[发明专利]用于感测目标的光电传感器

说明书

技术领域

本发明涉及光电传感器的领域。

背景技术

光电传感器在没有物理接触的情况下使用光来感测目标，并且用在广泛多样的应用和环境中，比如用于顺序地检测目标在传送带上存在与否，或者用于检测目标的尺寸、形状、反射率或颜色方面的变化。各种类型的光电传感器都是可得的，比如发射束传感器、回射传感器和散射传感器。这些传感器中的每一种都包括诸如发光二极管(LED)或激光器之类的光源和诸如光电二极管或光电晶体管之类的用于检测光的光电检测器，并且还可以包括一个或多个透镜，以便聚焦或收缩光源所发射的光束，并且/或者聚焦或收缩所接收的光，用于通过光电检测器进行有效检测。这些传感器通常还包括与光电检测器通信的电路，该电路用于产生指示感测目标特性的电压或电流信号，比如产生高和低电压或电流状态，用于分别指示目标在特定地点存在与否。

发射束光电传感器布置成使得光源位于要被感测的目标的路径的一侧，并且光电检测器位于路径的另一侧。使来自光源的光束指向光电检测器，并且当目标阻挡这个光束被光电检测器接收时，作为结果的检测到的光量变化导致产生输出信号，该输出信号指示了目标的存在。至于回射和散射类型的传感器，这些传感器类型两者都将光源和光电检测器组合在单个壳体中。回射传感器使用位于要被感测的目标的路径相对侧的反射器，并且在存在阻挡光束的目标的情况下，反射器将来自光源的这个光束反射回光电检测器。散射传感器通过以下来工作：使用目标自身将来自光源的光束反射回光电检测器，使得例如与不存在目标时相比，当存在目标时有更多光被接收和检测到。散射传感器很好地适用于具有空间需求的应用，所述空间需求限制了反射器在光电检测器对面定位。

成功的感测要求目标的位置、尺寸、形状、颜色或反射率方面的变化造成光电检测器所检测的光量的足够可测量的变化。使用裕量(margin)或过量增益的概念可以量化光电传感器的性能。裕量是由光电检测器所检测到的来自光源的光量与切换传感器的输出信号(比如从指示目标不存在的电平切换到指示目标存在的电平)所需的最小光能级相比较的度量。当没有光源所发射的光可以由光电检测器检测到时，发生零裕量。当仅有足够的光被检测到以使传感器的输出信号改变状态(例如从指示目标不存在的低电平切换到指示目标存在的高电平)时，裕量为一。当光电检测器检测到切换传感器的输出信号所需的最小光能级的20倍光量时，裕量为二十(通常表达为20X)。换言之，裕量越高，光电传感器越有能力感测该距离处的目标。

相对于反射表面的反射率来测量和表达裕量，例如相对于具有以90％反射来额定的反射表面的白纸来测量和表达裕量，与18％反射的纸表面相比，所述白纸会反射更多光并因此允许更大的裕量。裕量值对应于要被感测的目标和传感器的接收透镜前面之间的特定距离，并且通常为光电传感器提供典型的响应曲线，该响应曲线表明典型的裕量将会取决于感测距离。针对散射类型传感器的感测距离被定义为从传感器的接收透镜前面至指定目标的距离。

光电传感器通常依据它们的最大和最小感测距离来表征。通常存在“盲区”，在“盲区”中目标距离传感器太近而不能被感测到，因为从目标反射的光没有被光电检测器接收到。这在散射传感器的情况下发生，因为光源和光电检测器被组合在同一壳体之内，使得发射的光和从要被检测的目标反射的并且由传感器接收的光每个沿着不同的路径行进，并且反射的光相对于发射的光成角度地进入传感器。目标距离传感器越近，反射的光的角度越大。在某个点处，路径之间的角度变得如此之大，以至于没有光能够被光电检测器接收到。

在目标检测的情况下，为了获得光电检测器从反射(或阻挡)光源所发射的光的目标接收到的光量的足够可测量的变化，可能有必要增加发射的光的强度，以增加光电检测器的灵敏度，和/或增加位于光电检测器前面的接收透镜的直径。这些修改允许更多的光被光电检测器检测到并导致增加的裕量。

这些修改的缺点在于，背景(非目标)目标更有可能将光反射回光电检测器，导致对应于要被感测的目标的不准确测量。另外，增加接收透镜的尺寸会有效增加目标最小感测距离，从而限制光电传感器感测位于光电传感器附近的目标的能力。特别地，对于位置非常接近于散射类型的光电传感器的目标而言，接收的反射光相对于发射的光处在如此大的角度，以至于无法被光电检测器接收或感测到。进一步，接收透镜的尺寸受到光电传感器自身尺寸的限制。

发明内容