JP2018515913A - オプトエレクトロニクス装置 - Google Patents

Abstract

オプトエレクトロニクス装置は、オプトエレクトロニクス半導体チップと、波長変換素子と、検出部品とを備える。オプトエレクトロニクス装置は、第１のピーク波長を有する光と第２のピーク波長を有する光とを出射するように設計されている。第１のピーク波長が可視スペクトル領域にあり、かつ第２のピーク波長が非可視スペクトル領域にあるか、または、第１のピーク波長が非可視スペクトル領域にあり、かつ第２のピーク波長が可視スペクトル領域にある。オプトエレクトロニクス装置は、非可視スペクトル領域にピーク波長を有する光をターゲット領域に出射するように設定されている。検出部品は、ターゲット領域から後方散乱されピーク波長が非可視スペクトル領域にある光を検出するように設計されている。

Description

本発明は、特許請求項１に係るオプトエレクトロニクス装置に関する。

従来技術として、検査対象に関する情報を得るために非可視光を出射し、検査対象によって後方散乱されるその光の一部を検出するように構成されたセンサー装置が開示されている。この場合、非可視光を用いるため、出射光と検査対象とを直線上に並べることが困難となる。

本発明の目的は、オプトエレクトロニクス装置を提供することである。この目的は、請求項１の特徴を有するオプトエレクトロニクス装置によって達成される。従属請求項が異なる発展形態を特定する。

オプトエレクトロニクス装置は、オプトエレクトロニクス半導体チップと、波長変換素子と、検出部品とを備える。オプトエレクトロニクス半導体チップは、第１のピーク波長を有する光を出射するように構成されている。波長変換素子は、オプトエレクトロニクス半導体チップによって出射される光を第２のピーク波長を有する光に変換するように構成されている。オプトエレクトロニクス装置は、第１のピーク波長を有する光を出射し、かつ第２のピーク波長を有する光を出射するように構成されている。第１のピーク波長が可視スペクトル領域にあり、かつ第２のピーク波長が非可視スペクトル領域にあるか、または、第１のピーク波長が非可視スペクトル領域にあり、かつ第２のピーク波長が可視スペクトル領域にある。オプトエレクトロニクス装置は、非可視スペクトル領域にピーク波長を有する光をターゲット領域に出射するように設けられている。検出部品は、ターゲット領域から後方散乱されピーク波長が非可視スペクトル領域にある光を検出するように構成されている。

このようなオプトエレクトロニクス装置においては、可視スペクトル領域にピーク波長を有する出射光が、オプトエレクトロニクス装置によって出射される光とターゲット領域とを直線上に並べるのに用いられうる。この結果、オプトエレクトロニクス装置が容易に操作されうる。

この場合、可視スペクトル領域にピーク波長を有する光、および非可視スペクトル領域にピーク波長を有する光が、オプトエレクトロニクス半導体チップを１つだけ用いるオプトエレクトロニクス装置によって有利に生成されうる。このため、オプトエレクトロニクス装置をコンパクトな設計とすることができ、例えばモバイル用途に好適でありうる。オプトエレクトロニクス装置は、オプトエレクトロニクス半導体チップを１つだけ用いて可視光および非可視光を生成するため、高度なシステム効率を有利に有しうる。さらに、オプトエレクトロニクス半導体チップを１つだけ用いることで、オプトエレクトロニクス装置の費用効率の高い生産が有利に可能となる。

オプトエレクトロニクス装置の一実施形態において、第１のピーク波長は可視スペクトル領域にあり、第２のピーク波長は非可視スペクトル領域にある。この場合、検出部品は、第２のピーク波長を有する光を検出するように構成されている。この実施形態において、オプトエレクトロニクス装置のオプトエレクトロニクス半導体チップは、従って、例えば青色光、緑色光、または赤色光などの可視スペクトル領域の波長を有する光を生成するように構成されている。

オプトエレクトロニクス装置の一実施形態において、第１のピーク波長は非可視スペクトル領域にあり、第２のピーク波長は可視スペクトル領域にある。この場合、検出部品は、第１のピーク波長を有する光を検出するように構成されている。この実施形態において、オプトエレクトロニクス装置の波長変換素子は、従って、オプトエレクトロニクス半導体チップによって出射され非可視スペクトル領域にピーク波長を有する光を、例えば青色光、緑色光、または赤色光などの可視光に変換するように構成されている。

