), 납 카드뮴 설파이드(PbCdS), 납 수은 설파이드(PbHgS), 구리 인듐 다이설파이드(CuInS2; CIS), 카드뮴 설포셀레나이드(CdSSe), 아연 설포셀레나이드(ZnSSe), 탈륨 설포셀레나이드(TlSSe), 카드뮴 아연 설파이드(CdZnS), 카드뮴 크롬 설파이드(CdCr2S4), 수은 크롬 설파이드(HgCr2S4), 구리 크롬 설파이드(CuCr2S4), 카드뮴 납 셀레나이드(CdPbSe), 구리 인듐 다이셀레나이드(CuInSe2), 인듐 갈륨 아르세나이드(InGaAs), 납 옥사이드 설파이드(Pb2OS), 납 옥사이드 셀레나이드(Pb2OSe), 납 설포셀레나이드(PbSSe), 비소 셀레나이드 텔루라이드(As2Se2Te), 인듐 갈륨 포스파이드(InGaP), 갈륨 아르세나이드 포스파이드(GaAsP), 알루미늄 갈륨 포스파이드(AlGaP), 카드뮴 셀레나이트(CdSeO3), 카드뮴 아연 텔루라이드(CdZnTe), 및 카드뮴 아연 셀레나이드(CdZnSe), 상기 열거된 2상 칼코게나이드 및/또는 2상 III족-V족-화합물로부터의 화합물을 적용함으로써 수득된 추가의 조합물을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 언급된 화합물의 고용체 및/또는 도핑된 변형체, 또는 이러한 종류의 다른 화합물 역시 가능하다.
4상 및 그보다 많은 상의 칼코게나이드와 관련하여, 이러한 종류의 물질은, 적합한 광전도 특성을 나타내는 것으로 공지될 수 있는 4상 및 그보다 많은 상의 칼코게나이드로부터 선택될 수 있다. 특히, Cu(In, Ga)S/Se2 또는 Cu2ZnSn(S/Se)4의 조성을 갖는 화합물이 이 목적에 가능할 수 있다.
III-V 화합물과 관련하여, 이러한 종류의 반-전도성 물질은, 인듐 안티모나이드(InSb), 붕소 나이트라이드(BN), 붕소 포스파이드(BP), 붕소 아르세나이드(BAs), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 알루미늄 포스파이드(AlP), 알루미늄 아르세나이드(AlAs), 알루미늄 안티모나이드(AlSb), 인듐 나이트라이드(InN), 인듐 포스파이드(InP), 인듐 아르세나이드(InAs), 인듐 안티모나이드(InSb), 갈륨 나이트라이드(GaN), 갈륨 포스파이드(GaP), 갈륨 아르세나이드(GaAs), 및 갈륨 안티모나이드(GaSb)를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 언급된 화합물의 고용체 및/또는 도핑된 변형체, 또는 이러한 종류의 다른 화합물 역시 가능하다.
II-VI 화합물과 관련하여, 이러한 종류의 반-전도성 물질은, 카드뮴 설파이드(CdS), 카드뮴 셀레나이드(CdSe), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 아연 설파이드(ZnS), 아연 셀레나이드(ZnSe), 아연 텔루라이드(ZnTe), 수은 설파이드(HgS), 수은 셀레나이드(HgSe), 수은 텔루라이드(HgTe), 카드뮴 아연 텔루라이드(CdZnTe), 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe), 수은 아연 텔루라이드(HgZnTe), 및 수은 아연 셀레나이드(CdZnSe)를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 그러나, 다른 II-VI 화합물도 가능할 수 있다. 또한, 언급된 화합물 또는 이러한 종류의 다른 화합물의 고용체 역시 적용가능할 수 있다.
다른 바람직한 실시양태에서, 상기 광전도성 물질은, 양자점을 포함하는 콜로이드성 필름 형태로 제공될 수 있다. 따라서, 동일한 물질의 균질 층에 대해 약간 또는 상당히 개질된 화학적 및/또는 물리적 특성을 나타낼 수 있는 광전도성 물질의 이러한 상태는 또한, 콜로이드성 양자점(CQD)으로 표시할 수 있다. 본원에서 용어 "양자점"은, 일반적으로 "점"으로 명명된 작은 부피로 모든 3차원 내에 한정된 전기 전도성 입자(예컨대, 전자 또는 정공)를 광전도성 물질이 포함할 수 있는, 광전도성 물질의 상태를 지칭한다. 본원에서, 양자점은, 단순함을 위해, 입자의 언급된 부피와 비슷할 수 있는 구의 직경으로서 간주될 수 있는 크기를 나타낼 수 있다. 이러한 바람직한 실시양태에서, 상기 광전도성 물질의 양자점은 특히, 1 nm 내지 100 nm, 바람직하게는 2 nm 내지 100 nm, 더욱 바람직하게는 2 nm 내지 15 nm의 크기를 나타낼 수 있다. 결과적으로, 상기 광전도성 물질의 양자점을 포함하는 박막은 1 nm 내지 100 nm, 바람직하게는 2 nm 내지 100 nm, 더욱 바람직하게는 2 nm 내지 15 nm의 두께를 나타낼 수 있되, 단, 특정 박막으로 실제적으로 구성된 양자점은, 상기 특정 박막의 두께 미만의 크기를 나타낼 수 있다. 실제로, 상기 양자점은, 계면활성제 분자로 캡핑되고 콜로이드성 필름 형성을 위해 용액 내에 분산된 나노미터-크기의 반도체 결정을 포함할 수 있다. 본원에서, 상기 계면활성제 분자는, 특히, 선택된 계면활성제 분자의 대략적인 공간 연장으로부터의 결과로서, 콜로이드성 필름 내의 개별적인 양자점들 간의 평균 거리를 결정할 수 있도록 선택될 수 있다. 또한, 리간드 합성에 따라, 양자점은 친수성 또는 소수성 특성을 나타낼 수 있다. CQD는, 기상, 액상 또는 고상 접근법을 적용함으로써 제조될 수 있다. 이로써, 특히, 공지된 공정(예컨대, 열 분무, 콜로이드 합성, 또는 플라즈마 합성)에 의해, CQD를 합성하는 다양한 방법이 가능하다. 그러나, 다른 합성 공정도 가능할 수 있다.
또한, 이러한 바람직한 실시양태에서, 상기 광전도성 물질은 바람직하게는, 전술된 바와 같은 광전도성 물질, 더욱 특히, 납 설파이드(PbS), 납 셀레나이드(PbSe), 납 텔루라이드(PbTe), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 인듐 포스파이드(InP), 카드뮴 설파이드(CdS), 카드뮴 셀레나이드(CdSe), 인듐 안티모나이드(InSb), 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe; MCT), 구리 인듐 설파이드(CIS), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS), 아연 설파이드(ZnS), 아연 셀레나이드(ZnSe), 페로브스카이트 구조 물질 ABC3(이때, A는 알칼리성 금속 또는 유기 양이온을 나타내고, B는 Pb, Sn, 또는 Cu이고, C는 할라이드임), 및 구리 아연 주석 설파이드(CZTS)를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 언급된 화합물의 고용체 및/또는 도핑된 변형체, 또는 이러한 종류의 다른 화합물 역시 가능하다. 이러한 종류의 물질의 코어 쉘 구조 역시 가능할 수 있다. 그러나, 다른 광전도성 물질 역시 가능할 수 있다.
특정 실시양태에서, 상기 광전도성 물질의 양자점을 포함하는 박막이 2개의 개별적인 전도성 층(즉, 제 1 전도성 층 및 제 2 전도성 층) 사이에 배열될 수 있다. 본원에서, 상기 2개의 개별적인 전도성 층은 바람직하게는, 상기 박막이 상기 제 1 전도성 층 및 상기 제 2 전도성 층 둘 다와 인접할 수 있으면서, 상기 제 1 전도성 층 및 상기 제 2 전도성 층이 서로 분리될 수 있는 방식으로 배열될 수 있다. 이러한 특정 실시양태에서, 상기 제 1 전도성 층은 바람직하게는, 입사 광 빔에 대해 적어도 부분적으로 광학적으로 투명한 특성을 나타내도록 선택될 수 있다. 결과적으로, 상기 광전도성 물질의 콜로이드성 양자점을 포함하는 박막에 도달하기 위해, 입사 광 빔의 적어도 분할이 상기 제 1 전도성 층을 통과할 수 있다. 이를 위하여, 상기 제 1 전도성 층은 특히, 적어도 부분적으로 투명한 반-전도성 물질을 포함할 수 있으며, 상기 반-전도성 물질은 바람직하게는, 적어도 부분적으로 투명한 반-전도성 금속 옥사이드 및 이의 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 본원에서, 상기 반-전도성 물질은 특히, 공지된 하나 이상의 투명한 금속 옥사이드, 특히 인듐 주석 옥사이드(ITO), 불소-도핑된 주석 옥사이드(SnO2:F; FTO), 마그네슘 옥사이드(MgO), 알루미늄 아연 옥사이드(AZO), 안티몬 주석 옥사이드(SnO2/Sb2O5), 또는 페로브스카이트 투명한 전도성 옥사이드, 예컨대 SrVO3, 또는 CaVO3, 또는 다르게는 금속 나노와이어, 예컨대 Ag 나노와이어로부터 선택될 수 있다.
전술된 바와 같이, 상기 제 1 전도성 층을 통과하는 입사 광 빔의 적어도 분할을 허용하여, 콜로이드성 양자점을 포함하는 박막에 도달하도록, 상기 제 1 전도성 층은 바람직하게는, 적어도 부분적으로 광학적으로 투명한 특성을 나타내도록 선택될 수 있다. 따라서, 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 제 2 전도성 층은 또한, 적어도 부분적으로 광학적으로 투명한 특성을 나타내도록 선택될 수 있다. 반대로, 상기 제 1 전도성 층이, 적어도 부분적으로 투명할 수 있는 경우, 각종 상이한 물질(광학적으로 불투명한 물질 포함)이 상기 제 2 전도성 층에 사용될 수 있다. 따라서, 상기 제 2 전도성 층은, 공지된 증발 기술에 의해 용이하게 제공될 수 있는 증발된 금속 층을 포함할 수 있다. 특히, 상기 증발된 금속 층은 은, 알루미늄, 백금, 마그네슘, 크롬, 디타늄, 또는 금 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 제 2 전도성 층은 그라핀 층을 포함할 수 있다.
대안적 실시양태에서, 전기 전도성 유기 중합체 층이 상기 제 2 전도성 층으로서 사용될 수 있다. 본원에서, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)(PEDOT), 또는 PEDOT 및 폴리스타이렌 설폰산의 분산액(PEDOT:PSS)이 전기 전도성 중합체로서 선택될 수 있다. 또한, 특히 더 우수한 전자 접촉을 허용하기 위해, 각각 증발된 금속 접촉부를 포함할 수 있는 2개 이상의 개별 전극을 갖는 분할 전극이 상기 전기 전도성 중합체 층의 상부에 배열될 수 있다. 본원에서, 상기 증발된 금속 접촉부는 특히, 은, 알루미늄, 백금, 마그네슘, 크롬, 디타늄, 또는 금 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 2개의 개별 전극 중 적어도 하나는 그라핀 층을 포함할 수 있다.
이러한 실시양태에서, 쇼트키 장벽이 추가적으로, 양자점을 포함하는 박막과, 쇼트키 장벽을 형성하기에 충분한 특성을 나타낼 수 있는 전도성 층 중 하나와의 사이에 계면을 형성할 수 있다. 일반적으로 용어 "쇼트키 장벽"은, 반도체 층 및 인접 금속 층 사이의 경계 층에서 나타날 수 있는, 전자에 대한 에너지 장벽을 지칭하며, 이는, 하기에서 더 자세히 기술되는 옴 접촉과 달리, 정류(rectifying) 특성을 나타낼 수 있어서, 다이오드로서 사용되는 쇼트키 장벽을 포함하는 전자 장치를 가능하게 한다. 예로서, 상기 제 1 투명한 전도성 층(예컨대, 투명한 인듐 주석 옥사이드(ITO) 전극)을 가로지를 수 있는 입사 광 빔은, 양자점을 포함하는 박막 내에 전하-캐리어(즉, 전자 및 정공)를 생성할 수 있다. 또한, 상기 전하-캐리어는, 상기 투명한 제 1 전도성 층 및 제 2 전도성 층(이는 바람직하게는 알루미늄 전극일 수 있음) 둘 다 쪽으로의 경계에서 수집될 수 있다. 결과적으로, 상기 제 1 전도성 층과 상기 박막 사이의 계면에 위치하는 쇼트키 장벽 쪽으로 상기 박막 내에 공핍 영역이 형성될 수 있으며, 상기 박막의 나머지 부피는 p형 반도체 층로서 거동할 수 있다.
특수한 실시양태에서, 상기 제 1 전도성 층과, 콜로이드성 양자점을 포함하는 광전도성 물질의 박막과의 사이에 차단 층이 추가적으로 배열될 수 있다. 본원에서 용어 "차단 층"은, 예를 들어 인접 층의 단락(short-circuiting)을 방지하거나, 인접 층 중 하나에 의해 제공되는 침투성 전도성 입자와, 인접 층 중 나머지 하나에 위치하는 반대로 하전된 입자(예컨대, 이온)와의 재조합을 방지하기 위해, 전자 소자 내의 인접 층에 대해 침투성 전기 전도성 입자(특히, 전자 또는 정공)의 경로에 영향을 미치도록 구성될 수 있는 박층을 지칭한다. 이러한 특수한 실시양태에서, 상기 차단 층은 바람직하게는, 전기 전도성 물질(특히, 디타늄 다이옥사이드(TiO2) 또는 아연 옥사이드(ZnO) 중 하나 이상)의 박막을 포함할 수 있다. 이러한 특수한 실시양태에서, 상기 차단 층은 n형 접촉부로서 작용할 수 있으며, 그 이유는, 양자점이 일반적으로 p형 독립체이며, 이에 따라, p-n 접합을 제공할 수 있기 때문이다. 양자점이 n형 독립체일 수 있고 이에 따라 p형 차단 층(예컨대, 몰리브덴 옥사이드(MoO3) 층)을 포함할 수 있는, 대안적 구성이 또한 가능할 수 있다.
상기 금속 옥사이드와 관련하여, 이러한 종류의 반-전도성 물질은, 광전도 특성을 나타낼 수 있는 공지된 금속 옥사이드, 특히 구리(II) 옥사이드(CuO), 구리(I) 옥사이드(CuO2), 니켈 옥사이드(NiO), 아연 옥사이드(ZnO), 은 옥사이드(Ag2O), 망간 옥사이드(MnO), 디타늄 다이옥사이드(TiO2), 바륨 옥사이드(BaO), 납 옥사이드(PbO), 세륨 옥사이드(CeO2), 비스무트 옥사이드(Bi2O3), 카드뮴 옥사이드(CdO), 페라이트(Fe3O4), 및 페로브스카이트 옥사이드(ABC3, 이때 A는 2가 양이온이고, B는 4가 양이온이고, C는 O임)를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 또한, 3상, 4상 또는 그보다 많은 상의 금속 옥사이드 역시 적용가능할 수 있다. 또한, 상기 언급된 화합물의 고용체 및/또는 도핑된 변형체, 또는 이러한 종류의 다른 화합물(이는, 화학량론적이거나 또는 비-화학량론적(off-stoichiometric) 화합물일 수 있음) 역시 가능할 수 있다. 이후에 더 자세히 설명되는 바와 같이, 투명하거나 반투명한 특성을 동시에 나타낼 수도 있는 금속 옥사이드를 선택하는 것이 바람직할 수 있다.
IV족 원소 또는 화합물과 관련하여, 이러한 종류의 반-전도성 물질은, 도핑된 다이아몬드(C), 도핑된 규소(Si), 규소 카바이드(SiC), 및 규소 게르마늄(SiGe)을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있으며, 상기 반-전도성 물질은 결정질 또는 바람직하게는 미세결정질 또는 비결정질 반-전도성 물질로부터 선택될 수 있다. 특히, 고 저항률, 고 전하-캐리어 수명 및 낮은 표면 재조합 속도를 동시에 나타낼 수 있는 규소계 광전도체를 제공하기 위해, 저 도판트 농도 및 저 결함 밀도를 포함하는 도핑된 규소(예컨대, 규소 부유 대역 웨이퍼에 존재함)가 바람직하게 선택될 수 있다. 이를 위하여, 상기 규소 웨이퍼는 특히 하기를 나타낸다:
- 1013 cm-3, 1012 cm-3, 1011 cm-3 이하의 도판트 물질의 원자들의 도판트 농도;
- 5×102 Ω· cm, 바람직하게는 5×103 Ω· cm, 더욱 바람직하게는 104 Ω· cm 이상의 전기 저항률; 및
- 한편으로는, 목적하는 높은 전하-캐리어 수명, 및 다른 한편으로는, 표적 파장의 광의 상당량을 흡수하기에 충분한 물질의 양을 제공하기 위한, 500 μm, 더욱 바람직하게는 300 μm 내지 1 μm, 더욱 바람직하게는 10 μm 범위의 두께.
특히 바람직한 실시양태에서, 상기 광전도성 물질은 소위 "옴 접촉(Ohmic contact)"에 의해 접촉될 수 있다. 본원에서 "옴 접촉"은, 옴(Ohm)의 법칙에 따라 선형 전류-전압 비를 나타내지만, 기술된 바와 같은 임의의 광기전 특성은 포함하지 않는 전기 접합을 지칭할 수 있다. 반면에, 선형 전류-전압 비를 나타내지 않는 전기 접합(junction)은 "비-옴(non-Ohmic) 접촉"으로 명명될 수 있다. 이와 관련하여, 비-옴 접촉은, 일반적으로, 다수의 실시양태에서, 비제한적으로, p-n 접합 및 본원에 기술된 바와 같은 쇼트키 장벽를 나타내는 것으로 공지되어 있다. 옴-접촉을 제공하기 위해, 금, 은, 은-니켈, 은-철, 은-흑연, 은-카드뮴 옥사이드, 은-주석 옥사이드, 구리, 백금, 팔라듐, 팔리니(paliney) 합금, 인듐, 갈륨, 인듐 아말감, 또는 그라핀이 사용될 수 있으며, 이때 인듐 또는 갈륨은 바람직하게는 카드뮴 설파이드(CdS)와 조합으로 사용될 수 있고, 인듐 아말감은 기타 II-VI 화합물과 함께 사용하기에 특히 적합할 수 있다. 그러나, 실제 제조 공정에 따라, 옴 접촉 또는 비-옴 접합이 수득될 수 있다.
일반적으로, 다른 물질로 도핑함으로써 또는 나노결정질, 미세결정질 또는 비결정질 구조를 수득함으로써 트랩 수준이 도입될 수 있는 경우, 3차원 결정 구조 및 적용되는 스펙트럼 영역 아래쪽에 가까운 광학 갭을 갖는 반도체 물질이 중요할 수 있다. 도핑은 특히, 반도체의 밴드 구조(바람직하게는 전도 밴드)가, 바람직하게는 상기 전도 밴드보다 에너지적으로 높거나 또는 낮은 에너지 수준을 갖는 도핑 물질의 에너지 수준에 의해 증가될 수 있는 방식으로, 상기 반도체에 금속 원자 또는 염을 가함으로써 달성될 수 있다. 특정 예로서, 문헌[F. Stockmann, Superlinear photoconductivity, Phys. Stat. Solidi 34, 751-757, 1969]에 따르면, 광전도성 물질에서는 양의 FiP-효과 및 음의 FiP-효과 둘 다를 달성하는 것이 가능할 수 있으며, 이때 상기 광전도성 물질은, 선택된 광전도성 물질 내 트랩 및/또는 재조합 중심의 위치 및/또는 농도가 상이할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 상기 유기 광전도성 물질은 특히, 유기 화합물, 특히 적절한 광전도 특성, 바람직하게는 폴리비닐카바졸(일반적으로 제로그라피에 사용되는 화합물)을 포함하는 것으로 공지될 수 있는 유기 화합물일 수 있거나 또는 이를 포함할 수 있다. 그러나, 하기에서 더 자세히 기술되는 다수의 다른 유기 분자 역시 가능할 수 있다.
인쇄 및 이미지화 시스템과 관련하여, 문헌[P. Gregory, Ed., Chemistry and Technology of printing and imaging systems, Chapman & Hall, 1996, Chap. 4, R.S. Gairns, Electrophotography, p. 76-112]을 참고할 수 있으며, 여기에서는 제로그라피 기술 및 제로그라피에 사용되는 각각의 광전도체가 기술된다. 여기에서는, 특정 예로서, 문헌[R. M. Schaffert, IBM J. Res. Develop., 1971, p. 75-89]에서 제일 먼저 제시되고 공여체 분자로서의 폴리비닐카바졸(1) 및 수용체 분자로서의 트라이나이트로플루오레논(2)에 기초한 전하-이동 복합체를 포함하는 시스템이 사용될 수 있다.
Figure pct00001
상기 예로부터, 특히, 대응 광전도 공정의 특성에 대한 영향을 입증하는 것으로서, 상기 유기 광전도체가 2개의 상이한 종류의 유기 물질의 시스템을 포함한다는 면에서, 상기 유기 광전도체가 일반적으로 이의 무기 대응부분과 상이하다는 것을 유추할 수 있다. 이러한 선택의 이유는, 전기장 내에 위치하는 상기 유기 광전도체에 부딪히는 광은 흡수될 수 있으며, 후속적으로 한쌍의 전기 전하를 생성할 수 있고, 이는 추가로 상기 유기 광전도체의 광전도도에 영향을 주는 전류 형태로 이동될 수 있다는 관찰에서 확인될 수 있다.
따라서, 유기 광전도체를 사용하는 경우, 한편으로는, 전기 전하의 전송으로부터 전하를 생성하고, 다른 한편으로는, 공여체-유사 "전자 공여체 물질" 또는 "전하-생성 물질"(약어: "CGM")로서 및 수용체 유사 "전자 수용체 물질" 또는 "전하-수송 물질"(약어: "CTM")로서의 2가지 상이한 종류의 유기 물질을 사용하여, 상기 언급된 2 종류의 공정을 분리하는 것이 가능할 수 있다. 전술된 바와 같은 예로부터 유추될 수 있는 바와 같이, 상기 폴리비닐카바졸(1)은 전하-생성 물질로서 간주될 수 있고, 상기 트라이나이트로플루오레논(2)은 전하-수송 물질로서 간주될 수 있으며, 이들은 각각, 상기 유기 전하-전달 복합체를 포함하는 상기 언급된 시스템에서 공여체 분자 및 수용체 분자로서 기능한다.
따라서, 특히 바람직한 실시양태에서, 상기 유기 광전도체는, 전하-생성 물질로서 사용되는 하나 이상의 공액결합된 방향족 분자, 바람직하게는 고도로 공액결합된 방향족 분자, 특히 염료 또는 안료를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 특히 광전도 특성을 나타내는 공액결합된 방향족 분자의 바람직한 예는, 프탈로시아닌, 예컨대 금속 프탈로시아닌, 특히 TiO-프탈로시아닌; 나프탈로시아닌, 예컨대 금속-나프탈로시아닌, 특히 TiO-나프탈로-시아닌; 서브프탈로시아닌, 예컨대 금속-서브프탈로시아닌; 페릴렌, 안트라센; 피렌; 올리고- 및 폴리티오펜; 풀러렌; 인디고이드 염료, 예컨대 티오인디고; 비스-아조 안료; 스쿠아릴륨 염료; 티아피릴륨 염료; 아줄레늄 염료; 다이티오케토-피롤로피롤; 퀸아크리돈; 및 광전도 특성을 나타낼 수 있는 기타 유기 물질, 예컨대 다이브로모안탄트론, 또는 이들의 유도체 또는 조합물을 포함한다. 그러나, 다른 공액결합된 방향족 분자, 또는 추가로, 또한 무기 물질과 조합된 다른 종류의 유기 물질 역시 가능할 수 있다.
프탈로시아닌과 관련하여, 문헌[Frank H. Moser and Arthur L. Thomas, Phthalocyanine Compounds, Reinhold Publishing, New York, 1963, p. 69-76] 뿐만 아니라 문헌[Arthur L. Thomas, Phthalocyanine Research and Applications, CRC Press, Boca Raton, 1990, p. 253-272]을 참조할 수 있다. 상기 문헌에서 제시되는 바와 같이, 이수소프탈로시아닌(3) 또는 금속 프탈로시아닌(4)이 바람직하게는 본 발명에 따른 검출기에 사용될 수 있다:
Figure pct00002
Figure pct00003
여기서, 금속 프탈로시아닌(4)은 바람직하게는, 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 게르마늄(Ge), 또는 아연(Zn), 또는 무기 화합물에 포함된 금속, 예컨대 Al-Cl, Ga-Cl, In-Cl, TiOCl, VO, TiO, HGa, Si(OH)2, Ge(OH)2, Sn(OH)2, 또는 Ga(OH) 중 하나로부터 선택되는 금속(M)을 포함할 수 있다.
인디고이드 염료와 관련하여, 미국 특허 제 4 952 472 A 호를 참조할 수 있으며, 여기서는 하기 3가지 구조(5a, 5b, 5c)가 개시되며, 이때 X는 O, S, 또는 Se일 수 있다:
Figure pct00004
(5a)
Figure pct00005
(5b)
Figure pct00006
(5c).
여기서, 바람직한 인디고이드는, 예를 들어, 문헌[K. Fukushima et al., Crystal Structures and Photocarrier Generation of Thioindigo Derivatives, J. Chem. Phys. B, 102, 1988, p. 5985-5990]에 개시되어 있는 화합물 4,4',7,7'-테트라클로로티오인디고(6)를 포함할 수 있다:
Figure pct00007
.
비스-아조 안료와 관련하여, 바람직한 예는, 하기 구조를 포함하는 클로로다이안 블루(7)일 수 있다:
Figure pct00008
.
페릴렌 유도체와 관련하여, 바람직하게는 페릴렌비스이미드(8a) 또는 페릴렌모노이미드(8b)(이때, R은 유기 잔기, 바람직하게는 분지되거나 비분지된 알킬 쇄임)가 광전도성 유기 물질로서 사용될 수 있다:
Figure pct00009
(8a)
Figure pct00010
(8b).
스쿠아릴륨 염료와 관련하여, 바람직한 예는 하기 분자(9)를 포함할 수 있다:
Figure pct00011
.
티아피릴륨 염료와 관련하여, 바람직한 예는, 하기 구조를 갖는 분자(10)를 포함할 수 있다:
.
Figure pct00012
또한, 미국 특허 제 4 565 761 A 호는, 다수의 아줄레늄 염료, 예컨대 하기 바람직한 화합물(11)을 개시하고 있다:
Figure pct00013
.
다이티오케토-피롤로피롤과 관련하여, 미국 특허 제 4 760 151 A 호는, 다수의 화합물, 예컨대 하기 바람직한 분자(12)를 개시하고 있다:
Figure pct00014
.
퀸아크리돈과 관련하여, 미국 특허 제 4 760 004 A 호는, 상이한 티오퀸아크리돈 및 이소티오-퀸아크리돈, 예컨대 하기 바람직한 광전도성 화합물(13)을 개시하고 있다:
Figure pct00015
.
전술된 바와 같이, 다른 유기 물질, 예컨대 다이브로모안탄트론(14) 역시, 본 발명에 따른 검출기에 사용되기에 충분한 광전도 특성을 나타낼 수 있다:
Figure pct00016
.
또한, 하나 이상의 광전도체 및 하나 이상의 감광제를 포함하는 혼합물(예를 들어, 미국 특허 제 3 112 197 A 호 또는 유럽 특허 출원 제 0 112 169 A2 호 및 이들 각각의 참고문헌에 추가로 명시됨) 역시, 본 발명에 따른 검출기에 사용되기에 적합할 수 있다. 따라서, 염료 감광제를 포함하는 광전도성 층이 이러한 목적을 위하여 사용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 전자 공여체 물질 및 상기 전자 수용체 물질은, 상기 광전도성 물질을 혼합물 형태로 포함하는 층 내에 포함될 수 있다. 일반적으로 용어 "혼합물"은, 2종 이상의 개별적인 화합물의 배합물에 관한 것이며, 이때 상기 혼합물 내의 개별적인 화합물은 이들의 화학적 정체성을 유지한다. 특히 바람직한 실시양태에서, 상기 혼합물은 상기 전자 공여체 물질 및 상기 전자 수용체 물질을 1:100 내지 100:1, 더욱 바람직하게는 1:10 내지 10:1의 비, 특히 1:2 내지 2:1, 예컨대 1:1의 비로 포함할 수 있다. 그러나, 특히, 포함되는 개별적인 화합물의 종류 및 개수에 따라, 각각의 화합물의 다른 비 역시 적용가능할 수 있다. 바람직하게는, 혼합물 형태로 포함되는 상기 전자 공여체 물질 및 상기 전자 수용체 물질은 공여체 도메인(여기에는, 상기 전자 공여체 물질이 주로, 특히 완전히 존재할 수 있음) 및 수용체 도메인(여기에는, 상기 전자 수용체 물질이 주로, 특히 완전히 존재할 수 있음)의 상호침투형 네트워크를 구성할 수 있으며, 상기 공여체 도메인과 상기 수용체 도메인 사이에 계면 영역이 존재할 수 있고, 퍼콜레이션(percolation) 경로 형태의 전도성 경로로서 각각의 전극에 대응 도메인을 연결할 수 있다.
다른 바람직한 실시양태에서, 상기 광전도성 층 내의 전자 공여체 물질은 공여체 중합체, 특히 유기 공여체 중합체를 포함할 수 있으며, 상기 전자 수용체 물질은, 바람직하게는 풀러렌계 전자 수용체 물질, 테트라시아노퀴노다이메탄(TCNQ), 페릴렌 유도체, 및 수용체 중합체를 포함하는 군으로부터 선택되는 수용체 소분자를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 전자 공여체 물질은 공여체 중합체를 포함할 수 있고, 상기 전자 수용체 물질은 수용체 중합체를 포함하여, 모든-중합체 광전도성 층에 대한 기반을 제공할 수 있다. 특정 실시양태에서, 상기 공여체 중합체 중 하나 및 상기 수용체 중합체 중 하나로부터 공중합체가 구성될 수 있으며, 따라서, 이는, 상기 공중합체의 각각의 구성요소들의 각각의 기능에 기초한 "푸시-풀(push-pull) 공중합체"로도 명명될 수 있다. 일반적으로 용어 "중합체"는, 일반적으로 다수의 분자 반복 단위(이는, 일반적으로 "단량체" 또는 "단량체 단우"로서 명명됨)를 포함하는 거대분자를 지칭한다. 본 발명의 목적을 위하여, 그러나, 합성 유기 중합체가 바람직할 수 있다. 이와 관련하여, 용어 "유기 중합체"는, 유기 화학적 화합물로서 귀속될 수 있는 단량체 단위의 성질을 지칭한다. 본원에서 용어 "공여체 중합체"는, 특히 전자 공여체 물질로서 전자를 제공하기에 적합할 수 있는 중합체를 지칭한다. 유사하게, 용어 "수용체 중합체"는, 특히 전자 수용체 물질로서 전자를 수용하기에 적합할 수 있는 중합체를 지칭한다. 바람직하게는, 상기 유기 전자 공여체 물질 및 상기 유기 전자 수용체 물질을 포함하는 층은 100 nm 내지 2000 nm의 두께를 나타낼 수 있다.
따라서, 상기 하나 이상의 전자 공여체 물질은 공여체 중합체, 특히 유기 공여체 중합체를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 공여체 중합체는 공액결합된 시스템을 포함할 수 있으며, 여기서는 탈-국소화된(delocalized) 전자가, 교대하는 단일 및 다중 결합과 함께 결합된 원자들의 그룹 위쪽에 분배될 수 있으며, 상기 공액결합된 시스템은 환형, 비환형 및 선형 중 하나 이상일 수 있다. 따라서, 상기 유기 공여체 중합체는 바람직하게는, 하기 중합체 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다:
- 폴리[3-헥실티오펜-2,5-다이일](P3HT),
- 폴리[3-(4-n-옥틸)-페닐티오펜](POPT),
- 폴리[3-10-n-옥틸-3-페노티아진-비닐렌티오펜-코-2,5-티오펜](PTZV-PT), 폴리[4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]벤조[1,2-b:4,5-b']다이티오펜-2,6-다이일][3-플루오로-2-[(2-에틸헥실)카보닐]티에노[3,4-b]티오펜다이일](PTB7),
- 폴리[티오펜-2,5-다이일-알트-[5,6-비스(도데실옥시)벤조[c][1,2,5]티아다이아졸]-4,7-다이일](PBT-T1),
- 폴리[2,6-(4,4-비스-(2-에틸-헥실)-4H-사이클로펜타[2,1-b;3,4-b']다이티오펜)-알트-4,7(2,1,3-벤조티아다이아졸)](PCPDTBT),
- 폴리[5,7-비스(4-데칸일-2-티엔일)-티에노(3,4-b)다이아티아졸티오펜-2,5](PDDTT),
- 폴리[N-9'-헵타데칸일-2,7-카바졸-알트-5,5-(4',7'-다이-2-티엔일-2',1',3'-벤조티아다이아졸)](PCDTBT),
- 폴리[(4,4'-비스(2-에틸-헥실)다이티에노[3,2-b;2',3'-d]실롤)-2,6-다이일-알트-(2,1,3-벤조티아다이아졸)-4,7-다이일](PSBTBT),
- 폴리[3-페닐하이드라존 티오펜](PPHT),
- 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌](MEH-PPV),
- 폴리[2-메톡시-5-(2'-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌-1,2-에틸렌-2,5-다이메톡시-1,4-페닐렌-1,2-에틸렌](M3EH-PPV),
- 폴리[2-메톡시-5-(3',7'-다이메틸-옥틸-옥시)-1,4-페닐렌비닐렌](MDMO-PPV),
- 폴리[9,9-다이-옥틸플루오렌-코-비스-N,N-4-부틸페닐-비스-N,N-페닐-1,4-페닐렌다이아민](PFB),
또는 이들의 유도체, 변형체 또는 혼합물.
그러나, 다른 종류의 공여체 중합체 또는 추가의 전자 공여체 물질, 특히, 적외선 스펙트럼 범위(특히, 1000 nm 초과) 내에서 민감한 중합체, 바람직하게는 다이케토피롤로피롤 중합체, 특히 유럽 특허 출원 제 2 818 493 A1 호에 기술된 바와 같은 중합체, 더욱 바람직하게는 상기 출원에서 "P-1" 내지 "P-10"으로 지칭된 중합체; 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/086722 A1 호에 개시된 바와 같은 벤조다이티오펜 중합체, 특히 벤조다이티오펜 단위를 포함하는 다이케토피롤로피롤 중합체; 미국 특허 출원 공개 제 2015/0132887 A1 호에 따른 다이티에노벤조퓨란 중합체, 특히 다이케토피롤로피롤 단위를 포함하는 다이티에노벤조퓨란 중합체; 미국 특허 출원 공개 제 2015/0111337 A1 호에 기술된 바와 같은 페난트로[9, 10-B]퓨란 중합체, 특히 다이케토피롤로피롤 단위를 포함하는 페난트로[9, 10-B]퓨란 중합체; 및 특히 다이케토피롤로피롤 올리고머를 1:10 또는 1:100의 올리고머-중합체 비로 포함하는 중합체 조성물, 예컨대 미국 특허 출원 공개 제 2014/0217329 A1 호에 개시된 것이 또한 적합할 수 있다.
상기에 추가로 언급된 바와 같이, 상기 전자 수용체 물질은 바람직하게는 풀러렌계 전자 수용체 물질을 포함할 수 있다. 일반적으로 용어 "풀러렌"은, 순수한 탄소의 케이지형 분자, 예컨대 부크민스터(Buckminster) 풀러렌(C60) 및 관련된 구형 풀러렌을 지칭한다. 원칙적으로, C20 내지 C2000 범위의 풀러렌이 사용될 수 있으며, C60 내지 C96 범위, 특히 C60, C70 및 C84가 바람직하다. 화학적으로 개질된 풀러렌, 특히
- [6,6]-페닐-C61-부티르산 메틸 에스터(PC60BM),
- [6,6]-페닐-C71-부티르산 메틸 에스터(PC70BM),
- [6,6]-페닐 C84 부티르산 메틸 에스터(PC84BM), 또는
- 인덴-C60 비스부가물(ICBA)
중 하나 이상뿐만 아니라,
1개 또는 2개의 C60 또는 C70 잔기를 포함하는 이량체, 특히
- 1개의 부착된 올리고에터(OE) 쇄를 포함하는 다이페닐메타노풀러렌(DPM) 잔기(C70-DPM-OE), 또는
- 2개의 부착된 올리고에터(OE) 쇄를 포함하는 다이페닐메타노풀러렌(DPM) 잔기(C70-DPM-OE2),
또는 이들의 유도체, 변형체 또는 혼합물
이 특히 바람직하다. 그러나, TCNQ, 또는 페릴렌 유도체 역시 적합할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 상기 전자 수용체 물질은 바람직하게는 수용체 중합체를 포함할 수 있다. 일반적으로, 이를 위하여, 시아네이트화된 폴리(페닐렌비닐렌), 벤조티아다이아졸, 페릴렌 또는 나프탈렌다이이미드에 기초한 공액결합된 중합체가 바람직하다. 특히, 상기 수용체 중합체는 바람직하게는, 하기 중합체 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다:
- 시아노-폴리[페닐렌비닐렌](CN-PPV), 예컨대 C6-CN-PPV 또는 C8-CN-PPV,
- 폴리[5-(2-(에틸헥실옥시)-2-메톡시시아노테레프탈릴리덴](MEH-CN-PPV),
- 폴리[옥사-1,4-페닐렌-1,2-(1-시아노)-에틸렌-2,5-다이옥틸옥시-1,4-페닐렌-1,2-(2-시아노)-에틸렌-1,4-페닐렌](CN-에터-PPV),
- 폴리[1,4-다이옥틸옥실-p-2,5-다이시아노페닐렌비닐렌](DOCN-PPV),
- 폴리[9,9'-다이옥틸플루오렌-코-벤조티아다이아졸](PF8BT),
또는 이들의 유도체, 변형체 또는 혼합물.
그러나, 다른 종류의 수용체 중합체 역시 적합할 수 있다.
상기 공여체 중합체 또는 상기 전자 수용체 물질로서 사용될 수 있는 상기 언급된 화합물에 대한 자세한 사항은, 문헌[L. Biana, E. Zhua, J. Tanga, W. Tanga, and F. Zhang, Progress in Polymer Science 37, 2012, p. 1292-1331], 문헌[A. Facchetti, Materials Today, Vol. 16, No. 4, 2013, p. 123-132], 및 문헌[S. Gunes and N. S. Sariciftci, Inorganica Chimica Acta 361, 2008, p. 581-588] 뿐만 아니라 이들 문헌에 인용된 각각의 참고문헌에서의 논의를 참고할 수 있다. 추가의 화합물은 논문[F.A. Sperlich, Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy of Conjugated Polymers and Fullerenes for Organic Photovoltaics, Julius-Maximilians-Universitat Wurzburg, 2013] 및 이에 인용된 참고문헌에 기술되어 있다.
유기 광전도성 물질 층을 사용하면, 특히 공지된 무기 광전도성 물질과 관련하여 다수의 이점을 나타낸다. 유기 광전도성 물질 층은 바람직하게는, 공지된 고-처리량(high-throughput) 방법에 의해, 특히 침착 방법, 바람직하게는 코팅 방법, 더욱 바람직하게는 스핀 코팅 방법, 슬롯-코팅 방법 또는 블레이드-코팅 방법에 의해, 또는 대안적으로, 증발에 의해 제조될 수 있다. 이러한 종류의 공정에 의해, 100 μm 내지 2000 μm, 특히 200 μm 내지 750 μm의 두께를 나타낼 수 있는 투명 또는 반투명(semi-transparent 또는 translucent) 층이 용이하게 수득될 수 있다. 따라서, 이러한 방식으로 수득된 유기 광전도성 물질의 투명도 또는 반투명도는, 이러한 종류의 물질 층을 각각 포함하는 종방향 센서들의 적층체를 제공하도록 한다. 그러나, 하기에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 본 발명에 따른 광학적 검출기는, 칼코게나이드 광전도성 물질(예컨대, 납 설파이드(PbS), 납 셀레나이드(PbSe), 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe; 'MCT'로도 축약됨) 또는 수은 아연 텔루라이드(HgZnTe; 'MZT'로도 축약됨))가 이미 사용된 공지된 IR 검출기와 특히 상이하다. 최신 IR 검출기에서는, 다양한 이유에서, 예컨대 탁월한 신호 품질을 수득하기 위해, 특히, 흔히 어려운 측정 조건 하에 높은 신호-대-노이즈 비를 달성하기 위해, 상기 언급된 것들 또는 다른 칼코게나이드 광전도성 물질 중 하나 이상을 포함할 수 있는 센서 영역을 가능한 멀리까지 조사하는 것이 필수적이다. 이러한 관점에서, 상기 센서 영역 상에 충돌할 수 있는 광 빔의 단면을 감소시키는 것을 고려하는 것은 심지어 완전히 기만적인 것으로 간주될 것이다. 공지된 IR 검출기 분야에서는, 상기 센서 영역을 완전히 조사하는 것이 오히려 가장 최상의 실시이며, 이로부터의 임의의 일탈은 잘못된 실험 구성으로 간주될 것이다.
그럼에도 불구하고, 최신 기술에 따른 이러한 오랫동안 공지된 개념과 반대로, 광전도성 물질, 바람직하게는, 전술된 바와 같은 및/또는 하기에서 더 자세히 기술되는 바와 같은 하나 이상의 광전도성 물질을 포함하는 센서 영역 상에 충돌할 수 있는 광 빔의 단면을 변화시키는 것이 여전히 특히 유리할 수 있다. 따라서, 평가 장치에서 상기 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 평가함으로써, 상기와 같은 특정 조합을 사용하여 다소 놀라운 방식으로, 이후에 상기 광학적 검출기의 센서 영역 상에 충돌할 수 있는 광 빔을 방출하고/하거나 반사할 수 있는 물체의 종방향 위치(예컨대, 깊이)에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하는 것이 가능할 수 있다. 따라서, 결과적으로, 상기 광전도성 물질 상에 충둘하는 입사 광 빔의 단면의 변화와 조합된 적절한 광전도성 물질의 사용 및 특별히 개조된 평가 장치의 적용은, 이제까지 가능할 수 없었던 확장된 측정 옵션을 열 수 있을 것이다.
본원에서 용어 "평가 장치"는 일반적으로, 정보의 항목, 즉, 물체의 위치의 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된 임의 장치를 지칭한다. 예로서, 평가 장치는 하나 이상의 ASIC(application-specific integrated circuit)와 같은 하나 이상의 집적 회로 및/또는 하나 이상의 컴퓨터, 바람직하게는 하나 이상의 마이크로컴퓨터 및/또는 마이크로제어기와 같은 하나 이상의 데이터 처리 장치이거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 AD 변환기 및/또는 하나 이상의 필터와 같은 센서 신호의 수신 및/또는 전처리를 위한 하나 이상의 장치와 같은, 하나 이상의 전처리 장치 및/또는 데이터 획득 장치와 같은 추가적인 구성요소가 포함될 수 있다. 본원에서, 센서 신호는 종방향 센서 신호, 및 적용가능한 경우 횡방향 센서 신호 중 하나를 일반적으로 지칭할 수 있다. 더욱이, 평가 장치는 하나 이상의 데이터 저장 장치를 포함할 수 있다. 더욱이, 전술된 바와 같이, 평가 장치는 하나 이상의 무선 인터페이스 및/또는 하나 이상의 유선 결합 인터페이스와 같은 하나 이상의 인터페이스를 포함할 수 있다.
하나 이상의 평가 장치는, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램, 예를 들어 정보 항목을 생성하는 단계를 수행 또는 지원하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 수행하도록 구성될 수 있다. 예로서, 센서 신호를 입력 변수로서 이용함으로써, 물체의 위치로의 사전결정된 변환을 수행할 수 있는 하나 이상의 알고리즘이 구현될 수 있다.
상기 평가 장치는 특히 하나 이상의 데이터 처리 장치, 특히, 센서 신호를 평가함으로써 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있는 전자 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 평가 장치는 센서 신호를 입력 변수로서 이용하고, 이들 입력 변수를 처리함으로써 물체의 횡방향 위치 및 종방향 위치에 대한 정보 항목을 생성하도록 설계된다. 이러한 처리는 병렬로, 후속적으로 또는 심지어 결합된 방식으로 수행될 수 있다. 상기 평가 장치는 하나 이상의 저장된 및/또는 공지된 관계를 계산 및/또는 이용함에 의한 것과 같은, 이들 정보 항목을 생성하기 위한 임의의 공정를 이용할 수 있다. 센서 신호 이외에, 하나 또는 복수의 다른 파라미터 및/또는 정보 항목이 위에서와 같은 관계, 예를 들면, 변조 주파수에 대한 하나 이상의 정보 항목에 영향을 미칠 수 있다. 관계는 경험적으로, 분석적으로 또는 반경험적으로(semi-empirically) 결정되거나 또는 결정가능할 수 있다. 특히 바람직하게, 관계는 하나 이상의 보정 곡선, 보정 곡선들의 하나 이상의 세트, 하나 이상의 함수 또는 언급된 가능성들의 조합을 포함한다. 하나 또는 복수의 보정 곡선은 예를 들면, 데이터 저장 장치 및/또는 표에, 예를 들면, 값들의 세트 및 그것의 관련된 함수 값들의 형태로 저장될 수 있다. 그러나, 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 보정 곡선은, 예를 들면 파라미터화된 형태로 및/또는 함수 방정식으로서 또한 저장될 수 있다. 센서 신호를 정보 항목으로 처리하기 위한 별도의 관계들이 이용될 수 있다. 대안적으로, 센서 신호를 처리하기 위한 하나 이상의 결합된 관계가 가능하다. 다양한 가능성들이 고려될 수 있으며, 또한 결합될 수 있다.
예로써, 상기 평가 장치는 정보 항목을 결정하려는 목적을 위한 프로그래밍의 관점에서 설계될 수 있다. 상기 평가 장치는 특히 하나 이상의 컴퓨터, 예를 들면, 하나 이상의 마이크로컴퓨터를 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 평가 장치는 하나 또는 복수의 휘발성 또는 비휘발성 데이터 메모리를 포함할 수 있다. 데이터 처리 장치(특히, 하나 이상의 컴퓨터)에 대한 대안으로서 또는 추가적으로, 상기 평가 장치는 정보 항목, 예를 들면, 전자 표 및 특히 하나 이상의 순람표 및/또는 하나 이상의 ASIC을 결정하기 위해 설계되는 하나 또는 복수의 다른 전자 구성요소를 포함할 수 있다.
전술된 바와 같이, 상기 검출기는 하나 이상의 평가 장치를 갖는다. 특히, 하나 이상의 평가 장치는 또한, 예를 들면, 상기 검출기의 하나 이상의 조명원을 제어하도록 및/또는 상기 검출기의 하나 이상의 변조 장치를 제어하도록 설계된 평가 장치에 의해, 상기 검출기를 완전하게 또는 부분적으로 제어 또는 구동하도록 설계될 수 있다. 상기 평가 장치는, 특히, 복수의 센서 신호와 같은 하나 또는 복수의 센서 신호, 예를 들면, 조명의 상이한 변조 주파수에서 연속적으로 되는 복수의 센서 신호가 픽업(picked up)되는 하나 이상의 측정 사이클을 수행하도록 설계될 수 있다.
전술된 바와 같이, 상기 평가 장치는 하나 이상의 센서 신호를 평가함으로써 물체의 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된다. 상기 물체의 위치는 정적일 수 있거나 또는 심지어 물체의 하나 이상의 이동, 예를 들면, 검출기 또는 그 부분들과 물체 또는 그 부분들 사이의 상대적인 이동을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상대적인 이동은 일반적으로 하나 이상의 선형 이동 및/또는 하나 이상의 회전 이동을 포함할 수 있다. 이동 정보의 항목은, 예를 들면, 상이한 시간들에 픽업된 2개 이상의 정보 항목의 비교에 의해 또한 획득될 수 있어서, 예를 들면, 위치 하나 이상의 정보 항목이 속도 하나 이상의 정보 항목 및/또는 가속도 하나 이상의 정보 항목, 예를 들면, 물체 또는 그 부분들과 검출기 또는 그 부분들 사이의 하나 이상의 상대적인 속도에 대한 하나 이상의 정보 항목을 또한 포함할 수 있게 된다. 특히, 위치 하나 이상의 정보 항목은 일반적으로, 물체 또는 그 부분들과 검출기 또는 그 부분들 사이의 거리, 특히, 광학적 경로 길이에 대한 정보의 항목; 물체 또는 그 부분들과 임의적인 전송 장치 또는 그 부분들 사이의 거리 또는 광학적 거리에 대한 정보의 항목; 검출기 또는 그 부분들에 대한 물체 또는 그 부분들의 위치선정에 대한 정보의 항목; 검출기 또는 그 부분들에 대한 물체 및/또는 그 부분들의 방향성에 대한 정보의 항목; 물체 또는 그 부분들과 검출기 또는 그 부분들 사이의 상대적인 이동에 대한 정보의 항목; 물체 또는 그 부분들의 2차원 또는 3차원 공간 구성, 특히, 물체의 기하구조 또는 형태에 대한 정보 항목으로부터 일반적으로 선택될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 위치 하나 이상의 정보 항목은, 예를 들면 물체 또는 이의 하나 이상의 부분의 하나 이상의 위치에 대한 정보의 항목; 물체 또는 이의 일부의 하나 이상의 방향에 대한 정보의 항목; 물체 또는 이의 일부의 기하구조 또는 형태에 대한 정보의 항목; 물체 또는 이의 일부의 속도에 대한 정보의 항목; 물체 또는 이의 일부의 가속도에 대한 정보 항목; 및 검출기의 가시 범위 내에 물체 또는 이의 일부의 존재 또는 부재에 대한 정보 항목으로 구성되는 군로부터 선택될 수 있다.
