补偿线路板上的光学传感器的制造方法
【专利摘要】尽可能与外来光无关的光电测量装置包括发送光源(2，102)和补偿光源(3，103)，该光源时间连续地定时地多相位地发出光，其中发出的光分别相对彼此相移180°。配备有接收二极管(5，104)的光学接收器(4)与来自补偿光源(3，103)的光一起接收从发送光源(2，102)发出的并且从测量对象反射(13)的光，该光包含测量信号。在调节单元中用于发送光源(2，102)和补偿光源(3，103)的操控信号如此调节，使得在接收器(4)中不同相位之间出现的时钟同步信号差调节为零。补偿光源(3，103)和接收二极管(5，104)之间的光学耦合主要通过测量装置(1)的线路板(101)中的光学系统实现，在该线路板上布置补偿光源(3，103)和接收器(4，104)。在最简单和最重要的实现中线路板自身（即其FR4-组件）是补偿光源(3，103)和接收二极管(5，104)之间的光学导体。
【专利说明】补偿线路板上的光学传感器
[0001]本发明涉及具有权利要求1的上位概念的特征的光电测量装置。
[0002]这种光电测量装置根据所谓ELM0SAG的HAL1S原理工作。这个在现有技术中已知的测量原理此外在下列文献中描述:US 5，666，037;EP 0706648B1;EP 1671160B1;DE10001955A1;EP 2418512A1。
[0003]测量装置(下面也称为“传感器”)除发送光源(下面也称为“发送器”)以外还包括补偿光源(下面也称为“补偿器”)，其中优选轮流由每个电流驱动器供电的两个光源以发送相位或者补偿相位(通常以IR-频谱)发出光。对此时钟发生器用优选地相对彼此180°相移的时钟信号操控电流驱动器。频率可以位于几个kHz到数十MHz的范围内。
[0004]光学接收器用光电二极管(下面也称为“ro”)接收从两个光源发出的光的部分并且将其转换为电流变换信号，其在分开直流电和低频信号部分(通常源于环境光)之后通过高通功能(例如电容器)导入到互阻抗放大器(TIA)，互阻抗放大器这个电流信号转换成电压。另一方面这个电压又在同步解调器中轮流对发送和补偿相位分配并且导入到调节器，该调节器具有该任务，对于两个时间上连续的信号部分产生相同幅度。对此调节器相应调节通过补偿器和发送器的电流的幅度。按照应用，可以在恒定发送器电流幅度的情况下仅调节补偿器电流的幅度，或相反，在恒定补偿器电流幅度的情况下仅调节发送器电流的幅度。补偿器电流的幅度通常位于几个，较少mA的范围中。按照应用，发送器电流幅度可以位于几个mA到几百mA的范围中。
[0005]从发送器辐射到传感器的环境中的光在传感器之外击中要测量(要检测)的对象上，对象将击中的光的部分反射回到传感器的光电二极管。由光电二极管中的接收电流和为此使用的发送器电流形成的比例发送器-测量对象-光电二极管-路段的光学耦合因数，传感器确定该耦合因数并且在其调节器调整信号中描绘。
[0006]补偿器(补偿光源)如此实现，从其辐射的光不能达到测量对象，而是在传感器内部导入到光电二极管。对此通常在传感器内部安装光波导或其他光学导体，其将光从补偿器(直接)传导到接收器(通常光电二极管)。在实际转变中将从补偿器辐射的光部分调整到预定义的大小，使得仅仅辐射的光的某个(通常较小)部分在补偿阶段期间撞到传感器的光电二极管上。在光电二极管中从这个光部分生成的电流对为其使用的补偿电流的比率是补偿器-光电二极管-路段的光学耦合因数。该耦合因数是恒定的，因为从补偿器辐射的光基本上不抵达测量对象。因此补偿信号指用于测量的不变的大小或参考。
[0007]除了这里描述的时间连续地定时的信号自然还可以使用其他信号，只要它们适合于实现接收器输出信号的回馈的补偿。
[0008]根据现有技术任务在于，提出优化的并同时廉价的测量装置，其根据补偿原理工作，尤其根据HAL1S补偿原理工作。测量装置应尽可能简单以及紧凑地安置。
