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Die vorliegende Anmeldung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung.
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Bei optoelektronischen Vorrichtungen wie beispielsweise Näherungssensoren hängt die Reichweite unter anderem von der auf den Detektor des Näherungssensors auftreffenden Strahlungsleistung ab. Unerwünschte Strahlungsanteile können jedoch zu einer Verfälschung des zu detektierenden Signals führen.
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Eine Aufgabe ist es, eine optoelektronische Vorrichtung mit einem Detektor anzugeben, die sich durch eine hohe Empfindlichkeit für die zu detektierende Strahlung auszeichnet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung weist die Vorrichtung einen zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung vorgesehenen Detektor auf. Der Detektor kann beispielsweise eine Fotodiode, ein Fototransistor oder ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (application specific integrated circuit, ASIC) mit einem fotosensitiven Bereich sein. Insbesondere kann der Detektor ein ungehäustes Halbleiterbauelement, beispielsweise ein ungehäuster Halbleiterchip, sein. Der Detektor kann zum Empfangen von Strahlung im ultravioletten, im sichtbaren oder im infraroten Spektralbereich vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der Detektor zur Detektion von Strahlung im nahen Infrarot-Bereich (Near Infra Red, NIR; Vakuum-Wellenlänge 750 nm bis 1400 nm), besonders bevorzugt im Wellenlängenbereich zwischen einschließlich 800 nm und einschließlich 1000 nm, vorgesehen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung weist die Vorrichtung einen Rahmen auf. In dem Rahmen ist eine Öffnung ausgebildet, in der der Detektor angeordnet ist. Der Rahmen kann beispielsweise als ein Kunststoff-Formkörper ausgeführt sein. In einer vertikalen Richtung erstreckt sich der Rahmen zwischen einer Strahlungsdurchtrittsseite und einer Rückseite. Die vertikale Richtung ist eine senkrecht zur Strahlungsdurchtrittsseite verlaufende Richtung. Die Strahlungsdurchtrittsseite und die Rückseite verlaufen vorzugsweise zumindest bereichsweise parallel zueinander. Vorzugsweise ist der Rahmen aus einem für die zu detektierende Strahlung strahlungsundurchlässigem Material gefertigt.
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Die Öffnung erstreckt sich vorzugsweise in vertikaler Richtung vollständig durch den Rahmen hindurch. Sie erstreckt sich also von der Strahlungsdurchtrittsseite bis zur Rückseite des Rahmens.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung weist die Öffnung des Rahmens eine Seitenfläche auf, die schräg zur vertikalen Richtung verläuft. Das heißt, die Seitenfläche verläuft nicht parallel und nicht senkrecht zur vertikalen Richtung. In Aufsicht auf die Strahlungsdurchtrittsseite des Rahmens ist die schräg verlaufende Seitenfläche sichtbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung weist die schräg verlaufende Seitenfläche in Aufsicht auf die Strahlungsdurchtrittsseite einen ersten Teilbereich auf. Der erste Teilbereich ist als Reflektor für die von dem Detektor zu empfangende Strahlung ausgebildet. Beispielsweise kann der Reflektor so geformt sein, dass entlang der vertikalen Richtung auf den ersten Teilbereich auftreffende Strahlung auf den Detektor gelenkt wird. Der erste Teilbereich kann beispielsweise zumindest bereichsweise parabolisch geformt sein. In einer Schnittansicht entlang zumindest einer Richtung, insbesondere entlang zumindest einer senkrecht zur vertikalen Richtung verlaufenden Richtung, hat der erste Teilbereich also die Form eines Teils einer Parabel. Insbesondere kann die Seitenfläche des ersten Teilbereichs zumindest bereichsweise die Form eines Oberflächenteils eines Rotationsparaboloids aufweisen. Der Detektor kann im Brennpunkt des parabolisch geformten ersten Teilbereichs angeordnet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung weist die schräg verlaufende Seitenfläche einen zweiten Teilbereich auf. Der zweite Teilbereich lenkt entlang der vertikalen Richtung auf den zweiten Teilbereich auftreffende Strahlung von dem Detektor weg. Das heißt, senkrecht auftreffende und gerichtet an dem zweiten Teilbereich reflektierte Strahlung trifft nicht direkt, also nicht ohne eine weitere Reflexion, auf den Detektor auf. Vorzugsweise ist der zweite Teilbereich relativ zum Detektor so angeordnet und ausgebildet, dass vom zweiten Teilbereich in einen beliebigen Winkel diffus reflektierte Strahlung nicht direkt auf den Detektor auftrifft.
