DE10121185A1

DE10121185A1 - Optischer Sensor

Info

Publication number: DE10121185A1
Application number: DE10121185A
Authority: DE
Inventors: Thomas Bluemcke; Ingolf Hoersch
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2001-04-30
Filing date: 2001-04-30
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2021-05-01
Also published as: DE10121185B4; US6812451B2; US20040011949A1

Abstract

Ein optischer Sensor zur Verwendung in Hoch- und/oder Ultrahochvakuumanlagen weist ein einen Innenraum im wesentlichen gasdicht umschließendes Metallgehäuse, in dem ein für zu detektierendes Licht durchlässiges Fenster vorgesehen ist, und ein in dem Innenraum angeordnetes optisches Sensorelement zur Detektion von durch das Fenster einfallendem zu detektierendem Licht auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Sensor, insbesondere zur Verwendung im Zusammenhang mit Hochvakuum- oder Ultrahochva kuumanlagen.

Unter Hochvakuum wird im folgenden ein Vakuum mit einem Gasrest druck von weniger als 10^-5 mbar und unter einem Ultrahochvakuum eines mit einem Gasrestdruck von weniger als 10^-8 mbar verstanden.

Hochvakuum- und Ultrahochvakuumanlagen werden häufig dazu verwen det, Gegenstände herzustellen, zu behandeln oder zu untersuchen, deren Oberflächen bei diesen Prozessen nicht verunreinigt werden dürfen. Durch das hohe Vakuum wird die Dichte von Atomen oder Molekülen in der An lage sehr gering gehalten, so daß sich auf der Oberfläche der Gegenstände nur wenige solcher Atome oder Moleküle innerhalb eines gegebenen Zeit raums anlagern und so Verunreinigungen durch unerwünschte Atome oder Moleküle vermieden werden. Es kann jedoch auch dazu kommen, daß von verunreinigten Oberflächen oder aus Gegenständen in einer sol chen Hochvakuum- oder Ultrahochvakuumanlage bedingt durch den sehr geringen Druck in der Anlage Moleküle ausgasen und so zu einer Erhö hung der Dichte unerwünschter Atome oder Moleküle in dem Vakuum führen. Zur Vermeidung von Verunreinigungen werden daher möglichst alle nicht in einer solchen Hochvakuum- oder Ultrahochvakuumanlage notwendigen Teile außerhalb der Anlage angeordnet.

Besonders hohe Anforderungen an die Güte des Vakuums werden dabei häufig bei der Herstellung von Wafern oder Mikrochips gestellt, da der mit Verunreinigungen verbundene Ausschuß sehr hohe Kosten zur Folge hat.

Bei der Untersuchung von Oberflächen im Hoch- beziehungsweise Ul trahochvakuum werden häufig optische Sensoren eingesetzt. Darüber hinaus werden optische Sensoren auch bei Herstellungsprozessen von Wafern oder Mikrochips zur Überwachung der Handhabung, d. h. des Transports und/oder der Positionierung dieser Produkte, zum Beispiel für Lichtschranken oder Lichttaster, eingesetzt. Zur Vermeidung von Verun reinigungen, insbesondere durch die eigentlichen Sensorelemente wie zum Beispiel Phototransistoren, werden die Sensoren wie auch die Lichtquellen grundsätzlich außerhalb der Hoch- oder Ultrahochvakuumanlage ange ordnet, wobei Licht durch entsprechende Fenster in der Anlage aus der Anlage nach außen oder von außen in die Anlage dringen kann.

