WO2014131386A1 - Multifunktionales optisches mikro-sensor-system - Google Patents

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WO2014131386A1
WO2014131386A1 PCT/DE2014/000046 DE2014000046W WO2014131386A1 WO 2014131386 A1 WO2014131386 A1 WO 2014131386A1 DE 2014000046 W DE2014000046 W DE 2014000046W WO 2014131386 A1 WO2014131386 A1 WO 2014131386A1
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WO
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transmitter
better
compensation
receiver
wavelength
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PCT/DE2014/000046
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Michael Hase
Michael Domokos
Uwe Hendrik Hill
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Elmos Semiconductor Ag
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Priority to DE202014007445.3U priority patent/DE202014007445U1/de
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    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating

Definitions

  • Detecting 3D gestures such as swipes and proximity 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
  • Compensating transmitter (K) by means of said Kompensati- onssendesignals (S3) controls so that the said receiver output signal (SO) of said receiver (D) contains up to a control error and system noise no shares of the transmission signal (S5).
  • 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 compensating 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 the said compensation transmitter (K) superposed with 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.
  • reference number 192 of DE102010028967A1 still leads to an escape of the light of the compensation transmitter, which can then be scattered to the object. In addition, it typically comes to a ner overdriving the receiver (D) by the compensation transmitter (K). It was also found that the devices known from the prior art despite all care have a Temepraturpinkeit the measurement result, which could be explained and solved in the context of the invention and the last could be attributed to the problem of different attenuation of transmission path and compensation path.
  • each transmitter (H), the object (O) in the transmission path and the receiver (D) there are two potential transmission links between each transmitter (H), the object (O) in the transmission path and the receiver (D): the actual transmission path (11 & 12, 13) and a parasitic transmission path.
  • the light of the transmitter (H) should first be transmitted from the transmitter (H) to the object (O) and then reflected back to the photodiode, the receiver (D).
  • the light of the transmitter (H) should not fall directly on the photodiode (D).
  • the compensation diode K the reverse is true: it should only fall directly onto the photodiode (D) and, if possible, should not be scattered on the object (O).
  • a lens is provided in the prior art, for example by DE102012210891 A1, which is arranged coaxially to the transmitter or receiver center of gravity (FIG. 3 of DE102012210891A1).
  • a problem of the technique disclosed in DE102012210891A1 is that the illumination of the space compared with the device according to the invention is substantially lower.
  • the lenses reference numerals 218 and 312 of DE102012210891 A1 are countersunk over the lid (reference numerals 219 and 319 of DE102012210891 A1) 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 DE102012210891 A1 (FIG. 6 of DE102012210891A1).
  • the disclosure DE102010027499A1 solves this illumination problem (FIG DE102010027499A1) by repeatedly using a module corresponding to DE102010027499A1.
  • 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 WO20131 134456A1) 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 numeral 109 of
  • the illumination is not optimal here. Much better this problem is solved in the disclosure DE102006020570A1.
  • 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
  • the receiver reference E of DE102006020570A1
  • An asymmetrical illumination is not possible with this solution.
  • the transmitters have no lenses.
  • the light of the compensation transmitters within the system is destroyed, so that it is not possible for a situation-dependent change in the basic coupling as in the prior art, and on the other hand, the light paths within the system optimally matched.
  • the transmitter (H) and the compensation transmitter (K) are a transmitter of the same type, preferably juxtaposed positions of an LED wafer, in order to match these LEDs maximize.
  • the compensation transmitter (K) in this case the compensating transmission diode (9), is typically located closer to the receiver (D), the photodiode (10), it generally radiates much brighter into the receiver (D) than the receiver Transmitter (H) whose light can only reach the receiver (D) weakened by said transmission links (11, 12) and by reflection at the object (O) and / or transmission through the object (O).
  • the compensation transmitter (K) and the transmitter (H) enforces a different electro-optical operating point in the form of a different electrical current and / or a different illuminance of the receiver (D), resulting in a different temperature dependence and thus ultimately leads to a temperature-dependent measurement result.
  • FIG. 1 shows 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 shown in FIG. 1, which prevents the light of the compensation transmitter (K), the compensation transmitting 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 (WH) the radiation, ie the wavelength ge, the transmitter (H) is transparent. The wavelength of the transmitter (H) is referred to below as the transmitter wavelength.
  • the barrier (B) in the region of the second transmission path (12) must have a second optical reception path window (WD) which is transparent to the radiation to be detected, in particular for the wavelength of the radiation to be detected.
  • 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 object (O) fluoresces under the irradiation by the transmitter (H) and that only this fluorescence is to be measured.
  • the window in the reception path (WD) is typically chosen such that it is transparent only for the wavelength of this fluorescence radiation, ie the fluorescence wavelength.
  • the compensating transmitter (K) light should not leak to the outside.
  • 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 permeable, but preferably absorb, also these windows
  • 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 5 and / or the fluorescence wavelength, and must reliably suppress radiation of the compensation wavelength.
  • 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 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.
  • 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 .
  • reflectivity is the common factor by which the intensity (energy) of a light beam having a given center-of-mass wavelength when reflected on a filter or device component is weakened compared to the intensity (energy) of the radiated one
  • the reflectivity is thus for example 50%.
  • 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.
  • 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%, 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 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%.
  • 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 of the compensation transmitter (9), 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.
