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Die vorliegende Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer optoelektronischen Vorrichtung.
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Die Anwendung von optoelektronischen Bauelementen zur Erzeugung von Laserstrahlung, wie z. B. Laserdioden oder VCSEL (englisch: vertical-cavity surface-emitting laser), in Verbraucherprodukten erfordert Maßnahmen zur Einhaltung der Normen über Augensicherheit. Die Erfüllung dieser Anforderungen bedingt höhere Systemkomplexität und Fertigungskosten.
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Bei einem VCSEL ist beispielsweise sicherzustellen, dass die Adhäsion eines optischen Elements wie einer diffraktiven Optik auf dem Gehäuse durch zwei unabhängige Maßnahmen gewährleistet ist. Typischerweise wird die diffraktive Optik auf das Gehäuse geklebt und zusätzlich durch eine mechanische Halterung festgehalten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, eine optoelektronische Vorrichtung mit einem optoelektronischen Bauelement zur Erzeugung von Laserstrahlung und einem optischen Element zu schaffen, wobei sichergestellt ist, dass das optoelektronische Bauelement nur dann Laserstrahlung erzeugt, wenn das optische Element im Strahlengang der Laserstrahlung angeordnet ist. Ferner soll ein Verfahren zum Steuern einer optoelektronischen Vorrichtung angegeben werden.
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Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine optoelektronische Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Eine Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 17. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine optoelektronische Vorrichtung umfasst ein optoelektronisches Bauelement zur Erzeugung von Laserstrahlung, ein Gehäuse, in welchem das optoelektronische Bauelement untergebracht ist, und einen an dem Gehäuse anbringbaren Träger. Der Träger trägt ein oder mehrere optische Elemente und weist ferner eine oder mehrere elektrisch leitfähige bzw. leitende Leitungen auf.
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Weiterhin umfasst die optoelektronische Vorrichtung einen Stromkreis, der teilweise in dem Gehäuse verläuft. Die an dem Träger angebrachte elektrisch leitfähige Leitung bildet einen Teil des Stromkreises. Folglich ist es zum Schließen des Stromkreises erforderlich, den Träger an dem Gehäuse anzubringen.
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Weiterhin sind das optische Element und die elektrisch leitfähige Leitung derart an dem Träger positioniert, dass der Stromkreis nur dann geschlossen sein kann, wenn der Träger derart an dem Gehäuse angebracht ist, dass das optische Element im Strahlengang der Laserstrahlung angeordnet ist.
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Falls der Stromkreis nicht geschlossen ist und somit nicht sichergestellt ist, dass sich das optische Element, nachdem das optoelektronische Bauelement eingeschaltet wurde, im Strahlengang der Laserstrahlung befindet, wird die Erzeugung von Laserstrahlung durch das optoelektronische Bauelement unterbunden. Es ist also für die Erzeugung der Laserstrahlung notwendig, dass zuvor eine Leitungsunterbrechung in dem Stromkreis durch die an dem Träger angebrachte Leitung geschlossen wird. Ferner wird, falls der Träger während der Erzeugung von Laserstrahlung durch das optoelektronische Bauelement von dem Gehäuse entfernt wird, die Erzeugung der Laserstrahlung gestoppt.
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Dadurch können die Normen über Augensicherheit eingehalten werden, da gewährleistet ist, dass die Laserstrahlung nicht erzeugt wird, wenn sich das optische Element zum Schutz der Augen von Benutzern der Vorrichtung nicht vor dem die Laserstrahlung erzeugenden optoelektronischen Bauelement befindet.
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Weiterhin ist der Stromkreis auch dann nicht geschlossen, wenn die an dem Träger angebrachte elektrisch leitfähige Leitung nicht intakt ist. Es ist folglich der Fall ausgeschlossen, dass der Träger zwar ordnungsgemäß an dem Gehäuse befestigt ist, aber der Träger und damit die elektrisch leitfähige Leitung und eventuell auch das optische Element beschädigt sind und dennoch Laserstrahlung generiert wird.
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Die optoelektronische Vorrichtung lässt sich durch nur wenige Prozessschritte fertigen und ermöglicht daher günstige Herstellungskosten. Ferner weist die optoelektronische Vorrichtung eine kompakte Bauform auf.
