EP2059953A2 - Opto-elektronische vorrichtung - Google Patents

Opto-elektronische vorrichtung

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Publication number
EP2059953A2
EP2059953A2 EP07803347A EP07803347A EP2059953A2 EP 2059953 A2 EP2059953 A2 EP 2059953A2 EP 07803347 A EP07803347 A EP 07803347A EP 07803347 A EP07803347 A EP 07803347A EP 2059953 A2 EP2059953 A2 EP 2059953A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
functional element
light
esp
functional
main beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07803347A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mamadi Keita
Antoine Simon
Stefanie Berchthold
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG, Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
Publication of EP2059953A2 publication Critical patent/EP2059953A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F55/00—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto
    • H10F55/20—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto wherein the electric light source controls the radiation-sensitive semiconductor devices, e.g. optocouplers
    • H10F55/25—Radiation-sensitive semiconductor devices covered by groups H10F10/00, H10F19/00 or H10F30/00 being structurally associated with electric light sources and electrically or optically coupled thereto wherein the electric light source controls the radiation-sensitive semiconductor devices, e.g. optocouplers wherein the radiation-sensitive devices and the electric light source are all semiconductor devices

Definitions

  • the invention relates to a, in particular, usable as an optocoupler, opto-electronic device having a light-emitting opto-electronic functional element, a photosensitive opto-electronic functional element and an at least partially made of transmissive material, such. translucent plastic or glass, existing light-conducting functional element.
  • Such opto-electronic devices with light emitter, optical fiber and light receiver are used for example for the transmission of digital and / or analog signals between galvanically separate circuits.
  • Galvanic isolation between circuits is required in particular in various areas of industrial measurement and automation technology of relevant explosion protection regulations. As a result, appropriate measures must be taken to achieve explosion protection, for example, for the measurement and / or control of flow, pressure, level, temperature and / or the same field devices used.
  • Galvanic separation is intended both for such - conventionally also referred to as 4-wire devices - to provide field devices that are supplied via at least one special power line with electrical energy, and possibly for such - also commonly referred to as 2-wire devices - Field devices in which the power supply and data transmission takes place over one and the same line. Examples of such field devices with such as optocouplers for galvanically isolated circuits formed device u.a. in EP-A 525 920, US-B 66 84 340, US-B 66 24 418, US-A 46 54 771 or WO-A 04/048905.
  • optocouplers suitable devices of the aforementioned type are described for example in EP-A 103 032, US-B 69 47 620, US-B 66 33 030, US-B 65 09 574, US-A 56 14 131, US-A 53 49 504, US-A 43 67 483, US-A 43 07 297, US-A 41 24 860, US-A 41 00 422, US-A 37 74 021 described ,
  • the opto-electronic devices shown therein each have at least one light-emitting opto-electronic first functional element, for example a light-emitting diode, and at least one light-sensitive opto-electronic second functional element, for example a photodiode.
  • the light-emitting functional element is corresponding in operation by an electrical signal is driven and emits at least temporarily light, while the photosensitive functional element is driven by correspondingly incident light and thus at least temporarily provides an electrical signal during operation.
  • at least one light-conducting third functional element is provided in the opto-electronic device, in each case at least one light-conducting third functional element consisting of transmissive material, for example translucent plastic or glass. and having a first interface facing the first functional element, emitting light emitted therefrom, and a second interface having an outgoing light coupled in again and facing the second functional element.
  • the light-coupling interfaces of the third functional element of the in EP-A 103 032, US-B 69 47 620, US-B 66 33 030, US-B 65 09 574, US-A 56 14 131, US -A 43 67 483, US-A 43 07 297, US-A 41 24 860, US-A 41 00 422, or US-A 37 74 021 shown devices are each formed substantially planar. In addition, they also each have a surface normal, which runs parallel to an imaginary main beam axis of the respective corresponding opto-electronic functional element.
  • the imaginary main beam axis of the first functional element represents a direction of maximum intensity of the light emitted by the first functional element during operation
  • an imaginary main beam axis of the second functional element represents a direction of maximum sensitivity of the second functional element to light incident during operation.
  • Devices can satisfy the required in industrial measurement and automation explosion blast, are required by these also between galvanically isolated current-carrying components required minimum distances as well as air gaps, insulation thicknesses and creepage distances required minimum values.
  • the air gap and the creepage distance between galvanically isolated circuits must be 10 mm or the thickness of solid insulation at least 1 mm.
  • These distances relate in particular to the minimum distances between the operationally electrical current leading terminals and traces of the coupled by means of such opto-electronic devices circuits.
  • increased demands are to be met also with regard to the temperature resistance and risk of explosion as well as with regard to the damage patterns associated with any overloading that may occur.
  • optical fiber functional elements In order to enable the highest possible light coupling factor and a compact design as possible of such optoelectronic devices despite the high safety requirements are designed as optical fiber functional elements usually, such as in US-B 69 47 620, US-A 56 14 131 , the US-A 43 67 483 or the
  • US-A 41 24 860 shown, at least in areas that are to deflect the light to be transmitted at least partially by reflection, esp. Also total reflection, shaped according to the nature of an optical lens.
  • the production of partially lens-shaped optical fibers is relatively expensive.
  • the lenticular shape of the optical waveguide - be it in the area of the light-reflecting boundary surfaces or in the region of the above-mentioned light-coupling interfaces - also requires precise positioning and alignment of each of the functional elements directly involved in the optical transmission, accompanied by an increased adjustment effort during production or during installation.
  • the opto-electronic device should be created only in the course of the assembly of the circuits supporting circuit boards.
  • the manufacture of such an opto-electronic device as a whole is comparatively expensive.
  • the object of the invention to provide a suitable for use in a field device opto-electronic device of the type described, the inexpensive, simple and easy to assemble, esp. Also easy to adjust is.
  • the device should be designed such that it can be made as compact as possible and, where appropriate, also in SMD technology (surface mounted device) can be produced.
  • the opto-electronic device should not exceed the highest possible degree of light coupling or high data transmission rates relevant explosion protection requirements as far as possible and extent, for example, be suitable for use in such field devices that are suitable for use in hazardous areas are provided.
  • the invention in an opto-electronic device having at least one light-emitting opto-electronic first functional element, which emits at least temporarily light in operation, driven by an electrical signal, at least one photosensitive optoelectronic second functional element in the Operation, driven by incident light, at least temporarily provides an electrical signal, as well as at least one at least partially made of transmissive material, such as translucent plastic or glass, existing photoconductive third functional element that leads in operation coupled thereinto light, and at least one substantially planar Having interface that breaks in the device guided light.
  • the third functional element is formed so that the at least one substantially planar light-refractive interface of the third functional element has a surface normal, which is inclined at least to an imaginary main beam axis of at least one of the two opto-electronic functional elements, wherein an imaginary Main beam axis of the first functional element, a direction of maximum intensity of the light emitted in operation by the first functional element and an imaginary main beam axis of the second functional element represent a direction of maximum sensitivity of the second functional element to incident light during operation.
  • Surface normal of the at least one substantially planar light-refractive boundary surfaces of the third functional element is inclined both with respect to the main beam axis of the first functional element and with respect to the main beam axis of the second functional element.
  • Functional element has a first interface facing the first functional element and a second interface facing the second functional element, wherein the first interface coupled in operation of the first functional element emitted light in the third functional element, and the second interface in operation within the third functional element guided light in the direction of decoupled second functional element.
  • At least one of the two light-coupling interfaces of the third Functional element is formed substantially planar and also has a surface normal, which is inclined at least relative to the main beam axis of at least one of the two opto-electronic functional elements.
  • a second embodiment of the second embodiment of the invention is further provided to form the functional elements and to arrange in the apparatus that the surface normal of at least one substantially planar light coupling interface of the third functional element at least with respect to the main beam axis of the corresponding opto-electronic Functional element is inclined.
  • each of the two light coupling interfaces is formed substantially planar.
  • each of the two light-coupling interfaces of the third functional element also each having a surface normal, with respect to the main beam axis of the respective corresponding opto electronic functional element is inclined.
  • the third functional element in such a way that its two light-coupling interfaces aligned with each other so that one of their beyond the third functional element extended surface normal trapped smallest cutting angle less than 120 ° , in particular less than 90 °, and / or that the smallest cutting angle enclosed by its surface normal is more than 10 °, in particular more than 20 °.
  • the surface normals of the first interface of the third functional element with the main beam axis of the corresponding first functional element includes a minimum intersection angle substantially is the same as a trapped by the surface normal of the second interface of the third functional element and the main beam axis of the corresponding second functional element smallest cutting angle.
  • the third functional element has at least one substantially planar third interface, the run in operation within the third functional element, esp. Hin to the second functional element to be led, light, esp. Totally reflected.
  • at least the light-reflecting third boundary surface of the third functional element has a surface normal, which includes the surface normal of at least one of the two light-coupling interfaces of the third functional element a smallest intersection angle, which is greater than zero.
  • the light corresponding to the first functional element coupling first interface of the third functional element is planar and inclined at least relative to the light reflective third interface such that enclosed by the two surface normals smallest cutting angle more than 10 °, esp. Is greater than 30 °.
  • Functional element has a plurality of substantially planar light refractive, esp. Totally reflecting, boundary surfaces for in the third functional element out, especially to be guided towards the second functional element, light.
  • the at least one planar light-refractive interface of the third functional element is formed by means of a molded-in, in particular ground, facet.
  • the third functional element has a multiplicity of substantially planar light-refractive interfaces.
  • the third functional element is formed such that a side view thereof describes a convex polygon with n corners, where n is greater than three, esp. Equal to or greater than five.
  • third functional element is designed such that the polygon described by the side view of the third functional element is substantially symmetrical with respect to at least one major axis selbiger side view.
  • the third functional element is designed such that an imaginary axis of symmetry of the polygon described by the side view of the third functional element with each of the two main beam axes includes substantially the same angle of intersection.
  • the two opto-electronic functional elements are arranged relative to each other so that a of which beyond the third functional element also extended imaginary main beam axes included smallest cutting angle is less than 120 °, esp. Less than 90 °.
  • the two opto-electronic functional elements are arranged relative to each other so that the imaginary of the main beam axis trapped smallest cutting angle is less than 10 °, esp. Is about zero.
  • At least the two opto-electronic functional elements are fixed on a, esp. Designed as a printed circuit board and / or substantially planar support.
  • the third functional element is fixed on the carrier and / or by means of a, esp. Enveloping, holding device is attached to the carrier.
  • the carrier is formed substantially planar. Furthermore, the third functional element and the carrier are aligned with one another such that a smallest cutting angle enclosed by the surface normal of the at least one planar boundary surface of the third functional element and a surface normal of a surface of the planar support facing the third functional element is more than 5 °, in particular greater than Is 10 °, and / or less than 60 °, esp. Less than 40 °.
  • the third functional element contacts the carrier between the two optoelectronic functional elements.
  • the third functional element between the two opto-electronic functional elements is fixed to the carrier.
  • the carrier is substantially planar and the first functional element is placed on the carrier such that a smallest cutting angle enclosed by the main beam axis of the first functional element and a surface normal of a surface of the carrier facing the third functional element is less than 10 °, esp. About zero, and / or the second functional element is placed on the carrier, that a of the main beam axis of the second functional element and a surface normal of the third functional element facing surface of the carrier trapped smallest cutting angle less than 10 °, esp. Is about zero.
  • the device further comprises a
  • Coupler housing which at least partially surrounds at least the third functional element.
  • the coupler housing consists at least partially of a material, esp. A plastic, which, esp. Within a spectral range in which the
  • the coupler housing consists at least partially of a material, esp. A plastic, which, esp. Within a spectral range in which the
  • Functional element consists at least partially of a plastic. According to a seventeenth embodiment of the invention it is provided that the third
  • Plastic body is formed. According to a twentieth embodiment of the invention, it is provided that the third functional element is formed by means of a one-piece, in particular solid and / or rigid, glass body.
  • each of the three functional elements operates in an infrared spectral range.
  • the two opto-electronic functional elements are arranged and spaced from each other so that a minimum distance between a leading in operation electric current terminal of the first functional element and an operating electric current during operation Connection of the second functional element is at least 10 mm.
  • Another aspect of the invention consists in using the device according to the invention as, for example, analog and / or digital signals transmitting optocouplers between galvanically isolated circuits, for example in a field device of industrial measurement and automation technology, in particular in one, esp suitable for use in potentially explosive atmospheres and / or as a measuring instrument for industrial measuring and automation technology.
  • FIG. 1 schematically shows an opto-electronic device which can be used, in particular, as an optocoupler, with a light-emitting opto-electronic functional element, a photosensitive opto-electronic functional element and an at least partly made of transmissive material, such as e.g. translucent plastic or glass, existing light-conducting functional element in a sectional side view
  • Fig. 2 shows schematically in a cut first side view of a suitable for the device of FIG. 1, the light-conducting functional element, and
  • FIG. 3 shows schematically in a sectioned second side view the light-conducting functional element according to FIG. 2,
  • FIG. 1 shows an embodiment of a, esp. Used as an optocoupler, opto-electronic device is shown.
  • the device comprises a light-emitting optoelectronic first functional element 1, a light-sensitive optoelectronic second functional element 2 and a third functional element 3, placed between the two two optoelectronic functional elements and at least partially made of transmissive material, for guiding light coupled therein.
  • a light-emitting optoelectronic first functional element 1 1, a light-sensitive optoelectronic second functional element 2 and a third functional element 3, placed between the two two optoelectronic functional elements and at least partially made of transmissive material, for guiding light coupled therein.
  • transmissive material for guiding light coupled therein.
