DE10302007B4

DE10302007B4 - Optical sensor

Info

Publication number: DE10302007B4
Application number: DE2003102007
Authority: DE
Inventors: Jörg Huss
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2023-01-22
Also published as: DE20311879U1; DE10302007A1

Abstract

Optischer Sensor mit einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender, einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger und mit auf wenigstens einer Leiterplatte integrierten elektronischen Komponenten zur Ansteuerung des Senders und zur Auswertung der am Ausgang des Empfängers anstehenden Empfangssignale, wobei der Sender (4) und/oder der Empfänger (6) wenigstens von einem optischen Bauelement gebildet ist/sind, welches mit einem elektrisch isolierenden Gehäuse (15) eine vorgefertigte Bau einheit bildet, wobei das wenigstens eine optische Bauelement auf dem Boden des Gehäuses (15) aufsitzt und die, Seitenwände des isolierenden Gehäuses (15) das optische Bauelement seitlich optisch abschirmen, und dass die Baueinheit eine elektrische Kontaktierung (16) aufweist, welche mit dem wenigstens einen optischen Bauelement elektrisch kontaktiert ist und auf die Unterseite des Gehäuses (15) geführt ist; wobei Teilflächen der Kontaktierung (16) an der Unterseite des Bodens des Gehäuses (15) freiliegen, so dass die Baueinheit durch Aufsetzen des Gehäuses auf die Leiterplatte (18) mit dieser elektrisch kontaktierbar ist.optical Sensor with a transmitting light beam emitting transmitter, a Receiving light receiving receiver and with at least one Printed circuit board integrated electronic components for control of the transmitter and to evaluate the pending at the output of the receiver Receiving signals, wherein the transmitter (4) and / or the receiver (6) is at least formed by an optical component, which with an electrically insulating housing (15) a prefabricated Construction unit forms, wherein the at least one optical component on the bottom of the housing (15) seated and the, side walls of the insulating housing (15) optically shield the optical component laterally, and that the assembly has an electrical contact (16) which electrically contacted with the at least one optical component is and is guided on the underside of the housing (15); where partial surfaces of Contacting (16) at the bottom of the bottom of the housing (15) Exposing, leaving the assembly by placing the case on the circuit board (18) is electrically contacted with this.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor.The The invention relates to an optical sensor.

Derartige optische Sensoren können insbesondere als Lichtschranken, Reflexionslichtschranken, Lichttaster und Distanzsensoren ausgebildet sein.such optical sensors can especially as light barriers, reflection light barriers, light sensors and distance sensors may be formed.

Ein als Lichttaster ausgebildeter optischer Sensor ist aus der DE 299 13 148 U1 bekannt. Dieser optischer Sensor weist einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger auf, welche in einem gemeinsamen Sensor-Gehäuse integriert sind. Der Sender und der Empfänger liegen jeweils in rückseitigen Öffnungen eines lichtundurchlässigen Tubus. Die Tuben erstrecken sich bis dicht vor ein Fenster in der Frontwand des Sensor-Gehäuses, durch welches die Sendelichtstrahlen und die Empfangslichtstrahlen geführt sind. Durch die Tuben wird eine optische Trennung der Sendelichtstrahlen und der Empfangslichtstrahlen erzielt. In dem Tubus sind zudem Linsen zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen und zur Fokussierung der Empfangslichtstrahlen integriert. Der Sender und der Empfänger sind über Anschlussleitungen an eine Leiterplatte angeschossen, auf welcher die elektronischen Komponenten einer Steuer- und Auswerteeinheit zur Ansteuerung des Senders und zur Auswertung der Empfangssignale am Ausgang des Empfängers angeordnet sind. Die Auswertung erfolgt dabei derart, dass aus den Empfangssignalen ein Objektfeststellungssignal generiert wird, welche über einen Ausgang des optischen Sensors ausgebbar ist.A designed as a light sensor optical sensor is out of DE 299 13 148 U1 known. This optical sensor has a transmitting light beam emitting transmitter and a receiving light beam receiving receiver, which are integrated in a common sensor housing. The transmitter and the receiver are each in the back openings of an opaque tube. The tubes extend close to a window in the front wall of the sensor housing, through which the transmitted light beams and the received light beams are guided. Through the tubes, an optical separation of the transmitted light beams and the received light beams is achieved. In addition, lenses for beam shaping of the transmitted light beams and for focusing the received light beams are integrated in the tube. The transmitter and the receiver are connected via connecting lines to a printed circuit board, on which the electronic components of a control and evaluation unit for controlling the transmitter and for evaluating the received signals are arranged at the output of the receiver. The evaluation is carried out in such a way that an object detection signal is generated from the received signals, which can be output via an output of the optical sensor.

Nachteilig bei derartigen Sensoren ist zum einen, dass diese eine relativ große Bauform aufweisen. Zudem ist nachteilig, dass die Montage der optischen Komponenten, insbesondere des Senders und des Empfängers sowie deren Anschluss an die elektronischen Komponenten relativ aufwendig ist.adversely With such sensors, on the one hand, this is a relatively large design exhibit. Moreover, it is disadvantageous that the assembly of the optical components, in particular the sender and the receiver as well as their connection is relatively expensive to the electronic components.

