JP2004512723A - 信号波を検出して処理する方法およびデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、例えば電磁波や音波のような、信号波の振幅と位相を検出して処理する方法に関する。
【解決手段】
変調信号源が信号波を生成し、伝導媒体によりその経路上で、または少なくとも一つの物体上での反射および散乱により、信号波が変更される。変更された信号は受信され、該信号波の変調と特定の関係を有する変調信号を用いて復調される。該変調信号に対する、変調信号波の振幅と位相の関係が測定されて評価される。高速かつ直接の評価を得るために、該変調信号波は該受信媒体に受信された電荷または電荷の変動に転換され、変調信号に従って少なくとも二つの読み出し出力に分配されて、評価ユニットに供給される。該評価ユニットは該出力信号の和と差分を生成し、こうして物体により散乱・反射または遅延された信号波の強度と位相位置の値が供給される。信号源に由来する被変調信号波の一部は、変調信号として読み出し出力またはそれに接続された読み出し要素に直接伝達される。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特には以下では本出願に従い短く「信号波」と称する、熱輻射からガンマ線輻射（Ｘ線）までのマイクロ波全領域の電磁波、さらには音波または超音波、また同様にその他の電流、電圧または電荷が生成した輻射信号波、および用途によれば音波、光波、電磁波、Ｘ線波またはマイクロ波、請求項１の前段に記載の信号波の、信号波の振幅と位相を検出して処理する方法、およびその方法を実行するデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工業的生産、オートメーション、測定学、道路交通、安全工学、環境技術、および多くのその他の分野における重要な技術的業務は、信号波の伝搬を経由して、即ち非接触で受動的な（外部生成信号波）または能動的な（自己生成信号波）波動の伝搬を手段として、信号波それ自身について、および特にそれらの信号源について、または反射または伝導により該波動を変形した物体について、特に位相および振幅の情報を得ることからなる。そのような業務のための測定手段、特に光信号波用のレーザーのレーダー、マイクロ波用のマイクロ波レーダー、音波用の超音波ソナーおよびＸ線用のコンピュータ断層撮影写真は、ずっと以前から知られている。ある信号源の望ましくは自己生成型の信号波は、望ましくは適宜の方法で変調される。ある「キャリア信号」のこの変調が、測定されるべき望ましくは多次元の対象によって、位相と振幅が変更される場合には、伝搬されおよび反射された信号波の適宜の復調により、多くの点／多くのピクセルの測定による、例えば３次元の対象の形状である、対象の情報を得ることが出来る。関連する受信装置は非常に高価で、かつ一般的に一つの受信装置のみを含んでいる。しかしながら、信号波の多くの測定点を測定するためには、スキャナーが用いられる。光の信号波のための従来技術は、例えば「コンピューター画像およびその応用のためのハンドブック」アカデミックプレス社発行ジェーネ他編、第一巻センサーと画像化の４６３ページに、記載されている。そこでは、ドイツ特許第１９６３５９３２．５で初めて記述された、「光学ミキサーデバイス」（ＰＭＤ）である、光学受信装置の簡略化のための新規な解決策が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】
従来技術によれば、変調された入射光波によりＰＭＤ内で生成されたフォトチャージは、従来の技術に従って、少なくとも二つのフォトゲートを手段とする復調発振処理にかけられ読み出されて、プッシュ−プルで評価され、大幅に受信装置の費用と大きさを削減して、多ピクセル型受信装置による画像生成アレイの製造を可能にする。この例外的な進歩にも拘わらず、そのようなＰＭＤピクセル受信装置は欠点を有している：変調フォトゲートは、入射光の減衰を引き起こす。さらに、変調ドリフト電界は、フォトチャージの流れの方向に最適には導入されない。この変調フォトゲートを手段とする光電流分布の変調の変調バンド幅は、実際的に約１ＧＨｚに限られている。さらに、インパクトイオン化（アバランシェ効果）またはその他の二次電子増倍による、チャージキャリア増倍を用いた、これら既知のＣＭＯＳ変調フォトゲートＰＭＤの対応する設計による本質的な感度の増加は、殆ど実現できないものである。
【０００４】
特に高い変調バンド幅、正確性、より高い感度を有する、変調フォトゲートを用いない、光学ミキサーデバイスの新しい解決策が求められている。
【０００５】
本発明の目的は、最初に言及された型式のプロセスを提供し、フォトゲートの使用を避けつつ光信号波用の新しく有益なＰＭＤ受信装置の原理を提案し、そのようなプロセスを実行するための対応するデバイスを提案し、かつ同時にそのようなプロセスをマイクロ波、音波およびＸ線のような他の信号波に拡張し、さらにそのようなプロセスを実行するための対応するデバイスを提案することである。
【０００６】
そのようなプロセスは、複数の受信ピクセルが同時に性能と機能が向上されて動作され得るように、かつまた例えば３次元の画像が生成され得るように、特性の異なる多くの型式の信号波のための受信装置を、目標とされた方法で簡略化および小型化できるように望まれている。該受信装置は、キャリア信号の増幅と処理が決定的に削減され、測定感度や測定精度等の性能面の特徴が増大されるように、設計されることが望まれている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的は、特に異なる信号波のためにこのプロセスを特定することにより、請求項１のプロセスの特徴、およびこのプロセスを実行するためのそれ以降の請求項のデバイスにより達成される。本発明は、信号波の型式に独立な共通の受信プロセスが、復調プッシュ−プル発振プロセスからなり、産業的規模で実行されることが出来るという知見、および既知のプロセスの修正における、光信号波またはそれに生成されたフォトチャージに対して、そのような発振プロセスはＣＭＯＳおよびＣＣＤフォトゲートＰＭＤにおける、フォトゲートの使用には依存していないとの知見、および異なる光学の問題の定義において、新規かつ極めて有利な、代替のＰＭＤのプロセスおよび対応するＰＭＤの実現を明示することが可能であるとの知見、およびこの復調プッシュ−プル発振プロセスを、マイクロ波、超音波およびＸ線等の異なる多くの型式の信号波に使用することが出来るとの知見、および原理的に全ての型式の信号波に対して、このプロセスを実行するための対応するデバイスを明示することが可能であるとの知見に、に基づいている。
【０００８】
それ故、検出と混合が結合され、新規な部品である当初からそのために作製された型式の混合受信ピクセルに統合されているので、全ての型式の信号波について適用可能であり、信号波の位相と振幅の検出および処理のための測定プロセスの本質的な簡略化を可能にする、本発明に従う基本的なプロセスが提案される。
【０００９】
該信号波の変調に適切に関連する、変調信号を有する復調されたプッシュ−プル発振プロセスを用いて、被変調信号波や対応する転換された信号波または整流された変調信号に対する、本発明に従う検出−本来の混合および復調プロセスは、特に新規且つ有用である。
【００１０】
被変調信号波の位相と振幅の測定の受信原理が、本質的に簡略化されかつ改良されることが出来る、本発明に従うプロセスを用いて、被変調信号波は信号源により伝達される（図１のＳＱ）。
【００１１】
