CN118235059A - 光电传感器校准改进 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传感器装置，具有传感器壳体和耦合到传感器壳体的印刷电路板。发光装置耦合到印刷电路板。发光装置具有限定发射面区域的发射器面。光圈板耦合到传感器壳体，光圈板限定光圈，所述光圈具有小于发射器面的发射面区域的光圈区域。光圈距发射器面小于1mm，其中发光装置不固定到光圈板。透镜耦合到传感器壳体，具有延伸穿过光圈的光轴。光圈板定位在透镜与发射器面之间。可有利地减少制造线上的传感器部件间的校准角变化，而不会增加与主动对准相关联的成本。还可减少辐照度下降。

Description

光电传感器校准改进

本申请要求申请日为2021年7月1日的美国临时申请第63/217,455号的优先权，该申请的公开内容以其全文形式被援引加入本文。

技术领域

本发明总体上涉及光电传感器。更具体地说，本发明涉及用于光电传感器的校准改进。

背景技术

光电传感器一般具有发光侧和受光侧。发光侧具有发光装置例如发光二极管(LED)或激光器以及透镜。发光装置定位在外部壳体内的印刷电路板(PCB)上，用户将所述外部壳体安装到特定应用中。传感器的一个理想的特点是，从传感器发射的光束(源自发光装置)的中心轴与壳体和壳体的用户安装特征正确地对准，例如垂直于壳体的前面或前部区域对准。所发射光束相对于传感器的对准被称作校准(boresighting)。一般还希望制造出校准变化最小的传感器，使得用户可依赖于传感器壳体安装特征，并且保证所有传感器的所发射光将命中所希望的对象，而不需要通过使用额外的笨重尖端和倾斜安装托架进行耗时的传感器场对准。

典型的制造公差可能叠加，并且对传感器装置上的校准变化造成负面影响。此类公差可包含以下各项：

1.在壳体的用户安装表面与耦合到壳体的PCB之间；

2.在LED与PCB之间；

3.在LED的裸片发射区域的中心与LED表面安装技术(SMT)封装的中心之间；

4.在壳体的安装表面与透镜安装表面之间；以及

5.在透镜安装特征与透镜的光轴之间。

此外，光电传感器的典型的发射器侧使用标准SMT LED，所述标准SMT LED具有位于裸片发射区域中(在裸片发射区域的中心区或拐角中)的用于电连接的接合衬垫。一些可商购的LED具有位于裸片发射区域的中心的接合衬垫。一些此类LED具有被视为相对较小，例如具有在200μm-300μm的范围内的长度和宽度的裸片发射区域。一些其它可商购的LED具有位于裸片发射区域的拐角中的接合衬垫。一些此类LED具有被视为相对较大，例如具有在500μm-1000μm的范围内的长度和宽度的裸片发射区域。接合衬垫可能导致所发射光束中的辐照度的不希望的下降。为了避免辐照度下降，可使用点源LED代替标准块状LED，但此类装置具有较高成本且还可能具有基于上文所列的公差的校准变化。

发明内容

当前技术涉及可有利地减少在制造线上生产的传感器装置间的校准变化的光电传感器。在一些实施例中，光电传感器可减少上文所列的一个或多个制造公差或上文未列的其它制造公差对校准变化的影响。此外，当前技术的一些示例减少了通常由LED接合衬垫的结构导致的发光装置的辐照度下降。

当前技术的一些实施例涉及传感器装置。传感器装置具有传感器壳体。印刷电路板耦合到传感器壳体。发光装置耦合到印刷电路板，其中发光装置具有限定发射面区域的发射器面。光圈板耦合到传感器壳体。光圈板限定光圈，所述光圈具有小于发射器面的发射面区域的光圈区域。光圈在轴向方向上距发射器面小于1mm。发光装置不固定到光圈板。透镜耦合到传感器壳体。透镜具有延伸穿过光圈的光轴。光圈板定位在透镜与发射器面之间。

在一些此类实施例中，发光装置具有发光二极管(LED)。另外或可替代地，光圈具有比发射面区域的横截面尺寸小至少200μm的直径。另外或可替代地，光圈距发射器面小于700μm。另外或可替代地，光圈与发射器面呈间隔开关系。另外或可替代地，传感器装置具有包封发射器面的包封材料。另外或可替代地，光圈与包封材料间隔开300μm或更小。另外或可替代地，发光装置具有垂直于发射面区域延伸的发射器轴，并且透镜限定垂直于光圈区域延伸的光轴，且光轴与发射器轴不共线。

