(57)【要約】  本発明は、センサ装置であって、キャリアであり、平面状のキャリア表面を有し、キャリア表面に複数の光検出器が配置されており、光検出器それぞれが、キャリア表面とは反対側の感光性センサ表面を有する、キャリアと、センサ表面上に電磁放射を光学的に結像させるための、センサ表面に向かい合っておりかつ光軸を有するレンズ系であって、したがってレンズ系がセンサ表面上に電磁放射を結像させることができる、レンズ系と、を備えており、レンズ系の光学的な結像誤差を低減する目的で、複数の光検出器が、少なくとも１つの光検出器を備えており、少なくとも１つの光検出器のセンサ表面が、複数の光検出器のうち、レンズ系の光軸を基準として少なくとも１つの光検出器よりも光軸の近くにキャリア表面に配置されている光検出器、のセンサ表面の特性とは異なる少なくとも１つの特性、を有する、センサ装置、に関する。さらに、本発明は、ライダーシステムと、自動車とに関する。【選択図】  図５
2018508998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ装置（５０１，１００１）であって、
−  キャリア（５０３）であって、
−  平面状のキャリア表面（５０７）を有し、
−  前記キャリア表面に多数の光検出器（５０５，７０１）が配置されており、
−  前記光検出器それぞれが、前記キャリア表面（５０７）から離れた側である感光性センサ領域（５０９）を備えている、
前記キャリア（５０３）と、
−  前記センサ領域（５０９）上に電磁放射を光学的に結像させるための、前記センサ領域（５０９）に向かい合って配置されておりかつ光軸（１０５）を備えているレンズ系（１０１）であって、したがって前記レンズ系（１０１）が前記センサ領域（５０９）上に電磁放射を結像させることができる、前記レンズ系（１０１）と、
を備えており、
−  前記レンズ系（１０１）の光学的な結像収差を低減する目的で、前記多数の光検出器（５０５，７０１）が、少なくとも１つの光検出器（５０５，７０１）を備えており、前記少なくとも１つの光検出器の前記センサ領域（５０９）が、前記多数の光検出器（５０５，７０１）のうち、前記レンズ系（１０１）の前記光軸（１０５）を基準として前記少なくとも１つの光検出器（５０５，７０１）よりも前記光軸（１０５）の近くに前記キャリア表面（５０７）に配置されている光検出器（５０５，７０１）、のセンサ領域（５０９）の特性（５１３，５１５，５１７，１００３，１００５）とは異なる少なくとも１つの特性（５１３，５１５，５１７，１００３，１００５）、を備えている、
センサ装置（５０１，１００１）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの光検出器（５０５，７０１）が、前記光軸（１０５）のより近くに前記キャリア表面（５０７）に配置されている前記光検出器（５０５，７０１）よりも高い位置にあるセンサ領域（５０９）を備えているように、前記少なくとも１つの特性（５１３，５１５，５１７，１００３，１００５）が、前記キャリア表面（５０７）を基準とする前記センサ領域（５０９）の高さ（５１３，５１５，５１７）を備えている、請求項１に記載のセンサ装置（５０１，１００１）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの光検出器（５０５，７０１）の、前記キャリア表面（５０７）に垂直な長さ（７１９，８０５）が、前記光軸（１０５）のより近くに前記キャリア表面（５０７）に配置されている前記光検出器（５０５，７０１）の、前記キャリア表面（５０７）に垂直な長さ（７１９，８０５）、より大きい、請求項２に記載のセンサ装置（５０１，１００１）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの光検出器（５０５，７０１）の前記より大きい長さ（７１９，８０５）が、前記光軸（１０５）のより近くに前記キャリア表面（５０７）に配置されている前記光検出器（５０５，７０１）の層の厚さと比較しての、半導体層の少なくとも１層の異なる層厚によって、少なくとも部分的に形成されているように、前記光検出器（５０５，７０１）が、さまざまな前記半導体層を備えた半導体部品として形成されている、請求項３に記載のセンサ装置（５０１，１００１）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの光検出器（５０５，７０１）が、前記キャリア表面（５０７）に配置されているスペーサ（８０１，９０１）の上に配置されている、請求項２から請求項４のいずれかに記載のセンサ装置（５０１，１００１）。
【請求項６】
前記スペーサ（８０１，９０１）が、前記少なくとも１つの光検出器（５０５，７０１）の電気的接触のための１つまたは複数のビアを備えている、請求項５に記載のセンサ装置（５０１，１００１）。
【請求項７】
前記スペーサ（８０１，９０１）が、その表面に、前記少なくとも１つの光検出器（５０５，７０１）の電気的接触のためのメタライズ層（９０３）を備えている、請求項５または請求項６に記載のセンサ装置（５０１，１００１）。
【請求項８】
前記メタライズ層（９０３）が、前記キャリア表面（５０７）から離れた側である前記スペーサ（８０１，９０１）の表面（９０５）から、前記キャリア表面（５０７）に面している前記スペーサ（８０１，９０１）の表面（９０７）まで延在するように形成されており、前記スペーサの前記表面（５０７）に前記少なくとも１つの光検出器（５０５，７０１）が配置されている、請求項７に記載のセンサ装置（５０１，１００１）。
【請求項９】