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Der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich der Seitenfläche sind also bezüglich der umlenkenden Wirkung für auf die jeweiligen Teilbereiche auftreffende Strahlung in Richtung des Detektors voneinander verschieden. Aus unterschiedlichen Richtungen oder auf unterschiedliche Stellen der Seitenfläche auftreffende Strahlungsanteile liefern also einen unterschiedlich starken Beitrag zum Signal des Detektors. Vorzugsweise ist der zweite Teilbereich so ausgeführt, dass die auf diesen Teilbereich auftreffende Strahlung keinen signifikanten Beitrag zum Signal liefert.
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Der Rahmen kann für die zu detektierende Strahlung zumindest bereichsweise gerichtet reflektierend und/oder diffus reflektierend ausgebildet sein. Reflektierend ausgebildet bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Reflektivität für die vom Detektor zu empfangende Strahlung zumindest 50%, bevorzugt zumindest 60% beträgt.
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Alternativ oder ergänzend kann der Rahmen für die zu detektierende Strahlung zumindest bereichsweise absorbierend ausgebildet sein. Absorbierend ausgebildet bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die vom Detektor zu empfangende Strahlung zu mindestens 50%, besonders bevorzugt zu mindestens 80% absorbiert wird.
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Insbesondere kann der Rahmen zumindest einen Bereich, in dem er reflektierend ausgebildet ist, und einen Bereich, in dem er absorbierend ausgebildet ist, aufweisen. Beispielsweise können der erste Teilbereich reflektierend und der zweite Teilbereich absorbierend ausgebildet sein.
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Eine absorbierende oder reflektierende Ausgestaltung kann beispielsweise durch Verwendung eines absorbierenden oder reflektierenden Materials für den gesamten Rahmen oder durch eine Beschichtung des Rahmens mit einem absorbierenden oder reflektierenden Material erfolgen. Beispielsweise kann der Rahmen aus einen absorbierenden Material gefertigt sein und bereichsweise mit einem reflektierenden Material beschichtet sein oder umgekehrt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung erstreckt sich der zweite Teilbereich zwischen der Strahlungsdurchtrittsseite und einer Unterkante. Die Unterkante ist in vertikaler Richtung von der Rückseite beabstandet. Mit anderen Worten verläuft die schräg verlaufende Seitenfläche im zweiten Teilbereich nicht von der Strahlungsdurchtrittsseite bis hin zur Rückseite.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung weist die Öffnung insbesondere von der Strahlungsdurchtrittsseite aus gesehen einen hinterschnittenen Bereich auf. Unter einem hinterschnittenen Bereich wird allgemein ein Bereich verstanden, in dem die Ausdehnung der Öffnung entlang zumindest einer lateralen Richtung, also entlang einer senkrecht zur vertikalen Richtung verlaufenden Richtung, größer ist als die Ausdehnung entlang derselben lateralen Richtung an einer der Strahlungsdurchtrittsseite näher gelegenen Stelle der Öffnung.
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Der hinterschnittene Bereich kann insbesondere zwischen der Unterkante und der Rückseite des Rahmens ausgebildet sein. Die Unterkante kann also einen Übergang zwischen der schräg verlaufenden Seitenfläche und dem hinterschnittenen Bereich bilden. Insbesondere kann die Öffnung in Schnittansicht an der Unterkante einen Knick oder einen gekrümmten Bereich aufweisen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung trennt eine in Aufsicht auf die Strahlungsdurchtrittsseite, insbesondere durch den Detektor verlaufende, Mittellinie den ersten Teilbereich vom zweiten Teilbereich. Eine durch die Mittellinie und die vertikale Richtung aufgespannte Ebene teilt die Öffnung also in zwei Halbräume, wobei die in dem einen Halbraum vertikal auftreffende Strahlung überwiegend auf den Detektor trifft und die in dem anderen Halbraum auftreffende Strahlung überwiegend von dem Detektor weg gelenkt wird.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung weist die Öffnung an der Strahlungsdurchtrittsseite eine kleinere Querschnittsfläche auf als an der Rückseite des Rahmens. Die Querschnittsfläche an der Rückseite des Rahmens bestimmt insbesondere den zur Montage des Detektors verfügbaren Platz. Insbesondere kann die Querschnittsfläche an der Strahlungsdurchtrittsseite in Aufsicht auf die Vorrichtung vollständig innerhalb der Querschnittsfläche an der Rückseite liegen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung weist die Vorrichtung einen Anschlussträger auf. Der Anschlussträger kann mit der Rückseite des Rahmens insbesondere mechanisch stabil und dauerhaft verbunden sein, beispielsweise mittels einer Verbindungsschicht, etwa einer Klebeschicht. An dem Anschlussträger kann der Detektor montiert und weiterhin elektrisch kontaktiert sein. Der Anschlussträger kann beispielsweise eine Leiterplatte, etwa eine gedruckte Leiterplatte, sein. Auch ein Leiterrahmen kann für den Anschlussträger Anwendung finden.
