ОТИЧЕСКОЕ ЭКРАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ПУТЕЙ Российский патент 2016 года по МПК G01S17/08 G01S7/481 G01C3/08 

В оптических измерительных приборах часто может оказаться важным проведение контрольного измерения (измерения по методу сравнения) в дополнение к собственно измерению. Такое контрольное измерение может использоваться в целях калибровки измерительного прибора.

Для проведения контрольного измерения могут быть предусмотрены, например, контрольные (или эталонные) пути распространения излучения внутри оптического измерительного прибора. Из DE 102005037253 А1 известен, например, дальномер с таким контрольным путем распространения излучения.

Контрольное измерение может проводиться до собственно измерения, после него или одновременно с ним. При одновременном проведении обоих измерений измерительное излучение может попасть на приемник контрольного излучения, а контрольное излучение - на приемник измерительного излучения. Подобные перекрестные помехи существенно снижают точность измерения. Такие перекрестные помехи могут быть тем интенсивнее, чем ближе друг к другу расположены приемники контрольного и измерительного излучений.

Исходя из вышеизложенного, может существовать необходимость в датчике и дальномере, которые обеспечивали бы эффективное оптическое отделение друг от друга расположенных близко друг к другу оптических путей.

Указанную задачу позволяют решить объекты настоящего изобретения, заявленные в независимых пунктах формулы изобретения. В соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения представлены предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения.

Ниже подробно рассмотрены отличительные особенности, частные аспекты и возможные преимущества предлагаемого в изобретении устройства в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения.

Первым объектом изобретения является датчик для дальномера, имеющий чувствительный элемент, обеспечивающий возможность детектирования измерительного излучения и контрольного излучения, распространяющегося вдоль предусмотренного внутри датчика контрольного пути. Такой датчик имеет чувствительный элемент и оптическое экранирующее устройство. Чувствительный элемент имеет первую детектирующую часть для детектирования измерительного излучения и вторую детектирующую часть для детектирования контрольного излучения. Оптическое экранирующее устройство позиционировано и зафиксировано относительно чувствительного элемента и оптически отделяет одну от другой его первую и вторую детектирующие части посредством перегородки, прилегающей к поверхности чувствительного элемента. Оптическое экранирующее устройство имеет далее первый проход и второй проход, прозрачные для оптического излучения с определенной длиной волны или в определенном диапазоне длин волн.

Чувствительный элемент может быть при этом выполнен в виде чипа (кристалла ИС) или чипа в корпусе. Чип в корпусе может представлять собой, например, полупроводниковый кристалл с рамкой или керамической структурой. Помимо этого чип в корпусе может представлять собой чип на стеклянной подложке. Первая и вторая детектирующие части чувствительного элемента, соответственно приемники для контрольного и измерительного излучений расположены близко друг к другу. Так, например, они расположены в общем корпусе либо выполнены в виде монолитной ИС на одном материале, например, на полупроводниковом материале.

Оптическое экранирующее устройство имеет два прохода, которые прозрачны для оптического излучения с определенной длиной волны или в определенном диапазоне длин волн. Через такие проходы измерительное и контрольное излучения могут попадать на поверхность чувствительного элемента в предусмотренных для этого у него детектирующих частях. Первый проход может быть предусмотрен для измерительного излучения, а второй проход - для контрольного излучения. Каждый такой проход может представлять собой отверстие. В другом варианте проход может быть образован фильтром, который избирательно пропускает излучение определенных длин волн, соответственно определенных диапазонов длин волн. Первый проход может быть расположен на оптическом экранирующем устройстве, а также относительно чувствительного элемента таким образом, что оптическое излучение, проходящее через первый проход, например, перпендикулярно, падает на первую детектирующую часть. Второй проход может быть далее расположен таким образом, что оптическое излучение, проходящее через второй проход, например, перпендикулярно, падает на вторую детектирующую часть.

Технические результаты, достигаемые при осуществлении изобретения, заключаются в упрощении конструкции датчика и изготовления, обеспечении компактности конструкции датчика и предупреждении перекрестного влияния двух излучений, что обеспечивает повышение точности изобретения.

Оптическое излучение с определенной длиной волны или в определенном диапазоне длин волн может представлять собой, например, видимое, инфракрасное или ультрафиолетовое излучение. Вышеупомянутый диапазон длин волн может соответствовать, например, диапазону длин волн измерительного излучения. Этот диапазон длин волн может охватывать все длины волн или интервал длин волн, лежащий в пределах ±100 нм относительно определенной длины волн, либо альтернативно этому может соответствовать точно одной длине волн. Так, например, возможно применение полупроводникового лазера, излучающего на длине волны 635 нм или 650 нм.

