用于至少一个对象的光学检测的检测器转让专利
申请号 : CN201680019688.5
文献号 : CN107438775B
文献日 : 2022-01-21
发明人 : S·瓦鲁施 , I·布鲁德 , R·森德 , C·朗根施密德 , W·赫尔梅斯 , E·蒂尔 , S·伊尔勒
申请人 : 特里纳米克斯股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于至少一个对象(112)的光学检测的检测器(110),包括:至少一个纵向光学传感器(114),其中所述纵向光学传感器(114)具有至少一个传感器区域(130),其中所述纵向光学传感器(114)被设计成以取决于由光束(132)对所述传感器区域(130)的照射的方式生成至少一个纵向传感器信号,其中给定所述照射的相同总功率,所述纵向传感器信号取决于所述传感器区域(130)中所述光束(132)的束横截面(174),其中所述传感器区域(130)包括能够维持电流的至少一种材料,其中给定所述照射的相同总功率,所述材料的至少一个特性取决于所述传感器区域(130)中所述光束(132)的所述束横截面,其中所述纵向传感器信号取决于所述至少一个特性;以及至少一个评估装置(140),其中所述评估装置(140)被设计成通过评估所述纵向光学传感器(114)的所述纵向传感器信号来生成关于所述对象(112)的纵向位置的至少一个信息项,
其中所述能够维持电流的至少一种材料是至少一种光导材料(134),其中给定所述照射的相同总功率,所述光导材料(134)的电导率取决于所述传感器区域(130)中所述光束(132)的所述束横截面(174),其中所述纵向传感器信号取决于所述电导率。
2.根据权利要求1所述的检测器(110),其中所述光导材料(134)是无机光导材料。
3.根据权利要求2所述的检测器(110),其中所述无机光导材料选自硒、碲、硒‑碲合金、金属氧化物、IV族元素或化合物、III‑V族化合物、II‑VI化合物、磷属元素化物、硫属元素化物(136)及其固溶体和/或掺杂变体的无机光导材料。
4.根据权利要求3所述的检测器(110),其中所述硫属元素化物(136)选自由如下组成的组:硫化物硫属元素化物、硒化物硫属元素化物、碲化物硫属元素化物、三元硫属元素化物、四元硫属元素化物、更多元的硫属元素化物,及其固溶体和/或掺杂变体。
5.根据权利要求4所述的检测器(110),其中所述硫属元素化物(136)选自由如下组成的组:硫化铅(PbS)、硫化铜铟(CIS)、硒化铜铟镓(CIGS)、硫化铜锌锡(CZTS)、硒化铅(PbSe)、硒化铜锌锡(CZTSe)、碲化镉(CdTe)、碲化汞镉(HgCdTe)、碲化汞锌(HgZnTe)、硫硒化铅(PbSSe)、铜锌锡硫硒硫属元素化物(CZTSSe),及其固溶体和/或掺杂变体。
6.根据权利要求3所述的检测器(110),其中所述磷属元素化物选自由如下组成的组:氮化物磷属元素化物、磷化物磷属元素化物、砷化物磷属元素化物、锑化物磷属元素化物、三元磷属元素化物、四元和更多元的磷属元素化物。
7.根据权利要求6所述的检测器(110),其中所述磷属元素化物选自由如下组成的组:氮化铟(InN)、氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)、磷化铟(InP)、磷化镓(GaP)、磷化铟镓(InGaP)、砷化铟(InAs)、砷化镓(GaAs)、砷化铟镓(InGaAs)、锑化铟(InSb)、锑化镓(GaSb)、锑化铟镓(InGaSb)、磷化铟镓(InGaP)、砷磷化镓(GaAsP)和磷化铝镓(AlGaP)。
8.根据权利要求1‑7中任一项所述的检测器(110),其中所述光导材料(134)包括掺杂
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硅,其中所述掺杂硅表现出10 cm 或更小的掺杂剂浓度,5·10Ω·cm或更大的电阻率,以及500μm或以下的厚度。
9.根据权利要求8所述的检测器(110),其中,所述掺杂硅作为浮区晶片。
10.根据权利要求1‑7中任一项所述的检测器(110),其中所述光导材料(134)被提供为胶体膜(262),其中所述胶体膜(262)包括量子点(264)。
11.根据权利要求1‑7中任一项所述的检测器(110),其中所述光导材料(134)是有机光导材料,其中所述有机光导材料包括至少一种共轭芳族分子,和/或包括电子供体材料和电子受体材料的混合物。
12.根据权利要求11所述的检测器(110),其中,所述至少一种共轭芳族分子为染料或颜料。
13.根据权利要求11所述的检测器(110),其中所述有机光导材料包括选自由如下组成的组的化合物:酞菁、萘酞菁、亚酞菁、苝、蒽、芘、低聚噻吩和聚噻吩、富勒烯、靛青染料、双偶氮颜料、方酸类染料、噻喃 染料、薁类染料、二硫酮基吡咯并吡咯、喹吖啶酮、二溴二苯并芘二酮、聚乙烯基咔唑,其衍生物及组合。
14.根据权利要求11所述的检测器(110),其中所述电子供体材料包括有机供体聚合物。
15.根据权利要求14所述的检测器(110),其中所述有机供体聚合物包括聚(3‑己基噻吩‑2,5‑二基)(P3HT)、聚[3‑(4‑正辛基)苯基噻吩](POPT)、聚[3‑10‑正辛基‑3‑吩噻嗪‑亚乙烯基噻吩‑共‑2,5‑噻吩](PTZV‑PT)、聚[4,8‑双[(2‑乙基‑己基)氧基]苯并[1,2‑b:4,5‑b']二噻吩‑2,6‑二基][3‑氟‑2‑[(2‑乙基己基)羰基]噻吩并[3,4‑b]噻吩二基](PTB7)、聚{噻吩‑2,5‑二基‑交替‑[5,6‑双(十二烷氧基)苯并[c][1,2,5]噻二唑]‑4,7‑二基}(PBT‑T1)、聚[2,6‑(4,4‑双‑(2‑乙基己基)‑4H‑环戊二烯并[2,1‑b;3,4‑b']二噻吩)‑交替‑4,7(2,1,3‑苯并噻二唑)](PCPDTBT)、聚(5,7‑双(4‑癸烷基‑2‑噻吩基)‑噻吩并(3,4‑b)二噻唑‑噻吩‑2,5)(PDDTT)、聚[N‑9'‑十七烷基‑2,7‑咔唑‑交替‑5,5‑(4',7'‑二‑2‑噻吩基‑2',
1',3'‑苯并噻二唑)](PCDTBT)、聚[(4,4'‑双(2‑乙基己基)二噻吩并[3,2‑b;2'、3'‑d]噻咯)]‑2,6‑二基‑交替‑(2,1,3‑苯并噻二唑]‑4,7‑二基](PSBTBT)、聚[3‑苯腙噻吩](PPHT)、聚[2‑甲氧基‑5‑(2‑乙基己氧基)‑1,4‑亚苯基亚乙烯基](MEH‑PPV)、聚[2‑甲氧基‑5‑(2'‑乙基己氧基)‑1,4‑亚苯基‑1,2‑亚乙烯基‑2,5‑二甲氧基‑1,4‑亚苯基‑1,2‑亚乙烯基](M3EH‑PPV)、聚[2‑甲氧基‑5‑(3',7'‑二甲基‑辛基氧基)‑1,4‑亚苯基‑亚乙烯基](MDMO‑PPV)、聚[9,9‑二辛基芴‑共‑二‑N,N‑4‑丁基苯基‑双‑N,N‑苯基‑1,4‑苯二胺](PFB)或其衍生物、改性物或混合物中的一个。
16.根据权利要求11所述的检测器(110),其中所述电子受体材料包括基于富勒烯的电子受体材料。
17.根据权利要求16所述的检测器(110),其中所述基于富勒烯的电子受体材料包括[6,6]‑苯基‑C61‑丁酸甲酯(PC60BM)、[6,6]‑苯基‑C71‑丁酸甲酯(PC70BM)、[6,6]‑苯基C84丁酸甲酯(PC84BM)、茚‑C60双加合物(ICBA)、包括一个或两个连接的低聚醚(OE)链的二苯基亚甲基富勒烯(DPM)结构部分或其衍生物、改性物或混合物中的一个。
18.根据权利要求11所述的检测器(110),其中所述电子受体材料包括有机受体聚合物。
19.根据权利要求18所述的检测器(110),其中所述有机受体聚合物包括氰基‑聚[亚苯基亚乙烯基](CN‑PPV)、聚[5‑(2‑(乙基己氧基)‑2‑甲氧基氰基对苯二亚甲基](MEH‑CN‑PPV)、聚[氧基‑1,4‑亚苯基‑1,2‑(1‑氰基)‑亚乙基‑2,5‑二辛氧基‑1,4‑亚苯基‑1,2‑(2‑氰基)‑亚乙基‑1,4‑亚苯基](CN‑醚‑PPV)、聚[1,4‑二辛氧基‑对‑2,5‑二氰基亚苯基亚乙烯基](DOCN‑PPV)、聚[9,9'‑二辛基芴‑共‑苯并噻二唑](PF8BT)或衍生物、改性物或其混合物中的一个。
20.根据权利要求1所述的检测器(110),其中所述光学检测器适于通过测量所述传感器区域(130)的至少一部分的电阻或电导率中的一个或多个,具体地通过执行至少一个电流‑电压测量和/或至少一个电压‑电流测量,来生成所述纵向传感器信号。
21.根据权利要求20所述的检测器(110),其中横跨所述材料施加偏置电压。
22.根据权利要求21所述的检测器(110),其中偏置电压源(150)和负载电阻器与所述纵向光学传感器(114)串联布置。
23.根据权利要求1所述的检测器(110),其中给定所述照射的相同总功率,所述传感器区域(130)的所述电导率随着由所述传感器区域(130)中所述光束(132)生成的光斑的束宽度的减小而减小。
24.根据权利要求1所述的检测器(110),其中所述纵向光学传感器(114)包括所述光导材料(134)的至少一个层(168)和接触所述层(168)的至少两个电极(176,178),其中所述至少两个电极(176,178)被施加在所述光导材料(134)的所述层(168)的不同位置处。
25.根据权利要求24所述的检测器(110),其中所述至少两个电极(176,178)被施加到所述层(168)的相同侧。
26.根据前权利要求24所述的检测器(110),其中在所述光导材料(134)的所述层(168)与接触所述层(168)的所述电极(176,178)中的至少一个之间的边界处形成肖特基势垒。
27.根据权利要求24‑26中任一项所述的检测器(110),其中所述光导材料(134)的所述至少一个层(168)直接或间接地施加到至少一个衬底(170)。
28.根据权利要求27所述的检测器(110),其中所述衬底(170)是绝缘衬底。
29.根据权利要求28所述的检测器(110),所述绝缘衬底是陶瓷衬底(172)。
30.根据权利要求27所述的检测器(110),其中所述衬底(170)是至少部分透明或半透明的。
31.根据权利要求1所述的检测器(110),其中所述至少一个纵向光学传感器(114)包括至少一个透明纵向光学传感器。
32.根据权利要求1所述的检测器(110),其中所述检测器(110)包括至少两个纵向光学传感器(114)的至少一个堆叠。
33.根据权利要求1所述的检测器(110),其中所述检测器(110)包括至少两个纵向光学传感器(114)的至少一个阵列,其中所述阵列垂直于光轴(116)布置。
34.根据权利要求33所述的检测器(110),其中所述阵列中的所述纵向光学传感器(114)被布置为个体电阻器的矩阵,其中所述矩阵中的个体电阻器的聚集电阻取决于由所述光束(132)照射的所述阵列内的所述纵向光学传感器(114)的数量N,其中所述评估装置(140)适于确定由所述光束(132)照射的所述纵向光学传感器(114)的数量N,所述评估装置进一步适于通过使用由所述光束(132)照射的所述纵向光学传感器(114)的数量N来确定所述对象(112)的至少一个纵向坐标。
35.根据权利要求1所述的检测器(110),其中所述纵向光学传感器(114)进一步以如下方式被设计:由所述光束(132)对所述传感器区域(130)的所述照射另外导致所述传感器区域(130)的温度的升高,其中给定所述照射的相同总功率,所述传感器区域(130)中的所述电导率进一步取决于所述传感器区域(130)的所述温度,其中给定所述照射的相同总功率,所述纵向传感器信号进一步取决于所述传感器区域(130)中的所述温度。
36.根据权利要求1所述的检测器(110),其中所述评估装置(140)被设计成从在所述照射的几何形状与所述对象(112)相对于所述检测器(110)的相对定位之间的至少一个预定关系生成关于所述对象(112)的所述纵向位置的所述至少一个信息项。
37.根据权利要求36所述的检测器(110),其中所述评估装置(140)适于通过从所述纵向传感器信号确定所述光束(132)的束横截面(174)来生成关于所述对象(112)的所述纵向位置的所述至少一个信息项。
38.根据权利要求37所述的检测器(110),其中所述评估装置(140)适于将所述光束(132)的所述束横截面(174)与所述光束(132)的已知束特性比较,以便确定关于所述对象(112)的所述纵向位置的所述至少一个信息项。
39.根据权利要求1所述的检测器(110),其中所述光束(132)是未调制的连续波光束。
40.根据权利要求1所述的检测器(110),进一步包括:‑至少一个横向光学传感器(184),所述横向光学传感器(184)适于确定从所述对象(112)到所述检测器(110)行进的所述光束(132)的横向位置,所述横向位置是在垂直于所述检测器(110)的光轴(116)的至少一个维度中的位置,所示横向光学传感器(184)适于生成至少一个横向传感器信号,
其中所述评估装置(140)进一步被设计成通过评估所述横向传感器信号来生成关于所述对象(112)的横向位置的至少一个信息项。
41.根据权利要求40所述的检测器(110),其中所述横向光学传感器(184)是具有至少一个第一电极(190)、至少一个第二电极(192)和嵌入在透明导电氧化物(188)的两个单独层(186)之间的光导材料(134)的至少一个层(168)的光电检测器,其中所述横向光学传感器(184)具有传感器区(198),其中所述第一电极和所述第二电极施加到所述透明导电氧化物(188)的所述两个单独层(186)中的一个层的不同位置,其中所述至少一个横向传感器信号指示所述传感器区(198)中所述光束(132)的位置。
42.根据权利要求41所述的检测器(110),其中至少一个电极(190,192)是具有至少两个部分电极(194,196)的分离电极,其中通过所述部分电极(194,196)的电流取决于所述传感器区(198)中所述光束(132)的位置,其中所述横向光学传感器(184)适于根据通过所述部分电极(194,196)的所述电流生成所述横向传感器信号。
43.根据权利要求42所述的检测器(110),其中所述检测器(110)适于从通过所述部分电极(194,196)的所述电流的至少一个比率导出关于所述对象(112)的所述横向位置的信息。
44.根据权利要求40‑43中任一项所述的检测器(110),其中所述至少一个横向光学传感器(184)包括至少一个透明横向光学传感器。
45.根据权利要求1所述的检测器(110),进一步包括至少一个照射源(156)。
46.根据权利要求1所述的检测器(110),其中所述检测器(110)进一步包括至少一个成像装置(214)。
47.根据权利要求46所述的检测器(110),其中所述成像装置(214)包括相机。
48.根据权利要求47所述的检测器(110),其中所述相机包括如下中的至少一种:无机相机;单色相机;多色相机;全色相机;像素化无机芯片;像素化有机相机;CCD芯片;CMOS芯片;IR相机;RGB相机。
49.根据权利要求48所述的检测器(110),其中所述CCD芯片包括多色CCD芯片或全色CCD芯片。
50.根据权利要求1所述的检测器(110),其中能够维持所述电流的所述材料是由以下组成的组中的一种:非晶硅(a‑Si)、包括非晶硅(a‑Si)的合金、微晶硅(μc‑Si)、锗(Ge)、碲化镉(CdTe)、碲镉汞(HgCdTe)、砷化铟(InAs)、砷化铟镓(InGaAs)、锑化铟(InSb)、硒化铜铟镓(CIGS)、硫化铜锌锡(CZTS)、硒化铜锌锡(CZTSe)、铜锌锡硫硒硫属元素化物(CZTSSe)及其固溶体和/或掺杂变体;其中所述特性包括能够维持所述电流的所述材料的电导率。
51.根据权利要求1所述的检测器(110),其中所述纵向光学传感器(114)是具有至少一个第一电极(228)、至少一个第二电极(230)和位于所述第一电极(228)和所述第二电极(230)之间的能够维持电流的所述材料的层(226),其中所述第一电极(228)和所述第二电极(230)中的至少一个是透明电极。
52.根据权利要求51所述的检测器(110),其中能够维持所述电流的所述材料位于所述第一电极(228)和所述第二电极(230)之间,被布置为PIN二极管(234),其中所述PIN二极管(234)包括位于n型半导体层(238)和p型半导体层(240)之间的i型半导体层(236),其中所述i型半导体层(236)表现出超过所述n型半导体层(238)和所述p型半导体层(240)中的每一个的厚度的厚度。
53.根据权利要求1所述的用于至少一个对象(112)的光学检测的检测器(110),包括:‑至少一个纵向光学传感器(114),其中所述纵向光学传感器(114)具有至少一个传感器区域(130),其中所述纵向光学传感器(114)被设计成以取决于由光束(132)对所述传感器区域(130)的照射的方式生成至少一个纵向传感器信号,其中给定所述照射的相同总功率,所述纵向传感器信号取决于所述传感器区域(130)中所述光束(132)的束横截面(174),其中给定所述照射的相同总功率,所述纵向光学传感器(114)能够生成取决于所述传感器区域(130)中所述光束(132)的所述束横截面(174)的至少一个纵向传感器信号,使得所述纵向传感器信号的幅度随着在所述传感器区域(130)中由所述光束(132)生成的光斑的横截面减小而减小;以及
‑至少一个评估装置(140),其中所述评估装置(140)被设计成通过评估所述纵向光学传感器(114)的所述纵向传感器信号来生成关于所述对象(112)的纵向位置的至少一个信息项。
54.根据权利要求1所述的用于至少一个对象(112)的光学检测的检测器(110),包括:‑至少一个纵向光学传感器(114),其中所述纵向光学传感器(114)具有至少一个传感器区域(130),其中所述纵向光学传感器(114)被设计成以取决于由光束(132)对所述传感器区域(130)的照射的方式生成至少一个纵向传感器信号,其中给定所述照射的相同总功率,所述纵向传感器信号取决于所述传感器区域(130)中所述光束(132)的束横截面(174),其中给定所述照射的相同总功率,所述纵向光学传感器(114)能够生成取决于所述传感器区域(130)中所述光束(132)的所述束横截面(174)的至少一个纵向传感器信号,其中所述纵向传感器信号的极小值在所述传感器区域(130)由光束(132)以最小可得束横截面(174)入射的条件下发生;以及
‑至少一个评估装置(140),其中所述评估装置(140)被设计成通过评估所述纵向光学传感器(114)的所述纵向传感器信号来生成关于所述对象(112)的纵向位置的至少一个信息项。
55.根据权利要求1所述的用于至少一个对象(112)的光学检测的检测器(110),包括:‑至少一个纵向光学传感器(114),其中所述纵向光学传感器(114)具有至少一个传感器区域(130),其中所述纵向光学传感器(114)被设计成以取决于由光束(132)对所述传感器区域(130)的照射的方式生成至少一个纵向传感器信号,其中给定所述照射的相同总功率,所述纵向传感器信号取决于所述传感器区域(130)中所述光束(132)的束横截面(174),其中所述纵向传感器(114)在0Hz至500Hz的光束的调制频率的范围内是频率无关的;以及‑至少一个评估装置(140),其中所述评估装置(140)被设计成通过评估所述纵向光学传感器(114)的所述纵向传感器信号来生成关于所述对象(112)的纵向位置的至少一个信息项。
56.根据权利要求1所述的用于至少一个对象(112)的光学检测的检测器(110),包括:‑至少一个纵向光学传感器(114),其中所述纵向光学传感器(114)具有至少一个传感器区域(130),其中所述纵向光学传感器(114)被设计成以取决于由光束(132)对所述传感器区域(130)的照射的方式生成至少一个纵向传感器信号,其中给定所述照射的相同总功率,所述纵向传感器信号取决于所述传感器区域(130)中所述光束(132)的束横截面(174),其中所述纵向光学传感器(114)包括以光导模式驱动的至少一个光电二极管(258),其中给定所述照射的相同总功率,所述传感器区域(130)的电导率取决于所述传感器区域中所述光束的所述横截面,其中所述纵向传感器信号取决于所述电导率;以及‑至少一个评估装置(140),其中所述评估装置(140)被设计成通过评估所述纵向光学传感器(114)的所述纵向传感器信号来生成关于所述对象(112)的纵向位置的至少一个信息项。
57.根据权利要求56所述的检测器(110),其中所述光电二极管(258)包括至少一种p型吸收体材料(244)、至少一个n型半导体层(238)和至少一对电极(176,178)。
58.根据权利要求57所述的检测器(110),其中所述p型吸收体材料(244)选自由如下组成的组:III‑V族化合物、II‑VI族化合物、I‑III‑VI2族化合物,以及I2‑II‑IV‑VI4族化合物。
59.根据权利要求58所述的检测器(110),其中所述p型吸收体材料(244)选自由如下组成的组:非晶硅(a‑Si)、包含非晶硅(a‑Si)的合金、微晶硅(μc‑Si)、锗(Ge)、硫化铜铟(CIS)、硒化铜铟镓(CIGS)、硫化铜锌锡(CZTS)、硒化铜锌锡(CZTSe)、铜锌锡硫硒硫属元素化物(CZTSSe)、碲化镉(CdTe)、碲化汞镉(HgCdTe)、砷化铟(InAs)、砷化铟镓(InGaAs),锑化铟(InSb)、有机‑无机卤化物钙钛矿及其固溶体/或掺杂变体。
60.根据前四项权利要求中任一项所述的检测器(110),其中以反向偏置模式横跨所述光电二极管(258)施加偏置电压。
61.一种用于对至少一个对象(112)成像的相机(202),所述相机(202)包括根据涉及检测器(110)的前述权利要求中任一项的至少一个检测器(110)。
62.一种用于在用户(218)和机器(222)之间交换至少一个信息项的人机接口(204),其中所述人机接口(204)包括根据涉及检测器(110)的前述权利要求中任一项的至少一个检测器(110),其中所述人机接口(204)被设计成借助于所述检测器(110)生成所述用户(218)的至少一个几何信息项,其中所述人机接口(204)被设计为向所述几何信息分配至少一个信息项。
63.一种用于执行至少一个娱乐功能的娱乐装置(206),其中所述娱乐装置(206)包括根据前一权利要求的至少一个人机接口(204),其中所述娱乐装置(206)被设计成使至少一个信息项能够由玩家(218)借助于人机接口(204)输入,其中所述娱乐装置(206)被设计为根据所述信息改变所述娱乐功能。
64.一种用于跟踪至少一个可移动对象(112)的位置的跟踪系统(208),所述跟踪系统(208)包括根据涉及检测器(110)的前述权利要求中任一项的至少一个检测器(110),所述跟踪系统(208)进一步包括至少一个轨迹控制器(224),其中所述轨迹控制器(224)适于跟踪所述对象(112)的一系列位置,每一个位置包括关于在特定时间点处所述对象(112)的至少纵向位置的至少一个信息项。
65.一种用于确定至少一个对象(112)的至少一个位置的扫描系统,所述扫描系统包括根据涉及检测器(110)的前述权利要求中任一项的至少一个检测器(110),所述扫描系统进一步包括至少一个照射源,所述至少一个照射源适于发射被配置用于位于所述至少一个对象(112)的至少一个表面上的至少一个点的照射的至少一个光束(132),其中所述扫描系统被设计成通过使用所述至少一个检测器(110)来生成关于所述至少一个点与所述扫描系统之间的距离的至少一个信息项。
66.一种立体系统,包括根据前述权利要求的至少一个跟踪系统(208)和根据前述权利要求的至少一个扫描系统,其中所述跟踪系统(208)和所述扫描系统每一个包括至少一个纵向光学传感器(114),所述至少一个纵向光学传感器(114)以如下方式位于准直布置中:它们在平行于所述立体系统的光轴(116)的取向中对准并且在垂直于所述立体系统的所述光轴(116)的取向中表现出个体移位。
67.一种用于至少一个对象(112)的光学检测的方法,所述方法包括:‑通过使用至少一个纵向光学传感器(114)生成至少一个纵向传感器信号,其中所述纵向传感器信号取决于由光束(132)对所述纵向光学传感器(114)的传感器区域(130)的照射,其中给定所述照射的相同总功率,所述纵向传感器信号取决于所述传感器区域(130)中所述光束(132)的束横截面(174),其中所述传感器区域(130)包括能够维持电流的至少一种材料,其中给定所述照射的相同总功率,所述材料的至少一个特性取决于所述传感器区域(130)中所述光束(132)的所述束横截面(174),其中所述纵向传感器信号取决于所述至少一个特性;以及
‑通过评估所述纵向光学传感器(114)的所述纵向传感器信号来生成关于所述对象(112)的纵向位置的至少一个信息项,
其中所述能够维持电流的至少一种材料是至少一种光导材料(134),其中给定所述照射的相同总功率,所述光导材料(134)的电导率取决于所述传感器区域(130)中所述光束(132)的所述束横截面(174),其中所述纵向传感器信号取决于所述电导率。
68.一种根据涉及检测器(110)的权利要求1‑60中任一项所述的检测器(110)的用途,用于用途目的,所述用途选自由如下组成的组:在交通技术中的距离测量;在交通技术中的位置测量;娱乐应用;安全应用;人机接口应用;跟踪应用;扫描应用;立体视觉;摄影应用;
成像应用或相机应用;用于生成至少一个空间的地图的测图应用;用于车辆的归位或跟踪信标检测器;具有热特征的对象的距离和/或位置测量;机器视觉应用;机器人应用;物流应用。
说明书 :
用于至少一个对象的光学检测的检测器
技术领域
接口、娱乐装置、扫描系统、跟踪系统、立体系统;以及相机。此外,本发明涉及一种用于至少
一个对象的光学检测的方法,以及涉及检测器的各种用途。这些装置、方法和用途可以用于
例如日常生活、游戏、交通技术、空间测图、生产技术、安全技术、医疗技术或科学方面的各
个领域。然而,进一步的应用是可能的。
背景技术
个传感器区域(sensor region)。在此,光学传感器被设计成以取决于传感器区域的照射的
方式生成至少一个传感器信号。根据所谓的“FiP效应”,给定照射的相同总功率,传感器信
号在此取决于照射的几何形状,特别是取决于传感器区域上的照射的束横截面。检测器另
外具有至少一个评估装置,该至少一个评估装置指定从传感器信号生成至少一个几何信息
项,特别是关于照射和/或对象的至少一个几何信息项。
叠,特别是以高精确度和无模糊性地确定对象的纵向位置。此外,WO 2014/097181 A1公开
了一种人机接口、娱乐装置、跟踪系统和相机,每一个包括用于确定至少一个对象的位置的
至少一个这种检测器。
在此,纵向光学传感器具有至少一个像素矩阵和至少一个评估装置,评估装置适于确定由
光束照射的光学传感器的像素数量N,评估装置进一步适于通过使用由光束照射的像素的
数量N来确定对象的至少一个纵向坐标。
Sonderdruck aus Fernseh‑und Kino‑Technik,32,1‑12,1978 或在材料化学和物理2000
年65期第1‑31页的R.S.Mane、C.D.Lokhande 的用于金属硫属元素化物薄膜的金属沉积方
法(Metal deposition method for metal chalcogenide thin films,Materials
Chemistry and Physics,1‑31, 2000)中描述。尤其是对于大面积光导体的制造,通过真空
蒸发、溅射和诸如化学气相沉积的化学方法、喷雾热解、电沉积、阳极氧化、电转化、无电极
浸渍生长、连续离子吸附和反应、化学浴沉积或溶液‑气体界面技术,可以执行这些膜的沉
积。
用中,尤其是作为用于可见光和红外(IR) 谱范围的光电检测器。在此,光导材料的电阻率
