JP2010511162A - 調整可能なスペクトル感度を備えたビーム検出器 - Google Patents

Abstract

検出装置（２）と調整装置（３）を備えたビーム検出器（１）を提示する。この検出装置は多数の検出器部材（４、５、６）を有しており、ビーム検出器の作動時に当該検出器部材によって検出器信号（ＤＳ）が得られる。ここでこの、検出器部材はそれぞれ１つのスペクトル感度分布（４００、５００、６００）を有しており、信号形成（Ｓ_４、Ｓ_５、Ｓ_６）に適しており、少なくとも１つの検出器部材は化合物半導体材料を含んでおり、かつ当該検出器部材は可視スペクトル領域におけるビームを検出するために構成されており、前記検出器部材の感度分布によって、ビーム検出器の種々異なるスペクトル感度チャネル（４２０、５２０、６２０）が形成されるように、前記ビーム検出器が構成されている。この感度チャネルにおいて、前記検出器部材によって、各感度チャネルに割り当てられたチャネル信号（Ｋ_４、Ｋ_５、Ｋ_６）が形成され、種々異なるチャネル信号の、ビーム検出器の検出信号に対する関与が異なって調整されるように、調整装置が構成されている。

Description

本発明は、ビーム検出器に関する。

本発明の課題は、多様に使用可能なビーム検出器を提供することである。

上述の課題は、請求項１に記載された特徴部分の構成によって解決される。有利な構成および発展形態は、従属請求項に記載されている。

本発明のビーム検出器は、検出装置を有している。この検出装置は、多数の検出部材を有しており、これらの検出部材によって、ビーム検出器の作動中に検出信号が得られる。さらにこのビーム検出器は、調整装置を有している。検出部材はそれぞれスペクトル感度分布（Empfindlichkeitsverteilung）を有しており、信号生成に適している。ここで少なくとも１つの検出部材は化合物半導体材料を含んでおり、このような検出部材は、可視スペクトル領域におけるビームを検出するために構成されている。さらにこのビーム検出器は次のように構成されている。すなわち、検出部材の感度分布によって、ビーム検出器の異なるスペクトル感度チャネルが形成されるように構成されている。感度チャネルでは、検出部材によって、各感度チャネルに割り当てられたチャネル信号が形成される。調整装置はさらに次のように構成されている。すなわち、ビーム検出器の検出信号への種々異なるチャネル信号の関与が異なって調整可能であり、有利には異なって調整されるように構成されている。

調整装置は、検出装置と、有利には導電性に接続されている。従って検出装置内で生成された信号は調整装置へ容易に供給される。

化合物半導体は、可視スペクトル領域におけるビームを検出するのに特に適している。殊にこれは、元素半導体材料であるケイ素と比べるとわかる。ケイ素は赤外スペクトル領域において特に高い感度を有している。ケイ素が可視ビームの検出のために使用されるべき場合には、赤外ビーム成分は、検出器に入射するビームから、外部のフィルタによって手間をかけてフィルタリングされなければならない。これによって、赤外ビーム成分が検出信号に影響を与えることが阻止される。

これに対して、化合物半導体材料が検出に使用される場合には、化合物半導体材料は容易に次のように選択される。すなわち、赤外スペクトル領域において比較的低感度であるように選択される。従って、長波長の赤外ビームに対してコストのかかる外部フィルタを使用することが回避される。一方では、このようにして必要な場所が低減され、他方では、製造コストが低減される。なぜなら外部フィルタ、例えば干渉フィルタはビーム検出器の総コストを格段に高くし得るからである。

ＩＩＩ−Ｖ−族化合物半導体材料は、例えば４２０ｎｍから７００ｎｍまでの間の波長を有する可視ビームを検出するのに特に良好に適している。なぜならこれは、可視スペクトル領域において特に高い効果を有しているからである。ＩＩＩ−Ｖ−族化合物半導体材料のうち、材料系Ｉｎ_ｙＡｌ_ｘＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｐからの化合物半導体材料が特に良好に適している。ここで０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１であり、有利にはｘ≠０、ｙ≠０、ｘ≠１および／またはｙ≠１である。材料系（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）Ｐからの化合物半導体材料によって、全ての可視スペクトル領域にわたってビームが検出される。組成、殊にＡｌ含量の選択を介して、この材料系から成る層の禁制帯を調整することができる。ＩｎＧａＡｌＰは赤外スペクトル領域においてそれ程感度が高くないので、既に禁制帯を介して、各検出部材のスペクトル感度分布の長波長の境界波長、殊に可視スペクトル領域における境界波長が調整される。外部フィルタはこのために必要ではない。

検出部材のスペクトル感度分布は、検出部材上に入射するビームの波長への、各検出部材内で生成された信号の強度の依存性、例えばフォト電流またはフォト電流に依存する量の依存性によって定められる。

調整装置によって、検出感度の所定のスペクトル分布、すなわちビーム検出器全体のスペクトル感度分布の所定のスペクトル分布が調整される。ビーム検出器全体の感度分布は、例えば、入射ビームの波長に対するビーム検出器の出力信号の依存性から得られる。ここでこの出力信号は調整装置を通過した後に得られる。従って全検出信号に対する、種々異なるチャネル信号の関与を異なって調整することを介して、調整装置を介してビーム検出器の所定の感度分布を調整することができる。

有利には、ビーム検出器の検出器信号に対する種々異なるチャネル信号の関与の相対的な重み付けは、調整装置によって調整される。殊に、調整装置は検出器信号に対するチャネル信号の関与を相対的に相互に異なって重み付けすることができる。全体的な検出器信号に対するチャネル信号の関与を種々異なって重み付けすることによって、ビーム検出器の所定の感度分布を調整することができる。この場合には各チャネル信号は有利には、感度チャネルの相応するスペクトル分布を調整装置によって所期のように弱める、ないしは強めることができる。

