DE1614865A1 - Optoelektronische Halbleiteranordnung - Google Patents
Optoelektronische HalbleiteranordnungInfo
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Description
16H865
Tele funken Pat entverwerttingsges ellschaft
m.b.H.
Ulm / Donau, Elisabethenstr. 3
Ulm / Donau, Elisabethenstr. 3
Heilbronn, den 19.9.1967
FE/PT-Ma/Na HN 67/6.7
"Optoelektronische Halbleiteranordnung11
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Halbleiteranordnung mit einem Strahlung emittierenden und einem von
Strahleneinwirkung abhängigen Bauelement und besteht darin,
daß beide Bauelemente in einem gemeinsamen, strahlungsdurchlässigen
Gehäuse so angeordnet sind, daß aus dem Maße der optoelektronischen Koppelung der beiden Bauelemente auf die
Art eines das Gehäuse umgebendem Mscüissaas oder ©ines dem Gehäuse
benachbarten Gegenstandes gese&Loseen. wandern kann·
Da gemäß der vorliegenden Erfindung - im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen - die Strahlungβquelle und der Strahlenempfänger
in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht ist«
vereinfacht und verbilligt sich der Aufbau von Anaseigegeräten, in denen auf Licht- oder Strahleneinwirkung ansprechende Bauelemente
zu Registrier— und Zählzwecken eingesetzt werden.
Für die Funktionsweise der erfindungegemäßen optoelektronischen
Halbleiteranordnung sind mehrere Faktoren wesentlich.
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So wird von der Form, dem Brechungsindex des im lichtdurchlässigen
Gehäuse befindlichen Mediums und von der örtlichen Lage der Halbleiterbauelemente in Gehäuse das Maß bestimmt,
in dem die von einem Bauelement ausgehende Strahlung auf
das andere Bauelement reflektiert wird. Die genannten Faktoren können beispielsweise so gewählt und aufeinander abgestimmt werden, daß der von einem Bauelement ausgehende Lichtstrahl an der Grenzfläche zwischen dem Gehäuse und dem Außenmedium total auf das andere strahlung»empfindliche Bauelement reflektiert wird, wenn das Medium außerhalb des Gehäuses gasförmig ist· Ist das Außenssedium Jedoch flüssig, ändern sich die Brechungsverfeältnieee hei einer solchen Anordnung derart, daß der Lichtstrahl ungehindert an der Grenzfläche zwischen Gehäuse und Flüssigkeit austritt und das strahlungsempfindliche Bauelement ohne Strahleneinwirkung bleibt. Aus dem Maß der Lichtreflexion an der Grenzfläche zwischen Gehäuse und Außen· medium und der damit verbundenen Änderung eines lichtabhangigen Kennwertes des von der reflektierten Strahlung getroffenen, lichtempfindlichen Bauelementes kann somit auf die Art des außerhalb des Gehäuses befindlichen Mediums geschlossen werden.
Auf diese ¥eise lassen sich beispielsweise Anzeigegeräte für Brunnen, Flüssigkeitsbehälter und dergleichen aufbauen, die den Abfall oder das Ansteigen des Pegelstandes unter oder über einen durch di« Leg;· des optoelektronischen Bauelementes definierten Vezt angeben» Di« vorliegend« Krfindung soll noch anhand zweier
das andere Bauelement reflektiert wird. Die genannten Faktoren können beispielsweise so gewählt und aufeinander abgestimmt werden, daß der von einem Bauelement ausgehende Lichtstrahl an der Grenzfläche zwischen dem Gehäuse und dem Außenmedium total auf das andere strahlung»empfindliche Bauelement reflektiert wird, wenn das Medium außerhalb des Gehäuses gasförmig ist· Ist das Außenssedium Jedoch flüssig, ändern sich die Brechungsverfeältnieee hei einer solchen Anordnung derart, daß der Lichtstrahl ungehindert an der Grenzfläche zwischen Gehäuse und Flüssigkeit austritt und das strahlungsempfindliche Bauelement ohne Strahleneinwirkung bleibt. Aus dem Maß der Lichtreflexion an der Grenzfläche zwischen Gehäuse und Außen· medium und der damit verbundenen Änderung eines lichtabhangigen Kennwertes des von der reflektierten Strahlung getroffenen, lichtempfindlichen Bauelementes kann somit auf die Art des außerhalb des Gehäuses befindlichen Mediums geschlossen werden.