Durch die Anordnung der optischen Sensoren außerhalb der Hochvaku um- oder Ultrahochvakuumanlage ergibt sich ein vergleichsweise großer Abstand zwischen optischem Sensor und dem Tastgut, d. h. dem Gegen stand, von dem das von dem optischen Sensor empfangene Licht ausgeht, was zu einer geringen Detektionspräzision führt. Darüber hinaus ist eine aufwendige Halterung des optischen Sensors notwendig. Schließlich sind in der Kammer der Hochvakuum- oder Ultrahochvakuumanlage Fenster für die optischen Sensoren notwendig, was einen erhöhten Aufwand beim Bau der Anlage sowie weitere mögliche Leckquellen mit sich bringen oder dazu führen kann, daß die Sensoren nicht immer die für die Untersu chung günstigste Stelle in der Anlage überwachen können.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen optischen Sensor bereitzustel len, der zur Überwachung auch schlecht zugänglicher Bereiche einer Hochvakuum- oder Ultrahochvakuumanlage geeignet und einfach zu hal tern ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen optischen Sensor zur Verwendung in Hochvakuum- und/oder Ultrahochvakuumanlagen mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Ein erfindungsgemäßer optischer Sensor weist ein Metallgehäuse mit ei nem für das zu detektierende Licht durchlässigen Fenster auf. Dieses Metallgehäuse mit dem Fenster umschließt im wesentlichen gasdicht ei nen Innenraum, in dem ein optisches Sensorelement zur Detektion von durch das Fenster einfallendem zu detektierendem Licht angeordnet ist. Ein Metallgehäuse mit Fenster, aus dem bei den für Hoch- bzw. Ul trahochvakuum typischen Drücken zwischen 10^-5 mbar und 10^-10 mbar überhaupt keine Gasatome oder -moleküle austreten, ist praktisch kaum realisierbar, vielmehr treten zumindest sehr geringe Gasmengen im Laufe der Zeit, insbesondere entlang der Berührungslinie zwischen Metallgehäu se und Fenster, aus. Solche geringen Gasmengen sind in Hoch- oder Ul trahochvakuumanlagen tolerierbar, wenn die entwichenen Gasmoleküle hinreichend schnell wieder aus der Anlage, in der der Sensor eingesetzt wird, abgepumpt werden können. Unter "im wesentlichen gasdicht" wird daher verstanden, daß für Außendrücke innerhalb eines vorgegebenen Einsatzbereichs unterhalb von 10^-5 mbar höchstens unwesentliche Gas mengen aus dem Gehäuse einschließlich des Fensters austreten. Vor zugsweise soll die Leckrate von Gasen aus dem Innenraum innerhalb des vorgegebenen Einsatzbereichs unterhalb von 10^-5 mbar geringer als 10^-7mbar.l/s sein, besonders bevorzugt kleiner als 10^-9 mbar.l/s.

Das Metallgehäuse wird bevorzugt aus einem Metall gefertigt, das im Va kuum nur eine sehr geringe Sublimationsrate hat, wodurch Verunreini gungen eines Hoch- oder Ultrahochvakuums durch abdampfende Atome möglichst weit reduziert sind. Weiterhin sollte das Metall ein hinreichende Festigkeit aufweisen, um die durch den Druckunterschied zwischen dem Innenraum des Sensors und einem Hoch- beziehungsweise Ultrahochva kuum entstehenden Kräfte aufnehmen zu können.

Das Fenster kann grundsätzlich aus jedem für das zu detektierende Licht durchlässigen und hinreichend gasdichtem Material, z. B. aus einem ent sprechenden Glas, gefertigt sein, wobei z. B. auf der dem Innenraum zuge wandten Seite weitere Beschichtungen, zum Beispiel zur Vermeidung von Reflexionen, vorgesehen sein können.

Bei den Sensorelementen kann es sich um beliebige Sensorelemente han deln, die für das zu empfangende und detektierende Licht empfindlich sind und entsprechend dem empfangenen Licht elektrische Signale abge ben. Insbesondere können Photowiderstände, Photodioden, Phototransi storen oder CCD-Elemente, gegebenenfalls mit integrierten optischen Bauelementen, verwendet werden. Aufgrund der Kapselung des Sensor elements in dem Metallgehäuse kann die Auswahl eines geeigneten Sen sorelements unabhängig davon erfolgen, ob dieses in einem Hoch- oder Ultrahochvakuum verunreinigende Atome oder Moleküle in großem Aus maß abgeben würde.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Sensors besteht darin, daß er aufgrund seiner Gasdichtheit an weitgehend beliebigen Stellen in nerhalb einer Hoch- oder Ultrahochvakuumanlage eingesetzt werden kann, wobei zu seinem Einsatz keine besonderen Fenster in der Anlage vorgesehen sein müssen. Weiterhin erlaubt der Einbau innerhalb der An lage einen geringen Abstand zwischen Sensor und Tastgut, was eine höhe re Detektionspräzision sowohl im Hinblick auf die räumliche Auflösung als auch die Empfindlichkeit gegenüber Störlicht betrifft. Gleichzeitig wird ei ne starke Belastung der Hochvakuum- bzw. Ultrahochvakuumanlage durch mögliche aus dem Sensorelement austretende Atome oder Moleküle weitestgehend vermieden.

Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsge mäßen optischen Sensors sind in den Unteransprüchen, der Beschrei bung und den Zeichnungen beschrieben.

Um den Austritt von Gasen aus dem Innenraum des Sensors nach außen möglichst gering zu halten, muß das Fenster möglichst gasdicht in einer entsprechenden Öffnung des Metallgehäuses befestigt sein. Bevorzugt weist das Fenster hierzu einen Bereich aus metallisiertem Glas auf, in dem es mit dem Metallgehäuse verlötet ist. Hierdurch wird eine besonders hohe Dichtigkeit auch bei besonders geringen Außendrücken gewährlei stet. Besonders geeignet hierzu ist die Verwendung von Kovar® als Glas verschlußlegierung für das Gehäuse bei einem Fenster aus Quartzglas.

Das Fenster kann auch eingeklebt sein. Weiterhin können die Oberflächen des Glases für das Fenster und das Metall des Gehäuses so genau bear beitet sein, daß ein Aufsprengen möglich ist.

Weiterhin kann die Befestigung des Fensters in dem Metallgehäuse bevor zugt so ausgebildet sein, daß sie selbstdichtend ist, wenn der Druck im Innenraum des Sensors größer ist als der außerhalb. Dies kann z. B. da durch geschehen, daß das Fenster von innen gegen das Metallgehäuse ge setzt ist, so daß der Innendruck das Fenster gegen die Wandung des Me tallgehäuses drückt und damit die Nahtstelle besser abgedichtet wird. Der dichtende Effekt tritt hierbei besonders bei sehr hohen Druckunterschie den zwischen Innenraum und Außenraum auf, so daß sich solche Senso ren besonders für den Einsatz in Ultrahochvakuumanlagen eignen.

Das Metallgehäuse ist zur Erhöhung seiner Dichtigkeit bevorzugt einstüc kig ausgebildet, kann jedoch auch mehrteilig sein.

Zur besseren Fokussierung des durch das Fenster eintretenden Lichts können im Innenraum zwischen dem Fenster und dem Sensorelement ab bildende optische Bauelemente wie z. B. Linsen oder Blenden sowie gege benenfalls diese tragende Tubusteile angeordnet sein. Hierdurch kann zum einen eine größere Richtungsselektivität des Sensors erzielt werden, zum anderen kann bei gegebener Empfindlichkeit des Sensorelements durch eine Fokussierung die Gesamtempfindlichkeit des optischen Sen sors erhöht werden. Weiterhin können im Innenraum filternde optische Bauelemente wie z. B. Polarisations- oder Farbfilter vorgesehen sein. Ins besondere bei Verwendung im Zusammenhang mit Reflexions-Licht schranken, bei denen Licht auf einen Reflektor gestrahlt und von diesem auf den Sensor reflektiert wird, kann durch die Verwendung solcher Pola risationsfilter eine Fehlfunktion beim Erfassen von spiegelnden Gegen ständen vermieden werden, wenn polarisierende Reflektoren bzw. solche, die die Polarisationsebene des Licht bei Reflexion um 90° drehen, verwen det werden.

Zur Verarbeitung der von dem Sensorelement in Abhängigkeit von dem empfangenden Licht abgegebenen Signale kann in dem Innenraum eine mit dem optischen Sensorelement verbundene elektronische Schaltung vorgesehen sein. Dies hat zum einen den Vorteil, daß der optische Sensor sehr kompakt und einfach einbaubar ist und keine weiteren Komponenten in der Hochvakuum- oder Ultrahochvakuumanlage oder auch außerhalb der Anlage vorgesehen sein müssen. Weiterhin können so Störeinflüsse durch äußere elektrische Felder weitgehend vermieden werden.

Die elektronische Schaltung ist bevorzugt auf einer Leiterkarte, insbeson dere einer Keramikleiterkarte, angeordnet, die zur Wärmeabfuhr ther misch mit dem Metallgehäuse verbunden ist. Hierbei kann es sich sowohl um starre Leiterkarten als auch flexible Schaltkreise handeln. Besonders bevorzugt sind das Metallgehäuse und seine Befestigungseinrichtung so ausgebildet, daß sich über die Befestigung des Sensors in der Hoch- oder Ultrahochvakuumanlage eine sehr gute Wärmeabfuhr ergibt. Insbesonde re kann das Metallgehäuse so ausgebildet sein, daß es an einem Flansch in einer Hoch- oder Ultrahochvakuumanlage unter Ausbildung eines Wärmekontakts befestigbar ist. Dies kann dadurch geschehen, daß das Gehäuse unter Ausbildung eines flächigen Wärmekontakts an dem Flansch befestigbar ist, oder dadurch daß ein flexible Litze aus einem hochleitfähigen Metall wie zum Beispiel Kupfer an dem Metallgehäuse be festigt und zur Befestigung an der Hoch- oder Ultrahochvakuumanlage ausgebildet ist. Solche Verbindungen sind besonders vorteilhaft, da im Hochvakuum oder Ultrahochvakuum eine konvektive Wärmeabfuhr der von dem Sensor erzeugten Abwärme unbedeutend ist, so daß ansonsten eine Überhitzung möglich wäre.

