DE102012020457A1

DE102012020457A1 - Optische Abstandsmess- oder Ortungseinrichtung und elektronisches Gerät, welches mit demselben ausgebildet ist

Info

Publication number: DE102012020457A1
Application number: DE102012020457A
Authority: DE
Inventors: Hideo Wada
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2013-05-29
Also published as: CN103134470A; JP5468053B2; JP2013113666A; US8902410B2; US20130135605A1; CN103134470B

Abstract

Vorgeschlagen wird eine optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung mit einem Lichtemissionselement (32), einem Lichtempfangselement (33), einer Lichtemissionslinse (39) und einer Lichtempfangslinse (40). Zwischen der Lichtempfangslinse (40) und dem Lichtempfangselement (33) sind vorgesehen eine erste Reflexionsfläche (43a) und eine zweite Reflexionsfläche (41a) zum Ändern einer Richtung einer optischen Achse eines durch die Lichtempfangslinse (40) gebündelten Lichtstrahls und zum Leiten des Lichtstrahls zum Lichtempfangselement (33). Es liegt ein einzelnes Medium zwischen der ersten Reflexionsfläche (43a) und der zweiten Reflexionsfläche (41a) vor.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Abstandsmess- oder Ortungseinrichtung zum optischen Detektieren eines Abstands zu einem Objekt sowie ein elektronisches Gerät, welches mit demselben ausgebildet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein kleines optisches Ortungseinrichtung oder ein kleines optisches Abstandsmesseinrichtung, welche in der Lage sind, eine große Distanz mit hoher Genauigkeit zu detektieren, sowie ein elektronisches Gerät, welches mit demselben ausgebildet ist.
Technischer Hintergrund
Es ist eine Vielzahl von Ortungsgeräten oder Abstandsmessgeräten (ranging devices) vorgeschlagen worden, welche einen Lichtfleck oder Lichtpunkt (spot light) auf ein Messobjekt projizieren, welche das sich ergebende reflektierte Licht empfangen und welche einen Abstand oder eine Distanz des Messobjekts mittels trigonometrischer Ortung oder trigonometrischer Abstandsbestimmung (trigonometrical ranging) messen, wie dies in Zusammenhang mit 5 dargestellt ist. Bei der in 5 gezeigten Abstandsmess- oder Ortungseinrichtung wird angenommen, dass ein Zentrum oder Mittelpunkt einer Licht emittierenden Linse 2 oder Lichtemissionslinse (light emitting lens) einen Ursprung O(0, 0) bildet, dass eine Achse emittierten Lichts eine y-Achse ist und dass eine Achse orthogonal zur Achse 5 emittierten Lichts am Ursprung O eine x-Achse ist, dass ein von einem Licht emittierenden Element 1 oder Lichtemissionselement (light emitting element), welches an einem Punkt A(0, –d) angeordnet ist, emittierter Lichtstrahl in einen im Allgemeinen parallelen Lichtstrahl umgewandelt wird mittels der Licht emittierenden Linse 2, die im Ursprung O angeordnet ist, wobei der Strahl einen Lichtfleck oder Lichtpunkt am Punkt B(0, y) auf einem Messobjekt 3 (object for measurement) projiziert. Der durch das Messobjekt 3 reflektierte Lichtstrahl wird durch eine Lichtempfangslinse 4 (light receiving lens) kondensiert, welche am Punkt C(L, 0) angeordnet ist, und an einem Punkt D(L + 1, –d) auf einem Positionsdetektionselement 6 (position detecting element; z. B. PSD: Position Sensitive Detector), welches auf einer Linie oder Gerade platziert ist, die sich vom Punkt A in einer Richtung der x-Achse erstreckt, wobei dadurch ein empfangener Lichtfleck oder Lichtpunkt erzeugt wird.
Unter der Bedingung, dass ein Punkt, bei welchem eine Linie oder Gerade durch den Punkt C läuft oder passiert, d. h. das Zentrum der Lichtempfangslinse 4, wobei diese Line parallel zur y-Achse läuft, das Positionsdetektionselement 6 (position detecting element) schneidet, definiert ist als Punkt E(L, –d), ist ein Dreieck OBC homothetisch (homothetic) zu einem Dreieck ECD. Entsprechend kann ein Abstand y zum Messobjekt 3 detektiert werden durch Detektion einer Position des empfangenen Lichtflecks oder Lichtpunkts durch das Positionsdetektionselement 3, durch Messen der Seite ED (= 1) und durch Berechnen des Ausdrucks (1) unten. y = L·d / l (1)
Dies ist ein allgemeines Prinzip der trigonometrischen Ortung oder Abstandsbestimmung.
Als Positionsdetektionselement 6, nämlich dem PSD, wird ein linearer Bildsensor oder ein Bildsensor mit einer Mehrzahl von Fotodioden darauf angeordnet oder dergleichen zum Detektieren der Position eines optischen Schwerpunkts eines empfangenen Lichtflecks oder Lichtpunkts verwendet, der auf das Positionsdetektionselement 6 projiziert ist oder wird.
Unter der Annahme, dass das Positionsdetektionselement 6 eine Detektionsauflösung Δl aufweist, kann die Auflösung Δy bei einer gemessenen Distanz y ausgedrückt werden durch die Gleichung (2). Δy = y² / L·d·Δl (2)
Dies bedeutet, dass eine Auswahl des Positionsdetektionselements 6, welches zu verwenden ist, eine Ermittlung der Detektionsauflösung Δl an der Stelle des Positionsdetektionselements 6 umfasst. Folglich wird die Auflösung Δy in der Messdistanz y bestimmt durch einen Abstand oder eine Distanz L (welche nachfolgend als Basislinienlänge (base line length) bezeichnet wird), zwischen der Lichtemissionslinse 2 und der Lichtempfangslinse 4 sowie durch eine Brennweite d der Lichtempfangslinse 4. Je größer diese sind, desto kleiner ist die Auflösung Δy in der Messdistanz y und desto höher ist die Auflösung der Detektionsdistanz. Unter der Bedingung, dass eine Distanz zu einem weit entfernten Objekt für die Messung gemessen wird, wobei insbesondere die Messdistanz y gesteigert wird, ist es notwendig, die Basislinienlänge oder Grundlinienlänge L oder die Brennweite d zu steigern, um die Auflösung Δy zu reduzieren.
6 ist ein Diagramm, welches einen schematischen Aufbau eines herkömmlichen optischen Abstandsmessgeräts oder Ortungsgeräts zeigt. Ein Lichtemissionselement 12 und ein Lichtempfangselement 13 sind an bestimmten Positionen eines Gehäuserahmens, eines Leitungsrahmens oder einer Leitungsplatine 11 (lead frame) angebracht und individuell mit einem Licht durchlässigen oder lichtpermeablen Harz derart versiegelt, dass ein lichtemissionsseitiger primärer Formkörper 14 oder ein lichtemissionsseitiges primäres Formteil 14 und ein lichtempfangsseitiger primärer Formkörper 15 oder lichtempfangsseitiger primäres Formteil 15 ausgebildet sind oder werden. Beide primären Formkörper oder -teile 14 und 15 sind oder werden mittels eines Lichtabschirmharzes derart versiegelt, dass ein sekundärer Formkörper 16 oder ein sekundärer Formteil 16 ausgebildet ist oder wird. Dann wird ein Linsenhalter 19 mit einer Lichtemissionslinse 17 und einer Lichtempfangslinse 18 am sekundären Formkörper 16 angebracht. Dadurch wird die optische Ortungseinrichtung oder optische Abstandsmesseinrichtung ausgebildet.
Die Messung eines Abstands eines entfernten Messobjekts durch ein derartiges optisches Ortungsgerät oder optisches Abstandsmessgerät kann erreicht werden durch Steigern der Brennweite d der Lichtempfangslinse 18, wie dies in 7 dargestellt ist, oder durch Steigern der Grundlinienlänge oder Basislinienlange L, d. h. also eines Abstandes zwischen den Mitten oder Zentren der Lichtemissionslinse 17 und der Lichtempfangslinse 18, wie dies im Zusammenhang mit 8 dargestellt ist. Beide Anordnungen bewirken jedoch eine Steigerung der optischen Ortungseinrichtung oder der optischen Abstandsmesseinrichtung als Ganzes sowie eine Steigerung der Kosten davon, da ein entsprechender Raum bei der elektronischen Ausstattung zur Installation der optischen Ortungseinrichtung oder der optischen Abstandsmesseinrichtung notwendig wird, wodurch es schwierig wird, die Einrichtung zu verwenden und handzuhaben.
Um derartigen Problemen zu begegnen, wurden Ortungs- oder Abstandsmesseinrichtungen (Abstandsmesseinrichtungen) gemäß JP H07-98205 A (Patentliteratur 1) und JP 2011-145115 A (Patentliteratur 2) vorgeschlagen.