Die DE 197 33 996 A1 betrifft einen optoelektronischen Sensor mit wenigstens einem jeweils von einem Halbleiterelement gebildeten Lichtstrahlen emittierenden Sender und/oder einem Lichtstrahlen empfangenden Empfänger sowie einer Auswerteelektronik, welche auf wenigstens einer Leiterplatte integriert ist, wobei das Halbleiterelement auf der Oberseite der Leiterplatte aufsitzend montiert ist. Auf der Oberseite der Leiterplatte sitzt eine Platte mit einer diese durchsetzenden Bohrung auf, so dass zumindest ein Teil der Oberfläche des Halbleiterelements im Bereich des unteren Randes der Bohrung liegt und dass zur Strahlformung der Lichtstrahlen diese an der Wand der Bohrung reflektiert werden.The DE 197 33 996 A1 relates to an optoelectronic sensor having at least one each emitted by a semiconductor element light emitting emitter and / or a light beam receiving receiver and an evaluation, which is integrated on at least one circuit board, wherein the semiconductor element is mounted mounted on the top of the circuit board. On the upper side of the circuit board sits a plate with a hole passing through it, so that at least part of the surface of the semiconductor element lies in the region of the lower edge of the bore and that for beam shaping of the light rays they are reflected on the wall of the bore.

Die DE 198 20 358 C1 betrifft einen optoelektronischen Sensor mit einem in einem Gehäuse integrierten Sender und/oder Empfänger. Zur Aufnahme von elektronischen Bauteilen ist eine flexible Leiterplatte vorgesehen. Auf der flexiblen Leiterplatte sitzt wenigstens eine starre Leiterplatte auf, wobei diese Leiterplatten über Lötstellen verbunden sind.The DE 198 20 358 C1 relates to an opto-electronic sensor with a transmitter and / or receiver integrated in a housing. For receiving electronic components, a flexible printed circuit board is provided. At least one rigid printed circuit board is seated on the flexible printed circuit board, these printed circuit boards being connected via solder joints.

Die DE 299 19 989 U1 betrifft eine optoelektronische Vorrichtung zur Bestimmung des Höhenprofils eines Gegenstands mit einem einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger aufweisenden Distanzsensor und mit einer Ablenkeinheit, mittels derer die Sendelichtstrahlen periodisch abgelenkt und über die Oberfläche des Gegenstands geführt sind. In einer Auswerteeinheit wird aus den Distanzwerten am Ausgang des Distanzsensors und aus den zugehörigen Ablenkwinkeln des Distanzsensors und aus den zugehörigen Ablenkwinkeln der Sendelichtstrahlen das Höhenprofil des Gegenstands bestimmt.The DE 299 19 989 U1 relates to an optoelectronic device for determining the height profile of an object with a transmitter emitting a transmitted light beam and a distance sensor having a receive light beam receiving receiver and with a deflection unit by means of which the transmitted light beams are periodically deflected and guided over the surface of the object. In an evaluation unit, the height profile of the object is determined from the distance values at the output of the distance sensor and from the associated deflection angles of the distance sensor and from the associated deflection angles of the transmitted light beams.

Die DE 197 25 287 A1 betrifft einen Regensensor, bei dem die Sender und Empfänger durch auf eine Leiterplatte gebondete Chips gebildet sind. Der Sensor ist mit einer Barriere zur Unterdrückung parasitärer Strahlung versehen.The DE 197 25 287 A1 relates to a rain sensor in which the transmitters and receivers are formed by chips bonded to a printed circuit board. The sensor is provided with a barrier to suppress parasitic radiation.

Die DE 100 23 539 A1 betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils. Bei diesem Verfahren wird auf einen eine Mikrostruktur aufweisenden Körper wenigstens ein an den Körper vorstehender Vorsprung aufgebracht. Der Körper besteht aus einer integrierten Schaltung, der Vorsprung ist von einem Bonddraht gebildet. Danach wird auf dem Körper ein fließfähiges Umkapselungsmaterial angeordnet und verfestigt, das den wenigstens einen Vorsprung seitlich umgrenzt und überdeckt. Das verfestigte Umkapselungsmaterial wird an seiner dem Körper abgewandten Oberfläche abgetragen, bis der wenigstens eine Vorsprung bereichsweise freigelegt ist.The DE 100 23 539 A1 relates to a method of manufacturing a component. In this method, at least one protrusion protruding from the body is applied to a body having a microstructure. The body consists of an integrated circuit, the projection is formed by a bonding wire. Thereafter, a flowable encapsulating material is arranged and solidified on the body, which laterally bounds and covers the at least one projection. The solidified encapsulating material is removed on its surface facing away from the body until the at least one projection is exposed in regions.

Die EP 0 427 822 B1 betrifft ein Gerät zur Vermeidung von Zusammenstößen von Fahrzeugen. Das Gerät umfasst Sensoren, welche optische Bauelemente aufweisen, die auf Leiterplatten gebondet werden.The EP 0 427 822 B1 relates to a device for preventing collisions of vehicles. The device includes sensors that have optical components that are bonded to printed circuit boards.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor der eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher eine möglichst kleine Bauform aufweist und welcher möglichst rationell und kostengünstig herstellbar ist.Of the Invention is based on the object, an optical sensor of to provide the aforementioned type, which is a possible has small size and which as rational and inexpensive to produce is.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.To solve this problem, the features of claim 1 are provided. Advantageous embodiments and expedient developments of Invention are described in the subclaims.