  • receive path filters are already known from US20050184301 A1 (e.g., Fig. 12, references 85 to 89 of US20050184301A1). However, their object is only the selection of the incoming light of a transmitter (e.g., Fig. 18, reference numerals 132-136 of US20050184301 A1) previously returned from a measurement object (e.g., Fig.
  • 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 wavelength of the transmitter (H) that is, the transmitter wavelength
  • the wavelength of the compensation transmitter (K) that is, the compensation wavelength
  • the wavelength of the radiation to be detected such as the fluence. oreszenzwellendorf and / or the Wellenläge the transmitter (H).
  • 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 will prevent or at least prolong the optical path or otherwise attenuate 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, for example, on the object (O). This is especially important if the wavelength selectivity of the previously mentioned filters (FD, FH) is insufficient.
  • This aperture function of the compensation path window (WK) and the targeted attenuation of the light in the compensation path represent the here
  • the compensation path window (WK) has not only the task to minimize stray light within the system, but also to reduce the light of the compensation transmitter (K) to such an extent that its intensity in a typical electro-optical operating point with the intensity of the Transmitter (H) on the transmission channel (11, 12) and the object (O) on the receiver (D) reaching light at the same electrical power supply approximately matches.
  • Various dimensioning strategies for the compensation path window (WK) are conceivable.
  • the compensation path window (WK) so that for a typical object (O), for example a hand, in a typical usage distance, for example 25 cm, the electrical operating point of compensating transmitter (K) and transmitter (H) to match. If the object (O) is moved further away, then in a preferred control algorithm the intensity of the radiation of the transmitter (H) is increased and at the same time the intensity of the
  • Compensation transmitter (K) lowers. In a preferred embodiment of the system, this is done so that the temperature coefficient of the Messergebinsses the entire system is minimized.
  • control parameters are preferably stored in a table, which determine the extent to which the intensity of the transmitter (H) must be increased if the intensity of the transmission power of the compensation transmitter (K) is lowered and vice versa.
  • 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.
  • DE102010028967A1 FIG. 14, reference number 264 of DE102010028967A1.
  • Their function as a diaphragm and in particular the function for setting the electro-optical operating point of the compensation transmitter (K) is not explicitly disclosed there, however.
  • 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 a device according to the invention corresponding to FIGS. 1 and 2, in contrast to the systems of FIGS. 1 and 2, the controller (CT) now generates the transmission signal (S5) and the compensation transmission signal (S3) from the now separate generator signal (S5G) ,
  • CT now generates the transmission signal
  • S3 the compensation transmission signal
  • S5G now separate generator signal
  • FIG. 4 shows the device according to the invention in an exemplary top view.
  • the exemplary device (1) for example, there are three LEDs (2, 3, 4) as transmitter (H) and a photodiode (9) as receiver (D). Of course, more receivers (D) and a different number of transmitters (H) can be selected.
  • the controller (CT) and, if necessary, the generator (G) must then be adjusted if necessary.
  • the photodiode (9) receives the light emitted by the object (O) of the transmitter (H), the LEDs (2, 3, 4).
  • the object (O) is not shown in FIG. 4 and is located above the plane of the drawing in the direction of the observer.
  • an integrated preamplifier 20 (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 25 (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 overmoulded 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.
  • IC integrated evaluation circuit
  • the circuit (12) thus typically includes the regulator (CT).
  • CT regulator
  • 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. Due to the special shape and the lead frame, however, a soldering on this side of the housing is still possible. For handling during assembly recesses (16) are provided in this example, which scratching
  • the housing via 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.
  • said barrier (17) may be designed in a relatively large number of degrees of freedom.
  • Figure 5 shows once again the exemplary position and shape of the barrier (17) on top of the housing of two different ones
  • the integrated micro lenses (5, 6, 7, 40) are placed above the transmitters (2, 3, 4) and the receiver (D), here the photodiode (10). This is shown in FIG. 6.
  • the lenses (5, 6, 7, 40). are made of an optically transparent material.
  • 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) do not necessarily have to be cylindrically symmetrical. 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 impingement 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 makes sense for the emission lobes (36, 37, 38) to point in different directions, for example for three emission lobes in directions rotated by 120 ° about the axis perpendicular to the upper side demonstrate. In that case, it makes sense if the radiation lobes overlap a little, but this overlap should preferably not exceed 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.
  • a compensation transmitter (D, 9) then, for example, an infrared LED can be used.
  • FIG. 7 shows a cross section through the device.
  • the leadframe is guided on two levels (27, 26).
  • a wall (52) surrounds the cavities (28) into which the components (2, 3, 4, 8, 9, 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 .
  • this (28) is still provided with an optical cover (51), which will be described later.
  • Figure 8 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)
  • Gluing or applied by soldering has advantages when high thermal power must be eliminated.
  • the position of the barrier (17) is also shown for better orientation.
  • a part of the lines (29) leads to contacts (1 1) of the device (1). Internal connections are of course possible. But you need a support ze, which is separated after the mold process.
  • the compensation transmitter here the compensation diode (9)
  • the receiver (D) here the photodiode (10)
  • the preamplifier (8) to its (30) die paddle.
  • FIG. 9 once again shows the various exemplary directions (36, 37, 38) of the emission lobes of the transmitting diodes (2, 3, 4) of the device (1) and the associated lenses (5, 6, 7, 40). For better orientation again the barrier (17) is drawn.