위치 하나 이상의 정보 항목은, 예를 들면 하나 이상의 좌표계, 예를 들어 검출기 또는 그 부분들이 놓이는 좌표계에서 지정될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 위치 정보는 또한 단순히, 예를 들면, 검출기 또는 그 부분들과 물체 또는 그 부분들 사이의 거리를 포함할 수 있다. 언급된 가능성들의 조합이 또한 고려될 수 있다.
본 발명의 특정 실시양태에서, 상기 검출기는 2개 이상의 종방향 광학 센서를 포함할 수 있으며, 각각의 종방향 광학 센서는 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 예로서, 상기 센서 영역 또는 상기 종방향 광학 센서의 센서 표면은 이에 따라 평행하게 배향될 수 있으며, 약간의, 예컨대 10° 이하, 바람직하게는 5° 이하의 각 허용오차(tolerance)가 허용가능할 수 있다. 본원에서, 바람직하게는, 상기 검출기의 모든 종방향 광학 센서(이들은, 검출기의 광축을 따라 적층체 형태로 배열될 수 있음)은 투명할 수 있다. 따라서, 광 빔은, 다른 종방향 광학 센서 상에 충돌하기 이전에, 바람직하게는 후속적으로 제 1 투명한 종방향 광학 센서를 통과할 수 있다. 따라서, 상기 물체로부터의 광 빔은 후속적으로, 상기 광학적 검출기 내에 존재하는 모든 종방향 광학 센서에 도달할 수 있다. 본원에서, 상이한 종방향 광학 센서는, 입사 광 빔에 대해 동일하거나 상이한 스펙트럼 민감도를 나타낼 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 검출기는, 특히 하나 이상의 횡방향 광학 센서와 함께, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호에 개시된 바와 같은 종방향 광학 센서들의 적층체를 포함할 수 있다. 예로서, 하나 이상의 횡방향 광학 센서는, 종방향 광학 센서들의 적층체의 물체 쪽으로 대면하는 한 면 상에 위치될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 횡방향 광학 센서는, 종방향 광학 센서들의 적층체의 물체와 떨어진 쪽의 면 상에 위치될 수 있다. 다시, 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 횡방향 광학 센서는 적층체의 종방향 광학 센서들 사이에 놓일 수 있다. 그러나, 예를 들어, 물체의 깊이를 결정하는 것만 목적으로 하는 경우, 단일 종방향 광학 센서만 포함할 수 있고 횡방향 광학 센서는 포함하지 않는 실시양태가 여전히 가능할 수 있다.
본원에서 용어 "횡방향 광학 센서"는 일반적으로, 물체로부터 검출기로 이동하는 하나 이상의 광 빔의 횡방향 위치를 결정하도록 구성되는 장치를 지칭한다. 용어 "위치"와 관련하여, 상기 정의를 참조할 수 있다. 따라서, 바람직하게, 횡방향 위치는 검출기의 광축에 대해 수직인 하나 이상의 차원에서의 하나 이상의 좌표이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 예로서, 횡방향 위치는 횡방향 광학 센서의 감광성 센서 표면 상에서와 같이, 광축에 대해 수직인 평면에서의 광 빔에 의해 생성된 광 스팟(light spot)의 위치일 수 있다. 예로서, 평면에서의 위치는 데카르트 좌표 및/또는 극좌표에서 주어질 수 있다. 다른 실시양태들이 가능하다. 횡방향 광학 센서의 잠재적인 실시양태들을 위해, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호를 참조할 수 있다. 그러나, 다른 실시양태들이 가능하며, 이하에 더욱 상세히 기술될 것이다.
횡방향 광학 센서는 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 제공할 수 있다. 본원에서, 일반적으로 횡방향 센서 신호는 횡방향 위치를 나타내는 임의의 신호일 수 있다. 예로서, 횡방향 센서 신호는 디지털 및/또는 아날로그 신호이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 예로서, 횡방향 센서 신호는 전압 신호 및/또는 전류 신호이거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 횡방향 센서 신호는 디지털 데이터이거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 횡방향 센서 신호는 단일의 신호 값 및/또는 일련의 신호 값들을 포함할 수 있다. 횡방향 센서 신호는 둘 이상의 신호를 평균화 및/또는 둘 이상의 신호의 몫을 형성하는 것과 같이, 둘 이상의 개별적인 신호를 결합함으로써 도출되는 임의의 신호를 더 포함할 수 있다.
국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호에 따른 개시내용과 유사한 제 1 실시양태에서, 상기 횡방향 광학 센서는, 하나 이상의 제 1 전극, 하나 이상의 제 2 전극 및 하나 이상의 광기전 물질을 갖는 광학적 검출기일 수 있으며, 이때 상기 광기전 물질은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 함입될 수 있다. 따라서, 상기 횡방향 광학 센서는 하나 이상의 광학적 검출기, 예컨대 하나 이상의 유기 광검출기, 가장 바람직하게는, 하나 이상의 염료-감응성 유기 태양 전지(DSC, 염료 태양 전지로도 지칭됨), 예컨대 하나 이상의 고체 염료-감응성 유기 태양 전지(s-DSC)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 검출기는, 하나 이상의 횡방향 광학 센서로서 기능하는 하나 이상의 DSC(예컨대, 하나 이상의 sDSC), 및 하나 이상의 종방향 광학 센서로서 기능하는 하나 이상의 DSC(예컨대, 하나 이상의 sDSC)를 포함할 수 있다.
이러한 공지된 실시양태와 달리, 본 발명에 따른 횡방향 광학 센서의 바람직한 실시양태는, 광전도성 물질, 바람직하게는 무기 광전도성 물질, 예컨대 상기 및/또는 하기에 기술되는 바와 같은 광전도성 물질 중 하나의 층을 포함할 수 있다. 본원에서, 광전도성 물질 층은, 균질, 결정질, 다결정질, 미세결정질, 나노결정질 및/또는 비결정질 상으로부터 선택되는 조성을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 광전도성 물질 층은, 바람직하게는 인듐 주석 옥사이드(ITO), 불소 도핑된 주석 옥사이드(FTO), 또는 마그네슘 옥사이드(MgO)를 포함하는 투명한 전도성 옥사이드의 2개의 층 사이에 함입될 수 있으며, 이?? 상기 2개의 층 중 하나는 금속 나노와이어, 특히 Ag 나노와이어로 대체될 수 있다. 그러나, 특히, 목적하는 투명한 스펙트럼 범위에 따라, 다른 물질이 가능할 수 있다.
또한, 횡방향 광학 신호를 기록하기 위해 2개 이상의 전극이 존재할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 상기 2개 이상의 전극은 실제로, 2개 이상의 물리적 전극 형태로 배열될 수 있으며, 이때 각각의 물리적 전극은 전기 전도성 물질, 바람직하게는 금속성 전도성 물질, 더욱 바람직하게는 고도의 금속성 전도성 물질, 예컨대 구리, 은, 금, 이러한 종류의 물질을 포함하는 합금 또는 조성물, 또는 그라핀을 포함할 수 있다. 본원에서, 상기 2개 이상의 물리적 전극은 각각, 예컨대 상기 광학 센서와 평가 장치 사이의 수송 경로 내의 추가적인 저항으로 인해, 특히, 가능한 적은 손실을 갖는 종방향 센서 신호를 달성하기 위해, 바람직하게는, 상기 광학 센서 내의 각각의 전극과 광전도성 층 사이에 직접적인 전기 접촉이 달성되는 방식으로 배열될 수 있다. 그러나, 특정 실시양태에서, 상기 언급된 물리적 전극들 중 적어도 하나는 전기 전도성 빔(특히, 전기 전도성 빔이 상기 센서 영역에 충돌함으로써 상기 광학 센서 내의 각각의 전기 전도성 빔과 광전도성 층 사이에 직접적인 전기 접촉을 생성할 수 있는 방식으로 배열될 수 있는 전기 전도성 입자(바람직하게는, 전자)의 빔)에 의해 적어도 부분적으로 대체될 수 있다. 이러한 직접적인 전기 접촉을 상기 광전도성 층에 제공함으로써, 상기 전기 전도성 빔은, 유사하게, 상기 광학 센서로부터 상기 평가 장치로의 종방향 센서 신호의 적어도 일부를 수송하기 위한 수단으로서 기능할 수 있다.
바람직하게는, 상기 횡방향 광학 센서의 전극들 중 적어도 하나는, 2개 이상의 부분 전극을 갖는 분할 전극일 수 있으며, 상기 횡방향 광학 센서는 센서 영역를 가질 수 있고, 상기 하나 이상의 횡방향 센서 신호는 상기 센서 영역 내의 입사 광 빔의 x- 및/또는 y-위치를 나타낼 수 있다. 상기 센서 영역은 물체 쪽으로 대면하는 상기 광학적 검출기의 표면일 수 있다. 상기 센서 영역은 바람직하게는 상기 광축에 대해 수직으로 배향될 수 있다. 따라서, 상기 횡방향 센서 신호는, 상기 횡방향 광학 센서의 센서 영역의 평면 내의 광 빔에 의해 생성되는 광 스팟의 위치를 나타낼 수 있다. 일반적으로, 본원에서 용어 "부분 전극"은, 바람직하게는 다른 부분 전극과 독립적으로, 하나 이상의 전류 및/또는 전압 신호를 측정하도록 구성된 복수개의 전극 중의 하나를 지칭한다. 따라서, 복수개의 부분 전극이 제공되는 경우, 각각의 전극은, 독립적으로 측정되고/되거나 사용될 수 있는 2개 이상의 부분 전극을 통해 복수개의 전위 및/또는 전류 및/또는 전압을 제공하도록 구성된다.
상기 횡방향 광학 센서는 또한, 상기 부분 전극을 통한 전류에 따라 횡방향 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 따라서, 2개의 수평 부분 전극을 통한 전류의 비가 형성되어 x-좌표를 생성할 수 있고/있거나, 수직 부분 전극을 통한 전류의 비가 형성되어 y-좌표를 생성할 수 있다. 상기 검출기, 바람직하게는 상기 횡방향 광학 센서 및/또는 상기 평가 장치는, 상기 부분 전극을 통한 전류의 하나 이상의 비로부터 물체의 횡방향 위치에 대한 정보를 도출하도록 구성될 수 있다. 상기 부분 전극을 통한 전류를 비교함으로써 위치 좌표를 생성하는 다른 방법도 가능하다.
부분 전극은 일반적으로, 센서 구역에서의 광 빔의 위치를 결정하기 위해, 다양한 방식으로 정의될 수 있다. 따라서, 수평 좌표 또는 x좌표를 결정하기 위해 둘 이상의 수평 부분 전극이 제공될 수 있고, 수직 좌표 또는 y좌표를 결정하기 위해 둘 이상의 수직 부분 전극이 제공될 수 있다. 따라서, 부분 전극이 센서 구역의 가장자리에 제공될 수 있고, 센서 구역의 내부 공간은 자유롭게 유지되고 하나 이상의 추가적인 전극 물질에 의해 커버될 수 있다. 이하에 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 추가적인 전극 물질은 바람직하게, 투명 금속 및/또는 투명 도전성 옥사이드 및/또는 가장 바람직하게 투명 도전성 폴리머와 같은 투명한 추가적인 전극 물질일 수 있다.
전극들 중 하나가 3개 또는 그보다 많은 부분 전극을 갖는 분할 전극인, 횡방향 광학 센서를 사용하면, 부분 전극들을 통한 전류가 센서 구역에서의 광 빔의 위치에 의존적일 수 있다. 이는 일반적으로, 옴 손실(Ohmic loss) 또는 저항성 손실(resistive loss)이 부분 전극들 상에 부딪히는 광으로 인한 전하의 생성 위치로부터 도중에 발생될 수 있다는 사실 때문일 수 있다. 따라서, 부분 전극들 이외에, 분할 전극은 부분 전극에 접속된 하나 이상의 추가적인 전극 물질을 포함할 수 있고, 하나 이상의 추가적인 전극 물질은 전기 저항을 제공한다. 따라서, 전기 전하의 생성의 위치로부터 하나 이상의 추가적인 전극 물질을 통한 부분 전극까지의 도중에서의 옴 손실로 인해, 부분 전극을 통한 전류는 전기 전하의 생성의 위치에, 그리고, 그에 따라, 센서 구역에서의 광 빔의 위치에 의존적이다. 센서 구역에서의 광 빔의 위치를 결정하는 이러한 원칙의 세부 사항을 위해, 하기의 바람직한 실시양태 및/또는 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호 및 이의 각각의 참고문헌에 개시된 바와 같은 물리적인 원칙 및 장치 옵션을 참조할 수 있다.
따라서, 상기 횡방향 광학 센서는, 바람직하게는 물체로부터 상기 검출기로 이동하는 광 빔에 투명할 수 있는 센서 영역을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 횡방향 광학 센서는, 하나 이상의 횡방향에서, 예컨대 x- 및/또는 y-방향에서 광 빔의 횡방향 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, 상기 하나 이상의 횡방향 광학 센서는 또한, 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 평가 장치는, 상기 종방향 광학 센서의 횡방향 센서 신호를 평가함으로써, 물체의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태는, 물체로부터 상기 검출기로 전파되는 광 빔의 성질에 대해 언급한다. 본원에서 용어 "광"은 일반적으로, 가시광 스펙트럼 범위, 자외선 스펙트럼 범위 및 적외선 스펙트럼 범위 중 하나 이상 내의 전자기 복사선을 지칭한다. 본원에서, 부분적으로 표준 ISO-21348에 따라, 용어 "가시광 스펙트럼 범위"는 일반적으로, 380 nm 내지 760 nm의 스펙트럼 범위를 지칭한다. 용어 적외선(IR) 스펙트럼 범위는 일반적으로, 760 nm 내지 1000 μm 범위의 전자기 복사선을 지칭하며, 이때 760 nm 내지 1.4 μm의 범위가 일반적으로 근적외선(NIR) 스펙트럼 범위로서 명명되고, 15 μm 내지 1000 μm의 범위가 원적외선(FIR) 스펙트럼 범위로서 명명된다. 용어 "자외선 스펙트럼 범위"는 일반적으로, 1 nm 내지 380 nm 범위, 바람직하게는 100 nm 내지 380 nm 범위 내의 전자기 복사선을 지칭한다. 바람직하게는, 본 발명에서 사용되는 광은 가시광, 즉, 가시광 스펙트럼 범위의 광이다.
그러나, 본 발명에 따른 검출기는 상기 종방향 광학 센서의 하나 이상의 특정 실시양태를 포함할 수 있으며, 상기 종방향 광학 센서의 특정 실시양태는 또한, 광 빔에 의한 상기 센서 영역의 조사가, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 민감한 것에 더하여, 상기 센서 영역 내의 온도 증가를 유발하는 방식으로 설계될 수 있다. 상기 센서 영역 내의 온도 증가의 결과로서, 상기 종방향 센서 신호의 전기 전도도는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 광 빔에 의해 상기 센서 영역이 조사될 때의 상기 종방향 센서 신호의 변화를 사용하여 상기 센서 영역 내의 온도 증가에 대한 값을 결정할 수 있도록 하는 방식으로 영향을 받을 수 있다.
달리 말하면, 상기 종방향 광학 센서의 특정 실시양태는, 일반적으로, 적외선 스펙트럼 범위, 특히 5 μm 내지 15 μm 내의 광 빔의 파장에 기인하는 열 복사선에 민감한 것으로 간주될 수 있다. 일반적으로, 열 복사선을 결정하도록 구성된 이러한 종류의 검출기는 "볼로미터(bolometer)"로서 명명되거나, 마이크로미터 범위, 예컨대 2개의 차원에서 각각 10 μm 내지 100 μm의 측방향 크기를 나타내는 경우, "마이크로-볼로미터"로서 명명된다. 마이크로-볼로미터의 특정 이점으로서, 이러한 종류의 배열을 포함하는 광학적 검출기는 비냉각 방식으로 사용될 수 있으며, 이에 따라, 냉각 없이 단순한 구성을 사용하여, 상기 센서 영역에서의 온도 증가뿐만 아니라, 이로부터 도출될 수 있는 다른 종류의 측정값(예컨대, 열 흐름)을 제공할 수 있다.
특히, 이러한 종류의 마이크로-볼로미터 내에 사용되는 광전도성 물질은, 상기 광전도성 물질이 5 μm 내지 15 μm의 상기 언급된 스펙트럼 범위 내에서 충분한 검출 효율을 나타낼 수 있는 한, 상기 및/또는 하기에 기술되는 바와 같은 무기 광전도성 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 마이크로-볼로미터에 사용되는 광전도성 물질은, 설파이드 칼코게나이드, 셀레나이드 칼코게나이드, 텔루라이드 칼코게나이드, 3상 칼코게나이드, 4상 및 그보다 많은 상의 칼코게나이드를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있는 칼코게나이드일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 마이크로-볼로미터에 사용되는 광전도성 물질은, 나이트라이드 프닉토게나이드, 포스파이드 프닉토게나이드, 아르세나이드 프닉토게나이드, 안티모나이드 프닉토게나이드, 3상 프닉토게나이드, 4상 및 그보다 많은 상의 프닉토게나이드를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있는 프닉토게나이드일 수 있다. 일반적으로 용어 "프닉토게나이드(pnictogenide)"는, 나이트라이드, 포스파이드, 아르세나이드, 안티모나이드 또는 비스무타이드 음이온을 포함하는 화학적 화합물을 지칭한다. 또한, 다른 종류의 물질, 특히 바나듐 옥사이드(VO2 또는 VOx), 비결정질 규소(a-Si), 또는 백금-규소 합금(Pt:Si)이 또한, 이러한 종류의 마이크로-볼로미터에 사용되는 광전도성 물질의 목적을 위해 가능할 수 있다.
이와 관련하여, 가장 바람직하게는, 상기 설파이드 칼코게나이드는 납 설파이드(PbS) 및 아연 설파이드(ZnS)로부터 선택될 수 있고, 상기 셀레나이드 칼코게나이드는 납 셀레나이드(PbSe), 카드뮴 셀레나이드(CdSe), 및 아연 셀레나이드(ZnSe)로부터 선택될 수 있고, 상기 3상 칼코게나이드는 특히 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe), 수은 아연 텔루라이드(HgZnTe), 및 수은 카드뮴 설파이드(HgCdS)로부터 선택될 수 있고, 상기 나이트라이드 프닉토게나이드는 인듐 나이트라이드(InN), 갈륨 나이트라이드(GaN), 및 인듐 갈륨 나이트라이드(InGaN)로부터 선택될 수 있고, 상기 포스파이드 프닉토게나이드는 인듐 포스파이드(InP), 갈륨 포스파이드(GaP), 및 인듐 갈륨 포스파이드(InGaP)로부터 선택될 수 있고, 상기 비소 프닉토게나이드는 인듐 아르세나이드(InAs), 갈륨 아르세나이드(GaAs), 및 인듐 갈륨 아르세나이드(InGaAs)로부터 선택될 수 있고, 상기 안티모나이드 프닉토게나이드는 인듐 안티모나이드(InSb), 갈륨 안티모나이드(GaSb), 또는 인듐 갈륨 안티모나이드(InGaSb)로부터 선택될 수 있고, 상기 3상 프닉토게나이드는 인듐 갈륨 포스파이드(InGaP), 갈륨 아르세나이드 포스파이드(GaAsP), 및 알루미늄 갈륨 포스파이드(AlGaP)로부터 선택될 수 있다.
특정 실시양태에서, 본 발명에 따른 광학적 검출기에서, 2개 이상의 종방향 광학 센서, 바람직하게는 복수개의 상기 종방향 광학 센서는 어레이로서 존재할 수 있으며, 특히, 상기 광학적 검출기 내의 광 빔의 경로에 의해 결정되는 바와 같은 광축에 대해 수직으로 배열될 수 있다. 본원에서, 각각의 상기 종방향 광학 센서는 개별적인 저항기로서 간주될 수 있고, 상기 어레이 내의 복수개의 상기 종방향 광학 센서는 바람직하게는, 개별적인 저항기의 매트릭스로서 간주될 수 있다. 상기 매트릭스 내의 종방향 광학 센서의 종방향 광학 센서 신호를 수득하기 위하여, 상기 매트릭스 내의 총 저항은, 본 발명에 따라, 입사 광 빔에 의해 조사되는 상기 어레이 내의 종방향 광학 센서의 개수(N)에 의존적일 수 있다. 본원에서, 각각의 상기 종방향 광학 센서는 상기 어레이 내의 소자 또는 화소(즉, 픽셀)로서 간주될 수 있다. 이에 따라, 결과적으로, 상호연결된 개별적인 저항기의 어레이가 수득될 수 있으며, 이때 완전한 어레이 또는 이의 일부의 총 저항은 조사되는 픽셀의 개수에 의존적일 수 있다.
특히, 추가의 평가를 위해, 상기 평가 장치는 또한, 광 빔에 의해 조사되는 상기 어레이 내의 종방향 광학 센서의 개수(N)를 결정하도록 구성될 수 있다. 추가로, 상기 평가 장치는 특히, 종방향 광학 센서의 개수(N)를 사용하여 물체의 하나 이상의 종방향 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, 상기 광학 센서는 특히, 상기 어레이 내의 각각의 픽셀에 대한 조사 강도를 나타낼 수 있는 하나 이상의 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 따라서, 바람직한 실시양태에서, 상기 평가 장치는, 픽셀이 조사된 픽셀인지 아닌지를 결정하기 위해, 각각의 픽셀에 대해, 상기 신호를 하나 이상의 역치값과 비교하도록 구성될 수 있다. 또한, 물체의 종방향 좌표를 결정하기 위해, 상기 평가 장치는 또한, 광 빔에 의해 조사되는 픽셀의 개수(N)와 종방향 좌표 간의 사전결정된 관계를 이용하도록 구성될 수 있다. 본원에서, 상기 사전결정된 관계는 특히, 상기 광 빔이 가우스(Gaussian) 광 빔이라는 가정에 기초할 수 있다.
특히 바람직한 실시양태에서, 상기 어레이 내에 배열된 종방향 광학 센서는 또한, 광 빔에 의한 상기 센서 영역의 조사가, 상기 및/또는 하기에 기술되는 바와 같이, 추가적으로 상기 센서 영역 내의 온도 증가를 유발할 수 있는 방식으로 설계될 수 있다. 따라서, 결과적으로, 상기 센서 영역의 전기 전도도는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역의 온도에 또한 의존적일 수 있고, 따라서, 결과적으로, 상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역의 온도에 또한 의존적이 될 수 있다. 따라서, 이미 전술된 바와 같이, 상기 종방향 광학 센서의 어레이는 열 복사선, 즉, 적외선 스펙트럼 범위, 특히 5 μm 내지 15 μm의 입사 광 빔 파장에 민감성인 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 결과적으로, "볼로미터"의 상호연결된 어레이, 또는 볼로미터의 측방향 크기가 2개의 차원에서 각각 마이크로미터 범위(예컨대, 10 μm 내지 100 μm)일 수 있는 경우의 "마이크로-볼로미터"의 상호연결된 어레이가 수득될 수 있다. 다시, 마이크로-볼로미터의 상기 언급된 어레이를 포함하는 광학적 검출기는, 비냉각 방식으로 사용될 수 있어서 공사비뿐만 아니라 상당량의 에너지를 절감할 수 있다는 특정 이점을 나타낼 수 있다. 따라서, 냉각이 없는 단순한 구성을 사용하여, 상기 센서 영역에 걸친 온도 증가에 대한 측정 값 및 이로부터 도출되는 측정 매개변수(예컨대, 열 흐름)의 매트릭스를 결정할 수 있다. 또한, 상기 마이크로-볼로미터의 어레이는 또한, 하나 이상의 물체 주위의 부피의 온도 이상(즉, 실온 이상)의 온도를 나타낼 수 있는 하나 이상의 물체를 검출하는데 사용될 수 있다.
용어 "광 빔"은 일반적으로, 특정 방향으로 방출된 상당한 양의 광을 지칭한다. 따라서, 광 빔은 광 빔의 전파 방향에 대해 수직인 방향으로 사전결정된 확장을 갖는 광선(light ray)들의 묶음(bundle)일 수 있다. 바람직하게, 광 빔은 빔 웨이스트(beam waist), 레일레이 길이(Rayleigh-length) 또는 임의의 다른 빔 파라미터 또는 공간에서의 빔 직경 및/또는 빔 전파의 전개를 특징화하기에 적합한 빔 파라미터들의 조합 중 하나 이상과 같이, 하나 이상의 가우스(Gaussian) 빔 파라미터에 의해 특징화될 수 있는 하나 이상의 가우스 광 빔이거나 또는 그것을 포함할 수 있다.
광 빔은 물체 자체에 의해 허용될 수 있다(즉, 물체로부터 나올 수 있다). 추가적으로 또는 대안적으로, 광 빔의 다른 근원(origin)이 가능하다. 따라서, 이하에 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 하나 이상의 기본(primary) 광선, 예를 들면 사전결정된 특성을 갖는 하나 이상의 기본 광선 또는 빔을 사용하여, 물체를 조사하는 하나 이상의 조명원이 제공될 수 있다. 후자의 경우, 물체로부터 검출기로 전파되는 광 빔은 물체 및/또는 물체에 연결된 반사 장치에 의해 반사되는 광 빔일 수 있다.
전술된 바와 같이, 하나 이상의 종방향 센서 신호는, 광 빔에 의한 상기 조명의 총 전력이 동일한 경우, FiP 효과에 따라, 하나 이상의 종방향 광학 센서의 센서 영역에서의 광 빔의 빔 단면에 의존적이다. 본원에서 용어 "빔 단면"은 일반적으로, 광 빔의 측방향 확장 또는 특정 위치에서 광 빔에 의해 생성된 광 스팟을 지칭한다. 원형의 광 스팟이 생성되는 경우, 반경, 직경 또는 가우스 빔 웨이스트(Gaussian beam waist) 또는 가우스 빔 웨이스트의 두 배가 빔 단면의 측정값으로서 기능할 수 있다. 비원형의 광 스팟이 생성되는 경우, 단면은 등가 빔 단면이라고도 지칭되는 비원형 광 스팟과 동일한 구역을 갖는 원의 단면을 결정함에 의한 것과 같은, 임의의 다른 가능한 방식으로 결정될 수 있다. 이와 관련하여, 예컨대, 광학 렌즈에 의해 영향을 받는 초점에 또는 그 근처에 대응 물질(예컨대, 광기전 물질)이 존재할 수 있는 경우, 가능한 최소한의 단면을 갖는 광 빔과 상기 물질이 충돌할 수 있는 조건 하에, 극값(즉, 상기 종방향 센서 신호의 최대값 또는 최소값), 특히 전체적인 극값의 관찰을 사용하는 것이 가능할 수 있다. 상기 극값이 최대값인 경우, 이의 관찰은 양의 FiP-효과로 명명될 수 있고, 상기 극값이 최소값인 경우, 이의 관찰은 음의 FiP-효과로 명명될 수 있다.
따라서, 상기 센서 영역을 실제로 구성하는 물질과 관계 없이, 그러나 광 빔에 의한 상기 센서 영역의 조사의 총 전력이 동일하다면, 제 1 빔 직경 또는 빔 단면을 갖는 광 빔은 제 1 종방향 센서 신호를 생성할 수 있으며, 상기 제 1 빔 직경 또는 빔 단면과 상이한 제 2 빔 직경 또는 빔-단면을 갖는 광 빔은, 상기 제 1 종방향 센서 신호와 상이한 제 2 종방향 센서 신호를 생성한다. 따라서, 상기 종방향 센서 신호들을 비교함으로써, 빔 단면의 정보(특히, 빔 직경)에 대한 하나 이상의 항목을 생성할 수 있다. 이러한 효과의 자세한 사항은, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호를 참조할 수 있다. 따라서, 광 빔의 총 전력 및/또는 강도에 대한 정보를 얻기 위해서, 및/또는 종방향 센서 신호 및/또는 총 전력에 대한 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목 및/또는 광 빔의 전체 강도를 정규화하기 위해서, 상기 종방향 광학 센서에 의해 생성된 종방향 센서 신호를 비교할 수 있다. 따라서, 예로서, 종방향 광학 센서 신호의 최대 값이 검출될 수 있고, 모든 종방향 센서 신호가 이러한 최대 값에 의해 나누어질 수 있으며, 그로 인해, 표준화된 종방향 광학 센서 신호를 생성하게 되고, 그 다음 그것은 전술된 공지된 관계를 이용하여 물체에 대한 하나 이상의 종방향 정보 항목으로 변환될 수 있다. 종방향 센서 신호들의 평균 값을 이용하고, 모든 종방향 센서 신호들을 평균 값에 의해 나누는 정규화와 같은 다른 방식의 정규화가 가능하다. 다른 옵션들이 가능하다. 각각의 이들 옵션은, 광 빔의 총 전력 및/또는 강도와는 독립적인 변환을 제공하기에 적합할 수 있다. 또한, 이에 따라, 광 빔의 총 전력 및/또는 강도에 대한 정보가 생성될 수 있다.
구체적으로, 물체로부터 검출기로 전파되는 광 빔의 하나 이상의 빔 특성이 공지된 경우, 이에 따라, 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목이 하나 이상의 종방향 센서 신호와 물체의 종방향 위치 사이의 공지된 관계로부터 도출될 수 있다. 공지된 관계는 평가 장치에서 알고리즘으로서 및/또는 하나 이상의 보정 곡선으로서 저장될 수 있다. 예로서, 구체적으로 가우스 빔에 대해, 빔 직경 또는 빔 웨이스트와 물체의 위치 사이의 관계가, 빔 웨이스트와 종방향 좌표 사이의 가우스 관계를 이용함으로써 쉽게 도출될 수 있다.
이러한 실시양태는 특히, 광 빔의 빔 단면과 물체의 종방향 위치 사이의 공지된 관계에서의 모호성을 해결하기 위해 평가 장치에 의해 이용될 수 있다. 따라서, 물체로부터 검출기로 전파되는 광 빔의 빔 특성이 완전히 또는 부분적으로 알려져 있는 경우에도, 많은 빔에 있어서, 빔 단면은 초점에 도달하기 전에는 좁아지고, 그 이후에, 다시 넓어진다. 따라서, 광 빔이 가장 좁은 빔 단면을 갖는 초점 지점 이전 및 이후에, 광 빔이 동일한 단면을 갖는 광 빔의 전파의 축을 따른 위치들이 발생된다. 따라서, 예로서, 초점 이전 및 이후의 거리 z0에서, 광 빔의 단면은 동일하다. 따라서, 특정 스펙트럼 감도를 갖는 단지 1개의 종방향 광학 센서가 이용되는 경우, 광 빔의 총 전력 또는 강도가 알려지는 경우에, 광 빔의 특정 단면이 결정될 수 있다. 이러한 정보를 이용함으로써, 초점으로부터의 각각의 종방향 광학 센서의 거리 z0이 결정될 수 있다. 그러나, 각각의 종방향 광학 센서가 초점의 앞 또는 뒤에 위치되는지의 여부를 결정하기 위해, 물체 및/또는 검출기의 이동의 이력 및/또는 검출기가 초점의 앞 또는 뒤에 위치되는지의 여부에 대한 정보와 같은 추가적인 정보가 요구된다. 전형적인 상황에서는, 추가적인 정보가 제공되지 않을 수 있다. 따라서, 전술된 모호성을 해결하기 위해 추가적인 정보를 수득할 수 있다. 따라서, 동일하거나 또는 유사한 스펙트럼 감도를 갖는 2개 이상의 종방향 광학 센서를 이용함으로써, 전술된 모호성을 해결하기 위해 추가적인 정보가 얻어질 수 있다. 따라서, 평가 장치가, 종방향 센서 신호를 평가함으로써 제 1 종방향 광학 센서 상의 광 빔의 빔 단면이 제 2 종방향 광학 센서 상의 광 빔의 빔 단면보다 크다는 것을 인식하는 경우(본원에서 제 2 종방향 광학 센서는 제 1 종방향 광학 센서 뒤에 위치됨), 평가 장치는, 광 빔이 여전히 좁아지고 있고 제 1 종방향 광학 센서의 위치가 광 빔의 초점 이전에 위치됨을 결정할 수 있다. 반대로, 제 1 종방향 광학 센서 상의 광 빔의 빔 단면이 제 2 종방향 광학 센서 상의 광 빔의 빈 단면보다 작은 경우, 평가 장치는, 광 빔이 넓어지고 있고 제 2 종방향 광학 센서의 위치가 초점 뒤에 위치됨을 결정할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 평가 장치는, 상이한 종방향 센서들의 종방향 센서 신호들을 비교함으로써 광 빔이 넓어지는지 또는 좁아지는지 여부를 인식하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 이러한 인식은 각각의 선택된 칼라에 대해, 특히, 선택된 칼라에서 및/또는 그 주변에서 높은 진폭을 보여주는, 동일하거나 또는 유사한 스펙트럼 감도를 나타내는 종방향 광학 센서 및 하나 이상의 2차 종방향 광학 센서를 포함하는 그룹을 관련시킴으로써 각각의 선택된 칼라에 대해 별도로 작용할 수 있다. 본 발명에 따른 평가 장치를 이용함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 결정하는 것에 대한 추가의 세부사항은, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호에서의 설명을 참조할 수 있다. 따라서, 일반적으로, 바람직하게 광 빔의 전파의 방향에서의 하나 이상의 전파 좌표 상에서의 광 빔의 빔 직경의 공지된 종속성으로부터 및/또는 광 빔의 공지된 가우스 프로파일로부터, 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 결정하기 위해, 평가 장치는 광 빔의 빔 단면 및/또는 직경을 광 빔의 공지된 빔 특성과 비교하도록 구성될 수 있다.
물체의 하나 이상의 종방향 좌표 이외에, 물체의 하나 이상의 횡방향 좌표가 결정될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 평가 장치는 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호에 추가로 기술된 바와 같이, 픽셀화되거나 세그먼트화되거나 대면적의 횡방향 광학 센서일 수 있는 하나 이상의 횡방향 광학 센서 상에서의 광 빔의 위치를 결정함으로써 물체의 하나 이상의 횡방향 좌표를 결정하도록 또한 구성될 수 있다.
추가로, 상기 검출기는 하나 이상의 전송 장치, 예컨대 광학 렌즈, 특히 하나 이상의 굴절 렌즈, 특히 박형의 수렴 굴절 렌즈, 예컨대 박형의 볼록 또는 양볼록 렌즈, 및/또는 하나 이상의 볼록 거울(이들은 통상의 광축을 따라 추가로 배열될 수 있음)을 포함할 수 있다. 가장 바람직하게는, 이 경우, 물체로부터 발생된 광 빔은, 상기 광 빔이 이미지화 장치에 최종적으로 충돌할 수 있을 때까지, 먼저 하나 이상의 전송 장치를 통과하고 이후로 단일의 투명한 종방향 광학 센서 또는 투명한 종방향 광학 센서들의 적층체를 통과하여 이동할 수 있다. 본원에서 용어 "전송 장치"는, 물체로부터 나오는 하나 이상의 광 빔을 검출기 내의 광학 센서, 즉, 2개 이상의 종방향 광학 센서 및 하나 이상의 임의적인 횡방향 광학 센서로 전송하도록 구성되는 광학 요소를 지칭한다. 따라서, 전송 장치는 물체로부터 검출기로 전파되는 광을 광학 센서로 공급하도록 설계될 수 있고, 여기서 이러한 공급은 전송 장치의 이미지화에 의해 또는 논-이미지화 특성에 의해 임의적으로 행해질 수 있다. 특히, 전송 장치는 후자가 횡방향 및/또는 종방향 광학 센서에 공급되기 전에 전자기 복사선을 수집하도록 또한 설계될 수 있다.
또한, 하나 이상의 전송 장치는 이미지화 특성을 갖는다. 따라서, 상기 전송 장치는 하나 이상의 이미지화 요소, 예를 들면 하나 이상의 렌즈 및/또는 하나 이상의 곡면 거울(curved mirror)을 포함하는데, 그 이유는, 상기 이미지화 요소의 경우, 예를 들어 센서 영역에 대한 조명의 기하구조는 상대적인 위치선정, 예를 들면 전송 장치와 물체 사이의 거리에 의존할 수 있기 때문이다. 본원에서, 상기 전송 장치는, 특히, 물체가 상기 검출기의 시각적 범위 내에 배열되는 경우, 물체로부터 나온 전자기 복사선이 상기 센서 영역으로 완전히 전송되도록, 예를 들어 상기 센서 영역 상에 완전히 포커싱되도록 하는 방식으로 설계될 수 있다.
일반적으로, 검출기는 하나 이상의 이미지화 장치, 즉, 하나 이상의 이미지를 획득할 수 있는 장치를 더 포함할 수 있다. 이미지화 장치는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 따라서, 이미지화 장치는 예를 들면, 검출기 하우징에서의 검출기의 일부일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 그러나, 이미지화 장치는 또한 검출기 하우징 외부에, 예를 들면, 분리된 이미지화 장치로서 배열될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 이미지화 장치는 또한 검출기에 접속될 수 있고, 또는 심지어 검출기의 일부일 수 있다. 바람직한 배열에서, 이미지화 장치 및 투명 종방향 광학 센서들의 적층체가, 광 빔이 따라서 이동하는 공통 광축을 따라 정렬된다. 따라서, 광 빔이 투명 종방향 광학 센서들의 적층체를 통해, 그것이 이미지화 장치 상에 부딪힐 때까지 이동하는 방식으로, 이미지화 장치를 광 빔의 광학적 경로에 위치시킬 수 있다. 그러나, 다른 배열들이 가능하다.
본원에서 "이미지화 장치"는 일반적으로, 물체 또는 이의 일부의 1차원, 2차원 또는 3차원 이미지를 생성할 수 있는 장치로서 이해된다. 따라서, 하나 이상의 임의적인 이미지화 장치를 갖거나 또는 갖지 않는 검출기가, IR 카메라 또는 RGB 카메라와 같은 카메라, 즉, 3개의 분리된 접속 상에 적색, 녹색 및 청색으로서 지정되는 3개의 기본 칼라를 전달하도록 설계되는 카메라로서 완전하게 또는 부분적으로 이용될 수 있다. 따라서, 예로서, 하나 이상의 이미지화 장치는 픽셀화된(pixelated) 유기 카메라 요소, 바람직하게는 픽셀화된 유기 카메라 칩; 픽셀화된 무기 카메라 요소, 바람직하게는 픽셀화된 무기 카메라 칩, 더욱 바람직하게는 CCD- 또는 CMOS-칩; 흑백 카메라 요소, 바람직하게는 흑백 카메라 칩; 멀티칼라 카메라 요소, 바람직하게는 멀티칼라 카메라 칩; 풀-칼라 카메라 요소, 바람직하게는 풀-칼라 카메라 칩으로 구성되는 군로부터 선택된 하나 이상의 이미지화 장치가거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 이미지화 장치는 흑백 이미지화 장치, 다색(multi-chrome) 이미지화 장치 및 하나 이상의 풀 칼라 이미지화 장치로 구성되는 군로부터 선택된 하나 이상의 장치가거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 다색 이미지화 장치 및/또는 풀 칼라 이미지화 장치는, 당업자라면 인식할 수 있듯이, 필터 기술을 이용 및/또는 고유 칼라 감도 또는 다른 기술을 이용함으로써 생성될 수 있다. 이미지화 장치의 다른 실시양태들이 또한 가능하다.
이미지화 장치는 물체의 복수의 부분 영역을 연속적으로 및/또는 동시에 이미지화하도록 설계될 수 있다. 예로써, 물체의 부분 영역은 예를 들면, 이미지화 장치의 해상도 제한에 의해 구분되며, 그로부터 전자기 복사선이 발생하게 되는, 물체의 1차원, 2차원 또는 3차원 영역일 수 있다. 이러한 문맥에서, 이미지화은 물체의 각각의 부분 영역으로부터 발생되는 전자기 복사선이, 예를 들면, 물체의 하나 이상의 임의적인 전송 장치에 의해 이미지화 장치로 공급됨을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 전자기 광선은 물체 자체에 의해, 예를 들면, 발광 복사선(luminescent radiation)의 형태로 생성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 검출기는 물체를 조명하기 위한 하나 이상의 조명원을 포함할 수 있다.
특히, 이미지화 장치는 예를 들면, 스캐닝 방법에 의해, 특히, 하나 이상의 행 스캔 및/또는 라인 스캔을 이용하여, 복수의 부분 영역을 순차적으로 순차 이미지화하도록 설계될 수 있다. 그러나, 다른 실시양태, 예를 들면, 복수의 부분 영역이 동시에 이미지화되는 실시양태가 또한 가능하다. 이미지화 장치는 물체의 부분 영역의 이러한 이미지화 동안에, 부분적 영역과 관련된 신호, 바람직하게는 전자 신호를 생성하도록 설계된다. 신호는 아날로그 및/또는 디지털 신호일 수 있다. 예로써, 전자 신호는 각각의 부분 영역과 관련될 수 있다. 그에 따라, 전자 신호는 동시에 또는 시간적으로 시차를 둔 방식으로 생성될 수 있다. 예로써, 행 스캔 또는 라인 스캔 동안에, 예를 들면, 라인에서 함께 스트링되는 물체의 부분 영역에 대응하는 전자 신호들의 순서를 생성할 수 있다. 더욱이, 이미지화 장치는 전자 신호를 처리 및/또는 전처리하기 위한 하나 이상의 필터 및/또는 아날로그-디지털 변환기와 같은, 하나 이상의 신호 처리 장치를 포함할 수 있다.
물체로부터 나오는 광은 물체 자체에서 발생될 수 있지만, 또한 임의적으로 상이한 근원을 갖고, 이러한 근원으로부터 물체로, 그리고 후속적으로 광학 센서 쪽으로 전파될 수 있다. 후자의 경우는, 예를 들면, 이용되는 하나 이상의 조명원에 의해 행해질 수 있다. 조명원은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 따라서, 조명원은 예를 들면, 검출기 하우징 내의 검출기의 일부일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 그러나, 하나 이상의 조명원은 또한 검출기 하우징 외부에, 예를 들면, 분리된 광원로서 배열될 수 있다. 조명원은 물체로부터 분리되어 배열될 수 있고, 소정의 거리로부터 물체를 조명할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 조명원은 또한 물체에 접속되거나 또는 물체의 일부일 수 있으므로, 예로써, 물체로부터 나오는 전자기 복사선이 또한 조명원에 의해 직접적으로 생성될 수 있다. 예로써, 하나 이상의 조명원은 물체 상에 및/또는 내에 배열될 수 있고, 센서 영역을 조명하는 전자기 복사선을 직접 생성할 수 있다. 이러한 조명원은 예를 들면, 환경 광원이거나 또는 그것을 포함할 수 있고/있거나 인공적인 조명원이거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 예로써, 하나 이상의 적외선 방출기(emitter) 및/또는 가시 광을 위한 하나 이상의 방출기 및/또는 자외선 광을 위한 하나 이상의 방출기가 물체 상에 배열될 수 있다. 예로써, 하나 이상의 발광 다이오스 및/또는 하나 이상의 레이저 다이오드가 물체 상에 및/또는 내에 배열될 수 있다. 조명원은 특히 하나 또는 복수의 이하의 조명원, 즉, 레이저, 특히 레이저 다이오드(비록 원칙적으로는, 대안적으로 또는 추가적으로, 다른 유형의 레이저가 이용될 수도 있음); 발광 다이오드; 백열등(incandescent lamp); 네온 광; 화염원; 열원; 유기 광원, 특히 유기 발광 다이오드; 구조화된 광원을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 다른 조명원이 또한 이용될 수 있다. 조명원이, 적어도 대략적으로 예를 들면, 많은 레이저에서의 경우인 가우스 빔 프로파일을 갖는 하나 이상의 광 빔을 생성하도록 설계되는 것이 특히 바람직하다. 임의적 조명원의 다른 잠재적인 예에 대해, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호 및 제 WO 2014/097181 A1 호 중 하나를 참조할 수 있다. 또한, 다른 실시양태도 가능하다.
하나 이상의 임의적 조명원은 일반적으로, 자외선 스펙트럼 범위, 바람직하게 200 nm 내지 380 nm의 범위에 있는 것; 가시 스펙트럼 범위(380 nm 내지 780 nm); 적외선 스펙트럼 범위, 바람직하게 780 nm 내지 3.0μm의 범위에 있는 것 중 적어도 하나에서 광을 방출할 수 있다. 가장 바람직하게, 하나 이상의 조명원은 가시 스펙트럼 범위, 바람직하게 500 nm 내지 780 nm의 범위에서, 가장 바람직하게는 650 nm 내지 750 nm 또는 690 nm 내지 700 nm에서 광을 방출하도록 구성된다. 본원에서, 조명원이 종방향 센서의 스펙트럼 감도와 관련될 수 있는 스펙트럼 범위를, 특히, 각각의 조명원에 의해 조명될 수 있는 종방향 센서가 충분한 신호-대-노이즈 비를 갖는 고해상도 평가를 가능하게할 수 있는 높은 강도를 갖는 센서 신호를 제공할 수 있도록 보장하는 방식으로 나타낼 수 있을 때 특히 바람직하다.
본 발명의 특히 바람직한 실시양태에서, 상기 종방향 광학 센서는, 칼코게나이드, 바람직하게는 납 설파이드(PbS), 납 셀레나이드(PbSe) 또는 또다른 적절한 물질을 포함할 수 있는 하나 이상의 광전도성 물질 층 형태로 제공될 수 있다. 본원에서, 상기 광전도성 물질 층은, 진공 증발, 스퍼터링, 화학적 증착, 분무 열분해, 전착, 양극 산화(anodization), 전기-전환(electro-conversion), 무전해 침지 성장, 연속적인 이온 흡착 및 반응, 화학 욕 침착,및 용액-기체 계면 기술로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 침착 방법을 적용함으로써 제조할 수 있다. 결과적으로, 상기 광전도성 물질 층은 10 nm 내지 1000 μm, 특히 100 nm 내지 10 μm 범위의 두께를 나타낼 수 있다. 그러나, 상기 및/또는 하기에 기술되는 바와 같은 다른 광전도성 물질이 또한 이를 위하여 가능할 수 있으며, 또한 동일하거나 유사한 방식으로 처리될 수 있다.
바람직하게는, 상기 광전도성 물질은, 특히 상기 광전도성 물질 층에 기계적 안정성을 제공하기 위해, 절연 기판, 바람직하게는 세라믹 기판 상에 각각의 물질을 침착함으로써 제조될 수 있다. 이러한 방식으로, 선택된 층을 적절한 기판 상에 침착하고, 전기 전도성 접촉으로서의 2개 이상의 전극을 제공함으로써, 본 발명에 따른 종방향 광학 센서가 이로써 수득될 수 있다. 본원에서, 상기 센서 영역 내의 광전도성 물질을 입사 광 빔으로 조사하면, 상기 광전도성 물질의 조사된 층의 전기 전도도의 변화(이는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적임)를 제공한다. 결과적으로, 상기 센서 영역에 광 빔이 충돌하면, 상기 2개 이상의 전극이, 상기 광전도성 물질의 전기 전도도에 의존적인 종방향 센서 신호를 제공할 수 있으며, 이로써, 본원에 기술된 바와 같이, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면을 결정할 수 있도록 한다. 이러한 바람직한 실시양태에서, 입사 광 빔은 상기 광전도성 물질 상에 직접 충돌할 수 있거나, 상기 광전도성 물질 내의 센서 영역에 도달할 때까지 먼저 기판에 충돌할 수 있으며, 이 경우, 투명 기판 또는 적어도 반투명 기판, 예컨대 유리 기판 또는 석영 기판을 사용하는 것이 유리할 수 있다.
