光电传感器制造技术

一种光电传感器。这里公开了一种用于感测预定位置处的目标的光电传感器和方法。在至少一个实施例中，光电传感器包括：发射光的光源；包括第一和第二光电检测器的输出电路；分别与第一和第二光电检测器邻近定位的第一和第二接收透镜；以及用于相互关联支撑光源、各光电检测器以及各接收透镜的每一个的支撑结构。如果目标在预定位置处，则发射的第一部分光在被目标反射并且通过第一接收透镜之后被第一光电检测器接收，且发射的第二部分光在被目标反射并且通过第二接收透镜之后被第二光电检测器接收。此外，输出电路基于第一和第二光电检测器响应于由各光电检测器接收的各部分光生成的信号来产生指示目标的感测特征的输出信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器，尤其涉及光电传感器。
技术介绍
光电传感器在没有物理接触的情况下使用光来感测目标，并且被广泛地应用于各 种应用和环境中，诸如按顺序检测物体是否存在于传送带上，或检测目标的大小、形状、反 射率或颜色的变化。可以使用各种类型的光电传感器，包括发射束传感器、回归反射传感 器以及漫射传感器。这些传感器中的每一种均包括诸如发光二极管(LED)或激光器的光 源，以及诸如光敏二极管或光敏晶体管的用于检测光的光电检测器，并且还可以包括一个 或更多个透镜，以聚焦由光源发出的光和/或聚焦接收的光，以便由光电检测器进行高效 地检测。这些传感器通常还包括与光电检测器通信的输出电路，用于产生指示感测的目标 的特征的电压或电流信号，诸如用于指示目标在预定位置是否存在的高或低状态。发射束型光电传感器被设置为使得光源位于要感测的目标的路径的一侧，且光电 检测器位于该路径的另一侧。来自光源的光束被引导到光电检测器，并且当目标不存在时， 在光电检测器处检测到来自光源的光。当目标位于预定位置处时，其部分地或完全地阻挡 该光束被光电检测器接收。所导致的由光电检测器检测到的光量的变化引起指示目标的存 在的输出信号。对于回归反射和漫射型传感器，这两种传感器类型都将光源和光电检测器组合在 单个壳体中。回归反射型传感器使用位于要感测的目标的路径的相对侧的反射器，并且该 反射器把来自光源的光束反射回光电检测器。目标的存在部分或完全地阻挡该光束被光电 检测器接收。如图1 (a)和图1 (b)(现有技术)所示，漫射型传感器10通过将光束16引导 向光路上的预定位置并使用目标20本身来进行工作，当目标20在预定位置处(如图1 (b) 中具体示出的)，以将来自光源12的光束16的一部分反射回光电检测器14时，光电检测 器14比当目标不位于预定位置(如图1(a)中具体示出的)时检测到更多的光。具体地， 当目标20存在于预定位置时，光束16以某个任意角度照射目标20，并且在光电检测器捕捉 反射的漫射光18的某部分时被检测。漫射型传感器特别适合于具有限制在光电检测器对 面的反射器的定位的空间要求的应用。成功的感测要求目标的位置、大小、形状、颜色或反射率的变化引起由光电检测器 检测的光的强度或量的充分可测量的变化。光电传感器检测目标存在和不存在的能力能够 使用余量(margin)或过量增益的概念来量化。余量是由光电检测器检测的来自光源的光 量与切换传感器的输出信号(诸如从指示目标不存在的水平到指示目标存在的水平)所需 的最小光水平相比的度量，并且还能够考虑输出电路的灵敏度。余量值对应于要感测的目 标与传感器之间的具体感测距离。当光电检测器不能检测到光源发出的光时，出现余量零， 并且当恰检测到足够的光以使得传感器的输出信号改变状态时，出现余量一。当光电检测 器检测到切换传感器的输出信号所要求的最小光水平的20倍时发生余量二十(通常表达 为20X)，或者例如当检测到最小光水平的4倍并且输出电路的灵敏度是最小光水平处的灵4敏度的5倍时发生余量二十。余量越高，光电传感器越能够在该距离感测目标。相对于反射表面的反射率来测量和表示余量，例如相对于具有估定90%反射率的 反射表面的白纸，其将反射更多的光，因此比18%反射率的纸面允许更大的余量。经常针对 光电传感器提供通常的余量响应曲线，并示出取决于感测距离通常的余量将是什么(针对 漫射型传感器的感测距离被定义为从传感器到具体目标的距离)。光电传感器经常用其最大和最小感测距离来特征化。对于漫射型传感器，经常存 在“盲区”，其中，因为从目标反射的光不能被光电检测器接收，所以过于接近传感器的目标 不能被感测。例如，用设计为工作于最大到800mm的感测距离的目标的传感器，该盲区能够 从零延伸到50_。