DE19621428A1 - Photoelektrischer Sensor mit einer eingebauten Lichtführung - Google Patents
Photoelektrischer Sensor mit einer eingebauten LichtführungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen photoelektrischen Sensor, der als Positionsfühler
verwendbar ist und eine kleine lichtempfindliche Fläche aufweist.
Es gibt lichtempfindliche Vorrichtungen mit einem Aufbau, wie ihn beispielsweise
lichtempfindliche Vorrichtungen vom Becher-Typ aufweisen. Bei einem derartigen
Aufbau befindet sich gegenüber der lichtempfindlichen Oberfläche der Vorrichtung
eine Glasscheibe, die ungefähr 1 mm dick ist. Die Glasscheibe weist in ihrer Mitte
eine lichtdurchlässige kreisförmige Öffnung mit einem Durchmesser von ungefähr
0,6 mm auf. Um die Öffnung zu bilden, wird auf die Oberfläche der Glasscheibe,
die der lichtempfindlichen Oberfläche der Vorrichtung gegenüberliegt, mit Aus
nahme ihrer Mitte schwarze Farbe gedruckt. Die Vorrichtung wird so auf einem
Substrat positioniert, daß sie der Öffnung oder Lichtführung gegenüberliegt, und
am Substrat festgelötet. Die Achse der Lichtführung und die der lichtempfindlichen
Oberfläche der Vorrichtung werden aufeinander ausgerichtet. Wenn von außerhalb
des Aufbaus über die Lichtführung Licht auf die Vorrichtung fällt, erzeugt die
Vorrichtung ein elektrisches Signal. Auf diese Weise dient der obige Aufbau als
photoelektrischer Sensor.
Ebenfalls bekannt ist, den photoelektrischen Sensor mit einer Leuchtvorrichtung
zusammenarbeiten zu lassen, um einen Gegenstand abzufühlen. Wird der Leucht
vorrichtung Strom zugeführt, so emittiert sie Licht in Richtung auf den ihr gegen
überliegenden photoelektrischen Sensor. Als Antwort gibt der Photosensor ein
elektrisches Signal aus.
Bei dem oben beschriebenen bekannten photoelektrischen Sensor sind folgende
Probleme noch ungelöst. Zunächst läßt sich die Glasscheibe nicht leicht an der
lichtempfindlichen Vorrichtung befestigen, und man benötigt z. B. Klebstoff oder
eine Klemmvorrichtung oder ähnliche Halterung. Ferner ist es wahrscheinlich, daß
die optischen Achsen der Lichtführung der Glasscheibe und der lichtempfindlichen
Oberfläche der Vorrichtung gegeneinander verschoben sind, wodurch das Abfühl
vermögen des Sensors verschlechtert wird.
Wenn die lichtempfindliche Vorrichtung an dem Substrat befestigt wird, werden zu
der Vorrichtung gehörende Leiter mit dem Substrat verlötet. Das Löten nimmt be
sondere Zeit und einen besonderen Verfahrensschritt in Anspruch und vergrößert
die Abmessungen des photoelektrischen Sensors. Voraussetzung bei dieser Art
Sensor ist, daß die lichtempfindliche Vorrichtung und das Substrat parallel
zueinander angeordnet werden. In der Praxis wird der Sensor jedoch häufig an
einem Gebrauchsgerät befestigt, wobei seine lichtempfindliche Vorrichtung in einer
schrägen Stellung festgehalten wird, was das Abfühlvermögen des Sensors weiter
verschlechtert.
Andererseits sind der photoelektrische Sensor und die Leuchtvorrichtung phy
sikalisch unabhängig voneinander und müssen in einem Abstand voneinander
angeordnet werden, der größer als die Breite eines abzufühlenden Gegenstandes
ist. Eine solche Kombination nimmt daher viel Platz in Anspruch. Außerdem ist es
schwierig, die optische Achse des photoelektrischen Sensors und die der Leucht
vorrichtung aufeinander auszurichten. Falls die zwei optischen Achsen schlecht
ausgerichtet sind, kann der Sensor keine ausreichende Lichtmenge empfangen
oder empfängt gar kein Licht. Dies verringert die Betriebssicherheit des Sensors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen photoelektrischen Sensor in
Kleinstbauweise zu schaffen, der leicht zusammengebaut und in einem Gebrauchs
gerät eingebaut werden kann und der betriebssicher positioniert und vor Ort
befestigt werden kann.
Mit der Erfindung soll außerdem ein integraler Aufbau aus einer lichtempfindlichen
Vorrichtung und einer Leuchtvorrichtung geschaffen werden, der leicht zusammen
gebaut und in einem Gebrauchsgerät eingebaut werden kann und der betriebs
sicher positioniert und vor Ort befestigt werden kann.
Gemäß der Erfindung enthält ein photoelektrischer Sensor eine lichtempfindliche
Vorrichtung zur Ausgabe eines elektrischen Signals, das darauf auffallendem Licht
entspricht. Ein Substrat trägt die lichtempfindliche Vorrichtung. Ein Gehäuse hält
das Substrat in einer darin gebildeten Bohrung fest und enthält einen aus einem
lichtdurchlässigen Material gebildeten Lichtführungsteil zur Führung von auffallen
dem Licht an die lichtempfindliche Vorrichtung.