オプトエレクトロニクス装置の一実施形態において、非可視スペクトル領域は、赤外スペクトル領域または紫外スペクトル領域にある。その結果、オプトエレクトロニクス装置によって出射される非可視スペクトル領域の光は、例えば異なる材料特性の検査など、検査対象の異なる特性を検査するのに有利に適している。

オプトエレクトロニクス装置の一実施形態において、オプトエレクトロニクス半導体チップによって出射されうる光は、オプトエレクトロニクス半導体チップによって出射されうる光と、波長変換素子によって生成されうる光とが同じ強度を有する波長において、第１のピーク波長での強度の１０％以下である。その結果、オプトエレクトロニクス半導体チップによって出射される光と波長変換素子によって生成される光との分光分布が、有利にかつ明確に互いに分離される。このことによって、寄生効果を回避することが可能である。

オプトエレクトロニクス装置の一実施形態において、オプトエレクトロニクス装置は、第１のピーク波長を有する光と、第２のピーク波長を有する光とを同じ空間方向に出射するように構成されている。その結果、オプトエレクトロニクス装置によって出射され可視スペクトル領域にピーク波長を有する光によって、オプトエレクトロニクス装置によって出射され非可視スペクトル領域にピーク波長を有する光と、検査対象または検査のターゲット領域とを、とりわけ簡単にかつ正確に直線上に並べることが有利に可能となる。

オプトエレクトロニクス装置の一実施形態において、オプトエレクトロニクス装置は、第１のピーク波長を有する光と、第２のピーク波長を有する光とを異なる立体角に出射するように構成されている。この場合、可視スペクトル領域にピーク波長を有する光は、非可視スペクトル領域にピーク波長を有する光よりも小さい、または大きい立体角に出射されうる。用途によっては、このことによって、オプトエレクトロニクス装置によって出射される光と、検査のターゲット領域または検査の対象物とを、とりわけ簡単におよび／またはとりわけ正確に直線上に並べることが可能となる。

オプトエレクトロニクス装置の一実施形態において、オプトエレクトロニクス装置は、第１のピーク波長および第２のピーク波長において異なる屈折率である光学素子を備える。この場合、光学素子は、例えば光学レンズ、とりわけ光学収束レンズ等でありうる。光学素子が第１のピーク波長および第２のピーク波長において異なる屈折率である結果、可視スペクトル領域の光と非可視スペクトル領域の光とが光学素子によって異なって屈折され、その結果、例えば光の２つの部分が光学素子によって異なるように集束されうる。

オプトエレクトロニクス装置の一実施形態において、検出部品はシリコン検出器を含む。その結果、検出部品は、例えば赤外スペクトル領域に波長を有する光を検出するのに好適でありうる。またその結果、検出部品は有利にコンパクトでかつ費用効果が高くなりうる。

オプトエレクトロニクス装置の一実施形態において、オプトエレクトロニクス装置は、赤外分光光度計または紫外分光光度計である。その結果、オプトエレクトロニクス装置は、例えば検査対象の材料特性を検査するのに用いられうる。

本発明の上述した特性、特徴、および利点と、これらを達成する方法は、それぞれ概略的に示した図面を参照しながら以下にさらに詳しく説明する例示的な実施形態に関連して、さらに明確かつ包括的に理解されるであろう。

図１は、オプトエレクトロニクス装置のブロック図である。 図２は、オプトエレクトロニクス装置によって出射される光のスペクトル図である。

図１は、オプトエレクトロニクス装置１００の極めて概略的なブロック図である。オプトエレクトロニクス装置１００は、検査領域または検査領域に配置された対象を検知するのに用いられる。オプトエレクトロニクス装置１００は、例えば分光光度計の形態、とりわけ赤外分光光度計等でありうる。オプトエレクトロニクス装置１００は、携帯型装置の形態であってもよく、モバイル用途として提供されてもよい。

オプトエレクトロニクス装置１００は、オプトエレクトロニクス半導体チップ１１０を備える。オプトエレクトロニクス半導体チップ１１０は、光、つまり電磁放射を発するように構成されている。オプトエレクトロニクス半導体チップ１１０は、例えば、発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）またはレーザチップの形態でありうる。

図２は、概略的なスペクトル図である。波長２０１が、スペクトル図２００の横軸に示され、強度２０２がスペクトル図２００の縦軸に示されている。

オプトエレクトロニクス半導体チップ１１０は、図２に示される第１の分光分布３２０を示し、第１のピーク波長３３０を有する第１の光３００を出射するように構成されている。第１の光３００は、第１のピーク波長３３０において第１の最大強度３４０を示す。