[0009]用具有权利要求1的特征的光电测量装置解决这个任务。这个传感器系统(其尽可能与外来光无关地工作)包括发送器、补偿发送器和接收器，其可以线性叠加地接收发送器的发送信号和补偿器的补偿信号并且产生接收器输出信号。发送器通过应确定其传输特性的第一传输路段发送发送信号到接收器。补偿信号在穿过第二传输路段之后抵达接收器。接收器包括优选至少一个接收二极管或光电二极管。它还可以是接收单元，该接收单元包括例如附加地电容器和/或放大器。接收器的其他实施也是可能的。
[0010]在技术变换中这种传感器系统优选包括发送光源和补偿光源，其时间连续地定时地多相位地发出光。发出的光分别相对彼此相移，优选180度。用于接收光(其包括从光源发出的时钟同步测量信号)的具有光电二极管的光学接收器同样是传感器系统的部分如时钟发生器，所述时钟发生器产生时钟信号，和用于放大基于接收测量信号的测量信号电流的放大器单元。测量信号电流的时钟同步评估借助于解调器实现。可调节电源产生用于发送光源的定时发送控制电流。可调节补偿电源产生用于补偿光源的定时补偿控制电流。
[0011]根据本发明的光电测量设备的调节单元根据接收器输出信号产生用于操控补偿发送器的补偿控制信号和/或用于操控发送器的发送器控制信号以回馈接收器输出信号的调节。如此实现调节，在第一传输路段的传输特性改变的情况下接收器输出信号基本上保持不变，因此在较短时间之后(通常在若干微秒或毫秒之后，例如在最高100 μ sec之后，优选在最高10 μ sec之后)又调整到在传输特性改变之前调整到的值。传输特性的变化例如由对象在传输路段中的运动带来。
[0012]调节单元可以典型地产生用于可调节发送光源和/或补偿光源的至少一个操控信号。调节单元优选如此构造，使得用于控制发送控制电流的发送光源和/或用于控制补偿控制电流的补偿光源在其光强度上可调节。优选地在光强度的情况下如此调节幅度，使得其差异消失。调节还可以如此实现，使得不同相位之间出现的时钟同步信号差变为零。
[0013]在本发明的范围中一般地还提出了对廉价且紧凑的传感器实现，尤其具有尽可能少的硬件和装配花费的补偿器实现的要求。会认识到，用于补偿器接合的直至本发明的时间点专用于尤其在紧凑电路布置的情况下使用的光导体在多个应用情况中非必须的或者如在此描述的可替换的。已知的单独的光导体可成本高地安装，这是因为有效的光学接合是必需的，相对机械需要易坏并且产生额外成本。当然可以在特定应用中附加地设置专用的光波导。
[0014]补偿方法(如HAL1S方法)要求补偿信号，补偿信号优选在补偿LED中产生并且如此调节，使得其大小正好和发送器发出的并且然后从测量对象到接收器(例如光电二极管或接收二极管)传输(反射)的光信号一样。在现实实现中部件接收器，补偿光源和发送光源经常布置在线路板或者印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)上或边上。
[0015]根据本发明在补偿光源(补偿发送器)和接收器之间存在如此耦合，使得它们至少部分地借助于线路板中的光学系统实现。补偿光源和接收器分别布置在线路板上。补偿光源可以布置在线路板或在其侧面上。在本发明的意义上线路板中的光学系统是线路板中的布置，其在线路板中传递比因此传送光学辐射，例如光(可见或不可见)。它可以是例如线路板中的玻璃纤维，线路板中的通道或类似的结构。
[0016]优选地接收器同样布置在线路板的外侧上。接收器还可以定位在线路板的孔径中或部分地伸入到孔径，尤其穿过孔径中。接收器可以例如是接收二极管或者光电二极管。
[0017]因此在本发明的情况下放弃用于从补偿器到接收器传输光的分离(外部)的光导体。取而代之(必需的)补偿光通过线路板内的光学系统从补偿LED传导到光电二极管。优选光学系统是补偿性的，光学光导体系统。它可以包括例如线路板内的通道或孔径或集成的光波导。线路板可选地可以在其内部具有光学或机械结构，例如装入优选地金属栅栏或金属化，通孔镀敷(通常实施为具有金属镀层的穿过孔径)，狭孔或通道(具有或没有金属镀层)或其他光学不透光或部分透光的涂层，其中光学透光性与可见以及不可见(例如红外线)范围中的光有关。
