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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zur Messung eines Einfallwinkels
von elektromagnetischer Strahlung mit einer Fläche aus
einem strahlungsempfindlichen Halbleitermaterial und einer im Abstand über
dieser Fläche angeordneten Schattenmaske mit einer strahlungsundurchlässigen
Maskenöffnung. Das Spektrum der Strahlung liegt bevorzugt
im Bereich des sichtbaren Lichts.
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Entsprechende
Sensoren werden beispielsweise verwendet, um für die Steuerung
von Klimaanlagen eine ggf. vorhandene Sonneneinstrahlung zu berücksichtigen.
Hierzu sind beispielsweise Sensoren bekannt, die räumlich
zueinander abgewinkelte Halbleiteroberflächen aufweisen,
wobei zur Bestimmung des Lichteinfallwinkels die unterschiedliche Menge
der auf den jeweils zueinander abgewinkelten Halbleiteroberflächen
erzeugten Ladungsträger verwendet wird, da die Menge der
in einem Halbleitermaterial erzeugten Ladungsträger von
dem Einfallwinkel auf die Halbleiteroberfläche abhängig
ist. Es versteht sich, dass ein solches System eine entsprechende
Kalibration erfordert, da es im allgemeinen nicht möglich
ist, mehrere identische Halbleiteroberflächen mit exakt
gleicher Größe und exakt gleichen Eigenschaften
zu erzeugen. Das Verfahren ist außerdem abhängig
von der Genauigkeit der Erfassung der jeweils pro Zeiteinheit erzeugten
Menge an Ladungsträgern, wobei Sättigungseffekte
und auch Reflexionen das Messergebnis verfälschen können.
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Aufwendigere
Systeme können beispielsweise mit einer Kamera den interessierenden
Raum- bzw. Winkelbereich abscannen und mit Methoden der Bildverarbeitung
den Winkel, unter welchem sich eine Lichtquelle (beispielsweise
die Sonne) relativ zu einem gegebenen Objekt befindet, ermitteln.
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Ein
weiterer Sensor, von welchem die vorliegende Erfindung ausgeht,
arbeitet mit einer im Abstand über einer Halbleiteroberfläche
angeordneten Schattenmaske mit mehreren Öffnungen, die
in unterschiedlichen Abständen seitlich versetzt über
Paaren aus Fotodioden angeordnet sind. Eine entsprechende Halbleiteranordnung
ist aus der
EP 1 357
393 A1 bekannt. Dabei werden je nach Lichteinfallwinkel die
Fotodioden je eines Paares unterschiedlich mit Licht beaufschlagt,
wobei dieser Unterschied durch eine Komparatorschaltung erfasst
wird. Aufgrund der Tatsache, dass die Fotodioden bezüglich
der zugeordneten Öffnung der Schattenmaske unterschiedlich
versetzt sind, ergeben sich beim Vergleich der Fotoströme
eines Paares winkelabhängige Unterschiede, wobei ein Paar
mit einem bestimmten seitlichen Versatz gegenüber der Schattenöffnung
genau für einen bestimmten Einfallwinkel jeweils gleiche
Fotoströme hat. Jedem Einfallwinkel ist demnach ein bestimmtes
Fotodiodenpaar zugeordnet, dass genau bei diesem Einfallwinkel gleiche
Fotoströme hat.
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Eine
entsprechende Halbleiterschaltung mit der zugehörigen Auswerteelektronik
ist relativ aufwendig, da für eine hinreichende Winkelauflösung eine
große Zahl von Fotodiodenpaaren vorgesehen werden muss,
wobei auch Ergebnisse verschiedener Paare miteinander verglichen
werden müssen, um etwaige Asymmetrien einzelner Paare auszugleichen.