  • the spectral range in which the device operates almost arbitrary, as long as the spectral range of the individual functional elements are coordinated and the third functional element in this spectral range as a light guide is effective, that is sufficiently transmissive and is at least partially totally reflective.
  • the first functional element 1 serves to emit light at least intermittently, and to that extent practically functions as a transmitter of the device.
  • the functional element 1 is at least temporarily driven by a corresponding electrical signal Tx during operation.
  • a first functional element 1 for example, a working in the infrared and / or red spectral light emitting diode or laser diode can be used.
  • the optoelectronic first functional element 1 can also work in another spectral range suitable for the actual field of application of the optoelectronic device.
  • the second functional element 2 is activated during operation by light incident thereon at least temporarily and serves, at least temporarily, during operation to supply a corresponding electrical signal Rx, which essentially corresponds to the signal Tx driving the transmitter 1.
  • the second functional element 2 thus acts as a receiver of the device.
  • a second functional element 1 for example, an at least partially also within the spectral range of the first functional element 1 - thus operating in the infrared and / or red spectral region - working photodiode can be used.
  • the optoelectronic second functional element can also be formed, for example, by means of a corresponding phototransistor or photothyristor.
  • Each of the two opto-electronic functional elements 1, 2 each has at least one, possibly even only a single, imaginary main beam axis, wherein an imaginary main beam axis 1 'of the first functional element 1 is a maximum direction Intensity of the light emitted by the first functional element 1 in operation and an imaginary main beam axis 2 'of the second functional element 2 represent a direction of its maximum sensitivity to light incident during operation.
  • the two optoelectronic functional elements 1, 2 are arranged relative to one another such that an imaginary main beam axis trapped beyond the third functional element 3 has an included smallest cutting angle of less than 120 °, in particular less than 90 ° , is.
  • the two opto-electronic functional elements 1, 2 are arranged relative to each other so that the aforementioned smallest cutting angle is less than 10 °, esp. Is about zero.
  • the third functional element 3 acts as a light guide of the device and can, for example, a translucent plastic, such as a polycarbonate, or a glass.
  • a translucent plastic such as a polycarbonate, or a glass.
  • the material for the optical fiber most of the known transmissive glass or plastic materials are usable.
  • the third functional element 3 is formed by means of a one-piece, esp. Solid and / or rigid, glass body or an equally integral plastic body which can be made for example in an injection molding process.
  • the third functional element 3 has a first interface 1 facing, thereof emitted light according to einkoppelnde first interface 31 and an internally guided light again auskoppelnde, the second functional element correspondingly facing second interface 32.
  • the functional elements 1, 2, 3 are designed and arranged relative to each other so that the first coupling surface 31 einkoppelnde at least from the imaginary main beam axis 1 'of the first functional element 1 and the light auskoppelnde second interface 32 at least from the imaginary main beam axis 2' of second functional element are cut.
  • the optoelectronic functional elements 1, 2 are arranged in the device vis-a-vis to the respectively corresponding light coupling interface so that a radiation region of the first and a receiving region of the second functional element are directed to the third functional element 3.
  • this third interface 33 is designed so that it serves as a, for example, totally reflecting, reflection surface for guided in the third functional element, esp. To the second functional element to be led, light.
  • Total reflection at the interfaces provided for this purpose is achieved on the one hand as a material for the light guide is used, which has a sufficiently high refractive index in the spectral range used compared to the environment, such as air, and on the other hand one the critical angle for total reflection corresponding inclination of the interface is selected, so that within the light guide guided light strikes as sufficient as possible for the desired light coupling factor as far as the reflective surfaces as light.
  • a solid plastic or glass body is provided as a light guide, the coupling of the light is facilitated in the other hand, in the light guide.
  • a complex alignment of a light conductor designed, for example, as a flexible fiber on the transmitter or the receiver is eliminated.
  • the third functional element is further configured and aligned relative to the first opto-electronic functional element that the incident in operation on the third interface light there is at least partially reflected so that it is one of the third Interface remote fourth interface of the light guide 34 is directed.
  • This fourth boundary surface in turn runs obliquely with respect to the propagation direction of the third interface reflected light. After a second reflection within the optical waveguide 3 at this fourth boundary surface 34, the light, which is also reflected several times within the optical waveguide 3, is deflected out of the optical waveguide 3 via the second boundary surface 32 in such a way that it is at least partly distributed on the waveguide 3 with the second interface 32 corresponding receiver 2 meets.
  • the photoconductive third functional element 3 of the device according to the invention has a plurality of light-breaking interfaces 31, 32, 33, 34 for light guided inside the device during operation;
  • these light-refractive interfaces 31, 32, 33rd at least one is substantially planar and also has a surface normal 31 ', 32', 33 ', 34', which is at least opposite the main beam axis 1 ', 2' of at least one of the two opto-electronic functional elements 1, 2 inclined.
  • one or more of the aforementioned interfaces for example, the reflective third and / or fourth interface 33, 34 of the light guide 3 may be curved, cf.
  • the at least one reflective interface of the third functional element 3 formed substantially planar, whereby an overall simplified production of the third functional element 3 is possible.
  • the at least one light-reflecting interface can then be formed in a very simple manner by means of a facet which is shaped correspondingly into the third functional element and which, for example, forms a glass or plastic body in the optical waveguide.
  • the third interface 33 is aligned obliquely with respect to the direction of propagation of the light coupled into the light guide via the first interface 31 in such a way that at least partially, in particular predominantly, incident on the third interface during operation. is totally reflected.
  • the fourth interface with respect to the direction of propagation of deflected in operation over the third interface to the fourth interface directed light obliquely in such a way that the latter at the fourth interface at least partially, esp. predominantly, totally reflected.
  • the aforementioned, possibly also total, reflective fourth boundary surface of the optical waveguide 3 may, for example, be curved in the same way as the third boundary surface.
  • this fourth interface is substantially planar and, as already mentioned above in connection with the third interface, can therefore be formed by means of a facet formed correspondingly into the third functional element.
  • the third functional element as also shown in Fig. 1, further designed so that both the reflective third and the reflective fourth interface is planar.
  • the third functional element 3 is further formed so that at least one of the two light-coupling boundary surfaces 31, 32 of the third functional element 3 - in this case the first and / or the second interface - is formed substantially planar ,
  • the third functional element in the device according to the invention is designed and arranged relative to the two opto-electronic functional elements, that the at least one planar light-coupling interface of the third functional element 3 has a surface normal 31 ', 32', at least opposite the main beam axis 1 ' , 2 'of at least one of the two opto-electronic functional elements 1, 2 is inclined.
  • the third functional element 3 is further configured and arranged relative to the two opto-electronic functional elements 1, 2, that, as shown in Fig. 1, the surface normal 31 'and / or 32' of which at least one substantially planar light-coupling boundary surfaces 31, 32 at least opposite the main beam axis 1 ', 2' of the corresponding opto-electronic functional element 1, 2 is inclined.
  • the light passing through this interface is refracted according to Snell's law of refraction relative to the corresponding principal beam axis 1 ', 2' of the corresponding functional element 1, 2.
  • the first interface 31 is advantageously inclined relative to its at least one essentially planar light-reflecting interface 33 in such a way that of whose two surface normals 1 ', 31' included smallest cutting angle is more than 10 °, esp. Is greater than 30 °.
  • the functional elements 1, 2, and 3 of the device are designed and arranged relative to each other so that the surface normal 31 ', 32' of the at least one inclined planar light coupling interface 31, 32 of the third functional element 3 is inclined both with respect to the main beam axis 1 'of the first functional element 1 and with respect to the main beam axis 2' of the second functional element 2.
  • this at least one light-coupling planar interface is inclined so that in the case of the light in the optical waveguiding first interface, as shown schematically in Fig.
  • At least the substantially planar light-reflecting third boundary surface of the third functional element 3 has a surface normal 33 ', which with the main beam axis 1', 2 'at least one of the opto-optical axis.
  • electronic functional element 1, 2 includes a smallest angle of intersection, which is greater than zero, esp. In an angular range between 10 ° and 90 °.
  • at least the substantially planar light-reflecting third boundary surface of the third functional element 3 has a surface normal which includes a minimum intersection angle which is greater than zero with the surface normal of the at least one planar light-coupling boundary surfaces 31, 3.
  • the at least one light coupling interface 31, 32 may, as in
  • each of the two light-coupling boundary surfaces 31, 32 of the third functional element 3 is substantially planar, for example in each case inform a facet.
  • each of the two planar light coupling boundary surfaces 31, 32 of the third functional element 3 each having a surface normal, which is inclined at least relative to the main beam axis 1 ', 2' of the respective corresponding opto-electronic functional element 1, 2.
  • Fabrication of the device according to the invention may also be advantageous to form the functional elements and align them so that the surface normal 31 'of the light-coupling first interface with the main beam axis 1' of the corresponding first functional element 1 includes a smallest cutting angle, which is substantially equal is large, such as one of the surface normal 32 'of the light coupling second interface 32 and the main beam axis 2' of the corresponding second functional element 2 trapped smallest cutting angle.
  • the two planar light-coupling boundary surfaces 31, 32 are aligned with each other and so arranged on the third functional element 3, that a smallest Thomaswinke], of which over the third functional element 3 also extended surface normal 31 ', 32' is less than 120 °, especially less than 90 °.
  • the two planar light-coupling interfaces 31, 32 are aligned according to a further advantageous embodiment of the invention to each other so that the enclosed by the surface normal 31 ', 32' smallest cutting angle more than 10 °, esp. More than 20 °.
  • Boundaries 31, 32 and at least two light-reflecting boundary surfaces 33, 34 of the third functional element 3 are formed substantially planar, are according to a further embodiment of the invention, the first functional element 1 corresponding light coupling first interface 31 of the third functional element 3 with respect to the substantially planar light-reflecting third interface 33 and the second functional element 2 corresponding light coupling second interface 32 of the third functional element 3 with respect to its substantially planar light reflecting fourth interface 34 also inclined so that both of the surface normals 31 ', 33' of the the first and third boundary surfaces 31, 33 and also the smallest cutting angle enclosed by the surface normals 32 ', 34' of the second and fourth boundary surfaces 32, 34 is more than 10 °, in particular greater than 30 °.
  • a light guide serving third functional element 3 that it has at least one facet, which is on the one hand substantially planar and the other one with respect to the main beam axis 1 ', 2' of the first and / or second functional element , 2 inclined surface normal.
  • the facet is formed so that of its surface normal and the surface normal 31 ', 32', 33 ', 34' of the at least one planar boundary surface 31, 32, 33, 34 of the third functional element 3 included smallest cutting angle greater than 10 ° and less than 90 °.
  • this is according to a further embodiment of the invention is shaped so that it is a variety of substantially planar light-reflecting boundary surfaces 33, 34 for guided within the light guide 3, esp.
  • light which are inclined relative to each other by a non-zero inclination angle.
  • these light for example, total, reflective interfaces may be formed in turn as planar facets in the light guide.
  • the third functional element 3 is thus designed such that it describes at least in a side view - here according to FIG.
  • the number n as from the preceding explanations or the Fig. 1 or 2 readily apparent, at least greater than three is selected.
  • the efficiency or coupling factor can be improved in a very simple way by a corresponding increase in the number of facets and thus adapted to the requirements actually set in practice by the optoelectronic device according to the invention.
  • the number of light-coupling and light-reflecting facets for the light guide 3 is therefore selected to be equal to or greater than five.
  • this is designed according to a further embodiment of the invention such that the polygon described by its side view is substantially symmetrical with respect to at least one major axis selbiger side view. Furthermore, this serves as a light guide third functional element 3 is formed such that an imaginary axis of symmetry of the polygon described by the side view of the third functional element with each of the two main beam axes includes substantially the same angle of intersection.
  • the functional elements are dimensioned and arranged relative to each other, that a minimum distance between a leading in operation electric current terminal of the opto-electronic first functional element 1 and a leading in operation electric current terminal of opto-electronic second functional element is at least 10 mm.
  • the two opto-electronic functional elements 1, 2 are fixed on a support 4 which is essentially planar in the exemplary embodiment shown here.
  • the carrier 4 may be advantageously formed as a printed circuit board, which optionally carries in addition to the two opto-electronic functional elements and other electronic and / or electrical components.
  • serving as a transmitter opto-electronic functional element 1 and serving as a receiver opto-electronic second functional element 2 are each arranged on the support 4 that their emission or reception area from the carrier. 4 away towards the light guide 3 is directed.
  • Such an arrangement of the opto-electronic functional elements 1, 2 on a planar support 4 is very simple and can be realized, for example, without further surface mounting of transmitter and / or receiver and thus also in the course of an automated or semi-automated PCB assembly.
  • transmitter 1 and receiver 2 can be pre-assembled directly on a printed circuit board or other carrier in terms of position and relative distance, as they are then to be used as such within opto-electronic device as such.
  • the device of the invention can also with the use of conventional automatic placement - a correspondingly accurate calibration of the same - with a one in the sense a sufficient optical efficiency or coupling factor quite high quality and precision can be produced. Therefore, the effort for any manual readjustment of the three is Functional elements 1, 2, 3 after their installation on the support 4 to estimate comparatively low.
  • the carrier 4 and the light-coupling interface 31, 32 of the third functional element 3 are each formed substantially planar
  • the third functional element 3 and the carrier 4 to one another such that an interface of the surface normal of at least one inclined planar light coupling interface 31, 32 and a surface normal of the third functional element 3 facing substantially planar surface 4 'of the carrier 4 included smallest cutting angle is more than 5 °, esp. is greater than 10 °.