  • Figure 10 illustrates how alignment of the transmit and receive lobes is accomplished.
  • the transmitting diode In order to be able to design the orientation of the transmitting lobes differently, as shown in FIG. 11, 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. 11 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 is separated by a bridge (48), said third optical barrier (B3), from the corresponding receiver Cavity (CAV_D), here the cavity (56) for the photodiode (10), is separated.
  • CAV_K compensation transmitter cavity
  • CAV_D receiver Cavity
  • the cavities are up to the compensation transmitter cavity (CAV_K), here the cavity (57) of the compensation transmitter diode (9), optically open at the top.
  • Figure 12 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), here 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 photodiode (FIG. 10) are typically located on the surface thereof.
  • This problem is solved in the exemplary device (1) according to the invention in such a way that the compensation transmitter (K), in this case the compensation diode (9), emits light upwards.
  • 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. 13). 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).
  • the region (49) thus works like an optical waveguide.
  • the light radiation of the compensation transmitting diode (9), ie of the compensation transmitter (K) is attenuated such that the current supply of the compensation transmitting diode (9) is determined at least at an operating point which is determined by reflectivity and distance of a typical object (O).
  • this transmitter (H, 2, 3, 4) and the said compensation transmitter (K, 9), for example, are supplied with the same electrical power and then each cause the same optical effect on the receiver (D).
  • a first exemplary possible setting for an unregulated transmitter (H) is that this optical operating point is defined by the smallest geometric distance of the most reflective object yet to be detected, e.g. a white object determined by the sensor system.
  • the signal of the transmitter (2, 3, 4) so the transmitter (H), in the photodiode (10), ie the receiver (D), maximum.
  • the compensation transmitter diode (9), ie the compensation transmitter (K) should be maximally controlled in this case, since the uncontrolled transmitter (2, 3, 4), ie the transmitter (H), then typically transmits at maximum power.
  • the situation is similar in a second example possible setting with an unregulated compensation transmitter (K) ( Figure 2).
  • the electro-optical operating point of the compensation transmitter (K) is preferably optimized for the minimum distance of the object (O) with maximum reflectivity thereof.
  • a common internal control parameters eg. The pre-signal S6 of EP2631674A1
  • CT controller
  • a control function which is typically stored in a table within the controller (CT)
  • the two transmission signals, the Kompensati- onssendesignal (S3) and the transmission signal (S5) be generated.
  • the system according to the invention is a Halios system for measuring an optical transmission path (11, 12) in which at least one receiver (D, 10) and at least one compensation transmitter (K, 9) by at least one optical barrier (B3 , 48) are optically separated from each other.
  • transmit and compensation transmit diodes are to have different wavelengths, they should have a common electro-optic operating point, at least in the system, in the case of different point-to-point wavelengths, which will be explained later.
  • barrier (B3, 48) in this case has a compensation path for transporting the light of the compensation transmitter (K, 9) to the receiver (K), the photodiode (10) on.
  • This compensation path includes a compensation path window (WK, 49) which attenuates the light of said compensation transmitter (K, 9). The compensation path thus dampens in its
  • An electro-optical operating point of a transmitter (H) or a compensating transmitter (K) is characterized by two patameters: The first parameter is the illuminance that this transmitter (H) or compensation transmitter (K) on the receiver (D) in this electro-optical operating point and thus with the size of the correlated receiver output signal. The second parameter is the size of the electrical signal which must be applied to this same transmitter (H) or compensating transmitter (K) for generating precisely this irradiation by the transmitter (H) or compensating transmitter (K). Depending on the type of transmitter, these are typically
  • the setting of the electro-optical operating point is done constructively on the one hand by the size of the compensation path window, by adjusting the transparency of the potting compound in the region of
  • the material of the housing of the device (1) is preferably embodied in a material which can emit all radiation in the wavelength ranges in which this radiation can exit the housing and in all wavelength ranges in which the transmitters (2, 3, 4 , 9) send, absorbed.
  • All housing surfaces should therefore be made as matt as possible in order to diffuse the few light that is still reflected diffusely.
  • optical useful surfaces such as the upper boundary layer of the transparent potting compound (28), where 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 and reflects the radiation of the compensation transmitting diode (9), which is not mirrored by total reflection on the receiver (D), here the photodiode (10), and therefore out of the housing the device (1) would escape uncontrolled, absorbed and thus eliminated from the system.
  • the angles and shapes of the housing surfaces should be designed so that a multiple reflection can not possibly result in a light path that ends on the receiver (D), here the photodiode (10).
  • the receiver (D), and in particular in this case, the photodiode (10), which is typically made of silicon, may be transparent to some of the radiation. 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.

Abstract

Es handelt sich um ein Halios-System zur Vermessung einer optischen Übertragungsstrecke bei dem mindestens ein Empfänger (10) und ein Kompensationssender (9) durch eine optische Barriere (48) voneinander optisch derart getrennt sind, dass eine direkte Bestrahlung des besagten Empfängers (10) durch den besagten Kompensationssender (9) nicht möglich ist. Der besagte Kompensationssender (9) und ein Sender sind vom gleichen Typ sind und/oder weisen zumindest in einem optischen Arbeitspunkt einen gemeinsamen elektrooptischen Arbeitspunkt auf. Die besagte optische Barriere (48) weist dabei einen Kompensationspfad, gekennzeichnet durch ein Kompensationspfadfenster (49), auf, der das Licht des Kompensationssenders (9) vor dem Auftreffen auf den Empfänger (10) so dämpft, dass der Kompensationssender (9) und der besagte Sender zumindest in einem optischen Arbeitspunkt durch einen Regler im besagten gleichen elektrooptischen Arbeitspunkt betrieben werden.