これに続いて、異なって重み付けされたチャネル信号が重畳され、検出器信号は検出器感度の所定の分布に従った特性を有する。ビーム検出器の検出器信号は殊に、有利には異なって重み付けされた複数のチャネル信号の重畳、例えば加算によって形成される。ビーム検出器の検出器信号に対して、多数のチャネル信号が関与する。有利には、チャネル信号は調整装置内で重畳される。所望の検出器感度に必要ではないチャネル信号はここで考慮されないままである。例えばこのために、検出器信号に対するチャネル信号の関与を調整装置内で抑圧することができる。

調整装置を介して、すなわち事前に製造されている検出装置を用いて、ビーム検出器の種々異なる感度分布を実現することができる。結果として生じる検出器感度分布はこの場合には、個々の受信チャネルの種々異なる重み付けから得られる。

特に有利には、ビーム検出器の種々異なる受信チャネルの数は、検出器部材の数に相当する。

種々異なる受信チャネルは、有利には種々異なる波長でそれぞれ自身の最大感度を有している。

有利な構成では調整装置は複数の入力側を有しており、これらの入力側を解して、検出部材内で形成された信号が調整装置に供給される。有利には、種々の検出器部材ないしは種々の受信チャネルには、殊に、それぞれ異なる入力側が割り当てられている。特に有利には、検出器部材ないしは感度チャネルにそれぞれ１つの固有の入力側が割り当てられる。

別の有利な構成では、調整装置は複数の調整端子を有しており、これらの調整端子によって、検出器信号に対するチャネル信号の関与が調整される。有利には、感度チャネルの数は、調整端子の数に相当する。個々のチャネル信号の関与は、調整端子を介して有利には相互に依存しないで調整される。

調整端子を介して例えばチャネル信号に対する増幅ファクタが種々異なって調整される。この調整ファクタによってチャネル信号は相対的に相互にこれに相応して増大される、または減衰される。有利には調整装置はこのために、殊に調整可能な増幅器を有している。

有利には調整装置は次のように構成されている。すなわち、検出器信号に対するチャネル信号の関与が外部から調整可能であるように構成されている。このために調整端子は有利には外部から駆動制御可能に構成されている。

別の有利な構成では、検出器感度のスペクトル分布は作動中に、調整装置によって調整可能である。従って使用者は、ビーム検出器の所望の感度分布を調整端子を介して調整することができる。

別の有利な構成では複数の感度チャネルはスペクトルにおいてオーバーラップする。有利には感度チャネルは次のようにスペクトルにおいてオーバーラップする。すなわちオーバーラップしているチャネルによって、有利には可視スペクトル領域の、ビーム検出器のスペクトル検出領域がカバーされるようにオーバーラップする。有利にはビーム検出器はこのために多数の感度チャネルを可視スペクトル領域において有している。

例えばビーム検出器は複数のスペクトル感度チャネルを含んでおり、これらは最大スペクトル分布を、可視スペクトル領域における波長で有している。

可視スペクトル領域における多数の感度チャネルによって、検出器感度は調整装置によって容易に、所定の分布に応じて形成される。

有利な構成では、調整装置は次のように調整されている。すなわちビーム検出器が、人間の眼のスペクトル分布に応じた検出器感度のスペクトル分布を有する周辺光センサとして、作動可能なように、または作動されるように調整されている。有利には感度チャネルはこのために調整装置によって異なって重み付けされる。従って異なって重み付けされたスペクトル感度チャネルの重畳によって、人間の眼のスペクトル感度分布に相応するスペクトル感度分布が得られる。

明順応している人間の眼（日中の眼）の感度最大値は、約５５５ｎｍである。暗順応している人間の眼（夜間の眼）の感度最大値はこれに対して、より短い波長の領域にあり、約５０５ｎｍである。

調整装置によって、感度チャネルは次のように種々異なって重み付けされる。すなわち、ビーム検出器が、調整装置の調整に応じて、明順応しているまたは暗順応している人間の眼のスペクトル感度分布に応じたスペクトル感度分布を有するように重み付けされる。

有利には検出器感度のスペクトル分布は調整装置によって、明順応している人間の眼のスペクトル分布と暗順応している人間の眼のスペクトル分布との間で切り替えられる。切替過程は例えば、有利にはビーム検出器が有している明るさ／暗さセンサによって制御される。

別の有利な構成では、ビーム検出器は色センサとして、殊に３つの原色（例えば赤、緑および青）を検出するための色センサとして作動される。有利には、ビーム検出器はここで、相応する原色の領域にスペクトル的に位置する感度チャネルを有している。有利には各原色には、特別な感度チャネルが割り当てられている。

別の色チャネルを弱める（これは例えば、各チャネル信号関与の抑圧に相応する調整装置内の増幅ファクタ０を用いて行われる）ことによって、種々の色チャネルにおいて所望の色が検出される。この場合には検出器信号を介して、ビーム検出器に入射するビームにおける色成分が定められる。このような色成分から例えば入射ビームの色位置または色印象が求められる。

有利には、ビーム検出器は、調整装置による適切な調整によって、周辺光センサとしても、色センサとしても作動可能である。

別の有利な構成では、検出装置は半導体ボディを有している。ここでこの半導体ボディは少なくとも１つの検出器部材を含んでいる。半導体ボディが多数の半導体層を含んでいてもよく、殊にエピタキシャルに成長されたものであってもよい。これらの半導体層は有利には相互に重なって析出されている。有利には検出器部材は、信号形成に用いられる活性領域を含んでいる。活性領域は有利には、異なる導電型（ｐ導電型ないしはｎ導電型）を有する２つの半導体層の間に配置される。これらの層は有利にはドーピングされている。特に有利には、活性領域はドーピングされずに（固有）構成されている。検出器部材は有利にはダイオード構造に従って構成されており、例えばｐｉｎダイオード構造に従って構成されている。ｐｉｎダイオードは有利には短い応答時間を特徴として有している。活性領域は有利には、化合物半導体材料を含んでいる。特に有利には多数の検出器部材、殊に各活性領域は、化合物半導体材料、有利には材料系（Ｉｎ，Ｇａ，Ａｌ）Ｐからの材料を含んでいる。有利には可視スペクトル領域に対して構成された多数の検出器部材は、化合物半導体材料を含んでいる。

