CN104541380B - 光电子装置 - Google Patents

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Abstract

说明了一种光电子装置（1），具有被设置用于接收辐射的探测器（2），该探测器安装在连接载体（5）上并且布置在框架（3）的开口（31）中。所述开口具有倾斜延伸的侧面（4），该侧面具有第一部分区域（41）和第二部分区域（42）。第一部分区域（41）被构造为用于待由探测器接收的辐射（72）的反射器并且将该辐射偏转到探测器上。第二部分区域（42）将投射到第二部分区域的辐射（73）偏转离开探测器。从不同方向和/或以不同角度投射到所述装置的辐射（72,73）于是以不同强度的权重对探测器的信号做出贡献。光电子装置（1）可以构造为接近传感器，其中通过第二部分区域（42）避免在位于接近传感器和目标对象（71）之间的辐射窗口上反射的散射辐射（73）被偏转到探测器上。

Description

光电子装置
技术领域
本申请涉及光电子装置。
背景技术
在光电子装置例如接近传感器中，作用距离除其它外还取决于投射到接近传感器的探测器上的辐射功率。然而，不期望的辐射部分可能导致待探测信号的失真。
发明内容
任务是说明一种带有探测器的光电子装置，其特色在于针对待探测辐射的高灵敏度。
按照该光电子装置的至少一种实施方式，该装置具有被设置用于接收电磁辐射的探测器。该探测器例如可以是光电二极管、光电晶体管或者带有光敏区域的专用集成电路（application specific integrated circuit，ASIC）。尤其是，探测器可以是无外壳的半导体器件，例如无外壳的半导体芯片。探测器可以被设置用于接收在紫外频谱范围中、在可见频谱范围或红外频谱范围中的辐射。优选地，探测器被设置用于探测在近红外范围（NearInfra Red，NIR；真空波长750nm至1400nm ）中的辐射，尤其优选在包含两端值的800nm至1000nm之间的波长范围中的辐射。
按照光电子装置的至少一种实施方式，该装置具有框架。在该框架中构造有开口，探测器布置在该开口中。该框架例如可以被实施为塑料成形体。该框架在竖直方向上在辐射透射侧和背侧之间伸展。该竖直方向是垂直于辐射透射侧延伸的方向。辐射透射侧和背侧优选至少局部地相互平行地延伸。框架优选由对于待探测辐射来说是辐射不可穿透的材料制成。
开口优选在竖直方向上完全穿透该框架地伸展。因此开口从辐射透射侧伸展至框架的背侧。
按照所述光电子装置的至少一种实施方式，框架的开口具有倾斜于竖直方向延伸的侧面。也即，所述侧面不并行也不垂直于竖直方向地延伸。在框架的辐射透射侧的俯视图中，倾斜延伸的侧面是可见的。
按照光电子装置的至少一种实施方式，该倾斜延伸的侧面在辐射透射侧的俯视图中具有第一部分区域。第一部分区域被构造为用于待由探测器接收的辐射的反射器。反射器例如可以成形为使得沿着竖直方向投射到第一部分区域上的辐射偏转到探测器上。第一部分区域例如可以至少局部抛物面地成形。因此在沿着至少一个方向、尤其是沿着至少一个垂直于竖直方向延伸的方向的剖视图中，第一部分区域具有抛物面的一部分的形状。尤其是，第一部分区域的侧面可以至少局部地具有旋转抛物体的表面部分的形状。探测器可以布置在抛物面状成形的第一部分区域的焦点中。
按照光电子装置的至少一种实施方式，倾斜延伸的侧面具有第二部分区域。第二部分区域将沿着竖直方向投射到第二部分区域的辐射偏转离开探测器。也即，垂直投射并且定向地在第二部分区域上反射的辐射不直接、因此并非无其他反射地投射到探测器上。第二部分区域相对于探测器优选被布置并且构造为使得由第二部分区域以任意角度漫反射的辐射不直接投射到探测器上。
侧面的第一部分区域和第二部分区域因此在针对投射到各自部分区域上的辐射向探测器方向的偏转作用方面彼此不同。从不同方向或者在侧面的不同部位上投射的辐射分量因此提供了对于探测器信号的不同强度的贡献。优选地，第二部分区域被实施为使得投射到该部分区域上的辐射不对该信号提供显著的贡献。
该框架可以针对待探测的辐射至少局部定向地反射性和/或漫反射性地被构造。反射性地构造在本上下文中意味着，针对待由探测器接收的辐射的反射率至少为50%，优选至少为60%。
可代替地或者补充地，框架可以针对待探测的辐射至少局部吸收性地被构造。在本上下文中，吸收性地构造意味着，待由探测器接收的辐射直至至少50%、特别优选直至至少80%被吸收。