이러한 바람직한 실시양태의 실제 구성과 관계 없이, 상기 종방향 광학 센서를 위한 비교적 단순하고 비용-효율적인 구성을 수득할 수 있다. 이러한 이점은 특히, 예를 들어 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호 또는 제 WO 2014/097181 A1 호에 도시된 바와 같은 종방향 광학 센서(여기서는, 상이한 유형의 물질의 더 많은 층이 필요할 수 있음)와 비교할 때, 자명해질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본원에서 사용될 수 있는 더 적은 개수의 층은 상기 종방향 광학 센서를 위한 작업 실시양태를 여전히 제공할 수 있다. 그러나, 다른 실시양태가 또한, 본 발명에 따른 종방향 광학 센서를 위한 구성으로서 적절할 수 있다. 또한, 상기 검출기는 조명을 변조하기 위한, 특히, 주기적인 변조를 위한 하나 이상의 변조 장치, 특히, 주기적 빔 중단 장치를 가질 수 있다. 조명의 변조는 조명의 총 전력이 특히 하나 또는 복수의 변조 주파수로 바람직하게는 주기적으로 변하는 공정을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 주기적 변조는 조명의 총 전력의 최대값과 최소값 사이에서 실시될 수 있다. 최소값은 0일 수 있지만, 또한 0 초과일 수 있어서, 예로써, 완전한 변조가 실시될 필요가 없을 수 있다. 변조는 예를 들어, 물체와 광학 센서 사이에서의 빔 경로에서, 예를 들면, 그러한 빔 경로에 배열되는 하나 이상의 변조 장치에 의해 실시될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 그러나, 변조는 또한 물체를 조명하기 위한 임의적 조명원(이하에 보다 상세히 기술됨)과 물체 사이의 빔 경로에서, 예를 들면, 그러한 빔 경로에 배열되는 하나 이상의 변조 장치에 의해 실시될 수 있다. 이들 가능성들의 조합이 또한 고려될 수 있다. 하나 이상의 변조 장치는 예를 들면, 빔 초퍼(beam chopper), 또는 예를 들면, 바람직하게 일정한 속도에서 회전하고, 따라서 조명을 주기적으로 인터럽트할 수 있는 하나 이상의 인터럽터 블레이드(interrupter blade) 또는 인터럽터 휠을 포함하는 일부 다른 유형의 주기적 빔 중단 장치를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 그러나, 하나 또는 복수의 상이한 유형의 변조 장치, 예를 들면, 전기 광학(electro-optical) 효과 및/또는 음향 광학(acousto-optical) 효과에 기초한 변조 장치를 이용할 수도 있다. 다시, 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 임의적 조명원 자신은 예를 들면, 변조된 강도 및/또는 총 전력, 예를 들면, 주기적으로 변조된 총 전력을 갖는 조명원 자신에 의해, 및/또는 펄스형 조명원로서, 예를 들면, 펄스형 레이저로서 구현되는 조명원에 의해, 변조된 조명을 생성하도록 또한 설계될 수 있다. 따라서, 예로써, 하나 이상의 변조 장치는 전체적으로 또는 부분적으로 조명원 내에 통합될 수도 있다. 다양한 가능성들이 고려될 수 있다.
따라서, 상기 검출기는 특히 상이한 변조들의 경우에 2개 이상의 종방향 센서 신호, 특히, 각각의 상이한 변조 주파수들에서 2개 이상의 종방향 센서 신호를 검출하도록 설계될 수 있다. 상기 평가 장치는 2개 이상의 종방향 센서 신호로부터 기하학적 정보를 생성하도록 설계될 수 있다. 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호 및 제 WO 2014/097181 A1 호에 기술된 바와 같이, 모호성을 해결하고/하거나, 예를 들면, 조명의 총 전력이 일반적으로 공지되지 않는다는 사실을 고려할 수 있다. 예로써, 검출기는 물체 및/또는 0.1 Hz 내지 10 kHz와 같은 0.05 Hz 내지 1 MHz의 주파수를 이용한, 하나 이상의 종방향 광학 센서의 하나 이상의 센서 범위와 같은 검출기의 하나 이상의 센서 영역의 조명의 변조를 유발하도록 설계될 수 있다. 전술된 바와 같이, 이러한 목적을 위해, 검출기는 하나 이상의 임의적 조명원 내에 통합될 수 있고/있거나 조명원과는 독립적일 수 있는 하나 이상의 변조 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 조명원은 저절로 전술된 조명의 변조를 생성하도록 구성될 수 있고/있거나, 하나 이상의 전기 광학 장치 및/또는 하나 이상의 음향 광학 장치와 같이, 하나 이상의 초퍼 및/또는 변조된 전달성을 갖는 하나 이상의 장치와 같은 하나 이상의 독립적인 변조 장치가 제공될 수 있다. 본 발명에 따르면, 이는, 전술된 바와 같은 광학적 검출기에 하나 이상의 변조 주파수를 적용하는데 유리할 수 있다. 그러나, 상기 광학적 검출기에 변조 주파수를 적용하지 않고, 종방향 센서 신호를 직접 결정하는 것이 여전히 가능할 수 있다. 하기에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 많은 관련 상황 하에서는, 물체에 대한 목적하는 종방향 정보를 획득하는데 변조 주파수의 적용이 필요하지 않을 수 있다. 따라서, 결과적으로, 상기 광학적 검출기는, 단순하고 비용-효율적인 구성의 공간 검출기에 추가로 기여할 수 있는 변조 장치를 포함하는 것이 필요하지 않을 수 있다. 다른 결과로서, 공간적 광 변조기는 주파수-다중화(freuency-multiplexing) 모드 또는 이의 조합보다는 시간-다중화(time-multiplexing) 모드로 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 광학적 검출을 위한, 특히, 하나 이상의 물체의 깊이에 대하여, 특히 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기가 개시된다. 본 발명에 따라 하나 이상의 물체를 광학적 검출하기 위한 검출기는 하나 이상의 종방향 광학 센서 및 하나 이상의 평가 장치를 포함하며, 이때 상기 종방향 광학 센서는 하나 이상의 센서 영역을 갖고, 상기 종방향 광학 센서는, 광 빔에 의해 상기 센서 영역의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 센서 영역은 하나 이상의 전류를 유지할 수 있는 물질을 포함하고, 상기 물질의 하나 이상의 특성은, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 종방향 센서 신호는 상기 하나 이상의 특성에 의존적이고, 상기 평가 장치는, 상기 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 평가함으로써, 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
본 발명의 상기 다른 양태에 따르면, 상기 센서 영역은, 전류를 유지할 수 있는 하나 이상의 물질, 예컨대 금속 또는 반-전도성 물질을 포함하며, 본원에서, 상기 물질의 하나 이상의 특성은 상기 물질의 전기 전도도, 또는 또다른 물질 특성, 예컨대 상기 물질의 열 전도도, 흡광도, 산란 특성, 유전 특성, 자기 특성; 또는 상기 물질의 광학 특성, 특히 상기 물질의 편광, 반사율, 굴절률, 또는 투과율이며, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이다.
결과적으로, 상기 종방향 센서 신호는, 본 발명에 따른 검출기의 목적을 위해 본원에 사용되는 상기 물질의 하나 이상의 특성에 의존적이다. 결과적으로, 하나 이상의 종방향 센서 신호를 기록함으로써 하나 이상의 특성을 측정하는 것은, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면을 결정하고, 이에 따라, 전술된 바와 같이, 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 한다. 본원에서, 상기 종방향 신호는 전기 신호, 예컨대 전압 또는 전류일 수 있지만, 먼저, 상이한 종류의 물리적 신호, 특히 광학 신호일 수 있고, 이는 이후로 전기 신호로 변형될 수 있고, 이는 이어서, 종방향 센서 신호로서 추가로 처리될 수 있다. 본 발명의 상기 양태와 관련된 추가의 세부사항은, 상기 및/또는 하기에 제공되는 바와 같은 광학적 검출기의 다른 양태에 대한 설명을 참조할 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시양태에서, 전류를 유지할 수 있는 상기 물질은 비결정질 규소("a-Si"로도 축약됨)를 포함한다. 일반적으로 용어 "비결정질 규소"는, 비-결정질 동소체 형태의 규소에 관한 것이다. 최신 기술로부터 추가로 공지된 바와 같이, 상기 비결정질 규소는, 이를 층으로서, 특히 박막으로서, 적절한 기판 상에 침착함으로써 수득될 수 있다. 그러나, 다른 방법도 적용가능할 수 있다. 또한, 상기 비결정질 규소는 특히, 수소를 이용하여 부동태화될 수 있으며, 이로써, 상기 비결정질 규소 내 다수의 댕글링(dangling) 결합의 적용이 수십배 감소될 수 있다. 결과적으로, 수소화된 비결정질 규소(일반적으로, "a-Si:H"로 축약됨)는 소량의 결함을 나타낼 수 있어서, 광학 장치에서의 사용을 허용한다.
이러한 특정 실시양태에서, 상기 종방향 광학 센서는, 하나 이상의 제 1 전극 및 하나 이상의 제 2 전극을 갖는 광학적 검출기일 수 있고, 상기 비결정질 규소는, 바람직하게는, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치할 수 있다. 특히, 상기 종방향 광학 센서와 충돌하여 상기 비결정질 규소를 포함하는 층에 도달할 수 있는 광 빔을 촉진하기 위해, 상기 전극들 중 적어도 하나, 특히 입사 광 빔의 경로 내에 위치할 수 있는 전극은, 적어도 부분적으로 광학적으로 투명하도록 선택될 수 있다. 본원에서, 적어도 부분적으로 광학적으로 투명한 전극은 하나 이상의 투명한 전도성 옥사이드(TCO), 특히 인듐-도핑된 주석 옥사이드(ITO), 불소-도핑된 주석 옥사이드(FTO), 알루미늄-도핑된 아연 옥사이드(AZO), 또는 페로브스카이트 TCO, 예컨대 SrVO3 또는 CaVO3, 또는 대안적으로, 금속 나노와이어, 특히 Ag 또는 Cu 나노와이어 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 전극 물질로서 적합할 수 있는 다른 종류의 광학적으로 투명한 물질이 또한 적용가능할 수 있다. 하나 이상의 나머지 전극("후면 전극"으로도 명명됨)은 또한, 특히 상기 종방향 광학 센서 내의 광 빔의 경로 바깥쪽에 위치하는 한, 광학적으로 불투명할 수 있다. 본원에서, 하나 이상의 광학적으로 불투명한 전극은 바람직하게는, 금속 전극, 특히 은(Ag) 전극, 백금(Pt) 전극, 알루미늄(Al) 전극, 또는 금(Au) 전극, 또는 대안적으로, 그라핀 전극 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 광학적으로 불투명한 전극은 균일한 금속 층을 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 광학적으로 불투명한 전극은, 다수의 부분 전극으로서 또는 금속 그리드 형태로 배열되는 분할 전극일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 비결정질 규소는 PIN 다이오드 형태로 배열될 수 있다. 일반적으로 용어 "PIN 다이오드"는, n형 반도체 층과 p형 반도체 층 사이에 위치하는 i형 반도체 층을 포함하는 전자 장치를 지칭한다. 최신 기술로부터 공지된 바와 같이, n형 반-전도성 층에서는, 전하-캐리어가 전자에 의해 주로 제공되고, p형 반-전도성 층에서는 전하-캐리어가 정공에 의해 주로 제공된다. 바람직한 실시양태에서, p형 반-전도성 층은 부분적으로 또는 전체적으로, 비결정질 규소 카바이드로 구성될 수 있다. 또한, 상기 i형 반-전도성 층은 비도핑된 진성 비결정질 규소를 포함한다. 특히, 본 발명에 따른 종방향 광학 센서에서, i형 반도체 층은, n형 반도체 층 및 p형 반도체 층의 각각의 두께를 특히 적어도 2배, 바람직하게는 적어도 5배, 더욱 바람직하게는 적어도 10배 이상 초과할 수 있는 두께를 나타낼 수 있다. 예로서, i형 반-전도성 층의 두께는 100 nm 내지 3000 nm, 특히 600 nm 내지 800 nm일 수 있고, n형 및 p형 반도체 층 둘 다의 두께는 5 nm 내지 100 nm, 특히 10 nm 내지 60 nm일 수 있다.
비결정질 규소를 포함하는 PIN 다이오드 형태로 제공되는 광기전 다이오드는 일반적으로, 비-선형 주파수 응답성을 나타내는 것으로 공지되어 있다. 결과적으로, 양의 및/또는 음의 FiP 효과가, 상기 종방향 센서에서 관찰가능할 수 있으며, 이는 또한, 0 Hz 내지 50 kHz의 광 빔의 변조 주파수 범위 내에서 실질적으로 주파수-독립적일 수 있다. 상기 언급된 특징의 발생을 입증하는 시험 결과가 하기에서 더 자세히 제공될 것이다. 또한, 상기 비결정질 규소를 포함하는 광학적 검출기는, 풍부한 각각의 반-전도성 물질, 용이한 생산 경로, 및 다른 공지된 FiP 장치에 비해 상당히 높은 신호-대 노이즈 비의 특정 이점을 나타낼 수 있다.
또한, 입사 빔의 파장에 대한 PIN 다이오드의 외부 양자 효율의 거동을 고려하면, PIN 다이오드가 특히 적합할 수 있는 입사 빔의 파장 범위에 대한 통찰을 제공할 수 있다. 본원에서, 용어 "외부 양자 효율"은, 본 발명의 센서에서 광전류에 기여할 수 있는 광자 플럭스의 분획을 지칭한다. 결과적으로, 상기 비결정질 규소를 포함하는 PIN 다이오드는, 380 nm 내지 700 nm로 연장될 수 있는 파장 범위 내에서 외부 양자 효율에 대한 특히 높은 값을 나타낼 수 있고, 상기 외부 양자 효율은 상기 범위 바깥쪽의 파장, 특히 380 nm 미만의 파장, 즉, UV 범위 이내의 파장, 및 700 nm 초과의 파장, 특히 NIR 범위 이내의 파장에 대해 더 낮을 수 있으며, 이에 따라, 800 nm 초과에서는 사라지도록 작아진다. 결과적으로, 하나 이상의 반도체 층 내에 상기 비결정질 규소를 포함하는 PIN 다이오드는 바람직하게는, 입사 빔이 대부분의 가시광 스펙트럼 범위, 특히 380 nm 내지 700 nm를 커버하는 범위 내의 파장을 갖는 경우, 하나 이상의 물체의 광학적 검출을 위해 본 발명에 따른 검출기에 사용될 수 있다.
대안적으로, 입사 빔이 UV 스펙트럼 범위 내의 파장을 가질 수 있는 경우, 바람직하게는 본 발명에 따른 검출기 내에 사용될 수 있는 다른 PIN 다이오드가 제공될 수 있다. 본원에서 용어 "UV 스펙트럼 범위"는, 1 nm 내지 400 nm, 특히 100 nm 내지 400 nm의 전자기 스펙트럼의 분할을 커버할 수 있으며, ISO 표준 ISO-21348에서 권고되는 바와 같이 다수의 범위로 세분될 수 있으며, 본원에서 제공되는 대안적 PIN 다이오드는 400 nm 내지 315 nm의 자외선 A 범위("UVA"로 축약됨) 및/또는 315 nm 내지 280 nm의 자외선 B 범위("UVB"로 축약됨)에 적합할 수 있다. 이를 위하여, 상기 대안적 PIN 다이오드는, 상기 및/또는 하기에 기술되는 바와 같은 비결정질 규소를 포함하는 PIN 다이오드와 동일하거나 유사한 배열을 나타낼 수 있고, 상기 비결정질 규소(a-Si) 또는 상기 수소화된 비결정질 규소(a-Si:H)는 각각, 규소 및 탄소(a-SiC)의 비결정질 합금으로, 또는 바람직하게는, 수소화된 비결정질 규소 탄소 합금(a-SiC:H)으로 적어도 부분적으로 대체될 수 있다. 이러한 종류의 대안적 PIN 다이오드는 UV 파장 범위 내에서, 바람직하게는 280 nm 내지 400 nm의 완전한 UVA 및 UVB 파장 범위에 걸쳐 높은 외부 양자 효율을 나타낼 수 있다. 본원에서, 수소화된 비결정질 규소 탄소 합금(a-SiC:H)은 바람직하게는, 전형적으로 공정 기체로서 SiH4 및 CH4를 사용하여, 플라즈마-강화된 침착 공정에 사용될 수 있다. 그러나, a-SiC:H를 제공하기 위한 다른 제조 방법 역시 적용가능할 수 있다.
선행 기술로부터 공지된 바와 같이, 수소화된 비결정질 규소 탄소 합금(a-SiC:H)을 포함하는 층은 일반적으로, 수소화된 비결정질 규소(a-Si:H)을 포함하는 층의 전자 이동도에 비해 상당히 더 작을 수 있는 정공 이동도를 나타낼 수 있다. 따라서, a-SiC:H를 포함하는 층은, 광 빔이 장치에 도입될 수 있는 장치의 면 상에 특히 배열된 p-도핑된 정공 추출 층으로서 사용될 수 있다. 이러한 배열의 결과로서, 광전류에 기여할 수 있기 위해 정공이 이동해야 하는 거리가 상당히 감소될 수 있다. 따라서, 결과적으로, 본 발명에 따른 검출기에 PIN 다이오드를 제공하는 것이 유리할 수 있으며, 이때 p형 반도체 층은 2 nm 내지 20 nm, 바람직하게는 4 nm 내지 10 nm, 예컨대 약 5 nm의 두께를 나타낼 수 있다. 또한, UV 스펙트럼 범위, 특히 UVA 스펙트럼 범위 및/또는 UVB 스펙트럼 범위 내의 파장을 갖는 특정 광 빔(이는, 이러한 종류의 박형의 p형 반도체 층을 포함하는 PIN 다이오드의 면 상에 충돌할 수 있음)이 여기에 흡수될 수 있다. 추가로, 이러한 종류의 박층은 또한, 전자가 상기 층을 횡단하여 PIN 다이오드의 인접 i형 반도체 층 내로 도입되도록할 수 있다. 본원에서, 바람직하게는 a-SiC:H를 또한 포함할 수 있는 i형 반도체 층은 바람직하게는, 동일하게 2 nm 내지 20 nm, 바람직하게는 4 nm 내지 10 nm, 예컨대 약 5 nm의 두께를 나타낼 수 있다. 그러나, 하나 이상의 반도체 층이 적어도 부분적으로 a-SiC:H를 포함할 수 있는, 다른 종류의 PIN 다이오드가 또한 가능할 수 있다.
전술된 바와 같이, 광전류의 생성과 관련된 비-선형 효과는, 이러한 종류의 반도체 층을 포함하는 IN 다이오드를 구비한 종방향 센서에서 상기 FiP 효과의 발생에 대한 기반을 구성할 수 있다. 결과적으로, 이러한 종류의 종방향 센서는 특히, 예를 들어 UV 스펙트럼 범위 내의 광학 현상을 관찰할 수 있기 위해 UV 응답성이 필요할 수 있거나, 또는 UV 스펙트럼 범위 내의 하나 이상의 파장을 방출할 수 있는 활동 표적이 사용될 수 있는 경우에 적합할 수 있는 용도에 사용될 수 있다.
대안적으로, 입사 빔이 NIR 스펙트럼 범위 내의 파장을 가질 수 있는 경우, 본 발명에 따른 검출기에 바람직하게 사용될 수 있는 다른 PIN 다이오드가 제공될 수 있다. 본원에서 용어 "NIR 스펙트럼 범위"(이는, "IR-A"로도 축약될 수 있음)는, ISO 표준 ISO-21348에서 권고되는 바와 같은 760 nm 내지 1400 nm의 전자기 스펙트럼의 분할을 커버할 수 있다. 이를 위하여, 상기 대안적 PIN 다이오드는, 상기 및/또는 하기에 기술되는 바와 같은 비결정질 규소를 포함하는 PIN 다이오드와 동일하거나 유사한 배열을 나타낼 수 있으며, 상기 비결정질 규소(a-Si) 또는 상기 수소화된 비결정질 규소(a-Si:H)는 각각, 미세결정질 규소(μc-Si), 바람직하게는 수소화된 미세결정질 규소(μc-Si:H), 또는 게르마늄과 규소의 비결정질 합금(a-GeSi), 바람직하게는 수소화된 비결정질 게르마늄 규소 합금(a-GeSi:H) 중 하나로 적어도 부분적으로 대체될 수 있다. 이러한 추가의 종류의 PIN 다이오드는, 760 nm 내지 1400 nm, 특히 적어도 760 nm 내지 1000 nm의 NIR 파장 범위를 적어도 부분적으로 커버할 수 있는 파장 범위에 걸쳐 높은 외부 양자 효율을 나타낼 수 있다. 예로서, μc-Si를 포함하는 PIN 다이오드는, 대략 500 nm로부터 1100 nm로 연장되는 파장 범위에 걸쳐, 무시가능하지 않은 양자 효율을 가진다.
본원에서, 상기 수소화된 미세결정질 규소(μc-Si:H)는 바람직하게는, SiH4와 CH4의 기체 혼합물로부터 제조될 수 있다. 결과적으로, 5 nm 내지 30 nm의 전형적인 크기를 갖는 미세결정영역(microcrystallite)을 포함하고, 서로에 대해 10 nm 내지 200 nm 이격되어 배치된 기판 물질의 배열된 칼럼들 사이에 위치하는, 기판 상의 2상 물질을 수득할 수 있다. 그러나, 필수적으로는 아니지만, μc-Si:H의 대안적 배열을 유발할 수 있는, μc-Si:H를 제공하는 또다른 제조 방법이 또한 적용가능할 수 있다. 또한, 상기 수소화된 비결정질 게르마늄 규소 합금(a-GeSi:H)은 바람직하게는, 통상적인 반응기 내의 공정 기체로서 SiH4, GeH4, 및 H2를 사용하여 제조될 수 있다. 본원에서는 또한, a-GeSi:H를 제공하는 다른 제조 방법도 가능할 수 있다.
μc-Si:H 및 a-GeSi:H 둘 다를 a-Si:H와 비교하면, μc-Si:H 및 a-GeSi:H를 포함하는 반도체 층은 전하-캐리어의 유사하거나 증가된 무질서-유도된 국부화를 가짐으로써, 상당한 비-선형 주파수 응답성을 나타낼 수 있다. 전술된 바와 같이, 이는, 이러한 종류의 반도체 층을 포함하는 PIN 다이오드를 구비한 종방향 센서에서 상기 FiP 효과의 발생에 대한 기반을 구성할 수 있다. 결과적으로, 이러한 종류의 종방향 센서는 특히, 예를 들어 야간 시야 또는 안개 시야에서 NIR 응답성이 필요할 수 있는 용도에 사용될 수 있거나, 예를 들어 NIR 조명원을 사용하여 동물 또는 인간이 방해받지 않을 수 있을 때 유리할 수 있는 경우에, NIR 스펙트럼 범위 내의 하나 이상의 파장을 방출하는 활동 표적이 사용될 수 있는 경우에 적합할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 광학적 검출을 위한, 특히 하나 이상의 물체의 깊이에 대해, 특히 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기가 개시된다. 본 발명에 따라 하나 이상의 물체를 광학적 검출하기 위한 검출기는 하나 이상의 종방향 광학 센서 및 하나 이상의 평가 장치를 포함하며, 이때 상기 종방향 광학 센서는 하나 이상의 센서 영역을 갖고, 상기 종방향 광학 센서는, 광 빔에 의해 상기 센서 영역의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 종방향 광학 센서는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔에 의해 생성된 광 스팟의 단면이 감소함에 따라 상기 종방향 센서 신호의 진폭이 감소하도록, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적인 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성할 수 있고, 상기 평가 장치는, 상기 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
본 발명의 상기 다른 양태에 따르면, 상기 종방향 광학 센서는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적인 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성할 수 있다. 본원에서, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 대한 하나 이상의 종방향 센서 신호의 의존성은, 상기 센서 영역 내의 광 빔에 의해 생성되는 광 스팟의 단면이 감소함에 따라 상기 종방향 센서 신호의 진폭이 감소함에 의해 관찰될 수 있다. 전술된 바와 같이, 이러한 관찰은 "음의 FiP" 효과로서 명명될 수 있다.
결과적으로, 하나 이상의 종방향 센서 신호를 기록하는 것은, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면을 결정함으로써, 전술된 바와 같이, 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 한다. 본 발명의 상기 양태와 관련된 추가의 세부사항은, 상기 및/또는 하기에 제공되는 바와 같은 광학적 검출기의 다른 양태에 대한 설명을 참조할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 광학적 검출을 위한, 특히 하나 이상의 물체의 깊이에 대해, 특히 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기가 개시된다. 본 발명에 따라 하나 이상의 물체를 광학적 검출하기 위한 검출기는 하나 이상의 종방향 광학 센서 및 하나 이상의 평가 장치를 포함하고, 이때 상기 종방향 광학 센서는 하나 이상의 센서 영역을 갖고, 상기 종방향 광학 센서는, 광 빔에 의해 상기 센서 영역의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 종방향 광학 센서는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적인 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성할 수 있고, 상기 종방향 센서 신호의 최소값은, 가능한 최소 빔 단면을 갖는 광 빔과 상기 센서 영역이 충돌하는 조건 하에 나타나고, 상기 평가 장치는, 상기 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
본 발명의 상기 다른 양태에 따르면, 상기 종방향 광학 센서는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적인 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성할 수 있다. 본원에서, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 대한 하나 이상의 종방향 센서 신호의 의존성은, 특히, 상기 광학적 검출기에 포함된 광학 렌즈에 의해 영향을 받는 것과 같이 상기 물질이 초점에 또는 그 근처에 위치할 수 있는 경우, 이용가능한 최소 빔 단면을 갖는 광 빔과 상기 센서 영역이 충돌하는 조건 하에, 상기 종방향 센서 신호의 최소값이 나타나는 것에 의해 관찰될 수 있다. 전술된 바와 같이, 이러한 관찰은, 소위 "음의 FiP" 효과와 상이한 설명을 제공한다.
결과적으로, 하나 이상의 종방향 센서 신호를 기록하는 것은, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면을 결정함으로써, 전술된 바와 같이, 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성할 수 있도록 한다. 본 발명의 상기 양태와 관련된 추가의 세부사항은, 상기 및/또는 하기에 제공되는 바와 같은 광학적 검출기의 다른 양태에 대한 설명을 참조할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 광학적 검출을 위한, 특히 하나 이상의 물체의 깊이에 대해, 특히 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기가 개시된다. 본 발명에 따라 하나 이상의 물체를 광학적 검출하기 위한 검출기는 하나 이상의 종방향 광학 센서 및 하나 이상의 평가 장치를 포함하며, 이때 상기 종방향 광학 센서는 하나 이상의 센서 영역을 갖고, 상기 종방향 광학 센서는, 광 빔에 의해 상기 센서 영역의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 종방향 센서는 0 Hz 내지 500 Hz의 광 빔의 변조 주파수 범위에서 실질적으로 주파수-독립적이고, 상기 평가 장치는, 상기 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
본 발명의 상기 다른 양태에 따르면, 상기 종방향 광학 센서는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이다. 본원에서, 상기 종방향 센서는 0 Hz 내지 500 Hz의 광 빔의 변조 주파수 범위에서 실질적으로 주파수-독립적이다. 이로써, 용어 "실질적으로"는, 광 빔의 변조 주파수가, 제시된 주파수 범위 내에서 변하는 경우, 상기 종방향 센서의 진폭이 10% 미만, 바람직하게는 1% 미만으로 변한다는 관찰을 기술하는 것이다. 전술된 바와 같이, 상기 설명은, 상기 "FiP" 효과가 낮은 주파수, 특히 0 Hz에서도 발생된다는 관찰을 참조하는 것이며, 이는, 상기 광학적 검출기를 둘러싸는 근처에서, 피할 수 없는 자연적인 또는 기술적으로 나타나는 변조 주파수 이외에, 변조 주파수가 존재하지 않음을 나타낸다.
결과적으로, 제시된 주파수 범위 내의 하나 이상의 종방향 센서 신호를 기록하는 것은, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면을 결정함으로써, 전술된 바와 같이, 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성할 수 있게 한다. 본 발명의 상기 양태와 관련된 추가의 세부사항은, 상기 및/또는 하기에 제공되는 바와 같은 광학적 검출기의 다른 양태에 대한 설명을 참조할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 광학적 검출을 위한, 특히 하나 이상의 물체의 깊이에 대해, 특히 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 검출기가 개시된다. 본 발명에 따라 하나 이상의 물체를 광학적 검출하기 위한 검출기는 하나 이상의 종방향 광학 센서 및 하나 이상의 평가 장치를 포함하며, 이때 상기 종방향 광학 센서는 하나 이상의 센서 영역을 갖고, 상기 종방향 광학 센서는, 광 빔에 의해 상기 센서 영역의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 종방향 광학 센서는, 광전도성 모드로 구동되는 하나 이상의 광다이오드를 포함하고, 상기 센서 영역의 전기 전도도는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 종방향 센서 신호는 상기 전기 전도도에 의존적이고, 상기 평가 장치는, 상기 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
본 발명의 상기 다른 양태에 따르면, 상기 종방향 광학 센서는, 상기 센서 영역 내에서 광전도성 모드로 구동되는 하나 이상의 광다이오드를 포함한다. 본원에서, "광다이오드"는, 전기 전도성 물질, 특히 pn-접합 또는 PIN 구조를 나타내는 반-전도성 물질(즉, 2개 이상의 유형의 물질)을 광다이오드 내부에 포함하는 공지된 전자 소자를 지칭하며, 상기 2개 이상의 유형의 물질은, 진성 "i"-유형 영역에 의해 추가로 분리될 수 있는 "p형" 및 "n형" 물질로서 명명되는 상이한 종류의 도핑을 포함한다. 광다이오드에 통상적으로 사용되는 공지된 물질은 규소(Si), 게르마늄(Ge), 인듐 갈륨 아르세나이드(InGaAs), 납(II) 설파이드(PbS), 및 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe)를 포함한다. 그러나, 다른 물질도 가능할 수 있다.
본원에서 "광전도성 모드"는, 광다이오드를 사용하는 전기 회로를 지칭하며, 이때 하나 이상의 광다이오드는 역 바이어스화된 모드로 구성되며, 즉, 광다이오드의 캐쏘드는, 애노드에 대해 양의 전압을 사용하여 구동된다. 이는, 제로 바이어스를 사용하는 소위 "광기전 모드"와 대조적이다. 상기 광전도성 모드를 광다이오드에 적용하면, 일반적으로, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 광전류가 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적인 것으로 밝혀진 관찰로 이어진다. 결과적으로, 상기 종방향 센서 신호는 전기 전도도에 의존적이기 때문에, 하나 이상의 종방향 센서 신호를 기록함으로써, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면을 결정하고, 이로써, 전술된 바와 같이, 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 한다.
상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 광전류가 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적인 것으로 밝혀진 관찰은 또한, 광다이오드에 상이한 바이어스 전압을 적용함으로써, 하나 이상의 광다이오드를 포함하는 종방향 광학 센서의 전기 전도도를 전기적으로 변조하기 위해 사용될 수 있다. 본원에서, 상기 종방향 광학 센서의 전기 전도도는, 바이어스 전압원을 사용하여 전기적으로 변조가능할 수 있다. 이를 위하여, 상기 바이어스 전압원은, 특히 스위칭 장치를 사용하여, 상기 종방향 광학 센서의 2개 이상의 작동 모드를 스위칭할 수 있는 방식으로, 광다이오드에 2개 이상의 상이한 바이어스 전압을 적용하도록 구성될 수 있다.
따라서, 한편으로는, 비-제로 바이어스 전압을, 이에 따라 광다이오드가 광전도성 모드로 구동될 수 있는 방식으로, 예를 들어 본원에 기술된 특히 역 바이어스화된 모드로 광 다이오드에 적용할 수 있다. 이러한 제 1 조건 하에, 상기 종방향 광학 센서는 결과적으로, 제 1 작동 모드를 채택하는 것으로 간주될 수 있다. 다른 한편으로는, 제로 바이어스는, 광다이오드가 비-바이어스화되어(unbiased), 전술된 바와 같은 광기전 모드로 구동될 수 있도록, 사용될 수 있다. 이에 따라, 이러한 제 2 조건 하에, 상기 종방향 광학 센서는 제 2 작동 모드를 채택하는 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 상기 스위칭 장치는, 예를 들어 본원에 기술된 바와 같은 바이어스 전압을 설정하기 위해, 바이어스 전압원에 영향을 주도록 구성될 수 있다. 본원에서 용어 "작동 모드"는, 상기 종방향 광학 센서의 확실한 상태, 특히 작동 상태를 지칭할 수 있다. 본원에서, 상기 작동 모드는, 상기 종방향 광학 센서가 상기 제 1 작동 모드에서 제 1 종방향 센서 신호를 생성하고 상기 제 2 작동 모드에서 제 2 종방향 센서 신호를 생성할 수 있도록, 상기 종방향 광학 센서의 전기 전도도의 변조가능한 값에 의존적일 수 있으며, 이때 상기 제 1 종방향 센서 신호 및 상기 제 2 종방향 센서 신호는 서로 상이하다. 이에 따라, 결과적으로, 상기 종방향 광학 센서는, 2개 이상의 작동 모드로 하나 이상의 물체를 광학적 검출하도록 구성될 수 있다. 본원에서, 상기 종방향 광학 센서를 변조하는 것은, 바이어스 전압이 변한 이후 변경된 작동 모드에 정착하기 위하여, 특정 기간을 필요로할 수 있다. 그러나, 제 1 작동 모드에서 및 후속적으로 제 2 작동 모드에서의(또는 그 반대로의) 광전류 검출 사이의 기간은 가능한 짧게 배열될 수 있다.
본 발명의 상기 양태와 관련된 추가의 세부사항은, 상기 및/또는 하기에 제공되는 바와 같은 광학적 검출기의 다른 양태에 대한 설명을 참조할 수 있다.
다른 바람직한 실시양태에서, 이러한 종류의 FiP 장치에 포함된 광다이오드는, 하나 이상의 p형 흡수제 물질, 하나 이상의 n형 반도체 층, 및 추가로, 적어도 한 쌍의 전극을 갖는 박막 태양 전지 형태로 배열될 수 있다. 본원에서, p형 흡수제 물질 및 n형 반도체 층은 광다이오드를 형성하고, 상기 전극은 전하-캐리어를 수집하기 위해 필요할 수 있다. 추가로, 다른 종류의 층, 특히, 하나 이상의 기판, 하나 이상의 후면 접촉 층, 하나 이상의 완충 층 및/또는 하나 이상의 보호 층이 이러한 유형의 박막 태양 전지 내에 존재할 수 있다. 본 발명에 따른 종방향 광학 센서 내의 광다이오드 중 하나로서 사용되기에 특히 적합할 수 있는 이러한 종류의 박막 태양 전지의 바람직한 배열의 특정 예는, 이후에 더 자세히 기술된다.
특히, 본 발명의 목적을 위하여 사용되는 p형 흡수제 물질는 다이아몬드형 구조를 나타낼 수 있으며, 따라서, 다수의 4가 원자를 포함한다. 결과적으로, 상기 p형 흡수제 물질는, 다이아몬드(C), 규소(Si), 규소 카바이드(SiC), 규소 게르마늄(SiGe), 및 게르마늄(Ge) 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 대안적으로, 상기 p형 흡수제 물질는 개질된 다이아몬드형 구조를 나타낼 수 있으며, 상기 다이아몬드형 구조의 4가 원자 중 적어도 하나는, 상기 개질된 구조 내의 4개의 원자가 전자의 평균에 영향을 줄 수 있는 원자 조합으로 치환될 수 있다. 예로서, 원소 주기율표의 III족 및 V족으로부터 각각 하나의 화학적 원소를 포함하는 III-V 화합물이 이를 위하여 적합할 수 있으며, 그 이유는, 2 x 4 = 8개의 원자가 전자를 포함하는 2개의 4가 원자가 3 + 5 = 8개의 원자가 전자로 대체될 수 있기 때문이다. 다른 예로서, I족 및 III족으로부터의 각각 하나의 화학적 원소 및 VI족으로부터의 2개의 화학적 원소를 포함하는 I-III-VI2 화합물이 또한 사용될 수 있으며, 그 이유는, 결합하여 4 x 4 = 16개의 원자가 전자를 포함하는 4개의 4가 원자가 1 + 4 + (2 x 6) = 16개의 원자가 전자로 대체될 수 있기 때문이다. 그러나, 다른 종류의 조합이 또한 가능할 수 있다.
따라서, 상기 p형 흡수제 물질는 바람직하게는, 하기를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다:
- III-V 화합물, 특히 인듐 안티모나이드(InSb), 갈륨 나이트라이드(GaN), 갈륨 아르세나이드(GaAs), 인듐 갈륨 아르세나이드(InGaAs), 또는 알루미늄 갈륨 포스파이드(AlGaP);
- II-VI 화합물, 특히 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 또는 CdTe 및 HgTe의 II족-VI족 3상 합금으로 간주될 수 있는 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe, "MCT"로도 축약됨);
- I-III-VI2 화합물, 특히 구리 인듐 설파이드(CuInS2; CIS), 더욱 바람직하게는, 구리 인듐 셀레나이드(CIS) 및 구리 갈륨 셀레나이드(CuGaSe2)의 로용체로서 간주될 수 있는 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS)(이에 따라, CuInxGa(1-x)Se2의 화학식을 포함하며, 이때 x는 0(즉, 순수한 CuGaSe2)에서 1(즉, 순수한 CIS)로 변할 수 있음);
- I2-II-IV-VI4 화합물, 특히 구리 아연 주석 설파이드(CZTS), 구리 아연 주석 셀레나이드(CZTSe), 또는 구리-아연-주석 황-셀레늄 칼코게나이드(CZTSSe); 및
- 할라이드 페로브스카이트 화합물, 특히 알칼리성 양이온을 포함하는 화합물, 또는, 특히, 유기-무기 할라이드 페로브스카이트, 예컨대 메틸암모늄 금속 할라이드(CH3NH3MX3, 이때 M은 2가 금속, 예컨대 Pb 또는 Sn이고, X는 Cl, Br, 또는 I임), 바람직하게는 메틸암모늄 납 요오다이드(CH3NH3PbI3).
이로써, 희토류 원소(예컨대 인듐(In)) 또는 독성 화학족 원소(예컨대, 카드뮴(Cd))를 포함하지 않는 화합물, 예컨대 CZTS가 특히 바람직할 수 있다. 그러나, 다른 유형의 화합물 및/또는 추가적인 예가 또한 가능할 수 있다.
그러나, 추가로, 다른 고려사항은, 입사 광 빔의 파장의 함수로서의 흡수 속도와 특히 관련하여, 어드레싱된 p형 흡수제 물질의 감도를 중요시할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 언급된 I-III-VI2 화합물 CIS 및 CIGS뿐만 아니라 상기 언급된 I2-II-IV-VI4 화합물 CZTS, CZTSe, 및 CZTSSe가 특히, 가시광 스펙트럼 범위 및 780 nm 내지 1300 nm의 NIR 스펙트럼 범위 둘 다 내에서의 관련 목적을 위해 사용될 수 있다. 그러나, 더 긴 파장, 특히 1300 nm초과의 경우에는, II-VI 화합물 InSb 및 HgCdTe(MCT)이 바람직한 선택될 수 있다.
또한, 이러한 유형의 박막 태양 전지 내의 n형 반도체 층은 바람직하게는 카드뮴 설파이드(CdS)를 포함하거나, 또는 특히 독성 카드뮴(Cd)을 피하기 위해, 아연 설파이드(ZnS), 아연 옥사이드(ZnO), 및 아연 하이드록사이드(ZnOH) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 이전의 실시양태들 중 임의의 것에 따른 2개 이상의 개별적인 검출기, 바람직하게는 2개의 상이한 위치에 놓일 수 있는 2개 또는 3개의 개별적인 광학적 검출기를 포함하는 배열이 제안된다. 본원에서, 2개 이상의 검출기는 바람직하게 동일한 광학 특성을 갖지만 서로에 대하여 상이할 수도 있다. 또한, 배열은 하나 이상의 조명원을 더 포함할 수 있다. 본원에서, 하나 이상의 물체는 기본 광을 생성하는 하나 이상의 조명원을 이용함으로써 조명될 수 있고, 하나 이상의 물체는 탄력적으로 또는 비탄력적으로 기본 광을 반사하며, 그로 인해 2개 이상의 검출기들 중 하나로 전파되는 복수의 광 빔을 생성하게 된다. 하나 이상의 조명원은 2개 이상의 검출기들 각각의 구성 부분을 형성하거나 또는 형성하지 않을 수 있다. 예로써, 하나 이상의 조명원 자신은 환경 광원이거나 또는 그것을 포함할 수 있고/있거나, 인공적인 조명원이거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 이러한 실시양태는 바람직하게 2개 이상의 검출기, 바람직하게는 2개의 동일한 검출기가 깊이 정보를 획득하기 위해, 특히, 단일 검출기의 고유의 측정 부피를 연장하는 측정 부피를 제공하기 위한 목적으로 이용되는 용도를 위해 적합하다.
이와 관련하여, 상기 개별적인 광학 센서는 바람직하게는, 상기 검출기로 구성된 다른 개별적인 광학 센서가 취하는 이미지와 상이할 수 있는 개별적인 이미지를 획득하도록 하기 위해, 상기 다른 개별적인 광학 센서와 이격되어 배치될 수 있다. 특히, 상기 개별적인 광학 센서는, 단일 원형 3차원 이미지를 생성하기 위해, 시준된 배열의 개별적인 빔 경로로 배열될 수 있다. 따라서, 상기 개별적인 광학 센서는, 상기 광축에 평행하기 위치하고 또한 상기 검출기의 광축에 대해 수직인 방향으로 개별적인 변위를 나타낼 수 있는 방식으로 정렬될 수 있다. 본원에서, 정렬은 적절한 수단에 의해, 예를 들어 상기 개별적인 광학 센서 및/또는 대응 전달 요소의 위치 및 방향을 변조함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 상기 2개의 개별적인 광학 센서는 바람직하게는, 깊이 정보의 지각을 생성하거나 증가시킬 수 있는 방식으로, 특히, 중첩되는 시계(field of view)를 갖는 2개의 개별적인 광학 센서로부터 유도된 시각적 정보, 예를 들어 양안시에 의해 수득된 시각적 정보에 의해 상기 깊이 정보가 수득될 수 있는 방식으로 이격되어 배치될 수 있다. 이를 위하여, 상기 개별적인 광학 센서는 바람직하게는, 상기 광축에 대해 수직인 방향으로 결정시, 1 cm 내지 100 cm, 바람직하게는 10 cm 내지 25 cm의 거리만큼 서로 상이하게 이격되어 배치될 수 있다. 본원에서, 이러한 실시양태에서 제공되는 바와 같은 검출기는 특히, 하기에서 더 자세히 기술되는 "입체경(stereoscopic) 시스템"의 일부일 수 있다. 입체시를 허용하는 것 외에, 하나보다 많은 광학 센서의 사용에 주로 기초하는 입체경 시스템의 다른 특정 이점은 특히, 총 강도의 증가 및/또는 더 낮은 검출 역치를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에서, 사용자와 기계 사이에서 하나 이상의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스가 제안된다. 제안된 바와 같은 인간-기계 인터페이스는, 전술된 실시양태들 중 하나 이상에서의, 또는 이하에 더욱 상세히 언급된 바와 같은 전술된 검출기가 기계에게 정보 및/또는 명령을 제공하기 위해 하나 이상의 사용자에 의해 이용될 수 있다는 사실을 이용할 수 있다. 따라서, 바람직하게, 인간-기계 인터페이스는 제어 명령을 입력하기 위해 이용될 수 있다.
인간-기계 인터페이스는, 전술된 실시양태 중 하나 이상 및/또는 이하에 더욱 상세히 개시된 바와 같은 실시양태 중 하나 이상에 따른 것과 같이, 본 발명에 따른 검출기를 하나 이상 포함하고, 인간-기계 인터페이스는 인간-기계 인터페이스가 하나 이상의 정보 항목에, 특히, 하나 이상의 제어 명령에 기하학적 정보를 할당하도록 설계되는 검출기에 의해 사용자의 기하구조 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된다.
본 발명의 다른 양태에서, 하나 이상의 엔터테인먼트 기능을 실행하기 위한 엔터테인먼트 장치가 개시된다. 본원에서 엔터테인먼트 장치는 이하에서 하나 이상의 플레이어라고도 지칭되는 하나 이상의 사용자의 레져 및/또는 엔터테인먼트의 목적을 제공할 수 있는 장치이다. 예로서, 엔터테인먼트 장치는 게임, 바람직하게는 컴퓨터 게임의 목적을 서빙할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 엔터테인먼트 장치는 또한, 일반적으로 스포츠, 물리 치료 또는 모션 추적을 수행하기 위한 것과 같은 다른 목적을 위해 이용될 수 있다. 따라서, 엔터테인먼트 장치는 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 시스템 내에 구현될 수 있으며, 또는 하나 이상의 게임 소프트웨어 프로그램을 실행하는 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크 또는 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다.
엔터테인먼트 장치는 위에서 개시된 실시양태들 중 하나 이상에 따른 및/또는 이하에 개시된 실시양태들 중 하나 이상에 따른 것과 같은, 본 발명에 따른 하나 이상의 인간-기계 인터페이스를 포함한다. 엔터테인먼트 장치는, 플레이어가 인간-기계 인터페이스에 의해 하나 이상의 정보 항목을 입력할 수 있도록 설계된다. 하나 이상의 정보 항목은 엔터테인먼트 장치의 제어기 및/또는 컴퓨터에 송신 및/또는 그것에 의해 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 하나 이상의 이동가능 물체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템이 제공된다. 본원에서 추적 시스템은 하나 이상의 물체 또는 물체의 하나 이상의 부분의 일련의 과거 위치에 대한 정보를 수집하도록 구성되는 장치이다. 추가적으로, 추적 시스템은 하나 이상의 물체 또는 물체의 하나 이상의 부분의 하나 이상의 예측된 미래 위치에 대한 정보를 제공하도록 구성될 수 있다. 추적 시스템은 완전히 또는 부분적으로 전자 장치로서, 바람직하게는 하나 이상의 데이터 처리 장치로서, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 컴퓨터 또는 마이크로컴퓨터로서 구현될 수 있는 하나 이상의 추적 제어기를 가질 수 있다. 다시, 하나 이상의 추적 제어기는 하나 이상의 평가 장치를 포함할 수 있고/있거나, 하나 이상의 평가 장치의 일부일 수 있고/있거나, 완전히 또는 부분적으로 하나 이상의 평가 장치와 동일할 수 있다.
상기 추적 시스템은 위에서 열거된 실시양태들 중 하나 이상에서 개시된 바와 같은 및/또는 이하의 실시양태들 중 하나 이상에서 개시된 바와 같은 하나 이상의 검출기와 같은, 본 발명에 따른 검출기를 하나 이상 포함한다. 상기 추적 시스템은 또한 하나 이상의 추적 제어기를 포함한다. 상기 추적 시스템은 둘 이상의 검출기들 사이의 중첩하는 부피에서의 하나 이상의 물체에 관한 깊이 정보의 신뢰할 수 있는 획득을 허용하는, 1개, 2개 또는 그보다 많은 검출기, 특히 둘 이상의 동일한 검출기를 포함할 수 있다. 추적 제어기는 물체의 일련의 위치를 추적하도록 구성되고, 각각의 위치는 특정한 시점에서의 물체의 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 포함한다.
상기 추적 시스템은 물체에 접속가능한 하나 이상의 비콘 장치를 더 포함할 수 있다. 비콘 장치의 잠재적인 정의를 위해, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호를 참조할 수 있다. 상기 추적 시스템은 바람직하게 검출기가 하나 이상의 비콘 장치의 물체의 위치에 대한 정보를 생성하도록, 특히, 특정 스펙트럼 감도를 나타내는 특정 비콘 장치를 포함하는 물체의 위치에 대한 정보를 생성하도록 구성된다. 따라서, 상이한 칼라를 나타내는 하나보다 많은 비콘이 본 발명의 검출기에 의해, 특히, 동시적인 방식으로 추적될 수 있다. 본원에서, 비콘 장치는 액티브 비콘 장치로서 및/또는 패시브 비콘 장치로서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 예로서, 비콘 장치는 검출기로 송신될 하나 이상의 광 빔을 생성하도록 구성된 하나 이상의 조명원을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 비콘 장치는 조명원에 의해 생성된 광을 반사하도록, 그에 따라, 검출기로 송신될 반사된 광 빔을 생성하도록 구성된 하나 이상의 반사기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 하나 이상의 물체의 하나 이상의 위치를 결정하기 위한 스캐닝 시스템이 제공된다. 본원에서, 상기 스캐닝 시스템은, 하나 이상의 물체의 하나 이상의 표면에 위치하는 하나 이상의 점을 조사하도록 및 상기 하나 이상의 점과 상기 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 구성된 하나 이상의 광 빔을 방출하도록 구성된 장치이다. 상기 하나 이상의 점과 상기 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하기 위하여, 상기 스캐닝 시스템은 본 발명에 따른 검출기 중 적어도 하나, 예를 들어, 상기 열거되는 실시양태 중 적어도 하나에 개시되고/되거나 하기 실시양태 중 적어도 하나에 개시된 검출기 중 적어도 하나를 포함한다.
따라서, 상기 스캐닝 시스템은, 하나 이상의 물체의 하나 이상의 표면에 위치하는 하나 이상의 점을 조사히도록 구성된 하나 이상의 광 빔을 방출하도록 구성된 조명원을 하나 이상 포함한다. 본원에서 용어 "점"은, 예를 들어 스캐닝 시스템의 사용자에 의해, 조명원에 의해 조사되도록 선택될 수 있는 물체의 표면의 일부 상의 작은 영역을 지칭한다. 바람직하게는, 점은, 한편으로는, 상기 스캐닝 시스템으로 구성된 조명원과 물체의 표면의 일부(여기에 점이 가능한 정확히 위치될 수 있음) 사이의 거리에 대한 값을 상기 스캐닝 시스템이 결정하기 위해 가능한 작을 수 있는 크기, 다른 한편으로는, 상기 스캐닝 시스템의 사용자 또는 상기 스캐닝 시스템 자체가, 특히 자동 절차에 의해, 물체의 표면의 관련 부분 상의 점의 존재를 검출하도록 하기 위해 가능한 클 수 있는 크기를 나타낼 수 있다.
