光屏障以及用于检测对象的方法技术

本发明专利技术涉及一种具有半导体器件（１）的光屏障以及一种用于检测对象的方法，半导体器件（１）具有：支载体（２），检测电磁辐射的半导体芯片（４），发射电磁辐射的半导体芯片（４），以及方向选择性元件（５，８），该方向选择性元件限制由进行检测的半导体芯片（４）能够接收的辐射和／或要由进行发射的半导体芯片（３）发射的辐射的角度范围，其中能够接收的辐射的主射束轴（Ｖ）相对于要发射的辐射的主射束轴（Ｕ）倾斜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种光屏障(Lichtschranke)以及一种用于检测对象的方法，该光屏 障具有支承体、检测电磁辐射的半导体芯片以及设置在检测的半导体芯片旁或者之上的并 且特殊地成形的和/或放置的方向选择性元件。为了检测在要检查的范围或者区域中的对象，已知了多种可能性。一种检测对象 的可能性是使用光屏障。在下面，术语接近传感器和运动传感器被同样地理解为术语光屏 障。光屏障是一种电子-光学系统，其具有至少一个发射器和至少一个检测器。将发射电 磁辐射的半导体芯片视为发射器。发射器也被称为发送器或者辐射源。而检测器是一种检 测电磁辐射的半导体芯片，其也称为传感器或者接收器。在下面简要阐述光屏障的工作原理。发射器发射具有相应的光强I的、确定波长 范围的电磁辐射。检测器至少对于辐射的该确定的波长范围是敏感的。由于要检测的对象 在光屏障中，在发射器和检测器之间的光路改变。在检测器中记录了辐射的入射光密度的 发生的变化。该记录在后续步骤中转换为电开关信号，该信号接着被进一步处理。 所射出的光强I与其表现为发光的面的大小A的比值定义为光密度L。光密度具 有SI单位cd/m2 (坎德拉每平方米)。光密度在测量光度上等价于具有辐射度测量的单位 瓦特X米_2X球面度―1或者W*!^2*^—1的辐射密度L( λ )。原则上，在单路光屏障和反射光屏障之间区分光屏障。在单路光屏障的情况下，发 射器和检测器彼此对置，其中发射器的主发射方向直接朝着检测器的方向。检测器于是持 续地检测由发射器引起的光密度。一旦对象进入发射器和检测器之间的光路中，则光路中 断。由此产生的未检测到发射器发射的辐射在另一进行处理的单元中进行分析。在反射光屏障的情况下，不同于单路光屏障，发射器和检测器并不彼此对置，并且 此外优选位于共同的壳体中。由此，结构不怎么复杂。原则上，在反射光屏障的情况下，区 分两种用于检测对象的方法。在第一方法中，反射元件设置在第一侧，带有发射器和检测器的壳体设置在对置 的侧上。该元件和壳体对准为使得光路通过对象的中断引起检测器中的光密度变化。可替选地，并不使用反射器。如果对象在发射器的光路中，则发射器的辐射射到该 对象上并且在对象表面上由于对象的表面构造而被散射。通过散射，所发出的辐射的一部 分射到检测器上。在检测器中光密度的变化被记录。在光屏障的构型中的一个普遍的问题是环境量的影响，例如日光、外来光等等的影响。检测器和发射器越来越多地安置在壳体内的支承体上。通过这种方式可以简化地 构建电激励装置。由此，在构建光屏障时要注意另一问题所谓的在进行发射的半导体芯 片和进行检测的半导体芯片之间的串扰。当辐射离开壳体之前，例如当该辐射在直接的路 径上从发射器耦合输入到检测器中时，出现该串扰。当辐射在壳体内被反射并且射到检测 器上时，同样出现串扰。由于串扰而到达检测器的辐射改变检测器的特性曲线上的工作点。 由于工作点变化，有时使检测器的灵敏度强烈地劣化。为了提高光屏障的灵敏度，始终追求 的是将环境影响和串扰最小化。本专利技术的任务是，设计一种光屏障和一种方法用于检测对象，其中提高用于检测 对象的灵敏度。该任务通过在所附的权利要求中说明的措施来解决。其他有利的扩展方案在从属 权利要求中说明。根据光屏障的至少一个实施形式，该光屏障包括半导体器件。该半导体器件包含 带有支承体上侧的支承体。在支承体上侧上安置有至少一个检测电磁辐射的半导体芯片和 至少一个发射电磁辐射的半导体芯片。半导体芯片尤其是设计用于检测或者发射可见的或 者优选为近红外的辐射。根据光屏障的至少一个实施形式，该光屏障具有在支承体的上侧上的至少一个方 向选择性元件。该方向选择性元件尤其是与进行检测和/或发射辐射的半导体芯片的至少 一个关联。通过该方向选择性元件限制了由半导体芯片要接收的辐射的角度范围或者由半 导体芯片要发射的辐射的角度范围。