[0018]在优选实施方式中光学系统是线路板自身。该线路板必须为此不变或固定。因此不需要分离的光导体系统，因为使用了用于从补偿器到接收器传输光的线路板。光学信号至少部分地，优选绝大多数，尤其优选仅仅，因此仅通过线路板传导到光电二极管。
[0019]“绝大多数”意味者，至少70%的补偿器的发出的光(补偿器辐射)通过光学系统传导到接收器。优选至少80% (非常优选至少90%)的补偿器的发出的辐射通过光学系统传导到接收器。在一些实施方式中并且在确定的线路板或者光学通道中至少95%的在接收器中接收的补偿器辐射(例如光或者IR辐射)通过光学系统或者在线路板内传导，优选地至少98%，尤其地优选至少99%。但是光学系统还可以是线路板或例如线路板的层中的预定(有限)区域或部分。
[0020]因为线路板由玻璃纤维和粘合剂组成，线路板适合作为光学系统并且用于可见和不可见范围中的光的光学传导。优选地线路板由玻璃纤维加强的聚合体，非常优选由玻璃纤维加强的环氧树脂组成。尤其优选的是FR4材料。附加地和/或备选地可以在线路板中的机械结构可以支持光学系统(线路板)。
[0021]线路板或印刷电路板包含由玻璃纤维块制成的掺和物，以便减弱和控制在线路板中传送的光。因此线路板非常适合作为光导体用于补偿光信号，因为这里希望减弱信号。在相同的控制或供给信号的情况下从测量对象到接收器反射的发送信号比直接从补偿器到接收器传送的信号更少。因此减弱通过线路板降低补偿器信号的信号水平，使得能够实现调整电路(补偿)的快速，鲁棒并且准确的调节。
[0022]因为系统在补偿器和接收器(PD)之间的耦合的偏差方面非常宽容，在许多应用情况中可以在这个位置处可接受50%和更多的容差。可能线路板材料(如例如FR4材料)的较大充电或制造商无关的偏差可以非常好并且因此成本低地与在IC中集成或分离构造的少花费的电子附加功能(例如电流镜，电阻)均衡。此外实际光学补偿器耦合随时可以简单地在装配的电路中直接在适合于此的测试模式中借助于示波器测量直接确定。
[0023]在优选实施方式中补偿光源至少部分地集成在线路板中。在同样优选的实施方式中补偿光源完全集成在线路板中。例如补偿光源可以在底孔中布置。在多层线路板的情况下其优选定位在内层之一中。在这样的布置的情况下内层的至少一个可以涂覆有不透光层，例如有金属化。不透光层防止，发出的辐射抵达到测量对象。从补偿光源发出的辐射则抵达接收器并且优选不从线路板出发，无论如何不使辐射由测量对象反射并且然后首先回送到接收器。
[0024]在具有在内层之一中嵌入的补偿光源的多层线路板的情况下补偿光源和接收器(例如接收二极管或光电二极管)之间的线路板的内层优选不金属化或用其他不透光层涂覆。如此确保补偿光源和接收器之间的光学耦合。
[0025]备选地补偿光源还可以在所谓反向装配中在线路板上构造。在线路板的外侧上适合所谓涂层(典型地铜层)然后具有凹槽，通过该凹槽补偿光源可以照射到印刷电路板材料。备选地还可以设置底孔，穿过孔径或类似物，使得实现线路板材料中补偿光信号的更好接合。可能的是，这样的底孔至少部分地涂覆，以便补偿光源的光辐射可以对应地操纵。补偿光源可以伸入在这样的孔径中。
[0026]在其他优选实施方式中发送器(例如LED)和/或接收器(例如接收二极管)以反向装配构造在印刷电路板上。然后发送器通过线路板中的发送器穿过孔径发送其光辐射出来，使得光可以穿过线路板辐射。
[0027]优选发送器穿过孔径同样具有开放角度，该开放角度可以位于与接收器的穿过孔径的开放角度相同的范围中。然而发送器穿过孔径的开放角度还可以具有超过120度的角度，例如直到大约150度或160度。优选地角度在80度和150度之间，尤其优选90到120度。发送器穿过孔径优选内部涂覆，尤其金属化，使得其无论如何对于发出的辐射不透明。例如可以在孔径内侧上设置金属层或铜层。
[0028]不涂覆和涂覆的穿过孔径在电子技术中在构造印刷电路板时经常使用。该穿过孔径在现有技术中是已知的并且可简单并廉价地制造。这些称为途径(Vias)的穿过孔径然后可以不但用于发送器而且用于接收器，以便实现光电测量装置的廉价制造。
