WO2024160669A1 - Sensor device having a plurality of optical channels - Google Patents
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Definitions
- the present application relates to a sensor device having a plurality of optical channels.
- One task is to provide a sensor device which allows a reliable, multi-channel measurement with a high accuracy in a compact design.
- a sensor device is specified.
- the sensor device has a detection surface with a plurality of adjacently arranged, for absorption of radiation. All active areas of the sensor device intended for the detection of radiation are located in particular within the detection area.
- the radiation to be detected can be in the infrared, visible and/or ultraviolet spectral range.
- the sensor device is designed to deliver signals from several detection channels during operation.
- the detection channels can each be assigned exactly one detection area or a plurality of detection areas.
- the detection channels can differ from one another with regard to their spectral sensitivity distribution.
- the sensor device has an optical system that covers the detection surface when viewed along a vertical direction running perpendicular to the detection surface.
- the optical system is designed to focus radiation from a measuring field onto the detection surface.
- the optics comprise a plurality of optical channels arranged next to one another.
- each optical channel is designed to focus radiation from at least part of the measuring field onto the detection surface and, in particular, to illuminate the entire detection surface.
- each optical channel is assigned an input optic, in particular exactly one input optic.
- the input optic is in particular the first imaging element onto which the detected radiation strikes.
- the input optics can form a radiation entry surface of the sensor device.
- the input optics are designed as a lens, in particular a plano-convex lens.
- the curved side of the lens is, for example, spherically, aspherically or torically curved.
- each optical channel is assigned an output optic, in particular exactly one output optic.
- the output optic is arranged between the input optic and the detection surface.
- the output optic is in particular the last imaging element in the beam path of the radiation to be detected before it hits the detection surface.
- the output optic is in each case designed as a lens, in particular a plano-convex lens.
- the curved side of the lens is, for example, spherically, aspherically or torically curved.
- the output optic is in particular designed to focus the radiation onto the detection surface.
- the output optic is designed to image an image generated by the input optic onto the detection surface.
- each optical channel is assigned an aperture, in particular exactly one aperture.
- the aperture is arranged in the beam path between the input optics and the output optics.
- the input optics each image at least a part of a measuring field in an image plane.
- the aperture openings are arranged in the image plane.
- the output optics each image the radiation transmitted by the associated aperture opening onto the detection surface.
- the radiation is expediently imaged onto the entire detection surface for each aperture opening.
- the sensor device comprises a detection surface with a plurality of detection areas arranged next to one another and intended for absorbing radiation, and an optic, which covers the detection surface when viewed along a vertical direction running perpendicular to the detection surface.
- the optic comprises a plurality of optical channels arranged next to one another. Each optical channel is assigned an input optic, an output optic and an aperture, the output optic being arranged between the input optic and the detection surface.
- the input optics each image at least part of a measuring field in an image plane.
- the apertures are arranged in the image plane and the output optics each image the radiation transmitted by the associated aperture onto the detection surface.
- the detection surface On the detection surface, in particular at every point on the detection surface, there is a superposition of the radiation transmitted through the individual optical channels.
- the radiation emitted from the measuring field is fed to the individual detection areas in the detection area with a high level of homogeneity. Detection errors caused by such spatial modulations in the measuring field can thus be prevented or at least greatly reduced.
- the output optics are field lenses that combine the divergent beams passing through the respective aperture opening on the detection surface.
- the aperture opening defines the field of view (FOV) for each optical channel.
- an axis of the output optics for at least one of the optical channels has an offset relative to an axis of the associated input optics.
- the offset here refers to a lateral direction running perpendicular to the vertical direction.
- the axes run, for example, through the geometric centers of the corresponding optics.
- all optical channels whose channel axis is spaced from the optical axis of the optics can have such an offset.
- an offset between the input optics and the output optics of a first optical channel of the optical channels is smaller than an offset of a second optical channel between the input optics and the output optics of the optical channels, wherein the second optical channel is arranged at a greater distance from an optical axis of the optics than the first optical channel.
- the offset of the optical channels increases with increasing distance of the relevant optical channel from the optical axis of the optics.
- the offset for the optical channels is set such that the beam centers of gravity of the radiation passing through the respective aperture openings intersect at a center of gravity of the detection surface. This criterion applies, for example, with a tolerance of 10% of a diagonal of the detection surface.
- the optical channels each image the entire measuring field onto the detection surface.
- the entire detection area is illuminated.
- the optics therefore simultaneously image a common field of view through several optical channels.
- the optical channels each image only a part of the measurement field onto the detection surface.
- the entire detection surface is expediently illuminated for each optical channel.
- the field of view of the optics as a whole is divided between the individual optical channels.
- at least two optical channels of the optics have different viewing directions from one another. This makes it possible to enlarge the measurement field.
- the size of the measurement field is not limited by aberrations of an optical channel.
- the aperture openings for the corresponding optical channels can be arranged decentered, i.e. offset, relative to the respective axis of the optical channel.
- the input optics for the corresponding optical channels can also be arranged decentered relative to the respective axis of the optical channel.
- the aperture openings are each offset along a common direction relative to an axis of the associated input optics, so that a main detection direction of the sensor device runs obliquely to the vertical direction.
- the measuring field is therefore observed at an angle other than 0° to the vertical direction.
- This can be advantageous, for example, for suppressing disturbing lighting reflections (also referred to as highlights) when the measuring field is illuminated.
- the described offset of the aperture openings such an obliquely running main detection direction can be achieved independently of the orientation of the optics and the detection surface, in particular while maintaining the parallelism of the optics and the detection surface and/or perpendicular incidence on the sensor chip.
- the main detection direction is also inclined with respect to a surface normal of the optics.
- the optics is a common, connected element that forms the optical channels with the respective input optics, the respective output optics and the respective aperture opening.
- Different materials can be used for the different parts of the optics.
- the input optics and the output optics can be formed as lenses that are applied to opposite main surfaces of a planar optics carrier.
- a glass or a plastic for example, is suitable as a transparent material.
- a radiation-opaque material that surrounds the aperture openings can be used for the apertures.
- a metal such as chrome, is suitable.
- the shape and position of the input optics and the output optics as well as the aperture openings can be defined by lithographic processes, so that a highly precise relative positioning of the input optics, the output optics and The aperture openings can be aligned with each other with high precision during the manufacture of the optics.
- a filter structure is arranged at least in places between the optics and the detection areas, so that at least two detection areas have different spectral sensitivity distributions.
- the individual filters of the filter structure are interference filters, i.e. multi-layer filters in which the transmission properties are adjusted by utilizing interference effects at the interfaces of the individual layers.
- the optics can be specifically designed so that the radiation to be detected strikes the filter structure within an acceptance angle of the filter. For example, a particularly high measurement accuracy can be achieved for determining the spectral components of the radiation to be detected.
- the optics extend at least in places to side surfaces that delimit the sensor device in the lateral direction.
- the optics on the side surfaces have at least in places traces of a separation process, such as sawing marks.
- the respective detection surfaces are therefore provided with the associated optics at wafer level, i.e. before separation into the individual sensor devices.
- the sensor device is a component which is connected to one of the The mounting side opposite the optics has contact surfaces, preferably all contact surfaces, for the external electrical contacting of the sensor device.
- the sensor device as a whole is therefore a surface-mounted device (SMD) component in which the optics are already integrated.
- SMD surface-mounted device
- the sensor device has a height of at most 8 mm or at most 5 mm or at most 3 mm in the vertical direction. The lower the height in the vertical direction, the easier it is to integrate the sensor device into a mobile electronic device such as a smartphone.
- the input optics each have a diameter of between 50 pm and 1 mm inclusive.
- the input optics are therefore micro-optics, but their diameter is preferably at least so large that diffraction effects have no or at least no significant significance.
- a particularly low installation height can be achieved for the sensor device in the vertical direction, for example of a maximum of 5 mm or a maximum of 3 mm.
- the optics can be flexibly adapted to different observation scenarios. This results in a high degree of flexibility for the realization of different measuring fields, fields of view or viewing angles through minor structural changes to the optics.
- the measuring field can be defined independently of the shape of the detection surface simply by the design of the aperture openings. Different fields of view or viewing angles can also be achieved by minimal changes to the installation space.
- the size and shape of the transmitted radiation spot on the detection surface is independent of the shape of the measuring field. Rather, it depends only on the distance between the optics and the detection surface, the f-number and the shape of the apertures of the input optics.
- a high system transmission can be achieved for the radiation to be detected, for example in comparison to a system with a diffuser in the beam path.
- the input optics can be arranged with a high area fill factor, for example in the form of a hexagonal grid with round or hexagonal input optics or in the form of a rectangular or square grid with densely packed rectangular or square input optics.
- the sensor device described is generally suitable for applications where a homogenized image of a defined location or angle range on a sensor is desired, for example with a controlled angle of incidence for measuring backscattered light or ambient light for color sensors, for distance measurements based on time-of-flight (TOF) measurements. measurements) or generally for remission measurements for distance or angle measurement, especially in conjunction with a minimal height of the sensor device. Due to the low achievable height, the sensor device is particularly suitable for use in mobile devices, for example in smartphones, tablets or notebooks.
- TOF time-of-flight
- Figures 1A and 1B show an embodiment of a sensor device based on a schematic representation of an illumination beam path in Figure 1A and a schematic representation in sectional view in Figure 1B;
- Figure 2 shows an embodiment of a sensor device based on a schematic representation of an illumination beam path;
- Figure 3 shows an embodiment of a
- Sensor device based on a schematic representation of an illumination beam path.
- the figures are schematic representations and therefore not necessarily to scale. In particular, comparatively small elements or layer thicknesses may be shown exaggeratedly large for improved illustration and/or better understanding.
- FIG. 1A An exemplary embodiment of a sensor device 1 is described with reference to Figures 1A and 1B, with Figure 1A serving in particular to explain the functional principle of an optics of the sensor device 1 using an illumination beam path. For improved clarity, not all structural details of the sensor device 1 are shown explicitly in Figure 1A.
- Figure 1B schematically shows a sensor device in which a detection area 4 is illuminated as described in connection with Figure 1A.
- the sensor device 1 comprises a detection surface 4 with a plurality of detection areas 40 arranged next to one another and intended for absorbing radiation.
- the sensor device 1 further comprises an optic 2 which covers the detection surface when viewed along a vertical direction running perpendicular to the detection surface 4.
- the Optics 2 comprises a plurality of optical channels 20 arranged next to one another, with each optical channel being assigned an input optic 21 of a field of input optics, an output optic 22 of a field of output optics and an aperture opening 30 of an aperture field 3.
- the input optics 21 each image a measuring field located outside the sensor device in an image plane 29.
- the aperture openings 30 are arranged in the image plane 29.
- the output optics 22 each image the radiation transmitted by the associated aperture opening 30 onto the entire detection surface 4.
- the measuring field is at a distance from the sensor device 1 that is large compared to a focal length F of the input optics 21.
- the image plane 29 is thus located in the focal plane of the input optics 21.
- the aperture field 3 is arranged in the image plane 29 and defines a field of view 7 for each optical channel 20.
- the aperture openings 30 are not limited to a circular shape, but can also be rectangular, for example, so that the measuring field can be determined during the manufacture of the sensor device 1, in particular independently of the shape of the detection surface 4.
- the output optics 22 downstream of the input optics 21 images the apertures of the associated input optics 21 into the detection area 4 .
- the radiation transmitted by the aperture opening 30 is imaged in the form of a divergent light beam through the associated output optics 22 onto the entire detection surface 4.
- aperture openings 30, which are arranged offset in the lateral direction to an optical axis 91 of the optics 2 are arranged individually decentered. There is therefore an offset 93 between an axis 92 of the associated input optics 21 and an axis 94 of the output optics 22.
