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Technisches Gebiet der Offenbarung
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Die Offenbarung betrifft ein Sensormodul. Das Sensormodul kann Teil eines Smartphones, Tablets oder eines anderen Geräts sein.
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Hintergrund der Offenbarung
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Sensormodule werden beispielsweise in Smartphones, Tablets oder anderen Geräten verwendet. Ein typisches Sensormodul umfasst einen Sensor und zugehörige Elektronik, die auf einem Substrat (z. B. einer PCB) vorgesehen sind. Ein transparenter Körper ist über den Sensor vorgesehen, um ihn vor der Umgebung zu schützen. Eine Linse ist in dem transparenten Körper gebildet, wobei die Linse eine konvexe Linse ist, die dazu konfiguriert ist, Licht zu empfangen und das Licht auf den Sensor zu fokussieren. Ein typisches Sensormodul umfasst eine Abdeckung, die aus einem opaken Material gebildet ist, das über den transparenten Körper vorgesehen und an dem Substrat fixiert ist. Die Abdeckung weist einen Durchlass auf, der sich über der konvexen Linse des transparenten Körpers befindet. Die Abdeckung soll gewährleisten, dass nur Licht, das durch die Linse passiert, auf den Sensor auftrifft.
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Bei einem typischen Herstellungsprozess wird ein Array von Erfassungsmodulen zusammen auf einem Substrat hergestellt. Zum Beispiel kann ein Array von mehr als 100 Erfassungsmodulen auf einem einzigen Substrat hergestellt werden. In der Regel werden die Abdeckungen, die an den Sensormodulen angebracht sind, als ein einziges Teil vorgesehen, das an dem einzigen Substrat angebracht ist. Das einzige Teil weist einen Durchlass für jede Sensormodullinse auf. Da die Durchlässe als ein Array in einem einzigen Teil vorgesehen sind, und aufgrund der Herstellungstoleranzen bei der Herstellung der Abdeckungen und der Sensormodule, ist es möglich zu gewährleisten, dass alle Durchlässe genau auf die Linsen der Sensormodule ausgerichtet sind. Daher ist es erforderlich, die Durchlässe etwas breiter als die Linsen zu machen, um zu gewährleisten, dass alle Durchlässe über ihre jeweiligen Linsen passen. Mit anderen Worten ist der Durchmesser der Durchlässe größer als der Durchmesser der Linsen, um Herstellungstoleranzen Rechnung zu tragen.
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Dass die Durchmesser der Durchlässe größer als die Durchmesser der Linsen sind, ist problematisch, weil dadurch Licht in die Sensormodule und auf die Sensoren passieren kann, ohne die Linsen zu durchlaufen. Dadurch wird die Genauigkeit der Sensoren reduziert. Es kann zum Beispiel so genannte „Geisterziele“ erzeugen, die von den Sensoren zu sehen sind. Im Allgemeinen wird das durch die Sensoren bereitgestellte Signal-Rausch-Verhältnis reduziert.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, das obige Problem anzugehen.
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Kurzdarstellung
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Allgemein schlägt die vorliegende Offenbarung vor, das obige Problem durch Bereitstellung eines opaken Materials auf einem Basisteil eines transparenten Körpers, der eine Linse umgibt, zu lösen. Das opake Material kann als eine Flüssigkeit bereitgestellt sein, die dann zur Bildung eines Feststoffs aushärtet. Die Flüssigkeit kann nach innen fließen, um einen Meniskus an der Linse zu bilden. Die Flüssigkeit kann in einer um die Linse herum bereitgestellten Aussparung bereitgestellt werden. Da die Aussparung die konvexe Linse umgibt und das opake Material in der Aussparung vorgesehen ist, wird das opake Material automatisch auf die konvexe Linse ausgerichtet. Das opake Material kann verhindern, das Licht neben der konvexen Linse und auf den Sensor passiert. Mit anderen Worten kann das opake Material im Wesentlichen verhindern, dass Licht auf den Sensor auftrifft, es sei denn, das Licht ist durch die konvexe Linse passiert. Dies gewährleistet eine verbesserte Leistung des Sensors.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Sensormodul bereitgestellt, das einen Sensor und einen transparenten Körper, der über den Sensor vorgesehen ist, umfasst, wobei der transparente Körper einen Basisteil und eine konvexe Linse, die sich von dem Basisteil nach außen erstreckt und sich über dem Sensor befindet, umfasst, wobei ein opakes Material auf dem Basisteil vorgesehen ist und die konvexe Linse umgibt.
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Vorteilhafterweise bildet das opake Material eine Öffnung, die die konvexe Linse umgibt und automatisch auf die konvexe Linse ausgerichtet wird.
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Das opake Material kann mit der konvexen Linse in Kontakt stehen.
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Das opake Material kann mit einem unteren Teil der konvexen Linse in Kontakt stehen.
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Der Basisteil des transparenten Körpers kann eine im Wesentlichen flache obere Fläche haben.
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Das opake Material kann in einer Aussparung in dem transparenten Körper vorgesehen sein, wobei die Aussparung die konvexe Linse umgibt.
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Ein Innenrand der Aussparung kann einem Außenrand der konvexen Linse entsprechen.
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Die Aussparung kann allgemein kreisförmig sein.
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Die Aussparung kann einen oder mehrere sich nach außen erstreckende Arme aufweisen.
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Die Aussparung kann eine Tiefe von mindestens 50 um aufweisen.
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Das opake Material kann aus einem Material gebildet sein, das flüssig war und zur Bildung eines Feststoffs ausgehärtet wurde.
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Das opake Material kann ein Polymer sein.
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Das Polymer kann bei Wellenlängen im nahen Infrarotbereich opak sein.
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Das Polymer kann unter Verwendung von Licht aushärtbar sein.
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Der transparente Körper kann spritzgepresst oder formgepresst sein.
