(57)【要約】【課題】光センサが、提案される。【解決手段】この光センサは、第１の基板、第２の基板、膜および光ゲートを備える。第１の基板は、その上に形成される第１の光マイクロ反射表面および第２の光マイクロ反射表面を有する凹状構造体を有する。第２の基板は、その上に形成される第３の光マイクロ反射表面および第４の光マイクロ反射表面を有する第２の凹状構造体を有する。光ゲートは、第１の凹状構造体内の膜上に配置される。膜は、第１の基板と第２の基板との間に配置される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
光センサであって：
その上に形成される第１の光マイクロ反射表面および第２の光マイクロ反射表面を有する凹状構造体を備えた基板；ならびに
前記基板上に構成される膜を備えることを特徴とする光センサ。
【請求項２】
前記凹状構造体内の前記膜上に配置される光ゲートを更に備える請求項１に記載の光センサ。
【請求項３】
第２の基板を更に備え、前記膜が、前記基板と前記第２の基板との間に配置され、前記第２の基板が、その上に形成される第３の光マイクロ反射表面および第４の光マイクロ反射表面を有する第２の凹状構造体を有する請求項２に記載の光センサ。
【請求項４】
光センサシステムであって：
その上に形成される第１の光マイクロ反射表面および第２の光マイクロ反射表面を有する第１の凹状構造体を備えた第１の基板、その上に形成される第３の光マイクロ反射表面および第４の光マイクロ反射表面を有する第２の凹状構造体を備えた第２の基板、前記第１の基板と前記第２の基板との間に構成される膜ならびに前記第１の凹状構造体内の前記膜上に配置される光ゲートを有する光センサ；ならびに
光学部品および光電変換部品が第３の基板上に一体化される前記第３の基板；を備え、
前記光学部品が、前記第１の基板の前記第１の光マイクロ反射表面に実質的に位置合わせし、および前記光電変換部品が前記第１の基板の前記第２の光マイクロ反射表面または前記光ゲートに実質的に位置合わせすることを特徴とする光センサシステム。
【請求項５】
光センサシステムであって：
その上に形成される第１の光マイクロ反射表面および第２の光マイクロ反射表面を有する第１の凹状構造体を備えた第１の基板、その上に形成される第３の光マイクロ反射表面および第４の光マイクロ反射表面を有する第２の凹状構造体を備えた第２の基板、前記第１の基板と前記第２の基板との間に構成される膜ならびに前記第１の凹状構造体内の前記膜上に配置される光ゲートを有する光センサ；ならびに
前記第１の基板の前記第１の光マイクロ反射表面、前記第１の基板の前記第２の光マイクロ反射表面または前記光ゲートに実質的に位置合わせする少なくとも１本の光ケーブルまたは光電変換部品を備える光センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光センサに関し、およびより詳しくは、光センサシステム内の震動を測定する光センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、光ファイバセンサの使用が、とりわけセンサが関連電子回路の性能／信頼性にひどく影響を及ぼす厳しい環境内に配置されなければならないような用途における検出用途に対してより優勢になってきた。光ファイバセンサはそれらがセンサに、またはその近くに何の電子回路も必要としないという利点を有する。光ファイバセンサでは、光は遠隔の位置から光ファイバを通して送られる。
【０００３】
光ファイバセンサは概ね、高速の動的な測定をするために設計されたものおよび低速の相対的に静的な測定のために設計されたものの、２つのカテゴリに分類される。動的センサの例は、信号が１Ｈｚ以上の率で変化する、水中聴音器、地中聴音器および音速センサを含む。低速（静的）センサの例は、信号変化の率が分または時間のオーダーであることができる、温度、静水圧および構造上の張力を含む。多くの用途は、主に光ファイバセンサを使用する加速、音速および震動の動的測定に関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明において、光センサが提案される。この光センサは、第１の基板、第２の基板、膜および光ゲートを備える。第１の基板は、その上に形成される第１の光マイクロ反射表面および第２の光マイクロ反射表面を有する凹状構造体を有する。第２の基板は、その上に形成される第３の光マイクロ反射表面および第４の光マイクロ反射表面を有する第２の凹状構造体を有する。光ゲートは、第１の凹状構造体内の膜上に配置される。膜は、第１の基板と第２の基板との間に配置される。光源および少なくとも１個の光検出素子が、光検出システムとなるように光センサと一体化されることができる。光センサは、単一光センサまたは光センサアレイであることができる。