- the offset 93 is designed for the optical channels 20 in such a way that the beam centers of gravity of the radiation passing through the respective optical channels 20 intersect in the center of the detection area 4. This is illustrated in Figures 2 and 3 using beam center of gravity lines 95.
- the center of the detection area 4 and the vertices of the input optics 21 and the output optics 22 are arranged in a line.
- the offset 93 increases for the optical channels 20 with increasing distance from the optical axis 91.
- a first optical channel runs along the optical axis 91 and thus has no offset.
- a second optical channel 20B is spaced from the optical axis 91 and accordingly has a larger offset.
- Radiation spot corresponds to the shape of the aperture of the Input optics 21 of an optical channel 20 and can thus be selected largely freely when manufacturing the sensor device 1.
- the apertures are designed and arranged in such a way that a high area fill factor can be achieved for the input optics 21.
- input optics 21 can be arranged in a round or hexagonal shape in a hexagonal grid.
- rectangular or square apertures in a rectangular or square grid are suitable.
- NA D/F
- NA D/F
- the size of the field of input optics 21 perpendicular to the optical axis 91 of the optics 2 is therefore only so large that the angle of incidence range on the detection surface 4 is at most as large as the acceptance angle of the detection areas 40, in particular at most as large as the smallest acceptance angle for different acceptance angles for the individual detection areas 40.
- an image of a common field of view 7 on the detection surface 4 is realized simultaneously by a plurality of optical channels 20. This allows a homogeneous illumination of the detection area 4 to be achieved.
- the input optics 21 and the output optics 22 of the optical channels 20 as well as the respective associated diaphragm openings 30 can be formed by a common, connected optical element.
- the optics 2 has an optics carrier 25, wherein the input optics 21 and the output optics 22 are arranged on opposite main surfaces of the optics carrier 25.
- the diaphragm field 3 with the diaphragm openings 30 can be applied to the optics carrier 25 in a manner buried in places under the output optics 22, for example in the form of a metal layer, for example made of chromium.
- Such optics can be manufactured with high precision and over a large area using lithographic processes, so that during the manufacture of the sensor device 1, the optics 2 for several sensor devices 1 can be provided in a composite and connected to the other parts of the sensor devices 1 at wafer level.
- the optics 2 can therefore be applied before the individual sensor devices 1 are separated.
- the optics 2 extend at least in places to a side surface 15 of the sensor device 1 and can have separation marks, for example saw marks, on the side surface of the optics 2.
- the input optics 21 and the output optics 22 can be formed by structuring the main surfaces of the optics carrier 25 itself or by applying additional material, for example a plastic, to the optics carrier 25. Suitable methods for this are for example in the article "Wafer-Level Hybrid Integration of Complex Micro-Optical Modules” , published in Micromachines 2014 , 5 , 325-340 or in the article "Generation of complex micro-optics by lithography and UV molding" in the annual report from 2005 of the Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF, the disclosure content of which is incorporated in the present application by reference.
- the input optics 21 and the output optics 22 can each be spherical or aspherical, for example toric.
- a simple aberration correction for example with regard to astigmatism or coma, can be achieved using toric input optics.
- the input optics 21 and/or the output optics 22 may be at least partially different from one another.
- the input optics 21 and/or the output optics 22 can also be designed as lens segments. In particular for the output optics 22, the axes of adjacent output optics 22 can thus be positioned closer to one another.
- the input optics 21 and/or the output optics 22 are, for example, microlenses with a diameter of between 50 pm and 1 mm inclusive.
- a focal length of the input optics 21 and/or the output optics 22 is, for example, between 0.5 mm and 3 mm inclusive. The smaller these focal lengths are, the lower the height of the sensor device can be.
- the number of input optics 21 is, for example, between 2 and 500 inclusive. However, these values depend heavily on the requirements with regard to the size of the sensor device 1 to be manufactured in the lateral direction and the height in the vertical direction and can in principle be varied within wide limits.
- the arrangement of the input optics 21 and the output optics 22 in a common, connected optical element is particularly favorable, since the input optics 21 and the output optics 22 can thus be aligned with one another with high precision during the manufacture of the optics 2.
- the input optics 21 and the output optics 22 can, however, also be designed as separate optical elements.
- the sensor device 1 has a plurality of detection regions 40 in the detection area 4.
- the detection regions 40 are each formed, for example, by photodiodes, for example with an active region suitable for radiation absorption based on silicon or another semiconductor material.
- the photodiodes can be separate components or individually controllable segments of an array of photodiodes.
- a filter structure 8 is arranged between the optics 2 and the detection areas 40.
- the filters are formed, for example, by an interference filter structure.
- the spectral sensitivity distribution of the respective detection areas 40 can be adjusted via the filter structure 8.
- the filters of the filter structure 8 are each formed directly as a coating on the detection areas 40.
- the filter structure 8 can also be formed by a separate element in which, for example, the filters for the individual detection areas 40 are arranged on a common filter carrier which extends over several or even all detection areas 40.
- the number of detection areas 40 is, for example, between two and 100 inclusive. In this case, two or more detection areas 40 can also be assigned to a common detection channel. For example, during operation of the sensor device, the sensor device 1 delivers a signal from several detection channels in the visible spectral range and, alternatively or additionally, further detection channels in the infrared and/or ultraviolet spectral range.
- the detection areas 40 are arranged on a mounting support 5, for example a circuit board or another support with electrical conductor structures.
- the sensor device 1 can also have further passive or active electronic components, such as a driver circuit for controlling the detection areas 40. This is not shown in Figure 1B for the sake of simplicity.
- the optics 2 are attached to the mounting bracket 5, for example via a frame body 6, for example made of a plastic.
- the mounting support 5 On the mounting side 50 opposite the optics 2, the mounting support 5 has contacts 55 for the external electrical contacting of the sensor device.
- the sensor device 1 is thus designed as a surface-mountable multi-channel component with already integrated optics 2 .
- the field of view of the optics 2 is divided into individual optical channels 20.
- the central optical channel 20 remains aligned parallel to the optical axis, while the viewing direction of the optical channel 20 arranged above it is directed upwards in the plane of the drawing and the optical channel 20 arranged below it is directed downwards.
- the diaphragm openings 30 are arranged individually decentered relative to the optical channel axes.
- the input optics 21 of the respective optical channel 20 can also be arranged individually decentered.
- each optical channel 20 individually illuminates the entire detection area 4.
- a main detection direction 9 runs as in the
- the main detection direction 9 runs obliquely to the vertical direction. This is achieved by the fact that the diaphragm field 3 as a whole is arranged decentered relative to the field of the input optics 21. There is therefore an offset 97 between the axis 92 of the input optics 21 and the geometric center of the associated diaphragm opening.
- the main detection direction 9 can thus run obliquely to the vertical direction, with the optics 2 still running parallel to the detection surface 4 and the radiation still striking the detection surface 4 essentially perpendicularly. By observing the measurement field at an angle in this way, measurement errors caused by highlights can be suppressed.
- the diaphragm field 3 as a whole has to be offset compared to the embodiment of Figures 1A and 1B.
- the sensor device 1 described can achieve a high level of measurement accuracy while maintaining a low overall height due to the homogeneous illumination of the detection area 4.
- the overall height of the sensor device 1 in the vertical direction is at most 5 mm or at most 3 mm.
- the sensor device 1 can be made more flexible by making minor modifications to the Optics 2 can be adapted to different requirements regarding the desired measuring field and/or different requirements due to a changed acceptance angle of the detection areas.
Landscapes
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- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
The invention relates to a sensor device (1) comprising a detection surface (4) having a plurality of mutually adjacent detection areas (40) for absorbing radiation, and an optical unit (2) which covers the detection surface (4) as viewed in a vertical direction running perpendicularly to the detection surface (4), wherein - the optical unit (2) has a plurality of mutually adjacent optical channels (20); - each optical channel (20) is assigned an optical input unit (21), an optical output unit (22), and an aperture opening (30), wherein the optical output unit (22) is located between the optical input unit (21) and the detection surface (4); - each of the optical input units (21) image at least a portion of a measuring field into an image plane (29); - the aperture openings (30) are located in the image plane (29); and - each of the optical output units (22) image the radiation transmitted by the associated aperture opening (30) onto the detection surface (4).
Description
Beschreibung Description
SENSORVORRICHTUNG MIT EINER MEHRZAHL VON OPTIKKANÄLEN SENSOR DEVICE WITH A PLURALITY OF OPTICAL CHANNELS
Die vorliegende Anmeldung betri f ft eine Sensorvorrichtung mit einer Mehrzahl von Optikkanälen . The present application relates to a sensor device having a plurality of optical channels.
Bei mehrkanaligen Sensoren, die beispielsweise die Farbkoordinaten von Strahlung aus einem Mess feld oder einem definierten Winkelbereich bestimmen, können Mess fehler auftreten, wenn Farbstrukturen oder Farbverläufe des Mess felds ortsaufgelöst in die in mehrere Detektionsbereiche unterteilte Sensorebene abgebildet werden . Bei Verwendung von Farbfiltern in Form von Interferenz filtern wird eine exakte Messung ferner dadurch erschwert , dass deren spektrale Transmission vergleichsweise stark vom Einfallswinkel abhängt , so dass der Einfallswinkel nicht den Akzeptanzwinkel des Farbfilters überschreiten darf . In the case of multi-channel sensors which, for example, determine the colour coordinates of radiation from a measuring field or a defined angle range, measurement errors can occur if colour structures or colour gradients of the measuring field are spatially resolved and mapped onto the sensor plane, which is divided into several detection areas. When colour filters in the form of interference filters are used, an exact measurement is further made more difficult by the fact that their spectral transmission depends comparatively strongly on the angle of incidence, so that the angle of incidence must not exceed the acceptance angle of the colour filter.
Eine Aufgabe ist es , eine Sensorvorrichtung anzugeben, die bei einer kompakten Bauform eine zuverlässige , mehrkanalige Messung mit einer hohen Genauigkeit erlaubt . One task is to provide a sensor device which allows a reliable, multi-channel measurement with a high accuracy in a compact design.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst . Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche . This object is achieved, inter alia, by a sensor device having the features of patent claim 1. Further embodiments and advantages are the subject of the dependent patent claims.