随着照射的增加而减小,从而允许更多的光电流流动。因此,来自光导检测器的信号电流可
以通过调节施加的电压在宽范围内变化。
(E.Theocharous,Absolute linearity measurements on a PbS detector in the
infrared,Appl.Optics,45,2381‑86,2006)涉及硫化铅(PbS) IR检测器的线性度。为此,研
究了不同照射条件下(诸如在IR检测器的传感器区域上的不同光斑尺寸)的线性系数对辐
2
照度。在此,辐照度是以μW/mm 为单位的物理量,其描述了传感器区域上的入射功率除以传
2
感器区域的面积。实验结果表明,对于10nW/mm的辐照度,线性度的偏差将显著(>1%)。对
2
于1μW/mm的较大辐照度,线性度取决于传感器区域上的光斑尺寸。此外,碲镉汞(HgCdTE;
MCT)中FIP效应的发生在应用光学2004年第43期第4182‑4188页的E.Theo‑charous,J.Ishi
和N.P.Fox 的红外区域中对HgCdTe检测器的绝对线性度测量(E.Theocharous,J. Ishii,
and N.P.Fox,Absolute linearity measurements on HgCdTe detectors in the
infrared region,Appl.Optics,43,4182‑88,2004)的附图3中示出。
定距离的位置的反射光的另一部分的光量的比率用于准确地测量样品的边界表面。由于通
过使用上述比率提高了测量精度,所以能够通过样品的光可用作入射光。因此,可以非常准
确地测量样品表面中的深孔和活体样品中的空隙(诸如气泡),这是现有技术无法测量的。
供给两个光电池。光电池中的一个是固定的,而另一个是可移动的。固定的光电池接收对象
的照射比可移动的光电池少,因为它更靠近膜,使得其光敏表面从膜中接收较小部分的光
通量。在固定的光电池处的束横截面积大于光电池的敏感面积。透镜的焦距稍大于从透镜
到膜和从膜到固定的光电池的总距离。另一个光电池可移动通过比透镜的焦范围稍大的一
小段距离。通过移动可移动光电池并通过比较通过两个光电池提供的电流来将仪器聚焦在
对象上。当可移动光电池在图像平面中使得仪器被聚焦时,电流的比率处于最大。因此,通
常,US 3,035,176 A 利用以下事实:只有部分光束可以由检测器检测,其中实际检测到的
部分取决于光束本身的以及光电检测器相对于对象的定位的某些细节,从而实现距离测
量。然而,这些距离测量意味着使用多个传感器,使用移动部分,并因此利用相当复杂和庞
大的光学设置。
边的两端存在电极,和在光电转换元件上沿着与长边相比呈现相当短的边的光电半导体的
较短边两端上存在电极,借助于光学器件形成对象图像;以及特征在于,通过检测与上述光
电转换元件中的每一个的上述对象图像的特征对应的电学特性变量来检测上述对象的特
征。该系统包括可移动图像形成光学系统;位于光学系统后面以接收由光学系统形成的图
像的光电转换部件;耦合到元件的用于响应于光转换部件上的光的强度分布来生成电信号
的电路部件;连接到电路部件以产生将第一转换部件的输出与第二转换部件的输出组合的
电信号的第一转换部件和第二转换部件,以及耦合到来自图像形成光学系统的光的路径中
的所述电路部件的用于检测图像清晰度的信号响应部件。这里,光电转换部件具有第一细
长光电转换元件以及第二细长光电转换元件,该第一细长光电转换元件具有半导体和沉积
在半导体的两个长边上的电极;该第二细长光电转换元件具有半导体和沉积在半导体的两
个短边上的电极。此外,第一转换部件和第二转换部件被定位在来自图像形成光学系统的
光的路径中,以接收来自对象的光。再次,如在US3,035,176A中,所公开的系统使用多个传
感器和对应的分束部件,其中组合的传感器信号从单个传感器的传感器信号电子地生成。
因此,提出了相当庞大且复杂的系统,其小型化是相当具有挑战性的。此外,再次,使用移动
部件,这进一步增加了系统的复杂性。
在不同的焦平面中,而在第二实施例中,光漫射介质与一对光敏元件中的一个相关联,由此
该元件将仅接收平均或背景照射。在两个实施例中,随着图像的合焦度变化,生成与合焦相
称的电输出信号。
根据产生的光对在图像的不同点处接收的光的响应的非线性曲线来产生其复制品,该感光
元件测量由所述光致发光元件产生的光的平均强度。
(诸如CdS或CdSe)的光电部件来调整光学器件的焦点。这样的对象图像可以借助于上述光
电部件上的光学器件形成,上述光电装置上沿着与较短边相比较长边非常长的光电半导体
的较长边的两端处存在电极以及上述光电部件上沿着光电半导体的较短边的两端处存在
电极。还公开了一种对象距离测量系统,其在执行自动聚焦操作时数字地显示相机和拍摄
对象之间的距离。
74,1965,pp.501‑504),公开了通过使用基于随着高对比度目标的图像被移动通过焦点而
在图像平面中发生的光分布变化的方法来评估透镜特性的评估。在图像平面中的光导表面
测量图像中的信息。所提出的仪器的输出指示图像的清晰度。类似地,在美国光学学会1964
年54期的第516‑519页P.Pargas的CdS和CdSe光导体的图像清晰度识别现象中(P.Pargas,
Phenomena of Image Sharpness Recognition of CdS and CdSe Photoconductors,
J.Opt.Soc.America.54,1964,pp. 516‑519),提出了一个理论来解释光导电池可以检测何
时投射在其上的图像处于最锐焦点的事实。其中,使用当光导表面上的光分布改变时光导
电池的电导率变化的发现。该理论基于以下假设:光导表面中的最小颗粒中的每一个被视
为与所有其它颗粒的串联‑并联连接的个体光导体。
Focus of Motion‑Picture Optical Printers,J. SMPTE 80,1971,pp.624‑628),公开了
一种清晰度仪表,其被用作确定对运动图片光学打印机的最优焦点的工具。该概念是基于
CdS或CdSe电池的光导行为。整个电池的电阻取决于入射到电池上的光量和光的分布。在该
器件中,放大了两个光电池(一个具有扩散器,而另一个不具有扩散器)在电响应方面的差
异。检测到与光总量无关的最锐焦点处的仪表的最大偏转。
materials:phenomena and applications,J. Optoelectronics and Adv.Mat.7,2005,
pp.2189‑220)描述了许多可能适用于光电子应用的玻璃质、无定形和无序硫属元素化物材
料,以及在这种材料中可以观察到的物理和/或化学效应。
K.Schierle‑Arndt,and P.Erk, Emerging Thin‑Film Photovoltaic Technologies,
Chem.Ing.Tech.2015,87, No.4,376‑389)提供了关于薄膜光伏技术的概述。在此,特别是
染料敏化太阳能电池(DSSC)中的有机系太阳能电池,特别是可以包括硫化铜锌锡 (CZTS)
薄膜的锌黄锡矿(kesterite)太阳能电池和基于有机‑无机卤化物钙钛矿吸收剂(尤其是基
于碘化甲基铵铅(CH3NH3PbI3))的混合太阳能电池被认为是高效太阳能的有希望的候选者。
子点光电检测器(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)描述了基于在可见光和红外光中
操作的溶液‑处理胶体量子点(CQD)的超灵敏光电检测器。因此,个体CQD 之间的间距可以
通过用于钝化其表面的有机配体的长度来控制,其已被证明是关于电荷载流子迁移率和因
此CQD膜的电导率的决定因素。与表现关于照射的变化的数秒量级的相当长的响应时间或
遭受低灵敏度的当前技术水平的器件相反,作者显示CQD器件的时间响应由两个分量(即快
速过程的电子漂移,和缓慢过程的电子扩散)确定。考虑到该观察,已经提供了能够排除扩
散分量的在可见光和/或红外光谱范围内可操作的可调谐的CQD光电二极管,其相对于灵敏
度和带宽的乘积表现出显著改进。为此,已经使用了基于PbS CQD膜和铝接触之间的界面处
的肖特基势垒的光电二极管,其中在玻璃衬底上的平面透明的氧化铟锡(ITO)薄膜形成相
对的欧姆接触。通过玻璃衬底的入射光束在CQD膜中生成分别在铝接触和ITO膜处被收集的
电子和空穴。结果,可以在金属‑CQD界面处在 CQD膜中形成耗尽区,而CQD膜的剩余体积可
以被认为是p型半导体。在此,使用的PbS CQD具有约为6nm的直径,因此,为有效带隙提供
0.86 eV的增加值(与大块(bulk)PbS的0.42eV相比),这导致1450nm附近的吸收特征。
(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)提供了关于包括
掺杂半导体CQD膜的光伏器件的综述,该半导体CQD膜与非对称电极一起与金属或另一半导
体组合以便产生完整的太阳能电池。结果,可以用金属获得肖特基势垒电池,而至少两个半
导体可以优选地组合到CQD‑CQD p‑n结、CQD‑二氧化钛 p‑n结,或CQD‑CQD‑氧化锌p‑i‑n结
中的至少一种。在此,提出了涉及与可以包括关于带隙、吸收和分散性的期望特性的合成量
子点溶液;将溶液转化为可以包括关于量子点填充、表面钝化、吸收和电导率的期望特性的
CQD膜;并在CQD膜周围构建材料堆叠以生成完整的太阳能电池的当前技术水平。
发明内容
内的而且通过使用在红外光谱范围内(特别是在近‑红外光谱范围内)的光束确定空间中对
象的位置的改进的简单的,成本有效并且仍然可靠的空间检测器将是可期望的。
包含一种或多种其它组件和/或构件,以及除了B之外,在A中没有其它组件、构件或元件存
在的情况。
象可以是或可以包括一个或多个生物和/ 或其一个或多个部分,诸如人(例如,用户)和/或
动物的一个或多个身体部分。
更多个坐标来确定对象的位置。作为示例,可以使用一个或多个笛卡尔坐标系和/或其它类
型的坐标系。在一个示例中,坐标系可以是检测器的坐标系,其中检测器具有预定位置和/
或取向。如下面将进一步详细描述的,检测器可以具有可以构成检测器的主观察方向
(direction of view)的光轴。光轴可以形成坐标系的轴,诸如z轴。此外,可以提供一个或
多个附加的轴,优选地垂直于z轴。
以停留在该坐标系中的特定点处,诸如在该坐标系的原点处。在该坐标系中,与z轴平行或
反平行的方向可以被认为是纵向方向,并且沿z轴的坐标可以被认为是纵向坐标。垂直于纵
向方向的任意方向可以被认为是横向方向,并且x和/或y坐标可以被认为是横向坐标。
可以被认为是纵向方向,并且沿z轴的坐标可以被认为是纵向坐标。垂直于z轴的任何方向
可以被认为是横向方向,并且极坐标和/或极角可以被认为是横向坐标。
立装置,或者可以形成另一装置(诸如计算机、车辆或任何其它装置)的一部分。此外,检测
器可以是手持装置。检测器的其它实施例是可行的。
储在检测器的数据存储器中或单独装置中和/ 或可以经由至少一个接口来提供,诸如无线
接口和/或有线接口。
传感器信号,其中给定照射的相同总功率,纵向传感器信号取决于传感器区域中光束的束
横截面,其中传感器区域包括至少一种光导材料,其中给定照射的相同总功率,光导材料中
的电导率取决于传感器区域中光束的束横截面,其中纵向传感器信号取决于电导率;以及
光学传感器的单独的评估装置,但是可以优选地连接到纵向光学传感器以便接收纵向传感
器信号。可替代地,至少一个评估装置可以完全或部分地集成到纵向光学传感器中。
所谓的“FiP效应”,纵向传感器信号取决于传感器区域中光束的束横截面。纵向传感器信号
通常可以是指示纵向位置(其同样可以表示为深度)的任意信号。作为示例,纵向传感器信
号可以是或可以包括数字和/或模拟信号。作为示例,纵向传感器信号可以是或可以包括电
压信号和/或电流信号。另外或可替代地,纵向传感器信号可以是或可以包括数字数据。纵
向传感器信号可以包括单个信号值和/或一系列信号值。纵向传感器信号可以进一步包括
通过组合两个或更多个个体信号 (诸如通过平均两个或更多个信号和/或通过形成两个或
多个信号的商)而导出的任意信号。对于纵向光学传感器和纵向传感器信号的潜在实施例,
可以参考如WO 2012/110924 A1中公开的光学传感器。
表现出特定电导率的材料,其中具体地,电导率取决于材料的照射。由于电阻率被定义为电
导率的倒数值,因此可替代地,术语“光阻材料”同样可以用于表示相同种类的材料。在这种
材料中,电流可以经由至少一个第一电接触穿过材料引导到至少一个第二电接触,其中第
一电接触与第二电接触隔离,而第一电接触和第二电接触都与材料直接连接。为此,可以由
当前技术水平中已知的任何已知方法提供直接连接,诸如在接触区域中电镀、焊接、钎焊或
沉积高电导物质,特别是像金、银、铂或钯的金属以及包括至少一种所提及的金属的合金。
束在传感器区域内生成的“光斑尺寸”。因此,光导材料的电导率取决于由入射光束对包括
光导材料的传感器区域的照射的扩展的可观察特性特别地实现了,包括相同总功率但在传
感器区域上生成不同光斑尺寸的两个光束为传感器区域中的光导材料的电导率提供不同
的值,并且因此可以相对于彼此区分。
的,这里可以优选使用与纵向光学传感器串联利用的偏置电压源和负载电阻器的施加。因
此,在传感器区域内包括光导材料的纵向光学传感器原理上允许从纵向传感器信号的记录
诸如通过比较至少两个纵向传感器信号来确定传感器区域中的光束的束横截面,关于束横
截面(具体地关于束直径)的至少一个信息项。
纵向光学传感器可以用于确定相应对象的纵向位置。
决于在传感器区域上的照射的束横截面。作为示例,在那里提供作为透镜位置的函数的光
电流I的测量,其中透镜被配置为将电磁辐射聚焦到纵向光学传感器的传感器区域上。在测
量期间,透镜在垂直于传感器区域的方向中相对于纵向光学传感器以如下方式移位,使得
结果是传感器区域上的光斑的直径改变。在光伏器件(特别是染料太阳能电池)用作传感器
区域中的材料的特定示例中,纵向光学传感器的信号(在该情况下为光电流)明显地取决于
照射的几何形状,使得在透镜焦点处的极大值之外,光电流下降到其极大值的10%以下。
信号基本上与传感器区域的照射的几何形状无关。因此,根据FiP效应,给定相同的总功率,
纵向传感器信号可以对于一个或多个聚焦和/或对于传感器区域上或传感器区域内的光斑
的一个或多个特定尺寸表现出至少一个明显的极大值。为了比较的目的,在相应的材料由
具有尽可能小的横截面的光束入射的条件下,诸如当材料可以位于如受光学透镜影响的焦
点处或附近时,纵向传感器信号的极大值的观察可被称为“正的FiP效应”。如迄今已经发现
的,上述光伏器件,特别是染料太阳能电池,在这种情况下提供正的FiP效应。
号,其中给定照射的相同总功率,传感器信号取决于传感器区域上的照射的束横截面。如下
面更详细示出的,这类光导材料可以表现出“负的FiP效应”,对应于正的FiP效应的定义,其
描述了在相应的材料由光束以最小可得束横截面入射的条件下,特别是当材料可以位于受
光学透镜影响的焦点处或附近时,对纵向传感器信号的极小值的观察。因此,优选在负的
FiP效应的出现可以是有利的或被需要的情况下使用光导材料。
的电荷载流子。作为示例,当光束可以入射到光伏材料上时,可以存在于材料的价带中的电
子可以吸收能量并因此被激发,可以跳到导带,在那里它们可以表现为自由导电电子。相
反,在包括光导材料的纵向光学传感器中,传感器区域的电阻率可以通过对应的传感器区
域的照射而改变,由此可以通过横跨材料施加的电压中的变化或通过材料施加的电流的值
的改变,诸如通过横跨材料施加偏置电压来监视材料的电导率的可观察的变化。
装置。因此,纵向光学传感器的特性可以由偏置器件电调节。在此,偏置器件可以被配置为
向纵向光学传感器施加至少一个偏置电压。如下面将进一步详细描述的,纵向光学传感器
的特性可以通过使用不同的偏置电压来调节。
存在更高的电子‑空穴复合(这同样可以称为“俄歇复合(Auger recombination)”)的可能
性。在此,俄歇复合可以被认为是主要的损失机制。因此,随着光子辐照强度的增加,载流子
寿命可能会降低,这可能导致光导材料中所描述的影响。结果,包括光导材料的纵向光学传
感器通常可以表现出可以显著不同的行为,并且与包括光伏材料的已知纵向光学传感器的
特性不同。
用的,术语“固溶体”是指至少一种溶质可以包括在溶剂中的光导材料的状态,由此形成均
匀相,并且其中,溶剂的晶体结构通常可以不被溶质的存在而改变。通过示例的方式,二元
CdTe可以溶解在ZnTe中,生成Cd1‑xZnxTe,其中x可以从0变化至1。如在此进一步使用的,术
语“掺杂变体”可以指除了材料本身的成分之外的单个原子被引入到晶体内的由未掺杂状
态中的本征原子所占据的位置上的光导材料的状态。通过示例的方式,纯硅晶体可以被掺
杂有硼、铝、镓、铟、磷、砷、锑、锗或其它原子中的一种或多种,特别是为了改变硅晶体的化
学和/或物理性质。
III‑V族化合物(即具有至少一种III族元素和至少一种V族元素的化学化合物)、II‑VI族化
合物(即一方面具有至少一种II族元素或至少一种XII族元素,并且另一方面具有至少一种
VI族元素的化学化合物),和/或硫属元素化物,其可能优选地选自包括硫化物硫属元素化
物、硒化物硫属元素化物、三元硫属元素化物、四元和更多元硫属元素化物。然而,其它无机
光导材料也同样适用。
碲合金,美国光学学会1952年42期第 221‑225页的P.H.Keck的真空涂覆硒膜中的光导率
(P.H.Keck, Photoconductivity in Vacuum Coated Selenium Films,J.Opt.Soc.of
America,42,p.221‑225,1952)描述了光导硒层,其包括加入从5至9wt.%的碲,因此,与没
有附加碲的硒层相比,这能够增加光导率,并且此外,在从400nm至800nm的整个光谱内产生
高的光谱响应。此外,为了提供光导特性,US 4 286 035 A公开了硒‑碲合金中碲的量可以
通过在光导层中同时加入在从5ppm至500ppm的范围内的至少一种卤素的浓度来进一步从
5wt.%增加至20wt.%,其中卤素选自由氟、氯、溴和碘组成的组。
素化物可优选适于用作在纵向光学传感器的传感器区域中的光导材料。该优选情形可能特
别地基于这种材料已经已知在许多不同应用领域中(包括用于红外光谱范围的光学检测
器)具有成本效益和可靠性的原因。
化二锑(Sb2S3)、三硫化二砷 (As2S3)、硫化锡(II)(SnS)、二硫化锡(Ⅳ)(SnS2)、硫化铟
(In2S3)、硫化铜(CuS或Cu2S)、硫化钴(CoS)、硫化镍(NiS)、二硫化钼(MoS2)、二硫化铁(FeS2)
和三硫化铬(CrS3)。
二砷(As2Se3)、硒化镍(NiSe)、硒化铊 (TlSe)、硒化铜(CuSe或Cu2Se)、二硒化钼(MoSe2)、硒
化锡(SnSe) 和硒化钴(CoSe)和硒化铟(In2Se3)。此外,所提及的化合物或其它这类化合物
的固溶体和/或掺杂变体同样可能是可行的。
二锑(Sb2Te3)、碲化镍(NiTe)、碲化铊(TlTe)、碲化铜(CuTe)、二碲化钼(MoTe2)、碲化锡
(SnTe) 和碲化钴(CoTe)、碲化银(Ag2Te)和碲化铟(In2Te3)。此外,所提及的化合物或其它
这类化合物的固溶体和/或掺杂变体同样可能是可行的。
(CuInS2;CIS)、硫硒化镉(CdSSe)、硫硒化锌(ZnSSe)、硫硒化亚铊(TlSSe)、硫化镉锌
(CdZnS)、硫化镉铬(CdCr2S4)、硫化汞铬(HgCr2S4)、硫化铜铬 (CuCr2S4)、硒化镉铅
(CdPbSe)、二硒化铜铟(CuInSe2)、砷化铟镓(InGaAs)、氧硫化铅(lead oxide sulfide)
(Pb2OS)、氧硒化铅(lead oxide selenide)(Pb2OSe)、硫硒化铅(PbSSe)、硒碲化砷(arsenic
selenide telluride) (As2Se2Te)、磷化铟镓(InGaP)、砷磷化镓(GaAsP)、磷化铝镓
(AlGaP)、亚硒酸镉(CdSeO3)、碲化镉锌(CdZnTe)和硒化镉锌(CdZnSe),通过施加来自于上
面列出的二元硫属元素化物的化合物和/或二元III‑V‑化合物的另外组合。此外,所提及的
化合物或其它这类化合物的固溶体和/或掺杂变体同样可能是可行的。
合物对于该目的是可行的。
(AlSb)、氮化铟(InN)、磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)、锑化铟(InSb)、氮化镓(GaN)、磷化镓
(GaP)、砷化镓(GaAs)和锑化镓(GaSb)。此外,所提及的化合物或其它这类化合物的固溶体
和/或掺杂变体同样可能是可行的。
汞(HgSe)、碲化汞(HgTe)、碲化镉锌(CdZnTe)、碲化汞镉(HgCdTe)、碲化汞锌 (HgZnTe)以及
硒化汞锌(CdZnSe)。然而,其它II‑VI化合物可能是可行的。此外,所提及的化合物或其它这
类化合物的固溶体同样可能适用。
该状态同样可以表示为胶体量子点(CQD)。如在此所使用的,术语“量子点”是指光导材料的
状态,在该状态中,光导材料可以包括导电颗粒,诸如电子或空穴,其在所有三个空间维度
中被限制到通常称为“点”的小体积。在此,量子点可以表现出一个尺寸,为了简单起见,该
尺寸可以被视为可能接近颗粒的上述体积的球体的直径。在该优选实施例中,光导材料的
量子点特别地表现出从1nm至100nm,优选从2nm至100nm,更优选从2nm至15nm的尺寸。因此,
包括光导材料的量子点的薄膜可以表现出从1nm至100nm,优选从2nm至100 nm,更优选从
2nm至15nm的厚度,条件是实际包括在特定的薄膜中的量子点可以表现出低于特定薄膜的
厚度的尺寸。在实践中,量子点可以包括纳米级半导体晶体,其可能用表面活性剂分子封端
并分散在溶液中以便形成胶体膜。在此,可以选择表面活性剂分子,以允许确定胶体膜内的
个体量子点之间的平均距离,特别地作为所选择的表面活性剂分子的近似空间延伸的结
果。此外,取决于配体的合成,量子点可以表现出亲水性或疏水性。可以通过应用气相、液相
或固相方法来生产CQD。因此,用于合成 CQD的各种方法是可能的,特别是通过利用已知的
方法,诸如热喷涂、胶体合成或等离子体合成。然而,其它生产过程同样可能是可行的。
(InP)、硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、锑化铟(InSb)、碲化汞镉(HgCdTe;MCT)、二硫化铜铟
(CIS)、硒化铜铟镓(CIGS)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、钙钛矿结构材料ABC3,其中A表示
碱金属或有机阳离子,B=Pb、Sn或 Cu,以及C卤化物,以及硫化铜锌锡(CZTS)。此外,所提及
的化合物或其它这类化合物的固溶体和/或掺杂变体同样可能是可行的。这种材料的材料
的核壳结构同样可能是可行的。然而,其它光导材料同样可能是可行的。
置,即以薄膜可以邻接第一导电层和第二导电层而第一导电层和第二导电层可以彼此分离
的方式布置。在该特定实施例中,优选地,第一导电层可以被选择为相对于入射光束表现出
至少部分光学透明的特性。结果,入射光束的至少一部分能够穿过第一导电层以便到达包
括光导材料的胶体量子点的薄膜。为此,第一导电层特别地可以包括至少部分透明的半导
体材料,其中半导体材料优选地可以选自包括至少部分透明的半导体金属氧化物或其掺杂
变体的组。在此,半导体材料可以尤其选自已知的至少一种透明金属氧化物,特别是选自氧
化铟锡(ITO)、掺氟的氧化锡(SnO2:F;FTO)、氧化镁(MgO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锑锡(SnO2/
Sb2O5)或钙钛矿透明导电氧化物,诸如SrVO3或CaVO3,或者可替代地选自金属纳米线,诸如
Ag纳米线。
地或另外,因此同样第二导电层可以被选择为表现至少部分光学透明的特性。另一方面,在
第一导电层可能已经至少部分透明的情况下,更多种不同的材料,包括光学不透明的材料,
可用于第二导电层。因此,第二导电层可以包括可以通过已知的蒸镀技术容易提供的蒸镀
的金属层。特别地,蒸镀的金属层可以包括银、铝、铂、镁、铬、钛或金中的一种或多种。可替
代地,第二导电层可以包括石墨烯层。
合物。此外,特别地为了允许更好的电子接触,可以在导电聚合物层的顶部上布置具有至少
两个单独的电极的分离电极,每一个分离电极可以包括蒸镀的金属接触。在此,蒸镀的金属
接触可以特别地包括银、铝、铂、镁、铬、钛或金中的一种或多种。可替代地,两个单独的电极
中的至少一个可以包括石墨烯层。
特基势垒”是指可以出现在半导体层和相邻金属层之间的边界层处的针对电子的能量势
垒,与下文更详细描述的欧姆接触相反,该能量势垒表现出整流特性,因此允许包括肖特基
势垒的电子装置用作二极管。通过示例的方式,穿过第一透明导电层(诸如透明氧化铟锡
(ITO)电极)的入射光束可以在包括量子点的薄膜内生成电荷载流子,即电子和空穴。此外,
可以在朝向透明的第一导电层和第二导电层的边界处收集电荷载流子,该导电层优选地可
以是铝电极。结果,可以在薄膜内形成朝向位于第一导电层和薄膜之间边界处的肖特基势
垒的耗尽区,而薄膜的剩余体积可以表现为p型半导体层。
电颗粒(特别是电子或空穴)相对于电子元件中的相邻层的路径,以便防止相邻层的短路或
防止由相邻层中的一个提供的渗透导电颗粒与位于相邻层中的另一个中的相反带电颗粒
(诸如离子)的复合。在该特殊实施例中,阻挡层可以优选地包括导电材料的薄膜,特别是二
氧化钛(TiO2)或氧化锌(ZnO)中的一种或多种。在该特殊实施例中,阻挡层可以用作n型接
触,并且由于量子点通常是p型实体,因此可以提供p‑n结。量子点可以是n型实体并且因此
可以包括p型阻挡层 (诸如氧化钼层(MoO3)的替代设置同样可以是可能的。
(ZnO)、氧化银(Ag2O)、氧化锰(MnO)、二氧化钛(TiO2)、氧化钡(BaO)、氧化铅(PbO)、氧化铈
(CeO2)、氧化铋(Bi2O3)、氧化镉(CdO)、铁氧体(Fe3O4) 和钙钛矿氧化物(ABC3,其中A为二价
阳离子,B为四价阳离子,并且C =O)。进一步的三元、四元或更多元金属氧化物同样可以适
用。此外,所提及的化合物或其它这类化合物(其可以是化学计量的化合物或不按化学计量
的化合物)的固溶体和/或掺杂变体同样可能是可行的。如后面更详细说明的,可以优选选
择可能同时也表现透明或半透明特性的金属氧化物。
选自微晶或非晶半导体材料。为了提供可以尤其同时地表现出高电阻率、高电荷载流子寿
命和低表面复合率的硅基光导体,可以优选地选择包括低掺杂浓度和低缺陷密度的掺杂
硅,诸如存在于硅浮区(float zone)晶片中。为此,硅晶片可以特别地表现
够的材料量。
光伏特性的电学结。相反,不表现线性电流‑ 电压比的电学结可以被称为“非欧姆”。在该方
面,通常已知非欧姆接触在许多实施例中出现,包括但不限于如在本文别处所描述的p‑n结
和肖特基势垒。为了提供欧姆接触,金、银、银‑镍、银‑铁、银‑石墨、银镉氧化物、银锡氧化
物、铜、铂、钯、paliney合金、铟、镓,铟汞合金或石墨烯,其中铟或镓可以优选与硫化镉
(CdS)组合使用,而铟汞可以特别地适用于与其它II‑VI化合物一起使用。然而,取决于实际
生产工艺的细节,可以获得欧姆接触或非欧姆结。
是有意义的。特别地可以通过向半导体加入金属原子或盐来实现掺杂,其方式是使半导体
的带结构(优选导带)可以通过掺杂材料的能级而增强,优选地是能量上高于或低于导带的
能级。作为特定示例,根据Phys.Stat.Solidi 1969年第34期第751‑757页的 F.