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Das Sensormodul kann ferner ein Substrat umfassen, das den transparenten Körper stützt. Das Sensormodul kann ferner eine Abdeckung umfassen, die durch das Substrat gestützt wird. Die Abdeckung kann einen Durchlass aufweisen, durch den die konvexe Linse hervorsteht.
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Das opake Material und die Abdeckung können zusammen verhindern, dass Licht auf den Sensor auftrifft, es sei denn, das Licht ist durch die konvexe Linse passiert.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Sensormoduls bereitgestellt, wobei das Verfahren Bereitstellen eines transparenten Körpers über einen Sensor, wobei der transparente Körper eine konvexe Linse umfasst, die sich von einem Basisteil erstreckt, Zuführen von Flüssigkeit zu dem Basisteil, derart, dass die Flüssigkeit die konvexe Linse umgibt, und Aushärten der Flüssigkeit zum Umwandeln der Flüssigkeit in einen opaken Feststoff umfasst.
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Die Flüssigkeit kann opak sein.
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Eine Aussparung, die die konvexe Linse umgibt, kann in dem Basisteil ausgebildet sein. Die Flüssigkeit kann in der Aussparung fließen, um die konvexe Linse zu umgeben.
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Die Flüssigkeit kann einem sich nach außen erstreckenden Arm der Aussparung zugeführt werden.
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Die Flüssigkeit kann eine Viskosität von weniger als 500 Pas aufweisen.
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Die Flüssigkeit kann um die konvexe Linse herum und neben der konvexen Linse zugeführt werden, so dass die Flüssigkeit die konvexe Linse umgibt.
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Die Flüssigkeit kann eine Viskosität von mindestens 200 Pas aufweisen.
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Die Flüssigkeit kann sich nach innen bewegen und einen Meniskus an der konvexen Linse bilden.
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Die Flüssigkeit kann von einer Düse zugeführt werden. Die Düse kann Teil eines Tintenstrahlkopfs bilden.
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Das Sensormodul kann eines mehrerer in einem Array vorgesehener Sensormodule sein.
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Das Verfahren kann ferner Versehen der Sensormodule des Arrays mit Abdeckungen umfassen, wobei die Abdeckungen als ein einziges Teil bereitgestellt werden, das an dem Array der Sensormodule angebracht wird, derart, dass die konvexen Linsen der Sensormodule durch Durchlässe in den Abdeckungen hervorstehen.
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Das Verfahren kann ferner Zerteilen des Arrays von Sensormodulen zur Bildung einzelner Sensormodule umfassen.
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Schließlich verwendet das hier offenbarte Sensormodul einen neuen Ansatz, zumindest insofern, als eine Linse des Sensormoduls von einem opaken Material umgeben ist, das als eine zur Bildung eines Feststoffs ausgehärtete Flüssigkeit bereitgestellt wird.
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Figurenliste
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Einige Ausführungsformen der Offenbarung werden nunmehr rein beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; darin zeigen:
- 1A im Querschnitt einen Teil eines Sensormoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 1B einen Teil des Sensormoduls, von oben betrachtet;
- 2 das Sensormodul, von oben betrachtet, ohne dass eine Abdeckung auf dem Sensormodul vorgesehen ist;
- 3 das Sensormodul, das eine Abdeckung aufweist, von oben betrachtet und im Querschnitt von einer Seite betrachtet;
- 4 schematisch einen Teil eines Verfahrens zur Herstellung des Sensormoduls;
- 5 im Querschnitt einen Teil eines Sensormoduls gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung; und
- 6 das Sensormodul von 5, von oben betrachtet, ohne dass eine Abdeckung auf dem Sensormodul vorgesehen ist.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Allgemein gesagt stellt die Offenbarung ein Sensormodul mit einem transparenten Körper bereit, der eine konvexe Linse aufweist, und mit einem opaken Material, das um die konvexe Linse herum vorgesehen ist.
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Einige Beispiele der Lösung werden in den beigefügten Figuren gegeben.
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1A zeigt im Querschnitt einen Teil eines Sensormoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1B zeigt einen Teil des gleichen Sensormoduls, von oben betrachtet. Eine Linie A-A zeigt den Querschnitt, der in 1A dargestellt ist.
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Das Sensormodul 2 umfasst einen Sensor 4 und zugehörige Elektronik 6. Der Sensor 4 und die Elektronik können in Form einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) vorliegen. Der Sensor und die Elektronik werden durch ein Substrat 8 gestützt, das zum Beispiel eine Leiterplatte (PCB) sein kann. Die elektrische Verbindung zwischen der Elektronik 6 und dem Substrat 8 kann zum Beispiel durch Lot und/oder Drähte (nicht gezeigt) bereitgestellt werden. Andere Elemente, wie zum Beispiel eine Lötmaske, Kupferschichten usw., können vorhanden sein, sind hier aber weggelassen, da sie für die Erfindung nicht relevant sind.
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Es ist ein transparenter Körper 10 über den Sensor 4 und mindestens einen Teil der Elektronik 6 vorgesehen. Der transparente Körper 10 kann zum Beispiel aus einem Polymer, wie zum Beispiel Harz oder Kunststoff, gebildet sein. Der transparente Körper kann zum Beispiel durch Positionieren einer Form über den Sensor 4 und die Elektronik 6, Füllen der Form mit Epoxidharz oder irgendeiner anderen transparenten Flüssigkeit und dann Aushärten der Flüssigkeit gebildet werden. Das Aushärten kann zum Beispiel unter Verwendung von UV-Licht durchgeführt werden. Wenn das Material ausgehärtet ist und sich daher verfestigt hat, wird die Form entfernt. Ein oder mehrere Ränder des transparenten Körpers 10 können das Substrat 8 berühren.