换言之，发射辐射的半导体芯片的发射特征通过方向 选择性元件例如被限制或者调节，使得没有或者基本上没有由进行发射的半导体芯片生成 的辐射进入确定的立体角范围中。由进行检测的半导体芯片来看，被限制意味着没有或者 基本上没有辐射可以从确定的角度范围到达进行检测的半导体芯片。也就是说，通过方向 选择性元件限制了如下角度从该角度可以由半导体器件检测辐射，即可以接收辐射，或者 以该角度可以由半导体器件发射辐射。根据光屏障的至少一个实施形式，可接收的辐射的至少一个主射束轴相对于要发 射的辐射的至少一个主射束轴倾斜。主射束轴例如是由半导体芯片要发射或者要接收的辐 射的对称轴或者光轴，或者也是其中辐射的强度最大值走向的方向。 这可以意味着，例如与发射辐射的半导体芯片关联的、方向选择性元件限制或者 预先给定半导体芯片的辐射特征，使得光轴、辐射的强度最大值所发射的方向和/或所发 射的辐射的对称轴并不与要接收的辐射的相应的主射束轴线平行地取向。换言之，发射辐 射的半导体芯片和/或检测辐射的半导体芯片的光轴优选并不与同半导体芯片关联的方 向选择性元件的机械和/或光学和/或对称轴一致。关于进行检测的半导体芯片，主射束 轴线也可以是如下方向从该方向来看，大部分辐射可以射到半导体芯片上或者射到半导 体芯片的辐射敏感的面上。为了确定相应的主射束轴，于是不仅考虑各个进行发射的半导体芯片或进行检测 的半导体芯片的发射特征或接收特征，而且考虑由必要时与该半导体芯片关联的方向选择 性元件引起的发射特征或接收特征的改变。根据光屏障的至少一个实施形式，在考虑到必要时关联的方向选择性元件的情况 下，在进行检测的半导体芯片的主射束轴与进行发送的半导体芯片的主射束轴之间的角度 在5°至65°之间(包含端点值)，尤其是在15°至45°之间(包含端点值)，优选在20° 至40°之间(包含端点值)。根据光屏障的至少一个实施形式，方向选择性元件由光阑、凸透镜、散射透镜、菲 涅耳透镜、棱镜和/或反射体构成。根据光屏障的至少一个实施形式，设置有如下半导体器件，该半导体器件具有支 承体、至少一个施加在该支承体的上侧并检测电磁辐射的半导体芯片、以及在该进行检测 的半导体芯片旁施加在该支承体的上侧处或其上的屏障或光阑，其中屏障或光阑由要检测的电磁辐射不可透射的材料构成，屏障或者光阑与进行检测的半导体芯片间隔并且成形为 使得在该屏障和进行检测的半导体芯片垂直地平行投影到支承体的上侧上时，屏障的所投 影的面和进行检测的半导体芯片的所投影的面至少部分交叠。通过光屏障的半导体器件的所说明的扩展方案，首先受限地限制检测器在其中可 以检测对象的区域。这种限制附加地降低了通过环境影响(例如日光、外来照明等等)射 到检测器上的光密度。由于要检测的区域的制约，环境量对于对象的检测的影响被最小化 并且由此使检测器的工作点稳定。相应地也适用于，方向选择性元件成形为光阑、透镜或反 射器。在另一个扩展方案中，光屏障的半导体器件还具有发射电磁辐射的半导体芯片， 其中在检测器和发射器之间设置有屏障。以这种方式附加地使所发射的辐射对进行检测的 半导体芯片的串扰最小化。通过所投影的面的部分交叠保证了 (例如由半导体器件的壳 体特性所引起的)所谓的串扰不射到检测器。通过降低检测器的所谓的固有噪声，保持检 测器的最佳工作点并且实现了更高的灵敏度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有半导体器件（１）的光屏障，其中半导体器件（１）具有：－支承体（２），－施加在支承体（２）的上侧（２１）并且检测电磁辐射的至少一个半导体芯片（４），－至少一个发射电磁辐射的半导体芯片（３），所述半导体芯片（３）安置在支承体（２）的上侧（２１）上，以及－安置在支承体（２）的上侧（２１）上的至少一个方向选择性元件（５，８），该方向选择性元件限制由进行检测的半导体芯片（４）能够接收的辐射的角度范围和／或要由进行发射的半导体芯片（３）发射的辐射的角度范围，其中，能够接收的辐射的主射束轴（Ｖ）相对于要发射的辐射的主射束轴（Ｕ）倾斜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：海因茨哈斯，沃伊切赫吉杰维奇，
申请(专利权)人：欧司朗光电半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]