光电子传感器的制作方法

本发明涉及用于检测物体的光电子传感器，所述光电子传感器具有光发射元件、光接收元件以及控制和评估单元，所述控制和评估单元既致动光发射元件以输出传输信号，又处理光接收元件的接收信号。

背景技术：

1、此类光电子传感器用于检测物体。就更高范围而言，这里对此类传感器提出了越来越高的要求。必须评估越来越小的信号，并且必须在接收端将它们放大至相当大的程度。然而，传输端处的信号增强由于眼睛安全、传输源的部件的物理特性以及现有成本和开关频率要求而受到限制。

2、从ep 1 522 879 a2得知一种用于检测监视区域中的物体的光电子传感器。此光电子传感器被具体配置为反射光电子屏障和反射光感测器件。

3、de 10 2016 107 851 a1公开了一种光电子运行时间测量器件。

4、de 10 2010 013 751 a1公开了一种用于利用脉冲整形来测量运行时间以进行距离确定的器件。

5、最后，从de 10 2021 102 870 a1得知一种具有在红色光谱范围内的vcsel的itof距离测量系统。

6、当前光电子传感器的问题是接收器的灵敏度。在整个传感器检测范围内，无法足够可靠地识别非常暗的物体。例如，利用当前可用的传感器，只能在近距范围的几分米内可靠地检测反射因数在个位数百分比范围内的非常暗的物体。

7、在现有技术中已知的此类光电子传感器的情况下，现主要使用矩形信号脉冲。由于此类矩形脉冲的陡峭边缘，因此所述矩形脉冲的频谱分量是其基本频率的倍数。接收器所需的带宽因矩形脉冲的高频谱分量而增加，并且接收器的最大放大率相应地受到限制，因为接收放大器具有恒定的增益带宽积(gbw)。如果因此选择太高的接收放大率，则这由于由信号边缘造成的有限带宽而造成信号失真，这些失真不再允许对接收信号进行有意义的评估。

8、本发明的目的是在无硬件的附加支出的情况下增加光电子传感器的灵敏度。

技术实现思路

1、本目的在用于检测开头所提及的那种物体的光电子传感器中通过以下事实来实现：控制和评估单元致动光发射元件以输出至少一个正弦传输脉冲，所述至少一个正弦传输脉冲由所述物体反射并且由所述光接收元件接收并输出为接收脉冲，并且所述控制和评估单元具有用于检测所述接收脉冲在频域中的频谱分量的器件。

2、本发明的基本思想是用具有时间长度为周期持续时间的正弦信号脉冲来替换光电子传感器的先前使用的矩形信号脉冲。与同类矩形信号相比，正弦传输或接收信号的优点在于更低的带宽要求。因此，对于相同硬件结构，接收器的放大率可被相应配置得更高。在整个周期持续时间内，在接收器处以可周期性地连续的方式扫描正弦信号脉冲。由于正弦信号脉冲与矩形信号脉冲相比需要更低的接收器带宽，因此接收器的带宽要求可限于正弦信号脉冲的频率。在接收器的增益带宽积(gbw)恒定的情况下，由于更低的带宽要求的因素，正弦接收脉冲与矩形信号脉冲相比可放大至更大的程度。与模数转换器的用于评估信号的量化噪声相比，这导致更大的信噪比。因此，与现有技术中已知的光电子传感器的情况相比，所述光电子传感器可检测小得多的输入信号。由此，可改进传感器特性，诸如灵敏度、范围和灰度值移位。

3、为了检测接收脉冲在频域中的频谱分量，提供了用于执行傅立叶变换的器件。通过(离散)傅立叶变换，频谱分量在接收器中在正弦信号脉冲的频率下确定。

4、根据本发明的一个方面，用于检测所述接收脉冲在频域中的所述频谱分量的所述器件可具有goertzel滤波器。

5、本发明的一个方面规定，所述控制和评估单元将所述接收脉冲在频域中的所述频谱分量之和确定为传感器读数。

6、此外，本发明的另一方面规定，所述控制和评估单元将所述接收脉冲在频域中的所述频谱分量的幅值和/或相位确定为传感器读数。

7、由于所接收的正弦信号脉冲以可周期性地连续的方式进行扫描，因此这些频谱分量之和对应于所接收的信号脉冲的幅值。接收脉冲在频域中的频谱分量的此幅值以及替代地或附加地相位用于并确定为传感器读数。