有利な構成では、多数の検出器部材はモノリシックに、共通の半導体ボディ内に組み込まれている。有利にはこのような半導体ボディはエピタキシャルに成長されている。複数の検出器部材が積層され、殊に相互に重なって配置されていてもよい。検出器部材のこのような配置は、有利には僅かな場所しか必要としない。

別の有利な構成では、ビーム検出器は多数の、別個にされた、有利には分散されたおよび／または隣り合って配置された複数の検出器部材を有している。これらの部材は、それぞれ、活性領域を備えた特別な半導体ボディを含んでいる。個々の検出器部材は有利には分散して配置された検出器チップとして構成されている。上述したモノリシックに集積された構成とは異なり、個々のチップは容易に製造可能である。しかし、多数の分散配置された検出器チップを備えた配置は、モノリシックな構成に比べて空間を要する。

別の有利な構成ではビーム検出器は３つ以上の感度チャネル、有利には４つ以上の感度チャネル、特に有利には５つ以上の感度チャネルを有している。これらの感度チャネルは可視スペクトル領域内にあり得る。種々異なる感度チャネルの数が増えるほど、ビーム検出器の所定の感度分布は調整装置によって正確に模倣される。

別の有利な構成ではビーム検出器は１つまたは複数の幅の狭い感度チャネルを有している。幅の狭い感度チャネルのスペクトル幅（半値全幅、ＦＷＨＭ：Full width at half maximum）は１００ｎｍ以下であり、有利には６０ｎｍ以下であり、特に有利には４０ｎｍ以下であり、例えば２０ｎｍ以下である。幅の狭い感度チャネルを設けることによってビーム検出器を容易に、正確に定められたスペクトル線を検出するために使用することができる。例えば、感度チャネルは次のように設定される。すなわち、感度チャネルが特定のスペクトル線にのみ応答するように設定される。従ってビーム検出器を例えば、このようなスペクトル線によってあらわされる、対象の真偽性検査のために使用することができ、紙幣識別またはキャッシュカード識別等のために使用することができる。このような機能は、色センサないし周辺光センサとしての作動可能性に対して付加的に設けられている。

別の有利な構成では、個々のチャネル信号が、種々異なる検出器部材において形成された第２の信号によって得られる。例えば、チャネル信号は、２つの異なる検出器部材において形成された信号の差を形成して得られる。

これに相応してスペクトル感度チャネルは、２つの検出器部材のスペクトル感度分布からの差分形成によって得られる。特に有利には、この差分形成は調整装置内で行われる。差分形成から得られたチャネル信号の、検出器信号への関与は以降で同じように、調整装置内で調整される。

種々の検出器部材からの信号のこのような処理によって、種々の感度チャネルを有するビーム検出器に対する検出器部材の構成が容易になる。感度チャネルを形成するために、各検出器部材のスペクトル感度分布の短い波長の側を平坦にするためのフィルタリングを省くことができる。

ビーム検出器の、２つの、有利には任意のスペクトル感度チャネルの分割部分は、有利には１つの分布の最大値よりも小さい値、有利には２つの分布の最大値よりも小さい値で分断される。有利には、最大値を有する分布の長い波長のエッジは、より短い波長で、別の分布の短い波長のエッジを分断する。

別の有利な構成では、検出器部材、有利には複数の検出器部材はフィルタリング層を含んでいる。このフィルタリング層は有利には、この検出器部材のスペクトル感度分布の最大値の波長よりも短い波長を含んでいる波長領域内のビームを吸収する。このような検出器部材のスペクトル感度分布の短い波長のエッジは、境界が定められている感度チャネルに対するフィルタリング層によって形成される。有利にはフィルタリング層は検出器部材の半導体ボディ内に組み込まれている。このフィルタリング層はエピタキシャルに成長されていてよい、および／または（ＩＩＩ−Ｖ−）族化合物半導体材料を含んでいる。

フィルタリング層はさらに、各感度チャネルの短波長の境界波長を定める。

従って感度チャネルの構成は既に検出器部材の製造時に実現される。後からの信号処理、例えば上述の差分形成は、有利には必要ではない。しかし相応するフィルタリング層を設けることは、検出装置の製造コストを高める。

有利には調整装置は、例えばシリコンベースの集積回路として構成される。集積された回路には可変の機能を設けることができ、殊に個々のチャネル信号の増幅が信号関与の種々異なる重み付けのために実施され、場合によっては差分形成が感度チャネルを得るために実施される。

別の有利な構成ではビーム検出器は電子制御装置を有している。これは有利には、調整装置、殊に調整装置の調整端子と導電性に接続されている。この制御装置はさらに有利にはプログラミング可能に構成されている。制御装置によって、調整装置の調整端子の調整設定が制御される。すなわちこの制御装置を介して、ビーム検出器の作動状態（例えば色センサとして、周辺光センサとしてまた所定のスペクトル線を検出するための作動状態）がプログラミングされて制御される。例えば、日中感度から夜間感度への周辺光センサの切替は、時刻制御されて制御装置によって行われる。制御装置は調整端子をこのために有利にはこれと相応に駆動制御する。制御装置は例えばプログラミング可能なマイクロコントローラとして構成される。

本発明の別の利点、特徴および有利性を、図面と関連した以降の実施例の説明に記載する。

ビーム検出器の実施例の概略図 検出装置の実施例の概略的な断面図 図２Ａに示された検出器部材の半導体ボディに対するデータ 検出器部材のスペクトル感度分布 感度分布から得られたビーム検出器の感度チャネル 検出装置の別の実施例の概略的な断面図 図３Ａに示された半導体ボディの層に対するデータ 検出器装置の感度チャネル 明順応している人間の眼のスペクトル感度分布に対して重畳された、図２Ｄに示された感度チャネル 暗順応している人間の眼のスペクトル感度分布に対して重畳された、図２Ｄに示された感度チャネル 検出装置の別の実施例のスペクトル感度チャネル そのスペクトル感度分布が各感度チャネルに相当している検出器部材に対する半導体ボディの半導体層に対するデータ ビーム検出器の別の実施例の平面図

