DE1948843A1 - Optoelectronic arrangement - Google Patents
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Description
Die Erfindung "bezieht sich auf eine optoelektronische Anordnung, bestehend aus einer elektrisch zu betreibenden, Strahlungsemittierenden ICristallanordnung und einer elektrisch von dieser getrennten fotoelektrischen Halbleiteranordnung, die beide in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und dort optisch derart miteinander gekoppelt sind, daß ein die Strahlungsemittierende Kristallanordnung anregender elektrischer Strom zu einem von der fotoelektrischen Halbleiteranordnung abgegebenen elektrischen Sekundärstrom führt»The invention "relates to an optoelectronic arrangement, consisting of an electrically operated, radiation-emitting IC crystal arrangement and an electrical one from this separated photoelectric semiconductor device, both of which are arranged in a common housing and are optically coupled to one another there in such a way that a electric current exciting the radiation-emitting crystal array to one of the photoelectric semiconductor array discharged electrical secondary current leads »
Solehe Anordnungen sind bekannt; sie dienen vorzugsweise als Relais, Um sie dem Einfluß, insbesondere auch optischen Einfluß, ihrer Umgebung zu entziehen, werden beide Bestandteile in einem gemeinsamen, insbesondere abgedunkelten Gehäuse angeordnet, aus welchem lediglich die vier elektrischen Zuleitungen herausragen, von denen zwei zum Betrieb des Strahlungsemittierenden Teils, die beiden anderen zum Betrieb des fotoelektrischen Teils dienen-.Solehe arrangements are known; they serve preferably as a relay, in order to withdraw them from the influence, especially also optical influence, of their surroundings, both Components arranged in a common, in particular darkened housing, from which only the four protrude electrical leads, two of which are used to operate the radiation-emitting part, the other two serve to operate the photoelectric part.
Um den Wirkungsgrad einer solchen optoelektronischen Anordnung zu erhöhen, kann man entweder über die reflektierende Wirkung des Gehäuses oder durch optische Hilfsmittel, z.B. ■Linsen, die von dem Strahlungsemittierenden Bestandteil der Anordnung emittierte Strahlung auf die lichtempfindlichen Stellen der fotoelektrischen Halbleiteranordnung konzentrieren . Eine andere Möglichkeit, um dies zu erreichen, bietet die Anwendung eines sogenannten Lichtleiters, dessen eines Ende durch die Strahlungsemittierende Kristallanordnung beaufschlagt wird? während die am anderen Ende desTo increase the efficiency of such an optoelectronic arrangement, one can either use the reflective Action of the housing or by optical aids, e.g. ■ Lenses that are used by the radiation-emitting component of the Arrangement to concentrate emitted radiation on the light-sensitive areas of the photoelectric semiconductor arrangement . Another way to achieve this is offering the use of a so-called light guide, one end of which through the radiation-emitting crystal arrangement is applied? while those at the other end of the
PA 9/493/1044 vomPA 9/493/1044 of
17.9;Τ96917.9; Τ969
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Lichtleiters austretende Strahlung unmittelbar dem strahlungsenipfindliehen pn-übergang der fοtoelektrisehen Halbleiteranordnung zugeführt wird»The radiation emitted by the light guide is borrowed directly to the radiation sensor pn junction of the photoelectric semiconductor arrangement is supplied »
Die Anwendung eines solchen Lichtleiters bietet vor allemThe use of such a light guide offers above all
technologische Vorteile, v/enn aus betriebstechnischen Gründen die beiden Bestandteile der optoelektronischen Anordnung sich auf stark unterschiedlichen elektrischen Potentialen befinden? so daß bei zu großer Annäherung der beiden Teile ein elektrischer Überschlag erfolgt. Der lieht—-, leiter gestattet dann die. Einstellung eines entsprechend größeren Abstandes j ohne daß es hierdurch zu stärkeren Verlusten an optischer Leistung und Empfindlichkeit der Anordnung kommt» Der Lichtleiter muß aus ersichtlichen Gründen vollständig aus isolierendem Material bestehen„ Eine Möglichkeit bildet die Anwendung eines massiven Stabes aus optisch transparentem Material wie Glas oder Quarzo Eine andere Möglichkeit ist die Anwendung von Lichtleitern aus Glasfasern., -technological advantages, if for operational reasons the two components of the optoelectronic arrangement are at very different electrical potentials ? so that if the two parts are too close, an electrical flashover occurs. The borrower then permits the. Setting a correspondingly larger distance j without resulting in greater losses in optical performance and sensitivity of the arrangement »For obvious reasons, the light guide must consist entirely of insulating material.« One possibility is the use of a solid rod made of optically transparent material such as glass or quartz o Another possibility is the use of light guides made of glass fibers., -