図１に示されるオプトエレクトロニクス装置１００は、波長変換素子１２０も備える。波長変換素子１２０は、オプトエレクトロニクス半導体チップ１１０によって出射される第１の光３００の一部を第２の光４００に変換するように構成されている。図２に示されるように、第２の光４００は、第１の分光分布３２０とは異なる第２の分光分布４２０を示し、第１のピーク波長とは異なる第２のピーク波長を有する。第２の光４００は、第２のピーク波長４３０において第２の最大強度４４０を示す。

波長変換素子１２０は、オプトエレクトロニクス半導体チップ１１０上に直接配置されてもよく、オプトエレクトロニクス半導体チップ１１０から間隔をおいてもよい。波長変換素子１２０は、例えば塗膜または小板の形態でありうる。波長変換素子１２０は、例えばマトリックス材料とマトリックス材料に埋め込まれた波長変換粒子とを含みうる。この場合、波長変換素子１２０の波長変換粒子は、オプトエレクトロニクス半導体チップ１１０によって出射される第１の光３００の一部を第２の光４００に変換するように構成されている。

図２に示す例では、第２の光４００の第２のピーク波長４３０は、第１の光３００の第１のピーク波長３３０よりも長い。しかしながら、第２の光４００の第２のピーク波長４３０が第１の光３００の第１のピーク波長３３０よりも短いことも可能である。この場合、波長変換素子１２０は、例えば、第２の光４００の光量子を１つ生成するために第１の光３００の光量子を２つ以上吸収するように構成されうる。

オプトエレクトロニクス半導体チップ１１０によって出射される第１の光３００の第１の分光分布３２０は、多くの場合、第２の光４００の第２の分光分布４２０よりも狭帯域である。

第１の光３００の第１のピーク波長３３０および第２の光４００の第２のピーク波長４３０のいずれかが可視スペクトル領域にある。これに対して、他方の光４００または３００の他方のピーク波長４３０または３３０は、非可視スペクトル領域、つまり上記の可視スペクトル領域以外のスペクトル領域にある。従って、第１のピーク波長３３０が可視スペクトル領域にあり、かつ第２のピーク波長４３０が非可視スペクトル領域にあるか、または、第１のピーク波長３３０が非可視スペクトル領域にあり、かつ第２のピーク波長４３０が可視スペクトル領域にある。可視スペクトル領域のピーク波長３３０または４３０は、例えば青、緑、赤、または深紅のスペクトル領域でありうる。非可視スペクトル領域のピーク波長３３０または４３０は、例えば赤外または紫外スペクトル領域でありうる。

オプトエレクトロニクス装置１００は、オプトエレクトロニクス半導体チップ１１０によって出射され波長変換素子１２０によって変換されていない第１の光３００の一部と、波長変換素子１２０によって外部に生成される第２の光４００との両方を出射するように構成されている。第１の光３００および第２の光４００が共通の空間方向１３５に出射されることが都合がよい。この場合、第１の光３００は、第１の立体角３１０に出射され、第２の光４００は、第２の立体角４１０に出射される。第１の立体角３１０と第２の立体角４１０とは、異なる大きさでありうる。図１に概略的に示されるように、例えば、第２の立体角４１０が第１の立体角３１０より大きくてもよい。また、第１の立体角３１０が第２の立体角４１０より大きくてもよい。

オプトエレクトロニクス装置１００は、オプトエレクトロニクス装置１００によって出射される第１の光３００の空間分布、および／またはオプトエレクトロニクス装置１００によって出射される第２の光４００の空間分布を形作るように構成された光学素子１３０を備えていてもよい。光学素子１３０は、例えば光学レンズ、とりわけ収束レンズ等を有しうる。光学素子１３０は、第１のピーク波長３３０を有する第１の光３００と第２のピーク波長４３０を有する第２の光４００とを、異なるように映し出す、例えば異なるように屈折させてもよい。このために、光学素子１３０は、例えば第１のピーク波長３３０および第２のピーク波長４３０において異なる屈折率でありうる。光学素子１３０は、省略することが可能である。