同じ部材、同様の部材および同じ作用を有する部材には、図面において、同じ参照符号が付与されている。さらに、図の個々の部材は必ずしも縮尺通りにあらわされていない。むしろ図面の個々の部材は、分かりやすくするために誇張して大きく示されている場合がある。

図１は、ビーム検出器１の実施例の概略図を示している。

ビーム検出器１は検出装置２と調整装置３を含んでいる。調整装置３は検出装置２と導電性に接続されており、検出装置内で形成された電気信号は調整装置に供給される。

検出装置２は多数の検出器部材４、５および６を含んでいる。これらの検出器部材は有利には、ビーム受信のため、およびビーム形成のために構成されている。有利には、多数の検出器部材は可視ビームを検出するために構成されている。例えば、３つの検出器部材が設けられており、これらは可視ビームの検出のために構成されている。有利には、これらの検出器部材には異なる検出領域、例えば種々異なる色のスペクトル領域が割り当てられている。従って検出器部材４を青色スペクトル領域における検出のために、検出器部材５を緑色スペクトル領域における検出のために、検出器部材６を赤色スペクトル領域における検出のために構成することができる。

多数の検出器部材、有利には、可視ビームの検出のために構成されている全ての検出器部材は化合物半導体材料を含んでいる。材料系Ｉｎ_ｙＡｌ_ｘＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ（ここで０≦ｘ≦１および０≦ｘｙ≦１、有利にはｘ≠０、ｙ≠０、ｘ≠１および／またはｙ≠１）からのＩＩＩ−Ｖ−族半導体材料は、Ｓｉに比べてその高い調達可能な量子効果および赤外スペクトル領域におけるその鈍感性のために、可視スペクトル領域に対するビーム検出器を構成するのに特に適している。検出されるべきビームから赤外成分をフィルタリング除去するための外部フィルタを、このような検出装置の場合には省くことができる。なぜなら検出器部材自体が既に、赤外スペクトル領域における無視できるまたは弱い感度を備えて構成されているからである。

検出器部材４、５および６は、共通の担体７上に配置されており、有利にはこの担体上に固定されている。担体７は例えばハウジング、殊に部材ハウジング、有利には表面実装可能な部材に対するハウジングを用いて形成されている。検出器部材に対する電気端子は分かりやすくするために詳細には示されていない。

図２Ａは検出装置２の実施例の概略的な断面図を示している。検出器部材４、５および６は別個に、かつ隣り合って、担体７上に配置された検出器部材として構成されている。例えば、検出器部材は不連続に配置された検出器チップとして構成されている。

検出器部材４、５および６はそれぞれ１つの半導体ボディ４０１、５０１ないし６０１を有している。有利には半導体ボディはそれぞれ多数の半導体層を含んでいる。さらに検出器部材はそれぞれビーム入射面４０２、５０２ないし６０２を有している。これらのビーム入射面は、担体７と反対の方を向いている。

各検出器部材の半導体ボディ４０１、５０１ないし６０１は活性領域４０３、５０３ないし６０３を含んでいる。活性領域は、２つのバリヤ層４０４と４０５の間、５０４と５０５の間、ないしは６０４と６０５の間に配置されている。その間に活性領域が配置されているこれらのバリヤ層は有利には異なる導電型（ｐ型ないしはｎ型）を有しており、このために有利には適切にドーピングされている。活性領域は半導体機能層を含んでおり、これは有利にはドーピングしないで構成されている。

検出器部材４、５および６の半導体ボディは、それぞれ基板４０６、５０６ないしは６０６上に配置されている。基板は、半導体ボディに対する半導体層の成長基板によって形成されてもよい。この成長基板の上に半導体層がエピタキシャルに成長される。

さらに検出器部材４、５および６はそれぞれ２つの電気的コンタクト４０７および４０８、５０７および５０８ないしは６０７および６０８を有している。コンタクト４０８、５０８および６０８は例えば、基板の、各半導体ボディと反対の側を向いている側に配置され得る。コンタクト４０７、５０７および６０７は、属する半導体ボディの、各基板と反対の側を向いている側に配置され得る。これらの電気的コンタクトは、金属化部として構成され得る。

電気的コンタクトは有利には、各活性領域と導電性に接続されている。従って、検出装置２に入射するビーム８からの成分を吸収することによって、活性領域において形成された電荷を、各検出器部材から導出することができ、このようにして検出器部材内で形成された信号が検出される。個々の検出器部材の信号はさらに相互に依存しないで検出される。

各半導体ボディ４０１、５０１ないし６０１はさらに、有利には、コンタクト層４０９、５０９ないしは６０９を有している。ビーム入射面の電気的コンタクト４０７、５０７ないし６０７への半導体ボディの電気的結合は、これによって改善される。コンタクト層は有利には例えばｐ型にドーピングされて構成される。

各半導体ボディの半導体層は、有利には化合物半導体材料をベースにしている。可視スペクトル領域に対してはＩＩＩ−Ｖ−族半導体材料が特に適している。活性領域は有利には材料系Ｉｎ_ｙＡｌ_ｘＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｐをベースにしている。Ａｌ含量を介して、各活性領域を含むないしは活性領域を構成する、機能層の禁制帯が調整される。

（成長）基板としては、材料系Ｉｎ_ｙＡｌ_ｘＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｐの場合には、ＧａＡｓ基板が特に適している。ＧａＡｓ基板の良好な格子整合に関しては、基本材料系Ｉｎ_０、ｂ（Ｇａ_１−ｘＡｌ_ｘ）_０、ｂＰを使用することが有利であることが判明している。各コンタクト層に対してはＧａＰが特に適している。

Ａｌ含量が増えるとともに、活性領域に対する半導体層の禁制帯が増大する。活性領域に対するＡｌ含量の選択を介して、殊に、各検出器部材のスペクトル感度分布の長波境界波長が調整される。より長い波長のビーム、すなわちその波長が長波の境界波長よりも長いビームは、各検出器部材においてもはや重大な信号を生成しない。検出器部材４、５および６の長波の境界波長は有利にはそれぞれ可視スペクトル領域内にある。このような場合に外部フィルタ、例えば赤外ビームをフィルタリングするための外部フィルタを省くことができる。