前記少なくとも１つの光検出器（５０５，７０１）が、前記光軸（１０５）のより近くに前記キャリア表面（５０７）に配置されている前記光検出器（５０５，７０１）よりも大きいセンサ領域（５０９）を有するように、前記少なくとも１つの特性（５１３，５１５，５１７，１００３，１００５）が、前記センサ領域（５０９）のサイズを備えている、請求項１から請求項８のいずれかに記載のセンサ装置（５０１，１００１）。
【請求項１０】
電磁放射を放出するレーザ（１００３）と、請求項１から請求項９のいずれかに記載のセンサ装置（５０１，１００１）と、を備えているライダーシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のライダーシステム（１１０１）を備えている自動車（１２０１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ装置に関する。さらに、本発明は、ライダーシステムおよび自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
単純な集光レンズは、光線のビームをフォトダイオードアレイ上に結像させることができる。集光レンズの光軸に対して大きい角度で集光レンズに入射するビームは、光軸から大きい距離において、像面におけるフォトダイオードアレイに入射する。像面において光軸からの距離が大きいほど、結像収差（像面湾曲）（imaging aberration (field curvature)）が大きくなる。この場合、ビームは像面においてもはや一点に収束せず、楕円スポットとして結像する。
【０００３】
したがって一般には、比較的大きいフォトダイオードアレイの場合、光軸から遠く離れたフォトダイオード上では、収束した結像を得ることは不可能である。このことは、縁部領域における分解能の低下につながり、なぜなら特定の角度の範囲が２つのフォトダイオード上に結像するためである。
【０００４】
結像収差は、一般的には、複雑な光学系（例えば複数のレンズ素子による対物レンズ）によって補償することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の基礎をなす目的は、レンズ系（lens arrangement）の光学的な結像収差を低減することのできる効率的なコンセプトを提供することと考えることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、独立請求項のそれぞれの主題によって達成される。本発明の有利な構造は、それぞれ従属請求項の主題である。
【０００７】
一態様によると、センサ装置であって、
−  キャリアであって、
−  平面状のキャリア表面を有し、
−  キャリア表面に多数の光検出器が配置されており、
−  光検出器それぞれが、キャリア表面から離れた側である感光性センサ領域を備えている、
キャリアと、
−  センサ領域上に電磁放射を光学的に結像させるための、センサ領域に向かい合って配置されておりかつ光軸を備えているレンズ系であって、したがってレンズ系がセンサ領域上に電磁放射を結像させることができる、レンズ系と、
を備えており、
−  レンズ系の光学的な結像収差を低減する目的で、多数の光検出器が、少なくとも１つの光検出器を備えており、少なくとも１つの光検出器のセンサ領域が、多数の光検出器のうち、レンズ系の光軸を基準として少なくとも１つの光検出器よりも光軸の近くにキャリア表面に配置されている光検出器、のセンサ領域の特性とは異なる少なくとも１つの特性、を備えている、
センサ装置、を提供する。
【０００８】
さらなる態様によると、電磁放射を放出するレーザと、センサ装置と、を備えているライダーシステム、を提供する。
【０００９】
別の態様によると、ライダーシステムを備えている自動車、を提供する。
【００１０】
本発明は、レンズ系の結像収差（例えば像面湾曲）が、特に、レンズ系の光軸からの距離に依存するという発見に基づく。すなわち結像収差は、一般には、レンズ系の光軸からの距離が増すにつれて大きくなる。本発明によると、光検出器のうちの少なくとも１つが、さらなる光検出器のセンサ領域の特性とは異なる特性を有するセンサ領域を有し、さらなる光検出器は、レンズ系の光軸を基準として、異なるセンサ領域を有する光検出器よりも光軸の近くにキャリア表面に配置されている。したがって、より遠く離れている光検出器のセンサ領域は、光軸の近くに配置されている光検出器のセンサ領域と比較して異なる特性を備えている。この異なる特性の結果として、光軸からの距離が増すにつれて結像収差が大きくなることを考慮に入れることが可能であり、これは有利である。したがってこの結果として、レンズ系の光学的な結像収差を低減することができ、これは有利である。これは、特に、センサ領域の特性を適切に適合させることによって達成することができる。
【００１１】
したがって、本発明によると、光検出器のセンサ領域は、光軸からより遠く離れて配置されているさらなる光検出器のセンサ領域とは異なる。
【００１２】
表現「少なくとも１つの」は、特に、表現「１つまたは複数の」を含む。
【００１３】
一実施形態によると、キャリアは、プリント回路基板（回路基板と称することもできる）として形成されている。一般には、ドイツ語の用語「Ｌｅｉｔｅｒｐｌａｔｔｅ」は、英語ではプリント回路基板と称される。キャリアとしてプリント回路基板を設けることによって、光検出器の効率的な電気的接触をもたらすことが可能であり、これは有利である。
【００１４】
レンズ系の光軸は、特に、レンズ系の対称軸に一致する直線を表す。レンズ系が複数のレンズを備えている場合、レンズ系の光軸は、個々のレンズの光軸によって形成される線を表す。
