DE4207431A1 - Sensoranordnung, insbesondere zur untersuchung von biologischen und technischen strukturen - Google Patents
Sensoranordnung, insbesondere zur untersuchung von biologischen und technischen strukturenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, insbesondere zur
Untersuchung von biologischen und technischen Strukturen nach
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der europäischen Patentanmeldung 03 87 793 A2 ist ein
Verfahren und eine Anordnung zur Darstellung von Strukturen,
die überwiegend biologisch sind oder technisch gefertigt wur
den, bekannt.
Der bei dem vorstehend genannten Verfahren eingesetzte Flä
chensensor wird zur Erstellung von IR und NIR-Tomogrammen so
wie zur Bestimmung des Volumenflusses in Kapillaren und Fil
tern eingesetzt und kann in der Medizin, Biologie sowie in
der Technik zur Beobachtung und Beurteilung von Strukturen,
Oberflächen, Volumina und Volumenflüssen mit darin ablaufen
den chemischen oder physikalischen Prozessen eingesetzt wer
den.
Hierfür werden in einer Ebene IR-Lichtquellen und -Empfänger
als Flächenstrahler verwendet, wobei der Flächenstrahler mit
einem bestimmten Strahlungsquerschnitt und einer bestimmten
Intensität strahlt.
Mit dem Flächenstrahler wird eine örtlich und volumendefi
nierte Streulichtmessung durchgeführt.
Der Flächenstrahler ist dabei so ausgebildet, daß mehrere
Senderelemente als IR-Lichtquellen in X-, Y-Richtung einer
Ebene angeordnet sind, die in die Z-Richtung strahlen. Der
Flächenstrahlungs-Empfangssensor besteht aus einzelnen Bau
elementen, mit denen die darzustellende Struktur bzw. das Ob
jekt netzartig teilweise oder ganz überzogen ist. Die einzel
nen Bauelemente sind in einer Makro-Sende-Empfangsmatrix an
geordnet, welche an der zu untersuchenden Oberfläche auf
liegt.
Der Flächenstrahlungs-Empfangssensor ist dergestalt struktu
riert, daß die einzelnen diskreten Sender- und Empfänger-Bau
elemente in einem Abstand von beispielsweise 10 bis 20 µm als
Matrix angeordnet sind.
Bei der vorstehend geschilderten Anordnung handelt es sich
also um die räumlich konzentrierte Ausbildung einer Vielzahl
von diskreten Einzelsensoren, d. h., von einzelnen Sender- bzw.
Empfängerbauelementen.
Die Herstellung derartiger diskreter mikrostrukturierter An
ordnungen ist im Fertigungsprozeß außerordentlich zeit- und
kostenaufwendig, wobei insbesondere durch die hohe erforder
liche Justagegenauigkeit im Mikrometerbereich eine Herstel
lungsrentabilität nicht gegeben ist.
Die in der Meßeinrichtung zur nichtinvasiven Feststellung
venöser bzw. arterieller Abfluß- und Durchflußstörungen of
fenbarte Ausbildung eines Meßkopfes nach EP 63 649 B1, be
steht aus einem Strahlungsempfänger, um den herum vorzugs
weise 3 Strahlungsquellen angeordnet sind.
Der Durchmesser des hier vorgestellten Meßkopfes beträgt etwa
30 mm, wobei in bestimmten Aussparungen des Meßkopfes der
vorerwähnte Strahlungsempfänger bzw. die Strahlungsquellen
angebracht sind.
Zum Erhalt einer ausreichend fokussierten Stahlung sind
sowohl die Strahlungsquellen als auch die Strahlungsempfänger
mit zusätzlichen Linsen ausgestattet.
Durch die Verwendung mehrerer, ringförmig um den Detektor be
festigter Strahlungsquellen wird zwar eine homogenere Haut
durchleuchtung erreicht, jedoch kann durch die diskrete Aus
bildung des Sensorkopfes keine Erfassung von Mikrostrukturen
erfolgen. Auch erfordert die Verwendung diskreter Strahlungs
quellen bzw. diskreter Strahlungsempfänger einen aufwendigen
Qualitätssicherungs- und Selektionsprozeß, so daß nur Bau
elemente verwendet werden, die in einem entsprechenden vorge
gebenen engen Toleranzbereich liegen. Ebenfalls aufwendig ist
die diskrete Aussteuerung und Signalauswertung der Strah
lungsquellen bzw. des Empfängers.
