(57)【要約】【課題】エレクトロルミネセンスを生じさせるための少なくとも２つの半導体素子（２，３，４）が設けられており、互いに隣り合って配置された２つの半導体素子（２，３，４）のうち少なくとも一方の半導体素子（２，３，４）は、それぞれ他方の半導体素子（２，３，４）からエレクトロルミネセンスによって発生可能な電磁放射に対し透過性に構成されている、電磁放射を送出するための光学ユニット（１）を改善する。【解決手段】半導体素子（２，３，４）を互いに独立して制御可能であるように構成する。【選択図】図１
2015005518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射を送出するための光学ユニット（１）であって、
エレクトロルミネセンスを生じさせるための少なくとも２つの半導体素子（２，３，４）が設けられており、
互いに隣り合って配置された２つの半導体素子（２，３，４）のうち少なくとも一方の半導体素子（２，３，４）は、それぞれ他方の半導体素子（２，３，４）からエレクトロルミネセンスによって発生可能な電磁放射に対し透過性に構成されている、
光学ユニット（１）において、
前記半導体素子（２，３，４）は互いに独立して制御可能であることを特徴とする、
光学ユニット（１）。
【請求項２】
前記半導体素子（２，３，４）は、該半導体素子（２，３，４）からそれぞれエレクトロルミネセンスによって発生可能な電磁放射の発光波長に関して、互いに異なっており、
互いに隣り合って配置された２つの半導体素子（２，３，４）のうち、それぞれ他方の半導体素子（２，３，４）の発光波長よりも発光波長が短い電磁放射を送出する半導体素子（２，３，４）は、前記他方の半導体素子（２，３，４）の電磁放射に対し透過性に構成されている、
請求項１記載の光学ユニット（１）。
【請求項３】
配置面（６）を備えた少なくとも１つの基板本体（５）が設けられており、前記配置面（６）の上に前記半導体素子（２，３，４）が配置されており、
該半導体素子（２，３，４）は、前記配置面（６）の面法線（７）を基準にして互いに順番に配置されている、
請求項１または２記載の光学ユニット（１）。
【請求項４】
前記基板本体（５）は、前記半導体素子（２，３，４）から発せられた電磁放射に対し透過性に構成されており、
前記半導体素子（２，３，４）から発せられた電磁放射は、前記基板本体（５）を介して前記光学ユニット（１）から出射し、
発光波長が最も短い電磁放射を発生する半導体素子（２，３，４）が、前記基板本体（５）の最も近くに配置されている、
請求項３記載の光学ユニット（１）。
【請求項５】
発光波長が最も長い電磁放射を発生する半導体素子（２，３，４）が、前記基板本体（５）の最も近くに配置されており、
前記半導体素子（２，３，４）から発せられた電磁放射は、発光波長が最も短い電磁放射を発生する半導体素子（２，３，４）を介して、または該半導体素子（２，３，４）に配置された少なくとも１つの層を介して、前記光学ユニット（１）から出射し、
前記半導体素子（２，３，４）に配置された少なくとも１つの層は、該半導体素子（２，３，４）において前記基板本体（５）とは反対側の面に配置されており、該少なくとも１つの層は、前記半導体素子（２，３，４）から発せられた電磁放射に対し、少なくとも部分的に透過性に構成されている、
請求項３記載の光学ユニット（１）。
【請求項６】
互いに隣り合って配置された２つの半導体素子（２，３，４）の間に、少なくとも１つの補償層（８）が配置されており、
前記補償層（８）は、該補償層（８）に隣接する２つの半導体素子（２，３，４）のうち少なくとも一方の半導体素子からの電磁放射に対し透過性に構成されている、
請求項１から５のいずれか１項記載の光学ユニット（１）。
【請求項７】
少なくとも１つの光学ユニット（１）と少なくとも１つの光学レンズ（１０）を含む、電磁放射を送出する光学装置（９）において、
前記光学ユニット（１）は、請求項１から６のいずれか１項に従って構成されており、
前記光学ユニット（１）から送出される電磁放射は前記光学レンズ（１０）を通過することを特徴とする、
光学装置（９）。
【請求項８】
少なくとも１つの光ファイバ（１１）が設けられており、
前記光学ユニット（１）から送出された電磁放射は、前記光学レンズ（１０）を介して前記光ファイバ（１１）に入射可能である、