另外或可替代地，光圈限定垂直于光圈区域延伸的光圈轴，并且传感器装置具有被配置成对准光圈轴和透镜的光轴的配准结构。另外或可替代地，发射器面的发射面区域具有至少400μm的横截面尺寸。另外或可替代地，光圈限定垂直于光圈区域延伸的光圈轴，并且透镜具有与光圈轴基本上共线的光轴。

一些实施例涉及具有传感器壳体的传感器装置。印刷电路板耦合到传感器壳体。发光装置耦合到印刷电路板，其中发光装置具有限定发射面区域的发射器面和垂直于发射面区域延伸的发射器轴。光圈板耦合到传感器壳体。光圈板限定光圈，所述光圈具有光圈区域和垂直于光圈区域延伸的光圈轴。光圈轴与发射器轴不共线。透镜耦合到传感器壳体，其中光圈板定位在传感器壳体与发射器面之间。

在一些此类实施例中，光圈距发射器面小于1mm。另外或可替代地，光圈距发射器面小于700μm。另外或可替代地，光圈区域小于发射面区域。另外或可替代地，透镜具有与光圈轴基本上共线的光轴。另外或可替代地，发光装置不固定到光圈板。

另外或可替代地，光圈具有比发射面区域的横截面尺寸小至少200μm的直径。另外或可替代地，包封材料包封发射器面。另外或可替代地，光圈与包封材料间隔开300μm或更小。另外或可替代地，配准结构将光圈板耦合到透镜。另外或可替代地，发射器面的发射面区域具有至少400μm的横截面尺寸。另外或可替代地，透镜具有与光圈轴基本上共线的光轴。另外或可替代地，光圈与发射器面呈间隔开的关系。

以上发明内容并不旨在描述每一实施例或每个实施方案。而是，鉴于所附的附图，通过参考以下具体实施方式和权利要求书将明了和了解对说明性实施例的更完整理解。

附图说明

可结合附图考虑以下对各种实施例的详细描述来更全面地理解和了解本技术。

图l为展现校准角的示意图。

图2为与图1一致的系统的示意图的广角视图。

图3为根据本技术的装置的示意图。

图4为展现校准角的图表。

图5A为根据一些实施例的光电传感器的示例发射器部分的示意图。

图5B为根据一些实施例的光电传感器的另一示例发射器部分的示意图。

图5C为根据一些实施例的光电传感器的又一示例发射器部分的示意图。

图6为示例发光装置和光圈板的正视图。

主要出于清楚起见而再现附图，并因此附图不一定按比例绘制。此外，包含但不限于紧固件、电气部件(布线、电缆等)等的各种结构/部件可以图解方式展示或从一些或全部视图中移除以更好地示出所描绘实施例的方面，或者此类结构/部件的包含对于本文中所描述的各种示例性实施例的理解不是必要的。然而，在特定附图中缺乏此类结构/部件的图示/描述不应被解释为以任何方式限制各种实施例的范围。

具体实施方式

本公开大体上涉及可有利地减少传感器群体中的校准变化而无需发光装置和透镜的主动对准的传感器装置配置。“主动对准”为手动对准部件并且固定部件，同时监测一个或多个实时性能度量(例如校准角)。此类配置可减少与制造此类装置相关联的成本和劳动力。此外，根据本文中所公开的技术的传感器装置可利用标准块状或薄膜LED制造，并且可有利地减少或消除通常由于此类LED的接合衬垫金属化而与所述LED相关联的辐照度下降。

定义

“横截面尺寸”被定义为跨越平面中的特定区域的最大距离，例如对角线或直径测量结果。

“光轴”被定义为穿过透镜的中心轴。

“光圈轴”被定义为在垂直于光圈的光圈区域的平面中穿过光圈的中心轴。

“轴向方向”为平行于光轴x的方向。

“横向方向”涵盖垂直于光轴x的平面中的方向。

“横向对准”被定义为在垂直于光轴的方向上的对准。

“基本上共线”一般意味着轴在横向方向上的彼此间距离在50μm内。

“不共线”一般意味着轴在横向方向上具有大于50μm的间距。

“发射器面”被定义为发光装置的被配置成朝向透镜发射光的表面。发射器面一般垂直于透镜的光轴。应当理解，可能存在发光装置的被配置成发射光的其它表面(例如发光装置的侧表面)，但出于本文中的公开内容的目的，此类其它表面不被视为“发射器面”。