図２Ｂにおける表は、図２Ａに示された検出器部材の半導体層に対する材料の実施例を示している。さらに層厚、各禁制帯（Ｅ_Ｇ）、この禁制帯に相応する波長（λ_Ｇ）、各層の導電型が示されている。検出器部材４は青色ビームを検出するために、検出器部材５は緑色のビームを検出するために、検出器部材６は赤色のビームを検出するために構成されている。

図２Ｃは検出器部材４、５および６のスペクトル感度分布のシミュレーションを示しており、ここでは半導体層が、図２Ｂの表に従って構成されると仮定されている。応答性Ｒの、入射ビームの波長λ（単位ナノメートル）への依存性が示されている。ここで応答性は、入射ビーム出力の各検出器部材内で形成されたフォト電流（ワット毎のアンペア：A／Ｗ）の強さを示している。

曲線６００は検出器部材６の感度分布をあらわしており、曲線５００は検出器部材５の感度分布をあらわしており、曲線４００は検出器部材４の感度分布をあらわしている。Ａｌ含量が僅かであるので、検出器部材６は既に赤色スペクトル領域において感度が高い。検出器部材５はより多くのＡｌ含量に基づいて、オレンジから緑色のスペクトル領域において高い感度値を有しており、検出器部材４は、さらに上昇しているＡｌ含量によって主に青色スペクトル領域において高い感度を有している。

可視のスペクトル領域は、ＣＩＥ（国際照明委員会）による明順応している人間の眼の感度分布７００によって明確にされている。可視のスペクトル領域において全ての３つの検出器部材はある程度の感度を示す。例えば青色スペクトル領域においては３つの検出器部材において重大な信号が形成されるので、検出器部材の３つの信号から直接的に、入射ビームからの色成分を得るのは困難である。感度分布は殊に明確に分けられた感度チャネルを構成するのではなく、ある程度相互に覆っている。従って例えば分布６００は、２つの他の分布を完全に覆っている。

図３Ａは検出装置２の別の実施例を概略的な断面図に基づいて示している。

図２Ａに示された検出装置とは異なり、検出器部材４、５および６は共通の半導体ボディ２００内にモノリシックに集積されている。従って半導体ボディ２００は、検出器部材４、５および６を含んでいる。半導体ボディ２００は基板２０６上に配置されており、この上にエピタキシャル成長されていてよい。半導体ボディはさらにビーム入射面２０２を有している。検出器部材４、５および６は有利には次のように配置されている。すなわち、各活性領域４０３、５０３、６０３の機能層の禁制帯が、ビーム入力面２０２との間隔が増えるにつれて低減するように配置されている。不連続に隣り合って配置された検出器部材を備えている図２Ａに示された検出装置とは異なり、相互に重なり合ってエピタキシャルに成長された多数の検出器部材を備えた、このようにモノリシックに集積された検出装置２は、それほど場所を必要としない。しかし検出装置２のこのような構成に対する製造コストは高い。

検出器部材４、５および６内で形成された信号は、検出器部材に割り当てられた電気的コンタクトを介して相互に依存しないで検出される。ここで検出器部材４にはコンタクト２１０および２１１が、検出器部材５にはコンタクト２１１および２１２が、検出器部材６にはコンタクト２１２および２１３が割り当てられている。各検出器部材に割り当てられたコンタクトは、これらの検出器部材の活性領域と導電性に接続されている。隣接する２つの検出器部材はそれぞれ１つの共通のコンタクトを有している。これらのコンタクトは金属化部として構成され得る。

半導体ボディ２００はさらにフィルタリング層２１４を有している。このフィルタリング層はモノリシックに半導体ボディ内に集積され、殊にエピタキシャルに成長可能である。このフィルタリング層２０４は有利には半導体ボディ内にビーム入力側に配置されており、特に有利には、活性領域の禁制帯よりも短い波長、殊にビーム出力側に配置された活性領域４０３の禁制帯に相応する波長に相応する波長を含んでいる波長領域においてビームを吸収している。フィルタリングされた波長領域において、活性領域において、これに相応する、低減された信号が生成される。フィルタリング層２１４は、検出装置の信号形成領域に対する窓層として使用される。

図３Ｂは、図３Ａに相応して示された層に対するデータを含んでいる表を示している。これは検出器装置２のスペクトル感度部分に対するシミュレーションに基づいている（図３Ｃ参照）。

検出器部材４、５ないし６の感度分布４００、４００および６００は図３Ｃに示されている。図２Ｃに示された感度分布とは異なり、既に検出器部材の感度分布によって、明確な、スペクトル的に相互に分けられている感度チャネルが構成されている。感度分布は殊に、部分的にしか相互に重畳していない。従って入射ビームにおける色成分に関する情報を、直接的に検出器部材内で形成された信号から得るのは、図２に示された検出装置と比べて容易になる。

ビーム入射側の検出器部材４内で既に大部分の短い波長のビームが吸収されているので、このビームは後方に配置された検出器部材５および６内で、僅かにしか信号形成に関与しない。従って、検出器部材５および６は短い波長の領域において、多数の不連続に隣り合って配置された検出器部材を備えている、図２Ａに示された検出装置の場合よりも僅かしか信号を生成しない。しかし場合によっては、図２に示された分散した検出器部材の場合でも、有利には（Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ）Ｐベースまたは（Ａｌ）ＧａＡｓベースの適切なフィルタリング層を設けることを介して、顕著な感度チャネルに対する各感度分布の短い波長のエッジが、短い波長のビームを相応にフィルタリングすることによって抑圧される。相応するフィルタリング層は有利には、検出器部材５および６内に、中間の波長ビームおよび長い波長のビームに対して、各半導体ボディのビーム入射面と活性領域の間に配置される。

従って図２Ａに相応してこのようなフィルタリング層が設けられていない場合には、図２Ｃに示された感度分布において別個にされた感度チャネルを得る場合には、例えば、２つの感度分布からの差が形成される。