請求項７記載の光学装置（９）。
【請求項９】
電磁放射を送出可能な少なくとも１つの光学ユニット（１）と、該光学ユニット（１）から送出された電磁放射を検出可能な少なくとも１つの光検出装置（１４）とを備えた光学システム（１２）において、
前記光学ユニット（１）は、請求項１から６のいずれか１項に従って構成されていることを特徴とする、
光学システム（１２）。
【請求項１０】
前記光学ユニット（１）を制御する電子制御装置（１６）が設けられており、
前記光学ユニット（１）の半導体素子（２，３，４）は、前記電子制御装置（１６）によって互いに独立して制御可能である、
請求項９記載の光学システム（１２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁放射を送出するための光学ユニットに関する。この場合、エレクトロルミネセンスを生じさせるための少なくとも２つの半導体素子が設けられており、互いに隣り合って配置された２つの半導体素子のうち少なくとも一方の半導体素子は、それぞれ他方の半導体素子からエレクトロルミネセンスによって発生可能な電磁放射に対し透過性に構成されている。さらに本発明は、少なくとも１つの光学ユニットと少なくとも１つの光学レンズを含む電磁放射を送出する光学装置、ならびに電磁放射を送出可能な少なくとも１つの光学ユニットと、該光学ユニットから送出された電磁放射を検出可能な少なくとも１つの光検出装置とを備えた光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学ユニットは、多種多様な目的で電磁放射を送出するために用いられる。光学ユニットは、たとえば光学センサの分野において利用することができる。
【０００３】
DE 101 12 542 A1によって知られている放射送出光学ユニットには、エレクトロルミネセンスを生じさせるための活性層と、フォトルミネセンスを生じさせるための不活性層とが含まれている。
【０００４】
さらにDE 10 2006 010 727 A1から、エレクトロルミネセンスを生じさせるための少なくとも２つの活性領域を備えた半導体素子が知られている。この場合、それらの活性領域は互いに導電接続されていて、それらは同じ波長の放射を発生させるように構成されている。
【０００５】
このように構成された光学ユニットは著しくコンパクトに形成されており、このことは電子的に駆動されるユニットの小型化が望まれる中で有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】DE 101 12 542 A1
【特許文献２】DE 10 2006 010 727 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が基礎とする課題は、冒頭で述べた形式の光学ユニット、光学装置ならびに光学システムを改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によればこの課題は、冒頭で述べた光学ユニットにおいて、半導体素子は互いに独立して制御可能であることにより解決される。さらに上記の課題は、請求項７記載の特徴を備えた光学装置、ならびに請求項９記載の特徴を備えた光学システムによって解決される。
【０００９】
殊に、半導体素子が互いに導電接続されていないことから、それらの半導体素子を互いに独立して制御可能である。このことによって、本発明による光学ユニットから送出可能な電磁放射の強度と種類を、所期のようにきわめて精確に制御可能である、という利点が得られる。
【００１０】
個々の半導体素子から発せられた電磁放射は、光学ユニットから出射され、有利には光学ユニットの同じ個所から出射される。このため複数の電磁放射が同時に送出されると、それらの電磁放射は重畳される。
【００１１】
光学ユニットは技術的な要求に応じて、エレクトロルミネセンスを生じさせるように形成された３つの半導体素子あるいはそれよりも多くの半導体素子を含むことができる。
【００１２】