Dadurch, daß die im Meßkopf befindlichen optoelektronischen
Bauelemente leicht hervorstehend angeordnet sind, wird eine
punktuelle Reizung einer beispielsweise zu untersuchenden
biologischen Struktur hervorgerufen, die jedoch unerwünscht
ist.
Aus der allgemeinen optoelektronischen Sensorik sind Anord
nungen in Form von optoelektronischen Kopplern bekannt, die
lichtemittierende Sendedioden auf der Basis GaAs oder GaAlAs,
GaP und anderen Verbindungshalbleitern und eine strahlungs
empfindliche Silicium-Photodiode enthalten. Diese Koppler
sind derart gestaltet, daß sich Sender und Empfänger ge
genüberliegen.
So ist beispielsweise in der DE-OS 29 50 649 eine Sensoran
ordnung beschrieben, bei der der Sender als Kantenstahler
ausgebildet ist, und wobei der Montage-Trägerstreifen bei
derseitig um ca. 45° abgewinkelt werden muß, damit die opti
sche Strahlung senkrecht auf den Empfänger trifft.
Im DD-WP 2 12 620 wird ein Miniaturkoppler beschrieben, der
als Reflexkoppler ausgeführt ist. Hierbei werden der diskrete
Sender- und Empfängerchip auf einen gemeinsamen Träger mon
tiert, der als flexible Leiterplatte geringer Dicke ausge
führt ist.
Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß keine ausrei
chende Spannungsfestigkeit bei galvanischer Trennung gegeben
ist und die optische Kopplung mit erheblichen Verlusten ver
bunden ist.
Zur Diagnostik von Gewebestrukturen mittels optoelektroni
scher Bauelemente sind eine Vielzahl von Lösungen bekannt,
wobei stellvertretend das Europäische Patent 14 705 B1 sowie
das DD-WP 2 60 130 A1 genannt sein mögen.
Alle diese Lösungen besitzen den gemeinsamen Nachteil, daß
ein Detektor von der zu untersuchenden Oberfläche oder dem zu
untersuchenden Volumen reflektiertes Licht, mehrere Zentime
ter von einer oder mehreren Sendedioden entfernt, erfaßt.
Dadurch ist es unmöglich, eine minimierte Organregion zu mes
sen und die erforderlichen hohen Auflösungen für eine exakte
Diagnose zu erreichen.
Würde man zur Lösung dieses Problems den eingangs erwähnten
Flächenstrahler benutzen, dann steht einer breiten Anwendung
der damit verbundene konstruktive, insbesondere der Justage
aufwand und die hohen Koppelverluste entgegen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Sensoranordnung,
insbesondere zur Untersuchung von biologischen und techni
schen Strukturen anzugeben, mit der bei geringem konstrukti
ven bzw. fertigungstechnischem Aufwand bei der Sensorherstel
lung sowohl kleinste Areale mit hohem Auflösungsvermögen als
auch Makrostrukturen untersucht werden können.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruches. Vorteilhafte Weiterbildungen
und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
Erfindungsgemäß wird eine monolithische optoelektronische Sen
der- und Empfängerstruktur auf Halbleiterbasis geschaffen,
deren Einzelelemente galvanisch nicht entkoppelt sind. Diese
monolithische Sender- und Empfängerstruktur ist derart aus
gebildet, daß die Senderoberfläche unterhalb der des Em
pfängers liegt und wobei durch speziell angeordnete Kon
taktstege bzw. Leitbahnen ein Übersprechschutz zwischen Sen
der- und Empfängerelement gegeben ist.
Durch die im halbleitertechnologischen Herstellungsprozeß
möglichen Gestaltungsvarianten des Kontaktlayouts können
wahlweise Längs-, Querzeilen oder Array-Anordnungen mit mini
malster Strukturbreite, d. h. mit hoher Packungsdichte von
Sender- und Empfängerelementen je Flächeneinheit realisiert
werden.
Eine Ausbildung der komplexen Sensoranordnung auf einem Chip
vermeidet ansonsten erforderlich werdende Justageschritte.
Gleichzeitig wird eine Sensoranordnung im Chipformat zur Ver
fügung gestellt, deren einzelne Elemente hinsichtlich ihrer
elektro-optischen Parameter gleich ausgebildet sind.