Auf diese ¥eise lassen sich beispielsweise Anzeigegeräte für Brunnen, Flüssigkeitsbehälter und dergleichen aufbauen, die den Abfall oder das Ansteigen des Pegelstandes unter oder über einen durch di« Leg;· des optoelektronischen Bauelementes definierten Vezt angeben» Di« vorliegend« Krfindung soll noch anhand zweier
BAD ORIGINAL
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Die Figuren 1 und 2 zeigen im Schnitt ein Bauelement, das
besonders für Anzeige und Steuerung von Flüssigkeitspegeln geeignet
ist, während in den Figuren 3 und k gleichfalls im Schnitt
der Aufbau und die Wirkungsweise einer optoelektronischen
Halbleiteranordnung dargestellt ist, die Torteilhafterweisθ
zur Zählung und Registrierung von Objekten eingesetzt wird·
Die in Figur 1 dargestellte Halbleiteranordnung besteht aus
einem Gehäusesockel 1, durch den beispielsweise drei Elektrodenzuführung
en 2 bis k isoliert durchgeführt sind, während
die viert« Elektrodenzulaitung 6 &m saetßlliecSien Boden des
Gehäusesockels elektrisch leitend angebracht ist· Eine der Elektrodensuleitungen (3) ragt über dem Böden de« Gehäusesockel,
und am Ende dieser Elektrodenxuleitung ist ein
Strahlung·- bzw. lichtempfindliches Bauelement 6 mit seiner einen Elektrode befestigt. Die··· lichtempfindliche Bauelement
besteht beispielsweise aus einer Siliziumphotodiodei einem
Photowiderstand oder einem Phototransistor· Handelt es sich - wie im dargestellten Fall - um eine Photodiode oder um' einen
Photowiderstand, so ist die andere Elektrode dieses lichtempfindlichen Bauelementes mit einer weiteren Elektrodenzuführung
(2) über einen dünnen Zuleitungsdraht 7 elektrisch leitend verbunden. Es kann auch so vorgegangen werden, daß die
beiden Elektrodenzuleitungen 2 und 3 über den Gehäusesockel hochragen und an ihren Enden so zusammengebogen werden, daß
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das lichtempfindliche Bauelement 6 zwischen die Enden der
Elektrodenzuleitungen gebracht und mit diesen elektrisch leitend verbunden werden kann. Das lichtempfindliche Bauelement
befindet sich somit in jedem Fall -in einer zentralen Lage über dem Boden des Gehäusesockel. Am Rande der Bodenfläche
8 des Gehäusesockel ist das strahlenemittierende Bauelement 9 mit seiner einen Elektrode befestigt, die somit
gleichzeitig mit der Elsktrodenzuleitung 5 elektrisch leitend
verbunden ist» Der Gehäusesockel und die Elektrodenzuleitungen sind zusammen mit den Halbleiterbauelementen in eine lichtdurchlässige
Masse Io eingebettet, die beispielsweise aus Glas, Kunstharz oder einem Gemisch der beiden Stoffe besteht.
Diese lichtdurchlässige Masse bildet den Gehäueeabschluß und
weist vorzugsweise eine sich zum Gehäusesockel hin erweiternde kegelige Form auf·
Wenn nun, wie dies in der Figur 1 dargestellt ist, vom Bauelement 9t das beispielsweise aus einer Gallium-Araenid-Lumineszenzdiode
besteht, aufgrund des durch das Bauelement fließenden Stromes ein Lichtstrahl 11 auegesandt wird, so
trifft dieser unter einem sehr großen Einfallswinkel auf die Grenzfläche zwischen der lichtdurchlässigen Messe Io und dem
umgebenden Medium 12 auf. Der Einfallswinkel liegt nur wenig unter 9o°. Venn nun das umgebende Medium 12 aus einem Gas besteht,
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so wird der Lichtstrahl 11 an der den Gehäuseabschluß bildenden
Grenzfläche 13 total reflektiert und trifft auf die lichtempfindliche Schicht des Halbleiterbauelementes 6,
dessen örtliche Lage dementsprechend in dem Gehäuse gewählt ist. Der vom Licht abhängige Kennwert des lichtempfindlichen
Bauelementes 6 wird durch den starken Lichteinfall bei einem das Gehäuse umgebenden gasförmigen Medium somit sehr
stark beeinflußt.
Wenn dagegen, wie dies die Figur 2 zeigt, das das Gehäuse
umgebende Medium 12 aus einer Flüssigkeit besteht, so erfährt
der Lichtstrahl 11 an der HsNssasfIaelae i3 keine Reflexion
und tritt ungehindert in die Flüssigkeit aus. Deo lichtempfindliche
Bauelement bleibt daher in diesem Fall ©Sam© Bestrahlung.