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Unter Bezugnahme auf die 1A und 1B in Kombination, ist zu sehen, dass der transparente Körper 10 einen Basisteil 11 und eine konvexe Linse, die sich von dem Basisteil erstreckt, umfasst. Die konvexe Linse 12 befindet sich über dem Sensor 4 (der Kürze halber kann diese als Linse 12 bezeichnet werden). Eine Aussparung 14 ist in dem transparenten Körper 10 (in dem Basisteil 11, der die konvexe Linse 12 umgibt) gebildet. Die Linse 12 ist bei Betrachtung von oben kreisförmig, und folglich weist die Aussparung 14 einen Innenrand 16 auf, der bei Betrachtung von oben auch kreisförmig ist. Allgemein entspricht der Innenrand 16 der Aussparung 14 einem Außenrand der Linse 12. Mit anderen Worten bildet ein Innenrand 16 der Aussparung 14 einen unteren Teil der Linse 12. Der Innenrand 16 ist nach außen abgewinkelt. Dies gestattet vorteilhafterweise, dass die Aussparung 14 in dem transparenten Körper 10 hergestellt wird, wenn der transparente Körper unter Verwendung eines Formprozesses gebildet wird (die Neigung gestattet ein leichtes Entnehmen des transparenten Körpers aus der Form).
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Die Aussparung 14 weist einen Außenrand 18 auf. Der Außenrand 18 kann (wie dargestellt) allgemein kreisförmig sein, und somit kann die Aussparung 14 allgemein kreisförmig sein. Bei anderen Ausführungsformen kann der Außenrand 18 der Aussparung 14 jedoch eine andere Form haben. Der Außenrand 18 ist nach außen abgewinkelt. Dies gestattet vorteilhafterweise ein leichtes Entnehmen des transparenten Körpers 10 aus der Form.
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Die Aussparung weist eine flache Bodenfläche 19 auf. Bei anderen Anordnungen kann die Aussparung eine anders geformte Bodenfläche (z. B. eine konkave Bodenfläche) aufweisen. Eine flache Bodenfläche lässt sich möglicherweise unter Verwendung herkömmlicher Werkzeuge am leichtesten in der Form bilden. Es können jedoch auch anders geformte Bodenflächen verwendet werden. Die Form des Bodens der Aussparung ist nicht wichtig, vorausgesetzt, die in der Aussparung gebildete Schicht ist bei den betreffenden Wellenlängen opak.
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Die Aussparung kann zum Beispiel eine Tiefe von ungefähr 100 Mikrometer haben. Zum Beispiel kann die Aussparung eine Tiefe von mindestens 50 Mikrometer haben. Wenn die Aussparung eine Tiefe von weniger als 50 Mikrometer hat, dann ist möglicherweise keine ausreichende Dicke eines opaken Materials vorhanden, um eine gewisse Lichtübertragung durch das in der Aussparung vorgesehene opake Material zu verhindern. Eine maximale Tiefe der Aussparung kann durch die Höhe von Drahtbonds (nicht gezeigt) bestimmt werden, die mit dem Sensor 4 verbunden sind (die Aussparung sollte die Drahtbonds nicht freilegen).
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Die Aussparung weist einen ersten und zweiten Arm 20, 22 auf, die von dem Rest der Aussparung (der allgemein kreisförmig sein kann) nach außen hervorstehen. Wie weiter unten erläutert wird, gestatten diese Arme 20, 22 eine leichte Zufuhr von opaker Flüssigkeit in die Aussparung 14. Bei einigen Ausführungsformen können die Arme jedoch weggelassen sein.
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Ein opakes Material 24 ist in der Aussparung 14 vorgesehen. Wie weiter unten erläutert wird, wird das opake Material 24 der Aussparung 14 als eine Flüssigkeit zugeführt. Die Flüssigkeit fließt um die Aussparung herum, so dass die Flüssigkeit die Linse 12 umgibt. Das opake Material wird dann verfestigt, z. B. aufgrund von Aushärtung, und bildet eine feste opake Schicht in der Aussparung 14. Das opake Material 24 verhindert, das Licht durch Teile des transparenten Körpers 10, die die Linse 12 umgeben, passiert und dann auf den Sensor 4 auftrifft. Mit anderen Worten verhindert das opake Material 24 in der Aussparung 14 (zusammen mit einer Abdeckung) im Wesentlichen, dass Licht auf den Sensor 4 auftrifft, es sei denn, das Licht ist durch die Linse 12 passiert. Dadurch wird vorteilhafterweise das durch den Sensor 4 bereitgestellte Signal-Rausch-Verhältnis verbessert. Es kann die Leistung des Sensors 4 in hellen Umgebungen verbessern und/oder den Erfassungsbereich des Sensors verbessern.
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Bei einer Ausführungsform ist das Sensormodul 2 ein Näherungssensormodul, das dazu konfiguriert ist, den Abstand von dem Sensor 4 zu einem Objekt zu bestimmen. Ein Emitter (siehe 2) emittiert Licht, z. B. Infrarotlicht, und der Sensor 4 detektiert Licht, das von Objekten in der Nähe des Sensormoduls 2 reflektiert wird. Ausführungsformen der Erfindung können die Genauigkeit der durch das Näherungssensormodul bereitgestellten Messungen erhöhen. Zum Beispiel kann auf den Sensor 4 auftreffendes Umgebungslicht reduziert werden, wodurch eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses bereitgestellt wird. Dies kann wiederum den Bereich, über den der Sensor eine genaue Abstandsmessung bereitstellt, vergrößern.