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Es sei darauf hingewiesen, dass möglicherweise weitere Bedingungen existieren, die erfüllt sein müssen, damit der Stromkreis geschlossen ist. Beispielsweise kann der Stromkreis weitere Leitungsunterbrechungen aufweisen, die durch geeignete Verschaltungen außerhalb des Gehäuses geschlossen werden müssen. Es kann vorgesehen sein, dass die Laserstrahlung erst dann erzeugt werden kann, wenn alle Leitungsunterbrechungen in dem Stromkreis geschlossen sind.
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Weiterhin kann der Träger genau eine elektrisch leitfähige Leitung oder mehrere elektrisch leitfähige Leitungen aufweisen. In letzterem Fall kann vorgesehen sein, dass die mehreren Leitungen des Trägers mehrere Leitungsunterbrechungen des Stromkreises schließen müssen, um Laserstrahlung mit Hilfe des optoelektronischen Bauelements erzeugen zu können.
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Die elektrisch leitfähigen Leitungen des Trägers und insbesondere des restlichen Stromkreises können aus einem geeigneten Metall, einer Legierung oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material, wie zum Beispiel einem elektrisch leitfähigen Polymer, gefertigt sein. Beispielsweise kann die elektrisch leitfähige Leitung als Leiterbahn oder Metallisierung auf eine Oberfläche des Trägers aufgebracht sein. Die elektrisch leitfähige Leitung kann auch zumindest teilweise im Inneren des Trägers verlaufen.
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In ähnlicher Weise können auch Leiterbahnen bzw. Metallisierungen auf eine oder mehrere Oberflächen des Gehäuses aufgebracht sein oder es können Leitungen zumindest teilweise in das Innere des Gehäuses integriert sein.
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Der Träger kann aus einem geeigneten Material, insbesondere einem für die von dem optoelektronischen Bauelement erzeugte Laserstrahlung im Wesentlichen transparenten Material gefertigt sein. Beispielsweise kann der Träger aus Glas gefertigt sein. Das optische Element kann in diesem Fall einstückig mit dem Träger ausgebildet sein.
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Das optische Element kann eine oder mehrere Linsen und/oder eine oder mehrere diffraktive optische Elemente umfassen. Ein diffraktives optisches Element (englisch: diffrative optical element, DOE) ist ein optisches Elemente zur Formung eines Lichtstrahls, insbesondere eines Laserstrahls. Das physikalische Prinzip ist die Beugung, auch Diffraktion genannt, an einem optischen Gitter. Weiterhin kann eine regelmäßige Anordnung, auch Array genannt, von Linsen und/oder diffraktiven optischen Elementen eingesetzt werden, beispielsweise ein Mikrolinsenarray (englisch: micro lens array, MLA).
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Das optoelektronische Bauelement kann beispielsweise eine Laserdiode sein, d. h., ein Halbleiterbauelement, das Laserstrahlung erzeugt. Weiterhin kann das optoelektronische Bauelement ein VCSEL, auch Oberflächenemitter genannt, sein. Ein VCSEL ist eine Laserdiode, bei der das Licht senkrecht zur Ebene des Halbleiterchips abgestrahlt wird, im Gegensatz zur kantenemittierenden Laserdiode, bei der das Licht an ein oder zwei Flanken des Halbleiterchips austritt. Die Verwendung einer kantenemittierenden Laserdiode als optoelektronisches Bauelement ist ebenfalls möglich.
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Die von dem optoelektronischen Bauelement emittierte Laserstrahlung kann beispielsweise Laserstrahlung im sichtbaren Bereich, Ultraviolett (UV)-Licht und/oder Infrarot (IR)-Licht sein. Das optoelektronische Bauelement kann ferner Teil einer integrierten Schaltung sein.
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Neben dem optoelektronischen Bauelement können weitere Bauelemente und/oder Komponenten in dem Gehäuse untergebracht sein.
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Das Gehäuse, auch Package genannt, kann vorgefertigt sein und beispielsweise ein sogenanntes Premold sein, bei dem ein Leiterrahmen (englisch: leadframe) mit einem Vergussmaterial, insbesondere einem Kunststoff, umspritzt ist. Weiterhin kann das Gehäuse ein QFN (englisch: quad flat no leads package), ein Keramikgehäuse oder ein anderes geeignetes Gehäuse sein.
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Die hier beschriebene optoelektronische Vorrichtung kann beispielsweise in Verbraucherprodukten (englisch: consumer products), auch Konsumgüter oder Verbrauchererzeugnisse genannt, eingesetzt werden.