Daraus ergibt sich, daß sich der vom Liebt abhängige Kennwert des Bauelementes 6 bei einem gasförmigen Medium 12 stark von
dem bei einem flüssigen Med 'um unterscheiden wird. Aus dem
Wert des lichtabhängigen Kennwertes kann daher direkt auf das das
Gehäuse umgebende Medium geschlossen werden. Die Differenz:
zwischen den beiden Kennwerten kann zur Steuerung von Schaltanlagen,
Pumpen, Motoren oder anderen Geräten verwendet werden .
Wenn ·* sich nieht - wie dies bei der Beschreibung der Figur 2
vorausgesetzt wurde - um eine klare Flüssigkeit handelt, die
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die lichtdurchlässige Masse Io des Gehäuses umgibt, sondern
um eine lichtβtreuende Flüssigkeit, wie Milch, tritt ein weiterer
Effekt auf. Die Rückstreuung des Lichtes in das Bauelement beeinfluß den Empfänger in einem für die jeweilige
Flüssigkeit charakteristischen Maße. Es kann somit aus dem durch die Streulichtstrahlung geänderten, lichtabhängigen
W Kennwert des Bauelementes 6 auf den Reinheitsgrad bzw* auch
den Grad der Eintrübung einer das Gehäuse umgebenden Flüssigkeit geschlossen werden.
In Figur 3 iot eine weitere optoelektronische Halbleiteranordnung
dargest@llt„ fe«i der jedoch beide Bauelemente
- eine Galliwra-ArsesEid-Lissine-sasensdiode 9 und eine Silizium-Photodiode
6 - mit je einer Elektrode auf der metallischen Bodenfläche 8 des Gehäusesockel« 1 befestigt sind. Beide
Bauelemente sind etwa in der Mitte der meist kreisförmigen
Bodenfläche angeordnet.-Die Elektrodenzuleitung 5 ist mit
dem metallischen Gehäusesockel elektrisch leitend verbunden, während die von der Bodenfläche des Gehäusesockels unkontaktierten
Elektroden der Halbleiterbauelemente 6 und 9 an den isoliert durch den Gehäusesockel durchgeführten Elektrodenzuleitungen
3 und 2 elektrisch angeschlossen sind. Über der Bodenfläche wölbt sieh vorzugsweise halbkugelförmig die lichtdurchlässige
Masse Io, die beispielsweise aus Kunstharz besteht
und in die die Bauelemente und die an die Bauelement· angeschloi
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senen Enden der Elektroden^uleitungen eingegossen oder anderweitig
eingebettet sind*
Wenn nun * wie Figur 3 zeigt - ve-a. der Lumineszenzdiode 6
ein Lichtstrahl 11 ausgeht, so trifft dieser praktisch senkrecht auf die kugelföraige Grenzfläche zwischen der lichtdurchlässigen
Masse Io und den umgebenden Mediun 12, das
beispielsweise aus der normalen Rausalttft besteht. Wenn sich
in der Nähe der Halbleiteranordnung keine lichtreflektierenden Gegenstände befinden, wird die Photodiode 9 praktisch
keinen Lichteinfall registrieren. Wenn jedoch - wie in Figur 4 an
der Halbleiteranordnung ein lichtundurchlässlger Gegenstand 15t beispielsweise in Pfeilrichtung, vorbeigeführt wird,
wird ein bestlssiter Anteil 16 des von der Lumineszenzdiode 6
ausgestrahlten Lichtes in die lichtdurchlässige Masse Io
zurückreflektiert und trifft &u€ die Photodiode 9, die durch
die Änderung der lichtabhängigen Kennwerte den vorbeigeführten Gegenstand 15 registriert. Auf diese Weise können
Gegenstände aller Art registriert und gezählt werden oder Prozesse der verschiedensten Art bei der Registrierung eines
Gegenstandes ausgelöst werden.
Usi die Anzeige durch die beschriebenen optoelektronischen Koppelanordnungen von etwa vorhandenes Freadlicht unabhängig
zu stachen, hat stan prinzipiell die Möglichkeit, «it Wechsellicht
zu arbeiten.
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Die beschriebenen optoelektronsichen Koppel elemente können
selbstverständlich in konstruktiver Weise abgeändert werden. Beispielsweise kann die räumliche Lage "der Bauelemente im
Gehäuse« die Form und die Art der lichtdurchlässigen Masse und die Zahl der Elektrodenzuleitungen den jeweiligen Erfordernissen
angepasst werden, ohne daß Hiervon der wesentliche k Erfindungsgedanke berührt würde. Neben den bereits genannten
Verwendungsmöglichkeiten bieten sich eine Vielfalt anderer Einsatzgebiete für die erfindungsgemäßen optoelektronischen
Halbleiteranordnungen an, die hier nicht in allen Einzelheiten beschrieben werden können. Erwähnt werden soll jedoch
noch die EinsatzaÖglichkeit der erfindungsgemäßen Anordnungen
iu Waschmaschinen, zur Steuerung der Wasserpunpen, sowie in
Benzin-, Öl- und Wassertanks zur Anzeige de« jeweiligen Flüssigkeit sniveaus.