【００１５】
一実施形態によると、レンズ系は、単一のレンズを備えている。
【００１６】
さらなる実施形態によると、レンズ系は、複数のレンズを備えている。
【００１７】
一例として、本発明の意味におけるレンズは、集光レンズである。
【００１８】
一実施形態によると、光検出器は、光検出器の次の群、すなわち、フォトセル、光電子増倍管、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ、フォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、ＰＳＤ（位置検出デバイス）フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトレジスタ、から選択される素子である。したがって、特に、光検出器は例えばフォトダイオードである。
【００１９】
したがって、本発明の意味における光検出器は、特に、光電効果を利用して光を電気信号に変換する、および／または、捕捉した電磁放射によって決まる電気抵抗を示す、電子部品である。
【００２０】
本発明の意味における語「光」は、特に、「赤外線」および「紫外線」を含む。すなわち電磁放射は、特に、例えば３００ナノメートル〜１２００ナノメートルの波長範囲内にある。特に、上記の波長範囲の部分範囲が提供される。一例として、光検出器は、紫外線または赤外線を捕捉するように構成されている。特に、本センサ装置をライダーシステムにおいて使用するときには、例えば、光検出器は、８５０ｎｍ〜１０００ｎｍ、および／または、１５２０ｎｍ〜１５７０ｎｍの波長範囲内の電磁放射を測定または捕捉することができる。
【００２１】
一実施形態によると、少なくとも１つの光検出器が、光軸のより近くにキャリア表面に配置されている光検出器よりも高い位置にあるセンサ領域を備えているように、キャリア表面を基準とするセンサ領域の高さを含む少なくとも１つの特性が規定される。
【００２２】
これによってもたらされる技術的な利点として、特に、像面湾曲に関連する結像収差を低減する、または補償する、または修正することができる。この理由は、説明の導入部で説明したように、像面湾曲は、像面において光軸からの距離が増すにつれて大きくなるためである。しかしながら、本発明によると、光軸からの距離が大きくなるにつれてセンサ領域の高さが増す結果として、この結像収差が効率的に低減する、さらには修正される。この場合、レンズ系によってビームが収束する点は、理想的には、湾曲した像面に位置する、または、少なくとも１つの光検出器のセンサ領域の高さが、光軸のより近くにキャリア表面に配置されている光検出器のセンサ領域の高さと同じである場合よりも、少なくとも像面の近くに位置する。後者の場合、ビームは楕円スポットとして結像する。しかしながら、少なくとも１つの光検出器のセンサ領域が高い位置にある、または高さがより大きいため、この状況が低減する、さらには回避される。
【００２３】
さらなる実施形態によると、少なくとも１つの光検出器の、キャリア表面に垂直な長さが、光軸のより近くにキャリア表面に配置されている光検出器の、キャリア表面に垂直な長さ、より大きい。
【００２４】
これによってもたらされる技術的な利点として、特に、少なくとも１つの光検出器のセンサ領域のより大きい高さを、効率的にもたらすことができる。したがってこれにより、特に、すでに光検出器を製造する時点で、光検出器を相応に、より長い形状とすることが容易になり、これは有利である。
【００２５】
この場合、長さとは、特に、光検出器の、キャリア表面に垂直な範囲を表す。特に、長さは、光検出器の高さまたは厚さを表すことができる。
【００２６】
さらなる実施形態によると、少なくとも１つの光検出器のより大きい長さが、光軸のより近くにキャリア表面に配置されている光検出器の層の厚さと比較しての、半導体層の少なくとも１層の異なる層厚によって、少なくとも部分的に形成されているように、光検出器が、さまざまな半導体層を備えた半導体部品として形成されている。
【００２７】
これによってもたらされる技術的な利点として、特に、半導体部品の製造時における修正されたプロセスパラメータによって、効率的な方法で、少なくとも１つの光検出器を、より長い形状とする、またはより高い形状とすることができる。
【００２８】
本発明の意味における半導体部品は、特に、基板層としての半導体層を備えている。一例として、一実施形態によると、異なる特性を備えているセンサ領域を有する少なくとも１つの光検出器の基板層は、光軸のより近くにキャリア表面に配置されている光検出器の基板層と比較して、より厚い形状を有する。したがって特に、光検出器は、その基板層の厚さに関して異なるのみである。それ以外の半導体層は、特に、同じ形状を有する（すなわち具体的には同じ層厚を有する）。
【００２９】
一実施形態によると、少なくとも１つの光検出器のより大きい長さは、半導体層の少なくとも１層の異なる層厚のみによって、形成されている。すなわち、この実施形態によると、少なくとも１つの光検出器のセンサ領域のより大きい高さは、基板層の異なる厚さのみによってもたらされている。
【００３０】
さらなる実施形態によると、少なくとも１つの光検出器は、キャリア表面に配置されているスペーサの上に配置されている。
【００３１】
これによってもたらされる技術的な利点として、特に、少なくとも１つの光検出器のセンサ領域のより大きい高さを、効率的な方法でもたらすことができる。したがって特に、これにより、同じ光検出器の使用が容易になり、これは有利であり、なぜなら一実施形態によると、より大きい高さはスペーサのみによってもたらされるためである。さらには、スペーサを適切に選択することによって、センサ領域の特定の高さに柔軟に適合させることが容易になり、これは有利である。