Description

Bezeichnung der Erfindung:
Multifunktionales optisches Mikro-Sensor-System
E i n l e i t u n g u n d S t a n d d e r T e c h n i k 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 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 (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 Über- tragungstrecke (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 be- sagten 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 (O) 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. Außerdem kommt es typischerweise zu ei- ner Übersteuerung des Empfängers (D) durch den Kompensationssender (K). Auch wurde festgestellt, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen trotz aller Sorgfalt eine Temepraturabhängigkeit des Messergebnis aufweisen, die im Rahmen der Erfindung erklärt und beho- ben werden konnte und die sichletztlich auf das Problem der unterschiedlichen Dämpfung von Sendepfad und Kompensationspfad zurückführen ließ.
Ein beispielhaftes Gehäuse des Stands der Technik, das das Problem einer umgebungsabhängigen Grundkopplung adressiert, ist aus der Offen- legungsschrift DE102012210891 A1 bekannt.
Grundsätzlich gibt es zwischen jedem Sender (H), dem Objekt (O) in der Übertragungsstrecke und dem Empfänger (D) zwei potenzielle Übertragungsstrecken: Die eigentliche Nutzstrecke (11 & 12, 13) und eine parasitäre Übertragungsstrecke. So soll das Licht des Senders (H) erst vom Sen- der (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. 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, beispielsweise durch die DE102012210891 A1 eine Linse vorgesehen, die koaxial zum Sender- bzw. Empfängerschwerpunkt angeordnet wird (Figur 3 der DE102012210891A1 ). Ein Problem der in der DE102012210891A1 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 DE102012210891 A1 ) um einen kleinen Rand versenkt. Dies beschränkt die Ausleuchtung weiter. Die notwendige räumliche Ausleuchtung wird durch eine aufwendige dreidimensionale Anordnung mehrerer Sensormodule entsprechend der DE102012210891 A1 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 Ausleuchtung als in der DE102012210891 A1 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 Empfängers (Bezugszeichen 200 der EP2549652A2), dessen Empfangskeule durch die Trogwände eingegrenzt wird.
In der Schrift WO20131134456A1 wird eine Anordnung offenbart, bei der ein HALIOS-System die Glasfasern innerhalb einer Leiterplatte ausnutzt. Die Sendediode (Bezugszeichen 102 der WO20131 134456A1 ) 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 Ausleuchtung 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 Kompensations- senders (K), wie bereits beschrieben, zu einer situationsbedingten Verän- derung der Grundkopplung, wie sie beispielsweise in der Offenlegung EP2418512A1 beschrieben ist. Schließlich wird im Stand der Technik das Problem der Temperaturabhängigkeit des Messsignals weder erkannt noch hierfür eine Lösung angegeben. Auf dieses Problem 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 ge- streutes Licht des Kompensationssenders nicht adressieren.
A u f g a b e d e r E r f i n d u n g
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Integration der verschiedenen optischen Sensoren und Sensorkomponenten eines HALIOS-Systems in ei- nem einzigen SMD Gehäuse zu ermöglichen, den Crosstalk zu vermindern und die optimale Ausleuchtung, Sensitivität und Temperaturabhängigkeit des Systems zu ermöglichen ohne eine komplizierte dreidimensionale Anordnung von Sendern und Empfängern zu erfordern. Hierbei werden zum Einen das Licht der Kompensationssender innerhalb des Systems vernich- tet, sodass es nicht zu einer situationsbedingten Veränderung der Grundkopplung wie im Stand der Technik kommen kann, und zum Anderen die Lichtpfade innerhalb des Systems optimal aufeinander abgestimmt.
Diese Aufgaben werden mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und der nachfolgenden Ansprüche gelöst. E r f i n d u n g s b e s c h r e i b u n g
Der Aufbau und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Im Rahmen der hier vorliegenden Erfindung wurde das Problem der Tem- peraturabhängigkeit des Messergebnisses von Haios-Systemen analysiert und behoben. Zunächst wurde festgestellt, dass es notwendig ist, dass sich sowohl Kompensationssender (K) als auch der Sender (H) in etwa in dem gleichen elektooptischen Arbeitspunkt befinden und in diesem die etwa gleichen nichtlinearen Elemente hinsichtlich ihrer Strom-Licht-Kurve aufweisen. Ein elektrooptischer Arbeitspunkt ist dabei durch eine elektrische Betriebsleistung und/oder einen elektrischen Betriebsstrom und/oder eine elektrische Betriebsspannung als ersten Parameter und die optische optische Wirkung auf dem Empfänger (D) als zweiten Parameter, die ein so betriebener Sender (H, 2, 3, 4) oder Kompensationssender (K, 9) hervorrufen.