이를 위하여, 상기 조명원은 인공 조명원, 특히 하나 이상의 레이저원 및/또는 하나 이상의 백열등 및/또는 하나 이상의 반도체 광원, 예를 들어, 하나 이상의 발광 다이오드, 특히 유기 및/또는 무기 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 조명원으로서 하나 이상의 레이저 공급원을 사용하는 것이, 이의 일반적으로 한정된 빔 프로파일 및 취급성으로 인해 특히 바람직하다. 본원에서는, 사용자에 의해 용이하게 저장가능하고 수송가능할 수 있는 소형(compact) 스캐닝 시스템을 제공하는 것이 중요할 수 있는 경우, 단일 레이저 공급원의 사용이 바람직할 수 있다. 이에 따라, 상기 조명원은 바람직하게는 상기 검출기의 구성요소 일부일 수 있고, 따라서, 특히 상기 검출기 내로, 예를 들어 상기 검출기의 하우징 내로 통합될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 상기 스캐닝 시스템의 하우징은 특히, 예를 들어 읽기 쉬운 방식으로, 사용자에게 거리-관련 정보를 제공하도록 구성된 하나 이상의 디스플레이를 포함할 수 있다. 다른 바람직한 실시양태에서, 상기 스캐닝 시스템의 하우징은 특히, 예를 들어 하나 이상의 작동 모드를 설정하기 위한, 상기 스캐닝 시스템과 관련된 하나 이상의 기능을 조작하도록 구성될 수 있는 하나 이상의 버튼을 추가로 포함할 수 있다. 다른 바람직한 실시양태에서, 상기 스캐닝 시스템의 하우징은 특히, 상기 스캐닝 시스템을, 예를 들어, 특히 거리 측정의 정확성 및/또는 사용자에 의한 상기 스캐닝 시스템의 취급성을 증가시키기 위한 자기 물질을 포함하는 다른 표면(예컨대, 고무 발, 베이스 플레이트 또는 벽 홀더)에 고정하도록 구성될 수 있는 하나 이상의 고정(fastening) 유닛을 추가로 포함할 수 있다.
이에 따라, 특히 바람직한 실시양태에서, 상기 스캐닝 시스템의 조명원은, 물체의 표면에 위치하는 단일 점을 조사하도록 구성될 수 있는 단일 레이저 빔을 방출할 수 있다. 본 발명에 따른 검출기 중 적어도 하나를 사용하여, 하나 이상의 점과 상기 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성할 수 있다. 이로써, 바람직하게는, 예를 들어 상기 하나 이상의 검출기로 구성된 평가 장치를 사용하여, 상기 스캐닝 시스템으로 구성된 조명 시스템과 상기 조명원에 의해 생성되는 단일 점 사이의 거리가 결정될 수 있다. 그러나, 상기 스캐닝 시스템은, 특히 이를 위하여 구성될 수 있는 추가적인 평가 시스템을 추가로 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 스캐닝 시스템, 특히 상기 스캐닝 시스템의 하우징의 크기를 고려할 수 있으며, 이에 따라, 상기 스캐닝 시스템의 하우징의 특정 지점(예컨대, 상기 하우징의 전면 모서리 또는 후면 모서리)과 상기 단일 점 사이의 거리가 대안적으로 결정될 수 있다.
대안적으로, 상기 스캐닝 시스템의 조명원은, 2개의 개별적인 빔의 방출 거리 사이의 각각의 각도(예컨대, 직각) 제공하여, 동일한 물체의 표면 또는 2개의 별도의 물체의 2개의 상이한 표면에 위치하는 2개의 각각의 점이 조사될 수 있도록 구성될 수 있는 2개의 개별적인 레이저 빔을 방출할 수 있다. 그러나, 2개의 개별적인 레이저 빔들 간의 각각의 각도에 대한 다른 값이 또한 가능할 수 있다. 이러한 특징은 특히 간접 측정 기능을 위해, 예를 들어, 상기 스캐닝 시스템과 상기 점 사이에 하나 이상의 장애물의 존재로 인해 직접 접근가능할 수 없거나 달리 도달하기 어려울 수 있는 간접 거리를 유도하기 위해 사용될 수 있다. 이에 따라, 예로서, 2개의 개별적인 거리를 측정하고, 피타고라스 식을 이용하여 높이를 유도함으로써, 물체의 높이에 대한 값을 결정하는 것이 가능할 수 있다. 특히, 물체에 대한 사전정의된 수준을 유지할 수 있도록, 상기 스캐닝 시스템은, 사용자에 의해 사전정의된 수준을 유지하기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 레벨링(leveling) 유닛, 특히 통합된 버블 바이알을 추가로 포함할 수 있다.
다른 대안으로서, 상기 스캐닝 시스템의 조명원은, 서로에 대해 각각의 피치를 나타낼 수 있고 하나 이상의 물체의 하나 이상의 표면 상에 위치하는 점들의 어레이를 생성하도록 하는 방식으로 배열될 수 있는 복수개의 개별적인 레이저 빔, 예컨대 레이저 빔들의 어레이를 방출할 수 있다. 이를 위하여, 전술된 레이저 빔들의 어레이의 생성을 허용할 수 있는 특수하게 구성된 광학 요소(예컨대 빔-분할 장치 및 거울)가 제공될 수 있다.
따라서, 상기 스캐닝 시스템은, 하나 이상의 물체의 하나 이상의 표면 상에 배치된 하나 이상의 점들의 정적 배열을 제공할 수 있다. 대안적으로, 상기 스캐닝 시스템의 조명원, 특히 하나 이상의 레이저 빔, 예컨대 전술된 레이저 빔들의 어레이는, 시간에 걸쳐 다른 강도를 나타낼 수 있고/있거나 시간 경과시 교대 방향으로 방출될 수 있는 하나 이상의 광 빔을 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 조명원은, 상기 스캐닝 장치의 하나 이상의 조명원에 의해 생성되는 교대 특징을 갖는 하나 이상의 광 빔을 사용하여, 하나 이상의 물체의 하나 이상의 표면의 일부를 이미지로서 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 특히, 상기 스캐닝 시스템은, 예를 들어 하나 이상의 물체의 하나 이상의 표면을 순차적으로 또는 동시에 스캐닝하기 위해, 하나 이상의 열(row) 스캐닝 및/또는 라인 스캐닝을 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 하나 이상의 물체의 하나 이상의 단일 원형 3차원 이미지를 생성하기 위한 입체경 시스템이 제공된다. 본원에서, 상기 및 하기 개시되는 바와 같은 입체경 시스템은 광학 센서로서 2개 이상의 FiP 센서를 포함할 수 있으며, 제 1 FiP 센서는 추적 시스템, 특히 본 발명에 따른 추적 시스템에 포함될 수 있고, 제 2 FiP 센서는 스캐닝 시스템, 특히 본 발명에 따른 스캐닝 시스템에 포함될 수 있다. 본원에서, 상기 FiP 센서는 바람직하게는, 예를 들어 FiP 센서를 상기 광축에 평행하게 정렬하고 개별적으로 상기 입체경 시스템의 광축에 대해 수직으로 배치함으로써, 시준된 배열의 개별적인 빔 경로로 배열될 수 있다. 따라서, 상기 FiP 센서는 또한, 특히, 중첩되는 시계를 갖고 바람직하게는 개별적인 변조 주파수에 민감한 개별적인 FiP 센서로부터 도출된 시각적 정보의 조합에 의해 깊이 정보를 수득함으로써, 깊이 정보의 지각을 생성하거나 증가시킬 수 있다. 이를 위하여, 상기 개별적인 FiP 센서는 바람직하게는, 상기 광축에 대해 수직인 방향으로 결정시, 1 cm 내지 100 cm, 바람직하게는 10 cm 내지 25 cm의 거리만큼 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이에 따라, 이러한 바람직한 실시양태에서, 상기 추적 시스템은, 변조된 활동 표적의 위치를 결정하는데 사용될 수 있으며, 하나 이상의 물체의 하나 이상의 표면 상에 하나 이상의 점을 투사하도록 구성된 스캐닝 시스템이, 상기 하나 이상의 점과 상기 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하는데 사용될 수 있다. 추가로, 상기 입체경 시스템은, 본원에 기술된 바와 같이 이미지 내의 하나 이상의 물체의 횡방향 위치에 대한 정보의 항목을 생성하도록 구성된 별도의 위치 민감성 장치를 추가로 포함할 수 있다.
입체시를 허용하는 것 이외에, 하나보다 많은 광학 센서를 사용하는 것에 주로 기초하는 입체경 시스템의 다른 특정 이점은 특히 총 강도의 증가 및/또는 더 낮은 검출 역치를 포함할 수 있다. 또한, 2개 이상의 통상적인 위치 민감성 장치를 포함하는 통상적인 입체경 시스템에서는, 상당한 계산 노력을 적용함으로써 각각의 이미지의 대응 픽셀이 결정되어야 하지만, 2개 이상의 FiP 센서를 포함하는 본 발명에 따른 입체경 시스템에서는, 각각의 이미지의 대응 픽셀이 상기 FiP 센서를 사용하여 기록되며, 이때 각각의 FiP 센서는 상이한 변조 주파수를 사용하여 작동될 수 있고, 서로에 대해 명백하게 할당될 수 있다. 따라서, 감소된 노력으로, 물체의 종방향 위치뿐만 아니라 물체의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록할 수 있음이 강조될 수 있다.
상기 입체경 시스템의 추가의 세부사항에 대해서는, 상기 추적 시스템 및 상기 스캐닝 시스템의 설명을 각각 참조할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 하나 이상의 물체를 이미지화하기 위한 카메라가 개시된다. 카메라는 위에서 주어지거나 또는 아래에서 더욱 상세히 주어진 실시양태들 중 하나 이상에서 개시된 바와 같은, 본 발명에 따른 검출기를 하나 이상 포함한다. 따라서, 상기 검출기는 사진 장치, 구체적으로, 디지털 카메라의 일부일 수 있다. 구체적으로, 검출기는 3D 사진을 위해, 특히 디지털 3D 사진을 위해 이용될 수 있다. 따라서, 검출기는 디지털 3D 카메라를 형성하거나 또는 디지털 3D 카메라의 일부일 수 있다. 본원에서 용어 "사진술"은 일반적으로, 하나 이상의 물체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 본원에서 또한 "카메라"는 일반적으로 사진술을 수행하도록 구성된 장치이다. 본원에서 또한 용어 "디지털 사진술"은 일반적으로, 조명의 강도를 나타내는 전기 신호, 바람직하게는 디지털 전기 신호를 생성하도록 구성된 복수의 광감지 요소를 이용함으로써 하나 이상의 물체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 본원에서 또한 용어 "3D 사진술"은 일반적으로, 3개의 공간적 차원에서의 하나 이상의 물체의 이미지 정보를 획득하는 기술을 지칭한다. 따라서, 3D 카메라는 3D 사진술을 수행하도록 구성된 장치이다. 일반적으로, 카메라는 단일의 3D 이미지와 같은 단일의 이미지를 획득하도록 구성되거나, 또는 이미지들의 순서와 같은 복수의 이미지를 획득하도록 구성될 수 있다. 따라서, 카메라는 또한 디지털 비디오 순서를 획득하는 것과 같은, 비디오 용도를 위해 구성된 비디오 카메라일 수 있다.
따라서, 일반적으로, 본 발명은 또한 하나 이상의 물체를 이미지화하기 위한 카메라, 구체적으로 디지털 카메라, 보다 구체적으로 3D 카메라 또는 디지털 3D 카메라를 언급한다. 전술된 바와 같이, 용어 "이미지화"는, 본원에서 일반적으로 하나 이상의 물체의 이미지 정보를 획득하는 것을 지칭한다. 카메라는 본 발명에 따른 검출기를 하나 이상 포함한다. 카메라는, 전술된 바와 같이, 단일의 이미지를 획득하도록 또는 이미지 순서와 같은 복수의 이미지를 획득하도록, 바람직하게는 디지털 비디오 순서를 획득하도록 구성될 수 있다. 따라서, 예로서, 카메라는 비디오 카메라이거나 또는 그것을 포함할 수 있다. 후자의 경우, 카메라는 바람직하게 이미지 순서를 저장하기 위한 데이터 메모리를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에서, 하나 이상의 물체의 위치를 결정하기 위한 방법이 개시된다. 바람직하게, 상기 방법은 위에서 개시되거나 또는 이하에 보다 상세히 기술된 실시양태들 중 하나 이상에 따른 하나 이상의 검출기와 같은, 본 발명에 따른 검출기를 하나 이상 이용할 수 있다. 따라서, 상기 방법의 임의적 실시양태를 위해, 검출기의 다양한 실시양태의 설명을 참조할 수 있다
상기 방법은 주어진 순서로 또는 상이한 순서로 수행될 수 있는 이하의 단계들을 포함한다. 더욱이, 열거되지 않은 추가적인 방법 단계들이 제공될 수 있다. 더욱이, 방법 단계들 중 둘 이상 또는 심지어 전부는, 적어도 부분적으로 동시적으로 수행될 수 있다. 더욱이, 방법 단계들 중 둘 이상 또는 심지어 전부는, 2회 또는 심지어 2회보다 많이, 반복적으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은,
- 하나 이상의 종방향 광학 센서를 사용하여 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하는 단계로서, 이때 상기 종방향 센서 신호는 광 빔에 의한 상기 종방향 광학 센서의 센서 영역의 조사에 의존적이고, 상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 센서 영역은 하나 이상의 광전도성 물질을 포함하고, 상기 센서 영역의 전기 전도도는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 종방향 센서 신호는 상기 전기 전도도에 의존적인, 단계; 및
- 상기 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하는 단계
를 포함한다.
전술된 바와 같이, 상기 광전도성 물질은, 바람직한 실시양태에서, 콜로이드성 양자점(CQD)을 포함하는 박막으로서 제공될 수 있다. 본원에서, 상기 CQD 필름 은 바람직하게는 제 1 전도성 층 상에 침착될 수 있으며, 상기 제 1 전도성 층은 바람직하게는, 특히 인듐 주석 옥사이드(ITO), 불소-도핑된 주석 옥사이드(SnO2:F; FTO), 알루미늄 아연 옥사이드(AZO), 안티몬 주석 옥사이드(SnO2/Sb2O5), 또는 페로브스카이트 TCO, 예컨대 SrVO3, 또는 CaVO3, 또는 대안적으로, 금속 나노와이어, 예컨대 Ag 또는 Cu 나노와이어로부터 선택되는, 적어도 부분적으로 투명한 반-전도성 금속 옥사이드 또는 이의 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택될 수 있는 적어도 부분적으로 투명한 반-전도성 물질을 포함할 수 있다. 본원에서, 상기 CQD 필름은 비극성 유기 용매 중의 양자점의 용액으로서 제공될 수 있으며, 상기 용매는 바람직하게는, 옥탄, 톨루엔, 사이클로헥산, n-헵탄, 벤젠, 클로로벤젠, 아세토나이트릴, 다이메틸폼아마이드(DMF), 및 클로로폼을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 상기 양자점은 상기 유기 용매 중의 10 mg/ml 내지 200 mg/ml, 바람직하게는 50 mg/ml 내지 100 mg/ml의 농도로 제공될 수 있다.
일반적으로, 상기 CQD 필름은 단일 층으로서 또는 개별적으로 가공된 2개 이상의 층으로서, 바람직하게는 정확히 2개의 개별적인 층으로서 제공될 수 있다. 그러나, 가공된 3, 4, 5 또는 6개의 개별적인 층이 또한 가능할 수 있다. 단일 층 또는 다층이 가공될 수 있는지에 관계 없이, 상기 CQD 필름은 바람직하게는, 침착 방법에 의해, 바람직하게는 코팅 방법에 의해, 더욱 바람직하게는 스핀-코팅 또는 슬롯 코팅에 의해; 잉크-젯 인쇄에 의해; 또는 블레이드 코팅 방법에 의해 제공될 수 있다. 본원에서, 상기 CQD 필름은 유기 제제로 처리될 수 있고, 상기 유기 제제는 바람직하게는, 티올 및 아민, 특히 1,2-에탄다이티올(edt), 1,2- 및 1,3-벤젠다이티올(bdt), 및 부틸아민을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 예로서, 납 설파이드 양자점(PbS CQD)을 포함하는 콜로이드성 필름의 처리를 위해, 상기 유기 제제 부틸아민이 성공적으로 사용되었다. 그러나, 다른 유기 제제, 예컨대 1,2-에탄다이티올, 1,2- 및/또는 1,3-벤젠다이티올(bdt), 또는 올레산이 또한 가능할 수 있다. 상기 유기 제제로 처리한 후, 상기 CQD 필름을 바람직하게는 50℃ 내지 250℃, 바람직하게는 80℃ 내지 180℃, 더욱 바람직하게는 100℃ 내지 120℃의 온도에서 건조한다. 상기 추가로 기술된 바와 같이, n형 물질 층이 먼저 상기 제 1 전도성 층 상에 직접 방식으로 침착될 수 있고, 이후 상기 CQD 필름이 상기 차단 층 상에 침착될 수 있다. 본원에서, 상기 차단 층은 전기 전도성 물질, 바람직하게는 디타늄 다이옥사이드(TiO2) 또는 아연 옥사이드(ZnO)의 박막을 포함할 수 있다.
상기 추가로 기술된 바와 같이, 제 2 전도성 층이 단일 또는 다중 CQD 필름 상에 추가적으로 침착될 수 있으며, 상기 제 2 전도성 층은 적어도 부분적으로 투명한 반-전도성 물질, 또는 바람직하게는 불투명한 전기 전도성 물질, 더욱 바람직하게는 증발된 금속 층, 특히 은, 알루미늄, 백금, 크롬, 디타늄, 또는 금 중 적어도 하나; 또는 대안적으로, 그라핀 층을 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 제 2 전도성 층은 전기 전도성 중합체, 특히, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)(PEDOT), 또는 PEDOT와 폴리스타이렌 설폰산의 분산액(PEDOT:PSS)의 층을 포함할 수 있다. 본원에서, 증발된 금속 접촉부를 포함하는 분할 전극이 상기 전기 전도성 중합체 층의 상부에 추가적으로 배열될 수 있으며, 상기 증발된 금속 접촉부는 특히, 은, 알루미늄, 백금, 디타늄, 크롬, 또는 금 중 적어도 하나; 또는 다르게는 그라핀 층을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 관한 추가의 세부사항에 대해, 상기 및/또는 하기에 제시되는 광학적 검출기의 설명을 참조할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 본 발명에 따른 검출기의 용도가 개시된다. 본원에서, 물체의 위치, 특히 깊이를 결정하기 위한, 특히 교통 기술에서의 거리 측정; 특히 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 용도; 보안 용도; 인간-기계 인터페이스 용도; 추적 용도; 스캐닝 용도; 입체시 용도; 사진촬영 용도; 이미지화 용도 또는 카메라 용도; 하나 이상의 공간의 지도를 생성하기 위한 맵핑 용도; 차량용 자동유도 또는 추적 비콘 검출기; (주위보다 더 뜨겁거나 더 차가운) 열 신호를 갖는 물체의 거리 및/또는 위치 측정; 머신 비전 용도; 로봇 용도로 이루어진 군으로부터 선택되는 용도를 위한 상기 검출기의 용도가 개시된다.
특히, 본 발명에 따른 광학적 검출기는 특히, 대응 센서 영역을 위해 선택된 광전도성 물질의 종류에 따라, 상당히 넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐 전자기파에 대한 광학적 검출기로서 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 자외선(UV), 가시광, 근적외선(NIR), 적외선(IR), 원적외선(FIR) 스펙트럼 범위가 특히 바람직할 수 있다. 비제한적인 예로서, 하기 종류의 광전도성 물질이 특히 선택될 수 있다:
- UV 스펙트럼 범위의 경우, 도핑된 다이아몬드(C), 아연 옥사이드(ZnO), 디타늄 옥사이드(TiO2), 갈륨 나이트라이드(GaN), 갈륨 포스파이드(GaP) 또는 규소 카바이드(SiC);
- 가시광 스펙트럼 범위의 경우, 규소(Si), 갈륨 아르세나이드(GaAs), 카드뮴 설파이드(CdS), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 구리 인듐 설파이드(CuInS2; CIS), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS), 구리 아연 주석 설파이드(CZTS), 납 설파이드(PbS)를 포함하는 양자점, 인듐 포스파이드(InP), 또는 전술된 바와 같은 유기 광전도체;
- NIR 스펙트럼 범위의 경우, 인듐 갈륨 아르세나이드(InGaAs), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 구리 인듐 설파이드(CuInS2; CIS), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS), 구리 아연 주석 설파이드(CZTS), 또는 납 설파이드(PbS)를 포함하는 양자점(이때, CdTe, CIS, CIGS, 및 CZTS가 850 nm 초과의 파장에 특히 바람직함);
- IR 스펙트럼 범위의 경우, 납 설파이드(PbS); 및
- FIR 스펙트럼 범위의 경우, 납 셀레나이드(PbSe), 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe; MCT), 또는 인듐 안티모나이드(InSb).
이와 관련하여, 상기 언급된 광전도성 물질 중 다수는 비용-효율적이고, 장기간 안정성이고, 특히, 제시된 스펙트럼 범위에 대해 최적화된 감지를 위해 수년에 걸쳐 개발된 신뢰가능한 물질인 것으로 주지되어 있음을 특히 강조할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의해 제안되는 확장된 목적에, 이미 상업적으로 이용가능한 물질을 사용할 수 있음이 본 발명의 특정 이점으로 간주될 수 있다.
본 발명에 따른 광학적 검출기의 다른 용도는 또한, 특히 변조된 광원, 자동 전조등 디머(dimmer), 야간 (거리) 광 제어, 오일 버너 연소 정이, 또는 연기 검출기) 또는 다른 용도(예컨대, 복사 기계에서 토너의 밀도를 결정하는 밀도측정기; 또는 비색(colorimetric) 측정)에서, 광전도성 셀이 이미 성공적으로 적용된 용도(예컨대, 물체의 존재 또는 부재의 결정; 광학 용도의 확장, 예컨대 카메라 노출 제어, 자동 슬라이드 초점, 자동 백미러, 전자 저울, 자동 이득 제어와의 조합을 지칭할 수 있다.
따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치, 예컨대 상기 검출기는 다양한 분야의 용도에 적용될 수 있다. 특히, 상기 검출기는, 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 용도; 보안 용도; 인간-기계 인터페이스 용도; 추적 용도; 사진촬영 용도; 하나 이상의 공간, 예컨대 방, 건물 및 거리의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 공간의 지도를 생성하기 위한 맵핑 용도; 모바일 용도; 웹캠; 오디오 장치; 돌비 사운드 오디오 시스템; 컴퓨터 주변 장치; 게임 용도; 카메라 또는 비디오 용도; 보안 용도; 감시 용도; 자동차 용도; 수송 용도; 의학 용도; 스포츠 용도; 머신 비전 용도; 차량 용도; 항공기 용도; 선박 용도; 우주선 용도; 건물 용도; 건설 용도; 지도제작 용도; 제조 용도; 하나 이상의 최신 감지 기술(예컨대, 비행시간 검출기, 레이더, 광선 레이더, 초음파 센서, 또는 간섭측정)과의 조합 용도로 이루어진 군으로부터 선택되는 용도를 위해 적용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 특히 자동차 또는 다른 차량(예컨대, 기차, 오토바이, 자전거, 화물 수송용 트럭) 또는 로보트에 사용하기 위한 또는 보행자가 사용하기 위한, 특히 랜드마크-기반 위치선정 및/또는 네비게이션을 위한 국부적 및/또는 전체적 위치선정 시스템에서의 용도가 거론될 수 있다. 또한, 예를 들어 가정 용도 및/또는 제조, 군수, 감시 또는 유지보수 기술에 사용되는 로봇을 위한 잠재적 용도로서 실내 위치선정 시스템이 거론될 수 있다.
따라서, 먼저, 본 발명에 따른 장치는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 랩탑, 스마트 패널 또는 다른 고정식 또는 이동식 또는 착용식 컴퓨터 또는 커뮤니케이션 용도에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는, 성능 개선을 위해 하나 이상의 활동 광원, 예컨대 가시광 범위 또는 적외선 스펙트럼 범위의 광을 방출하는 광원과 조합될 수 있다. 따라서, 예로서, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 환경, 물체 및 생명체를 스캐닝 및/또는 검출하기 위한 모바일 소프트웨어와 조합된 카메라 및/또는 센서로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 심지어, 이미지화 효과를 증가시키기 위해 2D 카메라, 예컨대 통상적인 카메라와 조합될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한, 특히 음성 및/또는 몸짓 인식과 조합된, 감시 및/또는 기록 목적을 위한 또는 모바일 장치를 제어하기 위한 입력 장치로서 사용될 수 있다. 따라서, 특히, 인간-기계 인터페이스로서 기능하는 본 발명에 따른 장치(입력 장치로도 지칭됨)는, 예를 들어 모바일 장치(예컨대, 휴대폰)를 통해 다른 전자 장치 또는 컴포넌트를 제어하기 위한 모바일 제품에 사용될 수 있다. 예로서, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치를 포함하는 모바일 제품은, 텔레비전 세트, 게임 콘솔, 음악 재생기 또는 음악 장치 또는 다른 엔터테인먼트 장치를 제어하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 웹캠, 또는 계산 용도를 위한 다른 주변 장치에 사용될 수 있다. 따라서, 예로서, 본 발명에 따른 장치는, 이미지화, 기록, 감시, 스캐닝, 또는 또는 움직임 검출용 소프트웨어와 조합으로 사용될 수 있다. 상기 인간-기계 인터페이스 및/또는 엔터테인먼트 장치의 문맥에서 기술된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 표정 및/또는 신체 표현에 의해 명령을 제공하는데 특히 유용하다. 본 발명에 따른 장치는, 다른 입력값 생성 장치, 예컨대 마우스, 키보드, 마이크와 조합으로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 웹캠을 사용하여, 게임 용도에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 가상 훈련 용도 및/또는 화상 회의에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히 머리 장착식 디스플레이를 착용하는 경우, 가상 또는 증강 현실 용도에 사용되는 손, 팔, 또는 물체를 인지 또는 추적하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 상기 부분적으로 설명된 바와 같은 모바일 오디오 장치, 텔레비전 장치 및 게임 장치에 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 장치는 전자 장치 또는 엔터테인먼트 장치용 조정 장치 또는 제어 장치로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어, 증강 현실을 위해 및/또는 디스플레이를 보고 있는지 여부 및/또는 어떤 관점에서 디스플레이를 보고 있는지를 인식하기 위해, 특히 투명한 디스플레이를 사용하는 2D- 및 3D-디스플레이 기술에서 눈 검출 또는 눈 추적에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히 머리-장착식 디스플레이를 착용하는 경우, 가상 또는 증강 현실 제품과 연결되어 방, 경계, 장애물을 탐험하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 디지털 카메라(예컨대, DSC 카메라)에 또는 이로서 및/또는 리플렉스형 카메라(예컨대, SLR 카메라)에 또는 이로서 사용될 수 있다. 이러한 용도를 위해, 모바일 용도(예컨대, 휴대폰)에서 전술된 바와 같은 본 발명에 따른 장치의 용도를 참조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 보안 또는 감시 용도를 위해 사용될 수 있다. 따라서, 예로서, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치는, 사전결정된 영역 내에 또는 바깥쪽에 물체가 존재하는 경우 신호를 제공하는 하나 이상의 디지털 및/또는 아날로그 전자제품과 조합될 수 있다(예컨대, 은행 또는 박물관에서의 감시 용도를 위해). 특히, 본 발명에 따른 장치는 광학 암호화에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 하나 이상의 장치를 사용하는 검출은, 예를 들어 IR, x-선, UV-VIS, 레이더 또는 초음파 검출기를 사용하여, 파장을 보완하는 다른 검출 장치와 조합될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한, 저광 환경에서의 검출을 허용하기 위해 능동 적외선 광원과 조합될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 능동 검출기 시스템에 비해 유리하며, 그 이유는 특히, 예를 들어 레이저 용도, 초음파 용도, 광선 레이더 또는 유사한 능동 검출기 장치에서 흔히 있는 것처럼, 제 3자에 의해 검출될 수 있는 송출 신호를 능동적으로 방지하기 때문이다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는, 움직이는 물체를 인식하지 못하게 및 검출가능하지 않게 추적하는데 사용될 수 있다. 추가적으로, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 통상적인 장치에 비해 조작 및 짜증이 줄어드는 경향이 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치를 사용함에 의한 3D 검출의 용이성 및 정확성을 고려하면, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 안면, 신체 및 사람 인식 및 식별에 사용될 수 있다. 본원에서, 본 발명에 따른 장치는 식별 또는 개인화 목적을 위해 다른 검출 수단(예컨대, 비밀번호, 지문, 홍채 검출, 음성 인식 또는 다른 수단)과 조합될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는 보안 장치 및 다른 개인화 용도에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 제품 식별을 위한 3D 바코드 판독기로서 사용될 수 있다.
추가로, 상기 언급된 보안 및 감시 용도를 위해, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 공간 및 영역의 감시 및 모니터링에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 공간 및 영역의 조사 및 모니터링을 위해, 예로서, 금지 영역이 침해당한 경우 알람을 촉발 또는 실행하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는, 임의적으로 다른 유형의 센서와 조합으로, 예를 들어 움직임 또는 열 센서와 조합으로, 이미지 증폭기 또는 이미지 강화 장치 및/또는 광전자 배증관과 조합으로, 건물 감시 또는 박물관에서 감시 목적으로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 공공 공간 또는 붐비는 공간에서 잠재적으로 위험한 행동, 예를 들면 범죄 행위, 예컨대 주차장에서 또는 주인이 없는 물체(예컨대, 공항에서 주인이 없는 수하물)의 절도를 검출하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 카메라 용도, 예컨대 비디오 및 캠코더 용도에 유리하게 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 움직임 캡쳐 및 3D-영화 기록을 위해 사용될 수 있다. 본원에서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 통상적인 광학 장치에 비해 다수의 이점을 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 광학 컴포넌트에 비해 복잡성을 덜 필요로 한다. 따라서, 예로서, 예를 들어 하나의 렌즈만 갖는 본 발명에 따른 장치를 제공함으로써, 통상적인 광학 장치에 비해 렌즈의 개수가 감소될 수 있다. 감소된 복잡성으로 인해, 예를 들어 모바일 용도를 위한 매우 소형의 장치가 가능하다. 고품질의 2개 이상의 렌즈를 갖는 통상적인 광학 시스템은 일반적으로, 예를 들어 부피가 큰 빔-분할기가 일반적으로 필요하기 때문에, 부피가 크다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 초점/자동초점 장치, 예컨대 자동초점 카메라에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 광학 현미경, 특히 공초점 현미경에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 자동차 기술 및 수송 기술의 기술 분야에 적용가능하다. 따라서, 예로서, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 조정식 순항 제어, 비상 브레이크 보조, 차로 이탈 경고, 주위 시야, 사각 지대 검출, 교통 신호 검출, 교통 신호 인식, 차로 인식, 후방 교차 교통 경보, 전방에 접근하는 교통 또는 차량에 따라 전조등 강도 및 범위를 조정하기 위한 광원 인식, 조정식 정면 조명 시스템, 하이빔 전조등의 자동 제어, 정면 광 시스템에서의 조정식 차단광(cut-off light), 눈부심 없는 정면 조명 시스템, 전조등 조사에 의한 동물, 방해물 등의 표시, 후방 교차 교통 경보 및 기타 운전자 보조 시스템, 예컨대 첨단 운전자 보조 시스템, 또는 기타 자동차 및 교통 용도를 위한, 거리 및 감시 센서로서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히 충돌 회피를 위해 사전에 운전자의 행동을 예상하도록 구성될 수 있는 운전자 보조 시스템에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 본 발명에 따른 검출기를 사용하여 수득된 위치 정보의 제 1 및 제 2 시간-도함수를 분석함으로써, 속도 및/또는 가속도 측정에도 사용될 수 있다. 이러한 특징은 일반적으로 자동차 기술, 수송 기술 또는 일반 교통 기술에 적용가능할 수 있다. 다른 분야의 기술에서의 용도도 가능하다. 실내 위치선정 시스템에서의 특정 용도는, 수송에서 승객의 위치선정의 검출, 더욱 특히 안전 시스템, 예컨대 에어백의 사용을 전자적으로 제어하는 것일 수 있다. 본원에서, 에어백의 사용은 특히, 에어백의 사용이 승객에게 부상, 특히 심한 부상을 유발할 수 있는 방식으로 승객이 차량 내에 위치할 수 있는 경우에는 금지되 수 있다. 또한, 차량, 예컨대 자동차, 기차, 항공기 등에서, 특히 자율주행 차량에서, 운전자가 교통에 주의를 기울이는지, 주의가 산만한지, 졸리운지, 피곤한지, 또는 예를 들어 알코올 또는 다른 약물의 섭취로 인해 운전이 불가능한지를 결정하기 위해, 본 발명에 따른 장치가 사용될 수 있다.
이러한 용도 또는 다른 용도에서, 일반적으로, 본 발명에 따른 장치는 독립형 장치로서, 또는 다른 센서 장치와의 조합으로, 예컨대 레이더 및/또는 초음파 장치와의 조합으로 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 장치는 자율주행 및 안전 문제를 위해 사용될 수 있다. 또한, 이러한 용도에서, 본 발명에 따른 장치는 적외선 센서, 레이더 센서(이는 음파 센서임), 2차원 카메라 또는 다른 유형의 센서와 조합으로 사용될 수 있다. 이러한 용도에서는, 본 발명에 따른 장치의 수동적인 성질이 유리하다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 방출 신호를 필요로 하지 않기 때문에, 다른 신호원과의 활동 센서 신호의 간섭 위험이 방지될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 특히, 인식 소프트웨어, 예컨대 표준 이미지 인식 소프트웨어와 조합으로 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치에 의해 제공되는 신호 및 데이터는 전형적으로 용이하게 처리가능하며, 따라서, 일반적으로, 확립된 입체시 시스템(예컨대, 광선 레이더)보다 더 적은 계산 전력을 필요로 한다. 적은 공간 명령을 고려하면, 본 발명에 따른 장치, 예컨대 카메라는 실제적으로 차량 내 임의의 위치, 예컨대 창문 스크린의 위에 또는 뒤에, 전방 후드 위에, 범퍼 위에, 라이트 위에, 거울 위에 또는 다른 곳에 위치할 수 있다. 본 발명에 따른 다양한 검출기, 예컨대 본 발명에 개시된 효과에 기초하는 하나 이상의 검출기는, 예를 들어 자율주행 차량을 허용하기 위해 또는 활동 안전성 개념의 성능을 증가시키기 위해 조합될 수 있다. 따라서, 다양한 본 발명에 따른 장치는, 예를 들면 창문(예컨대, 뒷창문, 옆창문 또는 앞창문)에서, 범퍼 상에서 또는 라이트 상에서, 본 발명에 따른 하나 이상의 다른 장치 및/또는 통상적인 센서와 조합될 수 있다.
본 발명에 따른 하나 이상의 장치, 예컨대 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기와 하나 이상의 비(rain) 검출 센서와의 조합도 가능하다. 그 이유는, 본 발명에 따른 장치가 일반적으로 폭우 동안 통상적인 센서 기술(예컨대 레이더)보다 유리하다는 사실 때문이다. 본 발명에 따른 하나 이상의 장치와 하나 이상의 통상적인 감지 기술(예컨대, 레이더)의 조합은, 소프트웨어가 기상 조건에 따라 신호의 정확한 조합을 선택하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 브레이크 보조 및/또는 주차 보조로서 및/또는 속도 측정을 위해 사용될 수 있다. 속도 측정은, 예를 들어 교통 제어시 다른 자동차의 속도를 측정하기 위해 차량 내에 통합되거나 차량 바깥쪽에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 주차장에서 빈 주차 공간을 검색하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 특히 어려운 가시성 조건 하의 시야, 예컨대 야간 시야, 안개 시야, 또는 매연 시야에서 사용될 수 있다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 상기 광학적 검출기는, 작은 입자, 예컨대 연기 또는 매연으로 존재하는 입자, 또는 작은 액적, 예컨대 안개, 미스트 또는 연무로 존재하는 액적이 입사 광 빔을 반사하지 못하거나 이의 단지 작은 부분만 반사할 수 있는 파장 범위 내에서 적어도 민감할 수 있는 특별히 선택된 광전도성 물질을 포함할 수 있다. 일반적으로 공지된 바와 같이, 입사 빔의 파장이 상기 입자 또는 액적 각각의 크기를 초과하는 경우, 입사 광 빔의 반사는 작거나 무시할 수 있다. 또한, 신체 및 물체에서 방축되는 열 복사선을 감출함으로써 강력한 시야가 가능할 수 있다. 따라서, 적외선(IR) 스펙트럼 범위 이내, 바람직하게는 근적외선(NIR) 스펙트럼 범위 이내에서 특히 민감할 수 있는 특별히 선택된 광전도성 물질을 포함하는 광학적 검출기는 야간에도, 매연, 연기, 안개, 미스트 또는 연무 내에서도 우수한 시계를 허용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 의료 시스템 및 스포츠 분야에 사용될 수 있다. 따라서, 의료 기술 분야에서는, 예를 들어 내시경에 사용하기 위한 수술 로봇을 거론할 수 있으며, 그 이유는, 상기 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치가 적은 부피만 필요로할 수 있고 다른 장치 내로 통할될 수 있기 때문이다. 특히, 렌즈를 갖는 본 발명에 따른 장치는 의료 장치(예컨대, 내시경)에서 3D 정보를 캡쳐하기 위해 최대한 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 움직임의 추적 및 분석을 가능하게 하도록, 적절한 모니터링 소프트웨어와 조합될 수 있다. 이는, 의료 장치(예컨대, 내시경 또는 메스)와, 예를 들어 자기 공명 이미지화, x-선 이미지화 또는 초음파 이미지화로부터 수득된 의료 이미지화로부터의 결과와의 위치의 즉각적인 중첩을 허용할 수 있다. 이러한 용도는 특히, 예를 들어 정확한 위치 정보가 중요한 의학적 치료, 예컨대 뇌 수술, 장거리 진단 및 원격 의료에서 가치가 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 3D-신체 스캔에 사용될 수 있다. 신체 스캔은 의료 맥락에서, 예컨대 치과 수술, 외과 수술, 비만 수술 또는 성형 수술에 적용될 수 있거나, 의료 진단 맥락에서, 예컨대 근막동통 증후군, 암, 신체 기형 장애 또는 다른 질환의 진단에 적용될 수 있다. 신체 스캔은 또한, 스포츠 장비의 인체공학적 사용 또는 피팅을 평가하기 위해 스포츠 분야에 적용될 수 있다.
신체 스캔은 또한 의복 맥락에서, 예를 들어 의복의 적합한 크기 및 피팅을 결정하는데 사용될 수 있다. 이러한 기술은 맞춤복 맥락에서, 주문 의복의 맥락에서 또는 인터넷으로부터의 주문 의복 또는 신발의 맥락에서 또는 무인 쇼핑 장치, 예컨대, 마이크로 키오스크(kiosk) 장치 또는 고객 안내(concierge) 장치에 사용될 수 있다. 의복 맥락에서의 신체 스캔은 완전히 차려입은 고객을 스캐닝하는데 특히 중요하다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 사람 집계 시스템의 맥락에서, 엘레베이터, 기차, 버스, 자동차 또는 항공기 내의 사람의 수를 집계하는데 또는 낭하(hallway), 문, 통로(aisle), 소매점, 스타디움, 엔터테인먼트 장소, 박물관, 도서관, 공공 위치, 영화관, 극장 등을 통과하는 사람의 수를 집계하는데 사용될 수 있다. 또한, 사람 집계 시스템에서의 3D-기능은, 만나는 사람에 대한 추가의 정보, 예컨대 키, 무게, 나이, 체력 등을 수득하거나 추정하는데 사용될 수 있다. 이러한 정보는 기업 정보수집 메트릭스(metrics)를 위해 및/또는 사람들이 계수될 수 있는 곳을 더욱 매력적으로 또는 안전하게 만드는 것을 추가로 최적화 하기 위해 사용될 수 있다. 소매 환경에서, 사람 집계의 맥락에서의 본 발명에 따른 장치는 재방문(returning) 고객 또는 교차 쇼핑객(cross shopper)을 인식하는데, 쇼핑 행동을 평가하는데, 구입하는 방문객의 백분율을 평가하는데, 직원 교대를 최적화하는데, 또는 방문객 당 쇼핑몰의 경비를 모니터링하는데 사용될 수 있다. 또한, 사람 집계 시스템은 인체측정학적 조사에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 수송 거리에 따라 승객에게 자동으로 요금을 매기는 대중 교통 시스템에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 아동 놀이터에서 부상당한 어린이 또는 위험한 행동과 관련된 어린이를 인식하기 위해, 놀이터 장난감과의 추가적인 상호작용을 허용하기 위해, 놀이터 장난감의 안정한 사용을 보장하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 공사 도구, 예컨대 물체 또는 벽에 대한 거리를 결정하기 위한, 표면이 편평한지를 평가하기 위한, 물체를 정렬하거나 물체를 정돈된 방식으로 놓기 위한 범위 계기, 또는 공사 현장에 사용하기 위한 검사 카메라에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 스포츠 및 운동 분야에서, 예를 들어 훈련, 원격 지시 또는 경쟁 목적을 위해 적용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 장치는 댄스, 에어로빅, 풋볼, 축구, 농구, 야구, 크리켓, 하키, 트랙 및 필드, 수영, 폴로, 핸드볼, 배구, 럭비, 스모, 유도, 펜싱, 권투, 골브, 자동차 경주, 레이저 태그, 전투 모의시험 등의 분야에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는, 게임을 모니터링하기 위해, 심판을 지원하기 위해, 스포츠에서 특정 상황의 판단, 특히 자동 판단을 위해, 예를 들면 포인트 또는 골이 실제로 이루어졌는지를 평가하기 위해, 예를 들어 스포츠 및 게임 둘 다에서 공, 배트, 칼, 움직임 등 검출하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 자동차 경주, 자동차 운전자 훈련, 자동차 안전 훈련 등의 분야에서 자동차 또는 자동차 트랙의 위치, 또는 이전 트랙 또는 이상적인 트랙으로부터의 벗어남을 결정하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 또한, 특히 원격 레슨, 예를 들어 현악기(예컨대, 피들(fiddle), 바이올린, 비올라, 첼로, 베이스, 하프, 기타, 밴조 또는 우크렐레), 건반 안기(예컨대, 피아노, 오르간, 키보드, 하프시코드, 하모늄 또는 아코디언), 및/또는 타악기(예컨대, 드럼, 팀파니, 마림바, 실로폰, 비브라폰, 봉고, 콩가, 팀발레스, 젬베 또는 타블라)의 레슨에서 악기 연주를 지원하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 또한, 훈련을 격려하기 위해 및/또는 움직임을 조사하고 교정하기 위해 재활 및 물리치료에 사용될 수 있다. 본원에서, 본 발명에 따른 장치는 또한 거리 진단에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 머신 비전 분야에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치 중 적어도 하나는, 예를 들어 수동 제어 유닛 및/또는 로봇 작동을 위한 수동 제어 유닛으로서 사용될 수 있다. 움직이는 로봇과 조합시, 본 발명에 따른 장치는, 자율 움직임 및/또는 부품에서 불량의 자율 검출을 허용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 사고(예컨대, 비제한적으로 로봇, 제조 부품 및 생명체 간의 충돌)를 예방하기 위한 제조 및 안정성 감시에 사용될 수 있다. 로봇공학에서는, 인간과 로봇의 안전하고 직접적인 상호작용이 흔히 문제가 되며, 그 이유는, 인간을 인지하지 못하는 경우 로봇이 인간에게 심한 손상을 입힐 수 있기 때문이다. 본 발명에 따른 장치는 로봇이 물체 및 인간을 더 잘 더 빨리 위치시키는 것을 돕고, 안전한 상호작용을 허용할 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 수동적 성질을 고려하면, 본 발명에 따른 장치는 능동 장치보다 유리할 수 있고/있거나, 레이더, 초음파, 2D 카메라, IR 검출 등과 같은 기존 해결책에 상호보완적으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 하나의 특정 이점은 신호 간섭의 가능성이 낮다는 것이다. 따라서, 복수개의 센서가 동일한 환경에서 동시에 작동할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 고도로 자동화된 제조 환경, 예컨대 비제한적으로 자동차, 광업, 철강 등에 유용할 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한, 예를 들어 2-D 이미지화, 레이더, 초음파, IR 들과 같은 다른 센서와 조합으로, 제조시 품질 제어를 위해, 예컨대 품질 제어 또는 다른 목적을 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 표면 품질의 평가를 위해, 예를 들어 제품의 표면 균일성 또는 수 마이크로 범위 내지 수 미터 범위의 규정된 차원에 대한 접착력을 조사하는데 사용될 수 있다. 다른 품질 제어 용도도 가능하다. 제조 환경에서, 본 발명에 따른 장치는, 천연 제품(예컨대, 음식 또는 목재)을 복잡한 3-차원 구조로 가공하는 경우, 다량의 폐기물을 방지하는데 데 특히 유용하다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 저장탑(silos), 탱크 등의 충전 수준을 모니터링하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 인쇄 회로 기판의 자동 광검사, 조립체 또는 하위-조립체의 검사, 엔지니어링 부품의 확인, 엔진 부품 검사, 목재 품질 검사, 라벨 검사, 의료 장치 검사, 제품 방향 검사, 포장 검사, 식품 팩 검사 등에서, 손실된 부품, 불완전한 부품, 느슨한 부품, 저 품질 부품 등에 대해 복합 제품을 검사하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 차량, 기차, 항공기, 선박, 우주선 및 다른 교통 용도에 사용될 수 있다. 따라서, 교통 용도의 맥락에서 전술된 용도 이외에, 항공기, 차량 등에 대한 수동 추적 시스템을 거론할 수 있다. 움직이는 물체의 속도 및/또는 방향을 모니터링하기 위한, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치, 예컨대 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기의 용도가 가능하다. 특히, 육상, 해상 및 공중(우주 포함)에서 빨리 움직이는 물체를 추적하는 것을 거론할 수 있다. 하나 이상의 본 발명에 따른 장치, 예컨대 본 발명에 따른 하나 이상의 검출기는 특히, 가만히 있는 및.또는 움직이는 장치 상에 장착될 수 있다. 본 발명에 따른 하나 이상의 장치의 출력 신호는, 예를 들어 또다른 물체의 자율적인 또는 안내된 움직임에 대한 안내 메커니즘과 조합될 수 있다. 따라서, 충돌을 피하거나, 추적된 물체와 조정된 물체 간의 충돌을 가능하게 하기 위한 용도가 가능하다. 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 유용하고 이로우며, 그 이유는, 적게 요구되는 계산 전력, 즉각적인 응답성, 및 능동 시스템(예컨대, 레이더)에 비해 검출하고 방해하기가 좀 더 어려운 상기 검출 시스템의 수동적 성질 때문이다. 본 발명에 따른 장치는, ?∏苛? 비제한적으로, 속도 제어 및 항공 교통 제어 장치에 특히 유용하다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 도로 요금의 자동화된 요금지불(tolling) 시스템에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 일반적으로, 수동 용도에 사용될 수 있다. 수동 용도는 항구 또는 위험 지역에서 선박의 안내, 및 착륙 또는 이륙시 항공기의 안내를 포함한다. 본원에서는, 정확한 안내를 위해 고정되고 공지된 활동 표적이 사용될 수 있다. 이는, 위험하지만 잘 정의된 경로를 주행하는 차량, 예컨대 채굴 차량에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 빠르게 접근하는 물체(예컨대, 자동차, 기차, 비행 물체, 동물 등)을 검출하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 물체의 속도 또는 가속도를 검출하거나, 시간에 따라 위치, 속도 및/또는 가속도 중 적어도 하나를 추적함으로써 물체의 움직을 예측하는데 사용될 수 있다.