[0029]本发明在下面根据在附图中描述的特别实施方式更详细地解释。在此处描述的特点可以单独或结合地使用，以便创造本发明的优选扩展方案。所述实施不表示通过权利要求在其一般性上定义的发明的限制。其示出:
图1不出具有电场光学基础稱合的从现有技术已知的Hal1s传感器的原理电路图；图2示出根据本发明的光电测量装置的第一实施方式，其中发送器，接收器和补偿光源以反向装配布置；
图3示出具有线路板的光电测量装置的另一优选实施方式，其中补偿光源部分伸入线路板中；
图4示出具有多层线路板和完整集成的补偿光源的测量装置；
图5示出具有发送器，接收器和补偿光源的线路板的顶视图。
[0030]图1示出根据现有技术的具有外来光补偿的光电测量装置I的原理。测量装置I包括发送光源2 (发送器)，补偿光源3 (补偿器)和光学接收单元4，其包含光电二极管5，回转器30 (用于在光电二极管中引出低频电流部分)，互阻抗放大器6和电容器7。时钟发生器8对供给发送光源2的可控电源9提供时钟信号。时钟发生器8同时提供反转时钟信号给供给补偿光源3的可控补偿电源10。时钟信号和反转时钟信号引导到解调器11用于由光学接收单元4基于接收光信号产生有用信号电流的时钟同步评估。
[0031]调节单元12产生用于可调节补偿电源10的操控信号，以便优选地可以如此调节补偿光源3，使得在不同相位之间在接收单元4中出现时钟同步有用信号电流变为零。有用信号电流从而基于从发送光源2和补偿光源3发出的光部分。
[0032]发送光源2在第一传输路段220上发送可见或不可见光(辐射)形式的发送信号，其中光由接收单元4在穿过传输路段220后接收。如果测量对象13存在于测量装置I的附近(在(透光)透明传感器屏蔽14前)，则从发送光源2发出的光反射到测量对象13上并且回送到光电二极管5。这产生了通过测量对象13的功能耦合221。
[0033]没有屏蔽40信号部分从发送光源2直接抵达光电二极管5。信号部分表示发送器2的光学基础耦合222 (虚线示出)。屏蔽40阻碍光学基础耦合222。该基础耦合在根据图1的示出的实施方式中电通过可调节基础耦合电源15产生并且因此称为电场光学基础耦合(EOGK) 231。基础耦合电源15用时钟发生器8的时钟信号提供时钟信号并且由信号给予器16 (所谓基础耦合信号给予器)供给。产生的基础耦合控制电流引导到基础耦合光源17，基础耦合光源17将光直接通过第二传输路段230传输到光电二极管5。在此示出的实施方式中基础耦合光源17是补偿光源3自身。如此切换补偿光源，使得其将补偿相位的交替的时钟同步的光信号部分也在电场光学基础耦合中发出。基础耦合光源17的相位相对由补偿电源10供给的补偿光源3的相位相移，优选180度。这对应于发送光源2的相位。
[0034]因为基础耦合光源17和补偿光源3是相同部件，补偿光源3因此承担两个功能。补偿光源在基于光学稱合231的第二传输路段230中发射(可见或不可见)光的形式的补偿信号。光由接收器在穿过传输路段230之后接收。因此补偿光源3由可调节补偿电源10并由基础耦合电源15供给。用于基础耦合电源15的控制电流在加法图18中彼此相加并且一起引导到补偿光源3。因为两个电流相移，得出叠加的控制电流。
[0035]在测量对象在测量装置I前不存在测量对象时，补偿控制电流用于工作点的调整。工作点仅与电场光学基础耦合有关并且因此仅通过基础耦合控制电流调整。这个系统有很多优点，因为在发送光源2和接收二极管4或者光电二极管5之间的纯光学基础耦合的位置上使用预定并可调节电场光学基础耦合231。
[0036]用上面示出的测量装置在纯光学基础耦合Dse 222比电场光学产生的基础耦合Deogk 231小很多的前提下得出，下列基本方程，该基本方程重新给出补偿控制电流I。与发送控制电流Is的比率:......—., ■ P，/ + H
n—15-