Оптическое экранирующее устройство может быть выполнено, например, в виде колпачка из пластмассы, расположенного поверх чувствительного элемента. Через проходы, соответственно отверстия в оптическом экранирующем устройстве измерительное и контрольное излучения могут попадать на соответствующие детектирующие части чувствительного элемента. Оптическое экранирующее устройство может защищать чувствительный элемент, например, от падающего сбоку света. Помимо этого оптическое экранирующее устройство посредством, например, стенки или перегородки оптически отделяет одну от другой детектирующие части чувствительного элемента.

Чувствительный элемент может быть зафиксирован на несущем элементе, таком, например, как печатная плата. Оптическое экранирующее устройство, которое может располагаться поверх чувствительного элемента, можно также фиксировать, например, на несущем элементе. Такая фиксация может осуществляться, например, путем приклеивания или стопорения. Оптическое экранирующее устройство зафиксировано относительно положения чувствительного элемента на несущем элементе. Помимо этого оптическое экранирующее устройство может быть выполнено с возможностью установки в требуемой ориентации и позиционирования на чувствительном элементе.

Иными словами, основная идея настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить оптическое разделение между собой контрольного и измерительного излучений на чувствительном элементе. Такое оптическое разделение может иметь важное значение прежде всего в том случае, когда приемники контрольного и измерительного излучений объединены на одном кремниевом кристалле, чем обусловлена необходимость в высокоточном по положению разделении контрольного и измерительного излучений при коротких расстояниях с уменьшением перекрестных помех до минимально возможных.

Объединение приемников, соответственно детектирующих частей для контрольного и измерительного излучений на одном чувствительном элементе способствует сокращению производственных затрат. Помимо этого благодаря наличию экранирующего оптического устройства удается несмотря на малые расстояния между детекторами контрольного и измерительного излучений обеспечить их оптическое разделение и тем самым повысить точность измерения.

Предлагаемый в изобретении датчик может изготавливаться прежде всего по технологиям с корпусированием чипа (монтажом чипа в корпусе), для которых характерны малые обусловленные допусками погрешности в расположении места крепления чипа (называемого также "кристаллом ИС") относительно наружных кромок корпуса.

Оптическое экранирующее устройство может, например, иметь размеры, которые по своему порядку величин соответствуют размерам чувствительного элемента, например, иметь размеры 2,5×2,5 мм. Оно может использоваться, например, в оптических измерительных приборах, прежде всего в дальномерах.

В одном из вариантов осуществления изобретения оптическое экранирующее устройство имеет первую опорную поверхность, которая предназначена для ориентации, соответственно позиционирования оптического экранирующего устройства в плоскости, параллельной поверхности чувствительного элемента. Для этого такая первая опорная поверхность может быть выполнена в виде боковой упорной поверхности. Установка оптического экранирующего устройства в требуемой ориентации обеспечивает точное его позиционирование вне зависимости от обусловленных производственными допусками погрешностей размеров и формы других элементов, таких, например, как печатная плата, и несмотря на малые размеры отдельных деталей.

В еще одном варианте осуществления изобретения оптическое экранирующее устройство имеет вторую опорную поверхность, которая предназначена для ориентации, соответственно позиционирования оптического экранирующего устройства в плоскости, перпендикулярной поверхности чувствительного элемента. Такая вторая опорная поверхность может представлять собой поверхность, параллельную поверхности чувствительного элемента. Так, например, вторая опорная поверхность образована на перегородке, соответственно на стенке оптического экранирующего устройства между первой и второй детектирующими частями. Дополнительно к этому или альтернативно этому по краям оптического экранирующего устройства могут быть предусмотрены дополнительные вторые опорные поверхности. Вторая опорная поверхность может прилегать сверху к чувствительному элементу.

В еще одном варианте осуществления изобретения оптическое экранирующее устройство имеет жесткий компонент и мягкий компонент, которые непроницаемы для оптического излучения с определенной длиной волны или в определенном диапазоне длин волн. Мягкий компонент выполняет функцию указанной перегородки, расположен при этом с обращенной к чувствительному элементу стороны оптического экранирующего устройства и выполнен деформируемым.

Жесткий и мягкий компоненты могут быть изготовлены, например, из разных материалов, которые различаются между собой, например, своей твердостью и плотностью. Жесткий компонент может быть выполнен, например, в виде формоустойчивой (жесткой) рамки, которая имеет геометрию, сопряженную с геометрией чувствительного элемента, и может устанавливаться на нем в требуемой ориентации. Жесткий компонент может быть далее выполнен, например, деформируемым в меньшей степени, чем мягкий компонент.

Мягкий компонент может быть выполнен, например, в виде мягкой перегородки, соответственно стенки параболического в сечении профиля, например, из резины или аналогичного эластичного материала. Мягкий компонент может быть расположен между первой и второй детектирующими частями и таким путем разделять между собой оптические пути контрольного и измерительного излучений.

