本申请涉及用于光电传感器的发射‑接收模块和检测对象的方法。提出了用于光电传感器(10)的发射‑接收模块(12)，该发射‑接收模块具有光发射器(14)和光接收器(26)，该光发射器具有发射光学器件(16、16a)，该光接收器具有接收光学器件(16、16b)，其中光发射器(14)的发射光(18)的辐射角(αS)小于入射到光接收器(26)上的接收光(24)的接收角(αE)，光发射器(14)和光接收器(26)被同轴布置，并且发射光学器件(16、16a)和接收光学器件(16、16b)被构造成共同的光学器件(16)。在此，光发射器(14)和光接收器(26)至少间接微机械地彼此连接。
【技术实现步骤摘要】
用于光电传感器的发射-接收模块和检测对象的方法本专利技术涉及根据权利要求1或15的前序部分的用于光电传感器的发射-接收模块和用于检测监测区域中的对象的方法。许多光电传感器根据扫描原理运行，其中光束被发射到监测区域中并且由对象反射的光束被再次接收，以便然后以电子方式对接收信号进行评估。在这种情况下，通常通过已知的相位法或脉冲法来测量光飞行时间，以便确定被扫描的对象的距离。这种类型的距离测量也称为ToF(TimeofFlight(飞行时间))或LIDAR(LightDetectionandRanging(光检测和测距))。为了扩大测量范围，可以如激光扫描仪中所实现的那样移动扫描光束。在那里，由激光器产生的光束借助于偏转单元周期性地扫过监测区域。除了所测量的距离信息外，从偏转单元的角位置还推断出对象的角位置(Winkellage)，从而获得监测区域中的对象在二维极坐标中的位置。在大多数的激光扫描仪中，扫描运动是通过旋转镜实现的。然而，如在DE19757849B4中所描述的那样，还已知转而旋转具有光发射器和光接收器的整个测量头。在提到的以及许多其它的光电传感器中的检测是基于光发射器和光接收器，在大多数情况下发射光学器件和接收光学器件与这些光发射器和光接收器相关联，通过发射光学器件和接收光学器件来准直发射光或聚焦漫反射(remittieren)的接收光，从而提高有效范围和空间分辨率。在这种情况下，光接收器被设计得非常小，以便检测除了自身的光外尽可能少的外来光，以及实现快速的电子响应时间。光接收器的光敏表面的典型尺寸在几百微米的范围内。因此，需要将所述组件彼此机械地定位。这种调整可以涉及多个自由度。通过从光发射器到发射透镜的距离来调整期望准直的发射光束。该方向在此称为Z方向。此外，还必须调整至少一个所涉及的组件的横向位置，使得所接收的光斑尽可能精确地入射到光接收器。这种XY-调整可以可选地在光发射器或光接收器上进行。通过在横向方向上额外调整其它涉及的组件仍可以确定绝对方向，发射光束在该绝对方向上离开传感器，可以这么说，改变了设备的视角方向或它的偏斜角。传统的传感器使用各种不同的几何布置，这些布置在调整要求方面各自具有自身的优点和缺点。这里首先要区分双轴布置和同轴布置。在双轴布置中，发射光的几何轴线不同于接收光的几何轴线。在这种情况下，存在发射透镜和接收透镜分开的变型以及双透镜作为共同组件的变型。在透镜分开的情况下，上面提到的全部的调整程序是必要的。此外，光接收器的光敏表面经常保持大于光斑自身可以允许的非常小的尺寸，以考虑有关固定(Fixierung)调整的粘合变形(Klebeverzug)、由于温度变化或作用的力而导致的横向位移的公差。更多外来光入射到较大的光敏表面上，其结果是信噪比更差并由此导致发射功率相同的情况下有效范围减小。此外，较大的接收元件具有较慢的响应时间，并因此难于应付高频率，特别是短脉冲或陡的沿。在共同的双透镜的情况下，理论上可以省略上述XY-调整。事实上，尽管在缩小的范围内，通常仍然需要XY-调整，因为定位在装配光发射器和光接收器时具有在几百微米范围内的公差，并且通常相对于壳体元件来实施，该壳体元件本身又只是非精确地定位并具有公差。因此，即使在这种结构形式中，光敏表面也要保持大于光斑自身可以允许的表面。在同轴布置中，发射光和接收光的几何轴线重合。这通过将光发射器布置在光接收器的前面来最直接地实现。在其它的结构形式中，光束路径通过偏转镜或分光镜聚集在一起。发射光学器件和接收光学器件的各种变型提供了用于发射光穿过的接收透镜的中心开口、在接收透镜中心布置的发射透镜或单独的发射透镜。同轴布置也需要所提到的整个调整程序。即使是在其中心具有发射透镜的一体式接收透镜也不能取代XY调整，因为如已阐述的那样，光发射器和光接收器的定位不够精确。对于具有附加的反射镜的布置，还可以添加调整步骤。再次增大了光敏表面以补偿公差。从由M.Schillgalies于2011年3月30日公开的白皮书“Micro-HoleChipTechnologyForNextLevelofIntegratedOpticalDetectorSystems”中已知具有组合的电子组件的装配(Ansatz)，其中光发射器位于光接收器的孔中。然而，没有为此提出超出模糊的应用建议，在此基础上没有具有具体的光学器件的实用的光学发射-接收单元。乍一看，将共同的发射透镜和接收透镜布置在电子组件前面可能也是不够的。因为每个透镜中的光路是可逆的。因此，应期望这种共同的透镜总是将来源于光发射器的所有光反射回光发射器中。然而，接收光的全部有效光部分继而在孔中成像，并且根本不能进行检测。此外，对于孔的尺寸，建议直径为500μm，这种大小是不利的。EP2860497B1公开了用于检测旋转角度的光电传感器，其中发射光在实体上被反射，被再次接收，然后进行评估。光发射器位于光接收器的孔后面，该孔充当光束成形的光阑。在此，没有提供附加的光学器件，并且有可能只会干扰测量原理。