在此tls或者》〗c是发送光源2或者补偿光源3的相应的效率。Dsf通过测量对象13的传输路段220中的要确定的功能光学稱合。该功能光学稱合对应于传输路段220的要测量的传输特性。D。是第二传输路段230中的(固定)光学补偿器稱合。Demk是电场光学产生的基础耦合。
[0037]在HS等于或接近等于IlC的另一假设下,等式简化为:
- At + ^Γ,Η；κ
K
Demk因此确定调节器的休止工作点并因此决定性地确定传感器的灵敏度。
[0038]图2示出根据本发明的光电测量装置的技术变换。它在具有电场光学基础耦合的上述传感器系统的示例中解释。必需调节单元和其他操控或功率组件由于视野原因而未示出。显然地定时发送或补偿信号的发出不是强制要求而是可选择的。
[0039]测量装置的实现表示为具有线路板101，作为发送光源2的发送LED102，作为补偿光源3的补偿LED103以及代表接收单元4或者光电二极管5的接收二极管104。LED作为光源的使用在现有技术中已知并且具有若干优点。光源可以例如发出IR辐射。显然地还可以实现其他光源。因此在最简单情况中接收二极管104是接收器(接收单元)4自身。
[0040]根据图2部件发送LED102，补偿LED103和接收二极管104以所谓反向装配安装在线路板101上。部件优选地全部布置在线路板101的相同侧上，优选在线路板101的下侧105上。不但线路板101的下侧105而且线路板101的上侧106涂覆有铜层。优选地上侧106在补偿LED103的区域和优选地附加地在接收二极管104的区域尽可能大面积地涂覆有铜层107。在线路板的下侧105上还优选地布置相应导体路径和信号路径。部分地中断铜层。铜层或其他金属化，传导涂层在下面在铜层107的示例中解释。显然地还可以使用其他(金属)层或对使用的光学辐射不透明的层。在描述中为简单起见导体路径或信号路径还称为铜层107。
[0041]线路板101由玻璃纤维加强的聚合体，优选环氧树脂，尤其优选由FR4-材料组成并且包括至少玻璃纤维块。它作为光学系统使用，以便将由补偿LED 103发出的辐射传导到接收二极管104。借此确保补偿LED 103和接收二极管104之间的电场光学基础耦合。发出的光辐射在线路板材料内部移动并且通过涂层借助于铜层107抵达不向外的外侧(下侧105和上侧106)。如此阻碍了，辐射抵达测量对象13并且在那在反射后传导到接收二极管104。因此(差不多仅仅)阻碍补偿LED 103和测量对象13之间的耦合。
[0042]在优选实施方式中接收器104布置在线路板101的下侧上。因此接收器104位于穿过孔径108的下面，穿过孔径108伸展通过总体线路板101，尤其其厚度。在接收二极管104的区域中线路板101具有穿过孔径108，穿过孔径108优选可以实施作为圆柱形孔径或作为圆锥沉降，以便接收从上侧106上面布置的测量对象13回射的光辐射，例如红外线辐射(IR辐射)。优选穿过孔径108具有圆锥形孔径，圆锥形孔径具有最高120°，优选最高90°，尤其优选最高60°并且非常优选最高45°的开放角度。尤其优选地开放角度是90°。开放角度优选地背向接收器(4，104);因此孔径对着从接收器离开指向的侧展开。根据接收二极管104的实施方式其可以平坦地接触在孔径108上或伸入到孔径108中。
[0043]在发送LED 102上面布置发送穿过孔径109，发送穿过孔径109优选地构造成圆柱形。发送穿过孔径还可以通过圆锥沉降产生并且具有开放角度，开放角度优选位于在零与150度之间，尤其优选在大约90度。发送穿过孔径109优选地在其内侧涂覆有涂层114，使得从发送LED102发出的光辐射穿过线路板102，而不侵入线路板。同样阻碍发送LED102和接收二极管104穿过线路板101的直接耦合。发送器和接收器之间的纯光学基础耦合未发生，因为其通过由补偿LED 103承担的电场光学基础耦合替换。
[0044]在补偿LED 103的区域中线路板101的下侧105上的铜层107相应地解除。同样可以补偿LED 103的发出的光辐射最优地侵入线路板101。通过上侧106和下侧105上的外铜层光在线路板101内部引导并且在通过线路板材料相应减弱和控制之后抵达接收二极管104。通过合适调节可以制造补偿LED103和接收二极管104之间的希望电场光学基础耦合。