Мягкий компонент способен деформироваться при силовом воздействии на него, благодаря чему в собранном состоянии оптического экранирующего устройства и чувствительного элемента обеспечивается возможность плотного прилегания первого к поверхности второго. С этой целью мягкий компонент может, например, в своем недеформированном состоянии выступать в направлении чувствительного элемента в перпендикулярной ему плоскости за пределы второй опорной поверхности жесткого компонента.

Непрозрачность жесткого и мягкого компонентов для оптического излучения с определенной длиной волны или в определенном диапазоне длин волн может означать, что они вызывают оптическое ослабление. Так, например, коэффициент пропускания падающего излучения жестким и мягким компонентами составляет менее 0,1%, прежде всего менее 0,01%, предпочтительно менее 0,001%.

Жесткий компонент может иметь первую и вторую опорные поверхности. Вторая опорная поверхность может проходить по длине всего периметра оптического экранирующего устройства и может быть выполнена в виде плоскости, параллельной поверхности чувствительного элемента. Альтернативно этому или дополнительно к этому вторая опорная поверхность может быть выполнена на мягком компоненте.

Мягкий компонент позволяет обеспечить прилегание оптического экранирующего устройства к поверхности чувствительного элемента с геометрическим замыканием несмотря на обусловленные производственными допусками погрешности формы и изготовления и одновременно с этим позволяет обеспечить сохранение усилия, передаваемого на чувствительный элемент, ограниченным определенной величиной, соответственно возможность минимизации такого усилия. Максимальную величину подобного усилия, передаваемого на чувствительный элемент, можно с учетом вышеуказанных допусков отрегулировать путем регулирования твердости мягкого компонента по Шору. Поскольку гладкость стеклянной поверхности переносится на мягкий компонент, минимизируется диффузное рассеяние света, который отражается от поверхности чипа. Помимо этого оптическому разделению или разграничению поверхности чувствительного элемента способствует далее жесткий компонент, который, например, в виде твердой фасонной детали обеспечивает точность позиционирования и механическую устойчивость и который в предпочтительном варианте ориентируется на чувствительном элементе с геометрическим замыканием.

Подобное предлагаемое в изобретении конструктивное исполнение оптического экранирующего устройства особенно предпочтительно постольку, поскольку наличие мягкого компонента позволяет, например, компенсировать обусловленные производственными допусками погрешности формы и размеров. Помимо этого благодаря непосредственному позиционированию оптического экранирующего устройства с помощью опорных поверхностей непосредственно на чувствительном элементе достигается высокая точность установки оптического экранирующего устройства в требуемое положение. В традиционной системе необходимо учитывать существенно большие допуски, поскольку в первую очередь требуется принимать во внимание производственный допуск на изготовление держателя оптики. Помимо этого для крепления держателя оптики необходимо учитывать точность его позиционирования, например, расположение отверстий на печатной плате. Кроме того, необходимо учитывать точность расположения токопроводящих дорожек на печатной плате и точность расположения на них чувствительного элемента. В отличие от этого согласно настоящему изобретению необходимо учитывать лишь производственные допуски на изготовление оптического экранирующего устройства, поскольку оно размещается непосредственно на чувствительном элементе.

В еще одном варианте осуществления изобретения мягкий компонент и жесткий компонент имеют материал, поглощающий излучение с определенной длиной волны или в определенном диапазоне длин волн. Такой поглощающий материал может представлять собой, например, матово-черный материал. Жесткий и мягкий компоненты могут иметь один и тот же поглощающий материал либо разные поглощающие материалы. Помимо этого жесткий компонент и/или мягкий компонент могут/может быть полностью изготовлены/изготовлен из поглощающего материала. Альтернативно этому жесткий компонент и/или мягкий компонент могут/может иметь поглощающее покрытие на своей поверхности, которое уменьшает рассеяние и отражение измерительного и контрольного излучений.

Оптическое экранирующее устройство может далее иметь покрытие, экранирующее от высоко- или низкочастотного электромагнитного излучения, например, в верхней части мегагерцового диапазона или в нижней части гигагерцового диапазона. Так, например, подобное покрытие может содержать электропроводный материал, такой, например, как токопроводящий металл. Благодаря этому удается предотвратить возникновение проблем с обеспечением электромагнитной совместимости, которые могут быть обусловлены, например, возникающими в чипе высокими частотами. Дополнительно с этой целью на оптическом экранирующем устройстве могут быть расположены экраны из листового металла.

