EP2054705A1 - Radiation detector with an adjustable spectral sensitivity - Google Patents

Radiation detector with an adjustable spectral sensitivity

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EP2054705A1
EP2054705A1 EP07847523A EP07847523A EP2054705A1 EP 2054705 A1 EP2054705 A1 EP 2054705A1 EP 07847523 A EP07847523 A EP 07847523A EP 07847523 A EP07847523 A EP 07847523A EP 2054705 A1 EP2054705 A1 EP 2054705A1
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EP
European Patent Office
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detector
sensitivity
radiation detector
radiation
control device
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Ceased
Application number
EP07847523A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Arndt Jaeger
Peter Stauss
Klaus Streubel
Werner Kuhlmann
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Filing date
Publication date
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Abstract

The invention specifies a radiation detector (1) having a detector arrangement (2), which has a plurality of detector elements (4, 5, 6) which are used to obtain a detector signal (DS) during operation of the radiation detector, and having a control apparatus (3), wherein the detector elements each have a spectral sensitivity distribution (400, 500, 600) and are suitable for generating signals (S4, S5, S6), at least one detector element contains a compound semiconductor material and this detector element is designed to detect radiation in the visible spectral range, the radiation detector is designed in such a manner that the sensitivity distributions of the detector elements are used to form different spectral sensitivity channels (420, 520, 620) of the radiation detector, a channel signal (K4, K5, K6) which is assigned to the respective sensitivity channel can be generated in the sensitivity channels using the detector elements, and the control apparatus is designed in such a manner that the contributions of different channel signals to the detector signal of the radiation detector are controlled differently.

Description

Beschreibungdescription
STRAHLUNGSDETEKTOR MIT EINSTELLBARER SPEKTRALER EMPFINDLICHKEITRADIATION DETECTOR WITH ADJUSTABLE SPECTRAL SENSITIVITY
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor.The present invention relates to a radiation detector.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Strahlungsdetektor anzugeben, der variabel einsetzbar ist.An object of the present invention is to provide a radiation detector which can be used variably.
Diese Aufgabe wird durch einen Strahlungsdetektor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is achieved by a radiation detector having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.
Ein erfindungsgemäßer Strahlungsdetektor umfasst eine Detektoranordnung, die eine Mehrzahl von Detektorelementen aufweist, mittels derer im Betrieb des Strahlungsdetektors ein Detektorsignal erhalten wird. Weiterhin weist der Strahlungsdetektor eine Regelungsvorrichtung auf. Die Detektorelemente weisen jeweils eine spektrale Empfindlichkeitsverteilung auf und sind zur Signalerzeugung geeignet. Zumindest ein Detektorelement enthält dabei ein Verbindungshalbleitermaterial und dieses Detektorelement ist zur Detektion von Strahlung im sichtbaren Spektralbereich ausgebildet. Weiterhin ist der Strahlungsdetektor derart ausgebildet, dass mittels der Empfindlichkeitsverteilungen der Detektorelemente verschiedene spektraleA radiation detector according to the invention comprises a detector arrangement which has a plurality of detector elements, by means of which a detector signal is obtained during operation of the radiation detector. Furthermore, the radiation detector has a control device. The detector elements each have a spectral sensitivity distribution and are suitable for signal generation. At least one detector element contains a compound semiconductor material and this detector element is designed to detect radiation in the visible spectral range. Furthermore, the radiation detector is designed such that by means of the sensitivity distributions of the detector elements different spectral
Empfindlichkeitskanäle des Strahlungsdetektors gebildet sind. In den Empfindlichkeitskanälen kann mittels der Detektorelemente ein dem jeweiligen Empfindlichkeitskanal zugeordnetes Kanalsignal erzeugt werden. DieSensitivity channels of the radiation detector are formed. In the sensitivity channels, a channel signal associated with the respective sensitivity channel can be generated by means of the detector elements. The
Regelungsvorrichtung ist weiterhin derart ausgebildet, dass die Beiträge verschiedener Kanalsignale zum Detektorsignal des Strahlungsdetektors unterschiedlich regelbar und vorzugsweise unterschiedlich geregelt sind.Control device is further designed such that the contributions of different channel signals to the detector signal the radiation detector are regulated differently and preferably regulated differently.
Die Regelungsvorrichtung ist mit der Detektoranordnung zweckmäßigerweise elektrisch leitend verbunden. In der Detektoranordnung erzeugte Signale können so der Regelungsvorrichtung vereinfacht zugeführt werden.The control device is suitably electrically connected to the detector arrangement. Signals generated in the detector arrangement can thus be fed to the control device in a simplified manner.
Verbindungshalbleitermaterialien sind zur Detektion von Strahlung im sichtbaren Spektralbereich besonders geeignet. Insbesondere ist dies im Vergleich zu demCompound semiconductor materials are particularly suitable for the detection of radiation in the visible spectral range. In particular, this is compared to the
Elementhalbleitermaterial Silizium zu sehen. Silizium weist im infraroten Spektralbereich eine besonders hohe Empfindlichkeit auf. Für den Fall, dass Silizium zur Detektion sichtbarer Strahlung eingesetzt werden soll, muss der infrarote Strahlungsanteil aus der auf den Detektor auftreffenden Strahlung aufwändig durch externe Filter herausgefiltert werden, um zu verhindern, dass infrarote Strahlungsanteile zum Detektorsignal beitragen.Element semiconductor material to see silicon. Silicon has a particularly high sensitivity in the infrared spectral range. In the event that silicon is to be used for the detection of visible radiation, the infrared radiation component from the radiation incident on the detector must be elaborately filtered out by external filters in order to prevent infrared radiation components from contributing to the detector signal.
Wird dagegen ein Verbindungshalbleitermaterial zur Detektion eingesetzt, so kann das Verbindungshalbleitermaterial vereinfacht derart gewählt werden, dass es im infraroten Spektralbereich vergleichsweise unempfindlich ist. Der Einsatz aufwändiger externer Filter für langwellige infrarote Strahlung kann so vermieden werden. Zum einen wird so der Platzbedarf und zum anderen werden die Herstellungskosten verringert, da externe Filter, wie z. B. Interferenzfilter, die Gesamtkosten des Strahlungsdetektors erheblich erhöhen können .If, in contrast, a compound semiconductor material is used for detection, then the compound semiconductor material can be chosen in a simplified manner such that it is comparatively insensitive in the infrared spectral range. The use of complex external filters for long-wave infrared radiation can thus be avoided. On the one hand so the space requirement and on the other hand, the manufacturing cost is reduced because external filters such. B. interference filter, the total cost of the radiation detector can increase significantly.
III-V-Verbindungshalbleitermaterialien sind zur Detektion sichtbarer Strahlung, zum Beispiel mit Wellenlängen zwischen einschließlich 420 nm und einschließlich 700 nm, besonders geeignet, da sie im sichtbaren spektralen Bereich besonders hohe Effizienzen aufweisen können. Von den III-V- Verbindungshalbleitermaterialien eignet sich ein Verbindungshalbleitermaterial aus dem Materialsystem Iny Alx Gai-x-y P mit 0 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1, bevorzugt mit x ≠ 0, y ≠ 0, x ≠ 1 und/oder y ≠ 1 besonders. Mittels eines Verbindungshalbleitermaterials aus dem Materialsystem (In, Al, Ga) P kann Strahlung über den gesamten sichtbaren Spektralbereich detektiert werden. Über die Zusammensetzung und insbesondere die Wahl des Al-Gehaltes, kann die Bandlücke einer Schicht aus diesem Materialsystem eingestellt werden. Da InGaAlP im infraroten Spektralbereich nicht signifikant empfindlich ist, kann bereits über die Bandlücke eine langwellige Grenzwellenlänge, insbesondere eine Grenzwellenlänge im sichtbaren Spektralbereich, der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des jeweiligen Detektorelements eingestellt werden. Externe Filter sind hierfür nicht erforderlich.III-V compound semiconductor materials are for the detection of visible radiation, for example with wavelengths between Including 420 nm and 700 nm inclusive, particularly suitable because they can have particularly high efficiencies in the visible spectral range. Of the III-V compound semiconductor materials is a compound semiconductor material of the material system In y Al x Gai- x -y P with 0 ≤ x ≤ 1 and 0 ≤ y ≤ 1, preferably with x ≠ 0, y ≠ 0, x ≠ 1 and / or y ≠ 1 especially. By means of a compound semiconductor material from the material system (In, Al, Ga) P, radiation can be detected over the entire visible spectral range. About the composition and in particular the choice of Al content, the band gap of a layer can be adjusted from this material system. Since InGaAlP is not significantly sensitive in the infrared spectral range, a long-wave cut-off wavelength, in particular a cut-off wavelength in the visible spectral range, of the spectral sensitivity distribution of the respective detector element can already be set via the band gap. External filters are not required for this.
Die spektrale Empfindlichkeitsverteilung eines Detektorelements wird durch Abhängigkeit der Stärke des im jeweiligen Detektorelement erzeugten Signals - z. B. des Fotostroms oder davon abhängigen Größen - von der Wellenlänge der auf dieses Detektorelement einfallenden Strahlung bestimmt .The spectral sensitivity distribution of a detector element is determined by dependence of the strength of the signal generated in the respective detector element - z. As the photocurrent or dependent thereon sizes - determined by the wavelength of the incident radiation to this detector element.
Mittels der Regelungsvorrichtung kann eine vorgegebene spektrale Verteilung der Detektorempfindlichkeit, also der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des gesamten Strahlungsdetektors, eingestellt werden. DieBy means of the control device, a predetermined spectral distribution of the detector sensitivity, ie the spectral sensitivity distribution of the entire radiation detector, can be set. The
Empfindlichkeitsverteilung des gesamten Strahlungsdetektors ergibt sich zum Beispiel aus der Abhängigkeit eines Ausgangssignals des Strahlungsdetektors, welches nach dem Durchlaufen der Regelungsvorrichtung erhalten werden kann, von der Wellenlänge der einfallenden Strahlung. Über unterschiedliche Regelung der Beiträge verschiedener Kanalsignale zum gesamten Detektorsignal kann daher über die Regelungsvorrichtung eine vorgegebene Empfindlichkeitsverteilung des Strahlungsdetektors eingestellt werden.Sensitivity distribution of the entire radiation detector results, for example, from the dependence of one Output signal of the radiation detector, which can be obtained after passing through the control device, of the wavelength of the incident radiation. By means of different regulation of the contributions of different channel signals to the total detector signal, a predetermined sensitivity distribution of the radiation detector can therefore be set via the control device.
Bevorzugt ist die relative Gewichtung von Beiträgen verschiedener Kanalsignale zum Detektorsignal des Strahlungsdetektors mittels der Regelungsvorrichtung geregelt. Insbesondere kann die Regelungsvorrichtung Beiträge von Kanalsignalen zum Detektorsignal relativ zueinander verschieden gewichten. Durch die unterschiedliche Gewichtung der Beiträge von Kanalsignalen zum gesamten Detektorsignal kann die vorgegebene Empfindlichkeitsverteilung des Strahlungsdetektors eingestellt werden. Hierbei können die jeweiligen Kanalsignale beziehungsweise die entsprechenden spektralen Verteilungen der Empfindlichkeitskanäle mittels der Regelungsvorrichtung gezielt abgeschwächt beziehungsweise verstärkt werden.Preferably, the relative weighting of contributions of different channel signals to the detector signal of the radiation detector is regulated by means of the control device. In particular, the control device may weight contributions from channel signals to the detector signal relative to each other differently. Due to the different weighting of the contributions of channel signals to the entire detector signal, the predetermined sensitivity distribution of the radiation detector can be adjusted. In this case, the respective channel signals or the corresponding spectral distributions of the sensitivity channels can be selectively attenuated or amplified by means of the control device.
Nachfolgend können die unterschiedlich gewichteten Kanalsignale überlagert werden, so dass sich das Detektorsignal gemäß der vorgegebenen Verteilung der Detektorempfindlichkeit verhält. Das Detektorsignal des Strahlungsdetektors kann insbesondere mittels Überlagerung, zum Beispiel mittels Addition, von Kanalsignalen, die bevorzugt unterschiedlich gewichtet sind, gebildet sein. Zum Detektorsignal des Strahlungsdetektors kann eine Mehrzahl von Kanalsignalen beitragen. Bevorzugt werden die Kanalsignale in der Regelungsvorrichtung überlagert. Ein Kanalsignal, das für die gewünschte Detektorempfindlichkeit nicht erforderlich ist, kann dabei unberücksichtigt bleiben. Beispielsweise kann ein Beitrag eines Kanalsignals zum Detektorsignal hierzu in der Regelungsvorrichtung unterdrückt werden.Subsequently, the differently weighted channel signals can be superimposed so that the detector signal behaves according to the predetermined distribution of the detector sensitivity. The detector signal of the radiation detector can be formed in particular by means of superposition, for example by means of addition, of channel signals, which are preferably weighted differently. A plurality of channel signals may contribute to the detector signal of the radiation detector. Preferably, the channel signals are superimposed in the control device. A channel signal for the desired detector sensitivity is not required, can be disregarded. For example, a contribution of a channel signal to the detector signal for this purpose can be suppressed in the control device.
