光学传感器的制造方法
【专利说明】
[0001] 本案为申请日为2011年5月20日、申请号为201110135581. 6、发明名称为"光学 传感器"的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种光学传感器。
【背景技术】
[0003] 这种光学传感器通常用于检测监视区域中的物体。这些光学传感器尤其用在安全
技术领域中，其中，借助光学传感器进行监视的监视区域形成由机器、工作设备（如机器人 等）构成的设备的危险区域。
[0004] 用于这样的监视任务的光学传感器尤其可以被构造为平面距离传感器 (FlS^chendistanzsensor)。例如，由DE103 26 848Al公开了一种这样的平面距离传感 器。
[0005] 在以上文献中描述的传感器用于检测监视区域中的物体，并且具有发射发射光束 的发射器；接收接收光束的接收器，所述接收器具有分配给它的接收光学系统，所述接收光 学系统具有预给定的、由接收光束加载的视野；以及用于在预给定的、定义监视区域的角度 范围内周期性地偏转发射光束的偏转单元。在分析处理单元中，根据接收信号在接收器的 输出端上生成物体确定信号。在接收光学系统的视野中设置有近区光学系统，其中，可借助 于调整单元来调节接收光学系统的视野的由近区光学系统包括的部分。
[0006] 这种光学传感器通常如此构造，使得发射器和接收器是位置固定地设置的，即静 止地设置的。为了在平面的监视区域内引导发射光束，仅仅偏转单元形成集成在壳体中的 光学传感器的可旋转且因此可运动的部件。所述偏转单元在此通常包括至少一个电机驱动 的镜，在所述镜上发射光束并且（优选地）接收光束被偏转。
[0007] 对于这种平面距离传感器，不利的是，偏转单元需要较大的空间，使得所述平面距 离传感器总体上具有不期望的较大结构。
[0008] 此外不利的是，发射光束从发射器经由偏转单元到壳体中的窗的路径非常长，其 中，发射光束通过所述窗从光学传感器射出。这同样适用于通过所述窗射到壳体中并且通 过偏转单元偏转到接收器的接收光束。这导致发射光束和接收光束在壳体内的内部反射， 由此降低光学传感器的探测灵敏度（Nachweisempfindlichkeit)。
[0009] 此外不利的是，偏转单元（发射光束和接收光束在所述偏转单元上被偏转）通常 相对发射光束和接收光束的光束轴倾斜，从而使得发射光束和接收光束的光束横截面在由 偏转单元反射时发生变形。所述光束横截面变化也会导致光学传感器的探测灵敏度的下 降。
【发明内容】
[0010] 本发明的任务在于，提供一种开头部分所述类型的光学传感器，其在尽可能简单 的构造下具有更尚的功能性。
[0011] 为了解决所述任务，提出权利要求1的特征。在从属权利要求中描述了本发明的 有利的实施方式和符合目的的扩展构型。
[0012] 光学传感器用于检测监视区域内的物体并且包括设置在壳体内的、可绕旋转轴线 旋转的发射/接收单元。发射/接收单元包括进行发射的发射器和接收接收光束的接收器。 发射光束和/或接收光束穿过壳体的窗，所述窗形成用于发射光束和/或接收光束的射束 成形的光学装置。发射器发射发射光脉冲形式的发射光束，所述发射光脉冲到待探测的物 体的传播时间被检测。
[0013] 根据本发明的光学传感器的重要优点在于，旋转的发射/接收单元可以以其发射 器和接收器延伸到贴近壳体的窗。因此，发射光束与接收光束在发射/接收单元与窗之间 不受镜筒（Tubus)或者类似物保护的光路可以如此小，使得几乎不出现由于发射光束和接 收光束在壳体内的内部反射导致的损失。此外有利地，可以省去单独的偏转单元。由此可 以一方面显著地减小光学传感器的结构大小。此外，避免了发射光束和接收光束的光束横 截面在偏转单元处反射时出现的不期望的变形。
[0014] 最后，还避免了接收器由于发射器的组件而导致的、如在具有偏转单元的系统中 产生的不期望的阴影。
[0015] 另一个重要优点在于，壳体的窗本身具有光学特性，所述窗可以形成单独的部件 或者可以与壳体一体地构造。原则上，对于发射/接收光束的穿透而言，也可以设置单独的 窗。由此一方面可以简化地实现或者甚至省略用于发射光束和/或接收光束的射束成形 的、单独的、形成射束的光学元件。另一方面，可以如此优化壳体内发射光束和/或接收光 束的光路，使得避免壳体中的光束损失或者发射光束直接反向散射到接收器中。此外，通过 壳体的窗的光学作用，可以在尽可能高的探测灵敏度方面单独优化发射光束和接收光束在 壳体外的射束导向。