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Beispielsweise kann die optoelektronische Vorrichtung in ToF (englisch: time of flight)-Kameras bzw. -Sensoren eingesetzt werden, mit denen dreidimensionale Aufnahmen gemacht werden können. Dazu wird die betrachtete Szene mittels eines Licht- bzw. Laserpulses ausgeleuchtet, und die Kamera bzw. der Sensor misst für jeden Bildpunkt die Zeit, die das Licht bis zum Objekt und wieder zurück braucht. Die benötigte Zeit ist direkt proportional zur Distanz. Für jeden Bildpunkt wird dadurch die Entfernung des darauf abgebildeten Objekts geliefert.
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Weiterhin kann die optoelektronische Vorrichtung in Geräten zur Iriserkennung eingesetzt werden. Iriserkennung ist eine Methode der Biometrie zum Zweck der Authentifizierung oder Identifizierung von Personen. Dafür werden mit speziellen Kameras und insbesondere mit Hilfe eines Laserstrahls Bilder der Iris des Auges aufgenommen, mit algorithmischen Verfahren die charakteristischen Merkmale der jeweiligen Iris identifiziert und mit bereits gespeicherten Datensätzen verglichen.
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Ein weiteres Einsatzgebiet sind Näherungsschalter (englisch: proximity sensor), auch Näherungsinitiator, Annäherungsschalter oder (An)näherungssensor genannt. Dies sind Sensoren, die auf Annäherung eines Objekts berührungsfrei reagieren. Die Annäherung kann mit einem Laserstrahl, insbesondere der Reflexion des Laserstrahls, gemessen werden. Näherungsschalter werden beispielsweise als Auslöser von Sicherheitsmaßnahmen und bei technischen Prozessen zur Positionserkennung von Werkstücken und Werkzeugen eingesetzt.
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Der Einsatz der optoelektronischen Vorrichtung in Geräten zur Gesichtserkennung ist ebenfalls möglich. Dabei wird die Ausprägung sichtbarer Merkmale im Bereich des frontalen Kopfes, gegeben durch geometrische Anordnung und Textureigenschaften der Oberfläche, analysiert.
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Als weiteres Einsatzgebiet der optoelektronischen Vorrichtung sei noch die sogenannte Laser-Flash-Analyse (LFA) erwähnt, mit der die Temperaturleitfähigkeit von einer Vielzahl unterschiedlicher Materialien bestimmt werden kann. Ein durch einen Laserstrahl erzeugter Energieimpuls erwärmt eine Probe von unten. Daraufhin steigt die Temperatur der Probenoberseite an. Je höher die Temperaturleitfähigkeit der Probe ist, desto schneller kommt es zu dem Temperaturanstieg. Der Temperaturanstieg kann mit einem Infrarot-Detektor gemessen und ausgewertet werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung weist das Gehäuse ein erstes und ein zweites elektrisches Kontaktelement auf. Die an dem Träger vorgesehene elektrisch leitfähige Leitung ist so ausgebildet, dass sie das erste und das zweite Kontaktelement miteinander verbindet, wenn der Träger derart an dem Gehäuse angebracht ist, dass das optische Element im Strahlengang der Laserstrahlung angeordnet ist. Ist der Träger folglich nicht ordnungsgemäß an dem Gehäuse befestigt, kann die Stromkreisunterbrechung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Kontaktelement nicht geschlossen werden und das optoelektronische Bauelement erzeugt keine Laserstrahlung. Die elektrisch leitfähige Leitung kann beispielsweise mittels elektrisch leitfähigem Klebstoff an dem ersten und dem zweiten elektrischen Kontaktelement befestigt werden.
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Weiterhin kann der Träger ein erstes und ein zweites elektrisches Kontaktelement aufweisen, die zum Verbinden mit dem ersten und zweiten elektrischen Kontaktelement des Gehäuses ausgelegt sind. Auf dem Träger kann die elektrisch leitfähige Leitung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Kontaktelement des Trägers auf einem direkten bzw. geradlinigen Weg, d. h. dem kürzest möglichen Weg, oder auf einem nicht geradlinigen Weg, d. h. nicht auf dem kürzest möglichen Weg, verlaufen. In letzterem Fall kann die elektrisch leitfähige Leitung beispielsweise in einem Zickzack-Kurs verlaufen. Weiterhin kann die elektrisch leitfähige Leitung über möglichst viele Bereiche des Trägers geführt werden. Dies hat den Vorteil, dass eine Beschädigung in einem Bereich des Trägers zuverlässig erkannt wird, da in diesem Fall die Leitung hochwahrscheinlich unterbrochen ist.