オプトエレクトロニクス装置１００は、検出部品１４０も備える。検出部品１４０は、オプトエレクトロニクス装置１００によって出射されピーク波長３３０または４３０が非可視スペクトル領域にある光３００または４００を検出するように設けられている。オプトエレクトロニクス半導体チップ１１０によって出射される第１の光３００の第１のピーク波長３３０が非可視スペクトル領域にある場合、検出部品１４０は、従って、第１のピーク波長３３０を有する第１の光３００を検出するように構成されている。あるいは、検出部品１４０は、オプトエレクトロニクス装置１００の波長変換素子１２０によって生成され第２のピーク波長４３０が非可視スペクトル領域にある第２の光４００を検出するように構成されている。

オプトエレクトロニクス装置の検出部品１４０は、オプトエレクトロニクス装置１００によって出射され可視スペクトル領域にピーク波長３３０または４３０がある光３００または４００に対して出来るだけ感度がないと都合がよい。このことは、第１の光３００の第１の分光分布３２０と、第２の光４００の第２の分光分布４２０とが互いに出来るだけ完全に分離していることによって容易にされうる。分光分布３２０と４２０との十分な分離は、例えば、オプトエレクトロニクス装置１００のオプトエレクトロニクス半導体チップ１１０によって出射される第１の光３００が、等価波長２１０において第１の最大強度３４０の１０％以下である場合に達成されうる。ここで、等価波長２１０において、オプトエレクトロニクス半導体チップ１１０によって出射される第１の光３００と、波長変換素子１２０によって生成される第２の光４００とが一致した等価強度２２０を示す。よって、第１の光３００と第２の光４００とが等価波長２１０において同じ強度、つまり等価強度２２０を示す。この場合、等価強度２２０は第１の最大強度３４０の１０％以下である。

オプトエレクトロニクス装置１００の検出部品１４０は、例えばシリコン検出器１４５を含んでもよい。この場合、オプトエレクトロニクス半導体チップ１１０によって出射されピーク波長３３０または４３０が非可視スペクトル領域にある光３００または４００のピーク波長３３０または４４０は、例えば赤外スペクトル領域にありうる。

オプトエレクトロニクス装置１００によって出射されピーク波長３３０または４３０が非可視スペクトル領域にある光３００または４００は、ターゲット領域またはターゲット領域に配置された対象を検出または検査するために提供される。このため、オプトエレクトロニクス装置１００によって空間方向１３５に出射されピーク波長３３０または４３０が非可視スペクトル領域にある光３００または４００は、ターゲット領域またはターゲット領域に配置された対象物に向けられなければならない。

ターゲット領域またはターゲット領域に配置された対象物によって後方散乱された光３００または４００は、オプトエレクトロニクス装置１００の検出部品１４０によって捉えられ、ターゲット領域または対象物に関する情報を提供しうる。このような情報は、例えばピーク波長３３０または４３０が非可視スペクトル領域にある光３００または４００の分光分布３２０または４２０における変化、例えば吸収によって生じる分光分布３２０または４２０の変化に起因する。

検出部品１４０は、ターゲット領域から後方散乱される光３００または４００が検出部品１４０に達するように配置されている。オプトエレクトロニクス装置１００によって出射される光３００または４００が、検出部品１４０に直接、つまりターゲット領域から後方散乱されることなく達することが全く、またはほとんどないように検出部品１４０を配置することが都合がよい。このことは、例えばオプトエレクトロニクス半導体チップ１１０、波長変換素子１２０、および光学素子１３０を一方とし、検出部品１４０を他方とし、その間に適当な開口を設けることで達成されうる。

オプトエレクトロニクス装置１００によって出射されピーク波長３３０または４３０が可視スペクトル領域にある光３００または４００によって、オプトエレクトロニクス装置１００によって出射されピーク波長３３０または４３０が非可視スペクトル領域にある光３００または４００と、検査のターゲット領域または対象物とを直線上に並べることがより容易になる。このためには、第１の光３００と第２の光４００との両方が同じ空間方向１３５に出射される場合に、オプトエレクトロニクス装置１００によって出射されピーク波長３３０または４３０が可視スペクトル領域にある光３３０または４３０も、検査のターゲット領域または検査の対象物に向けられなければならない。

好ましい例示的な実施形態に基づき、本発明を図示しより詳細に説明した。しかしながら、本発明は開示した例に限定されない。むしろ当業者であれば、開示した例に基づき、本発明の保護範囲から逸脱することなく他の変形形態を得ることができる。