[0016] 此外，通过窗的合适材料选择，可以如此实现带通效果作为另一个光学特性，使得 所述窗虽然基本上对于发射光束的波长而言是可穿透的，但是滤除其他波长的干扰光。
[0017] 根据本发明，发射/接收单元形成根据光传播时间方法工作的距离传感器。发射 器发射发射光脉冲形式的发射光束，在分析处理单元中检测所述发射光束到待探测物体的 传播时间。
[0018] 借助于所实施的距离测量可以实现监视区域中的物体的位置确定，其中，由距离 测量的分别求得的距离值和发射/接收单元的当前旋转位置得出物体的位置，发射/接收 单元的所述当前旋转位置借助合适的测量传感器确定。根据窗的构造，在其内进行物体探 测的监视区域在360°角度范围上或者仅仅在所述360°角度范围的子范围上延伸。
[0019] 根据本发明的光学传感器如此构造，使得发射/接收单元是旋转的测量头的组成 部分，所述测量头设置在位置固定地设置的壳体内。
[0020] 在此，集成在测量头中的发射/接收单元被有利地如此构造，使得发射器和/或分 配给所述发射器的发射光学系统在轴向上与接收器和/或分配给所述接收器的接收光学 系统错开。
[0021] 通过这种错开的设置，仅仅当物体在远区中时，由所述物体反射回的接收光束才 基本上沿着接收光学系统的光轴射到接收光学系统上，从而接收光学系统的效率在此是最 优的：接收光束由接收光学系统完全接收。相反，在探测近区中的物体时，如此实现接收光 学系统的有意的失调，使得接收光束的入射方向与光轴不一致，也就是说，接收光束不完全 由接收光学系统检测。以此方式，可以在探测近区中的物体时减小并且限制接收信号的振 幅，由此避免了接收器的否则出现的超调（Obersteuerung )。因此不需要较昂贵的电子组 件，例如对数放大器，以便通过电子方式限制接收信号。
[0022] 通过发射光学系统和接收光学系统的错开的设置，可以因此在根据本发明的光学 传感器中以简单的方式限制接收信号的动态性，即接收振幅在整个覆盖的距离范围内以及 待探测物体的反射率范围内的变化范围。因此不仅可以使用具有简化结构的接收器，而且 还由此降低了对用于分析处理接收信号的电子装置的要求，由此实现进一步的成本降低。
[0023] 还可以特别有利地通过如下方式改进近区中的物体的物体探测：发射光束划分成 一个主射束和从主射束分离出的、相对于主射束以不同的角度传播的一些卫星射束。借助 主射束可以特别良好地探测远区中的物体，而借助卫星射束尤其检测近区中的物体，其中， 为此适当地选择其相对于主射束的倾斜角。在此，主射束和卫星射束穿过同一个窗或者穿 过分开的窗。所述实施方式特别良好地适用于形成根据脉冲传播时间方法工作的距离传感 器的发射/接收单元。随后，作为发射光脉冲发射发射光束。分析处理单元被如此构造，使 得其可以单独地并且时间分辨地检测源自发射光脉冲的多个接收光脉冲，所述多个接收光 脉冲相应于发射光束划分成一个主射束和多个卫星射束由不同距离上的物体反射回来并 且在不同的时刻射到接收器上。
[0024] 在一种在结构上特别简单并且高效的实施方式中，发射光学系统和/或接收光学 系统可以被构造成旋转的光学系统的形式。
[0025] 在一种特别紧凑并且成本有利的实施方式中，发射光学系统和接收光学系统可以 由一个光学系统部件形成。
[0026] 根据本发明的光学传感器优选用于安全技术领域，尤其是人员保护领域。为了满 足所述领域中存在的安全要求，光学传感器具有冗余的信号分析处理装置，特别是双通道 分析处理单元形式的信号分析处理装置。
[0027] 为了对于借助发射/接收单元实施的距离测量达到所需的安全水平，有利地在窗 处设置参考物体，所述参考物体是用于发射/接收单元的功能检测的参考测量的目标。
[0028] 根据所实施的优选由至少一个振幅测量和一个距离测量形成的参考测量，可以检 测发射/接收单元是否无故障地工作。
[0029] 根据一个有利的实施方式，参考物体是部分透明的物体。为了实施参考测量，由发 射器发射的发射光束的一部分反射回到