图1为展现基于比较性发光装置10、20相对于传感器装置的透镜30的不同位置的校准变化的示意性示例。此示例显示对校准角的变化的一个主要影响，但其它因素一般也将造成此类变化。第一发光装置10具有与透镜30的光轴x横向对准的发射器面12，这意味着发射器面12的发射器轴与透镜30的光轴x对准。第二发光装置20具有从与透镜30的光轴x的横向对准偏移距离h的发射器面22。每一发射器面12、22与透镜30间隔开物距d。由第一发射器面12发射的光14在中心穿过透镜30，而由第二发射器面22发射的光24以校准角α穿过透镜30。校准角α影响在传感器外部的系统应如何被配置成用于传感器操作。零(或接近零)的校准角α向用户提供设置此类系统时的可预测性，并且避免与非预期的校准角相关联的系统重新配置。图2为图1的示意性示例的更广角视图，并且展现基于校准角在像距d'处的所发射信号之间产生的偏移h'。

如本文中先前所描述，制造公差影响发射器面12、22与透镜30的光轴x的横向对准。例如，发光装置10通常被安装到PCB，并且存在与发光装置在PCB上的精确位置相关联的制造公差。作为另一示例，在发光装置10的制造中，存在与发射器面12相对于发光装置10的其余部件(例如LED的SMT封装部件)的精确位置相关联的制造公差。作为另一示例，在制造具有发光装置10和PCB的传感器装置中，存在与PCB和传感器壳体之间的精确位置相关联的制造公差。这些因素为“叠加”以累积地造成传感器装置间的校准变化的示例。

图3为根据本文中所公开的技术的示意性示例，其中限定光圈42的光圈板40定位在具有发射器面52、52'的发光装置50、50'与透镜30之间。发光装置50、50'被示出具有相对于透镜30的两个不同的横向位置(也由元件编号50、50'表示)。因而，改动来自发光装置50、50'的光波(例如，通过使视场变窄)的光圈42为针对透镜30的直接光源。由于此结构，光圈42与透镜30的光轴x的横向对准决定校准角，这与上文结合图1-2所述的其中发射器面的横向对准决定校准角的配置相反。因而，透镜30的光轴x与发射器面52、52'之间缺乏精确横向对准对校准角具有较小影响，这意味着造成发射器面52与透镜30的光轴x之间缺乏横向对准的那些公差，例如上文所讨论的那些公差，对校准角具有较小负面影响。如图3中所描绘，基于发光装置50、50'的任一横向位置的校准角没有实际差异。

因为光圈42与透镜30的横向对准限定校准角，所以与所述横向对准相关联的公差一般应相对较小。此外，根据当前技术的传感器可被设计成使得光圈42与透镜30之间存在相对较少的制造公差(例如具有单个制造公差)，从而防止累积地造成横向未对准的公差的“叠加”。

发射器面52具有发射面区域f，并且光圈42具有小于发射面区域f的光圈区域a。光圈42被配置成使源自发射装置50的光的视场变窄。此类配置允许发射器面52与透镜30之间的横向对准的变化，而不会负面地影响校准角。因而，导致相对高制造公差的现有相对低成本的制造方法可用于相对于透镜30对准并固定发光装置50，同时减少同一生产线上所制造的传感器装置间的校准变化。

图4示出模拟测试结果和实验测试结果两者，展现了由于在透镜与发光装置之间引入如上文所描述的视场限制光圈，传感器装置的发射器侧上的校准角得以改进(所述校准角的变化得以减少)。每一装置使用具有大小相等的发射器面(480μm×480μm)和接合衬垫的SMT LED，并且每一装置具有相同的有效焦距(7.7mm)。结合图3中所示的示意性部件描述每一装置。除了第一装置410未在发射器面52与透镜30之间结合入具有光圈42的光圈板40之外，第一装置410大体上与图3一致。第二装置420、第三装置430和第四装置440全部与图3的示意图一致。每一装置具有限定光圈42的光圈板40，所述光圈定位在发射器面52与透镜30之间，其中光圈42与发射器面52间隔开530μm。每一装置具有在发射器面52之上的包封材料(图3中未示出，但下文结合图5A进行了描述)。在第二装置420中，光圈42的直径为250μm。在第三装置430中，光圈的直径为200μm。在第四装置440中，光圈的直径为170μm。

图4中的图表的x轴反映了透镜的光轴与发射面的发射轴之间的横向偏移。y轴反映了质心从透镜的光轴的偏移，所述质心为距透镜200mm处的所发射光的加权中心。质心的偏移对应于校准角。如从数据可见，引入限制发射器面的视场的光圈显著地降低了校准角的变化。虽然光圈的特定直径可能影响校准角变化，但根据当前数据，此类影响可被视为相对最小的。

返回到图3，因为光圈区域a小于发射器面52的发射面区域f，所以光圈42减少从发射器面52、52'传输到透镜30的功率，这展现在下表1中。

表1示出上文结合图4所述的每一实验比较装置的光效率的比较。光效率为离开传感器装置的光功率除以离开发光装置的光功率的量度。以下数据展现了，如上文所描述，在发射器面与透镜之间引入光圈减少了从发射器面传输到透镜的功率量。此外，在光圈与发射器面之间引入空间也减少了从发射器面传输到透镜的功率量(例如，将第二装置与第四装置进行比较)。此外，光圈的大小还影响传感器装置的发射器的光功率效率。

