专利名称：光屏障以及用于检测对象的方法
光屏障以及用于检测对象的方法本发明涉及一种光屏障(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。
本发明的任务是，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。在一个扩展方案中，方向选择性元件尤其是屏障借助粘合剂被施加在支承体的上 侧。粘合剂优选对于要检测的辐射同样是吸收性的或者是反射性的。可替选地，方向选择 性元件也可以借助注塑或压铸方法制造为半导体器件的壳体的部分。在该扩展方案中，半 导体器件成本低廉地制造。在另一扩展方案中，在支承体的上侧施加另外的检测辐射的半导体芯片。在检测 器和发射体之间，在支承体的上侧上分别设置有屏障。两个检测器检测辐射。由对象引起 的光密度的变化作用于两个检测器上。借助比较单元可以分析两个检测器信号。如果在半 导体器件中有两个检测器和一个发射器，则可以检测对象相对于进行发射的半导体芯片的 相对运行。这样可以简化地预测对象在进行发射的半导体芯片左边、右边、或者直接在其 上。如果在半导体器件中有多于两个检测器，则对象的二维定位是可能的。在另一扩展方案中附加地设计的是在半导体器件中设置有另外的发射辐射的半 导体芯片。在此，发射器以时分复用方法运行，其中进行发射的半导体芯片被幅度调制或者 不被幅度调制。应用时分复用方法，以便通过时间管理来通知检测器恰好检测到哪个辐 射。其它的方法如频分复用、码分复用或波分复用方法同样是可能的。检测器则可以通过 合适的解复用单元来获悉，检测到进行发射的半导体芯片的谁的辐射。为了避免辐射的其它干扰影响，以优选的方式对信号进行幅度调制。这种调制也 被称为“突发_模式”传输。借助载波的“突发”，防止了环境的其他干扰影响。通过引入多个检测器和发射器，极大地提高了要检查的区域的分辨率，并且关于 各个对象相对于发射辐射的半导体芯片相对位置的地点的更准确的预测是可能的。方向选择性元件的造型在此并不限定。例如，可以设计为L形、弧形、或倾斜形成 的屏障。为了改进检测器的灵敏度，始终要注意的是所投影的面部分地交叠。换言之，原 则上要力求达到的是，进行检测的半导体芯片在要发射的半导体芯片的辐射阴影中。在另一扩展方案 中，在发射器或检测器的光路中引入光学元件。由此，能够实现改 进的射束引导并且实现灵敏度提高。在一个扩展方案中，进行检测的半导体芯片是光晶体管、光电二极管或者光敏电 阻。
进行发射的半导体芯片优选是激光二极管或LED。要发射和要检测的辐射的波长 在本发明中并不局限在确定的范围。要发射的辐射优选在近红外波长范围。同样，在电磁 光谱的紫外范围或可见光范围中目标的检测也是可能的。按照光屏障的至少一个实施形式，其中该光屏障优选包括多个进行检测的半导体 芯片和/或发射辐射的半导体芯片，进行检测的半导体芯片的主要部分或者所有和/或所 有发射辐射的半导体芯片的主射束轴相应地相对于彼此倾斜地定向。换言之，两个进行检 测和/或接收的半导体芯片都不具有带相同定向(尤其是相对于支承体上侧)的主射束 轴。在此，可能的是，进行检测的半导体芯片的主射束轴具有与发射辐射的半导体芯片的主 射束轴相同的定向。按照该光屏障的至少一个实施形式，检测辐射的半导体芯片是专用集成电路(英 语application specific integrated 或缩写 ASIC)。根据该光屏障的至少一个实施形式，方向选择性元件与进行检测的半导体芯片和 /或发射辐射的半导体芯片形状配合地形成。形状配合意味着，该半导体芯片展现出关于方 向选择性元件的匹配形状。例如，半导体芯片在至少两个界面上至少局部地被方向选择性 元件包围。根据光屏障的至少一个实施形式，方向选择性元件通过透镜体构成，其中该透镜 体模制在半导体芯片上并且在至少两个界面上部分或者优选完全包围半导体芯片。在此可 能的是，方向选择性元件通过喷射工艺或浇注工艺尤其是无连接剂地直接安置 在半导体芯 片上。