Der erfindungsgemäße optische Sensor umfasst einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender, einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger sowie auf wenigstens einer Leiterplatte integrierte elektronische Komponenten zur Ansteuerung des Senders und zur Auswertung der am Ausgang des Empfängers anstehenden Empfangssignale. Der Sender und/oder der Empfänger sind wenigstens von einem optischen Bauelement gebildet, wobei das optische Bauelement mit einem elektrisch isolierenden Gehäuse eine vorgefertigte Baueinheit bildet. Das optische Bauelement sitzt auf dem Boden des Gehäuses aufsitzt und die Seitenwände des isolierenden Gehäuses schirmen das optische Bauelement seitlich optisch ab. Die Baueinheit weist eine elektrische Kontaktierung auf, welche mit dem optischen Bauelement elektrisch kontaktiert ist und auf die Unterseite des Gehäuses geführt ist. Teilflächen der Kontaktierung liegen an der Unterseite des Bodens des Gehäuses frei, so dass die Baueinheit durch Aufsetzen des Gehäuses auf die Leiterplatte mit dieser elektrisch kontaktierbar ist.Of the according to the invention optical Sensor comprises a transmitting light beam emitting transmitter, a Receiving light receiving receiver and at least one Printed circuit board integrated electronic components for controlling the Transmitter and to evaluate the pending at the output of the receiver Receive signals. The transmitter and / or the receiver are at least one of formed optical component, wherein the optical component with an electrically insulating housing a prefabricated unit forms. The optical component is seated on the floor of the housing and the side walls of the insulating housing shield the optical component laterally optically. The construction unit has an electrical contact, which with the optical component electrically contacted and is guided on the underside of the housing. subareas the contacting are exposed at the bottom of the bottom of the housing, so that the assembly by placing the housing on the circuit board with this is electrically contacted.

Da das Gehäuse mit einem darin integrierten Sender oder Empfänger als vorgefertigte Einheit direkt auf einer Leiterplatte kontaktiert werden kann, wird eine schnelle und einfache Montage der optischen und elektronischen Komponenten des optischen Sensors ermöglicht.There the housing with a built-in transmitter or receiver as a prefabricated unit can be contacted directly on a circuit board is a quick and easy installation of the optical and electronic components of the optical sensor allows.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Gehäuse mit den integrierten Sendern und Empfängern eine äußerst geringe Bauform aufweisen, wodurch ein wesentlicher Beitrag zur Miniaturisierung des optischen Sensors erzielt wird.Farther is advantageous that the housing with the integrated transmitters and receivers have an extremely small design, making a significant contribution to the miniaturization of the optical Sensor is achieved.

Der Sender und/oder der Empfänger sind dabei als optische Bauelemente, insbesondere SMD-Bauteile (surface mounted device-Bauteile) ausgebildet, welche eine besonders kleine Bauform aufweisen.Of the Transmitter and / or the receiver are as optical components, in particular SMD components (surface Mounted device components), which is a particularly small Have design.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen optischen Sensors besteht darin, dass der in einem lichtundurchlässigen Gehäuse liegende Sender oder Empfänger gegen optische Störeinstrahlungen geschützt ist. Zudem dient das Gehäuse gleichzeitig als Mittel zur Fokussierung der Empfangslichtstrahlen bzw. Strahlformung der Sendelichtstrahlen, so dass nachgeordnete Optiken weitgehend entfallen können. Dies führt zu einer weiteren Senkung der Herstellkosten des optischen Sensors sowie zu einer weiteren Verringerung der Baugröße.One Another significant advantage of the optical sensor according to the invention exists in that the transmitter or receiver lying in an opaque housing against optical interference protected is. In addition, the housing is used at the same time as means for focusing the received light beams or beam shaping of the transmitted light beams, so that downstream Optics largely eliminated. this leads to to further reduce the manufacturing cost of the optical sensor as well to a further reduction of the size.

Besonders vorteilhaft ist auf ein oder jedes Gehäuse ein Deckel mit wenigstens einem lichtdurchlässigen Segment aufgebracht. Der im Gehäuse liegende Sender oder Empfänger ist damit dicht, vorzugsweise hermetisch dicht gekapselt und so gegen äußere Störeinflüsse, wie Feuchtigkeit, Staub oder andere Verschmutzungen geschützt.Especially advantageous is a cover with at least one or each housing a translucent Segment applied. The one in the case lying transmitter or receiver is thus sealed, preferably hermetically sealed and so against external disturbances, such as Moisture, dust or other contaminants protected.

Besonders vorteilhaft besteht der Deckel aus einer Glasscheibe, auf welche eine Blendenschicht aufgebracht ist. Mit der Blende wird eine effektive Strahlformung der Sendelichtstrahlen bzw. ein Fokussierungseffekt für die Empfangslichtstrahlen erzielt.Especially Advantageously, the lid consists of a glass sheet on which a diaphragm layer is applied. With the aperture is an effective beam shaping the transmitted light beams or a focusing effect for the received light beams achieved.

Im einfachsten Fall ist der Deckel von einer planen Glasscheibe konstanter Dicke gebildet. Alternativ kann die Glasscheibe gewölbt ausgebildet sein und/oder eine variierende Dicke aufweisen, dass die Glasscheibe als Linsenelement zur Fokussierung und Strahlformung der Sende- und Empfangslichtstrahlen wirkt. Damit kann mit einer geringen Anzahl von Bauelementen bei zudem äußerst geringen Baugrößen eine hohe Funktionalität derartiger optischer Baueinheiten erzielt werden.in the In the simplest case, the cover of a flat glass pane is more constant Thickness formed. Alternatively, the glass sheet can be curved be and / or have a varying thickness that the glass sheet as a lens element for focusing and beam shaping of the transmitting and receiving light beams acts. This can be done with a small number of Components in addition to extremely small sizes one high functionality Such optical assemblies are achieved.

Die Gehäuse mit den integrierten Sendern oder Empfängern können rationell in Form von Mehrfachnutzen hergestellt werden, wobei die einzelnen Baueinheiten nach Fertigstellung vereinzelt werden.The casing with the integrated transmitters or receivers can be rationally in the form of Multiple benefits are produced, with the individual units be separated after completion.

