用于光学检测至少一个对象的检测器制造技术

公开了一种用于确定至少一个对象的位置，特别用于3D感测概念的检测器。该检测器包括：纵向光学传感器(110)，用于通过从对象行进到检测器的光束确定对象的纵向位置；以及横向光学传感器(112)，其可设计为成像装置或位置敏感检测器。纵向光学传感器(110)具有至少两个PN结构或PIN结构(138，140)。PN结构或PIN结构中的每一个结构位于两个电极层(144)之间，从而形成各自具有纵向传感器区域(148)的光电二极管(146)。给定相同的照射总功率，来自光电二极管(146)的纵向传感器信号取决于纵向传感器区域(148)中光束的束横截面。作为替代，并非横向光学传感器(112)，纵向光学传感器(110)的光电二极管(146)可以适于各自作为一维位置敏感检测器来操作，用于分别确定横向x坐标和横向y坐标。

Detector for optical detection of at least one object

A detector for determining the position of at least one object, especially for 3D sensing concepts, is disclosed. The detector includes a longitudinal optical sensor (110) for determining the longitudinal position of the object by the beam traveling from the object to the detector, and a transverse optical sensor (112), which can be designed as an imaging device or a position sensitive detector. The longitudinal optical sensor (110) has at least two PN or PIN structures (138, 140). Each of the PN or PIN structures is located between two electrode layers (144), thus forming photodiodes (146) with their respective longitudinal sensor regions (148). Given the same total irradiation power, the longitudinal sensor signal from the photodiode (146) depends on the beam cross section in the longitudinal sensor region (148). Instead of transverse optical sensors (112), photodiodes (146) of longitudinal optical sensors (110) can be adapted to operate as one-dimensional position sensitive detectors for determining transverse x coordinates and transverse y coordinates, respectively.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光学检测至少一个对象的检测器
本专利技术涉及一种用于确定至少一个对象的位置的检测器、检测器系统和方法。本专利技术进一步涉及用于在用户和机器之间交换至少一个信息项的人机接口、娱乐装置、跟踪系统、相机、扫描系统、方法以及检测器装置的各种用途。根据本专利技术的装置、系统和用途具体可以用于例如日常生活、游戏、交通技术、生产技术、安全技术，诸如用于艺术、文档或技术目的的数字摄影或视频摄影的摄影、医疗技术的各种领域或用于科学中。然而，其它应用也是可能的。
技术介绍