尤其是，框架可以具有至少一个在其中反射性地被构造的区域以及在其中吸收性地被构造的区域。例如，第一部分区域可以构造为反射性的，第二部分区域可以构造为吸收性的。
吸收性或反射性的构造例如可以通过对于整个框架使用吸收性或反射性的材料或者通过用吸收性或反射性材料对框架涂层来实现。例如，框架可以由吸收性材料制成并且局部地用反射性材料涂层或者反过来。
按照光电子装置的至少一种实施方式，第二部分区域在辐射透射侧和下边缘之间伸展。下边缘在竖直方向上与背侧隔有距离。换句话说，倾斜延伸的侧面在第二部分区域中没有从辐射透射侧延伸直至背侧。
按照光电子装置的至少一个实施方式，开口尤其是从辐射透射侧看具有侧凹区域。侧凹区域通常理解为如下区域：在其中开口沿着至少一个横向方向、也即沿着垂直于竖直方向延伸的方向的伸展大于在开口的靠近辐射透射侧的部位上沿着同一横向方向的伸展。
侧凹区域尤其是可以构造在框架的下边缘和底侧之间。下边缘因此可以构成在倾斜延伸的侧面和侧凹区域之间的过渡。尤其是，开口在剖视图中在下边缘上可以具有弯折或者弯曲区域。
按照光电子装置的至少一种实施方式，在辐射透射侧的俯视图中尤其是延伸穿过探测器的中心线将第一部分区域与第二部分区域分开。因此通过中心线和竖直方向张开的平面将开口分成两个半空间，其中在一个半空间中竖直投射的辐射很大程度上投射到探测器上，在另一半空间中投射的辐射很大程度上被从探测器偏转离开。
按照光电子装置的至少一种实施方式，开口在辐射透射侧上比在框架的背侧上具有更小的横截面。在框架的背侧上的横截面尤其是确定了可用于安装探测器的位置。尤其是，在该装置的俯视图中在辐射透射侧上的横截面完全处于背侧上的横截面内。
按照该光电子装置的至少一种实施方式，该装置具有连接载体。该连接载体可以与框架的背侧尤其是机械稳定并且持久地连接，例如借助连接层，例如粘接层。在连接载体上可以安装并且进一步地电接触探测器。连接载体例如可以是电路板，例如印制电路板。导体框架也可以用于连接载体。
在横向方向上，框架可以至少局部地、尤其是沿着装置的整个环周与连接载体平齐地结束。
此外，该装置还可以被构造为可表面安装的器件（surface mounted deviceSMD）。例如，连接载体在背离框架的一侧上可以具有用于外部电接触的接触面。
按照光电子装置的至少一种实施方式，其具有被设置用于产生辐射的发射器。该发射器可以布置在框架的另外的开口中。在横向方向上，所述开口和所述另外的开口相互隔有距离。发射器和探测器通过布置在开口之间的框架材料在光学上彼此分开。因此在发射器和探测器之间不存在直接的辐射路径。发射器可以被构造用于产生要由探测器接收的辐射。换句话说，发射器和探测器可以构成发射器-探测器对。
按照光电子装置的至少一种实施方式，所述另外的开口的侧面至少局部地抛物面地成形。由发射器辐射出的并且投射到所述另外的开口的侧面上的辐射至少部分地向竖直方向偏转。
按照光电子装置的至少一种实施方式，该装置构造为接近传感器。在该装置在例如通信设备或数据处理设备的仪器中运行中，该装置合乎目的地布置在辐射窗口之后，其中探测器被设置用于接收从发射器辐射出的、穿过辐射窗口并且在目标对象上反射的辐射。
按照光电子装置的至少一种实施方式，该光电子装置具有被设置用于接收辐射的探测器和框架，其中在框架中构造有开口，探测器布置于该开口中。框架在竖直方向上在辐射透射侧和背侧之间伸展。开口具有侧面，该侧面倾斜于竖直方向延伸。倾斜延伸的侧面在辐射透射侧的俯视图中具有第一部分区域和第二部分区域。第一部分区域被构造为用于待由探测器接收的辐射的反射器。第二部分区域将沿着竖直方向投射到第二部分区域上的辐射偏转离开探测器。
尤其是，在辐射透射侧的俯视图中延伸穿过探测器的中心线可以将第一部分区域与第二部分区域分开。该装置可以具有被设置用于产生辐射的发射器，该发射器可以布置在框架的另外的开口中。第一部分区域可以布置在中心线的朝向发射器的一侧上。此外，第二部分区域可以布置在中心线的背离发射器的一侧上。
附图说明
其他的特征、构型和目的性从结合附图对实施例的下面的描述中得到。
其中：
图1A至1E以俯视图示出了光电子装置的实施例（图1A和在图1B至1E中的所属剖视图）；
图2以透视图示出了光电子装置的另外的实施例；以及