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In lateraler Richtung kann der Rahmen zumindest bereichsweise, insbesondere entlang des gesamten Umfangs der Vorrichtung, bündig mit dem Anschlussträger abschließen.
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Weiterhin kann die Vorrichtung als ein oberflächenmontierbares Bauelement (surface mounted device, SMD) ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Anschlussträger auf der dem Rahmen abgewandten Seite Kontaktflächen für die externe elektrische Kontaktierung aufweisen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung weist diese einen zur Strahlungserzeugung vorgesehenen Emitter auf. Der Emitter kann in einer weiteren Öffnung des Rahmens angeordnet sein. In lateraler Richtung sind die Öffnung und die weitere Öffnung voneinander beabstandet. Der Emitter und der Detektor sind durch das zwischen den Öffnungen angeordnete Material des Rahmens optisch voneinander getrennt. Es besteht also kein direkter Strahlenpfad zwischen dem Emitter und dem Detektor. Der Emitter kann zur Erzeugung der vom Detektor zu empfangenden Strahlung ausgebildet sein. Mit anderen Worten können der Emitter und der Detektor ein Emitter-Detektor-Paar bilden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung ist eine Seitenfläche der weiteren Öffnung zumindest bereichsweise parabolisch geformt. Vom Emitter abgestrahlte und auf die Seitenfläche der weiteren Öffnung auftreffende Strahlung wird zumindest teilweise in vertikale Richtung gelenkt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung ist die Vorrichtung als ein Näherungssensor ausgebildet. Im Betrieb der Vorrichtung in einer Apparatur, beispielsweise einem Kommunikationsgerät oder einem Datenverarbeitungsgerät, ist die Vorrichtung zweckmäßigerweise hinter einem Strahlungsfenster angeordnet, wobei der Detektor dafür vorgesehen ist, von dem Emitter abgestrahlte, durch das Strahlungsfenster hindurch tretende und an einem Zielobjekt reflektierte Strahlung zu empfangen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung weist die optoelektronische Vorrichtung einen zum Empfangen von Strahlung vorgesehenen Detektor und einen Rahmen auf, wobei in dem Rahmen eine Öffnung ausgebildet ist, in der der Detektor angeordnet ist. Der Rahmen erstreckt sich in einer vertikalen Richtung zwischen einer Strahlungsdurchtrittsseite und einer Rückseite. Die Öffnung weist eine Seitenfläche auf, die schräg zur vertikalen Richtung verläuft. Die schräg verlaufende Seitenfläche weist in Aufsicht auf die Strahlungsdurchtrittsseite einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich auf. Der erste Teilbereich ist als Reflektor für die von dem Detektor zu empfangende Strahlung ausgebildet. Der zweite Teilbereich lenkt entlang der vertikalen Richtung auf den zweiten Teilbereich auftreffende Strahlung von dem Detektor weg.
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Insbesondere kann eine in Aufsicht auf die Strahlungsdurchtrittsseite durch den Detektor verlaufende Mittellinie den ersten Teilbereich vom zweiten Teilbereich trennen. Die Vorrichtung kann einen zur Strahlungserzeugung vorgesehenen Emitter aufweisen, der in einer weiteren Öffnung des Rahmens angeordnet ist. Der erste Teilbereich kann auf der dem Emitter zugewandten Seite der Mittellinie angeordnet sein. Weiterhin kann der zweite Teilbereich auf der dem Emitter abgewandten Seite der Mittellinie angeordnet sein.