Gemäß der Erfindung enthält außerdem ein photoelektrischer Sensor eine Leucht
vorrichtung, die als Antwort auf einen ihr zugeführten Strom Licht emittiert. Eine
lichtempfindliche Vorrichtung erzeugt als Antwort auf darauf auffallendes Licht ein
elektrisches Signal. Ein Substrat weist zwei Hauptflächen auf, an deren einer die
Leuchtvorrichtung und die lichtempfindliche Vorrichtung durch Preßverbindung
befestigt sind. Ein Dichtungsteil ist für eine luftdichte Abdichtung der Leuchtvor
richtung und der lichtempfindlichen Vorrichtung mit Ausnahme eines in der Leucht
vorrichtung enthaltenen Lichtführungsteils und eines in der lichtempfindlichen
Vorrichtung enthaltenen Lichtführungsteils geformt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und aus der Zeichnung, auf die
Bezug genommen wird. In der Zeichnung sind
Fig. 1 ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ein Teil-Längsschnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform;
Fig. 3 bis 6 Teil-Längsschnitte, die jeweils eine weitere Ausführungsform der
Erfindung zeigen;
Fig. 7 eine Perspektivansicht, die einen für die Ausführungsform von Fig. 6
geeigneten Einsatz zeigt;
Fig. 8 ein Teil-Längsschnitt, der eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 9 eine Teil-Seitenansicht, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung
zeigt;
Fig. 10 ein Längsschnitt, der ein Abschirmteil zeigt, das in einer schrägen Stellung
in ein Gehäuse eingesetzt ist;
Fig. 11 eine Teil-Seitenansicht, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung
zeigt;
Fig. 12 ein Teil-Längsschnitt, der eine weitere Ausführungsform der Erfindung
zeigt;
Fig. 13 eine Draufsicht, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 14 ein Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 13;
Fig. 15 eine Teil-Seitenansicht, die die Anordnung einer Leuchtvorrichtung und
einer lichtempfindlichen Vorrichtung zeigt, die zusammenarbeiten;
Fig. 16 und 17 Teil-Seitenansichten, die jeweils eine weitere Ausführungsform der
Erfindung zeigen;
Fig. 18 eine Seitenansicht, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 19 eine Teil-Seitenansicht, die noch eine Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 20 ein Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 18;
Fig. 21 ein Schnitt entlang der Linie C-C in Fig. 18;
Fig. 22 eine Teil-Seitenansicht, die noch eine Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 23 eine Teil-Seitenansicht, die eine Modifikation der Ausführungsform von Fig.
22 zeigt; und
Fig. 24 und 25 Teil-Längsschnitte, die jeweils eine weitere Ausführungsform der
Erfindung zeigen.
In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen
bezeichnet.
In Fig. 1 und 2 der Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird, ist ein photoelek
trischer Sensor mit einer eingebauten Lichtführung gemäß der Erfindung gezeigt.
Wie gezeigt, enthält der Sensor ein Substrat 10, das als flache Platte mit zwei
parallelen Hauptflächen ausgeführt ist. In dem Ausführungsbeispiel ist das Sub
strat 10 aus einer Legierung gebildet, die 58% Eisen und 42% Nickel enthält,
d. h. einer sogenannten 42-Legierung. Eine lichtempfindliche Vorrichtung 12 enthält
einen Chip 11, der mit einer Hauptfläche des Substrats 10 verbunden ist. Der Chip
11 ist z. B. aus einem Halbleiter auf der Basis von GaAs (Galliumarsenid) gebildet
und von einem lichtdurchlässigen halbkugelförmigen Kunstharz umschlossen,
wodurch die lichtempfindliche Vorrichtung 12 gebildet wird. Die Vorrichtung 12
wandelt darauf auffallendes Licht in ein entsprechendes elektrisches Signal um und
gibt das elektrische Signal aus. Der nicht mit dem Kunstharz bedeckte Teil des
Substrats 10 stellt einen elektrischen Leiterteil 10a dar.
Die lichtempfindliche Vorrichtung 12 ist zusammen mit dem Substrat 10 in einem
Gehäuse 13 aufgenommen, wie dargestellt. Das Gehäuse 13 ist aus einem licht
durchlässigen Kunstharz und mit einer Bohrung darin gebildet. Die Bohrung besteht
aus einer allgemein zylindrischen Hauptbohrung 50 und einer Hilfsbohrung 52, die
mit der Hauptbohrung 50 in Verbindung steht und allgemein senkrecht dazu ver
läuft. Die Vorrichtung 12 ist in der Bohrung 50 aufgenommen, während der Leiter
teil 10a des Substrats 10 in der Bohrung 52 aufgenommen ist, wie dargestellt.
Eine rückseitige Abdeckung 14 verschließt das offene Ende der Rückseite der
Bohrung 50 und hält das Substrat 10 in der Bohrung des Gehäuses 13 fest. Die
Abdeckung 14 ist aus einem schwarzen Kunstharz gebildet.
Wie in Fig. 2 gezeigt, weist die zylindrische Hauptbohrung 50 einen Kopfbereich e
auf. Auf der Innenseite des Kopfbereichs e ist eine Dichtung 15 gebildet, die aus
einem lichtabschirmenden Material besteht. In der Dichtung 15 ist ein Fenster 16
gebildet, durch das Licht in das Gehäuse 13 eintreten kann. Das Fenster 16 bildet
daher einen Lichtführungsteil f, der Licht an die lichtempfindliche Vorrichtung 12
leitet. Das Fenster 16 ist beispielsweise kreisförmig. In einem bevorzugten Aufbau
beträgt der Durchmesser der Öffnung 16 ungefähr 0,6 mm.