本発明の１つの有利な実施形態によれば、各半導体素子は、それらの半導体素子からエレクトロルミネセンスによってそれぞれ発生可能な電磁放射の発光波長に関して、互いに異なっており、互いに隣り合って配置された２つの半導体素子のうち、それぞれ他方の半導体素子の発光波長よりも発光波長が短い電磁放射を送出する半導体素子は、他方の半導体素子の電磁放射に対し透過性に構成されている。このように構成することで、たとえば個々の半導体素子をパルス駆動することによって、それぞれ異なる発光波長を交互に切り替えることができる。
【００１３】
さらに別の有利な実施形態によれば、配置面を備えた少なくとも１つの基板本体が設けられており、この配置面の上に半導体素子が配置されており、それらの半導体素子は、配置面の面法線を基準にして互いに順番に配置されている。このように構成することで、基板本体の配置面の面法線に対し平行に配向されたビーム経路を規定することができる。このようにすれば、少なくとも１つの半導体素子から発せられた電磁放射を、少なくとも１つの別の半導体素子を通して案内することができる。
【００１４】
さらに別の有利な実施形態によれば、基板本体は、半導体素子から発せられた電磁放射に対し透過性に構成されており、半導体素子から発せられた電磁放射は、基板本体を介して光学ユニットから出射し、発光波長が最も短い電磁放射を発生する半導体素子が、基板本体の最も近くに配置されている。この種の発光ユニットを基板放射器とも称する。
【００１５】
基板本体が透過性に構成されていれば、２つまたはそれよりも多くの光学ユニットを構造的に互いに組み合わせることもでき、この組み合わせによって、１つの光学ユニットから送出された電磁放射が、少なくとも１つの別の光学ユニットを通過し、この別の光学ユニットから、このユニットが送出した電磁放射とともに送出されるようにする。
【００１６】
さらに以下のように構成するのも有利である。すなわち、発光波長が最も長い電磁放射を発生する半導体素子が、基板本体の最も近くに配置されており、半導体素子から発せられた電磁放射は、発光波長が最も短い電磁放射を発生する半導体素子を介して、またはこの半導体素子に配置された少なくとも１つの層を介して、光学ユニットから出射し、半導体素子に配置された少なくとも１つの層は、その半導体素子において基板本体とは反対側の面に配置されており、この少なくとも１つの層は、半導体素子から発せられた電磁放射に対し、少なくとも部分的に透過性に構成されている。上述の少なくとも１つの層を、保護層として形成することができる。この実施形態によれば、半導体素子から発せられた電磁放射に対し、基板本体を部分的にまたは完全に不透明に形成することができる。
【００１７】
さらに別の有利な実施形態によれば、互いに隣り合って配置された２つの半導体素子の間に、少なくとも１つの補償層が配置されており、この補償層は、これに隣接する２つの半導体素子のうち少なくとも一方の半導体素子の電磁放射に対し透過性に構成されている。補償層を配置することによって、たとえば個々の半導体素子間に生じる歪みを最小限に抑えることができる。このような歪みは、たとえば各半導体素子に使用される材料の格子定数が異なることで引き起こされる。個々の半導体素子から発せられる発光波長が互いに異なれば異なるほど、半導体素子間に補償層を配置するのがいっそう有利になる。
【００１８】
本発明はさらに、少なくとも１つの光学ユニットと少なくとも１つの光学レンズを含む、電磁放射を送出する光学装置に関する。この場合、光学ユニットは、種々の実施形態のいずれか１つに従って構成されており、またはそれらの実施形態の任意の組み合わせによって構成されており、光学ユニットから送出される電磁放射は光学レンズを通過する。この装置には、光学ユニットに関して挙げた上述の利点が伴う。光学レンズを、光学ユニットから発せられた電磁放射を収束させるように、あるいは拡散させるように構成することができる。
【００１９】
従来の光学装置では、電磁放射を発生する少なくとも２つの半導体素子が、個々のビーム経路に関して互いに並置され、各半導体素子から出るビーム経路は、別個の光学レンズを介して案内されていた。したがって従来は、少なくとも２つの光学レンズを設ける必要があった。これに対し本願発明による光学装置の場合には、エレクトロルミネセンスを生じさせるための半導体素子の個数とは無関係に、光学ユニットから送出される電磁放射を、ただ１つの光学レンズを介して望まれるやり方で制御することができる。このことに伴い、相応の光学装置を製造する際にユニットの節約とコストの節約が得られる。