图3示出了对于带有第一部分区域的装置与不带这种部分区域的装置相比探测器信号S与在探测器和反射面之间距离d的依赖关系的模拟结果，其中反射面具有10%的反射率。
相同的、类似的或者作用相同的元件在附图中被设置有相同的附图标记。
这些图和在图中所示元件相互间的大小关系不应被视为合乎比例的。相反，各个元件和尤其是层厚为了更好的可视性和/或为了更好的可理解性而被夸大地示出。
具体实施方式
在图1A至1E中借助俯视图和在纵向方向沿着线B-B’（图1B）和横向方向（图1C至1E）的所属剖视图示意性示出光电子装置1的实施例。
光电子装置1具有连接载体5，探测器2和发射器25在连接载体5上布置并且被电接触。该连接载体例如可以被构造为电路板，尤其是印制电路板。导体框架也可以被应用于连接载体。导电连接至少部分地借助连接导线51、尤其是接合线构成。但是根据所使用的器件也可以使用其他类型的电连接、例如焊接或利用导电粘合剂的粘接。
在所示的实施例中，光电子装置1被构造为接近传感器，其中发射器25和探测器2构成发射器-探测器对。探测器2被设置用于接收由发射器25发射并且在安装在例如移动通信设备或计算机的仪器中时在辐射窗口7之后透射过该辐射窗口并且在目标对象71上反射的目标辐射72（图1B）。
发射器25优选发射在近红外范围中的辐射，特别优选地发射在包含端值的800nm至1000nm之间的波长范围中的辐射。
框架3布置在连接载体5上。框架在竖直方向上在辐射透射侧300和朝向连接载体5的背侧301之间伸展。框架3优选是塑料成形体。框架例如可以成本低廉地通过注塑或压铸来制造。但是也可以在构造框架时应用例如铣削的机械方法。框架3对于待由探测器接收的辐射被构造为辐射不可穿透的。
在框架中构造有开口31和另外的开口32。这些开口分别在竖直方向上伸展穿过框架3。这些开口横向上彼此隔有距离，使得框架在光学上将探测器2与发射器25分开。探测器2布置在开口31中，使得垂直投射到光电子装置1上的辐射部分地直接投射到探测器2上。开口31具有倾斜于竖直方向延伸的侧面4。在装置1的俯视图中，侧面4是可见的。
在倾斜延伸的侧面4的第一部分区域41中，该部分区域被构造为用于待由探测器2接收的辐射的反射器。在所示实施例中，第一部分区域41抛物面地成形，其中探测器2处于该反射器的焦点中。投射到第一部分区域41上的辐射于是至少部分散射或者定向地偏转到探测器2上。由此，总的投射到探测器上的辐射功率被提高。
在第二部分区域42中，侧面4相对于探测器2布置并且构造为使得在第二部分区域42上漫反射或者定向地反射的辐射不能直接投射到探测器2上。在所示实施例中，侧面4在第二部分区域42中的倾斜度被构造为使得侧面的虚拟延长延伸超过探测器2的光敏区域。通过这种方式保证了，在任意角度下在第二部分区域42上漫反射的辐射也不能直接投射到探测器2上。
已经被证实的是，借助被构造为反射器的第一部分区域41基于提高的探测到的辐射部分可以提高接近传感器的效率。模拟已经表明：通过第一部分区域41的所描述的构型，探测器2的信号强度可以为没有这种构造为探测器的部分区域的部件的大约2倍。在发射器的相同辐射功率情况下，可以提高作用范围。可代替地，在相同作用范围的情况下，可以减少电流消耗。
此外借助第二部分区域42的构型避免了:例如在辐射窗口7上反射并且并不源自目标对象71的散射辐射（在图1B通过箭头73所示）偏转到探测器2上并且在那里导致不希望的信号部分。
为了减少散射辐射，框架3优选至少部分地被构造为针对待探测的辐射是吸收性的。优选，框架至少局部地吸收投射辐射的至少80%。整个框架3也可以被构造为吸收性的。为了该吸收性的构型，框架可以用吸收性材料、例如黑色塑料制成或者用吸收性材料涂层。
为了提高反射率，侧面4的第一部分区域41和/或另外的开口32的反射面320可以被构造为反射性的，例如借助反射性涂层。作为反射性材料适用的例如有金属或金属合金或塑料，所述塑料为了提高反射率可以用颗粒、例如氧化钛颗粒填充。
为了简化电接触，另外的开口32具有一个用于容纳连接导线51的凹部325。除了该凹部，反射器面320被构造为旋转对称的。根据发射器25的电接触的类型，也可以取消这种凹部。当然，多于一个的凹部却也可能是有利的。
在框架3的俯视图中，第一部分区域41和第二部分区域42通过中心线30彼此分开，其中中心线垂直于或者基本上垂直于在探测器和发射器之间的连接线（例如与该连接线偏离最多10°）地延伸。此外，中心线30延伸通过探测器2。第二部分区域42布置在中心线的远离发射器25的一侧上。已经表明：这样可以特别有效地避免散射辐射的部分。