光波、音波、マイクロ波またはＸ線信号波用の受信ピクセルを少なくとも一つ有する受信装置ＥＭに信号波１１が到達する前に、信号波は適宜の伝導媒体を経由して通り、検査されるべき物体１６を経由した、望ましくは伝導または反射により、信号波は空間で変調される。信号波は、信号波を異なる型式の粒子に変換する信号コンバータＵＭＷを経由して、または変調／ミキサーデバイスとして機能する、電荷、粒子または波動エネルギー発振器ＭＩＸに直接到達して、適宜の画像化を行った後に、受信デバイスＥＭに到達するのが好ましい。望ましくはワイヤ１２を経由したミキサーデバイス（ＭＩＸ）の変調／混合が制御されるのと同様に、信号源ＳＱの変調は、ワイヤ１３を経由した能動的な照明、照射または音波照射を有するシステムコントローラ（ＳＳＴ）により制御される。ある応用においては、変調信号は外部で決定されても良いし、また未知のものであっても良い。次いで信号波の変調が、例えば変調周波数のスキャンまたはミキサーデバイス（ＭＩＸ）におけるコード化により決定され、その振幅と位相がピクセルの形式で評価される。
【００１２】
方向変調波動エネルギー発振器（例えばフォトン用またはフォノン用の）またはエネルギー量子発振器（例えば光電子用の）を少なくとも二度経由した変調信号を手段として、変調／ミキサーデバイスは信号波のプッシュ−プル混合／復調を行う。このようにして得られたエネルギー量子または電荷は所望の混合積を現し、少なくとも二つのプッシュ−プル出力ａ、ｂを経由して、読み出し装置ＡＵＳＬの二つの読み出しユニットＤａ、Ｄｂに供給される。
【００１３】
分離された出力ａ’、ｂ’を有する検出及び／又は読み出しユニット（ＡＵＳＬ）は、例えば電流整流／電流読み出しにより信号の振幅を望ましくは平滑化し、関連する出力信号Ｓ_ａ、Ｓ_ｂを評価ユニット（ＡＵＳＷ）に出力する。評価の目的に従い、これらの混合された信号はここで、例えば三次元画像評価であれば、短期積分または短期相関の処理を受ける。さらに、望ましくは評価ユニットにおいて、一般的に自己相関関数を現す微分△Ｓａｂおよび信号波の振幅を現す和ΣＳａｂが形成され、画像評価及びシステムコントローラＳＳＴに伝達される。出力ａ，ｂにおける非相関の混合積は、対象性の理由から同じ大きさであり、本発明に従えば、発振プロセスの型式に従って、正比例により容量的に圧縮されるか、または望ましくは追加の重畳補償を受けた正比例により規制されるかのどちらかである。このように、本発明に従うプロセスの測定の動特性は、大幅に改善される。多数のピクセルシステムにおける、システム制御および望ましくは画像評価（ＳＳＴ）は、例えば３次元画像シーケンスである、用途に特有な必要とされるデータを生成し、かつ同時にシステムを制御する。
【００１４】
考察される信号波の型式には無関係に、そのような本発明に従う受信装置やまたは発信および受信装置を有する完全な測定システムにおいて、検出と処理は請求項１の基本的な共通のプロセスに従って実行される。信号に依存する差異は、個々のプロセスのステップの仕様および特に該プロセスの産業的実施におけるそれに従って行われる。
【００１５】
光波、音波、マイクロ波またはＸ線の信号波に対する、および本発明に従うこのプロセスに対応する実施のための具体例に対する、プロセスのステップの詳細は、以下に記述される。検出原理が異なるので、それらの電磁波は、マイクロ波（光効果無し）と光波（約１５ＴＨｚの光効果あり）に区別される。
【００１６】
【発明の実施形態】
【実施例】
１．本発明に従う、超音波混合検出および超音波ミキサーデバイスＵＳＭＤのための実施例およびプロセスの詳細
【００１７】
１．１　音波または超音波信号に対しては、望ましくはプッシュ−プル変調信号である変調信号１５は、プッシュ−プルフォノン発振器ＭＩＸとしての適宜の変調デバイスを用いて、入射信号波またはフォノンの形式のその信号のエネルギーが、検出および読み出しデバイスの少なくとも二つの検出器Ｄａ、Ｄｂ、および望ましくは少なくとも二つの検出器のグループを構成する複数の検出器、の望ましくは一つまたは他方に、いつかつまたどの程度割り当てられたかを、決定する。これらの検出器のグループは、例えば望ましくは空気中のコンデンサーマイクロフォンおよび空気中または液体中のピエゾ検出器の、各々が２，４，８列の二つのグループとして構成される。超音波信号１１は望ましくは、振幅変調を受けた高周波数キャリアからなる。被変調信号は望ましくは最初にコンバータＵＭＷにより電気信号に変換され、望ましくはキャリア信号を取り除いて復調され、引き続いてミキサーデバイスＭＩＸに供給され、基本のプロセスで記載されているように、読み出しおよび評価を受ける。この混合は、本発明に従えば純粋に音響的なミキサーデバイスＭＩＸにおいてもまた、音波領域で直接行うことが出来る。エネルギー発振（ＭＩＸ）、および検出器の列の間の過程で濃縮された信号波のエネルギーの対応する配置は、望ましくは音響的または機械的な横方向への影響が少ない超音波検出器の列Ｄａ，Ｄｂの一方または他方、および音響変調信号１５による力に、効果を及ぼす。この変調信号の影響は、例えばピエゾエレメントを用いた適宜の音響的構成における信号波の、入射方向と垂直な音波または超音波の励起を経由して、望ましくは及ぼされる。評価ユニット（ＡＵＳＷ）内の、該少なくとも二つの検出器または読み出し信号Ｓ_ａ ，Ｓ_ｂの微分形式により、入射信号波と変調位相の間のピクセル位相が決定される。そのようなＵＳＭＤピクセルの関連する信号波のピクセル振幅は、和により決定される。ＵＳＭＤとしてのそのような超音波ミキサーデバイスの定義、および超音波ラインおよびマトリックスカメラにおけるそれらの用途は、超音波測量学と超音波画像生成、特に放射選択性の３次元測定において、全く新規な可能性を開く。顕微鏡のプロセス、例えばＬＩＧＡプロセスは、産業的な具体化に用いることが出来る。
【００１８】
１．２　少なくとも一つのＵＳＭＤピクセル（図２４）を含む、音波用のプロセスを実施するためのデバイスの具体例。信号源ＳＱから放射された音波は、例えば１０Ｈｚから１０ＫＨｚの範囲の変調信号で正弦変調された、例えば２００ＫＨｚから２０ＭＨｚの範囲の超音波キャリア周波数で望ましくは振幅変調を受ける。音響レンズまたは例えばパラボラミラーアンテナである音響アンテナ２４３ａを経由して、信号波１１は少なくとも一つのＵＳＭＤピクセル上に結像される。ピクセル２４４ａの１つ毎の音響検出器は、望ましくは増幅された後に復調される、対応する電圧または電流の信号２４４ｂにその信号波を変換する。この受信された変調信号２４６ｂは、システムコントローラＳＳＴの変調信号１５Ｕｍ（ｔ−ｔ_ｄ）とともに、望ましくは統合型の１−４象限増倍器２４７ａとして構成された、統合読み出し装置ＡＵＳＬ（２４７ａ）付ミキサーデバイスＭＩＸに供給され、望ましくはプッシュープルで出力ａ’，ｂ’に混合積を供給する。相関関数により持続時間τを決定するために、その値は望ましくは
【数１】

について測定される。評価回路ＡＵＳＷは、望ましくは微分△Ｓ_ａｂ、和信号および信号量として相関関数を評価し、それらは画像評価及びシステムコントローラＳＳＴにより処理されて、特定の用途に応じて準備され供給される。
【００１９】
図２４は、いくつかのＵＳＭＤピクセルを有する、超音波３次元カメラまたは３次元ソナーを構成する、測定デバイスの具体例を示す。各々のＵＳＭＤピクセルは、望ましくはマイクロシステム技術およびマイクロエレクトロニクスを用いて、統合された型で構築され、ミキサーデバイスは望ましくは統合１−４象限増倍器として開発されている。
【００２０】
２．本発明に従うマイクロ波混合検出およびマイクロ波ミキサーデバイスＭＭＤのための実施例およびプロセスの詳細
【００２１】