  • the functional element 3 and the carrier 4 to be dimensioned so that the smallest angle of intersection between the two aforementioned surface normals is less than 60 °, esp. Less than 40 °.
  • the third functional element 3 is fixed on the carrier 4. It may, for example, as proposed in US-B 69 47 620, be designed such that it can be mounted between the two opto-electronic functional elements 1, 2 directly on the, esp. Designed as a circuit board, carrier 4. This can, as shown in the aforementioned US-B 69 47 620, for example, by means provided on the functional element 3 latching hooks, which correspond to corresponding holes in the carrier, and / or effected by means of functional element 3 and carrier 4 correspondingly introduced adhesive layers. If necessary, for example for reasons of stabilization, the third functional element 3 can contact the carrier 4 between the two opto-electronic functional elements 1, 2 in sections.
  • the functional element 3 completely or at least partially enveloping, holding device can also be fixed by means of corresponding latching hooks and / or by means of corresponding adhesive bonds on the carrier.
  • the optical fiber can also be fix the optical fiber by means of interference fit on the circuit board, so for example by inserting in cross-section rectangular or square feet of the light guide in circular holes in the circuit board or by means of the in WO-A 05/091689 proposed fastening technology for electronic components on printed circuit boards.
  • the feet of the light guide can also be provided with latching hooks which are locked in holes provided in the carrier accordingly.
  • the device further comprises a
  • Coupler housing 8 which surrounds at least the third functional element 3 at least partially.
  • the coupler housing 8 is advantageously at least partially made of a material, such as a plastic, which, especially within a spectral range in which the device works primarily opaque, so light is impermeable.
  • at least the third functional element 3 is at least partially fixed by means of the coupler housing 8 on the support 4.
  • the holding device may be at least partially formed as an integral part of the coupler housing 8.
  • the light-guiding third functional element is distinguished by a geometrically very simple, yet optically very effective construction.
  • a comparatively simple construction of the device according to the invention is also made possible overall, especially with regard to the possibly very simple assembly of the three functional elements.
  • the device according to the invention is also very inexpensive to manufacture, which can be used for transmitters and receivers by conventional opto-electronic components, esp. Even those that do not necessarily have to meet the highest requirements in terms of precision or component distribution.
  • the inventive device is relatively insensitive to any deviations from the optimum optical transmission for the installation position of the individual functional elements 1, 2 or 3, for example by tilting and / or offset. Due to this, the individual functional elements 1, 2, 3 of the device can be adjusted very precisely relative to one another with a comparatively low technical outlay. It can, as already mentioned, assembly and adjustment of the individual functional elements in an advantageous manner in the course of a largely automated assembly of, esp. Also surface-mounted, printed circuit board are produced.
  • a further advantage of the invention is, inter alia, that the device according to the invention, despite its relatively simple construction, can have a very high coupling factor or efficiency. Therefore, the device is very well suited for the secure transmission of analog and / or digital signals, esp. Even those of low electrical power and / or comparatively high clock and / or signal carrier frequency.
  • the device according to the invention is therefore also usable as optocoupler, esp. Analog and / or digital signals transmitted, between galvanically isolated circuits, for example in a field device of industrial measurement and automation technology.
  • the device according to the invention may well be used as an optocoupler in a suitable for use in potentially explosive areas and / or trained as a meter field device of industrial measurement and automation.

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)
  • Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)

Abstract

Die Vorrichtung umfaßt wenigstens ein lichtgebendes opto-elektronisches Funktionselement (1), das im Betrieb, angesteuert von einem elektrischen Signal (Tx), zumindest zeitweise Licht emittiert, wenigstens ein lichtempfindliches opto-elektronisches Funktionselement (2), das im Betrieb, angesteuert von darauf einfallendem Licht, zumindest zeitweise ein elektrisches Signal liefert (Rx), sowie wenigstens ein zumindest anteilig aus transmissivem Material, insb. transluzentem Kunststoff oder Glas, bestehendes lichtleitendes drittes Funktionselement (3). Letzteres führt im Betrieb darin eingekoppeltes Licht und weist wenigstens eine im wesentlichen planare Grenzfläche (31, 32, 33, 34) auf, die in der Vorrichtung geführtes Licht bricht. Die wenigstens eine im wesentlichen planaren Licht brechenden Grenzfläche (31, 32, 33, 34) weist eine Flächennormale auf, die zumindest gegenüber der Hauptstrahlachse (1'; 2') wenigstens eines der beiden opto-elektronischen Funktionselemente (1; 2) geneigt ist, wobei eine gedachte Hauptstrahlachse (1') des Funktionselements (1) eine Richtung maximaler Intensität des im Betrieb davon emittierten Lichts und eine gedachte Hauptstrahlachse (2') des zweiten Funktionselement (2) eine Richtung von dessen maximaler Empfindlichkeit auf im Betrieb einfallendes Licht repräsentieren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau, bei vergleichsweise hohem Lichtkopplungsfaktor aus und ist im besonderen geeignet, als Optokoppler für Feldgerät der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik eingesetzt zu werden.

Description

Beschreibung Opto-elektronische Vorrichtung
[0001] Die Erfindung betrifft eine, insb. als Optokoppler verwendbare, opto-elektronische Vorrichtung mit einem lichtgebenden opto-elektronischen Funktionselement, einem lichtempfindlichens opto-elektronisches Funktionselement sowie einem zumindest anteilig aus transmissivem Material, wie z.B. transluzentem Kunststoff oder Glas, bestehendem lichtleitenden Funktionselement.
[0002] Solche opto-elektronischen Vorrichtungen mit Lichtsender, Lichtleiter und Lichtempfänger werden beispielsweise zur Übertragung von Digital- und/oder Analogsignalen zwischen galvanisch voneinander getrennten Stromkreisen verwendet.
[0003] Galvanische Trennung zwischen Stromkreisen ist im besonderen auch in verschiedenen Bereichen der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik von einschlägigen Explosionsschutzvorschriften gefordert. Infolgedessen müssen bei beispielsweise für die Messung und/oder die Regelung von Durchfluß, Druck, Füllstand, Temperatur und/oder der gleichen verwendeten Feldgeräten häufig entsprechende Maßnahmen zur Erzielung eines Explosionsschutzes ergriffen werden. Galvanische Trennung ist dabei sowohl für solche - herkömmlicherlicherweise auch als 4-Leiter-Geräte bezeichnete - Feldgeräte vorzusehen, die über wenigstens eine spezielle Netzleitung mit elektrischer Energie versorgt werden, als auch ggf. für solche - herkömmlicherweise auch als 2-Leiter-Geräte bezeichnete - Feldgeräte, bei denen die Energieversorgung und die Datenübertragung über ein und dieselbe Leitung erfolgt. Beispiele für derartige Feldgeräte mit einer solchen als Optokoppler für galvanisch getrennte Stromkreise ausgebildeten Vorrichtung sind u.a. in der EP-A 525 920, der US-B 66 84 340, der US-B 66 24 418, der US-A 46 54 771 oder der WO-A 04/048905 beschrieben.
[0004] Als Optokoppler geeignete Vorrichtungen der vorgenannten Art sind beispielsweise in der EP-A 103 032, der US-B 69 47 620, der US-B 66 33 030, der US-B 65 09 574, der US-A 56 14 131, der US-A 53 49 504, der US-A 43 67 483, der US-A 43 07 297, der US-A 41 24 860, der US-A 41 00 422, der US-A 37 74 021 beschrieben. Die darin gezeigten opto-elektronische Vorrichtungen weisen jeweils wenigstens ein lichtgebendes opto-elektronisches erstes Funktionselement, beispielsweise eine Leuchtdiode, sowie wenigstens ein lichtempfindliches opto-elektronisches zweites Funktionselement, beispielsweise eine Photodiode, auf. Das lichtgebende Funktionselement ist im Betrieb von einem elektrischen Signal entsprechend angesteuert und emittiert zumindest zeitweise Licht, während das lichtempfindliche Funktionselement von darauf entsprechend einfallendem Licht angesteuert ist und somit im Betrieb zumindest zeitweise ein elektrisches Signal liefert. Zum Übertragen von seitens des lichtgebenden Funktionselements emittiertem Licht hin zum lichtempfindlichen Funktionselement ist bei den opto-elektronischen Vorrichtung zudem jeweils wenigstens ein zumindest anteilig aus transmissivem Material, beispielsweise transluzentem Kunststoff oder Glas, bestehendes lichtleitendes drittes Funktionselement vorgesehen, das im Betrieb darin eingekoppeltes Licht führt, und das eine dem ersten Funktionselement zugewandte, davon emittiertes Licht einkoppelnde erste Grenzfläche und eine innen geführtes Licht wieder auskoppelnde, dem zweiten Funktionselement zugewandte zweite Grenzfläche aufweist. Die Licht koppelnden Grenzflächen des dritten Funktionselements der in der EP-A 103 032, der US-B 69 47 620, der US-B 66 33 030, der US-B 65 09 574, der US-A 56 14 131, der US-A 43 67 483, der US-A 43 07 297, der US-A 41 24 860, der US-A 41 00 422, oder der US-A 37 74 021 gezeigten Vorrichtungen sind jeweils im wesentlichen planar ausgebildet. Zudem weisen sie auch jeweils eine Flächennormale auf, die gegenüber einer gedachten Hauptstrahlachse des jeweils korrespondierenden opto-elektronischen Funktionselements parallel verläuft. In diesem Zusammenhang repräsentiert die gedachte Hauptstrahlachse des ersten Funktionselements eine Richtung maximaler Intensität des im Betrieb vom ersten Funktionselement emittierten Lichts, während eine gedachte Hauptstrahlachse des zweiten Funktionselement eine Richtung maximaler Empfindlichkeit des zweiten Funktionselements auf im Betrieb einfallendes Licht repräsentiert. Alternativ zu den vorgenannten planaren Licht kopplenden Grenzflächen können, wie beispielsweise in der US-B 69 47 620 oder der US-A 53 49 504 vorgeschlagen, zudem auch linsenförmig ausgebildete Licht koppelnde Grenzflächen an Funktionselementen der beschriebenen Art verwendet werden. Damit solche für die Signalübertragung verwendeten opto-elektronischen
Vorrichtungen dem in der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik geforderten Explosions schütz genügen können, sind von diesen auch zwischen galvanisch getrennten stromführenden Komponenten geforderte Mindestabstände wie auch für Luftstrecken, Isolationsdicken und Stromkriechpfade geforderte Mindestwerte einzuhalten. So müssen beispielsweise bei einer maximal zulässigen Spannung von 375 V die Luftstrecke und die Kriechpfadlänge zwischen galvanisch getrennten Stromkreisen 10 mm oder die Dicke fester Isolation mindestens 1 mm betragen. Diese Abstände beziehen sich dabei im Besonderen auf die minimalen Abstände zwischen den betriebsgemäß elektrischen Strom führenden Anschlüssen und Leiterbahnen der mittels solcher opto-elektronischen Vorrichtungen gekoppelten Stromkreise. Desweiteren sind seitens solcher als Optokoppler dienenden Vorrichtung erhöhte Anforderungen auch hinsichtlich der Temperaturbeständigkeit und der Explosionsgefährdungsrisikos so wie auch hinsichtlich der mit allfällig eintretenden Überbelastungen einhergehenden Schadensbilder zu erfüllen.
[0006] Um trotz der hohen sicherheitstechnischen Anforderungen einen möglichst hohen Lichtkopplungsfaktor sowie eine möglichst kompakte Bauform solcher optoelektronischen Vorrichtungen zu ermöglichen sind deren als Lichtleiter ausgebildeten Funktionselemente üblicherweise, wie beispielsweise auch in der US-B 69 47 620, der US-A 56 14 131, der US-A 43 67 483 oder der
[0007] US-A 41 24 860, gezeigt, zumindest in Bereichen, die das zu übertragende Licht zumindest anteilig durch Reflexion, insb. auch Totalreflexion, umlenken sollen, nach der Art einer optischen Linse geformt.
[0008] Allerdings ist die Herstellung von partiell linsförmig ausgebildeten Lichtleitern relative aufwendig. Zudem bedingt die Linsensform des Lichtleiters - sei es nun im Bereich der Licht reflektierende Grenzflächen oder im Bereich der oben erwähnten Licht kopplenden Grenzflächen - auch eine präzise Positionierung und Ausrichtung jedes der an der optischen Übertragung direkt beteiligten Funktionselemente einhergehend mit einem erhöhten Justageaufwand bei der Fertigung oder beim Einbau. Dies im besonderen auch für den Fall, daß, wie beispielsweise auch in der US-B 69 47 620 vorgeschlagen, die opto-elektronische Vorrichtung erst im Zuge der Bestückung von die Stromkreise tragenden Leiterplatten geschaffen werden soll. Infolgedessen ist wiederum auch die Herstellung einer solchen opto-elektronische Vorrichtung insgesamt vergleichsweise teuer.
[0009] Damit ist es die Aufgabe der Erfindung, eine für die Verwendung in einem Feldgerät geeignete opto-elektronische Vorrichtung der beschriebenen Art bereitzustellen, die preisgünstig, einfach aufgebaut und einfach zu montieren, insb. auch einfach zu justieren, ist. Ferner soll die Vorrichtung derart ausgebildet sein, daß sie möglichst kompakt ausgebildet sein kann und gegebenenfalls auch in SMD-Technologie (surface mounted device) herstellbar ist. Darüber hinaus soll die opto-elektronische Vorrichtung unbeschadet eines möglichst hohen Lichtkopplungsgrads bzw. hoher Datenübertragungsraten einschlägigen Explosionsschutzanforderungen möglichst umfänglich genügen können und insoweit beispielsweise auch für die Verwendung in solchen Feldgeräten geeignet sein, die für den Einsatz in explosionsgefährdeten Zonen vorgesehen sind.