Die Gasdichtheit wird durch jede, auch gegebenenfalls wieder verschlos sene, Öffnung in dem Metallgehäuse potentiell herabgesetzt. Daher sollten bevorzugt möglichst wenig Leitungen zur Stromversorgung des Sensore lements und gegebenenfalls der elektronischen Schaltung durch die Wand des Metallgehäuses führen.

Bevorzugt kann daher in dem Innenraum eine Batterie oder ein Akkumu lator zur Energieversorgung des optischen Sensors angeordnet sein, wo durch in das Metallgehäuse führende Leitungen und damit in dem Ge häuse abzudichtende entsprechende Öffnungen vermieden werden, so daß die Gasdichtigkeit des optischen Sensors nicht beeinträchtigt wird.

Weiterhin können bevorzugt zur Vermeidung von Signalleitungen aus dem Gehäuse des optischen Sensors Einrichtungen im Innenraum des opti schen Sensors vorgesehen sein, um Signale des Sensorelements oder von der Schaltung verarbeiteter und abgegebener Signale des Sensorelements drahtlos aus dem Metallgehäuse nach außen zu übertragen. Hierbei kommt insbesondere eine Übertragung über entsprechende optische Schnittstellen, z. B. unter Verwendung von entsprechend angesteuerten LEDs in Betracht. Neben einer Auskoppelung des Lichts einer LED durch das Fenster kommt insbesondere auch besonders bevorzugt die Übertra gung durch einen Lichtleiter, der in das Gehäuse eingeglast ist, in Be tracht.

Wird der optische Sensor nur für einen kurzen Zeitraum eingesetzt, kann es vorteilhaft sein, im Innenraum Speicherelemente zur Speicherung von Signalen des Sensorelements oder der elektronischen Schaltung während des Betriebs des Sensors vorzusehen. Die gespeicherten Daten können dann nach Entnahme des Sensors aus der Hoch- oder Ultrahochvakuum anlage und Öffnen des Metallgehäuses ausgelesen werden, so daß auch hier Signalleitungen und damit verbundene Öffnungen in dem Metallge häuse, die die Dichtigkeit herabsetzen könnten, vermieden werden.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer optischer Sensor so ausgebildet, daß er beständig gegen Temperaturen ist, wie sie beim Ausheizen einer Hoch- oder Ultrahochvakuumanlage auftreten. Der typische Temperaturbereich liegt hierbei im Bereich zwischen 50 bis 150°C. Insbesondere müssen das Sensorelement und gegebenenfalls optische Bauelemente und die elektro nische Schaltung entsprechend ausgebildet sein.

Da wie oben ausgeführt eine perfekte Dichtheit eines Metallgehäuses mit eingesetztem Fenster kaum zu erzielen ist und daher immer eine wenn auch sehr geringe Menge an Gas aus dem optischen Sensor unter Hoch- oder Ultrahochvakuum austreten kann, ist der Innenraum bevorzugt mit einem Inertgas, wie z. B. Argon oder Stickstoff, gefüllt. Dies hat den Vorteil, daß eventuell entweichende Gasatome oder -moleküle nicht mit der Ober fläche eines im Hochvakuum oder Ultrahochvakuum befindlichen Gegen standes ohne weiteres reagieren oder daran stark adsorbiert werden, wo mit sie nur weniger schwerwiegende Verunreinigungen darstellen.