Die Dichtung 15 ist aus einem lichtundurchlässigen schwarzen Material oder einem
Material gebildet, das Licht reflektiert. Speziell kann die Dichtung 15 schwarz
gefärbt sein, um kein Licht durchzulassen, oder silberfarben sein, um Licht zu
reflektieren. Falls gewünscht, kann die Dichtung 15 durch eine kreisförmige
Glasscheibe ersetzt werden, die mit Ausnahme ihres Lichtführungsteils f mit einem
lichtabschirmenden oder lichtreflektierenden Material bedruckt ist.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, die der Ausführungsform von Fig. 1
und 2 mit Ausnahme des Folgenden ähnlich ist. Wie gezeigt, ist auf den
Kopfbereich e der Hauptbohrung 50 mit Ausnahme des Lichtführungsteils f ein
lichtabschirmendes Material 17-1 und/oder ein lichtabschirmendes Material 17-2
gedruckt. In dem Ausführungsbeispiel sind die Materialien 17-1 und 17-2 so darge
stellt, daß sie auf die Außenseite bzw. die Innenseite des Kopfbereichs e gedruckt
sind. Das Material 17-1 und/oder das Material 17-2 bedeckt den Kopfbereich e mit
Ausnahme der Mitte oder des Lichtführungsteils f, so daß nur über den Teil f Licht
in das Gehäuse 13 eintreten kann. Anstelle des Materials 17-1 oder 17-2 oder
zusätzlich kann der Kopfbereich e mit Ausnahme des Lichtführungsteils f mit
Aluminium bedampft sein.
Eine weitere Ausführungsform, die der Ausführungsform von Fig. 1 und 2
ebenfalls ähnlich ist, wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben. Wie gezeigt,
enthält die Ausführungsform ein Abschirmteil 18, das in der Hauptbohrung 50
aufgenommen ist und das mit einem kreisförmigen Loch 19 gebildet ist, das eine
erforderliche lichtempfindliche Fläche aufweist. Das Abschirmteil 18 besteht aus
einem schwarzen Kunstharz oder einem ähnlichen lichtabschirmenden Kunstharz.
Das kreisförmige Loch 19 hat einen Durchmesser, der dem Durchmesser des Licht
führungsteils f entspricht und je nach der Anwendung veränderbar ist. Man
beachte, daß auf dem Kopfbereich e des Gehäuses 13 eine Schicht aus lichtab
schirmendem Material fehlt. Licht, das auf die Außenseite des Gehäuses 13 fällt,
wird zwar in das Gehäuse 13 hereingelassen, das Abschirmteil 18 verhindert aber,
daß es die lichtempfindliche Vorrichtung 12 anders als über sein Loch 19 erreicht.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, die der Ausführungsform von Fig. 4 mit
Ausnahme des Folgenden ähnlich ist. Wie gezeigt, weist das im Abschirmteil 18
gebildete kreisförmige Loch 19 ein Längenmaß oder eine Tiefe b auf, die größer als
die Tiefe des in Fig. 4 gezeigten Lochs 19 ist. Die Oberseite 18a des Abschirmteils
18 wird im Kontakt mit der Kopfwand der zylindrischen Bohrung 50 gehalten. Mit
diesem Aufbau verhindert die Ausführungsform, daß auf das Gehäuse 13 fallendes
Nebensprechlicht 54 streut.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform, die der unter Bezugnahme auf Fig. 5
beschriebenen Ausführungsform ähnlich ist. Wie gezeigt, ist das Abschirmteil 18
so aufgebaut, daß der untere Rand des Lochs 19, wie in Fig. 6 gesehen, die licht
empfindliche Vorrichtung 12 berührt. Das Abschirmteil 18 weist an seinem unteren
Ende, wie in Fig. 6 gesehen, eine halbkugelförmige Bohrung auf, die mit dem Loch 19
in Verbindung steht und komplentär zu dem halbkugelförmigen Teil oder
konvexen Linsenteil der Vorrichtung 12 ist. In diesem Zustand wird das untere
Ende des Abschirmteils 18 in engem Kontakt mit dem Linsenteil der Vorrichtung
12 gehalten. Die Hauptbohrung 50 wird vollständig von dem Abschirmteil 18
ausgefüllt. Licht, das sich durch das Loch 19 hindurch ausbreitet, kann die Vor
richtung 12 erreichen, ohne zu streuen. Da sich das Abschirmteil 18 und die Vor
richtung 12 eng anliegend berühren, wird verhindert, daß die optische Achse des
Lochs 19 und die der Vorrichtung 12 nach dem Zusammenbau des lichtempfind
lichen Sensors verschoben werden.
Das in Fig. 6 gezeigte Abschirmteil 18 ist als Formteil ausgeführt. Fig. 7 zeigt
einen speziellen Formen-Einsatz 20 zur Herstellung des Abschirmteils 18. Wie
gezeigt, besteht der Einsatz 20 aus einem halbkugelförmigen Teil 20a und einem
zylindrischen Teil 20b, der sich von dem Teil 20a weg erstreckt. Die Teile 20a und
20b entsprechen dem konvexen Linsenteil der lichtempfindlichen Vorrichtung 12
bzw. dem langgestreckten Loch 19 des Abschirmteils 18. Der Teil 20 b weist
beispielsweise einen Durchmesser von 0,6 cm auf.