또한, 전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 게임 분야에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 동일하거나 상이한 크기, 칼라, 형태의 복수개의 물체와 함께 사용하기에, 예를 들어 움직임을 이의 항목에 통합하는 소프트웨어와 조합으로 움직임을 검출하기에 수동적일 수 있다. 특히, 그래픽 출력 내로의 움직임을 수행하는 용도가 가능하다. 또한, 예를 들어 본 발명에 따른 장치 중 하나 이상을 몸짓 또는 얼굴 인식에 사용하여 명령을 내리기 위한 본 발명에 따른 장치의 용도가 가능하다. 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 저광 조건 또는 환경 조건이 필요한 다른 상황 하에 능동 시스템과 조합될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치와 하나 이상의 IR 또는 VIS 광원의 조합이 가능하다. 본 발명에 따른 검출기와 특수 장치의 조합이 역시 가능하며, 이는, 상기 시스템 및 이의 소프트웨어, 예컨대 비제한적으로, 특수한 칼라, 형태, 다른 장치에 대한 상대적 위치, 움직임의 속도, 광, 장치 상의 광원을 변조하는데 사용되는 광 주파수, 표면 특성, 사용되는 물질, 반사 특성, 투명도, 흡수 특성 등에 의해 용이하게 구별될 수 있다. 상기 장치는, 다른 가능성 중에서도 특히, 막대, 라켓, 곤봉, 총, 칼, 바퀴, 고리, 핸들, 병, 공, 유리, 화병, 숟가락, 포크, 큐브, 주사위, 피규어, 손가락인형, 테디 베어, 비이커, 페달, 스위치, 장갑, 보석, 악기 또는 악기 연주를 위한 보조 장치, 예컨대 플렉트럼(plectrum), 드럼스틱 등)을 닮을 수 있다. 다른 옵션도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 고온 또는 다른 발광 공정으로 인해 그 자체로 광을 방출하는 물체를 검출하거나 추적하는데 사용될 수 있다. 발광 부품은 배기 스트림 등일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 반사 대상을 추적하고 상기 물체의 회전 또는 방향을 분석하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 일반적으로 건물, 건축 및 지도제작 분야에 사용될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치는, 환경 영역(예컨대, 전원 지대 또는 건물)을 측정하고/하거나 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 본원에서, 본 발명에 따른 하나 이상의 장치는 다른 방법 및 장치와 조합될 수 있거나, 단지 건축 프로젝트의 진행 및 정확성, 변하는 물체, 집을 모니터링하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는, 땅 또는 공중 둘 다로부터, 방, 거리, 하우스, 커뮤너티 또는 풍경의 지도를 구축하기 위해, 스캔된 환경의 3차원 모델을 생성하는데 사용될 수 있다. 잠재적 적용 분야는, 건설, 지도제작, 부동산, 토지 측량 등일 수 있다. 예로서, 본 발명에 따른 장치는, 빌딩, 굴뚝, 생산 현장, 농경지, 생산 공장 또는 조경과 같은 농산물 생산 환경을 감시하기 위해, 구조 작업을 지원하기 위해, 위험한 환경에서의 작업을 지원하거나, 실내 또는 실외의 화재 현장에서 소방대를 지원하기 위해, 하나 이상의 사람, 동물 또는 움직이는 물건을 찾거나 모니터링하기 위해, 또는 헬멧, 마크, 비콘 장치 등을 따라감으로써 인식할 수 있는 스포츠(예컨대, 스키 또는 사이클링)을 하는 한 명 이상의 사람을 따라가 기록하는 드론과 같은 엔터테인먼트 목적을 위해, 비행가능한 차량, 예컨대 드론 또는 마이크로콥터에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 장애물을 인식하거나, 사전-정의된 경로를 따라가거나, 엣지, 파이프, 빌딩 등에 따라가거나, 환경의 전체 또는 국부 맵을 기록하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 실내 또는 실외의 위치 파악 및 드론의 위치 결정을 위해, 기압 센서가 충분히 정확하지 않은 경우 실내의 드론의 높이를 안정화시키기 위해, 복수의 드론의 상호작용(예컨대, 몇몇 드론의 콘서트화된 움직임)을 위해, 또는 공중에서의 충전 또는 주유를 위해 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, CHAIN(Cedec Home Appliances Interoperating Network)과 같은 가전 기기의 상호접속 네트워크 내에서, 가정 내의 기본 기기 관련 서비스, 예를 들면 에너지 또는 부하 관리, 원격 진단, 애완동물 관련 기기, 아동 관련 기기, 아동 감시, 감시 관련 기기, 고령자 또는 환자에 대한 지원 또는 서비스, 주택 보안 및/또는 감시, 기기 작동의 원격 제어 및 자동 유지보수 지원에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히 하나 이상의 사람의 위치에 따라, 방의 어느 부분이 특정 온도 또는 습도가 되도록 하기 위해, 공조 시스템과 같은 가열 또는 냉각 시스템에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 가사 노동에 사용될 수 있는 서비스 로봇 또는 자율 로봇과 같은 가정용 로봇에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 다수의 상이한 목적을 위해, 예를 들면 충돌을 피하거나 환경을 맵핑하는 것뿐만 아니라, 사용자를 식별하기 위해, 주어진 사용자에 대해 로봇의 성능을 개인화하기 위해, 보안 목적을 위해, 또는 몸짓 또는 얼굴 인식을 위해 사용될 수 있다. 예로서, 본 발명에 따른 장치는 로봇식 진공 청소기, 바닥 세척 로봇, 건식 청소 로봇, 의류 다림질용 다림질 로봇, 동물 배설물 처리 로봇(예컨대, 고양이 배설물 처리 로봇), 침입자를 검출하는 보안 로봇, 로봇식 잔디깍기 기계, 자동화된 풀장 청소기, 낙수받이 청소 로봇, 유리창 청소 로봇, 장난감 로봇, 텔레프레전스 로봇, 거동이 불편한(less mobile) 사람에게 회사를 제공하는 소셜 로봇, 말을 수화로 또는 수화를 말로 번역하는 로봇에 사용될 수 있다. 고령자와 같이 거동이 불편한 사람들의 맥락에서, 본 발명에 따른 장치를 갖는 가정용 로봇은 물체를 집어들고, 물체를 운반하고, 물체와 사용자가 안전하게 상호작용하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 위험 물질 또는 물체를 사용하거나 위험한 환경에서 작동하는 로봇에 사용될 수 있다. 비제한적인 예로서, 본 발명에 따른 장치는, 특히 재해 이후 위험 물질(예컨대, 화학 물질 또는 방사성 물질)과 함께 또는 다른 위험하거나 잠재적으로 위험한 물체(예컨대, 지뢰, 불발된 무기 등)와 함께 작업하기 위해, 불안전한 환경(예컨대, 불타는 물체 근처 또는 재해 후 여역)에서 작업하거나 이를 조사하기 위해, 또는 공중, 바다, 지하 등에서 유인 또는 무인 구조 작업을 하기 위해, 로봇 또는 무인 원격 제어 차량에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 사람의 존재를 검출하거나, 장치의 내용 또는 기능을 모니터하거나, 사람과 상호작용하고/하거나, 사람에 대한 정보를 다른 가정용, 모바일 또는 엔터테인먼트 장치와 공유하기 위해, 가정용, 모바일 또는 엔터테인먼트 장치, 예컨대 냉장고, 전자렌지, 세탁기, 윈도우 블라인드 또는 셔터, 가정용 알람, 공기 조화 장치, 가열 장치, 텔레비전, 오디오 장치, 스마트 워치, 휴대 전화, 전화기, 식기 세척기, 스토브 등에 사용될 수 있다. 본원에서, 본 발명에 따른 장치는, 예를 들어 가사일에서 또는 직장에서, 예를 들면 물건을 들거나 운반하거나 또는 집기 위한 장치에서, 또는 제한된 시력 능력을 가진 사람을 지원하는데 사용될 수 있으며, 또는 환경 내의 장애물을 신호화하기에 적합한 광학 및/또는 음향 신호를 갖는 안전 시스템에서, 노인 또는 장애인, 시각 장애인, 또는 제한된 시각 능력을 갖는 사람을 지원하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 또한 농업에서, 예를 들어 해충, 잡초 및/또는 감염된 작물을 완전히 또는 부분적으로 검출 및 선별하기 위해 사용될 수 있으며, 이때 작물은 균류 또는 곤충에 의해 감염될 수 있다. 또한, 작물을 수확하기 위해, 본 발명에 따른 장치는, 수확 장치에 의해 달리 해를 입을 수 있는 동물(예컨대, 사슴)을 검출하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 밭 또는 온실에서 식물 성장을 모니터링하는데, 특히 밭 또는 온실의 주어진 영역에 대한 물 또는 비료 또는 작물 보호 제품의 양 또는 심지어 제시된 작물을 조절하는데 사용될 수 있다. 또한, 농업 생명 공학에서, 본 발명에 따른 장치는 식물의 크기 및 모양을 모니터하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 화학 물질 또는 오염물을 검출하기 위한 센서, 전자 냄새검출(nose) 칩, 박테리아 또는 바이러스 등을 검출하기 위한 마이크로 센서 칩, 가이거(Geiger) 카운터, 촉각 센서, 열 센서 등과 조합될 수 있다. 이는, 예를 들어, 고도의 전염성 환자 치료, 고도의 위험 물질 취급 또는 제거, 고도로 오염된 지역(예를 들어, 고도의 방사성 구역 또는 화학 물질 유출) 청소와 같은 위험하거나 어려운 작업을 처리하기 위해 또는 농업에서 해충 방제를 위해 구성된 스마트 로봇을 제조하는 데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 하나 이상의 장치는 또한, 예를 들어 CAD 또는 유사한 소프트웨어와 조합으로 물체를 스캐닝하기 위해, 예를 들면 첨삭 가공 및/또는 3D 인쇄를 위해 사용될 수 있다. 여기에서, 예를 들어 x-, y- 또는 z-방향에서 또는 이들 방향의 임의의 조합에서, 예컨대 동시에, 본 발명에 따른 장치의 높은 치수 정확도를 사용할 수 있다. 이와 관련하여, 반사되거나 확산식 산란된 광을 제공할 수 있는 표면 상에 조사된 스팟의 검출기부터의 거리를 결정하는 것은, 조사된 스팟으로부터의 광원의 거리와 실질적으로 무관하게 수행될 수 있다. 본 발명의 이러한 특성은 공지된 방법, 예컨대 삼각 측량 또는 TOF(time-of-flight) 방법과 직접적으로 대조되는데, 이때 광원과 조사된 스팟 사이의 거리는, 검출기와 조사된 스팟 사이의 거리를 결정할 수 있기 위해, 사전에 공지되거나 사후(posteriori)에 계산될 수 있어야 한다. 대조적으로, 본 발명에 따른 검출기는 스팟이 적절히 조명되는 것으로 충분할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 고체 또는 액체 표면을 포함할 수 있는지 여부에 관계없이, 반사 표면(예컨대, 금속 표면)을 스캐닝하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 검사 및 유지 보수, 예를 들어 배관 검사 게이지(pipeline inspection gauges)에 사용될 수 있다. 또한, 생산 환경에서, 본 발명에 따른 장치는, 불규칙하게(badly) 정의된 형태의 물체(예를 들면, 자연적으로 자라는 물체, 예컨대 야채, 또는 다른 천연 제품)를 모양 또는 크기로 분류하거나, 제품(예컨대, 고기, 또는 가공 단계에서 필요한 정밀도보다 더 낮은 정밀도로 제조된 물체)을 절단하는데 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 지역 내비게이션 시스템에 사용되어, 자율주행 또는 부분적 자율주행 차량 또는 멀티콥터 등이 실내 또는 실외 공간을 통해 이동할 수 있게 한다. 비제한적인 예는 물체를 집어 다른 위치에 배치하기 위해 자동화 창고를 통해 이동하는 차량을 포함할 수 있다. 실내 내비게이션은 쇼핑몰, 소매점, 박물관, 공항 또는 기차역에서 사용되어 모바일 용품, 모바일 장치, 수하물, 고객 또는 직원의 위치를 추적하거나 사용자에게 특정 위치 정보(예컨대, 지도상의 현재 위치) 또는 판매된 상품에 대한 정보 등을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 속도, 경사, 다가올 장애물, 도로의 불균일성 또는 커브 등을 모니터링함으로써, 오토바이의 운전 보조와 같은 오토바이의 안전한 운전을 보장하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 충돌을 피하기 위해 열차 또는 트램에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 물류 프로세스를 최적화하기 위해 포장 또는 소포를 스캐닝하는 것과 같은 핸드 헬드 장치에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 다른 핸드헬드 장치, 예컨대 개인 쇼핑 장치, RFID 판독기, 예컨대 의료 용도를 위해 또는 환자 또는 환자 건강 관련 정보 수득하거나 교화하거나 기록하기위해 병원 또는 헬쓰 환경에서 사용하기 위한 헨드헬드 장치, 또는 소매 또는 건강 환경을 위한 스마트 배지 등을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 또한, 제조, 품질 관리 또는 식별용도에, 예를 들어 제품 식별 또는 크기 식별(예컨대, 최적의 장소 또는 패키지를 발견하기 위해, 폐기물을 줄이기 위해)에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 물류 용도에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 최적화된 적재 또는 포장 콘테이너 또는 차량에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 제조 분야에서 표면 손상을 모니터링 또는 제어하기 위해, 렌탈 물체(예컨대, 렌탈 차량)을 모니터링 또는 제어하기 위해, 및/또는 보험 용도를 위해, 예컨대 손해 보상을 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는, 특히 로봇과 조합으로, 물질, 물체 또는 공구의 크기를 식별하기 위해, 예컨대 최적의 물질 취급을 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 생산 공정 제어를 위해, 예컨대 탱크의 충전 수준을 관찰하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 생산 자산, 예컨대 비제한적으로, 탱크, 파이프, 반응기, 공구 등의 유지 보수를 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 3D 품질 마크를 분석하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 치아 인레이, 치아 교정기, 보철물, 의복 등과 같은 맞춤형 제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한, 신속한 시제품화, 3D 복사 등을 위한 하나 이상의 3D 프린터와 조합될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 하나 이상의 제품의 형상을 검출하기 위해, 예를 들어 제품 무단 복제 방지 및 위조 방지 목적을 위해 사용될 수 있다.
바람직하게는, 광학적 검출기, 방법, 인간-기계 인터페이스, 엔터테인먼트 장치, 추적 시스템, 카메라, 및 특히 전달 장치, 종방향 광학 센서, 평가 장치 및 적용가능한 경우 횡방향 광학 센서, 변조 장치, 조명원 및 이미지화 장치, 특히 잠재적 물질, 구성 및 추가의 세부사항에 대한 검출기의 다양한 용도에 대한 추가의 세부사항에 대해서는, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호, 미국 특허 출원 공개 제 2012/206336 A1 호, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호 및 미국 특허 출원 공개 제 2014/291480 A1 호에 개시되어 있으며, 이들 출원의 전체 내용을 본원에 참고로 인용한다.
전술된 검출기, 방법, 인간-기계 인터페이스 및 엔터테인먼트 장치 및 또한 제안된 용도는 종래 기술에 비해 상당한 이점을 갖는다. 따라서, 일반적으로, 공간에서의 하나 이상의 물체의 위치를 정확하게 결정하기 위한 단순하고 또한 효율적인 검출기가 제공될 수 있다. 본원에서, 예로서, 물체 또는 이의 일부의 3차원 좌표가 빠르고 효율적인 방식으로 결정될 수 있다.
당분야에 공지된 장치에 비해, 본원에서 제안된 검출기는, 특히 검출기의 광학 구성과 관련하여 고도의 단순성을 제공한다. 따라서, 원칙적으로, 적절한 평가 장치와 조합으로, 상기 광전도성 물질에 충돌하는 입사 광 빔의 단면의 변화와 조합된 광전도성 물질의 단순한 조합은 신뢰성있는 고정밀 위치 검출에 충분하다. 고정밀 측정의 가능성과 조합된 이러한 고도의 단순성은 기계 제어를 위해, 예컨대 인간-기계 인터페이스에서, 더욱 바람직하게는 게임, 추적, 스캐닝 및 입체에 특히 적합하다. 따라서, 다수의 게임, 엔터테인먼트, 추적, 스캐닝 및 입체시 목적을 위해 사용될 수 있는 비용-효율적인 엔터테인먼트 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특정 이점은, 매우 낮은 광 수준(월광) 및 매우 높은 광 수준(직사광선) 둘 다에 대한 광전도성 물질의 높은 응답성을 언급할 수 있으며, 이때 응답성은, "광"과 "무광"사이의 몇몇 크기 순서를 포함할 수 있는 관찰가능한 저항 변화로 인해 넓은 동적 범위를 나타낸다. 또한, 넓은 범위의 저항 값에 이용 가능한 광전도성 물질은 저 잡음 왜곡성으로 공지되어 있다.
요약하면, 본 발명과 관련하여, 다음의 실시 양태가 특히 바람직하다고 간주된다 :
실시양태 1: 하나 이상의 종방향 광학 센서 및 하나 이상의 평가 장치룰 포함하는, 하나 이상의 물체의 광학적 검출을 위한 검출기로서, 이때 상기 종방향 광학 센서는 하나 이상의 센서 영역을 갖고, 상기 종방향 광학 센서는, 광 빔에 의해 상기 센서 영역의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 센서 영역은 하나 이상의 광전도성 물질을 포함하고, 상기 센서 영역의 전기 전도도는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 종방향 센서 신호는 상기 전기 전도도에 의존적이고, 상기 평가 장치는, 상기 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계되는, 검출기.
실시양태 2: 실시양태 1에 있어서, 광전도성 물질이 무기 광전도성 물질, 유기 광전도성 물질 또는 이들의 조합을 포함하는, 검출기.
실시양태 3: 실시양태 2에 있어서, 상기 무기 광전도성 물질이 셀루륨, 텔루륨, 셀루륨-텔루륨 합금, 금속 옥사이드, IV족 원소 또는 화합물, III-V 화합물, II-VI 화합물, 칼코게나이드, 프닉토게나이드, 할라이드, 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체 중 적어도 하나를 포함하는, 검출기.
실시양태 4: 실시양태 3에 있어서, 상기 셀루륨-텔루륨 합금이 셀루륨 및 5 내지 9 중량%의 텔루륨의 추가를 포함하는, 검출기.
실시양태 5: 실시양태 3 또는 4에 있어서, 상기 셀루륨-텔루륨 합금이, 5 ppm 내지 500 ppm 범위의 하나 이상의 할로겐의 농도의 존재 하에 셀루륨 및 5 내지 20 중량% 텔루륨의 추가를 포함하고, 상기 할로겐이, 불소, 염소, 브롬, 및 요오드로 이루어진 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 6: 실시양태 4 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 상기 칼코게나이드가, 설파이드 칼코게나이드, 셀레나이드 칼코게나이드, 텔루라이드 칼코게나이드, 3상 칼코게나이드, 4상 및 그보다 많은 상의 칼코게나이드로 이루어진 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 7: 실시양태 6에 있어서, 상기 설파이드 칼코게나이드가, 납 설파이드(PbS), 카드뮴 설파이드(CdS), 아연 설파이드(ZnS), 수은 설파이드(HgS), 은 설파이드(Ag2S), 망간 설파이드(MnS), 비스무트 트라이설파이드(Bi2S3), 안티몬 트라이설파이드(Sb2S3), 비소 트라이설파이드(As2S3), 주석(II) 설파이드(SnS), 주석(IV) 다이설파이드(SnS2), 인듐 설파이드(In2S3), 구리 설파이드(CuS), 코발트 설파이드(CoS), 니켈 설파이드(NiS), 몰리브덴 다이설파이드(MoS2), 철 다이설파이드(FeS2), 크롬 트라이설파이드(CrS3), 구리 인듐 설파이드(CIS), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS), 구리 아연 주석 설파이드(CZTS), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 8: 실시양태 6 또는 7에 있어서, 상기 셀레나이드 칼코게나이드가, 납 셀레나이드(PbSe), 카드뮴 셀레나이드(CdSe), 아연 셀레나이드(ZnSe), 비스무트 트라이셀레나이드(Bi2Se3), 수은 셀레나이드(HgSe), 안티몬 트라이셀레나이드(Sb2Se3), 비소 트라이셀레나이드(As2Se3), 니켈 셀레나이드(NiSe), 탈륨 셀레나이드(TlSe), 구리 셀레나이드(CuSe), 몰리브덴 다이셀레나이드(MoSe2), 주석 셀레나이드(SnSe), 코발트 셀레나이드(CoSe), 인듐 셀레나이드(In2Se3), 구리 아연 주석 셀레나이드(CZTSe), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 9: 실시양태 6 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 상기 텔루라이드 칼코게나이드가, 납 텔루라이드(PbTe), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 아연 텔루라이드(ZnTe), 수은 텔루라이드(HgTe), 비스무트 트라이텔루라이드(Bi2Te3), 비소 트라이텔루라이드(As2Te3), 안티몬 트라이텔루라이드(Sb2Te3), 니켈 텔루라이드(NiTe), 탈륨 텔루라이드(TlTe), 구리 텔루라이드(CuTe), 몰리브덴 다이텔루라이드(MoTe2), 주석 텔루라이드(SnTe), 코발트 텔루라이드(CoTe), 은 텔루라이드(Ag2Te), 인듐 텔루라이드(In2Te3), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 10: 실시양태 6 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 3상 칼코게나이드가, 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe), 수은 아연 텔루라이드(HgZnTe), 수은 카드뮴 설파이드(HgCdS), 납 카드뮴 설파이드(PbCdS), 납 수은 설파이드(PbHgS), 구리 인듐 다이설파이드(CuInS2), 카드뮴 설포셀레나이드(CdSSe), 아연 설포셀레나이드(ZnSSe), 탈륨 설포셀레나이드(TlSSe), 카드뮴 아연 설파이드(CdZnS), 카드뮴 크롬 설파이드(CdCr2S4), 수은 크롬 설파이드(HgCr2S4), 구리 크롬 설파이드(CuCr2S4), 카드뮴 납 셀레나이드(CdPbSe), 구리 인듐 다이셀레나이드(CuInSe2), 인듐 갈륨 아르세나이드(InGaAs), 납 옥사이드 설파이드(Pb2OS), 납 옥사이드 셀레나이드(Pb2OSe), 납 설포셀레나이드(PbSSe), 비소 셀레나이드 텔루라이드(As2Se2Te), 인듐 갈륨 포스파이드(InGaP), 갈륨 아르세나이드 포스파이드(GaAsP), 알루미늄 갈륨 포스파이드(AlGaP), 카드뮴 셀레나이트(CdSeO3), 카드뮴 아연 텔루라이드(CdZnTe), 카드뮴 아연 셀레나이드(CdZnSe), 구리-아연-주석 황-셀레늄 칼코게나이드(CZTSSe), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 11: 실시양태 3 내지 10 중 어느 하나에 있어서, 상기 금속 옥사이드가, 구리(II) 옥사이드(CuO), 구리(I) 옥사이드(CuO2), 니켈 옥사이드(NiO), 아연 옥사이드(ZnO), 은 옥사이드(Ag2O), 망간 옥사이드(MnO), 디타늄 다이옥사이드(TiO2), 바륨 옥사이드(BaO), 납 옥사이드(PbO), 세륨 옥사이드(CeO2), 비스무트 옥사이드(Bi2O3), 카드뮴 옥사이드(CdO), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 12: 실시양태 3 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 상기 II-VI 화합물이, 카드뮴 설파이드(CdS), 카드뮴 셀레나이드(CdSe), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 아연 설파이드(ZnS), 아연 셀레나이드(ZnSe), 아연 텔루라이드(ZnTe), 수은 설파이드(HgS), 수은 셀레나이드(HgSe), 수은 텔루라이드(HgTe),카드뮴 아연 텔루라이드(CdZnTe), 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe), 수은 아연 텔루라이드(HgZnTe), 수은 아연 셀레나이드(CdZnSe), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 13: 실시양태 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 상기 광전도성 물질 옴 접촉에 의해 또는 비-옴 접촉에 의해 접촉되고, 이때 상기 옴 접촉은, 옴의 법칙에 따라 선형 전류-전압 비를 나타내는 전기 접합을 지칭하고, 상기 비-옴 접촉은, 비-선형 전류-전압 비를 나타내를 전기 접합을 지칭하고, 상기 비-옴 접촉은 바람직하게는 쇼트키 장벽 또는 p-n 접합인, 검출기.
실시양태 14: 실시양태 13에 있어서, 상기 옴 접촉이, 금, 은, 은-니켈, 은-철, 은-흑연, 은-카드뮴 옥사이드, 은-주석 옥사이드, 구리, 백금, 팔라듐, 팔리니(paliney) 합금, 인듐, 갈륨, 인듐 아말감, 그라핀, 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택되는 하나 이상에 의해 제공되는, 검출기.
실시양태 15: 실시양태 14에 있어서, 카드뮴 설파이드(CdS)에 대한 옴 접촉이 인듐 또는 갈륨에 의해 제공되고, 다른 II-VI 화합물에 대한 옴 접촉이 인듐 아말감에 의해 제공되는, 검출기.
실시양태 16: 실시양태 3 내지 15 중 어느 하나에 있어서, 상기 III-V 화합물이, 인듐 안티모나이드(InSb), 붕소 나이트라이드(BN), 붕소 포스파이드(BP), 붕소 아르세나이드(BAs), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 알루미늄 포스파이드(AlP), 알루미늄 아르세나이드(AlAs), 알루미늄 안티모나이드(AlSb), 인듐 나이트라이드(InN), 인듐 포스파이드(InP), 인듐 아르세나이드(InAs), 인듐 안티모나이드(InSb), 갈륨 나이트라이드(GaN), 갈륨 포스파이드(GaP), 갈륨 아르세나이드(GaAs), 및 갈륨 안티모나이드(GaSb), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 17: 실시양태 6 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 상기 광전도성 물질이, 양자점을 포함하는 콜로이드성 필름으로서 제공되는, 검출기.
실시양태 18: 실시양태 17에 있어서, 상기 광전도성 물질이, 납 설파이드(PbS), 납 셀레나이드(PbSe), 납 텔루라이드(PbTe), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 인듐 포스파이드(InP), 카드뮴 설파이드(CdS), 카드뮴 셀레나이드(CdSe), 인듐 안티모나이드(InSb), 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe), 구리 인듐 설파이드(CIS), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS), 및 구리 아연 주석 설파이드(CZTS)를 포함하는 군으로부터 선택되는.
실시양태 19: 실시양태 16 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 상기 양자점이 1 nm 내지 100 nm, 바람직하게는 2 nm 내지 100 nm, 더욱 바람직하게는 2 nm 내지 15 nm의 크기를 나타내는, 검출기.
실시양태 20: 실시양태 16 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 상기 광전도성 물질이, 양자점을 포함하는 박막으로서 제공되는, 검출기.
실시양태 21: 실시양태 20에 있어서, 상기 박막이 1 nm 내지 100 nm, 바람직하게는 2 nm 내지 100 nm, 더욱 바람직하게는 2 nm 내지 15 nm의 두께를 나타내고, 상기 양자점이 상기 박막의 두께 미만의 크기를 나타내는, 검출기.
실시양태 22: 실시양태 17 내지 21 중 어느 하나에 있어서, 상기 양자점을 포함하는 광전도성 물질의 필름이 제 1 전도성 층과 제 2 전도성 층 사이에 샌드위치 구조로 배열되고, 상기 제 1 전도성 층이 입사 광 빔에 대해 적어도 부분적으로 투명한 특성을 나타내는, 검출기.
실시양태 23: 실시양태 22에 있어서, 상기 제 1 전도성 층이 적어도 부분적으로 투명한 반-전도성 물질을 포함하는, 검출기.
실시양태 24: 실시양태 23에 있어서, 상기 반-전도성 물질이, 적어도 부분적으로 투명한 반-전도성 금속 옥사이드 또는 이의 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 25: 실시양태 23에 있어서, 상기 반-전도성 물질이 인듐 주석 옥사이드(ITO), 불소-도핑된 주석 옥사이드(SnO2:F; FTO), 마그네슘 옥사이드(MgO), 알루미늄 아연 옥사이드(AZO), 안티몬 주석 옥사이드(SnO2/Sb2O5), 페로브스카이트 투명한 전도성 옥사이드, 또는 금속 나노와이어로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 26: 실시양태 22 내지 25 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1 전도성 층과 상기 양자점을 포함하는 광전도성 물질의 필름 사이에 차단 층이 배열된, 검출기.
실시양태 27: 실시양태 26에 있어서, 상기 차단 층이 전기 전도성 물질의 박막을 포함하는, 검출기.
실시양태 28: 실시양태 26 또는 27에 있어서, 상기 차단 층이 n형 반도체이고 디타늄 다이옥사이드(TiO2) 및 아연 옥사이드(ZnO) 중 적어도 하나를 포함하거나, 상기 차단 층이, 몰리브덴 옥사이드(MoO3)를 포함하는 p형 반도체인, 검출기.
실시양태 29: 실시양태 22 내지 28 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 2 전도성 층이, 불투명한 전기 전도성 물질을 포함하는, 검출기.
실시양태 30: 실시양태 29에 있어서, 상기 제 2 전도성 층이, 증발된 금속 층 또는 그라핀 층을 포함하고, 상기 증발된 금속 층이 바람직하게는 은, 알루미늄, 백금, 마그네슘, 크롬, 디타늄, 또는 금 중 하나 이상을 포함하는, 검출기.
실시양태 31: 실시양태 21 내지 30 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 2 전도성 층이 전기 전도성 중합체 층을 포함하는, 검출기.
실시양태 32: 실시양태 31에 있어서, 상기 전기 전도성 중합체가 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)(PEDOT) 및 PEDOT와 폴리스타이렌 설폰산의 분산액(PEDOT:PSS)으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 33: 실시양태 31 또는 32에 있어서, 증발된 금속 또는 그라핀의 접촉부를 포함하는 분할 전극이 상기 전기 전도성 중합체 층 상에 배열된, 검출기.
실시양태 34: 실시양태 33에 있어서, 상기 증발된 금속이 은, 알루미늄, 백금, 마그네슘, 크롬, 디타늄, 또는 금 중 하나 이상을 포함하는, 검출기.
실시양태 35: 실시양태 3 내지 34 중 어느 하나에 있어서, 상기 IV족 원소 또는 화합물이, 도핑된 다이아몬드(C), 도핑된 규소(Si), 규소 카바이드(SiC), 규소 게르마늄(SiGe), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 36: 실시양태 35에 있어서, 상기 광전도성 물질이, 도핑된 규소 웨이퍼 형태의 도핑된 규소를 포함하는, 검출기.
실시양태 37: 실시양태 36에 있어서, 상기 도핑된 규소 웨이퍼가 부유 대역 웨이퍼인, 검출기.
실시양태 38: 실시양태 35 내지 37 중 어느 하나에 있어서, 상기 도핑된 1013 cm-3 이하, 바람직하게는 1012 cm-3 이하, 더욱 바람직하게는 1011 cm-3 이하의 규소가 도판트 농도를 나타내는, 검출기.
실시양태 39: 실시양태 35 내지 38 중 어느 하나에 있어서, 상기 도핑된 규소가 5×102 Ω· cm 이상, 바람직하게는 5×103 Ω· cm 이상, 더욱 바람직하게는 104 Ω· cm 이상의 전기 저항률을 나타내는, 검출기.
실시양태 40: 실시양태 35 내지 39 중 어느 하나에 있어서, 상기 도핑된 규소가 500 μm, 더욱 바람직하게는 300 μm, 및 1 μm, 더욱 바람직하게는 10 μm 범위의 두께를 나타내는, 검출기.
실시양태 41: 실시양태 2 내지 40 중 어느 하나에 있어서, 상기 유기 광전도성 물질이 유기 광전도성 물질이고, 상기 유기 광전도성 물질이 하나 이상의 공액결합된 방향족 분자, 바람직하게는 고도로 공액결합된 방향족 분자를 포함하는, 검출기.
실시양태 42: 실시양태 41에 있어서, 상기 유기 광전도성 물질이 하나 이상의 염료 및/또는 하나 이상의 안료를 포함하는, 검출기.
실시양태 43: 실시양태 41 또는 42에 있어서, 상기 유기 광전도성 물질이, 전하-전달 복합체를 포함하는 시스템이고, 상기 전하-전달 복합체가 전하-생성 물질 및 전하-수송 물질을 포함하는, 검출기.
실시양태 44: 실시양태 43에 있어서, 상기 전하-생성 물질이 공여체로서 작용하고, 상기 전하-수송 물질이 상기 전하-전달 복합체 내에서 수용체로서 작용하는, 검출기.
실시양태 45: 실시양태 41 내지 44 중 어느 하나에 있어서, 상기 유기 광전도성 물질이, 특히 프탈로시아닌, 나프탈로-시아닌, 서브프탈로-시아닌, 페릴렌, 안트라센, 피렌, 올리고- 및 폴리티오펜, 풀러렌, 인디고이드 염료, 비스-아조 안료, 스쿠아릴륨 염료, 티아피릴륨 염료, 아줄레늄 염료, 다이티오케토-피롤로피롤, 퀸아크리돈, 다이브로모안탄트론, 폴리비닐카바졸, 이들의 유도체 및 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 전하-생성 물질로서의 화합물을 포함하는, 검출기.
실시양태 46: 실시양태 2 내지 46 중 어느 하나에 있어서, 상기 유기 광전도성 물질이 유기 전자 공여체 물질 및 유기 전자 수용체 물질을 포함하는, 검출기.
실시양태 47: 실시양태 46에 있어서, 상기 전자 공여체 물질 및 상기 전자 수용체 물질이 층 내에 포함된, 검출기.
실시양태 48: 실시양태 47에 있어서, 상기 전자 공여체 물질 및 상기 전자 수용체 물질을 포함하는 층이 100 nm 내지 1000 nm의 두께를 나타내는, 검출기.
실시양태 49: 실시양태 46 내지 48 중 어느 하나에 있어서, 상기 전자 공여체 물질이 유기 공여체 중합체를 포함하는, 검출기.
실시양태 50: 실시양태 49에 있어서, 상기 공여체 중합체가, 공액결합된 시스템을 포함하고, 상기 공액결합된 시스템이 환형, 비환형 및 선형 중 하나 이상인, 검출기.
실시양태 51: 실시양태 50에 있어서, 상기 공여체 중합체가, 폴리(3-헥실티오펜-2,5-다이일)(P3HT), 폴리[3-(4-n-옥틸)페닐티오펜](POPT), 폴리[3-10-n-옥틸-3-페노티아진-비닐렌티오펜-코-2,5-티오펜](PTZV-PT), 폴리[4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시] 벤조[1,2-b:4,5-b']다이티오펜-2,6-다이일][3-플루오로-2-[(2-에틸헥실)카보닐]티에노[3,4-b]티오펜다이일](PTB7), 폴리{티오펜-2,5-다이일-알트-[5,6-비스(도데실옥시)벤조[c][1,2,5]티아다이아졸]-4,7-다이일}(PBT-T1), 폴리[2,6-(4,4-비스-(2-에틸-헥실)-4H-사이클로펜타[2,1-b;3,4-b']다이티오펜)-알트-4,7(2,1,3-벤조티아다이아졸)](PCPDTBT), 폴리(5,7-비스(4-데칸일-2-티엔일)-티에노(3,4-b)다이아티아졸티오펜-2,5)(PDDTT), 폴리[N-9'-헵타데칸일-2,7-카바졸-알트-5,5-(4',7'-다이-2-티엔일-2',1',3'-벤조티아다이아졸)](PCDTBT), 폴리[(4,4'-비스(2-에틸-헥실)다이티에노[3,2-b;2',3'-d]실롤)-2,6-다이일-알트-(2,1,3-벤조티아다이아졸)-4,7-다이일](PSBTBT), 폴리[3-페닐하이드라존 티오펜](PPHT), 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸-헥실-옥시)-1,4-페닐렌비닐렌](MEH-PPV), 폴리[2-메톡시-5-(2'-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌-1,2-에틸렌-2,5-다이메톡시-1,4-페닐렌-1,2-에틸렌](M3EH-PPV), 폴리[2-메톡시-5-(3',7'-다이메틸-옥틸-옥시)-1,4-페닐렌비닐렌](MDMO-PPV), 폴리[9,9-다이-옥틸플루오렌-코-비스-N,N-4-부틸페닐-비스-N,N-페닐-1,4-페닐렌다이아민](PFB), 또는 이들의 유도체, 변형체 또는 혼합물 중 하나인, 검출기.
실시양태 52: 실시양태 46 내지 51 중 어느 하나에 있어서, 상기 전자 수용체 물질가 풀러렌계 전자 수용체 물질인, 검출기.
실시양태 53: 실시양태 52에 있어서, 상기 풀러렌계 전자 수용체 물질이 [6,6]-페닐-C61-부티르산 메틸 에스터(PC60BM), [6,6]-페닐-C71-부티르산 메틸 에스터(PC70BM), [6,6]-페닐 C84 부티르산 메틸 에스터(PC84BM), 인덴-C60 비스부가물(ICBA), 또는 이들의 유도체, 변형체 또는 혼합물 중 하나를 포함하는.
실시양태 54: 실시양태 52 또는 53에 있어서, 상기 풀러렌계 전자 수용체 물질이, 1개 또는 2개의 C60 또는 C70 잔기를 포함하는 이량체를 포함하는, 검출기.
실시양태 55: 실시양태 54에 있어서, 상기 풀러렌계 전자 수용체 물질이, 1개 또는 2개의 부착된 올리고에터(OE) 쇄를 포함하는 다이페닐메타노풀러렌(DPM) 잔기(각각, C70-DPM-OE 또는 C70-DPM-OE2)를 포함하는, 검출기.
실시양태 56: 실시양태 46 내지 55 중 어느 하나에 있어서, 상기 전자 수용체 물질이 테트라시아노퀴노다이메탄(TCNQ) 또는 페릴렌 유도체인, 검출기.
실시양태 57: 실시양태 46 내지 56 중 어느 하나에 있어서, 상기 전자 수용체 물질이 수용체 중합체를 포함하는, 검출기.
실시양태 58: 실시양태 57에 있어서, 상기 수용체 중합체가, 시아네이트화된 폴리(페닐렌-비닐렌), 벤조티아다이아졸, 페릴렌, 페릴렌다이이미드, 또는 나프탈렌다이이미드 중 하나 이상에 기초하는 공액결합된 중합체를 포함하는, 검출기.
실시양태 59: 실시양태 58에 있어서, 상기 수용체 중합체가, 시아노-폴리[페닐렌비닐렌](CN-PPV), 폴리[5-(2-(에틸헥실옥시)-2-메톡시시아노테레프탈릴리덴](MEH-CN-PPV), 폴리[옥사-1,4-페닐렌-1,2-(1-시아노)-에틸렌-2,5-다이옥틸옥시-1,4-페닐렌-1,2-(2-시아노)-에틸렌-1,4-페닐렌](CN-에터-PPV), 폴리[1,4-다이옥틸옥실-p-2,5-다이시아노페닐렌비닐렌](DOCN-PPV), 폴리[9,9'-다이-옥틸플루오렌-코-벤조티아다이아졸](PF8BT), 또는 이들의 유도체, 변형체 또는 혼합물 중 하나 이상으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 60: 실시양태 46 내지 59 중 어느 하나에 있어서, 상기 전자 공여체 물질 및 상기 전자 수용체 물질이 혼합물을 형성하는, 검출기.
실시양태 61: 실시양태 60에 있어서, 상기 혼합물이 상기 전자 공여체 물질 및 상기 전자 수용체 물질을 1:100 내지 100:1, 더욱 바람직하게는 1:10 내지 10:1, 특히 1:2 내지 2:1의 비로 포함하는, 검출기.
실시양태 62: 실시양태 46 내지 61 중 어느 하나에 있어서, 상기 전자 공여체 물질 및 상기 전자 수용체 물질이 공여체와 수용체 도메인의 상호침투형 네트워크, 상기 공여체와 상기 수용체 도메인 사이의 계면 영역, 및 상기 도메인을 상기 전극에 열결하는 퍼콜레이션 경로를 포함하는, 검출기.
실시양태 63: 실시양태 1 내지 62 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 종방향 광학 센가, 투명한 광학 센서인, 검출기.
실시양태 64: 실시양태 1 내지 63 중 어느 하나에 있어서, 상기 종방향 광학 센서의 센서 영역이 정확히 하나의 연속 센서 영역이고, 상기 종방향 센서 신호가 상기 전체 센서 영역에 대한 균일한 센서 신호인, 검출기.
실시양태 65: 실시양태 1 내지 64 중 어느 하나에 있어서, 상기 종방향 광학 센서의 센서 영역이 각각의 장치의 표면에 의해 형성되고, 상기 표면은 물체 쪽으로 대면하거나 물체와 떨어진 쪽인, 검출기.
실시양태 66: 실시양태 1 내지 65 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학적 검출기가, 상기 센서 영역의 하나 이상의 부분의 전기 저항 또는 전도도의 하나 이상의 측정에 의해 종방향 센서 신호를 생성하도록 구성된, 검출기.
실시양태 67: 실시양태 1 내지 66 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학적 검출기가, 하나 이상의 전류-전압 측정 및/또는 하나 이상의 전압-전류 측정을 수행함으로써 종방향 센서 신호를 생성하도록 구성된, 검출기.
실시양태 68: 실시양태 1 내지 67 중 어느 하나에 있어서, 바이어스 전압원을 추가로 포함하는 검출기.
실시양태 69: 실시양태 68에 있어서, 상기 바이어스 전압원와 부하 저항기가 상기 종방향 광학 센서와 직렬로 배열된, 검출기.
실시양태 70: 실시양태 68 또는 69에 있어서, 바이어스 전압이 상기 광전도성 물질에 걸쳐 인가되는, 검출기.
실시양태 71: 실시양태 1 내지 70 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치가, 바람직하게는 상기 조사의 공지된 전력을 고려하고, 임의적으로는 상기 조사가 변조되는 변조 주파수를 고려하여, 상기 조사의 기하구조와 상기 검출기에 대한 물체의 상대적 위치선정 간의 하나 이상의 사전-정의된 관계로부터의 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 검출기.
실시양태 72: 실시양태 1 내지 71에 있어서, 상기 종방향 광학 센서가 또한, 광 빔에 의한 상기 센서 영역의 조사가 상기 센서 영역의 온도 증가를 추가로 유발하는 방식으로 설계되고, 상기 센서 영역의 전기 전도도가, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역의 온도에 추가로 의존적이고, 상기 종방향 센서 신호가, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역의 온도에 추가로 의존적인, 검출기.
실시양태 73: 실시양태 72에 있어서, 상기 광 빔이 7 μm 내지 15 μm의 파장을 나타내는, 검출기.
실시양태 74: 실시양태 72 또는 73에 있어서, 상기 광전도성 물질이, 실시양태 6 내지 10 중 어느 하나에 정의된 무기 광전도성 물질을 포함하는, 검출기.
실시양태 75: 실시양태 72 내지 74 중 어느 하나에 있어서, 상기 광학적 검출기가 비냉각식인, 검출기.
실시양태 76: 실시양태 1 내지 75 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기가, 상기 조사의 변조를 위한 하나 이상의 변조 장치를 추가로 갖는, 검출기.
실시양태 77: 실시양태 76에 있어서, 상기 광 빔이, 변조된 광 빔인, 검출기.
실시양태 78: 실시양태 77에 있어서, 상기 검출기가, 특히 각각 상이한 변조 주파수에서의 2개 이상의 센서 신호의 상이한 변조의 경우에 2개 이상의 종방향 센서 신호를 검출하도록 설계되고, 상기 평가 장치가, 상기 2개 이상의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 검출기.
실시양태 79: 실시양태 1 내지 78 중 어느 하나에 있어서, 상기 종방향 광학 센서는 또한, 상기 종방향 센서 신호가, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 조사의 변조의 변조 주파수에 의존적인 방식으로 설계된, 검출기.
실시양태 80: 실시양태 79에 있어서, 상기 광 빔이 비-변조된 연속파 광 빔인, 검출기.
실시양태 81: 실시양태 1 내지 80 중 어느 하나에 있어서, 하나 이상의 조명원을 추가로 포함하는, 검출기.
실시양태 82: 실시양태 81에 있어서, 상기 조명원이, 적어도 부분적으로 상기 물체에 연결되고/되거나 적어도 부분적으로 상기 물체와 동일한 조명원; 및 적어도 부분적으로 상기 물체를 일차 복사선으로 조사하도록 설계된 조명원으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 83: 실시양태 82에 있어서, 상기 광 빔이, 물체 상의 상기 일차 복사선의 반사에 의해 및/또는 상기 일차 복사선에 의해 자극된 물체 자체의 발광에 의해 생성되는, 검출기.
실시양태 84: 실시양태 83에 있어서, 상기 종방향 광학 센서의 스펙트럼 감도가 상기 조명원의 스펙트럼 범위에 의해 커버되는, 검출기.
실시양태 85: 실시양태 1 내지 84 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기가 2개 이상의 종방향 광학 센서를 갖고, 상기 종방향 광학 센서가 적층된 것인, 검출기.
실시양태 86: 실시양태 85에 있어서, 상기 종방향 광학 센서가 상기 광축을 따라 적층된, 검출기.
실시양태 87: 실시양태 85 또는 86에 있어서, 상기 종방향 광학 센서가 종방향 광학 센서 적층체를 형성하고, 상기 종방향 광학 센서의 센서 영역이 상기 광축에 대해 수직으로 배향된, 검출기.
실시양태 88: 실시양태 85 내지 86 중 어느 하나에 있어서, 상기 종방향 광학 센서는, 물체로부터의 광 빔이 모든 종방향 광학 센서를 바람직하게는 순차적으로 조사하도록 배열되고, 하나 이상의 종방향 센서 신호가 각각의 종방향 광학 센서에 의해 생성되는, 검출기.
실시양태 89: 실시양태 1 내지 88 중 어느 하나에 있어서, 상기 종방향 광학 센서가 어레이로서 배열된, 검출기.
실시양태 90: 실시양태 89에 있어서, 상기 종방향 광학 센서의 어레이가 상기 광축에 대해 수직으로 배열된, 검출기.
실시양태 91: 실시양태 89 또는 90에 있어서, 상기 어레이 내에 배열된 종방향 광학 센서가 또한, 상기 광 빔에 의한 상기 센서 영역의 조사가 상기 센서 영역의 온도 증가를 추가로 유발하는 방식으로 설계되고, 상기 센서 영역의 전기 전도도가, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역의 온도에 추가로 의존적이고, 상기 종방향 센서 신호가, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역의 온도에 추가로 의존적인, 검출기.
실시양태 92: 실시양태 91에 있어서, 상기 광 빔이 7 μm 내지 15 μm의 파장을 나타내는, 검출기.
실시양태 93: 실시양태 91 또는 92에 있어서, 상기 광전도성 물질이, 실시양태 6 내지 10 및 28 내지 44 중 어느 하나에 정의된 무기 광전도성 물질을 포함하는, 검출기.
실시양태 94: 실시양태 92 또는 93에 있어서, 상기 광학적 검출기가 비냉각식인, 검출기.
실시양태 95: 실시양태 92 내지 94 중 어느 하나에 있어서, 상기 어레이 내의 종방향 광학 센서가 개별적인 저항기의 매트릭스 내에 배열되고, 상기 매트릭스 내의 개별적인 저항기의 총 저항이, 입사 광 빔에 의해 조사되는 상기 어레이 내 종방향 광학 센서의 개수(N)에 의존적인, 검출기.
실시양태 96: 실시양태 92 내지 95 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치가, 상기 광 빔에 의해 조사되는 상기 종방향 광학 센서의 개수(N)를 결정하도록 구성되고, 상기 평가 장치가 추가로, 종방향 광학 센서의 개수(N)를 이용함으로써 물체의 하나 이상의 종방향 좌표를 결정하도록 구성된, 검출기.
실시양태 97: 실시양태 96에 있어서, 상기 광학 센서가, 각각의 픽셀에 대한 조사의 강도를 나타내는 하나 이상의 신호를 생성하도록 구성된, 검출기.
실시양태 98: 실시양태 97에 있어서, 상기 평가 장치가, 상기 픽셀이 조사된 픽셀인지 아닌지를 결정하기 위해, 각각의 픽셀에 ??, 상기 신호를 하나 이상의 역치와 비교하도록 구성된, 검출기.
실시양태 99: 실시양태 96 내지 98 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치가, 광 빔에 의해 조사되는 픽셀의 개수(N)와 상기 종방향 좌표 간의 사전결정된 관계를 이용하여, 물체의 종방향 좌표를 결정하도록 구성된, 검출기.
실시양태 100: 실시양태 99에 있어서, 상기 사전결정된 관계가, 상기 광 빔이 가우스 광 빔이라는 가정에 기초하는, 검출기.
실시양태 101: 실시양태 1 내지 100에 있어서, 상기 종방향 광학 센서가 상기 광전도성 물질의 하나 이상의 층 및 상기 층과 접촉하는 2개 이상의 전극을 포함하고, 상기 2개 이상의 전극이 상기 광전도성 물질 층의 상이한 위치에 적용된, 검출기.
실시양태 102: 실시양태 101에 있어서, 상기 2개 이상의 전극이 상기 층의 동일한 면에 적용된, 검출기.
실시양태 103: 실시양태 101 또는 102에 있어서, 상기 광전도성 물질의 하나 이상의 층이 하나 이상의 기판에 직접적으로 또는 간접적으로 적용된, 검출기.
실시양태 104: 실시양태 102 또는 103에 있어서, 상기 기판이 절연 기판인, 검출기.
실시양태 105: 실시양태 103 또는 104에 있어서, 상기 기판이 적어도 부분적으로 투명하거나 반투명한, 검출기.
실시양태 106: 실시양태 1 내지 105 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 종방향 광학 센서가 하나 이상의 투명한 종방향 광학 센서를 포함하는, 검출기.
실시양태 107: 실시양태 1 내지 106 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치가, 상기 종방향 센서 신호를 표준화하고 독립적으로 상기 광 빔의 강도로부터 물체의 종방향 위치에 대한 정보를 생성하도록 구성된, 검출기.
실시양태 108: 실시양태 107에 있어서, 상기 평가 장치가, 상이한 종방향 센서의 종방향 센서 신호를 비교함으로써, 상기 광 빔이 넓어지는지 또는 좁아지는지를 인식하도록 구성된, 검출기.
실시양태 109: 실시양태 1 내지 108 중 어느 하나에 있어서, 상기 평가 장치가, 하나 이상의 종방향 센서 신호로부터 광 빔의 직경을 결정함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 구성된, 검출기.
실시양태 110: 실시양태 109에 있어서, 상기 평가 장치가, 바람직하게는 상기 광 빔의 전파 방향으로 하나 이상의 전파 좌표에 대한 상기 광 빔의 빔 직경의 공지된 의존성으로부터 및/또는 상기 광 빔의 공지된 가우스 프로파일로부터, 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 결정하기 위해, 상기 광 빔의 직경을 상기 광 빔의 공지된 빔 특성과 비교하도록 구성된, 검출기.
