光电传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种光电传感器。
【背景技术】
[0002] 其中使用光学工作原理来检测例如轴的旋转角度。不管各自的光学原理是什么， 相应的传感器由至少一个光源、测量装置和接收器所组成。测量装置以抗扭转方式连接至 轴，该轴的运动是要检测的并通过到接收器的相对运动在接收器上产生信号强度调制，其 被用作角度信号。光电传感器使用的两种基本结构类型为：透射式和反射式。因为发射器 和接收器可布置在同一侧，例如可布置在同一电子卡上，所以特别是反射式结构具有特别 的优点，在该结构中光路在测量装置处被反射。为此自动同步发送机（Drehgeber)和旋转 的测量装置有可能真正去耦。发射器/接收器仅仅还能"看到"测量装置。
[0003] 反射式光路的结构根据光学工作原理是一种挑战，因为各个组件，特别是发射器 和接收器，不能沿单一的光轴取向并与所述光轴正交。但是对大多数的光学工作原理而言， 主要是由于对称的原因而提供所有组件的中心取向。
[0004] 在建立用于旋转角度传感器的反射光学工作原理时追求的是，使照明装置、测量 装置以及接收器位于光轴中心。这要求光源位于中心位置。光源在中心位置又要求接收器 放置在光轴外。只有当多个接收器环绕光源放置或当光偏转时，才会产生对称。但这需要 分束器、反射镜系统或类似物，且必须将它们校准。在所述系统中各个组件布置在不同的彼 此不平行的构造平面中。在具有多个构造平面的系统中的光学元件的放置或校准不仅复杂 而且成本很高。同样，照明光路的偏转也很复杂且通常会有很大的强度损失。此外所述结 构需要相当大的安装空间。
[0005] 申请人一开始考虑将接收器同轴地布置在光源和测量装置之间，以此作为反射式 旋转角度传感器可能的紧凑结构，其中光源发出的光通过接收器中孔形状的开口发射到测 量装置。
[0006] 一开始所构想的结构没有考虑到的是，孔的形状会影响光接收器的照度 (Ausleuchtung) 〇 【实用新型内容】
[0007] 基于这一点，本实用新型的任务在于，对前述类型的光电传感器进行改进，从而使 得传感器被改进的分析成为可能。此外本实用新型的任务还在于，提出一种制造光电传感 器的方法，用该方法制造的传感器具有更好的照度。
[0008] 该任务通过根据本实用新型的光电传感器得以实现。
[0009] 根据本实用新型的光电传感器，特别是用于检测旋转角度的光电传感器，配有测 量装置，在发射光方向上发射发射光的光发射器，以及具有光接收面的光接收器，其中所述 光接收面被布置成使得其基本上位于测量装置和光发射器之间且光接收器接收被反射回 的发射光作为接收光，并且其中还布置了发射光导向单元，该单元被设计成使得发射光再 次从发射光导向单元出射时，发射光在发射光方向上产生预先定义好的偏转角度，其中发 射光导向单元布置在光接收器中，其中发射光导向单元由至少一个孔构成，该孔嵌入在光 接收器中，特别是通过机械钻孔、激光钻孔、喷砂或化学蚀刻的方式嵌入在光接收器中，使 得发射光导向单元优选具有的形状为圆柱形、圆锥状发散形、圆锥状收敛形、双圆锥形或椭 圆形，而且其中发射光导向单元的反射发射光的侧壁优选构造成特别是以金属材料，特别 是铝、钛、铜、银或金光反射地涂覆，而且还构造成光散射或光部分散射。
[0010] 本实用新型的主要优点是主动影响发射光的光路，途径是借助光导单元通过光接 收器来适当地构造光通道，所述光导单元在光接收面上形成接收光的分布和均匀性，使得 分析得以改进。
[0011] 在这种情况下可通过孔的几何形状来改变整个照明的特点，从而使发射光导向单 元，特别是至少所述孔被用作光束整形的光学元件。有利地可将孔构造成具有矩形底面的 金字塔形状。
[0012] 根据另一个优选的实施形式，发射光导向单元由至少一个嵌在光接收器中的套筒 组成。该套筒在这里根据需要可具有的形状为圆柱形、圆锥状发散形、圆锥状收敛形、双圆 锥形或椭圆形。套筒的外部形状和内部形状可以不同，从而使套筒可用于与在生产工艺上 甚至是不利的孔的几何形状相匹配。
[0013] 特别地，可利用发射光导向单元，特别是孔或套筒的炫目效果，以便有针对性地分 散发射光和/或有针对性地使发射光产生衍射效应。
[0014] 可有目的地使用在反射时涂覆表面处产生的偏振或相移，例如用以改变和/或混 合偏振状态。此外，还可实现在光接收器上感光的光接收面的遮光，由此可避免杂光的影响 或至少减少杂光的影响。有利地，相对于反射涂层也可根据在发射光导向单元的侧壁上所 使用材料的相应折光率来针对性地利用全反射性能。