In der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform streut aus dem Loch 19 mit der Länge
b austretendes Licht etwas, wie experimentell festgestellt wurde. In Anbetracht
dessen ist in einer weiteren Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf Fig. 8
beschrieben wird, ebenfalls das Loch 19 mit der Länge b vorgesehen. Wie in Fig.
8 gezeigt, ist das Abschirmteil 18 aber so aufgebaut, daß das untere Ende des
Lochs 19 in einen kegelstumpfförmigen Raum 21 mündet, der wiederum in einen
zylindrischen Raum an seinem unteren Ende mündet. Der Raum unterhalb des
Raums 21 weist den gleichen Durchmesser wie der konvexe Linsenteil der licht
empfindlichen Vorrichtung 20 auf, so daß seine Wand den Linsenteil berührt. Mit
diesem Aufbau ist es möglich, einen auf die Vorrichtung 12 fallenden Lichtstrahl
mit im wesentlichen dem gleichen Durchmesser wie das Loch 19 zu erzeugen und
zu verhindern, daß die Vorrichtung 12 und das Loch 19 gegeneinander verschoben
werden. Außerdem kann das aus dem Loch 19 in Richtung auf die Vorrichtung 12
austretende Licht zwar streuen, wird aber von der Wand des konisch nach unten
erweiterten Raums 21 reflektiert. Als Folge fällt im wesentlichen das gesamte Licht
auf die Mitte der Vorrichtung 12.
In jeder der in Fig. 6 und 8 gezeigten Ausführungsformen sind die optische Achse
des Lochs 19 und die der lichtempfindlichen Vorrichtung 12 aufeinander ausge
richtet, wobei der untere Rand des Lochs 19 oder die Wand des Raums unterhalb
des kegelstumpfförmigen Raums 21 die Vorrichtung 12 berührt. Dadurch wird das
Loch 19 zuverlässig in bezug auf die Vorrichtung 12 positioniert.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform, die eine alternative Positionier
einrichtung enthält. Wie gezeigt, sind auf der lichtempfindlichen Vorrichtung 12
mehrere Nasen 22 gebildet, während im Abschirmteil 18 mehrere Aussparungen
gebildet sind, die komplementär zu den Nasen 22 sind. Die Vorrichtung 12 und
das Abschirmteil 18 sind mit den zueinander passenden Nasen 22 und Ausspa
rungen zuverlässig relativ zueinander positioniert. Die Nasen 22 der Vorrichtung 12
und die Aussparungen des Abschirmteils 18 können natürlich gegeneinander
ausgetauscht werden.
In den in Fig. 5, 6 und 8 gezeigten Ausführungsformen ist es wahrscheinlich, daß
sich das Abschirmteil 18 schräg stellt, während es in das Gehäuse 13 eingeführt
wird, wie in Fig. 10 gezeigt. In der schrägen Stellung kann das Abschirmteil 18
nicht leichtgängig in die Bohrung 50 des Gehäuses 13 eingeführt werden. Fig. 11
zeigt eine weitere Ausführungsform, die zu verhindern imstande ist, daß sich das
Abschirmteil 18 schräg stellt. Wie gezeigt läuft die Schulter des Abschirmteils 18,
die zwischen den beiden angrenzenden Teilen liegt, wie bei 24 spitz zu. Das
Spitzzulaufen bei 24 ermöglicht es, daß das Abschirmteil 18 leichtgängig in die
Bohrung 50 eintritt, ohne den Rand der Bohrung 50 zu berühren.
Es wird nun auf Fig. 12 Bezug genommen, um eine weitere Ausführungsform zu
beschreiben. Wie gezeigt, ist ein Substrat 31 als flache Platte mit zwei parallelen
Hauptflächen ausgeführt und außerdem aus der früher erwähnten 42-Legierung
gebildet. Ein Leuchtvorrichtungs-Chip 32 und ein Chip 33 mit einer lichtempfind
lichen Vorrichtung sind mittels Preßverbindung an einem Hauptteil 31b des
Substrats 31 befestigt. Die beiden Chips 32 und 33 sind z. B. aus einem Halbleiter
auf GaAs-Basis gebildet. Der Leuchtvorrichtungs-Chip 32 emittiert Licht, wenn ein
Strom daran angelegt wird. Der Chip 33 mit der lichtempfindlichen Vorrichtung
wandelt darauf auffallendes Licht in ein entsprechendes elektrisches Signal um und
gibt es aus. Der Leuchtvorrichtungs-Chip 32 und der Chip 33 mit der lichtempfind
lichen Vorrichtung sind jeder mittels Preßspritzen von einem lichtdurchlässigen
halbkugelförmigen Kunstharz umschlossen. Die Chips 32 und 33 bilden eine
Leuchtvorrichtung 34 bzw. eine lichtempfindliche Vorrichtung 35. Das Substrat 31
dient mit Ausnahme seines mit dem Kunstharz bedeckten Hauptteils 31b als ein
elektrischer Leiterteil 31a. Die Vorrichtungen 34 und 35 sind so ausgerichtet, daß
ihre optischen Achsen im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Die Leuchtvorrichtung 34 und die lichtempfindliche Vorrichtung 35, die von dem
Kunstharz umschlossen sind, sind zusammen mit dem Hauptteil 31b des Substrats
31 in einem Gehäuse 30 aufgenommen. Das Gehäuse 30, das ebenfalls aus einem
lichtdurchlässigen Kunstharz gebildet ist, weist eine Hauptbohrung 60 und eine
Hilfsbohrung 62 für einen Steckverbinder auf, wie dargestellt. Die Hauptbohrung
60 ist aus zwei zylindrischen Teilen 64 und 66 aufgebaut, die jeder einen kreis
förmigen Kopfbereich e aufweisen. Die Kopfbereiche e bilden beispielsweise Torus
linsen. Die beiden Vorrichtungen 34 und 35 sind in der Hauptbohrung 60 unterge
bracht und so angeordnet, daß die optischen Achsen ihrer sphärischen Linsenteile
jeweils auf die Mittelachsen durch die Kopfbereiche e der Hauptbohrung 60
ausgerichtet sind. Die Hilfsbohrung 62 wird verwendet, um eine nicht gezeigte
Steckbuchse mechanisch festzuhalten. Der in der Hilfsbohrung 62 angeordnete
Teil 31a des Substrats 31 spielt die Rolle eines Steckerstiftes zur Verbindung des
lichtempfindlichen Sensors mit einem Gebrauchsgerät.