실시양태 111: 실시양태 1 내지 110 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기가 하나 이상의 횡방향 광학 센서를 추가로 포함하고, 상기 횡방향 광학 센서는, 물체로부터 상기 검출기로 이동하는 광 빔의 횡방향 위치를 결정하도록 구성되고, 상기 횡방향 위치는, 상기 검출기의 광축에 대해 수직인 하나 이상의 차원에서의 위치이고, 상기 횡방향 광학 센서는 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 평가 장치는, 상기 횡방향 센서 신호를 평가함으로써, 물체의 횡방향 위채에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 검출기.
실시양태 112: 실시양태 111에 있어서, 상기 횡방향 광학 센서가, 하나 이상의 제 1 전극, 하나 이상의 제 2 전극, 및 투명한 전도성 옥사이드의 2개의 개별적인 층 사이에 함입된 하나 이상의 광전도성 물질을 갖는 광학적 검출기이고, 상기 횡방향 광학 센서는 센서 영역을 갖고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 상기 투명한 전도성 옥사이드의 층들 중 하나의 상이한 위치에 적용되고, 상기 하나 이상의 횡방향 센서 신호는 상기 센서 영역 내의 광 빔의 위치를 나타내는, 검출기.
실시양태 113: 실시양태 111 또는 112에 있어서, 상기 횡방향 광학 센서가, 광전도성 물질이 정의된 전술된 실시양태 중 어느 하나에 따른 광전도성 물질 층을 포함하는, 검출기.
실시양태 114: 실시양태 113에 있어서, 상기 광전도성 물질이 무기 광전도성 물질을 포함하는, 검출기.
실시양태 115: 실시양태 114에 있어서, 상기 무기 광전도성 물질이, 칼코게나이드가 정의된 전술된 실시양태 중 하나에 따른 칼코게나이드, 바람직하게는 납 설파이드(PbS) 또는 납 셀레나이드(PbSe), 또는 도핑된 규소가 정의된 전술된 실시양태에 따른 도핑된 규소 광전도체를 포함하는, 검출기.
실시양태 116: 실시양태 1 내지 115 중 어느 하나에 있어서, 상기 광전도성 물질이, 투명한 전도성 옥사이드 또는 금속 나노와이어를 포함하는 2개의 층들 사이에 함입된 상기 광전도성 물질의 층으로서 제공되고, 상기 투명한 전도성 옥사이드가 바람직하게는 인듐 주석 옥사이드(ITO), 불소 도핑된 주석 옥사이드(FTO), 알루미늄 도핑된 아연 옥사이드(AZO), 마그네슘 옥사이드(MgO), 또는 페로브스카이트 투명한 전도성 옥사이드를 포함하는, 검출기.
실시양태 117: 실시양태 111 내지 116 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 횡방향 광학 센서가 하나 이상의 투명한 횡방향 광학 센서를 포함하는, 검출기.
실시양태 118: 실시양태 111 내지 117 중 어느 하나에 있어서, 상기 횡방향 광학 센서의 센서 영역이 상기 횡방향 광학 센서의 표면에 의해 형성되고, 상기 표면은 물체 쪽으로 대면하거나 물체와 떨어진 쪽인, 검출기.
실시양태 119: 실시양태 111 내지 118 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1 전극 및/또는 상기 제 2 전극이, 2개 이상의 부분 전극을 포함하는 분할 전극인, 검출기.
실시양태 120: 실시양태 119에 있어서, 4개 이상의 부분 전극이 제공된, 검출기.
실시양태 121: 실시양태 119 또는 120에 있어서, 상기 부분 전극을 통한 전류가 상기 센서 영역 내의 광 빔의 위치에 의존적인, 검출기.
실시양태 122: 실시양태 121에 있어서, 상기 횡방향 광학 센서가, 상기 부분 전극을 통한 전류에 따라 횡방향 센서 신호를 생성하도록 구성된, 검출기.
실시양태 123: 실시양태 121 또는 122에 있어서, 상기 검출기, 바람직하게는 상기 횡방향 광학 센서 및/또는 상기 평가 장치가, 상기 부분 전극을 통한 전류의 하나 이상의 비로부터 물체의 횡방향 위치에 대한 정보를 도출하도록 구성된, 검출기.
실시양태 124: 실시양태 110 내지 123 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 횡방향 광학 센서가, 투명한 광학 센서인, 검출기.
실시양태 125: 실시양태 115 내지 124 중 어느 하나에 있어서, 상기 횡방향 광학 센서 및 상기 종방향 광학 센서가, 상기 광축을 따라 이동하는 광 빔이 상기 횡방향 광학 센서 및 상기 2개 이상의 종방향 광학 센서 모두와 충돌하도록, 상기 광축을 따라 적층된, 검출기.
실시양태 126: 실시양태 125에 있어서, 상기 광 빔이 상기 횡방향 광학 센서 및 상기 2개 이상의 종방향 광학 센서를 순차적으로(또는 역순으로) 통과하는, 검출기.
실시양태 127: 실시양태 126에 있어서, 상기 광 빔이 상기 횡방향 광학 센서를 통과한 후 상기 종방향 광학 센서 중 하나에 충돌하는, 검출기.
실시양태 128: 실시양태 116 내지 127 중 어느 하나에 있어서, 상기 횡방향 센서 신호가 전류 및 전압 또는 이들로부터 유도된 임의의 신호로 이루어진 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 129: 실시양태 1 내지 128 중 어느 하나에 있어서, 상기 검출기가 하나 이상의 이미지화 장치를 추가로 포함하는, 검출기.
실시양태 130: 실시양태 129에 있어서, 상기 이미지화 장치가, 물체로부터 가장 멀리 떨어진 위치에 위치하는, 검출기.
실시양태 131: 실시양태 129 또는 130에 있어서, 상기 광 빔이 상기 하나 이상의 종방향 광학 센서를 통과한 후 상기 이미지화 장치를 조사하는, 검출기.
실시양태 132: 실시양태 129 내지 131 중 어느 하나에 있어서, 상기 이미지화 장치가 카메라를 포함하는, 검출기.
실시양태 133: 실시양태 129 내지 132 중 어느 하나에 있어서, 상기 이미지화 장치가 무기 카메라; 흑백 카메라; 다색 카메라; 풀-칼라 카메라; 픽셀화된 무기 칩; 픽셀화된 유기 카메라; CCD 칩, 바람직하게는 멀티-칼라 CCD 칩 또는 풀-칼라 CCD 칩; CMOS 칩; IR 카메라; 또는 RGB 카메라 중 하나 이상을 포함하는, 검출기.
실시양태 134: 하나 이상의 종방향 광학 센서 및 하나 이상의 평가 장치를 포함하는, 하나 이상의 물체의 광학적 검출을 위한 검출기로서, 이때 상기 종방향 광학 센서는 하나 이상의 센서 영역을 갖고, 상기 종방향 광학 센서는, 광 빔에 의해 상기 센서 영역의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 센서 영역은 하나 이상의 전류를 유지할 수 있는 물질을 포함하고, 상기 물질의 하나 이상의 특성은, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 종방향 센서 신호는 상기 하나 이상의 특성에 의존적이고, 상기 평가 장치는, 상기 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계되는, 검출기.
실시양태 135: 실시양태 134에 있어서, 상기 검출기가, 실시양태 2 내지 133 중 어느 하나에 따른 하나 이상의 특징을 포함하는, 검출기.
실시양태 136: 실시양태 134 또는 135에 있어서, 상기 물질의 하나 이상의 특성이 상기 물질의 전기 전도도 또는 또다른 물질 특성인, 검출기.
실시양태 137: 실시양태 134 내지 136 중 어느 하나에 있어서, 상기 전류를 유지할 수 있는 물질이 비결정질 규소, 비결정질 규소-함유 합금, 또는 미세결정질 규소를 포함하는, 검출기.
실시양태 138: 실시양태 137에 있어서, 상기 비결정질 규소-함유 합금이, 규소 및 탄소를 함유하는 비결정질 합금 또는 규소 및 게르마늄을 포함하는 비결정질 합금 중 하나인, 검출기.
실시양태 139: 실시양태 137 또는 138에 있어서, 상기 비결정질 규소가 수소를 사용하여 부동태화된, 검출기.
실시양태 140: 실시양태 137 내지 139 중 어느 하나에 있어서, 상기 종방향 광학 센서가, 하나 이상의 제 1 전극, 하나 이상의 제 2 전극, 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 상기 비결정질 규소, 상기 비결정질 규소-함유 합금 또는 상기 미세결정질 규소를 갖는 광학적 검출기이고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 적어도 하나는, 투명한 전극인, 검출기.
실시양태 141: 실시양태 140에 있어서, 상기 투명한 전극이, 투명한 전도성 옥사이드(TCO), 특히 인듐 주석 옥사이드(ITO)를 포함하는, 검출기.
실시양태 142: 실시양태 140 또는 141에 있어서, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 상기 비결정질 규소, 상기 비결정질 규소-함유 합금, 또는 상기 미세결정질 규소가 PIN 다이오드로서 배열되고, 상기 PIN 다이오드가, n형 반도체 층과 p형 반도체 층 사이에 위치하는 i형 반도체 층을 포한하는, 검출기.
실시양태 143: 실시양태 142에 있어서, 상기 i형 반도체 층이 비결정질 규소를 포함하고, 상기 n형 반도체 층 및 상기 p형 반도체 층 각각의 두께를, 특히 2배 이상, 바람직하게는 5배 이상, 더욱 바람직하게는 10배 이상 초과하는 두께를 나타내는, 검출기.
실시양태 144: 실시양태 143에 있어서, 상기 p형 반도체 층이 규소와 탄소의 합금을 포함하고, 2 nm 내지 20 nm, 바람직하게는 4 nm 내지 10 nm의 두께를 나타내는, 검출기.
실시양태 145: 실시양태 144에 있어서, 상기 i형 반도체 층이 규소와 탄소의 합금을 포함하고, 2 nm 내지 20 nm, 바람직하게는 4 nm 내지 10 nm의 두께를 나타내는, 검출기.
실시양태 146: 실시양태 140 내지 145 중 어느 하나에 있어서, 상기 종방향 센서가 0 Hz 내지 50 kHz의 광 빔의 변조 주파수의 범위에서 실질적으로 주파수-독립적인, 검출기.
실시양태 147: 실시양태 146에 있어서, 상기 물질 특성이 상기 물질의 전기 특성 및/또는 광학 특성인, 검출기.
실시양태 148: 실시양태 147에 있어서, 상기 물질 특성이, 편광도, 반사율, 굴절률, 투과도, 열 전도도, 흡광도, 산란 특성, 유전 특성, 및 자기 특성을 포함하는 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 149: 하나 이상의 종방향 광학 센서 및 하나 이상의 평가 장치를 포함하는, 하나 이상의 물체의 광학적 검출을 위한 검출기로서, 이때 상기 종방향 광학 센서는 하나 이상의 센서 영역을 갖고, 상기 종방향 광학 센서는, 광 빔에 의해 상기 센서 영역의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 종방향 광학 센서는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔에 의해 생성되는 광 스팟의 단면이 감소함에 따라 상기 종방향 센서 신호의 진폭이 감소하도록, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적인 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성할 수 있고, 상기 평가 장치는, 상기 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 검출기.
실시양태 150: 실시양태 149에 있어서, 상기 검출기가 실시양태 2 내지 133 중 어느 하나에 따른 하나 이상의 특징을 포함하는, 검출기.
실시양태 151: 하나 이상의 종방향 광학 센서 및 하나 이상의 평가 장치를 포함하는, 하나 이상의 물체의 광학적 검출을 위한 검출기로서, 이때 상기 종방향 광학 센서는 하나 이상의 센서 영역을 갖고, 상기 종방향 광학 센서는, 광 빔에 의해 상기 센서 영역의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 종방향 광학 센서는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적인 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성할 수 있고, 상기 종방향 센서 신호의 최소값은, 이용가능한 최소한의 빔 단면을 갖는 광 빔과 상기 센서 영역이 충돌하는 조건 하에 발생하고, 상기 평가 장치는, 상기 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 검출기.
실시양태 152: 실시양태 151에 있어서, 상기 검출기가 실시양태 2 내지 133 중 어느 하나에 따른 하나 이상의 특징을 포함하는, 검출기.
실시양태 153: 실시양태 151 또는 152에 있어서, 이용가능한 최소한의 빔 단면을 갖는 광 빔과 상기 센서 영역이 충돌하는 조건이, 광학 렌즈에 의해 영향을 받는 초점에 또는 그 근처에 상기 센서 영역이 위치할 때 달성되는, 검출기.
실시양태 154: 하나 이상의 종방향 광학 센서 및 하나 이상의 평가 장치를 포함하는, 하나 이상의 물체의 광학적 검출을 위한 검출기로서, 이때 상기 종방향 광학 센서는 하나 이상의 센서 영역을 갖고, 상기 종방향 광학 센서는, 광 빔에 의해 상기 센서 영역의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 종방향 센서는 0 Hz 내지 500 Hz의 광 빔의 변조 주파수 범위에서 실질적으로 주파수-독립적이고, 상기 평가 장치는, 상기 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 검출기.
실시양태 155: 실시양태 154에 있어서, 상기 검출기가 실시양태 2 내지 133 증 어느 하나에 따른 하나 이상의 특징을 포함하는, 검출기.
실시양태 156: 실시양태 154 또는 155에 있어서, 상기 종방향 센서가 0 Hz 내지 50 kHz의 광 빔의 변조 주파수 범위에서 실질적으로 주파수-독립적인, 검출기.
실시양태 157: 실시양태 154 내지 156 중 어느 하나에 있어서, 상기 종방향 센서가 비결정질 규소를 포함하는, 검출기.
실시양태 158: 실시양태 157에 있어서, 상기 비결정질 규소가 수소를 사용하여 부동태화된, 검출기.
실시양태 159: 실시양태 157 또는 158에 있어서, 상기 종방향 광학 센서가, 하나 이상의 제 1 전극, 하나 이상의 제 2 전극, 및 상기 제 1 및 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 비결정질 규소를 갖는 광학적 검출기이고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중 적어도 하나는 투명한 전극인, 검출기.
실시양태 160: 실시양태 159에 있어서, 상기 투명한 전극이 투명한 전도성 옥사이드(TCO), 특히 인듐 주석 옥사이드(ITO)를 포함하는, 검출기.
실시양태 161: 실시양태 159 또는 160에 있어서, 상기 제 1 및 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 비결정질 규소가 PIN 다이오드로서 배열되고, 상기 PIN 다이오드가, n형 반도체 층과 p형 반도체 층 사이에 위치하는 i형 반도체 층을 포함하는, 검출기.
실시양태 162: 실시양태 161에 있어서, 상기 i형 반도체 층이, 상기 n형 반도체 층 및 상기 p형 반도체 층 각각의 두께를, 특히 2배 이상, 바람직하게는 5배 이상, 더욱 바람직하게는 10배 이상 초과하는 두께를 나타내는, 검출기.
실시양태 163: 하나 이상의 종방향 광학 센서 및 하나 이상의 평가 장치를 포함하는, 하나 이상의 물체의 광학적 검출을 위한 검출기로서, 이때 상기 종방향 광학 센서는 하나 이상의 센서 영역을 갖고, 상기 종방향 광학 센서는, 광 빔에 의해 상기 센서 영역의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고, 상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 종방향 광학 센서는 하나 이상의 광다이오드 광전도성 모드로 구동되고, 상기 센서 영역의 전기 전도도는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 종방향 센서 신호는 상기 전기 전도도에 의존적이고, 상기 평가 장치는, 상기 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 검출기.
실시양태 164: 실시양태 163에 있어서, 상기 검출기가 실시양태 2 내지 133 증 어느 하나에 따른 하나 이상의 특징을 포함하는, 검출기.
실시양태 165: 실시양태 163 또는 164에 있어서, 상기 광전도성 모드가, 광다이오드를 사용하는 전기 회로를 지칭하고, 상기 하나 이상의 광다이오드가 역 바이어스화된 모드에 포함되고, 상기 광다이오드의 캐쏘드가 애노드에 대한 양의 전압을 사용하여 구동되는, 검출기.
실시양태 166: 실시양태 163 내지 165에 있어서, 상기 광다이오드가 하나 이상의 p형 흡수제 물질, 하나 이상의 n형 반도체 층, 및 적어도 한 쌍의 전극을 포함하는, 검출기.
실시양태 167: 실시양태 166에 있어서, 상기 p형 흡수제 물질가, 4가 원자를 포함하는 다이아몬드형 구조를 나타내는, 검출기.
실시양태 168: 실시양태 167에 있어서, 상기 p형 흡수제 물질가, 다이아몬드(C), 규소(Si), 규소 카바이드(SiC), 게르마늄(Ge), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체를 포함하는 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 169: 실시양태 166 내지 168 중 어느 하나에 있어서, 상기 다이아몬드형 구조가, 상기 4가 원자 중 적어도 하나를 4개의 원자가 전자의 평균을 포함하는 원자 조합물로 대체함으로써 개질된, 검출기.
실시양태 170: 실시양태 169에 있어서, 상기 p형 흡수제 물질가, II-V 화합물, II-VI 화합물, I-III-VI2 화합물, 및 I2-II-IV-VI4 화합물을 포함하는 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 171: 실시양태 170에 있어서, 상기 p형 흡수제 물질가, 비결정질 규소(a-Si), 비결정질 규소-함유 합금, 미세결정질 규소(μc-Si), 게르마늄(Ge), 인듐 안티모나이드(InSb), 인듐 갈륨 아르세나이드(InGaAs), 인듐 아르세나이드(InAs), 갈륨 나이트라이드(GaN), 갈륨 아르세나이드(GaAs), 알루미늄 갈륨 포스파이드(AlGaP), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe), 구리 인듐 설파이드(CIS), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS), 구리 아연 주석 설파이드(CZTS), 구리 아연 주석 셀레나이드(CZTSe), 구리-아연-주석 황-셀레늄 칼코게나이드(CZTSSe), 유기-무기 할라이드 페로브스카이트, 특히, 메틸암모늄 납 요오다이드(CH3NH3PbI3), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체로 이루어진 군으로부터 선택되는, 검출기.
실시양태 172: 실시양태 167 내지 171 중 어느 하나에 있어서, 상기 n형 반도체 층이 카드뮴 설파이드(CdS), 아연 설파이드(ZnS), 아연 옥사이드(ZnO), 또는 아연 하이드록사이드(ZnOH)를 포함하는, 검출기.
실시양태 173: 실시양태 163 내지 172 중 어느 하나에 있어서, 바이어스 전압원을 포함하는 검출기.
실시양태 174: 실시양태 173에 있어서, 상기 바이어스 전압원 및 부하 저항기가 상기 종방향 광학 센서과 직렬로 배열된, 검출기.
실시양태 175: 실시양태 173 또는 174에 있어서, 바이어스 전압이 상기 광다이오드에 걸쳐 적용된, 검출기.
실시양태 176: 실시양태 175에 있어서, 상기 광다이오드가, 상기 광다이오드에 걸친 바이어스 전압에 2개 이상의 상이한 값을 적용함으로써, 상기 종방향 광학 센서의 2개 이상의 상이한 작동 모드 사이에서 스위칭가능한, 검출기.
실시양태 177: 실시양태 176에 있어서, 상기 광다이오드가 제 1 작동 모드와 제 2 작동 모드 사이에서 스위칭가능하고, 이때 상기 제 1 작동 모드에서는, 상기 광다이오드가 광전도성 모드로 구동되고, 상기 제 2 작동 모드에서는, 상기 광다이오드가 광기전 모드로 구동되는, 검출기.
실시양태 178: 실시양태 176 또는 177에 있어서, 스위칭 장치가, 바이어스 전압을 설정하기 위해, 상기 바이어스 전압원에 영향을 주도록 구성된, 검출기.
실시양태 179: 실시양태 178에 있어서, 상기 스위칭 장치가, 상기 종방향 광학 센서의 상기 제 1 작동 모드와 상기 제 2 작동 모드 사이의 스위칭을 위해 사용되는, 검출기.
실시양태 180: 실시양태 1 내지 179 중 어느 하나에 따른 검출기를 2개 이상 포함하는 배열.
실시양태 181: 실시양태 179 또는 180에 있어서, 상기 배열이 하나 이상의 조명원을 추가로 포함하는, 배열.
실시양태 182: 사용자와 기계 사이에서 하나 이상의 정보 항목을 교환하기 위한, 특히 제어 명령을 입력하기 위한 인간-기계 인터페이스로서, 상기 인간-기계 인터페이스는 실시양태 1 내지 179 중 어느 하나에 따른 검출기를 하나 이상 포함하고, 상기 인간-기계 인터페이스는, 상기 검출기에 의해 사용자의 하나 이상의 기하학적 정보 항목을 생성하도록 설계되고, 상기 인간-기계 인터페이스는 하나 이상의 기하학적 정보 항목, 특히 하나 이상의 제어 명령에 할당되도록 설계된, 인간-기계 인터페이스.
실시양태 183: 실시양태 182에 있어서, 상기 사용자의 하나 이상의 기하학적 정보 항목이, 사용자의 신체의 위치; 사용자의 하나 이상의 신체 부위의 위치; 사용자의 신체의 방향; 및 사용자의 하나 이상의 신체 부위의 방향으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 인간-기계 인터페이스.
실시양태 184: 실시양태 182 또는 183에 있어서, 상기 인간-기계 인터페이스가, 사용자에게 연결가능한 하나 이상의 비콘 장치를 추가로 포함하고, 상기 인간-기계 인터페이스는, 상기 검출기가 하나 이상의 비콘 장치의 위치에 대한 정보를 생성할 수 있도록 구성된, 인간-기계 인터페이스.
실시양태 185: 실시양태 184에 있어서, 상기 비콘 장치가, 상기 검출기로 투과되는 하나 이상의 광 빔을 생성하도록 구성된 하나 이상의 조명원을 포함하는, 인간-기계 인터페이스.
실시양태 186: 하나 이상의 엔터테인먼트 기능, 특히 게임을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치로서, 이때 상기 엔터테인먼트 장치는 실시양태 182 내지 186 중 어느 하나에 따른 하나 이상의 인간-기계 인터페이스를 포함하고, 상기 엔터테인먼트 장치는, 상기 인간-기계 인터페이스에 의해 p층에 하나 이상의 정보 항목이 입력될 수 있도록 설계되고, 상기 엔터테인먼트 장치는, 상기 정보에 따라 상기 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 설계된, 엔터테인먼트 장치.
실시양태 187: 하나 이상의 이동가능한 물체의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템으로서, 상기 추적 시스템은 실시양태 1 내지 179 중 어느 하나에 따른 검출기를 하나 이상 포함하고, 상기 추적 시스템은 추가로 하나 이상의 추적 제어기를 포함하고, 상기 추적 제어기는, 특정 시점에 물체의 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 각각 포함하는, 물체의 일련의 위치를 추적하도록 구성된, 추적 시스템.
실시양태 188: 실시양태 187에 있어서, 상기 추적 시스템이, 물체에 연결가능한 하나 이상의 비콘 장치를 추가로 포함하고, 상기 추적 시스템은, 상기 검출기가 하나 이상의 비콘 장치의 물체의 위치에 대한 정보를 생성할 수 있도록 구성된, 추적 시스템.
실시양태 189: 하나 이상의 물체의 하나 이상의 위치를 결정하기 위한 스캐닝 시스템으로서, 상기 스캐닝 시스템은 실시양태 1 내지 179 중 어느 하나에 따른 검출기를 하나 이상 포함하고, 상기 스캐닝 시스템은, 하나 이상의 물체의 하나 이상의 표면 상에 위치하는 하나 이상의 점의 조사를 위해 구성된 하나 이상의 광 빔을 방출하도록 구성된 하나 이상의 조명원을 추가로 포함하고, 상기 스캐닝 시스템은, 하나 이상의 검출기를 사용하여, 상기 하나 이상의 점과 상기 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 스캐닝 시스템.
실시양태 190: 실시양태 189에 있어서, 상기 조명원이 하나 이상의 인공 조명원, 특히 하나 이상의 레이저 공급원 및/또는 하나 이상의 백열등 및/또는 하나 이상의 반도체 광원을 포함하는, 스캐닝 시스템.
실시양태 191: 실시양태 189 또는 190에 있어서, 상기 조명원이, 각각의 피치, 특히 규칙적인 피치를 나타내는 복수개의 개별적인 광 빔, 특히 광 빔의 어레이를 방출하는, 스캐닝 시스템.
실시양태 192: 실시양태 189 내지 191 중 어느 하나에 있어서, 상기 스캐닝 시스템이 하나 이상의 하우징을 포함하는, 스캐닝 시스템.
실시양태 193: 실시양태 192에 있어서, 상기 하나 이상의 점과 상기 스캐닝 시스템 사이의 거리에 대한 하나 이상의 정보 항목이, 상기 하나 이상의 점과 상기 스캐닝 시스템의 하우징(특히, 상기 하우징의 전면 모서리 또는 후면 모서리) 상의 특정 지점 간의 거리를 결정하는, 스캐닝 시스템.
실시양태 194: 실시양태 192 또는 193에 있어서, 상기 하우징이 디스플레이, 버튼, 고정 유닛, 레벨링 유닛 중 적어도 하나를 포함하는, 스캐닝 시스템.
실시양태 195: 실시양태 187 또는 188에 따른 추적 시스템 및 실시양태 189 내지 194 중 어느 하나에 따른 스캐닝 시스템을 하나 이상 포함하는 입체경 시스템으로서, 상기 추적 시스템 및 상기 스캐닝 시스템은 각각, 이들 시스템이 상기 입체경 시스템의 광축에 평행한 방향으로 정렬되고, 동시에, 상기 입체경 시스템의 광축에 대해 수직인 방향에 대해 개별적인 변위를 나타내는 방식으로, 시준된 배열 내에 위치하는 하나 이상의 광학 센서를 포함하는, 입체경 시스템.
실시양태 196: 실시양태 195에 있어서, 상기 추적 시스템 및 상기 스캐닝 시스템이 각각 하나 이상의 종방향 광학 센서를 포함하고, 물체의 종방향 위치에 대한 정보의 항목을 결정하도록 상기 종방향 광학 센서들의 센서 신호들이 조합되는, 입체경 시스템.
실시양태 197: 실시양태 196에 있어서, 상기 종방향 광학 센서들의 센서 신호들이, 상이한 변조 주파수를 적용함으로써 서로에 대해 구별가능한, 입체경 시스템.
실시양태 198: 실시양태 197에 있어서, 상기 입체경 시스템이 하나 이상의 횡방향 광학 센서를 추가로 포함하고, 상기 횡방향 광학 센서의 센서 신호가 물체의 횡방향 위치에 대한 정보의 항목을 결정하는데 사용되는, 입체경 시스템.
실시양태 199: 실시양태 198에 있어서, 물체의 입체시가, 물체의 종방향 위치에 대한 정보의 항목 및 물체의 횡방향 위치에 대한 정보의 항목을 조합함으로써 수득되는, 입체경 시스템.
실시양태 200: 실시양태 1 내지 179 중 어느 하나에 따른 검출기를 하나 이상 포함하는, 하나 이상의 물체를 이미지화하기 위한 카메라.
실시양태 201: 특히, 실시양태 1 내지 179 중 어느 하나에 따른 검출기를 사용하여 하나 이상의 물체를 광학적 검출하기 위한 방법으로서,
- 하나 이상의 종방향 광학 센서를 사용하여 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하는 단계로서, 상기 종방향 센서 신호는 광 빔에 의한 상기 종방향 광학 센서의 센서 영역의 조사에 의존적이고, 상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 센서 영역은 하나 이상의 광전도성 물질을 포함하고, 상기 센서 영역 내의 상기 광전도성 물질의 전기 전도도는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고, 상기 종방향 센서 신호는 상기 전기 전도도에 의존적인, 단계; 및
- 상기 종방향 광학 센서의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하는 단계
를 포함하는, 방법.
실시양태 202: 실시양태 201에 있어서, 상기 광전도성 물질이, 콜로이드성 양자점(CQD)을 포함하는 필름으로서 제공되는, 방법.
실시양태 203: 실시양태 202에 있어서, 상기 CQD 필름이 제 1 전도성 층 상에 침착되는, 방법.
실시양태 204: 실시양태 203에 있어서, 상기 제 1 전도성 층이, 바람직하게는, 적어도 부분적으로 투명한 반-전도성 금속 옥사이드, 이의 도핑된 변형체, 및 금속 나노와이어를 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 부분적으로 투명한 반-전도성 물질을 포함하고, 상기 투명한 전도성 옥사이드가 특히, 인듐 주석 옥사이드(ITO), 불소 도핑된 주석 옥사이드(FTO), 알루미늄 도핑된 아연 옥사이드(AZO), 마그네슘 옥사이드(MgO), 또는 페로브스카이트 투명한 전도성 옥사이드로부터 선택되는, 방법.
실시양태 205: 실시양태 204에 있어서, 상기 CQD 필름이 비극성 유기 용매 중의 양자점의 용액으로서 제공되고, 상기 용매는 바람직하게는, 옥탄, 톨루엔, 사이클로헥산, 클로로벤젠, n-헵탄, 벤젠, 다이메틸폼아마이드(DMF), 아세토나이트릴, 및 클로로폼을 포함하는 군으로부터 선택되고, 상기 양자점은 10 mg/ml 내지 200 mg/ml, 바람직하게는 50 mg/ml 내지 100 mg/ml의 농도로 상기 유기 용매 중에 제공되는, 방법.
실시양태 206: 실시양태 202 내지 205 중 어느 하나에 있어서, 상기 CQD 필름이 2개 이상의 개별적인 층으로서 제공되는, 방법.
실시양태 207: 실시양태 202 내지 206 중 어느 하나에 있어서, 상기 CQD 필름이 침착 방법에 의해, 바람직하게는 코팅 방법에 의해, 더욱 바람직하게는 스핀-코팅 방법에 의해 제공되는, 방법.
실시양태 208: 실시양태 207에 있어서, 상기 CQD 필름이 유기 제제로 처리되고, 상기 유기 제제는 바람직하게는, 티올 및 아민, 특히 1,2-에탄다이티올(edt), 1,2- 및 1,3-벤젠다이티올(bdt), 및 부틸아민을 포함하는 군으로부터 선택되는, 방법.
실시양태 209: 실시양태 208에서, 상기 유기 제제의 처리 이후, 상기 CQD 필름이 50℃ 내지 250℃, 바람직하게는 80℃ 내지 180℃, 더욱 바람직하게는 100℃ 내지 120℃의 온도에서 건조되는, 방법.
실시양태 210: 실시양태 203 내지 209 중 어느 하나에 있어서, 차단 층이 먼저, 상기 CQD 필름이 상기 차단 층 상에 침착될 때까지, 상기 제 1 전도성 층 상에 직접 침착되고, 상기 차단 층은 전기 전도성 물질, 바람직하게는 디타늄 다이옥사이드(TiO2) 또는 아연 옥사이드(ZnO)의 박막을 포함하는, 방법.
실시양태 211: 실시양태 202 내지 210 중 어느 하나에 있어서, 제 2 전도성 층이 상기 CQD 필름 상에 침착되는, 방법.
실시양태 212: 실시양태 211에 있어서, 상기 제 2 전도성 층이, 불투명한 전기 전도성 물질, 더욱 바람직하게는 증발된 금속 층 또는 그라핀 층을 포함하고, 상기 증발된 금속 층은 특히, 은, 알루미늄, 백금, 크롬, 디타늄, 또는 금 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
실시양태 213: 실시양태 211 또는 212에 있어서, 상기 제 2 전도성 층이, 특히 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)(PEDOT) 및 PEDOT와 폴리스타이렌 설폰산의 분산액(PEDOT:PSS)으로부터 선택되는 전기 전도성 중합체의 층을 포함하고, 증발된 금속의 접촉부 또는 그라핀의 접촉부를 포함하는 분할 전극이 바람직하게는 상기 전기 전도성 중합체 층 상에 배열되고, 상기 증발된 금속 접촉부가 특히 은, 알루미늄, 백금, 디타늄, 크롬, 또는 금 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
실시양태 214: 바람직하게는 동시에, 위치, 특히 물체의 깊이를 결정하기 위한, 실시양태 1 내지 179 중 어느 하나에 따른 검출기의 용도.
실시양태 215: 실시양태 214에 있어서, 특히 교통 기술에서의 거리 측정; 특히 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 용도; 보안 용도; 인간-기계 인터페이스 용도; 추적 용도; 스캐닝 용도; 사진촬영 용도; 이미지화 용도 또는 카메라 용도; 하나 이상의 공간의 지도를 생성하기 위한 맵핑 용도; 차량용 자동유도 또는 추적 비콘 검출기; (배경보다 더 뜨겁거나 더 차가운) 열 신호를 갖는 물체의 거리 및/또는 위치 측정; 입체시 용도; 머신 비전 용도; 로봇 용도로 이루어진 군으로부터 선택되는 용도를 위한 용도.
예시적인 실시양태
도 1은 하나 이상의 물체(112)의 위치를 결정하기 위한, 본 발명에 따른 광학적 검출기(110)의 예시적인 실시양태를 개략적인 방식으로 도시한다. 광학적 검출기(110)는 바람직하게는 적외선 검출기로서 사용되도록 구성될 수 있다. 그러나, 다른 실시양태도 가능하다. 광학적 검출기(110)는, 상기 특정 실시양태에서 검출기(110)의 광축(116)을 따라 배치된 하나 이상의 종방향 광학 센서(114)를 포함한다. 특히, 광축(116)은 대칭축 및/또는 광학 센서(114)의 구성의 회전 축일 수 있다. 광학 센서(114)는 검출기(110)의 하우징(118) 내부에 위치될 수 있다. 또한, 하나 이상의 전달 장치(120)가 바람직하게 굴절 렌즈(122)로 구성될 수 있다. 특히, 광축(116)에 대해 동심원 상에 위치될 수 있는 하우징(118) 내의 개구(124)는, 바람직하게는 검출기(110)의 시야 방향(126)을 한정할 수 있다. 좌표계(128)가 정의될 수 있으며, 이때 광축(116)에 평행한 방향 또는 역평행한 방향이 종방향으로서 정의될 수 있고, 광축(116)에 대해 수직인 방향은 횡방향으로서 정의될 수 있다. 도 1에 상징적으로 도시된 좌표계(128)에서, 종방향은 z로 표시되고 횡방향은 각각 x 및 y로 표시된다. 그러나, 다른 유형의 좌표계(128)도 가능하다.
또한, 종방향 광학 센서(114)는 광 빔(132)에 의한 센서 영역(130)의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계된다. 따라서, FiP 효과에 따라, 종방향 센서 신호는, 조사의 총 전력이 동일하다면, 하기에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 각각의 센서 영역(130)에서의 광 빔((132)의 빔 단면에 의존적이다. 본 발명에 따르면, 센서 영역(130)은 하나 이상의 광전도성 물질(134), 특히 칼코게나이드(136), 바람직하게는 납 설파이드(PbS) 또는 납 셀레나이드(PbSe)를 포함한다. 그러나, 다른 광전도성 물질(134), 특히 다른 칼코게나이드(136)도 사용될 수 있다. 센서 영역(130)에서 광전도성 물질(134)을 사용한 결과로서, 센서 영역(130)의 전기 전도도는, 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 내의 광 빔(132)의 빔 단면에 의존적이다. 결과적으로, 광 빔(132)과의 충돌시 종방향 광학 센서(114)에 의해 제공되는 결과적인 종방향 센서 신호는 센서 영역(130) 내의 광전도성 물질(134)의 전기 전도도에 의존적이며, 따라서, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면이 결정되게 할 것이다. 종방향 신호 인출선(138)을 통해, 종방향 센서 신호는 평가 장치(140)로 전송될 수 있으며, 이는 추후 상세히 설명될 것이다. 바람직하게, 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130)은, 물체(112)로부터 검출기(110)로 이동하는 광 빔((132)에 대하여 투명하거나 반투명할 수 있다. 그러나, 이 특징은, 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130)이 불투명할 수도 있기 때문에, 필요하지 않을 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 종방향 광학 센서(114)는 전달 장치(120)의 초점(142)에 위치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 특히 광학적 검출기(110)가 전달 장치(120)를 포함하지 않을 수 있는 실시예에서, 종방향 광학 센서(114)는, 예를 들어 임의적 작동기(144)에 의해, 광축(116)을 따라 이동가능한 방식으로 배열될 수 있으며, 이는 평가 장치(136) 내에 배치될 수 있는 작동기 제어 유닛(146)을 사용하여 제어될 수 있다. 그러나, 다른 종류의 구성도 가능하다.
일반적으로, 평가 장치(140)는, 횡방향 광학 센서(114)의 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된다. 이를 위해, 평가 장치(140)는, 종방향 평가 유닛(148)("z"로 표시됨)에 의해 부호로 표시되는 센서 신호를 평가하기 위해, 하나 이상의 전자 장치 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 구성요소를 포함할 수 있다. 하기에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 평가 장치(140)는, 종방향 광학 센서(114)의 하나 이상의 종방향 센서 신호를 비교함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 결정하도록 구성될 수 있다.
전술된 바와 같이, 광 빔((132)과의 충돌 시 종방향 광학 센서(114)에 의해 제공되는 종방향 센서 신호는 센서 영역(130) 내의 광전도성 물질(134)의 전기 전도도에 의존적이다. 따라서, 광전도성 물질(134)의 전기 전도도의 변화를 결정하기 위해서는, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 종방향 광학 센서(114)를 통한 "광전류"로 또한 지칭될 수 있는 전류를 측정하는 것이 유리할 수 있다. 이를 위해, 특히 바람직한 실시예에서, 접지(152) 위쪽에 바이어스 전압을 제공하도록 구성될 수 있는 바이어스 전압원(150)이 제공될 수 있다. 또한, 종방향 광학 센서(114)에 의해 제공되는 종방향 센서 신호는 먼저 증폭기(154)의 적용에 의해 증폭된 후, 종방향 평가 유닛(148)에 제공될 수 있다.
종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130)을 조사하기 위한 광 빔(132)은 발광 물체(112)에 의해 생성될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 광 빔(132)은, 물체(112)를 조사하도록 구성된 환경 광원 및/또는 인공 광원(132)(예컨대, 발광 다이오드(158))를 포함할 수 있는 별도의 조명원(156)에 의해 생성될 수 있으며, 이때 물체(112)는, 광 빔(132)이 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130)에 도달하도록 구성될 수 있는 방식으로 조명원(156)에 의해, 바람직하게는 광축(116)을 따라 개구(124)를 통해 광학적 검출기(110)의 하우징(118)에 도입됨에 의해 생성된 광의 적어도 일부를 반사할 수 있다. 특정 실시양태에서, 조명원(156)은 변조된 광원(160)일 수 있고, 조명원(156)의 하나 이상의 변조 특성은 적어도 하나 이상의 임의적 변조 장치(162)에 의해 제어될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 변조는, 조명원(156)과 물체(112) 사이 및/또는 물체(112)와 종방향 광학 센서(114) 사이의 빔 경로에서 수행될 수 있다. 다른 가능성도 고려될 수 있다. 이 특정 실시양태에서, 물체(112)의 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 결정하기 위해 횡방향 광학 센서(114)의 센서 신호를 평가하는 경우, 하나 이상의 변조 특성, 특히 변조 주파수를 고려하는 것이 유리할 수 있다. 이를 위해, 변조 장치(162)에 의해 제공되는 각각의 특성은 또한 증폭기(154)에 공급될 수 있으며, 이는, 특정 실시양태에서 록-인(lock-in) 증폭기(164)일 수 있다.
일반적으로, 평가 장치(140)는 데이터 처리 장치(166)의 일부일 수 있고/있거나 하나 이상의 데이터 처리 장치(166)를 포함할 수 있다. 평가 장치(140)는 하우징(118) 내로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있고/있거나, 종방향 광학 센서(114)에 무선 또는 유선 방식으로 전기적으로 연결된 별도의 장치로서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 평가 장치(140)는 하나 이상의 추가 구성요소, 예를 들어 하나 이상의 전자 하드웨어 구성요소 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 구성요소, 예컨대 하나 이상의 측정 유닛 및/또는 하나 이상의 평가 유닛 및/또는 하나 이상의 제어 유닛(본원에 도시되지 않음)을 추가로 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 광전도체의 배열에서 종방향 광학 센서(114)의 예시적인 실시양태를 도시한다. 따라서, 종방향 광학 센서(114)는 하나 이상의 광전도성 물질(134)의 층(168), 특히 칼코게나이드(136), 바람직하게는 납 설파이드(PbS), 납 셀레나이드(PbSe) 또는 본원에 기술된 바와 같은 다른 광전도성 물질을 포함한다. 납 설파이드(PbS), 납 셀레나이드(PbSe) 및/또는 다른 광전도성 물질의 층(168)을 포함하는 종방향 광학 센서(114)에서의 전술된 음의 FiP 효과의 발생은, 각각 도 3a 내지 도 6에 도시된 바와 같이 실험적으로 입증되었다. 바람직하게는, 광전도성 물질(134)은, 특히 광전도성 물질(134)의 층(168)에 기계적 안정성을 제공하기 위해, 절연 기판(170) 상에, 바람직하게는 세라믹 기판(172) 상에 배치되며, 10 ㎚ 내지 1000 ㎛, 특히 100 nm 내지 10 ㎛의 두께를 나타낼 수 있다.
전술한 바와 같이, 입사 광 빔(132)에 의한 센서 영역(130) 내의 광전도성 물질(134)의 조사는 광전도성 물질(134)의 전기 전도도의 변화를 야기하며, 이는, 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면(174)에 의존적이다. 결과적으로, 2개 이상의 분리된 전극(176, 178)에서 센서 영역(130)이 광 빔(132)과 충돌하면, 광전도성 물질(134)의 전기 전도도에 의존적인 종방향 센서 신호를 제공하고, 이로써, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면(174)을 결정하도록 한다. 바람직하게는, 광학적으로 불투명한 전극(176, 178)은 각각 금속 전극, 특히 은(Ag) 전극, 백금(Pt) 전극, 알루미늄(Al) 전극, 또는 금(Au) 전극 또는 대안적으로 그라핀 전극일 수 있다. 본원에서, 전극(176, 178)은 바람직하게는, 광전도성 물질(134)의 층(168) 상부의 상이한 위치에, 특히 1 mm 내지 10 cm, 예컨대 약 1 cm의 거리로 이격되어 배치될 수 있는 막대 형태이다.
도 2a에 따른 종방향 광학 센서(114)의 예시적인 구성에서는, 입사 광 빔(132)은 광전도성 물질(134)에 직접 충돌할 수 있고, 도 2b에 따른 종방향 광학 센서(114)의 예시적인 구성에서는, 입사 광 빔(132)이 광전도성 물질(134)의 센서 영역(130)에 도달할 때까지 기판(170) 상에 먼저 충돌할 수 있다. 따라서, 도 2b에 따른 상기 특정 실시양태에서, 절연 기판(170)은 유리하게는 투명 기판(180) 또는 적어도 반투명 기판(182), 예컨대 유리 기판 또는 석영 기판일 수 있다. 이 경우, 상기 물질의 일부는 광전도성 물질로 덮이지 않을 수 있다. 또한, 금(Au) 전극이 사용될 수 있는 경우, 유리 기판에 금을 강하게 결합시켜 이를 와이어에 결합가능하도록 만들기 위해, Ni/Cr 또는 Ti/Ni의 박층이 사용될 수 있다.
대안적 실시양태에서, 종방향 광학 센서(114) 내의 광전도성 물질(134)의 층(168)은 전자 공여 물질로서의 유기 공여체 중합체와 플러렌-기반 전자 수용체 물질의 혼합물을 포함한다. 특정 예에서, 상기 유기 공여체 중합체는 전자 공여체 물질로서의 폴리(3-헥실티오펜-2,5-다이일)(P3HT) 및 전자 수용체 물질로서의 [6,6]-페닐-C61-부티르산 메틸 에스터(PC60BM)를 포함한다. 그러나, 다른 종류의 혼합물 비 및/또는 유기 광전도성 물질(134)이 또한 적합할 수 있다. 바람직하게는, P3HT : PC60BM의 혼합물을 포함하는 광전도성 물질(134)의 단일 층(168)이 절연 기판(170) 상에, 바람직하게는 투명 또는 반투명 기판(180, 182)(예컨대, 유리 또는 석영 기판) 상에 유사하게 배치된다. 이를 위해, P3HT : PC60BM의 혼합물은 바람직하게는, 증착 방법, 바람직하게는 코팅 방법, 더욱 바람직하게는 스핀-코팅 방법, 슬롯-코팅 방법 또는 블레이드 코팅 방법을 사용하여, 또는 대안적으로는 증발에 의해, 용액으로부터, 특히 클로로 벤젠 용액으로부터, 100 ㎛ 내지 2000 ㎛, 특히 200 ㎛ 내지 750 ㎛의 두께를 나타낼 수 있는 단일 층(168)으로 캐스팅될 수 있다.
도 2a 또는 2b에 따른 실시양태가 실제로 광학적 검출기(110)에 대해 선택될 수 있는지 여부에 관계없이, 이들 실시예는 둘 다, 예를 들어 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/110924 A1 호 또는 제 WO 2014/097181 A1 호에 예시적으로 도시된 바와 같은 종방향 광학 센서에 비해, 종방향 광학 센서(114)의 비교적 간단하고 비용-효율적인 구성을 나타낸다. 이 결과는 특히, 종방향 광학 센서(114)에 대한 작업 실시양태를 여전히 제공하기 위해 본원에서 사용될 수 있는 더 적은 수의 층에 기인할 수 있다. 그러나, 본원에 도시되지 않은 다른 실시양태도 본 발명에 따른 종방향 광학 센서(114)를 위한 구성으로서 적합할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c에서는, 도 1 및 도 2의 예시적인 실시양태에서 전술된 음의 FiP 효과의 발생이 실험적으로 증명되어야한다.
여기서, 도 3a는, 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130)이 광전도성 물질(134)로서의 납 설파이드(PbS)를 포함하는 구성의 실험 결과로서 소위 "FiP 곡선"을 도시한다. 여기서, 광학적 검출기(110)의 구성은, 굴절 렌즈(122)의 전방 80 cm에 배치되고 530 nm의 광학 파장의 광 빔을 위한 조명원(156)과 물체(112) 둘 다로서 동시에 사용되는 녹색 발광 다이오드(LED)(158)를 포함한다. 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130)은, 바이어스 전압원(150)에 의해 제공되는 10 mV의 바이어스 전압 하에 작동되는 시판 납 설파이드(PbS) 광전도성 물질(134)을 포함한다. 이 특정 실험에서, 조명원(156)으로서의 발광 다이오드는 변조 장치(162)를 사용하여 375 Hz의 변조 주파수로 변조되었다. 결과적으로, 종방향 센서 신호는 록-인 증폭기(164)를 사용하여 측정되었다.
실험 동안, 종방향 광학 센서(114)는 작동기(144)를 사용하여 광학적 검출기(110)의 z-축을 따라 이동하였고, 결과적인 전압은 밀리 볼트(mV)로 측정되었다. 여기서, 굴절 렌즈(122)의 초점(142)은 43.5 mm의 거리에 위치하였으며, 이로써, 조명원(156)으로서 작용하는 굴절 렌즈(122) 및 발광 다이오드(158)는 더 큰 z 값에 위치되었다. 실험 동안, 광학적 검출기(110)의 z-축을 따라 센서를 이동시키는 것은 센서 영역(130)의 위치에서 입사 광 빔(132)의 빔 단면(스팟 크기)의 변화를 초래하여, z-의존적 전압 신호를 제공하였단.
도 3a에서 알 수 있는 바와 같이, FiP 곡선은, 종방향 광학 센서(114)의 물체(112)로부터의 변화하는 거리에 따라 변하는 종방향 센서 신호로서 볼 수 있는 관찰가능한 전압을 포함하고, 물체(112)가 종방향 광학 센서(114) 상에 포커싱되는 시점에서의 뚜렷한 최소값을 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 광학적 검출기(110)는, 굴절 렌즈(122)에 의해 영향을 받는 초점(142)에(즉, 굴절 렌즈(122)로부터 약 43.4의 거리에) 센서 영역(130)이 위치될 때 상기 구성에서 발생하는 전술된 음의 FiP 효과(즉, 가능한 최소 단면을 갖는 광 빔(132)과 센서 영역(130) 내 물질이 충돌하는 존재하는 조건 하에 종방향 센서 신호의 최소값의 관찰)를 명확하게 나타내는 방식으로 배열될 수 있다.
도 3b에 따른 실험에서는, 도 3a에 따른 이전의 실험에서와 동일한 구성이 사용되었다. 여기서, 도 3a와 관련하여 수행된 실험은 여러 번 반복되었으며, 조명원(156)으로서 작용하는 발광 다이오드(158)는 굴절 렌즈(122)로부터 상이한 거리에 배치되었다. 기록된 FiP 곡선은 도 3b에 제시된다. 결과적으로, 기록된 전압의 최소값은, 굴절 렌즈(122)로부터의 발광 다이오드(158)의 변하는 거리에 따라 변하는 종방향 센서 신호로서 기인된다.