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Innerhalb des Gehäuse kann eine erste Durchkontaktierung (englisch: via) von dem ersten elektrischen Kontaktelement zu einer Unterseite des Gehäuses führen. In gleicher Weise kann sich eine zweite Durchkontaktierung von dem zweiten elektrischen Kontaktelement zu der Unterseite des Gehäuses erstrecken. Insbesondere sind die Kontaktflächen der ersten und zweiten Durchkontaktierung auf der Unterseite des Gehäuses nicht miteinander verbunden, so dass es erforderlich ist, das Gehäuse auf einer Leiterplatte zu befestigen bzw. zu verlöten, um durch eine entsprechende Leiterbahn auf der Leiterplatte den Stromkreis zu schließen.
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Der Stromkreis kann zur Stromversorgung des optoelektronischen Bauelements ausgelegt sein. Sofern der Träger nicht an dem Gehäuse befestigt ist, wird das optoelektronische Bauelement folglich nicht mit Betriebsstrom versorgt und kann keine Laserstrahlung erzeugen.
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Alternativ kann ein Kontrollsignal an dem Stromkreis gemessen werden. Die optoelektronische Vorrichtung kann eine Steuerungseinheit aufweist, die derart ausgeführt ist, dass sie insbesondere durch eine Messung des Kontrollsignals bestimmt, ob der Stromkreis geschlossen ist. Falls der Stromkreis nicht geschlossen ist, unterbindet die Steuerungseinheit die Erzeugung von Laserstrahlung durch das optoelektronische Bauelement. Insbesondere kann die Steuerungseinheit den Kontaktwiderstand zwischen dem Stromkreis im Gehäuse und der elektrisch leitfähigen Leitung des Trägers messen, um zu bestimmen, ob der Träger an dem Gehäuse angebracht bzw. intakt ist.
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Die Steuerungseinheit kann ein elektrisches Potential gegen ein Bezugspotential bzw. eine Spannung an einem Punkt oder einer Leitung des Stromkreises messen und durch die Messung ermitteln, ob der Stromkreis geschlossen ist.
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Die optoelektronische Vorrichtung kann eine Schalteinheit aufweisen, die derart ausgeführt ist, dass die Schalteinheit das optoelektronische Bauelement ausschaltet bzw. nicht einschaltet, wenn der Stromkreis nicht geschlossen ist. Insbesondere kann die Steuerungseinheit die Schalteinheit ansteuern, um im Fall eines von der Steuerungseinheit festgestellten nicht geschlossenen Stromkreises das optoelektronische Bauelement auszuschalten bzw. nicht einzuschalten.
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Die Schalteinheit kann beispielsweise ein Schalter, ein Transistor, insbesondere ein Feldeffekttransistor (englisch: field effect transistor, FET), oder eine integrierte Schaltung (englisch: integrated circuit, IC) sein. Die Schalteinheit kann mit dem optoelektronischen Bauelement in Serie geschaltet sein. Zwischen dem optoelektronischen Bauelement und der Schalteinheit kann optional ein Widerstand angeordnet sein. Außerdem kann ein Kondensator parallel zu der Serienschaltung aus dem optoelektronischen Bauelement und der Schalteinheit geschaltet sein. Ferner kann die Schalteinheit in dem Gehäuse untergebracht sein oder sich außerhalb des Gehäuses befinden.
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Bei einem Pulsbetrieb des optoelektronischen Bauelements kann das Gehäuse besonders induktionsarm mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten externen Kontaktanschluss ausgeführt sein. Die drei externen Kontaktanschlüsse können von außerhalb des Gehäuses kontaktiert werden und befinden sich insbesondere an einer oder mehreren Außenflächen des Gehäuses.