【０００６】
本発明の一態様によれば、光センサが光マイクロ反射表面を備えた基板、膜および光ゲートを備える。
【０００７】
本発明の別の態様では、光センサが光マイクロ反射表面を備えた基板および膜を備える。
【０００８】
本発明の一態様では、光センサシステムが光センサおよび第３の基板を備え、光学部品および光電変換部品が第３の基板上に一体化され、光学部品が第１の基板の第１の光マイクロ反射表面に実質的に位置合わせし、および、光電変換部品が第１の基板の第２の光マイクロ反射表面または光ゲートに実質的に位置合わせする。
【０００９】
第３の基板は、プリント回路基板である。光学部品は光源であり、および光電変換部品は光検出素子である。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、光センサシステムが光センサおよび第１の基板の第１の光マイクロ反射表面、第１の基板の第２の光マイクロ反射表面または光ゲートに実質的に位置合わせする少なくとも１本の光ケーブルを備える。
【００１１】
光センサシステムは、光ゲートの下に配置される光電変換部品を更に備える。
【００１２】
光源は、可視光および不可視光を放出することが可能である。一実施態様において、少なくとも１つの溝が第１の基板の凹状構造体上に形成される。凹状構造体のこの少なくとも１つの溝に基づいて、光学部品（ケーブル）がこの少なくとも１つの溝に受動的に位置合わせされることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の部品、特性および利点が、明細書および添付の図面内に概説される好ましい実施態様の詳細な説明によって理解されることができる：
【００１４】
【図１】本発明の一実施態様に従う光センサを例示する；
【図２】図１の光センサの構造体を例示する；
【図３】本発明の一実施態様に従う光センサによって検出される信号波を例示する；
【図４ａ】本発明の一実施態様に従う膜および光ゲートの震動を例示する；
【図４ｂ】本発明の一実施態様に従う膜および光ゲートの震動を例示する；
【図５】本発明の一実施態様に従う光センサシステムを例示する；
【図６】本発明の一実施態様に従う光センサシステムパッケージを例示する；
【図７】本発明の一実施態様に従う光センサシステムを例示する；
【図８】本発明の一実施態様に従う光センサシステムパッケージを例示する；
【図９】本発明の一実施態様に従う光センサシステムパッケージを例示する；
【図１０】本発明の一実施態様に従う光センサシステムパッケージを例示する；
【図１１】本発明の別の実施態様に従う光センサを例示する；
【図１２】本発明のさらにもう一つの実施態様に従う光センサを例示する；
【図１３】本発明の一実施態様に従う光センサを例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明のいくつかの好ましい実施態様が、次により詳細に記述される。しかしながら、本発明の好ましい実施態様が本発明を限定することよりむしろ例証のために提供されることが認識されるべきである。加えて、本発明は明示的に記述されるものの他に広範囲にわたる他の実施態様において実践されることができ、および添付の請求の範囲内に指定される場合を除いて本発明の範囲は明白に限定されない。
【００１６】