２．１　信号源ＳＱは、望ましくは振幅変調された、望ましくはマイクロ波領域のキャリア周波数ｆ_Ｔを有する、極超短波の電磁波信号をワイヤ１３を経由して供給する。望ましくはプッシュ−プル変調信号である、ワイヤ１２を経由した変調信号が、変調デバイスまたはエネルギー発振器（ＭＩＸ）を用いて、入射信号波またはフォノンや該信号波により生成された電圧の形式のその信号のエネルギーが、適宜のアンテナまたは望ましくは該プッシュ−プルミキサーデバイスで整流された電流を経由して、関連する出力を有する少なくとも二つの検出器Ｄ_ａ、Ｄ_ｂの一つまたは他方に、いつ、またどの程度変調には無関係に配分されたかを、決定する。
【００２２】
２．２　第一の具体例では、マイクロ波のエネルギーは、信号波と復調ミキサーデバイスに対応する変調周波数および結合されたそれらの伝送系と受信系を有する、音響−光学変調器と類似した、マイクロ波用の音響−電気変調器を経由して、少なくとも二つの用意された検出器Ｄ_ａ，Ｄ_ｂに配分することが出来る。望ましくは、エネルギー量子またはフォトンは、例えば各々が２，４，８列のダイポール受信装置の二つのグループである、少なくとも二つの検出器のグループを構成する、複数の検出器に同様に配分されることが出来る。変調信号の影響は、例えば、音響−光学変調器（ＡＯＭ）に対応する、準光学−音響マイクロ波変調器を経由したものである、密度波の屈折率を経由して、信号波に及ぼされる。本発明に従うプロセスの具体例として、変調信号により励起された適宜の材料板内で、各々が最大密度以下に、関連する焦点ラインを有する平行円筒レンズの列を、超音波の定在波が形成する。最大密度と最少密度は変調周波数のタイミングでそれらの位置を交換するので、マイクロ波のエネルギーは同様に焦点ライン上に分配される。例えば偏光適合型ダイポールラインとして構成された、焦点ラインに配置された検出器のラインまたは検出器のラインのグループＤ_ａ，Ｄ_ｂは、その和がピクセルの強度を含み、その微分がピクセルの位相を含む、信号の振幅またはダイポール電流Ｓ_ａ，Ｓ_ｂを、例えば高周波数整流を経由して供給する。少なくとも二つの検出器からの信号の微分形式により、入射信号波と変調位相の間のピクセル位相が決定され、和または加算により、関連するマイクロ波ミキサーデバイス（ＭＭＤ）ピクセルのピクセル振幅が決定される。
【００２３】
２．３　ショットキーダイオード電荷発振器を有する、マイクロ波についての本発明に従うプロセスの第二の具体例（図２６は、同様であるがさらに進歩した追加の混合増幅を有する具体例を示す）では、信号波は最初にコンバータ（ＵＭＷ）によりアンテナ電流に変換される。最も単純な対称の場合、望ましくは対称なアンテナ出力の一対の反平行ショットキーダイオードＤ_ａ，Ｄ_ｂである、混合／読み出し結合デバイスＭＩＸ＋ＡＵＳＬ内のショットキーダイオードの整流電流は、望ましくは変調信号を回復するために用いられる。最も単純な場合変調信号は、ワイヤ１３を経由して信号源ＳＱのマイクロ波キャリアをオンとオフとに切り替える、矩形波信号である。電荷発振器ＭＩＸ−ＡＵＳＬでの変調のために、望ましくはカップリングキャパシタンスがマイクロ波の誘導性減結合に追加された、Ｃ_ａ，Ｃ_ｂである、一対のダイオードに対称に配置された、カップリングネットワークＫＮ_ｍａ、ＫＮ_ｍｂを経由して、対応する変調信号がプッシュ−プル矩形波電圧＋ｕ_ｍ（ｔ）として形成される。位相φと未知の持続時間τとによって遅延された入力信号波Ｓ_Ｅ（ｔ−τ）は、ダイオードのバイアス電圧の位相の位置に依存して、ダイオードＤ_ａまたはダイオードＤ_ｂを通した整流電流を生じ、カップリングキャパシタンスＣ_ａ，Ｃ_ｂを充電する。電流の和が積分した電荷の総量をゼロにするように、対称性のために９０°位相のずれた同じ整流電流が、一方向と他の方向に流れる。例えば背景の照明のような、非相関の場合のこの和電流の対称からのずれは、対応する追加の測定サイクルを手段として、相関する信号波の測定結果を参照するために、望ましくは用いられる。位相のズレが０°の時に最大の整流電流が一方に流れ、位相のズレが１８０°のときに他の方向に流れる。全持続時間中の相関関数は、矩形波変調を受けた既知の三角形の形式を有している。読み出し回路ＡＵＳＬでの反対称電荷Ｃ_ａ，Ｃ_ｂの電流値出力は、そのような低抵抗で、そのように電圧が低いかまたは周波数が低い場合には、ダイオードを経由した電荷電圧と対応する逆電流が無視できるようにする。非相関の背景放射は、カップリングキャパシタンスＣ_ｍ上に、対称性のために互いに他を補償し整流可能な対称性のずれを自動的に圧縮するような電荷を生じる。全受信装置は望ましくは、画像形成フレネルマイクロ波レンズ
またはパラボラミラーレンズ、電界のエネルギーを電流／電圧のエネルギー（ＵＭＷ）に転換するためのイメージピクセルアレイとしての望ましくはパッチアンテナのアレイ、さらに混合＋読み出しデバイス、評価ユニットＡＵＳＷおよび以降の画像評価ユニットからなる。値△Ｓａｂ、Ｓ_ａ，Ｓ_ｂの量および和ΣＳａｂの各々のピクセルの評価の後に、３次元の画像が生成されることが出来る。カップリングコンデンサはイメージレートに従い、望ましくは少なくとも一つのリセットスイッチを経由して、放電される。持続時間を決定するために、望ましくは４位相測定を経由して、相関関数ＫＫＦ（τ）＝△Ｓ_ａｂ（τ）の位置が決定される。このために、混合装置の変調信号が４つのステージ、ψｍｄ＝０°／９０°／１８０°／２７０°または、
【数２】

に遅延される。持続時間は、τ＝０．２５Ｔｍ（△│ｍ／（△Ｒｅ＋△│ｍ）であり、ここで△│ｍ＝△Ｓ_ａｂ（９０°）−△Ｓ_ａｂ（２７０°）および△Ｒｅ＝△Ｓ_ａｂ（０°）−△Ｓ_ａｂ（１８０°）である。
【００２４】
２．４　図２６は、前回同様のマイクロ波用であるが、追加の混合増幅を有して、３次元ＭＭＤカメラの感度を本質的に向上することが出来るが、キャリアのある種のコヒーレンスを必要とする、プロセスの第三の具体例を示す。図２６では、３次元ＭＭＤカメラのいくつかのＭＭＤピクセルの内、一つのみしか示されていない。図２７には、測定シーケンスの基本的な関連する信号の流れ、および望ましくは１６の測定サイクルが示されており、部分的に空間分割多重で同様に実行されることが出来る。混合増幅を実現するために、望ましくは矩形波変調電圧±ｕ_ｍ（ｔ−ｔ_ｄ）により決定されたダイオード動作点において、受信信号の上に送信信号の一部が重畳される。この混合信号の位相は正しい位相位置で、受信信号についての整流効率を、大幅に増進させる。しかしながら受信位相は既知ではないので、相関関数は高周波数のキャリアに対して設定されなければならない。このため、包絡線およびそれによって変調信号の相関関数と求められている持続時間τを設定するために、望ましくは送信信号と較べて４位相ステップ遅延された、混合信号±ｕ_ｘ（ｔ）が用いられる。キャリアの変調は、変調信号の極性のタイミングで、０°から１８０°の間にキャリアの位相をスイッチするために用いられることが出来る。本発明に従えば、例えばＱＰＳＫおよび準ランダムフェイズや振幅変調の２ＰＳＫ（２位相シフトキーイング）キャリア変調に加えて、異なる用途のための多くのさらなる変調型式が提案される。測定結果と参照するために、本発明に従う比較測定が、例えば信号波を用いてまたは信号波を用いないで実行される。感度を増大するために、望ましくは矩形波発振器の振幅および最少可能反対称ダイオード電流へのスイッチング信号±ｕ_ｘ（ｔ）に応じて、二つの動作点が重畳される。対応する非対称性に由来する、キャリアと混合された信号の相関関数の誤差は、評価において考慮される。
【００２５】