装置	光圈大小	从光圈到发射器面的距离	光功率效率
				第一装置410	无	N/A	6.8％
第二装置420	250μm	200μm	2.03％
				第三装置430	200μm	200μm	1.36％
第四装置440	170μm	200μm	1.00％

表1

为了产生足以用于一些传感器系统中的发射器侧功率，可能希望将传感器装置的发射侧配置成至少部分地抵消因在发射器面与透镜之间引入视场限制光圈而导致的功率的减少。例如，返回参见图3，可使用与省略具有光圈42的光圈板40的装置相比具有相对更高的功率输出的发光装置50。在其中发光装置为LED的示例实施方案中，当LED具有相对较大的发射器面52和/或较高的驱动电流时，实现相对较高的功率输出。作为另一示例，可减少发射器面与光圈42之间的距离。作为另一示例，在横向方向上增加光圈42与发射器面52之间的重叠可增加光圈从发射器面52传输到透镜30的功率。在不同的实施方案中，光圈区域a在横向方向上与发射器区域f至少部分地重叠。在一些此类实施方案中，希望光圈区域a在横向方向上与发射器区域f完全重叠。增加发射器面52的大小一般会增加发射器面52与光圈42之间在横向方向上存在至少部分重叠的可能性。因而，增加发射器面52的大小还会增加与发射器50相对于透镜30(和光圈42)的横向对准相关联的可接受公差。

在各种实施例中，传感器装置具有被配置成从发射器部分接收光信号的接收器部分。对应地，可能希望将传感器装置的对应接收器侧配置成部分地抵消因发射器面与透镜之间的视场限制光圈的引入而导致的所发射功率的减少。例如，增加接收器的灵敏度可部分地抵消由发射器侧发射的光的相对减少的功率。

图5A为表示根据各种实施例的示例传感器装置的横截面的示意图。传感器装置100可与光电传感器系统或装置的发射器部分一致。传感器装置100一般具有传感器壳体110、发光装置150、限定光圈142的光圈板140和具有光轴x的透镜130。传感器装置100具有减少单个制造线中的多个传感器装置间的校准角变化的配置。在一些实施方案中，传感器装置100与可比较的可用传感器装置相比具有减小的校准角。

发光装置150一般被配置成发射光。发光装置150可耦合到印刷电路板154，所述印刷电路板耦合到壳体110。印刷电路板154可大体上与本领域中已知的印刷电路板154一致。在各种示例中，印刷电路板154设置在壳体110中。发光装置150设置在壳体110中。

发光装置150具有限定发射面区域f的发射器面152，虽然在当前视图中，发射面区域f的仅一个维度是可见的。

发光装置150可与本领域中已知的各种发光装置一致。在一些示例中，发光装置为发光二极管(LED)。在一些示例中，LED为标准块状或薄膜表面安装技术(SMT)LED。在此类示例中，发光装置150可被安装到LED基板151，所述LED基板被安装到印刷电路板154。在此类示例中，导线158可经由LED基板151和/或PCB 154将发光装置150的发射器面152耦合到电源。接合衬垫159可定位在将导线158耦合到PCB 154的发射器面152上。因而，发射器面152可能被接合衬垫159和导线158部分地阻挡。不过，应注意，出于确定发射器面152的发射面区域f的目的，一般忽略部分地阻挡发射面区域f的导线158和接合衬垫159。此外，出于本文中的计算的目的，发射器面152的发射面区域f一般为被配置成在轴向方向上朝向透镜且平行于光轴x发射光的发光装置的表面的区域。其它表面也有可能被配置成发射光。

发光装置150具有垂直于发射面区域f延伸的发射器轴y。发射器轴y被定位成在中心穿过发射器面152的发射面区域f。发射器轴y一般垂直于发射器面152且平行于光轴x。发射器面152的发射面区域f的大小不受特定限制，并且可一般根据传感器装置100被配置成在其内使用的特定应用而设置大小。在一些实施方案中，发射器面152的发射面区域f小于4mm²，尽管当然可设想更大的发射器面152。在一些实施例中，发射器面152的发射面区域f小于或等于1mm²。在各种实施方案中，发射器面152的发射面区域f的横截面尺寸为至少400μm。