図１は、本発明の一実施態様に従う光センサを示す。本実施態様において、光センサは光マイクロ反射表面を備えた第１の基板１０１、第２の基板１０２、膜１０３および光ゲート１０４を含む震動検出装置１００を備える。さらに、光源１０５および光検出素子１０６、１０７が、光検出システム、光検出モジュールまたは光検出部品となるように震動検出装置１００と一体化されることができる。膜１０３が、第１の基板１０１と第２の基板１０２との間に配置される。光ゲート１０４が、膜１０３上に形成される（配置される）。一実施態様において、光ゲート１０４が膜１０３上に付着される（予め形成される）かまたは固定されることができる。光源１０５は、第１の基板１０１より上に配置される。光源１０５は、可視光および不可視光を放出することが可能である。光源１０５は、例えばレーザー、赤外光または発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００１７】
図２は、図１の光センサの構造体を示す。第１の基板１０１は、オプティカルベンチとなるように用いられ、かつ光ゲート１０４がその上に配置されることを容易にするための凹状ベンチおよび指定された角度（例えば４５度角度）を有する光マイクロ反射表面を有する。一実施態様において、第１の基板１０１はそれの上面の下に指定された深さの第１の溝（凹状構造体）１０１ａを有する。第１の反射器が第１の基板１０１内の第１の溝１０１ａの第１の端部にて画定され、および第２の反射器が第１の基板１０１内の第１の溝１０１ａの第２の端部にて画定される。凹状構造体の第１の端部は第１の反射表面を形成し、および凹状構造体の第２の端部は第２の反射表面を形成する。凹状構造体に基づいて、光ゲート１０４は第１の溝１０１ａ内で凹状構造体の底面に配置されることができる。第１の溝１０１ａは、第１の傾斜平面１０１ｂおよび第２の傾斜平面１０１ｃを有する。光ゲート１０４は、第３の傾斜平面および第４の傾斜平面を有する。同様に、第２の基板１０２は第２の溝１０２ａを有する。第２の溝１０２ａは、第５の傾斜平面１０２ｂおよび第６の傾斜平面１０２ｃを有する。一実施態様において、オプティカルベンチ（第１の基板）１０１は４５度角度を有するマイクロ反射表面（第１の傾斜平面）１０１ｂおよび４５度角度を有するマイクロ反射表面（第２の傾斜平面）１０１ｃを含むことができ、マイクロ反射表面１０１ｂは、マイクロ反射表面１０１ｃの反対側である。第１の溝１０１ａは、上向きであり、および第２の溝１０２ａは下向きである。
【００１８】
例えば、光源１０５は第１の基板１０１の第１の反射表面１０１ｂの真上に置かれ、および光検出素子１０６、１０７はそれぞれ、光ゲート１０４および第１の基板１０１の第２の反射表面１０１ｃの真上に配置される。したがって光源１０５の光路は、光源１０５によって放出される光信号が、第１の基板１０１の第１の反射表面１０１ｂによって反射されて光ゲート１０４に入るか、または第１の基板１０１の第１の反射表面１０１ｂによって反射されて光ゲート１０４を通過して第１の基板１０１の第２の反射表面１０１ｃに入るものを含む。
【００１９】
光源１０５によって放出される可視光または不可視光は、光ゲート１０４に対して前方に反射するように第１の基板１０１の光マイクロ反射器１０１ｂに伝播し、それに続いて、それぞれ光検出素子１０６もしくは光検出素子１０７によって受光されるように、光ゲート１０４によって反射するか、または第１の基板１０１の光マイクロ反射器１０１ｃによって反射する。
【００２０】
光ゲート１０４の第３の反射表面（傾斜平面）および光ゲート１０４の第４の反射表面（傾斜平面）は、それぞれ凹状構造体１０１の反対側に位置する。第３の反射表面および／または第４の反射表面の各々は、光検出素子１０６によって受光するために必要とされる光マイクロ反射表面として、４５度内抱角を有する。
【００２１】
震動検出装置１００の検出に基づいて、震動検出の機能が達成されることができる。震動検出装置１００は、音波、機械波動、地震波．．．およびその他の媒体衝撃で生じる衝撃波エネルギを検出するための震動検出機能を備えた震動検出部品として用いられる。震動検出装置１００は、光検出システムとなるように光源１０５および光検出素子１０６、１０７を一体化する。したがって、本発明は震動検出システムとして光検出システムを使用する。
【００２２】