Beim Einbau einer solchen Anordnung in ein Gehäuse bringt jedoch die Anwesenheit eines Glas-Quarz-Lichtleiters wegen der durch ihn bedingten starren Verbindung der beiden Bestandteile der optoelektronischen Anordnung beachtliche Schwierigkeiten montagetechnischer Art, weil die zum Einbau erforderlichen Manipulationen erschwert werden oder es leicht sum Zerbrechen der Anordnung kommt» Hat man beispiels weise ein der Geometrie der einzubauenden Anordnung entsprechendes rohrförrniges Gehäuse, auf dessen einem Endverschluß der strahlungseraittierende Teil und auf dessen anderem Endverschluß der fotoempfindliche Teil der· optoelektronischen Anordnung montiert v/erden soll, so ist eine sehr genaue Bemessung der Gehäuse erforderlich? Wie sie in der Halb leitertechnik sonst im allgemeinen nicht erforderlich und . üblich ist, was aber eine beachtliche Erhöhung des insgesamt zur Herstellung einer solchen Anordnung erforderlichen technischen Aufwandes bedeutet» When installing such an arrangement in a housing brings however, the presence of a glass-quartz light guide because of the rigid connection between the two caused by it Components of the optoelectronic arrangement have considerable difficulties in terms of assembly technology because the manipulations required for installation are made more difficult, or it is It is easy to break the arrangement Tubular housing, on one end of which the radiation-emitting part and on the other end of which the photosensitive part of the optoelectronic If the arrangement is to be mounted v / earthed, is a very precise dimensioning of the housing required? Like her in the half Ladder technology is otherwise generally not required and. is common, which is a considerable increase in the total the technical effort required to produce such an arrangement means »
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Zur Beseitigung solcher montagetechnischer Schwierigkeiten wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, bei der eingangs definierten optoelektronischen Anordnung einen die optische Kopplung zwischen der sirrahlungsemittierenden Kristallanordnung und dem fotoelektrischen Halbleiterbauelement bewirkenden Lichtleiter aus für die-Strahlung transparentem, elastisch-plastischem Material zu verwenden c Vorzugsweise dient zu diesem Zweck ein Lichtleiter aus transparentem Silikonkautschuk, obwohl auch die Anwendung anderer lichtdurchlässiger Kunststoffe möglich ist, deznen elastomechanische Eigenschaften in entsprechend ei· Weise eingestellt sind-To eliminate such mounting technical difficulties of the invention is proposed according to the above-defined optoelectronic assembly includes a optical coupling between the sirrahlungsemittierenden crystal array and the photoelectric semiconductor component causing light conductor for the radiation transparent in, elastic-plastic material to use C is preferably used for this purpose a light guide made of transparent silicone rubber, although the use of other light-transmitting plastics is possible dec n s elastomechanical properties in accordance ei · manner set Video-
Diese Einstellung soll eine gewisse ^tcÄchbarkeit bzw* Dehnbarkeit des Materials zulassen, die vo_:ju.g^v/eise "bei Aufhören einer mechanischen Belastung wieder zurückgeht» Das richtige Ausmaß wird gerade von Silikonkautschuk geleistet; der sich um 10 - 2O70 seiner Länge stauchen läßt, ohne eine Rückstellkraft von 1 g zu überschreiten ο Eine der Erfindung ent_ sprechende optoelektronische Anordnung ist in der Figur dargestellt. This setting should have a certain elasticity or elasticity of the material allow the vo_: ju.g ^ v / eise "when stopping a mechanical load goes back again »The right one Extent is being achieved by silicone rubber; which can be compressed by 10 - 2070 of its length without a restoring force of 1 g to be exceeded o An optoelectronic arrangement corresponding to the invention is shown in the figure.