Es wird eine Sensorvorrichtung angegeben . A sensor device is specified.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung weist die Sensorvorrichtung die eine Detektions fläche mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten, zur Absorption
von Strahlung vorgesehenen Detektionsbereichen auf . Alle zur Detektion von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereiche der Sensorvorrichtung befinden sich insbesondere innerhalb der Detektions fläche . Die zu detektierende Strahlung kann im infraroten, sichtbaren und/oder ultravioletten Spektralbereich liegen . Insbesondere ist die Sensorvorrichtung dazu eingerichtet , im Betrieb Signale aus mehreren Detektionskanälen zu liefern . Den Detektionskanälen kann j eweils genau ein Detektionsbereich oder eine Mehrzahl von Detektionsbereichen zugeordnet sein . Beispielsweise können sich die Detektionskanäle hinsichtlich ihrer spektralen Empfindlichkeitsverteilung voneinander unterscheiden . According to at least one embodiment of the sensor device, the sensor device has a detection surface with a plurality of adjacently arranged, for absorption of radiation. All active areas of the sensor device intended for the detection of radiation are located in particular within the detection area. The radiation to be detected can be in the infrared, visible and/or ultraviolet spectral range. In particular, the sensor device is designed to deliver signals from several detection channels during operation. The detection channels can each be assigned exactly one detection area or a plurality of detection areas. For example, the detection channels can differ from one another with regard to their spectral sensitivity distribution.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung weist die Sensorvorrichtung eine Optik, die die Detektions fläche entlang einer senkrecht zur Detektions fläche verlaufenden vertikalen Richtung gesehen überdeckt , auf . Die Optik ist dazu eingerichtet , Strahlung aus einem Mess feld auf die Detektions fläche zu bündeln . According to at least one embodiment of the sensor device, the sensor device has an optical system that covers the detection surface when viewed along a vertical direction running perpendicular to the detection surface. The optical system is designed to focus radiation from a measuring field onto the detection surface.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung umfasst die Optik eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Optikkanälen . Insbesondere ist j eder Optikkanal dazu eingerichtet , Strahlung aus zumindest einem Teil des Mess felds auf die Detektions fläche zu bündeln und hierbei insbesondere j eweils die gesamte Detektions fläche aus zuleuchten . According to at least one embodiment of the sensor device, the optics comprise a plurality of optical channels arranged next to one another. In particular, each optical channel is designed to focus radiation from at least part of the measuring field onto the detection surface and, in particular, to illuminate the entire detection surface.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung ist j edem Optikkanal eine Eingangsoptik, insbesondere genau eine Eingangsoptik zugeordnet . Die Eingangsoptik ist insbesondere das erste abbildende Element , auf das die zu
detektierende Strahlung auftrifft. Die Eingangsoptik kann eine Strahlungseintrittsfläche der Sensorvorrichtung bilden. Beispielsweise ist die Eingangsoptik jeweils als eine Linse, insbesondere Plan-Konvex-Linse ausgebildet. Die gekrümmte Seite der Linse ist beispielsweise sphärisch, asphärisch oder torisch gekrümmt. According to at least one embodiment of the sensor device, each optical channel is assigned an input optic, in particular exactly one input optic. The input optic is in particular the first imaging element onto which the detected radiation strikes. The input optics can form a radiation entry surface of the sensor device. For example, the input optics are designed as a lens, in particular a plano-convex lens. The curved side of the lens is, for example, spherically, aspherically or torically curved.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung ist jedem Optikkanal eine Ausgangsoptik, insbesondere genau eine Ausgangsoptik zugeordnet. Die Ausgangsoptik ist zwischen der Eingangsoptik und der Detektionsfläche angeordnet. Die Ausgangsoptik ist insbesondere das letzte abbildende Element im Strahlengang der zur detektierenden Strahlung vor dem Auftreffen auf die Detektionsfläche. Beispielsweise ist die Ausgangsoptik jeweils als eine Linse, insbesondere Plan- Konvex-Linse ausgebildet. Die gekrümmte Seite der Linse ist beispielsweise sphärisch, asphärisch oder torisch gekrümmt. Die Ausgangsoptik ist insbesondere dazu eingerichtet, die Strahlung auf die Detektionsfläche zu bündeln. Beispielsweise ist die Ausgangsoptik dazu eingerichtet, ein von der Eingangsoptik erzeugtes Bild auf die Detektionsfläche abzubilden . According to at least one embodiment of the sensor device, each optical channel is assigned an output optic, in particular exactly one output optic. The output optic is arranged between the input optic and the detection surface. The output optic is in particular the last imaging element in the beam path of the radiation to be detected before it hits the detection surface. For example, the output optic is in each case designed as a lens, in particular a plano-convex lens. The curved side of the lens is, for example, spherically, aspherically or torically curved. The output optic is in particular designed to focus the radiation onto the detection surface. For example, the output optic is designed to image an image generated by the input optic onto the detection surface.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung ist jedem Optikkanal eine Blendenöffnung zugeordnet, insbesondere genau eine Blendenöffnung. Beispielsweise ist die Blendenöffnung im Strahlengang zwischen der Eingangsoptik und der Ausgangsoptik angeordnet. According to at least one embodiment of the sensor device, each optical channel is assigned an aperture, in particular exactly one aperture. For example, the aperture is arranged in the beam path between the input optics and the output optics.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung bilden die Eingangsoptiken jeweils zumindest einen Teil eines Messfelds in eine Bildebene ab.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung sind die Blendenöffnungen in der Bildebene angeordnet. Mittels der Blendenöffnungen ist die Form des Strahlungsflecks der zu detektierenden Strahlung an die Form der Detektionsfläche anpassbar. According to at least one embodiment of the sensor device, the input optics each image at least a part of a measuring field in an image plane. According to at least one embodiment of the sensor device, the aperture openings are arranged in the image plane. By means of the aperture openings, the shape of the radiation spot of the radiation to be detected can be adapted to the shape of the detection surface.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung bilden die Ausgangsoptiken jeweils die von der zugehörigen Blendenöffnung transmittierte Strahlung auf die Detektionsfläche ab. Insbesondere wird hierbei zweckmäßigerweise für jede Blendenöffnung die Strahlung auf die gesamte Detektionsfläche abgebildet. According to at least one embodiment of the sensor device, the output optics each image the radiation transmitted by the associated aperture opening onto the detection surface. In particular, the radiation is expediently imaged onto the entire detection surface for each aperture opening.
In mindestens einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung umfasst die Sensorvorrichtung eine Detektionsfläche mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten, zur Absorption von Strahlung vorgesehenen Detektionsbereichen und eine Optik, wobei die die Detektionsfläche entlang einer senkrecht zur Detektionsfläche verlaufenden vertikalen Richtung gesehen überdeckt. Die Optik umfasst eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Optikkanälen. Jedem Optikkanal sind eine Eingangsoptik, eine Ausgangsoptik und eine Blendenöffnung zugeordnet, wobei die Ausgangsoptik zwischen der Eingangsoptik und der Detektionsfläche angeordnet ist. Die Eingangsoptiken bilden jeweils zumindest einen Teil eines Messfelds in eine Bildebene ab. Die Blendenöffnungen sind in der Bildebene angeordnet und die Ausgangsoptiken bilden jeweils die von der zugehörigen Blendenöffnung transmittierte Strahlung auf die Detektionsfläche ab. In at least one embodiment of the sensor device, the sensor device comprises a detection surface with a plurality of detection areas arranged next to one another and intended for absorbing radiation, and an optic, which covers the detection surface when viewed along a vertical direction running perpendicular to the detection surface. The optic comprises a plurality of optical channels arranged next to one another. Each optical channel is assigned an input optic, an output optic and an aperture, the output optic being arranged between the input optic and the detection surface. The input optics each image at least part of a measuring field in an image plane. The apertures are arranged in the image plane and the output optics each image the radiation transmitted by the associated aperture onto the detection surface.
Auf der Detektionsfläche, insbesondere an jeder Stelle der Detektionsfläche, ergibt sich also eine Überlagerung der durch die einzelnen Optikkanäle transmittierten Strahlung.
Somit erfolgt in der Detektions fläche keine scharfe Abbildung von räumlichen Modulationen der Strahlung, etwa in Form von Farbverläufen oder Farbstrukturen innerhalb des Mess felds . Dadurch kann in der Detektions fläche eine besonders hohe Homogenität der aus dem Mess feld stammenden Strahlung erzielt werden . Mit anderen Worten wird die aus dem Mess feld abgestrahlte Strahlung den einzelnen Detektionsbereichen in der Detektions fläche mit einer hohen Homogenität zugeführt . Detektions fehler bedingt durch solche räumlichen Modulationen im Mess feld können somit verhindert oder zumindest stark verringert werden . On the detection surface, in particular at every point on the detection surface, there is a superposition of the radiation transmitted through the individual optical channels. This means that there is no sharp image of spatial modulations of the radiation in the detection area, such as in the form of color gradients or color structures within the measuring field. This means that a particularly high level of homogeneity of the radiation from the measuring field can be achieved in the detection area. In other words, the radiation emitted from the measuring field is fed to the individual detection areas in the detection area with a high level of homogeneity. Detection errors caused by such spatial modulations in the measuring field can thus be prevented or at least greatly reduced.
Die Ausgangsoptiken stellt hierbei j eweils Feldlinsen dar, die die durch die j eweilige Blendenöf fnung hindurchtretenden divergenten Strahlbündel auf der Detektions fläche vereinigen . Die Blendenöf fnung definiert für j eden Optikkanal das Gesichts feld ( field of view, FOV) . The output optics are field lenses that combine the divergent beams passing through the respective aperture opening on the detection surface. The aperture opening defines the field of view (FOV) for each optical channel.
Auf eine Anordnung eines Di f fusors im Strahlengang zur Vermeidung einer scharfen Abbildung der räumlichen Modulationen kann verzichtet werden . Die Verwendung eines der Detektions fläche in einem hinreichend großen Abstand vorgelagerten Di f fusors würde eine vergleichsweise große Baulänge der Optik und somit eine vergleichsweise große Bauhöhe der Sensorvorrichtung entlang der vertikalen Richtung erfordern . Ferner verringert ein Di f fusor insgesamt die Systemtransmission, wodurch sich das Signal- zu- Rauschverhältnis der Sensorvorrichtung verschlechtert . Im Unterschied hierzu kann mit der beschriebenen Anordnung eine hohe Genauigkeit des Mess-Signals bei einer besonders kompakten Bauform, insbesondere in vertikaler Richtung, erzielt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung weist eine Achse der Ausgangsoptik für zumindest einen der Optikkanäle relativ zu einer Achse der zugehörigen Eingangsoptik einen Versatz auf . Der Versatz bezieht sich hierbei auf eine senkrecht zur vertikalen Richtung verlaufende laterale Richtung . Die Achsen verlaufen beispielsweise j eweils durch die geometrischen Mitten der entsprechenden Optiken . Insbesondere können alle Optikkanäle , deren Kanalachse von der optischen Achse der Optik beabstandet sind, einen solchen Versatz aufweisen . There is no need to arrange a diffuser in the beam path to avoid a sharp image of the spatial modulations. The use of a diffuser arranged at a sufficiently large distance in front of the detection surface would require a comparatively large length of the optics and thus a comparatively large height of the sensor device along the vertical direction. Furthermore, a diffuser reduces the overall system transmission, which worsens the signal-to-noise ratio of the sensor device. In contrast, with the arrangement described, a high accuracy of the measurement signal can be achieved with a particularly compact design, especially in the vertical direction. According to at least one embodiment of the sensor device, an axis of the output optics for at least one of the optical channels has an offset relative to an axis of the associated input optics. The offset here refers to a lateral direction running perpendicular to the vertical direction. The axes run, for example, through the geometric centers of the corresponding optics. In particular, all optical channels whose channel axis is spaced from the optical axis of the optics can have such an offset.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung ist ein Versatz zwischen Eingangsoptik und Ausgangsoptik eines ersten Optikkanals der Optikkanäle kleiner als ein Versatz eines zweiten Optikkanals zwischen Eingangsoptik und Ausgangsoptik der Optikkanäle , wobei der zweite Optikkanal in einem größeren Abstand zu einer optischen Achse der Optik angeordnet ist als der erste Optikkanal . Mit anderen Worten nimmt der Versatz der Optikkanäle mit zunehmendem Abstand des betref fenden Optikkanals von der optischen Achse der Optik zu . According to at least one embodiment of the sensor device, an offset between the input optics and the output optics of a first optical channel of the optical channels is smaller than an offset of a second optical channel between the input optics and the output optics of the optical channels, wherein the second optical channel is arranged at a greater distance from an optical axis of the optics than the first optical channel. In other words, the offset of the optical channels increases with increasing distance of the relevant optical channel from the optical axis of the optics.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung ist der Versatz für die Optikkanäle so eingestellt , dass sich die Bündelschwerpunkte der durch die j eweiligen Blendenöf fnungen hindurchtretenden Strahlung in einem Flächenschwerpunkt der Detektions fläche schneiden . Dieses Kriterium gilt beispielsweise mit einer Toleranz von 10% einer Diagonalen der Detektions fläche . According to at least one embodiment of the sensor device, the offset for the optical channels is set such that the beam centers of gravity of the radiation passing through the respective aperture openings intersect at a center of gravity of the detection surface. This criterion applies, for example, with a tolerance of 10% of a diagonal of the detection surface.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung bilden die Optikkanäle j eweils das gesamte Mess feld auf die Detektions fläche ab . Hierbei wird zweckmäßigerweise j eweils
die gesamte Detektionsfläche ausgeleuchtet. Es erfolgt also über die Optik eine Abbildung eines gemeinsamen Gesichtsfeldes simultan durch mehrere Optikkanäle. According to at least one embodiment of the sensor device, the optical channels each image the entire measuring field onto the detection surface. In this case, the entire detection area is illuminated. The optics therefore simultaneously image a common field of view through several optical channels.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung bilden die Optikkanäle jeweils nur einen Teil des Messfelds auf die Detektionsfläche ab. Hierbei wird zweckmäßigerweise für jeden Optikkanal jeweils die gesamte Detektionsfläche ausgeleuchtet. Es erfolgt jedoch eine Aufteilung des Gesichtsfelds der Optik insgesamt auf die einzelnen Optikkanäle. Mit anderen Worten haben zumindest zwei Optikkanäle der Optik voneinander verschiedene Blickrichtungen. Hierdurch kann eine Vergrößerung des Messfelds erzielt werden. Insbesondere ist die Größe des Messfelds nicht durch Aberrationen eines Optikkanals begrenzt. Für eine Anpassung der Blickrichtung können beispielsweise für die entsprechenden Optikkanäle jeweils individuell die Blendenöffnungen relativ zu der jeweiligen Achse des Optikkanals dezentriert, also mit einem Versatz, angeordnet sein. Optional können auch die Eingangsoptiken für die entsprechenden Optikkanäle jeweils relativ zu der jeweiligen Achse des Optikkanals dezentriert angeordnet sein. According to at least one embodiment of the sensor device, the optical channels each image only a part of the measurement field onto the detection surface. In this case, the entire detection surface is expediently illuminated for each optical channel. However, the field of view of the optics as a whole is divided between the individual optical channels. In other words, at least two optical channels of the optics have different viewing directions from one another. This makes it possible to enlarge the measurement field. In particular, the size of the measurement field is not limited by aberrations of an optical channel. To adjust the viewing direction, for example, the aperture openings for the corresponding optical channels can be arranged decentered, i.e. offset, relative to the respective axis of the optical channel. Optionally, the input optics for the corresponding optical channels can also be arranged decentered relative to the respective axis of the optical channel.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung sind die Blendenöffnungen jeweils entlang einer gemeinsamen Richtung relativ zu einer Achse der zugehörigen Eingangsoptik versetzt, so dass eine Hauptdetektionsrichtung der Sensorvorrichtung schräg zur vertikalen Richtung verläuft. Es erfolgt also eine Beobachtung des Messfelds unter einem von 0° verschiedenen Winkel zur vertikalen Richtung. Dies kann beispielsweise zur Unterdrückung von störenden Beleuchtungsreflexen (auch als Glanzlichter bezeichnet) bei einer Beleuchtung des Messfelds vorteilhaft sein.