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Ein anderer durch die Offenbarung bereitgestellter Vorteil besteht darin, dass die Größe der Linse reduziert werden kann. Würde die Offenbarung nicht verwendet werden, dann könnte eine größere Linse verwendet werden, um zu verhindern, das Licht die Linse umgeht und auf den Sensor auftrifft. Diese würde jedoch eine längere Brennweite haben und einen geringeren Wirkungsgrad bereitstellen. Ausführungsformen der Offenbarung gestatten die Verwendung einer kleineren Linse mit einem höheren Wirkungsgrad.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann der Sensor 4 ein Umgebungslichtsensor sein. Umgebungslichtsensoren können dazu verwendet werden, die Helligkeit von Umgebungslicht zu bestimmen, um die Stärke zu bestimmen, mit der Licht von einem Anzeigebildschirm eines Smartphones, Tablets oder anderen Geräts emittiert wird. In solch einem Fall erfasst die konvexe Linse 12 Umgebungslicht über einen Bereich von Winkeln und leitet das Licht auf den Sensor 4.Ausführungsformen der Erfindung gewährleistet vorteilhafterweise, was nur Licht, das durch die konvexe Linse 12 passiert ist, auf den Sensor 4 auftrifft. Dadurch wird vermieden, dass Licht von einer Lichtquelle direkt durch den transparenten Körper 10 passiert, ohne durch die Linse 12 zu passieren, und eine Ungenauigkeit in die Ausgabe aus dem Umgebungslichtsensor eingeführt wird (ein solches Licht würde eine unverhältnismäßige Auswirkung auf die gemessene Umgebungslichthelligkeit haben).
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2 zeigt das gesamte Sensormodul 2 von oben betrachtet. Der Teil des Sensormoduls, der in 1 gezeigt wird, ist durch den Kreis B eingekreist. Wie zu sehen ist, weist das Substrat 8 eine allgemein rechteckige Form auf, und der transparente Körper 10 bedeckt nur einen Teil davon. Ränder des transparenten Körpers 10 erreichen nicht den Rand des Substrats 8. Infolgedessen gibt es eine Umrandung 30, die sich um den Umfang des transparenten Körpers 10 erstreckt.
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Ein zweiter transparenter Körper 32 befindet sich neben dem transparenten Körper 10 (der als der erste transparente Körper 10 bezeichnet werden kann). Der zweite transparente Körper 32 kann zum Beispiel einen Emitter (nicht gezeigt), wie zum Beispiel einen oberflächenemittierenden Laser mit vertikaler Kavität (VCSEL) oder eine Leuchtdiode (LED), bedecken. Wieder erstreckt sich eine Umrandung 34 des Substrats 8 um den zweiten transparenten Körper 32 herum. Die Umrandungen 30, 34 treffen sich zwischen dem ersten transparenten Körper 10 und dem zweiten transparenten Körper 32 unter Bildung einer kombinierten Umrandung 33.
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3A zeigt das Sensormodul 2, von oben betrachtet, das nun eine Abdeckung 40 aufweist, die über den ersten und zweiten transparenten Körper 10, 32 platziert ist. 3B zeigt das Sensormodul 2 und die Abdeckung 40 im Querschnitt, von einer Seite betrachtet. Die Aussparung 14 ist in den 3A und 3B gezeigt, ohne dass das opake Material vorhanden ist, damit Aussparungsmerkmale leichter zu sehen sind. In der Praxis ist das opake Material vorhanden, bevor die Abdeckung 40 angebracht wird. Seiten der Abdeckung 40 erstrecken sich über Seiten des transparenten Körpers und berühren das Substrat 8 an den Umrandungen 30, 34. Die Abdeckung 40 kann an dem Substrat 8 fixiert sein. Die Abdeckung ist aus einem opaken Material (z. B. einem Polymer wie beispielsweise Kunststoff, Harz oder Flüssigkristallpolymer) gebildet und weist einen ersten Durchlass 42 und einen zweiten Durchlass 44 auf. Der erste Durchlass 42 befindet sich über der Linse 12. Der zweite Durchlass 44 befindet sich über einem Emitter 48.
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Die Abdeckung 40 weist einen mittleren Teil 49 auf, der sich zwischen dem ersten transparenten Körper 10 und dem zweiten transparenten Körper 32 erstreckt. Der mittlere Teil 49 der Abdeckung 40 verhindert, dass Licht direkt von dem Emitter 48 zu dem Sensor 4 läuft.
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Da die Abdeckung 40 aus einem opaken Material gebildet ist, kann Licht nicht durch die Abdeckung passieren und auf den Sensor 4 des Sensormoduls auftreffen. Nur Licht, das durch den ersten Durchlass 42 passiert, kann auf den Sensor 4 auftreffen. Wie zu sehen ist, ist der Durchlass 42 wesentlich größer als die Linse 12. Dies stellt vorteilhafterweise eine gewisse Toleranz bei der Positionierung der Abdeckung 40 bereit, so dass die Abdeckung 40 immer noch an dem Sensormodul 2 angebracht werden kann, selbst wenn es eine gewisse Fehlausrichtung der Abdeckung bezüglich des ersten transparenten Körpers 10 gibt.
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Der erste Durchlass 42 verjüngt sich von einem Außenrand 46 nach innen zu einem Innenrand 48. Der Umfang des Innenrands 48 bestimmt den Bereich, über den Licht auf die Linse 12 und andere Teile des transparenten Körpers 10 auftrifft. Wie zu sehen ist, füllt die Aussparung 14 (die in der Praxis mit einem opaken Material gefüllt ist) fast den gesamten Bereich des ersten Durchlasses 42, der sich radial außerhalb der Linse 12 befindet. Somit verhindert das opake Material, das Licht, das ansonsten durch den transparenten Körper 10 auf den Sensor 4 passiert wäre, dies. wie weiter oben erläutert wurde, wird dadurch die Leistung des Sensors verbessert.
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Wie in 3A zu sehen ist, gibt es kleine Bereiche 50, die sich außerhalb des Umfangs des opaken Materials 24 befinden, aber die durch den ersten Durchlass 42 zu sehen sind. Diese Bereiche 50 befinden sich ausreichend weit von einem Außenrand des Sensors 4 weg, so dass Licht, das durch die Bereiche in den transparenten Körper 10 eintritt, nicht auf den Sensor auftrifft. In einigen Fällen kann eine geringe Lichtmenge durch solch einen Bereich 50 passieren und auf den Sensor 4 auftreffen. Die Stärke des Lichts ist jedoch so gering, dass es keine signifikante Auswirkung auf die Ausgabe aus dem Sensor 4 hat.