[0010] Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einer opto-elektronische Vorrichtung mit wenigstens einem lichtgebenden opto-elektronischen ersten Funktionselement, das im Betrieb, angesteuert von einem elektrischen Signal, zumindest zeitweise Licht emittiert, wenigstens einem lichtempfindlichen optoelektronischen zweiten Funktionselement, das im Betrieb, angesteuert von darauf einfallendem Licht, zumindest zeitweise ein elektrisches Signal liefert, sowie wenigstens einem zumindest anteilig aus transmissivem Material, beispielsweise transluzentem Kunststoff oder Glas, bestehenden lichtleitenden dritten Funktionselement, das im Betrieb darin eingekoppeltes Licht führt, und das wenigstens eine im wesentlichen planare Grenzfläche aufweist, die in der Vorrichtung geführtes Licht bricht. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das dritte Funktionselement zu dem so ausgebildet, daß die wenigstens eine im wesentlichen planaren Licht brechenden Grenzfläche des dritten Funktionselements eine Flächennormale aufweist, die zumindest gegenüber einer gedachten Hauptstrahlachse wenigstens eines der beiden opto-elektronischen Funktionselemente geneigt ist, wobei eine gedachte Hauptstrahlachse des ersten Funktionselements eine Richtung maximaler Intensität des im Betrieb vom ersten Funktionselement emittierten Lichts und eine gedachte Hauptstrahlachse des zweiten Funktionselement eine Richtung maximaler Empfindlichkeit des zweiten Funktionselements auf im Betrieb einfallendes Licht repräsentieren.
[0011] Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Flächennormale der wenigstens einen im wesentlichen planaren Licht brechenden Grenzflächen des dritten Funktionselements sowohl gegenüber der Hauptstrahlachse des ersten Funktionselements als auch gegenüber der Hauptstrahlachse des zweiten Funktionselements geneigt ist.
[0012] Nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das dritte
Funktionselement eine dem ersten Funktionselement zugewandte erste Grenzfläche sowie eine dem zweiten Funktionselement zugewandte zweite Grenzfläche aufweist, wobei die erste Grenzfläche im Betrieb vom ersten Funktionselement emittiertes Licht in das dritte Funktionselement einkoppelt, und die zweite Grenzfläche im Betrieb innerhalb des dritten Funktionselements geführtes Licht in Richtung des zweiten Funktionselements auskoppelt.
[0013] In einer ersten Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß wenigstens eine der beiden Licht koppelnden Grenzflächen des dritten Funktionselements im wesentlichen planar ausgebildet ist und zudem eine Flächennormale aufweist, die zumindest gegenüber der Hauptstrahlachse wenigstens eines der beiden opto-elektronischen Funktionselemente geneigt ist.
[0014] Nach einer zweiten Weiterbildung der zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, die Funktionselemente so auszubilden und in der Vorrichtung anzuordnen, daß die Flächennormale der wenigstens einen im wesentlichen planaren Licht koppelnden Grenzfläche des dritten Funktionselements zumindest gegenüber der Hauptstrahlachse des korrespondierenden opto-elektronischen Funktionselements geneigt ist.
[0015] Nach einer dritten Weiterbildung der zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, das dritte Funktionselement so auszubilden, daß jede von dessen beiden Licht koppelnden Grenzflächen im wesentlichen planar ausgebildet ist.
[0016] Nach einer vierten Weiterbildung der zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, die Funktionselemente so auszubilden und in der Vorrichtung anzuordnen, daß jede der beiden Licht koppelnden Grenzflächen des dritten Funktionselements zudem jeweils eine Flächennormale aufweist, die gegenüber der Hauptstrahlachse des jeweils korrespondierenden opto-elektronischen Funktionselements geneigt ist.
[0017] Nach einer fünften Weiterbildung der zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, das dritte Funktionselement so auszubilden, daß dessen beiden Licht koppelnden Grenzflächen so zueinander ausgerichtet, daß ein von deren über das dritte Funktionselement hinaus verlängerten Flächennormalen eingeschlossener kleinster Schnittwinkel weniger als 120°, insb. weniger als 90°, beträgt und/oder daß der von deren Flächennormalen eingeschlossene kleinste Schnittwinkel mehr als 10°, insb. mehr als 20°, beträgt.
[0018] Nach einer sechsten Weiterbildung der zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, die Funktionselemente so auszubilden und in der Vorrichtung anzuordnen, daß die Flächenormalen der ersten Grenzfläche des dritten Funktionselements mit der Hauptstrahlachse des korrespondierenden ersten Funktionselements einen kleinsten Schnittwinkel einschließt, der im wesentlichen gleich groß ist, wie ein von der Flächenormalen der zweiten Grenzfläche des dritten Funktionselements und der Hauptstrahlachse des korrespondierenden zweiten Funktionselements eingeschlossener kleinster Schnittwinkel.
[0019] Nach einer dritten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das dritte Funktionselement wenigstens eine im wesentlichen planare dritte Grenzfläche aufweist, die im Betrieb innerhalb des dritten Funktionselements geführtes, insb. hin zum zweiten Funktionselement zu führendes, Licht, insb. total, reflektiert. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zumindest die Licht reflektierende dritte Grenzfläche des dritten Funktionselements eine Flächenormale aufweist, die mit der Flächennormale der wenigstens einen der beiden Licht koppelnden Grenzflächen des dritten Funktionselements einen kleinsten Schnittwinkel einschließt, der größer als Null ist. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die mit dem ersten Funktionselement korrespondierende Licht koppelnde erste Grenzfläche des dritten Funktionselements planar ausgebildet und zumindest gegenüber dessen Licht reflektierenden dritten Grenzfläche derart geneigt ist, daß von deren beider Flächennormalen eingeschlossene kleinste Schnittwinkel mehr als 10° beträgt, insb. größer ist als 30°.
[0020] Nach einer vierten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das dritte
Funktionselement eine Vielzahl von im wesentlichen planaren Licht brechenden, insb. auch total reflektierende, Grenzflächen für im dritten Funktionselement geführtes, insb. hin zum zweiten Funktionselement zu führendes, Licht aufweist.
[0021] Nach einer fünften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die wenigstens eine planare Licht brechende Grenzfläche des dritten Funktionselements mittels einer darin eingeformten, insb. eingeschliffenen, Facette gebildet ist. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung weist das dritte Funktionselement eine Vielzahl im wesentlichen planare Licht brechende Grenzflächen bildende Facetten auf.
[0022] Nach einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung ist ist das dritte Funktionselement derart ausgebildet, daß eine Seitenansicht davon ein konvexes Vieleck mit n Ecken beschreibt, wobei n größer als drei, insb. gleich oder größer fünf, ist. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist dritte Funktionselement derart ausgebildet, daß das durch die Seitenansicht des dritten Funktionselements beschriebene Vieleck hinsichtlich zumindest einer Hauptachse selbiger Seitenansicht im wesentlichen symmetrisch ausgebildet ist. Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist das dritte Funktionselement derart ausgebildet, daß eine gedachte Symmetrieachse des durch die Seitenansicht des dritten Funktionselements beschriebenen Vielecks mit jeder der beiden Hauptstrahlachsen im wesentlichen einen gleichen Schnittwinkel einschließt.
[0023] Nach einer siebenten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden opto-elektronischen Funktionselemente relativ zueinander so angeordnet sind, daß ein von deren über das dritte Funktionselement hinaus verlängerten gedachten Hauptstrahlachsen eingeschlossener kleinster Schnittwinkel weniger als 120°, insb. weniger als 90°, beträgt. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden opto-elektronischen Funktionselemente relativ zueinander so angeordnet sind, daß der von deren gedachten Hauptstrahlachse eingeschlossener kleinster Schnittwinkel weniger als 10° beträgt, insb. etwa Null ist.
[0024] Nach einer achten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zumindest die beiden opto-elektronischen Funktionselemente auf einem, insb. als Leiterplatte ausgebildeten und/oder im wesentlichen planaren, Träger fixiert sind.
[0025] Nach einer ersten Weiterbildung der achten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das dritte Funktionselement auf dem Träger fixiert ist und/oder mittels einer, insb. umhüllenden, Haltevorrichtung am Träger befestigt ist.
[0026] Nach einer zweiten Weiterbildung der achten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Träger im wesentlichen planar ausgebildet ist. Ferner sind das dritte Funktionselement und der Träger so zueinander ausgerichtet, daß ein von der Flächennormalen der wenigstens einen planaren Grenzfläche des dritten Funktionselements und einer Flächennormalen einer dem dritten Funktionselement zugewandten Oberfläche des planaren Trägers eingeschlossener kleinster Schnittwinkel mehr als 5° beträgt, insb. größer als 10° ist, und/oder weniger als 60° beträgt, insb. kleiner als 40° ist.
[0027] Nach einer dritten Weiterbildung der achten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das dritte Funktionselement den Träger zwischen den beiden optoelektronischen Funktionselementen kontaktiert.
[0028] Nach einer vierten Weiterbildung der achten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das dritte Funktionselement zwischen den beiden opto-elektronischen Funktionselementen am Träger fixiert ist.
[0029] Nach einer fünften Weiterbildung der achten Ausgestaltung der Erfindung ist der Träger im wesentlichen planar und ist das erste Funktionselement so auf dem Träger plaziert, daß ein von der Hauptstrahlachse des ersten Funktionselementsund einer Flächennormalen einer dem dritten Funktionselement zugewandten Oberfläche des Trägers eingeschlossener kleinster Schnittwinkel weniger als 10° beträgt, insb. etwa Null ist, und/oder ist das zweite Funktionselement so auf dem Träger plaziert, daß ein von der Hauptstrahlachse des zweiten Funktionselements und einer Flächennormalen einer dem dritten Funktionselement zugewandten Oberfläche des Trägers eingeschlossener kleinster Schnittwinkel weniger als 10° beträgt, insb. etwa Null ist. [0030] Nach einer neunten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Vorrichtung weiters ein
Kopplergehäuse, das zumindest das dritte Funktionselement zumindest teilweise umhüllt. [0031] Nach einer ersten Weiterbildung der neunten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Kopplergehäuse zumindest anteilig aus einem Material, insb. einem Kunststoff, besteht, das, insb. innerhalb eines Spektralbereichs, in dem die
Vorrichtung arbeitet, opak ist. [0032] Nach einer zweiten Weiterbildung der neunten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß zumindest das dritte Funktionselement zumindest anteilig mittels des Kopplergehäuses auf dem Träger fixiert ist. [0033] Nach einer dritten Weiterbildung der neunten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Kopplergehäuse zumindest anteilig aus einem Material, insb. einem Kunststoff, besteht, das, insb. innerhalb eines Spektralbereichs, in dem der
Vorrichtung arbeitet, opak ist. [0034] Nach einer zehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das erste
Funktionselement mittels einer Leuchtdiode gebildet ist. [0035] Nach einer elften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das erste
Funktionselement mittels einer Laserdiode gebildet ist. [0036] Nach einer zwölften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das zweite
Funktionselement mittels einer Fotodiode gebildet ist. [0037] Nach einer dreizehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das zweite
Funktionselement mittels eines Fototransistors gebildet ist. [0038] Nach einer vierzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das zweite
Funktionselement mittels eines Fotothyristors gebildet ist. [0039] Nach einer fünfzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das dritte
Funktionselement abschnittsweise linsenförmig ausgebildet ist. [0040] Nach einer sechzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das dritte
Funktionselement zumindest anteilig aus einem Kunststoff besteht. [0041] Nach einer siebzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das dritte
Funktionselement zumindest anteilig aus Polycarbonat besteht. [0042] Nach einer achtzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das dritte
Funktionselement zumindest anteilig aus einem Glas besteht. [0043] Nach einer neunzehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das dritte
Funktionselement mittels eines einstückigen, insb. massiven und/oder starren,
Kunststoffkörpers gebildet ist. [0044] Nach einer zwanzigsten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das dritte Funktionselement mittels eines einstückigen, insb. massiven und/oder starren, Glaskörpers gebildet ist.
[0045] Nach einer einundzwanzigsten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jedes der drei Funktionselemente in einem infraroten Spektralbereich arbeitet.
[0046] Nach einer zweiundzwanzigsten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden opto-elektronischen Funktionselemente derart ausgebildet und so voneinander beabstandet angeordnet sind, daß ein minimaler Abstand zwischen einem im Betrieb elektrischen Strom führenden Anschluß des ersten Funktionselements und einem im Betrieb elektrischen Strom führenden Anschluß des zweiten Funktionselements wenigstens 10 mm beträgt.
[0047] Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, die erfindungsgemäße Vorrichtung als, beispielsweise Analog- und/oder Digitalsignale übertragenden, Optokoppler zwischen galvanisch getrennten Stromkreisen, beispielsweise in einem Feldgerät der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik, zu verwenden, insbesondere in einem, insb. für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen geeigneten und/oder als Meßgerät der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik.
[0048] Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße
Vorrichtung weiter auszugestalten und weiterzubilden, insb. durch Kombination und/ oder Weglassen einzelner Merkmale. Hinsichtlich solcher weiteren vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sei u.a. auch auf die Patentansprüche verwiesen.
[0049] Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Dieselben Teile sind dabei jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Falls es die Übersichtlichkeit jedoch erfordert, sind Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren durchaus auch weggelassen.
