DE102014002788A1

DE102014002788A1 - Multifunktionales optisches Mikro-Sensor-System

Info

Publication number: DE102014002788A1
Application number: DE102014002788.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Hase; Michael Domokos; Uwe Hendrik Hill
Original assignee: Elmos Semiconductor SE
Current assignee: Elmos Semiconductor SE
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2014-08-28
Also published as: DE102014002486B4; DE102014002486A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halios®-System (1) zur Vermessung einer optischen Übertragungsstrecke. Ein optisches Empfangspfadfilter (FD) ist Teil der Vorrichtung und befindet sich in einer der zweiten Übertragungsstrecken (I2). Das Empfangspfadfilter (FD) weist für die Wellenlänge des Lichts des Senders (H), also für die Senderwellenlänge, und/oder für die Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung eine Transmissivität von mindestens 50% auf. Das Empfangspfadfilter (FD) weist für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K), also für die Kompensationssenderwellenlänge, eine Transmissivität von höchstens 50% auf. Das Empfangspfadfilter (FD) weist für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K), also für die Kompensationssenderwellenlänge, einen Absorptionsfaktor von mindestens 25% auf. Der Kompensationssender (K) und ein Empfänger (D) sind durch einen Steg (B3) derart getrennt, dass eine direkte Bestrahlung des besagten Empfängers (D) durch den besagten Kompensationssender (K) nicht möglich ist. Dabei ist der besagte Kompensationssender (K) in einer Kompensationssenderkavität (CAV_K) platziert ist. Der der besagte Steg (B3) ist ein Teil der Wand der Kompensationssenderkavität (CAV_K). Der besagte Empfänger (D) ist in einer Empfängerkavität (CAV_D) platziert. Der besagte Steg (B3) ist hierbei auch ein Teil der Wand der Empfängerkavität (CAV_D). Der besagte Empfänger (D) und der besagte Kompensationssender (K) sind durch mindestens einen optischen Pfad (I1, I2) optisch miteinander verbunden, bei dem durch mindestens eine Reflektion Licht an einem Reflektor (R) von dem besagten Kompensationssender (K) auf den besagten Empfänger (D) übertragen wird. Der besagte Sender (H) und der besagte Empfänger (D) sind durch mindestens eine Barriere (B, B2, B3) derart getrennt, dass eine direkte Bestrahlung des besagten Empfängers (D) durch den besagten Sender (H) nicht möglich ist. Der besagte Sender (H) und der besagte Empfänger (D) sind durch mindestens eine optische Sperre (B2, B3) von einander optisch separiert. Des Weiteren weist die Vorrichtung einen Absorber auf, der die Abstrahlung von Licht des Kompensationssenders (K) auf das Objekt (O) verhindert. Dabei strahlen der Sender (H) und der Kompensationssender (K) mit unterschiedlicher Schwerpunktswellenlänge.

Description

Einleitung und Stand der Technik
Für die Erkennung dreidimensionaler Gesten wie beispielsweise Wisch- und Annäherungsgesten werden Sensoren benötigt, die in der Lage sind die Position, Bewegung und Orientierung von Händen zu erfassen.
Neben der Verwendung von Kameras ist die Verwendung einfacher LED und Fotodioden basierender Konzepte aufgrund der damit verbundenen Kosten von besonderem Interesse.
Ein wesentliches Problem, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist dabei der zur Verfügung stehende Bauraum. Für die Steigerung der Robustheit solcher optischer Systeme gegen Fremdlicht und andere Störungen wurden verschiedene Methoden entwickelt.
Aus dem Stand der Technik sind dabei Systeme bekannt, bei denen ein Generator (G) ein Sendesignal (S5) erzeugt, mit dem ein Sender (H) gespeist wird. Dieser Sender (H) strahlt in einen Empfänger (D) nach Durchgang durch die zu vermessende Übertragungsstrecke bestehend mindestens aus einer ersten Teilübertragungsstrecke (I1) und einer zweiten Teilübertragungsstrecke (I2) ein. Das Empfängerausgangssignal (S0) des Empfängers (D) wird durch einen Regler (CT) zu einem Kompensationssignal (S3) verarbeitet, mit dem ein Kompensationssender (K) gespeist wird, der wieder typischerweise linear überlagernd über die Übertragungsstrecke (I3) ebenfalls in den Empfänger (D) einstahlt. Das Kompensationssignal (S3) wird dabei in der Art durch den Regler (CT) aus dem Empfängerausgangssignal (S0) und dem Sendesignal (S5) erzeugt, dass das Sendeausgangssignal (S0) bis auf einen Regelfehler und das Systemrauschen keine Komponenten des Sendesignals (S5) mehr enthält.
Solche Systeme, im Folgenden HALIOS-Systeme genannt, sind besonders robust gegenüber Störquellen, wie beispielsweise Sonnenlicht bei gleichzeitiger Robustheit gegenüber Verschmutzungen und einer Drift des Empfängers (D). Ein solches HALIOS-System ist beispielsweise aus der DE 10 2010 014 462 A1 oder der EP 2418512 A1 bekannt.
Insgesamt sind aus dem Stand der Technik zwei verschiedene Grund-System-Varianten von Halios-Systemen bekannt, die auch beispielsweise durch Umschalten oder gewichtetes Umregeln der Regeleigenschaften gemischt werden können. Da der erste Anspruch sich auf diese Halios-Systeme im allgemeinen bezieht, wird im Folgenden eine Definition solcher aus dem Stand der Technik bekannten Halios-Systeme gegeben, um die Ansprüche kompakt gestalten zu können.
Ein Halios-System im Sinne dieser Offenbarung ist gekennzeichnet dadurch, dass

i. entweder in der ersten Variante a. es über mindestens einen Signalgenerator (G) verfügt, der mindestens ein Sendesignal (S5) erzeugen kann, das mindestens einen Sender (H) steuert, der in mindestens einen Empfänger (D) einstrahlt, und b. es über mindestens einen Regler (CT) verfügt, der mindestens ein Kompensationssendesignal (S3) ausgibt, mit dem mindestens ein Kompensationssender (K) gesteuert wird, der ebenfalls überlagernd zumindest in einen der besagten Empfänger (D) einstrahlt, und c. dass der besagte Regler (CT) aus mindestens einem Empfängerausgangssignal (S0) des besagten Empfängers (D) und mindestens einem der besagten Sendesignale (S5) mindestens eines der besagten Kompensationssendesignal (S3) bildet und d. und dass der Regler (CT) mindestens einen der besagten Kompensationssender (K) mittels des besagten Kompensationssendesignals (S3) so steuert, dass das besagte Empfängerausgangssignal (S0) des besagten Empfängers (D) bis auf einen Regelfehler und Systemrauschen keine Anteile des Sendesignals (S5) mehr enthält. oder in der zweiten Variante e. sie über mindestens einen Signalgenerator (G) verfügt, der mindestens ein Kompensationssendesignal (S3) erzeugen kann, mit dem mindestens ein Kompensationssender (K) gesteuert wird, der zumindest in einen Empfänger (D) einstrahlt und f. sie über mindestens einen Regler (CT) verfügt, der mindestens ein Sendesignal (S5) ausgibt, das mindestens einen Sender (H) steuert, der ebenfalls überlagernd in mindestens einen Empfänger (D) einstrahlt, und g. dass mindestens einer der besagten Regler (CT) aus mindestens einem Empfängerausgangssignal (S0) eines der besagten Empfänger (D) und mindestens einem besagten Kompensationssendesignal (S3) mindestens eines der besagten Sendesignal (S5) bildet und h. und dass der Regler (CT) mindestens einen der besagten Sender (H) mittels mindestens eines der besagten Sendesignals (S5) so steuert, dass das Empfängerausgangssignal des besagten Empfängers (D) bis auf einen Regelfehler und Systemrauschen keine Anteile des Kompensationssendesignals (S3) mehr enthält oder i. dass es sich um eine Mischform der ersten und zweiten Variante handelt und
ii. dass zumindest der besagte optische Sender (H) in mindestens eine erste Übertragungstrecke (I1), die nur teilweise Bestandteil der Vorrichtung ist, hineinsenden kann und
iii. dass mindestens ein Objekt (O), das kein Bestandteil der Vorrichtung ist, am Ende dieser ersten optischen Übertragungsstrecke (I1) Licht in mindestens eine zweite Übertragungsstrecke (I2), die nur teilweise Bestandteil der Vorrichtung ist, hineinsenden kann, die an mindestens einem der besagten Empfänger (D), der Bestandteil der Vorrichtung ist, endet und
iv. dass mindestens dieser Empfänger (D) zumindest das durch den Durchgang durch die erste Übertragungsstrecke (I1) und/oder die zweite Übertragungsstrecke (I2) und/oder die Reflektion am Objekt (O) modifizierte Sendesignal (S5) empfangen kann und in mindestens ein Empfängerausgangssignal (S0) umwandelt und
v. dass einer der besagten Regler (CT), der Bestandteil der Vorrichtung ist, mindestens eine Signalisierung (S4) ausgibt, die außerhalb der Vorrichtung weiterverwendet werden kann und
vi. dass diese Signalisierung (S4) einen repräsentativen Messwert für mindestens eine Eigenschaft mindestens einer ersten Übertragungsstrecke (I1) oder einer zweiten Übertragungsstrecke (I2) oder einen repräsentativen Messwert für mindestens eine Eigenschaft mindestens eines Objekts (O) am Ende einer besagten ersten Übertragungsstrecke (I1) oder am Anfang einer besagten zweiten Übertragungsstrecke (I2) darstellt und über eine Signalisierung (S4) zumindest auf Aufforderung ausgegeben wird und
vii. dass dieser Kompensationssender (K) in mindestens eine dritte Übertragungstrecke (I3) hineinsendet, die vollständig Bestandteil der Vorrichtung ist und
viii. dass mindestens eine der dritten Übertragungsstrecken (I3) an mindestens einem der besagten Empfänger (D) endet und
ix. dass zumindest dieser Empfänger (D) zumindest das Signal des besagten Kompensationssenders (K) überlagernd mit dem Signal zumindest eines der Sender (H) empfangen kann

Anhand der 1, 2 und 3 wird kurz der Stand der Technik näher erläutert. Die 1 zeigt ein kompensierendes optisches Sensorsystem (1), bestehend aus einem Sender (H), einem Kompensations-sender (K) und einem Empfänger (D). Der Sender (H) strahlt über eine opti-sche Übertragungsstrecke bestehend aus einer ersten optischen Übertra-gungsstrecke (I1) und einer zweiten optischen Übertragungsstrecke (I2) in den Empfänger (D) ein. Dabei wird das optische Signal am Übergang von der ers-ten optischen Übertragungsstrecke (I1) zur zweiten optischen Übertragungs-strecke (I2) am Objekt (O) reflektiert und/oder durch dieses transmittiert. Der Kompensationssender (K) strahlt ebenso in eine dritte Übertragungsstrecke (I3) ein, an deren Ende sich ebenfalls der Empfänger (D) befindet. Die beiden Übertragungsstrecken überlagern sich typischerweise summierend und/oder multiplizierend, wobei der Summierung typischerweise der Vorzug gegeben wird. Der Empfänger (D) wird in diesem Fall durch eine Fotodiode mit einem Widerstand symbolisiert. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen nur soweit ausgeführt sind, dass das Funktionsprinzip deutlich wird und einem Fachkundigen die Nacharbeitung der Erfindung möglich wird. Die Zeichnungen sind also generell nur als grobe schematische Skizzen zu verstehen. Das Empfängerausgangssignal (S0) dient einem Regler (CT) als Eingangssignal. Das zur Modulation des Senders (H) verwendete Sendesignal (S5) wird durch einen Generator (G) erzeugt, der in vielen Fällen im Stand der Technik auch Teil des Reglers (CT) ist. Der Regler (CT) erzeugt aus dem Empfängerausgangssignal (S0) und dem zur Modulation des Senders (H) verwendeten Sendesignal (S5) ein zur Modulation des Kompensationssenders (K) verwendetes Kompensationssendesignal (S3) in der Art, dass das Emp-fängerausgangssignal (S0) typischerweise keine Anteile des Sendesignals (S5) bis auf einen Reggelfehler und Signalrauschen mehr enthält. Ein internes Reglersignal (S4) stellt dabei ein Maß für die optischen Eigenschaften des Objekts (O), wie beispielsweise Entfernung und/oder Reflektivität, und/oder die Eigenschaften der ersten Übertragungsstrecke (I1) und der zweiten Über-tragungsstrecke (I2), wie Transmissionsgrad und/oder Lichtlaufzeit durch die-se, dar. Im Stand der Technik ist es üblich, die optischen Eigenschaften der dritten Übertragungsstrecke (I3) als bekannt vorauszusetzen.