Das Gehäuse der Anordnung besteht aus einem zylindrischen Ring 1 aus geschwärztem Isoliermaterial, Z=Bc Glas oder Ke- · ramiko Dieser Ring ist an jedem Ende mit einem lokal durchbrochenen metallischen Träger 2 bsw„ 3> z=Bo mittels eines Bindematerials insbesondere vakuumdicht, abgeschlossen0 Jeder dieser scheibenförmigen metallischen Träger 2, 3 dient als Unterlage und Elektrode für einen der beiden Bestandteile der optoelektronischen Anordnung,- Demzufolge ist jeder dieser Träger mit einer metallischen Zuleitung 4, 5 versehen. Im Beispielsfall ist der untere Träger 2 Elektrode für das strahlungsemittierende Bauelement, a.Bc eine Lumineszenzdiode, Laserdiode oder andere bekannte strahlungsfähige Kristallanordnung, während die obere Trägerelektrode 3 die fotoempfindliche Halbleiteranordnung, SoB0 eine Fotodiode oder einen Fototransistor, kontaktiert0 Das strahlungsemittierende Bauelement ist mit 6, das fotoempfindliche Bauelement mit 7 bezeichnet, 109 8 U/12 36The housing of the assembly consists of a cylindrical ring 1 made from blackened insulating material, Z = Bc glass or Ke · ramiko This ring is vacuum-tightly at each end with a locally perforated metal support 2 bsw "3> z = B o by means of a binding material in particular, Completed 0 Each of these disc-shaped metallic supports 2, 3 serves as a base and electrode for one of the two components of the optoelectronic arrangement, - accordingly, each of these supports is provided with a metallic lead 4, 5. In the example, the lower support 2 is the electrode for the radiation-emitting component, aB c a luminescent diode, laser diode or other known radiation-compatible crystal structure, while the upper support electrode 3, the photosensitive semiconductor device, SoB 0 a photodiode or a phototransistor contacted, 0 The radiation-emitting component has 6 , the photosensitive component designated by 7, 109 8 U / 12 36
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Bi-e andere Elektrode (gegebenenfalls auch eine dritte Elektrode) dieser Bauelemente ist mit je einer weiteren elektrischen Zuleitung 8,. 9 kontaktiert, die - z0B„ über eine Glaseinschmelzung - isoliert durch die jeweilige Trägerelektrode · 2, 3 hindurchgeführt sindo Zwischen dem strahlungsemittierendeh Bauteil 6 und.dem fotoempfindlichen Bauteil 7 befindet sich der beispielsweise aus durchsichtigem Silikonkautschuk bestehende Lichtleiter TO, dessen eines Ende mit der Oberfläche des Strahlungsemittierenden Bauelements an der Strah-"lungsaustrittsstelle und dessen anderes Ende mit dem fotoempfindlichen, Bauteil an der zu-beaufschlagenden Stelle, ZoB, an einem pn-übergang, verklebt ist<. Als Klebstoff wird selbstredend ein Material verwendet, welches die optische Qualität des Übergangs möglichst wenig beeinträchtigt, ZoB0 Silikonkaut schukkleber„Two other electrodes (possibly also a third electrode) of these components are each provided with a further electrical supply line 8,. 9, which are passed through the respective carrier electrode 2, 3 in an insulated manner - z 0 B "via a glass seal the surface of the radiation-emitting component at the radiation exit point and the other end of which is glued to the photosensitive component at the point to be acted upon, ZoB, at a pn junction Quality of the transition as little impaired as possible, ZoB 0 silicone rubber adhesive "
Die Gesamtanordnung v/ird zweckmäßig so getroffen, daß Gehäuse, strahlungsemittierender Bauteil, Lichtleiter und fotoempfindlicher Bauteil koaxial zueinander angeordnet sindc Die Länge des Gehäuses richtet sich vor allem nach der zu isolierenden Spannung (Potentialunterschied).The overall arrangement is expediently made such that the housing, radiation-emitting component, light guide and photosensitive component are arranged coaxially to one another The length of the housing depends mainly on the insulating voltage (potential difference).