【００３２】
したがって、少なくとも１つの光検出器が、キャリア表面に配置されているスペーサの上に配置されていることは、特に、少なくとも１つの光検出器がキャリア表面に間接的に（すなわちスペーサを用いて）配置されていることを意味する。したがって、この実施形態は、スペーサのない実施形態（少なくとも１つの光検出器がキャリア表面に直接配置されている）とは区別される。
【００３３】
一実施形態によると、スペーサは、サブマウントである。サブマウントは、特に、キャリア機能を備えており、すなわちサブマウントをキャリアと称することができる。したがって、後者のキャリアを、上で言及したキャリアと明確に区別する目的で、サブマウントをサブキャリアと称することができる。
【００３４】
一実施形態によると、スペーサは、回路基板として、またはプリント回路基板として形成されている。
【００３５】
一実施形態によると、スペーサは、セラミック基板である。
【００３６】
セラミック基板の代わりとして、一実施形態によると、スペーサを、電気めっきによってメタライズされたプラスチックから形成することができる（いわゆるＭＩＤ技術であり、略語ＭＩＤは、「molded interconnect devices（成形回路部品）」、すなわち射出成形された回路キャリアを表す）。すなわちスペーサは、例えばＭＩＤ部品として形成されている。
【００３７】
さらなる実施形態によると、スペーサは、少なくとも１つの光検出器の電気的接触のための１つまたは複数のビアを備えている。
【００３８】
これによってもたらされる技術的な利点として、特に、少なくとも１つの光検出器の効率的な電気的接触が促進される。本発明の意味における貫通接続は、特にビアと称することができる。
【００３９】
すなわち特に、１つまたは複数のビアはスペーサを貫通しており、したがってこれらのビアを用いて、少なくとも１つの光検出器に電気的に接触することができる。
【００４０】
さらなる実施形態によると、スペーサは、その表面に、少なくとも１つの光検出器の電気的接触のためのメタライズ層を備えている。
【００４１】
これによってもたらされる技術的な利点として、特に、少なくとも１つの光検出器の効率的な電気的接触が促進される。スペーサの上にメタライズ層を形成するステップは、一般には、技術的手段によって容易に実施することのできるプロセスであり、したがって対応するセンサ装置を容易に製造することができる。
【００４２】
別の実施形態によると、メタライズ層は、キャリア表面から離れた側であるスペーサの表面（少なくとも１つの光検出器がスペーサのこの表面に配置されている）から、キャリア表面に面しているスペーサの表面まで延在するように、形成されている。
【００４３】
これによってもたらされる技術的な利点として、特に、少なくとも１つの光検出器の効率的な電気的接触を形成することができる。したがってメタライズ層は、少なくとも、キャリア表面から離れた側であるスペーサの表面から、キャリア表面に面しているスペーサの表面まで、延在している。
【００４４】
一実施形態によると、少なくとも１つの光検出器は、キャリア表面から離れた側であるスペーサの表面、に配置されている。一実施形態によると、スペーサは、キャリア表面に面している表面によって、キャリア表面に配置されている。
【００４５】
さらなる実施形態によると、少なくとも１つの光検出器が、光軸のより近くにキャリア表面に配置されている光検出器よりも大きいセンサ領域を有するように、センサ領域のサイズを備える少なくとも１つの特性が規定される。
【００４６】
これによってもたらされる技術的な利点として、特に、光軸を基準として離れて結像する場合に、特定の角度の範囲が２つの光検出器上に結像することを防止することが可能である。この理由として、結像収差（像面湾曲）に起因して形成される楕円スポットが、センサ領域が大きいためそのより大きいセンサ領域のみに結像し、２つの光検出器の２つのより小さいセンサ領域に同時には結像しないためである。これによっても、光学的な結像収差を効率的に低減する、さらには補償する、または修正することができる。
【００４７】
一実施形態によると、レーザはパルスレーザである。すなわち、パルスレーザがレーザパルスを放出する。これにより、距離の効率的な光学的測定が容易になり、これは有利である。
【００４８】
ライダーシステムは、距離の光学的測定に有利に使用することができる。この場合、レーザが電磁放射（例えばレーザパルス）を放出し、この電磁放射が、ライダーシステムの周囲に位置する対象物によって反射される。反射された電磁放射は、一部がセンサ装置によって（より正確には光検出器によって）捕捉または測定され、したがってＴＯＦ（飛行時間：time-of-flight）方式の測定が容易になる。
【００４９】
キャリアおよび多数の光検出器を備えている装置は、例えば、光検出器アレイと称することができる。光検出器がフォトダイオードである場合、この装置は、特に、フォトダイオードアレイと称することができる。
【００５０】
すなわち、本センサ装置は、光検出器アレイ、特に、フォトダイオードアレイを備えている。
【００５１】
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、以下に図面を参照しながらさらに詳しく説明する例示的な実施形態に関連して、さらに明らかとなり、さらに容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】レンズ系を示している。
