DE19727633A1 - Bauteil zur optischen Datenübertragung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Bauteil zur gerichteten, bidirektionalen optischen
Datenübertragung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine solche Anordnung, auch als Transceiver (aus Transmitter und Receiver)
bezeichnet, wird zur Datenübertragung für IrDA-Anwendungen zum Einsatz
gebracht. Zur Datenübertragung mittels einer optischen Punkt-zu-Punkt-
Übertragungsstrecke wurde der IrDA (Infrared Data Associaton) Standard
entwickelt. Beispielsweise sind von der Firma TEMIC TELEFUNKEN
microelectronic GmbH unter der Bezeichnung TFDS 3000 beziehungsweise
TFDS 6000 integrierte Transceiver-Bauteile erhältlich, die dem IrDA-Standard
entsprechen.
Hierbei sind nach dem Stand der Technik in einem gemeinsamen Gehäuse
eines Transceivers ein Infrarotsender (Emitter), ein Infrarotempfänger
(Detektor) und ein integrierter Schaltkreis zur Signalaufbereitung angeord
net. Eine Oberflächenseite des Transceiver-Bauteils weist zwei nebeneinan
derliegende, linsenförmige Ausformungen auf, in deren Brennpunkt sich
jeweils der Sender und der Empfänger befinden. Diese optischen Systeme
sind notwendig, um die im IrDA-Standard geforderte gerichtete Signalab
strahlung des Senders und die gerichtete Empfindlichkeit des Empfängers
zu erzielen.
Derartige Transceiver weisen den Nachteil auf, daß aufgrund der nebenein
anderliegenden Anordnung von Sender und Empfänger jeweils ein eigenes
optisches System notwendig ist, um die geforderte gerichtete Signalab
strahlung des Senders und die gerichtete Empfindlichkeit des Empfängers
zu erzielen. Das verursacht hohe Materialkosten, und die Dimensionen des
Transceiver-Bauteils fallen relativ groß aus.
Werden integrierter Schaltkreis, Empfänger und Sender übereinander
angeordnet, und zwar der Empfänger auf dem integrierten Schaltkreis und
der Sender auf dem Empfänger, so ergibt sich als Nachteil, daß ein Teil des
Empfängerelements vom Senderelement abgedeckt und damit die
Empfindlichkeit verringert wird. Durch die Art der Anordnung von Schalt
kreis, Empfänger und Sender ist es weiterhin nicht möglich, wie beispiels
weise bei lichtemittierenden Dioden (LED) den Sender in einem tassen
förmigen Reflektor anzuordnen, wodurch es aufgrund einer ungerichteten
Abstrahlung zu einer Einbuße bei der Sendeleistung kommt.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Bauteil anzugeben, das trotz
geringerer Dimensionen über eine hohe Empfindlichkeit und eine hohe
Sendeleistung verfügt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bauteil zur gerichteten, bidirektio
nalen optischen Datenübertragung, bei dem in einem ein- oder mehrteili
gen Gehäuse als Bauteile ein Emitterchip zum Aussenden von IR-Strahlen, ein
Detektorchip zum Empfangen von IR-Strahlen und ein optisches System mit
einer optischen Achse zur Bündelung der ausgesendeten und empfangenen
Strahlen angeordnet sind. Kennzeichnend ist, daß konzentrisch zur opti
schen Achse und um die Bauteile und das optische System herum ein
Reflektor angeordnet ist, so daß Sendeleistung und Empfangsempfindlich
keit des Bauteils erhöht werden.
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß für einen Transceiver weiterhin
ein gemeinsames optisches System verwendet werden kann, wodurch die
Dimensionen des Bauteils erheblich verringert und Materialkosten einge
spart werden. Durch den zusätzlichen Reflektor werden Sendeleistung und
Empfindlichkeit des Transceivers erhöht, indem auch seitlich einfallende
IR-Strahlen erfaßt und dem Empfänger zugeleitet bzw. indem auch seitlich
vom Sender ausgehende IR-Strahlen, die am optischen System vorbei gehen,
abgestrahlt werden.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren
Unteransprüchen beschrieben.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend ausführlich
erläutert und anhand der Figuren dargestellt.