Besonders bevorzugt ist der Innenraum des erfindungsgemäßen optischen Sensors mit einem Gas gefüllt, dessen Diffusionsgeschwindigkeit kleiner als die von Stickstoff ist. Da die Leckrate aus dem Metallgehäuse mit dem Fenster wesentlich von der Diffusionsgeschwindigkeit des austretenden Gases bestimmt ist, kann durch Verwendung z. B. von Argon als Füllung die Leckrate gegenüber einer Füllung mit Luft, die zum überwiegenden Teil Stickstoff enthält, deutlich reduziert werden, wodurch bei Verwen dung des erfindungsgemäßen Sensors in einer Hochvakuum- oder Ul trahochvakuumanlage das Vakuum weniger stark beeinflußt wird.

Eine weitere Reduktion der Leckrate kann dadurch erzielt werden, daß der Druck im Innenraum des Metallgehäuses gegenüber dem Druck bei Nor malbedingungen reduziert ist, wobei ein Druck unterhalb von 0,1 bar be sonders bevorzugt ist.

Die erfindungsgemäßen Sensoren eignen sich besonders zur die Verwen dung für Lichtschranken oder Lichttaster in Hochvakuum- oder Ul trahochvakuumanlagen, z. B. im Bereich der Wafer- und Chip-Herstellung sowie im Bereich der Oberflächenbeschichtungstechnik. Arbeiten solche Lichtschranken nach dem Einwegprinzip, können die Lichtquellen in ent sprechenden, im wesentlichen gasdichten Metallgehäusen mit Fenstern, wie sie für den optischen Sensor beschrieben wurden, benutzt werden, da auch sie dann in eine Hochvakuum- oder Ultrahochvakuumanlage ein baubar sind. Prinzipiell ist jedoch auch die Verwendung von Lichtquellen außerhalb der Hochvakuum- oder Ultrahochvakuumanlage möglich.

Bevorzugt ist im Innenraum eines erfindungsgemäßen optischen Sensors jedoch weiterhin eine Lichtquelle zur Abstrahlung von Licht aus dem Fen ster vorgesehen, so daß dieser optische Sensor als Reflexions-Lichttaster oder für eine Reflexions-Lichtschranke verwendbar ist. Bei der Lichtquelle handelt es sich zur Begrenzung der Abwärme bevorzugt um Kaltlichtquel len, wie z. B. LEDs.

In einer anderen Ausführungsform kann das Licht der im Innenraum an geordneten Lichtquelle auch durch ein zweites für das Licht der Licht quelle transparentes Fenster in dem Metallgehäuse abgestrahlt werden. Dies hat den Vorteil, daß durch das Fenster kein Licht durch Mehrfachre flexion in dem Fenster von der Lichtquelle direkt auf das Sensorelement gelangen kann.

Die beiden, in den letzten beiden Absätzen erwähnten Ausführungsformen haben den großen Vorteil, daß in die Hoch- beziehungsweise Ultrahochva kuumanlage nur ein Metallgehäuse einzusetzen ist, was daher grundsätz lich den Einbau vereinfacht. Insbesondere wird hierdurch jedoch auch die Ausrichtung der Lichtquelle auf das Sensorelement stark vereinfacht, was insbesondere bei der Verwendung von Lichtschranken oder Lichttastern mit Vorder- und/oder Hintergrundausblendung ein wesentlicher Vorteil ist.

Bevorzugt ist zwischen Lichtquelle und Fenster ein abbildendes optisches Bauelement angeordnet. Hierbei kann es sich insbesondere um ein licht bündelndes Bauelement handeln, wodurch zum einen mehr Licht auf ei nen bestimmten räumlichen Bereich lenkbar ist und zum anderen uner wünschtes Streulicht in anderen Bereiche vermieden wird. Das Bauele ment kann jedoch zum Beispiel auch für eine Vorder- und/oder Hinter grundausblendung ausgelegt sein. Insbesondere können als abbildende Bauelemente Linsen z. B. aus Glas oder Kunststoff verwendet werden.

Für einen erfindungsgemäßen optischen Sensor mit einer im Innenraum angeordneten Lichtquelle sind bevorzugt die Lichtwege zwischen Fenster und Sensorelement und Fenster und Lichtquelle durch nichttransparente Zwischenwände im Innenraum wenigstens teilweise optisch getrennt, so daß von der Lichtquelle ausgehendes Streulicht gegenüber dem Sensor element weitgehend abgeschirmt wird.

Bevorzugt ist hierzu ein einstückiger Tubus vorgesehen, der zudem gege benenfalls als Halter für Linsen dient, die gegebenenfalls vor der Licht quelle und/oder vor dem Sensorelement zur Fokussierung des empfange nen Lichts auf das Sensorelement angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau, der zudem in dem Fall, daß der Tubus Linsen trägt, auch eine besonders genaue Justierung der Linsen zueinan der erlaubt.

Weiterhin kann bevorzugt ein einstückiges abbildendes oder filterndes op tisches Bauelement zur Beeinflussung von von der Lichtquelle gesendetem Licht, z. B. zur Bündelung, und von von dem Sensorelement empfangenen Licht, z. B. zur Fokussierung, in dem Innenraum vorgesehen sein. Hier durch wird eine besonders einfache Montage der abbildenden oder filtern den optischen Bauelemente ermöglicht, so daß insbesondere bei sehr kleinen Bauteilen eine genaue Positionierung, und damit eine hohe De tektionspräzision möglich ist. Darüber hinaus wird hierdurch eine beson ders kompakte Bauweise ermöglicht, die den Einbau in eine Hoch- oder Ultrahochvakuumanlage wesentlich erleichtert.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein optischer Sender zur Verwen dung in Hoch- und/oder Ultrahochvakuumanlagen mit einem einen Innenraum im wesentlichen gasdicht umschließenden Metallgehäuse, in dem ein für zu detektierendes Licht durchlässiges Fenster vorgesehen ist, und einer in dem Innenraum angeordneten Lichtquelle zur Abstrahlung von Licht durch das Fenster.

Ein solcher optischer Sender kann zum Aufbau von Lichtschranken oder Lichttastern in eine Hoch- beziehungsweise Ultrahochvakuumanlage ein gebaut werden, ohne das Vakuum zu belasten, wobei als zugehöriger opti scher Sensor ein gewöhnlicher optischer Sensor außerhalb der Anlage oder bevorzugt ein erfindungsgemäßer Sensor innerhalb der Anlage ver wendet werden können.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen optischen Sensor nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 einen Querschnitt durch den optischen Sensor in Fig. 1 durch die durch die gestrichelte Linie AA angedeutete Ebene in Fig. 1.

Ein in den Fig. 1 und 2 gezeigter optischer Sensor nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat ein Metallgehäuse 10 aus Edelstahl, in das ein Fenster 12 aus Glas gasdicht eingelassen ist. Das Metallgehäu se 10 und das Fenster 12 umschließen einen Innenraum 14, in dem ein Tubuskörper 16, der in nicht dargestellter Weise auf Stegen 18a und 18b des Metallgehäuses 10 befestigt ist, eine elektronische Schaltung 20 auf einer Leiterplatte 22 und eine einstückige Linsenanordnung 24 aus einem Kunststoff mit hohem Brechungsindex, wie zum Beispiel Ultrason® (BASF AG, Ludwigshafen), trägt.

Das Fenster 12 ist an seinen Randbereichen, an denen es an das Metall gehäuse 10 anstößt, metallisiert und dort über eine Lötverbindung im we sentlichen gasdicht mit dem Metallgehäuse 10 verbunden.

Der Innenraum 14 ist mit Luft unter Normaldruck gefüllt.

Das Metallgehäuse 10 weist an seiner dem Fenster gegenüberliegenden Seite in den Figuren nicht gezeigte Gewindebohrungen auf, mittels derer es an einem Flansch 25 einer Hochvakuum- beziehungsweise Ultrahoch vakuumanlage befestigt ist. Durch den Flächenkontakt zwischen der Un terseite des Gehäuses und dem Flansch 25 wird so eine sehr gute Wär meübertragung von dem Sensor auf den Flansch 25 gewährleistet.

Die Leiterplatte 22 trägt eine elektronische Schaltung 20 sowie damit ver bunden eine Lichtquelle 26 mit einer LED 28 (vgl. Fig. 2) sowie drei Photo dioden 30a, 30b und 30c als Sensorelemente. Die elektronische Schaltung dient unter anderem der Ansteuerung der Lichtquelle 26 sowie der Strom versorgung der Sensorelemente 30a, 30b, 30c und der Verarbeitung der von diesen Sensorelementen bei Empfang von Licht abgegebenen Signale. Die elektrische Verbindung der Schaltung zum Äußeren des Gehäuses erfolgt über Kontaktstifte 32 aus Metall, die in Glas 34 in entsprechende Öffnungen des Metallgehäuses 10 gasdicht eingeschmolzen sind. Weiter hin ist eine von der elektronischen Schaltung 20 angesteuerte Lichtquelle 36 mit einer LED vorgesehen, die aufleuchtet, wenn die Sensorelemente 30a, 30b, 30c Licht empfangen.

