DE202014007445U1 - Multifunctional optical micro-sensor system - Google Patents
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Abstract
Halios-System zur Vermessung einer optischen Übertragungsstrecke a. wobei sich mindestens ein optisches Empfangspfadfilter (FD), Teil der Vorrichtung ist und sich in mindestens einer der zweiten Übertragungsstrecken (I2) befindet und b. wobei das Empfangspfadfilter (FD) für die Wellenlänge des Lichts des Senders (H, 2, 3, 4), also für die Senderwellenlänge, und/oder für die Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung eine Transmissivität von mindestens 50% oder besser 75% oder besser 88% oder besser 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweist und c. wobei das Empfangspfadfilter (FD) für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K, 9), also für die Kompensationssenderwellenlänge, eine Transmissivität von höchstens 50% oder besser höchstens 25% oder besser höchstens 12% oder besser höchstens 5% oder besser höchstens 2% oder besser höchstens 1% aufweist und d. wobei Empfangspfadfilter (FD) für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K, 9), also für die Kompensationssenderwellenlänge, einen Absorptionsfaktor von mindestens 25% oder besser mindestens 50% oder besser mindestens 75% oder besser mindestens 88% oder besser mindestens 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweist und e. wobei mindestens der besagte Kompensationssender (K, 9) und mindestens ein Empfänger (D, 10) durch mindestens einen Steg (48) derart getrennt sind, dass eine direkte Bestrahlung des besagten Empfängers (D, 10) durch den besagten Kompensationssender (K, 9) nicht möglich ist und f. wobei der besagte Kompensationssender (K, 9) in einer Kompensationssenderkavität (CAV_K) platziert ist und wobei der besagte Steg (48) ein Teil der Wand der Kompensationssenderkavität (CAV_K) ist und g. Wobei der besagte Empfänger (D, 10) in einer Empfängerkavität (CAV_D) platziert ist und wobei der besagte Steg (48) ein Teil der Wand der Empfängerkavität (CAV_D) ist und h. wobei mindestens der besagte Empfänger (D, 10) und der besagte Kompensationssender (K, 9) durch mindestens einen optischen Pfad (49) optisch miteinander verbunden sind, bei dem durch mindestens eine Reflektion Licht an einem Reflektor (R) von dem besagten Kompensationssender (K, 9) auf den besagten Empfänger (D, 10) übertragen werden kann und i. wobei mindestens der besagte Sender (H, 2, 3, 4) und mindestens der besagte Empfänger (D, 10) durch mindestens eine Barriere (17) derart getrennt sind, dass eine direkte Bestrahlung des besagten Empfängers (D, 10) durch den besagten Sender (H, 2, 3, 4) nicht möglich ist und j. wobei mindestens der besagte Sender (H, 2, 3, 4) und mindestens der besagte Empfänger (D, 10) durch mindestens eine optische Sperre (B2, B3) von einander optisch separiert sind und k. wobei die Vorrichtung mindestens einen Absorber (51) aufweist, der die Abstrahlung von Licht mindestens des besagten Kompensationssenders (K, 9) in zumindest eine vordefinierte Richtung und/oder in Richtung auf mindestens ein zu vermessendes Objekt (O) verhindert und l. wobei zumindest der besagte Sender (H, 2, 3, 4) und der besagte Kompensationssender (K, 9) der Vorrichtung mit unterschiedlicher Schwerpunktswellenlänge strahlen.Halios system for measuring an optical transmission path a. wherein at least one optical receive path filter (FD) is part of the device and is located in at least one of the second transmission links (I2) and b. wherein the receiving path filter (FD) for the wavelength of the light of the transmitter (H, 2, 3, 4), ie for the transmitter wavelength, and / or for the wavelength of the radiation to be detected, a transmissivity of at least 50% or better 75% or better 88% or better 95% or better at least 98% or better at least 99% and c. wherein the reception path filter (FD) for the wavelength of the light of the compensation transmitter (K, 9), ie for the compensation transmitter wavelength, a transmissivity of at most 50% or better at most 25% or better at most 12% or better at most 5% or better at most 2% or better at most 1% and d. wherein receiving path filter (FD) for the wavelength of the light of the compensation transmitter (K, 9), ie for the compensation transmitter wavelength, an absorption factor of at least 25% or better at least 50% or better at least 75% or better at least 88% or better at least 95% or better at least 98% or better at least 99% and e. wherein at least said compensation transmitter (K, 9) and at least one receiver (D, 10) are separated by at least one land (48) such that direct irradiation of said receiver (D, 10) by said compensation transmitter (K, 9 ) is not possible and f. wherein said compensation transmitter (K, 9) is placed in a compensation transmitter cavity (CAV_K) and wherein said land (48) is part of the wall of the compensation transmitter cavity (CAV_K) and g. Wherein said receiver (D, 10) is placed in a receiver cavity (CAV_D) and wherein said bridge (48) is part of the wall of the receiver cavity (CAV_D) and h. wherein at least said receiver (D, 10) and said compensation transmitter (K, 9) are optically interconnected by at least one optical path (49) in which, by at least one reflection, light is emitted to a reflector (R) from said compensating transmitter (49). K, 9) can be transmitted to said receiver (D, 10) and i. wherein at least said transmitter (H, 2, 3, 4) and at least said receiver (D, 10) are separated by at least one barrier (17) such that direct irradiation of said receiver (D, 10) by said transmitter Transmitter (H, 2, 3, 4) is not possible and j. wherein at least said transmitter (H, 2, 3, 4) and at least said receiver (D, 10) are optically separated from each other by at least one optical barrier (B2, B3) and k. wherein the device comprises at least one absorber (51) which prevents the emission of light from at least said compensating transmitter (K, 9) in at least one predefined direction and / or towards at least one object (O) to be measured, and l. wherein at least said transmitter (H, 2, 3, 4) and said compensation transmitter (K, 9) radiate the device at different centroid wavelengths.
Description
Einleitung und Stand der TechnikIntroduction and state of the art
Für die Erkennung dreidimensionaler Gesten wie beispielsweise Wisch- und Annäherungsgesten werden Sensoren benötigt, die in der Lage sind die Position, Bewegung und Orientierung von Händen zu erfassen.Detecting three-dimensional gestures, such as swipe and close gestures, requires sensors capable of detecting the position, motion and orientation of hands.
Neben der Verwendung von Kameras ist die Verwendung einfacher LED und Fotodioden basierender Konzepte aufgrund der damit verbundenen Kosten von besonderem Interesse.Besides the use of cameras, the use of simple LED and photodiode based concepts is of particular interest because of the associated costs.
Ein wesentliches Problem, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist dabei der zur Verfügung stehende Bauraum. Für die Steigerung der Robustheit solcher optischer Systeme gegen Fremdlicht und andere Störungen wurden verschiedene Methoden entwickelt.An essential problem, which is known from the prior art, is the available space. Various methods have been developed for increasing the robustness of such optical systems against ambient light and other disturbances.