Das Aufbringen der Deckel kann derart erfolgen, dass die Deckel bildenden Glasscheiben in Form eines Montageteils auf den Gehäusen im Mehrfachnutzen aufgesetzt und fixiert werden. Die Vereinzelung der einzelnen Baueinheiten erfolgt dann durch Aufbrechen entlang vorgegebener Sollbruchlinien im Mehrfachnutzen. Insbesondere für den Fall, dass die Deckel aus Glasscheiben mit darauf aufgebrachten Blendenschichten bestehen, müssen dieses exakt relativ zu den Gehäusen positioniert werden. Voraussetzung hierfür ist, dass die Gehäuse innerhalb des Mehrfachnutzen in genau definierten Sollpositionen liegen.The Applying the lid can be made such that the lid forming Glass panes in the form of a mounting part on the housings in the Multiple benefits put on and fixed. The isolation of the individual units is then carried out by breaking along predetermined Rupture lines in multiple use. Especially in the event that the lids made of glass panes with diaphragm layers applied thereon must exist this exactly relative to the housings be positioned. Condition for this is that the housing within of the multiple benefits lie in precisely defined nominal positions.

Alternativ können die Gehäuse mit den Sendern oder Empfängern im Mehrfachnutzen zuerst vereinzelt werden. Die Gehäuse werden dann vereinzelt konfektioniert. Die fertigen SMD-Bauelemente können anschließend gegurtet werden (Tape on Reel).alternative can the housings with the senders or receivers in the multiple benefits are separated first. The housing will be then packaged separately. The finished SMD components can then be strapped be (tape on reel).

Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen.The The invention will be explained below with reference to the drawings. It demonstrate.

1: Schematische Darstellung eines als Lichttasters ausgebildeten optischen Sensors. 1 : Schematic representation of a designed as a light sensor optical sensor.

2: Querschnitt durch ein den Sender des optischen Sensors gemäß 1 bildendes optisches Bauelement. 2 : Cross-section through a transmitter of the optical sensor according to 1 forming optical component.

3: Schematische Darstellung eines Gehäuses mit einem Deckel zur Aufnahme eines optischen Bauelements gemäß 2. 3 : Schematic representation of a housing with a lid for receiving an optical component according to 2 ,

4: Draufsicht auf den Deckel gemäß 3. 4 : Top view of the lid according to 3 ,

5: Detaillierte Darstellung der Struktur des Deckels gemäß den 3 und 4. 5 : Detailed representation of the structure of the lid according to the 3 and 4 ,

1 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau eines als Lichttaster ausgebildeten optischen Sensors 1. Alternativ kann der optische Sensor 1 als Lichtschranke, Reflexionslichtschranke oder als Distanzsensor ausgebildet sein. 1 schematically shows the basic structure of an optical sensor designed as a light sensor 1 , Alternatively, the optical sensor 1 be designed as a light barrier, reflection light barrier or as a distance sensor.

Der optische Sensor 1 dient zur Erfassung von Objekten 2 in einem Überwachungsbereich und weist einen Sendelichtstrahlen 3 emittierenden Sender 4 und einen Empfangslichtstrahlen 5 empfangenden Empfänger 6 auf. Die Komponenten des optischen Sensors 1 sind in einem gemeinsamen Sensor-Gehäuse 7 integriert, wobei die Sendelichtstrahlen 3 und die Empfangslichtstrahlen 5 durch ein nicht dargestelltes Fenster in der Frontwand des Gehäuses 15 geführt sind. Eine Auswerteeinheit 8 dient zur Ansteuerung des Senders 4 und zur Auswertung der am Ausgang des Empfängers 6 anstehenden Empfangssignale. Im vorliegenden Fall werden die Empfangssignale mit wenigstens einem Schwellwert zur Generierung eines binären Objektfeststellungssignals bewertet, wobei die Schaltzustände des Objektfeststellungssignals angeben, ob sich ein Objekt 2 im Überwachungsbereich befindet oder nicht. Das Objektfeststellungssignal ist über einen Schaltausgang 9 ausgebbar.The optical sensor 1 serves to capture objects 2 in a surveillance area and has a transmitted light beam 3 emissive transmitter 4 and a receiving light beam 5 receiving recipient 6 on. The components of the optical sensor 1 are in a common sensor housing 7 integrated, with the transmitted light beams 3 and the received light beams 5 through an unillustrated window in the front wall of the housing 15 are guided. An evaluation unit 8th serves to control the transmitter 4 and for the evaluation of the output of the receiver 6 pending received signals. In the present case, the received signals are evaluated with at least one threshold for generating a binary object detection signal, wherein the switching states of the object detection signal indicate whether an object 2 located in the surveillance area or not. The object detection signal is via a switching output 9 dispensable.

2 zeigt den Aufbau eines den Sender 4 des optischen Sensors 1 bildenden optischen Bauelements. Das optische Bauelement ist als Leuchtdiode in Form eines SMD (surface mounted device) – Bauteils ausgebildet. Der Empfänger 6 des optischen Sensors 1 ist vorzugsweise ebenfalls von einem derartigen optischen Bauelement gebildet. Dabei kann der Empfänger 6 von einem Photosensor oder wenigstens einem CCD-Element oder CMOS-Element gebildet sein. 2 shows the structure of the transmitter 4 of the optical sensor 1 forming optical component. The optical component is designed as a light-emitting diode in the form of an SMD (surface mounted device) component. The recipient 6 of the optical sensor 1 is preferably also formed by such an optical component. In doing so, the recipient can 6 be formed by a photosensor or at least one CCD element or CMOS element.

Das optische Bauelement weist die Form eines Chips auf, dessen Längskanten in der Größenordnung von etwa 1 bis 3 mm liegen. Im vorliegenden Fall weist das optische Bauelement einen rechteckigen Querschnitt, dessen Seitenlängen etwa 2 bis 2,5 mm betragen.The optical component has the shape of a chip whose longitudinal edges in the order of magnitude from about 1 to 3 mm. In the present case, the optical Component has a rectangular cross-section, the side lengths about 2 to 2.5 mm.