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4 zeigt schematisch das Zuführen von opaker Flüssigkeit in die Aussparung 14 des ersten transparenten Körpers. Wie in 4 zu sehen ist, ist eine Düse 60 an einem distalen Ende des ersten Arms 20 der Aussparung 14 positioniert. Opake Flüssigkeit wird dem ersten Arm 20 der Aussparung 14 aus der Düse 60 zugeführt. Die zugeführte Flüssigkeit fließt um den Teil der Aussparung 14 herum, der die Linse 12 umgibt, und fließt in den zweiten Arm 22. Die Düse 60 bildet einen Teil eines Tintenstrahlkopfs 62 und befindet sich an einer untersten Fläche des Tintenstrahlkopfs. Der Tintenstrahlkopf 62 wird als einen leerer Kasten, der durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, gezeigt, so dass die Düse 60 und Elemente unter dem Tintenstrahlkopf zu sehen sind. Obgleich die opake Flüssigkeit dem ersten Arm 20 in 4 zugeführt wird, könnte sie auch dem zweiten Arm 22 zugeführt werden.
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Die opake Flüssigkeit kann eine beliebige aushärtbare opake Flüssigkeit, zum Beispiel Epoxidharz, das Ruß enthält, (oder irgendeine andere Flüssigkeit, die Ruß enthält) sein. Es kann ein beliebiges Monomer, das zur nicht reversiblen Bildung eines Polymers ausgehärtet werden kann, verwendet werden. Das Aushärten kann zum Beispiel durch Ultraviolettstrahlung durchgeführt werden. Dabei besteht ein Vorteil darin, dass das Aushärten sehr schnell (z. B. in weniger als 10 Sekunden) erreicht wird. Ein alternatives Aushärtungsverfahren verwendet Wärme, aber dies kann mehr Zeit benötigen (z. B. in der Regel eine Stunde oder mehr). Aushärtung unter Verwendung von Wärme könnte in einigen Fällen eine Beschädigung des Sensors oder der Elektronik des Sensormoduls verursachen. Die opake Flüssigkeit kann als aushärtbare Tinte bezeichnet werden.
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Der erste transparente Körper 10 kann unter Verwendung von Spritzpressen gebildet sein. Spritzpressen ist dann am effektivsten, wenn es zur Bildung einer symmetrischen Form verwendet wird. Dies ist ein Grund dafür, warum die Aussparung 14 mit zwei Armen 20, 22 versehen ist, obgleich nur einer der Arme die opake Flüssigkeit empfängt. Bei anderen Ausführungsformen kann ein einziger Arm vorgesehen sein. Es können mehr als zwei Arme vorgesehen sein (es kann eine gerade Anzahl von Armen vorgesehen sein). Andere Verfahren, wie zum Beispiel Formpressen, können verwendet werden, um den transparenten Körper 10 zu bilden, es kann Spritzgießen verwendet werden.
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Der zweite transparente Körper 32 kann auch unter Verwendung von Spritzgießen gebildet werden. Der erste und zweite Körper 10, 32 können unter Verwendung des gleichen Prozesses gebildet werden. Sie können als getrennte Körper gebildet werden, oder sie können als ein einziger Körper gebildet werden, der dann (z. B. unter Verwendung eines Sägeprozesses) in zwei Körper getrennt wird.
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Es entstehen mehrere Vorteile aus der Zufuhr der opaken Flüssigkeit an einem Arm 20 (oder 22) der Aussparung 14. Wären die Arme 20, 22 nicht vorhanden und würde die opake Flüssigkeit stattdessen direkt einem Teil der Aussparung, der sich neben der Linse 12 befindet, zugeführt werden, dann kann eine Positionierung mit höherer Genauigkeit beim Einspritzen der Flüssigkeit erforderlich sein. Dadurch soll die Gefahr minimiert werden, dass Flüssigkeit versehentlich auf die Linse gespritzt wird. Dies würde einen dunklen Bereich auf der Linse verursachen und würde die Leistung des Sensors 4 beeinträchtigen. Ein weiterer Vorteil der Zufuhr über einen Arm 20 (oder 22) besteht darin, dass die opake Flüssigkeit gleichmäßig um die Linse 12 herum fließt, ohne dass es zu einem signifikanten asymmetrischen Fluss kommt. Es kann zu einem asymmetrischen Fluss kommen, wenn die opake Flüssigkeit direkt neben der Linse eingespritzt werden würde. Durch das Vermeiden eines asymmetrischen Flusses kann die Vermeidung von Blasenbildung in der opaken Flüssigkeit unterstützt werden. Das Vorhandensein eines zweiten Arms kann für die Zufuhr der opaken Flüssigkeit günstig sein, da er als ein Überlaufreservoir wirken kann.
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Wie gezeigt ist, ist die Düse 60 Teil eines Tintenstrahlkopfs 62. Ein durch die Arme 20, 22 bereitgestellter weiterer Vorteil besteht darin, dass es leichter ist, den Tintenstrahlkopf zu dem Ende eines Arms 20 (oder 22) zu bewegen, als es ist, den Tintenstrahlkopf zu einer Position näher an der Linse 12 zu bewegen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Düse des Tintenstrahlkopfs nicht an einem Ende des Gehäuses des Tintenstrahlkopfs vorgesehen ist (z. B. wie gezeigt ist), weil bei solch einer Anordnung das Gehäuse des Tintenstrahlkopfs mit der Linse 12 kollidieren kann, bevor sich die Düse 60 in einer gewünschten Position über dem Teil der Aussparung 14 befindet, der die Linse umgibt. Darüber hinaus erfordert das Bewegen des Tintenstrahlkopfs 62 zu dem Ende eines Arms 20 (oder 22) eine kleinere Bewegung als das Bewegen zu einer sich näher an der Linse 12 befindenden Position. Diese kleinere Bewegung kann einen schnelleren Betrieb des Tintenstrahlkopfs 62 (oder allgemeiner einen schnelleren Betrieb der Düse) gestatten.