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Der erste externe Kontaktanschluss kann mit einem ersten Anschluss, insbesondere einem Anodenanschluss, des optoelektronischen Bauelements und der zweite externe Kontaktanschluss kann mit einem zweiten Anschluss, insbesondere einem Kathodenanschluss, des optoelektronischen Bauelements verbunden sein. Der dritte externe Kontaktanschluss kann so ausgeführt sein, dass er mit dem ersten Anschluss des optoelektronischen Bauelements über die elektrische leitfähige Leitung verbunden ist, falls der Träger derart an dem Gehäuse angebracht ist, dass das optische Element im Strahlengang der Laserstrahlung angeordnet ist. Falls der Träger nicht ordnungsgemäß an dem Gehäuse angebracht ist, ist der dritte externe Kontaktanschluss folglich nicht mit dem ersten Anschluss des optoelektronischen Bauelements verbunden.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist eine Versorgungsspannung an den dritten externen Kontaktanschluss des Gehäuses angelegt. Bei einem nicht an dem Gehäuse befestigten Träger wird das optoelektronische Bauelement folglich nicht mit Strom versorgt.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist die Versorgungsspannung an den ersten externen Kontaktanschluss des Gehäuses angelegt und die Steuerungseinheit misst ein elektrisches Potential an dem dritten externen Kontaktanschluss oder einer damit verbundenen Leitung. Dazu kann der dritte externe Kontaktanschluss über einen Widerstand an ein Bezugspotential, insbesondere ein Massepotential, gekoppelt sein. Falls die Steuerungseinheit ermittelt, dass an dem dritten externen Kontaktanschluss oder der damit verbundenen Leitung nicht eine vorgegebene Spannung anliegt, kann die Steuerungseinheit feststellen, dass der Stromkreis nicht geschlossen ist und insbesondere die oben beschriebene Schalteinheit anweisen, dass optoelektronische Bauelement auszuschalten bzw. nicht einzuschalten.
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Die Schalteinheit kann sich außerhalb des Gehäuses befinden und an den zweiten externen Kontaktanschluss des Gehäuses geschaltet sein.
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Weiterhin können das optoelektronische Bauelement und die Schalteinheit in Serie geschaltet sein und ein Kondensator kann parallel zu der Serienschaltung aus dem optoelektronischen Bauelement und der Schalteinheit geschaltet sein. Alternativ kann der Kondensator auch nur parallel zu dem optoelektronischen Bauelement geschaltet sein. Der Kondensator kann in das Gehäuse integriert sein oder sich außerhalb des Gehäuses befinden.
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Das Gehäuse kann eine Öffnung aufweisen, durch welche die von dem optoelektronischen Bauelement generierte Laserstrahlung austritt und in welche der Träger eingesetzt werden kann. Der Träger kann derart geformt sein, dass er passgenau in die Öffnung eingesetzt werden kann. Ferner kann der Träger in der Öffnung auf einem Vorsprung gelagert sein, und seitliche Wände der Öffnung können Scherkräfte auf den Träger verhindern.
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Das optoelektronische Bauelement kann derart ausgeführt sein, dass es gepulste Laserstrahlung erzeugt. Insbesondere kann die Frequenz, mit der die Laserpulse wiederholt werden, im Hochfrequenzbereich (englisch: radio frequency, RF) und insbesondere im Bereich von ca. 10 kHz bis ca. 300 GHz liegen.
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Ein Verfahren dient zum Steuern einer optoelektronischen Vorrichtung. Die optoelektronische Vorrichtung umfasst ein optoelektronisches Bauelement zur Erzeugung von Laserstrahlung, ein Gehäuse, in welchem das optoelektronische Bauelement untergebracht ist, einen an dem Gehäuse anbringbaren Träger, der ein optisches Element und eine elektrisch leitfähige Leitung aufweist, und einen Stromkreis, der teilweise in dem Gehäuse verläuft. Die elektrisch leitfähige Leitung des Trägers ist ein Teil des Stromkreises. Der Träger ist zum Schließen des Stromkreises notwendigerweise derart an dem Gehäuse angebracht, dass das optische Element im Strahlengang der Laserstrahlung angeordnet ist. Das Verfahren umfasst, dass geprüft wird, ob der Stromkreis geschlossen ist. Nur wenn der Stromkreis geschlossen ist, erzeugt das optoelektronische Bauelement Laserstrahlung.
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Das Verfahren zum Steuern der optoelektronischen Vorrichtung kann die oben beschriebenen Ausgestaltungen der optoelektronischen Vorrichtung aufweisen.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen schematisch:
- 1A bis 1C perspektivische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Vorrichtung;
- 2A bis 2C Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele einer optoelektronischen Vorrichtung;
- 3 ein Schaltplan eines weiteren Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Vorrichtung;
- 4 ein Schaltplan noch eines weiteren Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Vorrichtung; und
- 5A bis 5F Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines Gehäuses zur Unterbringung eines optoelektronischen Bauelements.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen. In den Figuren sind identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
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1A bis 1C zeigen schematisch eine optoelektronische Vorrichtung 10 in perspektivischen Darstellungen. Die optoelektronische Vorrichtung 10 umfasst ein in 1A dargestelltes Gehäuse 11 mit einem optoelektronischen Bauelement in Form eines VCSEL 12 zur Erzeugung von Laserstrahlung sowie einen Träger 13, dessen Vorder- und Rückseite in 1B bzw. 1C gezeigt sind.