An der Unterseite des optischen Bauelements sind Kontaktflächen zur elektrischen Kontaktierung des optischen Bauelements vorgesehen.At the underside of the optical component are contact surfaces for provided electrical contacting of the optical component.

An den längsseitigen Rändern verlaufen zwei als n-Kontakte 10a ausgebildete Kontaktflächen. Im Zentrum der Unterseite des optischen Bauelements ist eine als p-Kontakt 10b ausgebildete Kontaktfläche vorgesehen.At the longitudinal edges run two as n-contacts 10a trained contact surfaces. In the center of the bottom of the optical component is a p-contact 10b trained contact surface provided.

Der Grundkörper 11 des optischen Bauelements besteht aus n-GaAlAs, wobei oberhalb der n-Kontakte 10a Stege 12 aus p-GaAlAs vorgesehen sind, die an die Unterseiten des Grundkörpers 11 anschließen. An der Oberseite des optischen Bauelements befindet sich eine optisch aktive Zone 13, welche die Sendelichtstrahlen 3 emittiert. Diese aktive Zone 13 ist zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen 3 von einer Reflexionsschicht 14 begrenzt.The main body 11 of the optical component consists of n-GaAlAs, wherein above the n-contacts 10a Stege 12 made of p-GaAlAs, which are attached to the undersides of the main body 11 connect. At the top of the optical device is an optically active zone 13 which transmit the transmitted light rays 3 emitted. This active zone 13 is for beam shaping of the transmitted light beams 3 from a reflection layer 14 limited.

Das den Sender 4 bildende optische Bauelement ist wie in 3 dargestellt in einem isolierenden Gehäuse 15 integriert und bildet mit diesem eine Baueinheit. Das Gehäuse 15 ist lichtundurchlässig und besteht im vorliegenden Fall aus Keramik. Das optische Bauelement sitzt auf dem Boden des Gehäuses 15 auf. Die Querschnittsfläche des Gehäuses 15 ist an die Querschnittsfläche des optischen Bauelements angepasst, so dass das optische Bauelement mit geringem Spiel zwischen den Seitenwänden des Gehäuses 15 liegt.That's the transmitter 4 forming optical component is as in 3 represented in an insulating housing 15 integrated and forms with this a structural unit. The housing 15 is opaque and consists in the present case of ceramic. The optical component sits on the bottom of the housing 15 on. The cross-sectional area of the housing 15 is adapted to the cross-sectional area of the optical component, so that the optical component with little clearance between the side walls of the housing 15 lies.

Das Gehäuse 15 weist wie das optische Bauelement einen rechteckigen Querschnitt auf. Die senkrecht vom Boden hervorstehenden Seitenwände sind höher als das optische Bauelement, so dass die Seitenwände über die Oberseite des optischen Bauelements hervorstehen. Die Seitenwände des Gehäuses 15 schützen so das optische Bauelement gegen seitliche optische Störeinstrahlung und tragen zudem zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen 3 bei.The housing 15 has like the optical component on a rectangular cross-section. The side walls protruding vertically from the bottom are higher than the optical component, so that the side walls protrude beyond the top of the optical component. The side walls of the housing 15 thus protect the optical component against lateral optical interference and also contribute to the beam shaping of the transmitted light beams 3 at.

Die von dem optischen Bauelement und dem Gehäuse 15 gebildete Baueinheit ist in sogenannten Mehrfachnutzen herstellbar. Der Mehrfachnutzen ist von einem flächigen Array von Gehäusen 15 gebildet. Der Mehrfachnutzen wird mit den, optischen Bauelementen bestückt und dann nach Bedarf vereinzelt. Die Vereinzelung kann derart erfolgen, dass der Mehrfachnutzen in einzelne Gehäuse 15 mit jeweils einem optischen Bauelement vereinzelt wird. Prinzipiell kann der optische Sensor 1 auch einen Sender 4 aufweisen, der eine Mehrfachanordnung von Sendern 4 aufweist. Dann erfolgt die Vereinzelung des Mehrfachnutzen in Gruppen von in Gehäusen 15 integrierten optischen Bauelementen, welche zeilenförmige oder flächige Anordnungen bilden und als solche den Sender 4 des optischen Sensors 1 bilden. Analog kann auch der Empfänger 6 von derartigen Mehrfachanordnungen gebildet sein.That of the optical component and the housing 15 formed unit is produced in so-called Mehrfachnutzen. The multiple benefit is from a flat array of enclosures 15 educated. The multiple benefit is equipped with the, optical components and then isolated as needed. The separation can be done in such a way that the multiple benefits in individual housing 15 is separated with one optical component each. In principle, the optical sensor 1 also a transmitter 4 comprising a multiple array of transmitters 4 having. Then, the separation of the multiple benefits in groups of in housings 15 integrated optical components which form line-shaped or planar arrangements and, as such, the transmitter 4 of the optical sensor 1 form. Analog can also be the receiver 6 be formed of such multiple arrangements.

Im Bodenbereich des Gehäuses 15 sind Kontaktierungen 16 zum elektrischen Anschluss des optischen Bauelements vorgesehen. Die Kontaktierungen 16 sind in Form von Metallisierungen ausgebildet. Die Metallisierungen verlaufen von der Oberseite des Bodens durch die Gehäusewände und sind dann auf die Unterseite des Gehäuses 15 geführt.In the bottom area of the housing 15 are contacts 16 provided for electrical connection of the optical component. The contactie conclusions 16 are formed in the form of metallizations. The metallizations extend from the top of the bottom through the housing walls and are then on the underside of the housing 15 guided.