在发光装置150的一些实施方案中，包封材料156将发光装置150的发射器面152包封覆盖在LED基板151上。此类配置可被配置成向发光装置150、导线158和接合衬垫159中的一个或多个提供保护。不过，一些实施例省略包封材料156。包封材料156在可向发光装置150提供保护的同时，取决于所使用的材料，包封材料也可增加、减少或维持穿过光圈142且因此穿过透镜130的光的强度。

光圈板140一般耦合到传感器壳体110。一般，光圈板140不直接耦合到发光装置150。在各种实施例中，发光装置150不固定到光圈板140。发光装置150在传感器装置100中的位置不受光圈板140的限制。此类配置可有利地适应发光装置150(更具体地，发射器轴y)与光圈142(更具体地，光圈轴z)之间的横向对准的变化。

在一些实施例中，光圈板140限定在轴向方向上与发射器面152呈间隔开的关系的光圈142。在一些其它实施例中，光圈板140和发射器面152可直接接触。下文将更详细地讨论此类配置。

光圈142具有光圈区域a(图5A中可见其的仅一个维度)。光圈区域a垂直于光轴x。光圈区域a平行于发射器面152。光圈区域a一般小于发射器面152的发射面区域f。此类配置可有利地适应光圈与发射器面152之间的横向未对准，而不会影响校准角。在各种实施例中，光圈142可为圆形的，但也考虑替代形状。

光圈142的光圈区域a的大小被设置成平衡从发光装置150到透镜130的足够功率传输，其中允许光圈142与发射器面152之间的横向对准公差(在所述公差内实现从发光装置到透镜130的足够功率传输)。因而，鉴于例如发射器面152自身的功率以及光圈142与发射器面152之间的距离等其它因素，光圈区域a的最小大小一般受限于穿过光圈区域a的最小所需功率传输。光圈区域a的最大大小一般为限制发射器面152的视场且产生光圈142与发射器面152之间的足够横向重叠以产生跨越限定光圈与发射器面152之间的横向对准的制造公差的足够功率传输的最大大小。在一些实施例中，光圈142具有比跨发射器面152的发射面区域f的横截面尺寸小约200μm的直径。在一些示例中，在发射器面152的发射面区域f具有在100μm到1mm的范围内的横截面尺寸的情况下，光圈142具有在100μm到300μm的范围内的直径。在一个特定示例中，光圈具有约170μm的直径。

光圈142在轴向方向上距发射器面152一般小于1mm。在一些实施例中，光圈142距发射器面152小于700μm。当光圈142与发射器面152之间的距离b太大时，从发光装置150发射穿过光圈142的光并不充分填充透镜130，这导致来自传感器装置100的发射器侧的不充分功率发射(或太小的光束大小)。从传感器装置100发射的不充分功率可能阻止来自传感器装置的接收器侧的充分感测。在一些实施例中，光圈142距发射器面152为700μm或更小。在一个示例中，光圈板140与发射器面152接触，使得光圈142与发射器面152之间的距离b为零。不过，在此类实施例中，光圈142和发射器面152未耦合。在一些实施例中，光圈142与发射器面152间隔开300μm到700μm。在结合入包封材料156的实施例中，光圈142与发射器面152之间的最小距离可以为光圈142与发射器面152之间的包封材料156的厚度。在一些实施例中，光圈142距包封材料156为600μm或更小。

在各种实施例中，光圈142限定垂直于光圈区域a延伸的光圈轴z。光圈轴z在中心延伸穿过光圈142。在当前示例中，光圈轴z和光轴x横向对准且因此在图5A中由单条线表示。不过，在各种实施方案中，光圈轴z与光轴x不共线。光圈轴z和光轴x的间距可由与组装发光装置自身、将发光装置组装在PCB上以及组装PCB和壳体110相关联的制造公差产生。

透镜130一般耦合到传感器壳体110，使得光圈板140定位在透镜130与发射器面152之间。透镜130限定延伸穿过光圈142的光轴x。

在各种实施例中，配准结构160用于横向地对准透镜130和光圈142，这又转而产生透镜130的光轴x与光圈轴z之间的基本共线性。光圈板140可具有被配置成接纳配准结构160的板配合结构164。此外，透镜130可具有被配置成接纳配准结构160的透镜配合结构162。在一些实施例中，配准结构160为两个或更多个销钉(pin)(也是元件160)，并且透镜配合结构162和板配合结构164为各自接纳两个或更多个销钉160中的一个的对应销钉开口(分别也是元件162、164)。

尽管制造公差确实影响光轴x与光圈轴z之间的横向对准，但在各种实施方案中，与累积地造成发射器轴y与光轴x之间以及发射器轴y与光圈轴z之间的横向未对准的制造公差的数目相比，存在很少的累积地造成透镜130与光圈142之间的横向未对准的制造公差。在一个示例实施方案中，光轴x与光圈轴z之间的横向距离为50μm或更小，而光轴x与发射器轴y之间的横向距离为200μm或更小。此外，光圈轴z与发射器轴y之间的横向距离可为200μm或更小。不过，在发射器面区域f相对较大的情况下，发射器轴y与光圈轴z和/或光轴x之间的较大横向距离是可能的。