【００２０】
１つの有利な実施形態によれば、この光学装置は少なくとも１つの光ファイバを有しており、光学ユニットから送出された電磁放射は、光学レンズを介して光ファイバに入射可能である。従来の光学装置では、電磁放射を発生する少なくとも２つの半導体素子は、個々のビーム経路に関して互いに並置され、各半導体素子から出るビーム経路は、別個の光学レンズと別個の光ファイバを介して案内されていた。したがって従来は、少なくとも２つの光ファイバを設ける必要があった。これに対し本願発明による光学装置の有利な実施形態によれば、エレクトロルミネセンスを生じさせるための半導体素子の個数とは無関係に、光学ユニットから送出される電磁放射を、ただ１つの光ファイバを介してさらに案内することができる。このことに伴い、相応の光学装置を製造する際にユニットの節約とコストの節約が得られる。
【００２１】
さらに従来、設けられた多数の光ファイバを、光ファイバカプラを介してただ１つの光ファイバと接続することが知られている。ただし一般に光ファイバカプラにおいては、そこに入射される電磁放射の一部が失われてしまう。本発明による光学装置によれば光ファイバカプラを省くことができるので、相応の損失は発生しない。
【００２２】
さらに本発明は、電磁放射を送出可能な少なくとも１つの光学ユニットと、この光学ユニットから送出された電磁放射を検出可能な少なくとも１つの光検出装置を備えた光学システムに関する。この場合、光学ユニットは、既述の実施形態のいずれか１つに従って構成されており、あるいはそれらの実施形態の任意の組み合わせに従って構成されている。これに付随して、光学ユニットに関して挙げた上述の利点が得られる。
【００２３】
この光学システムを、気体および／または流体の物質を検出するために用いることができる。たとえばこの光学システムを、排気ガスセンサとして利用することができる。さらにこの光学システムを、たとえば流体に含まれる物質を検出するために、医療技術、呼気ガス分析、火災検知、ラブオンチップ（lab-on-a-chip）の用途、換気装置、空調システム、たとえばスマートフォンやゲームコンソール等のコンシューマーエレクトロニクスに用いることができる。
【００２４】
有利にはこの光学システムは、光学ユニットを制御する電子制御装置を有しており、この場合、光学ユニットの半導体素子は、電子制御装置によって互いに独立して制御可能である。
【００２５】
次に、図面を参照しながら有利な実施形態に基づき本発明について例示する。なお、以下で説明する特徴は、それ自体単独で本発明の着想を成し得るものでもあるし、あるいはそれらの様々な組み合わせとして本発明の着想を成し得るものでもある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による光学ユニットの１つの実施例を示す図
【図２】本発明による光学ユニットの別の実施例を示す図
【図３】本発明による光学装置の１つの実施例を示す図
【図４】本発明による光学システムの１つの実施例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
第１の実施形態として図１には、電磁放射を送出するための光学ユニット１が示されている。光学ユニット１には、エレクトロルミネセンスを生じさせるための半導体素子２，３，４が含まれている。さらにこの光学ユニット１には、配置面６を備えた基板本体５も含まれており、この配置面６の上に半導体素子２，３，４が配置されている。半導体素子２，３，４は、配置面６の面法線７を基準に順番に並べられている。半導体素子２，３，４は、互いに無関係に制御可能である。
【００２８】
基板本体５は、半導体素子２，３，４から発せられた電磁放射に対し透過性であるように構成されており、この場合、半導体素子２，３，４から発せられた電磁放射は、基板本体５を介して光学ユニット１から出射される。
【００２９】
半導体素子２，３，４は、それらの半導体素子からエレクトロルミネセンスにより個々に発せられる電磁放射の発光波長に関して、互いに異なっている。半導体素子４は、最も短い発光波長の電磁放射を発生し、基板本体５の最も近くに配置されている。半導体素子３は、半導体素子４により発せられる発光波長よりも長い発光波長の電磁放射を発生する。半導体素子２は、半導体素子３により発せられる発光波長よりも長い発光波長の電磁放射を発生する。