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Es kann ein einziger Tintenstrahlkopf 62 zum Füllen einer einzigen Aussparung 14 verwendet werden. Bei einer Ausführungsform können mehrere Tintenstrahlköpfe verwendet werden, um mehrere Aussparungen (für getrennte Sensoren) zu füllen, die alle parallel auf dem gleichen Substrat gehalten werden. Dies kann die Produktionsgeschwindigkeit erhöhen.
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Die Viskosität der opaken Flüssigkeit wird so ausgewählt, dass sie gering genug ist, so dass sie vollständig um die Linse 12 herum fließt. Dadurch wird das Erfordernis vermieden, dass die Düse zum Beispiel die opake Flüssigkeit direkt zu allen Stellen liefern muss, an denen die opake Flüssigkeit erforderlich ist (was der Fall sein würde, wenn eine Flüssigkeit mit einer höheren Viskosität, die nicht fließen würde, verwendet werden würde). Dies ist von Vorteil, weil das Erfordernis, dass die Düse die Linse umfährt, schwer zu erreichen sein würde und auch zeitaufwändig sein würde. Die Viskosität der opaken Flüssigkeit kann zum Beispiel 4 Pas betragen. Eine Viskosität von 3 Pas oder mehr wäre erforderlich, um die Verwendung herkömmlicher Werkzeuge zu gestatten. Es kann eine höhere Viskosität (z. B. bis zu 500 verwendet werden, aber je höher die Viskosität, desto länger braucht die opake Flüssigkeit dazu, die Linse 12 zu umgeben, wodurch der Produktionsdurchsatz reduziert wird.
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Eine alternative Ausführungsform der Offenbarung wird in den 5 und 6 gezeigt. Viele Merkmale dieser Ausführungsform entsprechen der oben beschriebenen und in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform. Angesichts dessen werden diese Merkmale in Verbindung mit dieser Ausführungsform möglicherweise nicht vollständig beschrieben. Bei dieser Ausführungsform umfasst ein Sensormodul 102 einen Sensor 104 und zugehörige Elektronik 106 (die ein ASIC sein können), die durch ein Substrat 108 (das eine PCB sein kann) gestützt werden. Elektronische Verbindungen können wie weiter oben beschrieben vorgesehen sein.
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Ein transparenter Körper 110 wird über den Sensor 104 und mindestens einen Teil der Elektronik 106 bereitgestellt. Der transparente Körper 110 kann zum Beispiel aus einem Polymer, wie zum Beispiel Harz oder Kunststoff (wie weiter oben beschrieben), gebildet sein. Ein oder mehrere Ränder des transparenten Körpers 110 können das Substrat 108 berühren.
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Der transparente Körper 110 umfasst einen Basisteil 111 und eine konvexe Linse 112, wobei sich die konvexe Linse von dem Basisteil nach außen erstreckt und sich über dem Sensor 104 befindet. Der Kürze halber kann die konvexe Linse 112 als Linse 112 bezeichnet werden. Bei dieser Ausführungsform ist der Basisteil 111 nicht mit einer Aussparung versehen. Der Basisteil 111 weist eine flache obere Fläche auf. Ein opakes Material 124 ist auf dem Basisteil 111 vorgesehen und umgibt die Linse 112. Wie weiter unten erläutert wird, wird das opake Material 124 als eine Flüssigkeit auf den Basisteil 111 zugeführt. Die Flüssigkeit wird um die Linse 112 herum zugeführt, so dass die Flüssigkeit mit der Linse in Kontakt ist. Dann verfestigt sich die Flüssigkeit, z. B. aufgrund von Aushärtung, und bildet eine feste opake Schicht, die die Linse 112 umgibt. Diese Schicht aus opakem Material 124 verhindert, das Licht durch Teile des transparenten Körpers 110 passiert, die die Linse 112 umgeben, und dann auf den Sensor 104 auftrifft. Mit anderen Worten verhindert das opake Material 124 im Wesentlichen, das Licht auf den Sensor 104 auftrifft, es sei denn, das Licht ist durch die Linse 12 passiert. Dadurch wird vorteilhafterweise das durch den Sensor 104 bereitgestellte Signal-Rausch-Verhältnis verbessert. Es kann die Leistung des Sensors 104 in hellen Umgebungen verbessern und/oder den Erfassungsbereich des Sensors verbessern.
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Die Schicht aus opakem Material 124 kann ausreichend dick sein, so dass im Wesentlichen kein Licht dort hindurch passiert. Die Schicht aus opakem Material 124 kann zum Beispiel eine Dicke von weniger als 1 Mikrometer, z. B. mindestens 10 Mikrometer, haben.
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Die opake Flüssigkeit kann eine beliebige aushärtbare opake Flüssigkeit, zum Beispiel Epoxidharz, das Ruß enthält, (oder irgendeine andere Flüssigkeit, die Ruß enthält) sein. Es kann ein beliebiges Monomer, das zur nicht reversiblen Bildung eines Polymers ausgehärtet werden kann, verwendet werden. Das Aushärten kann zum Beispiel durch Ultraviolettstrahlung durchgeführt werden. Dabei besteht ein Vorteil darin, dass das Aushärten sehr schnell (z. B. in weniger als 10 Sekunden) erreicht wird. Ein alternatives Aushärtungsverfahren verwendet Wärme, aber dies kann mehr Zeit benötigen (z. B. in der Regel eine Stunde oder mehr). Aushärtung unter Verwendung von Wärme könnte in einigen Fällen eine Beschädigung des Sensors oder der Elektronik des Sensormoduls verursachen. Die opake Flüssigkeit kann als aushärtbare Tinte bezeichnet werden.