在一些实施例中，配准结构160为传感器壳体110的部件。在一些示例中，配准结构160为耦合到壳体110的独立部件。例如，壳体110可限定被配置成与配准结构160配合的壳体配合结构166。在此示例中，壳体配合结构166可为各自被配置成接纳两个或更多个销钉160中的销钉的销钉开口。在一些其它实施例中，配准结构160和壳体110为单个一体式组件。

还涵盖配准结构的各种其它配置。在一些实施例中，透镜130可限定被配置成接纳光圈板140的配合结构的配准结构。在一些其它实施例中，光圈板140限定被配置成接纳透镜130的配合结构的配准结构。

如上文所描述，在各种实施例中，因为光圈142减少从发光装置150传输到透镜130的功率(相对于缺乏光圈的装置)，所以可能需要使用具有与缺乏发射器面与透镜之间的光圈的传感器装置相比相对更高的传输功率的发光装置150。此类配置可至少部分地补偿到透镜的功率损耗。在各种实施方案中，具有相对较高的功率输出的发光装置150可结合入传感器装置中。在LED发光装置的情况下，相对较高功率的发光装置150可具有较大的发射器面152，这可进一步允许放宽发射器面152与透镜130之间的制造公差。

应注意，在根据当前技术制造的大量传感器装置中，因为在发射器轴y与光圈轴z(和/或光轴x)之间存在相对较高的横向对准公差，所以大量传感器装置当中的许多传感器装置具有与光轴x不共线的发射器轴y。不过，应了解，大量传感器装置当中的一些传感器装置可具有恰好与光轴x(和/或光圈轴z)共线的发射器轴y。本文中所公开的技术可有利地减少或消除大量传感器装置中的校准变化，而不管发射器轴y是否与光轴x共线。此类优点允许具有与光轴x不共线的发射器轴y的传感器装置具有与具有同光轴x共线的发射器轴y的传感器装置一致的可接受和/或可预测的校准角。

图6示出具有限定光圈区域a的光圈142的光圈板140的示意性正视图，所述光圈区域定位在具有发射器面152(以虚线表示)的发光装置150之上，这可与图5A-5C一致。发光装置150被配置为表面安装的薄膜LED。接合衬垫159耦合到发射器面152。在各种可商购的表面安装的薄膜LED，例如具有相对较小大小的那些LED中，接合衬垫(例如接合衬垫159')位于发射器面的中心。即使接合衬垫159'与光圈142之间在横向方向上的部分重叠也会导致传输通过光圈142的辐照度下降，所述辐照度下降然后由透镜(例如图5A中所示的透镜130)传输。此类辐照度下降在当前技术中可能是尤其不希望的，其中从发光装置150传输到透镜的功率被光圈142减少。

不过，在各种示例中，发光装置150为可商购的表面安装的薄膜LED，其具有朝向发射器面152的拐角安置的接合衬垫159。此类配置有利地减小了光圈142和接合衬垫159将横向对准的可能性(尽管制造公差影响发射器轴y与光圈轴z之间的横向对准，例如图5A中所示)，因此这减小了从透镜发射的光束的辐照度下降的可能性。各种可商购的表面安装的薄膜LED具有此类接合衬垫配置。此类配置可与具有至少400μm或500μm的横截面尺寸的LED相关联。

图5B示出另一示例传感器装置，具有传感器壳体210，其中发射器面252与光圈板240中的光圈242之间的距离相对减小。在此示例中，发光装置250缺乏上文结合图5A所述的包封材料。发射器面252与光圈242之间的最小距离b等同于发射器面252与光圈板240之间在轴向方向上容纳耦合到发射器面252的接合衬垫259和将接合衬垫259耦合到基板251的导线258所必需的最小间隙。光圈242与发射器面252之间的最大距离b可由光圈242需要从发射器面252传输到透镜230以实现由传感器装置200的发射器侧输出的最小功率的光的最小量决定。如上文所讨论，增加发射器面252与光圈242之间的距离b降低了光圈242从发射器面252传输到透镜230的光的量。