Über die Regelungsvorrichtung können also mittels einer vorgefertigten Detektoranordnung verschiedene Empfindlichkeitsverteilungen des Strahlungsdetektors verwirklicht werden. Die resultierendeThus, by means of a prefabricated detector arrangement, different sensitivity distributions of the radiation detector can be realized via the control device. The resulting
Detektorempfindlichkeitsverteilung ergibt sich dann aus der unterschiedlichen Gewichtung der einzelnen Empfindlichkeitskanäle .Detector sensitivity distribution then results from the different weighting of the individual sensitivity channels.
Besonders bevorzugt entspricht die Anzahl verschiedener Empfindlichkeitskanäle des Strahlungsdetektors der Anzahl der Detektorelemente .Particularly preferably, the number of different sensitivity channels of the radiation detector corresponds to the number of detector elements.
Verschiedene Empfindlichkeitskanäle weisen ihr jeweiliges Empfindlichkeitsmaximum bevorzugt bei verschiedenen Wellenlängen auf.Different sensitivity channels have their respective maximum sensitivity preferably at different wavelengths.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Regelungsvorrichtung eine Mehrzahl von Eingängen auf, über die in den Detektorelementen erzeugte Signale der Regelungsvorrichtung zugeführt werden können. Bevorzugt sind verschiedenen Detektorelementen beziehungsweise verschiedenen Empfindlichkeitskanälen, insbesondere jeweils, verschiedene Eingänge zugeordnet. Mit besonderem Vorteil ist einem Detektorelement beziehungsweise einem Empfindlichkeitskanal jeweils ein eigener Eingang zugeordnet.In a preferred embodiment, the control device has a plurality of inputs via which signals generated in the detector elements can be supplied to the control device. Preferably, different detector elements or different sensitivity channels, in particular in each case, different inputs are assigned. With particular advantage, a separate input is assigned to a detector element or a sensitivity channel.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Regelungsvorrichtung eine Mehrzahl von Regelungsanschlüssen auf, mittels derer Beiträge von Kanalsignalen zum Detektorsignal regelbar sind. Bevorzugt entspricht die Anzahl von Empfindlichkeitskanälen der Anzahl vonIn a further preferred embodiment, the control device has a plurality of control connections on, by means of which contributions of channel signals to the detector signal can be regulated. Preferably, the number of sensitivity channels corresponds to the number of
Regelungsanschlüssen. Die Beiträge einzelner Kanalsignale können über die Regelungsanschlüsse mit Vorzug unabhängig voneinander eingestellt werden.Control ports. The contributions of individual channel signals can be set independently via the control connections with preference.
Über die Regelungsanschlüsse können beispielsweise die Verstärkungsfaktoren für Kanalsignale unterschiedlich eingestellt werden, mit denen die Kanalsignale relativ zueinander dementsprechend verstärkt oder abgeschwächt werden. Zweckmäßigerweise umfasst die Regelungsvorrichtung hierzu einen, insbesondere regelbaren, Verstärker.By way of example, the amplification factors for channel signals can be set differently via the control connections with which the channel signals are correspondingly amplified or attenuated relative to one another. For this purpose, the control device expediently comprises a, in particular controllable, amplifier.
Bevorzugt ist die Regelungsvorrichtung derart ausgebildet, dass die Beiträge von Kanalsignalen zum Detektorsignal extern regelbar sind. Die Regelungsanschlüsse sind hierzu zweckmäßigerweise extern ansteuerbar ausgeführt.Preferably, the control device is designed such that the contributions of channel signals to the detector signal can be controlled externally. The control connections are expediently designed to be externally controllable.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die spektrale Verteilung der Detektorempfindlichkeit im Betrieb mittels der Regelungsvorrichtung einstellbar. Ein Anwender kann so die gewünschte Empfindlichkeitsverteilung des Strahlungsdetektors über die Regelungsanschlüsse einstellen.In a further preferred embodiment, the spectral distribution of the detector sensitivity during operation by means of the control device is adjustable. A user can thus set the desired sensitivity distribution of the radiation detector via the control connections.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung überlappen Empfindlichkeitskanäle spektral. Bevorzugt überlappen die Empfindlichkeitskanäle derart spektral, dass durch die überlappenden Kanäle ein spektraler Detektionsbereich des Strahlungsdetektors, vorzugsweise der sichtbare Spektralbereich, überdeckt ist. Zweckmäßigerweise weist der Strahlungsdetektor hierzu eine Mehrzahl von Empfindlichkeitskanälen im sichtbaren Spektralbereich auf. Beispielsweise umfasst der Strahlungsdetektor eine Mehrzahl von spektralen Empfindlichkeitskanälen, welche ein Maximum der spektralen Verteilung bei einer Wellenlänge im sichtbaren Spektralbereich aufweisen.In a further preferred embodiment, sensitivity channels overlap spectrally. Preferably, the sensitivity channels overlap so spectrally that a spectral detection range of the radiation detector, preferably the visible spectral range, is covered by the overlapping channels. For this purpose, the radiation detector expediently has a plurality of sensitivity channels in the visible spectral range. By way of example, the radiation detector comprises a plurality of spectral sensitivity channels which have a maximum of the spectral distribution at a wavelength in the visible spectral range.
Aufgrund der Mehrzahl von Empfindlichkeitskanälen im sichtbaren Spektralbereich kann die Detektorempfindlichkeit mittels der Regelungsvorrichtung vereinfacht gemäß einer vorgegebenen Verteilung geformt werden.Due to the plurality of sensitivity channels in the visible spectral range, the detector sensitivity can be simplified by means of the control device according to a predetermined distribution.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Regelungsvorrichtung derart ausgebildet, dass der Strahlungsdetektor als Umgebungslichtsensor mit einer spektralen Verteilung der Detektorempfindlichkeit gemäß derjenigen des menschlichen Auges betreibbar oder betrieben ist. Zweckmäßigerweise sind die Empfindlichkeitskanäle mittels der Regelungsvorrichtung hierzu unterschiedlich gewichtet, so dass sich durch Überlagerung der verschieden gewichteten spektralen Empfindlichkeitskanäle eine spektrale Empfindlichkeitsverteilung gemäß derjenigen des menschlichen Auges ergibt.In a preferred embodiment, the control device is designed such that the radiation detector can be operated or operated as an ambient light sensor with a spectral distribution of the detector sensitivity in accordance with that of the human eye. Appropriately, the sensitivity channels are weighted differently by means of the control device for this purpose, so that results in a superposition of the differently weighted spectral sensitivity channels, a spectral sensitivity distribution according to that of the human eye.
Das Empfindlichkeitsmaximum des helladaptierten menschlichen Auges (Tagsehen) liegt bei ungefähr 555 nm. Das Empfindlichkeitsmaximum des dunkeladaptierten menschlichen Auges (Nachtsehen) liegt dagegen in einem kurzwelligeren Bereich bei ungefähr 505 nm.The maximum sensitivity of the light-adapted human eye (daytime vision) is approximately 555 nm. The sensitivity maximum of the dark-adapted human eye (night vision), however, lies in a short-wave range at approximately 505 nm.
Mittels der Regelungsvorrichtung können dieBy means of the control device, the
Empfindlichkeitskanäle derart verschieden gewichtet werden, dass der Strahlungsdetektor, je nach Einstellung der Regelungsvorrichtung, eine spektrale Empfindlichkeitsverteilung gemäß derjenigen des helladaptierten oder des dunkeladaptierten menschlichen Auges aufweist .Sensitivity channels are weighted so differently that the radiation detector, depending on the setting of the control device, a spectral sensitivity distribution according to that of brightly adapted or dark-adapted human eye.
Bevorzugt ist die spektrale Verteilung der Detektorempfindlichkeit mittels der Regelungsvorrichtung zwischen derjenigen des helladaptierten menschlichen Auges und des dunkeladaptierten menschlichen Auges schaltbar. Der Schaltvorgang kann beispielsweise mittels eines Hell/Dunkel- Sensors, den der Strahlungsdetektor bevorzugt umfasst, gesteuert werden.Preferably, the spectral distribution of the detector sensitivity by means of the control device between those of the light-adapted human eye and the dark-adapted human eye switchable. The switching process can be controlled, for example, by means of a light / dark sensor, which the radiation detector preferably comprises.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Strahlungsdetektor als Farbsensor, insbesondere zur Detektion von drei Grundfarben, z. B. Rot, Grün und Blau, betreibbar. Zweckmäßigerweise weist der Strahlungsdetektor hierbei Empfindlichkeitskanäle auf, die spektral im Bereich der entsprechenden Grundfarben liegen. Vorzugsweise ist jeder der Grundfarben ein gesonderter Empfindlichkeitskanal zugeordnet.In a further preferred embodiment of the radiation detector as a color sensor, in particular for the detection of three primary colors, for. B. red, green and blue, operable. The radiation detector expediently has sensitivity channels which lie spectrally in the region of the corresponding primary colors. Preferably, each of the primary colors is assigned a separate sensitivity channel.
Durch Abschwächung der anderen Farbkanäle, z. B. mittels eines Verstärkungsfaktors von 0 in der Regelungsvorrichtung, was einer Unterdrückung des jeweiligen Kanalsignalbeitrags entspricht, kann im verbleibenden Farbkanal die gewünschte Farbe detektiert werden. Über das Detektorsignal können dann Farbanteile in der auf den Strahlungsdetektor einfallenden Strahlung bestimmt werden. Aus diesen Farbanteilen kann z. B. der Farbort oder der Farbeindruck der einfallenden Strahlung ermittelt werden.By weakening the other color channels, z. B. by means of a gain of 0 in the control device, which corresponds to a suppression of the respective channel signal contribution, the desired color can be detected in the remaining color channel. Color components in the radiation incident on the radiation detector can then be determined via the detector signal. From these color components can z. B. the color location or the color impression of the incident radiation can be determined.