D.h., die Homogenität der Ausleuchtung der zu untersuchenden
Objekte vergrößert sich einerseits durch die Konstanz der Pa
rameter der einzelnen Bauelemente und andererseits durch die
Vielzahl einer gegebenenfalls vorteilhafterweise alternieren
den Anordnung von Sender- und Empfängerelementen auf einem
Chip.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung auf
Verbindungshalbleiter-Materialbasis erfolgt zweckmäßigerweise
wie nachstehend geschildert.
Auf einem beispielsweise AIII BV-n-Substrat wird zuerst eine
breitlückige n-Schicht für den Sender, eine relativ schmal
lückige n-Schicht für den Empfänger, eine vorteilhafterweise
höchstens 1,5 µm dicke p-Schicht für den Empfänger und eine
vorteilhafterweise höchstens 0,3 µm dicke, sehr breitlückige
p-Typ Fensterschicht unmittelbar nacheinander epitaktisch ab
geschieden.
Hierdurch erhalten Sender und Empfänger einen gemeinsamen n-
Kontakt.
Der pn-Übergang der Sendediode wird beispielsweise durch Lo
kaldiffusion oder Implantation eines geeigneten Akzeptors
nach selektiver Entfernung der Empfängerschichten, beispiels
weise durch Ätzen, erzeugt.
Die p-Kontakte der Sender und Empfänger werden getrennt her
ausgeführt und können matrixartig oder einzeln ausgebildet
und angesteuert werden.
Wie bereits angedeutet, können die Sender- und Empfänger
strukturen im Chipmaßstab als Zeilenmatrix mit einem Sender
und zwei Empfängern, als Zeilenmatrix mit zwei Sendern und
drei Empfängern sowie als Zeilenmatrix in alternierender
Folge von Sendern und Empfängern zur Erzeugung eines quasi
homogenen Strahlungsfeldes ausgebildet und angesteuert wer
den. Ebenfalls ist die Ausbildung als eine großflächige, qua
dratische, kreisförmige oder andersartig gestaltete Matrix
möglich.
Durch die unterschiedliche Art der durch die Kontaktierung
geschaffenen Ansteuerungsmöglichkeiten und durch den monoli
thischen Aufbau der Sensoranordnung mit Abständen zueinander
im Mikrometerbereich, entsteht in der Anwendung der Vorteil,
sowohl Mikro- als auch Makrostrukturen mit quasi homogener
Strahlung zu diagnostizieren.
Durch die außerordentlich hohe Packungsdichte von Sendern und
Empfängern je Flächeneinheit auf dem Chip, ergibt sich neben
der bereits erwähnten hohen Auflösung die Möglichkeit, entwe
der mit geringerer Strahlungsleistung zu operieren oder mit
gleicher oder erhöhter Strahlungsleistung ein tieferes Ein
dringen in das Volumen der zu untersuchenden Struktur zu er
möglichen.
Dies ermöglicht die Verwendung des Sensors zur nichtinvasiven
Optodiagnostik im medizinischen Bereich.
Die Erfindung soll anhand des nachstehend geschilderten Aus
führungsbeispiels sowie mehrerer Figuren näher erläutert wer
den.
Hierbei zeigen
Fig. 1 eine Schnittdarstellung der Schichtenfolge ei
nes Ausschnittes der erfindungsgemäßen Senso
ranordnung mit zwei Empfänger- und einem Sen
debereich.
Fig. 2a-2d verschiedene Anordnungen von Sender- und Emp
fängerbereichen einer Sensor-Zeilenanordnung.
Fig. 3 die Anordnung von Sender- und Empfängerab
schnitten in einer Gesamtmatrix.
Fig. 4 eine Kreuzzeilenanordnung der Sender- und Emp
fängerelemente.
Fig. 5 eine vorzugsweise Gruppierung von Sender- und
Empfängerelementen bei kreisförmiger Grundfi
guration.
Der technologische Ablauf eines möglichen Verfahrens zur Her
stellung der Sensoranordnung soll unter Hinweis auf Fig. 1
wie folgt beschrieben werden.
Als Substratmaterial wird beispielsweise n-GaAs 1 eingesetzt.
Auf dem Substrat wird zunächst eine relativ breitlückige n-
GaAsP-Schicht 11, 12 in unterschiedlicher Dotierung zum Er
reichen eines geringen Öffnungswinkels von z. B. 16° des pn-
Überganges des Senders 3 epiaxial abgeschieden. Darauf folgt
die Ausbildung einer n-GaAs-Schicht 13, welche relativ
schmallückig ist sowie das Abscheiden einer dünnen p-GaAs-
Schicht 14.