Bei der Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung gemäß der oben beschriebenen Patentliteratur 1 wird, wie dies in 9 dargestellt ist, eine Änderungs- oder Wechseleinrichtung eines optischen Pfades (optical path changing means) gebildet von zwei Paaren von Spiegeln 24B, 25B, 24R, 25R zum Ändern oder Wechseln der zwei optischen Pfade der Strahlen einfallenden Lichts von einem Objekt zur Abstandsmessung, um die Strahlen auf eine Mittenachse der Einrichtung zuzulenken oder auszurichten und um zu bewirken, dass die Strahlen durch eine erste Linse 22B bzw. eine zweite Linse 22R passieren. Die Änderungs- oder Wechseleinrichtung ist außerhalb eines Ortungs- oder Abstandsmessmoduls 21 vorgesehen, welches die zwei Lichtempfangslinsen 22B, 22R und zwei Lichtsensoren 23B, 23R aufweist. Eine Steigerung in der Grundlinienlänge B auf diese Weise ermöglicht eine präzise Messung von Abstandswerten.
Wie in 10 dargestellt ist, weist eine Ortungseinrichtung oder eine Abstandsmesseinrichtung gemäß der oben erwähnten Patentliteratur 2 ein Linsenanordnungselement 26 (lens array member) mit einem Paar Ortungs- oder Abstandsmesslinsen 26A, 26B (ranging lenses), einem Spiegelanordnungselement 28 (mirror array member) mit einem Paar Reflexionselementen 28a, 28b (reflection members) und einem Zwischenspiegelelement 29 (intermediate mirror member) auf. Das Spiegelanordnungselement 28 und das Zwischenspiegelelement 29 werden vorgesehen, um Bild gebende Strahlen zu reflektieren, welche durch die Ortungslinsen oder Abstandsmesslinsen 26a, 26b derart einfallen, dass ein Bild eines Objekts in jedem der Abbildbereiche 27a, 27b (imaging regions) eines Abbildungselements 27 ausgebildet werden. Diese Anordnung ermöglicht die Messung eines Abstandswertes in genauer Art und Weise durch Steigern der Brennweiten der Linsen und durch Auslöschen einer Änderung oder eines Wechsels in der Basislinienlänge oder Grundlinienlänge, die durch eine Temperaturänderung bewirkt würde.
Diese herkömmlichen Ortungseinrichtungen oder Abstandsmesseinrichtungen haben jedoch die nachfolgend beschriebenen Probleme.
Bei der Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung gemäß Patentliteratur 1 ist die Wechsel- oder Änderungseinrichtung für einen optischen Pfad außerhalb des Ortungsmoduls oder Abstandsmessmoduls 21 vorgesehen, welches die beiden Lichtempfangslinsen 22B, 22R und die beiden Lichtsensoren 23B, 23R aufweist. Entsprechend wird Licht, dessen optischen Pfade durch die Änderungseinrichtung oder Wechseleinrichtung für den optischen Pfad geändert oder gewechselt wurden, mittels der Lichtempfangslinsen 22B, 22R kondensiert, gebündelt oder verdichtet. Dies bewirkt ein Problem dahingehend, dass die Größe der Ortungseinrichtung oder der Abstandsmesseinrichtung mit den gesamten optischen Systemen folglich gesteigert wird.
Bei der Ortungseinrichtung oder der Abstandsmesseinrichtung gemäß Patentliteratur 2 besitzt ein optisches System eine Kombination aus dem Linsenanordnungselement 26 und dem Spiegelanordnungselement 28. Ausschließlich die Linsenoberfläche jeder Linse besitzt eine verdichtende oder kondensierende Wirkung (gekrümmte Oberfläche). Daher kann eine ausreichende verdichtende oder kondensierende Wirkung nicht erwartet werden relativ zum Linsendurchmesser (Linsengröße) der Ortungslinsen oder Abstandsmesslinsen 26a, 26b. Es besteht die Gefahr, dass die Ortungs- oder Abstandsmessgenauigkeit vermindert wird aufgrund einer nicht ausreichenden Lichtmenge. Zusätzlich wird ein Problem dahingehend erzeugt, dass eine hohe Brennweite des optischen Systems die Größe der Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung steigert.
Neben dem Vorsehen des Spiegelanordnungselements 28 und des Zwischenspiegelelements 29 als Reflektoren, besteht eine weitere Schwierigkeit bei der Anpassung von deren Positionen in der Anordnung. Es existieren unterschiedliche Materialien oder Medien, d. h. Plastikmaterialien und Luft zwischen Reflexionsflächen oder Reflexionsoberflächen 28c, 28d der Reflexionselemente 28a, 28b des Spiegelanordnungselements 28 und der Reflexionsflächen oder Reflexionsoberflächen 29a, 29b des Zwischenspiegelelements 29. Folglich entsteht ein Problem dahingehend, dass eine falsche Anpassung der Positionen optische Fehler bewirken kann, z. B. eine Abschwächung (attenuation), eine Brechung (refraction) und eine Oberflächenreflexion (surface reflection), jeweils an Grenzflächen zwischen den Plastikmaterialien und Luft.
Zitatenliste
Patentliteratur

PTL1: JP H07-98205 A
PTL2: JP 2011-14515 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Eine der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine kleine optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, einen großen Abstand mit hoher Genauigkeit zu messen. Des Weiteren soll ein elektrisches oder elektronisches Gerät geschaffen werden, welches mit dieser Einrichtung ausgebildet ist.
Lösung der Aufgabe
Eine optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung (optical ranging device) gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist auf:
ein Lichtemissionslement (light emitting element),
ein Lichtempfangselement (light receiving element) zum Detektieren einer Position eines Lichtflecks, der ausgebildet wird durch vom Licht emittierenden Element ausgesandtes und durch ein Messobjekt reflektiertes Licht,
ein Signalverarbeitungseinheit zum Verarbeiten eines vom Lichtempfangselement ausgegebenen Signals,
ein lichtemissionsseitiges primäres Formteil, in welchem das Licht emittierende Element mit einem Licht durchlässigen Harz versiegelt ist,
ein sekundäres Formteil, in welchem das lichtemissionsseitige primäre Formteil, das Lichtempfangselement und die Signalverarbeitungseinheit einteilig oder einstückig mit einem Licht abschirmenden Harz versiegelt sind,
eine Lichtemissionslinse (light emitting lens) zum Projizieren des Lichts, welches vom Lichtemissionselement ausgesandt wird, auf das Messobjekt zu,
eine Lichtempfangslinse (light receiving lens) zum Sammeln des vom Messobjekt reflektierten Lichts,
eine Lichtabschirmwand (light shielding wall) zum Schaffen einer optischen Isolation zwischen einem lichtemissionsseitigen optischen System, welches die Lichtemissionslinse aufweist, und einem lichtempfangsseitigen optischen System, welches die Lichtempfangslinse aufweist, und
eine erste Reflexionsfläche und eine zweite Reflexionsfläche, die zwischen der Lichtempfangslinse und dem Lichtempfangselement platziert sind, welche eine Richtung einer optischen Achse eines durch die Lichtempfangslinse gesammelten Lichtstrahls ändern und welche den Lichtstrahl zum Lichtempfangselement leiten, mit einem einzelnen Medium, welches zwischen der ersten Reflexionsfläche und der zweiten Reflexionsfläche vorliegt.
Gemäß der oben beschriebenen Anordnung wird die Richtung der optischen Achse des durch die Lichtempfangslinse gebündelten, verdichteten oder kondensierten Lichtstrahls geändert und bewirkt, dass der Lichtstrahl das Lichtempfangselement durch die erste Reflexionsfläche und die zweite Reflexionsfläche erreicht, welche angeordnet sind zwischen der Lichtempfangslinse zum Bündeln, Verdichten oder Kondensieren des durch das Messobjekt reflektierten Lichts und dem Lichtempfangselement zum Detektieren der Position des Lichtflecks oder Lichtpunkts des gebündelten, kondensierten oder verdichteten Lichts. Daher können eine große Brennweite und eine große Grundlinienlänge oder Basislinienlänge gewährleistet werden. Zusätzlich kann eine Miniaturisierung erzielt werden, und zwar verglichen mit einer herkömmlichen Anordnung, bei welcher eine Änderungseinrichtung oder Wechseleinrichtung für einen optischen Pfad außerhalb eines Ortungsmoduls oder eines Abstandsmessmoduls vorgesehen wird, welches Lichtemissions- und Lichtempfangselemente und Lichtemissions- und Lichtempfangslinsen aufweist.
Im Ergebnis davon ist die optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung in der Lage, einen großen Abstand mit hoher Genauigkeit zu detektieren, und sie kann dabei mit einer geringen Größe ausgebildet sein.