Mittels des beschriebenen Versatzes der Blendenöf fnungen kann eine solche schräg verlaufende Hauptdetektionsrichtung unabhängig von der Orientierung der Optik und der Detektions fläche erreicht werden, insbesondere unter Beibehaltung der Parallelität von Optik und Detektions fläche und/oder senkrechter Inzidenz auf dem Sensorchip . Insbesondere ist die Hauptdetektionsrichtung auch bezüglich einer Flächennormale der Optik geneigt . Bei der Herstellung der Sensorvorrichtung kann eine Winkeländerung allein durch die Veränderung der Dezentrierung, also ohne signi fikante Änderungen des grundsätzlichen Aufbaus der Sensorvorrichtung, erreicht werden . According to at least one embodiment of the sensor device, the aperture openings are each offset along a common direction relative to an axis of the associated input optics, so that a main detection direction of the sensor device runs obliquely to the vertical direction. The measuring field is therefore observed at an angle other than 0° to the vertical direction. This can be advantageous, for example, for suppressing disturbing lighting reflections (also referred to as highlights) when the measuring field is illuminated. By means of the described offset of the aperture openings, such an obliquely running main detection direction can be achieved independently of the orientation of the optics and the detection surface, in particular while maintaining the parallelism of the optics and the detection surface and/or perpendicular incidence on the sensor chip. In particular, the main detection direction is also inclined with respect to a surface normal of the optics. When manufacturing the sensor device, an angle change can be achieved solely by changing the decentering, i.e. without significant changes to the basic structure of the sensor device.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung ist die Optik ein gemeinsames zusammenhängendes Element , das die Optikkanäle mit der j eweiligen Eingangsoptik, der j eweiligen Ausgangsoptik und der j eweiligen Blendenöf fnung bildet . Hierbei können für die unterschiedlichen Teile der Optik unterschiedliche Materialien Anwendung finden . Beispielsweise können die Eingangsoptiken und die Ausgangsoptiken als Linsen gebildet sein, die auf gegenüberliegende Hauptflächen eines planaren Optikträgers aufgebracht sind . Abhängig von der Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung eignet sich beispielsweise ein Glas oder ein Kunststof f als transparentes Material . Für die Blenden kann ein strahlungsundurchlässiges Material Anwendungen finden, das die Blendenöf fnungen umgibt . Beispielsweise eignet sich ein Metall , etwa Chrom . Die Form und Position der Eingangsoptiken und der Ausgangsoptiken sowie der Blendenöf fnungen kann durch lithografische Verfahren definiert werden, so dass eine hochgenaue relative Positionierung der Eingangsoptiken, der Ausgangsoptiken und
der Blendenöf fnungen zueinander mit hoher Präzision bereits bei der Herstellung der Optik erfolgen kann . According to at least one embodiment of the sensor device, the optics is a common, connected element that forms the optical channels with the respective input optics, the respective output optics and the respective aperture opening. Different materials can be used for the different parts of the optics. For example, the input optics and the output optics can be formed as lenses that are applied to opposite main surfaces of a planar optics carrier. Depending on the wavelength of the radiation to be detected, a glass or a plastic, for example, is suitable as a transparent material. A radiation-opaque material that surrounds the aperture openings can be used for the apertures. For example, a metal, such as chrome, is suitable. The shape and position of the input optics and the output optics as well as the aperture openings can be defined by lithographic processes, so that a highly precise relative positioning of the input optics, the output optics and The aperture openings can be aligned with each other with high precision during the manufacture of the optics.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung ist zwischen der Optik und den Detektionsbereichen zumindest stellenweise eine Filterstruktur angeordnet , so dass zumindest zwei Detektionsbereiche voneinander verschiedene spektrale Empfindlichkeitsverteilungen aufweisen . Beispielsweise sind die einzelnen Filter der Filterstruktur Interferenz filter, also Mehrschichtfilter, bei denen die Transmissionseigenschaften unter Ausnutzung von Interferenzef fekten an den Grenz flächen der einzelnen Schichten eingestellt sind . Mit der beschriebenen Anordnung kann die Optik gezielt so ausgestaltet sein, dass die zu detektierende Strahlung j eweils innerhalb eines Akzeptanzwinkels des Filters auf die Filterstruktur auftri f ft . Beispielsweise für die Bestimmung der spektralen Anteile der zu detektierenden Strahlung kann so eine besonders hohe Messgenauigkeit erzielt werden . According to at least one embodiment of the sensor device, a filter structure is arranged at least in places between the optics and the detection areas, so that at least two detection areas have different spectral sensitivity distributions. For example, the individual filters of the filter structure are interference filters, i.e. multi-layer filters in which the transmission properties are adjusted by utilizing interference effects at the interfaces of the individual layers. With the described arrangement, the optics can be specifically designed so that the radiation to be detected strikes the filter structure within an acceptance angle of the filter. For example, a particularly high measurement accuracy can be achieved for determining the spectral components of the radiation to be detected.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung erstreckt sich die Optik zumindest stellenweise bis zu Seitenflächen, die die Sensorvorrichtung in lateraler Richtung begrenzen . Beispielsweise weist die die Optik an den Seitenflächen zumindest stellenweise Spuren eines Vereinzelungsverfahrens , etwa Sägespuren auf . Bei der Herstellung der Sensorvorrichtung werden die j eweiligen Detektions flächen also noch auf Waferebene , also noch vor der Vereinzelung in die einzelnen Sensorvorrichtungen mit der zugehörigen Optik versehen . According to at least one embodiment of the sensor device, the optics extend at least in places to side surfaces that delimit the sensor device in the lateral direction. For example, the optics on the side surfaces have at least in places traces of a separation process, such as sawing marks. During the manufacture of the sensor device, the respective detection surfaces are therefore provided with the associated optics at wafer level, i.e. before separation into the individual sensor devices.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung ist die Sensorvorrichtung ein Bauelement , das an einer der
Optik gegenüber liegenden Montageseite Kontakt flächen, vorzugsweise alle Kontakt flächen, für die externe elektrische Kontaktierung der Sensorvorrichtung aufweist . Die Sensorvorrichtung als Ganzes ist also ein oberflächenmontierbares ( surface mounted device , smd) Bauelement , in das die Optik bereits integriert . According to at least one embodiment of the sensor device, the sensor device is a component which is connected to one of the The mounting side opposite the optics has contact surfaces, preferably all contact surfaces, for the external electrical contacting of the sensor device. The sensor device as a whole is therefore a surface-mounted device (SMD) component in which the optics are already integrated.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung weist die Sensorvorrichtung in vertikaler Richtung eine Bauhöhe von höchstens 8 mm oder höchstens 5 mm oder höchstens 3 mm auf . Je geringer die Bauhöhe in vertikaler Richtung ist , desto leichter ist die Integrierbarkeit der Sensorvorrichtung in ein mobiles elektronisches Gerät wie beispielsweise ein Smartphone . According to at least one embodiment of the sensor device, the sensor device has a height of at most 8 mm or at most 5 mm or at most 3 mm in the vertical direction. The lower the height in the vertical direction, the easier it is to integrate the sensor device into a mobile electronic device such as a smartphone.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der Sensorvorrichtung weisen die Eingangsoptiken j eweils einen Durchmesser zwischen einschließlich 50 pm und einschließlich 1 mm auf . Bei den Eingangsoptiken handelt es sich also um Mikrooptiken, wobei ihr Durchmesser vorzugsweise j edoch mindestens so groß ist , dass Beugungsef fekte keine oder zumindest keine signi fikante Bedeutung haben . According to at least one embodiment of the sensor device, the input optics each have a diameter of between 50 pm and 1 mm inclusive. The input optics are therefore micro-optics, but their diameter is preferably at least so large that diffraction effects have no or at least no significant significance.
Mit der beschriebenen Sensorvorrichtung können insbesondere die folgenden Ef fekte erzielt werden . With the sensor device described, in particular the following effects can be achieved.
Mittels der Verwendung mikrooptischer Elemente kann für die Sensorvorrichtung vertikaler Richtung eine besonders geringe Bauhöhe erzielt werden, beispiel sweise von höchstens 5 mm oder höchstens 3 mm . By using micro-optical elements, a particularly low installation height can be achieved for the sensor device in the vertical direction, for example of a maximum of 5 mm or a maximum of 3 mm.
Bei der Herstellung der Sensorvorrichtung ist die Optik an unterschiedliche Beobachtungss zenarien flexibel anpassbar .