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Eine Untergrenze der Viskosität der opaken Flüssigkeit kann basierend darauf ausgewählt werden, dass die opake Flüssigkeit eine ausreichende Dicke auf der Basis 110 haben soll, um einfallendes Licht zu blockieren. Eine Obergrenze der Viskosität der opaken Flüssigkeit kann basierend darauf ausgewählt werden, dass die opake Flüssigkeit an der Linse 112 benetzend sein soll (z. B. einen Meniskus an der Linse bilden soll). Wenn die opake Flüssigkeit nicht an der Linse 112 benetzt, dann bildet die opake Flüssigkeit keine Öffnung, die automatisch auf die Linse ausgerichtet ist. Die Viskosität der opaken Flüssigkeit kann zum Beispiel 3 Pas oder mehr betragen. Die Viskosität der opaken Flüssigkeit kann zum Beispiel bis zu 500 Pas betragen. Die Viskosität der opaken Flüssigkeit kann zum Beispiel mindestens 100 Pas betragen und kann zum Beispiel nicht mehr als 300 Pas sein (z. B. einen Wert von etwa 200 Pas haben).
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Die opake Flüssigkeit kann der Basis 110 unter Verwendung eines Einspritzverfahrens zugeführt werden. Zum Beispiel kann die opake Flüssigkeit aus einer Düse zugeführt werden, die Teil eines Tintenstrahlkopfs sein kann. Bei einer Anordnung kann die Düse die Form eines Rohrs haben, das sich von einem Kopf nach unten erstreckt. Bei solch einer Anordnung kann der Kopf in einem Kreis bewegt werden, damit das Rohr die Linse 112 umfahren kann. Dies kann ohne Drehung des Kopfs erfolgen. In einem anderen Beispiel kann die Düse an einem Ende eines Kopfs (wie z. B. in 4 gezeigt) vorgesehen sein. In solch einem Beispiel kann der Kopf gedreht werden, während er die Linse 112 umfährt, so dass die Düse immer zu der Linse 112 zeigt.
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Die opake Flüssigkeit kann der Basis 110 neben der Linse 112 zugeführt werden. Wenn dies der Fall ist, kann die opake Flüssigkeit natürlich nach innen zu der Linse 112 fließen und einen Meniskus 115 an der Linse bilden. Da die Höhe des Meniskus durch Oberflächenspannung der opaken Flüssigkeit bestimmt wird und nicht dadurch, wo die Flüssigkeit der Basis 110 zugeführt wurde, kann dies vorteilhafterweise die opake Flüssigkeit an der Stelle, wo sie auf die Linse trifft, mit einer allgemein einheitlichen Höhe um die Linse 112 herum versehen. Dies bedeutet, dass eine (nach dem Aushärten der Flüssigkeit) durch das opake Material gebildete Öffnung eine wünschenswerte Kreisform aufweist. Die Öffnung wird durch den Einwärtsfluss der Flüssigkeit natürlich gebildet.
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Obgleich die opake Flüssigkeit (und das opake Material 124 nach dem Aushärten) mit der Linse 112 in Kontakt stehen, bleibt der Großteil der Linse unbedeckt. Das heißt, die opake Flüssigkeit bedeckt nur einen kleineren Teil der Linse 112. Man kann sagen, dass die opake Flüssigkeit mit einem unteren Teil der Linse 112 in Kontakt steht. Der untere Teil der Linse kann als ein Teil der Linse 112 betrachtet werden, der sich über weniger als die halbe Höhe der Linse, d. h. weniger als ein Viertel der Höhe der Linse, erstreckt.
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Ein einziger Tintenstrahlkopf kann dazu verwendet werden, opake Flüssigkeit um eine einzige Linse 112 herum bereitzustellen. Bei einer Ausführungsform können mehrere Tintenstrahlköpfe verwendet werden, um opake Flüssigkeit um mehrere Linsen (für getrennte Sensoren), die parallel auf dem gleichen Substrat gehalten werden, bereitzustellen. Dies kann die Produktionsgeschwindigkeit erhöhen.
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Die opake Flüssigkeit kann eine beliebige aushärtbare opake Flüssigkeit, zum Beispiel Epoxidharz, das Ruß enthält, (oder irgendeine andere Flüssigkeit, die Ruß enthält) sein. Es kann ein beliebiges Monomer, das zur nicht reversiblen Bildung eines Polymers ausgehärtet werden kann, verwendet werden. Das Aushärten kann zum Beispiel durch Ultraviolettstrahlung durchgeführt werden. Dabei besteht ein Vorteil darin, dass das Aushärten sehr schnell (z. B. in weniger als 10 Sekunden) erreicht wird. Ein alternatives Aushärtungsverfahren verwendet Wärme, aber dies kann mehr Zeit benötigen (z. B. in der Regel eine Stunde oder mehr). Aushärtung unter Verwendung von Wärme könnte in einigen Fällen eine Beschädigung des Sensors oder der Elektronik des Sensormoduls verursachen. Die opake Flüssigkeit kann als aushärtbare Tinte bezeichnet werden.
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6 zeigt das gesamte Sensormodul 102 von oben betrachtet. Wie bei der ersten Ausführungsform weist das Substrat 108 eine allgemein rechteckige Form auf, und der transparente Körper 110 bedeckt nur einen Teil davon. Ränder des transparenten Körpers 110 erreichen nicht den Rand des Substrats 108. Infolgedessen gibt es (wie bei der ersten Ausführungsform) eine Umrandung 130, die sich um den Umfang des transparenten Körpers 110 erstreckt.
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Ein zweiter transparenter Körper 132 befindet sich neben dem transparenten Körper 110 (der als der erste transparente Körper 110 bezeichnet werden kann). Der zweite transparente Körper 132 kann zum Beispiel einen Emitter (nicht gezeigt), wie zum Beispiel einen oberflächenemittierenden Laser mit vertikaler Kavität (VCSEL) oder eine Leuchtdiode (LED), bedecken. Wieder erstreckt sich eine Umrandung 134 des Substrats 108 um den zweiten transparenten Körper 132 herum. Die Umrandungen 130, 134 treffen sich zwischen dem ersten transparenten Körper 110 und dem zweiten transparenten Körper 132 unter Bildung einer kombinierten Umrandung 133. Wie bei der ersten Ausführungsform kann eine opake Abdeckung (nicht gezeigt) über den ersten und zweiten transparenten Körper 110, 132 platziert sein. Die opake Abdeckung kann der in den 3A und 3B gezeigten opaken Abdeckung 40 entsprechen.