Des Weiteren existiert ein einzelnes Material oder Medium zwischen der ersten Reflexionsfläche und der zweiten Reflexionsfläche. Dies verhindert Fehler oder Abweichungen, wie z. B. Abschwächungen (attenuation), Brechungen (refraction) und/oder Oberflächenreflexionen (surface reflection) von Licht, die auf Grenzflächen zwischen unterschiedlichen Medien auftreten könnten, falls diese unterschiedliche Medien zwischen den Reflexionsflächen vorlägen.
Bei einer Ausführungsform ändert oder wechselt die erste Reflexionsfläche die Richtung der optischen Achse des durch die Lichtempfangslinse gebündelten Lichtstrahls auf eine Seite der Lichtemissionslinse hin und ändert die zweite Reflexionsfläche die Richtung der optischen Achse des Lichtstrahls von der ersten Reflexionsfläche auf das Lichtempfangselement zu.
Gemäß dieser Ausführungsform ändert oder wechselt die erste Reflexionsfläche die Richtung der optischen Achse des durch die Lichtempfangslinse verdichteten oder kondensierten Lichtstrahls auf die Seite der Licht emittierenden Linse zu. Entsprechend wird die Richtung der optischen Achse geändert oder gewechselt unter Verwendung eines Bereichs oder Gebiets oder Raums unter oder unterhalb der Licht empfangenden Linse, so dass die optische Ordnungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung in ihrer Größe weiter reduziert werden kann.
Bei einer Ausführungsform weist die optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung des Weiteren einen Reflektor auf. Die zweite Reflexionsfläche bildet eine Fläche oder Oberfläche des Reflektors. Der Reflektor ist mit der Lichtempfangslinse oder Licht empfangenden Linse (light receiving lens) einteilig oder einstückig ausgebildet.
Gemäß dieser Ausführungsform ist der Reflektor mit der zweiten Reflexionsfläche einstückig oder einteilig ausgebildet mit der Licht empfangenden Linse. Dadurch wird es möglich, in kostengünstiger Art und Weise eine erfindungsgemäße optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung auszubilden, und zwar ohne die Notwendigkeit speziell hinzuzufügender Elemente oder zusätzlicher Schritte zum Ändern der Richtung der optischen Achse des durch die Licht empfangende Linse empfangenden Lichtstrahls, so dass der Lichtstrahl das Lichtempfangselement erreicht.
Da der Reflektor einteilig oder einstückig mit der Licht empfangenden Linse ausgebildet ist, ist es zusätzlich möglich, eine hohe Präzision des Anordnens oder beim Anordnen zwischen der Licht empfangenden Linse und dem Reflektor zu erreichen, welche nämlich so hoch ist, wie die Genauigkeit oder Präzision der entsprechenden Metallformen (metal mold). Entsprechend kann eine Positionsanpassung zwischen dem Reflektor und dem Lichtempfangselement gewährleistet werden und die optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung kann so ausgebildet werden, dass sie eine höhere Genauigkeit oder Präzision aufweist und eine geringere Größe im Vergleich zu einer Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung, wie sie in der Patentliteratur 2 vorgeschlagen wird, welche nämlich ein Spiegelanordnungselement und ein Zwischenspiegelelement aufweist, die von einem Linsenanordnungselement und einem Bildgebungs- oder Abbildungselement separiert oder getrennt sind.
Bei einer Ausführungsform weist die optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung des Weiteren auf einen Linsenhalter, welcher die Lichtemissionslinse und die Lichtempfangslinse haltert, und einen Reflektor, der einteilig oder einstückig mit dem Linsenhalter ausgebildet ist, wobei die zweite Reflexionsfläche eine Oberfläche des Reflektors bildet.
Gemäß dieser Ausführungsform ist der Reflektor mit der zweiten Reflexionsfläche einteilig oder einstückig mit dem Linsenhalter ausgebildet, welcher die Licht emittierende Linse oder Lichtemissionslinse (light emitting lens) und die Lichtempfangslinse oder Licht empfangende Linse (light receiving lens) haltert. Daher wird es unnötig, spezielle zusätzliche Elemente oder zusätzliche Schritte bereitzustellen zum Ändern der Richtung der optischen Achse des durch die Licht empfangende Linse empfangenden Lichtstrahls, um zu bewirken, dass der Lichtstrahl das Lichtempfangselement erreicht. Dadurch wird es möglich, eine optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung bei geringen Kosten bereitzustellen.
Da der Reflektor einteilig oder einstückig mit dem Linsenhalter ausgebildet ist, ist es zusätzlich möglich, eine hohe Genauigkeit beim Positionieren zwischen der Licht empfangenden Linse und dem Reflektor zu erzielen, nämlich eine Präzision oder Genauigkeit, die so hoch ist wie diejenige der entsprechenden Metallformen. Entsprechend kann eine Positionsanpassung zwischen dem Reflektor und dem Lichtempfangselement oder Licht empfangenden Element gewährleistet werden und es kann erreicht werden, dass die optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung eine höhere Genauigkeit und eine geringere Größe besitzt im Vergleich zu einer Ortungseinrichtung oder einer Abstandsmesseinrichtung, wie sie im Zusammenhang mit der Patentliteratur 2 beschrieben ist, welche ein Spiegelanordnungselement und ein Zwischenspiegelelement aufweist, die von einem Linsenanordnungselement und einem Bildgebungs- oder Abbildungselement getrennt oder separiert sind.
Bei einer Ausführungsform ist ein Reflektor, welcher die Lichtabschirmwand aufweist und welcher gebildet wird von einem Licht abschirmenden Harz, zwischen den Lichtemissions- und Lichtempfangslinsen und dem zweiten Formteil ausgebildet. Die erste Reflexionsfläche und die zweite Reflexionsfläche sind am Reflektor ausgebildet.
Gemäß dieser Ausführungsform können die erste Reflexionsfläche und die zweite Reflexionsfläche gleichzeitig mit dem Reflektor ausgebildet sein oder werden, wenn der Reflektor aus dem Lichtabschirmharz (light shielding resin) gebildet ist oder wird. Daher ergibt sich eine Präzision oder Genauigkeit der Anordnung beider Reflexionsflächen in erhöhter Art und Weise im Vergleich mit einer Einrichtung, bei welcher die erste Reflexionsfläche und die zweite Reflexionsfläche separat voneinander ausgebildet und dann zusammengefügt werden. Folglich kann eine optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung mit hoher Präzision geschaffen werden.
Bei einer Ausführungsform weist die optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung des Weiteren ein lichtempfangsseitiges primäres Formteil auf, in welchem das Lichtempfangselement und die Signalverarbeitungseinheit mit einem Licht durchlässigen Harz versiegelt sind, wobei das lichtempfangsseitige primäre Formteil, das Lichtempfangselement und die Signalverarbeitungseinheit einteilig oder einstückig mit dem Licht abschirmenden Harz im sekundären Formteil einteilig oder einstückig versiegelt sind durch eine einteilige oder einstückige Versiegelung des lichtemissionsseitigen primären Formteils und des lichtempfangsseitigen primären Formteils mit dem Licht abschirmenden Harz, und wobei die erste Reflexionsfläche einteilig oder einstückig mit dem lichtempfangsseitigen primären Formteil durch ein Medium eines Substrats oder Gehäuserahmens, Leiterrahmens, Leadframes oder einer Platine ausgebildet ist.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die Reflexionsfläche einstückig oder einteilig ausgebildet mit dem lichtempfangsseitigen primären Formteil mittels oder über ein Medium oder Material des Substrats oder dem Gehäuserahmen, Leiterrahmen oder die Platine (auf welchen die Licht emittierenden und empfangenden Elemente angeordnet sind). Folglich kann die erste Reflexionsfläche in simultaner Art und Weise mit dem lichtempfangsseitigen primären Formteil ausgebildet werden. Folglich wird es dadurch unnötig, spezielle zusätzliche Elemente oder zusätzliche Schritte zum Ändern oder Wechseln der Richtung der optischen Achse des von der Licht empfangenden Linse empfangenden Lichtstrahls, um zu bewirken, dass der Lichtstrahl das Lichtempfangselement oder Licht empfangende Element erreicht. Dadurch wird es möglich, eine optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung bei geringen Kosten zu schaffen.
Bei einer Ausführungsform weist die optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung des Weiteren einen Reflektor auf, wobei die erste Reflexionsfläche eine Fläche des Reflektors bildet, das lichtempfangsseitige primäre Formstück und der Reflektor voneinander separiert sind und ein Lichtabschirmteil zwischen dem lichtempfangsseitigen primären Formstück oder Formteil und dem Reflektor ausgebildet ist.