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Gegenüber
diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, einen entsprechenden Sensor zur Messung eines Lichteinfallwinkels
mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, der mit relativ
wenig Aufwand eine relativ hohe Winkelauflösung erzielen kann.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Halbleiterobefläche
mindestens zwei im Abstand zueinander angeordnete Modulationsgates
aufweist, die mit einem unabhängig wählbaren Potential
beaufschlagbar sind, und mindestens zwei Auslesdiffusionen aufweist,
die in der Nähe der Modulationsgates angeordnet sind, so
dass sie die im Halbleitermaterial im Bereich der Modulationsgates
durch Lichteinfall erzeugten Ladungsträger ableiten und
einer Auswerteschaltung zuführen können. Bei einem
solchen Sensor ist die Öffnung in der Schattenmaske oberhalb
eines von Modulationsgates bedeckten Bereiches angeordnet. Durch
Anlegen einer Spannung an die Modulationsgates wird in dem Halbleiterformteil ein
bestimmter Potentialverlauf erzeugt, der die in dem Halbleitermaterial
erzeugten Ladungsträger dazu bringt, sich in Richtung des
Potentialgradienten zu bewegen, so dass sie dann von einem der Auslesegates
als Fotostrom oder Fotospannung erfasst werden. Durch Variation
der Potentiale der Modulationsgates wird auch der Potentialverlauf
variiert, so dass in Abhängigkeit von diesem Potentialverlauf und
in Abhängigkeit von dem konkreten Ort des Maximums der erzeugten
Ladungsträger diese entweder dem einen oder dem anderen
Auslesegate zugeführt werden. Da das Potential der einzelnen
Modulationsgates unabhängig wählbar ist, ist der
jeweilige Potentialverlauf bekannt und es kann durch Variation des
Potentialverlaufs unter gleichzeitiger Erfassung der Ausleseströme
beider Auslesediffusionen der genaue Ort der Ladungsträgererzeugung
festgelegt werden, wobei aus dieser Position und der bekannten Position
der Maskenöffnung der Einfallwinkel des Lichtes bezüglich
der Halbleiteroberfläche berechnet werden kann.
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Es
versteht sich, dass aus praktischen Gründen die Halbleiteroberfläche
und auch die entsprechende Schattenmaske parallele, ebene Flächen sein
sollen, auch wenn es grundsätzlich möglich wäre,
sowohl die Halbleiteroberfläche, als auch unabhängig
hiervon, die Oberfläche der Schattenmaske gekrümmt
oder beide unter relativen Winkeln zueinander verlaufen zu lassen,
was aber die konkrete Auswertung aufwendiger und schwieriger machen würde.
Bei der folgenden Beschreibung wird also weiterhin eine Ausführungsform
unterstellt werden, bei welcher die empfindliche Fläche
des Halbleitermaterials ebenso wie die Fläche der Schattenmaske parallele,
im Abstand zueinander angeordnete, ebene Flächen sind.
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Zweckmäßigerweise
haben die Modulationsgates die Form paralleler Streifen.
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Weiterhin
ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen,
dass die Zahl der Modulationsgates größer als
zwei ist und dass vorzugsweise mindestens vier Modulationsgates
vorgesehen sind. Bei einer konkreten, später noch beschriebenen
Ausführungsform sind beispielsweise sieben Modulationsgates vorgesehen.
Derartige Modulationsgates sind in einer Ausführungsform
der Erfindung optisch transparent. Außerdem können
gemäß einer Ausführungsform auch die
Auslesediffusionen die Form paralleler Streifen bzw. Bahnen haben.
Parallele Streifen von Modulationsgates sind beispielsweise in einer
Reihe nebeneinander angeordnet und Auslesediffusionen können
zweckmäßigerweise in der Nähe der jeweils äußeren
Streifen und vorzugsweise unmittelbar vor und hinter der Reihe paralleler,
streifenförmiger Modulationsgates angeordnet sein. Die
Modulationsgates können beispielsweise aus einer aufgebrachten dünnen
Schicht Polysilizium bestehen und die Auslesediffusionen können
durch eine streifenförmige n-Diffusion in einem p-dotierten
Halbleitermaterial erzeugt werden.