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Auf die Oberfläche des Gehäuses 11 sind Metallisierungen 14 aufgebracht, die einen Teil eines Stromkreises 15 bilden. Ferner sind elektrisch leitfähige Leitungen 16 in Form von Metallisierungen auf die Rückseite des Trägers 13 aufgebracht, die ebenfalls einen Teil des Stromkreises 15 bilden.
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Der auf das Gehäuse 11 aufgebrachte Teil des Stromkreises 15 enthält Stromkreisunterbrechungen 17, die nur durch die auf dem Träger 13 aufgebrachten Leitungen 16 geschlossen werden können, wenn der Träger 13 mit seiner Rückseite auf das Gehäuse 11 aufgebracht wird.
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Der VCSEL 12 ist mit seinem Kathodenanschluss auf eine der Metallisierungen 14 gelötet und sein Anodenanschluss ist über einen Bonddraht 18 mit einer weiteren Metallisierung 14 verbunden.
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Der Träger 13 ist aus Glas gefertigt. An der Vorderseite des Trägers 13 ist ein optisches Element 19 in Form eines Mikrolinsenarrays in das Glas integriert. Wenn der Träger 13 derart auf das Gehäuse 11 montiert ist, dass die Stromkreisunterbrechungen 17 in dem Stromkreis 15 durch die auf dem Träger 13 aufgebrachten Leitungen 16 geschlossen werden, befindet sich das Mikrolinsenarray im Strahlengang der von dem VCSEL 12 erzeugten Laserstrahlung.
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Die optoelektronische Vorrichtung 10 ist derart ausgestaltet, dass das VCSEL 12 nur Laserstrahlung erzeugen kann, wenn der Stromkreis 15 geschlossen ist. Wenn der Träger 13 nicht auf das Gehäuse 11 montiert ist, ist die Erzeugung von Laserstrahlung folglich unterbunden.
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2A zeigt einen schematischen Schaltplan einer optoelektronischen Vorrichtung 20. Die optoelektronische Vorrichtung 20 enthält eine Laserdiode 21, einen optionalen Widerstand 22, einen Feldeffekttransistor 23 und einen Kondensator 24. Die Laserdiode 21, der Widerstand 22 und die Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors 23 sind in Serie geschaltet und bilden einen Teil eines Stromkreises 15. Der Kondensator 24 ist parallel zu der Serienschaltung angeordnet. Ferner ist die Serienschaltung zwischen eine Versorgungsspannung V -LASER und ein Bezugs- bzw. Massepotential GND geschaltet, wobei die Versorgungsspannung V_LASER an dem Anodenanschluss der Laserdiode 21 anliegt. Weiterhin enthält die optoelektronische Vorrichtung 20 einen in 2A nicht dargestellten Träger 13 mit mindestens einer elektrisch leitfähigen Leitung 16.
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Die in 2A dargestellten Komponenten der optoelektronischen Vorrichtung 20 können in ein Gehäuse 11 integriert werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass beispielsweise nur die Laserdiode 21 in dem Gehäuse 11 untergebracht ist und alle übrigen Komponenten außerhalb des Gehäuses 11 angeordnet sind. Der letztere Fall hat den Vorteil, dass der Widerstand 22, der Feldeffekttransistor 23 und der Kondensator 24 applikationsspezifisch gewählt werden können.
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Ferner sind in dem Schaltplan von 2A mögliche Punkte für eine Leitungsunterbrechung 17 dargestellt, die wie in dem Ausführungsbeispiel von 1A bis 1C durch eine an dem Träger 13 angebrachte Leitung 16 geschlossen werden müssen. Sofern die Leitungsunterbrechung(en) 17 nicht geschlossen wird/werden, wird die Laserdiode 21 nicht mit Strom versorgt und kann dementsprechend keine Laserstrahlung erzeugen.
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Anstelle einer Unterbrechung der Stromversorgung kann auch der Kontaktwiderstand zwischen dem Stromkreis 15 im Gehäuse 11 und der an dem Träger 13 angebrachten Leitung 16 gemessen werden. In 2B ist dies symbolisch durch eine optoelektronische Vorrichtung 26 mit einer Laserdiode 21 und einem Träger 13 verdeutlicht. Die Laserdiode 21 kann nur dann Laserstrahlung emittieren, wenn der Kontaktwiderstand zwischen dem Stromkreis 15 im Gehäuse 11 und der Leitung 16 des Trägers 13 niederohmig ist.