【００３０】
半導体素子３は、半導体素子２からエレクトロルミネセンスによって発生可能な電磁放射に対し透過性であるように構成されている。さらに半導体素子４は、半導体素子２と半導体素子３からエレクトロルミネセンスによって発生可能な電磁放射に対し透過性であるように構成されている。
【００３１】
互いに隣り合って配置されている２つの半導体素子２と３もしくは半導体素子３と４との間に、それぞれ補償層８が配置されている。半導体素子２と３の間に配置された補償層８は、半導体素子２から発せられる電磁放射に対し透過性であるように構成されている。半導体素子３と４の間に配置された補償層８は、半導体素子２と３から発せられる電磁放射に対し透過性であるように構成されている。
【００３２】
図２には、本発明による光学ユニット１の別の実施例が示されている。図１に示した実施例とは異なり図２の基板本体５は、半導体素子２，３，４から発せられる電磁放射に対し非透過性であるように構成されている。しかも半導体素子２，３，４ならびにそれらの間に配置された補償層８は、図１とは逆の順序で配置されていて、最も長い発光波長の電磁放射を発生する半導体素子２が、基板本体５の最も近くに配置されている。半導体素子２，３，４から発せられる電磁放射は、最も短い発光波長の電磁放射を発生する半導体素子４のところに配置された層１８を介して、光学ユニット１から出射する。層１８は、半導体素子４において基板本体５とは反対側の面に配置されていて、半導体素子２，３，４から発せられる電磁放射に対し、少なくとも部分的に透過性であるように構成されている。
【００３３】
図３には、電磁放射を送出するための本発明による光学装置９の実施例が示されている。光学装置９は光学ユニット１を有しており、これは図２に示した光学ユニット１に従って構成されている。さらに光学装置９は、光学的な凸レンズ１０と光ファイバ１１も有している。光学装置９から送出される電磁放射は、光学レンズ１０を介して光ファイバ１１へ入射可能である。
【００３４】
図４には、本発明による光学システム１２の１つの実施が示されている。光学システム１２は光学ユニット１を有しており、これは図４では略示されているにすぎないが、電磁放射を送出可能であって、このことは矢印１３によって表されている。光学システム１２はさらに光検出装置１４を有しており、これによって光学ユニット１から送出された電磁放射を検出することができる。光学ユニット１から発せられた電磁放射はその経路上を、気体状または液体状の流体１５を通って光検出へ向かうように進む。光学ユニット１の発光スペクトルとオーバラップする吸収帯域をもつ物質が、流体１５中に存在していると、個々の電磁放射が吸収されることになり、このことを光検出装置１４によって捕捉することができる。さらに光学システム１２は、光学ユニット１を制御する電子制御装置１６を有しており、これによって光学ユニット１の半導体素子２，３，４を、互いに別個に独立して制御することができる。この目的で電子制御装置１６は、接続ライン１７を介して光学ユニット１と接続されている。
【符号の説明】
【００３５】
１  光学ユニット
２，３，４  半導体素子
５  基板本体
６  配置面
７  面法線
８  補償線
９  光学装置
１０  レンズ
１１  光ファイバ
１２  光学システム
１３  電磁放射
１４  光検出装置
１５  気体状または液体状の流体
１６  電子制御装置
１７  接続ライン
【図１】
2015005518.tif 000003
【図２】
2015005518.tif 000004
【図３】
2015005518.tif 000005
【図４】
2015005518.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月1日(2014.7.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射を送出するための光学ユニット（１）であって、
エレクトロルミネセンスを生じさせるための少なくとも２つの半導体素子（２，３，４）が設けられており、
互いに隣り合って配置された２つの半導体素子（２，３，４）のうち少なくとも一方の半導体素子（２，３，４）は、それぞれ他方の半導体素子（２，３，４）からエレクトロルミネセンスによって発生可能な電磁放射に対し透過性に構成されている、