図２Ｄはこのような差形成から得られた、スペクトル原色である赤、緑および青の色検出のための感度チャネルを示している。さらに、明順応している人間の眼の感度分布７００も示されており、これによって可視スペクトル領域が明確にされている。

長い波長の感度チャネル６２０は、図２Ｃに示された長い波長の感度分布６００と中間の波長の感度分布５００との差から形成される。中間の波長の感度チャネル５２０は中間の波長の感度分布５００と短い波長の感度分布４００との差から形成される。短い波長の感度チャネル４２０は、修正されていない検出器部材４のスペクトル感度分布によって形成される。

検出器部材４，５ないし６の作動時には（例えば図２または３に応じた実施例に従って）、検出器部材内で形成された信号は、調整装置３に供給される（図１参照）。感度チャネルは既に、検出器部材のスペクトル感度分布の相応する形成によって設定されている（例えば図３Ｃ参照）。択一的に調整装置に、まだ、あらかじめ作られた感度チャネルには割り当てられてない信号が供給されてもよい（図２Ｃに示された幅の広い分布５００および６００を参照）。

調整装置は多数の入力側を有している（入力側Ｅ_４、Ｅ_５ないしＥ_６参照）。有利には、検出器部材内で形成された信号Ｓ_４、Ｓ_５ないしＳ_６はそれぞれ調整装置の個別の入力側に供給される。信号が調整装置に供給される前に、信号がさらに増幅されてもよい。この場合には担体７は有利にはプレ増幅器、特に有利には増幅器チップとして、例えばシリコンベースで構成されている。この場合には検出器部材４、５および６にはこの場合には、有利にはそれぞれ１つの増幅器入力側ＶＥ_４、ＶＥ_５ないしはＶＥ_６が割り当てられている（図１において破線で示された担体７の部材を参照）。

例えば図２に関連して示されたような分散された検出器部材の場合には、個々の検出器部材は有利にはそれぞれ、増幅器チップの個別の入力側上に配置されており、これらの入力側と導電性に接続されている。このような接続に対しては導電性接続層、例えば（銀）導電性接着剤層が特に適している。

検出器部材内では強度が弱い強さ（例えばｎＡまたはμＡのオーダーにある）の通常の信号が形成されるので、例えば厚さ１μｍ以下、有利には５００μｍ以下の接続層を介した増幅器への短い接続経路が特に適している。妨害されやすい「弱い」信号が外部の電磁ノイズにさらされる経路は、導電性の層結合によって有利には僅かに保たれる。

増幅器チップの各検出器部材に割り当てられた出力側を介して、事前に増大された信号は調整装置３の各入力側に供給される（出力側ＶＡ_４、ＶＡ_５およびＶＡ_６並びに事前に増幅された信号ＳＶ_４、ＳＶ_５およびＳＶ_６を参照）。

検出器装置の信号が事前に増幅される形態は、調整装置までの破線で示された線によって示されている。ここで各検出器部材には有利にはちょうど１つの増幅入力側（ＶＥ_ｉ、ｉ＝４、５、６）および／または増幅出力側（ＶＡ_ｉ、ｉ＝４、５、６）が割り当てられている。

調整装置３は調整ユニット９を有している。調整ユニット９は有利には増幅器として構成されており、ここでは種々の感度チャネルからのチャネル信号Ｋ_４、Ｋ_５およびＫ_６がそれぞれ種々異なる増幅器ファクタによって増幅される。調整ユニット９は、調整端子９４、９５および９６を有しており、これらを介して、感度チャネルからのチャネル信号に対する増幅ファクタが、相互に依存しないで調整される。

検出器装置がまだ、事前に形成された感度チャネルを有していない場合（図２Ｃ参照）、調整ユニットは次のように構成される。すなわち、検出器部材内で形成された信号が、調整装置３内で、感度チャネルに割り当てられたチャネル信号が形成されるように処理されるように構成される。感度チャネルは調整装置内で有利には、信号が調整ユニットに供給される前にこのような装置の部材によって形成される。

例えば差形成ユニット１０が調整装置内に設けられ、これは検出装置から得られた信号から差を形成する。これによってチャネル信号が形成される（図２Ｄを参照）。

調整ユニット９内では、チャネル信号の相対的な重み付けが相互に異なって調整される。

異なって重み付けされた複数のチャネル信号は次に、調整装置３の重畳ユニット１１内で重畳される。有利には重畳ユニット１１は異なって重み付けされたチャネル信号を、調整ユニット９を通過した後に重ねる。これは、重畳ユニット内の破線のラインによって示されている。

異なって重み付けされたチャネル信号は重畳ユニット１１内で、重畳され、殊に加算されてビーム検出器の検出器信号ＤＳにされる。この検出器信号ＤＳは、調整装置３の出力側Ａで検出される。この出力側は重畳ユニット１１と導電性に接続されている。

調整装置３は、有利にはＳｉベースの、有利には集積回路として構成される。これによって、ビーム検出器１の小さく、かつコンパクトな構造が容易になる。

異なって重み付けされたチャネル信号の重畳によって、異なった感度分布（出力側Ａでの出力信号ＤＳの、波長への依存性）を有するビーム検出器が実現される。

例えば、ビーム検出器を、調整ユニット９を用いたチャネル信号の種々異なる重み付けによって、人間の眼の感度分布に応じた感度分布を有している周辺光センサとして構成することができる。これは、図４Ａおよび４Ｂにおいて、図２Ｄに従った感度チャネルに対して示されている。

図４Ａでは、明順応している人間の眼の感度分布に相応した感度分布に対する感度チャネルが重ねられている。個々の感度チャネルからの信号はこれ対して相互に相対して弱められているないしは増幅されている。図示された、重畳された感度分布７０１はファクタ０．９ぶんだけの感度チャネル６２０の増幅、ファクタ１．２ぶんだけの感度チャネル５２０の増幅、およびファクタ０．２５ぶんだけの感度チャネル４２０の増幅によって得られる。加算された感度分布７０１は実質的に、明順応している人間の眼７００に相応している。