【図２】図１のレンズ系の一部の部分拡大図を示している。
【図３】フォトダイオードアレイを示している。
【図４】図３によるフォトダイオードアレイの一部の部分拡大図を示している。
【図５】センサ装置を示している。
【図６】図５によるセンサ装置の一部の部分拡大図を示している。
【図７】光検出器を示している。
【図８】スペーサの上の図７の光検出器を示している。
【図９】さらなるスペーサの上の図７の光検出器を示している。
【図１０】センサ装置を示している。
【図１１】ライダーシステムを示している。
【図１２】自動車を示している。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下では、同じ要素には同じ参照符号を使用していることがある。
【００５４】
図１は、レンズ系１０１を示している。
【００５５】
レンズ系１０１は、集光レンズ１０３（ここでは両方向矢印によってシンボリックに表してある）を備えている。集光レンズ１０３およびしたがってレンズ系１０１の光軸は、参照符号１０５によって表してある。
【００５６】
参照符号１０７は、光軸１０５に平行に延びる光線を指している。これらの光線１０７は、それ故、光軸１０５に平行に延びるビームを形成する。集光レンズ１０３は、個々の光線１０７を屈折させ、それらを点１１１に収束させる。集光レンズ１０３によって屈折した光線を、収束光線と称し、参照符号１０９によって表してある。すなわち、光軸に平行に延びるビーム（すなわち光線１０７）は、一点（この場合には点１１１）に収束する。
【００５７】
さらに、光軸１０５に平行には延びていない光線１１３を描いてある。これらの光線１１３も、同様に集光レンズ１０３によって屈折する。光軸に平行に延びる光線１０７と同様に、この場合に屈折した光線を収束光線とも称し、参照符号１１５を付してある。すなわち、平行ではない光線１１３は、集光レンズ１０３によって点１１７に収束する。
【００５８】
点１１１，１１７（すなわち一般的には個々のビームが集光レンズ１０３によって収束する点）は、集光レンズ１０３の結像収差（像面湾曲）に起因して、共通の平面内に位置せず、湾曲した領域（この場合にはシンボリックに参照符号１１８を付してある）内に位置する。湾曲した領域１１８は、湾曲した像面である。
【００５９】
直平面１１９（光軸１０９に垂直に延在し、かつ点１１１を通る）上では、像面湾曲のため、個々のビームを広がったスポット１２１として示してある。
【００６０】
大きな角度で集光レンズ１０３に入射するビーム（例えば光線１１３）は、湾曲した領域１１８（湾曲した像面）上に一点に（例えば点１１７に）収束する。しかしながら直平面１１９上では、このビーム（すなわち例えば光線１１３）は、広がったスポット１２１として描いてある。
【００６１】
参照符号１２３は、図１のうち、図２に拡大して示してある部分を指している。
【００６２】
このように、上述した結像収差は像面湾曲につながる。この結像収差が修正または補償されない、または少なくとも低減されない場合、以下に図３に関連してさらに詳しく説明する状況が起こりうる。
【００６３】
図３は、フォトダイオードアレイ３０１を示している。
【００６４】
フォトダイオードアレイ３０１は、平面状のプリント回路基板表面３０５を有するプリント回路基板３０３を備えている。プリント回路基板表面３０５に複数のフォトダイオード３０７が配置されている。フォトダイオード３０７それぞれは、プリント回路基板表面３０５から離れた側であるセンサ領域３１０を有する。参照符号３１１，３１３，３１５，３１７は、レンズ系（例えば図１の集光レンズ１０３）によって形成されるそれぞれのビームを指している。すなわち集光レンズ１０３は、ビーム３１１，３１３，３１５，３１７の対応する光線を収束させ、このときビーム３１１，３１３，３１５，３１７の個々の光線が収束する点は、上述した結像収差に起因して、光軸１０５からの距離に応じてセンサ領域３１０から大きくまたは小さく離れた位置にある。すなわち、光軸１０５からより大きい距離において延びるビームは、光軸１０５のより近くに位置するビームと比較して、センサ領域３１０上により低い精度で収束する。
【００６５】
明瞭さの理由で、ここでは光軸１０５のみを描いてあり、レンズ系１０１は描いていない。
【００６６】
参照符号３１１は、光軸１０５を基準として最も外側のフォトダイオード３０７へのビームを表している。参照符号３１３は、光軸１０５を基準として３番目に離れたフォトダイオード３０７へのビームを表している。参照符号３１５は、光軸１０５を基準として２番目に離れたフォトダイオード３０７へのビームを表している。参照符号３１７は、光軸１０５を基準として光軸１０５の最も近くに位置するフォトダイオード３０７へのビームを表している。
【００６７】
プリント回路基板表面３０５に光軸１０５のより近くに配置されているフォトダイオード３０７では、個々の光線びより良好な結像が容易になる。これらの光検出器を基準としてプリント回路基板表面３０５に光軸１０５からより離れた位置にあるフォトダイオード３０７では、個々のビームの光線の結像がより不良である。すなわち、光軸１０５からのフォトダイオード３０７の距離が大きいほど、結像収差（特に、この場合には像面湾曲）が大きい。
【００６８】
参照符号３１９は、フォトダイオードアレイ３０１のうち、図４に拡大して示してある部分を指している。図４による部分拡大図に示したように、ビーム３１１の光線は、センサ領域３１０上にもはや点として結像せず、拡大したスポットまたは広がったスポットとして結像する。
【００６９】
図５は、センサ装置５０１を示している。