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Entsprechend
der Streifenform der Modulationsgates und der Auslesegates kann
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
auch die Öffnung der Schattenmaske eine parallel zu den
Streifen der Gates verlaufende, schlitzförmige Öffnung
sein. Eine solche Öffnung wird zweckmäßigerweise
oberhalb des Zentrums der Reihe von Modulationsgates oder in der
Nähe dieses Zentrums angeordnet. Dabei kann gemäß einer
Ausführungsform vorgesehen werden, dass mehrere Reihen
von Modulationsgates in gleicher Ausrichtung nebeneinander angeordnet sind,
wobei aber die schlitzförmige Öffnung der Schattenmaske
bezüglich des Zentrums jeder dieser Reihen nicht exakt
diesel be Position hat, sondern relativ zu der jeweils anderen Reihe
versetzt ist. Wenn dann beide Reihen von Modulationsgates, die im übrigen
identisch ausgestaltet sein können, mit je demselben Modulationspotential
beaufschlagt werden und dieses Potential in der gleichen Weise variiert wird,
ergibt sich an den Auslesediffusionen in Abhängigkeit von
der Variation des Potentials an dem Modulationsgates eine geringfügig
andere Charakteristik, wie dies anschließend noch erläutert
wird.
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Neben
den mehreren Reihen jeweils paralleler Modulationsgates können
auch unterschiedlich ausgerichtete Reihen von Modulationsgates vorgesehen
werden, die unter einem Winkel von mindestens 60°, vorzugsweise
unter einem Winkel vom 90° zueinander ausgerichtet sind.
Diese Winkelangabe bezieht sich auf die Ausrichtung der Reihen,
soweit aber die Reihen ihrerseits auch aus parallelen Streifen von
Modulationsgates bestehen, sind damit auch die Streifen von Modulationsgates
in den verschiedenen Reihen unter einem entsprechenden Winkel von mindestens
60° und z. B. bei einem Winkel von 90° zueinander
ausgerichtet. Man könnte auch drei verschiedene Reihen
unter einem Winkel von jeweils 60° (bzw. 120°)
zueinander anordnen, um den Einfallwinkel nicht nur in einer Ebene,
sondern räumlich bezüglich Azimuth und Elevation
genau aufzulösen. Grundsätzlich reichen hierfür
aber zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Reihen von Modulationsgates
mit jeweils zugeordneten Auslesediffusionen aus, wobei, wie bereits
erwähnt, auch jeweils mehrere parallele Reihen eine Winkelrichtung
abdecken können.
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Der
Raum zwischen der Schattenmaske und der Halbleiteroberfläche
ist vorzugsweise durch ein isolierendes, transparentes Halbleitermaterial
ausgefüllt.
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Hinsichtlich
eines entsprechenden Verfahrens zur Messung des Einfallwinkels der
Strahlung von einer Lichtquelle wird die der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Sensor mit den Merkmalen
nach einem der Ansprüche 1 bis 11 verwendet wird, wobei
das Potential der Modulationsgates moduliert wird und die von den
Auslesediffusionen abgeleitete Ladung in Abhängigkeit von dem
Spannungsverlauf der Modulationsgates erfasst wird, um auf diese
Weise den Ort des Lichteinfalls auf der Halbleiteroberfläche
und damit den Winkel des einfallenden Lichtes bezüglich
dieser Halbleiteroberfläche zu erfassen.
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Gemäß einer
Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
die Modulation der Modulationsgates in einer wellenförmigen
Variierung des Potentials bestehen, wobei jeweils ein Potentialmaximum
die Reihe von Modulationsgates durchläuft, das Potentialmaximum
aber ebenso gut auch zwischen den Enden der jeweiligen Reihe hin
und her laufen kann. Wenn dann die Auslesediffusionen vor dem ersten
Modulationsgate einer Reihe und hinter dem letzten Modulationsgate
einer solchen Reihe angeordnet sind, sorgt eine solche Modulation
dafür, dass die Ladungsträger, welche durch Strahlungseinfall
irgendwo im Bereich der Modulationsgates in dem Halbleitermaterial
erzeugt werden, immer in Richtung derjenigen Auslesediffusion verschoben
werden, die bezüglich des Potenti almaximums auf derselben
Seite liegt wie der Ort des Strahlungseinfalls. Indem nun der Ort
des Potentialmaximums entlang der Reihe von Modulationsgates verschoben
wird, durchläuft das Potentialmaximum auch den Ort des
Strahlungseinfalls, so dass in diesem Moment ein Wechsel der Transportrichtung
der Ladungsträger stattfindet, die, nachdem das Potentialmaximum
den Ort des Strahlungseinfalls passiert hat, zu der jeweils anderen Auslesediffusion
hin geleitet werden.