Aus dem Stand der Technik sind dabei Systeme bekannt, bei denen ein Generator (G) ein Sendesignal (S5) erzeugt, mit dem ein Sender (H) gespeist wird. Dieser Sender (H) strahlt in einen Empfänger (D) nach Durchgang durch die zu vermessende Übertragungsstrecke bestehend mindestens aus einer ersten Teilübertragungsstrecke (I1) und einer zweiten Teilübertragungsstrecke (I2) ein. Das Empfängerausgangssignal (S0) des Empfängers (D) wird durch einen Regler (CT) zu einem Kompensationssignal (S3) verarbeitet, mit dem ein Kompensationssender (K) gespeist wird, der wieder typischerweise linear überlagernd über die Übertragungsstrecke (I3) ebenfalls in den Empfänger (D) einstahlt. Das Kompensationssignal (S3) wird dabei in der Art durch den Regler (CT) aus dem Empfängerausgangssignal (S0) und dem Sendesignal (S5) erzeugt, dass das Sendeausgangssignal (S0) bis auf einen Regelfehler und das Systemrauschen keine Komponenten des Sendesignals (S5) mehr enthält.Systems are known from the prior art, in which a generator (G) generates a transmission signal (S5), with which a transmitter (H) is fed. This transmitter (H) radiates into a receiver (D) after passing through the transmission link to be measured, comprising at least a first partial transmission path (I1) and a second partial transmission path (I2). The receiver output signal (S0) of the receiver (D) is processed by a controller (CT) to a compensation signal (S3), with which a compensation transmitter (K) is fed, again typically linearly superimposed over the transmission path (I3) also in the receiver (D) einstahlt. The compensation signal (S3) is generated in the manner by the controller (CT) from the receiver output signal (S0) and the transmission signal (S5) that the transmission output signal (S0) except for a control error and the system noise no components of the transmission signal (S5) contains more.
Solche Systeme, im Folgenden HALIOS-Systeme genannt, sind besonders robust gegenüber Störquellen, wie beispielsweise Sonnenlicht bei gleichzeitiger Robustheit gegenüber Verschmutzungen und einer Drift des Empfängers (D). Ein solches HALIOS-System ist beispielsweise aus der
Insgesamt sind aus dem Stand der Technik zwei verschiedene Grund-System-Varianten von Halios-Systemen bekannt, die auch beispielsweise durch Umschalten oder gewichtetes Umregeln der Regeleigenschaften gemischt werden können. Da der erste Anspruch sich auf diese Halios-Systeme im allgemeinen bezieht, wird im Folgenden eine Definition solcher aus dem Stand der Technik bekannten Halios-Systeme gegeben, um die Ansprüche kompakt gestalten zu können.Overall, two different basic system variants of Halios systems are known from the prior art, which can also be mixed, for example, by switching or weighted adjustment of the control properties. Since the first claim relates to these Halios systems in general, a definition of such known from the prior art Halios systems is given below in order to make the claims compact.
Ein Halios-System im Sinne dieser Offenbarung ist gekennzeichnet dadurch, dass
- i. entweder in der ersten Variante
- a. es über mindestens einen Signalgenerator (G) verfügt, der mindestens ein Sendesignal (S5) erzeugen kann, das mindestens einen Sender (H) steuert, der in mindestens einen Empfänger (D) einstrahlt, und
- b. es über mindestens einen Regler (CT) verfügt, der mindestens ein Kompensationssendesignal (S3) ausgibt, mit dem mindestens ein Kompensationssender (K) gesteuert wird, der ebenfalls überlagernd zumindest in einen der besagten Empfänger (D) einstrahlt, und
- c. dass der besagte Regler (CT) aus mindestens einem Empfängerausgangssignal (S0) des besagten Empfängers (D) und mindestens einem der besagten Sendesignale (S5) mindestens eines der besagten Kompensationssendesignal (S3) bildet und
- d. und dass der Regler (CT) mindestens einen der besagten Kompensationssender (K) mittels des besagten Kompensationssendesignals (S3) so steuert, dass das besagte Empfängerausgangssignal (S0) des besagten Empfängers (D) bis auf einen Regelfehler und Systemrauschen keine Anteile des Sendesignals (S5) mehr enthält. oder in der zweiten Variante
- e. sie über mindestens einen Signalgenerator (G) verfügt, der mindestens ein Kompensationssendesignal (S3) erzeugen kann, mit dem mindestens ein Kompensationssender (K) gesteuert wird, der zumindest in einen Empfänger (D) einstrahlt und
- f. sie über mindestens einen Regler (CT) verfügt, der mindestens ein Sendesignal (S5) ausgibt, das mindestens einen Sender (H) steuert, der ebenfalls überlagernd in mindestens einen Empfänger (D) einstrahlt, und
- g. dass mindestens einer der besagten Regler (CT) aus mindestens einem Empfängerausgangssignal (S0) eines der besagten Empfänger (D) und mindestens einem besagten Kompensationssendesignal (S3) mindestens eines der besagten Sendesignal (S5) bildet und
- h. und dass der Regler (CT) mindestens einen der besagten Sender (H) mittels mindestens eines der besagten Sendesignals (S5) so steuert, dass das Empfängerausgangssignal des besagten Empfängers (D) bis auf einen Regelfehler und Systemrauschen keine Anteile des Kompensationssendesignals (S3) mehr enthält oder
- i. dass es sich um eine Mischform der ersten und zweiten Variante handelt und
- ii. dass zumindest der besagte optische Sender (H) in mindestens eine erste Übertragungstrecke (I1), die nur teilweise Bestandteil der Vorrichtung ist, hineinsenden kann und
- iii. dass mindestens ein Objekt (O), das kein Bestandteil der Vorrichtung ist, am Ende dieser ersten optischen Übertragungsstrecke (I1) Licht in mindestens eine zweite Übertragungsstrecke (I2), die nur teilweise Bestandteil der Vorrichtung ist, hineinsenden kann, die an mindestens eifern der besagten Empfänger (D), der Bestandteil der Vorrichtung ist, endet und
- iv. dass mindestens dieser Empfänger (D) zumindest das durch den Durchgang durch die erste Übertragungsstrecke (I1) und/oder die zweite Übertragungsstrecke (I2) und/oder die Reflektion am Objekt (O) modifizierte Sendesignal (S5) empfangen kann und in mindestens ein Empfängerausgangssignal (S0) umwandelt und
- v. dass einer der besagten Regler (CT), der Bestandteil der Vorrichtung ist, mindestens eine Signalisierung (S4) ausgibt, die außerhalb der Vorrichtung weiterverwendet werden kann und
- vi. dass diese Signalisierung (S4) einen repräsentativen Messwert für mindestens eine Eigenschaft mindestens einer ersten Übertragungsstrecke (I1) oder einer zweiten Übertragungsstrecke (I2) oder einen repräsentativen Messwert für mindestens eine Eigenschaft mindestens eines Objekts (O) am Ende einer besagten ersten Übertragungsstrecke (I1) oder am Anfang einer besagten zweiten Übertragungsstrecke (I2) darstellt und über eine Signalisierung (S4) zumindest auf Aufforderung ausgegeben wird und
- vii. dass dieser Kompensationssender (K) in mindestens eine dritte Übertragungstrecke (I3) hineinsendet, die vollständig Bestandteil der Vorrichtung ist und
- viii. dass mindestens eine der dritten Übertragungsstrecken (I3) an mindestens einem der besagten Empfänger (D) endet und
- ix. dass zumindest dieser Empfänger (D) zumindest das Signal des besagten Kompensationssenders (K) überlagernd mit dem Signal zumindest eines der Sender (H) empfangen kann
- i. either in the first variant
- a. it has at least one signal generator (G) which can generate at least one transmission signal (S5) which controls at least one transmitter (H) which radiates into at least one receiver (D), and
- b. it has at least one controller (CT) which outputs at least one compensation transmission signal (S3), with which at least one compensation transmitter (K) is controlled, which also radiates superimposing at least into one of said receivers (D), and
- c. said controller (CT) comprises at least one receiver output signal (S0) of said receiver (D) and at least one of said transmit signals (S5) forming at least one of said compensation transmit signal (S3) and
- d. and in that the controller (CT) controls at least one of said compensation transmitters (K) by means of said compensating transmission signal (S3) such that said receiver output signal (S0) of said receiver (D) does not receive any portions of the transmission signal (S5) except for a control error and system noise ) contains more. or in the second variant
- e. it has at least one signal generator (G) which can generate at least one compensation transmission signal (S3) with which at least one compensation transmitter (K) is irradiated, which at least radiates into a receiver (D) and
- f. it has at least one controller (CT) which outputs at least one transmission signal (S5) which controls at least one transmitter (H), which also radiates superimposing into at least one receiver (D), and
- G. in that at least one of said controllers (CT) comprises at least one receiver output signal (S0) of one of said receivers (D) and at least one compensation transmit signal (S3) of at least one of said transmission signal (S5) and
- H. and that the controller (CT) at least one of said transmitter (H) by means of at least one of said transmission signal (S5) controls so that the receiver output of said receiver (D) except for a control error and system noise no shares of the compensation transmission signal (S3) more contains or
- i. that it is a mixed form of the first and second variant and
- ii. that at least said optical transmitter (H) in at least a first transmission path (I1), which is only partially part of the device, can send in and
- iii. at least one object (O), which is not a component of the device, at the end of this first optical transmission path (I1) can transmit light into at least one second transmission path (I2), which is only part of the device, which at least eifern the said receiver (D), which is part of the device, ends and
- iv. in that at least this receiver (D) can receive at least the transmission signal (S5) modified by the passage through the first transmission path (I1) and / or the second transmission path (I2) and / or the reflection at the object (O) and into at least one receiver output signal (S0) converts and
- v. that one of said controllers (CT), which is part of the device, outputs at least one signaling (S4) which can be reused outside the device, and
- vi. in that this signaling (S4) has a representative measured value for at least one property of at least one first transmission path (I1) or a second transmission path (I2) or a representative measured value for at least one property of at least one object (O) at the end of a said first transmission path (I1). or at the beginning of said second transmission path (I2) and is output via a signaling (S4) at least on request, and
- vii. that this compensation transmitter (K) sends in at least one third transmission link (I3), which is completely part of the device, and
- viii. that at least one of the third transmission links (I3) ends at at least one of said receivers (D) and
- ix. in that at least this receiver (D) can receive at least the signal of said compensating transmitter (K) superimposed on the signal of at least one of the transmitters (H)
Anhand der
Darüber hinaus enthält die
In einem anderen Verfahren (
Im Stand der Technik wird jedoch kein Verfahren zur optimalen Einstellung des Arbeitspunktes des Kompensationssenders angegeben.In the prior art, however, no method for optimal adjustment of the operating point of the compensation transmitter is specified.
Soll ein solches Halios-System in ein einziges kleines SMD Gehäuse eingebaut werden, so stellen sich verschiedene Herausforderungen, was die Optik und die Verarbeitbarkeit angeht.If such a Halios system to be installed in a single small SMD housing, so there are various challenges in terms of appearance and processability.
Soll ein solches System in ein einziges kleines SMD Gehäuse eingebaut werden, so stellen sich verschiedene Herausforderungen, was die Optik und die Verarbeitbarkeit angeht.If such a system in a single small SMD housing to be installed, there are various challenges in terms of appearance and processability.
Grundsätzlich gibt es zwischen jedem Sender H, dem Objekt O in der Übertragungsstrecke und dem Empfänger D zwei potenzielle Übertragungsstrecken: Die eigentliche Nutzstrecke (I1 & I2, I3) und eine parasitäre Übertragungsstrecke. So soll das Licht des Senders H erst vom Sender H zum Objekt O gesendet und von dort wieder auf die Fotodiode, den Empfänger D, reflektiert werden. Das Licht des Senders H soll jedoch nicht direkt auf die Fotodiode D fallen. Für das Licht der Kompensationsdiode K ist es gerade umgekehrt: Es soll nur direkt auf die Fotodiode D fallen und nach Möglichkeit nicht auf das Objekt O gestreut werden.Basically, there are two potential transmission links between each transmitter H, the object O in the transmission path and the receiver D: The actual useful path (I1 & I2, I3) and a parasitic transmission path. Thus, the light of the transmitter H is first sent from the transmitter H to the object O and from there again to the photodiode, the receiver D, to be reflected. However, the light of the transmitter H should not fall directly on the photodiode D. For the light of the compensation diode K, the reverse is true: it should only fall directly onto the photodiode D and, if possible, not be scattered onto the object O.
Ein wesentliches Problem bei der Integration solcher HALIOS Systeme in einem Gehäuse ist die Unterdrückung solcher parasitärer Kopplungen. Die Miniaturisierung verschärft das Problem, welches im Folgenden mit Crosstalk bezeichnet wird.A major problem with the integration of such HALIOS systems in a housing is the suppression of such parasitic couplings. The miniaturization aggravates the problem, which is referred to below as Crosstalk.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Integration der verschiedenen optischen Sensoren und Sensokomponenten in einem einzigen SMD Gehäuse zu ermöglichen, den Crosstalk zu vermindern und die optimale Ausleuchtung und Sensitivität des Systems zu ermöglichen.It is the object of the invention to enable the integration of the various optical sensors and sensor components in a single SMD package, to reduce crosstalk and to allow optimum illumination and sensitivity of the system.
Beschreibung der grundlegenden ErfindungDescription of the basic invention
Der Aufbau und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird anhand der beigefügten weiteren Figuren beschrieben.The structure and operation of the device according to the invention will be described with reference to the accompanying further figures.
Zur Erläuterung der Erfindung wird an dieser Stelle nun auf die nicht im publizierten Stand der Technik offenbarten technischen Zusammenhänge eingegangen, da diese ebenfalls zur Unterdrückung von Störern dienen. Viele wesentliche Elemente sind dabei in den Anmeldungen
Zusätzlich zum Stand der Technik ist unter anderem in
Das Licht des Kompensationssenders (K) soll nicht nach außen dringen. Daher ist es sinnvoll, dass das Empfangspfadfenster (WD) und das Sendepfadfenster (WH) für die Wellenlänge dieses Lichts des Kompensationssender (K), also die Kompensationssenderwellenlänge, nicht durchlässig sind, sondern vorzugsweise absorbieren, Auch sollen diese Fenster das Licht des Kompensationssenders (K) nicht reflektieren, damit das Licht aus dem System eliminiert wird und nicht durch Mehrfachreflektion im System verbleibt und zu Signalverfälschungen führt. Das Empfangspfadfenster (WD) vor dem Detektor muss für die Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung, also typischerweise die Senderwellenlänge und/oder die Fluoreszenzwellenlänge, transparent sein und Strahlung der Kompensationswellenlänge zuverlässig unterdrücken. In diesem Fall sendet der Kompensationssender (K) zweckmäßiger Weise auf einer anderen Wellenlänge als der Sender H. Die Kompensationssenderwellenlänge sollte sich also von der Senderwellenlänge unterscheiden. Die Fenster sind vorzugsweise mit Filtern, und zwar einem Sendepfadfilter (FH) für den Sendepfad und einem Empfangspfadfilter (FD) für den Empfängerpfad versehen, um auf beispielhafte Weise diese Transmissivitätsanforderungen und diese Reflektivitätsanforderungen erfüllen zu können.The light of the compensation transmitter (K) should not escape to the outside. Therefore, it makes sense that the reception path window (WD) and the transmission path window (WH) for the wavelength of this light of the compensation transmitter (K), so the compensation transmitter wavelength, are not permeable, but preferably absorb, These windows should not reflect the light of the compensation transmitter (K) so that the Light is eliminated from the system and does not remain in the system due to multiple reflection and leads to signal distortions. The reception path window (WD) in front of the detector must be transparent to the wavelength of the radiation to be detected, ie typically the transmitter wavelength and / or the fluorescence wavelength, and must reliably suppress radiation of the compensation wavelength. In this case, the compensation transmitter (K) expediently transmits on a different wavelength than the transmitter H. The compensation transmitter wavelength should therefore differ from the transmitter wavelength. The windows are preferably provided with filters, namely a transmission path filter (FH) for the transmission path and a reception path filter (FD) for the receiver path, in order to be able to meet these transmissivity requirements and these reflectivity requirements in an exemplary manner.
Hierzu ist es zweckmäßig die Begriffe zu definieren.For this it is expedient to define the terms.
Im Folgenden ist mit Transmissivität der Faktor gemein, um den die Intensität (Energie) eines Lichtstrahls mit einer gegebenen Schwerpunktswellenlänge beim Durchgang durch einen Filter oder durch eine Vorrichtungskomponente, geschwächt wird im Vergleich zur Intensität (Energie) des eingestrahlten Lichtstrahls vor dem Durchgang durch das Objekt. Bei einer Schwächung um 50% ist die Transmissivität somit beispielsweise 50%.Hereinafter, transmissivity is the common factor by which the intensity (energy) of a light beam of a given centroid wavelength when passing through a filter or device component is weakened compared to the intensity (energy) of the incident light beam before passing through the object , With a weakening of 50%, the transmissivity is thus for example 50%.
Im Folgenden ist mit Reflektivität der Faktor gemein, um den die Intensität (Energie) eines Lichtstrahls mit einer gegebenen Schwerpunktswellenlänge beim Reflektion an einem Filter oder eine Vorrichtungskomponente geschwächt wird im Vergleich zur Intensität (Energie) des eingestrahlten Lichtstrahls vor der Reflektion an dem Objekt. Bei einer Schwächung um 50% ist die Reflektivität somit beispielsweise 50%.Hereinafter, reflectivity is the common factor by which the intensity (energy) of a light beam having a given centroid wavelength when reflected on a filter or device component is weakened compared to the intensity (energy) of the incident light beam before reflection on the object. With a weakening of 50%, the reflectivity is thus for example 50%.
Im Folgenden ist mit Absorptionsfaktor der Faktor gemein, um den die Intensität (Energie) eines Lichtstrahls mit einer gegebenen Schwerpunktswellenlänge beim Reflektion an einem Filter oder einer Gehäusekomponente und gleichzeitiger Transmission durch diesen Filter oder dieser Gehäusekomponente in Summe geschwächt wird im Vergleich zur Intensität (Energie) des eingestrahlten Lichtstrahls vor der Reflektion an dem Objekt. Diese Energie des Lichtstrahls verbleibt also im Filter bzw. in der Gehäusekomponente und wird nicht reflektiert oder transmittiert. Bei einer Transmissivität von 25% und einer Reflektivität von 24% ist der Absorptionsfaktor somit beispielsweise 50%.In the following, the factor by absorption factor is the factor by which the intensity (energy) of a light beam having a given center-of-mass wavelength when reflected on a filter or a housing component and simultaneous transmission through this filter or housing component is weakened in comparison with the intensity (energy). of the incident light beam before reflection on the object. This energy of the light beam thus remains in the filter or in the housing component and is not reflected or transmitted. With a transmissivity of 25% and a reflectivity of 24%, the absorption factor is thus for example 50%.
Im Hinblick auf die erfindungsgemäße Vorrichtung soll das Sendepfadfilter (FH) vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Senders (H), also für die Senderwellenlänge, eine Transmissivität von optimal 100%, von mindestens aber 50% oder besser mindestens 75% oder besser mindestens 88% oder besser mindestens 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweisen.With regard to the device according to the invention, the transmission path filter (FH) is preferably intended for the wavelength of the light of the transmitter (H), ie for the transmitter wavelength, a transmissivity of optimally 100%, of at least 50% or better at least 75% or better at least 88 % or better at least 95% or better at least 98% or better at least 99%.
Das Sendepfadfilter (FH) soll vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Senders (H), also für die Senderwellenlänge, eine Reflektivität von optimal 0%, von höchstens aber 50% oder besser höchstens 25% oder besser höchstens 12% oder besser höchstens 5% oder besser höchstens 2% oder besser höchstens 1% aufweisen.The transmission path filter (FH) is preferably for the wavelength of the light of the transmitter (H), ie for the transmitter wavelength, a reflectivity of 0% optimal, but at most 50% or better at most 25% or better at most 12% or better at most 5% or better at most 2% or better at most 1%.
Das Sendepfadfilter (FH) soll gleichzeitig vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K), also für die Kompensationssenderwellenlänge, eine Transmissivität von optimal 0%, von höchstens aber 50% oder besser höchstens 25% oder besser höchstens 12% oder besser höchstens 5% oder besser höchstens 2% oder besser höchstens 1% aufweisen.The transmit path filter (FH) should at the same time preferably for the wavelength of the light of the compensation transmitter (K), ie for the compensation transmitter wavelength, a transmissivity of 0%, but at most 50% or better at most 25% or better at most 12% or better at most 5 % or better at most 2% or better at most 1%.
Das Sendepfadfilter (FH) soll gleichzeitig vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K), also für die Kompensationssenderwellenlänge, einen Absorptionsfaktor von optimal 100%, von mindestens aber 25% oder besser mindestens 50% oder besser mindestens 75% oder besser mindestens 88% oder besser mindestens 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweisen.The transmit path filter (FH) should at the same time preferably for the wavelength of the light of the compensation transmitter (K), ie for the compensation transmitter wavelength, an absorption factor of optimally 100%, of at least 25% or better at least 50% or better at least 75% or better at least 88 % or better at least 95% or better at least 98% or better at least 99%.
Das Empfangspfadfilter (FD) soll vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Senders (H), also für die Senderwellenlänge, bzw. für Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung eine Transmissivität von optimal 100%, von mindestens aber 50% oder besser mindestens 75% oder besser mindestens 88% oder besser mindestens 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweisen.The receiving path filter (FD) should preferably for the wavelength of the light of the transmitter (H), ie for the transmitter wavelength, or wavelength of the radiation to be detected, a transmissivity of optimally 100%, of at least 50% or better at least 75% or better at least 88% or better at least 95% or better at least 98% or better at least 99%.
Das Empfangspfadfilter (FH) soll gleichzeitig vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K), also für die Kompensationssenderwellenlänge, eine Transmissivität von optimal 0%, von höchstens aber 50% oder besser höchstens 25% oder besser höchstens 12% oder besser höchstens 5% oder besser höchstens 2% oder besser höchstens 1% aufweisen. The reception path filter (FH) should at the same time preferably for the wavelength of the light of the compensation transmitter (K), ie for the compensation transmitter wavelength, a transmissivity of optimally 0%, of at most 50% or better at most 25% or better at most 12% or better at most 5 % or better at most 2% or better at most 1%.
Das Empfangspfadfilter (FH) soll gleichzeitig vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K), also für die Kompensationssenderwellenlänge, einen Absorptionsfaktor von optimal 100%, von mindestens aber 25% oder besser mindestens 50% oder besser mindestens 75% oder besser mindestens 88% oder besser mindestens 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweisen.The reception path filter (FH) should simultaneously preferably for the wavelength of the light of the compensation transmitter (K), ie for the compensation transmitter wavelength, an absorption factor of optimal 100%, but at least 25% or better at least 50% or better at least 75% or better at least 88 % or better at least 95% or better at least 98% or better at least 99%.
Ein hoher Absorptionsfaktor für die Wellenlänge des Kompensationssender (K), also der Kompensationswellenlänge, für die beiden Filter in jedem Fall der Vorzug gegenüber einer erhöhten Reflektivität zu geben.A high absorption factor for the wavelength of the compensation transmitter (K), ie the compensation wavelength, for the two filters in each case to give preference over an increased reflectivity.
Hierdurch ist der Empfänger (D) in jedem Fall in der Lage, sowohl das Signal des Kompensationssenders (K) also der Kompensationssendediode, als auch das Signal des Senders (H) zu empfangen. Der Empfänger (D) muss also sowohl für die Kompensationswellenlänge als auch für die Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung, also typischerweise die Senderwellenlänge und/oder die Fluoreszenzwellenlänge empfindlich sein.As a result, the receiver (D) is in any case able to receive both the signal of the compensation transmitter (K) and the compensation transmitter diode, as well as the signal of the transmitter (H). The receiver (D) must therefore be sensitive both to the compensation wavelength and to the wavelength of the radiation to be detected, ie typically the transmitter wavelength and / or the fluorescence wavelength.
Die Verwendung von Empfangspfadfiltern ist aus der
Würde das Licht des Kompensationssenders (K) nämlich austreten können, so würde das Ergebnis verfälscht werden und die Grundkopplung, die beispielsweise in der Offenbarung
Darüber hinaus sollten alle Materialien, auch Filter und Optiken, innerhalb der Vorrichtung so ausgelegt werden, dass sie möglichst bei anderen Wellenlängen den folgenden drei Fällen einen Absorptionsfaktor von optimal 100%, von mindestens aber 25% oder besser mindestens 50% oder besser mindestens 75% oder besser mindestens 88% oder besser mindestens 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweisen. Bei den Spektralbereichen mit niedrigem Absorptionsfaktor handelt es sich als Erstes um die Wellenlänge des Senders (H), also die Senderwellenlänge, und als Zweites um die Wellenlänge des Kompensationssenders (K), also die Kompensationswellenlänge, und als Drittes um die Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung, also beispielsweise die Fluoreszenzwellenlänge und/oder die Wellenläge des Senders (H).In addition, all materials, including filters and optics, within the device should be designed so that, if possible at other wavelengths in the following three cases, an absorption factor of optimal 100%, but at least 25% or better at least 50% or better at least 75% or better at least 88% or better at least 95% or better at least 98% or better at least 99%. The spectral regions with a low absorption factor are first the wavelength of the transmitter (H), ie the transmitter wavelength, and secondly the wavelength of the compensation transmitter (K), ie the compensation wavelength, and thirdly the wavelength of the radiation to be detected , So for example, the fluorescence wavelength and / or the Wellenläge the transmitter (H).
Dies gilt vor allem für Wellenlängen, die bei Einstrahlung in den Empfänger (D) zu einem Signal führen.This is especially true for wavelengths that lead to a signal when irradiated in the receiver (D).
Die Materialien der Wände des Gehäuses sollten bei allen Wellenlängen einen Absorptionsfaktor von optimal 100%, von mindestens aber 25% oder besser mindestens 50% oder besser mindestens 75% oder besser mindestens 88% oder besser mindestens 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweisen. Dies gilt natürlich nicht für optisch transparente Teile, wie beispielsweise Linsen etc.The materials of the walls of the housing should at all wavelengths have an absorption factor of at least 100%, but at least 25% or better at least 50% or better at least 75% or better at least 88% or better at least 95% or better at least 98% or better at least 99%. Of course, this does not apply to optically transparent parts, such as lenses etc.
Dies gilt vor allem für Wellenlängen, die bei Einstrahlung in den Empfänger (D) zu einem Signal führen.This is especially true for wavelengths that lead to a signal when irradiated in the receiver (D).
Damit der Sender (H) nicht direkt in den Empfänger (D) einstrahlen kann, ist eine weitere Barriere (B2), wie sie beispielsweise aus der
Damit der Kompensationssender (K) nur über eine Reflektion an einem Reflektor (R) in den Empfänger (D) einstrahlen kann, ist dieser in einer Kompensationssenderkavität (CAV_K) untergebracht und somit von einer dritten optischen Barriere (B3) umgeben. Diese weist ein Kompensationspfadfenster (WK) auf, durch das der Kompensationssender (K) den Empfänger (D), der in einer eigenen Empfängerkavität (CAV_D) liegt, über einen Reflektor (R) bestrahlen kann. Das Kompensationspfadfenster (WK) erfüllt dabei gleichzeitig die Funktion einer Blende, die die Einspeisung von Licht des Kompensationssenders (K) in andere optische Pfade, die beispielsweise auf dem Objekt (O) enden könnten, verhindert. Dies ist besonders dann von Wichtigkeit, wenn die Wellenlängenselektivität der zuvor angesprochenen Filter (FD, FH) nicht ausreichend ist.So that the compensation transmitter (K) can only radiate into the receiver (D) via a reflection at a reflector (R), it is accommodated in a compensation transmitter cavity (CAV_K) and thus surrounded by a third optical barrier (B3). This has a compensation path window (WK), by means of which the compensation transmitter (K) can irradiate the receiver (D), which lies in its own receiver cavity (CAV_D), via a reflector (R). At the same time, the compensation path window (WK) fulfills the function of a diaphragm which prevents the light from the compensation transmitter (K) from being fed into other optical paths, which could end, for example, on the object (O). This is especially important if the wavelength selectivity of the previously mentioned filters (FD, FH) is insufficient.
Die dem Stand der Technik entsprechenden Elemente wurden oben erläutert.The prior art elements have been discussed above.
In der beispielhaften Vorrichtung (
Die verwendete Packaging-Technologie ist die des Molded Interconnection Device. Dabei wird ein dreidimensional verformter Leadframe mit Moldmasse umspritzt. Der Vorteil einer solchen Molded Interconnection Device Technologie (MID Technologie) ist die Möglichkeit einer direkten Umsetzung elektrischer Schaltungen, die ansonsten typischerweise in PCB oder FPCB Technik hergestellt würden, wobei die Umsetzung ohne zusätzliche Materialien nur mittels einer speziellen Leadframe Struktur erfolgt.The packaging technology used is that of the Molded Interconnection Device. Here, a three-dimensionally deformed leadframe is molded with molding compound. The advantage of such a Molded Interconnection Device (MID) technology is the possibility of direct implementation of electrical circuits, which would otherwise typically be made in PCB or FPCB technology, where the conversion is done without additional materials only by means of a special leadframe structure.
Auf die Unterseite des MID-Leadframes wird eine integrierte Auswerteschaltung (
Wie oben bereits ausgeführt, ist ein wesentliches zu lösendes Problem, die Unterdrückung der parasitären Kopplungen zwischen den Sendedioden (
Dabei kann die optische Barriere (
Von besonderer Wichtigkeit sind die integrierten Mikro-Linsen (
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der oder die Empfindlichkeitskeulen so geformt werden, dass der Überdeckungsgrad der Empfindlichkeitskeulen und der Abstrahlkeulen im interessierenden Raumbereich oberhalb des Sensors maximiert wird. Hierdurch wird die Empfindlichkeit des Systems maximiert, was beispielsweise für die Bewegungserkennung wichtig ist.It is particularly advantageous if the sensitivity lobe or lobes are shaped in such a way that the degree of coverage of the sensitivity lobes and the emission lobes in the region of interest above the sensor is maximized. This maximizes the sensitivity of the system, which is important for motion detection, for example.
Falls das System beispielsweise für die Gestenerkennung eingesetzt werden soll, ist es sinnvoll, wenn die Abstrahlkeulen (
Es ist selbstverständlich besonders vorteilhaft, wenn die jeweilige Linse (
Ein Wall (
Um die Einkopplung des Lichts in die Linse (
Es hat sich gezeigt, dass ein Winkel von 18° für α besonders vorteilhaft ist, wenn die Sendediode um 15° aus der Achse herausbewegt ist. Die Linse hat dabei beispielsweise einen Durchmesser von ca. 200 μm.It has been shown that an angle of 18 ° for α is particularly advantageous when the transmitter diode is moved out of the axis by 15 °. The lens has, for example, a diameter of about 200 microns.
Es verbleibt das bereits angesprochene Problem der optimalen optischen Kopplung des Kompensationssenders (K), hier der Kompensationsdiode (
Aufgrund des unterschiedlichen Brechungsindex zwischen der transparenten Deckmasse (
Um eine indirekte Bestrahlung des Objekts (O) durch den Kompensationssender K (Kompensationssendediode (
Hierzu wird das Material des Gehäuses der Vorrichtung (
Alle sollten daher möglichst matt ausgeführt sein, um das wenige Licht, das trotzdem reflektiert wird, diffus zu streuen. Dies betrifft natürlich nicht optische Nutzoberflächen wie beispielsweise die oberen Grenzschicht der transparenten Vergussmasse (
Auf der oberen Grenzschicht wird außerdem ein Absorber (
Die Winkel und Formen der Gehäuseoberflächen sollten dabei so angelegt werden, dass eine Mehrfachreflektion möglichst nicht in einem Lichtpfad resultieren kann, der auf dem Empfänger (D), hier der Fotodiode (
Ein weiteres Problem, das sich dabei ergibt, ist die Reflektion an dem Empfänger (D), hier der Fotodiode (
Hierfür ist es sinnvoll, jedoch nicht unbedingt zwingend erforderlich, das Die-Paddle (
Schließlich muss beachtet werden, dass der Empfänger (D) und insbesondere in diesem Fall hier die Fotodiode (
Schließlich wird noch kurz auf die Arbeitspunkteinstellung eingegangen.Finally, the operating point setting will be discussed briefly.
Zwischen dem Sender (H) und dem Kompensationssender (K) befindet sich typischerweise eine zweite Barriere (B2), die ein Eindringen des Lichts des Senders (H) in den Kompensationspfad verhindert. Vorzugsweise ist der Kompensationssender (K) in einer Kompensationssenderkavität (CAV_K) untergebracht, die den Kompensationssender (K) vorzugsweise bis auf ein optisches Kompensationspfadfenster (WK) vollständig von der Außenwelt optisch abtrennt. Dieses optische Kompensationspfadfenster hat unter anderem die Aufgabe, das Licht des Kompensationssenders (K) zum Ersten nur auf den Empfänger (D) fallen zu lassen und dieses Licht beim Durchgang durch den Kompensationspfad so abzuschwächen, dass das Licht des Kompensationssenders bei dessen Vollaussteuerung mit in etwa der gleichen Lichtintensität auf die Fotodiode, also den Empfänger (D) fällt, wie das Licht des Senders (H) unter optimalsten Bedingungen, wie beispielsweise minimaler Abstand des Objekts (O) vom Sensorsystem (
Hierdurch ist es möglich insbesondere bei einem Kompensationssender (K), der vom gleichen Typ wie ein Sender (H) ist, beide – Kompensationsender (K) und Sender (H) in eine gleichen elektooptischen Arbeitspunkt für einen typischen Anwendungsfall zu betreiben. Der gleiche elektrooptische Arbeitspunkt ist dabei durch gleich Leuchtintensität (Lichtenergie) des Kompensationssenders (K) und des Senders (H) bei gleicher optischen Strahlungsdichte integriert über die Empfangsfläche des Empfängers (D) auf dem Empfänger (D) definiert. Dies hat den Vorteil, dass die Temperaturkoeffizienten von Sender (H) und Kompensationssender (K) in diesem elektrooptischen Arbeitspunkt einander gleichen, wodurch eine temperaturbedingte Drift des Messsignals (S4) vermindert wird. Da die Leuchtintensität (Lichtenergieabstrahlung) des Kompensationssenders (K) und des Senders (H) beispielsweise im Falle von Leuchtdioden beispielsweise vom eingeprägten Betriebsstrom der Leuchtdioden abhängt bedeutet eine gleiche Leuchtintensität (Lichtenergieabstrahlung) in etwa einen gleichen Stromarbeitspunkt. Ähnliches kann für die elektrische Leistung und/oder elektrische Spannung angegeben werden, je nachdem, wie die Leuchtdioden angesteuert werden.This makes it possible, in particular for a compensation transmitter (K), which is of the same type as a transmitter (H), to operate both compensation transmitter (K) and transmitter (H) in a same electro-optical operating point for a typical application. The same electro-optical operating point is defined by the same luminous intensity (light energy) of the compensation transmitter (K) and the transmitter (H) with the same optical radiation density integrated over the receiving surface of the receiver (D) on the receiver (D). This has the advantage that the temperature coefficients of transmitter (H) and compensation transmitter (K) in this electro-optical operating point are equal to each other, whereby a temperature-induced drift of the measuring signal (S4) is reduced. Since the luminous intensity (light energy radiation) of the compensation transmitter (K) and the transmitter (H), for example in the case of light-emitting diodes, for example, depends on the impressed operating current of the light emitting diodes means a same light intensity (light energy radiation) in about a same power working point. The same can be stated for the electrical power and / or electrical voltage, depending on how the light-emitting diodes are driven.
Der Kompensationssender (K) und der Sender (H) strahlen daher in zumindest einem Systemarbeitspunkt, der gekennzeichnet ist durch ein zu vermessendes Objekt (O) innerhalb eines vorgesehenen Objektabstands zum Empfänger (D) und durch eine Reflektivität von mehr als 0% der auf das Objekt (O) durch den Sender (H) eingestrahlten Lichtleistung, jeweils eine Lichtleistung ab, die nicht mehr als 25%, besser nicht mehr als 10%, besser nicht mehr als 5%, besser nicht mehr als 2%, besser nicht mehr als 1% zwischen Kompensationssender (K) und Sender (H) voneinander abweicht.The compensation transmitter (K) and the transmitter (H) therefore radiate in at least one system operating point, characterized by an object (O) to be measured within an intended object distance to the receiver (D) and by a reflectivity of more than 0% of that on the Object (O) by the transmitter (H) radiated light output, each a light output from the not more than 25%, better not more than 10%, better not more than 5%, better not more than 2%, better not more than 1% between compensating transmitter (K) and transmitter (H) are different.
Darüber hinaus ist es sinnvoll, das Empfangspfadfenster (WD) und/oder ein ggf. zugehöriges Empfangspfadfilter (FD) optisch nur für das zu detektierende Licht transparent zu gestalten. Dies kann insbesondere so geschehen, dass es für Licht der Wellenlänge des Senders (H) oder des zu detektierenden Lichts transparent ist, also das Licht des Senders (H) oder das zu detektierende Licht bei dessen Schwerpunktswellenlänge um nicht mehr als 50% besser nicht mehr als 25%, besser nicht mehr als 10%, besser nicht mehr als 5%, besser, nicht mehr als 2%, besser nicht mehr als 1% dämpft. Die Wellenlänge des zu detektierenden Lichts kann dabei von der Schwerpunktswellenlänge des Senders (H) abweichen. Dies ist beispielsweise bei der Messung von Fluoreszenzeigenschaften des Objekts (O) wichtig. Dabei wird die Dämpfung berechnet als 100% minus die Intensität des Lichts vor dem Empfangspfadfilter (FD) geteilt durch Intensität des Lichts hinter dem Empfangspfadfilter (FD). Gleichzeitig soll das Empfangspfadfilter (FD), also das Empfangspfadfenster (WD), für Licht der Wellenlänge des Störers intransparent sein, also das Licht des Störers zumindest bei dessen Schwerpunktswellenlänge um mehr als 50% besser mehr als 75%, besser mehr als 90%, besser mehr als 95%, besser, mehr als 98%, besser mehr als 99% dämpfen. Dabei wird die Dämpfung wieder berechnet als 100% minus die Intensität des Lichts vor dem Empfangspfadfilter (FD) geteilt durch Intensität des Lichts hinter dem Empfangspfadfilter (FD). Noch besser ist, wenn diese Dämpfungsverhältnisse für die integrale Dämpfung des Lichts des Störers in dem Spektralbereich gelten, in dem der Empfänger (D) empfindlich ist. Es sollte nicht unerwähnt bleiben, dass auch der Sendepfad typischerweise ein Sendepfadfenster (WH) aufweist, das mit einem Sendepfadfilter (FH) versehen sein kann. Es ist sinnvoll, wenn auch das Sendepfadfilter (FH) optisch nur für das zu Licht des Senders (H) transparent zu gestalten. Dies kann insbesondere so geschehen, dass es für Licht der Wellenlänge des Senders (H) transparent ist, also das Licht des Senders (H) bei dessen Schwerpunktswellenlänge um nicht mehr als 50% besser nicht mehr als 25%, besser nicht mehr als 10%, besser nicht mehr als 5%, besser, nicht mehr als 2%, besser nicht mehr als 1% dämpft. Dabei wird die Dämpfung berechnet als 100% minus die Intensität des Lichts vor dem Sendepfadfilter (FH) geteilt durch Intensität des Lichts hinter dem Sendepfadfilter (FH). Gleichzeitig soll das Sendepfadfilter (FH), also das Sendepfadfenster (WH) für Licht der Wellenlänge eines anwendungstypischen Störers, beispielsweise einer Leuchtstoffröhre, intransparent sein, also das Licht des Störers zumindest bei dessen Schwerpunktswellenlänge um mehr als 50% besser mehr als 75%, besser mehr als 90%, besser mehr als 95%, besser, mehr als 98%, besser mehr als 99% dämpfen. Dabei wird die Dämpfung wieder berechnet als 100% minus die Intensität des Lichts vor dem Sendepfadfilter (FH) geteilt durch Intensität des Lichts nach Durchgang durch den Sendepfadfilter (FH). Noch besser ist, wenn diese Dämpfungsverhältnisse für die integrale Dämpfung des Lichts des Störers in dem Spektralbereich gelten, in dem der Empfänger (D) empfindlich ist. Das Eindringen des Lichts des Störers in das System (
Es ist daher sinnvoll, wenn der Kompensationssender (K), wenn möglich auf einer anderen Wellenlänge arbeitet, als der Sender (H).It is therefore useful if the compensation transmitter (K), if possible working on a different wavelength than the transmitter (H).
Als letztes soll noch kurz die Einstellung des elektrooptischen Arbeitspunktes beschrieben werden.Finally, the setting of the electro-optical operating point will be briefly described.
Zwischen dem Sender (H) und dem Kompensationssender (K) befindet sich typischerweise eine zweite Barriere (B2), die ein Eindringen des Lichts des Senders (H) in den Kompensationspfad verhindert. Vorzugsweise ist der Kompensationssender (K) in einer Kompensationssenderkavität (CAV_K) untergebracht, die den Kompensationssender (K) vorzugsweise bis auf ein optisches Kompensationspfadfenster (WK) vollständig von der Außenwelt optisch abtrennt. Dieses optische Kompensationspfadfenster hat unter anderem die Aufgabe, das Licht des Kompensationssenders (K) zum Ersten nur auf den Empfänger (D) fallen zu lassen und dieses Licht beim Durchgang durch den Kompensationspfad so abzuschwächen, dass das Licht des Kompensationssenders bei dessen Vollaussteuerung mit in etwa der gleichen Lichtintensität auf die Fotodiode, also den Empfänger (D) fällt, wie das Licht des Senders (H) unter optimalsten Bedingungen, wie beispielsweise minimaler Abstand des Objekts (O) vom Sensorsystem (
Hierdurch ist es möglich insbesondere bei einem Kompensationssender (K), der vom gleichen Typ wie ein Sender (H) ist, beide – Kompensationsender (K) und Sender (H) in einem gleichen elektrooptischen Arbeitspunkt für einen typischen Anwendungsfall zu betreiben. Der gleiche elektrooptische Arbeitspunkt ist dabei durch gleich Leuchtintensität (Lichtenergie) des Kompensationssenders (K) und des Senders (H) bei gleicher optischen Strahlungsdichte integriert über die Empfangsfläche des Empfängers (D) auf dem Empfänger (D) definiert. Dies hat den Vorteil, dass die Temperaturkoeffizienten von Sender (H) und Kompensationssender (K) in diesem elektrooptischen Arbeitspunkt einander gleichen, wodurch eine temperaturbedingte Drift des Messsignals (S4) vermindert wird. Da die Leuchtintensität (Lichtenergieabstrahlung) des Kompensationssenders (K) und des Senders (H) beispielsweise im Falle von Leuchtdioden beispielsweise vom eingeprägten Betriebsstrom der Leuchtdioden abhängt bedeutet eine gleiche Leuchtintensität (Lichtenergieabstrahlung) in etwa einen gleichen Stromarbeitspunkt. Ähnliches kann für die elektrische Leistung und/oder elektrische Spannung angegeben werden, je nachdem, wie die Leuchtdioden angesteuert werden.This makes it possible, in particular for a compensation transmitter (K), which is of the same type as a transmitter (H), to operate both compensation transmitter (K) and transmitter (H) in a same electro-optical operating point for a typical application. The same electro-optical operating point is defined by the same luminous intensity (light energy) of the compensation transmitter (K) and the transmitter (H) with the same optical radiation density integrated over the receiving surface of the receiver (D) on the receiver (D). This has the advantage that the temperature coefficients of transmitter (H) and compensation transmitter (K) in this electro-optical operating point are equal to each other, whereby a temperature-induced drift of the measuring signal (S4) is reduced. Since the luminous intensity (light energy radiation) of the compensation transmitter (K) and the transmitter (H), for example in the case of light-emitting diodes, for example, depends on the impressed operating current of the light emitting diodes means a same light intensity (light energy radiation) in about a same power working point. The same can be stated for the electrical power and / or electrical voltage, depending on how the light-emitting diodes are driven.
Der Kompensationssender (K) und der Sender (H) strahlen daher in zumindest einem Systemarbeitspunkt, der gekennzeichnet ist durch ein zu vermessendes Objekt (O) innerhalb eines vorgesehenen Objektabstands zum Empfänger (D) und durch eine Reflektivität von mehr als 0% der auf das Objekt (O) durch den Sender (H) eingestrahlten Lichtleistung, jeweils eine Lichtleistung ab, die nicht mehr als 25%, besser nicht mehr als 10%, besser nicht mehr als 5%, besser nicht mehr als 2%, besser nicht mehr als 1% zwischen Kompensationssender (K) und Sender (H) voneinander abweicht.The compensation transmitter (K) and the transmitter (H) therefore radiate in at least one system operating point, characterized by an object (O) to be measured within an intended object distance to the receiver (D) and by a reflectivity of more than 0% of that on the Object (O) by the transmitter (H) radiated light output, each a light output from the not more than 25%, better not more than 10%, better not more than 5%, better not more than 2%, better not more than 1% between compensating transmitter (K) and transmitter (H) are different.
Darüber hinaus ist es sinnvoll, das Empfangspfadfenster (WD) und/oder ein ggf. zugehöriges Empfangspfadfilter (FD) optisch nur für das zu detektierende Licht transparent zu gestalten. Dies kann insbesondere so geschehen, dass es für Licht der Wellenlänge des Senders (H) oder des zu detektierenden Lichts transparent ist, also das Licht des Senders (H) oder das zu detektierende Licht bei dessen Schwerpunktswellenlänge um nicht mehr als 50% besser nicht mehr als 25%, besser nicht mehr als 10%, besser nicht mehr als 5%, besser, nicht mehr als 2%, besser nicht mehr als 1% dämpft. Die Wellenlänge des zu detektierenden Lichts kann dabei von der Schwerpunktswellenlänge des Senders (H) abweichen. Dies ist beispielsweise bei der Messung von Fluoreszenzeigenschaften des Objekts (O) wichtig. Dabei wird die Dämpfung berechnet als 100% minus die Intensität des Lichts vor dem Empfangspfadfilter (FD) geteilt durch Intensität des Lichts hinter dem Empfangspfadfilter (FD). Gleichzeitig soll das Empfangspfadfilter (FD), also das Empfangspfadfenster (WD), für Licht der Wellenlänge des Störers intransparent sein, also das Licht des Störers zumindest bei dessen Schwerpunktswellenlänge um mehr als 50% besser mehr als 75%, besser mehr als 90%, besser mehr als 95%, besser, mehr als 98%, besser mehr als 99% dämpfen. Dabei wird die Dämpfung wieder berechnet als 100% minus die Intensität des Lichts vor dem Empfangspfadfilter (FD) geteilt durch Intensität des Lichts hinter dem Empfangspfadfilter (FD). Noch besser ist, wenn diese Dämpfungsverhältnisse für die integrale Dämpfung des Lichts des Störers in dem Spektralbereich gelten, in dem der Empfänger (D) empfindlich ist. Es sollte nicht unerwähnt bleiben, dass auch der Sendepfad typischerweise ein Sendepfadfenster (WH) aufweist, das mit einem Sendepfadfilter (FH) versehen sein kann. Es ist sinnvoll, wenn auch das Sendepfadfilter (FH) optisch nur für das zu Licht des Senders (H) transparent zu gestalten. Dies kann insbesondere so geschehen, dass es für Licht der Wellenlänge des Senders (H) transparent ist, also das Licht des Senders (H) bei dessen Schwerpunktswellenlänge um nicht mehr als 50% besser nicht mehr als 25%, besser nicht mehr als 10%, besser nicht mehr als 5%, besser, nicht mehr als 2%, besser nicht mehr als 1% dämpft. Dabei wird die Dämpfung berechnet als 100% minus die Intensität des Lichts vor dem Sendepfadfilter (FH) geteilt durch Intensität des Lichts hinter dem Sendepfadfilter (FH). Gleichzeitig soll das Sendepfadfilter (FH), also das Sendepfadfenster (WH) für Licht der Wellenlänge eines anwendungstypischen Störers, beispielsweise einer Leuchtstoffröhre, intransparent sein, also das Licht des Störers zumindest bei dessen Schwerpunktswellenlänge um mehr als 50% besser mehr als 75%, besser mehr als 90%, besser mehr als 95%, besser, mehr als 98%, besser mehr als 99% dämpfen. Dabei wird die Dämpfung wieder berechnet als 100% minus die Intensität des Lichts vor dem Sendepfadfilter (FH) geteilt durch Intensität des Lichts nach Durchgang durch den Sendepfadfilter (FH). Noch besser ist, wenn diese Dämpfungsverhältnisse für die integrale Dämpfung des Lichts des Störers in dem Spektralbereich gelten, in dem der Empfänger (D) empfindlich ist. Das Eindringen des Lichts des Störers in das System (
Es ist daher sinnvoll, wenn der Kompensationssender (K), wenn möglich auf einer anderen Wellenlänge arbeitet, als der Sender (H).It is therefore useful if the compensation transmitter (K), if possible working on a different wavelength than the transmitter (H).
Die Vorrichtung und das Verfahren sind besonders für die Verwendung in Automobilen mit erhöhten Anforderungen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit geeignet.The apparatus and method are particularly suitable for use in automobiles with increased electromagnetic compatibility requirements.
Die Vorrichtung und das Verfahren sind besonders für die Verwendung in Automobilen mit erhöhten Anforderungen hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit geeignet.The apparatus and method are particularly suitable for use in automobiles with increased electromagnetic compatibility requirements.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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