[发明专利]光屏障以及用于检测对象的方法

说明书

本发明涉及一种光屏障(Lichtschranke)以及一种用于检测对象的方法，该光屏障具有支承体、检测电磁辐射的半导体芯片以及设置在检测的半导体芯片旁或者之上的并且特殊地成形的和/或放置的方向选择性元件。

为了检测在要检查的范围或者区域中的对象，已知了多种可能性。一种检测对象的可能性是使用光屏障。在下面，术语接近传感器和运动传感器被同样地理解为术语光屏障。光屏障是一种电子-光学系统，其具有至少一个发射器和至少一个检测器。将发射电磁辐射的半导体芯片视为发射器。发射器也被称为发送器或者辐射源。而检测器是一种检测电磁辐射的半导体芯片，其也称为传感器或者接收器。

在下面简要阐述光屏障的工作原理。发射器发射具有相应的光强I的、确定波长范围的电磁辐射。检测器至少对于辐射的该确定的波长范围是敏感的。由于要检测的对象在光屏障中，在发射器和检测器之间的光路改变。在检测器中记录了辐射的入射光密度的发生的变化。该记录在后续步骤中转换为电开关信号，该信号接着被进一步处理。

所射出的光强I与其表现为发光的面的大小A的比值定义为光密度L。光密度具有SI单位cd/m²(坎德拉每平方米)。光密度在测量光度上等价于具有辐射度测量的单位瓦特×米^-2×球面度^-1或者W*m^-2*sr^-1的辐射密度L(λ)。

原则上，在单路光屏障和反射光屏障之间区分光屏障。在单路光屏障的情况下，发射器和检测器彼此对置，其中发射器的主发射方向直接朝着检测器的方向。检测器于是持续地检测由发射器引起的光密度。一旦对象进入发射器和检测器之间的光路中，则光路中断。由此产生的未检测到发射器发射的辐射在另一进行处理的单元中进行分析。

在反射光屏障的情况下，不同于单路光屏障，发射器和检测器并不彼此对置，并且此外优选位于共同的壳体中。由此，结构不怎么复杂。原则上，在反射光屏障的情况下，区分两种用于检测对象的方法。

在第一方法中，反射元件设置在第一侧，带有发射器和检测器的壳体设置在对置的侧上。该元件和壳体对准为使得光路通过对象的中断引起检测器中的光密度变化。

可替选地，并不使用反射器。如果对象在发射器的光路中，则发射器的辐射射到该对象上并且在对象表面上由于对象的表面构造而被散射。通过散射，所发出的辐射的一部分射到检测器上。在检测器中光密度的变化被记录。

在光屏障的构型中的一个普遍的问题是环境量的影响，例如日光、外来光等等的影响。

检测器和发射器越来越多地安置在壳体内的支承体上。通过这种方式可以简化地构建电激励装置。由此，在构建光屏障时要注意另一问题：所谓的在进行发射的半导体芯片和进行检测的半导体芯片之间的串扰。当辐射离开壳体之前，例如当该辐射在直接的路径上从发射器耦合输入到检测器中时，出现该串扰。当辐射在壳体内被反射并且射到检测器上时，同样出现串扰。由于串扰而到达检测器的辐射改变检测器的特性曲线上的工作点。由于工作点变化，有时使检测器的灵敏度强烈地劣化。为了提高光屏障的灵敏度，始终追求的是将环境影响和串扰最小化。

本发明的任务是，设计一种光屏障和一种方法用于检测对象，其中提高用于检测对象的灵敏度。

该任务通过在所附的权利要求中说明的措施来解决。其他有利的扩展方案在从属权利要求中说明。

根据光屏障的至少一个实施形式，该光屏障包括半导体器件。该半导体器件包含带有支承体上侧的支承体。在支承体上侧上安置有至少一个检测电磁辐射的半导体芯片和至少一个发射电磁辐射的半导体芯片。半导体芯片尤其是设计用于检测或者发射可见的或者优选为近红外的辐射。

根据光屏障的至少一个实施形式，该光屏障具有在支承体的上侧上的至少一个方向选择性元件。该方向选择性元件尤其是与进行检测和/或发射辐射的半导体芯片的至少一个关联。通过该方向选择性元件限制了由半导体芯片要接收的辐射的角度范围或者由半导体芯片要发射的辐射的角度范围。换言之，发射辐射的半导体芯片的发射特征通过方向选择性元件例如被限制或者调节，使得没有或者基本上没有由进行发射的半导体芯片生成的辐射进入确定的立体角范围中。由进行检测的半导体芯片来看，被限制意味着：没有或者基本上没有辐射可以从确定的角度范围到达进行检测的半导体芯片。也就是说，通过方向选择性元件限制了如下角度：从该角度可以由半导体器件检测辐射，即可以接收辐射，或者以该角度可以由半导体器件发射辐射。