光传感器的制作方法

1.本发明涉及光传感领域。


背景技术：

2.已知的分光光度计相对较昂贵和笨重。


技术实现要素：

3.一种用于表面的装置形成了本发明的一个方面。该装置包括光传感器、光源、本体和光产生装置。传感器具有光接收器，该光接收器限定了接收轴。光源包括用于产生光的多个元件。本体具有在使用中放置在表面上的平面基座，该基座垂直于接收轴定向；本体限定了采样孔，该采样孔与基座连通，并且接收轴穿过该采样孔；本体环绕元件；并且本体与光源结合且当对采样孔阻隔环境光时，适于为传感器遮挡环境光。光产生装置用于通过内部反射、吸收和过滤来将元件的光转换为准直成在基座和接收轴的交点处以相对于接收轴的预定角度照射在基座上的光。
4.根据本发明的另一个方面，光产生装置可以包括环状波导，该环状波导从元件朝向基座延伸。
5.根据本发明的另一个方面，波导可以包括旋转体，该旋转体从元件朝向基座延伸。
6.根据本发明的另一个方面，波导可以包括成形为由光源产生的基本上全部的光照射的部分。
7.根据本发明的另一个方面，这些元件可以布置成环形，并且成形为由光源产生的基本上全部的光照射的部分可以为环状凹槽。
8.根据本发明的另一个方面，波导的终点可以为朝向接收轴与基座的相交点的边缘。
9.根据本发明的另一个方面，针对每个元件，本体可以包括光线阻挡件，这些光线阻挡件以彼此间隔的关系设置成环形且邻近边缘，并且定位成使得当沿着接收轴观察时元件和光线阻挡件以周向交替的关系设置。
10.根据本发明的另一个方面，元件和传感器分光光度计可以形成集成电路的一部分。
11.根据本发明的另一个方面，波导可以限定空腔，该空腔以周向间隔的关系收容传感器，并且集成电路可以还包括导向该空腔的校准传感器。
12.根据另一个方面，传感器可以为分光光度计。
13.根据另一个方面，校准传感器可以为分光光度计。
14.根据另一个方面，元件可以为发光二极管。
15.根据另一个方面，发光二极管可以包括蓝色发光二极管、紫色发光二极管以及紫外线发光二极管，蓝色发光二极管包括黄磷。
16.根据另一个方面，预定角度可以为45
°
。
17.根据另一个方面，集成电路包括电路，该电路在使用中由元件产生关于接收轴基本上对称的光。
18.根据另一个方面，在使用中，传感器具有工作范围，并且在使用中，电路在整个该工作范围内平滑由元件产生的光的光谱分布。
19.根据另一个方面，在使用中，由电路选择性地照射元件。
20.鉴于以下结合附图的详细说明，本发明的优点、特征和特性将变得显而易见。
附图说明
21.图1是本发明的一个实施例的底部透视图；
22.图2是图1的装置的顶部透视图；
23.图3是图1的装置的分解图；
24.图4是图1中的结构28的视图；
25.图5是图4的结构的侧视图；
26.图6是图4的结构的仰视图；
27.图7是图1中的结构30的视图；
28.图8是图7的结构的侧视图；
29.图9是图7的结构的仰视图；
30.图10是图1中的结构32的视图；
31.图11是图10的结构的侧视图；
32.图12是沿着图10的截面12-12的视图；
33.图13示出了该装置的光线追迹；
34.图14是图13的光线追迹的辐照度图；以及
35.图15是示意性光路。
具体实施方式
36.根据本发明的一个非限制性实施例的装置20在图1和图2中示出，并且将被理解为包括：顶盖22、光帽24、电池26、集成电路28、光环30、本体32以及防尘盖34，如图3的分解图中可见。
37.顶盖22为阳极氧化铝盘，其限定了中心端口36和多个紧固件孔38。
38.光帽24为模制丙烯酸部件，其具有平台40、从平台40突出的凸台42、平台40中限定的多个紧固件钻孔44、从平台40垂下的多个支腿46以及从平台40垂下的一对杆件52，每个支腿46的终点为限定有安装孔50的支脚48。杆件52和平台40是透明的。凸台42的形状与端口36和纹理表面54匹配。光帽24具有凹槽41。
39.电池26为矩形且具有导线56，该导线56的终点为插头58。
40.电路28具有限定为贯穿其中的多个钻孔60以及相对的表面62、63(如图4至图6中可见)。一个表面62上安装有插座64、天线66、微型usb端口68、振动马达70以及一对led背光源72。另一个表面63上安装有扫描分光光度计组件66、多个元件68、70、72以及校准传感器74。借助于元件68、70、72，电路28将被理解为定义了光源。
41.组件66包括传感器76、光接收器78以及遮罩80。传感器76是128通道分光光度芯
片。遮罩80是圆柱形的，并且具有一对突出的销柱82。光接收器78限定了接收轴x-x。
42.多个元件68、70、72包括4个广谱白色led 68、2个紫色led 70以及2个uv led 72。白色led 68是包括蓝色led和黄磷的类型。
43.校准传感器74是24通道分光光度计。