本出願は、独国特許出願第１０２０１５１０６６３５．１号の優先権を主張するものであり、この文書の開示内容は参照により本明細書に援用される。

１００ オプトエレクトロニクス装置
１１０ オプトエレクトロニクス半導体チップ
１２０ 波長変換素子
１３０ 光学素子
１３５ 空間方向
１４０ 検出部品
１４５ シリコン検出器
２００ スペクトル図
２０１ 波長
２０２ 強度
２１０ 等価波長
２２０ 等価強度
３００ 第１の光
３１０ 第１の立体角
３２０ 第１の分光分布
３３０ 第１のピーク波長
３４０ 第１の最大強度
４００ 第２の光
４１０ 第２の立体角
４２０ 第２の分光分布
４３０ 第２のピーク波長
４４０ 第２の最大強度

Claims (10)

1. オプトエレクトロニクス半導体チップ（１１０）と、波長変換素子（１２０）と、検出部品（１４０）とを備えるオプトエレクトロニクス装置（１００）であって、
   前記オプトエレクトロニクス半導体チップ（１１０）は、第１のピーク波長（３３０）を有する光（３００）を出射するように構成されており、
   前記波長変換素子（１２０）は、前記オプトエレクトロニクス半導体チップ（１１０）によって出射される光（３００）を第２のピーク波長（４３０）を有する光（４００）に変換するように構成されており、
   前記オプトエレクトロニクス装置（１００）は、前記第１のピーク波長（３３０）を有する光（３００）を出射し、かつ前記第２のピーク波長（４３０）を有する光（４００）を出射するように構成されており、
   前記第１のピーク波長（３３０）が可視スペクトル領域にあり、かつ前記第２のピーク波長（４３０）が非可視スペクトル領域にあるか、または前記第１のピーク波長（３３０）が非可視スペクトル領域にあり、かつ前記第２のピーク波長（４３０）が可視スペクトル領域にあり、
   前記オプトエレクトロニクス装置（１００）は、ピーク波長（３３０，４３０）が非可視スペクトル領域にある光（３００，４００）をターゲット領域に出射するように設けられており、
   前記検出部品（１４０）は、前記ターゲット領域から後方散乱され、ピーク波長（３３０，４３０）が非可視スペクトル領域にある光（３００，４００）を検出するように構成されている、オプトエレクトロニクス装置（１００）。
2. 前記第１のピーク波長（３３０）が可視スペクトル領域にあり、かつ前記第２のピーク波長（４３０）が非可視スペクトル領域にあり、
   前記検出部品（１４０）が前記第２のピーク波長（４３０）を有する光（４００）を検出するように構成されている、請求項１に記載のオプトエレクトロニクス装置（１００）。
3. 前記第１のピーク波長（３３０）が非可視スペクトル領域にあり、かつ前記第２のピーク波長（４３０）が可視スペクトル領域にあり、
   前記検出部品（１４０）が前記第１のピーク波長（３３０）を有する光（３００）を検出するように構成されている、請求項１に記載のオプトエレクトロニクス装置（１００）。
4. 前記非可視スペクトル領域が赤外スペクトル領域または紫外スペクトル領域にある、請求項１から３のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス装置（１００）。
5. 前記オプトエレクトロニクス半導体チップ（１１０）によって出射されうる前記光（３００）は、波長（２１０）において前記第１のピーク波長（３３０）での強度（３４０）の１０％以下であって、前記波長（２１０）において前記オプトエレクトロニクス半導体チップ（１１０）によって出射されうる前記光（３００）と、前記波長変換素子（１２０）によって生成されうる前記光（４００）とが同じ強度（２２０）を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス装置（１００）。
6. 前記オプトエレクトロニクス装置（１００）は、前記第１のピーク波長（３３０）を有する光（３００）と、前記第２のピーク波長（４３０）を有する光（４００）とを同じ空間方向（１３５）に出射するように構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス装置（１００）。
7. 前記オプトエレクトロニクス装置（１００）は、前記第１のピーク波長（３３０）を有する光（３００）と、前記第２のピーク波長（４３０）を有する光（４００）とを異なる立体角（３１０，４１０）に出射するように構成されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス装置（１００）。
8. 前記オプトエレクトロニクス装置（１００）は、光学素子（１３０）をさらに備え、
   前記光学素子（１３０）は、前記第１のピーク波長（３３０）および前記第２のピーク波長（４３０）において異なる屈折率である、請求項１から７のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス装置（１００）。
9. 前記検出部品（１４０）はシリコン検出器（１４５）を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス装置（１００）。
10. 前記オプトエレクトロニクス装置（１００）は赤外分光光度計または紫外分光光度計である、請求項１から９のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス装置（１００）。

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