[0045]因此在接收二极管104 (接收器)上叠加来自补偿LED 103的补偿辐射和反射的辐射，反射的辐射在测量对象13由发送LED 102用红外线辐射或光照射之后由测量对象13反射到线路板101的外面。
[0046]如果补偿LED至少部分地伸入到线路板101中，可改善补偿LED 103和接收二极管104之间的耦合。对此例如，如图3中所示，盲孔孔径或者盲孔110设置在线路板101中，补偿LED 103照射在线路板101中。
[0047]线路板101 (PCB)的上侧106上的铜层(Cu)相对盲孔110在这个位置上是一般封闭的，使得没有(光)辐射可以从补偿LED 103抵达到测量对象13并且也不能被测量对象影响。
[0048]甚至在具有仅两个铜层的简单线路板(双层线路板)的情况下通常层之一实施为主体层。在多层线路板的情况下线路板101的至少一个侧实施成具有尽可能大面积的封闭的铜层107，其总归作为主体层使用并且在电路或者印刷电路板101的干扰耐受性的角度下并且在EMV角度下例如作为电屏蔽使用。因此由此未提高花费并且无论如何存在的铜层也用于光学屏蔽。还在印刷电路板下侧105上尽可能封闭铜面107，使得其同时作为补偿器103和光电二极管(接收二极管104)之间的区域中的IR辐射的“镜”起作用。因此这产生了线路板101内部的一种光学波导，换句话说，线路板101自身形成光学波导。
[0049]在这里表示的实现中补偿LED103不伸入印刷电路板101中而是平坦紧贴(如例如在实验中使用的型号为SFH4257R，Osram的二极管的情况下)在印刷电路板下侧105上并且通过下铜涂层107中的相应释放照射在线路板101的FR4-材料中。
[0050]因此补偿不要求印刷电路板101上附加的结构空间，这此外实现非常薄屏蔽(少光学发送器基础耦合?高灵敏度/有效距离)。此外光电二极管/接收LED104可以在需要时最优通过简单的出于EMV原因经常总归存在的屏蔽板相对(散射)光的寄生照射，还与发送LED102并且与补偿LED103，通过PCB后侧105非常好光学隔离。
[0051]讨论的所有反向类型的光电二极管(PD)适合作为接收器。根据应用ro可以通过简单(圆柱形)孔径或还通过圆锥沉降不但接收来自要测量的对象的IR-辐射而且接收补偿辐射。优选地除了简单孔径之外还有具有开放角度的圆锥形孔径，该开放角度为至少5°，优选至少20°，30°，45° ,60° ,90°或120°。尤其优选开放角度至少10°。圆锥形孔径优选如此布置和构造，使得补偿光(来自补偿器的光)，外来光(干扰光)和有用信号光(从发送器102福射的从对象13反射的光)在接收器104上,尤其在光电二极管的光敏性的芯片面上在接近相同的位置出现。
[0052]根据两层测试印刷电路板在给出的IR-组件的情况下实验距离和若干边缘条件(途径，具有/没有圆锥沉降，线路板上的边缘层，等等)的函数中光学补偿器耦合的依赖性。在给出FR4-线路板材料的情况下示出两个决定性的依赖性:印刷电路板的厚度和优选地补偿光源和接收器之间要保留的距离。印刷电路板越厚，光学传导特性越好并且越多补偿信号到达接收器并且补偿器和接收器之间的距离可以或者必须越大。在相对较薄的印刷电路板的情况下，尤其当补偿器未伸入盲孔孔径而是平坦布置在印刷电路板上的情况下，补偿器和接收器之间的距离必须相对来说比较小(例如小上述距离的大约20%)。
[0053]本发明实现，提供已知HAL1S传感器(因此没有专用(独立)光导体并且没有相关技术要求和/或条件)中的补偿到传感器屏蔽的光机械装置。这最终导致实现比以前紧凑，尤其平面，以及简单(并因此廉价)的HAL1S传感器。
[0054]在优选实施方式中补偿LED 103至少部分地集成在底孔110中(如例如在制造商Harvatek的型号HT-260IRPJ的二极管的情况下)。优选补偿LED 103完全或接近完全由底孔110容纳。