从现有技术中已知大量光学传感器和光伏器件。虽然光伏器件通常用于将电磁辐射(例如，紫外光、可见光或红外光)转换成电信号或电能，但光学检测器通常用于拾取图像信息和/或用于检测至少一个光学参数，例如亮度。从现有技术中已知通常基于无机和/或有机传感器材料的使用的大量光学传感器。这种传感器的示例在US2007/0176165A1、US6,995,445B2、DE2501124A1、DE3225372A1或其它许多现有技术文献中公开。在越来越多的程度上，特别是出于成本原因和大面积处理的原因，正在使用包括至少一种有机传感器材料的传感器，例如在US2007/0176165A1中所描述的。特别地，所谓的染料太阳能电池在此变得越来越重要，其通常在例如WO2009/013282A1中描述。然而，本专利技术不限于使用有机器件。因此，具体地，也可以采用诸如CCD传感器和/或CMOS传感器的无机器件，具体是像素化传感器。基于这种光学传感器，已知有用于检测至少一个对象的大量检测器。取决于相应的使用目的，这种检测器可以以各种方式实施。这种检测器的示例是成像装置，例如相机和/或显微镜。例如，已知高分辨率共焦显微镜，其可特别地用于医学技术和生物学领域，以便以高光学分辨率检查生物样品。用于光学检测至少一个对象的检测器的另外示例是距离测量装置，其基于例如对应光学信号(例如激光脉冲)的传播时间方法。用于光学检测对象的检测器的另外示例是三角测量系统，借助于该三角测量系统同样可以执行距离测量。在WO2012/110924A1(其内容通过引用包括在此)中，提出了用于光学检测至少一个对象的检测器。检测器包括至少一个纵向光学传感器。纵向光学传感器具有至少一个传感器区域。纵向光学传感器设计为以取决于传感器区域的照射的方式生成至少一个纵向传感器信号。给定相同的照射总功率，纵向传感器信号取决于照射的几何形状，特别是取决于纵向敏感区域上的照射的束横截面。此外，检测器具有至少一个评估装置。评估装置被设计为从纵向传感器信号生成至少一个几何信息项，特别是关于照射和/或对象的至少一个几何信息项。WO2014/097181A1(其全部内容通过引用包括在此)公开了一种通过使用至少一个纵向光学传感器和至少一个横向光学传感器来确定至少一个对象的位置的方法和检测器。具体地，公开了传感器堆叠的使用，以便以高精度和无模糊性地确定对象的纵向位置和至少一个横向位置二者。WO2015/024871A1(其全部内容通过引用并入在此)公开了一种光学检测器，该光学检测器包括：-至少一个空间光调制器，其适于以空间分辨的方式修改光束的至少一个特性，并具有像素矩阵，每个像素是可控的，以单独地修改通过像素的光束的一部分的至少一个光学特性；-至少一个光学传感器，其适于在通过空间光调制器的像素矩阵之后检测光束并生成至少一个传感器信号；-至少一个调制器装置，其适于以不同的调制频率周期性地控制至少两个像素；以及-至少一个评估装置，其适于执行频率分析，以便确定针对调制频率的传感器信号的信号分量。WO2014/198629A1(其全部内容通过引用并入在此)公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器，该检测器包括：-至少一个光学传感器，该光学传感器适于检测从对象朝向检测器传播的光束，该光学传感器具有至少一个像素矩阵；以及-至少一个评估装置，该评估装置适于确定由光束照射的光学传感器的像素数量N，该评估装置进一步适于通过使用由光束照射的像素数量N来确定该对象的至少一个纵向坐标。此外，通常，对于各种其它检测器概念，可以参考WO2014/198626A1、WO2014/198629A1和WO2014/198625A1，其全部内容通过引用包含在此。此外，参考也可以在本专利技术的背景中使用的潜在材料和光学传感器，可以参考以下欧洲专利申请：2015年1月30日提交的EP15153215.7、2015年3月3日提交的EP15157363.1、2015年4月22日提交的EP15164653.6、2015年7月17日提交的EP15177275.3、2015年8月10日提交的EP15180354.1和EP15180353.3，以及2015年9月14日提交的EP15185005.4，所有这些申请的全部内容也通过引用包含在此。尽管上述装置和检测器含有优点，但仍存在若干技术挑战。因此，通常存在既可靠又可以低成本制造的用于检测对象在空间中的位置的检测器的需要。具体地，存在用于3D感测概念的需要。各种已知概念至少部分地基于使用所谓的FiP传感器，诸如几个上述概念。其中，作为示例，可以使用大面积传感器，其中各个传感器像素明显大于光斑并且固定到特定尺寸。尽管如此，在许多情况下，大面积传感器在使用FiP测量原理方面固有地受到限制，特别是在要同时研究多于一个光斑的情况下。此外，使用FiP传感器进行跟踪的3D感测概念通常需要组合一个或多个FiP传感器，并且可选地组合位置敏感检测器(PSD或PIF)。FiP传感器和PSD装置通常诸如在染料敏化太阳能电池中电结合，或者分离成FiP检测器和PSD。FiP传感器和PSD可以被布置成使得光束的光例如被分束器分开，并且入射到FiP传感器和PSD二者。因此，需要昂贵的分束器。可替代地，FiP传感器和PSD可以彼此堆叠地布置。对于光学系统，通常希望以半透明方式设计至少一个检测器。