44.光环30包括环形波导84和多个棘爪86。波导84是旋转体，其在一端包括环形凹槽88，而在另一端的终点为边缘90。棘爪86从一端径向延伸。波导84由塑料构成，并限定了空腔92。
45.本体32是3d打印的阳极氧化铝部件，其包括护罩94、瞄准器96以及多个光线阻挡件98。
46.护罩94限定了中心空洞100、多个螺纹钻孔102、多个槽口104、平面基座106以及基座106中的采样孔108。
47.瞄准器96为厚壁管状元件，其位于基座106附近，朝向采样孔108突出，并具有一对限定在其中的销柱收容件110。
48.光线阻挡件98从瞄准器96径向延伸，并以间隔关系将瞄准器96刚性连接至护罩94。
49.防尘盖34为丙烯酸圆盘，其具有透明中心112、以与该中心间隔的关系设置的透明圆环114以及同心不透明圆环116、118，一个圆环116将透明圆环114与透明中心112分开，而另一个圆环118环绕圆盘的外围。
50.使用：
51.·
防尘盖34粘接固定到本体32上，透明中心112与瞄准器96的内部连通；
52.·
光环30设置在中心空洞100中，棘爪86设置在槽口104中；
53.·
集成电路28设置在光环30上；
54.·
电池的插头58装配在集成电路28的插座64中；
55.·
电池26设置在集成电路28上；
56.·
光帽24以覆盖电池26的关系设置在集成电路28上，杆件52位于光元件72上；
57.·
光帽24固定到集成电路28，并且集成电路28通过螺钉120固定到本体32上，这些螺钉延伸穿过支腿46的安装孔50和集成电路28的钻孔60而进入护罩94的螺纹钻孔102中。
58.·
顶盖22设置在光帽24上，凸台42穿过端口36而伸出；
59.·
螺钉122穿过顶盖22中的紧固件孔38而进入平台40的紧固件钻孔42；
60.·
天线66位于凹槽41内。
61.组装成：
62.·
如图10中所见，光线阻挡件98将以彼此间隔的关系设置成环形且邻近边缘90，并且定位成使得当沿着轴线x-x观察时二极管68、70、72和光线阻挡件98以周向交替的关系设置；
63.·
空腔92以周向间隔关系容纳扫描分光光度计组件66；
64.·
校准分光光度计74设置在空腔92内且导向空腔92；
65.·
基座106垂直于接收轴x-x定向；
66.·
采样孔108与基座106连通；
67.·
接收轴x-x穿过采样孔108；
68.·
本体32环绕二极管68、70、72；
69.·
本体32，与光源结合且当对采样孔108阻隔环境光时，为扫描分光光度计66屏蔽环境光；
70.·
旋转体从二极管68、70、72朝向基座106延伸；
71.·
凹槽接收由光源产生的基本上全部的光；
72.·
边缘90朝向轴线x-x与基部106的相交点定位；并且
73.·
光帽接收由背光源产生的光，从而被照亮。
74.由于此结构，波导84、护罩94和光线阻挡件98限定了光产生装置，该光产生装置适于通过内部反射、吸收、折射和过滤来将二极管68、70、72的光转化为准直成在基座106和接收轴x-x的交点处以相对于接收轴x-x的预定角度(45
°
)照射在基座106上的光，具体示明如下：
75.·
图15是示出了以平行于接收轴的角度从二极管射出的单条光线的路径的示意图；将会看到光线通过通道进入波导且被内反射，使得其以一定角度到达边缘，从而当光线在波导/空气、空气/防尘盖和防尘盖/空气过渡处折射时，光线在接收轴和表面的交点处以45
°
的角度照射在表面；
76.·
图13是示出了模拟结果的渲染图，其中大约70000条等径向间隔的光线从每个led延伸且照射到基座上(绘出了大约1％的光线)；以及
77.·
图14是垂直于接收轴且与基座共面的平面的辐照度图(由图13中所示的相同光线追迹模拟产生)，表明大部分光在接收轴和基座的交点处照射到基座上。
78.使用时，首先调整该装置，以解决led的制造差异等问题，从而确保：
79.·
由元件产生的光关于接收轴基本上对称；以及
80.·
如此产生的光的光谱分布在传感器的整个工作范围内是平滑的。
81.还应当理解的是，该装置将需要校准，这可以通过将该装置放置在具有已知光谱质量的表面(即，彩色瓷砖)上来进行。对于本领域的普通技术人员来说，校准是常规的，因此既不需要也不会提供这方面的其他细节。
82.普通技术人员应认识到的是，上述内容具有许多优点，包括但不限于：
83.·
制造简单；
84.·
校准分光光度计可以用于与led老化、温度变化等相关的自动校准；
85.·
振动马达允许了触觉反馈；
86.·
光源和光帽允许了光学反馈。
87.尽管示出和说明了一个实施例，但是应当理解的是，可以进行各种变化：
88.·
可以采用不同光谱的led；
89.·
可以采用除了分光光度计之外的传感器，即简单的颜色传感器可以用于比色法；以及
90.·
led可以被选择性地激活，并用于采用比尔定律的减色感测技术中。
91.因此，目的性地解释，本发明应当理解为仅受到所附权利要求书的限制。