[0055]参考图3显然的是，从补偿LED 103发出的光辐射如何在上侧106和下侧105的铜层107上反射。在从线路板101的FR4材料在接收器穿过孔径108中射出的情况下如此控制光辐射，使得辐射以足够强度并且可靠可复制地抵达接收二极管104。来自补偿LED 103的从开口 108在测量对象13 (其布置在线路板101的上侧106的上面)的方向上的辐射的射出可忽略地小，使得其在离开口 108几厘米距离而没有用于实际应用的意义。
[0056]显然可认识到，接收二极管104不仅接收来自补偿LED 103的辐射。此外辐射还在接收二极管104的相同敏感区域中叠加，该辐射由发送LED 102发出并且由测量对象13反射。
[0057]图4示出具有四层线路板110的根据本发明的光电测量装置的实施方式。在两个内层111，112之间设置空腔113，其中容纳补偿LED 103或者补偿器。内层111和112如此构造，从补偿LED 103发出的辐射可以传导到接收二极管104。在示出的实施方式中内部层(内层111)在补偿光源或者补偿LED 103和接收器或者接收二极管104之间的区域121中没有铜层107。在这个区域121中也没有其他金属化或不透光层存在。由此确保，从补偿LED 103发出的光辐射到达接收二极管104。发出的辐射在光学系统线路板中传导，因为线路板材料(例如FR4材料)的玻璃纤维块确保足够良好的光学传导。在材料中出现的散射对系统没有负面影响，相反，扩散性确保了接收二极管(例如光电二极管)的敏感区域的期望的均质(均匀)照明并且因此有利于传感器的良好可再生产性。
[0058]在具有多个铜层(内层)的线路板的情况下重要的是，在补偿LED 103和接收LED104之间的区域121中内层111，112上的铜层在尽可能良好的透视的意义上尽可能省去。所有其他阻光元件(途径，孔径，等等)也优选地从这个区域脱离。
[0059]在根据图4的实施方式中可认识到，发送穿过孔径109同样具有对线路板的上侧106展开的开放角度。借此可以从发送器照亮贴近线路板101前面的更大区域。因此仍然可以正确识别在传感器附近的姿势。
[0060]图5示出根据本发明的测量装置的线路板101上的顶视图。在线路板101的三个角中布置多个发送LED。空间不同布置的发送器的信号的评估不仅实现了线路板101的前面或者上面的对象的存在的检测，而且实现了运动，其方向，简单距离变化，接近性，整体姿态或类似的。
[0061]接收二极管104优选地在线路板101的中间的区域中布置，使得其到三个发送LED的距离类似并且优选尽可能相同。显然地还可能的是，定位其他地点上的接收二极管104。在这样的不对称布置的情况下优选地接收二极管到单独发送LED的不同距离的均衡在调节器中进行。
[0062]补偿LED 103优选比发送LED 102更接近接收二极管104布置。
[0063]在本发明的范围中示出，补偿二极管或者补偿LED 103尤其在从Imm到2mm(例如
1.55mm)的线路板厚度的情况下优选地距离接收器或者接收二极管104至少5mm，尤其优选至少7mm。还已经示出，两个元件之间的距离优选地最高15mm,优选优选最高1mm,非常优选最高9mm。然而这个距离指示取决于二极管类型，材料和线路板101的厚度，如上面解释的一样。
【权利要求】
1.光电测量装置，其具有光学发送器(2)、光学补偿发送器(3)和光学接收器(4)用于测量发送器(2)和接收器(4)之间的第一传输路段(220)的传输特性，其中 -发送器(2)在传输路段(220)上发送发送信号，所述发送信号在穿过第一传输路段(220)的至少一部分之后由接收器(104)检测到， -补偿发送器(3)在第二传输路段(230)上发送补偿信号，所述补偿信号由接收器在穿过第二传输路段(230)之后检测到， -构造并且布置接收器(104)，以便线性叠加发送信号和补偿信号并且从中形成接收器输出信号， -调节单元(12)，其从接收器输出信号如此产生用于操控补偿发送器(3)的补偿控制信号和/或用于操控发送器(2)的发送器控制信号用于回馈调节接收器输出信号，使得在第一传输路段(220)的传输特性的变化的情况下接收器输出信号基本上保持不变； 其特征在于，补偿发送器(3)和接收器(104)的耦合至少部分地通过线路板(101)中的光学系统实现，在所述线路板上布置补偿发送器(3)和接收器(104)。