Nachdem die Vorrichtungen 34 und 35 in der Hauptbohrung 60 positioniert
worden sind, wird in das offene oder rückseitige Ende der Bohrung 60 eine aus
schwarzem Kunstharz gebildete rückseitige Abdeckung 36 eingesetzt, wie
dargestellt. Die rückseitige Abdeckung 36 hält das Substrat 31 in der Bohrung 60
fest, während sie das offene Ende der Bohrung 60 verschließt. In diesem Zustand
wird verhindert, daß von der Rückseite des Aufbaus her Licht die Vorrichtungen
34 und 35 erreicht.
Beim Zusammenbau wird die Kombination aus den Vorrichtungen 34 und 35 auf
eine solche Weise, daß sie sich nicht schräg stellt, in die Hauptbohrung 60 des
Gehäuses 30 eingeführt. Danach wird die rückseitige Abdeckung 36 in das offene
Ende der Bohrung 60 eingeführt, um die obige Kombination vor Ort zu befestigen.
Dies vervollständigt einen photoelektrischen Sensor 37. Nachdem der Sensor 37
in einem Gebrauchsgerät installiert worden ist, wird ein Prisma 38 so angeordnet,
daß es den lichtemittierenden und lichtempfindlichen Seiten e des Sensors 37
gegenüberliegt. In diesem Zustand fällt ein von der Vorrichtung 34 ausgegebener
Lichtstrahl 68 auf das Prisma 38, wie durch Pfeile in Fig. 12 angezeigt. Der von
dem Prisma 38 reflektierte und daraus austretende Strahl 68 fällt auf die Vorrich
tung 35.
Fig. 13 zeigt eine weitere Ausführungsform. Fig. 14 ist ein Schnitt entlang der
Linie A-A in Fig 13. Wie gezeigt, ist der Hauptteil 31b des Substrats 31 mit Nuten
39 gebildet, die einen V-förmigen Querschnitt aufweisen. Die Nuten 39 auf einer
Oberfläche des Substrats 31 und die Nuten 39 auf der anderen Oberfläche des
Substrats wechseln miteinander ab. Die Nuten 39 erstrecken sich in der Längs
richtung des Substrats 31 und verhindern, daß es sich biegt, verdreht oder auf
andere Weise verformt. Das Substrat 31 ist beispielsweise ungefähr 0,25 mm
dünn.
In dem Ausführungsbeispiel weist das Substrat 31 an seinem dem Verbindungsteil
31a entgegengesetzten Ende einen weiteren Verbindungsteil 31c auf. An den
Stellen, an denen die Verbindungsteile 31a und 31c an den Hauptteil 31b angren
zen, sind in Richtung der Breite Nuten 40 gebildet, die ebenfalls einen V-förmigen
Querschnitt aufweisen. Die Nuten 40 fangen Wasser ab, das sich von den Verbin
dungsteilen 31a und 31c in Richtung auf den Hauptteil 31b bewegen möchte.
Das Substrat 31 sollte in der Umgebung der darauf befestigten Vorrichtungen 34
und 35 vorzugsweise so schmal wie möglich sein, so daß das Eindringen von
Wasser noch zuverlässiger verhindert werden kann. Die anderen Teile des
Substrats 31 sollten vorzugsweise so breit wie möglich sein, um zu verhindern,
daß sie sich biegen, verdrehen oder auf andere Weise verformen.
Fig. 15 ist eine Teil-Seitenansicht, die die Kombination der Vorrichtungen 34 und
35 zeigt. Wie gezeigt, ist die Kombination an vier Seiten mit angrenzenden
Schultern versehen, so daß sie in bezug auf ein nicht gezeigtes Gehäuse nicht
verschoben wird.
Fig. 16 zeigt eine weitere Ausführungsform. Wie gezeigt, sind die Formteile, die
den Leuchtvorrichtungs-Chip 32 bzw. den lichtempfindlichen Chip 33 umschlie
ßen, voneinander getrennt. Das Formteil auf der lichtemittierenden Seite weist
schräge Seiten auf, um das vom Chip 32 ausgegebene Licht mit Ausnahme des
Lichts, das auf den Linsenteil der Leuchtvorrichtung 34 gerichtet ist, zu reflek
tieren. Ähnlich weist das Formteil auf der lichtempfindlichen Seite schräge Seiten
auf, um anderes als das auf den Linsenteil der lichtempfindlichen Vorrichtung 35
fallende Licht auszuschließen. Die beiden Formteile werden in einem einzigen Preß
spritzvorgang hergestellt. Mit diesem Aufbau verhindert die Ausführungsform, daß
das vom Chip 32 ausgegebene Licht über die Formteile auf den Chip 33 fällt, d. h.
ohne durch den Linsenteil der Vorrichtung 35 geleitet zu werden.
Fig. 17 zeigt eine weitere Ausführungsform. Diese Ausführungsform ist der Aus
führungsform von Fig. 16 im wesentlichen ähnlich, mit Ausnahme des Folgenden.
Wie gezeigt, ist zwischen den Leuchtvorrichtungs-Chip 32 und den lichtempfind
lichen Chip 33 eine aus schwarzem Kunstharz gebildete Abschirmplatte 41 gelegt.
An der Rückseite des Gehäuses 30 ist eine ebenfalls aus schwarzem Kunstharz
gebildete rückseitige Abdeckung 42 angebracht. Dieser Aufbau schirmt außerdem
erfolgreich anderes als das auf den Linsenteil der lichtempfindlichen Vorrichtung
35 fallende Licht ab. Falls gewünscht, kann die Lücke zwischen dem lichtemit
tierenden Teil und dem lichtempfindlichen Teil mit schwarzem Silikonharz gefüllt
werden.
Fig. 18 zeigt eine weitere Ausführungsform, die der Ausführungsform von Fig. 17
mit Ausnahme des Folgenden ähnlich ist. Wie gezeigt, ist das Gehäuse 30 mit
ringförmigen Aussparungen an seinen die offenen Enden der zylindrischen Räume
64 und 66 umgebenden Teilen gebildet. Die Abschirmplatte 41 ist mit ringförmigen
Nasen gebildet, die jeweils den ringförmigen Aussparungen des Gehäuses 30
entsprechen. Die Nasen sind in den zugehörigen Aussparungen aufgenommen, so
daß das Gehäuse 30 und die Abschirmplatte 41 vor gegenseitiger Verschiebung
geschützt sind. Die ringförmigen Nasen, die die Linsenteile der Leuchtvorrichtung
34 bzw. der lichtempfindlichen Vorrichtung 35 umgeben, verbessern außerdem
das Lichtabschirmvermögen. In Fig. 19 ist das durch die Nasen abgefangene Licht
durch Pfeile 72 dargestellt. Wie in Fig. 18 gezeigt, sind die Formteile, die die Vor
richtungen 34 und 35 tragen, jeweils mit Schultern 74 gebildet. Die Abschirm
platte 41 hält die Formteile mittels der Schultern 74 dauerhaft fest und verhindert
dadurch eine Verschiebung der Vorrichtungen 34 und 35 noch zuverlässiger.
Fig. 20 ist ein Schnitt entlang der Linie B-B von Fig. 18. Wie gezeigt, weisen die
Abschirmplatte 41 und die rückseitige Abdeckung 42 einen konkaven bzw. einen
konvexen Aufbau auf. Der zwischen den beiden Formteilen liegende Teil des
Substrats 31, d. h. ein Leiterteil 43, liegt enganliegend zwischen der Konkavität der
Abschirmplatte 41 und der Konvexität der Abdeckung 42. In diesem Zustand wird
verhindert, daß der Leiterteil 43 des Substrats 31 gebogen oder auf andere Weise
verformt wird.
Fig. 21 ist ein Schnitt entlang der Linie C-C von Fig. 18. Wie gezeigt, liegt der
andere Leiterteil 44 des Substrats 31 ebenfalls enganliegend zwischen der
Abschirmplatte 41 und der rückseitigen Abdeckung 42, so daß der Leiterteil 44
vor Verformung geschützt ist. Zusätzlich verhindert dieser Aufbau, daß Staub und
andere Verunreinigungen in die Vorrichtung eindringen.
Fig. 22 zeigt eine weitere Ausführungsform. Im Falle, daß das Gehäuse 30 form
gepreßt wird, können in den Linsenteilen des Gehäuses 30 leicht Blasen auftreten.
Wie in Fig. 22 gezeigt, bläst diese Ausführungsform die Blasen ab, indem am
runden Teil jedes Linsenteils eine Trennlinie L zum Trennen einer Form vorgesehen
wird. Wie in Fig. 23 gezeigt, kann die Trennlinie L alternativ an der Oberseite des
Linsenteils vorgesehen werden. Dadurch werden die Luftblasen ebenfalls erfolg
reich aus dem Gehäuse 30 abgeblasen.
Fig. 24 zeigt noch eine Ausführungsform und entspricht einem in Fig. 18 enthalte
nen Teil D. Falls das an einem Gebrauchsgerät angebrachte Gehäuse 30 Metall
beschlagteile 45 nicht auf einer ausreichenden Fläche berührt, neigt es aus dem
Gebrauchsgerät herausrutschen. In Anbetracht dessen weist das Gehäuse 30 im
Ausführungsbeispiel eine sich stufenweise ändernde Dicke auf, um die erwähnte
Berührungsfläche zu vergrößern. Speziell ist die Dicke des Gehäuses an seinem an
einem Gebrauchsgerät zu befestigenden Teil kleiner als an dem anderen Teil.