В еще одном варианте осуществления изобретения мягкий компонент имеет первую геометрическую структуру, которая предназначена для отклонения рассеянного излучения от поверхности чувствительного элемента. Альтернативно этому или дополнительно к этому жесткий компонент имеет вторую геометрическую структуру, которая предназначена для отклонения рассеянного излучения от поверхности чувствительного элемента. Первая геометрическая структура и вторая геометрическая структура могут иметь одинаковое или разное исполнение. Рассеянным можно при этом называть, например, излучение, которое падает на поверхность чувствительного элемента не перпендикулярно ей. Помимо этого рассеянное излучение может представлять собой контрольное излучение, падающее на предусмотренную для детектирования измерительного излучения поверхность детектора. Рассеянное излучение может далее представлять собой измерительное излучение, падающее на предусмотренную для детектирования контрольного излучения поверхность детектора. Геометрическая структура может представлять собой, например, светопоглотитель. Первая геометрическая структура и вторая геометрическая структуры выполнены таким образом, что на детектирующие части поверхности чувствительного элемента падает минимально возможное количество рассеянного света. Для этого свет может отражаться в геометрической структуре таким образом, что он снова выходит из оптического экранирующего устройства.

На поверхность чувствительного элемента, прежде всего на стеклянную подложку, может быть далее нанесено покрытие, назначение которого состоит в уменьшении оптических перекрестных помех в чувствительном элементе между его первой и второй детектирующими частями. Добиться этого можно прежде всего, использовав покрытие, у которого его показатель преломления имеет тот же порядок величин, что и поверхность чувствительного элемента, или же покрытие, выполненное в виде противоотражающего, или просветляющего, покрытия. Так, например, при использовании чувствительного элемента с поверхностью из стекла предпочтительно покрытие с показателем преломления n от 1,4 до 1,6, прежде всего с показателем преломления n, равным 1,5. Подобное покрытие может быть выполнено поглощающим излучение с определенной длиной волны или в определенном диапазоне длин волн. Альтернативно этому материал мягкого или жесткого компонента может иметь показатель преломления, аналогичный показателю преломления поверхности чувствительного элемента. Поверхность чувствительного элемента может быть далее профилирована или структурирована с целью минимизировать оптические перекрестные помехи.

В еще одном варианте осуществления изобретения мягкий компонент выполнен за одно целое с жестким компонентом. Оба компонента могут быть выполнены, например, в виде изделия, полученного литьем под давлением, прежде всего в виде изделия, полученного двухкомпонентным литьем под давлением, возможно из пластмассы. Альтернативно этому мягкий и жесткий компоненты могут представлять собой две отдельные детали, например, вставляемые одна в другую, приклеиваемые одна к другой или сцепляемые одна с другой.

В еще одном варианте осуществления изобретения датчик имеет также несущий элемент, на котором зафиксирован чувствительный элемент. На оптическом экранирующем устройстве расположен далее крепежный элемент, который предназначен для взаимодействия с несущим элементом таким образом, что между поверхностью чувствительного элемента и оптическим экранирующим устройством образуется соединение с геометрическим замыканием.

Подобный несущий элемент выполнен при этом, например, в виде печатной платы, на которой, например, расположен чип. Крепежный элемент может быть выполнен, например, в виде защелкивающегося крючкового фиксатора. Так, например, крепежный элемент может быть выполнен за одно целое с жестким компонентом. Крепежный элемент может взаимодействовать со стопорным элементом на несущем элементе. Взаимодействием крепежного элемента со стопорным элементом может быть обусловлено прижатие мягкого компонента оптического экранирующего устройства к поверхности чувствительного элемента. Для этого крепежный элемент может быть выполнен, например, эластичным.

В еще одном варианте осуществления изобретения оптическое экранирующее устройство имеет также элемент сопряжения, который предназначен для соединения насадочного элемента с оптическим экранирующим устройством. Подобный элемент сопряжения может содержать, например, направляющую и/или крепление для насадочного элемента. Насадочный элемент также может служить для разделения между собой измерительного и контрольного излучений. Однако насадочный элемент может характеризоваться большими обусловленными производственными допусками погрешностями размеров и формы помимо прочего из-за большего расстояния до чувствительного элемента. Насадочный элемент можно крепить к элементу сопряжения, например, путем приклеивания, вставки, соответственно геометрического или силового замыкания.

В одном из вариантов осуществления изобретения датчик имеет расположенный внутри него передатчик, такой, например, как лазерный диод, для испускания измерительного излучения и контрольного излучения. Такой передатчик расположен непосредственно на чувствительном элементе. Сказанное означает, что передатчик находится между чувствительным элементом и оптическим экранирующим устройством, и поэтому измерительное излучение может исходить от чувствительного элемента и возвращаться к нему через проход в оптическом экранирующем устройстве. Контрольное излучение может распространяться вдоль контрольного пути внутри датчика и падать на вторую детектирующую часть, например, не выходя из оптического экранирующего устройства.

Вторым объектом настоящего изобретения является дальномер с описанным выше экранирующим устройством.