Nach den Arbeitsschritten der Reinigung des Substrats, bei
spielsweise mit einer Lösung von NH3:H2O im Verhältnis
1:2 bei Raumtemperatur und Ultraschalleinwirkung, wird eine
Lackhaftmaske aufgebracht. Anschließend wird ein Mesaätz
schritt durchgeführt sowie das Ablacken der Haftmaske vorge
nommen.
Nach der Beschichtung mit Si3N4 und einem Photolithographie-
Schritt wird das Planarfenster für das Senderelement freige
ätzt.
Die technologischen Schritte Plasmaätzen und Plasmastrippen
bereiten die nachfolgende Diffusionsbehandlung und die Schaf
fung des pn-Überganges 3 des Senders vor.
Mit einem weiteren photolithographischen Schritt wird das
Planarfenster 2 für den Kontakt der Photodiode geöffnet. Nach
dem Entfernen von Oxidresten mittels Nachätzen wird die Alu
miniumbedampfung für die p-Kontakte 5 von Sender- und Empfän
gerelement durchgeführt. Durch eine spezielle Maskierung wer
den dann die einzelnen p-Kontakte 5 für den Sender und den
Empfänger hergestellt.
Die Verhinderung des Übersprechens zwischen dem pn-Übergang
für den Sender und dem des Empfängers erfolgt durch das Vor
sehen von speziellen Kontaktwinkeln 6, z. B. mittels Sputtern,
im lateralen Layout. Auf der nicht mit Kontakten 5 versehenen
Fläche der Empfängerbereiche E1 und E2 ist eine Antireflexi
onsschicht 7 aufgebracht, so daß auch rückseitiger Lichtein
fall nicht störend ist.
Der gemeinsame n-Kontakt 4 von Sender- und Empfängerelement
wird durch eine AuGe-Bedampfung des n-GaAs-Substrates 1 aus
gebildet.
Durch einen weiteren Kontaktausbildungsprozeß ist es möglich,
ausgehend von einer Grundstruktur eine auf den jeweiligen An
wendungsfall zugeschnittene Festverdrahtung der Einzelele
mente, d. h. der Sender- und Empfängerabschnitte des Chips
durchzuführen. Dies kann z. B. mittels sogenannter "hängender
Kontakte" erfolgen.
Zur Realisierung des einzelnen Ansteuerns der Sender- und/oder
der Empfängerelemente kann jedoch eine einzelne p-
Kontaktierung mittels Drahtbonden auf einem Trägerstreifen
erfolgen.
In den Fig. 2a bis 2d sind mögliche Zeilenanordnungen darge
stellt. Die einfachste Konfiguration nach Fig. 2a besteht
darin, daß ein Empfänger- und ein Senderelement unmittelbar
benachbart nebeneinander liegend, ausgebildet sind.
Zum besseren Verständnis des Größenvergleiches sei erwähnt,
daß ein derartiger monolithischer Sender/Empfängerchip nicht
oder nur unwesentlich größer als der für eine herkömmliche
diskrete LED-Anordnung erforderliche Chip ist.
Eine Verbesserung der Strahlungshomogenität und eine Auflö
sungserhöhung ohne zusätzliche mechanische Bewegung zwischen
der Sensoranordnung und dem zu untersuchenden Objekt, ist
beispielsweise durch die Zeilenanordnungen nach Fig. 2b bis
2d möglich, wobei diese dadurch gekennzeichnet sind, daß ent
weder einem Senderelement benachbart Empfängerelemente ange
ordnet sind, oder, jeweils alternierend, Sender- und Empfän
gerelemente ausgebildet werden.
Die Fig. 3 offenbart die mögliche Anordnung von Sender- und
Empfängerelementen in einer Flächenmatrix. Durch die Auswahl
einer der dargestellten Konfigurationen ist es möglich, die
Sensoranordnung an die unterschiedlichsten zu erwartenden Ei
genschaften der zu untersuchenden biologischen und techni
schen Strukturen anzupassen. D.h., es können gleichzeitig
mehrere Meßstellen abgetastet werden.
Der alternierende Wechsel zwischen Sender- und Empfängerele
menten kann auch in vorgegebenen beliebigen Gruppen erfolgen.