３．有利な特徴を持つ一方でフォトゲートの不利な点を避けた、特に光波信号用の新規で相対的に異なるプロセス、および本発明に従う該プロセスを実行するためのデバイスが提案される：
１．ＰＩＮフォトダイオード技術に基づく、読み出し電極の自己変調を伴う／伴わない金属変調電極：ＭＥ／ＳＭ−ＰＭＤ、
２．ショットキーフォトダイオード技術に基づく、金属−半導体−金属ＭＳＭ−ＰＭＤ、
３．アバランシエフォトダイオード技術に基づくＡＰＤ−ＰＭＤ、
４．真空管ベースの、新規な「ＶＡＣ−ＰＭＤ」および特に画像増幅管ベースの、追加のマイクロチャンネルプレート増幅を伴う「ＭＣＰ−ＰＭＤ」が提案される、
５．音響−光学変調器付を有する波動エネルギー発振器に基づくＡＯＭ−ＰＭＤ、
６．超音波を経由した発振プロセスに組み込まれた、ピエゾ電圧またはピエゾ場強度に基づくピエゾ−ＰＭＤ、
７．本発明に従うプロセスの望ましくは受信側および発信側用の、角度変調マイクロリフレクタアレイに基づくマイクロリフレクタ−ＰＭＤ、
８．追加のスペクトル測定と量子伝導の緩和時間の割当を伴う、時間−分解ＰＭＤ分光学、
９．Ｘ線放射変調と特に測定物体の二次放射の評価を伴う、Ｘ線ＰＭＤ、
１０．最高の二次元感度および低変調周波数でのスペクトル分解用の２Ｄ−ＰＭＤ／ＵＳＭＤ／ＭＭＤカメラ。
【００２６】
３．１　ＭＥ／ＳＭ−ＰＭＤ
光信号波用のプロセスの最初の記載では、変調フォトゲートを有さない、新規で有利な、光学ミキサーデバイス（ＰＭＤ）として知られる、本来的な混合光受信ピクセルまたはＰＭＤピクセルが提案される。
【００２７】
今日知られる光学ミキサーデバイスは、入射光を減衰する変調フォトゲートを有している。このように組み込まれたドリフト電界の方向は、ある限られた度合いでフォトチャージの移動の望まれた方向にのみ対応する。読み出し電極を被覆によってシールドする、金属で作られた変調電極であって、望まれない範囲の妨害フォトチャージが同時に光感受性の変調体積内により効果的なドリフト電界を生じるものが提案される。
【００２８】
図２は、平行同相および直角位相の測定用の対称版の、ＭＥ／ＳＭ−ＰＭＤの半導体フォトダイオードの構造を、断面図で示す。プッシュ−プル変調生成器は、変調電極ＭＥ_１またはＭＥ_２、および同時にＣ_ｋを経由して読み出し陰極（Ｋ_１，Ｋ_２）のみを変調することが出来る。
【００２９】
図３は、自己変調はないが、ある種のオフセットまたは背景電流補償を伴う、ＭＥ−ＰＭＤの一部の断面図（を示す）。読み出し陰極の電圧を測定することにより、対称オフセット電流ｉ_{ｏｆｆ，ａ}、ｉ_{ｏｆｆ，ｂ}が、読み出し回路の線形制御領域が逸脱されないように規制されることが出来る。
【００３０】
本発明はまた同様に、光領域の読み出し電極の結果としての自己変調の特別な性質を通して、ＭＳＭ−ＰＭＤ、ＡＯＤ−ＰＭＤ、およびＶＡＣ−ＰＭＤに関しており、こうして、各々が陽極（Ａ_１，Ａ_２）および望ましくは共通の陰極（Ｋ）を有するが、それらは、少なくとも二つのフォトダイオードおよび望ましくは複数のフォトダイオードからなる、全ての半導体フォトダイオード構造（図２−８）、および真空フォトダイオード構造（図１９，２０）であって、半導体フォトダイオード構造の場合は、反対に各々が陰極（Ｋ_１，Ｋ_２）および望ましくは共通の陽極（Ａ）を有する、光感受性の半導体材料（３）内またはそれに関連して各々が適宜にドープされた、該半導体フォトダイオード構造に陽極と陰極がずらりと並んでおり、真空フォトダイオード構造の場合は光感受性または放射感受性の光陰極（Ｋ）により定義された陰極、および共通の真空容器（１９１）内のプラスにバイアスされた電極により定義された少なくとも二つの陽極（Ａ１，Ａ２）であって、該陽極と陰極は各々が電気端子（Ａ’_１，２またはＫ’）を有し、該少なくとも二つの陽極または少なくとも二つの陰極の間近には、半導体フォトダイオード構造では空間電荷領域に、また真空ダイオード構造では真空に、変調体積が適宜のバイアス電圧で定義され、その内部では、内的または外的な光効果を経由して、フォトチャージが放射光信号により準備され、各々の場合に少なくとも二つの陽極または陰極に配置された、望ましくは少なくとも二つの変調電極（ＭＥ_１，ＭＥ_２）であって、各々の場合に同様に該フォトチャージを有する変調体積の間近に電気端子（ＭＥ’_１，２）が配置されているものである。
【００３１】
前記の少なくとも二つの変調電極（ＭＥ_１，ＭＥ_２）は変調フォトゲートとして開発されたものではなく、むしろ入射光を毀損せず、この半導体フォトダイオード構造およびまたこの真空ダイオード構造が光学ミキサーデバイスとして動作できるようにされ、該変調体積内のフォトチャージが変調されたドリフト電界に曝露され、その極性と強度に従って、どちらの場合にも読み出し電極（Ａ１，Ａ２またまたはＫ１，Ｋ２）として動作する少なくとも二つの電極のうちの一つに主にドリフトできるようにし、該変調ドリフト電界は種々の方法で生成できるものであって、望ましくは、
ａ）どちらの場合にも、そのバイアス電圧および信号電圧に重畳される、望ましくはプッシュ−プル変調電圧（±Ｕ_ｍ）による、少なくとも二つの陽極または陰極の専一の変調により、生成されるが、ＭＳＭ−ＰＭＤに特有であるように、最も単純な場合変調電極が用意されないので、信号電圧は検出するには小さいものであり、または少なくとも二つの変調電極（ＭＥ_１、ＭＥ_２）は変調電界をサポートせず、例えば寄生トランジスタ電界効果を抑制するための静電界をむしろサポートし、かつ有用である空間電荷領域のドーピングを極めて低くするものであり、または望ましくは、
ｂ）どちらの場合にも、望ましくはプッシュ−プル変調電圧（±Ｕ_ｍ）による、少なくとも二つの変調電極（ＭＥ_１、ＭＥ_２）の専一の変調により生成されるが、高感度のためには、読み出し陰極または読み出し陽極への容量性のクロストークは、同振幅で反対位相の挿入された変調信号により補償され、サポートとして適宜のピエゾ−電気半導体材料内で定在音波が生成され、その電界成分は変調ドリフト電界をサポートするものであるか、または望ましくは、
ｃ）どちらの場合にも、少なくとも二つの読み出し電極（Ａ１，Ａ２，またはＫ１，Ｋ２）および少なくとも二つの関連する変調電極（ＭＥ_１，ＭＥ_２）の双方の振幅、位相およびバイアス電圧に適合する、同時の変調により生成されるが、該電気端子は変調の型式に従って開発され、該少なくとも二つの読み出し電極（Ａ’１，Ａ’２またはＫ’１，Ｋ’２）の電気端子は関連する適宜の読み出しネットワーク（ＡＮ１，２）を経由して、評価回路（ＡＳ）と接続され、適宜のカップリングネットワーク（ＫＮ１，２）を経由した読み出し電極の変調の場合には同時に変調生成器（ＭＧ）を伴い、少なくとも二つの関連する変調電極（ＭＥ’１、ＭＥ’２）の電気端子は適宜のカップリングネットワーク（ＫＮ１，２）を経由して該変調生成器（ＭＧ）と接続されているものである。
【００３２】
３．２　ＭＳＭ−ＰＭＤ
図４はＭＳＭ−ＰＭＤの具体例の断面図を示し、図５は平面図を示す。ｎ−ドープ半導体上の金属ストリップは、ショットキー転移を現す。ここでは、読み出し陽極の純粋な自己変調がある。ＧＨｚ領域での高変調バンド幅は、持続時間の可能な最高の測定精度を可能にする。
【００３３】
３．３　ＡＰＤ−ＰＭＤ
図６は、ＡＰＤ−ＰＭＤの断面図を示す。読み出し陰極は強電界領域としてｐ−ドーピングに取り囲まれており、強く不均一な電界を通したアバランシェ効果をサポートするために、小片形型または半球形に構成されている。フォトダイオードのバイアス電圧は、望ましくは破壊限界まで規制された方法で増加される。読み出し陰極においてまたは同時に陰極と陽極においてのどちらかで、追加の変調電圧を通して光電流が、電荷発振器の混合と等価である変調電圧のタイミングで増幅される。