Gemäß dieser Ausführungsform sind das lichtempfangsseitige primäre Formteil und der Reflektor voneinander separiert oder getrennt und der Lichtabschirmteil oder Licht abschirmende Teil ist zwischen ihnen vorgesehen. Daher kann Rauschlicht oder Lichtrauschen reduziert werden, welches in das Innere des Reflektors eindringt, und welches auf das Lichtempfangselement einfällt über interne Reflexion. Damit kann eine optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung mit einer höheren Präzision ausgestaltet werden.
Bei einer Ausführungsform ist der Lichtabschirmteil oder der Licht abschirmende Teil ausgebildet von einem Teil, Bereich oder Abschnitt des Licht abschirmenden Harzes, welches das sekundäre oder zweite Formteil bildet.
Gemäß dieser Ausführungsform bildet der Lichtabschirmteil oder der Licht abschirmende Teil, der zwischen dem lichtempfangsseitigen primären Formteil und dem Reflektor ausgebildet ist, gebildet von dem Bereich des Licht abschirmenden Harzes, welcher das zweite oder sekundäre Formteil bildet. Folglich kann die optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung in kostengünstiger Art und Weise ausgebildet werden ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Elemente zum Ausbilden des Licht abschirmenden Teils.
Zusätzlich kann der Licht abschirmende Teil ausgebildet werden ohne Lücken oder Abstände zwischen dem lichtempfangsseitigen primären Formteil und dem Reflektor, so dass Lichtrauschen oder Rauschlicht, welches in den Reflektor eingedrungen ist, in wirksamer Art und Weise daran gehindert werden kann, dass es auf das Licht empfangende Element oder Lichtempfangselement einfällt.
Eine elektrische oder elektronische Einrichtung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit irgendeinem der oben beschriebenen optischen Ortungseinrichtungen oder Abstandsmesseinrichtungen ausgebildet.
Gemäß der oben beschriebenen Anordnung bewirkt die Aufnahme oder Installation der optischen Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung von geringer Größe, die in der Lage ist, einen großen Abstand mit hoher Genauigkeit zu messen, eine Verbesserung der Funktion der elektronischen Einrichtung, z. B. bei einem Personalcomputer oder einer Gesundheitseinrichtung (sanitary equipment), bei welchen eine Abstellung oder eine Steuerung im ausgeschalteten Zustand (off control) ausgeführt wird mit der Abstandsmessung zu einem Menschen, bei Projektoren, bei deren Fokus eine Steuerung einhergeht mit der Detektion eines Abstands zu einem Schirm, bei selbst bewegenden Robotern, bei welchen eine Kollision verhindert wird auf der Grundlage der Detektion eines Abstandes zu einer Wand, und bei kontaktfreien Schaltern, bei welchen eine Steuerung ausgeführt wird auf der Grundlage der Detektion eines Abstandes zu einer menschlichen Hand.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, ist bei der erfindungsgemäßen optischen Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung die Richtung der optischen Achse des durch die Licht empfangenden Linse kondensierten oder verdichteten Lichtstrahls geändert oder gewechselt durch die erste Reflexionsfläche und die zweite Reflexionsfläche, so dass der Lichtstrahl dazu gebracht wird, dass er das Licht empfangende Element oder Lichtempfangselement erreicht, weil die erste Reflexionsfläche und die zweite Reflexionsfläche angeordnet sind zwischen der Licht empfangenden Linse zum Kondensieren oder Verdichten des vom Messobjekt reflektierten Lichts und dem Lichtempfangselement zum Detektieren der Position oder Stelle des Lichtflecks oder Lichtpunkts des kondensierten oder verdichteten Lichts. Daher können eine große Brennweite und eine große Grundlinienlänge oder Basislinienlänge gewährleistet werden. Zusätzlich kann eine Miniaturisierung erreicht werden im Vergleich mit einer herkömmlichen Anordnung, bei welcher eine Änderungs- oder Wechseleinrichtung für einen optischen Pfad oder Weg außerhalb eines Ortungsmoduls oder Abstandsmessmoduls mit Licht empfangenden und Licht aussendenden Elementen und mit Licht aussendenden und Licht empfangenden Linsen vorgesehen ist. Kurz gesprochen bedeutet dies, dass erfindungsgemäß eine optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung in der Lage ist, einen großen Abstand mit hoher Genauigkeit zu detektieren, und dass diese Einrichtung mit einer geringen Größe ausgebildet werden kann.
Des Weiteren ist die optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung derart ausgebildet, dass ein einzelnes Material oder Medium zwischen der ersten Reflexionsfläche und der zweiten Reflexionsfläche vorliegt. Dies verhindert Fehler, wie z. B. eine Abschwächung, eine Refraktion oder Brechung und/oder eine Oberflächenreflexion von Licht, welche auftreten könnten an Grenzflächen zwischen unterschiedlichen Materialien oder Medien, wenn diese unterschiedlichen Materialien oder Medien zwischen den Reflexionsflächen vorliegen. Im Ergebnis davon ist eine hochpräzise Detektion eines großen Abstandes erreichbar.
Weil die elektronische Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer kleinen optischen Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung ausgebildet ist, welche in der Lage ist, einen großen Abstand mit hoher Präzision zu detektieren, ist es möglich, eine Verbesserung der Funktionalität der elektronischen Einrichtung zu schaffen, z. B. bei Personalcomputern und bei Gesundheitseinrichtungen, bei welchen eine Steuerung im ausgeschalteten Zustand (off control) ausgeführt wird mit der Detektion eines Abstandes zu einem Menschen, bei Projektoren, bei welchen ein Fokus gesteuert wird im Zusammenhang mit der Messung eine Abstandes zu einer Projektionsfläche, bei selbst angetriebenen Robotern, bei welchen eine Kollision verhindert wird auf der Grundlage einer Detektion eines Abstandes zu einer Wand, und bei kontaktfreien Schaltern, bei welchen eine Steuerung ausgeführt wird durch Detektion eines Abstandes zu einer menschlichen Hand.
Kurzbeschreibung der Figuren
Die vorliegende Erfindung wird besser verständlich auf der Grundlage der detektierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, welche allein der Illustration dienen und die vorliegende Erfindung nicht beschränken sollen.
1 ist ein Längsschnitt einer optischen Ortungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 ist ein Längsschnitt einer optischen Ortungseinrichtung gemäß einer ersten Abwandlung der Erfindung.
3 ist ein Längsschnitt einer optischen Ortungseinrichtung gemäß einer zweiten Abwandlung der Erfindung.
4 ist ein Längsschnitt einer optischen Ortungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
5 ist ein Diagramm, welches das Prinzip der trigonometrischen Ortung oder Abstandsmessung beschreibt.
6 ist ein Diagramm, welches einen schematischen Aufbau einer herkömmlichen optischen Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung zeigt.
7 ist ein Diagramm, welches eine Abwandlung der optischen Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung aus 6 zeigt, welche eine Licht empfangende Linse mit einer gesteigerten Brennweite besitzt.
8 ist ein Diagramm, welches eine Abwandlung der optischen Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung aus 6 zeigt, welche eine gesteigerte Grundlinienlänge aufweist.
9 ist ein Diagramm, welches eine Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung gemäß der Patentliteratur 1 zeigt.
10 ist ein Diagramm, welches eine Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung gemäß der Patentliteratur 2 zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend wird die Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf Ausführungsformen beschrieben, die in den Figuren gezeigt sind.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Längsschnitt einer optischen Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
Wie in 1 dargestellt ist, sind ein Licht aussendendes Element 32 und ein Licht empfangendes Element 33 auf einem Gehäuserahmen, Leiterrahmen oder auf einer Platine 31 angeordnet. Das Licht aussendende Element 32 und das Licht empfangende Element 33 sind einzeln oder individuell versiegelt mittels eines lichtdurchlässigen Harzes, so dass ein Licht aussendeseitiges primäres Formteil 34 und ein lichtempfangsseitiges primäres Formteil 35 gebildet sind oder werden. Das Licht empfangende Element 33 ist in Form eines Chips ausgebildet, welcher eine eingebaute Signalverarbeitungseinheit 33a (built-in signal processing unit) aufweist, die in der Lage ist, eine Position eines Flecks oder Punkts (spot) empfangenden Lichts zu detektieren und Positionsinformation auszugeben.
Beide primären oder ersten Formteile 34 und 35 sind mittels eines Licht abschirmenden Harzes derart versiegelt, dass dadurch ein zweites oder sekundäres Formteil 36 (Licht abschirmendes Harzteil) mit Fenstern 37, 38 gebildet wird, und zwar an bestimmten Stellen oberhalb des Licht aussendenden Elements 32 und des Licht empfangenden Elements 33. Ein Linsenhalter 42 ist mit einer Licht aussendenden Linse 39, einer Licht empfangenden Linse 40 und einem zweiten Reflektor 41 ausgebildet, welcher eine Fläche oder Oberfläche besitzt, die um etwa 45 Grad relativ zu einer Licht empfangenden Fläche des Licht empfangenden Elements 33 geneigt ist, wobei der Reflektor mit dem zweiten oder sekundären Formteil 36 so eingreift, um einen oberen Bereich des sekundären oder zweiten Formteils 36 abzudecken oder zu bedecken.