光学ユニット（１）において、
前記半導体素子（２，３，４）は互いに独立して制御可能であることを特徴とする、
光学ユニット（１）。
【請求項２】
前記半導体素子（２，３，４）は、該半導体素子（２，３，４）からそれぞれエレクトロルミネセンスによって発生可能な電磁放射の発光波長に関して、互いに異なっており、
互いに隣り合って配置された２つの半導体素子（２，３，４）のうち、それぞれ他方の半導体素子（２，３，４）の発光波長よりも発光波長が短い電磁放射を送出する半導体素子（２，３，４）は、前記他方の半導体素子（２，３，４）の電磁放射に対し透過性に構成されている、
請求項１記載の光学ユニット（１）。
【請求項３】
配置面（６）を備えた少なくとも１つの基板本体（５）が設けられており、前記配置面（６）の上に前記半導体素子（２，３，４）が配置されており、
該半導体素子（２，３，４）は、前記配置面（６）の面法線（７）を基準にして互いに順番に配置されている、
請求項１または２記載の光学ユニット（１）。
【請求項４】
前記基板本体（５）は、前記半導体素子（２，３，４）から発せられた電磁放射に対し透過性に構成されており、
前記半導体素子（２，３，４）から発せられた電磁放射は、前記基板本体（５）を介して前記光学ユニット（１）から出射し、
前記少なくとも２つの半導体素子（２，３，４）のうち発光波長が最も短い電磁放射を発生する半導体素子（２，３，４）が、前記少なくとも２つの半導体素子（２，３，４）のうちでは前記基板本体（５）の最も近くに配置されている、
請求項３記載の光学ユニット（１）。
【請求項５】
前記少なくとも２つの半導体素子（２，３，４）のうち発光波長が最も長い電磁放射を発生する半導体素子（２，３，４）が、前記少なくとも２つの半導体素子（２，３，４）のうちでは前記基板本体（５）の最も近くに配置されており、
前記半導体素子（２，３，４）から発せられた電磁放射は、前記少なくとも２つの半導体素子（２，３，４）のうち発光波長が最も短い電磁放射を発生する半導体素子（２，３，４）を介して、または該半導体素子（２，３，４）に配置された少なくとも１つの層を介して、前記光学ユニット（１）から出射し、
前記半導体素子（２，３，４）に配置された少なくとも１つの層は、該半導体素子（２，３，４）において前記基板本体（５）とは反対側の面に配置されており、該少なくとも１つの層は、前記半導体素子（２，３，４）から発せられた電磁放射に対し、少なくとも部分的に透過性に構成されている、
請求項３記載の光学ユニット（１）。
【請求項６】
互いに隣り合って配置された２つの半導体素子（２，３，４）の間に、少なくとも１つの補償層（８）が配置されており、
前記補償層（８）は、該補償層（８）に隣接する２つの半導体素子（２，３，４）のうち少なくとも一方の半導体素子からの電磁放射に対し透過性に構成されている、
請求項１から５のいずれか１項記載の光学ユニット（１）。
【請求項７】
少なくとも１つの光学ユニット（１）と少なくとも１つの光学レンズ（１０）を含む、電磁放射を送出する光学装置（９）において、
前記光学ユニット（１）は、請求項１から６のいずれか１項に従って構成されており、
前記光学ユニット（１）から送出される電磁放射は前記光学レンズ（１０）を通過することを特徴とする、
光学装置（９）。
【請求項８】
少なくとも１つの光ファイバ（１１）が設けられており、
前記光学ユニット（１）から送出された電磁放射は、前記光学レンズ（１０）を介して前記光ファイバ（１１）に入射可能である、
請求項７記載の光学装置（９）。
【請求項９】
電磁放射を送出可能な少なくとも１つの光学ユニット（１）と、該光学ユニット（１）から送出された電磁放射を検出可能な少なくとも１つの光検出装置（１４）とを備えた光学システム（１２）において、
前記光学ユニット（１）は、請求項１から６のいずれか１項に従って構成されていることを特徴とする、
光学システム（１２）。
【請求項１０】
前記光学ユニット（１）を制御する電子制御装置（１６）が設けられており、
前記光学ユニット（１）の半導体素子（２，３，４）は、前記電子制御装置（１６）によって互いに独立して制御可能である、
請求項９記載の光学システム（１２）。