Diese Kontaktierungen 16 dienen zur Ausbildung von Flip-Chip Kontakten, d. h. das optische Bauelement wird bei Aufsetzen auf den Boden des Gehäuses 15 kontaktiert, in dem die Kontaktflächen des optischen Bauelements auf die entsprechenden Teilflächen auf der Oberseite des Bodens aufgesetzt werden. Das Gehäuse 15 wird dann mit den an der Unterseite des Bodens freiliegenden Teilflächen der Kontaktierung 16 auf entsprechende Kontaktpads 17 auf einer Leiterplatte 18 aufgesetzt, auf welcher die elektronischen Komponenten der Auswerteeinheit 8 integriert sind. Die so ausgebildete Baugruppe weist eine geringe Baugröße auf und kann zudem einfach und schnell montiert werden. Anstelle von Flip-Chip Kontakten können prinzipiell auch Bonddrähte zur Kontaktierung 16 des optischen Bauelements am Gehäuse 15 vorgesehen sein.These contacts 16 serve to form flip-chip contacts, ie the optical component is placed on the bottom of the housing 15 contacted, in which the contact surfaces of the optical component are placed on the corresponding sub-areas on the top of the soil. The housing 15 is then with the exposed at the bottom of the bottom surfaces of the contact 16 on corresponding contact pads 17 on a circuit board 18 on which the electronic components of the evaluation unit 8th are integrated. The so-formed assembly has a small size and can also be easily and quickly mounted. Instead of flip-chip contacts can in principle also bond wires for contacting 16 of the optical component on the housing 15 be provided.

Die Oberseite des Gehäuses 15 ist offen und kann im einfachsten Fall unverschlossen bleiben. Alternativ kann eine transparente Vergussmasse in das Gehäuse 15 gefüllt werden, welche das optische Bauelement umschließt und diesen gegen Feuchtigkeit und Verschmutzungen schützt.The top of the case 15 is open and in the simplest case can remain unlocked. Alternatively, a transparent potting compound in the housing 15 filled, which encloses the optical component and this protects against moisture and dirt.

Bei den in 3 dargestellten Ausführungsform ist die Oberseite des Gehäuses 15 mit einem Deckel 19 abgeschlossen, der an den oberen Rändern des Gehäuses 15 fixiert ist. Die Fixierung kann prinzipiell mittels eines Klebemittels wie zum Beispiel einem Epoxidkleber erfolgen. Der Deckel 19 weist zumindest ein lichtdurchlässiges Segment auf, durch welches die Sendelichtstrahlen 3 geführt sind. Der Querschnitt des Deckels 19 entspricht dem Querschnitt des Gehäuses 15.At the in 3 illustrated embodiment is the top of the housing 15 with a lid 19 completed, at the top edges of the case 15 is fixed. The fixation can be done in principle by means of an adhesive such as an epoxy adhesive. The lid 19 has at least one translucent segment, through which the transmitted light beams 3 are guided. The cross section of the lid 19 corresponds to the cross section of the housing 15 ,

Im vorliegenden Fall weist der Deckel 19 eine Glasscheibe 20 auf, die auf der Oberseite des Gehäuses 15 so fixiert ist, dass der Innenraum des Gehäuses 15 hermetisch dicht abgeschlossen ist. Hierzu ist eine an dem Rand des Deckels 19 umlaufende Fixierschicht 21 auf der Unterseite der Glasscheibe 20 aufgebracht, welche von einem Lot gebildet ist.In the present case, the lid 19 a glass pane 20 on top of the case 15 is fixed so that the interior of the housing 15 hermetically sealed. For this purpose, one is at the edge of the lid 19 circumferential fixing layer 21 on the underside of the glass pane 20 applied, which is formed by a solder.

Der Deckel 19 weist weiterhin eine Blende auf, die zur Strahlformung der vom optischen Bauelement emittierten Sendelichtstrahlen 3 dient. Die Blende ist in Form einer Blendenschicht 22 ausgebildet, welche auf die Unterseite der Glasscheibe 20 aufgebracht ist.The lid 19 furthermore has a diaphragm which is used for beam shaping of the transmitted light beams emitted by the optical component 3 serves. The aperture is in the form of a diaphragm layer 22 formed on the underside of the glass pane 20 is applied.

4 zeigt eine Draufsicht auf die Unterseite der Glasscheibe 20 mit der Fixierschicht 21 und der Blendenschicht 22. Die Fixierschicht 21 verläuft entlang der Ränder der Glasscheibe 20 und weist dabei eine Breite auf, die an die Breite der Gehäusewände angepasst ist. An den innenliegenden Rand der Fixierschicht 21 schließt die Blendenschicht 22 unmittelbar an. Der innere Rand der Blendenschicht 22 begrenzt eine kreisförmige Blendenöffnung 23, die im Zentrum der Glasscheibe 20 angeordnet ist. Durch diese Blendenöffnung 23 sind die Sendelichtstrahlen 3 geführt. 4 shows a plan view of the underside of the glass 20 with the fixing layer 21 and the diaphragm layer 22 , The fixing layer 21 runs along the edges of the glass 20 and has a width which is adapted to the width of the housing walls. At the inner edge of the fixing layer 21 closes the aperture layer 22 immediately. The inner edge of the diaphragm layer 22 limits a circular aperture 23 in the center of the glass pane 20 is arranged. Through this aperture 23 are the transmitted light rays 3 guided.

5 zeigt in einer Längsschnittdarstellung die detaillierte Struktur des Deckels 19 gemäß den 3 und 4. Dabei ist in 5 die Struktur des Deckels 19 vor der Fixierung am Gehäuse 15 dargestellt. 5 shows in a longitudinal sectional view of the detailed structure of the lid 19 according to the 3 and 4 , It is in 5 the structure of the lid 19 before fixing on the housing 15 shown.