[0015] 在发射光导向单元中，该单元设置在光接收器和/或电路卡的凹槽中，光学元件 可设置成具有光折射功能、光衍射功能和/或光偏振功能，和/或具有衍射结构用于使发射 光衍射、偏转或散射。光学元件也可构造为滤光器，且该滤光器可以选择发射光的波长。这 具有的优点是，光学透镜和/或滤光器功能可集成在光电传感器中，并因此可省去其它单 独的光学元件。
[0016] 有利地将光发射器构造为LED或激光二极管。光接收器可构造为C⑶或CMOS结 构形式的接收器阵列或构造为半导体芯片上的光电二极管簇。
[0017] 特别有利的是，可将本实用新型用于旋转角度传感器中，所述传感器根据偏振光 学原理来确定旋转角度，而且在该传感器中光路被设计成反射式光路。为此，自动同步发送 机具有偏振器，该偏振器相对于光源旋转并构成测量装置。发射光在偏振器上反射并通过 一个或多个线性偏振分析器，所述分析器分别布置在接收元件之前。接收器具有至少两个 可分开分析的接收区域，所述接收区域具有分析器，其中分析器的偏振方向彼此成一定角 度偏移。接收器优选构造为光接收器阵列。通过分析由两个接收区域接收到的信号可确定 增量旋转角度和旋转方向。
[0018] 为了达到360°以上的清晰度，可将偏振器构造成具有垂线的圆盘，其中垂线与旋 转轴构成的角度不为零。
【附图说明】
[0019] 下面借助实施例并且参考附图来详细描述本实用新型。图中显示：
[0020] 图1为设想的光电传感器的示意图；
[0021] 图2-2A为光电传感器的、根据本实用新型的实施形式的示意图，所述传感器具有 发射光导向单元；
[0022] 图3-6为发射光导向单元的、根据本实用新型的实施形式；
[0023] 图7为作为套筒的发射光导向单元的、另一种根据本实用新型的实施形式；以及
[0024] 图8为使用了额外的光束整形（Strahlformung)元件的另一种实施形式。
[0025] 图1示出了申请人一开始构想的光电传感器10,该传感器用于检测轴14的旋转角 度，所述轴在所示箭头方向18上围绕旋转轴16旋转。传感器10以抗扭转方式布置且在所 示实施例中可根据光学原理来确定轴14的旋转。
【具体实施方式】
[0026] 借助该实施例来描述光电传感器10,特别是自动同步发送机的运行方式，其根据 偏振原理，即通过检测偏振方向来确定旋转角度。
[0027] 光发射器20的发射光32呈略微发散的锥形发射，如果是LED的情况则发射光不 偏振，并且发射光会遇到通过轴14旋转的测量装置34,所述测量装置在这里被构造成线性 偏振器。因此，由测量装置34或偏振器所反射的光（接收光36)具有线性偏振，其方向对 应于轴14的实际旋转角度。接收光36穿过分析器或光敏检测器44,所述检测器是线性偏 振器，且所述接收光由分析器44下方的光接收器22的接收区域来检测。有利地，将光接收 器22构造为接收器阵列或类似物，其中在每个接收元件前面都布置了分析器44并且所述 分析器44具有不同的偏振方向。通过接收元件测得的光的强度取决于旋转角度的cos 2值。 通过布置在分析器后面的接收元件的cos2信号，其偏振方向彼此具有角度偏移，可用已知 的方式来确定相对扭转角度和旋转方向。
[0028] 因此传感器10具有光发射器20和光接收器22。光发射器20和光接收器22对 称布置，这在所述结构中意味着，它们关于旋转轴16对称且它们各自的光轴与旋转轴16 - 致。
[0029] 光发射器20布置在电子卡24的背侧26,同时所述电子卡被设计成光接收器22的 电路载体，光发射器固定也就是用如下方式固定的，即将光朝背侧26对准光发射器20的发 射光的面28。为了使光也可以从发射器20中射出，电子卡24具有孔30,该孔与发射光的 面28对齐，并因此发射光32可沿着光轴16在朝着测量装置34的方向上发射。
[0030] 发射光32被测量装置34反射，并作为接收光36落在光接收器22的光接收面38 上。所述光接收面38面向测量装置34,其中光接收器22的光轴与光发射器20的光轴同轴 地布置。优选将光接收器22构造为多个光电二极管的排布并且特别优选构造为具有多个 CCD或CMOS结构形式的接收元件的光接收器阵列。
[0031] 因此提出一种布置，其中发射光32在发射光方向上发射，其从光发射器20发出通 过光接收面38在朝着测量装置34的方向上