Darüber hinaus enthält die 1 noch Elemente, die im veröffentlichten Stand der Technik noch nicht offenbart sind und weiter unten erläutert werden. 2 zeigt ein ähnliches System, wie das der 1 mit dem Unterschied, dass hier der Kompensationssender (K) durch den Generator (G) getrieben wird und das Sendesignal (S5) durch den Regler (CT) so geregelt wird, dass das Empfängerausgangssignal (S0) typischerweise keine Anteile des Kompensationssendesignals (S3) bis auf einen Regelfehler und Signalrauschen mehr enthält. Darüber hinaus enthält auch die 2 noch Elemente, die im Stand der Technik noch nicht offenbart sind und weiter unten erläutert werden. Im Stand der Technik sind unterschiedliche Methoden zum Betrieb eines solchen Systems und zur Ausprägung des Reglers (CT) bekannt. Insbesondere ist es möglich, das zur Modulation des Senders (H) verwendete Sendesignal (S5) bzw. das zur Modulation des Kompensationssenders (K) verwendete Kompensationssendesignal (S3) monofrequent oder bandbegrenzt moduliert mit einer unteren Grenzfrequenz fmin und einer oberen Grenzfrequenz fmax und einer Mittenfrequenz fmitte = (fmax – fmin)2 + fmin und einer Bandbreite fb = (fmax – fmin)/2 zu betreiben. Es ist bekannt, dass das Spektrum der Modulation beispielsweise durch Verwendung von Spreiz-Codes gesteuert werden kann.
In einem anderen Verfahren (3) werden das zur Modulation des Senders (H) verwendete Sendesignal (S5) und das zur Modulation des Kompensationssenders (K) verwendete Kompensationssendesignal (S3) mit einer gleichen Modulationsfrequenz betrieben und vom Regler (CT) erzeugt. Die Duty-Cycle der typischerweise rechteckförmigen Signale (S3, S5) sind jedoch komplementär zueinander. Das bedeutet, dass der Sender (H) immer dann zu einer höheren Sendeleistung hin durch das Sendesignal (S5) moduliert oder eingeschaltet wird, wenn der Kompensationssender (K) durch das Kompensationssendesignal (S3) gedämpft oder ausgeschaltet wird und umgekehrt. Der Regler (CT) steuert in diesem Fall nicht die Amplitude, sondern den Duty-Cycle der beiden Signale (S3, S5). Der Regler erhält durch einen Generator (G) den Sendetakt. Eine entsprechende Vorrichtung stellt 3 dar.
Im Stand der Technik wird jedoch kein Verfahren zur optimalen Einstellung des Arbeitspunktes des Kompensationssenders angegeben.
Soll ein solches Halios-System in ein einziges kleines SMD Gehäuse eingebaut werden, so stellen sich verschiedene Herausforderungen, was die Optik und die Verarbeitbarkeit angeht.
Soll ein solches System in ein einziges kleines SMD Gehäuse eingebaut werden, so stellen sich verschiedene Herausforderungen, was die Optik und die Verarbeitbarkeit angeht.
Grundsätzlich gibt es zwischen jedem Sender H, dem Objekt O in der Übertragungsstrecke und dem Empfänger D zwei potenzielle Übertragungsstrecken: Die eigentliche Nutzstrecke (I1 & I2, I3) und eine parasitäre Übertragungsstrecke. So soll das Licht des Senders H erst vom Sender H zum Objekt O gesendet und von dort wieder auf die Fotodiode, den Empfänger D, reflektiert werden. Das Licht des Senders H soll jedoch nicht direkt auf die Fotodiode D fallen. Für das Licht der Kompensationsdiode K ist es gerade umgekehrt: Es soll nur direkt auf die Fotodiode D fallen und nach Möglichkeit nicht auf das Objekt O gestreut werden.
Ein wesentliches Problem bei der Integration solcher HALIOS Systeme in einem Gehäuse ist die Unterdrückung solcher parasitärer Kopplungen. Die Miniaturisierung verschärft das Problem, welches im Folgenden mit Crosstalk bezeichnet wird.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Integration der verschiedenen optischen Sensoren und Sensokomponenten in einem einzigen SMD Gehäuse zu ermöglichen, den Crosstalk zu vermindern und die optimale Ausleuchtung und Sensitivität des Systems zu ermöglichen.
Beschreibung der grundlegenden Erfindung
Der Aufbau und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird anhand der beigefügten weiteren Figuren beschrieben.
Zur Erläuterung der Erfindung wird an dieser Stelle nun auf die nicht im publizierten Stand der Technik offenbarten technischen Zusammenhänge eingegangen, da diese ebenfalls zur Unterdrückung von Störern dienen. Viele wesentliche Elemente sind dabei in den Anmeldungen DE 10 2013 003 791.3 und DE 10 2013 005 787.6 sowie PCT/DE2013/000495 und PCT/DE2014/000024 sowie deren internationale Nachanmeldung mit gleicher Priorität bereits benannt, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich Teil dieser Offenlegungsschrift ist.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Der Empfänger (D) wird durch eine Fotodiode mit Vorwiderstand zwischen Masse und Versorgungsspannung VDD symbolisiert.
Zusätzlich zum Stand der Technik ist unter anderem in 1 eine optische Barriere B eingezeichnet, die verhindert, dass das Licht des Kompensationssenders, der Kompensationsdiode K, direkt auf das Objekt (O) fällt. Die Funktion dieser Barriere ist wie folgt: Damit der Sender (H) über die Übertragungsstrecke (I1) das Objekt (O) bestrahlen kann, muss die Barriere (B) ein optisches Sendepfadfenster (WH) aufweisen, dass für die Strahlung, also die Wellenlänge, des Senders (H) transparent ist. Die Wellenlänge des Senders (H) wird im Folgenden als Senderwellenlänge benannt. Aus dem analogen Grund muss die Barriere (B) im Bereich der zweiten Übertragungsstrecke (I2) ein zweites optisches Empfangspfadfenster (WD) aufweisen, das für die zu detektierende Strahlung und zwar insbesondere für die Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung transparent ist. Diese Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung ist typischerweise von der gleichen Wellenlänge, wie die Strahlung des Senders (H), also die Senderwellenlänge. Dies muss aber nicht unbedingt der Fall sein. Es ist beispielsweise denkbar, dass das Objekt (O) unter der Bestrahlung durch den Sender (H) fluoresziert und dass nur diese Fluoreszenz gemessen werden soll. In diesem Fall wird das Fenster im Empfangspfad (WD) typischerweise so gewählt, dass es möglichst nur für die Wellenlänge dieser Fluoreszenzstrahlung, also die Fluoreszenzwellenlänge, transparent ist.
Das Licht des Kompensationssenders (K) soll nicht nach außen dringen. Daher ist es sinnvoll, dass das Empfangspfadfenster (WD) und das Sendepfadfenster (WH) für die Wellenlänge dieses Lichts des Kompensationssender (K), also die Kompensationssenderwellenlänge, nicht durchlässig sind, sondern vorzugsweise absorbieren, Auch sollen diese Fenster das Licht des Kompensationssenders (K) nicht reflektieren, damit das Licht aus dem System eliminiert wird und nicht durch Mehrfachreflektion im System verbleibt und zu Signalverfälschungen führt. Das Empfangspfadfenster (WD) vor dem Detektor muss für die Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung, also typischerweise die Senderwellenlänge und/oder die Fluoreszenzwellenlänge, transparent sein und Strahlung der Kompensationswellenlänge zuverlässig unterdrücken. In diesem Fall sendet der Kompensationssender (K) zweckmäßiger Weise auf einer anderen Wellenlänge als der Sender H. Die Kompensationssenderwellenlänge sollte sich also von der Senderwellenlänge unterscheiden. Die Fenster sind vorzugsweise mit Filtern, und zwar einem Sendepfadfilter (FH) für den Sendepfad und einem Empfangspfadfilter (FD) für den Empfängerpfad versehen, um auf beispielhafte Weise diese Transmissivitätsanforderungen und diese Reflektivitätsanforderungen erfüllen zu können.