Die Glasscheibe 20 des Deckels 19 weist hier eine über die gesamte Fläche konstante Dicke auf, die im vorliegenden Fall etwa 0,2 mm beträgt. Alternativ können auch gewölbte Glasscheiben 20 bzw. Glasscheiben 20 mit variierenden Dicken eingesetzt werden. Wie aus 5 ersichtlich, bestehen die auf die Unterseite der Glasscheibe 20 aufgebrachte Fixierschicht 21 sowie die Blendenschicht 22 jeweils aus mehrlagigen Schichten. Die einzelnen Schichten werden durch Aufdampfen oder Sputter-Prozesse auf die Glasscheibe 20 nacheinander aufgebracht.The glass pane 20 of the lid 19 here has a constant over the entire surface thickness, which in the present case is about 0.2 mm. Alternatively, you can also use curved glass panes 20 or glass panes 20 be used with varying thicknesses. How out 5 can be seen, which consist of the bottom of the glass 20 applied fixing layer 21 as well as the aperture layer 22 each of multilayer layers. The individual layers are vaporized or sputtered onto the glass 20 applied one after the other.

Um eine gute Haftung der Fixierschicht 21 und der Blendenschicht 22 auf der Glasscheibe 20 zu erhalten, weisen die Fixierschicht 21 und die Blendenschicht 22 eine gemeinsame CrNi-Schicht 24 auf, die unmittelbar auf die Glasscheibe 20 aufgebracht ist. Die Schichtdicke der CrNi-Schicht 24 beträgt vorzugsweise etwa 0,2 μm.To ensure good adhesion of the fixing layer 21 and the diaphragm layer 22 on the glass 20 to obtain the fixative layer 21 and the diaphragm layer 22 a common CrNi layer 24 on, directly on the glass 20 is applied. The layer thickness of the CrNi layer 24 is preferably about 0.2 microns.

Auf diese CrNi-Schicht 24 wird als Blendenschicht 22 eine lichtundurchlässige Metallschicht 25 aufgebracht. Im vorliegenden Fall besteht die Metallschicht 25 aus einer zweilagigen Schicht, wobei die erste Schicht als Al-Schicht mit einer Schichtdicke von etwa 0,5 μm ausgebildet ist und die zweite Schicht als FeNi-Schicht mit einer Schichtdicke von etwa 0,4 μm ausgebildet ist. Im vorliegenden Fall erstreckt sich diese Metallschicht 25 nur im Bereich der Blende. Prinzipiell kann diese Metallschicht 25 auch auf die Randbereiche der Glasscheibe 20 ausgedehnt sein und so einen Teil der Fixierschicht 21 bilden.On this CrNi layer 24 is called an aperture layer 22 an opaque metal layer 25 applied. In the present case, the metal layer exists 25 from a two-ply layer, wherein the first layer is formed as an Al layer with a layer thickness of about 0.5 microns and the second layer is formed as a FeNi layer with a layer thickness of about 0.4 microns. In the present case, this metal layer extends 25 only in the area of the aperture. In principle, this metal layer 25 also on the edge areas of the glass pane 20 be extended and so a part of the fixing layer 21 form.

Die Fixierschicht 21 besteht aus einer PbSn-Lotschicht 26, wobei hierzu generell Lote auf PbSn-Basis geeignet sind. Im vorliegenden Fall wird eine PbSn5-Legierung zur Bildung der PbSn-Lotschicht 26 verwendet. Die Schichtdicke der PbSn-Lotschicht 26 beträgt vorzugsweise etwa 20–30 μm, bevorzugt etwa 25 μm.The fixing layer 21 consists of a PbSn solder layer 26 , for which purpose solders based on PbSn are generally suitable. In the present case, a PbSn5 alloy is formed to form the PbSn solder layer 26 used. The layer thickness of the PbSn solder layer 26 is preferably about 20-30 microns, preferably about 25 microns.

Die PbSn-Lotschicht 26 ist durch eine dünne Au-Schicht 27 geschützt, deren Schichtdicke etwa 1,5 μm beträgt. Die auf der Oberfläche der PbSn-Lotschicht 26 aufgebrachte Au-Schicht 27 schützt diese gegen Oxidationen.The PbSn solder layer 26 is through a thin Au layer 27 protected, whose layer thickness is approximately 1.5 microns. The on the surface of the PbSn solder layer 26 applied Au layer 27 protects them against oxidation.

Zur Fixierung des Deckels 19 am Gehäuse 15 wird der Deckel 19 auf den oberen Rand des Gehäuses 15 aufgesetzt. Anschließend wird die so gebildete Einheit auf Temperaturen von etwa 300° C erhitzt. Durch die Erhitzung diffundiert das Gold der Au-Schicht 27 sofort in die unter der Wärmeentwicklung schmelzende PbSn-Lotschicht 26. Nach erfolgter Abkühlung ist dann das Gehäuse 15 mit dem Deckel 19 fest verbunden. Wesentlich hierbei ist, dass die Lotschicht auf den Bereich der oberen Ränder des Gehäuses 15 begrenzt ist, so dass ein Abfließen des Lotes in den Bereich der Blendenöffnung 23 ausgeschlossen ist.For fixing the lid 19 on the housing 15 becomes the lid 19 on the upper edge of the case 15 placed. Subsequently, the unit thus formed is heated to temperatures of about 300 ° C. By heating, the gold diffuses the Au layer 27 immediately into the heat-melting PbSn solder layer 26 , After cooling, then the housing 15 with the lid 19 firmly connected. It is essential that the solder layer on the area of the upper edges of the housing 15 is limited, allowing a flow of the solder in the area of the aperture 23 is excluded.