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Über
beide Auslesediffusionen fließt ein Strom, der sich zum
einen aus einem Dunkelstromanteil und zum anderen aus einem überlagerten Fotostromanteil
aufgrund der im Halbleitermaterial erzeugten Ladungsträger
ergibt. Bewegen sich die erzeugten Ladungsträger in Richtung
derjenigen Auslesediffusion, die bezüglich des Potentialmaximums
auf derselben Seite liegt wie der Ort des Strahlungseinfalls, erhöht
sich entsprechend der Auslesediffusionsstrom auf dieser Seite gegenüber
dem Strom der anderen Auslesediffusion. Der Wechsel in dem Maximum
der Amplitude der Auslesediffusionsströme in Abhängigkeit
von dem aktuellen Verlauf des Modulationspotentials definiert damit
den Ort des Strahlungseinfalls bezüglich des Maximums des
Potentials, welches gezielt variiert wird. Aufgrund der bekannten
Position der Öffnung in der Schattenmaske lässt
sich dann der Strahlungseinfallwinkel ermitteln.
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Es
versteht sich, dass die entsprechende Winkelauflösung umso
besser ist, je größer die Zahl der in einem gegebenen
Winkelbereich bzw. Erfassungsbereich angeordneten Modulationselektroden ist,
wobei dieser Zahl durch die praktischen Herstellungsbedingungen
Grenzen gesetzt sind. Es kann daher zweckmäßig
sein, die Winkelauflösung nicht durch weitere Vergrößerung
der Zahl streifenförmiger Modulationselektroden zu vergrößern,
sondern beispielsweise dadurch, dass mehrere identische Reihen von
Modulationselektroden parallel angeordnet werden, wobei jedoch die
zugehörigen Öffnungen der Schattenmasken diese
nebeneinander angeordneten Reihen von Modulationselektroden relativ
zueinander um einen Betrag versetzt werden, der einen Bruchteil
des Wiederholabstandes der Modulationselektroden entspricht. Bei
dem gleichen Strahlungseinfallwinkel verschiebt sich dann der Ort
der auf der Halbleiteroberfläche einfallenden Strahlung
entsprechend der Verschiebung der Schattenmaske. Werden dann beide
Reihen von Modulationselektroden in gleicher Weise durch ein Modulationspotential
variiert, so durchläuft das Potentialmaximum des einen Sensors
den Ort des Strahlungseinfalls etwas früher oder später
als bei dem anderen Sensor und aus dieser Differenz kann dementsprechend
die Ortsauflösung des Strahlungseinfalls und damit die
Winkelauflösung verbessert werden. Es versteht sich, dass hierfür
nicht nur zwei, sondern beispielsweise auch fünf oder zehn
parallele Reihen von Modulationselektroden bzw. Sensoren vorgesehen
sein können, wobei die Position der Öffnung der
Schattenmaske zwischen diesen Reihen variiert und zwar jeweils um
ein Zehntel oder ein Vielfaches von einem Zehntel des Widerholabstandes
zwischen benachbarten Modulationselektroden, so dass insgesamt die
Winkelauflösung um den Faktor zehn verbessert werden kann.
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Für
die räumliche Winkelauflösung ist es dann zweckmäßig,
zwei derartige Anordnungen relativ zueinander um 90° verdreht
anzuordnen, so dass der Winkel in zwei zueinander senkrechten Richtungen
bezüglich Azimuth und Elevation ausgewertet werden kann
und damit die exakte räumliche Richtung des Einfallwinkels
bestimmt werden kann.