Fig. 25 zeigte eine weitere Ausführungsform. Wie gezeigt, weist die Wand der
Abschirmplatte 41, die die Leuchtvorrichtung 32 und die lichtempfindliche Vorrich
tung 33 voneinander trennt, eine Höhe auf, die größer als die Höhe der Fläche 76
des Substrats 31 gegenüber der Preßverbindungsfläche ist. Speziell erstreckt sich
die erwähnte Wand in einer Richtung, die in Fig. 25 durch einen Pfeil E angezeigt
ist.
Zusammengefaßt sieht man, daß die Erfindung einen photoelektrischen Sensor mit
einem Substrat, eine mittels Preßverbindung auf dem Substrat befestigte lichtemp
findliche Vorrichtung und eine Lichtführung liefert, die integral in einem einzelnen
Gehäuse zusammengebaut sind, das einen lichtdurchlässigen Bereich enthält.
Speziell werden sämtliche Bestandteile des Sensors relativ zueinander positioniert
und dauerhaft vor Ort befestigt, bevor der Sensor in einem Gebrauchsgerät
angebracht wird. Der Sensor kann daher leicht zusammengebaut und installiert
werden und wird betriebssicher positioniert und vor Ort befestigt. Dies schützt die
Bestandteile vor Verschiebung, verringert die Zeit für den Zusammenbau und die
Montagezeit und verkleinert das Gebrauchsgerät.
Gemäß der Erfindung ist auf dem gleichen Substrat wie der photoelektrische
Sensor außerdem eine Leuchtvorrichtung befestigt. Die Leuchtvorrichtung und die
lichtempfindliche Vorrichtung werden von einem Formteil umschlossen, um einen
einzelnen Aufbau zu bilden. Sämtliche Bestandteile der beiden Vorrichtungen wer
den daher relativ zueinander positioniert und dauerhaft vor Ort befestigt, bevor der
Aufbau an einem Gebrauchsgerät angebracht wird. Dieser Aufbau kann ebenfalls
leicht zusammengebaut und installiert werden und wird betriebssicher positioniert
und vor Ort befestigt. Dies schützt die Bestandteile der beiden Vorrichtungen vor
Verschiebung, verringert die Zeit für den Zusammenbau und die Montagezeit und
verkleinert das Gebrauchsgerät.
Die Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf die speziellen Ausführungs
beispiele beschrieben, ist aber nicht darauf beschränkt. Man erkennt, daß der
Fachmann die Ausführungsformen ändern oder modifizieren kann, ohne den
Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Claims (24)
1. Photoelektrischer Sensor, gekennzeichnet durch
eine lichtempfindliche Vorrichtung (12) zur Ausgabe eines elektrischen Signals, das darauf auffallendem Licht entspricht,
ein Substrat (10), das die lichtempfindliche Vorrichtung (12) trägt, und
ein Gehäuse (13), das das Substrat (10) in einer im Gehäuse (13) gebildeten Bohrung (50) festhält und einen aus einem lichtdurchlässigen Material gebildeten Lichtführungsteil (e) zur Führung von auffallendem Licht an die lichtempfindliche Vorrichtung enthält.
eine lichtempfindliche Vorrichtung (12) zur Ausgabe eines elektrischen Signals, das darauf auffallendem Licht entspricht,
ein Substrat (10), das die lichtempfindliche Vorrichtung (12) trägt, und
ein Gehäuse (13), das das Substrat (10) in einer im Gehäuse (13) gebildeten Bohrung (50) festhält und einen aus einem lichtdurchlässigen Material gebildeten Lichtführungsteil (e) zur Führung von auffallendem Licht an die lichtempfindliche Vorrichtung enthält.
2. Photoelektrischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er
weiterhin eine Dichtung (15) zur Abschirmung von Licht enthält, die mit Ausnahme
einer Öffnung (f) mit einer vorgewählten lichtempfindlichen Fläche an einer
Innenseite des Lichtführungsteils (e) haftet.
3. Photoelektrischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
er weiterhin ein lichtabschirmendes Material (17-1, 17-2) aufweist, das durch
Druck oder durch Bedampfung mit Ausnahme einer vorgewählten lichtempfind
lichen Fläche auf dem Lichtführungsteils (e) gebildet ist.
4. Photoelektrischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß er weiterhin ein Abschirmteil (18) aufweist, das aus einem
lichtabschirmenden Kunstharz gebildet ist, wobei das Abschirmteil (18) mit einer
Bohrung (19) gebildet ist, die einen Durchmesser aufweist, der einer vorgewählten
lichtempfindlichen Fläche entspricht, und in dem Lichtführungsteil (e) angeordnet
ist.
5. Photoelektrischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Abschirmteil (18) an einer Außenseite spitz zulaufende Ecken aufweist.
6. Photoelektrischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Loch (19) in dem Abschirmteil (18) eine Tiefe (b) aufweist, die groß genug ist, um
zu verhindern, daß darauf auffallendes Licht streut.
7. Photoelektrischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Abschirmteil (18) eine Einrichtung (23) zum Positionieren des Abschirmteils (18)
relativ zu der lichtempfindlichen Vorrichtung (12) aufweist.
8. Photoelektrischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß er weiterhin eine rückseitige Abdeckung (14) aufweist, die
aus einem lichtabschirmenden Material gebildet und in die Bohrung (50) des
Gehäuses (13) eingefügt ist, wodurch das Substrat (10) in dem Gehäuse (13)
festgehalten wird.