또한, 도 3b로부터 추론될 수 있는 바와 같이, 기록된 전압의 절대값은 굴절 렌즈(122)로부터의 발광 다이오드(158)의 거리가 증가함에 따라 또한 증가한다. 따라서, 개별 관찰된 FiP 곡선의 모든 값을, z-좌표가 굴절 렌즈(122)의 초점 거리와 동일한 거리에서 센서 영역(130)이 위치하는 조건 하에 획득된 관찰된 FiP 곡선의 값으로 나누는 것이 유용할 수 있다. 결과적으로, 도 3c에 도시된 바와 같은 하기 도표가 수득된다. 여기서, 모든 표준화된 FiP 곡선은 약 0.55 mV의 최소값 및 43.4 mm의 z-좌표 값(즉, z-좌표가 굴절 렌즈(122)의 초점 거리와 동일한 경우)을 갖는다. 이러한 관찰은, 광전도성 물질(134)이 센서 영역(130)에서의 감지에 사용되는 경우, 소위 "Iso-FiP 관계"가 여전히 유지됨을 명백히 나타낸다. 본원에서 "Iso-FiP 관계"는, 상이한 초점 위치에 대한 종방향 센서 신호 곡선이 초점 종방향 광학 센서의 대응 종방향 센서 신호로 정규화될 수 있다는 설명을 지칭한다. 다른 세부사항에 대해서는, 2014년 7월 8일자로 출원된 유럽 특허 출원 14 176 112.2 호를 참조할 수 있으며, 이의 내용을 본원에 참고로 인용한다. 따라서 2 내지 3개의 종방향 광학 센서가 임의의 모호성 없이 거리를 감지하는 데 충분하다.
도 4a 내지 도 4d는, 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130)이 광전도성 물질(134)로서 납 설파이드(PbS)를 포함하는 다른 측정의 실험 결과를 도시한다. 다시, 광학적 검출기(110)의 구성은, 굴절 렌즈(122)의 전방 80 cm에 위치되고 또한 530 nm의 광학 파장을 위한 조명원(156) 및 물체(112) 둘 다로서 동시에 사용되는 녹색 발광 다이오드(LED)(158)를 포함한다. 광전도성 물질(134) 납 설파이드(PbS)를 갖는 종방향 광학 센서(114)는, 바이어스 전압원(150)에 의해 제공된 10V 바이어스 전압 하에서 작동되었다. 이 특정 실험에서는, 발광 다이오드(158)가 다시, 변조 장치(162)에 의해 변조 주파수로 변조된 조명원(156)으로서 사용되었지만, 도 3a 내지 도 3c에 따라 수행된 실험과는 달리, 광전류 및 변조 주파수 중 하나에 대해 다른 값이 적용되었다. 결과적으로, 종방향 센서 신호는 다시 록-인 증폭기(164)를 사용하여 측정되었다.
도 4a는, 변조 주파수가 375Hz로 설정되고 광전류가 1 mA의 최소값과 1000 mA의 최대값 사이에서 변화된 조건 하에 기록된 실제 FiP 곡선을 도시하고, 도 4b는, 상기 조건 하에 Iso-FiP 관계의 타당성을 입증하는 각각의 표준화된 실제 FiP를 나타낸다.
도 4c 및 4d에서, 초점 내의(도 4c) 및 초점을 벗어난(도 4d) FiP 전류는 다양한 변조 주파수로 기록된다. 변조 주파수는 x-축 상에 Hertz로 표시된다. 초점 내의 FiP 전류는 y-축 상에 표시된다. 모든 곡선은 0 Hz의 값으로 표준화된다. 두 축 모두 로그 크기로 표시된다. 다양한 곡선을, LED 표적에 적용되는 다양한 전류(1 mA 내지 1000 mA)에서 기록하였다. 추가적으로, 유기 센서 곡선을 도 4c와 비교하기 위해 도시한다. 상기 곡선은, 변조 주파수를 500 Hz 초과로 증가시킴에 의해 FiP 신호가 실질적으로 영향을 받지 않음을 보여준다. 이 결과는, 광 강도 및 초점 위치와 독립적이다.
도 5에 따른 측정에서, 도 3a 내지 도 3c에 따른 측정과 동일한 구성이 사용되었지만, 530 nm의 광학 파장을 연속적인 강도로 나타내는 광빔(132)을 녹색 발광 다이오드(158)가 방출하도록, 변조가 적용되지 않았다. 여기서는, 종방향 센서 신호를 증폭기(154)와 오실로스코프를 이용하여 기록하였다. 따라서, 도 5에서, 광전류에서의 관찰가능한 잔류 변조는, 입사 광 빔(132)의 변조 부재에 의한 것이 아니라, 전원선을 통한 증폭기 회로 내로의 전자기 간섭에 의해 야기될 수 있다. 도 5에 도시된 곡선의 양쪽에서 관찰가능한 강도 감소는, 센서 영역(130)에서 스팟 크기를 증가시킴으로써, 일부 지점에서 스팟 크기가 센서 영역(130)의 영역을 초과한다는 사실에 기인할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 도 5는, FiP 효과의 발생이 변조의 존재를 필요로 하지 않음을 명백히 보여준다.
도 6은, 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130) 내의 광전도체의 배열에서 적용된 광전도성 물질(134)로서의 납 설파이드(PbS)에서 수행된, 도 3 내지 5에 따른 측정이 또한 PbS와 다른 광전도성 물질(134)을 사용하여 수행될 수 있음을 보여준다.
따라서, 도 6a에 도시된 바와 같이, 실험에 사용된 광전도성 물질(134)은 센서 영역(130) 내에 셀레나이드 칼코게나이드 납 셀레나이드(PbSe)를 포함한다. 도 3a에 따른 측정과 유사하게, 다시, 광학적 검출기(110)의 구성은, 굴절 렌즈(122)의 전방 80 cm에 위치되고 또한 물체(112) 및 조명원(156) 둘 다로서 동시에 사용되는 발광 다이오드(158)를 포함한다. 그러나, 이때, 및 납 셀레나이드(PbSe)의 공지된 흡수 스펙트럼에 따라, 근적외선(NIR) 스펙트럼 범위에 위치하는 1050 nm의 광학 파장이 적용되었다. 광전도성 물질(134) 납 셀레나이드(PbSe)를 갖는 종방향 광학 센서(114)는, 바이어스 전압원(150)에 의해 제공된 10V 바이어스 전압 하에 작동하였다. 다시, 조명원(156)으로서의 발광 다이오드(158)는, 변조 장치(162)를 사용하여 375 Hz의 변조 주파수로 변조되었다. 결과적으로, 종방향 센서 신호 역시, 록-인 증폭기(164)를 사용하여 측정되었다. 그 결과는, 다시 도 6a에 도시된 바와 같은 FiP 곡선이며, 이는 다시, 상기 유형의 물질에서 음의 FiP 효과의 발생을 보여준다.
도 6b 및 도 6c는, 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130) 내의 층(168)이 유기 광전도성 물질(134)로서 P3HT : PC60BM의 80:20 중량% 혼합물을 포함하는 실험 결과를 나타낸다. 여기서는, 유기 광전도성 물질(134)의 층(168)의 대응 두께(d)에 의해 서로 구별가능한 3개의 상이한 시료를 사용하였다. 도면에 나타낸 바와 같이, 층(168)의 각각의 두께는 d = 430 ㎛, d = 580 ㎛ 및 d = 1500 ㎛였다.
도 3a 및 도 6a에 따른 측정과 유사하게, 광학적 검출기(110)의 구성은, 굴절 렌즈(122)의 전방에 배치되고 물체(112) 및 조명원(156) 둘 다로서 동시에 사용되며 530 nm의 광학 파장을 방출하는 발광 다이오드(158)를 포함한다. 유기 광전도성 물질(134)을 포함하는 종방향 광학 센서(114)는, 바이어스 전압원(150)에 의해 제공된 10V 바이어스 전압 하에서 작동되었다. 또한, 조명원(156)으로서의 발광 다이오드(158)는, 변조 장치(162)에 의해 제공되는 43 ㎐의 변조 주파수를 사용하여 변조되었고, 종방향 센서 신호는 결과적으로 록-인 증폭기(164)를 사용하여 기록되었다.
결과적으로, 도 6b 및 6c 둘 다에서의 곡선은, 종방향 센서 신호로 간주될 수 있는 관찰 가능한 광-유도된 전류가 종방향 광학 센서(114)의 물체(112)로부터의 거리가 변함에 따라 변하고, 이에 따라 물체(112)가 종방향 광학 센서(114) 상에 포커싱되는 사건에서 뚜렷한 최소값을 포함함을 보여준다. 따라서, 광학적 검출기(110)는, 상기 구성에서 굴절 렌즈(122)에 의해 영향을 받는 초점 위치(142)에(즉, 굴절 렌즈(122)로부터 약 20 nm 위치에) 센서 영역(130)이 위치하는 경우에 발생하는 음의 FiP 효과(즉, 센서 영역(130) 내의 유기 광전도성 물질이 가능한 최소의 단면을 갖는 광 빔(132)과 충동하는 조건 하에 종방향 센서 신호의 최소값의 관찰)를 명확히 나타낸다. 또한, 양쪽 방향에서 광축(116)을 따라 종방향 광학 센서(114)를 초점으로부터 12.5 mm 이하로 떨어지게 이동시킴으로써, 광 스팟의 크기가 전극(176, 178) 사이의 센서 영역(130)의 대부분 면적을 채웠다.
초점(142)을 벗어난 센서 영역(130)에 대한, 초점(142)에 위치하는 센서 영역(130)의 광-유도된 전류의 몫을 제공하는 비(r)는, 도 6b에 나타낸 바와 같이 4 내지 5의 값을 취한다. 그러나, 상기 비(r)는, 도 6c에 도시된 바와 같은 추가의 실험에서, 8 초과의 값으로 증가될 수 있으며, 여기서는 도 6b의 실험에 사용된 것과 동일한 시료가 공기 중에서 할로겐 램프에 노출 된 후 사용되었으며, 이는, 유기 광전도성 물질 P3HT : PC60BM의 도핑을 유발하는 것으로 공지되어 있다. 도 6b 및 도 6c 둘 다로부터 추가로 도출될 수 있는 바와 같이, 일반적으로 상기 비(r)는 높을 값을 취하며, 그 이유는, 센서 영역(130)이 초점(142) 근처에 위치할 때, 광-유도된 전류가 거의 사라진 것처럼 보이기 때문이다.
또한, 도 6d는 종방향 센서 신호로서의 관찰가능한 광-유도된 전류가 입사 광 빔의 변조 주파수(f)의 분명한 함수라는 것을 도시한다. 이를 위해, 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130) 내의 층(168)이 유기 광전도성 물질(134)로서의 P3HT : PC60BM의 80:20 중량% 혼합물을 포함하고 430 ㎛의 두께(d)를 나타내는, 단일 시료가 사용되었다. 따라서, 도 6d는,
- 530 nm의 파장을 방출하는 발광 다이오드(158)에 의한 조사("조사됨"으로 표시됨); 및
- 조사없음("암(dark)"으로 표시됨)
의 상이한 조사 조건 하에 이들 중 2개가 기록되는 3개의 상이한 곡선을 도시하며, 이때 "차이"로 표시된 세 번째 곡선은, 각각의 (조사된 곡선에 대한 값) - (암 곡선에 대한 값)의 차이를 제공한다. 도 6d의 세 가지 다른 곡선을 비교하여 도출될 수 있는 바와 같이, 측정된 신호는 약 1 kHz 초과의 주파수에서 상기 구성의 노이즈 수준으로부터 구별할 수 없는 것으로 판명되었습니다. 다른 한편으로는, 약 50Hz 미만의 주파수에서, 약 100의 신호-대-노이즈 비가 관찰될 수 있다. 50 Hz의 주파수에서 수득된 피크는 주요 공급 장치의 주파수에 기인할 수 있음을 언급할 수 있다. 따라서, 센서 영역(130) 내의 층(168)이 유기 광전도성 물질(134)로서 P3HT : PC60BM의 전술된 혼합물을 포함하는 종방향 광학 센서(114)는 특히, 100 Hz 미만, 바람직하게는 50 Hz 미만의 주파수에서의 FiP 효과의 결정에 사용될 수 있다. 이 주파수 범위에서 노이즈는 상당히 낮은 것처럼 보이며, 이는 특히, 이러한 종류의 물질에서의 실질적으로 제로의 누설 전류 때문이다.
도 6e 내지 도 6g는, 센서 영역(130) 내의 광전도성 물질(134)이 안티몬 트라이설파이드(Sb2S3)의 층(168)을 포함하는 추가의 실험 예를 도시한다. 도 6e 및 도 6f에 도시된 바와 같은 특정 예에서, Sb2S3의 층(168)은 400 nm의 두께를 나타내고 은(Ag) 전극(176,178) 및 은(I) 셀레나이드(Ag2Se) 기판(170)에 의해 샌드위치된다. 여기에서, 종방향 광학 센서(114)는, 상기 시료를 포함하는 종방향 광학 센서(114)에 걸친 5V 바이어스 전압 하에(도 6e의 점선 참조), 또는 대안적으로, 바이어스 전압의 인가 없이(도 6e의 실선; 및 도 6f의 확대도에서) 작동되었다. 도 6f 및 도 6g에서 바이어스 전압의 인가 없이 기록된 FiP 곡선은, 예를 들어 클리포드(J.P. Clifford) 등의 문헌에서 기술된 바와 같이, 종방향 광학 센서(114)가 쇼트키 다이오드로서 행동한다는 것을 입증한다. 따라서, 입사 광 빔(132)은 안티몬 트라이설파이드의 층(168) 내에 전하-캐리어, 즉 전자 및 정공을 생성할 수 있다. 여기서, 전하-캐리어는 은(I) 셀레나이드 기판(170) 및 은 전극(176, 178) 둘 다 쪽으로의 경계에서 수집될 수 있다. 따라서, 은 전극(176, 178)과 안티몬 트라이설파이드의 층(168) 사이의 계면에 위치할 수 있는 쇼트키 장벽 쪽으로 안티몬 트라이설파이드의 층(168) 내에 공핍 영역이 형성될 수 있다 . 다시, 조명원(156)으로서의 발광 다이오드(158)는, 1000 mA의 진폭을 갖는 100 ms 길이의 전류 펄스를 사용하는 변조 장치(162)를 적용함으로써 375 Hz의 변조 주파수로 변조되었다. 결과적으로, 종방향 센서 신호 역시 록-인 증폭기(164)를 사용하여 측정되었다. 두 경우 모두, 결과는 도 6e 및 6f에 도시된 FiP 곡선이며, 이 역시, 이런 종류의 물질에서 언급된 조건 하에 음의 FiP 효과의 발생을 입증한다.
이와 대조적으로, 도 6g에 도시된 바와 같은 예에서, 안티몬 트라이설파이드 층(168)은 1.3 ㎛의 두께를 나타내었으며 은(Ag) 전극(176, 178)과 투명한 인듐 틴 옥사이드(ITO) 기판(170) 사이에 개재되었다. 아마도, 도 6e 및 도 6f의 곡선을 기록하는데 사용된 시료에 대한 조사 강도가 더 높기 때문에, 상기 시료를 포함하는 종방향 광학 센서(114)에 걸쳐 바이어스 전압을 인가하지 않고서도 양의 FIP 효과를 모니터할 수 있다. 다시, 도 6g는, 안티몬 트라이설파이드 층(168)의 상기 실시양태를 포함하는 종방향 광학 센서(114)가, 도 6f에 제시된 예에서와 유사한 쇼트키 다이오드로서 거동함을 입증한다. 또한, 도 6g에 도시된 바와 같이, 약 13 mm 미만의 짧은 거리에서 뿐만 아니라 약 24 mm 초과의 긴 거리에서의 전류의 증가는, 도 5와 유사하게, 센서 영역(130)에서 스팟 크기를 증가시킴으로써, 일부 지점에서 스팟 크기가 센서 영역(130)의 영역을 초과하는 기하학적 효과로부터 기인할 수 있다.
마지막으로, 도 6h는, 높은 저항율, 높은 전하-캐리어 수명 및 낮은 표면 재결합 비율을 나타내는 규소계 감광체를 제공하기 위해, 낮은 도판트 농도 및 낮은 결함 밀도를 포함하는 15 ㎜ × 15 ㎜의 도핑된 결정질 규소(Si) 시료를 사용하고 광전도체의 방식으로 접촉부를 제공하는 다른 실험 결과를 예시한다. 전술된 바와 같이, 광전도성 물질은 여기에서 옴 접촉에 의해 접촉될 수 있고, 이로써, 옴의 법칙에 따라 선형 전류-전압 비를 나타낼 수 있지만 어떠한 광전지 특성도 포함하지 않는 전기 접합을 제공할 수 있다. 이를 위해, 770 내지 2020 Ω· cm의 전기 저항율을 나타내는 규소 시료를 사용하였니다. 도 6h에 도시된 바와 같은 실험 결과는, 가시광 및 적외선 스펙트럼 범위에서 각각 상기 시료의 거동을 조사하기 위해, 상기 시료를 포함하는 종방향 광학 센서(114)에 걸쳐 10V의 바이어스 전압을 인가하여, 조사를 위한 2개의 상이한 파장, 즉 530 nm(실선) 및 850 nm(파선)를 사용함으로써 수득되었다. 두 스펙트럼 범위 모두 음의 FIP 효과가 관찰될 수 있다.
전술된 바와 같이, 광학적 검출기(110)는 단일 종방향 광학 센서(114), 또는 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호에 개시된 바와 같이, 특히, 하나 이상의 횡방향 광학 센서(184)와 조합된 종방향 광학 센서(114)의 적층체를 포함할 수 있다. 이로써, 종방향 광학 센서(114)에 유기 광전도성 물질의 층을 사용하는 것은, 주로 유기 광전도성 물질의 투명성 또는 반투명성으로 인해 바람직하다. 하나의 예로서, 하나 이상의 횡방향 광학 센서(184)는 종방향 광학 센서(114)의 적층체의 물체 쪽으로 대면하는 한 면 상에 여 위치될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 횡방향 광학 센서(184)는 종방향 광학 센서(114)의 적층체의 물체와 떨어진 쪽의 면 상에 배치될 수 있다. 또한, 추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 횡방향 광학 센서(184)가 상기 적층체의 종방향 광학 센서(114) 사이에 개재될 수 있다. 그러나, 예를 들어, 물체의 깊이(즉, z-좌표)만을 결정하는 것이 바람직할 수 있는 경우, 단일 종방향 광학 센서(114)만 포함하고 횡방향 광학 센서(184)는 포함하지 않을 수 있는 실시양태가 여전히 가능할 수 있다.
따라서, z-좌표에 더하여 물체의 x- 및/또는 y-좌표를 결정하는 것이 바람직할 수 있는 경우에, 하나 이상의 종방향 광학 센서(114)에 더하여 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 제공할 수 있는 하나 이상의 횡방향 광학 센서(184)를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 횡방향 광학 센서의 잠재적인 실시양태에 대하여, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호를 참조할 수 있다. 따라서, 횡방향 광학 센서(184)는, 하나 이상의 제 1 전극, 하나 이상의 제 2 전극 및 하나 이상의 광기전 물질을 갖는 광학적 검출기일 수 있으며, 이때 상기 광기전 물질, 바람직하게는 하나 이상의 염료-감응형 유기 태양 전지, 예컨대 하나 이상의 고체 염료-감응형 형 유기 태양 전지가 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 함입될 수 있다.
이러한 공지된 실시양태와 달리, 도 7a는 본 발명에 따른 횡방향 광학 센서(184)의 바람직한 예시적 실시양태의 측면도를 도시한다. 따라서, 횡방향 광학 센서(184)는, 특히 납 설파이드(PbS), 납 셀레나이드(PbSe) 또는 다른 적절한 물질과 같은 칼코게나이드(136)를 포함하는 광전도성 물질(134)의 층(168)을 갖는다. 여기에서, 광전도성 물질(134)의 층(168)은, 바람직하게는 인듐 주석 옥사이드(ITO), 불소 도핑된 주석 옥사이드(FTO) 또는 마그네슘 옥사이드(MgO)를 포함하는 투명한 전도성 옥사이드(188)의 2개의 층(186) 사이에 함입될 수 있다. 그러나, 특히, 원하는 투명 스펙트럼 범위에 따라 다른 물질도 가능할 수 있다.
또한, 2개 이상의 전극(190, 192)이 횡방향 광학 신호를 기록하기 위해 존재할 수 있다. 도 7b에 따른 횡방향 광학 센서(184)의 측면도에 개략적으로 도시된 바와 같이, 횡방향 광학 센서(184)의 하나 이상의 전극(190, 192)은 2개 이상의 부분 전극(194, 196)을 갖는 분할 전극일 수 있으며, 횡방향 광학 센서(184)는 센서 영역(198)을 가질 수 있으며, 하나 이상의 횡방향 센서 신호는, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/097181 A1 호에 개시된 바와 같은 횡방향 광학 센서(184)에 대해 기술된 것과 유사한 방식으로, 센서 영역(198) 내의 입사 광 빔(132)의 x 및/또는 y-위치를 나타낼 수 있다. 따라서, 횡방향 광학 센서(184)는, 바람직하게는 물체(112)로부터 검출기(110)로 이동하는 광 빔(132)에 대해 투명할 수 있는 센서 영역(198)을 포함할 수 있다. 따라서, 횡방향 광학 센서(184)는, 하나 이상의 횡방향(예컨대, x-방향 및/또는 y-방향)으로 광 빔(132)의 횡방향 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 하나 이상의 횡방향 광학 센서(184)는 또한, 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 따라서, 평가 장치(140)는, 종방향 광학 센서(184)의 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계될 수 있다.
하나의 예로서, 도 8은, 하나 이상의 광학적 검출기(110), 예를 들어 도 1 내지 도 7 및 도 9 내지 도 12에 도시된 실시앵테 중 하나 이상에 개시된 바와 같은 광학적 검출기(110)를 포함하는 검출기 시스템(200)의 예시적인 실시양태를 도시한다. 여기에서, 광학적 검출기(110)는, 특히 디지털 비디오 클립과 같은 이미지 및/또는 이미지 순서를 획득하기 위해 제조될 수 있는 3D 이미지화를 위한 카메라(202)로서 사용될 수 있다. 또한, 도 8은, 하나 이상의 검출기(110) 및/또는 하나 이상의 검출기 시스템(200)을 포함하는 인간-기계 인터페이스(204)의 예시적인 실시양태, 및 추가로, 인간-기계 인터페이스(204)를 포함하는 엔터테인먼트 장치(206)를 도시한다. 도 8은 또한, 검출기(110) 및/또는 검출기 시스템(200)을 포함하는, 하나 이상의 물체(112)의 위치를 추적하도록 구성된 추적 시스템(208)의 실시양태를 도시한다.
광학적 검출기(110) 및 검출기 시스템(200)에 관하여, 본원의 전체 내용을 참조할 수 있다. 기본적으로, 검출기(110)의 모든 잠재적인 실시양태가 또한 도 8에 도시된 실시양태에서 구체화될 수 있다. 평가 장치(140)는, 특히 신호 인출선(lead)(138)에 의해, 2개 이상의 종방향 광학 센서(114)에 각각 연결될 수 있다. 전술된 바와 같이, 2개 또는 바람직하게는 3개의 종방향 광학 센서(114)의 사용은, 임의의 잔여 모호성없이 종방향 센서 신호의 평가를 지원할 수 있다. 평가 장치(140)는 또한, 특히 신호 인출선(138)에 의해, 임의적인(optional) 하나 이상의 횡방향 광학 센서(184)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 신호 인출선(138), 및/또는 무선 인터페이스 및/또는 유선 인터페이스일 수 있는 하나 이상의 인터페이스가 제공될 수 있다. 또한, 신호 인출선(138)은 센서 신호를 생성하기 위한 및/또는 센서 신호를 변경하기 위한 하나 이상의 드라이버 및/또는 하나 이상의 측정 장치를 포함할 수 있다. 또한, 다시, 하나 이상의 전달 장치(120)가, 특히 굴절 렌즈(122) 또는 볼록 거울로서 제공될 수 있다. 광학적 검출기(110)는, 예로서, 하나 이상의 구성요소(114, 184)를 수용할 수 있는 하나 이상의 하우징(118)을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 평가 장치(140)는 광학 센서(114, 184) 및/또는 광학적 검출기(110)의 다른 구성요소 내로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 평가 장치(140)는 또한 하우징(118) 및/또는 별도의 하우징 내에 밀봉될 수 있다. 평가 장치(140)는, 센서 신호를 평가하기 위해, 종방향 평가 유닛(148)("z"로 표시됨) 및 횡방향 평가 유닛(210)("xy"로 표시됨)으로 부호 표시된 하나 이상의 전자 장치 및/또는 하나 이상의 소프트웨어 구성요소를 포함할 수 있다. 이들 평가 유닛에 의해 도출된 결과를 조합함으로써, 위치 정보(212), 바람직하게는 3차원 위치 정보("x, y, z"로 표시됨)가 생성될 수 있다.
도 1에 따른 실시양태와 유사하게, 접지(152) 위쪽에 바이어스 전압을 제공하도록 구성된 바이어스 전압원(150)이 제공될 수 있다. 또한, 종방향 광학 센서(114)에 의해 제공되는 종방향 센서 신호는 종방향 평가 유닛(148)에 공급되기 이전에 증폭기(154)에 의해 먼저 증폭될 수 있다.
또한, 광학적 검출기(110) 및/또는 검출기 시스템(200)은, 다양한 방식으로 구성될 수 있는 이미지화 장치(214)를 포함할 수 있다. 따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 이미지화 장치(214)는, 예를 들어 검출기 하우징(118) 내의 검출기(110)의 일부일 수 있다. 여기에서, 이미지화 장치 신호는 하나 이상의 이미지화 장치 신호 인출선(138)에 의해 검출기(110)의 평가 장치(140)로 전송될 수 있다. 대안적으로, 이미지화 장치(214)는 검출기 하우징(118) 바깥쪽에 별도로 위치될 수 있다. 이미지화 장치(214)는 완전히 또는 부분적으로 투명하거나 불투명할 수 있다. 이미지화 장치(214)는 유기 이미지화 장치 또는 무기 이미지화 장치일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 이미지화 장치(214)는 픽셀들의 매트릭스를 하나 이상 포함할 수 있으며, 상기 픽셀들의 매트릭스는 특히, CCD 칩 및/또는 CMOS 칩과 같은 무기 반도체 센서 장치 및 유기 반도체 센서 장치로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같은 예시적 실시양태에서, 검출될 물체(112)는, 하나의 예로서, 스포츠 장비의 물품으로서 설계될 수 있고/있거나, 제어 요소(216)를 형성할 수 있고, 이의 위치 및/또는 방향은 사용자(218)에 의해 조작될 수 있다. 따라서, 일반적으로, 도 8에 도시된 실시양태에서, 또는 검출기 시스템(200), 인간-기계 인터페이스(204), 엔터테인먼트 장치(206) 또는 추적 시스템(208)의 임의의 다른 실시양태에서, 물체(112) 자신은 명명된 장치들의 일부일 수 있고, 특히, 하나 이상의 제어 요소(216)를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 제어 요소(216)는 하나 이상의 비콘 장치(220)를 갖고, 제어 요소(200)의 위치 및/또는 방향은 바람직하게 사용자(218)에 의해 조작될 수 있다. 하나의 예로서, 물체(112)는 배트(bat), 라켓(racket), 클럽(club) 또는 임의의 다른 스포츠 장비 및/또는 모조의(fake) 스포츠 장비의 물품 중 하나 이상이거나 이를 포함할 수 있다. 다른 유형의 물체(112)가 가능하다. 또한, 사용자(218)가 물체(112)로서 고려될 수 있고, 그 위치가 검출될 것이다. 하나의 예로서, 사용자(218)는, 그 또는 그녀의 신체에 직접적으로 또는 간접적으로 부착된 비콘 장치들(220) 중 하나 이상을 수반할 수 있다.
광학적 검출기(110)는 하나 이상의 비콘 장치(220)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 항목, 및 임의적으로 이의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목, 및/또는 물체(112)의 종방향 위치에 대한 정보의 하나 이상의 다른 항목, 및 임의적으로 물체(112)의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 결정하도록 구성될 수 있다. 특히, 광학적 검출기(110)는 칼라(예를 들어 물체(112)의 상이한 칼라, 더욱 특히, 상이한 칼라를 포함할 수 있는 비콘 장치(220)의 칼라)를 식별하고/하거나 물체(112)를 이미지화하도록 구성된다. 바람직하게, 검출기(110)의 광축(116)에 대하여 동심원적으로 위치할 수 있는 하우징(118) 내 개구(124)가 바람직하게는 광학적 검출기(110)의 시야 방향(126)을 정의할 수 있다.
광학적 검출기(110)는 하나 이상의 물체(112)의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 광학적 검출기(110), 구체적으로 카메라(202)를 포함하는 실시양태는 물체(112)의 하나 이상의 이미지, 바람직하게는 3D 이미지를 획득하도록 구성될 수 있다. 전술된 바와 같이, 광학적 검출기(110) 및/또는 검출기 시스템(200)을 사용하여 물체(112) 및/또는 이의 일부의 위치를 결정하는 것은, 하나 이상의 정보 항목을 기계(222)에 제공하기 위해, 인간-기계 인터페이스(204)를 제공하는데 이용될 수 있다. 도 8에 도식적으로 도시된 실시양태에서, 기계(222)는, 데이터 처리 장치(166)를 포함하는 하나 이상의 컴퓨터 및/또는 컴퓨터 시스템이거나 이를 포함할 수 있다. 다른 실시양태도 가능하다. 평가 장치(140)는 컴퓨터일 수 있고/있거나, 컴퓨터를 포함할 수 있고/있거나, 분리된 장치로서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있고/있거나, 기계(222), 특히 컴퓨터 내로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 이는, 평가 장치(140) 및/또는 기계(222)의 일부를 완전히 또는 부분적으로 형성할 수 있는 추적 시스템(208)의 추적 제어기(224)에 대해서도 동일하게 적용된다.
유사하게, 전술된 바와 같이, 인간-기계 인터페이스(204)는 엔터테인먼트 장치(206)의 일부를 형성할 수 있다. 따라서, 물체(112)로서 기능하는 사용자(218)에 의해서 및/또는 물체(112)를 다루는 사용자(218)에 의해서 및/또는 물체(112)로서 기능하는 제어 요소(216)에 의해서, 사용자(218)는 하나 이상의 정보 항목(예컨대, 하나 이상의 제어 명령)을 기계(222), 특히, 컴퓨터에 입력함으로써, 컴퓨터 게임의 커서를 제어하는 것과 같은 엔터테인먼트 기능을 변경할 수 있다.
도 9는, 종방향 광학 센서(114)로서 개별적인 광전도체들의 상호연결된 어레이를 포함하는 검출기의 종방향 센서 신호의 저항 변화(%)의 모의시험을 도시한다. 도 9에서는, 상호연결된 어레이를 포함하는 전체 그리드에 대한 저항이, 완전히 조사된 어레이로부터 시작하여 연속적으로 광 빔(132)의 초점을 단계적으로 증가시키지만, 이로써, 제시된 바와 같이 50 mW 내지 1000 mW의 각각의 수준에 대한 조사의 입사 전력을 유지하는, 다수의 포커싱 단계에 대해 도시된다. 이로써, 완전히 조사된 어레이에 대응하는 제 1 단계에 대한 저항 값을 기준으로 사용하였다.
상기 모의시험을 위해, 저항기 네트워크 소프트웨어를, 종방향 광학 센서 내 광전도성 물질로서 PbS를 포함하는 광전도체에 대한 실험 결과와 먼저 비교하였다. 모의시험과 실험 간에 합당한 합의를 달성한 후에, 개별적인 광전도체의 상호연결된 어레이가 모의시험을 위해 사용되었다. 여기서, 상기 어레이는, 모든 개별적인 광전도체가 동일하게 조명되지 않는 한, 조사 강도에 대해 비선형인 것으로 판명된 총 DC 저항을 제공했다. 이러한 특징은 심지어, 개별적인 광전도체가 조사 강도에 대해 완벽한 선형 저항 응답성을 나타내는 경우에도 관찰될 수 있다. 결과적으로, 이 특징은 센서 영역(130) 내의 어레이상의 광 빔(132)의 단면, 및 이에 따라, 심지어 LWIR 스펙트럼 범위(즉 5 μm 내지 15 μm) 내에서 검출기(110)와 광 또는 IR 복사원 간의 거리를 결정하는데 사용될 수 있다. 상기 모의시험의 목적을 위해, 제 1 단계에서, 어레이가 다음 단계에서 연속적으로 직경이 감소될 때까지 어레이를 상당히 과충전시키는 광 빔(132)에 대해 가우스 프로파일을 가정하였다.
도 10a는 종방향 광학 센서(114)의 다른 예시적인 실시양태를 도시한다. 여기서, 종방향 광학 센서(114)는, 제 1 전극(228)과 제 2 전극(230) 사이에 위치하여 전류를 유지할 수 있는 물질 층(226)을 갖는다. 여기서, 센서 영역(130)은 전류를 유지할 수 있는 물질을 포함하며, 상기 물질의 전류는, 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면에 의존적이다. 특히, 광 빔(132)이 층(226)에 도달할 수 있게 하기 위해, 입사 광 빔(132)의 빔 경로(232) 내에 위치된 제 1 전극(228)은 적어도 부분적으로 광학적으로 투명하다. 따라서, 바람직하게는, 적어도 부분적으로 광학적으로 투명한 제 1 전극(228)은 하나 이상의 투명한 전도성 옥사이드(TCO), 특히 인듐-도핑된 주석 옥사이드(ITO)를 포함할 수 있다. 또한 "후면 전극"으로도 명명된 제 2 전극(230)은 광학적으로 불투명하도록 선택되었으며, 따라서 금속 전극을 포함할 수 있다. 도 10a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 제 2 전극(230)은 균일한 금속 층을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제 2 전극(230)은, 다수의 부분 전극으로서 또는 금속 그리드의 형태로 배열될 수 있는 분할 전극일 수 있다. 상기 실시양태에서, 층(226)은 PIN 다이오드(234)를 형성하도록 예시적으로 배열된다. 도 10a에 도시된 바와 같이, PIN 다이오드(234)는, n형 반도체 층(238)과 p형 반도체 층(238) 사이에 위치하는 i형 반도체 층(236)을 포함한다. 특히, i형 반도체 층(236)은, n형 반도체 층(238)뿐만 아니라 p형 반도체 층(240)의 두께를 초과하는 두께를 나타낸다.
도 10b에 도시된 예에서, 3개의 모든 층, 즉, i형, n형 및 p형 반도체 층(236, 238, 240)은, 광학적으로 투명한 수소화된 비결정질 규소(a-Si : H)를 포함한다. 여기서, i형 반도체 층의 두께는 690 nm였고, n형 및 p형 반도체 층의 두께는 둘 다 50 nm 미만이었다. 입사 빔(132)이 특히 380 nm 내지 700 nm의 가시광 스펙트럼 범위 내의 파장을 갖는 경우, 반도체 층들(236, 238, 240) 중 적어도 하나에 a-Si 및/또는 a-Si : H를 포함하는 PIN 다이오드(234)가 바람직하게는 검출기(110)에 사용될 수 있다.
도 10b에 도시된 바와 같이, 양의 FiP 효과는, 도 10a에 개략적으로 도시된 바와 같은 배열을 포함하는 종방향 센서(114)에서 관찰될 수 있다. 여기서, 변조 주파수가 375 Hz인 경우, 결과적인 FiP 곡선(즉, ac 광전류(I)(nA) 대 물체(112)로부터의 종방향 광학 센서(114)의 거리(d)가, 변조된 조명원(160)으로서의 발광 다이오드(158)를 제어하는데 필요한 제어 전류(mA)로 제시되는 다수의 상이한 조사 강도에 대해 제공된다. 여기서, 발광 다이오드(158)를 제어하기 위한 1mA의 제어 전류는 매우 약한 5 nA의 종방향 센서 신호에 대응함이 강조된다. 따라서, 도 10b는, 다른 공지된 FiP 장치들에 비해 상당히 높은 신호-대-노이즈 비가 관찰될 수 있음을 추가로 입증한다.
또한, 도 10c로부터 도출될 수 있는 바와 같이, 종방향 센서 신호로서의 ac 전류(I)는, 0 Hz 내지 50 kHz의 광 빔의 변조 주파수(f)의 범위에서 실질적으로 주파수-독립적인 거동을 나타낸다. 여기서, 실선은, 초점 내 위치에서의 각각의 곡선을 나타내고, 점선은, 초점에서 2 cm 벗어난 위치를 지칭한다. 다양한 곡선은 1 mA 내지 367 mA의 바이어스 전류의 다양한 설정과 관련된다. 여기에 제시된 곡선은 모두 실내 광 없이 취한 것이다.
또한, 도 10d는 27 ㎐(실선), 375 ㎐(파선) 및 2177 ㎐(점선)의 상이한 변조 주파수에 대해 관찰된 FIP 곡선의 변화를 도시하고, 이때 69 ㎃의 변조 전류 및 530 nm의 조사 파장은 일정하게 유지되었다. 여기에서는, 시료에 바이어스 전압을 가하지 않았다. 또한, 도 10e로부터, 광학적으로 투명한 a-Si : H에 대한 광학 투과도의 진폭은 i형 반도체 층의 두께에 대해 500 nm 내지 800 nm의 파장 범위에 걸쳐 의존적임을 도출할 수 있다. 도 10e에 도시된 바와 같이, 광학 투과도는, 광학적으로 투명한 수소화된 비결정질 규소(a-Si : H)의 두께에 의존적이다. 여기서, i는 광학적으로 투명한 층의 230 nm의 두께를 나타내고, 2i는 460 nm의 두께를 나타내고, 3i는 690 nm의 두께를 나타낸다.
대안적 실시양태(여기서는 도시되지 않음)에서, PIN 다이오드(234)의 i형 반도체 층(236), n형 반도체 층(238) 및 p형 반도체 층(240) 중 적어도 하나는 비결정질 규소 탄소 합금(a-SiC), 바람직하게는 수소화된 비결정질 규소 탄소 합금(a-SiC : H)을 포함한다. 이 대안적인 실시양태에서, p형 반도체 층(240) 또는 i형 반도체 층(236) 중 적어도 하나는 2 nm 내지 20 nm, 바람직하게는 4 nm 내지 10 nm, 특히 약 5 nm의 두께를 나타낼 수 있다. 이러한 종류의 대안적인 PIN 다이오드(234)는 바람직하게는, UV 파장 범위 내에서, 특히 315 nm에서의 UVA 파장 범위 및 280 nm 내지 315 nm의 UVB 파장 범위 중 적어도 하나에 완전히 걸쳐, 입사 빔(132)의 파장을 검출하기 위한 본 발명에 따른 검출기(110)에 사용될 수 있다.
도 10f에 도시된 바와 같은 다른 대안적 실시양태에서, 상기 3종류의 층 중 적어도 하나, 바람직하게는 상기 3종류의 층 모두, 즉, PIN 다이오드(234) 내의 i형 반도체 층(236), n형 반도체 층(238) 및 p형 반도체 층(240)은 미세결정질 규소(μc-Si), 바람직하게는 수소화된 미세결정질 규소(μc-Si : H)를 포함한다. 대안적으로, (여기서는 도시되지 않는) 게르마늄과 규소의 비결정질 합금(a-GeSi), 바람직하게는 수소화된 비결정질 게르마늄 규소 합금(a-GeSi : H)도 사용될 수 있다. 이러한 다른 종류의 대안적인 PIN 다이오드(234)는 바람직하게는 760 nm 내지 1400 nm, 특히 760 nm 내지 1000 nm의 NIR 파장 범위 내의 파장을 검출하는데 적합할 수 있다. 따라서, 도 10f에 도시된 바와 같은 곡선은, 850 nm의 파장 및 375 Hz의 변조 주파수를 갖는 조명원을 사용하여 기록되었다. 이러한 종류의 대안적인 PIN 다이오드(234)를 구비한 종방향 광학 센서(114)는 특히 야간 시야 또는 안개 시야에 사용될 수 있거나, NIR 조명원을 사용하여 동물 또는 인간이 어떠한 이유로든 방해받지 않을 수 있는 경우에 사용될 수 있다.
종방향 광학 센서(114)가 또한 자외선(UV) 스펙트럼 범위의 적어도 일부 내에서 민감하게 될 수 있게 하기 위해, 갈륨 포스파이드(GaP) 광 다이오드가 사용된 도 10g에 도시된 바와 같은 다른 대안적인 실시양태가 사용될 수 있다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 상기 물질(GaP)은 약 140 nm 내지 580 nm의 스펙트럼 범위 내에서 무시할 수 없는 스펙트럼 응답성을 나타내며, 따라서, 이러한 목적을 위해 사용될 수 있다. 따라서, 도 10g에 도시된 바와 같은 곡선은 490 nm의 조사 파장을 사용하여 기록되었으며, 여기서 발광 다이오드는 100 mA의 전류로 구동되었다. 그러나, UV 스펙트럼 범위의 적어도 일부 내에서 무시할 수 없는 상이한 스펙트럼 응답성을 나타낼 수 있는 다른 물질이 또한 가능할 수 있다.
도 11a는, 종방향 광학 센서(114)가 전형적인 박막 태양 전지(242)의 장치 구조를 나타내는, 다른 배열의 광학적 검출기(110)의 다른 바람직한 예를 도시하며, 여기서 p형 반도체 층(240)은 전술된 바와 같은 p형 흡수제 물질(244)을 포함한다. 바람직하게는, I-III-VI2 화합물, 특히 구리 인듐 설파이드(CuInS2; CIS) 또는 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS; 도 11e 참조), 또는 I2-II-IV-VI4 화합물, 특히 구리 아연 주석 설파이드(CZTS; 도 11f 내지 11h 참조), 구리 아연 주석 셀레나이드(CZTSe) 또는 구리-아연-주석-황-셀레늄 칼코게나이드(CZTSSe) 및 이들 모두의 도핑된 변형체가 상기 목적을 위해 적용될 수 있다. 대안적으로, 할라이드 페로브스카이트 화합물, 특히 유기-무기 할라이드 페로브스카이트, 특히 메틸암모늄 납 요오다이드(CH3NH3PbI3)가 또한 사용될 수 있다. 그러나, p형 흡수제 물질(244)로서 카드뮴 텔루라이드(CdTe; 도 11c 참조) 또는 아연 카드뮴 텔루라이드(ZnCdTe; 도 11d 참조)가 사용되는 다른 예는, 여기에 제시된 개념이 보다 일반적이라는 것을 입증한다
여기서, 투명 기판(170, 180)으로서 약 1 mm 내지 3 mm 두께의 유리, 예컨대 소다 석회 유리가 사용될 수 있는데, 이는 특히, 유리 기판 내의 나트륨의 존재가 아마도 표면 및/또는 그레인 경계 결함 부동태화를 통해 실질적인 개방 회로 전압 증가를 초래할 수 있기 때문이다. 그러나, 입사 광 빔(132)의 빔 경로(232)가 기판(170)을 가로지를 수 없어서 투명할 필요가 없는, 도 11a에 도시된 바와 같은 예에서와 같이, 다른 종류의 기판(170), 특히 더 가볍고 보다 유연한 기판, 예컨대 폴리이미드 시트 또는 금속 호일이 또한 가능할 수 있다.
후면 접촉부로서 작용할 수 있고, 추가적으로, 흡수되지 않은 광의 상당량을 흡수식 p형 반도체 층(240)으로 반사시킬 수 있는 후면-접촉 층(246)은, 각각의 금속을 기판(170) 상에 침착(예컨대, 스퍼터링)하여 제조될 수 있는 박형 금속 층(예컨대, 몰리브덴(Mo) 금속 층)을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어 헤르메스(W. Hermes) 등의 문헌에서 기술된 몇몇 방법 중 하나에 의해, 몰리브덴 증착에 이어서, p형 흡수제 물질(244)을 후면-접촉 층(246)의 상부에 성장시킬 수 있다. 따라서 이의 박막은 일반적으로 2단계 공정을 통해 제조될 수 있다. 제 1 단계 동안, p형 흡수제 물질(244)의 박막은 진공-기반 또는 용액-기반 방법에 의해 침착될 수 있다. 이를 위해, 원소 또는 전구 물질을 순차적으로 코팅하거나 혼합할 수 있으며, 이때 상기 박막 내에 이미 혼합된 원소에 대해 높은 효율이 수득된다. 대안으로서, p형 흡수제 물질(244)을 포함하는 나노입자가 침착될 수 있다. 제 2 단계에서, 상기 층은 500℃ 내지 600℃의 온도에서 어닐링될 수 있으며, 이는, 상기 원소로부터 원하는 p형 흡수제 물질(244)의 형성 또는 나노입자들의 소결을 제공할 수 있다. 1 단계 접근법으로 p형 흡수제 물질(244)을 달리 제조하기 위해, 상기 원소들을, 예를 들어 가열된 기판 상에 동시-스퍼터링(co-sputtering) 또는 동시-증발(co-evaporation)을 통해 고온에서 동시에 증착하여, 증착 동안 p형 흡수제 물질(244)을 형성할 수 있다. 그러나 다른 종류의 물질도 가능할 수 있다.
또한, 특히, 후-접촉 층(246)에 존재하는 몰리브덴(Mo) 금속과, 상기 실시예에서와 같이 황(S) 원자를 포함하는 인접한 p형 흡수제 물질(244) 사이의 직접 접촉의 결과로서, 몰리브덴 설파이드(MoS2)가, 후면-접촉 층(246)과 p형 흡수제 물질(244) 사이에 위치하는 박형 경계 층(248)으로서 동일 반응계에서 수득될 수 있다.
p형 흡수제 물질(244)의 상부에, 바람직하게는 완충 층(250)으로서 작용할 수 있는 박형의 n형 반도체 층(238)이 제공될 수 있다. 전형적으로, 박막 태양 전지 장치(242)의 경우, 완충 층(250)은, 예를 들어 화학 욕 침착을 통해 침착될 수 있는 카드뮴 설파이드(CdS)와 같은 물질을 포함할 수 있다. 또한, 완충 층(250)은, 비교적 더 두꺼운 전하-캐리어 수집 층(254)에 의해 추가로 캡핑될 수 있는 박형의 보호 층(252)과 중첩될 수 있다. 일반적으로, 보호 층(252)은, 특히, 전하-캐리어 수집 층(254)의 증착 동안 달리 발생할 수 있는 스퍼터링 손상으로부터 완충 층(250) 및 p형 흡수제 물질(244)을 둘 다 보호하는데 사용될 수 있는 진성 아연 옥사이드(i-ZnO)를 포함할 수 있다. 여기서, 전하-캐리어 수집 층(254)은, 일반적으로 다소 손상 공정으로 공지된 DC 스퍼터링에 의해 생성될 수 있는 알루미늄(Al) 도핑된 ZnO 층(ZnO : Al)(보통, ZnO : Al 윈도우 층으로 표시됨)을 포함할 수 있다. 독성 카드뮴(Cd)을 방지하기 위해, 완충 층(250) 내의 아연 설파이드(ZnS), 아연 옥사이드(ZnO) 또는 아연 하이드록사이드(ZnOH)와 같은 다른 종류의 물질이 각각의 층 내에 사용되기에 가능할 수도 있다. 전하-캐리어 수집 층(254)은 바람직하게는, 전하-캐리어 수집 층(254)의 상부에 배열된 하나 이상의 제 1 전극(176) 및 하나 이상의 제 2 전극(178)에 광 빔(132)으로부터의 입사 광을 흡수시키면서, p형 흡수제 물질(244)로부터 전하-캐리어를 수집 및 이동시키기 위한, 투명한 전도성 옥사이드 층(256)으로서 기능한다. 따라서, 광 다이오드(258)는, 적어도 n형 반도체 층(238) 및 p형 반도체 층(246)에 의해 형성되며, 이는, 도 11a에 추가로 예시되는 바와 같이, 하나 이상의 다른 종류의 추가 층(예컨대, 본원에 기술된 층, 즉, 후면-접촉 층(246), 경계층(248), 보호 층(252) 및 전하-캐리어 수집 층(254))에 의해서, 또는 하나 이상의 추가 층들에 의해서 뿐만 아니라, 하나 이상의 제 1 전극(176) 및 하나 이상의 제 2 전극(178)에 의해서도 보충될 수 있다.
도 11b는, 종방향 광학 센서(114)가, 도 11a의 도시에서 벗어난 광 다이오드(258)로서의 전형적인 박막 태양 전지(242)의 장치 구조를 나타내는 배열에서의, 광학적 검출기(110)의 다른 바람직한 예를 나타낸다. 특히, 도 11a에 따른 장치의 구성과 대조적으로, 도 11b에 따른 박막 태양 전지(242)는, 입사 광 빔(132)의 빔 경로(232)가 기판을 횡단할 수 있어서, 이에 따라 이 예에서는 투명한 구성으로 사용될 수 있다. 따라서, 투명 기판(170, 180), 바람직하게는 유리, 석영 또는 고형 투명 중합체가, 투명한 전도성 옥사이드 층(256)이 제 1 투명 전극(228)으로서 작용할 수 있는 기초로서 사용된다. 투명 전극(228)과 제 2 전극(230)(이는, 광학적으로 투명하거나 바람직하게는 불투명한 특성을 나타낼 수 있음) 사이에서, 광 다이오드(258)는, 적어도 p형 반도체 층(240) 및 n형 반도체 층(238)에 의해 형성되며, 여기에서 추가적으로, 상기에서 더 자세히 기술된 완충 층(250)이 사용된다. 바람직하게는, 전술된 p형 흡수제 물질(244) 중 하나가 p형 반도체 층(240)으로서 사용된다. 이러한 유형의 배열에 관한 더 상세한 설명은 도 11a의 설명을 참조할 수 있다.