図４Ｂでは、赤色スペクトル領域に割り当てられている長い波長の感度チャネル６２０が抑圧されている。これは０の増幅ファクタに相応する。緑色のスペクトル領域に割り当てられている感度チャネル５２０は０．７のファクタによって増幅されており、青色のスペクトル領域に割り当てられている感度チャネル４２０は１．３のファクタによって増幅されている。加算された分布７０３は、近似的に暗順応している人間の眼７０２に相応する。暗順応している人間の眼の分布に対しては例えば、１９５１年のＣＩＥに従った相応の分布が引き合いに出される。

検出器感度のスペクトル分布は有利には調整端子９４、９５および９６を介して、明順応している人間の眼（分布７００、図４Ａ）のスペクトル感度と、暗順応している人間の眼（分布７０２、図４Ｂ）のスペクトル感度との間で切替可能である。切り替え過程は例えば、有利にはビーム検出器が含んでいる明るさ／暗さセンサ（詳細には図示されていない）によって制御される。モノリシック検出装置の感度チャネル（図３参照）も相応に種々異なって重み付けされ、各所望の分布に対して重畳される。

ビーム検出器１を周辺光センサとして作動させる他に、ビーム検出器を色センサとして、感度チャネルに相応する原色（この実施例において、赤色、緑色および青色）を検出するために使用することもできる。検出器信号を介して、この場合には、ビーム検出器に入射するビームにおける色成分が定められる。このような色成分から例えば、入射ビームの色位置または色印象が求められる。従って検出されるべき色に割り当てられていない感度チャネルからの信号関与は調整端子の相応する調整によって抑圧されている。

さらに、ビーム検出器の所定の感度分布は相応の調整を介して調整端子で調整される。ビーム検出器は全体的に省スペースに構成され、有利には様々に使用可能である。

図５Ａは、多数の別個のスペクトル感度チャネル８０１・・・８０９を備えた検出装置のスペクトル感度分布を示す。感度チャネルはここで、相応する検出器部材のスペクトル感度分布によって構成される。このためには検出器部材は相応のフィルタリング層を有しており、これは各半導体ボディのビーム入力面と活性領域との間に配置されている。例えば９個の検出器部材が図２Ａと同様に隣り合って配置されていてもよい。ここで図２Ａに示された層構造に対して付加的に、ビーム入射面と各活性領域との間にフィルタリング層が設けられている。

検出器部材の感度分布に対してここでは、図５Ｂにおける表に相応するデータが使用される。

活性領域はそれぞれ材料系Ｉｎ_ｙＡｌ_ｘＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｐをベースにする。各フィルタリング層は、同一の材料系をベースにするかまたはＧａＰから成る。

検出器部材のスペクトル感度分布は、それぞれ、可視スペクトル領域における波長λ_ｍａｘで最大値を有している。

さらに個々の感度チャネルは狭帯域に構成されており、殊に少なくとも部分的に６０ｎｍ以下、有利には４０ｎｍ以下、特に有利には３０ｎｍ以下、またはむしろ２０ｎｍ以下のスペクトル幅を有している。

この多数の感度チャネルによって、可視スペクトル領域にわたってチャネルを細かく分割することで、一方では設定された感度分布を正確に模倣することが容易になり、他方では、キャッシュカードまたは紙幣の真偽性検査のための、特別なスペクトル線の検出も容易になる。

特別なスペクトル線の検出の場合は、このようなスペクトル線の検出には必要とされない感度チャネルは有利には抑圧される。

さらに、図５Ａは、暗順応している人間の眼のスペクトル感度分布７０２が示されている。図５Ｂの表からの個々の感度チャネルに対する増幅ファクタによって加算された感度分布７０３は、非常に正確に、暗順応している人間の眼７０２の感度分布に相応して延在する。

図示されたチャネル８０１・・・８０９は色検出にも適している。ここで色情報は有利には、多数のチャネル信号から得られる。

有利には、ビーム検出器の作動状態（色センサとして、明順応している眼の周辺光センサとして、暗順応している眼の周辺光センサとして、または場合によってはスペクトル線センサとして）の調整は、例えばプログラミング可能なマイクロコントローラを介してプログラミングされる。マイクロコントローラは有利には、調整装置９の調整端子９４、９５、９６と導電性に接続されている。

図６は、図１に示されたビーム検出器１の部分図を示している。ここでは図１に示されたビーム検出器に対して付加的に、このようなマイクロコントローラ１２が調整装置９の調整端子９４、９５、９６と導電性に接続されている。図１に示されたビーム検出器の別の部材は、図６においては分かりやすくするために詳細には示されていないが、当然ながら、設けられ得る。複数の調整端子はマイクロコントローラによって有利には相互に依存しないで制御可能である。例えば調整端子９４、９５および９６はそれぞれ、マイクロコントローラの特別な電気的コンタクト１２４、１２５ないし１２６と導電性に接続されている。

マイクロコントローラ１２は有利には次のようにプログラミングされている。すなわちマイクロコントローラが、調整端子をビーム検出器の設定されている作動状態（例えば色センサとして、明順応している眼の周辺光センサとして、暗順応している眼の周辺光センサとして、またはスペクトル線センサとして）に従って駆動制御するようにプログラミングされている。ユーザはこの場合には、マイクロコントローラの相応する応答を介して所定の作動状態を自由に切替する。従って、各作動状態に対して適している調整端子の相互の調整をユーザ側で手間がかかって求めることはしなくてよい。このような調整はむしろ既に工場側で、マイクロコントローラの相応するプログラミングによって実施される。

択一的または付加的にマイクロコントローラは作動状態を時間で制御し、例えば時刻に関して制御することができる。例えばマイクロコントローラは次のようにプログラミングされる。すなわちマイクロコントローラが特定の時刻から、有利には日暮れになった後に、周辺光センサとしてのビーム検出器の作動時に、暗順応している人間の眼に従った検出だけを許可するようにプログラミングされる。有利には、マイクロコントローラはユーザによってプログラミング可能であり、従ってビーム検出器の作動状態間の切替、殊に時間制御された切替を、ユーザ側で事前に調整することができる。