在一些实施例中，可省略基板251。在此类示例中，接合衬垫259可耦合到印刷电路板254。

图5C示出另一示例传感器装置300，其中发射器面352和光圈342(且因此光圈板340)接触。在当前示例中，发光装置350缺乏包封材料(参见图5A)、接合衬垫(参见图5A-5B)、导线接合件(参见图5A-5B)和基板(参见图5A-5B)。例如，此类发光装置350可与倒装芯片LED一致。应注意，在此类示例中，发光装置350的位置不由光圈板340或透镜330限定。在各种实施例中，发光装置350和光圈板340尽管在发射器面352处直接接触，但并不直接耦合。此类配置适应发射器面352与光圈342之间的横向对准的变化。

示例性实施例的陈述

实施例1.一种传感器装置，包括：

传感器壳体；

印刷电路板，所述印刷电路板耦合到传感器壳体；

发光装置，所述发光装置耦合到印刷电路板，其中发光装置具有限定发射面区域的发射器面；

光圈板，所述光圈板耦合到传感器壳体，光圈板限定光圈，所述光圈具有小于发射器面的发射面区域的光圈区域，并且其中光圈在轴向方向上距发射器面小于1mm，其中发光装置不固定到光圈板；以及

透镜，所述透镜耦合到传感器壳体，透镜具有延伸穿过光圈的光轴，其中光圈板定位在透镜与发射器面之间。

实施例2.根据实施例1和3-11中任一项所述的传感器装置，其中发光装置包括发光二极管(LED)。

实施例3.根据实施例1-2和4-11中任一项所述的传感器装置，其中光圈具有比发射面区域的横截面尺寸小至少200μm的直径。

实施例4.根据实施例1-3和5-11中任一项所述的传感器装置，其中光圈距发射器面小于700μm。

实施例5.根据实施例1-4和6-11中任一项所述的传感器装置，其中光圈与发射器面呈间隔开的关系。

实施例6.根据实施例1-5和7-11中任一项所述的传感器装置，进一步包括包封发射器面的包封材料。

实施例7.根据实施例1-6和8-11中任一项所述的传感器装置，其中光圈与包封材料间隔开300μm或更小。

实施例8.根据实施例1-7和9-11中任一项所述的传感器装置，其中发光装置具有垂直于发射面区域延伸的发射器轴，并且透镜限定垂直于光圈区域延伸的光轴，并且其中光轴与发射器轴不共线。

实施例9.根据实施例1-8和10-11中任一项所述的传感器装置，其中光圈限定垂直于光圈区域延伸的光圈轴，并且传感器装置进一步包括被配置成对准光圈轴和透镜的光轴的配准结构。

实施例10.根据实施例1-9和11中任一项所述的传感器装置，其中发射器面的发射面区域具有至少400μm的横截面尺寸。

实施例11.根据实施例1-10中任一项所述的传感器装置，其中光圈限定垂直于光圈区域延伸的光圈轴，并且透镜具有与光圈轴基本上共线的光轴。

实施例12.一种传感器装置，包括：

传感器壳体；

印刷电路板，所述印刷电路板耦合到传感器壳体；

发光装置，所述发光装置耦合到印刷电路板，其中发光装置具有限定发射面区域的发射器面和垂直于发射面区域延伸的发射器轴；

光圈板，所述光圈板耦合到传感器壳体，其中光圈板限定光圈，所述光圈限定光圈区域和垂直于光圈区域延伸的光圈轴，并且其中光圈轴与发射器轴不共线；以及

透镜，所述透镜耦合到传感器壳体，其中光圈板定位在传感器壳体与发射器面之间。

实施例13.根据实施例12和14-24中任一项所述的传感器装置，其中光圈距发射器面小于1mm。

实施例14.根据实施例12-13和15-24中任一项所述的传感器装置，其中光圈距发射器面小于700μm。

实施例15.根据实施例12-14和16-24中任一项所述的传感器装置，其中光圈区域小于发射面区域。

实施例16.根据实施例12-15和17-24中任一项所述的传感器装置，其中透镜具有与光圈轴基本上共线的光轴。

实施例17.根据实施例12-16和18-24中任一项所述的传感器装置，其中发光装置不固定到光圈板。

实施例18.根据实施例12-17和19-24中任一项所述的传感器装置，其中光圈具有比发射面区域的横截面尺寸小至少200μm的直径。

实施例19.根据实施例12-18和20-24中任一项所述的传感器装置，进一步包括包封发射器面的包封材料。

实施例20.根据实施例12-19和21-24中任一项所述的传感器装置，其中光圈与包封材料间隔开300μm或更小。

实施例21.根据实施例12-20和22-24中任一项所述的传感器装置，进一步包括将光圈板耦合到透镜的配准结构。

实施例22.根据实施例12-21和23-24中任一项所述的传感器装置，其中发射器面的发射面区域具有至少400μm的横截面尺寸。

实施例23.根据实施例12-22和24中任一项所述的传感器装置，其中透镜具有与光圈轴基本上共线的光轴。

实施例24.根据实施例12-23中任一项所述的传感器装置，其中光圈与发射器面呈间隔开的关系。

还应注意，如在本说明书和所附权利要求书中所使用，短语“配置”描述系统、设备/装置或其它结构被构造成执行特定任务或采用特定配置。词语“配置”可与例如“布置”、“构造”、“制造”等类似词语互换使用。