的超线性光导(F. Superlinear photoconductivity,
Phys.Stat.Solidi 34,751‑757,1969),在光导材料中实现正的FiP效应和负的FiP效应是
可能的,其中光导材料可以经受不同的位置和/或陷阱浓度和/或选择的光导材料内的复合
中心。
下将更详细地描述的大量其它有机分子同样可能是可行的。
R.S.Gairns,Electrophotography,第76‑112页,其中描述了静电印刷技术和用于静电印刷
的相应光导体。在此,作为特定示例,可以使用首先由R.M.Schaffert的IBM J.Res.Develop
1971年第75‑89页(R.M. Schaffert,IBM J.Res.Develop.,1971,p.75‑89)呈现并且包含基
于作为供体分子的聚乙烯咔唑(1)与作为受体分子的三硝基芴酮(2)的电荷转移配合物的
体系:
的原因可以在如下观察中发现,入射到位于电场中的有机光导体的光可能被吸收,并且可
以随后生成一对电荷,该电荷可以进一步以电流的形式传输,这对有机光导体的光导率产
生影响。
“电荷生成材料”(缩写为“CGM”),并且作为受体类似物“电子受体材料”或“电荷传输材料”
(缩写为“CTM”)) 生成电荷,可能是可行的。如从上述示例可以得出的,聚乙烯咔唑(1)可以
被认为是电荷生成材料,而三硝基芴酮(2)可以被认为是在包含有机电荷转移配合物的上
述系统中分别作为供体分子和受体分子起作用的电荷传输材料。
的共轭芳族分子的特别优选示例包括酞菁,诸如金属酞菁,特别是TiO‑酞菁;萘酞菁,诸如
金属‑萘酞菁,特别是TiO‑ 萘酞菁;亚酞菁,诸如金属‑亚酞菁;苝,蒽;芘;低聚噻吩和聚噻
吩;富勒烯;靛青染料,诸如硫靛;双偶氮颜料;方酸类(squarylium)染料;噻喃
(thiapyrilium)染料;薁类染料;二硫酮基吡咯并吡咯;喹吖啶酮;以及可能表现光导特性
的其它有机材料,诸如二溴二苯并芘二酮,或其衍生物或组合。然而,同样可以与无机材料
组合的另外的共轭芳族分子或另外的其它类型的有机材料同样可能是可行的。
Phthalocyanine Compounds,Reinhold Publishing,New York,1963,p.69‑76)以及1990年
博卡拉顿的CRC出版社第253‑272页的 Arthur L.T Thomas的酞菁研究与应用(Arthur
L.Thomas, Phthalocyanine Research and Applications,CRC Press,Boca Raton,1990,
p. 253‑272)。如上所述,二氢酞菁(3)或金属酞菁(4)可优选用于根据本发明的检测器中:
中的一种的无机化合物中包含的金属。
Crystal Structures and Photocarrier Generation of Thioindigo Derivatives,
J.Chem.Phys.B,102,1988,p.5985‑5990)中公开的化合物4,4',7,7'‑四氯硫靛(6)。
的检测器中。因此,为此可以使用包含染料敏化剂的光导层。
单独化合物保持其化学特性。在特别优选的实施例中,混合物可以包含电子供体材料和电
子受体材料,其比率为从 1:100至100:1,更优选从1:10至10:1,特别是以从1:2至2:1,诸如
1:1 的比率。然而,相应化合物的其它比率同样可以适用,特别是取决于所涉及的单独化合
物的种类和数量。优选地,以混合物形式包含的电子供体材料和电子受体材料可以构成电
子供体材料可以主要,特别是完全存在于其中的供体结构域和电子受体材料可以主要,特
别是完全存在于其中的受体结构域的互穿网络,其中可以存在供体结构域和受体结构域之
间的边界区域,并且其中作为渗透路径形式的导电路径可以将相应的结构域连接到相应电
极。
受体材料、四氰基醌二甲烷(TCNQ)、苝衍生物和受体聚合物的组的受体小分子。因此,电子
供体材料可以包括供体聚合物,而电子受体材料可以包括受体聚合物,从而为全聚合物光
导层提供基础。在特定实施例中,共聚物可以同时由一种供体聚合物和一种受体聚合物构
成,并且因此同样可以基于共聚物成分中每一个成分的相应功能将其称为“推拉共聚物”。
如通常使用的,术语“聚合物”是指通常包含通常称为“单体”或“单体单元”的大量分子重复
单元的大分子组合物。然而,为了本发明的目的,可以优选合成的有机聚合物。在该方面,术
语“有机聚合物”是指单体单元的性质,其通常可归因于有机化合物。如在此所使用的,术语
“供体聚合物”是指可以特别适于提供电子作为电子供体材料的聚合物。类似地,术语“受体
聚合物”是指可以特别适于接收电子作为电子受体材料的聚合物。优选地,包括有机电子供
体材料和有机电子受体材料的层可以表现出从100nm至2000nm的厚度。
在一起的原子团上,其中共轭体系可以是环状、无环的和线性的一种或多种。因此,有机供
体聚合物优选地可以选自以下一种或多种聚合物:
基]噻吩并[3,4‑b]噻吩二基](PTB7),
EP 2 818 493 A1中所述的聚合物,更优选在其中表示为“P‑1”至“P‑10”的聚合物;如在WO
2014/086722 A1中所公开的苯并二噻吩聚合物,特别是包含苯并二噻吩单元的二酮基吡咯
并吡咯聚合物;根据US 2015/0132887 A1的二噻吩并苯并呋喃聚合物,特别是包含二酮基
吡咯并吡咯单元的二噻吩并苯并呋喃聚合物;如US 2015/0111337 A1中所述的菲并[9,
10B]呋喃聚合物,特别是包含二酮基吡咯并吡咯单元的菲并[9,10‑B]呋喃聚合物;以及包
含二酮基吡咯并吡咯低聚物的聚合物组合物,特别是诸如US 2014/0217329 A1中所公开的
1:10或1:100 的低聚物‑聚合物比率的聚合物组合物。
富勒烯。原则上可以使用C20至C2000范围的富勒烯,优选C60至C96,特别是C60、C70、C84。最
优选的是化学改性的富勒烯,特别是以下的一种或多种:
合物优选地可以选自以下聚合物中的一种或多种:
37,2012,第1292‑1331页,A.Facchetti, Materials Today,第16卷,第4期,2013,第123‑
132页以及S.Günes和 N.S.Sariciftci,Inorganica Chimica Acta 361,2008,第581‑588
页,以及其中引用的相应参考文献。另外的化合物在F.A.Sperlich的论文2013年 Julius‑
Maximilians‑ 维尔茨堡的有机光伏器件用共轭聚合物和富勒烯的电子顺磁
共振光谱(F.A.Sperlich,Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy of
Conjugated Polymers and Fullerenes for Organic Photovoltaics,Julius‑
Maximilians‑ Würzburg,2013)以及其中引用的参考文献中描述。
选旋涂法,狭缝涂覆法或刮刀涂覆法,或替换地通过蒸发产生。通过这类方法,可以容易地
获得透明、半透明或透光的层,其可以表现出从100μm至2000μm,特别是从200μm至750μm 的
厚度。因此,以这种方式获得的有机光导材料的透明度、半透明度或透光度允许提供纵向传
感器的堆叠,每一个纵向传感器包括这种材料层。
镉(HgCdTe;同样简称为“MCT”) 或碲化汞锌(HgZnTe;同样简称为“MZT”)。而在根据现有技
术的IR 检测器中,由于各种原因,诸如获得优异的信号质量,特别是为了在经常困难的测
量条件下获得高的信噪比是必要的,以尽可能地照射可能包含一种或多种所述或其它硫属
元素化物光导材料的传感器区域。从这个观点来看,即使考虑减小可能入射到传感器区域
的光束的横截面,也将被认为是完全欺骗的。在IR检测器的已知技术中,最优实践是完全照
射传感器区域;与其的任何偏离将被视为错误的实验设置。
如以上和/或以下更详细地描述的一种或多种光导材料。通过在评估装置中评估纵向光学
传感器的纵向传感器信号,因此可以通过采用这种特定组合以相当令人惊讶的方式生成关
于对象的纵向位置(诸如深度)的至少一个信息项,该对象可以预先已经发射和/或反射光
束,该光束此后可以入射到光学检测器的传感器区域上。因此,使用适当的光导材料与入射
在该光导材料上的入射光束的横截面的变化相结合并且应用特别适配的评估装置可以因
此开放了到目前为止不可能的扩展的测量选项。
成电路,诸如一个或多个专用集成电路 (ASIC)和/或一个或多个数据处理装置,诸如一个
或多个计算机,优选地一个或多个微计算机和/或微控制器。可以包括附加组件,诸如一个
或多个预处理装置和/或数据采集装置,诸如用于接收和/或预处理传感器信号的一个或多
个装置,诸如一个或多个AD转换器和/或一个或多个滤波器。如在此所使用的,传感器信号
通常可以指纵向传感器信号中的一个,以及如果适用的话,也可以指横向传感器信号。此
外,评估装置可以包括一个或多个数据存储装置。此外,如上所述,评估装置可以包括一个
或多个接口,诸如一个或多个无线接口和/或一个或多个有线接口。
号作为输入变量,该一个或多个算法可以执行到对象的位置的预定变换。
作为输入变量,并且通过处理这些输入变量来生成关于对象的横向位置和纵向位置的信息
项。处理可以并行地、相继地或甚至以组合的方式进行。评估装置可以使用任意处理来生成
这些信息项,诸如通过计算和/或使用至少一个存储和/或已知的关系。除了传感器信号之
外,一个或多个另外的参数和/或信息项可以影响所述关系,例如关于调制频率的至少一个
信息项。所述关系可以根据经验、分析或半经验来确定或是可确定的。特别优选地,该关系
包括至少一个校准曲线、至少一组校准曲线、至少一个函数或所提到的可能性的组合。一个
或多个校准曲线可以例如以一组值的形式及其相关联的函数值的形式存储在例如数据存
储装置和/或表中。但是,可替代地或另外,至少一个校准曲线同样可以例如以参数化形式
和/或作为函数方程存储。可以使用将传感器信号处理为信息项的单独关系。可替代地,用
于处理传感器信号的至少一个组合关系是可行的。各种可能性可被设想并同样可以组合。
失性或非易失性数据存储器。作为数据处理装置,特别是至少一个计算机的替代或补充,评
估装置可以包括被设计用于确定信息项的一个或多个另外的电子组件,例如电子表,并且
特别地至少一个查找表和/或至少一个专用集成电路(ASIC)。
和/或控制检测器的至少一个调制装置。评估装置特别地可以被设计成执行至少一个测量
周期,在该测量周期内,拾取一个或多个传感器信号,诸如多个传感器信号,例如连续地在
照射的不同调制频率处的多个传感器信号。
运动,例如检测器或其一部分与对象或其一部分之间的相对运动。在该情况下,相对运动通
常可以包括至少一个线性运动和/或至少一个旋转运动。运动信息项例如同样可以通过比
较在不同时间拾取的至少两个信息项来获得,使得例如至少一个位置信息项同样可以包括
至少一个速度信息项和/或至少一个加速度信息项,例如关于对象或其一部分与检测器或
其一部分之间的至少一个相对速度的至少一个信息项。特别地,至少一个位置信息项通常
可以选自:关于对象或其一部分与检测器或其一部分之间的距离的信息项,特别是光路长
度;关于对象或其一部分与可选的传送装置或其一部分之间的距离或光学距离的信息项;
关于对象或其一部分相对于检测器或其一部分的定位的信息项;关于对象和/或其一部分
相对于检测器或其一部分的取向的信息项;关于对象或其一部分与检测器或其一部分之间
的相对运动的信息项;关于对象或其一部分的二维或三维空间配置的信息项,特别是对象
的几何形状或形式。通常,至少一个位置信息项可以因此选自例如以下组成的组:关于对象
或其至少一部分的至少一个位置的信息项;关于对象或其一部分的至少一个取向的信息;
关于对象或其一部分的几何形状或形式的信息项,关于对象或其一部分的速度的信息项,
关于对象或其一部分的加速度的信息项,关于对象或其一部分在检测器的视觉范围中存在
或不存在的信息项。
分与对象或其一部分之间的距离。所提到的可能性的组合同样可以被设想。
传感器区域或传感器表面因此可以平行取向,其中可容许微小的角度公差,诸如不大于
10°,优选不超过5°的角度公差。在此,优选地,可以优选地沿着检测器的光轴以堆叠形式布
置的检测器的所有纵向光学传感器可以是透明的。因此,光束可以在优选地随后入射在另
外的纵向光学传感器之前穿过第一透明纵向光学传感器。因此,来自对象的光束随后可以
到达存在于光学检测器中的所有纵向光学传感器。在此,不同的纵向光学传感器可以表现
出相对于入射光束的相同或不同的谱灵敏度。
传感器可以位于纵向光学传感器的堆叠的面向对象的一侧。可替代地或另外,一个或多个
横向光学传感器可以位于纵向光学传感器的堆叠的远离对象的一侧。另外或可替代地,可
以将一个或多个横向光学传感器插入在堆叠的纵向光学传感器之间。然而,诸如在仅期望
确定对象的深度的情况下,仅包括单个单独纵向光学传感器但不包括横向光学传感器的实
施例仍然是可能的。
位置可以是或可以包括在垂直于检测器的光轴的至少一个维度中的至少一个坐标。作为示
例,横向位置可以是在垂直于光轴的平面中,诸如在横向光学传感器的光敏传感器表面上
由光束生成的光斑的位置。作为示例,在平面中的位置可以以笛卡尔坐标和/或极坐标给
出。其它实施例是可行的。对于横向光学传感器的潜在实施例,可以参考WO 2014/097181
A1。然而,其它实施例是可行的,并且将在下面进一步详细描述。
模拟信号。作为示例,横向传感器信号可以是或可以包括电压信号和/或电流信号。另外或
可替代地,横向传感器信号可以是或可以包括数字数据。横向传感器信号可以包括单个信
号值和/或一系列信号值。横向传感器信号可以进一步包括可以通过组合两个或更多个个
体信号(诸如通过平均两个或更多个信号和/或通过形成两个或更多个信号的商)而导出的
任意信号。
伏材料可以嵌入在第一电极和第二电极之间。因此,横向光学传感器可以是或可以包括一
个或多个光电检测器,诸如一个或多个有机光电检测器,并且最优选地,一个或多个染料敏
化有机太阳能电池(DSC,同样称为染料太阳能电池),诸如一个或多个固体染料敏化有机太
阳能电池(s‑DSC)。因此,检测器可以包括充当至少一个横向光学传感器的一个或多个DSC
(诸如一个或多个sDSC)和充当至少一个纵向光学传感器的一个或多个DSC(诸如一个或多
个sDSC)。
层可以包括选自均匀相、结晶相、多晶相、微晶相、纳米晶相的和/或非晶相的组合物。优选
地,光导材料层可以嵌入在两层透明导电氧化物之间,透明导电氧化物优选包括氧化铟锡
(ITO)、掺氟的氧化锡(FTO)或氧化镁(MgO),其中两层中的一层可以被金属纳米线替代,特
别是由Ag纳米线替代。然而,其它材料是可行的,特别是根据期望的透明谱范围。
料,优选金属导电材料,更优选高度金属导电材料,诸如铜、银、金、合金或包括这些种类的
材料组合物,或石墨烯。在此,优选地,至少两个物理电极中的每一个可以以如下方式布置,
即可以实现光学传感器中的相应电极和光导层之间的直接电接触,特别地以便以尽可能少
的损耗获得纵向传感器信号,诸如由于在光学传感器和评估装置之间的传输路径中的附加
电阻导致的损耗。
置,并且从而可以在光学传感器中产生相应的导电束和光导层之间的直接电接触。通过将
这种直接电接触提供给光导层,导电束可以类似地用作将纵向传感器信号的至少一部分从
光学传感器传送到评估装置的部件。
信号可以指示传感器区域内入射光束的x和/或y 位置。传感器区可以是光电检测器面向对
象的表面。传感器区优选地可以垂直于光轴取向。因此,横向传感器信号可以指示由光束在
横向光学传感器的传感器区的平面中生成的光斑的位置。通常,如在此所使用的,术语“部
分电极”是指多个电极中的一个电极,其适于测量至少一个电流和/ 或电压信号,优选地独
立于其它部分电极。因此,在设置多个部分电极的情况下,相应的电极适于经由可以独立地
测量和/或使用的至少两个部分电极提供多个电势和/或电流和/或电压。
两个垂直部分电极的电流的比率,从而生成 y坐标。检测器,优选地横向光学传感器和/或
评估装置可以适于从通过部分电极的电流的至少一个比率导出关于对象的横向位置的信
息。通过比较通过部分电极的电流来生成位置坐标的其它方式是可行的。
个垂直部分电极以便确定垂直坐标或y坐标。因此,部分电极可以设置在传感器区的边缘
处,其中传感器区的内部空间保持空闲并且可以由一个或多个附加电极材料覆盖。如将在
下面进一步详细描述的,附加电极材料优选地可以是透明附加电极材料,诸如透明金属和/
或透明导电氧化物和/或最优选透明导电聚合物。
从由于入射光导致的电荷生成的位置到部分电极的途中可能会发生欧姆损耗或电阻损耗
的事实。因此,除了部分电极之外,分离电极可以包括连接到部分电极的一个或多个附加电
极材料,其中一个或多个附加电极材料提供电阻。因此,由于从电荷生成位置通过一个或多
个附加电极材料到部分电极的途中的欧姆损耗,通过部分电极的电流取决于电荷的生成位
置以及因此取决于光束在传感器区中的位置。关于确定传感器区中的光束的位置的原理的
细节,可以参考下文中的优选实施例和/或如WO 2014/097181 A1及其相应的参考文献中公
开的物理原理和装置选项。
x方向和/或y方向中)的横向位置。为此,至少一个横向光学传感器可以进一步适于生成至
少一个横向传感器信号。因此,评估装置可以被设计成通过评估纵向光学传感器的横向传
感器信号来生成关于对象的横向位置的至少一个信息项。
辐射。其中,部分根据标准ISO‑21348,术语可见光谱范围通常指380nm至760nm的光谱范围。
术语红外(IR)光谱范围通常是指在760nm至1000μm的范围内的电磁辐射,其中760nm 至1.4
μm的范围通常被称为近红外(NIR)光谱范围,并且从15μm至 1000μm的范围称为远红外
(FIR)光谱范围。术语紫外光谱范围通常是指1nm至380nm的范围内的电磁辐射,优选在
100nm至380nm的范围内。优选地,如本发明中使用的光是可见光,即在可见光谱范围内的
光。
束横截面敏感之外,由光束对传感器区域的照射可能导致传感器区域内的温度升高。作为
传感器区域中温度升高的结果,纵向传感器信号的电导率可以以这样的方式受到影响,即,
给定照射的相同总功率,根据由光束对传感器区域的照射的纵向传感器信号的改变可能被
用来确定传感器区域内的温度增加的值。
被称为“辐射热测定计(bolometers)”,或者如果它们表现在微米范围内的横向尺寸,诸如
在两个维度中的每一个维度中从10μm至100μm,则为“微辐射热测定计(micro‑
bolometers)”。作为微辐射热测定计的特别优点,包括这种布置的光学检测器可以以非冷
却的方式使用,并且因此可以通过使用简单的设置并且不需要冷却来提供在传感器区域处
的温度升高的测量值以及可从其导出的其它种类的测量参数,诸如热流。
围内表现出足够的检测效率。优选地,微辐射热测定计中利用的光导材料可以是硫属元素
化物,其可以选自硫化物硫属元素化物、硒化物硫属元素化物、碲化物硫属元素化物、三元
硫属元素化物、四元和更多元的硫属元素化物。替换地或额外地,微辐射热测定计中利用的
光导材料可以是可以选自包括氮化物磷属元素化物、磷化物磷属元素化物、砷化物磷属元
素化物、锑化物磷属元素化物、三元磷属元素化物、四元和更多元的磷属元素化物的组的磷
属元素化物。如通常使用的,术语“磷属元素化物”是指包括氮化物、磷化物、砷化物、锑化物
或铋化物阴离子的化合物。此外,其它种类的材料,特别是钒氧化物(VO2或 VOx)、非晶硅(a‑
Si)或铂‑硅合金(Pt:Si)同样可以用于这种微辐射热测定计内使用的光导材料的目的。
元硫属元素化物可以特别选自碲化汞镉(HgCdTe)、碲化汞锌(HgZnTe)或硫化汞镉(HgCdS),
氮化物磷属元素化物可选自氮化铟(InN)、氮化镓(GaN)、或氮化铟镓(InGaN),磷化物磷属
元素化物可选自磷化铟(InP)、磷化镓(GaP)或磷化铟镓 (InGaP),砷磷属元素化物可选自
砷化铟(InAs)、砷化镓(GaAs)或砷化铟镓(InGaAs),并且锑化物磷属元素化物可以选自锑
化铟(InSb)、锑化镓(GaSb)或锑化铟镓(InGaSb),而三元磷属元素化物可以选自磷化铟镓
(InGaP)、砷磷化镓(GaAsP)或磷化铝镓(AlGaP)。
的光束的路径确定的光轴。在此,纵向光学传感器中的每一个可以被认为是个体电阻器,并
且阵列内的多个纵向光学传感器可以优选地被认为是个体电阻器的矩阵。为了获取矩阵内
的纵向光学传感器的纵向光学传感器信号,根据本发明,矩阵内的个体电阻器的聚集电阻
取决于由入射光束照射的阵列中的纵向光学传感器的数量N。在此,纵向光学传感器中的每
一个可以被认为是阵列内的元素或图片元素,即像素。因此,可以获得互连的个体电阻器的
阵列,其中整个阵列或其一部分的聚集电阻可以取决于被照射的像素的数量。
感器的数量N来确定对象的至少一个纵向坐标。为此,光学传感器可以特别地适于生成至少
一个信号,该至少一个信号可以指示阵列内的针对像素中的每一个像素的照射强度。在优
选实施例中,评估装置可以因此适于将针对像素中的每一个像素的信号与至少一个阈值进
行比较,以便确定像素是否是被照射像素。此外,为了确定对象的纵向坐标,评估装置同样
可以被配置为使用由光束照射的像素数量N与纵向坐标之间的预定关系。在此,预定关系可
以尤其基于光束是高斯光束的假定。
内的温度增加。因此,给定照射的相同总功率,传感器区域的电导率可以因此进一步取决于
传感器区域中的温度,并且作为结果,给定照射的相同总功率,纵向传感器信号因此可以进
一步取决于传感器区域中的温度。如上所述,纵向光学传感器的阵列可以因此被认为对热
辐射敏感,即对红外光谱范围(特别是从5μm至15μm)中的入射光束的波长敏感,。结果,互连
的“辐射热测定计”阵列,或者如果辐射热测定计的横向尺寸可以在微米范围内,诸如在两
个维度中的每一个维度中从10μm至100μm,则因此可以获得互连的“微辐射热测定计”。再
次,包括所提到的微辐射热测定计的阵列的光学检测器可以表现出特定优点,即它可以以
非冷却的方式使用,因此能够节省构造支出以及相当多的能量。因此,通过使用简单的设置
并且不需要冷却,可以确定跨传感器区域的温度升高的测量值矩阵以及从其导出的测量参
数,诸如热流。此外,微辐射热测定计的阵列同样可以用于检测可能表现出高于围绕一个或
多个对象的体积的温度(即高于室温)的温度的至少一个对象。
斯光束,其可以由一个或多个高斯束参数表征,诸如束腰、瑞利长度或任何其它束参数中的
一个或多个或者适合于表征空间中的束直径的发展和/或束传播的束参数的组合。
诸如通过使用一个或多个初级光线或束,诸如具有预定特性的一个或多个初级光线或束。
在后一种情况下,从对象传播到检测器的光束可能是由对象和/或连接到对象的反射器件
反射的光束。
术语“束横截面”通常指光束的横向延伸或由光束在特定位置处生成的光斑。在生成圆形光
斑的情况下,半径、直径或高斯束腰或高斯束腰的两倍可用作束横截面的度量。在生成非圆
形光斑的情况下,可以以任何其它可行的方式确定横截面,诸如通过确定具有与非圆形光
斑相同面积的圆的横截面,其同样称为等效束横截面。在该方面,在相应材料(诸如光伏材
料)由具有尽可能小的横截面的光束入射的条件下,诸如当材料位于如受光学透镜影响的
焦点处或附近时,可以利用纵向传感器信号的极值(即极大值或极小值)的观察,特别是全
局极值。在极值是极大值的情况下,则该观察可以被认为是正的FiP效应,而在极值是极小
值的情况下,该观察可以被认为是负的FiP效应。