Bei der Montage einer solchen Anordnung empfiehlt es sich, zunächst den StrahlungsemittierendenTeil 6 der optoelektronischen Anordnung auf dem Träger 2 zu befestigen und mit dem Lichtleiter in der aus der Figur ersichtlichen Weise zu verkleben und die Anordnung anschließend mit dem rohrförmigen Teil 1 des Gehäuses zu verbindenc' Außerdem wird auf der anderen Trägerelektrode 3 der fotoelektrische Teil 7, z.Bo eine Fotodiode, in der erforderlichen Lage aufgebracht und die mit dem Lichtleiter zu verbindende Beaufschlagungsstelle und/oder das freie Ende des Lichtleiters mit Klebstoff überstrichen ο Dann wird die Trägerelektrode 3 mit dem fotoelektrischen Bauteil 7 auf den freien Band des rohrförmigen Gehäuseteils 1 aufgesetzt, wobei die Beaufschlagungsstelle des Bauteils 7 auf das freie Ende des Lichtleiters 7 gelangen soll und ein-Verkleben beider Teile erfolgen kann.- Es empfiehlt sich ausWhen assembling such an arrangement, it is advisable to first fasten the radiation-emitting part 6 of the optoelectronic arrangement on the carrier 2 and to glue it to the light guide in the manner shown in the figure and then to connect the arrangement to the tubular part 1 of the housing c 'in addition, on the other supporting electrode 3 of the photoelectric member 7, for example, o a photodiode, placed in the required location and ο swept with the light guide to be connected to bias location and / or the free end of the light guide with adhesive Then, the substrate electrode 3 with which it is Photoelectric component 7 placed on the free band of the tubular housing part 1, whereby the point of application of the component 7 should reach the free end of the light guide 7 and both parts can be glued together
■■.,:.,■■.,:., 1098U/1236 BÄ00RIG(NAL·1098U / 1236 BÄ00RIG (NAL
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ersichtlichen Gründen, wenn der Lichtleiter beim Aufsetzen und Einbau der Trägerelektrodo 3 etwas gestaucht wird, so daß der erforderliche Kontakt auch hier gewährleistet isto Man macht deshalb den Lichtleiter um einige zehntel Millimeter langer, als es aus geometrischen Gründen unbedingt .erforderlich wäre» Bei den gemäß der Erfindung beispielsweise hergestellten Anordnungen beträgt die Länge des Lichtleiters einige Millimeter bis einige cm, uo s,For obvious reasons, when the light guide when mounting and installation of the Trägerelektrodo 3 is slightly compressed so that the required contact is guaranteed here o It therefore makes the optical fiber by a few tenths of a millimeter long, as it would necessarily .erforderlich geometrical reasons "By the According to the invention, for example, manufactured arrangements, the length of the light guide is a few millimeters to a few cm, u o s,
ο ο ο α ο οο ο ο α ο ο
1 3?igur1 3 figure
4 Patentansprüche4 claims
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