도 11c 내지 도 11h는, 종방향 광학 센서(114)가 박막 태양 전지(242)를 광 다이오드(258)로서 사용하는(바람직하게는, 도 11a 또는 11b에 도시된 바와 같은 배열들 중 하나), 본 발명에 따른 광학적 검출기(110)를 이용함으로써 획득된 실험 결과를 제공한다.
도 11c는, 종방향 광학 센서(114)가 도 11b에 따른 구성에서 광 다이오드(258)로서 박막 태양 전지(242)를 사용하는, 3개의 상이한 FIP 곡선을 도시하며, 여기서 카드뮴 텔루라이드(cdTe)를 포함하는 p형 반도체 층(240), 카드뮴 설파이드(CdS)를 포함하는 n형 반도체 층(238), 및 주석 옥사이드(SnO2)를 포함하는 추가의 완충 층(250)이, 유리 기판(170, 180) 상에 위치하는 제 1 전극(228)으로서의 투명한 인듐 주석 옥사이드(ITO)의 층과 제 2 전극으로서의 금속 층 사이에 배열된다. 여기서, 상기 배열 내에서 음의 FiP 효과의 발생을 설명하는 3개의 FiP 곡선은, 100 mA(실선), 500 mA(파선) 또는 1000 mA(점선)의 전류로 각각 구동되는 발광 다이오드(158)에 의해 제공되는 850 nm의 조사 파장에서, 즉, NIR 스펙트럼 범위 내에서 바이어스 전압의 인가없이 기록된다.
유사한 예가 도 11d에 제시된다. 여기서, 2.5 ㎛ 두께의 아연 카드뮴 텔루라이드(ZnCdTe) 층을 포함하는 p형 반도체 층(240), 및 220 nm 두께의 아연 셀레나이드(ZnSe) 층을 포함하는 n형 반도체 층(238)은, 제 1 전극(228)으로서의 투명한 인듐 주석 옥사이드(ITO) 층과 제 2 전극(230)으로서의 금속 은(Ag) 층 사이에 배열된다. 다시, 음의 FiP 효과는, 바이어스 전압의 인가 없이 기록된 도 11d에 도시된 바와 같이 FiP 곡선으로부터 도출될 수 있고, 이때 조명원(156)은, 1000 mA의 진폭을 나타내는 100 ms 길이의 전류 펄스를 사용하여 375 Hz의 변조 주파수로 변조되었다.
도 11e 내지 도 11h는 종방향 광학 센서(114)가 광 다이오드(258)로서의 박막 태양 전지(242)를 사용하는 실험 결과를 나타내며, 여기서 p형 반도체 층(240)은 전술된 바와 같은 p형 흡수제 물질(244), 즉, I-III-VI2 화합물인 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS, 도 11e 참조) 또는 I2-II-IV-VI4 화합물인 구리 아연 주석 설파이드(CZTS; 도 11f 내지 11h 참조)를 포함한다. 대안적으로, 할라이드 페로브스카이트 화합물, 특히 유기-무기 할라이드 페로브스카이트, 특히 메틸암모늄 납 요오다이드(CH3NH3PbI3)가 또한 이러한 목적으로 사용될 수 있다. 그러나, 도 11c 및 도 11d로부터의 예는, 박막 태양 전지(242)를 광 다이오드(258)로 사용한다는 개념이 더 일반적으로 적용될 수 있음을 예시하였지만, 임의의 보편성의 손실없이, 하기 설명에서는 화합물 CIGS 및 CZTS가 전형적인 예로서 사용된다.
따라서, 도 11e는, p형 반도체 층(240)이, p형 흡수제 물질(244)로서 I-III-VI2 화합물인 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS)를 포함하는 실험 결과를 제시한다. 여기서, 비교적 높은 500 mA의 전류로 구동되는 발광 다이오드(158)에 의해 제공되는 850 nm의 조사 파장에서, 즉, 근적외선 스펙트럼 범위에서 바이어스 전압의 인가없이 기록된 여기에 도시된 FiP 곡선은, 이러한 종류의 배열에서 양의 FiP 효과의 발생을 분명히 입증한다.
또한, 도 11e 내지 도 11h는, p형 반도체 층(240)이, p형 흡수제 물질(244)로서 I2-II-IV-VI4 화합물인 구리 아연 주석 설파이드(CZTS)를 포함하는 실험 결과를 제시한다. 한편으로는, 도 11f 및 11h, 및 다른 한편으로는 도 11g와의 비교로부터 도출될 수 있는 바와 같이, 광 다이오드(258)가 광전도성 모드로 구동되는 경우, FiP 효과의 부호는, 3 mm × 3 mm의 크기를 나타내는 p형 흡수제 물질(244CZTS)과 충돌하는 입사 광 빔(132)의 강도에 의존적일 수 있다. 따라서, 입사 광 빔(132)의 강도에 대해 2개의 적절하게 상이한 값을 사용하여, 특히, 두개의 개별 측정 곡선을 비교함으로써, 종단 센서 신호에 대한 상기 언급된 모호성을 해결하기 위한 참조 기초로서 사용될 수 있는 2개의 개별 측정 곡선을 다시 수득하는 것이 가능할 수 있다.
도 11f에 도시된 바와 같이, 530 nm의 파장을 방출하고 600 mA의 비교적 높은 전류에 의해 구동되는 녹색 발광 다이오드(LED)(158)를 조명원(156)이 포함하는, 비교적 높은 강도의 경우, 음의 FiP 효과가 관찰될 수 있다. 동일한 광학적 검출기(110)에서 비교적 높은 강도에 대한 다른 예로서, 850 nm의 파장을 방출하고 더 높은 1000 mA의 전류에 의해 구동되는 NIR 발광 다이오드(LED)(158)가, 도 11h에서 도시된 바와 같은 측정 곡선(이 역시 음의 FiP 효과를 나타냄)을 얻기 위해 사용되었다.
이러한 발견과는 대조적으로, 양의 FiP 효과는, 도 11g에 도시된 바와 같이 비교적 더 작은 진폭을 갖지만, 종방향 광학 센서(114) 내의 p형 흡수제 물질(244CZTS)을 비교적 낮은 강도로 조사함으로써 동일한 광학적 검출기(110) 내에서 관찰될 수 있다. 이를 위해, 조명원(156)은, 530 mA의 파장을 방출하고 단지 8 mA의 다소 낮은 전류에 의해 상기 실험에서 구동되어 비교적 낮은 강도만 갖는 입사 광 빔(132)을 제공하는 녹색 발광 다이오드(LED)(158)를 포함한다.
특히, 입사 광 빔(132)의 강도에 의존하는 FiP 효과의 부호와 관련한 이러한 종류의 거동은, 조사의 총 전력이 동일하다면, 입사 광 빔(132)이 작은 빔 단면(174)을 가지며, 이에 따라 빔 단면(174)의 영역 내에서 높은 강도를 유발하면, 많은 수의 생성된 전하-캐리어의 재조합이 p형 흡수제 물질(CZTS)(244) 내에서 발생할 수 있다는 가정에 의해 설명될 수 있다. 입사 광 빔(132)이 큰 빔 단면(174)을 가져서, 이에 따라 빔 단면(174)의 영역 내에서 낮은 강도만 유발할 수 있는 반대 상황에서는, 이러한 종류의 물질이 특히 다수의 결함을 가질 수 있기 때문에, p형 흡수제 물질(244 CZTS) 내에서 재조합이 실질적으로 발생할 수 없다.
결과적으로, 종방향 광학 센서(114)의 2개 이상의 작동 모드 사이에서 스위칭함으로써, 2개의 개별 측정 곡선을 획득하는 것이 가능할 수 있으며, 이때 개별 곡선 중 하나는 특히 기준 목적을 위해 사용될 수 있다. 광 다이오드(258)는 일반적으로 광기전 모드에서 FiP 효과를 나타내지 않을 수 있지만, 동일한 광 다이오드(258)가 실제로 광전도성 모드에서 FiP 효과를 나타낼 수 있기 때문에, 2개의 개별 측정 곡선을 비교함으로써 종방향 센서 신호에 대한 상기 모호성을 해결하기 위한 참조 기초로서, 광기전 모드에서 획득된 측정 곡선을 사용할 수 있다.
광전도성 물질(134)로서 칼코게나이드(136)인 납 설파이드(PbS) 또는 납 셀레나이드(PbSe)를 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130)이 포함하는 검출기(110)에 비해, 도 11a 내지 11h에 도시된 것과 같은 종류의 검출기는 다수의 이점, 특히, 균일한 막 형성, 낮은 관찰가능 전압, 더 높은 신호-대-노이즈 비를 제공하는 암전류의 부족, 제로 오프셋, 동일한 총 전력에서의 더 높은 전류, 및 종방향 광학 센서(114)가 투명하거나 반투명할 수 있는 성능을 나타낸다.
또한, 도 11j에 도시된 바와 같이, 여기에 제시된 종방향 광학 센서(114)를 통과하는 광 전류는 검출기(110)를 사용하여 결정될 수 있으며, 이를 위해, 특히 접지(152) 위쪽에 바이어스 전압을 제공하도록 구성된 바이어스 전압원은 바람직하게는, 광전도성 모드에서 광 다이오드(258)를 구동하는데 사용될 수 있다. 이를 위해, 광 다이오드(258)는, 광 다이오드(258)의 n형 반도체 층(238)이 p형 반도체 층(240)에 대해 양의 전압으로 구동되는 역 바이어스 모드에 사용된다. 이는, 광 다이오드(258)의 n형 반도체 층(238)과 p형 반도체 층(240) 사이에 제로 바이어스가 사용되는 소위 "광기전 모드"와 대조적이다. 광 다이오드(258)에 광전도성 모드를 적용하는 것은 일반적으로 광 다이오드(258)에서의 FiP 효과의 관찰을 야기한다(즉, 조사의 총 전력이 동일하다면, 광 다이오드(258)에 의해 생성된 광전류가 광 다이오드(258)에서의 광 빔의 빔 단면에 의존하는 것으로 발견될 수 있다). 결과적으로, 종방향 센서 신호는 센서 영역(130) 내의 전기 전도도에 의존적이기 때문에, 이에 따라, 하나 이상의 종방향 센서 신호를 기록하는 것은, 센서 영역(130) 내의 광 빔의 빔 단면을 검출하고 이에 따라 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 한다. 도 11j의 추가의 세부사항에 대해서는 도 11a 또는 도 11b의 설명을 참조할 수 있다.
특히, 도 11j에 추가로 도시된 바람직한 실시양태에서, 스위칭 장치(260)가 추가로 채용될 수 있으며, 이때 스위칭 장치(260)는 특히, 바이어스 전압원(150)에 영향을 가하여, 바이어스 전압을 서로에 대해 상이할 수 있는 2개 이상의 개별 값으로 설정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 바이어스 전압원(150)은, 종방향 광학 센서(114)의 2개 이상의 작동 모드들 사이에서 스위칭하는 것이 가능할 수 있는 방식으로, 2개 이상의 상이한 바이어스 전압을 광 다이오드(258)에 인가하도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130) 내의 전기 전도도는, 상이한 바이어스 전압을 인가함으로써 조정가능할 수 있다. 이러한 실시양태에서는, 제 1 작동 모드에서, 특히 역 바이어스화된 모드에서, 비-제로 바이어스 전압이 광 다이오드(258)에 인가될 수 있고, 이때 광 다이오드(258)의 n형 반도체 층(238)은 전술된 바와 같이 p형 반도체 층(240)에 대해 양의 전압으로 구동될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 작동 모드에서, 제 1 종방향 센서 신호가 획득될 수 있다. 또한, 제 2 작동 모드에서, 제로 바이어스가 광 다이오드(258)에 인가될 수 있으며, 이는, 광 다이오드(258)가 바이어스화되지 않을 수 있고 이에 따라 전술된 바와 같이 광기전 모드를 채택할 수 있다는 관찰을 제공할 수 있다. 따라서, 제 2 작동 모드에서는, 일반적으로 제 1 종방향 센서 신호와 다른 제 2 종방향 센서 신호가 유사하게 획득될 수 있다.
도 12a, 도 12b 및 도 12d는, 양자점(264)을 포함하는 콜로이드성 필름(262)의 형태로 광전도성 물질(134)이 제공되는 종방향 광학 센서(114)의 3개의 추가의 바람직한 예를 도시한다. 또한, 도 12b는, 도 12a에 따른 종방향 광학 센서(114)에서 음의 FiP 효과의 발생을 입증하는 실험 결과를 도시하며, 이때 양자점(264)에 대해 선택된 광전도성 물질은 납 설파이드(PbS)였다.
도 12a에 도시된 바와 같은 제 1 실시양태에서, 종방향 광학 센서(114)는, 예를 들어 클리포드(J.P. Clifford) 등의 문헌에 기술된 바와 같이, 쇼트키 다이오드(266)로서 거동하며, 여기서 광전도성 물질(134)로서 작용하는 콜로이드성 PbS 양자점(264)의 필름(PbS CQD 필름)(262)은 제 1 전극(268)과 제 2 전극(270) 사이에 개재되어 있다. 여기서, 입사 광 빔(132)과 충돌하는 전극은 바람직하게는, 전기 전도성이고 적어도 부분적으로 광학적으로 투명한 전극(272), 더욱 바람직하게는 적어도 하나의 투명한 전도성 옥사이드(TCO), 특히 인듐-도핑된 주석 옥사이드(ITO) 전극(274)의 층을 포함한다. 그러나, 다른 종류의 전기 전도성이고 광학적으로 투명한 물질(272), 특히 불소-도핑된 주석 옥사이드(FTO), 마그네슘 옥사이드(MgO), 알루미늄-도핑된 아연 옥사이드(AZO), 또는 Ag 또는 Cu 나노 와이어와 같은 금속 나노 와이어가 또한 제 1 전극(268)을 위한 물질로서 적합할 수 있다. 이와 달리, 제 2 전극(270)은 하나 이상의 광학적으로 불투명한 전극일 수 있으며, 따라서 금속 전극(276), 특히 알루미늄(Al) 전극(278)을 포함할 수 있다. 이 특정 예에서, 제 2 전극은 바람직하게는, 균일한 금속 층을 포함할 수 있다. 이러한 구성의 결과로서, PbS CQD 필름(262)과 알루미늄 전극(278) 사이의 계면에는 쇼트키 장벽(280)이 형성될 수 있다. ITO 전극(274)을 통한 입사 광 빔(132)은, ITO 전극(274) 및 알루미늄 전극(278) 쪽의 경계에서 수집될 수 있는 CQD 필름(262) 내에 전자 및 정공을 생성할 수 있다. 결과적으로, 금속-CQD 계면에 위치하는 쇼트키 장벽(280)에서 CQD 필름(262) 내에 공핍 영역이 형성되는 반면, CQD 필름(262)의 나머지 부피는 p형 반도체 층(240)으로 간주될 수 있다.
이 특정 예에서, 5 nm 초과의 직경을 갖는 PbS 양자점(264)을 포함하는 PbS CQD 필름(262)은 1000 nm 초과에서 여전히 양호한 흡수를 나타낸다. 이 결과를 달성하기 위해, 비극성 유기 용매, 바람직하게는 옥탄 중 PbS 양자점(264)의 100 mg/ml 용액이 제공되고, 이로부터 2개의 연속 층이 침착 방법의 적용에 의해, 바람직하게는 1000 rpm 내지 6000 rpm, 예를 들어 4000 rpm의 회전 주파수를 갖는 스핀-코팅 방법에 의해 ITO 전극(274) 상에 형성된다. 이들 2개의 층은 개별적으로, 바람직하게는 10 초 내지 10 분, 더욱 바람직하게는 10 초 내지 1 분, 예를 들어 30 초 동안의 처리 시간 동안 에탄다이티올로 처리된 후, 50℃ 내지 250℃, 바람직하게는 100℃ 내지 200℃의 건조 온도에서 1 분 내지 2 시간, 더욱 바람직하게는 10 분 내지 1 시간, 예컨대 30 분의 건조 시간 동안 건조 단계가 수행된다. 이러한 종류의 절차는, 가능한 한 CQD 필름(262)을 통한 단락이 거의 없는 종방향 광학 센서(114)에 대한 구성을 얻는 것과 관련하여 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 최종적으로, 100 nm 두께의 알루미늄 층이 증발을 통해 금속 전극(276)으로서의 콜로이드성 필름(262) 상에 침착되었다. 이러한 종류의 시편에서 음의 FiP 효과의 발생을 설명하는 실험 결과는, 20℃ 간격으로 100℃ 내지 180℃의 건조 온도에 대해 도 12b에 도시된다. 상기와 유사하게, 850 ㎚의 파장을 방출하고 1000 mA의 비교적 높은 전류에 의해 구동되는 NIR 발광 다이오드(LED)(158)가, 쇼트키 다이오드(266)로서 거동하는 도 12a에 따른 종방향 광학 센서(114)를 조사하는데 사용되었다.
도 12c에 도시된 다른 실시양태에서, 바람직하게는 티타늄 다이옥사이드(TiO2) 차단 층(284)을 포함하는 차단 층(282)이, 바람직하게는 전기 전도성이고 적어도 부분적으로 광학적으로 투명한 전극(272), 더욱 바람직하게는 하나 이상의 투명한 전도성 옥사이드(TCO), 특히 불소-도핑된 주석 옥사이드(SnO2 : F, FTO) 전극(286)을 포함하는 제 1 전극(268)의 층 상에 침착된 후, 도 12a와 유사한 광전도성 물질(134)로서 차단 층(282)의 상부에 CQD 필름(262)이 침착된다. 도 12c에 도시된 예에서, 전기 전도성 중합체(288), 바람직하게는 폴리(3,4-에틸렌 다이옥시티오펜)(PEDOT) 층(290)이 CQD 필름(262) 상에 침착되었다. 외부 전기 수단에 대한 우수한 전기 접촉을 달성하기 위해, 2개 이상의 증발된 200 nm의 은(Ag) 전극(294)을 포함하는 분할 전극(292)이 PEDOT 층(290) 상에 침착되었다. 대안적으로, 분할 전극(292)은, 백금(Pt) 전극 및 금(Au) 전극을 포함하는 군으로부터 선택될 수 있다. 여기서, 분할 전극(292)은 바람직하게는 다수의 부분 전극으로서 또는 금속 그리드의 형태로 배열될 수 있다. 대안적으로, 도 12c에 도시된 바와 같이, 중기공성 티타늄 옥사이드(TiO2) 층(296)이 추가로 티타늄 다이옥사이드(TiO2) 차단 층(284)과 CQD 필름(262) 사이에 침착될 수 있으며, 이때 중기공성 티타늄 옥사이드(TiO2) 층(296)은 n형 반도체 층(238)으로 간주될 수 있고, CQD 필름(262)은 이러한 특정 실시양태에서 p형 반도체 층(240)으로 간주될 수 있다.
도 12d에 도시된 또 다른 실시양태에서, 바람직하게는 티타늄 다이옥사이드(TiO2) 차단 층(284)을 포함하는 차단 층(282)이, 바람직하게는 전기 전도성이고 적어도 부분적으로 광학적으로 투명한 전극(272), 더욱 바람직하게는 하나 이상의 투명한 전도성 옥사이드(TCO), 특히 불소-도핑된 주석 옥사이드(SnO2 : F, FTO) 전극(286)의 층을 포함하는 제 1 전극(268) 상에 침착된 후, 도 12c와 유사하게, 광전도성 물질(134)로서 차단 층(282)의 상부에 CQD 필름(262)이 침착되었다. 그러나, 도 12c와는 대조적으로, 단일 증발된 200 nm의 은(Ag) 전극(294)을 포함하는 금속 전극(276)이 상기 실시양태에서 제 2 전극(270)으로 사용된다. 대안적으로, 중기공성 티타늄 다이옥사이드(TiO2)가 추가로, 도 12c에 도시된 실시양태에서 설명된 것과 유사한 방식으로, 티타늄 다이옥사이드(TiO2) 차단 층(284)과 CQD 필름(262) 사이에 침착될 수 있다. 그러나, 도 12d에 도시된 바와 같이 부가적인 중기공성 티타늄 다이옥사이드(TiO2) 층(296)을 제거하면 더 균일한 층을 수득할 수 있다.
전술된 바와 같이, 검출기(110)는 직선 빔 경로 또는 경사진 빔 경로, 각을 이룬 빔 경로, 분지된 빔 경로, 편향되거나 또는 분할된 빔 경로 또는 다른 유형의 빔 경로들을 가질 수 있다. 또한, 광 빔(132)은 각각의 빔 경로 또는 부분적 빔 경로를 따라, 1회 또는 반복적으로, 단방향성으로 또는 양방향성으로 전파될 수 있다. 이로써, 위에서 열거된 구성요소 또는 이하에 보다 상세히 열거되는 임의적 다른 구성요소가 완전히 또는 부분적으로, 종방향 광학 센서(114)의 앞쪽에 및/또는 종방향 광학 센서(114)의 뒤쪽에 위치될 수 있다.

Claims (60)

  1. 하나 이상의 종방향(longitudianl) 광학 센서(114) 및 하나 이상의 평가 장치(140)를 포함하는, 하나 이상의 물체(112)의 광학적 검출을 위한 검출기(110)로서, 이때
    종방향 광학 센서(114)는 하나 이상의 센서 영역(130)을 갖고,
    종방향 광학 센서(114)는, 광 빔(132)에 의한 센서 영역(130)의 조사(illumination)에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고,
    상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면(174)에 의존적이고,
    센서 영역(130)은 하나 이상의 광전도성 물질(134)을 포함하고,
    광전도성 물질(134)의 전기 전도도는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면(174)에 의존적이고,
    상기 종방향 센서 신호는 상기 전기 전도도에 의존적이고
    평가 장치(140)는, 종방향 광학 센서(114)의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 검출기(110).
  2. 제 1 항에 있어서,
    광전도성 물질(134)이, 바람직하게는 셀루륨, 텔루륨, 셀루륨-텔루륨 합금, 금속 옥사이드, IV족 원소 또는 화합물, III-V 화합물, II-VI 화합물, 프닉토게나이드(pnictogenide), 칼코게나이드(chalcogenide)(136), 및 이들의 고용체(solid solution) 및/또는 도핑된 변형체(variant)로 이루어진 군으로부터 선택되는, 무기 광전도성 물질인, 검출기(110).
  3. 제 2 항에 있어서,
    칼코게나이드(136)가, 설파이드 칼코게나이드, 셀레나이드 칼코게나이드, 텔루라이드 칼코게나이드, 3상(ternary) 칼코게나이드, 4상(quaternary) 칼코게나이드, 그보다 많은 상의 칼코게나이드, 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체로 이루어진 군으로부터 선택되는, 검출기(110).
  4. 제 3 항에 있어서,
    칼코게나이드(136)가, 납 설파이드(PbS), 구리 인듐 설파이드(CIS), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS), 구리 아연 주석 설파이드(CZTS), 납 셀레나이드(PbSe), 구리 아연 주석 셀레나이드(CZTSe), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe), 수은 아연 텔루라이드(HgZnTe), 납 설포셀레나이드(PbSSe), 구리-아연-주석 황-셀레늄 칼코게나이드(CZTSSe), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체로 이루어진 군으로부터 선택되는, 검출기(110).
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프닉토게나이드가, 나이트라이드 프닉토게나이드, 포스파이드 프닉토게나이드, 아르세나이드(arsenide) 프닉토게나이드, 안티모나이드 프닉토게나이드, 3상 프닉토게나이드, 4상 및 그보다 많은 상의 프닉토게나이드로 이루어진 군으로부터 선택되는, 검출기(110).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 프닉토게나이드가, 인듐 나이트라이드(InN), 갈륨 나이트라이드(GaN), 인듐 갈륨 나이트라이드(InGaN), 인듐 포스파이드(InP), 갈륨 포스파이드(GaP), 인듐 갈륨 포스파이드(InGaP), 인듐 아르세나이드(InAs), 갈륨 아르세나이드(GaAs), 인듐 갈륨 아르세나이드(InGaAs), 인듐 안티모나이드(InSb), 갈륨 안티모나이드(GaSb), 인듐 갈륨 안티모나이드(InGaSb), 인듐 갈륨 포스파이드(InGaP), 갈륨 아르세나이드 포스파이드(GaAsP), 및 알루미늄 갈륨 포스파이드(AlGaP)로 이루어진 군으로부터 선택되는, 검출기(110).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광전도성 물질(134)이, 특히 부유 대역(float zone) 웨이퍼로서, 도핑된 규소를 포함하고,
    바람직하게는 상기 도핑된 규소가 1013 cm-3 이하의 도판트 농도, 5×102 Ω· cm 이상의 전기 저항률, 및 500 μm 이하의 두께를 나타내는, 검출기(110).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광전도성 물질(134)이 콜로이드성 필름(262)으로서 제공되고,
    콜로이드성 필름(262)이 양자점(quantum dot)(264)을 포함하는, 검출기(110).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광전도성 물질(134)이 유기 광전도성 물질이고,
    상기 유기 광전도성 물질이 하나 이상의 공액결합된 방향족 분자, 특히 염료 또는 안료, 및/또는 전자 공여체 물질과 전자 수용체 물질을 포함하는 혼합물을 포함하는, 검출기(110).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유기 광전도성 물질이, 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 서브프탈로시아닌, 페릴렌, 안트라센, 피렌, 올리고- 및 폴리티오펜, 풀러렌, 인디고이드 염료, 비스-아조 안료, 스쿠아릴륨 염료, 티아피릴륨 염료, 아줄레늄 염료, 다이티오케토-피롤로피롤, 퀸아크리돈, 다이브로모안탄트론, 폴리비닐카바졸, 및 이들의 유도체 및 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물을 포함하는, 검출기(110).
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 전자 공여체 물질이 유기 공여체 중합체, 특히 폴리(3-헥실티오펜-2,5-다이일)(P3HT), 폴리[3-(4-n-옥틸)페닐티오펜](POPT), 폴리[3-10-n-옥틸-3-페노티아진-비닐렌티오펜-코-2,5-티오펜](PTZV-PT), 폴리[4,8-비스[(2-에틸헥실)옥시]벤조[1,2-b:4,5-b']다이티오펜-2,6-다이일][3-플루오로-2-[(2-에틸헥실)카보닐] 티에노[3,4-b]티오펜다이일](PTB7), 폴리{티오펜-2,5-다이일-알트-[5,6-비스(도데실옥시) 벤조[c][1,2,5]티아다이아졸]-4,7-다이일}(PBT-T1), 폴리[2,6-(4,4-비스-(2-에틸-헥실)-4H-사이클로-펜타[2,1-b;3,4-b']다이티오펜)-알트-4,7(2,1,3-벤조티아다이아졸)](PCPDTBT), 폴리(5,7-비스(4-데칸일-2-티엔일)-티에노(3,4-b)다이아티아졸-티오펜-2,5)(PDDTT), 폴리[N-9'-헵타-데칸일-2,7-카바졸-알트-5,5-(4',7'-다이-2-티엔일-2',1',3'-벤조티아다이아졸)](PCDTBT), 폴리[(4,4'-비스(2-에틸-헥실)다이티에노[3,2-b;2',3'-d]실롤)-2,6-다이일-알트-(2,1,3-벤조티아다이아졸)-4,7-다이일](PSBTBT), 폴리[3-페닐하이드라존 티오펜](PPHT), 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌비닐렌](MEH-PPV), 폴리[2-메톡시-5-(2'-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌-1,2-에틸렌-2,5-다이메톡시-1,4-페닐렌-1,2-에틸렌](M3EH-PPV), 폴리[2-메톡시-5-(3',7'-다이메틸-옥틸-옥시)-1,4-페닐렌-비닐렌](MDMO-PPV), 폴리[9,9-다이-옥틸플루오렌-코-비스-N,N-4-부틸페닐-비스-N,N-페닐-1,4-페닐렌다이아민](PFB), 또는 이들의 유도체, 변형체 또는 혼합물 중 하나를 포함하는, 검출기(110).
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 수용체 물질이 풀러렌계 전자 수용체 물질, 특히 [6,6]-페닐-C61-부티르산 메틸 에스터(PC60BM), [6,6]-페닐-C71-부티르산 메틸 에스터(PC70BM), [6,6]-페닐 C84 부티르산 메틸 에스터(PC84BM), 인덴-C60 비스부가물(ICBA), 1개 또는 2개의 부착된 올리고에터(OE) 쇄를 포함하는 다이페닐메타노풀러렌(DPM) 잔기(moiety)(각각, C70-DPM-OE 또는 C70-DPM-OE2), 또는 이들의 유도체, 변형체 또는 혼합물 중 하나를 포함하는, 검출기(110).
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 수용체 물질이 유기 수용체 중합체, 특히 시아노-폴리[페닐렌비닐렌](CN-PPV), 폴리[5-(2-(에틸-헥실옥시)-2-메톡시시아노테레프탈릴리덴](MEH-CN-PPV), 폴리[옥사-1,4-페닐렌-1,2-(1-시아노)-에틸렌-2,5-다이옥틸옥시-1,4-페닐렌-1,2-(2-시아노)-에틸렌-1,4-페닐렌](CN-에터-PPV), 폴리[1,4-다이옥틸-옥실-p-2,5-다이시아노페닐렌비닐렌](DOCN-PPV), 폴리[9,9'-다이-옥틸플루오렌-코-벤조티아다이아졸](PF8BT), 또는 이들의 유도체, 변형체 또는 혼합물 중 하나를 포함하는, 검출기(110).
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학적 검출기가, 센서 영역(130)의 하나 이상의 부분의 전기 저항 또는 전도도 측정 중 하나 이상에 의해, 특히 하나 이상의 전류-전압 측정 및/또는 하나 이상의 전압-전류 측정을 수행함으로써, 상기 종방향 센서 신호를 생성하도록 구성된, 검출기(110).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 물질에 걸쳐 바이어스 전압이 인가되는, 검출기(110).
  16. 제 15 항에 있어서,
    종방향 광학 센서(114)와 직렬로 바이어스 전압원(150) 및 부하 저항기(load resistor)가 배열된, 검출기(110).
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    센서 영역(130)의 전기 전도도가, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)에 의해 생성되는 광 스팟의 빔 폭이 감소함에 따라 감소하는, 검출기(110).
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    종방향 광학 센서(114)가, 광전도성 물질(134)의 하나 이상의 층(168) 및 상기 층(168)과 접촉하는 2개 이상의 전극(176, 178)을 포함하고,
    2개 이상의 전극(176, 178)이 광전도성 물질(134)의 층(168)의 상이한 위치에 적용된, 검출기(110).
  19. 제 18 항에 있어서,
    2개 이상의 전극(176, 178)이 층(168)의 동일한 면(side)에 적용된, 검출기(110).
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    광전도성 물질(134)의 층(168) 및 상기 층(168)과 접촉하는 전극들(176, 178) 중 적어도 하나 사이의 경계에 쇼트키(Schottky) 장벽이 형성된, 검출기(110).
  21. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광전도성 물질(134)의 하나 이상의 층(168)이 하나 이상의 기판(170)에 직접적으로 또는 간접적으로 적용된, 검출기(110).
  22. 제 21 항에 있어서,
    기판(170)이 절연 기판, 바람직하게는 세라믹 기판(172)인, 검출기(110).
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    기판(170)이 적어도 부분적으로 투명하거나 반투명한, 검출기(110).
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 종방향 광학 센서(114)가 하나 이상의 투명한 종방향 광학 센서를 포함하는, 검출기(110).
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    검출기(110)가 2개 이상의 종방향 광학 센서(114)의 적층체(stack)를 하나 이상 포함하는, 검출기(110).
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    검출기(110)가 2개 이상의 종방향 광학 센서(114)의 어레이를 하나 이상 포함하고,
    상기 어레이가 광축(116)에 대해 수직으로 배열된, 검출기(110).
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 어레이 내의 종방향 광학 센서(114)가 개별적인 저항기(resistor)의 매트릭스로서 배열되고,
    상기 매트릭스 내의 개별적인 저항기의 총 저항(aggregate resistance)이, 입사 광 빔(132)에 의해 조사된(illuminated) 상기 어레이 내의 종방향 광학 센서(114)의 개수(N)에 의존적이고,
    평가 장치(140)가, 광 빔(132)에 의해 조사된 종방향 광학 센서(114)의 개수(N)를 결정하도록 구성되고,
    상기 평가 장치가 또한, 광 빔(132)에 의해 조사된 종방향 광학 센서(114)의 개수(N)를 사용하여, 물체(112)의 하나 이상의 종방향 좌표를 결정하도록 구성된, 검출기(110).
  28. 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    종방향 광학 센서(114)가 또한, 광 빔(132)에 의한 센서 영역(130)의 조사가 추가적으로 센서 영역(130)의 온도 증가를 유발하는 방식으로 설계되고,
    센서 영역(130) 내의 전기 전도도가, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130)의 온도에 또한 의존적이고,
    상기 종방향 센서 신호가, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130)의 온도에 또한 의존적인, 검출기(110).
  29. 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    평가 장치(140)가, 상기 조사의 기하구조 및 검출기(110)에 대한 물체(112)의 상대적 위치선정 간의 하나 이상의 사전-정의된 관계로부터, 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 검출기(110).
  30. 제 29 항에 있어서,
    평가 장치(140)가, 상기 종방향 센서 신호로부터 광 빔(132)의 빔 단면(174)을 결정함으로써, 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 구성된, 검출기(110).
  31. 제 30 항에 있어서,
    평가 장치(140)가, 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 결정하기 위해, 광 빔(132)의 빔 단면(174)을 광 빔(132)의 공지된 빔 특성과 비교하도록 구성된, 검출기(110).
  32. 제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광 빔(132)이, 비-변조된 연속파(non-modulated continuous-wave) 빔인, 검출기(110).
  33. 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    검출기(110)가 하나 이상의 횡방향(transversal) 광학 센서(216)를 추가로 포함하고, 이때 횡방향 광학 센서(184)는, 물체(112)로부터 검출기(110)로 이동하는 광 빔(132)의 횡방향 위치를 결정하도록 구성되고, 상기 횡방향 위치는 검출기(110)의 광축(116)에 대해 수직인 하나 이상의 차원에서의 위치이고, 횡방향 광학 센서(184)는 하나 이상의 횡방향 센서 신호를 생성하도록 구성되고,
    평가 장치(140)는 추가로, 상기 횡방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 횡방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 검출기(110).
  34. 제 33 항에 있어서,
    횡방향 광학 센서(184)가, 하나 이상의 제 1 전극(190), 하나 이상의 제 2 전극(192), 및 투명한 전도성 옥사이드(188)의 2개의 개별적인 층들(186) 사이에 함입된 광전도성 물질(134)의 하나 이상의 층(168)을 갖는 광학적 검출기이고,
    횡방향 광학 센서(184)가 센서 영역(198)을 갖고,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극이, 투명한 전도성 옥사이드(188)의 층들(186) 중 하나의 상이한 위치에 적용되고,
    상기 하나 이상의 횡방향 센서 신호가 센서 영역(198) 내의 광 빔(132)의 위치를 나타내는, 검출기(110).
  35. 제 34 항에 있어서,
    하나 이상의 전극(190, 192)이, 2개 이상의 부분 전극(194, 196)을 갖는 분할 전극(split eletrode)이고,
    부분 전극(194, 196)을 통한 전류가 센서 영역(198) 내의 광 빔(132)의 위치에 의존적이고,
    횡방향 광학 센서(184)가, 부분 전극(194, 196)을 통한 전류에 따라 횡방향 센서 신호를 생성하도록 구성된, 검출기(110).
  36. 제 35 항에 있어서,
    검출기(110)가, 부분 전극(194, 196)을 통한 전류들의 하나 이상의 비(ratio)로부터 물체(112)의 횡방향 위치에 대한 정보를 도출하도록 구성된, 검출기(110).
  37. 제 33 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 횡방향 광학 센서(184)가 하나 이상의 투명한 횡방향 광학 센서를 포함하는, 검출기(110).
  38. 제 1 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 조명원(156)을 추가로 포함하는 검출기(110).
  39. 제 1 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기(110)가 하나 이상의 이미지화 장치(214)를 추가로 포함하는, 검출기(110).
  40. 제 39 항에 있어서,
    이미지화 장치(214)가 카메라, 특히, 무기 카메라; 흑백(monochrome) 카메라; 다색 카메라; 풀-칼라 카메라; 픽셀화된(pixelated) 무기 칩; 픽셀화된 유기 카메라; CCD 칩, 바람직하게는 멀티-칼라 CCD 칩 또는 풀-칼라 CCD 칩; CMOS 칩; IR 카메라; RGB 카메라 중 하나 이상을 포함하는, 검출기(110).
  41. 하나 이상의 물체(112)의 광학적 검출을 위한, 바람직하게는 제 1 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 따른, 검출기(110)로서,
    상기 검출기가 하나 이상의 종방향 광학 센서(114) 및 하나 이상의 평가 장치(140)를 포함하고,
    종방향 광학 센서(114)는 하나 이상의 센서 영역(130)을 갖고,
    종방향 광학 센서(114)는, 광 빔(132)에 의한 센서 영역(130)의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고,
    상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면(174)에 의존적이고,
    센서 영역(130)은, 전류를 유지할 수 있는 하나 이상의 물질을 포함하고, 상기 물질의 하나 이상의 특성이, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면에 의존적이고, 상기 종방향 센서 신호가 상기 하나 이상의 특성에 의존적이고,
    평가 장치(140)는, 종방향 광학 센서(114)의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 검출기(110).
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 전류를 유지할 수 있는 물질이, 비결정질 규소(a-Si), 비결정질 규소(a-Si)-함유 합금, 미세결정질 규소(μc-Si), 게르마늄(Ge), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe), 인듐 아르세나이드(InAs), 인듐 갈륨 아르세나이드(InGaAs), 인듐 안티모나이드(InSb), 구리 인듐 설파이드(CIS), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS), 구리 아연 주석 설파이드(CZTS), 구리 아연 주석 셀레나이드(CZTSe), 구리-아연-주석 황-셀레늄 칼코게나이드(CZTSSe), 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체로 이루어진 군 중 하나이고,
    상기 특성이, 상기 전류를 유지할 수 있는 물질의 전기 전도도를 포함하는, 검출기(110).
  43. 제 41 항 또는 제 42 항에 있어서,
    종방향 광학 센서(114)가 광학적 검출기이고,
    상기 광학적 검출기가,
    하나 이상의 제 1 전극(228),
    하나 이상의 제 2 전극(230), 및
    제 1 전극(228)과 제 2 전극(230) 사이에 위치하여 전류를 유지할 수 있는 물질의 층(226)
    을 갖고,
    제 1 전극(228) 및 제 2 전극(230) 중 적어도 하나가 투명 전극인, 검출기(110).
  44. 제 41 항 내지 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 전극(228)과 제 2 전극(230) 사이에 위치하여 전류를 유지할 수 있는 물질이 PIN 다이오드(234)로서 배열되고,
    PIN 다이오드(234)가, n형 반도체 층(238)과 p형 반도체 층(240) 사이에 위치하는 i형 반도체 층(236)을 포함하고,
    i형 반도체 층(236)이, n형 반도체 층(238) 및 p형 반도체 층(240) 각각의 두께를 초과하는 두께를 나타내는, 검출기(110).
  45. 하나 이상의 물체(112)의 광학적 검출을 위한, 바람직하게는 제 1 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 따른, 검출기(110)로서,
    상기 검출기가 하나 이상의 종방향 광학 센서(114) 및 하나 이상의 평가 장치(140)를 포함하고,
    종방향 광학 센서(114)는 하나 이상의 센서 영역(130)을 갖고,
    종방향 광학 센서(114)는, 광 빔(132)에 의한 센서 영역(130)의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고,
    상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면(174)에 의존적이고,
    종방향 광학 센서(114)는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)에 의해 생성되는 광 스팟의 단면이 감소함에 따라 상기 종방향 센서 신호의 진폭이 감소되도록, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면(174)에 의존적인 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성할 수 있고,
    평가 장치(140)는, 종방향 광학 센서(114)의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 검출기(110).
  46. 하나 이상의 물체(112)의 광학적 검출을 위한, 바람직하게는 제 1 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 따른, 검출기로서,
    상기 검출기가 하나 이상의 종방향 광학 센서(114) 및 하나 이상의 평가 장치(140)를 포함하고,
    종방향 광학 센서(114)는 하나 이상의 센서 영역(130)을 갖고,
    종방향 광학 센서(114)는, 광 빔(132)에 의한 센서 영역(130)의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고,
    상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면(174)에 의존적이고,
    종방향 광학 센서(114)는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면(174)에 의존적인 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성할 수 있고,
    이용가능한 최소 빔 단면(174)을 갖는 광 빔(132)과 센서 영역(130)이 충돌하는 조건 하에 상기 종방향 센서 신호의 최소값이 나타나고,
    평가 장치(140)는, 종방향 광학 센서(114)의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 검출기(110).
  47. 하나 이상의 물체(112)의 광학적 검출을 위한, 바람직하게는 제 1 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 따른, 검출기(110)로서,
    상기 검출기가 하나 이상의 종방향 광학 센서(114) 및 하나 이상의 평가 장치(140)를 포함하고,
    종방향 광학 센서(114)는 하나 이상의 센서 영역(130)을 갖고,
    종방향 광학 센서(114)는, 광 빔(132)에 의한 센서 영역(130)의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고,
    상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면(174)에 의존적이고,
    종방향 센서(114)는, 0 Hz 내지 500 Hz의 광 빔의 변조 주파수의 범위 내에서 실질적으로 주파수-독립적이고,
    평가 장치(140)는, 종방향 광학 센서(114)의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 검출기(110).
  48. 하나 이상의 물체(112)의 광학적 검출을 위한, 바람직하게는 제 1 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 따른, 검출기(110)로서,
    상기 검출기가 하나 이상의 종방향 광학 센서(114) 및 하나 이상의 평가 장치(140)를 포함하고,
    종방향 광학 센서(114)는 하나 이상의 센서 영역(130)을 갖고,
    종방향 광학 센서(114)는, 광 빔(132)에 의한 센서 영역(130)의 조사에 의존적인 방식으로 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하도록 설계되고,
    상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면(174)에 의존적이고,
    종방향 광학 센서(114)는, 광전도성 모드로 구동되는 하나 이상의 광다이오드(258)를 포함하고,
    센서 영역(130)의 전기 전도도는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 상기 센서 영역 내의 광 빔의 빔 단면에 의존적이고,
    상기 종방향 센서 신호는 상기 전기 전도도에 의존적이고,
    평가 장치(140)는, 종방향 광학 센서(114)의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 검출기(110).
  49. 제 48 항에 있어서,
    광다이오드(258)가, 하나 이상의 p형 흡수제 물질(244), 하나 이상의 n형 반도체 층(238), 및 적어도 한 쌍의 전극(176, 178)을 포함하는, 검출기(110).
  50. 제 49 항에 있어서,
    p형 흡수제 물질(244)이, III-V 화합물, II-VI 화합물, I-III-VI2 화합물, 및 I2-II-IV-VI4 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 검출기(110).
  51. 제 50 항에 있어서,
    p형 흡수제 물질(244)이, 비결정질 규소(a-Si), 비결정질 규소-함유 합금(a-Si), 미세결정질 규소(μc-Si), 게르마늄(Ge), 구리 인듐 설파이드(CIS), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS), 구리 아연 주석 설파이드(CZTS), 구리 아연 주석 셀레나이드(CZTSe), 구리-아연-주석 황-셀레늄 칼코게나이드(CZTSSe), 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe), 인듐 아르세나이드(InAs), 인듐 갈륨 아르세나이드(InGaAs), 인듐 안티모나이드(InSb), 유기-무기 할라이드 페로브스카이트, 및 이들의 고용체 및/또는 도핑된 변형체로 이루어진 군으로부터 선택되는, 검출기(110).
  52. 제 48 항 내지 제 51 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광다이오드(258)에 걸쳐 바이어스 전압이 역 바이어스화된(reverse biased) 모드로 적용된, 검출기(110).
  53. 제 1 항 내지 제 52 항 중 어느 한 항에 따른 검출기(110)를 하나 이상 포함하는, 하나 이상의 물체(112)를 이미지화하기 위한 카메라(202).
  54. 사용자(218)와 기계(222) 간에 하나 이상의 정보 항목을 교환하기 위한 인간-기계 인터페이스(human-machine interface)(204)로서,
    인간-기계 인터페이스(204)는 제 1 항 내지 제 52 항 중 어느 한 항에 따른 검출기(110)를 하나 이상 포함하고,
    인간-기계 인터페이스(204)는, 검출기(110)에 의해 사용자(218)의 하나 이상의 기하학적 정보 항목을 생성하도록 설계되고,
    인간-기계 인터페이스(204)는 상기 기하학적 정보에 하나 이상의 정보 항목을 할당하도록 설계된, 인간-기계 인터페이스.
  55. 하나 이상의 엔터테인먼트(entertai nment) 기능을 수행하기 위한 엔터테인먼트 장치(206)로서,
    엔터테인먼트 장치(206)는 제 54 항에 따른 인간-기계 인터페이스(204)를 하나 이상 포함하고,
    엔터테인먼트 장치(206)는, 플레이어(218)가 인간-기계 인터페이스(204)에 의해 하나 이상의 정보 항목을 입력할 수 있도록 설계되고,
    엔터테인먼트 장치(206)는, 상기 정보에 따라 엔터테인먼트 기능을 변화시키도록 설계된, 엔터테인먼트 장치.
  56. 하나 이상의 이동가능한 물체(112)의 위치를 추적하기 위한 추적 시스템(208)으로서,
    추적 시스템(208)은 제 1 항 내지 제 52 항 중 어느 한 항에 따른 검출기(110)를 하나 이상 포함하고,
    추적 시스템(208)은 하나 이상의 추적 제어기(224)를 추가로 포함하고,
    추적 제어기(224)는 물체(112)의 일련의 위치를 추적하도록 구성되고, 각각의 위치는 특정 시점에 물체(112)의 적어도 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 포함하는, 추적 시스템.
  57. 하나 이상의 물체(112)의 하나 이상의 위치를 결정하기 위한 스캐닝 시스템으로서,
    상기 스캐닝 시스템은 제 1 항 내지 제 52 항 중 어느 한 항에 따른 검출기(110)를 하나 이상 포함하고,
    상기 스캐닝 시스템은, 하나 이상의 물체(112)의 하나 이상의 표면에 위치하는 하나 이상의 점(dot)을 조사(illumination)하도록 구성된 하나 이상의 광 빔(132)을 방출하도록 구성된 하나 이상의 조명원을 추가로 포함하고,
    상기 스캐닝 시스템은, 하나 이상의 검출기(110)를 사용하여, 상기 하나 이상의 점과 상기 스캐닝 시스템 간의 거리에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하도록 설계된, 스캐닝 시스템.
  58. 제 56 항에 따른 하나 이상의 추적 시스템(208) 및 제 57 항에 따른 하나 이상의 스캐닝 시스템을 포함하는 입체경(stereoscopic) 시스템으로써,
    추적 시스템(208) 및 상기 스캐닝 시스템이 각각 하나 이상의 종방향 광학 센서(114)를 포함하고,
    하나 이상의 종방향 광학 센서(114)는, 이들이 상기 입체경 시스템의 광축(116)에 평행한 방향으로 정렬되고 상기 입체경 시스템의 광축(116)에 대해 수직인 방향으로 개별적인 변위(displacement)를 나타내는 방식으로, 시준된(collimated) 배열로 위치하는, 입체경 시스템.
  59. 하나 이상의 물체(112)의 광학적 검출 방법으로서,
    상기 방법은,
    하나 이상의 종방향 광학 센서(114)를 사용하여 하나 이상의 종방향 센서 신호를 생성하는 단계, 및
    종방향 광학 센서(114)의 종방향 센서 신호를 평가함으로써 물체(112)의 종방향 위치에 대한 하나 이상의 정보 항목을 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 종방향 센서 신호는 광 빔(132)에 의한 종방향 광학 센서(114)의 센서 영역(130)의 조사에 의존적이고,
    상기 종방향 센서 신호는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면(174)에 의존적이고,
    센서 영역(130)은 하나 이상의 광전도성 물질(134)을 포함하고,
    센서 영역(130) 내의 광전도성 물질(134)의 전기 전도도는, 상기 조사의 총 전력이 동일하다면, 센서 영역(130) 내의 광 빔(132)의 빔 단면(174)에 의존적이고,
    상기 종방향 센서 신호는 상기 전기 전도도에 의존적인, 검출 방법.
  60. 특히 교통 기술에서의 거리 측정; 특히 교통 기술에서의 위치 측정; 엔터테인먼트 용도; 보안 용도; 인간-기계 인터페이스 용도; 추적 용도; 스캐닝 용도; 입체시(stereoscopic vision); 사진촬영 용도; 이미지화 용도 또는 카메라 용도; 하나 이상의 공간의 지도를 생성하기 위한 맵핑 용도; 차량용 자동유도(homing) 또는 추적 비콘(beacon) 검출기; 열 신호(thermal signature)를 갖는 물체의 거리 및/또는 위치 측정; 머신 비전(machine vision) 용도; 로봇 용도; 및 물류(logistics) 용도로 이루어진 군으로부터 선택되는 용도를 위한, 제 1 항 내지 제 52 항 중 어느 한 항에 따른 검출기(110)의 용도.
KR1020177024337A 2015-01-30 2016-01-28 하나 이상의 물체의 광학적 검출을 위한 검출기 KR102496245B1 (ko)

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