第一束直径或束横截面不同的第二束直径或束横截面的光束生成与第一纵向传感器信号
不同的第二纵向传感器信号。因此,通过比较纵向传感器信号,可以生成关于束横截面(具
体地关于束直径)的至少一个信息项。对于该效应的细节,可以参考WO 2012/110924 A1。因
此,可以比较由纵向光学传感器生成的纵向传感器信号,以便获得关于光束的总功率和/或
强度的信息和/或以便归一化纵向传感器信号和/或针对光束的总功率和/或总强度的关于
对象的纵向位置的至少一个信息项。因此,作为示例,可以检测纵向光学传感器信号的极大
值,并且可以将所有纵向传感器信号除以该极大值,从而生成归一化的纵向光学传感器信
号,然后可以通过使用上述已知关系将其变换成关于对象的至少一个纵向信息项。归一化
的其它方法是可行的,诸如使用纵向传感器信号的平均值并将所有纵向传感器信号除以平
均值的归一化。其它选项是可能的。这些选项中的每一个可以适合于使变换独立于光束的
总功率和/或强度。此外,可以因此生成关于光束的总功率和/或强度的信息。
位置之间的已知关系导出。该已知关系可以作为算法和/或作为一个或多个校准曲线存储
在评估装置中。作为示例,具体地,针对高斯束,可以通过使用束腰与纵向坐标之间的高斯
关系来容易地导出束直径或束腰与对象的位置之间的关系。
或部分已知的,已知的是,在许多光束中,束横截面在到达焦点之前变窄,并且然后再次变
宽。因此,在光束具有最窄束横截面的焦点之前和之后,出现沿着光束的传播轴光束具有相
同的横截面的位置。因此,作为示例,在焦点之前和之后的距离z0处,光束的横截面相同。因
此,在仅使用具有特定谱灵敏度的一个纵向光学传感器的情况下,在已知光束的总功率或
强度的情况下,可能确定光束的具体横截面。通过使用该信息,可以确定相应纵向光学传感
器距焦点的距离z0。然而,为了确定相应的纵向光学传感器是否位于焦点之前或之后,需要
附加信息,诸如对象和/或检测器的运动历史和/或关于检测器位于焦点之前或之后的信
息。在通常情况下,可能不提供这种附加信息。因此,为了解决上述模糊性,可以获得附加信
息。因此,在评估装置通过评估纵向传感器信号识别出第一纵向光学传感器上的光束的束
横截面大于第二纵向光学传感器上的光束的束横截面的情况下,其中第二纵向光学传感器
位于第一纵向光学传感器的后面,评估装置可以确定光束仍然变窄并且第一纵向光学传感
器的位置位于光束的焦点之前。相反,在第一纵向光学传感器上的光束的束横截面小于第
二纵向光学传感器上的光束的束横截面的情况下,评估装置可以确定光束变宽并且第二纵
向光学传感器的位置位于焦点之后。因此,通常,评估装置可以通过比较不同纵向传感器的
纵向传感器信号来识别光束是否变宽或变窄。
于将光束的束横截面和/或直径与光束的已知束特性进行比较,以便优选地从光束的束直
径对光束的传播方向中的至少一个传播坐标的已知相关性和/或从光束的已知高斯分布,
确定关于对象的纵向位置的至少一个信息项。
象的至少一个横向坐标,所述至少一个横向光学传感器可以是像素化的、分段的或大面积
的横向光学传感器,如同样在WO 2014/097181 A1中进一步概述的。
以进一步沿着公共光轴布置。最优选地,从对象出射的光束可以在该情况下首先行进通过
至少一个传送装置,并且然后通过单个透明纵向光学传感器或透明纵向光学传感器的堆
叠,直到其最终入射在成像装置上。如在此所使用的,术语“传送装置”是指可以被配置为将
从对象出射的至少一个光束传送到检测器内的光学传感器(即至少两个纵向光学传感器和
至少一个可选的横向光学传感器)的光学元件。因此,传送装置可以被设计成将从对象传播
到检测器的光馈送到光学传感器,其中可以借助于传送装置的成像或者非成像特性来可选
地实现该馈送。特别地,传送装置同样可以设计成在电磁辐射被馈送到横向和/或纵向光学
传感器之前收集电磁辐射。
区域上的照射的几何形状可以取决于传送装置和对象之间的相对定位,例如距离。如在此
所使用的,传送装置可以以如下方式被设计,即,特别地如果对象被布置在检测器的视觉范
围内,那么从对象出射的电磁辐射完全传送到传感器区域,例如完全聚焦到传感器区域。
部分。然而,可替代地或另外,成像装置同样可以布置在检测器壳体的外部,例如作为单独
的成像装置。可替代地或另外,成像装置同样可以连接到检测器或者甚至是检测器的一部
分。在优选的布置中,透明纵向光学传感器的堆叠和成像装置沿着光束行进的公共光轴对
准。因此,可以以光束行进通过透明纵向光学传感器的堆叠直到其入射在成像装置上的方
式将成像装置定位在光束的光路中。然而,其它布置是可能的。
部分地用作相机,诸如IR相机或RGB相机,即被设计成在三个单独的连接上递送被指定为红
色、绿色和蓝色的三种基本颜色的相机。因此,作为示例,至少一个成像装置可以是或可以
包括从由以下组成的组中选择的至少一个成像装置:像素化有机相机元件,优选像素化有
机相机芯片;像素化无机相机元件,优选像素化无机相机芯片,更优选CCD或CMOS芯片;单色
相机元件,优选单色相机芯片;多色相机元件,优选多色相机芯片;全色相机元件,优选全色
相机芯片。成像装置可以是或可以包括从由单色成像装置、多色成像装置和至少一个全色
成像装置组成的组中选择的至少一种装置。如本领域技术人员将认识到的,可以通过使用
滤波器技术和/或通过使用固有颜色灵敏度或其它技术来产生多色成像装置和/或全色成
像装置。成像装置的其它实施例同样是可能的。
极限界定,并且电磁辐射从该对象的部分区域出射。在该情况下,成像应被理解为意味着从
对象的相应部分区域出射的电磁辐射例如借助于检测器的至少一个可选传送装置被馈送
到成像装置中。电磁射线可以由对象本身例如以发光辐射的形式生成。可替代地或另外,至
少一个检测器可以包括用于照射对象的至少一个照射源。
个部分区域被同时成像的实施例。成像装置被设计成在对象的部分区域的该成像期间生成
与部分区域相关联的信号,优选电子信号。信号可以是模拟和/或数字信号。通过示例的方
式,电子信号可以与每一个部分区域相关联。因此,电子信号可以同时或者以时间上交错的
方式生成。通过示例的方式,在行扫描或线扫描期间,可以生成与对象的部分区域对应的一
系列电子信号,该一系列电子信号例如在线中串接在一起。此外,成像装置可以包括一个或
多个信号处理装置,诸如用于处理和/或预处理电子信号的一个或多个滤波器和/或模拟数
字转换器。
射源影响。照射源可以以各种方式体现。因此,照射源可以例如是检测器壳体中的检测器的
一部分。然而,可替代地或另外,至少一个照射源同样可以布置在检测器壳体的外部,例如
作为单独的光源。照射源可以与对象分离布置并且距一段距离照射对象。可替代地或另外,
照射源同样可以连接到对象,或者甚至是对象的一部分,使得通过示例的方式同样可以由
照射源直接生成从对象出射的电磁辐射。通过示例的方式,至少一个照射源可以布置在对
象上和/或对象中并且直接生成电磁辐射,借助于该电磁辐射照射传感器区域。该照射源可
以例如是或包括环境光源和/或可以是或可以包括人造照射源。通过示例的方式,可以在对
象上布置至少一个红外发射器和/或用于可见光的至少一个发射器和/或用于紫外光的至
少一个发射器。通过示例的方式,可以在对象上和/或对象中布置至少一个发光二极管和/
或至少一个激光二极管。照射源可以特别地包括以下照射源中的一个或多个:激光器,特别
是激光二极管,尽管原则上可替代地或另外地也可以使用其它类型的激光器;发光二极管;
白炽灯;霓虹灯;焰源;热源;有机光源,特别是有机发光二极管;结构化光源。可替代地或另
外,同样可以使用其它照射源。如果照射源被设计成生成具有高斯束分布的一个或多个光
束是特别优选,如例如在许多激光器中至少近似情况。对于可选照射源的另外潜在实施例,
可以参考WO 2012/110924 A1 和WO 2014/097181 A1中的一个。其它实施例仍是可行的。
微米的范围内。最优选地,至少一个照射源适于发射可见光谱范围内、优选在500nm至780nm
的范围内、最优选在650nm至750nm或690nm至700nm的范围内的光。在此,特别优选的是,照
射源可以表现出可以与纵向传感器的光谱灵敏度相关的光谱范围,特别是以确保由相应照
射源照射的纵向传感器可以提供具有高强度的传感器信号的方式,该高强度因此能够以足
够的信噪比进行高分辨率评估。
或另一种适当的材料。在此,可以通过施加至少一种沉积方法来制造光导材料层,所述沉积
方法可以选自如下组成的组:真空蒸镀、溅射、化学气相沉积、喷雾热解、电沉积、阳极氧化、
电转化、无电浸渍生长(electro‑less dip growth)、连续离子吸附和反应、化学浴沉积和
溶液‑气体界面技术。因此,光导材料的层可以表现出在从10 nm至1000μm,特别是从100nm
至10μm的范围内的厚度。然而,以上和/或以下提及的其它光导材料同样可以用于该目的,
并且同样可以以相同或类似的方式处理。
适当的衬底上并且提供至少两个电极作为导电接触,因此可以获得根据本发明的纵向光学
传感器。在此,由入射光束对传感器区域中的光导材料的照射导致被照射的光导材料层中
的电导率的变化,给定照射的相同总功率,该变化取决于传感器区域中光束的束横截面。因
此,在由光束入射传感器区域时,至少两个电极可以提供纵向传感器信号,该纵向传感器信
号取决于光导材料的电导率并且因此允许确定传感器区域中光束的束横截面,如其它地方
所描述的。在该优选实施例中,入射光束可以直接入射在光导材料上,或者可以首先入射到
衬底上,直到其可以到达光导材料中的传感器区域,在这种情况下,利用透明衬底或至少透
光的衬底(诸如玻璃衬底或石英衬底)可以是有利的。
传感器(其中可能需要更多层不同类型的材料)相比时,该优点变得特别明显。然而,这里使
用的较低数量的层仍然可以为纵向光学传感器提供工作实施例。然而,其它实施例同样可
以适合作为用于根据本发明的纵向光学传感器的设置。
个调制频率优选周期性地变化的过程。特别地,可以在照射的总功率的极大值和极小值之
间实现周期性调制。极小值可以是0,但是也可以>0,使得例如可以不必实现完全调制。调制
可以例如在对象和光学传感器之间的束路径中实现,例如通过将至少一个调制装置布置在
所述束路径中。然而,可替代地或另外,调制同样可以在下面更详细描述的用于照射对象的
可选的照射源和对象之间的束路径中实现,例如通过将至少一个调制装置布置在所述光束
路径中。这些可能性的组合同样是可设想的。至少一个调制装置可以包括例如束斩波器或
一些其它类型的周期性束中断装置,例如包括至少一个中断器叶片或中断器轮,其优选地
以恒定速度旋转并且因此可以周期性地中断照射。然而,可替代地或另外,同样可以使用一
种或多种不同类型的调制装置,例如基于电光效应和/或声光效应的调制装置。再次可替代
地或另外,至少一个可选照射源本身同样可被设计成生成调制照射,例如通过所述照射源
本身具有调制强度和/或总功率(例如周期性调制的总功率)和/或通过所述照射源被实现
为脉冲照射源(例如实现为脉冲激光器)。因此,通过示例的方式,至少一个调制装置同样可
以全部或部分地集成到照射源中。各种可能性是可设想的。
至少两个纵向传感器信号生成几何信息。如在 WO 2012/110924 A1和WO 2014/097181 A1
中描述的,可以解决模糊性和 /或可以考虑到例如照射的总功率通常是未知的事实。通过
示例的方式,检测器可被设计成对对象和/或检测器的至少一个传感器区域(诸如至少一个
纵向光学传感器的至少一个传感器区域)的照射进行调制,频率为0.05Hz 至1MHz,诸如
0.1Hz至10kHz。如上所述,为此,检测器可以包括至少一个调制装置,其可以集成到至少一
个可选照射源中和/或可以独立于照射源。因此,至少一个照射源本身可以适于生成照射的
上述调制,和/或可以存在至少一个独立的调制装置,诸如至少一个斩波器和/或具有调制
传输性的至少一个装置,诸如至少一个电光装置和/或至少一个声光装置。
细示出的,在许多相关情况下可以不需要施加调制频率,以便获取关于对象的所需纵向信
息。结果,光学检测器可以因此不需要包括调制装置,这可以进一步有助于空间检测器的简
单和成本有效的设置。作为另一结果,空间光调制器可以以时分复用模式而不是频率复用
模式或其组合使用。
学检测的检测器包括:
传感器信号,其中给定照射的相同总功率,纵向传感器信号取决于在传感器区域中光束的
束横截面,其中传感器区域包括能够维持电流的至少一种光导材料,其中给定照射的相同
总功率,材料的至少一个特性取决于传感器区域中光束的束横截面,其中纵向传感器信号
取决于至少一个特性;以及
中光束的束横截面,材料的该至少一个特性为材料的电导率或材料的另一种材料特性,诸
如材料的热导率、吸光度、散射特性、介电特性、磁特性或光学特性,特别是偏振、反射率、折
射率或透射率。
定传感器区域中光束的束横截面并且因此如上所述生成关于对象的纵向位置的至少一个
信息项。在此,纵向信号可以是诸如电压或电流的电信号,但是可以首先是不同类型的物理
信号,特别是光信号,其后可以被转换成电信号,然后可以进一步将该电信号处理为纵向传
感器信号。关于本发明的该方面的更多细节,可以参考如以上和/或以下提供的光学检测器
的其它方面的描述。
步已知的,非晶硅可以通过将其沉积到合适的衬底上作为一层(特别是作为薄膜)而获得。
然而,其它方法可以适用。此外,非晶硅可以特别地通过使用氢来钝化,通过该氢钝化可以
使非晶硅内的多个悬挂键的数量减少数个数量级。结果,通常简称为“a‑Si: H”的氢化非晶
硅可以表现出少量的缺陷,因此允许使用它用于光学装置。
于可以入射到纵向光学传感器的光束到达包括非晶硅的层的目的,至少一个电极,特别是
位于入射光束的路径内的电极可以选择为至少部分光学透明的。在此,至少部分光学透明
的电极可以包括至少一种透明导电氧化物(TCO),特别是以下中的至少一种:铟掺杂氧化锡
(ITO)、氟掺杂氧化锡(FTO)、铝掺杂氧化锌(AZO)或钙钛矿TCO,诸如SrVO3或CaVO3,或者可替
代地,金属纳米线,特别是 Ag或Cu纳米线。然而,作为电极材料的其它类型的光学透明材料
同样是可以适用的。也称为“背电极”的一个或多个剩余电极也可以是光学上不透明的,特
别是只要它们位于纵向光学传感器内的光束的路径的外侧。在此,至少一个光学不透明电
极可以优选地包括金属电极,特别是银(Ag) 电极、铂(Pt)电极、铝(Al)电极或金(Au)电极
中的一个或多个,或可替代地可以包括石墨烯电极。优选地,光学部透明电极可以包括均匀
的金属层。可替代地,光学不透明电极可以是被布置为多个部分电极或以金属栅的形式布
置的分离电极。
层的电子装置。从当前技术水平中已知的,在n型半导体层中,电荷载流子主要由电子提供,
但在p型半导体层中,电荷载流子主要由空穴提供。在优选实施例中,p型半导体层可以部分
地或全部地由非晶碳化硅构成。此外,i型半导体层包括未掺杂的本征非晶硅。特别是在本
发明的纵向光学传感器中,i型半导体层可以表现出超过n型半导体层和p型半导体层中的
每一个的厚度的厚度,特别地至少为 2倍,优选至少5倍,更优选至少10倍或更多倍。作为示
例,i型半导体层的厚度可以为从100nm至3000nm,特别是从600nm至800nm,而n 型和p型半
导体层的厚度可以为从5nm至100nm,特别是从10nm至60 nm。
至50kHz的光束的调制频率的范围中可以基本上是频率无关的。下面将更详细地介绍表明
所提到的特征的发生的实验结果。此外,与其它已知的FiP装置相比,包括非晶硅的光学检
测器可以表现出相应半导体材料的丰度、容易的生产流程以及相当高的信噪比的特定优
点。
有助于本传感器中的光电流的光子通量的一部分。结果,包括非晶硅的PIN二极管可以在从
380nm延伸到700nm 的波长范围内表现出针对外部量子效率的特别高的值,而对于该范围
之外的波长,特别是对于低于380nm的波长,即在UV范围内,以及对于700 nm以上的波长,特
别是在NIR范围内的波长,外部量子效率可能较低,因此在800nm以上微乎其微。因此,当入
射光束具有覆盖大多数可见光谱范围的范围内(尤其是从380nm至700nm)的波长时,在半导
体层中的至少一个半导体层中包括非晶硅的PIN二极管可以优选地用于根据本发明的用于
至少一个对象的光学检测的检测器中。
以覆盖从1nm至400nm,特别是从100nm至400nm的电磁光谱的划分,并且可以被细分为如由
ISO标准 ISO‑21348推荐的多个范围,其中这里提供的替代PIN二极管可以特别适用于从
400nm至315nm的紫外线A范围(缩写为“UVA”),和/或从 315nm至280nm的紫外线B范围(缩写
为“UVB”)。为此,替代的 PIN二极管可以表现出与包括如以上和/或以下描述的非晶硅的
PIN二极管相同或相似的布置,其中非晶硅(a‑Si)或氢化非晶硅(a‑Si:H)分别可以至少部
分地由硅和碳的非晶态合金(a‑SiC)或优选地由氢化非晶态硅碳合金(a‑SiC:H)替代。这种
替代的PIN二极管可以在UV波长范围内(优选在从280nm至400nm的完整UVA和UVB波长范围
内)表现出高的外部量子效率。在此,氢化非晶态硅碳合金(a‑SiC:H)优选可以通过使用
SiH4和CH4作为过程气体在等离子体增强沉积工艺中产生。然而,用于提供a‑SiC:H的其它制
造方法同样可以适用。
SiC:H的层可用作p掺杂空穴提取层,该p掺杂空穴提取层特别地布置在光束可以进入装置
的装置的一侧。作为该布置的结果,可以显著减少空穴可能必须行进以便能够对光电流有
贡献的距离。因此,在根据本发明的检测器中提供PIN二极管是有利的,其中 p型半导体层
可以表现出从2nm至20nm,优选从4nm至10nm,诸如约5nm的厚度。仍然,具有UV光谱范围内
(尤其是在UVA光谱范围和 /或UVB光谱范围内)的波长的可以入射到包括这种薄p型半导体
层的PIN 二极管的一侧上的特定光束的可以在其中被吸收。此外,这种薄层可以进一步允
许电子穿过该层,并且从而进入PIN二极管的相邻i型半导体层。在此,同样可以优选包括a‑
SiC:H的i型半导体层可以等同地表现出从2 nm至20nm的厚度,优选为从4nm至10nm的厚度,
诸如约5nm的厚度。然而,半导体层中的至少一个可以包括至少部分a‑SiC:H的其它种类的
PIN二极管同样可能是可行的。
可以特别地用于可能需要UV响应的应用中,诸如用于能够观察UV光谱范围中的光学现象,
或者用于UV响应是合适的应用中,诸如当可以使用发射在UV光谱范围内的至少一个波长的
有源 (active)目标时。
(其同样可以缩写为“IR‑A”)可以覆盖如由ISO标准ISO‑21348推荐的从760nm至1400nm的电
磁光谱的划分。为此,替代的PIN二极管可以表现出与包括如以上和/或以下描述的非晶硅
的PIN二极管相同或类似的布置,其中非晶硅(a‑Si)或氢化非晶硅(a‑Si:H)分别可以至少
部分地由微晶硅(μc‑Si)(优选氢化微晶硅 (μc‑Si:H))或锗和硅的非晶态合金(a‑GeSi)
(优选氢化非晶态锗硅合金(a‑GeSi:H))中的一个替代。这种另外种类的PIN二极管可以在
这样的波长范围内表现出高的外部量子效率,即该波长范围可以至少部分地覆盖从760nm
至1400nm,特别是至少从760nm至1000nm的NIR 波长范围。通过示例的方式,包括μc‑Si的
PIN二极管在大约从500nm延伸到1100nm的波长范围内具有不可忽略的量子效率。
至200nm的衬底材料的有序列之间的微晶。然而,同样可以应用用于提供μc‑Si:H的另一种
生产方法,其会导致(但是不一定)μc‑Si:H的替代布置。此外,氢化非晶态锗硅合金(a‑
GeSi:H)可以优选地通过在公共反应器内使用SiH4、GeH4和H2作为过程气体来产生。此外,用
于提供a‑GeSi:H的其它产生方法可能是可行的。
如上所述,这可以构成在纵向传感器中发生FiP效应的基础,该纵向传感器配备有包括这些
种类的半导体层的 PIN二极管。结果,这种纵向传感器可以特别地用于可能需要NIR响应的
应用中,诸如在夜视或雾觉中,或者用于NIR响应是合适的应用中,诸如当可以使用发射在
NIR光谱范围内的至少一个波长的有源目标时,例如在当通过使用NIR照射源可以使动物或
人类不受干扰时可能是有利的情况下。
检测的检测器包括:
传感器信号,其中给定照射的相同总功率,纵向传感器信号取决于传感器区域中光束的束
横截面,其中给定照射的相同总功率,纵向光学传感器能够生成至少一个纵向传感器信号,
该纵向传感器信号取决于传感器区域中光束的束横截面,使得纵向传感器信号的幅度随着
由光束在传感器区域中生成的光斑的横截面减小而减小;以及
以观察到至少一个纵向传感器信号对传感器区域中光束的束横截面的相关性,根据该相关
性,纵向传感器信号的幅度随着由光束在传感器区域中生成的光斑的横截面减小而减小。
如上所述,该观察可以被称为“负的FiP”效应。
细节,可以参考如以上和/或以下提供的光学检测器的其它方面的描述。
检测的检测器包括:
传感器信号,其中给定照射的相同总功率,纵向传感器信号取决于传感器区域中光束的束
横截面,其中给定照射的相同总功率,纵向光学传感器能够生成至少一个纵向传感器信号,
该纵向传感器信号取决于传感器区域中光束的束横截面,其中纵向传感器信号的极小值在
传感器区域由光束以最小可得束横截面入射的条件下发生;以及
面。在此,可以观察到至少一个纵向传感器信号对传感器区域中光束的束横截面的相关性,
根据该相关性,纵向传感器信号的极小值在传感器区域由光束以最小可得束横截面入射的
条件下发生,特别是当材料可以位于如由包括在光学检测器中的光学透镜实现的焦点处或
附近时。如上所述,该观察提供了对所谓的“负的FiP”效应的不同描述。
细节,可以参考如以上和/或以下提供的光学检测器的其它方面的描述。
学检测的检测器包括:
传感器信号,其中给定照射的相同总功率,纵向传感器信号取决于传感器区域中光束的束
横截面,其中纵向传感器在0 Hz至500Hz的光束的调制频率的范围内基本上是频率独立的;
以及
上是频率独立的。因此,术语“基本上”描述当光束的调制频率在指示的频率范围内变化时,
纵向传感器的幅度变化小于10%,优选小于1%的观察。如上所述,该描述是指“FiP”效应同
样可以在低频率处发生的观察,特别是在0Hz处,其指示除了在围绕光学检测器附近的不可
避免的自然或技术上出现的调制频率之外,不存在调制频率。
本发明的该方面的更多细节,可以参考如以上和/或以下提供的光学检测器的其它方面的
描述。
检测的检测器包括:
传感器信号,其中给定照射的相同总功率,纵向传感器信号取决于传感器区域中光束的束
横截面,其中纵向光学传感器包括以光导模式驱动的至少一个光电二极管,其中给定相同
的总功率照射,传感器区域的电导率取决于传感器区域中光束的束横截面,其中纵向传感
器信号取决于电导率;以及
子元件包括导电材料,特别是半导体材料,其表现出pn结或PIN结构,即光电二极管内部的
至少两种类型的材料,其中至少两种类型的材料包括称为“p型”和“n型”材料的不同种类的
掺杂,该“p型”和“n型”材料可进一步由本征“i”型区域分离。通常用于光电二极管的已知材
料包括硅(Si)、锗(Ge)、砷化铟镓(InGaAs)、硫化铅(II)(PbS)和碲化汞镉(HgCdTe)。然而,
其它材料可能是可行的。
与使用零偏压的所谓“光伏模式”相反。一般来说,将光导模式应用于光电二极管会导致观
察到,给定照射的相同总功率,发现光电流取决于传感器区域中光束的束横截面。因此,由
于纵向传感器信号取决于电导率,记录至少一个纵向传感器信号因此允许确定传感器区域
中光束的束横截面,并且因此如上所述,生成关于对象的纵向位置的至少一个信息项。