[0050] Fig. 1 zeigt schematisch eine, insb. als Optokoppler verwendbare, opto-elektronische Vorrichtung mit einem lichtgebenden opto-elektronischen Funktionselement, einem lichtempfindlichens opto-elektronisches Funktionselement sowie einem zumindest anteilig aus transmissivem Material, wie z.B. transluzentem Kunststoff oder Glas, bestehendem lichtleitenden Funktionselement in einer geschnittenen Seitenansicht
[0051] Fig. 2 zeigt schematisch in einer geschnitten ersten Seitenansicht ein für die Vorrichtung gemäß Fig. 1 geeignetes lichtleitendes Funktionselement, und
[0052] Fig. 3 zeigt schematisch in einer geschnitten zweiten Seitenansicht das lichtleitendes Funktionselement gemäß Fig. 2, [0053] In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine, insb. als Optokoppler verwendbare, opto-elektronische Vorrichtung gezeigt. Die Vorrichtung umfaßt ein lichtgebendes opto-elektronisches erstes Funktionselement 1, ein lichtempfindliches optoelektronisches zweites Funktionselement 2 sowie ein zwischen den beiden beiden opto-elektronischen Funktionselementen plaziertes, zumindest anteilig aus transmissivem Material bestehendes lichleitfähiges bzw. lichtleitendes drittes Funktionselement 3 zum Führen von darin eingekoppeltem Licht, beispielsweise in einem infraroten und/oder roten Spektralbereich, in dem allfällige Störungen durch Umgebungslicht besonders wirksam vermieden werden können. Grundsätzlich aber ist der Spektralbereich, in dem die Vorrichtung arbeitet, nahezu beliebig, solange die Spektralbereich der einzelnen Funktionselemente aufeinander abgestimmt sind und das dritte Funktionselement in diesem Spektralbereich als Lichtleiter wirksam, also hinreichend transmissiv ist und zumindest abschnittsweise total reflektierend ist.
[0054] Das erste Funktionselement 1 dient dazu, zumindest zeitweise Licht zu emittieren, und fungiert insoweit praktisch als Sender der Vorrichtung. Dafür ist das Funktionselement 1 im Betrieb zumindest zeitweise von einem entsprechenden elektrischen Signal Tx angesteuert. Als erstes Funktionselement 1 kann beispielsweise eine im infraroten und/oder roten Spektralbereich arbeitenden Leuchtdiode oder Laserdiode verwendet werden. Falls erforderlich, kann das opto-elektronische erste Funktionselement 1 selbstverständlich aber auch in einem anderen, für den tatsächlichen Anwendungsbereich der opto-elektronischen Vorrichtung geeigneten Spektralbereich arbeiten.
[0055] Das zweite Funktionselement 2 wiederum ist im Betrieb von zumindest zeitweise darauf einfallendem Licht angesteuert und dient dazu, im Betrieb zumindest zeitweise ein entsprechendes elektrisches Signal Rx zu liefern, das im wesentlichen mit dem den Sender 1 ansteuernden Signal Tx korrespondiert. Das zweite Funktionselement 2 fungiert somit als Empfänger der Vorrichtung. Als zweites Funktionselement 1 kann beispielsweise eine zumindest anteilig auch innerhalb des Spektralbereichs des ersten Funktionselements 1 - hier also im infraroten und/oder roten Spektralbereich - arbeitenden Photodiode verwendet werden. Alternativ dazu kann das optoelektronische zweite Funktionselement beispielsweise auch mittels eines entsprechenden Phototransistors oder Photothyristors gebildet sein.
[0056] Jedes der beiden opto-elektronischen Funktionselemente 1, 2 weist jeweils mindestens eine, ggf. auch nur eine einzige, gedachte Hauptstrahlachse auf, wobei eine gedachte Hauptstrahlachse 1' des ersten Funktionselements 1 eine Richtung maximaler Intensität des im Betrieb vom ersten Funktionselements 1 emittierten Lichts und eine gedachte Hauptstrahlachse 2' des zweiten Funktionselements 2 eine Richtung von dessen maximaler Empfindlichkeit auf im Betrieb einfallendes Licht repräsentieren. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die beiden optoelektronischen Funktionselemente 1, 2 relativ zueinander so angeordnet sind, daß ein von deren über das dritte Funktionselement 3 hinaus verlängerten gedachten Hauptstrahlachsen eingeschlossener kleinster Schnittwinkel weniger als 120°, insb. weniger als 90°, beträgt. In einer vorteilhaften Weiterbildung davon ist ferner vorgesehen, daß die beiden opto-elektronischen Funktionselemente 1, 2 relativ zueinander so angeordnet sind, daß vorgenannter kleinster Schnittwinkel weniger als 10° beträgt, insb. etwa Null ist. Für den letztgenannten Fall bedeutet dies, daß die beiden opto-elektronischen Funktionselemente 1, 2 so angeordnet sind, daß deren beider Hauptstrahlachsen 1' bzw. 2' im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
[0057] Zwischen den beiden opto-elektronischen Funktionselementen vermittelt das zumindest im Spektralbereich der beiden opto-elektronischen Funktionselemente 1, 2 transmissive dritte Funktionselement 3. Es fungiert insoweit also als Lichtleiter der Vorrichtung und kann beispielsweise aus einem transluzenten Kunststoff, wie etwa einem Polycarbonat, oder einem Glas bestehen. Als Material für den Lichtleiter sind die meisten der bekannten transmissiven Glas- oder Kunststoffmaterialen verwendbar. Bei der Verwendung in einem explosionsgefährdeten Bereich muss jedoch die Nichtbrennbarkeit bzw. zumindest eine schwere Entflammbarkeit sowie gegebenenfalls eine ausreichend hohe Temperaturstabilität des Materials für den Lichtleiter gewährleistet sein. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das dritte Funktionselement 3 mittels eines einstückigen, insb. massiven und/oder starren, Glaskörpers oder eines gleichermaßen einstückigen Kunststoffkörpers gebildet, der beispielsweise in einem Spritzgus s verfahren hergestellt sein kann.
[0058] Zum Ein- bzw. Auskoppeln von Licht weist das dritte Funktionselement 3 eine dem ersten Funktionselement 1 zugewandte, davon emittiertes Licht entsprechend einkoppelnde erste Grenzfläche 31 sowie eine innen geführtes Licht wieder auskoppelnde, dem zweiten Funktionselement entsprechend zugewandte zweite Grenzfläche 32 auf. Die Funktionselemente 1, 2, 3 sind dabei so ausgebildet und relativ zueinander so angeordnet, daß die Licht einkoppelnde erste Grenzfläche 31 zumindest von der gedachten Hauptstrahlachse 1' des ersten Funktionselements 1 und die Licht auskoppelnde zweite Grenzfläche 32 zumindest von der gedachten Hauptstrahlachse 2' des zweiten Funktionselements geschnitten sind. Anders gesagt, sind die opto-elektronischen Funktionselemente 1, 2 in der Vorrichtung vis-a-vis zur jeweils korrespondierenden Licht koppelnden Grenzfläche so angeordnet, daß ein Abstrahlbereich des ersten und ein Empfangsbereich des zweiten Funktionselements auf das dritte Funktionselement 3 gerichtet sind. Dafür sind bei der im Ausführungsbeispiel gezeigten Vorrichtung die erste Grenzfläche in einem dem ersten Funktionselement gegenüberliegenden, dieses zumindest teilweise überdeckenden Außenbereich des dritten Funktionselements und die zweite Grenzfläche in einem dem zweiten Funktionselement gegenüberliegenden, dieses zumindest teilweise überdeckenden Außenbereich des dritten Funktionselements angelegt. Wie in der Figur mit einem vom ersten zum Funktionselement 2 führenden Pfeil angedeutet, trifft das vom Sender 1 ausgesandte und in den Lichtleiterleiter 3 über die erste Grenzfläche 31 entsprechend eingekoppelte Licht auf wenigstens eine zu dessen Ausbreitungsrichtung zumindest abschnittsweise schräg verlaufende, von der ersten Grenzfläche beabstandete dritte Grenzfläche 33 des Lichtleiters 3. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist diese dritte Grenzfläche 33 so ausgebildet, daß sie als eine, beispielsweise total reflektierende, Reflexionsfläche für im dritten Funktionselement geführtes, insb. hin zum zweiten Funktionselement zu führendes, Licht dient.
[0059] Totalreflexion an den dafür vorgesehenen Grenzflächen wird dadurch erreicht, daß einerseits als Material für den Lichtleiter ein solches verwendet wird, das gegenüber der Umgebung, beispielsweise Luft, einen hinreichend hohen Brechungsindex im verwendeten Spektralbereich aufweist, und daß andererseits eine dem Grenzwinkel für Totalreflexion entsprechende Schrägstellung der Grenzfläche gewählt ist, so daß innerhalb des Lichtleiters geführtes Licht in für den gewünschten Lichtkopplungsfaktor ausreichendem Maße möglichst streifend auf die als Licht reflektierenden Grenzflächen trifft. Für den vorbeschriebenen Fall, daß ein fester Kunststoff- bzw. Glaskörper als Lichtleiter vorgesehen ist, ist im übrigen auch die Einkopplung des Lichtes in den Lichtleiter erleichtert. Insbesondere entfällt eine aufwendige Ausrichtung eines beispielsweise als biegsame Faser ausgebildeten Lichtleiters auf den Sender oder den Empfänger.
[0060] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das dritte Funktionselement ferner so ausgebildet und relativ zum ersten opto-elektronischen Funktionselement ausgerichtet, daß das im Betrieb auf die dritte Grenzfläche auftreffende Licht dort zumindest anteilig so reflektiert wird, daß es zu einer von der dritte Grenzfläche entfernten vierten Grenzfläche des Lichtleiters 34 hingelenkt wird. Diese vierte Grenzfläche verläuft wiederum schräg gegenüber der Ausbreitungsrichtung des von der dritten Grenzfläche reflektierten Lichts. Nach einer nochmaligen Reflektion innerhalb des Lichtleiters 3 an dieser vierten Grenzfläche 34 wird das zumindest insoweit mehrfach innerhalb des Lichtleiters 3 reflektierte, gleichermaßen auch mehrfach umgelenkte Licht über die zweite Grenzfläche 32 in der Weise aus dem Lichtleiter 3 wieder ausgekoppelt, daß es zumindest anteilig auf den mit der zweiten Grenzfläche 32 korrespondierenden Empfänger 2 trifft.
[0061] Wie aus den vorangehenden Erläuterungen ohne weiteres ersichtlich, weist das lichtleitfähige dritte Funktionselement 3 der erfindungsgemäßen Vorrichtung mehrere Licht brechende Grenzflächen 31, 32, 33, 34 für im Betrieb innerhalb der Vorrichtung geführtes Licht auf; hier die Licht koppelnden erste und zweite Grenzfläche 31, 32 sowie die Licht zumindest teilweise total reflektierende dritte und die ggf. vorhandene vierte Grenzfläche 33, 34. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im besonderen vorgesehen, daß von diesen Licht brechenden Grenzflächen 31, 32, 33 wenigstens eine im wesentlichen planar ausgebildet ist und zudem eine Flächennormale 31', 32', 33', 34' aufweist, die zumindest gegenüber der Hauptstrahlachse 1', 2' wenigstens eines der beiden opto-elektronischen Funktionselemente 1, 2 geneigt ist.
[0062] Falls erforderlich, kann eine oder mehrere der vorgenannten Grenzflächen, beispielsweise die reflektierende dritte und/oder vierte Grenzfläche 33, 34 des Lichtleiters 3 gekrümmt ausgebildet sein, vgl. hierzu auch die eingangs erwähnte US- B 69 47 620. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die wenigstens eine reflektierende Grenzfläche des dritten Funktionselements 3 allerdings im wesentlichen planar ausgebildet, wodurch eine insgesamt vereinfachte Herstellung des dritten Funktionselements 3 möglich ist. Beispielsweise kann die wenigstens eine Licht reflektierende Grenzfläche dann auf sehr einfache mittels einer in das dritte Funktionselement entsprechend eingeformte, beispielsweise in den Lichtleiter bildenden Glas- oder Kunststoffkörper entsprechend eingeschliffene, Facette gebildet sein.
[0063] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die dritte Grenzfläche 33 bezüglich der Ausbreitungsrichtung des über die erste Grenzfläche 31 in den Lichtleiter eingekoppelten Lichts in der Weise schräg ausgerichtet, daß im Betrieb auf die dritte Grenzfläche auftreffendes Licht zumindest anteilig, insb. überwiegend, total reflektiert wird. In Ergänzung dazu ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die vierte Grenzfläche bezüglich der Ausbreitungsrichtung des im Betrieb über die dritte Grenzfläche zur vierten Grenzfläche hingelenkten Lichts in der Weise schräg ausgerichtet, daß letzteres an der vierten Grenzfläche zumindest anteilig, insb. überwiegend, total reflektiert wird. Die vorgenannte, gegebenenfalls auch total, reflektierende vierte Grenzfläche des Lichtleiters 3 kann beispielsweise gleichermaßen wie die dritte Grenzfläche gekrümmt ausgebildet sein. Gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist diese vierte Grenzfläche jedoch im wesentlichen planar ausgebildet und kann somit, wie oben im Zusammenhang mit der dritten Grenzfläche bereits erwähnt, mittels einer in das dritte Funktionselement entsprechend eingeformten Facette gebildet sein. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das dritte Funktionselement, wie auch in Fig. 1 dargestellt, ferner so ausgebildet, daß sowohl die reflektierende dritte als auch die reflektierende vierte Grenzfläche planar ausgebildet ist.