【００３４】
３．４　ＶＡＣ−ＰＭＤおよびＭＣＰ−ＰＭＤ
第二に、光陰極がフォトンを光電子に転換する変換器として前段に配置され、変調装置または電荷発振器が電子電流を制御する真空中の変調電極で構成されている、真空光学ミキサーデバイス（Ｖａｃ−ＰＭＤ）が、光波信号のために提案される。
ａ）変調電圧に従って電子の分布を制御する、少なくとも二つの望ましくは隣接するストリップ状陽極であっても、陽極電圧の望ましくはプッシュ−プルにおける変調によるもの。
ｂ）変調電圧に従って、電子を望ましくは変調されない少なくとも二つの陽極に分配する、各々の陽極に配置された変調格子によるもの。
ｃ）陽極としての光陰極に対向し、望ましくはプッシュ−プルで変調さえローターエア少なくとも二つの小片を有するマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）の、端面の小片状の金属化の変調によって、電子を増倍するマイクロチャンネルへの電子の分配が制御される。この二次元二次電子増倍は、発振プロセスまたは混合プロセスの後に起こり、時間分解能を毀損しない。
【００３５】
ここで、電流の読み出しの代わりに、このＶａｃ−ＰＭＤの多数のピクセルの場合には、ＣＣＤカメラを手段とする燐光体スクリーンを経由しての光学読み出しがなされうる。自由電子の流れは燐光体のスクリーンに投影され、電流と等価な信号の対応する微分△Ｓ_ａｂと和ΣＳ_ａｂはＣＣＤの電荷から形成される。
【００３６】
指型構造の陽極ストリップの配置には、既知のＰＭＤ指型構造に似た構造が適用される。
【００３７】
図１９に示された、本発明に従うプロセスを実施するための、ＶＡＣ−ＰＭＤ（１９）の場合は、約２μｍの境界までの遠赤外線、光陰極（Ｋ）の広いスペクトル幅、特に種々の放射型式の高エネルギー放射量子などの多くの新規な用途において重要である。真空中で光陰極表面を経由して光信号から生成される光電子は、数１０から１００ピコ秒の短い飛行時間内に数１０から数１００ボルトで光陰極表面から陽極Ａ１，Ａ２まで約０．１から約１ｍｍ移動する。一つまたは他の陽極グループへの方向変調の後、１０ＧＨｚ以上の帯域幅を達成することが出来る混合プロセスが完了している。真空ＰＭＤに伴う混合積の評価能力は、半導体ＰＭＤのそれらと原理的には変わらない。決定的な差異（及び）大きな利点は、光電子の高増幅読み出しチャンネルとして動作される、１平方ｃｍあたり約１０万個のガラス管の約０．５から数ｍｍ厚さのディスクから構成された、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）（２０１）を手段とした、望ましくは二次電子増倍である、電荷キャリア増倍による後段増幅の可能性にある。光陰極に対向するチャンネルプレートの終端面は、各々が共通の端子Ａ’_１ａ、Ａ’_２ａを有する、少なくとも二つの陽極のグループに属する少なくとも二つの陽極Ａ_１，Ａ_２を現す、望ましくは金属である、導電ストリップで被覆されている。チャンネルプレートの反対側の終端面は、望ましくは全部が金属で被覆されて（おり）、領収端面の間の二次電子増倍に適切な電位を有している。
【００３８】
増幅された光電子の読み出しは、電荷の読み出しと同時に、変調陽極ストリップに適合した、一対になったピクセル構造を直接経由してか、または燐光層およびピクセルの形状をした光読み出しを経由してなされる。
【００３９】
３．５　ＡＯＭ−ＰＭＤ
第三に、マイクロ波用のプロセスを実行する２．１のデバイスと類似の、光波信号用のデバイスが提案され、そこでは音響−光学変調器（ＡＯＭ）が、例を挙げるならばマイクロ波用の該受信および評価装置の変調装置に類似する、例えば定在音響波を通して、そのように作製された勾配レンズの焦点ライン上に交互に投影する、変調装置を構成する。この場合、少なくとも二つの対応する形状のフォトダイオードストリップＤａ，Ｄｂは焦点ラインに配置され、信号エネルギー比率を検出して電荷としてそれらを読み出す。残りの種々のそのようなＡＯＭ−ＰＭＤの受信装置は、変更がなく多数回記載されている。
【００４０】
３．６　ピエゾ−ＰＭＤ
半導体ＰＭＤ構造の少なくとも二つの読み出しダイオードの間の電荷発振器の変調電界が、圧電半導体材料において、望ましくは定在音響波により生成される、光波信号用の変調デバイスが提案される。読み出しダイオードの間の距離は、音響−光学変調波の約半波長に対応する。ある具体例では、変調電圧は圧電結晶を経由して定在波を励起するが、代わりに読み出し電極間の密度変動を経由して、対応するドリフト電界を生成する。残りの指型構造のそのようなピエゾＰＭＤの種々の受信装置は、変更が無く多数回記載されている。
【００４１】
この効果は同様に、外部から供給される変調電界によりサポートされることが出来る。
【００４２】
３．７　マイクロリフレクタ−ＰＭＤ
５番目に、電磁波用の波動エネルギー発振器として、マイクロリフレクタのアレイが提案されるが、望ましくは光波領域では変調信号により望ましくは静電的にスイッチされ、ＭＨｚ領域ではどちらの場合でも少なくとも二つの検出器に入射信号波を切り替える。これら二つの検出器の信号の微分は、目的の相関関数△Ｓ_ａｂを現す。
【００４３】
３．８　時間−分解ＰＭＤ／ＵＳＭＤ／ＭＭＤ分光学
変調光信号源が特定の波長の光を送信する場合は、照明された物体の反射率のみがこの波長に関して照明に選択的に測定される。この特性は、分光学的な検査を可能にする。
【００４４】
信号源が広い波長領域にわたって、連続的または段階的に変化する場合は、該物体のスペクトル的な反射率が、波長に応じて点、線または行列として得られる。
【００４５】
望ましくは光領域について、本発明に従うものは、新規な時間−分解分光器により時間−分割スペクトル測定を可能にする。放射を受けた物体の反射または透過は、市販されているマイクロ分光器で波長ごとの強度に分解されることが出来る。紫外線を放射された試料は、例えばより長い波長領域におけると同様に反射する。このスペクトルは、例えばフォトダイオードライン上の凹面の格子を経由して画像化され、測定される。例えば、試料を特定する特定のスペクトル線が得られる。これらの励起電子移動の対応する反射時間は、同様に大いに興味を持たせる。これに対して、放射源は本発明に従って変調され、対応する変調信号を印加される、本発明に従うＰＭＤラインにフォトダイオードラインが置き換えられる。このような時間−分解マイクロ分光器は、高速で安価な物質解析と時間分解蛍光分光学を可能にする。
【００４６】
３．９　Ｘ線ＰＭＤ
多くの測定業務において、三次元物体の内部の構造についての情報が求められている。ＭＣＰ−ＰＭＤカメラは、物体の対応する透明度とともに、光学的断層撮影に特に適している。０．０２ｎｍから数１０ｎｍの範囲の波長のＸ線は、殆ど常に使用される。Ｘ線用の適宜の信号源ＳＱは、本発明に従って実現されることが出来、その場合例えばＸ線管の陰極線電流は、例えば強度の制御を受け、変調信号とともに変調される。このようにＸ線放射も同様に振幅変調される。Ｘ線検出器が、復調プッシュ−プル発振プロセス、例えば適宜の光陰極材料を有するＭＣＰ−ＰＭＤまたはカドミウム−テルビウムベースのＣＣＤＸ線カメラを実現する、提案された原理の少なくとも一つに従って設計されることが出来る。特別な利点は、付加的な精密測定における信号波の持続時間の可能性であり、特に同様に物体内で放出される二次放射である。
【００４７】
３．１０二次元ＰＭＤ／ＵＳＭＤ／ＭＭＤカメラ