BADORfGiNAL
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Claims (1)
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- 9 Fat entan Sprüche
1) Optoelektronische Halbleiteranordnung mit einem Strahlung
emittierenden und einem von Strahlerieinwirkung abhängigen
Bauelement, dadurch gekennzeichnet, daß beide Bauelemente in einem gemeinsamen, strahlungsdurchlässigen Gehäuse so
angeordnet sind, daß aus dem Maße der optoelektronischen
Koppelung der beiden Bauelemente auf die Art eines das Gehäuse umgebenden Mediums oder eines dem Gehäuse benachbarten
Gegenstandes geschlossen werden kann.
2} Optoelektronische Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für beide Bauelemente gemeinsame
Gehäuse aus einem Gehäusesockel mit durch den Gehäusesockel geführten Elektrodenzuleitungen besteht9 und daß die
auf dem Gehäusesockel oder auf den Elektrodenzuleitungen befindlichen Bauelemente in eine als Gehäuseabschluß dienende,
lichtdurchlässige Masse eingebettet bzw. eingegossen sind.
3) Optoelektronische Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Form und der Brechungsindex
der lichtdurchlässigen Masse so gewählt ist, daß die von einem Bauelement ausgehende Strahlung an der Grenzfläche lichtdurchlässige
Masse - umgebendes Medium, je nach dem Brechungsindex des umgebenden Mediums mehr oder weniger stark auf das
Bauelement reflektiert wird.
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- Io -
k) Optoelektronische Halbleiteranordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet« daß Fora und Brechungsindex der
lichtdurchlässigen Masse mo gewählt ist, daß die vom einen Bauelement ausgehende Strahlung an der Grenzfläche lichtdurchlässige
Masse - umgebendes Gäe total oder nahezu total auf das andere Bauelement reflektiert wird.
5) Optoelektronische Halbleiteranordnung nach Anspruch 3 und 4
dadurch gekennzeichnet, daß die Form und der Brechungsindex der lichtdurchlässigen Masse so gewählt ist, daß die vom einen
Bauelement ausgehende Strahlung an der Grenzfläche lichtdurchlässige Masse - umgebende Flüssigkeit nicht oder nur in geringem
Maße auf das andere Bauelement reflektiert wird*
6) Optoelektronische Halbleiteranordnung nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlung emittierendes Bauelement eine Gallium-Arsenid-Lumineszenzdiode
und als von der Strahlungseinwirkung abhängiges Bauelement eine Silizium-Photodiode, ein Phototransistor oder «in Photo·
widerstand verwendet wird.
7) Optoelektronische Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlung emittierende Bauelement auf dem Gehäuseboden befestigt
ist, während das von der Strahleneinwirkung abhängige Bauele-
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ment am Ende einer über die Bodenfläche des Gehäusesockels
hochragenden Elektrodenzuleitung befestigt ist.
8) Optoelektronische Halbleiteranordnung nach den Ansprüchen
4, 5 un<' 7, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässige
Masse aus unstharz besteht und auf dem Gehäusesockel
halbkugel- oder kegelförmig angeordnet ist»
9) Optoelektronische Halbleiteranordnung nach den Ansprüchen
kt 5 und 7t dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässige
Masse aus Glas besteht*
10) Optoelektronische Halbleiteranordnung nach Anspruch i und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fora der lichtdurchlässigen Masse und die Anordnung der Bauelemente so gewählt ist, daß
von einem Bauelement ausgehende Strahlung ohne Reflexion aus
der lichtdurchlässigen Masse austritt und von Gegenständen außerhalb der lichtdurchlässigen Masse auf das von Strahlungseinwirkung
abhängige Bauelement zurück reflektiert wird·
11) Optoelektronische Halbleiteranordnung nach Anspruch la,
dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässige Masse halbkugelförmig
ausgebildet ist und die Bauelemente im Mittelpunkt oder in der Nähe des Mittelpunktes dieser Halbkugel angeordnet
sind.
0Ö9852/059Ö .
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12) Optoelektronische Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung
zur Zählung und Registrierung von Objekten.
13) Optoelektronische Halbleiteranordnung nach einem der k vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung
zur Anzeige und Steuerung von Flüssigkeitsspiegeln.
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Publications (1)
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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