D.h., es können z. B. mehrere Sender- und/oder Empfängerele
mente in Gruppen größer als 1 zusammengefaßt werden, wobei
sich diese Gruppen zyklisch abwechseln. Dies ist in den Fig.
3b-3d prinzipiell dargestellt.
Mittels der gekreuzten Zeilenanordnung nach Fig. 4 kann bei
relativ geringem Aufwand bzw. Anforderungen an die Auswerte
elektronik ein größerer Bereich mikro-diagnostiziert werden.
Ein ähnlicher Vorteil entsteht, wenn eine monolithische An
ordnung von Sendern und Empfängern, wie in Fig. 5 offenbart,
gewählt wird. Allen vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist
gemeinsam, daß der Abstand der einzelnen Elemente untereinan
der durch die innewohnenden halbleitertechnologischen Vor
teile stets in vorgegebenen Maße gleich gewählt werden kann.
Ausgehend von den Strahlungseigenschaften der jeweiligen
strahlenden pn-Übergänge erfolgt eine homogene Ausleuchtung
der zu untersuchenden Struktur oder des zu untersuchenden Ob
jektes, die mit herkömmlichen diskreten Anordnungen nicht zu
erreichen ist.
Durch die Anordnung des pn-Überganges für das Senderelement
unterhalb des pn-Überganges für das Empfängerelement wird ein
ausreichender Schutz gegen optisches Übersprechen erreicht.
Durch den gemeinsamen n-Kontakt können die Außenanschlüsse
der komplexen monolithischen Sensoranordnung minimiert wer
den, wodurch die Aufwendungen für den Zyklus II, nämlich das
Verkappen des Bauelementes geringer werden und eine nachge
schaltete Auswerte-Elektronik einfacher aufgebaut werden
kann.
Claims (12)
1. Sensoranordnung, insbesondere zur Untersuchung von
biologischen und technischen Strukturen mittels in einer
Ebene angeordneten photoelektrischen Sendern und Empfängern
dadurch gekennzeichnet,
daß eine monolithische, galvanisch nicht entkoppelte opto
elektronische Sender/Empfängerstruktur in bzw. auf einem
Halbleiter-Substrat vorhanden ist.
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die monolithische Sender-/Empfängerstruktur aus halblei
tenden-pn-Übergängen gebildet ist, welche Strahlungsquanten
aussenden oder empfangen können.
3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche der monolithisch ausgebildeten pn-Über
gänge der Senderelemente unterhalb derer der Empfängerele
mente liegen.
4. Sensoranordnung nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die monolithische Sender-/Empfängerstruktur aus einer al
ternierenden Folge von lichtaussendenden und -empfangenden
halbleitenden-pn-Übergängen besteht.
5. Sensoranordnung nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die monolithische Sender- und Empfängerstruktur zur Bil
dung einer Matrix in X- und Y-Richtung aus einer alternieren
den Folge von lichtaussendenden und -empfangenden halbleiten
den-pn-Übergängen besteht.
6. Sensoranordnung nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die monolithische Sender-/Empfängerstruktur aus einer al
ternierenden Folge von lichtaussendenden und -empfangenden
halbleitenden-pn-Übergängen besteht, die in regelmäßigem Ab
stand auf konzentrischen Kreisen angeordnet sind.
7. Sensoranordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die monolithische Sensor-/Empfängerstruktur aus einem
Verbindungshalbleiter besteht.
8. Sensoranordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Verbindungshalbleiter ein Halbleiter aus der AIII BV-
Gruppe ausgewählt ist.
9. Verfahren zur Herstellung einer Sensoranordnung nach An
spruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf einem AIII BV-n-Substrat (1) zunächst eine relativ breitlückige n-Schicht für den Sender (11, 12), eine relativ schmallückige n-Schicht für den Empfänger (13) und eine vor teilhafterweise höchstens 1,5 µm dicke p-Schicht für den Emp fänger (14) unmittelbar nacheinander abgeschieden werden, so daß die Sender- (S) und Empfängerelemente (E1, E2) einen ge meinsamen n-Kontakt (4) besitzen,
daß der Sender-pn-Übergang nach dem Freiätzen der darüberlie genden Empfängerschichten lokal gebildet wird und die p-Kon takte (5) der Sender- und Empfängerelemente (S, E1, E2) ge trennt ausgebildet sind.