Другие отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения очевидны для специалиста исходя из последующего описания представленных в качестве примера вариантов осуществления изобретения, которые, однако, не должны трактоваться как ограничивающие его объем и которые рассмотрены со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи.

На фиг. 1 в поперечном разрезе показан датчик, выполненный по одному из вариантов осуществления изобретения.

На фиг. 2 в поперечном разрезе показано оптическое экранирующее устройство, выполненное по одному из вариантов осуществления изобретения.

На фиг. 3 в поперечном разрезе показан датчик с дополнительными мягкими компонентами.

На фиг. 4 в поперечном разрезе показано оптическое экранирующее устройство с поглощающим покрытием и поглощающими геометрическими структурами.

На фиг. 5 в поперечном разрезе показан датчик в процессе регулировки оптического экранирующего устройства на чувствительном элементе в направлении z.

На фиг. 6 в поперечном разрезе показан датчик в процессе регулировки оптического экранирующего устройства на чувствительном элементе в плоскости x-y.

На фиг. 7 в виде в плане показано оптическое экранирующее устройство на печатной плате.

На фиг. 8 в поперечном разрезе показан датчик с элементом сопряжения.

На фиг. 9 в поперечном разрезе показан датчик с механической фиксацией оптического экранирующего устройства защелкивающимися крючковыми фиксаторами.

На фиг. 10 в поперечном разрезе показан датчик с механической фиксацией оптического экранирующего устройства путем приклеивания.

На фиг. 11 показаны возможные варианты выполнения чувствительного элемента.

На фиг. 12 в поперечном разрезе показан датчик с расположенным на печатной плате передатчиком.

На фиг. 13 в поперечном разрезе показан датчик с передатчиком, расположенным между чувствительным элементом и оптическим экранирующим устройством.

На всех чертежах приведены лишь схематичные изображения предлагаемых в изобретении устройств, соответственно их компонентов согласно различным вариантам осуществления изобретения. На чертежах без соблюдения масштаба воспроизведены прежде всего расстояния и соотношения размеров. На различных чертежах соответствующие друг другу элементы обозначены одинаковыми позициями.

На фиг. 1 схематично в поперечном разрезе показан датчик 33. Такой датчик 33 имеет чувствительный элемент 3 и оптическое экранирующее устройство 1. Чувствительный элемент 3 может представлять собой, например, чип, расположенный на несущем элементе 41, таком, например, как печатная плата 41, и имеет первую детектирующую часть 35 для измерительного излучения 5 и вторую детектирующую часть 37 для контрольного излучения 7. Чувствительный элемент 3 может далее представлять собой чип в корпусе со стеклянной подложкой 43, которая закрывает чип и прежде всего детектирующие части 35, 37. Чувствительный элемент 3 может быть, как показано на фиг. 11, различными способами закреплен на печатной плате 41. Как показано на фиг. 11А, чувствительный элемент 3 может иметь стеклянную подложку 43 и может быть припаян к печатной плате 41 точечными паяными соединениями 45 (матрицей шариковых выводов) (технология монтажа кристаллов ИС на стеклянной подложке). На фиг. 11Б показано аналогичное представленному на фиг. 11А исполнение без стеклянной подложки 43 (бескорпусная ИС с матрицей шариковых выводов). На фиг. 11В чувствительный элемент 3 расположен непосредственно на печатной плате 41. На фиг. 11Г и 11Д приведены альтернативные виды в плане чувствительного элемента, изображенного на фиг. 11В. Чувствительный элемент 3 может быть закреплен на печатной плате 41 гибкими проволочными выводами 53, присоединенными методом микросварки. Как показано на фиг. 11Г, оптическое экранирующее устройство 1 можно использовать в сочетании с бескорпусной ИС, т.е. с полупроводниковым кристаллом без корпуса. Оптическое экранирующее устройство 1 позиционируется непосредственно на чувствительном элементе 3 в вертикальном и боковом направлениях и использует для закрепления печатную плату 41. Служащие для позиционирования оптического экранирующего устройства кромки жесткого компонента 9 при необходимости имеют выемки под показанные на фиг. 11Г и 11Д гибкие проволочные выводы 43.

Особенно предпочтительны технологии с корпусированием чипа (монтажом чипа в корпусе), которые обеспечивают герметизацию чипа и его защиту от механических воздействий (например, при выполнении по технологии монтажа кристаллов ИС на стеклянной подложке) и которые одновременно характеризуются малыми погрешностями в расположении чипа относительно наружных кромок, как это, например, показано на фиг. 11А. Суммарная погрешность при традиционном размещении чипов в корпусах с получением предлагаемого в изобретении оптического экранирующего устройства 1 складывается из обусловленных производственными допусками погрешностей размеров и формы оптического экранирующего устройства 1, из обусловленных производственными допусками погрешностей размеров и формы чувствительного элемента 3 (т.е. чипа, соответственно его корпуса), который обычно соответствует формованному, или прессованному, корпусу из керамики или недорогого пластика, а также из обусловленных производственными допусками погрешностей позиционирования чипа в корпусе.