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Entsprechende
integrierte Schaltungen mit Modulationselektroden sind auf dem Gebiet
der 3D-Bilderfassung als sogenannte PMD-Elemente bekannt (siehe
beispielsweise
DE
197 04 496 A1 ), so dass sowohl die Herstellung entsprechender
Halbleiterstrukturen als auch die entsprechenden Modulations- und
Ausleseschaltungen, die zeitlich miteinander koordinierte Modulationen
und Messungen vornehmen können, verfügbar sind
und für die vorliegende Erfindung verwertet werden können.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen
Figuren. Es zeigen:
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1 schematisch
einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Sensor
und
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2 schematisch
eine Draufsicht auf einen Sensor oder einen Sensorausschnitt, der
aus mehreren parallelen Reihen von Modulations- und Ausleselektroden
besteht.
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Man
erkennt in 1 einen Schnitt durch einen
erfindungsgemäßen Sensor, beispielsweise entlang
der Linie I-I in 2. Zusätzlich ist im
unteren Teil der Figur, wo man das Material des Halbleiters 2 erkennt,
noch der Potentialverlauf 10 aufgrund von angelegten, unterschiedlichen
Spannungen an den Modulationsgates 5 wiedergegeben. In
diesem Schnitt erkennt man demnach zunächst das empfindliche
Halbleitermaterial 2, in welchem bei auftreffendem Licht
Ladungsträger erzeugt werden. An der Oberfläche 1 des
Halbleiters 2 sind schematisch mehrere (in diesem Fall
sieben) Modulationsgates 5i (i
= 1, ..., n) dargestellt, die beispielsweise aus Polysilizium bestehen
können und durch eine isolierende Schicht, die aus Siliziumdioxid
besteht und wenige Nanometer dick sein kann, auf der Halbleiteroberfläche 1 abgeschieden
werden. In 1 ist eine Variante dargestellt,
bei der die Modulationsgates 5i einen durch
das Herstellungsverfahren bedingten Abstand x besitzen. Alternativ
könnte auch eine Realisierung mit überlappenden
Modulationsgates 5i verwendet werden.
Diese Modulationsgates sind vorzugsweise transparent, so dass das
auf die Modulationsgates auftreffende Licht diese durchdringt und
ebenfalls Ladungsträger in dem Halbleitermaterial 2 erzeugt.
Auf der Halbleiteroberfläche 1 und über
den Modulationsgates 5 ist zusätzlich noch eine
isolierende und transparente Schicht 7 aus Siliziumdioxid
aufgebracht, welche einen gewünschten Abstand d zwischen Halbleiteroberfläche 1 und
Schattenmaske 3 herstellt. Die Schattenmaske 3 kann
eine aufgesputterte Metallschicht sein, die eine Öffnung 4 aufweist,
welche in etwa über der Mitte der Reihe aus Modulationsgates 5i angeordnet ist.
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Lichtstrahlen
treffen unter einem Winkel α auf die Schattenmaske 3 auf
und durchdringen die Öffnung 4 der Schattenmaske.
Wegen des im allgemeinen höheren Brechungsindex der Isolierschicht 7 werden
die Lichtstrahlen zum Lot hin gebrochen und treffen nunmehr unter
einem Winkel α' auf die Halbleiteroberfläche 1 auf.
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In 1 ist
zusätzlich im unteren Teil der Verlauf eines Potentials 10 eingezeichnet,
welches man durch Anlegen entsprechender Spannungen an den Modulationsgates 5i erhält. Dabei werden die Spannungen
zweckmäßigerweise so gewählt, dass sich
im Bereich der Modulationsgates 5 ein Potentialmaximum 9 ergibt,
wobei sich der Begriff „Potentialmaximum” auf
das Potential aus der Sicht der beweglichen Leitungsträger
in dem Halbleitermaterial bezieht, im Falle von Elektronen also
einem Spannungsminimum bzw. einer lokal am stärksten negativen
Spannung entspricht. Durch Variation der Spannung an den einzelnen
Modulationsgates 5 kann man die Lage dieses Potentialmaximums 9 von
dem ganz links angeordneten Modulationsgate 51 bis
zu dem rechten Modulationsgate 5n verschieben,
wobei n mindestens 2 beträgt und vorzugsweise mehr als 5, jedoch
ohne weiteres auch 20 oder 30 betragen kann.