Ein erster Reflektor 43 mit einer Fläche oder Oberfläche, die um 45 Grad relativ zu einer Achse empfangenden Lichts der Licht empfangenden Linse 40 geneigt ist, ist auf einer Fläche oder Oberfläche des lichtempfangsseitigen primären Formteils 35 ausgebildet, wobei die Fläche auf einer Seite gegenüberliegend dem Licht emittierenden Element 32 in Bezug auf das Licht empfangende Element 33 angeordnet ist. Der erste Reflektor 43 steht auf die Licht empfangende Linse 40 zu hervor, und zwar vom Fenster 38 des sekundären oder zweiten Formteils 36 aus. Nachfolgend wird das lichtempfangsseitige primäre oder erste Formteil 35 auch bezeichnet als ”lichtempfangsseitiges primäres oder erstes Formteil 35 mit dem ersten Reflektor”.
Sobald der Linsenhalter 42 mit dem zweiten oder sekundären Formteil 36 eingreift, ist oder wird die Licht aussendende Linse 39 so platziert, so dass sie eine Achse des ausgesandten Lichts gemeinsam mit dem Licht aussendenden Element 33 quer zu oder über dem Fenster 37 des sekundären oder zweiten Formteils 36 besitzt. Die Licht empfangende Linse 40 ist oder wird so angeordnet, dass sie der Reflexionsfläche 43a (Fläche, die in der geneigten Fläche enthalten ist) des ersten Reflektors 43 gegenüberliegt, der vom Fenster 38 des zweiten oder sekundären Formteils 36 hervorsteht. Der zweite Reflektor 41 ist oder wird so angeordnet, dass eine Reflexionsfläche 41a (eine Fläche, die in der geneigten Fläche enthalten ist) davon der Reflexionsfläche 43a des ersten Reflektors 43 gegenüberliegt und der Licht empfangenden Fläche des Licht empfangenden Elements 33 mittels des Fensters 38 gegenüberliegt.
Eine Licht abschirmende Wand 44 (light shielding wall) zur optischen Isolation zwischen einem Raum unter der Licht emittierenden Linse 39 und einem Raum unter der Licht empfangenden Linse 40 ist im Linsenhalter 42 ausgebildet und wirkt mit dem Licht abschirmenden Harz des zweiten oder sekundären Formteils 36 zusammen, um einen vom Licht aussendenden Element 32 ausgesandten Lichtstrahl daran zu hindern, direkt in die Licht empfangende Seite einzudringen.
Bei der optischen Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung mit der oben beschriebenen Anordnung wird der von dem Licht emittierenden Element 32 ausgesandte Lichtstrahl in einem im Allgemeinen parallelen Lichtstrahl ausgebildet mittels der Licht aussendenden Linse 39 und wird dann auf das Messobjekt (nicht dargestellt) zu ausgesandt. Das vom Messobjekt reflektierte Licht wird durch die Licht empfangende Linse 40 verdichtet oder kondensiert. Die Richtung der Achse des empfangenden Lichts wird geändert durch die Reflexionsflächen, die einander gegenüberliegen und welche die Fläche des ersten Reflektors 43, welche um etwa 45 Grad relativ zur Achse des empfangenden Lichts der Licht empfangenden Linse 40 geneigt ist, und die Fläche des zweiten Reflektors 41 sind, welche um etwa 45 Grad relativ zur Licht empfangenden Fläche des Licht empfangenden Elements 33 geneigt ist. Auf diese Art und Weise wird der auf das Licht empfangende Element 33 einfallende optische Pfad ausgebildet.
Die Achse des empfangenden Lichts wird somit durch den ersten Reflektor 43, der unter der Licht empfangenden Linse 40 angeordnet ist, und durch den zweiten Reflektor 41, der über dem Licht empfangenden Element 33 angeordnet ist, ausgerichtet. Eine große Brennweite kann folglich unter wirksamem Einsatz des Raumes unter der Licht empfangenden Linse 40 gewährleistet werden. Unter der Annahme, dass der Abstand zwischen dem Licht aussendenden Element 32 und dem Licht empfangenden Element 33 so groß ist wie bei einer herkömmlichen optischen Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung, kann eine gesteigerte Grundlinienlänge oder Basislinienlänge gewährleistet sein oder werden, welche gebildet wird von einem Abstand zwischen der Licht emittierenden Linse 39 und der Licht empfangenden Linse 40. Zusätzlich kann verglichen mit einer Konfiguration, bei welcher eine Änderungseinrichtung für einen optischen Pfad außerhalb eines Ortungsmoduls oder Längenmessmoduls mit Licht aussendenden und Licht empfangenden Elementen und mit Licht aussendenden und Licht empfangenden Linsen wie bei einer Ortungseinrichtung gemäß der Patentliteratur 1 vorgesehen sind, eine Miniaturisierung erreicht werden. Entsprechend kann eine kleine optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung geschaffen werden, die in der Lage ist, einen großen Abstand mit hoher Präzision zu messen.
Wie in 1 dargestellt ist, ist der erste Reflektor 43 so ausgebildet, dass er die Achse des empfangenden Lichts der Licht empfangenden Linse 40 in eine Richtung des optischen Systems auf der Lichtausgangsseite dreht. Dies ermöglicht, dass der Raum unter der Licht empfangenden Linse 40 in effizienterer Art und Weise genutzt wird und ermöglicht daher, dass in effektiver Art und Weise die Größe der optischen Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung reduziert wird.
Wie in 1 dargestellt ist, ist der erste Reflektor 43 mit dem lichtempfangsseitigen primären oder ersten Formteil 35 einstückig oder einteilig ausgebildet. Das bedeutet, dass der erste Reflektor 43 gleichzeitig ausgebildet sein oder werden kann mit dem primären oder ersten Formteil, welches ausgeführt wird im Hinblick auf das Licht empfangende Element 33 unter Verwendung eines Licht durchlässigen Harzes durch Pressspritzen, Spritzpressen oder Transferpressen (transfer molding). Im Allgemeinen werden ein Licht aussendendes Element, ein Licht empfangendes Element und andere Teile auf einem Gehäuserahmen, Leiterrahmen oder einer Platine (lead frame) mit einem lichtdurchlässigen Harz (light permeable resin), z. B. einem Epoxyharz, versiegelt, um dadurch innerhalb eines oder nach Art eines primären oder ersten Formkörpers (primary molded body) ausgebildet zu werden. Der erste Reflektor 43 wird gleichzeitig und einstückig oder einteilig mit dem primären oder ersten Formkörper oder Formteil beim Pressspritzen, Spritzpressen oder Transferpressen ausgebildet, um so das Licht empfangende Element 33 hinzuzufügen. Also kann die optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung in kostengünstiger Art und Weise ausgebildet werden und ohne Notwendigkeit spezieller zusätzlicher Elemente oder zusätzlicher Schritte zum Ausbilden des ersten Reflektors 33.
Wie in 1 dargestellt ist, ist oder wird der zweite Reflektor 41 gleichzeitig und einstückig oder einteilig ausgebildet mit der Licht empfangenden Linse 40, und zwar zusammengesetzt aus einem lichtdurchlässigen Harz, wenn die Licht empfangende Linse 40 mittels Spritzgießen ausgebildet wird. Die Licht aussendende Linse 39, die Licht empfangende Linse 40 und der zweite Reflektor 41 werden durch Spritzgießen unter Verwendung eines lichtdurchlässigen Harzes ausgebildet, z. B. unter Verwendung eines Acrylharzes, eines Polycarbonatharzes usw. Diese Formteile werden aufeinander folgend im Linsenhalter 32 integriert durch gleichzeitiges Spritzgießen (coinjection molding) unter Verwendung eines Licht abschirmenden Harzes, z. B. von ABS-Harz (Acrylonitrilbutadienstyrencopolymer), PPS-Harz (Polyphenylensulfid) usw. Eine derartige einteilige oder einstückige Ausbildung des zweiten Reflektors 41 mit der Licht empfangenden Linse 40 ermöglicht eine kostengünstige Ausbildung der optischen Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ohne der Notwendigkeit spezieller zusätzlicher Elemente oder zusätzlicher Schritte zum Ausbilden des zweiten Reflektors 41.