【００７０】
センサ装置５０１は、例えば、プリント回路基板として形成することのできるキャリア５０３を備えている。このようなプリント回路基板は、ベースプリント回路基板（base printed circuit board）と称することもある。したがってキャリア５０３は、一般的にはベースキャリアと称することもある。
【００７１】
センサ装置５０１は、キャリア５０３の平面状のキャリア表面５０７に配置されている複数の光検出器５０５を備えている。光検出器５０５それぞれは、感光性センサ領域５０９を有する。これらの光検出器５０５は、それぞれの光検出器５０５の感光性センサ領域５０９がキャリア表面５０７から離れた側であるように、キャリア表面５０７に配置されている。
【００７２】
一例として、光検出器５０５はフォトダイオードである。
【００７３】
明瞭さの理由で、ここではレンズ系の光軸１０５のみを描いてあり、レンズ系自体は描いていない。レンズ系（図示していない）が電磁放射をセンサ領域上に結像することができるように、レンズ系はセンサ領域５０９に向かい合って位置している。したがって光検出器５０５は、キャリア５０３とレンズ系との間に位置している。
【００７４】
参照符号５１１は、センサ装置５０１のうち、図６に拡大して示してある部分を指している。
【００７５】
参照符号５１３は、最も外側の光検出器５０５の、キャリア表面５０７を基準とするセンサ領域５０９の高さを特徴付ける中括弧（ｂｒａｃｅ）を指している。同様に、参照符号５１５は、光軸１０５を基準として３番目に離れた光検出器５０５のセンサ領域５０９の高さを特徴付ける中括弧を指している。同様に、参照符号５１７は、光軸１０５を基準として２番目に離れた光検出器５０５の高さを特徴付ける中括弧を指している。
【００７６】
図５に示したように、高さ５１３，５１５，５１７は異なる。高さ５１３は高さ５１５より大きく、高さ５１５は高さ５１７より大きい。すなわち、光軸１０５を基準として光軸１０５からの光検出器５０５の距離が増すにつれて、対応する光検出器５０５のセンサ領域５０９の高さが大きくなる。センサ領域５０９の対応する高さは、結像収差に起因して発生する像面湾曲に合致することが好ましい。しかしながら、たとえ像面湾曲の理想的な輪郭が達成されない場合でも、個々の光検出器５０５のセンサ領域５０９は、異なる高さのため、レンズ系によってビーム３１１，３１３，３１５，３１７の個々の光線が収束する実際の点の近くに位置する。したがって、広がったスポットのサイズが最小になり、これによって最終的には結像収差の低減がもたらされる。
【００７７】
図６の部分拡大図は、この図を図４の部分拡大図と比較したとき、このことを明らかに示している。
【００７８】
したがって、これによって有利に促進されることとして、たとえ光軸１０５から大きな距離においても、光線の結像を、一点において生じさせる、または、修正されない場合と比較して少なくともサイズが縮小された広がったスポットにおいて生じさせることができる。
【００７９】
一例として、個々の光検出器５０５は、一般的に光検出器アレイにおけるピクセルを形成することができる。したがって一実施形態によると、一般的に、このような光検出器アレイにおける個々のピクセルが異なる高さを有し、これらの高さは光軸１０５からの距離に依存する。
【００８０】
これらの異なる高さを生じさせるためのいくつかのオプションが存在する。以下では、これらの異なる高さをもたらす例示的な実施形態について説明する。
【００８１】
図７は、半導体部品として形成されている光検出器７０１を示している。
【００８２】
参照符号７０３，７０５，７０７，７０９，７１１，７１３，７１５それぞれは、光検出器７０１を形成している半導体層を指している。参照符号７０３は、光検出器７０１の裏面コンタクト（詳細には示していない）を指している。
【００８３】
詳細には、参照符号７０５は、基板層（例えばｎ＋ドープすることができる）を指している。参照符号７０７は、ｎ＋ドープ半導体層を指している。参照符号７０９は、ｐ＋ドープ半導体層を指している。参照符号７１１は、ｎ＋ドープ半導体層を指している。参照符号７１３は、ＳｉＯ２半導体層を指している。参照符号７１５は、Ｓｉ３Ｎ４半導体層を指している。
【００８４】
参照符号７１７は、光検出器７０１（この場合にはフォトダイオードとして具体化されている）の電気的接触を目的とする電気コンタクト（例えばアルミニウムコンタクト）を指している。適切なドーピングを有する個々の半導体層を備えた半導体部品としてフォトダイオードを構築する方法自体は、当業者に公知であり、したがってこの文脈ではこれ以上詳しく説明しない。
【００８５】
一実施形態によると、フォトダイオード７０１の基板層７０５の層厚７１９（この図では両方向矢印によってシンボリックに示してある）を、変化させる。すなわち、基板層７０５の層厚７１９の変化によって、フォトダイオード７０１の異なる長さを得ることができ、ここで、長さは、キャリア表面５０７に垂直な方向におけるフォトダイオード７０１の範囲を表す。したがって、基板層の異なる厚さによってセンサ領域５０９の高さを変化させることができ、これは有利である。
【００８６】
したがって、基板層の厚さが上述したように変化するため、基板層７０５の異なる基板厚さ７１９を有する複数のフォトダイオード７０１を、有利な方法で製造することが可能になる。このようなフォトダイオード７０１は、センサ装置５０１の光検出器５０５として使用することができる。
【００８７】
基板層７０５の層厚７１９の変化は、すでにフォトダイオード７０１の半導体製造工程時に、効率的な方法で生じさせる、または実行することができ、これは有利である。すなわちフォトダイオード７０１には、その製造時にこれらの異なる層厚がすでに設けられる。