2.如权利要求1所述的光电测量装置，其特征在于，第二传输路段(230)包括线路板(101)中的光学系统。
3.如上述权利要求中任一项所述的光电测量装置，其特征在于，补偿发送器(3，103)和接收器(4，104)之间的光学耦合绝大多数或仅仅通过线路板(101)中的光学系统实现。
4.如上述权利要求中任一项所述的光电测量装置，其特征在于，光学系统是补偿性的光学光导体系统，所述光导体系统优选自身为线路板(101)。
5.如上述权利要求中任一项所述的光电测量装置，其特征在于，补偿发送器(3，103)至少部分地集成在线路板(101)中。
6.如上述权利要求中任一项所述的光电测量装置，其特征在于，线路板(101)是多层线路板并且补偿发送器(3，103)集成在内层(111，112)之一中，其中补偿发送器(3，103)和接收器(4，104)之间的线路板(101)的所述内层(111，112)优选没有包括金属化，尤其没有包括铜层(107)。
7.如权利要求1-3中任一项所述的光电测量装置，其特征在于，补偿发送器(3，103)以反向装配安装在线路板(101)上并且通过外铜层(107)中的凹槽射入到线路板(101)。
8.如上述权利要求中任一项所述的光电测量装置，其特征在于，接收器(4，104)布置在线路板(101)的下侧(105)上在穿过孔径(108)下面，所述穿过孔径优选是圆柱形或圆维形并且进一步优选地具有最闻120°，优选最闻90°，尤其优选90°并且非常优选最闻45°的从接收器(4，104)背离的开放角度。
9.如上述权利要求中任一项所述的光电测量装置，其特征在于，线路板(101)由玻璃纤维加强的聚合体组成，优选由玻璃纤维加强的环氧树脂组成，尤其优选由FR-4材料组成并且优选在上侧(106)和/或下侧(105)上至少部分地用金属层，优选用铜层(107)覆盖。
10.如上述权利要求中任一项所述的光电测量装置，其特征在于，补偿发送器(3，103)远离接收器(4,104)至少5mm,优选至少7mm和/或远离优选最高15mm。
11.如上述权利要求中任一项所述的光电测量装置，其特征在于，用于发送器(2，102)的穿过孔径(109)内部金属化，优选用金属层，尤其优选用铜层覆盖在孔径内侧上。
12.如上述权利要求中任一项所述的光电测量装置，其特征在于，发送器(2，102)和接收器(4，104)之间的距离比补偿发送器(3，103)和接收器(4，104)之间的距离更大。
13.如上述权利要求中任一项所述的光电测量装置，其特征在于， -发送器(2，102)和补偿发送器(3，103)时间连续地定时地，多相位地发出光，其中发出的光分别相对彼此相移优选180° , -测量装置具有用于产生时钟信号的时钟发生器(8)、用于时钟同步地评估接收器输出信号的解调器(11)、用于产生用于发送器(2，102)的定时发送器控制电流的可调节电源(9)和用于产生用于补偿发送器(3，103)的定时补偿控制电流的可调节补偿电源(10)以及-用于产生用于可调节电源(9)和/或补偿电源(10)的至少一个操控信号的调节单元(12)如此构造，使得补偿发送器(3，103)和/或发送器(2，102)通过补偿控制电流和/或发送控制电流的控制对其光强度在幅度上可如此调节，使得不同相位之间出现的时钟同步信号差变为零。
【文档编号】G01S17/02GK104185799SQ201280068964
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2012年12月21日 优先权日:2012年2月3日
【发明者】E.施维宁格 申请人:梅卡雷斯系统有限责任公司