例えば数１０ＫＨｚから数ＭＨｚまでの、比較的低い変調周波数を用いることにより、本発明に従う光学、超音波、またはマイクロ波用の混合検出器を備えた、受信装置が信号源および変調信号の望ましくは同じ変調の相関関数の殆ど最大限まで動作されることが出来る。その結果持続時間効果は、無視できる。エコー伝搬時間または位相評価はなしで済み、対応する変調装置（ＭＩＸ）はより簡潔かつ安価に構成される。特別な利点は、信号源のみがプッシュープル相関結果を供給することによる、相関性に基づくマイクロ波、超音波および光放射の選択性である。対称性を理由にして、オフセット、直接電圧または直接電流ソケットは、対称な規制オフセット電流除去を手段とした非相関背景信号波により、または前段からの容量的電荷発振器により、少なくとも二つのエネルギー／電荷発振器（ＭＩＸ）の出力に抑制されるが、そのような例として、ＭＳＭ（メタル−セミコンダクタ−メタル）ＰＭＤの場合がある。能動的な放射の量Ｓ_ａ，Ｓ_ｂのみ、または二次元画像の振幅のみが評価される。
【００４８】
こうして、実施における大きな産業的課題を解決することが出来る。マイクロ波、超音波および光用のスキャナー、反射、マイクロ波、超音波、および光用のバリア、バーコードリーダー及び特に二次元ＰＭＤカメラ、二次元ＭＭＤカメラおよび二次元ＵＳＭＤカメラは、本質的な能動的放射のみを測定する一方で、受動的な背景放射は用いられた変調信号または用いられたコーディングと相関しない限り、殆ど完全に抑制される。
【００４９】
ここに示された本発明に従うプロセスの様々な多くの組み合わせが、お互いおよび特に例えばＳＭ／ＭＥ　ＰＭＤ三次元イメージセンサとＣＭＯＳ二次元イメージセンサの組み合わせまたは高分解能カラーカメラの部分反射器を経由した光学的ピクセルに同期した組み合わせ、変調光と非変調光の最適なスペクトル配置を有する三次元ＰＭＤカメラ、例えばスペックル干渉形のような非コヒーレントＰＭＤ測定プロセスとコヒーレント測定プロセスの組み合わせ、および三次元画像処理におけるＰＭＤ持続時間プロセスと三角測量プロセスとのピクセルに同期した組み合わせ等の関連する方法と組み合わせると、産業上及び経済的に有利である。
【００５０】
以上に記載された混合検出器、および特に新規な光学ミキサーデバイスの適用領域は、殆ど無限である。各々の場合について適宜の周辺部品を用いることで、特に電子光学混合機、デマルチプレクサ、スイッチ、格子、位相検出器および電子光学可変減衰器パッドとしての電子光学増倍器の設計において、また特に復調器、相関器、試料採取器、ダウンコンバータ、デコーダ、ロックインアンプとしての相関器の設計において、適宜に変調された光学信号源の形式の周辺部品、とりわけ３次元測定およびスチルカメラ、ビデオカメラのディジタル化として、三次元の暗視装置として、調節可能な制御ウィンドウまたは制御室を有する安全光バリアまたは安全レーダーとして、光学ＳＡＲ（合成開口レーダー）干渉計として、慣性システムが三次元イメージの普遍座標の参照を常に保証しなければならない、全ての型式の乗物の自動操縦装置として、さらに特に乗物用の野外および室内三次元安全センサーシステムとして、さらに三次元のロボット電子眼として、さらに信号スプリッターおよびデマルチプレクサとしてのデマルチプレクサ設計において、可変減衰器パッド、電子光学スイッチ、論理電子光学格子としての微分増倍器の設計において、情報の光学的伝達における空間分割多重、コード分割多重、時分割多重、周波数分割多重の原理に従うチャンネル選択受信要素として、および例えば付加的なＰＭＤピクセルデコーディング（図２８）を有する繰り返して光学的に完全に接続されたＰＭＤアレイからなるＬＥＤまたはレーザーダイオードアレイの多チャンネル空間およびコード分割多重信号を伴う、光学的バスシステムおよび電子光学スイッチングシステムとして、「空間的光変調器及び検出器」として、ＣＤＭＡ（コード分割多重アクセス）受信装置として（図２８）、「チップカード」の光学的インターフェースおよび「光コンピューター」の高度に平行な光学インターフェースにおける多重プロセスで動作される一つまたはそれ以上の論理受信要素として、多くの有利な用途が実現可能である。ＳＡＲ干渉計の場合、よく知られたマイクロ波ＳＡＲ干渉計と比較すると、マイクロ波放射の代わりに変調光学放射が用いられ、マイクロ波部品の代わりに光学的部品が用いられている。
【００５１】
【発明の効果】
光学的に配置された変調電極ＭＥ構造を伴う、ＭＥ／ＳＭおよびＭＳＭおよびＡＰＤ構造を有する、以上に記載された本発明に従う半導体フォトダイオード構造は、従来技術に較べて特に以下に述べる利点を有する。
【００５２】
１．周知のＰＭＤ構造の変調フォトゲートによる光信号の光学的減衰は、完全に無しで済ませられる。変調電極は同時に読み出し電極のために必要な光保護を形成し、かつ金属電極として最高の変調周波数を伝達することができる。
【００５３】
２．半導体構造は本質的に簡略化され、その製造に必要なステップはより少なくて良い。
【００５４】
３．反対方向に変調された電極（Ａ_１，Ａ_２およびＭＥ_１，ＭＥ_２）として、それ以上の構造が不必要であり、電極間ギャップおよびフォトチャージの持続時間ははっきりと削減されている。
【００５５】
４．変調電界は、必要なフォトチャージの移動方向に直接効果を及ぼす。これは、ドリフト速度の増加および対応するより高い変調帯域幅の効果、または変調性能の本質的な限定の可能性を伴う、変調電圧のより効果的な使用に帰結する。
【００５６】
５．最適に調整可能なブロッキング電圧を有する共通サブストレート−アース接点の結果として、混合プロセスに寄与しない電荷キャリアは、バンド幅に影響することなく吸収されるか、または混合プロセスに組み入れられる。
【００５７】
６．飽和電界強度に達するまで、および空間電荷領域の必要な拡大まで調節可能なので、フォトダイオードのブロッキング電圧は光信号のより大きな浸透深さのための電荷移動を本質的にサポートし、感光性の半導体材料の深度から電荷移動を本質的に加速する。これは、通常のＰＩＮフォトダイオードのバンド幅に対応するバンド幅が達成されることを意味する。このようにして、本発明に従うＳＭ／ＭＥ−ＰＭＤは、同様に長い吸収距離に適している。
【００５８】
７．ＳＭ−ＰＭＤのフォトダイオード構造は、光信号の浸透深さ／吸収長さが小さい場合に、特に有利である。吸収長さが１−１０μｍであり、例えば格子定数が５−２０μｍかつ電極幅が１−５μｍであるストリップ構造の場合には、数ＧＨｚの変調バンド幅が期待される。
【００５９】
８．種々の技術および半導体材料におけるプラナーストリップ構造は、殆どピクセルサイズに無関係にストリップ幅とそれぞれのフィンガー長さを経由して、設けられるＰＭＤ構造に柔軟に調節されることが出来る。
【００６０】
９．例えば相対的に高い量子効率と約１００ＭＨｚの十分な速度である、約４〜７μｍおよび８〜１２μｍ、のスペクトル領域については、ＳＭ／ＭＥ−ＰＭＤは本発明に従ってＩｎＳｂ（インジウム−アンチモン）およびＨｇＣｄＴｅ技術により冷却され、こうしてそれ相応に光学的に安全である、最高の周波数の三次元カメラが実現され、部分的には霧を貫通する。
【００６１】
１０．以上に記載されたＳＭ／ＭＥ−ＰＭＤ構造は、強電界によって、負荷キャリア増倍（アバランシェ効果）を伴う場合に特に適している。
【００６２】
１１．カップリングネットワークおよび読み出しネットワークによる変調信号、光電流信号または電気光信号のスペクトル的な信号分割は、ＳＭ／ＭＥＰＭＤピクセルの陽極グループまたは陰極グループについてどちらの場合も一度のみ実行されなければならず、陽極または陰極（Ａ_１，Ａ_２またはＫ_１，Ｋ_２）の金属化で形成されたストリップワイヤおよび変調供給ワイヤのワイヤキャパシタンスにより、望ましくは構成されることが出来る。
【００６３】