这里所描述的光屏障例如可以用于检测目标或躯体部分的运动，尤其是用于姿态 检测。例如，这里所描述的光屏障可以被应用于移动电话、键盘、导航系统、电子设备、计算 机、便携式计算机、操作面和/或汽车领域，尤其是作为辅助设备被应用在控制装置或数据 输入装置中。最后，设计了一种用于检测对象的方法，其中在连接在后的分析处理单元中分析 在半导体芯片中所检测的辐射的强度并且基于该强度的大小可以推断出目标距半导体器 件的距离。例如可以借助该方法驱动光屏障，如结合一个或多个上面所述实施形式所描述 的那样。该方法的特征因此也针对光屏障被公开，反之亦然。在下面，参照附图详细地阐述本发明的实施例。相同的或功能相同的组成部分分 别用相同的附图标记来表示。所示的元件并不能视为合乎比例的，更确切地说，为了更好的 理解，各个元件可被夸大地或夸张简化地表示。其中
图1示出了具有用于检测对象的半导体器件的光屏障的一个实施例，图2示出了具有屏障的可替选的造型的半导体器件的另一实施例，图3示出了具有屏障的可替选的造型的半导体器件的光屏障的另一实施例，图4示出了图1中所示的实施例的一个改进方案，图5示出了图4中所示的实施例的一个改进方案，图6示出了用于检测在该装置内的对象的原理图，图7示出了具有图4中所示的实施例的改进方案的另一原理图，图8示出了两个在图6中所示的进行检测的半导体芯片的所检测到的辐射密度的信号曲线，图9示出了具有用于检测对象的半导体芯片的光屏障的另一实施例的俯视图，图10示出了具有屏障的可替选的造型的半导体器件的另一实施例，图11示出了图10中所示的进行检测的半导体芯片的所检测到的光电流的信号曲 线，图12示出了图10中所示的进行检测的半导体芯片的模拟确定的光电流的信号曲 线，图13至16示出了光屏障的另外的实施例。在图1中示出了具有半导体器件1的光屏障的一个实施例。半导体器件1具有带 有上侧21的支承体2。在该上侧21上施加有半导体芯片3，该半导体芯片发射辐射。此外， 检测辐射的半导体芯片4施加在上侧21上。进行检测的半导体芯片4在以下称作检测器 4。进行发射的半导体芯片3在以下称作发射器3。
在上侧21的检测器4和发射器3之间设置有构建为屏障5形式的方向选择性元 件。通过屏障5限制了可由检测器4接收的辐射的角度范围。屏障5成形为使得检测器4 在发射器3的辐射阴影中。这在此通过屏障5的(在横截面看)L形状来实现。如果垂直 的平行投影应用于屏障5和检测器4上，则屏障5和检测器4的三维点垂直地成像到投影 平面上。如果投影平面是支承体的上侧21，则屏障5和检测器4的所投影的面至少部分交 叠。所示的区域6在此表示为屏障5的辐射阴影，其中辐射阴影6在辐射垂直射到上侧时 形成并且至少部分覆盖检测器4。由发射器3发射的辐射的主射束轴U在图1中通过虚线象征性表示。所发射的辐 射基本上不受屏障5影响并且因此垂直于支承体上侧21取向。而可由检测器4接收的辐 射的主射束轴V同样通过虚线象征性表示，相对于发射器3的主射束轴U倾斜。主射束轴 U的倾斜由受屏障5遮挡引起。例如，主射束轴U、V通过如下方向来限定大部分辐射在该 方向上发射或者从该方向上看，检测器4的有效检测面是最大的。通过其中所投影的面至少部分交叠的构型，这样减小了在发射器3和检测器4之 间的串扰以及环境影响。因此，例如在近红外范围中检测辐射的检测器可以检测对象在半 导体器件1上的运动。现在如果对象在光路中，则发射器3的辐射在对象的表面上至少部分被散射并且 朝着许多方向向回发射。所散射的辐射现在被检测器4至少部分检测。屏障5借助粘合剂施加在上侧21上。粘合剂在此优选如屏障5 —样由吸收要发 射的或者要检测的辐射的材料提供。在理想情况下，辐射完全被吸收。优选地在一个实施形式中，屏障的上部分的厚度A最大为0. 3mm，屏障的上部分的 长度B最大为0. 8mm,屏障的下部分的长度最大为0. 8mm,屏障的辐射阴影6最大为0. 5mm, 屏障的下部分的厚度D最大为0. 3mm并且在屏障和进行发射的半导体芯片3之间的距离E 最大为0.6mm。