Bevorzugt ist der Strahlungsdetektor mittels geeigneter Regelung durch die Regelungsvorrichtung sowohl als Umgebungslichtsensor als auch als Farbsensor betreibbar. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Detektoranordnung einen Halbleiterkörper auf, der zumindest eines der Detektorelemente enthält. Der Halbleiterkörper kann eine Mehrzahl von Halbleiterschichten umfassen und insbesondere epitaktisch gewachsen sein. Die Halbleiterschichten sind zweckmäßigerweise aufeinander abgeschieden. Bevorzugt umfasst das Detektorelement einen der Signalerzeugung dienenden aktiven Bereich. Der aktive Bereich ist bevorzugt zwischen zwei Halbleiterschichten unterschiedlichen Leitungstyps - p-leitend beziehungsweise n- leitend - angeordnet. Diese Schichten sind vorzugsweise dotiert. Besonders bevorzugt ist der aktive Bereich undotiert (intrinsisch) ausgeführt. Das Detektorelement ist vorzugsweise gemäß einer Diodenstruktur ausgebildet, z. B. gemäß einer pin-Diodenstruktur . pin-Dioden zeichnen sich durch vorteilhaft geringe Ansprechzeiten aus. Der aktive Bereich enthält bevorzugt das Verbindungshalbleitermaterial. Besonders bevorzugt enthält eine Mehrzahl vonPreferably, the radiation detector by means of suitable control by the control device both as an ambient light sensor and as a color sensor operable. In a further preferred refinement, the detector arrangement has a semiconductor body which contains at least one of the detector elements. The semiconductor body may comprise a plurality of semiconductor layers and in particular be grown epitaxially. The semiconductor layers are expediently deposited on one another. Preferably, the detector element comprises an active region serving for signal generation. The active region is preferably arranged between two semiconductor layers of different conductivity type-p-type or n-type. These layers are preferably doped. The active region is particularly preferably carried out undoped (intrinsically). The detector element is preferably formed according to a diode structure, for. B. according to a pin diode structure. Pin diodes are characterized by advantageously low response times. The active region preferably contains the compound semiconductor material. Particularly preferably contains a plurality of
Detektorelementen, insbesondere der jeweilige aktive Bereich, das Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise ein Material aus dem Materialsystem (In, Ga, Al) P. Zweckmäßigerweise enthält eine Mehrzahl von für den sichtbaren Spektralbereich ausgebildeten Detektorelementen das Verbindungshalbleitermaterial .Detector elements, in particular the respective active region, the compound semiconductor material, preferably a material from the material system (In, Ga, Al) P. Expediently, a plurality of detector elements formed for the visible spectral range contains the compound semiconductor material.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Mehrzahl von Detektorelementen monolithisch in einen gemeinsamen Halbleiterkörper integriert. Vorzugsweise ist dieser Halbleiterkörper epitaktisch gewachsen. Die Detektorelemente können gestapelt und insbesondere übereinander angeordnet sein. Eine derartige Anordnung der Detektorelemente weist einen vorteilhaft geringen Platzbedarf auf. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Strahlungsdetektor eine Mehrzahl separater, vorzugsweise diskreter und/oder nebeneinander angeordneter, Detektorelemente auf. Diese Elemente können jeweils einen gesonderten Halbleiterkörper mit einem aktiven Bereich umfassen. Die Einzeldetektorelemente sind vorzugsweise als diskrete Detektorchips ausgebildet. Gegenüber einer monolithisch integrierten Ausführung wie weiter oben beschrieben sind Einzelchips vereinfacht fertigbar. Eine Anordnung mit einer Mehrzahl diskreter Detektorchips ist jedoch gegenüber einer monolithischen Ausbildung raumgreifender .In a preferred embodiment, a plurality of detector elements is monolithically integrated into a common semiconductor body. Preferably, this semiconductor body has grown epitaxially. The detector elements can be stacked and, in particular, arranged one above the other. Such an arrangement of the detector elements has an advantageously small footprint. In a further preferred refinement, the radiation detector has a plurality of separate, preferably discrete and / or adjacent, detector elements. These elements may each comprise a separate semiconductor body having an active region. The individual detector elements are preferably designed as discrete detector chips. Compared to a monolithic integrated design as described above, individual chips can be manufactured in a simplified manner. An arrangement with a plurality of discrete detector chips, however, is more space-consuming compared to a monolithic training.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Strahlungsdetektor drei oder mehr, bevorzugt vier oder mehr, besonders bevorzugt fünf oder mehr Empfindlichkeitskanäle, auf. Diese Empfindlichkeitskanäle können im sichtbaren Spektralbereich liegen. Je größer die Anzahl verschiedener Empfindlichkeitskanäle, desto genauer kann eine vorgegebene Empfindlichkeitsverteilung des Strahlungsdetektors mittels der Regelungsvorrichtung nachgebildet werden.In a further preferred embodiment, the radiation detector has three or more, preferably four or more, more preferably five or more sensitivity channels. These sensitivity channels can be in the visible spectral range. The greater the number of different sensitivity channels, the more accurate a given sensitivity distribution of the radiation detector can be reproduced by means of the control device.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Strahlungsdetektor einen oder eine Mehrzahl von schmalbandigen Empfindlichkeitskanälen auf. Eine spektrale Breite eines schmalbandigen Empfindlichkeitskanals (volle Breite auf halber Höhe, FWHM: Füll width at half maximum) kann 100 nm oder weniger, bevorzugt 60 nm oder weniger, besonders bevorzugt 40 nm oder weniger, zum Beispiel 20 nm oder weniger, betragen. Durch das Vorsehen eines schmalbandigen Empfindlichkeitskanals kann der Strahlungsdetektor vereinfacht zur Detektion von genau definierten Spektrallinien eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein Empfindlichkeitskanal derart ausgebildet sein, dass er nur auf eine spezielle Spektrallinie anspricht. Der Strahlungsdetektor kann somit z.B. zur Echtheitsprüfung von Gegenständen, die durch diese Spektrallinie gekennzeichnet sind, wie zur Geldschein- oder Scheckkartenidentifizierung, eingesetzt werden. Diese Funktion kann zusätzlich zur Betreibbarkeit als Farbsensor beziehungsweise als Umgebungslichtsensor vorgesehen werden.In a further preferred embodiment, the radiation detector has one or a plurality of narrowband sensitivity channels. A spectral width of a narrow bandwidth sensitivity channel (full width at half height, FWHM: fill width at half maximum) may be 100 nm or less, preferably 60 nm or less, more preferably 40 nm or less, for example 20 nm or less. By providing a narrow-band sensitivity channel, the radiation detector can be used in a simplified manner for the detection of precisely defined spectral lines. For example For example, a sensitivity channel may be designed such that it responds only to a specific spectral line. The radiation detector can thus be used eg for checking the authenticity of objects which are characterized by this spectral line, such as for bill or check card identification. This function can be provided in addition to the operability as a color sensor or as an ambient light sensor.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist ein einzelnes Kanalsignal mittels zweier, in verschiedenenIn a further preferred embodiment, a single channel signal by means of two, in different
Detektorelementen erzeugter Signale erhalten. Beispielsweise kann ein Kanalsignal unter Bildung der Differenz der in zwei verschiedenen Detektorelementen erzeugten Signale erhalten sein .Received detector elements generated signals. For example, a channel signal may be obtained to form the difference of the signals generated in two different detector elements.
Ein spektraler Empfindlichkeitskanal kann dementsprechend mittels Differenzbildung aus den spektralenA spectral sensitivity channel can accordingly by difference formation from the spectral
Empfindlichkeitsverteilungen zweier Detektorelemente erhalten werden. Besonders bevorzugt erfolgt die Differenzbildung in der Regelungsvorrichtung. Der Beitrag eines aus der Differenzbildung gewonnenen Kanalsignals zum Detektorsignal kann nachfolgend ebenfalls in der Regelungsvorrichtung geregelt werden.Sensitivity distributions of two detector elements are obtained. Particularly preferably, the difference is formed in the control device. The contribution of a channel signal obtained from the subtraction to the detector signal can subsequently also be regulated in the control device.
Eine derartige Verarbeitung von Signalen aus verschiedenen Detektorelementen vereinfacht die Ausbildung der Detektorelemente für einen Strahlungsdetektor mit verschiedenen Empfindlichkeitskanälen. Auf eine Filterung zur Abflachung der kurzwelligen Seite der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des jeweiligen Detektorelements für die Ausbildung eines Empfindlichkeitskanals kann verzichtet werden. Die Verteilungen zweier, vorzugsweise beliebiger, spektraler Empfindlichkeitskanäle des Strahlungsdetektors schneiden sich zweckmäßigerweise bei einem Wert kleiner dem Maximum einer der Verteilungen, vorzugsweise kleiner den Maxima beider Verteilungen. Bevorzugt schneidet die langwellige Flanke der Verteilung mit dem Maximum bei der kleineren Wellenlänge die kurzwellige Flanke der anderen Verteilung.Such processing of signals from various detector elements simplifies the design of the detector elements for a radiation detector having different sensitivity channels. On a filter for flattening the short-wavelength side of the spectral sensitivity distribution of the respective detector element for the formation of a sensitivity channel can be omitted. The distributions of two, preferably arbitrary, spectral sensitivity channels of the radiation detector expediently intersect at a value less than the maximum of one of the distributions, preferably smaller than the maxima of both distributions. Preferably, the long-wave edge of the distribution with the maximum at the smaller wavelength intersects the short-wave edge of the other distribution.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst ein Detektorelement, vorzugsweise eine Mehrzahl von Detektorelementen, eine Filterschicht. Die Filterschicht absorbiert bevorzugt Strahlung in einem Wellenlängenbereich, der Wellenlängen umfasst, welche kleiner sind als die Wellenlänge eines Maximums der spektralen Empfindlichkeitsverteilung dieses Detektorelements. Die kurzwellige Flanke der spektralen Empfindlichkeitsverteilung dieses Detektorelements kann mittels der Filterschicht für einen abgegrenzten Empfindlichkeitskanal geformt werden. Bevorzugt ist die Filterschicht in den Halbleiterkörper des Detektorelements integriert. Die Filterschicht kann epitaktisch gewachsen sein und/oder ein ( III-V-) Verbindungshalbleitermaterial enthalten .In a further preferred embodiment, a detector element, preferably a plurality of detector elements, comprises a filter layer. The filter layer preferably absorbs radiation in a wavelength range which comprises wavelengths which are smaller than the wavelength of a maximum of the spectral sensitivity distribution of this detector element. The shortwave edge of the spectral sensitivity distribution of this detector element can be shaped by means of the filter layer for a delimited sensitivity channel. The filter layer is preferably integrated into the semiconductor body of the detector element. The filter layer may be epitaxially grown and / or contain a (III-V) compound semiconductor material.
Die Filterschicht kann ferner eine kurzwellige Grenzwellenlänge des jeweiligen Empfindlichkeitskanals bestimmen .The filter layer may further determine a short wavelength cut-off wavelength of the respective sensitivity channel.
Die Ausbildung der Empfindlichkeitskanäle kann demnach bereits bei der Fertigung der Detektorelemente erzielt werden. Eine nachträgliche Signalverarbeitung, etwa die oben beschriebene Differenzbildung, ist mit Vorteil nicht erforderlich. Das Vorsehen einer entsprechenden Filterschicht erhöht jedoch die Herstellungskosten der Detektoranordnung.The formation of the sensitivity channels can therefore already be achieved in the production of the detector elements. A subsequent signal processing, such as the subtraction described above, is not advantageous required. The provision of a corresponding filter layer, however, increases the manufacturing costs of the detector arrangement.
Bevorzugt ist die Regelungsvorrichtung als integrierter Schaltkreis, z. B. auf Siliziumbasis, ausgeführt. Integrierte Schaltkreise können mit variablen Funktionen ausgestattet werden und insbesondere die Verstärkung der einzelnen Kanalsignale für eine unterschiedliche Gewichtung der Signalbeiträge und gegebenenfalls die Bildung der Differenz für den Erhalt eines Empfindlichkeitskanals ausführen.Preferably, the control device is an integrated circuit, for. For example, based on silicon. Integrated circuits may be provided with variable functions and, in particular, may perform the amplification of the individual channel signals for a different weighting of the signal contributions and possibly the formation of the difference for the receipt of a sensitivity channel.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Strahlungsdetektor eine elektronische Steuervorrichtung auf. Diese ist vorzugsweise mit der Regelungsvorrichtung, insbesondere deren Regelungsanschlüssen, elektrisch leitend verbunden. Die Steuervorrichtung ist weiterhin mit Vorzug programmierbar ausgebildet. Mittels der Steuervorrichtung können die Einstellungen der Regelungsanschlüsse der Regelungsvorrichtung gesteuert werden. Über die Steuervorrichtung kann also der Betriebszustand des Strahlungsdetektors - z.B. als Farbsensor, als Umgebungslichtsensor oder zur Detektion vorgegebener Spektrallinien - programmiert gesteuert werden. Beispielsweise kann das Umschalten des Umgebungslichtsensors von Tag- auf Nachtempfindlichkeit tageszeitgesteuert durch die Steuervorrichtung erfolgen. Die Steuervorrichtung steuert die Regelungsanschlüsse hierzu zweckmäßigerweise dementsprechend an. Die Steuervorrichtung ist zum Beispiel als programmierbarer Mikrokontroller ausgeführt.In a further preferred embodiment, the radiation detector has an electronic control device. This is preferably connected to the control device, in particular their control terminals, electrically conductive. The control device is furthermore designed to be programmable. By means of the control device, the settings of the control connections of the control device can be controlled. Thus, the operating state of the radiation detector - e.g. be controlled as a color sensor, as an ambient light sensor or for the detection of predetermined spectral lines - programmed. For example, the switching of the ambient light sensor from day to night sensitivity can be effected by the control device on a daily basis. The control device controls the control connections for this purpose appropriately. The control device is designed, for example, as a programmable microcontroller.
Weitere Vorteile, Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Strahlungsdetektors.Further advantages, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of the embodiments in conjunction with the figures. Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of a radiation detector.
Figur 2 zeigt anhand von Figur 2A eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Detektoranordnung, anhand von Figur 2B Daten für die Halbleiterkörper der Detektorelemente aus Figur 2A, anhand von Figur 2C die spektralen Empfindlichkeitsverteilungen der Detektorelemente und anhand von Figur 2D die aus den EmpfindlichkeitsVerteilungen gewonnenen Empfindlichkeitskanäle des Strahlungsdetektors.FIG. 2 shows a schematic sectional view of an exemplary embodiment of the detector arrangement, FIG. 2B shows data for the semiconductor bodies of the detector elements from FIG. 2A, FIG. 2C shows the spectral sensitivity distributions of the detector elements, and FIG. 2D shows the sensitivity channels of the sensitivity channels obtained from the sensitivity distributions radiation detector.
Figur 3 zeigt anhand von Figur 3A eine schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Detektoranordnung, anhand von Figur 3B Daten für die Schichten des Halbleiterkörpers aus Figur 3A und anhand von Figur 3C die Empfindlichkeitskanäle der Detektoranordnung.FIG. 3 shows a schematic sectional view of a further exemplary embodiment of the detector arrangement on the basis of FIG. 3A, FIG. 3B shows data for the layers of the semiconductor body from FIG. 3A and FIG. 3C shows the sensitivity channels of the detector arrangement.
Figur 4 zeigt anhand von Figur 4A die für die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des helladaptierten menschlichen Auges und anhand von Figur 4B die für dieFIG. 4 shows, with reference to FIG. 4A, that for the spectral sensitivity distribution of the light-adapted human eye and with reference to FIG
Empfindlichkeitsverteilung des dunkeladaptierten menschlichen Auges überlagerten Empfindlichkeitskanäle gemäß Figur 2D.Sensitivity distribution of the dark-adapted human eye superimposed sensitivity channels according to Figure 2D.