[0064] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das dritte Funktionselement 3 ferner so ausgebildet, daß wenigstens eine der beiden Licht koppelnden Grenzflächen 31, 32 des dritten Funktionselements 3 - hier also die erste und/oder die zweite Grenzfläche - im wesentlichen planar ausgebildet ist. Zudem ist das dritte Funktionselement bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung so ausgebildet und relativ zu den beiden opto-elektronischen Funktionselementen angeordnet, daß die wenigstens eine planare Licht koppelnde Grenzfläche des dritten Funktionselements 3 eine Flächennormale 31', 32' aufweist, die zumindest gegenüber der Hauptstrahlachse 1', 2' wenigstens eines der beiden opto-elektronischen Funktionselemente 1, 2 geneigt ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das dritte Funktionselement 3 weiterhin so ausgebildet und relativ zu den beiden opto-elektronischen Funktionselementen 1, 2 angeordnet, daß, wie in Fig. 1 gezeigt, die Flächennormale 31' und/oder 32' von dessen wenigstens einer im wesentlichen planaren Licht koppelnden Grenzflächen 31, 32 zumindest gegenüber der Hauptstrahlachse 1', 2' des korrespondierenden opto-elektronischen Funktionselements 1, 2 geneigt ist. Infolgedessen wird also das diese Grenzfläche passierende Licht gemäß dem Brechungsgesetz nach Snellius relativ zur entsprechenden Hauptstrahlachse 1', 2' des korrespondierenden Funktionselements 1, 2 gebrochen. Für den Fall, daß dabei zumindest die mit dem ersten Funktionselement 1 korrespondierende erste Grenzfläche 31 gegenüber von dessen Hauptstrahlachse 1' geneigt ist, ist in vorteilhafter Weise die erste Grenzfläche 31 gegenüber dessen wenigstens einer im wesentlichen planaren Licht reflektierender Grenzfläche 33 zudem derart geneigt, daß von deren beider Flächennormalen 1', 31' eingeschlossene kleinste Schnittwinkel mehr als 10° beträgt, insb. größer ist als 30°.
[0065] Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad bei gleichzeitig möglichst kompakter und möglichst einfacher Bauweise der gesamten opto-elektronischen Vorrichtung zu ermöglichen, sind gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Funktionselemente 1, 2, und 3 der Vorrichtung so ausgebildet und relativ zu einander angeordnet, daß die Flächennormale 31', 32' der wenigstens einen geneigten planaren Licht koppelnden Grenzfläche 31, 32 des dritten Funktionselements 3 sowohl gegenüber der Hauptstrahlachse 1' des ersten Funktionselements 1 als auch gegenüber der Hauptstrahlachse 2' des zweiten Funktionselements 2 geneigt ist. Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist diese wenigstens eine Licht koppelnde planare Grenzfläche dabei so geneigt, daß im Fall der Licht in den Lichtleiter einkoppelnden ersten Grenzfläche, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, dort eintretendes Licht weg von der Hauptstrahlachse 1' des korrespondierenden optoelektronischen ersten Funktionselements und/oder daß im Fall der Licht aus dem Lichtleiter auskoppelnden zweiten Grenzfläche, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, dort austretendes Licht hin zur Hauptstrahlachse 2' des korrespondierenden optoelektronischen zweiten Funktionselements gebrochen werden.
[0066] Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist zumindest die im wesentlichen planare Licht reflektierende dritte Grenzfläche des dritten Funktionselements 3, wie zuvor bereits angedeutet, eine Flächenormale 33' auf, die mit der Hauptstrahlachse 1', 2' wenigstens eines der opto-elektronischen Funktionselement 1, 2 einen kleinsten Schnittwinkel einschließt, der größer als Null ist, insb. in einem Winkelbereich zwischen 10° und 90° liegt. Alternativ oder in Ergänzung weist zumindest die im wesentlichen planare Licht reflektierende dritte Grenzfläche des dritten Funktionselements 3 eine Flächenormale auf, die mit der Flächennormale der wenigstens einen planaren Licht koppelnden Grenzflächen 31, 3 einen kleinsten Schnittwinkel einschließt, der größer als Null ist.
[0067] Auch die wenigstens eine Licht koppelnden Grenzfläche 31, 32 kann, wie im
Zusammenhang mit den Licht reflektierenden Grenzflächen 33, 34 bereits erwähnt, mittels einer in das dritte Funktionselement 3 entsprechend eingeformte, beispielsweise in den Lichtleiter bildenden Glas- oder Kunststoffkörper entsprechend eingeschliffene, Facette geschaffen sein. Falls erforderlich, kann die anderer der beiden Licht koppelnden Grenzflächen 31, 32 gegebenenfalls linsenförmig ausgebildet sein. Allerdings ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß jede der beiden Licht koppelnden Grenzflächen 31, 32 des dritten Funktionselements 3 im wesentlichen planar ausgebildet ist, beispielsweise jeweils inform einer Facette. Zudem kann es von Vorteil sein, wenn dabei jede der beiden planaren Licht koppelnden Grenzflächen 31, 32 des dritten Funktionselements 3 jeweils eine Flächennormale aufweist, die zumindest gegenüber der Hauptstrahlachse 1', 2' des jeweils korrespondierenden opto-elektronischen Funktionselements 1, 2 geneigt ist.
[0068] Zur Wahrung der Symmetrie und damit einhergehend zur Vereinfachung der
Fertigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es des weiteren von Vorteil sein, die Funktionselemente so auszubilden und so zueinander auszurichten, daß die Flächenormale 31' der Licht koppelnden ersten Grenzfläche mit der Hauptstrahlachse 1' des korrespondierenden ersten Funktionselements 1 einen kleinsten Schnittwinkel einschließt, der im wesentlichen gleich groß ist, wie ein von der Flächenormalen 32' der Licht koppelnden zweiten Grenzfläche 32 und der Hauptstrahlachse 2' des korrespondierenden zweiten Funktionselements 2 eingeschlossener kleinster Schnittwinkel. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden planaren Licht koppelnden Grenzflächen 31, 32 so zueinander ausgerichtet und so am dritten Funktionselement 3 angeordnet, daß ein kleinster Schnittwinke], der von deren über das dritte Funktionselement 3 hinaus verlängerten Flächennormalen 31', 32' eingeschlossen ist, weniger als 120°, insb. weniger als 90°, beträgt. Ferner sind die beiden planaren Licht koppelnden Grenzflächen 31, 32 nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung so zueinander ausgerichtet, daß der von deren Flächennormalen 31', 32' eingeschlossene kleinste Schnittwinkel mehr als 10°, insb. mehr als 20°, beträgt.
[0069] Für den vorbeschriebenen Fall, daß sowohl jede der beiden Licht koppelnden
Grenzflächen 31, 32 als auch zumindest zwei Licht reflektierende Grenzflächen 33, 34 des dritten Funktionselements 3 im wesentlichen planar ausgebildet sind, sind gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die mit dem ersten Funktionselement 1 korrespondierende Licht koppelnde erste Grenzfläche 31 des dritten Funktionselements 3 gegenüber dessen im wesentlichen planaren Licht reflektierender dritten Grenzfläche 33 sowie die mit dem zweiten Funktionselement 2 korrespondierende Licht koppelnde zweite Grenzfläche 32 des dritten Funktionselements 3 gegenüber dessen im wesentlichen planaren Licht reflektierender vierten Grenzfläche 34 zudem derart geneigt, daß sowohl der von den Flächennormalen 31', 33' der ersten und dritten Grenzfläche 31, 33 als auch der von den Flächennormalen 32', 34' der zweiten und vierten Grenzfläche 32, 34 jeweils eingeschlossene kleinste Schnittwinkel mehr als 10° beträgt, insb. größer ist als 30°.
[0070] Aus der Zusammenschau der vorangehenden Erläuterungen ist es für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, daß ein weitere Aspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung darin zu sehen ist, daß als Lichtleiter dienende dritte Funktionselement 3 zu auszubilden, daß es wenigstens eine Facette aufweist, die zum einen im wesentlichen planar ist und die zum anderen eine gegenüber der Hauptstrahlachse 1', 2' des ersten und/oder zweiten Funktionselements 1, 2 geneigte Flächennormale aufweist. Im besonderen ist die Facette dabei so ausgebildet, daß von deren Flächennormalen sowie der Flächenormale 31', 32', 33', 34' der wenigstens einen planaren Grenzfläche 31, 32, 33, 34 des dritten Funktionselements 3 eingeschlossener kleinster Schnittwinkel größer als 10° und kleiner als 90° ist.
[0071] Um eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades der Vorrichtung bei nach wie vor möglichst einfacher und kompakter Bauweise des Lichtleiters 3 und insoweit auch der gesamten Vorrichtung zu erreichen, ist dieser gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung so geformt, daß er eine Vielzahl von im wesentlichen planaren Licht reflektierenden Grenzflächen 33, 34 für innerhalb des Lichtleiters 3 geführtes, insb. hin zum zweiten Funktionselement 2 zu führendes, Licht aufweist, die relativ zueinander jeweils um eine von Null verschiedenen Neigungswinkel geneigt sind. Dabei können diese Licht, beispielsweise auch total, reflektierende Grenzflächen wiederum als in den Lichtleiter planare Facetten ausgebildet sein. Letztlich ist das dritte Funktionselement 3 also derart ausgebildet, daß es zumindest in einer Seitenansicht - hier der gemäß der Fig. 4 - ein konvexes Vieleck mit n Ecken beschreibt, wobei die Anzahl n, wie aus den vorangehenden Erläuterungen oder auch der Fig. 1 oder 2 ohne weiteres ersichtlich, zumindest größer als drei gewählt ist. Dabei stellt die Verwendung eines Lichtleiters mit einer Vielzahl n- 1 solcher Facetten bezüglich eines solchen mit Linsenform, beispielsweise gemäß dem in erwähnten US-B 69 47 620 vorgeschlagenen, eine erhebliche Vereinfachung im Aufbau und somit auch in der Fertigung des Lichtleiters dar, bei durchaus vergleichbarem Wirkungsgrad und Lichtkopplungsfaktor. Darüber hinaus können Wirkungsgrad oder Kopplungsfaktor durch entsprechende Erhöhung der Anzahl an Facetten auf sehr einfache Weise verbessert und somit an die in praxi an die erfindungsgemäße opto-elektronische Vorrichtung tatsächlich gestellten Anforderungen angepaßt werden. Gemäß einer Ausgestaltung ist die Anzahl an Licht koppelnden und Licht reflektierenden Facette für den Lichtleiter 3 daher so gewählt, daß sie gleich oder größer fünf ist.
[0072] Zur Vereinfachung der Herstellung des Lichtleiters 3 ist dieser gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung derart ausgebildet, daß das durch dessen Seitenansicht beschriebene Vieleck hinsichtlich zumindest einer Hauptachse selbiger Seitenansicht im wesentlichen symmetrisch ausgebildet ist. Ferner ist das als Lichtleiter dienende dritte Funktionselement 3 derart ausgebildet, daß eine gedachte Symmetrieachse des durch die Seitenansicht des dritten Funktionselements beschriebenen Vielecks mit jeder der beiden Hauptstrahlachsen im wesentlichen einen gleichen Schnittwinkel einschließt.
[0073] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind zur Gewährleistung eines ausreichenden Explosionsschutzes die Funktionselemente derart dimensioniert und relativ zueinander angeordnet, daß ein minimaler Abstand zwischen einem im Betrieb elektrischen Strom führenden Anschluß des opto-elektronischen ersten Funktionselements 1 und einem im Betrieb elektrischen Strom führenden Anschluß des opto-elektronischen zweiten Funktionselements wenigstens 10 mm beträgt.
[0074] Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, sind zumindest die beiden opto-elektronischen Funktionselemente 1, 2 auf einem - im hier gezeigten Ausführungsbeispiel im wesentlichen planaren - Träger 4 fixiert. Der Träger 4 kann in vorteilhafter Weise als Leiterplatte ausgebildet sein, die zusätzlich zu den beiden opto-elektronischen Funktionselementen gegebenenfalls auch weitere elektronische und/oder elektrische Bauelemente trägt. Wie zuvor schon angesprochen und aus der Figur erkennbar, sind das als Sender dienende opto-elektronische Funktionselement 1 und das als Empfänger dienende opto-elektronische zweite Funktionselement 2 dabei jeweils so auf dem Träger 4 angeordnet, daß ihr Abstrahl- bzw. Empfangsbereich vom Träger 4 weg hin zum Lichtleiter 3 gerichtet ist. Eine solche Anordnung der opto-elektronischen Funktionselemente 1, 2 auf einem planaren Träger 4 ist sehr einfach und läßt sich beispielsweise ohne weiters auch mittels Oberflächenmontage von Sender und/oder Empfänger und somit auch im Zuge einer automatisierten oder teil- automatisierten Leiterplattenbestückung realisieren. Anders gesagt, Sender 1 und Empfänger 2 können direkt auf einer Leiterplatte oder einem anderen Träger hinsichtlich Lage und relativem Abstand so vormontiert werden, wie sie dann innerhalb opto-elektronischen Vorrichtung als solche schließlich verwendet werden sollen. Wegen ihrer vergleichsweise hohen Toleranz gegenüber nahezu unvermeidlichen Exemplarstreuungen in den einzelnen Funktionselemente, sei es aufgrund von Fertigungstoleranzen oder aufgrund von Justageabweichungen bei deren Montage, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dabei auch bei Verwendung herkömmlicher Bestückungsautomaten - eine entsprechend genaue Kalibrierung derselben vorausgesetzt - mit einer eine im Sinne eines ausreichenden optischen Wirkungsgrades oder Kopplungsfaktors durchaus sehr hoher Qualität und Präzision hergestellt werden. Daher ist auch der Aufwand für eine allfällige manuelle Nachjustierung der drei Funktionselemente 1, 2, 3 nach ihrer Montage auf dem Träger 4 vergleichsweise gering einzuschätzen.