Dadurch ergibt sich eine hohe Flexibilität für die Realisierung verschiedener Mess felder, Gesichts felder oder Betrachtungswinkel durch geringe strukturelle Änderungen der Optik . When manufacturing the sensor device, the optics can be flexibly adapted to different observation scenarios. This results in a high degree of flexibility for the realization of different measuring fields, fields of view or viewing angles through minor structural changes to the optics.
Insbesondere kann das Mess feld unabhängig von der Form der Detektions fläche bereits allein durch das Design der Blendenöf fnungen definiert werden . Auch unterschiedliche Gesichts felder oder Betrachtungswinkel können durch minimale Änderungen des Bauraums erzielt werden . In particular, the measuring field can be defined independently of the shape of the detection surface simply by the design of the aperture openings. Different fields of view or viewing angles can also be achieved by minimal changes to the installation space.
Die Größe und Form des transmittierten Strahlungs flecks auf der Detektions fläche ist unabhängig von der Form des Mess felds . Vielmehr ist diese lediglich vom Abstand zwischen der Optik und der Detektions fläche , der Blendenzahl sowie der Form der Aperturen der Eingangsoptiken abhängig . The size and shape of the transmitted radiation spot on the detection surface is independent of the shape of the measuring field. Rather, it depends only on the distance between the optics and the detection surface, the f-number and the shape of the apertures of the input optics.
Für die zu detektierende Strahlung kann eine hohe Systemtransmission erzielt werden, beispielsweise im Vergleich zu einem System mit einem Di f fusor im Strahlengang . Die Eingangsoptiken können mit einem hohen Flächenfüll faktor angeordnet werden, beispielsweise in Form eines hexagonalen Gitters mit runden oder hexagonalen Eingangsoptiken oder in Form eines rechteckigen oder quadratischen Gitters mit dicht gepackten rechteckigen oder quadratischen Eingangsoptiken . A high system transmission can be achieved for the radiation to be detected, for example in comparison to a system with a diffuser in the beam path. The input optics can be arranged with a high area fill factor, for example in the form of a hexagonal grid with round or hexagonal input optics or in the form of a rectangular or square grid with densely packed rectangular or square input optics.
Die beschriebene Sensorvorrichtung eignet sich generell für Anwendungen, bei denen eine homogenisierte Abbildung eines definierten Orts- oder Winkelbereichs auf einen Sensor gewünscht ist , beispielsweise mit einem kontrolliertem Einstrahlwinkel zur Messung von rückgestreutem Licht oder von Umgebungslicht für Farbsensoren, für Abstandmessungen basierend auf Lauf zeitmessungen ( time-of- f light ( TOF) -
Messungen) oder allgemein für Remissionsmessungen zur Abstands- oder Winkelmessung, insbesondere in Verbindung mit einer minimalen Bauhöhe der Sensorvorrichtung . Aufgrund der geringen erzielbaren Bauhöhe ist die Sensorvorrichtung für den Einsatz in mobilen Geräten, beispielsweise in Smartphones , Tablets oder Notebooks besonders geeignet . The sensor device described is generally suitable for applications where a homogenized image of a defined location or angle range on a sensor is desired, for example with a controlled angle of incidence for measuring backscattered light or ambient light for color sensors, for distance measurements based on time-of-flight (TOF) measurements. measurements) or generally for remission measurements for distance or angle measurement, especially in conjunction with a minimal height of the sensor device. Due to the low achievable height, the sensor device is particularly suitable for use in mobile devices, for example in smartphones, tablets or notebooks.
In Verbindung mit zumindest einer Aus führungs form beschriebene Merkmale können auch mit anderen in Verbindung mit zumindest einer Aus führungs form beschriebenen Merkmalen kombiniert werden, solange sich diese Merkmale nicht gegenseitig ausschließen . Features described in connection with at least one embodiment can also be combined with other features described in connection with at least one embodiment, as long as these features are not mutually exclusive.
Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Aus führungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren . Further embodiments and expediencies emerge from the following description of the embodiments in conjunction with the figures.
Es zeigen : Show it :
Die Figuren 1A und 1B ein Aus führungsbeispiel für eine Sensorvorrichtung anhand einer schematischen Darstellung eines Beleuchtungsstrahlengangs in Figur 1A und einer schematischen Darstellung in Schnittansicht in Figur 1B ; die Figur 2 ein Aus führungsbeispiel für eine Sensorvorrichtung anhand einer schematischen Darstellung eines Beleuchtungsstrahlengangs ; und die Figur 3 ein Aus führungsbeispiel für eineFigures 1A and 1B show an embodiment of a sensor device based on a schematic representation of an illumination beam path in Figure 1A and a schematic representation in sectional view in Figure 1B; Figure 2 shows an embodiment of a sensor device based on a schematic representation of an illumination beam path; and Figure 3 shows an embodiment of a
Sensorvorrichtung anhand einer schematischen Darstellung eines Beleuchtungsstrahlengangs .
Die Figuren sind j eweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu . Insbesondere können vergleichsweise kleine Elemente oder Schichtdicken zur verbesserten Darstellung und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein . Sensor device based on a schematic representation of an illumination beam path. The figures are schematic representations and therefore not necessarily to scale. In particular, comparatively small elements or layer thicknesses may be shown exaggeratedly large for improved illustration and/or better understanding.
Gleiche , gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren j eweils mit gleichen Bezugs zeichen versehen . Identical, similar or equivalent elements are provided with identical reference symbols in the figures.
Anhand der Figuren 1A und 1B wird ein Aus führungsbeispiel für eine Sensorvorrichtung 1 beschrieben, wobei die Figur 1A insbesondere der Erläuterung des Funktionsprinzips einer Optik der Sensorvorrichtung 1 anhand eines Beleuchtungsstrahlengangs dient . Zur verbesserten Darstellbarkeit sind nicht alle strukturellen Details der Sensorvorrichtung 1 in Figur 1A expli zit gezeigt . In Figur 1B ist schematisch eine Sensorvorrichtung dargestellt , bei der eine Ausleuchtung einer Detektions fläche 4 wie im Zusammenhang mit Figur 1A beschrieben erfolgt . An exemplary embodiment of a sensor device 1 is described with reference to Figures 1A and 1B, with Figure 1A serving in particular to explain the functional principle of an optics of the sensor device 1 using an illumination beam path. For improved clarity, not all structural details of the sensor device 1 are shown explicitly in Figure 1A. Figure 1B schematically shows a sensor device in which a detection area 4 is illuminated as described in connection with Figure 1A.
In den weiteren Aus führungsbeispielen der Figuren 2 und 3 ist j eweils schematisch der Beleuchtungsstrahlengang dargestellt . Die strukturellen Merkmale für diese Aus führungsbeispiele können wie im Zusammenhang mit Figur 1B beschrieben ausgebildet sein . In the further embodiments of Figures 2 and 3, the illumination beam path is shown schematically. The structural features for these embodiments can be designed as described in connection with Figure 1B.
Bei dem Aus führungsbeispiel gemäß den Figuren 1A und 1B umfasst die Sensorvorrichtung 1 eine Detektions fläche 4 mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten, zur Absorption von Strahlung vorgesehenen Detektionsbereichen 40 . Die Sensorvorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Optik 2 , die die Detektions fläche entlang einer senkrecht zur Detektions fläche 4 verlaufenden vertikalen Richtung gesehen überdeckt . Die
Optik 2 umfasst eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Optikkanälen 20 , wobei j edem Optikkanal eine Eingangsoptik 21 eines Felds von Eingangsoptiken, eine Ausgangsoptik 22 eines Felds von Ausgangsoptiken und eine Blendenöf fnung 30 eines Blendenfelds 3 zugeordnet sind . In the embodiment according to Figures 1A and 1B, the sensor device 1 comprises a detection surface 4 with a plurality of detection areas 40 arranged next to one another and intended for absorbing radiation. The sensor device 1 further comprises an optic 2 which covers the detection surface when viewed along a vertical direction running perpendicular to the detection surface 4. The Optics 2 comprises a plurality of optical channels 20 arranged next to one another, with each optical channel being assigned an input optic 21 of a field of input optics, an output optic 22 of a field of output optics and an aperture opening 30 of an aperture field 3.
Die Eingangsoptiken 21 bilden j eweils ein außerhalb der Sensorvorrichtung befindliches Mess feld in eine Bildebene 29 ab . Die Blendenöf fnungen 30 sind in der Bildebene 29 angeordnet . Die Ausgangsoptiken 22 bilden j eweils die von der zugehörigen Blendenöf fnung 30 transmittierte Strahlung auf die gesamte Detektions fläche 4 ab . The input optics 21 each image a measuring field located outside the sensor device in an image plane 29. The aperture openings 30 are arranged in the image plane 29. The output optics 22 each image the radiation transmitted by the associated aperture opening 30 onto the entire detection surface 4.
Zur vereinfachten Erläuterung wird nachfolgend angenommen, dass sich das Mess feld in einem Abstand von der Sensorvorrichtung 1 befindet , der groß ist im Vergleich zu einer Brennweite F der Eingangsoptik 21 . Die Bildebene 29 befindet sich somit in der Brennebene der Eingangsoptik 21 . Das Blendenfeld 3 ist in der Bildebene 29 angeordnet und definiert für j eden Optikkanal 20 ein Gesichts feld 7 . Ein Vollwinkel des Gesichts felds FOV ergibt sich für einen Durchmesser d der Blendenöf fnung 30 und die Brennweite F der Eingangsoptik 21 aus der Beziehung FOV = 2 • arctan ( d/2 F) . For simplified explanation, it is assumed below that the measuring field is at a distance from the sensor device 1 that is large compared to a focal length F of the input optics 21. The image plane 29 is thus located in the focal plane of the input optics 21. The aperture field 3 is arranged in the image plane 29 and defines a field of view 7 for each optical channel 20. A full angle of the field of view FOV results for a diameter d of the aperture opening 30 and the focal length F of the input optics 21 from the relationship FOV = 2 • arctan (d/2 F).
Die Blendenöf fnungen 30 sind j edoch nicht auf eine kreis förmige Form beschränkt , sondern können beispielsweise auch rechteckig ausgebildet sein, sodass das Mess feld bei der Herstellung der Sensorvorrichtung 1 insbesondere unabhängig von der Form der Detektions fläche 4 festgelegt werden kann . However, the aperture openings 30 are not limited to a circular shape, but can also be rectangular, for example, so that the measuring field can be determined during the manufacture of the sensor device 1, in particular independently of the shape of the detection surface 4.
Die der Eingangsoptik 21 nachgelagerte Ausgangsoptik 22 bildet die Aperturen der zugeordneten Eingangsoptik 21 in die Detektions fläche 4 ab . Bei einem Abstand s zwischen der
Ausgangsoptik 22 und der Detektions fläche 4 ergibt sich die Brennweite f der Ausgangsoptik 22 aus der Abbildungsgleichung 1 / f = 1 / F + 1 / s . The output optics 22 downstream of the input optics 21 images the apertures of the associated input optics 21 into the detection area 4 . At a distance s between the Output optics 22 and the detection surface 4, the focal length f of the output optics 22 results from the imaging equation 1 / f = 1 / F + 1 / s .