Figur 5 zeigt anhand von Figur 5A die spektralen Empfindlichkeitskanäle eines weiteren Ausführungsbeispiels der Detektoranordnung und anhand von Figur 5B Daten für Halbleiterschichten der Halbleiterkörper für Detektorelemente, deren spektrale Empfindlichkeitsverteilungen den jeweiligen Empfindlichkeitskanälen entsprechen . Figur 6 zeigt einen Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Strahlungsdetektors.FIG. 5 shows, with reference to FIG. 5A, the spectral sensitivity channels of a further exemplary embodiment of the detector arrangement and, with reference to FIG. 5B, data for semiconductor layers of the semiconductor bodies for detector elements whose spectral sensitivity distributions correspond to the respective sensitivity channels. FIG. 6 shows a section of a further embodiment of a radiation detector.
Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Weiterhin sind Einzelelemente der Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu wiedergegeben. Vielmehr können einzelne Elemente der Figuren zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.The same, similar and equally acting elements are provided in the figures with the same reference numerals. Furthermore, individual elements of the figures are not necessarily reproduced to scale. Rather, individual elements of the figures can be exaggerated for better understanding.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Strahlungsdetektors 1.FIG. 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a radiation detector 1.
Der Strahlungsdetektor 1 umfasst eine Detektoranordnung 2 und eine Regelungsvorrichtung 3. Die Regelungsvorrichtung 3 ist mit der Detektoranordnung 2 elektrisch leitend verbunden, so dass in der Detektoranordnung erzeugte elektrische Signale der Regelungsvorrichtung zugeführt werden können.The radiation detector 1 comprises a detector arrangement 2 and a control device 3. The control device 3 is electrically conductively connected to the detector arrangement 2, so that electrical signals generated in the detector arrangement can be supplied to the control device.
Die Detektoranordnung 2 umfasst eine Mehrzahl von Detektorelementen 4, 5 und 6. Die Detektorelemente sind zweckmäßigerweise zum Strahlungsempfang und zur Signalerzeugung ausgebildet. Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Detektorelementen zur Detektion sichtbarer Strahlung ausgebildet. Beispielsweise sind drei Detektorelemente vorgesehen, die zur Detektion sichtbarer Strahlung ausgebildet sind. Vorzugsweise sind den Detektorelementen verschiedene Detektionsbereiche, zum Beispiel verschiedenfarbige Spektralbereiche zugeordnet. So kann das Detektorelement 4 zur Detektion im blauen Spektralbereich, das Detektorelement 5 zur Detektion im grünen Spektralbereich und das Detektorelement 6 zur Detektion im roten Spektralbereich ausgebildet sein. Eine Mehrzahl von Detektorelementen, vorzugsweise alle Detektorelemente, die zur Detektion sichtbarer Strahlung ausgebildet sind, enthalten einThe detector arrangement 2 comprises a plurality of detector elements 4, 5 and 6. The detector elements are expediently designed for radiation reception and signal generation. Preferably, a plurality of detector elements for detecting visible radiation is formed. For example, three detector elements are provided, which are designed for the detection of visible radiation. The detector elements are preferably assigned different detection regions, for example spectral regions of different colors. Thus, the detector element 4 may be designed for detection in the blue spectral range, the detector element 5 for detection in the green spectral range, and the detector element 6 for detection in the red spectral range. A plurality of detector elements, preferably all detector elements designed to detect visible radiation, include
Verbindungshalbleitermaterial . III-V-Halbleitermaterialien aus dem Materialsystem Iny Alx Gai-x-y P mit 0 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1, bevorzugt mit x ≠ 0, y ≠ O, x ≠ 1 und/oder y ≠ 1 sind aufgrund der hohen erzielbaren Quanteneffizienzen und ihrer Unempfindlichkeit im infraroten Spektralbereich im Vergleich zu Si für die Ausbildung eines Strahlungsdetektors für den sichtbaren Spektralbereich besonders geeignet. Auf externe Filter zum Herausfiltern eines infraroten Anteils aus der zu detektierenden Strahlung kann bei derCompound semiconductor material. III-V semiconductor materials from the material system In y Al x Gai x - y P with 0 ≦ x ≦ 1 and 0 ≦ y ≦ 1, preferably with x ≠ 0, y ≠ O, x ≠ 1 and / or y ≠ 1 are particularly suitable for the formation of a radiation detector for the visible spectral range due to the high achievable quantum efficiencies and their insensitivity in the infrared spectral range compared to Si. On external filters for filtering out an infrared portion of the radiation to be detected can in the
Detektoranordnung verzichtet werden, da die Detektorelemente selbst bereits mit einer vernachlässigbaren oder verschwindenden Empfindlichkeit im infraroten Spektralbereich ausgebildet sein können.Detector arrangement are omitted, since the detector elements themselves can already be formed with a negligible or vanishing sensitivity in the infrared spectral range.
Die Detektorelemente 4, 5 und 6 sind auf einem gemeinsamen Träger 7 angeordnet und vorzugsweise auf diesem befestigt. Der Träger 7 kann beispielsweise mittels eines Gehäuses, insbesondere eines Bauelementgehäuses, vorzugsweise eines Gehäuses für ein oberflächenmontierbares Bauelement, gebildet sein. Elektrische Anschlüsse für die Detektorelemente sind aus Übersichtlichkeitsgründen nicht explizit dargestellt.The detector elements 4, 5 and 6 are arranged on a common carrier 7 and preferably mounted on this. The carrier 7 can be formed, for example, by means of a housing, in particular a component housing, preferably a housing for a surface-mountable component. Electrical connections for the detector elements are not explicitly shown for reasons of clarity.
Figur 2A zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Detektoranordnung 2. Die Detektorelemente 4, 5 und 6 sind als diskrete und nebeneinander auf dem Träger 7 angeordnete Detektorelemente ausgebildet. Beispielsweise sind die Detektorelemente als diskrete Detektorchips ausgeführt. Die Detektorelemente 4, 5 und 6 weisen jeweils einen Halbleiterkörper 401, 501 beziehungsweise 601 auf. Vorzugsweise enthält der Halbleiterkörper jeweils eine Mehrzahl von Halbleiterschichten. Weiterhin weisen die Detektorelemente jeweils eine Strahlungseintrittsseite 402, 502 beziehungsweise 602 auf. Die Strahlungseintrittsseite ist von dem Träger 7 abgewandt.FIG. 2A shows a schematic sectional view of an embodiment of the detector arrangement 2. The detector elements 4, 5 and 6 are designed as discrete detector elements arranged side by side on the carrier 7. For example, the detector elements are designed as discrete detector chips. The detector elements 4, 5 and 6 each have a semiconductor body 401, 501 and 601, respectively. The semiconductor body preferably contains a plurality of semiconductor layers in each case. Furthermore, the detector elements each have a radiation entrance side 402, 502 and 602, respectively. The radiation entrance side is remote from the carrier 7.
Der Halbleiterkörper 401, 501 beziehungsweise 601 des jeweiligen Detektorelements umfasst einen aktiven Bereich 403, 503 beziehungsweise 603. Der aktive Bereich ist zwischen zwei Barriereschichten 404 und 405, 504 und 505 beziehungsweise 604 und 605 angeordnet. Die Barriereschichten zwischen denen der aktive Bereich angeordnet ist weisen bevorzugt unterschiedliche Leitungstypen (p-leitend beziehungsweise n-leitend) auf und sind hierzu zweckmäßigerweise geeignet dotiert. Der aktive Bereich umfasst eine Halbleiterfunktionsschicht, die vorzugsweise undotiert ausgeführt ist.The semiconductor body 401, 501 or 601 of the respective detector element comprises an active region 403, 503 or 603. The active region is arranged between two barrier layers 404 and 405, 504 and 505 or 604 and 605. The barrier layers between which the active region is arranged preferably have different conductivity types (p-type or n-type) and are expediently suitably doped for this purpose. The active region comprises a semiconductor functional layer, which is preferably undoped.
Die Halbleiterkörper der Detektorelemente 4, 5 und 6 sind jeweils auf einem Substrat 406, 506 beziehungsweise 606 angeordnet. Das Substrat kann mittels des Aufwachssubstrats der Halbleiterschichten für den Halbleiterkörper gebildet sein, auf dem die Halbleiterschichten epitaktisch gewachsen sind.The semiconductor bodies of the detector elements 4, 5 and 6 are each arranged on a substrate 406, 506 and 606, respectively. The substrate may be formed by means of the growth substrate of the semiconductor layers for the semiconductor body, on which the semiconductor layers are grown epitaxially.
Weiterhin weisen die Detektorelemente 4, 5 und 6 jeweils zwei elektrische Kontakte 407 und 408, 507 und 508 beziehungsweise 607 und 608 auf. Die Kontakte 408, 508 und 608 können beispielsweise auf der von dem jeweiligen Halbleiterkörper abgewandten Seite des Substrats angeordnet sein. Die Kontakte 407, 507 und 607 können auf der von dem jeweiligen Substrat abgewandten Seite des zugehörigen Halbleiterkörpers angeordnet sein. Die elektrischen Kontakte können als Metallisierungen ausgeführt sein.Furthermore, the detector elements 4, 5 and 6 each have two electrical contacts 407 and 408, 507 and 508 and 607 and 608, respectively. The contacts 408, 508 and 608 may be arranged, for example, on the side of the substrate facing away from the respective semiconductor body. The contacts 407, 507 and 607 may be on that of the respective substrate Be arranged opposite side of the associated semiconductor body. The electrical contacts can be designed as metallizations.
Die elektrischen Kontakte sind zweckmäßigerweise mit dem jeweiligen aktiven Bereich elektrisch leitend verbunden, so dass durch Absorption von Anteilen aus einer auf die Detektoranordnung 2 einfallenden Strahlung 8 im aktiven Bereich erzeugte Ladungsträger aus dem jeweiligen Detektorelement abgeführt werden können und das so im Detektorelement erzeugte Signal erfasst werden kann. Die Signale der einzelnen Detektorelemente können weiterhin unabhängig voneinander erfasst werden.The electrical contacts are expediently electrically conductively connected to the respective active region, so that charge carriers generated in the active region from the respective detector element can be dissipated by absorption of components from a radiation incident on the detector arrangement 2 and the signal thus generated in the detector element is detected can. The signals of the individual detector elements can continue to be detected independently of each other.
Der jeweilige Halbleiterkörper 401, 501 beziehungsweise 601 weist ferner mit Vorzug eine Kontaktschicht 409, 509 beziehungsweise 609 auf. Die elektrische Anbindung des Halbleiterkörpers an den strahlungseintrittsseitigen elektrischen Kontakt 407, 507 beziehungsweise 607 kann dadurch verbessert werden. Die Kontaktschicht ist vorzugsweise dotiert, zum Beispiel p-leitend, ausgeführt.The respective semiconductor body 401, 501 or 601 furthermore preferably has a contact layer 409, 509 or 609. The electrical connection of the semiconductor body to the radiation-entry-side electrical contact 407, 507 or 607 can thereby be improved. The contact layer is preferably doped, for example p-type, executed.
Die Halbeiterschichten des jeweiligen Halbleiterkörpers basieren vorzugsweise auf Verbindungshalbleitermaterialien. Für den sichtbaren Spektralbereich sind III-V- Halbleitermaterialien besonders geeignet. Die aktiven Bereiche basieren vorzugsweise auf dem Materialsystem InyAlx Gai-x-y P. Über den Al-Gehalt kann die Bandlücke der Funktionsschicht, die der jeweilige aktive Bereich umfasst beziehungsweise die den aktiven Bereich bildet, eingestellt werden . Als (Aufwachs) Substrat ist für das Materialsystem Iny Alx Gai-x-y P ein GaAs-Substrat besonders geeignet. Hinsichtlich guter Gitteranpassung an ein GaAs-Substrat hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, Materialien aus dem Untermaterialsystem Ino,5(Gai-x Alx) 0,sP einzusetzen. Für die jeweilige Kontaktschicht ist GaP besonders geeignet.The semiconductor layers of the respective semiconductor body are preferably based on compound semiconductor materials. For the visible spectral range III-V semiconductor materials are particularly suitable. The active regions are preferably based on the material system In y Al x Gai x -y P. The Al content can be used to set the band gap of the functional layer, which comprises the respective active region or forms the active region. As a (growth) substrate, a GaAs substrate is particularly suitable for the material system In y Al x Gai- x- P. With regard to good lattice matching to a GaAs substrate, it has proven advantageous to use materials from the sub-material system In o , 5 (Ga x Al x ) 0 , sP. GaP is particularly suitable for the respective contact layer.