发射器3和检测器4彼此相距优选为最大1.2mm。发射器3优选是朗伯特 辐射器。通过以此方式成形屏障5防止了发射器3对检测器4的串扰。在理想情况下，支 承体2的材料同样对于要发射的或要检测的辐射是吸收性的。相应地防止了由发射器3产 生的辐射对屏障5的所谓渗透。例如激光二极管或LED可以设置为发射器3。例如光电晶体管、光电二极管或者光敏电阻可以设置为检测器4。在图2、3和4中示出了光屏障的另外的实施例。在图2、3和4中，第二检测器4 和另外的屏障5分别设置在上侧21上。另外的屏障5在此设置在另外的检测器4和发射 器3之间。根据图2、3和4的屏障5的造型可替换图1中的屏障5的造型。借助另外的检测器4和另外的屏障5现在可以简化地预测对象是否在要检查的区 域中并且对象与发射器3的相对位置如何。由于两个检测器4分析光密度信号或者射束密 度信号，所以可以通过所分析的两个信号确定对象位于发射器3左边、中间或右边。此外， 通过光密度的值可以预测对象和发射器3之间的距离F多大。在半导体器件1和对象之间的不同的距离F的情况下两个检测器4所接收到的光 密度的信号曲线在图8中示出。在图8中示出了关于区域X (单位mm)的辐射密度L (单位mW/mm2)。相对于发射器 3示出该区域X，因此X为Omm的点是发射器3所处于的点。在此20mmX 20mm的白纸用作 对象。在图8中，针对发射器3使用大约IOOmA的典型输入电流并且使用可以检测在10 μ A 量级的光电流Iph。t。的检测器4。白纸在半导体器件1上从左向右运动。在第一试验中，距离F确定为5mm。虚线分 别表示左边 的检测器4所接收到的信号，实线表示右边的检测器4所接收到的信号。明显 可看到的是，在-14mm到-7mm(包括端点值)之间的区域中仅仅左边的检测器4检测到辐 射密度L，而在+7mm到+14mm(包括端点值)之间的区域中仅仅右边的检测器4检测到辐射 愁度Lo如果对象在该区域中，则可以完全清楚地确定，对象相对于发射器3位于何处。 在-7mm到+7mm之间的区域中，在对象距半导体器件1大约5mm的距离时设计如下区域，在 该区域中两个检测器4都可以进行检测并且由此推断出对象在发射器3上的中部。可看到的是，辐射密度L的数值在5mm的距离F的情况下在_7mm到+7mm的区域 上是恒定的。于是在小的距离F(在此例如5mm)的情况下可以得到，可以预期在检测器4 上的近似数字输出信号。如果距离F增大，例如IOmm或20mm，则曲线改变，如在图8中所示 的那样。可看到的是，要检测的范围增大，其中接收到的光密度L当然减小。在连接在半导体器件1后的并且未示出的分析单元中，关于两个检测器4的信息 被比较。在此，例如由左边的检测器4和右边的检测器4的辐射求比例。例如，通过求比例 获得模拟信息，该信息预测对象位于何种距离F中。屏障5可以借助注塑或者压铸方法引入到半导体器件1中。在此，有利的是，屏障 5是壳体下部分的一部分。在图5中示出了图4中所示的实施例的一个改进方案。与图4不同，在图5中在 半导体器件之上的盖体7引入半导体芯片3、4的光路中。在一个实施形式中，盖体7是玻 璃。可替选地，盖体7是光学元件。发射器3所发射的辐射的一部分在玻璃盖体7的表面 上被反射。通过以已经描述的方式和方法来构建屏障5，不再提供发射器3直接耦合输出到 检测器4上。发射器3和检测器4的串扰因此非常强烈地减少。由此，极大地提高了检测 器4的灵敏度。在图6中，示出了要检测的区域。该区域通过图4中的半导体器件1来监 控。如果对象位于要检查的区域中，则由发射器3发射的辐射在对象的表面上被反射。在图6中现在示出了检测器4在哪个区域G中是敏感的并且相应是左边的检测器还是右边的 检测器4接收到要检测的辐射。在两个检测器4上的光密度的可预期的信号曲线可以定性 地与图8中所示的信号曲线进行比较。为了增大敏感 区域G在图7中示出了屏障5的另一实施形式。可看到的是，通过 屏障5的上部分的边缘的倾斜来形成敏感的区域G’。