Оптическое экранирующее устройство 1 в предпочтительном варианте комбинируют с чувствительными элементами 3, изготавливаемыми методом корпусирования на уровне целых полупроводниковых пластин. При этом обусловленные производственными допусками погрешности формы чувствительного элемента 3 должны быть явно меньше, чем при изготовлении корпусов путем прессования, и примерно соответствуют погрешностям формы кристаллов ИС, изготовленных резкой полупроводниковых слитков на пластины.

Как показано на фиг. 1, оптическое экранирующее устройство 1 имеет мягкий компонент 11, выполненный, например, в виде мягкой перегородки, и рамкообразный жесткий компонент 9. Мягкий компонент 11 непосредственно прилегает к поверхности чувствительного элемента 3. Благодаря своему мягкому эластичному материалу такой мягкий компонент оптически плотно примыкает к чувствительному элементу и отделяет одну от другой части для контрольного и измерительного излучений 7, 5. Достигаться это может, например, как показано на фиг. 2, благодаря тому, что недеформированный мягкий компонент выступает в направлении z, т.е. вертикально на плоскости, параллельной поверхности чувствительного элемента 3, над опорной плоскостью на его поверхности. На практике мягкий компонент может быть выполнен, например, в виде резиновой перегородки параболического в сечении профиля, и поэтому он даже при своей деформации образует определенную поверхность прилегания к чувствительному элементу. Благодаря подобному выполнению мягкого компонента удается избежать, например, его наклона в одну сторону при приложении к нему нажимного усилия и занятия им неопределенного положения на поверхности чувствительного элемента. Помимо этого жесткий компонент имеет первую опорную поверхность 13, которая выполнена в виде бокового упора и предназначена для бокового позиционирования оптического экранирующего устройства 1 на чувствительном элементе 3. Оптическое экранирующее устройство 1 имеет, кроме того, вторую опорную поверхность 14, предназначенную для его позиционирования в плоскости, перпендикулярной поверхности чувствительного элемента 3. Вторая опорная поверхность 14 может быть выполнена в виде части мягкого компонента 11 и/или жесткого компонента 9. Оптическое экранирующее устройство 1 имеет первый проход 16 для измерительного излучения 5 и второй проход 15 для контрольного излучения 7.

На фиг. 2А показано оптическое экранирующее устройство 1. Штриховой линией обозначена возможная плоскость расположения поверхности чувствительного элемента 3. На фиг. 2Б оптическое экранирующее устройство 1 показано в надетом на чувствительный элемент 3 состоянии, в котором поэтому к мягкому компоненту 11 приложено некоторое усилие, под действием которого он деформируется. Помимо этого оптическое экранирующее устройство 1 позиционируется первыми опорными поверхностями 13 и вторыми опорными поверхностями 14, например, на стеклянной пластине 43.

Как показано на фиг. 3, на оптическом экранирующем устройстве 1 могут быть размещены дополнительные мягкие компоненты 11′. Они могут быть расположены, например, как показано на фиг. 3А, между печатной платой 41 и жестким компонентом 9 и могут обеспечивать оптически плотное замыкание с печатной платой 41. Альтернативно этому дополнительные мягкие элементы 11′ могут быть расположены, как показано на фиг. 3Б, между жестким компонентом 9 и чувствительным элементом 3, например, над стеклянной пластиной 43 и обеспечивать оптическое экранирование по бокам чувствительного элемента. Подобная компоновка позволяет прежде всего предотвратить оптические перекрестные помехи в том случае, когда чувствительный элемент 3 и передатчик 39, т.е. источник оптического излучения, расположены на печатной плате 41 рядом друг с другом. Дополнительно мягкие элементы 11′ могут способствовать позиционированию или обеспечивать позиционирование оптического экранирующего устройства 1 в направлении z.

Как показано на фиг. 4А, оптическое экранирующее устройство 1 может иметь с обращенной к чувствительному элементу стороны поглощающий материал 17 на мягком и жестком компонентах. Дополнительно к этому или альтернативно этому оптическое экранирующее устройство 1 может иметь первую геометрическую структуру 19 мягкого компонента 11 и/или вторую геометрическую структуру 21 жесткого компонента 9 (фиг. 4Б), благодаря которым/которой рассеянный свет 25, такой, например, как отраженный от поверхности чувствительного элемента 3 свет, поглощается в светопоглотителе или вновь выходит из оптического экранирующего устройства 1.