Für j eden Optikkanal wird die von der Blendenöf fnung 30 transmittierte Strahlung in Form eines divergenten Lichtbündels durch die zugehörige Ausgangsoptik 22 auf die gesamte Detektions fläche 4 abgebildet . Hierfür sind Blendenöf fnungen 30 , die in lateraler Richtung versetzt zu einer optischen Achse 91 der Optik 2 angeordnet sind, individuell dezentriert angeordnet . Es besteht also ein Versatz 93 zwischen einer Achse 92 der zugehörigen Eingangsoptik 21 und einer Achse 94 der Ausgangsoptik 22 . For each optical channel, the radiation transmitted by the aperture opening 30 is imaged in the form of a divergent light beam through the associated output optics 22 onto the entire detection surface 4. For this purpose, aperture openings 30, which are arranged offset in the lateral direction to an optical axis 91 of the optics 2, are arranged individually decentered. There is therefore an offset 93 between an axis 92 of the associated input optics 21 and an axis 94 of the output optics 22.
Der Versatz 93 ist für die Optikkanäle 20 j eweils so ausgebildet , dass sich die Bündelschwerpunkte der durch die j eweiligen Optikkanäle 20 hindurchtretenden Strahlung im Zentrum der Detektions fläche 4 schneiden . Dies wird in den Figuren 2 und 3 anhand von Bündelschwerpunktslinien 95 veranschaulicht . Hierfür sind das Zentrum der Detektions fläche 4 und die Vertices der Eingangsoptik 21 und der Ausgangsoptik 22 in einer Linie angeordnet . The offset 93 is designed for the optical channels 20 in such a way that the beam centers of gravity of the radiation passing through the respective optical channels 20 intersect in the center of the detection area 4. This is illustrated in Figures 2 and 3 using beam center of gravity lines 95. For this purpose, the center of the detection area 4 and the vertices of the input optics 21 and the output optics 22 are arranged in a line.
Der Versatz 93 nimmt für die Optikkanäle 20 mit zunehmendem Abstand von der optischen Achse 91 zu . In dem gezeigten Aus führungsbeispiel verläuft ein erster Optikkanal entlang der optischen Achse 91 und weist somit keinen Versatz auf . Ein zweiter Optikkanal 20B ist von der optischen Achse 91 beabstandet und weist dementsprechend einen größeren Versatz auf . The offset 93 increases for the optical channels 20 with increasing distance from the optical axis 91. In the embodiment shown, a first optical channel runs along the optical axis 91 and thus has no offset. A second optical channel 20B is spaced from the optical axis 91 and accordingly has a larger offset.
Die Form eines auf der Detektions fläche 4 erzeugtenThe shape of a pattern generated on the detection surface 4
Strahlungs flecks entspricht der Form der Apertur der
Eingangsoptik 21 eines Optikkanals 20 und ist bei der Herstellung der Sensorvorrichtung 1 somit weitgehend frei wählbar . Vorzugsweise sind die Aperturen j edoch so ausgebildet und angeordnet , dass ein hoher Flächenfüll faktor für die Eingangsoptiken 21 erzielbar ist . Je höher der Flächenfüll faktor ist , desto höher kann die Systemtransmission insgesamt sein . Beispielsweise können Eingangsoptiken 21 in runder oder hexagonaler Form in einem hexagonalen Gitter angeordnet sein . Alternativ eignen sich beispielsweise rechteckige oder quadratische Aperturen in einem rechteckigen oder quadratischen Gitter . Radiation spot corresponds to the shape of the aperture of the Input optics 21 of an optical channel 20 and can thus be selected largely freely when manufacturing the sensor device 1. Preferably, however, the apertures are designed and arranged in such a way that a high area fill factor can be achieved for the input optics 21. The higher the area fill factor, the higher the overall system transmission can be. For example, input optics 21 can be arranged in a round or hexagonal shape in a hexagonal grid. Alternatively, rectangular or square apertures in a rectangular or square grid are suitable.
Der Durchmesser DD eines Strahlungs flecks auf der Detektions fläche 4 ergibt sich entsprechend dem Strahlensatz aus der Beziehung DD= D • S / F . The diameter DD of a radiation spot on the detection surface 4 results from the relationship DD = D • S / F according to the ray theorem.
Der Einfallswinkelbereich auf der Detektions fläche 4 ergibt sich aus der Summation der Divergenz im Bildraum einer einzelnen Eingangsoptik 21 , die deren numerische Apertur NA = D/ F entspricht , und der Neigung des Hauptstrahls des am weitesten von der optischen Achse 91 der Optik entfernten Optikkanals 20 durch das Feld der Ausgangsoptiken 22 . Zur Vermeidung von Mess fehlern ist daher die Größe des Felds von Eingangsoptiken 21 senkrecht zur optischen Achse 91 der Optik 2 nur so groß , dass der Einfallswinkelbereich auf die Detektions fläche 4 höchstens so groß wie der Akzeptanzwinkel der Detektionsbereiche 40 , insbesondere höchstens so groß wie der kleinste Akzeptanzwinkel bei verschiedenen Akzeptanzwinkeln für die einzelnen Detektionsbereiche 40 . The angle of incidence range on the detection surface 4 results from the summation of the divergence in the image space of a single input optics 21, which corresponds to its numerical aperture NA = D/F, and the inclination of the main ray of the optical channel 20 furthest away from the optical axis 91 of the optics through the field of output optics 22. In order to avoid measurement errors, the size of the field of input optics 21 perpendicular to the optical axis 91 of the optics 2 is therefore only so large that the angle of incidence range on the detection surface 4 is at most as large as the acceptance angle of the detection areas 40, in particular at most as large as the smallest acceptance angle for different acceptance angles for the individual detection areas 40.
Bei der in Figur 1A dargestellten Optik 2 wird eine Abbildung eines gemeinsamen Gesichts feldes 7 auf der Detektions fläche 4 simultan durch eine Mehrzahl von Optikkanälen 20 realisiert .
Dadurch kann eine homogene Ausleuchtung der Detektions fläche 4 erreicht werden . In the optics 2 shown in Figure 1A, an image of a common field of view 7 on the detection surface 4 is realized simultaneously by a plurality of optical channels 20. This allows a homogeneous illumination of the detection area 4 to be achieved.
Wie in Figur 1B dargestellt , können die Eingangsoptiken 21 und die Ausgangsoptiken 22 der Optikkanäle 20 sowie die j eweils zugehörigen Blendenöf fnungen 30 durch ein gemeinsames zusammenhängendes optisches Element gebildet sein . Beispielsweise weist die Optik 2 einen Optikträger 25 auf , wobei die Eingangsoptiken 21 und die Ausgangsoptiken 22 auf gegenüberliegenden Hauptflächen des Optikträgers 25 angeordnet sind . Das Blendenfeld 3 mit den Blendenöf fnungen 30 kann stellenweise unter den Ausgangsoptiken 22 vergraben auf dem Optikträger 25 aufgebracht sein, etwa in Form einer Metallschicht , beispielsweise aus Chrom . As shown in Figure 1B, the input optics 21 and the output optics 22 of the optical channels 20 as well as the respective associated diaphragm openings 30 can be formed by a common, connected optical element. For example, the optics 2 has an optics carrier 25, wherein the input optics 21 and the output optics 22 are arranged on opposite main surfaces of the optics carrier 25. The diaphragm field 3 with the diaphragm openings 30 can be applied to the optics carrier 25 in a manner buried in places under the output optics 22, for example in the form of a metal layer, for example made of chromium.
Solche Optiken können mit lithografischen Verfahren mit hoher Präzision und groß flächig hergestellt werden, sodass bei der Herstellung der Sensorvorrichtung 1 die Optiken 2 für mehrere Sensorvorrichtungen 1 in einem Verbund bereitgestellt und auf Waferebene mit den übrigen Teilen der Sensorvorrichtungen 1 verbunden werden können . Das Aufbringen der Optik 2 kann also noch vor der Vereinzelung in die einzelnen Sensorvorrichtungen 1 erfolgen . Die Optik 2 erstreckt sich in diesem Fall zumindest stellenweise bis zu einer Seitenfläche 15 der Sensorvorrichtung 1 und kann Vereinzelungsspuren, beispielsweise Sägespuren, an der Seitenfläche der Optik 2 aufweisen . Such optics can be manufactured with high precision and over a large area using lithographic processes, so that during the manufacture of the sensor device 1, the optics 2 for several sensor devices 1 can be provided in a composite and connected to the other parts of the sensor devices 1 at wafer level. The optics 2 can therefore be applied before the individual sensor devices 1 are separated. In this case, the optics 2 extend at least in places to a side surface 15 of the sensor device 1 and can have separation marks, for example saw marks, on the side surface of the optics 2.
Die Eingangsoptiken 21 und die Ausgangsoptiken 22 können durch eine Strukturierung der Hauptflächen des Optikträgers 25 selbst oder durch Aufbringen von zusätzlichem Material , beispielsweise einem Kunststof f , auf dem Optikträger 25 ausgebildet werden . Geeignete Verfahren hierfür sind
beispielsweise im Artikel "Wafer-Level Hybride Integration of Complex Micro-Optical Modules" , veröf fentlicht in Micromachines 2014 , 5 , 325-340 oder im Artikel "Erzeugung komplexer Mikrooptiken durch Lithografie und UV-Abformung" im Jahresbericht aus dem Jahr 2005 des Fraunhofer- Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF beschrieben, deren Of fenbarungsgehalt diesbezüglich durch Rückbezug in die vorliegende Anmeldung auf genommen wird . The input optics 21 and the output optics 22 can be formed by structuring the main surfaces of the optics carrier 25 itself or by applying additional material, for example a plastic, to the optics carrier 25. Suitable methods for this are for example in the article "Wafer-Level Hybrid Integration of Complex Micro-Optical Modules" , published in Micromachines 2014 , 5 , 325-340 or in the article "Generation of complex micro-optics by lithography and UV molding" in the annual report from 2005 of the Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF, the disclosure content of which is incorporated in the present application by reference.
Die Eingangsoptiken 21 und die Ausgangsoptiken 22 können j eweils sphärisch oder asphärisch, beispielsweise torisch, ausgebildet sein . Über torische Eingangsoptiken kann beispielsweise eine einfache Aberrationskorrektur erzielt werden, etwa hinsichtlich Astigmatismus oder Koma . The input optics 21 and the output optics 22 can each be spherical or aspherical, for example toric. A simple aberration correction, for example with regard to astigmatism or coma, can be achieved using toric input optics.
Weiterhin können die Eingangsoptiken 21 untereinander und/oder die Ausgangsoptiken 22 untereinander zumindest zum Teil voneinander verschieden sein . Furthermore, the input optics 21 and/or the output optics 22 may be at least partially different from one another.
Die Eingangsoptiken 21 und/oder die Ausgangsoptiken 22 können auch als Linsensegmente ausgebildet sein . Insbesondere für die Ausgangsoptiken 22 können die Achsen benachbarter Ausgangsoptiken 22 so dichter zueinander positioniert werden . The input optics 21 and/or the output optics 22 can also be designed as lens segments. In particular for the output optics 22, the axes of adjacent output optics 22 can thus be positioned closer to one another.
Die Eingangsoptiken 21 und/oder die Ausgangsoptiken 22 sind beispielsweise Mikrolinsen mit einem Durchmesser zwischen einschließlich 50 pm und einschließlich 1 mm . Eine Brennweite der Eingangsoptiken 21 und/oder der Ausgangsoptiken 22 beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 0 , 5 mm und einschließlich 3 mm . Je geringer diese Brennweiten sind, desto geringer kann die Bauhöhe der Sensorvorrichtung sein .
Die Anzahl der Eingangsoptiken 21 beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 2 und einschließlich 500 . Diese Werte hängen j edoch stark von den Anforderungen hinsichtlich der Baugröße der herzustellenden Sensorvorrichtung 1 in lateraler Richtung und der Bauhöhe in vertikaler Richtung ab und können grundsätzlich in weiten Grenzen variiert werden . The input optics 21 and/or the output optics 22 are, for example, microlenses with a diameter of between 50 pm and 1 mm inclusive. A focal length of the input optics 21 and/or the output optics 22 is, for example, between 0.5 mm and 3 mm inclusive. The smaller these focal lengths are, the lower the height of the sensor device can be. The number of input optics 21 is, for example, between 2 and 500 inclusive. However, these values depend heavily on the requirements with regard to the size of the sensor device 1 to be manufactured in the lateral direction and the height in the vertical direction and can in principle be varied within wide limits.