11: Optischer Sensoroptical sensor
22: Objektobject
33: SendelichtstrahlenTransmitted light beams
44: Sendertransmitter
55: EmpfangslichtstrahlenReceiving light rays
66: Empfängerreceiver
77: Sensor-GehäuseSensor housing
88th: Auswerteeinheitevaluation
99: Schaltausgangswitching output
10a10a: n-Kontaktn-contact
10b10b: p-Kontaktp-contact
1111: Grundkörperbody
1212: Stegweb
1313: ZoneZone
1414: Reflexionsschichtreflective layer
1515: Gehäusecasing
1616: Kontaktierungcontact
1717: Kontaktpadscontact pads
1818: Leiterplattecircuit board
1919: Deckelcover
2020: Glasscheibepane
2121: Fixierschichtfixing
2222: Blendenschichtaperture layer
2323: Blendenöffnungaperture
2424: CrNi-SchichtCrNi layer
2525: Metallschichtmetal layer
2626: PbSn-LotschichtPbSn solder layer
2727: Au-SchichtAu layer

Claims

Optical sensor having a transmitting light beam emitting transmitter, a receiving light beam receiving receiver and with integrated on at least one printed circuit board electronic components for controlling the transmitter and for evaluating the pending at the output of the receiver receiving signals, wherein the transmitter ( 4 ) and / or the recipient ( 6 ) is at least formed by an optical component, which is provided with an electrically insulating housing ( 15 ) forms a prefabricated construction unit, wherein the at least one optical component on the bottom of the housing ( 15 ) and the, side walls of the insulating housing ( 15 ) optically shield the optical component laterally, and that the assembly has an electrical contact ( 16 ), which is electrically contacted with the at least one optical component and on the underside of the housing ( 15 ) is guided; where partial surfaces of the contacting ( 16 ) at the bottom of the bottom of the housing ( 15 ), so that the assembly by placing the housing on the circuit board ( 18 ) Is electrically contacted with this.

Optical sensor according to claim 1, characterized in that the transmitter ( 4 ) and / or the recipient ( 6 ) from a multiple arrangement of in housings ( 15 ) arranged optical components consists or exist.

Optical sensor according to one of Claims 1 to 2, characterized in that the housing ( 15 ) consists of ceramic.

Optical sensor according to claim 3, characterized in that the housing ( 15 ) has a matched to the cross-sectional area of the optical component rectangular cross-section, wherein the side walls of the housing ( 15 ) are higher than the height of the optical component.

Optical sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the contacting ( 16 ) one through the wall of the housing ( 15 ) has guided metallization.

Optical sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the optical component by means of a flip-chip contact or a bonding wire to the contacting ( 16 ) is connectable.

Optical sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the housing ( 15 ) is introduced for encapsulating the optical component, a translucent potting compound.

Optical sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the top of the housing ( 15 ) with a lid ( 19 ), which has at least one light-transmissive segment through which the transmitted light beams ( 3 ) or the received light beams ( 5 ) are guided.

Optical sensor according to claim 8, characterized in that the lid ( 19 ) a glass sheet ( 20 ), which on the upper edge of the housing ( 15 ) is fixable.

Optical sensor according to one of claims 8 or 9, characterized in that the glass pane ( 20 ) by means of a cement or a joining process at the upper edge of the housing ( 15 ) is fixed.

Optical sensor according to one of claims 8 or 9, characterized in that the glass pane ( 20 ) by means of an adhesive at the upper edge of the housing ( 15 ) is fixed.

Optical sensor according to claim 10, characterized in that that the adhesive is formed by an epoxy adhesive.

Optical sensor according to one of claims 8 or 9, characterized in that the glass pane ( 20 ) by means of a solder on the upper edge of the housing ( 15 ), whereby the housing ( 15 ) with the glass pane fixed thereon ( 20 ) forms a hermetically sealed unit.

Optical sensor according to one of claims 8 to 13, characterized in that the glass pane ( 20 ) has a constant thickness.

Optical sensor according to claim 14, characterized in that the glass pane ( 20 ) is designed plan or curved.

Optical sensor according to one of claims 8 to 13, characterized in that the glass pane ( 20 ) forms a lens element and has an inhomogeneous thickness.

Optical sensor according to one of claims 8 to 16, characterized in that the lid ( 19 ) an aperture with an aperture ( 23 ), through which the transmitted light beams ( 3 ) or the received light beams ( 5 ) are guided.

Optical sensor according to claim 17, characterized in that the diaphragm of an opaque diaphragm layer ( 22 ) formed on the inside of the lid ( 19 ) forming glass pane ( 20 ) is applied.

Optical sensor according to claim 18, characterized in that the glass pane ( 20 ) in the region of its edges a fixing layer ( 21 ) for fixing on the upper edge of the housing ( 15 ) is applied, wherein the diaphragm layer ( 22 ) the inner edge of the fixing layer ( 21 ).

Optical sensor according to one of claims 18 or 19, characterized in that the diaphragm layer ( 22 ) and the fixing layer ( 21 ) by vapor deposition or sputtering on the glass sheet ( 20 ) are applied.

Optical sensor according to claim 20, characterized in that the diaphragm layer ( 22 ) and the fixing layer ( 21 ) are formed as multilayer layers.

Optical sensor according to claim 21, characterized in that the diaphragm layer ( 22 ) and the fixing layer ( 21 ) a common CrNi layer ( 24 ) as an adhesive on the glass plate.

Optical sensor according to one of claims 21 or 22, characterized in that the fixing layer ( 21 ) one with an Au layer ( 27 ) protected PbSn solder layer ( 26 ) having.

Optical sensor according to one of claims 21 to 23, characterized in that the diaphragm layer ( 22 ) at least one metal layer ( 25 ) having.

Optical sensor according to one of claims 1 to 24, characterized in that the transmitter ( 4 ) is formed by an SMD LED.

Optical sensor according to one of claims 1 to 25, characterized in that the receiver ( 6 ) is formed by an SMD photosensor or at least one CCD element or CMOS element.

Optical sensor according to one of claims 1 to 26, characterized in that this as a light barrier, reflection light barrier, Light sensor or distance sensor is formed.