管的纵向光学传感器的电导率。在此,纵向光学传感器的电导率可通过使用偏置电压源来
电调节。为此,偏置电压源可以被配置为以特别地可以通过使用切换装置在纵向光学传感
器的至少两个操作模式之间切换的方式,向光电二极管施加至少两个不同的偏置电压。
种情况下,纵向光学传感器因此可以被认为是采用第一操作模式。另一方面,可以使用零偏
置,使得光电二极管可以是未偏置的,并且因此在如上所述的光伏模式中被驱动。在这种第
二种情况下,纵向光学传感器因此可以被认为是采用第二操作模式。因此,切换装置可以适
于对偏置电压源施加影响,以便设定偏置电压,诸如这里所描述的。如在此所使用的,术语
“操作模式”可以指纵向光学传感器的确定状态,特别是指操作状态。在此,操作模式可以取
决于纵向光学传感器的电导率的可调节值,使得纵向光学传感器在第一操作模式中可以生
成第一纵向传感器信号,并且在第二操作模式中生成第二纵向传感器信号,其中第一纵向
传感器信号和第二纵向传感器信号彼此不同。结果,纵向光学传感器可以因而被配置为在
至少两种操作模式中对至少一个对象进行光学检测。在此,调节纵向光学传感器可能需要
一定的时间周期,以便在偏置电压改变之后进入改变的操作模式。然而,在第一操作模式中
检测光电流和随后的第二操作模式中检测光电流之间的时间周期或反之亦然可以被布置
为尽可能短。
以及另外至少一对电极。在此,p型吸收体材料和n型半导体层形成光电二极管,同时可以需
要电极来收集电荷载流子。此外,该类型的薄膜太阳能电池中可以存在其他种类的层,特别
是至少一个衬底、至少一个背接触层、至少一个缓冲层和/或至少一个保护层。稍后将更详
细地描述这种薄膜太阳能电池的优选配置的特定示例,该薄膜太阳能电池可以特别适于用
做根据本发明的纵向光学传感器中的光电二极管中的一个。
或锗(Ge)中的一种或多种。可替代地,p型吸收体材料可以表现出改性的类金刚石结构,其
中类金刚石结构的四价原子中的一个或多个可以被原子组合取代,该原子组合特别地可以
影响改性结构内的四价电子的平均值。作为示例,包括周期表III和V 族中的每一个的一种
化学元素的III‑V化合物可适用于该目的,因为共同包括2×4=8价电子的两个四价原子可
以相应地由3+5=8价电子取代。作为另外的示例,同样可以使用包括来自I和III族中的每
一个的一种化学元素和来自VI族的两种化学元素的I‑III‑VI2化合物,因为共同包括4×4
= 16价电子的4个四价原子可在这里由1+4+(2×6)=16价电子取代。然而,其它种类的组
合同样可能是可行的。
CuInxGa(1‑x)Se2的化学式,其中x 可以从0(即纯CuGaSe2)变化到1(即纯CIS);
Br或I),优选碘化甲基铵铅 (CH3NH3PbI3)。
例同样可能是可行的。
及所提到的I2‑II‑IV‑VI4族化合物CZTS、 CZTSe和CZTSSe可以在从780nm至1300nm的可见光
谱范围和NIR光谱范围内用于相关目的。然而,对于更长的波长,特别是在1300nm以上, II‑
VI族化合物InSb和HgCdTe(MCT)可以是优选的选择。
中的一种或多种。
此,优选地,至少两个检测器可以具有相同的光学特性,但是同样可以相对于彼此不同。另
外,该布置可以进一步包括至少一个照射源。在此,可以通过使用生成初级光的至少一个照
射源照射至少一个对象,其中至少一个对象弹性或非弹性地反射初级光,从而生成传播到
至少两个检测器中的一个的多个光束。至少一个照射源可以形成或可以不形成至少两个检
测器中的每一个的构成部分。通过示例的方式,至少一个照射源本身可以是或可以包括环
境光源和/或可以是或可以包括人造照射源。该实施例优选地适用于使用至少两个检测器,
优选两个相同检测器来获取深度信息的应用,特别是为了提供扩展单个检测器的固有测量
体积的测量体积的目的。
光学传感器可以以准直的布置被布置在单独的束路径中,以便生成单个圆形的三维图像。
因此,单独的光学传感器可以以它们被定位成平行于光轴的方式对准,并且另外可以表现
出在垂直于检测器的光轴的取向中的个体移位。在此,可以通过适当的措施,诸如通过调节
个体光学传感器和/或相应的传送元件的位置和取向来实现对准。因此,以它们能够生成或
增加深度信息的感知的方式,尤其是以深度信息可以通过组合视觉信息来获得的方式,两
个个体光学传感器可以优选地被间隔开,该视觉信息如从具有重叠视场的两个个体的光学
传感器导出,诸如通过双目视觉获得的视觉信息。为此,个体光学传感器可以优选地彼此间
隔开1cm至100cm,优选10cm至25cm的距离,如在垂直于光轴的方向中确定的。如在此所使用
的,本实施例中提供的检测器可以特别地是将在下面更详细描述的“立体系统”的一部分。
除了允许立体视觉之外,主要基于多于一个光学传感器的使用的立体系统的进一步的特定
优点可以特别地包括总强度的增加和/或较低的检测阈值。
面进一步详细描述的上述检测器可被一个或多个用户使用,以向机器提供信息和/或命令。
因此,优选地,人机接口可以用于输入控制命令。
接口被设计成借助于检测器生成用户的至少一个几何信息项,其中人机接口被设计为将几
何信息分配给至少一个信息项,特别是分配给至少一个控制命令。
休闲和/或娱乐的目的的装置。作为示例,娱乐装置可以用于游戏的目的,优选地是计算机
游戏。另外或可替代地,娱乐装置同样可以用于其它目的,诸如通常用于锻炼、运动、物理治
疗或运动跟踪。因此,娱乐装置可以被实现到计算机、计算机网络或计算机系统中,或者可
以包括运行一个或多个游戏软件程序的计算机、计算机网络或计算机系统。
使得至少一个信息项可以由玩家借助于人机接口来输入。至少一个信息项可以被发送到娱
乐装置的控制器和/或计算机和 /或可被娱乐装置的控制器和/或计算机使用。
系列过去位置的信息的装置。另外,跟踪系统可以适于提供关于至少一个对象或对象的至
少一个部分的至少一个预测的未来位置的信息。跟踪系统可以具有至少一个轨迹控制器,
其可以完全地或部分地被实现为电子装置,优选地实现为至少一个数据处理装置,更优选
地实现为至少一个计算机或微控制器。此外,至少一个轨迹控制器可以包括至少一个评估
装置和/或可以是至少一个评估装置的一部分,和/或可以完全或部分地与至少一个评估装
置相同。
步包括至少一个轨迹控制器。跟踪系统可以包括一个、两个或更多个检测器,特别是两个或
更多个相同的检测器,其允许可靠地获取关于在两个或更多个检测器之间的重叠体积中的
至少一个对象的深度信息。轨迹控制器适于跟踪对象的一系列位置,每一个位置包括关于
对象在特定时间点的位置的至少一个信息项。
至少一个信标装置的对象的位置的信息,特别是生成关于包括表现出特定光谱灵敏度的特
定信标装置对象的位置的信息。因此,可以由本发明的检测器优选地以同时的方式跟踪表
现出不同光谱灵敏度的一个以上的信标。在此,信标装置可以完全或部分地被实现为有源
信标装置和/或无源信标装置。作为示例,信标装置可以包括适于生成待发送到检测器的至
少一个光束的至少一个照射源。另外或可替代地,信标装置可以包括适于反射由照射源生
成的光的至少一个反射器,从而生成待发送到检测器的反射光束。
置为用于照射位于至少一个对象的至少一个表面的至少一个点(dot),并且用于生成关于
该至少一个点与该扫描系统之间的距离的至少一个信息项。为了生成关于该至少一个点和
该扫描系统之间的距离的至少一个信息项,扫描系统包括根据本发明的至少一个检测器,
诸如如在上面列出的一个或多个实施例中所公开的和/或如以下一个或多个实施例中所公
开的至少一个检测器。
例如由扫描系统的用户选择以由照射源照射的对象表面的一部分上的小区域。优选地,点
可以表现出这样的一个尺寸,其一方面该尺寸可以尽可能小,以便允许扫描系统确定由扫
描系统包括的照射源与该点所位于的对象表面的该部分之间的距离的值尽可能精确,并且
另一方面该点可以尽可能大,以便允许扫描系统的用户或扫描系统本身特别地通过自动程
序检测对象表面相关部分上的点的存在。
由于其通常限定的束分布和其它可操作性的特性,使用至少一个激光源作为照射源是特别
优选的。在此,单个激光源的使用可以是优选的,特别是在提供可以由用户容易地存储和传
送的紧凑扫描系统是重要的情况下。因此,照射源可以优选地是检测器的构成部分,并且因
此可以特别地集成到检测器中,诸如集成到检测器的壳体中。在优选的实施例中,特别地,
扫描系统的壳体可以包括被配置用于诸如以易于阅读的方式向用户提供距离相关的信息
的至少一个显示器。在另一个优选的实施例中,特别地,扫描系统的壳体另外可以包括至少
一个按钮,该按钮可被配置为用于操作与扫描系统相关的至少一个功能,诸如用于设置一
个或多个操作模式。在另一优选实施例中,特别地,扫描系统的壳体另外可以包括可配置成
用于将扫描系统固定到另一表面的至少一个紧固单元,诸如橡胶脚、基板或壁保持器,诸如
包括磁性材料,特别是用于提高距离测量的精度和/或由用户对扫描系统的可操作性。
测器,可以由此生成关于至少一个点与扫描系统之间的距离的至少一个信息项。因此,优选
地,诸如通过利用如由至少一个检测器包括的评估装置,可以确定如由扫描系统所包括的
照射系统和如由照射源生成的单点之间的距离。然而,扫描系统可以进一步包括可以特别
地适用于该目的的附加评估系统。可替代地或另外,可以考虑扫描系统的尺寸,特别是扫描
系统的壳体的尺寸,并且因此替代地可确定扫描系统的壳体上的特定点(诸如壳体的前边
缘或后边缘)与单个点之间的距离。
面处或在两个单独对象处的两个不同表面处的两个相应的点。然而,对于两个个体激光束
之间的相应角度的其它值同样可能是可行的。特别地,该特征可以用于间接测量功能,诸如
用于导出不可直接进入的(诸如由于扫描系统和点之间存在一个或多个障碍物)或其他难
以到达的间接距离。通过示例的方式,因此通过测量两个个体距离并通过使用毕达哥拉斯
(Pythagoras)公式导出高度,可以确定对象的高度的值。特别是为了能够保持关于对象的
预定义水平,扫描系统可以进一步包括至少一个调平单元,特别是集成的气泡小瓶,其可以
用于由用户保持预定义水平。
的至少一个表面上的点阵列的方式布置。为此,可以提供特别适合的光学元件,诸如分束器
件和反射镜,其可以允许生成所描述的激光束阵列。
束阵列,可以被配置为用于提供一个或多个光束,该一个或多个光束可表现出随时间变化
的强度和/或可以在一段时间内经受交替的发射方向。因此,照射源可以被配置为通过使用
如由扫描装置的至少一个照射源产生的具有交替特征的一个或多个光束来扫描至少一个
对象的至少一个表面的一部分作为图像。特别地,扫描系统因此可以使用至少一个行扫描
和/或线扫描,以便顺序地或同时地扫描一个或多个对象的一个或多个表面。
两个FiP传感器作为光学传感器,其中第一FiP 传感器可以包括在跟踪系统中,特别是在根
据本发明的跟踪系统中,而第二FiP传感器可以包括在扫描系统中,特别是在根据本发明的
扫描系统中。在此,优选地,FiP传感器可以以准直的布置被布置在单独的束路径中,诸如通
过将平行于光轴并且垂直于立体系统的光轴单独移位的FiP传感器对准。因此,FiP传感器
能够生成或增加深度信息的感知,尤其是通过从个体FiP传感器导出的视觉信息的组合获
得深度信息,这些个体FiP传感器具有重叠视场并且优选地对个体调制频率敏感。为此,个
体FiP传感器可以优选地彼此间隔开1cm至100cm,优选10cm至25cm的距离,如在垂直于光轴
的方向中确定的。在该优选的实施例中,跟踪系统因此可用于确定调制的有源目标的位置,
而适于将一个或多个点投射到一个或多个对象的一个或多个表面上的扫描系统可以用于
生成关于该至少一个点与该扫描系统之间距离的至少一个信息项。另外,立体系统可以进
一步包括单独的位置敏感装置,该位置敏感装置适于生成关于在该申请的其它地方描述的
图像内的至少一个对象的横向位置的信息项。
个常规位置敏感装置的常规立体系统中,必须通过应用相当大的计算量确定相应图像中的
对应像素,但是在包括至少两个FiP传感器的根据本发明的立体系统中,通过使用FiP传感
器记录的相应图像中的对应像素显然可以相对于彼此分配,其中FiP传感器中的每一个可
以以不同的调制频率操作。因此,可以强调的是,根据本发明的立体系统可以允许用减少的
努力生成关于对象的纵向位置以及关于对象的横向位置的至少一个信息项。
个检测器。因此,检测器可以是摄影装置的一部分,具体是数字相机的一部分。具体地,检测
器可以用于3D摄影,具体用于数字3D摄影。因此,检测器可以形成数字3D相机,或者可以是
数字 3D相机的一部分。如在此所使用的,术语“摄影”通常是指获取至少一个对象的图像信
息的技术。如在此进一步使用的,“相机”通常是适于执行摄影的装置。如在此进一步使用
的,术语“数字摄影”通常是指通过使用适于生成指示照射强度的电信号(优选数字电信号)
的多个光敏元件来获取至少一个对象的图像信息的技术。如在此进一步使用的,术语“3D摄
影”通常是指在三个空间维度中获取至少一个对象的图像信息的技术。因此, 3D相机是适
于执行3D摄影的装置。相机通常可以适于获取单个图像,诸如单个3D图像,或者可以适于获
取多个图像,诸如图像序列。因此,相机同样可以是适于视频应用(诸如用于获取数字视频
序列)的相机。
少一个对象的图像信息。相机包括根据本发明的至少一个检测器。如上所述,相机可以适于
获取单个图像或适于获取多个图像,诸如图像序列,优选地适于获取数字视频序列。因此,
作为示例,相机可以是或可以包括视频相机。在后一种情况下,相机优选地包括用于存储图
像序列的数据存储器。
细公开的一个或多个实施例的至少一个检测器。因此,对于该方法的可选实施例,可以参考
检测器的各种实施例的描述。
步骤。此外,可以重复地执行两个或更多个或甚至所有方法步骤两次或甚至两次以上。
率,纵向传感器信号取决于传感器区域中光束的束横截面,其中传感器区域包括至少一个
光导材料,其中给定照射的相同总功率,传感器区域的电导率取决于传感器区域中光束的
束横截面,其中纵向传感器信号取决于电导率;以及
明的半导体材料,其优选地可以选自包括至少部分透明的半导体金属氧化物或其掺杂变体
的组,特别地选自氧化铟锡(ITO)、掺氟的氧化锡(SnO2:F;FTO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锑锡
(SnO2/Sb2O5)或钙钛矿TCO,诸如SrVO3或CaVO3,或可替代地,选自金属纳米线,诸如Ag或Cu纳
米线。在此,CQD膜可以被提供为在非极性有机溶剂中的量子点的溶液,其中溶剂可优选选
自包括辛烷、甲苯、环己烷、正庚烷、苯、氯苯、乙腈、二甲基甲酰胺(DMF)和氯仿的组。优选
地,量子点可以以10mg/ml至200mg/ml,优选为50mg/ml 至100mg/ml的浓度被提供在有机溶
剂中。
优选可以通过以下方法提供CQD膜:通过沉积方法,优选通过涂覆方法,更优选通过旋涂或
狭缝涂覆;通过喷墨打印;或通过刮刀涂覆方法。在此,CQD膜可以用有机试剂进行处理,其
中有机试剂可优选选自包括硫醇和胺的组,特别是选自1,2‑乙二硫醇(edt)、 1,2‑和1,3‑
苯二硫醇(bdt)和丁胺。通过示例的方式,为了处理包括硫化铅量子点(PbS CQD)的胶体膜,
已经成功地利用了有机试剂丁胺。然而,其它有机试剂,诸如1,2‑乙二硫醇、1,2‑和/或1,3‑
苯二硫醇(bdt)或油酸同样可能是可行的。在用有机试剂处理后,CQD膜优选在50℃至250
℃、优选在80℃至180℃、更优选在100℃至120℃的温度下被干燥。如上进一步所述,在将
CQD膜沉积到阻挡层上之前,首先可以将n型材料层以直接方式沉积到第一导电层上。在此,
阻挡层可以包括导电材料的薄膜,优选二氧化钛(TiO2)或氧化锌(ZnO)。
选的蒸镀的金属层,特别是银、铝、铂、铬、钛或金中的一种或多种;或者可替代地,石墨烯
层。
电极可以另外布置在导电聚合物层的顶部,其中蒸镀的金属接触特别地可以包括银、铝、
铂、钛、铬或金中的一种或多种;或者可替代地,石墨烯层。
的:远距离测量,特别是在交通技术中;位置测量,特别是在交通技术中;娱乐应用;安全应
用;人机接口应用;跟踪应用;扫描应用;立体视觉应用;摄影应用;成像应用或相机应用;用
于生成至少一个空间的地图的测图应用;用于车辆的归位或跟踪信标检测器;具有热特征
的对象的距离和/或位置测量(比背景更热或更冷);机器视觉应用;机器人应用。
外线(UV)、可见光、近红外(NIR)、红外 (IR)、远红外(FIR)光谱范围可以是特别优选的。作
为非限制性示例,可以特别地选择以下种类的光导材料:
(PbS)、磷化铟(InP) 或有机光导体的量子点;
对于高于850nm 的波长,CdTe、CIS、CIGS和CZTS是特别优选的;
光谱范围。因此,如本发明所提出的,可以认为本发明的特定优点能够适于商业上已经可获
得的用于扩展目的的材料。
焦、自动后视镜、电子秤、自动增益控制,特别是在调制光源中、自动前照灯调光器、夜(街)
灯控制、油燃烧器火焰喷出或烟雾检测器;或其它应用,诸如在密度计中,例如,确定复印机
中调色剂的密度;或在比色测量中。
应用;人机接口应用;跟踪应用;摄影应用;用于生成至少一个空间的地图的测图应用,诸如
选自房间、建筑物和街道的组中的至少一个空间;移动应用;网络摄像头;音频装置;杜比环
绕音响系统;计算机外围装置;游戏应用;相机或视频应用;安全应用;监视应用;汽车应用;
运输应用;医疗应用;运动应用;机器视觉应用;车辆应用;飞机应用;船舶应用;航天器应
用;建筑应用;施工应用;制图应用;制造应用;与至少一种当前技术水平的感测技术(诸如
飞行时间检测器、雷达、激光雷达、超声波传感器或干涉测量)结合使用。另外或可替代地,
可以指定在尤其是基于地标的定位和/或导航的本地和/或全球定位系统中的应用,具体是
用于汽车或其它车辆(诸如火车、摩托车、自行车,用于货物运输的卡车)、机器人中或由行
人使用。此外,室内定位系统可以被指定为潜在应用,诸如用于家庭应用和/或用于在制造、
物流、监视或维护技术中使用的机器人。
至少一个有源光源(诸如发射在可见光范围或红外光谱范围中的光的光源)组合,以便提高
性能。因此,作为示例,根据本发明的装置可以用作相机和/或传感器,诸如与用于扫描和/
或检测环境、对象和生物的移动软件组合。根据本发明的装置甚至可以与2D相机 (诸如常
规相机)组合,以便增加成像效果。根据本发明的装置可以进一步用于监视和/或用于记录
目的,或者作为输入装置以控制移动装置,尤其是与语音和/或手势识别相结合。因此,具体
地,用作人机接口(同样称为输入装置)的根据本发明的装置可以用于移动应用中,诸如用
于经由移动装置(诸如移动电话)控制其它电子装置或组件。作为示例,包括根据本发明的
至少一个装置的移动应用可以用于控制电视机、游戏控制台、音乐播放器或音乐装置或其
它娱乐装置。
合使用。如在人机接口和/或娱乐装置的背景中所描述的,根据本发明的装置对于通过面部
表情和/或身体表达来给出命令是特别有用的。根据本发明的装置可以与其它输入生成装
置组合,像例如鼠标、键盘、触摸板、麦克风等。此外,根据本发明的装置可以诸如通过使用
网络摄像头而用于游戏应用中。此外,根据本发明的装置可以用于虚拟训练应用和/或视频
会议中。此外,根据本发明的装置可以用于识别或跟踪在虚拟或增强现实应用中使用的手、
手臂或对象,尤其是当佩戴头戴式显示器时。
控制装置。此外,根据本发明的装置可以用于眼睛检测或眼睛跟踪,诸如在2D和3D显示技术
中,尤其是采用用于增强现实应用的透明显示器,和/或用于识别是否正在观看显示器和/
或从哪个角度观看显示器。此外,特别是当佩戴头戴式显示器时,根据本发明的装置可以用
于探索与虚拟或增强现实应用相关联的房间、边界、障碍物。
如移动电话的移动应用中的用途。
部或外部(例如用于银行或博物馆中的监视应用)则该一个或多个数字和/或模拟电子部件
将给出信号。具体地,根据本发明的装置可以用于光学加密。通过使用根据本发明的至少一
个装置的检测可以与其它检测装置组合以补充波长,诸如与IR、X射线、UV‑VIS、雷达或超声
波检测器组合。根据本发明的装置可以进一步与主动红外光源组合以允许在低光环境中检
测。与有源检测器系统相比,根据本发明的装置通常是有利的,具体地是因为根据本发明的
装置可以避免主动发送可以由第三方检测到的信号,如在例如在雷达应用、超声波应用、
LIDAR或类似的有源检测器装置的情况下。因此,通常,根据本发明的装置可以用于无法识
别和不可检测的移动对象的跟踪。另外,根据本发明的装置与常规装置相比通常不太易于
操纵和刺激。
识别或个性化目的的其它检测装置组合,诸如密码、指纹、虹膜检测、语音识别或其它手段。
因此,通常,根据本发明的装置可以用于安全装置和其它个性化应用中。
例,用于在入侵禁止区域的情况下触发或执行警报。因此,通常,根据本发明的装置可以用
于建筑物监视或博物馆中的监视目的,可选地与其它类型的传感器组合,诸如与运动或热
传感器组合,与图像增强器或图像加强装置和/或光电倍增管组合。此外,根据本发明的装
置可以在公共空间或拥挤的空间中使用以检测潜在的危险活动,诸如在停车场中或无人值
守的对象(诸如机场中的无人值守的行李)中的盗窃之类的犯罪行为。
供了优于常规光学装置的大量优点。因此,根据本发明的装置通常需要相对于光学组件的
较低复杂性。因此,作为示例,与常规光学装置相比,诸如通过提供仅具有一个透镜的根据
本发明的装置,可以减少透镜的数量。由于复杂性降低,非常紧凑的装置是可能的,诸如用
于移动使用。具有两个或更多个具有高质量的透镜的常规光学系统通常是庞大的,诸如由
于通常需要大量的分束器。此外,根据本发明的装置通常可以用于聚焦/自动聚焦装置,诸
如自动聚焦相机。此外,根据本发明的装置同样可以用于光学显微镜,特别是用于共焦显微
镜。
动辅助、车道偏离警告、环绕视图、盲点检测、交通标志检测、交通标志识别、车道识别、后交
叉交通警报、用于适应头灯强度和范围的光源识别(取决于接近的交通或前面行驶的车辆、
自适应前照灯系统、远光头灯自动控制、前照灯系统中的自适应遮光灯、无眩光远光前照灯
系统、标记动物、障碍物、头灯照射等)、后交叉交通警报和其它驾驶员辅助系统,诸如高级
驾驶员辅助系统,或其它汽车和交通应用。此外,根据本发明的装置可以用在驾驶员辅助系
统中,其可以特别地适于预先期望驾驶员的机动以防止碰撞。此外,根据本发明的装置同样
可以用于速度和/或加速度测量,诸如通过分析通过使用根据本发明的检测器获得的位置
信息的第一和第二时间导数。该特征通常可应用于汽车技术、运输技术或一般交通技术中。
在其它技术领域中的应用是可行的。在室内定位系统中的具体应用可以是检测乘客在运输
中的位置,更具体地以电子地控制诸如安全气囊的安全系统的使用。在此,在乘客可能以气
囊的使用可能对乘客造成伤害(特别是严重的伤害)的方式位于车辆内的情况下,尤其可以
防止使用气囊。此外,在诸如汽车、火车、飞机等的车辆中,特别是在自主车辆中,根据本发
明的装置可用于确定驾驶员是否注意交通或分心或睡着或疲倦,或者诸如因饮用酒精或其
它药物而无法驾驶。
用于自主驾驶和安全问题。此外,在这些应用中,根据本发明的装置可以与红外传感器、雷
达传感器(其可以是声传感器)、二维相机或其它类型的传感器组合使用。在这些应用中,根
据本发明的装置的普遍无源性质是有利的。因此,由于根据本发明的装置通常不需要发射
信号,所以可以避免有源传感器信号与其它信号源的干扰的风险。根据本发明的装置具体
可以与识别软件组合使用,诸如标准图像识别软件。因此,如由根据本发明的装置提供的信
号和数据通常易于处理,并且因此通常比建立的立体视觉系统(诸如LIDAR)要求较低的计
算能力。假定低的空间需求,根据本发明的装置(诸如相机)可以放置在车辆中的几乎任何