该区域G’在数值上大于屏障5的非 倾斜的上部分的区域G。尽管串扰和环境影响还保持最�。们蛟龃笫窍灾�。也可能的是，当对象直接在发射器3之上时，两个检测器4都没有接收到辐射。该 区域称作盲区并且在两个敏感的区域G之间。在图9中示出了另一实施例。在此，在半导体器件中有三个检测器4，其张成优选 等边三角形。在所张的三角形内设置有发射器3。在发射器3和检测器4之间引入环形的 屏障5，该屏障成形为使得其实现了如在图1中所描述的特性。通过根据图9的布置提高了 要检测的区域的分辨率。在图10中示出了半导体器件1的另一实施例。在此，屏障5的上部分相对于屏障 5的下部分非直角地设置，而是以确定的角度安置。该构型类似于根据图7的实施例也导致 区域增大G’，而不提高串扰或者环境量的影响。在图11和12中在此示出了左边或右边的检测器4的所示的光电流Iph。t。。在图 11中借助测量得到了光电流Iph。t。，而在图12中借助模拟得到了 Iph。t。。基本上可以预测模 拟与测量定性地相一致。关于信号曲线的说明，参考尤其是图8上的该位置。要注意的是， 通过图10中的弯折的屏障5，比例如借助图4的屏障5更强地监控发射器3上的区域。如在图10、11中所示的那样，在对象和半导体器件1之间的距离F或者高度可说 明多少辐射被进行检测的半导体芯片4接收。如果对象距半导体器件1远，则在检测器4 上可以预期较小的光密度L。通过使用第三检测器，如图9中所示，改进了二维的识别。通 过引入另外的检测器4和发射器3改进地分辨相应的区域。由发射器3发射的脉冲在一个实施例中被幅度调制。由此，辐射脉冲被环境影响 改变更少。基本上力争实现的是，以脉冲形式发射辐射以便降低半导体器件1的能量需求。半导体器件1设置用作光屏障。该半导体器件1同样设置为接近传感器或者指纹 传感器。此外，设计了用于借助所描述的半导体器件检测对象的方法，其中在检测器4中 的光密度在连接在后的分析单元中被分析并且基于光密度的大小推断对象距半导体器件1 的距离。光密度在此时在检测器4中所确定的辐射的强度的度量。在根据图13的光屏障的实施例中，成形为透镜体的方向选择性元件8安置在发射 器3上，从上侧21来看。例如，方向选择性元件8通过浇注发射器3来产生。通过方向选 择性元件8将由发射器3产生的辐射分别朝着横向方向被偏转而远离检测器4，在图13中 通过箭头线所表示。方向选择性元件8的材料例如硅树脂或者热塑性塑料优选与半导体芯 片3的材料直接物理接触。可能的是，发射器3也与检测器4上的波长滤光器组合地发射具有彼此不同的波 长的辐射。可替选地或者附加地，发射器3可以以复用方法尤其是以时分复用方法来驱动。在根据图14的实施例中，方向选择性元件8分别通过透射辐射的棱镜来形成，其 设置在检测器4之后。通过棱镜的光折射作用，仅仅由发射器3生成的辐射分别从确定的空间角度范围例如经在未示出的对象上的反射到达检测器4，在图14中通过箭头线象征性 地表示。方向选择性元件8的未示出的保持器可以成形为遮光板，方向选择性元件借助保 持器固定在支承体2上，遮光板位于检测器4和发射器3之间。通过保持器于是防止了辐 射从发射器3没有在未示出的对象上反射地到达检测器4。在根据图15的光屏障的实施例中，半导体器件1的方向选择性元件8分别通过凸 透镜来实现，而不是根据图14的实施例的棱镜。不同于图15所示，方向选择性元件8代替 凸透镜也可以是菲涅耳透镜。根据图16，方向选择性元件8分别通过反射器形成。反射器8的一部分在此可以 位于检测器4和相应关联的发射器3之间。不同于图16所示，同样可能的是，反射器8并 不彼此不同，而是彼此结构相同地形成。反射器8在此可以直接接触关联的发射器3或者 与发射器3在空间中分离。反射器8的与相关的发射器3背离的侧可以设置有对于由发射 器3发射的辐射起吸收作用的涂层，以便降低或者抑制会到达检测器4的散射辐射。主射 束轴U、V的两个相对于上侧21都不具有相同的取向。在此描述的本发明并未通过借助实施例的描述而局限于此。更确切地说，本发明 包括任意 新的特征和特征的任意组合，尤其是在权利要求中的特征的任意组合，即使该特 征或者该组合本身并未明确地在权利要求或者实施例中说明。本专利申请要求德国专利申请10 2008 029 467. 5的优先权，其公开内容通过引