Die Anordnung der Eingangsoptiken 21 und der Ausgangsoptiken 22 in einem gemeinsamen zusammenhängenden optischen Element ist besonders günstig, da die Eingangsoptiken 21 und die Ausgangsoptiken 22 so bereits bei der Herstellung der Optik 2 mit hoher Präzision zueinander j ustiert werden können . Die Eingangsoptiken 21 und die Ausgangsoptiken 22 können j edoch auch als voneinander getrennte optische Elemente ausgebildet sein . The arrangement of the input optics 21 and the output optics 22 in a common, connected optical element is particularly favorable, since the input optics 21 and the output optics 22 can thus be aligned with one another with high precision during the manufacture of the optics 2. The input optics 21 and the output optics 22 can, however, also be designed as separate optical elements.
Wie in Figur 1B dargestellt , weist die Sensorvorrichtung 1 in der Detektions fläche 4 eine Mehrzahl von Detektionsbereichen 40 auf . Die Detektionsbereiche 40 sind beispielsweise j eweils durch Fotodioden, etwa mit einem zur Strahlungsabsorption geeigneten aktiven Bereich basierend auf Sili zium oder einem anderen Halbleitermaterial , gebildet . Die Fotodioden können voneinander getrennte Bauelemente oder einzeln ansteuerbare Segmente eines Feldes von Fotodioden sein . As shown in Figure 1B, the sensor device 1 has a plurality of detection regions 40 in the detection area 4. The detection regions 40 are each formed, for example, by photodiodes, for example with an active region suitable for radiation absorption based on silicon or another semiconductor material. The photodiodes can be separate components or individually controllable segments of an array of photodiodes.
Zwischen der Optik 2 und den Detektionsbereichen 40 ist eine Filterstruktur 8 angeordnet . Die Filter sind beispielsweise durch eine Interferenz filterstruktur gebildet . Über die Filterstruktur 8 ist die spektrale Empfindlichkeitsverteilung der j eweiligen Detektionsbereiche 40 einstellbar . In dem gezeigten Aus führungsbeispiel sind die Filter der Filterstruktur 8 j eweils direkt als eine Beschichtung auf den Detektionsbereichen 40 ausgebildet .
Davon abweichend kann die Filterstruktur 8 aber auch durch ein separates Element gebildet sein, bei dem beispielsweise die Filter für die einzelnen Detektionsbereiche 40 auf einem gemeinsamen Filterträger, der sich über mehrere oder auch alle Detektionsbereiche 40 erstreckt , angeordnet sind . A filter structure 8 is arranged between the optics 2 and the detection areas 40. The filters are formed, for example, by an interference filter structure. The spectral sensitivity distribution of the respective detection areas 40 can be adjusted via the filter structure 8. In the exemplary embodiment shown, the filters of the filter structure 8 are each formed directly as a coating on the detection areas 40. Deviating from this, the filter structure 8 can also be formed by a separate element in which, for example, the filters for the individual detection areas 40 are arranged on a common filter carrier which extends over several or even all detection areas 40.
Die Anzahl der Detektionsbereiche 40 beträgt beispielsweise zwischen einschließlich zwei und einschließlich 100 . Hierbei können auch zwei oder mehr Detektionsbereiche 40 einem gemeinsamen Detektionskanal zugeordnet sein . Beispielsweise liefert die Sensorvorrichtung 1 im Betrieb der Sensorvorrichtung ein Signal aus mehreren Detektionskanälen im sichtbaren Spektralbereich und alternativ oder ergänzend weiteren Detektionskanälen im infraroten und/oder ultravioletten Spektralbereich . The number of detection areas 40 is, for example, between two and 100 inclusive. In this case, two or more detection areas 40 can also be assigned to a common detection channel. For example, during operation of the sensor device, the sensor device 1 delivers a signal from several detection channels in the visible spectral range and, alternatively or additionally, further detection channels in the infrared and/or ultraviolet spectral range.
Die Detektionsbereiche 40 sind auf einem Montageträger 5 , beispielsweise einer Leiterplatte oder einem anderen Träger mit elektrischen Leiterstrukturen, angeordnet . Die Sensorvorrichtung 1 kann auch weitere passive oder aktive elektronische Komponenten aufweisen, etwa einen Treiberschaltkreis zur Ansteuerung der Detektionsbereiche 40 . Die ist zur vereinfachten Darstellung in der Figur 1B nicht gezeigt . The detection areas 40 are arranged on a mounting support 5, for example a circuit board or another support with electrical conductor structures. The sensor device 1 can also have further passive or active electronic components, such as a driver circuit for controlling the detection areas 40. This is not shown in Figure 1B for the sake of simplicity.
Die Optik 2 ist beispielsweise über einen Rahmenkörper 6 , etwa aus einem Kunststof f an dem Montageträger 5 befestigt . The optics 2 are attached to the mounting bracket 5, for example via a frame body 6, for example made of a plastic.
An der der Optik 2 gegenüber liegenden Montageseite 50 weist der Montageträger 5 Kontakte 55 für die externe elektrische Kontaktierung der Sensorvorrichtung auf . Die Sensorvorrichtung 1 ist somit insgesamt als ein
oberflächenmontierbares mehrkanaliges Bauelement mit bereits integrierter Optik 2 ausgebildet . On the mounting side 50 opposite the optics 2, the mounting support 5 has contacts 55 for the external electrical contacting of the sensor device. The sensor device 1 is thus designed as a surface-mountable multi-channel component with already integrated optics 2 .
Das in Figur 2 dargestellte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschriebenen Aus führungsbeispiel . The embodiment shown in Figure 2 essentially corresponds to the embodiment described in connection with Figures 1A and 1B.
Im Unterschied hierzu ist das Gesichts feld der Optik 2 auf einzelne Optikkanäle 20 aufgeteilt . In der gezeigten Darstellung bleibt der zentrale Optikkanal 20 parallel zur optischen Achse ausgerichtet , während die Blickrichtung des darüber angeordneten Optikkanals 20 in der Zeichenebene nach oben und des darunter angeordneten Optikkanals 20 nach unten gerichtet ist . Hierfür sind die Blendenöf fnungen 30 relativ zu den Optikkanalachsen individuell dezentriert angeordnet . Optional können auch die Eingangsoptiken 21 des j eweiligen Optikkanals 20 individuell dezentriert angeordnet sein . In contrast to this, the field of view of the optics 2 is divided into individual optical channels 20. In the illustration shown, the central optical channel 20 remains aligned parallel to the optical axis, while the viewing direction of the optical channel 20 arranged above it is directed upwards in the plane of the drawing and the optical channel 20 arranged below it is directed downwards. For this purpose, the diaphragm openings 30 are arranged individually decentered relative to the optical channel axes. Optionally, the input optics 21 of the respective optical channel 20 can also be arranged individually decentered.
In der Figur 2 sind ferner die Bündelschwerpunktslinien 25 , die sich im Bereich der Detektions fläche 4 schneiden, für den oberen und den unteren Optikkanal exemplarisch eingetragen . Auch bei dieser Ausgestaltung leuchtet j eder Optikkanal 20 für sich die gesamte Detektions fläche 4 aus . In Figure 2, the beam center of gravity lines 25, which intersect in the area of the detection area 4, are also entered as examples for the upper and lower optical channels. In this embodiment, too, each optical channel 20 individually illuminates the entire detection area 4.
Durch eine solche Aufteilung des Gesichts felds kann erreicht werden, dass die Größe des Gesichts felds im Unterschied zu dem in den Figuren 1A und 1B gezeigten Aus führungsbeispiel nicht mehr durch die Aberrationen eines einzelnen Optikkanals 20 begrenzt ist . Auch für größere Gesichts felder kann so eine hohe Zuverlässigkeit des Messsignals erzielt werden . By dividing the field of view in this way, it is possible to ensure that the size of the field of view is no longer limited by the aberrations of a single optical channel 20, in contrast to the embodiment shown in Figures 1A and 1B. A high level of reliability of the measurement signal can thus be achieved even for larger fields of view.
Eine Hauptdetektionsrichtung 9 verläuft wie in dem imA main detection direction 9 runs as in the
Zusammenhang mit den Figuren 1A bis 1B beschriebenen
Aus führungsbeispiel parallel zur optischen Achse der Optik 2 und parallel zur vertikalen Richtung . In connection with Figures 1A to 1B From example parallel to the optical axis of the optics 2 and parallel to the vertical direction.
Das in Figur 3 dargestellte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschriebenen Aus führungsbeispiel . The embodiment shown in Figure 3 essentially corresponds to the embodiment described in connection with Figures 1A and 1B.
Im Unterschied hierzu verläuft die Hauptdetektionsrichtung 9 schräg zur vertikalen Richtung . Dies wird dadurch erreicht , dass das Blendenfeld 3 insgesamt relativ zum Feld der Eingangsoptiken 21 dezentriert angeordnet ist . Es besteht somit ein Versatz 97 zwischen der Achse 92 der Eingangsoptik 21 und der geometrischen Mitte der zugehörigen Blendenöf fnung . Die Hauptdetektionsrichtung 9 kann somit schräg zur vertikalen Richtung verlaufen, wobei die Optik 2 weiterhin parallel zur Detektions fläche 4 verläuft und die Strahlung weiterhin im Wesentlichen senkrecht auf die Detektions fläche 4 auftri f ft . Durch eine derartige Beobachtung des Mess felds unter einem Winkel können Mess fehler bedingt durch Glanzlichter unterdrückt werden . Bei der Herstellung einer solchen Sensorvorrichtung 1 muss für die Erzielung einer solchen schräg verlaufenden Hauptdetektionsrichtung im Vergleich zu dem Aus führungsbeispiel der Figuren 1A und 1B lediglich das Blendenfeld 3 als Ganzes versetzt werden . In contrast to this, the main detection direction 9 runs obliquely to the vertical direction. This is achieved by the fact that the diaphragm field 3 as a whole is arranged decentered relative to the field of the input optics 21. There is therefore an offset 97 between the axis 92 of the input optics 21 and the geometric center of the associated diaphragm opening. The main detection direction 9 can thus run obliquely to the vertical direction, with the optics 2 still running parallel to the detection surface 4 and the radiation still striking the detection surface 4 essentially perpendicularly. By observing the measurement field at an angle in this way, measurement errors caused by highlights can be suppressed. When producing such a sensor device 1, in order to achieve such an oblique main detection direction, only the diaphragm field 3 as a whole has to be offset compared to the embodiment of Figures 1A and 1B.
Insgesamt kann mit der beschriebenen Sensorvorrichtung 1 aufgrund der homogenen Ausleuchtung der Detektions fläche 4 eine hohe Messgenauigkeit bei gleichzeitig geringer Bauhöhe erreicht werden . Beispielsweise beträgt die Bauhöhe der Sensorvorrichtung 1 in vertikaler Richtung höchstens 5 mm oder höchstens 3 mm . Bei der Herstellung ist die Sensorvorrichtung 1 durch geringfügige Modi fikationen der
Optik 2 an unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich des gewünschten Mess felds und/oder unterschiedliche Anforderungen aufgrund eines geänderten Akzeptanzwinkels der Detektionsbereiche anpassbar . Overall, the sensor device 1 described can achieve a high level of measurement accuracy while maintaining a low overall height due to the homogeneous illumination of the detection area 4. For example, the overall height of the sensor device 1 in the vertical direction is at most 5 mm or at most 3 mm. During manufacture, the sensor device 1 can be made more flexible by making minor modifications to the Optics 2 can be adapted to different requirements regarding the desired measuring field and/or different requirements due to a changed acceptance angle of the detection areas.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2023 102 131 . 1 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird . Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder den Aus führungsbeispielen angegeben ist .