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2C zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Trägers 13 in einer Draufsicht von unten. Der Träger 13 umfasst auf seiner Rückseite zwei elektrische Kontaktelemente 27 und eine die beiden elektrischen Kontaktelemente 27 miteinander verbindende Leitung 16. Die elektrischen Kontaktelemente 27 sind derart auf dem Träger 13 angeordnet, dass sie auf entsprechenden elektrischen Kontaktelementen des Gehäuses 11 platziert werden können. Die Leitung 16 verbindet die beiden elektrischen Kontaktelemente 27 in einem Zickzack-Verlauf quer über den Träger 13. Es kann dementsprechend nicht nur detektiert werden, ob der Träger 13 auf das Gehäuse 11 montiert wurde, sondern auch ein Bruch des Trägers 13 kann detektiert werden, da dadurch die Leitung 16 unterbrochen würde.
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Die elektrischen Kontaktelemente 27 können mit Hilfe eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs mit den entsprechenden elektrischen Kontaktelementen des Gehäuses 11 verbunden werden. Ferner können weitere Klebepunkte mit nicht leitfähigem Klebstoff auf den Träger 13 aufgebracht werden, um den Träger 13 an dem Gehäuse 11 zu befestigen. Der Klebstoff kann mittels Siebdruck aufgebracht werden.
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Die in 2A bis 2C dargestellten optoelektronischen Vorrichtungen 20, 26 können mit Laserdioden bzw. VCSEL 12 betrieben werden, die kurze Laserpulse im Hochfrequenzbereich erzeugen. 3 und 4 zeigen weitere Varianten für noch induktionsärmere Gehäuse.
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3 zeigt einen schematischen Schaltplan einer optoelektronischen Vorrichtung 30. Die optoelektronische Vorrichtung 30 umfasst ein Gehäuse 11 mit genau drei externen Kontaktanschlüssen, einem ersten externen Kontaktanschluss 31, einem zweiten externen Kontaktanschluss 32 und einem dritten externen Kontaktanschluss 33. In dem Gehäuse 11 ist eine Laserdiode 21 untergebracht.
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Der erste und der zweite externe Kontaktanschluss 31, 32 sind mit dem Anoden- bzw. Kathodenanschluss der Laserdiode 12 verbunden. Der dritte externe Kontaktanschluss 33 ist mit dem Anodenanschluss der Laserdiode 21 über die elektrische leitfähige Leitung des Trägers 13 verbunden, wenn der Träger 13 derart an dem Gehäuse 11 angebracht ist, dass das optische Element 19 im Strahlengang der Laserstrahlung angeordnet ist.
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Weiterhin ist die Versorgungsspannung V LASER an den dritten externen Kontaktanschluss 33 des Gehäuses 11 angelegt. Bei einem nicht befestigten Träger 13 ist der Stromkreis 15 nicht geschlossen und die Laserdiode 12 wird demnach nicht mit Strom versorgt.
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Der Kondensator 24 und der Feldeffekttransistor 23 sind auf eine oder mehrere Leiterplatten außerhalb des Gehäuses 11 montiert, wobei der Kondensator 24 mit dem ersten externen Kontaktanschluss 31 und der Feldeffekttransistor 32 mit dem zweiten externen Kontaktanschluss 32 verbunden ist. Optional kann der Kondensator 24 auch in dem Gehäuse 11 untergebracht sein.
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Als Träger 13 der optoelektronischen Vorrichtung 30 kann beispielsweise der in 2C dargestellte Träger 13 verwendet werden.
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Eine noch induktionsärmere Variante für die Verwendung bei einem Laserpulsbetrieb ist in 4 gezeigt. Die in 4 dargestellte optoelektronische Vorrichtung 35 umfasst ein Gehäuse 11, das den gleichen Aufbau wie das Gehäuse 11 aus 3 hat. Jedoch ist bei der Variante nach 4 die Versorgungsspannung V_LASER an den ersten externen Kontaktanschluss 31 des Gehäuses 11 angelegt. Der dritte externe Kontaktanschluss 33 ist über einen Widerstand 36 mit dem Massepotential GND verbunden.
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Weiterhin enthält die optoelektronische Vorrichtung 35 eine Steuerungseinheit 37, welche die Spannung an dem dritten externen Kontaktanschluss 33 des Gehäuses 11 misst. Über diese Messung kann die Steuerungseinheit 37 bestimmen, ob der Träger 13 ordnungsgemäß auf das Gehäuse 11 montiert wurde.