１２．今日市販されている装置、例えばブロードバンド検出、ブロードバンド増幅およびそれに続く電子混合を有する、７９１７７ワルドカークのシックＡＧの距離測定装置ＤＭＥおよびレーザースキャナーＬＭＳと比較すると、本発明に従うＰＭＤはさらなる速度の利点を有する：フォトチャージキャリアの無駄な持続時間は変調バンド幅に部分的にのみ浸透し、光電流が読み出されたとき混合プロセスは既に完了しているので、変調ネットワークの付加的なカップリングキャパシタンスを有するＲＣ時定数はそれに浸透しない。
【００６４】
１３．図８の複式ＭＥ／ＳＭＰＤＭは、対向する陽極と陰極の結果として、望ましくは異なる三つの方法で動作されることが出来る、平行に配置された、少なくとも二つの、望ましくは複数のＰＩＮダイオード構造を有する（変調電極は図８に示されていない）。
ａ）ＰＩＮ−ＰＭＤが複式ＰＭＤ機能を実行する、即ち二重プッシュ−プルの混合である、ことの結果として、対向するＰＭＤは独立であり、即ち二つの異なる、望ましくはプッシュ−プル変調信号で変調される。二つの混合プロセスは、これら二つのプッシュ−プル変調信号が直交していれば、互いに他に影響されない。信号が直交していなくても、図８の実施例（１４）に示されているように、対向する電極の配置が直角であれば、それらは同様に互いに他に影響されない。この場合異なる放射光の信号のスペクトル的な分離は本発明に従って行われ、該光に対向している側では、例えば通常は低い吸収深さを有する表面に近い青の光信号が、主に「青い」フォトチャージを生成する一方で、より深く浸透し通常は長い吸収深さを有し、望ましくは反射層でサポートされる赤の光信号が、主に該光とは離れている半導体構造の側で、「赤い」フォトチャージを生成する。両面型のプラナー構造は、同様に光信号の２面からの入射のために使用されることが出来る。
【００６５】
より詳細な設計では、本発明は電子光学的に統合されたＰＭＤ回路（ＯＥＩＣ）として、特にはディジタルおよびアナログのフェイズロックループ（ＰＭＤ−ＰＬＬ、図２１，２２）として、かつ無線および有線の光通信、通信工学、信号処理および測定学を用途にして、発展させられる。
【００６６】
直流の読み出しと容量変調の導入を有するＳＭ／ＭＥまたはＭＳＭ−ＰＭＤスイッチは、深層画像用のサンプリング器として動作することが出来る。光源Ｐ_ｏｐｔ（ｔ）および変調源−ここではサンプリングソースｕ_ｍ（ｔ−Ｔ_Ｄ）は、ほぼ同じスパイク状のパルス形である。同じエコー伝達時間Ｔ_ｅｃｈｏ＝Ｔ_Ｄの場合のみ、深層画像サンプリング器は照射された物体を参照する。このようにして、それらの持続時間または距離が各々の場合について制定される。連続的に遅延時間Ｔ_Ｄを変更することにより、並行に照射された全てのピクセルで完全な深層画像が徹底的にスキャンされる。感度は、スキャン速度により決定されることが出来る。同じ深さが連続的にスキャンされる場合、光電流が対応する時間の長さに対応して、ピクセル毎に積算されることが出来る。ＳＭ−ショットキー−ＰＭＤアレイは、１−２チャンネルを有するものまたは電気サンプリング器の代わりに、数百万の光学的サンプリング器を有する、サンプリングオシロスコープと同様に動作することが出来た。現在では、約５ｐ秒のスキャン時間が、ショットキーダイオードを用いて電気的に得られている。事実上同じ領域、即ち５０ＧＨｚのスキャン時間が、光学的に得られた。
同じサンプリング器がネットワークアナライザーにおいて、調波混合機として調波を生成することが出来、５０ＧＨｚ以上の同じ周波数領域からμＷの信号をダウンミックスし、位相と振幅を測定できるようにする。
【００６７】
本発明のさらに進化したバージョンでは、例えばスイッチング技術によって、ＳＭ−ＰＭＤが、特にショットキーＳＭ−ＰＭＤとして、準光学的な、望ましくはバイナリースイッチ要素として、設計されることが出来、特にＣＤＭＡ（コード分割多重アクセス）ベースで、「インテリジェント光バリア」において、および一般的に全ての電子光学的ディジタルおよびアナログのフェイズロックループ（ＰＬＬ、特には簡潔なタイミングリカバリー用）およびデコーディング、本質的に延長された本発明に従うマイクロ光ＰＬＬおよびＯＥＩＣ（電子光学的集積回路）として利点を有する光学的メッセージ信号用のマイクロ光デコーダにおいて、この目的のために光ファイバーのローカルネットワークにスイッチング情報により非同期的に変調される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
３次元画像評価用のコンバータ（ＵＭＷ）の少なくとも二つの関連する読み出し出力および微分、和、量の評価出力における、信号波または該信号波に由来する粒子の直接のプッシュ−プル混合の基本原理である。
【図２】
光電子の陰極出力、該出力ダイオードに対してシールドされた変調電極ＭＥ、２フェイズ混合（０°、９０°またはＩ／Ｑ）および一般的な最少の配線を有する、本発明による平面光学ミキサーデバイスの部分断面図である。
【図３】
代表的な読み出し回路、および付加の無相関対称光電流規制補償を有する、図２に示す本発明による平面光学ミキサーデバイスの部分断面図である。
【図４】
ショットキーダイオードの技術分野における、陽極変調・出力、および相関器等として動作する好適な回路を有する、本発明による平面光学ミキサーデバイスの部分断面図である。
【図４ａ】
端子Ａ１’およびＡ２’について、ＭＳＭショットキーダイオード構造に入れ替えた図である。
【図５】
望ましくは相関器への適用として好適な配線を含む、図４の光学ミキサーデバイスの平面図である。
【図６】
アバランシェ効果強調場領域を有する、ストリップフォームまたは半球型読み出しダイオードの断面図で示された、平面アバランシェ光学ミキサーデバイスである。
【図８】
４フェイズＰＭＤ動作（変調電極ＭＥ１−ＭＥ４は図示せず）の２面直交ストリップ構造である。
【図９】
特にＣＤＭＡタイミング復元を有する、光学ミキサーデバイスのフェイズロックループ（ＰＬＬ）である。
【図１８】
能動的変調光信号源と基準光を有する、ＰＭＤに基づいた３次元カメラである。
【図１９】
格子状の追加変調電極ＭＥが示されていない、真空ＰＭＤである。
【図２０】
ダウンストリームマイクロチャンネルプレートによる後段増幅を伴う、ＭＣＰ−ＰＭＦ、真空ＰＭＤである。
【図２２】
信号波のＰＮ変調と、ここではａｍ、ｂｍと呼ばれる、各の場合の変調電極ＭＥａ、ＭＥｂを経由したＤＰＮ復調、僅かに異なる変調周波数を伴い、また同時に基準信号を用いた全ての目標ピクセルの共通参照を行う、ＳＭ−ＰＭＤカメラのブロックダイアグラムである。
【図２４】
コンバータＵＭＷ、ミキシングデバイスＭＩＸ（例えば１，４象限増倍器）、読み出し・評価・システムコントローラＳＳＴおよび信号源ＳＱを有する、３次元測定デバイスの超音波（ＵＳ）ＰＭＤピクセルのブロックダイアグラムである。
【図２５】
ＣＭＯＳ技術における１象限増倍器としての、図２４のブロックＭＩＸ＋ＡＵＳＬの具体例である。
【図２６】
ＵＭＷとしてのμＷパッチアンテナ、ＭＩＸおよびＡＵＳＬ、ＡＵＳ、ＳＳＴとしてのショットキーダイオード構成、信号源ＳＱ、キャリア信号および変調信号用の各々のフェイズゲートを有する、３次元測定デバイスのマイクロ波ミキサーデバイス（ＭＭＤ）ＰＭＤピクセルのブロックダイアグラムである。
【図２７】
ミキシング増幅を伴うＭＭＤピクセルを動作させるための、図２６での最重要信号である。
【図２８】
発信器としてのレーザーダイオードアレイ、およびＣＤＭＡ受信装置として配置されたＰＭＤアレイを有する、スイッチング、ルーティング等のためのオプチカルインターフェイスのブロックダイアグラムである。

Claims (12)