9. Photoelektrischer Sensor, gekennzeichnet durch
eine Leuchtvorrichtung (34), die als Antwort auf einen ihr zugeführten Strom Licht emittiert,
eine lichtempfindliche Vorrichtung (35), die als Antwort auf darauf auffallendes Licht ein elektrisches Signal erzeugt,
ein Substrat (31) mit zwei Hauptflächen, an deren einer die Leuchtvorrichtung (34) und die lichtempfindliche Vorrichtung (35) durch Preßverbindung befestigt sind, und
ein Dichtungsteil, das für eine luftdichte Abdichtung der Leuchtvorrichtung (34) und der lichtempfindlichen Vorrichtung (35) mit Ausnahme eines Lichtführungsteils der Leuchtvorrichtung (34) und eines Lichtführungsteils der lichtempfindlichen Vorrichtung (35) geformt ist.
eine Leuchtvorrichtung (34), die als Antwort auf einen ihr zugeführten Strom Licht emittiert,
eine lichtempfindliche Vorrichtung (35), die als Antwort auf darauf auffallendes Licht ein elektrisches Signal erzeugt,
ein Substrat (31) mit zwei Hauptflächen, an deren einer die Leuchtvorrichtung (34) und die lichtempfindliche Vorrichtung (35) durch Preßverbindung befestigt sind, und
ein Dichtungsteil, das für eine luftdichte Abdichtung der Leuchtvorrichtung (34) und der lichtempfindlichen Vorrichtung (35) mit Ausnahme eines Lichtführungsteils der Leuchtvorrichtung (34) und eines Lichtführungsteils der lichtempfindlichen Vorrichtung (35) geformt ist.
10. Photoelektrischer Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in
anderen als geformten Teilen der beiden Hauptflächen des Substrats (31) Nuten
(39) in einer abwechselnden Anordnung gebildet sind, die jede einen V-förmigen
Querschnitt aufweisen.
11. Photoelektrischer Sensor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtungsteil einen ersten Teil, der die Leuchtvorrichtung (34) abdichtet,
und einen von dem ersten Teil getrennten zweiten Teil enthält, der die lichtemp
findliche Vorrichtung (35) abdichtet.
12. Photoelektrischer Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das Dichtungsteil geformte Oberflächen aufweist, die schräg
stehen, um Licht nach innen zu reflektieren.
13. Photoelektrischer Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß er weiterhin ein Abschirmteil (41) aufweist, das auf einer
Außenseite des Dichtungsteils gebildet ist.
14. Photoelektrischer Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß er weiterhin ein Gehäuse (30) mit einer Bohrung (60) darin
aufweist, das das Substrat in der Bohrung (60) festhält, wobei das Gehäuse (30)
Lichtführungsteile (e) enthält, die zumindest an einer Stelle zur Führung von
Ausgangslicht aus der Leuchtvorrichtung (34) heraus und einer Stelle zur Führung
von Eingangslicht in die lichtempfindliche Vorrichtung (35) hinein aus einem
lichtdurchlässigen Material gebildet sind.
15. Photoelektrischer Sensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß er
weiterhin ein Abschirmteil (41) zur Abschirmung von Licht von dem Dichtungsteil
mit Ausnahme der Leuchtvorrichtung (34) und der lichtempfindlichen Vorrichtung
(35) aufweist.
16. Photoelektrischer Sensor nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Abschirmteil (41), das Gehäuse (30) und das Dichtungsteil
für eine Positionierung stufenweise angeordnet sind.
17. Photoelektrischer Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch ge
kennzeichnet, daß er weiterhin eine rückseitige Abdeckung (42) aufweist, die aus
einem lichtabschirmenden Material gebildet ist und das Substrat (31) in dem
Gehäuse (30) festhält.
18. Photoelektrischer Sensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das
Substrat (31), das Abschirmteil (41) und die rückseitige Abdeckung (42)
Konkavitäten und Konvexitäten aufweisen, die in einander berührenden Teilen
zusammen passen.
19. Photoelektrischer Sensor nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) an Enden der Lichtführungsteile eine
Trennlinie (L) für eine Form aufweist.
20. Photoelektrischer Sensor nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß das Abschirmteil (41) Nasen (70) aufweist, die an Stellen, an
denen das Abschirmteil (41) das Gehäuse (30) berührt, jeweils einen Lichtaus
gangsteil und einen Lichteingangsteil umgeben.
21. Photoelektrischer Sensor nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) eine Dicke aufweist, die sich stufenweise
ändert, so daß die Dicke in einem Teil zur Befestigung an einem Gebrauchsgerät
kleiner als in dem anderen Teil ist.
22. Photoelektrischer Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das
Abschirmteil (41) eine Wand aufweist, die höher als eine Fläche des Substrats
gegenüber einer Preßverbindungsfläche ist.
23. Photoelektrischer Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch
gekennzeichnet, daß die Leuchtvorrichtung (34) und die lichtempfindliche
Vorrichtung (35) so auf dem Substrat positioniert sind, daß ihre optischen Achsen
parallel zueinander verlaufen.
24. Photoelektrischer Sensor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß er
weiterhin ein Prisma (38) mit einer Lichteingangsfläche aufweist, die im wesent
lichen senkrecht zu den optischen Achsen liegt, zum Empfang von Licht von der
Leuchtvorrichtung (34) und zum Zurücksenden des Lichts an die lichtempfindliche
Vorrichtung (35).
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