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Andere Merkmale und Vorteile der ersten Ausführungsform können auch für die zweite Ausführungsform gelten.
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Es sind Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit Näherungssensoren und Umgebungslichtsensoren beschrieben worden. Ausführungsformen der Erfindung können jedoch in Verbindung mit einem beliebigen optischen Sensor verwendet werden.
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Der Sensor 4 kann ein Detektor-Array oder ein einzelner Detektor (z. B. eine Fotodiode) sein. In einem Beispiel beträgt der Durchmesser der Linse 12 etwa 600 Mikrometer, und ein Detektor-Array beträgt etwa 400 x 400 Mikrometer. Allgemein kann der Durchmesser der Linse größer als eine Länge eines Detektor-Arrays sein.
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Es kann eine beliebige wärmeaushärtbare oder UV-aushärtbare opake Flüssigkeit (die als schwarze Tinte bezeichnet werden kann) als das opake Material 44 verwendet werden. Die Flüssigkeit sollte bei betreffenden Wellenlängen (d. h. Wellenlängen, die von dem Sensor 4 detektiert werden sollen,) opak sein. Betreffende Wellenlängen können im nahen Infrarotbereich liegen (z. B. bei -850-950 nm). Die Flüssigkeit kann Infrarotlicht absorbieren oder es reflektieren.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie eine Verbesserung der Leistung des Sensors bereitstellt, während sie gleichzeitig immer noch eine Massenfertigung des Sensormoduls in Chargen gestattet. Das heißt, ein als ein einziges Teil gebildetes Array von Abdeckungen 40 kann in einem einzigen Arbeitsgang über einem Array von Sensormodulen 2 angebracht werden (sie können anschließend zerteilt werden, um sie zu trennen). Dies ist effizienter als das individuelle Anbringen eine Abdeckung auf jedes Sensormodul. Das individuelle Anbringen von Abdeckungen auf Sensormodulen wäre erforderlich, wenn der Durchlass der Abdeckung größenmäßig genau auf die konvexe Linse abgestimmt wäre (die alternative Art und Weise der Verbesserung der Leistung des Sensors).
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Der Sensor 4 kann dazu konfiguriert sein, Infrarotlicht zu detektieren. Wenn dies der Fall ist, ist das opake Material 24 für Infrarotlicht opak. Allgemein sollte das opake Material für die Wellenlänge oder die Wellenlängen opak sein, die durch den Sensor 4 detektiert wird bzw. werden.
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Obgleich das gezeigte Sensormodul einen Emitter aufweisen kann, kann das Sensormodul bei anderen Ausführungsformen ohne einen Emitter bereitgestellt werden (z. B., wenn das Sensormodul zum Detektieren von Umgebungslicht bestimmt ist).
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wird die Düse bezüglich des Sensormoduls bewegt. Bei anderen Ausführungsformen kann das Sensormodul jedoch bezüglich der Düse bewegt werden. Das gleiche gilt für mehrere Düsen und Sensormodule, die als ein Array bereitgestellt werden.
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Für den Fachmann liegt auf der Hand, dass in der vorhergehenden Beschreibung und in den angehängten Ansprüchen Positionsbezeichnungen wie „über“, „Seite“, „seitlich“ usw. unter Bezugnahme auf konzeptionelle Darstellungen verwendet werden, wie etwa jene, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Diese Begriffe werden zur Erleichterung der Bezugnahme verwendet, sollen aber nicht einschränkend sein. Diese Begriffe sind daher so zu verstehen, dass sie sich auf ein Objekt beziehen, wenn es sich in einer Ausrichtung befindet, wie sie in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist.
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Obgleich die Offenbarung hinsichtlich bestimmter Ausführungsformen, wie vorstehend dargelegt, beschrieben wurde, versteht es sich, dass diese Ausführungsformen nur veranschaulichend sind und dass die Ansprüche nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt sind. Der Fachmann wird im Hinblick auf die Offenbarung in der Lage sein, Modifikationen und Alternativen vorzunehmen, die als in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallend angesehen werden. Jedes in der vorliegenden Beschreibung offenbarte oder veranschaulichte Merkmal kann in beliebige Ausführungsformen aufgenommen werden, ob allein oder in einer beliebigen geeigneten Kombination mit einem beliebigen anderen hierin offenbarten oder veranschaulichten Merkmal.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Sensormodul
- 4
- Sensor
- 6
- Elektronik
- 8
- Substrate
- 10
- Transparenter Körper
- 11
- Basisteil
- 12
- Konvexe Linse
- 14
- Aussparung
- 16
- Innenrand von Aussparung
- 18
- Außenrand von Aussparung
- 19
- Untere Fläche von Aussparung
- 20
- Erster Arm von Aussparung
- 22
- Zweiter Arm von Aussparung
- 24
- Opakes Material
- 30
- Umrandung
- 32
- Zweiter transparenter Körper
- 33
- Kombinierte Umrandung
- 34
- Umrandung
- 40
- Abdeckung
- 42
- Erster Durchlass von Abdeckung
- 44
- Zweiter Durchlass von Abdeckung
- 46
- Außenrand von erstem Durchlass
- 48
- Innenrand von erstem Durchlass
- 50
- Sichtbarer Bereich außerhalb des Umfangs von opakem Material
- 60
- Düse
- 102
- Sensormodul
- 104
- Sensor
- 106
- Elektronik
- 108
- Substrate
- 110
- Transparenter Körper
- 111
- Basisteil
- 112
- Konvexe Linse
- 115
- Meniskus von opakem Material
- 124
- Opakes Material
- 130
- Umrandung
- 132
- Zweiter transparenter Körper
- 133
- Kombinierte Umrandung
- 134
- Umrandung