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In Abhängigkeit von dem Ergebnis der Messung sendet die Steuerungseinheit 37 ein Steuersignal 38 an den Feldeffekttransistor 23, der als Schalteinheit betrieben wird. Wenn der Träger 13 ordnungsgemäß an dem Gehäuse 11 befestigt ist, wird der Gateanschluss des Feldeffekttransistors 23 derart angesteuert, dass seine Drain-Source-Strecke niederohmig ist und die Laserdiode 21 Laserstrahlung erzeugt. Falls der Träger 13 nicht auf das Gehäuse 11 montiert oder beschädigt ist, wird der Feldeffekttransistor 23 derart angesteuert, dass seine Drain-Source-Strecke hochohmig ist und dementsprechend die Laserdiode 21 keine Laserstrahlung erzeugt.
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5A zeigt ein Ausführungsbeispiel des Gehäuses 11, in dem eine Laserdiode oder ein VCSEL unterbracht werden können.
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Das Gehäuse 11, das aus Keramik gefertigt sein kann, weist eine Öffnung 40 auf, durch welche die Laserdiode bzw. der VCSEL in das Gehäuse 11 eingesetzt werden können. In der Öffnung 40 ist ein Vorsprung 41 vorgesehen, auf welchen der Träger 13 aufgesetzt werden kann. Der Träger 13 ist derart geformt, dass er passgenau in die Öffnung 40 eingesetzt werden kann. Durch seitliche Wände 42 des Gehäuses werden Scherkräfte auf den Träger 13 verhindert.
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Weiterhin führen von dem Vorsprung 41 Durchkontaktierungen 43, 44 zu der Unterseite des Gehäuses 11. Das Gehäuse 11 kann auf eine Leiterplatte montiert werden und die Kontaktflächen der Durchkontaktierungen 43, 44 auf der Unterseite des Gehäuses 11 können über entsprechende Leiterbahnen auf der Leiterplatte elektrisch miteinander verbunden sein. Die elektrisch leitfähige Leitung 16 an der Unterseite des Trägers 13 kann über elektrisch leitfähigen Klebstoff 45 elektrisch mit den Durchkontaktierungen 43 bzw. 44 verbunden sein. Weiterhin sind in das Gehäuse 11 Kontaktelemente 46 zur Kontaktierung der Laserdiode bzw. des VCSEL mit der Leiterplatte eingebracht.
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5B bis 5F zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele eines für das in 5A dargestellte Gehäuse 11 vorgesehenen Trägers 13.
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In 5B und 5C sind auf der Unterseite des Trägers 13 zwei punktförmige elektrische Kontaktelemente 27 vorgesehen, die durch eine direkte bzw. eine zickzackförmige elektrisch leitfähige Leitung 16 miteinander verbunden sind.
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In 5D und 5E sind die elektrischen Kontaktelemente 27 nicht punktförmig, sondern erstrecken sich über eine jeweilige Seite des Trägers 13.
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In 5F sind auf einer Seite des Trägers 13 zwei punktförmige elektrische Kontaktelemente 27 vorgesehen und auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich ein elektrisches Kontaktelement 27, das sich über die gesamte Seitenlänge erstreckt. Dieses elektrische Kontaktelement 27 ist über eine jeweilige Leitung 16 mit den beiden punktförmigen Kontaktelementen 27 verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- optoelektronische Vorrichtung
- 11
- Gehäuse
- 12
- VCSEL
- 13
- Träger
- 14
- Metallisierung
- 15
- Stromkreis
- 16
- Leitung
- 17
- Leitungsunterbrechung
- 18
- Bonddraht
- 19
- optisches Element
- 20
- optoelektronische Vorrichtung
- 21
- Laserdiode
- 22
- Widerstand
- 23
- Feldeffekttransistor
- 24
- Kondensator
- 26
- optoelektronische Vorrichtung
- 27
- elektrisches Kontaktelement
- 30
- optoelektronische Vorrichtung
- 31
- erster externer Kontaktanschluss
- 32
- zweiter externer Kontaktanschluss
- 33
- dritter externer Kontaktanschluss
- 35
- optoelektronische Vorrichtung
- 36
- Widerstand
- 37
- Steuerungseinheit
- 38
- Steuersignal
- 40
- Öffnung
- 41
- Vorsprung
- 42
- Wand
- 43
- Durchkontaktierung
- 44
- Durchkontaktierung
- 45
- elektrisch leitfähiger Klebstoff
- 46
- Kontaktelement