在根据EP2312919A1的另一光电传感器中，在同轴布置中，在第一印刷电路板部分上的光发射器位于在第二印刷电路板部分上的光接收器的光路中。在其中心具有发射透镜的接收透镜用支腿通过第一印刷电路板部分的孔支撑在第二印刷电路板部分上，从而提供所期望的Z方向上的间距和一定的横向对准。然而，例如光发射器和光接收器之间的间距仍然在厘米的范围内。在这种尺度上，由接收透镜实施的机械固定提供了粗略的预调节。然而，只有通过具有上述步骤的调整来改进，才能实现高精度的定位。因此，本专利技术的任务在于，提出改进的发射-接收模块。该任务通过根据权利要求1或15的用于光电传感器的发射-接收模块和用于检测监测区域中的对象的方法来解决。发射-接收模块是具有同轴的光发射器和光接收器的光学发射-接收组件，更确切地说是处于直接的同轴布置中而没有通过分光镜等进行光束折叠(Strahlfaltungen)的光学发射-接收组件。同轴意味着发射-接收模块至少表面上表现得像同轴的发射-接收模块一样，优选地，该布置本身已经是同轴的。共同的光学器件用作用于至少近似准直的发射光的发射光学器件和用作用于至少近似聚焦的接收光的接收光学器件。在此，光发射器的发散角和由此发射光的辐射角小于接收光的角度。本专利技术基于这种基本思想，即光发射器和光接收器从一开始就彼此保持在明确定义的空间布置中。为此，它们至少间接地微机械地彼此连接。光发射器和光接收器实际上可以被视为具有在微系统技术中常见精度的相互布置的单个部件。至少间接地意味着光发射器和光接收器要么彼此微机械地连接，要么存在至少一个中间件，该中间件与光发射器和光接收器微机械地连接，即光发射器和光接收器的间接的微机械连接。本专利技术的优点在于，不需要横向或XY-调整或者甚至充其量只需要简单和粗略的横向调整或XY-调整，以便接收光斑入射到光接收器上。因为严格来说，这种调整步骤已经在电子组件的生产中进行了，其至少间接地使光发射器和光接收器微机械地彼此连接。不同于传感器或光学发射-接收模块的宏观的批量制造，其中仅通过复杂且易于出错的方法早已达成了100μm的精度，微系统技术中1μm的定位精度是毫无问题可以达到的标准。通过这种方式，会本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于光电传感器(10)的发射‑接收模块(12)，所述发射‑接收模块具有光发射器(14)和光接收器(26)，所述光发射器具有发射光学器件(16、16a)，所述光接收器具有接收光学器件(16、16b)，其中，所述光发射器(14)的发射光(18)的辐射角(αS)小于入射到所述光接收器(26)上的接收光(24)的接收角(αE)，光发射器(14)和光接收器(26)被同轴布置，并且所述发射光学器件(16、16a)和所述接收光学器件(16、16b)被构造成共同的光学器件(16)，其特征在于，所述光发射器(14)和光接收器(26)至少间接微机械地彼此连接。
【技术特征摘要】
2017.10.20 DE 102017124535.9;2018.06.11 EP 18177001.一种用于光电传感器(10)的发射-接收模块(12)，所述发射-接收模块具有光发射器(14)和光接收器(26)，所述光发射器具有发射光学器件(16、16a)，所述光接收器具有接收光学器件(16、16b)，其中，所述光发射器(14)的发射光(18)的辐射角(αS)小于入射到所述光接收器(26)上的接收光(24)的接收角(αE)，光发射器(14)和光接收器(26)被同轴布置，并且所述发射光学器件(16、16a)和所述接收光学器件(16、16b)被构造成共同的光学器件(16)，其特征在于，所述光发射器(14)和光接收器(26)至少间接微机械地彼此连接。2.根据权利要求1所述的发射-接收模块(12)，其中所述共同的光学器件(16)被构造成共同的透镜，其中特别地，所述光发射器(14)被布置在所述共同的透镜的焦点处。3.根据权利要求2所述的发射-接收模块(12)，其中所述共同的透镜被构造成具有发射区(16a)和接收区(16b)的多区透镜，其中特别地，所述发射区(16a)被布置在中央，并且所述接收区(16b)被布置在所述发射区(16a)周围。4.根据权利要求3所述的发射-接收模块(12)，其中所述发射区(16a)具有比所述接收区(16b)小的焦距。5.根据权利要求3或4所述的发射-接收模块(12)，其中所述接收区(16b)具有锥形部件，其中特别地，由所述锥形部件产生的环形光束轮廓具有与所述光接收器(26)相对应的尺寸的中心区域(32)。6.根据前述权利要求中任一项所述的发射-接收模块(12)，其中所述光发射器(14)和光接收器(26)彼此最多间隔300μm。7.根据前述权利要求中任一项所述的发射-接收模块(12)，其中所述光接收器(26)具有开口(28)，所述光发射器(14)被布置在所述开口中或所述开口后面，并且其中所述开口(28)的尺寸特别地最多300μm。8.根据权利要求7所述的发射-接收模块(12)，其中所述光发射器(14)被布置在所述开口(28)后面，并且在所述光发射器(14)和光接收器(26)之间布置有导光元件(29a-29c)，所述导光元件将所述发射光(18)引导到所述开口(...
【专利技术属性】
技术研发人员：哈特穆特·吉姆佩尔，戈特弗里德·胡格，
申请(专利权)人：西克股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE
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