daß auf einem AIII BV-n-Substrat (1) zunächst eine relativ breitlückige n-Schicht für den Sender (11, 12), eine relativ schmallückige n-Schicht für den Empfänger (13) und eine vor teilhafterweise höchstens 1,5 µm dicke p-Schicht für den Emp fänger (14) unmittelbar nacheinander abgeschieden werden, so daß die Sender- (S) und Empfängerelemente (E1, E2) einen ge meinsamen n-Kontakt (4) besitzen,
daß der Sender-pn-Übergang nach dem Freiätzen der darüberlie genden Empfängerschichten lokal gebildet wird und die p-Kon takte (5) der Sender- und Empfängerelemente (S, E1, E2) ge trennt ausgebildet sind.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Empfänger als Mesahügel ausgebildet ist und die pn-
Sendeoberfläche unterhalb der des Empfängers liegt und daß
durch Kontaktflächenausbildung der p-Kontakte seitlich im Be
reich des Fensters des Senders ein Schutz gegen optisches
Übersprechen gegeben ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strahlungssender und -empfänger in alternierender
Folge zeilen- oder matrixförmig ausgebildet sind.
12. Verfahren nach Anspruch 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand zwischen Strahlungssendern und -empfängern
zur Erzeugung eines homogenen optischen Feldes konstant ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4207431A DE4207431A1 (de) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | Sensoranordnung, insbesondere zur untersuchung von biologischen und technischen strukturen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4207431A DE4207431A1 (de) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | Sensoranordnung, insbesondere zur untersuchung von biologischen und technischen strukturen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4207431A1 true DE4207431A1 (de) | 1993-09-23 |
Family
ID=6453589
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4207431A Ceased DE4207431A1 (de) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | Sensoranordnung, insbesondere zur untersuchung von biologischen und technischen strukturen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4207431A1 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4417160A1 (de) * | 1994-05-03 | 1995-11-09 | Kaesermann Paulfinanz Ag | System zur Objekterfassung im Raum über einer Fläche |
WO1998008077A1 (de) * | 1996-08-16 | 1998-02-26 | Novartis Ag | Optische detektionsvorrichtung |
DE10130568A1 (de) * | 2001-06-27 | 2003-01-16 | Nanoparc Gmbh | Optoelektrisches Analysesystem für die Biotechnologie |
DE102011011187A1 (de) * | 2011-02-14 | 2012-08-16 | Sick Ag | Verfahren zum Betrieb eines Lichtgitters und Lichtgitter |
FR3099293A1 (fr) | 2019-07-26 | 2021-01-29 | Université D'aix Marseille | Dispositif monobloc de détection de particules à matériau semi-conducteur |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4879250A (en) * | 1988-09-29 | 1989-11-07 | The Boeing Company | Method of making a monolithic interleaved LED/PIN photodetector array |
-
1992
- 1992-03-09 DE DE4207431A patent/DE4207431A1/de not_active Ceased
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4879250A (en) * | 1988-09-29 | 1989-11-07 | The Boeing Company | Method of making a monolithic interleaved LED/PIN photodetector array |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4417160A1 (de) * | 1994-05-03 | 1995-11-09 | Kaesermann Paulfinanz Ag | System zur Objekterfassung im Raum über einer Fläche |
WO1998008077A1 (de) * | 1996-08-16 | 1998-02-26 | Novartis Ag | Optische detektionsvorrichtung |
US6469785B1 (en) | 1996-08-16 | 2002-10-22 | Zeptosens Ag | Optical detection device based on semi-conductor laser array |
DE10130568A1 (de) * | 2001-06-27 | 2003-01-16 | Nanoparc Gmbh | Optoelektrisches Analysesystem für die Biotechnologie |
DE10130568C2 (de) * | 2001-06-27 | 2003-09-18 | Nanoparc Gmbh | Optoelektrisches Analysesystem für die Biotechnologie |
DE102011011187A1 (de) * | 2011-02-14 | 2012-08-16 | Sick Ag | Verfahren zum Betrieb eines Lichtgitters und Lichtgitter |
FR3099293A1 (fr) | 2019-07-26 | 2021-01-29 | Université D'aix Marseille | Dispositif monobloc de détection de particules à matériau semi-conducteur |
WO2021019155A1 (fr) | 2019-07-26 | 2021-02-04 | Université D'aix Marseille | Dispositif monobloc de détection de particules à matériau semi-conducteur |
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