Жесткий компонент 9 может представлять собой твердую жесткую фасонную деталь, которая обеспечивает точность позиционирования оптического экранирующего устройства 1 и его механическую устойчивость. Жесткий компонент 9 может позиционироваться непосредственно с геометрическим замыканием в направлениях x и y, т.е. в плоскости, параллельной поверхности чувствительного элемента 3, на нем, соответственно на корпусе чипа. Такое позиционирование в плоскости x-y обозначено на фиг. 6 позицией 47. Для этого, как показано на фиг. 6А, первая опорная поверхность 13 может быть выполнена в виде прямой направляющей жесткого компонента 9. Альтернативно этому такая направляющая может быть выполнена, как показано на фиг. 6Б, со скосом. Дополнительно подобному позиционированию может, как показано на фиг. 6В, способствовать вторая опорная поверхность 14.

На фиг. 5 проиллюстрировано позиционирование в направлении z, перпендикулярном поверхности чувствительного элемента. Такое позиционирование может, как обозначено на фиг. 5А позицией 47, осуществляться с помощью второй опорной поверхности 14 мягкого компонента 11 на поверхности чувствительного элемента. Альтернативно этому позиционирование 47 в направлении z может, как показано на фиг. 5Б, осуществляться с геометрическим замыканием с печатной платой 41 или, как показано на фиг. 5В, с помощью второй опорной поверхности 14 жесткого компонента на поверхности чувствительного элемента.

На фиг. 7 оптическое экранирующее устройство 1 показано в виде в плане. Жесткий компонент 9 имеет в своей поверхности первый проход 16 и второй проход 15, которые расположены соответственно по одну и по другую стороны от границы оптического разделения измерительного и контрольного излучений 5, 7. Такие проходы 15, 16 могут быть выполнены открытыми, закрытыми прозрачным материалом либо, как показано на фиг. 8, могут быть выполнены в оптическом фильтре 23. Каждый из материалов, из которых выполнены соответственно жесткий и мягкий компоненты 9, 11, может иметь высокий коэффициент поглощения прежде всего в диапазоне длин волн, проходящих через оптический фильтр 23. Как показано далее на фиг. 8, оптическое экранирующее устройство 1 может быть соединено с насадочными элементами 31, которые также предназначены для разделения контрольного и измерительного излучений 7, 5. Для этого с верхней стороны оптического экранирующего устройства 1 может быть предусмотрен элемент 29 сопряжения, выполненный, например, в виде переходника, который допускает соединение, например, клеевое или вставное соединение, с погрешностью, которая явно превышает требуемую точность позиционирования мягкого компонента 11 на чипе.

На фиг. 9 и 10 проиллюстрирована механическая фиксация оптического экранирующего устройства 1. Жесткий компонент 9 может быть, например, как показано на фиг. 10, скреплен с несущим элементом 41 и чувствительным элементом 3 клеем 51. Такой клей 51 может быть аналогично мягкому компоненту 11′ на фиг. 3А оптически непрозрачным и может таким же образом препятствовать проникновению рассеянного света.

На фиг. 9 проиллюстрирована фиксация с помощью крепежных элементов 27, которые выполнены в виде защелкивающихся крючковых фиксаторов. Они благодаря их упругости, соответственно пружинящему действию обеспечивают прилегание оптического экранирующего устройства 1 к чувствительному элементу 3 с оптимизированным прижимным усилием и тем самым создают геометрическое замыкание в месте контакта поверхности чувствительного элемента с мягким компонентом 11. Усилие, действующее на поверхность чувствительного элемента, обозначено позицией 49. По причине типичной толщины материала пластмассовых деталей и типичных размеров крепежных элементов 27, которые могут представлять собой, например, защелкивающиеся крючковые фиксаторы, клеевые соединения, соединения путем горячей зачеканки и соединения путем ультразвуковой сварки, может оказаться целесообразным закрепление, соответственно фиксация на несущем чип элементе, т.е. например, на печатной плате 41. Благодаря позиционированию экранирующего устройства 1 непосредственно на чувствительном элементе 3 высокие погрешности формы печатной платы 41 не сказываются на точности такого позиционирования.

На фиг. 12 и 13 показаны датчики 33, имеющие одновременно соединения клеем 51 и крепежные элементы 27. На фиг. 12 передатчик 39, выполненный в виде лазерного диода, расположен на печатной плате 41 рядом с датчиком 33. На фиг. 13 источник 39 оптического излучения встроен в датчик 33. Измерительное излучение 5 может выходить из датчика 33 через второй проход 15 и попадать через первый проход 16 на первую детектирующую часть 35 чувствительного элемента 3. Контрольное излучение 7 может распространяться вдоль предусмотренного внутри датчика контрольного пути 55, для чего оно отклоняется, например, в результате отражения, например, обращенной к чувствительному элементу стороной жесткого компонента 9 на вторую детектирующую часть 37 чувствительного элемента 3.