第二部分区域42从辐射透射侧300伸展至下边缘421。下边缘在竖直方向上与背侧301隔有距离。在下边缘421和背侧301之间构造有侧凹区域422。借助侧凹区域422可以将开口31构造为，使得在背离中心线30的一侧上没有开口31的内表面部位进入到开口中并且可以将直接投射到该内表面上的辐射直接偏转到探测器上。
此外，在第一部分区域41中倾斜延伸的侧面在竖直方向上在辐射透射侧和下边缘411之间伸展。在下边缘411和背侧301之间，构造有侧凹区域412。
此外，另外的开口32也具有下边缘321和侧凹区域322。反射器面320在下边缘321和辐射透射侧300之间延伸。
借助侧凹区域可以增大可为安装探测器2或发射器25所用的位置。
在辐射透射侧300上第一开口的横截面35和第二开口的横截面分别小于在背侧301上的所属横截面36以及38。探测器2和发射器25的安装由此被简化。
在图1C至1E中分别示出了在横向方向上沿着线C-C’、D-D’和E-E’的剖面。在这些视图中为了简化示图没有示出连接载体5和盖8。另外的开口32的侧面具有反射器面320。其与开口31的侧面4的第一部分区域41一样抛物面地成形，其中发射器25和探测器2分别处于反射器的焦点区域中。
在图1E中示出了第二部分区域42的剖视图。这些侧面在探测器2的两侧上分别倾斜，使得投射到第二部分区域42上的辐射以及定向反射地或以任意角度漫反射的辐射不能没有另外的反射地投射到探测器2上。
发射体25优选被构造为荧光二极管，例如发光二极管。探测器2例如可以是光电二极管、光电晶体管或者带有光敏区域的专用集成电路（application specific integratedcircuit，ASIC）。尤其是，发射器和/或探测器可以被构造为无外壳的半导体芯片。于是简化了该装置的特别紧凑的构型。然而原则上也可以应用本身具有外壳的器件。
除了探测器2，在开口31如图1A中所示也可以布置另外的探测器21。该另外的探测器例如可以被构造为环境光传感器。探测器和另外的探测器可以被构造为单独的器件或者集成在一个器件中。
在框架3的辐射透射侧300上可以构造盖8。该盖例如可以被实施为刚性板或者柔性膜，例如自粘合膜。该盖可以用于保护探测器2和发射器25。可以放弃器件的附加封装。也就是说，发射器和探测器以及必要时连接导线51可以是没有邻接的浇注材料的。
在横向方向上，连接载体5、框架3和必要时盖8彼此平齐地结束。这种光电子装置1可以以复合体制造并且接着通过分割来分离。因此，制造是特别成本低廉的。
光电子装置1被构造为可表面安装的。为了外部电接触，光电子装置1在连接载体5的背离框架3的一侧上具有电接触部（没有明确示出），通过这些电接触部发射器25、探测器2以及必要时另外的探测器21可被电接触。
当然，光电子装置1也可以与所描述的实施例不同地具有仅仅一个探测器2或者多个探测器而没有发射器25。开口31的带有第一部分区域41和第二部分区域42的侧面4的所描述构型一般地适于以下探测器，在其中由不同方向和/或以不同角度投射到该装置上的辐射应当以不同强度的权重对探测器的信号作出贡献。待探测的辐射例如可以处于可见、紫外或红外频谱范围中。
光电子装置的第二实施例以透视图在图2中示出。该第二实施例基本上相应于结合图1A至1E所描述的第一实施例。
与此不同，框架3的辐射透射侧300在开口31和另外的开口32之间具有中间区域39。该中间区域被构造为，使得例如在辐射窗口7上反射的、投射到中间区域39上的散射辐射不能投射到探测器上或者至少仅仅强烈地被减少的部分投射到探测器上。
在所示的实施例中，该中间区域具有脊390，所述脊平行于或者基本平行于发射器25和探测器2之间的连接线（也即与该连接线最多偏差10°）地延伸。在脊的至少一个侧上（在所示实施例中在脊的两侧上）构造有倾斜区域391。框架3的厚度因此随着与脊的距离增加而减小。通过倾斜区域391，投射到该区域上的辐射从通过发射器25和探测器2之间的连接线和竖直方向张开的平面偏转离开。由此，可以很大程度上减少在接近传感器中的不希望的散射辐射部分。
在图3中示出了用于模拟在发射器和探测器之间串扰的结果。这些模拟以任意单位示出了探测器信号S，该探测器信号S作为在光电子装置的辐射入射侧和反射率为10%的反射镜之间的空隙取决于该空隙大小d的函数。大小d以关于发射器和探测器之间的距离的百分比来加以说明。