地方,诸如在窗口屏幕上或窗口屏幕后面、前罩上、保险杠上、灯上、后视镜上,或其它地方
等。可以组合根据本发明的各种检测器,诸如基于本发明内公开的效应的一个或多个检测
器,诸如以便允许自主驾驶车辆或以便增加主动安全概念的性能。因此,根据本发明的各种
装置可以与根据本发明的一个或多个其它装置和/或常规传感器组合,诸如在像后窗、侧窗
或前窗的窗户中,在保险杠上或在灯上。
(诸如雷达)有利的事实,特别是在大雨期间。根据本发明的至少一个装置与至少一种常规
感测技术(诸如雷达)的组合可以允许软件根据天气条件选择正确的信号组合。
它汽车的速度。此外,根据本发明的装置可以用于检测停车场中的免费停车位。
光导材料,其可以至少在这样的波长范围内是敏感的,在该波长范围内,小颗粒(诸如存在
于烟雾或烟气中的颗粒) 或小液滴(诸如存在于雾、水气或霾的液滴)可以不反射入射光束
或仅反射其小部分。如通常所知的,在入射光束的波长分别超过颗粒或液滴的尺寸的情况
下,入射光束的反射可以很小或可忽略。此外,可以通过检测由身体和对象发射的热辐射来
实现视觉。因此,包括具体选择的光导材料的光学检测器可以因此允许良好可视性,即使在
晚上、在烟气、烟雾、雾、水气或霾中,该光导材料在红外(IR)光谱范围内,优选地在近红外
(NIR) 光谱范围内可以是特别敏感的。
的体积并且可以集成到其它装置中。具体地,根据本发明的最多具有一个透镜的装置可以
用于在医疗装置中(诸如在内窥镜中)捕获3D信息。此外,根据本发明的装置可以与适当的
监测软件组合,以便能够跟踪和分析移动。采用来自医疗成像的(诸如从磁共振成像、x射线
成像或超声成像获得的)结果,这可以允许医疗装置(诸如内窥镜或解剖刀)的位置的即时
叠加。例如在精确的位置信息很重要的医疗治疗中,诸如在脑部手术和远距离诊断和远程
医疗中,这些应用是特别有价值的。此外,根据本发明的装置可以用于3D身体扫描。身体扫
描可以在医疗背景中应用,诸如在牙科手术、整容手术、减肥手术或美容整形手术中,或者
其可以应用在医疗诊断的背景中,诸如应用在肌筋膜痛综合征、癌症、身体畸形障碍或其它
疾病的诊断中。身体扫描可以进一步应用于运动领域,以评估运动器材的人体工程学应用
或适配。
装置的自助购物装置订购衣服或鞋子的背景中。在服装的背景中的身体扫描对扫描充分穿
戴的客户尤其重要。
场所、博物馆、图书馆、公共场所、电影院、剧院等的人数计数。此外,人员计数系统中的3D功
能可以用于获得或估计关于被计数的人的进一步信息,诸如高度、体重、年龄、身体健康等。
该信息可用于商业智能度量,和/或用于进一步优化人们可以被计数的地区以使其更具吸
引力或安全性。在零售环境中,根据本发明的在人员计数的背景中的装置可以用于识别返
回的客户或交叉顾客,以评估购物行为,以评估进行购买的访客的百分比,以优化员工班
次,或者以监测每个访客购物商场的成本。此外,人员计数系统可用于人体测量。此外,根据
本发明的装置可以用于公共交通系统中,用于根据运输长度对乘客自动收费。此外,根据本
发明的装置可以用于儿童游乐场中,以识别受伤的儿童或从事危险活动的儿童,以允许与
操场玩具的附加互动,以确保操场玩具的安全使用等。
的检查相机等。
棒球、板球、曲棍球、田径、游泳、马球、手球、排球、橄榄球、相扑、柔道、击剑、拳击、高尔夫、
赛车、激光标签、战场模拟等。根据本发明的装置可用于检测运动中和比赛中的球、球拍、
剑、运动等的位置,诸如以监测比赛,支持裁判或用于判断,具体是自动判断运动中的具体
情况,诸如判断一个点或一个目标是否实际发生。
卓琴、或尤克里里琴、键盘乐器,诸如钢琴、风琴、电子钢琴(keyboards)、拨弦键琴、黄风琴、
或手风琴和 /或打击乐器,诸如鼓、定音鼓、木琴、柔音木琴、电颤琴、邦高鼓、康加鼓、蒂姆
巴尔鼓、珍贝鼓或手鼓。
本发明的装置可以允许用于自动移动和/ 或部件中的故障的自动检测。根据本发明的装置
同样可用于制造和安全监视,诸如以便避免包括但不限于机器人、生产部件和生物之间的
碰撞的事故。在机器人技术中,人类与机器人之间的安全和直接的交互通常是一个问题,因
为机器人在人类没有被识别的情况下可能会严重伤害人类。根据本发明的装置可以帮助机
器人更好更快地定位对象和人类,并允许安全的交互。给定根据本发明的装置的无源特性,
根据本发明的装置可以比有源装置更有利,和/或可以用于与现有的解决方案(如雷达、超
声波、2D相机、IR检测等)互补。根据本发明的装置的一个特别优点是信号干扰的低可能性。
因此,多个传感器可以在同一环境中同时工作,而不会产生信号干扰的风险。因此,根据本
发明的装置通常可能在高度自动化的生产环境中是有用的,例如,但不限于汽车、采矿、钢
铁等。根据本发明的装置同样可以用于生产中的质量控制,例如与其它传感器(如2D成像、
雷达、超声波、IR等)结合使用,诸如用于质量控制或其它目的。此外,根据本发明的装置可
以用于表面质量的评估,诸如用于测量产品的表面平整度或从微米范围到米的范围的特定
尺寸的粘附。其它质量控制应用是可行的。在制造环境中,根据本发明的装置对于处理具有
复杂的三维结构的天然产品(诸如食品或木材)以避免大量的废料是特别有用的。此外,根
据本发明的装置可用于监测罐、仓库等的填充水平。此外,根据本发明的装置可用于检查复
杂产品的缺失部件、不完整部件、松散部件、低质量部件等,诸如在诸如印刷电路板的自动
光学检查、组件或子组件的检查、工程部件的检验、发动机部件检查、木材质量检查、标签检
查、医疗设备的检查、产品取向的检查、包装检查、食品打包检查等。
跟踪系统。根据本发明的至少一个装置 (诸如根据本发明的至少一个检测器)的用于监测
移动对象的速度和/或方向是可行的。具体地,可以指定在陆上、海上以及包括太空在内的
空中的快速移动对象的跟踪。根据本发明的至少一个装置,诸如根据本发明的至少一个FiP
检测器具体可以安装在静止的和/或移动的装置上。根据本发明的至少一个FiP装置的输出
信号可以例如与用于另一对象的自主或引导运动的引导机构组合。因此,用于避免跟踪的
和操纵的对象之间的碰撞或用于使能跟踪的和操纵的对象之间的碰撞的应用是可行的。由
于所需的计算功率低、即时响应以及由于与有源系统(像例如雷达)相比通常更难以检测和
干扰的检测系统的无源特性,所以根据本发明的装置通常是有用和有利的。根据本发明的
装置是特别有用于但不限于例如速度控制和空中交通管制装置。此外,根据本发明的装置
可用于道路收费的自动收费系统。
指导。同样的情况可用于处于危险但是明确限定的路线上行驶的车辆,诸如采矿车辆。此
外,根据本发明的装置可以用于检测快速接近的对象,例如汽车、火车、飞行对象、动物等。
此外,根据本发明的装置可以用于检测对象的速度或加速度,或者通过依据时间跟踪对象
的位置、速度和/或加速中的一个或多个来预测对象的移动。
到其内容中的软件结合的移动检测。特别地,应用在将运动实现为图形输出中是可行的。此
外,用于给出命令的根据本发明的装置的应用是可行的,诸如通过使用根据本发明的装置
中的一个或多个来进行手势或面部识别。根据本发明的装置可以与有源系统组合以便在例
如低光条件下或在需要增强周围环境条件的其它情况下工作。另外或可替代地,根据本发
明的一个或多个装置与一个或多个IR或VIS光源的组合是可能的。根据本发明的检测器与
特殊装置的组合同样是可能的,这可以通过系统及其软件容易地区分,例如但不限于特殊
的颜色、形状、距其它装置的相对位置、移动速度、光、用于调制装置上的光源的频率、表面
特性、使用的材料、反射特性、透明度、吸收特性等。除了其它可能性之外,该装置可以类似
于棒、球拍、球杆、枪、刀、轮、环、方向盘、瓶、球、玻璃、花瓶、汤匙、叉子、立方体、骰子、人物、
木偶、玩具、烧杯、踏板、开关、手套、珠宝、乐器或用于演奏乐器的辅助装置,诸如琴拔、鼓槌
等。其它选项是可行的。
反射对象并分析这些对象的旋转或取向。
根据本发明的一个或多个装置可以与其它方法和装置组合,或者可以单独使用,以便监测
建筑物项目的进展和准确性、变化的对象、房屋等。根据本发明的装置可以用于生成扫描环
境的三维模型,以便从地面或空中构建房间、街道、房屋、社区或景观的地图。潜在的应用领
域可能是建造、制图、房地产管理、土地测量等。作为示例,根据本发明的装置可以用于能够
飞行的交通工具,诸如无人机或多旋翼机,以便监测建筑物、烟囱、生产场所、农业生产环境
(诸如田地)、生产设备或景观,以支持救援行动,以支持在危险环境中工作,以支持在室内
或室外的燃烧场所的消防队,以查找或监测一个或多个人、动物或移动对象,或用于娱乐目
的,诸如无人机跟随和记录一个或多个进行运动(诸如滑雪或骑自行车等)的人,这可以通
过跟随头盔、标记、信标装置等来实现。可以使用根据本发明的装置识别障碍物,遵循预定
义的路线,跟随边缘、管道、建筑物等,或者记录环境的全局或局部地图。此外,根据本发明
的装置可以用于无人机的室内或室外定点和定位,用于稳定大气压力传感器不够准确的室
内无人机的高度,或者用于多个无人机的交互,诸如多个无人机的一体化运动或空中充电
或加油等。
负载管理、远程诊断、宠物相关电器、儿童相关电器、儿童监视、电器相关监视、对老年人或
病人的支持或服务、家庭安全和/或监视、电器操作的遥控、和自动维护支持。此外,根据本
发明的装置可以用在诸如空调系统的制热或制冷系统中,以特别地取决于一个或多个人的
位置,定位房间的哪一部分调到一定的温度或湿度。此外,根据本发明的装置可以用于家用
机器人,诸如可用于家务的服务或自主机器人。根据本发明的装置可以用于许多不同的目
的,诸如为了安全的目的,避免碰撞或制图环境、还可以用于识别用户、针对给定用户个性
化机器人的性能,或者用于手势或面部识别。作为示例,根据本发明的装置可以用于机器人
真空吸尘器、地板洗涤机器人、干扫机器人、用于熨烫衣服的熨烫机器人、诸如猫砂机器人
的动物垃圾机器人、检测入侵者的安全机器人、机器人割草机、自动清洗机、雨水槽清洗机
器人、窗户清洗机器人、玩具机器人、现场遥现机器人、向较少移动人群提供公司的社交机
器人、或将语音翻译成符号语言或将符号语言翻译成语音的机器人。在少移动人群(诸如老
年人)的背景下,具有根据本发明的装置的家用机器人可以用于拾取对象、运送对象、并以
安全的方式与对象和用户进行交互。此外,根据本发明的装置可以用于使用危险材料或对
象或在危险环境中操作的机器人。作为非限制性示例,根据本发明的装置可以用于机器人
或无人驾驶的遥控车辆中,以便操作诸如化学材料或放射性材料之类的危险材料(尤其是
在灾难之后)或其他危险或潜在危险的对象,诸如地雷、未爆炸的武器等,或在不安全的环
境中操作或调查不安全的环境,例如靠近燃烧的对象或灾后区域,或用于在空中、海洋、陆
地等中的有人或无人救援操作。
电话、电话机、洗碗机、灶具等,以检测人的存在,以监测装置的内容或功能,或者与人交互
和/或与其他家庭、移动或娱乐装置共享关于该人的信息。在此,根据本发明的装置可以用
于支持老年人或残疾人、盲人或视力有限的人,诸如在家务或工作方面,诸如在用于保持、
携带或拾取对象的装置中,或者在通过光学和/或声学信号适于发送环境中的障碍物的信
号的安全系统中。
本发明的装置可以用于检测动物,诸如鹿,否则这些动物可能受到收获装置伤害。此外,根
据本发明的装置可以用于监测田间或温室中植物的生长,特别地以针对田间或温室中给定
区域或者甚至是给定植物来调节水或肥料的量或作物保护产品。此外,在农业生物技术中,
根据本发明的装置可以用于监测植物的尺寸和形状。
可以例如用于构建智能机器人,该智能机器人被配置为用于处理危险或困难的任务,诸如
治疗高度感染的患者、处理或去除高度危险的情况、清洁高度污染区,诸如高度放射性区或
化学物质泄漏、或用于农业中的病虫害防治。
如,在x‑、y‑或z‑方向中或以这些方向的任意组合,诸如同时地。在该方面,确定可以提供来
自检测器的反射或漫散射光的表面上的照射光斑的距离可以实际上独立于光源与照射光
斑的距离来执行。本发明的该特性与诸如三角测量或诸如飞行时间(TOF)方法的已知方法
直接相反,其中光源和照射光斑之间的距离必须先验已知或后面计算的,以便能够确定检
测器和照射光斑之间的距离。与其相反,对于根据本发明的检测器,可以充分地照射光斑是
足够的。此外,根据本发明的装置可以用于扫描诸如金属表面的反射表面,与它们是否包括
固体或液体表面无关。此外,根据本发明的装置可以用于检查和维护中,诸如管道检测计。
此外,在生产环境中,根据本发明的装置可以用于处理形状不规则的对象,诸如天然生长的
对象,诸如通过形状或尺寸分选蔬菜或其它天然产物或切割产品,诸如肉或以低于加工步
骤所需精度的精度制造的对象。
自动仓库,用于拾取对象并将它们放置在不同位置。室内导航可进一步用于商场、零售商
店、博物馆、机场或火车站,以跟踪移动商品、移动装置、行李、客户或员工的位置,或向用户
提供位置特定信息,诸如地图上的当前位置、或出售的商品信息等。
本发明的装置可以用于火车或电车中以避免碰撞。
取器、用于医院或用于医疗用途的健康环境的手持装置,或以获得、交换或记录患者或患者
健康相关信息、零售或健康环境的智能徽章等。
明的装置可用于物流应用。因此,根据本发明的装置可用于优化装载或包装容器或车辆。此
外,根据本发明的装置可用于制造领域中的表面损坏的监控或控制,用于监控或控制租赁
对象 (诸如租赁车辆)和/或用于保险应用,诸如用于损坏评估。此外,根据本发明的装置可
以用于识别材料、对象或工具的尺寸,诸如用于最优材料处理,特别是与机器人组合。此外,
根据本发明的装置可以用于生产中的过程控制,例如用于观察罐的填充液面。此外,根据本
发明的装置可用于维护生产资产,例如但不限于罐、管道、反应器、工具等。此外,根据本发
明的装置可用于分析3D质量标记。此外,根据本发明的装置可以用于制造定制商品,诸如牙
嵌、牙支架、假体、衣服等。根据本发明的装置同样可以与用于快速原型设计、3D复制等的一
个或多个3D打印机组合。此外,根据本发明的装置可以用于检测一个或多个物品的形状,诸
如用于防盗版和防伪的目的。
适用的话)关于横向光学传感器、调制装置、照射源和成像装置,具体是关于潜在的材料、设
置和进一步的细节,可以参考WO 2012/110924 A1、US 2012/206336 A1、WO 2014/097181
A1和US 2014/291480 A1中的一个或多个,所有这些的全部内容通过引用并入在此。
且仍然有效的检测器。其中,作为示例,可以以快速有效的方式确定对象或其一部分的三维
坐标。
面的变化组合的简单组合并结合适当的评估装置足以用于可靠的高精度位置检测。与高精
度测量的可能性相结合的该高度简单性特别适用于机器控制,诸如在人机接口中,且更优
选地,在游戏、跟踪、扫描和立体视觉中。因此,可以提供可以用于大量游戏、娱乐、跟踪、扫
描和立体视觉目的的成本有效的娱乐装置。
态范围,其可包括在“光”和“无光”之间的几个大小量级。此外,可以用于宽电阻值范围的光
导材料对于其低噪声失真是已知的。
传感器信号,其中给定照射的相同总功率,纵向传感器信号取决于在传感器区域中光束的
束横截面,其中传感器区域包括至少一种光导材料,其中给定照射的相同总功率,传感器区
域的电导率取决于传感器区域中光束的束横截面,其中纵向传感器信号取决于电导率;以
及
素化物、卤化物及其固溶体和/或掺杂变体。
自由氟、氯、溴和碘组成的组。
四元硫属元素化物和更多元的硫属元素化物。
(MnS)、三硫化二铋(Bi2S3)、三硫化二锑(Sb2S3)、三硫化二砷(As2S3)、硫化锡(II)(SnS)、二
硫化锡(Ⅳ)(SnS2)、硫化铟(In2S3)、硫化铜(CuS)、硫化钴(CoS)、硫化镍(NiS)、二硫化钼
(MoS2)、二硫化铁(FeS2)、三硫化铬(CrS3)、硫化铜铟(CIS)、硒化铜铟镓(CIGS)、硫化铜锌锡
(CZTS)及其固溶体和/或掺杂变体。
化汞(HgSe)、三硒化二锑(Sb2Se3)、三硒化二砷(As2Se3)、硒化镍(NiSe)、硒化铊(TlSe)、硒
化铜(CuSe)、二硒化钼(MoSe2)、硒化锡(SnSe)、硒化钴(CoSe)、硒化铟(In2Se3),硒化铜锌锡
(CZTSe)及其固溶体和/或掺杂变体。
化二铋(Bi2Te3)、三锑化二砷 (As2Te3)、三碲化二锑(Sb2Te3)、碲化镍(NiTe)、碲化铊
(TlTe)、碲化铜(CuTe)、二碲化钼(MoTe2)、碲化锡(SnTe)、碲化钴(CoTe)、碲化银(Ag2Te)、碲
化铟(In2Te3)及其固溶体和/或掺杂变体。
(PbCdS)、硫化铅汞(PbHgS)、硫化铜铟(CuInS2)、硫硒化镉(CdSSe)、硫硒化锌(ZnSSe)、硫硒
化亚铊(TlSSe)、硫化镉锌(CdZnS)、硫化镉铬(CdCr2S4)、硫化汞铬(HgCr2S4)、硫化铜铬
(CuCr2S4)、硒化镉铅(CdPbSe)、二硒化铜铟(CuInSe2)、砷化铟镓(InGaAs)、氧硫化铅
(Pb2OS)、氧硒化铅(Pb2OSe)、硫硒化铅(PbSSe)、硒碲化砷(As2Se2Te)、磷化铟镓(InGaP)、磷
化镓砷 (GaAsP)、磷化铝镓(AlGaP)、亚硒酸镉(CdSeO3)、碲化镉锌(CdZnTe) 和硒化镉锌
(CdZnSe)、铜锌锡硫硒硫属元素化物(CZTSSe)及其固溶体和/或掺杂变体。
(Ag2O)、氧化锰(MnO)、二氧化钛(TiO2)、氧化钡(BaO)、氧化铅(PbO)、氧化铈(CeO2),氧化铋
(Bi 2O3)、氧化镉(CdO)及其固溶体和/或掺杂变体。
(ZnSe)、碲化锌(ZnTe)、硫化汞(HgS)、硒化汞(HgSe)、碲化汞(HgTe)、碲化镉锌(CdZnTe)、碲
化汞镉(HgCdTe)、碲化汞锌(HgZnTe)以及硒化汞锌(CdZnSe) 及其固溶体和/或掺杂变体。
中非欧姆接触是指表现出非线性电流‑电压比的电学结,其中非欧姆接触优选为肖特基势
垒或p‑n结。
Paliney合金、铟、镓、铟汞合金、石墨烯及其固溶体和/或掺杂变体。
磷化铝(AlP)、砷化铝(AlAs)、锑化铝(AlSb)、氮化铟(InN)、磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)、锑
化铟(InSb)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)和锑化镓(GaSb)及其固溶体和/或
掺杂变体。
(CdSe)、锑化铟(InSb)、碲化汞镉(HgCdTe)、硫化铜铟(CIS)、硒化铜铟镓(CIGS)和硫化铜锌
锡(CZTS)。
于入射光束的至少部分透明特性。
矿透明导电氧化物或金属纳米线。
钼(MoO3)的p型半导体。
体和/或掺杂变体。
10 cm 或更小的掺杂浓度,优选10 cm 或更小的掺杂浓度,更优选10 cm 或更小的掺杂
浓度。
10Ω·cm或更大的电阻率,优选5·10Ω·cm或更大的电阻率,更优选10Ω·cm或更大的
电阻率。
聚噻吩和聚噻吩、富勒烯、靛青染料、双偶氮颜料、方酸类染料、噻喃 染料、薁类染料、二
硫酮基吡咯并吡咯、喹吖啶酮、二溴二苯并芘二酮、聚乙烯基咔唑,其衍生物及组合。
噻吩‑共‑2,5‑噻吩](PTZV‑PT)、聚[4,8‑ 双[(2‑乙基‑己基)氧基]苯并[1,2‑b:4,5‑b']二
噻吩‑2,6‑二基][3‑氟‑2‑[(2‑ 乙基己基)羰基]噻吩并[3,4‑b]噻吩二基](PTB7)、聚{噻
吩‑2,5‑二基‑交替 ‑[5,6‑双(十二烷氧基)苯并[c][1,2,5]噻二唑]‑4,7‑二基}(PBT‑T1)、
聚[2,6‑ (4,4‑双‑(2‑乙基己基)‑4H‑环戊二烯并[2,1‑b;3,4‑b']二噻吩)‑交替‑4,7 (2,
1,3‑苯并噻二唑)](PCPDTBT)、聚(5,7‑双(4‑癸烷基‑2‑噻吩基)‑ 噻吩并(3,4‑b)二噻唑‑
噻吩‑2,5)(PDDTT)、聚[N‑9'‑十七烷基‑2,7‑咔唑‑交替‑5,5‑(4',7'‑二‑2‑噻吩基‑2',1',
3'‑苯并噻二唑)](PCDTBT)、聚 [(4,4'‑双(2‑乙基己基)二噻吩并[3,2‑b;2'、3'‑d]噻
咯)]‑2,6‑二基‑交替‑ (2,1,3‑苯并噻二唑]‑4,7‑二基](PSBTBT)、聚[3‑苯腙噻吩]
(PPHT)、聚[2‑甲氧基‑5‑(2‑乙基己氧基)‑1,4‑亚苯基亚乙烯基](MEH‑PPV)、聚 [2‑甲氧
基‑5‑(2'‑乙基己氧基)‑1,4‑亚苯基‑1,2‑亚乙烯基‑2,5‑二甲氧基‑1,4‑ 亚苯基‑1,2‑亚
乙烯基](M3EH‑PPV)、聚[2‑甲氧基‑5‑(3',7'‑二甲基‑辛基氧基)‑1,4‑亚苯基‑亚乙烯基]
(MDMO‑PPV)、聚[9,9‑二辛基芴‑共‑二‑N,N‑4‑ 丁基苯基‑双‑N,N‑苯基‑1,4‑苯二胺]
(PFB),或其衍生物、改性物或混合物中的至少一个。
酸甲酯(PC84BM)、茚‑C60双加合物 (ICBA)或其衍生物、改性物或混合物中的至少一个。
基富勒烯(DPM)结构部分。
(MEH‑CN‑PPV)、聚[氧基‑1,4‑亚苯基‑1,2‑(1‑ 氰基)‑亚乙基‑2,5‑二辛氧基‑1,4‑亚苯基‑
1,2‑(2‑氰基)‑亚乙基‑1,4‑亚苯基] (CN‑醚‑PPV)、聚[1,4‑二辛氧基‑对‑2,5‑二氰基亚苯
基亚乙烯基] (DOCN‑PPV)、聚[9,9'‑二辛基芴‑共‑苯并噻二唑](PF8BT),或其衍生物、改性
物或混合物。
将结构域连接到电极的渗透路径。
传感器信号。
纵向位置的至少一个信息项,优选地考虑照射的已知功率,并且可选地考虑调制照射所采
用的调制频率。
中给定照射的相同总功率,传感器区域的电导率进一步取决于传感器区域中的温度,其中
给定照射的相同总功率,纵向传感器信号进一步取决于传感器区域中的温度。
号,其中评估装置被设计成通过评估至少两个纵向传感器信号来生成关于对象的纵向位置
的至少一个信息项。
射源。
传感器生成至少一个纵向传感器信号。
的方式被设计,其中给定照射的相同总功率,传感器区域的电导率进一步取决于传感器区
域中的温度,其中给定照射的相同总功率,纵向传感器信号进一步取决于传感器区域中的
温度。
光束照射的阵列内的纵向光学传感器的数量 N。
光学传感器的数量N来确定对象的至少一个纵向坐标。
施加至少两个电极。
坐标的已知相关性和/或从光束的已知高斯分布,确定关于对象的纵向位置的至少一个信
息项。
在垂直于检测器的光轴的至少一个维度中的位置,横向光学传感器适于生成至少一个横向
传感器信号,其中评估装置进一步被设计成通过评估横向传感器信号而生成关于对象的横
向位置的至少一个信息项。
的光电检测器,其中横向光学传感器具有传感器区,其中第一电极和第二电极被施加到透
明导电氧化物的层中的一个层的不同位置,其中至少一个横向传感器信号指示传感器区域
中光束的位置。
的实施例的掺杂硅光导体。
包括氧化铟锡(ITO)、掺氟的氧化锡(FTO)、掺铝的氧化锌(AZO)、氧化镁(MgO)或钙钛矿透明
导电氧化物。
向位置的信息。
个纵向光学传感器。
CCD芯片,优选多色CCD芯片或全色 CCD芯片;CMOS芯片;IR相机;RGB相机。
传感器信号,其中给定照射的相同总功率,纵向传感器信号取决于传感器区域中光束的束
横截面,其中传感器区域包括能够维持电流的至少一种材料,其中给定照射的相同总功率,
材料的至少一个特性取决于传感器区域中光束的束横截面,其中纵向传感器信号取决于该
至少一个特性;以及
包括非晶硅的合金、或微晶硅的光电检测器,其中第一电极和第二电极中的至少一个是透
明电极。
位于n型半导体层和p型半导体层之间的i型半导体层。
少5倍,更优选至少10倍。
传感器信号,其中给定照射的相同总功率,纵向传感器信号取决于传感器区域中光束的束
横截面,其中给定照射的相同总功率,纵向光学传感器能够生成至少一个纵向传感器信号,
该至少一个纵向传感器信号取决于传感器区域中光束的束横截面,使得纵向传感器信号的
幅度随着传感器区域中由光束生成的光斑的横截面减小而减小;以及 ‑至少一个评估装
置,其中评估装置被设计成通过评估纵向光学传感器的纵向传感器信号来生成关于对象的
纵向位置的至少一个信息项。
传感器信号,其中给定照射的相同总功率,纵向传感器信号取决于传感器区域中光束的束
横截面,其中给定照射的相同总功率,纵向光学传感器能够生成至少一个纵向传感器信号,
该至少一个纵向传感器信号取决于传感器区域中光束的束横截面,其中纵向传感器信号的
极小值在传感器区域由光束以最小可得束横截面入射的条件下发生;
条件。
传感器信号,其中给定照射的相同总功率,纵向传感器信号取决于传感器区域中光束的束
横截面,其中纵向传感器在0 Hz至500Hz的光束的调制频率的范围内基本上频率无关的;以
及
测器,其中第一电极和第二电极中的至少一个是透明电极。
间的i型半导体层。
少10倍。
传感器信号,其中给定照射的相同总功率,纵向传感器信号取决于传感器区域中光束的束
横截面,其中纵向光学传感器包括以光导模式驱动的至少一个光电二极管,其中给定照射
的相同总功率,传感器区域的电导率取决于传感器区域中光束的横截面,其中纵向传感器
信号取决于电导率;以及
极的正电压来驱动光电二极管的阴极。
(InGaAs)、砷化铟(InAs)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、磷化铝镓(AlGaP)、碲化镉(CdTe)、
碲化汞镉(HgCdTe)、硫化铜铟(CIS)、硒化铜铟镓(CIGS)、硫化铜锌锡(CZTS)、硒化铜锌锡
(CZTSe)、铜锌锡硫硒硫属元素化物 (CZTSSe)、有机‑无机卤化物钙钛矿,特别是碘化甲基
铵铅 (CH3NH3PbI3),及其固溶体和/或掺杂变体。
可切换的。
第二操作模式中,以光伏模式驱动光电二极管。
检测器,其中人机接口被设计为借助于检测器生成用户的至少一个几何信息项,其中人机
接口被设计为向几何信息分配至少一个信息项,特别是至少一个控制命令。
向;用户的至少一个身体部位的取向。
一个信标装置的位置的信息。
计成使得至少一个信息项能够由玩家借助于人机接口输入,其中娱乐装置被设计为根据该
信息来改变娱乐功能。
轨迹控制器,其中轨迹控制器适于跟踪对象的一系列位置,每一个包括关于对象在特定时
间点的位置的至少一个信息项。
象的位置的信息。
少一个照射源,该照射源适于发射被配置用于照射位于至少一个对象的至少一个表面上的
至少一个点的至少一个光束,其中扫描系统被设计为通过使用至少一个检测器生成关于至
少一个点和扫描系统之间距离的至少一个信息项。
之间的距离的至少一个信息项。
描系统每一个包括至少一个光学传感器,该至少一个光学传感器如下方式位于准直布置
中:以它们在平行于立体系统的光轴的取向中对准并且同时相对于垂直于立体系统的光轴
的取向表现出个体移位。
的纵向位置的信息项。
项。
率,纵向传感器信号取决于传感器区域中光束的束横截面,其中传感器区域包括至少一种
光导材料,其中给定照射的相同总功率,传感器区域中光导材料的电导率取决于传感器区
域中光束的束横截面,其中纵向传感器信号取决于电导率;以及
组,其中透明导电氧化物特别地选自氧化铟锡 (ITO)、掺氟的氧化锡(FTO)、掺铝的氧化锌
(AZO)、氧化镁(MgO) 或钙钛矿透明导电氧化物。
烷、苯、二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈和氯仿的组,其中量子点以从10mg/ml至200mg/ml,优选从
50mg/ml至 100mg/ml的浓度被提供在有机溶剂中。
(bdt)和丁胺。
化钛(TiO2)或氧化锌(ZnO)。
(PEDOT:PSS)的分散体,其中包括蒸镀的金属或石墨烯的接触的分离电极优选地布置在导
电聚合物层上,其中蒸镀的金属接触特别地包括银、铝、铂、钛、铬或金中的一种或多种。
用;人机接口应用;跟踪应用;扫描应用;摄影应用;成像应用或相机应用;用于生成至少一
个空间的地图的测图应用;用于车辆的归位或跟踪信标检测器;具有热特征(比背景更热或
更冷)的对象的距离和/或位置测量;立体视觉应用;机器视觉应用;机器人应用。
附图说明
于示例性的实施例。示例性实施例在附图中示意性地示出。各个附图中相同的参考标号涉
及相同元件或具有相同功能的元件,或者关于它们的功能彼此对应的元件。
的FiP效应被观察到;
铅(PbSe;图6A),有机供体聚合物和基于富勒烯的电子受体材料的混合物(图6B至6D),三硫
化二锑(Sb2S3;图6E至6G),以及包括低掺杂浓度和低缺陷密度的p型掺杂晶体硅(图 6H);
和磷化镓(GaP;图10G)的层的该布置获得的正的FiP效应的实验结果;
明在包括作为p型吸收体材料的碲化镉 (CdTe;图11C)、碲镉锌(ZnCdTe;图11D)、铜铟镓硒
化物(CIGS;图11E)或铜锌锡硫化物(CZTS;图11F至11H)的光电二极管中的FiP 效应的发生
的实验结果;以及根据本发明的检测器的进一步示例性实施例,其中纵向光学传感器具有
包括光电二极管的传感器区域(图11J),以及
12A的纵向光学传感器中的FIP效应的发生的实验结果(图12B)。
例是可行的。光学检测器110包括至少一个纵向光学传感器114,在该特定实施例中,该至少
一个纵向光学传感器114沿着检测器110的光轴116布置。具体地,光轴116可以是光学传感
器114的设置的对称轴和/或旋转轴。光学传感器114可以位于检测器110 的壳体118内侧。
此外,可以包括至少一个传送装置120,优选折射透镜 122。壳体118内的开口124优选地限
定检测器110的观察方向126,该开口124可以特别地相对于光轴116同心定位。可以定义坐
标系128,在该坐标系128中,与光轴116平行或反平行的方向被定义为纵向方向,而垂直于
光轴116的方向可以被定义为横向方向。在坐标系128中,如图1中示意性示出的,纵向方向
由z表示,并且横向方向分别由x和y表示。然而,其它类型的坐标系128是可行的。
感器信号取决于相应传感器区域130中的光束132的束横截面,如下面将进一步详细描述
的。根据本发明,传感器区域130包括至少一个光导材料134,特别是硫属元素化物136,优选
硫化铅(PbS)或硒化铅(PbSe)。然而,可以使用其它光导材料134,特别是其它硫属元素化物
136。作为在传感器区域130中使用光导材料134的结果,给定照射的相同总功率,传感器区
域130的电导率取决于传感器区域130中光束132的束横截面。因此,由光束132入射时由纵
向光学传感器114提供的所得的纵向传感器信号取决于传感器区域130中光导材料 134的
电导率,并且因此允许确定传感器区域130中光束132的束横截面。经由纵向信号引线138,
纵向传感器信号可以发送到评估装置140,这将在下面进一步详细说明。优选地,纵向光学
传感器114的传感器区域130相对于从对象112到检测器110行进的光束132可以是透明的或
半透明的。然而,由于纵向光学传感器114的传感器区域130同样可以是不透明的,所以可以
不需要该特征。
器114可以以沿着光轴116可移动方式布置,诸如借助于可选的致动器144,该可选的致动器
144可以通过使用可以放置在评估装置136内的致动器控制单元146来控制。然而,其它种类
的设置是可行的。
或一个或多个软件组件,以便评估传感器信号,其由纵向评估单元148(由“z”表示)示意性
表示。如将在下面更详细解释的,评估装置140可以适于通过比较纵向光学传感器114的一
个以上的纵向传感器信号来确定关于对象112的纵向位置的至少一个信息项。
如图1中示意性描绘的,有利的是测量通过纵向光学传感器114的同样可称为“光电流”的电
流。为此,在特别优选的实施例中,可以提供偏置电压源150,该偏置电压源150可以被配置
为提供高于接地152的偏置电压。此外,在向纵向评估单元148提供纵向传感器信号之前,如
由纵向光学传感器114提供的纵向传感器信号可以首先通过施加放大器154来放大。
环境光源和/或人造光源,诸如发光二极管158,其适于照射对象112,其中,以光束132可被
配置为优选地通过沿着光轴116穿过开口124进入光学检测器110的壳体118而到达纵向光
学传感器114的传感器区域130的方式,对象112能够反射由照射源156生成的光的至少一部
分。在特定实施例中,照射源156可以是调制光源160,其中照射源156的一个或多个调制特
性可以由至少一个可选的调制装置 162控制。可替代地或另外,可以在照射源156和对象
112之间和/或在对象112和纵向光学传感器114之间的束路径中实现调制。更多的可能性可
被设想。在该特定实施例中,当评估横向光学传感器114的传感器信号以确定关于对象112
的位置的至少一个信息项时,考虑一个或多个调制特性(特别是调制频率)是有利的。为此,
如由调制装置162提供的相应特性同样可以被提供给放大器154,该放大器154在该特定实
施例中可以是锁定放大器164。
地体现为以无线或有线方式电连接到纵向光学传感器114的单独装置。评估装置140可进一
步包括一个或多个附加组件,诸如一个或多个电子硬件组件和/或一个或多个软件组件,诸
如一个或多个测量单元和/或一个或多个评估单元和/或一个或多个控制单元(这里未示
出)。
铅(PbS)、硒化铅(PbSe)或如在此别处描述的另一光导材料。在包括硫化铅(PbS)、硒化铅
(PbSe)和或其它光导材料的层168的纵向光学传感器114中实现的上述负的FiP效应的发生
已经分别在如图3A至图6H中所示进行实验演示。优选地,光导材料134放置在绝缘衬底170
上,优选地放置在陶瓷衬底172上,特别用于对光导材料134的层168提供机械稳定性,该光
导材料134的层168表现出从10nm至1000μm特别是从100nm至10μm的厚度。
130中光束132的束横截面174。因此,在由光束132入射传感器区域130时,至少两个分离的
电极176、178提供纵向传感器信号,该纵向传感器信号取决于光导材料134的电导率,并且
因此允许确定传感器区域130中光束132的束横截面174。优选地,光学透明电极176、178每
一个包括金属电极,特别是银(Ag)电极、铂(Pt) 电极、铝(Al)电极或金(Au)电极中的一种
或多种,或可替代地为石墨烯电极。在此,优选地,电极176、178放置在光导材料层134的层
168 的顶部上的不同位置上,特别是以可以间隔1mm至10cm之间(诸如约 1cm)的距离的条
的形式。
132可以首先入射在衬底170上,直到其可以到达光导材料134中的传感器区域130。在根据
图2B的该特定实施例中,绝缘衬底170因此可以有利地是透明衬底180或至少半透明衬底
182,诸如玻璃衬底或石英衬底。在该情况下,材料的一部分可以不被光导材料覆盖。此外,
在可以使用金(Au)电极的情况下,可以利用Ni/Cr或Ti/Ni 的薄层,以便将金牢固地结合到
玻璃衬底,从而使其对于引线是可结合的。
体聚合物包含80:20wt%的作为电子供体材料的聚(3‑己基噻吩‑苯基‑2,5‑二基)(P3HT)和
作为电子受体材料的[6,6]‑ 苯基‑C61‑丁酸甲酯(PC60BM)的混合物。然而,其它种类的混
合比和/ 或有机光导材料134同样可以是合适的。优选地,包括P3HT:PC60BM 的混合物的光
导材料134的单层168类似地放置在绝缘衬底170上,优选地在透明或半透明衬底180、182
(诸如玻璃或石英衬底)上。为此,通过使用沉积方法,优选涂覆方法,更优选旋涂法,狭缝涂
覆法或刮刀涂覆法,或可替代地通过蒸发,P3HT:PC60BM的混合物可以优选地从溶液(特别
是从氯苯溶液)被铸成单层168,该单层168可以表现出100μm至2000 μm,特别是200μm至750
μm的厚度。
2012/110924 A1或WO 2014/097181 A1中示例性描绘的纵向光学传感器相比较时。特别地,
该结果可以归因于这里可以使用的较低数量的层,以便仍然为纵向光学传感器114提供工
作实施例。然而,这里未示出的其它实施例同样可以适合作为用于根据本发明的纵向光学
传感器114的设置。
绿色发光二极管(LED)158,该绿色发光二极管(LED)158放置在折射透镜122前方80cm处,并
且同时用作具有530nm光波长的光束的照射源156和对象112。纵向光学传感器114 的传感
器区域130包括商业可得的硫化铅(PbS)光导材料134,其在由偏置电压源150提供的10mV偏
置电压下操作。在该特定实验中,通过使用调制装置162以375Hz的调制频率对作为照射源
156的发光二极管进行调制。因此,通过使用锁定放大器164测量纵向传感器信号。
的距离处,由此折射透镜122和用作照射源156的发光二极管158放置在较大的z值处。在实
验期间沿着光学检测器110的z轴移动传感器导致入射光束132在传感器区域130的位置处
的束横截面(光斑尺寸)的变化,从而产生z‑相关电压信号。
焦在纵向光学传感器114上的情况下的明显的极小值。因此,根据本发明的光学检测器110
可以以其清楚地表现出上述负的FiP效应的方式布置,即在由光束132以最小可能横截面入
射传感器区域130中的材料的条件下纵向传感器信号的极小值的观察,当传感器区域130位
于如由折射透镜122实现的焦点142处(即这里处于距折射透镜122约43.4mm的距离处)时,
最小可能横截面在该设置中发生。
的距离处。在图3B中呈现记录的FiP 曲线。结果,记录的电压的极小值归因于纵向传感器信
号随着发光二极管 158距折射透镜122的变化的距离而变化。
条件的观察到的FiP曲线的值可以是有用的,在该条件下传感器区域130位于z坐标等于折
射透镜122的焦距的距离处。结果,获得如在图3C中显示的以下曲线图。在此,所有归一化的
FiP曲线具有约0.55mV的极小值,以及在43.4mm的z坐标值(即z坐标等于折射透镜122的焦
距)处的1.0的值。该观察清楚地表明,在光导材料134用于在传感器区域130中感测的情况
下,所谓的“Iso‑FiP关系”仍然成立。如在此所使用的,“Iso‑FiP关系”是指可以将对于不同
聚焦位置的纵向传感器信号曲线归一化为焦点纵向光学传感器的对应的纵向传感器信号
的呈现。关于进一步的细节,可以参考2014年8月7日提交的欧洲专利申请EP 14 176
112.2,其内容通过引用包括在此。因此,两到三个纵向光学传感器足以检测距离而没有任
何模糊性。
管(LED)158,该绿色发光二极管 (LED)158放置在折射透镜122前方80cm处,并且再次同时
用作530nm 的光波长的照射源156和对象112。具有光导材料134硫化铅(PbS)的纵向光学传
感器114在由偏置电压源150提供的10V偏置电压下操作。在该特定实验中,发光二极管158
再次用作借助于调制装置162以调制频率调制的照射源156,然而,其中与根据图3A至3C所
执行的实验相比,施加对于光电流和调制频率中的一个的不同值。因此,通过使用锁定放大
器164 再次测量纵向传感器信号。
归一化的实际FiP,其再次证明了在这些情况下的Iso‑FiP关系的有效性。
均归一化为0Hz处的值。两个轴均以对数刻度绘制。在变化的电流下记录不同的曲线,这些
变化的电流应用于LED目标(1mA‑1000mA)。另外,在图4C中示出了用于比较的有机传感器曲
线。曲线显示,通过将调制频率增加到超过500Hz,FiP信号基本上不受影响。该结果与光强
度和焦点位置无关。
过使用放大器154和示波器来记录纵向传感器信号。因此,图5中的光电流中的可观察到的
残余调制可能是由通过电力线到放大器电路中的电磁干扰而不是入射光束132的不存在的
调制引起的。如图5中所示的曲线两侧的强度的可观察的降低可以归因于以下事实:通过增
加传感器区域130处的光斑尺寸,在一些点处,光斑尺寸超过传感器区域130的面积。然而,
图5清楚地表明,FiP效应的发生不需要调制的存在。
传感器区域130内光导体的布置中作为施加的光导材料134的硫化铅(PbS)中被执行。
二极管158,该发光二极管158放置在折射透镜122之前80cm处并再次同时用作对象112和照
射源156。然而,这一次,并且根据硒化铅(PbSe)的已知吸收光谱,应用位于近红外 (NIR)光
谱范围内的1050nm的光波长。具有光导材料134硒化铅(PbSe) 的纵向光学传感器114在由
偏置电压源150提供的10V偏置电压下操作。此外,作为照射源156的发光二极管158通过使
用调制装置162以375Hz 的调制频率调制。因此,通过使用锁定放大器164再次测量纵向传
感器信号。结果是如图6A所示的FiP曲线,其再次表明了在这种材料中负的FiP 效应的发
生。
以通过有机光导材料134的层168 的相应厚度d彼此可区分开的三种不同的样品。如图所
示,层168的相应厚度相当于d=430μm,d=580μm以及d=1500μm。
射源156。包括有机光导材料134的纵向光学传感器114在由偏置电压源150提供的10V偏置
电压下操作。此外,作为照射源156的发光二极管158通过使用由调制装置162提供的43Hz
的调制频率来调制,同时通过使用锁定放大器164来因此记录纵向传感器信号。
括在对象112被聚焦在纵向光学传感器114 的情况下的明显极小值。因此,光学检测器110
清楚地表现出负的FiP效应,即在光束132以最小可得横截面入射传感器区域130中的有机
光导材料134的条件下纵向传感器信号的极小值的观察,当传感器区域130位于如由折射透
镜122实现的焦点142处(即处于距折射透镜122约20mm的距离)时,最小可得横截面在该设
置中发生。此外,通过将纵向光学传感器114在沿着光轴116在两个方向中移动到远离焦点
12.5mm,光斑的尺寸填充了电极176、178之间传感器区域130的大部分区。
验中,比率r可以增加到大于8的值,在图6C中,在样品暴露于空气中的卤素灯之后(已知会
导致有机光导材料P3HT:PC60BM的掺杂),可以使用与用于图6B的实验的相同样品。如从图
6B和6C可以进一步得出的,通常,比率r假定为高值,特别是因为当传感器区域130变为位于
焦点142附近时光感应电流几乎看起来消失。
130中的层168包括作为有机光导材料134 的上述80:20wt%的P3HT:PC60BM混合物,并表现
出d=430μm的厚度。因此,图6D显示三个不同的曲线,其中的两个在不同照射条件下被记
录:
率处的设置的噪声水平是不可区分的。另一方面,在低于大约50Hz的频率下,可以观察到大
约100的信噪比。可以提到的是,在50Hz的频率处获得的峰值可以归因于干线电源的频率。
因此,其中传感器区域130中的层168包括作为有机光导材料134的上述 P3HT:PC60BM的混
合物的纵向光学传感器114可以特别地用于在低于 100Hz,优选低于50Hz的频率处的FiP效
应的确定。在该频率范围内,噪声似乎相当低,特别是由于这种材料中几乎为零的泄漏电
流。
度,并被银(Ag)电极176、178 和硒化银(I)(Ag2Se)衬底170夹在中间。在此,纵向光学传感
器114 在横跨包括该样品的纵向光学传感器114的5V偏置电压下操作(参见图 6E,虚线)或
者可替代地,在不施加偏置电压(参见图6E,实线;以及放大图中的图6F)的情况下操作。在
图6F和6G中没有施加偏置电压的情况下而记录的FiP曲线表明,纵向光学传感器114在这里
表现为例如由 J.P.Clifford等(J.P.Clifford et al.,s.o)描述的肖特基二极管。因此,
入射光束132可以在三硫化二锑的层168内生成电荷载流子,即电子和空穴。在此,可以在朝
向硒化银(I)衬底170和银电极176、178的边界处收集电荷载流子。因此,可以在三硫化二锑
的层168内朝向肖特基势垒形成耗尽区,该肖特基势垒可以位于银电极176、178与三硫化二
锑的层168之间的边界处。此外,通过施加使用具有幅度为1000mA的100ms长电流脉冲的调
制装置162,以375Hz的调制频率调制作为照射源156的发光二极管158。因此,通过使用锁定
放大器164再次测量纵向传感器信号。在两种情况下,结果是如图6E和6F所示的FiP曲线,其
再次表明了在这种材料中的所提到的条件下的负的FiP效应的发生。
图6E和6F中的曲线的样品的照射强度较高,在横跨包括该样品的纵向光学传感器114没有
施加偏置电压的情况下,可以在这里监测到正的FIP效应。此外,图6G表明,包括三硫化二锑
的层168的该实施例的纵向光学传感器114在这里表现为类似于图6F 所示实施例的肖特基
二极管。此外,可以提及的是,与图5类似,如图6G 所示对于低于约13毫米的短距离以及对
于高于约24mm的大距离的电流增加可以源于几何效应,即通过增加传感器区域130处的光
斑尺寸,在一定点处,光斑尺寸超过传感器区域130的面积。
表现出高电阻率、高电荷载流子寿命和低表面复合率的硅基光导体。如上所述,光导材料可
以在这里由欧姆接触来接触,从而提供电学结,该电学结可以表现出根据欧姆定律的线性
电流‑电压比,但不包括任何光伏特性。为此,使用显示出770至2020Ω·cm 的电阻率的硅
样品。通过施加横跨包括该样品的纵向光学传感器114的10V 的偏置电压,由此对照射使用
两个不同的波长,即530nm(实线)和850 nm(虚线),获得如图6H所描绘的实验结果,以便分
别研究该样品在可见和红外光谱范围内的行为。在两个光谱范围内,可以观察到负的FIP效
应。
器184组合。因此,在纵向光学传感器114中使用有机光导材料层可以是特别优选的,主要是
由于有机光导材料的透明度、半透明度或透光性。作为示例,一个或多个横向光学传感器
184可以位于纵向光学传感器114的堆叠的面向对象的一侧。可替代地或另外,一个或多个
横向光学传感器184可以位于纵向光学传感器114的堆叠的背离对象的一侧。可替代地或另
外地,一个或多个横向光学传感器184可插入堆叠的纵向光学传感器114之间。然而,可以仅
包括单个纵向光学114传感器但不包括横向光学传感器184的实施例仍然是可能的,诸如在
仅需要确定对象的深度即Z坐标的情况下。
感器184可以是有利的。对于横向光学传感器的潜在实施例,可以参考WO 2014/097181 A1。
因此,横向光学传感器 184可以是具有至少一个第一电极、至少一个第二电极和至少一种
光伏材料的光电检测器,其中光伏材料,优选地,一个或多个染料敏化的有机太阳能电池,
诸如一个或多个固体染料敏化的有机太阳能电池可以嵌入在第一电极和第二电极之间。
属元素化物136,诸如硫化铅(PbS)、硒化铅(PbSe)或其它合适的材料。在此,光导电材料134
的层168可以优选地嵌入在透明导电氧化物188的两个层186之间,该透明导电氧化物188
优选包括氧化铟锡(ITO)、掺氟的氧化锡(FTO)或氧化镁(MgO)。然而,特别地根据所需的透
明光谱范围,其它材料可能是可行的。
是具有至少两个部分电极194、196的分离电极,其中横向光学传感器184可以具有传感器区
198,其中至少一个横向传感器信号可以以类似于如在WO 2014/097181 A1中所公开的横向
光学传感器184所描述的方式来指示在传感器区198内入射光束132的x‑ 和/或y‑位置。因
此,横向光学传感器184可以包括传感器区198,其优选地可以对从对象112到检测器110行
进的光束132是透明的。因此,横向光学传感器184可以适于确定在一个或多个横向方向中