【００８８】
図８は、センサ領域５０９の異なる高さを得るためのさらなるオプションを示している。
【００８９】
この実施形態によると、光検出器７０１（例えばフォトダイオードとして形成することができる）は、スペーサ８０１の上に配置されており、このスペーサ８０１はキャリア表面５０７に配置されている。すなわち光検出器７０１は、キャリア表面５０７に間接的に（すなわちスペーサ８０１を用いて）配置されている。
【００９０】
一実施形態によると、スペーサ８０１は、サブマウントとして形成されている。特に、スペーサ８０１は、回路基板またはプリント回路基板として形成されている。
【００９１】
スペーサ８０１は２つのビア８０３を備えており、これらのビアを用いて光検出器７０１に電気的に接触することができる。
【００９２】
スペーサ８０１の高さは、参照符号８０５の両方向矢印を用いてシンボリックに表してある。この場合にスペーサ８０１の高さは、平面状のキャリア表面５０７を基準とする、垂直方向におけるスペーサ８０１の範囲、を表す。
【００９３】
したがって、異なる高さのスペーサ８０１を使用することにより、キャリア表面５０７を基準とするセンサ領域５０９の異なる高さを得ることが可能である。
【００９４】
すなわち、図８の例示的な実施形態によると、センサ表面５０９の高さの変化は、例えば、個々の光検出器７０１において、いわゆるサブマウントとしての個々の回路基板を使用することによって、一般的には異なる高さを有するスペーサを使用することによって、得ることができる。スペーサ８０１（特に、回路基板）は、フォトダイオード７０１の裏面（この場合にはスペーサ８０１に面している層７０３の面）とキャリア表面５０７との間の電気的接触を有利に確立するためのビア８０３を備えている。したがって例えば、このようなスペーサをセンサ装置５０１の光検出器５０５に使用することができる。センサ装置５０１は、特に、（図８と同様に）それぞれスペーサ８０１の上に配置されている複数のフォトダイオード７０１を備えていることができる。
【００９５】
図９は、図８の例示的な実施形態と実質的に類似して形成されている例示的な実施形態を示している。異なる点として、スペーサ８０１の代わりに異なるスペーサ９０１（メタライズ層９０３を備えている）が設けられている。このメタライズ層９０３は、光検出器７０１に面しているスペーサ９０１の表面９０５から、キャリア表面５０７に面しているスペーサ９０１の表面９０７まで延在している。したがって一般的には、メタライズ層９０３は、スペーサ９０１の上面（表面９０５）から下面（表面９０７）まで延在している。
【００９６】
スペーサ９０１の高さは、図８と同様に参照符号８０５によって表してある。
【００９７】
一例として、スペーサ９０１は、例えばメタライズ層９０３が設けられたセラミック基板である。セラミック基板の代わりとして、一実施形態によると、電気めっきによってメタライズされたプラスチックからスペーサ９０１を形成することができる（いわゆるＭＩＤ技術であり、略語ＭＩＤは、「molded interconnect devices（成形回路部品）」、すなわち射出成形された回路キャリアを表す）。すなわちスペーサ９０１は、例えばＭＩＤ部品として形成されている。メタライズ層９０３は、特に、光検出器７０１の裏面とキャリア表面５０７との間の電気的接触を確立することを可能にする。
【００９８】
したがって図８と同様に、異なる高さのスペーサ９０１を使用することによって、個々のセンサ領域５０９の高さを変化させることが可能である。したがって例えば、図８および／または図９による、スペーサ８０１，９０１を用いて形成されるセンサ領域５０９の異なる高さを備えたフォトダイオード７０１を、図５によるセンサ装置５０１の光検出器５０５として使用することが可能である。
【００９９】
図１０は、センサ装置１００１を示している。
【０１００】
センサ装置１００１は、図５におけるセンサ装置５０１に実質的に類似する構造を有する。異なる点として、センサ装置１００１の光検出器５０５のセンサ領域５０９すべてが同じ高さを有する。それにもかかわらず結像収差（像面湾曲）を低減または修正または補償できるようにする目的で、この実施形態によると、センサ領域５０９のサイズを、光軸１０５からの対応する光検出器５０５の距離に応じて変化させる。
【０１０１】
参照符号１００３は、光軸１０５を基準として最も外側の光検出器５０５のセンサ領域５０９のサイズを特徴付ける中括弧を、シンボリックに指している。同様に、参照符号１００５は、キャリア表面５０７に光軸１０５を基準として３番目に離れて配置されている光検出器５０５のセンサ領域５０９のサイズをシンボリックに特徴付ける中括弧を指している。
【０１０２】
図１０に明確に示したように、最も外側の光検出器５０５のセンサ領域５０９のサイズ１００３は、最も外側の光検出器５０５を基準として光軸１０５のより近くにキャリア表面５０７に配置されている光検出器５０５のセンサ領域５０９のサイズより大きい。
【０１０３】
すなわち特に、光軸１０５からの距離が増すにつれて、より大きい光検出器５０５（すなわちより大きいセンサ領域）が使用されている。これによって、光軸１０５に対する定義された角度の範囲（angle segment）が、光検出器５０５の１つのセンサ領域５０９上のみに結像するようにすることができ、これは有利である。
【０１０４】
図１１は、ライダーシステム１１０１を示している。
【０１０５】