Dies ist aus keiner der zuvor und im Folgenden genannten Schriften bekannt. Um dies zu erreichen ist es zunächst sinnvoll, wenn es sich bei dem Sender (H) und dem Kompensationssender (K) um einen Transmitter glei- chen Typs, vorzugsweise von nebeneinanderleigenden Positionen von einem LED-Wafer handelt, um das Matching zwischen diesen LEDs zu ma- ximieren.
Da der Kompensationssender (K), hier die Kompensationssendediode (9), sich typischerweise näher an dem Empfänger (D), der Fotodiode (10), be- findet, strahlt dieser in der Regel wesentlich heller in den Empfänger (D) ein als der Sender (H), dessen Licht ja erst durch die besagten Übertragungsstrecken (11 , 12) und durch Reflektion am Objekt (O) und/oder Transmission durch das Objekt (O) geschwächt zu dem Empfänger (D) gelangen kann. Hierdurch erzwingt ein Aufbau aus dem Stand der Technik für den Kompensationssender (K) und den Sender (H) einen unterschiedlichen elektrooptischen Arbeitspunkt in Form einer unterschiedlichen elektrischen Bestromung und/oder einer unterschiedlichen Beleuchtungsstärke des Empfängers (D), was zu einer unterschiedlichen Temperaturabhängigkeit und damit letztlich zu einem temperaturabhängigen Messer- gebnis führt.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Der Empfänger (D) wird dabei durch eine Fotodiode mit Vorwiderstand zwischen Masse und Versorgungsspannung VDD symbolisiert.
Zusätzlich zum Stand der Technik ist unter anderem in Figur 1 eine opti- sehe Barriere B eingezeichnet, die verhindert, dass das Licht des Kompensationssenders (K), der Kompensationssendediode (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 Sen- depfadfenster (WH) aufweisen, dass für die Strahlung, also die Wellenlän- ge, 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 5 detektierende Strahlung und zwar insbesondere für die Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung transparent ist. Diese Wellenlänge der zu detek- tierenden 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 i o Objekt (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 Fluoreszenzwellenlänge, transparent ist.
15 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 Kompensationssenders (K), also die Kompensationssenderwellenlänge, nicht durchlässig sind, sondern vorzugsweise absorbieren, Auch sollen diese Fenster
20 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 5 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 Fens- 0 ter 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.
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 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- 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- Wellenlänge 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 Kompensationssender (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 (9), 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 US20050184301A1 ). 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, 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 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 Objektes (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 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% auf- weisen. Bei den Spektralbereichen mit niedrigem Absorptionsfaktor han- delt 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 Flu- oreszenzwellenlänge und/oder die Wellenläge des Senders (H).
Dies gilt vor allem für Wellenlängen, die bei Einstrahlung in den Empfänger (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 Empfän- ger (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 unerwünschte 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 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.
Diese Blendenfunktion des Kompensationspfadfensters (WK) und die ge- zielte Dämpfung des Lichts im Kompensationspfad stellen die hier bean- spruchte wesentliche Erfindung dar. Das Kompensationspfadfensters (WK) hat nicht nur die Aufgabe, Streulicht innerhalb des Systems zu minimieren, sondern auch das Licht des Kompensationssenders (K) soweit zu vermindern, dass dessen Intensität in einem typischen elektrooptischen- Arbeitspunkt mit der Intensität des vom Sender (H) über den Übertragungskanal (11 , 12) und das Objekt (O) auf den Empfänger (D) gelangenden Lichts bei gleicher elektrischer Energieversorgung in etwa übereinstimmt. Verschiedene Dimensionierungsstrategien für das Kompensationspfadfenster (WK) sind denkbar. Zum Ersten ist es denkbar das Kom- pensationspfadfenster (WK) so zu dimensionieren, dass für ein typisches Objekt (O), beispielsweise eine Hand, in einem typischen Nutzungsabstand, beispielsweise 25cm, der elektrische Arbeitspunkt von Kompensationssender (K) und Sender (H) übereinstimmen. Wird das Objekt (O) weiter weg bewegt, so wird in einem bevorzugten Regelalgorithmus die Intensität der Strahlung des Senders (H) erhöht und gleichzeitig die Intensität des
Kompensationssenders (K) erniedrigt. In einer bevorzugten Ausführungsform des Systems ist geschieht dies so, dass der Temperaturkoeffizient des Messergebinsses des Gesamtsystems minimiert wird. Hierfür werden bevorzugt Regelparameter in einer Tabelle abgelegt, die festlegen, um welches Maß die Intensität des Senders (H) erhöht werden muss, wenn die Intensität der Sendeleistung des Kompensationssender (K) erniedrigt wird und umgekehrt.
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 zusätzliche dritte optische Barriere (B3) kann jedoch der DE102010028967A1 entnommen werden (Fig 14, Bezugszeichen 264 der DE102010028967A1 ). Deren Funktion als Blende und insbesondere die Funktion zur Einstellung des elektroopti- sehen Arbeitspunkts des Kompensationssenders (K) 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 eine erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechend den Figuren 1 und 2 wobei im Gegensatz zu den Systemen der Figuren 1 und 2 erzeugt nun der Regler (CT) aus dem nun separaten Generatorsignal (S5G) das Sendesignal (S5) und das Kompensationssendesignal (S3) erzeugt. 5 Diese Konfiguration ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Temperaturabhängigkeit durch eine Minimierung der Differenz der elektrooptischen Arbeitspunkte von Kompensationssender (K) und Sender (H) minimiert werden soll.