[0075] Für den vorbeschriebenen Fall, daß der Träger 4 und eine der Licht koppelnden Grenzfläche 31, 32 des dritten Funktionselements 3 jeweils im wesentlichen planar ausgebildet sind, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ferner vorgesehen, das dritte Funktionselement 3 und den Träger 4 so zueinander auszurichten, daß ein von der Flächennormalen der wenigstens einen geneigten planaren Licht koppelnden Grenzfläche 31, 32 und einer Flächennormalen einer dem dritten Funktionselement 3 zugewandten im wesentlichen planaren Oberfläche 4' des Trägers 4 eingeschlossener kleinster Schnittwinkel mehr als 5° beträgt, insb. größer als 10° ist. Ferner ist vorgesehen, das Funktionselement 3 und den Träger 4 so zu dimensionieren, daß der kleinste Schnittwinkel zwischen den beiden vorgenannten Flächennormalen weniger als 60° beträgt, insb. kleiner als 40° ist. Gemäß einer andern Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, das erste Funktionselement 1 so auf dem planaren Träger 4 zu plazieren, daß ein von der Hauptstrahlachse des ersten Funktionselements 1 und der Flächennormalen der dem dritten Funktionselement 3 zugewandten Oberfläche 4' des Trägers 4 eingeschlossener kleinster Schnittwinkel weniger als 10° beträgt, insb. etwa Null ist, und/oder das zweite Funktionselement 2 so auf dem zu Träger 4 plazieren, daß ein von der Hauptstrahlachse des zweiten Funktionselements 2 und der Flächennormalen der dem dritten Funktionselement 3 zugewandten Oberfläche 4' des Trägers 4 eingeschlossener kleinster Schnittwinkel weniger als 10° beträgt, insb. etwa Null ist.
[0076] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß auch das dritte Funktionselement 3 auf dem Träger 4 fixiert ist. Es kann dafür, wie beispielsweise auch in der US-B 69 47 620 vorgeschlagen, derart ausgebildet sein, daß es zwischen den beiden opto-elektronischen Funktionselementen 1, 2 direkt auf dem, insb. als Leiterplatte ausgebildeten, Träger 4 befestigt werden kann. Dies kann, wie auch in vorgenannter US-B 69 47 620 gezeigt, beispielsweise mittels am Funktionselement 3 vorgesehenen Rasthaken, die mit entsprechenden Bohrungen im Träger korrespondieren, und/oder mittels zwischen Funktionselement 3 und Träger 4 entsprechend eingebrachten Klebschichten erfolgen. Falls erforderlich, beispielsweise aus Gründen der Stabilisierung, kann das dritte Funktionselement 3 dabei den Träger 4 zwischen den beiden opto-elektronischen Funktionselementen 1, 2 abschnittsweise flächig kontaktiert.
[0077] Alternativ oder in Ergänzung zum vorgenannten direkten Fixieren des dritten Funktionselements 3 auf dem Träger 4 kann dieses, wie in Fig. 1 dargestellt, auch mittels einer Haltevorrichtung am Träger 4 befestigt sein, insb. auch ohne den Träger 4 direkt oder unmittelbar zu kontaktieren. Die, beispielsweise das Funktionselement 3 ganz oder zumindest teilweise umhüllende, Haltevorrichtung kann dabei ebenfalls mittels entsprechender Rasthaken und/oder mittels entsprechender Klebeverbindungen am Träger fixiert sein. Darüber hinaus ist aber auch möglich, den Lichtleiter mittels Preßpassung auf der Leiterplatte zu fixieren, also z.B. durch das Einfügen von im Querschnitt rechteckigen oder quadratischen Füßen des Lichtleiters in kreisförmige Bohrungen in der Leiterplatte oder mittels den in der WO-A 05/091689vorgeschlagenen Befestigungstechnik für elektronische Bauteile auf Leiterplatten. Des weiteren können die Füße des Lichtleiters auch mit Rasthaken versehen sein, die in im Träger entsprechend vorgesehenen Bohrungen arretiert werden.
[0078] Nach einer Weiterbildung der Erfindung umfaßt die Vorrichtung ferner ein
Kopplergehäuse 8, das zumindest das dritte Funktionselement 3 zumindest teilweise umhüllt. Das Kopplergehäuse 8 besteht in vorteilhafter Weise zumindest anteilig aus einem Material, beispielsweise einem Kunststoff, das, insb. innerhalb eines Spektralbereichs, in dem die Vorrichtung vornehmlich arbeitet, opak, also Licht undurchlässig ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß zumindest das dritte Funktionselement 3 zumindest anteilig mittels des Kopplergehäuses 8 auf dem Träger 4 fixiert ist. Beispielsweise kann dafür die oben erwähnte Haltevorrichtung zumindest anteilig als integraler Bestandteil des Kopplergehäuses 8 ausgebildet sein.
[0079] Wie aus der Zusammenschau der vorangehenden Erläuterungen ohne weiteres erkennbar zeichnet sich besonders das Licht leitende dritte Funktionselement durch einen geometrisch sehr einfachen, nichtsdestotrotz optisch jedoch sehr effektiven Aufbau aus. Dadurch wird auch insgesamt ein vergleichsweise einfacher Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht, besonders auch im Hinblick auf die gegebenenfalls sehr einfache Montage der drei Funktionselemente. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch dadurch sehr kostengünstig herzustellen, das für Sender und Empfänger durch herkömmliche opto-elektronische Bauelemente verwendet werden können, insb. auch solche, die nicht notwendigerweise allerhöchsten Anforderungen hinsichtlich Präzison oder Bauteilestreuung genügen müssen.
[0080] Infolge der oben beschriebenen Schrägstellung der planaren Licht brechenden Grenzflächen, insb. der ersten und/oder der zweiten Licht koppelnden Grenzfläche, des lichtleitenden Funktionselements 3 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vergleichsweise unempfindlich gegenüber allfälligen Abweichungen von der für die optische Übertragung optimalen Einbaulage der einzelnen Funktionselemente 1, 2 oder 3, beispielsweise durch Verkippung und/oder Versatz. Aufgrund dessen können die einzelnen Funktionselemente 1, 2, 3 der Vorrichtung auf mit einem vergleichsweise geringen technischen Aufwand relativ zueinander sehr genau justiert werden. Dabei können, wie bereits erwähnt, Montage und Justage der einzelnen Funktionselemente in vorteilhafter Weise auch im Zuge einer weitgehend automatisierten Bestückung von, insb. auch von oberflächenmontierten, Leiterplatte hergestellt werden. Ein weitere Vorteil der Erfindung ist u.a. auch darin zu sehen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung trotz ihres relativ einfachen Aufbaus einen sehr hoher Kopplungsfaktor bzw. Wirkungsgrad aufweisen kann. Daher ist die Vorrichtung sehr gut zur sicheren Übertragung von Analog- und/oder Digitalsignale geeignet, insb. auch solchen von geringer elektrischer Leistung und/oder vergleichsweise hoher Takt- und/ oder Signalträgerfrequenz. Im besonderen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung daher auch als Optokoppler, insb. Analog- und/oder Digitalsignale übertragenden, zwischen galvanisch getrennten Stromkreisen verwendbar, beispielsweise in einem Feldgerät der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik. Bei ausreichender Dimensionierung im Sinne des eingangs erwähnten Explosionsschutzes kann die erfindungsgemäße Vorrichtung durchaus auch als Optokoppler in einem für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen geeigneten und/oder als Meßgerät ausgebildeten Feldgerät der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik eingesetzt werden.

Claims

Ansprüche
[0001] 1. Opto-elektronische Vorrichtung, die umfaßt:
- wenigstens ein lichtgebendes opto-elektronisches erstes Funktionselement (1), das im Betrieb, angesteuert von einem elektrischen Signal (Tx), zumindest zeitweise Licht emittiert,
- wenigstens ein lichtempfindliches opto-elektronisches zweites Funktionselement (2), das im Betrieb, angesteuert von darauf einfallendem Licht, zumindest zeitweise ein elektrisches Signal liefert (Rx), sowie
- wenigstens ein zumindest anteilig aus transmissivem Material, insb. transluzentem Kunststoff oder Glas, bestehendes lichtleitendes drittes Funktionselement (3),
- das im Betrieb darin eingekoppeltes Licht führt, und
- das wenigstens eine im wesentlichen planare Grenzfläche (31, 32, 33, 34) aufweist, die in der Vorrichtung geführtes Licht bricht,
- wobei eine gedachte Hauptstrahlachse (Y) des ersten Funktionselements (1) eine Richtung maximaler Intensität des im Betrieb vom ersten Funktionselement (1) emittierten Lichts und eine gedachte Hauptstrahlachse (2') des zweiten Funktionselement (1) eine Richtung maximaler Empfindlichkeit des zweiten Funktionselements (2) auf im Betrieb einfallendes Licht repräsentieren, und
- wobei die wenigstens eine im wesentlichen planaren Licht brechenden Grenzfläche (31, 32, 33, 34) des dritten Funktionselements (3) eine Flächennormale aufweist, die zumindest gegenüber der Hauptstrahlachse (Y; 2') wenigstens eines der beiden opto-elektronischen Funktionselemente (1; 2) geneigt ist.
[0002] 2. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Flächennormale der wenigstens einen im wesentlichen planaren Licht brechenden Grenzflächen (31, 32) des dritten Funktionselements (3) sowohl gegenüber der Hauptstrahlachse (Y) des ersten Funktionselements (1) als auch gegenüber der Hauptstrahlachse (2') des zweiten Funktionselements (2) geneigt ist.
[0003] 3. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das dritte
Funktionselement eine dem ersten Funktionselement (1) zugewandte erste Grenzfläche (31) sowie eine dem zweiten Funktionselement zugewandte zweite Grenzfläche (32) aufweist, wobei die erste Grenzfläche (31) im Betrieb vom ersten Funktionselement (1) emittiertes Licht in das dritte Funktionselement einkoppelt, und die zweite Grenzfläche (32) im Betrieb innerhalb des dritten Funktionselements (3) geführtes Licht in Richtung des zweiten Funktionselements (2) auskoppelt.
[0004] 4. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei wenigstens eine der beiden Licht koppelnden Grenzflächen (31, 32) des dritten Funktionselements (3) im wesentlichen planar ausgebildet ist und zudem eine Flächennormale aufweist, die zumindest gegenüber der Hauptstrahlachse (V; T) wenigstens eines der beiden opto-elektronischen Funktionselemente (1; 2) geneigt ist.
[0005] 5. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Flächennormale der wenigstens einen im wesentlichen planaren Licht koppelnden Grenzflächen (31, 32) des dritten Funktionselements (3) zumindest gegenüber der Hauptstrahlachse (V; T) des korrespondierenden opto-elektronischen Funktionselements (1; 2) geneigt ist.
[0006] 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei jede der beiden Licht koppelnden Grenzflächen (31, 32) des dritten Funktionselements (3) im wesentlichen planar ausgebildet ist
[0007] 7. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei jede der beiden Licht koppelnden Grenzflächen (31, 32) des dritten Funktionselements (3) zudem jeweils eine Flächennormale aufweist, die gegenüber der Hauptstrahlachse (V; T) des jeweils korrespondierenden opto-elektronischen Funktionselements (1; 2) geneigt ist.
[0008] 8. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die beiden Licht koppelnden Grenzflächen (31, 32) des dritten Funktionselements (3) so zueinander ausgerichtet und so am dritten Funktionselement (3) angeordnet sind, daß ein von deren über das dritte Funktionselement (3) hinaus verlängerten Flächennormalen eingeschlossener kleinster Schnittwinkel weniger als 120°, insb. weniger als 90°, beträgt.
[0009] 9. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die beiden Licht koppelnden Grenzflächen (31, 32) des dritten Funktionselements (3) so zueinander ausgerichtet sind, daß der von deren Flächennormalen eingeschlossene kleinste Schnittwinkel mehr als 10°, insb. mehr als 20°, beträgt.
[0010] 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Funktionselemente so ausgebildet und so zueinander ausgerichtet sind, daß die Flächenormalen der eisten Grenzfläche des dritten Funktionselements (3) mit der Hauptstrahlachse des korrespondierenden ersten Funktionselements (1) einen kleinsten Schnittwinkel einschließt, der im wesentlichen gleich groß ist, wie ein von der Flächenormalen der zweiten Grenzfläche des dritten Funktionselements (3) und der Hauptstrahlachse des korrespondierenden zweiten Funktionselements (2) eingeschlossener kleinster Schnittwinkel.
[0011] 11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das dritte
Funktionselement (3) wenigstens eine im wesentlichen planare dritte Grenzfläche (33) aufweist, die im Betrieb innerhalb des dritten Funktionselements (3) geführtes, insb. hin zum zweiten Funktionselement zu führendes, Licht, insb. total, reflektiert.
[0012] 12. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei zumindest die Licht reflektierende dritte Grenzfläche (33) des dritten Funktionselements (3) eine Flächenormale aufweist, die mit der Flächennormale der wenigstens einen der beiden Licht koppelnden Grenzflächen (31, 32) des dritten Funktionselements (3) einen kleinsten Schnittwinkel einschließt, der größer als Null ist.
[0013] 13. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die mit dem eisten
Funktionselement (1) korrespondierende Licht koppelnde eiste Grenzfläche (31) des dritten Funktionselements (3) zumindest gegenüber dessen Licht reflektierenden dritten Grenzfläche (33) derart geneigt ist, daß von deren beider Flächennormalen eingeschlossene kleinste Schnittwinkel mehr als 10° beträgt, insb. größer ist als 30°.