然而，半透明限制了用于FiP检测器和PSD材料选择的选项。因此，FiP和/或PSD检测器的透明度仍然是技术挑战。2016年1月28日提交的国际申请PCT/EP2016/051817(其全部内容通过引用并入在此)公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器。检测器可以包括至少两个纵向光学传感器，其优选地以沿检测器的光轴堆叠的形式布置，其中每个纵向光学传感器可以适于生成至少一个纵向传感器信号。纵向光学传感器的传感器区域或传感器表面可以平行取向。然而，在FiP传感器的这种布置中，可能发生从堆叠的共同光轴的偏差，诸如角度公差。因此，可能需要耗时的对准和校准。此外，诸如在WO2014/198629A1中公开的像素计数概念中可以使用像素化光学传感器。尽管这些概念允许有效地确定3D坐标，并且尽管这些概念明显优于已知的3D感测概念(诸如三角测量)，但仍存在一些挑战，特别是关于计算功率和资源以及增加效率的需求。通常，还可能需要采用普遍可得的诸如CCD和/或CMOS传感器的横向光学传感器，和/或诸如无机光电二极管或有机光电二极管的光电二极管。在2015年11月25日提交的欧洲专利申请EP15196238.8(其全部内容也通过引用并入在此)中，公开了一种用于确定至少一个对象的位置的检测器，该检测器包括：-用于确定从对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定至少一个对象(156)的位置的检测器(114)，所述检测器(114)包括：‑至少一个纵向光学传感器(110)，用于确定从所述对象(156)行进到所述检测器(114)的至少一个光束(142)的纵向位置，所述纵向光学传感器(110)具有层设置(116)，其中所述纵向光学传感器(110)包括至少两个p型半导体层(124)、至少两个n型半导体层(130)和至少三个独立的电极层(144)，其中所述p型半导体层(124)和所述n型半导体层(130)形成至少两个独立的PN结构，其中所述PN结构中的每个PN结构位于所述电极层(144)中的至少两个电极层之间，从而形成至少两个光电二极管(146)，其中，所述两个光电二极管(146)中的每个光电二极管具有至少一个纵向传感器区域(148)，其中所述纵向光学传感器(110)被设计为以取决于由所述光束(142)对所述纵向传感器区域(148)的照射的方式生成至少两个纵向传感器信号，其中给定相同的所述照射的总功率，所述纵向传感器信号取决于所述纵向传感器区域(148)中所述光束(142)的束横截面；以及‑至少一个评估装置(154)，其中所述评估装置(154)被配置为通过评估所述纵向传感器信号来确定所述对象(156)的至少一个纵向坐标。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.06 EP 16164114.7;2016.05.24 EP 16171049.61.一种用于确定至少一个对象(156)的位置的检测器(114)，所述检测器(114)包括：-至少一个纵向光学传感器(110)，用于确定从所述对象(156)行进到所述检测器(114)的至少一个光束(142)的纵向位置，所述纵向光学传感器(110)具有层设置(116)，其中所述纵向光学传感器(110)包括至少两个p型半导体层(124)、至少两个n型半导体层(130)和至少三个独立的电极层(144)，其中所述p型半导体层(124)和所述n型半导体层(130)形成至少两个独立的PN结构，其中所述PN结构中的每个PN结构位于所述电极层(144)中的至少两个电极层之间，从而形成至少两个光电二极管(146)，其中，所述两个光电二极管(146)中的每个光电二极管具有至少一个纵向传感器区域(148)，其中所述纵向光学传感器(110)被设计为以取决于由所述光束(142)对所述纵向传感器区域(148)的照射的方式生成至少两个纵向传感器信号，其中给定相同的所述照射的总功率，所述纵向传感器信号取决于所述纵向传感器区域(148)中所述光束(142)的束横截面；以及-至少一个评估装置(154)，其中所述评估装置(154)被配置为通过评估所述纵向传感器信号来确定所述对象(156)的至少一个纵向坐标。2.根据前一权利要求所述的检测器(114)，其中所述纵向光学传感器(110)包括至少一个本征半导体层(118)，其中所述本征半导体层(118)位于所述p型半导体层(124)中的一个p型半导体层和所述n型半导体层(130)中的一个n型半导体层之间，从而形成至少一个PIN结构(136)。3.