用于至少一个对象的光学检测的检测器制造技术

提出了一种用于至少一个对象(112)的光学检测的检测器(110)。该检测器(110)包括：‑至少一个纵向光学传感器(114)，其中纵向光学传感器(114)具有至少一个传感器区域(130)，其中纵向光学传感器(114)被设计成以取决于由光束(132)对传感器区域(130)的照射的方式生成至少一个纵向传感器信号，其中给定照射的相同总功率，纵向传感器信号取决于传感器区域(130)中光束(132)的束横截面(174)，其中传感器区域(130)包括至少一种光导材料(134)，其中给定照射的相同总功率，光导材料(134)的电导率取决于传感器区域(130)中光束(132)的束横截面(174)，其中纵向传感器信号取决于电导率；以及‑至少一个评估装置(140)，其中评估装置(140)被设计成通过评估纵向光学传感器(114)的纵向传感器信号来生成关于对象(112)的纵向位置的至少一个信息项。由此，提供了用于准确地确定空间中的至少一个对象(112)的位置的简单且仍然有效的检测器(110)。

A detector for optical detection of at least one object

A detector (110) for optical detection of at least one object (112) is proposed. The detector (110) comprises at least one longitudinal optical sensor (114), wherein the longitudinal optical sensor (114) has at least one sensor area (130), wherein the longitudinal optical sensor (114) is designed to depend on the beam (132) of the sensor area (130) radiation generated at least one longitudinal sensor signal, the same total radiation power given the longitudinal sensor signal depends on the sensor area (130) in the beam (132) of the beam cross section (174), wherein the sensor area (130) includes at least one photoconductive material (134), the same total radiation power given the photoconductive material (134) the conductivity depends on the sensor area (130) in the beam (132) of the beam cross section (174), wherein the longitudinal sensor signal depends on the conductivity; and at least one evaluation device (140), of which the evaluation device (140) is designed to pass The longitudinal sensor signal of the longitudinal optical sensor (114) is evaluated to generate at least one information item about the longitudinal position of the object (112). Thus, a simple and still effective detector (110) is provided for accurately determining the position of at least one object (112) in the space.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于至少一个对象的光学检测的检测器
本专利技术涉及一种用于至少一个对象的光学检测的检测器，特别是用于确定至少一个对象的位置，具体地关于至少一个对象的深度或深度和宽度二者。此外，本专利技术涉及人机接口、娱乐装置、扫描系统、跟踪系统、立体系统；以及相机。此外，本专利技术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。
技术介绍
用于光学检测至少一个对象的各种检测器基于光学传感器是已知的。WO2012/110924A1公开了一种包括至少一个光学传感器的检测器，其中光学传感器表现出至少一个传感器区域(sensorregion)。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。WO2014/097181A1公开了通过使用至少一个横向光学传感器和至少一个纵向光学传感器来确定至少一个对象的位置的方法和检测器。优选地，利用纵向光学传感器的堆叠，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，WO2014/097181A1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。WO2014/198629A1公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器，该检测器包括至少一个纵向光学传感器，该光学传感器适于检测从对象朝向检测器行进的光束。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。在其它应用中，已知金属硫属元素化物薄膜可用作光导材料，如例如在B.Heimann,W.Heimann,–EigenschaftenundAnwendungen,SonderdruckausFernseh-undKino-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(Metaldepositionmethodformetalchalcogenidethinfilms，MaterialsChemistryandPhysics，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。特别地，通过在衬底(诸如陶瓷衬底)上沉积这种光导材料层并且提供相应的导电接触，可以获得同样简称为“光电池”的光导电池。光导电池可以用于不同类型的电路和应用中，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。为了表明在分光光度法中检测器线性度的重要性，应用光学2006年第45期第2381-2386页的E.Theo-charous的对PbS检测器在红外线中的绝对线性度测量(E.Theocharous,AbsolutelinearitymeasurementsonaPbSdetectorintheinfrared,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)的线性系数对辐照度。在此，辐照度是以μW/mm2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感器区域的面积。实验结果表明，对于10nW/mm2的辐照度，线性度的偏差将显著(>1％)。对于1μW/mm2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,andN.P.Fox,AbsolutelinearitymeasurementsonHgCdTedetectorsintheinfraredregion,Appl.Optics,43,4182-88,2004)的附图3中示出。此外，US4,767,211A公开了一种用于测量样品的边界表面的设备和方法。其中，来自样品的在反射光的光轴附近传播的反射光的一部分的光量与被引导到从光轴偏离预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。US3,035,176A公开了一种用于利用来自对象的可见光来确定对象的范围的导航仪器。光通过聚光透镜被接收并且被引导到分束膜，该分束膜将对象的两个相同的图像提供给两个光电池。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，US3,035,176A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。US3,937,950A公开了一种用于检测对象图像的特征(distinction)的系统，其特征在于，分别在光电转换元件上在沿着与长边相比呈现相当短的边的光电半导体的较长边的两端存在电极，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.30 EP 15153215.7;2015.03.03 EP 15157363.1;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；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。2.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中所述光导材料(134)是无机光导材料，优选选自硒、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。3.根据前一权利要求所述的检测器(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。4.根据前一权利要求所述的检测器(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。5.根据三个前述权利要求中任一项所述的检测器(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。6.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(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)。7.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述光导材料(134)包括掺杂硅，特别是作为浮区晶片，其中所述掺杂硅优选表现出1013cm-3或更小的掺杂剂浓度，5·102Ω·cm或更大的电阻率，以及500μm或以下的厚度。8.根据前述权利要求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)。9.根据前述权利要求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，特别是染料或颜料，和/或包括电子供体材料和电子受体材料的混合物。10.根据前一权利要求所述的检测器(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。11.根据两个前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述电子供体材料包括有机供体聚合物，特别是聚(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。12.根据三个前述权利要求中任一项所述的检测器(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，特别是[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(分别为C70-DPM-OE或C70-DPM-OE2)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。13.根据四个前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述电子受体材料包括有机受体聚合物，特别是氰基-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。14.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(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。15.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中横跨所述材料施加偏置电压。16.根据前一权利要求所述的检测器(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。17.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(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。18.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(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。19.根据前一权利要求所述的检测器(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。20.根据两个前述权利要求中任一项所述的检测器(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。21.根据三个前述权利要求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)。22.根据前一权利要求所述的检测器(110)，其中所述衬底(170)是绝缘衬底，优选陶瓷衬底(172)。23.根据两个前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述衬底(170)是至少部分透明或半透明的。24.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(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。25.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(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。26.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(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所述光轴(116)布置。27.根据前一权利要求所述的检测器(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入射光束(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。28.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(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。29.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(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。30.根据前一权利要求所述的检测器(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。31.根据前一权利要求所述的检测器(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。32.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(110)，其中所述光束(132)是未调制的连续波光束。33.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(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。34.根据前一权利要求所述的检测器(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域(198)中所述光束(132)的位置。35.根据前...

【专利技术属性】
技术研发人员：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(专利权)人：特里纳米克斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE