WO2014131385A1 - Multifunktionales optisches mikro-sensor-system - Google Patents

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WO2014131385A1
WO2014131385A1 PCT/DE2014/000024 DE2014000024W WO2014131385A1 WO 2014131385 A1 WO2014131385 A1 WO 2014131385A1 DE 2014000024 W DE2014000024 W DE 2014000024W WO 2014131385 A1 WO2014131385 A1 WO 2014131385A1
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transmitter
wavelength
receiver
compensation
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Michael Hase
Michael Domokos
Uwe Hendrik Hill
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Elmos Semiconductor SE
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Definitions

  • Detecting three-dimensional gestures requires sensors capable of detecting the position, motion and orientation of hands.
  • 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 (11) and a second partial transmission path (12).
  • the receiver output signal (SO) 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 (13) also in the receiver (D) einstahlt.
  • the compensation signal (S3) is generated in the manner by the controller (CT) from the receiver output signal (SO) and the transmission signal (S5) that the transmission output signal (SO) except for a control error and the Systemrau- See no components of the transmission signal ( S5) contains more.
  • HALIOS systems are particularly robust against sources of interference, such as sunlight while at the same time being robust against soiling and a drift of the receiver (D).
  • D drift of the receiver
  • HALIOS system is known for example from DE102010014462A1 or EP2418512A1.
  • 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.
  • 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
  • CT controller
  • S3 compensation transmission signal
  • K compensation transmitter
  • said controller (CT) comprises at least one receiver output signal (SO) 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 that the controller (CT) at least one of said
  • the 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
  • At least one of said controllers comprises at least one receiver output signal (SO) of one of said receivers (D) and at least one said compensation transmission signal (S3) of at least one of said transmission signal (S5) and
  • 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
  • At least said optical transmitter (H) can transmit into at least a first transmission path (11) which is only part of the device, and
  • At least one object (O), which is not part of the device, can transmit light into at least one second transmission path (12) which is only part of the device at the end of this first optical transmission path (11) said receiver (D), which is part of the device, ends and
  • At least this receiver (D) can receive at least the transmission signal (S5) modified by the passage through the first transmission path (11) and / or the second transmission path (12) and / or the reflection at the object (O) and into at least one receiver output signal (SO) converts and
  • 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 (11) or a second transmission path (12) 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 (11). or at the beginning of said second transmission path (12) and is output via a signaling (S4) at least on request, and
  • this compensation transmitter (K) transmits into at least one third transmission link (13) which is completely part of the device and
  • 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)
  • Halios system 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.
  • a maximum of the transmission energy to reach the object to be detected and a maximum of the reflected light of the object to be detected by a receiver are provided in the prior art, for example by DE102012210891A1, which is arranged coaxially to the transmitter or receiver center of gravity (FIG. 3 of DE102012210891A1).
  • a problem of the technique disclosed in DE102012210891 A1 is that the illumination of the space in relation to the device according to the invention is substantially lower.
  • the lenses are countersunk over the lid (reference numerals 219 and 319 of DE102012210891A1) by a small margin. This further limits the illumination.
  • the necessary spatial illumination is achieved by a complex three-dimensional arrangement of a plurality of sensor modules according to DE102012210891A1 (FIG. 6 of DE102012210891A1).
  • the disclosure DE102010027499A1 solves this illumination problem (FIG. 1 of DE102010027499A1) by multiple use of a module corresponding to DE102010027499A1.
  • the illumination problem described in European published patent application EP2549652A2 similarly solves the described illumination problem.
  • the three-dimensional arrangement does not take place at the module level but at the component level.
  • This complex three-dimensional arrangement of transmitters and receivers already achieves a better spatial illumination than in DE102012210891A1 (FIGS. 5a and 5b of FIGS EP2549652A2).
  • the lenses are always coaxial with the transmitters or receivers as in DE102012210891 A1 (FIGS. 2 and 4 of EP2549652A2).
  • a U-shaped housing results in shadowing of the receiver (reference numeral 200 of EP2549652A2), the receiving lobe of which is confined by the trough walls.
  • the document WO20131134456A1 discloses an arrangement in which a HALIOS system utilizes the glass fibers within a printed circuit board.
  • the transmitting diode (reference number 102 of WO20131134456A1) is shown in FIG. 1 of said disclosure with a lens, which in turn is arranged centrically.
  • Said Abschattungsproblem through the walls of the mounting hole (reference 109 of WO20131134456A1).
  • the illumination is not optimal here.
  • the free space above the system should not be monitored here, but only an area immediately above the sensor system.
  • the central lens (reference numerals 21 and 53 of DE102006020570A1) is arranged centrically to the receiver (reference E of DE102006020570A1). An asymmetric illumination is therefore not possible with this solution.
  • the transmitters have no lenses.
  • the light of the compensation transmitter is destroyed within the system so that it can not come to a situational change in the basic coupling as in the prior art i o.
  • Figure 1 is a device according to the invention.
  • the receiver (D) is symbolized by a photodiode with series resistor between ground and supply voltage VDD.
  • an optical barrier B is drawn in, inter alia, in FIG. 1, which prevents the light of the compensation transmitter, the compensation diode K, from falling directly onto the object (O).
  • the function of this barrier known from EP2418512A1 is as follows: In order for the transmitter (H) to be able to irradiate the object (O) via the transmission path (11), the barrier (B) must have an optical transmission path window
  • the barrier (B) in the region of the second transmission path (12) must have a second optical receiving path window (WD), which is to be detected for the
  • This wavelength of the radiation to be detected is typically of the same wavelength as the radiation of the transmitter (H), ie the transmitter wavelength. But this does not necessarily have to be the case.
  • the ob- (O) under the irradiation by the transmitter (H) fluoresces and that only this fluorescence is to be measured.
  • the window in the reception path (WD) is typically selected such that it is transparent only to the wavelength of this fluorescence radiation, that is to say the fluorescence wavelength.
  • the light of the compensation transmitter (K) should not escape to the outside. Therefore, it makes sense that the receive path window (WD) and the transmit path window (WH) for the wavelength of this light of the compensation transmitter (K), so the compensation transmitter wavelength, are not souläs- io sig, but preferably absorb These are also the Do not reflect the compensation transmitter light (K) to eliminate the light from the system and not remain in the system due to multiple reflection resulting in signal corruption.
  • the receive path window (WD) in front of the detector must be set for the wavelength of the
  • the compensation transmitter (K) expediently transmits on a different wavelength than the transmitter H.
  • the windows are preferably provided with filters, namely a transmit path filter (FH) for the transmit path and a receive 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.
  • FH transmit path filter
  • FD receive path filter
  • transmissivity is the common factor by which the intensity (energy) of a light beam having a given center wavelength when passing through a filter or device component is weakened as compared to the intensity (energy) of the light source
  • the transmissivity is thus for example 50%.
  • reflectivity is the factor by which the intensity (energy) of a light beam with a given center-of-mass wavelength is reflected on a filter or a device component.
  • the reflectivity is thus for example 50%.
  • the factor by absorption factor is the factor by which the intensity (energy) of a light beam with a given center of gravity length 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.
  • the absorption factor is thus for example 50%.
  • 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%.
  • 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%.
  • 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%.
  • 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%.
  • the receive path filter (FD) should preferably be for the wavelength of the
  • the reception path filter (FH) should at the same time preferably for the wavelength of the light of the compensation transmitter (K), that is to say for the compensation transmitter wavelength, have a transmissivity of optimally 0%, but at most 50% or better at most 25% or better at most 12% or better not more than 5% or better, not more than 2% or better, not more than 1%.
  • 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, 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%.
  • the receiver (D) is in any case able to receive both the signal of the compensation transmitter (K) and the compensation transmitter, as well as the signal of the transmitter (H).
  • the receiver (D) must therefore both for the compensation wavelength and for the
  • Wavelength of the radiation to be detected so typically the transmitter wavelength and / or the fluorescence wavelength to be sensitive.
  • receive path filters are already known from US20050184301 A1 (eg, FIG. 12, reference numerals 85 to 89 of US20050184301 A1).
  • their task is only the selection of entering and previously from a measurement object (eg, Fig. 18, reference numeral 146 of US20050184301 A1) reflected back light of a transmitter (eg, Fig. 18, reference numerals 132-136 of US20050184301 A1).
  • the comparably reflected light of the transmitter (H) can enter the device according to the invention and thus reach the receiver (D) and, on the other hand, the light of the compensation transmitter (K) on the one hand just can not escape from the system and on the other hand as quickly as possible, so with as few reflections within the system can be eliminated from the system.
  • the spectral regions with a low absorption factor are first the wavelength of the transmitter (H), that is to say the transmitters
  • 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.
  • a further barrier (B2) as is known, for example, from EP2418512A1, makes sense. This prevents this or at least extends the optical path or otherwise attenuates the unwanted direct signal.
  • 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).
  • 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 on the object (O), for example. This is especially important if the wavelength selectivity of the previously mentioned filters (FD, FH) is insufficient.
  • EP2418512A1 Although a barrier (FIG. 2 or FIG. 3, reference numeral 40, of EP2418512A1) is already known from EP2418512A1, the function of this additional third optical barrier (B3) to EP2418512A1 is known from US Pat
  • EP2418512A1 not disclosed.
  • a barrier can be taken from DE102010028967A1 (FIG. 14, reference number 264 of DE102010028967A1).
  • their function as a diaphragm is not explicitly disclosed there.
  • FIG. 2 shows the device according to the invention in accordance with FIG. 1, wherein, in contrast to FIG. 1, the transmitter (H) is now regulated instead of the compensation transmitter (K).
  • FIG. 3 shows the device according to the invention in an exemplary plan view.
  • the exemplary device (1) for example, there are three LEDs (2, 3, 4) as transmitter (H) and a photodiode (9) as receiver (D).
  • the controller (CT) and, if necessary, the generator (G) must also be adapted.
  • the photodiode (9) receives the light emitted by the object (O) back from the transmitter H, the LEDs (2, 3, 4).
  • the object (O) is not shown in the figure and is thought to be above the plane of the drawing in the direction of the viewer.
  • an integrated preamplifier (8) is located in the device (1). Likewise located in the device (1) of the compensation transmitter
  • All elements (2, 3, 4, 10, 9, 8) are mounted on top of a common leadframe.
  • the electrical connection is made by bonding, preferably a gold wire bond.
  • a lip (17) is drawn in, as a second barrier (B2) the transmitting diodes (2, 3, 4) as a transmitter (H) of the photodiode (10), which is the receiver (D), optically separates.
  • Above each of the transmitting diodes (2, 3, 4) is in each case a lens (5, 6, 7), which serves for the light beam shaping.
  • the packaging technology used is that of the Molded Interconnection Device.
  • a three-dimensionally deformed leadframe is overmolded with molding compound.
  • MID technology is the possibility of direct implementation of electrical circuits, which would otherwise typically be made in PCB or FPCB technology, where the implementation is done without additional materials only by means of a special leadframe structure.
  • an integrated evaluation circuit (12) for controlling the transmitter (2, 3, 4), the evaluation of the signals of the receiver (D), here the photodiode (10), the control of the Compensation transmitter (K), here the compensation transmission diode (9), and the communication with the computer of the payload system (via S4), such as a mobile phone placed.
  • the circuit (12) thus typically includes the controller CT.
  • the contacts (eg 14) of this evaluation circuit (12) are connected to the contacts (eg 13) of the lead frame by bonding.
  • the evaluation circuit (12) is preferably in a recess of the housing, so that the bonding wires are covered after molding by molding compound.
  • the housing has an optical barrier (17), which extends the optical path between the transmitters (2, 3, 4) and the receiver (D), here the photodiode (10), and thus reduces the coupling via parasitic paths.
  • the optical barrier (17) can be designed in a relatively large number of degrees of freedom.
  • the said barrier (17) can be provided with slightly slanted walls to ensure that the entire housing can be easily removed from an injection molding tool.
  • Figure 4 shows once again the exemplary position and shape of the barrier (17) on top of the housing from two different sides. This prolongs the parasitic optical path.
  • the lenses (5, 6, 7, 40). are made of an optically transparent material. With regard to the transparency of these lenses, reference is made to the remarks on the transmit path filters and the receive path filters. On the transmitter side, they provide (5, 6, 7, 40) for alignment and shaping of the light beam (beam) (36, 37, 38 in FIG. 8) emitted by the respective transmitter (2, 3, 4) in a preferred direction.
  • the focal points (18, 20, 22) of the transmitter (2, 3, 4) relative to the respective optical axis (19, 21, 23) of the associated lens (5, 6, 7) are typically offset. Depending on the amount and
  • Alignment of the offset of the respective lens (5, 6, 7). changes the orientation of the Abstrahlkeule (36, 37, 38) of the associated transmitter diode (2, 3, 4).
  • the size and focal length of the respective lens (5, 6, 7) determine the shape of the respective beam (36, 37, 38).
  • Such lenses are known, for example, from US20050184301 A1.
  • the lenses (5, 6, 7, 40) must may not necessarily be cylindrically symmetric. It is quite conceivable that they can also have other shapes, for example, be elliptical. Also, the lenses (5, 6, 7, 40) can have more than two focal lengths.
  • the lenses can be made, for example, by injection molding of transparent plastics. Transparency refers to the radiation used for transmission and reception.
  • lenses (40) may be used on the receiver side to form a sensitivity lobe.
  • the focal points (24) of the receiver, here the photodiodes (10), relative to the optical axis (25) of the associated lens (40) may be offset analogously to the above-described method of Abstrahlkeulenformung for the transmitting diodes.
  • this center of gravity (24) and the point of impact of the optical axis (25) are located one above the other. This, as explained, does not necessarily have to be the case, depending on the application.
  • 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.
  • the system If the system is to be used, for example, for gesture recognition, it makes sense for the emission lobes (36, 37, 38) to point in different directions, ie for three emission lobes, for example, to show directions rotated by 120 ° about the axis perpendicular to the upper side. In that case, it makes sense if the emission lobes overlap a little, but this overlap should preferably be no more than 60 °. An emission lobe should therefore not be wider than 240 °.
  • the sensitivity lobe should cover the entire relevant area.
  • the respective lens (40) of the respective receiver (D) is transparent only for the wavelengths used for the transmitting diodes (2, 3, 4).
  • the wavelengths of the transmitting diodes (2, 3, 4) do not have to be identical. It is quite conceivable that quite deliberately different colors or wavelengths for several transmitting diodes (2, 3, 4) are selected. This makes it possible to produce a miniaturized color sensor. deliver.
  • a compensation transmitter (D, 9) then 5 for example, an infrared LED can be used.
  • Figure 6 shows a cross section through the device.
  • the leadframe is guided on two levels (27, 26).
  • a wall (52) surrounds the cavities (28), in which the components (2, 3, 4, 8, 9, 10, i o 12) are introduced.
  • the photodiode (10) both the transmitter cavity and the compensation transmitter cavity (CAV_K) are typically filled with a transparent potting compound (28) with a high refractive index , In the area of the compensation transmitter (K), here the compensation diode (9), this is
  • Figure 7 shows a horizontal section through the device. To recognize are different lines (29), which are part of the MID leadframe.
  • the transmitters (2, 3, 4) are typically on die islands (32, 33, 34)
  • the compensation transmitter here the compensation diode (9)
  • the receiver (D) here the photodiode (10)
  • the preamplifier (8) is applied to its (30) die paddle.
  • FIG. 9 illustrates how the alignment of the transmit and receive lobes is accomplished.
  • the transmitting diode it is expedient for the transmitting diode to be moved out of the axis by 15 °.
  • the lens has, for example, a diameter of about 200 ⁇ .
  • the optical axis of the transmitter (18, 20, 22) or receiver (24) is at the height of the transmitter (2, 3, 4) or receiver (D), (photodiode (10)) by a distance (b1) offset from the optical axis (19, 21, 23, 25) of the lens.
  • the light of the transmitter (18, 20, 22) or receiver (24) enters through the underside (41) of the lens in this and is emitted by this in the direction opposite to the transmitter.
  • FIG. 10 shows another horizontal cross section through the device (1) according to the invention.
  • the transmitters (2, 3, 4) are housed in separate transmitter cavities (53, 54, 55). These lead to a good optical decoupling.
  • the compensating transmitter (K) also has a compensation transmitter cavity (CAV_K), here the cavity (57) for the compensation diode (9), which through a web (48) from the corresponding receiver cavity (CAV_D), here the cavity (56) for the photodiode (10) is disconnected.
  • this web (48) is modified in height such that light from the compensation transmitter (K), here the compensation diode (9), to the receiver (D), i. to the photodiode (10), in the manner described below can get.
  • the cavities are optically open up to the compensation transmitter cavity (CAV_K), here the cavity (57) of the compensation transmitter diode (9).
  • Figure 11 shows a cross section of the exemplary device (1) through the compensation transmitter (K), here the compensation diode (9), and the receiver (D), here the photodiode (10).
  • the receiver (D), in this case the photodiode (10) must be irradiated, if possible, from above and not from the side with the light of the compensation transmitter (K), here the compensation diode (9), since the photosensitive layers of the Fo todiode (10) typically located on the surface thereof.
  • This problem is solved in the exemplary device (1) according to the invention such that the compensation transmitter (K), here the compensation diode
  • the light Due to the different refractive index between the transparent cover compound (28) and air, the light is reflected back into the housing. This reflection occurs when the angle of incidence of the light of the compensation transmitter (K), here the compensation transmitting diode (9), on the interface of the transparent potting compound (28) is so flat that total reflection occurs. This reflected-back light thus naturally falls, as desired, from above onto the receiver (D), the photodiode (10) (see also FIG. 12). Light that can pass directly from the compensation transmitter (K), here the compensation transmitter diode (9), to the receiver (D), the photodiode (10), could be scattered at this, fall on the object to be measured (O) and back fall on the photodetector (10) and thus disturb the measuring signal (S4) and the controller (CT).
  • CAV_D in this case the cavity (56), is designed in such a way that the receiver (D), in this case the photodiode (10), is irradiated as exclusively as possible by the light transmitted in this way.
  • the region (49) thus works like an optical waveguide.
  • the material of the housing of the device (1) is preferably carried out in a material which absorbs all radiation, in the wavelength range in which this radiation can escape from the housing and in all wavelength ranges in which the transmitter (2, 3, 4, 9) send, absorbed.
  • optical user surfaces such as the upper boundary layer of the transparent potting compound (28) on which total reflection is to occur, and the surfaces of the optical windows (WD, WH) or filters (FD, FH) or lenses (5, 6, 7 , 40).
  • an absorber (51) is applied to the upper boundary layer which reflects the radiation of the compensation transmitting diode (9), which is not reflected by total reflection on the receiver (D), here the photodiode (10), and therefore out of the housing Device (1) would leak uncontrolled, absorbed and thus eliminated from the system.
  • angles and shapes of the housing surfaces should be designed so that multiple reflection can not possibly result in a light path that ends on the receiver (D), here the photodiode (10).
  • Receiver (D) here the silicon of the photodiode (10), can enter, it must be irradiated at an angle which is as perpendicular as possible, since the speed of light in the material of the receiver (D) and in particular in the silicon of the photodiode (10) considerably smaller than in the waveguide. 25 It makes sense, but not necessarily, to do this
  • This tilting would lead to a reduced sensitivity of the receiver (D), here the photodiode (10), with respect to 30 the reception of optical radiation, which is reflected back from the object (O). Therefore, it is also useful to optimize the coupling into the receiver (D), here the photodiode (10) by an oblique prism as for the transmitter (H), here the transmitter diodes (2, 3, 4).
  • the receiver (D), and in this case in particular, the photodiode (10), which is typically made of silicon. is made for a portion of the radiation can be transparent. In this case, there may be a reflection of the light at the bottom of the receiver (D), so the photodiode (10) come. Although this increases the efficiency of the receiver, so the photodiode (10), but ultimately leads to a distortion of the receiver output signal (SO). Therefore, it makes sense to attach the receiver (D), in this case the photodiode (10), to the die paddle (31) with an adhesive which is suitable for those wavelength ranges which comprise the receiver (D), ie the photodiode (10). , can happen, has an absorbent effect.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halios-System zur Vermessung einer optischen Übertragungsstrecke. Im Gegensatz zu anderen Halios-Systemen aus dem Stand der Technik wird eine Kopplung des Kompensationssenders (K) mit dem Empfänger (D) über Streulicht am Objekt (O) durch ein Filter (FD) im Empfangspfad am Ort des entsprechenden Empfängerfensters (WD) unterdrückt und das Licht des Kompensationssenders (K) absorbiert. Dadurch wird die Grundkopplung weiter von der jeweiligen Messsituation entkoppelt.

Description

Bezeichnung der Erfindung:
Multifunktionales optisches Mikro-Sensor-System
Einleitung und Stand der Technik
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.
Neben der Verwendung von Kameras ist die Verwendung einfacher LED und Fotodioden basierender Konzepte aufgrund der damit verbundenen Kosten von besonderem Interesse.
Ein wesentliches Problem, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist dabei der zur Verfügung stehende Bauraum. Für die Steigerung der Ro- bustheit solcher optischer Systeme gegen Fremdlicht und andere Störungen wurden verschiedene Methoden entwickelt.
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 Durch- gang durch die zu vermessende Übertragungsstrecke bestehend mindestens aus einer ersten Teilübertragungsstrecke (11 ) und einer zweiten Teilübertragungsstrecke (12) ein. Das Empfängerausgangssignal (SO) 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 (13) ebenfalls in den Empfänger (D) einstahlt. Das Kompensationssignal (S3) wird dabei in der Art durch den Regler (CT) aus dem Empfängerausgangssignal (SO) und dem Sendesignal (S5) erzeugt, dass das Sendeausgangssignal (SO) bis auf einen Regelfehler und das Systemrau- sehen keine Komponenten des Sendesignals (S5) mehr enthält.
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 DE102010014462A1 oder der EP2418512A1 bekannt. 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.
Ein Halios-System im Sinne dieser Offenbarung ist gekennzeichnet dadurch, dass
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 (SO) 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 Kompensati- onssendesignals (S3) so steuert, dass das besagte Empfängerausgangssignal (SO) des besagten Empfängers (D) bis auf einen Regelfehler und System rauschen 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 (SO) eines der besagten Empfänger (D) und mindestens einem besagten Kompensati- onssendesignal (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
dass zumindest der besagte optische Sender (H) in mindestens eine erste Übertragungstrecke (11 ), die nur teilweise Bestandteil der Vorrichtung ist, hineinsenden kann und
dass mindestens ein Objekt (O), das kein Bestandteil der Vorrichtung ist, am Ende dieser ersten optischen Übertragungsstrecke (11 ) Licht in mindestens eine zweite Übertragungsstrecke (12), die nur teilweise Bestandteil der Vorrichtung ist, hineinsenden kann, die an mindestens einem der besagten Empfänger (D), der Bestandteil der Vorrichtung ist, endet und
dass mindestens dieser Empfänger (D) zumindest das durch den Durchgang durch die erste Übertragungsstrecke (11 ) und/oder die zweite Übertragungsstrecke (12) und/oder die Reflektion am Objekt (O) modifizierte Sendesignal (S5) empfangen kann und in mindestens ein Empfängerausgangssignal (SO) umwandelt und
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 (11 ) oder einer zweiten Übertragungsstrecke (12) oder einen repräsentativen Messwert für mindestens eine Eigenschaft mindestens eines Objekts (O) am Ende einer besagten ersten Übertragungsstrecke (11 ) oder am Anfang einer besagten zweiten Übertragungsstrecke (12) darstellt und über eine Signalisierung (S4) zumindest auf Aufforderung ausgegeben wird und
vii. dass dieser Kompensationssender (K) in mindestens eine dritte Übertragungstrecke (13) hineinsendet, die vollständig Bestandteil der Vorrichtung ist und
viii. dass mindestens eine der dritten Übertragungsstrecken (13) 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
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.
Dieses Problem wird durch die DE102010014462A1 nicht gelöst, da in dieser Schrift die Optik nicht offenbart ist. Eine Reihe optischer Komponenten und potenzieller Anordnungen von optischen Elementen kann im Zusammenhang mit solchen Halios-Systemen beispielsweise der Schrift DE102010028967A1 entnommen werden. Im Rahmen der Ausarbeitung der hier vorgelegten Offenbarung wurde jedoch festgestellt, dass die RückStreuung des Lichts des Kompensationssenders (K) an dem Empfänger (D), typischerweise an einer Fotodiode, und von diesem zum Objekt (0) und wieder in den Empfänger (D) zu einem Störsignal im Empfänger (D) führt. Das Problem macht sich als umgebungsabhängige Grundkopplung bemerkbar. Dieses Problem wird in der DE102010028967A1 nicht behandelt und gelöst. Der dort aufgeführte semitransparente Spiegel (z.B. Figur 9 Bezugszeichen 192 der DE102010028967A1 ) führt immer noch zu einem Entweichen des Lichts des Kompensationssenders, dass dann zum Objekt gestreut werden kann. Ein beispielhaftes Gehäuse des Stands der Technik, das dieses Problem adressiert, ist aus der Offenlegungsschrift DE102012210891 A1 bekannt. Grundsätzlich gibt es zwischen jedem Sender (H), dem Objekt (O) in der Übertragungsstrecke und dem Empfänger (D) zwei potenzielle Übertra- gungsstrecken: Die eigentliche Nutzstrecke (11 & 12, 13) 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 Kompensa- tionsdiode K ist es gerade umgekehrt: Es soll nur direkt auf die Fotodiode (D) fallen und nach Möglichkeit nicht auf das Objekt (O) gestreut werden. Hierbei soll ein Maximum der Sendeenergie das zu detektierende Objekt erreichen und ein Maximum des reflektierten Lichts des Objekts durch einen Empfänger erfasst werden. Hierfür wird im Stand der Technik, bei- spielsweise durch die DE102012210891A1 eine Linse vorgesehen, die koaxial zum Sender- bzw. Empfängerschwerpunkt angeordnet wird (Figur 3 der DE102012210891A1 ). Ein Problem der in der DE102012210891 A1 offenbarten Technik ist dabei, dass die Ausleuchtung des Raumes gegenüber der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich geringer ist. Die Linsen (Bezugszeichen 218 und 312 der DE102012210891 A1 ) sind gegenüber dem Deckel (Bezugszeichen 219 und 319 der DE102012210891A1 ) um einen kleinen Rand versenkt. Dies beschränkt die Ausleuchtung weiter. Die notwendige räumliche Ausleuchtung wird durch eine aufwendige dreidimensionale Anordnung mehrerer Sensormo- dule entsprechend der DE102012210891A1 erreicht (Figur 6 der der DE102012210891A1 ). In ähnlicher Weise löst die Offenlegung DE102010027499A1 dieses Ausleuchtungsproblem (Figur 1 der DE102010027499A1 ) durch mehrfach Verwendung eines der DE102010027499A1 entsprechenden Moduls.
Ebenso löst in ähnlicher Weise auch die in der europäische Offenlegungsschrift EP2549652A2 das beschriebene Ausleuchtungsproblem. Allerdings erfolgt die dreidimensionale Anordnung nicht auf Modulebene sondern auf Komponentenebene. Durch diese komplexe dreidimensionale Anordnung von Sendern und Empfängern wird bereits eine räumlich bessere Aus- leuchtung als in der DE102012210891A1 erreicht (Figuren 5a und 5b der EP2549652A2). Dabei sind die Linsen wie in der DE102012210891 A1 stets koaxial zu den Sendern bzw. Empfängern angeordnet (Figuren 2 und 4 der EP2549652A2). Auch hier führt ein u-förmig geformtes Gehäuse (Bezugszeichen 130 der EP2549652A2) zu Abschattungen des Empfän- gers (Bezugszeichen 200 der EP2549652A2), dessen Empfangskeule durch die Trogwände eingegrenzt wird.
In der Schrift WO20131134456A1 wird eine Anordnung offenbart, bei ein HALIOS-System die Glasfasern innerhalb einer Leiterplatte ausnutzt. Die Sendediode (Bezugszeichen 102 der WO20131134456A1 ) ist in Figur 1 der besagten Offenbarung dabei mit einer Linse eingezeichnet, die wiederum zentrisch angeordnet ist. Das besagte Abschattungsproblem durch die Wände der Montagebohrung (Bezugszeichen 109 der WO20131134456A1 ). Somit ist auch hier die Ausleuchtung nicht optimal. Wesentlich besser ist dieses Problem in der Offenlegung DE102006020570A1 gelöst. Allerdings soll hier nicht der Freiraum über dem System überwacht werden, sondern nur ein Bereich unmittelbar über dem Sensorsystem. Wie zuvor ist die zentrale Linse (Bezugszeichen 21 und 53 der DE102006020570A1 ) zentrisch zum Empfänger (Bezugszeichen E der DE102006020570A1 ) angeordnet. Eine asymmetrische Aus- leuchtung ist mit dieser Lösung also nicht möglich. Die Sender weisen keine Linsen auf.
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. Hierbei kommt es insbesondere durch die Bestrahlung des Messobjekts mit dem gestreuten Licht des Kompensationssenders (K), wie bereits beschrieben, zu einer situationsbedingten Veränderung der Grundkopplung, wie sie beispielsweise in der Offenlegung EP2418512A1 beschrieben ist. Auf dies und weitere Schriften aus dem Stand der Technik wird im Folgenden in der Beschreibung der Erfindung zur Abgrenzung dieser Offenlegung gegenüber dem Stand der Technik weiter eingegangen. Vorausschickend sei gesagt, dass alle bisher genannten Schriften und auch die im Folgenden genannten Schriften das Problem der situationsbedingten Grundkopplung durch gestreutes Licht des Kompensationssenders nicht adressieren. Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Integration der verschiedenen optischen Sensoren und Sensorkomponenten eines HALIOS-Systems in einem einzigen SMD Gehäuse zu ermöglichen, den Crosstalk zu vermindern 5 und die optimale Ausleuchtung und Sensitivität des Systems zu ermöglichen ohne eine komplizierte dreidimensionale Anordnung von Sendern und Empfängern zu erfordern. Hierbei wird das Licht der Kompensationssender innerhalb des Systems vernichtet sodass es nicht zu einer situationsbedingten Veränderung der Grundkopplung wie im Stand der Technik i o kommen kann.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Beschreibung der grundlegenden Erfindung
Der Aufbau und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 15 wird anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Der Empfänger (D) wird durch eine Fotodiode mit Vorwiderstand zwischen Masse und Versorgungsspannung VDD symbolisiert.
Zusätzlich zum Stand der Technik ist unter anderem in Figur 1 eine opti- 20 sehe Barriere B eingezeichnet, die verhindert, dass das Licht des Kompensationssenders, der Kompensationsdiode K, direkt auf das Objekt (O) fällt. Die Funktion dieser aus der EP2418512A1 bekannten Barriere ist wie folgt: Damit der Sender (H) über die Übertragungsstrecke (11 ) das Objekt (O) bestrahlen kann, muss die Barriere (B) ein optisches Sendepfadfenster
25 (WH) aufweisen, dass für die Strahlung, also die Wellenlänge, des Senders (H) transparent ist. Die Wellenlänge des Senders (H) wird im Folgenden als Senderwellenlänge benannt. Aus dem analogen Grund muss die Barriere (B) im Bereich der zweiten Übertragungsstrecke (12) ein zweites optisches Empfangspfadfenster (WD) aufweisen, das für die zu detektie-
30 rende Strahlung und zwar insbesondere für die Wellenlänge der zu detek- tierenden Strahlung transparent ist. Diese Wellenlänge der zu detektieren- den Strahlung ist typischerweise von der gleichen Wellenlänge, wie die Strahlung des Senders (H), also die Senderwellenlänge. Dies muss aber nicht unbedingt der Fall sein. Es ist beispielsweise denkbar, dass das Ob- jekt (O) unter der Bestrahlung durch den Sender (H) fluoresziert und dass nur diese Fluoreszenz gemessen werden soll. In diesem Fall wird das Fenster im Empfangspfad (WD) typischerweise so gewählt, dass es möglichst nur für die Wellenlänge dieser Fluoreszenzstrahlung, also die Fluo- 5 reszenzwellenlänge, transparent ist.
Das Licht des Kompensationssenders (K) soll nicht nach außen dringen. Daher ist es sinnvoll, dass das Empfangspfadfenster (WD) und das Sen- depfadfenster (WH) für die Wellenlänge dieses Lichts des Kompensationssender (K), also die Kompensationssenderwellenlänge, nicht durchläs- i o sig 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 de-
15 tektierenden 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 Kompensationssenderwellenlän-
20 ge 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 Transmissivitätsanforderun- gen und diese Reflektivitätsanforderungen erfüllen zu können.
25 Hierzu ist es zweckmäßig die Begriffe zu definieren.
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
30 eingestrahlten Lichtstrahls vor dem Durchgang durch das Objekt. Bei einer
Schwächung um 50% ist die Transmissivität somit beispielsweise 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 ge-
35 schwächt 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%.
Im Folgenden ist mit Absorptionsfaktor der Faktor gemein, um den die Intensität (Energie) eines Lichtstrahls mit einer gegebenen Schwerpunkts- weilenlänge 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 Gehäu- sekomponente und wird nicht reflektiert oder transmittiert. Bei einer Transmissivität von 25% und einer Reflektivität von 24% ist der Absorptionsfaktor somit beispielsweise 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.
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.
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.
Das Sendepfadfilter (FH) soll gleichzeitig vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K), also für die Kompensati- onssenderwellenlänge, 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. 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 mindes- tens 98% oder besser mindestens 99% aufweisen.
Das Empfangspfadfilter (FH) soll gleichzeitig vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K), also für die Kompensationssenderwellenlänge, eine Transmissivität von optimal 0%, von höchs- tens aber 50% oder besser höchstens 25% oder besser höchstens 12% oder besser höchstens 5% oder besser höchstens 2% oder besser höchstens 1 % aufweisen.
Das Empfangspfadfilter (FH) soll gleichzeitig vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K), also für die Kompensati- onssenderwellenlänge, 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.
Ein hoher Absorptionsfaktor für die Wellenlänge des Kompensationssen- der (K), also der Kompensationswellenlänge, für die beiden Filter in jedem
Fall der Vorzug gegenüber einer erhöhten Reflektivität zu geben.
Hierdurch ist der Empfänger (D) in jedem Fall in der Lage, sowohl das Signal des Kompensationssenders (K) also der Kompensationssendedio- de, 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. Die Verwendung von Empfangspfadfiltern ist aus der US20050184301 A1 bereits bekannt (z.B. Fig. 12, Bezugszeichen 85 bis 89 der US20050184301 A1 ). Allerdings ist deren Aufgabe nur die Selektion des eintretenden und zuvor von einem Messobjekt (z.B. Fig. 18, Bezugszeichen 146 der US20050184301 A1 ) zurückgestrahlten Lichts eines Senders (z.B. Fig. 18, Bezugszeichen 132-136 der US20050184301 A1 ). Hier in der erfindungsgemäßen Vorrichtung jedoch gilt es zum Einen sicherzustellen, 5 dass das vergleichbar reflektierte Licht des Senders (H) in die erfindungsgemäße Vorrichtung eintreten und damit zum Empfänger (D) gelangen kann und zum Anderen gleichzeitig das Licht des Kompensationssenders (K) zum einen eben nicht aus dem System austreten kann und zum anderen möglichst schnell, also mit möglichst wenigen Reflektionen innerhalb i o des Systems aus dem System eliminiert werden kann.
Würde das Licht des Kompensationssenders (K) nämlich austreten können, so würde das Ergebnis verfälscht werden und die Grundkopplung, die beispielsweise in der Offenbarung EP2418512A1 umfangreich behandelt wird, wäre abhängig von den Eigenschaften des zu vermessenden Objek-
15 tes (O) in der Übertragungsstrecke bestehend aus der ersten Übertragungsstrecke (11 ) und der zweiten Übertragungsstrecke (12).
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
20 100%, 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 Sen-
25 derwellenlänge, 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).
Dies gilt vor allem für Wellenlängen, die bei Einstrahlung in den Empfän-
30 ger (D) zu einem Signal führen.
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.
Dies gilt vor allem für Wellenlängen, die bei Einstrahlung in den Empfänger (D) zu einem Signal führen.
Damit der Sender (H) nicht direkt in den Empfänger (D) einstrahlen kann, ist eine weitere Barriere (B2), wie sie beispielsweise aus der EP2418512A1 bekannt ist, sinnvoll. Diese verhindert dies oder zumindest verlängert sie den optischen Weg oder dämpft sonst wie das unerwünsch- te direkte Signal.
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 Kompensations- pfadfenster (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 bei- spielsweise 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.
Zwar ist aus der EP2418512A1 bereits eine Barriere (Figur 2 oder Figur 3, Bezugszeichen 40, der EP2418512A1 ) bekannt, die Funktion dieser zur EP2418512A1 zusätzlichen dritten optischen Barriere (B3) ist jedoch in der
EP2418512A1 nicht offenbart. Eine solche Barriere kann jedoch der DE102010028967A1 entnommen werden (Fig 14, Bezugszeichen 264 der DE102010028967A1 ). Deren Funktion als Blende ist dort jedoch nicht explizit offenbart.
Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechend Figur 1 , wobei nun im Unterschied zur Figur 1 der Sender (H) anstelle des Kompensationssenders (K) geregelt wird.
Figur 3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer beispielhaften Aufsicht. In der beispielhaften Vorrichtung (1 ) befinden sich beispielsweise drei LEDs (2,3,4) als Sender (H) und eine Fotodiode (9) als Empfänger (D). Es können selbstverständlich auch mehr Empfänger und eine andere Zahl von Sendern gewählt werden. Der Regler (CT) und ggf. auch der Genera- tor (G) müssen dann ggf. angepasst werden. Die Fotodiode (9) empfängt das vom Objekt (O) zurückgestrahlte Licht der Sender H, der LEDs (2, 3, 4). Das Objekt (O) ist in der Figur nicht eingezeichnet und befindet sich gedacht oberhalb der Zeichenebene in Richtung des Betrachters. Des Weiteren befindet sich in der Vorrichtung (1 ) ein integrierter Vorverstärker (8). Ebenso befindet sich in der Vorrichtung (1 ) der Kompensationssender
K (9). Alle Elemente (2, 3, 4, 10, 9, 8) werden auf die Oberseite eines gemeinsamen Lead-Frames montiert. Der elektrische Anschluss erfolgt durch Bondung, vorzugsweise eine Golddraht-Bondung. Außerdem ist eine Lippe (17) eingezeichnet, die als zweite Barriere (B2) die Sendedioden (2, 3, 4) als Sender (H) von der Fotodiode (10), welche der Empfänger (D) ist, optisch trennt. Oberhalb jeder der Sendedioden (2, 3, 4) befindet sich jeweils eine Linse (5, 6, 7), die der Lichtstrahlformung dient.
Die verwendete Packaging-Technologie ist die des Molded Interconnection Device. Dabei wird ein dreidimensional verformter Leadframe mit Mold- masse 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.
Auf die Unterseite des MID-Leadframes wird eine integrierte Auswerteschaltung (12) (IC) für die Ansteuerung der Sender (2, 3, 4), die Auswertung der Signale des Empfängers (D), hier der Fotodiode (10), die Ansteuerung des Kompensationssenders (K), hier der Kompensationssendediode (9), und die Kommunikation mit dem Rechner des Nutzsystems (über S4), beispielsweise eines Mobiltelefons, platziert. Die Schaltung (12) enthält somit typischerweise den Regler CT. Die Kontakte (z.B. 14) dieser Auswerteschaltung (12) werden mit den Kontakten (z.B. 13) des Lead-Frames durch Bonden verbunden. Dabei befindet sich die Auswerteschaltung (12) vorzugsweise in einer Vertiefung des Gehäuses, so dass die Bonddrähte nach dem Verguss durch Mold-Masse bedeckt sind. Durch die besondere Form und des Lead-Frames ist jedoch trotzdem eine Verlötung auf dieser Seite des Gehäuses möglich. Für die Handhabung während der Montage sind in diesem Beispiel Aussparungen (16) vorgesehen, die ein Verkratzen der Kontakte (11 ) bei Verwendung eines passenden Greifwerkzeugs, das diese Aussparungen als Klemmpunkte benutzt, verhindern.
Wie oben bereits ausgeführt, ist ein wesentliches zu lösendes Problem, die Unterdrückung der parasitären Kopplungen zwischen den Sendedioden (2, 3, 4) und dem Empfänger (D), hier der Fotodiode (10). Hierzu verfügt das Gehäuse über eine optische Barriere (17), die den optischen Weg zwischen den Sendern (2, 3, 4) und dem Empfänger (D), hier der Fotodiode (10), verlängert und so die Kopplung über parasitäre Pfade reduziert. Dabei kann die optische Barriere (17) in relativ vielen Freiheitsgeraden gestaltet werden. Insbesondere kann die besagte Barriere (17) mit leicht abgeschrägten Wänden versehen werden, um sicherzustellen, dass das ge- samte Gehäuse gut aus einem Spritzgusswerkzeug entnommen werden kann.
Figur 4 zeigt noch einmal die beispielhafte Position und Ausformung der Barriere (17) auf der Oberseite des Gehäuses von zwei verschiedenen Seiten. Hierdurch wird der parasitäre optische Weg verlängert.
Von besonderer Wichtigkeit sind die integrierten Mikro-Linsen (5, 6, 7, 40).
Diese sind oberhalb der Sender (2, 3, 4) und dem Empfänger (D), hier der Fotodiode (10), platziert. Dies zeigt Figur 5. Die Linsen (5, 6, 7, 40). sind aus einem optisch transparenten Material gefertigt. Hinsichtlich der Transparenz dieser Linsen sei auf die Ausführungen zu den Sendepfadfiltern und den Empfangspfadfiltern verwiesen. Auf der Senderseite sorgen sie (5, 6, 7, 40) für eine Ausrichtung und Form des durch den jeweiligen Sender (2, 3, 4) abgestrahlten Lichtstrahls (Beams) (36, 37, 38 in Figur 8) in eine Vorzugsrichtung. Dabei sind die Schwerpunkte (18, 20, 22) der Sender (2, 3, 4) gegenüber der jeweiligen optischen Achse (19, 21 , 23) der zugehörigen Linse (5, 6, 7) typischerweise versetzt. Je nach Betrag und
Ausrichtung des Versatzes der jeweiligen Linse (5, 6, 7). ändert sich die Ausrichtung der Abstrahlkeule (36, 37, 38) der zugehörigen Sendediode (2, 3, 4). Größe und Brennweite der jeweiligen Linse (5, 6, 7) bestimmen die Form des jeweiligen Beams (36, 37, 38). Solche Linsen sind beispiels- weise aus der US20050184301 A1 bekannt. Die Linsen (5, 6, 7, 40) müs- sen nicht unbedingt zylindersymmetrisch sein. Es ist durchaus denkbar, dass sie auch andere Formen haben können, also beispielsweise elliptisch sein können. Auch können die Linsen (5, 6, 7, 40) mehr als zwei Brennweiten haben. Die Linsen können beispielsweise durch Spritzguss aus transparenten Kunststoffen hergestellt werden. Die Transparenz bezieht sich dabei auf die für Sendung und Empfang verwendete Strahlung. In ähnlicher Weise können auf der Empfängerseite Linsen (40) zur Formung einer Empfindlichkeitskeule verwendet werden. Auch hier können die Schwerpunkte (24) der Empfänger, hier der Fotodioden (10), gegenüber der optischen Achse (25) der zugehörigen Linse (40) analog zur oben beschriebenen Methode der Abstrahlkeulenformung für die Sendedioden versetzt sein. In dem Beispiel in Figur 5 befinden sich dieser Schwerpunkt (24) und der Auftreffpunkt der optischen Achse (25) jedoch übereinander. Dies muss, wie erläutert, je nach Anwendung nicht unbedingt der Fall sein. 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. Falls das System beispielsweise für die Gestenerkennung eingesetzt werden soll, ist es sinnvoll, wenn die Abstrahlkeulen (36, 37, 38) in unterschiedliche Richtungen zeigen, also beispielsweise bei drei Abstrahlkeulen in um jeweils 120° um die Achse senkrecht zur Oberseite gedrehte Richtungen zeigen. In dem Fall ist es zwar sinnvoll, wenn die Abstrahlkeulen sich ein wenig überlappen, jedoch sollte diese Überlappung vorzugsweise nicht mehr als 60° betragen. Eine Abstrahlkeule sollte also nicht breiter als 240° sein. Die Empfindlichkeitskeule sollte den gesamten relevanten Bereich überdecken.
Es ist selbstverständlich besonders vorteilhaft, wenn die jeweilige Linse (40) des jeweiligen Empfängers (D) (Fotodiode (10)) nur für die Wellenlängen durchlässig ist, die für die Sendedioden (2, 3, 4) verwendet werden. Die Wellenlängen der Sendedioden (2, 3, 4) müssen darüber hinaus nicht identisch sein. Es ist durchaus denkbar, dass ganz bewusst verschiedene Farben oder Wellenlängen für mehrere Sendedioden (2, 3, 4) gewählt werden. Hierdurch ist es möglich, einen miniaturisierten Farb-Sensor her- zustellen. Beispielsweise kann der Empfänger (D), also die Fotodiode (10), für optisch sichtbares Licht aller Farben und Infrarotlicht empfindlich sein und die Sender (2, 3, 4) aus drei Leuchtdioden der Farben Rot (2), Blau (3) und Grün (4) bestehen. Als Kompensationssender (D, 9) kann dann 5 beispielsweise eine Infrarot-LED benutzt werden.
Figur 6 zeigt einen Querschnitt durch die Vorrichtung. Im Falle der beispielhaften Vorrichtung wird der Lead-Frame auf zwei Ebenen geführt (27, 26). Hierdurch sind Bauteile unterschiedlicher Bauhöhe verarbeitbar. Ein Wall (52) umgibt die Kavitäten (28), in die die Bauteile (2, 3, 4, 8, 9, 10, i o 12) eingebracht werden. Auf der Seite der Sender (2, 3, 4, 9) und Empfänger (D), hier der Fotodiode (10), ist sowohl die Senderkavität als auch die Kompensationssenderkavität (CAV_K) typischerweise mit einer transparenten Vergussmasse (28) mit hohem Brechungsindex gefüllt. Im Bereich des Kompensationssenders (K), hier der Kompensationsdiode (9), ist die-
15 se (28) noch mit einer optischen Abdeckung (51 ) versehen, die später beschrieben wird.
Figur 7 zeigt einen horizontalen Schnitt durch die Vorrichtung. Zu erkennen sind verschiedene Leitungen (29), die Teil des MID-Leadframes sind. Die Sender (2, 3, 4) sind auf Die-Inseln (32, 33, 34) typischerweise durch
20 Kleben oder aber auch durch Löten aufgebracht. Letzteres hat Vorteile, wenn hohe thermische Leistungen beseitigt werden müssen. Die Position der Barriere (17) ist zur besseren Orientierung ebenfalls eingezeichnet. Ein Teil der Leitungen (29) führt auf Kontakte (11 ) der Vorrichtung (1 ). Interne Verbindungen sind natürlich möglich. Sie benötigen aber eine Stüt-
25 ze, die nach dem Mold-Vorgang abgetrennt wird. Der Kompensationssender, hier die Kompensationsdiode (9), wird ebenfalls auf ein geeignetes Die-Paddle (35) aufgebracht. Ebenso werden der Empfänger (D), hier die Fotodiode (10), auf das zugehörige Paddle (31 ) und der Vorverstärker (8) auf sein (30) Die-Paddle aufgebracht.
30 Figur 8 zeigt noch einmal die verschiedenen beispielhaften Richtungen
(36, 37, 38) der Abstrahlkeulen der Sendedioden (2, 3, 4) der Vorrichtung (1 ) und die zugehörigen Linsen (5, 6, 7, 40). Zur besseren Orientierung ist wieder die Barriere (17) eingezeichnet. Figur 9 stellt dar, wie die Ausrichtung der Sende-und Empfangskeulen bewerkstelligt wird. Um die Ausrichtung der Sendekeulen, wie in Figur 8 dargestellt, unterschiedlich gestalten zu können, ist es zweckmäßig, wenn die Sendediode um 15° aus der Achse herausbewegt ist. Die Linse hat dabei beispielsweise einen Durchmesser von ca. 200μΓη. Die optische Achse des Senders (18, 20, 22) bzw. Empfängers (24) ist dabei in Höhe des Senders (2, 3, 4) bzw. Empfängers (D), (Fotodiode (10)) um einen Abstand (b1) gegenüber der optischen Achse (19, 21 , 23, 25) der Linse versetzt. Das Licht des Senders (18, 20, 22) bzw. Empfängers (24) tritt dabei durch die Unterseite (41 ) der Linse in diese ein und wird von dieser in die dem Sender gegenüberliegende Richtung abgestrahlt.
Figur 10 zeigt einen anderen horizontalen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung (1 ). Zu erkennen sind die Aussparungen (16), die der Handhabung während der Montage dienen. Die Sender (2, 3, 4) sind in separaten Senderkavitäten (53, 54, 55) untergebracht. Diese führen zu einer guten optischen Entkopplung. Der Kompensationssender (K) besitzt ebenfalls eine Kompensationssenderkavität (CAV_K), hier die Kavi- tät (57) für die Kompensationsdiode (9), die durch einen Steg (48) von der entsprechenden Empfängerkavität (CAV_D), hier die Kavität (56) für die Fotodiode (10), abgetrennt ist. In einem Bereich (49) ist dieser Steg (48) jedoch in der Höhe so modifiziert, dass Licht vom Kompensationssender (K), hier die Kompensationsdiode (9), zum Empfänger (D), d.h. zur Fotodiode (10), in der weiter unten beschrieben Weise gelangen kann. Die Ka- vitäten sind bis auf die Kompensationssenderkavität (CAV_K), hier die Ka- vität (57) der Kompensationssendediode (9), optisch nach oben offen.
Es verbleibt das bereits angesprochene Problem der optimalen optischen Kopplung des Kompensationssenders (K), hier der Kompensationsdiode (9), mit dem Empfänger (D), hier der Fotodiode (10). Diese Kopplung wird in den Figuren 1 1 und 12 diskutiert.
Figur 11 zeigt einen Querschnitt der beispielhaften Vorrichtung (1 ) durch den Kompensationssender (K), hier die Kompensationsdiode (9), und den Empfänger (D), hier die Fotodiode (10). Der Empfänger (D), hier die Fotodiode (10), muss insbesondere möglichst von oben und nicht von der Seite mit dem Licht des Kompensationssenders (K), hier der Kompensationsdi- ode (9), bestrahlt werden, da sich die lichtempfindlichen Schichten der Fo- todiode (10) typischerweise an der Oberfläche derselben befinden. Dieses Problem ist in der beispielhaften erfindungsgemäßen Vorrichtung (1 ) so gelöst, dass der Kompensationssender (K), hier die Kompensationsdiode
(9) , Licht nach oben abstrahlt.
Aufgrund des unterschiedlichen Brechungsindex zwischen der transparenten Deckmasse (28) und Luft kommt es zu einer Zurückspiegelung des Lichts in das Gehäuse hinein. Diese Spiegelung tritt ein, wenn der Auftreffwinkel des Lichts des Kompensationssenders (K), hier der Kompensationssendediode (9), auf die Grenzfläche der transparenten Vergussmasse (28) so flach ist, dass Totalreflexion eintritt. Dieses zurückgespiegelte Licht fällt damit naturgemäß, wie gewünscht, von oben auf den Empfänger (D), die Fotodiode (10) (siehe auch Figur 12). Licht, das direkt von dem Kompensationssender (K), hier der Kompensationssendediode (9), zum Empfänger (D), der Fotodiode (10), gelangen kann, könnte an dieser gestreut werden, auf das zu vermessende Objekt (O) fallen und zurück auf den Fotodetektor (10) fallen und somit das Messsignal (S4) und den Regler (CT) stören. Dies wird durch den besagten Steg (48) verhindert, der die Emp- fängerkavität (CAV D), hier die Kavität (56) der Fotodiode (10), von der Kompensationssenderkavität (CAV_K), hier der Kavität (57) der Kompen- sationssendediode (9), trennt. Nur solches Licht des Kompensationssenders (K), hier der Kompensationssendediode (9), das an der Grenzschicht der transparenten Deckmasse (28) gespiegelt wurde, kann somit auf den Empfänger (D), hier die Fotodiode (10), fallen. Die Öffnung (49) oberhalb des Steges (48) für diese gewünschte Transmission von der Kompensati- onssenderkavität (CAV_K), hier die Kavität (57), in die Empfängerkavität
(CAV_D), hier die Kavität (56), wird dabei so gestaltet, dass durch das dermaßen transmittierte Licht möglichst ausschließlich der Empfänger (D), hier die Fotodiode (10), bestrahlt wird. Der Bereich (49) arbeitet also quasi wie ein optischer Wellenleiter.
Um eine indirekte Bestrahlung des Objekts(0)durch den Kompensationssender K (Kompensationssendediode (9)) zu verhindern, ist es notwendig, das nicht durch Totalreflektion auf den Empfänger (D), hier die Fotodiode
(10) , gestrahlte Licht möglichst schnell aus dem System (1 ) zu eliminieren. Hierzu wird das Material des Gehäuses der Vorrichtung (1 ) vorzugsweise in einem Material ausgeführt, das alle Strahlung, in den Wellenlängenbe- reichen in denen diese Strahlung aus dem Gehäuse austreten kann und in allen Wellenlängenbereichen, in denen die Sender (2, 3, 4, 9) senden, absorbiert.
Alle sollten daher möglichst matt ausgeführt sein, um das wenige Licht, 5 das trotzdem reflektiert wird, diffus zu streuen. Dies betrifft natürlich nicht optische Nutzoberflächen wie beispielsweise die oberen Grenzschicht der transparenten Vergussmasse (28), an der Totalreflektion auftreten soll, und die Oberflächen der optischen Fenster (WD, WH) oder Filter (FD, FH) oder Linsen (5, 6, 7, 40).
i o Auf der oberen Grenzschicht wird außerdem ein Absorber (51 ) aufgebracht, der die Strahlung der Kompensationssendediode (9), die nicht durch Totalreflektion auf den Empfänger (D), hier die Fotodiode (10), gespiegelt wird, und daher aus dem Gehäuse der Vorrichtung (1 ) unkontrolliert austreten würde, absorbiert und damit aus dem System eliminiert.
15 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 (10), endet.
Ein weiteres Problem, das sich dabei ergibt, ist die Reflektion an dem 20 Empfänger (D), hier der Fotodiode (10), selbst. Damit das Licht in den
Empfänger (D), hier das Silizium der Fotodiode (10), eintreten kann, muss es in einem Winkel eingestrahlt werden, der möglichst senkrecht ist, da die Lichtgeschwindigkeit im Material des Empfängers (D) und hier insbesondere im Silizium der Fotodiode (10) erheblich kleiner als im Wellenleiter ist. 25 Hierfür ist es sinnvoll, jedoch nicht unbedingt zwingend erforderlich, das
Die-Paddle (31 ) des Empfängers, hier der Fotodiode (10), gegenüber dem Die-Paddle (35) des Kompensationssenders (K), hier der Kompensationssendediode (9), zu verkippen. Diese Verkippung würde zu einer verringerten Empfindlichkeit des Empfängers (D), hier der Fotodiode (10), bezüglich 30 des Empfangs optischer Strahlung, führen, die vom Objekt (O) zurückgestrahlt wird. Daher ist es weiter sinnvoll, die Einkopplung in den Empfänger (D), hier die Fotodiode (10) durch ein schräges Prisma wie für die Sender (H), hier die Sendedioden (2, 3, 4), zu optimieren.
Schließlich muss beachtet werden, dass der Empfänger (D) und insbe- 35 sondere in diesem Fall hier die Fotodiode (10), die typischerweise aus Sili- zium gefertigt ist, für einen Teil der Strahlung transparent sein kann. In diesem Fall kann es zu einer Reflektion des Lichts an der Unterseite des Empfängers (D), also der Fotodiode (10), kommen. Dies erhöht zwar die Effizienz des Empfängers, also der Fotodiode (10), führt aber letztlich zu einer Verfälschung des Empfängerausgangssignals (SO). Daher ist es sinnvoll, den Empfänger (D), also hier die Fotodiode (10), mit einem Kleber am Die-Paddle (31 ) zu befestigen, der für solche Wellenlängenbereiche, die den Empfänger (D), also die Fotodiode (10), passieren können, absorbierend wirkt.

Claims

Ansprüche
1 . 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 (12) befindet und b. wobei das Empfangspfadfilter (FD) für die Wellenlänge des Lichts des Senders (H), also für die Senderwellenlänge, und/oder für 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 (FH) für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K), 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 (FH) für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K), 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 Kavi- tät (CAV_K) platziert ist und wobei der besagte Steg (48) ein Teil der Wand der Kavität (CAV_K) ist und
g. Wobei der besagte Empfänger (D) in einer Kavität (CAV_D) platziert ist und wobei der besagte Steg (48) ein Teil der
Wand der Kavität (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 min- destens 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 min- destens 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 besag- ten Kompensationssenders (K, 9) in zumindest eine vordefinierte Richtung und/oder in Richtung auf mindestens ein zu vermessendes Objekt (O) verhindert und
I. wobei zumindest der besagte Sender (H, 2, 3, 4, 9) und der besagte Kompensationssender (K, 2, 3, 4, 9) der Vorrichtung mit unterschiedlicher Schwerpunktswellenlänge strahlen.
2. Halios-System nach Anspruch 1 a. wobei sich mindestens ein optisches Sendepfadfilter (FH), Teil der Vorrichtung ist und sich in mindestens einer der zweiten Übertragungsstrecken (12) befindet und
b. das Sendepfadfilter (FH) vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Senders (H), also für die Senderwellenlänge, 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 Sendepfadfilter (FH) für die Wellenlänge des Lichts des Senders (H), also für die Senderwellenlänge, eine Reflektivität 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 das Sendepfadfilter (FH) für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K), 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
e. wobei das Sendepfadfilter (FH) vorzugsweise für die Wellenlänge des Lichts des Kompensationssenders (K), 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.
Halios-System nach Anspruch 1 oder 2
• wobei sich in mindestens einer optischen ersten Übertragungsstrecke (11 ) oder zweiten Übertragungsstrecke (12) mindestens eine Linse (5, 6, 7, 40) befindet, die Bestandteil der Vorrichtung ist und • wobei sich der Schwerpunkt (18, 20, 22, 24) mindestens eines Senders (2, 3, 4) oder mindestens eines Empfängers (D, 10) nicht in der optischen Achse (19, 21 , 23, 25) mindestens einer zugehörigen Linse (5, 6, 7, 40) befinden und jener doch optisch mit dieser gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 wobei,
• wobei mindestens zwei Abstrahlkeulen (36, 37, 38) nicht deckungsgleich sind und
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei
• mindestens zwei Empfindlichkeitskeulen nicht deckungsgleich sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 und/oder 4 wobei,
• mindestens eine Empfangskeule mit mindestens einer Abstrahlkeule Bereiche der Deckungsgleichheit aufweist.
Vorrichtung einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 wobei,
• das Die-Paddle (31 ) des Empfängers (D, 10) gegenüber dem Die- Paddle (35) der besagten Kompensationssendediode K (9) verkippt ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche wobei
• Der Empfänger (D, 10) mit einem Kleber am Die-Paddle (31 ) befestigt ist, der für Licht solcher Wellenlängenbereiche, die den Empfänger, (D), insbesondere in Form einer Fotodiode (10), passieren können, absorbierend wirkt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche
• wobei die Senderwellenlänge von der Wellenlänge der zu detektie- renden Strahlung abweicht und
• wobei das Empfangspfadfilter (FD) für Wellenlänge der zu detek- tierenden Strahlung eine Transmissivität von mindestens 50% o- der besser 75% oder besser 88% oder besser 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweist und wobei das Empfangspfadfilter (FD) für die Wellenlänge des Lichts des Senders (H), also für die Senderwellenlänge, eine Transmissi- vität 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
wobei das Empfangspfadfilter (FD) für die Wellenlänge des Lichts des Senders (H), also für die Senderwellenlänge, 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.
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