光ゲート１０４の配置される位置、数、高さおよびサイズは、実用的用途に対する要件（種々の信号波、検出源）に依存する。第１の基板１０１、第２の基板１０２および膜１０３の材料および厚さは、実用的用途に対する要件（種々の信号波、検出源）に基づいて選ばれることができる。例えば、第１の基板１０１および第２の基板１０２の材料は、シリコンである。したがって、第１の溝１０１ａおよび第２の溝１０２ａは標準半導体プロセス（フォトリトグラフィプロセス、エッチングプロセス）によって形成されることができる。例えば、膜１０３は可撓性薄フィルムである。
【００２３】
さらに、図２内に示されるＬ１〜Ｌ７に対する寸法が実用的用途（種々の信号波、検出源）に対して設計されることができる。
Ｌ１：第１の傾斜平面１０１ｂの上部と第３の傾斜平面の上部との間の水平距離
Ｌ２：第１の傾斜平面１０１ｃの上部と第４の傾斜平面の上部との間の水平距離
Ｌ３：第５の傾斜平面１０２ｂの上部と第１の傾斜平面１０１ｂの底部との間の水平距離
Ｌ４：第１の傾斜平面１０１ｂの底部と第３の傾斜平面の底部との間の水平距離
Ｌ５：第４の傾斜平面の底部と第２の傾斜平面１０１ｃの底部との間の水平距離
Ｌ６：第２の傾斜平面１０１ｃの底部と第６の傾斜平面１０２ｃの上部との間の水平距離
Ｌ７：第５の傾斜平面１０２ｂの底部と第６の傾斜平面１０２ｃの底部との間の水平距離
【００２４】
信号波が震動検出装置１００に到達するにつれて、膜１０３および光ゲート１０４が図３内に示される信号波によって振動する。例えば、膜１０３および光ゲート１０４の震動は上下し、したがって、光源１０５によって放出される光が、図４ａおよび図４ｂ内に示される光検出素子１０６または光検出素子１０７によって受光される。したがって、光検出素子１０６および光検出素子１０７によって検出される光の強度は、光ゲート１０４の震動とともに（増加して）変わる。検出される光の強度は、電気信号出力に変換される。したがって、震動検出の機能が達成されることができる。
【００２５】
図５は、本発明の一実施態様に従う光センサシステムを示す。本実施態様において、光センサシステム２００は光センサ２０１、光学部品２０２および光電変換部品２０３を備える。光センサ２０１は、例えば図１の震動検出装置１００である。光学部品２０２は、光源を含むことができる。光電変換部品２０３は例えば光信号を電気信号に変換するために使われる光検出素子である。本実施態様において、光センサ２０１、光学部品２０２および光電変換部品２０３は、図６内に示される基板（プリント回路基板）２０４上に一体化されることができる。光源２０２および光検出素子２０３は、基板２０４に実装される。光センサ２０１が次いで、基板２０４に実装される。光源２０２は第１の基板１０１の第１の反射表面に実質的に位置合わせし、および光検出素子２０３は第１の基板１０１の第２の反射表面または光ゲート１０４に実質的に位置合わせする。
【００２６】
図７は、本発明の別の実施態様に従う光センサシステムを示す。本実施態様において、光センサシステム２００は光センサ２０１および光学部品２０２ａを備える。光センサ２０１は、例えば図１の震動検出装置１００である。光学部品２０２ａは図８内に示される光ケーブル２０５を含むことができる。一実施態様において、光学部品２０２ａはファイバコネクタを含むことができる。光電変換部品は例えば光信号を電気信号に変換するために使われる光検出素子である。本実施態様において、光センサ２０１および光学部品２０２ａは基板（プリント回路基板）上に一体化されることができる。一実施態様において、ファイバが、それぞれ、光入力および光出力のための光源および光検出素子に連結するために光ケーブル２０５内に配置されることができる。もう１つの実施態様では、少なくとも１つの溝（図示せず）が第１の基板の凹状構造体上に形成される。凹状構造体のこの少なくとも１つの溝に基づいて、光ケーブル２０５ａおよび２０５ｂが図９内に示されるこの少なくとも１つの溝に受動的に位置合わせされることができる。したがって、光源によって放出される光はそれぞれ、光ケーブル２０５ａ経由で光入力され、光ケーブル２０５ｂおよび２０５ｃ経由で光出力されることができる。他の例では、光ゲートによって反射される光が図１０内に示される光検出素子２０３に光出力されることができる。
【００２７】