用结合于此。
权利要求
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。
2.根据前一权利要求所述的光屏障，其中主射束轴(U，V)彼此倾斜15°到45°之间， 其中包括端点值。
3.根据前述权利要求之一所述的光屏障，其中，-方向选择性元件通过由对于要检测的电磁辐射不透射的材料制成的屏障(5)来形成，-屏障(5)与进行检测的半导体芯片⑷间隔，以及-屏障(5)成形为使得在屏障(5)和进行检测的半导体芯片(4)垂直地平行投影到支 承体⑵的上侧(21)的情况下，屏障(5)的投影面和进行检测的半导体芯片⑷的投影面 至少部分交叠。
4.根据前一权利要求所述的光屏障，其中屏障(5)处于进行发射的半导体芯片(3)和 进行检测的半导体芯片(4)之间。
5.根据前述权利要求之一所述的光屏障，其中方向选择性元件(5，8)借助粘合剂安置 到支承体(2)的上侧(21)上。
6.根据前述权利要求之一所述的光屏障，其中至少两个检测辐射的半导体芯片(4)设 置在支承体⑵的上侧(21)上。
7.根据前一权利要求所述的光屏障，其中进行检测的半导体芯片(4)的主射束轴(V) 彼此平行地定向，或者其中进行发射的半导体芯片(4)的主射束轴(U)是关于进行检测的 半导体芯片(3)的主射束轴(V)的对称轴。
8.根据前述权利要求之一所述的光屏障，其中至少两个发射辐射的半导体芯片(3)设 置在支承体(2)的上侧(21)上，并且进行发射的半导体芯片(3)以时分复用方法发射幅度 调制过的或者未幅度调制过的辐射脉冲。
9.根据前述权利要求之一所述的光屏障，其中屏障(5)L状地、弧状地和/或倾斜地被 成形。
10.根据前述权利要求之一所述的光屏障，其中用于改进的射束引导的至少一个光学 元件(7)设置在相应的半导体芯片(3，4)的光路中的至少一个半导体芯片(3，4)之上。
11.根据前述权利要求之一所述的光屏障，其中检测辐射的半导体芯片(4)是专用集 成电路、光电晶体管、光电二极管或者光敏电阻。
12.根据前述权利要求之一所述的光屏障，其中发射辐射的半导体芯片(3)是激光二 极管或者发光二极管。
13.根据前述权利要求之一所述的光屏障，其中方向选择性元件(5，8)与进行检测的半导体芯片(4)和/或进行发射的半导体芯片(3)形状配合地成形。
14.一种用于借助根据权利要求1至13所述的光屏障来检测对象的方法，其中在半导 体芯片(4)中检测到的辐射的强度在连接在后的分析单元中被分析，并且基于强度的大小 来推断对象距半导体器件(1)的距离，以及其中-使用在半导体器件(1)中的至少两个进行检测的半导体芯片(4)来检测辐射， _在分析单元中分析所述至少两个进行检测的半导体芯片(4)的强度，以及 -基于检测到的辐射的强度确定对象相对于发射辐射的半导体芯片(3)的相对位置。
15.根据前一权利要求所述的方法，其中通过使用另外的进行发射的半导体芯片(3) 和/或进行检测的半导体芯片(4)来提高对对象进行检测的分辨率，并且其中通过在半导 体芯片(3，4)的光路中使用光学元件(7)来提高用于对对象进行检测的灵敏度。
全文摘要
本发明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。
文档编号G01V8/10GK101971056SQ200980109064
公开日2011年2月9日 申请日期2009年6月18日 优先权日2008年6月20日
发明者沃伊切赫·吉杰维奇, 海因茨·哈斯 申请人:欧司朗光电半导体有限公司
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