再次参照图1 (b)，在漫射传感器的情况下，因为光源和光电检测器不同 轴因而传感器发射的光16以及可由光电检测器检测的反射光18经过不同路径传播，反射 光18通常相对于发射光成一定角度进入传感器10，所以出现盲区。当目标20变得过于接 近传感器10时，因为发射光和反射光之间的角度变得太大，所以没有反射光能够被光电检 测器检测。期望用于感测目标存在的光电传感器能够在包含诸如800mm的远距离、以及其优 选地延伸到零或尽可能接近零的近距离的目标感测范围上工作。用传统的光电传感器，对 于远距离的目标，为了获得被光电检测器检测的来自目标的光的充分可测的变化，可能需 要增加发射光的强度，和/或增加光电检测器的灵敏度。每个这些修改得到对应于该远距 离的增加的余量，但这些修改具有限制。一般地，发射功率被光源的特性限制，诸如期望寿 命和最大电流，以及在激光器光源的情况下的安全考虑。此外，增加灵敏度的一个缺点是更 多EMI (电磁干扰)信号(噪声)也能够被光电检测器检测，导致对感测目标的不准确测量。 这实际上会限制光电检测器的灵敏度。此外，对于现有的光电传感器，通过允许更多光被光电检测器检测，增加将光弓丨导 到光电检测器的接收透镜的直径也能够得到增加的余量。然而，这种增加也增加最小感测 距离，即，其限制光电传感器感测位于接近光电传感器的目标的能力。再次参照图1(b)，在 漫射传感器的情况下，因为光源和光电检测器不同轴，因而传感器发射的光16和可由光电 检测器检测的反射光18经过不同路径传播，反射光18通常相对于发射光成一定角度进入 传感器10，所以出现最小感测距离增加的情况。当目标20变得过于接近传感器10时，因为 发射光和反射光之间的角度变得过大，所以没有反射光能够被光电检测器检测到。因为相 比于LED发射的光，激光器发射更窄的光束，所以在具有激光器光源的传感器的情况下特 别成为问题。此外，增加接收透镜的大小也意味着更多的环境周围光(不出自光源的光) 能够被光电检测器检测，导致感测目标的不准确的测量。用光电传感器，光源通常发射脉冲 光，因此被光电检测器接收的作为被反射的发射光的光信号也是脉冲的。更大的接收透镜 能够收集更多的周围光，使得如果周围光足够强则光电检测器能够变饱和。饱和的光电检 测器意味着来自光电检测器的输出信号是恒定DC电流或电压，因此接收的发射光信号不 能被检测，导致另一种类型的“失明”。这实际上会限制接收透镜的大小。至少因为以上原因，如果能够开发能够克服以上一个或更多个缺陷的改善的光电 传感器将是有利的。具体地，如果至少在一些这种实施例中改善的光电传感器在包括非常 接近(以及可能到达)传感器的区域的感测范围上具有充足的余量，则是进一步有利的。如 果至少在一些这种实施例中改善的传感器能够在存在环境光下工作则是更有利的，诸如达到至少5，OOOlux，优选地达到50，OOOlux,以及在此感测范围上相对地不受EMI影响，特别是对于具有激光器光源的传感器。
技术实现思路
专利技术人认识到鉴于以上考虑对改善的光电传感器的期望，以及进一步认识到实现 期望的宽感测范围的光电传感器性能的困难之一是取决于传感器和给定感测目标之间距 离的返回光电传感器的反射光的角度方向的显著变化的结果。专利技术人另外意识到通过集成 多个光电检测器和接收透镜到单个光电传感器，使得除了发送和接收反射光还处理来自多 个光电检测器的信息以更好地确定目标在距光电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电传感器，用于感测在预定位置处的目标，所述传感器包括：　　发射光的光源；　　包括第一光电检测器和第二光电检测器的输出电路；　　与所述第一光电检测器邻近定位的第一接收透镜；　　与所述第二光电检测器邻近定位的第二接收透镜；　　用于相互关联地支撑所述光源、各光电检测器以及各接收透镜的每一个的支撑结构；　　其中，如果所述目标位于所述预定位置处，则由所述光源发射的第一部分光在被所述目标反射并通过所述第一接收透镜之后被所述第一光电检测器接收，并且由所述光源发射的第二部分光在被所述目标反射并且通过所述第二接收透镜之后被所述第二光电检测器接收；以及　　其中，所述输出电路基于由所述第一光电检测器和第二光电检测器响应于由所述各光电检测器接收的各部分光而生成的信号来产生指示所述目标的感测特征的输出信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：汪健华，丹尼斯C麦基，廖建勇，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]