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Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
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Es zeigen:
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1A bis 1E ein Ausführungsbeispiel für eine optoelektronische Vorrichtung in Aufsicht (1A und zugehörigen Schnittansichten in den 1B bis 1E);
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2 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine optoelektronische Vorrichtung in perspektivischer Darstellung; und
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3 Simulationsergebnisse für ein Detektorsignal S in Abhängigkeit von einem Abstand d zwischen dem Detektor und einer spiegelnden Fläche mit einer Reflektivität von 10% für eine Vorrichtung mit einem ersten Teilbereich im Vergleich zu einer Vorrichtung ohne einen solchen Teilbereich.
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Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente und insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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Ein Ausführungsbeispiel für eine optoelektronische Vorrichtung 1 ist in den 1A bis 1E schematisch anhand einer Aufsicht und zugehörigen Schnittansichten in Längsrichtung entlang der Linie B-B’ (1B) und in Querrichtung (1C bis 1E) dargestellt.
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Die optoelektronische Vorrichtung 1 weist einen Anschlussträger 5 auf, an dem ein Detektor 2 und ein Emitter 25 angeordnet und elektrisch kontaktiert sind. Der Anschlussträger kann beispielsweise als eine Leiterplatte, insbesondere eine gedruckte Leiterplatte, ausgebildet sein. Auch ein Leiterrahmen kann für den Anschlussträger Anwendung finden. Die elektrisch leitende Verbindung ist zumindest teilweise mittels Verbindungsleitungen 51, beispielsweise Bonddrähten, gebildet. Abhängig von den verwendeten Bauelementen kann aber auch eine andere Art der elektrischen Verbindung, beispielsweise Löten oder Kleben mit einem elektrisch leitenden Klebemittel verwendet werden.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die optoelektronische Vorrichtung 1 als ein Näherungssensor ausgebildet, bei dem der Emitter 25 und der Detektor 2 ein Emitter-Detektor-Paar bilden. Der Detektor 2 ist dafür vorgesehen, die von dem Emitter 25 emittierte und bei einer Montage in einer Apparatur, beispielsweise einem mobilen Kommunikationsgerät oder Computer, hinter einem Strahlungsfenster 7 durch dieses hindurchtretende und an einem Zielobjekt 71 reflektierte Zielstrahlung 72 zu empfangen (1B).
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Vorzugsweise emittiert der Emitter 25 Strahlung im nahen Infrarot-Bereich, besonders bevorzugt im Wellenlängenbereich zwischen einschließlich 800 nm und einschließlich 1000 nm.
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Auf dem Anschlussträger 5 ist ein Rahmen 3 angeordnet. Der Rahmen erstreckt sich in einer vertikalen Richtung zwischen einer Strahlungsdurchtrittsseite 300 und einer dem Anschlussträger 5 zugewandten Rückseite 301. Der Rahmen 3 ist vorzugsweise ein Kunststoff-Formkörper. Der Rahmen kann beispielsweise kostengünstig durch Spritzgießen oder Spritzpressen hergestellt werden. Es können aber auch mechanische Verfahren wie beispielsweise Fräsen bei der Ausbildung des Rahmens Anwendung finden. Der Rahmen 3 ist für die vom Detektor zu empfangende Strahlung strahlungsundurchlässig ausgebildet.
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In dem Rahmen sind eine Öffnung 31 und eine weitere Öffnung 32 ausgebildet. Die Öffnungen erstrecken sich jeweils in vertikaler Richtung durch den Rahmen 3 hindurch. Die Öffnungen sind lateral voneinander beabstandet, so dass der Rahmen den Detektor 2 optisch vom Emitter 25 trennt. Der Detektor 2 ist in der Öffnung 31 angeordnet, sodass senkrecht auf die optoelektronische Vorrichtung 1 auftreffende Strahlung teilweise direkt auf den Detektor 2 trifft. Die Öffnung 31 weist eine Seitenfläche 4 auf, die schräg zur vertikalen Richtung verläuft. In Aufsicht auf die Vorrichtung 1 ist die Seitenfläche 4 sichtbar.
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In einem ersten Teilbereich 41 der schräg verlaufenden Seitenfläche 4 ist der Teilbereich als ein Reflektor für die vom Detektor 2 zu empfangende Strahlung ausgebildet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Teilbereich 41 parabolisch geformt, wobei sich der Detektor 2 im Brennpunkt des Reflektors befindet. Auf den ersten Teilbereich 41 auftreffende Strahlung wird so zumindest teilweise diffus oder gerichtet auf den Detektor 2 umgelenkt. Dadurch wird die insgesamt auf den Detektor auftreffende Strahlungsleistung erhöht.