1. 信号波、特に熱輻射からガンマ線放射（Ｘ線）までのマイクロ波全領域の電磁波、さらには音波または超音波およびその他のチャージキャリアを生成する放射信号（以下「信号波」と略称する、本出願に従えば音波、光波、電磁波およびマイクロ波の信号波）の信号波の振幅と位相を検出して処理するプロセスであって、被変調信号源ＳＱが信号波を生成し、伝導媒体または物体により信号波がその経路上で、または少なくとも一つの物体上での反射および散乱により、変更され、受信装置ＥＭにより受信され、信号波の変調に関係する変調信号１５で復調され、該被変調信号波の振幅および該信号波と該変調信号１５の変調位相の位相関係が測定および評価されるプロセスにおいて、
   引き続く増幅、電気−電気混合および相関により、該高周波数信号波が対応する電流に転換された後に、該被変調信号波の復調が慣例によって行われるのではなく、
   むしろ該入射信号波が適宜のミキサーデバイス（ＭＩＸ）により直接復調され、該被変調信号波のキャリアではなく、情報を担持する被復調信号のみが処理され、
   このミキサーデバイスは信号波のエネルギー、またはその波動エネルギー粒子、またはこれらの波動エネルギー粒子を直接表現する粒子を、例えば量子−光学的転換により、該光学信号波の復調のための入射フォトンを現す、励起光電子またはホールにフォトンを転換する、上流コンバータ（ＵＭＷ）による転換によって、波動エネルギー発振器または電荷発振器を有するプッシュ−プル発振プロセスにおいて、望ましくはディジタル変調信号に適合した周期で、少なくとも二つの検出／読み出し出力に混合積として分配し、それらを検出・読み出しユニット（ＡＵＳＬ）に供給するものであり、
   フォトンの関連するチャージキャリアへの転換に際してこの発振プロセスは、新規な電荷発振器によってフォトチャージ発振器を動作させるための既知の変調フォトゲートの使用による不利な点を完全に避け、
   これらの少なくとも二つの出力信号Ｓａ，Ｓｂは、下流の評価ユニット（ＡＵＳＷ）において、これらの出力信号の微分と和に関して本出願に従って評価されおよびさらに処理され、
   該受信装置の信号源エネルギーの一部は、既知のチャンネルを経由して基準信号として直接供給され、かつ
   これらの信号波は、信号源、変調装置および検出・読み出し装置の物理的設計に対応して、望ましくは光信号波、音響信号波、マイクロ波またはＸ線として生成されるものである、方法。
2. 該ミキサーデバイスＭＩＸにおけるプッシュ−プル発信プロセスの該混合積の異なる特性が、妨害する非相関の背景放射を分離し、望ましくは抑制するために、相関信号波Ｓ_ａ，Ｓ_ｂに対しては非線形に、非相関信号波Ｓａ，Ｓｂに対しては線形に使用される、請求項１に記載の方法。
3. 使用される該混合積の選択が、一定または可変または、読み出しネットワークの望ましくは同じ分光透過領域の光信号に適合した適応性のある調整を通して、実行されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 該変調信号および該光電流に対応する読み出し信号は、該変調信号のスペクトル領域が該所望の混合積のそれとは充分離れて位置するとの事実、および該読み出しネットワークの透過領域が光信号と変調信号の該所望の混合積に適合しているとの事実、の結果として分離されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
5. 特に相関器または電子光学スイッチとしての該光学ミキサーデバイスの特性は、読み出しネットワークとカップリングネットワークの組み合せの対応する設計により調節されることが出来ることを特徴とする請求項１乃至３に記載の方法。
6. 該光電流（ｉ_１，ｉ_２）または対応するフォトチャージｑ_１＝ｉ_１Ｔおよびｑ_２＝ｉ_２Ｔ（時間Ｔについての短時間積分による）は、該読み出しネットワークＡＮ_１，ＡＮ_２を経由して少なくとも一つの処理ユニットに伝達され、用途が相関である場合には、望ましくは評価回路（ＡＳ）に伝達され、関連する電圧ｕ_１，ｕ_２および特に電圧の微分ｕ_△＝ｕ_１−ｕ_２，および電圧の和ｕ_Σ＝ｕ_１＋ｕ_２が設定されてベースバンド混合積として伝達され、ＥＯ（電子光学）スイッチおよびデマルチプレクサとしての用途の場合には、該光信号の帯域幅に適合する比較的に広い帯域の読み出しネットワークおよび処理ユニットに供給されることを特徴とする、請求項１乃至４に記載の方法。
7. 変調された光信号および変調されない光信号に対する該電圧の微分ｕ△は、望ましくはプッシュ−プル変調電圧の振幅ｕ_ｍを−ｕ_ｍから＋ｕ_ｍまで変化することにより、ｕ_△に対する変調特性の−１００％から＋１００％の間で調節可能であり、評価に際して該変動により影響されない電圧の和ｕ_Σに望ましくは関係することを特徴とする、請求項１乃至５記載の方法。
8. 陰極変調および読み出し（１）または陽極変調および読み出し（２，１９）を有するＳＭ−ＰＭＤが、入射光信号と該二つの変調電圧ｕ_ｍ１（ｔ），ｕ_ｍ２（ｔ）との相関のために、周辺機器（３１）との第一の電気相互接続に接続された相関器を形成し、望ましくはプッシュ−プル変調電圧±ｕｍ（ｔ）として該二つの変調電圧の形式であり、相関結果が望ましくは周辺機器（３１）の該第一の電気相互接続の出力電圧ｕ_△として測定される、プッシュ−プル相関器を形成することを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
9. 陰極変調および読み出し（１）または陽極変調および読み出し（２，４，１９）を有する、周辺機器と第二の電気相互接続により接続された、一つまたはそれ以上のＳＭ−ＰＭＤが、一つまたはそれ以上の電子光学スイッチ、信号分割器、デマルチプレクサ、マルチプライヤ、論理電子光学格子等を現し、それにより該二つの変調電圧ｕ_ｍ１（ｔ），ｕ_ｍ２（ｔ）を経由して、該少なくとも二つの読み出し電極の一方に、入射光信号を任意に切り替えることが出来るようにすることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
10. 陰極変調および読み出しを有する自己混合光学ミキサーデバイス、および陽極変調および読み出しを有する自己混合光学ミキサーデバイスの、混合プロセスのそれぞれの場合に必要とされる特徴が、複式混合光学ミキサーデバイス（１４）に組合わされていることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
11. 伝導体ベースの光通信ネットワーク中または自由空間中の一つの発信／受信ステーションが、望ましくは変調を変化させる一つまたはそれ以上のＰＭＤピクセルと、および例えば、周波数、コード分割多重および時分割多重の変調変化によって、一つまたはそれ以上の通信チャンネルと対応する、選択自在なＰＭＤ変調に従って各々が選択されて受信される、一つまたはそれ以上の光信号と、を有するものであって、該一つまたはそれ以上のＰＭＤピクセルが、望ましくは同じ半導体回路内のアナログまたはディジタルのフェイズロックループ内に集積された型式で、望ましくは内蔵されていることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
12. 該光信号が、一つまたはそれ以上の半導体光導波管を経由して、一つまたはそれ以上の光学ミキサーデバイスに入射されることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。

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