Hierzu ist es zweckmäßig die Begriffe zu definieren.
Im Folgenden ist mit Transmissivität der Faktor gemein, um den die Intensität (Energie) eines Lichtstrahls mit einer gegebenen Schwerpunktswellenlänge beim Durchgang durch einen Filter oder durch eine Vorrichtungskomponente, geschwächt wird im Vergleich zur Intensität (Energie) des eingestrahlten Lichtstrahls vor dem Durchgang durch das Objekt. Bei einer Schwächung um 50% ist die Transmissivität somit beispielsweise 50%.
Im Folgenden ist mit Reflektivität der Faktor gemein, um den die Intensität (Energie) eines Lichtstrahls mit einer gegebenen Schwerpunktswellenlänge beim Reflektion an einem Filter oder eine Vorrichtungskomponente geschwächt wird im Vergleich zur Intensität (Energie) des eingestrahlten Lichtstrahls vor der Reflektion an dem Objekt. Bei einer Schwächung um 50% ist die Reflektivität somit beispielsweise 50%.
Im Folgenden ist mit Absorptionsfaktor der Faktor gemein, um den die Intensität (Energie) eines Lichtstrahls mit einer gegebenen Schwerpunktswellenlänge beim Reflektion an einem Filter oder einer Gehäusekomponente und gleichzeitiger Transmission durch diesen Filter oder dieser Gehäusekomponente in Summe geschwächt wird im Vergleich zur Intensität (Energie) des eingestrahlten Lichtstrahls vor der Reflektion an dem Objekt. Diese Energie des Lichtstrahls verbleibt also im Filter bzw. in der Gehäusekomponente und wird nicht reflektiert oder transmittiert. Bei einer Transmissivität von 25% und einer Reflektivität von 24% ist der Absorptionsfaktor somit beispielsweise 50%.
Im Hinblick auf die erfindungsgemäße Vorrichtung soll das Sendepfadfilter (FH) vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Senders (H), also für die Senderwellenlänge, eine Transmissivität von optimal 100%, von mindestens aber 50% oder besser mindestens 75% oder besser mindestens 88% oder besser mindestens 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweisen.
Das Sendepfadfilter (FH) soll vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Senders (H), also für die Senderwellenlänge, eine Reflektivität von optimal 0%, von höchstens aber 50% oder besser höchstens 25% oder besser höchstens 12% oder besser höchstens 5% oder besser höchstens 2% oder besser höchstens 1% aufweisen.
Das Sendepfadfilter (FH) soll gleichzeitig vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K), also für die Kompensationssenderwellenlänge, eine Transmissivität von optimal 0%, von höchstens aber 50% oder besser höchstens 25% oder besser höchstens 12% oder besser höchstens 5% oder besser höchstens 2% oder besser höchstens 1% aufweisen.
Das Sendepfadfilter (FH) soll gleichzeitig vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K), also für die Kompensationssenderwellenlänge, einen Absorptionsfaktor von optimal 100%, von mindestens aber 25% oder besser mindestens 50% oder besser mindestens 75% oder besser mindestens 88% oder besser mindestens 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweisen.
Das Empfangspfadfilter (FD) soll vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Senders (H), also für die Senderwellenlänge, bzw. für Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung eine Transmissivität von optimal 100%, von mindestens aber 50% oder besser mindestens 75% oder besser mindestens 88% oder besser mindestens 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweisen.
Das Empfangspfadfilter (FH) soll gleichzeitig vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K), also für die Kompensationssenderwellenlänge, eine Transmissivität von optimal 0%, von höchstens aber 50% oder besser höchstens 25% oder besser höchstens 12% oder besser höchstens 5% oder besser höchstens 2% oder besser höchstens 1% aufweisen.
Das Empfangspfadfilter (FH) soll gleichzeitig vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K), also für die Kompensationssenderwellenlänge, einen Absorptionsfaktor von optimal 100%, von mindestens aber 25% oder besser mindestens 50% oder besser mindestens 75% oder besser mindestens 88% oder besser mindestens 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweisen.
Ein hoher Absorptionsfaktor für die Wellenlänge des Kompensationssender (K), also der Kompensationswellenlänge, für die beiden Filter in jedem Fall der Vorzug gegenüber einer erhöhten Reflektivität zu geben.
Hierdurch ist der Empfänger (D) in jedem Fall in der Lage, sowohl das Signal des Kompensationssenders (K) also der Kompensationssendediode, als auch das Signal des Senders (H) zu empfangen. Der Empfänger (D) muss also sowohl für die Kompensationswellenlänge als auch für die Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung, also typischerweise die Senderwellenlänge und/oder die Fluoreszenzwellenlänge empfindlich sein.
Die Verwendung von Empfangspfadfiltern ist aus der US 20050184301 A1 bereits bekannt (z. B. 12, Bezugszeichen 85 bis 89 der US 20050184301 A1 ). Allerdings ist deren Aufgabe nur die Selektion des eintretenden und zuvor von einem Messobjekt (z. B. 18, Bezugszeichen 146 der US 20050184301 A1 ) zurückgestrahlten Lichts eines Senders (z. B. 18, Bezugszeichen 132–136 der US 20050184301 A1 ). Hier in der erfindungsgemäßen Vorrichtung jedoch gilt es zum Einen sicherzustellen, dass das vergleichbar reflektierte Licht des Senders (H) in die erfindungsgemäße Vorrichtung eintreten und damit zum Empfänger (D) gelangen kann und zum Anderen gleichzeitig das Licht des Kompensationssenders (K) zum einen eben nicht aus dem System austreten kann und zum anderen möglichst schnell, also mit möglichst wenigen Reflektionen innerhalb des Systems aus dem System eliminiert werden kann.
Würde das Licht des Kompensationssenders (K) nämlich austreten können, so würde das Ergebnis verfälscht werden und die Grundkopplung, die beispielsweise in der Offenbarung EP 2418512 A1 umfangreich behandelt wird, wäre abhängig von den Eigenschaften des zu vermessenden Objektes (O) in der Übertragungsstrecke bestehend aus der ersten Übertragungsstrecke (I1) und der zweiten Übertragungsstrecke (I2).
Darüber hinaus sollten alle Materialien, auch Filter und Optiken, innerhalb der Vorrichtung so ausgelegt werden, dass sie möglichst bei anderen Wellenlängen den folgenden drei Fällen einen Absorptionsfaktor von optimal 100%, von mindestens aber 25% oder besser mindestens 50% oder besser mindestens 75% oder besser mindestens 88% oder besser mindestens 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweisen. Bei den Spektralbereichen mit niedrigem Absorptionsfaktor handelt es sich als Erstes um die Wellenlänge des Senders (H), also die Senderwellenlänge, und als Zweites um die Wellenlänge des Kompensationssenders (K), also die Kompensationswellenlänge, und als Drittes um die Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung, also beispielsweise die Fluoreszenzwellenlänge und/oder die Wellenläge des Senders (H).
Dies gilt vor allem für Wellenlängen, die bei Einstrahlung in den Empfänger (D) zu einem Signal führen.
Die Materialien der Wände des Gehäuses sollten bei allen Wellenlängen einen Absorptionsfaktor von optimal 100%, von mindestens aber 25% oder besser mindestens 50% oder besser mindestens 75% oder besser mindestens 88% oder besser mindestens 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweisen. Dies gilt natürlich nicht für optisch transparente Teile, wie beispielsweise Linsen etc.
Dies gilt vor allem für Wellenlängen, die bei Einstrahlung in den Empfänger (D) zu einem Signal führen.
Damit der Sender (H) nicht direkt in den Empfänger (D) einstrahlen kann, ist eine weitere Barriere (B2), wie sie beispielsweise aus der EP 2418512 A1 bekannt ist, sinnvoll. Diese verhindert dies oder zumindest verlängert sie den optischen Weg oder dämpft sonst wie das unerwünschte direkte Signal.
Damit der Kompensationssender (K) nur über eine Reflektion an einem Reflektor (R) in den Empfänger (D) einstrahlen kann, ist dieser in einer Kompensationssenderkavität (CAV_K) untergebracht und somit von einer dritten optischen Barriere (B3) umgeben. Diese weist ein Kompensationspfadfenster (WK) auf, durch das der Kompensationssender (K) den Empfänger (D), der in einer eigenen Empfängerkavität (CAV_D) liegt, über einen Reflektor (R) bestrahlen kann. Das Kompensationspfadfenster (WK) erfüllt dabei gleichzeitig die Funktion einer Blende, die die Einspeisung von Licht des Kompensationssenders (K) in andere optische Pfade, die beispielsweise auf dem Objekt (O) enden könnten, verhindert. Dies ist besonders dann von Wichtigkeit, wenn die Wellenlängenselektivität der zuvor angesprochenen Filter (FD, FH) nicht ausreichend ist.
2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechend 1, wobei nun im Unterschied zur 1 der Sender (H) anstelle des Kompensationssenders (K) geregelt wird.
2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechend 1 und 2, wobei nun im Unterschied zur 1 und 2 der Sender (H) und der Kompensationssender (K) durch den Controller (CT) geregelt werden.
Die dem Stand der Technik entsprechenden Elemente wurden oben erläutert.
4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer beispielhaften Aufsicht.
In der beispielhaften Vorrichtung (1) befinden sich beispielsweise drei LEDs (2, 3, 4) als Sender H und eine Fotodiode (9) als Empfänger D. Es können selbstverständlich auch mehr Empfänger und eine andere Zahl von Sendern gewählt werden. Der Regler CT und ggf. auch der Generator G müssen dann ggf. angepasst werden. Die Fotodiode (9) empfängt das vom Objekt O zurückgestrahlte Licht der Sender (2, 3, 4). Das Objekt O ist in der 4 nicht eingezeichnet und befindet sich gedacht oberhalb der Zeichenebene in Richtung des Betrachters. Des Weiteren befindet sich in der Vorrichtung (1) ein integrierter Vorverstärker (8). Ebenso befindet sich in der Vorrichtung (1) der Kompensationssender K (9). Alle Elemente (2, 3, 4, 10, 9, 8) werden auf die Oberseite eines gemeinsamen Lead-Frames montiert. Der elektrische Anschluss erfolgt durch Bondung, vorzugsweise eine Golddraht-Bondung. Außerdem ist eine Lippe (17) eingezeichnet, die als Barriere B2 die Sendedioden (2, 3, 4) als Sender H von der Fotodiode (10), welche der Empfänger D ist, optisch trennt. Oberhalb jeder der Sendedioden (2, 3, 4) befindet sich jeweils eine Linse (5, 6, 7), die der Lichtstrahlformung dient.