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Nur
dort, wo die Strahlen 10 auftreffen, werden in dem Halbleitermaterial 2 in
nennenswertem Umfang Ladungsträger in einer oberflächennahen Schicht
erzeugt. Da die auf die erzeugten Ladungsträger wirkende
Kraft dem Gradienten des Potentials entspricht, werden alle links
von dem Potentialmaximum erzeugten Ladungsträger auf die
auf der linken Seite dargestellte Auslesediffusion 6 geleitet
und als Fotostrom erfasst und ausgewertet, während alle rechts
von dem Potentialmaximum erzeugten Ladungsträger zu der
rechten Auslesediffusion 6 hin transportiert werden.
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Durch
Verschieben des Potentialmaximums von dem Gate 51 bis
zu dem Gate 5n und gleichzeitiges
Erfassen der Ströme an den Auslesediffusionen 6 wird
durch einen Wechsel in dem Maximum der Amplitude der Auslesediffusionsströme
von der einen zu der anderen Auslesediffusion die Position des Helligkeitsmaximums 15 definiert.
Damit kann zunächst der Winkel α', und aus den
entsprechenden Brechnungsindizes des Isolationsmaterials 7 und
des Außenraumes jenseits der Schattenmaske 3 auch
der Winkel α ermittelt werden.
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2 zeigt
Draufsichten auf eine Ausführungsform der Erfindung in
verschiedenen Schichten bzw. Ebenen, bei welcher zwei der auch in 1 dargestellten
Reihen von Modulationsgates 5 parallel zueinander angeordnet
sind. In 2a ist die Schicht bzw. Ebene
der Modulationsgates 5i dargestellt,
während 2b eine Draufsicht auf die Schattenmaske 3 mit
der schlitzförmigen Öffnung 4 zeigt.
Eine Sensoreinheit bestehend aus einer Reihe von parallelen, streifenförmigen
Modulationsgates 5 wird jeweils durch Schutzringe 12 begrenzt.
Die ”Parallelität” der Reihen bezeichnet
hier eine Anordnung, bei welcher die ”Richtung” der
Reihen durch die aufeinander folgenden Modulationsgates 51 bis 5n bzw.
durch den Verlauf der Schutzringe 12 definiert wird, wobei
die einzelnen Modulationsgates der parallelen Reihen nahezu entlang
derselben Linien verlaufen (abgesehen von einem kleinen Versatz
zur Verbesserung der Winkelauflösung). Die schlitzförmigen Öffnungen 4 bzw. 4' können
tatsächlich durch einen einzigen geradlinig und parallel
zu den Modulationsgates 51 bis 5n ausgerichteten Schlitz gebildet werden.
Diese Öffnungen 4 bzw. 4' sollten sich
ohnehin über die Länge der Modulationsgates und über
die Schutzstreifen 12 hinaus erstrecken, um auch bei einem
Lichteinfall in einer zu der Richtung der Modulationsgates nicht senkrechten
Ebene eine Ausleuchtung eines Streifens über die gesamte
Länge der Modulationsgates sicherzustellen, zumindest bis
zu einem Winkel zwischen Lichteinfallebene und den (zu den Modulationsgates
senkrecht verlaufenden) Schutzstreifen 12 von etwa 45°.
Zudem soll bei flachen seitlichen Einstrahlwinkeln keine Verlagerung
bzw. Überlagerung von Helligkeitsmaxima aufgrund von Reflexionen auftreten.
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Metallische
Anschlussfahnen zu den einzelnen Modulationsgates 5 sind
mit 11 bezeichnet, wobei es sich versteht, dass jedes der
Modulationsgates 5 individuell mit einer eigenen Spannung
beaufschlagt werden kann. Diese Anschlüsse bzw. deren Zuleitungen
sind deshalb voneinander isoliert, um den gewünschten Potentialverlauf
mit einem gut lokalisierten Maximum erzeugen zu können.