図８〜１０によれば、光ケーブルは第１の基板の第１の光マイクロ反射表面、第１の基板の第２の光マイクロ反射表面または光ゲートに実質的に位置合わせする。光ケーブルは、第１の基板に一体化されることができる。光電変換部品は、光ゲートの下に配置されることができてかつ光ゲートに実質的に位置合わせする。
【００２８】
図１１は、本発明の別の実施態様に従う光センサを示す。本実施態様において、光センサ３００は光マイクロ反射表面３０１ａ、３０１ｂを備えた基板３０１、膜３０２および光ゲート３０３を備える。さらに、光源３０４および光検出素子３０５、３０６が光検出システム、光検出モジュールまたは光検出部品となるように光センサ３００と一体化されることができる。基板３０１、膜３０２および光ゲート３０３はそれぞれ、図１の第１の基板１０１、膜１０３および光ゲート１０４に類似している。したがって、詳細な説明は省略される。
【００２９】
図１２は、本発明のさらにもう一つの実施態様に従う光センサを示す。本実施態様において、光センサ４００は光マイクロ反射表面を備えた基板４０１および膜４０２を備える。この例では、光ゲートは含まれない。さらに、光源４０３および光検出素子４０４が光検出システム、光検出モジュールまたは光検出部品となるように光センサ４００と一体化されることができる。基板４０１および膜４０２はそれぞれ、図１の第１の基板１０１、膜１０３に類似している。したがって、詳細な説明は省略される。
【００３０】
もう１つの実施態様では、光センサが図１３内に示される単一光センサまたは光センサアレイ（マトリクスセンサ）であることができる。マトリクスセンサは、ｍｘｎマトリクス光センサによって構成され、ここで、ｍおよびｎの数は１より大きな整数である。
【００３１】
理解されるであろうことは、実施態様の上記の記述は例としてのみ与えられること、および種々の修正が当業者によってなされることができることである。上記の仕様、例およびデータは、本発明の例示的な実施態様の構造および使用の完全な記述を提供する。本発明の種々の実施態様が特定の程度の詳細でまたは一つ以上の個々の実施態様を参照して上記されたとはいえ、当業者は本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、開示された実施態様に対して数多くの変更をなすことができる。
【符号の説明】
【００３２】
１００  震動検出装置
１０１  第１の基板
１０１ａ  第１の溝
１０１ｂ  第１の傾斜平面
１０１ｃ  第２の傾斜平面  光マイクロ反射器
１０２  第２の基板
１０２ａ  第２の溝
１０２ｂ  第５の傾斜平面
１０２ｃ  第６の傾斜平面
１０３  膜
１０４  光ゲート
１０５  光源
１０６、１０７  光検出素子
２００  光センサシステム
２０１  光センサ
２０２、２０２ａ  光学部品
２０３  光電変換部品
２０４  基板
２０５、２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ  光ケーブル
３００  光センサ
３０１  基板
３０１ａ、３０１ｂ  光マイクロ反射表面
３０２  膜
３０３  光ゲート
３０４  光源
３０５、３０６  光検出素子
４００  光センサ
４０１  基板
４０２  膜
４０３  光源
４０４  光検出素子
【図１】
2015031697.tif 000002
【図２】
2015031697.tif 000003
【図３】
2015031697.tif 000004
【図４ａ】
2015031697.tif 000005
【図４ｂ】
2015031697.tif 000006
【図５】
2015031697.tif 000007
【図６】
2015031697.tif 000008
【図７】
2015031697.tif 000009
【図８】
2015031697.tif 000010
【図９】
2015031697.tif 000011
【図１０】
2015031697.tif 000012
【図１１】
2015031697.tif 000013
【図１２】
2015031697.tif 000014
【図１３】
2015031697.tif 000015
【外国語明細書】
2015031697000001.pdf