Die verwendete Packaging-Technologie ist die des Molded Interconnection Device. Dabei wird ein dreidimensional verformter Leadframe mit Moldmasse umspritzt. Der Vorteil einer solchen Molded Interconnection Device Technologie (MID Technologie) ist die Möglichkeit einer direkten Umsetzung elektrischer Schaltungen, die ansonsten typischerweise in PCB oder FPCB Technik hergestellt würden, wobei die Umsetzung ohne zusätzliche Materialien nur mittels einer speziellen Leadframe Struktur erfolgt.
Auf die Unterseite des MID-Leadframes wird eine integrierte Auswerteschaltung (12) (IC) für die Ansteuerung der Sender (2, 3, 4), die Auswertung der Signale der Fotodiode (10), die Ansteuerung der Kompensationssendediode (9) und die Kommunikation mit dem Rechner des Nutzsystems (über S4), beispielsweise eines Mobiltelefons, platziert. Die Schaltung (12) enthält somit typischerweise den Regler CT. Die Kontakte (z. B. 14) dieser Auswerteschaltung (12) werden mit den Kontakten (z. B. 13) des Lead-Frames durch Bonden verbunden. Dabei befindet sich die Auswerteschaltung (12) vorzugsweise in einer Vertiefung des Gehäuses, so dass die Bonddrähte nach dem Verguss durch Mold-Masse bedeckt sind. Durch die besondere Form und des Lead-Frames ist jedoch trotzdem eine Verlötung auf dieser Seite des Gehäuses möglich. Für die Handhabung während der Montage sind in diesem Beispiel Aussparungen (16) vorgesehen, die ein Verkratzen der Kontakte (11) bei Verwendung eines passenden Greifwerkzeugs, das diese Aussparungen als Klemmpunkte benutzt, verhindern.
Wie oben bereits ausgeführt, ist ein wesentliches zu lösendes Problem, die Unterdrückung der parasitären Kopplungen zwischen den Sendedioden (2, 3, 4) und dem Empfänger (10). Hierzu verfügt das Gehäuse über eine optische Barriere (17), die den optischen Weg zwischen den Sendern (2, 3, 4) und der Fotodiode (10) verlängert und so die Kopplung über parasitäre Pfade reduziert.
Dabei kann die optische Barriere (17) in relativ vielen Freiheitsgeraden gestaltet werden. Insbesondere kann die besagte Barriere (17) mit leicht abgeschrägten Wänden versehen werden, um sicherzustellen, dass das gesamte Gehäuse gut aus einem Spritzgusswerkzeug entnommen werden kann.
5 zeigt noch einmal die beispielhafte Position und Ausformung der Barriere (17) auf der Oberseite des Gehäuses von zwei verschiedenen Seiten. Hierdurch wird der parasitäre optische Weg verlängert.
Von besonderer Wichtigkeit sind die integrierten Mikro-Linsen (5, 6, 7, 40). Diese sind oberhalb der Sender (2, 3, 4) und der Fotodiode (10) platziert. Dies zeigt 6. Die Linsen (5, 6, 7, 40). sind aus einem optisch transparenten Material gefertigt. Auf der Senderseite sorgen sie (5, 6, 7, 40) für eine Ausrichtung und Form des durch den jeweiligen Sender (2, 3, 4) abgestrahlten Lichtstrahls (Beams) (36, 37, 38 in 9) in eine Vorzugsrichtung. Dabei sind die Schwerpunkte (18, 20, 22) der Sender (2, 3, 4) gegenüber der jeweiligen optischen Achse (19, 21, 23) der zugehörigen Linse (5, 6, 7) typischerweise versetzt. Je nach Betrag und Ausrichtung des Versatzes der jeweiligen Linse (5, 6, 7). ändert sich die Ausrichtung der Abstrahlkeule (36, 37, 38) der zugehörigen Sendediode (2, 3, 4). Größe und Brennweite der jeweiligen Linse (5, 6, 7) bestimmen die Form des jeweiligen Beams (36, 37, 38). Die Linsen (5, 6, 7, 40) müssen nicht unbedingt zylindersymmetrisch sein. Es ist durchaus denkbar, dass sie auch andere Formen haben können, also beispielsweise elliptisch sein können. Auch können die Linsen (5, 6, 7, 40) mehr als zwei Brennweiten haben. Besonders bevorzugt ist die Ausbildung jeweils als Fresnel-Linse. Solche Linsen können beispielsweise durch Spritzguss aus transparenten Kunststoffen hergestellt werden. Die Transparenz bezieht sich dabei auf die für Sendung und Empfang verwendete Strahlung. In ähnlicher Weise können auf der Empfängerseite Linsen (40) zur Formung einer Empfindlichkeitskeule verwendet werden. Auch hier können die Schwerpunkte (24) der Fotodioden (10) gegenüber der optischen Achse (25) der zugehörigen Linse (40) analog zur oben beschriebenen Methode der Abstrahlkeulenformung für die Sendedioden versetzt sein. In dem Beispiel in 6 befinden sich dieser Schwerpunkt (24) und der Auftreffpunkt der optischen Achse (25) jedoch übereinander. Dies muss, wie erläutert, je nach Anwendung nicht unbedingt der Fall sein.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der oder die Empfindlichkeitskeulen so geformt werden, dass der Überdeckungsgrad der Empfindlichkeitskeulen und der Abstrahlkeulen im interessierenden Raumbereich oberhalb des Sensors maximiert wird. Hierdurch wird die Empfindlichkeit des Systems maximiert, was beispielsweise für die Bewegungserkennung wichtig ist.
Falls das System beispielsweise für die Gestenerkennung eingesetzt werden soll, ist es sinnvoll, wenn die Abstrahlkeulen (36, 37, 38) in unterschiedliche Richtungen zeigen, also beispielsweise bei drei Abstrahlkeulen in um jeweils 120° um die Achse senkrecht zur Oberseite gedrehte Richtungen zeigen. In dem Fall ist es zwar sinnvoll, wenn die Abstrahlkeulen sich ein wenig überlappen, jedoch sollte diese Überlappung vorzugsweise nicht mehr als 60° betragen. Eine Abstrahlkeule sollte also nicht breiter als 240° sein. Die Empfindlichkeitskeule sollte den gesamten relevanten Bereich überdecken.
Es ist selbstverständlich besonders vorteilhaft, wenn die jeweilige Linse (40) des jeweiligen Empfängers (D) (Fotodiode (10)) nur für die Wellenlängen durchlässig ist, die für die Sendedioden (2, 3, 4) verwendet werden. Die Wellenlängen der Sendedioden (2, 3, 4) müssen darüber hinaus nicht identisch sein. Es ist durchaus denkbar, dass ganz bewusst verschiedene Farben oder Wellenlängen für mehrere Sendedioden (2, 3, 4) gewählt werden. Hierdurch ist es möglich, einen miniaturisierten Farb-Sensor herzustellen. Beispielsweise kann der Empfänger (D), also die Fotodiode (10), für optisch sichtbares Licht aller Farben und Infrarotlicht empfindlich sein und die Sender (2, 3, 4) aus drei Leuchtdioden der Farben Rot (2), Blau (3) und Grün (4) bestehen. Als Kompensationssender (D, 9) kann dann beispielsweise eine Infrarot-LED benutzt werden.
7 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung. Im Falle der beispielhaften Vorrichtung wird der Lead-Frame auf zwei Ebenen geführt (27, 26). Hierdurch sind Bauteile unterschiedlicher Bauhöhe verarbeitbar.
Ein Wall (52) umgibt die Kavitäten (28), in die die Bauteile (2, 3, 4, 8, 9, 10, 12) eingebracht werden. Auf der Seite der Sender (2, 3, 4, 9) und Empfänger (10) ist die Kavität typischerweise mit einer transparenten Vergussmasse (28) mit hohem Brechungsindex gefüllt. Im Bereich der Kompensationsdiode ist diese (28) noch mit einer optischen Abdeckung (51) versehen, die später beschrieben wird.
8 zeigt einen horizontalen Schnitt durch die Vorrichtung. Zu erkennen sind verschiedene Leitungen (29), die Teil des MID-Leadframes sind. Die Sender (2, 3, 4) sind auf Die-Inseln (32, 33, 34) typischerweise durch Kleben oder aber auch durch Löten aufgebracht. Letzteres hat Vorteile, wenn hohe thermische Leistungen beseitigt werden müssen. Die Position der Barriere (17) ist zur besseren Orientierung ebenfalls eingezeichnet. Ein Teil der Leitungen (29) führt auf Kontakte (11) der Vorrichtung (1). Interne Verbindungen sind natürlich möglich. Sie benötigen aber eine Stütze, die nach dem Mold-Vorgang abgetrennt wird. Die Kompensationsdiode (9) wird ebenfalls auf ein geeignetes Die-Paddle (35) aufgebracht. Ebenso werden die Fotodiode (10) auf das zugehörige Paddle (31) und der Vorverstärker (8) auf sein (30) Die-Paddle aufgebracht.
9 zeigt noch einmal die verschiedenen beispielhaften Richtungen (36, 37, 38) der Abstrahlkeulen der Sendedioden (2, 3, 4) der Vorrichtung (1) und die zugehörigen Linsen (5, 6, 7, 40). Zur besseren Orientierung ist wieder die Barriere (17) eingezeichnet.
Um die Einkopplung des Lichts in die Linse (5, 6, 7) auf der Sendeseite zu optimieren, ist es zweckmäßig, wenn die Unterseite (41) der Linse (5, 6, 7) nicht senkrecht zur Linsenachse (19, 21, 23) angeordnet ist, sondern um einen Winkel α gegenüber dieser senkrechten Fläche (43) gekippt ist. Dies zeigt 10.
Es hat sich gezeigt, dass ein Winkel von 18° für α besonders vorteilhaft ist, wenn die Sendediode um 15° aus der Achse herausbewegt ist. Die Linse hat dabei beispielsweise einen Durchmesser von ca. 200 μm.
11 zeigt einen anderen horizontalen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung (1). Zu erkennen sind die Aussparungen (16), die der Handhabung während der Montage dienen. Die Sender (2, 3, 4) sind in separaten Senderkavitäten (53, 54, 55) untergebracht. Diese führen zu einer guten optischen Entkopplung. Der Kompensationssender (K) besitzt ebenfalls eine Kompensationssenderkavität (CAV_K), hier die Kavität (57) für die Kompensationsdiode (9), die durch einen Steg (48) von der entsprechenden Empfängerkavität (CAV_D), hier die Kavität (56) für die Fotodiode (10), abgetrennt ist. In einem Bereich (49) ist dieser Steg (48) jedoch in der Höhe so modifiziert, dass Licht vom Kompensationssender (K), hier die Kompensationsdiode (9), zum Empfänger (D), d. h. zur Fotodiode (10), in der weiter unten beschrieben Weise gelangen kann. Die Kavitäten sind bis auf die Kompensationssenderkavität (CAV_K), hier die Kavität (57) der Kompensationssendediode (9), optisch nach oben offen.
Es verbleibt das bereits angesprochene Problem der optimalen optischen Kopplung des Kompensationssenders (K), hier der Kompensationsdiode (9), mit dem Empfänger (D), hier der Fotodiode (10). Diese Kopplung wird in den 12 und 13 diskutiert.
12 zeigt einen Querschnitt der beispielhaften Vorrichtung (1) durch den Kompensationssender (K), hier die Kompensationsdiode (9), und den Empfänger (D), hier die Fotodiode (10). Der Empfänger (D), hier die Fotodiode (10), muss insbesondere möglichst von oben und nicht von der Seite mit dem Licht des Kompensationssenders (K), hier der Kompensationsdiode (9), bestrahlt werden, da sich die lichtempfindlichen Schichten der Fotodiode (10) typischerweise an der Oberfläche derselben befinden. Dieses Problem ist in der beispielhaften erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) so gelöst, dass der Kompensationssender (K), hier die Kompensationsdiode (9), Licht nach oben abstrahlt.
Aufgrund des unterschiedlichen Brechungsindex zwischen der transparenten Deckmasse (28) und Luft kommt es zu einer Zurückspiegelung des Lichts in das Gehäuse hinein. Diese Spiegelung tritt ein, wenn der Auftreffwinkel des Lichts des Kompensationssenders (K), hier der Kompensationssendediode (9), auf die Grenzfläche der transparenten Vergussmasse (28) so flach ist, dass Totalreflexion eintritt. Dieses zurückgespiegelte Licht fällt damit naturgemäß, wie gewünscht, von oben auf den Empfänger (D), die Fotodiode (10) (siehe auch 13). Licht, das direkt von dem Kompensationssender (K), hier der Kompensationssendediode (9), zum Empfänger (D), der Fotodiode (10), gelangen kann, könnte an dieser gestreut werden, auf das zu vermessende Objekt (O) fallen und zurück auf den Fotodetektor (10) fallen und somit das Messsignal (S4) und den Regler (CT) stören. Dies wird durch den besagten Steg (48) verhindert, der die Empfängerkavität (CAV_D), hier die Kavität (56) der Fotodiode (10), von der Kompensationssenderkavität (CAV_K), hier der Kavität (57) der Kompensationssendediode (9), trennt. Nur solches Licht des Kompensationssenders (K), hier der Kompensationssendediode (9), das an der Grenzschicht der transparenten Deckmasse (28) gespiegelt wurde, kann somit auf den Empfänger (D), hier die Fotodiode (10), fallen. Die Öffnung (49) oberhalb des Steges (48) für diese gewünschte Transmission von der Kompensationssenderkavität (CAV_K), hier die Kavität (57), in die Empfängerkavität (CAV_D), hier die Kavität (56), wird dabei so gestaltet, dass durch das dermaßen transmittierte Licht möglichst ausschließlich der Empfänger (D), hier die Fotodiode (10), bestrahlt wird. Der Bereich (49) arbeitet also quasi wie ein optischer Wellenleiter.
Um eine indirekte Bestrahlung des Objekts (O) durch den Kompensationssender K (Kompensationssendediode (9)) zu verhindern, ist es notwendig, das nicht durch Totalreflektion auf den Empfänger (D), hier die Fotodiode (10), gestrahlte Licht möglichst schnell aus dem System (1) zu eliminieren.
Hierzu wird das Material des Gehäuses der Vorrichtung (1) vorzugsweise in einem Material ausgeführt, das alle Strahlung, in den Wellenlängenbereichen in denen diese Strahlung aus dem Gehäuse austreten kann und in allen Wellenlängenbereichen, in denen die Sender (2, 3, 4, 9) senden, absorbiert.
Alle sollten daher möglichst matt ausgeführt sein, um das wenige Licht, das trotzdem reflektiert wird, diffus zu streuen. Dies betrifft natürlich nicht optische Nutzoberflächen wie beispielsweise die oberen Grenzschicht der transparenten Vergussmasse (28), an der Totalreflektion auftreten soll, und die Oberflächen der optischen Fenster (WD, WH) oder Filter (FD, FH) oder Linsen (5, 6, 7, 40).
Auf der oberen Grenzschicht wird außerdem ein Absorber (51) aufgebracht, der die Strahlung der Kompensationssendediode (9), die nicht durch Totalreflektion auf den Empfänger (D), hier die Fotodiode (10), gespiegelt wird, und daher aus dem Gehäuse der Vorrichtung (1) unkontrolliert austreten würde, absorbiert und damit aus dem System eliminiert.
Die Winkel und Formen der Gehäuseoberflächen sollten dabei so angelegt werden, dass eine Mehrfachreflektion möglichst nicht in einem Lichtpfad resultieren kann, der auf dem Empfänger (D), hier der Fotodiode (10), endet.
Ein weiteres Problem, das sich dabei ergibt, ist die Reflektion an dem Empfänger (D), hier der Fotodiode (10), selbst. Damit das Licht in den Empfänger (D), hier das Silizium der Fotodiode (10), eintreten kann, muss es in einem Winkel eingestrahlt werden, der möglichst senkrecht ist, da die Lichtgeschwindigkeit im Material des Empfängers (D) und hier insbesondere im Silizium der Fotodiode (10) erheblich kleiner als im Wellenleiter ist.
Hierfür ist es sinnvoll, jedoch nicht unbedingt zwingend erforderlich, das Die-Paddle (31) des Empfängers, hier der Fotodiode (10), gegenüber dem Die-Paddle (35) des Kompensationssenders (K), hier der Kompensationssendediode (9), zu verkippen. Diese Verkippung würde zu einer verringerten Empfindlichkeit des Empfängers (D), hier der Fotodiode (10), bezüglich des Empfangs optischer Strahlung, führen, die vom Objekt (O) zurückgestrahlt wird. Daher ist es weiter sinnvoll, die Einkopplung in den Empfänger (D), hier die Fotodiode (10) durch ein schräges Prisma wie für die Sender (H), hier die Sendedioden (2, 3, 4), zu optimieren.
Schließlich muss beachtet werden, dass der Empfänger (D) und insbesondere in diesem Fall hier die Fotodiode (10), die typischerweise aus Silizium gefertigt ist, für einen Teil der Strahlung transparent sein kann. In diesem Fall kann es zu einer Reflektion des Lichts an der Unterseite des Empfängers (D), also der Fotodiode (10), kommen. Dies erhöht zwar die Effizienz des Empfängers, also der Fotodiode (10), führt aber letztlich zu einer Verfälschung des Empfängerausgangssignals (S0). Daher ist es sinnvoll, den Empfänger (D), also hier die Fotodiode (10), mit einem Kleber am Die-Paddle (31) zu befestigen, der für solche Wellenlängenbereiche, die den Empfänger (D), also die Fotodiode (10), passieren können, absorbierend wirkt.
Schließlich wird noch kurz auf die Arbeitspunkteinstellung eingegangen.
Zwischen dem Sender (H) und dem Kompensationssender (K) befindet sich typischerweise eine zweite Barriere (B2), die ein Eindringen des Lichts des Senders (H) in den Kompensationspfad verhindert. Vorzugsweise ist der Kompensationssender (K) in einer Kompensationssenderkavität (CAV_K) untergebracht, die den Kompensationssender (K) vorzugsweise bis auf ein optisches Kompensationspfadfenster (WK) vollständig von der Außenwelt optisch abtrennt. Dieses optische Kompensationspfadfenster hat unter anderem die Aufgabe, das Licht des Kompensationssenders (K) zum Ersten nur auf den Empfänger (D) fallen zu lassen und dieses Licht beim Durchgang durch den Kompensationspfad so abzuschwächen, dass das Licht des Kompensationssenders bei dessen Vollaussteuerung mit in etwa der gleichen Lichtintensität auf die Fotodiode, also den Empfänger (D) fällt, wie das Licht des Senders (H) unter optimalsten Bedingungen, wie beispielsweise minimaler Abstand des Objekts (O) vom Sensorsystem (1) und maximale Reflektivität des Objekts (O). Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der elektrooptische Arbeitspunkt des Kompensationssenders (K) definiert durch Beleuchtungsstärke des Signals des Kompensationssenders (K) auf dem Empfänger (D) und elektrische Energieversorgung des Kompensationssenders (K), beispielsweise elektrische Stromstärke der Bestromung des Kompensationssenders (K), in zumindest einem typischen Arbeitspunkt annähernd mit dem entsprechenden elektrooptischen Arbeitspunkt des Senders (H) übereinstimmen. Der Empfänger (D) ist typischerweise ebenfalls durch eine Empfängerkavität (CAV_D) optisch weitestgehend von der Außenwelt abgetrennt. Einzig das besagte Kompensationspfadfenster (WK) und ein Empfangspfadfenster (WD) erlauben den Zugang von Licht zur Empfängerkavität (CAV_D) und damit zum Empfänger (D). Es hat sich gezeigt, dass es günstig ist, wenn die Wand (B), die den Empfänger (D) von dem Objekt (O) optisch trennt, und/oder die zweite Barriere (B2) mit einem Reflektor (R) versehen ist, der das Licht des Kompensationssenders (K) so auf den Empfänger (D) streut, dass dieser vollflächig ausgeleuchtet wird. Die ist deshalb typischer Weise notwendig, weil das Kompensationspfadfenster (WK) typischerweise eine kleinere Fläche als der möglichst empfindliche Empfänger (D) aufweisen muss. Somit ist es möglich, zum einen die Lichtintensität des Signals des Kompensationssenders (K) durch die Querschnittsfläche und die Dämpfung des Kompensationspfadfensters (WK) zu steuern und trotzdem den Empfänger (D) ganzflächig auszuleuchten. Hierfür sollte das Streulicht des Reflektors (R) einen diffusen Lichtanteil aufweisen, der größer als 5%, besser größer als 10%, besser größer als 25%, besser größer als 50%, besser größer als 75%, besser größer als 85%, besser größer als 90% ist.
Hierdurch ist es möglich insbesondere bei einem Kompensationssender (K), der vom gleichen Typ wie ein Sender (H) ist, beide – Kompensationsender (K) und Sender (H) in eine gleichen elektooptischen Arbeitspunkt für einen typischen Anwendungsfall zu betreiben. Der gleiche elektrooptische Arbeitspunkt ist dabei durch gleich Leuchtintensität (Lichtenergie) des Kompensationssenders (K) und des Senders (H) bei gleicher optischen Strahlungsdichte integriert über die Empfangsfläche des Empfängers (D) auf dem Empfänger (D) definiert. Dies hat den Vorteil, dass die Temperaturkoeffizienten von Sender (H) und Kompensationssender (K) in diesem elektrooptischen Arbeitspunkt einander gleichen, wodurch eine temperaturbedingte Drift des Messsignals (S4) vermindert wird. Da die Leuchtintensität (Lichtenergieabstrahlung) des Kompensationssenders (K) und des Senders (H) beispielsweise im Falle von Leuchtdioden beispielsweise vom eingeprägten Betriebsstrom der Leuchtdioden abhängt bedeutet eine gleiche Leuchtintensität (Lichtenergieabstrahlung) in etwa einen gleichen Stromarbeitspunkt. Ähnliches kann für die elektrische Leistung und/oder elektrische Spannung angegeben werden, je nachdem, wie die Leuchtdioden angesteuert werden.
Der Kompensationssender (K) und der Sender (H) strahlen daher in zumindest einem Systemarbeitspunkt, der gekennzeichnet ist durch ein zu vermessendes Objekt (O) innerhalb eines vorgesehenen Objektabstands zum Empfänger (D) und durch eine Reflektivität von mehr als 0% der auf das Objekt (O) durch den Sender (H) eingestrahlten Lichtleistung, jeweils eine Lichtleistung ab, die nicht mehr als 25%, besser nicht mehr als 10%, besser nicht mehr als 5%, besser nicht mehr als 2%, besser nicht mehr als 1% zwischen Kompensationssender (K) und Sender (H) voneinander abweicht
Darüber hinaus ist es sinnvoll, das Empfangspfadfenster (WD) und/oder ein ggf. zugehöriges Empfangspfadfilter (FD) optisch nur für das zu detektierende Licht transparent zu gestalten. Dies kann insbesondere so geschehen, dass es für Licht der Wellenlänge des Senders (H) oder des zu detektierenden Lichts transparent ist, also das Licht des Senders (H) oder das zu detektierende Licht bei dessen Schwerpunktswellenlänge um nicht mehr als 50% besser nicht mehr als 25%, besser nicht mehr als 10%, besser nicht mehr als 5%, besser, nicht mehr als 2%, besser nicht mehr als 1% dämpft. Die Wellenlänge des zu detektierenden Lichts kann dabei von der Schwerpunktswellenlänge des Senders (H) abweichen. Dies ist beispielsweise bei der Messung von Fluoreszenzeigenschaften des Objekts (O) wichtig. Dabei wird die Dämpfung berechnet als 100% minus die Intensität des Lichts vor dem Empfangspfadfilter (FD) geteilt durch Intensität des Lichts hinter dem Empfangspfadfilter (FD). Gleichzeitig soll das Empfangspfadfilter (FD), also das Empfangspfadfenster (WD), für Licht der Wellenlänge des Störers intransparent sein, also das Licht des Störers zumindest bei dessen Schwerpunktswellenlänge um mehr als 50% besser mehr als 75%, besser mehr als 90%, besser mehr als 95%, besser, mehr als 98%, besser mehr als 99% dämpfen. Dabei wird die Dämpfung wieder berechnet als 100% minus die Intensität des Lichts vor dem Empfangspfadfilter (FD) geteilt durch Intensität des Lichts hinter dem Empfangspfadfilter (FD). Noch besser ist, wenn diese Dämpfungsverhältnisse für die integrale Dämpfung des Lichts des Störers in dem Spektralbereich gelten, in dem der Empfänger (D) empfindlich ist. Es sollte nicht unerwähnt bleiben, dass auch der Sendepfad typischerweise ein Sendepfadfenster (WH) aufweist, das mit einem Sendepfadfilter (FH) versehen sein kann. Es ist sinnvoll, wenn auch das Sendepfadfilter (FH) optisch nur für das zu Licht des Senders (H) transparent zu gestalten. Dies kann insbesondere so geschehen, dass es für Licht der Wellenlänge des Senders (H) transparent ist, also das Licht des Senders (H) bei dessen Schwerpunktswellenlänge um nicht mehr als 50% besser nicht mehr als 25%, besser nicht mehr als 10%, besser nicht mehr als 5%, besser, nicht mehr als 2%, besser nicht mehr als 1% dämpft. Dabei wird die Dämpfung berechnet als 100% minus die Intensität des Lichts vor dem Sendepfadfilter (FH) geteilt durch Intensität des Lichts hinter dem Sendepfadfilter (FH). Gleichzeitig soll das Sendepfadfilter (FH), also das Sendepfadfenster (WH) für Licht der Wellenlänge eines anwendungstypischen Störers, beispielsweise einer Leuchtstoffröhre, intransparent sein, also das Licht des Störers zumindest bei dessen Schwerpunktswellenlänge um mehr als 50% besser mehr als 75%, besser mehr als 90%, besser mehr als 95%, besser, mehr als 98%, besser mehr als 99% dämpfen. Dabei wird die Dämpfung wieder berechnet als 100% minus die Intensität des Lichts vor dem Sendepfadfilter (FH) geteilt durch Intensität des Lichts nach Durchgang durch den Sendepfadfilter (FH). Noch besser ist, wenn diese Dämpfungsverhältnisse für die integrale Dämpfung des Lichts des Störers in dem Spektralbereich gelten, in dem der Empfänger (D) empfindlich ist. Das Eindringen des Lichts des Störers in das System (1) kann auf diese Weise verhindert oder zumindest vermindert werden. Der Kompensationssender kann übrigens als Störer verstanden werden, wenn dessen Licht aus dem System herausdringen kann, auf das Objekt fallen kann und auf irgendeinem anderen Weg, als dem vorgesehenen Kompensationspfad wieder zum Empfänger (D) gelangen kann.
Es ist daher sinnvoll, wenn der Kompensationssender (K), wenn möglich auf einer anderen Wellenlänge arbeitet, als der Sender (H).
Als letztes soll noch kurz die Einstellung des elektrooptischen Arbeitspunktes beschrieben werden.
Zwischen dem Sender (H) und dem Kompensationssender (K) befindet sich typischerweise eine zweite Barriere (B2), die ein Eindringen des Lichts des Senders (H) in den Kompensationspfad verhindert. Vorzugsweise ist der Kompensationssender (K) in einer Kompensationssenderkavität (CAV_K) untergebracht, die den Kompensationssender (K) vorzugsweise bis auf ein optisches Kompensationspfadfenster (WK) vollständig von der Außenwelt optisch abtrennt. Dieses optische Kompensationspfadfenster hat unter anderem die Aufgabe, das Licht des Kompensationssenders (K) zum Ersten nur auf den Empfänger (D) fallen zu lassen und dieses Licht beim Durchgang durch den Kompensationspfad so abzuschwächen, dass das Licht des Kompensationssenders bei dessen Vollaussteuerung mit in etwa der gleichen Lichtintensität auf die Fotodiode, also den Empfänger (D) fällt, wie das Licht des Senders (H) unter optimalsten Bedingungen, wie beispielsweise minimaler Abstand des Objekts (O) vom Sensorsystem (1) und maximale Reflektivität des Objekts (O). Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der elektrooptische Arbeitspunkt des Kompensationssenders (K) definiert durch Beleuchtungsstärke des Signals des Kompensationssenders (K) auf dem Empfänger (D) und elektrische Energieversorgung des Kompensationssenders (K), beispielsweise elektrische Stromstärke der Bestromung des Kompensationssenders (K), in zumindest einem typischen Arbeitspunkt annähernd mit dem entsprechenden elektrooptischen Arbeitspunkt des Senders (H) übereinstimmen. Der Empfänger (D) ist typischerweise ebenfalls durch eine Empfängerkavität (CAV_D) optisch weitestgehend von der Außenwelt abgetrennt. Einzig das besagte Kompensationspfadfenster (WK) und ein Empfangspfadfenster (WD) erlauben den Zugang von Licht zur Empfängerkavität (CAV_D) und damit zum Empfänger (D). Es hat sich gezeigt, dass es günstig ist, wenn die Wand (B), die den Empfänger (D) von dem Objekt (O) optisch trennt, und/oder die zweite Barriere (B2) mit einem Reflektor (R) versehen ist, der das Licht des Kompensationssenders (K) so auf den Empfänger (D) streut, dass dieser vollflächig ausgeleuchtet wird. Die ist deshalb typischer Weise notwendig, weil das Kompensationspfadfenster (WK) typischerweise eine kleinere Fläche als der möglichst empfindliche Empfänger (D) aufweisen muss. Somit ist es möglich, zum einen die Lichtintensität des Signals des Kompensationssenders (K) durch die Querschnittsfläche und die Dämpfung des Kompensationspfadfensters (WK) zu steuern und trotzdem den Empfänger (D) ganzflächig auszuleuchten. Hierfür sollte das Streulicht des Reflektors (R) einen diffusen Lichtanteil aufweisen, der größer als 5%, besser größer als 10%, besser größer als 25%, besser größer als 50%, besser größer als 75%, besser größer als 85%, besser größer als 90% ist.
Hierdurch ist es möglich insbesondere bei einem Kompensationssender (K), der vom gleichen Typ wie ein Sender (H) ist, beide – Kompensationsender (K) und Sender (H) in einem gleichen elektrooptischen Arbeitspunkt für einen typischen Anwendungsfall zu betreiben. Der gleiche elektrooptische Arbeitspunkt ist dabei durch gleich Leuchtintensität (Lichtenergie) des Kompensationssenders (K) und des Senders (H) bei gleicher optischen Strahlungsdichte integriert über die Empfangsfläche des Empfängers (D) auf dem Empfänger (D) definiert. Dies hat den Vorteil, dass die Temperaturkoeffizienten von Sender (H) und Kompensationssender (K) in diesem elektrooptischen Arbeitspunkt einander gleichen, wodurch eine temperaturbedingte Drift des Messsignals (S4) vermindert wird. Da die Leuchtintensität (Lichtenergieabstrahlung) des Kompensationssenders (K) und des Senders (H) beispielsweise im Falle von Leuchtdioden beispielsweise vom eingeprägten Betriebsstrom der Leuchtdioden abhängt bedeutet eine gleiche Leuchtintensität (Lichtenergieabstrahlung) in etwa einen gleichen Stromarbeitspunkt. Ähnliches kann für die elektrische Leistung und/oder elektrische Spannung angegeben werden, je nachdem, wie die Leuchtdioden angesteuert werden.
Der Kompensationssender (K) und der Sender (H) strahlen daher in zumindest einem Systemarbeitspunkt, der gekennzeichnet ist durch ein zu vermessendes Objekt (O) innerhalb eines vorgesehenen Objektabstands zum Empfänger (D) und durch eine Reflektivität von mehr als 0% der auf das Objekt (O) durch den Sender (H) eingestrahlten Lichtleistung, jeweils eine Lichtleistung ab, die nicht mehr als 25%, besser nicht mehr als 10%, besser nicht mehr als 5%, besser nicht mehr als 2%, besser nicht mehr als 1% zwischen Kompensationssender (K) und Sender (H) voneinander abweicht
Darüber hinaus ist es sinnvoll, das Empfangspfadfenster (WD) und/oder ein ggf. zugehöriges Empfangspfadfilter (FD) optisch nur für das zu detektierende Licht transparent zu gestalten. Dies kann insbesondere so geschehen, dass es für Licht der Wellenlänge des Senders (H) oder des zu detektierenden Lichts transparent ist, also das Licht des Senders (H) oder das zu detektierende Licht bei dessen Schwerpunktswellenlänge um nicht mehr als 50% besser nicht mehr als 25%, besser nicht mehr als 10%, besser nicht mehr als 5%, besser, nicht mehr als 2%, besser nicht mehr als 1% dämpft. Die Wellenlänge des zu detektierenden Lichts kann dabei von der Schwerpunktswellenlänge des Senders (H) abweichen. Dies ist beispielsweise bei der Messung von Fluoreszenzeigenschaften des Objekts (O) wichtig. Dabei wird die Dämpfung berechnet als 100% minus die Intensität des Lichts vor dem Empfangspfadfilter (FD) geteilt durch Intensität des Lichts hinter dem Empfangspfadfilter (FD). Gleichzeitig soll das Empfangspfadfilter (FD), also das Empfangspfadfenster (WD), für Licht der Wellenlänge des Störers intransparent sein, also das Licht des Störers zumindest bei dessen Schwerpunktswellenlänge um mehr als 50% besser mehr als 75%, besser mehr als 90%, besser mehr als 95%, besser, mehr als 98%, besser mehr als 99% dämpfen. Dabei wird die Dämpfung wieder berechnet als 100% minus die Intensität des Lichts vor dem Empfangspfadfilter (FD) geteilt durch Intensität des Lichts hinter dem Empfangspfadfilter (FD). Noch besser ist, wenn diese Dämpfungsverhältnisse für die integrale Dämpfung des Lichts des Störers in dem Spektralbereich gelten, in dem der Empfänger (D) empfindlich ist. Es sollte nicht unerwähnt bleiben, dass auch der Sendepfad typischerweise ein Sendepfadfenster (WH) aufweist, das mit einem Sendepfadfilter (FH) versehen sein kann. Es ist sinnvoll, wenn auch das Sendepfadfilter (FH) optisch nur für das zu Licht des Senders (H) transparent zu gestalten. Dies kann insbesondere so geschehen, dass es für Licht der Wellenlänge des Senders (H) transparent ist, also das Licht des Senders (H) bei dessen Schwerpunktswellenlänge um nicht mehr als 50% besser nicht mehr als 25%, besser nicht mehr als 10%, besser nicht mehr als 5%, besser, nicht mehr als 2%, besser nicht mehr als 1% dämpft. Dabei wird die Dämpfung berechnet als 100% minus die Intensität des Lichts vor dem Sendepfadfilter (FH) geteilt durch Intensität des Lichts hinter dem Sendepfadfilter (FH). Gleichzeitig soll das Sendepfadfilter (FH), also das Sendepfadfenster (WH) für Licht der Wellenlänge eines anwendungstypischen Störers, beispielsweise einer Leuchtstoffröhre, intransparent sein, also das Licht des Störers zumindest bei dessen Schwerpunktswellenlänge um mehr als 50% besser mehr als 75%, besser mehr als 90%, besser mehr als 95%, besser, mehr als 98%, besser mehr als 99% dämpfen. Dabei wird die Dämpfung wieder berechnet als 100% minus die Intensität des Lichts vor dem Sendepfadfilter (FH) geteilt durch Intensität des Lichts nach Durchgang durch den Sendepfadfilter (FH). Noch besser ist, wenn diese Dämpfungsverhältnisse für die integrale Dämpfung des Lichts des Störers in dem Spektralbereich gelten, in dem der Empfänger (D) empfindlich ist. Das Eindringen des Lichts des Störers in das System (1) kann auf diese Weise verhindert oder zumindest vermindert werden. Der Kompensationssender kann übrigens als Störer verstanden werden, wenn dessen Licht aus dem System herausdringen kann, auf das Objekt fallen kann und auf irgendeinem anderen Weg, als dem vorgesehenen Kompensationspfad wieder zum Empfänger (D) gelangen kann.
Es ist daher sinnvoll, wenn der Kompensationssender (K), wenn möglich auf einer anderen Wellenlänge arbeitet, als der Sender (H).
Die Vorrichtung und das Verfahren sind besonders für die Verwendung in Automobilen mit erhöhten Anforderungen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit geeignet.
Die Vorrichtung und das Verfahren sind besonders für die Verwendung in Automobilen mit erhöhten Anforderungen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit geeignet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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DE 2013/000495 [0018]
DE 2014/000024 [0018]
US 20050184301 A1 [0035, 0035, 0035, 0035]

Claims

Halios-System zur Vermessung einer optischen Übertragungsstrecke a. wobei sich mindestens ein optisches Empfangspfadfilter (FD), Teil der Vorrichtung ist und sich in mindestens einer der zweiten Übertragungsstrecken (I2) befindet und b. wobei das Empfangspfadfilter (FD) für die Wellenlänge des Lichts des Senders (H, 2, 3, 4), also für die Senderwellenlänge, und/oder für die Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung eine Transmissivität von mindestens 50% oder besser 75% oder besser 88% oder besser 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweist und c. wobei das Empfangspfadfilter (FD) für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K, 9), also für die Kompensationssenderwellenlänge, eine Transmissivität von höchstens 50% oder besser höchstens 25% oder besser höchstens 12% oder besser höchstens 5% oder besser höchstens 2% oder besser höchstens 1% aufweist und d. wobei Empfangspfadfilter (FD) für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K, 9), also für die Kompensationssenderwellenlänge, einen Absorptionsfaktor von mindestens 25% oder besser mindestens 50% oder besser mindestens 75% oder besser mindestens 88% oder besser mindestens 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweist und e. wobei mindestens der besagte Kompensationssender (K, 9) und mindestens ein Empfänger (D, 10) durch mindestens einen Steg (48) derart getrennt sind, dass eine direkte Bestrahlung des besagten Empfängers (D, 10) durch den besagten Kompensationssender (K, 9) nicht möglich ist und f. wobei der besagte Kompensationssender (K, 9) in einer Kompensationssenderkavität (CAV_K) platziert ist und wobei der besagte Steg (48) ein Teil der Wand der Kompensationssenderkavität (CAV_K) ist und g. Wobei der besagte Empfänger (D, 10) in einer Empfängerkavität (CAV_D) platziert ist und wobei der besagte Steg (48) ein Teil der Wand der Empfängerkavität (CAV_D) ist und h. wobei mindestens der besagte Empfänger (D, 10) und der besagte Kompensationssender (K, 9) durch mindestens einen optischen Pfad (49) optisch miteinander verbunden sind, bei dem durch mindestens eine Reflektion Licht an einem Reflektor (R) von dem besagten Kompensationssender (K, 9) auf den besagten Empfänger (D, 10) übertragen werden kann und i. wobei mindestens der besagte Sender (H, 2, 3, 4) und mindestens der besagte Empfänger (D, 10) durch mindestens eine Barriere (17) derart getrennt sind, dass eine direkte Bestrahlung des besagten Empfängers (D, 10) durch den besagten Sender (H, 2, 3, 4) nicht möglich ist und j. wobei mindestens der besagte Sender (H, 2, 3, 4) und mindestens der besagte Empfänger (D, 10) durch mindestens eine optische Sperre (B2, B3) von einander optisch separiert sind und k. wobei die Vorrichtung mindestens einen Absorber (51) aufweist, der die Abstrahlung von Licht mindestens des besagten Kompensationssenders (K, 9) in zumindest eine vordefinierte Richtung und/oder in Richtung auf mindestens ein zu vermessendes Objekt (O) verhindert und l. wobei zumindest der besagte Sender (H, 2, 3, 4) und der besagte Kompensationssender (K, 9) der Vorrichtung mit unterschiedlicher Schwerpunktswellenlänge strahlen.
Halios-System nach Anspruch 1 a. wobei sich mindestens ein optisches Sendepfadfilter (FH), Teil der Vorrichtung ist und sich in mindestens einer der zweiten Übertragungsstrecken (I2) befindet und b. das Sendepfadfilter (FH) vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Senders (H, 2, 3, 4), also für die Senderwellenlänge, eine Transmissivität von mindestens 50% oder besser 75% oder besser 88% oder besser 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweist und c. wobei das Sendepfadfilter (FH) für die Wellenlänge des Lichts des Senders (H, 2, 3, 4), also für die Senderwellenlänge, eine Reflektivität von höchstens 50% oder besser höchstens 25% oder besser höchstens 12% oder besser höchstens 5% oder besser höchstens 2% oder besser höchstens 1% aufweist und d. wobei das Sendepfadfilter (FH) für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K, 9), also für die Kompensationssenderwellenlänge, eine Transmissivität von höchstens 50% oder besser höchstens 25% oder besser höchstens 12% oder besser höchstens 5% oder besser höchstens 2% oder besser höchstens 1% aufweist und e. wobei das Sendepfadfilter (FH) vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K, 2, 3, 4), also für die Kompensationssenderwellenlänge, einen Absorptionsfaktor von mindestens 25% oder besser mindestens 50% oder besser mindestens 75% oder besser mindestens 88% oder besser mindestens 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweist.
Halios-System gekennzeichnet dadurch, • dass sich in mindestens einer optischen ersten Übertragungsstrecke (I1) oder zweiten Übertragungsstrecke (I2) mindestens eine Linse (5, 6, 7, 40) befindet, die Bestandteil der Vorrichtung ist, und • dass sich der Schwerpunkt (18, 20, 22, 24) mindestens eines Senders (H, 2, 3, 4) oder mindestens eines Empfängers (D, 10) nicht in der optischen Achse (19, 21, 23, 25) mindestens einer zugehörigen Linse (5, 6, 7, 40) befinden und jener doch optisch mit dieser gekoppelt ist.
Halios-System gekennzeichnet dadurch, • dass der Kompensationssender (K, 9) über einen Kompensationspfad in Form einer dritten Übertragungsstrecke (I3) in den Empfänger (D, 10) einstrahlt und • dass der Kompensationssender (K, 9) in einer Kompensationssenderkavität (CAV_K) platziert ist und • und dass dieser Kompensationspfad (I3) i. ein Kompensationspfadfenster (WK, 49) und ii. einen Reflektor (R) umfasst und • dass der Reflektor (R) die räumliche Verteilung des Lichts des Kompensationssenders (K, 9) auf dem Empfänger (D, 10) verändert und • dass das Kompensationspfadfenster (WK, 49) die Intensität des Lichts des Kompensationssenders (K) auf dem Empfänger (D) reduziert.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, • dass die Vorrichtung mindestens einen Absorber (51) aufweist, der die Abstrahlung von Licht mindestens eines Kompensationssenders (K, 9) in zumindest eine vordefinierte Richtung und/oder in Richtung auf mindestens ein zu vermessendes Objekt (O) verhindert.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, • dass sich in mindestens einer optischen ersten Übertragungsstrecke (I1) oder zweiten Übertragungsstrecke (I2) mindestens eine Linse (5, 6, 7, 40) befindet, die Bestandteil der Vorrichtung ist, und • diese Linse (5, 6, 7, 40) der Vorrichtung an mindestens einer Oberfläche der Linse als Fresnel-Linse ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, • dass mindestens ein Kompensationssender (K, 9) und mindestens eine Empfänger (D, 10) durch mindestens einen Steg (48) derart getrennt sind, dass eine direkte Bestrahlung des besagten Empfängers (D, 10) durch den besagten Kompensationssender (K, 9) nicht möglich ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, • dass mindestens ein Sender (H, 2, 3, 4) und mindestens eine Empfänger (D, 10) durch mindestens eine Barriere (17) derart getrennt sind, dass eine direkte Bestrahlung des besagten Empfängers (D, 10) durch den besagten Sender (H, 2, 3, 4) nicht möglich ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, • dass mindestens ein Teil der Empfänger (D, 10) und Sender (H, 2, 3, 4, 9) durch mindestens eine transparente Masse (28) bedeckt sind und diese mindestens einen optischen Pfad (49) bildet, bei dem durch mindestens eine Reflektion Licht von mindestens einer der Kompensationssender (K, 9) auf mindestens einen der Empfänger (D, 10) übertragen werden kann.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, • dass mindestens ein Teil der Unterseite (41) mindestens einer Linse (5, 6, 7, 40) gegenüber zumindest einer Linsenachse (19, 21, 23, 25) verkippt ist oder zumindest teilweise nicht senkrecht zu deren optischen Achse ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, • mindestens zwei Abstrahlkeulen (36, 37, 38) nicht deckungsgleich sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, • dass mindestens zwei Empfindlichkeitskeulen nicht deckungsgleich sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 11 gekennzeichnet dadurch, • dass mindestens eine Empfangskeule mit mindestens einer Abstrahlkeule Bereiche der Deckungsgleichheit aufweist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, • dass mindestens ein optisches Filter, ein Sendepfadfilter (FH) und/oder ein Empfangspfadfilter (FD), Teil der Vorrichtung ist und sich in mindestens einer der ersten, zweiten oder dritten Übertragungsstrecken (I1) oder (I2) oder (I3) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 14 gekennzeichnet dadurch, • dass die Senderwellenlänge, also die Schwerpunktswellenlänge mindestens eines Senders (H, 2, 3, 4), von der Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung abweicht und • dass das Empfangspfadfilter (FD) für Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung eine Transmissivität von mindestens 50% oder besser 75% oder besser 88% oder besser 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweist und • dass das Empfangspfadfilter (FD) für die Wellenlänge des Lichts des Senders (H, 2, 3, 4), also für die Senderwellenlänge, eine Transmissivität von höchstens 50% oder besser höchstens 25% oder besser höchstens 12% oder besser höchstens 5% oder besser höchstens 2% oder besser höchstens 1% aufweist und • dass das Empfangspfadfilter (FD) für die Wellenlänge des Lichts des Senders (H, 2, 3, 4), also für die Senderwellenlänge, einen Absorptionsfaktor von mindestens 25% oder besser mindestens 50% oder besser mindestens 75% oder besser mindestens 88% oder besser mindestens 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, • dass mindestens zwei Elemente aus der Gesamtmenge der Sender und Kompensationssender (H, K, 2, 3, 4, 9) der Vorrichtung mit unterschiedlicher Schwerpunktswellenlänge strahlen.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet dadurch, • dass mindestens ein Sender (H, 2, 3, 4) und mindestens ein Empfänger (D, 10) durch mindestens eine optische Sperre (B2) von einander optisch separiert sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, • dass das Streulicht mindestens eines Reflektors (R) einen Diffusen Lichtanteil aufweist, der größer als 5% und/oder größer als 10% und/oder größer als 25% und oder größer als 50% und oder größer als 75% und/oder größer als 85% und/oder größer als 90% ist
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, • dass der Empfangspfad mindestens ein Empfangspfadfilter (FD) aufweist und • dass das Empfangspfadfilter (FD) für die Schwerpunktswellenlänge des zu detektierende Licht und/oder das Licht mindestens eines Senders (H, 2, 3, 4) transparent ist, wobei transparent bedeutet, dass • dass das zu detektierende Licht und/oder das Licht des Senders (H, 2, 3, 4) bei dessen Schwerpunktswellenlänge um nicht mehr als 50% und/oder nicht mehr als 25% und/oder nicht mehr als 10% und/oder nicht mehr als 5% und/oder nicht mehr als 2% und/oder nicht mehr als 1% beim Durchgang durch das Empfangspfadfilter (FD) gedämpft wird.
Vorrichtung nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, • dass das Empfangspfadfilter (FD) für die Schwerpunktswellenlänge eines Störers intransparent ist, wobei intransparent bedeutet, dass • dass Licht des Störers bei dessen Schwerpunktswellenlänge um mehr als 50% und/oder mehr als 75% und/oder mehr als 90% und/oder mehr als 95% und/oder mehr als 98% und/oder mehr als 99% beim Durchgang durch das Empfangspfadfilter (FD) gedämpft wird.
Vorrichtung nach Anspruch 19 und/oder 20 dadurch gekennzeichnet, • dass das Empfangspfadfilter (FD) für die Schwerpunktswellenlänge eines Störers intransparent ist und • dass durch das Empfangspfadfilter (FD) transmittierte Licht des Störers integriert über die Wellenlängenbereiche, in denen der Empfänger (D, 10) für Licht empfindlich ist, integriert um mehr als 50% und/oder mehr als 75% und/oder mehr als 90% und/oder mehr als 95% und/oder mehr als 98% und/oder mehr als 99% beim Durchgang durch das Empfangspfadfilter (FD) gedämpft wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, • dass der Sendepfad mindestens ein Sendepfadfilter (FH) aufweist und • dass das Sendepfadfilter (FH) optisch für das Licht eines Störers, insbesondere einer Leuchtstoffröhre und/oder Sonnenlicht, intransparent ist, wobei intransparent bedeutet, • dass das Sendepfadfilter (FH) das Licht des Störers zumindest bei dessen Schwerpunktswellenlänge um mehr als 50% und/oder mehr als 75% und/oder mehr als 90% und/oder mehr als 95% und/oder mehr als 98% und/oder mehr als 99% beim Durchgang durch das Sendepfadfilter (FH) gedämpft wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, • dass der Sendepfad mindestens ein Sendepfadfilter (FH) aufweist und • dass das Sendepfadpfadfilter (FD) für die Schwerpunktswellenlänge eines Störers intransparent ist und • dass durch das Sendepfadfilter (FH) transmittierte Licht des Störers integriert über die Wellenlängenbereiche, in denen der Empfänger (D, 10) für Licht empfindlich ist, integriert um mehr als 50% und/oder mehr als 75% und/oder mehr als 90% und/oder mehr als 95% und/oder mehr als 98% und/oder mehr als 99% beim Durchgang durch das Sendepfadfilter (FH) gedämpft wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, • dass mindestens ein Kompensationssender (K, 9) eine andere Schwerpunktswellenlänge aufweist, als mindestens ein Sender (H, 2, 3, 4) und • dass mindestens ein Empfänger (D, 10) für die Schwerpunktswellenlänge des Senders (H, 2, 3, 4) und die Schwerpunktswellenlänge des Kompensationsendes (K, 9) empfindlich ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, • dass mindestens ein Kompensationssender (K) und mindestens ein Sender (H, 2, 3, 4) in zumindest einem Systemarbeitspunkt, der gekennzeichnet ist durch ein zu vermessendes Objekt (O) innerhalb eines vorgesehenen Objektabstands zum Empfänger (D, 9) und durch eine Reflektivität des Objekts (O) von mehr als 0% der auf das Objekt (O) durch den Sender (H, 2, 3, 4) eingestrahlten Lichtleistung, jeweils eine Lichtleistung abstrahlen, die nicht mehr als 25% und/oder nicht mehr als 10% und/oder nicht mehr als 5% und/oder nicht mehr als 2% und/oder nicht mehr als 1% zwischen dem Kompensationssender (K, 9) und dem Sender (H, 2, 3, 4) voneinander abweicht.