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In einem zweiten Teilbereich 42 ist die Seitenfläche 4 derart relativ zum Detektor 2 angeordnet und ausgebildet, dass diffus oder gerichtet an dem zweiten Teilbereich 42 reflektierte Strahlung nicht direkt auf den Detektor 2 auftreffen kann. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Neigung der Seitenfläche 4 im zweiten Teilbereich 42 derart ausgebildet, dass eine gedachte Verlängerung der Seitenfläche über den photosensitiven Bereich des Detektors 2 hinweg verläuft. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass auch unter einem beliebigen Winkel an dem zweiten Teilbereich 42 diffus reflektierte Strahlung nicht direkt auf den Detektor 2 auftreffen kann.
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Es hat sich herausgestellt, dass mittels des als Reflektor ausgebildeten ersten Teilbereichs 41 aufgrund des erhöhten detektierten Strahlungsanteils die Effizienz des Näherungssensors gesteigert werden kann. Simulationen haben gezeigt, dass durch die beschriebene Ausgestaltung des ersten Teilbereichs 41 die Signalstärke des Detektors 2 etwa um einen Faktor 2 im Vergleich zu einem Bauteil ohne einen solchen als Reflektor ausgebildeten Teilbereich gesteigert werden kann. Bei gleicher Strahlungsleistung des Emitters kann die Reichweite erhöht werden. Alternativ kann bei gleicher Reichweite der Stromverbrauch reduziert werden.
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Mittels der Ausgestaltung des zweiten Teilbereichs 42 wird weiterhin vermieden, dass Streustrahlung (in 1B dargestellt durch Pfeile 73), die beispielsweise am Strahlungsfenster 7 reflektiert wird und nicht von einem Zielobjekt 71 stammt, auf den Detektor 2 gelenkt wird und dort zu einem unerwünschten Signalanteil führt.
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Zur Reduktion von Streustrahlung ist der Rahmen 3 vorzugsweise zumindest teilweise für die zu detektierende Strahlung absorbierend ausgebildet. Vorzugsweise absorbiert der Rahmen zumindest bereichsweise mindestens 80% der auftreffenden Strahlung. Es kann auch der ganze Rahmen 3 absorbierend ausgebildet sein. Für eine absorbierende Ausgestaltung kann der Rahmen aus einem absorbierenden Material, beispielsweise einem schwarzen Kunststoff, gefertigt oder mit einem absorbierenden Material beschichtet sein.
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Der erste Teilbereich 41 der Seitenfläche 4 und/oder eine Reflektorfläche 320 der weiteren Öffnung 32 können zur Erhöhung der Reflektivität reflektierend ausgebildet sein, beispielsweise mittels einer reflektierenden Beschichtung. Als reflektierendes Material eignet sich beispielsweise ein Metall oder eine metallische Legierung oder ein Kunststoff, der zur Steigerung der Reflektivität mit Partikeln, beispielsweise Titanoxid-Partikeln, gefüllt sein kann.
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Für eine vereinfachte elektrische Kontaktierung weist die weitere Öffnung 32 eine Ausnehmung 325 zur Aufnahme der Verbindungsleitung 51 auf. Abgesehen von dieser Ausnehmung ist die Reflektorfläche 320 rotationssymmetrisch ausgebildet. Abhängig von der Art der elektrischen Kontaktierung des Emitters 25 kann auf eine solche Ausnehmung auch verzichtet werden. Selbstverständlich können aber auch mehr als eine Ausnehmung günstig sein.
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In Aufsicht auf den Rahmen 3 sind der erste Teilbereich 41 und der zweite Teilbereich 42 durch eine Mittellinie 30 voneinander getrennt, wobei die Mittellinie senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht, beispielsweise mit einer Abweichung von höchstens 10°, zu einer Verbindungslinie zwischen dem Detektor und dem Emitter verläuft. Weiterhin verläuft die Mittellinie 30 durch den Detektor 2. Der zweite Teilbereich 42 ist auf der Seite der Mittellinie angeordnet, die von dem Emitter 25 weiter entfernt ist. Es hat sich gezeigt, dass so der Anteil an Streustrahlung besonders effizient vermindert werden kann.