Figur 4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer beispielhaften 10 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 (D) und eine andere Zahl von Sendern (H) gewählt werden. Der Regler (CT) und ggf. auch der Gei s nerator (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 4 nicht eingezeichnet und befindet sich gedacht oberhalb der Zeichenebene in Richtung des Betrachters. Des Weiteren befindet sich in der Vorrichtung (1 ) ein integrierter Vorverstärker 20 (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 25 (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- 30 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 5 (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) i o 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
15 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 ver-
20 fügt 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 ab-
25 geschrägten Wänden versehen werden, um sicherzustellen, dass das gesamte Gehäuse gut aus einem Spritzgusswerkzeug entnommen werden kann.
Figur 5 zeigt noch einmal die beispielhafte Position und Ausformung der Barriere (17) auf der Oberseite des Gehäuses von zwei verschiedenen
30 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 6. Die Linsen (5, 6, 7, 40). sind aus einem optisch transparenten Material gefertigt. Hinsichtlich der Trans-
35 parenz 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 9) in eine Vorzugsrichtung. Dabei sind die Schwerpunkte (18, 20, 22) der Sen- der (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 beispielsweise aus der US20050184301 A1 bekannt. Die Linsen (5, 6, 7, 40) müssen 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 Brenn- weiten 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 6 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 Rich- tungen 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 herzustellen. 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 beispielsweise eine Infrarot-LED benutzt werden.
Figur 7 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,
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 diese (28) noch mit einer optischen Abdeckung (51 ) versehen, die später beschrieben wird.
Figur 8 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
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 (1 1 ) der Vorrichtung (1 ). In- terne Verbindungen sind natürlich möglich. Sie benötigen aber eine Stüt- 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.
Figur 9 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 10 stellt dar, wie die Ausrichtung der Sende- und Empfangskeulen bewerkstelligt wird. Um die Ausrichtung der Sendekeulen, wie in Figur 1 1 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. 200μιτι. 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 11 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 füh- ren 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), die besagte dritte optische Barriere (B3), von der entsprechenden Empfänger- kavität (CAV_D), hier die Kavität (56) für die Fotodiode (10), abgetrennt ist. In einem Bereich (49), dem besagten Kompensationspfadfenster (WK), ist dieser Steg (48), die besagte dritte optische Barriere (B3), 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 Kavitäten sind bis auf die Kompensationssenderkavität (CAV_K), hier die Kavität (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). Die Ausgestaltung dieser Kopplung bildet den Schwerpunkt dieser Offenlegung. Diese Kopplung wird in den Figuren 12 und 13 diskutiert.
Figur 12 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 Kompensationsdiode (9), bestrahlt werden, da sich die lichtempfindlichen Schichten der Fotodiode (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 13). 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 Kompensationssendediode (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), das Kompensationspfadfenster (WK), oberhalb des Steges (48) wird für diese gewünschte Transmission von der Kompensationssenderkavität (CAV_K), hier die Kavität (57), in die Empfängerkavität (CAV_D), hier die Kavität (56), 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. Gleichzeitig wird die Lichtstrahlung der Kompensationssendediode (9), also des Kompensationssenders (K), dabei so gedämpft, dass zumin- dest in einem Arbeitspunkt, der durch Reflektivität und Abstand eines typischen Objekts (O) bestimmt ist, die Bestromung der Kompensationssendediode (9), also des Kompensationssenders (K), und der elektoopti- sche Arbeitspunkt zumindest eines der Sender (2, 3, 4), also eines Senders (H), gleich ist. Dies bedeutet, dass dieser Sender (H, 2, 3, 4) und der besagte Kompensationssender (K, 9) beispielsweise mit der gleichen elektrischen Leistung versorgt werden und dann jeweils eine gleiche optische Wirkung auf dem Empfänger (D) hervorrufen.
Eine erste beispielhafte mögliche Einstellung bei einem ungeregelten Sender (H) (Figur 1 ) ist hierbei, dass dieser optische Arbeitspunkt durch den kleinsten geometrischen Abstand des reflektivsten noch zu erkennenden Objektes, z.B. eines weißen Objekts, von dem Sensorsystem bestimmt wird. In diesem Fall ist das Signal der Sender (2, 3, 4), also des Senders (H), in der Fotodiode (10), also dem Empfänger (D), maximal. Die Kompensationssendediode (9), also der Kompensationssender (K), sollte in diesem Fall maximal ausgesteuert sein, da der ungeregelte Sender (2, 3, 4), also der Sender (H), typischerweise dann mit Maximalleistung sendet.
Ähnlich verhält es sich bei einer zweiten beispielhaft möglichen Einstellung mit einem ungeregelten Kompensationssender (K) (Figur 2). Auch hier wird der elektrooptische Arbeitspunkt des Kompensationssenders (K) vorzugsweise für den minimalen Abstand des Objekts (O) bei maximaler Reflektivität desselben optimiert.