(诸如在x方向和/ 或y方向中)光束132的横向位置。为此,至少一个横向光学传感器184 可
以进一步适于生成至少一个横向传感器信号。因此,评估装置140可以被设计成通过评估纵
向光学传感器184的横向传感器信号来生成关于对象 112的横向位置的至少一个信息项。
此,光学检测器110可以用作相机202,具体用于3D成像,其可以用于获取图像和/或图像序
列,诸如数字视频剪辑。此外,图8示出了包括至少一个检测器110和/或至少一个检测器系
统 200的人机接口204的示例性实施例,以及进一步地包括人机接口204的娱乐装置206的
示例性实施例。图8进一步示出了适于跟踪至少一个对象 112的位置的跟踪系统208的实施
例,该跟踪系统208包括检测器110和/ 或检测器系统200。
过信号引线156连接到至少两个纵向光学传感器114中的每一个。如上所述,两个或优选三
个纵向光学传感器的使用可支持纵向传感器信号的评估而没有任何剩余的模糊性。评估装
置140 可以特别地通过信号引线138进一步连接到至少一个可选的横向光学传感器184。通
过示例的方式,可以提供信号引线138和/或一个或多个接口,其可以是无线接口和/或有线
接口。此外,信号引线138可以包括用于生成传感器信号和/或修改传感器信号的一个或多
个驱动器和/或一个或多个测量装置。此外,再次,可以提供至少一个传送装置120,特别是
作为折射透镜122或凸面镜。光学检测器110可以进一步包括至少一个壳体118,作为示例,
该至少一个壳体118可以包围组件114、184中的一个或多个。
立的壳体中。评估装置140可以包括一个或多个电子装置和/或一个或多个软件组件,以便
评估由纵向评估单元148 (由“z”表示)和横向评估单元210(由“xy”表示)示意性表示的传
感器信号。通过组合由这些评估单元154、156导出的结果,可以生成位置信息212,优选地三
维位置信息(由“x、y、z”表示)。类似于根据图1的实施例,偏置电压源150可以被配置为提供
高于接地152的偏置电压。此外,如由纵向光学传感器114提供的纵向传感器信号可以在被
提供给纵向评估单元148之前首先借助于放大器154放大。
110的一部分。在此,成像装置信号可以由一个或多个成像装置信号引线138传送到检测器
110的评估装置140。可替代地,成像装置214可以单独地位于检测器壳体118的外侧。成像装
置214可以是完全或部分透明或不透明的。成像装置214可以是或可以包括有机成像装置或
无机成像装置。优选地,成像装置214可以包括至少一个像素矩阵,其中像素矩阵可以特别
地选自如下组成的组:无机半导体传感器装置,诸如CCD芯片和/或CMOS芯片;有机半导体传
感器装置。
常,在图8所示的实施例中或检测器系统200、人机接口204、娱乐装置206或跟踪系统208的
任何其它实施例中,对象 112本身可以是指定装置的一部分,并且具体地可以包括至少一
个控制元件216,具体地,其中至少一个控制元件216具有一个或多个信标装置220,其中控
制元件216的位置和/或取向优选地可以由用户218操纵。作为示例,对象112可以是或可以
包括球棒、球拍、球棍或运动器材的任何其它物品和/或伪运动器材中的一个或多个。其它
类型的对象112也是可能的。此外,用户218可以被认为是其位置将被检测的对象112。作为
示例,用户218 可以携带直接或间接附接到他或她的身体的信标装置220中的一个或多个。
位置的至少一个其它信息项以及可选地关于对象 112的横向位置的至少一个信息项。特别
地,光学检测器110可以适于识别对象112的颜色和/或将对象112成像,诸如对象112的不同
颜色,更具体地,可能包括不同颜色的信标装置220的颜色。壳体118中的开口124 优选地可
以限定光学检测器110的观察方向126,该开口124优选地可以关于测器110的光轴116同心
地定位。
所述,通过使用光学检测器110和/ 或检测器系统200来确定对象112和/或其一部分的位置
可以用于提供人机接口204,以便向机器222提供至少一个信息项。在图8中示意性描绘的实
施例中,机器222可以是或可以包括至少一个计算机和/或包括数据处理装置166的计算机
系统。其它实施例是可行的。评估装置140可以是计算机和/或可以包括计算机和/或可以完
全或部分地体现为单独的装置和/或可以完全或部分地集成到机器222,特别是计算机中。
对于跟踪系统208的轨迹控制器224也是如此,其可以完全地或部分地形成评估装置140和/
或机器222的一部分。
216,用户218可以将至少一个信息项(诸如至少一个控制命令)输入到机器222中,特别是计
算机中,从而改变娱乐功能,诸如控制计算机游戏的进程。
个网格的电阻针对多个聚焦步骤被描绘,从完全照射的阵列开始,并且连续地逐渐增加光
束132的聚焦,然而由此保持如示出的从50mW至1000mW的级别中的每一个的照射的入射功
率。因此,将与完全照射的阵列对应的第一步的电阻值用作参考。
导体的互连阵列进行模拟。在此,只要并非所有的个体光导体均匀地照射,则阵列产生被证
明关于照射密度为非线性的聚集DC电阻。在个体光导体对照射密度表现完美的线性电阻响
应的情况下,甚至可以观察到该特征。因此,该特征可用于确定传感器区域130内阵列上的
光束132的横截面,并且因此确定检测器110与光源或IR辐射源(甚至在LWIR光谱范围内,即
从5μm到15μm)之间的距离。为了模拟的目的,对于光束132假设高斯分布,该光束132在第一
步骤中显著地超过了阵列,直到在随后的步骤中其直径连续减小。
感器区域130包括能够维持电流的材料,其中给定照射的相同总功率,材料的电流取决于传
感器区域130中光束132 的束横截面。特别地,为了使光束132能够到达层226,位于入射光
束132 的束路径232内的第一电极228至少部分地是光学透明的。优选地,至少部分光学透
明的第一电极228可以因此包括一种或多种透明导电氧化物 (TCO),特别是掺铟的氧化锡
(ITO)。也被称为“背电极”的第二电极230在这里被选择为光学上不透明的,并且因此可以
包括金属电极。如图10A中示意性地描绘的,第二电极230在此可包括均匀的金属层。可替代
地,第二电极230可以是可能被布置为多个部分电极或以金属栅的形式的分裂电极。在该实
施例中,为了形成PIN二极管234,示例性地布置了层226。如图10A所示,PIN二极管234包括
位于n型半导体层238和p 型半导体层240之间的i型半导体层236。特别地,i型半导体层236
表现出超过n型半导体层238以及p型半导体层240的厚度的厚度。
导体层的厚度都低于50nm。在入射光束132具有在可见光谱范围内(特别是从380nm至
700nm)的波长的情况下,在半导体层236、238、240中的至少一个半层中包括a‑Si 和/或a‑
Si:H的PIN二极管234可以优选地用于检测器110中。
曲线,即以nA为单位的交流光电流I 相对于纵向光学传感器114距对象112的距离d,该多个
照射强度在以mA 为单位的控制电流中根据需要给出,用于控制作为调制照射源160的发光
二极管158。这里要强调的是,用于控制发光二极管158的1mA控制电流对应于非常弱的5nA
的纵向传感器信号。因此,图10B进一步表明,与其它已知的FiP装置相比,这里可以观察到
相当高的信噪比。
相应曲线,而虚线涉及2cm的离焦位置。各种曲线涉及从1mA到367mA的偏置电流的各种设
置。如这里呈现的曲线都没有采用室内光。
有向样品施加偏置电压。此外,从图10E可以得出,对于光学透明的a‑Si:H的光透射的幅度
在从 500nm到800nm的波长范围内取决于i型半导体层的厚度。如图10E所示,透射光学取决
于光学透明的氢化非晶硅(a‑Si:H)的厚度。在此,i 表示230nm的光学透明层的厚度,而2i
是指460nm的厚度,并且3i是指690nm的厚度。
(a‑SiC:H)。在该替代实施例中, p型半导体层240或i型半导体层236中的至少一个可表现
出从2nm至20 nm,优选从4nm至10nm,特别是约5nm的厚度。这种替代的PIN二极管234可以优
选地用于根据本发明的检测器110中,用于检测在UV波长范围内(特别是完全在从315nm至
400nm的UVA波长范围与从280nm 至315nm的UVB波长范围中的至少一个内)的入射光束132
的波长。
c‑Si),优选氢化微晶硅(μc‑Si:H)。可替代地(未示出),同样可以使用锗和硅的非晶合金
(a‑GeSi),优选氢化非晶锗硅合金(a‑GeSi:H)。这种进一步的替代PIN二极管234可以优选
地适用于检测从760nm至1400nm,特别是从760nm至1000nm 的NIR波长范围内的波长。因此,
通过使用具有850nm的波长和375Hz 的调制频率的照射源,记录了如图10F所示的曲线。配
备有这种替代PIN 二极管234的纵向光学传感器114特别地可用于夜视或雾视,或者用于通
过使用NIR照射源可以由于任何原因而使动物或人类不受干扰的情况中。
技术人员已知的,材料GaP在从约140 nm至580nm的光谱范围内表现出不可忽视的光谱响
应,并且因此可用于该目的。因此,通过使用490nm的照射波长已经记录了如图10G所描绘的
曲线,其中以100mA的电流驱动发光二极管。然而,在UV光谱范围的至少一部分内可能表现
出不同的不可忽略的光谱响应的另外材料同样可能是可行的。
如上所述的p型吸收体材料244。优选地,I‑III‑VI2族化合物,特别是硫化铜铟(CuInS2;CIS)
或硒化铜铟镓 (CIGS;参见图11E)或I2‑II‑IV‑VI4族化合物,特别是硫化铜锌锡(CZTS;参见
图11F至11H)、硒化铜锌锡(CZTSe)或铜锌锡硫硒硫属元素化物 (CZTSSe)和它们的所有这
些的掺杂变体都可以用于该目的。可替代地,同样可以利用卤化物钙钛矿化合物,特别是有
机‑无机卤化物钙钛矿,特别是碘化甲基铵铅(CH3NH3PbI3)。然而,其中使用碲化镉(CdTe;参
见图11C)或碲化锌镉(ZnCdTe;参见图11D)作为p型吸收体材料244 的另外示例表明这里呈
现的概念更为一般。
或晶界缺陷钝化。然而,如图11A所描绘的该示例,其中入射光束132的束路径232可能不穿
过衬底170,因此该衬底170可以不需要是透明的,但是其它种类的衬底170同样可能是可行
的,特别是更轻和更柔性的衬底,例如聚酰亚胺片或金属箔。
相应的金属到衬底170上而产生。此外,在钼沉积之后,p型吸收体材料244可以通过的几个
方法中的一个(诸如在例如W.Hermes等(W.Hermes et al.,s.o)中描述的)被生长在背接触
层246的顶部。因此,通常可以经由两步过程制备薄膜。在第一步骤期间,可以通过基于真空
或基于溶液的方法沉积p型吸收体材料244的薄膜。为此,元素或前体材料可以顺序涂覆或
混合,其中对于已经混合在膜中的元素获得高效率。作为替代,可以沉积包括p型吸收体材
料244的纳米颗粒。在第二步骤中,该层可以在从500℃和600℃的温度下退火,这可能导致
从这些元素或者纳米颗粒的烧结形成所需的p型吸收体材料244。为了在一步方法中替代地
制造p型吸收体材料244吸收体材料,元素可以在升高的温度下诸如经由共溅射或共蒸镀到
加热的衬底上来同时沉积,从而导致沉积期间p型吸收体材料244的直接形成。然而,其它种
类的材料是可能的。
作为位于背接触层246和p型吸收体材料244之间的薄边界层248。
如硫化镉(CdS)的材料,其可以例如经由化学浴沉积来沉积。此外,缓冲层250可以覆盖有薄
的保护层252,该保护层252可以进一步由相对较厚的电荷载流子收集层254覆盖。通常,保
护层252可以包括本征氧化锌层(i‑ZnO),其可以特别地用于保护缓冲层250和p型吸收体材
料244免受溅射损伤,否则在沉积电荷载流子收集层254期间可能会发生溅射损伤。在此,电
荷载流子收集层254可以优选地包括通常表示为ZnO:Al窗口层的掺铝(Al)的ZnO层(ZnO:
Al),该ZnO:Al窗口层通常可以通过已知作为相当有害工艺的DC溅射产生。在相应层内使用
的其它种类的材料同样可能是可行的,诸如缓冲层250内的硫化锌(ZnS)、氧化锌(ZnO)或氢
氧化锌(ZnOH),以便避免有毒的镉(Cd)。电荷载流子收集层254可以优选地用作透明导电氧
化物层256,用于从p型吸收体材料244收集和移动电荷载流子,同时吸收来自于到如这里布
置在电荷载流子收集层254的顶部上的至少一个第一电极176和至少一个第二电极178的光
束的入射光。因此,至少由n型半导体层238和 p型半导体层240形成光电二极管258,并且如
图11A进一步所示的,光电二极管258可以由一个或多个其它种类的附加层(诸如这里描述
的那些附加层,即背接触层246、边界层248、保护层252和电荷载流子收集层 254)或由一个
或多个另外的层以及由至少一个第一电极176和至少一个第二电极178补充。
管258以一些方式偏离图11A中的描绘。特别是与根据图11A的装置的设置形成对比,根据图
11B的薄膜太阳能电池242可以用于入射光束132的束路径232能够穿过衬底170的设置中,
该衬底170因此在该示例中是透明的。因此,使用透明衬底170、180(优选玻璃、石英或固体
透明聚合物)作为透明导电氧化物层256可用作第一透明电极228的基础。在透明电极228和
第二电极230之间,光电二极管 258再次至少由p型半导体层240和n型半导体层238形成,该
第二电极 230可以表现出光学透明的或优选的不透明特性,其中在这里另外利用如以上更
详细地描述的缓冲层250。优选地,上述p型吸收体材料244中的一种在此用作p型半导体层
240。关于该类型的布置的更多细节,可以参考图11A的描述。
能电池242作为光电二极管258。
包括硫化镉(CdS)的n型半导体层238和包括二氧化锡(SnO2)的附加缓冲层250布置在位于
玻璃衬底170、 180上的作为第一电极228的透明氧化铟锡(ITO)层和作为第二电极230 的
金属层之间。在此,在不施加偏置电压的情况下,在850nm的照射波长下(即在NIR光谱范围
内),记录在该布置内表明负的FiP效应的发生的三个FiP曲线,该三个FiP曲线由分别以
100mA(实线)、500mA(虚线)或1000mA(虚线)的电流驱动的发光二极管158提供。
一电极228的透明氧化铟锡 (ITO)层和作为第二电极230的金属银(Ag)层之间。此外,可以
从在没有施加偏置电压的情况下已经记录的如图11D中所描绘的FiP曲线导出负的FiP效
应,其中使用表现出1000mA幅度的100ms长电流脉冲以375 Hz的调制频率调制照射源156。
III‑VI2族化合物硒化铜铟镓(CIGS;参见图11E)或I2‑II‑IV‑VI4族化合物硫化铜锌锡
(CZTS;参见图11F至11H)。可替代地,为此同样可以利用卤化物钙钛矿化合物,特别是有机‑
无机卤化物钙钛矿,特别是碘化甲基铵铅(CH3NH3PbI3)。在通用性没有任何损失的情况下,
但是化合物CIGS和CZTS在下面的描述中被用作范例,尽管从图11C和11D的示例已经说明使
用薄膜太阳能电池242作为光电二极管 258的概念可以更普遍地应用。
种布置中正的FiP效应的发生,该FiP 曲线已经在没有施加偏置电压的情况下在850nm的照
射波长下(即在NIR 光谱范围中)下被记录,并且由以500mA的相当高电流驱动的发光二极
管158提供。
11G的比较可以看出,这里可以表明,在光导模式中驱动光电二极管258的情况下,FiP效应
的符号可以取决于入射在p型吸收体材料244CZTS上的入射光束132的强度,该p型吸收体材
料244CZTS表现出3mm×3mm的尺寸。因此,通过对入射光束132 的强度使用两个适当不同的
值,再次获取两个个体测量曲线可能是可行的,该测量曲线可以特别地通过比较两个个体
测量曲线来用作用于解析关于纵向传感器信号的上述模糊度的参考基准。
学检测器110中较高强度的另外示例,利用发射850nm的波长并由甚至更高的1000mA电流驱
动的NIR发光二极管(LED)158,以获得同样表现出负的FiP效应的如图11H所示的测量曲线。
器110中的正的FiP效应。为此,照射源 156包括发射530nm波长的的绿色发光二极管(LED)
158,绿色发光二极管(LED)158在这里的实验中以仅8mA的相对低的电流驱动,因此,向入射
光束132仅提供相对低的强度。
且因此在束横截面174的区域内导致高强度的情况下,在p型吸收体材料244CZTS内可能会
发生大量生成的电荷载流子的复合。在给定照射的相同总功率,入射光束132具有大的束横
截面 174并且因此可能仅导致在束横截面174的区域内的低强度的相反情况下,在p型吸收
体材料244CZTS内几乎不会发生复合,此外,因为这种材料可能特别地具有大量的缺陷。
管258通常不会在光伏模式中表现出FiP效应,而相同的光电二极管258可能实际上在光导
模式中表现出FiP效应,因此可以使用在光伏模式中获取的测量曲线作为用于通过比较两
个个体测量曲线来解决关于纵向传感器信号的上述模糊性的参考基准。
现出许多优点,特别是均匀膜的形成、低的可观察电压、导致更高信噪比的暗电流缺乏、零
偏移、照射的相同总功率下的较高电流、以及纵向光学传感器114可以是透明或半透明的能
力。
电压源150可以优选地用于在光导模式中驱动光电二极管258。为此,以反向偏置模式利用
光电二极管258,在该反向偏置模式中采用相对于p型半导体层240的正电压驱动光电二极
管 258的n型半导体层238。这与所谓的“光伏模式”相反,在该“光伏模式”中在光电二极管
258的n型半导体层238和p型半导体层240之间使用零偏压。将光导模式应用于光电二极管
258通常可以导致观察到光电二极管258中的FiP效应,即,给定照射的相同总功率,可以发
现如由光电二极管258生成的光电流取决于传感器区域130中光束的束横截面。因此,由于
纵向传感器信号取决于传感器区域130内的电导率,所以记录至少一个纵向传感器信号因
此允许确定传感器区域130中光束的束横截面,并且因此生成关于对象112的纵向位置的至
少一个信息项。对于图11J中的更多细节,可以参考图11A或11B的描述。
不同的至少两个个体值。因此,偏置电压源150可以被配置为以可以在纵向光学传感器114
的至少两个操作模式之间切换的方式向光电二极管258施加至少两个不同的偏置电压。结
果,纵向光学传感器114的传感器区域130内的电导率可以通过施加不同的偏置电压来调
节。在该实施例中,在第一操作模式中,非零偏置电压可以特别地以反向偏置模式施加到光
电二极管258,在该反向偏置模式中,如上所述,可以采用相对于p型半导体层240的正电压
驱动光电二极管258的n 型半导体层238。因此,在第一操作模式中,可以获取第一纵向传感
器信号。此外,在第二操作模式中,零偏压可以施加到光电二极管258,这可以导致光电二极
管258未被偏置的观察,并且因此采用同样如上所述的光伏模式。因此,在第二操作模式中,
可以类似地获取通常与第一纵向传感器信号不同的第二纵向传感器信号。
的纵向光学传感器114中负的FiP 效应的发生的实验结果,其中为量子点264选择的光导材
料是硫化铅 (PbS)。
膜262(PbS CQD膜)夹在第一电极268和第二电极270 之间。在此,由入射光束132入射的第
一电极268优选地包括导电的且至少部分光学透明的电极272的层,更优选地至少一种透明
导电氧化物 (TCO),特别是掺铟的氧化锡(ITO)电极274。然而,其它类型的导电和光学透明
材料272同样可以适合作为用于第一电极268的材料,特别是掺氟的氧化锡(FTO)、氧化镁
(MgO)、掺铝的氧化锌(AZO)中的一种或多种,或者替代地,金属纳米线,诸如Ag或Cu纳米线。
与此相反,第二电极270可以是至少一个光学不透明电极,并且因此优选地包括金属电极
276,特别是铝(Al)电极278。在该特定示例中,第二电极270可以优选地包括均匀的金属层。
作为该设置的结果,可以在PbS CQD膜262 和铝电极278之间的界面处形成肖特基势垒280。
通过ITO电极274的入射光束132可以在CQD膜262中生成电子和空穴,电子和空穴可以分别
在朝向ITO电极274和铝电极278的界面处被收集。因此,可以在CQD 膜262中在位于金属‑
CDD界面处的肖特基势垒280处的形成耗尽区,而 CQD膜262的剩余体积可以被认为是p型半
导体层240。
中的100mg/ml的PbS量子点264 溶液,从该PbS量子点264溶液,通过施加沉积方法在ITO电
极274上形成了两个后续层,优选通过采用从1000rpm至6000rpm(诸如4000rpm) 的旋转频
率的旋涂方法。在从50℃至250℃,优选为从100℃至200℃的干燥温度下执行优选从1分钟
至2小时,更优选从10分钟至1小时,诸如 30分钟的干燥时间的干燥步骤之前,在优选从10
秒至10分钟,更优选从 10秒至1分钟,诸如30秒的处理时间期间已经用乙二硫醇处理两层
中的每一层。关于获得具有通过CQD膜262的尽可能少的短路的纵向光学传感器114的设置,
这种程序被证明是特别有利的。最后,通过蒸发将100nm 厚的铝层沉积到胶体膜262上作为
金属电极276。对于以20℃间隔从100℃至180℃的干燥温度,表明在这种样品中负的FiP效
应的发生的实验结果示于图12B中。与上述类似,发射850nm的波长并由1000mA相对高的电
流驱动的NIR发光二极管(LED)158被用于照射表现为肖特基二极管 266的根据图12A的纵
向光学传感器114。
积到第一电极268的层上,该第一电极268的层优选地包括导电的和至少部分光学透明的电
极272的层,更优选至少一种透明导电氧化物(TCO,特别是掺氟的氧化锡(SnO2:F, FTO)电
极286。在如图12C所示的实施例中,将导电聚合物288(优选聚(3,4‑亚乙基二氧噻吩)
(PEDOT)层290)沉积到CQD膜262上。为了实现与外部电气部件的良好电接触,包括最后包括
两个蒸镀的200nm银 (Ag)电极294的分离电极292已经被沉积到PEDOT层290上。可替代地,
分离电极292可以选自包括铂(Pt)电极和金(Au)电极的组。在此,分离电极292可以优选地
被布置为多个部分电极或以金属栅的形式布置。可替代地,如图12C所示,另外可以在二氧
化钛(TiO2)阻挡层284和 CQD膜262之间沉积介孔二氧化钛(TiO2)层296,其中介孔二氧化钛
(TiO2)层296可以在这里被认为是n型半导体层238,而在该特定实施例中,CQD膜262可以归
于p型半导体层240。
沉积到第一电极268的层上,该第一电极268的层优选地包括导电的和至少部分光学透明的
电极272的层,更优选至少一种透明导电氧化物(TCO),特别是掺氟的氧化锡(SnO2:F, FTO)
电极286。然而,与图12C相反,在该实施例中使用包括单个蒸镀 200nm的银(Ag)电极294的
金属电极276作为第二电极270。可替代地,介孔二氧化钛(TiO2)层296可另外地以与图12C
中所描绘的实施例中相似的方式被沉积在二氧化钛(TiO2)阻挡层284和CQD膜262之间。然
而,如图12D所示,省去附加的介孔二氧化钛(TiO2)层296可以导致更均匀的层。
或部分束路径一次或重复地、单向地或双向地传播。因此,上面列出的组件或下面进一步详
细列出的可选的进一步组件可以完全或部分地位于纵向光学传感器114的前面和/或纵向
光学传感器114的后面。