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Der zweite Teilbereich 42 erstreckt sich von der Strahlungsdurchtrittsseite 300 zu einer Unterkante 421. Die Unterkante ist in vertikaler Richtung von der Rückseite 301 beabstandet. Zwischen der Unterkante 421 und der Rückseite 301 ist ein hinterschnittener Bereich 422 ausgebildet. Mittels des hinterschnittenen Bereichs 422 kann die Öffnung 31 so ausgebildet werden, dass keine Stelle der Innenfläche der Öffnung 31 auf der der Mittellinie 30 abgewandten Seite in die Öffnung eintretende und direkt auf die Innenfläche auftreffende Strahlung direkt auf den Detektor lenken kann.
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Weiterhin erstreckt sich die schräg verlaufende Seitenfläche im ersten Teilbereich 41 in vertikaler Richtung zwischen der Strahlungsdurchtrittsseite und einer Unterkante 411. Zwischen der Unterkante 411 und der Rückseite 301 ist ein hinterschnittener Bereich 412 ausgebildet.
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Weiterhin weist auch die weitere Öffnung 32 eine Unterkante 321 und einen hinterschnittenen Bereich 322 auf. Zwischen der Unterkante 321 und der Strahlungsdurchtrittsseite 300 verläuft die Reflektorfläche 320.
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Mittels der hinterschnittenen Bereiche kann der für die Montage des Detektors 2 beziehungsweise des Emitters 25 zur Verfügung stehende Platz erhöht werden.
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Die Querschnittsfläche 35 der ersten Öffnung und die Querschnittsfläche der zweiten Öffnung an der Strahlungseintrittsseite 300 sind jeweils kleiner als die zugehörigen Querschnittsflächen 36 beziehungsweise 38 an der Rückseite 301. Die Montage des Detektors 2 und des Emitters 25 wird dadurch vereinfacht.
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In den 1C bis 1E sind Schnitte in Querrichtung entlang der Linien C-C’, D-D’ beziehungsweise E-E’ gezeigt. In diesen Ansichten sind der Anschlussträger 5 und die Abdeckung 8 zur vereinfachten Darstellung nicht gezeigt. Die Seitenfläche der weiteren Öffnung 32 weist eine Reflektorfläche 320 auf. Diese ist ebenso wie der erste Teilbereich 41 der Seitenfläche 4 der Öffnung 31 parabolisch geformt, wobei sich der Emitter 25 beziehungsweise der Detektor 2 jeweils im Bereich des Brennpunkts des Reflektors befinden.
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Eine Schnittansicht des zweiten Teilbereichs 42 ist in 1E gezeigt. Die Seitenflächen sind auf beiden Seiten des Detektors 2 jeweils so angeschrägt, dass auf den zweiten Teilbereich 42 auftreffende Strahlung und gerichtet oder diffus unter einem beliebigen Winkel reflektierte Strahlung nicht ohne eine weitere Reflexion auf den Detektor 2 auftreffen kann.
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Der Emitter 25 ist vorzugsweise als eine Lumineszenzdiode, beispielsweise eine Leuchtdiode, ausgebildet. Der Detektor 2 kann beispielsweise eine Fotodiode, ein Fototransistor oder ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (application specific integrated circuit, ASIC) mit einem fotosensitiven Bereich sein. Insbesondere können der Emitter und/oder der Detektor als ungehäuste Halbleiterchips ausgebildet sein. Eine besonders kompakte Ausgestaltung der Vorrichtung wird so vereinfacht. Grundsätzlich können aber auch Bauelemente Anwendung finden, die selbst ein Gehäuse aufweisen.
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Zusätzlich zu dem Detektor 2 kann in der Öffnung 31 wie in 1A dargestellt auch ein weiterer Detektor 21 angeordnet sein. Der weitere Detektor kann beispielsweise als Umgebungslichtsensor ausgebildet sein. Der Detektor und der weitere Detektor können als separate Bauelemente ausgebildet oder in ein Bauelement integriert sein.
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Auf der Strahlungsdurchtrittsseite 300 des Rahmens 3 kann eine Abdeckung 8 ausgebildet sein. Die Abdeckung kann beispielsweise als ein starres Plättchen oder als eine flexible Folie, etwa eine selbstklebende Folie, ausgeführt sein. Die Abdeckung kann zum Schutz des Detektors 2 und des Emitters 25 dienen. Auf eine zusätzliche Verkapselung der Bauelemente kann verzichtet werden. Das heißt, der Emitter und der Detektor sowie gegebenenfalls die Verbindungsleitungen 51 können frei von einem angrenzenden Vergussmaterial sein.