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Eine
Besonderheit des in 2 dargestellten Sensors liegt
jedoch darin, dass die schlitzförmige Öffnung 4' bezüglich
der darunterliegenden Struktur der Modulationsgates 5 im
Vergleich zu der Schlitzöffnung 4 eine geringfügig
verschobene Position hat. In der konkreten Darstellung in 2 ist
zwar die Öffnung 4 in horizontaler Richtung an
derselben Position wie die Öffnung 4' dargestellt,
jedoch sind stattdessen die Gateelektroden der einen Reihe von Gateelektroden
etwas versetzt zu denen der anderen Reihe dargestellt, was aber
letztlich auf das gleiche Ergebnis hinausläuft. Eine vertikale,
gestrichelte Linie 13 soll verdeutlichen, daß die
Modulationsgates 5 der jeweils unteren Reihe im Verhältnis
zur Schlitzöffnung 4' eine gegenüber
der entsprechenden Position der Modulationsgates der oberen Reihe
im Verhältnis zur Schlitzöffnung 4 verschobene
Position haben Werden nun die Modulationsgates 51 bis 5n der oberen Reihe in gleicher Weise
und gleichzeitig mit den entsprechenden Modulationsgates der unteren
Reihe variiert und erfolgt diese Modulation ähnlich, wie dies
im Bezug auf 1 beschrieben wurde, so wird deutlich,
dass das Potentialmaximum der unteren Reihe gegenüber dem
Potentialmaximum der oberen Reihe etwas nach links versetzt ist,
da sämtliche Modulationsgates 5 in der unteren
Reihe gegenüber der oberen Reihe etwas nach links versetzt
sind, wie dies durch die gestrichelte Linie 13 in der Nähe
des Zentrums der beiden Reihen verdeutlicht wird. Etwaige zeichnerische
Ungenauigkeiten können dabei außer Betracht bleiben.
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Betrachtet
man dann das gleichzeitige Durchlaufen des Potentialmaximums beider
Reihen von Modulationsgates 5 von links nach rechts, so
erkennt man, dass das Potentialmaximum der unteren Reihe den Ort
der maximalen Helligkeit dem Versatz der Modulationsgates 5 im
Verhältnis zur Schlitzöffnung 4 bzw. 4' entsprechend
etwas früher erreicht als bei dem Potential der oberen
Reihe, was bedeutet, dass die Amplitude der Fotoströme
im gegenseitigen Bezug der Auslesediffusionen 6 etwas später
wechselt, während die Amplitude der Fotoströme
im gegenseitigen Bezug der Auslesediffusionen 6' etwas früher
wechselt als an den oben dargestellten Auslesediffusionen 6,
da mit dem entsprechend nach rechts verschobenen Modulationsgate 5i , welches das jeweilige Potentialmaximum
definiert, dieses Maximum den Ort des maximalen Strahlungseinfalls,
wo auch die meisten freien Ladungsträger erzeugt werden,
etwas früher passiert. Hierdurch kann man die Genauigkeit
bzw. die Auflösung der Winkelerfassung verbessern und zweckmäßigerweise
setzt man eine ganze Kaskade derartiger Reihen von Modulationselektroden
ein, bei denen die Öffnung 4 (bzw. die jeweiligen
Modulationsgates bezüglich der Öffnung 4) jeweils
geringfügig gegenüber einer benachbarten (oder
beliebigen sonstigen) Reihe versetzt ist, um so die Auflösung
der Messung deutlich zu verbessern.
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Ein
entsprechender Satz bzw. eine entsprechende Kaskade von Reihen kann
zusätzlich zu den in 2 dargestellten
Reihen und senkrecht zu diesen ausgerichtet vorgesehen werden, so
dass ein Winkel α in zwei zueinander senkrechten Richtung erfasst
wird und damit insgesamt der räumliche Einfallwinkel, d.
h. sowohl die Winkelhöhe gegenüber dem Horizont
als auch die Winkelrichtung in einer horizontalen Ebene erfasst
werden.
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Für
Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen,
daß sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden
Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für
einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im
Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden,
sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen
der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar
sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde
oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich
oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher
denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze
und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1357393
A1 [0004]
- - DE 19704496 A1 [0019]