この特許出願は、２００６年１１月３０日付けのドイツ特許出願第１０２００６０５６５７９．７号の優先権および２００７年３月１３日付けの第１０２００７０１２１１５．８号の優先権を主張しており、これらの文献の全体的な開示内容は本願に明確に参照として取り入れられている。

本願は、実施例に基づく記載によって制限されない。むしろ本発明はそれぞれ新たな特徴並びに特徴の各組み合わせを含んでおり、これは殊に特許請求の範囲に記載された特徴の各組み合わせを含んでいるが、これらの特徴またはこれらの組み合わせ自体が明確には、特許請求の範囲または実施例に記載されていない場合にも当てはまる。

Claims (23)

1. 検出装置（２）と調整装置（３）を備えたビーム検出器（１）であって、
   当該検出装置は多数の検出器部材（４、５、６）を有しており、
   前記ビーム検出器の作動時に当該検出器部材によって検出器信号（ＤＳ）が得られ、
   ・前記検出器部材はそれぞれ１つのスペクトル感度分布（４００、５００、６００）を有しており、信号形成（Ｓ_４、Ｓ_５、Ｓ_６）に適しており、
   ・少なくとも１つの検出器部材は化合物半導体材料を含んでおり、かつ当該検出器部材は可視スペクトル領域におけるビームを検出するために構成されており、
   ・前記検出器部材の感度分布によって、ビーム検出器の種々異なるスペクトル感度チャネル（４２０、５２０、６２０）が形成されるように、前記ビーム検出器が構成されており、
   ・前記感度チャネルにおいて、前記検出器部材によって、各感度チャネルに割り当てられたチャネル信号（Ｋ_４、Ｋ_５、Ｋ_６）が形成され、
   ・種々異なるチャネル信号の、ビーム検出器の検出信号に対する関与が異なって調整されるように、前記調整装置が構成されている、
   ことを特徴とするビーム検出器。
2. 前記調整装置は、チャネル信号の、検出信号に対する関与を相対的に相互に異なって重み付けする、請求項１記載のビーム検出器。
3. 前記ビーム検出器の検出器信号は、チャネル信号の重畳によって構成されている、請求項１または２記載のビーム検出器。
4. 前記調整装置は多数の入力側（Ｅ_４、Ｅ_５、Ｅ_６）を有しており、当該入力側を介して、前記検出器部材内で形成された信号が調整装置に入力され、種々の入力側に種々異なる検出器部材が割り当てられている、請求項１から３までの少なくとも１項記載のビーム検出器。
5. 前記調整装置は多数の調整端子（９４、９５、９６）を有しており、当該調整端子を介して、検出器信号に対するチャネル信号の関与が調整可能である、請求項１から４までの少なくとも１項記載のビーム検出器。
6. 個々のチャネル信号は、異なる検出部材において生成された２つの信号によって得られる、請求項１から５までの少なくとも１項記載のビーム検出器。
7. チャネル信号は、異なる２つの検出器部材において生成された信号の差（１０）を形成して得られる、請求項１から６までの少なくとも１項記載のビーム検出器。
8. 前記感度チャネルはスペクトル的に重畳している、請求項１から７までの少なくとも１項記載のビーム検出器。
9. 前記感度チャネルは、可視スペクトル領域が覆われるように重畳している、請求項１から８までの少なくとも１項記載のビーム検出器。
10. 前記ビーム検出器が、人間の眼のスペクトル分布（７００、７０２）に相応する検出器感度のスペクトル分布を備えた周辺光センサとして作動可能であるように前記調整装置は構成されている、請求項１から９までの少なくとも１項記載のビーム検出器。
11. 前記検出器感度のスペクトル分布は、調整装置によって、明順応している人間の眼のスペクトル分布（７００）と暗順応している人間の眼のスペクトル分布（７０２）の間で切り換え可能である、請求項１０記載のビーム検出器。
12. 色センサとして、殊に３つの原色、例えば赤、緑および青を検出するために作動可能である、請求項１から１１までの少なくとも１項記載のビーム検出器。
13. 前記調整装置によって、周辺光センサとしても色センサとして作動可能である、請求項１２および請求項１０または請求項１０にかかる請求項のいずれか１項記載のビーム検出器。
14. 前記検出装置は、殊にエピタキシャル成長された半導体ボディ（２００、４０１、５０１、６０１）を有しており、前記半導体ボディは少なくとも１つの検出器部材を含んでいる、請求項１から１３までの少なくとも１項記載のビーム検出器。
15. 前記検出器部材は、信号形成に用いられる活性領域（４０３、５０３、６０３）を有しており、当該活性領域は化合物半導体材料を含んでいる、請求項１４記載のビーム検出器。
16. 多数の検出器部材はモノリシックに、共通の半導体ボディ（２００）内に集積されている、請求項１４または１５記載のビーム検出器。
17. 別個に分けられ、相互に隣り合って配置されている多数の検出器部材を有している、請求項１から１６までの少なくとも１項記載のビーム検出器。
18. 多数の検出器部材は化合物半導体材料を含んでいる、請求項１から１７までの少なくとも１項記載のビーム検出器。
19. 多数の検出器部材は、可視のスペクトル領域にあるビームを検出するために構成されている、請求項１から１８までの少なくとも１項記載のビーム検出器。
20. ３つ以上、有利には４つ以上、特に有利には５つ以上の感度チャネルを有している、請求項１から１９までの少なくとも１項記載のビーム検出器。
21. １つまたは多数の狭帯域の感度チャネル（８０１・・・８０９）を有している、請求項１から２０までの少なくとも１項記載のビーム検出器。
22. 前記化合物半導体材料はＩＩＩ−Ｖ−族半導体材料、有利には材料系（Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａ）Ｐからの化合物半導体材料である、請求項１から２１までの少なくとも１項記載のビーム検出器。
23. 前記調整装置は、集積回路として構成されている、請求項１から２２までの少なくとも１項記載のビーム検出器。

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