Zusätzlich ermöglicht die Ausbildung des ersten Reflektors 43 im lichtempfangseitigen primären Formteil 35 und das einstückige oder einteilige Ausbilden des zweiten Reflektors 41 mit der Licht empfangenden Linse 40, dass eine Genauigkeit oder Präzision des Positionierens zwischen dem Licht empfangenden Element 33 und dem ersten Reflektor 43 sowie eine Genauigkeit oder Präzision des Positionierens zwischen der Licht empfangenden Linse 40 und dem zweiten Reflektor 41 mit einem Wert so hoch wie eine Genauigkeit von Metallformen erreicht werden kann. Entsprechend resultiert z. B. das Positionieren oder Anordnen zwischen der Licht empfangenden und dem ersten Reflektor 43 notwendigerweise im Positionieren zwischen dem ersten Reflektor 43 und dem zweiten Reflektor 41 und dem Positionieren zwischen dem zweiten Reflektor 41 und dem Licht empfangenden Element 33. Im Ergebnis davon kann die Positionsanpassung zwischen der Licht empfangenden Linse 40 und dem ersten Reflektor 43 und zwischen dem zweiten Reflektor 41 und dem Licht empfangenden Element 33 unterstützt werden. Die optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung kann mit einer höheren Präzision oder Genauigkeit ausgebildet werden sowie mit einer geringeren Größe und zwar im Vergleich zu einer Einrichtung, bei welcher ein Spiegelanordnungselement und ein Zwischenspiegelelement, welche getrennt ausgebildet sind von einem Linsenanordnungselement und einem Bilderzeugungselement, vorgesehen werden, und zwar wie bei einer Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung gemäß der Patentliteratur 2.
Weil ausschließlich ein einzelnes Medium Luft zwischen der Reflexionsfläche 43a des ersten Reflektors und der Reflexionsfläche 41a des zweiten Reflektors 41 vorliegt, besteht, wenn die Positionsanpassung zwischen der Licht empfangenden Linse 40 und dem ersten Reflektor 43 und zwischen dem zweiten Reflektor 41 und dem Licht empfangenden Element 33 ausgeführt wird, kein Risiko von Fehlern, z. B. in Form von Abschwächungen (attenuation), Brechungen (refraction) oder von Oberflächenreflexion (surface reflection) von Licht, welche auftreten könnten an Grenzflächen zwischen unterschiedlichen Medien oder Materialien.
2 ist ein Längsschnitt, welcher eine optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung gemäß einer ersten Abwandlung der Ausführungsform zeigt. Bei dieser Abwandlung werden ausschließlich die Komponenten beschrieben, die sich von denjenigen aus 1 unterscheiden.
Bei der Abwandlung ist das lichtempfangsseitige primäre oder erste Formteil 45, in welchem das Licht empfangende Element 33 mit dem lichtdurchlässigen Harz versiegelt ist, getrennt vorgesehen von einem ersten Reflektor 46, der eine Fläche 46a (Reflexionsfläche) aufweist, welche in etwa 45 Grad geneigt ist relativ zur Achse des empfangenden Lichts der Licht empfangenden Linse 40, und welcher gebildet wird von einem lichtdurchlässigen Harz. Der erste Reflektor 46 ist so aufgebaut, dass er einen Teil des Gehäuserahmens, Leiterrahmens oder der Platine 31 (lead frame) aufweist. Ein Teil des Licht abschirmenden Harzes, welches das sekundäre Formteil 36 bildet, liegt zwischen dem lichtempfangsseitigen primären oder ersten Formteil 45 und dem ersten Reflektor 46. Dabei ist eine Licht abschirmender Harzbereich zwischen dem lichtemissionsseitigen primären oder ersten Formteil 34 und dem lichtempfangsseitigen primären oder ersten Formteil 45 definiert als ein erstes Lichtabschirmteil 47. Ein Licht abschirmender Harzbereich zwischen dem lichtempfangsseitigen primären oder ersten Formteil 45 und dem ersten Reflektor 46 ist definiert als ein zweites Lichtabschirmteil 48.
Wie im Fall der optischen Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung gemäß 1 ist der erste Reflektor 46 einteilig oder einstückig ausgebildet mit dem lichtempfangsseitigen primären oder ersten Formteil 45 über ein Medium oder Material des Gehäuserahmens, des Leiterrahmens oder der Platine 31 mittels Pressspritzen, Spritzpressen oder Transferpressen (transfer molding), durch welches der erste Reflektor 46 gleichzeitig ausgebildet ist mit dem lichtempfangsseitigen primären oder ersten Formteil 45.
Bei der in dieser Art und Weise ausgebildeten Abwandlung wird ein durch die Licht empfangende Linse 40 kondensierter oder verdichteter empfangener Lichtstrahl durch die Reflexionsfläche 46a des ersten Reflektors 46 reflektiert, während ein Teil oder Bereich des Strahls in den ersten Reflektor 46 eintritt, der gebildet wird vom lichtdurchlässigen Harz. Das eintretende Licht durchläuft eine wiederholte Reflexion am Gehäuserahmen, Leitungsrahmen oder der Platine 31 im ersten Reflektor 46 und an Seitenwänden und an einer Unterfläche oder Bodenfläche des ersten Reflektors 46. Es wird jedoch verhindert, dass das Licht in das lichtempfangsseitige primäre oder erste Formteil 45 eintritt, weil das zweite Lichtabschirmteil 48, welches gebildet wird vom Licht abschirmenden Harz (sekundäres oder zweites Formteil) zwischen dem ersten Reflektor 46 und dem lichtempfangsseitigen primären oder ersten Formteil 45, welches das Lichtempfangselement 33 versiegelt, vorliegt.
Entsprechend kann das in den ersten Reflektor 46 eingetretene Licht daran gehindert werden, als Streulicht, Störlicht oder Rauschlicht (noise light) zu fungieren. Die optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung kann somit mit einer höheren Genauigkeit oder Präzision als die Einrichtung gemäß 1 ausgebildet werden.
3 ist ein Längsschnitt, welcher eine optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung gemäß einer zweiten Abwandlung der Ausführungsform zeigt. Bei dieser Abwandlung werden ausschließlich die Komponenten beschrieben, die sich von denjenigen aus 2 unterscheiden.
Bei dieser Abwandlung wird ein zweiter Reflektor 49 von einer Lichtabschirmwand, welche eine optische Isolation bewirkt zwischen dem Raum unter der Licht emittierenden Linse 39 und dem Raum unter der Licht empfangenden Linse 40 im Linsenhalter 42, gebildet. Dies ermöglicht das Ausführen eines gleichzeitigen Ausbildens davon mit dem Ausbilden des Linsenhalters 42, der erhalten wird durch gleichzeitiges Spritzgießen unter Verwendung des Licht abschirmenden Harzes mit der Integration mit der Licht emittierenden Linse 39 und der Licht empfangenden Linse 40. Daher kann die optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung in kostengünstiger Art und Weise hergestellt werden ohne Notwendigkeit spezieller zusätzlicher Elemente oder zusätzlicher Schritte zum Ausbilden des zweiten Reflektors 49.
Zusätzlich können die Licht empfangende Linse 40 und der zweite Reflektor 49 mit einer hohen Genauigkeit angeordnet werden, und zwar einem Genauigkeitsniveau von Metallformen. Entsprechend kann eine optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung hergestellt werden, die eine hohe Genauigkeit oder Präzision aufweist, und zwar wie in den Fällen der optischen Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtungen die in den 1 und 2 gezeigt sind.
Der zweite Reflektor 49 wird aus dem Licht abschirmenden Harz hergestellt. Folglich wird der empfangene Lichtstrahl daran gehindert, in den zweiten Reflektor 49 einzutreten. Entsprechend kann der Einfall von Licht verhindert werden, welches in den zweiten Reflektor 49 eingetreten ist, und zwar in Bezug auf das Lichtempfangselement 33. Folglich kann eine sich ergebende Ausbildung von Störlichtkomponenten zuverlässig verhindert werden, so dass die optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung weiter eine hohe Genauigkeit und Präzision aufweist.
Im Hinblick auf die erste Ausführungsform und die ersten und zweiten Abwandlungen davon wurde das Licht empfangende Element 33 oder Lichtempfangselement als Ein-Chip-Element beschrieben, welches eine dort ausgebildete Signalverarbeitungseinheit 33a aufweist, die in der Lage ist, die Position des Flecks oder Punkts empfangenden Lichts zu detektieren und diesbezügliche Positionsinformation auszugeben. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt. Das Licht empfangende Element kann auch von zwei Elementen eines Positionsdetektionselements (z. B. PSD, Liniensensor (line sensor), Bildsensor oder Fotodiode) zum Detektieren der Position des Flecks oder Punkts des empfangenden Lichts und einem Signal verarbeitenden IC (integrierter Schaltkreis) zum Verarbeiten von Signalen des Positionsdetektionselements zum Erzeugen und Ausgeben von Positionsinformation gebildet werden.