8、根据本发明的有利方面，规定所述控制和评估单元致动所述光发射元件以输出相同幅值和/或频率的多个正弦传输脉冲。

9、根据本发明的另一方面，规定所述多个传输脉冲的周期持续时间按周期数的倍数减少。由此，整个脉冲宽度并因此脉冲能量保持恒定。

10、本发明的一个方面规定，所述控制和评估单元致动所述光发射元件以输出不同幅值和/或不同频率的多个连续正弦传输脉冲，并且分别分配给所述传输脉冲并由所述光接收元件输出的所述接收脉冲各自在用于检测所述接收脉冲的信号频率的器件中进行处理。由此，增加了传感器的动态范围。由于属于一个周期的扫描点(样本)各自被馈送到用于检测接收脉冲的信号频率的单独器件并在后者中进行处理，因此可获得多个不同大小的幅值。例如，这里可使用具有较低幅值的正弦信号脉冲来检测对应于亮物体或小物体距离的高信号，同时可使用具有高幅值的正弦信号脉冲来检测低信号，也就是暗物体或大物体距离。

11、在其中控制和评估单元致动光发射元件以输出不同频率的多个连续正弦传输脉冲(也就是执行一种频率调制)并且属于一个周期的扫描点(样本)各自在用于检测接收脉冲的信号频率的器件中进行处理的一个实施方式中，可增加抗干扰性(例如emc)。在存在多个频率的情况下，由此可检查是否接收到类似幅值。

12、本发明的另一方面规定，所述控制和评估单元致动所述光发射元件以输出仅具有半个周期持续时间的至少一个正弦传输脉冲。然后，具有半个周期持续时间的接收脉冲以垂直轴对称地反射到达半个周期持续时间的虚拟下降沿上。

13、根据本发明的另一方面，为了产生距离传感器，规定将所述接收脉冲在频域中的所述频谱分量的实部与虚部之间的相位确定为到所述物体的距离的读数。

14、上述解决方案使得能够增加灵敏度和范围，而无需附加硬件成本、空间要求或能量消耗。接收器的带宽可被定尺寸为与发射矩形传输脉冲的情况相比更小。因此，接收器变得对高频干扰不太敏感。

技术特征：

1.一种用于检测物体的光电子传感器，所述光电子传感器具有：光发射元件(105)；光接收元件(106)；以及控制和评估单元(110)，所述控制和评估单元既致动所述光发射元件(105)以输出传输信号，又处理所述光接收元件(106)的接收信号，

2.如权利要求1所述的光电子传感器，其特征在于，用于检测所述接收脉冲在所述频域中的所述频谱分量的所述器件(109)是用于执行傅立叶变换的器件。

3.如权利要求1所述的光电子传感器，其特征在于，用于检测所述接收脉冲在所述频域中的所述频谱分量的所述器件(109)具有goertzel滤波器。

4.如权利要求2或3所述的光电子传感器，其特征在于，所述控制和评估单元(110)将所述接收脉冲在所述频域中的所述频谱分量之和确定为传感器读数。

5.如权利要求2或3所述的光电子传感器，其特征在于，所述控制和评估单元(110)将所述接收脉冲在所述频域中的所述频谱分量的幅值和/或相位确定为传感器读数。

6.如前述权利要求中一项所述的光电子传感器，其特征在于，所述控制和评估单元(110)致动所述光发射元件(105)以输出相同幅值和/或相同频率的多个正弦传输脉冲。

7.如权利要求6所述的光电子传感器，其特征在于，所述多个传输脉冲的周期持续时间按周期数的倍数减少。

8.如权利要求1至5中一项所述的光电子传感器，其特征在于，所述控制和评估单元(110)致动所述光发射元件(105)以输出不同幅值和/或不同频率的多个连续正弦传输脉冲，并且在于，分别分配给所述传输脉冲并由所述光接收元件(106)输出的所述接收脉冲各自在用于检测所述接收脉冲在所述频域中的所述频谱分量的器件(109)中进行处理。

9.如前述权利要求中一项所述的光电子传感器，其特征在于，所述控制和评估单元(110)致动所述光发射元件(105)以输出具有半个周期持续时间的至少一个正弦传输脉冲。

10.如权利要求1所述的光电子传感器，其特征在于，为了产生距离传感器，将所述接收脉冲在所述频域中的所述频谱分量的实部与虚部之间的相位确定为到所述物体的距离的读数。

技术总结一种用于检测物体的光电子传感器，其具有：光发射元件(105)；光接收元件(106)；以及控制和评估单元(110)，所述控制和评估单元既致动所述光发射元件(105)以输出传输信号，又处理所述光接收元件(106)的接收信号，所述光电子传感器的特征在于，所述控制和评估单元(110)致动所述光发射元件(105)以输出至少一个正弦传输脉冲，所述至少一个正弦传输脉冲由所述物体反射并且由所述光接收元件(106)接收并输出为接收脉冲，并且在于，所述控制和评估单元(110)具有用于检测所述接收脉冲在频域中的频谱分量的器件(109)。技术研发人员：托比亚斯·赖宁,曼纽尔·布朗纳,尤米特·科云朱受保护的技术使用者：巴鲁夫公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12