[0014] 14. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das dritte
Funktionselement (3) eine Vielzahl von im wesentlichen planaren Licht brechenden, insb. auch total reflektierende, Grenzflächen (33) für im dritten Funktionselement (3) geführtes, insb. hin zum zweiten Funktionselement zu führendes, Licht aufweist.
[0015] 15. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die wenigstens eine planare Licht brechende Grenzfläche des dritten Funktionselements (3) mittels einer darin eingeformten, insb. eingeschliffenen, Facette gebildet ist.
[0016] 16. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei das dritte
Funktionselement eine Vielzahl im wesentlichen planare Licht brechende Grenzflächen bildende Facetten aufweist.
[0017] 17. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das dritte
Funktionselement (3) derart ausgebildet ist, daß eine Seitenansicht davon ein konvexes Vieleck mit n Ecken beschreibt, wobei n größer als drei, insb. gleich oder größer fünf, ist. [0018] 18. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei das dritte
Funktionselement (3) derart ausgebildet ist, daß das durch die Seitenansicht des dritten Funktionselements beschriebene Vieleck hinsichtlich zumindest einer Hauptachse selbiger Seitenansicht im wesentlichen symmetrisch ausgebildet ist.
[0019] 19. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei das dritte
Funktionselement (3) derart ausgebildet ist, daß eine gedachte Symmetrieachse des durch die Seitenansicht des dritten Funktionselements beschriebenen Vielecks mit jeder der beiden Hauptstrahlachsen im wesentlichen einen gleichen Schnittwinkel einschließt.
[0020] 20. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die beiden optoelektronischen Funktionselemente (1, 2) relativ zueinander so angeordnet sind, daß ein von deren über das dritte Funktionselement (3) hinaus verlängerten gedachten Hauptstrahlachsen eingeschlossener kleinster Schnittwinkel weniger als 120°, insb. weniger als 90°, beträgt.
[0021] 21. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die beiden optoelektronischen Funktionselemente (1, 2) relativ zueinander so angeordnet sind, daß der von deren gedachten Hauptstrahlachse eingeschlossener kleinster Schnittwinkel weniger als 10° beträgt, insb. etwa Null ist.
[0022] 22. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die beiden optoelektronischen Funktionselemente (1, 2) so zueinander angeordnet sind, daß der von deren gedachten Hauptstrahlachse eingeschlossener kleinster Schnittwinkel in etwa Null ist.
[0023] 23. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest die beiden opto-elektronischen Funktionselemente (1, 2) auf einem, insb. als Leiterplatte ausgebildeten und/oder im wesentlichen planaren, Träger (4) fixiert sind.
[0024] 24. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei das dritte
Funktionselement (3) auf dem Träger (4) fixiert ist und/oder mittels einer, insb. umhiilenden, Haltevorrichtung am Träger (4) befestigt ist.
[0025] 25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, wobei der Träger (4) im wesentlichen planar ist, und wobei das dritte Funktionselement und der Träger (4) so zueinander ausgerichtet sind, daß ein von der Flächennormalen der wenigstens einen planaren Grenzfläche (31, 32) des dritten Funktionselements (3) und einer Flächennormalen einer dem dritten Funktionselement (3) zugewandten Oberfläche (4') des Trägeis (4) eingeschlossener kleinster Schnittwinkel mehr als 5° beträgt, insb. größer als 10° ist.
[0026] 26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei ein kleinster
Schnittwinkel zwischen der Flächennormalen der wenigstens einen planaren Grenzfläche (31, 32) des dritten Funktionselements (3) und der Flächennormalen der dem dritten Funktionselement (3) zugewandten Oberfläche (4') des Trägeis (4) weniger als 60° beträgt, insb. kleiner als 40° ist.
[0027] 27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, wobei das dritte
Funktionselement (3) den Träger (4) zwischen den beiden opto-elektronischen Funktionselementen (1, 2) kontaktiert.
[0028] 28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 27, wobei das dritte
Funktionselement (3) zwischen den beiden opto-elektronischen Funktionselementen (1, 2) am Träger (4) fixiert ist.
[0029] 29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 29, wobei der Träger im wesentlichen planar ist und wobei das erste Funktionselement (1) so auf dem Träger (4) plaziert ist, daß ein von der Hauptstrahlachse des eisten Funktionselements (1) und einer Flächennormalen einer dem dritten Funktionselement (3) zugewandten Oberfläche (4) des Trägeis (4) eingeschlossener kleinster Schnittwinkel weniger als 10° beträgt, insb. etwa Null ist.
[0030] 30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 30, wobei der Träger im wesentlichen planar ist und wobei das zweite Funktionselement (2) so auf dem Träger (4) plaziert ist, daß ein von der Hauptstrahlachse des zweiten Funktionselements (2) und einer Flächennormalen einer dem dritten Funktionselement (3) zugewandten Oberfläche (4) des Trägeis (4) eingeschlossener kleinster Schnittwinkel weniger als 10° beträgt, insb. etwa Null ist.
[0031] 31. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend ein
Kopplergehäuse (8), das zumindest das dritte Funktionselement (3) zumindest teilweise umhiilt.
[0032] 32. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Kopplergehäuse (8) zumindest anteilig aus einem Material, insb. einem Kunststoff, besteht, das, insb. innerhalb eines Spektralbereichs, in dem die Vorrichtung arbeitet, opak ist.
[0033] 33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 30, weiters umfassend ein
Kopplergehäuse (8), das zumindest das dritte Funktionselement (3) zumindest teilweise umhiilt, wobei zumindest das dritte Funktionselement (3) zumindest anteilig mittels des Kopplergehäuses (8) auf dem Träger (4) fixiert ist. [0034] 34. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Kopplergehäuse (8) zumindest anteilig aus einem Material, insb. einem Kunststoff, besteht, das, insb. innerhalb eines Spektralbereichs, in dem der Vorrichtung arbeitet, opak ist. [0035] 35. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste
Funktionselement (3) mittels einer Leuchtdiode gebildet ist. [0036] 36. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste
Funktionselement (3) mittels einer Laserdiode gebildet ist. [0037] 37. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite
Funktionselement (3) mittels einer Fotodiode gebildet ist. [0038] 38. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite
Funktionselement (3) mittels eines Fototransistors gebildet ist. [0039] 39. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite
Funktionselement (3) mittels eines Fotothyristors gebildet ist. [0040] 40. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das dritte
Funktionselement (3) abschnittsweise linsenförmig ausgebildet ist. [0041] 41. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das dritte
Funktionselement (3) zumindest anteilig aus einem Kunststoff besteht. [0042] 42. Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei das dritte
Funktionselement (3) zumindest anteilig aus Polycarbonat besteht. [0043] 43. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das dritte
Funktionselement (3) zumindest anteilig aus einem Glas besteht. [0044] 44. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das dritte
Funktionselement (3) mittels eines einstückigen, insb. massiven und/oder starren,
Kunststoffkörpers gebildet ist. [0045] 45. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das dritte
Funktionselement (3) mittels eines einstückigen, insb. massiven und/oder starren,
Glaskörpers gebildet ist. [0046] 46. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jedes der drei
Funktionselemente (1, 2, 3) in einem infraroten Spektralbereich arbeitet. [0047] 47. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die beiden optoelektronischen Funktionselemente derart ausgebildet und so voneinander beabstandet angeordnet sind, daß ein minimaler Abstand zwischen einem im
Betrieb elektrischen Strom führenden Anschluß des ersten Funktionselements und einem im Betrieb elektrischen Strom führenden Anschluß des zweiten Funktionselements wenigstens 10 mm beträgt.
[0048] 48. Verwendung einer Vorrichtung gemäß eines der Ansprüche 1 bis 47 als, insb.
Analog- und/oder Digitalsignale übertragenden, Optokoppler zwischen galvanisch getrennten Stromkreisen, insb. in einem Feldgerät der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik.
[0049] 49. Verwendung einer Vorrichtung gemäß eines der Ansprüche 1 bis 47 als, insb.
Analog- und/oder Digitalsignale übertragenden, Optokoppler zwischen galvanisch getrennten Stromkreisen in einem, insb. fir den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen geeigneten und/oder als Meßgerät ausgebildeten, Feldgerät der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8412006B2 (en) * 2010-03-23 2013-04-02 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. Optocoupler
US8577190B2 (en) 2010-03-23 2013-11-05 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Optocoupler
US8571360B2 (en) * 2010-03-23 2013-10-29 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Optocoupler with light guide defining element
US20140119691A1 (en) * 2012-10-29 2014-05-01 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Opto-coupler with light guide
US20140161468A1 (en) * 2012-12-07 2014-06-12 General Electric Company Optical isolation system and assembly

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3774021A (en) * 1972-05-25 1973-11-20 Bell Telephone Labor Inc Light emitting device
US4124860A (en) * 1975-02-27 1978-11-07 Optron, Inc. Optical coupler
FR2322382A1 (fr) * 1975-08-29 1977-03-25 Radiotechnique Compelec Conduit optique
US4254333A (en) * 1978-05-31 1981-03-03 Bergstroem Arne Optoelectronic circuit element
FR2436505A1 (fr) * 1978-09-12 1980-04-11 Radiotechnique Compelec Dispositif optoelectronique a emetteur et recepteur couples
JPS5651884A (en) * 1979-10-03 1981-05-09 Hitachi Ltd Light sending and recieving element
JPS57121285A (en) * 1981-01-20 1982-07-28 Fujitsu General Ltd Light coupling device
JPS57121286A (en) * 1981-01-20 1982-07-28 Fujitsu General Ltd Light coupling device
JPS58155779A (ja) * 1982-03-12 1983-09-16 Stanley Electric Co Ltd ホトカプラ−及びその製造方法
EP0103032B1 (de) * 1982-09-09 1988-03-02 General Electric Company Halbleiter-optokoppler
DE3566759D1 (en) * 1984-08-07 1989-01-12 Siemens Ag Power supply with free oscillating forward converter and electrically insolated control loop
JPH0669105B2 (ja) * 1985-03-30 1994-08-31 株式会社東芝 固体リレ−装置
GB8729246D0 (en) * 1987-12-15 1988-01-27 Renishaw Plc Opto-electronic scale-reading apparatus
JPH02244106A (ja) * 1989-03-17 1990-09-28 Hitachi Ltd 薄膜光学定数の測定方法及びそれを用いて作製した光集積回路もしくは半導体素子
DE4121961A1 (de) * 1991-06-28 1993-01-07 Siemens Ag Schaltungsanordnung zur energieversorgung von feldgeraeten
US5349504A (en) * 1993-07-12 1994-09-20 Dialight Corporation Multi-level lightpipe design for SMD LEDs
DE4440976A1 (de) * 1994-11-17 1996-05-23 Ant Nachrichtentech Optische Sende- und Empfangseinrichtung mit einem oberflächenemittierenden Laser
US5614131A (en) * 1995-05-01 1997-03-25 Motorola, Inc. Method of making an optoelectronic device
SE9700384D0 (sv) * 1997-02-04 1997-02-04 Biacore Ab Analytical method and apparatus
DE19704793A1 (de) * 1997-02-08 1998-08-13 Telefunken Microelectron Optische Sende- und Empfangseinrichtung
US6661504B2 (en) * 1997-03-05 2003-12-09 John Rakucewicz Failure detecting optoelectronic sensor
JP3467174B2 (ja) * 1997-07-30 2003-11-17 シャープ株式会社 光結合素子
DE19933641A1 (de) * 1999-07-17 2001-03-08 Bosch Gmbh Robert Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Benetzung auf einer Scheibe
US6684340B1 (en) * 1999-10-07 2004-01-27 Endress + Hauser Gmbh + Co. Measuring instrument having two pairs of lines connected to two indentical pairs of terminals, via which signal current flows through one pair and supply current flows through the other pair
US6509574B2 (en) * 1999-12-02 2003-01-21 Texas Instruments Incorporated Optocouplers having integrated organic light-emitting diodes
GB2370373A (en) * 2000-12-22 2002-06-26 Mitel Semiconductor Ab Alignment of optical assemblies
US6633030B2 (en) * 2001-08-31 2003-10-14 Fiarchild Semiconductor Surface mountable optocoupler package
US6870176B2 (en) * 2001-12-07 2005-03-22 Silonex, Inc. Cadmium sulfoselenide surface-mountable optocoupler
JP2003202205A (ja) * 2001-12-28 2003-07-18 Mitsubishi Electric Corp 光学式距離センサ
DE10228390B4 (de) * 2002-06-25 2007-04-19 Krohne Meßtechnik GmbH & Co KG Optokoppler
US6864987B2 (en) * 2002-08-22 2005-03-08 Triquint Technology Holding Co. Interferometer having improved modulation depth and free-spectral range and method of manufacturing
WO2004048905A1 (en) * 2002-11-22 2004-06-10 Saab Marine Electronics Ab Isolation circuit
DE102004014034A1 (de) * 2004-03-19 2005-10-06 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Leiterplatte mit wenigstens einer Anschlußbohrung für einen Anschlußdraht bzw. -Pin eines bedrahteten elektronischen Bauteils
JP4296147B2 (ja) * 2004-11-19 2009-07-15 シャープ株式会社 光半導体装置および光半導体装置の製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2008028967A2 *

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Publication number Publication date
DE102006042806A1 (de) 2008-03-27
US20080087850A1 (en) 2008-04-17
WO2008028967A2 (de) 2008-03-13
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WO2008028967A3 (de) 2008-07-31

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