DE19727633C2 - Bauteil zur gerichteten, bidirektionalen, optischen Datenübertragung - Google Patents

Bauteil zur gerichteten, bidirektionalen, optischen Datenübertragung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil zur gerichteten, bidirektionalen optischen Datenübertragung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie aus dem Abstract zur JP 60-28279 (A) bekannt.
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 micro­ electronic GmbH (jetzt: Vishay Semiconductor GmbH) unter der Bezeichnung TFDS 3000 beziehungsweise TFDS 6000 integrierte Transceiver-Bauteile er­ hältlich, die dem IrDA-Standard entsprechen.
Wie aus dem Firmenprospekt "Technical Library" (CD-ROM), February 1997, TEMIC Semiconductors, der bereits genannten Firma TEMIC TELEFUNKEN microelectronic GmbH (jetzt: Vishay Semiconductor GmbH), hervorgeht, sind hierbei nach dem Stand der Technik in einem gemeinsamen Gehäuse eines Transceivers ein Infrarotsender (Emitter), ein Infrarotempfänger (Detektor) und ein integrierter Schaltkreis zur Signalaufbereitung angeordnet. Eine Oberflächenseite des Transceiver-Bauteils weist zwei nebeneinanderliegen­ de, linsenförmige Ausformungen auf, in deren Brennpunkt sich jeweils der Sender und der Empfänger befinden. Diese optischen Systeme sind notwen­ dig, um die im IrDA-Standard geforderte gerichtete Signalabstrahlung 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 Signalabstrah­ lung des Senders und die gerichtete Empfindlichkeit des Empfängers zu er­ zielen. Das verursacht hohe Materialkosten, und die Dimensionen des Transceiver-Bauteils fallen relativ groß aus.
Werden integrierter Schaltkreis, Empfänger und Sender übereinander ange­ ordnet, 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 Empfind­ lichkeit verringert wird. Durch die Art der Anordnung von Schaltkreis, Emp­ fänger und Sender ist es weiterhin nicht möglich, wie beispielsweise bei lich­ temittierenden Dioden (LED) den Sender in einem tassenförmigen Reflektor anzuordnen, wodurch es aufgrund einer ungerichteten Abstrahlung zu einer Einbuße bei der Sendeleistung kommt.
Aus dem Abstract zu JP 60-28 279 (A) ist ein Bauteil bekannt, bei dem in ei­ nem Gehäuse sowohl ein Emitterchip als auch ein Detektorchip für Licht ein­ gebaut sind und bei dem ein optisches System mit einer optischen Achse vorgesehen ist. Weiterhin ist konzentrisch zur optischen Achse ein Reflektor angeordnet. Der Nachteil dieses Bauteils besteht ebenfalls darin, dass auf­ grund der nebeneinanderliegenden Anordnung von Sender und Empfänger jeweils ein eigenes optisches System notwendig ist. Weiterhin eignet sich dieses als optischer Sensor eingesetzte Bauteil nicht zur gerichteten, bidirek­ tionalen optischen Datenübertragung.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Bauteil anzugeben, das trotz gerin­ gerer Dimensionen über eine hohe Empfindlichkeit und eine hohe Sendelei­ stung verfügt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bauteil zur gerichteten, bidirektionalen optischen Datenübertragung, bei dem in einem ein- oder mehrteiligen Gehäu­ se als Bauteile ein Emitterchip zum Aussenden von IR-Strahlen, ein Detektor­ chip zum Empfangen von IR-Strahlen und ein optisches System mit einer op­ tischen Achse zur Bündelung der ausgesendeten und empfangenen Strahlen angeordnet sind. Kennzeichnend ist, daß konzentrisch zur optischen Achse und um die Bauteile und das optische System herum ein Reflektor angeord­ net ist, so daß Sendeleistung und Empfangsempfindlichkeit des Bauteils er­ höht 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 eingespart werden. Durch den zusätzlichen Reflektor werden Sendeleistung und Emp­ findlichkeit 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, ab­ gestrahlt 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 α als sogenannter "toter Raumwinkel", in dessen Bereich das Empfangen und Senden von IR-Strahlen nicht möglich ist. Um diesen Raumwinkel α gering zu halten, muß ein möglichst Kleiner Abstand A erreicht werden, da die Größe des Abstandes A die Größe des Raumwinkels α 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 (4)

1. Transceiver (1) zur gerichteten, bidirektionalen optischen Datenübertra­ gung, 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 über dem Emitterchip (10) eine Linse (2) angeordnet sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • a) das Emitterchip (10) ist konzentrisch auf dem Detektorchip (8) angeordnet und
  • b) ein Reflektor (13) ist derart angeordnet, daß sich Emitterchip (10) und De­ tektorchip (8) in seinem Brenn- oder Sammelpunkt befinden.
2. Transceiver (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Re­ flektor (13) die Form eines Paraboloiden aufweist.
3. Transceiver (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (13) durch eine parabolische, in das Gehäuse (3) und in eine optische Baueinheit (18) eingebrachte Ausnehmung gebildet ist.
4. Transceiver (1) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (13) aus einer thermo- oder duroplastischen und für IR-Strahlen transparenten Vergußmasse besteht und seine parabolische Fläche durch Bedampfen mit Metall verspiegelt ist.
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