技术特征：
1.一种用于表面的装置，所述装置包括：光源，包括用于产生光的多个元件；本体，所述本体：具有在使用中放置在所述表面上的平面基座，所述基座垂直于接收轴定向；限定了采样孔，所述采样孔与所述基座连通，并且所述接收轴穿过所述采样孔；环绕所述元件；并且与所述光源结合且当对所述采样孔阻隔环境光时，适于为所述传感器遮挡环境光；以及光产生装置，用于通过内部反射、吸收和过滤来将所述元件的光转换为准直成在所述基座和所述接收轴的交点处以相对于所述接收轴的预定角度照射在所述基座上的光。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光产生包括环状波导，所述环状波导从所述元件朝向所述基座延伸。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述波导包括旋转体，所述旋转体从所述元件朝向所述基座延伸。4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述波导包括成形为由所述光源产生的基本上全部的光照射的部分。5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述元件布置成环形，并且所述成形为由所述光源产生的基本上全部的光照射的部分为环状凹槽。6.根据权利要求2所述的装置，其中，所述波导的终点为朝向所述接收轴与所述基座的相交点的边缘。7.根据权利要求1所述的装置，其中，针对每个元件，所述本体包括光线阻挡件，所述光线阻挡件以彼此间隔的关系设置成环形且邻近所述边缘，并且定位成使得当沿着所述接收轴观察时所述元件和所述光线阻挡件以周向交替的关系设置。8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述元件和所述传感器分光光度计形成集成电路的一部分。9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述波导限定了空腔，所述空腔以周向间隔的关系收容所述传感器，并且所述集成电路还包括导向所述空腔的校准传感器。10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器为分光光度计。11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述校准传感器为分光光度计。12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述元件为发光二极管。13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述发光二极管包括蓝色发光二极管、紫色发光二极管以及紫外线发光二极管，所述蓝色发光二极管包括黄磷。14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述预定角度为45
°
。15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述集成电路包括电路，所述电路在使用中由所述元件产生关于所述接收轴基本上对称的光。16.根据权利要求15所述的装置，其中，在使用中，所述传感器具有工作范围，并且在使用中，所述电路在整个所述工作范围内平滑由所述元件产生的光的光谱分布。17.根据权利要求15所述的装置，其中，在使用中，由所述电路选择性地照射所述元件。

技术总结
用于表面的装置，包括光源、本体和光产生装置。光源包括用于产生光的多个元件。本体：具有在使用中放置在表面上的平面基座，基座垂直于接收轴定向；限定了采样孔，采样孔与基座连通，并且接收轴穿过采样孔；环绕元件；并且与光源结合且当对采样孔阻隔环境光时，适于为传感器遮挡环境光。光产生装置用于通过内部反射、吸收和过滤来将元件的光转换为准直成在基座和接收轴的交点处以相对于接收轴的预定角度照射在基座上的光。照射在基座上的光。照射在基座上的光。


技术研发人员：马修
受保护的技术使用者：尼克斯传感器有限公司
技术研发日：2021.12.07
技术公布日：2023/9/16