Bei der ersten Ausführungsform und bei den ersten und zweiten Abwandlungen davon wurden das Licht emittierende Element 32 und das Licht empfangende Element 33 als am Gehäuserahmen, Leiterrahmen oder an der Platine 31 angebrachte Elemente. Diese Elemente können jedoch auf oder an einem Substrat vorgesehen sein, welches Zwischenverbindungen auf einer Oberfläche davon ausgebildet hat.
Bei der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform wird das Licht empfangende Element als ein Ein-Chip-Element beschrieben mit einer dort ausgebildeten Signalverarbeitungseinheit. Das Licht emittierende Element und das Licht empfangende Element werden als am Gehäuserahmen (Leiterrahmen) oder der Platine angebracht beschrieben. Es besteht dabei jedoch kein Problem, wenn das Licht empfangende Element gebildet wird von zwei Elementen, nämlich einem Positionsdetektionselement und einem Signal verarbeitenden IC und falls das Licht emittierende Element und das Licht empfangende Element auf einem Substrat in der oben beschriebenen Art und Weise angebracht sind.
Zweite Ausführungsform
4 ist ein Längsschnitt einer optischen Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Wie in 4 dargestellt ist, sind ein Licht emittierendes Element 52 und ein Licht empfangendes Element 53 auf oder an einem Gehäuserahmen, Leiterrahmen oder einer Platine 51 angebracht. Das Licht emittierende Element 52 ist mit einem lichtdurchlässigen Harz derart versiegelt, dass dadurch ein lichtemissionsseitiges primäres oder erstes Formteil 54 gebildet wird. Das Licht empfangende Element 33 besitzt eine dort ausgebildete Signalverarbeitungseinheit 53a und ist zusammen mit dem lichtemissionsseitigen primären oder ersten Formteil 53 mittels eines Licht abschirmenden Harzes derart versiegelt, dass so ein sekundäres und zweites Formteil 55 gebildet wird.
Das sekundäre oder zweite Formteil 55 (Licht abschirmender Harzkörper) wird mit Fenstern 56, 57 an bestimmten Positionen oberhalb des Licht emittierenden Elements 52 und des Licht empfangenden Elements 53 ausgebildet. Durch das Fenster 56 wird Licht vom Licht emittierenden Element 52 ausgesandt. Dann fällt das Licht durch das Fenster 57 auf das Licht empfangende Element 53 ein. Die Abschirmung zwischen dem Licht emittierenden Element 52 und dem Licht empfangenden Element 53 wird durch ein Licht abschirmendes Harz bewirkt, welches ein Lichtabschirmteil 58 bildet.
Bei dieser Ausführungsform ist ein Licht empfangendes Element 53 offenbart, welches nicht einem primären oder ersten Spritzgießen mit einem lichtdurchlässigen Harz ausgesetzt ist. Es besteht jedoch kein Problem, falls das Licht empfangende Element 53 einem primären oder ersten Spritzgießen mit einem lichtdurchlässigen Harz wie im Fall der oben beschriebenen Ausführungsform ausgesetzt ist.
Auf dem sekundären oder zweiten Formteil 55 wird ein Reflektor 59 ausgebildet. Ein Linsenrahmen 62 mit einer Licht aussendenden Linse 60 und mit einer Licht empfangenden Linse 61 steht mit dem zweiten oder sekundären Formteil 55 so in Eingriff, dass ein oberer Bereich oder oberster Bereich des Reflektors 59 und Seiten des Reflektors 59 und des zweiten oder sekundären Formteils 55 abgedeckt oder bedeckt werden.
Der Reflektor 59 wird aus einem Licht abschirmenden Harz durch Spritzgießen ausgebildet und ist mit einer ersten Reflexionsfläche 63 versehen, die in etwa 45 Grad relativ zu einer Achse empfangenden Lichts der Licht empfangenden Linse 61 geneigt ist, sowie mit einer zweiten Reflexionsfläche 64, die in etwa 45 Grad relativ zu einer Licht empfangenden Fläche oder Lichtempfangsfläche des Licht empfangenden Elements 53 geneigt ist und der ersten Reflexionsfläche 63 gegenüberliegt. Die optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung wird ausgebildet durch Eingreifen der Formteile mit dem Linsenrahmen 62, der mit der Licht emittierenden Linse 60 und der Licht empfangenden Linse 61 ausgebildet ist.
Die Licht abschirmende Wand 65 zur optischen Isolation oder Trennung zwischen einem Raum unterhalb der Licht emittierenden Linse 60 und einem Raum unterhalb der Licht empfangenden Linse 61 wird im Reflektor 59 ausgebildet und wirkt mit dem Lichtabschirmteil 58 des sekundären oder zweiten Formteils 55 zusammen, um zu verhindern, dass ein vom Licht emittierenden Element 52 emittierter Lichtstrahl direkt in die Lichtempfangsseite eindringt. Die zweite Reflexionsfläche 64 wird auf einer Seitenfläche der Lichtabschirmwand 65 auf der Lichtempfangsseite ausgebildet.
Bei der optischen Ortungseinrichtung oder optischen Abstandsmesseinrichtung mit der oben beschriebenen Anordnung wird ein vom Licht emittierenden Element 52 ausgesandter Lichtstrahl in einen im Allgemeinen parallelen Lichtstrahl umgewandelt und zwar mittels der Licht emittierenden Linse 60, und wird dann auf ein Messobjekt (nicht dargestellt) hin emittiert. Das durch das Messobjekt reflektierte Licht wird durch die Licht empfangende Linse 61 verdichtet oder kondensiert. Die Richtung der Achse des empfangenen Lichts wird geändert oder gewechselt durch die erste Reflexionsfläche 63, die in etwa 45 Grad geneigt ist relativ zur Achse empfangenen Lichts der Licht empfangenden Linse 61 und die zweite Reflexionsfläche 64, die in etwa 45 Grad geneigt ist relativ zur Licht empfangenden Fläche des Licht empfangenden Elements 53. Dadurch wird ein auf das Licht empfangende Element 53 einfallender optischer Pfad oder Weg ausgebildet.
Die Achse des empfangenden Lichts wird somit durch die erste Reflexionsfläche 63, welche unterhalb der Licht empfangenden Linse 61 angeordnet ist und durch die zweite Reflexionsfläche 64, die oberhalb des Licht empfangenden Elements 53 angeordnet ist, ausgerichtet. Es kann somit eine große Brennweite unter effektiver Nutzung des Raums unterhalb der Licht empfangenden Linse 61 gewährleistet werden. Unter der Annahme, dass ein Abstand zwischen dem Licht emittierenden Element 52 und dem Licht empfangenden Element 53 so groß ist wie bei einer herkömmlichen optischen Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung, kann die Basislinienlänge oder Grundlinienlänge (base line length), d. h. ein Abstand zwischen der Licht emittierenden Linse 60 und der Licht empfangenden Linse 61, auf einen größeren Wert eingestellt werden. Zusätzlich kann eine Miniaturisierung erreicht werden und zwar verglichen mit einer Einrichtung, bei welcher eine Änderungseinrichtung oder Wechseleinrichtung für einen optischen Pfad außerhalb eines Ortungsmoduls oder Abstandsmessmoduls, welches Licht emittierende und Licht empfangende Elemente und Licht emittierende und Licht empfangende Linsen aufweist, vorgesehen sind, z. B. wie bei der Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung gemäß der Patentliteratur 1. Entsprechend wird eine kleine optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung geschaffen, die in der Lage ist, einen großen Abstand mit hoher Genauigkeit zu detektieren oder zu messen.
Die erste Reflexionsfläche 63 und die zweite Reflexionsfläche 64 bilden integrale, einteilige oder einstückige Bestandteile, die gleichzeitig mit dem Reflektor 59 gemäß 4 ausgebildet werden. Folglich ist die Genauigkeit der Anordnung zwischen den Reflexionsflächen 63 und 64 sehr hoch. Entsprechend folgt z. B. aus dem Anordnen oder Positionieren zwischen der Licht empfangenden Linse 61 und der ersten Reflexionsfläche 63 notwendigerweise das Positionieren oder Anordnen zwischen der ersten Reflexionsfläche 63 und der zweiten Reflexionsfläche 64 und das Anordnen oder Positionieren zwischen der zweiten Reflexionsfläche 64 und dem Licht empfangenden Element 53. Im Ergebnis davon kann eine optische Ortungseinrichtung oder Abstandsmesseinrichtung mit einer weiter gesteigerten Genauigkeit geschaffen werden.
Es liegt ausschließlich das einzelne Medium von Luft zwischen der ersten Reflexionsfläche 63 und der zweiten Reflexionsfläche 64 vor. Folglich besteht kein Risiko von Fehlern, z. B. im Hinblick auf eine Abschwächung, eine Brechung oder eine Oberflächenreflexion von Licht, welche an Grenzflächen zwischen unterschiedlichen Medien oder Materialien auftreten könnten.