本说明书中的所有出版物和专利申请表示本技术所涉及领域中的普通技术人员的水平。所有出版物和专利申请在此均通过援引加入，其程度就如同每一篇单独的出版物或专利申请具体地并且单独地表示为通过援引加入。在本申请的公开内容与通过援引加入本文中的任何文献的公开内容之间存在任何不一致的情况下，应以本申请的公开内容为准。

本申请旨在涵盖本发明主题的改编形式或变异形式。应理解，以上描述旨在为说明性而不是限定性的，并且权利要求书不限于本文中所述的说明性实施例。

Claims (24)

1.一种传感器装置，包括：

传感器壳体；

印刷电路板，所述印刷电路板耦合到传感器壳体；

发光装置，所述发光装置耦合到印刷电路板，其中发光装置具有限定发射面区域的发射器面；

光圈板，所述光圈板耦合到传感器壳体，光圈板限定光圈，所述光圈具有小于发射器面的发射面区域的光圈区域，并且其中光圈在轴向方向上距发射器面小于1mm，其中发光装置不固定到光圈板；以及

透镜，所述透镜耦合到传感器壳体，透镜具有延伸穿过光圈的光轴，其中光圈板定位在透镜与发射器面之间。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中发光装置包括发光二极管(LED)。

3.根据权利要求1所述的传感器装置，其中光圈具有比发射面区域的横截面尺寸小至少200μm的直径。

4.根据权利要求1所述的传感器装置，其中光圈距发射器面小于700μm。

5.根据权利要求1所述的传感器装置，其中光圈与发射器面呈间隔开的关系。

6.根据权利要求1所述的传感器装置，还包括包封发射器面的包封材料。

7.根据权利要求6所述的传感器装置，其中光圈与包封材料间隔开300μm或更小。

8.根据权利要求1所述的传感器装置，其中发光装置具有垂直于发射面区域延伸的发射器轴，并且透镜限定垂直于光圈区域延伸的光轴，并且其中光轴与发射器轴不共线。

9.根据权利要求8所述的传感器装置，其中光圈限定垂直于光圈区域延伸的光圈轴，并且传感器装置还包括被配置成对准光圈轴和透镜的光轴的配准结构。

10.根据权利要求1所述的传感器装置，其中发射器面的发射面区域具有至少400μm的横截面尺寸。

11.根据权利要求1所述的传感器装置，其中光圈限定垂直于光圈区域延伸的光圈轴，并且透镜具有与光圈轴基本上共线的光轴。

12.一种传感器装置，包括：

传感器壳体；

印刷电路板，所述印刷电路板耦合到传感器壳体；

发光装置，所述发光装置耦合到印刷电路板，其中发光装置具有限定发射面区域的发射器面和垂直于发射面区域延伸的发射器轴；

光圈板，所述光圈板耦合到传感器壳体，其中光圈板限定光圈，所述光圈限定光圈区域和垂直于光圈区域延伸的光圈轴，并且其中光圈轴与发射器轴不共线；以及

透镜，所述透镜耦合到传感器壳体，其中光圈板定位在传感器壳体与发射器面之间。

13.根据权利要求12所述的传感器装置，其中光圈距发射器面小于1mm。

14.根据权利要求13所述的传感器装置，其中光圈距发射器面小于700μm。

15.根据权利要求12所述的传感器装置，其中光圈区域小于发射面区域。

16.根据权利要求12所述的传感器装置，其中透镜具有与光圈轴基本上共线的光轴。

17.根据权利要求12所述的传感器装置，其中发光装置不固定到光圈板。

18.根据权利要求12所述的传感器装置，其中光圈具有比发射面区域的横截面尺寸小至少200μm的直径。

19.根据权利要求12所述的传感器装置，还包括包封发射器面的包封材料。

20.根据权利要求19所述的传感器装置，其中光圈与包封材料间隔开300μm或更小。

21.根据权利要求12所述的传感器装置，还包括将光圈板耦合到透镜的配准结构。

22.根据权利要求12所述的传感器装置，其中发射器面的发射面区域具有至少400μm的横截面尺寸。

23.根据权利要求12所述的传感器装置，其中透镜具有与光圈轴基本上共线的光轴。

24.根据权利要求12所述的传感器装置，其中光圈与发射器面呈间隔开的关系。