Im Gegensatz zu den zuvor vorgestellten beiden Fällen steht jedoch die dritte mögliche Einstellmöglichkeit. Bei dieser wird ein typisches Objekt (O), also eben nicht das Objekt (O) mit der maximalen Refelktivität, in ei- ner typischen Entfernung, also eben nicht in der Minimalentfernung, vermessen und das Kompensationspfadfenster (WK), also die Öffnung (49), so dimensioniert, dass sowohl Sender (2, 3, 4), also der Sender (H), als auch die Kompensationssendediode (9), also der Kompensationssender 5 (K), sich im gleichen elektrooptischen Arbeitspunkt befinden. Dies bedeutet, dass siebeispielsweise gleich elektrisch bestromt werden und eine gleiche optische Wirkung auf dem Empfänger (D) hervorrufen. In diesem Fall erfolgt eine gegenläufige Regelung des Senders (H), also der Sendedioden (2, 3, 4), und des Kompensationssenders (K), also der Kompensa- i o tionssendediode (9), wobei aus einem gemeinsamen internen Regelparameter (z. B. dem Vorsignal S6 der EP2631674A1 ) des Reglers (CT) mit Hilfe einer Regelfunktion, die typischerweise in einer Tabelle innerhalb des Reglers (CT) niedergelegt ist, die beiden Sendesignale, das Kompensati- onssendesignal (S3) und das Sendesignal (S5), erzeugt werden.
15 Bei dem erfindungsgemäßen System handelt es sich also um ein Halios- System zur Vermessung einer optischen Übertragungsstrecke (11 , 12) bei dem mindestens ein Empfänger (D, 10) und mindestens ein Kompensationssender (K, 9) durch mindestens eine optische Barriere (B3, 48) voneinander optisch getrennt sind. Um ein gutes Matching der elektrooptischen
20 Arbeitspunkte incl. deren Ableitungen aufweisen, des Kompensationssender (K, 9) und mindestens eines Senders (H, 2, 3, 4) zu erreichen, ist es sinnvoll, wenn diese (K, 9, H, 2 ,3 4) vom gleichen Typ sind. Noch günstiger ist es, wenn diese (K, 9, H, 2 ,3 4) aus der gleichen Herstellungs- Charge, vom gleichen LED-Wafer oder noch besser von nahe beieinander
25 liegenden Orten auf einem LED-Wafer stammen. Da dies nicht möglich ist, wenn Sende- und Kompensationssendediode unterschiedliche Wellenlängen haben sollen, sollten diese in dem Fall unterschiedlicher Schwe- punktswellenlängen zumindest im System einen gemeinsamen elektoopti- schen Arbeitspunkt aufweisen, der später erläutert wird. Die besagte opti-
30 sehe Barriere (B3, 48) weist dabei einen Kompensationspfad zum Transport des Lichts des Kompensationssenders (K, 9) zum Empfänger (K), der Fotodiode (10), auf. Dieser Kompensationspfad schließt ein Kompensationspfadfenster (WK, 49) ein, das das Licht des besagten Kompensationssenders (K, 9) dämpft. Der Kompensationspfad dämpft somit in seiner Ge-
35 samtheit das Licht des Kompensationssenders (K), der Kompensations- sendediode (9), vor dem Auftreffen auf den Empfänger (D) in der Art, dass Kompensationssender (K, 9) und der besagte Sender (H, 2, 3, 4) zumindest in einem optischen Arbeitspunkt, z.B. charakterisiert durch Objektre- flektivität und Objektabstand durch den Regler (CT) im gleichen elektroop- 5 tischen Arbeitspunkt betrieben werden. Ein elektrooptischer Arbeitspunkt eines Senders (H) oder eines Kompensationssenders (K) wird dabei durch zwei Patrameter charakterisiert: Der erste Parameter ist die Beleuchtungsstärke, die dieser Sender (H) bzw. Kompensationssender (K) auf dem Empfänger (D) in diesem elektrooptischen Arbeitspunkt hevorruft und da- i o mit die Größe des damit korrelierenden Empfängerausgangssignals. Der zweite Parameter ist die Größe des elektrischen Signals das zur Erzeugung eben dieser Bestrahlung durch den Sender (H) bzw. Kompensationssender (K) an eben diesen Sender (H) bzw. Kompensationssender (K) gelegt werden muss. Je nach Sendertyp handelt es sich dabei typischer-
15 weise um die elektrische Stromstärke, die elektrische Spannung oder die elektrische Leistung, die in den Sender (H) bzw. Kompensationssender (K) eingespeist wird. Die Einstellung des elektrooptischen Arbeitspunktes erfolgt konstruktiv zum einen durch die Größe des Kompensationspfadfensters, durch Einstellung der Transparenz der Vergussmasse im Bereich des
20 Kompensationspfades und durch die Einstellung der Reflektivität der Wellenleiterwände im Bereich des Kompensationspfades. Wie oben beschrieben wird dabei vorzugsweise die Sendeamplitude des Senders (H, 2, 3, 4) und die Sendeamplitude des Kompensationssenders (K, 9) in zumindest einem optischen Arbeitsbereich, gekennzeichnet durch Objektabstand und
25 Objektreflektivität, durch den Regler (CT) gegenläufig geregelt werden. Es ist also nicht unbedingt erforderlich, dass dies im gesamten zulässigen optischen Arbeitsbereich der Fall ist. Vielmehr sollte die Regelung in dem typischerweise zu erwartenden Abstandsbereich aund Reflektivitätsbereich für typische Objekte (z.B. Hände) gegenläufig arbeiten, da dann die Ab-
30 weichungen der elektrooptischen Arbeitspunkte des Kompensationssenders (K), also der Kompensationssendediode (9), und der Sender (2, 3, 4, H), am geringsten sind. Wie bereits oben beschrieben, sollte die Regelung der Sendeamplitude des Senders (H, 2, 3, 4) und die Regelung der Sendeamplitude des Kompensationssenders (K, 9) in zumindest einem Ar-
35 beitsbereich, der ebenfalls durch Objektabstand und Objektreflektivität ge- kennzeichnet ist, so erfolgen, dass die Temperaturabhängigkeit des Messergebnisses minimiert wird.