This patent application claims the priority of the German patent application 10 2023 102 131 . 1 , the disclosure content of which is hereby incorporated by reference. The invention is not limited by the description based on the embodiments. Rather, the invention comprises any new feature and any combination of features, which in particular includes any combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly stated in the patent claims or the embodiments.
Bezugs zeichenliste Reference symbol list
1 Sensorvorrichtung 1 sensor device
15 Seitenfläche 15 Side surface
2 Optik 2 Optics
20 Optikkanal 20 optical channels
21 Eingangsoptik 21 Entrance optics
22 Ausgangsoptik 22 Output optics
25 Optikträger 25 optics carriers
29 Bildebene 29 Image plane
3 Blendenfeld 3 aperture field
30 Blendenöf fnung 30 aperture
4 Detektions fläche 4 Detection area
40 Detektionsbereich 40 Detection range
5 Montageträger 5 mounting brackets
50 Montageseite 50 Mounting side
55 Kontakt 55 Contact
6 Rahmenkörper 6 Frame body
7 Gesichts feld 7 Field of view
8 Filterstruktur 8 Filter structure
9 Hauptdetektionsrichtung 9 Main detection direction
91 optische Achse der Optik 91 optical axis of optics
92 Achse der Eingangsoptik 92 Axis of the entrance optics
93 Versatz 93 Offset
94 Achse der Ausgangsoptik 94 Axis of the output optics
95 Bündelschwerpunktslinie 95 Beam center line
97 Versatz der Blendenöf fnungen
97 Offset of the aperture openings
Claims
Patentansprüche Patent claims
1. Sensorvorrichtung (1) , umfassend eine Detektionsfläche (4) mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten, zur Absorption von Strahlung vorgesehenen Detektionsbereichen1. Sensor device (1) comprising a detection surface (4) with a plurality of detection areas arranged next to one another and intended for the absorption of radiation
(40) und eine Optik (2) , die die Detektionsfläche (4) entlang einer senkrecht zur Detektionsfläche (4) verlaufenden vertikalen Richtung gesehen überdeckt, wobei (40) and an optic (2) which covers the detection surface (4) along a vertical direction perpendicular to the detection surface (4), wherein
- die Optik (2) eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Optikkanälen (20) umfasst; - the optics (2) comprises a plurality of optical channels (20) arranged next to one another;
- jedem Optikkanal (20) eine Eingangsoptik (21) , eine Ausgangsoptik (22) und eine Blendenöffnung (30) zugeordnet sind, wobei die Ausgangsoptik (22) zwischen der Eingangsoptik (21) und der Detektionsfläche (4) angeordnet ist; - each optical channel (20) is assigned an input optic (21), an output optic (22) and an aperture (30), wherein the output optic (22) is arranged between the input optic (21) and the detection surface (4);
- die Eingangsoptiken (21) jeweils zumindest einen Teil eines Messfelds in eine Bildebene (29) abbilden; - the input optics (21) each image at least a part of a measuring field into an image plane (29);
- die Blendenöffnungen (30) in der Bildebene (29) angeordnet sind; und - the apertures (30) are arranged in the image plane (29); and
- die Ausgangsoptiken (22) jeweils die von der zugehörigen Blendenöffnung (30) transmittierte Strahlung auf die Detektionsfläche (4) abbilden. - the output optics (22) each image the radiation transmitted from the associated aperture (30) onto the detection surface (4).
2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei für zumindest einen der Optikkanäle (20) eine Achse2. Sensor device according to claim 1, wherein for at least one of the optical channels (20) an axis
(94) der Ausgangsoptik (22) relativ zu einer Achse (92) der zugehörigen Eingangsoptik (21) einen Versatz (93) aufweist. (94) of the output optics (22) has an offset (93) relative to an axis (92) of the associated input optics (21).
3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Versatz (93) zwischen Eingangsoptik (21) und Ausgangsoptik (22) eines ersten Optikkanals (20A) der Optikkanäle (20) kleiner ist als ein Versatz zwischen Eingangsoptik (21) und Ausgangsoptik (22) eines zweiten Optikkanals (20B) der Optikkanäle, wobei der zweite
Optikkanal (20B) in einem größeren Abstand zu einer optischen Achse der Optik angeordnet ist als der erste Optikkanal. 3. Sensor device according to claim 2, wherein the offset (93) between input optics (21) and output optics (22) of a first optical channel (20A) of the optical channels (20) is smaller than an offset between input optics (21) and output optics (22) of a second optical channel (20B) of the optical channels, wherein the second Optical channel (20B) is arranged at a greater distance from an optical axis of the optics than the first optical channel.
4. Sensorvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Versatz (93) für die Optikkanäle so eingestellt ist, dass sich die Bündelschwerpunkte der durch die jeweiligen Blendenöffnungen hindurchtretenden Strahlung in einem Flächenschwerpunkt der Detektionsfläche schneiden. 4. Sensor device according to claim 2 or 3, wherein the offset (93) for the optical channels is set such that the beam centers of gravity of the radiation passing through the respective aperture openings intersect at a center of gravity of the detection surface.
5. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Optikkanäle (20) jeweils das gesamte Messfeld auf die Detektionsfläche (4) abbilden. 5. Sensor device according to one of the preceding claims, wherein the optical channels (20) each image the entire measuring field onto the detection surface (4).
6. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Optikkanäle (20) jeweils nur einen Teil des Messfelds auf die Detektionsfläche (4) abbilden. 6. Sensor device according to one of claims 1 to 4, wherein the optical channels (20) each image only a part of the measuring field onto the detection surface (4).
7. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Blendenöffnungen (30) jeweils entlang einer gemeinsamen Richtung relativ zu einer Achse der zugehörigen Eingangsoptik versetzt sind, so dass eine Hauptdetektionsrichtung (9) der Sensorvorrichtung (1) schräg zur vertikalen Richtung verläuft. 7. Sensor device according to one of the preceding claims, wherein the aperture openings (30) are each offset along a common direction relative to an axis of the associated input optics, so that a main detection direction (9) of the sensor device (1) runs obliquely to the vertical direction.
8. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Optik (2) ein gemeinsames zusammenhängendes Element ist, das die Optikkanäle (20) mit der jeweiligen8. Sensor device according to one of the preceding claims, wherein the optics (2) is a common, continuous element which connects the optics channels (20) with the respective
Eingangsoptik (21) , der jeweiligen Ausgangsoptik (22) und der jeweiligen Blendenöffnung (30) bildet. Input optics (21), the respective output optics (22) and the respective aperture (30).
9. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen der Optik (2) und den Detektionsbereichen (40) zumindest stellenweise eine Filterstruktur (8) angeordnet
ist, so dass zumindest zwei Detektionsbereiche voneinander verschiedene spektrale Empfindlichkeitsverteilungen aufweisen . 9. Sensor device according to one of the preceding claims, wherein a filter structure (8) is arranged at least in places between the optics (2) and the detection areas (40). so that at least two detection areas have different spectral sensitivity distributions.
10. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich die Optik (2) zumindest stellenweise bis zu Seitenflächen (15) , die die Sensorvorrichtung (1) in lateraler Richtung begrenzen, erstreckt. 10. Sensor device according to one of the preceding claims, wherein the optics (2) extend at least in places up to side surfaces (15) which delimit the sensor device (1) in the lateral direction.
11. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensorvorrichtung (1) ein oberflächenmontierbares Bauelement ist, das an einer der Optik gegenüber liegenden Montageseite (50) Kontakt flächen (55) für die externe elektrische Kontaktierung der Sensorvorrichtung (1) aufweist. 11. Sensor device according to one of the preceding claims, wherein the sensor device (1) is a surface-mountable component which has contact surfaces (55) for the external electrical contacting of the sensor device (1) on a mounting side (50) opposite the optics.
12. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensorvorrichtung (1) in vertikaler Richtung eine Bauhöhe von höchstens 3 mm aufweist. 12. Sensor device according to one of the preceding claims, wherein the sensor device (1) has a height of at most 3 mm in the vertical direction.
13. Sensorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Eingangsoptiken (21) jeweils einen Durchmesser zwischen einschließlich 50 pm und einschließlich 1 mm aufweisen .
13. Sensor device according to one of the preceding claims, wherein the input optics (21) each have a diameter between 50 pm and 1 mm inclusive.
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Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19755565A1 (en) * | 1996-12-20 | 1998-06-25 | Eastman Kodak Co | Lens system for use with camera |
US20060279845A1 (en) * | 2005-06-09 | 2006-12-14 | Microalign Techologies, Inc | Compact optical assembly for imaging a remote object |
EP2429176A1 (en) * | 2009-10-14 | 2012-03-14 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Device, image processing device and method for optical imaging |
US20120081801A1 (en) * | 2009-06-02 | 2012-04-05 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Lens and method for manufacturing same |
US20160190353A1 (en) * | 2014-12-26 | 2016-06-30 | Xintec Inc. | Photosensitive module and method for forming the same |
US20180196170A1 (en) * | 2015-07-31 | 2018-07-12 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Lens-attached substrate, stacked lens structure, camera module, and manufacturing apparatus and method |
US20200234026A1 (en) * | 2019-01-22 | 2020-07-23 | Shenzhen GOODIX Technology Co., Ltd. | Fingerprint identification apparatus and electronic device |
DE102023102131A1 (en) | 2023-01-30 | 2024-08-01 | Ams-Osram Ag | SENSOR DEVICE WITH A PLURALITY OF OPTICAL CHANNELS |
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- 2023-01-30 DE DE102023102131.1A patent/DE102023102131A1/en active Pending
-
2024
- 2024-01-26 WO PCT/EP2024/051893 patent/WO2024160669A1/en unknown
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19755565A1 (en) * | 1996-12-20 | 1998-06-25 | Eastman Kodak Co | Lens system for use with camera |
US20060279845A1 (en) * | 2005-06-09 | 2006-12-14 | Microalign Techologies, Inc | Compact optical assembly for imaging a remote object |
US20120081801A1 (en) * | 2009-06-02 | 2012-04-05 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Lens and method for manufacturing same |
EP2429176A1 (en) * | 2009-10-14 | 2012-03-14 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Device, image processing device and method for optical imaging |
US20160190353A1 (en) * | 2014-12-26 | 2016-06-30 | Xintec Inc. | Photosensitive module and method for forming the same |
US20180196170A1 (en) * | 2015-07-31 | 2018-07-12 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Lens-attached substrate, stacked lens structure, camera module, and manufacturing apparatus and method |
US20200234026A1 (en) * | 2019-01-22 | 2020-07-23 | Shenzhen GOODIX Technology Co., Ltd. | Fingerprint identification apparatus and electronic device |
DE102023102131A1 (en) | 2023-01-30 | 2024-08-01 | Ams-Osram Ag | SENSOR DEVICE WITH A PLURALITY OF OPTICAL CHANNELS |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
ARTIKEL: "Erzeugung komplexer Mikrooptiken durch Lithografie und UV-Abformung", JAHRESBERICHT AUS DEM, January 2005 (2005-01-01) |
ARTIKEL: "Wafer-Level Hybride Integration of Complex Micro-Optical Modules", MICROMACHINES, vol. 5, 2014, pages 325 - 340, XP093004701, DOI: 10.3390/mi5020325 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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