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In lateraler Richtung schließen der Anschlussträger 5, der Rahmen 3 und gegebenenfalls die Abdeckung 8 bündig miteinander ab. Solche optoelektronischen Vorrichtungen 1 können im Verbund gefertigt und nachfolgend durch Zerteilen vereinzelt werden. Die Herstellung ist daher besonders kostengünstig.
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Die optoelektronische Vorrichtung 1 ist als eine oberflächenmontierbar ausgebildet. Für die externe elektrische Kontaktierung weist diese auf der dem Rahmen 3 abgewandten Seite des Anschlussträgers 5 elektrische Kontakte (nicht explizit dargestellt) auf, über die der Emitter 25, der Detektor 2 und gegebenenfalls der weitere Detektor 21 elektrisch kontaktierbar sind.
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Selbstverständlich kann die optoelektronische Vorrichtung 1 von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend auch nur einen Detektor 2 oder mehrere Detektoren ohne einen Emitter 25 aufweisen. Die beschriebene Ausgestaltung der Seitenfläche 4 der Öffnung 31 mit einem ersten Teilbereich 41 und einem zweiten Teilbereich 42 eignet sich allgemein für Detektoren, bei denen Strahlung, die aus unterschiedlichen Richtungen und/oder mit unterschiedlichen Winkeln auf die Vorrichtung auftrifft, mit unterschiedlich starker Gewichtung zum Signal des Detektors beitragen soll. Die zu detektierende Strahlung kann beispielsweise im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Spektralbereich liegen.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel für eine optoelektronische Vorrichtung ist in 2 in perspektivischer Ansicht gezeigt. Dieses zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 1A bis 1E beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.
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Im Unterschied hierzu weist die Strahlungsdurchtrittsseite 300 des Rahmens 3 zwischen der Öffnung 31 und der weiteren Öffnung 32 einen Zwischenbereich 39 auf. Der Zwischenbereich ist derart ausgebildet, dass beispielsweise an einem Strahlungsfenster 7 reflektierte Streustrahlung, die auf den Zwischenbereich 39 auftrifft nicht oder zumindest nur zu einem stark reduzierten Anteil auf den Detektor auftreffen kann.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Zwischenbereich einen First 390 auf, der parallel oder im Wesentlichen parallel, also mit einer Abweichung von höchstens 10°, zu einer Verbindungslinie zwischen dem Emitter 25 und dem Detektor 2 verläuft. Auf zumindest einer Seite des Firsts, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel auf beiden Seiten des Firsts, ist ein geneigter Bereich 391 ausgebildet. Die Dicke des Rahmens 3 nimmt also mit zunehmendem Abstand vom First ab. Durch die geneigten Bereiche 391 wird auf diese Bereiche auftreffende Strahlung von einer Ebene, die durch die Verbindungslinie zwischen Emitter 25 und Detektor 2 und die vertikale Richtung aufgespannt wird, weg gelenkt. Dadurch kann ein unterwünschter Streustrahlungsanteil in einem Näherungssensor weitergehend verringert werden.
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In 3 sind Ergebnisse zur Simulation des Übersprechens zwischen Emitter und Detektor gezeigt. Die Simulationen zeigen das Detektorsignal S in willkürlichen Einheiten als Funktion eines Luftspalts zwischen der Strahlungseintrittsseite der optoelektronischen Vorrichtung und einem Spiegel mit einer Reflektivität von 10 % in Abhängigkeit von der Größe d des Luftspalts. Die Größe d ist in Prozent bezogen auf den Abstand zwischen Emitter und Detektor angegeben.
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Die Kurve 91 bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einem wie vorstehend beschrieben ausgeführten ersten Teilbereich 41 und die Kurve 92 auf eine Referenzvorrichtung ohne einen solchen Teilbereich. Ein Pfeil 93 zeigt den Bereich, in dem praktisch kein Übersprechen erfolgt. Hier stammt der Signalanteil von Mehrfachreflexionen. Für größere Abstände nimmt das Signal zu. Die Simulationen zeigen, dass beide Vorrichtungen ein ähnliches Verhalten zeigen. Das heißt, mittels der beschriebenen Ausgestaltung des ersten Teilbereichs und des zweiten Teilbereichs kann erzielt werden, dass das Detektorsignal erheblich erhöht wird und dies dennoch zu keiner wesentlichen Erhöhung des ungewünschten Signalanteils bedingt durch Übersprechen führt.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