In dem Tubuskörper 16, der aus schwarz gefärbtem Kunststoff (PBT-GF, d. h. glasfserverstärkt) gespritzt ist, sind über der Lichtquelle 26 eine trichterförmige Öffnung 38 und über den Sensorelementen 30a, 30b und 30c eine Öffnung 40 eingelassen, so daß die Lichtwege für von der Licht quelle 26 ausgehendes Licht und von den Sensorelementen 30a, 30b und 30c empfangenes Licht teilweise optisch durch eine Zwichenwand 42 ge trennt sind. Über den Öffnungen 38 und 40 des Tubuskörpers 16 sind Polarisationsfilter 44 und 46 mit gegeneinander um 90° gedrehten Polari sationsebenen angebracht.

Über dem Tubuskörper 16 ist die einstückig ausgebildete Linsenanord nung 24 so angeordnet, daß über der Tubusöffnung 38 eine Linse 48 zur Bündelung des von der Lichtquelle 26 ausgesandten Lichts und über der Öffnung 40 eine Linse 50 zur Fokussierung von durch das Fenster 12 empfangenem Licht auf die Sensorelemente 30a, 30b und 30c angeordnet ist.

Dadurch, daß zum einen der Tubuskörper 16 sowohl die Leiterplatte 22 mit Lichtquelle 26 und den Sensorelementen 30a, 30b und 30c als auch die Linsenanordnung 24 trägt und zum anderen der Tubuskörper 16 und die Linsenanordnung 24 einstückig ausgebildet sind, ist eine einfach und genaue Justierung der optischen Bauelemente bei der Montage des Sen sors möglich.

Bei der Verwendung des optischen Sensors für eine Reflexions-Licht schranke mit einem Reflektor, der die Polarisationsebene des einfallenden Lichts ändert, wird von der Lichtquelle 26 ausgehendes Licht durch die Tubusöffnung 38 dem Polarisationsfilter 44 zugeführt, so daß entspre chend der Richtung des Polarisationsfilters polarisiertes Licht durch die Linse 38 und das Fenster 12 auf den Reflektor gerichtet wird. Dort reflek tiertes Licht weist eine geänderte Polarisationsrichtung auf und dringt durch das Fenster 12 in den optischen Sensor ein und wird durch die Lin se 50 auf die Sensorelemente 30a, 30b und 30c fokussiert. Dabei passiert das durch die Linse 50 dringende Licht das Polarisationsfilter 46, der ge genüber dem Polarisationsfilter 44 eine geänderte Polarisationsrichtung hat, so daß nur entsprechend polarisiertes Licht auf die Sensorelemente gelangt. Hierdurch wird Streulicht, das eine andere Polarisationsrichtung hat, effektiv ausgefiltert, was die Detektionspräzision deutlich erhöht.

Bezugszeichenliste

10

Metallgehäuse

12

Fenster

14

Innenraum

16

Tubuskörper

18

a,

18

b Steg

20

elektronische Schaltung

22

Leiterplatte

24

Linsenanordnung

25

Flansch

26

Lichtquelle

28

LED

30

a,

30

b,

30

c Sensorelement

32

Kontaktstift

34

Glas

36

Lichtquelle

38

Öffnung

40

Öffnung

42

Zwischenwand

44

Polarisationsfilter

46

Polarisationsfilter

48

Linse

50

Linse

Claims

1. Optischer Sensor zur Verwendung in Hoch- und/oder Ultrahochva kuumanlagen mit
einem einen Innenraum (14) im wesentlichen gasdicht umschlie ßenden Metallgehäuse (10), in dem ein für zu detektierendes Licht durchlässiges Fenster (12) vorgesehen ist, und
einem in dem Innenraum (14) angeordneten optischen Sensorele ment (30a, 30b, 30c) zur Detektion von durch das Fenster (12) ein fallendem zu detektierendem Licht.

2. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (12) einen Bereich aus metallisiertem Glas aufweist, in dem es mit dem Metallgehäuse (10) verlötet ist.

3. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung des Fensters (12) in dem Metallgehäuse (10) so ausgebildet ist, daß sie selbstdichtend ist, wenn der Druck im In nenraum (14) größer als der außerhalb des Metallgehäuses (10) ist.

4. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Innenraum (14) zwischen dem Fenster (12) und dem Sensorelement (30a, 30b, 30c) abbildende und/oder filternde opti sche Bauelemente (46, 24, 50) angeordnet sind.

5. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Innenraum (14) eine mit dem optischen Sensorelement (30a, 30b, 30c) verbundene elektronische Schaltung (20) zur Verar beitung der von dem Sensorelement (30a, 30b, 30c) abgegebenen Si gnale vorgesehen ist.

6. Optischer Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung (20) auf einer Leiterplatte (22) an geordnet ist, die zur Wärmeabfuhr thermisch mit dem Metallgehäu se (10) verbunden ist.

7. Optischer Sensor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgehäuse (10) so ausgebildet ist, daß es an einem Flansch (25) in einer Hoch- oder Ultrahochvakuumanlage unter Ausbildung eines Wärmekontakts befestigbar ist.

8. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine in dem Innenraum (14) angeordnete Batterie oder einen in dem Innenraum angeordneten Akkumulator zur Energieversorgung des optischen Sensors.

9. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum (14) Einrichtungen vorgesehen sind, um Signale des Sensorelements (30a, 30b, 30c) oder von der Schaltung verar beitete und abgegebene Signale des Sensorelements drahtlos aus dem Metallgehäuse (10) nach außen zu übertragen.

10. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum (14) Speicherelemente zur Speicherung von Si gnalen des Sensorelements (30a, 30b, 30c) oder der elektronischen Schaltung (20) vorgesehen sind.

11. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente (16, 20, 22, 24, 26, 28, 30a, 30b, 30c, 44, 46) im Innenraum beständig gegen Temperaturen beim Ausheizen einer Hoch- oder Ultrahochvakuumanlage sind.

12. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (14) mit einem Inertgas gefüllt ist.

13. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (14) mit einem Gas gefüllt ist, dessen Diffusi onsgeschwindigkeit kleiner als die von Stickstoff ist.

14. Optischer Sensor nach Anspruch einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Innenraum (14) weniger als 0,1 bar beträgt.

15. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung als Reflexions-Lichttaster oder für eine Reflexions- Lichtschranke dadurch gekennzeichnet, daß in dem Innenraum weiterhin eine Lichtquelle (26, 28) zur Ab strahlung von Licht aus dem Fenster (12) vorgesehen ist.

16. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung als Reflexions-Lichttaster oder für eine Reflexions- Lichtschranke dadurch gekennzeichnet, daß in dem Innenraum (14) weiterhin eine Lichtquelle (26, 28) zur Abstrahlung von Licht aus einem zweiten für Licht der Lichtquelle transparenten Fenster in dem Metallgehäuse (10) vorgesehen ist.

17. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Innenraum (14) zwischen dem Fenster (12) und der Lichtquelle (26, 28) abbildende und/oder filternde optische Bauele mente (44, 24, 48) angeordnet sind.

18. Optischer Sensor nach einem Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwege zwischen Fenster (12) und Sensorelement (30a, 30b, 30c) und Fenster (12) und Lichtquelle (26, 28) durch mindestens eine nichttransparente Zwischenwand (42) im Innenraum we nigstens teilweise optisch getrennt sind.

19. Optischer Sensor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstückiger Tubus (16) vorgesehen ist, der die Lichtwege wenigstens teilweise optisch trennt.

20. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstückiges abbildendes oder filterndes optisches Bauele ment (24) zur Beeinflussung von von der Lichtquelle (26, 28) gesen detem Licht und von dem Sensorelement (30a, 30b, 30c) empfange nem Licht vorgesehen ist.

21. Lichtschranke mit einem optischen Sensor nach einem der vorher gehenden Ansprüche.

22. Lichttaster mit einem optischen Sensor nach einem Ansprüche 1 bis 20.

23. Optischer Sender zur Verwendung in Hoch- und/oder Ultrahochva kuumanlagen mit
einem einen Innenraum im wesentlichen gasdicht umschließenden Metallgehäuse, in dem ein für zu detektierendes Licht durchlässiges Fenster vorgesehen ist, und
einer in dem Innenraum angeordneten Lichtquelle zur Abstrahlung von Licht durch das Fenster.

24. Lichtschranke mit einem optischen Sender nach Anspruch 23

25. Lichtschranke nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch einen optischen Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14.

26. Lichttaster mit einem optischen Sender nach Anspruch 23.

27. Lichttaster nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch einen optischen Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14.