Mit wachsendem Al-Gehalt nimmt die Bandlücke einer Halbleiterschicht für den aktiven Bereich zu. Über die Wahl des Al-Gehalts für den aktiven Bereich kann insbesondere die langwellige Grenzwellenlänge einer spektralen Empfindlichkeitsverteilung des jeweiligen Detektorelements eingestellt werden. Langwelligere Strahlung, also Strahlung deren Wellenlänge größer als die der langwelligen Grenzwellenlänge ist, erzeugt im jeweiligen Detektorelement kein signifikantes Signal mehr. Die langwellige Grenzwellenlänge der Detektorelemente 4, 5 und 6 liegt bevorzugt jeweils im sichtbaren Spektralbereich, wobei auf externe Filter, etwa für das Filtern infraroter Strahlung, verzichtet werden kann.As the Al content increases, the bandgap of a semiconductor layer for the active region increases. In particular, the long-wavelength cut-off wavelength of a spectral sensitivity distribution of the respective detector element can be adjusted by selecting the Al content for the active region. Long-wave radiation, ie radiation whose wavelength is greater than that of the long-wavelength cut-off wavelength, no longer generates any significant signal in the respective detector element. The long-wavelength cut-off wavelength of the detector elements 4, 5 and 6 is preferably in each case in the visible spectral range, it being possible to dispense with external filters, for example for filtering infrared radiation.
Die Tabelle in Figur 2B zeigt Ausführungsbeispiele für Materialien für die Halbleiterschichten der Detektorelemente aus Figur 2A. Weiterhin sind die Schichtdicken, die jeweiligen Bandlücken (EG) , die dieser Bandlücke entsprechende Wellenlänge (λG) und der Leitungstyp der jeweiligen Schichten angegeben. Das Detektorelement 4 ist zur Detektion blauer Strahlung, das Detektorelement 5 zur Detektion grüner Strahlung und das Detektorelement 6 zur Detektion roter Strahlung ausgebildet.The table in FIG. 2B shows exemplary embodiments of materials for the semiconductor layers of the detector elements from FIG. 2A. Furthermore, the layer thicknesses, the respective band gaps (E G ), the wavelength corresponding to this band gap (λ G ) and the conductivity type of the respective layers are indicated. The detector element 4 is designed to detect blue radiation, the detector element 5 to detect green radiation and the detector element 6 to detect red radiation.
Figur 2C zeigt eine Simulation der spektralen Empfindlichkeitsverteilungen der Detektorelemente 4, 5 und 6, wobei eine Ausbildung der Halbleiterschichten gemäß der Tabelle in Figur 2B angenommen wurde. Dargestellt ist die Abhängigkeit der Responsivität R von der Wellenlänge λ der einfallenden Strahlung in Nanometer. Die Responsivität gibt dabei die Stärke des im jeweiligen Detektorelement erzeugten Fotostroms in Ampere pro Watt der einfallenden Strahlungsleistung an.FIG. 2C shows a simulation of the spectral sensitivity distributions of the detector elements 4, 5 and 6, wherein formation of the semiconductor layers was adopted according to the table in FIG. 2B. The dependency of the responsivity R on the wavelength λ of the incident radiation in nanometers is shown. The responsiveness indicates the strength of the photoelectric current generated in the respective detector element in amperes per watt of the incident radiation power.
Die Kurve 600 gibt die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des Detektorelements 6, die Kurve 500 diejenige des Detektorelements 5 und die Kurve 400 diejenige des Detektorelements 4 wieder. Aufgrund des geringen Al-Gehalts ist das Detektorelement 6 bereits im roten Spektralbereich empfindlich. Das Detektorelement 5 zeigt aufgrund des größeren Al-Gehalts im orangen bis grünen Spektralbereich hohe Empfindlichkeitswerte und das Detektorelement 4 ist aufgrund des wiederum gesteigerten Al-Gehalts hauptsächlich im blauen Spektralbereich empfindlich.The curve 600 represents the spectral sensitivity distribution of the detector element 6, the curve 500 that of the detector element 5 and the curve 400 that of the detector element 4 again. Due to the low Al content, the detector element 6 is already sensitive in the red spectral range. Due to the larger Al content in the orange to green spectral range, the detector element 5 shows high sensitivity values and the detector element 4 is sensitive mainly in the blue spectral range due to the again increased Al content.
Der sichtbare Spektralbereich wird durch dieThe visible spectral range is determined by the
Empfindlichkeitsverteilung des helladaptierten menschlichen Auges 700 gemäß der CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) verdeutlicht. Im sichtbaren Spektralbereich zeigen alle drei Detektorelemente eine maßgebliche Empfindlichkeit. Da zum Beispiel im blauen Spektralbereich in allen drei Detektorelementen ein signifikantes Signal erzeugt wird, ist das Erhalten von Farbanteilen aus der einfallenden Strahlung unmittelbar aus den drei Signalen der Detektorelemente erschwert. Die Empfindlichkeitsverteilungen bilden insbesondere keine deutlich getrennten Empfindlichkeitskanäle aus, sondern überdecken einander maßgeblich. So überdeckt zum Beispiel die Verteilung 600 die beiden anderen Verteilungen vollständig. Figur 3A zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Detektoranordnung 2 anhand einer schematischen Schnittansicht .Sensitivity distribution of the light-adapted human eye 700 according to the CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) illustrates. In the visible spectral range, all three detector elements show significant sensitivity. Since, for example, a significant signal is generated in all three detector elements in the blue spectral range, it is difficult to obtain color components from the incident radiation directly from the three signals of the detector elements. In particular, the sensitivity distributions do not form distinctly separate sensitivity channels, but rather substantially overlap one another. For example, distribution 600 completely covers the other two distributions. FIG. 3A shows a further exemplary embodiment of a detector arrangement 2 with reference to a schematic sectional view.
Im Unterschied zur Detektoranordnung gemäß Figur 2A sind die Detektorelemente 4, 5 und 6 in einen gemeinsamen Halbleiterkörper 200 monolithisch integriert. Der Halbleiterkörper 200 umfasst somit die Detektorelemente 4, 5 und 6. Der Halbleiterkörper 200 ist auf einem Substrat 206 angeordnet und kann auf diesem epitaktisch gewachsen sein. Der Halbleiterkörper weist weiterhin eineIn contrast to the detector arrangement according to FIG. 2A, the detector elements 4, 5 and 6 are monolithically integrated into a common semiconductor body 200. The semiconductor body 200 thus comprises the detector elements 4, 5 and 6. The semiconductor body 200 is disposed on a substrate 206 and may be epitaxially grown thereon. The semiconductor body further has a
Strahlungseintrittsseite 202 auf. Die Detektorelemente 4, 5 und 6 sind vorzugsweise derart angeordnet, dass die Bandlücke der Funktionsschicht des jeweiligen aktiven Bereichs 403, 503, 603 mit wachsendem Abstand von derRadiation entrance side 202 on. The detector elements 4, 5 and 6 are preferably arranged such that the band gap of the functional layer of the respective active region 403, 503, 603 with increasing distance from the
Strahlungseintrittsseite 202 abnimmt. Im Gegensatz zu der Detektoranordnung gemäß Figur 2A mit den diskreten, nebeneinander angeordneten Detektorelementen weist eine derartige monolithisch integrierte Detektoranordnung 2 mit einer Mehrzahl von epitaktisch aufeinander gewachsenen Detektorelementen einen geringeren Platzbedarf auf. Der Herstellungsaufwand für eine derartige Ausbildung der Detektoranordnung 2 ist jedoch erhöht.Radiation inlet side 202 decreases. In contrast to the detector arrangement according to FIG. 2A with the discrete detector elements arranged side by side, such a monolithically integrated detector arrangement 2 with a plurality of epitaxially grown detector elements has a smaller space requirement. However, the production cost for such a design of the detector assembly 2 is increased.
Die in den Detektorelementen 4, 5 und 6 erzeugten Signale können über den Detektorelementen zugeordnete elektrische Kontakte unabhängig voneinander erfasst werden. Dem Detektorelement 4 sind dabei die Kontakte 210 und 211, dem Detektorelement 5 die Kontakte 211 und 212 und dem Detektorelement 6 die Kontakte 212 und 213 zugeordnet. Die dem jeweiligen Detektorelement zugeordneten Kontakte sind mit dem aktiven Bereich dieses Detektorelements elektrisch leitend verbunden. Zwei benachbarte Detektorelemente weisen jeweils einen gemeinsamen Kontakt auf. Die Kontakte können als Metallisierungen ausgeführt sein.The signals generated in the detector elements 4, 5 and 6 can be detected independently of one another via electrical contacts assigned via the detector elements. The detector element 4, the contacts 210 and 211, the detector element 5, the contacts 211 and 212 and the detector element 6, the contacts 212 and 213 assigned. The contacts associated with the respective detector element are electrically connected to the active region of this detector element conductively connected. Two adjacent detector elements each have a common contact. The contacts can be designed as metallizations.
Der Halbleiterkörper 200 weist weiterhin eine Filterschicht 214 auf, die monolithisch in den Halbleiterkörper integriert ist und insbesondere epitaktisch gewachsen sein kann. Die Filterschicht 214 ist bevorzugt strahlungseintrittsseitig im Halbleiterkörper angeordnet und absorbiert besonders bevorzugt Strahlung in einem Wellenlängenbereich, der Wellenlängen kleiner als die der Bandlücke eines aktiven Bereichs, insbesondere der Bandlücke des strahlungsaustrittseitig angeordneten aktiven Bereichs 403, entsprechende Wellenlänge umfasst. In dem gefilterten Wellenlängenbereich wird in den aktiven Bereichen ein dementsprechend vermindertes Signal erzeugt. Die Filterschicht 214 dient als Fensterschicht zum signalerzeugenden Bereich der Detektoranordnung.The semiconductor body 200 further has a filter layer 214, which is monolithically integrated into the semiconductor body and in particular can be grown epitaxially. The filter layer 214 is preferably arranged on the radiation entry side in the semiconductor body and particularly preferably absorbs radiation in a wavelength range which comprises wavelengths smaller than the band gap of an active region, in particular the band gap of the active region 403 arranged on the radiation exit side. In the filtered wavelength range, a correspondingly reduced signal is generated in the active regions. The filter layer 214 serves as a window layer to the signal-generating region of the detector arrangement.
Figur 3B zeigt eine Tabelle, die Daten für die in Figur 3A entsprechend gekennzeichneten Schichten enthält, welche der Simulation für die spektrale Empfindlichkeitsverteilung der Detektoranordnung 2 zugrunde gelegt wurden (vergleiche Figur 3C) .FIG. 3B shows a table which contains data for the layers marked correspondingly in FIG. 3A, which were used as a basis for the simulation for the spectral sensitivity distribution of the detector arrangement 2 (cf. FIG. 3C).
Die Empfindlichkeitsverteilungen 400, 500 und 600 der Detektorelemente 4, 5 beziehungsweise 6 sind in Figur 3C dargestellt. Im Gegensatz zu den Empfindlichkeitsverteilungen aus Figur 2C sind bereits durch dieThe sensitivity distributions 400, 500 and 600 of the detector elements 4, 5 and 6 are shown in FIG. 3C. In contrast to the sensitivity distributions from FIG. 2C, the
Empfindlichkeitsverteilungen der Detektorelemente deutliche, spektral voneinander getrennte Empfindlichkeitskanäle ausgebildet. Die Empfindlichkeitsverteilungen überlappen insbesondere nur teilweise miteinander. Das Erhalten von Informationen über Farbanteile in der einfallenden Strahlung unmittelbar aus den in den Detektorelementen erzeugten Signalen ist so gegenüber der Detektoranordnung gemäß Figur 2 vereinfacht. Die Herstellungskosten sind jedoch dementsprechend erhöht.Sensitivity distributions of the detector elements formed distinct, spectrally separated sensitivity channels. In particular, the sensitivity distributions only partially overlap one another. Getting from Information about color components in the incident radiation directly from the signals generated in the detector elements is thus simplified with respect to the detector arrangement according to FIG. However, the manufacturing costs are increased accordingly.