ライダーシステム１１０１は、電磁放射（特に、レーザパルス）を放出するレーザ１１０３（特に、パルスレーザ）を備えている。ライダーシステム１１０１は、例えば上に図５〜図１０に関連して、明細書の発明の概要のセクションにおいてすでに説明したセンサ装置１１０５を備えている。
【０１０６】
このようなライダーシステム１１０１は、一例として、ライダーシステム１１０１の周囲における対象物までの距離を光学的に測定する目的に使用することができる。この場合、レーザ１１０３が電磁放射（特に、レーザパルス）を放出する。ライダーシステム１１０１の周囲に位置する対象物は、この電磁放射の少なくとも一部をセンサ装置１１０５の方向に反射して戻し、このセンサ装置は、反射して戻されたこの電磁放射を光検出器を用いて捕捉することができる。したがって、ＴＯＦ（飛行時間）方式の測定を有利に達成することが可能であり、この測定によって、対象物までの距離を求めることが可能である。
【０１０７】
図１２は、自動車１２０１を示している。
【０１０８】
自動車１２０１は、図１１のライダーシステム１１０１を備えている。
【０１０９】
要約すると、本発明は、レンズ系の結像収差を簡単な方法で（すなわち複雑かつ高価な光学系なしで）低減または補償することを可能にする効率的なコンセプトを提供する。一実施形態によると、像面をレンズ系（一般的には光学系と称することができる）の湾曲した像面に適合させる目的で、個々の光検出器（特に、個々のフォトダイオード）を、レンズ系の光軸からのそれぞれの距離に応じてより大きい高さを有するように具体化する。すなわち、特に、光軸からの光検出器の距離が増すにつれて、光検出器の高さが大きくなる。
【０１１０】
一例として、一実施形態によると、光検出器のセンサ領域のより大きい高さは、個々の光検出器の製造時における修正されたプロセスパラメータによって得ることができる。一例として、異なる基板厚さを設けることができる。さらに、一実施形態によると、光検出器とキャリアとの間に取り付けられるかまたは配置されるスペーサ（例えばサブマウント）を使用することによって、光検出器の高さを変化させることができる。
【０１１１】
一実施形態によると、光検出器が、異なる基部領域（base areas）を有するように（すなわち異なる大きさのセンサ領域を備えているように）具体化することもできる。すなわち特に、光軸からの距離が大きくなるにつれて、より大きい光検出器（すなわちより大きいセンサ領域を備えた光検出器）が使用される。このようにすることで、定義された角度の範囲が単一の光検出器のセンサ領域上のみに結像されるようにすることが可能であり、これは有利である。
【０１１２】
ここまで、本発明について好ましい例示的な実施形態によってより具体的に詳しく図示および説明してきたが、本発明は開示した例に制限されない。当業者には、これらの例から、本発明の保護範囲から逸脱することなく別の変形形態を導くことができるであろう。
【０１１３】
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１５１０４２０８．８号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本明細書に組み込まれている。
【符号の説明】
【０１１４】
１０１  レンズ系
１０３  集光レンズ
１０５  光軸
１０７  光軸に平行である光線
１０９  収束光線
１１１  収束光線が収束する点
１１３  光軸に平行ではない光線
１１５  収束光線
１１７  収束光線が収束する点
１１８  湾曲した領域
１１９  像面
１２１  広がったスポット
１２３  部分
３０１  フォトダイオードアレイ
３０３  プリント回路基板
３０５  プリント回路基板表面
３０７  フォトダイオード
３１０  フォトダイオードのセンサ領域
３１１，３１３，３１５，３１７  ビーム
３１９  部分
５０１  センサ装置
５０３  キャリア
５０５  光検出器
５０７  キャリア表面
５０９  感光性センサ領域
５１１  部分
５１３，５１５，５１７  高さ
７０１  光検出器
７０３  裏面コンタクト
７０５  基板層
７０７，７０９，７１１，７１３，７１５  半導体層
７１７  電気コンタクト
７１９  基板層の層厚
７０１  光検出器
８０１  スペーサ
８０３  ビア
８０５  高さ
９０１  スペーサ
９０３  メタライズ層
９０５  スペーサの表面
９０７  スペーサの表面
１００１  センサ装置
１００３，１００５  センサ領域のサイズ
１１０１  ライダーシステム
１１０３  レーザ
１１０５  センサ装置
１２０１  自動車            
【図１】
2018508998.tif 000003
【図２】
2018508998.tif 000004
【図３】
2018508998.tif 000005
【図４】
2018508998.tif 000006
【図５】
2018508998.tif 000007
【図６】
2018508998.tif 000008
【図７】
2018508998.tif 000009
【図８】
2018508998.tif 000010
【図９】
2018508998.tif 000011
【図１０】
2018508998.tif 000012
【図１１】
2018508998.tif 000013
【図１２】
2018508998.tif 000014
【国際調査報告】
2018508998.tif 000015
2018508998.tif 000016
2018508998.tif 000017
2018508998.tif 000018
2018508998.tif 000019
2018508998.tif 000020