В заключение необходимо отметить, что такие выражения, как "имеющий" или аналогичные, не должны трактоваться как исключающие возможность наличия других элементов или стадий. Помимо этого необходимо отметить, что употребление единственного числа применительно к тому или иному элементу не исключают наличия множества таких элементов. Кроме того, те или иные признаки, представленные в описании различных вариантов осуществления изобретения, можно произвольно комбинировать между собой. Необходимо далее отметить, что позиции, соответственно ссылочные обозначения, указанные в формуле изобретения, не должны рассматриваться как ограничивающие ее объем.

Датчик для дальномера имеет чувствительный элемент и оптическое экранирующее устройство. Чувствительный элемент имеет первую детектирующую часть для детектирования измерительного излучения и вторую детектирующую часть для детектирования контрольного излучения. Оптическое экранирующее устройство является перегородкой, прилегающей к поверхности чувствительного элемента, и оптически отделяет одну от другой его первую и вторую детектирующие части. Технический результат заключается в эффективном оптическом отделении друг от друга расположенных близко оптических путей. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 25 ил.

1. Датчик (33) для дальномера, имеющий чувствительный элемент (3), обеспечивающий возможность детектирования измерительного излучения (5) и контрольного излучения (7), распространяющегося вдоль предусмотренного внутри датчика контрольного пути (55), отличающийся тем, что он имеет также оптическое экранирующее устройство (1), при этом чувствительный элемент (3) имеет первую детектирующую часть (35) для детектирования измерительного излучения (5) и вторую детектирующую часть (37) для детектирования контрольного излучения (7), а оптическое экранирующее устройство (1) оптически отделяет одну от другой первую и вторую детектирующие части (35, 37) посредством перегородки, прилегающей к поверхности чувствительного элемента (3), позиционировано и зафиксировано относительно чувствительного элемента и имеет первый проход (16) и второй проход (15), прозрачные для оптического излучения с определенной длиной волны или в определенном диапазоне длин волн.

2. Датчик (33) по п. 1, у которого оптическое экранирующее устройство (1) имеет первую опорную поверхность (13), которая предназначена для позиционирования оптического экранирующего устройства (1) в плоскости, параллельной поверхности чувствительного элемента (3).

3. Датчик (33) по п. 1 или 2, у которого оптическое экранирующее устройство (1) имеет вторую опорную поверхность (14), которая предназначена для позиционирования оптического экранирующего устройства (1) в плоскости, перпендикулярной поверхности чувствительного элемента (3).

4. Датчик (33) по п. 1, у которого оптическое экранирующее устройство (1) имеет жесткий компонент (9) и мягкий компонент (11), которые непроницаемы для оптического излучения с определенной длиной волны или в определенном диапазоне длин волн, при этом мягкий компонент (11) выполняет функцию указанной перегородки, расположен с обращенной к чувствительному элементу стороны оптического экранирующего устройства (1) и выполнен деформируемым.

5. Датчик (33) по п. 4, у которого мягкий компонент (11) в своем недеформированном состоянии выступает в направлении чувствительного элемента (3) в перпендикулярной ему плоскости за пределы второй опорной поверхности (14) жесткого компонента (9).

6. Датчик (33) по п. 4, у которого мягкий компонент (11) и жесткий компонент (9) имеют материал, поглощающий излучение с определенной длиной волны или в определенном диапазоне длин волн.

7. Датчик (33) по п. 4, у которого мягкий компонент (11) имеет первую геометрическую структуру (19), которая предназначена для отклонения рассеянного излучения (25) от поверхности чувствительного элемента, а жесткий компонент (9) имеет вторую геометрическую структуру (21), которая предназначена для отклонения рассеянного излучения (25) от поверхности чувствительного элемента.

8. Датчик (33) по одному из пп. 4-7, у которого мягкий компонент (11) выполнен за одно целое с жестким компонентом (9).

9. Датчик (33) по п. 1, который имеет также несущий элемент (41), на котором зафиксирован чувствительный элемент (3), а на оптическом экранирующем устройстве (1) расположен далее крепежный элемент (27), который предназначен для взаимодействия с несущим элементом (41) таким образом, что между поверхностью чувствительного элемента (3) и оптическим экранирующим устройством (1) образуется соединение с геометрическим замыканием.

10. Датчик (33) по п. 1, который имеет также элемент (29) сопряжения, который предназначен для соединения насадочного элемента (31) с оптическим экранирующим устройством (1).

11. Датчик (33) по п. 1, который имеет также расположенный внутри него передатчик (39) для испускания измерительного излучения (5) и контрольного излучения (7).

12. Дальномер с датчиком (33) по одному из пп. 1-11.