Da in dem strahlungseintrittsseitigen Detektorelement 4 bereits ein Großteil an kurzwelliger Strahlung absorbiert wird, trägt diese in den nachgeordneten Detektorelementen 5 und 6 nur vermindert zur Signalerzeugung bei. Daher erzeugen die Detektorelemente 5 und 6 im kurzwelligen Bereich ein geringeres Signal als bei der in Figur 2A gezeigten Detektoranordnung mit einer Mehrzahl diskreter nebeneinander angeordneter Detektorelemente. Gegebenenfalls kann jedoch auch bei den diskreten Detektorelementen gemäß Figur 2 über das Vorsehen geeigneter Filterschichten, vorzugsweise auf ( In, Ga, Al) P-Basis oder (Al)GaAs Basis, die kurzwellige Flanke der jeweiligen Empfindlichkeitsverteilung für einen ausgeprägten Empfindlichkeitskanal durch entsprechende Filterung kurzwelliger Strahlung unterdrückt werden. Entsprechende Filterschichten sind vorzugsweise in den Detektorelementen 5 und 6 für mittel- und längerwellige Strahlung zwischen der Strahlungseintrittsseite und dem aktiven Bereich des jeweiligen Halbleiterkörpers angeordnet.Since a large part of short-wave radiation is already absorbed in the radiation-entry-side detector element 4, this contributes only to a reduced extent to signal generation in the downstream detector elements 5 and 6. Therefore, the detector elements 5 and 6 generate a lower signal in the short-wave range than in the case of the detector arrangement shown in FIG. 2A with a plurality of discrete detector elements arranged side by side. Optionally, however, in the case of the discrete detector elements according to FIG. 2, the provision of suitable filter layers, preferably on (In, Ga, Al) P base or (Al) GaAs base, the short-wave edge of the respective sensitivity distribution for a pronounced sensitivity channel by appropriate filtering short-wave Radiation can be suppressed. Corresponding filter layers are preferably arranged in the detector elements 5 and 6 for medium and longer-wave radiation between the radiation entrance side and the active region of the respective semiconductor body.
Sind, entsprechend der Darstellung in Figur 2A, keine derartigen Filterschichten vorgesehen, so kann, um bei einer Empfindlichkeitsverteilung gemäß Figur 2C getrennte Empfindlichkeitskanäle zu erhalten beispielsweise die Differenz aus zwei Empfindlichkeitsverteilungen gebildet werden . Figur 2D zeigt die aus einer derartigen Differenzbildung gewonnenen Empfindlichkeitskanäle zur Farbdetektion der spektralen Grundfarben Rot, Grün und Blau. Weiterhin ist noch die Empfindlichkeitsverteilung 700 des helladaptierten menschlichen Auges dargestellt, um den sichtbaren Spektralbereich zu verdeutlichen.If, in accordance with the illustration in FIG. 2A, no such filter layers are provided, in order to obtain separate sensitivity channels in the case of a sensitivity distribution according to FIG. 2C, for example, the difference between two sensitivity distributions can be formed. FIG. 2D shows the sensitivity channels obtained from such a difference formation for color detection of the spectral primary colors red, green and blue. Furthermore, the sensitivity distribution 700 of the light-adapted human eye is shown in order to clarify the visible spectral range.
Der langwellige Empfindlichkeitskanal 620 ist aus der Differenz der langwelligen Empfindlichkeitsverteilungen 600 und der mittelwelligen Empfindlichkeitsverteilungen 500 gemäß Figur 2C gebildet, der mittelwellige Empfindlichkeitskanal 520 ist durch die Differenz der mittel- und kurzwelligen Empfindlichkeitsverteilungen 500 und 400 gebildet. Der kurzwellige Empfindlichkeitskanal 420 ist durch die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des Detektorelements 4 gebildet, die nicht modifiziert ist.The long-wavelength sensitivity channel 620 is formed from the difference between the long-wavelength sensitivity distributions 600 and the medium-wavelength sensitivity distributions 500 according to FIG. 2C, the medium-wavelength sensitivity channel 520 is formed by the difference between the medium and short-wave sensitivity distributions 500 and 400. The short-wavelength sensitivity channel 420 is formed by the spectral sensitivity distribution of the detector element 4, which is not modified.
Im Betrieb der Detektorelemente 4, 5 beziehungsweise 6 - z.B. gemäß den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2 oder 3 - in den Detektorelementen erzeugte Signale können der Regelungsvorrichtung 3 zugeführt werden (vergleiche Figur 1) . Empfindlichkeitskanäle können bereits durch entsprechende Formung der spektralen Empfindlichkeitsverteilungen der Detektorelemente vorgegeben sein (vergleiche zum Beispiel Figur 3C) . Alternativ können der Regelungsvorrichtung Signale zugeführt werden, die noch keinem vorgebildeten Empfindlichkeitskanal zugeordnet sind (vergleiche die breiten Verteilungen 500 und 600 aus Figur 2C) .In operation of the detector elements 4, 5 and 6, e.g. according to the embodiments of Figures 2 or 3 - signals generated in the detector elements can be supplied to the control device 3 (see Figure 1). Sensitivity channels can already be predetermined by appropriate shaping of the spectral sensitivity distributions of the detector elements (compare, for example, FIG. 3C). Alternatively, signals may be supplied to the control device which are not yet assigned to a preformed sensitivity channel (compare the broad distributions 500 and 600 of FIG. 2C).
Die Regelungsvorrichtung weist eine Mehrzahl von Eingängen auf (vergleiche die Eingänge E4, E5 beziehungsweise E6) . Zweckmäßigerweise werden die in den Detektorelementen erzeugten Signale S4, S5 beziehungsweise S6 jeweils einem gesonderten Eingang der Regelungsvorrichtung zugeführt. Bevor die Signale der Regelungsvorrichtung zugeführt werden, können sie noch vorverstärkt werden. In diesem Fall ist der Träger 7 bevorzugt als Vorverstärker, besonders bevorzugt als Verstärkerchip, zum Beispiel auf Siliziumbasis, ausgeführt. Den Detektorelementen 4, 5 und 6 ist in diesem Falle mit Vorzug jeweils ein Verstärkereingang VE4 Λ VE5 beziehungsweise VE6 zugeordnet (vergleiche die gestrichelt dargestellten Elemente des Trägers 7 in Figur 1) .The control device has a plurality of inputs (compare the inputs E 4 , E 5 and E 6 ). Expediently, the signals S 4 , S 5 or S 6 generated in the detector elements each become one supplied to the separate input of the control device. Before the signals are fed to the control device, they can still be pre-amplified. In this case, the carrier 7 is preferably designed as a preamplifier, particularly preferably as an amplifier chip, for example based on silicon. The detector elements 4, 5 and 6 in this case with preference in each case an amplifier input VE 4 Λ VE 5 or VE 6 assigned (compare the elements of the carrier 7 shown in dashed lines in Figure 1).
Im Falle diskreter Detektorelemente, wie zum Beispiel im Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben, sind die einzelnen Detektorelemente vorzugsweise jeweils auf einem gesonderten Eingang des Verstärkerchips angeordnet und mit diesem Eingang elektrisch leitend verbunden. Besonders geeignet ist für diese Verbindung eine elektrisch leitende Verbindungsschicht, zum Beispiel eine (Silber) Leitkleberschicht .In the case of discrete detector elements, as described for example in connection with FIG. 2, the individual detector elements are preferably arranged in each case on a separate input of the amplifier chip and connected to this input in an electrically conductive manner. Particularly suitable for this compound is an electrically conductive bonding layer, for example a (silver) conductive adhesive layer.
Da in den Detektorelementen üblicherweise Signale einer geringen Stärke - zum Beispiel in der Größenordnung von nA oder μA - erzeugt werden, ist eine kurze Verbindungsstrecke zum Verstärker über eine Verbindungsschicht, beispielsweise mit einer Dicke von 1 μm oder weniger, vorzugsweise von 500 μm oder weniger, besonders geeignet. Die Strecke, über die das störungsanfällige "schwache" Signal äußeren elektromagnetischen Störungen ausgesetzt ist, wird durch eine leitende Schichtverbindung vorteilhaft gering gehalten.Since signals of a low intensity, for example of the order of nA or μA, are usually generated in the detector elements, a short connection distance to the amplifier is via a connection layer, for example with a thickness of 1 μm or less, preferably 500 μm or less, particularly suitable. The distance over which the fault-prone "weak" signal is exposed to external electromagnetic interference is advantageously kept low by a conductive layer connection.
Über den jeweiligen Detektorelementen zugeordnete Ausgänge des Verstärkerchips kann das vorverstärkte Signal dem jeweiligen Eingang der Regelungsvorrichtung 3 zugeführt werden (vergleiche die Ausgänge VA4, VA5 und VA6 sowie die vorverstärkten Signale SV4, SV5 und SV6) . Die Variante, in der die Signale der Detektoranordnung vorverstärkt werden, ist durch die gestrichelte Linienführung bis zur Regelungsvorrichtung angedeutet. Dabei ist jedem Detektorelement vorzugsweise genau ein Verstärkereingang (VE1, i = 4, 5, 6) und/oder Verstärkerausgang (VA1, i = 4, 5, 6) zugeordnet.Via the respective detector elements associated outputs of the amplifier chip, the preamplified signal to the respective input of the control device 3 are supplied (compare the outputs VA 4 , VA 5 and VA 6 and the preamplified signals SV 4 , SV 5 and SV 6 ). The variant in which the signals of the detector arrangement are pre-amplified, is indicated by the dashed lines to the control device. In this case, each detector element is preferably assigned exactly one amplifier input (VE 1 , i = 4, 5, 6) and / or amplifier output (VA 1 , i = 4, 5, 6).
Die Regelungsvorrichtung 3 weist eine Regelungseinheit 9 auf. Die Regelungseinheit 9 ist vorzugsweise als Verstärker ausgebildet, in dem Kanalsignale K4, K5 und Ke aus verschiedenen Empfindlichkeitskanälen jeweils mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren verstärkt werden können. Die Regelungseinheit 9 weist Regelungsanschlüsse 94, 95 und 96 auf, über die die Verstärkungsfaktoren für die Kanalsignale aus den Empfindlichkeitskanälen unabhängig voneinander eingestellt werden können.The control device 3 has a control unit 9. The control unit 9 is preferably designed as an amplifier in which channel signals K 4 , K 5 and Ke can be amplified from different sensitivity channels, each with different amplification factors. The control unit 9 has control terminals 94, 95 and 96, via which the gain factors for the channel signals from the sensitivity channels can be adjusted independently of each other.
Falls die Detektoranordnung noch keine vorgebildeten Empfindlichkeitskanäle aufweist (vergleiche Figur 2C) , kann die Regelungseinheit derart ausgebildet sein, dass die in den Detektorelementen erzeugten Signale in der Regelungsvorrichtung 3 derart verarbeitet werden, dass Kanalsignale, die einem Empfindlichkeitskanal zugeordnet sind, ausgebildet werden. Die Empfindlichkeitskanäle werden in der Regelungsvorrichtung bevorzugt durch ein Element dieser Vorrichtung ausgebildet, bevor die Signale der Regelungseinheit zugeführt werden.If the detector arrangement does not yet have any preformed sensitivity channels (compare FIG. 2C), the control unit can be configured such that the signals generated in the detector elements are processed in the control device 3 such that channel signals associated with a sensitivity channel are formed. The sensitivity channels are preferably formed in the control device by an element of this device before the signals are supplied to the control unit.
Beispielsweise kann eine Differenzbildungseinheit 10 in der Regelungsvorrichtung vorgesehen sein, die Differenzen aus den von der Detektoranordnung erhaltenen Signalen bildet, wodurch die Kanalsignale ausgebildet werden (vergleiche Figur 2D) . In der Regelungseinheit 9 können die relativen Gewichtungen der Kanalsignale zueinander unterschiedlich eingestellt werden .For example, a difference-forming unit 10 may be provided in the control device, which forms differences from the signals obtained from the detector arrangement, whereby the channel signals are formed (see FIG. 2D). In the control unit 9, the relative weights of the channel signals to each other can be set differently.
Die unterschiedlich gewichteten Kanalsignale können nachfolgend in der Überlagerungseinheit 11 der Regelungsvorrichtung 3 überlagert werden. Vorzugsweise addiert die Überlagerungseinheit 11 die unterschiedlich gewichteten Kanalsignale nach dem Durchgang durch die Regelungseinheit 9. Dies ist durch die gestrichelte Linienführung in der Überlagerungseinheit angedeutet.The differently weighted channel signals can subsequently be superimposed in the superposition unit 11 of the control device 3. Preferably, the overlay unit 11 adds the differently weighted channel signals after passing through the control unit 9. This is indicated by the dashed lines in the overlay unit.
Die unterschiedlich gewichteten Kanalsignale werden in der Überlagerungseinheit 11 zum Detektorsignal DS des Strahlungsdetektors überlagert, insbesondere aufaddiert. Dieses Detektorsignal DS kann an einem Ausgang A der Regelungsvorrichtung 3 erfasst werden, der mit der Überlagerungseinheit 11 leitend verbunden ist.The differently weighted channel signals are superimposed in the superposition unit 11 to the detector signal DS of the radiation detector, in particular added. This detector signal DS can be detected at an output A of the control device 3, which is conductively connected to the superimposition unit 11.
Die Regelungsvorrichtung 3 ist mit Vorteil als integrierter Schaltkreis, vorzugsweise auf Si-Basis, ausgebildet. Hierdurch wird eine kleine und kompakte Bauform des Strahlungsdetektors 1 vereinfacht.The control device 3 is advantageously designed as an integrated circuit, preferably based on Si. As a result, a small and compact design of the radiation detector 1 is simplified.