Um eine indirekte Bestrahlung des Objekts (O) durch den Kompensationssender (K) (Kompensationssendediode (9)) zu verhindern, ist es notwen- dig, 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 Gehäuseoberflächen sollten daher möglichst matt ausgeführt sein, um das wenige Licht, das trotzdem reflektiert wird, diffus zu streuen. Dies be- trifft 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).
Auf der oberen Grenzschicht wird außerdem ein Absorber (51 ) aufge- bracht, 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. 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 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. 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 Kompensations- sendediode (9), zu verkippen. Diese Verkippung würde zu einer verringerten Empfindlichkeit des Empfängers (D), hier der Fotodiode (10), bezüglich des Empfangs optischer Strahlung, führen, die vom Objekt (O) zurückge- strahlt 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 insbesondere 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 mindestens ein Empfänger (D, 10) und mindestens ein Kompensationssender (K, 9) durch mindestens eine optische Barriere (B3, 48) voneinander optisch derart getrennt sind, dass eine direkte Bestrahlung des besagten Empfängers (D, 10) durch den besagten Kompensationssender (K, 9) nicht möglich ist, und
b. wobei der besagte Kompensationssender (K, 9) und mindestens ein Sender (H, 2, 3, 4) vom gleichen Typ sind und/oder zumindest in einem optischen Arbeitspunkt des Halios- Systems, gekennzeichnet durch Objektabstand und Objektre- flektivität, einen gemeinsamen elektrooptischen Arbeitspunkt aufweisen, der dadurch charakterisiert ist, dass in diesem elektrooptischen Arbeitspunkt
i. die jeweils hervorgerufe Stärke des zugehörigen Signalanteils im Empfängerausgangssignal des Empfängers (D) übereinstimmt und
ii. die jeweiligen elektrischen Sendeströme und/oder die jeweiligen elektrische Sendespannungen und/oder die jeweiligen elektrischen Sendeleistungen übereinstimmen und
c. wobei die besagte optische Barriere (B3, 48) einen Kopensa- tionspfad, gekennzeichnet durch ein Kompensationspfadfenster (WK, 49), aufweist, der das Licht des besagten Kompensationssenders (K, 9) vor dem Auftreffen auf den Empfänger (D, 10) so dämpft, dass der Kompensationssender (K, 9) und der besagte Sender (H, 2, 3, 4) zumindest in einem optischen Arbeitspunkt durch den Regler (CT) im besagten gleichen elektrooptischen Arbeitspunkt betrieben werden. Halios-System nach Anspruch 1
a. wobei die Sendeamplitude des Senders (H, 2, 3, 4) und die Sendeamplitude des Kompensationssenders (K, 9) in zumindest einem Arbeitsbereich, gekennzeichnet durch Objektabstand und Objektreflektivität, durch den Regler (CT) gegenläufig geregelt werden.
Halios-System nach Anspruch 2
a. wobei die Regelung der Sendeamplitude des Senders (H, 2, 3, 4) und die Regelung der Sendeamplitude des Kompensationssenders (K, 9) in zumindest einem optischen Arbeitsbereich, gekennzeichnet durch Objektabstand und Objektreflektivität, so erfolgt, dass die Temperaturabhängigkeit des Messergebnisses im besagten gemeinsamen elektrooptischen Arbeitspunkt minimiert ist.
Halios-System nach einem der Ansprüche 1 bis 3
a. wobei mindestens ein Sender (H, 2, 3, 4) und mindestens ein Kompensationssender (K, 9) eine gleiche Konstruktion aufweisen und eine gleiche elektrooptische Kennlinie hinsichtlich Lichtleistung in Abhängigkeit von elektrischem Betriebsstrom und/oder elektrischer Betriebsspannug und oder elektrischer Betriebsleistung aufweisen wobei die Lichtleistung in mindestens einem elektrischen Betriebspunkt sich um nicht mehr als 10% und/oder um nicht mehr als 5% und/oder um nicht mehr als 2% und/oder um nicht mehr als 1 % unterscheidet.
Halios-System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4
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 ei- ne Transmissivität von mindestens 50% oder besser 75% oder besser 88% oder besser 95% oder besser mindestens 98% oder besser mindestens 99% aufweist und
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
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
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
Wobei der besagte Empfänger (D) in einer Empfängeravität (CAV_D) platziert ist und wobei der besagte Steg (48) ein Teil der Wand der Empfängerkavität (CAV_D) ist und 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
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 Be- Strahlung des besagten Empfängers (D, 10) durch den besagten Sender (H, 2, 3, 4) nicht möglich ist und i. 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
j. 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
k. 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 und in zumindest einem optischen Arbeitspunkt bei dem gleichen elektrischen Arbeitspunkt betrieben werden.
Halios-System nach Anspruch 5
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 5 oder 6
• 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 einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 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 1 bis 8 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.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9
• 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 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
• 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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