Durch Verwenden und Installieren derartiger optischer Ortungseinrichtungen oder Abstandsmesseinrichtungen in einem elektronischen Gerät, wie dies unten weiter beschrieben wird, nämlich unter Verwendung der ersten und zweiten Ausführungsformen als Sensoren, kontaktfreien Schaltern, kontaktfreien Steuerungen und/oder dergleichen, können Verbesserungen in der Funktionalität des elektronischen Geräts erreicht werden.
Zum Beispiel ist die im Gehäuserahmen eines Monitors eines Notebookcomputers installierte Einrichtung in der Lage, die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Menschen vor dem Computer mit hoher Präzision festzustellen, so dass dann die Stromquelle für den Monitor automatisch ausgeschaltet werden kann, wenn der Mensch vor dem Rechner abwesend ist. Auf diese Art und Weise kann leicht Energie eingespart werden.
Falls die Einrichtung im Zusammenhang mit einem Sanitärgerät ausgebildet ist, z. B. in Zusammenhang mit einem Toilettensitz, ist es möglich, die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Menschen zu detektieren, um dadurch die Spülung im Toilettenbecken und/oder andere Reinigungsvorgänge mit hoher Präzision zu steuern.
Das Vorsehen der Einrichtung in Projektoren und anderen Arten von Geräten (Installationsart, tragbare Geräte oder dergleichen) ermöglicht die genaue Detektion eines Abstands zur Leinwand oder zum Schirm, z. B. einer Wand, um dadurch die Scharfstellung in präziser Art und Weise steuern zu können.
Wird die Einrichtung in Zusammenhang mit selbst beweglichen Robotern verschiedener Arten verwendet, z. B. bei Reinigungsrobotern, so kann die Einrichtung als Sensor verwendet werden, um z. B. Kollisionen zu vermeiden. Wird die Einrichtung in Türen, Wänden von Räumen und/oder dergleichen verwendet, so kann sie als kontaktfreier Schalter genutzt werden, um z. B. einen Abstand zu einer Hand zu detektieren, z. B. zum Steuern des Öffnens oder Schließens einer Tür, der Beleuchtung in Zimmern oder dergleichen. Die Verwendung der Einrichtung bei elektrischen Geräten zum Kochen, bei Klimaanlagen und dergleichen, ermöglicht die Nutzung als kontaktfreie Steuerung zum Detektieren eines Abstandes zu einer Hand und dadurch die Steuerung der elektrischen Geräte zum Kochen, von Klimaanlagen usw.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die hier beschrieben wurden, können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt werden. Derartige Abwandlungen seien vom Rahmen der vorliegenden Erfindung mit umfasst, der durch die Patentansprüche definiert wird.
Bezugszeichenliste

31, 51: Leadframe, Gehäuserahmen, Leitungsrahmen, Platine
32, 52: Licht emittierendes Element, Lichtemissionselement
33, 53: Licht empfangendes Element, Lichtempfangselement
33a, 53a: Signalverarbeitungseinheit
34, 54: lichtempfangsseitiges primäres oder erstes Formteil/-stück
35: lichtempfangsseitiges primäres oder erstes Formteil/-stück mit erstem Reflektor
36, 55: sekundäres oder zweites Formteil/-stück
37, 38, 56, 57: Fenster
39, 60: Licht emittierende Linse, Lichtemissionslinse
40, 61: Licht empfangende Linse, Lichtempfangslinse
41, 49: zweiter Reflektor
42: Linsenhalter
43, 46: erster Reflektor
44, 65: Licht abschirmende Wand, Lichtabschirmwand
45: lichtempfangsseitiges primäres oder erstes Formteil/-stück
47: erstes Licht abschirmendes Teil
48: zweites Licht abschirmendes Teil
58: Licht abschirmendes Teil
59: Reflektor
62: Linsenrahmen, Linsenträger
63: erste Reflexionsfläche
64: zweite Reflexionsfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 07-98205 A [0010]
JP 2011-145115 A [0010]

Claims

Optische Abstandsmesseinrichtung, mit: einem Lichtemissionslement, einem Lichtempfangselement zum Detektieren einer Position eines Lichtflecks, der ausgebildet wird durch vom Licht emittierenden Element ausgesandtes und durch ein Messobjekt reflektiertes Licht, einer Signalverarbeitungseinheit zum Verarbeiten eines vom Lichtempfangselement ausgegebenen Signals, einem lichtemissionsseitigen primären Formteil, in welchem das Licht emittierende Element mit einem Licht durchlässigen Harz versiegelt ist, einem sekundären Formteil, in welchem das lichtemissionsseitige primäre Formteil, das Lichtempfangselement und die Signalverarbeitungseinheit einteilig oder einstückig mit einem Licht abschirmenden Harz versiegelt sind, einer Lichtemissionslinse zum Projizieren des Lichts, welches vom Lichtemissionselement ausgesandt wird, auf das Messobjekt zu, einer Lichtempfangslinse zum Sammeln des vom Messobjekt reflektierten Lichts, einer Lichtabschirmwand zum Schaffen einer optischen Isolation zwischen einem lichtemissionsseitigen optischen System, welches die Lichtemissionslinse aufweist, und einem lichtempfangsseitigen optischen System, welches die Lichtempfangslinse aufweist, und einer ersten Reflexionsfläche und einer zweiten Reflexionsfläche, die zwischen der Lichtempfangslinse und dem Lichtempfangselement platziert sind, welche eine Richtung einer optischen Achse eines durch die Lichtempfangslinse gesammelten Lichtstrahls ändern und welche den Lichtstrahl zum Lichtempfangselement leiten, mit einem einzelnen Medium, welches zwischen der ersten Reflexionsfläche und der zweiten Reflexionsfläche vorliegt.
Optische Abstandsmesseinrichtung nach Anspruch 1, wobei: die erste Reflexionsfläche die Richtung der optischen Achse des durch die Lichtempfangslinse gebündelten Lichtstrahls auf eine Seite der Lichtemissionslinse hin ändert, und die zweite Reflexionsfläche die Richtung der optischen Achse des Lichtstrahls von der ersten Reflexionsfläche auf das Lichtempfangselement zu ändert.
Optische Abstandsmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche des Weiteren einen Reflektor aufweist, wobei die zweite Reflexionsfläche eine Fläche des Reflektors bildet und der Reflektor einteilig oder einstückig mit der Lichtempfangslinse ausgebildet ist.
Optische Abstandsmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche des Weiteren aufweist: einen Linsenhalter, welcher die Lichtemissionslinse und die Lichtempfangslinse haltert, und einen Reflektor, der einteilig oder einstückig mit dem Linsenhalter ausgebildet ist, wobei die zweite Reflexionsfläche eine Oberfläche des Reflektors bildet.
Optische Abstandsmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: ein Reflektor, welcher die Lichtabschirmwand aufweist und welcher gebildet wird von einem Licht abschirmenden Harz, zwischen den Lichtemissions- und Lichtempfangslinsen und dem zweiten Formteil ausgebildet ist und die erste Reflexionsfläche und die zweite Reflexionsfläche am Reflektor ausgebildet sind.
Optische Abstandsmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche des Weiteren ein lichtempfangsseitiges primäres Formteil aufweist, in welchem das Lichtempfangselement und die Signalverarbeitungseinheit mit einem Licht durchlässigen Harz versiegelt sind, wobei: das lichtempfangsseitige primäre Formteil, das Lichtempfangselement und die Signalverarbeitungseinheit einteilig oder einstückig mit dem Licht abschirmenden Harz im sekundären Formteil einteilig oder einstückig versiegelt sind durch eine einteilige oder einstückige Versiegelung des lichtemissionsseitigen primären Formteils und des lichtempfangsseitigen primären Formteils mit dem Licht abschirmenden Harz, und die erste Reflexionsfläche einteilig oder einstückig mit dem lichtempfangsseitigen primären Formteil durch ein Medium eines Substrats oder Leadframes ausgebildet ist.
Optische Abstandsmesseinrichtung nach Anspruch 6, welche des Weiteren einen Reflektor aufweist, wobei: die erste Reflexionsfläche eine Fläche des Reflektors bildet, das lichtempfangsseitige primäre Formstück und der Reflektor voneinander separiert sind und ein Lichtabschirmteil zwischen dem lichtempfangsseitigen primären Formteil und dem Reflektor ausgebildet ist.
Optische Abstandsmesseinrichtung nach Anspruch 7, wobei das Lichtabschirmteil gebildet wird von einem Bereich des Licht abschirmenden Harzes, welches das sekundäre Formstück bildet.
Elektronisches Gerät, welches mit der optischen Abstandsmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.