Durch die Überlagerung von unterschiedlich gewichteten Kanalsignalen kann ein Strahlungsdetektor mit unterschiedlichen Empfindlichkeitsverteilungen - der Abhängigkeit des Ausgangssignals DS am Ausgang A von der Wellenlänge - realisiert werden.By superposing differently weighted channel signals, a radiation detector with different sensitivity distributions-the dependence of the output signal DS on the output A on the wavelength-can be realized.
Beispielsweise kann ein Strahlungsdetektor durch unterschiedliche Gewichtung der Kanalsignale mittels der Regelungseinheit 9 als Umgebungslichtsensor ausgebildet sein, der eine Empfindlichkeitsverteilung gemäß derjenigen des menschlichen Auges aufweist. Dies ist für die Empfindlichkeitskanäle gemäß Figur 2D in den Figuren 4A und 4B dargestellt.For example, a radiation detector by different weighting of the channel signals by means of Control unit 9 may be formed as an ambient light sensor having a sensitivity distribution according to that of the human eye. This is shown for the sensitivity channels according to FIG. 2D in FIGS. 4A and 4B.
In Figur 4A sind die Empfindlichkeitskanäle für eine Empfindlichkeitsverteilung gemäß derjenigen des helladaptierten menschlichen Auges überlagert. Signale aus den einzelnen Empfindlichkeitskanälen werden hierzu relativ zueinander abgeschwächt beziehungsweise verstärkt. Die dargestellte überlagerte Empfindlichkeitsverteilung 701 ergibt sich durch eine Verstärkung des Empfindlichkeitskanals 620 um den Faktor 0,9, des Empfindlichkeitskanals 520 um den Faktor 1,2 und des Empfindlichkeitskanals 420 um den Faktor 0,25. Die aufaddierte Empfindlichkeitsverteilung 701 entspricht im Wesentlichen der des helladaptierten menschlichen Auges 700.In Figure 4A, the sensitivity channels are superimposed for a sensitivity distribution similar to that of the light-adapted human eye. For this purpose, signals from the individual sensitivity channels are attenuated or amplified relative to one another. The illustrated superposed sensitivity distribution 701 results from a gain of the sensitivity channel 620 by the factor 0.9, the sensitivity channel 520 by the factor 1.2 and the sensitivity channel 420 by the factor 0.25. The added sensitivity distribution 701 substantially corresponds to that of the light-adapted human eye 700.
In Figur 4B wird der langwellige Empfindlichkeitskanal 620, der dem roten Spektralbereich zugeordnet ist, unterdrückt, was einem Verstärkungsfaktor von 0 entspricht. Der Empfindlichkeitskanal 520, der dem grünen Spektralbereich zugeordnet ist, wird mit einem Faktor von 0,7 und der Empfindlichkeitskanal 420, der dem blauen Spektralbereich zugeordnet ist, mit einem Faktor von 1,3 verstärkt. Die aufaddierte Verteilung 703 entspricht näherungsweise der des dunkeladaptierten menschlichen Auges 702. Für die Verteilung des dunkeladaptierten menschlichen Auges kann beispielsweise die entsprechende Verteilung gemäß der CIE von 1951 herangezogen werden. Die spektrale Verteilung der Detektorempfindlichkeit ist vorzugsweise über die Regelungsanschlüsse 94, 95 und 96 zwischen derjenigen des helladaptierten menschlichen Auges (Verteilung 700, Figur 4A) und derjenigen des dunkeladaptierten menschlichen Auges (Verteilung 702, Figur 4B) umschaltbar. Der Schaltvorgang kann beispielsweise mittels eines Hell/Dunkel-Sensors (nicht explizit dargestellt) , den der Strahlungsdetektor bevorzugt umfasst, gesteuert werden. Auch die Empfindlichkeitskanäle der monolithischen Detektoranordnung (vergleiche Figur 3) können entsprechend verschieden gewichtet und für die jeweils gewünschte Verteilung überlagert werden.In FIG. 4B, the long-wavelength sensitivity channel 620, which is assigned to the red spectral region, is suppressed, which corresponds to a gain factor of 0. The sensitivity channel 520 associated with the green spectral region is amplified by a factor of 0.7 and the sensitivity channel 420 associated with the blue spectral region by a factor of 1.3. The cumulative distribution 703 corresponds approximately to that of the dark-adapted human eye 702. For the distribution of the dark-adapted human eye, for example, the corresponding distribution according to the CIE of 1951 can be used. The spectral distribution of the detector sensitivity is preferably switchable via the control terminals 94, 95 and 96 between that of the light-adapted human eye (distribution 700, Figure 4A) and that of the dark-adapted human eye (distribution 702, Figure 4B). The switching process can be controlled, for example, by means of a light / dark sensor (not explicitly shown), which the radiation detector preferably comprises. The sensitivity channels of the monolithic detector arrangement (see FIG. 3) can also be correspondingly weighted differently and superposed for the particular desired distribution.
Neben der Möglichkeit, den Strahlungsdetektor 1 als Umgebungslichtsensor zu betreiben, kann dieser selbstverständlich auch als Farbsensor zur Detektion der den Empfindlichkeitskanälen entsprechenden Grundfarben - in den Ausführungsbeispielen die Farben Rot, Grün und Blau - eingesetzt werden. Über das Detektorsignal können dann Farbanteile in der auf den Strahlungsdetektor einfallenden Strahlung bestimmt werden. Aus diesen Farbanteilen kann z. B. der Farbort oder der Farbeindruck der einfallenden Strahlung ermittelt werden. Signalbeiträge aus Empfindlichkeitskanälen, die nicht der zu detektierenden Farbe zugeordnet sind, können hierfür durch entsprechende Einstellung der Regelungsanschlüsse unterdrückt werden.In addition to the possibility of operating the radiation detector 1 as an ambient light sensor, it can of course also be used as a color sensor for detecting the basic colors corresponding to the sensitivity channels-in the exemplary embodiments the colors red, green and blue. Color components in the radiation incident on the radiation detector can then be determined via the detector signal. From these color components can z. B. the color location or the color impression of the incident radiation can be determined. Signal contributions from sensitivity channels, which are not assigned to the color to be detected, can be suppressed by setting the control connections accordingly.
Weiterhin kann eine vorgegebene Empfindlichkeitsverteilung des Strahlungsdetektors über entsprechende Regelung an den Regelungsanschlüsse eingestellt werden. DerFurthermore, a predetermined sensitivity distribution of the radiation detector can be adjusted via appropriate control at the control connections. Of the
Strahlungsdetektor ist insgesamt platzsparend ausgebildet und vorteilhaft variabel einsetzbar. Figur 5A zeigt die spektrale Empfindlichkeitsverteilung einer Detektoranordnung mit einer Vielzahl von separaten spektralen Empfindlichkeitskanälen 801... 809. DieRadiation detector is designed to save space overall and advantageously used variably. Figure 5A shows the spectral sensitivity distribution of a detector array having a plurality of separate spectral sensitivity channels 801 ... 809. The
Empfindlichkeitskanäle sind dabei durch die spektralen Empfindlichkeitsverteilungen entsprechender Detektorelemente gebildet. Hierzu weisen die Detektorelemente entsprechende Filterschichten auf, die zwischen derSensitivity channels are formed by the spectral sensitivity distributions of corresponding detector elements. For this purpose, the detector elements on corresponding filter layers, which between the
Strahlungseintrittsseite und dem aktiven Bereich des jeweiligen Halbleiterkörpers angeordnet sind. Beispielsweise können 9 Detektorelemente analog zur Darstellung in Figur 2A nebeneinander angeordnet sein, wobei zusätzlich zu der in Figur 2A gezeigten Schichtstruktur eine Filterschicht zwischen der Strahlungseintrittsseite und dem jeweiligen aktiven Bereich vorgesehen ist.Radiation inlet side and the active region of the respective semiconductor body are arranged. By way of example, 9 detector elements can be arranged next to one another analogously to the representation in FIG. 2A, a filter layer being provided between the radiation entrance side and the respective active region in addition to the layer structure shown in FIG. 2A.
Für die Empfindlichkeitsverteilung der Detektorelemente wurden dabei Daten entsprechend der Tabelle in Figur 5B verwendet .Data for the sensitivity distribution of the detector elements was used according to the table in FIG. 5B.
Die aktiven Bereiche basieren jeweils auf dem Materialsystem Iny Alx Gai-x-y P . Die jeweilige Filterschicht basiert entweder auf demselben Materialsystem oder besteht aus GaP.The active areas are each based on the material system In y Al x Gai- x- P. The respective filter layer is based either on the same material system or consists of GaP.
Die spektralen Empfindlichkeitsverteilungen der Detektorelemente weisen jeweils ein Maximum bei einer Wellenlänge λmax im sichtbaren Spektralbereich auf.The spectral sensitivity distributions of the detector elements each have a maximum at a wavelength λ max in the visible spectral range.
Weiterhin sind die einzelnen Empfindlichkeitskanäle schmalbandig ausgeführt und weisen insbesondere zumindest teilweise spektrale Breiten von 60 nm oder weniger , bevorzugt von 40 nm oder weniger, besonders bevorzugt von 30 nm oder weniger oder sogar von 20 nm oder weniger auf. Diese Vielzahl von Empfindlichkeitskanälen erleichtert, aufgrund der feineren Aufteilung von Kanälen über den sichtbaren Spektralbereichs, zum einen das genaue Nachbilden einer vorgegebenen Empfindlichkeitsverteilung und zum anderen auch die Detektion spezieller Spektrallinien, zum Beispiel zur Echtheitsprüfung von Scheckkarten oder Geldscheinen.Furthermore, the individual sensitivity channels are of narrow band and in particular have at least partial spectral widths of 60 nm or less, preferably 40 nm or less, more preferably 30 nm or less, or even 20 nm or less. This multiplicity of sensitivity channels facilitates, due to the finer distribution of channels over the visible spectral range, on the one hand the exact simulation of a given sensitivity distribution and, on the other hand, the detection of special spectral lines, for example for the verification of check cards or banknotes.
Für die Detektion spezieller Spektrallinien werden die nicht zur Detektion dieser Spektrallinie benötigten Empfindlichkeitskanäle zweckmäßigerweise unterdrückt.For the detection of special spectral lines, the sensitivity channels not required for the detection of this spectral line are expediently suppressed.
Weiterhin ist in Figur 5A die spektrale Empfindlichkeitsverteilung 702 des dunkel adaptierten menschlichen Auges dargestellt. Eine mit denFurthermore, FIG. 5A shows the spectral sensitivity distribution 702 of the dark-adapted human eye. One with the
Verstärkungsfaktoren für die einzelnen Empfindlichkeitskanäle aus der Tabelle in Figur 5B aufsummierteAmplification factors for the individual sensitivity channels from the table in Figure 5B accumulated
Empfindlichkeitsverteilung 703 verläuft sehr genau gemäß derjenigen des dunkeladaptierten menschlichen Auges 702.Sensitivity distribution 703 is very similar to that of dark-adapted human eye 702.
Die dargestellten Kanäle 801 ... 809 sind auch zur Farbdetektion geeignet, wobei eine Farbinformation bevorzugt aus einer Mehrzahl von Kanalsignalen erhalten wird.The illustrated channels 801 ... 809 are also suitable for color detection, wherein color information is preferably obtained from a plurality of channel signals.
Bevorzugt erfolgt die Einstellung des Betriebszustandes des Strahlungsdetektors - als Farbsensor, als Umgebungslichtsensor für das hell adaptierte Auge, als Umgebungslichtsensor für das dunkel adaptierte Auge oder gegebenenfalls als Spektralliniensensor - programmgesteuert, z.B. über einen programmierbaren Mikrokontroller . Der Mikrokontroller ist zweckmäßigerweise mit den Regelungsanschlüssen 94, 95, 96 der Regelungsvorrichtung 9 elektrisch leitend verbunden. Figur 6 zeigt eine Teilansicht des Strahlungsdetektors 1 gemäß Figur 1, in der zusätzlich zu dem Strahlungsdetektor gemäß Figur 1 ein derartiger Mikrokontroller 12 mit den Regelungsanschlüssen 94, 95, 96 der Regelungsvorrichtung 9 elektrisch leitend verbunden ist. Die weiteren Elemente des Strahlungsdetektors, die in Figur 1 dargestellt sind, sind in Figur 6 der Übersichtlichkeit wegen nicht explizit dargestellt, können aber selbstverständlich vorgesehen sein. Die Regelungsanschlüsse sind mittels des Mikrokontrollers zweckmäßigerweise unabhängig voneinander steuerbar. Beispielsweise sind die Regelungsanschlüsse 94, 95 und 96 jeweils mit einem gesonderten elektrischen Kontakt 124, 125 beziehungsweise 126 des Mikrokontrollers 12 elektrisch leitend verbunden.Preferably, the setting of the operating state of the radiation detector - as a color sensor, as ambient light sensor for the brightly adapted eye, as ambient light sensor for the dark adapted eye or possibly as a spectral line sensor - programmatically, for example via a programmable microcontroller. The microcontroller is expediently electrically conductively connected to the control connections 94, 95, 96 of the control device 9. FIG. 6 shows a partial view of the radiation detector 1 according to FIG. 1, in which, in addition to the radiation detector according to FIG. 1, such a microcontroller 12 is electrically conductively connected to the control connections 94, 95, 96 of the control device 9. The further elements of the radiation detector shown in FIG. 1 are not explicitly shown in FIG. 6 for the sake of clarity, but may of course be provided. The control connections are expediently independently controllable by means of the microcontroller. For example, the control terminals 94, 95 and 96 are each electrically connected to a separate electrical contact 124, 125 and 126 of the microcontroller 12.