Es zeigen
Fig. 1 ein Transceiver mit separatem Reflektor in aufgeschnittener
Darstellung,
Fig. 2 ein Transceiver mit integriertem Reflektor in aufgeschnittener
Darstellung und
Fig. 3 ein Transceiver nach dem Stand der Technik in perspekti
vischer Darstellung.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Transceiver 1 mit einer Linse 2 als optisches
System, einem beispielsweise aus thermo- oder duroplastischer und für
IR-Strahlen transparenter Vergußmasse bestehenden Gehäuse 3 und Anschluß
beinchen 4, die als Teil eines metallenen Streifenträgers 5 nach außen
geführt sind. Auf dem Träger 5 ist ein integrierter Schaltkreis 6 befestigt,
der zur Verstärkung der Signale dient. Auf dem integrierten Schaltkreis 6 ist
eine Photo-PIN-Diode als Empfänger- oder Detektorchip 8 angeordnet, bei
der es sich um ein spezielles IrDA-Produkt handelt, das aber mit einer für
Photo-PIN-Dioden üblichen Technologie hergestellt ist.
Auf das Detektorchip 9 ist konzentrisch ein Sender- oder Emitterchip 10
aufgeklebt, bei dem es sich prinzipiell um eine bekannte Infrarot-Sende
diode handelt. Die Fläche des integrierten Schaltkreises 6 ist größer als die
Fläche des Detektorchips 8, dessen Fläche wiederum größer ist als die
Fläche des Emitterchips 10. Die Signalübertragung zwischen Emitterchip 10
und integriertem Schaltkreis 6 bzw. zwischen Detektorchip 8 und integrier
tem Schaltkreis 6 erfolgt auf bekannte Art und Weise mittels Bonddrähten
12, die aus Gold, Aluminium oder einer gut leitfähigen Legierung bestehen.
Zur Befestigung des integrierten Schaltkreises 6 auf dem Träger 5, des
Detektorchips 8 auf dem integrierten Schaltkreis 6 und des Emitterchips 10
auf dem Detektorchip 8 wird beispielsweise Polymidkleber, Lot, Kunst
stofflot oder ein anderer üblicher Kunststoffkleber verwendet. Um zu
gewährleisten, daß das Emitterchip 10 leitend auf dem Detektorchip 8
befestigt ist, können dabei für die einzelnen Klebungen jeweils verschie
dene Klebstoffe oder Lote Verwendung finden. Die Verbindung zwischen
dem integrierten Schaltkreis 6 und dem Detektorchip 8 kann leitfähig oder
nicht leitfähig sein, wobei der nicht leitfähigen Verbindung der Vorzug zu
geben ist.
Die Fig. 1 zeigt einen Transceiver 1 mit einem separaten Reflektorgehäuse
17, wobei die Gestalt des Reflektors 13 der eines teilweisen Paraboloiden
mit Brenn- oder Sammelpunkt entspricht. Hierzu ist in ein rotationssymme
trisches, thermo- oder duroplastisches Reflektorgehäuse 17 eine Ausneh
mung eingebracht, die eine solche parabolische Gestalt aufweist. Zur
Montage wird das Reflektorgehäuse 17 einfach über das Gehäuse 3 des
Transceivers 1 gestülpt. Haltenasen 17' sorgen dafür, daß Reflektorgehäuse
17 und Transceivergehäuse 3 zusammengehalten werden.
Das optische System 2, das einen sphärischen Bereich 16 aufweist und bei
dem es sich im einfachsten Fall um eine Kunststofflinse handelt, und der
Reflektor 13 sind derart ausgestaltet und aneinander angepaßt, daß sowohl
vom Emitterchip 10 ausgehende Strahlung optimal abgestrahlt wird, als
auch einfallende Strahlung optimal auf das Detektorchip 8 gelenkt wird.
Ermöglicht wird dies dadurch, daß Detektorchip 8 und Emitterchip 10 nicht
wie bisher nebeneinander, sondern übereinander angeordnet sind. Dadurch
ist es möglich, gegenüber dem Stand der Technik, bei dem jeweils für
Emitter und Detektor ein eigenes optisches System verwendet werden muß,
ein optisches System einzusparen und die Breite des Transceivers 1 unge
fähr zu halbieren.
Der Reflektor 13 ist derart um die Bauteile 6, 8 und 10 und die Linse 2
herum angeordnet, daß sich Detektorchip 8 und Emitterchip 10 in seinem
Brenn- oder Sammelpunkt befinden. Er bewirkt, daß zum einen auch außer
halb der Linse 2 einfallende IR-Strahlen 14 auf das Detektorchip 8 umgelenkt
werden und daß zum anderen vom Emitterchip 10 ausgehende IR-Strahlen
15, die rechts und links an der Linse 2 vorbeigehen, abgestrahlt werden.
Dadurch wird sowohl die Empfindlichkeit des Transceivers 1 als auch dessen
Sendeleistung merklich erhöht.
Die Fig. 2 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel einen Transceiver 1, bei
dem auf das Gehäuse 3 eine optische Baueinheit 18, bestehend aus Reflek
tor 13 und Linse 2, aufgesetzt ist. Der Reflektor 13, dessen Gestalt der eines
teilweisen Paraboloiden mit Brenn- oder Sammelpunkt entspricht, setzt sich
im Gehäuse 3 fort, wozu in das Gehäuse 3 eine ebenfalls parabolische Aus
nehmung eingebracht ist. Der Reflektor 13 ist derart um die Bauteile 6, 8
und 10 und die Linse 2 herum angeordnet, daß sich Detektorchip 8 und
Emitterchip 10 in seinem Brenn- oder Sammelpunkt befinden. Der übrige
Aufbau des Transceivers 1, insbesondere die Anordnung von integriertem
Schaltkreis 6, Detektorchip 8 und Emitterchip 10 und Linse 2, ist gegenüber
der in Fig. 1 gezeigten Anordnung unverändert.
Der Reflektor 13 bewirkt, daß zum einen auch außerhalb der Linse 2 ein
fallende IR-Strahlen 14 auf das Detektorchip 8 umgelenkt werden und daß
zum anderen vom Emitterchip 10 ausgehende IR-Strahlen 15, die rechts und
links an der Linse 2 vorbeigehen, abgestrahlt werden. Dadurch wird sowohl
die Empfindlichkeit des Transceivers 1 erhöht als auch dessen Abstrahlver
halten merklich verbessert.
Da sich aus fertigungstechnischen Gründen zwischen der Linse 2 und dem
Reflektor 13 ein Abstand A ergibt, verbleibt ein minimaler Raumwinkel als
sogenannter "toter Raumwinkel", in dessen Bereich das Empfangen und
Senden von IR-Strahlen nicht möglich ist. Um diesen Raumwinkel gering zu
halten, muß ein möglichst kleiner Abstand A erreicht werden, da die Größe
des Abstandes A die Größe des Raumwinkels bestimmt.
Die Fig. 3 zeigt einen Transceiver 1' nach dem Stand der Technik. Da (der
nicht sichtbare) Detektorchip und (der ebenfalls nicht sichtbare) Emitterchip
nebeneinander angeordnet sind, ist jeweils für den Emitterchip und den
Detektorchip eine eigene Linse 2' bzw. 2'' notwendig. Dadurch und daß die
Anschlüsse 4 von Detektor und Emitter getrennt herausgeführt sind, ver
größert sich der Transceiver 1' gegenüber der erfindungsgemäßen Anord
nung auf ungefähr die doppelte Breite.
Claims (6)
1. Bauteil zur gerichteten, bidirektionalen optischen Datenübertragung, bei
dem in einem ein- oder mehrteiligen Gehäuse (3, 18) als Bauteile ein
Emitterchip (10) zum Aussenden von IR-Strahlen, ein Detektorchip (8) zum
Empfangen von IR-Strahlen und ein optisches System (2) mit einer optischen
Achse zur Bündelung der ausgesendeten und empfangenen Strahlen ange
ordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zur optischen
Achse und um die Bauteile (8,10) und das optische System (2) herum ein
Reflektor (13) angeordnet ist, so daß Sendeleistung und Empfangsempfind
lichkeit des Bauteils erhöht werden.
2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor
(13) die Form eines Paraboloiden aufweist.
3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Reflektor (13) durch eine parabolische, in das Gehäuse (3) und in eine opti
sche Baueinheit (18) eingebrachte Ausnehmung gebildet ist.
4. Bauteil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Emitterchip (10) und das Detektorchip (8) im Brenn- oder Sammelpunkt des
Reflektors (13) angeordnet sind.
5. Bauteil nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflek
tor (13) aus einer thermo- oder duroplastischen und für IR-Strahlen trans
parenten Vergußmasse besteht.
6. Bauteil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die para
bolische Fläche des Reflektors (13) durch Bedampfen mit Metall verspiegelt
ist.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19727633A DE19727633C2 (de) | 1997-06-28 | 1997-06-28 | Bauteil zur gerichteten, bidirektionalen, optischen Datenübertragung |
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