曲线91涉及带有如上所述实施的第一部分区域41的装置，曲线92涉及不带这种部分区域的参考装置。箭头93示出了如下区域：在其中实际上没有串扰发生。这里，信号部分源自多重反射。针对更大的距离，该信号增大。模拟表明：这两个装置表现出类似的特性。也就是说，借助第一部分区域和第二部分区域的所描述的构型可以实现：显著地提高探测器信号，然而这并不导致由串扰引起的不希望的信号部分的显著上升。
本专利申请请求德国专利申请10 2012 107 794.0的优先权，其公开内容通过引用被结合于此。
本发明不通过借助实施例的描述而被局限于此。相反，本发明包括任何新特征以及特征的每种组合，这尤其是包含在专利权利要求中的特征的每种组合，即使该特征或特征组合本身没有明确地在专利权利要求或实施例中被说明。

Claims (17)

1.光电子装置（1），具有被设置用于接收辐射的探测器和框架（3），其中
-在该框架中构造有开口（31），所述探测器布置在该开口中；
-该框架在竖直方向上在辐射透射侧（300）和背侧（301）之间伸展；
-所述开口具有倾斜于竖直方向延伸的侧面（4）；
-该倾斜延伸的侧面在辐射透射侧的俯视图中具有第一部分区域（41）和第二部分区域（42）；
-第一部分区域被构造为用于待由所述探测器接收的辐射的反射器；以及
-第二部分区域将沿着竖直方向投射到第二部分区域的辐射偏转离开所述探测器。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，第一部分区域至少局部抛物面地成形。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，第二部分区域在所述辐射透射侧和下边缘（421）之间伸展，其中所述下边缘在竖直方向上与所述背侧隔有距离。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述开口在所述下边缘和所述背侧之间具有侧凹区域（422）。
5.根据权利要求1至4之一所述的装置，其中，在辐射透射侧的俯视图中延伸穿过所述探测器的中心线（30）将第一部分区域与第二部分区域分开。
6.根据权利要求1至4之一所述的装置，其中，所述开口在所述辐射透射侧上比在所述背侧上具有更小的横截面。
7.根据权利要求1至4之一所述的装置，其中，该装置具有连接载体（5），该连接载体与所述框架的背侧连接并且安装在所述探测器上。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，在横向方向上，所述框架至少局部地与所述连接载体平齐地结束。
9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述连接载体是电路板。
10.根据权利要求1至4之一所述的装置，其中，该装置具有被设置用于产生辐射的发射器（25），该发射器布置在所述框架的另外的开口（32）中。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述另外的开口的侧面（45）至少局部地抛物面地成形。
12.根据权利要求10所述的装置，其中，在该装置的俯视图中第一部分区域比第二部分区域更加接近所述发射器。
13.根据权利要求10所述的装置，其中，该装置被构造为接近传感器。
14.根据权利要求1至4之一所述的装置，其中，所述框架被构造为塑料成形体。
15.根据权利要求1至4之一所述的装置，其中，
-在辐射透射侧的俯视图中延伸穿过所述探测器的中心线（30）将第一部分区域（41）与第二部分区域（42）分开；
-该装置具有被设置用于产生辐射的发射器（25），该发射器布置在所述框架的另外的开口（32）中；以及
-第一部分区域布置在所述中心线的朝向所述发射器的一侧上。
16.根据权利要求1至4之一所述的装置，其中，第一部分区域被成形为，使得沿着竖直方向投射到第一部分区域上的辐射被偏转到所述探测器上。
17.根据权利要求1至4之一所述的装置，其中，第一部分区域构造为针对待由探测器接收的辐射是反射性的，而第二部分区域构造为针对待由探测器接收的辐射是吸收性的。
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