Der Mikrokontroller 12 ist vorzugsweise derart programmiert, dass er die Regelungsanschlüsse gemäß fest vorgegebenen Betriebszuständen des Strahlungsdetektors - z. B. als Farbsensor, als Umgebungslichtsensor für das hell adaptierte Auge, als Umgebungslichtsensor für das dunkel adaptierte Auge oder als Spektralliniensensor - ansteuert. Ein Benutzer kann dann über entsprechendes Ansprechen des Mikrokontrollers frei zwischen den vorgegebenen Betriebzuständen umschalten. Eine benutzerseitig aufwändige Ermittlung der für den jeweiligen Betriebszustand geeignetsten Einstellung der Regelungsanschlüsse relativ zueinander kann so vermieden werden. Diese Einstellungen können vielmehr bereits werksseitig durch entsprechende Programmierung des Mikrokontrollers durchgeführt werden.The microcontroller 12 is preferably programmed so that it the control connections according to fixed predetermined operating conditions of the radiation detector -. B. as a color sensor, as an ambient light sensor for the brightly adapted eye, as an ambient light sensor for the dark adapted eye or as a spectral line sensor - drives. A user can then freely switch between the predetermined operating conditions via appropriate response of the microcontroller. A user-consuming determination of the most appropriate for the respective operating state adjustment of the control connections relative to each other can be avoided. Rather, these settings can already be carried out at the factory by appropriate programming of the microcontroller.
Alternativ oder ergänzend kann der Mikrokontroller den Betriebszustand zeitlich steuern, z.B. hinsichtlich der Tageszeit. Beispielsweise kann der Mikrokontroller derart programmiert sein, dass er ab einer bestimmten Tageszeit, vorzugsweise nach Einsetzen der Dämmerung, beim Betrieb des Strahlungsdetektor als Umgebungslichtsensor nur noch die Detektion gemäß dem dunkel adaptierten menschlichen Auge zulässt. Bevorzugt ist der Mikrokontroller vom Benutzer programmierbar, so dass ein Umschalten zwischen Betriebszuständen, insbesondere ein zeitgesteuertes Umschalten, des Strahlungsdetektors benutzerseitig voreingestellt werden kann.Alternatively or additionally, the microcontroller can control the operating state in time, eg with regard to the time of day. For example, the microcontroller can do this be programmed that he allows from a certain time of day, preferably after onset of dusk, during operation of the radiation detector as the ambient light sensor only the detection according to the dark adapted human eye. Preferably, the microcontroller is programmable by the user, so that a switching between operating states, in particular a time-controlled switching, of the radiation detector can be preset by the user.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Prioritäten der deutschen Patentanmeldungen 10 2006 056 579.7 vom 30. November 2006 und 10 2007 012 115.8 vom 13. März 2007, deren gesamter Offenbarungsgehalt hiermit explizit durch Rückbezug in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.This patent application claims the priorities of German patent applications 10 2006 056 579.7 of 30 November 2006 and 10 2007 012 115.8 of 13 March 2007, the entire disclosure of which is hereby explicitly incorporated by reference into the present application.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. The invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

Claims

Patentansprüche claims
1. Strahlungsdetektor (1) mit einer Detektoranordnung (2), die eine Mehrzahl von Detektorelementen (4, 5, 6) aufweist, mittels derer im Betrieb des Strahlungsdetektors ein Detektorsignal (DS) erhalten wird, und einer Regelungsvorrichtung (3) , wobeiA radiation detector (1) having a detector arrangement (2) which has a plurality of detector elements (4, 5, 6), by means of which a detector signal (DS) is obtained during operation of the radiation detector, and a control device (3)
- die Detektorelemente jeweils eine spektrale- The detector elements each have a spectral
Empfindlichkeitsverteilung (400, 500, 600) aufweisen und zur Signalerzeugung (S4, S5, Sg) geeignet sind,Have sensitivity distribution (400, 500, 600) and are suitable for signal generation (S4, S5, Sg),
- zumindest ein Detektorelement ein Verbindungshalbleitermaterial enthält und dieses Detektorelement zur Detektion von Strahlung im sichtbaren Spektralbereich ausgebildet ist,at least one detector element contains a compound semiconductor material and this detector element is designed to detect radiation in the visible spectral range,
- der Strahlungsdetektor derart ausgebildet ist, dass mittels der Empfindlichkeitsverteilungen der Detektorelemente verschiedene spektrale Empfindlichkeitskanäle (420, 520, 620) des Strahlungsdetektors gebildet sind,- The radiation detector is designed such that by means of the sensitivity distributions of the detector elements different spectral sensitivity channels (420, 520, 620) of the radiation detector are formed,
- in den Empfindlichkeitskanälen mittels der Detektorelemente ein dem jeweiligen Empfindlichkeitskanal zugeordnetes Kanalsignal (K4, K5, Kg) erzeugt werden kann, und- In the sensitivity channels by means of the detector elements a respective sensitivity channel associated channel signal (K4, K5, Kg) can be generated, and
- die Regelungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass die Beiträge verschiedener Kanalsignale zum Detektorsignal des Strahlungsdetektors unterschiedlich geregelt sind.- The control device is designed such that the contributions of different channel signals are regulated differently to the detector signal of the radiation detector.
2. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, bei dem die Regelungsvorrichtung Beiträge von Kanalsignalen zum Detektorsignal relativ zueinander verschieden gewichtet.2. The radiation detector of claim 1, wherein the control device weights contributions from channel signals to the detector signal relative to each other differently.
3. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Detektorsignal des Strahlungsdetektors mittels Überlagerung von Kanalsignalen gebildet ist. 3. Radiation detector according to claim 1 or 2, wherein the detector signal of the radiation detector is formed by means of superposition of channel signals.
4. Strahlungsdetektor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Regelungsvorrichtung eine Mehrzahl von Eingängen (E4, E5, Eg) aufweist, über die in den Detektorelementen erzeugte Signale der Regelungsvorrichtung zugeführt werden, und verschiedenen Eingängen verschiedene Detektorelemente zugeordnet sind.4. Radiation detector according to at least one of the preceding claims, wherein the control device has a plurality of inputs (E4, E5, Eg), are supplied via the signals generated in the detector elements of the control device, and different inputs are assigned to different detector elements.
5. Strahlungsdetektor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Regelungsvorrichtung eine Mehrzahl von Regelungsanschlüssen (94, 95, 96) aufweist, mittels derer Beiträge von Kanalsignalen zum Detektorsignal regelbar sind.5. Radiation detector according to at least one of the preceding claims, wherein the control device has a plurality of control terminals (94, 95, 96), by means of which contributions of channel signals to the detector signal can be regulated.
6. Strahlungsdetektor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein einzelnes Kanalsignal mittels zweier, in verschiedenen Detektorelementen erzeugter Signale erhalten ist .6. Radiation detector according to at least one of the preceding claims, in which a single channel signal is obtained by means of two signals generated in different detector elements.
7. Strahlungsdetektor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Kanalsignal unter Bildung der Differenz (10) der in zwei verschiedenen Detektorelementen erzeugten Signale erhalten ist.7. Radiation detector according to at least one of the preceding claims, wherein a channel signal is obtained to form the difference (10) of the signals generated in two different detector elements.
8. Strahlungsdetektor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Empfindlichkeitskanäle spektral überlappen.8. Radiation detector according to at least one of the preceding claims, wherein the sensitivity channels overlap spectrally.
9. Strahlungsdetektor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Empfindlichkeitskanäle derart überlappen, dass der sichtbare Spektralbereich überdeckt ist.9. Radiation detector according to at least one of the preceding claims, in which the sensitivity channels overlap in such a way that the visible spectral range is covered.
10. Strahlungsdetektor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Regelungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass der Strahlungsdetektor als Umgebungslichtsensor mit einer spektralen Verteilung der Detektorempfindlichkeit gemäß derjenigen des menschlichen Auges (700, 702) betreibbar ist.10. Radiation detector according to at least one of the preceding claims, wherein the control device is designed such that the radiation detector as an ambient light sensor with a spectral distribution of the detector sensitivity according to that of the human eye (700, 702) is operable.
11. Strahlungsdetektor nach Anspruch 10, bei dem die spektrale Verteilung der Detektorempfindlichkeit mittels der Regelungsvorrichtung zwischen der des helladaptierten menschlichen Auges (700) und des dunkeladaptierten menschlichen Auges (702) schaltbar ist.11. A radiation detector according to claim 10, wherein the spectral distribution of the detector sensitivity by means of the control device between the light-adapted human eye (700) and the dark-adapted human eye (702) is switchable.
12. Strahlungsdetektor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, der als Farbsensor, insbesondere zur Detektion von drei Grundfarben, z.B. Rot, Grün und Blau, betreibbar ist.12. Radiation detector according to at least one of the preceding claims, which is used as a color sensor, in particular for the detection of three primary colors, e.g. Red, green and blue, is operable.
13. Strahlungsdetektor nach Anspruch 12 und Anspruch 10 oder einem auf den Anspruch 10 rückbezogenen Anspruch, der mittels der Regelungsvorrichtung sowohl als Umgebungslichtsensor als auch als Farbsensor betreibbar ist.13. Radiation detector according to claim 12 and claim 10 or claim relating back to claim 10, which is operable by means of the control device both as an ambient light sensor and as a color sensor.
14. Strahlungsdetektor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, die Detektoranordnung einen, insbesondere epitaktisch gewachsenen, Halbleiterkörper (200, 401, 501, 601) aufweist, der zumindest eines der Detektorelemente enthält.14. Radiation detector according to at least one of the preceding claims, the detector arrangement has a, in particular epitaxially grown, semiconductor body (200, 401, 501, 601) which contains at least one of the detector elements.
15. Strahlungsdetektor nach Anspruch 14, bei dem das Detektorelement einen der Signalerzeugung dienenden aktiven Bereich (403, 503, 603) aufweist, der das Verbindungshalbleitermaterial enthält .15. A radiation detector according to claim 14, wherein the detector element one of the signal generation having active region (403, 503, 603) containing the compound semiconductor material.
16. Strahlungsdetektor nach Anspruch 14 oder 15, bei dem eine Mehrzahl von Detektorelementen monolithisch in einen gemeinsamen Halbleiterkörper (200) integriert ist.16. A radiation detector according to claim 14 or 15, wherein a plurality of detector elements is monolithically integrated in a common semiconductor body (200).
17. Strahlungsdetektor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine Mehrzahl separater, nebeneinander angeordneter Detektorelemente aufweist.17. Radiation detector according to at least one of the preceding claims, which has a plurality of separate, juxtaposed detector elements.
18. Strahlungsdetektor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Mehrzahl von Detektorelementen das Verbindungshalbleitermaterial enthält .18. A radiation detector according to at least one of the preceding claims, wherein a plurality of detector elements containing the compound semiconductor material.
19. Strahlungsdetektor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Mehrzahl von Detektorelementen zur Detektion von Strahlung im sichtbaren Spektralbereich ausgebildet ist.19. Radiation detector according to at least one of the preceding claims, in which a plurality of detector elements for detecting radiation in the visible spectral range is formed.
20. Strahlungsdetektor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, der drei oder mehr, bevorzugt vier oder mehr, besonders bevorzugt fünf oder mehr Empfindlichkeitskanäle aufweist.20. Radiation detector according to at least one of the preceding claims, which has three or more, preferably four or more, more preferably five or more sensitivity channels.
21. Strahlungsdetektor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, der einen oder eine Mehrzahl von schmalbandigen Empfindlichkeitskanälen (801... 809) aufweist. 21. Radiation detector according to at least one of the preceding claims, having one or a plurality of narrow-band sensitivity channels (801 ... 809).
22. Strahlungsdetektor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verbindungshalbleitermaterial ein III-V- Halbleitermaterial, bevorzugt ein22. Radiation detector according to at least one of the preceding claims, wherein the compound semiconductor material is a III-V semiconductor material, preferably a
Verbindungshalbleitermaterial aus dem Materialsystem (In, Al, Ga)P, ist.Compound semiconductor material from the material system (In, Al, Ga) P, is.
23. Strahlungsdetektor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Regelungsvorrichtung als integrierter Schaltkreis ausgeführt ist. 23. Radiation detector according to at least one of the preceding claims, wherein the control device is designed as an integrated circuit.
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