根据前一权利要求所述的检测器(114)，其中所述纵向光学传感器(110)包括至少两个本征半导体层(118)，其中所述本征半导体层(118)中的每个本征半导体层位于所述p型半导体层(124)中的一个p型半导体层和所述n型半导体层(130)中的一个n型半导体层之间，从而形成至少两个独立的PIN结构(136)。4.根据前述两项权利要求中任一项所述的检测器(114)，其中所述本征半导体层(118)、所述p型半导体层(124)和所述n型半导体层(130)中的一个或多个包括以下中的一种或多种：非晶硅、包含非晶硅的合金、微晶硅、锗(Ge)、硫化铜铟(CIS)、硒化铜铟镓(CIGS)、硫化铜锌锡(CZTS)、硒化铜锌锡(CZTSe)、铜-锌-锡硫-硒硫属化物(CZTSSe)、碲化镉(CdTe)、碲化汞镉(HgCdTe)、砷化铟(InAs)、砷化铟镓(InGaAs)、锑化铟(InSb)、有机-无机卤化物钙钛矿，以及它们的固溶体和/或掺杂变体。5.根据前一权利要求所述的检测器(114)，其中所述包含非晶硅的合金是包含硅和碳的非晶合金或包含硅和锗的非晶合金。6.根据前述两项权利要求中任一项所述的检测器(114)，其中通过使用氢钝化所述非晶硅。7.根据前述五项权利要求中任一项所述的检测器(114)，其中所述本征半导体层(118)具有100nm至300nm，特别是150至200nm的厚度。8.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(114)，其中所述纵向光学传感器(110)是至少部分透明的。9.根据前一权利要求所述的检测器(114)，其中所述层设置(116)适于由所述入射光束(142)以所述层被布置在所述层设置(116)内的顺序穿过。10.根据前述两项权利要求中任一项所述的检测器(114)，其中所述层设置(116)中的每一层是至少部分透明或半透明的。11.根据前述三项权利要求中任一项所述的检测器(114)，其中待由所述入射光束(142)穿过的所述层设置(116)中的每一层除了所述设置中的最后一层之外是至少部分透明或半透明的。12.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(114)，其中两个相邻的PN结构共用所述电极层(144)中的一个电极层作为公共电极层(166)。13.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(114)，其中具有相同极性的两个相邻电极层(144)通过绝缘层(158)彼此分开。14.根据前一权利要求所述的检测器(114)，其中所述绝缘层(158)包括玻璃、石英或透明有机聚合物中的一种的层。15.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(114)，其中所述光电二极管(146)中的每个光电二极管被配置为单独寻址。16.根据前一权利要求所述的检测器(114)，其中第一光电二极管(150)被设计为生成至少第一纵向传感器信号，并且第二光电二极管(152)被设计为生成至少第二纵向传感器信号，其中所述评估装置(154)适于同时确定所述第一纵向光学传感器信号和所述第二纵向传感器信号。17.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(114)，其中所述电极层(144)包括导电材料，其中所述电极层(144)是至少部分透明的，其中所述电极层(144)包括透明导电氧化物(TCO)，特别是氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氟掺杂的氧化锡(FTO)、铝掺杂的氧化锌(AZO)、氧化锑锡(ATO)中的一种或多种。18.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(114)，其中所述纵向光学传感器(110)包括至少一个间隔物层(160)，其中所述间隔物层(160)被设计为将第一光电二极管(150)和第二光电二极管(152)分开。19.根据前述权利要求中任一项所述的检测器(114)，其中所述检测器(114)进一步包括至少一个横向光学传感器(112)，用于确定从对象(156)行进到所述检测器(114)的所述至少一个光束(142)的至少一个横向位置，其中所述横向光学传感器(112)被设计为生成至少一个横向传感器信号，其中所述评估装置(154)进一步被配置为通过评估所述横向传感器信号来确定所述对象...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·森德，I·布鲁德，C·朗根施密德，W·赫尔梅斯，S·瓦鲁施，
申请(专利权)人：特里纳米克斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE