DE102014222874C5 - Optischer Näherungsschalter - Google Patents

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Abstract

Optischer Näherungsschalter mit einem optoelektronischen Bauelement (1) zum Aussenden eines optischen Signals in einen Überwachungsbereich oder zum Empfang eines optischen Signals aus einem Überwachungsbereich und einer elektrischen Schaltung (2) zur Erzeugung des Sende- oder zur Auswertung des Empfangssignals, wobei das opto-elektronische Bauelement (1) auf einer Leiterplatte (3) angeordnet ist, die Leiterplatte (3) eine Vertiefung (4) aufweist, in der das optoelektronische Bauelement (1) angeordnet ist, wobei die Lichtaustritts- oder Lichteintrittsöffnung durch eine auf der Leiterplatte (3) befestigte Blende (5) begrenzt ist, die Blende (5) elektrisch leitfähig ist und zur elektromagnetische Abschirmung auch elektrisch mit der Leiterplatte (3) verbunden ist, wobei sich die strahlbegrenzende Blende (5) in einer Ebene mit den Bauelementen der elektrischen Schaltung (2) auf der Leiterplatte (3) befindet, durch dieselbe Lötstelle (6) sowohl mechanisch verbunden als auch elektrisch kontaktiert wird, wobei ein Teil der Vertiefung (4) in der Leiterplatte (3) durch die Blende (5) abgedeckt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen optischen Näherungsschalter mit einem opto-elektronischen Bauelement gemäß dem Patentanspruch 1.
  • Optische Näherungsschalter dienen zum berührungslosen Nachweis von Objekten in einem Überwachungsbereich. Siewerden u. a. auch von der Anmelderin hergestellt und vertrieben.
  • Sie weisen mindestens ein opto-elektronisches Bauelement zum Aussenden eines optischen Signals in einen Überwachungsbereich oder auch zum Empfang eines von einem Objekt im Überwachungsbereich beeinflussten Signals, sowie eine elektrische Schaltung zur Erzeugung des Sendesignals oder zur Auswertung des zugehörigen Empfangssignals und zur Erzeugung eines vorzugsweise binären Schaltsignals, auf.
  • Die genannten opto-elektronischen Bauelemente sind auch als ungehäuste Halbleiterchips erhältlich und können neben anderen elektronischen Bauelementen auf einer Leiterplatte angeordnet werden. Diese Art der Montage wird als COB (Chip on Board) bezeichnet.
  • Die DE 101 22 134 A1 zeigt einen optischen Näherungsschalter mit einem auf einer Leiterplatte angeordneten LED-Chip, der mittels eines Bonddrahtes mit einer Leiterbahn verbunden ist. Nachteilig sind der ungeschützte Bonddraht, sowie die Gefahr des optischen Übersprechens zwischen Sendern und Empfängern durch Spiegelungen auf der Leiterplatte.
  • Die KR 10 1 313 626 B1 zeigt einen optischen Näherungsschalter mit einer mehrlagigen Leiterplatte, wobei eine Infrarot-Sendediode in der oberen Lage versenkt, und die Lichtaustrittsöffnung durch eine mit der Leiterplatte verbundene Abdeckung (Blende) begrenzt ist. Die Seitenwände und der Boden der Vertiefung weisen eine reflektierende Metallschicht auf. Als nachteilig werden die mehrlagige Leiterplatte, und die aufwändigen Hinterschneidungen in der Abdeckung angesehen. Auf die Gefahr eines elektrischen Übersprechens wird nicht eingegangen.
  • Die US 2013 / 0 075 764 A1 zeigt einen optischen Näherungsschalter für ein Mobiltelefon, bei dem Sende- und Empfangsbauelement in einem Substrat versenkt sind. Die Lichtaustrittsöffnung durch eine mit der Leiterplatte verbundene Abdeckung (Blende) begrenzt. Die Seitenwände der Vertiefung im Substrat weisen eine reflektierende Metallschicht auf. Auf die Gefahr eines elektrischen Übersprechens wird auch hier nicht eingegangen.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das optische Übersprechen zwischen Sendern und Empfängern deutlich zu verringern und außerdem die empfindlichen Bonddrähte zu schützen.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, das opto-elektronische Bauelement in der Leiterplatte zu versenken und diese als Blendenträger zu nutzen. Erfindungsgemäß ist die Blende elektrisch leitfähig, insbesondere auch lötfähig und auf der Leiterplatte befestigt, so dass auch eine elektrische Abschirmung des Bauelements erreicht, bzw. die elektromagnetische Störstrahlung verringert wird.
  • Die Erfindung ist sehr kostengünstig zu realisieren und besonders für miniaturisierte optische Näherungsschalter geeignet.
  • Bei miniaturisierten Geräten kann die Leiterplatte als Abstandshalter für eine Optik mit kurzer Brennweite genutzt werden.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
    • 1 zeigt eine Leiterplatte mit einem erfindungsgemäß angeordneten Sendebauelement,
    • 2 zeigt einen schematisch dargestellten erfindungsgemäßen optischen Näherungsschalter.
  • Die 1 zeigt ein opto-elektronisches Sendebauelement 1, das sich gemeinsam mit einer elektrischen Schaltung 2 auf eine Leiterplatte 3 befindet.
  • Die Leiterplatte 3 weist eine Vertiefung 4 mit dem opto-elektronischen Bauelement 1 auf. Die Vertiefung 4 ist teilweise durch eine Blenden 5 abgedeckt, die über eine Lötstelle 6 mit der Leiterplatte 3 verbunden ist. So wird neben der mechanischen Verbindung auch noch eine elektrische Abschirmung erreicht.
  • Die Vertiefung kann, wie hier gezeigt, mit einer transparenten Masse 7 gefüllt sein. So kann der Brechzahlsprung an der Lichtaustrittsfläche gemindert, die mechanische Festigkeit, insbesondere die Rüttelfestigkeit der Anordnung, aber auch die Kühlung des LED-Chips verbessert werden.
  • Die 2 zeigt einen schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Näherungsschalter. Die Leiterplatte 3 wurde zur Darstellung der elektrischen Schaltung 2 um 90° geschwenkt. Der Generator G erzeugt das Sendesignal. Das Empfangssignal der Fotodiode wird verstärkt, gleichgerichtet und einem Trigger zur Erzeugung eines binären Schaltsignals zugeführt.
  • Die dargestellten Linsen sind optional.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Opto-elektronisches Bauelement (LED oder Fotodiode)
    2
    Elektrische Schaltung zur Steuerung und Auswertung
    3
    Leiterplatte
    4
    Vertiefung in der Leiterplatte
    5
    Blende
    6
    Lötstelle
    7
    Transparente Masse

Claims (2)

  1. Optischer Näherungsschalter mit einem optoelektronischen Bauelement (1) zum Aussenden eines optischen Signals in einen Überwachungsbereich oder zum Empfang eines optischen Signals aus einem Überwachungsbereich und einer elektrischen Schaltung (2) zur Erzeugung des Sende- oder zur Auswertung des Empfangssignals, wobei das opto-elektronische Bauelement (1) auf einer Leiterplatte (3) angeordnet ist, die Leiterplatte (3) eine Vertiefung (4) aufweist, in der das optoelektronische Bauelement (1) angeordnet ist, wobei die Lichtaustritts- oder Lichteintrittsöffnung durch eine auf der Leiterplatte (3) befestigte Blende (5) begrenzt ist, die Blende (5) elektrisch leitfähig ist und zur elektromagnetische Abschirmung auch elektrisch mit der Leiterplatte (3) verbunden ist, wobei sich die strahlbegrenzende Blende (5) in einer Ebene mit den Bauelementen der elektrischen Schaltung (2) auf der Leiterplatte (3) befindet, durch dieselbe Lötstelle (6) sowohl mechanisch verbunden als auch elektrisch kontaktiert wird, wobei ein Teil der Vertiefung (4) in der Leiterplatte (3) durch die Blende (5) abgedeckt wird.
  2. Optischer Näherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass es sich um ein miniaturisiertes Gerät handelt und die Leiterplatte (3) als Abstandshalter für eine Optik mit kurzer Brennweite dient.
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